JPS6131652A - 過給機付エンジンの排気ガス還流制御装置 - 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
流する排気ガス遠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３８−７
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
４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
ジンの燃焼１ｍ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ＢＩ＊に示すように、圧力波過給機がエンジ
ンによって回転駆動される関係上、エンジンの運転状態
に応じて低角荷時では大きく、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遠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って圧力波過
給機の湿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ずるバイパス
通路を設【プるとともに、該バイパス通路を開閉するウ
ェストゲートバルブを設けて、過給圧が設定値以上に上
昇したときにはウェ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、上記ウェ
ストゲートバルブを開いてバイパス通路を開放する件、
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吸気通
路に還流する。いわゆる外部還流排気を主体とし、これ
に上記のウェ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遠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間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
、小さいとき閉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
応じて排気ガス速流を行う場合、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間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
よっ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。したがっで、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
ルブを開方向に制御して、上記は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丈るこ
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、はぼ上記外部還流排気
ガス量で要求量を賄うようにし、よってエンジン運転状
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は上流端が大
気に開口し下流端が分岐通路２８〜２ｄ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間口
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に訪って配設され
、エンジン１によってベルト伝動機溝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の圧力波過給機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
、加速して吸気吐出ロアから吐出し、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１４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１
１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、１
３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リである。

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
圧して吸気吐出ロアから吐出する。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１
０で適温に冷却してエンジン１の各気筒に吸入さぜる。

その後、エンジン１の各気筒から排出された排気を、排
気ザージタンク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、サイセンサ
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１１下流と圧力波
過給機４（吸気吐出ロア〉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によって連通されていて、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面
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の下流端間口部には該下流端間口部よりも下流の
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によって切換制御され、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
ターティングバルブ装＠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
でサイレン状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を開閉するウェストゲートバルブ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だめの
還流通路であって、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上流端間口部よりも上流の
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（
吸気吐出ロア）下流で上記吸気バイパス通路１５の下流
端間口部よりも下流側に間口している。

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
ッド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によっ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３０を介して負
圧［３１に連通されているとともに、該負圧導入通路３
０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
れたとぎには、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２
９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、上記ウェストゲートバルブ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
ロールユニット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ット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がらのエンジン
負荷信号およびエンジン回転数信号を受けて、コントロ
ールユニット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
、例えばディーゼルエンジンでは、低・中負荷時には還
流弁２４の閉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、コントロールユニット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）、上記ウェストゲートバルブ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
負荷時には閉方向に制御するようにした制御手段３７を
構成している。

したがって、上記実施例においては、例えばディーゼル
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
（Ａｌｌ＞を持つ。そのため、制御手段３７により、排
気バイパス通路２ｏのウェストゲートバルブ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。

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の圧力との差によって決まるため、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、ウェストゲートバルブ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、ウェストゲート
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（Ｂｌ）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の開弁およびウェストゲートバルブ２１の閉弁
により、は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の開弁およびウェストゲートバルブ
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
弁およびウェストゲートバルブ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、ウェストゲートバルブ
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０Ｎ−ＯＦＦ
的で良く簡略化でき、よって簡単な構造でもって高精度
の制御が可能である。

尚、上記実施例では、還流通路２２の他端速流口を吸気
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、既存のウェストゲー
トバルブ機構を利用して制御されや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。よって、排気ガス還
流制御を簡単な構成でもっ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
する排気ガス遠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、　、、、、、ｃ
ｉ−・・排気吐出口゛、２０・−・排気バイパス通路、
２１・・・ウェストゲートバルブ、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。