JPH11350993A - 内燃機関の過給方法 - Google Patents

内燃機関の過給方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 過給式内燃機関において、出力上昇と関連し
て、燃費および有害物放出を低下させ、低い回転数範囲
における加速性能を改善し、部分負荷および全負荷にお
ける非常に低い回転数から部分負荷および全負荷におけ
る高い回転数までの遷移調和運転スペクトルを得て、ポ
ンプ作用なしにあるいは過給空気流の衰弱なしに少なく
とも一つの別の排気駆動過給機の支障のない時間的にず
れた追加接続および再しゃ断を可能にする。 【解決手段】 内燃機関の各シリンダが常に排気駆動過
給機の１台だけから過給空気を供給され、その都度の次
の排気駆動過給機の追加接続および再しゃ断の際に少な
くとも一つのシリンダの過給空気供給が或る排気駆動過
給機の過給空気流から別の排気駆動過給機の過給空気流
に切り換えられる。この方法は特に、運転スペクトルが
運転範囲の順序に分けられている多気筒自動車エンジン
に適している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、過給空気流が内燃
機関の運転範囲の順序に関係する弁装置の切換によって
内燃機関のシリンダの種々の数のシリンダに向けられ、
過給空気収入が第１の排気駆動過給機に排気ガス側の並
列配置で追加される少なくとも一つの排気駆動過給機を
内燃機関の運転範囲の順序に関係して追加接続および再
しゃ断することによって変えられるような内燃機関の過
給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】小形の内燃機関が過給の助けによって、
かなり大形の内燃機関に相当した出力を発生することが
できる。定格出力が予め定められている場合その過給に
基づいてエンジンを著しく小形化することができる。内
燃機関を排気駆動過給機で過給する際、一方では過給に
よって定格出力が増加でき、他方ではそのために幾何学
・機械的圧縮が所望の定格出力上昇に比例して減少せざ
るを得ないという矛盾が生ずる。その幾何学・機械的圧
縮の減少によって、過給式内燃機関の出力ないしトルク
が低い回転数範囲において過比例して低下する。これは
排気駆動過給機の固有運転回転数特性における非常に尖
った性能曲線に起因する。流体機械は非常に狭い回転数
範囲内でしか最良の流れ、従って高い出力をもたらさな
い。これは陸上車における内燃機関において双曲線状牽
引力を得ようとすることと矛盾する。しかし複数の排気
駆動過給機を採用することによって、内燃機関の運転回
転数幅並びに排気駆動過給機の比容積運転量を分割する
ことができる。もっともそれに応じた排気駆動過給機の
時間的にずれた追加接続は、例えば第２の圧縮機から非
常に低い圧力でまずは放出弁を介して外に流れる空気が
既に第１の圧縮機の全圧状態にある内燃機関の過給空気
マニホールドに到達しようとするとき、即ち比較的大き
な流速および僅かな圧力発生を有する流体機械から比較
的小さな流速および比較的大きな圧力発生を有するピス
トン機械に到達しようとするときに、過給装置を簡単に
ポンプ運転範囲に引き込み、追加接続された圧縮機にお
ける過給空気流を衰弱させてしまう。
【０００３】冒頭に述べた形式の内燃機関の過給方法は
ドイツ特許第４４３４７７７号明細書で知られている。
そこでは内燃機関のシリンダの種々の数のシリンダに過
給空気流を向けるための、内燃機関の運転範囲の順序に
関係して切り換えられる弁装置として、二つ以上の過給
空気分離弁が組み込まれた過給空気マニホールドが設け
られている。これらの過給空気分離弁は運転範囲に依存
して異なる分割割合で過給空気マニホールドを二分する
ために使われ、その場合過給空気供給装置から分離され
た各シリンダは、過給空気マニホールドの過給空気が存
在しない部分を通って全シリンダに付属した排気マニホ
ールドから排気ガスを供給される。これによって過給式
多気筒ディーゼルエンジン用に有利に、非常に低い外気
温度の際の低温始動から高いエンジン回転数でかつ非常
に高い外気温度の際の全負荷運転までの遷移調和運転ス
ペクトルが得られる。全部で４個の過給空気分離弁を備
えている場合、過給空気マニホールドを最も制限する過
給空気分離弁は低温始動に、次の過給空気分離弁は暖ま
ったエンジンの始動に、その次の過給空気分離弁は約２
０°Ｃ以下の大気温の際の低い無負荷運転に、過給空気
マニホールドを最も少ししか制限しない過給空気分離弁
は約２０°Ｃ以上の大気温の際の高い無負荷運転に割り
当てられている。更に最初に接続すべき排気駆動過給機
には低い回転数による全負荷運転が、２番目に接続すべ
き排気駆動過給機には平均回転数による全負荷運転が、
３番目に接続すべき排気駆動過給機には高い回転数によ
る全負荷運転が割り当てられている。この切換の際も上
述したポンプ作用、即ち過給空気の逆流および過給空気
流の衰弱の危険が存在する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、過給
式内燃機関において、出力上昇と関連して、燃費および
有害物放出を低下させること、低い回転数範囲における
加速性能を改善すること、部分負荷および全負荷におけ
る非常に低い回転数から部分負荷および全負荷における
高い回転数までの遷移調和運転スペクトルを得ること、
ポンプ作用なしにあるいは過給空気流の衰弱なしに少な
くとも一つの別の排気駆動過給機の支障のない時間的に
ずれた追加接続および再しゃ断を可能にすることにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明に基づ
いて、冒頭に述べた形式の方法において、内燃機関の各
シリンダが常に排気駆動過給機の一台だけから過給空気
を供給され、その都度の次の排気駆動過給機の追加接続
および再しゃ断の際に少なくとも一つのシリンダの過給
空気供給が或る排気駆動過給機の過給空気流から別の排
気駆動過給機の過給空気流に切り換えられることによっ
て解決される。
【０００６】本発明に基づく内燃機関の過給方法によれ
ば、個々の排気駆動過給機の過給空気流は従来のように
過給空気マニホールドにおいて合流せず、内燃機関のシ
リンダに存在する入口弁まで常に互いに別々に保たれて
いる。それにもかかわらず、内燃機関のシリンダは良好
な低温始動の目的のために過給空気供給装置から除外さ
れない。過給空気流が別々に保たれていることにより、
その都度の次の排気駆動過給機における新たな過給空気
圧は、先に運転している排気駆動過給機の既に確立され
ている過給空気圧によって害されることなしに生じさせ
られる。互いに分離された過給空気流を内燃機関に存在
するシリンダに分配するための弁装置として、電気制御
可能なレジスタ過給空気分配器が適している。その場
合、過給空気マニホールドの場合のようにすべての過給
空気流は全シリンダに接続されているタンクに流入する
が、移動可能なピストン弁あるいは揺動可能なバタフラ
イ弁あるいは他の分離弁によって一つあるいは複数のシ
リンダがそれぞれ唯一の排気駆動過給機に接続させられ
る。本発明によって得られる利点は特に、内燃機関の運
転スペクトルが遷移調和的に細分化されることにある。
そのために本発明の実施態様として、次の排気駆動過給
機の追加接続後および再しゃ断前に、内燃機関の別の運
転範囲を形成するために、少なくとも一つの別のシリン
ダの過給空気供給が或る排気駆動過給機の過給空気流か
ら別の排気駆動過給機の過給空気流に切り換えられる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下図に示した実施例を参照して
本発明を詳細に説明する。図には従属請求項に記載され
ている本発明の有利な実施態様が概略的に示されてい
る。
【０００８】図１の中央に、排気ガスが排気マニホール
ド１２内で合流する８個のシリンダ１１を備えた内燃機
関１０が存在している。排気マニホールド１２からそれ
ぞれの排気ガス管１３が全部で４台の排気駆動過給機
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのタービン１４に通じており、詳しくは
排気駆動過給機Ｂ、Ｃ、Ｄにおいては切換弁１５を介し
て、排気駆動過給機Ａではそのような切換弁１５を介さ
ずに通じている。４台の各排気駆動過給機Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄの圧縮機１６はそれぞれの過給空気管１７の構造部品
であり、これは排気駆動過給機Ｂ、Ｃ、Ｄにおいては切
換弁１８を有し、排気駆動過給機Ａにおいてはそのよう
な切換弁１８を有していない。
【０００９】排気駆動過給機Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで発生され
た最大４つの過給空気流を内燃機関１０の８個のシリン
ダ１１に、図２における運転範囲ａ〜ｉに関係して種々
に分割して供給するための弁装置１９は電気制御可能な
レジスタ過給空気分配器として形成されている。その場
合過給空気マニホールドの場合のように全ての過給空気
流は全部のシリンダ１１に接続されているタンクに流入
するが、８個のシリンダ接続口２０間に例外箇所を除い
て挿入された分離弁２１によって、種々異なった数の過
給空気流に分割する複数の部分室が形成されている。図
２に内燃機関１０の全運転範囲ａ〜ｉにおける個々の空
間分割が表の形でまとめられ、閉鎖した分離弁２１は実
線で示され、開いた分離弁２１は破線で示され、４台の
排気駆動過給機Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで互いに別々に得られた
過給空気流は異なったハッチングで明らかにされてい
る。図１には内燃機関１０の最も複雑な図２における運
転範囲ｈの状態の弁装置１９が示されている。
【００１０】６個設けられた分離弁２１の各作動装置２
２はそれぞれ制御線２３を介してコンピュータ２４に接
続されている。このコンピュータ２１に導入された測定
値が特にデジタル的に記憶された切換プロフィルと比較
することによって間接的に弁装置１９並びに排気駆動過
給機Ｂ、Ｃ、Ｄを切り換えるために使用される。その測
定値として、排気駆動過給機Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから供給さ
れた過給空気圧、排気マニホールド１２内における排気
ガス圧、内燃機関１０の回転数および例えばアクセルペ
ダル位置の形の需要負荷値が種々の組み合わせで利用さ
れる。このことを明らかにするために図１においてコン
ピュータ２４には、４本の各過給空気管１７におけるマ
ノメータ２６からの信号線２５、排気マニホールド１２
に組み込まれたマノメータ２８からの信号線２７、内燃
機関１０の軸に接続されている回転数計３０の信号線２
９および内燃機関１０のアクセルペダル３２における４
箇所の位置の信号線３１がそれぞれ接続されている。な
おまたコンピュータ２４から、排気駆動過給機Ｂの両切
換弁１５、１８に制御線３３が、排気駆動過給機Ｃの両
切換弁１５、１８に制御線３４が、排気駆動過給機Ｄの
両切換弁１５、１８に制御線３５が接続されている。
【００１１】ほぼ同じ大きさをした４台の排気駆動過給
機Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、内燃機関１０の運転回転数特性に
関係して一様に分担され、全負荷時に接続可能に設計さ
れている。それらの単一の運転量はその総数に関連して
内燃機関１０の全負荷時および最高回転数時における最
大排気ガス流量および最大過給空気流量のほぼ４分の１
に相当している。従ってほぼ同じ大きさをした４台の排
気駆動過給機Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、切換弁１５、１８なし
に作動する第１の排気駆動過給機Ａをできるだけ早期に
使用するためないし最高出力点にするために、および更
には各排気駆動過給機Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの最高出力点と零
点との間隔をほぼ同じ大きさにするために、それぞれ全
負荷時における最高回転数の２５％、５０％、７５％、
１００％の運転回転数特性点において最高出力となるよ
うにされている。
【００１２】電気制御可能なレジスタ過給空気分配器と
して形成された弁装置１９の出発位置および内燃機関１
０の最低運転範囲ａにおいて、６個すべての分離弁２１
が開かれているので、８個すべてのシリンダ１１が排気
駆動過給機Ａの過給空気流を供給される。第１の排気駆
動過給機Ａは排気ガス側も過給空気側もしゃ断装置を有
しておらず、従って内燃機関１０の始動からその全運転
回転数幅にわたって運転する。全負荷時において運転回
転数幅のほぼ４分の１に到達すると、第６の分離弁２１
が第８のシリンダ１１の前で小室をしゃ断し、この小室
は内燃機関１０の運転範囲ｂにおいて排気駆動過給機Ｂ
からはじめて過給空気を供給される。この過給空気圧が
小さな安全間隔で排気駆動過給機Ａのレベルに到達する
と、第５の分離弁２１が閉じられ、第６の分離弁２１が
再び開かれ、これによって排気駆動過給機Ａは内燃機関
１０の運転範囲ｃでは最初の６個のシリンダ１１にしか
供給せず、排気駆動過給機Ｂが最後の２個のシリンダ１
１に供給する。またその排気駆動過給機Ｂの過給空気圧
が切換過程を開始するために排気駆動過給機Ａの値にほ
ぼ到達すると、今回は内燃機関１０の運転範囲ｄのため
に第４の分離弁２１が閉じられ、その直後に第５の分離
弁２１が再び開けられる。このことは第３の分離弁２１
および第４の分離弁２１でも同様に繰り返され、それに
従って内燃機関１０の運転範囲ｅにおいて両排気駆動過
給機Ａ、Ｂからそれぞれ４個のシリンダ１１に過給空気
が供給される。
【００１３】内燃機関１０の運転範囲ｆにおいてはじめ
て排気駆動過給機Ｃが使用され、その場合、排気駆動過
給機Ｃについて支障のない高速運転を可能にするため
に、第３の分離弁２１が閉じられたままで、第４の分離
弁２１が追加的に閉じられる。再び排気駆動過給機Ａの
過給空気圧レベルに或る間隔をおいて到達した後、今回
は内燃機関１０の運転範囲ｇのために第２の分離弁２１
が閉鎖し、その直後に第３の分離弁２１が開けられる。
再び同じ圧力に到達したとき、第５の分離弁２１が閉
じ、第４の分離弁２１が開く。更にまた同じ圧力に到達
したとき、内燃機関１０の運転範囲ｈのために第３の分
離弁２１が閉じ、第４のシリンダ１１の範囲における排
気駆動過給機Ｄのための第１の室が生ずる。同じ圧力信
号に応じて第１の分離弁２１が閉じ、内燃機関１０の運
転範囲ｉのために第２の分離弁２１が開く。いまや４台
すべての排気駆動過給機Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが過給過程に関
与し、排気駆動過給機Ａからの案内圧の所定レベル以下
への低下がはじめて運転範囲ｉから運転範囲ａまで下方
に向かう戻り切換過程のための信号を与える。エンジン
出力の撤回は出力形成の場合よりも非常に速やかにあっ
さりとしなければならないので、この場合主に始動点な
いし始動過程に直接戻される。これは、出力需要の終わ
りに直ちに中間過程なしに個々の分離弁２１が既に開か
れない間に、６個すべての分離弁２１が開かれることに
よって行われる。
【００１４】内燃機関１０の最高運転範囲ｉあるいは他
の上方に到達している運転範囲からの段階的な戻りは原
理的には接続過程と全く逆の順序で図２において上向き
に行われる。即ち運転範囲ｉから出発して第２の分離弁
２１が閉じられ、その後で第１の分離弁２１が開かれ
る。それから排気駆動過給機Ｄがしゃ断され、第３の分
離弁２１が開かれる。その後、第４の分離弁２１が閉じ
られ、第５の分離弁２１が開かれ、これによって運転範
囲ｇが得られる。その後、第３の分離弁２１が閉じら
れ、第２の分離弁２１が開かれる。いまや排気駆動過給
機Ｃがしゃ断される。その後、第４の分離弁２１が開か
れ、これによって運転範囲ｅが得られる。その後、必要
に応じて第４の分離弁２１が閉じられ、第３の分離弁２
１が開かれる。更にその後に第５の分離弁２１が閉じら
れ、第４の分離弁２１が開かれる。それから第６の分離
弁２１が閉じられ、第５の分離弁２１が開かれる。最後
に排気駆動過給機Ｂがしゃ断され、その後第６の分離弁
２１も開けられる。
【００１５】図２によって次のことが明らかに示されて
いる。即ち、内燃機関１０の別の運転範囲ｃあるいはｄ
あるいはｅないしはｇないしはｉを形成するために、次
の排気駆動過給機ＢないしＣないしＤの追加接続後およ
び再しゃ断前に、別のシリンダ１１の過給空気供給が或
る排気駆動過給機の過給空気流から別の排気駆動過給機
の過給空気流に切り換えられることが明らかに示されて
いる。これを２個以上のシリンダ１１に対して同時に行
うかどうかは、内燃機関１０のシリンダ数の問題および
例えば内燃機関１０の加速運転および減速運転の差異の
問題である。いずれの場合もこの処置によって内燃機関
１０の運転スペクトルは、別々に保たれる過給空気流の
相互干渉なしに多くの運転範囲に一層細かく細分化され
る。
【００１６】内燃機関１０の運転スペクトルの特に有利
な細分化は、第３の排気駆動過給機Ｃの追加接続を始め
る運転範囲ｆが、８個のシリンダ１１を個数的に半分づ
つ第１の排気駆動過給機Ａと第２の排気駆動過給機Ｂと
に分割している運転範囲ｅに続いていることにある。こ
れによって、内燃機関１０が非常に効果的に運転され高
位の排気駆動過給機Ｃ、Ｄがまだ必要とされない運転範
囲に良好に段階づけることができる。内燃機関１０の運
転範囲ｅにおいて両排気駆動過給機Ａ、Ｂに対する同じ
大きさの過給空気需要は、構造および出力が同じ形式の
排気駆動過給機の有用性を助長する。これは特にまた、
内燃機関１０の最高運転範囲ｉにおいて全部の排気駆動
過給機Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれが同数のシリンダ１１
に過給空気を供給するためにも適用される。従って常に
排気駆動過給機の台数と内燃機関１０のシリンダ１１の
個数とを或る整数比にするように努めねばならない。
【００１７】内燃機関１０の運転スペクトルの遷移調和
的細分化を一層促進するために、全負荷時における内燃
機関１０の回転数範囲が弁装置１９の当該位置によって
排気駆動過給機の総数に応じてほぼ一様に分割され、弁
装置１９の中間位置によってこれらの回転数部分範囲の
ほぼ一様な中間分割が行われる。特に内燃機関１０の運
転範囲ａ〜ｉの順序に対応した、内燃機関１０のシリン
ダ１１に前置された弁装置１９の種々の位置の順序は、
排気駆動過給機Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに付属した過給空気圧計
２６と全シリンダ１１に共通の排気圧計２８との測定値
の組み合わせによって制御される。これは測定値が調整
結果に密接に関係し、単純なマノメータが測定器として
十分であるからである。しかしまたその代わりにあるい
はそれと組み合わせて、同じ目的のために内燃機関１０
の軸に接続された回転数計３０の測定値および内燃機関
１０のアクセルペダル３２の負荷需要値を利用すること
もできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく方法を実施するための装置の概
略構成図。
【図２】図１の弁装置の全運転過程における状態の説明
図。
【符号の説明】
１０ 内燃機関 １１ シリンダ １９ 弁装置 ２４ コンピュータ ２６ 過給空気圧計 ２８ 排気ガス圧計 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 排気駆動過給機

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 過給空気流が内燃機関の運転範囲の順序
    に関係する弁装置の切換によって内燃機関のシリンダの
    種々の数のシリンダに向けられ、過給空気収入が第１の
    排気駆動過給機に排気ガス側の並列配置で追加される少
    なくとも一つの排気駆動過給機を内燃機関の運転範囲の
    順序に関係して追加接続および再しゃ断することによっ
    て変えられるような内燃機関の過給方法において、内燃
    機関（１０）の各シリンダ（１１）が常に排気駆動過給
    機（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の一台だけから過給空気を供給さ
    れ、その都度の次の排気駆動過給機の追加接続および再
    しゃ断の際に少なくとも一つのシリンダ（１１）の過給
    空気供給が或る排気駆動過給機の過給空気流から別の排
    気駆動過給機の過給空気流に切り換えられることを特徴
    とする内燃機関の過給方法。
  2. 【請求項２】 次の排気駆動過給機（Ｂ、Ｃ、Ｄ）の追
    加接続後および再しゃ断前に、内燃機関（１０）の別の
    運転範囲（ｃ、ｄ、ｅ、ｇ、ｉ）を形成するために、少
    なくとも一つの別のシリンダ（１１）の過給空気供給が
    或る排気駆動過給機の過給空気流から別の排気駆動過給
    機の過給空気流に切り換えられることを特徴とする請求
    項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 第３の排気駆動過給機（Ｃ）の追加接続
    で始まる運転範囲（ｆ）が、シリンダ（１１）を個数的
    に半分づつ第１の排気駆動過給機（Ａ）と第２の排気駆
    動過給機（Ｂ）とに分割している運転範囲（ｅ）に続い
    ていることを特徴とする請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 内燃機関（１０）の最高運転範囲（ｉ）
    においてすべての排気駆動過給機のそれぞれが同数のシ
    リンダ（１１）に過給空気を供給することを特徴とする
    請求項２又は３記載の方法。
  5. 【請求項５】 全負荷時における内燃機関（１０）の回
    転数範囲が弁装置（１９）の当該位置によって排気駆動
    過給機の総数に応じてほぼ一様に分割され、弁装置（１
    ９）の中間位置によってこれらの回転数部分範囲のほぼ
    一様な中間分割が行われることを特徴とする請求項２な
    いし４の１つに記載の方法。
  6. 【請求項６】 内燃機関（１０）のシリンダ（１１）に
    前置された弁装置（１９）の、内燃機関（１０）の運転
    範囲（ａ〜ｉ）の順序に対応した種々の位置の順序が、
    排気駆動過給機（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に付属した過給空気
    圧計（２６）と全シリンダ（１１）に共通の排気ガス圧
    計（２８）との測定値の組み合わせによって制御される
    ことを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 全測定値がコンピュータ（２４）にデジ
    タル的に記憶された切換プロフィルと比較することによ
    って間接的に弁装置（１９）並びに排気駆動過給機
    （Ｂ、Ｃ、Ｄ）を切り換えるために使用されることを特
    徴とする請求項５又は６記載の方法。
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