JPS58222964A - 内燃機関用の圧力波過給機における排気ガスの環流を制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関用の圧力波過給機における排気ガス
の環流を制御する方法および装置に関する。

内燃機関において、有害排出物、特に窒素酸化物および
炭化水素を減少させるために燃焼用空気、即ち無過給機
関における吸入空気又は過給機関における過給空気に排
気ガスを混入することが周知である。

このような、燃焼用空気への排気ガスの戻しもしくは環
流の場合、いかなる構造形式の過給機においても、戻す
べき排気ガス量を機関の負荷に関連して最適に調量する
という問題が生ずる。

圧力波過給機内の空気と排気ガスとの境界線においてこ
れら両方の媒体を混合させることによって過給空気への
排気ガスの一次的な、つまり補助的機構なしの環流を行
なうことができる。即ち、機関の特定の回転数範囲並び
に負荷範囲、例えば走行サイクルの重点範囲において過
給機内の制御縁の特定の配置、即ち低圧部分において膨
張した排気ガスが完全には揺振されないようにした配置
によって行なうことができる。このような場合、掃気さ
れなかった排気ガス部分は高圧部分において新気と一緒
に圧縮されて新気と共に機関内へ送り込まれる。しかし
、このような制御縁の配置形式による一次的な環流制御
によって高圧側の有用性、ひいてはアイドリング特性が
劣化することになる。この環流制御は低圧掃気を介して
なされるので低圧抵抗によっても影響され、しかもこの
低圧抵抗自体時間の経過と共にフィルタの汚れのために
変動する。

圧力波過給機のすべての運転範囲にわたって排気環流の
経過を改善するため種種の解決策が提案されている。例
えばスイス国特許 第５５２１３５号明細書には、−次的な排気ガス戻しと
並んですべての負荷範囲にわたって環流の制御を目的と
して二次的な排気ガス戻しを行なう方法および装置が記
載されている。同明細書の第７図および第８図によれば
、排気ガスが排気ガス高圧通路から分岐し、少なくとも
ロータの隔室が空気で充てんされている個所において直
接に圧力波過程に導入される。しかしながら、このため
に必要とする構造部材によって過給機が複雑になり、車
両への組付けにとって支障となる。捷だ、このような解
決策は熱力学的な観点からも不利であって、高圧排気ガ
スが取り出されるために過給空気圧と高圧排気ガスとの
差、さらには過給圧が低減することになる。ただし、−
次的な排気ガス戻しだけによる場合に比して機関のその
つどの運転状態に対する環流度の適合性は改良される。

本発明の特許請求の範囲第１項および第５項に示す構成
は、前述の公知の解決策の欠点を最少限の構造費で排除
するという課題を根底としている。この課題の解決には
次のような要求がみたされねばならない：即ち、 イ）環流量の増大が圧力波過程の効率を高圧側で極めて
わずかに劣化させるにとどまり、口）高圧側の圧力差お
よび過給圧の高さが環流臨界値に関係なく最適にあたえ
られ、 ・・）環流度が無負荷運転の必要性に関係なく最適にあ
たえられ、 二）環流度が例えばフィルタの汚れの場合のような吸気
抵抗に関係なくコンスタットに保だれることである。

本発明によればこのような要求が低圧側の掃気の制御に
よるだけでみだされ、しかもできるだけ良好な過給にと
って有利といえる制御縁配置形式も保つことができる。

次に、図面に示した実施例に沿って本発明を説明する： 第１図はディーゼル機関用の圧力波過給機の　　　　１
゛空気ケー／ング並びにガスケージング内のロータ室お
よびこれに隣接する通路を展開した中央断面図である。

ロータ室が符号１で示されており、ガスケーンング２お
よび空気ケーシング３については両方の高圧並びに低圧
の排気ガス通路生、５および両方の高圧並びに低圧の空
気通路６，７の各１つが示されている。符号８はロータ
の回転方向を示し、矢印９，１０．１１゜１２はそれぞ
れ機関からの高圧排気ガスの流れ方向、ロータから圧送
された圧縮された高圧空気即ち過給空気の流れ方向、ロ
ータから排出された低圧排気ガスの流れ方向、ロータ内
へ流入する低圧空気即ち吸入空気の流れ方向を示してい
る。

本発明の基本思想は次の点にある。即ち、排気源流度の
経過を機関の負荷状態に関連して低圧空気通路７（吸気
通路）内の吸気抵抗および低圧排気ガス通路５（排気通
路）内の排気抵抗の両方又は一方を変化させることによ
って運転範囲全域にわたって所望通りに制御するという
ことである。

環流度へのこのような影響は低圧空気通路７内又は低圧
排気ガス通路５内又はとれら両方の通路内にせき止フラ
ソゾを配置することによって行なえる。第１図の実施例
によれば低圧空気通路７内の吸気せき止フラップ１３の
みならず低圧排気ガス通路５内の排気せき止フラソツ１
４も設けられている。これら両方のせき止フラソゾの回
転軸１５．１６はせき止フラップ並びに通路横断面の中
央に位置している。別のフラッジ配置又は回転すべり弁
のような別の絞り形式も可能であるが、その場合全開時
に開放通路の抵抗に比して吸気抵抗もしくは排気抵抗の
劣化が可能な限りわずかにとどまるものでなければなら
ない。

せき止フラップの作用について第２図に従って述べるこ
ととする。第２図には第１図中に図示を省略した２つの
ロータ隔室１７がロータ室内に示されている。判り易く
するためにせき止フラツゾは図示してない。

第２図ておいて破線１８は排気ガスの環流が生じない場
合に高圧排気ガス通路生と高圧空気通路６との間の高圧
範囲によって生ずる境界線の経過を示している。この場
合境界線１８は高圧範囲内および低圧排気ガス通路５並
びに低圧空気通路７への入口までの経過において常にロ
ータ室１の内部にとどまる。要するに、混合区域が境界
線の範囲内に狭くとどめられると仮定して、高圧空気通
路６内へ、要するに過給空気内へ排気ガスは流入しない
ことになる。境界線１８の経過の分岐点１９からは境界
線が低圧排気ガス通路５、要するに排気管へ向かって曲
がる。このことは吸入空気が排気ガスを完全に掃気し、
矢印２０で暗示している吸入空気部分が排気ガスと一緒
に圧力波過給機外へ流出することを意味する。要するに
この状態では理論的には排気ガスの戻しは生じない。し
かし、実際には、前述の混合区域の一部が特定の負荷範
囲内で高圧空気通路Ｇ内へ入り込んで冒頭に述べた一次
的な排気環流が生ずるように設計される。

両方のせき止フラップ１３．１４又はその一方を介して
環流度を大きくしてその経過を機関特性範囲内で制御す
ることができる。せき止フラツゾ１３および低圧排気ガ
ス通路５内のせき止フラップ１４−の両方又は一方によ
って低圧空気通路７内の吸入空気流を絞るのに伴って排
気ガスの掃気が妨げられ、その結果束ずる境界線２１が
低圧範囲において分岐点１９から点線で示す経過をたど
ることになる。要するに境界線２１は低圧範囲を過ぎた
後もロータ室内、即ちロータ隔室内にとどまる。これに
よって排気ガスは吸入空気と一緒に高圧範囲内へ達し、
この高圧範囲において圧縮されて機関へ圧送されること
になる。

吸入空気と環流すべき排気ガスとの間の境界線２１は次
の高圧範囲へ入るまではほぼ第２図上部に図示されてい
るように保たれ、次いで高圧排気ガスの前線によって高
圧空気通路へ向かって押しずらされる。一般に圧力波過
給機は２つの高圧部分および２つの低圧部分を有してい
　　　゛るので、第２図下部に図示されている境界層２
１は第２図上部の低圧部分５＋７によってではなく、第
２の図示されてない低圧部分によって生じ、これに対し
て上部に図示されている境界層２１は第２の図示されて
ない高圧部分へ移行する。

制御可能な排気環流を有する圧力波過給機のブロック線
図が第３図に示されている。符号２２は吸気フィルタ、
符号２３は吸気消音器、符号２４は圧力波過給機、符号
２５は排気消音器、符号２６は吸気導管、符号２７は排
気導管、符号２８は高圧排気ガス導管、符号２９は過給
空気導管、符号３０は吸気フィルタ２２に前置された吸
気管である。吸気管３Ｑ内には吸気側のせき止フラップ
３１が配置されている。このせき止フラップ３１は、例
えば第１図に示されているようにロータ室への低圧空気
通路の流入口直前に配置されていてもよく、さらにはこ
の流入口と吸気フィルタとの間において組付け、手入れ
又は操作リンクにとって有利といえる任意な個所に配置
されていてもよい。

吸気フィルタ２２に前置した第３図に示すせき止フラツ
ゾ配置によれば、せき正フラノゾ３１の通過後に乱流を
生ずる吸入空気に対して十分長い安定区間があたえられ
る。

吸気フィルタ２２の汚れと共に増大する吸気抵抗を補償
するだめに、せき止フラツゾの操作リンクに圧力ボック
スのような補償部材を組み込むことができる（後述）。

せき止フラップの制御は、せき止フラップが無負荷回転
および高負荷範囲並びに所定回転数以下の時に完全に開
放されているように行なうと有利である。要するにこの
ような回転範囲においてはたんに一次的な環流だけが有
効に作用する。第４図は理想的な環流特性線図である。

・・ツチングで示しだ環流帯３２の範囲内でせき止フラ
ップの旋回角α（第６図）をコンスタントにし得るか又
は制御することができ、これによシ環流度の所望の経過
を得ることができる。円弧３３はコンスタントな環流の
場合に相当するせき止フラップ制御の実際上重要な態様
を以下に例示する： イ）せき止フラップがアクセルペダルを介して機械的に
２つの位置、即ち無負荷回転を含む特定の低負荷範囲お
よび全負荷までの高負荷範囲における完全開放位置と、
第５図の環流度の制御線図に示されているように例えば
６０’のフラップ角を有する部分開放位置との２つの位
置をあたえられる。なお、第５図において縦軸は第６図
中に規定したせき止フラツゾ角を表わし、横軸は負荷も
しくは負荷に関連したアクセルペダル位置を表わしてい
る口）せき止フラップの開放および閉鎖が回転数発信器
を介してなされ、回転数発信器は環流が高回転数範囲に
おいて減少するようにせき止フラップを制御する。

・・）−次的な環流の程度に関連してせき止フラツゾの
制御をする。

第７図にはディーゼル機関において吸気フィルタの汚れ
程度および回転数に関連する吸気抵抗の変動を補償する
ためにアクセルペダル位置に関連してせき化フラップ位
置を制御する機構が示されている。

吸気導管３４は両方の矢印３５で示されている方向で貫
流を受け、せき止フラップ３６が吸気フィルタ３７より
も上流側に位置している。

このせき止フラップ３６は所望の負荷又は回転数に関連
した形式でアクセルリンク機構によってリンク４０．４
１間に組み刊けられた１つの圧力ボックス４２の形のば
ね部材（部分図参照）を介して操作される。圧力ボック
ス４２は第７図においてばねとして略示されており、矢
印４４は部分図で示す圧カフ］にツクスとの対照関係を
示している。アクセルリンク機構をせき止フラップに剛
性結合した場合に生ずることになるせき止フラップ３６
の調節に加えて、圧力ボックス４２による修正運動が重
畳され、この修正　　　１へ運動は吸気フィルタの汚れ
および回転数の変化又はそのいずれかに起因する吸気抵
抗の変動を補償する。圧カゼツクス４２０ノ・ウジング
はりンク４０と剛性結合されており、ばね負荷を受けて
両１（１１で圧力を受けるダイアフラム４３はリンク４
１と剛性結合されている°。

ダイアフラム牛δへの給圧には例えば吸気導管内のせき
止フラップ３６の前後の静圧Ｐｖｋ　。

”’ｎｋが導入される。また、圧力波過給機の特に吸込
範囲における圧力差を利用することもできる。

第８図の実施例によれば吸気抵抗の変動の補償が圧力Ｊ
？ラックス５によってなされる。この圧力ボックス４５
の場合周囲温度と吸気フィルタ４６の下流側の吸気導管
４９との間の圧力差が吸気抵抗の変動の補償に利用され
、このため圧力取出導管５０が圧力ボックス４５のばね
負荷を受けている上側と吸気フィルタ４６の上流側の吸
気導管４９との間に設けられている。

第１図および第２図について付言するならば、ロータ室
内の斜めの実線は圧力波過程の圧縮波を表わしており、
斜めの破線は膨張波を表わしている。

操作リンク機構の破損の結果としてせきＩ］−フラップ
にプログラムにない閉鎖が生じだ際に貫流、ひいてはロ
ータの冷却が不能になって過給機自体の破壊に至るよう
なことを避けるために、吸気導管が決して完全には閉ざ
されないようにフラップ旋回角を制限するストソノξの
ような処置を講することができる。このようなストッパ
はフラッジ軸にできるだけ近く配置すると有利である。

別の有利な処置は、息抜き弁、即ち機関が始動時に燃焼
用空気を直接外気から吸入できる息抜き弁にせき止フラ
ップを結合して、せき止フラップの閉鎖時にこの息抜き
弁が開くようにすることである。さらに、せき止フラッ
プをその破損時に完全開放位置へ戻し旋回させる１つの
戻しばねを使用することも可能である一層簡単な処置は
、せき止フラップに穴を形成するか、又はせき止フラッ
プをその最大旋回角の時になおかつ吸気導管の横断面の
一部が開放されているような寸法に設計することである
。

低圧空気通路内又は吸気導管内のせき化フラップについ
てその制御又は調整と吸入空気流の圧力変動の結果とし
ての補償とに関して以上述べたことは、低圧排気ガス通
路内もしくは排気導管内に単独でか又は空気せき化フラ
ップと関連させて設ける排気せき化フラップについても
同様肖てはまる。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧力波過給機のロータ室および通路をせき化フ
ラップと共に示した展開図、第２図は排気環流制御の態
様を示す作用線図、第３図は圧力波過給機のブロック構
成図、第４図は環流特性線図、第５図は環流度の制御線
図、第６図はフラップ角を示す略示図、第７図はせき化
フラップの操作機構の実施例の概略図、第８図は第７図
の例とは異なる実施例の概略図である１・・ロータ室、
２・・・ガスケーンング、３・・・空気ケーシング、生
・・・高圧排気ガス通路、５・・・低圧排気ガス通路、
６・・・高圧空気通路、７・・・低圧空気通路、１３．
１４・・・せき化フラップ、１５．１６・・・回転軸、
１７・・・ロータ隔室、１８，２■・・・境界線、１９
・・・分岐点、２２・・・吸気フィルり、２３・・・吸
気消音器、２４．４７・・・圧力波過給機、２５・・・
排気消音器、２６・・・吸気導管、２７・・・排気導管
、２８・・・高圧排気ガス導管、２９・・・過給空気導
管、３０・・・吸気管、３１・・・せき化フラップ、３
２・・・環流帯、３３・・・円弧、３４・・・吸気導管
、３６・・・せき止フラツゾ、３７・・吸気フィルタ、
３δ、３９・・・アクセルリンク機構、４０．４１・・
・リンク、４２・・・圧力ボックス、牛３・・・ダイア
フラム、４６・・・吸気フィルタ、４８・・・せき化フ
ラップ、４９・・・吸気導管、５０・・・圧力取出導管
、α・・・せき化フラップの旋回角、Ｐｍ８・・・平均
有効圧、”Ｍ　”’機関回転数、Ｐア・・・せき化フラ
ップ前の静圧、Ｐｎｋ・・・せき止フラップ後の静圧　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１、・。 ＦＩＧ、３ ＦＩＧ　２ ＦＩＧ　４ ＦＩＧ７ Ｎｍａｘ ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、８ ３９９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　内燃機関用の圧力波過給機における排気ガスの環
   流を制御する方法において、環流度の経過を内燃機関の
   負荷状態に関連して圧力波過給機の低圧導管系内の抵抗
   を変化させることによって制御することを特徴とする、
   圧力波過給機における排気ガスの環流を制御する方法。 ２、吸気通路内の抵抗を変化させる特許請求の範囲第１
   項に記載の圧力波過給機における排気ガスの環流を制御
   する方法。 ３、排気通路内の抵抗を変化させる特許請求の範囲第１
   項に記載の圧力波過給機における排気ガスの環流を制御
   する方法。 ４、　吸気通路内の抵抗並びに排気通路内の抵抗を変化
   させる特許請求の範囲第１項に記載の圧力波過給機にお
   ける排気ガスの環流を制御する方法。 ５、内燃機関用の圧力波過給機における排気ガスの環流
   を制御する装置であって、排気ガスの環流制御機構を備
   えており、軸方向で貫流される隔室を有するロータを収
   容したロータケーシングを備えており、吸入空気用の流
   入通路並びに圧縮された過給空気用の流出通路を有する
   空気ケーシングを備えており、高圧排気ガス用の流入通
   路並びに低圧排気ガス用の流出通路を有するガスケーン
   ングを備えており、前記高圧排気ガス用の流入通路およ
   び過給空気用の流出通路が圧力波過給機の高圧側を形成
   して、前記低圧排気ガス用の流出通路および吸入空気用
   の流入通路が圧力波過給機の低圧側を形成する形式のも
   のにおいて、低圧側の通路（５，７；３４；４９）の少
   なくとも１つにせき止フラップ（１４；１３；３６；４
   ８）が設けられており、このせき止フラツゾは環流度の
   制御又は調整のための操作機構（３８，３９，４０，４
   １，４２，４３ｉ４５，５０）と作用結合していること
   を特徴とする、圧力波過給機に°おける排気ガスの環流
   を制御する装置。 ６　低圧排気ガス用の流出通路（５）内にも吸入空気用
   の流入通路（７）内にもせき止フラップ（１４；１３）
   が設けられている特許請求の範囲第５項に記載の圧力波
   過給機における排気ガスの環流を制御する装置。 ７　低圧排気ガス用の流出通路（５）内にのみせき止フ
   ラップ（１４）が設けられている特許請求の範囲第５項
   に記載の圧力波過給機における排気ガスの環流を制御す
   る装置。 ８　吸気通路（３４ｉ４９）内にのみせき止フラップ（
   ３６；４８）が設けられており、このせき止フラップは
   流れ方向で吸気フィルタ（３７；４６）の上流側に配置
   されている特許請求の範囲第５項に記載の圧力波過給機
   における排気ガスの環流を制御する装置。 ９　せき止フラップ用の操作機構が内燃機関の調整リン
   ク機構に結合されたリンクから成っている特許請求の範
   囲第５項に記載の圧力波過給機における排気ガスの環流
   を制御する装置。 １０、　　吸気導管（３４；　４９　）内の圧力変動の
   影響を補償するだめに操作機構へ作用する補償機構（４
   ２ｉ４５）を備えている特許請求の範囲第５項に記載の
   圧力波過給機における排気ガスの環流を制御する装置。 １１、補償機構が、吸気導管（３４）内のせき止フラツ
   ゾ（３６）の前後における圧力の負荷を受ける圧カフ＋
   ？ツクス（４２）と、この圧力ゼツクス（４２）を操作
   機構のリンク（３８，３９）に連動結合しているリンク
   （４０゜４１）とを備えている特許請求の範囲第１０項
   に記載の圧力波過給機における排気ガスの環流を制御す
   る装置。 １２　　補償機構が操作リンク機構に組み伺けられた圧
   カゼツクス（４５）から成っており、この圧カゼツクス
   （４５）のダイアフラムが外気圧および吸気導管（４９
   ）内の吸気フィルタ（４６）の下流側圧力による負荷を
   受ける特許請求の範囲第１０項に記載の圧力波過給機に
   おける排気ガスの環流を制御する装置。