JP2003193845A - インパルス過給内燃機関の吸気装置 - Google Patents
インパルス過給内燃機関の吸気装置Info
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Abstract
出しに適する内燃機関用の吸気装置を提供する。 【解決手段】吸気弁18が開きインパルス弁21が閉じ
ている時にシリンダ16の残留ガスを押し流すための正
圧を連結管23を介して圧力溜め通路22にたたき込む
ことができる圧力溜め24が設けられる。インパルス過
給はシリンダ16の空気吸入により空気溜め通路22に
生じる負圧によって起る。本発明による圧力溜め24を
設けることの利点は、弁21を閉弁動作時間を長くでき
ることにある。
Description
め通路を閉鎖する仕切り手段を有する、請求項1記載の
上位概念による内燃機関の吸気装置に関する。
を用いることは一般的に周知のことである。内燃機関に
おいていわゆるインパルス過給を行う場合には、特に厳
しい条件で使用される弁が用いられる。この目的のため
に、最短時間での切替えを行うために急速切替え弁の装
着を要する。その際、熱力学的算定にかなうためには2
ミリ秒という短時間で弁の切替えを行う必要がある。
は、前記切替え弁の挙動はシリンダの吸気弁開弁時間に
直接に依存するので、短時間での切替えが必要となるの
である。インパルス過給とは、シリンダの吸気弁の上流
に配設された弁によって吸気流入通路を一時的に閉鎖し
て、吸気弁が開いてピストンが吸入行程を行う際に前吸
気弁上流の前記弁よりも下流に負圧を生じさせる方式に
ことを言う。該弁が負圧の存在のもとに開かれると、該
弁後方の自由状態の空気柱が該負圧によって加速されて
高いインパルスによって燃焼室に流入して空気充填量を
増大する作用を行う。このような方法は、例えばDE1
9908435A1に記載されている。
向に付勢された弁を電磁気の助けにより閉じる弁機構を
提案している。該弁は、吸気管の空気溜め通路と呼ばれ
る部分である該弁と吸気弁の間の通路に生じる負圧によ
って開かれる。
を行うためには非常に高価な要素部品が必要である。特
に、閉鎖は吸気通路内の流れに抗して行わなければなら
ないので、前記閉鎖用部材を要求される短い時間内に閉
じようとすると種々問題が生じる。
鎖用部材と吸気弁の間の通路部分に正圧を生じさせねば
ならないので、特に重要である。この正圧は、吸気弁が
開いた際のいわゆる残留ガス押流しに貢献するもので、
これによって排気弁が再び閉じる前に残留排気を完全に
燃焼室から押し流すことができるのである。
課題は、限られたコストで構成できる、残留ガス押流し
或はインパルス過給のために利用可能な吸気装置を提供
することである。この課題は、特許請求範囲1に記載の
特徴によって解決される。
口をシリンダ側の燃焼空気出口につなぐ公知の吸気導管
を有している。吸気装置とは、したがって、広い意味で
燃焼空気の通路の全体のうち、いわゆる空気溜め通路を
設けるのに必要な部分のことを意味する。該空気溜め通
路は吸気装置に附加される閉鎖用部材と吸気弁の間にあ
る部分である。この空気溜め通路には残留ガスを押し流
す正圧やインパルス過給のための負圧が保持される。
気溜め通路に連結される圧力溜めが設けられることを特
徴とする。この方法により、前記圧力溜めから出て空気
溜め通路を満たし例えば0.4バールの正圧にするのに
用いられる正圧を前記圧力溜めに溜めることができる。
この過程は前記連結管路に配設された第2の閉鎖用部
材を介して制御される。該閉鎖用部材は前記連結管路を
閉鎖できるものでなければならない。さらに、該閉鎖用
部材には前記空気溜めから空気が前記圧力溜めに逆流し
ないようにする逆止弁機構を設けることができる。この
ようにして、また前記圧力溜めは、インパルス過給のメ
カニズムにしたがって負圧が存在する場合よりはより高
い正圧を前記空気溜め通路に生じさせることができる。
前記した構成の利点は、圧力溜めによって吸気導管に設
けられた第1の閉鎖用部材の負担が軽減されることにあ
る。特に、前記正圧を圧力溜めを介して生じさせること
ができるので、前記第1の閉鎖用部材の閉鎖動作時間に
対する要求が前記圧力溜めを用いない場合よりも減じ
る。即ち、シリンダとの間に空気溜めの正圧を生じさせ
るためにインパルス通路を急速に閉じる必要がなくなる
(これについては図1の説明参照)。切替時間を短くす
るためには弁の閉鎖動作は非常に厳しいものになる。そ
の際、弁の閉鎖時に弁自体がシート面に衝突し、大きく
減速されることに注意を払わなければならない。この急
減速は、弁とともにその駆動装置に異常に大きな機械的
負荷をもたらす。この負荷は許容切替時間を長くするこ
とにより大幅に減じることができる。これにより、弁
は、製作コストが低減され、機能の信頼性が増し、寿命
が延びる。
本質的に容易に短くすることができる。弁が開く際には
弁は吸気導管に設けられたリセス部に揺入され、そこで
衝撃を緩和することができる。このほか、弁の回転軸が
少なくとも通路構造の外側に配置されて弁が前記リセス
部に揺入される場合は、開弁は空気溜め通路の負圧によ
って助けられる。したがって、閉鎖用部材は弁羽根を有
する揺動弁とするのが有利である。このことは、しかし
ながら弁を中心或は中心を外れた回転軸を有する2枚羽
根の弁に形成することを除外するものではない。
部材が回転円板からなるようにされる。この回転円板は
その回転軸が吸気導管の通路断面の外側に配置され、円
板に設けられた窓が円板の回転により吸気導管の通路断
面に一致することができるように取付けられる。この一
致した時が閉鎖用部材の開弁位置である。円板がさらに
回転すると前記窓は通路断面からはずれ、吸気導管は閉
じられる。
い。この場合の弁は、吸気導管を横切り回転可能に取り
付けたシリンダ体を有する。回転によりこのシリンダ体
を貫通する開口は前記吸気導管の通路断面に一致させる
ことができる。さらに回転するとこの一致は崩れ、吸気
導管は閉鎖される。複数の吸気導管が互いに平行に配置
されている場合は、回転スライド弁は共通の回転軸上に
設けることができる。そして、複数の貫通開口は全て1
つの共通のローラ体に設けることが可能である。該ロー
ラ体は、その回転により各シリンダの吸排気弁切替え位
相のずれに対応して吸気導管が切替えされるように形成
される。
回転することが可能となり、軸受け荷重がさらに軽減さ
れる。前記連結管に設けられた閉鎖用部材も内燃機関の
回転数に応じて回転する部分を介して駆動することがで
きる。例えば、回転スライド弁或は円板はクランク軸あ
るいはカム軸で駆動できる。
めへの空気の供給を二次空気ポンプあるいは二次空気供
給機で行うのがよい。これらは通常、排気装置に新鮮空
気を導入するためのものである。これは、しかしなが
ら、内燃機関の冷状態始動の際に最初の数分間のみに行
われる。続いて、該二次空気ポンプあるいは供給機は前
記圧力溜めに空気を供給するという他の役目に用いられ
る。このようにして、圧力溜め用に設けるポンプを節約
でき、本発明による解決策提案の経済性が向上される。
が、請求項、または明細書及び図面から案出され、個々
の特徴がそれ自身あるいは多くは本発明の実施形態を組
合せた形態でおよび他の分野で実現される有利かつそれ
自身保護され得る実施形態を示すことができ、それらに
対して茲に保護を要請するものである。
ルス過給は図1に示すグラフによって理解される。同図
には内燃機関の着火上死店(Z-OT)、下死点(UT)、次
の上死点(OT)、および最後の下死点(UT)までの4つ
の行程が示されている。さらに、排気弁開期間(AO)と
吸気弁開期間(EO)が示されおり、また、先行技術の閉
鎖用部材の開弁期間(VO)と本発明のおける場合の第1
および第2の閉鎖用部材の協同作用が(1VD,2VD)が
示されている。
場合の空気溜め通路における圧力経過を示す。吸気弁が
開く以前の空気溜め通路の圧力レベルは周囲圧力P0よ
りも約0.4バール高い圧力水準P1である。この正圧
は吸気弁が開いた後に周囲圧力まで低下し、これによ
り、+符号で示される斜線部分に見られるように、シリ
ンダ内の残留ガスが燃焼室から押し流されるのである。
ピストンが下死点に向かって動く間に燃焼室の圧力は−
記号を付した斜線部分で示されるように引き続き降下す
る。しかしながら、ピストンが下死点に到達する以前に
閉鎖用部材(VO)が開かれることにより、この負圧は燃
焼室に対してインパルス過給と呼ばれる過給効果を及ぼ
し、再び圧力水準P1になる。しかしながら、閉鎖用部
材(VO)はこの圧力水準に達する以前に閉じて、圧力導
管には次の残留ガスを押し流すための燃焼用空気が溜め
られる。したがって、閉鎖用部材(VO)には前述したよ
うに極端に急速な切替えをさせることが不可欠である。
力溜めを用いた場合は、2つの閉鎖用部材1VOと2VOが
設けられている。閉鎖用部材1VOは、明らかに従来技術
の閉鎖用部材(VO)の場合と同じ時期に開くが、吸気弁
が閉じる以前には閉じられないので、燃焼室はより正圧
となるが、圧力導管は周囲圧力P0となる。と言うのは
吸気経路のこの部分ではもはや圧力インパルスによる利
得を得られないからである。そして続いて吸気弁が閉じ
ている間に前記第1の閉鎖用部材1VOはゆっくり閉じら
れ、第2の閉鎖用部材2VOが開かれる。これにより前記
空気溜め通路は望ましい圧力P0となる。第2の閉鎖用
部材は排気弁が開く前までに閉じなければならない。こ
の第2の閉鎖用部材の開弁により圧力損失が埋め合わさ
れる。そうでなければ圧力は破線で示すように低下し、
残留ガス押出し効果が損なわれる。
装置が図2に示されている。同図に示した吸気通路11
は、入口12、空気貯留室13、該貯留室から延びる吸
気導管14を備え、これらはシリンダ側への出口15と
ともに断面で示されている。ピストンが装着されたシリ
ンダ16は吸気弁18と排気装置20に通じる排気弁1
9を備えている。
配設され、該閉鎖用部材は吸気弁18と共に吸気導管1
4の空気溜め通路22を仕切る。該空気溜め通路からは
連結管23が圧力溜め24に開口し、該圧力溜めは第2
の閉鎖用部材25と逆止弁26の組合せで前記空気溜め
通路22から仕切ることができる。
によって空気が供給され、該二次空気ポンプは弁28と
二次空気導管を介して排気装置20に二次空気を吹き込
むのにも利用することができる。前記二次空気ポンプ2
7は、内燃機関運転中の大部分の時間には利用されない
ので、通常の運転では前記圧力溜めに空気を供給するの
に使用される。
示してある。破線の直線は図1における約560°クラ
ンク角の位置を示す。同図には従来技術による閉鎖用部
材VO、図2に示すような揺動弁21、および図4で後述
する円板31の場合の切替え特性が示されている。図3
における閉鎖用部材VOの極端に急速な閉弁は、図1に示
したような揺動弁21の1VOの切替え動作では行えな
い。同図に示されているように、高回転では時間tにつ
いての間隔は短くなるが、閉弁時間は少なくとも次の開
弁時期までには閉弁が終るような短時間でなければなら
ない。その際、内燃機関の限界回転数が基準となる。閉
鎖用部材VOと揺動弁21は切替え動作が回転数に無関係
に常に一定であるという共通点を有している(弁が開い
た位置に符号0で示されている)。
31の場合の切替え特性は前記2者の場合とは異なる。
この弁切替え原理は図1に示す本発明の切替え方法によ
り始めて可能となる。前記円板は、開弁は非常に短時間
で行われるように形成される(開弁立ち上がりランプ部
参照)。そして、閉弁動作時間は長くなるようにでき
る。この該閉弁動作は円板の回転速度の変化によって変
わることが図3より分る。このことは開弁動作時間につ
いても基本的には同様であるが、ランプの立ち上がりが
非常に急激であるので、回転数の相違は開弁動作時間に
対して重要ではなくなる。弁切替え動作は、高回転ほど
早くなるので低回転においても十分に早いようにしなけ
ればならないことは勿論である。
ともに概略図示されている。該円板は回転軸32を備え
その回りに回転することができる。正確には、図4の例
では2つの部分円板33からなる場合が示されている。
これら部分円板は対応した同期により切替え時間を短縮
することが可能な窓34を有している。
方式が分る。該回転スライド弁は、回転軸32aを有し
シリンダ36が吸気導管に貫通嵌合されている。回転ス
ライド弁の回転位置に応じて、前記シリンダの開口37
が吸気導管14を空気が流通するように開き、あるいは
前記シリンダの外被38が空気流通を止めるように閉じ
る。該シリンダ外被にはシール39が設けられている。
管40に1個のローラ体41に複数の回転回転スライド
弁が一体化された場合を示す。同図には内燃機関42も
示されており、前記ローラ体はベルト駆動43により内
燃機関の回転数に比例した回転数て連続的に回転駆動さ
れる。
の図面を参照して説明される。
図である。
る。
ラフである。
ある。
スライド弁の断面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】少なくとも1つの燃焼空気の入口(12)
と、 吸気弁(18)によって閉じることができるシリンダ側
の出口(15)に達する、内燃機関のシリンダ毎に設け
られた少なくとも1つの吸気導管(14)と、 前記吸気弁(18)の上流側で前記吸気導管に配設さ
れ、第1の閉鎖用部材と前記吸気弁との間に前記吸気導
管の一部を空気溜め通路(22)として形成する少なく
とも1つの第1の閉鎖用部材(21、31、35、4
1)とを有する内燃機関の吸気装置において、第2の閉
鎖用部材(25、26)が配設された連結管(23)を
介して前記空気溜め通路に連結された圧力溜め(24)
が設けられていることを特徴とする吸気装置。 - 【請求項2】前記第2の閉鎖用部材は閉鎖可能な逆止弁
(26)からなることを特徴とする請求項1記載の吸気
装置。 - 【請求項3】前記第1の閉鎖用部材は揺動弁(21)で
あることを特徴とする前記請求項のいずれか1項に記載
の吸気装置。 - 【請求項4】前記揺動弁(21)の揺動軸は前記吸気導
管(14)の通路断面の外側に配置され、該揺動弁を開
くための揺動方向は吸気導管における流れの方向に基本
的に合致することを特徴とする前記請3記載の吸気装
置。 - 【請求項5】前記第1の閉鎖用部材は回転円板(31)
からなり、その回転軸(32)は前記吸気導管(14)
の通路断面の外側に配置されていて該通路断面を横切
り、前記円板には該円板の回転位置に応じて前記通路断
面を少なくとも部分的に開く窓(34)が設けられてい
ることを特徴とする請求項1或は2に記載の吸気装置。 - 【請求項6】前記第1の閉鎖用部材は回転スライド弁
(35)からなることを特徴とする請求項1或は2に記
載の吸気装置。 - 【請求項7】複数の吸気導管が設けられ、それらは前記
回転スライド弁が共通の回転軸(32a)上に設けられ
共通のローラ体(41)に一体化して形成されるように
互いに平行に設けられていることを特徴とする請求項6
記載の吸気装置。 - 【請求項8】前記第1の閉鎖用部材(31,35,4
1)の駆動は内燃機関の回転数に依存する該内燃機関の
構造部から機械的に直接に伝達される回転モーメントに
よって行われることを特徴とする請求項5乃至7のいず
れか1項に記載の吸気装置。 - 【請求項9】前記圧力溜めは二次空気ポンプ(27)に
よって空気が供給され、該ポンプは同時に排気装置(2
0)に新鮮な空気を導くために設けられていることを特
徴とする前記請求項のいずれか1項に記載の吸気装置。
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