JPH01500606A - 回転分配器付き機関の排気ガスの回路の制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 回転分配器付き機関の排気ガス の回路の制御方法および装置 本発明は、特に調整点火式またはディーゼル式で１回転分配器を備えた４サイク ル動作をする内燃機関の排気ガスの回路を制御する方法および装置に関するもの である。

４サイクル回転分配器付き機関、特に単一の側方移送路付き回転分配器を備えて いて１分配器の本体が圧縮サイクルと燃焼サイクルとの期間中に燃焼室を閉鎖す る時に、同時に相次いで排気と吸込を保証するようにした機関、においては、排 気の終りと吸込の始めの上死点において、移送路が、排気の開口の終りと吸込の 開口の始めにある燃焼室に対し開いていて、そのため便宜“バランス”または“ 掃気“と呼ばれる状態を起こす、この期間（時間的には非常に短い）の間に、燃 焼ガスを燃焼室または死空間から最大限に空にすることが必要であるが（これは すべてのタイプの機関に有効である）、この特定の場合において移送路の容積（ これは“死空間“の容積を機関の形状以上に著しく増加させる）は。

良好な吸引、良好な効率の達成と両立する吸気と排気の流路断面積を得るために 相当大きな容積に達する。

詳説すると、容積が総排気量の１０〜２５％に達することもある移送路を作らね ばならぬことも稀ではない、その上、４サイクルエンジンは振動運動の法則に従 って動作すること、および吸気用にしても排気用にしても管の長さ、その径また は断面積１分配のピッチ（吸気開口の進み、排気口の閉鎖の遅れ）が調和を決め 。

吸気にも排気にもリズミカルに圧力と減圧を生じること、を知らなければならな い。完全な一致とは、排気がまだ開いていて、吸気がすでに閉じている時に、排 気について最大限の減圧を、吸気について最大限の圧力を得るようにして、死空 間が燃焼ガスを掃気され空にされ、新鮮な空気の最初の充満とエンジンの最大効 率とを可能にするようにすることである。

実際においては、この完全な調和は回転数の非常に狭い範囲でしか実現され得な いもので、従ってそのエンジンの他の回転数では効率を失う（死空間の値に比例 した損失）ことを覚悟しなければならない。

ところで、単一の側方移送路付き回転分配器の場合には、この死空間（ｖｏｌｕ ｍｅ　！！ｏｒｔ）は弁付きの古典的な機関の場合より一層重要であり、またこ の損失は最良の充満によって部分的に補償するよりも比例的に一層重要であって 、このタイプの機関を古典的な機関より音の大きなものにすることを我々は見て きた。

本発明に係る方法はこの欠陥を改善し、上死点における燃焼室の容積プラス移送 路の容積で構成される死空間を良好に空にし、すべての回転数にわたりエンジン の効率を改良することを可能ならしめる。

本発明に係る方法は、各シリンダに２個の別々な排気管をつけることにより特徴 づけられる。即ち、１つの主たる排気管は通常に機能するが、サイクルの中で通 常より早く、上死点よりわずかに前か、または上死点において閉じられて、回転 数によってどのような偶発的な反圧も分配器の移送路と燃焼室とによって構成さ れる死空間の中に燃焼ガスを押し戻すこと、または死空間の良好な掃気を°妨げ ることがないようにするものである。

第２の排気回路は、大体、主たる排気管が閉じる時、死空間を減圧に維持されて いる管または室に適当な手段によって連通させて、前記死空間の掃気（圧力差に より促進され名掃気）を保証し、こうしてエンジンの充満を良好にするものであ る。この第２の排気回路は、ついで、シリンダ内の減圧が減圧室内を支配してい る減圧よりも大きくなる前に閉じられて、再び燃焼ガスが押し戻されることを避 けるようにする。

死空間に吸込をするための減圧は、本発明の原理を変更することなく、既知のす べての手段により創出され得る０例えばエンジンと独立した、または付設した真 空ポンプまたは減圧ポンプにより、或いは主たる排気管上の望ましい位置に配設 した流体力学的減圧点により、或いは同効の他の手段によって、である。

装置の進度（ピッチ）、即ち主たる排気管の閉鎖、第２排気回路の開口と閉鎖は 、ガス流の慣性を考慮に入れるべきで、こうして第２導管を主たる導管の閉鎖（ 大体上死点の前に起こる閉鎖）の前に開くことが可能になろう。

第２排気の２番目の回路の開口と閉鎖のための多数の装置と方式が１本発明の方 法の原理を変更することなく、実現され得る。

こうして以下のように実施が可能である。

−１つの導管を回転分配器の移送路の中からずらして設け、二次排気用の第２の 導管に適当な間隔を置いて開口させる（異なる面内で）開口と閉鎖は回転分配器 そのものにより制御される。

−小さい二次回転分配器をエンジンにより駆動させて、ここでは主たる排気導管 と大体同じ面内に配置されている二次排気導管に適時に連通させる。二次導管の 開口は二次分配器により、閉鎖は主たる分配器により制御される。

−二次回路の開口と閉鎖を実行させるのに滑り弁、ポペット弁またはその他のす べての装置が使える。

他の実施態様によれば、特に多気筒型エンジンにおいて、１つのシリンダからの 二次排気回路は、そのシリンダが排気の位相の終りにある時これから排気行程に 入る他のシリンダの主たる排気導管中の流体力学的減圧点に直接連結され、前記 他のシリンダはその排気流により所期の減圧を創出する。ついで分配器は前と同 じ条件で第２導管を閉鎖し、こうして各シリンダに同じ動作が繰り返される。

この場合、主たる排気の全期間中、燃焼ガスの一部は二次排気導管を通って他の シリンダの主たる排気導管に排出するであろ−う。

シリンダの数が増えれば、死空間を適時に空にするのに必要な吸引を起こさせる 排気位相に１つのシリンダを置くことはそれだけ容易になる。

上述の方法および装置は、エンジンが空気の吸込のためのコンプレッサ、または ターボコンプレッサを備えている場合も同様に適用可能である。

エンジンが容積型のコンプレッサ（Ｒｏｏｔｓ）またはその他の機械的に駆動さ れる装置を備えている場合、空気の吸込は大気圧以上の圧になる。この時、吸込 と排気との圧力差は明らかで、吸込側が高く、従って二次排気の減圧点は高くす ることができる。エンジンがターボコンプレッサを備えている場合は、各シリン ダの主たる排気導管だけがコンプレッサの駆動タービンに接続され。

二次排気導管は前に述べたように機能し、或いは減圧点に、或いはタービンのあ との排気回路の中に、吸込側の高い圧が死空間の掃気を有利にするように接続さ れる。

本発明のその他の目的、利点および特徴は、添附図面を参照してなされる。４サ イクルエンジンの排気の制御に応用された１本発明の多様な実施の非限定的な一 例についての以下の記述から明らかになるであろう０図中： 第１図は、排気の終りで、吸込の始めの上死点における４サイクルエンジンを略 示的に示す断面図で、ここで本発明によれば第２排気回路は回転分配器により制 御されている；第２．３．４図は同じ装置の各要素のそれぞれの位置を略示する もので、第２図は排気の位相、第３図は主たる排気の終りで。

第２排気の始め、第４図は第２排気の閉鎖を示す；第５図は上死点における本発 明の他の実施態様を断面で示し。

ここで第２排気導管は大体上たる導管と同じ平面内において主たる導管よりサイ クル中での後位置に置かれていて、特にその開口が第２回転分配器により調節さ れている点が注目される；第６図は、本発明により２個の排気導管付き回転分配 器を備えている多気筒４サイクルエンジンの上死点における略示図で、第２導管 は他のシリンダからの主たる排気管中の流体力学的減圧点に直接結合されている ： 第７図は本発明に係る方法の変形例を、排気の終りで、吸込の始めの上死点にお いて略示的に断面で示し、ここでエンジンはターボコンプレッサを備えている。

第１．２，３．４図に略示的に図示したエンジンは、４サイクル動作する回転分 配器付きエンジンでは周知の要素を有している。

ピストン１は、シリンダ２の中を摺動し、シリンダヘッド３により覆われている 。その中でエンジンの半分の速度で回転される回転分配器４は、単一の移送路５ が付いていて、これはその回転（矢印方向）時に排気の位相を確保するため相次 いで主たる排気導管６および燃焼室７と連通し、続いて燃焼室７を吸込口８と連 通させて吸込の位相を確保する１回転分配器４の本体は圧縮および燃焼の間、燃 焼室を閉鎖する。気密は摺動素子９により確保される。

第１図は上死点にあるエンジンを示しており、その特上たる排気導管６は閉じら れたばかりで１分配器の移送路５により構成される死空間へ、いかなる反圧によ っても燃焼ガスが押し戻されないようにする。側方オリフィス１０は、移送路５ と異なる面上で分配器に穿設した導管１１と、シリンダヘッド３に穿設した導管 １２とを介して、死空間（５と７）を、管１４により減圧装置へ連結されている 室１３に連通させる。導管１１と１２が一致している回転中の時点で、死空間（ ５と７）に含まれている燃焼ガスは室１３と管１４方向への圧力差によって排出 されていき、同時に吸込口８から新鮮なガスの吸込を誘起する。導管１１と１２ の位置と寸法は二次排気導管の開口と閉鎖の調節と進度を定めるものである。二 次排気回路の閉鎖時は、シリンダヘッド３の中ぐり孔が導管１１を閉鎖し、その 時、逆に分配器４の本体は導管１２を閉鎖している。このため補助気密装置を設 けてもよい。

以上の方法および装置の利点は理解されるであろう。

排気は正常に主たる排気導管６により行われる（第２図）。側方オリフィス１０ と導管１１および１２により構成される二次排気回路は閉じられている。（第３ 図）不利な回転範囲の時に排気に対する反圧が燃焼ガスを移送路５と燃焼室７へ 押し込む前に、または上死点の少し前で燃焼ガスの良好な排出を妨げる前に１回 転分配器４の本体が主たる排気導管６を塞ぎ始め、その時二次排気回路が導管１ １と１２との一致し始めにより排気を完了させ、燃焼室７と移送路５に含まれて いる体積の燃焼ガスを吸引させる。

この動作は上死点（第１図）に続いていき、減圧は他方では新鮮なガスの吸込開 始を誘起し、この新鮮ガスは移送路５と燃焼室７により構成される死空間の中の 燃焼ガスに次第にとって代わる。

（第４図）上死点の数度あとに、ピストン１が下降し始める時。

二次排気回路の導管１１と１２は最早一致から外れかけていて、二次回路は閉鎖 されかけ、吸込が正常に始まっている。二次回路の閉鎖は、下降するピストンに より及ぼされる減圧が室１３内を支配している減圧より大きくなる前に行われる べきである。

第５図は、本発明の方法の他の実施態様を上死点において断面で略示するもので ある。ここでは二次回路は、移送路と同じ面内に形成されていて、第１に導管１ ５が分配器の中ぐり孔に開口し、第２に分配器の回転方向の向きで主たる排気導 管６の次に位置せしめられていることにより特徴づけられる。二次回路の閉鎖は 、エンジンにより駆動される二次分配器１６により調節され、５と７との空間を 減圧室１７と連通させる。

この場合選ばれた進度に従って主たる排気導管６を閉じ、ついで二次排気回路１ ５を閉じることを確保するのは主たる排気導管６である。動作原理は前例と同一 である。二次回転分配器は滑り弁またはポペット弁、或いは同効の他の手段に代 えてもよい。

（第６図）エンジンが多数シリンダを備えている場合は５本発明の他の態様に従 い、１つのシリンダからの二次排気導管は、このシリンダの主たる排気導管が閉 じられた時、排気の位相にある他のシリンダの排気流の中に位置する流体力学的 減圧点１８に連通していて、これは前記１つのシリンダの二次回路が閉じられる まで続く。この場合、二次回路は排気位相の開開いており、そのシリンダの排気 の一部は他のシリンダの主たる排気導管の中へ行われる。

本発明に係る方法および装置のさらに他の例（第７図）によれば、エンジンがタ ーボコンプレッサを備えていて、主たる排気導管６はターボコンプレッサ１９の 駆動タービンに直接連結されていて、その時ここでは移送路５および主たる排気 管６と同じ面内゛に配置されている二次排気管２０はターボコンプレッサのあと に主たる排気に接続される。

以上から、この装置の利点は明らかであって、二次排気は何ら反圧を受けること がなく、ターボの後の排気のガス流の流れにより軽い減圧にあるか、大気圧にあ って、この時吸込み空気は大気圧以上の圧に圧縮されていて、これが二次排気導 管の中への流れ込みと死空間の良好な排気とをもたらすのである。二次排気管２ ０はガス排出の全期間申開いたままである。

然し乍ら、第５図について述べたような二次回転分配器またはその他の滑り弁な どを、主回路の開いている間二次回路を閉じるために利用することも可能であっ て、それにより動作原理は変ることがない。

本発明は以上記述し図示した実施態様に限定されるものではなく１本発明の精神 を逸脱することなく、当業者にとって想到し得る多くの変更をなし得るものであ る。この場合、本発明を弁付きエンジンに応用することが考えられるように、２ つの排気回路を別々の排気弁により制御することができる。

Ｃ。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．上死点において移送路と燃焼室とに含まれている燃焼ガスの排出を確実にす るための単一の側方移送路を備えている回転分配器付き４サイクル機関の排気ガ スの回路を制御する方法であって、 シリンダが： 普通に動作するが、サイクル中通常より早く大体上死点の前に閉鎖が行われて、 排気に対する反圧が、回転の範囲によって、移送路（５）と燃焼室（７）内の燃 焼ガスの排出を妨げたり、またはこれら空間の方へ燃焼ガスを挿し戻したりする ことがないようにする主たる排気導管（６）と、 前記主たる導管（６）が閉じたほぼその時に死空間（移送路５と燃焼室７）を適 宜手段によって減圧に維持されている導管または室（１３）へ連通させて、排気 の終了と死空間からの良好な排出とを確実にし、同時に吸込の誘起を保証してエ ンジンの最良の充満を可能ならしめる二次排気回路と を備えており、この２番目の回路は、吸込時のピストンの吸引による減圧が二次 回路の減圧室内を支配している減圧より高くならないうちに閉じられ、燃焼室と 分配器の移送路との方への燃焼ガスのあらゆる押し戻しを回避するようにしたこ とを特徴とする回転分配器付き機関の排気ガスの回路を制御する方法。 ２．請求の範囲第１項による回転分配器付き機関の排気ガスの回路を制御する方 法であって、多数シリンダを有する機関の場合、１つのシリンダの二次排気回路 のための減圧が、排気位相にある他のシリンダの主たる排気導管の流束中の流体 力学動作により創出され得、その時該１つのシリンダの主たる導管が閉じられ、 そしてこれは同じシリンダの二次回路が閉じられるまでであり、この場合二次導 管は排気時の期間中開いたままであり、回転分配器により、吸込時のピストンの 吸引による減圧が二次回路内を支配している減圧より高くならないうちに、閉じ られることを特徴とする方法。 ３．請求の範囲第１項による回転分配器付き機関の排気ガスの回路を制御する方 法であって、多数のシリンダを有する機関の場合、二次排気回路のための減圧が 、流束が安定化し連続モードで流れる時の各シリンダの主たる排気の全部または 一部が結合した後に、主たる排気回路の流束中における流体力学的動作により創 出され得ることを特徴とする方法。 ４．請求の範囲第１項による回転分配器付き機関の排気ガスの回路を制御する方 法であって、二次排気回路のための減圧が、自動または機関により駆動される減 圧ポンプにより創出されることを特徴とする方法。 ５．回転分配器付き機関の排気ガスの回路を制御する、請求の範囲第１，３，４ 項に従う装置であって、排気回路が、回転分配器（５）の移送路における側方オ リフィス（１０）と、該移送路と異なる面上で回転分配器（５）に穿設した導管 （１１）と、シリンダヘッド（３）の中ぐり孔に穿設され前記導管（１１）に連 通する導管（１２）と、減圧に維持されている室（１３）とから構成され、この 回路の開口と閉鎖は回転分配器の回転中に導管（１１）と導管（１２）とが一致 することにより行われることを特徴とする装置。 ６．回転分配器付き機関の排気ガスの回路を制御する、請求の範囲第１，３，４ 項に従う装置であって、導管（１５）の二次排気回路が回転分配器に対し口を開 き、回転方向に主たる排気導管の後で、ほぼ同じ面内に位置しており、その開口 は二次回転分配器（１６）により行われ、閉鎖は主たる回転分配器（４）により 行われることを特徴とする装置。 ７．請求の範囲第６項による回転分配器付き機関の排気ガスの回路を制御する装 置であって、二次回転分配器（１６）の代りに滑り弁またはポペット弁またはそ の他同効の手段が用いられ得ることを特徴とする装置。 ８．請求の範囲第１，２，３，４項による方法の弁付き機関への応用であって、 ２つの排気回路が別々の弁により制御されるもの。 ９．請求の範囲第１〜８項による排気ガスの回路を制御する方法および装置であ って、空気吸込のためのコンプレッサまたはターボコンプレッサを備えた機関に 応用されたもの。 １０．請求の範囲第９項による排気ガスの回路を制御する装置であって、コンプ レッサ付きの機関に応用され、二次排気の減圧を必要とせず、死空間の排気は吸 込における大気圧以上の圧と二次排気におけるほぼ大気圧との圧力差により行わ れることを特徴とする装置。 １１．請求の範囲第９項による排気ガスの回路を制御する装置であって、主たる 排気回路（６）はターボコンプレッサの駆動タービン（１９）に直接接続され、 二次排気回路（２０）はターボコンプレッサの後で主たる排気回路に接続され、 大気圧より高い圧の吸込とほぼ大気圧に等しい二次排気との間の圧力差が死空間 からの排出を有利にするようにしていることを特徴とする装置。 １２．請求の範囲第９および１１項による排気ガスの回路を制御する装置であっ て、二次回転分配器などのような閉鎖体を二次排出回路に介在させ、主たる回路 の排気時中はこの回路を閉じ、そのほぼ閉鎖時に開口させるようにしたことを特 徴とする装置。