(57)【要約】【課題】    過給器に対する過給圧を制御する過給圧制御機構を備えることによって、原動機の広い回転域にわたって高トルク・高出力を確保する過給器付き原動機関を提供すること。【解決手段】    過給器付き原動機の過給圧制御機構において、前記過給圧制御機構は、原動機と過給器間の排気管内に回転自在に配置した開閉弁と前記開閉弁の弁開閉を司る開閉弁制御装置からなり、また、前記開閉弁制御装置は、クランク軸と開閉弁の弁軸間に配置された駆動力伝達部と連結棒等によって構成され、クランク軸の駆動力で駆動力伝達部に設定した弁開閉時期において前記開閉弁を原動機の爆発数に対し比例回転させ、排気管内が閉止状態と開放状態を繰り返すようにした。【選択図】図１
2009074527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給器付き原動機の過給圧制御機構において、前記過給圧制御機構は、原動機と過給器間の排気管内に回転自在に配置した開閉弁と前記開閉弁の弁開閉を司る開閉弁制御装置からなり、また、前記開閉弁制御装置は、クランク軸と開閉弁の弁軸間に配置された駆動力伝達部と連結棒等によって構成され、クランク軸の駆動力で駆動力伝達部に設定した弁開閉時期において前記開閉弁を原動機の爆発数に対し比例回転させ、排気管内が閉止状態と開放状態を繰り返すようにしたことを特徴とする開閉弁制御装置。
【請求項２】
上記請求項１記載の構成に加え、原動機と過給器間に迂回用排気管を設けるとともに、前記迂回用排気管内に切り換え弁を備えたことを特徴とする請求項１記載の開閉弁制御装置。
【請求項３】
過給器付き原動機の過給圧制御機構において、前記過給圧制御機構は、原動機と過給器間の排気管内に回転自在に配置した開閉弁と前記開閉弁の弁開閉を司る開閉弁制御装置からなり、また、前記開閉弁制御装置は、弁軸一方に配置・連結され、ステッピングモータを始めとするモータ等の駆動力発生部と前記駆動力発生部の駆動制御部及び連結棒等によって構成され、設定した弁開閉時期において前記開閉弁を排気管内で回転させ排気管内が閉止状態と開放状態を繰り返すようにしたことを特徴とする開閉弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、原動機が爆発行程後に排気管側に排出する排気ガスエネルギーを利用し、原動機におけるトルク及び出力の向上を図る過給器付き原動機の過給圧制御機構に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の過給器付き原動機は、特に低回転域において爆発行程後の燃焼室から排出される排気ガス量及び排気温度等の不足により排気ガスエネルギーが低く、よって、タービン側タービンブレードの回転は充分に立ち上がらず、前記タービンブレードと同一の回転軸の反対側に配置・固定されたコンプレッサー側のインペラも回転が充分に立ち上がらない。
さらにガソリン式原動機にあってはディーゼル式原動機と比べ圧縮比が低く、結果的に低回転域で充分な過給圧が得られないため、低回転域のトルクを確保しにくい等の欠点があった。【０００３】  その対策の一例として、タービン側のタービンブレードやコンプレッサー側のインペラの軽量化・小径化を図っていた。
軽量化はレスポンスの向上に効果的であるが、小径化したタービンブレードやインペラは、低・中回転域においては立ち上がりは速いが、高回転域においては排気ガス流の抜けが制限されるため過給圧が頭打ちとなり高出力を確保できず、また、高出力を確保するため、タービンブレードやコンプレッサーインペラの大径化を図ると高回転域においては高出力を確保できるが、前述したように低・中回転域に充分なトルクを確保できない等の欠点があった。【０００４】  問題点のさらなる対策として、タービン側のタービンブレード入口やコンプレッサー側のインペラ出口に複数枚の小翼を設け、原動機の回転数に対応して連続的に最適な角度に可変し過給圧を制御する過給器が提案され実用化されているが、小翼の製造や小翼の支持部加工・駆動機構等の製造や組み立てが複雑になり過給器本体の価格が上昇する傾向にあった。【０００５】  そして上記問題点の対策として、過給器付き原動機と過給器間の排気管内に開閉弁を設けるとともに、前記開閉弁に連結し弁開閉を司る開閉弁制御装置から構成された過給圧制御機構を備えたことを特徴する特許願が、本特許出願人と同一人による出願番号  特願２００６−２３６６６４において提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとしている課題】
【０００６】  本発明は、本特許出願人と同一人による出願番号  特願２００６−２３６６６４において出願された過給器付き原動機と過給器間の排気管内に開閉弁を設けるとともに前記開閉弁に連結し弁開閉を司る開閉弁制御装置から構成された過給圧制御機構のさらなる改良を鑑みてなされたもので、新しい構造の過給圧制御機構を採用することによって、低・中回転域においては高いトルクを、また高回転域に至っては高出力を確保した過給器付き原動機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  請求項１記載の発明は、上記目的を達成するため、過給器付き原動機の過給圧制御機構において、前記過給圧制御機構は、原動機と過給器間の排気管内に回転自在に配置した開閉弁と前記開閉弁の弁開閉を司る開閉弁制御装置からなり、また、前記開閉弁制御装置は、クランク軸と開閉弁の弁軸間に配置された駆動力伝達部と連結棒等によって構成され、クランク軸の駆動力で駆動力伝達部に設定した弁開閉時期において前記開閉弁を原動機の爆発数に対し比例回転させ、排気管内が閉止状態と開放状態を繰り返すようにした。
【０００８】  請求項２記載の発明は、上記目的を達成するため、上記請求項１記載の構成に加え、原動機と過給器間に迂回用排気管を設けるとともに、前記迂回用排気管内に切り換え弁を備えた。
【０００９】  請求項３記載の発明は、上記目的を達成するため、過給器付き原動機の過給圧制御機構において、前記過給圧制御機構は、原動機と過給器間の排気管内に回転自在に配置した開閉弁と前記開閉弁の弁開閉を司る開閉弁制御装置からなり、また、前記開閉弁制御装置は、弁軸一方に配置・連結され、ステッピングモータを始めとするモータ等の駆動力発生部と前記駆動力発生部の駆動制御部及び連結棒等によって構成され、設定した弁開閉時期において前記開閉弁を排気管内で回転させ排気管内が閉止状態と開放状態を繰り返すようにした。
【発明の効果】
【００１０】  請求項１に記載の発明によれば、過給器付き原動機の過給圧制御機構において、前記過給圧制御機構は、原動機と過給器間の排気管内に回転自在に配置した開閉弁と前記開閉弁の弁開閉を司る開閉弁制御装置からなり、また、前記開閉弁制御装置は、クランク軸と開閉弁の弁軸間に配置された駆動力伝達部と連結棒等によって構成され、クランク軸の駆動力で駆動力伝達部に設定した弁開閉時期において前記開閉弁を原動機の爆発数に対し比例回転させ、排気管内が閉止状態と開放状態を繰り返すようにしたことにより、前記開閉弁が閉止状態においては排気ガスの流れを止め開閉弁上流の排気管内に排気ガスを溜め込み、また、前記開閉弁が開放状態においては溜め込んだ排気ガスと次に原動機から排出される排気ガスを加えた排気ガスエネルギーを過給器側へ放出することができる。
【００１１】  よって、過給器におけるタービン側のタービンブレードは、前方側の排気管内に溜め込まれた＃１の気筒における排気ガスに＃３の気筒における排気ガスが加わった排気ガスエネルギーの放出を受けて勢いよく回転を上昇させ、同時にタービンブレードと同一の回転軸他端部に配置・固定されたコンプレッサー側のインペラも回転が素早く上昇するため、高回転するインペラは吸入した空気を高い遠心力で加圧し、加圧した空気を吸気管経由で原動機の燃焼室側へ過給し、そして過給する空気量に見合う量の燃料供給を行うことで燃焼時の爆発圧力を高め、その回転域のトルク出力の向を図るとともに排出する排気ガスエネルギーも高まる。
さらに続く回転においても同様な動作を繰り返し行なうことにより、過給器の回転上昇力は高まり、原動機における低回転域のトルク出力とレスポンスの向上を図ることができる。
【００１２】  また、素早く回転を立ち上げるタービン側のタービンブレードと同一の回転軸他端部に配置・固定されたインペラも同様に素早く回転が立ち上がるため、タービン側のタービンブレード並びにコンプレッサー側のインペラの外径寸法を始めとする各部位等における仕様の見直しを図ることが可能となり、例えば、タービンブレードとインペラの外径寸法を大きく設定すると、低回転域においては前述した過給圧制御機構の採用によって高いトルクを確保でき、また、中・高回転域においては、大径のタービンブレードは排気ガス流が詰らず通過するため回転が上昇し、同様に同一の回転軸の他端部に配置・固定されたインペラも回転が上昇し、高回転によって得られる高い遠心力で加圧した空気を燃焼室内に高過給することができる。
よって、低回転域から中・高回転域まで幅広い回転城で過給圧を高められるため、広い回転域で高トルク・高出力を確保した原動機を提供することができる。
【００１３】  また、特に始動直後やアイドリング時においては、開閉弁閉時に燃焼室から排出され続ける排気ガスが排気管内の開閉弁上流部に一時的に溜め込まれるため、溜め込まれた排気ガスの温度によって開閉弁上流部の排気管が温められ、燃焼室から排出され続ける排気ガスの温度低下を軽減することができ、温度を保ち圧力の高い排気ガスは開閉弁開時に開閉弁下流部の過給器を素早く高回転に至らしめるとともに、過給器の下流部に配置された排気ガス浄化用触媒に対しても浄化効率の向上を図れる。
【００１４】  そして、請求項２に記載の発明によれば、上記請求項１記載の構成に加え原動機と過給器間に迂回用排気管を設けるとともに、前記迂回用排気管内に切り換え弁を備えたことにより、原動機が設定した回転数以下で回転している場合においては、迂回用排気管内に設けた切り換え弁を閉じ、上述した請求項１記載の発明の動作と同様に排気ガスをパルス波的に過結器側へ放出し、請求項１記載の発明と同様な効果を得ることができ、さらに、原動機が設定した回転数以上で回転している場合においては、迂回用排気管内の切り換え弁を開くことにより、パルス波的に過給器側へ排気ガスを放出する作用に加え、排気ガス流を迂回用排気管にも流すことにより排気ガスが詰らず通過するため、タービン側のタービンブレードはさらに回転を上昇させ、同時に同一の回転軸他端部に配置・固定されたインペラも回転が上昇し、高回転で得られる高い遠心力で加圧した空気を燃焼室内に高過給することができる。
よって、高回転域においても過給圧をさらに高めることができるため、高トルク・高出力を確保した原動機を提供することができる。
【００１５】  さらに、請求項３記載の発明によれば、過給器付き原動機の過給圧制御機構において、前記過給圧制御機構は、原動機と過給器間の排気管内に回転自在に配置した開閉弁と前記開閉弁の弁開閉を司る開閉弁制御装置からなり、また、前記開閉弁制御装置は、弁軸一方に配置・連結され、ステッピングモータを始めとするモータ等の駆動力発生部と前記駆動力発生部の駆動制御部及び連結棒等によって構成され、設定した弁開閉時期において前記開閉弁を排気管内で回転させ排気管内が閉止状態と開放状態を繰り返すようにしたことにより、ステッピングモータに供給したパルス数に比例した回転角が得られるとともに、パルス周波数に比例した回転速度が得られ、開閉弁の開閉動作をきめ細かく制御することができる。
【００１６】  そして、ステッピングモータを採用することによって、原動機における爆発数当たりの開閉弁の回転数及び弁開閉時期を、原動機の回転数に対応して容易に変更することも可能となり、さらに、設定した停止位置に開閉弁を停止しやすく制御もしやすい。
特に各高回転域においては、開閉弁の停止位置を各高回転域に合わせて複数設定することにより、各高回転域に適した停止位置に開閉弁を停止させることができ、排気ガス流を効率よくタービン側のタービンブレードへ放出することもできる。
また、ステッピングモータを始めとするモータ等の駆動力発生部の採用により、開閉弁や駆動力発生部の配置位置を容易に設定することができる。
よって、低回転域から中・高回転域まで幅広い回転域で過給圧を高められるため、広い回転域で高トルク・高出力を確保した原動機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１及び図２は、請求項１記載の発明における過給器付き原動機の過給圧制御機構の模式的構成説明図で、請求項１記載の発明における過給圧制御機構は、原動機と過給器間の排気管内に回転自在に配置した開閉弁と前記開閉弁の弁開閉を司る開閉弁制御装置からなり、また、前記開閉弁制御装置は、クランク軸と開閉弁の弁軸間に配置された駆動力伝達部と連結棒等で構成され、クランク軸の駆動力で駆動力伝達部に設定した弁開閉時期において前記開閉弁を原動機の爆発数に対し比例回転させ、排気管内が閉止状態と開放状態を繰り返すようにした。【００１８】  図１において、１は原動機。２及び３は前記原動機１の燃焼室内で燃焼・爆発した後の排気ガスを大気側へ導くための排気管で、２が原動機１と過給器４間に位置する前方側の排気管で、３が過給器４後方に位置する排気管である。【００１９】  ５は前方側の排気管２内に配置された開閉弁で、前方側の排気管２内を連続回転することにより排気管２内を閉止状態と開放状態に繰り返しつくりだし、閉止状態では排気ガスの流れを止め開閉弁５上流の排気管２内に排気ガスを溜め込む。また、開放状態では溜め込んだ排気ガスに原動機１から次に排出された排気ガスを加えて過給器４側へ放出する。
開閉弁５には、図２のように一体成型あるいは予め製造された弁軸６が固定され、前方側の排気管２に設けた両弁軸受け部７ａ及び７ｂによって開閉弁５が回転自在に支持されている。
また、開閉弁５は高温の排気ガス流中に晒されるため、セラミック等の耐熱性に優れた材質で製造され、弁軸も含め一体成型に製造してもよい。
さらに、両弁軸受け部部７ａ及び７ｂと弁軸６間は開閉弁５が円滑に回転するように、従来型の過給器と同様に、タービン側のタービンブレードとコンプレッサー側のインペラが両端にそれぞれ配置・固定された回転軸と本体側の軸受け間のように、油を給油した潤滑方式や両者間を空気層で支えるエア・ベアリング方式、また、極めて薄いガス層で支えるガス・ベアリング方式、さらに、注油不要のセラミック式等の軸受けによって開閉弁５が回転自在に支持されている。【００２０】  開閉弁５には、開閉弁５開時に排気ガス流が開閉弁５の下流方向へ流れるとき、開閉弁５の裏側へ巻き込まぬように、図２のように開閉弁閉時においても開閉弁５上流側と開閉弁５下流側を連通させる連通孔８を予め開設しておくとよい。
開閉弁５に連通孔８を開設しておくと、排気ガス流の一部が開閉弁５の連通孔８を通過し、開閉弁５裏側へ流れ出すことによって開閉弁５裏側の圧力が高まり、排気ガス流がスムーズに過給器４方向へ放出されることになる。【００２１】  そして、開閉弁５に開孔する連通孔８には色々な開孔形状が考えられ、例えば図３のように、開閉弁５ａの弁軸６の回転中心Ａ−Ａ’方向を挟んでひょうたん型形状の連通孔８ａも考えられる。
また、図２における円形の連通孔８や図３のひょうたん型連通孔８ａの開設位置においては、開閉弁５及び５ａにおける弁軸６の回転中心Ａ−Ａ’方向に対し直角方向に交差させたが、弁軸６の回転中心Ａ−Ａ’方向に対し円形の連通孔８やひょうたん型の連通孔８ａの各中心線Ｂ−Ｂ’が直角方向以外のある角度をもって交差した実施例も考えられ、直角方向以外のある角度をもって交差させた場合では、連通孔における開孔位置が開閉弁半回転毎に替わるため、開閉弁裏側へ万遍なく排気ガス流を流し込め排気ガス流をスムーズに過給器４方向へ放出することができる。
さらに、上述した円形状の連通孔８は縦長楕円や横長楕円形状等でもよい。【００２２】  ９は駆動力伝動部で、本実施例の駆動力伝動部９では、図２のようにクランク軸１０の駆動力によって二分の一の回転速度で回転する排気側カム軸１１ａと前記開閉弁５に固定した弁軸６と自在継ぎ手２７を介して連結する連結棒１２に其々歯車１３ａ、１３ｂを固定し、その両歯車１３ａ、１３ｂ間にタイミングベルト１４又はタイミングチェン等を掛け、設定した弁開閉時期において前方側の排気管２内で開閉弁５を連続回転させた。
よって、クランク軸１０の駆動力で回転するカム軸１１の回転力が歯車１３ａからタイミングベルト１４やタイミングチェン等を介して連結棒１２に固定する歯車１３ｂを回転させ、さらに、連結棒１２が回転すると連結棒１２に連結する弁軸６が回転し、弁軸６が回転することによって開閉弁５を前方側の排気管２内で原動機１の爆発回数に比例させて連続回転させる。
本実施例では、排気側カム軸１１ａからの駆動力で開閉弁５を連続回転させたが、何らかの理由により吸気側カム軸１１ｂからの駆動力で開閉弁５を連続回転させてもよい。【００２３】  過給器４は、回転軸一方にタービン側１５のタービンブレード１６が配置・固定され、また、前記回転軸他方にコンプレッサー側１７のインペラ１８が配置・固定され、原動機１が排出する排気ガスエネルギーによってタービン側１５のタービンブレード１６が回転し、同時にコンプレッサー側１７のインペラ１８が回転する。
コンプレッサー側１７のインペラ１８の回転によって、大気より吸入した空気を圧縮・加圧し吸気管１９経由で原動機１の燃焼室内に過給する。【００２４】  また、図２で示す駆動力伝動部では、カム軸１１の一端部から駆動力を取り出し連結棒１２を介して開閉弁５を連続回転させたが、カム軸から駆動力を取り出す歯車の配置・位置においては開閉弁に固定した弁軸に回転力を伝えやすく、また効率よく伝えることができればカム軸の前端から後端までどの位置でも可能であり、カム軸側の歯車をカム軸中央付近に固定し連結棒を省略して開閉弁の弁軸に直接歯車を固定し両歯車間にタイミングベルトを掛け開閉弁を連続回転させる実施例も考えられる。
さらに、連結棒を省略し、開閉弁が配置された前方側の排気管集合部分を図２における歯車１３ｂの位置に隣接させた実施例も考えられる。【００２５】  前述した実施例では、両歯車１３ａ、１３ｂ間にタイミングベルト１４又はタイミングチェン等を掛けて開閉弁５を前方側の排気管２内で連続回転させたが、この限りではなく、タイミングベルト又はタイミングチェン等に替え歯車を採用する方法も考えられ、さらにクランク軸に固定した歯車から直接連結棒や弁軸に固定した歯車にタイミングベルト又はタイミングチェン・歯車を掛け、開閉弁を連続回転させる方法も考えられる。
要はクランク軸によって比例回転する所から開閉弁を前方側の排気管内で原動機の爆発回数に対して任意に比例させ連続回転させることができることを条件に適宜選択するとよい。【００２６】  そして開閉弁５を連続回転させる他の方法では、ウォーターポンプ、ジェネレータ、ファンドライブ等の補機類を駆動するプーリーとＶベルトによる方法も考えられ、一例として、Ｖベルトによって回転するアイドラー・プーリーに連結棒を固定し、連結棒に連結する弁軸が回転することで開閉弁５を連続回転させる方法も考えられる。
この方法では、開閉弁を前方側の排気管内で原動機の爆発回数に比例させて正確に連続回転させるために、最適なアイドラー・プーリー径の設定及びＶベルトとプーリー間のスリップを防ぐためのメンテナンスが必要となり、スリップが発生した場合には開閉弁の正確な弁開閉時期を得ることができない。【００２７】  そこで、Ｖベルトとプーリーによる開閉弁の正確な弁開閉時期を得る対処方法として、図４のように、ＶベルトのＶ字側部分２０と反対側に連続的に歯２１を配列した歯付きＶベルト２２を採用し、クランク軸１０ａに歯車２３を、また、アイドラー・プーリー２４の回転軸２５に歯車２６をそれぞれ配置・固定し、前記歯車２３と歯車２６間に前記歯付きＶベルト２２における歯付き側を掛けることによってアイドラー・プーリー２４はクランク軸１０ａの回転に対して正確な回転時期で回転し、開閉弁を正確な弁開閉時期で前方側の排気管内で連続回転させることができる。
また、図４におけるイ、ロ、ハ、二の各プーリーは、一例として、ウォーターポンプ、オルタネータ、ファンドライブ、エアコン用コンプレッサー等に固定され、ホのプーリーは、歯付きＶベルトのオートテンショナーに固定されている。
さらに、図４では、ＶベルトのＶ字側部分２０と反対側に連続的に複数の歯２１を配列・固定したが、ＶベルトのＶ字側と同方向の先端部分に歯を配列する歯付きＶベルトも考えられる。【００２８】  さらに、従来のＶベルトとタイミング・ベルトの各機能を併せ持つ上述した歯付きＶベルト２２一本によって正確な回転時期を必要とする駆動対象や特に正確な回転時期を必要としない駆動対象を併せて駆動する方法では、カム軸や開閉弁を開閉させるアイドラー・プーリー等のように正確な回転時期を必要とする駆動対象についてはＶベルトに配列・固定した複数の歯によって正確な時期で駆動し、さらに、ウォーターポンプ、オルタネータ、ファンドライブ等の各種補機類等のように、特に正確な回転時期を必要としない駆動対象については、Ｖベルト側面のＶ字側部分で駆動する。
前述した歯付きＶベルト一本で正確な回転時期を必要とする駆動対象と特に正確な回転時期を必要としない駆動対象を一緒に駆動することによって、原動機におけるクランク方向の長さを短くすることができ、ひいては本原動機を搭載する自動車のコンパクト化や軽量化を図ることもできる。【００２９】  さらには、前述したアイドラー・プーリーに限らず、プーリーとＶベルトで補機駆動されるウォーターポンプやジェネレータ、ファンドライブ等の補機類から開閉弁を連続回転させる方法も考えられ、それぞれプーリーが固定された回転軸の反対側から直接又は連結棒等を介して開閉弁を前方側の排気管内で連続回転させる。
この実施例では、ウォーターポンプやオルタネータ、ファンドライブ等の補機類の回転中心と開閉弁の弁軸の回転中心を同一線上に設定するとともに、開閉弁を前方側の排気管内で原動機の爆発回数に比例させて連続回転させるため、ウォーターポンプやオルタネータ、ファンドライブ等の補機類側の回転数が開閉弁に設定された回転数に合わせるため、各補機類側の最適なプーリー径の設定が必要となる。【００３０】  次に過給器付き原動機の過給圧制御機構を構成する開閉弁と前記開閉弁の弁開閉を司る開閉弁制御装置の動作及び作用について説明する。
以下、過給圧制御機構を備えた過給器付き原動機においては４ストローク４気筒型で、爆発順序が１、３、４、２に設定された場合を例に説明する。
原動機１と過給器４間の前方側の排気管２内に回転自在に配置した開閉弁５と前記開閉弁５の弁開閉を司る開閉弁制御装置からなる原動機を始動すると、始めに４気筒の内の＃１の気筒内で爆発したとすると、その爆発行程後に＃１の気筒の排気弁が開き排気ガスが前方側の排気管２内に排出される。
この時、前方側の排気管２内を連続回転する開閉弁５が前方側の排気管２内を閉じ始めて閉止し続けるように開閉弁制御装置における駆動力伝動部９の開閉弁開閉時期を設定しておくと、前記＃１の気筒における排気ガス流は閉止続ける開閉弁５によって塞き止められ、開閉弁５上流の排気管２内に溜め込まれる。【００３１】  そして、次に爆発した４気筒の＃３の気筒における排気弁が開くと、排気ガスが前方側の排気管２内に排出される。
この時、前方側の排気管２内を連続回転する開閉弁５が前方側の排気管２内を開き始めて開放し続けるように開閉弁制御装置における駆動力伝動部９の開閉弁開閉時期を設定しておくと、前方側の排気管２内に溜め込まれた＃１の気筒における排気ガスに＃３の気筒における排気ガスが加わって過給器４側へ放出される。【００３２】  前方側の排気管２内に溜め込まれた＃１の気筒における排気ガスに＃３の気筒における排気ガスが加わって過給器４側へ放出されると、過給器４のタービン側１５のタービンブレード１６は大量の排気ガスエネルギーの供給を受け素早く回転が立ち上がり、同時にタービンブレード１６と同一の回転軸他端部に配置・固定されたコンプレッサー側１７のインペラ１８も素早く回転が立ち上がるため、高回転するインペラ１８は吸入した空気を高い遠心力で加圧し、加圧した空気を吸気管１９経由で原動機１の燃焼室内へ過給する。
そして、過給された空気量に見合う量の燃料供給を行うことで燃焼時の爆発圧力は高まり、その回転域のトルク出力が向上し排出される排気ガスのエネルギーも高まる。【００３３】  さらに次に爆発した４気筒の＃４の気筒における排気弁が開くと、排気ガスが前方側の排気管２内に排出される。
この時、前方側の排気管２内を連続回転する開閉弁５が前方側の排気管２内を閉じ始めて閉止し続けるように開閉弁制御装置における駆動力伝動部９の開閉弁開閉時期を設定しておくと、＃４の気筒における排気ガス流は塞き止められ、開閉弁５上流の排気管２内に溜め込まれる。【００３４】  またさらに次に爆発した４気筒の＃２の気筒における排気弁が開くと、排気ガスが前方側の排気管２内に排出される。
この時、前方側の排気管２内を連続回転する開閉弁５が前方側の排気管２内を開き始めて開放するように開閉弁制御装置における駆動力伝動部９の開閉弁開閉時期を設定しておくと、前方側の排気管２内に溜め込まれた＃４の気筒における排気ガスに＃２の気筒における排気ガスが加わって過給器４側へ放出される。【００３５】  惰性回転を維持し続けるタービン側１５のタービンブレード１６は、前方側の排気管２内に溜め込まれた＃４の気筒における排気ガスに＃２の気筒における排気ガスが加わった大量の排気ガスエネルギーの放出を受け、さらに回転を上昇させ、同時にタービンブレード１６と同一の回転軸他端部に配置・固定されたコンプレッサー側１７のインペラ１８も回転が上昇するため、高回転するインペラ１８は吸入した空気を高い遠心力で加圧し、加圧した空気を吸気管１９経由で原動機１の燃焼室内へ過給する。
そして、過給された空気量に見合う量の燃料供給を行うことで燃焼時の爆発圧力は高まり、その回転域のトルクが向上するとともに排出される排気ガスのエネルギーも高まる。
さらに続く回転においても同様な動作が繰り返し行なわれることによって過給器４の回転上昇力は高まり、原動機１における低回転時のトルク出力の向上と低速回転域でのレスポンスの向上を図ることができる。【００３６】  上述した開閉弁制御装置の開閉弁開閉時期の設定においては、一例として、始めに爆発したとする４気筒の内の＃１の気筒の排気弁が開いた時、前方側の排気管２内を連続回転する開閉弁５が前方側の排気管２内を閉じて閉止し続けるように開閉弁制御装置における駆動力伝動部９の開閉弁開閉時期を設定したが、この限りではなく、原動機における吸気弁及び排気弁の弁開閉時期同様、開閉弁の開閉時期設定に関しては色々な開閉時期設定が考えられる。
例えば、開閉弁閉時において、始めに爆発したとする４気筒の内の＃１の気筒の排気弁が開く直前に開閉弁が前方側の排気管２内を閉じて閉止する弁開閉時期の設定や、また、原動機における燃焼室内の残留ガス圧を極力低減するため、始めに爆発した４気筒の内の＃１の気筒の排気弁が開いた直後は、前方側の排気管２内を連続回転する開閉弁５が前方側の排気管２内を開け続ける弁開閉時期の設定等も考えられ、よって、開閉弁の弁開時期及び弁閉時期の設定においては、原動機の使用目的に適合した開閉弁開閉時期を設定することとする。
さらに、上記実施例では、始めに爆発したとする気筒における排気ガス流を開閉弁上流の排気管内に溜め込み、次に爆発した気筒における排気ガスを加えて過給器側へ放出したが、この限りではなく、爆発し排出した排気ガスに対する開閉弁の弁開閉回数の割合は、原動機のトルク特性等を鑑み適宜に設定する。【００３７】  また、上述した実施例において、４気筒の内＃１の気筒の排気管と＃３の気筒の排気管を一本の排気管に集合させ、４気筒の内＃４の気筒の排気管と＃２の気筒の排気管を一本の排気管に集合させ、さらに其々一本に集合させた各排気管を一本の排気管に集合させてやると排気干渉を防げ、さらに、一本の排気管に集合させた集合部先方の形状を絞り込んで細くしてやると、通過する排気ガスの圧力波は正の圧力波から負の圧力波に変わり、４気筒の内＃１の気筒や＃４の気筒における残留ガスや排気管内の排気ガスを吸い出し、気筒内に混合気を過給しやすくなる。【００３８】  上記実施例では、原動機の低回転域から高回転域まで全回転域において開閉弁を連続回転させ、排気ガスをパルス波的に過給器側へ供給していたが、原動機の高速回転域において大量に排出され続ける排気ガスエネルギーを効果的に過給器側へ放出できなくなり、出力を高められない等の問題も考えられる。
そこで、請求項２記載の発明における過給圧制御機構は、設定した回転域以下においては上記した実施例と同様に、排気ガスをパルス波的に過給器側へ放出し、さらに、設定した回転域を上回ったときには、パルス波的に過給器側へ排気ガスを放出する作用に加え、排気ガスを連続的にも過給器側へ放出できるように、上述した請求項１記載の過給圧制御機構の構成に加え、原動機と過給器間に迂回用排気管を並列状に設け、さらに前記迂回用排気管入口に排気ガス流切り換え用の切り換え弁を備えた。【００３９】  以下、請求項２記載の発明における実施形態の一例の構成及び動作・作用を図５を参照して説明する。
図５において、３０は原動機３１と過給器３２間に配置され管内に開閉弁３３を備えた前方側の排気管３４と並列状に配置された迂回用排気管で、前記迂回用排気管３０には排気ガス流切り換え用の切り換え弁３５を備えている。
迂回用排気管３０における前記切り換え弁３５の配置位置においては、迂回用排気管３０の入口や出口、又は入口と出口の中間位置等が考えられるが、其々一長一短があり、迂回用排気管３０入口に配置すると、切り換え弁３５閉時において、開閉弁５上流の排気管２内部容積を狭くできるため、開閉弁５上流の排気管２内部に溜め込まれた排気ガスの圧力を高く保てるが、開閉弁５下流の排気管２内部容積が拡がり過給器側へ放出する排気ガス圧が拡散しやすい。
また、迂回用排気管３０出口に配置すると、逆に開閉弁５上流の排気管２内部容積が拡がり、開閉弁５上流の排気管２内部に溜め込まれた排気ガスの圧力が拡散するが、開閉弁５下流の排気管２内部容積を狭くできるため、過給器側へ放出する排気ガス圧を保てる。
そして入口と出口の中間位置に切り換え弁３５を配置すると、上述した特性の中間的な特性となり、配置位置においては各配置位置の特性を鑑みた上に決定するとよい。【００４０】  前記切り換え弁３５の動作は、原動機３１が低中回転域においては、図５のように切り換え弁３５を閉じることによって迂回用排気管３０側を閉止した状態に保ち続け、原動機３１が排出する排気ガス全流を前方側の排気管３４側のみに流し、そして、原動機３１が設定した中高回転域に達した時に、原動機３１のアクセル系等と連動させて前記迂回用排気管３０を開放するように切り換え弁３５を開け、原動機３１が排出する排気ガス流を前方側の排気管３４側と迂回用排気管３０側の両排気管に分配する。【００４１】  よって、原動機３１が低中回転域においては、前述した請求項１記載の過給圧制御機構の動作・作用と同様に、排気ガス全流が前方側の排気管３４側のみに流れ、前方側の排気管３４内の開閉弁３３を連続回転させてパルス波的に排気ガス流を過給器３２側に放出することで、過給器３２タービン側のタービンブレード３６の回転を素早く立ち上げ、同時にタービンブレード３６と同一の回転軸の他端部に配置・固定したコンプレッサー側のインペラの回転も素早く立ち上がるため、高回転するインペラは吸入した空気を高い遠心力で加圧し、加圧した空気は吸気管経由で原動機の燃焼室内へ過給され低回転域のトルク出力の向上と回転上昇速度のレスポンス向上を図るように作用する。【００４２】  さらに、原動機３１が設定した中高回転域に達した時においては、排気ガス流が前方側の排気管３４と迂回用排気管３０側の両排気管に流れ、前方側の排気管３４内の開閉弁３３を連続回転させ、パルス波的に排気ガス流を過給器３２側に放出するとともに、排気ガス流が迂回用排気管３０側にも連続的に流れ過給器３２側に直接放出され、過給器３２側タービン側のタービンブレード３６の回転をさらに高め、同時にタービンブレード３６と同一の回転軸の他端部に配置・固定したコンプレッサー側のインペラの回転も高められるため、高回転するインペラは吸入した空気をさらに高い遠心力で加圧し、加圧され圧力の高まった空気は吸気管経由で原動機の燃焼室内へ過給され、中高速回転域でのトルク及び出力の向上と回転上昇速度のレスポンス向上を図るように作用する。【００４３】  さらに、請求項３記載の発明は、上記目的を達成するため、原動機と過給器間の排気管内に回転自在に配置した開閉弁と前記開閉弁の弁開閉を司る開閉弁制御装置からなり、また、前記開閉弁制御装置は、弁軸一方に配置・連結され、ステッピングモータを始めとするモータ等の駆動力発生部と前記駆動力発生部の駆動制御部及び連結棒等によって構成され、設定した弁開閉時期において前記開閉弁を排気管内で回転させ排気管内が閉止状態と開放状態を繰り返すようにした。【００４４】  以下、請求項３記載の発明における実施形態の一例を図５を参照して説明する。
図６において、４０は原動機４１と過給器４２間の前方側の排気管４３内に配置された開閉弁で、開閉弁４０には弁軸４４が固定され前方側の排気管４３側に設けた両弁軸受け部４５ａ及び４５ｂによって回転自在に支持されている。
前記弁軸４４一方には、前記開閉弁４０の弁開閉を司る開閉弁制御装置４６が直結又は連結棒等を介して配置・連結されている。【００４５】  前記開閉弁制御装置４６は、開閉弁駆動用にステッピングモータ４７を採用し、前記ステッピングモータ４７は、原動機４１全体の制御を司る原動機中央制御装置４８から駆動制御部４９を介して制御される。
さらに、前記開閉弁制御装置４６における開閉弁駆動用のステッピングモータ４７を制御する駆動制御部４９は、前記ステッピングモータ４７に取り付ける場合と、熱による機能低下を防ぐため離れた位置に配置・固定する場合が考えられる。
また、特に前記駆動制御部４９を独立させて設けず、原動機中央制御装置に一体構成で組み込み、駆動制御部を一体化した原動機中央制御装置から直接ステッピングモータに指示する実施例も考えられる。【００４６】  前記原動機中央制御装置４８は、原動機４１の回転数を始めアクセル開度や水温、ノッキング信号、クランク角度信号、或いはカムシャフト角度等の各部位から各種センサーにより信号を検出収集し、収集した各信号を元にコンプュータ処理し駆動制御部４９に指示してステッピングモータの回転角を制御し、切換え速度で回転速度を制御する。【００４７】  そして、ステッピングモータは駆動制御部４９が必要になるが、このモータは通電する駆動コイルの切換えや電流の方向を切換えごとに回転子が一定の角度ずつ回転し、切換え時期は駆動制御部４８からのパルス信号で指示され、切換えの累積回数でモータの回転角を制御し、切換え速度で回転速度を制御する。
よって、ステッピングモータを採用することで、原動機４１の爆発数当たりの開閉弁４０の回転数を容易に変更することが可能となり、さらに設定した停止位置に開閉弁４０を停止しやすく制御もしやすい。
特に各高回転域においては、開閉弁４０の停止位置を複数設定することによって、各高回転域に適した停止位置に開閉弁４０を停止させ、排気ガス流を効率よく過給器４２のタービン側５０のタービンブレード５１へ放出させることができる。【００４８】  なお、ステッピングモータにおいては、高速で回転するにつれトルク出力が低下する傾向があるため、歯車等で開閉弁４０を増速させ回転させてもとよい。
さらに、本実施例では開閉弁制御装置における駆動力発生部の駆動力源にステッピングモータを採用したが、ステッピングモータの他に速度制御が簡単に行える直流モータやブラシレスモータ等、他の駆動力源の採用も充分に考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】  請求項１記載の発明における過給器付き原動機の過給圧制御機構を前後方向から見た模式的構成説明図。  また、図１における過給器の配置方向は、排気ガスの流れ方や吸気の流れ方を詳細に説明する構成説明図であり、実際に過給器を原動機に取り付ける場合においては、諸条件を鑑み、適宜に選択決定する。
【図２】  請求項１記載の発明における過給器付き原動機の過給圧制御機構を横方向から見た模式的構成説明図で、図２において過給器は省略してある。
【図３】  開閉弁５ａに開孔する連通孔８ａの開孔形状を示す構成説明図。
【図４】  ＶベルトのＶ字側部分２０と反対側に連続的に歯２１を配列・固定した歯付きＶベルト２２一部分の外観形状を示す外観図。
【図５】  請求項２記載の発明における過給器付き原動機の過給圧制御機構を前後方向から見た模式的構成説明図。
【図６】  請求項３記載の発明における過給器付き原動機の過給圧制御機構を前後方向から見た模式的構成説明図。
【符号の説明】
【００５０】１、３１、４１      原動機
２、３４、４３      前方側の排気管
３      後方側の排気管
４、３２、４２      過給器
５、５ａ、３３，４０      開閉弁
６、４４      開閉弁の弁軸
７ａ、７ｂ、４５ａ、４５ｂ      弁軸の軸受け部
８、８ａ      連通孔
９      駆動力伝動部
１０、１０ａ      クランク軸
１１ａ      吸気側カム軸
１１ｂ      排気側カム軸
１２      連結棒
１３ａ、１３ｂ      歯車
１４      タイミングベルト
１５、５０      過給器のタービン側
１６、３６、５１      タービン側のタービンブレード
１７      過給器のコンプレッサー側
１８      コンプレッサー側のインペラ
１９      吸気管
２０      ＶベルトのＶ字側部分
２１      歯
２２      歯付きＶベルト
２３、２６      歯車
２４      アイドラー・プーリー
２５      アイドラー・プーリーの回転軸
３０      迂回用排気管
３５      排気ガス流切り換え弁
４６      開閉弁制御装置
４７      スッテピングモータ
４８      原動機中央制御装置
４９      駆動制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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