JPS61123717A - タ−ボ過給機の可変ノズル制御装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明はタービンに排気ガスを導びく導入口に開閉弁機
構を設は九ターメ過給機の可変ノズル制御装置に関する
。

〈従来の技術〉 ターボ過給機は、エンジンからの排気ガスの通路内に配
設されたタービンと、このタービンに連結されると共に
エンジンへの吸入空気の通路内に配設されたコンプレッ
サとを備え、エンジンから排出される排気ガスによりタ
ービンが回転駆動されるに伴なってコンプレッサを回転
駆動し、エンジンの燃焼室へ多責の吸入空気を送給する
ものである。

ところで、上記の如き従来のターボ過給機にあっては、
エンジン回転数が小さいとき、すなわち排気ガスの流量
が少ないときにはタービンの回転速度が低下する九め、
吸入空気量の十分なる増大機能全発揮できないという問
題があった。

そこで、本願出願人は上記問題を解決することを目的と
して、既に第４図に示すような可変ノズル式のターゲ過
給１！！ヲ開発した。

第４図に示すように、ターざ過給機はエンジンの排気ガ
スの排気通路内に配設されｍタービン１とエンジンの吸
気通路内に配設されたコンプレッサとから形成されてお
り、エンジンの排気ガスによってタービン１が回転駆動
され、このタービン１の駆動にともないタービン１と同
軸上に装着されたコンプレッサを回転駆動し、エンジン
の燃焼室内に供給される吸入空気の充填効率を高める構
成になっている。また、タービン１の排気ガスの導入口
には開閉弁機構２が配設されている。この開閉弁機構２
は可動リング３、複数の可動ベーン４・・・および各可
動ベーン４・・・を可動リング３に連結する複数の連結
ロッド５・・・によって形成されている。前記各可動ベ
ーン４・・・はそれぞれピン６・・・を中心に回動可能
に設けられており、可動リング３が第４図中で時計方向
に回動する動作にとも表い各可動ベーン４・・・がピン
６・・・を中心に時計方向に回動操作されるとともに、
可動リング３が反時計方向に回動する動作にともない各
可動ベーン４・・・がピン６・・・を中心に反時計方向
に回動操作されるようになっている。この開閉弁機構２
は駆動機構７によって駆動されるようになっている。こ
の駆動機構７はアクチュエータであるシリンダ８、第１
１第２の各電磁切換弁９．１０およびエアタンク１１に
よって形成されている。前記シリンダ８の内部には第１
．第２の各ピストン１２．１３が配設されているととも
に、第１゜第２の各ストン／４１４，１５がそれぞれ設
け・られている。第１のストツノぐ１４はシリンダ８内
の中間部に取付けられており、第１のストツノ４１４に
よってシリンダ８の内部に第１．第２の各圧力室１６．
１７がそれぞれ形成されている。

第２のストッパ１５は第２の圧力室１７側の端面に突設
されている。第１の圧力室１６の内部には第１のピスト
ン１２が、第２の圧力室１７の内部には第２のピストン
１３がそれぞれ配置されている。第１のピストン１２の
ピストンロッド１２ａは第１のストン／４’１４の中央
に設けられた挿通孔１８内に挿通されており、このピス
トンロッド１２ａが挿通孔１８にガイドされた状態で第
１のピストン１２が第１の圧力室１７内で往復動作を行
なうようになっている。第２のピストン１３のピストン
ロッド１３ａはシリンダ８の第２の圧力室１７側の端面
に設けられた挿通孔１９′ｔ−介して外部に突出されて
おジ、連結部材２０を介して可動リノグ３に連結されて
いる。この第２のピストン１３のピストンロッド１３ａ
にはコイルばね２１が巻装されている。そして、第２の
ピストン１３は第２の圧力室１７内で往復動作可能にな
っているとともに、常時はこのコイルばね２１の付勢力
によって第１のストツノ４１４に押し付けられた状態で
保持されている。シリンダ８には第１の圧力室１６側の
端面に第１の通気孔２２、第２の圧力室１７側の周管面
に第２の通気孔２３がそれぞれ形成されている。そして
、第１の通気孔２２には第１の送気管２４の一端部、第
２の通気孔２３には第２の送気管２５の一端部がそれぞ
れ連結されている。第１の送気管２４の他端部は第１の
電磁切換弁９、第２の送気管２５の他端部は第２の電磁
切換弁１０にそれぞれ連結されている。

第１の電磁切換弁９には排気管２６および第３の送気管
２７、第２の電磁切換弁１０には排気管２８および第４
の送気管２９がそれぞれ連結されている。そして、第１
の電磁切換弁９によって第１の送気管２４と排気管２６
とが連通された状態または第１の送気管２４と第３の送
気管２７とが連通された状態にそれぞれ切換操作される
とともに、第２の電磁切換弁１０によって第２の送気管
２５と排気管２８とが連通され次状態または第２の送気
管２５と第４の送気管２９とが連通された状態にそれぞ
れ切換操作されるようになっている。前記第３および第
４の各送気管２７．２９はそれぞれ連通されているとと
もに、それぞれエアタンク１１からエアが供給されるよ
うになっている。そして、第１゜第２の各電磁切換弁９
，１０が第１．第２の各送気管２４．２５と各排気管２
６．２８とをそれぞれ連通させた状態に切換操作された
場合には第２のピストン１３はコイルばね２１の付勢力
によって第１のストッパ１４に押し付けられた基準位置
に保持されるようになっている。まｔ、第１の電磁弁９
が第１の送気管２４と第３の送気管２７とを連通させ次
状態に切換操作されるとともに第２の電磁切換弁１０が
第２の送気管２５と排気管２８とを連通させた状態に切
換操作された場合にはエアタンク１１から第３゜第１の
各送気管２７，２４ｔ−介して第１の圧力室１６内に供
給されるエアによって第１のピストン１２が第１のスト
ツノ４１４に押し付けられるとともに、この第１のピス
トン１２のピストンロッド１２ａによって第２のピスト
ン１３がコイルばね２１の付勢力に抗して移動され、第
２のピストン１３が第１．第２の両ストッパ１４．１５
間の第１の変位位置で保持されるようになっている。第
１．第２の各電磁切換弁９゜１０が第１．第２の各送気
管２４．２５と第３゜＠４の各送気管２７．２９と全そ
れぞれ連通させた状態に切換操作され九場合にはエアタ
ンク１１から第３．第１の各送気管２７．２４’に介し
て第１の圧力室１６内にエアが供給されるとともに、第
４．第２の各送気管２９．２５ｔ−介して第２の圧力室
１７内にもエアが供給されるので、第２のピストン１３
がｔＩＸ２のストッパ１５に押し付けられた第２の変位
位置で保持されるようになっている。したがって、々■
２のピスト／１３は第１．第２の各電磁切換弁９．１０
の切換操作にもとづき基準位置、第１の変位位置および
第２の変位位置の３段階に移動操作されるようになって
おり、この第２のピストン１３が基準位置に保持されて
いる場合には可動リンク３および各可動ベーン４・・・
はその開度が最大となり、タービン１の排気ガス導入口
の開口面積を大きく開いた通常状態で保持され、また、
第２のピストン１３が第２の変位位置に移動操作された
場合には第２のピストン１３の移動動作にともない可動
リング３が第１図中・で時計方向に回動されるとともに
各可動ベーン４・・・がビン６・・・を中心にそれぞれ
時計方向に回動され、その開度が最小となってタービン
１の排気ガス導入口の開口面積を絞った絞り状態で保持
され、また、第２のピストン１３が第１の変位位置に移
動操作された場合には第２のピストン１３の移動動作に
ともない可動リング３および各可動ベーン４・・・がそ
れぞれ中間状態に移動操作され、その開度が最大と最小
の中間であるタービン１の排気ガス導入口の開口面積を
通常状態と絞り状態との間の状態に絞った中間絞り状態
で保持されるようになっている。

一方、３０は自動本本体のアクセルペダル、３１はこの
アクセルペダル３０のアクセル開度からエンジン負荷を
検出する負荷センサ、３２はエンジンの回転数Ｎｅを検
出する回転数センサである。これらの負荷センサ３１お
よび回転数センサ３２からの出力信号はコントローラ３
３に入力されるようになっている。このコントローラ３
３はエンジンの回転数およびエンジン負荷に応じて駆動
機構７を制御するものである。すなわち、エンジン負荷
を検出して、このエンジン負荷が所定値（例えば６５％
）未満であれば駆動機構７ｔ−制御して可動ベー／４・
・・を前記通常状態に保持する。これは、低負荷領域で
は吸入空気過剰率が十分に大きく、良好な燃焼が行われ
るためであシ、可動ベーン４・・・を前記絞り状態や前
記中間絞り状態としてタービン１の排気ガス導入口の開
口面積を絞ると、かえって吸排気のポンピング損失が増
大して燃費を悪化させてしまうからである。

一方、エンジン負荷が所定値以上である場合には、エン
ジン回転数Ｎｅ　を検出して所定値Ｎｅｔ　ＩＮｅｗ　
、　（但し、Ｎｅ１　）　Ｎｅｚ、例えばＮｅｔ　＝　
１３５０　ｒｐｍＮｅ、＝　１７５Ｏｒｐｍ　）　　と
比較する。そして、Ｎｅ＜Ｎｅｔ、すなわちエンジン回
転数が極めて小さいときには、可動ベーン４・・・を絞
り状態に保持する。

この結果、第５図中実線で示すように、エンジン回転数
の増大に対応して、エンジンの燃焼室への吸入空気圧（
以下、ブースト圧という）Ｐｂが大きな増大率にて増大
し、吸入空気量の十分なる増大機能が奏せられる。また
、Ｎｅｌ≦Ｎｅ　＜　Ｎｅｔ　。

Ｎｅ≧Ｎｃ４のときには、可動ベーン４・・・全それぞ
れ中間絞り状態９通常状態に保持する。この結果、第５
図に実線で示すように、エンジン回転数のそれぞれに適
した増大率にてブースト圧ｐｂが増大し、十分なる増大
機能にて吸入空気ｉｉ力力漕増大れる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上述した可変ノズル式のターボ過給機は、定常状態にお
いては第５図中実線で示すような特性を奏し、十分なる
吸入空気量の増大機能を達成するものであるが、例えば
風雨の発進加速時や追抜き加速時等のようにエンジン負
荷が小さく且つブースト圧が低い状態から一気にアクセ
ルペダルを踏込む本うな過渡時にあっては次のような不
具合があって。すなわち、第５図中に点線で示すように
、ブースト圧ｐｂが十分に上昇していないにもかかわら
ず、エンジン回転数Ｎｅの増大に応じて可動ベーンの開
度が最大側へ展性してしまい、ターボ過給機による所期
の加速性能を得られなかつ文。

本発明は上記従来の事情に鑑みなされにもので、燃費全
悪化させることなく発進加速性能や追抜加速性能等の過
渡時における性能向上を達成するターＩ過給機の可変ノ
ズル制御装置を提供すること金目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明に係るターボ過給機の可変ノズル制御ｉｍｕ、エ
ンジンからの排気ガスによって駆動されるターボ過給機
のタービンへ該排気ガスを導び〈導入口に配設された開
閉弁機構と、前記開閉弁機構を駆動して前記導入口の面
積を可変する駆動機構と、エンジン回転数を検出する回
転数センサと、エンジン負荷を検出する負荷センサと、
前記ターボ過給機から前記エンジンへ送給される吸入空
気圧を検出するブースト圧センサと、前記エンジンと前
記タービンとの間の排気ガス圧を検出する排気圧センサ
と、前記回転数センサ、前記負荷センサ、前記プニスト
王センサ及び前記排気圧センサからの出力信号が入力さ
れて、エンジン負荷が所定値以上である場合において吸
入空気圧が所定値以上若しくは吸入空気圧が所定値未満
且つ排気ガス圧が所定値以上のときには前記駆動機構を
制御してエンジン回転数の増大に対応して前記導入口の
面積を増大させる一方、エンジン負荷が所定値以上であ
る場合において吸入空気圧が所定値未満且つ排気ガス圧
が所定値未満のときには前記駆動機構を制御してエンジ
ン回転数に係わらず前記導入口の面積を最小の状態に保
持させるコントローラとを備えたこと全特徴とする。

く作用〉 エンジン負荷が所定値以上の場合において、吸入空気圧
（ブースト圧）が所定値未満且つ排気ガス圧が所定値未
満であるときには、エンジン回転数に係わらずタービン
の排気ガス導入口の開口面積を最小の状態に保持し、ブ
ースト圧の増大率を大きくして発進加速性能等の向上を
達成する。また、このように制御するのは、排気ガス圧
が所定値未満のときとして排気ガス導入口の開口面積を
最小に絞ってしまうことにより排気ガス圧が所定値以上
とならないようにしているため、排気ガス圧が高圧状態
となることによシ生ずる燃費の悪化をも防止している。

く実施例〉 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。尚
、従来と同一部分については同一符号を付して重複する
説明は省略する。

本実施例に係るターボ過給機の可変ノズル制御装置の概
略構成を表す第１図に示すように、従来のものに較べて
、ブースト圧ｐｂを検出するブースト圧センサ４１と、
エンジンの排気気口とタービン１への排気導入口との間
における排気ガス圧を検出する排気圧センサ４２とが設
けられている。グースト圧センサ４１は例えばエンジン
のインテークマニホウルド内からブースト圧ｐｂを検出
し、排気圧センサ４２はエグゾーストマニホウルド内、
例えばタービン１への排気導入口部分での排２ガス圧Ｐ
ｉｔｔ−検出する。

また、コントローラ４０にはグースト圧センサ４１、排
気圧センサ４２それぞれからの出刃傷号も入力されるよ
うＫなっており、従って、このコントローラ４０は従来
のコントローラ３３に較べてブースト圧ｐｂ及び排気ガ
ス圧Ｐｉｔに基づいた制御機能が付加されている。尚、
コントローラ４０のその他の機能は前記コントローラ３
３と同一である。

上記構成の可変ノズル制御装置の作用は第２図に示すフ
ローチャートに従ってなされる。

マス、エンジン負荷を検出して、このエンジン負荷が所
定値（例えば６５％）未満であれば、駆動機構７′ｆ、
制御して一可動ペーン４・・・を開度最大の状態（通常
状態）に保持する。一方、エンジン負荷が所定値以上で
ある場合には、ブースト圧Ｐｂを検出して最大ブースト
圧Ｐｂｍａｘと比較する。ここに、最大ブースト圧Ｐｂ
ｍａｘはエンヅ／のシリンダ簡円圧上限等の条件から、
エンジンの機種毎に定められるものであるが、他の条件
により適宜定めても良い。この比較の結果、Ｐｂ≧Ｐｂ
ｍａｘの場合にはエンジン回転数Ｎｅ　’に検出して所
定値Ｎｅ、と比較し、駆動機構７を制御して、Ｎｅ＜　
Ｎｅ、のときには可動ベー／４・・・上中間の開度（中
間絞り状Ｂ）に、Ｎｅ上Ｎｅ、のときには可動ベーン４
・・・全最大の開度に保持する。この結果、第３図中実
巌で示すように、最大・ブースト圧Ｐｂｍａｘ以下の範
囲でエンジン回転数Ｎｅの増大に応じて大きな増大率に
てブースト圧Ｐｂが増大し、吸入空気量の十分なる増大
機能が奏せられる。

また、前記比較の結果、Ｐｂ＜　Ｐｂｍａｘの場合には
、排気ガス圧Ｐｉｔｔ−検出して最大排気ガス圧ＰＩｔ
ｍａｘと比較する。ここＫ、最大排気ガス圧Ｐｉ　ｔ　
ｍａＸは燃費悪化を引き起さない範囲の最大値であり、
エンジンの機種毎に定められるものである。この比較の
結果、Ｐｉｔ　＜　Ｐｉｔｍａｘの場合には駆動機構７
を制御して、可動べ一／４・・・をエンジンの回転数Ｎ
に係わりなく最小の開度（絞り状態）に保持する。この
結果、デースト玉島はエンジン回転数の増大に伴って極
めて大きな増大率にて増大することとなる。従って、発
進加速時や追抜き加速時等のようにブースト圧が低い状
態から一気にアクセル波タルを踏込むような過渡時にあ
っても、第３図中点線で示すようにブースト圧式の増大
が持続され、燃費全悪化させることなくターゲ過給機に
よる所期の加速性能を得ることができる。

また、上記比較の結果、Ｐｉｔ≧Ｐｉｔｍａｘの場合に
は、エンジン回転数Ｎｅを検出して前述と同じ条件によ
り可動ベーン４・・・の開度を中間又は最大に保持する
。すなわち、排気ガス圧Ｐｉｔが高圧状態にあるにも係
わらず可動ベーン４・・・の開度上最小にしてしまうこ
とはなく、排気ガス圧Ｐｉｔの更なる上昇全回避するこ
とができる。この結果、第３図中一点鎖線で示すように
、排気ｆス圧ＰｉｔはＰｉｔｍａｘ以下の範囲内に抑え
られ、排気抵抗の増大による燃費の悪化が防止される。

尚、エンジン負荷に対する所定値及びエンジン回転数に
対する所定値は上記実施例に限定されるものではなく、
これらはエンジンやターゲ過給機の機種毎に設定される
ものである。また、可動ベーン開度の切換段数は２段以
上であれば良く、無段階的に可動ベーン開ｆｔ−可変と
するものであっても艮い。また、コントローラにコンパ
レータやマイコン制御を用い罠ものを用いにものである
が、他に電子がパナ等の公知の子役を応用することもで
きる。また、駆動機構７は空気圧式以外にも例えば油圧
式、を気弐等のものでも良い。

〈発明の効果〉 本発明によれば、ブースト圧が比較的低い伏態にあって
も排気ガス圧がちまり裏圧とならない範囲で、タービン
の排気ガス導入口の開口面積全校るようにし７？ｊ’ｊ
め、燃費を悪化させてしまうことなく、発進加速時や追
抜き加速時等の過渡時においてタープ過給機の機能を十
分に発揮させた加速性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例に係り、ＷＪ１図は
ターざ過給機の可賀ノズル制御装置の概略構成図、第２
図はフローチャート、第３図はブースト圧及び排気ガス
圧の特性図、第４図は従来のターぎ過給機の可変ノズル
制御装置の概略構成図、第５図はそのブースト圧の特、
性図である。 図面中、 １はタービン、 ２は開閉弁機構、 ７は駆動機構、 ３１は負荷センサ、 ３２は回転数センサ ４０はコントローラ、 ４１はブースト圧センサ、 ４２は排気圧センサである。 ％＋７′ｆ出願人 三使目動車工業抹式会社 代　　　理　　　人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンからの排気ガスによつて駆動されるターボ過給
   機のタービンへ該排気ガスを導びく導入口に配設された
   開閉弁機構と、前記開閉弁機構を駆動して前記導入口の
   面積を可変する駆動機構と、エンジン回転数を検出する
   回転数センサと、エンジン負荷を検出する負荷センサと
   、前記ターボ過給機から前記エンジンへ送給される吸入
   空気圧を検出するブースト圧センサと、前記エンジンと
   前記タービンとの間の排気ガス圧を検出する排気圧セン
   サと、前記回転数センサ、前記負荷センサ、前記ブース
   ト圧センサ及び前記排気圧センサからの出力信号が入力
   されて、エンジン負荷が所定値以上である場合において
   吸入空気圧が所定値以上若しくは吸入空気圧が所定値未
   満且つ排気ガス圧が所定値以上のときには前記駆動機構
   を制御してエンジン回転数の増大に対応して前記導入口
   の面積を増大させる一方、エンジン負荷が所定値以上で
   ある場合において吸入空気圧が所定値未満且つ排気ガス
   圧が所定値未満のときには前記駆動機構を制御してエン
   ジン回転数に係わらず前記導入口の面積を最小の状態に
   保持させるコントローラとを備えたことを特徴とするタ
   ーボ過給機の可変ノズル制御装置。