JPH1089081A - 可変容量ターボチャージャの過給圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 搭載スペースおよびコスト上有利な可変容量
ターボチャージャの過給圧制御装置の提供。 【解決手段】 単一のアクチュエータ３のロッド１に、
ウエストゲートバルブ開閉駆動用のリンク７と、可変ノ
ズル開閉駆動用ロッド２とを連結した装置。所定エンジ
ン回転数領域ｂで可変ノズルのみを開き、それより高回
転数領域ｃでウエストゲートバルブを開けるようにロッ
ド１とロッド２、リンク７を連結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可変容量ターボチ
ャージャの過給圧制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ターボチャージャの過給圧制御には、可
変ノズルを用いるものと、ウエストゲートバルブを用い
るものと、その両方を用いるものとがある。可変ノズル
で過給圧を制御する場合は、可変ノズルの開度を変化さ
せタービンホイールに流入する排気ガス速度を変えてタ
ービン回転速度を制御し、ウエストゲートバルブで過給
圧を制御する場合は、ウエストゲートバルブの開度を変
えタービンをバイパスする排気ガス量を変えてタービン
の仕事量を制御する。実開昭６１−１５９６２７号公報
は、ウエストゲートバルブと可変ノズルとを備えた可変
容量ターボチャージャの過給圧制御において、可変ノズ
ルはタービン効率が急激に低下する開度より開かないよ
うにし、その状態以後はウエストゲートバルブが開くよ
うに、ウエストゲートバルブと可変ノズルの開閉を制御
している。その開閉制御を行わせるにはウエストゲート
バルブと可変ノズルの開閉にそれぞれ別々のアクチュエ
エータが必要になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アクチュエー
タを２個設けるため、過給機付きエンジンの車両への搭
載時にスペース確保に難があり、コスト面でも、アクチ
ュエータケース内に収納されるダイアフラムスプリング
等およびケースも２つずつ必要になって、コストアップ
が必然となる。本発明の目的は、ウエストゲートバルブ
と可変ノズルとを備えた可変容量ターボチャージャにお
いて、車両への搭載スペース上およびコスト面上有利な
可変容量ターボチャージャの過給圧制御装置を提供する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、ウエストゲートバルブと可変ノズルとを備えた可
変容量ターボチャージャの過給圧制御装置において、単
一のアクチュエータのロッドにウエストゲートバルブ開
閉駆動用ロッドと可変ノズル開閉駆動用リンクとを連結
した可変容量ターボチャージャの過給圧制御装置からな
る。そして、ウエストゲートバルブ開閉駆動用リンクお
よび可変ノズル開閉駆動用ロッドとアクチュエータロッ
ドとの連結構造を、所定エンジン回転数域で可変ノズル
のみを開きそれより高回転数域でウエストゲートバルブ
のみを開ける構造としてある。

【０００５】上記装置では、１つのアクチュエータによ
り可変ノズルとウエストゲートバルブを開閉するので、
従来２つ必要としていたアクチュエータが１つで済む。
その結果、アクチュエータの占めるスペースが少なくな
り、車両への搭載スペース上およびコスト面上有利にな
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１、図２は本発明の第１実施例
を示し、図３、図４は本発明の第２実施例を示し、図５
は本発明の第１、第２実施例の両方に適用できる全体構
成を示している。第１実施例と第２実施例で共通する部
分には両実施例にわたって同じ符号を付してある。ま
ず、本発明の第１、第２実施例に共通する構成を、たと
えば図１、図２、（または、図３、図４）、および図５
を参照して説明する。

【０００７】本発明実施例の可変容量ターボチャージャ
の過給圧制御装置は、図５に示すように、ウエストゲー
トバルブと可変ノズルとを備えた可変容量ターボチャー
ジャの過給圧制御装置であって、単一のアクチュエータ
３のロッド１にウエストゲートバルブ開閉駆動用リンク
７と可変ノズル開閉駆動用ロッド２とを連結した装置か
らなる。

【０００８】ターボチャージャ２０は、タービン２１と
コンプレッサ２２を有し、タービン２１はエンジン排気
通路に配置されてタービン２１内部のロータがエンジン
排気ガスのエネルギー（速度エネルギーおよび熱エネル
ギー）で回転され、コンプレッサ２２はエンジン吸気通
路に配置され、タービン２１によって駆動されて吸気を
圧縮してエンジンに過給し、それによってエンジントル
ク、エンジン出力を増大させる。過給圧（コンプレッサ
出口圧）制御は、タービン２１のロータ入口に設けた可
変ノズルの開度を制御することと、エンジン排気通路に
対してタービン２１をバイバスするように設けたバイパ
ス通路に設置されたウエストゲートバルブの開度を制御
することとによって行われる。

【０００９】図５において、可変ノズル開閉駆動用ロッ
ド２は、アクチュエータロッド１と直交方向に可動であ
り、可変ノズル開閉駆動用ロッド２がＶＣ方向に移動す
ると可変ノズルは開度小側（閉じ側）に回動し、可変ノ
ズル開閉駆動用ロッド２がＶＯ方向に移動すると可変ノ
ズルは開度大側（開き側）に回動する。可変ノズルの開
度が小になって絞られると、可変ノズルを通過してター
ビンロータに吹きつけられる排気の流速が増大し、ター
ビン回転速度が増大し、過給圧は上がり、同一排気ガス
量で可変ノズルの開度が大になって開かれると、タービ
ン回転速度が減少し、過給圧は下がる。ウエストゲート
バルブ開閉駆動用リンク７は、アクチュエータロッド１
と可変ノズル開閉駆動用ロッド２とを含む平面と同じか
それに平行な平面内で回動され、ウエストゲートバルブ
開閉駆動用リンク７がＷＣ方向に移動するとウエストゲ
ートバルブ開度小側（閉じ側）に回動し、ウエストゲー
トバルブ開閉駆動用リンク７がＷＯ方向に移動するとウ
エストゲートバルブ開度大側（開き側）に回動する。

【００１０】アクチュエータ３は、図１において、エン
ジン回転数が上がるにつれてケーシングからのロッド１
の突出量が大となるアクチュエータとされている。たと
えば、ダイアフラム室３ａには正圧（たとえば、過給
圧）が導入され、エンジン回転数が上がって過給圧が大
になるとダイアフラム３ｂをスプリング３ｃの付勢力に
抗して押しロッド１をケーシングから突出する側に動か
す。（負圧を利用する場合は３ａと反対側の室に負圧を
導入する。）

【００１１】ウエストゲートバルブ開閉駆動用リンク７
および可変ノズル開閉駆動用ロッド２とアクチュエータ
ロッド１との連結構造は、図１、図２に示すように（ま
たは、図３、図４に示すように）、所定エンジン回転数
域ｂ（図１、図２、図３、図４において、いずれの図の
ａ、ｂ、ｃ、Ａ、Ｂ、Ｃは、他の図のａ、ｂ、ｃ、Ａ、
Ｂ、Ｃに対応する、また、図１〜図４では可変ノズルを
ＶＮ、ウエストゲートバルブをＷＧＶと略して示してあ
る）で可変ノズルのみを開き、領域ｂより高回転数域ｃ
で可変ノズル全開状態にてウエストゲートバルブのみを
開け，領域ｂより低回転数域ａでウエストゲートバルブ
と可変ノズルの両方を閉側にするように設定されてい
る。

【００１２】可変ノズル開閉駆動用ロッド２とアクチュ
エータロッド１との連結構造４は、つぎのようになって
いる。ロッド１には溝（スロットを含む）６が形成され
ており、この溝６に可変ノズル開閉駆動用ロッド２に連
結されたピン２ａが摺動可能に嵌められている。溝６
は、図１においてロッド１の軸方向に延びる第１の部分
６ａと、第１の部分６ａの上端から湾曲しながら上方に
かつＶＯ側に延びる第２の部分６ｂと、第２の部分６ｂ
の上端からロッド１の軸方向と平行な方向に上方に向か
って延びる第３の部分６ｃとからなっている。

【００１３】図２のエンジン低回転数領域ａでは、図１
で可変ノズル開閉駆動用ロッド２のピン２ａはロッド１
の溝６の第１の部分６ａと摺動可能に嵌合している。こ
の状態では可変ノズルは閉の状態にある。図２のエンジ
ン回転数領域ｂ（領域ａよりは回転数大）では、図１で
可変ノズル開閉駆動用ロッド２のピン２ａはロッド１の
溝６の第２の部分６ｂと摺動可能に嵌合している。図１
でＡからＢの状態になるときに、可変ノズル開閉駆動用
ロッド２はＶＯ側に移動されて、可変ノズルを閉から開
にする。図２のエンジン高回転数領域ｃ（領域ｂより回
転数大）では、図１で可変ノズル開閉駆動用ロッド２の
ピン２ａはロッド１の溝６の第３の部分６ｃと摺動可能
に嵌合している。この状態では、可変ノズルは開のまま
である。

【００１４】図２で回転数域ａとｂとの境界点Ａでは、
可変ノズル開閉駆動用ロッド２のピン２ａとロッド１の
溝６との位置関係は、図１のＡの状態にある。図２で回
転数域ｂとｃの境界点Ｂでは、可変ノズル開閉駆動用ロ
ッド２のピン２ａとロッド１の溝６との位置関係は、図
１のＢの状態にある。図２で回転数域ｃでＢから離れた
点Ｃでは、可変ノズル開閉駆動用ロッド２のピン２ａと
ロッド１の溝６との位置関係は、図１のＣの状態にあ
る。

【００１５】ウエストゲートバルブ開閉駆動用リンク７
とアクチュエータロッド１との連結構造５は、つぎのよ
うになっている。図２のエンジン回転数領域ａおよび回
転数Ａでは、ウエストゲートバルブ開閉駆動用リンク７
は図１のＡの位置（ウエストゲートバルブを閉とする回
動位置）にあり、その位置においてアクチュエータロッ
ド１と連結している。図２のエンジン回転数領域ｂおよ
び回転数Ｂでは、ウエストゲートバルブ開閉駆動用リン
ク７は図１のＢの位置（ウエストゲートバルブを閉とす
る回動位置）にあり、その位置においてアクチュエータ
ロッド１と連結している。図２のエンジン回転数領域ｃ
および回転数Ｃでは、ウエストゲートバルブ開閉駆動用
リンク７は図１のＣの位置（ウエストゲートバルブを開
とする回動位置）にあり、その位置においてアクチュエ
ータロッド１と連結している。ウエストゲートバルブ開
閉駆動用リンク７が、図１の位置ＢからＣに回動すると
きに、ウエストゲートバルブを閉から開にし、そのとき
には可変ノズルは開のままである。

【００１６】つぎに、本発明の各実施例に特有な構成
（第１実施例と第２実施例はウエストゲートバルブ開閉
駆動用リンク７とアクチュエータロッド１との連結構造
５において異なる）を説明する。本発明の第１実施例
の、ウエストゲートバルブ開閉駆動用リンク７とアクチ
ュエータロッド１との連結構造５では、ウエストゲート
バルブ開閉駆動用リンク７に、リンク７に軸方向に形成
された溝（スロットを含む）７ｃに嵌合されたピン７ａ
を介して連結されている。アクチュエータロッド１には
軸方向に延びる溝（スロットを含む）８が形成されてお
り、ピン７ａが溝８に摺動可能に嵌合している。

【００１７】図２の回転数領域ａ、ｂおよび回転数Ａで
は、図１のＡの状態に示すように、ピン７ａと溝８の上
端点との間には間隙があり、ウエストゲートバルブ駆動
用リンク７は支点７ｂまわりに回動しない。図２の回転
数Ｂでは、図１のＢの状態に示すように、ピン７ａと溝
８の上端点とが接触する。図２の回転数領域ｃおよび回
転数Ｃでは、図１のＣの状態に示すように、ピン７ａと
溝８の上端点とが接触しており、ウエストゲートバルブ
開閉駆動用リンク７は支点７ｂまわりに回動する。

【００１８】ただし、第１実施例では、図２の回転数領
域ａ、ｂおよび回転数Ａでは、図１のＡの状態に示すよ
うに、ピン７ａと溝８の上端点との間には間隙があり、
ウエストゲートバルブが排気の背圧により若干開き排気
がウエストゲートバルブを通して少し洩れるかもしれ
ず、洩れた場合は回転数領域ａ、ｂで過給圧上昇性能が
若干低下するかもしれない。それを解決するのがつぎに
述べる本発明の第２実施例である。

【００１９】本発明の第２実施例の、ウエストゲートバ
ルブ開閉駆動用リンク７とアクチュエータロッド１との
連結構造５では、図３、図４に示すように、ウエストゲ
ートバルブ開閉駆動用リンク７は、リンク７に形成され
た溝（スロットを含む）７ｃに嵌合されたピン７ａを介
してアクチュエータロッド１に連結されており、アクチ
ュエータロッド１によって支点７ｂまわりに回動され
る。ウエストゲートバルブ開閉駆動用リンク７の回動と
連動してウエストゲートバルブ１２が回動し、タービン
をバイパスするバイパス通路１１を開閉する。ウエスト
ゲートバルブ１２は、扇形のバルブからなる。

【００２０】ウエストゲートバルブ１２の弧長ｖはバイ
パス通路１１の弧長ｐよりも長くしてあり、可変ノズル
開閉駆動用ロッド２のピン２ａがロッド１の溝６の第１
および第２の部分６ａ、６ｂに摺動している時、ウエス
トゲートバルブ１２は回動方向に回動するが、この時の
回動量とウエストゲートバルブの弧長Ｖとバイパス通路
１１の弧長Ｐの差を同じにすることで、図３のＡ、Ｂの
バイパス通路１１閉状態が保たれるようになっている。
したがって、ウエストゲートバルブ１２閉じ時におけ
る、排気ガス洩れが低減し、タービン回転数を上昇で
き、過給圧をより上昇させることができる。なお、１３
はウエストゲートバルブ１２が過度に回転することを防
止するストッパである。

【００２１】つぎに、作用を説明する。本発明の第１、
第２実施例に共通な作用としては、単一のアクチュエー
タロッド１により、可変ノズル開閉駆動用ロッド２が動
かされるとともに、ウエストゲートバルブ開閉駆動用リ
ンク７が動かされる。可変ノズル開閉駆動用ロッド２の
可変ノズル開閉タイミングとウエストゲートバルブ開閉
駆動用リンク７のウエストゲートバルブ開閉タイミング
がずれているが、溝６、溝８の形状が図１に示すように
設定されていることにより、または溝６、バルブ１２と
通路１１の形状、位置関係が図３に示すように設定され
ていることにより、エンジン回転数領域ａでは、可変ノ
ズル閉、ウエストゲートバルブ閉の作動を、エンジン回
転数領域ｂでは、可変ノズルが閉から開、ウエストゲー
トバルブ閉の作動を、エンジン回転数領域ｃでは、可変
ノズルが閉から開、ウエストゲートバルブ閉から開の作
動を、それぞれ、行わせることができる。アクチュエー
タ３を単一とすることにより、２つ設けていた従来に比
べて、アクチュエータの占めるスペースが小さくなり、
アクチュエータ３を含む過給付きエンジンを車両に搭載
することがスペース上、作業上、容易になる。また、ア
クチュエータを構成するケーシング、ダイアフラム、ス
プリングなどの個数も従来の半分になり、コストダウン
がはかられている。

【００２２】本発明の第１実施例に特有な作用として
は、エンジン回転数領域ａ、ｂでは、ウエストゲートバ
ルブが閉状態でウエストゲートバルブ開閉駆動用リンク
７の位置を積極的に保持しようとする力が開閉機構にか
からないので、ウエストゲートバルブがタービンハウジ
ングのスクロールを流れるガス、つまり背圧によって、
若干開き気味になる可能性があるが、可変ノズルによる
過給圧立ち上がり効果が大きいため、若干開いても、十
分な過給圧立ち上がり効果が得られる。図２において、
点線は従来のウエストゲートバルブのみによる過給圧立
ち上がりを示し（ａ、ｂではウエストゲートバルブは閉
じ、Ｂ点で開いていく場合）、実線は本発明の第１実施
例によるウエストゲートバルブと可変ノズルとの両方を
用い、領域ｂで可変ノズルを開いていき、領域ｃでウエ
ストゲートバルブを開いていく場合を示している。

【００２３】本発明の第２実施例に特有な作用として
は、エンジン回転数領域ａ、ｂでは、ウエストゲートバ
ルブ１２がバイパス通路１１を完全閉に保つので、図４
に示すように、エンジン回転数領域ａ、ｂ（ウエストゲ
ートバルブ１２閉じ時）において、第１実施例よりも排
気のバイパス通路１１への洩れが少なくなり、タービン
回転数が上がり、したがって過給圧が上昇され、立ち上
がり性能が向上される。図４には、比較のために、本発
明の第１実施例の場合と、従来のウエストゲートバルブ
のみで過給圧制御を行う場合とを、併せて示してある。

【００２４】

【発明の効果】請求項１の装置によれば、単一のアクチ
ュエータのロッドにウエストゲートバルブ開閉駆動用リ
ンクと可変ノズル開閉駆動用ロッドとを連結したので、
従来２つ必要としていたアクチュエータが１つで済む。
その結果、アクチュエータの占めるスペースが少なくな
り、車両への搭載スペース上およびコスト面上有利にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の可変容量ターボチャージ
ャの過給圧制御装置の各作動状態での概略正面図であ
る。

【図２】本発明の第１実施例の可変容量ターボチャージ
ャの過給圧制御装置の過給圧／エンジン回転数の特性図
である。

【図３】本発明の第２実施例の可変容量ターボチャージ
ャの過給圧制御装置の各作動状態での概略正面図であ
る。

【図４】本発明の第２実施例の可変容量ターボチャージ
ャの過給圧制御装置の過給圧／エンジン回転数の特性図
である。

【図５】本発明の第１実施例、第２実施例に共通に適用
できる、可変容量ターボチャージャの過給圧制御装置
の、エンジン下面から見た、全体図である。

【符号の説明】

１ アクチュエータロッド ２ 可変ノズル開閉駆動用ロッド ３ アクチュエータ ６ 溝 ７ ウエストゲートバルブ開閉駆動用リンク ８ 溝 １１ バイパス通路 １２ エストゲートバルブ ２０ ターボチャージャ ２１ タービン ２２ コンプレッサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエストゲートバルブと可変ノズルとを
   備えた可変容量ターボチャージャの過給圧制御装置にお
   いて、単一のアクチュエータのロッドにウエストゲート
   バルブ開閉駆動用リンクと可変ノズル開閉駆動用ロッド
   とを連結したことを特徴とする可変容量ターボチャージ
   ャの過給圧制御装置。