JPS61232335A - 排気ガスタ−ビン式過給機の出力制御方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明、は、吸排気系が弁制御さｎた内燃機関に予め圧
縮した燃焼気を供給する排気ガスタービン式過給機の出
力制御方法に関する。

従来の技術 −りに、排気ガスタービン式過給機を備えた内燃機関に
あっては、低負荷時、またタービン式過給機の設計次第
では、全負荷の低回転数時にも、内燃機関からの排気ガ
スの供給が儀かになるため、吸気圧が低下する。したが
って、その後に内燃機関を加速の際には、再び希望の吸
気圧に達するまである程度の時間遅延が生じる。

内燃機関の低回転域での排気ガスタービン式過給機の出
力増大と、アクセル踏込みに対して十分なトルクが発生
するまでの間の望ましくない遅延の防止とを図るための
提案が、従来既にいくつか行なわれている。これらは、
通常、いわゆる第２駆動装置または外部駆動装置に関す
るものである。

この第２駆動装置は、直接機械的に内！機関から、ある
いは油圧式または１気式に動力を供給するものである。

また従来、衝撃過給等内燃機関の排気管での処置も公知
である。

発明が解決しようとする問題点 しかし、前記第２駆動装置によるものは、比較的高価で
しかも設置のための改装作業が複雑になる欠点がある。

また、前記排気管で処置するものは、排気ガス中へのエ
ネルギ供給が僅かしか行なわれず、内燃機関の特性を満
足に補整できないという問題点がある。

そこで本発明は、排気ガスタービン式過給機の出力の改
善と、内燃機関の部分負荷時、および必要あれば低回転
全負荷時における吸気圧の改善とを図り得る方法を提供
することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するため本発明は、内燃機関の排気弁の
開時期を早めることによって、この内燃機関の排気ガス
にて駆動される排気ガスタービン式過給機の出力を増大
させるものである。

作用 このようにすると、排気弁の開時期を早い時期に移すこ
とによって、（排気弁は内燃機関の型式に応じて上下動
弁、回転弁などであり得る）高エネルギの排気ガスが内
燃機関のシリンダから排気ガスタービン式過給機の排気
ガスタービンへ供給されるため、過給機の出力が上昇す
る。従って、排気ガスタービン式過給機の回転数すなわ
ちその圧縮機の下流側の吸気圧が増加し、これにより必
要に応じて（たとえはアクセル等の出力制御素子を全負
荷位置とした場合の加速の際）直ちに内燃機関の高トル
クが得られる。本発明による方法は、内燃機関を定款的
に制御する場合にも、また定性的に制御する場合にも同
様に実施することができる。

排気弁の開時期調整は、たとえば内燃機関の回転数（ｎ
）やタービン式過給機の回転数に応じて、あるいはター
ビン式過給機の圧縮機の下流側の吸気管内の圧力に応じ
て行なうことができる。

排気弁の開時期の早期化は、特性域に応じて、内＠機関
の負荷、回転数、温度、排気ガスタービンの温度（過熱
）、ならびに必要あればその他の運転パラメータに従い
、有利に行なうことができる。

また、排気弁の開時期を、内燃機関の負荷の減少につれ
て早めることにより、低負荷時、たとえばスロットルバ
ルブの閉塞時に、タービン式過給機を高回転数に維持す
ることが可能となる。このようにすると、スロットルバ
ルブを開いたときに、直ちに十分な吸気圧が得られる利
点がある。さらに、排気弁の開時期を、内燃機関の回転
数が低く、かつその負荷が高いときに早めることにより
、この状態時におけるトルク増大を図ることができる。

結局、これらのように排気弁闘時期を早めることにより
、排気ガスタービン式過給機を装備した内燃機関の運転
特性を、排気量のより大きな内炉ね閏の運転特性に極め
て類似させることが可能となる。

また、吸気圧を測定し、これを、内炉機関の運転パラメ
ータに依存するよう設定さｎた値に維持するように、排
気弁の開時期の調整を行なうことかできる。

排気弁の開時期の調整は、排気カムを吸気カムに対して
相対的に角度変位させることによって実現でき、あるい
は、排気弁を作動するカム軸を、吸排弁を作動するカム
軸に対して相対的に角度変位させることによっても実現
できる。吸気カムと排気カムとを有するカム軸において
排気カムのみを調整するものは、たとえば本出願人によ
るＤＥ−０５２７４７８８４の方式で行うことができる
。また、二重カム軸式内燃機関の場合は、ＤＥ−Ｏ５８
８１６１６２による調整を行うことができる。あるいは
、カム軸駆動手段（タイミングベルト、チェーンなど）
に働く調整機構も考えられる。本発明は、既に開弁時期
調整機構を備えた内燃機関に対し、僅かな手数で容易に
適用できる。弁制御は、機械式、油圧式および／または
電気式で行なわれるものが公知であり、本発明による処
置は単に制御系に施すだけで足りる。

実施例 以下、本発明の一実施例を一面にもとづいて説明する。

第１図〜第２図において、ピストン往復型の内燃機関（
２）は排気ガスタービン式過給機（４）を備えており、
その排気ガスタービン（６）は排気管（８）から内燃機
関（２）の排気ガスを供給される。排気ガスタービン（
６）は、燃焼気前回を通して内燃機関（２）に圧縮した
燃焼気を供給する圧縮機ＱＧを駆動する。管＠の内部に
は、スロットルパルブリ４が内燃機関（２）の出力制御
のために設けられている。ただし、ここでは燃料配分装
置は図示されていない。

内燃機関（２）のガス交換は、シリンダａ＜毎にシリン
ダヘッドＯすに配置された排気弁（ト）と吸気弁（イ）
によって行なわれる。弁α榎…は、２本のカム軸（２）
（ハ）にそれぞれ設けられた排気カム（ホ）と吸気カム
軸により作動される。

排気ガスタービン（６）の上流における排気管（８）部
分からバイパス管端が分岐しており、その途中にバイパ
ス弁（２）が介装されている。バイパス弁に）は管り４
内が最大吸気圧に達した時に開き始め、内燃機関（２）
から出る排気ガスの一部が排気ガスタービン（６）の前
で分岐さｎる。前回に沿って設けられた短絡管（ロ）は
、ばね式の逆止め弁曽を備え、一定の運転状態で圧縮機
αｑのポンプ作用を妨げるようになっている。

両カム０ＩＩ（４）（至）（第２図参照）は、タイミン
グベルト（ト）を用いて内燃機関（２）のクランク軸−
により駆動される。このため、対応する軸ｗｃ１４ｍの
先端には歯車（資）（ロ）α）が固定されており、これ
らにタイミングベルト（２）か噛合する。タイミングベ
ルト■は、はね負荷の張り車−により所定の張力以下に
保たれる。

両カム軸（２）（至）の間で、タイミングベルト端には
調整ローラ勾が当たり、この調整ローラーを一端に支持
してシリンダヘッドｕＱに回転可能に支承されたベルク
ランク■が、両カム＃Ｉ（２）（７）の間に位置するタ
イミングベルト炎部分の長さを変更することかできる。

ベルクランクφ４の他端にはピストン・シリンダユニッ
ト□□□が接しており、これによりベルクランク６乃の
駆動を行なう。ピストン・シリンダユニット曽駆動用の
ベルクランク脅は、内燃機関（２）の潤滑油ポンプ団に
より、サイクル弁開と管…を通して圧力油を受ける。サ
イクル弁−は、そのサイクル周期に応じて作用室動４内
の油圧を制御し、作用室（２）内へ潤滑油ポンプ団から
の油を送る管−と、油を無圧力油だめへ戻す管−との間
の溢流断面（図示されていない）を調節する。

サイクル弁ωの制御は、制御べ子機構肯を通じ、サイク
ル発生器とマイクロプロセッサを用いて行わ扛、マイク
ロプロセッサでは特性域により記憶されたデータが処理
される。制御電子機構−には、図示されていないセンサ
により調査されたデータ、／内燃機関の回転数（ｎ）、
内燃機関の負荷（→、および圧縮機部の下流でかつスロ
ットルバルブμｓの上流における燃焼気前回の中の圧力
（ｐ）が入力される。

これらのデータは制御電子機構−の中で記憶された特性
域を基準として処理され、これに対応した排気弁（７）
の開時期の早期化が、ベルクランク６４の図中の時計方
向の旋回により制御さｊＬる。この場合、サイクル弁曽
の対応サイクル数制御により、ピストン・シリンダユニ
ット（財）の作用室Ｑ内の測置油圧は上昇し、従ってベ
ルクランク６４は、はね負荷した張り車−の予荷重を克
服して、適切に調整される。両カム軸四□□□の間に位
置したタイミングベルト（ト）部分のこれにより生じた
延長によって、排気カム（７）を設けたカム軸（２）は
回転方向に進められ、これに応じて排気弁Ｃ１１１９の
開時期か進められる。。

カム軸（２）の逆方向の戻りは、サイクル弁開のサイク
ル数の変化により作用室−内の油圧を減少することによ
り行われる。この場合復元力は、各調整位相について、
タイミングベルト（７）の均等な張りを維持するばね負
荷した張り軍部によって与えられる。

たとえばスロットルバルブ側が閉じらｎると、排気ガス
エネルギが僅かになるため燃焼気管側内の吸気圧（ｐ）
は低下する。しかし、排気弁（ト）の開時期の前進調節
により、内燃機関（２）のシリンダＱ４１の中でまだ完
全には減圧されないためエネルギの豊富な排気ガスが、
排気ガスタービン（６）へ管（８）を通じて供給され、
これにより排気ガスタービン式過給機（４）の回転数す
なわち管側内の吸気圧が上昇する。したがって、これに
続く負荷の急激な上昇（スロットルバルブ（２）の完全
開放）の際には、内燃機関（２）の高トルクとこれに対
応する高加速を確保するための吸気圧が存在する。内燃
機関（２）の回転数増加にともない、漸次排気弁（ト）
の前進調節は元に戻される。

本発明による方法の実施のため、数多くの製電構成か可
能であることは勿論である。たとえば、スイッチを用い
て、排気弁曲数の早期化ｄ＋ｌＥをスロットルバルブＵ
−の開度減少時には抑制することかできる。すなわち、
回転数が減少する際に、全員荷時早期化調整のみが維持
されるようなスイッチを設けることができる。ところで
、早期化調整を行なうと確かに内燃機関の反応性状を改
善できるが、しかし一般的には部分負荷領域での燃料消
費鰍の増加を予期しなければならない。

発明の効果 以上述べたように本発明によると、排気弁の開時期を早
期化することにより、高エネルギの排気ガスを過給機の
排気ガスタービンに供給できるため、この過給機の出力
を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は排気ガスタービン式過給機と２本のカム軸とを
備えて本発明方法により作動する内燃機関の断面図、第
２図は本発明方法にもとすく排気弁開時期の調整装置を
備えた内燃機関の概絡構成図である。 （２］・・・内燃機関、（４）・・・排気ガスタービン
式過給機、（６ンー・排気ガスタービン、（ト）・・・
排気弁、’Ａ＠・・・カム軸、■・・・排気カム、（、
）・・・回転数、（−・・・負荷、（ｐ）・・・吸気圧

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸排気系が弁制御された内燃機関に予め圧縮した燃
   焼気を供給する排気ガスタービン式過給機の出力制御方
   法であつて、前記内燃機関の排気弁（１８）の開時期を
   早めることによつて、この内燃機関の排気ガスにて駆動
   される排気ガスタービン式過給気（４）の出力を増大さ
   せることを特徴とする排気ガスタービン式過給機の出力
   制御方法。 ２、排気弁の開時期は、内燃機関の負荷（α）の減少に
   つれて早められることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の排気ガスタービン式過給機の出力制御方法。 ３、排気弁の開時期は、内燃機関の回転数（ｎ）が低く
   、かつその負荷（α）が高いときに早められることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の排気ガスタービ
   ン式過給機の出力制御方法。 ４、燃焼気管（１２）内の圧力が圧縮機（１０）の下流
   側で設定圧力（ｐ）を下回らないように排気弁の開時期
   か早められることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
   ら第３項までのいずれかに記載の排気ガスタービン式過
   給機の出力制御方法。 ６、排気カムが吸気カムに対して相対的に角度変位され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項ま
   でのいずれかに記載の排気ガスタービン式過給機の出力
   制御方法。 ６、排気弁（１８）を作動するカム軸（２２）が吸気弁
   （２０）を作動するカム軸（２４）に対して相対的に角
   度変位されることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
   ら第４項までのいずれかに記載の排気ガスタービン式過
   給機の出力制御方法。