JPH0612064B2 - ２段過給を有するピストン内燃機関 - Google Patents
２段過給を有するピストン内燃機関Info
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- JPH0612064B2 JPH0612064B2 JP62032599A JP3259987A JPH0612064B2 JP H0612064 B2 JPH0612064 B2 JP H0612064B2 JP 62032599 A JP62032599 A JP 62032599A JP 3259987 A JP3259987 A JP 3259987A JP H0612064 B2 JPH0612064 B2 JP H0612064B2
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- internal combustion
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
- F02B29/0412—Multiple heat exchangers arranged in parallel or in series
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- F02B37/007—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in parallel, e.g. at least one pump supplying alternatively
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
- F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
- F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
- F01N13/107—More than one exhaust manifold or exhaust collector
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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Description
本発明は、２段の過給を有しているピストン内燃機関で
あって、各１個の高圧排ガスタービン式過給機及び低圧
排ガスタービン式過給機が排ガスタービン式過給機群を
形成しており、ピストン内燃機関に配置されている排ガ
スタービン式過給機群の内の一つ又は多数が、それぞ
れ、高圧排ガスタービン式過給機の排ガス管路の中の遮
断装置及び低圧排ガスタービン式過給機の吸引管路の中
の遮断装置を介して過給運転及び過給停止に切り換え可
能に形成されており、その場合、過給運転及び過給停止
に切り換え可能である排ガスタービン式過給機群のそれ
ぞれが、圧縮機を包囲している、制御可能なバイパス管
路を有しており、過給運転及び過給停止に切り換え可能
である排ガスタービン式過給機群の過給運転及び過給停
止のために両方の遮断装置及びバイパス管路が制御され
るようになっている２段過給を有しているピストン内燃
機関に関するものである。
あって、各１個の高圧排ガスタービン式過給機及び低圧
排ガスタービン式過給機が排ガスタービン式過給機群を
形成しており、ピストン内燃機関に配置されている排ガ
スタービン式過給機群の内の一つ又は多数が、それぞ
れ、高圧排ガスタービン式過給機の排ガス管路の中の遮
断装置及び低圧排ガスタービン式過給機の吸引管路の中
の遮断装置を介して過給運転及び過給停止に切り換え可
能に形成されており、その場合、過給運転及び過給停止
に切り換え可能である排ガスタービン式過給機群のそれ
ぞれが、圧縮機を包囲している、制御可能なバイパス管
路を有しており、過給運転及び過給停止に切り換え可能
である排ガスタービン式過給機群の過給運転及び過給停
止のために両方の遮断装置及びバイパス管路が制御され
るようになっている２段過給を有しているピストン内燃
機関に関するものである。
過給運転及び過給停止可能な排ガスタービン式過給機群
の過給停止は、ピストン内燃機関において、ピストン内
燃機関の全負荷運転に比べて排ガスエネルギーの産出の
減少、従って、部員負荷及び部分回転数の際に、装入空
気圧力及び装入空気量の増加のために行われる。その場
合、排ガスのエネルギーの小さな産出の際には、ただ一
つの排ガスタービン式過給機群だけが運転をし、ピスト
ン内燃機関の出力の増加と共に1個又は多数の過給運転
及び過給停止可能な排ガスタービン式過給機群が次第に
並列に過給運転をされ、最後に、全負荷運転において
は、すべての存在する排ガスタービン式過給機群が作動
をするようにする。 この種類の一つのピストン内燃機関が、ドイツ特許公開
第34 11 408号から公知となっている。過給運転の切り
換えの過程の後に、当該の排ガスタービン式過給群の排
ガスタービン式過給機は、ピストン内燃機関の瞬間的な
運転状態に基づいて、対応して排ガス流及び装入空気流
が生ずる回転数に加速されなければならない。その場
合、一つの排ガスタービン式過給機群の装入空気圧の生
成には、低圧圧縮機及び高圧圧縮機が、それぞれ、ある
一定の圧力上昇に関与している。 過給運転及び過給停止可能な排ガスタービン式過給機群
の内部においては、高圧排ガスタービン式過給機は、排
ガス流れ及び装入空気に流れ作用されるが、これらの流
れは、低圧排ガスタービン式過給機の排ガス流れ及び装
入空気流れよりも、より高い密度及び温度を有してい
る。高圧排ガスタービン式過給機に対しては、付属され
る低圧排ガスタービン式過給機に対するよりも、より小
さな寸法、従って、より小さな慣性モーメントも、ま
た、生ずる。 より小さな慣性モーメントのために、過給運転及び過給
停止可能な排ガスタービン式過給機群の過給運転の際に
は、高圧排ガスタービン式過給機の回転部分(ロータラ
ンナー)に、低圧排ガスタービン式過給機の場合より
も、より大きな回転加速が生ずる。その結果、過給運転
及び過給停止可能な排ガスタービン式過給機群の過給運
転に切り換えの後の始動位相においては、低圧圧縮機及
び高圧圧縮機の運転状態に非対称性が生ずる。このこと
は、特に、低圧排ガスタービン式過給機においては、慣
性による回転加速のために、その圧縮機は、高圧圧縮機
が、既に達成している回転数に対応する運転点に対して
必要とする圧力上昇を、まだ、供給しないので、顕著に
現れる。それ故、高圧圧縮機は、最初は、高圧タービン
から供給される駆動出力の単に一部分だけが、要求作動
に転換することが出来るだけである。従って、この始動
位相において、このために存在する高圧タービンの過剰
出力は、対応する排ガスタービン式過給機群の過給運転
への切り換えの際に、高圧排ガスタービン式過給機の回
転部分(ロータランナー）に、短時間許し難い過回転数
に達することを生じさせる。
の過給停止は、ピストン内燃機関において、ピストン内
燃機関の全負荷運転に比べて排ガスエネルギーの産出の
減少、従って、部員負荷及び部分回転数の際に、装入空
気圧力及び装入空気量の増加のために行われる。その場
合、排ガスのエネルギーの小さな産出の際には、ただ一
つの排ガスタービン式過給機群だけが運転をし、ピスト
ン内燃機関の出力の増加と共に1個又は多数の過給運転
及び過給停止可能な排ガスタービン式過給機群が次第に
並列に過給運転をされ、最後に、全負荷運転において
は、すべての存在する排ガスタービン式過給機群が作動
をするようにする。 この種類の一つのピストン内燃機関が、ドイツ特許公開
第34 11 408号から公知となっている。過給運転の切り
換えの過程の後に、当該の排ガスタービン式過給群の排
ガスタービン式過給機は、ピストン内燃機関の瞬間的な
運転状態に基づいて、対応して排ガス流及び装入空気流
が生ずる回転数に加速されなければならない。その場
合、一つの排ガスタービン式過給機群の装入空気圧の生
成には、低圧圧縮機及び高圧圧縮機が、それぞれ、ある
一定の圧力上昇に関与している。 過給運転及び過給停止可能な排ガスタービン式過給機群
の内部においては、高圧排ガスタービン式過給機は、排
ガス流れ及び装入空気に流れ作用されるが、これらの流
れは、低圧排ガスタービン式過給機の排ガス流れ及び装
入空気流れよりも、より高い密度及び温度を有してい
る。高圧排ガスタービン式過給機に対しては、付属され
る低圧排ガスタービン式過給機に対するよりも、より小
さな寸法、従って、より小さな慣性モーメントも、ま
た、生ずる。 より小さな慣性モーメントのために、過給運転及び過給
停止可能な排ガスタービン式過給機群の過給運転の際に
は、高圧排ガスタービン式過給機の回転部分(ロータラ
ンナー)に、低圧排ガスタービン式過給機の場合より
も、より大きな回転加速が生ずる。その結果、過給運転
及び過給停止可能な排ガスタービン式過給機群の過給運
転に切り換えの後の始動位相においては、低圧圧縮機及
び高圧圧縮機の運転状態に非対称性が生ずる。このこと
は、特に、低圧排ガスタービン式過給機においては、慣
性による回転加速のために、その圧縮機は、高圧圧縮機
が、既に達成している回転数に対応する運転点に対して
必要とする圧力上昇を、まだ、供給しないので、顕著に
現れる。それ故、高圧圧縮機は、最初は、高圧タービン
から供給される駆動出力の単に一部分だけが、要求作動
に転換することが出来るだけである。従って、この始動
位相において、このために存在する高圧タービンの過剰
出力は、対応する排ガスタービン式過給機群の過給運転
への切り換えの際に、高圧排ガスタービン式過給機の回
転部分(ロータランナー）に、短時間許し難い過回転数
に達することを生じさせる。
それ故、本発明の課題は、過給運転及び過給停止が可能
である高圧排ガスタービン式過給機の回転数を、加速の
際に、当該の排ガスタービン式過給機群の過給運転の開
始の後に、許容値を制限することにあるものである。
である高圧排ガスタービン式過給機の回転数を、加速の
際に、当該の排ガスタービン式過給機群の過給運転の開
始の後に、許容値を制限することにあるものである。
この課題は、本発明によると、「特許請求の範囲」第１項
の特徴項による構成により解決され、同第２項の構成に
より、他の実施形態を持つように形成される。 本発明により達成される利点は、特に、過給運転及び過
給停止が可能である高圧排ガスタービン式過給機が、過
給運転への切り換えの際に達成する過回転数の量が、回
転部分（ローターランナー）の運転に危険な負荷を引き
起こすことの無い値に制限することにある。 ドイツ特許公開第34 11 406号公報から、過給運転の切
り換え可能な排ガスタービン式過給機群におけるバイパ
ス導管の配置が、公知となっている。その場合、バイパ
ス導管は、高圧圧縮機の圧力管路を低圧圧縮機の吸引管
路に連結している。しかしながら、この配置は、高圧排
ガスタービン式過給機の加速の際に、回転数を低下させ
る影響を何ら有していないものである。
の特徴項による構成により解決され、同第２項の構成に
より、他の実施形態を持つように形成される。 本発明により達成される利点は、特に、過給運転及び過
給停止が可能である高圧排ガスタービン式過給機が、過
給運転への切り換えの際に達成する過回転数の量が、回
転部分（ローターランナー）の運転に危険な負荷を引き
起こすことの無い値に制限することにある。 ドイツ特許公開第34 11 406号公報から、過給運転の切
り換え可能な排ガスタービン式過給機群におけるバイパ
ス導管の配置が、公知となっている。その場合、バイパ
ス導管は、高圧圧縮機の圧力管路を低圧圧縮機の吸引管
路に連結している。しかしながら、この配置は、高圧排
ガスタービン式過給機の加速の際に、回転数を低下させ
る影響を何ら有していないものである。
以下、本発明をその１実施例を示す添付図面に基づいて
説明をする。 図は、ピストン内燃機関に対する２個の二段式排ガスタ
ービン式過給機群11及び12を示すものである。連続的に
過給運転をされる排ガスタービン式過給機群11は、高圧
タービン14及び高圧圧縮機15を有している高圧排ガスタ
ービン式過給機13と、低圧タービン17及び低圧圧縮機18
を有している低圧排ガスタービン式過給機16とから成り
立っている。過給運転の停止が可能である排ガスタービ
ン式過給機群12は、高圧タービン20及び高圧圧縮機21を
有している高圧排ガスタービン式過給機19と、低圧ター
ビン23及び低圧圧縮機24とを有している低圧群排ガスタ
ービン式過給機22とから成り立っている。排ガスタービ
ン式過給機群11及び12は、排ガスマニホルド25から排ガ
ス管路26及び27を介して排ガスを供給される。それらの
排ガスタービン式過給機群11,12は、それら装入空気
を、冷却器28，装入空気管路29，３０，３８及び39並び
に装入空気マニホルド31を介して図示されていないピス
トン内燃機関へ供給する。 小さな負荷においては、排ガスタービン式過給機群12
は、装入空気マニホルド31内の装入空気圧力によって制
御管路32を介して制御される排ガス遮断装置33によっ
て、排ガスマニホルド25から分離される。その場合、吸
引管路37の中の装入空気遮断装置34が、装入空気マニホ
ルド31から排ガスタービン式過給機群12を介して装入空
気マニホルド31から装入空気の流出することを阻止す
る。 高圧圧縮機21の上流において、装入空気管路39から、又
は、装入空気管路30からも、また、遮断装置35によって
制御されるバイパス管路36が分岐しているが、このバイ
パス管路36は、高圧圧縮機21の吸入側において装入空気
管路38に流れ込んでいる。 ピストン内燃機関の出力が増加し、連続的に過給運転を
する排ガスタービン式過給機群11の上方の出力限界に到
達した時には、装入空気マニホルド31内の装入空気圧力
によって制御管路32を介して制御されて、排ガス遮断装
置33は開放される。それ故、今まで過給運転を停止され
ていた排ガスタービン式過給機群12は、ピストン内燃機
関の排ガスによって駆動される。 その場合、高圧排ガスタービン式過給機19のロータラン
ナーは、低圧排ガスタービン式過給機22のローターラン
ナーよりも、より速やかに加速される。この相違は、高
圧排ガスタービン式過給機19が、低圧排ガスタービン式
過給機22に比べて、より小さな寸法及びそれから生ずる
より小さな慣性モーメントから生ずるものである。高圧
排ガスタービン式過給機19のより小さな寸法の理由は、
排ガス及び装入空気の質量流れの考慮に入れられるべ
き、より高い密度及び温度のためである。 遮断装置33の開放と同時に、バイパス管路36の中に配置
された制御可能である遮断装置35も、また、開放され
る。ローターランナーの加速時間内に高圧圧縮機21によ
って、流入側の装入空気管路38から吸引された空気量
は、バイパス管路36を介して、少なくとも一部分が流入
側にまで流れて戻る。それ故、高圧圧縮機21には、低圧
圧縮機24の運転状態には無関係に、バイパス管路36を介
して正確な供給流れが形成される。高圧排ガスタービン
式過給機19のローターランナーの加速のための運転位相
において利用可能である過剰出力は、高圧圧縮機２１に
より取り上げられた供給出力だけ減少される。それ故、
高圧排ガスタービン式過給機19の加速の際に確立される
高回転数は、バイパス管路36が開放して時には、バイパ
ス管路36が閉塞している時の回転数よりも、明らかに小
さい。それ故、過給運転に切り換えられた排ガスタービ
ン式過給機群12の高圧排ガスタービン式過給機19の余り
にも速やかな回転加速から生ずる、そのローターランナ
ーにおける運転を危険とする応力は、阻止される。 低圧排ガスタービン式過給機22の回転数が、高圧圧縮機
21のために必要とする圧力状態を低圧圧縮機24が供給す
る回転数に到達するや否や、バイパス管路36は遮断装置
35の閉塞によって遮断される。対応する時点は、装入空
気遮断装置34が開放した時に構成される。遮断装置35の
閉塞は、制御管路40の中に配置された遮断装置41により
行われるが、この装置41は、装入空気遮断装置34の切り
換え状態を検知する検知装置42によって制御装置43を介
して作動される。
説明をする。 図は、ピストン内燃機関に対する２個の二段式排ガスタ
ービン式過給機群11及び12を示すものである。連続的に
過給運転をされる排ガスタービン式過給機群11は、高圧
タービン14及び高圧圧縮機15を有している高圧排ガスタ
ービン式過給機13と、低圧タービン17及び低圧圧縮機18
を有している低圧排ガスタービン式過給機16とから成り
立っている。過給運転の停止が可能である排ガスタービ
ン式過給機群12は、高圧タービン20及び高圧圧縮機21を
有している高圧排ガスタービン式過給機19と、低圧ター
ビン23及び低圧圧縮機24とを有している低圧群排ガスタ
ービン式過給機22とから成り立っている。排ガスタービ
ン式過給機群11及び12は、排ガスマニホルド25から排ガ
ス管路26及び27を介して排ガスを供給される。それらの
排ガスタービン式過給機群11,12は、それら装入空気
を、冷却器28，装入空気管路29，３０，３８及び39並び
に装入空気マニホルド31を介して図示されていないピス
トン内燃機関へ供給する。 小さな負荷においては、排ガスタービン式過給機群12
は、装入空気マニホルド31内の装入空気圧力によって制
御管路32を介して制御される排ガス遮断装置33によっ
て、排ガスマニホルド25から分離される。その場合、吸
引管路37の中の装入空気遮断装置34が、装入空気マニホ
ルド31から排ガスタービン式過給機群12を介して装入空
気マニホルド31から装入空気の流出することを阻止す
る。 高圧圧縮機21の上流において、装入空気管路39から、又
は、装入空気管路30からも、また、遮断装置35によって
制御されるバイパス管路36が分岐しているが、このバイ
パス管路36は、高圧圧縮機21の吸入側において装入空気
管路38に流れ込んでいる。 ピストン内燃機関の出力が増加し、連続的に過給運転を
する排ガスタービン式過給機群11の上方の出力限界に到
達した時には、装入空気マニホルド31内の装入空気圧力
によって制御管路32を介して制御されて、排ガス遮断装
置33は開放される。それ故、今まで過給運転を停止され
ていた排ガスタービン式過給機群12は、ピストン内燃機
関の排ガスによって駆動される。 その場合、高圧排ガスタービン式過給機19のロータラン
ナーは、低圧排ガスタービン式過給機22のローターラン
ナーよりも、より速やかに加速される。この相違は、高
圧排ガスタービン式過給機19が、低圧排ガスタービン式
過給機22に比べて、より小さな寸法及びそれから生ずる
より小さな慣性モーメントから生ずるものである。高圧
排ガスタービン式過給機19のより小さな寸法の理由は、
排ガス及び装入空気の質量流れの考慮に入れられるべ
き、より高い密度及び温度のためである。 遮断装置33の開放と同時に、バイパス管路36の中に配置
された制御可能である遮断装置35も、また、開放され
る。ローターランナーの加速時間内に高圧圧縮機21によ
って、流入側の装入空気管路38から吸引された空気量
は、バイパス管路36を介して、少なくとも一部分が流入
側にまで流れて戻る。それ故、高圧圧縮機21には、低圧
圧縮機24の運転状態には無関係に、バイパス管路36を介
して正確な供給流れが形成される。高圧排ガスタービン
式過給機19のローターランナーの加速のための運転位相
において利用可能である過剰出力は、高圧圧縮機２１に
より取り上げられた供給出力だけ減少される。それ故、
高圧排ガスタービン式過給機19の加速の際に確立される
高回転数は、バイパス管路36が開放して時には、バイパ
ス管路36が閉塞している時の回転数よりも、明らかに小
さい。それ故、過給運転に切り換えられた排ガスタービ
ン式過給機群12の高圧排ガスタービン式過給機19の余り
にも速やかな回転加速から生ずる、そのローターランナ
ーにおける運転を危険とする応力は、阻止される。 低圧排ガスタービン式過給機22の回転数が、高圧圧縮機
21のために必要とする圧力状態を低圧圧縮機24が供給す
る回転数に到達するや否や、バイパス管路36は遮断装置
35の閉塞によって遮断される。対応する時点は、装入空
気遮断装置34が開放した時に構成される。遮断装置35の
閉塞は、制御管路40の中に配置された遮断装置41により
行われるが、この装置41は、装入空気遮断装置34の切り
換え状態を検知する検知装置42によって制御装置43を介
して作動される。
本発明により達成される効果は、特に、過給運転が停止
可能である排ガスタービン式過給機群の高圧排ガスター
ビン式過給機が過給運転に切り換えられた時に、その過
回転数のために回転部分(ローターランナー)に運転を危
険とする応力の発生することを阻止し、安全運転を確保
された２段過給を有するピストン内燃機関を提供するも
のである。
可能である排ガスタービン式過給機群の高圧排ガスター
ビン式過給機が過給運転に切り換えられた時に、その過
回転数のために回転部分(ローターランナー)に運転を危
険とする応力の発生することを阻止し、安全運転を確保
された２段過給を有するピストン内燃機関を提供するも
のである。
図は、本発明の１実施例を示す略図である。 11……連続的に過給運転をされる排ガスタービン式過給
機群、12……過給運転が停止可能である排ガスタービン
式過給機群、13……高圧圧縮機、34……装入空気遮断装
置、35……遮断装置、36……バイパス管路、42……検出
器、43……制御装置。
機群、12……過給運転が停止可能である排ガスタービン
式過給機群、13……高圧圧縮機、34……装入空気遮断装
置、35……遮断装置、36……バイパス管路、42……検出
器、43……制御装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲオルグ・リュツ ドイツ連邦共和国、7997 イムメンスター ト、シュピーゲルベルク ３ (56)参考文献 特開 昭60−206933（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−145329（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−82526（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】２段の過給を有しているピストン内燃機関
であって、各１個の高圧排ガスタービン式過給機及び低
圧排ガスタービン式過給機が排ガスタービン式過給群(1
1,12)を形成しており、ピストン内燃機関に配置されて
いる排ガスタービン式過給機群(11,12)の内の一つ又は
多数(12)が、それぞれ、高圧排ガスタービン式過給機(1
9)の排ガス管路(27)の中の排ガス遮断装置(33)及び低圧
排ガスタービン式過給機(22)の吸引管路(37)の中の装入
空気遮断装置(34)を介して過給運転及び過給停止に切り
換え可能に形成されており、その場合、両方の遮断装置
(33,34)が、過給運転及び過給停止に切り換え可能であ
る排ガスタービン式過給機群(12)を、ピストン内燃機関
の部分負荷において過給運転及び過給停止のために制御
されるようになっている２段過給を有しているピストン
内燃機関において、バイパス管路(36)が、過給運転及び
過給停止に切り換え可能である排ガスタービン式過給機
群(12)の高圧圧縮機(21)の装入空気管路(38)と圧力管路
(39)との間に配置されており、また、バイパス管路(36)
が、排ガス遮断装置(33)が開放すると同時に開放する遮
断装置(35)を有していることを特徴とする２段過給を有
しているピストン内燃機関。 - 【請求項２】遮断装置(35)が、制御導線(43)を介して装
入空気遮断装置(34)の切り換え状態を検知する検知器(4
2)に連結されていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の２段過給を有しているピストン内燃機関。
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