JP2597246B2 - エンジンのターボチャージャのウエイストゲート弁の駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばトラクター搭
載エンジン等のように、粘りと高出力を要求されるエン
ジンに適用されるターボチャージャのウエイストゲート
弁の駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の装置の基本的な構造は、例えば
図３で示すように、次のように構成されている。ここで
符号１０はエンジンＥのターボチャージャ全体を示す。
このターボチャージャ１０は、エンジンＥの運転中、エ
ギゾーストマニホールド４を通ってタービン１１へ流入
する排気ガスＡ₂で、タービンホイール１２を回転さ
せ、その回転駆動力で同軸のコンプレッサーホイール１
４を回転させ、コンプレッサー１３の過給圧力Ｐでダイ
ヤフラムシリンダ１５を作動させ、ダイヤフラムシリン
ダ１５の出力ロッド１８で、タービンノズル５の近傍に
設けたウエイストゲート弁２０を開弁操作するように構
成されている。なお、これらの図中の符号１はエンジン
Ｅのシリンダ、２はピストン、６Ａは給気ダクト、６Ｂ
は排気ダクト、８はインレットマニホールド、Ａ₁ は給
気をそれぞれ示す。ここで、ウエイストゲート弁２０の
閉止用の弁体２０ａは、ダイヤフラムシリンダ１５の閉
弁バネ１７で閉弁側へ弾圧するのに対し、開弁用作動室
１５Ａの開弁作動力Ｆで開弁側へ押圧するように構成さ
れている。

【０００３】以上の基本構造において、ダイヤフラムシ
リンダ１５の部分構造として、従来の技術では、図３及
び図４で示すように構成したものがある。即ち、閉弁バ
ネ１７は１本の圧縮コイルスプリングから成る。そして
この種の装置では、従来より中速高トルク用エンジンと
高速高出力用エンジンとを造り分けていた。そして中速
高トルク用エンジンの場合、タービンノズル５の絞りは
比較的大きく設定され、ダイヤフラムシリンダ１５の閉
弁バネ１７は中速高トルク用に設定されていた。また高
速高出力用エンジンの場合、タービンノズル５の絞りは
比較的小さく設定され、ダイヤフラムシリンダ１５の閉
弁バネ１７は高速高出力用に設定されていた。

【０００４】以下、ウエイストゲート弁２０の作用を図
３及び図４に基づいて簡単に説明する。ここで図４(Ａ)
はエンジン回転速度ｎに対する過給圧力曲線Ｇ₁、Ｇ₂の
グラフ、図４(Ｂ)はエンジンの回転速度ｎに対するダイ
ヤフラムシリンダ１５の開弁作動力曲線ｇ₁、ｇ₂のグラ
フ、図４(Ｃ)はウエイストゲート弁２０の開弁量Ｈに対
する閉弁バネ１７の閉弁バネ力曲線ｃ₁、ｃ₂のグラフで
ある。

【０００５】上記中速高トルク用エンジンの場合、図４
(Ａ)の過給圧力曲線Ｇ₁、図４(Ｂ)の開弁作動力曲線
ｇ₁、図４(Ｃ)の閉弁バネ力曲線ｃ₁になるように設定さ
れている。そしてこの場合、開弁作動力曲線ｇ₁で示す
ように、エンジンの回転速度ｎ₁での開弁作動力Ｆ₁は、
閉弁バネ力曲線ｃ ₁で示す中速高トルク用バネ１７の閉
弁バネ力Ｓ₁と釣り合って弁体２０ａを全開させる。つ
まり図４(Ａ)で示すように、コンプレッサー効率の中速
マッチング点Ｑ₁で弁体２０ａを全開させることによ
り、エンジン回転速度ｎに対する過給圧力曲線Ｇ₁を、
その中速マッチング点Ｑ₁で水平に変曲させるように構
成されている。

【０００６】一方高速高出力用エンジンの場合、図４
(Ａ)の過給圧力曲線Ｇ₂、図４(Ｂ)の開弁作動力曲線
ｇ₂、図４(Ｃ)の閉弁バネ力曲線ｃ₂になるように設定さ
れている。そしてこの場合、エンジンの回転速度ｎ₂で
の開弁作動力Ｆ₂は、閉弁バネ力曲線ｃ₂で示す高速高出
力用バネ１７の閉弁バネ力Ｓ₂と釣り合って弁体２０ａ
を全開させる。つまり、図４(Ａ)で示すようにコンプレ
ッサー効率の高速マッチング点Ｑ₂で弁体２０ａを全開
させることにより、エンジンの回転速度ｎに対する過給
圧力曲線Ｇ₂を、その高速マッチング点Ｑ₂で水平に変曲
させるように構成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、前記
のように中速高トルク用エンジンと高速高出力用エンジ
ンとを造り分けていたので、中速高トルク用エンジンで
は、高速高出力運転時に過給圧力Ｐが不足するため、最
高出力を十分に高めることができない。また高速高出力
用エンジンでは、中速高トルク運転時に過給圧力Ｐが不
足して、最大トルクを十分に高めることができない。本
発明はこのような事情を考慮してなされたもので、中速
高トルク運転時の最大トルクを高めながらも、高速高出
力運転時の最高出力を高めることを技術課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、前記基本構造のターボチャージャのウエイ
ストゲート弁の駆動装置において、例えば図１で示すよ
うに、次の特徴構造を追加したものである。即ち、前記
閉弁バネ１７の弁全閉時の閉弁バネ力Ｓ₁は、エンジン回
転速度・過給圧力座標上でのコンプレッサー効率の中速
マッチング点Ｑ₁の過給圧Ｐ₁よりも少し低い過給圧力Ｐ
₁₁による前記開弁用作動室１５Ａの開弁作動力Ｆ₁₁と同
じ値に設定し、上記閉弁バネ１７の弁全開時の閉弁バネ
力Ｓ₂は、上記エンジン回転速度・過給圧力座標上での高
速マッチング点Ｑ₂の過給圧Ｐ₂による上記作動室１５Ａ
の作動力Ｆ₂と、同じ値に設定し、前記ウエイストゲー
ト弁２０は、弁全閉位置Ｊから弁全開位置Ｌへ開弁作動
していく途中で、開弁量Ｈを一時的に小さくするように
構成した、ことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】以下、本発明に係るウエイストゲート弁２０の
作用を図１〜図２に基づいて簡単に説明する。中速高ト
ルク運転状態では、エンジンＥは中速高トルク回転数ｎ
₁で運転される。そしてこの状態では、開弁用作動室１
５Ａの開弁作動力Ｆは弁半開力Ｆ₁になって、閉弁バネ
１７を途中まで圧縮するとともに、ウエイストゲート弁
２０を半開させる。これにより、コンプレッサー１３の
過給圧力Ｐは、コンプレッサー効率の中速マッチング点
Ｑ₁に位置する。

【００１０】また、高速高出力運転状態では、エンジン
Ｅは最高回転数ｎ₂で運転される。この状態では、開弁
作動力Ｆは弁全開力Ｆ₂になって、閉弁バネ１７を十分
に圧縮して、ウエイストゲート弁２０を全開させる。こ
れにより、コンプレッサー１３の過給圧力Ｐは、コンプ
レッサー効率の高速マッチング点Ｑ₂に位置する。な
お、エンジンＥの回転速度ｎが中速から高速へ上昇する
途中で、開弁量Ｈを一時的に減少させるのは、コンプレ
ッサー効率の高速マッチング点が、中速ｎ₁と高速ｎ₂と
の途中に位置することなく、所望の高速マッチング点Ｑ
₂にシフトさせるためである。

【００１１】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいてさらに
詳しく説明する。図１は本発明に係るターボチャージャ
のウエイストゲート弁の駆動装置の概要を示す縦断側面
図、図２はその作用説明図であり、図２(Ａ)はエンジン
回転速度ｎに対する過給圧力曲線Ｇのグラフ、図２(Ｂ)
はエンジンの回転速度ｎに対するダイヤフラムシリンダ
１５の開弁作動力曲線ｇのグラフ、図２(Ｃ)はウエイス
トゲート弁２０の弁リフト量ｈに対する前記閉弁バネ１
７の閉弁バネ力曲線ｃのグラフ、図２(Ｄ)はウエイスト
ゲート弁２０の弁リフト量ｈに対する前記閉弁バネ１７
の開弁量曲線ｄのグラフである。なお、ターボチャージ
ャ１０の基本構造は、図３で示したものと同様に構成さ
れており、同一部材については同一符号を付して、その
重複する説明を省略する。

【００１２】以下本発明の特徴的な構成について説明す
る。本発明では、前記ダイヤフラムシリンダ１５の閉弁
バネ１７は、図２(Ａ)で示すエンジン回転速度・過給圧
力座標上での、コンプレッサー効率の中速マッチング点
Ｑ₁で弾性変形して、弁体２０ａの開弁作動を開始させ
るように、閉弁バネ力Ｓ₁が設定されており、エンジン
回転速度ｎに対する過給圧力Ｐの変化曲線Ｇがその中速
マッチング点Ｑ₁で右上がりの急傾斜から停留状の緩傾
斜に変曲し、次いで高速マッチング点Ｑ₂で右上がりの
急傾斜から水平に変曲するように構成されている。前記
閉弁バネ力Ｓ₁は、図２(Ａ)上でのコンプレッサー効率
の中速マッチング点Ｑ₁の過給圧Ｐ₁による開弁用作動室
１５Ａの開弁作動力Ｆ₁と同じ値である。そして上記閉
弁バネ１７の弁全開時の閉弁バネ力Ｓ₂は、図２(Ａ)上
での高速マッチング点Ｑ₂の過給圧力Ｐ₂による開弁用作
動室１５Ａの開弁作動力Ｆ₂と、同じ値に設定されてい
る。

【００１３】一方ウエイストゲート弁２０は、ダイヤフ
ラムシリンダ１５の出力ロッド１８に、先端側より順に
閉止用の弁体２０ａと絞り用の弁体２０ｂとを固定して
成り、破線で示す弁全閉位置Ｊから仮想線で示す弁全開
位置Ｌへ開弁作動していく途中で、絞り用の弁体２０ｂ
が実線で示す弁半開位置Ｋで開弁量Ｈを半開にする。

【００１４】従ってこの実施例装置では、中速高トルク
運転状態でエンジンＥは中速高トルク回転数ｎ₁で運転
され、ダイヤフラムシリンダ１５の開弁用作動室１５Ａ
の開弁作動力Ｆは弁半開力Ｆ₁になって、閉弁バネ１７
を途中まで圧縮するとともに、ウエイストゲート弁２０
を半開させる。これにより、エンジン回転速度ｎに対す
る過給圧力曲線Ｇは、その中速マッチング点Ｑ₁で右上
がりの急傾斜から右上がりの緩傾斜に変曲する。即ち、
コンプレッサー１３の過給圧力Ｐは、コンプレッサー効
率の中速マッチング点Ｑ₁に位置する。なお、エンジン
Ｅの回転速度ｎが中速から高速へ上昇させる途中で、開
弁量Ｈが一時的に減少するが、これは、前記したように
コンプレッサー効率の高速マッチング点が、中速ｎ₁と
高速ｎ₂との途中に位置することなく、所望の高速マッ
チング点Ｑ₂にシフトさせるためである。

【００１５】また、高速高出力運転状態では、エンジン
Ｅは最高回転数ｎ₂で運転され、前記開弁作動力Ｆは弁
全開力Ｆ₂になって、閉弁バネ１７を十分に圧縮して、
ウエイストゲート弁２０を全開させる。これにより、エ
ンジン回転速度ｎに対する過給圧力曲線Ｇは、その高速
マッチング点Ｑ₂で右上がりの急傾斜からほぼ水平に変
曲する。つまり、コンプレッサー１３の過給圧力Ｐは、
コンプレッサー効率の高速マッチング点Ｑ₂に位置す
る。これにより、中速高トルク運転時において、所要の
過給圧力Ｐ₁を維持して最大トルクを高めることがで
き、かつ高速高出力運転時において、最高出力を高める
ことができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成され、作用
することから、次の効果を奏する。中速高トルク運転状
態では、図２(Ａ)に示すように、コンプレッサーの過給
圧力Ｐがコンプレッサー効率の中速マッチング点Ｑ₁に
位置するため、最大トルクを十分に高めることができ
る。しかも、高速高出力運転状態では、その過給圧力Ｐ
がコンプレッサー効率の高速マッチング点Ｑ₂に位置す
るため、最高出力を十分に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るターボチャージャのウエイストゲ
ート弁の駆動装置の概要を示す縦断側面図である。

【図２】図１のウエイストゲート弁の駆動装置の作用説
明図である。

【図３】従来例に係る図１相当図である。

【図４】従来例に係るウエイストゲート弁の駆動装置の
作用説明図である。

【符号の説明】

Ｅ…エンジン、８…コンプレッサーの給気路、１０…タ
ーボチャージャ、１３…ターボチャージャのコンプレッ
サー、１５…ダイヤフラムシリンダ、１５Ａ…開弁用作
動室、１７…閉弁バネ、２０…ウエイストゲート弁、２
０ａ…弁体、Ｆ・Ｆ₁・Ｆ₂ ・Ｆ ₁₁ …開弁作動力、Ｊ…弁全
閉位置、Ｐ・Ｐ₁・Ｐ₂ ・Ｐ ₁₁ …過給圧力、Ｈ…開弁量、Ｌ
…弁全開位置、Ｇ…エンジン回転速度・過給圧力変化曲
線（過給圧力曲線）、Ｑ₁…コンプレッサー効率の中速
マッチング点、Ｑ₂…コンプレッサー効率の高速マッチ
ング点、Ｓ ₁ …弁全閉時の閉弁バネ力、Ｓ ₂ …弁全開時の
閉弁バネ力。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターボチャージャ(１０)のコンプレッサ
   ー(１３)の給気路(８)にダイヤフラムシリンダ(１５)の
   開弁用作動室(１５Ａ)を連通させ、ウエイストゲート弁
   (２０)の弁体(２０ａ)をダイヤフラムシリンダ(１５)の
   閉弁バネ(１７)で閉弁側へ弾圧するのに対し、開弁用作
   動室(１５Ａ)の開弁作動力(Ｆ)で開弁側へ押圧するよう
   に構成したエンジンのターボチャージャのウエイストゲ
   ート弁の駆動装置において、 前記閉弁バネ(１７)の弁全閉時の閉弁バネ力(Ｓ ₁ )は、
   エンジン回転速度 ・ 過給圧力座標上での、コンプレッサ
   ー効率の中速マッチング点(Ｑ ₁ )の過給圧力(Ｐ ₁ )よりも
   少し低い過給圧力(Ｐ ₁₁ )による前記開弁用作動室(１５
   Ａ)の開弁用作動力(Ｆ ₁₁ )と同じ値に設定し、 上記閉弁バネ(１７)の弁全開時の閉弁バネ力(Ｓ ₂ )は、
   上記エンジン回転速度 ・ 過給圧力座標上での高速マッチ
   ング点(Ｑ ₂ )の過給圧力(Ｐ ₂ )による上記開弁用作動室
   (１５Ａ)の開弁用作動力(Ｆ ₂ )と同じ値に設定し、 上記ウエイストゲート弁(２０)は、弁全閉位置(Ｊ)から
   弁全開位置(Ｌ)へ開弁作動していく途中で、開弁量(Ｈ)
   を一時的に小さくするように構成した、 ことを特徴とす
   るエンジンのターボチャージャのウエイストゲート弁の
   駆動装置。