JPS6131651A - 過給機付エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、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っ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
なものとなって、エンジンのポンピングロスが大となり
、燃費の悪化を招（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、このごとにより排圧と過給圧との差圧
を小さくしてポンビンク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づ−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ゼると、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、
またディ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′ａ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、との排圧の
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、かえって上記排気のリリーフによる排気還
流と相俟って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の各気筒に吸気を
供給する吸気通路、３は上流端が分岐通路３８〜３ｄ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に跨って配設され
、エンジン１によってベルト伝動機構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６および吸気吐出ロアが形成されており、
該吸気導入口６′は吸気通路２の圧力波過給間４上流側
に、吸気吐出ロアは吸気通路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８ａ′３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、加速して吸気吐出ロンから吐出し、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によってベルト伝動機構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
であって、圧力波過給機４から過給される高温の吸気を
外気（走行Ｊｉｌ）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エアクリーナであって、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
て大気と連通ずるようにしている。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
クリーナであって、圧力波過給機４の吸気吐出ロアを該
第２エアクリーナ１４を介してエンジン１と連通ずるよ
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３８〜３ｄ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
たサイセンサである。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、吸気導入口
６がら圧力波過給機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ロアがら吐出（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がら圧力波過給
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、サイセンサ１６で排気音を減じたのち大気へ
放出するようにしてぃる。

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１
７を介して、吸気通路２の圧力波過給機４下流であって
インタークーラ１２下流に連通されている。該連通路１
７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０Ｎ−ＯＦＦ作動す
る制御弁１９によって開閉制御され、該制御弁１９はＣ
ＰＵよりなるコントロールユニット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ット２０には、
燃料噴射ポンプ１０のアクセルレバ−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。よって、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ッ
ト２０により制御弁１つをＯＮ作動させ、この制御弁１
９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によって連通されて
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の下流端間口部には該下流端間口
部よりも下４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２０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を上記下流端間口部上流の
吸気通路２を閉塞し吸気バイパス通路２３と下流端間口
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
したスターティングバルブ装Ｍ　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
レン状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
開閉するウェストゲートバルブ２８が介設されており、
該ウェストゲートバルブ２８は上記開閉バルブ１８と同
様に制御弁１９によって開閉制御され、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ェスト
ゲートバルブ装置２９が構成されている。

したがって、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（ｊ
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、よって、この差
圧の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２００Ｏｒｐｍ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ｌｌＡ
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ヘリリーフすることに加えて、ウェストゲートバ
ルブ装置２９により排気バイパス通路２７が間かれて排
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−ｌｉ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の燃焼温度を抑制するという排気還
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、■
アクリーチ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
過して吸気吐出ロアから流出する。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、かえって上述の排気のリリーフによ
る排気還流と相俟って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ぎ
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２２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＠２２およびウェストゲ
ートバルブ装置２９を０Ｎ−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、
上記の如ぎ燃焼噴射ポンプ１１のアクセルレバ−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圧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。