JPH03194123A - 圧力波過給機の駆動装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、排気通路に発生する圧力波を利用してエンジ
ンを過給するようにした圧力波過給機の駆動装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 排気通路と吸気通路とにまたがって設けられ、排気通路
に発生する圧力波のエネルギを利用して吸気通路内の吸
気を加圧し、エンジンを過給するようにした圧力波過給
機（コンプレックス）は従来より知られている。

一般にこのような圧力波過給機には円筒形のハウジング
が設けられ、このハウジングの軸線方向の一方の端部に
は過給機より上流側の吸気通路（以下、これを上流側吸
気通路という）と過給機より下流側の吸気通路（以下、
これを下流側吸気通路という）とが接続され、ハウジン
グのもう一方の端部には過給機より上流側の排気通路（
以下、これを上流側排気通路という）と過給機より下流
側の排気通路（以下、これを下流側排気通路という）と
が接続されている。そして、円筒形のハウジング内にこ
れと軸線を同じくして円筒形のロータが配置され、この
ロータはハウジングの両端部に回転自在に軸承されたロ
ータ軸に取り付けられ、ハウジング内で自在に回転でき
るようになっている。

このロータには、ロータ軸の外周面からロータ内周面に
向かって放射状に広がる多数の隔壁が設けられ、該隔壁
とロータ内周面とによってロータ内には、ロータの軸線
方向にみて両端部が開かれた多数（隔壁と同数）のスリ
ット状空間部が形成されている。　ロータの軸線方向に
みて、各スリット状空間部の吸気通路側の端部（以下、
これを吸気側端部という）は、ロータの回転に伴って上
流側吸気通路及び下流側吸気通路と交互に連通ずるよう
になっている。そして、あるスリット状空間部の吸気側
端部が上流側吸気通路と連通ずるときにはこのスリット
状空間部のもう一方の端部（以下、これを排気側端部と
いう）が下流側排気通路と連通するようになっている。

一方、スリット状空間部の吸気側端部が下流側吸気通路
と連通ずるときには、排気側端部が上流側排気通路と連
通ずるようになっている。

ここにおいて、あるスリット状空間部が上流側吸気通路
及び下流側排気通路と連通しているとき一 けることはレイアウト上なかなかむずかしい。

そこで、一般に適正な発電容量を確保するために、オル
タネータが第１ベルトを介してクランク軸によってその
２倍の回転数（以下、これを２倍速という）で回転駆動
されることに着目し、オルタネータにロータ駆動用ブー
りを設ける一方ロータに被駆動プーリを設け、この被駆
動プーリの径をロータ駆動用プーリの径のＩ／２に設定
し、両プーリに第２ベルトを巻きかけ、ロータをオルタ
ネータの２倍速で回転駆動するようにし、ロータをクラ
ンク軸の４倍の回転数（以下、これを４倍速という）で
回転させるようにした圧力波過給機の駆動装置が提案さ
れている（実開昭６１−１３８８３７号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、−船釣に駆動プーリで被駆動プーリをベルト
駆動する場合、■駆動プーリの角速度変動が大きいとき
、■被駆動プーリの駆動負荷が高いとき、■被駆動プー
リの回転数が高いとき、■ベルトの被駆動プーリへの当
接部の曲率半径が小に、上流側吸気通路内のエアがスリ
ット状空間部内に流入するとともに、スリット状空間部
内の排気ガスが下流側排気通路に排出され、この後ロー
タが回転してこのスリット状空間部が下流側吸気通路及
び上流側排気通路と連通したときに、上流側排気通路に
発生した圧力波によってスリット状空間部内のエアが下
流側吸気通路に押し込まれるとともに、上流側排気通路
内の排気ガスがスリット状空間部内に流入する。このよ
うな２つのプロセスが連続的に繰り返され、吸気の圧力
が高められ、エンジンが過給されるようになっている。

ところで、このような圧力波過給機において、エンジン
の常用運転域で過給を有効に行なわせるには、ロータを
クランク軸の回転数の４倍の回転数で同期回転させる必
要がある。このような同期をとるために、基本的にはベ
ルト等を介してクランク軸によってロータを回転駆動す
るのが得策であるが、クランク軸にはすてに動弁系、補
機等を駆動するための駆動プーリか種々取り付けられて
いるので、さらにこれにロータ駆動用プーリを設４ さいときほど、ベルトスリップが発生しやすくなる。

そして、オルタネータでロータを駆動するようにした従
来の圧力波過給機の駆動装置においては、オルタネータ
励磁時にはその駆動負荷が大きくなり、またオルタネー
タの被駆動ブーりの回転数が高く、かつ第１ベルトの被
駆動プーリへの当接部の曲率半径が小さいので、第１ベ
ルトはもともとベルトスリップを起こしやすい条件下に
ある。このため、加速時その他のトルク急変時にオルタ
ネータが励磁されると、第１ベルトにベルトスリップが
発生する。

このように、第１ベルトにベルトスリップが発生すると
、ロータがクランク軸に対して正しく同期回転（４倍速
）しなくなるが、この同期がくずれると排気通路内の排
気ガスがスリット状空間部を通して吸気通路内に流入す
るので、いわゆるヘビーＥＧＲが生じ、これによってエ
ンジン出力が低下し、とくに加速トルク、加速レスポン
ス等の加速性能が低下するといった問題がある。また、
低負荷時には失火（半失火）が起こりやすくなるといっ
た問題がある。

これに対して、クランク軸のオルタネータ駆動用プーリ
の径とオルタネータの被駆動プーリの径とを大きく設定
することによって（両者の径の比は２：Ｉで一定とする
）、第１ベルトの被駆動プーリへの当接部の曲率半径を
大きくし、ベルトスリップの発生を防止するといった対
応策が考えられるが、このようにすると被駆動プーリの
周速が大きくなり、これによってベルトスリップが発生
しやすくなるので、この対応策はそれほど有効ではない また、過給機始動時には専用のモータでロータを回転さ
せ、その後は排気エネルギでロータを自励回転させるよ
うにするといった、いわゆるヘルドレス方式の採用が考
えられる。しかし、このベルトレス方式によれば、加速
時にはロータの慣性質量によってロータ回転数の上昇に
時間遅れが生じるので、ベルト駆動方式に比べて加速レ
スポンスが悪くなるといった問題がある。

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであっ
て、補機によって駆動される圧力波過給機を備えたエン
ジンにおいて、ヘビーＥＧＨの発生を有効に防止し、加
速トルク、加速レスポンス等の加速性能を高めることが
できる圧力波過給機の駆動装置を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記の目的を達するため、圧力波過給機と、該
圧力波過給機を低速・低負荷域で非過給状態にする過給
制御手段とが設けられたエンジンにおいて、第１ベルト
を介してクランク軸によって駆動される補機で、第２ベ
ルトを介して圧力波過給機を駆動するようにした圧力波
過給機の駆動装置であって、第２ベルトを介して圧力波
過給機を駆動する補機をパワーステアリングのオイルポ
ンプに設定するとともに、該オイルポンプから圧力波過
給機への増速比を、クランク軸からオイルポンプへの増
速比より大きく設定したことを特徴とする圧力波過給機
の駆動装置を提供する。

［発明の作用・効果コ 一般に、パワーステアリングのオイルポンプの駆動負荷
は、ステアリングの舵角の上昇に伴って累進的に増加す
るので、舵角が大きいときにはオイルポンプの駆動負荷
が非常に高くなるが、反面舵角が小さいときには駆動負
荷が非常に小さくなる。

そして、ステアリングの舵角が大きくなるのは通常はエ
ンジンの運転状態が低速・低負荷域にあるときに限られ
、これ以外の運転領域（中速以上あるいは中負荷以上）
では舵角は比較的小さい。

したがって、低速・低負荷域ではオイルポンプの駆動負
荷が高くなることが多く、第１ベルトはベルトスリップ
を起こしやすい条件下にある。また、低速・低負荷域で
はクランク軸の角速度変動が大きくなるので、ますます
ベルトスリップが発生しやすくなる。とくにアイドリン
グ状態では、ステアリングが据え切りされることがあり
、このときには舵角が非常に大きくなりオイルポンプの
駆動負荷が極端に大きくなり、かつクランク軸の角速度
変動が大きくなるので、ベルトスリップがとく８ に発生しやすい条件下にある。

しかしながら、本発明によれば、低速・低負荷域では、
過給制御手段によって過給が停止される。

具体的には、例えば過給機をバイパスするバイパス吸気
通路のみを通して吸気を燃焼室に供給するなどして、過
給機から燃焼室への吸気の供給が停止される。

このため、低速・低負荷域で、たとえ第１ベルトがベル
トスリップを起こしたとしても、ＥＧＲが燃焼室に流入
しない。したがって、この運転領域で、エンジン出力な
いし加速性能を高めることができ、かつ失火（半失火）
の発生を有効に防止することができる。

一方、低速・低負荷域以外の過給が行なわれる運転領域
では、舵角が小さいのでオイルポンプの駆動負荷が非常
に小さくなり、かつクランク軸の角速度変動も小さくな
るので、第１ベルトはベルトスリップを起こしにくい条
件下にある。

そして、クランク軸からロータへの最終的な増速比を一
定値（４倍速）に保持しつつ、オイルボンプからロータ
への増速比が、クランク軸からオイルポンプへの増速比
より大きく設定される。このため、オイルポンプの被駆
動ブーりの径は比較的大きくなり、第１ベルトの被駆動
プーリへの当接部の曲率半径が大きくなる。したがって
、前記したとおりこの運転領域では第１ベルトがもとも
とベル）・スリップを起こしにくい条件下にあるのと相
まって、加速時等においてクランク軸に角速度変動が生
じたときでも、実質的に第１ベルトにベルトスリップが
発生しない。

一方、オイルポンプからロータへの増速比を比較的大き
く設定しているので、ロータの被駆動プーリの径は比較
的小さくなる。このため、第２ベルトの上記被駆動プー
リへの当接部の曲率半径が小さくなる。したがって、こ
の点では第２ベルトが比較的ベルトスリップを起こしや
すい条件下にあるといえる。しかしながら、第１ベルト
とオイルポンプの被駆動プーリとによってクランク軸の
角速度変動が緩和され、かつこの運転領域（低速・低負
荷域以外）では、ロータはすてに自励回転−１，１ 高温の吸気中に燃料噴射弁（図示せず）から燃料を噴射
してこれを燃焼させ、排気弁４が開かれたときに燃焼ガ
スを排気通路５に排出するような基本構成となっている
。

そして、エンジンＤＥを過給するために、吸気通路２と
排気通路５とにまたがって、圧力波過給機Ｃが設けられ
ている。この圧力波過給機Ｃは、本願従来の技術で説明
したような普通のコンプレックス型の圧力波過給機であ
るので、詳しい説明は省略するが、これには円筒形のハ
ウジング６が設けられ、軸線方向にみてハウジング６の
吸気通路側端部（第３図では左側端部）にはこれより上
流側の吸気通路２ａと下流側の吸気通路２ｂとが接続さ
れ、排気通路側端部（第３図では右側端部）にはこれよ
り上流側の排気通路５ａと下流側の排気通路５ｂとが接
続されている。また、ハウジング６内にはこれと軸線を
同じくして円筒形のロータ７が配置され、このロータ７
はハウジング６の両端部に回転自在に軸承されたロータ
軸８（第２図参照）に取り付けられ、ハウジング６内で
自在に回転でしており、その駆動負荷が非常に小さくな
っているので、第２ベルトにもベルトスリップが発生し
ない。

したがって、低速・低負荷域以外の過給が行なわれる運
転領域では、第１．第２ベルトにベルトスリップが発生
しないので、ロータがクランク軸に対して４倍速で正確
に同期して回転駆動され、ヘビーＥＧＲ発生しない。よ
って、エンジン出力とくに加速トルク、加速レスポンス
等の加速性能を高めることができる。

なお、第１．第２ベルトにベルトスリップが起こりにく
いので、クランク軸の駆動プーリの径を比較的小さく設
定することができ、エンジンのコンパクト化を図ること
ができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

第３図に示すように、４気筒デイーゼルエンジンＤＥは
、吸気弁１が開かれたときに吸気通路２から燃焼室（図
示せず）内に吸気を吸入し、この吸気をピストン３で圧
縮して高圧・高温にし、この１２ きるようになっている。

上流側吸気通路２ａの上流側端部近傍には、吸気中の浮
遊塵を除去するエアクリーナ１１が設けられている。ま
た下流側吸気通路２ｂには、充填効率を高めるために、
過給機Ｃで断熱圧縮されて温度が上昇した吸気を冷却す
るインタクーラＩ２が設けられている。

そして、過給機Ｃをバイパスして、上流側吸気通路２ａ
と下流側吸気通路２ｂとを連通ずるバイパス吸気通路１
３が設けられ、このバイパス吸気通路１３の下流側吸気
通路２ｂへの開口部には、これを開閉するバイパスバル
ブＩ４が設けられている。バイパスバルブ１４はスプリ
ング１５によって適当な付勢力で閉弁方向に付勢され通
常は閉じられているが、下流側吸気通路２ｂ内がある程
度以上の負圧になったときには開かれるようになってい
る。

また、バイパス吸気通路１３との接続部よりやや上流側
において下流側吸気通路２ｂには、これを開閉するメイ
ンバルブ１６が設けられている。

このメインバルブ１６は、図示していない付勢部材によ
って閉弁方向に付勢され、第４図に状態を示ずように通
常は閉じられているが、これより上流側の吸気圧ずなわ
ち過給機Ｃの吐出圧（過給圧）がある程度以上になった
ときには、第５図に状態を示すように開かれるようにな
っている。

上流側排気通路５ａには、排気の脈動を打ち消して過給
を安定化する膨張室Ｉ８が設けられている。また、過給
機Ｃをバイパスして、上流側排気通路５ａと下流側排気
通路５ｂとを連通ずるバイパス排気通路１９が設けられ
、このバイパス排気通路Ｉ９には、過給圧が一定値を超
えたときには開かれ、排気ガスの一部をバイパス排気通
路１９を通して排出するウェストゲートバルブ２■が設
けられている。このウェストゲートバルブ２Ｉによって
、過給圧が一定値以下に抑制されるようになっている。

以下、過給機Ｃの駆動機構について説明する。

第１図と第２図とに示すように、エンジンＤＥのクラン
ク軸２３の先端部には複数のベルト溝（図＝１５− アコン用ベルト３２が巻きかけられ、エアコン２８がク
ランク軸２３によって回転駆動されるようになっている
。

このように、回転イナーシャ（駆動負荷）の大きいオル
タネータ２５とエアコン２８とを、クランク軸２３に対
して左右対称位置に配置しているので、エンジンＤＥの
左右の揺れが有効に防止される。

エアコン２８のやや上方にはパワーステアリング（図示
せず）のオイルポンプ３３が設けられ、このオイルポン
プ３３の回転軸の前端部には第１オイルポンププーリ３
４が取り付けられている。ここにおいて、マルチプーリ
２４の径と第１オイルポンププーリ３４の径の比はｌ・
１に設定されている（増速比；ｌ）。そして、マルチプ
ーリ２４と第１オイルポンププーリ３４と第２アイドル
プーリ３５とにわたって第１ベルト３６が巻きかけられ
、オイルポンプ３３はクランク軸２３によってこれと同
一回転数で駆動されるようになっている。

このように、クランク軸２３からオイルポンプ３示せず
）を備えたマルチプーリ２４が設けられ、各ベルト溝に
は各種補機を駆動するためのベルトがはめられるように
なっている。

エンジンＤＥの幅方向の一方の端部（第１図では右側端
部）にはオルタネータ２５が設けられ、このオルタネー
タ２５の回転軸にはオルタネータプーリ２６が設けられ
ている。ここにおいて、マルチプーリ２４の径とオルタ
ネータプーリ２６の径の比は２．１に設定されている（
増速比３２）。そして、マルチプーリ２４とオルタネー
タプーリ２６とにわたってオルタネータ用ベルト２７が
巻きかけられ、オルタネータ２５はクランク軸２３によ
ってこれの２倍速で回転駆動されるようになっている。

エンジンＤＥの幅方向にみて、クランク軸２３に対して
オルタネータ２５とほぼ対称となる位置には、エアコン
２８が設けられ、このエアコン２８の回転軸にはエアコ
ンプーリ２９が設けられている。そして、マルチプーリ
２４とエアコンプーリ２９と第１アイドルプーリ３１と
にわたって工６ ３への増速比が小さく設定されているので、第１オイル
ポンププーリ３４の径が比較的大きくなり、第１ベルト
３６の第１オイルポンププーリ３４への当接部の曲率半
径が大きくなり、第１ベルト３６でのベルトスリップの
発生が防止される。また、第１ベルト３６の摩耗が低減
される。

また、オイルポンプ３３の回転軸の後端部には第２オイ
ルポンププーリ３７が取り付けられ、方過給機Ｃのロー
タ軸８の前端部にはロータプーリ３８が取り付けられて
いる。ここにおいて、第２オイルポンププーリ３７の径
とロータプーリ３８の径の比は４・１に設定されている
（増速比、４）。

そして、第２オイルポンププーリ３７とロークジ−９３
日と第３アイドルプーリ３９とにわたって第２ベルト４
１が巻きかけられ、ロータ軸８（ロータ７）はオイルポ
ンプ３３によってその４倍速で回転駆動され、したがっ
てクランク軸２３の４倍速で回転するようになっている
。

以下、第１図〜第６図を参照しつつ上記構成の作用につ
いて説明する。

エンジンＤＥの運転状態が、第６図中の領域へで示すよ
うな低速・低負荷域にあるときには、排気ガスのエネル
ギが小さく、したがって過給機Ｃの過給圧が低いので、
第４図に状態を示すように、メインバルブ１６が閉じら
れる。このときメインバルブ１６より下流側の下流側吸
気通路２ｂは吸気行程で燃焼室（図示せず）内に発生ず
る吸気負圧によって負圧状態となる。このため、バイパ
スバルブ１４が開かれ、吸気は過給機Ｃをバイパスして
、バイパス吸気通路Ｉ３から下流側吸気通路２１）に流
入する。

前記したとおり、このような低速・低負荷域では、ステ
アリング（図示せず）の舵角が大きくなることがあり、
このときにはオイルポンプ３３の駆動負荷が高くなる。

かつ、この運転領域ではクランク軸２３の角速度変動が
大きいので、第１ベルト３６は比較的ベルトスリップを
起こしやすい条件下にあり、過給機Ｃを通して上流側排
気通路５ａから下流側吸気通路２ｂにＥＧＲが流入する
傾向が強いが、メインバルブ１６が閉じられているの９ 記したとおり、マルヂプーリ２４から第１オイルポンプ
プーリ３４への増速比が小さく設定され、第１オイルポ
ンププーリ３４の径が比較的大きくなっているので、加
速時等においてクランク軸２３の角速度変動が大きくな
ったときでも、第１ベルト３６には実質的にベルトスリ
ップが発生しない。

なお、第２オイルポンププーリ３７からロータプーリ３
８への増速比を４と比較的大きく設定しているので、ロ
ータプーリ３８の径は比較的小さくなる。このため、第
２ベルト４Ｉのロータプーリ３８への当接部の曲率半径
が小さくなり、第２ベルト４１は比較的ベルトスリップ
を起こしやすい条件下にあるといえる。しかしながら、
この高速・高負荷域では、ロータ７がすてに自励回転し
ているので、ロータ７の駆動負荷は非常に小さくなって
おり、第２ベル）・４１にもベルトスリップが発生しな
い。

したがって、過給が行なわれる高速・高負荷域では、第
１．第２ベルト３６．４１にベルトスリップ ても、このＥＧＲは燃焼室（図示せず）には流入しない
。したがって、エンジンＤＥの出力あるいは加速性能を
高めることができ、また失火（半失火）の発生を有効に
防止することができる。

一方、エンジンＤＥの運転状態が第６図中の領域Ｂで示
すような、中・高速域または中・高負荷域にあるときに
は（以下、この運転領域を高速・高負荷域という）、過
給圧が高まるので、第５図に状態を示すようにメインバ
ルブＩ６が開かれ、過給機Ｃから吐出される吸気が燃焼
室（図示せず）に供給されエンジンＤＥの過給が行なわ
れる。このとき、下流側吸気通路２ｂ内の吸気圧によっ
てバイパスバルブ１４が閉じられる。

このような高速・高負荷域においては、前記したとおり
、ステアリング（図示せず）の舵角が小さいのでオイル
ポンプ３３の駆動負荷が非常に小さくなり、かつクラン
ク軸２３の角速度変動も小さくなるので、第１ベルト３
６は、もともとベルトスリップを起こしにくい条件下に
ある。かつ、前＝２０ プが発生しないので、ロータ７がクランク軸２３に対し
て４倍速で正確に回転駆動され、ヘビーＥＧＲが発生し
ない。よって、有効にエンジンＤＥを退治しつつ、エン
ジンＤＥの出力とくに加速トルク、加速レスポンス等の
加速性能を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案にかかる圧力波過給機の駆動装置を備
えた４気筒デイーゼルエンジンの正面説明図である。 第２図は、第１図に示すエンジンの側面説明図である。 第３図は、第１図に示すエンジンのシステム構成図であ
る。 第４図は、バイパス吸気通路との接続部近傍における下
流側吸気通路の縦断面説明図であり、メインバルブが閉
じられた状態を示す。 第５図は、メインバルブが開かれた状態を示す、第４図
と同様の図である。 第６図は、メインバルブが開かれるエンジンの運転領域
と、メインバルブが閉じられる運転領域とを示す図であ
る。 ＤＥ・・・エンジン、Ｃ・・・圧力波過給機、２・吸気
通路、２ａ・上流側吸気通路、２ｂ・・・下流側吸気通
路、５・・・排気通路、５ａ・・・上流側排気通路、５
ｂ・下流側排気通路、７　・ロータ、８・・ロータ軸、
１３・・バイパス吸気通路、１４・・バイパスバルブ、
１６　・メインバルブ、１８・・膨張室、１９・バイパ
ス排気通路、２１・・・ウェストゲートバルブ、２訃−
・クランク軸、２４・マルヂプーリ、３３・オイルポン
プ、３４・・・第１オイルポンププーリ、３６・・第１
ベルト、３７・・・第２オイルポンププーリ、３８・・
・ロータプーリ、４１・・第２ベルト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧力波過給機と、該圧力波過給機を低速・低負荷
   域で非過給状態にする過給制御手段とが設けられたエン
   ジンにおいて、第１ベルトを介してクランク軸によって
   駆動される補機で、第２ベルトを介して圧力波過給機を
   駆動するようにした圧力波過給機の駆動装置であって、 第２ベルトを介して圧力波過給機を駆動する補機をパワ
   ーステアリングのオイルポンプに設定するとともに、該
   オイルポンプから圧力波過給機への増速比を、クランク
   軸からオイルポンプへの増速比より大きく設定したこと
   を特徴とする圧力波過給機の駆動装置。