JPH0563612B2 - - 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過給能力の向上対
策に関する。

（従来技術） 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38−1153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つて配置さ
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を備えたエ
ンジンにおいて、圧力波過給機の過給能力はその
断熱効率に強く依存し、断熱効率が高い場合には
過給能力が増大して、エンジン出力のより一層の
向上を図ることができるとともに、圧力波過給機
の温度上昇が抑えられてその信頼性の向上を図る
ことができ、好ましい。しかるに、圧力波過給機
の断熱効率は種々の要因で変化し、例えばエンジ
ン回転数や負荷、その他エンジン回転数に対する
圧力波過給機の回転数の比、吸排気系の流通抵
抗、吸気通路にインタークーラを配設した場合の
過給吸気の冷却効率、排気エネルギーなどの実走
行条件の変化に応じて経時的に変化する特性を示
す。

そのため、過給能力の向上を図るべく圧力波過
給機の断熱効率を高く保持制御する場合には、そ
の構成がかなり複雑になるという欠点が生じる。
さりとて、断熱効率の制御因子を主要なものに限
定して、エンジンの回転数と負荷とに応じて見込
み制御する場合には、制御精度の低下を招き、過
給能力の向上および温度上昇の抑制をさほど期待
できない。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであ
り、圧力波過給機で過給された吸気の中には、こ
の吸気に圧力波エネルギーを伝達した排気の一部
がそのまま混入している、いわゆる内部還流排気
を生じることに着目したものである。すなわち、
圧力波過給機の断熱効率は過給吸気への排気混入
量、つまり上記内部還流排気の排気還流率と密接
な関係があり、この排気還流率の変化特性はエン
ジン回転数や負荷の要因に加えて、上記エンジン
回転数に対する圧力波過給機の回転数比や吸排気
系の流通抵抗などの実走行条件の変化に応じて断
熱効率と共に大小変化し、この排気還流率が小さ
ければ圧力波過給機の断熱効率は高くなる特性を
示すことに着目し、その目的は、圧力波過給機を
備えたエンジンにおいて、内部還流排気の排気還
流率に応じてエンジン回転数に対する圧力波過給
機の回転数の比を変化させることにより、エンジ
ン回転数や負荷の変化は勿論のこと実走行条件の
変化にも応じた検出制御を行つて圧力波過給機の
断熱効率を常に高く保持して、過給能力のより一
層の向上を図るとともに、圧力波過給機の温度上
昇をより有効に抑制することにある。

（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、上記の如き圧力波過給機を備えたエンジンに
おいて、エンジンの回転数に対する圧力波過給機
の回転数の比を変化させる回転数比可変手段と、
上記圧力波過給機上流側の排気通路の排気濃度を
検出する第１排気濃度検出手段と、上記圧力波過
給機下流側の吸気通路の排気濃度を検出する第２
排気濃度検出手段と、該両排気濃度検出手段の出
力に基づいて上記圧力波過給機を介して排気通路
から吸気通路へ還流する排気ガスの排気還流率を
算出する還流率算出手段と、該還流率算出手段で
算出された排気還流率に応じて上記回転数比可変
手段を制御する制御手段と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、圧力波過給機
を介して排気通路から吸気通路へ還流する排気ガ
スの排気還流率は、エンジン回転数や負荷の変化
に加えて吸排気系の流通抵抗や排気エネルギーな
どの実走行条件の変化に応じて大小変化しようと
するものの、この排気還流率が小さくなると圧力
波過給機の断熱効率は高くなる特性から、この排
気還流率が第１および第２排気濃度検出手段の出
力に基づき還流率算出手段で算出されると、この
排気還流率が小さくなるよう圧力波過給機の回転
数の比が制御手段により大小制御されるので、圧
力波過給機の断熱効率が常に高く保持され、その
結果、過給能力が増大してエンジン出力がより一
層向上するとともに、圧力波過給機の温度上昇が
有効に抑制されてその信頼性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に開口した該エンジン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
跨つて配設された圧力波過給機であつて、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、
該隔壁によつ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４
ｃ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、圧力波過給機４の断熱効率が低下するほど高
くなる特性を示す。

そして、上記ベルト伝動機構７の圧力波過給機
４側のプーリ５は、第２図に詳示するように、圧
力波過給機４の回転軸４ａ端部に固定した固定フ
ランジ５ａと、該固定フランジ５ａに対峙する可
動フランジ５ｂと、該両フランジ５ａ，５ｂの間
に縮装されて可動フランジ５ｂを第２図右方に付
勢する二重スプリング５ｃとからなる。また、上
記プーリ５近傍には、その可動フランジ５ｂを軸
線方向に移動させるプーリ比制御装置１０が配置
されている。該プーリ比制御装置１０は、上記プ
ーリ５の可動フランジ５ｂを回転自在に支持する
軸受１２が、その背面中央部に固定したネジ部材
１３を介して、圧力波過給機４に固定した固定板
１４に第２図左右方向に移動可能に取付けられて
いて、上記ネジ部材１３は歯車よりなる減速機構
１５を介してステツピングモータ１６に回転可能
に連結されている。よつて、ステツピングモータ
１６によるネジ部材１３の回転駆動により軸受１
２を第２図左右方向に移動させてプーリ５の可動
フランジ５ｂを軸線方向に移動させることによ
り、ベルト伝動機構７の各プーリ５，５間のプー
リ比を可変として、上記エンジン１の回転数に対
する圧力波過給機４の回転数の比を変化させるよ
うにした回転数比可変手段１７を構成している。

さらに、第１図の圧力波過給機４上流側の排気
通路３には、排気ガス中の酸素濃度により排気濃
度をリニアに検出する第１排気濃度検出手段とし
ての第１のO₂センサ２０が介設されているとと
もに、圧力波過給機４下流側の吸気通路２には、
吸入空気中の酸素濃度により排気濃度をリニアに
検出する第２排気濃度検出手段としての第２の
O₂センサ２１が介設されていて、該第２のO₂セ
ンサ２１は、高温状態（例えば200℃以上）で正
常に作動する特性から、加熱式のもので構成され
且つ熱の放散を抑制すべく吸気通路２に設けた凹
所２ｅに配置されている。そして、上記第１およ
び第２のO₂センサ２０，２１の検出信号は演算
機２２に入力されていて、該演算機２２により上
記プーリ比制御装置１０のステツピングモータ１
６が駆動制御される。尚、第１図中、２３は吸気
通路２の第２のO₂センサ２１下流側に配設され
た空冷式のインタークーラであつて、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。

次に、上記演算機２２によるステツピングモー
タ１６の駆動制御を第３図のフローチヤートに基
づいて説明する。先ず所定時間（例えば10秒）の
走行後にスタートして、ステツプS₁で第１および
第２のO₂センサ２０，２１からの出力に基づき
各々排気ガス中の酸素濃度［O₂］_EXH（％表示）と
吸入空気中の酸素濃度［O₂］_IN（％表示）とを算
出したのち、ステツプS₂で上記各酸素濃度［O₂］
_EXH、［O₂］_INおよび大気中の酸素濃度（21％）と
に基づき、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（つまり内部還
流排気）の排気還流率EGRを下記式に基づいて
算出する。

EGR＝（21−［O₂］_IN）／（21−［O₂］_EXH） しかる後、ステツプS₃で上記排気還流率EGR
を小さな値の所定値（例えば0.5％）と大小比較
し、EGR≦0.5のYESの場合には圧力波過給機４
の断熱効率はほぼ最高値にあると判断して直ちに
終了する。一方、EGR＞0.5のNOの場合には断
熱効率を高めるべく、ステツプS₄でプーリ５の可
動フランジ５ｂを軸線方向に移動させてプーリ比
を設定値（例えば0.1）だけ大きく又は小さく変
更したのち、ステツプS₅、S₆でそれぞれ上記ステ
ツプS₁、S₂と同様に排気ガス中の酸素濃度［O₂］
_EXHと吸入空気中の酸素濃度［O₂］_INとを算出する
とともに、排気還流率EGRを演算する。そして、
ステツプS₇で排気還流率の今回と前回との差
EGR(n)−EGR（n_-1）を演算し、その差分ＥがＥ
＜−0.5又はＥ＞0.5である場合、つまり圧力波過
給機４の断熱効率の向上をより期待できる場合に
は上記ステツプS₄に戻つてプーリ比をさらに所定
値だけ変更することを繰返す。そして、上記ステ
ツプS₇で差分Ｅが−0.5≦Ｅ≦０、５の範囲内に
入つた場合には、圧力波過給機４の断熱効率はほ
ぼ最大値にあると判断してそのまま終了する。

よつて、上記第３図の作動フローにおいて、ス
テツプS₁、S₂、S₅、S₆により、第１および第２の
O₂センサ２０，２１の出力に基づいて圧力波過
給機４を介して排気通路３から吸気通路２へ還流
する排気カスの排気還流率EGRを算出するよう
にした還流率算出手段２４を構成している。ま
た、ステツプS₇、S₄により、上記還流率算出手段
２３で算出された排気還流率EGRに応じてその
差分Ｅが−0.5≦Ｅ≦０、５の範囲内に入るよう
回転数比可変手段１７を制御するようにした制御
手段２５を構成している。

したがつて、上記実施例においては、吸気通路
２の吸気は圧力波過給機４に流入し、該圧力波過
給機４内で排気通路３からの排気の圧力波エネル
ギーを受けて圧縮、加速されて該圧力波過給機４
下流側の吸気通路２に吐出されたのち、インター
クーラ２３で適温に冷却されてエンジン１に吸入
される。

その際、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の中には、排気通路３からの
排気還流率EGRは種々の要因、例えば エンジン回転数が変化する場合 エンジン負荷が変化する場合 エンジン回転数に対する圧力波過給機４の回
転数の比が変化する場合 インタークーラ２３の過給吸気の冷却効率が
車速や外気温度の変化に応じて変化する場合 インタークーラ２３内へのスモークの付着に
起因する圧力損失の増大等により圧力波過給機
４下流側の吸気通路２の流通抵抗が変化する場
合 圧力波過給機４上流側の排気通路３の圧力や
温度が変化して排気エネルギーが変化する場合 圧力波過給機４内部にスモークが堆積する場
合等によりこの排気還流率EGRが経時的に変
化しようとするものの、この排気還流率EGR
が小さくなれば圧力波過給機４の断熱効率は高
くなることから、この排気還流率EGRが還流
率算出手段２４で算出されると、ベルト伝動機
構７のプーリ比が制御手段２５で大小制御され
てエンジン回転数に対する圧力波過給機４の回
転数の比が経時的に変更されて、排気還流率
EGRが常に小さく制御されるので、圧力波過
給機４の断熱効率が高く保持されて過給能力が
向上し、エンジン出力の向上が図られるととも
に、圧力波過給機の温度上昇が小さく抑制され
ることになる。

ここに、圧力波過給機４下流側の吸気通路２へ
の排気還流率EGRは、上記、のエンジン回
転数や負荷の変化に加えて〜の実走行条件の
変化にも拘らず、制御手段２５による上記の圧
力波過給機４の回転数比制御によつて常に小さく
保持されるので、圧力波過給機４の断熱効率の高
値保持制御を高精度でもつて行うことができ、よ
つてエンジン出力のより一層の向上を図ることが
できるとともに、圧力波過給機の温度上昇の抑制
を確実に行い得てその信頼性の向上を図ることが
できる。しかも、内部還流排気の排気還流率
EGRを小さく保持制御することのみで実走行条
件の変化を加味した断熱効率の高値保持制御を精
度良く行い得るので、構成を簡易にすることがで
きる。

尚、上記実施例では、第１および第２の排気濃
度検出手段を各々O₂センサで構成したが、その
他CO₂センサで構成してもよいのは勿論である。

（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、エンジン回転数に対する圧力
波過給機の回転数の比の可変制御により、圧力波
過給機を介して排気通路から吸気通路に還流する
排気ガスの排気還流率を常に小さく保持して圧力
波過給機の断熱効率を高く保持したので、エンジ
ン回転数や負荷の変化は勿論のこと、吸排気系の
流通抵抗などの実走行条件の変化にも応じた検出
制御として、圧力波過給機の過給能力を安定して
高めることができるとともに圧力波過給機の温度
上昇を有効に抑制することができ、よつてエンジ
ン出力のより一層の向上および圧力波過給機の信
頼性の向上に寄与できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体概
略構成図、第２図はプーリ比制御装置周りの構成
を示す要部拡大図、第３図は演算機によるプーリ
比制御装置の作動制御を示すフローチヤート図で
ある。 １……エンジン、２……吸気通路、３……排気
通路、４……圧力波過給機、５……プーリ、５ｂ
……可動フランジ、６……Ｖベルト、７……ベル
ト伝動機構、１０……プーリ比制御装置、１６…
…ステツピングモータ、１７……回転数比可変手
段、２０……第１のO₂センサ、２１……第２の
O₂センサ、２２……演算機、２３……インター
クーラ、２４……還流率算出手段、２５……制御
手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 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つて配置さ
   れ、上記排気通路の排気の圧力波エネルギーを吸
   気通路の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において、上記エンジン
   の回転数に対する圧力波過給機の回転数の比を変
   化させる回転数比可変手段と、上記圧力波過給機
   上流側の排気通路の排気濃度を検出する第１排気
   濃度検出手段と、上記圧力波過給機下流側の吸気
   通路の排気濃度を検出する第２排気濃度検出手段
   と、該両排気濃度検出手段の出力に基づいて上記
   圧力波過給機を介して排気通路から吸気通路へ還
   流する排気ガスの排気還流率を算出する還流率算
   出手段と、該還流率算出手段で算出された排気還
   流率に応じて上記回転数比可変手段を制御する制
   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。