JPH08218882A - 内燃機関用ルーツ式過給機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ルーツ式過給機の過給効率を向上させる。 【構成】 ロータハウジング１と第１のロータ２間には
空気吸込口８から吸込まれた空気により満たされた定容
積室Ｘが形成され、第１のロータ２、第２のロータ４お
よびロータハウジング１間には容積が次第に減少する可
変容積室Ｙが形成される。定容積室Ｘと可変容積室Ｙと
を連通路１７によって互いに連通させる。空気吐出口９
からの圧縮空気の吐出作用を制御する吐出制御弁１４を
設け、可変容積室Ｙ内の圧力が吐出制御弁１４下流の吸
気通路１２内の圧力と等しくなったときに吐出制御弁１
４を開弁させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関用ルーツ式過給
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】互いに合噛しつつ反対方向に回転する第
１のまゆ型ロータと第２のまゆ型ロータを具備し、各ロ
ータの回転軸線を通る平面の一側に空気吸込口を形成す
ると共にこの平面の他側に空気吐出口を形成し、第１の
ロータとロータハウジング間に空気吸込口から吸込まれ
た空気によって満たされた定容積室が形成されると共に
ロータの回転に伴ないこの定容積室が両ロータおよびロ
ータハウジングにより画定される可変容積室に移行せし
められ、可変容積室の容積はロータが回転するにつれて
徐々に減少し、可変容積室内の空気が空気吐出口から吐
出される内燃機関用ルーツ式過給機において、定容積室
と可変容積室とをロータハウジング内周面上に形成され
た連通溝によって互いに連通せしめるようにしたルーツ
式過給機が公知である（実開平３−１２３９９６号公報
参照）。

【０００３】このルーツ式過給機では第１のロータの端
面に取付けられた遮蔽板により開閉制御される主空気吐
出口をロータハウジングの端面上に形成し、可変容積室
内に開口する副空気吐出口をロータハウジングの内周壁
面上に形成し、副空気吐出口に対して副空気吐出口から
の空気の吐出作用を制御する吐出制御弁が設けられてい
る。吐出制御弁が閉弁しているときには可変容積室内の
空気は主空気吐出口のみを介して吐出される。このとき
主空気吐出口は可変容積室の容積が或る程度まで減少し
たときに、即ち可変容積室内の空気が圧縮されたときに
開口せしめられ、従って主空気吐出口からは圧縮された
空気が吐出される。これに対して吐出制御弁が開弁した
ときには可変容積室内の空気は実質的に圧縮されること
なく可変容積室から吐出される。

【０００４】このルーツ式過給機では機関低負荷運転時
には吐出制御弁が開弁せしめられ、機関高負荷運転時に
は吐出制御弁が閉弁せしめられる。従って機関負荷が高
くなると過給機から吐出される空気圧が高められること
になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで内燃機関では
機関の運転状態に応じて目標過給圧が異なり、概略的に
云うと機関負荷が高くなるほど目標過給圧を高くするこ
とが好ましい。従って通常内燃機関では機関負荷が高く
なるほど過給機下流の吸気通路内の圧力、即ち過給圧を
高めるようにしている。過給機では可変容積室からの空
気の吐出作用が開始されると可変容積室には過給機下流
の吸気通路内の圧力が作用するがこの圧力は上述した如
く機関負荷が高くなるほど高くなる。

【０００６】ところでこのとき可変容積室内の圧力と過
給機下流の吸気通路内の圧力、即ち過給圧との間に差が
あると過給機の効率が大巾に低下する。即ち、可変容積
室内の圧力が過給圧よりも低い場合には空気吐出口から
可変容積室内に空気が逆流するために損失が生じ、斯く
して過給効率が低下することになる。これに対して可変
容積室内の圧力が過給圧よりも高いときには過給機によ
り無駄な圧縮作用を行っていることになり、斯くしてこ
の場合にも過給効率が低下することになる。即ち、過給
効率を高めるためには可変容積室からの空気の吐出作用
が開始されたときの可変容積室内の圧力を過給機下流の
吸気通路内の過給圧と等しくする必要がある。

【０００７】上述の公知のルーツ式過給機では機関高負
荷運転時には空気の吐出作用開始時における可変容積室
内の圧力が高められる、しかしながらこのルーツ式過給
機では空気の吐出作用開始時における可変容積室内の圧
力と過給機下流の吸気通路内の圧力とは通常等しくなら
ず、斯くして十分に高い過給効率を得ることができない
という問題がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】１番目の発明によれば上
記問題点を解決するために、互いに合噛しつつ反対方向
に回転する第１のまゆ型ロータと第２のまゆ型ロータを
具備し、各ロータの回転軸線を通る平面の一側に空気吸
込口を形成すると共にこの平面の他側に空気吐出口を形
成し、第１のロータとロータハウジング間に空気吸込口
から吸込まれた空気によって満たされた定容積室が形成
されると共にロータの回転に伴ない定容積室が両ロータ
およびロータハウジングにより画定される可変容積室に
移行せしめられ、可変容積室の容積はロータが回転する
につれて徐々に減少し、可変容積室内の空気が空気吐出
口から吐出される内燃機関用ルーツ式過給機において、
定容積室と可変容積室とを連通する連通路を設けると共
に空気吐出口からの空気の吐出を制御する吐出制御弁を
設け、定容積室が形成されるときには吐出制御弁を閉弁
しておくと共に再び定容積室が形成される前に吐出制御
弁を開弁させ、吐出制御弁の開弁時期を目標過給圧が高
くなるにつれて遅くするようにしている。

【０００９】２番目の発明では、１番目の発明において
吐出制御弁の閉弁時期を過給圧が目標過給圧となるよう
に制御するようにしている。

【００１０】

【作用】１番目の発明では、吐出制御弁の開弁時期を目
標過給圧が高くなるにつれて遅くすることによって可変
容積室からの空気の吐出作用が開始されたときの可変容
積室内の圧力が空気吐出口に加わる過給圧とほぼ等しく
される。２番目の発明では、過給圧が目標過給圧となる
ように吐出制御弁の閉弁時期が制御される。

【００１１】

【実施例】図１を参照すると、１はロータハウジング、
２は回転軸３により支持された第１のまゆ型ロータ、４
は回転軸５により支持された第２のまゆ型ロータを夫々
示す。図２に示されるように各回転軸３，５の端部には
互いに噛合する歯車６，７が固定され、一方の回転軸、
例えば回転軸５が機関７ランクシャフトにより駆動され
る。このとき第１のロータ２および第２のロータ４は互
いに合噛しつつ図１において矢印で示すように互いに反
対方向に回転せしめられる。

【００１２】図１に示されるように各ロータ２，４の回
転軸線を含む平面の一側に位置するロータハウジング１
の内周面上には空気吸込口８が形成され、この平面の他
側に位置するロータハウジング１の内周面上には空気吐
出口９が形成される。図１からわかるように空気吸込口
８は第２のロータ４側に偏心して形成されており、空気
吐出口９は第１のロータ２側に偏心して形成されてい
る。空気吸込口８は例えばスロットル弁１０を介してエ
アフローメータ１１に連結され、空気吐出口９は吸気通
路１２を介して機関燃焼室内に連結される。この吸気通
路１２内にはアクチュエータ１３によって開閉制御され
る吐出制御弁１４が配置される。

【００１３】一方、第１のロータ２の端面と対面するロ
ータハウジング１の端面上には第１のロータ２の端面に
よって開閉制御される第１の連通口１５が形成され、第
２のロータ４の端面と対面するロータハウジング１の端
面上には第２のロータ４の端面によって開閉制御される
第２の連通口１６が形成される。これら第１の連通口１
５および第２の連通口１６は連通路１７を介して互いに
連通せしめられる。また、第１の連通口１５と第２の連
通口１６の間のロータハウジング１の端面上には第３の
連通口１８が形成され、この第３の連通口１８は通路１
９を介して連通路１７に連結される。通路１９内にはア
クチュエータ２０によって開閉制御される連通制御弁２
１が配置される。

【００１４】図３は吐出制御弁１４のアクチュエータ１
３の一例を示している。図３に示されるようにアクチュ
エータ１３は吐出制御弁１４の弁軸２２に取付けられた
永久磁石２３と、永久磁石２３の周囲に配置された４つ
のソレノイド２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄとを具備
する。図３はソレノイド２４ｂ，２４ｄのみが付勢さ
れ、ソレノイド２４ｂの内端にＳ極が、ソレノイド２４
ｄの内端にＮ極が形成されている場合を示している。こ
のとき吐出制御弁１４は全閉状態にある。一方、ソレノ
イド２４ｂ，２４ｄが消勢され、例えばソレノイド２４
ａの内端にＮ極、ソレノイド２４ｃの内端にＳ極が形成
されると吐出制御弁１４は９０度時計回りに回転し、斯
くして吐出制御弁１４が全開せしめられる。このように
吐出制御弁１４はアクチュエータ１３によって全閉位置
と全開位置に切換えられる。

【００１５】連通制御弁２１のアクチュエータ２０も図
３に示すような構造を有する。従ってこの連通制御弁２
１もアクチュエータ２０によって全閉位置と全開位置に
切換えられる。各アクチュエータ１３，２０は図１に示
す電子制御ユニット３０の出力信号に基いて制御され
る。電子制御ユニット３０はディジタルコンピュータか
らなり、双方向性バス３１によって相互に接続されたＲ
ＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムア
クセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３
４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。
エアフローメータ１１は吸入空気量に比例した出力電圧
を発生し、この出力電圧はＡＤ変換器３７を介して入力
ポート３５に入力される。また、入力ポート３５には機
関回転数を表わす回転数センサ４０の出力パルスが入力
される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８
を介して各アクチュエータ１３，２０に接続される。

【００１６】次にルーツ式過給機の作動について図４を
参照しつつ説明する。図４（Ａ）は第１のロータ２とロ
ータハウジング１との間に形成される空間Ｘが空気吸込
口８との連通を断ったときを示しており、このときこの
空間Ｘが空気吸込口８から吸込まれた空気により満たさ
れた定容積室となる。一方、このとき第１のロータ２に
関して定容積室Ｘと反対側には第１ロータ２、第２ロー
タ４およびロータハウジング１によって画定された可変
容積室Ｙが形成されている。また、このとき第１の連通
口１５は第１のロータ２の端面により閉鎖されており、
第２の連通口１６は可変容積室Ｙ内に開口している。

【００１７】次いで各ロータ２，４が少し回転すると図
４（Ｂ）に示されるように第１の連通口１５が定容積室
Ｘ内に開口する。従って、第１の連通口１５は定容積室
Ｘが形成された直後に定容積室Ｘ内に開口する位置に形
成されていることになる。このとき第２の連通口１６は
依然として可変容積室Ｙ内に開口しており、従ってこの
とき定容積室Ｘは連通路１７を介して可変容積室Ｙに連
通することになる。図４（Ａ）に示す状態から図４
（Ｂ）に示す状態に移行するとこれら図４（Ａ）および
（Ｂ）からわかるように可変容積室Ｙの容積が減少す
る。従ってこのとき図４（Ａ）および（Ｂ）に示される
ように吐出制御弁１４が全閉状態に保持されていると可
変容積室Ｙ内の空気は圧縮され、この圧縮空気の一部が
連通路１７を介して定容積室Ｘ内に送り込まれる。ロー
タ２，４が更に回転すると可変容積室Ｙの容積が更に減
少し、斯くして定容積室Ｘと可変容積室Ｙ内の圧縮空気
圧が更に高くなる。

【００１８】次いでロータ２，４が更に回転すると図４
（Ｂ）に示される定容積室Ｘと可変容積室Ｙとが図４
（Ｃ）に示されるように合体して可変容積室Ｙとなる。
即ち、このとき図４（Ｂ）に示される定容積室Ｘは図４
（Ｃ）に示される可変容積室Ｙに移行せしめられ、この
間も可変容積室Ｙの容積は徐々に減少せしめられる。従
ってこの間、吐出制御弁１４が閉弁状態に保持されてい
ると可変容積室Ｙ内の圧縮空気の圧力は更に増大せしめ
られる。なお、図４（Ｂ）に示される定容積室Ｘが図４
（Ｃ）に示される可変容積室Ｙに移行せしめられると第
１の連通口１６は第２のロータ４の端面によって閉鎖さ
れる。従って第１の連通口１５と第２の連通口１６は図
４（Ａ）に示すように定容積室Ｘが形成されてから図４
（Ｃ）な示すように定容積室Ｘが可変容積室Ｙに移行す
るまでの間、定容積室Ｘと可変容積室Ｙとを連通しうる
ように形成されている。

【００１９】次いでロータ２，４が更に回転すると可変
容積室Ｙの容積が更に減少するために可変容積室Ｙ内の
圧縮空気の圧力は更に高くなる。次いで図４（Ｄ）に示
されるように吐出制御弁１４が開弁せしめられると可変
容積室Ｙ内の圧縮空気が空気吐出口９から吐出される。
本発明では可変容積室Ｙ内の圧力と吐出制御弁１４下流
の吸気通路１２内の圧力とがほぼ等しくなったときに吐
出制御弁１４が開弁せしめられる。次にこの吐出制御弁
１４の開弁制御について説明する。

【００２０】図５に吐出制御弁１４の開閉タイミングを
示す。なお、図５において回転角θは図４（Ａ）に示す
状態を０度としたときの第１のロータ２の回転角を示し
ている。また図５は回転角θが０からθＡの範囲では吐
出制御弁１４が閉弁せしめられており、回転角θがθＡ
になったときに吐出制御弁１４が全開せしめられる場合
を示している。即ち、図５においてθＡは可変容積室Ｙ
内の圧力と吐出制御弁１４下流の吸気通路１２内の圧力
とがほぼ等しくなったときを示している。

【００２１】図６（Ａ）は機関の目標過給圧を示してお
り、吐出制御弁１４下流の吸気通路１２内の過給圧はほ
ぼこの目標過給圧とされる。図６（Ａ）からわかるよう
に目標過給圧は機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回
転数Ｎ）が高くなるほど大きくなり、機関回転数Ｎが高
くなるほど大きくなる。一方、図５に示されるように吐
出制御弁１４が閉弁せしめられているときには可変容積
室Ｙ内の圧力は徐々に増大し、従って吐出制御弁１４が
開弁したときの可変容積室Ｙ内の圧力は吐出制御弁１４
の開弁時期θＡを遅くすればするほど高くなる。従って
本発明では目標過給圧が高くなればなるほど吐出制御弁
１４の開弁時期θＡが遅くされる。

【００２２】図６（Ｂ）は可変容積室Ｙ内の圧力が目標
過給圧となるときの回転角θ、即ち吐出制御弁１４を開
弁すべき時期θＡを示している。この吐出制御弁１４の
開弁時期θＡは機関負荷Ｑ／Ｎが高くなるほど大きくな
り、機関回転数Ｎが高くなるほど大きくなる。即ち、吐
出制御弁１４の開弁時期θＡは機関負荷Ｑ／Ｎが高くな
るほど遅くなり、機関回転数Ｎが高くなるほど遅くな
る。図６（Ｂ）に示す吐出制御弁１４の開弁時期θＡは
機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数として図７
（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶され
ている。

【００２３】従って図７（Ａ）のマップに基いて吐出制
御弁１４を開弁せしめるとこのとき可変容積室Ｙ内の圧
力と吐出制御弁１４下流の吸気通路１２内の圧力とはほ
ぼ等しくなり、斯くして高い過給効率が得られることに
なる。吐出制御弁１４が全開せしめられると可変容積室
Ｙ内の圧力、即ち吸気通路１２内の過給圧は図５に示さ
れるように第１のロータ１２の回転角θの増大に伴ない
少しずつ増大する。次いで吐出制御弁１４の開弁後第１
のロータ２が回転角θがθＢになったときに吐出制御弁
１４が閉弁せしめられる。

【００２４】この場合、吐出制御弁１４の閉弁時期θＢ
を遅くしすぎると次に吐出制御弁１４が開弁したときに
過給圧が可変容積室Ｙ内の圧力よりも高くなってしま
い、吐出制御弁１４の閉弁時期θＢを早くしすぎると次
に吐出制御弁１４が開弁したときに過給圧が可変容積室
Ｙ内の圧力も低くなってしまう。即ち、次に吐出制御弁
１４が開弁したときに過給圧が可変容積室Ｙ内の圧力と
ほぼ等しくするためには吐出制御弁１４の閉弁時期θＢ
に最適値が存在することになる。吐出制御弁１４が次に
開弁したときに過給圧と可変容積室Ｙ内の圧力とがほぼ
等しくなる最適な吐出制御弁１４の閉弁時期θＢは予め
実験により求められており、この閉弁時期θＢは機関負
荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数として図７（Ｂ）に
示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

【００２５】一方、吐出制御弁１４が閉弁せしめられる
と可変容積室Ｙ内の圧力が再び上昇し始め、従ってこれ
をこのまま放置しておくと可変容積室Ｙ内の空気が高圧
縮されるために過給機の駆動損失が増大してしまう。従
って本発明による実施例では図５に示されるように吐出
制御弁１４が閉弁せしめられるや否や連通制御弁２１が
全開せしめられる。連通制御弁２１が全開せしめられる
と図４（Ｄ）からわかるように可変容積室Ｙ内の圧縮空
気が第３の連通口１８から連通路１７内に排出され、次
いで第２の連通口１６から第２のロータ４とロータハウ
ジング１間に形成される定容積室Ｚ内に送り込まれる。

【００２６】次いで図４（Ｄ）に示される定容積室Ｚが
図４（Ａ）に示すように可変容積室Ｙに移行するともは
や連通制御弁２１を開弁しておく意味がなくなる。従っ
て図４（Ａ）に示される状態になると、即ち第１のロー
タ２の回転角θが図５に示される一定角θｋになると連
通制御弁２１は閉弁せしめられる。なお、この連通制御
弁２１を回転角θがθＡになったときに閉弁せしめるよ
うにしてもよい。なお、第３の連通口１８はその目的か
らして定容積室Ｘが可変容積室Ｙに移行したときから定
容積室Ｚが可変容積室Ｙに移行するまでの間、可変容積
室Ｙに開口するように配置することが好ましい。図８は
吐出制御弁１４および連通制御弁２１の開閉制御ルーチ
ンを示しており、このルーチンは繰返し実行される。

【００２７】図８を参照するとまず初めにステップ５０
において図７（Ａ）および（Ｂ）に示すマップから吐出
制御弁１４の開弁時期θＡおよび閉弁時期θＢが夫々算
出される。次いでステップ５１では第１のロータ２の回
転角θが図５に示すθｋになったか否かが判別される。
θ＝θｋになったときにはステップ５２に進んで連通制
御弁２１が閉弁せしめられる。ステップ５３では回転角
θがθＡになったか否かが判別される。θ＝θＡになっ
たときにはステップ５４に進んで吐出制御弁１４が開弁
せしめられる。ステップ５５では回転角θがθＢになっ
たか否かが判別される。θ＝θＢになったときにはステ
ップ５６に進んで吐出制御弁１４が閉弁せしめられ、次
いでステップ５７に進んで連通制御弁２１が開弁せしめ
られる。

【００２８】

【発明の効果】ルーツ式過給機の過給効率を大巾に向上
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ルーツ式過給機の側面断面図である。

【図２】図１に示す過給機の連通路に沿った断面を示す
図である。

【図３】アクチュエータの構造を図解的に示す図であ
る。

【図４】過給機の作動を説明するための図である。

【図５】吐出制御弁および連通制御弁の作動を示すタイ
ムチャートである。

【図６】目標過給圧と吐出制御弁の開弁時期θＡを示す
図である。

【図７】吐出制御弁の開弁時期θＡと閉弁時期θＢのマ
ップを示す図である。

【図８】吐出制御弁と連通制御弁の開閉制御を行うため
のフローチャートである。

【符号の説明】

１…ロータハウジング ２…第１のロータ ４…第２のロータ ８…空気吸込口 ９…空気吐出口 １４…吐出制御弁 １７…連通路 ２１…連通制御弁 Ｘ，Ｚ…定容積室 Ｙ…可変容積室

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに合噛しつつ反対方向に回転する第
   １のまゆ型ロータと第２のまゆ型ロータを具備し、各ロ
   ータの回転軸線を通る平面の一側に空気吸込口を形成す
   ると共に該平面の他側に空気吐出口を形成し、第１のロ
   ータとロータハウジング間に空気吸込口から吸込まれた
   空気によって満たされた定容積室が形成されると共にロ
   ータの回転に伴ない該定容積室が両ロータおよびロータ
   ハウジングにより画定される可変容積室に移行せしめら
   れ、該可変容積室の容積はロータが回転するにつれて徐
   々に減少し、該可変容積室内の空気が空気吐出口から吐
   出される内燃機関用ルーツ式過給機において、上記定容
   積室と可変容積室とを連通する連通路を設けると共に空
   気吐出口からの空気の吐出を制御する吐出制御弁を設
   け、定容積室が形成されるときには吐出制御弁を閉弁し
   ておくと共に再び定容積室が形成される前に吐出制御弁
   を開弁させ、吐出制御弁の開弁時期を目標過給圧が高く
   なるにつれて遅くするようにした内燃機関用ルーツ式過
   給機。
2. 【請求項２】 吐出制御弁の閉弁時期を過給圧が目標過
   給圧となるように制御する請求項１に記載の内燃機関用
   ルーツ式過給機。