JPH0121132Y2 - - 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、殊にエンジン排
気通路に生じる排気圧力により吸気を圧縮して燃
焼室に導入する形式の圧力波過給機を備えたエン
ジンに関する。

（従来技術） エンジン排気通路に生じる排気圧力を利用して
吸気を圧縮し、この圧縮された吸気を燃焼室に導
入するようにした形式の圧力波過給機は、古くか
ら提唱されているが、排気タービンを用いたター
ボ過給機に比べて低速運転時の過給効果が高い点
で最近また注目されるようになつている。この形
式の過給機は、回転軸方向に貫通する互に分離さ
れた多数の気体通路を有するロータと、該ロータ
をその回転軸まわりに回転自在に支持するケース
とからなり、ケースにはロータ端部に対向する位
置に排気導入口と排気吐出口、および吸気導入口
と吸気吐出口が形成され、吸気導入口からロータ
内の気体通路に入導入された吸気は、排気導入口
から導入される排気の圧力により吸気吐出口に向
けて押し出されるように構成されている。このた
め、排気導入口と吸気吐出口とはロータを挟んで
ロータ軸方向に相対向する位置に形成される。こ
のような形式の圧力波過給機の一例は、実開昭55
−127839号公報に開示されている。この公開公報
に開示された過給機は、排気導入口と排気吐出口
とが同じロータ端部側に設けられ、吸気導入口と
吸気吐出口とが他方のロータ短部側に設けられ、
排気流および吸気流の各々がロータ内で流れ方向
を変える、いわゆる逆流形であるが、これらの気
体がロータを軸方向に貫通して流れるようにし
た、一貫流形も知られており、その構造および作
動は、雑誌「内燃機関」Vol.15，No.179，1976.6
に詳述されている。

この圧力波過給機は、デイーゼルエンジンに特
に適していると考えられ、低速運転時にも効果を
示すことに加えて、ロータ内で吸気が排気に接触
させられるため、吸気と排気との部分的な混合を
生じる結果、排気還流効果を得ることができると
いう特性を持つている。しかし、このような自然
に得られる排気還流効果だけでは排気還流量を効
率良く増減させることが困難である。

（考案の目的） 本考案は、上述したような形式の圧力波過給機
において、所要の過給効果を達成しながら、効率
良く排気還流量の制御を行うことのできる構造を
提供することを目的とする。

（考案の構成） 上記目的を達成するため、本考案は次の構成を
有する。すなわち、本考案による過給機付エンジ
ンは、圧力波過給機を備えており、その圧力波過
給機は、回転軸方向に貫通する互に分離された多
数の気体通路を有するロータと、該ロータをその
回転軸まわりに回転自在に支持するケースとから
なり、該ケースには、ロータの端部に対向する位
置に、エンジン排気口に接続される排気導入口と
排気を大気に排出する排気吐出口とがロータ回転
方向に偏位して形成され、さらに排気導入口に対
し回転軸方向反対側の位置に、エンジン吸気口に
接続される吸気吐出口が、また排気吐出口に対し
回転軸方向反対側の位置に、大気を吸入する吸気
導入口がそれぞれ形成され、前記ロータの回転に
伴い、前記気体通路内の吸気および排気が導入、
吐出され、一部の排気が吸気に混入されて、吸気
とともに吐出される。本考案においては、吸気通
路の過給機上流側と下流側とを連通するバイパス
通路と、このバイパス通路を開閉する制御弁が設
けられており、この制御弁は、エンジンの運転状
態検出センサからの信号に応じて、排気還流制御
が行なわれるとき開かれるようになつている。

圧力波過給機においては、ロータの回転に伴な
つてロータ内の気体通路が排気導入口に開口した
とき、この気体通路に排気圧力が伝えられ、該気
体通路の排気通路側に圧力波を生じ、この圧力波
が音速で該通路内を伝播して通路内の吸気を圧縮
しながら他端側に達する。したがつて、排気導入
口と吸気吐出口の位置関係、ロータ内の気体通路
の長さ、ロータの回転数などを適当に定めること
により、気体通路内を伝播する圧力波を吸気導入
口に伝えることができ、過給効果が得られる。こ
れに対し、気体通路内における排気の流れは圧力
波より遅れて通路内を進むので、排気流が気体通
路の他端に達する前に該気体通路が気体吐出口か
ら遮断されるようにロータを回転させればエンジ
ン吸気に排気は混入しないことになるが、実際に
は、各気体通路の長さ方向領域を分け合う吸気と
排気の長さの比はロータの回転位置によつて異な
り、通路壁近くに残留する排気を吸気が同伴する
ので排気の吸気への混入が生じる。従つて、この
ような排気の混入した過給吸気をバイパス通路に
より過給機の上流側に還流してリサーキユレーシ
ヨンすることにより排気割合を高めることができ
る。すなわち、排気還流量を増大させることがで
きる。

（考案の効果） 本考案によれば、排気還流が必要な運転領域に
おいては、制御弁を開いてバイパス通路を通じて
過給吸気を過給機上流側に戻すようにしている。
これによつて、上記のような運転領域において新
気の導入が制御され吸気中の排気割合すなわち排
気還流量を増大させることができる。また、ロー
タの回転数を特に可変制御しない場合において、
排気が吸気吐出口に達する速度は排気と吸気の圧
力差が大きいほど増大する。従つて本考案のよう
に過給吸気を還流させれば、過給圧が低下し上記
圧力差が増大するので、排気が吸気に混入しやす
くなり、排気還流量を効果的に増大させることが
できる。さらに、過給圧が低下することにより、
燃焼室の温度上昇が制御されるので、排気還流制
御の所期の目的であるNOxの低減化を助けるこ
とになる。

（実施例の説明） 基本構成 第１図は本考案をデイーゼルエンジンに適用し
た例を示すもので、エンジン１はシリンダ２と該
シリンダ２の上端部に取付けられたシリンダヘツ
ド３を有し、シリンダ２内にはピストン４が往復
運動自在に配置されて、シリンダ２内に燃焼室１
２を形成する。シリンダヘツド３には吸気口５お
よび排気口６が形成され、これら吸気口５および
排気口６にはそれぞれ吸気弁７および排気弁８が
配置されている。さらに、吸気口５は過給通路９
に、排気口６は排気通路１０にそれぞれ接続され
ている。過給通路９と排気通路１０との間には圧
力波過給機１１が設けられる。

過給機１１は、第２図ａに示すケース１４と、
第２図ｂに示すロータ１５からなり、ロータ１５
はケース１４内に回転自在に配置されている。第
２図ｂに示すように、ロータ１５は、軸方向に貫
通する互に分離された多数の気体通路１６を有す
る。ケース１４は、ロータ１５の両端に対向する
端壁１４ａ，１４ｂを有し、一方の端壁１４ａに
は排気導入口１７と排気吐出口１８が形成され、
他方の端壁１４ｂには吸気導入口１９と吸気吐出
口２０が形成されている。第１図に示すように、
ケース１４の排気導入口１７には排気通路１０が
接続され、吸気吐出口２０には過給通路９が接続
されている。さらに、ケース１４の排気吐出口１
８には排出通路２１が接続され、吸気導入口１９
には吸気通路２２が接続されている。

また、過給通路９と吸気通路２２を連通するバ
イパス通路９ａが接続され、該通路９ａの吸気通
路接続口には制御弁９ｂが設けられている。

制御弁９ｂの開度を制御するためにダイヤフラ
ム装置３５が設けられており、該装置３５のダイ
ヤフラム３５ａはケーシング３５ｂを負圧室３５
ｃと大気に連通した大気室３５ｄとに仕切るとと
もに制御弁９ｂの操作部材３５ｅに固定され、該
部材３５ｅと連動するようになつている。ダイヤ
フラム装置３５の負圧室３５ｃにはダイヤフラム
３５ａに押圧力を与えるためのバネ３５ｆが配置
されているとともに、負圧室３５ｃは、該室３５
ｃと大気又はバキユームポンプ３６との連通を切
替えるための切替弁３７に接続されている。切替
弁３７は電磁弁であり、この切替弁３７の作動を
制御するために、制御回路３８が設けられてお
り、該制御回路３８は、エンジンの温度状態を検
出するためエンジン冷却水温測定する水温センサ
３９及びエンジン制御部材の作動量たとえばアク
セル踏み込み量センサ３２、及びエンジン回転数
を検出する回転数センサ４０からの信号を受け、
切替弁３７に対して切替信号を出力する。

エンジンの運転状態が排気還流を行う必要のな
い運転状態である場合には、切替弁３７のソレノ
イドは制御回路３８からの信号によつて励磁され
ており、このとき切替弁３７はダイヤフラム装置
３５の負圧室３５ｃをバキユームポンプ３６に連
通し、制御弁９ｂはバイパス通路９ａを閉状態に
する。エンジンが排気還流を行うべき運転状態、
例えば、中負荷運転状態にあるときには、ソレノ
イドは消磁され切替弁３７が負圧室３５ｃを大気
に連通し、ダイヤフラム３５ｃの移動により制御
部材３５ｅが図において左方に動き、これによつ
て制御弁９ｂはバイパス通路９ａを開き、過給通
路９と吸気通路２２を連通状態にする。また過給
機１１のロータ１５を回転させるために、ロータ
１５の駆動軸にはプーリ４２が固定されており、
このプーリ４２はベルトを介してエンジンクラン
ク軸のプーリ（図示せず）に連結されるようにな
つている。従つて、ロータ１５はエンジンクラン
ク軸の回転動力によつて駆動され、その回転数は
エンジン回転数に比例したものとなる。

作 動 エンジン１が始動されると、これによつてロー
タ１５が駆動される。エンジン吸気は吸気通路２
２から吸気導入口１９を経てロータ１５内の気体
通路１６に入り、該通路１６が吸気吐出口２０に
開口したときに、過給通路９に吐出されて吸気口
５から燃焼室１２に導入される。一方、排気口６
から排出される排気は、排気通路１０を通つて排
気導入口１７からロータ１５内の気体通路１６に
入り、該通路１６が排気吐出口１８に開口したと
き排出通路２１に吐出される。ケース１４では、
排気導入口１７と吸気吐出口２０が軸方向相対向
する位置に配置されているので、気体通路１６の
一端が排気導入口１７に開口したとき、該通路１
６内に発生する圧力波は通路１６内を伝播し、該
通路１６内の吸気を圧縮しながら吸気吐出口２０
に達し、過給状態で吸気を通路９に吐出する。

第３図は、ロータ１５の通路１６内における吸
気と排気の流れを模式的に示すものである。図に
おいて、ロータ１５は説明の便宜上展開して示さ
れ、通路１６はロータ１５の回転に伴なつて上か
ら下に矢印Ａで示す方向に動くものとする。第４
図の上端付近の通路１６ａは吸気で充満された状
態で移動して来ており、この通路１６ａの位置で
は、通路両端が閉塞されているため、内部の吸気
は静止状態である。続く通路１６ｂでは一端が排
気導入口１７に開口しており、排気による圧力波
が図に３３で示すように発生する。このとき、排
気は通路１６ｂの一端に３４で示すように流入し
ている。ロータ１５の回転方向に位相の進んだ通
路１６ｃ，１６ｄでは圧力波が３３ａ、３３ｂで
示すように伝播し、排気の流れも３４ａ，３４ｂ
で示すように通路に沿つて進んでいるが、この時
点では通路の他端は閉じられており、該端部付近
の吸気は静止している。さらに、通路１６ｅでは
該通路の端部が吸気吐出口２０に開口しており、
この時点では圧力波が吸気吐出口２０に達してお
り、吸気は過給状態で通路９に吐出される。続く
通路１６ｆ、１６ｇ、１６ｈでは、吸気の吐出が
継続して行なわれ、排気は該通路内を吸気の流出
方向に流動する。通路１６ｉは、排気導入口１７
から遮断され、該導入口１７側の端部に排気の静
止部３４ｃが生じる。通路１６ｊは、吸気吐出口
２０からも遮断されており、吸気および排気は静
止状態になる。通路１６ｋでは、該通路の一端が
排気吐出口１８に開口し該端部に排気の膨脹部３
５が発生し、この膨脹部は位相の進みにしたがつ
て図に示すように通路内で拡がつていく。通路１
６ｌでは他端側が吸気導入口１９に開口し、大気
圧の空気が通路に流入して、膨脹した排気を排出
路２１に押し出す。

第３図に示す場合には、制御弁９ｂはバイパス
通路９ａを閉じており、通路１６に流入する排気
領域が吸気吐出口２０に到達する前に該通路１６
が吸気吐出口２０から遮断される。しかしこのよ
うなロータの回転下においても、吸気と排気は、
通路内において直接接触するため、また、吸気と
排気の気体通路長手方向の領域の占有長さがロー
タ回転位置によつて変化するので通路壁近くに残
留する排気を吸気が同伴することにより僅かに吸
気への排気混入現象が生じる。第４図は制御弁９
ｂがバイパス通路９ａを開いている場合であり、
過給吸気の一部が過給機１１の上流側吸気通路２
２に戻され新気と混合される。この場合には、排
気の混入した吸気がさらに過給機に導入されるの
で過給機１１から吐出される排気の割合は大きく
なるとともに、過給圧が低下するので吸気と排気
との圧力差が第４図の場合より大きくなり、この
ため、気体通路１６内の排気３４の移動速度が速
くなり排気３４の一部は通路１６が吸気吐出口か
ら遮断される前に該吐出口２０に到達する。すな
わち排気還流制御が必要な運転領域で制御弁９ｂ
を制御してバイパス通路９ａと吸気通路２２を連
通させることにより、排気還流量を効果的に増大
させることができる。

また、デイーゼルエンジンでは、エンジン始動
直後の着火性を改善するために、排気還流を行う
ことが望ましいが、この場合には、バキユームポ
ンプの負圧がそれ程大きくなつていないので、バ
イパス通路は開いており、実質的に排気還流制御
を行なつている場合と同様な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す過給機付エン
ジンの概略図、第２図ａおよびｂは過給機のケー
スおよびロータをそれぞれ示す斜視図、第３図お
よび第４図は過給機の作用を示すロータの展開図
である。 １…エンジン、９…過給通路、１０…排気通
路、１１…過給機、１４…ケース、１５…ロー
タ、１６…気体通路、１７…排気導入口、１８…
排気吐出口、１９…吸気導入口、２０…吸気吐出
口、３９…制御回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 回転軸方向に貫通する互に分離された多数の気
   体通路を有するロータと、前記ロータをその回転
   軸まわりに回転自在に支持するケースとからな
   り、前記ケースには、前記ロータの端部に対向す
   る位置に、エンジン排気口に接続される排気導入
   口と排気を大気に排出する排気吐出口とがロータ
   回転方向に偏位して形成され、さらに前記排気導
   入口に対し回転軸方向反対側の位置に、エンジン
   吸気口に接続される吸気吐出口が、また前記排気
   吐出口に対し回転軸方向反対側の位置に、大気を
   吸入する吸気導入口がそれぞれ形成され、前記ロ
   ータの回転に伴い、前記気体通路内を吸気および
   排気が導入、吐出され、一部の排気が吸気に混入
   されて、吸気とともに吐出される形式の、圧力波
   過給機を備えた過給機付エンジンにおいて、吸気
   通路の過給機上流側と下流側とを連通するバイパ
   ス通路と、エンジン運転状態検出センサからの信
   号に応じて、排気還流が行われるとき前記バイパ
   ス通路を開く制御弁とを備えたことを特徴とする
   過給機付エンジン。