JP4073719B2 - 内燃機関を駆動する方法及び内燃機関 - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
この発明は第一に特許請求項１の前提文に記載の内燃機関を駆動する方法に関し、第二に特許請求項５の前提文に記載の内燃機関に関する。
【０００２】
従来技術
排気ガス駆動ターボコンプレッサーを持つターボエンジンにおいて、エンジンの性能はターボコンプレッサーの作動範囲に大きく依存している。ターボコンプレッサーの排気ガスタービン及びそれに導く排気ガスダクトは通常高回転及び高エンジン負荷で発生される高排気ガス流のための寸法に合わせて作られている。しかし、これは低回転及び少ない排気ガス流では排気ガスエネルギーが排気ガスタービンへの道中で失われることを意味し、それによりターボコンプレッサーの効率を損なう。
【０００３】
低回転でのターボコンプレッサーの良好な性能を達成可能とするために、エネルギーロスを減らす観点で小さなタービン及びそれへのパイプの小さな寸法を用いることが望ましい。しかし、これは高排気ガス流に関して不利を引き起こす。なぜなら小さな寸法は空気供給問題を伴って、排気ガス流の絞り及び排気ガスパイプ内の高逆圧をもたらすからである。
【０００４】
特に四気筒ターボエンジンにおいて、二つの同じ寸法の入口を持つ排気ガスタービンを用いること及び二つのシリンダーを各入口に連結することが知られており、これらのシリンダーは吸気シリンダーが常に排気ガス送出シリンダーから分離されるような方法で連結されている。四気筒直列エンジンの場合において、二つの外側シリンダーは従って通常同じタービン入口に連結されており、一方二つの中央寄りシリンダーは別のタービン入口に連結されている。必要な調整可能性を得るために、各入口に配置された逃しゲート弁があり、これがタービンの複雑性を増す。排気ガスタービンへの二つの入口ダクトはここでは低回転及び少排気ガス流での効率の損失を伴いながら、大きな排気ガス流のために設計された同じ寸法を持つ。
【０００５】
これを考慮すれば、改善された解決策は排気ガスタービンへの排気ガス送出に関して必要である。
【０００６】
発明の目的
この発明の目的は排気ガスタービンへの改善された排気ガス送出を完成することである。別の目的は簡単な解決策を完成することである。
【０００７】
発明の概要
この発明の目的は第一に特許請求項１に記載の特別な機能を持つ内燃機関を駆動するための方法の使用により達成され、第二に特許請求項５に記載の特別な機能を持つ内燃機関の使用により達成される。
【０００８】
各シリンダーにおいて、別々に賦活されることのできる弁の間で排気ガス送出を分けることにより、低回転でも同時に制限された寸法の排気ガスタービンを用いながら、排気ガスタービンへの全送出をそれらのシリンダー内の唯一の弁を介してかつ高回転の場合より狭いパイプを介して行わせることが可能となる。他方で高回転及び大排気ガス流では、全排気ガス弁及び大きなダクトが十分に大きな排気ガスタービンを駆動するのに使用される。
【０００９】
排気ガスタービンはこの場合二つの入口（ｉｎｌｅｔｓ）、すなわち全回転で使用される入口と高回転で補助として使用される別の入口、を便宜上持つことができる。別の可能性は二つの別個の排気ガスタービン、すなわち常に連結されている小さなものと高回転及び大排気ガス流でのみ連結される大きなもの、を用いることである。
【００１０】
このようにして排気ガス送出を回転数及び排気ガス流の大きさの関数として制御することにより、特定の運転状況により適した排気ガスタービンの寸法とその入口ダクトを用いることが可能となる。
【００１１】
この発明による解決策に関して更なる特別の機能及び利点を説明及び他の特許請求項から知ることができる。
【００１２】
この発明が以下に添付図面に示された例示的実施例に関してより詳細に説明される。
【００１３】
図面の説明
図面において：
図１は排気ガス駆動スーパーチャージャーを備えた、この発明による内燃機関を示し、
図２−３は種々な作動位置の排気ガスタービンの一実施例を通した断面を示し、
図４は排気ガスタービンの別の実施例を通した断面を示し、そして
図５は図１に示したスーパーチャージャーの変更例を示す。
【００１４】
例示的実施例の説明
図１はこの発明により実現されたオットー形式の多気筒内燃機関１を図式表現で示す。エンジンシリンダーはそれぞれ少なくとも二つの排気ガス弁２，３を持ち、そこでは各シリンダーの第一排気ガス弁２は第一排気マニホールド４に連結され、各シリンダーの第二排気ガス弁３は第二排気マニホールド５に連結されている。二つの排気マニホールド４，５はそれぞれ第一排気ガスパイプ６と第二排気ガスパイプ７を介してスーパーチャージャー８中に合体し、それによりチャージ空気は既知態様で空気パイプ９を介してエンジン１に供給される（ここには詳細には示されていない）。エンジンからの排気ガスにより駆動されたスーパーチャージャー８は入口１０を介して空気を供給され、排気ガスのためを意図した排気ガス出口１１を持ち、排気ガスは触媒１２及びエンジンの排気システム内の他の通常の要素（ここでは詳細に示されていない）を介して通常の態様でエンジンから導き出される。
【００１５】
スーパーチャージャー８は多数の異なる方法で実現されることができ、その幾つかは以下に説明される。図１に示された実現化の場合、スーパーチャージャー８は排気ガスタービン１３とそれにより駆動されるコンプレッサー１４を持つシングルターボコンプレッサーにより構成される。二つの排気ガスパイプ６と７はここでは一つのかつ同じ排気ガスタービン１３中に合体する。
【００１６】
かかる排気ガスタービン１３のより詳細な実現化は図２−３から見ることができる。第一排気ガスパイプ６が合体する第一入口１５は第一ダクト１６に導かれ、そこから排気ガスは排気ガスタービンのタービンホイール１７に達することができそれを駆動する。対応して、第二排気ガスパイプ７が合体する第二入口１８は第二ダクト１９に導かれ、そこから排気ガスはタービンホイール１７に達することができる。第二ダクト１９からタービンホイール１７への排気ガス流の調節のために、弁２０があり、そこでは管状弁体２１が軸方向に変位可能でありそれにより図２に示された閉鎖位置から図３に示された完全開位置まで弁の開口度を変えることができる。弁２０内の半径方向に逃しゲート弁２２があり、そこでは管状弁体２３が連続線により示された閉鎖位置から破線により図３に示された開位置まで軸方向に変位可能であり、排気ガスの希望の割合がタービンホイール１７を駆動することなくそれを素通りすることができ、それによりコンプレッサー１４を調節する役目をする。
【００１７】
図４に排気ガスタービン１３が図２−３より幾らか異なる実現化で示されている。前記の如く、第一排気ガスパイプ６に連結された第一入口１５と、第二排気ガスパイプ７に連結された第二入口１８がある。通常の形式の逃しゲート弁２２がここでは第二の大きな入口１８内に置かれ、タービンホイール１７への排気ガス流を減らすために開かれることができる。この逃しゲート弁２２はそれに代えて第一の小さな入口１５内に置かれてもよく、またはかかる逃しゲート弁はまた二つの入口１５，１８のそれぞれに存在させることもできる。
【００１８】
図１−４に記載されたエンジン１は次の如く機能する。第一排気ガス弁２は定常的に作動するように配置され、一方第二排気ガス弁３は高回転及び大きな排気ガス流でのみ作動するように配置される。これは第二排気ガス弁３が弁が賦活され希望により奪活されることができる機構により駆動されることにより達成される。多数のかかる機構が今や当業者にとって商業的に入手可能であり、従ってこれに関して実現化のより詳細な説明は提供されない。低回転及び少排気ガス流では、第一排気ガス弁２のみが従って作動される。第一排気ガス弁２を介して放出された排気ガスのエネルギーロスを制限するために、これらの弁から第一入口１５を介して排気ガスタービン１３まで及びその中へのパイプ寸法は比較的小さい。一旦回転数及び負荷が予め規定されたレベルに上ったら、第二排気ガス弁３及び弁２０がまた排気ガスタービン１３により多くの排気ガスを供給するために賦活される。この増加した排気ガス流を取扱うために、第二排気ガス弁３から第二入口１８を介して排気ガスタービン１３まで及びその中へのパイプ寸法は第一排気ガス弁２からより大きくすることができる。必要なときは、コンプレッサー１４のチャージ圧力は逃しゲート弁２２を操作して調整されることができ、それにより排気ガスの希望の量をガスタービンを駆動することなくそれを通過させて導かせることができる。
【００１９】
第二排気ガス弁３の調整可能性はまたこれらの弁に対し第一排気ガス弁２のそれより異なる開放の長さを持たせることを可能とする。第二排気ガス弁３に第一排気ガス弁２より長くて、できるだけ大きな保持された開口を持たせることにより、高負荷及び高回転での非常に効果的な排気ガス送出が可能となる。
【００２０】
スーパーチャージャー８の変更例が図５に示されている。第一排気ガスパイプ６はここでは専用のターボコンプレッサー２５に連結され、また第二排気ガスパイプ７は大きな排気ガス流を取扱うことができるようにターボコンプレッサー２５より大きいものであることができる専用のターボコンプレッサー２６に連結されている。第一ターボコンプレッサー２５の排気ガスタービン２７及び第二ターボコンプレッサー２６の排気ガスタービン２８から、排気ガスは排気ガス出口１１に放出される。同様に、空気はコンプレッサー２９と３０から（そこでは後者は前者より大きいものであることができる）空気パイプ９に、そしてそこからエンジンに供給される。二つのターボコンプレッサー２５と２６はここでは便宜的に標準的に実現化されているが、明らかにされた如く、恐らく異なる寸法のものである。一方または両者が通常の態様でチャージ圧力を調節するための逃しゲート弁を持つことができる。
【００２１】
図１−４に示された形式のスーパーチャージャー８であって排気ガスタービン１３が二つの入口を持つものが四気筒エンジンと組み合わされるとき、低回転及び高負荷でシリンダーの有利なブロークリーニングを得るためにかかるエンジンの特別の特性を利用することが可能となる。これは第一排気ガス弁２を賦活及び奪活することができるようにすることにより、そして低回転では、二つの外側シリンダーをそれらのそれぞれの第一排気ガス弁２を介して第一入口１５に連結させ、一方二つの中間シリンダーはその代わりにこれらのシリンダーの第一排気ガス弁２の閉鎖及び第二排気ガス弁３の開放を通して第二入口１８に連結されることにより達成される。他の運転状態への変更の場合に、二つの中間シリンダーの排気ガス弁２と３の保持された開放が二つの外側シリンダーに対するのと同じになるように続いて変えられることができる。
【００２２】
異なる方法で異なる排気ガス弁を賦活し奪活する可能性の結果として、エンジンの運転状態は従って要求と希望に応じて種々様々な方法で影響されることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気ガス駆動スーパーチャージャーを備えた、この発明による内燃機関を示す。
【図２】種々な作動位置の排気ガスタービンの一実施例を通した断面を示す。
【図３】種々な作動位置の排気ガスタービンの一実施例を通した断面を示す。
【図４】排気ガスタービンの別の実施例を通した断面を示す。
【図５】図１に示したスーパーチャージャーの変更例を示す。

Claims (4)

1. 排気ガス駆動スーパーチャージャー（８）を持ちかつシリンダー当たり少なくとも二つの排気ガス弁（２，３）を持つ多気筒内燃機関を駆動する方法であって、排気ガスが一方では各シリンダーの第一排気ガス弁（２）を介して第一排気マニホールド（４）に、他方では各シリンダーの第二排気ガス弁（３）を介して第二排気マニホールド（５）に送出されるものにおいて、低回転では第一排気ガス弁（２）のみが開かれ、一方高回転では第一排気ガス弁（２）と第二排気ガス弁（３）の両方が開かれること、及び第一排気マニホールド（４）及び第二排気マニホールド（５）からの排気ガスが二つの異なるターボコンプレッサー（２５，２６）の二つの異なる排気ガスタービン（２７，２８）に導かれることを特徴とする方法。
2. より大きな排気ガス流が第一排気マニホールド（４）を通してより第二排気マニホールド（５）を通して導かれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 排気ガス駆動スーパーチャージャー（８）を持ちかつシリンダー当たり少なくとも二つの排気ガス弁（２，３）を持つ内燃機関であって、各シリンダーの第一排気ガス弁（２）が第一排気マニホールド（４）に連結されておりかつ各シリンダーの第二排気ガス弁（３）が第二排気マニホールド（５）に連結されているものにおいて、第一排気マニホールド（４）及び第二排気マニホールド（５）が二つの別個のターボコンプレッサー（２５，２６）のそれらのそれぞれの排気ガスタービン（２７，２８）に供給すること及び第一排気ガス弁（２）が全回転数で開かれるように配置され、一方第二排気ガス弁（３）がより高い回転数でのみ開かれるように配置されていることを特徴とする内燃機関。
4. 第二排気マニホールド（５）が第一排気マニホールドより大きな排気ガス流のために第一排気マニホールド（４）より大きな断面積を持つことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。

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