JPS5818522A - タ−ボ過給機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の排気ガスを動力源とする排気タービ
ンで駆動されるコンプレッサで過給用空気を供給するタ
ーボ過給機に関するものである。

この種のターボ過給機では、内燃機関の回転速度および
負荷の高低によって上記コンプレッサの出力すなわら過
給圧力が左右されるから、速度および負荷の高い領域で
は機体の耐圧強度を上回る高圧空気の過給を供給できる
反面、低速低負荷領域では過給機出力が所要の最低出力
に達しないというような場合が起こりやすい。また低速
低負荷領域での過給出力を高めるため、排気タービンの
ケース内流路断面積を小さくして流路内ガス流を加速す
る手段をとると、高速高負荷領域での過給出力ないしタ
ービン出力が内燃機関ないしタービンの耐圧強度限界を
超えてしまうことが多い。

この問題点の対策として、過度の過給圧力を検知し、こ
の検知出力に応動する制御弁により、タービンに流入す
る排気ガスの一部を外部へ排出するバイパス制御方式が
従来行われている。しかし例えば自動車用内燃機関のよ
うに特に負荷範囲の広い場合には、低速低負荷時に会わ
せて狭くした流路断面積では、高速高負荷時の排ガス流
に対して、上記バイパス制御方式によるバイパスｌ十分
にとることができずに過過給状態〆なりやすい。

また仮に十分にバイパスさせ得たとしても、この場合の
バイパス量は有効に利用し得べき排ガス全量に対する割
合が大きく、それだけ排気ガスの有効エネルギーの回収
率を低下させるから、内燃機関の動力性能や燃費率の悪
化にもつながる。

このような高速高負荷時のバイパスによる無駄を避ける
ためタービンケース内流路断面積を犬きくすれば、低速
低負荷時には断面積過大のためガス流速が低過ぎて、タ
ービン出力の低下によりコンプレッサによる所要空気量
の供給が不可能となり、機関の動力特性の極端な低下が
避けられない。

なおまた、前記問題点の他の対策として、タービンケー
ス内の流路を部分し、低速時には一方の流路にのみガス
流を通じ、高速高負荷時には両方の流路に共にガス流を
通ずるという方式も試みられている。しかしこの方式で
は片流路から両流路への切換時に排気ガス流速の不連続
的な急激変化のため、過給特性の不連続変化により機関
の運転性の不安定化をもたらし運転困難な状態を生じや
すいという難点が大きい。

本発明は従来のターボ過給機の上述のような各問題点を
併せ解決することを目的Ａし、前掲の特許請求の範囲に
記載した特徴を有するものである。

本発明ターボ過給機の一実施例を第１図ないし第４図に
示す。第１図は付属装置の概略系統図を含むタービンケ
ース側面図、第２図はタービンケースの一部切断側面図
、第３図はタービンケースの第２図とは異なる部分の一
部断面を含む装置系統図、第４図は動作説明用曲線図で
ある。

第１図ないし第３図において、１は排気ガスタービンの
ケース、２は内燃機関の各シリンダ３からの排気ガスを
集合管４から供給されるタービンケース１のガス入口部
、５はタービン羽根車、６は該羽根車５の前端縁、７は
該羽根車前端縁６に臨むガス流路ノズル部、８はタービ
ンケース１のガス流路を内蔵する渦巻室、９は該渦巻室
８内のガス流路をガス導流方向に沿って主通路１０およ
び副通路１１に部分する仕切管、１２はケース１の外壁
の一部に沿って形成されたバイパス排気部１３と主通路
１０との間を該主通路のガス入口付近で連通ずるバイパ
ス孔、１４はバイパス排気部１３を外気から遮断する蓋
１，１５はタービン羽根車５を通過した排気ガスの出口
で、上記ノ；イノζス排気室１３は適宜のガス通路（図
示せず）を介して排気ガス出口１５に連通している。１
６は上記バイパス孔１２のガス通流量を制御する／（イ
／くス弁、１７は該バイパス弁１６の操作リンク、１８
はバイパス弁１６の開度を上記操作リンク１７および連
結部１９を介して制御するアクチュエータ、２０は上記
タービン羽根車５によって駆動されるコン７’　ｖツサ
、２１は該コンプレッサ２０かう吐出される圧力空気の
一部を上記アクチュエータ１８に導く導管、２２は上記
主、副側通路１０．１１間連通制御室、３０は該室の蓋
板、？３は上記主副側通路１０および１１間の連通口、
２４は該連通口２３に対する開閉制御弁、２５は該開閉
制御弁２４の開閉操作部、２６．は操作リンク、２７は
該リンク２６および操作部２５を介して開閉制御弁２４
を作動させるアクチュエータ、２８はコンプレッサ２０
から上記アクチュエータ２７に導かれる圧力導管２１．
２１′間に介在連結された導流制御弁、２−９は該導流
制御弁２８による圧力空気通流量を負荷検出装置３１や
機関吸入空気流量計３′２あるいは適宜の機関回転数検
出器（図示せず）の各出力信号のいずれかまたは適宜の
組合わせ信号に応じて制御する電気的または流体的制御
装置である。

上記アクチュエータ１８はコンプレッサ２０の吐出圧力
空気の一部により導管２１を介して付勢され、該空気圧
力に応じて上記バイパス弁１６によるバイパス孔１２の
排出ガス量を制御するが、この制御動作は、機関が低速
低負荷領域で運転されている間は作動せず、該領域を超
えた状態において作動するように、アクチュエータ１８
および上記バイパス弁１６とそれらに関連する部分の作
動条件が設定されている。また上記アクチュエータ２７
に導管２１および２１′を介して導かれる上記圧力空気
の流量が制御弁２８および制御器２９に負荷および／ま
たは機関吸入空気量に応じて制御され、これにより前記
主副側通路１０．１１間の連通口２３に対する開閉制御
弁２４の開閉動作が制御される。この制御動作は機関が
高速高温状態に達するまでは作動せず、該状態に達した
とき作動するように、アクチュエータ２７および開閉制
御弁２４とそれらに関連する部分の作動条件が設定され
ている。

第４図は上記のターボ過給機を取付けだ内燃機関の回転
数を横軸にとり、上記コンプレッサ２０の吐出する空気
圧力比と、上記バイパス弁１６および開閉制御弁２４の
各開度とをそれぞれ縦軸にとった曲線図である。読図に
おいて、ａ−ｂ、ａ’−ｂ’およびａ　”　−ｂ　”は
それぞれ低速低負荷領域における圧力比、バイパス弁１
６の開度、および開閉制御弁２４の開度を示す。この状
態においてタービン羽根車１に導入された排気ガスは全
部が主通路１０のみを通過してタービン羽根車５に送ら
れるが、この条件下での最適の過給特性が得られるよう
に主通路１０の断面積を選定しておくものとする。

いま機関回転数ないし負荷の増加に伴なってコンプレッ
サ吐出圧力比がｂ点を超えた後も上記連通口２４および
バイパス孔１２が閉じられた１まであると仮定すると、
吐出圧力比は０点にまで増大して過給能力の限界を超え
る危険状態に達する。

また、従来の一方式のようにｂ点において上記開閉制御
弁２４の開放作動により主副側通路１０．１１間を連通
させた場合には、排気タービンケース１内のガス流断面
積の急増に伴うガス圧の急減２　のだめ、タービン羽根
車５およびコンプレッサ２０の回転速度が急低下し、し
たがって該コンプレッサ２０の吐出空気の圧力比が第４
図す点から例えばｈ・点に１で急落する。その結果、−
たん主通路単流から副通路並流に切換作動させられた開
閉制御弁２４は再び元の不作動状態に戻って副通路１１
への連通が遮断され、そのため吐出圧力比が再びｈ点ま
で急上昇するという急速反転動作が繰返えされる、いわ
ゆるノ・ンチング現象を生ずる。

このような現象は、例えば連通制御弁２４の切換作動が
第４図Ｃ点で行われるよ′うに設定した場合にもｃ−ｄ
間において生ずることは明らかである。

これに対して上記本発明実施例では、コンプレッサ２０
の吐出圧力比が第４図す点に達したとき導管２１を通じ
て送られる空気圧力の上昇により、アクチュエータ１８
の作動が開始され、リンク１７および連結部１９を介し
てバイパス孔１２に苅するバイパス弁１６の開弁動作が
開始される。

これにより第４図す点からｆ点までの機関回転数の上昇
に応じて主通路１０内に送られる圧力上昇した排気ガス
の余剰分は、バイパス孔１２を通じてバイパス排気室１
３に放出され、さらにタービンに排気出口に送られて外
気に排出される。これにより主通路１０からタービン羽
根車４に送られる排気ガス流量が一定に制御される結果
、コンプレッサ２０の吐出空気圧力も第４図ｂ−ｆで示
されるように一定水準に保たれ、過大な圧力上昇が避け
られる。

機関回転数が第４図ｆ点よりさらに上昇すると、このま
までは主通路１０に供給される排気ガスの圧力が一層増
大して、バイパス孔１２を通じて排出される排気ガス量
の、ａ増による利用可能なエネルギーの無駄が甚だしく
なる。これに対して上記本発明実施例では、機関回転数
が第４図ｆ点で示されるような高速高負荷状態に達した
とき、コンプレッサ２０の吐出圧力の増加と負荷検出装
置３１および／または空気流量計３２の各出力信号に応
する制御器２９による導流制御弁２８の作動とに応じて
、アクチュエータ２７が作動し、リンク２６および操作
部２５を介して開閉制御弁２４による主副両逆路間の遮
断状性」″から連通開放状態Ｃ″−ｅ″に切換えられ、
それま・で主通路１０にの、み流れていた排気ガスは副
通路１１にも分派して両通路１０，１１を並流する。す
なわら主通路１０を流れる排気ガス量は副通路１１への
分流の分だけ減少するから、この減少に応動してバイパ
ス弁１６の開度が第４図Ｃ′からｄ′に減少ＩＬ、それ
だけバイパス孔１２から無駄に排出される排気ガスの有
効エネルギーの損失を軽減できる。開閉制御弁２４の開
放状態が第４図ｃ″−ｅ″で示されるとき、バイパス弁
１６の開度は回転数に応動してｄ′・−ｅ′のように変
化し、これにより主通路１０内の排気ガ′スの圧力上昇
に伴う余剰流量はすべてバイパス孔１２を通じて排出さ
れ主通路１０内の圧力上昇を抑える。副通路１１内の圧
力上昇も間接的に抑えられるから、結局両道路１０．１
１内からノズル７を通じてタービン羽根車４に導かれる
合流ガスの圧力はほぼ一定に保たれ、その結果としてコ
ンプレッサ２０の吐出圧力比も第４図ｆ−ｇで示すよう
に一定化される。

以上の実捲例についての説明から明らかなように、本発
明のターボ過給機は、過給機駆動タービンに苅する排気
ガス導流方式として、それぞれ一長一短のあるガス流バ
イパス排気方式とガス流断面積切換方式とを内燃機関の
運転状態の変化との関連のもとに互いに結びつけたこと
により、過給用タービンに供給される排気ガスの有効エ
ネルギーの損失を最少限度に抑えながら、大きな圧力変
動を伴わない安定な過給動作を可能ならしめた点に顕著
な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明過給機の一実施例を示し、
第１図は概略側面図、第２図は一部縦断側面図、第３図
は一部断面図を含む概略説明線図　　・第４図は動作説
明用曲線図である。 １・・・タービンケース、２・・・タービン入口、３・
・・機関シリンダ、４・・・排気集合管、５・・・ター
ビン羽根車、６・・・羽根前端縁、７・・・ノズル、８
・・・渦巻室、９・・・仕切壁１．１０・・・主通路、
副通路、１２・・・バイパス孔、１３・・・バイパス排
気部、１４・・・蓋、１５・・・排気ガス出口、１６・
・・バイパス弁、１７・・・リンク、１８・・・アクチ
ュエータ、１９・・・連結部、２０・・・コンプレッサ
、２１．２１′・・・圧力空気導管、２３・・・連通口
、２４・・・開閉制御弁、２５・・・開閉操作部、２６
・・・リンク、２７・・・アクチュエータ、２８・・・
導流制御弁、２９・・・制御器、３０・・・蓋、４１　
Ｂ 島　？　口 篤　３　ロ ￥、　　４−１ｆｆｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関の排気ガスが排気タービンケース内の排気
   ガス通路を通ってタービン羽根車に導かれ、該タービン
   羽根車によって機関過給用コンプレッサを駆動する過給
   方式において、上記排気ガス通路が導流経路に沿って主
   通路および副通路に二分され、該主通路に導かれた排気
   ガスに対するバイパス排気部と、該バイパス排気部およ
   び上記主通路間連通用のバイパス孔と、該バイパス孔の
   通流制御弁およびそのアクチュエータと、上記主通路の
   入口材付における上記副通路との間の連通部と、該連通
   部の開閉制御弁およびそのアクチュエータとが設けられ
   、上記機関が高速高負荷領域に達す′るまでは上記副通
   路への連通を遮断し、低速低負荷領域の間は上記バイパ
   ス孔の連通を遮断し、低速低負荷領域を超えたとき該バ
   イパス孔の通流制御を開始し、高速高負荷領域に達した
   とき上記主通路および副通路間を連通させるように上記
   各制御弁およびアクチュエータの作動条件をそれぞれ設
   定したことを特徴とするターボ過給機。 ２、上記各アクチュエータを上記コンプレッサの吐出圧
   力に応じて駆動するようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のタルボ過給機。 ３、上記機関の空気吸入量に応じて上記アクチュエータ
   の作動量を制御する手段を設けたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載のターボ過給機。 ４、上記機関の回転数および負荷に応じて上記アクチュ
   エータの作動量を制御する手段を設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載のタ
   ーボ過給機。