JP4280504B2 - ピストン・エンジンのための吸気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１のプリアンブルによるピストン・エンジン用吸気装置に関し、この装置が、過給機装置と、吸気コレクタ・チャンバと、過給機装置とコレクタ・チャンバの第１端部とに連結する供給チャネルと、エンジン・シリンダごとに、シリンダおよびコレクタ・チャンバを連結する連結チャネルと、さらに吸気コレクタ・チャンバに連結して配置されている吸気用伝熱装置とを備える。
【０００２】
【従来の技術】
特に過給機付きエンジンでは、その動作を増強するために、過給機装置の後に吸気インタークーラを使用することが提案されてきた。空気を冷却することによって、その質量流量を増加させて、燃焼過程において同じ体積の流量でより多量の酸素を得る。一般にこれは、吸気を過給機装置から別体のインタークーラに導き、そこで空気の温度を低下させるような形で実施されている。インタークーラからさらに吸気チャネルに沿って、エンジンに取り付けた、基本的にエンジンの全長にわたって延びる吸気チャンバに空気を導く。空気は、この吸気チャンバから別体のチャネルを通ってそれぞれのシリンダに導入される。
【０００３】
米国公開特許第３８８１４５５号および第３０９１２２８号が解決策を提案したが、それは、インタークーラを吸気チャンバと一体化することによってエンジンの省スペースを実現する。しかし、これらには、吸気流量とその冷却がいずれも均一でないという限りにおいて欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の一目的は、従来技術の問題を最小にするピストン・エンジン用吸気装置を提供することである。本発明の特定の一目的は、吸気の冷却と供給が制御され、特に大型エンジンにおいて適切なピストン・エンジン吸気装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を、主に請求項１および他の請求項においてさらに詳細な様態で記載されているように実現する。
【０００６】
本発明によるピストン・エンジン用吸気装置は、過給機装置と、吸気コレクタ・チャンバと、過給機装置とコレクタ・チャンバの第１端部とに連結している供給チャネルとを備える。さらに、この吸気装置は、エンジン・ピストンごとに、シリンダとコレクタ・チャンバを連結する連結チャネルと、吸気コレクタ・チャンバに接続して配置した吸気伝熱装置とを備える。この伝熱装置は、コレクタ・チャンバ内で実質的にその全長にわたって配置されているいくつかの伝熱要素を備える。さらに、それぞれの要素の機能が、個別に調整可能でありかつ制御可能である。
【０００７】
このピストン・エンジンは、インラインで配置したいくつかのシリンダを備え、それによって吸気コレクタ・チャンバが、実質的にそのシリンダ・ラインの全長にわたって延長し、さらに伝熱装置が、吸気コレクタ・チャンバを２つの部分に分割するが、第１部分は供給チャネルに連結し、第２部分は連結チャネルにそれぞれ連結している。
【０００８】
コレクタ・チャンバの両端にある伝熱要素は、それらの伝熱効率が異なるように有利に構成した。このようにして、吸気温度の上昇が所望通りに実現する。これを助長するために、伝熱装置の伝熱要素は、２つの異なるフロー回路を備えるが、そこでは伝熱媒体が異なる温度水準にある。これらは、一方の伝熱要素フロー回路が、コレクタ・チャンバの第１部分を限定し、かつ他方が、コレクタ・チャンバの第２部分を限定するように配置されている。追加的または代替的には、コレクタ・チャンバの両端にある伝熱要素を、それらの空気側面流動抵抗が異なるような方式で構成することができる。
【０００９】
それぞれの伝熱要素をコレクタ・チャンバの他端からその伝熱要素の定位置まで制御して移動することを可能にする伝熱装置固定機構が、実質的にコレクタ・チャンバの全長にわたって延長して配置されている。この固定機構は案内機構から形成されており、さらにそれぞれの伝熱要素が、その２つの対向する側に、案内機構の対装置を備え、これらの協働によって、伝熱要素が、案内機構に沿って移動可能になる。
【００１０】
それぞれの伝熱要素は、それ自体のフロー回路連結部を有するが、それらは伝熱要素から切り離し可能である。このために、フロー回路連結部を切り離すとき、それぞれの伝熱要素を案内機構内で移動することができる。
【００１１】
以下に、例を用いて添付の図面を参照して本発明を説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１では、参照符号１が過給機付きピストン・エンジンに対応する。このエンジンは、インラインで配置したいくつかのシリンダ２を備える。各シリンダから排気管４へ、ターボ過給機５のタービンと連結する排気ガス・チャネル３が配置してある。このエンジンが回転するとき、吸気がターボ過給機５のコンプレッサに流れ、そこで空気の圧力と温度が上昇することになる。吸気が、ターボ過給機５から、過給機装置５とコレクタ・チャンバ７の第１端部７．１とを連結する供給チャネル６に導入される。コレクタ・チャンバ７では、吸気を、例えば、冷却する伝熱装置８が配置されている。コレクタ・チャンバにはさらに、それにつながる連結チャネル９によってエンジン・シリンダ２がそれぞれ連結されている。
【００１３】
伝熱装置８は、コレクタ・チャンバ７に、その長手方向に実質的にその内側全長にわたって組み込んだいくつかの別体の伝熱要素８．１、８．２乃至８．Ｎを備え、伝熱装置の前面が、コレクタ・チャンバの縦軸と実質的に平行になっている。供給チャネル６は、コレクタ・チャンバ７の第１部分７．１に向かって開口し、この第１部分は、伝熱装置の前で吸気が流れる方向にある、即ち、図では伝熱装置の下にある。この第１部分７．１は、個々の伝熱要素の第１前面にそれぞれ限定されている。伝熱装置固定機構１１が、コレクタ・チャンバ７内に配置され、実質的にその内側全長にわたって延長するが、その固定機構によって、各伝熱要素８．１乃至８．Ｎを、コレクタ・チャンバの他端部からその位置まで案内して移動することができる。端部材１０が、コレクタ・チャンバ７の端部にあり、それによってコレクタ・チャンバを閉じる。
【００１４】
固定機構１１は、有利には、コレクタ・チャンバの壁に配置された、またはその壁によって位置決めされた案内機構から構成されているが、その案内機構に沿って伝熱要素を移動することが可能であり、かつその案内機構に対して伝熱要素を支持する。伝熱要素はそれぞれ、案内機構の対機構１２を具備し、それによって各伝熱要素を案内機構に沿って移動させることができる。したがって、必要ならば、端部材１０を開け、各伝熱要素を案内機構１１に沿ってその正確な位置まで移動し、かつ端部材を閉じることによって、取り外しおよび再据え付けを行うことができる。これは、有利には、伝熱要素が相互に連結して、燃焼用空気がそれらの伝熱要素の熱表面を通り抜けて流れるようになっていることを意味する。次いで、伝熱要素をそのフロー回路に連結し、かつ定位置に配置することができる。案内機構１１に取り付けた固定装置１１．１によって伝熱要素を固定するのが有利であり、その固定装置によって伝熱要素のずれを防止することができる。コレクタ・チャンバ７の外側に延長する、例えば、ねじまたは均等物をこの目的に使用することができる。
【００１５】
図２は、コレクタ・チャンバ７の第１端部近くのその断面を示し、図３は、第１端部に対して対向する端部近くの断面を示す。空気の温度を各シリンダに適切な水準にするために、伝熱要素８．１と８．Ｎとの伝熱効率が異なるように、コレクタ・チャンバの両端部にあるこれらの伝熱要素を構成した。さらに、空気流が、より均一に伝熱装置８を通り抜けて流れるように案内するために、コレクタ・チャンバの両端部にある伝熱要素８．１と８．Ｎの空気側面流動抵抗が異なるように、それらを構成することができる。このようにして、別体の空気デフレクタ装置の必要を最小にすることができる。
【００１６】
吸気装置は、異なる温度水準で作用する２つの別体のフロー回路１３および１４を備える。同じように、伝熱要素８．１乃至８．Ｎが、２つのフロー回路１３．１および１４．１をそれぞれ備え、それらは、一方のフロー回路がコレクタ・チャンバの第１部分７．１を限定し、他方がその第２部分７．２を限定するように位置する。燃焼用空気を冷却するとき、空気が、高い方の温度水準で作用するフロー回路１４．１を通り抜けて流れ、次いで低い方の温度水準で作用するフロー回路１３．１を通り抜けて流れるように、これらのフロー回路が有利に連結されている。それぞれの伝熱要素は、その移動を可能にするために、伝熱要素から切り離すことができるようなフロー回路連結部１３．２、１４．２によってフロー回路１３、１４に連結されている。これらの連結部１３．２、１４．２は、連結部を取り外した後で、伝熱要素を案内機構内で移動できるように設計されていることが重要である。伝熱要素内の連結部の接合面を実質的に一様に構成するようにして、移動を有利に実現することできる。これらの連結部（１３．２、１４．２）自体は、Ｏリング封止（１３．３、１４．３）用の溝（１３．４、１４．４）を設けた短い管または同様なものが有利である。この連結管を、伝熱要素内に設けた漏れ止め連結部に適切な直径を有する開口部に挿入することができる。コレクタ・チャンバ７を実質的に気密封止することができ、さらにこの連結部をフランジ様要素７．３によってコレクタ・チャンバに固定することができる。
【００１７】
伝熱要素の伝熱効率に対して、その伝熱特性が適切であるように、とりわけ、これらの特性は表面積、フィンおよび材質であるが、その特性を選択することによって、それ自体が知られている様態で作用することができる。伝熱要素の流動抵抗に対しても、その望ましいフロー表面積、形状または表面特性を同様に選択することによって、それ自体が知られている様態で作用することができる。
【００１８】
本発明は、図示した実施形態に限定せず、添付の特許請求の範囲内でいくつかの変更が実行可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるピストン・エンジン用吸気装置の１つの実施形態を示す概略図である。
【図２】第１端部近くの吸気コレクタ・チャンバの断面を示す概略図である。
【図３】第２端部近くの吸気コレクタ・チャンバの断面を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 過給機付きピストン・エンジン
２ エンジン・シリンダ
３ 排気ガス・チャネル
４ 排気管
５ ターボ過給機装置
６ 供給チャネル
７ 吸気コレクタ・チャンバ
７．１ 吸気コレクタ・チャンバの第１部分
７．２ 吸気コレクタ・チャンバの第２部分
７．３ フランジ様要素
８ 吸気伝熱装置
８．１乃至８．Ｎ 吸気伝熱要素
９ 連結チャネル
１０ 端部材
１１ 伝熱装置固定機構
１１．１ 固定装置
１２ 案内機構の対機構
１３、１４ フロー回路
１３．１、１４．１ 吸気コレクタ・チャンバのフロー回路
１３．２、１４．２ フロー回路連結部
１３．３、１４．３ Ｏリング封止
１３．４、１４．４ 溝

Claims (8)

1. 過給機装置（５）と、吸気コレクタ・チャンバ（７）と、過給機装置と吸気コレクタ・チャンバの第１端部とに連結している供給チャネル（６）と、それぞれのエンジン・シリンダ（２）ごとに、エンジン・シリンダ（２）と吸気コレクタ・チャンバ（７）を連結する連結チャネル（９）と、吸気コレクタ・チャンバ（７）に連結して配置されている吸気伝熱装置（８）とを備えるピストン・エンジン（１）用吸気装置であって、伝熱装置（８）が、吸気コレクタ・チャンバ（７）で実質的にその内側全長にわたりいくつかの伝熱要素（８．１乃至８．Ｎ）を備え、案内機構が吸気コレクタ・チャンバ（７）の壁またはそれを伴う位置に設けられ、案内機構に沿って伝熱要素（８．１乃至８．Ｎ）が移動ができ、案内機構に対して伝熱要素が支持され、各伝熱要素がフロー回路連結部（１３．２、１４．２）を備え、フロー回路連結部が案内機構内で伝熱要素を移動するために伝熱要素から切り離し可能であることを特徴とするピストン・エンジン（１）用吸気装置。
2. ピストン・エンジン（１）が、インラインで配置したいくつかのエンジン・シリンダ（２）を備え、かつ吸気コレクタ・チャンバ（７）が実質的にシリンダ・ラインの全長にわたって延び、伝熱装置（８）が吸気コレクタ・チャンバを基本的に２つの部分に分割し、第１部分（７．１）が供給チャネル（６）に連結し、かつ第２部分（７．２）が連結チャネル（９）のそれぞれに連結することを特徴とする、請求項１に記載のピストン・エンジン用吸気装置。
3. 吸気コレクタ・チャンバ（７）の両端における伝熱要素（８．１、８．Ｎ）が、それらの伝熱効率が異なるような方式で構成されたことを特徴とする、請求項１に記載のピストン・エンジン（１）用吸気装置。
4. 吸気コレクタ・チャンバ（７）の両端における伝熱要素（８．１、８．Ｎ）が、それらの空気側面流動抵抗率が異なるような方式で構成されたことを特徴とする、請求項１に記載のピストン・エンジン（１）用吸気装置。
5. 吸気コレクタ・チャンバ（７）の両端における伝熱要素（８．１、８．Ｎ）が、これらの空気側面流動抵抗と伝熱効率が異なるような方式で構成されたことを特徴とする、請求項１に記載のピストン・エンジン（１）用吸気装置。
6. それぞれの伝熱要素（８．１乃至８．Ｎ）を吸気コレクタ・チャンバ（７）の他端からその伝熱要素の位置まで制御移動することを可能にする伝熱装置固定機構（１１、１２）が、吸気コレクタ・チャンバ内で実質的にその全長にわたって延長して配置されていることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載のピストン・エンジン（１）用吸気装置。
7. 固定機構が案内機構（１１）から形成されること、および、それぞれの伝熱要素が、その２つの対向する側に、案内機構の対機構（１２）を備え、それらの協働によって、伝熱要素（８．１乃至８．Ｎ）が案内機構（１１）に沿って移動可能であることを特徴とする、請求項６に記載のピストン・エンジン用吸気装置。
8. 伝熱装置の伝熱要素（８．１乃至８．Ｎ）が、２つの異なるフロー回路（１３．１、１４．１）を備え、一方のフロー回路が吸気コレクタ・チャンバの第１部分（７．１）を限定し、かつ他方が吸気コレクタ・チャンバの第２部分（７．２）を限定するような方式で配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のピストン・エンジン用吸気装置。

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