JPH02204629A - 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、圧力波過給機を備えるとともにこれをモータ
によって駆動するようにした圧力波過給機付エンジンに
関するものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば実開昭６０−１２５３２７号公報に示され
るように、排気の導入口および吐出口と吸気の導入口お
よび吐出口を配設したケース内に、“多数の気体通路を
有するロータを回転自在に収容して、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するように
した圧力波過給機を備えた圧力波過給機付エンジンは知
られている。

上記圧力波過給機は、ロータの回転に伴い、上記気体通
路が排気導入口を通過するときに気体通路に導入される
排気の圧力波により、吸気吐出口を通過するときに気体
通路内の吸気が過圧状態で吐出され、さらに気体通路が
排気吐出口および吸気導入口を通過する間に排気が吐出
されるとともに吸気が導入されるという動作が繰返され
ることにより、排気の圧力波エネルギーを利用した過給
が行なわれるようにしたものであり、ディーゼルエンジ
ンに特に適している。

上記圧力波過給機を駆動する手段としては、エンジンの
クランクシャフトにより伝動機構を介して駆動するもの
と、上記公報に示されているように電動モータによって
駆動するものとが知られている。このうち、電動モータ
によって駆動するものは、エンジン駆動による場合より
も過給機の高回転化が容易になるとともに、エンジン回
転数等に応じて過給機回転数を制御することができ、こ
の制御により、広いエンジン運転領域にわたり、圧力波
過給機を通してのＥＧＲ（排気還流）の量を適度に抑え
つつ有効に排気の圧力波を吸気側に作用させて過給効率
を高めるように、過給機回転数をエンジンにマツチング
させることができる等の利点がある。

（発明が解決しようとする課題〕 ところで、従来のこの種の圧力波過給機付エンジンでは
、エンジン始動時に、スタータの駆動と圧力波過給機の
駆動とが同時的に開始されていたが、このようにすると
、始動時のエンジン回転数の変化は第５図中の二点鎖線
（ｔｏ時点でスタータの駆動と圧力波過給機の駆動が開
始された場合のエンジン回転数変化を示す）のようにな
り、始動性が悪化して始動完了までの時間が長くかかる
という問題があった。

すなわち、スタータの駆動と圧力波過給機の駆動とが同
時的に開始されると、圧力波過給機の駆ｌｌ開始直後は
その回転数が低いため、上記ロータの気体通路が吸気吐
出口を通過する間に吸気吐出口に流出する排気の世が著
しく増大する。従って、着火までは未燃ガスが吸気系に
多く戻されてオーバリッチとなることにより着火性が悪
くなり、着火後もＥＧＲ間が過剰となって、吸気通路に
戻された排気が充分に減少するまでは燃焼性が悪化する
ことにより、回転数上昇にもたつきが生じる。

これらの原因で、第５図中の二点鎖線のように、始動開
始からエンジン回転数が吹き上がる始動完了までの時間
が増大していた。

本発明はこのような事情に鑑み、圧力波過給機付エンジ
ンにおいて、エンジンの始動性を高め、始動時間を短縮
することができるようにすることを目的とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記のような目的を達成するため、排気の導入
口および吐出口と吸気の導入口および吐出口を配設した
ケース内に、多数の気体通路を有するロータを回転自在
に収容して、上記０−タの回転に伴い排気の圧力波エネ
ルギーを吸気に伝達するようにした圧力波過給機を備え
るとともに、この圧力波過給機を電動モータによって駆
動するようにした圧力波過給機付エンジンにおいて、エ
ンジンのクランキング前に上記電動モータによって上記
圧力波過給機を駆動させる過給機制御手段と、上記圧力
波過給機の駆動が開始されてからこの圧力波過給機の回
転数が所定回転数に上昇するまではエンジン始動・用の
スタータを停止状態に保って、圧力波過給機の回転数が
上記所定回転数に上昇した後に上記スタータの駆動を許
容するスタータ制御手段とを備えたものである。

〔作用〕

上記構成によると、スタータが駆動される時点では既に
圧力波過給機の回転数が上昇している状態となり、圧力
波過給機の気体通路を通って吸気側に還流する排気の母
が充分に少なくされる。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明をディーゼルエンジンに適用した場合の
実施例を示し、この図において、エンジン１はシリンダ
２とその上端部に取付けられたシリンダヘッド３とを有
し、シリンダ２内にはピストン４が収容され、ピストン
４の上方に燃焼室５が形成されている。上記シリンダヘ
ッド３には、吸気弁６により開閉される吸気ボート７お
よび排気弁８により開閉される排気ボート９が配設され
ている。上記吸気ボート７は吸気通路１０に連通し、排
気ボート９は排気通路１１に連通している。

上記吸気通路１０と排気通路１１との間には、圧力波過
給機１３が設けられている。

上記圧力波過給機１３は、ケース１４と、このケース１
４内に回転自在に収容されたロータ１５とで構成されて
いる。上記ロータ１５は、軸方向に貫通する互いに分離
した多数の気体通路１６を有している。また、上記ケー
ス１４は、その両側の端壁がロータ１５の両端に対向し
、その一方の端壁に排気導入口１７と排気吐出口１８と
を有し、他方の端壁に吸気導入口１９と吸気吐出口２０
とを有している。これら排気導入口１７、排気吐出口１
８、吸気導入口１９、吸気吐出口２０は、圧力波過給機
１３の機能を満足するように所定の位ＩＰＡ係で配設さ
れている。そして、上記ロータ１５の回転に伴い、低圧
の吸気をｍじ込めている気体通路１６が排気導入口１７
に対応したとぎに高圧の排気が一端側から気体通路１６
に導入されてその圧力波が気体通路１６内を伝播し、気
体通路１６が吸気吐出口２０に対応したときに上記圧力
波によって気体通路１６の吸気が過圧状態で吸気吐出口
２０から吐出され、さらに気体通路１６が排気吐出口１
８に対応したときに排気が吐出され、気体通路１６が吸
気導入口１９に対応したときに吸気が導入されるという
動作が、各気体通路１６において繰返されるようになっ
ている。

上記排気導入口１７は排気ボート９に通じる上流側の排
気通路１１に接続され、排気吐出口１８は大気側に通じ
る）流側の排気通路２１に接続されている。また、吸気
導入口１９は図外のエアクリーナを介して大気側に通じ
る上流側の吸気通路２２に接続され、吸気吐出口２０は
吸気ボート７に通じる下ｉｓの吸気通路１０に接続され
ている。

上記ロータ１５には駆動軸２３が固着され、この駆動軸
２３は電動モータ２５に連結されており、この電動モー
タ２５によって圧力波過給機１３が駆動されるようにな
っている。上記電動モータ２５は、マイクロコンピュー
タ答で構成されるコントロールユニット（ＥＣＵ）３５
により制御される。また、エンジン始動用のスタータ２
６も上記コントロールユニット３５により制、御され、
さらに当実施例では、ディーゼルエンジンにおけるグロ
ープラグへの通電用のグロースイッチ２７、圧力波過給
機１３が加速中であることを示すインジケータランプ２
８、エアコンのコンプレッサ２９およびファン３０もコ
ントロールユニット３５により制御されるようになって
いる。このコントロールユニット３５には、キースイッ
チ３１がらの信号、過給機回転数センサ３２からの過給
機回転数の検出信号、エンジン回転数センサ３３からの
エンジン回転数の検出信号が入力されている。

上記コントロールユニット３５は、過給機制御手段３６
と、スタータｆｌｊ制御手段３７とを含んでいる。上記
過給機制御手段３６は、エンジン始動に際してエンジン
のクランキング前に上記電動モータ２５により上記圧力
波過給ｖ１１３を駆動させ、例えばキースイッチ３１が
ＯＮ位置とされたときに上記電動モータ２５に通電して
上記圧力波過給機１３を駆動させるようになっている。

そして過給機回転数を所定回転数（例えば６０００ｐｐ
ｍ）まで上昇させてから、始動完了まで過給機回転数を
所定範囲（例えば４０００〜６０００ｒｐｍ）に保つよ
うに制御し、始動完了後は、エンジン回転数等に応じて
過給機回転数を制御するようになっている。一方、上記
スタータｉ制御手段３７は、上記圧力波過給機１３の駆
動が開始されてから過給機回転数が上記所定回転数に上
昇するまではキースイッチ３１がスタート位置とされて
も上記スタータ２６を停止状態に保ち、過給機回転数が
上記所定回転数に上昇した後にスタータ２６の駆動を許
容するようになっている。

第２図は上記コントロールユニット３５による始動時の
制御の一例をフローチャートで示している。

このフローチャートにおいては、ステップＳ１でキース
イッチ３１がＯＮの位置となったことを判定したときに
、まず、電動モータ２５の消費電力が多くなる過給機作
動初期に他の電気機器の作動によって消費電力が過度に
増大することを避けるため、ステップＳ２でグＯ−スイ
ッヂ２７をＯＦＦとするとともにエアコンのコンプレッ
サ２９およびファン３０を強制的にＯＦＦとする。そし
てステップＳ３で、電動モータ２５による圧力波過給機
１３の駆動をＯＮとするとともに、インジケータランプ
２８をＯＮとすることにより圧力波過給ｆｉ１３が加速
状態にあることを表示する。

続いてステップＳ４で、過給機回転数センサ３２からの
信号に基づいて過給機回転数ＮＣＸが６０ｏｏｒｐｍ以
上にまで上背したか否かを調べる。

そして６０００　ｒ　ｐｍ未満であればステップＳ２に
戻るが、６０００ｒｐｍ以上になると、ステップ＄５で
電動モータ２５による圧力波過給機１３の駆動をＯＦＦ
とすることによって圧力波過給機１３を惰性回転状態と
するとともにインジケータランプ２８をＯＦＦとする。

次にステップＳａで過給機回転数ＮＣＸが４００Ｑｒｐ
ｍ以上か否かを調べ、その判定がＹＥＳであれば、ステ
ップＳ７でキースイッチ３１の位置がスタート位置とな
っているか否かを調べる。ステップＳ７での判定がＹＥ
Ｓであれば、ステップＳ８で、スタータ２６をＯＮとす
るとともに、グロースイッチ２７をＯＮとする。従って
、過給機回転数Ｎｃｘが６００Ｏｒｐｍに達してからノ
４０ＯＯ〜ａｏｏｏｒｐｍの範囲にある状態において、
キースイッチ３１がスタート位置になっていればスター
タ２６が駆動され、つまり上記状態においてスタータ２
６の駆動が許容されることとなる。

また当実施例では、スタータ２６の作動と同時にグロー
スイッチ２７をＯＮとするが、このようにしてもグロー
プラグがセラミックグローであれば１秒以下で昇温する
ので、予熱に大きな遅れが生じることはない。なお、ス
テップＳ７でキースイッチ３１がスタート位置でないと
判定したときはステップＳ６に戻る。また、ステップＳ
６での判定がＮｏであればステップＳ３に戻ることによ
り、６０００ｒｐｍに達した後の過給機回転数Ｎｃｘは
４０００〜６０００ｐｐｍの範囲に制御される。

ステップＳ８でスタータ２６およびグロースイッチ２７
をＯＮとした後は、ステップＳ９での過給機回転数ＮＣ
Ｘが４００Ｏｒｐｍ以上か否かの判定がＹＥＳのどきに
ステップＳ１ａでエンジン回転数Ｎｅｎが１１００Ｏｒ
ｐ以上のエンジン完爆状態か否かを調べる。ステップＳ
１０での判定においてエンジン回転数Ｎｅｎが１１００
Ｏｒｐに達していなければステップＳ９に戻り、またス
テップＳ９での判定がＮｏであればステップＳ２に戻る
。

そして、ステップＳ１０でエンジンが１１００Ｏｒｐ以
上の完爆状態となったことを判定したときは、ステップ
Ｓ１１で過給機駆動をＯＮとするとともにエアコンのコ
ンプレッサ２９およびファン３０の強制ＯＦＦを解除し
、始動制御を終了する。

なお、始動制御後は、図示しないが通常運転時の制御に
移行し、この制御としては、例えばエンジン回転数に応
じてこれにマツチングするように過給機回転数をフィー
ドバック制御すればよい。

第３図は始動時の制御の別の例をフローチャートで示し
ている。このフローチャートにおいて、ステップ８１〜
Ｓ３は第２図と同様であるが、ステップＳ３に続いてス
テップ８３１，８３２で、過給機回転数が過給機駆動開
始後の加速途中の特定回転数、例えば３０００ｒｐｍと
なったとぎにグロースイッチ２７をＯＮとし、それから
ステップＳ４に移る。ステップ８４〜Ｓ１１も第２図と
ほぼ同様であるが、ステップＳ８では、既にグロースイ
ッチ２７がＯＮとなっていることからスタータ２６の駆
動のみ行なう。

この第３図の例による場合、消費電力の過度の増大が避
けられつつ、過給機回転数が６０００　ｒｐｍに達する
までの加速中にグロープラグによる予熱も行なわれる。

つまり、第４図に示すように、電動モータ２５の消費電
力（線Ｗ１）は過給機駆動初期の低回転時に多く、回転
数上昇につれて減少するので、過給機加速途中の３００
Ｏｒｐｍ程度からグロープラグの消ｖＲ電力〈線Ｗ２　
）が加わっても全体の消費電力が過度に増大することは
ない。そして過給機加速途中でグロープラグに通電され
ることにより、過給機回転数が６００Ｏｒ　ｐｍに達し
てスタータ２６の駆動が許容される状態となったときに
、グロープラグの昇度も達成された状態となる。

以上のような圧力波過給機付エンジンによると、エンジ
ン始動時の過給機回転数およびエンジン回転数の変化は
第５図に線Ａ、Ｂで示すようになる。

すなわち、この図中のｔｏ時点でキースイッチ３１がＯ
Ｎ位置とされた場合に、先ず電動モータ２５により圧力
波過給機１３が駆動され、過給機回転数がＩＡのように
所定回転数＜６００Ｏｒｐｍ）に達するまで上昇する。

この回転数“上昇に要する時間は２秒程度である。そし
て、上記所定回転数に達するまではスタータ２６が停止
状態に保たれて、上記所定回転数に達した時点ｔ１から
スタータ２６の駆動が許容されることにより、それまで
にキースイッチ３１がスタート位置とされていればこの
時点ｔ１でスタータ３１が駆動される。そして始動完了
までのスタータ駆動中は過給機回転数が一定範囲（４０
００〜６０００ｒｐｍ）に保たれる。

このように過給機回転数が適度に高められた状態でスタ
ータ３１が駆動されることにより、始動中に圧力波過給
機１３の排気導入口１７から気体通路１６を通って吸気
、側に還流される排気の量が充分に少なくなる。従って
、着火前の未燃ガス還流量の増大や看火後のＥＧＲＩの
増大が避けられて着火性および燃焼性が高められ、始動
が促進される。これにより、エンジン回転数が吹き上が
って完爆状１（１０００ｒｐｍ以上）となる時点ｔ２ま
での始動時間が、従来の圧力波過給機付エンジンによる
場合（第５図中の二点鎖ａ）と比べて短縮されることと
なる。

なお、上記実施例ではスタータ２６の駆動を許容する過
給機回転数を６００Ｏｒ　ｐｍ、スタータ駆動中の過給
機回転数の範囲を４０００〜６００ｏｒｐｍに設定して
いるが、上記過給機回転数および上記範囲はエンジンや
圧力波過給機の性能等に応じて始動促進に有利なように
適宜変更して差支えない。また、上記実施例ではキース
イッチ３１がＯＮ位置となった時点で圧力波過給機１３
を駆動し、過給機回転数が所定回転数となってからキー
スイッチ３１がスタート位置となっていればスタータ２
６を作動させるようにしているが、例えばキースイッチ
がスタート位置となった時点から圧力波過給機を駆動さ
せて所定回転数となったときに自動的にスタータを駆動
するようにしてもよい。

（発明の効果〕 以上のように本発明は、圧力波過給機付エンジンにおい
て、エンジンの始動に際し、先ず圧力波過給機を電動モ
ータで駆動して過給機回転数が所定回転数になるまでス
タータを停止状態に保ち、過給機回転数が所定回転数に
なった後にスタータの駆動を許容しているため、スター
タ駆動時点では過給機回転数が既に上昇していて排気還
流量の増大が避けられることにより、始動時の着火性お
よび燃焼性が向上され、始動を促進して始動時間を短縮
することができるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示す圧力波過給機付エンジ
ン全体の概略図、第２図はｌＩｌｌｌｗＪの・−例を示
す７０−ブヤート、第３図は制御の別の例を示すフロー
チャート、第４図は第３図に示した制御例による場合の
消Ｉ３Ｉ電力の特性図、第５図は本発明の実施例による
場合の始動時の過給機回転数およびエンジン回転数の変
化を従来のエンジンによる場合と比較して示す説明図で
ある。 １・・・工〕ジン、１１・・・圧力波過給機、１４・・
・ケース、１５・・・ロータ、２５・・・電動モータ、
３５・・・コントロールユニット、３６・・・過給機制
御手段、３７・・・スタータ制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、排気の導入口および吐出口と吸気の導入口および吐
   出口を配設したケース内に、多数の気体通路を有するロ
   ータを回転自在に収容して、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するようにした圧力
   波過給機を備えるとともに、この圧力波過給機を電動モ
   ータによつて駆動するようにした圧力波過給機付エンジ
   ンにおいて、エンジンのクランキング前に上記電動モー
   タによって上記圧力波過給機を駆動させる過給機制御手
   段と、上記圧力波過給機の駆動が開始されてからこの圧
   力波過給機の回転数が所定回転数に上昇するまではエン
   ジン始動用のスタータを停止状態に保つて、圧力波過給
   機の回転数が上記所定回転数に上昇した後に上記スター
   タの駆動を許容するスタータ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。