JPH0513956Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は過給機付エンジンの過給圧調整装置に
関するものである。

［従来技術］ 充填効率を高めてエンジンの出力向上を図るた
めに、従来より種々の過給機が用いられている。
そして、各種過給機の中で、排気ターボ式過給機
やコンプレツクス式圧力波過給機のように、排気
ガスのエネルギを利用して過給を行うようにした
ものは、吸気の加圧にエンジンの軸出力を消費し
ないので出力向上と燃費性向上の両立が図れると
いう利点がある。

そして、このような排気ガスのエネルギを利用
して過給を行う過給システムにおいては、一般に
過給機をバイパスして排気ガスを通すバイパス排
気通路を設けるとともに、このバイパス排気通路
を開閉制御する開閉弁を設け、この開閉弁の開度
を換えて過給機に導入される排気ガスの流量を調
節して過給圧を所定の値にコントロールするよう
にしている。そして、開閉弁を駆動するために正
圧応動式のラバー製ダイヤフラムよりなるアクチ
ユエータが設けられ、この正圧の圧力源として吸
気通路内の過給圧を利用するのが一般的である。

ところが、このようなアクチユエータは、開閉
弁の開閉位置の精度を向上させ、あるいは過給シ
ステムをコンパクト化するために過給機本体近傍
に配設されるので、過給機の高温部からの輻射熱
によつて高温となる。また、過給機本体近傍は、
周囲への熱害対策あるいは騒音対策上断熱材で覆
つた構造となる場合もあり、アクチユエータ及び
ロツド近傍の空気流動が悪くなり、アクチユエー
タはますます高温となり、例えば最高191〜234℃
となることもある。このため、アクチユエータ内
のラバーは高温にさらされ、ラバーの温度は時と
して許容上限温度（例えば150〜180℃）を超える
ことがあり、これによつてラバーが損傷し、アク
チユエータが正常に作動しなくなる場合もあると
いつた問題があつた。これに対して、吸気温に応
じて燃料供給量を補正するなどして、排気ガス温
度の上昇を抑制して、排気系部品およびその周辺
部品に熱害が発生するのを防止するようにしたも
のが提案されているが（例えば、特開昭60−
138244号公報参照）、このものは吸気温度が高い
ときには燃料供給量が抑制されるので出力低下を
招き過給による出力向上効果が減殺されるといつ
た問題があつた。

一方、アクチユエータ内のラバーは許容下限温
度以下になると硬化するので、極低温時のエンジ
ン始動後、エンジンルーム内が温まるまではラバ
ーの硬化により、アクチユエータが正常に作動し
ないといつた問題があつた。これを防止するため
に、耐寒性が優れたラバーを用いるという方法が
考えられるが、耐寒性が優れたラバーは反面耐熱
性が劣り（例えば、耐寒性ラバーの許容温度−25
〜150℃）、一方、耐熱性が優れたラバーは反面耐
寒性が劣る（例えば、耐熱性ラバーの許容温度−
10〜180℃）という性質があるので、単純に耐寒
性が優れたラバーを用いればよいという訳にはい
かず、また、たとえ耐寒性ラバーを用いても、ラ
バー温度が−25℃より低い場合にはラバーが硬化
してアクチユエータが正常に作動しなくなるとい
つた問題があつた。

［考案の目的］ 本考案は上記従来の問題点に鑑みてなされたも
のであつて、アクチユエータの周囲が高温となつ
た場合でもラバーが損傷を起こさず、また、極低
温となつた場合でもラバーが硬化を起こさず、正
常に作動するアクチユエータを備えた過給機付エ
ンジンの過給圧調整装置を提供することを目的と
する。

［考案の構成］ 本考案は、上記の目的を達するため、排気ガス
のエネルギを利用して吸気を過給する過給機と、
該過給機をバイパスして排気ガスを排出するバイ
パス排気通路と、該バイパス排気通路を開閉制御
する開閉弁と、過給気の正圧が導入される圧力室
を備えこの圧力室内の圧力に応じて開閉弁を開閉
駆動するアクチユエータと、過給機下流の吸気通
路に介設された過給気を冷却するインタクーラと
が設けられた過給機付エンジンの過給圧調整装置
において、過給機がコンプレツクス式圧力波過給
機であつて、吸気通路の過給機下流かつインタク
ーラ上流となる位置とアクチユエータの圧力室と
を連通する第１圧力導入通路と、吸気通路のイン
タクーラ下流となる位置とアクチユエータの圧力
室とを連通する第２圧力導入通路とが設けられて
いることを特徴とする過給機付エンジンの過給圧
調整装置を提供する。

［考案の効果］ 本考案によれば、吸気通路のインタクーラ前後
の圧力差を利用して、アクチユエータを作動させ
る正圧源の過給気を圧力の高いインタクーラ上流
側の吸気通路から第１圧力導入通路を通してアク
チユエータの圧力室に導入するとともに、圧力室
に導入された過給気を第２圧力導入通路を通して
圧力の低いインタクーラ下流側の吸気通路へ排出
するようにしているので、アクチユエータの圧力
室内には、過給機によつて断熱圧縮され大気温度
よりは高温となつているがラバーの許容上限温度
よりは低温の過給気が、常時流通するので、高温
時には圧力室内の温度をラバーの許容上限温度以
下に冷却でき、過熱によるカバーの損傷を防止で
きるとともに、一方、極低温時には圧力室内の温
度を高めるのでエンジン始動後速やかにラバーを
許容下限温度以上に昇温でき、カバーの硬化が早
期に解消されるので、高温時あるいは極低温時で
もアクチユエータは正常に作動し、アクチユエー
タの信頼性が大幅に向上できる。

さらに、吸気通路から引き抜かれて第１圧力導
入通路を介してアクチユエータの圧力室に導入さ
れたエアが、第２圧力導入通路を介して再び吸気
通路に戻されるので、過給機上流にエアフローメ
ータが配設されている場合には、エアフローメー
タによる吸入空気量の検出値に誤差を生じさせな
い。

また、一般にコンプレツクス式圧力波過給機に
おいては、排気ターボ式過給機とは異なり常時排
気ガスが吸気通路に混入するので、排気ガス中の
カーボン等の粒子が吸気通路内に侵入し、かかる
カーボン等がアクチユエータの圧力室に持ち込ま
れることになるが、本案によればカーボン等は第
２圧力導入通路を通して吸気通路に戻されるの
で、圧力室内にはカーボン等が堆積せず、ダイヤ
フラムの劣化が防止されアクチユエータの信頼性
が高められる。

［実施例］ 以下、本考案の実施例を具体的に説明する。

第１図に示すように、エンジン１には、燃焼室
２，２，２，２に吸気を供給するために吸気ポー
ト３，３，３，３と連通して分岐吸気通路４，
４，４，４が設けられるとともに、これらの分岐
吸気通路４，４，４，４と連通して共通吸気通路
５が設けられ、一方、燃焼室２，２，２，２内の
燃焼ガスを排気するために排気ポート６，６，
６，６と連通して分岐排気通路７，７，７，７が
設けられるとともに、これらの分岐排気通路７，
７，７，７と連通して共通排気通路８が設けられ
ている。

そして、共通吸気通路５と共通排気通路８の両
者にまたがつて、コンプレツクス式圧力波過給機
９（以下、単に過給機９という。）が設けられて
いる。この過給機９には、ケーシング１１内で回
転自在に把持された回転軸１２に放射状に配設さ
れた羽根板形の多数の隔壁（図示していない）に
よつて画成される多数のスリツト状通路（図示し
ていない）を備えたロータ１３が設けられてい
る。このロータ１３は、タイミングベルト１４を
介してエンジン１のクランク軸１５によつて回転
駆動されるようになつている。そして、この回転
に伴つて、ロータ１３内の各スリツト状通路が、
その排気側開口部が共通排気通路８の下流部８ｂ
と連通する位置にきたときには、スリツト状通路
内に閉じこめられていたやや圧力の高い排気ガス
が共通排気通路８の下流部８ｂにリリースされて
膨張波が生じ、この直後、スリツト状通路の吸気
側開口部が共通吸気通路５の上流部５ａと連通し
たときには、上記膨張波の作用によつて、スリツ
ト状通路内では排気ガスの掃気と吸気の導入が同
時に行なわれるようになつている。さらに、ロー
タ１３が回転して、上記スリツト状通路が、その
排気側開口部が共通排気通路８の上流部８ａと連
通するとともに、吸気側開口部が共通吸気通路５
の下流部５ｂと連通する位置にきたときには、共
通排気通路８の上流部８ａからスリツト状通路内
に流入する圧力の高い排気ガスによつて生じる圧
縮波の作用により、スリツト状通路内に閉じ込め
られていた吸気が加圧されて共通吸気通路５の下
流部５ｂに排出され、吸気の過給が行なわれるよ
うになつている。

そして、共通吸気通路５の過給機９下流には、
過給機９によつて加圧され、断熱圧縮効果により
温度が高くなつた過給気を冷却するための水冷式
インタクーラ１６が設けられ、吸気温度上昇に伴
う吸気密度低下を防止して充填効率を高めるよう
にしている。

一方、過給機９に導入される排気ガス量を調節
して過給圧を所定の値にコントロールするため
に、過給機９をバイパスして、共通排気通路８の
過給機９上流に位置する分岐部１８と過給機９下
流に位置する合流部１９とを連通するバイパス排
気通路２１が設けられ、このバイパス排気通路２
１には分岐部１８近傍においてバイパス排気通路
２１を開閉制御する開閉弁２２が介設されてい
る。この開閉弁２２に対しては、正圧応動式のラ
バー製ダイヤフラム２３よりなるアクチユエータ
２４が設けられている。

第２図に示すように、アクチユエータ２４のハ
ウジング２５によつてその内部に画成される空間
部はラバー製ダイヤフラム２３によつて、正圧が
導入される圧力室２６とほぼ大気圧に維持される
常圧室２７とに仕切られている。そして、ダイヤ
フラム２３は、常圧室２７内に設けられたコイル
ばね２８によつて常時後方（第２図右方向）に付
勢されており、圧力室２６内に導入される正圧が
所定値以下のときには、ダイヤフラム２３はコイ
ルばね２８によつて最も後方となる位置まで後退
させられ、このとき連結棒２９を介してダイヤフ
ラム２３と連結された開閉弁２２（第１図参照）
は閉じられるようになつている。また、圧力室２
６に所定値を超える正圧が導入されたときには、
その正圧の大きさに応じてダイヤフラム２３がコ
イルばね２８の付勢力に逆つて前方に移動させら
れ、これに対応して開閉弁２２（第１図参照）が
開かれるようになつている。これによつて過給圧
が設定値より高い場合には、偏差に応じて排気ガ
スが過給機９（第１図参照）をバイパスしてバイ
パス排気通路２１（第１図参照）を通して排出さ
れ、過給圧が設定値に維持されるようになつてい
る。

再び第１図に示すように、アクチユエータ２４
の圧力室２６にアクチユエータ２４を作動させる
ための正圧を導入するために、共通吸気通路５の
過給機９下流かつインタクーラ１６上流に位置す
る第１連通部３１と、圧力室２６とを連通する第
１圧力導入通路３２が設けられるとともに、共通
吸気通路５のインタクーラ１６下流に位置する第
２連通部３３と圧力室２６とを連通する第２圧力
導入通路３４とが設けられている。そして、後で
詳しく説明するように過給された吸気を圧力室２
６内に流通させることによつて、ダイヤフラム２
３を形成するラバーの過熱あるいは低温による硬
化を防止するようにしているので、吸気の圧力室
２６内での循流性を高めるために、第１圧力導入
通路３２は圧力室２６の後面の周縁近傍に接続さ
れ、一方第２圧力導入通路３４は第１圧力導入通
路３２と圧力室２６との接続部から最大限離れた
位置で圧力室２６の側面に接続されている。

以下、第１圧力導入通路３２と第２圧力導入通
路３４の作用について詳しく説明する。

過給機９で加圧された吸気は、インタクーラ１
６を流通する際、インタクーラ１９の流通抵抗に
よつて圧力損失が生じ、この圧力損失は、例えば
定格出力点近傍で最大となり、約40mmHgとなる。
したがつて、共通吸気通路５の第１連通部３１と
第２連通部３３との間には上記圧力損失に相当す
る差圧が発生するため、吸気の一部は、第１連通
部３１から順次、第１圧力導入通路３２と圧力室
２６と第２圧力導入通路３４とを矢印A₁，A₂，
A₃，A₄，A₅，A₆で示すような経路で、第２連通
部３３まで流通する（以下、このような経路で流
通する過給気をバイパス吸気という。）。このと
き、第１連通部３１と第２連通部３３とにおける
過給気の圧力のエンジン回転数に対する特性は、
夫々、第３図の曲線G₁，G₂に示すとおりである。
そして、圧力室２６にかけられるアクチユエータ
２４の作動圧は曲線G₁と曲線G₂のほぼ中間の曲
線G₃のようになる。同様に、第１連通部３１と
第２連通部３３とにおける過給気の圧力のエンジ
ン負荷に対する特性を、夫々、第４図の曲線G₄，
G₅で示す。そして、圧力室２６にかけられるア
クチユエータ２４の作動圧は曲線G₆のようにな
る。

バイパス吸気の温度は過給機９によつて断熱圧
縮されているので、例えば外気温が25℃のときに
は50〜140℃となり、外気温よりは25〜115℃温度
が高くなる（バイパス吸気以外の吸気も温度が上
昇していることはもちろんである）。したがつて、
このバイパス吸気が圧力室２６内を流動すること
により、アクチユエータ２４がラバーの許容上限
温度150〜180℃を超えて高温となるような場合に
は、ラバーはバイパス吸気によつて許容上限温度
以下に冷却され、一方、外気温がラバーの許容下
限温度（−25〜−10℃）以下の場合には、ラバー
は速やかに許容下限温度以上に温められるので、
ラバーの過熱損傷あるいは低温硬化によるアクチ
ユエータ２４の作動性の悪化を確実に防止でき
る。なお、通常エンジン負荷あるいはエンジン回
転数が高いほど、アクチユエータ２４の熱負荷が
大きくなり、より強い冷却が必要とされるので、
より多くのバイパス吸気が必要となるが、このよ
うなエンジン１の運転状態では吸気量が増えるの
で、インタクーラ１６での圧力損失も大きくなり
（乱流下では、圧力損失は吸気流速の２乗に比例
する。）バイパス吸気の流量が増え、十分な冷却
が行なわれる。

このように、温度条件によらずアクチユエータ
２４のラバーを許容温度範囲内に維持するために
必要なバイパス吸気の流量は最大約100／分と
評価されており、この量は全吸気量の１％以下で
ある。このとき、吸気の一部をインタクーラ１６
で冷却せずに燃焼室２，２，２，２に供給するこ
とによつて生ずる吸気温上昇による出力低下は、
0.05％以下と評価されており、実質的に無視少で
ある。

また、共通吸気通路５内の吸気脈動がアクチユ
エータ２４の作動に何等かの影響を及ぼす可能性
が考えられるが、吸気脈動の周波数（100Hz前後）
はアクチユエータ２４の固有振動数（1000Hz程
度）とは大きくずれている上に、吸気脈動は第１
圧力導入通路３２内あるいは第２圧力導入通路３
４内で十分減衰されるので、吸気脈動がアクチユ
エータ２４の作動に支障をきたすことはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の実施例を示す、コンプレツ
クス式圧力波過給機を備えたエンジンのシステム
構成図である。第２図は、第１図に示すアクチユ
エータの拡大断面説明図である。第３図は、過給
圧のエンジン回転数に対する特性を示す図であ
る。第４図は、過給圧のエンジン負荷に対する特
性を示す図である。 １……エンジン、５……共通吸気通路、８……
共通排気通路、９……過給機（コンプレツクス
式）、１６……インタクーラ、２１……バイパス
排気通路、２２……開閉弁、２４……アクチユエ
ータ、２６……圧力室、３２……第１圧力導入通
路、３４……第２圧力導入通路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 排気ガスのエネルギを利用して吸気を過給する
   過給機と、該過給機をバイパスして排気ガスを排
   出するバイパス排気通路と、該バイパス排気通路
   を開閉制御する開閉弁と、過給気の正圧が導入さ
   れる圧力室を備えこの圧力室内の圧力に応じて開
   閉弁を開閉駆動するアクチユエータと、過給機下
   流の吸気通路に介設された過給気を冷却するイン
   タクーラとが設けられた過給機付エンジンの過給
   圧調整装置において、 過給機がコンプレツクス式圧力波過給機であつ
   て、 吸気通路の過給機下流かつインタクーラ上流と
   なる位置とアクチユエータの圧力室とを連通する
   第１圧力導入通路と、 吸気通路のインタクーラ下流となる位置とアク
   チユエータの圧力室とを連通する第２圧力導入通
   路とが設けられていることを特徴とする過給機付
   エンジンの過給圧調整装置。