JPS646328B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンに新鮮な圧縮空気を供給す
るための少くとも１つのコンプレツサと、エンジ
ンからの排気ガスによつて作動して前記圧縮機を
駆動する少くとも１つのタービンとから成る１個
のターボコンプレツサ装置に依つて過給される内
燃機関に関する。

この様なエンジンにおいては、コンプレツサに
よつて過給される新鮮な空気をエンジンから生じ
る排気ガス側へ送給し得るような直接且つ常置の
通路のバイパス通路を備えているのが普通であ
り、それに燃焼室は一般にタービンの上流側に備
えられ、この燃焼室には排気ガスおよび上述の分
路パイプから取り入れられた新鮮な空気が供給さ
れている。

本発明の目的は、エンジンの排気ガスの掃気に
要する仕事量を大幅に減少させ、その結果、エン
ジンの出力を増加させ且つ燃料消費量を減らすこ
とにある。

本発明の他の目的は、コンプレツサーをその吐
出特性限界近くで作動させることによつて、換言
すれば最適条件で作動させることによつて、ター
ボ−コンプレツサを高い過給圧に適合させること
にある。

本発明のさらに他の目的は、エンジンの吸気側
と排気側との間に圧力差を生じさせることによつ
て、エンジンの掃気を良くすることにある。

本発明に従うと、エンジンに圧縮空気を送るコ
ンプレツサと、エンジンからの排ガスにより作動
するタービンと、エンジンとコンプレツサ間の圧
縮空気の通路とエンジンとタービン間の排ガスの
通路とをエンジンと並列に連結するバイパス通路
とを含む過給内燃機関において、上記バイパス通
路の上流部と下流部との間に該上流部中の圧力の
増加関数である圧力差を発生させることを特徴と
する運転方法が提供される。

更に本発明に従うと、エンジンに圧縮空気を送
るコンプレツサと、エンジンからの排ガスにより
作動するタービンと、エンジンとコンプレツサ間
の圧縮空気の通路とエンジンとタービン間の排ガ
スの通路とをエンジンと並列に連結するバイパス
通路とを含む過給内燃機関において、該バイパス
通路内に可動に設けられて、一面でコンプレツサ
側の圧力を受け、他面でタービン側の圧力を受け
るスロツトル弁と、該バイパス通路内のコンプレ
ツサ側の圧力と所定圧力との差圧により該スロツ
トル弁を弁閉鎖方向に付勢する手段とからなる圧
縮空気流量制御装置を更に含むことを特徴とする
過給内燃機関が提供される。バイパス通路の上流
部（コンプレツサへ接続されている部分）とバイ
パス 通路の下流部（タービンに接続されている
部分、もし必要ならば燃焼室を介して）の間に圧
力差を生じ、それがバイパス 通路の上流圧の直
線性即ち、一次の増加関数である事が望ましい。

本発明では、エンジンのインテークマニホール
ドに入る空気の圧力Ｐ（以下、ブースト圧力とい
う）が高くなると、バイパス通路の上流部と下流
部との間の圧力差△Ｐが大きくなる。換言すれ
ば、上記スロツトルが閉じて、下流側圧力、すな
わち、エンジンのエクゾーストマニホールド中の
排気ガスの圧力（以下排気圧力という）が相対的
に低下する。

逆に、ブースト圧力Ｐが低い場合には、上記△
Ｐが小さくなる。

従つて、ブースト圧力が同じだとした場合に
は、従来の物に比べて、排気圧力の上昇を小さく
することがでる。

このように、排気圧力が低下するということ
は、エクゾーストマニホールドに排気ガスを排気
するためにエンジンのピストンが行う仕事量が低
下するということを意味し、エンジンの出力が向
上し、換言すれば、エンジン効率が向上すること
を意味する。

更に、コンプレツサをポンプ特性曲線の限度に
近く、動作させて高過給圧でエンジンを作動させ
る事が可能である。エンジンは、吸気口（スロツ
トルバルブの上流圧）と排気口（スロツトルバル
ブの下流圧）との間に保たれて、いる圧力差があ
るために排気を容易に除去をすることができる。
添付の図面を参照して、本発明の実施例を説明す
る。

第１図に示されているデーゼルエンジンは参照
番号１０１で示されており、参照番号１０２と記
されているターボコンプレツサ装置に依つて過給
される。

このターボコンプレツサ装置１０２はパイプを
介してエンジンに圧縮された空気を供給するコン
プレツサ１０３とシヤフト１０５を介して前記の
コンプレツサ１０３を駆動しているタービン１０
４とから成つており、このタービン１０４はエン
ジン１０１からの排気ガスに依つて作動される。

コンプレツサ１０３を介して取り入れられた新
鮮な空気をエンジンから生ずる排気ガス側に通過
させる直接且つ常設の通路のバイパス通路１０６
が設けられている。

燃焼室１０７はタービン１０４の上流に設ける
のが望ましく、この燃焼室１０７には排気ガスお
よびバイパス通路１０６から取り入れられる新鮮
な圧縮空気を供給する。

本発明に依れば可変出口断面を備えているスロ
ツトルバルブ１０８を設け、バイパス通路１０６
から入つて来る空気が横切る様に構成する。この
スロツトルバルブ１０８はバイパス通路１０６の
上流部（コンプレツサ１０３と接続されている部
分）とバイパス通路１０６の下流部（燃焼室１０
７を介してタービン１０４と接続している部分）
との間に圧力差ΔPを生じさせる。この圧力差ΔP
は上流部の圧力の増加関数すなわち一次またはほ
ぼ一次の増加関数である事が望ましい。

この一次関数はΔP＝α′P＋β′とかく事が出来
る。

ここで、α′およびβ′は２つの定数を示してい
る。

第１図に示す本発明の第１実施例において、こ
のスロツトルバルブ１０８はバイパス通路１０６
の中に配置されている弁１０８ａとこれに協働す
る固定シート１０８ｅとからなる。

この弁１０８ａは心棒（ステム）１０８ｂに依
つて支えられ、心棒１０８ｂの端部は平衡ピスト
ン１０８ｃへ固着、また変形可能な壁１０８ｄを
介してバイパス・通路１０６へ接続されている。

弁１０８ａの直径および平衡ピストン１０８ｃ
の直径は上述の弁１０８ａが上流部の表面上とピ
ストン１０８ｃの内面に作用する上流圧Ｐと、 下流部表面上に作用する下流圧Ｐ−ΔPと、ピ
ストン１０８ｃの外面上に利用する大気圧とに依
つて平衡が取れる様な大きさである。

弾性偏倚装置も亦関数ΔP＝α′P＋β′の値を一定
させるためにスロツトル部材１０８ａの上に作用
する。

この弾性偏倚装置はスプリング１０９および／
または変形可能な壁１０８ｄの弾性自体に依つて
構成されている。

この係数β′を変えるためには、弁１０８ａに弾
性偏倚装置に依つて加えられる力を調整する事が
必要である。この調整装置は弾性偏倚装置の緊張
を変えるナツト１１０に依つて構成する事が出来
る。この特徴は弁１０８に依つて生じた圧力差を
過給エンジン特性に適合させ得るので特に有利で
ある。

特に、この圧力差はコンプレツサ１０３の吸気
口に置かれているロ過装置１１１に依つておよ
び／またはタービン１０４の出口に置かれている
消音器１１２に依つて生ずる負荷ロスを解消する
のに用いる事が出来る。

第２図を参照して本発明の第２の実施例を説明
すると、スロツトルバルブは円筒形のハウジング
１１がバイパス通路の上流側（コンプレツサ側）
１２及び下流側（タービン側）１３と連通してい
る。心棒１４に固定された弁１５は固定弁座１６
と協働して可変断面の流体通路１７を形成してい
る。心棒１４の中央部を支持具１８により摺動自
在に支持され、端部を油圧ダンパ１９と連結して
いる。更に、心棒１４は中空であり且つ２０で開
口し、内部に圧縮空気が侵入可能である。従つ
て、弁１５はバイパス通路の下流側（タービン
側）の圧力Ｐ−ΔPを表面で受け、上流側（コン
プレツサ側）の圧力Ｐを他面で受ける。他方、心
棒１４は内部の圧縮空気の圧力Ｐを受けると同時
に端部表面で室２１内の圧力を受ける。油圧ダン
パ１９は油圧源２２と連結し、弾性偏倚部材の役
割を果すと共に、圧縮空気の流量変動によるシヨ
ツクを吸収している。また室２１内の圧力も圧縮
空気等によつて調整可能である。

また、本発明のものはスロツトル弁の操作と補
助燃焼器との間には何等の物理的なリンク関係を
必要としない。

従つて、本発明では、エンジン速度が低下した
場合にも、エンジンへの負荷（すなわち、トル
ク）に応じてブースト圧力を上昇させることがで
きる。

このような場合には、本発明では、上記の関
係： ΔP−kP＝P^* に従つてΔPが上昇し、弁が閉じる。

また、エンジン速度と負荷との両方が同時に低
下したような場合には、上記スロツトル弁が開
く。

本発明の特徴であるスロツトル弁は、エンジン
の負荷および／または速度とは無関係に、ブース
ト圧力の上昇時および下降時にのみ作動する。従
つて、エンジンの負荷と速度との関係は下記の任
意の組合せが可能である： 低速−低負荷（低トルク） 低速−高負荷（高トルク） 高速−低負荷（低トルク） 高速−高負荷（高トルク） 例えば、平坦な道路上を走行していたトラツク
が急に坂を昇るような場合には、負荷の上昇によ
つてエンジン速度は低下するが、本発明では、弁
を閉じてブースト圧Ｐの増加とともに圧力差ΔP
を大きくすることができる。

また、本願の弁は、エンジン速度および／また
は負荷とは独立して平衡させることができ、出力
シヤフトの回転数や、負荷変動や、エンジンの燃
料消費量等に応答する部材に物理的にリンクさせ
る必要がない。

さらに、ブースト圧力Ｐが低い時に上記ΔP／
Ｐが高くなると、タービンの入口温度Ｔが極端に
高くなり、タービンを破損させる原因となるの
で、極めて望ましくないことである。本発明では
ブースト圧力Ｐが低い時に、タービンの入口温度
Ｔの許容範囲T_Lにできるだけ近かないように
ΔP／Ｐの値を小さくすることができる。

本発明のスロツトル弁は任意の内燃機関（ジー
ゼル機関、スパーク点火式内燃機関）をコントロ
ールすることがでる。

速度ガバナーで制御されるエンジンに本発明を
適用した場合を挙げて説明する。即ち、エンジン
の運転状況に応じてある速度まで加速することが
要求されたときには、ガバナーを調節して、単位
時間当たりの回転数が増加するまでデイーゼルエ
ンジンに単位ストローク当たりの燃料噴射量を増
加させる。そして、所望の速度に達したとき、ガ
バナーを操作して速度を維持するのに十分な量に
燃料噴射を減らす。

一方、この速度における負荷に応じて、タービ
ンにより駆動されるターボコンプレツサーにより
昇圧されたブースト圧力が、本発明による平衡ピ
ストンに作用し、本発明の関係式： ΔP＝αP−β が達成されるまで、スロツトル弁の開度が変化す
る。

本発明による上記構成の装置は以下のような効
果を有している： 一般に、エンジンはオーバーヒートを防ぐとい
う熱的は理由から、高出力時すなわちブースト圧
力が高い時には掃気を良くしなければならない。
特に２ストロークエンジンの場合には、このこと
は極めて重要である。また、多くの４ストローク
エンジンは、排気バルブの温度を許容値以下に維
持しなければならないので、特に高出力時には、
膨張ストロークの終わりに、排気ガスをシリンダ
ーからより良く排出するために掃気を良くするの
が極めて望ましい。

一方、低出力運転時にはブースト圧力が低く、
また、上記の熱的な問題がないので、強力な掃気
の必要がない。また、掃気が悪くなつてガスの循
環が遅くなつた方が燃焼を良くするという観点か
らは寧ろ望ましい。

一般には、コンプレツサーの吐出圧Ｐが高くな
ると、上記ΔPが大きくなるので、タービンの入
口側圧力は小さくなる（Ｐ−ΔP）。しかし、コン
プレツサーの吐出圧Ｐが低い低出力運転時には、
このΔPは最低にしなければならない。当然なが
ら、この圧力差ΔPが異常に大きいと、タービン
入口温度が異常に上昇して、タービンとエンジン
の両方が破損してしまうという危険性がある。

換言すれば、タービン側から見た場合には、上
記の圧力差ΔPはブースト圧力Ｐに応じたもので
なければならない。

本発明の場合には、上記圧力差ΔPとブースト
圧力Ｐとの間が線型関数： ΔP−ｋ（Ｐ−P^*）すなわち、 ΔP−kP＝P^*） （P^*は基準圧）の関係になつているので、上記
の危険がない。

以上本発明を実施例により説明したが、本発明
の技術的範囲はそれらの実施例に制限されないこ
とは自明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う過給内燃機関の概略図で
あり、第２図は別の態様に従う本発明の過給内燃
機関の流量制御装置の概略図である。 １０１……エンジン、１０３……コンプレツ
サ、１０４……タービン、１０６……バイパス通
路、１０７……燃焼室、１０８……スロツトルバ
ルブ、１０８ａ，１５……弁、１０８ｂ，１４…
…心棒、１０９，１９……弾性偏倚装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジンに圧縮空気を送るコンプレツサと、
   エンジンからの排ガスにより作動するタービン
   と、エンジンとコンプレツサ間の圧縮空気の通路
   とエンジンとタービン間の排ガスの通路とをエン
   ジンと並列に連結するバイパス通路とを含む過給
   内燃機関の運転方法において、上記バイパス通路
   の上流部と下流部との間に該上流部中の圧力の線
   形の増加関数である圧力差を常時発生させること
   を特徴とする運転方法。 ２ エンジンに圧縮空気を送るコンプレツサと、
   エンジンからの排ガスにより作動するタービン
   と、エンジンとコンプレツサ間の圧縮空気の通路
   とエンジンとタービン間の排ガスの通路とをエン
   ジンと並列に連結するバイパス通路とを含む過給
   内燃機関において、該バイパス通路内に可動に設
   けられて、一面でコンプレツサ側の圧力を受け、
   他面でタービン側の圧力を受けるスロツトル弁
   と、該バイパス通路内のコンプレツサ側の圧力と
   所定圧力との差圧により該スロツトル弁を弁閉鎖
   方向に付勢する手段とからなる圧縮空気流量制御
   装置を更に含むことを特徴とする過給内燃機関。