圧力波過給機
【課題】ロータが熱によって伸びてもロータとハウジングとの接触を防止することが可能な圧力波過給機を提供する。
【解決手段】複数のセル１３を有するロータ１２を回転可能に収容する収容室２１と、ロータ１２の一方の端面１２ａが対向する吸気側壁面１６ａが設けられた固定ハウジング１４と、ロータ１２の他方の端面１２ｂが対向する排気側壁面１８ａが設けられた可動ハウジング１５とを有し、可動ハウジング１５が固定ハウジング１４に対して中心線ＣＬ方向に相対移動可能に設けられたハウジング１１と、可動ハウジング１５を中心線ＣＬ方向に駆動するアクチュエータ２８とを備え、ロータ１２と排気側壁面１８ａとの間の排気側クリアランスＣｅの大きさが判定値以下か否か判定し、排気側クリアランスＣｅの大きさが判定値以下と判定した場合は、吸気側壁面１６ａと排気側壁面１８ａとの間の距離が拡げられるようにアクチュエータ２８が駆動される。
【解決手段】複数のセル１３を有するロータ１２を回転可能に収容する収容室２１と、ロータ１２の一方の端面１２ａが対向する吸気側壁面１６ａが設けられた固定ハウジング１４と、ロータ１２の他方の端面１２ｂが対向する排気側壁面１８ａが設けられた可動ハウジング１５とを有し、可動ハウジング１５が固定ハウジング１４に対して中心線ＣＬ方向に相対移動可能に設けられたハウジング１１と、可動ハウジング１５を中心線ＣＬ方向に駆動するアクチュエータ２８とを備え、ロータ１２と排気側壁面１８ａとの間の排気側クリアランスＣｅの大きさが判定値以下か否か判定し、排気側クリアランスＣｅの大きさが判定値以下と判定した場合は、吸気側壁面１６ａと排気側壁面１８ａとの間の距離が拡げられるようにアクチュエータ２８が駆動される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジング内に設けたロータのセル内に吸気と排気とを交互に導入し、セル内に導入した排気の圧力波でそのセル内の吸気を加圧して過給を行う圧力波過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のセルを有するロータがハウジング内に回転自在に設けられ、各セル内に吸気と排気とを交互に導入して過給を行う圧力波過給機が知られている。この圧力波過給機ではハウジング内に排気を導入するので、排気の熱でハウジングやロータが伸びる。そこで、ロータを熱膨張係数が小さいセラミック製とした圧力波過給機が知られている（例えば、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が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０１−１５９４１８号公報
【特許文献２】特開２００１−５１５１７０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の過給機においてもロータを支持している軸が熱によって伸びるため、これによりロータとハウジングとの間のクリアランスの大きさが変化するおそれがある。そして、このクリアランスが小さくなった場合には、ロータとハウジングとが接触するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、ロータが熱によって伸びてもロータとハウジングとの接触を防止することが可能な圧力波過給機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】
【０００６】
本発明の圧力波過給機は、中心線方向に貫通する複数のセルを有する円筒状のロータと、前記ロータを前記中心線回りに回転可能に収容する収容室と、前記収容室に収容されているロータの一方の端面が対向する前記収容室の吸気側壁面が設けられた第１ハウジング部材と、前記収容室に収容されているロータの他方の端面が対向する前記収容室の排気側壁面が設けられた第２ハウジング部材と、を有し、前記第２ハウジング部材が前記第１ハウジング部材に対して前記中心線方向に相対移動可能に設けられたハウジングと、前記第２ハウジング部材及び前記第１ハウジング部材の少なくともいずれか一方を前記中心線方向に駆動する駆動手段と、前記ロータと前記吸気側壁面との間のクリアランス及び前記ロータと前記排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが予め設定した所定の判定値以下か否か判定するクリアランス判定手段と、前記クリアランス判定手段によって前記ロータと前記吸気側壁面との間のクリアランス及び前記ロータと前記排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが前記判定値以下と判定された場合に、前記吸気側壁面と前記排気側壁面との間の距離が拡げられるように前記駆動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）。
【０００７】
本発明の圧力波過給機によれば、第２ハウジング部材を第１ハウジング部材に対して中心線方向に相対移動させることができるので、吸気側壁面と排気側壁面との間の距離を適宜に変更することができる。そして、この圧力波過給機では、クリアランス判定手段によってロータと吸気側壁面との間のクリアランス及びロータと排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが判定値以下と判定された場合には吸気側壁面と排気側壁面との距離が拡げられる。そのため、排気の熱によってロータが中心線方向に伸びてロータと吸気側壁面との間及びロータと排気側壁面との間にそれぞれクリアランスを確保することができる。従って、ハウジングとロータとが接触することを防止できる。
【０００８】
本発明の圧力波過給機の一形態においては、前記ロータの回転時に発生する音を検出する音圧検出手段をさらに備え、前記クリアランス判定手段は、前記音圧検出手段によって検出された音の音圧が予め設定した所定の判定圧以上の場合に、前記ロータと前記吸気側壁面との間のクリアランス及び前記ロータと前記排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが前記判定値以下と判定してもよい（請求項２）。ロータと吸気側壁面との間のクリアランス又はロータと排気側壁面との間のクリアランスのいずれかのクリアランスが小さくなるとロータの回転時に発生する風切り音が大きくなる。一方、いずれのクリアランスも十分確保されていると風切り音は小さい。このようにロータと吸気側壁面との間のクリアランス及びロータと排気側壁面との間のクリアランスとロータの回転時に発生する風切り音は相関関係を有している。そのため、ロータの回転時に発生する音の音圧に基づいて吸気側壁面又は排気側壁面とロータとの間のクリアランスが判定値以下か否か判定することができる。
【０００９】
本発明の圧力波過給機の一形態において、前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの一方のハウジング部材は、円筒状に形成されるとともに外周面に雄ネジ部が設けられており、前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの他方のハウジング部材は、円筒状に形成されるとともに内周面に前記一方のハウジング部材の前記雄ネジ部がねじ込まれる雌ネジ部が設けられ、前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材とは、前記一方のハウジング部材の雄ネジ部が前記他方のハウジング部材の雌ネジ部にねじ込まれることにより前記中心線方向に並ぶように組み合わされており、前記駆動手段は、前記一方のハウジング又は他方のハウジング部材のいずれか一方を前記中心線回りに回転駆動してもよい（請求項３）。この場合、一方のハウジング部材又は他方のハウジング部材のいずれか一方を回転させるのみで吸気側壁面と排気側壁面との距離を適宜に変更することができる。
【００１０】
本発明の圧力波過給機の一形態において、前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの一方のハウジング部材には、前記中心線方向に突出する凸部が設けられ、前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの他方のハウジング部材には、前記中心線方向に凹んで前記一方のハウジング部材の前記凸部が挿入される凹部が設けられ、前記駆動手段として、前記凸部が挿入されることによって前記凹部内に形成される油圧室と、前記油圧室の油圧を調整可能な油圧調整手段とが設けられていてもよい（請求項４）。この形態では、油圧室がハウジングに設けられるので、駆動手段の一部をハウジングに内蔵させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上に説明したように、本発明の圧力波過給機によれば、第２ハウジング部材を第１ハウジング部材に対して中心線方向に相対移動させることができるので、吸気側壁面と排気側壁面との間の距離を適宜に変更することができる。そして、ロータと吸気側壁面との間のクリアランス及びロータと排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが判定値以下と判定された場合には吸気側壁面と排気側壁面との間の距離が拡げられるので、ハウジングとロータとが接触することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の形態に係る圧力波過給機が組み込まれた内燃機関の概略を示す図。
【図２】圧力波過給機の断面を示す図。
【図３】圧力波過給機を図２の矢印III方向から見た図。
【図４】ＥＣＵが実行するアクチュエータ制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】ハウジングとロータとの間のクリアランスの大きさとロータの作動音の音圧との関係の一例を示す図。
【図６】本発明の第２の形態に係る圧力波過給機の断面を示す図。
【図７】図６において円で囲んだ部分を拡大して示す図。
【図８】第２の形態に係る圧力波過給機を図６の矢印VIII方向から見た図。
【図９】第２の形態に係る圧力波過給機の外観を示す図。
【図１０】本発明の第３の形態に係る圧力波過給機の断面を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る圧力波過給機が組み込まれた内燃機関の概略を示している。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。この図に示すように吸気通路３には、吸気流れの上流側から順に圧力波過給機１０Ａ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５と、吸気量を調整するための吸気制御弁６とが設けられている。排気通路４には、圧力波過給機１０Ａの排気側端部１０ｂが設けられている。
【００１４】
図２は、圧力波過給機１０Ａの断面を示している。また、図３は、圧力波過給機１０Ａを図２の矢印III方向から見た図を示している。図２に示すように圧力波過給機１０Ａは、ハウジング１１と、円筒状のロータ１２とを備えている。ロータ１２には、その中心線ＣＬ方向に貫通する複数のセル１３が設けられている。ハウジング１１は、第１ハウジング部材としての固定ハウジング１４と、第２ハウジング部材としての可動ハウジング１５とを備えている。各ハウジング１４、１５はそれぞれ円筒状に形成されている。この図に示すように固定ハウジング１４は、可動ハウジング１５よりも外径が小さい。固定ハウジング１４は、機関本体２や車両の車体等に移動不能に固定されている。
【００１５】
固定ハウジング１４は、吸気側端部１０ａとなる円筒状の吸気側壁部１６と、吸気側壁部１６から中心線ＣＬ方向に延びる中空円筒状の内筒部１７とを備えている。吸気側壁部１６と内筒部１７とは外径が略同じであり、吸気側壁部１６と内筒部１７とは同軸に設けられている。内筒部１７は、その内径がロータ１２の外径よりも若干大きくなるように形成されている。可動ハウジング１５は、排気側端部１０ｂとなる円筒状の排気側壁部１８と、排気側壁部１８から中心線ＣＬ方向に延びる中空円筒状の外筒部１９とを備えている。排気側壁部１８と外筒部１９とは外径が同じであり、排気側壁部１８と外筒部１９とは同軸に設けられている。この図に示すように外筒部１９は、小径部１９ａと、内径が小径部１９ａより大きい大径部１９ｂとを備えている。小径部１９ａと大径部１９ｂとは、排気側壁部１８から小径部１９ａ、大径部１９ｂの順で中心線ＣＬ方向に並ぶように設けられている。また、小径部１９ａと大径部１９ｂとは同軸に設けられている。小径部１９ａは、その内径が内筒部１７の内径と同じになるように形成されている。大径部１９ｂは、その内径が内筒部１７の外径よりも大きくなるように形成されている。
【００１６】
この図に示すように固定ハウジング１４と可動ハウジング１５とは同軸に組み合わされている。また、可動ハウジング１５は、固定ハウジング１４の内筒部１７が外筒部１９の大径部１９ｂ内に挿入されるようにして固定ハウジング１４に組み付けられている。この際、可動ハウジング１５は、中心線ＣＬ方向に移動可能なように固定ハウジング１４に組み付けられている。そのため、ハウジング１１は中心線ＣＬ方向に伸縮可能なように構成されている。外筒部１９の大径部１９ｂの内周面と内筒部１７の外周面との間には、この隙間を塞ぐための複数のシール部材２０が設けられている。
【００１７】
このように固定ハウジング１４と可動ハウジング１５とを組み合わせることにより、ハウジング１１内に収容室２１が形成される。収容室２１内には、ロータ１２が固定ハウジング１４及び可動ハウジング１５とそれぞれ同軸になり、かつ中心線ＣＬ回りに回転可能なように収容されている。また、この図に示すようにロータ１２は、一方の端面１２ａが収容室２１の吸気側壁面１６ａと対向し、他方の端面１２ｂが収容室２１の排気側壁面１８ａと対向するように収容室２１内に収容されている。
【００１８】
吸気側壁部１６には、吸気導入ポート２２及び吸気吐出ポート２３が設けられている。吸気導入ポート２２は収容室２１内と吸気通路３のうち圧力波過給機１０Ａよりも吸気の流れ方向上流側の区間３ａとを接続し、吸気吐出ポート２３は収容室２１内と吸気通路３のうち圧力波過給機１０Ａよりも吸気の流れ方向下流側の区間３ｂとを接続している。排気側壁部１８には、排気導入ポート２４及び排気吐出ポート２５が設けられている。排気導入ポート２４は収容室２１内と排気通路４のうち圧力波過給機１０Ａよりも排気の流れ方向上流側の区間４ａとを接続し、排気吐出ポート２５は収容室２１内と排気通路４のうち圧力波過給機１０Ａよりも排気の流れ方向下流側の区間４ｂとを接続している。
【００１９】
圧力波過給機１０Ａは、中心線ＣＬ回りに回転可能な回転軸２６を備えている。回転軸２６は、吸気側壁部１６に回転可能に支持されている。また、回転軸２６は、中心線ＣＬ上に配置されている。回転軸２６の一端は、吸気側壁部１６から収容室２１内に突出している。その回転軸２６の一端には、ロータ１２が同軸に取り付けられている。回転軸２６とロータ１２とは、一体に回転するように連結されている。回転軸２６の他端は、電動モータ２７の出力軸と連結されている。
【００２０】
図２及び図３に示すように圧力波過給機１０Ａには、駆動手段としての複数（図３では５つ）のアクチュエータ２８が設けられている。これら複数のアクチュエータ２８は、固定ハウジング１３の吸気側壁部１６の外周面に取り付けられている。また、複数のアクチュエータ２８は周方向に所定の間隔で配置されている。図２に示すようにアクチュエータ２８は、本体２８ａと、本体２８ａに往復動可能に支持されているピストンロッド２８ｂとを備えている。本体２８ａには、ピストンロッド２８ｂを駆動するための駆動機構（不図示）が設けられている。この駆動機構は、本体２８ａから突出するピストンロッド２８ｂの長さを調整可能なように構成されている。このアクチュエータ２８には、電動シリンダ、油圧シリンダ、又はエアシリンダ等の周知のアクチュエータが用いられる。そのため、詳細な説明は省略する。この図に示すように各アクチュエータ２８は、ピストンロッド２８ａが中心線ＣＬ方向に往復動するように固定ハウジング１３に設けられている。ピストンロッド２８ａの先端は、可動ハウジング１５と連結されている。そのため、各アクチュエータ２８のピストンロッド２８ｂが往復動することにより、ハウジング１１が中心線ＣＬ方向に伸縮される。
【００２１】
圧力波過給機１０Ａには、電動モータ２７によってロータ１２が回転駆動されているときに発生する作動音、具体的には風切り音を検出する音圧検出手段としてのマイク２９が設けられている。
【００２２】
複数のアクチュエータ２８の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットであり、所定の制御プログラムに従って吸気制御弁６等の動作を制御することにより、エンジン１を目標とする運転状態に制御する。ＥＣＵ３０には、エンジン１の運転状態を判別するためにクランク軸の回転速度に対応した信号を出力するクランク角センサ３１、吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ３２等が接続されている。また、ＥＣＵ３０には、上述したマイク２９も接続されている。この他にもＥＣＵ３０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。
【００２３】
周知のように圧力波過給機１０Ａは、各セル１３内に吸気と排気とを交互に導入し、排気の圧力波でセル１３内の吸気を加圧してエンジン１の過給を行う。このようにハウジング１１内には排気が導入されるので、ハウジング１１及びロータ１２が排気の熱で中心線ＣＬ方向に伸びる。この際にハウジング１１の熱伸びよりもロータ１２の熱伸びの方が大きいとロータ１２と吸気側壁面１６ａとの間の吸気側クリアランスＣｉ又はロータ１２と排気側壁面１８ａとの間の排気側クリアランスＣｅが小さくなり、ロータ１２がハウジング１１に接触するおそれがある。ロータ１２は排気が導入される側の方が高温になるため、吸気側クリアランスＣｉよりも排気側クリアランスＣｅの方が小さくなり易い。また、図２に示すように圧力波過給機１０Ａでは、ロータ１２が固定側ハウジング１４に支持されているので、ハウジング１１を伸縮させた場合には排気側クリアランスＣｅが変化する。
【００２４】
図４は、ＥＣＵ３０がハウジング１１とロータ１２との接触を回避するために実行するアクチュエータ制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。この制御ルーチンを実行することによりＥＣＵ３０が本発明の制御手段として機能する。
【００２５】
この制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０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、及び吸入空気量等が取得される。また、この処理では、ロータ１２の作動音も取得される。次のステップＳ１２では、ロータ１２が回転中か否か判定する。ロータ１２が停止中と判定した場合は今回の制御ルーチンを終了する。
【００２６】
一方、ロータ１２が回転中と判定した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０はロータ１２の作動音の音圧ＡＰが予め設定した所定の判定圧ＡＰＣ以上か否か判定する。図５は、排気側クリアランスＣｅの大きさとロータ１２の作動音（風切り音）の音圧ＡＰとの関係の一例を示している。この図に示すように排気側クリアランスＣｅが小さくなるほど作動音の音圧ＡＰが大きくなる。そこで、例えばロータ１２が振動してもハウジング１１とロータ１２との接触を防止可能な最小の排気側クリアランスを実験等により求め、その最小の排気側クリアランスに対応する音圧を判定圧ＡＰＣに設定する。この図では、破線を引いた位置の音圧が判定圧ＡＰＣに設定される。そのため、最小の排気側クリアランスが本発明の判定値に対応する。なお、判定圧ＡＰＣは、上述した最小の排気側クリアランスに対応する音圧に限定されない。この最小の排気側クリアランスに対応する音圧よりも大きめの値を設定するなど判定圧ＡＰＣはハウジング１１とロータ１２との接触を回避可能なように適宜に設定してよい。この場合は、判定圧ＡＰＣに対応する排気側クリアランスの大きさが本発明の判定値となる。なお、この処理を実行することによりＥＣＵ３０が本発明のクリアランス判定手段として機能する。
【００２７】
作動音の音圧ＡＰが判定圧ＡＰＣ以上と判定した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０はクリアランス拡大制御を実行する。このクリアランス拡大制御では、ハウジング１１が中心線ＣＬ方向に予め設定した所定長さだけ伸びるように各アクチュエータ２８の動作が制御される。すなわち、可動ハウジング１５が図２の矢印Ｒ方向に所定長さだけ移動するように各アクチュエータ２８の動作が制御される。これにより吸気側壁面１６ａと排気側壁面１８ａとの間の距離が拡げられ、排気側クリアランスＣｅが拡げられる。この際、各アクチュエータ２８はそれぞれのピストンロッド２８ｂが同時に同じ長さで伸びるように制御される。所定長さとしては、例えば０．０５ｍｍが設定される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２８】
一方、作動音の音圧ＡＰが判定圧ＡＰＣ未満と判定した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ３０はクリアランス縮小制御を実行する。クリアランス縮小制御では、ハウジング１１が中心線ＣＬ方向に予め設定した所定長さだけ縮むように各アクチュエータ２８の動作が制御される。すなわち、可動ハウジング１５が図２の矢印Ｌ方向に所定長さだけ移動するように各アクチュエータ２８の動作が制御される。これにより吸気側壁面１６ａと排気側壁面１８ａとの間の距離が縮められ、排気側クリアランスＣｅが縮められる。この際、各アクチュエータ２８は、それぞれのピストンロッド２８ｂが同時に同じ長さで縮むように制御される。所定長さには、上述したクリアランス拡大制御と同じ長さが設定される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２９】
以上に説明したように、第１の形態に係る圧力波過給機１０Ａによれば、ハウジング１１を中心線ＣＬ方向に伸縮させることができるので、吸気側壁面１６ａと排気側壁面１８ａとの間の距離を適宜に変更することができる。そのため、排気側クリアランスＣｅの大きさを適宜に変更することができる。従って、ロータ１２が排気の熱で中心線ＣＬ方向に伸びてもそれに応じてハウジング１１を適切に伸縮させることにより、ハウジング１１とローラ１２との接触を防止することができる。
【００３０】
上述したように排気側クリアランスＣｅとロータ１２の作動音の音圧とは相関関係を有しているので、その作動音の音圧に基づいて排気側クリアランスＣｅが判定値以下か否か判定できる。作動音は圧力波過給機１０Ａの外面にマイク２９を設けても検出可能である。そのため、圧力波過給機１０Ａにマイク２９を設ける部分を新たに加工する必要がない。また、この場合、ロータ１２とセンサとを接触させることなく排気側クリアランスＣｅが小さくなっているか否か判定できる。
【００３１】
（第２の形態）
図６〜図９を参照して本発明の第２の形態に係る圧力波過給機１０Ｂについて説明する。なお、この形態において第１の形態と共通の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図６は、この形態に係る圧力波過給機１０Ｂの断面を示している。図７は、図６において円で囲んだ部分Ｐを拡大して示している。図８は、圧力波過給機１０Ｂを図６の矢印VIII方向から見た図を示している。図９は、圧力波過給機１０Ｂの外観を示している。
【００３２】
図６及び図７に示すように、この形態の圧力波過給機１０Ｂでは、固定ハウジング１４の内筒部１７の外周面に雄ネジ部４０が設けられている。なお、この形態においても固定ハウジング１４は、機関本体２や車両の車体等に移動不能に固定されている。可動ハウジング１５の大径部１９ｂの内周面には、その雄ネジ部４０がねじ込まれる雌ネジ部４１が設けられている。これらの図に示すように雌ネジ部４１は、外筒部１９の先端部分に設けられている。内筒部１７の外周面の先端部分には、シール部材２０が配置されるシール部４２が設けられている。雄ネジ部４０は、そのシール部４２よりも吸気側壁部１６寄りに設けられている。
【００３３】
図６に示すように固定ハウジング１４と可動ハウジング１５とは、内筒部１７の雄ネジ部４０が外筒部１９の雌ネジ部４１にねじ込まれることにより組み合わされている。この場合、可動ハウジング１５を中心線ＣＬ回りに回転させることによりハウジング１１を伸縮させることができる。
【００３４】
図８及び図９に示すように圧力波過給機１０Ｂは、駆動手段としての１つのアクチュエータ４３を備えている。なお、このアクチュエータ４３も第１の形態で示したものと同じであり、本体４３ａと、本体４３ａに往復動可能に支持されているピストンロッド４３ｂとを備えている。ピストンロッド４３ｂの先端は、可動ハウジング１５の外周面と連結されている。このアクチュエータ４３の本体４３ａは、機関本体２又は車両の車体に移動不能に固定されている。この際、本体４３ａは、ピストンロッド４３ｂの往復動する方向が雌ネジ部４１のネジ山と平行になるように固定される。そのため、アクチュエータ４３は、ピストンロッド４３ｂを往復動させることによって可動ハウジング１５を回転駆動することができる。
【００３５】
この形態においてもアクチュエータ４３の動作は、ＥＣＵ３０に制御される。ＥＣＵ３０は、第１の形態と同様に図４の制御ルーチンを実行してアクチュエータ４３の動作を制御する。すなわち、ＥＣＵ３０は、ロータ１２の作動音の音圧ＡＰが判定圧ＡＰＣ以上の場合にはハウジング１１が中心線ＣＬ方向に伸びるようにアクチュエータ４３を制御し、作動音ＡＰの音圧が判定圧ＡＰＣ未満の場合にはハウジング１１が中心線ＣＬ方向に縮むようにアクチュエータ４３を制御する。
【００３６】
以上に説明したように、この形態では、固定ハウジング１４の雄ネジ部４０が可動ハウジング１５の雌ネジ部４１にねじ込まれることによって固定ハウジング１４と可動ハウジング１５とが組み合わされている。そのため、可動ハウジング１５を中心線ＣＬ回りに回転させるのみでハウジング１１を中心線ＣＬ方向に伸縮させることができる。そして、これにより吸気側壁面１６ａと排気側壁面１８ａとの間の距離を適宜に変更することができる。従って、ハウジング１１とロータ１２とが接触することを防止できる。
【００３７】
この形態では、１つのアクチュエータ４３で可動ハウジング１５を中心線ＣＬ方向に移動させることができるので、コストを低減できる。また、この形態では、各ネジ部４０、４１のピッチを変更することにより可動ハウジング１５を回転させたときに可動ハウジング１５が中心線ＣＬ方向に移動する距離を容易に変更できる。なお、この形態ではアクチュエータ４３の代わりに電動モータを設けて可動ハウジング１５を回転駆動してもよい。
【００３８】
（第３の形態）
図１０を参照して本発明の第３の形態に係る圧力波過給機１０Ｃを説明する。この図は圧力波過給機１０Ｃの断面を示している。なお、この形態において上述した各形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この図に示すようにこの形態では、外筒部１９の先端に中心線ＣＬ方向に突出するとともに径方向外側に延びる凸部としてのフランジ部５０が設けられている。固定ハウジング１４には、内筒部１７の代わりに円筒状の円筒部５１が設けられている。円筒部５１は吸気側壁部１６と同軸に設けられている。円筒部５１の外径は、フランジ部５０の外径よりも大きい。円筒部５１には、外筒部１９の小径部１９ａと同じ内径の貫通穴５２が同軸に設けられている。貫通穴５２の穴の周囲には、凹部としての溝部５３が全周に亘って設けられている。溝部５３は、中心線ＣＬ方向に凹むように設けられている。円筒部５１は、溝部５３の開口部が可動ハウジング１５側を向くように吸気側壁部１６に設けられている。この図に示すように溝部５３は、その内部にフランジ部５０を挿入することが可能なように形成されている。
【００３９】
固定ハウジング１４と可動ハウジング１５とは、フランジ部５０が溝部５３内に挿入されるようにして同軸に組み合わされている。この図に示すように大径部１９ｂの内周面及びフランジ部５０の外周面には、それぞれシール部材２０が設けられている。このようにシール部材２０を設けることにより溝部５３とフランジ部５０とに囲まれた部分に油圧室５４が形成される。油圧室５４には、不図示のオイルポンプから吐出されたオイルを油圧室５４に導入するためのオイル通路５５が接続されている。オイル通路５５には、油圧室５４内の油圧を調整可能な油圧調整手段としての油圧バルブ５６が設けられている。可動ハウジング１５には、可動ハウジング１５を固定ハウジング１４側に付勢するスプリング５７が取り付けられている。
【００４０】
この圧力波過給機１０Ｃでは、油圧室５４の油圧を高めることによってフランジ部５０をこの図の左側に移動させることができるので、ハウジング１１を伸ばすことができる。一方、油圧室５４の油圧を低下させた場合にはスプリング５７によって可動ハウジング１５がこの図の左側に移動するので、ハウジング１１を縮めることができる。このようにこの形態の圧力波過給機１０Ｃにおいてもハウジング１１を伸縮させることができる。このように可動ハウジング１５を動かすことにより、油圧室５４及び油圧バルブ５６が本発明の駆動手段に相当する。
【００４１】
油圧バルブ５６の動作は、ＥＣＵ３０によって制御される。ＥＣＵ３０は、上述した各形態と同様にこの形態においても図４に示した制御ルーチンを実行して油圧バルブ５６の動作を制御する。この形態では、ロータ１２の作動音の音圧ＡＰが判定圧ＡＰＣ以上の場合には油圧室５４の油圧が上昇するように油圧バルブ５６が制御され、作動音の音圧ＡＰが判定圧ＡＰＣ未満の場合には油圧室５４の油圧が低下するように油圧バルブ５６が制御される。
【００４２】
以上に説明したように、この圧力波過給機１０Ｃにおいてもハウジング１１を中心線ＣＬ方向に伸縮させることができるので、吸気側壁面１６ａと排気側壁面１８ａとの間の距離を適宜に変更することができる。そのため、ロータ１２が排気の熱によって中心線ＣＬ方向に伸びてもハウジング１１を伸ばすことによりハウジング１１とロータ１２とが接触することを防止できる。また、この形態では、油圧室５４の油圧で可動ハウジング１５を駆動するので、可動ハウジング１５の駆動機構の一部をハウジング１１に内蔵させることができる。
【００４３】
本発明は、上述した各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、ロータと排気側壁面との間のクリアランスが判定値以下か否か判定する方法は音圧に限定されない。ハウジング及びロータが排気の熱によって伸びる長さは、排気の温度に基づいて求めることができる。また、排気の温度は排気の流量及び内燃機関の回転数等と相関関係を有している。そこで、排気量又は内燃機関の回転数等に基づいてクリアランスが判定値以下か否か判定してもよい。この他にもロータと排気側壁面との間のクリアランスの大きさと相関関係を有する種々の物理量に基づいてそのクリアランスが判定値以下か否か判定してよい。
【００４４】
上述した各形態では、ハウジングを構成する２つのハウジング部材のうち吸気側に設けられるハウジング部材を移動不能に固定し、排気側に設けられるハウジング部材を移動可能としたが、これらは逆でもよい。すなわち、吸気側に設けられるハウジング部材を移動可能とし、排気側に設けられるハウジング部材を移動不能に固定してもよい。
【００４５】
本発明では、ハウジングの伸縮を制御する際に参照するクリアランスは排気側クリアランスに限定されない。吸気側クリアランス及び排気側クリアランスの両方に基づいてハウジングの伸縮を制御してもよいし、吸気側クリアランスに基づいてハウジングの伸縮を制御してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 圧力波過給機
１１ ハウジング
１２ ロータ
１２ａ 一方の端面
１２ｂ 他方の端面
１３ セル
１４ 固定ハウジング（第１ハウジング部材）
１５ 可動ハウジング（第２ハウジング部材）
１６ａ 吸気側壁面
１８ａ 排気側壁面
２１ 収容室
２８ アクチュエータ（駆動手段）
２９ マイク（音圧検出手段）
３０ エンジンコントロールユニット（クリアランス判定手段、制御手段）
４０ 雄ネジ部
４１ 雌ネジ部
５０ フランジ部（凸部）
５３ 溝部（凹部）
５４ 油圧室
５６ 油圧バルブ（油圧調整手段）
ＣＬ 中心線
Ｃｉ ロータと吸気側壁面との間のクリアランス
Ｃｅ ロータと排気側壁面との間のクリアランス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジング内に設けたロータのセル内に吸気と排気とを交互に導入し、セル内に導入した排気の圧力波でそのセル内の吸気を加圧して過給を行う圧力波過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のセルを有するロータがハウジング内に回転自在に設けられ、各セル内に吸気と排気とを交互に導入して過給を行う圧力波過給機が知られている。この圧力波過給機ではハウジング内に排気を導入するので、排気の熱でハウジングやロータが伸びる。そこで、ロータを熱膨張係数が小さいセラミック製とした圧力波過給機が知られている（例えば、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が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０１−１５９４１８号公報
【特許文献２】特開２００１−５１５１７０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の過給機においてもロータを支持している軸が熱によって伸びるため、これによりロータとハウジングとの間のクリアランスの大きさが変化するおそれがある。そして、このクリアランスが小さくなった場合には、ロータとハウジングとが接触するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、ロータが熱によって伸びてもロータとハウジングとの接触を防止することが可能な圧力波過給機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】
【０００６】
本発明の圧力波過給機は、中心線方向に貫通する複数のセルを有する円筒状のロータと、前記ロータを前記中心線回りに回転可能に収容する収容室と、前記収容室に収容されているロータの一方の端面が対向する前記収容室の吸気側壁面が設けられた第１ハウジング部材と、前記収容室に収容されているロータの他方の端面が対向する前記収容室の排気側壁面が設けられた第２ハウジング部材と、を有し、前記第２ハウジング部材が前記第１ハウジング部材に対して前記中心線方向に相対移動可能に設けられたハウジングと、前記第２ハウジング部材及び前記第１ハウジング部材の少なくともいずれか一方を前記中心線方向に駆動する駆動手段と、前記ロータと前記吸気側壁面との間のクリアランス及び前記ロータと前記排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが予め設定した所定の判定値以下か否か判定するクリアランス判定手段と、前記クリアランス判定手段によって前記ロータと前記吸気側壁面との間のクリアランス及び前記ロータと前記排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが前記判定値以下と判定された場合に、前記吸気側壁面と前記排気側壁面との間の距離が拡げられるように前記駆動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）。
【０００７】
本発明の圧力波過給機によれば、第２ハウジング部材を第１ハウジング部材に対して中心線方向に相対移動させることができるので、吸気側壁面と排気側壁面との間の距離を適宜に変更することができる。そして、この圧力波過給機では、クリアランス判定手段によってロータと吸気側壁面との間のクリアランス及びロータと排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが判定値以下と判定された場合には吸気側壁面と排気側壁面との距離が拡げられる。そのため、排気の熱によってロータが中心線方向に伸びてロータと吸気側壁面との間及びロータと排気側壁面との間にそれぞれクリアランスを確保することができる。従って、ハウジングとロータとが接触することを防止できる。
【０００８】
本発明の圧力波過給機の一形態においては、前記ロータの回転時に発生する音を検出する音圧検出手段をさらに備え、前記クリアランス判定手段は、前記音圧検出手段によって検出された音の音圧が予め設定した所定の判定圧以上の場合に、前記ロータと前記吸気側壁面との間のクリアランス及び前記ロータと前記排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが前記判定値以下と判定してもよい（請求項２）。ロータと吸気側壁面との間のクリアランス又はロータと排気側壁面との間のクリアランスのいずれかのクリアランスが小さくなるとロータの回転時に発生する風切り音が大きくなる。一方、いずれのクリアランスも十分確保されていると風切り音は小さい。このようにロータと吸気側壁面との間のクリアランス及びロータと排気側壁面との間のクリアランスとロータの回転時に発生する風切り音は相関関係を有している。そのため、ロータの回転時に発生する音の音圧に基づいて吸気側壁面又は排気側壁面とロータとの間のクリアランスが判定値以下か否か判定することができる。
【０００９】
本発明の圧力波過給機の一形態において、前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの一方のハウジング部材は、円筒状に形成されるとともに外周面に雄ネジ部が設けられており、前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの他方のハウジング部材は、円筒状に形成されるとともに内周面に前記一方のハウジング部材の前記雄ネジ部がねじ込まれる雌ネジ部が設けられ、前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材とは、前記一方のハウジング部材の雄ネジ部が前記他方のハウジング部材の雌ネジ部にねじ込まれることにより前記中心線方向に並ぶように組み合わされており、前記駆動手段は、前記一方のハウジング又は他方のハウジング部材のいずれか一方を前記中心線回りに回転駆動してもよい（請求項３）。この場合、一方のハウジング部材又は他方のハウジング部材のいずれか一方を回転させるのみで吸気側壁面と排気側壁面との距離を適宜に変更することができる。
【００１０】
本発明の圧力波過給機の一形態において、前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの一方のハウジング部材には、前記中心線方向に突出する凸部が設けられ、前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの他方のハウジング部材には、前記中心線方向に凹んで前記一方のハウジング部材の前記凸部が挿入される凹部が設けられ、前記駆動手段として、前記凸部が挿入されることによって前記凹部内に形成される油圧室と、前記油圧室の油圧を調整可能な油圧調整手段とが設けられていてもよい（請求項４）。この形態では、油圧室がハウジングに設けられるので、駆動手段の一部をハウジングに内蔵させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上に説明したように、本発明の圧力波過給機によれば、第２ハウジング部材を第１ハウジング部材に対して中心線方向に相対移動させることができるので、吸気側壁面と排気側壁面との間の距離を適宜に変更することができる。そして、ロータと吸気側壁面との間のクリアランス及びロータと排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが判定値以下と判定された場合には吸気側壁面と排気側壁面との間の距離が拡げられるので、ハウジングとロータとが接触することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の形態に係る圧力波過給機が組み込まれた内燃機関の概略を示す図。
【図２】圧力波過給機の断面を示す図。
【図３】圧力波過給機を図２の矢印III方向から見た図。
【図４】ＥＣＵが実行するアクチュエータ制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】ハウジングとロータとの間のクリアランスの大きさとロータの作動音の音圧との関係の一例を示す図。
【図６】本発明の第２の形態に係る圧力波過給機の断面を示す図。
【図７】図６において円で囲んだ部分を拡大して示す図。
【図８】第２の形態に係る圧力波過給機を図６の矢印VIII方向から見た図。
【図９】第２の形態に係る圧力波過給機の外観を示す図。
【図１０】本発明の第３の形態に係る圧力波過給機の断面を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る圧力波過給機が組み込まれた内燃機関の概略を示している。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。この図に示すように吸気通路３には、吸気流れの上流側から順に圧力波過給機１０Ａ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５と、吸気量を調整するための吸気制御弁６とが設けられている。排気通路４には、圧力波過給機１０Ａの排気側端部１０ｂが設けられている。
【００１４】
図２は、圧力波過給機１０Ａの断面を示している。また、図３は、圧力波過給機１０Ａを図２の矢印III方向から見た図を示している。図２に示すように圧力波過給機１０Ａは、ハウジング１１と、円筒状のロータ１２とを備えている。ロータ１２には、その中心線ＣＬ方向に貫通する複数のセル１３が設けられている。ハウジング１１は、第１ハウジング部材としての固定ハウジング１４と、第２ハウジング部材としての可動ハウジング１５とを備えている。各ハウジング１４、１５はそれぞれ円筒状に形成されている。この図に示すように固定ハウジング１４は、可動ハウジング１５よりも外径が小さい。固定ハウジング１４は、機関本体２や車両の車体等に移動不能に固定されている。
【００１５】
固定ハウジング１４は、吸気側端部１０ａとなる円筒状の吸気側壁部１６と、吸気側壁部１６から中心線ＣＬ方向に延びる中空円筒状の内筒部１７とを備えている。吸気側壁部１６と内筒部１７とは外径が略同じであり、吸気側壁部１６と内筒部１７とは同軸に設けられている。内筒部１７は、その内径がロータ１２の外径よりも若干大きくなるように形成されている。可動ハウジング１５は、排気側端部１０ｂとなる円筒状の排気側壁部１８と、排気側壁部１８から中心線ＣＬ方向に延びる中空円筒状の外筒部１９とを備えている。排気側壁部１８と外筒部１９とは外径が同じであり、排気側壁部１８と外筒部１９とは同軸に設けられている。この図に示すように外筒部１９は、小径部１９ａと、内径が小径部１９ａより大きい大径部１９ｂとを備えている。小径部１９ａと大径部１９ｂとは、排気側壁部１８から小径部１９ａ、大径部１９ｂの順で中心線ＣＬ方向に並ぶように設けられている。また、小径部１９ａと大径部１９ｂとは同軸に設けられている。小径部１９ａは、その内径が内筒部１７の内径と同じになるように形成されている。大径部１９ｂは、その内径が内筒部１７の外径よりも大きくなるように形成されている。
【００１６】
この図に示すように固定ハウジング１４と可動ハウジング１５とは同軸に組み合わされている。また、可動ハウジング１５は、固定ハウジング１４の内筒部１７が外筒部１９の大径部１９ｂ内に挿入されるようにして固定ハウジング１４に組み付けられている。この際、可動ハウジング１５は、中心線ＣＬ方向に移動可能なように固定ハウジング１４に組み付けられている。そのため、ハウジング１１は中心線ＣＬ方向に伸縮可能なように構成されている。外筒部１９の大径部１９ｂの内周面と内筒部１７の外周面との間には、この隙間を塞ぐための複数のシール部材２０が設けられている。
【００１７】
このように固定ハウジング１４と可動ハウジング１５とを組み合わせることにより、ハウジング１１内に収容室２１が形成される。収容室２１内には、ロータ１２が固定ハウジング１４及び可動ハウジング１５とそれぞれ同軸になり、かつ中心線ＣＬ回りに回転可能なように収容されている。また、この図に示すようにロータ１２は、一方の端面１２ａが収容室２１の吸気側壁面１６ａと対向し、他方の端面１２ｂが収容室２１の排気側壁面１８ａと対向するように収容室２１内に収容されている。
【００１８】
吸気側壁部１６には、吸気導入ポート２２及び吸気吐出ポート２３が設けられている。吸気導入ポート２２は収容室２１内と吸気通路３のうち圧力波過給機１０Ａよりも吸気の流れ方向上流側の区間３ａとを接続し、吸気吐出ポート２３は収容室２１内と吸気通路３のうち圧力波過給機１０Ａよりも吸気の流れ方向下流側の区間３ｂとを接続している。排気側壁部１８には、排気導入ポート２４及び排気吐出ポート２５が設けられている。排気導入ポート２４は収容室２１内と排気通路４のうち圧力波過給機１０Ａよりも排気の流れ方向上流側の区間４ａとを接続し、排気吐出ポート２５は収容室２１内と排気通路４のうち圧力波過給機１０Ａよりも排気の流れ方向下流側の区間４ｂとを接続している。
【００１９】
圧力波過給機１０Ａは、中心線ＣＬ回りに回転可能な回転軸２６を備えている。回転軸２６は、吸気側壁部１６に回転可能に支持されている。また、回転軸２６は、中心線ＣＬ上に配置されている。回転軸２６の一端は、吸気側壁部１６から収容室２１内に突出している。その回転軸２６の一端には、ロータ１２が同軸に取り付けられている。回転軸２６とロータ１２とは、一体に回転するように連結されている。回転軸２６の他端は、電動モータ２７の出力軸と連結されている。
【００２０】
図２及び図３に示すように圧力波過給機１０Ａには、駆動手段としての複数（図３では５つ）のアクチュエータ２８が設けられている。これら複数のアクチュエータ２８は、固定ハウジング１３の吸気側壁部１６の外周面に取り付けられている。また、複数のアクチュエータ２８は周方向に所定の間隔で配置されている。図２に示すようにアクチュエータ２８は、本体２８ａと、本体２８ａに往復動可能に支持されているピストンロッド２８ｂとを備えている。本体２８ａには、ピストンロッド２８ｂを駆動するための駆動機構（不図示）が設けられている。この駆動機構は、本体２８ａから突出するピストンロッド２８ｂの長さを調整可能なように構成されている。このアクチュエータ２８には、電動シリンダ、油圧シリンダ、又はエアシリンダ等の周知のアクチュエータが用いられる。そのため、詳細な説明は省略する。この図に示すように各アクチュエータ２８は、ピストンロッド２８ａが中心線ＣＬ方向に往復動するように固定ハウジング１３に設けられている。ピストンロッド２８ａの先端は、可動ハウジング１５と連結されている。そのため、各アクチュエータ２８のピストンロッド２８ｂが往復動することにより、ハウジング１１が中心線ＣＬ方向に伸縮される。
【００２１】
圧力波過給機１０Ａには、電動モータ２７によってロータ１２が回転駆動されているときに発生する作動音、具体的には風切り音を検出する音圧検出手段としてのマイク２９が設けられている。
【００２２】
複数のアクチュエータ２８の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットであり、所定の制御プログラムに従って吸気制御弁６等の動作を制御することにより、エンジン１を目標とする運転状態に制御する。ＥＣＵ３０には、エンジン１の運転状態を判別するためにクランク軸の回転速度に対応した信号を出力するクランク角センサ３１、吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ３２等が接続されている。また、ＥＣＵ３０には、上述したマイク２９も接続されている。この他にもＥＣＵ３０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。
【００２３】
周知のように圧力波過給機１０Ａは、各セル１３内に吸気と排気とを交互に導入し、排気の圧力波でセル１３内の吸気を加圧してエンジン１の過給を行う。このようにハウジング１１内には排気が導入されるので、ハウジング１１及びロータ１２が排気の熱で中心線ＣＬ方向に伸びる。この際にハウジング１１の熱伸びよりもロータ１２の熱伸びの方が大きいとロータ１２と吸気側壁面１６ａとの間の吸気側クリアランスＣｉ又はロータ１２と排気側壁面１８ａとの間の排気側クリアランスＣｅが小さくなり、ロータ１２がハウジング１１に接触するおそれがある。ロータ１２は排気が導入される側の方が高温になるため、吸気側クリアランスＣｉよりも排気側クリアランスＣｅの方が小さくなり易い。また、図２に示すように圧力波過給機１０Ａでは、ロータ１２が固定側ハウジング１４に支持されているので、ハウジング１１を伸縮させた場合には排気側クリアランスＣｅが変化する。
【００２４】
図４は、ＥＣＵ３０がハウジング１１とロータ１２との接触を回避するために実行するアクチュエータ制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。この制御ルーチンを実行することによりＥＣＵ３０が本発明の制御手段として機能する。
【００２５】
この制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０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、及び吸入空気量等が取得される。また、この処理では、ロータ１２の作動音も取得される。次のステップＳ１２では、ロータ１２が回転中か否か判定する。ロータ１２が停止中と判定した場合は今回の制御ルーチンを終了する。
【００２６】
一方、ロータ１２が回転中と判定した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０はロータ１２の作動音の音圧ＡＰが予め設定した所定の判定圧ＡＰＣ以上か否か判定する。図５は、排気側クリアランスＣｅの大きさとロータ１２の作動音（風切り音）の音圧ＡＰとの関係の一例を示している。この図に示すように排気側クリアランスＣｅが小さくなるほど作動音の音圧ＡＰが大きくなる。そこで、例えばロータ１２が振動してもハウジング１１とロータ１２との接触を防止可能な最小の排気側クリアランスを実験等により求め、その最小の排気側クリアランスに対応する音圧を判定圧ＡＰＣに設定する。この図では、破線を引いた位置の音圧が判定圧ＡＰＣに設定される。そのため、最小の排気側クリアランスが本発明の判定値に対応する。なお、判定圧ＡＰＣは、上述した最小の排気側クリアランスに対応する音圧に限定されない。この最小の排気側クリアランスに対応する音圧よりも大きめの値を設定するなど判定圧ＡＰＣはハウジング１１とロータ１２との接触を回避可能なように適宜に設定してよい。この場合は、判定圧ＡＰＣに対応する排気側クリアランスの大きさが本発明の判定値となる。なお、この処理を実行することによりＥＣＵ３０が本発明のクリアランス判定手段として機能する。
【００２７】
作動音の音圧ＡＰが判定圧ＡＰＣ以上と判定した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０はクリアランス拡大制御を実行する。このクリアランス拡大制御では、ハウジング１１が中心線ＣＬ方向に予め設定した所定長さだけ伸びるように各アクチュエータ２８の動作が制御される。すなわち、可動ハウジング１５が図２の矢印Ｒ方向に所定長さだけ移動するように各アクチュエータ２８の動作が制御される。これにより吸気側壁面１６ａと排気側壁面１８ａとの間の距離が拡げられ、排気側クリアランスＣｅが拡げられる。この際、各アクチュエータ２８はそれぞれのピストンロッド２８ｂが同時に同じ長さで伸びるように制御される。所定長さとしては、例えば０．０５ｍｍが設定される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２８】
一方、作動音の音圧ＡＰが判定圧ＡＰＣ未満と判定した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ３０はクリアランス縮小制御を実行する。クリアランス縮小制御では、ハウジング１１が中心線ＣＬ方向に予め設定した所定長さだけ縮むように各アクチュエータ２８の動作が制御される。すなわち、可動ハウジング１５が図２の矢印Ｌ方向に所定長さだけ移動するように各アクチュエータ２８の動作が制御される。これにより吸気側壁面１６ａと排気側壁面１８ａとの間の距離が縮められ、排気側クリアランスＣｅが縮められる。この際、各アクチュエータ２８は、それぞれのピストンロッド２８ｂが同時に同じ長さで縮むように制御される。所定長さには、上述したクリアランス拡大制御と同じ長さが設定される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２９】
以上に説明したように、第１の形態に係る圧力波過給機１０Ａによれば、ハウジング１１を中心線ＣＬ方向に伸縮させることができるので、吸気側壁面１６ａと排気側壁面１８ａとの間の距離を適宜に変更することができる。そのため、排気側クリアランスＣｅの大きさを適宜に変更することができる。従って、ロータ１２が排気の熱で中心線ＣＬ方向に伸びてもそれに応じてハウジング１１を適切に伸縮させることにより、ハウジング１１とローラ１２との接触を防止することができる。
【００３０】
上述したように排気側クリアランスＣｅとロータ１２の作動音の音圧とは相関関係を有しているので、その作動音の音圧に基づいて排気側クリアランスＣｅが判定値以下か否か判定できる。作動音は圧力波過給機１０Ａの外面にマイク２９を設けても検出可能である。そのため、圧力波過給機１０Ａにマイク２９を設ける部分を新たに加工する必要がない。また、この場合、ロータ１２とセンサとを接触させることなく排気側クリアランスＣｅが小さくなっているか否か判定できる。
【００３１】
（第２の形態）
図６〜図９を参照して本発明の第２の形態に係る圧力波過給機１０Ｂについて説明する。なお、この形態において第１の形態と共通の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図６は、この形態に係る圧力波過給機１０Ｂの断面を示している。図７は、図６において円で囲んだ部分Ｐを拡大して示している。図８は、圧力波過給機１０Ｂを図６の矢印VIII方向から見た図を示している。図９は、圧力波過給機１０Ｂの外観を示している。
【００３２】
図６及び図７に示すように、この形態の圧力波過給機１０Ｂでは、固定ハウジング１４の内筒部１７の外周面に雄ネジ部４０が設けられている。なお、この形態においても固定ハウジング１４は、機関本体２や車両の車体等に移動不能に固定されている。可動ハウジング１５の大径部１９ｂの内周面には、その雄ネジ部４０がねじ込まれる雌ネジ部４１が設けられている。これらの図に示すように雌ネジ部４１は、外筒部１９の先端部分に設けられている。内筒部１７の外周面の先端部分には、シール部材２０が配置されるシール部４２が設けられている。雄ネジ部４０は、そのシール部４２よりも吸気側壁部１６寄りに設けられている。
【００３３】
図６に示すように固定ハウジング１４と可動ハウジング１５とは、内筒部１７の雄ネジ部４０が外筒部１９の雌ネジ部４１にねじ込まれることにより組み合わされている。この場合、可動ハウジング１５を中心線ＣＬ回りに回転させることによりハウジング１１を伸縮させることができる。
【００３４】
図８及び図９に示すように圧力波過給機１０Ｂは、駆動手段としての１つのアクチュエータ４３を備えている。なお、このアクチュエータ４３も第１の形態で示したものと同じであり、本体４３ａと、本体４３ａに往復動可能に支持されているピストンロッド４３ｂとを備えている。ピストンロッド４３ｂの先端は、可動ハウジング１５の外周面と連結されている。このアクチュエータ４３の本体４３ａは、機関本体２又は車両の車体に移動不能に固定されている。この際、本体４３ａは、ピストンロッド４３ｂの往復動する方向が雌ネジ部４１のネジ山と平行になるように固定される。そのため、アクチュエータ４３は、ピストンロッド４３ｂを往復動させることによって可動ハウジング１５を回転駆動することができる。
【００３５】
この形態においてもアクチュエータ４３の動作は、ＥＣＵ３０に制御される。ＥＣＵ３０は、第１の形態と同様に図４の制御ルーチンを実行してアクチュエータ４３の動作を制御する。すなわち、ＥＣＵ３０は、ロータ１２の作動音の音圧ＡＰが判定圧ＡＰＣ以上の場合にはハウジング１１が中心線ＣＬ方向に伸びるようにアクチュエータ４３を制御し、作動音ＡＰの音圧が判定圧ＡＰＣ未満の場合にはハウジング１１が中心線ＣＬ方向に縮むようにアクチュエータ４３を制御する。
【００３６】
以上に説明したように、この形態では、固定ハウジング１４の雄ネジ部４０が可動ハウジング１５の雌ネジ部４１にねじ込まれることによって固定ハウジング１４と可動ハウジング１５とが組み合わされている。そのため、可動ハウジング１５を中心線ＣＬ回りに回転させるのみでハウジング１１を中心線ＣＬ方向に伸縮させることができる。そして、これにより吸気側壁面１６ａと排気側壁面１８ａとの間の距離を適宜に変更することができる。従って、ハウジング１１とロータ１２とが接触することを防止できる。
【００３７】
この形態では、１つのアクチュエータ４３で可動ハウジング１５を中心線ＣＬ方向に移動させることができるので、コストを低減できる。また、この形態では、各ネジ部４０、４１のピッチを変更することにより可動ハウジング１５を回転させたときに可動ハウジング１５が中心線ＣＬ方向に移動する距離を容易に変更できる。なお、この形態ではアクチュエータ４３の代わりに電動モータを設けて可動ハウジング１５を回転駆動してもよい。
【００３８】
（第３の形態）
図１０を参照して本発明の第３の形態に係る圧力波過給機１０Ｃを説明する。この図は圧力波過給機１０Ｃの断面を示している。なお、この形態において上述した各形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この図に示すようにこの形態では、外筒部１９の先端に中心線ＣＬ方向に突出するとともに径方向外側に延びる凸部としてのフランジ部５０が設けられている。固定ハウジング１４には、内筒部１７の代わりに円筒状の円筒部５１が設けられている。円筒部５１は吸気側壁部１６と同軸に設けられている。円筒部５１の外径は、フランジ部５０の外径よりも大きい。円筒部５１には、外筒部１９の小径部１９ａと同じ内径の貫通穴５２が同軸に設けられている。貫通穴５２の穴の周囲には、凹部としての溝部５３が全周に亘って設けられている。溝部５３は、中心線ＣＬ方向に凹むように設けられている。円筒部５１は、溝部５３の開口部が可動ハウジング１５側を向くように吸気側壁部１６に設けられている。この図に示すように溝部５３は、その内部にフランジ部５０を挿入することが可能なように形成されている。
【００３９】
固定ハウジング１４と可動ハウジング１５とは、フランジ部５０が溝部５３内に挿入されるようにして同軸に組み合わされている。この図に示すように大径部１９ｂの内周面及びフランジ部５０の外周面には、それぞれシール部材２０が設けられている。このようにシール部材２０を設けることにより溝部５３とフランジ部５０とに囲まれた部分に油圧室５４が形成される。油圧室５４には、不図示のオイルポンプから吐出されたオイルを油圧室５４に導入するためのオイル通路５５が接続されている。オイル通路５５には、油圧室５４内の油圧を調整可能な油圧調整手段としての油圧バルブ５６が設けられている。可動ハウジング１５には、可動ハウジング１５を固定ハウジング１４側に付勢するスプリング５７が取り付けられている。
【００４０】
この圧力波過給機１０Ｃでは、油圧室５４の油圧を高めることによってフランジ部５０をこの図の左側に移動させることができるので、ハウジング１１を伸ばすことができる。一方、油圧室５４の油圧を低下させた場合にはスプリング５７によって可動ハウジング１５がこの図の左側に移動するので、ハウジング１１を縮めることができる。このようにこの形態の圧力波過給機１０Ｃにおいてもハウジング１１を伸縮させることができる。このように可動ハウジング１５を動かすことにより、油圧室５４及び油圧バルブ５６が本発明の駆動手段に相当する。
【００４１】
油圧バルブ５６の動作は、ＥＣＵ３０によって制御される。ＥＣＵ３０は、上述した各形態と同様にこの形態においても図４に示した制御ルーチンを実行して油圧バルブ５６の動作を制御する。この形態では、ロータ１２の作動音の音圧ＡＰが判定圧ＡＰＣ以上の場合には油圧室５４の油圧が上昇するように油圧バルブ５６が制御され、作動音の音圧ＡＰが判定圧ＡＰＣ未満の場合には油圧室５４の油圧が低下するように油圧バルブ５６が制御される。
【００４２】
以上に説明したように、この圧力波過給機１０Ｃにおいてもハウジング１１を中心線ＣＬ方向に伸縮させることができるので、吸気側壁面１６ａと排気側壁面１８ａとの間の距離を適宜に変更することができる。そのため、ロータ１２が排気の熱によって中心線ＣＬ方向に伸びてもハウジング１１を伸ばすことによりハウジング１１とロータ１２とが接触することを防止できる。また、この形態では、油圧室５４の油圧で可動ハウジング１５を駆動するので、可動ハウジング１５の駆動機構の一部をハウジング１１に内蔵させることができる。
【００４３】
本発明は、上述した各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、ロータと排気側壁面との間のクリアランスが判定値以下か否か判定する方法は音圧に限定されない。ハウジング及びロータが排気の熱によって伸びる長さは、排気の温度に基づいて求めることができる。また、排気の温度は排気の流量及び内燃機関の回転数等と相関関係を有している。そこで、排気量又は内燃機関の回転数等に基づいてクリアランスが判定値以下か否か判定してもよい。この他にもロータと排気側壁面との間のクリアランスの大きさと相関関係を有する種々の物理量に基づいてそのクリアランスが判定値以下か否か判定してよい。
【００４４】
上述した各形態では、ハウジングを構成する２つのハウジング部材のうち吸気側に設けられるハウジング部材を移動不能に固定し、排気側に設けられるハウジング部材を移動可能としたが、これらは逆でもよい。すなわち、吸気側に設けられるハウジング部材を移動可能とし、排気側に設けられるハウジング部材を移動不能に固定してもよい。
【００４５】
本発明では、ハウジングの伸縮を制御する際に参照するクリアランスは排気側クリアランスに限定されない。吸気側クリアランス及び排気側クリアランスの両方に基づいてハウジングの伸縮を制御してもよいし、吸気側クリアランスに基づいてハウジングの伸縮を制御してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 圧力波過給機
１１ ハウジング
１２ ロータ
１２ａ 一方の端面
１２ｂ 他方の端面
１３ セル
１４ 固定ハウジング（第１ハウジング部材）
１５ 可動ハウジング（第２ハウジング部材）
１６ａ 吸気側壁面
１８ａ 排気側壁面
２１ 収容室
２８ アクチュエータ（駆動手段）
２９ マイク（音圧検出手段）
３０ エンジンコントロールユニット（クリアランス判定手段、制御手段）
４０ 雄ネジ部
４１ 雌ネジ部
５０ フランジ部（凸部）
５３ 溝部（凹部）
５４ 油圧室
５６ 油圧バルブ（油圧調整手段）
ＣＬ 中心線
Ｃｉ ロータと吸気側壁面との間のクリアランス
Ｃｅ ロータと排気側壁面との間のクリアランス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心線方向に貫通する複数のセルを有する円筒状のロータと、
前記ロータを前記中心線回りに回転可能に収容する収容室と、前記収容室に収容されているロータの一方の端面が対向する前記収容室の吸気側壁面が設けられた第１ハウジング部材と、前記収容室に収容されているロータの他方の端面が対向する前記収容室の排気側壁面が設けられた第２ハウジング部材と、を有し、前記第２ハウジング部材が前記第１ハウジング部材に対して前記中心線方向に相対移動可能に設けられたハウジングと、
前記第２ハウジング部材及び前記第１ハウジング部材の少なくともいずれか一方を前記中心線方向に駆動する駆動手段と、
前記ロータと前記吸気側壁面との間のクリアランス及び前記ロータと前記排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが予め設定した所定の判定値以下か否か判定するクリアランス判定手段と、
前記クリアランス判定手段によって前記ロータと前記吸気側壁面との間のクリアランス及び前記ロータと前記排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが前記判定値以下と判定された場合に、前記吸気側壁面と前記排気側壁面との間の距離が拡げられるように前記駆動手段の動作を制御する制御手段と、を備えている圧力波過給機。
【請求項２】
前記ロータの回転時に発生する音を検出する音圧検出手段をさらに備え、
前記クリアランス判定手段は、前記音圧検出手段によって検出された音の音圧が予め設定した所定の判定圧以上の場合に、前記ロータと前記吸気側壁面との間のクリアランス及び前記ロータと前記排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが前記判定値以下と判定する請求項１に記載の圧力波過給機。
【請求項３】
前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの一方のハウジング部材は、円筒状に形成されるとともに外周面に雄ネジ部が設けられており、
前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの他方のハウジング部材は、円筒状に形成されるとともに内周面に前記一方のハウジング部材の前記雄ネジ部がねじ込まれる雌ネジ部が設けられ、
前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材とは、前記一方のハウジング部材の雄ネジ部が前記他方のハウジング部材の雌ネジ部にねじ込まれることにより前記中心線方向に並ぶように組み合わされており、
前記駆動手段は、前記一方のハウジング又は他方のハウジング部材のいずれか一方を前記中心線回りに回転駆動する請求項１又は２に記載の圧力波過給機。
【請求項４】
前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの一方のハウジング部材には、前記中心線方向に突出する凸部が設けられ、
前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの他方のハウジング部材には、前記中心線方向に凹んで前記一方のハウジング部材の前記凸部が挿入される凹部が設けられ、
前記駆動手段として、前記凸部が挿入されることによって前記凹部内に形成される油圧室と、前記油圧室の油圧を調整可能な油圧調整手段とが設けられている請求項１又は２に記載の圧力波過給機。
【請求項１】
中心線方向に貫通する複数のセルを有する円筒状のロータと、
前記ロータを前記中心線回りに回転可能に収容する収容室と、前記収容室に収容されているロータの一方の端面が対向する前記収容室の吸気側壁面が設けられた第１ハウジング部材と、前記収容室に収容されているロータの他方の端面が対向する前記収容室の排気側壁面が設けられた第２ハウジング部材と、を有し、前記第２ハウジング部材が前記第１ハウジング部材に対して前記中心線方向に相対移動可能に設けられたハウジングと、
前記第２ハウジング部材及び前記第１ハウジング部材の少なくともいずれか一方を前記中心線方向に駆動する駆動手段と、
前記ロータと前記吸気側壁面との間のクリアランス及び前記ロータと前記排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが予め設定した所定の判定値以下か否か判定するクリアランス判定手段と、
前記クリアランス判定手段によって前記ロータと前記吸気側壁面との間のクリアランス及び前記ロータと前記排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが前記判定値以下と判定された場合に、前記吸気側壁面と前記排気側壁面との間の距離が拡げられるように前記駆動手段の動作を制御する制御手段と、を備えている圧力波過給機。
【請求項２】
前記ロータの回転時に発生する音を検出する音圧検出手段をさらに備え、
前記クリアランス判定手段は、前記音圧検出手段によって検出された音の音圧が予め設定した所定の判定圧以上の場合に、前記ロータと前記吸気側壁面との間のクリアランス及び前記ロータと前記排気側壁面との間のクリアランスの少なくともいずれか一方のクリアランスの大きさが前記判定値以下と判定する請求項１に記載の圧力波過給機。
【請求項３】
前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの一方のハウジング部材は、円筒状に形成されるとともに外周面に雄ネジ部が設けられており、
前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの他方のハウジング部材は、円筒状に形成されるとともに内周面に前記一方のハウジング部材の前記雄ネジ部がねじ込まれる雌ネジ部が設けられ、
前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材とは、前記一方のハウジング部材の雄ネジ部が前記他方のハウジング部材の雌ネジ部にねじ込まれることにより前記中心線方向に並ぶように組み合わされており、
前記駆動手段は、前記一方のハウジング又は他方のハウジング部材のいずれか一方を前記中心線回りに回転駆動する請求項１又は２に記載の圧力波過給機。
【請求項４】
前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの一方のハウジング部材には、前記中心線方向に突出する凸部が設けられ、
前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材のうちの他方のハウジング部材には、前記中心線方向に凹んで前記一方のハウジング部材の前記凸部が挿入される凹部が設けられ、
前記駆動手段として、前記凸部が挿入されることによって前記凹部内に形成される油圧室と、前記油圧室の油圧を調整可能な油圧調整手段とが設けられている請求項１又は２に記載の圧力波過給機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２０２６０６（Ｐ２０１１−２０２６０６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７１５４０（Ｐ２０１０−７１５４０）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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