JPH0241309Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、内燃機関の過給装置に係り、詳しく
は、膨張比を変化させることなく機関の運転状態
に応じて実質圧縮比を変更できるようにした装置
に関する。

〈従来の技術〉 デイーゼル機関の膨張比を変化させることなく
実質圧縮比を可変制御して燃費、スモーク、始動
性及び白煙を改善し、筒内最高圧の低減を図りつ
つ高出力化を図る従来の過給装置としては、例え
ば特開昭56−115818号公報に記載されているよう
に、吸気開弁時期が相互にオーバラツプする複数
の気筒群に接続する各吸気通路の合流点を、機関
回転速度の増大に応じて下流側に移動させること
により、共鳴通路の長さを可変制御して慣性過給
のマツチング領域を拡大させるようにしたもの、
あるいは、特開昭55−148932号公報に記載されて
いるように、バルブタイミングを変化させること
によつて吸気弁が閉じた時点の圧力を変化させ、
これにより、実質圧縮比を可変制御できるように
したものがある。

〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながら、前者のように吸気通路の合流点
を機関の運転状態に応じて移動させるようにした
ものでは制御（移動）範囲に限界があるために、
例えば自動車用機関のように運転領域が広い内燃
機関の吸気装置としては必ずしも充分ではなかつ
た。

又、後者のように可変バルブタイミング機構に
よつて実質圧縮比を変更できるようにしたもの
は、機関による駆動が必要になるので装置が複雑
かつ高価になつてしまうというような問題点があ
つた。

本考案はこのような従来の問題点を解消するた
めになされたものであり、共鳴通路の有効長さに
よつて定まる慣性過給の同調回転速度を広範囲に
亙つて容易に変更できる構成の簡単な内燃機関の
吸気装置を提供することを目的としている。

〈問題点を解決するための手段〉 斯る目的を達成するために本考案では、吸気開
弁時期が相互にオーバラツプしない気筒の集合体
からなる気筒群と直列に接続された複数のターボ
チヤージヤのうちの最下流に位置するターボチヤ
ージヤのコンプレツサの下流側とを夫々気筒群毎
に独立した共鳴通路を介して接続している。そし
て、各共鳴通路を相互に連通させる複数の連通路
を設け、これら連通路に開閉弁を介装すると共
に、機関回転速度検出手段と、機関負荷検出手段
と、両検出手段からの検出信号に基づいて、低速
高負荷領域では共鳴通路の共鳴振動数とそのとき
の脈動振動数とを一致させて共鳴過給を行い、高
速低負荷及び高速高負荷の領域では共鳴通路の共
鳴振動数とそのときの脈動振動数とが一致しなよ
うに前記開閉弁の開閉制御を行う制御手段とを備
えて内燃機関の過給装置を構成している。

〈作用〉 これより、機関の運転状態に応じて開閉弁を開
閉作動させることにより、共鳴通路の有効長さ
（共鳴通路の等価長さ）を変化させて共鳴通路の
共鳴振動数と脈動振動数とマツチングさせ、或い
は故意にミスマツチングさせて吸気の充填効率
（吸気閉弁時の筒内圧力）を適切に変化させ、以
つて、膨張比を変化させることなく機関の運転状
態に応じて実質圧縮比を最適制御できるようにし
ている。

〈実施例〉 以下に本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図は本考案に係る内燃機関の過給装置の一
実施例を示しており、低圧ターボチヤージヤ１と
高圧ターボチヤージヤ２とを直列に接続した直列
６気筒デイーゼル機関３の気筒を吸気開弁時期が
相互にオーバラツプしない気筒のみによる２つの
気筒群に分割し、各気筒群に対応して設けた吸気
マニフオールド４₁，４₂の集合部と下流側に位置
する高圧ターボチヤージヤ２のコンプレツサ２ａ
の下流とを夫々共鳴通路５₁，５₂を介して接続し
ている。１ａは低圧ターボチヤージヤ１のコンプ
レツサ、１ｂは同じくタービン、２ｂは高圧ター
ボチヤージヤ２のタービン、６はエアクリーナ、
７はマフラ、８はインタークーラーであり、エア
クリーナ６によつて濾過されて低圧ターボチヤー
ジヤ１のコンプレツサ１ａによつて加圧された空
気が高圧ターボチヤージヤ２のコンプレツサ２ａ
によつて更に加圧され、インタークーラ８による
冷却作用を受けた後に共鳴通路５₁，５₂及び吸気
マニフオールド４₁，４₂を経て各気筒に供給され
る。

又、前記共鳴通路５₁，５₂を相互に連通させる
複数の連通路９₁，９₂，……を設けると共に、こ
れらの連通路９₁，９₂，……には制御手段として
のコントローラ１１の制御端子に接続された開閉
弁１０₁，１０₂，……を夫々装着し、前記コント
ローラ１１には、図示しない機関回転速度検出手
段としての回転センサ及び機関負荷検出手段とし
ての負荷センサから夫々機関の回転速度Ｎ及び負
荷Ｌの検出信号を供給することにより、機関の運
転状態に応じて開閉弁１０₁，１０₂，……を開閉
制御するようにしている。

上記の構成において、機関が運転されると、こ
れにともなつてターボチヤージヤ１，２がともに
駆動されるので所期の過給が実行される。

ここに、機関が運転されると、吸気の脈動によ
つて共鳴通路５₁，５₂に気柱の振動が発生し、こ
の気柱の振動数は機関の回転速度に応答して変化
する。又、共鳴通路５₁，５₂による気柱振動の共
鳴振動数は該通路の長さに応じて変化し、このと
きの共鳴振動数を吸気の脈動振動数と一致させた
ときに慣性過給効果が最大になつて空気の充填効
率が高くなる。逆に、共鳴振動数を吸気の脈動振
動数から大きく外した場合は、空気の充填効率が
低下することは良く知られており、共鳴通路５₁，
５₂の有効長さが長くなるにともなつてその共鳴
振動数が低下することは良く知られている。

従つて、機関３が例えば低速高負荷で運転され
ているときのように、機関の要求空気流量が大き
いにも拘らず、ターボチヤージヤ１，２により過
給がさほど期待できず、出力不足を招く可能性が
ある場合は、コントローラ１１からの信号によつ
て開閉弁１０₁，１０₂，……を適当に開閉させて
共鳴通路５₁，５₂の実質合流点（有効長さ）を変
化させて共鳴通路５₁，５₂による気柱の共鳴振動
数をそのときの吸気脈動の振動数と一致させる。
すると、共鳴通路５₁，５₂の気柱振動を利用した
慣性過給を効率よく行なわせることができるた
め、吸気閉弁時の筒内圧力をより高くして実質圧
縮比を高くでき、これにより、機関の出力が向上
する。

逆に、機関が高速低負荷で運転されている場合
のように要求空気流量が低いにも拘らず、ターボ
チヤージヤ１，２が高速運転されているので吸気
圧力が高くなり過ぎ、これによつてポンピングロ
スが高くなつて燃費が悪化する場合はコントロー
ラ１１からの信号によつて開閉弁１０₁，１０₂，
……を開閉させて共鳴通路５₁，５₂の有効長さを
変化させ、これにより共鳴通路５₁，５₂の共鳴振
動数をそのときの脈動振動数と一致させないよう
にする。すると、共鳴通路５₁，５₂の気柱の振動
が逆に作用して吸気閉弁時の筒内圧力をより低く
するため、実質圧縮比を低くした場合と同様に機
関のポンピングロスが減少して燃費が向上する。

又、高速高負荷のようなターボチヤージヤ１，
２の過給圧力が極めて高くなる領域では、筒内圧
力が必要以上に高くなつて騒音及び振動が激しく
なる場合があるが、この場合には共鳴通路５₁，
５₂の共鳴振動数を低くして吸気閉弁時の筒内圧
力の上昇を抑制すればよい。

つまり、ターボチヤージヤによる過給圧力が高
くなる運転領域では共鳴通路５₁，５₂の共鳴振動
数を吸気の脈動と一致させないで空気の充填効率
が必要以上に上昇することを防止しつつ、ターボ
チヤージヤ１，２の効率が低下するにも拘らず多
量の空気を必要とする領域では、共鳴通路５₁，
５₂の共鳴振動数をそのときの脈動振動数と一致
させて慣性過給を行なわせるというように、機関
の運転状態（回転速度Ｎ及び負荷Ｌ）に応じて共
鳴通路５₁，５₂の有効長さを変化させてその共鳴
振動数を機関の吸気脈動にマツチングさせ、ある
いはミスマツチングさせることによつて吸気閉弁
時の筒内圧力を可変制御し、これにより、実質圧
縮比を最適制御できるために、ターボチヤージヤ
１，２の過給作用では処理しきれなかつた領域を
も運転状態に応じて最適制御することができる。

第２図に開閉弁１０₁，１０₂，……の開閉（共
鳴通路５₁，５₂の有効長さの変化）にともなうマ
ツチング領域の変化状態を示す。

上記実施例では低圧ターボチヤージヤ１と高圧
ターボチヤージヤ２の２基のターボチヤージヤを
直列に接続しているが、複数基のターボチヤージ
ヤを直列に接続することによつて気柱振動の圧力
振幅（可変体積容量）を大きくしたものであれば
ターボチヤージヤの数は任意である。又、共鳴通
路５₁，５₂を相互に連通させる通路９₁，９₂，…
…の数を増加させることにより、共鳴振動数をよ
り細かく変化できることは詳述するまでもない。

〈考案の効果〉 以上説明したように本考案によれば、機関の回
転速度に基づいて変化するターボチヤージヤの効
率の変化を、共鳴通路の有効長さを変化させるこ
とによつて補正して機関の要求空気流量と実際に
供給される空気流量とを限りなく一致させるよう
にしているために、低負荷時の燃費を犠牲にする
ことなく高負荷時の出力を確保することができ、
あるいは、高速高負荷時の筒内圧力の最高値を抑
制して機関の騒音及び耐久性を改善できる。又、
複数の共鳴通路の連通位置を変化させることによ
つてその有効長さを変化させるようにしているた
めに、共鳴振動数の調整範囲を大きくすることが
できるので自動車用機関のように運転領域が広い
内燃機関に対しても充分に対処できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の装置全体を示す構
成図、第２図は共鳴通路の有効長さの変更にとも
なう慣性過給のマツチング領域の変化状態を示す
図である。 １……低圧ターボチヤージヤ、２……高圧ター
ボチヤージヤ、１ａ，２ａ……コンプレツサ、５
_１，５₂……共鳴通路、９₁〜９₅……連通路、１０₁
〜１０₅……開閉弁、１１……コントローラ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 吸気開弁時期が相互にオーバラツプしない気筒
   の集合体からなる気筒群と直列に接続された複数
   のターボチヤージヤのうち最下流に位置するター
   ボチヤージヤのコンプレツサの下流側とを気筒群
   毎に独立した共鳴通路を介して接続し、各共鳴通
   路を相互に連通させる複数の連通路を設け、該各
   連通路に開閉弁を介装すると共に、機関回転速度
   検出手段と、機関負荷検出手段と、両検出手段か
   らの検出信号に基づいて、低速高負荷領域では共
   鳴通路の共鳴振動数とそのときの脈動振動数とを
   一致させて共鳴過給を行い、高速低負荷及び高速
   高負荷の領域では共鳴通路の共鳴振動数とそのと
   きの脈動振動数とが一致しないように前記開閉弁
   の開閉制御を行う制御手段とを備えて構成したこ
   とを特徴とする内燃機関の過給装置。