JPS63195322A

JPS63195322A - 内燃機関の過給方法と過給装置

Info

Publication number: JPS63195322A
Application number: JP63011050A
Authority: JP
Inventors: ブリヤン　ニゲル　ビクター　パーソンズ
Original assignee: Jaguar Cars Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 1987-01-24
Filing date: 1988-01-22
Publication date: 1988-08-12
Also published as: EP0276925B1; US4840164A; EP0276925A2; DE3869145D1; GB8701578D0; EP0276925A3

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、内燃機関の過給に関する。

従来の技術内燃機関の動力は、シリンダに供給される空燃混合気の
体積を増加することによって増大可能である。過給のこ
の方法は、シリンダに供給される大気圧以上の空気また
は空燃混合□気の圧力を増大することによって達成され
る。従来、内燃機関の過給は、２つの方法の内の１つ、
即ち、機械的に駆動される容積式ポンプないし過給機の
使用によるか、または排気駆動ポンプないしターボチャ
ージャの使用によって達成された。両古の場合に、機関
に供給される総ての空気は、過給ポンプを通過する。

機械的に駆動される過給機は、低い機関速度で良好に作
用するが、その寸法および動力の要件は、これ等のユニ
ットを不人気にし、これ等は、ターボチャージャによっ
て近年取って替わられた。機関の排気ガスによって駆動
されるターボチャージャは、比較的少ない動力損失を課
し、比較的コンパクトである。ターボチャージャの主な
欠点は、劣った絞り応答と、良好な性能のために比較的
ｎい機関速度で作用する必要性と、排気ガスからの伝導
による吸入空気の温度上昇に関する問題とである。更に
、公知の過給機またはターボチャージャは、圧縮空気の
連続的な供給を与え、圧縮空気は、吸気ストロークの際
と共に入口ポートの閉鎖の際にａｌｌ閏に供給される。

更に、圧縮空気は、吸気ストロークの全体にわたってＩ
ａｌｌｌｌに供給される。

しかしながら、常態の吸入の下でシリンダに吸込まれる
空気の量が誠少する際の吸気ストロークの終りの近くに
おいてのみ過給することは、一層効率的である。

、発明の要約本発明の一側面によると、内燃機関に過給する方法は、
空気または空燃混合気を収容している混合チャンバ内に
ガスのパルスのある高速ジェットを噴射し、従って、ガ
スのジェットと空気または空燃混合気との間で交換され
る運ｗＪＩｌが、機関のシリンダの入口ポートに結合さ
れる出口に向って空気または空燃混合気を加速し、大気
圧の別の空気または空燃混合気が、上昇した圧力の空気
または空燃混合気のパルスのある吸入チャージを与える
様に混合チャンバにその入口を通って吸込まれ、該パル
スのある吸入チセージが、吸気ストロークの終りに近く
シリンダに到達する様にそのパルスのタイミングを合わ
せる如くシリンダに供給される手順を備えている。

本発明の好適実施例によると、吸入チャージパルスは、
ピストンがその吸気ストロークの９０％のオーダを完了
した後にシリンダに供給される。

混合チャンバ内に噴射されるパルスのあるガスジェット
は、好ましくは超音波速度であり、シリンダ容量の約１
０％の質量流れを有してもよい。

該環境では、例えば２５％のオーダの増加圧力は、達成
可能である。

本発明の別の側面によると、内燃機関の過給装置は、大
気圧の空気または空燃混合気の源へ開口する入日と、内
燃機関のシリンダの入口ポートに結合される様に構成さ
れる出口とを右する混合チャンバと、該混合チャンバ内
に開口するノズルと、該混合チャンバ内にガスの高速ジ
ェットを噴射する様に該ノズルに高圧のガスのパルスを
供給する装置とを備え、従って、ガスの該ジェットは、
出口に向って混合チャンバ内の空気または空燃混合気を
加速し、吸入チャージパルスを形成する様に入口を経て
混合チャンバに一層多くの空気または空燃混合気を吸込
み、吸気ストロークの終りに近く機関のシリンダに該パ
ルスのタイミングの合った供給を行う装置が、設けられ
る。

種々な手段は、パルスのあるガスジェットを与えるため
に使用されてもよい。該手段は、１、好ましくはガスが
ノズルに達する以前にガスを加熱する排気熱交換器を有
する小さい容積式ポンプを含む。該ポンプは、好ましく
は機関の供給要求量の約１０％の容量を有している。該
系統は、便利に空気を使用するが、他のガスが、使用さ
れてもよい。該ポンプは、１つまたはそれ以上のシリン
ダを有してもよく、吸・入チャージパルスの所要のタイ
ミングを与える様にａｌｌＩに同期して駆動される。

該手段は、更に２）例えば鱒　シリンダの下方への途中にあるピストン制御のポー
トによる非常に高い圧力および温度のガスの除去と、０　排気系統内の圧力パルスの抜出しとによる機関の高圧燃焼生成物の利用を含む。

好ましくは、ガスのパルスのある別個のジェットは、内
燃機関の各シリンダに対して形成され、ノズルを経て別
個の混合チャンバに供給され、各各が１つのシリンダに
役立つ。しかしながら、パルスのある１つまたはそれ以
上のガスのジェットは、共通混合チャンバへ供給されて
もよく、該Ｕ合ヂャンバは、総てのシリンダに共通の同
調された吸気マニホールドを経てパルスのある吸入チャ
ージを供給する。

本発明の種々な実施例は、添付図面を参照して例として
のみ下記に説明される。

実施例第１図に示す様に、４つのシリンダ１０ａ−１０ｄを有
する内燃機関１０の過給系統は、機関１０のクランク軸
１４から歯付きベルト１５によって駆動される４シリン
ダ圧縮機１３を備えている。

圧縮機１３は、機関１０の全体の宮気必要聞の１０％の
オーダの容量を有している。圧縮機１３の各シリンダは
、排気系統１２を流通する排気ガスによって空気を加熱
する熱交換ｉｉａを経て一連のノズル１７ａ−１７６の
１つに高圧空気のパルスを供給する。各ノズル１７ａ−
１７ｄは、大気圧の空気の入口１９と、シリンダ１０ａ
−１０ｄの１つの入口ポートに結合される出口２０とを
各各が有する混合チャンバ１８ａ−１８ｄ内に開口する
。

第２図に詳細に示す様に、ノズル１７ａ−１７ｄは、細
いスロート部分２１と、末広がりノズル部分２２とを有
している。ノズル１７ａ−１７ｄの寸法は、圧縮機１３
のシリンダによって供給される高圧空気のパルスがスロ
ート部分２１で音速に加速され末広がりノズル部分２２
での膨脹の際に超音速に加速される様に定められる。ノ
ズル１７ａ−１７ｄから混合チャンバ１８ａ−１８ｄ内
に出る際、空気の超音速ジェットは、混合チャンバ１８
ａ−１８ｄ内の空気を出口２０へ向って加速し、吸入チ
ャージパルスを形成する様に大気から入口１９を紅で混
合チャンバ１８ａ−１８ｄへ別の空気を吸込む。

圧縮機１３は、機ｆＪＱ１０の１つのシリンダ１０ａ　
−１０ｄの吸気ストロークの終りに近い所定の時点で該
シリンダ１０ａ−１０ｄに達する様にタイミングを合せ
られる吸入チャージパルスを生じるために、空気のパル
スが圧縮機１３の１つのシリンダから適当なノズル１７
ａ−１７６へ供給される如く、機関に同期してベルト１
５によって駆動される。

ノズル１７ａ−１７ｄに供給される空気のパルスは、熱
交換器１６によって加熱されるが、ａ編ジェット流が全
体の装入量の約１０％に過ぎずその上ノズルを通る急速
な膨脹の際に冷却を受けるため、この系統によって誘導
される空気の優がな温度上昇が存在するのに過ぎない。

別の冷却装置（図示せず）は、シリンダ１０ａ−１０６
に供給される空気の温度の過度な上昇を回避するために
設けられてもよい。

上述の系統は、燃料噴射系統と一緒に使用されてもよく
、この場合には、増大された圧力の空気は、通常の弁装
置によってシリンダに直接に供給され、適当な量の燃料
が噴射される。この代りに、上述の系統は、空燃混合気
が入口１９を経て混合チャンバ１８に供給される様に変
更されてもよい。

上述の様に、空燃混合気は、次に加圧された後、通常の
弁装置によってシリンダに直接に供給されてもよい。こ
の型式の機関では、入口弁は、代表的に上死点前約３０
°において開放され、下死点後約５５′″において閉じ
られる。吸入チャージパルスは、代表的にシリンダが吸
気スト０−りの９０％を完了した後にシリンダに供給さ
れ、従って、大気圧以上の圧力の空気または空燃混合気
は、大口弁が下死点後５５°で開じるまで、シリンダに
押込まれる。

第３図に示す様に、総ての４つのノズル１７ａ−１７ｄ
は、−緒にまとめられて共通混合チャンバ１８内に開口
してもよ（、チャンバ１８は、共通入口マニホールドに
よって総ての４つのシリンダ１０ａ−１０６の入口ポー
トに結合されてもよい。空気のパルスのあるジェットが
ノズル１７ａ−１７ｄに供給される際、各パルスは、上
述の様に吸入チャージパルスを生じる。従って、一連の
吸入チャージパルスは、吸気マニホールドに供給され、
これ等のパルスは、機関の１つのシリンダがその吸気ス
トロークの適当な個所にあるときに到達する様にタイミ
ングを合わせられる。

上述の多重シリンダ空気圧縮機の代りのものとして、ガ
スの高圧パルスは、１１＠スト０−りにおいて機関シリ
ンダから除去されてもよい。第４図は、この目的に好適
な燃焼室の装置を示す。ポート２５は、ピストン２７の
ストロークの最下位に近い個所でピストン２７によって
被われたり露出されたりする位置においてシリンダ１０
ａの壁く設けられる。ピストン２７の膨脹ストロークの
終りに近くポート２５を露出することは、高圧の燃焼ガ
スのパルスがポート２５を通過するのを可能にする。

燃焼ガスのパルスは、吸入チャージパルスを生じる様に
、第１図に示す系統の１つのノズル１７ａに供給された
後、１つの混合チャンバ１８ａに供給される。同様に、
他のシリンダ１０ｂ−１０ｄは、混合チャンバ１８ｂ−
１８６の夫々に燃焼ガスのパルスを供給する様にノズル
１７ｂ−１７ｄに連結される同様なポート２５を備えて
いる。

４シリンダ機関では、シリンダ１０ａ、１０ｄは、通常
、シリンダ１０ｂ、１０ｃに１８０°位相が異なり、従
って、シリンダ１０ａが膨脹ストロークにあるとき、シ
リンダ１０ｄは、吸気ストロークにあり、シリンダ１０
ｂは、排気ストロークにあり、シリンダ１０Ｃは、圧縮
スロトークにある。従って、ノズル１７ａを経てシリン
ダ１０ａに結合される混合チャンバ１８ａは、シリンダ
１０ｄの入口ポートに吸入チャージパルスを供給する様
に配置され、従って、該吸入チャージパルスは、シリン
ダ１０ｄの吸気スト０−りの終りに近く供給される。同
様に、シリンダ１０ｄのポート２５は、シリンダ１０ａ
の入口ポートに結合され、シリンダ１０ｂのポート２５
は、シリンダ１０Ｃの入口ポートに結合され、シリンダ
１０Ｃのポート２５は、シリンダ１０ｂの入口ポートに
結合される。これ等の配置では、ポート２５の位置は、
吸入チＶ−ジバルスの適当なタイミングが達成される様
に、開運するシリンダの入口ポートに吸入チャージパル
スを供給する際の遅れを考慮して定められねばならない
。

上述の様な固定されたノズル１７ａ−１７ｄでは、ノズ
ルから出るジェットの速度は、ノズルに供給されるガス
の質量の流量に依存する。従って、所与の固定されたノ
ズルに対し、圧縮機は、機関速度の広い範囲にわたり加
圧ガスの適当な供給口を与えるのに充分な寸法のもので
なければならない。しかしながら、所要の圧縮機の寸法
は、適当なジェット速度を維持する様に、ノズル面積が
変化する′Ｒ吊の流量によって変更可能なノズルを使用
することによって低減されてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による過給系統の図示的な図、第２図は
第１図の系統に使用される混合チャンバ／ジェット組立
体の拡大図、第３図は第１図の系統の変更実施例に使用
される混合チャンバ／ジェット組立体の代りの形状の図
、第４図は第１図の系統の圧縮機の代りに使用可能であ
り排気ガスのパルスのあるジェットを生じるピストンｉ
ｌｌ　Ｉｎのポートを有するシリンダの図式的な図を示
す。１０・・・内燃機関、１０ａ−１０ｄ・・・シリンダ、
１３・・・４シリンダ圧縮機、１６・・・熱交換器、１
７ａ〜１７ｄ・・・ノズル、１８・・・共通混合チャンバ、１８ａ−１８６・・・混合チャンバ、１９・・・チャンバの入口、２０・・・チャンバの出口
、２１・・・スロート部分、２５・・・ポート、２７・
・・ピストン。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）パルスのあるガスの高速ジェットが、空気または
空燃混合気を収容している混合チャンバ（１８ａ−ｄ，
１８）内に噴射され、従って、ガスの該ジェットと空気
または空燃混合気との間の運動量の交換が、機関（１０
）のシリンダ（１０ａ−ｄ）の入口ポートに結合される
出口、（２０）に向って空気または空燃混合気を加速し
、大気圧の別の空気または空燃混合気が、増大した圧力
の空気または空燃混合気のパルスのある吸入チャージを
与える様に前記混合チャンバ（１８ａ−ｄ，１８）の入
口（１９）を経て該混合チャンバに吸込まれ、パルスの
ある該吸入チャージが、吸気ストロークの終りに近くタ
イミングを合わせてそのパルスを前記シリンダ（１０ａ
−ｄ）に到達させる様に該シリンダ（１０ａ−ｄ）に供
給されることを特徴とする内燃機関の過給方法。
（２）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、ピ
ストン（２７）がその吸気ストロークの９０％のオーダ
を完了した後、前記吸入パルスが、前記シリンダ（１０
ａ−ｄ）に供給されることを特徴とする方法。
（３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の方法
において、パルスのある前記ガスジェットが、超音波速
度で前記混合チャンバ（１８ａ−ｄ，１８）内に噴射さ
れることを特徴とする方法。
（４）特許請求の範囲第１項から第３項のいずれか１つ
の項に記載の方法において、前記ガスのジェットの質量
の流量が、前記シリンダ（１０ａ−ｄ）の装入要求量の
１０％のオーダであることを特徴とする方法。
（５）特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか１つ
の項に記載の方法において、前記ガスのジェットが、ノ
ズル（１７ａ−ｄ）を経てガスの高圧パルスを押圧する
ことによって与えられることを特徴とする方法。
（６）特許請求の範囲第５項に記載の方法において、前
記ガスが、前記機関（１０）に同期して駆動される機械
的駆動の圧縮機（１３）によって加圧され、該圧縮機（
１３）が、一連のパルスを生じる様に１つまたはそれ以
上のシリンダを有することを特徴とする方法。
（７）特許請求の範囲第６項に記載の方法において、前
記加圧されたガスが、前記ノズル（１７ａ−ｄ）を経て
押圧される以前に加熱されることを特徴とする方法。
（８）特許請求の範囲第５項に記載の方法において、前
記パルスのあるガスのジェットが、前記機関（１０）の
高圧燃焼生成物によって与えられることを特徴とする方
法。
（９）特許請求の範囲第８項に記載の方法において、高
圧燃焼生成物のパルスが、前記機関（１０）の１つまた
はそれ以上のシリンダ（１０ａ−ｄ）から直接に抜出さ
れることを特徴とする方法。
（１０）特許請求の範囲第８項に記載の方法において、
高圧燃焼生成物が、前記機関（１０）の排気系統から抜
出されることを特徴とする方法。
（１１）大気圧の空気または空燃混合気の源に開口する
入口（１９）と、内燃機関（１０）のシリンダ（１０ａ
−ｄ）の入口ポートに結合される様に構成される出口（
２０）とを有する混合チャンバ（１８ａ−ｄ，１８）と
、該混合チャンバ（１８ａ−ｄ，１８）内に開口するノ
ズル（１７ａ−ｄ）と、該混合チャンバ（１８ａ−ｄ，
１８）内にガスの高速ジェットを噴射する様に該ノズル
（１７ａ−ｄ）に高圧のガスのパルスを供給する装置（
１３、２５）とを備え、従って、該ガスのジェットが、
該混合チャンバ（１８ａ−ｄ，１８）内の空気または空
燃混合気を前記出口（２０）に向って加速し、吸入チャ
ージパルスを形成する様に前記入口（１９）を経て該混
合チャンバ（１８ａ−ｄ，１８）内に一層多くの空気ま
たは空燃混合気を吸込み、吸気ストロークの終りに近く
タイミングを合わせて前記パルスを前記機関（１０）の
シリンダ（１０ａ−ｄ）に供給する装置が、設けられる
ことを特徴とする内燃機関の過給装置。
（１２）特許請求の範囲第１１項に記載の過給装置にお
いて、１つまたはそれ以上のシリンダを有し機械的に駆
動される圧縮機（１３）が、高圧のガスのパルスのある
流れを前記ノズル（１７ａ−ｄ）に供給するのに使用さ
れ、該圧縮機（１３）が、前記機関（１０）に同期して
駆動されることを特徴とする過給装置。
（１３）特許請求の範囲第１２項に記載の過給装置にお
いて、熱交換器（１６）が、加圧された前記ガスを加熱
するために前記圧縮機（１３）と前記ノズル（１７ａ−
ｄ）との間に設けられることを特徴とする過給装置。
（１４）特許請求の範囲第１１項に記載の過給装置にお
いて、前記ノズル（１７ａ−ｄ）が、高圧燃焼生成物の
源に結合されることを特徴とする過給装置。
（１５）特許請求の範囲第１４項に記載の過給装置にお
いて、前記ノズル（１７ａ−ｄ）が、前記機関（１０）
のシリンダ（１０ａ−ｄ）のピストン（２７）制御のポ
ート（２５）に結合され、該ポート（２５）が、高圧ガ
スのパルスを該ノズル（１７ａ−ｄ）に供給する様に該
ピストン（２７）の膨脹ストロークの終りに近く露出さ
れることを特徴とする過給装置。
（１６）特許請求の範囲第１１項から第１５項のいずれ
か１つの項に記載の過給装置において、個々のノズル（
１７ａ−ｄ）／混合チャンバ（１８ａ−ｄ）組立体が、
多重シリンダ機関（１０）の各シリンダ（１０ａ−ｄ）
に設けられることを特徴とする過給装置。
（１７）特許請求の範囲第１４項または第１５項に従属
する第１６項に記載の過給装置において、幾つかのシリ
ンダ（１０ａ−ｄ）の各々が、個々のノズル（１７ａ−
ｄ）に結合され、該各ノズル（１７ａ−ｄ）が、他の該
シリンダ（１０ａ−ｄ）の１つに役立ち、該連結された
シリンダ（１０ａ、１０ｄ，１０ｄ、１０ａ，１０ｂ、
１０ｃ，１０ｃ、１０ｂ）が、該シリンダ（１０ａ−ｄ
）への装入量の供給の終りに一致する過給昇圧を該連結
されたシリンダ（１０ａ−ｄ）に与えるために１つのシ
リンダ（１０ａ−ｄ）から供給される高圧燃焼ガスのパ
ルスのタイミングを合わせる様に、配置されることを特
徴とする過給装置。
（１８）特許請求の範囲第１５項に記載の過給装置にお
いて、幾つかのノズル（１７ａ−ｄ）が、多重シリンダ
機関（１０）の複数のシリンダ（１０ａ−ｄ）に役立つ
共通混合チャンバ（１８）内に開口することを特徴とす
る過給装置。
（１９）特許請求の範囲第１１項から第１８項のいずれ
か１つの項に記載の過給装置において、前記ノズル（１
７ａ−ｄ）が、超音波速度のジェットを維持する様に、
該ノズル（１７ａ−ｄ）に供給されるガスの質量の特徴
の変化を調節可能な可変面積のオリフィス（２１）を有
することを特徴とする過給装置。