JPS5911731B2 - 排気タ−ボ過給機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は排気ターボ過給機関の過渡応答性の改善に関す
る。

従来の排気ターボ過給機関の概略は第１図に示さへ ０
１は機関本体、０２は排気管、０３は排気ターボ過給機
の排気タービン、０４は同じくブロワ、０５は給気管、
０６は燃料噴射ポンプ、０７は燃料噴射ポンプ駆動歯車
、０８は燃料噴射量調節レバー、０９は機関出力軸、０
１１はシリンダ出口、０１２はシリンダ入口、０１３は
シリンダである。

機関本体０１のシリンダ出口０１１より排出された高温
高圧の排気は排気管０２を経て排気タービン０３に導ひ
かれ、ここでその膨張仕事を排気ターボ過給機軸に回転
エネルギとして伝えている。

上記排気タービン０３によって、同軸上に設けられたブ
ロワ０４が駆動され、これによって大気空気を吸入圧縮
して給気管０５、機関本体０１のシリンダ人口０１２を
経て、シリンダ０１３内にピストンの吸入行程中に密度
の高い給気空気が送られる。

一方、機関出力軸０９より燃料噴射ポンプ駆動歯車０７
を介して燃料噴射ポンプ０６のカムが駆動され、燃料噴
射管を経てシリンダ０１３内に燃料が噴射される。

機関出力の増大時操縦者により燃料噴射量調節レバー０
８が操作され、シリンダ０１３内に過大の燃料が噴射さ
れるが、前記高密度の給気空気により十分な燃焼用空気
がシリンダ０１３内に供給されているので、燃料を完全
に燃焼させることができ、充分な出力を出力軸０９より
取出すことができ、かつ排気中の煙も発生することがな
い。

従来の排気ターボ過給ディーゼル機関では、前記のとお
り定常運転時にはシリンダから充分高いエネルギを有す
る排気ガスが排出されるので、排気ターボ過給機により
シリンダ内に充分な空気量が供給されるが、機関の加速
時、特に機関のアイドリンク状態から燃料噴射量調節レ
バーバーを作動して燃料量を増し、機関を加速する場合
は、給気量を燃料噴射量に先立って増加させることは不
可能で、時間遅れがあるので、シリンダ内で燃料の不完
全燃焼が一時的に起り、吐煙量が増大する。

従って、特に車輛用の排気ターボ過給機関では、発進加
速時の出力の過渡応答性が悪く、かつ吐煙量が多くなり
、定常状態で得られる様な性能を充分発揮できなかった
。

本発明の目的は上記の点に着目し、過渡応答性、特にア
イドリンク状態からの加速性並びに吐煙を改善すること
ができ、また産業用機関の場合には急激な負荷投入時の
応答性がよい排気ターボ過給機関を提供することであり
、その特徴とするところは、 （７）機関のアイドリンク状態、即ち燃料噴射量ゼロ又
は非常に少ない状態にて、排気管内に燃料を噴射し点火
燃焼させることにより排気エネルギを増大し、排気ター
ボ過給機回転数を上昇させて、あらかじめ給気圧力を高
めておくことにより、引き続く加速操作中の過渡応答性
、特に機関出力の応答の改善並びに吐煙を低減すること
、 （イ）このため、機関出力軸よりギアを介して駆動され
る排気管用燃料噴射ポンプを設け、また排気管には排気
管用燃料噴射弁及び補助点火装置を設けて、排気管内で
間欠的に燃料噴射、着火及び燃焼を行わせるようにした
こと、 （つ）排気管燃料噴射の制御は、シリンダ用燃料噴射ポ
ンプの噴射量調節レバーと連動して駆動される噴射量制
御ラックにより行われ、シリンダ内噴射量が少なくなる
と排気管内に燃料が噴射されるようにしたこと、 （に）また上記排気管用燃料噴射ポンプの噴射量制御ラ
ックには、通常時、例えば電気信号オフに° より作動
する電磁ストッパにより、上記噴射量調節レバーの動き
によらず、排気管内噴射量がゼロとなり、電気信号がオ
ンになるとストッパが開放される切換手段を設けたこと
、 （４）まだ上記補助点火装置も上記電気信号オンにより
作動されるようにしたこと である。

以下図面を参照して本発明による実施例につき説明する
。

第２図は本発明による１実施例の排気タービン入口に排
気管用燃料噴射弁を設けた場合の機関全体の構造を示す
説明図、第３図は本発明による他の実施例のシリンダ出
口に排気管用燃料噴射弁を設けた場合の排気管部を示す
断面図、第４図は燃料噴射ポンプの構造を示す説明図で
ある。

図において、１１は機関本体、１２は排気管、１３は排
気ターボ過給機の排気タービン、１４は同ブロワ、１５
は給気管、１６はシリンダ用燃料噴射ポンプ、１７は燃
料噴射ポンプ駆動歯車、１８は燃料噴射量調節レバー、
１９は機関出力軸、１１１はシリンダ出口、１１２はシ
リンダ入口、１１３はシリンダである。

２０は排気管用燃料噴射弁で、シリンダ出口１１１から
排気タービン１３人口に至る排気管１２内に設けられて
いる。

２１は補助点火装置で上記燃料噴射弁２０と対になって
設けられている。

２２は排気管用燃料噴射ポンプで、機関出力軸１９０回
転運動と連動する上記燃料噴射ポンプ駆動歯車１７、排
気管用燃料噴射カム２３を介して駆動されている（第４
図参照）。

同ポンプ２２は上記排気管内燃料噴射弁２０をコントロ
ールしており、噴射のタイミングは第２図に示す上記排
気タービン１３人口部に上記噴射弁２０を配した時には
、上記各シリンダからの排気流のパルスが上記噴射弁２
０に到達する直前に噴射されるようにし、また第３図に
示すシリンダ出口１１１部に配した時には、上記シリン
ダ１１３の排気弁が開く直前に噴射されるように上記排
気用燃料噴射カム２３をセットしである。

２４は排気管用燃料噴射量調節レバーで、排気管用燃料
噴射ポンプ２２に設けられ、各シリンダ用燃料噴射ポン
プ１６の噴射量調節レバー１８を燃料減の方向に操作し
た時、これと連動して排気管内燃料噴射が増加するよう
にしである。

２５は排気管用燃料噴射量制御ラックで、上記排気管用
燃料噴射ポンプに設けられ、上記噴射量調節レバー２４
により図示されていないリンク機構を介して排気管内の
燃料噴射量がコントロールされている。

２６は電磁ストッパで、図示されていない電気信号スイ
ッチによって作動し、上記制御ラック２５を排気管用噴
射量調節レバー２４のコントロールにかかわりなく別個
に制御でき、排気管内に燃料噴射を任意にすることがで
きる。

なお、前記電気信号スイッチの作動により同時に上記補
助点火装置２１も作動し、燃料に点火ができる。

上記構成の場合の作用について述べる。

第５図および第６図は本発明による排気管内での燃料噴
射とそのときの排気管内ガスの流速の状況を機関の回転
クランク角度に対して示した線図で、第５図は排気ター
ビン入口に燃料噴射弁を設けた場合、第６図はシリンダ
出口部に燃料噴射弁を設けた場合であり、第７図は排気
ターボ過給ディーゼル機関における排気管内ガス温度ど
給気管内圧力の関係を機関回転数をパラメータとして示
す線図である。

機関が無負荷アイドリンク状態で回転しているときには
、シリンダ１１３内に噴射される燃料量は少なく、従っ
て排気管１２内のガス温度も低いため、第７図に示すよ
うに、機関回転数によらず給気管１５内の圧力は殆んど
ゼロである。

このためシリンダ１１３に供給される空気の密度は低く
、このままの状態でシリンダ内への燃料噴射量を増して
も、全ての燃料を十分燃焼させることはでき々い。

そこで、シリンダ用燃料ポンプの噴射量調節レバー１８
を操作する直前に、電気信号スイッチの操作により、電
磁ストッパ２６を開放し、かつ補助点火装置２１を作動
させると、排気管用燃料噴射ポンプ２２により燃料噴射
弁２０を経て排気管１２内に燃料が噴射され、着火燃焼
して排気管１２内のガス温度が上昇し、その結果排気タ
ービン１３に十分なエネルギが与えられるので、給気管
１５内の圧力は上昇し、これによって引き続いてシリン
ダ１１３内に噴射される多量の燃料を完全に燃焼させる
に充分な空気がシリンダ１１３内に供給される。

ここで、排気管１２内に噴射された燃料を燃焼させるた
めの空気は、排気管内噴射がシリンダ内噴射量がゼロも
しくは非常に少ないときのみ実施されるために、シリン
ダ１１３内で使われなかった空気が排気管１２に供給さ
れるので、他に補助手段を用いて供給する必要はない。

加速あるいは負荷投入が終了して機関を再びアイドリン
ク状態に戻す時には、シリンダ用噴射ポンプ１６の噴射
量調節レバー１８を燃料減の方向に操作すると、これに
連動して排気管用燃料噴射ポンプ２２の噴射量調節レバ
ー２４が燃料増の方向に駆動され、再び排気管１２内に
燃料が噴射され着火燃焼して排気温度が上昇し、給気圧
力を高く保ったままの状態で次の加速あるいは負荷投入
に備える。

加速あるいは負荷投入が終了して、しばらく定常状態の
運転が持続するとき、あるいはアイドリンク状態で機関
を放置するときには、図示しない電気信号スイッチの操
作により、補助点火装置２１は作動を停止し、かつ排気
管内燃料噴射も噴射量調節レバー２４の位置にかかわら
ず、電磁ストッパ２６と制御ラック２５が連動して停止
される。

第５図は排気タービン１３人口に排気管用燃料噴射弁２
０を設けた場合の排気管内流速を示すもので、３つのシ
リンダ１１３の排気を１つの排気管に集め、各シリンダ
１１３の排気流のパルスが到達する直前に燃料噴射を行
ったもので、かなり均一な流速が得られる。

第６図は各シリンダ１１３毎に燃料噴射弁２０を配置し
た場合で、排気弁が開く直前に燃料噴射を行ったもので
、各シリンダの排気流が合流されると、はぼ第５図の場
合と同様な排便管内流速が得られる。

上述のような本発明による場合は次の効果がある。

第８図は上記実施例による車輛の発進加速変速時の過渡
応答性の改善を従来の場合と比較して示す線図で、点線
は従来方式、実線は本実施例を示す。

（１）第８図に示すように、機関の無負荷アイドリンク
状態において、排気管内への燃料噴射を行うことにより
、その燃焼によって得られた温度の高い排気ガスＡが排
気タービンに充分供給されるので、時刻ｏ ｓｅｃ以前
の発進操作開始前の状態においても従来式に比べて充分
高い給気圧力Ｂが保たれる。

（２）このだめに引続いて発進操作開始直後あるいは負
荷投入操作直後において、シリンダ内に過大な燃料が噴
射されても、シリンダ内に充分な量の空気が供給されて
いるために、燃料を完全、：′Ｃ燃焼させることができ
、時間遅れがなく充分大きな機関出力を得ることができ
る。

従って、排出煙濃度も第８図のＣのように従来方式Ｃに
比べて非常に低く保たれている。

このようにして、従来方式に比べて過渡応答性が非常に
改善された。

（３）車軸用機関の変速操作期間中あるいは産業用機関
での負荷投入が一時休止する間は、シリンダ内燃料噴射
がないため、第８図に見られるように、従来方式では排
気温度ａは急激に低下し給気管内圧力すも大きく低下す
るが、本発明では、排気管内燃料噴射を行い排気温度を
上昇させ、給気圧力を高く保持させておけるので、次の
加速あるいは負荷投入時の応答性改善に備えられる。

（４）加速あるいは負荷投入終了後、またはアイドリン
ク状態で放置しておく場合には、電気信号スイッチを操
作して、排気管内の燃料噴射を停止し、補助点火装置も
停止させれば排気管燃料噴射による燃料消費量は僅かで
ある。

車軸の発進加速の場合、従来方式に比べて発進加速期間
中の燃料消費量の増大は約３％にすぎない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の排気ターボ過給ディーゼル機関の概略を
示す説明図、第２図は本発明による１実施例の排気ター
ビン入口に排気管用燃料噴射弁を設けた場合の機関構造
を示す説明図、第３図は本発明による他の実施例のシリ
ンダ出口に排気管用燃料噴射弁を設けた場合の排気管部
を示す断面図、第４図は燃料噴射ポンプの構造を示す説
明図、第５図及び第６図は排気管内のガス流速の状況を
示す線図、第７図は排気管内ガス温度と給気管内圧力と
の関係を示す線図、第８図は車軸の発進加速変速時の過
渡応答性を示す線図である。 １１・・・・・・機関本体、１２・・・・・・排気管、
１３・・・・・・排気ターボ過給機の排気タービン、１
４・・・・・・同ブロワ、１５・・・・・・給気管、１
６・・・・・・各シリンダ用燃料噴射ポンプ、１７・・
・・・・燃料噴射ポンプ駆動歯車、１８・・・・・・各
シリンダ用燃料噴射ポンプの噴射量調節レバー、２０・
・・・・・排気管用燃料噴射弁、２１・・・・・・補助
点火装置、２２・・・・・・排気管用燃料噴射ポンプ、
２４・・・・・・排気管用燃料噴射ポンプの噴射量調節
レバー、２５・・・・・・排気管用燃料噴射ポンプの噴
射量制御ラック、２６・・・・・・電磁ストッパ、１１
１・・・・・・シリンダ出口、１１２・・・・・・シリ
ンダ入口、１１３・・・・・・シリンダ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 排気ターボ過給機と各シリンダ用燃料噴射ポンプと
   を装備した複数シリンダのディーゼル機関において、上
   記排気ターボ過給機に至る排気管に設けられ補助点火装
   置を付設した排気管用燃料噴射弁、上記各シリンダ用燃
   料噴射ポンプに併設され上記排気管用燃料噴射弁を介し
   て上記排気管内に燃料を各シリンダからの排気の脈動パ
   ルスが到達する直前近傍のタイミングにて間欠的に噴射
   するよう機関出力軸に連動して駆動される排気管用燃料
   噴射ポンプ、上記各シリンダ用燃料噴射ポンプの噴射量
   調節レバーに連動し上記各シリンダ用燃料噴射ポンプの
   噴射量が所定量以下の場合のみ上記排気管用燃料噴射ポ
   ンプを噴射させ噴射量を制御する排気管用燃料噴射ポン
   プの噴射量制御ラック、同噴射量制御ラックの噴射量ゼ
   ロ位置への係止と同ラック及び上記補助点火装置を同時
   に作動状態とする上記係止の解除とを選択的に行う切換
   手段を備えたことを特徴とする排気ターボ過給機関。