JPS58210320A - タ−ボチヤ−ジヤを設けた多気筒エンジンにおける慣性過給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多気筒エンジンにターボチャージャと慣性過給
の両者を組合せて設けた装置の改良に関する。

以下の説明では、ディーゼルエンジンについテ述へるが
、過給装置はディーゼルエンジンニ限定されることはな
く、本発明はガソリン機関についても同様に適用しうる
ものである。

多気筒ディーゼルエンジンにおいて、体積効率を向上さ
せるべく過給機を設けることは周知である。周知の過給
機のうち、ターボチャージャと慣性過給装置は特に慣用
のものであシ、通常はターボチャージャのみ或いは慣性
過給のみと云うように、互いに個別に採用されている。

ターボチャージャはエンジンの排気ガスのエネルギーを
利用して給気を加圧するものであるため、エンジンの全
回転域で有効な体積効率向上をなしえない欠点がある。

例へば、エンジンの高回転域で最大の体積効率の向上を
得んとすルト、エンジンの低回転域では自然給気（過給
を行わない普通の給気）よシもむしろ体積効率が低下し
てしまうことも生じうる。

上記欠点は、慣性過給のときにも生ずる。例へばエンジ
ンの低回転域において最大の体積効率向上を得んとする
と、エンジンの高回転域では体積効率が低下してしまう
ことが生ずる。

上述の如く、ターボチャージャ及び慣性過給では、夫々
最大の体積効率向上が得られる回転域は定められておシ
、その回転域以外の回転域では体積効率が低下してしま
うので、通常は運転頻度の筒い回転域で最大の体積効率
向上が得られる如く設計したシ、高出力が要求される高
回転域に体積効率向上を設定したシしている。

以下、過給によって最大の体積効率向上を得られるよう
に設定された回転域のことをその過給によるマツチング
域と称するものとする。

上述の如き、ターボチャージャ尽び慣性過給の欠点を改
善するものとして特公昭５７−２８９２号公報記載のも
のがある。

この公知のものでは夕〒ポチャージャと慣性過給のマツ
チング域を異ならせるものであシ、さらにはマニホルド
の集合管の長さを短かくすること“に狙いがある。

一方、慣性過給のみしか行っていないが、多気筒エンジ
ンを給入行程の重ならない２グループのマニホルドに分
け、夫々のマニホルドの第１の集合管をさらに１個の第
２の集合管に分けて慣性過給の効率向上を計ったものも
公知である。

この公知の慣性過給では第２の集合管をダンピングチャ
ンバとし、夫々のマニホルド毎に独立した慣性過給を行
わせている。

さらに又、慣性過給のみしか行っていないが多気筒エン
ジンを給入行程の重ならない２グループのマニホルドに
分け、夫々のマニホルドの第１の集合管をさらに第２の
集合管に連結するに当り、円弧状に連結させ、第２の集
合管をダンピングチャンバとして利用するとともに夫々
のマニホルドをダンピングチャンバとして利用し、慣性
過給のマツチング域を２＠所選定せんとしたものも公知
である。上記各公知技術では、第２の集合管とそこから
分岐された第１の集合管との分岐部分の形状は末だ十分
な性能を得るまで解析されてい々い。

そこで、本発明の目的はターボチャージャと慣性過給を
組合せたエンジンにおいて、慣性過給による体積効率の
向上が一層顕著となる給気管構造を提供するにある。

以下、詳細に説明する。

ターボチャージャによる過給は排気ガスによってタービ
ンを回転させ、これによってコンプレッサを駆動させて
給気を加圧するものであるが、これだけでは十分な体積
効率の向上が望め々い。前述の如く、ターボチャージャ
のマツチング域以外ではむしろ体積効率が低下してしま
う場合も生ずる。

一方、慣性過給と云う方式がある。慣性過給は、柘気の
脈動を利用して給気弁閉塞の直前に正の圧力波をシリン
メ°内へ伝播させるものと、マニホルド刊の気“体を単
一の質蓄七考えて、この運動の慣性力を利用してシリン
ダ内へ気体を押し込む慣性効果をねらうものとの２つに
区別される。。

ところが、この慣性効果も結局のところ、給気ボート付
近に作用する圧力波に他ならず、給気管内の気体（気柱
）の振動としてとらえることができる。

従来の慣性過給では第１図に示すような構造となってい
た。第１図を参照して、６気而エンジン１のシリンダを
給気行程の菫ならないグループに分け、夫々のグループ
毎にマニホルド誌、２Ｂを設ける。マニホルド毎例、２
Ｂはダンピングチャンバ３で連絡され一本の乗合管４に
連絡される。

上記方式では、マニホルド２Ａ、　２Ｂ内の給気が夫々
振動気体となシ、かつ、ダンピングチャンバ３が開放端
となるように設計されておシ、このためダンピングチャ
ンバ３は大きな容積を有している。

ところがダンピングチャンバ３は重量及び占有容積が大
きいのでこれを省略したものが安来され始めた。

そこで提案されたのが第２図のものである。

第、２図を参照して、夫々のマニホルド１２Ａ５１２Ｂ
の端部を平行に並べ、これを一本の管１３に連結する。

この場合、管１３の流路断面積はマニホルド１２Ａ、１
２Ｂの端部の合計断面慎と略々一致しているっ 第２図のものでは管１３が第１図のダンピングチャンバ
３の役割をなしているものと解され、これでも十分な慣
性効果を得られるものである、上記第１．２図の公知例
のものでは、マニホルド２Ａ、２Ｂ、１２Ａ、１２Ｂの
容積に相当する気柱が給気弁の開放によって加速され、
この繰シ返しが気柱の振動となる。夫々の気柱は固有振
動数を有しておシ、この固有振動数とエンジンの回転数
に基づく給気弁の開放回数とが一致したとき最も大量の
給気がシリンダ内へ導入される。

したがって、エンジン回転数の所定値のみでマツチング
し、それ県外ではむしろ体積効率が低下してしまうもの
となる。。

一方、第３図の公知例は特公昭５７−２８９２号を示す
もので、共振管２１と共振タンク２２を設け、共振タン
ク２２内の圧力を高めてシリンダ２３内へ多くの給気を
押し込もうとするものである。

第３図のものでは、共振管２１が振動気柱となっている
が、共振タンク２２の容積が大きいため気体の固有振動
数が一つしかなく、かつ、マツチング回転数以上の回転
数であれば必らず圧力波が共振タンク２２に戻っている
ので、慣性効果は多少減少するが通常給気以下の体積効
率となることはない。（明細書の記載による）第３図の
実施例では低回転域に慣性過給をマツチングさせ、高回
転域にターボチャージャをマツチングさせるものとして
示されておシ、組合せ過給として最も望ましいものであ
る。

ところが、上記第３図のものでは、共振タンク２２とベ
ッセル２４を設けるため、重量、占有容積が大きくなシ
、エンジンルームのレイアラートに支障をきたすおそれ
がある。

そこで本発明者らは第４図に示すようなターボテヤニジ
ャ付慣性過給装置を既に開発した。

第４図を参照して、エンジン３１は６気筒であり、給気
行程の重ならないシリンダどうしをグループ化し、夫々
３２Ａ、３２Ｂのマニホルドで分ける。マニホルド３２
Ａ、３２Ｂは夫々−集合管３３　Ａ　％　３３　Ｂを有
しておシ、夫々の集合管３３Ａ、３３Ｂは１個の集合管
３４に集中される。

集合管３４の上流にはターボチャージャ３５のコンプレ
ッサ３６に連絡されている。ターボチャージャ３５のタ
ービン３７には排気マニホルド３８から排気が導入され
る。

集合管３３Ａ、３３Ｂを連絡するノ（イノくス管３９が
設けられ、弁４０によって開閉される。

上記エンジン３１では、次のように過給効果がマツチン
グされている。

ターボチャージャ３５はエンジン３１の高回転域でマツ
チングされ、慣性過給は低中回転域でマツチングされて
いる。すなわち、弁４０を閉じた場合は集合管３４以降
の管系の振動数が低いのでエンジン３．１の低回転域に
マツチングされる。弁４０を、開＜ｈ、バイパス管３９
以降の管系の振動となり、固有振動数が高くなって中回
転域でマツチングされる。なお、図中４１はインターク
ーラーであシ、コンプレッサー３６によって昇圧された
給気の温度を下げ、体積効率を一層高めるものであるが
、必ずしも設けなければならないものではない。

これを図で表わすと、第５図の如くなる。すなわち、縦
軸に体積効率（η、、、）、横軸に回転数（ｒＰｍ）を
とると、ターボチャージャ３５による特性がＡであり、
バイパス管３９の弁４０が開いたときの特性がＢであり
、弁４０が閉じたときの特１生がＣである。

上記実施例では給気管等に大容積の室を設けていないの
で、重量、占有容積の点で有利と々る。又、バイパスの
管３９を設けて管系の固有振動数゛と２域に分けたので
、全体の体積効率を更に向上させることができる。

通常、慣・注過給装置１１よ管系の振動を解析し、これ
を実験によって修正して行くのが普通であり（計算のみ
で確実かつ完成した管構造を与、えることはできない。

第４図のもので、集合管３３　Ａ、　３３　Ｂと集合管
３４との連結部を設計する上において、次のようなこと
が判った。

第６図を参照して、集合管３３Ａ、３３Ｂの終端を湾曲
させて集合管３４に連結される。この場合のＲを他々に
変化させると体積効率を向上させることが判った。この
体積効率の向上分は慣性過給を行わせる域で生じ、ター
ボチャージャのマツチング域では殆んど生じない、換言
すれば、Ｒは慣性過給の効果向上に何等かの影響を与え
るものであってターボチャージャの効果向上にば余シ役
立っていない。

そこで、集合管３３Ａ、３３Ｂの内径をり。

結合部分の湾曲した内側の半径をＲとして体積効率の向
上ηつを縦軸、　Ｒ／　Ｄを横軸として特性を求めた。

その結果、第７図のような特性を得た。すなわち、特性
線Ｅは、Ｒ／　Ｉ）　＝　０から急激に立上って行き、
Ｒ／Ｄ＝０．０５付近で傾斜が緩かになシ、Ｒ／　Ｄ　
＝　０．１で平衡化し始めそれ以後は、Ｒ／Ｄ＋大きく
とっても、η９値はほとんど変化がなくなる。

それでは、何故上述のような特性が得られるのか推察し
てみる。

慣性過給は給気管系の固有振動数と深く係わシあってお
り、どこまでを質量気体とみるかによって変わる。Ｒ／
　Ｄが０．０５以上となると、集合管３３Ａと３３Ｂと
が互いに連続して一個の管系となる場合が生ずる。この
管系は集合管３３Ａ又は３３Ｂが夫々集合管３４と連続
して一個の管系となる場合と並存することになシ、共振
点が２点で生ずるものになる。したがって、共振点が１
点のものよシも体積効率が向上すると云うことができる
。この推定には若干の不備がある。すなわち、２点の共
振点が並存すると云うことはそれらが重量した１点の共
振点となるはずである。又、仮シに２点で共振したとし
ても、第５図の特性線に更にもう一つの山が入るだけで
、体積効率ηＶの全体が向上する訳ではない。

そこで、慣性過給の効果自体を向上させる因子−を検討
するが、これは、実験結果を推測するもので、理論解析
を待つものである。

慣性過給に１響を与える因子のうち、給気管に関するも
のは、給気管長さくＬ）、給気管断面積（ｆ）、給気管
の流動抵抗（μ）などがある。

前記集合管３３Ａ、３３Ｂと集合管３４との連結構造が
慣性過給効果に影響を与えるものとすれば、給気管の流
動抵抗（μ）と推察され、Ｒ／　Ｄの値如何によって流
動抵抗（μ）が変化し、結局体積効率を左右させるもの
と推察される。この流動抵抗（μ）は全回転域に亘って
体積効率を向上させるものであるが、一般的には流量が
少ない程、流動抵抗は小さい。

さて、本発明のＲ／ｎに基づく効果は、上記共振点が２
点にあること、流動抵抗が小さいことなどの他に未知の
原因も考えられる。

したがって、本発明は実験結果に基づくものと解するの
が相当であり、追っての理論的解析を待つものである。

以上に説明したように、本発明によると、慣性過給とタ
ーボチャージャを効果的に組合わせ、さらに慣性過給の
１）テンプを２点もしくはそれ以１の回転数で行わせる
入間時に体積効率を全般的に向上させるので非常に有益
である。

又、エンジンの高回転域でターボチャージャを用す、低
回転域で慣性過給を用いるこ七は、排気ガスの有効利用
及び慣性効果の有効利用の面で最も望ましいものとなる
。

Ｒ／　Ｄの値が０．１以上となると体積効率の向上度は
殆んど平行となるので設計上の要請で自由に決めればよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の慣性過給の一例を示す略図、第２図は池
の従来例を示す略図、第３図はターボ過給と慣性過給を
組合せた従来例を示す略図、第４図は本発明の一実施例
を示す略図、第５図は体積効率と回転数との特性を示す
線図、第６図は本発明の給金部分を示す図、第７図はＲ
／Ｄと体積効率の関係を示す特性線図である。 代理人　弁理士　辻　　　三　部 ヤＰ／ＦＬ °゛°“　Ｑ、Ｉ　　　Ｑ、ｌｒ乙

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ターボチャージャと慣性過給を組合せた多気筒エンジン
   において、ターボチャージャによる体積効率向上のマツ
   チング域を避けて慣性過給による体積効率向上のマツチ
   ング域を設定するとともに、給入行程が重なり合う気筒
   を同一グループに含まないように前記多気筒を２つのグ
   ループに分割して各グループを夫々給気マニホルドに連
   結し、該夫々の給気マニホルドの稟１の集合通路をさら
   に一個の第２の集合通路に連結し、該第２の集合通路を
   ターボチャージャのコンプレッサに連創してなるターボ
   チャージャを設けた多気筒エンジンにおいて、前記２本
   の第１の集合通路を円弧を以って第゛鴫の集合通路に連
   結させ、該円弧の内径をＲ１該円弧部分の第１の集合通
   路の内径をＤとしたとき、　　パｎ　／　Ｄ≧０．０５ となることを特徴とするターボチャージャを設けた多気
   筒エンジンにおける慣性過給装置。