JPS6329022A - 過給式４サイクル内燃機関 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は過給式４サイクル内燃機関に関する。

〔従来の技術〕

従来、各シリンダに２種の給気弁を有する４サイクル機
関において、それぞれの給気弁に連通ずる給気管および
排気ターボ過給機を２系統とし、そのうちの１系統を選
択的に作動停止することによって１機関の低回転域での
性能を向北させる技術が例えば特願昭５８−１９７３０
号にょり提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらと記従来技術では、２系統の給気管への過
給空気の供給手段がいずれも排気ターボ過給機（排気タ
ービンと遠心圧縮機という。

いずれも速度形あるいはターボ機械形の要素よりなる）
であるため１機関の低回転域においてｌ系統の給気管（
および排気ターボ過給機）の機能を停止した場合、有効
な機関性能の向とが得られるものの、これにもおのずと
限界がある。

この主原因は、低速域で１系統となったとは云え、排気
ターボ過給機の圧縮機（例えば遠心圧縮機）を駆動する
排気タービン（軸流タービンあるいはラジアルタービン
）は１機関の低回転域での少ない排気エネルギでは十分
な駆動力を出力することができないため、上記圧縮機の
吐出空気量も又不十分となるためである。

この欠点を改善する手段として、ｌ系統の排気ターボ過
給機（特にその排気タービン）の容量（即ち一定圧力比
における流量）をそれ相当に小さくする事があるが、排
気ターボ過給機、自体の小形化の技術的限界と第２系統
の作動開始時点（同じく第２系統の作動停止時点）での
切換え時の各部条件の大巾な特性変化があり、低速域か
ら高速域へ（又はその逆）の増減速運転時に機関特性が
段付き状態となシ、性能面の不具合が大きくなる。

本発明は上記に鑑みなされたもので。

（１）機関低回転域での性能（特にトルク特性。

発煙特性および加速特性）の改善 （２）給気系統の低高速切換え時の機関特性変化の段付
現象の改善 がなされた内燃機関を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段９作用〕本発明はと記問
題点を解決するため、各シリンダに２種の給気弁を有し
、かつ各第１給気弁と連通ずる第１給気管および同第２
給気弁と連通する第２給気管を備えた過給式４サイクル
機関において。

（１）第１給気管には１機関の全排気ガスによって作動
する排気タービンに駆動される速度膨圧縮機（例えば遠
心圧縮機）の吐出空気を。

第２給電管には１機関のクランク軸駆動あるいは電気駆
動の容積形圧縮機（例えば回転ベーン形圧縮機）の吐出
空気を、それぞれ圧送するごとく構成する。

（２）　　、）：記（１）のものにおいて、第１給気管
と第２給気管とを選択的に連通可能とする。

の２点を特徴とする。

〔実施例〕

以下１図面を参照して本発明の実施例につき説明すると
、　　２１０，２２０．３１は３機関本体１０の各シリ
ン４ダヘツド１１に夫々設けられた第１給気弁。

第２給気弁および排気弁である。

２１は各シリンダの第１給気弁２１０と連通する第１給
気管、２２は各シリンダの第２給気弁２２０と連通ずる
第２給気管、２２．８０は各シリンダの排気弁８１と連
通ずる排気管、４０は排気タービン４１とこれによって
駆動される遠心圧縮機４２よりなる排気ターボ過給機で
ある。

また、５０は機関本体１０の出力軸１０ａの一端に設け
たプーリ１２を含めた系によって駆動される容積形圧縮
機である。

Ｌ記排気タービン４１は、各シリンダの排気弁３１から
排気管３０を経て流出する排気ガヌによって作動し、こ
れによって駆動される。遠心圧縮機４２の吐出空気は、
第１給気管２１へ送入される。

一方五記容積形圧縮機５０の吐出空気は第２給気管２２
へ送入される。

又、第１給気管２１と第２給気管２２は連通弁２３を介
して選択的に連通可能であり、）：記容積形圧縮機５０
と第２給気管２２とを連通ずる管路には、切換弁５１が
設けられている。

１記排気タ一ボ過給機４０の排気タービン４１および遠
心圧縮機４２は１機関の中高速回転域での給気の主要部
分あるいは全部をまかなうようにその仕様が選定されて
いるが、排気管３０と排気タービン４１の羽根車との間
に、必要に応じて排気バイパス弁を設け１機関の高速高
負荷運転時に排気ガスを外部へバイパスして、排気ター
ボ過給機４０の回転数を制限することも可能なように構
成する。

一部９Ｊ：記容積形圧縮機５０は、その容量（１回転”
ｈｂの流量）や機関回転数からの増速の度合を設定して
１機関の低回転域において応分の空気量を吐出できる様
にその仕様が選定されておシ１機関の高速回転域では必
要に応じて（容積形圧縮機の内部あるいはプーリ１２を
含む駆動系の一部に）設けられたかん脱装置によって。

運転を停止させることも出来るように構成している。

尚、上記容積形圧縮機５０は、電動モーター等。

他の駆動源により駆動してもよい。

次に本発明の作用につき説明する。

（υ　機関の低速回転域 機関１０の各シリンダの排気ガヌは、排気弁３１から排
気管３０を通って、その全量が排気タービン４１へ供給
され、該排気タービン４１ニ動力を与へて外気中へ放出
される。

上記排気タービン４１によって駆動された遠心圧縮機４
２は外気を吸入圧縮して、これを第１給気管２１から各
シリンダの第１給気弁２１０よシ各シリンダ内へ＃気す
る。

一部２機関１０によって、プーリ１２等を介して駆動さ
れる容積形圧縮機５ｏは外気を吸入。

圧縮して、これを切換弁５１を通して第２給気管２２か
ら各シリンダの第２給気弁２２０より各シリンダ内へ供
給する。

一部、上記連通弁２３は閉の状態にあって。

第１給気管２１と第２給気管２２は独立した状態にあシ
、相互に干渉することなく遠心圧縮機４２におけるサー
ジング等は誘起されない。

この状態では、排気タービン４１の発生動力は十分でな
いため、遠心圧縮機４２の吐出空気量のみでは１機関１
０全体の高トルク運転に必要な空気量をまかない切れな
いが、これに機関１０によってａ械的に駆動された容積
形圧縮機５０の吐出空気量が附加されることにより。

必要な空気量を確保することができる。

特に、一般のターボ過給機関では低回転域からの急加速
の場合、排気ガスによる排気ターボ過給機４０の回転加
速遅れによって、遠心圧縮機４２の吐出空気量増加が遅
れる（いわゆるターボラグが発生する）ため１機関の加
速特性に難点があるが１本発明では２機関の回転数と昇
に即比例して容積形圧縮機５０の回転数がト昇し、その
吐出空気量も直ちに増加するため、）：述の加速特性が
大幅に改善される。

（２）機関の中高速回転域 機関の回転数が可成り高くなった以降の中高速回転域で
は、排気タービン４１に供給される排気ガヌの有効エネ
ルギも十分大きくなるので１機関の高トルク運転のため
に必要な空気量の大部分を遠心圧縮機４２の吐出空気で
まかなうことが可能となる。

又このよりな運転条件では１前述のターボラグによる機
関の加速遅れは殆んど問題とならない。

従ってこの運転域特に高速回転域では、容積形圧縮機５
０の運転を停止して該容積形圧縮機５０を駆動するため
に消費されていた機関出力の一部を０（ゼロ）としてそ
の分だけ機関の内部消費動力を軽減することにより、？
、費の低減が図れる。

又、この場合は連通弁２３を開として、第１給気管２１
から第２給気管２２へ遠心圧縮機４２の吐出空気を送入
することも可能となる。尚。

連通弁２３を省略して、給気弁２２０を全閉状４態で保
持することも可能である。

（３２機関の低速回転と中高速回転域との間の移行時 この場合は９本発明においては次の２つの作用を使いわ
けることが出来る。

（３−１）　　中高速回転域でも容積形圧縮機５０を作
動し続ける場合 この場合は１機関の回転数やトｌレクの変化に対して特
別の対応をする必要なく単に機関に供給される全空気量
のうち遠心圧縮機４２と容積形圧縮機５０の受は持ち比
率が変化するのみである。

又９機関の各種の運転条件に応じて。

給排気系に追設されたスロットル弁やバイパス弁を用い
て上記両正縮機４２．５０から各給気管２１．２２へ供
給される空気量や圧力を調整することもできる。

（８−２）　　中高速回転域で容積形圧縮機の作動を停
止する場合 この場合は、がん脱装置による容積形 圧縮機５０の停止あるいは起動と切換弁５１および連通
弁２３の開度調整とを適当なタイミングで行わせること
により、容積形圧縮機の発停に伴う給気系の切換え時に
。

機関全体としての給気条件（給気圧や給気量）に急激な
段差を与えずに機関の回転数を１昇又は下降することが
できる。

特に、この給気系切換え時の給気条件 の段差をより小さくするために、と記給排気系に追設さ
れたスロットル弁やバイパス弁を単独あるいは連動して
調整することは有効である。

本発明を適用するにあたっては、特に容積形圧縮機５０
の１流吸込管の脈動特性を機関の低速回転域にチューニ
ングして第２給気弁２２０からの給気量をこの低速回転
域で特に増大させたり。

あるいは第２給気弁２２０自体をシリンダ内へ強い渦流
を発生させるための特殊な設計となる等の従来技術と組
合せることにより１機関の低速回転域での性能を更に改
善することが可能である。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されており１本発明によれば
次の効果がある。

（１）従来の排気ターボ過給機付の機関に比して。

機関の低速回転域におけるトルク特性１允煙特性および
加速特性が大幅に改善される。

（２）従来の低速回転域での特性向り策に比して給気系
切換時の給気条件の落差を大幅に小さくすることが出来
るため低速回転域から高速回転域まで滑らかな機関特性
を得ることができる。

の系統図である。

１０・・・機関本体、１１・・・シリンダヘッド、１２
・・・デー４１−．２１・・・第１給気管、２２・・・
第２給気管、２３・・・連通弁、２１０・・・第１給気
弁、２２０・・・第２給気弁、３０・・・排気管、３１
・・・排気弁、４０・・・排気ターボ過給機、４１・・
・排気タービン、４２・・・遠心圧縮機。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）各シリンダ毎に第１給気弁及び第２給気弁からな
   る２種の給気弁を設けるとともに、各シリンダの第１給
   気弁と連通する第１給気管及び第２給気弁と連通する第
   ２給気管を併設してなる４サイクル内燃機関において、
   上記第１給気管と機関の排気ガスにより駆動される圧縮
   機の空気吐出口とを接続するとともに、上記第２給気管
   と機関のクランク軸または機関外の動力により駆動され
   る容積形圧縮機の空気吐出口とを接続してなることを特
   徴とする過給式４サイクル内燃機関。
2. （２）各シリンダ毎に第１給気弁及び第２給気弁からな
   る２種の給気弁を設けるとともに、各シリンダの第１給
   気弁と連通する第１給気管及び第２給気弁と連通する第
   ２給気管を併設してなる４サイクル内燃機関において、
   上記第１給気管と機関の排気ガスにより駆動される圧縮
   機の空気吐出口とを接続するとともに、上記第２給気管
   と機関のクランク軸または機関外の動力により駆動され
   る容積形圧縮機の空気吐出口とを接続し、上記第１給気
   管と第２給気管とは開閉弁を具えた連通路にて連通され
   てなることを特徴とする過給式４サイクル内燃機関。