JP2002235578A - 排ガス再循環機能付きロータリーエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低負荷に対するスロットル弁の開度を大きくし
てポンピングロスを減少する。 【解決手段】燃焼室に供給する混合流体の供給量を調節
するスロットル弁７を吸気管に設け、燃焼排ガスの一部
を燃焼室に戻す排気再循環用配管を設け、それに第１の
開閉弁１１を設ける。吸気管の開口端を燃焼室内に臨ま
せ、その開口端の吸気口の面積を増減する第１の開閉弁
１１を設け、部分負荷状態でスロットル弁７の開度が最
大になるように設定する。電力センサ１７で測定される
エンジン負荷に基づき、スロットル制御手段２０でスロ
ットル弁７を制御し、スロットル弁７の開度が設定値を
越える設定負荷になった状態で再循環量制御手段２３で
第１の開閉弁１１を開き、吸気面積制御手段２４によ
り、部分負荷状態でスロットル弁７の開度が最大になっ
た状態で第２の開閉弁１４を開くとともに増加する吸気
量分だけスロットル弁７の開度を絞る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コージェネレーシ
ョンシステムなどに用いられる発電機の原動機、ポンプ
・コンプレッサーなどの動力用の原動機、自動車などの
車両用原動機などで、燃焼排ガスの一部を燃焼室に戻す
ように構成した排ガス再循環機能付きロータリーエンジ
ンに関する。

【０００２】

【従来の技術】排ガス再循環機能付きロータリーエンジ
ンとしては、例えば、特開平７−１９１２５号公報に示
されるようなものが知られている。

【０００３】上述のような排ガス再循環機能付きロータ
リーエンジンでは、従来一般に、エンジンの負荷変動に
応じ、エンジン負荷が高くなるほど開度が増加するよう
に、混合流体の供給量を調節するスロットル弁を制御す
るように構成している。そして、エンジン負荷が 100％
でスロットル弁の開度が最大になり、エンジン負荷が低
くなるに連れてスロットル弁の開度を連続的に絞るよう
に設定している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、エンジン負荷が所定以下に低下して、それに応じて
スロットル弁の開度を絞るに伴い、吸気管の流路断面積
が減少して流動抵抗が増大し、ポンピングロスが大きく
なる欠点があった。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、エンジンの低負荷に対するスロットル
弁の開度を大にできるようにしてポンピングロスを減少
できるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述のような
目的を達成するために、燃焼室を形成するハウジング
に、燃焼用空気と燃料との混合流体を供給する吸気管
と、燃焼排ガスを排出する排気管とを接続し、前記吸気
管に、混合流体の供給量を調節するスロットル弁を設
け、エンジン負荷を測定して負荷信号を出力するする負
荷測定手段を設けるとともに、前記負荷測定手段からの
負荷信号に基づき、エンジン負荷が高くなるほど開度が
増加するように前記スロットル弁を制御するスロットル
制御手段を設け、前記排気管と前記吸気管とにわたっ
て、燃焼排ガスの一部を前記燃焼室に戻す排気再循環用
配管を接続し、前記排気再循環用配管に燃焼排ガスの再
循環量を調節するＥＧＲ弁を設けた排ガス再循環機能付
きロータリーエンジンにおいて、前記吸気管の開口端を
前記燃焼室内に臨ませるとともに、前記吸気管の開口端
の吸気口の面積を増減する吸気面積増減機構を設け、部
分負荷状態で前記スロットル弁の開度が最大になるよう
に設定し、前記負荷測定手段からの負荷信号に基づき、
前記スロットル弁の開度が設定値を越える設定負荷にな
った状態で前記ＥＧＲ弁を開く再循環量制御手段と、部
分負荷状態で前記スロットル弁の開度が最大になった状
態で前記吸気面積増減機構を吸気口の面積が増加するよ
うに制御するとともにその面積増加で増加する吸気量分
だけ前記スロットル弁の開度を絞る吸気面積制御手段と
を備えて構成する。

【０００７】

【作用】本発明の排ガス再循環機能付きロータリーエン
ジンの構成によれば、部分負荷状態でスロットル弁の開
度が一旦最大になり、それよりもエンジン負荷が高くな
ると、吸気管の開口端の吸気口の面積を増加し、それに
伴ってその面積増加で増加する吸気量分だけスロットル
弁の開度を絞り、そこからスロットル弁の開度が最大に
なるまで再び制御することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る排ガス再
循環機能付きロータリーエンジンの第１実施例の概略構
成を示すブロック図、図２はロータリーエンジンの縦断
面図であり、燃焼室１を形成するハウジング２にロータ
３が回転可能に設けられ、ハウジング２に、燃焼用空気
と燃料との混合流体を供給する吸気管４と、燃焼排ガス
を排出する排気管５とが接続され、更に２個の点火プラ
グ６が設けられ、ロータリーエンジンＲＥが構成されて
いる。

【０００９】吸気管４に、混合流体の供給量を調節する
スロットル弁７が設けられている。また、排気管５と吸
気管４とにわたって、燃焼排ガスの一部を燃焼室１に戻
す排気再循環用配管８が接続され、その排気再循環用配
管８に、再循環させる燃焼排ガスを冷却する排ガス熱交
換器９と、冷却によって液化したミストを分離除去する
ミストセパレーター１０と、弁の開閉によって燃焼排ガ
スの再循環量を調節するＥＧＲ弁としての第１の開閉弁
１１が設けられている。排気管５の排気再循環用配管８
との接続箇所よりも下流側に脱硝装置１２が設けられて
いる。

【００１０】図２に示すように、吸気管４の開口端が燃
焼室１内に臨ませられ、ロータ３の回転方向後方側で、
その開口端から所定長さ部分に分岐管１３が設けられる
とともに、分岐管１３に吸気面積増減機構としての第２
の開閉弁１４が設けられている。

【００１１】ロータ３に動力取り出し軸１５が連動連結
されるとともに、動力取り出し軸１５に発電機１６が連
動連結されている。発電機１６に、エンジン負荷として
発電電力を測定して負荷信号を出力する負荷測定手段と
しての電力センサ１７が設けられるとともに、スロット
ル弁７にその開度を測定する開度センサ１８が設けられ
ている。

【００１２】図３の制御系のブロック図に示すように、
電力センサ１７および開度センサ１８がマイクロコンピ
ュータ１９に接続されるとともに、マイクロコンピュー
タ１９に、スロットル弁７と第１の開閉弁１１と第２の
開閉弁１４とが接続されている。マイクロコンピュータ
１９には、スロットル制御手段２０、第１および第２の
比較手段２１，２２、再循環量制御手段２３および吸気
面積制御手段２４が備えられている。

【００１３】スロットル制御手段２０では、電力センサ
１７からの負荷信号に応じ、エンジン負荷が高くなるほ
ど開度が増加するように、かつ、その増加分または減少
分それぞれに対応する開度分だけスロットル弁７の開度
を制御するようになっている。

【００１４】第１の比較手段２１では、電力センサ１７
からの負荷信号に基づくエンジン負荷と設定負荷とを比
較し、エンジン負荷が設定負荷を越えたときに再循環量
制御手段２３に第１の比較出力を出すようになってい
る。

【００１５】再循環量制御手段２３では、第１の比較手
段２１からの第１の比較出力に応答して第１の開閉弁１
１に開き信号を出力し、第１の開閉弁１１を開いて燃焼
排ガスの一部を燃焼室１に戻させるようになっている。
エンジン負荷が設定負荷よりも小さくなると第１の比較
出力が停止されて第１の開閉弁１１に閉じ信号を出力
し、第１の開閉弁１１を閉じる。設定負荷としては、吸
気管４から供給される混合流体に排気再循環用配管８を
通じて燃焼排ガスを混合するときの見かけ空気比が失火
を招かない程度（例えば、1.48程度以下）になる負荷が
設定される。

【００１６】スロットル弁７は、部分負荷状態で開度が
最大になるように設定されている。そして、第２の比較
手段２２では、部分負荷状態において、開度センサ１８
で測定される開度と最大開度とを比較し、測定開度が最
大開度になったとき（例えば、負荷90％程度の時点）に
吸気面積制御手段２４に第２の比較出力を出すようにな
っている。

【００１７】吸気面積制御手段２４では、第２の比較出
力に応答して第２の開閉弁１４に開き信号を出力し、第
２の開閉弁１４を開いて吸気口の面積を増加させるとと
もに、スロットル弁７に絞り信号を出力し、吸気口の面
積増加で増加する吸気量分だけスロットル弁７の開度を
絞るようになっている。一方、測定開度が最大開度より
も小さくなったときには、第２の比較出力が停止されて
第２の開閉弁１４に閉じ信号を出力し、第２の開閉弁１
４を閉じて吸気口の面積を減少させるとともに、スロッ
トル弁７に復帰信号を出力し、スロットル弁７の開度を
最大開度に戻すようになっている。

【００１８】以上の構成により、図４の流量および弁開
度とエンジン負荷との関係のグラフに示すように、吸気
口の面積を増加させない場合（破線）に比べて低負荷側
でのスロットル弁７の開度を大きくでき、ポンピングロ
スを減少できる。また、燃焼排ガスを再循環させるに伴
って急激に吸気流量が増加しているが、見かけ空気比が
1.47で燃焼排ガスを再循環させており、失火を招くこと
がない。

【００１９】図５は、第２実施例の制御系のブロック図
であり、第１実施例と異なるところは次の通りである。
すなわち、燃焼排ガスの再循環量を連続的に調節するＥ
ＧＲ弁として、流量調整弁３１が設けられ、第１の比較
手段２１が省略され、再循環量制御手段３２において、
図６の流量および弁開度とエンジン負荷との関係のグラ
フに示すように、予め、見かけ空気比が 1.1を維持され
るように、負荷に対応する開度が設定されており、電力
センサ１７からの負荷信号に基づくエンジン負荷に応じ
た開度信号を流量調整弁３１に出力し、見かけ空気比を
1.1に維持し、出力を良好に向上できるようになってい
る。他の構成は第１実施例と同じであり、同一図番を付
すことにより、その説明は省略する。

【００２０】上述第１実施例で示した分岐管１３の構成
の場合、ロータ３の回転方向後方側に設けられているた
め、図７の吸気状態の経時的変化のグラフに破線で示す
ように、ロータ３の回転方向後方側の圧縮側において、
吸気時間を長くして吸気量を増加し、高負荷域で高い出
力を得ることができる。

【００２１】図８は、第３実施例のロータリーエンジン
の縦断面図であり、第１実施例と異なるところは次の通
りである。すなわち、分岐管４１がロータ３の回転方向
前方側に設けられている。他の構成は第１実施例と同じ
であり、同一図番を付すことにより、その説明は省略す
る。これにより、図７の吸気状態の経時的変化のグラフ
に一点鎖線で示すように、吸気タイミングを早くして吸
気量を増加でき、低負荷域で高い出力を得ることができ
る。

【００２２】図９は、本発明に係る排ガス再循環機能付
きロータリーエンジンの第４実施例の概略構成を示すブ
ロック図、図１０は第４実施例のロータリーエンジンの
概略縦断面図、図１１は要部の断面図であり、第１実施
例と異なるところは次の通りである。すなわち、分岐管
１３と第２の開閉弁１４による構成に代えて、吸気管４
の開口端において、ロータ３の回転方向後方側で、吸気
面積増減機構として、吸気口の面積を増減する弁体５１
が設けられている。

【００２３】弁体５１には、油圧シリンダ５２が連動連
結され、その油圧シリンダ５２の伸縮により、弁体５１
を、燃焼室１を形成するハウジング２の壁面に連なる位
置［図１１の（ａ）］と、燃焼室１から離れる位置［図
１１の（ｂ）］とに変位させ、吸気口の面積を増減する
ように構成されている。他の構成は第１実施例と同じで
あり、同一図番を付すことにより、その説明は省略す
る。

【００２４】図１２は第５実施例のロータリーエンジン
の概略縦断面図であり、第４実施例と異なるところは次
の通りである。すなわち、弁体５１がロータ３の回転方
向前方側に設けられている。他の構成は第４実施例と同
じであり、同一図番を付すことにより、その説明は省略
する。これにより、第３実施例と同様に、吸気タイミン
グを早くして吸気量を増加でき、低負荷域で高い出力を
得ることができる（図７参照）。

【００２５】上記実施例では、エンジン負荷として電力
センサ１７で発電電力を測定して負荷信号を出力するよ
うに負荷測定手段を構成し、その負荷信号に基づくエン
ジン負荷によってスロットル弁７や第１の開閉弁１１を
制御するように構成しているが、本発明としては、負荷
測定手段として、例えば、駆動装置として車等の移動物
体を適用する場合には、エンジン回転数と吸気量とから
エンジン負荷を演算するとか、エンジン回転数とスロッ
トル弁７の開度とからエンジン負荷を演算するなどすれ
ば良く、また、駆動装置としてポンプを適用する場合に
は、エンジン回転数とポンプ流量とからエンジン負荷を
演算するなどすれば良い。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の排ガス再循環機能付きロータリーエンジンによれば、
燃焼排ガスの一部を燃焼室に戻して燃焼温度を低下さ
せ、排ガス中のＮＯｘ濃度を低くして排ガス浄化に必要
な浄化触媒量を少なくできるものにおいて、更に、部分
負荷状態でスロットル弁の開度を一旦最大にし、それよ
りもエンジン負荷が高くなった分の吸気量の増加を、吸
気管の開口端の吸気口の面積を増加させることで対応す
るから、エンジンの低負荷に対するスロットル弁の開度
を大にでき、ポンピングロスを減少できて熱効率を高く
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排ガス再循環機能付きロータリー
エンジンの第１実施例の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図２】第１実施例のロータリーエンジンの縦断面図で
ある。

【図３】制御系のブロック図である。

【図４】第１実施例の流量および弁開度とエンジン負荷
との関係を示すグラフである。

【図５】第２実施例の制御系のブロック図である。

【図６】第２実施例の流量および弁開度とエンジン負荷
との関係を示すグラフである。

【図７】吸気状態の経時的変化を示すグラフである。

【図８】第３実施例のロータリーエンジンの縦断面図で
ある。

【図９】本発明に係る排ガス再循環機能付きロータリー
エンジンの第４実施例の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図１０】第４実施例のロータリーエンジンの概略縦断
面図である。

【図１１】第４実施例の要部の断面図である。

【図１２】第５実施例のロータリーエンジンの概略縦断
面図である。

【符号の説明】

１…燃焼室 ２…ハウジング ４…吸気管 ５…排気管 ７…スロットル弁 ８…排気再循環用配管 １１…第１の開閉弁（ＥＧＲ弁） １４…第２の開閉弁（吸気面積増減機構） １７…電力センサ（負荷測定手段） ２０…スロットル制御手段 ２３…再循環量制御手段 ２４…吸気面積制御手段 ３１…流量調整弁（ＥＧＲ弁） ３２…再循環量制御手段 ５１…弁体（吸気面積増減機構）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 21/08 ３１１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３１１Ｚ 41/04 ３１０ 41/04 ３１０Ｃ Ｆ０２Ｍ 25/07 Ｆ０２Ｍ 25/07 Ａ ５５０ ５５０Ｋ Ｆターム(参考） 3G062 AA00 BA06 CA06 CA07 DA01 DA02 EA10 EB14 EB15 ED15 FA05 GA01 GA05 GA06 GA27 3G065 AA07 BA02 CA00 DA04 DA15 EA08 EA09 GA00 GA10 GA41 HA02 HA21 HA22 KA02 3G092 AA01 AA17 AC07 AC08 BA01 DC02 DC03 DC09 EA11 EA12 EA28 EA29 HA06X HA06Z HA11Z HD07X 3G301 HA01 HA10 HA13 HA27 JA00 JA02 KA08 KA09 LA03 LB01 LC03 NA08 NB03 NC04 ND42 NE01 NE06 PA11Z PE01Z PF12Z

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室を形成するハウジングに、燃焼用
   空気と燃料との混合流体を供給する吸気管と、燃焼排ガ
   スを排出する排気管とを接続し、前記吸気管に、混合流
   体の供給量を調節するスロットル弁を設け、エンジン負
   荷を測定して負荷信号を出力するする負荷測定手段を設
   けるとともに、前記負荷測定手段からの負荷信号に基づ
   き、エンジン負荷が高くなるほど開度が増加するように
   前記スロットル弁を制御するスロットル制御手段を設
   け、前記排気管と前記吸気管とにわたって、燃焼排ガス
   の一部を前記燃焼室に戻す排気再循環用配管を接続し、
   前記排気再循環用配管に燃焼排ガスの再循環量を調節す
   るＥＧＲ弁を設けた排ガス再循環機能付きロータリーエ
   ンジンにおいて、 前記吸気管の開口端を前記燃焼室内に臨ませるととも
   に、前記吸気管の開口端の吸気口の面積を増減する吸気
   面積増減機構を設け、部分負荷状態で前記スロットル弁
   の開度が最大になるように設定し、前記負荷測定手段か
   らの負荷信号に基づき、前記スロットル弁の開度が設定
   値を越える設定負荷になった状態で前記ＥＧＲ弁を開く
   再循環量制御手段と、部分負荷状態で前記スロットル弁
   の開度が最大になった状態で前記吸気面積増減機構を吸
   気口の面積が増加するように制御するとともにその面積
   増加で増加する吸気量分だけ前記スロットル弁の開度を
   絞る吸気面積制御手段とを備えたことを特徴とする排ガ
   ス再循環機能付きロータリーエンジン。