JPH066896B2 - 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） 本発明は圧力波過給機を備えたエンジンの改良に関し、
特に圧力波過給機の信頼性向上対策に関する。

（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、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課題） ところで、上記の如き圧力波過給機では、その排気導入
口から流入した高温の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
排気は、第７図に示すエンジン高回転時でのエンジン負
荷に対する排気還流率特性、および第８図に示すエンジ
ン高負荷時でのエンジン回転数に対する排気還流率特性
から判るように、特にエンジンの高回転低負荷域や高回
転高負荷域においてその排気還流率が高くなる特性を示
し、この運転域で圧力波過給機の過熱を招き易い。しか
も、上記排気還流率が増大する高回転低負荷域や高回転
高負荷域のエンジン運転域では、その排気還流率の増大
に伴い圧力波過給機下流側の過給吸気の温度も上昇し
て、圧力波過給機の断熱効果が低下するため、エンジン
出力性能および燃費性能の向上をさほど期待できないと
いう欠点がある。特に、高回転高負荷域では、第８図に
示すように、排気還流率の増大に伴い圧力波過給機の温
度上昇を招いてその信頼性が低下するという欠点もある
（尚、高回転低負荷時には過給圧はさほど高くないの
で、第７図に示す如く圧力波過給機の温度は低く、その
信頼性は確保される）。

そこで、上記諸欠点を解消すべく、例えば圧力波過給機
での掃気、つまりその吸気導入口から流入して排気吐出
口から流出する新気の吹抜けに着目し、この新気吹抜け
量が増大すれば内部還流排気の排気還流率が低下するこ
とから（第７図および第８図参照）、上記新気吹抜け量
の増大を図るべく、例えばエンジンに対する圧力波過給
機の駆動比を上げたり、又は吸，排気系の流通抵抗を低
減することが考えられる。しかし、前者の駆動比を上げ
る場合には、圧力波過給機の信頼性の面でその最大過給
能力に相当するエンジン最高回転数が低く規制されて最
高車速の低下を招き、良好な走行性能の確保が困難にな
るとともに、圧力波過給機の回転軸の軸受の早期摩耗を
招く。また、後者の流通抵抗を低減する場合には、排気
ガス浄化対策や消音対策との関係でこれを効果的に行う
ことが困難であり、またエアクリーナの目詰りに起因す
る吸気系抵抗の上昇もあって確実でない。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、圧力波過給機を備えたエンジンにおいて、その内
部還流排気の排気還流率の高い高回転低負荷域や高回転
高負荷域では圧力波過給機に新気を強制的に供給するよ
うにすることにより、最高車速の低下等を招くことなく
内部還流排気の排気還流率を低下させて、圧力波過給機
の信頼性の向上およびエンジン出力性能，燃費性能の向
上を図ることにある。

（課題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エンジンに対して、圧力
波過給機上流側の吸気通路に新気を強制的に導入させる
新気強制導入手段と、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、
少くとも高回転低負荷時又は高回転高負荷時に上記新気
強制導入手段を作動させる制御手段とを設ける構成とし
たものである。

（作用） 上記の構成により、本発明では、圧力波過給機により吸
気過給を行う場合、少くとも高回転低負荷時又は高回転
高負荷時、即ち圧力波過給機を介して排気通路から吸気
通路に内部還流する排気ガスの排気還流率が高いエンジ
ン運転域では、制御手段により新気強制導入手段が作動
制御されて圧力波過給機上流側の吸気通路に新気が強制
的に導入され、このことにより圧力波過給機での新気吹
抜け量が増大するので、掃気が確実に行われて圧力波過
給機下流側の吸気通路への排気ガス混入量が減少して上
記排気還流率が低くなると同時に、この新気により圧力
波過給機内部が効果的に冷却されて圧力波過給機の信頼
性が向上する。また、上記新気による圧力波過給機の冷
却作用により圧力波過給機下流側の過給吸気の温度が低
下して断熱効果が高くなり、その結果エンジン出力およ
び燃費が向上することになる。

（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図は本発明の第１実施例を示す圧力波過給機付エン
ジンの全体概略構成である。同図において、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
端がエアクリーナ３を介して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、４は上流端が分岐通路４ａ〜４
ｄ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、５は上記吸気通路２および排気通路４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５は、
その回転軸５ａと上記エンジン１の出力軸１ｅとの間に
プーリ６，６を介してＶベルト７を巻掛けたベルト伝動
機構８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５ｂおよび吸気吐出口５ｃが形成されており、
該吸気導入口５ｂは吸気通路２の圧力波過給機５上流
に、吸気吐出口５ｃは吸気通路２の圧力波過給機５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５ｄおよび排気吐出口５ｅが形
成されており、それぞれ排気通路４の圧力波過給機５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５上流側の排気通路４から高圧の排気が排気
導入口５ｄ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
５ｃから圧力波過給機５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５ｅから圧力波過給機５下流側の排気通路４
に排出するとともに、圧力波過給機５上流側の吸気通路
２から吸気を吸気導入口５ｂ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５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５を介して排気通路４から吸気通路２へ
還流する排気ガスの排気還流率は、第７図および第８図
に示すように、ほぼ圧力波過給機５での新気吹抜け率が
高くなるほど小さくなる特性を示す。

また、圧力波過給機５下流側の吸気通路２には、圧力波
過給機５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空冷式インタークーラ９が配設さ
れている。さらに、圧力波過給機５上流側でエアクリー
ナ３下流側の吸気通路２は、連通路１０を介して上記イ
ンタークーラ９下流側の吸気通路２に連通されていて、
上記連通路１０のインタークーラ９下流側の吸気通路２
との接続部近傍には、該連通路１０を開閉制御する制御
弁１１が配置されており、該制御弁１１により連通路１
０を開くことにより、インタークーラ９で冷却された所
定圧（例えば１００〜６５０Ｈｇ）の過給吸気の一部
（新気）を連通路１０を経て圧力波過給機５上流側の吸
気通路２に強制的に導入させるようにした新気強制導入
手段１２を構成している。

加えて、上記圧力波過給機５直下流の吸気通路２には、
該吸気通路２を流通する過給吸気の温度を検出する温度
センサ１５が配置されていて、圧力波過給機５での内部
還流排気の排気還流率が増大する高回転低負荷時や高回
転高負荷時には、それに伴い圧力波過給機５下流側の吸
気通路２の吸気温度も上昇することから、上記温度セン
サ１５により、このような排気還流率が変化するエンジ
ン運転状態を検出するようにした運転状態検出手段１６
を構成している。そして、上記温度センサ１５の吸気温
度信号は、ＣＰＵ等を備えた制御装置１７に入力され、
該制御装置１７により上記制御弁１１が開閉制御され
る。

次に、制御装置１７による制御弁１１の開閉制御を第２
図のフローチャートに基づいて説明する。スタートし
て、ステップＳ１で先ず温度センサ１５からの吸気温度
Ｔ２信号を読込んだのち、ステップＳ２でこの吸気温度
Ｔ２を過給吸気の温度上限値Ｔmax（例えば１５０℃）
およびその近傍の所定値Ｔｓ（Ｔｓ＜Ｔmax）と大小比
較し、Ｔ２＞Ｔmaxの場合には、圧力波過給機５を介し
て排気通路４から吸気通路２に還流する排気ガス（つま
り内部還流排気）の排気還流率が高いと判断して、ステ
ップＳ３で制御弁１１を開制御して圧力波過給機５上流
側の吸気通路２に新気を強制的に導入してステップＳ１
に戻る一方、Ｔ２＜Ｔｓの場合には上記排気還流率は低
く良好であると判断して、ステップＳ４で制御弁１１を
閉制御して新気の強制的導入を停止してステップＳ１に
戻る一方、上記ステップＳ２でＴｓ≦Ｔ２≦Ｔmaxの場
合には、制御弁１１の開閉動作のハンチングを防止すべ
く制御弁１１の作動制御を行わずに直ちに終了する。

よって、上記第２図の作動フローにより、温度センサ１
５（運転状態検出手段１６）の出力を受け、圧力波過給
機５を介して排気通路４から吸気通路２に還流する排気
ガスの排気還流率が高いエンジン運転状態時である少く
とも高回転低負荷時又は高回転高負荷時において新気強
制導入手段１２を作動させるようにした制御手段１８を
構成している。

したがって、上記実施例においては、高回転低負荷域や
高回転高負荷域の，内部還流排気の排気還流率が高いエ
ンジン運転域では、圧力波過給機５直下流の吸気通路２
の過給吸気の温度Ｔ２が上昇し、この過給吸気の温度Ｔ
２が温度上限値Ｔmax（例えば１５０℃）を越えると、
制御手段１８により制御弁１１が開制御されて、インタ
ークーラ９下流側の冷却された過給吸気（新気）の一部
（具体的には数％）が圧力波過給機５上流側の吸気通路
２に強制的に導入されるので、圧力波過給機５の吸気導
入口５ｂから流入して排気吐出口５ｅから流出する新気
吹抜け量が増大することになる。その結果、圧力波過給
機５での掃気が確実に行われて圧力波過給機５下流側の
吸気通路２への排気還流量が減少して、その排気還流率
が低下するとともに、上記新気の流入により圧力波過給
機５の信頼性の向上を図ることができる。また、上記新
気による圧力波過給機５の冷却作用により圧力波過給機
５下流側の吸気通路２の過給吸気の温度Ｔ２が低下して
断熱効率が向上するので、エンジン出力の増大および燃
費性能の向上を図ることができる。

その際、圧力波過給機５での新気吹抜け量の増大は新気
の強制的導入により行われるので、例えばエンジン回転
数に対する圧力波過給機５の駆動比を上げたり、吸，排
気系の流通抵抗を低減する必要がなく、よって最高車速
を高く保持できると共に圧力波過給機５の回転軸５ａの
軸受の耐久性を良好に確保でき、しかも新気吹抜け量の
増大を確実に行い得て、上記効果（圧力波過給機の信頼
性の向上、エンジン出力の増大、燃費性能の向上）を実
効あるものにできる。

また、第３図は本発明の第２実施例を示し、上記第１実
施例では圧力波過給機５直下流の吸気通路２の過給吸気
の温度Ｔ２に応じて制御弁１１を作動制御したのに代
え、エンジン回転数と負荷とで定まるエンジン運転状態
に応じて制御弁１１を作動制御するようにしたものであ
る。

すなわち、第３図において制御装置１７には、エンジン
回転数を検出する回転数センサ２０と、エンジン負荷を
検出する負荷センサ２１とで構成する運転状態検出手段
１６′からの検出信号が入力されている。また、新気強
制導入手段を作動させる制御手段１８′としての制御装
置１７は、第４図のフローチャートに基づいて制御弁１
１を作動制御し、スタートして、ステップＳ１で上記回
転数センサ２０からの回転数信号値Ｎｅおよび負荷セン
サ２１の負荷信号値Ｐｅとに基づいて現在のエンジン運
転状態を把握したのち、ステップＳ２で現在のエンジン
運転状態が第５図に示すようなエンジン回転数Ｎｅと負
荷Ｐｅとに応じて予め定めた高回転中負荷領域（図中Ａ
で示す）、高回転高負荷領域（Ｂで示す）および高回転
低負荷領域（Ｃで示す）の３領域からなる内部還流排気
の排気還流率の高い領域と、排気還流率の低い領域（図
中Ｄで示す）との何れにあるかを判別し、排気還流率の
低い領域ＤにあるＮＯの場合には新気の強制的導入を要
しないと判断して直ちに終了する。一方、排気還流率の
高い領域Ａ，Ｂ又はＣにある場合には、ステップＳ３で
各領域Ａ，Ｂ，Ｃ毎に排気還流率の大きさに応じた制御
弁１１の開度制御を行い、高回転中負荷領域Ａでは弁開
度を小開度“１”、中開度“２”、最大開度“３”のう
ち“１”に、高回転高負荷領域Ｂでは“２”に、高回転
低負荷領域Ｃでは最大開度の“３”に制御して、排気還
流率が高い領域ほど新気導入量を増大させて終了する。
その他の構成は第１実施例と同様である。

よって、本第２実施例においても上記第１実施例と同様
に内部還流排気の排気還流率が高いエンジン運転域であ
る高回転低負荷域及び高回転高負荷域、並びにこれ等の
領域よりは幾分排気還流率の低い高回転中負荷域で新気
を強制的に導入することにより圧力波過給機の新気吹抜
け量を増大させて、圧力波過給機の信頼性の向上、エン
ジン出力の増大および燃費性能の向上を図ることができ
る。

さらに、第６図は本発明の第３実施例を示し、上記第１
および第２実施例では制御弁１１の開作動によりインタ
ークーラ９下流側の冷却された過給吸気の一部を圧力波
過給機５上流側の吸気通路２に強制的に導入するように
したのに代え、吸気通路２上流端の大気連通口に向けて
新気を過給導入する新気強制導入手段１２′としてのコ
ンプレッサー２２を設けたものであり、その他の構成は
上記第２実施例と同様である。よって、上記第１および
第２実施例と同様の作用，効果を奏するものである。

（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、内部還流排気の排気還流率が高くなる少くと
も高回転低負荷域又は高回転高負荷域のエンジン運転域
で圧力波過給機上流側の吸気通路に新気を強制的に導入
して圧力波過給機の新気吹抜け量を増大させたので、車
両走行性能および圧力波過給機の耐久性を良好に確保し
ながら、圧力波過給機を確実かつ効果的に冷却してその
信頼性の向上を図ることができるとともに、上記圧力波
過給機の冷却作用に伴いその断熱効果を高めて、エンジ
ン出力の増大および燃費性能の向上を図ることができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は全体概略構成図、第２図は制御装置による制御弁の
作動制御を示すフローチャート図である。第３図ないし
第５図は本発明の第２実施例を示し、第３図は第１図相
当図、第４図は第２図相当図、第５図は内部還流排気の
排気還流率の高い領域と低い領域とを示す説明図であ
る。第６図は本発明の第３実施例を示す第１図相当図、
第７図および第８図はそれぞれ高回転時におけるエンジ
ン負荷および、高負荷時におけるエンジン回転数に対す
る圧力波過給機の温度、新気吹抜け率、排気還流率の各
特性を示す図である。 ２…吸気通路、４…排気通路、５…圧力波過給機、１０
…連通路、１１…制御弁、１２，１２′…新気強制導入
手段、１５…温度センサ、１６…運転状態検出手段、１
７…制御装置、１８，１８′…制御手段、２０…回転数
センサ、２１…負荷センサ、２２…コンプレッサー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、上記圧力波過給機上流側の吸気通路
   に新気を強制的に導入させる新気強制導入手段と、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、少くとも高回転低負荷時又
   は高回転高負荷時に上記新気強制導入手段を作動させる
   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。