JPH0569984B2 - - 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
ジンにおいて、排気ガス中のNOxの低減のため
に吸気通路に還流する排気ガス還流量をエンジン
の運転状態に応じて制御するようにした排気ガス
還流制御装置に関する。 （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
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、排気ガス中のNOxの発生を
低減すべく、排気ガスの一部を吸気通路に還流す
ることにより、エンジンの燃料温度を低下させて
NOxの発生を抑制する、いわゆる排気ガス還流
を行う場合、上記圧力波過給機ではその排気導入
口から流入した排気ガスの一部がそのまま内部を
素通りして吸気吐出口より流出してエンジンに吸
入される、いわゆる内部還流排気を生じることに
着目して、この内部還流排気現象により排気ガス
還流を行うことが考えられる。しかるに、この内
部還流排気ガス量は、第３図Ｂ線に示すように、
圧力波過給機がエンジンによつて回転駆動される
関係上、エンジンの運転状態に応じて低負荷時で
は大きく、高負荷時では小さくなる特性を有する
ものの、その絶対量においてエンジンの運転状態
に応じた要求排気ガス還流量特性を満たすに至ら
ない。また、そのため、上記内部還流排気ガスの
絶対量を増大させると、素通りする排気ガスによ
つて圧力波過給機の温度が上昇してその信頼性に
問題が生じるので、自ずと限度がある。 一方、上記のような圧力波過給機付エンジンに
おいて、過給圧の異常上昇によるエンジンの破損
を防止するため、排気導入口上流の排気通路と排
気吐出口下流の排気通路とを圧力波過給機をバイ
パスして連通するバイパス通路を設けるととも
に、該バイパス通路を開閉するウエストゲートバ
ルブを設けて、過給圧が設定値以上に上昇したと
きにはウエストゲートバルブを開いて排気をバイ
パス通路により圧力波過給機をバイパスして流下
させることにより、過給圧を低下させて最大設定
過給圧値に保持することが行われる。そして、こ
の場合、上記ウエストゲートバルブを開いてバイ
パス通路を開放すると、圧力波過給機上流の排気
通路の排圧が低下することにより、上述の内部還
流排気ガス量が減少する特性を示す。 そこで、本発明は上述の諸点を勘案し、排気ガ
ス還流において、排気ガスの一部を排気還流通路
を介して排気通路に還流する、いわゆる外部還流
排気を主体とし、これに上記のウエストゲートバ
ルブを開くと減少する特性を有する内部還流排気
を加味し組合せることにより、簡略な制御により
排気ガス還流量をエンジン運転状態に応じた要求
量特性に合致させるようにすることを目的とす
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、上記のような圧力波過給機を備えた過給機付
エンジンに対して、排気導入口上流の排気通路と
排気吐出口下流の排気通路とを圧力波過給機をバ
イパスして連通するバイパス通路と、該バイパス
通路を開閉するバルブとを設けておく。そして、
主たる排気ガス還流を行う通路として上記バイパ
ス通路の上流端開口部よりも上流の排気通路と吸
気吐出口下流の吸気通路とを連通して外部還流排
気を行う還流通路を設ける。これに加えて、内部
還流排気ガス量を制御する手段として、上記バル
ブをエンジン運転状態に応じて排気ガス還流の要
求量が大きいとき閉方向に、小さいとき開方向に
制御する制御手段を設ける構成としたものであ
る。 （作用） 上記の構成により、本発明では、エンジンの運
転状態に応じて排気ガス還流を行う場合、還流通
路による外部還流排気ガス量は、該還流通路の両
端開口部に作用する圧力差（バイパス通路の上流
端開口部よりも上流の排気通路の圧力と吸気吐出
口下流の吸気通路の圧力との差）によつて支配さ
れることから、エンジン運転状態に拘らずほぼ一
定である。これに対し、圧力波過給機を素通りす
る内部還流排気ガス量は、バルブを用いてバイパ
ス通路を開放すると減少する特性を有する。した
がつて、排気ガス還流の要求量が大きいときに
は、制御手段によりバルブを閉方向に制御して、
上記ほぼ一定の外部還流排気ガス量に比較的多量
の内部還流排気ガス量を加算することにより、全
体としての排気ガス還流量を大にして要求量にほ
ぼ合致させる一方、排気ガス還流の要求量が小さ
いときは、制御手段によりバルブを開方向に制御
して内部還流排気ガス量を減少させて、ほぼ上記
外部還流排気ガス量で要求量を賄うようにし、よ
つてエンジン運転状態に応じた排気ガス還流量が
得られることになる。 （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
流端が当大気に開口し下流端が分岐通路２ａ〜２
ｄを介してエンジン１の各気筒に開口して該エン
ジン１の各気筒に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、１１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１１を介して大気と連通するようにし
ている。１２は吸気通路２の圧力波過給機４下流
でインタークーラ１０上流に介設され上記第１エ
アクリーナ１１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１２を介してエンジン１と連通
するようにしている。さらに、１３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、１４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１１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、吸気導入口
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１２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１０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１３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１４で排気音を減じたのち大気へ放出するよう
にしている。 また、上記吸気通路２においてその圧力波過給
機４（吸気導入口６）上流で第１エアクリーナ１
１下流と圧力波過給機４（吸気吐出口７）下流で
第２エアクリーナ１２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１５によ
つて連通されていて、該吸気バイパス通路１５の
途中には吸気バイパス通路１５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１６が介設されているとともに、吸気バイ
パス通路１５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１５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１７が配設さ
れていて、該切換バルブ１７はエンジン始動時を
検知するバイメタル等よりなる検知手段１８によ
つて切換制御され、エンジン始動時、それを検知
する検知手段１８により切換バルブ１７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１５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、吸気バイ
パス通路１５を開いて、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１５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１９が構成されている。 そして、本発明の特徴として、上記排気通路３
においてその圧力波過給機４（排気導入口８）上
流で排気サージタンク１３下流と圧力波過給機４
（排気吐出口９）下流でサイレンサ１４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２０を介して連通されていて、該排気バイ
パス通路２０の途中には排気バイパス通路２０を
開閉するウエツトゲートバルブ２１が介設されて
いる。 また、２２は排気ガスの一部を吸気系に還流す
るための還流通路であつて、該還流通路２２の一
端は排気通路３の上記排気バイパス通路２０上流
端開口部よりも上流の排気サージタンク１３に開
口しており、他端は吸気通路２のインタークーラ
１０下流、つまり圧力波過給機４（吸気吐出口
７）下流で上記吸気バイパス通路１５の下流端開
口部よりも下流側に開口している。 さらに、上記還流通路２２の途中には還流通路
２２を開閉制御する還流制御バルブ装置２３が介
設されている。該還流制御バルブ装置２３は、第
２図に示すように、還流通路２２を開閉する還流
弁２４と、該還流弁２４をロツド２５を介して支
持するダイヤフラム２６と、該ダイヤフラム２６
によつて区画された負圧室２７および大気室２８
と、該負圧室２７内に縮装されダイヤフラム２６
を還流弁２４が閉じる方向に付勢するスプリング
２９とを備え、上記負圧室２７は負圧導入通路３
０を介して負圧源３１に連通されているととも
に、該負圧導入通路３０の途中からは大気開放通
路３２が分岐しており、該分岐部には三方弁３３
が介設されていて、該三方弁３３の切換えによ
り、負圧室２７に負圧源３１の負圧が導入された
ときには、スプリング２９の付勢力に抗してダイ
ヤフラム２６を偏倚させ、還流弁２４を開作動さ
せる一方、負圧室２７が大気に開放されたときに
はスプリング２９の付勢力により還流弁２４を開
作動させるようにしている。 加えて、上記ウエストゲートバルブ２１および
還流制御バルブ装置２３の三方弁３３にはCPU
よりなるコントロールユニツト３４が信号の授受
可能に接続されており、該コントロールユニツト
３４には、アクセル開度によりエンジン負荷を検
出する負荷センサ３５と、エンジン回転数を検出
する回転数センサ３６との各検出信号が入力され
ていて、これらセンサ３５，３６からのエンジン
負荷信号およびエンジン回転数信号を受けて、コ
ントロールユニツト３４により、エンジン運転状
態に応じて上記三方弁３３を切換制御して還流弁
２４を開閉制御することにより、還流通路２２に
よる外部還流排気を制御し、例えばデイーゼルエ
ンジンでは、低・中負荷時には還流弁２４の開作
動により外部還流排気を行う一方、高負荷時には
還流弁２４との閉作動により外部還流排気を停止
する。さらに、コントロールユニツト３４によ
り、上記還流弁２４の開弁による外部還流排気時
（例えば低・中負荷時）、上記ウエストゲートバル
ブ２１を、エンジン運転状態に応じて排気ガス還
流の要求量が大きい例えば低負荷時には閉方向
に、また要求量が小さい例えば中負荷時には開方
向に制御するようにした制御手段３７を構成して
いる。 したがつて、上記実施例においては、例えばデ
イーゼルエンジンの場合、エンジン運転状態に応
じた要求排気ガス還流量の特性は第３図に示すよ
うに、低負荷時で大きく、中負荷時では小さく、
高負荷時では皆無となる特性（Ａ線）を持つ。そ
のため、制御手段３７により、排気バイパス通路
２０のウエストゲートバルブ２１および還流通路
２２の還流弁２４は下記表の如く開閉制御され
る。

【表】 そして、この場合、還流弁２４の開弁による外
部還流排気ガス量は還流通路２２の両端開口部の
圧力差、つまり排気バイパス通路２０上流端開口
部よりも上流の排気通路３の圧力と圧力波過給機
４（吸気吐出口）下流の吸気通路２の圧力との差
によつて決まるため、第３図に示す如く、エンジ
ン負荷に拘らずほぼ一定となる特性を有する。ま
た、ウエストゲートバルブ２１が閉弁した通常時
に圧力波過給機４を素通りする内部還流排気ガス
量は第３図でＢ線にて示すように低負荷から中負
荷にかけて徐々に減少する特性を有し、これに対
し、ウエストゲート２１の開弁時の内部還流排気
ガス量は同図Ｃ線で示すように通常時の内部還流
排気ガス量特性（Ｂ線）よりも一定量減少した特
性を有している。その結果、エンジンに吸入され
る全体の排気ガス還流量は、低負荷時には、還流
弁２４の開弁およびウエストゲートバルブ２１の
閉弁により、ほぼ一定の外部還流排気ガス量と比
較的多量の内部還流排気ガス量とを加えた大きい
量となり、中負荷時には、還流弁２４の開弁およ
びウエストゲートバルブ２１の開弁により、主に
外部還流排気ガス量で賄われた小さい量となり、
さらに高負荷時には、還流弁２４の閉弁およびウ
エストゲートバルブ２１の閉弁によりほぼ皆無と
なる。このことにより、上記の要求排気ガス還流
量特性（Ａ線）にほぼ合致、対応した排気ガス還
流量が得られることになる。 また、上記排気ガス還流制御は、ウエストゲー
トバルブ２１の開閉による内部還流排気ガス量の
変化特性を利用したもので、外部還流排気ガス量
の制御はON−OFF的で良く簡略化でき、よつて
簡単な構造でもつて高精度の制御が可能である。 尚、上記実施例では、還流通路２２の他端還流
口を吸気通路２のインタークーラ１０下流に開口
したが、第２エアクリーナ１２下流等、圧力波過
給機４（吸気吐出口）下流であれば良い。しか
し、インタークーラ１０やエアクリーナ１２等の
還流排気ガスによる汚損を防止する上では上記実
施例の如き構成が好ましい。 （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
エンジンの排気ガス還流制御装置によれば、既存
のウエストゲートバルブ機能を利用して制御され
る圧力波過給機を素通りする内部還流排気と通常
の還流通路による外部還流排気との組合せによ
り、圧力波過給機の信頼性を損うことなく、全体
の排気ガス還流量をエンジン運転状態に応じた要
求に対応させることができる。よつて、排気ガス
還流制御を簡単な構成でもつて高精度に行うこと
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す全体概略図、第
２図は第１図の要部の具体的構造図、第３図はエ
ンジン負荷に対する排気ガス還流量特性を示す説
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……排気吐出口、８……排気導入口、９……排
気吐出口、２０……排気バイパス通路、２１……
ウエストゲートバルブ、２２……還流通路、２３
……還流制御バルブ装置、２４……還流弁、３７
……制御手段。

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、上記排気導入口上流の排気通路と上記排気
   吐出口下流の排気通路とを上記過給機をバイパス
   して連通するバイパス通路と、該バイパス通路を
   開閉するバルブと、上記バイパス通路上流端開口
   部よりも上流の排気通路と上記吸気吐出口下流の
   吸気通路とを連通する還流通路と、上記バルブを
   エンジンの運転状態に応じて排気ガス還流の要求
   量が大きいとき閉方向に、小さいとき開方向に制
   御する制御手段とを設けたことを特徴とする過給
   機付エンジンの排気ガス還流制御装置。