JPH066895B2 - 圧力波過給機付エンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、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エンジンの改良に
関し、特に排気の一部が圧力波過給機内部を介して吸気
中に混入する，いわゆる内部還流排気の排気還流量の増
大時におけるエンジンのもたつき防止対策に関する。

（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３８−１
１５３号公報参照）。この圧力波過給機は、エンジンに
より回転駆動されると共に上記エンジンの排気通路およ
び吸気通路に跨って配置され、その内部には、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
び排気吐出口とが備えられていて、上記ロータのエンジ
ン回転数に応じた回転に伴い、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、上記の如き圧力波過給機では、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ており、この内部還流排気の
排気還流特性は、第４図の低負荷時における排気還流率
特性に示す如く、特にエンジンの始動時やアイドリング
時を含む低回転域においてその排気還流率が高くなるこ
とから、始動性が良くなく、またアイドリング時には半
失火を生じ易く、しかもその後の発進時や加速開始時に
はアクセルペダルを開いた際の応答遅れ、つまりいわゆ
るエンジンのもたつき現象が生じて、運転性が低下する
という欠点があった。

（発明の目的） 本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、特に始
動時やアイドリング時を含む低回転低負荷時での上記内
部還流排気の排気還流率の増大要因を実験により調査し
たところ、その増大要因は、 圧力波過給機下流側の吸気通路の圧力Ｐ_２ 圧力波過給機上流側の排気通路の圧力Ｐ_３ と上記圧力波過給機下流側の吸気通路の圧力Ｐ_２との差
圧Ｐ_３−Ｐ_２ 圧力波過給機のロータ速度ｎ_ｃｘ があり、このうちの差圧Ｐ_３−Ｐ_２とのロータ速度
ｎ_ｃｘを一定値に保持した場合には、の圧力波過給機
下流側の吸気通路の圧力Ｐ_２が小さくなるほど排気還流
率は増大し、の吸気通路の圧力Ｐ_２とのロータ速度
ｎ_ｃｘを一定値に保持した場合にはの差圧Ｐ_３−Ｐ_２
が大きくなるほど排気還流率は増大し、またの吸気通
路の圧力Ｐ_２との差圧Ｐ_３−Ｐ_２を一定値に保持した
場合にはのロータ速度ｎ_ｃｘが小さくなるほど排気還
流率は高くなる特性を示す。以上の特性を図示すると第
３図（イ）および（ロ）のようになり、同図（イ）はロ
ータ速度ｎ_ｃｘが所定回転数ｎ_Ａの場合を示し、同図
（ロ）は上記所定回転数ｎ_Ａ未満の回転数ｎ_Ｂの場合を
示す。したがって、上記排気還流率の増大要因，，
の何れかを適宜増減変化させれば排気還流率を低減で
きることを知悉した。

しかるに、上記の圧力波過給機下流側の吸気通路の圧
力Ｐ_２およびのロータ速度ｎ_ｃｘを変化させる場合に
は、エンジンと圧力波過給機との間に変速機構を要し
て、その制御および構成が複雑になるという欠点が生じ
ることから、排気還流率の低減因子として比較的構成簡
単なの差圧Ｐ_３−Ｐ_２を採用することとし、このこと
から本発明の目的は、始動時やアイドリング時を含む低
回転低負荷時には、圧力波過給機上流側の排気通路の圧
力Ｐ_３を減圧するようにすることにより、この圧力Ｐ_３
と圧力波過給機下流側の吸気通路の圧力Ｐ_２との差圧Ｐ
_３−Ｐ_２を減少させて、内部還流排気の排気還流率を小
さくし、よって始動性の向上を図るとともに、アイドリ
ング時の半失火を防止してアイドル安定性の向上を図
り、しかも発進時や加速開始時のエンジンのもたつき現
象を解消して応答性の向上を図ることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記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の圧力を減少させる減圧
手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手
段と、該運転状態検出手段の出力を受け、エンジンの低
回転低負荷時に上記減圧手段を作動させる制御手段を設
ける構成としたものである。

（作用） 以上の構成により、本発明では、始動時やアイドリング
時を含む低回転低負荷時には、圧力波過給機での内部還
流排気の排気還流率は増大しようとするものの、この排
気還流率は圧力波過給機上流側の排気通路の圧力Ｐ_３と
圧力波過給機下流側の吸気通路の圧力Ｐ_２との差圧Ｐ_３
−Ｐ_２の減少に応じて小さくなる特性を示すことから、
この時には制御手段により減圧手段が作動制御されて排
気導入口上流の排気通路の圧力Ｐ_３が減少するので、上
記差圧Ｐ_３−Ｐ_２も減少して、吸気への排気混入量つま
り排気還流率が小さくなる。その結果、始動時にはクラ
ンキング時間が短縮されて始動性が向上するとともに、
アイドリング時には安定性が良くなり、また発進時や加
速開始時には“もたつき”を生じることなくアクセルペ
ダルの踏込みに素早く応答することになる。

（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図は圧力波過給機付エンジンの全体概略構成を示
し、１は第１〜第４気筒１ａ〜１ｄを有する４気筒エン
ジン、２は上流端が大気に開口し下流端が４つの分岐通
路２ａ〜２ｄを介してエンジン１の各気筒１ａ〜１ｄに
開口して該エンジン１の各気筒１ａ〜１ｄ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１ａ〜１ｄに開口し下流端が大気
に開口してエンジン１の各気筒１ａ〜１ｄからの排気を
排出する排気通路である。

また、４は上記吸気通路２および排気通路３に跨って配
設された圧力波過給機であって、該圧力波過給機４は、
その回転軸４ａと上記エンジン１の出力軸１ｅとの間に
プーリ５，５を介してＶベルト６を巻掛けたベルト伝動
機構７により回転駆動され、その内部構成は、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、該隔壁によっ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４ｂおよび吸気吐出口４ｃが形成されており、
該吸気導入口４ｂは吸気通路２の圧力波過給機４上流
に、吸気吐出口４ｃ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４ｄおよび排気吐出口４ｅ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該圧
力波過給機４上流側の排気通路３から高圧の排気が排気
導入口４ｄを介して流入すると、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、理想的にはこの吸気のみを吸気吐出口
４ｃから圧力波過給機４下流側の吸気通路２に吐出し、
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４ｅから圧力波過給機４下流側の排気通路３
に排出するとともに、圧力波過給機４上流側の吸気通路
２から吸気を吸気導入口４ｂを介して該小室内に導入し
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。ここに、圧力波過給機４下流側の吸気通路２に吐出
された過給吸気には実際上、排気の一部が混入していて
内部還流排気現象が生じており、この排気混入量、つま
り圧力波過給機４を介して排気通路３から吸気通路２へ
還流する排気ガスの排気還流率は、既述の如く第３図
（イ），（ロ）に示すように、圧力波過給機４下流側の
吸気通路２の圧力Ｐ_２や、圧力波過給機４上流側の排気
通路３の圧力Ｐ_３と上記圧力波過給機４下流側の吸気通
路２の圧力Ｐ_２との差圧Ｐ_３−Ｐ_２、又は圧力波過給機
４のロータ速度ｎ_ｃｘの３要因の増減変化に応じて大小
変化する特性を示す。

さらに、上記排気通路３において、その圧力波過給機４
の排気導入口４ｄ上流側と排気吐出口４ｅ下流側とは圧
力波過給機４をバイパスするように排気バイパス通路１
０を介して連通されていて、該排気バイパス通路１０近
傍には該排気バイパス通路１０を開閉するウエストゲー
トバルブ装置１１が配置されている。該ウエストゲート
バルブ装置１１は、排気バイパス通路１０の圧力波過給
機４（排気導入口４ｄ）上流側の接続部を開閉するウエ
ストゲートバルブ１２と、該ウエストゲートバルブ１２
をロッド１３を介して支持するダイヤフラム１４と、該
ダイヤフラム１４によって区画された圧力室１５および
大気室１６と、該大気室１６内に縮装されダイヤフラム
１４をウエストゲートバルブ１２が閉じる方向に付勢す
るスプリング１７とを備え、上記圧力室１５は過給圧導
入通路１８を介して吸気通路２の第１分岐通路２ａに連
通されており、該第１分岐吸気通路２ａの吸気圧、つま
り圧力室１５の圧力が上記スプリング１７の付勢力未満
のときには、スプリング１７の付勢力によりウエストゲ
ートバルブ１２を図中左方に移動させて閉作動させる一
方、第１分岐吸気通路２ａの吸気圧がスプリング１７の
付勢力以上になった高回転高負荷時には、ダイヤフラム
１４をスプリング１７の付勢力に抗して偏倚させてウエ
ストゲートバルブ１２を開作動させることにより、排気
の一部を排気バイパス通路１０を介して大気に排出し、
圧力波過給機４での排気による吸気過給効果を低減し
て、最大過給圧を所定値に規制するようにしている。

そして、上記ウエストゲートバルブ装置１１近傍には、
先端部が上記圧力室１５内に臨んでダイヤフラム１４中
央部に対峙する操作ロッド２０と、該操作ロッド２０の
後部外周に位置して該操作ロッド２０を通電時にスプリ
ング１７の付勢力に抗して図中右方に移動させる励磁コ
イル２１とが各々配置されており、該励磁コイル２１へ
の通電時には操作ロッド２０が図中右方に移動して上記
ウエストゲートバルブ１２が開作動することにより、排
気の一部を排気バイパス通路１０を介して大気に排出し
て、圧力波過給機４（排気導入口４ｄ）上流の排気通路
３の圧力Ｐ_３を減少させるようにした減圧手段２２を構
成している。

また、上記ベルト伝動機構７のエンジン側プーリ５近傍
には、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ２３
が設けられているとともに、排気通路３の第４分岐通路
３ｄには排気圧（圧力波過給機４上流の排気通路３の圧
力Ｐ_３）を検出する排気圧センサ２４が設けられてい
て、該回転数センサ２３および排気圧センサ２４によ
り、エンジン運転状態を検出するエンジン運転状態検出
手段２５を構成している。そして、上記両センサ２３，
２４の検出信号は各々ＣＰＵ等を内蔵するコントロール
ユニット２６に入力されている。該コントロールユニッ
ト２６は、上記回転数センサ２３および排気圧センサ２
４（運転状態検出手段２５）からの検出信号に基づい
て、第２図に示すように、実線で示す範囲内の実用運転
域に対して、エンジン回転数Ｎｅが例えば２０００rpm
等の所定値Ｎeo以下で且つ排気圧Ｐ_３が例えば１５０mm
Ｈｇ等の所定値Ｐ_０以下の図中斜線で示す範囲内をアイ
ドリング時を含む低回転低負荷時を判別し、この低回転
低負荷時の判別時において上記励磁コイル２１に通電す
ることにより、ウエストゲートバルブ１２を開作動させ
るよう減圧手段２２を作動させる制御手段２７としての
機能を有している。尚、第１図中、２８は吸気通路２の
圧力波過給機４下流側に配設された空冷式のインターク
ーラであって、圧力波過給機４で過給された高温の吸気
を外気（走行風）との熱交換により冷却するものであ
る。

したがって、上記実施例においては、第２図に斜線で示
す範囲内のアイドリング時を含む低回転低負荷時には、
圧力波過給機４での内部還流排気の排気還流率は第４図
に実線で示す如く増大しようとするものの、この排気還
流率は第３図（イ），（ロ）に示す如く圧力波過給機４
上流側の排気通路３の圧力Ｐ_３と圧力波過給機４下流側
の吸気通路２の圧力Ｐ_２との差圧Ｐ_３−Ｐ_２の減少に伴
い小さくなる特性を示すことから、この時にはコントロ
ールユニット２６（制御手段２７）により励磁コイル２
１に通電されて減圧手段２２が作動して、圧力波過給機
４（排気導入口４ｄ）上流の排気通路３の圧力Ｐ_３が大
きく低下するので、それに応じて圧力波過給機４（吸気
吐出口４ｃ）下流の吸気通路２の圧力Ｐ_２も若干低下す
るものの、この両者の差圧Ｐ_３−Ｐ_２が大きく減少し
て、第５図に例えば実線矢印で示す如く内部還流排気の
排気還流率が小さくなり、第４図に斜線で示す範囲内で
排気還流率の低減が図られる。このことにより、その
分、エンジン１への新気供給量が増大して混合気の燃焼
が良好に行われ、その結果、アイドル安定性が向上する
とともに、その後の発進時や加速開始時にはアクセルペ
ダルの踏込みに対する素早い応答が可能になり、加速性
能の向上を図ることができる。しかも、減圧手段２２は
ウエストゲートバルブ装置１１で兼用しているので、そ
の分、構成を簡易にすることができる。

尚、始動時におけるエンジン負荷を軽減すべく、始動時
に吸気を圧力波過給機４をバイパスしてエンジン１に供
給するスターティングバルプ装置を装備したものでは、
このスターティングバルブ装置の作動時に排気の一部が
圧力波過給機４内に溜り込み、これが上記スターティン
グバルブ装置の作動の停止時に一挙にエンジン１に供給
されて燃焼室内での失火や回転数の低下、ひいてはエン
ジンストップを生じて始動性の低下を招くことから、始
動時に減圧手段２２を作動させて圧力波過給機４への排
気の溜り込み量を低減すれば、エンジン１への排気還流
量を低減できて始動性の向上を図ることができる。

（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、始動時やアイドリング時を含む低回転低負荷
時には、圧力波過給機での内部還流排気の排気還流率を
小さく低減したので、始動性およびアイドル安定性の向
上を図ることができるとともに、発進時や加速開始時に
はエンジンのもたつきを防止して応答性の向上を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の実施例を示し、第１図は
全体概略構成図、第２図は減圧手段の作動領域を示す
図、第３図（イ）および（ロ）は各々圧力波過給機のロ
ータ速度が異なる場合の内部還流排気の排気還流率特性
を示す図、第４図は無負荷時におけるエンジン回転数に
対する内部還流排気の排気還流率特性を示す図、第５図
は低回転低負荷時に内部還流排気の排気還流率が小さく
なる様子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、１０…排気バイパス通路、１１…ウエストゲ
ートバルブ装置、２０…操作ロッド、２１…励磁コイ
ル、２２…減圧手段、２３…回転数センサ、２４…排気
圧センサ、２５…運転状態検出手段、２６…コントロー
ルユニット、２７…制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排気通路および吸気通路に跨っ
   て配置され、内部に、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の圧力を減
   少させる減圧手段と、エンジンの運転状態を検出する運
   転状態検出手段と、該運転状態検出手段の出力を受け、
   エンジンの低回転低負荷時に上記減圧手段を作動させる
   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。