JP3326616B2 - 内燃機関ターボ過給機システム - Google Patents
内燃機関ターボ過給機システムInfo
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Description
機関ターボ過給機システムに関する。
ドイツ連邦共和国特許第4232400号明細書により公知で
ある。ここでは流れ通路から出るかつタービン羽根車に
連通するリングノズル状の範囲に、リング状の挿入体が
軸線方向に押込み可能であり、この挿入体は、部分的に
案内装置として形成されており、かつ異なった設置の案
内羽根を有し、これらの案内羽根は、リング状挿入体の
軸線方向設定位置に依存して挿入される。さらに可動の
管状のスリーブ部分によって形成されたリング状の挿入
体は、1つの軸線方向範囲を有し、この軸線方向範囲
は、ブレーキ動作のために遮断装置としてリングノズル
状の入口範囲に対して軸線方向に覆われ、かつこの軸線
方向範囲は、その流通横断面積に関して、タービン羽根
車への移行部において排気ガスに対して絞りとしてブレ
ーキ動作において変化しないもっとも狭い流れ横断面積
を決めるような寸法を有する。このようにして大きなブ
レーキ出力が達成できるが、これらのブレーキ出力を内
燃機関のわずかな熱負荷の際に実現し、とくに回転速度
との適当な対応においてもかつ十分に広い回転速度帯域
にわたって実現するという困難が提供されるので、全体
としてこれらの要求に合った内燃機関とターボ過給機と
の間の相応する同調を見付けるという困難が存在する。
に対して重要な機関の回転速度に適当に対応して、ブレ
ーキ動作に対して望まれる大きなブレーキ出力を可能な
ようにする、内燃機関ターボ過給機システムを提供する
ようにする。
て、請求の範囲第1項の特徴による構成によって達成さ
れ、この構成によれば、タービンは、内燃機関の総合行
程容積に関してその主パラメータにおいて、最大ブレー
キ出力が可能になり、しかも内燃機関の比較的小さな熱
負荷においてかつ商用車の運転にとって適当な十分に広
い回転速度範囲内において可能になるように確定されて
いる。
最大ブレーキ出力の際に固定絞りとしての遮断装置及び
排気弁によって開かれる(空けられる)流れ横断面積が
示され、DTによりタービン羽根車の入口直径が、かつVH
により内燃機関の行程容積が示されている。TBFは、タ
ーボブレーキ係数を形成し、このターボブレーキ係数
は、本発明の枠内において0.005(5‰)より小さく、
かつこれは、なるべく0.001ないし0.003(1−3‰)に
ある。
いて、タービンへの排気ガス通路において最大ブレーキ
出力の際に空けられる流れ横断面積は、下側回転速度範
囲をカバーしかつタービンへの移行部において遮断装置
によって空けられた横断面積割合、及び最大ブレーキ出
力の構成点に対して大きくなりかつ排気弁によって空け
られる流出横断面積によって形成される可変の流れ横断
面積割合によって形成されている。最大ブレーキ出力に
向かって増加しかつ排気弁によって空けられる流出横断
面積に相当する可変の追加的な横断面積割合対遮断装置
によって空けられる横断面積割合の比は、本発明の枠内
において最大ブレーキ出力の構成点に対して0.2より大
きく、かつなるべく0.2と1の間の範囲にある。それよ
り小さな比の数の際に、下側回転速度範囲におけるブレ
ーキ出力は、比較的小さく、かつ上側回転速度範囲にお
いて比較的急に増加し;それより大きな比の数の際に、
下側回転速度範囲にすでにさらに大きなブレーキ出力が
生じ、構成点として最大ブレーキ出力の点に向かってブ
レーキ出力のそれより小さな比の数と比較してそれより
平らな上昇を有する。機関の回転速度帯域に関して、排
気弁によって決められる追加的な可変の流出横断面積が
空けられる上側回転速度範囲は、最大ブレーキ出力の際
に与えられる回転速度のほぼ2/3ないし3/4において始ま
り、その際、最大ブレーキ出力の際に与えられる回転速
度は、内燃機関の定格回転速度、したがって内燃機関の
最大出力における回転速度よりほぼ1/4ないし1/3だけ高
い範囲にある。
明らかである。さらに本発明は、次に図面によりなお詳
細に説明し、その際 図1は、ターボ過給機の断面図を概略的な表示で示
し、 図2は、案内装置として形成された遮断装置を示す図
1の線II−IIに沿った断面図を示し、 図3は、排気弁の配置と形成を示す大幅に概略化した
拡大した断面図を示し、かつ 図4は、最大ブレーキ出力の際に追加的に空けられる
可変の流出横断面積対閉じた遮断装置の際に与えられる
流れ横断面積の種々の比の際に機関回転速度に関するブ
レーキ出力の基本的な経過を示す概略的な基本図を示し
ている。
ーボ過給機が示されており、このターボ過給機は、ター
ビン部分2及び圧縮機部分3を含み、その際、タービン
羽根車4は、軸5を介して圧縮機羽根車6を駆動する。
ターボ過給機1は、その輪郭について暗示された機関7
に付属しており、かつ機関の排気ガスは、機関からまず
タービン部分2の流れ通路8に流入し、この流れ通路
は、二重流渦巻通路としてタービン羽根車4を囲んでお
り、かつリングノズル9を形成するリング状の半径方向
通路を介してタービン羽根車4の羽根10に連通してお
り、これらの羽根車を介して、半径方向に流入する排気
ガスは、転向され、かつ軸線方向通路11に供給され、こ
の軸線方向通路は、それ以上図示しない様式で、内燃機
関又は車両の排気ガスシステムに接続されている。
11に対して同軸的に、軸線方向通路11を区画するハウジ
ング12に対して、管状のスリーブ13が支持されており、
このスリーブは、共通の軸線14の方向に可動であり、か
つこのスリーブは、リングノズル9に付属のその端部
に、案内羽根15によって形成される案内装置16を支持し
ている。案内装置16は、スリーブ13の軸線方向移動によ
って−移動手段17はそれ以上詳細に示されてない−リン
グノズル9の横断面積が空いたここに図示しない不活性
位置から、案内装置16がその案内羽根15によってリング
ノズルの横断面内にありかつそれにより遮断装置として
その空いた流れ横断面積を著しく狭める図1に示した位
置に動かすことができる。流れ通路8を介して供給され
る排気ガスのために、案内装置16は、それにより案内装
置によって決められる固定の横断面積を有するリングノ
ズル9の範囲にある絞り位置を形成するので、リングノ
ズル9の範囲への案内装置16の押込みによって、流れ通
路8からタービン羽根車4への排気ガスの供給流は絞る
ことができる。このことは、ブレーキ動作のために、排
気ガスの停滞を介して機関のブレーキ出力を高めるため
に考慮されており、その際、羽根によって追加的にター
ビン羽根車4の流入が保証されており、この流入は、圧
縮機の十分な送り出力を保証し、かつ同時にブレーキ動
作から出力動作に移行する際にターボ過給機の急速な応
答を保証するターボ過給機の基本回転速度も保証する。
ノズル9内における流れ横断面積の著しい減少が生じる
ことを示しており、その際、タービン4への移行部にお
いて排気ガスのために羽根15によって空けられる横断面
積は、大体において羽根の数掛けるその重なり合った端
部の範囲における羽根の半径方向間隔に相当する。
羽根15を有する案内装置16を軸線方向に押込むことによ
って、図示したように、絞り位置が提供される。それに
より達成される絞りは、案内装置の相応する構成の際
に、回転速度の増加の際に排気ガス流の増加とともに内
燃機関7が破壊されるほど大きいことがある。このこと
を予防し、かつ実際の動作にとって適当でありかつ大き
なブレーキ出力にもかかわらずブレーキ動作における内
燃機関に対する熱負荷をわずかに維持する機関のブレー
キ特性を達成するため、図3に例示するように、流れ通
路8に排気弁19が付属しており、この排気弁の弁20は、
図示したその閉じ位地の方向に負荷をかけられており、
かつ閉じ位置において弁座21をその弁頭22によって覆っ
ており、この弁頭は、流れ通路8の両方の流れを切断し
ている。弁20が開かれると、排気ガスは、流れ通路8の
両方の流れから弁座21を介して弁空間23に供給し、この
弁空間は、それ以上図示しない通路24を介して内燃機関
又は車両の排気ガスシステムに接続されているので、弁
20を開いた際に排気弁19を介して、タービンへのその流
入通路に関して機関7の排気ガスのためのバイパスが提
供されている。このバイパスは、図示した実施例とは相
違して、タービン羽根車の羽根の流出側の範囲にも連通
することができる。
できるだけ小さな熱負荷を前提として、内燃機関、ター
ボ過給機及び達成可能なブレーキ出力の間の関係を確定
する。
径に意味があり、かつこの入口直径は、図1及び2によ
る実施例においてDTによって示されている。
根車及び排気弁への移行部において遮断装置によって最
大のブレーキ出力の際に空けられている流れ横断面積が
役割を演じる。これは、固定成分及び可変成分から構成
される。固定成分は、遮断装置によって、したがって例
えば案内装置の幾何学的構造によって決められ、可変の
部分は、排気弁の開き度によって決められている。遮断
装置は、案内羽根を有する案内装置によって形成しなけ
ればならないのではなく、例えば相応する横断面積の穴
又は切り欠きを有するスリーブとして構成してもよい。
羽根車を半径方向に囲んでいるので、統一的な直径にお
いてタービン羽根車への供給流が行なわれる。
が与えられるので、“リングノズル”が、例えば半径方
向及び半軸線方向通路部分を囲む解決策も、提示可能で
あり、かつ周知である。この時、これらの通路部分のた
めに、タービン羽根車への異なった入口直径が与えら
れ、かつこの時、平均化した入口直径DTを形成するため
にそれぞれの入口直径を考慮して横断面積成分の重み付
けを行なうことは、本発明による教示の適用において有
利なことがある。
さな熱負荷に結び付いた内燃機関ターボ過給機システム
に通じかつ本発明により与えられる関係は、次のように
なっている: TBF=AT×DT/VH その際、TBFはターボブレーキ係数を形成し、これ
は、0.005より小さく、かつなるべく0.001と0.003の
間、とくに0.002にある。VHにより、内燃機関の総合行
程容積が示されている。
の際に遮断装置及び排気弁によって空けられる流れ横断
面積が、擬似的に遮断装置によって条件付けられた固定
成分、及び排気弁の開き度に依存する可変成分を含む。
したがって最大ブレーキ出力に関して、タービンへの排
気ガス通路における空いた流れ横断面積は、次のように
確定されている: AT=AD+dAV,max その際、ADは、流れ通路8とタービン羽根車との間の
移行部において固定絞りとして使用される遮断装置によ
って空けられる横断面積であるが、一方dAV,maxによっ
て、最大ブレーキ出力の際に排気弁によって空けられた
可変の横断面積成分が示されている。dAV,max対ADの比V
Fは、なるべく0.2より大きく、かつとくに0.2と1の間
の範囲にあり、その際、VFによって示されたこの比の数
は、ブレーキ出力がすでに低い機関回転速度の際に高く
しようとするほど、大きく選定される。
り、この線図において機関回転速度nに関するブレーキ
出力Pが記入されており、その際、曲線aは、全回転速
度範囲にわたってタービンへの排気ガス通路における流
れ横断面積が同じ大きさに維持され、実際に、したがっ
て図1及び2による実施例に関してブレーキ動作におい
て遮断装置だけによって動作し、かつ排気弁が存在しな
い場合について、内燃機関ターボ過給機システムに関す
る状態を記述している。曲線bは、最大ブレーキ出力に
おける構成点Pmaxにおいて曲線aと交差しているが、曲
線aの上にあり、かつ低い機関回転速度範囲においてす
でに大きなブレーキ出力が与えられ、かつそれにより類
似の機械構成及び同じ排気ガス量に関して下側の回転速
度範囲において、タービンへの排気ガス通路においてさ
らに小さな流れ横断面積が存在しなければならない機械
構成を説明している。下側機関回転速度範囲においてさ
らに小さな流れ横断面積を有するこの構成に、上側回転
速度範囲に対する可変の横断面積成分の拡大が対応して
いる。なぜならそうしないと低い機関回転速度レベルに
おいて最大のブレーキ出力に達してしまうからである。
排気弁の開きの開始は、POにおいて暗示されており;可
変の流出横断面積dAV,maxを接続することなく、POから
出発して破線で示す一層急な曲線経過が生じる。
なブレーキ出力を有する別の変形を示しており、かつ機
械の同じ基本構成を仮定して、同じ機関回転速度の際に
最大ブレーキ出力Pmaxを達成しようとする場合、上側回
転速度範囲に対する流れ横断面積の可変の成分は、場合
bにおけるものより大きくなければならない。ここでも
曲線bと同様に、可変の成分のための接続点は、したが
って排気弁のための接続点は、POによって示されてお
り、その際、排気弁は、接続点からPmaxまで常に引続き
開かれる。
関回転速度に関するブレーキ出力の一様な上昇を保証す
るために、総合開口横断面積における可変の成分の増加
とともに、又は下側回転速度範囲における大きくなるブ
レーキ出力とともに、なるべくそれぞれ低い回転速度に
おいて行なわれる。
ように最大のブレーキ出力は、機関の定格回転速度の、
したがって最大出力の際の機関の回転速度の範囲の上に
ある機関回転速度範囲において達成される。定格回転速
度が1800回転にある場合、最大ブレーキ出力の際の機関
回転速度は、例えば毎分2300回転の範囲にあることがで
き、その際、これは、有利な構成をなしている。回転速
度とともに増大する追加的な可変の流出横断面積が空け
られる上側回転速度範囲は、目的に合うように最大出力
の際に与えられる回転速度のほぼ2/3ないし3/4において
始まり、その際、可変の横断面積成分の大きさは、なる
べく回転速度に依存して最大ブレーキ出力に達するまで
連続的に増加し、この最大ブレーキ出力は、できるだけ
小さな熱負荷の際の最大のブレーキ出力についてシステ
ムの前に述べた構成に対する基準点を形成する。
Claims (15)
- 【請求項1】内燃機関が、少なくとも1つの容積可変の
燃焼室を備え、かつ内燃機関の燃焼室の最小容積と最大
の容積との間の差容積の和によって決まる内燃機関行程
容積を有し、内燃機関に付属のターボ過給機システム
が、内燃機関の排気ガス通路内に配置されかつ流れ通路
を持つ少なくとも1つのタービンを有し、この流れ通路
が、リングノズル状の範囲を介してタービン羽根車に連
通しており、このタービン羽根車の連通横断面積が、ブ
レーキ動作のために、遮断装置により狭められることが
でき、固定絞りとしてのこの遮断装置を介して、タービ
ン羽根車への移行部における流れ横断面積が決定可能で
ある、内燃機関ターボ過給機システムにおいて、 タービンへの排気ガス通路内に、追加的に排気弁が設け
られており、この排気弁が、その開き横断面積に関して
制御可能であり、かつ内燃機関の最大ブレーキ出力の際
のブレーキ動作に関して、 タービンへの排気ガス通路において最大ブレーキ出力の
際に遮断装置と排気弁によって開かれる流れ横断面積A
T、タービン羽根車の入口直径DT、及び内燃機関の行程
容積VHが、互いに次の関係になっており: TBF=AT×DT/VH その際、ターボブレーキ係数としてのTBFが、0.005(5
‰)より小さい ことを特徴とする、内燃機関ターボ過給機システム。 - 【請求項2】ターボブレーキ係数TBFが、0.001と0.003
(1−3‰)の間にあることを特徴とする、請求項1に
記載の内燃機関ターボ過給機システム。 - 【請求項3】ターボブレーキ係数TBFが、0.002(2‰)
の所にあることを特徴とする、請求項2に記載の内燃機
関ターボ過給機システム。 - 【請求項4】タービンへの排気ガス通路において最大ブ
レーキ出力の際に与えられる自由流れ横断面積ATに対し
て、次のことが成立ち: AT=AD+dAV,max その際、ADがタービン羽根車への移行部において排気弁
を閉じた際に遮断装置によって開かれる流れ横断面積、
かつ dAV,maxが追加的に最大ブレーキ出力の際に排気弁によ
って開かれる流れ横断面積である ことを特徴とする、請求項1ないし3の1つに記載の内
燃機関ターボ過給機システム。 - 【請求項5】タービン羽根車への移行部において排気弁
を閉じた際に遮断装置によって開かれる流れ横断面積AD
対追加的に最大ブレーキ出力の際に排気弁によって開か
れる流れ横断面積dAV,maxの比VFに対して、次のことが
成立つ: VF=dAV,max/AD>0.2 ことを特徴とする、請求項4に記載の内燃機関ターボ過
給機システム。 - 【請求項6】追加的に最大ブレーキ出力の際に開かれる
排気弁の流出横断面積dAV,maxが、タービンへの排気ガ
ス通路において流出横断面積範囲内において流出横断面
積dAVがとることができる上側限界値であることを特徴
とする、請求項5に記載の内燃機関ターボ過給機システ
ム。 - 【請求項7】可変の流出横断面積dAVが、回転速度に依
存して可変であることを特徴とする、請求項6に記載の
内燃機関ターボ過給機システム。 - 【請求項8】可変の流出横断面積dAVが、回転速度の低
下とともに小さくなることを特徴とする、請求項7に記
載の内燃機関ターボ過給機システム。 - 【請求項9】流出横断面積範囲が、回転速度帯域の上側
範囲に対応し、この回転速度帯域が、最大ブレーキ出力
に相当する回転速度にまで達することを特徴とする、請
求項6ないし8の1つに記載の内燃機関ターボ過給機シ
ステム。 - 【請求項10】最大ブレーキ出力が、内燃機関の定格回
転速度の上にある回転速度の際に与えられることを特徴
とする、請求項9に記載の内燃機関ターボ過給機システ
ム。 - 【請求項11】追加的な可変の流出横断面積dAVが開か
れる上側の回転速度範囲が、最大ブレーキ出力の際に与
えられる回転速度のほぼ2/3ないし3/4において始まるこ
とを特徴とする、請求項9又は10に記載の内燃機関ター
ボ過給機システム。 - 【請求項12】最大ブレーキ出力が、内燃機関の定格出
力の際に与えられる定格回転速度よりほぼ1/4ないし1/3
高い回転速度の際に与えられることを特徴とする、前記
請求項の1つに記載の内燃機関ターボ過給機システム。 - 【請求項13】遮断装置が、ブレーキ動作のために定置
の羽根を有する案内装置によって形成されていることを
特徴とする、前記請求項の1つに記載の内燃機関ターボ
過給機システム。 - 【請求項14】遮断装置が、ブレーキ動作においてリン
グノズルの横断面積を少なくとも大体において覆うスリ
ーブによって形成されていることを特徴とする、請求項
1ないし12の1つに記載の内燃機関ターボ過給機システ
ム。 - 【請求項15】遮断装置が、穴又は切り欠きを備えたス
リーブとして形成されていることを特徴とする、請求項
14に記載の内燃機関ターボ過給機システム。
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Family Applications (1)
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JP50525199A Expired - Fee Related JP3326616B2 (ja) | 1997-06-26 | 1998-06-16 | 内燃機関ターボ過給機システム |
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