JPH0544486A - 可変容量ターボチヤージヤのウエストゲート開閉制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過給容量を少なくとも高低２段に切り換え可
能な可変容量機構(30)と、タービン(10)の入口圧および
過給圧とに応動してウエストゲート(14)を開閉し、過給
圧を調節するウエストゲート開閉機構(16)とを備えたタ
ーボチャージャの低容量作動時においても、所要の過給
圧が得られるようにして、エンジン出力の向上を図る。 【構成】 低過給容量作動時に、過給圧センサにより検
出された過給圧が所定値以下であるとき、電磁バルブ(1
8)がウエストゲート開閉機構(16)への過給圧を遮断して
ウエストゲート(14)の開弁を阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の内燃エンジン
に好適に備えられる可変容量ターボチャージャの低容量
作動時の過給圧を正確に制御するウエストゲート開閉制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃エンジンの排気圧を利用して吸入空
気を過給するターボチャージャには、タービンをバイパ
スする通路が設けられ、このバイパス通路を開閉するウ
エストゲート開閉機構が備えられている。このウエスト
ゲート開閉機構は、過給圧とタービン入口圧とによる合
計押圧力が一定値以上になると作動するアクチュエータ
を有し、ウエストゲートはこのアクチュエータにより開
弁される。ウエストゲートが開弁すると排気の一部がウ
エストゲートからタービン下流に排出され、ターボチャ
ージャの過回転の防止、すなわち、過給圧が高くなり過
ぎることを防止している。

【０００３】ターボチャージャには、過給容量を変化さ
せることができる可変容量機構を備えるものが知られて
いる。この可変容量機構としては、例えば、タービン入
口に可変ガイドベーンを配設してガイドベーンのベーン
角をエンジンの運転状態に応じて変化させることにより
小容量作動時にも高い過給圧が得られるようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、可変容量機
構を備えたターボチャージャは、その低容量作動時に、
タービン入口ガイドベーンを低容量作動位置に切り換え
ると、このガイドベーンに堰き止められてタービン入口
圧力が高くなり、従って、ウエストゲートに作用する排
圧が高くなり、ウエストゲートが、所謂インタセプトポ
イント以下の過給圧で開弁してしまい、エンジンの低回
転域での加速時に高エンジン出力が得られないという問
題がある。

【０００５】図５を参照して、これをより具体的に説明
すると、エンジンの低回転域において、スロットル弁が
開弁されると（図５に示すｔ0 時点) 、これより多少の
時間遅れを伴って過給圧Ｐinが上昇を開始する。このと
き、ターボチャージャの入口ガイドベーンは、可変容量
機構により低容量位置に切り換えられており、過給圧Ｐ
inは、図５（ａ）において破線で示す作動線に沿って変
化していく。同図中実線は入口ガイドベーンが高容量位
置に切り換えられた場合の作動線である。

【０００６】可変容量機構により入口ガイドベーンが高
容量位置に切り換えられた状態で作動させると、過給圧
Ｐinが所定圧Ｐo に到達する時点ｔ3 、すなわち、イン
タセプトポイントにおいてウエストゲートが開弁を開始
し、過給圧Ｐinは略所定圧Ｐo に保持される。一方、低
容量作動時において、過給圧Ｐinが上述の同じ所定圧Ｐ
o でウエストゲートを開弁させるとすると、図５に示す
ｔ2 時点において、ウエストゲートの開弁が開始するこ
とになるが、低容量作動時にはターボチャージャの入口
圧力が高くなるので、この所定圧Ｐo よりΔＰだけ低い
過給圧で（図５に示すｔ1 時点）ウエストゲートの開弁
が開始されることになり、低容量作動時の過給圧が不足
することになる。

【０００７】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、可変容量機構を備えたターボチャー
ジャの低容量作動時においても所要の過給圧が得られ、
エンジン出力の向上を図ったウエストゲート開閉制御装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、過給容量を少なくとも高低
２段に切り換え可能な可変容量機構と、タービンの入口
圧および過給圧とに応動してウエストゲートを開閉し、
過給圧を調節するウエストゲート開閉機構とを備えたタ
ーボチャージャのウエストゲート開閉制御装置におい
て、過給圧を検出する過給圧検出手段と、低過給容量作
動時に、前記過給圧検出手段により検出された過給圧が
所定値以下であるとき、前記ウエストゲートの開弁を阻
止する締切手段とを備えてなることを特徴とする可変容
量ターボチャージャのウエストゲート開閉制御装置が提
供される。

【０００９】

【作用】ターボチャージャの低容量作動時の過給圧が所
定値以下であるとき、締切手段がウエストゲートの開弁
を阻止する。従って、低容量作動時において、タービン
入口圧力が高くてもウエストゲートは開弁せず、過給圧
を所定値にまで上昇させることができる。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は本発明に係る可変容量ターボチャー
ジャのウエストゲート開閉制御装置の概略構成を示すも
のである。ターボチャージャのタービン１０は、図示し
ない内燃エンジンの排気通路に配設され、タービンハウ
ジング１２にタービンホイール１１が収容されている。
そして、このタービンホイール１１はエンジンからの排
気ガスにより回転して図示しないコンプレッサを回転駆
動する。コンプレッサは、これも図示しない吸気通路途
中に配設され、吸入空気を加圧してこれをエンジンに供
給する。

【００１１】タービンハウジング１２のタービン入口１
２ａ近傍には、タービン１０をバイパスし、タービン１
０の下流の排気通路に連通するウエストゲート１４が開
口している。このウエストゲート１４は、ウエストゲー
トバルブ１４ａにより開閉され、バルブ１４ａはアクチ
ュエータ１６により開閉駆動される。アクチュエータ１
６は、ダイアフラム１６ｂと、このダイアフラム１６ｂ
とウエストゲートバルブ１４ａとを連結し、ダイアフラ
ム１６ｂの移動によりウエストゲートバルブ１４ａを開
閉させるロッド１６ａと、ダイアフラム１６ｂを、ウエ
ストゲートバルブ１４ａが閉弁する方向に常時付勢する
ばね１６ｃと、ダイアフラム１６ｂにより画成される圧
力室１６ｄとを備えて構成されている。

【００１２】ダイアフラム１６ｂに過給圧が作用する
と、タイアフラム１６ｂはばね１６ｃのばね力に抗して
ウエストゲートバルブ１４ａを開弁させる方向に移動し
ようとする。また、ウエストゲートバルブ１４ａにター
ビン入口圧力（排圧）が作用すると、その圧力もウエス
トゲートバルブ１４ａを開弁させる方向に作用する。従
って、アクチュエータ１６の圧力室１６ｄに作用する圧
力と背圧とによるそれぞれの作用力の合力がはね１６ｃ
に打ち勝つと、ウエストゲートバルブ１４ａは開弁する
ようになる。

【００１３】圧力室１６ｄは、管路１７を介して大気に
連通すると共に、管路１９を介して過給圧が導入され
る。管路１７の途中には適宜の大きさのオリフィス１７
ａが配設されている。一方、管路１９の途中には、ウエ
ストゲート開閉機構の構成の一部をなす、常閉型のウエ
ストゲート締切用電磁バルブ（ＳＯＬ．１）１８が配設
されている。電磁バルブ１８は、弁体１８ａと、弁体１
８ａを、管路１９を閉塞する方向に常時付勢するばね１
８ｃと、ソレノイド１８ｂとを備えて構成されている。
電磁バルブ１８のソレノイド１８ｂが付勢されると、弁
体１８ａが管路１９を開成して、過給圧がアクチュエー
タ１６の圧力室１６ｄに導かれる。

【００１４】管路１９は電磁バルブ１８より上流側の分
岐点で２つの管路２１，２２に分岐し、これらの管路２
１，２２は何れも、ターボチャージャのコンプレッサの
下流側の吸気通路（いずれも図示せず）に連通してい
る。上述の分岐点には過給圧切換用の電磁バルブ（ＳＯ
Ｌ．２）２０が配設されている。この電磁バルブ２０
は、管路２１，２２を選択的に閉塞する弁体２０ａと、
弁体２０ａを、管路２２を閉塞する方向に常時付勢する
ばね２０ｃと、ソレノイド２０ｂとを備えて構成され
る。管路２２には小径のオリフィス２２ａが、管路２１
には大径のオリフィス２１ａがそれぞれ配設され、前述
の電磁バルブ２０を、所定の駆動周期（例えば、１０Ｈ
ｚ）でデューティ制御することにより、大径のオリフィ
ス２１ａおよび小径のオリフィス２２ａのいずれか一方
を介して前述したコンプレッサの下流側の吸気通路とア
クチュエータ１６とが連通される。従って、電磁バルブ
２０のデューティ率に応じた過給圧がアクチュエータ１
６の圧力室１６ｂに供給されることになる。

【００１５】タービンハウジング１２のアプローチ通路
１２ｂには、可変容量機構３０の入口ガイドベーン３
６，３７が配設さている。これらのガイドベーン３６，
３７は連動して作動し、タービンホイール１１に対する
ベーン角が２段階に切り換え可能である。ベーン３６
は、タービンホイール１１側の基端が支軸３６ｂを中心
に回動自在に取付けられ、また、その基端にアーム３６
ａの一端が固設されている。アーム３６ａの他端は、後
述するロッド３５の中間位置に回動自在に枢支されてい
る。ベーン３７は、ベーン３６の下流側に配設され、タ
ービンホイール１１側の基端が支軸３７ｂを中心に回動
自在に取付けられ、また、その基端にアーム３７ａの一
端が固設されている。アーム３７ａの他端は、ロッド３
５の先端位置に回動自在に枢支されている。

【００１６】上述の入口ガイドベーン３６，３７は、ロ
ッド３５を介して可変容量機構３０のアクチュエータ３
４および電磁バルブ（ＳＯＬ．３）３２により切り換え
駆動される。より詳しくは、ロッド３５の基端は、アク
チュエータ３４のダイアフラム３４ａに連結されてお
り、このダイアフラム３４ａはばね３４ｂにより、ベー
ン３６，３７を大容量作動位置（高速位置、図１におい
て実線で示す位置）側に移動させる方向に常時付勢され
ている。ダイアフラム３４ａはアクチュエータ３４の圧
力室３４ｃを画成しており、この圧力室３４ｃには後述
する電磁バルブ３２を介して過給圧または大気圧が選択
的に供給される。電磁バルブ３２は、過給圧ポート３２
ａおよび大気圧ポート３２ｂのいずれか一方を選択的に
閉塞する弁体３２ｃと、付勢時に弁体３２ｃを、大気ポ
ート３２ｂが閉塞する位置に移動させるソレノイド３２
ｄと、弁体３２ｃを、過給圧ポート３２ａが閉塞する方
向に常時付勢するばね３２ｅとを備えて構成されてい
る。

【００１７】可変容量機構３０のベーン３６，３７は、
圧力室３４ｃに過給圧が供給されないときには、ばね３
４ｂにより上述した大容量作動位置に切り換えられてお
り、電磁バルブ３２のソレノイド３２ｄが付勢されて圧
力室３４ｃに過給圧が供給されると、小容量作動位置
（低速位置、図１において破線で示す位置）に切り換え
られる。すなわち、圧力室３４ｃに過給圧が供給される
と、ダイアフラム３４ａがばね３４ｂのばね力に抗して
移動し、ロッド３５がアーム３６ａ，３７ａを回動させ
てベーン３６，３７をそれぞれ小容量作動位置に回動さ
せる。

【００１８】図２は、ウエストゲート開閉制御装置の作
動を制御する電子回路構成を示すものであり、電子コン
トロールユニット（ＥＣＵという）４０の入力側には、
エンジン回転数Ｎｅを検出するための回転数センサ４
２、ターボチャージャ下流の吸気通路内圧力、すなわ
ち、過給圧Ｐinを検出する過給圧センサ４４、吸入空気
量を検出するエアフローセンサ４５等が電気的に接続さ
れており、出力側には上述した電磁バルブ（ＳＯＬ．
１，ＳＯＬ．２，ＳＯＬ．３）１８，２０，３２がそれ
ぞれ接続され、これらの電磁バルブにＥＣＵ４０からの
駆動信号が供給される。ＥＣＵ４０は、後述するウエス
トゲート開閉制御のためのプログラムを実行する中央演
算装置（ＣＰＵ）、前述のウエストゲート開閉制御プロ
グラム、このプログラムに基づく演算結果、種々のプロ
グラム定数等を記憶する記憶装置、前述の各種センサか
らの入力信号を増幅、Ａ／Ｄ変換等を行う入力回路、電
磁バルブ１８，２０，３２への駆動信号を出力する出力
回路等を備えている。

【００１９】次に、上述のように構成されるウエストゲ
ート開閉制御装置の作用を、図３のフローチャートを参
照しながら説明する。先ず、ＥＣＵ４０は、過給圧セン
サ４４が検出する過給圧Ｐinが所定値Ｐo （例えば、７
６０ｍｍＨｇ）より大であるか否かを判別する（ステッ
プＳ１０）。この判別が否定（Ｎｏ）の場合には、ウエ
ストゲート１４が開かないように、ウエストゲート締切
用の電磁バルブ（ＳＯＬ．１）１８のソレノイド１８ｂ
を消成（オフに）する（ステップＳ１２）。これによ
り、アクチュエータ１６の圧力室１６ｄには大気圧のみ
が導入されることになる。この場合、容量可変機構３０
のガイドベーン３６，３７が小容量作動位置に切り換え
られており、タービン入口圧力（排圧）がたとえ高くて
も、ウエストゲートバルブ１４ａの開弁が阻止されてウ
エストゲート１４が開くことはない。従って、ターボチ
ャージャのインタセプトポイント以下の過給圧Ｐinでウ
エストゲート１４が開くことによるエンジン出力の低下
を防止することができる。

【００２０】ステップＳ１０の判別結果が肯定（Ｙｅ
ｓ）の場合には、過給圧Ｐinがインタセプトポイントを
超えていることになり、かかる場合には、ステップＳ１
４に進み、電磁バルブ（ＳＯＬ．１）１８を付勢（オン
に）してアクチュエータ１６の圧力室１６ｄに過給圧を
供給するようにする。圧力室１６ｄに供給する過給圧の
制御については後述する。そして、ステップＳ１６に進
み、エンジン回転数Ｎｅが所定の判別回転数Ｒo （例え
ば、４０００ｒｐｍ）より大であるか否かを判別して、
エンジンが高速運転されているかを判別する。この判別
が否定の場合には、エンジンは、ターボチャージャを低
容量で作動させるべき運転状態で運転されていることを
意味し、このような場合には、ステップＳ１８に進み、
電磁バルブ（ＳＯＬ．３）３２を付勢（オンに）する。
電磁バルブ３２が付勢されると、アクチュエータ３４の
圧力室３４ｃには過給圧が導かれ、その結果、ロッド３
５が伸びてガイドベーン３６，３７は小容量作動位置に
切り換えられる。タービン入口ガイドベーン３６，３７
が小容量作動位置に切り換えられることにより、タービ
ン１０は、低回転数領域での小容量の排気ガスでも効率
よく回転駆動され、低負荷からの加速時の吹き上がりが
改善される。

【００２１】ステップＳ１６において、エンジン回転数
Ｎｅが上述の所定判別回転数Ｒo より大である場合、す
なわち、エンジンが、ターボチャージャを大容量で作動
させるべき運転状態で運転されている場合、ステップＳ
２０が実行される。このステップでは、電磁バルブ（Ｓ
ＯＬ．３）３２が消成（オフに）され、アクチュエータ
３４の圧力室３４ｃには大気圧が導かれる。その結果、
可変容量機構３０のガイドベーン３６，３７は、大容量
作動位置（図１の実線で示す位置）に切り換えられる。
そして、ガイドベーン３６，３７が大容量作動位置に切
り換えられると、過給圧切換用の電磁バルブ（ＳＯＬ．
２）２０のデューティ制御を開始する（ステップＳ２
２）。この電磁バルブ２０は、アクチュエータ１６の圧
力室１６ｄに供給する過給圧の割合を調整するもので、
電磁バルブ２０のデューティ率は、図４に示すようにエ
ンジン回転数Ｎｅに応じた値に設定される。ここで、デ
ューティ率は、エンジン回転数Ｎｅが上述の所定判別回
転数Ｒoでは１００％に設定され、判別回転数Ｒo より
大である所定回転数Ｒ1 では０％に設定され、この間エ
ンジン回転数Ｎｅの増加に伴って漸減するように設定さ
れる。電磁バルブ２０がデューティ率１００％でデュー
ティ駆動されると、このバルブ２０は管路２２を開成す
る一方、管路２１を閉塞し、小径オリフィス２２ａを備
える管路２２から過給圧がアクチュエータ１６に供給さ
れる。このとき、圧力室１６ｄに導かれる過給圧と大気
圧との合成圧力ではウエストゲート１４は開かないよう
に設定してある。一方、電磁バルブ２０がデューティ率
０％でデューティ駆動されると（電磁バルブ２０を消勢
することになる）、このバルブ２０は管路２１を開成す
る一方、管路２２を閉塞し、大径オリフィス２１ａを備
える管路２１から過給圧がアクチュエータ１６に供給さ
れる。このとき、圧力室１６ｄに導かれる過給圧（所定
回転数Ｒ1 における過給圧）と大気圧との合成圧力とに
よってウエストゲート１４が完全に開成するように設定
してある。このようにして、可変容量機構３０の切り換
え時における過給圧差による悪影響を解消している。

【００２２】以上の説明から明らかなように、エンジン
回転数Ｎｅが所定判別回転数Ｒo より大である場合にお
いても、過給圧Ｐinが所定値Ｐoより小である場合に
は、ウエストゲート締切用電磁バルブ１８を消成（オフ
に）して、ウエストゲートバルブ１４ａの開弁を阻止す
る。従って、所謂ハーフスロットル状態からの加速過渡
時にも前述したと同じ効果を得ることができ、エンジン
出力の向上を図ることができる。

【００２３】なお、締切手段としては、上述の実施例の
ように、ウエストゲート締切用電磁バルブ１８によりア
クチュエータ１６への過給圧の供給を遮断する方法によ
るもの以外にも種々の方法を採用することができる。例
えば、過給圧Ｐinが所定値Ｐo より小である場合に、ア
クチュエータ１６のロッド１６ａの移動を、ロック機構
を用いて阻止するようにしてもよい。

【００２４】また、可変容量機構としては、実施例のよ
うにガイドベーン３６，３７を小容量作動位置と大容量
作動位置の２段階に切り換えるものに限定されず、無段
階に切り換えるものであってもよく、この場合、タービ
ンホイールに対するガイドベーンのベーン角をエンジン
回転数Ｎｅに応じて変化させればよい。さらに、過給圧
Ｐinがインタセプトポイント以下であるか否かの判別
は、過給圧Ｐinから直接判別しなくても、代替方法によ
り間接的に判別することもできる。例えば、エアフロー
センサ４５により検出され、エンジンに供給される１吸
入行程当たりの吸気量や体積効率等により過給圧Ｐinが
インタセプトポイント以下であるか否かを実質的に判別
することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
可変容量ターボチャージャのウエストゲート開閉制御装
置によれば、低過給容量作動時に、過給圧検出手段によ
り検出された過給圧が所定値以下であるとき、締切手段
によりウエストゲートの開弁を阻止するようにしたの
で、ターボチャージャの低容量作動時において、過給圧
がインタセプトポイント以下の圧力でウエストゲートが
開弁されることがなく、低負荷からの加速時やハーフス
ロットル状態からの加速過渡時における、目標とする過
給圧を確保することができ、エンジン出力を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る、可変容量ターボチャージャのウ
エストゲート開閉制御装置の概略構成を示す図である。

【図２】本発明装置のウエストゲート開閉制御を実行す
るための電子コントロールユニット（ＥＣＵ）の構成を
示すブロック図である。

【図３】本発明装置のウエストゲート開閉制御の制御手
順を示すフローチャートである。

【図４】図１に示す過給圧切換用電磁バルブ２０をデュ
ーティ制御する場合に設定されるデューティ率とエンジ
ン回転数Ｎｅとの関係を示すグラフである。

【図５】スロットル開度の変化と過給圧Ｐinの変化の関
係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ ターボチャージャのタービン １１ タービンホイール １４ ウエストゲート １６ アクチュエータ １８ ウエストゲート締切用電磁バルブ（ＳＯ
Ｌ．１） ２０ 過給圧切換用電磁バルブ（ＳＯＬ．２） ３０ 可変容量機構 ３２ 過給容量切換用電磁バルブ（ＳＯＬ．３） ３４ アクチュエータ ３６，３７ 可変ガイドベーン ４０ 電子コントロールユニット ４２ エンジン回転数センサ ４４ 過給圧センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 過給容量を少なくとも高低２段に切り換
   え可能な可変容量機構と、タービンの入口圧および過給
   圧とに応動してウエストゲートを開閉し、過給圧を調節
   するウエストゲート開閉機構とを備えたターボチャージ
   ャのウエストゲート開閉制御装置において、過給圧を検
   出する過給圧検出手段と、低過給容量作動時に、前記過
   給圧検出手段により検出された過給圧が所定値以下であ
   るとき、前記ウエストゲートの開弁を阻止する締切手段
   とを備えてなることを特徴とする可変容量ターボチャー
   ジャのウエストゲート開閉制御装置。