JPH0241330Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、トラツク等車両におけるターボ過給
機付エンジンの改良に関するものである。

一般に、ターボ過給機付エンジンにおいては、
エンジンからの排気ガス供給量が少ない低速回転
時において、ターボ過給機からエンジンに対して
十分な量の吸気を供給することが困難である。

従つて、エンジンの低速回転時に、加速時のた
めにアクセルペダルを一杯に踏み込んでエンジン
に対して多量の燃料を供給すると、そのエンジン
には燃料に見合う十分な空気が与えられていない
ことから不完全燃焼を起し、その結果、排煙性能
が著しく悪化することになる。

そこで、従来では、このような不具合の発生を
解消するために、ターボ過給機の吐出空気圧力つ
まり、ブースト圧を検知し、そのブースト圧が設
定値よりも低い場合に、エンジンに対する燃料供
給量を排煙性能を悪化させない程度の低い値に制
限するようにした燃料制限装置（一般に、ブース
トコンペンセータと呼ばれている）を採用するこ
とが知られている。

いま、この構造について、便宜上、本考案実施
例を説明するために添付した図面により説明する
と次の通りである。

第１図中、符号１０はトラツクの原動機である
デイーゼルエンジンを、そして符号１２は同エン
ジン１０と協動するターボ過給機をそれぞれ示し
ている。

上述したターボ過給機１２は、エンジン１０の
排気マニホールド１４に連結された可変容量式排
気ガスタービン１６と、同排気ガスタービン１６
によつて駆動され、吸気を圧縮してエンジン１０
の吸気マニホールド１８に供給するコンプレツサ
２０とで構成してある。

そして、上述したエンジン１０に対する燃料の
供給は、運転者が図示しないアクセルペダルを踏
み込み操作することにより、自体周知の燃料噴射
ポンプ２２内部のコントロールラツク２４を図
中、左右方向に変位させることで、アクセルペダ
ルの踏み込み量に応じた燃料が調量されて供給さ
れるようになつている。そして、図中、符号２６
は上述した燃料制限装置（ブーストコンペンセー
タ）を総括的に示しており、この燃料制限装置２
６は、符号２８で示した導管を経て上記コンプレ
ツサ２０のブースト圧を導入される圧力室３０
と、同圧力室３０の一部を構成する可動隔壁（ダ
イアフラム）３２と、上記圧力室３０内に導入さ
れるブースト圧に対抗して上記可動隔壁３２を常
時上方に向け付勢する第１のスプリング３４と、
上記可動隔壁３２に一体的に固着されている押し
棒３２′に対して第２スプリング３６により圧接
させてある作動部材３８および枢軸４０上に枢支
され、その一端が上記作動部材３８と協動し、そ
して他端が上記コントロールラツク２４上のスト
ツパ４２と協動するフツク４４とで構成してあ
る。

上記装置においては、エンジン１０の回転数が
低く、排気ガスタービン１６に供給される排気ガ
スの量が少ないと、コンプレツサ２０の吐出空気
圧力つまり、ブースト圧Pbも低く、この低いブ
ースト圧が導管２８を介して圧力室３０内に作用
して可動隔壁３２にも作用して可動隔壁３２を押
下している。

そして、上述した構造においては、ブースト圧
Pbが第１スプリング３４によつて定まる設定圧
力よりも低い場合には、作動部材３８およびフツ
ク４４が各々図に示す位置、換言すれば、コント
ロールラツク２４が燃料の増量方向へ移動ができ
ない態位に保持されている。

従つて、この時点において運転者がアクセルペ
ダルを一杯に踏み込んでも、コントロールラツク
２４はそのストツパ４２がフツク４４に当接する
位置で停止されたままであり、それ以上、燃料の
増量方向（図の左方）には移動することができな
い状態を維持される。

このことから、エンジン１０に対する燃料供給
量はコンプレツサ２０によつて設定されるエンジ
ンへの供給空気量に見合つた量に制限され、換言
すれば、制限量に限定され、不完全燃焼による排
煙性能の悪化が防止されることになる。

また、エンジン１０の回転数が上昇し、これに
つれ、コンプレツサ２０からの吐出空気圧力
（Pb）が増大していくと、可動隔壁３２に作用す
る圧力によつて第１スプリング３４および第２ス
プリング３６が常態時から変位し、作動部材３８
が図示位置より下降してフツク４４の時計方向へ
の回動を許容する。従つて、コントロールラツク
２４は、燃料が増加する方向、つまり、図におい
て左方向に移動できるようになる。この場合、コ
ンプレツサ２０によつてエンジン１０に供給され
る空気量も増加しているので、供給される燃料の
量が増加しても排煙性能は悪化しない燃焼状態が
設定される。

従つて、上述したターボ過給機付エンジンを搭
載した車両において排煙性能を悪化させることな
く、その発進性能（停止状態からクラツチ係合ま
での間の出力が得られる性能）を向上させるため
には、クラツチ係合までの短時間内に排気ガスタ
ービンの回転数を可及的に上昇させ、供給燃料量
を増量し得ることが肝要となる。

一方、トラツク等の自動車用エンジン１０は、
アイドル回転数から最高回転数まで、極めて広い
回転数域で、しかも、頻繁に回転数を変化させな
がら運転されることがある。従つて、固定ノズル
を有する排気ガスタービンでは、エンジンの排気
ガスが保有しているエネルギーを十分、かつ効果
的に回収することができない。

そこで、タービンロータの入口のノズル面積を
エンジン回転数及び負荷に応じて変化させる可変
ノズルベーンを備えた可変容量式タービンが既に
実用されている。

上述した可変容量式タービンは、第１図におい
て、排気ガスタービン１６に可変ノズルベーン４
６を備え、そのベーンの開度を空気圧応動式アク
チユエータ４８によつて、例えば、エンジン回転
数（Ne）および負荷（Ｔ）に基づき高、中、低
の区域を設定した３段階に制御されるようになつ
ている。

すなわち、上述したタービンにおける空気圧応
動式アクチユエータ４８は、シリンダ５０内にタ
ンデムに挿入してある第１ピストン５２と第２ピ
ストン５４とを備えており、上記各ピストンの間
に相当する中間位置には、第１ピストン５２のス
トロークを制限するためのストツパ５６が設けて
ある。

上述した第１ピストン５２および第２ピストン
５４の圧力室は、無通電時に大気開放態位とされ
て空気の供給を遮断される態位を通常態位として
設定されている第１及び第２電磁弁５８，６０を
介して圧縮空気タンク６２に接続してあり、これ
ら電磁弁５８，６０は、各々エンジン１０の回転
数信号Neと、通常エンジン１０のアクセル開度
で代表される負荷信号Ｔとを入力されるコントロ
ーラ６４からの電磁弁作動出力により開閉される
ようになつている。

そして、電磁弁５８，６０の開閉制御は、従来
の場合、第５図に示すように、エンジン１０の回
転数がNe₁以下の比較的低回転数でしかも高負荷
領域Ａで運転されているときには両電磁弁５８，
６０が共に通電されて開かれて空気の供給が行え
るようになつている。従つて、圧縮空気タンク６
２から第１、第２の両ピストン５２，５４の圧力
室に圧縮空気が供給されることになり、この場合
には、排気ガスタービン１６の可変ノズルベーン
４６が最小のノズル面積を設定され、排気ガスの
流量を最少量とするようにしてある。

次に、エンジン１０の回転数がNe₁を越え、か
つ高負荷領域Ｂにある運転の場合には、コントロ
ーラ６４からの出力により、第１電磁弁５８のみ
が開かれて圧縮空気タンク６２からは第１ピスト
ン５２の圧力室に圧縮空気が供給される。この時
には、第２ピストン５４の圧力室の圧縮空気は大
気開放される。

従つて、第１ピストン５２はストツパ５６に当
接するまで図において左側に向け移動し、第２ピ
ストン５４を介して可変ノズルベーン４６を第２
の開度に調整されるので、この場合には、排気ガ
スタービン１６は排気ガスの流量を中位に設定す
ることになる。

一方、第５図においてエンジンの回転数が符号
Ne₂を越えた場合には負荷とは無関係に、また、
回転数Ne₂以下の回転数であつても負荷切換線ｄ
以下の低負荷領域Ｃにおいては、コントローラ５
４からの出力により第２電磁弁６０に加えて、上
述した第１電磁弁５８も閉じられ、圧縮空気タン
ク６２からの第１ピストン５２の圧力室への圧縮
空気の供給も遮断される。このとき、第１ピスト
ン５２の圧力室は大気開放される。従つて、第２
ピストン５４は、シリンダ５０内の付勢手段を介
した付勢により右側方向に向け更に移動し可変ノ
ズルベーン４６の開度を第３の開度、この場合に
は最大開度に設定して排気ガスタービン１６での
空気流量を最大量に設定する。

以上の説明から明らかなように、従来の可変容
量排気ガスタービンを備えた過給機を有するエン
ジン搭載車では、停止状態から発進する際にエン
ジンの回転数が低いので、排気ガスタービン１６
が第５図における領域Ｃで運転されることにな
る。

従つて、このような構造にあつては、停止状態
から発進しようとする場合には、コンプレツサ２
０のブースト圧Pbの立上りが鈍いことと、前述
した燃料制限装置（ブーストコンペンセータ）２
６の作用によつてエンジンに対する燃料の供給量
が制限されることとが相俟つて、どうしても発進
加速性が劣るという不具合がある。

しかも、走行中におけるギヤチエンジの際のよ
うに、アクセルペダルの踏み込みを解除すると、
その時に生じる回転数及び負荷の落ち込みによつ
て排気ガスタービン１６が、第５図における領域
Ｃ、換言すれば、ノズル面積が最大の状態とな
り、コンプレツサ２０におけるブースト圧Pbが
極めて低い状態で運転されることになる。さらに
は、アクセル開度を絞ることで燃料の噴射量が最
少になつていることも相俟つて、再度、アクセル
ペダルを踏み込んで所定トルクに見合うエンジン
の回転数を得るまでの時間が長くなり、結果とし
て、ギヤチエンジ後の所定トルクが得られるまで
の立上りが遅くなることで、アクセルペダルの踏
み込みに対するエンジン側での応答性が悪いとい
う印象を与えることになる。

そこで、本考案は、上記に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、発進加速性あ
るいは再度の加速時に影響するエンジン側での過
渡応答性の悪さを改善することのできるターボ過
給機付エンジンを得ることにある。

この目的を達成するため、本考案は、エンジン
の排気ガスによつて駆動される排気ガスタービン
と同排気ガスタービンにより駆動され、エンジン
の給気を加圧するコンプレツサとからなるターボ
過給機と、上記エンジンに対し燃料を供給する燃
料供給装置と、上記ターボ過給機の吐出空気圧力
に応動して上記燃料供給装置の供給燃料量を制御
する燃料制限装置とを備え、上記排気ガスタービ
ンが、エンジンの回転数と負荷とに応じて作動す
るアクチユエータによつて変化するノズル面積を
以つて運転されるターボ過給機付エンジンにおい
て、上記排気ガスタービンのノズル面積設定に用
いられるアクチユエータに対し、設定回転数以上
の時点でノズル面積が最大となつている状態でア
クセルペダルの踏み込みを解除することに応動し
て上記排気ガスタービンのノズル面積が最小とな
るようにその態位を設定することを提案するもの
である。

本考案によれば、エンジン回転数が所定の回転
数以下の場合には、負荷の大きさに拘らずノズル
面積を最小とされ、また所定回転数以上の場合、
換言すれば、最大ノズル面積の状態にあつても、
アクセルペダルの踏み込みが解除された場合に
は、ノズル面積を最小面積に設定してブースト圧
の立上りに関する感度を高めるようにできる。

以下、図示の実施例によつて本考案を説明す
る。

第１図は本考案実施例によるターボ過給機付エ
ンジンの全体構成を説明するためのブロツク図で
あり、第１図に示す構成部品において前述した説
明に用いた符号はそのまま用いてあることを前置
きしておく。

すなわち、本実施例においては、コントローラ
６４の入力側には、前述したエンジン回転数
（Ne）信号およびロードセンサからの負荷（Ｔ）
信号に加え、アクセルペダルセンサ６５からの信
号も入力されるようになつている。

上述したロードセンサは、例えば、燃料噴射ポ
ンプ内に装備されていて、アクセルペダルの踏み
込み量に応じて燃料の噴射量を増加させる方向に
ロードレバーが所定値（例えば、第５図に示す負
荷切換線ｄ）以上の相当する量を移動して高負荷
を意味するときにONするスイツチで構成してあ
り、また、アクセルペダルセンサ６５は、アクセ
ルペダルに接離可能なマイクロスイツチで構成し
てあり、アクセルペダルの踏み込み解除に連動し
てONし、アクセルペダルが踏み込まれていると
きにはOFFの状態を維持するようになつている。

なお、このアクセルペダルセンサ６５は、アク
セルペダルの踏み込み解除時における燃料噴射ポ
ンプ内でのコントロールラツクの初期態位検知ス
イツチを代用してもよいものである。

そして、上述したコントローラ６４において
は、エンジン回転数情報、負荷情報及びアクセル
ペダルの踏み込み情報によつて可変ノズルベーン
の開度を設定するようになつており、その開度マ
ツプは、第２図および第４図に示す通りである。

なお、第４図において、「→」という表示
は、アクセルペダルセンサ６５がONの状態から
OFFに転じた後、換言すれば、アクセルペダル
の踏み込みが解除されて再度踏み込まれてから所
定時間（ｔ）経過した時点にノズル面積がの状
態、つまり、最小面積を設定される状態からノズ
ル面積がの状態、つまり、最大面積を設定され
る状態に変わることを意味していることを前置き
しておく。

すなわち、第２図及び第４図においてエンジン
回転数（Ne）があらかじめ設定されている低回
転数（Ne₀）以下の場合（第４図中、符号Ａで示
す領域）には、ロードセンサによる負荷検知（第
５図中、符号ｄで示す負荷切換線を基準としてそ
れ以上あるいはそれ以下を検知すること）の結果
に拘らず、最小ノズル面積を設定する。

従つて、この状態では、コントローラ６４は、
第１、第２の電磁弁５８，６０の両方を開放設定
するための信号を出力し、電磁弁５８，６０を介
して圧縮空気を空気圧応動式アクチユエータ４８
における第１ピストン５２の圧力室及び第２ピス
トン５４の圧力室に供給させる。

そして、エンジン回転数（Ne）が上述した低
回転数（Ne₀）よりも高く、例えば、中速域での
所定回転数（Ne₁）よりも低い場合（第４図中、
符号Ｂで示す領域）において、ロードセンサから
の負荷検知の結果により、負荷切換線ｄ以上の高
負荷でかつアクセルペダルセンサ６５がOFF、
換言すれば、アクセルペダルが踏み込まれている
場合には、上述した第１、第２電磁弁５８，６０
への通電設定を行つて、最小ノズル面積を設定
し、また、負荷切換線ｄ以下の場合で、アクセル
ペダルが踏み込まれていない場合（アクセルペダ
ルセンサ６５がON）には、ノズル面積を最小状
態（の状態）から最大状態（の状態）に移行
し、そして、アクセルペダルが踏み込まれている
場合（アクセルペダルセンサ６５がOFF）には
ノズル面積を最大に設定する。

従つて、ノズル面積が最大に設定されるときに
は、コントローラ６４からは第１、第２の電磁弁
５８，６０の両方に対する信号の出力はなく、こ
れにより、両電磁弁５８，６０は、無通電により
通常態位である大気開放態位とされる。

一方、エンジン回転数（Ne）が上述した中間
速度域に相当する回転数での所定回転数（Ne₁）
よりも高く、高速域に相当する回転数域での所定
回転数（Ne₂）よりも低い場合（第４図中、符号
Ｃで示す領域）においては、ロードセンサからの
負荷検知の結果により、負荷切換線ｄ以上の高負
荷でかつアクセルペダルセンサ６５がOFF、換
言すれば、アクセルペダルが踏み込まれている場
合には、上述した第１電磁弁５８のみへの通電設
定を行つて、中位のノズル面積を設定する。

従つて、この状態では、コントローラ６４は、
第１の電磁弁５８のみを開放設定するための信号
を出力し、電磁弁５８を介して圧縮空気を空気圧
応動式アクチユエータ４８における第１ピストン
５２の圧力室に供給する。

また、上述した第４図中、符号Ｃで示す領域に
おいて、負荷切換線ｄ以下の場合で、アクセルペ
ダルが踏み込まれていない場合（アクセルペダル
センサ６５がON）には、ノズル面積を最小状態
（の状態）から最大状態（の状態）に移行し、
アクセルペダルセンサが踏み込まれている場合
（アクセルペダルセンサ６５がOFF）には、ノズ
ル面積を最大に設定する。従つて、最小ノズル面
積を設定する場合には、上述したように第１、第
２電磁弁５８，６０への通電設定が行われてこれ
ら両電磁弁５８，６０を介して第１のピストン５
２の圧力室および第２のピストン５４の圧力室へ
の圧縮空気の供給がなされ、そして、最大ノズル
面積を設定する場合には、上記両電磁弁５８，６
０への通電設定が行われずに両電磁弁５８，６０
の通常態位である大気開放態位が設定される。

さらに、エンジン回転数（Ne）が高速域
（Ne₂）以上にある場合において、ロードセンサ
からの負荷検知の結果により、負荷切換線ｄ以上
の高負荷でかつアクセルペダルセンサ６５が
OFF、換言すればアクセルペダルが踏み込まれ
ている場合には上述した第１、第２電磁弁５８，
６０への通電設定を行わないで通常態位の大気開
放状態として、最大ノズル面積を設定し、また、
負荷切換線ｄ以下の場合で、アクセルペダルが踏
み込まれていない場合（アクセルペダルセンサ６
５がON）には、ノズル面積を最小状態（の状
態）から最大状態（の状態）に移行し、そし
て、アクセルペダルが踏み込まれている場合（ア
クセルペダルセンサ６５がOFF）にはノズル面
積を最大に設定する。

従つて、このようなノズル開度の設定において
は、第２図に示す領域Ａが拡張されたことにな
り、換言すれば、エンジン回転数の低い場合にお
いて負荷およびアクセルペダルの踏み込み状況に
応じてノズル面積をブースト圧（Pb）の立上り
を改善するようになつている。従つて、ブースト
圧の立上りを改善することで、燃料制限装置２６
の燃料供給制限が緩和されるので、車両の発進性
を改善することが期待できる。

いま、上述したコントローラ６４の作動制御の
実際を第３図に示す運転状況によつて説明すると
次の通りである。

すなわち、第３図において、エンジンの始動が
行われてアイドリングの状態を経て符号Ａ乃至Ｄ
で示す領域でのノズル面積の設定は第４図におい
て説明した通りである。

つまり、エンジン始動後のアイドリング状態か
ら発進のためにアクセルペダルが踏み込まれた場
合には、ノズル面積が最小状態（）に設定され
て排気ガスタービンの回転数を上昇傾向に設定す
ることができ、これによつて、ブースト圧（Pb）
が高められるようになつており、この状態での燃
料制限装置２６においては、ブースト圧（Pb）
が高くなることで、コントロールラツク２４を燃
料の増量方向に移動させやすくさせられる。従つ
て、発進に要するクラツチ係合までの時間は、ブ
ースト圧の上昇と燃料の増量によりクラツチ係合
に要するトルクが得られるエンジン回転数の上昇
までの時間を短縮することで早められることにな
る。

一方、第３図において、エンジン回転数（Ne）
が（Ne₀）以上時、ロードセンサがOFFの状態で
クルージングしているときに、例えば、ギヤチエ
ンジのためにアクセルペダルの踏み込みを一時的
に解除すると、第３図において符号（Ne＞Ne₀）
で示す領域にあるように、アクセルペダルセサ６
５がONし、これらの条件に基づいて第４図にお
いて説明したように、ノズル面積が最小状態
（）に設定される。そして、この状態はアクセ
ルペダルが再度踏み込まれてアクセルペダルセン
サ６５がOFFになつても所定時間ｔ（ｔ＞０）保
持され、その後にノズル面積が最大状態（）に
設定される。

この場合は、一般に、アクセルペダルの踏み込
みが解除されると、燃料ポンプ２２のラツク２４
が初期状態に復帰すると共に、その時点での排気
ガスタービン１６のノズル面積が前述したように
最大状態（）であることから、コンプレツサ２
０のブースト圧（Pb）も低く、かつ燃料制限装
置２６で作動部材３８がラツク２４のストツパ４
２により係止する方向に変位しようとするが、排
気ガスタービン１６のノズル面積が上述したよう
に最小状態（）に設定されるので、コンプレツ
サ２０でのブースト圧（Pb）が高くなる。それ
ゆえに、作動部材３８はフツク４４がラツク２４
のストツパ４２を係止するまでの時間を長くする
ような動きを採ることになる。従つて、再度アク
セルペダルが踏み込まれるときには、燃料ポンプ
２２のラツク２４が比較的自由に変位できる状態
とされているので、アクセルペダルの踏み込み量
に応じた燃料供給量の設定が比較的早く行えるよ
うになり、これにより、回転数およびトルクも落
ちこみがさほど起きない状態から立ち上げられる
ので、ギヤチエンジ後の所定トルクに達するまで
の立上り、換言すれば、過渡特性が改善されるこ
とになる。

なお、上述した設定回転数Ne₀は、例えばトラ
ツク用デイーゼルエンジンで、アイドル回転数が
500rpmの場合、一例としてNe₀＝800rpm、そし
てNe₁，Ne₂は、1150rpm、1650rpmにそれぞれ
設定される。

また、アクセルペダルセンサがOFFの状態に
なつた時、ある一定時間ｔ秒間は最小ノズル面積
のまま保持されるようにしても良い。

以上のように、本考案によれば、従来の可変容
量排気ガスタービンを備えた過給機付エンジンの
運転特性に、僅かの修正を施すことによつて、車
の発進性、ギヤチエンジ後の過渡応答性を著しく
改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例によるターボ過給機付エ
ンジンの全体構成を説明するための概略図、第２
図は縦軸に軸トルクＴをそして横軸に回転数Ne
をとつて示した本考案の実施例によるターボ過給
機付エンジンの特性を説明するための線図、第３
図は第１図に示した構成における要部の特性を説
明するための表図、第４図は第１図に示した本考
案実施例によるエンジンの運転モードを示した線
図、第５図は従来のターボ過給機付エンジンの特
性を説明するための第２図相当の特性図である。 １０……エンジン、１２……ターボ過給機、１
６……排気ガスタービン、２０……コンプレツ
サ、２２……燃料供給装置、２４……ラツク、２
６……燃料制限装置、３８……作動部材、４６…
…可変容量ノズルベーン、４８……空気圧応動式
アクチユエータ、６４……コントローラ、６５…
…アクセルペダルセンサ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 エンジンの排気ガスによつて駆動される排気ガ
   スタービンと同排気ガスタービンにより駆動さ
   れ、エンジンの吸気を加圧するコンプレツサとか
   らなるターボ過給機と、 上記エンジンに対し燃料を供給する燃料供給装
   置と、 上記ターボ過給機の吐出空気圧力に応動して上
   記燃料供給装置の供給燃料量を制御する燃料制限
   装置とを具え、 上記排気ガスタービンが、エンジンの回転数と
   負荷とに応じて作動するアクチユエータによつて
   変化するノズル面積を以つて運転されるターボ過
   給機付エンジンにおいて、 上記排気ガスタービンのノズル面積設定に用い
   られるアクチユエータに対し、設定回転数以上の
   時点でノズル面積が最大となつている状態でアク
   セルペダルの踏み込みを解除することに応動して
   上記排気ガスタービンのノズル面積が最小となる
   ようにその態位を設定したことを特徴とするター
   ボ過給機付エンジン。