(57)【要約】【課題】吸気通路に低温の排気を還流でき、ＮＯｘ低減に有利な内燃機関の過給装置を提供する。【解決手段】所定のＥＧＲ条件が成立した場合に、排気通路４から排気の一部を取り出して吸気通路３に還流させる内燃機関１に適用され、内燃機関１を過給するための圧力波過給機１０を備えた内燃機関の過給装置において、圧力波過給機１０のロータ１２は電動モータ１８で回転駆動され、その電動モータ１８は、ＥＧＲ条件が不成立の場合は内燃機関１の回転数に基づいて設定された通常回転数でロータ１２が回転駆動され、ＥＧＲ条件が成立した場合には通常回転数よりも高いＥＧＲ回転数でロータ１２が回転駆動されるように動作が制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のＥＧＲ条件が成立した場合に、排気通路から排気の一部を取り出して吸気通路に還流させる内燃機関に適用され、
軸線回りに回転可能なようにケース内に設けられたロータと、前記ケースの前記軸線方向の一方の端部から他方の端部まで貫通するように前記ケース内に設けられて前記ロータと一体に回転する複数のセルと、前記ケースの前記一方の端部に開口して前記吸気通路を介して前記内燃機関の気筒と接続される吸気吐出部と、前記ケースの前記一方の端部に開口する吸気導入部と、前記ケースの前記他方の端部に開口して前記排気通路を介して前記気筒と接続される排気導入部と、前記ケースの前記他方の端部に開口する排気吐出部と、を有し、前記排気通路からセル内に排気が導入されてその排気の圧力波でセル内のガスの圧力が高められるように前記排気導入部とセルとが接続される排気導入工程、前記排気導入工程で圧力が高められたセル内のガスの少なくとも一部が前記吸気吐出部から前記吸気通路に吐出されるように前記吸気吐出部とセルとが接続される吸気吐出工程、及び前記吸気吐出工程でガスが吐出されたセル内に前記吸気導入部から空気が導入されるとともにそのセル内の排気の少なくとも一部が前記排気吐出部から排気されるように前記吸気導入部及び前記排気吐出部とセルとがそれぞれ接続される掃気工程、で構成される１サイクルが繰り返し行われるように前記ロータが回転駆動される圧力波過給機を備えた内燃機関の過給装置において、
前記ロータの回転数を変更可能な回転数変更手段と、前記ＥＧＲ条件が不成立の場合は前記内燃機関の回転数に基づいて設定された通常回転数で前記ロータが回転駆動され、前記ＥＧＲ条件が成立した場合には前記通常回転数よりも高いＥＧＲ回転数で前記ロータが回転駆動されるように前記回転数変更手段の動作を制御する制御手段と、を備えている内燃機関の過給装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ回転数は、前記排気導入工程においてセル内に導入された排気の一部が同じサイクルの前記掃気工程の終了後にセル内に残留する回転数である請求項１に記載の内燃機関の過給装置。
【請求項３】
前記通常回転数は、前記排気導入工程においてセル内に導入された排気の全量が同じサイクルの前記掃気工程においてそのセルから前記排気吐出部に排出される回転数である請求項１又は２に記載の内燃機関の過給装置。
【請求項４】
前記回転数変更手段として、前記ロータを回転駆動する電動モータを備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気の圧力波を利用して過給を行う圧力波過給機を備えた内燃機関の過給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケース内に形成したセル内に排気通路から排気を導入し、その排気の圧力波でセル内のガスを加圧して吸気通路に吐出し、これにより内燃機関の過給を行う圧力波過給機が知られている。このような圧力波過給機では、ケース内に回転自在に設けたロータで複数のセルを形成し、そのロータを回転させて各セルを吸気通路及び排気通路と交互に接続させている。このような圧力波過給機を備えた内燃機関において、ロータを回転駆動する電動モータを備え、内燃機関の温度が低くかつ内燃機関が軽負荷のときにはロータの回転数と内燃機関の回転数との比を小さくし、排気通路から気体通路（セル）に導入した排気を吸気通路に吐出することにより吸気通路に排気の一部を還流させるものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−１５９３３８号公報
【特許文献２】特開平０４−０１９３２７号公報
【特許文献３】特開昭６２−０４８９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の内燃機関では、ロータの回転数を低下させてセル内の排気を吸気通路に吐出させている。この場合、セル内に導入された排気は、そのセルが吸気通路と接続されたときに吸気通路に吐出される。そのため、吸気通路には高温の排気が還流される。
【０００５】
ところで、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する手法の一つとして、排気の一部を還流させて筒内の燃焼温度を低下させる方法が知られている。しかしながら、特許文献１の内燃機関では、高温の排気が還流されるので、ＮＯｘを十分に低減できないおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、吸気通路に低温の排気を還流でき、ＮＯｘ低減に有利な内燃機関の過給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の内燃機関の過給装置は、所定のＥＧＲ条件が成立した場合に、排気通路から排気の一部を取り出して吸気通路に還流させる内燃機関に適用され、軸線回りに回転可能なようにケース内に設けられたロータと、前記ケースの前記軸線方向の一方の端部から他方の端部まで貫通するように前記ケース内に設けられて前記ロータと一体に回転する複数のセルと、前記ケースの前記一方の端部に開口して前記吸気通路を介して前記内燃機関の気筒と接続される吸気吐出部と、前記ケースの前記一方の端部に開口する吸気導入部と、前記ケースの前記他方の端部に開口して前記排気通路を介して前記気筒と接続される排気導入部と、前記ケースの前記他方の端部に開口する排気吐出部と、を有し、前記排気通路からセル内に排気が導入されてその排気の圧力波でセル内のガスの圧力が高められるように前記排気導入部とセルとが接続される排気導入工程、前記排気導入工程で圧力が高められたセル内のガスの少なくとも一部が前記吸気吐出部から前記吸気通路に吐出されるように前記吸気吐出部とセルとが接続される吸気吐出工程、及び前記吸気吐出工程でガスが吐出されたセル内に前記吸気導入部から空気が導入されるとともにそのセル内の排気の少なくとも一部が前記排気吐出部から排気されるように前記吸気導入部及び前記排気吐出部とセルとがそれぞれ接続される掃気工程、で構成される１サイクルが繰り返し行われるように前記ロータが回転駆動される圧力波過給機を備えた内燃機関の過給装置において、前記ロータの回転数を変更可能な回転数変更手段と、前記ＥＧＲ条件が不成立の場合は前記内燃機関の回転数に基づいて設定された通常回転数で前記ロータが回転駆動され、前記ＥＧＲ条件が成立した場合には前記通常回転数よりも高いＥＧＲ回転数で前記ロータが回転駆動されるように前記回転数変更手段の動作を制御する制御手段と、を備えている（請求項１）。
【０００８】
本発明の過給装置によれば、ＥＧＲ条件が成立した場合は通常回転数よりも高いＥＧＲ回転数でロータを回転させるので、そのＥＧＲ回転数を適正に設定することによって排気導入工程でセル内に導入した排気の一部を掃気工程の終了時にセル内に残留させることができる。この残留した排気は、徐々にセル内を吸気側に移動し、数サイクル後の吸気吐出工程で吸気通路に排出される。そのため、圧力波過給機を介して排気の一部を吸気通路に還流することができる。また、この排気は、セル内においてケース及びロータ等に熱を放出する。そのため、このようにセル内に排気を滞留させることにより、この排気を冷却することができる。従って、吸気通路に低温の排気を還流することができる。そして、これにより気筒内の燃焼温度を低下させることができるので、ＮＯｘを低減できる。
【０００９】
本発明の内燃機関の過給装置の一形態において、前記ＥＧＲ回転数は、前記排気導入工程においてセル内に導入された排気の一部が同じサイクルの前記掃気工程の終了後にセル内に残留する回転数であってもよい（請求項２）。この場合、掃気工程の終了後にセル内に確実に排気を残留させることができる。
【００１０】
本発明の内燃機関の過給装置の一形態において、前記通常回転数は、前記排気導入工程においてセル内に導入された排気の全量が同じサイクルの前記掃気工程においてそのセルから前記排気吐出部に排出される回転数であってもよい（請求項３）。この場合、通常回転数でロータを回転駆動しているときは、吸気通路に排気が還流されることを防止できる。
【００１１】
本発明の内燃機関の過給装置の一形態においては、前記回転数変更手段として、前記ロータを回転駆動する電動モータを備えていてもよい（請求項４）。この場合、内燃機関の回転数に拘わりなく容易にロータの回転数を変更することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上に説明したように、本発明の内燃機関の過給装置によれば、ＥＧＲ回転数でロータを回転させることにより圧力波過給機内に排気を滞留させることができる。これにより排気を冷却できるので、低温の排気を吸気通路に還流することができる。そのため、ＮＯｘを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一形態に係る過給装置が組み込まれた内燃機関を示す図。
【図２】通常モードで運転されている圧力波過給機をロータの回転方向に沿って展開した図。
【図３】ＥＧＲモードで運転されている圧力波過給機をロータの回転方向に沿って展開した図。
【図４】図１のＥＣＵが実行する過給機運転モード制御ルーチンを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の一形態に係る過給装置が組み込まれた内燃機関を示している。この内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるものであり、複数（図１では４つ）の気筒２ａを有する機関本体２を備えている。各気筒２ａには、それぞれ吸気通路３及び排気通路４が接続されている。この図に示したように吸気通路３には、吸気流れの上流側から順に吸気を濾過するためのエアクリーナ５と、圧力波過給機１０の吸気側端部１０ａと、吸気を冷却するためのインタークーラ６と、吸気量を調整するためのスロットルバルブ７とが設けられている。また、排気通路４には、排気流れの上流側から順に圧力波過給機１０の排気側端部１０ｂと、排気を浄化するための排気浄化触媒８が設けられている。
【００１５】
圧力波過給機１０について説明する。圧力波過給機１０は、ケース１１と、そのケース１１内に設けられたロータ１２とを備えている。なお、これらケース１１及びロータ１２の構造は内燃機関に設けられる周知の圧力波過給機と同じでよいため、簡単に説明する。また、この図においては便宜上ケース１１とロータ１２との間の隙間を大きく示したが、実際はこの隙間は殆ど無い。ケース１１の吸気側端部１１ａには、吸気導入部としての吸気導入口１３及び吸気吐出部としての吸気吐出口１４が開口している。一方、ケース１１の排気側端部１１ｂには、排気導入部としての排気導入口１５及び排気吐出部としての排気吐出口１６が開口している。この図に示したように吸気導入口１３には、吸気通路３のうち圧力波過給機１０よりも吸気流れの上流側の区間が接続されている。一方、吸気吐出口１４には、吸気通路３のうち圧力波過給機１０よりも吸気流れの下流側の区間が接続されている。また、排気導入口１５には排気通路４のうち圧力波過給機１０よりも排気流れの上流側の区間が接続され、排気吐出口１６には排気通路４のうち圧力波過給機１０よりも排気流れの下流側の区間が接続されている。ロータ１２は、軸線Ａｘ回りに回転自在にケース１１に支持されている。ロータ１２の外周面には、その一端から他端まで軸線Ａｘ方向に延びる複数の隔壁１２ａが設けられている。ケース１１内は、これら隔壁１２ａによって軸線Ａｘ方向に延びる複数のセル１７に区分されている。この図に示したように各セル１７は、吸気側端部１１ａから排気側端部１１ｂまでそれぞれ貫通している。そのため、各セル１７は、ロータ１２が回転すると吸気通路３及び排気通路４とそれぞれ接続される。ロータ１２は、回転数変更手段としての電動モータ１８にて回転駆動される。
【００１６】
この圧力波過給機１０は、通常モードとＥＧＲモードの２つの動作モードで運転される。これらの動作モードは、電動モータ１８でロータ１２の回転数（回転速度）を変更することにより切り替えられる。
【００１７】
図２を参照して通常モードについて説明する。図２は通常モードで運転されている圧力波過給機１０をロータ１２の回転方向に沿って展開した図を示している。なお、各セル１７は、図中の矢印Ｆで示したようにこの図の上から下に向かって移動する。図中の破線Ａは吸気通路３からセル１７内に導入された空気の動きを、破線Ｅは排気通路４からセル１７内に導入された排気の動きをそれぞれ示している。この図において一番上に示したセル１７内には、空気のみが充填されているものとする。このような状態からロータ１２が回転してセル１７が矢印Ｆ方向に移動すると、まずセル１７と排気導入口１５とが接続される。これにより排気通路４からセル１７内に高圧の排気及び排気の圧力波がそれぞれ導入される。以下、このように排気を導入する工程を排気導入工程と称することがある。セル１７内の空気は、高圧の排気及び圧力波によって圧縮されるので、これによりセル１７内の空気が加圧される。
【００１８】
セル１７は、次に吸気吐出口１４と接続される。これによりセル１７内の圧縮された空気が吸気吐出口１４から吸気通路３に吐出される。この図に示したようにセル１７は、その吸気側の端部が吸気吐出口１４と接続されても排気側の端部が排気導入口１５と接続されている。そのため、この間はセル１７内から空気が吐出されるとともにセル１７内に排気が導入される。そして、これにより加圧された空気が気筒２ａに供給される。以下、この工程を吸気吐出工程と称することがある。その後、まずセル１７と排気導入口１５との接続が遮断される。続いてセル１７内の空気が全て吸気通路３に吐出される前にセル１７と吸気吐出口１４との接続が遮断される。これにより、大気圧より少し圧力が高い空気及び排気をセル１７内に閉じ込めることができる。
【００１９】
その後、ロータ１２がさらに回転するとセル１７は排気吐出口１６と接続される。これによりセル１７の排気側に偏在している排気が残圧によって排気通路４に吐出されるので、セル１７内に吸気側から排気側への流れが形成される。続いてセル１７が吸気導入口１３と接続されると、セル１７の両端が開放されるので、直前に形成された排気側への流れの慣性によりセル１７内に空気が導入される。以下、この工程を掃気工程と称することがある。この図に示したように通常モードでは、この直前の排気導入工程でセル１７内に導入された排気が排気吐出口１６に全て排出されるまでこの状態が維持される。その後、セル１７内から排気が排出された時点でセル１７と吸気導入口１３及び排気吐出口１６との接続がそれぞれ遮断される。これによりセル１７内に空気が充填される。以降は、これらの工程で構成される１サイクルが繰り返し行われることによりエンジン１の過給が行われる。
【００２０】
このように通常モードでは、排気導入工程でセル１７内に導入された排気が同じサイクル内の掃気工程で全て排気通路４に排出されるようにロータ１２の回転数が調整される。以下、この回転数を通常回転数と称することがある。なお、この通常回転数は、公知の圧力波過給機と同様にエンジン１の回転数に応じて設定すればよい。
【００２１】
次に図３を参照してＥＧＲモードについて説明する。なお、図３において図２と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図３は、ＥＧＲモードで運転されている圧力波過給機１０をロータ１２の回転方向に沿って展開した図を示している。このＥＧＲモードでは、エンジン１の回転数が同じ場合に設定される通常回転数よりも高い回転数でロータ１２を回転駆動する。以下、この回転数をＥＧＲ回転数と称する。
【００２２】
ＥＧＲモードではロータ１２をこのようなＥＧＲ回転数で回転駆動するので、排気導入工程でセル１７内に導入された排気の全量が同じサイクルの掃気工程で排気通路４に排出されない。そのため、セル１７と排気吐出口１６との接続が遮断されたときに排気の一部（以下、残留排気と称することがある。）Ｒがセル１７内に残留する。また、ＥＧＲモードでは、破線Ａで示したように掃気工程でセル１７内に導入された空気の全量が吸気吐出工程の途中までに吸気通路３に吐出される。そして、吸気吐出工程の残りの期間は、セル１７の範囲ＥＧにあるガスが吸気通路３に排出される。残留排気Ｒはサイクル毎に発生するので、このように範囲ＥＧのガスが動くことによりセル１７の範囲ＥＧは徐々に残留排気Ｒで置換される。また、このようにセル１７内でガスが移動することにより残留排気Ｒは数サイクル後に吸気側の端部に到達し、空気と共に吸気通路３に吐出される。すなわち、このＥＧＲモードでは、残留排気Ｒが数サイクル間セル１７内に滞留される。なお、ＥＧＲモードにおいても吸気吐出工程においては、通常モードと同様に加圧された空気及び排気が吸気通路３に吐出されるので、エンジン１の過給も行われる。このようにＥＧＲモードでは、エンジン１の過給を行いつつ圧力波過給機１０を介して排気の一部が吸気通路３に還流される。
【００２３】
電動モータ１８の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０にて制御される。ＥＣＵ２０は、マイクロプロセッサ及びそのマイクロプロセッサの動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を備えたコンピュータとして構成され、エンジン１に設けられた各種センサからの出力信号に基づいてエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ２０には、エンジン１のクランク軸の回転速度（回転数）に対応する信号を出力するクランク角センサ２１及び吸入空気量に対応する信号を出力するエアフローメータ２２等が接続されている。これらの他にもＥＣＵ２０には種々のセンサが接続されているがそれらの図示は省略した。
【００２４】
図４は、ＥＣＵ２０が電動モータ１８の動作を制御すべくエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行する過給機運転モード制御ルーチンを示している。この制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ２０が本発明の制御手段として機能する。図４の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２０は、まずステップＳ１１でエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、エンジン１の回転数及び吸入空気量を取得する。また、吸入空気量に基づいてエンジン１の負荷も取得する。続くステップＳ１２においてＥＣＵ２０は、吸気通路３に排気の一部を還流すべき所定のＥＧＲ条件が成立しているか否か判断する。ＥＧＲ条件は、例えばエンジン１の現在の運転状態が排気の還流を実行する領域として予め設定したＥＧＲ運転領域内の場合に成立したと判断される。なお、ＥＧＲ条件が成立しているか否かを判定する方法はこの方法に限定されず、公知の種々の方法で判定してよい。
【００２５】
ＥＧＲ条件が不成立と判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ２０は圧力波過給機１０が通常モードで運転されるように電動モータ１８の動作を制御する。なお、通常回転数は上述したようにエンジン１の回転数に基づいて設定すればよい。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２６】
一方、ＥＧＲ条件が成立していると判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ２０は圧力波過給機１０がＥＧＲモードで運転されるように電動モータ１８の動作を制御する。ＥＧＲ回転数は、例えば現在のエンジン１の回転数に基づいて設定される通常回転数に所定の係数を掛けて求めればよい。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２７】
以上に説明したように、この過給装置では、ＥＧＲモードで圧力波過給機１０を運転した場合、圧力波過給機１０内で数サイクル滞留した排気が吸気通路３に還流される。圧力波過給機１０内を滞留している間、この排気の熱はケース１１、ロータ１２、及び同じセル１７内に導入された吸気等に伝達される。そのため、この排気を冷却することができる。従って、この過給装置によれば、圧力波過給機１０で冷却した排気を吸気通路３に還流することができる。そして、これにより気筒２ａ内の燃焼温度を低下させることができるので、ＮＯｘを低減できる。また、このように圧力波過給機１０で冷却した排気を吸気通路３に還流することにより、気筒２ａ内に吸い込ませるべき排気の流量を低減できる。これにより、気筒２ａ内のガスを圧縮する際に生じるメカフリクションを抑制できるので、燃費を改善できる。
【００２８】
なお、通常回転数及びＥＧＲ回転数は上述した回転数に限定されない。例えば、通常モードにおいても掃気工程後にセル１７内に少量ずつ排気が残留する回転数でロータ１２を回転駆動させてもよい。この場合、ＥＧＲ回転数にはこの通常モードにおける回転数よりもさらに高い回転数が設定される。
【００２９】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、圧力波過給機のロータを回転駆動する駆動源は電動モータに限定されない。内燃機関のクランク軸の回転を利用してロータを回転駆動してもよい。この場合は、クランク軸とロータとの間の動力伝達経路中に変速機構を設け、これによりロータの回転数を変更する。そのため、この場合は変速機構が本発明の回転数変更手段に相当する。
【符号の説明】
【００３０】
１  内燃機関
２ａ  気筒
３  吸気通路
４  排気通路
１０  圧力波過給機
１１  ケース
１２  ロータ
１３  吸気導入口（吸気導入部）
１４  吸気吐出口（吸気吐出部）
１５  排気導入口（排気導入部）
１６  排気吐出口（排気吐出部）
１７  セル
１８  電動モータ（回転数変更手段）
２０  エンジンコントロールユニット（制御手段）
Ａｘ  軸線
【図１】
2011094550.tif 000003
【図２】
2011094550.tif 000004
【図３】
2011094550.tif 000005
【図４】
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