(57)【要約】【課題】ウエストゲートバルブを作動するアクチュエータをブースト圧と大気圧とに基づいて制御することにより、低地での性能を犠牲にすることなく大気圧の低い高地での過回転を防止することができ、且つ安価なターボチャージャの過回転防止装置を提供する。【解決手段】ターボチャージャの過回転防止装置であって、ターボチャージャのタービンをバイパスするバイパス通路に配設されたウエストゲートバルブを作動するアクチュエータはコンプレッサより下流側の吸気通路とブースト管によって連通された正圧室と負圧源に負圧管によって連通された負圧室とを備えおり、該負圧室には大気圧に対応して設定された目標圧になるように負圧が供給されるように構成されている。【選択図】        図１
2004169650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設されたタービンと内燃機関の吸気通路に配設され該タービンによって駆動されるコンプレッサとを備えたターボチャージャと、該タービンをバイパスするバイパス通路に配設されたウエストゲートバルブと、該ウエストゲートバルブを作動するアクチュエータと、を具備するターボチャージャの過回転防止装置において、
該アクチュエータは、該コンプレッサより下流側の該吸気通路とブースト管によって連通された正圧室と、負圧源に負圧管によって連通された負圧室とを備えており、
該負圧管に配設され該負圧室内の圧力を調整する圧力調整弁と、
該負圧室内の圧力を検出する圧力検出センサと、
大気圧を検出する大気圧検出センサと、
該大気圧検出センサおよび圧力検出センサからの検出信号に基づいて該圧力調整弁を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、大気圧に対応する該負圧室の目標圧を記憶する記憶手段を具備しており、該大気圧検出センサによって検出された大気圧と圧力検出センサによって検出された該負圧室内の圧力とに基づいて、該負圧室内の圧力が該目標圧になるように該圧力調整弁を制御する、
ことを特徴とするターボチャージャの過回転防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に装備されたターボチャージャの過回転防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボチャージャを装備して内燃機関においては、ターボチャージャの過回転を防止するためにウエストゲート機構を備えている。このウエストゲート機構は、タービンをバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路に配設されたウエストゲートバルブと、該ウエストゲートバルブをブースト圧によって作動せしめるアクチュータとからなっている。このように構成されたウエストゲート機構は、アクチュータ内に配設されたリターンスプリングおよびウエストゲートバルブに作用する排気圧とアクチュータの駆動源となるブースト圧とのバランスによってウエストゲートバルブが開閉される。言い換えると、リターンスプリングのセット荷重およびウエストゲートバルブに作用する排気圧によって、ブースト圧即ちターボチャージャのコンプレッサ出口圧が決定されることになる。
【０００３】
さて、標高が高い地域においては大気圧が低くなり、この大気圧が低い状態で作動するターボチャージャは、コンプレッサの入口圧と出口圧との圧力比が増大する。この結果、タービンの回転速度が増加し、最悪の場合には最大許容回転速度を越えてターボチャージャが破損する虞がある。標高の高低差が大きい地域で走行する車両に搭載された内燃機関のターボチャージャにおいては、大気圧が低い高地での過回転を防止するために低地での性能を犠牲にしてブースト圧を低めに設定するか、圧力比に十分余裕のある大容量ターボチャージャを採用しなければならない。
【０００４】
上記問題を解消するものとして、ウエストゲートバルブを配設したバイパス通路の上流側の排気通路に第２のバイパス通路を形成し、該第２のバイパス通路にソニックノズルを備えた逃がし弁を配設し、ターボチャージャの回転速度が過回転域に達したら逃がし弁を開弁するようにしたターボチャージャの過回転防止装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２０００８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
而して、上記公報に開示されたものは、ウエストゲートバルブの外に第２のバイパス通路を形成し、該第２のバイパス通路に配設するソニックノズルを備えた逃がし弁を配設する必要があり、構造が複雑となるとともに製造コストが増大するという問題がある。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術的課題は、ウエストゲートバルブを作動するアクチュエータをブースト圧と大気圧とに基づいて制御することにより、低地での性能を犠牲にすることなく大気圧の低い高地での過回転を防止することができ、且つ安価なターボチャージャの過回転防止装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決するために、内燃機関の排気通路に配設されたタービンと内燃機関の吸気通路に配設され該タービンによって駆動されるコンプレッサとを備えたターボチャージャと、該タービンをバイパスするバイパス通路に配設されたウエストゲートバルブと、該ウエストゲートバルブを作動するアクチュエータと、を具備するターボチャージャの過回転防止装置において、
該アクチュエータは、該コンプレッサより下流側の該吸気通路とブースト管によって連通された正圧室と、負圧源に負圧管によって連通された負圧室とを備えており、
該負圧管に配設され該負圧室内の圧力を調整する圧力調整弁と、
該負圧室内の圧力を検出する圧力検出センサと、
大気圧を検出する大気圧検出センサと、
該大気圧検出センサおよび圧力検出センサからの検出信号に基づいて該圧力調整弁を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、大気圧に対応する該負圧室の目標圧を記憶する記憶手段を具備しており、該大気圧検出センサによって検出された大気圧と圧力検出センサによって検出された該負圧室内の圧力とに基づいて、該負圧室内の圧力が該目標圧になるように該圧力調整弁を制御する、
ことを特徴とするターボチャージャの過回転防止装置が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成されたターボチャージャの過回転防止装置の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１０】
図１には、本発明に従って構成されたターボチャージャの過回転防止装置のブロック構成図が示されている。
内燃機関２は図示の実施形態においてはディーゼルエンジンからなっており、内燃機関本体２１と吸気マニホールド２２および排気マニホールド２３を具備している。吸気マニホールド２２には吸気通路２４が接続されており、排気マニホールド２３に排気通路２５が接続されている。この吸気通路２４および排気通路２５にターボチャージャ３が配設されている。ターボチャージャ３は、排気通路２５に配設されたタービン３１と、吸気通路２４に配設されたコンプレッサ３２と、タービン３１とコンプレッサ３２とを転結する回転軸３３を備えている。
【００１１】
上記排気通路２５には、タービン３１の上流側と下流側とを連通する、即ちタービン３１をバイパスするバイパス通路２６が設けられている。このバイパス通路２６には、ウエストゲートバルブ４が配設されている。このウエストゲートバルブ４はアクチュエータ５によって作動せしめられる。アクチュエータ５は図示の実施形態においては、ケーシング５１と、該ケーシング５１内に配設されケーシング５１内を正圧室５１ａと負圧室５１ｂとに区画するダイアフラム５２と、該ダイアフラム５２に一端が連結され他端が上記ウエストゲートバルブ４に連結された作動ロッド５３と、負圧室５１ｂ内に配設されダイアフラム５２を図において左方即ちウエストゲートバルブ４を常に閉弁する方向に付勢するリターンスプリング５４とからなっている。このように構成されたアクチュエータ５は、正圧室５１ａが吸気通路２４におけるコンプレッサ３２より下流側にブースト管６によって連通されており、負圧室５１ｂが負圧源としてのバキュームポンプ７に負圧管８によって連通されている。負圧室５１ｂとバキュームポンプ７とを連通する負圧管８には、負圧室５１ｂ内の圧力を調整する圧力調整弁９が配設されている。この圧力調整弁９は三方向弁からなっており、後述する制御手段からのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号によって作動せしめられる。なお、圧力調整弁９はパルス幅変調（ＰＷＭ）信号によるパルス幅が最小のときは、負圧管８が大気に開放されバキュームポンプ７側が遮断されている。このように圧力調整弁９が負圧管８を大気に開放しバキュームポンプ７側を遮断している状態においては、アクチュエータ５はブースト圧のみによって作動されることになる。
【００１２】
図示の実施形態におけるターボチャージャの過回転防止装置は、上記負圧管８に配設され負圧室５１ｂ内の圧力を検出する圧力検出センサ１０と、大気圧を検出する大気圧検出センサ１１を具備しており、これら各センサはその検出信号を制御手段１２に送る。制御手段１２はマイクロコンピュータによって構成され、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）１２１と、制御プログラムや後述する大気圧に対する負圧室５１ｂ内の目標圧を設定した制御マップ等を格納する記憶手段としてのリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１２２と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１２３と、入力インターフェース１２４および出力インターフェース１２５等を備えている。このように構成された制御手段１２は、入力インターフェース１２４に上記圧力検出センサ１０および大気圧検出センサ１１からの検出信号を入力し、出力インターフェース１２５から上記圧力調整弁９にパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を出力する。
【００１３】
図示の実施形態におけるターボチャージャの過回転防止装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
内燃機関本体２１の排気口から排気マニホールド２３を通して排気通路２５に排出された排気ガスは、ターボチャージャ３のタービン３１を作動して排出される。一方、大気から吸入する吸気はタービン３１の回転により駆動されるコンプレッサ３２によって圧力が上昇せしめられ吸気通路２４を通してエンジン本体２１に供給される。なお、ターボチャージャ３の回転速度が所定値以下の場合には吸気通路２４内のブースト圧は所定値以下に維持されるため、このブースト圧がブースト管６を通してアクチュエータ５の正圧室５１ａに作用しても、リターンスプリング５４およびウエストゲートバルブ４に作用する排気圧による閉弁方向への付勢力によって、ウエストゲートバルブ４は閉弁状態が維持される。そして、排気ガスのエネルギーが増大してターボチャージャ３の回転速度が増加することにより吸気通路２４内のブースト圧が増大し所定値を越えると、アクチュエータ５の正圧室５１ａに作用するブースト圧によってアクチュエータ５のダイアフラム５２がリターンスプリング５４およびウエストゲートバルブ４に作用する排気圧に抗して図１において右方に移動せしめられ、作動ロッド５３を介してウエストゲートバルブ４が開弁される。この結果、排気ガスの一部がタービン３１をバイパスするバイパス通路２６を通して排出されるため、タービン３１に作用する排気エネルギーが減少し、タービン３１の回転速度が低下してターボチャージャ３の過回転が防止される。
【００１４】
さて、標高が高くなり大気圧が低くなると、上述したようにターボチャージャ３のコンプレッサ３２の入口圧と出口圧との圧力比が増大するため、タービン３１の回転速度が増加し、最悪の場合には最大許容回転速度を越えてターボチャージャ３が破損する虞がある。この問題を解消するために図示の実施形態においては、アクチュエータ５の負圧室５１ｂに大気圧に対応して設定された負圧を作用せしめることにより、大気圧が低い場合にはブースト圧が所定値以下であってもウエストゲートバルブ４を開弁して、タービン３１の回転速度を低下せしめてターボチャージャ３の過回転を防止している。以下、アクチュエータ５の負圧室５１ｂに作用せしめる負圧について詳細に説明する。
【００１５】
上記制御手段１２のリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１２２には、図２に示すように大気圧に対する負圧室５１ｂ内の目標圧を設定した制御マップが格納されている。この制御マップから判るように例えば大気圧が約７４０ヘクトパスカル（ｈＰａ）より高い状態では、負圧室５１ｂ内の目標圧は大気圧と同じ値に設定されている。そして、大気圧が約７４０ヘクトパスカル（ｈＰａ）以下になると、負圧室５１ｂ内の目標圧は大気圧より徐々に低くなるように設定されている。なお、大気圧に対する目標圧は、内燃機関とターボチャージャの特性によって異なり、内燃機関とターボチャージャとの組み合わせにより適宜設定される。
【００１６】
一方、制御手段１２には、圧力検出センサ１０および大気圧検出センサ１１からの検出信号が入力されている。そして、制御手段１２は大気圧検出センサ１１によって検出された大気圧に基づいて、図２に示す制御マップから負圧室５１ｂ内の目標圧を決定する。このようにして、アクチュエータ５の負圧室５１ｂ内の目標圧を決定したならば、制御手段１２は目標圧と圧力検出センサ１０によって検出された負圧室５１ｂ内の圧力との差に基づいてパルス幅を設定し、設定されたパルス幅のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を圧力調整弁９に出力する。この制御は、負圧室５１ｂ内の圧力が目標圧と一致するまでフィードバック制御される。例えば、大気圧が約７４０ヘクトパスカル（ｈＰａ）より高い状態では負圧室５１ｂ内の目標圧は大気圧と同じ値に設定されているので、圧力調整弁９に出力されるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号のパルス幅は最小に設定され、圧力調整弁９は負圧管８を大気に開放しバキュームポンプ７側を遮断する。この結果、負圧室５１ｂ内は大気圧となるので、アクチュエータ５はブースト圧のみによって作動される。一方、大気圧が約７４０ヘクトパスカル（ｈＰａ）以下になると負圧室５１ｂ内の目標圧は大気圧より低い値に設定されているので、上述したように目標圧と圧力検出センサ１１によって検出された負圧室５１ｂ内の圧力との差に基づいて設定されたパルス幅のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号が圧力調整弁９に出力される。この結果、圧力調整弁９は負圧管８をバキュームポンプ７に連通するので負圧室５１ｂ内に負圧が供給され圧力が低下する。これは、ウエストゲートバルブ４のセット圧が低減されたと同じ効果をもたらしたことになるので、大気圧が低い場合にはブースト圧が所定値以下であってもウエストゲートバルブ４が開弁される。従って、排気ガスの一部がタービン３１をバイパスするバイパス通路２６を通して排出されるため、タービン３１に作用する排気エネルギーが減少し、タービン３１の回転速度が低下して大気圧が低い状態におけるターボチャージャ３の過回転が防止される。
【００１７】
以上のように図示の実施形態におけるターボチャージャの過回転防止装置は、ウエストゲートバルブ４を作動するアクチュエータ５を基本的には正圧室５１ａ内に作用するブースト圧によって駆動し、大気圧が低い場合には負圧室５１ｂに負圧を作用して補正する形式であるため、内燃機関の回転速度や負荷の変動によるターボチャージャ３の回転速度の変化に対して時間遅れなく制御することができる。なお、内燃機関の作動中には回転速度や負荷の変動によってタービン３１の入口圧やコンプレッサ３２の出口圧等が変化することにより、アクチュエータ５の正圧室５１ａ内の圧力が変動し、これに伴って負圧室５１ｂ内の圧力も変動するが、この変動は上述したフィードバック制御によって調整される。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によるエンジンのターボチャージャの過回転防止装置は以上のように構成されているので、以下に述べる作用効果を奏する。
即ち、ウエストゲートバルブを作動するアクチュエータはコンプレッサより下流側の吸気通路とブースト管によって連通された正圧室と負圧源に負圧管によって連通された負圧室とを備えおり、該負圧室には大気圧に対応して設定された目標圧になるように負圧を供給するようにしたので、大気圧が低い場合にはブースト圧が所定値以下であってもウエストゲートバルブを開弁する。従って、本発明によれば、低地での性能を犠牲にすることなく大気圧の低い高地での過回転を防止することがで、且つ安価なターボチャージャの過回転防止装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成されたターボチャージャの過回転防止装置のブロック構成図。
【図２】大気圧に対する負圧室内の目標圧を設定した制御マップ。
【符号の説明】
２：エンジン
２１：エンジン本体
２２：吸気マニホールド
２３：排気マニホールド
２４：吸気通路
２５：排気通路
２６：バイパス通路
３：ターボチャージャ
３１：タービン
３２：コンプレッサ
３３：回転軸
４：ウエストゲートバルブ
５：アクチュエータ
５１：ケーシング
５１ａ：正圧室
５１ｂ：負圧室
５２：ダイアフラム
５３：作動ロッド
６：ブースト管
７：バキュームポンプ
８：負圧管
９：圧力調整弁
１０：圧力検出センサ
１１：大気圧検出センサ
１２：制御手段
【図１】
2004169650.tif 000003
【図２】
2004169650.tif 000004