(57)【要約】  本発明は、排ガスターボチャージャ２を備える内燃機関１のための新鮮ガス供給装置２０であって、排ガスターボチャージャ２からの圧縮された給気流動２８を流入させる給気入口９と、好ましくはフラップ回転軸２４を中心に旋回可能な少なくとも１つのフラップ弁２３により閉鎖位置で閉鎖可能な弁区分１７を介して給気入口９に接続されている出口１０と、少なくとも１つのフラップ弁２３を閉鎖位置に移動させるために、少なくとも１つのフラップ弁２３に連結されている調節装置２２と、圧縮空気を出口１０に流入させる圧縮空気入口１１とを備え、圧縮空気入口１１が、圧縮空気が圧縮空気流動３０において弁区分１７の方向で少なくとも１つのフラップ弁２３に向けて配向されているように配置されている、排ガスターボチャージャ２を備える内燃機関１のための新鮮ガス供給装置２０、並びに、新鮮ガス供給装置２０を運転する相応の方法に関する。
2013517413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスターボチャージャ（２）を備える内燃機関（１）のための新鮮ガス供給装置（２０）であって、
ａ）前記排ガスターボチャージャ（２）からの圧縮された給気流動（２８）を流入させる給気入口（９）と、
ｂ）少なくとも１つの弁、好ましくはフラップ回転軸（２４）を中心に旋回可能なフラップ弁（２３）により閉鎖位置で閉鎖可能な弁区分（１７）を介して前記給気入口（９）に接続されている出口（１０）と、
ｃ）前記少なくとも１つの弁、特に前記フラップ弁（２３）を前記閉鎖位置に移動させるために、前記少なくとも１つの弁、特に前記フラップ弁（２３）に連結されている調節装置（２２）と、
ｄ）圧縮空気を前記出口（１０）に流入させる圧縮空気入口（１１）とを備え、該圧縮空気入口（１１）は、圧縮空気が圧縮空気流動（３０）において前記弁区分（１７）方向で前記少なくとも１つの弁、特に前記フラップ弁（２３）に向けて配向されているように配置されている、
ことを特徴とする、排ガスターボチャージャを備える内燃機関のための新鮮ガス供給装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのフラップ弁（２３）は、ばね式逆止フラップ弁として形成されており、前記調節装置（２２）は、戻しばねとして形成されている、請求項１記載の新鮮ガス供給装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つのフラップ弁（２３）は、偏心的に前記フラップ回転軸（２４）に連結されている、請求項１又は２記載の新鮮ガス供給装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つのフラップ弁（２３）は、前記給気流動（２８）と協働する第１の吹付区分（２６）と、前記圧縮空気流動（３０）と協働する第２の吹付区分（２７）とを備える、請求項１から３までのいずれか１項記載の新鮮ガス供給装置。
【請求項５】
前記圧縮空気流動（３０）は、前記少なくとも１つのフラップ弁（２３）の前記第２の吹付区分（２７）に向けて、該少なくとも１つのフラップ弁（２３）を閉鎖位置に移動させるために配向されている、請求項４記載の新鮮ガス供給装置。
【請求項６】
前記圧縮空気入口（１１）は、前記圧縮空気流動（３０）を前記少なくとも１つのフラップ弁（２３）の前記第２の吹付区分（２７）に向けて流動に関して好適に変向するために形成されている吹込開口（１９）を備えて形成されている、請求項５記載の新鮮ガス供給装置。
【請求項７】
排ガスターボチャージャ（２）を備える内燃機関（１）のための新鮮ガス供給装置（２０）を運転する方法であって、該新鮮ガス供給装置（２）が、
前記排ガスターボチャージャ（２）からの圧縮された給気流動（２８）を流入させる給気入口（９）と、
好ましくはフラップ回転軸（２４）を中心に旋回可能な少なくとも１つのフラップ弁（２３）により閉鎖位置で閉鎖可能な弁区分（１７）を介して前記給気入口（９）に接続されている出口（１０）と、
前記少なくとも１つのフラップ弁（２３）に連結されている調節装置（２２）と、
圧縮空気を前記出口（１０）に流入させる圧縮空気入口（１１）と、
を備え、
前記方法は、以下の方法ステップ、すなわち：
ａ）前記内燃機関（１）のトルク要求を求め、前記給気流動（２８）を監視し、
ｂ）圧縮空気を前記新鮮ガス供給装置（２０）内に、圧縮空気流動（３０）において、前記給気流動（２８）の方向とは逆向きに前記少なくとも１つのフラップ弁（２３）に向けて吹き込み、
ｃ）その際、前記調節装置（２２）が前記少なくとも１つのフラップ弁（２３）を、前記弁区分（１７）を閉鎖するために調節し、前記圧縮空気流動（３０）が前記少なくとも１つのフラップ弁（２３）の閉鎖運動を助成し、
ｄ）前記圧縮空気の吹込を前記給気流動（２８）の監視に基づいて終了する、
という方法ステップを有することを特徴とする、排ガスターボチャージャを備える内燃機関のための新鮮ガス供給装置を運転する方法。
【請求項８】
前記圧縮空気を前記圧縮空気流動（３０）において前記少なくとも１つのフラップ弁（２３）に向けて吹き込む、請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のための新鮮ガス供給装置に関する。本発明は、このような新鮮ガス供給装置を運転する方法にも関する。
【０００２】
内燃機関、例えばディーゼルエンジンが、排ガスターボチャージャを備える事例は少なくない。図１は、内燃機関１を示している。内燃機関１の排ガス管路１４は、排ガスターボチャージャ２の排ガスタービン４に接続されている。排ガスタービン４は、排ガスターボチャージャ２の圧縮機３を駆動する。圧縮機３は、新鮮ガス入口８からの吸気を圧縮して、内燃機関１の吸気管路１３内の吸気圧を上昇させる。吸気圧の上昇は、例えば、内燃機関１を備える車両の加速特性を改善し、燃料消費量の低減を達成する。
【０００３】
しかし、排ガスターボチャージャ２は、内燃機関１のあらゆる運転状態において、十分な空気を圧送して十分な吸気圧を形成可能なわけではない。例えば、排ガスターボチャージャ２を備えるディーゼルエンジン等のピストン機関は、例えば「ターボラグ」と称呼される運転状態を加速時に有している。この場合、内燃機関１は、アクセルを踏み込んだとき、所定の遅延時間後に初めて回転数上昇という形で反応する。この遅延時間中、排ガスエネルギ、すなわち十分な排ガス圧が、排ガスターボチャージャ２を駆動するために提供されず、ひいては、適当な吸気圧を有する圧縮された吸気が提供されない。この「ターボラグ」を解消するために、以下のような解決策の提案がなされている。圧縮空気が、例えば空気圧縮機７からの供給を受ける圧縮空気容器６から、内燃機関１の所要吸気量の増大時にこの所要吸気量をカバーするために、制御されて内燃機関１の吸気管路１３に導入される。導入は、新鮮ガス供給装置２０によってなされる。新鮮ガス供給装置２０は、ターボチャージャ２の圧縮機３、あるいは流動方向で下流に接続された給気冷却器５と、吸気管路１３との間に配置されている。
【０００４】
このような新鮮ガス供給装置２０は、図２及び図３に概略断面図で、２つの運転状態あるいは位置で示してある。新鮮ガス供給装置２０は、ハウジングボディ２１を有しており、給気入口９でもって給気冷却器５に接続され、出口１０でもって吸気管路１３に接続され、圧縮空気入口１１でもって圧縮空気管路１２を介して圧縮空気容器６に接続されている。給気入口９と出口１０との間には、入口区分１６と出口区分１８との間に、弁区分１７が存在している。弁区分１７には、弁区分１７を開閉するためのフラップ弁２３が配置されている。フラップ弁２３は、有利には、フラップ回転軸２４を中心に旋回可能に形成されている。圧縮空気入口１１を有する圧縮空気管路１２は、吹込開口１９を介して出口区分１８と連通している。その際、圧縮空気管路１２は、圧縮空気流動３０が出口区分１８の出口１０に向けて配向されているように配置されている。
【０００５】
図２は、補助空気あるいは圧縮空気用の位置にある新鮮空気供給装置２０を示している。その際、フラップ弁２３は、弁区分１９、ひいては入口区分１６と出口区分１８との接続を閉鎖するように、フラップ回転軸２４を中心に旋回されている。フラップ弁２３は、この閉鎖位置で、外縁部でもってハウジングボディ２１のストッパ区分２５に当接し、弁区分１７を閉鎖する。
【０００６】
図３は、給気用の位置にある新鮮空気供給装置２０を示している。フラップ弁２３は、反時計回りにフラップ回転軸２４を中心に旋回されており、弁区分１７を開放している。給気流動２８は、内燃機関１の吸気管路１３に流入する吸気流動２９を形成するために、弁区分１７を通って出口区分１８及び出口１０に流入可能である。この場合、圧縮空気流動３０は存在しない。圧縮空気管路１２は、例えば弁により閉鎖されている。
【０００７】
一変化態様において、フラップ弁２３は、圧力が、（ここでは図示しない）吸気管路１３への吸気流動２９の流動方向で、出口区分１８内において、入口区分１６内の給気流動２８の圧力より高いとき、その閉鎖位置（図２）へと旋回する。このことは、内燃機関１へのトルク要求時、圧縮空気管路１２に、図示しない形式で、吹き込むべき補助空気のための圧縮空気流動３０が提供されることによりなされる。しかし、このためには、最初に、相応の圧力が形成されなければならず、これにより損失が発生する場合がある。この圧縮空気の吹込は、実際には、車両において提供可能な圧縮空気が限られているため、圧縮空気損失が発生しない場合に限り、実施可能である。この理由から、フラップ弁２３は、給気流動２８とは逆向きの入口区分１６への圧縮空気流動３０の逆流を防止する。フラップ弁２３は、調節装置２２に連結されている。調節装置２２は、通常、戻しばねにより形成されている。戻しばねは、フラップ弁２３を、給気流動２８の圧力が足りないとき、図２に示した閉鎖位置、すなわち圧縮空気用の位置へと旋回させる。このようなばねを備える調節装置２２、すなわち「ばね式逆止弁」においては、閉鎖時間が過度に長くなる場合がある。それゆえ、過度に大量の圧縮空気が、入口区分１６内に、かつ給気冷却器５あるいは圧縮機３方向で流動する場合がある。
【０００８】
国際公開第２００６／０８９７７９号パンフレットが、ターボ過給型のピストン内燃機関の新鮮空気供給のための装置及びこの装置を運転する方法において開示している別の態様において、フラップ弁２３は、調節装置２２、例えば調節モータとして形成された調節装置２２により調節される。さらに圧縮空気入口１１は、出口１０に接続され、量調整装置（図示せず）、例えば弁を介して、圧縮空気容器６に接続されている。図示しない制御装置は、量調整装置及び調節モータを制御するために役立つ。「キックダウン」時のトルク要求の場合、量調整装置は、圧縮空気流動３０を圧縮空気入口１１を通して出口１０に供給する。予めフラップ弁２３は、調節装置２２によって閉鎖されるので、圧縮空気流動３０は、給気入口９を介して排ガスターボチャージャ２の圧縮機３内に、吸気方向あるいは給気流動２８とは逆向きに流入することはなく、出口１０を介して吸気管路１３に向かって流動する。圧縮空気供給の終了時、このフラップ弁２３は、再び開放され、量調整装置は、閉鎖される。この時点で、排ガスターボチャージャ２の圧縮機３による入口区分１６内の給気流動２８の圧力は、再び十分である。
【０００９】
調節装置２２として戻しばねを備えるフラップ弁２３は、圧力の損失、ひいては時間的な損失に加え、これらの損失に伴うエネルギの消費を招く場合がある。他方、電気的な調節装置２２、例えば、位置センサ及び対応する制御部を備えるサーボモータは、比較的多数の部品数及び相応のコストを生む。
【００１０】
それゆえ、本発明の課題は、改良された新鮮ガス供給装置を提供することである。別の課題は、新鮮ガス供給装置を運転する相応の方法を提供することである。
【００１１】
上記課題は、請求項１の特徴を備える新鮮ガス供給装置及び請求項７の特徴を備える方法により解決される。
【００１２】
本発明の有利な思想は、吹き込むべき圧縮空気を、給気流動あるいは吸気流動に対して逆向きに、弁、特に少なくとも１つのフラップ弁に向けて配向することにある。
【００１３】
この場合、有利には、少なくとも１つのフラップ弁が、ばね式逆止フラップ弁（Ｆｅｄｅｒ−Ｒｕｅｃｋｓｃｈｌａｇｋｌａｐｐｅｎｖｅｎｔｉｌ）として形成され、調節装置が、戻しばねとして形成されていてよい。この簡単な形態は、少数の部品数で有利に実施可能である。
【００１４】
少なくとも１つのフラップ弁は、偏心的にフラップ回転軸に連結されている。これにより、フラップ弁に作用する流動及び圧力の関係により、これにより助成される旋回運動が生じる。
【００１５】
このために、少なくとも１つのフラップ弁が、給気流動と協働する第１の吹付区分と、圧縮空気流動と協働する第２の吹付区分とを備えると、有利である。
【００１６】
この場合、圧縮空気流動が、少なくとも１つのフラップ弁の第２の吹付区分に向けて、少なくとも１つのフラップ弁を閉鎖位置に移動させるために配向されていると、有利である。この場合、簡単な機械的なばね式逆止弁の閉鎖時間の大幅な短縮の利点が生じる。これは、車両内の圧縮空気装置におけるシステム圧が、例えば８バールであるのに対して、内燃機関の低負荷時の給気圧が、トルク要求時、１バールより明らかに低いことによる。この短い閉鎖時間により、圧縮空気損失は低減される。これにより、トルク要求に対する内燃機関の反応時間、すなわち、この内燃機関を備える車両の加速は、向上する。
【００１７】
圧縮空気入口は、圧縮空気流動を少なくとも１つのフラップ弁の第２の吹付区分に向けて流動に関して好適に変向するために形成されている吹込開口を備えて形成されていてよい。こうして、組付スペースは低減されている。それというのも、これにより、圧縮空気管路接続部の、車両のエンジンルーム内での位置が、存在する設備に適合されるからである。
【００１８】
以下に、本発明について、実施の形態を基に、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】排ガスターボチャージャと従来技術における新鮮ガス供給装置とを備える内燃機関の概略断面図である。
【図２】圧縮空気用の位置にある従来技術における従来慣用の新鮮ガス供給装置の概略断面図である。
【図３】給気用の位置にある図２に示した従来慣用の新鮮ガス供給装置の概略断面図である。
【図４】給気用の位置にある本発明に係る新鮮ガス供給装置の一実施の形態の概略断面図である。
【図５】補助空気用の位置にある図４に示した本発明に係る新鮮ガス供給装置の概略断面図である。
【００２０】
図中、同一の構成要素あるいは機能同一の機能単位には、同一の符号を付した。
【００２１】
図１乃至図３については、既に上述した通りであり、必要のない限り、これ以上の説明はしない。
【００２２】
図４は、給気用の位置にある本発明に係る新鮮ガス供給装置２０の一実施の形態の概略断面図である。
【００２３】
新鮮ガス供給装置２０は、図４で見て右側に配置された給気入口９（図１も参照）と、左側に配置された出口１０とを備える略円筒状のハウジングボディ２１を有している。給気入口９には、入口区分１６が接続している。入口区分１６は、フラップ弁２３を備える弁区分１７を介して出口区分１８に移行している。
【００２４】
給気入口９には、排ガスターボチャージャ２の圧縮機３が、給気冷却器５（図１参照）を介して接続されている。圧縮機３は、給気流動２８を提供する。給気流動２８は、新鮮ガス供給装置２０を、新鮮ガス供給装置２０の長手方向で、給気入口９を通って出口１０に向かって貫流し、吸気流動２９として出口１０を同じ方向で後にする。
【００２５】
出口１０の近傍には、出口区分１８への圧縮空気管路１２の開口部としての吹込開口１９を備える圧縮空気入口１１が配置されている。圧縮空気管路１２及び圧縮空気入口１１は、新鮮ガス供給装置２０に関して、圧縮空気流動３０（図５参照）が給気流動２８とは逆向きに弁区分１７に向けられているように配置されている。換言すれば、圧縮空気管路１２は、新鮮ガス供給装置２０の長手方向に対して所定の角度をなして吸気管路１３（図１参照）の吸気流動２９の方向とは逆向きに弁区分１７に向けられているように、新鮮ガス供給装置２０に取り付けられている。
【００２６】
フラップ弁２３は、フラップ回転軸２４を中心に旋回可能に配置されており、本実施の形態では調節装置２２に連結されている。調節装置２２は、戻しばね（図示せず）を備えて形成されている。戻しばねは、フラップ弁２３を時計回りに、図５に示した閉鎖位置あるいは圧縮空気用の位置へと、ハウジングボディ２１のストッパ区分２５に向かって強制あるいは付勢する。フラップ弁２３は、このために形成された環状の縁部で弁区分１７を封止し、これにより、弁区分１７は閉鎖されている。図５は、この位置を示している。
【００２７】
内燃機関１の運転時、吸気流動２９は、出口区分１８内に負圧を発生させる。この負圧は、給気流動２８と相俟って、フラップ弁２３を反時計回りに旋回させる。図４に示す、フラップ弁２３の完全に開いた位置（フラップ弁２３が新鮮ガス供給装置２０の長手方向に対して平行な位置）で、弁区分１７は開放されている。フラップ弁２３は、このために偏心的にフラップ回転軸２４に取り付けられており、フラップ弁２３の長い方の区分に、すなわちフラップ回転軸２４からプラップ弁２３の中心を越えてその縁部まで、第１の吹付区分２６と、第１の吹付区分２６とは反対側の第２の吹付区分２７とを有している。第１の吹付区分２６は、給気流動２８が第１の吹付区分２６と相俟って、フラップ弁２３を調節装置２２の戻しばねの力に抗して反時計回りに旋回させるモーメントを生じるように、給気流動２８と協働する。もちろん、フラップ弁２３は、目下の圧力及び流動の状況に応じて、弁区分１７を拡大又は縮小可能である。
【００２８】
高い所要空気量を伴うトルク要求時、ターボチャージャ２は、この空気を即座には提供し得ない。この場合、付加的に圧縮空気が、例えば圧縮空気管路１２に設けられた図示しない弁を介して、圧縮空気流動３０において、圧縮空気管路１２と吹込開口１９とを通して出口区分１８内に、フラップ弁２３が調節装置のばねの戻し力に加えて圧縮空気流動３０により助成されて弁区分１７を閉鎖するように、弁区分１７に向けて吹き込まれる。圧縮空気流動３０は、第２の吹付区分２７に向かって方向付けられており、その流動力（動圧）を介して、フラップ弁２３におけるフラップ回転軸２４を中心とした時計回りのモーメントを、フラップ弁２３を閉鎖するために生じさせる。車両内の圧縮空気装置におけるシステム圧は、一般的には少なくとも８バールであり、内燃機関１の低負荷時（この運転領域でのみ、圧縮空気流動３０による外部過給が使用される。）、給気流動２８の給気圧は、１バールより明らかに低いので、フラップ弁２３の閉鎖時間は、かなり短縮される。出口区分１８内の圧縮空気流動３０のこの高い動圧により、フラップ弁２３は、この補助空気の吹込中、安定に閉鎖されている。
【００２９】
フラップ弁２３が閉じられていることにより、供給される圧縮空気により相応の排ガス流を得て、より迅速に加速するターボチャージャ２の給気圧も、より迅速に上昇する。給気圧が所定の値に到達すると、圧縮空気管路１２内に設けられた量調整装置あるいは弁（図示せず）は、詳細には説明しない形式で閉鎖され、出口領域１８内の圧縮空気流動３０の動圧は、減少する。フラップ弁２３は、第１の吹付区分２６において作用する給気流動２８により助成されて、再び開放可能である（図４）。
【００３０】
新鮮ガス供給装置２０を運転する方法は、内燃機関へのトルク要求を求める第１の方法ステップを有している。このとき、内燃機関１の別の運転パラメータ、例えば給気流動２８の圧力及び／又は内燃機関の回転数を監視して、決定の考慮に入れることができる。これに応じて、トルク要求があり、給気流動２８が低い圧力を形成するにすぎないか、又は圧力を形成しないとき、第２の方法ステップにおいて、圧縮空気を新鮮ガス供給装置２０内に給気流動２８の方向とは逆向きに吹き込む。このとき、フラップ弁２３は、閉鎖される。給気圧が上昇するか、あるいは給気流動２８が内燃機関１、ひいてはターボチャージャ２のより高い回転数に基づいて増大すると、圧縮空気の吹込を調節する。
【００３１】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明は、添付の特許請求の範囲の枠内で改変可能である。
【００３２】
例えば、１つより多くの戻しばねが調節装置２２として設けられていてもよい。
【００３３】
例えば、圧縮空気管路１２は、２以上の通路に分岐し、少なくとも部分的に新鮮ガス供給装置２０の周囲で２以上の吹込開口でもって出口区分１８に開口してもよい。
【００３４】
１つより多くのフラップ弁２３が設けられていてもよい。
【００３５】
ハウジングボディ２１は、別の形態、例えば楕円形の横断面を有していてもよい。ハウジングボディ２１は、長手方向で弧状に、又は屈曲して形成されていてもよい。
【００３６】
フラップ弁２３は、少なくとも１つの側縁が直線状に延びていて、フラップ回転軸２４を備えており、フラップ弁２３がこの側縁を中心に旋回可能となった逆止弁であってもよい。
【００３７】
吹込開口１９は、流動に関して好適に、圧縮空気流を適当にフラップ弁２３の第２の吹付区分２７に向けて変向するように形成されていてよい。
【符号の説明】
【００３８】
１  内燃機関
２  排ガスターボチャージャ
３  圧縮機
４  排ガスタービン
５  給気冷却器
６  圧縮空気容器
７  空気圧縮機
８  新鮮ガス入口
９  給気入口
１０  出口
１１  圧縮空気入口
１２  圧縮空気管路
１３  吸気管路
１４  排ガス管路
１５  排ガス出口
１６  入口区分
１７  弁区分
１８  出口区分
１９  吹込開口
２０  新鮮ガス供給装置
２１  ハウジングボディ
２２  調節装置
２３  フラップ弁
２４  フラップ回転軸
２５  ストッパ区分
２６  第１の吹付区分
２７  第２の吹付区分
２８  給気流動
２９  吸気流動
３０  圧縮空気流動
【図１】
2013517413.tif 000003
【図２】
2013517413.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013517413.tif 000007
【国際調査報告】
2013517413.tif 000008
2013517413.tif 000009
2013517413.tif 000010
2013517413.tif 000011
2013517413.tif 000012
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