JP2017521602A - 過給内燃機関に導入される空気の量を調節する装置およびそのような装置を使用する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、過給内燃機関の吸気口に導入される空気の量を調節し、内燃機関は、各々が少なくとも１つの気筒（１２_１、１２_２、１２_３、１２_４）のユニットの排気マニホールド（３０、３４）に連結された２つの排気ガス排気口（３２、３６）を有する装置であって、各排気ガス排気口に連結されたダブルインテーク（５０、５２）タービン（４０）と外気圧縮機（４４）とを備えたターボチャージャーを含む過給装置（３８）と、圧縮空気を圧縮機からタービン の吸気口に部分的に移送するダクト（６４）とを有する。

Description

本発明は、過給内燃機関、特に定置エンジン、自動車用エンジンまたはトラック用エンジンの吸気口に導入される空気の量を調節する装置、およびそのようなエンジンの空気の量を調節する方法に関する。

広く知られているように、内燃機関によって伝達される動力は、このエンジンの燃焼室に導入される空気の量に依存し、その空気の量自体は、空気の密度に比例する。

したがって、燃焼室に導入する前に、外気の圧縮により空気の量を増加させることが通例である。この工程は、過給と呼ばれ、ターボチャージャーまたは機械的に駆動される圧縮機（遠心式圧縮機であってもよいし、容積式圧縮機でもよい）のような任意の手段によって実行することができる。

ターボチャージャーによる過給の場合、ターボチャージャーは、軸によって回転圧縮機に連結された単流回転タービンまたは複流回転タービンを有する。エンジンから流出した排気ガスがタービンを通過し、そしてタービンが回転駆動される。その後、この回転が圧縮機に伝達され、圧縮機自体が回転することによって、外気が燃焼室に導入される前に圧縮される。

仏国特許出願公開第２４７８７３６号明細書で詳細に記載されているように、エンジン燃焼室内の圧縮空気の量を大幅に増大させるために、圧縮機による外気の圧縮を強化することが提案されている。

これは、より具体的には、タービンの回転速度、つまり圧縮機の回転速度を高くすることによって実現される。

このため、圧縮機から排出される圧縮空気の一部がタービンの吸気口に直接送られ、排気ガスと混合される。このタービンは、より多くの量の流体（圧縮空気と排気ガスの混合物）によって横断され、それによりタービンの回転速度、つまり圧縮機の回転速度を高くすることができる。したがって、この圧縮機の速度が高くなると、圧縮機内で圧縮され、その後エンジン燃焼室に導入される外気の圧力を高めることが可能になる。

したがって、圧縮空気の密度が高くなり、それにより、燃焼室に収容される空気の量を増大させることができる。

この種の過給エンジンは、満足いくものであるが、それにもかかわらずいくつかの重大な欠点を有する。

実際、タービンの吸気口に導入される圧縮空気の流量は、正しく調節されないため、エンジンに誤動作が生じる恐れがある。

したがって、例えば、過度の量の圧縮空気がタービンの吸気口に送られた場合、タービンに入った排気ガスがこの空気によって過度に冷却され、過給性能が全体的に低下する恐れがある。

本発明は、エンジンに対する動力要件の全てに対応することができる過給内燃機関の吸気口に導入される空気の量を調節する装置によって前述の欠点を是正することを目的とする。

この目的のために、本発明は、過給内燃機関の吸気口に導入される空気の量を調節し、内燃機関が、各々が少なくとも１つの気筒のユニットの排気マニホールドに連結された２つの排気ガス排気口を有する装置であって、各排気ガス排気口に連結されたダブルインテークタービンと外気圧縮機とを備えたターボチャージャーを含む過給装置と、圧縮空気を圧縮機から各タービンの吸気口に部分的に移送するダクトとを有する装置において、部分的に移送するダクトが、各タービンの吸気口に連結され、各々が、内部の圧縮空気の循環を制御する弁規制手段を保持する２つの分岐管を有することを特徴とする装置に関する。

有利なことに、分岐管の各々は逆止め弁をさらに保持する。

分岐管の一方は、連結配管によって分岐管の他方と連結することができる。

連結配管は、弁規制手段を保持することができる。

弁規制手段は、比例弁を有することができる。

移送ダクトは、内部を循環する圧縮空気を加熱する手段を保持することができる。

加熱する手段は、熱交換器を有することができる。

熱交換器は、ターボチャージャータービンから流入する排気ガス用の吸気口と、排気配管への排気ガス排気口とを有することができる。

本発明は、過給内燃機関の吸気口内の圧縮空気の量を調節する方法であって、内燃機関が、各々が少なくとも１つの気筒のユニットの排気マニホールドに連結された２つの排気ガス排気口を有し、装置が、各排気ガス排気口に連結されたダブルインテークタービンと外気圧縮機とを有するターボチャージャーを含む過給装置と、圧縮空気を圧縮機から各タービン吸気口に部分的に移送するダクトとを有する方法において、圧縮機から流出した圧縮空気の一部をタービンの排気ガス吸気区間に導入することから成ることを特徴とする方法に関する。

この方法は、移送ダクトを２つの分岐管に分割することと、分岐管の各々における圧縮空気の循環を、弁規制手段を用いて制御することを含んでもよい。

この方法は、分岐管の一方を連結配管によって分岐管の他方に連結することから成ってもよい。

この方法は、移送ダクト内を循環する圧縮空気をタービンに導入される前に加熱することから成ってもよい。

本発明の他の特徴および利点は、単に例示を目的とした非制限的な以下の説明でより明確になる。この説明には、以下の図が添付されている。

本発明による過給装置を有する内燃機関を示す図である。 過給装置を有する内燃機関の変形実施形態を示す図である。 図１による過給装置を有する内燃機関の変形実施形態を示す図である。

図１において、内燃機関１０は、少なくとも２本の気筒、ここでは図の左側から符号１２_１〜１２_４で示された４本の気筒を有する。

このエンジンは、特にディーゼル式の直接噴射内燃機関であることが好ましいが、他の種類の内燃機関でもよい。

各気筒は、少なくとも１つの吸気弁１６、ここでは、各々が吸気管１８を制御する２つの吸気弁を含む吸気手段１４を有する。各吸気管１８は、圧縮空気などの吸気が供給ダクト２２によって供給される吸気マニホールド２０で端部となる。

この気筒は、少なくとも１つの排気弁２６、ここでは、各々が排気チューブ２８を制御する２つの弁を含む燃焼ガス排気手段２４を有する。

図示の例では、このエンジンは、１−３−４−２の点火順序に従って動作するように設けられている。この点火順序を考慮して、第１の気筒１２_１および第２の気筒１２_４のそれぞれの排気チューブは、少なくとも１本の気筒の第１のユニットを形成し、第１の排気ガス排気口３２を含む第１の排気マニホールド３０に連結されている。第３の気筒１２_２および第４の気筒１２_３の排気チューブは、少なくとも１本の気筒の第２のユニットを形成し、第２の排気ガス排気口３６を有する第２の排気マニホールド３４に連結されている。

２つの排気ガス排気口は、空気を圧縮するターボチャージャー３８に至り、より具体的には、このターボチャージャーの膨張タービン４０に至る。

図１に示されているように、ターボチャージャーは、「ツインスクロール」ターボチャージャーとしてより良く知られているダブルインテークターボチャージャーである。

この種のターボチャージャーは、排気ガスによって掃引され、軸４２によって圧縮機４４と回転可能に連結された膨張タービン４０を有する。

タービンにおいて、排気ガス吸気口は、２つの区間、すなわち、第１のマニホールド３０の第１の排気ガス排気口３２に連結された第１の吸気区間４６と、第２の排気マニホールド３４の第２の排気ガス排気口３６に連結された第２の吸気区間４８とに分割される。

タービン４０のガス排出装置５０は、慣習的にエンジンの排気配管５２に連結されている。

ターボチャージャー３８の圧縮機４４は、供給ダクト５６から供給を受ける外気吸気口５４を有する。この圧縮機の圧縮空気排気口５８は、ダクト６０によって吸気マニホールド２０の供給ダクト２２と連結されている。

有利なことに、ダクト６０上における圧縮機とダクト２２との間に圧縮空気冷却機６２を配置することができる。

図１でより良く分かるように、移送ダクト６４によって、圧縮機４４から出た圧縮空気の一部をタービン吸気口４６および４８に循環させることができる。

より厳密には、この部分移送ダクトは、ダクト６０における圧縮機と冷却機６２との間の交差点６６から始まり、分岐点６８で２つの分岐管７０および７２に分割される。分岐管７０は、第１の排気ガス排気口３２との連結部を介してタービン吸気口４６に至り、分岐管７２は、排気ガス排気口３６との連結部を介してタービンの他方の吸気口４８に至る。

各分岐管は、比例弁のような制御手段７８によって制御される弁規制手段７４および７６を保持している。制御手段７８は、２つの弁規制手段に共通するものでもよい。したがって、この弁によって、分岐管内の圧縮空気の循環を制御することができる。

また、有利なことに、各分岐管は、分岐管から圧縮機への圧縮空気の循環を防止し、かつ、２つの分岐管が連通することを防止する逆止め弁８０および８２を有する。

したがって、この構成では、エンジンの動作時に、排気マニホールドにおいて間欠的に広がる低排気圧の領域を利用して圧縮空気をタービンに導入し、それにより、このタービンの流量、つまり圧縮機の流量を増大させることが可能である。これにより、低いエンジン速度に対してより効率的な過給を行うことが可能である。

動作時には、気筒内で大量の空気が必要な場合、弁７４および７６が開かれ、圧縮機４４からタービン４０に圧縮空気が導入される。

圧縮機４４から流出した圧縮空気は、ダクト６４内を循環し、その後、分岐管７０および７２内を循環してタービン４０の排気ガス吸気口４６および４８に達し、余剰のガスをこのタービンに供給する。

したがって、タービンは排気口３２および３６からの排気ガスによって掃引されるだけでなく、これらのガスに付加される圧縮空気によっても掃引される。このため、タービンの回転が増加して圧縮機の回転が増加し、その結果、この圧縮機から流出する圧縮空気の圧力が上昇する。

当然ながら、弁７４および７６は、エンジンの過給要件を満たす量の圧縮空気をタービンに導入するように制御手段７８にて制御される。

図２の変形例は、連結ダクト８４が２つの分岐管７０および７２の間に配置される点で図１とは区別できる。また、ここでは、このダクトは、比例弁のような制御手段７８によって制御される弁規制手段８６を備えている。

このダクトの両端部の一方は、弁７４と排気ガス排気口３２との間で分岐管７０に連結され、他方は、弁７６と排気ガス排気口４６との間で連結されている。

このダクトによって、タービンに到達する２つの分岐管間の流体の連通を制御することが可能になる。

より厳密には、この連結ダクトによって、一方の分岐管内を循環する圧縮空気の一部を、向きを変えて他方の分岐管に導入し、タービン４０の各吸気口において排気ガスと混合することが可能になる。

さらに、連結ダクトによって、タービンの分岐管の一方において、エンジンの燃焼サイクルで角度がずれている他方の分岐管の排気ガス（または、脈動排気）の差圧を戻すことが可能である。

基本的に図１の要素と同じ要素を有する図３の例では、圧縮機４４から流出して移送ダクト６４内を循環する圧縮空気は、タービン４０に導入される前に加熱される。

この目的のために、移送ダクト６４は、このダクトによって構成される交差点６６と分岐点６８との間に配置された、圧縮空気を加熱する手段８８、ここでは放熱機型の熱交換器を保持している。この放熱機は、エンジンの排気ガスによって掃引されながら、このダクト内を循環する圧縮空気に横断される。これらの排気ガスは、タービン排出装置５０から流出し、ダクト９０によって放熱機吸気口９２に運ばれる。排気ガスは、この放熱機内を流れ、放熱機に含まれる熱を圧縮空気に伝達し、その後排気口９４を通って再びこの放熱機から流出し、エンジン排気配管に送られる。

したがって、排気ガスのエネルギーの一部は、吸気口４６および４８の一方または他方を通してタービンに導入される圧縮空気によって回収される。

したがって、この加熱された圧縮空気によって、余分なエネルギーをタービンに供給することが可能であり、その結果、タービンがより高い速度で回転する。そして、この高い回転速度は、圧縮機に伝達され、圧縮機によって外気のより高い圧縮が行われる。

Claims (12)

1. 過給内燃機関の吸気口に導入される空気の量を調節し、前記内燃機関は、各々が少なくとも１つの気筒（１２_１、１２_２、１２_３、１２_４）のユニットの排気マニホールド（３０、３４）に連結された２つの排気ガス排気口（３２、３６）を有する装置であって、
   各排気ガス排気口に連結されたダブルインテーク（５０、５２）タービン（４０）と外気圧縮機（４４）とを備えたターボチャージャーを含む過給装置（３８）と、圧縮空気を前記圧縮機から前記タービンの吸気口に部分的に移送するダクト（６４）とを有し、
   前記部分的に移送するダクトは、前記タービンの吸気口に連結され、各々が内部の圧縮空気の循環を制御する弁規制手段（７４、７６）を保持する２つの分岐管（７０、７２）を有することを特徴とする装置。
2. 前記分岐管の各々は、逆止弁（８０、８２）をさらに保持することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記分岐管の一方（７０）は、連結配管（８４）によって前記分岐管の他方（７２）と連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記連結配管は、弁規制手段（８６）を保持することを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記弁規制手段は、比例弁（７４、７６、８６）を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記移送するダクト（６４）は、内部を循環する圧縮空気を加熱する手段（８８）を保持することを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記加熱する手段（８８）は、熱交換器を有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記熱交換器（８８）は、前記ターボチャージャータービン（４０）から流入する排気ガス用の吸気口（９２）と、前記排気配管への排気ガス排気口（９４）とを有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 過給内燃機関の吸気口内の圧縮空気の量を調節する方法であって、
   前記内燃機関は、各々が少なくとも１つの気筒（１２_１、１２_２、１２_３、１２_４）のユニットの排気マニホールド（３０、３４）に連結された２つの排気ガス排気口（３２、３６）を有し、
   各排気ガス排気口に連結されたダブルインテーク（５０、５２）タービン（４０）と外気圧縮機（４４）とを備えたターボチャージャーを含む過給装置（３８）と、圧縮空気を前記圧縮機から前記タービンの吸気口に部分的に移送するダクト（６４）とを有し、
   圧縮機から流出した圧縮空気の一部をタービン（４０）の排気ガス吸気区間（４６、４８）に導入することを含むことを特徴とする方法。
10. 前記移送するダクト（６４）を２つの分岐管（７０、７２）に分割することと、前記分岐管の各々における圧縮空気の循環を、弁規制手段（７４、７６）を用いて制御することを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記分岐管の一方を連結配管（８４）によって前記分岐管の他方に連結することを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記移送するダクト内を循環する圧縮空気をタービンに導入される前に加熱することを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。

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