(57)【要約】【課題】排気ターボ過給機４を備えた内燃機関１において、前記排気ターボ過給機４の排気タービン５における効率が、排気ガスの排出量が少なくなる時期において局部的に低下することを回避する。【解決手段】前記排気タービン５に、当該排気タービンにおけるタービン翼車に対する排気ガスの流速を加速する流速制御手段を設けて、少なくとも排気行程の終わりの適宜クランク角度の期間において、タービン翼車に対する排気ガスの流速を加速する。【選択図】　　　　　　　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気タービンとブロワー圧縮機とから成る排気ターボ過給機を備えた四サイクルの内燃機関において、
前記排気タービンに、当該排気タービンにおけるタービン翼車に対する排気ガスの流速を増減する流速制御手段を設け、この流速制御手段を、前記内燃機関におけるクランク軸の回転に同期して、少なくとも排気行程の終わりの適宜クランク角度の期間においてタービン翼車に対する排気ガスの流速を加速するように作動することを特徴とする排気ターボ過給機付き内燃機関。
【請求項２】
排気タービンとブロワー圧縮機とから成る排気ターボ過給機を備えた二サイクルの内燃機関において、
前記排気タービンに、当該排気タービンにおけるタービン翼車に対する排気ガスの流速を増減する流速制御手段を設け、この流速制御手段を、前記内燃機関におけるクランク軸の回転に同期して、少なくとも吸気の吹き抜けが発生する適宜クランク角度の期間においてタービン翼車に対する排気ガスの流速を加速するように作動することを特徴とする排気ターボ過給機付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のうち、内燃機関から排出される排気ガスが有するエネルギーによって前記内燃機関への吸気を圧縮するように構成した排気ターボ過給機を備えた内燃機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
四サイクルの内燃機関において、その排気行程において排出される排気ガスにおける単位時間当たりの排出量は、排気行程の最初において非常に多くて、排気の進行につれて急速に減少するものであるから、四サイクルの四気筒内燃機関の場合、各気筒、つまり、第１気筒、第２気筒、第３気筒及び第４気筒からの排気ガスの排出量は、図１に実線Ａで示すように、クランク角度で１８０度ごとに多くなったり、少なくなったりすることを繰り返すというように波形になる。
【０００３】
従って、この四サイクルの四気筒内燃機関において、各気筒からの排気ガスを、従来のように、一まとめにして排気ターボ過給機における排気タービンに導くように構成した場合、前記排気タービンに供給される排気ガスの流量は、前記図１に実線Ａの通りに変化し、排気行程の終わりの時期において非常に少なくなることにより、この排気タービンにおけるタービン効率も、図１に実線Ｂで示すように、排気行程の終わりの時期において大きく低下するように変動するから、排気ターボ過給機の能力を十分に発揮することができないという問題があった。
【０００４】
また、ループ掃気又は横断掃気式の二サイクル内燃機関、或いは、ユニフロー型の二サイクル内燃機関においては、ピストンの下降動に伴いシリンダの側面に設けた排気ポート又はシリンダの頂部に設けた排気弁付き排気ポートが開いたきとにおいて多量の排気ガスが排出されるが、シリンダの側面に設けた掃気ポートからの吸気が前記排気ポートに吹き抜ける時期において排気ガスの排出は極端に少なくなるか、殆どなくなるものであるから、二サイクルの二気筒内燃機関の場合、第１気筒及び第２気筒からの排気ガスの流量は、図２に実線Ｃで示すように、波形に変化する一方、各気筒からの排気ガスの排出が完了する時期に、適宜クランク角度の期間だけ点線Ｄで示すように吸気の吹き抜けが発生する。
【０００５】
従って、この二サイクルの二気筒内燃機関において、各気筒からの排気ガスを、従来のように、一まとめにして排気ターボ過給機における排気タービンに導くように構成した場合、前記排気タービンに供給される排気ガスの流量は、前記図２に実線Ｃの通りに変化して、各気筒からの排気ガスの排出が完了する時期においては、排気ガスの排出量が少なくなることに加えて、吸気の吹き抜けにて排気ガスの温度が下がることにより、前記排気タービンにおけるタービン効率も、図２に実線Ｅで示すように、各気筒からの排気ガスの排出が完了する時期において著しく大きく低下するように変動することになるから、排気ターボ過給機の能力を十分に発揮することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、この問題を解消することを技術的課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は、
「排気タービンとブロワー圧縮機とから成る排気ターボ過給機を備えた四サイクルの内燃機関において、
前記排気タービンに、当該排気タービンにおけるタービン翼車に対する排気ガスの流速を増減する流速制御手段を設け、この流速制御手段を、前記内燃機関におけるクランク軸の回転に同期して、少なくとも排気行程の終わりの適宜クランク角度の期間においてタービン翼車に対する排気ガスの流速を加速するように作動する。」
ことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の請求項２は、
「排気タービンとブロワー圧縮機とから成る排気ターボ過給機を備えた二サイクルの内燃機関において、
前記排気タービンに、当該排気タービンにおけるタービン翼車に対する排気ガスの流速を増減する流速制御手段を設け、この流速制御手段を、前記内燃機関におけるクランク軸の回転に同期して、少なくとも吸気の吹き抜けが発生する適宜クランク角度の期間においてタービン翼車に対する排気ガスの流速を加速するように作動する。」
ことを特徴としている。
【０００９】
【発明の作用・効果】
前記請求項１に記載した構成にすることにより、排気行程における排気ガスの排出量が、排気行程の終わりにおいて少なくなると、排気ターボ過給機における排気タービンに設けた流速制御手段が、少なくとも適宜クランク角度の期間だけ排気タービンにおけるタービン翼車に対する排気ガスの流速を加速するように作動するから、前記排気タービンにおける排気タービン効率が、排気行程の終わりにおいて大きく低下することを確実に回避できる。
【００１０】
また、請求項２に記載した構成にすることにより、排気行程から吸気行程にかけて吸気の吹き抜けが発生する時期において、排気ターボ過給機における排気タービンに設けた流速制御手段が、少なくとも吸気の吹き抜けが発生する適宜クランク角度の期間だけ排気タービンにおけるタービン翼車に対する排気ガスの流速を加速するように作動するから、前記排気タービンにおける排気タービン効率が、吸気の吹き抜けが発生するクランク角度において大きく低下することを確実に回避できる。
【００１１】
従って、本発明によると、排気ターボ過給機の排気タービンにおける効率の変動を小さくできるから、排気ターボ過給機の能力を十分に発揮することができるという効果を有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。
【００１３】
図３及び図４は、第１の実施の形態を示す。
【００１４】
この図において、符号１は、図示ない一本のクランク軸を共通する四つの気筒、つまり、第１気筒Ａ１、第２気筒Ａ２、第３気筒Ａ３及び第４気筒Ａ４を有する四サイクルの内燃機関を示し、この内燃機関１は、図１に示すように、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を、第１気筒Ａ１−第３気筒Ａ３−第４気筒Ａ４−第２気筒Ａ２の順序で繰り返すように構成されている。
【００１５】
また、この内燃機関１における一方の長手側面には、吸気を前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に分配する吸気マニホールド２が、他方の長手側面には、前記気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４から排出される排気ガスを集合する排気マニホールド３が各々装着されている。
【００１６】
符号４は、排気ターボ過給機を示し、この排気ターボ過給機４は、排気タービン５と、ブロワー圧縮機６とを直結してなる構成であり、前記排気タービン５においてタービン翼車５ａを囲うように渦巻き型にしたケーシング５ｂに対する入り口５ｃには、前記排気マニホールド３からの排気通路７が、前記ケーシング５ｂの中心からの出口５ｄには、大気への排気管路が各々接続されている。
【００１７】
また、前記ブロワー圧縮機６における吸い込み口には、エアクリーナ８から吸気管路９が、前記ブロワー圧縮機６における吐き出し口には、前記吸気マニホールド２への過給管路１０が各々接続されている。
【００１８】
前記排気タービン５には、当該排気タービンにおけるタービン翼車に対する排気ガスの流速を増減する流速制御手段を設ける。
【００１９】
すなわち、前記排気タービン５における渦巻き型ケーシング５ｂ内には、図４に示すように、前記タービン翼車５ａを囲う円周上の複数箇所に、流速制御用のノズルベーン５ｅを回転自在にピン５ｆにて枢着して配設し、この各ノズルベーン５ｅを、リング体５ｇに連結して、このリング体５ｇの点線矢印で示すような回転によって、各ノズルベーン５ｅが一斉にそのピン５ｆを中心に回転して、その相互間の間隔を広くしたり狭くしたりするように構成する一方、前記リング体５ｇを前記点線矢印で示すように回転するアクチェータ５ｈを、前記内燃機関１におけるクランク軸の回転に同期して作動することにより、前記各ノズルベーン５ｅを、前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４における排気行程のうち、少なくともその終わりの時期における適宜クランク角度θの期間（例えば、一つの気筒の排気行程における上死点前約６０度から次に排気行程になる気筒における排気弁が開いた直後までの期間）だけ、当該各ノズルベーン５ｅの相互間の間隔を狭くなるように回転する。
【００２０】
この構成において、各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の排気行程において排気ガスの排出量が、排気行程の終わりにおいて少なくなると、排気ターボ過給機４における排気タービン５に設けた各ノズルベーン５ｅが、アクチェータ５ｈにて、少なくとも、前記した適宜クランク角度θの期間だけ、当該各ノズルベーン５ｅの相互間の間隔を狭くなるように一斉に回転する。
【００２１】
これにより、排気タービン５におけるタービン翼車５ａに対する排気ガスの流速を加速するから、このときにおける前記排気タービン５における排気タービン効率を、図１に二点鎖線Ｆで示すように、可成り高い値に維持することができて、排気タービン効率が排気行程の終わりにおいて大きく低下することを確実に回避できる。
【００２２】
この第１の実施の形態は、排気タービン５における渦巻き型ケーシング５ｂ内に、複数枚のノズルベーン５ｅを、タービン翼車５ａの周囲を囲うように配設し、この各ノズルベーン５ｅを、少なくとも前記した適宜クランク角度θの期間だけ、その間隔を狭くするように一斉に回転することによって、タービン翼車５ａに対する排気ガスの流速を加速するように構成して、これを「流速制御手段」にした場合であったが、本発明における「流速制御手段」としては、前記した構成による「流速制御手段」に限らず、図５に示すように、排気タービン５における渦巻き型ケーシング５ｂ内のうち入り口５ｃに近い部分に、流速制御用のノズルベーン５ｉを回転自在に設け、このノズルベーン５ｉを、前記内燃機関１におけるクランク軸の回転に同期するアクチェータ５ｊにて、少なくとも、前記した適宜クランク角度θの期間だけ、前記入り口５ｃからケーシング５ｂ内への通路における断面積を縮小することにより、タービン翼車５ａに対する排気ガスの流速を加速するようにした「流速制御手段」に構成したり、或いは、図６に示すように、ケーシング５ｂ内に、ベローズ体５ｋを、ケーシング５ｂにおける渦巻き状通路に沿って延びるように設けて、少なくとも、前記した適宜クランク角度θの期間だけ、前記ベローズ体５ｋを流体の注入にて膨らませて、ケーシング５ｂにおける渦巻き状通路の狭めることによって、タービン翼車５ａに対する排気ガスの流速を加速するようにした「流速制御手段」に構成して良いのである。
【００２３】
次に、図７は、ピストン１２を内蔵したシリンダ１１の中程部に、掃気ポート１３と排気ポート１４を設け、前記掃気ポート１３からシリンダ１１内への吸気がループを描くか、或いはシリンダ２内を横断して前記排気ポート１４に向かうように構成して成るループ掃気又は横断掃気式の二サイクル内燃機関を示す。
【００２４】
また、図８は、ピストン２２を内蔵したシリンダ２１の中程部に複数個の掃気ポート１３を、シリンダ２１の頂部に、排気弁付き排気ポート２４を設け、前記シリンダ２１内における排気ガスを、前記各掃気ポート１３から流入する吸気によって前記排気ポート２４に向かって押し上げるように構成したユニフロー型の二サイクル内燃機関を示す。
【００２５】
これらの二サイクル内燃機関においては、前記したように、排気ガスの排出が完了する時期に、図２に点線Ｄで示すように、適宜クランク角度θ′の期間だけ吸気の吹き抜けが発生する。
【００２６】
そこで、これらの二サイクル内燃機関に対して排気ターボ過給機を適用する場合には、この排気ターボ過給機における排気タービンに、前記図４〜図６に示すように構成した「流速制御手段」を設けて、少なくとも、前記吹き抜けが発生する前記適宜クランク角度θ′の期間だけ、タービン翼車に対する排気ガスの流速を加速するようする。
【００２７】
これにより、前記排気タービンにおける排気タービン効率を、図２に二点鎖線Ｇで示すように、可成り高い値に維持することができるから、排気タービン効率が前記吹き抜けが発生する前記適宜クランク角度θ′の期間において大きく低下することを確実に回避できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気ターボ過給機を備えた四サイクルの四気筒内燃機関において、各気筒の行程と、排気ガスの流量と排気タービンの効率との関係を示す図である。
【図２】排気ターボ過給機を備えた二サイクルの二気筒内燃機関において、各気筒の行程と、排気ガスの流量と排気タービンの効率との関係を示す図である。
【図３】排気ターボ過給機を備えた四サイクルの四気筒内燃機関を示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ視拡大断面図である。
【図５】図４の変形例を示す図である。
【図６】排気タービンの別の変形例を示す図である。
【図７】ループ掃気又は横断掃気式の二サイクル内燃機関を示す図である。
【図８】ユニフロー型の二サイクル内燃機関を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　　四気筒内燃機関
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４　　気筒
２　　　　　　　　　　　　吸気マニホールド
３　　　　　　　　　　　　排気マニホールド
４　　　　　　　　　　　　排気ターボ過給機
５　　　　　　　　　　　　排気タービン
６　　　　　　　　　　　　ブロワー圧縮機
５ｅ，５ｉ　　　　　　　　流速制御用のノズルベーン
５ｈ，５ｊ　　　　　　　　アクチェータ
５ｋ　　　　　　　　　　　流速制御用のベローズ体
【図１】
2004100480.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004100480.tif 000006
【図５】
2004100480.tif 000007
【図６】
2004100480.tif 000008
【図７】
2004100480.tif 000009
【図８】
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