JPS6260929A - 圧力波過給機付エンジン - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は圧力波過給機を］イ＾えたエンジンの改良に関
し、特に圧力波過給機の信頼性向上対策（こ関Ｍる１゜ （従来の技術） 従来より、エンジンに対して吸気を過給する過給機の一
つとして圧力波過給機が知られている（特公昭３８−１
１５３号公報参照）。この圧力波過給機は、ケース内に
回転可能に支持され、多数の小室を形成でる多数の隔壁
が敢０４状に配δ２され！二ロータと゛、該ロータの一
端側のケースに形成された吸気導入口Ｊ５よび吸気吐出
口並びに上記ロータの他端側のケースに形成された排気
導入口および排気吐出口とを有していて、上記ロータの
回転に伴い、吸気導入口からロータの小室に吸入した吸
気に対して排気導入口から該小室に排気を一流入さゼ、
両者の圧力差により吸気を圧縮、加速して吸気１１１出
口から吐出りる。つまり１１＋気の圧力波エネルギーを
吸気に伝達することにより、吸気の過給を７テう一方、
上記小室内に残る排気を排気吐出口から１ノ１出させる
とともに、吸気導入口から該小室内に吸気を導入するこ
とにより掃気を行うことを繰返りようにしたものである
。

（ｆｔ明が解決しようとする問題点） ところで、上記の如き圧力波過給機では、その排気導入
口から流入した高温のｉＪＦ気ガスの一部がそのま：Ｌ
内部を素通りして吸気吐出口より流出してエンジンに吸
入される。いわゆる内部）Ｗ冷排気を生じており、この
内部還流排気は、第７図に示すエンジン高回転時でのエ
ンジン負荷に対する排気還流率特性、および第８図に示
すエンジン高負荷時ぐのエンジン回転故にλ］する排気
還流率特性ｆ）＋　＋ろ判るように、特にエンジンの高
回転低負荷域（ゝ）高回転高負荷域においてその排気還
流率が高くなる特性を示し、この運転域で圧力波過給機
の過熱を＋ｒ＋き易い。しから、上記排気還流率が増大
するエンジン運転域では、その排気還流率の増大に伴い
圧力波過給（層下流側の過給吸気の温度も上昇して、圧
力波過給機の所熱効キが低下するため、エンジン出力性
能および燃費性能の向上をさほどｉ’ｌｌ　１１！ｊ−
（”きないという欠点がある。特に、高回転高負荷域で
は、第８図に示づように、排気還流率の増大に伴い圧力
波過給機の温度上界をＩｎいてその１ｎ頼性が低下する
という欠点もある（尚、高回転低負荷時には過給圧はさ
ほど高くないので、第７図に示７１’　！４１　＜圧力
波過給（幾の温度は低く、その信頼性は確保される）。

そこで、上記諸欠点を解消７Ｊべく、例えば圧力波過給
機での（１慴気、つまりその吸気導入口から流入しＣ排
気吐出口から流出ηる新気の吹ｊ友げに着目し、この斬
気吹扱は量が増大づれば内部）！冷排気の排気）！流率
が低下づることがら（第７図および第８図参照）、上記
新気吹１友は邑の増大を図るべく、例えばエンジンに対
する圧力波過給機の駆動比を上げたり、又は吸、排気系
の流通抵抗を低減することが考えられる。しかし、前者
の駆動比を上げる場合には、圧力波過給機の信頼性の面
でその最大過給能力に相当Ｊ゛るエンジン最高回転数が
ＩＩ（＜現１．すされて最高中）虫の低下を１ｒ１き、
良好な走行性能の確保が困難になるとともに、圧力波過
給機の回転軸の軸受の早ＷＪ摩耗をＪｎ　＜。また、（
々者の流通抵抗を低減する場合には、排気ガス浄化対７
Ｑや消音対策との関係でこれを効果的に行うことが困難
であり、二りだエアクリーナの目詰りに起因する吸気系
抵抗の上昇もあって確実でない。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その１
］的は、圧力波過給機を備えたエンジンにおいて、その
内部）Ｗ冷排気の排気還流率の高い運転域では［「力波
過給機に新気を強制的に供給するようにすることにより
、最高中速の低下等をＩｎ　＜ことなく内部還流排気の
Ｊｊｔ気還気中流率下させて、圧力波過給（幾の１３頼
性の向上およびエンジン出力性能、燃費性能の向上を図
ることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、上記
のような圧力波過給機を備えたエンジンに対して、圧力
波過給機に流側の吸気通路に新気を強制的に導入ざぜる
新気強制導入手段と、エンジンの運転状態を検出する運
転状態検出手段と、該運転状態検出手段の出力を受け、
上記圧力波過給機を介して排気通路から吸気通路に還流
する排気ガスの排気ＨＨ流率が高いエンジン運転状態０
１に上記新気強制導入手段を作動させる制御手段とを設
ける構成とし・たちのである。

（作用） 上記の構成により、本発明では、圧力波過給機により吸
気過給を行う場合、該圧力波過給機を介して排気通路か
ら吸気通路に内部還流する排気ガスの排気）重流率が高
いエンジン運転域では、制御手段により新気強制導入手
段が作動制御されて圧力波過給機上流側の吸気通路に新
気が強制的に導入され、このことにより圧力波過給機で
の駈気吹汰は量が増大するので、掃気が確実に行、ゆれ
て圧力波過給機上流側の吸気通路への排気ガス混入量が
減少して上記ＩＪト気遠流串が低くなると同時に、この
新気により圧力波過給機内部が効果的に冷却されて圧力
波過給機の信頼性が向上する。また、上記新気による圧
力波過給機の冷却作用により圧力波過給機下流側の過給
吸気の温度が低下して断熱効果が高くなり、その結果エ
ンジン出力および燃費が向上づることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示づ圧力波過給機付エン
ジンの全体Ｒ略構成である。同図において、１は第１〜
第４気筒１８〜１ｄを有する４気筒エンジン、２は上流
端がエアクリーナ３を介して大気に間口し下流端が４つ
の分岐通路２８〜２ｄ＠介してエンジン１の各気筒１ａ
〜１ｄに間口して該エンジン１の各気筒１ａ〜１ｄに吸
気を供給する吸気通路、４は上流端が分岐通路４８〜４
（１を介してエンジン１の各気筒１ａ〜１ｄに開口し下
流端が大気に開口してエンジン１の各気筒１ａ〜１ｄか
らの排気を排出づ−るＩＪ１気通路である。

また、５は上記吸気通路２および排気通路４に跨って配
設された圧力波過給機であって、該圧力波過給機５は、
その回転軸５ａと上記エンジン１の出力軸１Ｃどの間に
プーリ６．６を介してＶベル１〜７をさＩＩ＋　１）た
ベルト伝動代横８により回転駆動され、その内部構成は
、公知の如くケース内に回転可能に支持されたロータを
右していて、該（］−タの外周には多数の隔壁が放ｑ・
ｊ状に配設され、該隔壁によって［］−夕外周１こ円周
方向に多数の小室が形成されている。上記ロータの−※
：（１側のケースには吸気１八〇　５　ｂ　ｄｊよび吸
気吐出口５ｃが形成されて＋３つ、該吸気導入口５１）
は吸気通路２の圧力波過給機５Ｌ流に、吸気吐出口５ｃ
（ユ吸気通路２の圧力波過給機５下流側にそれぞれ連通
している。）ｌ＋た、上記【」−りの他つ；１：側のケ
ースには排気導入口５　＋Ｉ　、ｊ）よび排気吐出口５
Ｃが形成されており、それぞれ排気通路４の圧力波過給
）幾５１−流側および下流側に連通している。しかして
、ロータの回転に伴い、低圧の吸気が閉じ込められた小
室内に該圧力波過給機５上流側の排気通路４から高圧の
ＪＪＩ気が排気ｉ９人口５ｄを介して流入づると、その
圧力差により圧力波（圧縮衝撃波）が発生して小室内を
伝播し、吸気に排気の圧クツ波エネルーＡ゛−が伝達さ
れることにより、吸気を圧縮、加速して、理想的にはこ
の吸気のみを吸気吐出口５Ｃから圧力波過給機５ｒ流側
の吸気通路２に吐出し、吸気の過給を行い、次いで上記
小室内に流入したυｌ気を排気吐出口５ｅから圧力波過
給機５下流側の排気通路４に排出するとともに、圧力波
過給機５上流側の吸気通路２から吸気を吸気スリ人口５
ｂを介して該小室内に導入して排気の掃気を行うことを
、繰返Ｊ−ように構成されている。ここに、圧力波過給
機５下流側の吸気通路２に吐出された過給吸気には実際
上、排気の一部が混入していて内部還流排気現象が生じ
ており、この排気混入量、つまり圧力波過給機５を介し
て排気通路４から吸気通路２へ還流する排気ガスの１１
￥気還流中は、第７図＋３よび第８図に示すように、は
ぼ圧力波過給機５でのｔｌｉ気吹扱は率が高くなるほど
小さくなる１ｑ性を示す。

また、圧力波過給）環５下流側の吸気通路２には、圧力
波過給（幾５で過給された高温の吸気を外気（走行風）
との熱交換により冷７．１１−！Ｊる空冷式インク−ク
ーラ９が配設されている。さらに、圧力波過給機５上流
側で」ニアクリーナ３下流側の吸気通路２は、連通路１
０を介して上記インタークーラ９下流側の吸気通′１８
２に連通されていて、上記連通路１０のインタークーラ
９下流側の吸気通路２どの接続部近傍には、該連通路１
０を開閉１１１１６０するｆｆ、＋１１卸弁１１が配：
ｄされており、該制御弁１１により連通路１０を聞くこ
とにより、インタークーラ９で冷２ＪＩされた所定Ｉｔ
　（例えば１００〜６５０陥１１ｇ）の過給吸気の一部
（新気）を連通路１０を経て圧力波過給（環５上席側の
吸気通路２に強１１目的に導入させるようにした♀１〒
気強制導入ｆ段１２を構成している。

加えて、上記圧力波過給機５直下流の吸気通路２には、
該吸気通路２を流通する過給吸気の温度を検出する渇麿
しンザ１５が配置されでいて、圧力波過給（幾５での内
部還流排気の排気還流中の１．ｌｆｆ大時には、それに
伴い圧力波過給機５１・流側の吸気通路２の吸気）温度
も上昇することから、上記温度センυ１５により、この
ような排気還流率が変化りるエンジン運転状態を検出す
るようにした運転状態検出手段１６を構成している。そ
して、上記湿ＩＧ、けンリ−１５の吸気温ｊ車信号は、
ｃＰＵ等を１（７えたｆｆ＋制御装買１７に入力され、
該制御ａ装置１７により上記１ｉｌＩ御弁１１が開閉制
御される。

次に、制御装置１７によるん１）御弁１１の開閉制ｈａ
を第２図の７１コーチヤードに雄づいて説明づる。

スタートして、ステップ＄１で先ず温１文セン）す１５
１）＋　＋ろの吸気温度Ｔ２信弓を読込んだのら、ステ
ップＳ２でこの吸気温度Ｔ２を過給吸気の温度上限１＋
ｔｌＴｍａｘ　　（例えば１５０’Ｃ）およびその近１
力の所定値下Ｓ　　（Ｔｓ　＜Ｔ＋ｎａｘ　）と大小比
較し、Ｔ２＞Ｔｍａｘａ）揚台には、圧力波過給）幾５
を介して排気通路４から吸気通路２に）２流する排気ガ
ス（つまり内部還流排気）の排気還流率が高いと判断し
て、ステップＳ３で制御弁１１を開制御して圧力波過給
機５上流側の吸気通路２にυｉ気を強制的に導入してス
テップ＄１に房る一方、Ｔ２＜ＴＳの場合には上記排気
還流率は低く良好であると判断して、ステップＳ４で制
御弁１１を閉制御し℃新気の強制的導入を停止してステ
ップＳ１に戻る一方１．に記ステップＳ２でＴＳ≦Ｔ２
≦Ｔｍａｘの場合に（よ、制御４Ｔ１１の開閉り１作の
ハンチングを防止すべく制御弁１１の作動制御３［１を
（テわずに直ちに終了する。

よって、上記第２図の作動フローにより、湿度センサ１
５（運転状態検出手段１６）の出力を受１ノ、圧力波過
給１１５を介して排気通路４から吸気通路２に）９流す
る排気ガスの排気還流率が高いエンジン運転状態時に幻
１気強制）ケ入手段１２を作動させるようにした制御手
段１８を構成している。

したがって、上記実施例においては、高回転低負伺域や
高回転高貴？ｉ？ｉ域などの、内部還）１を排気の排気
還流率が高いエンジン運転域では、圧力波過給１３５直
下流の吸気通路２の過給吸気の温度Ｔ２が上貸し、この
過給吸気の温度Ｔ２が温度上限ｆ＋ｆＩＴｎ＋ａｘ　　
（例えば１５０℃）を越えると、ｉｉり御手段１８によ
り制御ブ？１１が開制御されて、インタークーラ９下流
側の冷却された過給吸気（新気）の一部〈具体的には数
％）が圧力波過給機５上流側の吸気通路２に強制的に導
入されるので、圧力波過給機５の吸気導入口５ｂから流
入して排気吐出口５ｅから流出するｆノｊ気吹ｊ友は吊
が増大づ′ることにイ♂る。その結果、圧力波過給機５
での（Ｊ気が確実に行われて圧力波過給機５下流側の吸
気通路２への排気１重流ｍが減少して、その排気還流率
が低下するととしに、上記新気の流入により圧力波過給
量５の信頼性の向上を図ることができる。また、上、１
８新気による圧力波過給機５の冷却作用により圧力波過
給機５下流側の吸気通路２の過給吸気の温度Ｔ２が低下
して断熱効率が向上するので、エンジン出力の１１１人
Ｊ３よび燃（？性能の向上を図ることがひきる。

その際、圧力波過給機５でのυｉ気吹１友けｍの増大は
新気の強制的導入により行われるので、例えばエンジン
回転数に対する圧力波過給機５の駆動比を上げたり、吸
、排気系の流ｉ！ｔＪ抵抗を低減する必要がなく、よっ
て最高車速を高く保持ひきると共に圧力波過給機５の回
転＠５ａの軸受の耐久性を良好（こＵｌ［保でき、しか
も新気吹１友（プ串の増大を確実に行い１４７て、上記
効果（圧力波過給機の信頼性の向上、エンジン出力の増
大、燃費性能の向上）を失効あるものにできる。

また、第３図は本ｒと明の第２実施例を示し、上記第１
実施例では圧力波過給間５直下流の吸気通路２の過給吸
気の渇痘Ｔ２に応じて制御弁１１を作動制御したのに代
え、エンジン回転数と負荷とぐ定まるエンジン運転状態
に応じて制御弁１１を作動１ｉ１Ｊ　ｔｉｌｌづるよう
にしたしのである。

づなわち、第３図においてａｉｌｌ　ＩＥ　’技ｉＦｊ
　１７１こは、エンジン回転数を検出する回転数センサ
２０ど、エンジン負荷を検出する負荷センサ２１とで６
′４成する運転状態検出手段１６′からの検出信８か入
力されている。また、新気強制導入手段を作動させる制
御手段１８′としての制御装置１７は第４図のフローヂ
ｔ　−１〜に基づいて制御弁１１を作動制御し、スター
トして、ステップＳ１で、Ｌ記回転教センサ２０からの
回転数信号１直Ｎｅおよび（１伺センザ２１の負荷信号
値Ｐｃとに基づいて現在のエンジン運転状態を把握した
のち、ステップＳ２で現在のエンジン運転状態が第５図
に示すようなエンジン回転数Ｎｃと負荷ｐｅとに応じて
予め定めＩ：高回転中で）前頭Ｖｉ（図中△で示す）、
高回転高負荷ｆ１域（Ｂで示す）および高回転低負荷領
域（Ｃで示す）の３領域からなる内部還流排気の排気還
流率の高い領域と、排気還流率の低い領域（図中りで示
で“）との何れにあるかを￥１ｊ別し、排気還流率の低
い領１ｉｉｔ　ＤにあるＮｏの場合には新気の強制的導
入を要しないと判断して直ちに終了する。一方、排気還
流率の高い領域△、Ｂ又はＣにある場合には、ステップ
８３で各領域Ａ、Ｂ、Ｃ毎に排気還流率の大ぎさに応じ
た制御弁１１の開度制ね口を行い、高回転中負荷領域へ
では弁開度を小開度１１１１１、中６１ｊ葭゛２゛、最
大開麻Ｉｆ　３１１のうら″１″に、高回転高角前頭１
４［３では２″に、高回転低ｃ′３荷領域Ｃでは最大間
麿のパ３″′に制御して、排気）Ｗ流率が高い領域はど
新気導人員を増大させて終了づる。その池の構成は第１
実施例と同様である。

よって、本第２実施例にＪ３いても上記第１実施例と同
様に内部層流１１１気の排気）！流率が高いエンジン運
転域″ｃ−新気を強制的に導入することにＪ：り圧力波
過給（幾の♀Ｊｉ気吹１友ε）闇を１．１大させて、Ｌ
「力波過給機の（ｆｆｉ頼性の向上、エンジン出力の増
大おＪ、び燃費性能の向上を図ることができる。

さらに、第６図は本発明の第３実施（９［を示し、」−
間第１　Ｊ３よび第２実施例では制御か１１の間作ｉ１
＋によりインタークーラ９下流側の冷ｊＪＩされた過給
吸気の一部を圧力波過給機５上流側の吸気通路２に強制
的に導入するようにしたの（こ代え、吸気通路２上流端
の大気）１通口に向ｆ：Ｊ　Ｔ　ＳＪｉ気を過給Σす入
する新気強制）り入手段１２′　としてのコンプレッサ
ー２２を設けたしのであり、ぞの他の侶成ＩＪ上記第２
実施例と同様である。よって、上記？ｌＮ−１および第
２実施例と同様の作用、効果を秦づ−るものである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の圧力波過給１ｇＭ付エフ
ェンによれば、内部還流排気の排気）２流率が高くなる
エンジン運転域で圧力波過給機上流側の吸気通路に新気
を強制的に導入して圧力波過給機の新気吹ｊ友は聞を増
大させたので、車両走行性能および圧力波過給機の耐久
性を良好に確保しながら、圧力波過給機を確実かつ効果
的に冷却してその信頼性の向上を図ることができるとと
もに、上記圧力波過給機の冷却作用に伴いその断熱効果
を高めて、エンジン出力の増大Ｊ３　Ｊ：び燃費性能の
向−１−７を図ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は全体ａ１８構成図、第２図は制御装置による制御弁
の作動制御を示すフローチャート図である。第３図ない
し第５図は本発明の第２実施例を示し、第３図は第１図
相当図、第４図は第２図相当図、第５図は内部還流排気
の排気還流率の高い領域と低い領域とを示す説明図であ
る。第６図は本発明の第３実施例を示す第１図相当図、
第７図Ｊ３よび第８図はそれぞれ高回転時にＪ５けるエ
ンジン負荷および、高角的時にＪ３けるエンジン回転数
にス・１する圧力波過給機の温度、新気穴（友は率、排
気還流ヰ”１）　８特性を示す図である。 ２・・・吸気通路、４・・・排気通路、５・・・圧力波
過給機、１０・・・連通路、１１・・・制御弁、１２．
１２’・・・新気強制導入手段、１５・・・温度センナ
、１６・・・運転状態検出手段、１７・・・制御装置、
１８，１８１１１．制罪ｆ＝段、２０・・・回転数セン
リ゛、２１・・・負荷センサ、２２・・・コンプレッサ
ー。 １５１１′Ｆ出願人　　　　マツダ株式会社代　　理　
　人　　　　　弁理士　　前　　ＩＩＩ　　　　　弘第
７図 第８図 上シ″／ニジ回鞭に４Ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ケース内に回転可能に支持され、多数の小室を形
   成する多数の隔壁が放射状に配設されたロータと、該ロ
   ータの一端側のケースに形成された吸気導入口および吸
   気吐出口並びに上記ロータの他端側のケースに形成され
   た排気導入口および排気吐出口とを有し、上記ロータの
   回転に伴い排気の圧力波エネルギーを吸気に伝達して吸
   気の過給を行う圧力波過給機を備えた過給機付エンジン
   において、上記圧力波過給機上流側の吸気通路に新気を
   強制的に導入させる新気強制導入手段と、エンジンの運
   転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出
   手段の出力を受け、上記圧力波過給機を介して排気通路
   から吸気通路に還流する排気ガスの排気還流率が高いエ
   ンジン運転状態時に上記新気強制導入手段を作動させる
   制御手段とを備えたことを特徴とする圧力波過給機付エ
   ンジン。