JP2005009495A - 燃焼ガスを掃気する間接噴射の過給式内燃エンジンおよび該エンジンへの過給気の供給方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 吸気マニフォールド内の音響効果に対して有利に働きつつ、２つの吸気手段の間を燃料が迂回することを防止することができる構成のエンジンを提供する。
【解決手段】 本発明は、一方の種類が、燃料が混合されていない過給気の吸気手段（不図示）であり、他方の種類が、燃料が混合されている過給気の吸気手段（不図示）である、２種類の過給気吸気手段を備えている少なくとも１つのシリンダ（不図示）を有し、供給手段３８によって吸気手段に過給気が供給される、特に間接噴射の過給式内燃エンジンに関する。本発明によれば、供給手段３８は、吸気手段の各々の種類用の特別な過給気供給装置４６，５０を有している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、特に間接噴射の過給式内燃エンジン、およびそのようなエンジンへの供給方法に関する。
本発明は、より詳しくは、吸気行程において燃焼ガスを掃気する過給式エンジンへの給気手段に関する。
周知のように、エンジンが発生する出力は、燃焼室内に供給される空気の量によって決まる。この出力を増大させるために、エンジンの燃焼室内に供給される前に圧縮された吸気が用いられる。この空気は、一般に過給気と呼ばれており、ターボ過給機などの任意の公知の手段によって圧縮されている。
本願の出願人によって出願されている特許文献１に既に記載されているように、直接噴射の過給式エンジンの出力は、燃焼室内に供給される過給気の量を増やすことによって、さらに増大させることが可能である。したがって、燃焼室内に含まれる残留燃焼ガスは、このエンジンの吸気行程の開始時に排出され、過給気に置き換えられる。この動作は、燃焼ガスの掃気と呼ばれ、排気弁と吸気弁とのオーバーラップによって実現される。この動作の終了時にも、吸気行程は継続し、排気弁が閉じると、燃料が燃焼室内に噴射される。
２００２年６月２１日に出願されている仏国特許出願第０２／０７，６９３号明細書の中でより詳細に説明されているように、出願人は間接噴射の過給式エンジンの構成内にこの構成を設けている。
燃焼ガスの掃気動作は、実質的には管と弁とからなる、燃料が混合されていない過給気用の特別な吸気手段を追加することによって、このエンジン内で行われるようになっている。したがって、このエンジンは、燃料が混合されていない過給気が掃気動作中に燃焼室内に流入することを可能にする第１の吸気手段と、第１の吸気手段が閉じたときに、燃料が混合されている過給気が燃焼室内に流入することを可能にする第２の吸気手段とを有している。したがって、燃焼ガスの掃気動作は、エンジンの吸気行程の開始時に、排気弁と燃料が混合されていない過給気用の吸気弁とによって行われるようになっている。このオーバーラップ中は、排気弁は開いたままであり、燃料が混合されていない過給気は第１の吸気手段を介して燃焼室内に流入することができる。したがって、残留燃焼ガスは、燃料が混合されていない過給気に置き換えられる。掃気動作の終了時に、排気弁が閉じ、燃料を含んだ過給気は、マルチポイント燃料インジェクションの場合には燃料インジェクタを備えている他の吸気手段を介して燃焼室内に流入することができる。
一般に、吸気管の自由端は、過給気の供給手段、通常は吸気マニフォールドに接続されており、吸気マニフォールドの入口は空気圧縮手段の出口に接続されている。
仏国特許出願公開第２，７８１，０１１号明細書
エンジンの動作中は、吸気マニフォールドに流入した過給気は、全ての吸気管に全体的に供給される。この場合、燃料が混合された過給気と燃料が混合されていない過給気用の吸気管からの過給気とが混合されるおそれがある。そのため、吸気行程の開始時に掃気動作が実行されたときには、部分的に燃料が混合された過給気が燃焼室内に供給され、それから、燃焼ガスとともに排気弁を介して排出される。
このことは、燃料の消費を増大させ、未燃焼の炭化水素などが排気時に排出されることにつながる。
そのため、本発明は、吸気マニフォールド内の音響効果に対して有利に働きつつ、２つの吸気手段の間を燃料が迂回することを防止する、簡単な構成の過給気供給手段によって、前述の欠点を克服することを目的とする。
したがって、本発明は、一方の種類が、燃料が混合されていない過給気の吸気手段であり、他方の種類が、燃料が混合されている過給気の吸気手段である、２種類の過給気吸気手段を備えている少なくとも１つのシリンダを有し、供給手段によって吸気手段に過給気が供給される、特に間接噴射の過給式内燃エンジンにおいて、供給手段は、吸気手段の各々の種類用の特別な過給気供給装置を有していることを特徴とする、特に間接噴射の過給式内燃エンジンに関する。
供給手段が吸気マニフォールドを有している場合、吸気マニフォールドは両過給気供給装置を画定する内部の仕切りを有していることが有利である。
一方の過給気供給装置は、過給気入口と、他方の過給気供給装置との連通を可能にする手段とを有していてもよい。
連通手段は、両過給気供給装置を接続する管路を有していてもよい。
接続管路は絞り手段を備えていることが好ましい。
連通手段は、仕切りに通路を有していてもよい。
通路は逆止手段または絞り手段を有していることが好ましい。
供給手段は、両過給気供給装置に共通する空気入口を有していてもよい。
空気入口は、各過給気供給装置内への吸気を制御する絞り手段を有していてもよい。
絞り手段はバタフライバルブであることが好ましい。
供給手段は、各過給気供給装置用の空気入口を有していてもよい。
また、本発明は、一方の種類が、燃料が混合されていない過給気の吸気手段であり、他方の種類が、燃料が混合されている過給気の吸気手段である、２種類の過給気吸気手段を備えている少なくとも１つのシリンダを有し、供給手段によって吸気手段に過給気が供給される、特に間接噴射の過給式内燃エンジン用の過給気の供給方法において、各々の種類の吸気手段に過給気を別々に供給することを特徴とする、過給気の供給方法に関する。
各々の種類の吸気手段に過給気を連続的に供給してもよい。
各々の種類の吸気手段に過給気を同時に供給してもよい。
本発明のその他の特徴と利点は、添付図面を参照して、非限定的な例による以降の説明を読むことで明らかになるであろう。
図１は、特にガソリンエンジンであって好ましくは火花点火式のエンジンである、間接噴射の過給式内燃エンジンのシリンダ１０を示している。
シリンダ１０は、吸気管１６および１８と吸気弁２０および２２などの遮断手段とを各々が備えている、２つの種類の過給気吸気手段１２および１４を有している。吸気管１８は燃料噴射手段２４を備えているが、吸気管１６は燃料噴射手段を備えていない。以下では、説明を簡略化するために、吸気管１６と吸気弁２０を燃料が混合されていない過給気吸気管および弁と呼び、吸気管１８と吸気弁２２を燃料が混合されている過給気吸気管および弁と呼ぶ。
このシリンダ１０は、排気管２８と排気弁などの遮断手段３０とを備えている２つの排気手段２６も有している。吸気手段と排気手段は、ピストン３４の上側部分と共にこのシリンダ１０の燃焼室３６を画定することを可能にしているシリンダヘッド３２によって支持されている。
吸気行程の開始時にピストン３４の上死点付近にあるときに、燃焼室３６内の燃焼ガスの掃気を実行するように、排気弁２６と燃料が混合されていない過給気吸気弁２０との間でオーバーラップが実現する。したがって、燃焼室３６内に存在する燃焼ガスの圧力よりも高い圧力を有している、燃料が混合されていない過給気は、燃焼室内３６を通過することが可能であり、かつ、排気弁３０を介して燃焼ガスを排出させるように燃焼ガスを掃気する。排気弁３０が閉じるとすぐに、燃料が混合されている過給気の吸気弁２２が開き、過給気と燃料との混合気が燃焼室３６内に流入できるようになる。
図２からわかるように、シリンダ１０は、少なくとも１つのシリンダ、一般的には４つのシリンダを有し、エンジンブロック３３に支持されたシリンダヘッド３２を備えているエンジンの一部である。
各シリンダ１０の吸気管１６および１８の各々は、一般に吸気マニフォールドと呼ばれ、入口４０によってターボ過給機などの空気圧縮手段（不図示）の出口に接続されている空気供給手段３８に独立に接続されている。入口４０は、この吸気マニフォールド３８内に供給される過給気の量を調節可能な、たとえばバタフライバルブである絞り手段４２を備えていることが有利である。
図３に示されているように、本発明の第１の実施形態では、吸気マニフォールド３８は、吸気マニフォールド３８を独立した２つの半体のマニフォールドに分けることを可能にしている内部の仕切り４４を有している。この仕切り４４は、吸気マニフォールド３８を実質的に均等で密閉された２つの部分に分割することで、吸気マニフォールド３８の最大長さにわたって水平方向に延びている、密閉された壁からなることが好ましい。第１のマニフォールド半体４６は、掃気マニフォールドと呼ばれ、絞り手段４２を備えている過給気入口４０を有しており、かつ掃気オリフィスと呼ばれているオリフィス４８を介して、シリンダ１０の燃料が混合されていない過給気の吸気管１６の各々に供給することを可能にしている。第２のマニフォールド半体５０は、噴射マニフォールドと呼ばれ、燃料が混合されている過給気吸気管１８をこの噴射マニフォールド５０の内部に連通させることを可能にする、噴射オリフィスと呼ばれているオリフィス５２を有している。掃気マニフォールド４６は、過給気を管路５６を介して噴射マニフォールド５０内に設けられている空気入口５８に供給することが可能な過給気出口５４も有している。
このようにして、吸気の種類ごとに１つずつ、２つの別個の、つまり独立した過給気供給装置が形成されている。第１の供給装置４６は、燃料が混合されていない空気を吸気管１６とマニフォールド半体５０に供給し、第２の供給装置は燃料が混合されている空気を吸気管１８だけに供給する。
エンジンの動作中は、過給気は、入口４０を通って掃気マニフォールド４６内に流入し、同時に、オリフィス４８を通って吸気管１６に供給され、それから、管路５６を通って、吸気管１８用の、噴射マニフォールド５０のオリフィス５２に供給される。過給気の一連の循環は、このようにして、掃気マニフォールド４６から噴射マニフォールド５０へ行われる。
したがって、燃焼ガスの掃気動作中には吸気管１６および１８の間で迂回が発生せず、これは、出願人により出願された仏国特許出願第０２／０７，６９３号明細書において説明されている掃気動作と同様である。実際に、掃気オリフィス４８と噴射オリフィス５２は仕切り４４によって物理的に分離されていて、両者の間に連通は生じ得ない。なお、過給気の供給は、異なる種類の吸気管に対して別々に実行される。
図４の第２の実施形態は、図３の実施形態と実質的に同一であり、したがって同じ参照番号を付している。
本実施形態では、掃気マニフォールド４６から噴射マニフォールド５０内に流入する過給気の量の制御を可能にする、バタフライバルブなどの絞り手段６０が管路５６に設けられている
エンジンの動作中は、過給気の量は、掃気マニフォールド４６内に流入させられる空気用のバルブ４２だけで制御されているのではなく、噴射マニフォールド５０に供給される空気用のバルブ６０によっても制御されている。
図５の実施形態は、前述の実施形態に類似しており、吸気マニフォールド３８には、吸気マニフォールド３８を掃気マニフォールド４６と噴射のマニフォールド５０とに分割可能な仕切りが同様に設けられている。
本実施形態では、仕切りは、掃気マニフォールド４６から噴射マニフォールド５０に過給気を供給することを可能にする通路６４を有している内部の壁６２からなる。この壁６２は、吸気マニフォールド３８を実質的に同一な２つの部分に分割することで、吸気マニフォールド３８の最大長さにわたって水平方向に延びている。
過給気は、絞り手段４２が設けられている過給気入口４０を通って掃気マニフォールド４６内に流入し、掃気オリフィス４８に供給され、それから、通路６４を通って噴射マニフォールド５０内に流れ込んで噴射オリフィス５２に供給される。
図６に示されているように、通路６４は、噴射マニフォールド５０内に存在している過給気が掃気マニフォールド４６内に逆流するのを防止する逆止弁のような逆止手段６６を備えていることが有利である。したがって、この逆止手段により、燃料が混合されている過給気が掃気マニフォールド内に逆流するおそれが全く無くなることが保証される。
図７に示されているように、通路６４は、掃気マニフォールド４６から噴射マニフォールド５０へ供給される空気の量を制御することを可能にするバタフライバルブなどの絞り手段６８を備えていることがさらに有利である。
図３から図７に示した例では、掃気用マニフォールド４６へ過給気を連続して供給した後に、噴射マニフォールド５０へ過給気を連続して供給することにより、迂回現象を防止することが可能になる。
図８の実施形態は、バタフライバルブからなる絞り手段４３を備えた過給気入口４１を備えている吸気マニフォールド３８を示している。この吸気マニフォールド３８は、掃気オリフィス４８を有している掃気マニフォールド４６と噴射オリフィス５２を有している噴射マニフォールド５０とを画定することを可能にする内部の仕切り７０を、自身の容積内に有している。
本実施形態では、過給気入口４１は、掃気マニフォールド４６と噴射マニフォールド５０とに同時に供給するように構成されている。このような同時供給を達成するために、仕切り７０は、過給気入口４１の側端がバタフライバルブ４３の水平方向の回転軸７２を通る平面と同一平面上に配置されるように、吸気マニフォールド３８の最大長さにわたって水平方向に延びている。
バタフライバルブ４３の両方の羽根７４および７６は、過給気入口４１が閉じた位置で、仕切り７０を通る平面に対して直交しないように延びていることが有利である。この図の例では、羽根７４は、回転軸７２を通っている垂直軸に対して前方、つまり空気の循環方向に傾いており、羽根７６は、この循環方向とは逆向きである後方に傾いている。この構成により、バタフライバルブ４３が部分的に開いた位置では、バタフライバルブ４３の羽根７４はこの空気の循環と同じ方向になるので、掃気マニフォールド４６に対する過給気の供給が促進される。
図９は、図８の変形例である他の実施形態を有利に示しており、そのため同じ参照番号を付している。
本実施形態では、掃気マニフォールド４６は過給気出口７８を有しており、噴射マニフォールド５０は接続管路８２によって空気出口７８に接続されている過給気入口８０を備えている。この図に点線で示されているように、接続管路８２は、掃気マニフォールド４６から流入される過給気の量を制御することを可能にする、バタフライバルブなどの絞り手段８４を備えていることが好ましい。
図１０は、図８の他の変形例を示す、本発明の他の実施形態である。
本変形例では、バタフライバルブ４３の回転軸７２は、仕切り７０を通る平面に対して実質的に垂直に配置されている。
したがって、過給気は、掃気マニフォールド４６と噴射マニフォールド５０とに実質的に同一の状態で流入し、バタフライバルブ４３の羽根７４および７６は、掃気マニフォールド４６と噴射マニフォールド５０との間の過給に関する制御には全く影響を及ぼしていない。
図１１は、掃気マニフォールド４６と噴射マニフォールド５０とを上述のように形成するように、吸気マニフォールド３８が仕切り８６によって分割されている、他の実施形態である。
掃気マニフォールド４６は絞り手段９０を備えた過給気入口８８を備えており、また、噴射マニフォールド５０は絞り手段９４を備えた過給気入口９２を備えている。
掃気用マニフォールド４６は、たとえばバタフライバルブの形態の絞り手段１０２を有利に備えている接続管路１００によって噴射マニフォールド５０に設けられている空気入口９８に連通している過給気出口９６を有していることが好ましい。
図８から図１１に示した実施形態では、掃気マニフォールド４６と噴射マニフォールド５０への過給気の供給は実質的に同時に実行され、これらのマニフォールドは同一の空気入口を介して供給され、あるいは各々のマニフォールドが特別の過給気入口を介して供給されている。これにより、迂回現象を防止することも可能になる。
本発明は、上述の実施形態に限定されず、あらゆる変形例を含んでいる。
図３から図７に関連して説明した例においては、掃気マニフォールド４６と噴射マニフォールド５０は過給気がこの順番で供給されることについて特に説明した。
この構成は、エンジンが高負荷で動作するときには特に有利である。部分負荷で動作する場合には、空気入口４０を噴射マニフォールド５０上に配置することによって、空気を噴射マニフォールド５０内に供給し、それから掃気マニフォールド４６内に供給することにより、空気の供給を逆の順序にすることが可能である。
さらに、図８および図９に示されているケースでは、バタフライバルブ４３の羽根７４および７６の傾きは、掃気マニフォールド４６への過給気の供給に好都合である。この傾きは、羽根７６が前方に傾き、羽根７４が後方に傾くように逆向きにすることが可能である。その場合、過給気の供給は、噴射マニフォールド５０の高さで有利になる。
本発明で用いられている、燃焼ガスを掃気する過給式エンジンのシリンダを示す図である。 過給気供給装置を用いている本発明のエンジンを示す正面図である。 図２の線ＡＡに沿った部分断面を含み、図２と関連して本発明の過給気供給装置の実施形態を示す正面図である。 図２の線ＡＡに沿った部分断面を含み、図２と関連して本発明の過給気供給装置の実施形態を示す正面図である。 図２の線ＡＡに沿った部分断面を含み、図２と関連して本発明の過給気供給装置の実施形態を示す正面図である。 図２の線ＡＡに沿った部分断面を含み、図２と関連して本発明の過給気供給装置の実施形態を示す正面図である。 図２の線ＡＡに沿った部分断面を含み、図２と関連して本発明の過給気供給装置の実施形態を示す正面図である。 図２の線ＡＡに沿った部分断面を含み、図２と関連して本発明の過給気供給装置の実施形態を示す正面図である。 図２の線ＡＡに沿った部分断面を含み、図２と関連して本発明の過給気供給装置の実施形態を示す正面図である。 図２の線ＡＡに沿った部分断面を含み、図２と関連して本発明の過給気供給装置の実施形態を示す正面図である。 図２の線ＡＡに沿った部分断面を含み、図２と関連して本発明の過給気供給装置の実施形態を示す正面図である。
符号の説明
１０ シリンダ
１２，１４ 過給気吸気手段
１６，１８ 吸気管
２０，２２ 吸気弁
２４ 燃料噴射手段
２６ 排気手段
２８ 排気管
３０ 遮断手段
３２ シリンダヘッド
３３ エンジンブロック
３４ ピストン
３６ 燃焼室
３８ 空気供給手段（吸気マニフォールド）
４０，４１，５８，８０，８８，９２，９８ 入口
４２，４３，６０，６８，８４，９０，９４，１０２ 絞り手段（バタフライバルブ）
４４，６２，７０，８６ 仕切り
４６ 第１のマニフォールド半体（掃気マニフォールド）
４８，５２ オリフィス
５０ 第２のマニフォールド半体（噴射マニフォールド）
５４，７８，９６ 出口
５６ 管路
６２ 内部の壁
６４ 通路
６６ 逆止手段（逆止弁）
７２ 回転軸
７４，７６ 羽根
８２，１００ 接続管路

Claims (15)

  1. 一方の種類が、燃料が混合されていない過給気の吸気手段（１２）であり、他方の種類が、燃料が混合されている過給気の吸気手段（１４）である、２種類の過給気吸気手段（１２，１４）を備えている少なくとも１つのシリンダ（１０）を有し、供給手段（３８）によって前記吸気手段に過給気が供給される、特に間接噴射の過給式内燃エンジンにおいて、
    前記供給手段（３８）は、前記吸気手段（１２，１４）の各々の種類用の特別な過給気供給装置（４６，５０）を有していることを特徴とする、特に間接噴射の過給式内燃エンジン。
  2. 前記供給手段は吸気マニフォールド（３８）を有しており、前記吸気マニフォールドは前記両過給気供給装置（４６，５０）を画定する内部の仕切り（４４，６２，７０，８６）を有している、請求項１に記載のエンジン。
  3. 一方の前記過給気供給装置（４６）は、過給気入口（４０）と、他方の前記過給気供給装置（５０）との連通を可能にする手段（５６，６４）とを有している、請求項１または２に記載のエンジン。
  4. 前記連通手段は、前記両過給気供給装置（４６，５０）を接続する管路（５６）を有している、請求項３に記載のエンジン。
  5. 前記管路（５６）は絞り手段（６０）を備えている、請求項４に記載のエンジン。
  6. 前記連通手段は前記仕切り（６２）に通路（６４）を有している、請求項３に記載のエンジン。
  7. 前記通路は逆止手段（６６）を有している、請求項６に記載のエンジン。
  8. 前記通路は絞り手段（６８）を有している、請求項６に記載のエンジン。
  9. 前記供給手段は、前記両過給気供給装置（４６，５０）に共通する空気入口（４１）を有している、請求項１または２に記載のエンジン。
  10. 前記空気入口は、各過給気供給装置（４６，５０）内への吸気を制御する絞り手段（４３）を有している、請求項９に記載のエンジン。
  11. 前記絞り手段はバタフライバルブ（４３）である、請求項１０に記載のエンジン。
  12. 前記供給手段（３８）は、前記各過給気供給装置（４６，５０）用の空気入口（８８，９２）を有している、請求項１または２に記載のエンジン。
  13. 一方の種類が、燃料が混合されていない過給気の吸気手段（１２）であり、他方の種類が、燃料が混合されている過給気の吸気手段（１４）である、２種類の過給気吸気手段（１２，１４）を備えている少なくとも１つのシリンダ（１０）を有し、供給手段（３８）によって前記吸気手段に過給気が供給される、特に間接噴射の過給式内燃エンジン用の過給気の供給方法において、
    各々の種類の前記吸気手段に過給気を別々に供給することを特徴とする、過給気の供給方法。
  14. 各々の種類の前記吸気手段に過給気を連続的に供給する、請求項１３に記載の過給気の供給方法。
  15. 各々の種類の前記吸気手段に過給気を同時に供給する、請求項１３に記載の過給気の供給方法。
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