JPH0442529B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、過給機付エンジン、殊にエンジン排
気通路に生じる排気圧力により吸気を圧縮して燃
焼室に導入する形式の圧力波過給機を備えたエン
ジンに関する。

（従来技術） エンジン排気通路に生じる排気圧力を利用して
吸気を圧縮し、この圧縮された吸気を燃焼室に導
入するようにした形式の圧力波過給機は、古くか
ら提唱されているが、排気タービンを用いたター
ボ過給機に比べて低速運転時の過給効果が高い点
で最近又注目されるようになつている。この形式
の過給機は、回転軸方向に貫通する互に分離され
た多数の気体通路を有するロータと、該ロータを
その回転軸まわりに回転自在に支持するケースと
からなり、ケースにはロータ端部に対向する位置
に排気導入口と排気吐出口、および吸気導入口と
吸気吐出口が形成され、吸気導入口からロータ内
の気体通路に導入された吸気は、排気導入口から
導入される排気の圧力により吸気吐出口に向けて
押し出されるように構成されている。このため、
排気導入口と吸気吐出口とはロータを挾んでロー
タ軸方向に相対向する位置に形成される。このよ
うな形式の圧力波過給機の一例は、実開昭55−
127839号公報に開示されている。この公開公報に
開示された過給機は、排気導入口と排気吐出口と
が同じロータ端部側に設けられ、吸気導入口と吸
気吐出口とが他方のロータ端部側に設けられ、排
気流および吸気流の各々がロータ内で流れ方向を
変える、いわゆる逆流形であるが、これらの気体
がロータを軸方向に貫通して流れるようにした、
貫流形も知られており、その構造および作動は、
雑誌「内燃機関」Vol.15、No.179、1976.6に詳述
されている。

この圧力波過給機は、特にデイーゼルエンジン
に適すると考えられ、低速運転時にも効果を示す
が、ロータ内で吸気が排気に接触させられるた
め、吸気と排気との部分的な混合を生じることに
なる。この混合は、排気還流（以下EGRという）
効果とみることができ、混合割合はロータの回転
数を変化させることによつて制御することができ
る。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述したような形式の圧力波
過給機を備えたエンジンにおいて、圧力波過給機
内で生じる上記排気の吸気への混入現象に着目
し、ロータの回転数を制御することにより低温低
負荷運転時のEGR量を増加させて有効に失火を
防止することができる圧力波過給機付デイーゼル
エンジンを提供することである。

（本発明の構成） 上記目的を達成するため、本発明は次の構成を
有する。すなわち、本発明による過給機付エンジ
ンは、圧力波過給機を備えており、その圧力波過
給機は、回転軸方向に貫通する互に分離された多
数の気体通路を有するロータと、該ロータをその
回転軸まわりに回転自在に支持するケースとから
なり、該ケースには、ロータの端部に対向する位
置に、エンジン排気口に接続される排気導入口と
排気を大気に排出する排気吐出口とがロータ回転
方向に偏位して形成され、さらに排気導入口に対
し回転軸方向反対側の位置に、エンジン吸気口に
接続される吸気吐出口が、また排気吐出口に対し
回転軸方向反対側の位置に、大気を吸入する吸気
導入口がそれぞれ形成されている。本発明におい
ては、過給機のロータを回転駆動するために電動
モーターが設けられ、この電動モーターの回転数
は、エンジン温度が低くかつエンジンが軽負荷の
ときかあるいはEGR量が増すようにエンジン回
転数との比を小さく制御する。

圧力波過給機においては、ロータの回転に伴な
つてロータ内の気体通路が排気導入口に開口した
とき、この気体通路に排気圧力が伝えられ、該気
体通路の排気通路側に圧力波を生じ、この圧力波
が音速で該通路内を伝播して通路内の吸気を圧縮
しながら他端側に達する。したがつて、排気導入
口と吸気吐出口の位置関係、ロータ内の気体通路
の長さ、ロータと回転数などを適当に定めること
により、気体通路内を伝播する圧力波を吸気導入
口に伝えることができ、過給効果が得られる。こ
れに対し、気体通路内における排気の流れは圧力
波より遅れて通路内を進むので、排気流が気体通
路の他端に達する前に該気体通路が吸気吐出口か
ら遮断されればエンジン吸気に排気はほとんど混
入しない。

一般には、エンジン吸気量の関係から、ロータ
の回転数はエンジン回転数に比例して増減させる
のが普通である。しかし、たとえば排気還流が必
要とされるエンジン運転流域で、ロータ回転数と
エンジン回転数の比が小さくなるようにロータ回
転数を制御すると、気体通路が吸気吐出口から遮
断される前に、排気が気体通路を貫流して吸気に
混入し、EGR量が増大する効果を生じる。

（発明の効果） 本発明においては、圧力波過給機のロータを電
動モーターにより駆動し、着火性の悪いエンジン
の低温かつ軽負荷時には、電動モーターは、
EGR量が増加するように、該ロータの回転数と
エンジン回転数との比を小さく制御する。これに
よつて、吸気温度低下が抑制され上述のような運
転領域における失火を防止することができる。そ
して、本発明によれば、上述のようなEGR特性
を得るためにEGR通路を設けるなどの特別の
EGR装置を設ける必要もない。また、ロータを
エンジンクランク軸により駆動する場合に比し、
過給機の取付位置に制約がなく、部品配置上の融
通性が大きくなる。

（実施例の説明） 基本構成 第１図を参照すると、エンジン１はシリンダ２
と該シリンダ２の上端部に取付けられたシリンダ
ヘツド３を有し、シリンダ２内にはピストン４が
往復運動自在に配置されて、シリンダ２内に燃焼
室１２を形成する。シリンダヘツド３には吸気口
５および排気口６が形成され、これら吸気口５お
よび排気口６にはそれぞれ吸気弁７および排気弁
８が配置されている。さらに、吸気口５は過給通
路９に、排気口６は排気通路１０にそれぞれ接続
されている。過給通路９と排気通路１０との間に
は圧力波過給機１１が設けられる。

過給機１１は、第２図ａに示すケース１４と、
第２図ｂに示すロータ１５からなり、ロータ１５
はケース１４内に回転自在に配置されている。第
２図ｂに示すように、ロータ１５は、軸方向に貫
通する互に分離された多数の気体通路１６を有す
る。ケース１４は、ロータ１５の両端に対向する
端壁１４ａ，１４ｂを有し、一方の端壁１４ａに
は排気導入口１７と排気吐出口１８が形成され、
他方の端壁１４ｂには吸気導入口１９と吸気吐出
口２０が形成されている。第１図に示すように、
ケース１４の排気導入口１７には排気通路１０が
接続され、吸気吐出口２０には過給通路９が接続
されている。さらに、ケース１４の排気吐出口１
８には排出通路２１が接続され、吸気導入口１９
には吸気通路２２接続されている。

ロータ１５には駆動軸２３が固定され、この駆
動軸２３はロータ１５の一端から軸方向外方に延
びている。駆動軸２３は、軸受２４，２５により
吸気ハウジング２６に回転支持され、その一端で
ロータ１５を片持支持する。駆動軸２３の他端
は、電磁クラツチ２７を介して電動モーター２８
の出力軸に結合されている。モーター２８の回転
を制御するために制御回路２９が設けられる。こ
の制御回路２９は、エンジン回転数センサ３０の
出力を入力とし、エンジン回転数に比例する出力
を発生する。たとえば電動モーター２８がパルス
モーターであれば、制御回路２９はエンジン回転
数の増加に比例してパルス数が増加するパルス出
力を発生する。制御回路２９の出力は補正回路３
１に入力され、補正回路３１の出力がモーター２
８の駆動に使用される。補正回路３１には、エン
ジン制御部材の作動量たとえばアクセルペダル踏
み込み量センサ３２の出力を受け、エンジン負荷
の電圧変換値と設定電圧入力値３５とを比較し、
エンジンが軽負荷状態であるかどうかを判定する
軽負荷判定回路３６からの信号が入力されるよう
になつている。補正回路３１は、軽負荷判定回路
３６からの信号に応じて制御回路２９の出力を補
正し、モーター２８の回転数を制御する。本例に
おいては、エンジンの温度状態を検出するために
エンジン冷却水温度を検出する水温センサー３８
が設けられており、この水温センサー３８からの
信号も軽負荷判定回路３６に入力されるようにな
つている。このような構成により、補正回路３１
はエンジン冷却水温が所定温度以下で、かつエン
ジンが軽負荷のときには過給機回転数CRとエン
ジン回転数ERとの回転数比CR／ERが小さくな
るように制御回路２９からの信号を補正する。第
３図ＡおよびＢは、エンジン燃料噴射量Ｑ、上記
回転数比CR／ERおよびEGR量の関係を示すも
のである。この中の第３図Ａはエンジン冷却水温
度が所定値以上、すなわちエンジン暖機後の場合
を示すもので、上記回転数比CR／ERは同様に実
線で示すように常に一定であり、このときの
EGR量は破線で示すように燃料噴射量Ｑすなわ
ちエンジン負荷により変化し、該負荷が低いとき
に少量のEGRされている。

また、第３図Ｂは、エンジン冷却水温度が所定
値以下、すなわち暖機中の場合を示すもので、上
記回転数比CR／ERは、同図に実線で示すよう
に、エンジン負荷が低いときには負荷が高いとき
に比べて小さくなつており、このときのEGR量
は同図に破線で示すように、第３図Ａの場合より
多くなつている。なお、アクセル踏み込み量セン
サー３２の出力は、電磁クラツチ２７にも与えら
れ、一定の負荷より小さい負荷領域ではクラツチ
２７の接続が断たれるようになつている。

作 動 エンジン１が始動され、クラツチ２７が接続さ
れる負荷領域では、モーター２８は補正回路３１
からの出力により回転させられて、ロータ１５を
駆動する。エンジン吸気は吸気通路２２から吸気
導入口１９を経てロータ１５内の気体通路１６に
入り、該通路１６が吸気吐出口２０に開口したと
きに、過給通路９に吐出されて吸気口５から燃焼
室１２に導入される。一方、排気口６から排出さ
れる排気は、排気通路１０を通つて排気導入口１
７からロータ１５内の気体通路１６に入り、該通
路１６が排気吐出口１８に開口したとき排出通路
２１に吐出される。ケース１４では、排気導入口
１７と吸気吐出口２０が軸方向相対向する位置に
配置されているので、気体通路１６の一端が排気
導入口１７に開口したとき、該通路１６内に発生
する圧力波は通路１６内を伝播し、該通路１６内
の吸気を圧縮しながら吸気吐出口２０に達し、過
給状態で吸気を通路９に吐出する。

第４図は、ロータ１５の通路１６内における吸
気と排気の流れを模式的に示すものである。図に
おいて、ロータ１５は説明の便宜上展開して示さ
れ、通路１６はロータ１５の回転に伴なつて上か
ら下に矢印Ａで示す方向に動くものとする。第４
図の上端付近の通路１６ａは吸気で充満された状
態で移動して来ており、この通路１６ａの位置で
は、通路両端が閉塞されているため、内部の吸気
は静止状態である。続く通路１６ｂでは一端が排
気導入口１７に開口しており排気による圧力波が
図に３３で示すように発生する。このとき、排気
は通路１６ｂの一端に３４で示すように流入して
いる。ロータ１５の回転方向に位相の進んだ通路
１６ｃ，１６ｄでは圧力波が３８ａ，３３ｂで示
すように伝播し、排気の流れも３４ａ，３４ｂで
示すように通路に沿つて進んでいるが、この時点
では通路の他端は閉じられており、該端部付近の
吸気は静止している。さらに、通路１６ｅでは該
通路の端部が吸気吐出口２０に開口しており、こ
の時点では圧力波が吸気吐出口２０に達してお
り、吸気は過給状態で通路９に吐出される。続く
通路１６ｆ，１６ｇ，１６ｈでは、吸気の吐出が
継続して行われ、排気は該通路内を吸気の流出方
向に流動する。通路１６ｉは、排気導入口１７か
ら遮断され、該導入口１７側の端部に排気の静止
部３４ｃが生じる。通路１６ｊは、吸気吐出口２
０からも遮断されており、吸気および排気は静止
状態になる。通路１６ｋでは、該通路の一端が排
気吐出口１８に開口し該端部に排気の膨張部３５
が発生し、この膨張部は位相の進みにしたがつて
図に示すように通路内で拡がつていく。通路１６
ｌでは他端側が吸気導入口１９に開口し、大気圧
の空気が通路に流入して、膨張した排気を排出路
２１に押し出す。

第４図に示すロータ１５の回転数では、通路１
６に流入する排気が吸気吐出口２０に到達する前
に該通路１６が吸気吐出口２０から遮断される。
したがつて、排気は、吸気との接触により該吸気
中に混入して残留する僅かな量を除いては、過給
通路９に到達することはない。第５図は、ロータ
１５の回転数を相対的に低下させ、ロータ回転数
とエンジン回転数との比を減少させたばあいを示
す。この状態では、ロータ１５の回転による気体
通路１６の進みに比して排気３４の流れが速く、
排気３４は通路１６が吸気吐出口２０から遮断さ
れる前に該吐出口２０に到達し、過給通路９に吐
出される。

このようにして過給通路９に吐出される排気の
量は、ロータ１５の回転数とエンジン回転数との
比によつて変化し、この回転数比を第３図Ｂの実
線のように変化させると、吸気に混入される排気
の量は同図に破線で示すように変化する。すなわ
ち、圧力波過給機の回転数を制御することによ
り、実質的にEGR量を望ましい状態に制御する
とができる。本例では、燃料噴射量が比較的少な
い領域、すなわち、軽負荷領域においてエンジン
冷却水温が一定値より低い場合には、過給機回転
数とエンジン回転数との回転数比CR／ERが小さ
くなるように制御され、EGR量が多く得られる。
これによつて、吸気温度低下が抑制され、着火性
が向上して失火を防止することができる。また、
高負荷運転領域では、回転数比CR／ERを高めて
第３図のように吸気への排気の混入を防止するこ
とにより高い過給効果が得られる。

なお、低負荷運転領域では、センサ３２からの
信号によりクラツチ２７を断つて、ロータ１５を
排気のエネルギのみで駆動するようにしてもよ
い。また、上述の実施例は、逆流形であるが、本
発明は貫流形にも問題なく適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す過給機付エン
ジンの概略図、第２図ａおよびｂは過給機のケー
スおよびロータをそれぞれ示す斜視図、第３図Ａ
およびＢはロータ回転数制御の一例を示す図表、
第４図および第５図は過給機の作用を示すロータ
の展開図である。 １……エンジン、９……過給通路、１０……排
気通路、１１……過給機、１４……ケース、１５
……ロータ、１６……気体通路、１７……排気導
入口、１８……排気吐出口、１９……吸気導入
口、２０……吸気吐出口、２８……電動モータ
ー、２９……制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転軸方向に貫通する互に分離された多数の
   気体通路を有するロータと、前記ロータをその回
   転軸まわりに回転自在に支持するケースとからな
   り、前記ケースには、前記ロータの端部に対向す
   る位置に、エンジン排気口に接続される排気導入
   口と排気を大気に排出する排気吐出口とがロータ
   回転方向に偏位して形成され、さらに前記排気導
   入口に対し回転軸方向反対側の位置に、エンジン
   吸気口に接続される吸気吐出口が、また前記排気
   吐出口に対し回転軸方向反対側の位置に、大気を
   吸入する吸気導入口がそれぞれ形成された形式の
   圧力波過給機を備えた過給機付デイーゼルエンジ
   ンにおいて、前記ロータを回転駆動するための電
   動モーターと、エンジン温度が低くかつエンジン
   が軽負荷のとき前記ロータの回転数とエンジン回
   転数との比を小さくする制御装置とが、設けられ
   たことを特徴とする過給機付エンジン。