JPH0536609B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、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
ビン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端部側に設けられ、
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エ
ンジン運転状態に応じて適正に制御することがで
きない。

（発明の目的） 本発明は、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、エン
ジン負荷に応じて制御された量の排気還流を行な
うことのできる構造を提供することを目的とす
る。

（発明の構成） 上記目的を達成するため、本発明は次の構成を
有する。すなわち、本発明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ている。本発明におい
ては、過給機のロータを回転駆動するために電動
モーターが設けられ、この電動モーターの回転数
は、ロータの回転数とエンジンの回転数との比す
なわち、エンジン回転数に対するロータ回転数の
比がエンジン運転状態に応じて変化するように、
制御装置による制御される。

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
ら遮断されればエンジン吸気に排気はほとんど混
入しない。

一般には、エンジン吸気量の関係から、ロータ
の回転数はエンジン回転数に比例して増減させる
のが普通である。しかし、たとえば排気還流が必
要とされるエンジン運転領域で、ロータ回転数と
エンジン回転数の比が小さくなるようにロータ回
転数を制御すると、気体通路が吸気吐出口から遮
断される前に、排気が気体通路を貫流して吸気に
混入し、排気還流効果を生じる。そして、排気還
流量は、上述の回転数比を変えることにより制御
することができる。また、排気還流が必要でない
運転領域、たとえば高速高負荷運転領域では、上
記回転数比を高く設定すれば、吸気への排気の混
入がなく、過給効果の高い吸気を行なうことがで
きる。

（発明の効果） 本発明においては、圧力波過給機のロータを電
動モーターにより駆動し、エンジン負荷に応じ
て、エンジン負荷が中負荷のときには低負荷のと
きよりもロータの回転数とエンジン回転数との比
が低くなるように、電動モーターの回転数を制御
回路により制御しているので、排気還流が必要な
運転領域で必要量の排気還流を達成し、また過給
効果を特に必要とする運転領域で所要の過給を得
ることができる、など非常に融通性のある吸気制
御が可能になり、しかもそのために特に面倒な機
構を設けたりする必要がない。また、ロータをエ
ンジンクランク軸により駆動するばあいに比し、
過給機の取付位置に制約がなく、部品配置上の融
通性が大きくなる。

（実施例の説明） 基本構成 第１図は本発明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１８
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。

ロータ１５には駆動軸２３が固定され、この駆
動軸２３はロータ１５の一端から軸方向外方に延
びている。駆動軸２３は、軸受２４，２５により
吸気ハウジング２６に回転支持され、その一端で
ロータ１５を片持支持する。駆動軸２３の他端
は、電磁クラツチ２７を介して電動モーター２８
の出力軸に結合されている。モーター２８の回転
を制御するために制御回路２９が設けられる。こ
の制御回路２９は、エンジン回転数センサ３０の
出力を入力とし、エンジン回転数に比例する出力
を発生する。たとえば電動モーター２８がパルス
モーターであれば、制御回路２９はエンジン回転
数の増加に比例してパルス数が増加するパルス出
力を発生する。制御回路２９の出力は補正回路３
１に入力され、補正回路３１の出力がモーター２
８の駆動に使用される。補正回路３１は、エンジ
ン制御部材の作動量たとえばアクセルペダル踏み
込み量センサー３２の出力を受け、エンジン負荷
に応じて制御回路２９の出力を補正し、モーター
２８の回転数を制御する。第３図は、その補正の
一例を示すもので、同図の横軸は燃料噴射量Ｑ
を、また縦軸はロータ１５の回転数（rpm）を示
し、ある一定のエンジン回転数のもとで、エンジ
ン負荷に対応する燃料噴射量Ｑに応じて、モータ
ー２８の回転数すなわちロータ１５の回転数とエ
ンジン回転数との比が図に実線ａで示されるよう
に変化させられる。なお、センサー３２の出力は
クラツチ２７にも与えられ、低負荷領域でクラツ
チ２７が断たれる。

作 動 エンジン１が始動され、クラツチ２７が接続さ
れる負荷領域では、モーター２８は補正回路３１
からの出力により回転させられて、ロータ１５を
駆動する。エンジン吸気は吸気通路２２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１
７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１６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４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では他端側か吸気導入口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４図に示すロータ１５の回転数では、通路１
６に流入する排気が吸気吐出口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。

したがつて、排気は、吸気との接触により該吸
気中に混入して残留する僅かな量を除いては、過
給通路９に到達することはない。第５図は、ロー
タ１５の回転数を相対的に低下させ、ロータ回転
数とエンジン回転数との比、すなわち、エンジン
回転数に対するロータ回転数の比を減少させたば
あいを示す。この状態では、ロータ１５の回転に
よる気体通路１６の進みに比して排気３４の流れ
が速く、排気３４は通路１６が吸気吐出口２０か
ら遮断される前に該吐出口２０に到達し、過給通
路９に吐出される。このようにして過給通路９に
吐出される排気の量は、ロータ１５の回転数とエ
ンジン回転数との比によつて変化し、この回転数
比を第３図の実線ａのように変化させると、吸気
に混入される排気の量は同図に点線ｂで示すよう
に変化する。したがつて、ロータ１５の回転数の
制御により、排気還流を希望するように制御する
ことができる。なお、第３図において、一点鎖線
ｃは排気還流量がゼロの線を示し、該線ｃより下
方に位置する点線ｂは排気ガス中に吸気が吹き抜
けている状態を示している。また、高負荷運転領
域では、この回転数比を高めて、高い過給効果が
得られるようにすることも可能である。

なお、低負荷運転領域では、センサ３２からの
信号によりクラツチ２７を断つて、ロータ１５を
排気のエネルギのみで駆動するようにしてもよ
い。また、上述の実施例は逆流形であるが、本発
明は貫流形にも問題なく適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明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図は
ロータ回転数制御の一例を示す図表、第４図およ
び第５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、２８……電動モータ
ー、２９……制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   回転方向に変位して形成され、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た形式
   の、圧力波過給機を備えた過給機付エンジンにお
   いて、前記ロータを回転駆動するための電動モー
   ターと、エンジンの負荷を検出する負荷検出手段
   の出力に応じて、エンジン負荷が中負荷のときに
   は低負荷のときよりもエンジン回転数に対する前
   記ロータの回転数の比を低くするように前記電動
   モーターを制御する制御装置とが設けられたこと
   を特徴とする過給機付エンジン。