JPS61291730A - 可変タ−ビンノズル式過給機のベ−ン駆動装置 - 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〉 本発明は可変タービンノズル式過給機のベーン駆動装置
に関する。

〈従来の技術〉 従来から、ターボチャージャと呼ばれる形式の過給機が
エンジンの出力を増大させる目的で用いられているが、
エンジンの低速域に於ては過給効果が不十分となる傾向
を有し、特に車輌用エンジンなどのように、運転速度域
が大きく変化するエンジンに対する過給を行なう上での
問題となっていた。そこで、排気タービンの上流側にベ
ーンからなる翼列を成る円周上に設け、エンジンの低速
域に於ては各ベーンを前記円周線に接する向きに傾動し
得るように、各ベーンの傾斜角を可変とすることにより
、排気タービンに流入する排気ガスの流速を増大させ、
低速域に於ける過給効果を改善し得ることが公知となっ
ている。

＜ｌ！咽が解決しようとする問題点〉 このような過給機に於ては、ベーン開度の制御手段が問
題となるが、一般に、過給圧は、機関負荷、即ちスロッ
トル開度に略比例して増大することを要する。しかしな
がら、過大な過給圧はエンジンに悪影響を及ぼすため、
成る所定の圧力に達したところで排気流を、ウェストゲ
ート弁により、タービン部よりバイパスさせることによ
り、過給圧の増大を制限するようにしている。即ち、高
負荷域では、タービン部に流入する排気ガスの流速を増
大させる必要が無く、むしろ排気ガスに対する流路抵抗
を低減させるためにベーンが開かれねばならない。

一方、スロットル弁開度が極めて小さいような低負荷域
にあっては、過給が必要でなく、むしろ排気抵抗を抑え
るべく、ベーンを開いた方が出力損失を削減する上で有
利である。

上記の説明より明らかなように、ベーンの制御を行なう
ためには、過給圧及び、スロットル開度（またはエンジ
ン負荷）を考慮した上でベーンの開度を定める必要があ
り、単純なアクチュエータによりこのような制御系を構
成することが困雌である。しかるに、制御系を複雑化す
れば、コストが高騰する上、調整等保守も厄介になりが
ちである。

このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的
は、何等構成を複雑化することなく、車輌の運転状況に
応じて最適のベーン開度を実現し得る可変タービンノズ
ル式過給機の制御装置を提供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉 このような目的は、本発明によれば、排気タービンと、
該排気タービンにより駆動されるコンプレッサと、前記
排気タービンの上流側にあって基板に傾動可能に軸支さ
れたベーンの列からなる可変タービンノズルとを有する
過給機に於ける前記ベーンを傾動させる駆動装置であっ
て、過給圧に応動する正圧アクチュエータと、吸気圧に
応動する負圧アクチュエータと、前記ベーンを傾動し得
るように、前記両アクチュエータを前記ベーンに連結さ
せる連動連結手段と、前記負圧アクチュエータの正圧領
域に於ける作動の解除手段とを有することを特徴とする
可変タービンノズル式過給機のベーン駆動装置、或いは
過給圧に応動する正圧アクチュエータと、スロットル弁
開度に応動するスロットル連動アクチュエータと、前記
ベーンを傾動し得るように前記両アクチュエータを前記
ベーンに連結させる連動連結手段とを有し、前記正圧ア
クチュエータが作動時に、前記スロットル連動アクチュ
エータの前記ベーンを閉じる向きの作動を解除し得るべ
く、前記連動連結手段により前記正圧アクチュエータと
前記スロットル連動アクチュエータとが互いに連結され
ていることを特徴とする上記形式のベーン駆動装置を提
供することにより達成される。

〈作用〉 このように、第１発明によれば、正圧アクチュエータと
負圧アクチュエータとを連動連結して併用することによ
り、機関が低負荷運転時には吸気圧が負圧領域にあるこ
とから、負圧アクチュエータを用いてベーンを開放する
ことができ、過給圧が所定値以上に昇圧した際には、正
圧アクチュエータを用いてベーンを同じく開放すること
ができる。更に、吸入圧力が正圧となる運転領域にあっ
ては負圧アクチュエータの作動を解除することにより、
両アクチュエータが互いに干渉し合う不都合を回避し得
る。

第２発明によれば、正圧アクチュエータとスロットル連
動アクチュエータとを連動連結して併用することにより
、機関が低負荷運転時にはスロットル開度が小さいこと
から、スロットル連動アクチュエータを用いてベーンを
開放することができ、負荷が成る程度大きくなるとベー
ンを閉じるが、過給圧が所定値以上に昇圧した際には、
正圧アクチュエータを用いてベーンを開放することがで
きる。

〈実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
説明する。

第１図は本発明に基づくベーン駆動装置が適用されるべ
き可変タービンノズル式過給機の排気タービン側を示し
ている。第１図に於いて図示されていない内燃機関を出
た排気ガスは、タービン人口１からタービンハウジング
２に流入するが、このとき流入面積を絞られるため流速
が増大し、高速度でスクロール部３に流入する。ここで
タービンホイール４に回転力を与えた排気ガスは、排気
出口５より図示されないマフラを経て大気中に放出され
る。

スクロール部３の背板６には、筒型をなす多数のベーン
７がタービンホイール４と同心をなす同一円周上に回動
自在に設けられ、円周方向に対する傾斜角を変化させる
ことにより、タービンホイール４への流入面積を可変し
得るようにされている。

ベーン７は背板６に穿設された軸受孔８に軸支されてお
り、背板６を貫通したベーン軸９の遊端には、拡頭突起
１０を有する円板１１が固着されている。拡頭突起１０
は、前記円板１１の環状の列を外囲するリング部材１２
の内周面に凹設された切欠部１３と係合している。この
リング部材１２の外周面は、複数のボール１４を介して
アウタレース１５と互いに同軸的に回動可能に組合わさ
れ、アウタレース１５の外周面はセンタハウジング１６
の側に固着されている。

更に、リング部材１２の適所には操作軸１７の一端が固
着され、該操作軸の他端がセンタハウジング１６に切設
された弧状スロット１８から外部に向けて突出している
。この操作軸１７を、本発明に基づくアクチュエータを
用いて弧状スロット１８に沿って移動させることにより
、ベーン７の傾斜角を調節することができる。

第２図は上記したベーンを駆動するためのアクチュエー
タの第一の実施例を示している。第２図に於て、アクチ
ュエータ２０は、比較的大径の開口を有する有底筒状の
第一ケーシング２１と、両端が異径の開口をもって連通
ずる環状の中間部材２２と、比較的小径の開口を有する
有底筒状の第二ケーシング２３とが、大径の負圧ダイヤ
フラム２４と、小径の正圧ダイヤフラム２５とをそれぞ
れの間にて挾持した上で互いに重合してなり、それぞれ
がビス２６を用いて一体的に結合されている。尚、符号
２２ａは中間部材２２内部のための息扱き孔である。

第一ケーシング２１の底壁内面にはガイドボス２６が固
設されており、その中心部及び底壁には互いに整合する
ガイド孔が穿設され、該ガイド孔内にて、シール材２７
を介してロンド２８を摺動自在に挿通支持している。こ
のロッド２８のケーシング２１内の端部には、前記負圧
ダイヤフラム２４がその両面に配されたリテーナ２９を
介して固着され、更にこの負圧ダイヤフラム２４を貫通
して中間部材側に突出したロンド先端のねじ部２８ａに
は、接続ロッド３０が螺合している。

接続ロンド３０の遊端部には、正圧ダイヤフラム２５が
その両面に配されたリテーナ３１を介してナツト３２を
用いて固着されている。また、負圧ダイヤフラム２４と
第一ケーシング２１の底壁との間にはコイルばね３３が
ガイドボス２６を外囲して介装され、常時ロッド２８を
引込む向きに付勢している。

更に、第一ケーシング２１の適所には負圧導入口３４が
、そして第二ケーシング２３の適所には正圧導入口３５
がそれぞれ嵌着され、負圧導入口３４は、カットオフバ
ルブ３７を介して、図示されないスロットル弁下流の吸
気管に接続され、正圧導入口３５は、スロットル弁上流
側の過給機出口通路に接続されている。

次に本実施例の作動の要領について説明する。

先ず、アクチュエータ２０に圧力が作用しない状態、即
ちロッド２８が引込まれた状態で過給機のベーン７が仝
閉となるように、ロッド２８と前記した操作軸１７とを
連結しておく。エンジンが截負荷運転時は、スロットル
弁下流の吸気圧が負圧の領域にあるため、第一ケーシン
グ２１と負圧ダイヤフラム２４とで郭定される負圧室３
６内が負圧となり、負圧ダイヤフラム２４が吸引される
結果、ロッド２８がベーン７を開く向きに押出される。

この状態より加速するべくスロットルを開くと負圧が減
少し、ベーン７を閉じる向きにロッド２８が移動する。

従って排気流速が増大し、好適な過給が行なわれる。次
に定速走行に移行すると、負荷の減少と共に負圧が再び
増大し、ベーン７が開かれることとなる。

成る程度高負荷運転になると吸気圧が正圧となるが、負
圧導入路に負圧Ｏで作動するカットオフパルプ３７を設
けておくことにより、吸気圧が正圧領域にある場合には
、負圧室３６に大気圧が導入されるようにして負圧アク
チュエータの作動を解除することができる。従って、こ
の場合コイルばね３３の付勢力によりベーンが閉じられ
、タービンへの排気流速が増大する。更に、所定圧力以
上に過給圧が増大した際には、正圧ダイヤフラム２５と
第二ケーシング２３とで郭定される正圧室３８内に過給
圧が導かれ、ロッド２８を押出し、ベーン７を開くこと
となる。

このように正、負両ダイヤフラムを同軸的に連設するこ
とにより、例えば、ベーンが開き始める過給圧を５００
ａｎｌ１ｇ、同じく吸気圧を一５０ｓ）Ｉａとした場合
、両ダイヤフラムの面積比を１：１０とすることにより
、差動機構等を用いることなく、１個のコイルばねのみ
で始動圧力を設定することが可能でおる。

第３図は本発明の第二の実施例の構成を示している。正
圧アクチュエータ４１は、種型のハウジング４２とカバ
ー４３との間に挾持されたダイヤフラム４４により、前
記ハウジング４２内に正圧室４５を郭定している。

ダイヤフラム４４の中心にはマスタロッド４６が固着さ
れ、カバー４３の中心孔より外部に延出された該マスタ
ロッドの遊端部は、第一の実施例と同様に操作軸１７に
連結されている。また、カバー４３とダイヤフラム４４
との間にはコイルばね４７が介装され、マスタロッド４
６を引込む向き、即ちベーン７を閉じる方向に付勢して
いる。

更にハウジング４２の適所には正圧導入口４２ａが突設
されており、図示されない過給機とスロットル弁との間
の過給気通路に接続され、過給圧を導入し得るようにさ
れている。

上記した正圧アクチュエータ４１と並設される負圧アク
チュエータ４８は、同様にカバー４９とハウジング５０
との間にダイヤフラム５１を挾持してなり、ハウジング
５０内に負圧室５２を郭定している。負圧室５２内には
コイルばね５３が介装され、ダイヤフラム５１の中心に
固着され、かつカバー４９の外部へと延出されているス
レーブロッド５４が、このコイルばね５３により押出さ
れる向きに付勢されている。このハウジング５０の適所
には負圧導入口５０ａが突設され、スロットル弁下流の
吸気管と接続されている。

これらのマスタロッド４５とスレーブロッド５４とは、
固定された支点５５を有するベルクランク５６をもって
連結されている。

次に本実施例の作動の要領について説明する。

第一の実施例で説明したように、吸気圧が負圧である領
域にあっては、負圧アクチュエータ４８がスレーブロッ
ド５４を引込む向きに駆動することから、ベルクランク
５６を介してマスタロッド４６を押出すため、ベーン７
°が開かれる。負圧が作用しない領域にあっては、マス
タロッド４６のばね付勢力の作用によりベーン７が閉じ
られる。

更に過給圧が増大すると、正圧アクチュエータ４１の正
圧室４５に過給圧力が導かれ、マスタロッド４６を押出
すため、ベーン７が開かれることとなる。また過給時に
は、負圧アクチュエータにも正圧が作用する場合がある
が、スレーブロッド５４のベルクランク５６との係合端
には、ベルクランク５６に突設されたビン５６ａを受容
するべく軸線方向に沿う長孔５４ａが切設しであるため
、負圧アクチュエータ４８の作動が解除されることとな
り、マスタロッドの運動に対して抵抗力を及ぼすことが
ない。

本実施例の場合、正負アクチュエータ４１はコイルばね
４７を圧縮するのみでマスタロッドを押し出せるのに対
して、負圧アクチュエータ４８の作動力によりマスタロ
ッド４６を押出す場合には、両アクチュエータのコイル
ばね４７．５３の付勢力に抗しなけれならない。しかし
ながら、このような作動力の差については、両ダイヤフ
ラム４４．５１の面積比のみならず、ベルクランク５７
のレバー比Ａ：Ｂを適宜に設定することにより容易に対
処することが可能である。

第４図は、本発明の第三の実施例を示している。

符＠６０は、第３図に示す正圧アクチュエータ４１と略
同−の構造を有する正圧アクチュエータであり、そのハ
ウジング６１には直径方向延出部６２．６３が一体的に
固設され、一方の延出部６２が支点６４をもって固定部
材に揺動自在に枢着されている。そして前記した実施例
と同様に、ダイヤフラムに連結されたロッド６５が操作
軸１７と接続されている。

ハウジング６１に設けられた他方の延出部６３には、軸
線方向に対向する位置に引張りコイルばね６６と、通電
時にロッド６７を引込む向きに作動する直線摺動型ソレ
ノイド６８がそれぞれ取着されており、引張りコイルば
ね６６は、アクチュエータのロッド６５を介してベーン
７を開く向きに付勢している。更に、ソレノイド６７は
スロットル開度検出器６９と電気的に接続され、成る所
定のスロットル開度にて励磁し得るようにされている。

本実施例の場合、機関が低負荷時にはコイルばね６６の
付勢力によりベーン７が開かれているが、加速時などに
は所定のスロットル開度に達したことを検出し、ソレノ
イド６８により、コイルばね６６の付勢力に抗して、か
つアクチュエータ６１仝体を含めて、ベーン７を閉じる
向きに移動させることができる。この状態で過給圧が増
大した場合には、正圧アクチュエータ６１がロッド６５
を押出す向きに作動し、ベーンを開くことができる。

第５図は本発明の第四の実施例を示している。

本実施例に於ては、正圧アクチュエータ６１ａのロッド
６５ａの先端に、第４図に示したものと同様のソレノイ
ド６８ａが固着されており、更にソレノイド６８ａのロ
ッド６７ａの遊端が操作軸１７と連結されている。この
ロッド６７ａはソレノイド内部に介装されたコイルばね
６６ａにより常時外向き付勢されている。

本実施例に於ても、スロットル開度を検出器６９ａにて
検出し、ソレノイド６８ａを励磁することによりロッド
６７ａを介してベーン７を閉じるようにされており、過
給圧が上昇した際には、アクチュエータ６１ａにより、
ソレノイド６８ａを含めてロッド６５ａを押出すことに
よりベーン７を開くようにされている。

両実施例共にスロットル開度の低い領域ではソレノイド
が作動せず、また過給圧も減少するためベーンが開かれ
ることとなる。

尚、第４図に示す実施例については、ソレノイドに代え
て、リンク、カム等を介してアクセルペダルと連結して
、アクチュエータ６１に揺動運動を与えることも可能で
ある。

〈発明の効果〉 このように本発明によれば、極めて簡便な機械的構成を
もって、ベーンを好適に制御し得るため、コストの削減
及び過給機の効率向上に多大な効果を奏することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はベーンを有する可変タービンノズル式過給機を
一部切除して示すタービン側の側面図である。 第２図は第一の実施例を示す縦断面図である。 第３図は第二の実施例を示す構成図である。 第４図は第三の実施例を示す構成図である。 第５図は第四の実施例を示す構成図である。 １・・・タービン人口　　２・・・タービンハウジング
３・・・スクロール部　　４・・・タービンホイール５
・・・排気出口　　　　６・・・背板７・・・ベーン　
　　　　８・・・軸受孔９・・・ベーン軸　　　　１０
・・・拡頭突起１１・・・円板　　　　　１２・・・リ
ング部材１３・・・切欠部　　　　１４・・・ボール１
５・・・アウタレース　１６・・・センタハウジング１
７・・・操作軸　　　　１８・・・弧状スロット２０・
・・アクチュエータ２１・・・第一ケーシング２２・・
・中間部材　　　２２ａ・・・息抜き孔２３・・・第二
ケーシング２４・・・負圧ダイヤフラム２５・・・正圧
ダイヤフラム ２６・・・ガイドボス　　２７・・・シール材２８・・
・ロッド　　　　２８ａ・・・ねじ部２９・・・リテー
ナ　　　３０・・・接続ロッド３１・・・リテーナ　　
　３２・・・ナツト３３・・・コイルばね　　３４・・
・負圧導入口３５・・・正圧導入口　　３６・・・負圧
室３７・・・カットバルブ　３８・・・正圧室４１・・
・正圧アクチュエータ ４２・・・ケーシング　　４２ａ・・・正圧導入口４３
・・・カバー　　　　４４・・・ダイヤフラム４５・・
・正圧室　　　　４６・・・マスタロッド４７・・・コ
イルばね　　４８・・・負圧アクチュエータ４９・・・
カバー　　　　５０・・・ハウジング５０ａ・・・負圧
導入口　５１・・・ダイヤフラム５２・・・負圧室　　
　　５３・・・コイルばね５４・・・スレーブロッド５
４ａ・・・長孔５５・・・支点　　　　　５６・・・ベ
ルクランク５６ａ・・・ピン ６０．６０ａ・・・正圧アクチュエータ６１．６１ａ・
・・ハウジング ６２．６３・・・延出部　６４・・・支点６５．６５ａ
・・・ロッド６６．６６ａ・・・コイルばね６７．６７
ａ・・・ロッド６８．６８ａ・・・ンレノイド６９．６
９ａ・・・スロットル開度検出器時　許　出　願　人　
本田技研工業株式会社代　　　理　　　人　　弁理士　
大　島　陽　−慎２図 第３図 第４図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気タービンと、該排気タービンにより駆動され
   るコンプレッサと、前記排気タービンの上流側にあって
   基板に傾動可能に軸支されたベーンの列からなる可変タ
   ービンノズルとを有する過給機に於ける前記ベーンを傾
   動させる駆動装置であって、 過給圧に応動する正圧アクチュエータと、 吸気圧に応動する負圧アクチュエータと、 前記ベーンを傾動し得るように、前記両アクチュエータ
   を前記ベーンに連結させる連動連結手段と、 前記負圧アクチュエータの正圧領域に於ける作動の解除
   手段とを有することを特徴とする可変タービンノズル式
   過給機のベーン駆動装置。
2. （２）前記連動連結手段が、前記両アクチュエータを直
   結する手段からなり、前記解除手段が、カットオフバル
   ブからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載のベーン駆動装置。
3. （３）前記連動連結手段がリンク・レバー機構からなり
   、前記解除手段が長孔と該長孔に受容されたピンとを有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のベ
   ーン駆動装置。
4. （４）前記排気タービンと、該排気タービンにより駆動
   されるコンプレッサと、前記排気タービンの上流側にあ
   って基板に傾動可能に軸支されたベーンの列からなる可
   変タービンノズルとを有する過給機に於ける前記ベーン
   を傾動させる駆動装置であって、 過給圧に応動する正圧アクチュエータと、 スロットル弁開度に応動するスロットル連動アクチュエ
   ータと、 前記ベーンを傾動し得るように前記両アクチュエータを
   前記ベーンに連結させる連動連結手段とを有し、 前記正圧アクチュエータが、作動時に前記スロットル連
   動アクチュエータの前記ベーンを閉じる向きの作動を解
   除し得るべく、前記連動連結手段により前記正圧アクチ
   ュエータと前記スロットル連動アクチュエータとが互い
   に連結されていることを特徴とする可変タービンノズル
   式過給機のベーン駆動装置。