JPS62271935A - 過給機及び排気タ−ビン付きエンジン - 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】 ３、発明の詳細な説明 イ　発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は、過給機及び排気タービンを付設したニサイ
クル及び四サイクルのガソリンエンジンやディーゼルエ
ンジンに適用して、これらエンジンの熱効率を高めるの
に利用できる発明である。

（従来の技術） エンジンに過給機を付設してシリンダに加圧空気を送り
込み、多量の燃料を燃焼させて高出力を得ること、及び
まだ圧力の高い排気を排気タービンに送って動力を回収
することが従来より行なわれている。即ち、第９図に例
示するように、エンジン１（ガソリン又はディーゼル）
の出力軸２に変速機構３を介して過給機４と排気タービ
ン５とを連結し、過給機の吐出する与圧空気をエンジン
ｌに供給し、エンジンの排気を排気タービン５に送って
排気の持つエネルギを回収するものである。６は発電機
等の負荷を示す。

エンジン１においては、四サイクルエンジンを例示する
第１０図のように、シリンダ７に吸気機構である吸気弁
８を介して過給機４を接続し、排気機構である排気弁９
を経て排気を排気タービン５に送るようにし、ピストン
１０の昇降により、クランク１１を経て出力軸２を回転
させるようにしている。

この従来のエンジンのｐｖ線図は第１１図（ガソリンエ
ンジンの場合）、第１２図（ディーゼルエンジンの場合
）のようになる、即ち、大気圧ｐＯの空気を過給機４で
与圧し圧力ｐ１としてシリンダ７に入れ、ａ　−ｂ線に
沿って圧縮し、ｂ〜Ｃ線で燃料を燃焼させ、ｃ−ｄ線で
断熱膨張させ、ｄ位詮から燃焼ガスを排気タービン５に
向けて排出しこれを駆動するものである。排気は、排気
タービン５において破線ｅのように断熱膨張して大気圧
まで圧力低下する。破線ｆは、過給機４により空気を断
熱圧縮する状態を示す。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のような従来の過給機及び排気タービン付きエンジ
ンは、ピストンの上昇時に、大気圧Ｐ。

に比べて著しく大きい圧力ｐ１の与圧空気をシリンダ内
へ入れて圧縮するものである。与圧力Ｐ１が大きいとき
は、圧縮行程において与圧空気の一部を放出しないと、
排気行程の初期圧力が異常に大きくなり、排気タービン
の作動圧が排気行程の終期に急降下する現象、即ちブロ
ーダウンを生じ、排気タービンの効率が悪くなる。

口　発明の構成　　“ （問題点を解決するための手段） この発明は、シリンダ（７）が吸気機構と排気弁機構と
を有し、吸気機構を経て過給機（４）からシリンダ内に
与圧空気を供給され、燃焼ガスを排気機構を経て排気タ
ービン（５）へ送る構成を有し、圧縮行程となるピスト
ンの上昇行程の初期に、排気機構を開いて与圧空気を直
接排気タービンへ送る行程部分を設けたことを特徴とす
る過給機及び排気タービン付きエンジンを得て、上記の
問題点を解決したものである。

（作　　用） 圧縮行程となるピストンの上昇行程の初期に、排気機構
を開いて与圧空気を排気タービンに向けて放出するから
、与圧空気がピストンの上昇を阻害する作用が少なくな
り、残った空気により燃料を燃焼させるから、排気行程
における燃焼ガスの圧力が高くなり過ぎず、排気タービ
ンへ送られる燃焼ガスの圧力が排気行程の間中はぼ一定
となってブローダウンを生じない、従って排気タービン
の熱効率を高め、燃焼ガスのエネルギ回収を十分に行な
うことができる。

圧縮行程の初期に排出される与圧空気は、膨張終了後に
排出した燃焼ガスと同様に排気タービンに送られて、与
圧空気の持つエネルギを回収され、併せて排気タービン
の羽根を冷却する効果がある。

（実　施　例） 第１図Ａ−Ｄは四サイクルエンジン（ガソリン又はディ
ーゼル）に適用した本発明の実施例を示す。次にこの実
施例を説明する。

Ａ、吸入行程（第１図Ａ） ピストン１０は上死点１２から下死点１３まで全行程Ｌ
１を下降し、その間に吸気機構である吸気弁１４を開い
て過給機４から送られて来る与圧空気をシリンダ内に吸
入する。排気機構である排気弁１５は閉じられている。

ｇはピストンの上昇しない隙間長さを示す。

Ｂ、圧縮行程（第１図Ｂ） ピストン１０が下死点１３から長さ文だけ上昇して中間
点１６に達するまでは、吸気弁１４は閉じるか又は開い
ておき、排気弁１５は開いておく。従って吸気弁１４を
経てシリンダ７に流入した与圧空気又は流入し続ける与
圧空気は、初期上昇行程文の間は排気弁１５を通って流
出し、排気タービン５を駆動する。

ピストン１０が中間点１６に達すると、開いていた吸気
弁１４、排気弁１５が閉じられ、ガソリンエンジンの場
合は噴射ノズル１７からガソリンを噴射する。

シリンダに流入した空気又は空気とガソリンとの混合気
は、Ｌ２　＝Ｌ、−４１の間で圧縮される。

従って、通常のエンジンのように全行程Ｌ１の間で圧縮
される場合よりも空気又は混合気の体積量は少なくなる
が、吸入空気圧（与圧）を大きくすることにより、吸入
空気量の増大を図ることができる。

ピストンが上死点１２に達する時期に、ガソリンエンジ
ンの場合は混合気に電気点火（電気点火装置は図示省略
）し、ディーゼルエンジンの場合は圧縮空気中に燃料を
噴射（噴射装置も図示省略）して着火する。

Ｃ９膨張行程（第１図Ｃ） 燃焼ガスのためピストンは押下げられ、燃焼ガスは下死
点１３に到る行程Ｌ１の間、断熱膨張する。この膨張容
積は、圧縮容積よりも大きく、燃焼ガスは十分膨張する
ことができる。

Ｄ、排気行程（第１図Ｄ） ピストン１０が下死点から上昇に移るとき排気弁１５が
開き、燃焼ガスは排気タービンに向けて排出され、排気
タービンを駆動する。

以上はピストンや吸排気弁の基本動作を示したもので、
空気、混合気の流動時の慣性や燃焼速度等を考慮して、
通常のエンジンと同様に弁の開閉は、基本動作よりも多
少前後させるものとする。

この動作は、第２図のように、ピストン行程Ｌ２の間で
圧縮が行なわれ、これより長い全行程り、の間で断熱膨
張が行なわれるから、燃焼ガスを十分に断熱膨張させる
ことができるものである０両片程の差り、−Ｌ２＝文の
間は、過給機４からシリンダに供給された与圧空気（ピ
ストンの初期上昇行程において吸気弁１４が閉の場合）
、又は供給され続ける与圧空気（初期上昇行程において
吸気弁１４が開の場合）は、開かれた排気弁１５を通っ
て排気タービンへ流れ、これを駆動するのに使われる。

第３図は上記のように動作するガソリンエンジンのｐｖ
線図、第４図は同じくディーゼルエンジンのｐｖ線図を
示し１両図において破線ｆは過給機による与圧空気の断
熱圧縮する状態を、破線ｅは排気タービンを駆動する排
気の断熱膨張の状態を示す。

第５図Ａ−Ｄは、ニサイクルエンジン（ガソリン及びデ
ィーゼル）に本発明を適用した場合の第一実施例を示す
、この実施例は、シリンダ７にピストン１０と掃気孔１
８とによる吸気機構は設けるが、第１図のような吸気弁
を設けない場合である。

Ａ、膨張行程（第５図Ａ） 排気弁１５は閉じられており、上死点１２から掃気孔１
８の上縁までの長さＬｌの間が膨張行程となる。

Ｂ、排気及び掃気行程（第５図Ｂ） ピストン１０が更に下降すると、掃気孔１８が開き、こ
の下降長さがｈになると掃気孔１８は全開し、ピストン
１０は下死点１３に達する。排気弁１５は全開になって
いる。掃気孔１８を通ってシリンダ内に導入された圧力
ｐ１の与圧空気のため、シリンダ内の燃焼ガスは排気弁
１５から掃出される。

Ｃ１二次排気行程（第５図Ｃ） ピストン１０が下死点から上昇に移り掃気孔１８を塞ぐ
と、掃気は終了する。

次いでピストン１０は中間点１６まで上昇する。ピスト
ン１０のこの上昇と共にシリンダ内にある与圧空気の一
部は排気弁１５を通って排気タービン５へ流れ、このタ
ービンを駆動する。このピストン１０による二次排気は
、ピストンが中間点１６に上昇するまで行なわれる。

Ｄ、圧縮、爆発行程（第５図Ｄ） ピストン１０が中間点１６にまで上昇すると排気弁１５
が閉じられ、シリンダ内に閉じ込められた与圧空気の圧
縮が開始される。このとき、ガソリンエンジンの場合は
、噴射ノズル１７からガソリンを噴射して混合気を作る
。圧縮行程の終り付近でガソリンエンジンの場合は電気
点火し、ディーゼルエンジンの場合は燃料を噴射して着
火させ爆発を生じさせる。

ピストンは、上死点１２に達した後は下降を始め、前記
した第５図Ａの膨張行程に移行する。

第６図Ａ−Ｄは、ニサイクルエンジン（ガソリン及びデ
ィーゼル）に本発明を適用した場合の第二実施例を示す
、この実施例は、シリンダ７に吸気弁１４をも設けたも
のである。

Ａ、膨張行程（第６図Ａ） 吸気弁１４、排気弁１５は閉じられており、上死点１２
から掃気孔１８の上縁までの長さＬｌが膨張行程となる
。

Ｂ、排気及び掃気行程（第６図Ｂ） ピストンｌＯが更に下降すると、掃気孔１８が開き、こ
の下降長さがｈになると掃気孔１８は全開し、ピストン
１０は下死点１３に達する。吸気弁１４は開き、排気弁
１５は閉じている。吸気弁１４を経てシリンダ内に導入
された与圧空気のため、シリンダ内の燃焼ガスは排気弁
１５から掃出され排気タービン５へ送られる。

Ｃ０二次排気行程（第６図Ｃ） ピストン１０が下死点から上昇に移り掃気孔１８を塞ぐ
と、掃気は終了する。

次いで排気弁１５が開き、前行程から引続き開いている
吸気弁１４を通って過給機からの与圧空気がシリンダに
進入し、この空気は排気弁１５を通って排気タービン５
へ流れ、このタービンを駆動する。この二次排気は、ピ
ストンが中間点１６に上昇するまで行なわれる。

Ｄ、圧縮、爆発行程（第６図Ｄ） ピストン１０が中間点１６まで上昇すると吸気弁１４、
排気弁１５が閉じられ、シリンダ内に閉じ込められた与
圧空気の圧縮が開始される。このとき、ガソリンエンジ
ンの場合は、ＤＩＩＮノズル１７からガソリンを噴射し
て混合気を作る。圧縮行程の終り付近でガソリンエンジ
ンの場合は電気点火し、ディーゼルエンジンの場合は燃
料を噴射して着火させ爆発を生じさせる。

これにより、ピストンｌよ下降を始め、前記した第６図
Ａの膨張行程に移行する。

第７図はニサイクルエンジンの場合のｐｖ線図を示す、
大気圧Ｐｏから過給機の与圧ｐ１までの破線ｆは、過給
機による空気の断熱圧縮状態を示し、続いてａ−ｂ線の
圧縮、ｂ−ｃ線の燃焼、Ｃ〜ｄ線の断熱膨張が行なわれ
、排気タービンで破線ｅのように断熱膨張し排気タービ
ン５を駆動して圧力低下する。

このようにニサイクルエンジンにおいても与圧空気の一
部を放出して圧縮行程を少し短かく、膨張行程を長くし
て燃焼ガスの断熱膨張を十分に行なわせ、且つ排気ター
ビンにおいてブローダウンを生じさせない０両行程の差
の分は過給機による与圧空気で排気タービンを駆動する
ことにより、燃焼ガスのエネルギを効率よく動力に変え
ることができる。

第８図は４シリンダのニサイクルエンジンにおいて、膨
張行程をクランク角で１５０度、掃気行程を６０度（ピ
ストンの往復分）、掃気孔を閉じてから圧縮開始までの
二次排気行程を３０度、圧縮行程を１２０度とし、各シ
リンダの位相を９０度ずつ変えた場合の各行程の組合せ
状況を例示する。

ハ　発明の効果 本発明の過給機及び排気タービン付きエンジンは、燃焼
ガスの断熱膨張を十分に行なわせるため、通常は全行程
が圧縮行程となるピストンの上昇行程の初期に排気機構
を開いてシリンダ内に閉じ込められた与圧空気の一部又
は引続き流入する与圧空気を排気タービンに流してしま
って、圧縮行程を膨張行程よりも短かくするものである
から、燃焼ガスを十分に断熱膨張させそのエネルギを十
分にピストンに伝えて熱効率を良好にすると共に、圧縮
開始前にシリンダから放出した与圧空気の持つエネルギ
を排気タービンで吸収するから、排気タービンにおける
ブローダウンをなくしてその熱効率を高めるものであり
、全体としてエンジンの熱効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜８図は本発明の実施例を略示するもので、第１図
Ａ−Ｄは四サイクルエンジンの場合の各行程を示す縦断
面図、第２図はピストンの圧縮行程、膨張行程の相違を
示す略図、第３図はガソリンエンジンの場合のｐｖ線図
、第４図はディーゼルエンジンの場合のｐｖ線図、第５
図Ａ−Ｄはニサイクルエンジンの場合の第一実施例の各
行程を示す略縦断面図、第６図Ａ−Ｄはニサイクルエン
ジンの場合の第二実施例を示す略縦断面図、第７図はこ
れらの場合のｐｖ線図、第８図は４気筒ニサイクルエン
ジンの各気筒における行程の組合せ態様を示す図、第９
図は従来の過給機及び排気タービンを付設したエンジン
の構成を略示する図、第１０図はこの場合のシリンダを
示す縦断面図、第１１図はこの場合のガソリンエンジン
のｐＶ線図、第１２図はディーゼルエンジンのｐｖ線図
である。 １：エンジン、２：出力軸、３：変速機構、４：過給機
、５：排気タービン、６：負荷、７：シリンダ、８：吸
気弁、９：排気弁、１０：ピストン、１１：クランク、
１２：上死点、１３：下死点、１４：吸気弁、１５：排
気弁、１６：中間点、１７：噴射ノズル、１８：掃気孔
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリンダ（７）が吸気機構と排気機構とを有し、吸気機
   構を経て過給機（４）からシリンダ内に与圧空気を供給
   され、燃焼ガスを排気機構を経て排気タービン（５）へ
   送る構成を有し、圧縮行程となるピストンの上昇行程の
   初期に、排気機構を開いて与圧空気を直接排気タービン
   へ送る行程部分を設けたことを特徴とする過給機及び排
   気タービン付きエンジン。