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JPH0117616Y2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0117616Y2
JPH0117616Y2 JP1983098871U JP9887183U JPH0117616Y2 JP H0117616 Y2 JPH0117616 Y2 JP H0117616Y2 JP 1983098871 U JP1983098871 U JP 1983098871U JP 9887183 U JP9887183 U JP 9887183U JP H0117616 Y2 JPH0117616 Y2 JP H0117616Y2
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JP
Japan
Prior art keywords
engine
load
engine load
partition plate
nax
Prior art date
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Application number
JP1983098871U
Other languages
Japanese (ja)
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JPS606836U (en
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Publication date
Application filed filed Critical
Priority to JP9887183U priority Critical patent/JPS606836U/en
Publication of JPS606836U publication Critical patent/JPS606836U/en
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Description

【考案の詳細な説明】 この考案は可変容量式ターボチヤージヤに関す
る。
[Detailed Description of the Invention] This invention relates to a variable displacement turbocharger.

従来のターボチヤージヤの動作特性は第1図の
とおりで、エンジン高回転速域では第1図中点
で動作する。その点では同図からわかるとおりタ
ービン膨張比πTは大である。ガスの理論速度C0
次式によつて計算できる。
The operating characteristics of a conventional turbocharger are as shown in FIG. 1, and it operates at the midpoint in FIG. 1 in a high engine speed range. In this respect, as can be seen from the figure, the turbine expansion ratio π T is large. The theoretical gas velocity C 0 can be calculated by the following equation.

ただしg:重力加速度、KT:ガスの比熱比
R:ガス常数、TiT:タービン入口温度、πT:膨
張比。即ちC0が大となり、したがつてタービン
回転速度NTが大となり、従つて、タービンと同
軸にあるコンプレツサの回転速度Ncが大となり、
ブースト圧力が大となる。エンジンが低回転速度
域では単位時間の質量流量が小となるので動作点
は第1図で点になる。これをエンジン高回転速
度の点と比較すると、膨張比πTが小、したがつ
て上記と同じ理論でガス理論速度が小となり、ブ
ースト圧は低くなる。これをコンプレツサの特性
線上で示すと第2図のようになる。ブースト圧
が低いので吸入空気量が少なく排気濃度限度の制
限を受けて燃料噴射量が制御され、トルクが低下
する欠点がある。
where g: gravitational acceleration, K T : gas specific heat ratio R: gas constant, T iT : turbine inlet temperature, π T : expansion ratio. That is, C 0 becomes large, so the turbine rotational speed N T becomes large, and therefore the rotational speed N c of the compressor coaxial with the turbine becomes large.
Boost pressure increases. When the engine is in a low rotational speed range, the mass flow rate per unit time is small, so the operating point is a point in FIG. Comparing this with the point of high engine speed, the expansion ratio π T is small, and therefore, based on the same theory as above, the theoretical gas speed is small, and the boost pressure is low. This is shown on the characteristic line of the compressor as shown in Fig. 2. Since the boost pressure is low, the amount of intake air is small, and the fuel injection amount is controlled by the exhaust gas concentration limit, which has the disadvantage of reducing torque.

本考案の目的は、上記欠点を解消し、エンジン
低回転速度域において、排ガス速度を大にするこ
とによつてタービンロータ回転速度を大にして、
ブースト圧を高くし燃料噴射量を増し、エンジン
が低速でエンジントルクを大にする可変容量式タ
ーボチヤージヤを提供するにある。
The purpose of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks and increase the turbine rotor rotational speed by increasing the exhaust gas velocity in the low engine rotational speed range.
To provide a variable displacement turbocharger that increases boost pressure, increases fuel injection amount, and increases engine torque at low engine speeds.

本考案の可変容量式ターボチヤージヤは、ター
ビンハウジングの排気通路を隔壁によつて複数個
に分割し、この分割したタービンハウジングの排
気入口に設けた仕切板をエンジン中低速高負荷域
で順次締め切り前記目的を達成するように構成し
たものである。
The variable displacement turbocharger of the present invention divides the exhaust passage of the turbine housing into a plurality of parts using a partition wall, and the partition plates provided at the exhaust inlet of the divided turbine housing are sequentially closed off in the middle, low speed and high load range of the engine. It is designed to achieve the following.

以下本考案の一実施例について第3図乃至第8
図により詳細に説明する。
The following is an example of the present invention shown in Figures 3 to 8.
This will be explained in detail with reference to the drawings.

第3図aで1はタービンロータ、2はタービン
ハウジング、3,3′はタービンハウジング内隔
壁、4は仕切板、5は仕切板4を動かす空気シリ
ンダ、6は排気マニホールド、7は負荷センサ、
8はエンジン回転速度センサ、9はコントローラ
で負荷センサ7とエンジン回転センサ8から信号
を受けソレノイドバルブを制御する。10,11
はコントローラ9の信号によりそれぞれ作動する
ソレノイドバルブ、12はエアタンク、13,1
4,15は仕切板4の位置を示す。16はピスト
ン、16′はストツパ、17はピストン、18は
ばねである。なお第3図bは第3図aのE−E断
面図である。
In Fig. 3a, 1 is a turbine rotor, 2 is a turbine housing, 3 and 3' are partition walls in the turbine housing, 4 is a partition plate, 5 is an air cylinder that moves the partition plate 4, 6 is an exhaust manifold, 7 is a load sensor,
8 is an engine rotation speed sensor, and 9 is a controller which receives signals from the load sensor 7 and the engine rotation sensor 8 and controls the solenoid valve. 10,11
1 is a solenoid valve operated by a signal from the controller 9, 12 is an air tank, 13, 1
4 and 15 indicate the positions of the partition plates 4. 16 is a piston, 16' is a stopper, 17 is a piston, and 18 is a spring. Note that FIG. 3b is a sectional view taken along line E-E in FIG. 3a.

次に前記実施例の作用について説明する。 Next, the operation of the above embodiment will be explained.

第3図aに示すとおり仕切板4の位置13,1
4,15により排気通路はノズル吹出面積を円周
方向に3分割されているので、タービン流量特性
も第4図A,B,Cと3本あることになる。
Position 13,1 of the partition plate 4 as shown in Figure 3a
4 and 15, the nozzle blowout area of the exhaust passage is divided into three in the circumferential direction, so there are also three turbine flow characteristics, A, B, and C in FIG.

エンジン回転数が第6図a及び第6図cの斜線
部に示すように、N2より大きくかつ最大エンジ
ン負荷Lnaxより小さいエンジン負荷、及び前記エ
ンジン回転数N2以下でかつ上記最大負荷Lnax
り小さい値であるエンジン負荷L0以下の所定の
エンジン負荷のA′領域では、コントローラ9は
負荷センサ7、エンジン回転速度センサ8からの
信号により第6図bのようにソレノイドバルブ1
0,11をともにOFFとし、エアシリンダ5は
大気へ開放される。
As shown in the shaded areas in Figures 6a and 6c, the engine speed is greater than N 2 and less than the maximum engine load L nax , and the engine speed is less than or equal to N 2 and the maximum load L In a predetermined engine load A' region below engine load L 0 , which is a value smaller than nax , the controller 9 operates the solenoid valve 1 as shown in FIG.
0 and 11 are both turned off, and the air cylinder 5 is opened to the atmosphere.

従つてピストン17はばねの付勢力で右方へ押
圧され、仕切板4は13の位置となり、タービン
ハウジングの分割通路は全開となる。この時ター
ビンの特性は第4図の線Aで示され、第6図aの
で示される動作点はA線上の印で示される。
この時のブロアの動作点は第5図ので示され
る。
Therefore, the piston 17 is pushed to the right by the biasing force of the spring, the partition plate 4 is at the position 13, and the divided passage of the turbine housing is fully opened. At this time, the characteristics of the turbine are shown by line A in FIG. 4, and the operating point shown by a in FIG. 6 is shown by a mark on line A.
The operating point of the blower at this time is shown in FIG.

なお第6図a,b,cに示されるエンジン回転
数N1,N2、さらにはエンジン負荷L0の具体的な
数値は、適用されるエンジンの総排気量の相違に
よりそれぞれ異なるものであり、一律に特定でき
るものではないが、上記第6図a,b,cに使用
したN1,N2およびL0について一例を示せば次の
ようになる。
It should be noted that the specific values for the engine speeds N 1 , N 2 and engine load L 0 shown in Fig. 6 a, b, and c differ depending on the total displacement of the applied engine. Although they cannot be uniformly specified, an example of N 1 , N 2 and L 0 used in FIGS. 6a, b, and c above is as follows.

N1=(0.45〜0.6)Nnax N1=(0.75〜0.8)Nnax L0=(0.5〜0.8)Lnax ここにおいて、Nnaxは最大エンジン回転数を、
Lnaxは最大エンジン負荷をそれぞれ表わすもので
ある。
N 1 = (0.45 to 0.6) N nax N 1 = (0.75 to 0.8) N nax L 0 = (0.5 to 0.8) L nax where N nax is the maximum engine speed,
L nax represents the maximum engine load, respectively.

なおこのように部分負荷域である負荷L0以下
のA′領域において伏割通路を全開せしめると、
エンジン排気抵抗が小さくなるため、エンジンの
吸排気時におけるポンピング損失を少なくでき、
ひいては燃費を低減できる作用効果を有する。
In this way, when the sunken passage is fully opened in the A' region where the load L is less than 0 , which is the partial load region,
Since engine exhaust resistance is reduced, pumping loss during engine intake and exhaust can be reduced.
Furthermore, it has the effect of reducing fuel consumption.

エンジン回転速度がN1より大きくN2以下で負
荷L0より大きいエンジン負荷のB′領域ではコン
トローラ9は第6図bのようにソレノイドバルブ
11のみをONとするので、エアタンク12の高
圧エアはエアシリンダ5の右側即ちピストンロツ
ドのない側に入り、ピストン16を左へ押圧しピ
ストン16はストツパ16′に当たる。仕切板は
14の位置となり、分割通路の1つを締め切る。
排気通路が狭くなるので流量が変わり、タービン
の特性を示す線は第4図B線に移り、第6図aの
に示される動作点はB線上のとなる、この時
のブロアの動作点は第5図の点となる。
In region B' where the engine speed is greater than N 1 and less than N 2 and the engine load is greater than L 0 , the controller 9 turns on only the solenoid valve 11 as shown in FIG. 6b, so the high pressure air in the air tank 12 is It enters the right side of the air cylinder 5, that is, the side without the piston rod, and pushes the piston 16 to the left, so that the piston 16 hits the stopper 16'. The partition plate is at position 14 and closes off one of the divided passages.
As the exhaust passage becomes narrower, the flow rate changes, and the line representing the turbine characteristics shifts to line B in Figure 4, and the operating point shown in a in Figure 6 is on line B. At this time, the operating point of the blower is This becomes the point in Figure 5.

次にエンジン回転速度がN1以下で負荷L0より
大きいエンジン負荷のC′領域では、コントローラ
9は第6図bのように負荷センサ10と回転セン
サ11との信号により、両ソレノイドバルブ1
0,11を共にON又は10のみをONとする。
前記空気圧はエアシリンダ5のストツパ16′の
左側へ入りピストン17をさらに左へ押圧し、仕
切板4は15の位置をとり、タービンハウジング
2の分割通路をさらに1つ締め切る。通路が変る
ので流路が変わり、タービン特性を示す線は第4
図C線となり、第6図aので示される動作点
は、C線上の点となる。従つて第4図B線上を
たどるよりも、さらに膨張比πTは大となり、ブロ
アの動作点は第5図点で示され、流量は減る
が、圧力比πcは比較的大となる。
Next, in region C' where the engine speed is less than N 1 and the engine load is greater than load L 0 , the controller 9 uses the signals from the load sensor 10 and rotation sensor 11 to control both solenoid valves 1 as shown in FIG.
Set both 0 and 11 to ON or only 10 to ON.
The air pressure enters the left side of the stopper 16' of the air cylinder 5 and presses the piston 17 further to the left, the partition plate 4 takes the position 15, and one more divided passage of the turbine housing 2 is closed off. Since the passage changes, the flow path changes, and the line indicating the turbine characteristics changes to the fourth line.
This becomes line C in the figure, and the operating point shown by a in FIG. 6 is a point on line C. Therefore, the expansion ratio π T becomes even larger than following the line B in FIG. 4, the operating point of the blower is shown by the point in FIG. 5, and although the flow rate decreases, the pressure ratio π c becomes relatively large.

以上のとおり作動するのでブースト圧は、エン
ジンの回転速さに対して、第7図に示すとおりと
なり、エンジンが低速でもブースト圧が高くな
り、低速の吸入空気量が増すので、燃料噴射量を
増すことができ、従つてエンジンの低速トルクを
大にできる。なお従来構造のものの特性は、第7
図の破線に示すとおりで実線の本考案によればブ
ースト圧が向上することが明らかである。なお第
7図のA″,B″,C″は第6図の各仕切板状況にお
ける全負荷時に対応する曲線である。
As it operates as described above, the boost pressure will be as shown in Figure 7 with respect to the engine rotational speed, and the boost pressure will be high even when the engine is at low speed, and the amount of intake air at low speed will increase, so the amount of fuel injection will be reduced. Therefore, the low-speed torque of the engine can be increased. The characteristics of the conventional structure are as follows:
As shown by the broken line in the figure, it is clear that the present invention shown by the solid line improves the boost pressure. Note that A″, B″, and C″ in FIG. 7 are curves corresponding to the full load in each partition plate situation in FIG. 6.

次に仕切板4の他の構造を示す第2実施例を第
8図に示す。なお3,3′はタービンハウジング
内の隔壁である。
Next, a second embodiment showing another structure of the partition plate 4 is shown in FIG. Note that 3 and 3' are partition walls inside the turbine housing.

第9図はタービンロータ20とタービンハウジ
ング21の環状流路部にはタービン効率を上昇さ
せるため等ピツチ又は不等ピツチのノズルリング
22とノズルベーン23を有するもので、この様
にすればロータ20に対する排ガスの角度及びさ
らには所望の絞りが得られる。
FIG. 9 shows that the annular flow passages of the turbine rotor 20 and the turbine housing 21 are provided with nozzle rings 22 and nozzle vanes 23 of equal or unequal pitch in order to increase the turbine efficiency. The exhaust gas angle and even the desired throttling are obtained.

前述のとおり、本考案による可変容量式ターボ
チヤージヤは隔壁によつて排気流れのノズル吹出
面積を円周方向に3通路に分割したタービンハウ
ジングとし、上記ハウジング入口と排気マニホー
ルドの間に仕切板を設けて上記分割通路をエンジ
ン回転速度とエンジン負荷により逐次締め切るよ
うにしたので、エンジンが低速の場合でも排ガス
速度を大にすることによりタービン回転速度を大
にしてブースト圧を高くし、燃料噴射量を増加
し、エンジントルクを増大させることができる。
As mentioned above, the variable displacement turbocharger according to the present invention has a turbine housing in which the nozzle blowout area of the exhaust flow is divided into three passages in the circumferential direction by a partition wall, and a partition plate is provided between the housing inlet and the exhaust manifold. The above-mentioned divided passages are closed sequentially depending on the engine rotation speed and engine load, so even when the engine speed is low, the exhaust gas velocity is increased, the turbine rotation speed is increased, the boost pressure is increased, and the fuel injection amount is increased. However, the engine torque can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来装置のタービン特性を示す線図、
第2図は同装置のブロア特性を示す線図、第3図
aは本考案の第1実施例の構造を示す説明図、第
3図bは第3図aのE−E断面図、第4図は同実
施例のタービン特性線図、第5図は同実施例のブ
ロア特性を示す線図、第6図a及びcは同実施例
の制御領域を示すグラフで、第6図bは同実施例
でソレノイドバルブの作動を示す図表、第7図は
同実施例でエンジン回転速度とブースト圧及びト
ルクを示す関係線図、第8図は仕切板の他の構造
例を示した第2実施例の断面図、第9図はタービ
ンロータとタービンハウジングの間の環状流路部
にノズルベーンとノズルリングを設ける場合の構
造図である。 2……タービンハウジング、3,3′……隔壁、
4……仕切板、6……マニホールド。
Figure 1 is a diagram showing the turbine characteristics of a conventional device.
FIG. 2 is a diagram showing the blower characteristics of the device, FIG. 3 a is an explanatory diagram showing the structure of the first embodiment of the present invention, FIG. Fig. 4 is a turbine characteristic diagram of the same embodiment, Fig. 5 is a diagram showing the blower characteristics of the same embodiment, Fig. 6 a and c are graphs showing the control region of the same embodiment, and Fig. 6 b is a graph showing the control region of the same embodiment. Figure 7 is a diagram showing the operation of the solenoid valve in the same example, Figure 7 is a relationship diagram showing the engine speed, boost pressure, and torque in the same example, and Figure 8 is a second diagram showing another structural example of the partition plate. A sectional view of the embodiment, FIG. 9 is a structural diagram in the case where a nozzle vane and a nozzle ring are provided in an annular flow path between a turbine rotor and a turbine housing. 2... Turbine housing, 3, 3'... Partition wall,
4... Partition plate, 6... Manifold.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 排気通路が隔壁によつてノズル吹出面積を円周
方向に3分割されたタービンハウジングと、この
タービンハウジングの入口とエキゾーストマニホ
ールドとの間に設けられ上記分割された排気通路
を順次締め切る仕切板と、負荷センサおよびエン
ジン回転速度センサからの出力信号により上記仕
切板を作動せしめる制御手段とを有してなり、
N1=(0.45〜0.6)Nnax,N2=(0.75〜0.8)Nnax
Nnaxは最大エンジン回転数とするとき、エンジ
ン回転数N2より大きくかつ最大エンジン負荷
Lnaxより小さいエンジン負荷および上記エンジン
回転数がN2以下でかつ無負荷と最大エンジン負
荷Nnaxとの間の所定のエンジン負荷L0以下のエ
ンジン負荷における領域A′の運転状況と上記制
御手段が判断したときは、上記仕切板は上記分割
通路を全開とし、上記エンジン回転数がN1より
大きくN2以下でかつエンジン負荷が上記エンジ
ン負荷L0より大きい領域B′の運転状況と上記制
御手段が判断したときは、上記分割通路の1個が
締め切られ、上記エンジン回転数がN1以下でか
つエンジン負荷が上記所定のエンジン負荷L0
り大きい領域C′の運転状況と上記制御手段が判断
したときは、上記分割通路の2個が上記仕切板よ
り締め切られるように構成したことを特徴とする
可変容量式ターボチヤージヤ。
a turbine housing in which an exhaust passage has a nozzle blowing area divided into three in the circumferential direction by a partition; a partition plate provided between an inlet of the turbine housing and an exhaust manifold to sequentially close off the divided exhaust passages; and control means for operating the partition plate based on output signals from the load sensor and the engine rotational speed sensor,
N 1 = (0.45 to 0.6) N nax , N 2 = (0.75 to 0.8) N nax ,
When N nax is the maximum engine speed, the engine speed is greater than N 2 and the maximum engine load is
The operating situation in region A' and the control means at an engine load smaller than L nax and an engine speed of N2 or less, and a predetermined engine load L0 or less between no-load and maximum engine load Nnax . When it is determined that, the partition plate fully opens the divided passage, and the operating conditions in region B' where the engine speed is greater than N 1 and less than N 2 and the engine load is greater than the engine load L 0 and the above control are determined. When the means determines that one of the divided passages is closed, the operating condition in a region C' where the engine speed is N1 or less and the engine load is greater than the predetermined engine load L0 and the control means is A variable displacement turbocharger characterized in that, when determined, two of the divided passages are closed off by the partition plate.
JP9887183U 1983-06-28 1983-06-28 Variable displacement turbo charger Granted JPS606836U (en)

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