JPH0326268Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、エンジンのターボ過給装置に関す
る。

〔従来の技術〕

自動車等車両用のエンジンは、アイドル回転数
から最高回転数までの極めて広い回転数域に亘つ
て、しかも大きく変動する負荷範囲内で運転され
るので、その排気ガス量も大幅に変動する。した
がつて単一の流量特性を有する排気ガスタービン
では、エンジンから排出される排気ガスエネルギ
を十分に回収し利用することができない。そこ
で、タービンハウジング内に隔壁を設けて同ハウ
ジング内の排気ガス導入路を２つ以上の流量特性
を異にする排気ガス導入路に区分するとともに、
上記分割された排気ガス導入路の１つ以上に弁装
置を設け、エンジンの回転数や負荷等の稼働条件
に応じて上記弁装置を開閉し、排気ガスタービン
の運転効率を向上させるようにした可変容量ター
ボ過給機がすでに提案されている。

そして、この種の可変容量ターボ過給機におけ
る排気ガスタービンでは、上記２以上の分割排気
ガス導入路を開閉する弁装置が装備される。

一方、エンジンの排気側にエキゾーストブレー
キ弁を設けて、その閉鎖時における排気圧により
車両のブレーキ効果を得ることが従来から行なわ
れている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところで、このような従来のエキゾーストブレ
ーキ弁においては、動弁系への悪影響を防止する
ため、その閉鎖時にあつても所要の圧力以上に排
気圧が上昇しないように、エキゾーストブレーキ
弁に小穴をあけている。

このため、エンジンの低回転時には、十分なエ
キゾーストブレーキ効果を得ることのできる排圧
に達しないにもかかわらず、上記の小穴から排気
が漏れ、排圧が下降してエキゾーストブレーキ効
果を十分に得ることができないという不具合があ
つた。

本考案は、このような問題点の解消をはかろう
とするもので、エキゾーストブレーキ効果をエン
ジンの全回転数域にわたり十分に得られるように
するとともに、通常運転時には排気ガスがタービ
ンハウジング内へスムーズに送られてエンジン運
転状態に応じた過給を行なえるようにした、可変
容量ターボ過給装置を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本考案の可変容量ターボ過給装置
は、流量特性を異にする２つの排気ガス導入路を
そなえたタービンハウジングと、該タービンハウ
ジングおよび排気マニホールド間に介装される弁
ケーシングと、該弁ケーシング内に設けられ上記
タービンハウジング端部から上記排気マニホール
ド側中間部まで延在するとともに上記排気ガス導
入路に各々連通させる２つの流通路を形成した隔
壁と、上記中間部側の隔壁の縁部に沿つて交叉す
る２つの平面でかつ上記一方の平面が他方の流通
路への排気ガス通路壁となるように形成される上
記２つの平面内にそれぞれ開口を有するように形
成された弁座と、該両弁座を各々開閉するととも
に上記弁ケーシングに各々枢支された２つの揺動
腕を介して排気ガス流通方向下流側に開きかつ
各々上記流通路に沿うように形成された２つの弁
部材と、上記２つの弁部材をそれぞれ開閉させる
弁制御機構と、上記排気マニホールド内の排気圧
を検知する排気圧センサと、上記排気圧センサの
検出信号に基づき上記弁部材の開閉信号を上記弁
制御機構へ出力するコントローラとをそなえ、上
記コントローラは排気ブレーキ作動時、上記排気
圧が所定圧以上を検出した時には、上記２つの弁
部材のいずれか一方を開くよう上記弁制御機構に
信号を送信するとともに上記所定圧以下を検出し
た時には、該２つの弁部材の開閉状態を検知して
開状態の上記弁部材を閉にするように上記弁制御
機構に信号を送信することを特徴としている。

〔作用〕

上述の構成により、通常運転時には、２個以上
の入口の一部が、弁装置により開閉されるように
なり、弁装置の開放状態において閉鎖状態におい
てもなだらかな排気ガス通路が形成されるととも
に、エキゾーストブレーキを作動させる際には、
弁装置の上流側における排圧が所要圧以上になる
までは閉鎖状態が保たれ、他の動弁系へ悪影響を
及ぼす所要圧以上になつとき、弁装置が開作動さ
れて、弁装置の上流側は所要圧以下の最高圧に保
たれる。

〔実施例〕

以下、図面により本考案の実施例について説明
すると、第１〜５図は本考案の一実施例としての
可変容量ターボ過給装置を示すもので、第１図は
その全体構成を示す模式図、第２図はその作動を
示すフローチヤート、第３〜５図はそれぞれの特
性を示すグラフである。

第１図に示すように、ターボ過給装置１０に、
排気ガスタービン１２および排気ガスタービン１
２によつて駆動されるコンプレツサ１４が設けら
れている。排気ガスタービン１２は、タービンロ
ータ１６を収容するタービンハウジング１８をそ
なえており、同タービンハウジング１８の内部に
は半径方向に延在する隔壁２０によつてロータ軸
線方向に区分されたそれぞれ流量特性を異にする
排気ガス導入路すなわちスクロールＡ，Ｂが設け
られている。

また、上記タービンハウジング１８の排気ガス
入口２２には、後に詳述する弁ケーシング２４が
連結され、同弁ケーシング２４は更に図示しない
エンジンの排気装置すなわちこの実施例では排気
マニホルド２６に連結されている。

なお、上記排気ガス入口２２には、前記隔壁２
０の延長部分によつて区分され上記排気ガス導入
路Ａ，Ｂのそれぞれに連続する入口２２ａ，２２
ｂが設けられている。

次に上記弁ケーシング２４は、外形がほぼ箱形
をなし、図面において上方の壁面には、上記排気
マニホルド２６に連通する上流開口２８が設けら
れ、また下方の壁面には入口２２ａ，２２ｂにそ
れぞれ接続する下流開口３０ａ，３０ｂが設けら
れている。

また、上流開口２８と下流開口３０ａ，３０ｂ
との間には、90度の角度をなしてＶ字状に交叉す
る二つの平面内にシート面を有する弁座３２ａ，
３２ｂが設けられ、これら弁座の弁開口は、それ
ぞれ弁部材３４ａ，３４ｂによつて開閉される。

弁部材３４ａ，３４ｂはそれぞれその背面に突
軸３６ａ，３６ｂをそなえており、突軸３６ａ，
３６ｂはそれぞれ半径方向に十分な遊隙を存して
揺動腕３８ａ，３８ｂの自由端部に支持され、さ
らに各揺動腕３８ａ，３８ｂの他端は弁ケーシン
グ２４の比較的上流側の側壁上に枢支された支持
軸４０ａ，４０ｂに固着されている。そして、弁
ケーシング２４は、上記弁部材３４ａ，３４ｂの
取り付け、取り外し、点検等のために、図におい
て左方および右方に開口をそなえており、通常時
これらの開口は着脱自在の蓋４２によつて閉鎖さ
れている。

なお、本実施例では、弁部材３４が球面座によ
つて揺動腕３８ａの自由端部に支持されている
が、必ずしも球面座である必要はなく、平面座に
よつて支持されるようにすることもでき、この場
合には両者間に突軸３６ａの軸線方向にも適当な
遊隙を与えることが望ましい。

また、上記の上流開口２８、弁座３２ａの弁開
口、同弁開口から下流の入口２２ａ，２２ｂに至
る排気ガス導入路の断面形状は、四隅を丸めた長
方形、長円形、楕円、円形のいずれでもよく、ま
たこれらの組み合わせでもよい。さらに、弁部材
３４の形状は、上記弁座３２ａの弁開口の形状と
大体相似の形状であることが望ましい。

そして、揺動腕３８ａには、弁制御機構Ｃが付
設されている。

弁制御機構Ｃは、アクチユエータ５０と、アク
チユエータ５０に作動圧を供給する流体圧源５１
とにより構成されている。

また、アクチユエータ５０には、弁制御機構Ｃ
のフイードバツク制御を行なうべく、排気マニホ
ルド２６内に装備された排気圧センサ５３に接続
されたコントローラ５２が付設されている。

なお、揺動腕３８ｂにも上述の弁制御機構Ｃと
同様にアクチユエータ、流体圧源とにより構成さ
れる弁制御機構（図示せず）が付設されていて、
それにはコントローラ５２が付設されている。

コントローラ５２は、第２図に示すフローチヤ
ートの作動を行ない得るように構成されている。

すなわち、このようなコントローラ５２から出
力された弁装置の開閉信号にもとづきアクチユエ
ータ５０が作動し揺動腕３８ａが駆動されて、弁
部材３４ａが開閉され、弁部材３４ａの上流側で
ある排気マニホルド２６内が所要の圧力Peo以下
の最大圧に保持されるようになつている。

本考案の一実施例としての可変容量ターボ過給
装置は、上述のごとく構成されているので、エン
ジンの低速、高負荷運転時（第４図のB₁領域）
には、弁部材３４ａが閉鎖され且つ弁部材３４ｂ
は開かれて、排気マニホルド２６からの排気ガス
が、上流開口２８、弁座３２ｂの弁開口、対応す
る下流開口３０ｂ、タービンハウジングの入口２
２ｂから排気ガス導入路Ｂを通つてタービンロー
タ１６の羽根に作用し、第５図のB₁で示す流量
特性により、排気ガスタービン１２を効率的に運
転する。この状態で、開いている弁部材３４ｂが
隔壁４４と協働して弁座３２ｂから下流側の弁ケ
ーシング２４内において、大体なだらかに屈曲し
た抵抗の少ない排気ガス導入路を形成し、一方、
弁座３２ｂを含む平面と約90度の角度をなして交
わる平面内に含まれている弁座３２ａに着座して
いる弁部材３４ａが、上記弁座３２ｂより上流側
の導入路壁の一部を構成してなだらかな抵抗の少
ない排気導入路を形成する。

また、エンジンが高速、高負荷状態（第４図の
B₂領域）で運転しているときは、弁部材３４ａ
が開き弁部材３４ｂで閉じられて、上記と全く同
様の態様で、流量特性が大きい排気ガス導入路Ａ
からタービンロータ１６に排気ガスが供給され
る。すなわち、流量特性B₂により運転される。

この場合にも、図示のとおり、弁ケーシング２
４内で隔壁４４の両側にほぼ対称的に弁座および
排気ガス導入路が形成されていることから、上記
と全く同様に流通抵抗が小さいなだらかな導入路
が形成されることとなる。

さらに、エンジンの低負荷運転時（第４図の
B₃領域）には、その回転数の如何にかかわりな
く上記二つの弁部材３４ａ，３４ｂがともに開か
れ、上流開口２８から弁ケーシング２４内に流入
した排気ガスは、中央の隔壁４４によつて左右に
分割された導入路を通り、下流開口３０ａ，３０
ｂからそれぞれタービンハウジングの入口２２
ａ，２２ｂに流入し、排気ガス導入路Ａ，Ｂの両
方から流量特性B₃によりタービンロータ１６に
供給される。

この場合にも開かれた弁部材３４ａ，３４ｂが
上記隔壁４４と協働して排気ガス導入路の一側壁
としての役目を果たすこととなる。

上述したように、ターボ過給機の排気ガスター
ビンとエンジンの排気装置例えば排気マニホルド
との間に、弁座および弁部材を特殊な態様で配置
することによつて、エンジンの運転状態に応じそ
の排気ガスを適切な、そして流通抵抗が小さい選
択された導入路を経て排気ガスタービンに供給す
ることができる。

一方、エンジンに、エキゾーストブレーキを作
動させる場合には、第２図のステツブＳ１に示す
ように、エキゾーストブレーキスイツチ（図示せ
ず）をON状態にする。

これにより、コントローラ５２においてステツ
プＳ２が実行され、弁部材３４ａおよび３４ｂが
全閉状態となるようにアクチユエータ５０が駆動
される。なおこの実施例では、エキーストブレー
キの作動時、弁部材３４ｂは全閉状態に保持され
る。

ついで、ステツプＳ３が実行されて、排気マニ
ホルド２６内の排気圧Peが排気圧センサ５３に
より検出され、コントローラ５２に伝達される。

コントローラ５２においては、排気圧Peが、
コントローラ５２内にあらかじめ設定されている
所要の圧力Peo以下であるかどうかを判断され、
イエスの場合はステツプＳ５が実行される。

ステツプＳ５においては、弁部材３４ａが閉じ
ているかどうかが判断され、イエスの場合そのま
まの状態が保持される。

また、ノーの場合は、アクチユエータ５０を作
動させて弁部材３４ａを閉作動させ、この後、ス
テツプＳ３からステツプＳ６が繰り返される。

一方、ステツプＳ４において、排気マニホルド
２６の排気圧Peが圧力Peoより大きいと判断され
た場合には、ノールートをとり、ステツプＳ７が
実行されて、アクチユエータ５０を作動させるこ
とにより、弁部材３４ａを開作動させることが行
なわれる。

このように、排気圧Peが圧力Peo以下になるま
で、ステツプＳ４、ステツプＳ７、ステツプＳ３
が繰り返され、排気圧Peが圧力Peo以下になるよ
うに弁部材３４ａの開度が調整される。

このようにして、以下のようなエキゾーストブ
レーキ効果が得られる。

すなわち、エンジンが低回転域で運転されてい
る場合、排気圧Peが動弁系に悪影響を及ぼす所
要の圧力以上に達しないため、弁部材３４ａがア
クチユエータ５０内のエア圧に抗して開作動する
ことがなく、排気圧Peが完全にシールされて、
その回転速度における最高の排気圧Peによるブ
レーキ効果が得られる。

また、エンジンが、中高回転域で運転されてい
る場合において、弁部材３４ａ，３４ｂの閉作動
の結果、排気圧Peが所要の圧力Peo以上になつた
場合、弁部材３４ａは、コントローラ５２の指示
信号にもとづきアクチユエータ５０内のエア圧に
抗して開作動される。

そして、ステツプＳ３からステツプＳ７に至る
フイードバツク制御により、アクチユエータ５０
による押圧力と排気圧Peとが釣合う位置に弁部
材３４ａは開かれ、排気マニホルド２６内の排気
圧Peは圧力Peoに保持される。

すなわち、第３図において、点線で示すよう
に、従来は、エキゾーストブレーキ効果を得るこ
とのできる排気圧Peが、エンジン回転速度にし
たがい変化し、エンジン回転速度が高いときに所
要の圧力Peoを得られるように小穴もエキゾース
トブレーキにあけられていたため、エンジン回転
速度が低いときには、著しく排気圧Peが低下す
る特性を有していた。

しかしながら、本実施例の装置によれば、排気
マニホルド２６内の排気圧Peが所要の圧力Peo以
下のときには閉状態が保たれ、排気圧Peが所要
の圧力Peo以上になつたときには、PeをPeoとす
るようにコントローラ５２を介し弁部材３４ａの
開度が自動調整されるため、エンジン回転速度に
かかわらず、所要の圧力Peoを限度としてそのエ
ンジン回転速度における最高の排気圧Peがエキ
ゾーストブレーキの排気圧Peとして作用する。

すなわち、エンジン回転数全域にわたり、十分
なエキゾーストブレーキ効果が得られるのであ
る。

このようにして、ターボ過給装置１０により、
効率のよい過給が行なわれるとともに、エキゾー
ストブレーキ効果も適確に得られるようになる。

なお、弁座３２は、大体鉛直面に対し、45度の
角度で交叉する面（必ずしも平面でなくてもよ
い）内に配置されることが最も好ましいが、その
角度は約30度から60度まで幅広く変更することが
可能であり、概ね同様の効果が得られる。

さらに本考案の応用例として、排気ガスタービ
ンハウジング内に実施例における導入路Ａ，Ｂの
他に第３の排気ガス導入路を設けることができ、
この場合第３導入路は弁を有しない導入路とする
こともできるし、上記弁部材３４，３４とは別の
第３の弁によつて開閉されるようにすることもで
きる。

〔考案の効果〕

以上詳述したように、本考案の可変容量ターボ
過給装置では、弁座に着座したときに弁部材がそ
れぞれ他方の流通路に沿うように配設されかつ弁
座を開にしたときに弁部材が開側の流通路に沿う
ように配設されるため、閉状態時の同弁部材は他
方の流通路へ流通する排気ガスの抵抗になり難
く、また開状態の上記弁部材が開側流通路へ流通
する排気ガスの抵抗になり難く、その結果排気ガ
スがタービンハウジング内へスムーズに送られ機
関の出力を向上することができるという効果が奏
される。

また弁部材は揺動腕に揺動されるスウイング式
であるため、弁部材が開いた際、同弁部材は開口
を全くふさがず、排気ガスはスムーズに開口を通
過し、タービンハウジングに送られ、機関の出力
が向上する効果が奏される。

さらに弁部材が揺動腕により揺動されて同弁部
材が開口まわりの弁座に当接することで開口を閉
にするスウイング式の弁装置であるため、当接面
積が大きいことから弁部材の摩耗が少なく、弁部
材の耐久性が向上するという効果が奏される。

さらにまた、エキゾーストブレーキを作動させ
る場合には、エンジンの回転速度にかかわらず、
排気圧が動弁系に悪影響を与える前の所定圧をコ
ントローラにより検出して弁部材を開動させてい
るため、排気弁が急激な高圧力により押し開けら
れることが少なく、排気圧が十分にエキゾースト
ブレーキに利用されるとともにエンジンの耐久性
が向上しかつ吸気系の騒音を防止できるという効
果が奏され。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は本考案の一実施例としての可変容
量ターボ過給装置を示すもので、第１図はその全
体構成を示す模式図、第２図はその作動を示すフ
ローチヤート、第３〜５図はそれぞれの特性を示
すグラフである。 １０……ターボ過給装置、１２……排気ガスタ
ービン、１４……コンプレツサ、１６……タービ
ンロータ、１８……タービンハウジング、２０…
…隔壁、２２……排気ガス入口、２２ａ，２２ｂ
……入口、２４……弁ケーシング、２６……排気
マニホルド、２８……上流開口、３０ａ，３０ｂ
……下流開口、３２ａ，３２ｂ……弁座、３４
ａ，３４ｂ……弁部材、３６ａ，３６ｂ……突
軸、３８ａ，３８ｂ……揺動腕、４０ａ，４０ｂ
……支持軸、４２……蓋、４４……隔壁、５０…
…アクチユエータ、５０ａ……リターンスプリン
グ、５１……流体圧源、５２……コントローラ、
５３……排気圧センサ、Ａ，Ｂ……排気ガス導入
路、Ｃ……弁制御機構、Pe……排気圧、Peo……
…圧力、Ｓ１〜Ｓ７……ステツプ、Ｖ……弁装
置。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 流量特性を異にする２つの排気ガス導入路をそ
   なえたタービンハウジングと、該タービンハウジ
   ングおよび排気マニホールド間に介装される弁ケ
   ーシングと、該弁ケーシング内に設けられ上記タ
   ービンハウジング端部から上記排気マニホールド
   側中間部まで延在するとともに上記排気ガス導入
   路に各々連通させる２つの流通路を形成した隔壁
   と、上記中間部側の隔壁の縁部に沿つて交叉する
   ２つの平面でかつ上記一方の平面が他方の流通路
   への排気ガス通路壁となるように形成される上記
   ２つの平面内にそれぞれ開口を有するように形成
   された弁座と、該両弁座を各々開閉するとともに
   上記弁ケーシングに各々枢支された２つの揺動腕
   を介して排気ガス流通方向下流側に開きかつ各々
   上記流通路に沿うように形成された２つの弁部材
   と、上記２つの弁部材をそれぞれ開閉させる弁制
   御機構と、上記排気マニホールド内の排気圧を検
   知する排気圧センサと、上記排気圧センサの検出
   信号に基づき上記弁部材の開閉信号を上記弁制御
   機構へ出力するコントローラとをそなえ、上記コ
   ントローラは排気ブレーキ作動時、上記排気圧が
   所定圧以上を検出した時には、上記２つの弁部材
   のいずれか一方を開くよう上記弁制御機構に信号
   を送信するとともに上記所定圧以下を検出した時
   には、該２つの弁部材の開閉状態を検知して開状
   態の上記弁部材を閉にするように上記弁制御機構
   に信号を送信することを特徴とする、可変容量タ
   ーボ過給装置。