(57)【要約】【課題】可変ターボチャージャにおいて、可変ターボチャージャの効率をエンジン低速域から高速域まで広く十分に確保し、搭載自由度を確保すること。【解決手段】エンジン１１の吸気管１２に挿入されたコンプレッサ２１と、エンジン１１の排気管１３に挿入されたタービン２２と、タービン２２容量を可変とし、エンジン１１に供給する過給圧を制御する第１バルブ２４と、コンプレッサ２１とタービン２２とを連結するシャフト２３とを備えた可変ターボチャージャ２０において、エンジン１１の吸気管１２にコンプレッサ２１の吐出側と吸入側とを連結し、コンプレッサ２１をバイパスするバイパス通路２５を設けると共にバイパス通路２５中に第２バルブ２６を配設し、第１及び第２バルブ２４，２５を、それぞれ異なるエンジン回転域において可変開閉制御すること。【選択図】      図１
2004324522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気管に挿入されたコンプレッサと、
前記エンジンの排気管に挿入されたタービンと、
該タービン容量を可変とし、前記エンジンに供給する過給圧を制御する第１バルブと、
前記コンプレッサとタービンとを連結するシャフトとを備えた可変ターボチャージャにおいて、
前記エンジンの吸気管に前記コンプレッサの吐出側と吸入側とを連結し、前記コンプレッサをバイパスするバイパス通路を設けると共に該バイパス通路中に第２バルブを配設し、
前記第１及び第２バルブを、それぞれ異なる前記エンジン回転域において可変開閉制御することを特徴とする可変ターボチャージャ。
【請求項２】
前記第１バルブは負圧制御バルブによって開閉制御し、前記第２バルブは正圧制御バルブによって開閉制御し、前記負圧制御バルブはその出力負圧が可変とされるもので、負圧制御バルブの出力負圧範囲において第１バルブの開度が第２開度から第１開度の間の所定開度間で変化し、前記正圧制御バルブはその出力正圧が可変とされるもので、正圧制御バルブの出力正圧範囲において第２バルブの開度が第２開度から第１開度の間の所定開度間で変化することを特徴とする請求項１に記載の可変ターボチャージャ。
【請求項３】
前記第１及び第２バルブを負圧制御バルブによって開閉制御し、前記負圧制御バルブはその出力負圧が可変とされるもので、負圧制御バルブの第１の出力負圧範囲において第１バルブ及び第２バルブの一方の開度が第２開度から第１開度の間の所定開度間で変化し、負圧制御バルブの第２の出力負圧範囲において第１バルブ及び第２バルブの他方の開度が第２開度から第１開度の間の所定開度間で変化することを特徴とする請求項１に記載の可変ターボチャージャ。
【請求項４】
前記第１バルブを第１負圧制御バルブによって開閉制御し、第２バルブを第２負圧制御バルブによって開閉制御することを特徴とする請求項３に記載の可変ターボチャージャ。
【請求項５】
前記第２バルブは、設定圧以上で開弁し、前記コンプレッサの吐出側の吸気を吸入側へリリーフするリリーフバルブとしたことを特徴とする請求項１に記載の可変ターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、過給機付エンジンにおける過給圧をエンジン低速域から高速域まで広く十分に確保する可変ターボチャージャに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ターボチャージャの効率をエンジン低速域から高速域まで広く十分に確保する可変ターボチャージャとしては、エンジンの吸気管に挿入されたコンプレッサと、エンジンの排気管に挿入されたタービンと、タービン容量を可変とし、エンジンに供給する過給圧を制御する第１バルブと、コンプレッサとタービンとを連結するシャフトとを備えた可変ターボチャージャにおいて、エンジンの排気管にタービンをバイパスするバイパス通路を設けると共にバイパス通路中に第２バルブを配設し、第１及び第２バルブを、それぞれ異なるエンジン回転域において可変開閉制御するものがある。
【０００３】
しかしながら、この可変ターボチャージャは、８００℃以上の高温にさらされるタービン側に第１バルブと第２バルブの２つのバルブを有しているために、バルブが１つの場合に比べ、信頼性が低下する。また、耐熱材料が必要なため、コスト面でも不利となる。更に、第２バルブを制御するためのアクチュエータが必要であり、タービン側ひいてはターボチャージャが大型化し、エンジンへの搭載性が非常に不利となる。また、第２バルブの位置と第１バルブの位置の相対位置に制約もあるため、搭載自由度が少ないといった懸念があった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−５４４４６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、可変ターボチャージャの効率をエンジン低速域から高速域まで広く十分に確保し、搭載自由度を確保することを、その技術的課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した技術的課題を解決するために請求項１の発明にて講じた技術的手段は、エンジンの吸気管に挿入されたコンプレッサと、前記エンジンの排気管に挿入されたタービンと、該タービン容量を可変とし、前記エンジンに供給する過給圧を制御する第１バルブと、前記コンプレッサとタービンとを連結するシャフトとを備えた可変ターボチャージャにおいて、前記エンジンの吸気管に前記コンプレッサの吐出側と吸入側とを連結し、前記コンプレッサをバイパスするバイパス通路を設けると共に該バイパス通路中に第２バルブを配設し、前記第１及び第２バルブを、それぞれ異なる前記エンジン回転域において可変開閉制御するようにしたことである。
【０００７】
上記した手段によれば、エンジンの吸気管にコンプレッサの吐出側と吸入側とを連結し、コンプレッサをバイパスするバイパス通路を設けると共にバイパス通路中に第２バルブを配設し、それぞれ異なるエンジン回転域において可変開閉制御するようにしたことにより、可変ターボチャージャの信頼性を向上できると共に、可変ターボチャージャを小型化でき、搭載自由度を向上することができる。また、エンジン回転域の全域に渡って所定の過給圧を確保することができる。更に、過給された吸気の温度は２００℃以下であり排気に比べ低く、流体密度が大きいため、第２バルブが小型化でき、耐熱部材も不要とすることができる。
【０００８】
また、上記した技術的課題を解決するために請求項２の発明にて講じた技術的手段は、前記第１バルブは負圧制御バルブによって開閉制御し、前記第２バルブは正圧制御バルブによって開閉制御し、前記負圧制御バルブはその出力負圧が可変とされるもので、負圧制御バルブの出力負圧範囲において第１バルブの開度が第２開度から第１開度の間の所定開度間で変化し、前記正圧制御バルブはその出力正圧が可変とされるもので、正圧制御バルブの出力正圧範囲において第２バルブの開度が第２開度から第１開度の間の所定開度間で変化するようにしたことである。
【０００９】
上記した手段によれば、第１バルブは負圧制御バルブによって開閉制御し、第２バルブは正圧制御バルブによって開閉制御するようにしたことにより、負圧を用いることなく第２バルブを作動させることができると共に、エンジン側負圧の消費を低減できる。
【００１０】
また、上記した技術的課題を解決するために請求項３の発明にて講じた技術的手段は、前記第１及び第２バルブを負圧制御バルブによって開閉制御し、前記負圧制御バルブはその出力負圧が可変とされるもので、負圧制御バルブの第１の出力負圧範囲において第１バルブ及び第２バルブの一方の開度が第２開度から第１開度の間の所定開度間で変化し、負圧制御バルブの第２の出力負圧範囲において第１バルブ及び第２バルブの他方の開度が第２開度から第１開度の間の所定開度間で変化するようにしたことである。
【００１１】
上記した手段によれば、第１バルブと第２バルブを負圧制御バルブによって開閉制御できるので、制御装置を簡単な構成とすることができる。
【００１２】
また、上記した技術的課題を解決するために請求項４の発明にて講じた技術的手段は、前記第１バルブを第１負圧制御バルブによって開閉制御し、第２バルブを第２負圧制御バルブによって開閉制御するようにしたことである。
【００１３】
上記した手段によれば、第１バルブと第２バルブの開閉制御をスムーズ、且つきめ細かく行なうことができる。
【００１４】
また、上記技術的課題を解決するためにとった第５の技術的手段は、前記第２バルブは、設定圧以上で開弁し、前記コンプレッサの吐出側の吸気を吸入側へリリーフするリリーフバルブであることとしたことである。
【００１５】
上記した手段によれば、第２バルブは、設定圧以上で開弁し、コンプレッサの吐出側の吸気を吸入側へリリーフするリリーフバルブとしたことにより、制御が簡素で、構造が小型化できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１に第１の実施形態として示す可変ターボチャージャにおいて、エンジン１１は吸気管１２と排気管１３とを備えており、吸気管１２中には可変ターボチャージャ２０のコンプレッサ２１が、排気管１３中には可変ターボチャージャ２０のタービン２２がそれぞれ配設されている。コンプレッサ２１のコンプレッサロータ２１ａとタービン２２のタービンロータ２２ａはシャフト２３によって連結されており、排気管１３を流れる高温高圧の排気ガスによって回転するタービンロータ２２ａを駆動源として、シャフト２３を介してコンプレッサロータ２１ａを回転駆動する。可変ターボチャージャ２０を構成する一般的な構成部品、例えばハウジングや軸受け、冷却機構は図１では省略している。
【００１８】
可変ターボチャージャ２０は、タービン２２が内周側排気通路（内周スクロール）２２ｂ、外周側排気通路（外周スクロール）２２ｃと可変制御バルブ（第１バルブ）２４を備えており、可変制御バルブ２４の開度を制御してタービン２２のタービン容量を可変とし、エンジンに供給する過給圧を制御できる。図１において、可変制御バルブ２４はタービン２２に形成された開口２２ｄを開いており、内周側排気通路２２ｂにも外周側排気通路２２ｃにも排気ガスが流れる。図示しないが、可変制御バルブ２４が開口２２ｄを閉じると排気ガスは内周側排気通路２２ｂのみを流れる。なお、可変制御バルブ２４が開口２２ｄの開度を連続的に可変制御することで、外周側排気通路２２ｃを流れる排気ガス量が可変制御される。一方、吸気管１２には、コンプレッサ２１の吐出側と吸入側とを連結し、コンプレッサ２１をバイパスするバイパス通路２５が接続されており、バイパス通路２５中にはバイパスバルブ（第２バルブ）２６が配設されている。このバイパスバルブ２６を可変開閉制御することにより過給圧を可変とすることができる。
【００１９】
可変制御バルブ２４は弁体２４ａと弁体２４ａを駆動する負圧アクチュエータ２４ｂを備えている。また、バイパスバルブ２６は弁体２６ａと弁体２６ａを駆動する正圧アクチュエータ２６ｂを備えている。アクチュエータ２４ｂは負圧によって駆動制御されるもので、負圧の供給量は負圧制御バルブ２７によって制御される。アクチュエータ２６ｂは正圧によって駆動制御されるもので、正圧の供給量は正圧制御バルブ２６ｃによって制御される。負圧制御バルブ２７および正圧制御バルブ２６ｃはそれぞれ図示しないソレノイド機構を備えており、エンジン１１やエンジン１１が搭載される自動車の諸条件に応じてエンジン１１の要求過給圧が決まり、この要求過給圧に従って制御装置２９がソレノイド機構の通電を制御する。ソレノイド機構への通電は、単位時間あたりの通電時間と非通電時間を０％から１００％の間の任意のデューティ比を適宜選択しながら行う。なお、エンジン１１の吸気負圧を負圧源２８および過給圧を正圧源２６ｄとして利用する。
【００２０】
負圧制御バルブ２７が出力する負圧量（負圧の供給量）は、任意の範囲に設定することができ、デューティ比１００％の時に最大値とし、デューティ比０％の時に最小値とする。可変制御バルブ２４のアクチュエータ２４ｂは、図示しないスプリングやダイアフラムの諸元を適宜設定して、バルブ開度特性を設定することができる。即ち、アクチュエータ２４ｂに印加される負圧量が最小値の時は、可変制御バルブ２４の開口２２ｄに対する開度は全開状態にある。そして、アクチュエータ２４ｂに印加される負圧量が最小値から最大値までの間に、可変制御バルブ２４の開口２２ｄに対する開度は全開（第２開度）状態から比例的に全閉（第１開度）状態へと変化していく。
【００２１】
また、正圧制御バルブ２６ｃが出力する正圧量（正圧の供給量）は、デューティ比１００％の時に最大値をとり、デューティ比０％の時に最小値をとる。バイパスバルブ２６のアクチュエータ２６ｂは、図示しないスプリングやダイアフラムの諸元を適宜設定して、バルブ開度特性を設定することができる。即ち、アクチュエータ２６ｂに印加される正圧量が最小値の時は、バイパスバルブ２６の開度は全閉状態にある。そして、アクチュエータ２６ｃに印加される正圧量が最小値から最大値までの間に、バイパスバルブ２６の開度は全閉状態から比例的に全開状態へと変化していく。
【００２２】
以上の特性をもつ負圧制御バルブ２７、可変制御バルブ２４、正圧制御バルブ２６ｃおよびバイパスバルブ２６を、図２に示すようにエンジン回転数に応じて制御することで、可変ターボチャージャ２０は図３に示すように要求過給圧を確保することができる。つまり、負圧制御バルブ２７のソレノイド機構への通電を、エンジン低速域ではデューティ比１００％のもとで行い、中速域ではデューティ比を１００％から０％の範囲で可変して行い、そして、正圧制御バルブ２６ｃのソレノイド機構への通電を、高速域ではデューティ比を０％から１００％の範囲で可変して行う。従って、エンジン低速域では可変制御バルブ２４及びバイパスバルブ２６は共に全閉状態に保たれ、中速域ではバイパスバルブ２６を全閉状態に保ったまま可変制御バルブ２４を全閉から全開の間で可変制御し、そして高速域では可変制御バルブ２４を全開に保ったままバイパスバルブ２６を全閉から全開の間で可変制御する。
【００２３】
このように第１の実施の形態では、負圧制御バルブ２７および正圧制御バルブ２６ｃを使って負圧制御アクチュエータ２４ｂおよび正圧制御アクチュエータ２６ｂを制御している。従って、可変ターボチャージャの信頼性を向上できると共に、可変ターボチャージャを小型化でき、搭載自由度を向上することができる。また、エンジン回転域の全域に渡って所定の過給圧を確保することができる。更に、過給された吸気の温度は２００℃以下であり排気に比べ低く、流体密度が大きいため、第２バルブが小型化でき、耐熱部材も不要とすることができる。
【００２４】
また、バイパスバルブ２６を正圧制御バルブ２６ｃによってデューティ比を適宜選択する制御によって駆動制御したが、ＯＮ−ＯＦＦによる制御であってもよい。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施の形態を図４を基に説明する。なお、図４について図１と同一の部分には同じ番号・符号を付すことで、それらの説明を省略する。図４において、バイパス通路２５中に配設されたバイパスバルブ（第２バルブ）２２６は、弁体２６ａと弁体２６ａを駆動する負圧アクチュエータ２２６ｂを備えている。アクチュエータ２２６ｂは、負圧制御バルブ２７よって駆動制御される。つまり、第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは異なり、アクチュエータ２４ｂ，２２６ｂが単一の負圧制御バルブ２７によって駆動制御される。
【００２６】
可変制御バルブ２４は第１の実施の形態と同様に制御されるが、バイパスバルブ１２６は図５に示すように、エンジン１１の低中速域では全閉（第１開度）を保つが、高速域においては全開（第２開度）となる。
【００２７】
負圧制御バルブ２７が出力する負圧量は、デューティ比１００％の時に最大値をとり、デューティ比０％の時に最小値をとる。バイパスバルブ２２６のアクチュエータ２２６ｂは、図示しないスプリングやダイアフラムの諸元を適宜設定して、バルブ開度特性を設定することができる。即ち、アクチュエータ２２６ｂに印加される負圧量が最小値の時は、バイパスバルブ２２６の開度は全開状態にある。そして、アクチュエータ２２６ｂに印加される負圧量が最大値から最小値までの間に、バイパスバルブ２６の開度は全閉状態から比例的に全開状態へと変化していく。
【００２８】
このように第２の実施の形態では、負圧制御バルブ２７を使って負圧制御アクチュエータ２４ｂおよび負圧制御アクチュエータ２２６ｂを制御している。従って、第１バルブと第２バルブを負圧制御バルブによって開閉制御できるので、制御装置を簡単な構成とすることができる。また、エンジン１１への可変ターボチャージャ２０による過給をエンジン回転域の全域に渡って要求過給圧を確保することができる。
【００２９】
次に、本発明の第３の実施の形態を図６を基に説明する。なお、図６について図４と同一の部分には同じ番号・符号を付すことで、それらの説明を省略する。図６において、バイパス通路２５中に配設されたバイパスバルブ（第２バルブ）３２６は、弁体２６ａと弁体２６ａを駆動する負圧アクチュエータ２２６ｂを備えている。アクチュエータ２２６ｂは負圧制御バルブ３２７よって駆動制御される。つまり、第３の実施の形態では、第２の実施の形態とは異なり、各アクチュエータ２４ｂ，２２６ｂが異なる負圧制御バルブ２７，３２７によってそれぞれ駆動制御される。
【００３０】
このように第３の実施の形態では、負圧制御バルブ２７および負圧制御バルブ３２７を使って負圧制御アクチュエータ２４ｂおよび負圧制御アクチュエータ２２６ｂを制御している。従って、第１バルブと第２バルブの開閉制御をスムーズ、且つきめ細かく行なうことができる。また、エンジン１１への可変ターボチャージャ２０による過給をエンジン回転域の全域に渡って要求過給圧を確保することができる。
【００３１】
次に、本発明の第４の実施の形態を図７を基に説明する。なお、図７について図６と同一の部分には同じ番号・符号を付すことで、それらの説明を省略する。図７において、バイパス通路２５中に配設されたバイパスバルブ（第２バルブ）４２６は、弁体４２６ａを所定の略要求過給圧でリリーフするリリーフバルブ（安全弁）を備えている。また、バイパスバルブ４２６は、スィッチングバルブ（ＯＮ−ＯＦＦ制御バルブ）４２７を介して負圧源２８から負圧が供給される。
【００３２】
可変制御バルブ２４が全開になったとき、スィッチングバルブ４２７が作動する。このとき、バイパスバルブ４２６は、スィッチングバルブ４２７を介して供給される所定の負圧とバイパスバルブ４２６の弁体４２６ａを付勢する閉弁荷重とがバランスしている。バイパスバルブ４２６は、過給圧が所定の略要求過給圧になると開弁される。
【００３３】
このように第４の実施の形態では、上述した構成により、要求過給圧を確保している。従って、制御が簡素で、構造が小型化できる。また、エンジン１１への可変ターボチャージャ２０による過給をエンジン回転域の全域に渡って要求過給圧を確保することができる。
【００３４】
なお、本発明の実施形態は、可変制御バルブの制御により内周側排気通路および外周側排気通路を流れる排気ガス量を制御する可変ターボチャージャに限定するものではなく、コンプレッサ側にバイパス通路を持ち、主に負圧制御により過給圧を制御する可変ターボチャージャの全てに適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、エンジンの吸気管にコンプレッサの吐出側と吸入側とを連結し、コンプレッサをバイパスするバイパス通路を設けると共にバイパス通路中に第２バルブを配設し、それぞれ異なるエンジン回転域において可変開閉制御するようにしたことにより、可変ターボチャージャの信頼性を向上できると共に、可変ターボチャージャを小型化でき、搭載自由度を向上することができる。また、エンジン回転域の全域に渡って所定の過給圧を確保することができる。更に、過給された吸気の温度は２００℃以下であり排気に比べ低く、流体密度が大きいため、第２バルブが小型化でき、耐熱部材も不要とすることができる。
【００３６】
請求項２の発明によれば、第１バルブは負圧制御バルブによって開閉制御し、第２バルブは正圧制御バルブによって開閉制御するようにしたことにより、負圧を用いることなく第２バルブを作動させることができると共に、エンジン側負圧の消費を低減できる。
【００３７】
請求項３の発明によれば、第１バルブと第２バルブを負圧制御バルブによって開閉制御できるので、制御装置を簡単な構成とすることができる。
【００３８】
請求項４の発明によれば、第１バルブと第２バルブの開閉制御をスムーズ、且つきめ細かく行なうことができる。
【００３９】
請求項５の発明によれば、第２バルブは、設定圧以上で開弁し、コンプレッサの吐出側の吸気を吸入側へリリーフするリリーフバルブとしたことにより、制御が簡素で、構造が小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における可変ターボチャージャの構成図を示す。
【図２】図１に示す可変ターボチャージャの制御状態を示す表を示す。
【図３】図１に示す可変ターボチャージャの、エンジン回転数と過給圧の関係を示すグラフを示す。
【図４】本発明の第２の実施形態における可変ターボチャージャの構成図を示す。
【図５】図４に示す可変ターボチャージャの制御状態を示す表を示す。
【図６】本発明の第３の実施形態における可変ターボチャージャの構成図を示す。
【図７】本発明の第４の実施形態における可変ターボチャージャの構成図を示す。
【符号の説明】
１１・・・エンジン
１２・・・吸気管
１３・・・排気管
２０・・・可変ターボチャージャ
２１・・・コンプレッサ
２２・・・タービン
２３・・・シャフト
２４・・・可変制御バルブ（第１バルブ）
２５・・・バイパス通路
２６・・・バイパスバルブ（第２バルブ）
【図１】
2004324522.tif 000003
【図２】
2004324522.tif 000004
【図３】
2004324522.tif 000005
【図４】
2004324522.tif 000006
【図５】
2004324522.tif 000007
【図６】
2004324522.tif 000008
【図７】
2004324522.tif 000009