JPH0791991B2 - 圧力波過給機付エンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は圧力波過給機付エンジンに関し、特に該エンジ
ンにおける吸気系の通路構成に関する。

（従来の技術） 近年、自動車用等のエンジン、特にディーゼルエンジン
に備えられる過給機として、排気ガスの圧力に基づいて
発生する圧力波（圧力波エネルギ）を利用して吸気を圧
縮することにより過給効果を得るようにした圧力波過給
機の実用化が図られている。この圧力波過給機は、ケー
シング内に回転自在に保持されて多数の溝状通路が放射
状に形成されたロータと、上記ケーシングの一端部（ロ
ータにおける溝状通路の一端側）に形成されて吸気通路
の上，下流側に夫々通じる吸気導入口及び吸気吐出口
と、上記ケーシングの他端部（溝状通路の他端側）に形
成されて排気通路の上，下流側に夫々通じる排気導入口
及び排気吐出口とを備えた構成である。そして、上記ロ
ータの回転に伴って溝状通路の両端が夫々所定のタイミ
ングで吸排気導入口及び吐出口に開口されることにより
該通路内に所望の圧縮波及び膨張波が発生し、これによ
り吸気の過給作用及び排気の掃気作用が良好に行われる
ようになっている。

ところで、上記圧力波過給機は、エンジン出力が要求さ
れる中高負荷時に最適な過給能力が得られるようにその
各部の設定が行われている関係上、始動時等の低負荷時
（低回転低負荷時）においては、排気ガス圧力が低いこ
と等に起因して良好な性能（掃気性能）が得られず、そ
のため当該エンジンの燃焼室内に排気ガスが持ち込まれ
るという難点がある。そこで、例えば実開昭61−27926
号公報に記載の如くこの種の過給機を備えたエンジンの
吸気系に、該過給機をバイパスするバイパス通路と、低
負荷時にのみ上記バイパス通路を開通状態にするバルブ
装置とを配設し、これにより上記のような問題を解消す
ることが知られている。具体的には、第３図に示すよう
にエアクリーナＡからエンジンＢの燃焼室に通じる主吸
気通路Ｃと、該燃焼室からサイレンサＤ及びテールパイ
プＥを介して大気に通じる排気通路Ｆとに跨って圧力波
過給機Ｇを配備した構成において、上記主吸気通路Ｃに
おける過給機Ｇの下流側にシャッタバルブＨを配設する
と共に、該吸気通路Ｃにおける過給機Ｇの上流側から分
岐されて上記シャッタバルブＨの下流側に合流されるバ
イパス通路Ｉを設け、且つその合流部に制御弁Ｊを備え
た構成である。そして、エンジン中高負荷時において
は、上記シャッタバルブＨを開弁させてエアクリーナＡ
から導かれた吸気を過給機Ｇを介して燃焼室内に供給す
ることにより所望の過給効果を得るようにする。また、
エンジン低負荷時においては、上記シャッタバルブＨを
閉弁させ且つ制御弁Ｊを開弁させて上記エアクリーナＡ
からの吸気をバイパス通路Ｉを介して燃焼室内に供給す
ることにより、上記過給機Ｇから燃焼室内への排気ガス
の持ち込みを防止するようにしたものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の如き構成によるにしても、圧力波
過給機の性能は吸気側と排気側との圧力バランスの僅か
な狂いにより著しく低下するものであり、しかもエンジ
ン低負荷時（低回転低負荷時）においては燃焼室内に持
ち込まれる排気ガスが運転性能に大きな影響を与えるも
のであるため、以下に示すよう問題が生じる。

即ち、例えば第４図に示すように当該自動車Ｋが水溜り
の中を後進している間にその後進動に伴って生じる水面
波ＬがテールパイプＥの開口位置に達して該パイプＥか
ら排気通路内に水が侵入したり、或いは該パイプＥやサ
イレンサＤ等が変形して当該部位の通路抵抗が大きくな
った場合には、第３図に示す排気通路Ｆの過給機下流側
部分F₁における排気ガス圧力が増大する。そして、この
ような排圧の増大に伴って上記過給機Ｇの吸気側と排気
側との圧力バランスが狂い、該過給機Ｇの性能（排気ガ
スの掃気性能）が低下することになる。この場合、エン
ジン低負荷時においては上記シャッタバルブＨが閉弁さ
れ且つ制御弁Ｊが開弁された状態にあるため、上述の如
く過給機Ｇの性能が低下した場合には、同図に矢印ｘで
示すように排気ガスが該過給機Ｇからバイパス通路Ｉに
流入した後、エンジンＢの燃焼室内に持ち込まれる。そ
の結果、このようなエンジン運転状態での燃焼性が著し
く損われて、例えばエンストが生じたりその後の始動性
が悪化したり等の弊害を招くことになる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、当該
エンジンにおける吸気系の通路構成に改良を加えること
により、エンジン低負荷時における圧力波過給機の吸気
側と排気側との圧力バランスの狂い、特に過給機下流側
の排圧上昇に起因する圧力バランスの狂いによって生じ
る該過給機からエンジン燃焼室内への排気ガスの持ち込
みを防止して、燃焼状態の安定化、始動性の向上、更に
はエンスト防止等を図ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的達成のため、次のように構成したこと
を特徴とする。

即ち、吸気通路と排気通路とに跨って配置された圧力波
過給機を有するエンジンにおいて、上記吸気通路の圧力
波過給機下流側に配設されて低負荷時に閉弁される（中
高負荷時に開弁される）シャッタバルブと、該吸気通路
の圧力波過給機上流側に備えられたエアクリーナとは異
なる第２のエアクリーナを介して大気に通じ且つ該吸気
通路の上記シャッタバルブ下流側に合流された補助吸気
通路と、該補助吸気通路に配置されて上記シャッタバル
ブの閉弁時に該補助吸気通路を開通させる制御弁とを備
えたことを特徴とする。

（作用） 上記の構成によれば、エンジン出力が要求される中高負
荷時においては、吸気通路における圧力波過給機下流側
のシャッタバルブが開弁されて、該通路の圧力波過給機
上流側におけるエアクリーナから導かれた吸気は上記過
給機を介して当該エンジンの燃焼室内に供給されること
になるので、該過給機の作用によりエンジン運転状態に
応じた所望の過給効果ないし吸気充填効率が得られるこ
とになる。

一方、エンジン低負荷時においては、上記シャッタバル
ブが閉弁され且つ制御弁が開弁されることにより、第２
のエアクリーナを備えて上記吸気通路におけるシャッタ
バルブ下流側に合流された補助吸気通路が開通状態にな
るので、上記第２のエアクリーナから導かれた吸気は過
給機を通過することなく補助吸気通路を介して燃焼室内
に供給されることになる。その場合、上記過給機の吸気
側と排気側との圧力バランスが狂った時、特に排気通路
下流端からの水の侵入や排気管の変形等により過給機下
流側の排圧が上昇して上記圧力バランスが狂った時に
は、過給機の性能（掃気性能）が著しく低下すると共
に、これに伴って該過給機から吸気通路内に排気ガスが
流出することになる。然して、このような場合において
も、吸気通路の過給機下流側はシャッタバルブにより閉
鎖されており、しかも吸気は第２のエアクリーナから補
助吸気通路を介して吸気通路における上記シャッタバル
ブ下流側に流入した後エンジンの燃焼室内に供給される
ので、過給機から流出した排気ガスが燃焼室内に持ち込
まれるという不具合が確実に防止されることになる。

（実施例） 以下、本発明に係る圧力波過給機付エンジンの実施例を
図面に基づいて説明する。

第１図に示すようにエンジン１には、第１のエアクリー
ナ２から導かれた吸気をインタクーラ３等を介して燃焼
室４…４に供給する主吸気通路５と、該燃焼室４…４か
ら排出された排気ガスをサイレンサ６及びテールパイプ
７等を介して大気に導く排気通路８とが設けられている
と共に、該主吸気通路５及び排気通路８の両者に跨って
取付けられた圧力波過給機９が備えられている。

この圧力波過給機９は、ケーシング9a内に回転自在に保
持されて放射状に配設された多数の溝状通路を有するロ
ータ（該ロータの回転軸9bのみを図示する）が、タイミ
ングベルト10を介してエンジン１のクランク軸1aによっ
て回転駆動されることにより、上記溝状通路の両端が夫
々所定のタイミングで主吸気通路５の上、下流部5a,5b
及び排気通路８の上、下流部8a,8bに開口されるように
なっている。そして、このような動作に伴って、排気ガ
ス圧力に基づく圧縮波及び膨張波を上記溝状通路内に生
じさせ、これにより吸気の過給作用及び排気の掃気作用
を行う構成とされている。尚、上記排気通路８には、圧
力波過給機９をバイパスして該通路８の上流部8aと下流
部8bとを連通するバイパス通路11が設けられていると共
に、この通路11の下流端開口部には、上記上流部8aの排
圧上昇時（過上昇時）に開弁されるウェストゲートバル
ブ12が備えられている。

一方、上記吸気通路５における圧力波過給機９の下流側
には、エンジン中高負荷時に開弁され且つ低負荷時に閉
弁されるシャッタバルブ13が配設されており、該過給機
９が良好に作動する中高負荷時にのみ過給効果が得られ
るようになっている。

然して、このエンジン１には、上流端が第２のエアクリ
ーナ14を介して大気に通じ且つ下流端が上記吸気通路５
のシャッタバルブ13下流側に合流された補助吸気通路15
が設けられていると共に、その合流部には上記シャッタ
バルブ13の閉弁時に吸気負圧の作用によって開弁される
制御弁（ワンウェイバルブ）16が配設されている。

上記の構成によれば、エンジン１の運転領域が中高負荷
領域にある場合には、主吸気通路５の圧力波過給機９下
流側に配設されたシャッタバルブ13が開弁されるため、
第１のエアクリーナ２から主吸気通路５の上流部5aに導
かれた吸気は、上記過給機９の内部つまりロータの溝状
通路に吸入された後、該ロータの回転に伴って主吸気通
路５の下流部5bに吐出され、然る後エンジン１の燃焼室
４…４に供給される。その場合、上記過給機９内の溝状
通路には、排気通路８の上流部8aから導かれた排気ガス
の圧力に基づく圧縮波が生じ、この圧縮波の作用により
吸気が過給された上で燃焼室４…４内に供給される。ま
た、同じく上記溝状通路には、排気ガスが過給機９から
排気通路８の下流部8bに吐出される際に膨張波が生じ、
この膨張波の作用により過給機９内の排気ガスが良好に
掃気される。

一方、エンジン１の運転領域が始動時等の低負荷領域
（低回転低負荷領域）にある場合には、上記シャッタバ
ルブ13が閉弁され且つ制御弁16が吸気負圧の作用により
開弁された状態となるため、吸気は第２のエアクリーナ
14から補助吸気通路15に導かれ、更に制御弁16の配設位
置を通過してエンジン１の燃焼室４…４内に供給され
る。この場合において、上記主吸気通路５及び排気通路
８の過給機９周辺における吸気及び排気の圧力バランス
が狂った時、特にテープパイプ７からの水の侵入や該パ
イプ７及びサイレンサ６の変形等により排気通路下流部
8bの排圧が上昇して圧力バランスが狂った時には、上記
過給機９の性能（掃気性能）が著しく低下して該過給機
９から主吸気通路５の上、下流部5a,5bに排気ガスが流
出することになる。そして、このようなエンジン低負荷
時或いは始動時において、上記の如く流出した排気ガス
が燃焼室４…４内に持ち込まれると、燃焼状態が悪化し
てエンストが生じ或いはその後の始動性が損われること
になる。しかしながら、本発明によれば、このようなエ
ンジン運転領域においては、主吸気通路５の過給機９下
流側がシャッタバルブ13により閉鎖された状態にあり、
しかも吸気が第２のエアクリーナ14及び補助吸気通路15
から導かれて、吸気の供給経路に上記排気ガスが流入す
ることはないので、過給機９からの排気ガスが燃焼室４
…４内に持ち込まれるという不具合が確実に防止される
ことになる。

尚、上記圧力波過給機９の性能は、第１のエアクリーナ
２を吸気が通過する際の吸気抵抗の大きさ、換言すれば
上記主吸気通路上流部5aの吸気負圧の大きさによっても
左右されるものであり、この吸気抵抗が変化（増大）し
た場合には該過給機９周辺の圧力バランスが狂って過給
機９の性能が低下することになる。そこで、このような
不具合を回避すべくこの実施例においては、以下に示す
ような配慮がなされている。

即ち、第２図に示すように第１のエアクリーナ２におけ
る吸気取入口2aと取出口2b（主吸気通路上流部5a）との
間に介設される第１エレメント2cを集塵能力の小さいも
のとし、第２エアクリーナ14における吸気取入口14aと
取出口14b（補助吸気通路15）との間に介設される第２
エレメント14cを集塵能力の大きいものとして、両エレ
メント2c,14cのトータル集塵能力が所望の能力となるよ
うにするのである。このような構成によれば、過給機９
の性能に影響を与えない第２のエアクリーナ14において
は、集塵能力の大きい第２エレメント14cにより多量の
ダストが捕集され、また過給機９の性能に影響を与える
第１のエアクリーナ２においては、第１エレメント2cの
集塵能力が小さくされていることにより、該エレメント
2cの目詰まり及びこれに起因する吸気抵抗の増大が抑制
されることになる。また、このような構成によって上記
両エレメント2c,14cの使用限界を長期化させることが可
能となる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、圧力波過給機を備えたエ
ンジンの低負荷時に、排気通路下流端（テールパイプ）
からの水の侵入や該下流端部の変形等により排圧が上昇
（過上昇）して上記過給機の性能が低下し、これに伴っ
て該過給機から吸入系に排気ガスが流出しても、この排
気ガスが燃焼室内に持ち込まれるという不具合が確実に
防止される。これにより、エンジン低負荷時における良
好な燃焼性が確保されて、エンストの招来や始動性の悪
化等が防止されることになる。

【図面の簡単な説明】

第1,2図は本発明の実施例を示すもので、第１図は圧力
波過給機付エンジンの概略構成図、第２図は同エンジン
に備えられるエアクリーナの構成を示す断面図である。
また、第３図は従来例及びその問題点を示すエンジンの
概略構成図、第４図は従来の問題点を示す概略図であ
る。 １……エンジン、２……エアクリーナ（第１のエアクリ
ーナ）、５……吸気通路（主吸気通路）、８……排気通
路、９……圧力波過給機、13……シャッタバルブ、14…
…第２のエアクリーナ、15……補助吸気通路、16……制
御弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気通路と排気通路とに跨って配置され且
   つ排気ガス圧力に基づいて発生する圧力波を利用して吸
   気を過給するようにした圧力波過給機が備えられたエン
   ジンであって、上記吸気通路の圧力波過給機下流側に配
   置されて低負荷時に閉弁されるシャッタバルブと、該吸
   気通路の圧力波過給機上流側に設けられたエアクリーナ
   とは異なる第２のエアクリーナを介して大気に通じ且つ
   該吸気通路の上記シャッタバルブ下流側に合流された補
   助吸気通路と、該補助吸気通路に配置されて上記シャッ
   タバルブの閉弁時に該補助吸気通路を開通させる制御弁
   とが備えられていることを特徴とする圧力波過給機付エ
   ンジン。