JPH0569983B2 - - Google Patents

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た過給機付エン
ジンに関し、特に圧力波過給機上流の排気通路の
排圧上昇に起因するポンピングロスの低減対策に
関する。

（従来の技術） 従来より、エンジンに対して吸気を過給する過
給機の一つとして圧力波過給機が知られている
（特公昭38−1153号公報参照）。この圧力波過給機
は、ケース内に回転可能に支持され、多数の小室
を形成する多数の隔壁が放射状に配設されたロー
タと、該ロータの一端側のケースに形成された吸
気導入口および吸気吐出口並びに上記ロータの他
端側のケースに形成された排気導入口および排気
吐出口とを有していて、上記ロータの回転に伴
い、吸気導入口からロータの小室に吸入した吸気
に対して排気導入口から該小室に排気を流入さ
せ、両者の圧力差により吸気を圧縮、加速して吸
気吐出口から吐出する、つまり排気の圧力波エネ
ルギーを吸気に伝達することにより、吸気の過給
を行う一方、上記小室内に残る排気を排気吐出口
から排出させるとともに、吸気導入口から該小室
内に吸気を導入することにより掃気を行うことを
繰返すようにしたものである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記のような圧力波過給機を備えた
エンジンにおいては、例えば特開昭59−215919号
公報に開示されるように、排気通路の途中に圧力
波過給機のロータが介在し、かつ該ロータの他側
の吸気吐出口には圧力波過給機下流の吸気通路の
圧力（過給圧）が対抗作用しているため、それら
が排気抵抗となつて圧力波過給機上流の排気通路
の排圧が上昇し高いものとなる。そのため、第２
図に示すように、この排圧と過給圧との差圧が大
きく、特に比較的過給圧の低い低負荷時にはこの
差圧が大きなものとなつて、エンジンのポンピン
グロスが大きくなり、燃費の悪化を招くという問
題がある。

この排圧上昇を防止する対策の一つとして、圧
力波過給機下流の吸気通路の吸気をリリーフし
て、圧力波過給機のロータ他側の吸気吐出口に作
用する圧力（過給圧）を低下させることにより、
排気抵抗を減少させて、排圧を大幅に低下させ、
このことにより排圧と過給圧との差圧を小さくし
てポンピングロスの減少を図ることが考えられ
る。

しかし、この場合、上記圧力波過給機下流の吸
気通路の吸気を単に圧力波過給機をバイパスする
バイパス通路を介して該圧力波過給機上流の吸気
通路にリリーフしたのでは、上記の如き過給圧の
低下により、圧力波過給機において排気導入口か
らロータの小室へ流入した排気が吸気吐出口より
流出して吸気に混入する、いわゆる圧力波過給機
内部で還流する排気の量が増加し、この内部還流
排気を含む吸気が圧力波過給吸気機上流の吸気通
路にリリーフされたのち吸気導入口から再びロー
タ内に流入して該ロータ内に残留する排気量が増
加し、そのことによりさらに内部還流排気量が増
加するという悪循環を繰返し、その結果、エンジ
ンへの排気還流量が著しく増加して運転性並びに
燃費の悪化を招来するとともに、ロータ内の残留
排気量の増加によりロータの冷却性を損うことに
なる。

なお、高負荷時において過給圧を低下させる
と、吸気の充填量が減少して、燃費が悪化し、か
つ出力が低下し、またデイーゼルエンジンではス
モークが発生するという問題が生じる。

そこで、本発明はかかる諸点に鑑みてなされた
もので、低負荷時、圧力波過給機上流の排気通路
の排気をリリーフしてその排圧を直接低下させる
ことにより、エンジンへの排気還流量の異常な増
大を招かず、かつ圧力波過給機のロータの冷却性
を損うことなく、この排圧と過給圧との差圧を減
少させてポンピングロスを低減させ、燃費の向上
を有効に図ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段
は、上記の如き圧力波過給機を備えた過給機付エ
ンジンにおいて、該過給機上流の排気通路を連通
路を介して過給機下流の吸気通路に連通させると
ともに、該連通路を低負荷時に開くバルブ装置を
設けるように構成したものである。

（作用） 上記の構成により、本発明では、エンジンの低
負荷時、バルブ装置により連通路が開かれること
により、圧力波過給機上流の排気通路の排気が連
通路を介して圧力波過給機下流の吸気通路にリリ
ーフされて、圧力波過給機上流の排気通路の排圧
が大幅に低下し、そのことによりこの排圧と過給
圧との差圧が減少してポンピングロスが低減され
ることになる。

また、この場合、圧力波過給機上流の排気通路
の排気を圧力波過給機下流の吸気通路にリリーフ
するので、排気をエンジンに還流する排気還流効
果が得られて、排気中のNOxの発生が有効に低
減される。また、この排圧の低下により、圧力波
過給機での吸気への排気の圧力波エネルギーの伝
達量が減少して圧力波過給機下流の吸気通路の圧
力（過給圧）が低下しても、この排圧と過給圧と
の双方の低下により圧力波過給機内での内部還流
排気量は増大せず、エンジンへの排気還流量の異
常増大を招くことはなく、かえつて上記排気のリ
リーフによる排気還流と相俟つてNOxの低減が
より効果的に行われる。このことは、低負荷程排
気還流量を大きくしたいという要求と、低負荷程
過給圧を下げ得る余裕が大きいという傾向とに適
合して好ましい。また、吸気の掃気によるロータ
の良好な冷却性が確保されるとともに、低負荷時
にのみリリーフして、高負荷時にはリリーフしな
いので過給圧が高く維持されて、高負荷時の吸気
充填量の増大により出力の向上が確保される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図において、１は４気筒エンジン、２は上
流端が大気に開口し下流端が分岐通路２ａ〜２ｄ
を介してエンジン１の各気筒に開口して該エンジ
ン１の各気筒の吸気を供給する吸気通路、３は上
流端が分岐通路３ａ〜３ｄを介してエンジン１の
各気筒に開口し下流端が大気に開口してエンジン
１の各気筒からの排気を排出する排気通路であ
る。

４は上記吸気通路２および排気通路３に跨つて
配設され、エンジン１によつてベルト伝動機構５
を介して回転駆動される圧力波過給機である。該
圧力波過給機４は、公知の如くケース内に回転可
能に支持されたロータを有していて、該ロータの
外周には多数の隔壁が放射状に配設され、該隔壁
によつてロータ外周に円周方向に多数の小室が形
成されている。上記ロータの一端側のケースには
吸気導入口６および吸気吐出口７が形成されてお
り、該吸気導入口６は吸気通路２の圧力波過給機
４上流側に、吸気吐出口７は吸気通路２の圧力波
過給機４下流側にそれぞれ連通している。また、
上記ロータの他端側のケースには排気導入口８お
よび排気吐出口９が形成されており、それぞれ排
気通路３の圧力波過給機４上流側および下流側に
連通している。しかして、ロータの回転に伴い、
低圧の吸気が閉じ込められた小室内に高圧の排気
が排気導入口８から流入すると、その圧力差によ
り圧力波（圧縮衝撃波）が発生して小室内を伝播
し、吸気に排気の圧力波エネルギーが伝達される
ことにより、吸気を圧縮、加速して吸気吐出口７
から吐出し、吸気の過給を行い、次いで上記小室
内に流入した排気を排気吐出口９から排出すると
ともに、吸気導入口６から該小室内に吸気を導入
して排気の掃気を行うことを繰返すように構成さ
れている。

また、１０はエンジン１によつてベルト伝動機
構１１を介して駆動され、エンジン１の各気筒に
燃料を噴射供給する燃料噴射ポンプであり、１２
は上記吸気通路２の圧力波過給機４下流に介設さ
れた空冷式のインタークーラであつて、圧力波過
給機４から過給される高温の吸気を外気（走行
風）との熱交換により冷却するものである。ま
た、１３は吸気通路２の圧力波過給機４上流に介
設された目の粗い第１エアクリーナであつて、圧
力波過給機４の吸気導入口６を該第１エアクリー
ナ１３を介して大気と連通するようにしている。
１４は吸気通路２の圧力波過給機４下流でインタ
ークーラ１２上流に介設され上記第１エアクリー
ナ１３よりも目の細かい第２エアクリーナであつ
て、圧力波過給機４の吸気吐出口７を該第２エア
クリーナ１４を介してエンジン１と連通するよう
にしている。さらに、１５は排気通路３における
各分岐通路３ａ〜３ｄの集合部に設けられた排気
サージタンク、１６は排気通路３の圧力波過給機
４下流に介設されたサイレンサである。しかし
て、大気から吸気通路２に吸入された吸入空気を
目の粗い第１エアクリーナ１３で濾過し、圧力波
過給機４に損傷を与えないように例えば60〜80μ
以上のダストを除去したのち、吸入導入口６から
圧力波過給機４内に吸入させ、該圧力波過給機４
において吸気（吸入空気）への排気の圧力波エネ
ルギーの伝達により吸気を加圧して吸気吐出口７
から吐出する。次いで、この加圧された吸入空気
を目の細かい第２エアクリーナ１４で濾過し、エ
ンジン性能に支障を与えないように例えば20μ以
下のダストまでもを除去したのち、インタークー
ラ１２で適温に冷却してエンジン１の各気筒に吸
入させる。その後、エンジン１の各気筒から排出
された排気を、排気サージタンク１５で各気筒の
排気脈動を抑制緩和したのち排気導入口８から圧
力波過給機４内に流入させ、該圧力波過給機４に
おいて吸気に対して圧力波エネルギーを伝達した
のち排気吐出口９から流出させ、サイレンサ１６
で排気音を減じたのち大気へ放出するようにして
いる。

そして、本発明の特徴として、上記排気通路３
の圧力波過給機４上流で排気サージタンク１５下
流は、連通路１７を介して、吸気通路２の圧力波
過給機４下流であつてインタークーラ１２下流に
連通されている。該連通路１７の途中には連通路
１７を開閉する開閉バルブ１８が介設されてい
て、該開閉バルブ１８はON−OFF作動する制御
弁１９によつて開閉制御され、該制御弁１９は
CPUよりなるコントロールユニツト２０に信号
授受可能に接続されており、該コントロールユニ
ツト２０には、燃料噴射ポンプ１０のアクセルレ
バーの開度によりエンジンの負荷状態を検出する
負荷センサ２１の出力が入力されている。よつ
て、エンジンの低負荷時、これを検出する負荷セ
ンサ２１の出力を受けたコントロールユニツト２
０により制御弁１９をON作動させ、この制御弁
１９のON作動により開閉バルブ１８を開作動さ
せて連通路１７を開放するようにしたバルブ装置
２２が構成されている。

また、上記吸気通路２においてその圧力波過給
機４上流で第１エアクリーナ１３下流と圧力波過
給機４下流で第２エアクリーナ１４上流とは、圧
力波過給機４をバイパスするように吸気バイパス
通路２３によつて連通されていて、該吸気バイパ
ス通路２３の途中にはバイパス通路２３の上流か
ら下流への吸気の流れを許容しその逆流を阻止す
る一方向バルブ２４が介設されているとともに、
吸気バイパス通路２３の下流端開口部には該下流
端開口部よりも下流の吸気通路２に対する吸気バ
イパス通路２３又は上記下流端開口部上流の吸気
通路２の連通を選択的に切換える切換バルブ２５
が配設されており、エンジン始動時、切換バルブ
２５を上記下流端開口部上流の吸気通路２を閉塞
し吸気バイパス通路２３と下流端開口部下流の吸
気通路２とを連通させるように切換えることによ
り、圧力波過給機４上流の吸気を圧力波過給機４
に吸入させずに吸気バイパス通路２３を介して圧
力波過給機４下流にバイパス下流させ、このこと
により始動時のエンジン負荷を軽減して良好な始
動性を確保するようにしたスターテイングバルブ
装置２６が構成されている。

さらに、上記排気通路３においてその圧力波過
給機４上流で連通路１７分岐部下流と圧力波過給
機４下流でサイレンサ１６上流とは圧力波過給機
４をバイパスするように排気バイパス通路２７を
介して連通されていて、該排気バイパス通路２７
の途中には排気バイパス通路２７を開閉するウエ
ストゲートバルブ２８が介設されており、該ウエ
ストゲートバルブ２８は上記開閉バルブ１８と同
様に制御弁１９によつて開閉制御され、エンジン
の低負荷時に開作動して排気バイパス通路２７を
開放することにより、圧力波過給機４上流の排気
を圧力波過給機４に流入させずに排気バイパス通
路２７を介して圧力波過給機４下流にバイパス流
下させ、このことにより圧力波過給機４上流の排
圧を直接低下させるようにしたウエストゲートバ
ルブ装置２９が構成されている。

したがつて、上記実施例では、エンジンの低負
荷時には、バルブ装置２２により連通路１７が開
かれることにより、圧力波過給機４上流の排気通
路３の排気の一部は上記連通路１７を介して圧力
波過給機４下流の吸気通路２にリリーフされる。
このことにより、圧力波過給機４上流の排気通路
３の排圧が大幅に低下することになり、その結
果、この排圧と過給圧との差圧を低減することが
でき、よつて、この差圧は低減によりエンジンの
ポンピングロスが低減されて、燃費を向上させる
ことができる。例えばエンジン回転数2000rpmで
上記差圧を約30％低減でき、その結果、燃費を約
2.2％低減できる。

さらに、上記実施例では、上述の如く圧力波過
給機４上流の排気通路３の排気を圧力波過給機４
下流の吸気通路２へリリーフすることに加えて、
ウエストゲートバルブ装置２９により排気バイパ
ス通路２７が開かれて排気が圧力波過給機４をバ
イパスして流下することにより、上記排圧をより
一層低下させて、排圧と過給圧との差圧を大幅に
低減できるので、ポンピングロスを大きく低減で
き、燃費の一層の向上を図ることができる。

また、この場合、圧力波過給機４上流の排気通
路３の排気を圧力波過給機４下流でかつインター
クーラ１２下流の吸気通路２にリリーフするの
で、排気をエンジン１に還流してエンジン１の燃
焼温度を制御するという排気還流効果が得られ
て、排気中のNOxの発生を効果的に低減するこ
とができる。また、その際、排気の還流は吸気通
路２のインタークーラ１２下流へ行われるので、
エアクリーナ１４やインタークーラ１２の機能に
支障を与えることはない。

また、上記排圧の低下により、圧力波過給機４
において吸気への排気の圧力波エネルギーの伝達
量が低減して、圧力波過給機４下流の吸気通路２
の圧力（過給圧）が低下するが、この排圧および
過給圧の双方の低下により、排気導入口８からの
排気がそのまま圧力波過給機４を通過して吸気吐
出口７から流出する。いわゆる内部還流排気量は
増加せず、エンジン１への排気還流量が異常に増
大することはなく、かえつて上述の排気のリリー
フによる排気還流と相俟つてNOxの低減をより
効果的に行うことができる。このことは、低負荷
程排気還流量を大きくしたいという要求と、低負
荷程過給圧を下げ得る余裕が大きいという傾向と
に適合し好都合である。しかも、吸気の掃気によ
るロータの良好な冷却性を確保して圧力波過給機
４の信頼性を維持することができる。

一方、エンジンの高負荷時には、バルブ装置２
２により連通路１７が閉じられて、上述の如き圧
力波過給機４上流の排気通路３の排気のリリーフ
が行われないので、過給圧を高く維持して吸気の
充填量を十分に確保でき、良好な燃費性、出力性
能を確保することができる。

尚、上記実施例では、バルブ装置２２およびウ
エストゲートバルブ装置２９のON−OFF制御す
るようにしたが、エンジン負荷に応じてリニア制
御するようにしてもよい。また、これらのエンジ
ン負荷の信号源としては、上記の如き燃焼噴射ポ
ンプ１１のアクセルレバーの開度の他に、吸気負
圧や排圧を用いてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の圧力波過給機付
エンジンによれば、低負荷時、圧力波過給機上流
の排気通路の排気を圧力波過給機下流の吸気通路
にリリーフしたことにより、エンジンへの排気還
流量の異常増大やロータの冷却性の悪化、高負荷
時の出力低下などを招くことなく、圧力波過給機
上流の排気通路の排気を大幅に低下させて、この
排圧と過給圧との差圧を減少させることができる
ので、ポンピングロスを低減できて燃費の向上を
有効に図ることができるとともに、排気還流効果
によりNOxの低減を効果的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す全体概略図、第
２図は圧力波過給機付エンジンにおける負荷に対
する排圧および過給圧の特性を示す説明図であ
る。 １……エンジン、２……吸気通路、３……排気
通路、４……圧力波過給機、６……吸気導入口、
７……吸気吐出口、８……排気導入口、９……排
気吐出口、１７……連通路、２２……バルブ装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ケース内に回転可能に支持され、多数の小室
   を形成する多数の隔壁が放射状に配設されたロー
   タと、該ロータの一端側のケースに形成された吸
   気導入口および吸気吐出口並びに上記ロータの他
   端側のケースに形成された排気導入口および排気
   吐出口とを有し、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して吸気の過給を
   行う圧力波過給機を備えた過給機付エンジンにお
   いて、上記過給機上流の排気通路と過給機下流の
   吸気通路とを連通する連通路を設けるとともに、
   低負荷時に該連通路を開くバルブ装置を設けたこ
   とを特徴とする過給機付エンジン。