JP2003509617A - 内燃機関 - Google Patents
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Abstract
Description
過給が行われる機関の使用は、自動車技術分野でますます一般的になってきてい
る。高出力時に、結果として、従来の機関より大きい給気を利用することができ
る。しかし、スロットル全開時には、入口弁および排気弁が同時に開いている期
間中の入口と出口との間の負圧差の結果として、低い容積効率が得られる。これ
は、排気行程中にシリンダを完全に空にすることができず、その結果、所望量の
新しい空気をシリンダに供給することもできないことを意味する。別の結果は、
低機関速度時の排気流量が不充分であるので、タービンを効果的に駆動すること
ができず、その結果、吸気圧力が最適でないということである。
することにより、排気タービンの作動は、高圧流だけが排気タービンに流れる一
方、低圧流は排気タービンを通過して伝達されるように排気流が分割されるとい
う事実によって、改善することができる。これは、各シリンダに少なくとも2つ
の排気弁があり、それらが差動的に開き、別個の排気マニホルドに供給するとい
う事実によって達成される。このようにして、シリンダをよりよく排気すること
が可能になる。
時に第2排気弁(最後に開いたもの)はまだ開いており、ピストンがその上死点
位置を通過した後閉じ始める。したがって、ピストンの上死点位置付近に弁オー
バラップがあり、そこでは1つの排気弁と1つの吸気弁が同時に開いており、か
つ排気系の圧力が低い。この弁オーバラップが大きすぎると、スロットル全開時
に圧縮器によって供給される空気の大部分が開いた排気弁から「漏出」すること
が可能であり、したがって、シリンダ内で燃焼しなくなる。その結果は圧縮器と
タービンとの間の質量流量の不均衡であり、結果的にタービンは圧縮器に充分な
吸気圧力を出させることができなくなる。これが今度は、トルクを低下させる結
果となる。他方、弁オーバラップが小さすぎる場合、残留ガスがシリンダ内に残
り、燃焼空気の量が低減し、それに伴って出力も低下する。
るターボ機関を作成することである。
関を作成することによって達成される。
ら「漏出」することができることなく、排気ガスを排出させるように、機関内の
ガス流量を制御することができる。これは、シリンダのより効果的な充填につな
がり、その結果、排気ガスの質量流量が増加し、それが今度は、より高い給気圧
によって低機関速度時のトルクを増大する可能性を高める。
早く開くようになる一方、第2排気弁がピストンの上死点位置の後でますます遅
く閉じるようになるように、弁間の同期を取ることができることが有利である。
このようにして、ピストンが上死点位置またはそれに非常に近い位置にあるとき
に、最大開口の位置に達することができる。
とができる。
から明らかになる。
。 図面の簡単な説明 図1は本発明による内燃機関を示す。 図2は異なる弁のクランクシャフト角度の関数としての弁揚程を示す。 図3は弁オーバラップを示す図2の一部分を示す。 図4は機関速度の関数としての弁オーバラップを示す。
示す。この機関のシリンダは各々、少なくとも2つの排気弁2および3を有する
。排気はシリンダの第1排気弁2からシリンダに共通する第1排気マニホルド4
に行われる。排気はシリンダの第2排気弁3からシリンダに共通する第2排気マ
ニホルド5に行われる。第1排気マニホルド4は第1排気管路7を介して触媒6
に接続され、第2排気マニホルド5は第2排気管路8を介して触媒6に接続され
る。1つまたはそれ以上の消音器(図示せず)が従来の方法で触媒6の下流に配
置される。
ための装備をも持ち、そのタービン10は第1排気管路7に接続され、したがっ
て第1排気マニホルド4および第1排気弁2から給気される。タービン10によ
って駆動される圧縮器11は、適切な場合冷却器12で冷却された給気を機関に
供給する。この給気は、従来の方法で1つまたはそれ以上の吸気弁13を介して
各シリンダに供給される(詳細は図示せず)。
86号の明細書に記載された原理による分割排気流を有する。シリンダの排気弁
と吸気弁との間の相互作用を、図2にグラフ形式で示す。横軸は機関のクランク
シャフト角度CAを表わす一方、縦軸は弁揚程VLの値を表わす。ピストンの排
気行程中、下死点位置Aと上死点位置Bとの間で、排気弁2および3は両方とも
基本的に開いている。見て分かるように、第1排気弁2は、ピストンがその下死
点位置Aに達する前に開き、ピストンがその上死点位置Bに達する前に閉じる。
他方、第2排気弁3は、ピストンがすでにその下死点位置Aから少し上昇するま
で開かず、かつピストンがその上死点位置Bを通過した後のある期間、開き続け
る。見て分かるように、吸気弁13は、ピストンがその上死点位置Bに達する前
に、第2排気弁3がまだ開いている間に開く。このようにして、第2排気弁3お
よび吸気弁13は、特定のオーバラップ期間Cだけ同時に開いている。
置で開閉するという事実の結果として、様々な動作条件下の機関で通常一定に維
持される。しかし、本発明によると、機関の作業条件の関数として、オーバラッ
プ期間Cの持続時間を変化させることが可能である。これを図3および図4によ
り詳しく示す。
B付近でどのように変化するかをより詳細に示す。実線で描いた曲線は、スロッ
トル全開で機関速度が約2000rpmの動作状況を表わす。この場合、オーバ
ラップ期間Cは約30°である。破線で描いた曲線3’および13’もまたスロ
ットル全開の動作状況を表わすが、今度は機関速度が倍の約4000rpmであ
る。オーバラップ期間C’は今度はかなり大きく、約42°である。ここに示し
た例では、曲線は基本的にピストンの上死点位置Bを中心に対称であるが、言う
までもなく、問題の機関の特徴によって、他の曲線形状も可能である。
図4に曲線Eでより詳細に示す。見て分かるように、この関係は線形ではなく、
指数関数的である。機関速度が倍になる結果、オーバラップ期間の持続時間は倍
になるのではなく、それは大まかに機関速度比の平方根だけ、すなわち大まかに
41%増加する。
機関速度範囲内でスロットル全開でできるだけ大きいトルクが得られるように選
択された。これは、この弁オーバラップ期間Dの持続時間が各特定機関速度のと
きにちょうどそうなることを意味する。弁オーバラップ機関が短すぎると、結果
的にシリンダ内に残留ガスが残り、これはシリンダの充填の低下およびしたがっ
て出力の損失につながる。他方、弁オーバラップ期間が長すぎる場合、圧縮器を
介して供給される空気の大部分が開いた排気弁を通して漏出することができ、し
たがってシリンダ内の燃焼に使用することができず、結果としてこの場合もまた
出力の損失が生じる。この後者の場合、圧縮器によって供給された空気の全てが
シリンダ内に捕捉されるわけではない。これを別の方法で表現すると、入口圧力
が低すぎて、問題の機関速度で全トルクを提供できない、ということである。
連続的可変カム調節によって、制御することができる。しかし、例えば、必要お
よび要望に応じて可変特性を与えることのできる電動油圧弁を使用するなど、多
数の他の方法が可能である。
、開閉に比較的長い時間がかかる。したがって、異なる方法で作動する弁は、よ
り高速に開閉することによってシリンダ内のガス交換の精度を高めることができ
る。
うまでもなく上述したものとは異なることができる。例えば、関係関数の指数の
値は異なる選択を行なうことができる。
ことなく、シリンダから残留ガスをできるだけ完全に排出することである。スロ
ットルの位置は運転者の動作により急速に調整することができるので、弁制御は
、オーバラップ期間の持続時間の変化が基本的にスロットルの位置の変化と同じ
ように急速に行なうことができるように設計することが望ましい。
Claims (6)
- 【請求項1】 多数のシリンダおよび分割排気流を持ち、1シリンダにつき
少なくとも2つの排気弁(2、3)、すなわち、機関に過給するためにターボ圧
縮器(9)の排気駆動タービン(10)の入口に第1排気マニホルド(4)を介
して接続された第1排気弁(2)、および排気タービン(10)の下流の機関の
排気系に第2排気マニホルド(5)を介して接続された第2排気弁(3)、なら
びに1つの吸気弁(13)を備え、ピストンがその上死点位置(B)にあるとき
に1つの吸気弁(13)および第2排気弁(3)が期間(C)だけ同時に開いて
いる内燃機関において、前記機関が高負荷で駆動されるときに、吸気弁(13)
および第2排気弁(3)が同時に開いている期間(C)の長さが機関速度と共に
増加するように、吸気弁(13)および第2排気弁(3)を同期させることを特
徴とする内燃機関。 - 【請求項2】 機関速度が増加するにつれて、吸気弁(13)がピストンの
上死点位置(B)の前にますます早く開く一方、第2排気弁(3)がピストンの
上死点位置の後にますます遅く閉じるようになるように、前記同期を行なうこと
を特徴とする、請求項1に記載の内燃機関。 - 【請求項3】 約2000rpmの機関速度で、弁が同時に開いている期間
(C)の長さがクランクシャフト角度で約30度であることを特徴とする、請求
項2に記載の内燃機関。 - 【請求項4】 機関速度が所与の機関速度から増加するときに、弁が同時に
開いている期間(C)の長さが高機関速度と低機関速度との間の比で指数関数的
に増加するように、前記同期を行なうことを特徴とする、請求項1ないし3のい
ずれか一項に記載の内燃機関。 - 【請求項5】 指数の値が好ましくは1/2であることを特徴とする、請求
項4に記載の内燃機関。 - 【請求項6】 ピストンの上死点位置を中心に基本的に対称な期間、第2排
気弁(3)および吸気弁(13)が共に開いていることを特徴とする、請求項1
ないし5のいずれか一項に記載の内燃機関。
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