(57)【要約】  本発明は、複数のシリンダ及び吸気装置を備え、吸気装置が少なくとも１つの分配器管と、複数の吸気管と、少なくとも１つのプレナムとから形成されており、プレナムが分配器管と吸気管との間に配置されている過給式の内燃機関に関する。燃焼空気は吸気装置に向かって、分配器管に開口する空気案内通路を介して圧送され、燃焼空気の給気圧は圧縮機からの流出後、内燃機関の燃焼室内への流入までに低下される。本発明では、分配器管長さが等価の分配器管直径に基づいて、給気圧の低下が吸気装置内で膨張により達成可能であるように寸法設定されており、膨張が部分的にプレナム、それぞれの吸気管及び／又は分配器管内で実施されるようにした。
2010533810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）であって、複数のシリンダ（２）と、吸気装置（３）と、燃焼空気を圧送するための圧縮機（８）と、前記シリンダ（２）内に配置され、ピストンとシリンダヘッドとの間に画成されている燃焼室とを備え、
前記吸気装置（３）が、少なくとも１つの分配器管（４）と、複数の吸気管（７）と、少なくとも１つのプレナム（６）とから形成されており、該プレナム（６）が前記分配器管（４）と前記吸気管（７）との間に配置されており、
燃焼空気が前記吸気装置（３）に向かって、前記分配器管（４）に開口する空気案内通路（５）を介して圧送され、
燃焼空気の給気圧（ｐ）が前記圧縮機（８）からの流出後、内燃機関（１）の前記燃焼室内への流入までに低下される
形式のものにおいて、
分配器管長さ（ＬＶ）が等価の分配器管直径（ＤＶ）に基づいて、給気圧（ｐ）の低下が前記吸気装置（３）内で膨張により達成可能であるように寸法設定されており、膨張が部分的に前記プレナム（６）、それぞれの前記吸気管（７）及び／又は前記分配器管（４）内で実施される
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記分配器管長さ（ＬＶ）が内燃機関（１）の定格回転数（ｎＮ）及び／又は吸気管長さ（ＬＳ）に基づいて寸法設定されている、請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記分配器管長さ（ＬＶ）が前記等価の分配器管直径（ＤＶ）に基づいて、前記分配器管長さ（ＬＶ）に対する前記等価の分配器管直径（ＤＶ）の比が０．０５〜０．１４又は０．０６〜０．１３であるように形成される、請求項１又は２記載の内燃機関。
【請求項４】
前記吸気装置（３）が、前記吸気管長さ（ＬＳ）が２００ｍｍ又は１５０ｍｍより短いように形成される、請求項１から３までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項５】
前記吸気装置（３）が２つのプレナム（６）を備え、前記分配器管（４）が１つの分配器モジュール（４ａ）と２つの分配器管区分（４ｂ）とから形成されており、各々の分配器管区分（４ｂ）が前記分配器モジュール（４ａ）と前記プレナム（６）の１つとの間に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項６】
内燃機関（１）が外部点火式の６気筒内燃機関、特に水平対向構造の６気筒内燃機関として形成されており、前記シリンダ（２）の数が４つ又は６つである、請求項１から５までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項７】
前記分配器管長さ（ＬＶ）が、第１式：
【数１】
2010533810.tif 000010
により規定される長さ（Ｌ１）より長い（ＬＳはそれぞれの吸気管長さ、ｎＮは内燃機関（１）の定格回転数及びＤＶは等価の分配器管直径である）、請求項１から６までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項８】
前記分配器管長さ（ＬＶ）が、第２式：
【数２】
2010533810.tif 000011
により規定される長さ（Ｌ２）より短い（ＬＳは吸気管（７）のそれぞれの長さ、ｎＮは内燃機関（１）の定格回転数である）、請求項１から７までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項９】
前記分配器管長さ（ＬＶ）が、第３式：
【数３】
2010533810.tif 000012
により規定される長さ（Ｌ３）より長い（ＬＳはそれぞれの吸気管長さ、ＤＶは等価の分配器管直径である）、請求項１から６までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項１０】
切換え可能な第２の分配器管（１２）が配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記第２の分配器管（４）内に、前記等価の分配器管直径（ＤＶ）の大きさを調整可能な切換えフラップ（１３）が設けられている、請求項７から１０までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項１２】
内燃機関（１）が、調節可能なタービンジオメトリを有する排ガス式ターボチャージャを有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項１３】
給気圧の付加的な上昇が前記圧縮機（８）により調整可能であり、調整される給気圧値が、０．９〜１．５バールの間にある値より５〜１５％高い、請求項１から１２までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記吸気装置（３）内で達成可能な膨張が、内燃機関（１）の運転パラメータ、特に回転数（ｎＮ）に基づいて調整可能である、請求項１から１３までのいずれか１項記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の内燃機関、特に圧縮機を備える外部点火式の内燃機関、要するに、内燃機関であって、複数のシリンダと、吸気装置と、燃焼空気を圧送するための圧縮機と、前記シリンダ内に配置され、ピストンとシリンダヘッドとの間に画成されている燃焼室とを備え、前記吸気装置が、少なくとも１つの分配器管と、複数の吸気管と、少なくとも１つのプレナムとから形成されており、該プレナムが前記分配器管と前記吸気管との間に配置されており、燃焼空気が前記吸気装置に向かって、前記分配器管に開口する空気案内通路を介して圧送され、燃焼空気の給気圧が前記圧縮機からの流出後、内燃機関の前記燃焼室内への流入までに低下される形式のものに関する。
【０００２】
内燃機関の運転時、一般に、振動管過給（Ｓｃｈｗｉｎｇｒｏｈｒａｕｆｌａｄｕｎｇ）若しくは共鳴管過給（Ｒｅｓｏｎａｎｚｒｏｈｒａｕｆｌａｄｕｎｇ）又はこれらの両過給の組み合わせを達成する吸気装置が使用される。過給式の内燃機関の場合、吸い込まれた燃焼空気の圧縮の結果、空気温度の上昇が生じる。さらなる過給は回避され、それゆえ圧縮機の下流には、給気を冷却するための給気冷却器が配置される。これにより、機関がノッキングする危険は最小化されるはずである。給気冷却器を大型化することによって、給気温度をさらに低下させることは、一般に構造上の理由から不可能である。したがって、給気冷却器の効率を高めて、燃焼空気温度をさらに低下させるために、給気冷却器の下流に膨張装置が設けられる。例えばＤＥ１０００２４８２Ａ１において公知の給気冷却のためのそのような装置において、高められた給気圧下にある燃焼空気が背圧弁において膨張される。背圧弁は、給気冷却器と内燃機関の吸気装置との間に配置されている。
【０００３】
ＤＥ３６２７３１２Ａ１において、やはり給気温度を低下させるために、過給される空気の部分断熱膨張を達成する膨張制御装置が公知である。この膨張制御装置は、ラバル管の形態で形成されているノズル状の管路区分を備え、このノズル状の管路区分は、吸気管路において吸気装置の上流に配置されている。従来技術において公知の、給気冷却器からの出口の下流において給気を冷却するための手段は、吸気管路内の膨張装置の配置を必要として、車両の機関室内における付加的な所要スペースの原因となる。
【０００４】
それゆえ本発明の課題は、給気の膨張が構造上の手間あるいは所要スペースの増加なしに達成可能な過給式の内燃機関を提供することである。この課題は、本発明の請求項１の特徴部に記載の特徴を備える装置、要するに、分配器管長さが等価の分配器管直径に基づいて、給気圧の低下が前記吸気装置内で膨張により達成可能であるように寸法設定されており、膨張が部分的に前記プレナム、それぞれの前記吸気管及び／又は前記分配器管内で実施されることを特徴とする内燃機関によって解決される。好ましくは、前記分配器管長さＬＶが内燃機関の定格回転数ｎＮ及び／又は吸気管長さＬＳに基づいて寸法設定されている。好ましくは、前記分配器管長さＬＶが前記等価の分配器管直径ＤＶに基づいて、前記分配器管長さＬＶに対する前記等価の分配器管直径ＤＶの比が０．０５〜０．１４又は０．０６〜０．１３であるように形成される。好ましくは、前記吸気装置が、前記吸気管長さＬＳが２００ｍｍ又は１５０ｍｍより短いように形成される。好ましくは、前記吸気装置が２つのプレナムを備え、前記分配器管が１つの分配器モジュールと２つの分配器管区分とから形成されており、各々の分配器管区分が前記分配器モジュールと前記プレナムの１つとの間に配置されている。好ましくは、内燃機関が外部点火式の６気筒内燃機関、特に水平対向構造の６気筒内燃機関として形成されており、前記シリンダの数が４つ又は６つである。好ましくは、前記分配器管長さＬＶが、第１式：
【数１】
2010533810.tif 000003
により規定される長さＬ１より長い（ＬＳはそれぞれの吸気管長さ、ｎＮは内燃機関の定格回転数及びＤＶは等価の分配器管直径である）。好ましくは、前記分配器管長さＬＶが、第２式：
【数２】
2010533810.tif 000004
により規定される長さＬ２より短い（ＬＳは吸気管のそれぞれの長さ、ｎＮは内燃機関の定格回転数である）。好ましくは、前記分配器管長さＬＶが、第３式：
【数３】
2010533810.tif 000005
により規定される長さＬ３より長い（ＬＳはそれぞれの吸気管長さ、ＤＶは等価の分配器管直径である）。好ましくは、切換え可能な第２の分配器管が配置されている。好ましくは、前記第２の分配器管内に、前記等価の分配器管直径ＤＶの大きさを調整可能な切換えフラップが設けられている。好ましくは、内燃機関が、調節可能なタービンジオメトリを有する排ガス式ターボチャージャを有する。好ましくは、給気圧の付加的な上昇が前記圧縮機により調整可能であり、調整される給気圧値が、０．９〜１．５バールの間にある値より５〜１５％高い。好ましくは、前記吸気装置内で達成可能な膨張が、内燃機関の運転パラメータ、特に回転数に基づいて調整可能である。
【０００５】
本発明に係る内燃機関は、分配器管長さが等価の分配器管直径に基づいて、給気圧の低下が内燃機関の前記吸気装置内で膨張により達成可能であるように寸法設定されており、給気膨張が部分的に前記プレナム、それぞれの前記吸気管及び／又は前記分配器管内で実施されることを特徴とする。本発明により、分配器管内への燃焼空気の流入と、吸気管からの流出との間での、連続的であるが、必ずしも均等でなくてもよい膨張が達成可能である。
【０００６】
吸気装置を本発明のように構成することによって、達成される膨張により、付加的な可動の構成部品を使用することなく、吸気装置内における給気の効果的な冷却が達成される。これにより、過給式の内燃機関のための安価かつ効率的な吸気装置が提供され、本発明に係る膨張式吸気装置は、過給式のオットー機関のためにも、ディーゼル機関のためにも適している。
【０００７】
特に、本発明により、過給式のオットー機関がノッキングを伴った燃焼をする傾向は、最小化される。これにより、混合気温度の低下が生じるので、最適な方向での点火角度のシフトが、高回転数時においても達成可能である。本発明における吸気装置によって、給気冷却器の下流での気体力学的な圧縮が回避され、付加的に、燃焼空気の温度低下を伴う吸気装置内での膨張が達成される。
【０００８】
本発明の一形態では、分配器管長さが内燃機関の定格回転数に基づいて寸法設定されている。これにより、本発明における吸気装置は、過給式の内燃機関において最適に使用され、特にスポーツカーにおいて、より高い負荷点及び回転数のための適当な調整を可能にする。
【０００９】
本発明の別の形態では、分配器管長さが等価の分配器管直径に基づいて、分配器管長さに対する等価の分配器管直径の比が０．０５〜０．１４であるように形成される。吸気管長さは、特に定格回転数が５５００〜７０００ｒｐｍであるとき、２００ｍｍ又は１５０ｍｍより下に寸法設定されていることが望ましい。有利には、分配器管長さに対する等価の分配器管直径の比は、０．０６６、０．１１４又は０．１３６である。これにより、吸気装置内には、圧縮された燃焼空気の最適化された膨張が生じるので、燃焼空気は、吸気装置から、明らかに低い温度で、シリンダヘッド内に設けられた入口通路内に到達する。
【００１０】
吸気装置の分配器管の新たな幾何学的な規定によって、一般的な吸気装置と比較して、小さな直径を有する分配器管が生じるので、機関室内の所要スペースは最適化される。本発明における吸気装置は、本発明における寸法設定によって、特に高機関回転数時に、公知の共鳴過給効果を完全に反転する。圧縮の代わりに、燃焼空気の膨張が達成され、燃焼空気はさらに冷却される。これにより、燃焼室内の燃料／空気混合物のより低い温度が生じるので、内燃機関の点火時点は出力に関して最適に調整可能である。それゆえ、機関効率の改善と同時に、特に高負荷時及び高回転数時に、低燃費との関連でより高い機関出力が達成可能である。
【００１１】
本発明の別の形態では、内燃機関が１つ又は２つのシリンダ列を有し、シリンダの数は計６つである。本発明において、水平対向構造の外部点火式の６気筒内燃機関の場合、本発明における吸気装置は、明らかな効率の改善に至ることが判った。しかし、本発明における吸気装置は、やはり４つのシリンダを備える内燃機関のためにも適している。
【００１２】
本発明の一形態では、本発明は、特に過給式の外部点火式の内燃機関の場合、シリンダ充填のさらなる改善のために、吸気装置内で達成される膨張によって減じられた給気圧量を補償すべく、圧縮機による給気圧の付加的な上昇を行う。有利には、一般的な給気圧より５〜１５％高い給気圧が調整される。一般的な給気圧は０．９バール〜１．５バールである。
【００１３】
より高く調整された給気圧によって、圧縮機の下流で燃焼空気温度が上昇する。その結果、燃焼空気のより高く調整された温度レベルによって、給気冷却器内でより大きな熱量が導出される。本発明において、一般的な給気圧の場合より約５〜１５％高い、給気冷却器を介した温度差が生じる。これにより、給気冷却器において導出される熱量が一般的な給気圧比の場合より３〜１０％高いので、給気冷却器の下流には、一般的なあるいは通常の過給によるよりも僅かに高い燃焼空気温度が生じる。ここでは本発明における吸気装置の使用によって付加的に達成される熱ゲインは、吸気弁閉鎖時点での燃焼室内の圧力レベル及び温度レベルが一般的な吸気装置の場合より３〜４％低いので、燃焼室内の燃料／空気混合物のより低い温度に至る。したがって、過給式の機関を備えるスポーツカーにおいて、特に高い負荷点及び回転数時に、機関出力が同じであれば、より低い燃料消費が達成され、燃料消費が同じであれば、より高い機関出力が達成され得る。
【００１４】
本発明の別の有利な形態では、本発明に係る内燃機関において、本発明における膨張式吸気装置との関連で、調節可能なタービンジオメトリを有する排ガス式ターボチャージャの使用によって、機関の運転状態への、吸気装置内での燃焼空気の適当な膨張の常時の適合が実施される。これにより、本発明に係る内燃機関において、点火時点の最適化が達成され、それゆえ、効率がさらに改善され得る。
【００１５】
その他の特徴及び特徴の組み合わせは、明細書から看取される。本発明の具体的な実施の形態は、図面に簡略的に示されており、以下の説明で詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】２列に配置されるシリンダを備える過給式の内燃機関の本発明における吸気装置を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る図１に示した吸気装置の概略図である。
【図３】第２の実施の形態に係る図１に示した吸気装置の概略図である。
【図４】第３の実施の形態に係る、一列に配置されるシリンダを備える内燃機関の本発明における吸気装置の概略図である。
【図５】第４の実施の形態に係る図４に示した吸気装置の概略図である。
【図６】第５の実施の形態に係る図１に示した吸気装置の概略図である。
【図７】第６の実施の形態に係る図４に示した吸気装置の概略図である。
【図８】本発明に係る内燃機関の吸気装置内の圧力、温度及び質量流量曲線を概略的に示すグラフである。
【図９】本発明に係る内燃機関の吸気装置の寸法比を概略的に示す図である。
【図１０】内燃機関の燃焼室内の給気温度を概略的に示す図である。
【図１１】内燃機関の機関出力に対する図１に示した吸気装置の影響を概略的に示す図である。
【図１２】調整された回転数に対応した吸気弁閉鎖時点での本発明に係る内燃機関の燃焼室内のシリンダ給気の温度値を概略的に示す図である。
【００１７】
過給を伴う内燃機関１は、少なくとも１つのシリンダ２を有する。シリンダ２内には、図示しない燃焼室が、シリンダ２内に長手方向摺動可能に保持されるピストンと、シリンダヘッドとの間に形成されている。内燃機関１は、燃焼空気を圧縮機８を通して吸い込む。内燃機関１の過給は、本発明では、排ガス式ターボチャージャ、機械式コンプレッサ又は電気式コンプレッサの構成部分として形成されている圧縮機８により実施可能である。燃焼空気の圧縮により給気温度は上昇する。給気温度を下げるために、圧縮機８の下流には給気冷却器９が接続されている。
【００１８】
図１には、給気を分配器管あるいはディストリビュータパイプ４内に空気案内通路５を通して供給する、本発明により形成される吸気装置３が示されている。図１に示した吸気装置３は、２つのシリンダ列を備える内燃機関１のために、各々のシリンダ列のために１つの吸気マニホールドあるいはプレナム（Ｐｌｅｎｕｍ）６が設けられている。各々のプレナム６には、シリンダ列毎に３つの吸気管あるいはインテークパイプ７が設けられている。吸気管７を介して給気が、シリンダヘッドに設けられた図示しない吸気通路に、引き続いて燃焼室に、供給可能である。両プレナム６は、中央の分配器管４に接続されている。それぞれのプレナム６は、吸気管７と一体的に形成されている。本発明において、両プレナム６間には、本実施の形態では、１つの分配器モジュール４ａと、それぞれのプレナムと一体的に形成されている２つの管区分４ｂとから形成されている分配器管４が配置されている。接続は、クリップ（Ｂａｎｄｓｃｈｅｌｌｅ）又はバヨネット式継手に類似のロック装置により実施可能である。
【００１９】
本発明において、分配器管長さＬＶは、燃焼空気の給気圧の低下が吸気装置３内での適当な膨張により実施され、膨張が部分的にプレナム及び／又は分配器管内で実施されるように、等価の分配器管直径ＤＶに基づいて寸法設定されている。本発明において膨張は、燃焼空気の分配器管４内への流入部、例えば分配器モジュール４ａと、吸気管７からの流出部との間で実施される。それぞれのシリンダ２の点火順序次第で、吸気装置内に振動が発生する。給気の膨張は、それぞれの燃焼室に関して連続的に吸気装置内で、しかし必ずしも均等にではなく、達成可能である。これにより、燃焼室内への流入時の給気温度、ひいては燃焼室内の燃料／空気混合物の温度は、低下可能であるので、機関出力は、燃料消費率を同時に低下させながら、向上可能である。
【００２０】
本発明において、吸気管路内の振動する空気は、比較的低温の膨張期間中に混合気形成のために吸い込まれる。これにより、燃焼室内の燃料／空気混合物の温度は低下する。このことは、効率の明らかな向上を意味する。６気筒水平対向機関の最大の出力時、燃料消費の減少は、約１５％に達する。
【００２１】
本発明は、ここで説明する膨張式吸気装置（Ｅｘｐａｎｓｉｏｎｓｓａｕｇａｎｌａｇｅ）あるいはエクスパンションインテークユニット３が、６つ又は４つのシリンダを備える内燃機関１のために良好に適していることを特徴とする。過給式の６気筒機関の場合、分配器管長さＬＶは次式により規定される：
【数４】
2010533810.tif 000006
【００２２】
過給式の４気筒機関の場合、膨張式吸気装置が有利な結果を達成できる分配器管長さＬＶの範囲は、次式により規定される：
【数５】
2010533810.tif 000007
【００２３】
ただし、ＬＳは、プレナム６と図示しないシリンダヘッドとの間の吸気管長さに相当する。値ＬＶは、分配器管長さを表し、各実施の形態によりそれぞれ異なる値に規定可能である。ＬＶは、第１及び第２のプレナム６間の結合管の管長さである。図３あるいは図５に示すような容器４ｃあるいは１１を備える実施の形態では、ＬＶは、分配器管区分の合計ＬＶ＝ＬＶ１＋ＬＶ２である。さらにｎＮは、最大の出力が達成される、内燃機関の定格回転数に相当する。
【００２４】
可変の横断面積ＡＶ（ｘ）を有する分配器管４の場合、結合管の内容積ＶＶは、次式により規定可能である：
【数６】
2010533810.tif 000008
【００２５】
ただし、ｘは管中心線に沿った経路座標（Ｗｅｇｋｏｏｒｄｉｎａｔｅ）である。ＡＶ（ｘ）が平均の横断面積ＡＭの２倍より大きい領域は、管としてではなく、容器として評価され、管長さＬＶ及び等価の結合管直径ＤＶの計算には算入されない。
【００２６】
以上、次式にしたがって等価の結合管直径ＤＶが得られる：
【数７】
2010533810.tif 000009
【００２７】
図２に示した第１の実施の形態では、分配器管長さＬＶは両プレナム６間の間隔と同一視されるべきである。図３に示した第２の実施の形態では、分配器管長さＬＶは、両区分の長さＬＶ１及びＬＶ２からなり、図４に示した第３の実施の形態では、分配器管長さは、分配器管の弧の長さに相当する。図５に示した第４の実施の形態では、分配器管長さＬＶは、両区分長さＬＶ１及びＬＶ２からなる。図６に示した第５の実施の形態では、分配器管長さＬＶは、両プレナム６間の間隔と同一視されるべきであり、図７に示した第６の実施の形態では、分配器管長さは分配器管の弧の長さに相当する。
【００２８】
本発明において、上記式に基づいた膨張式吸気装置３の設計時、燃焼室の吸気開口における有利な低温が得られる。特に分配器管長さが約４４０ｍｍであり、等価の分配器管直径ＤＶが５０ｍｍ若しくは６０ｍｍであるか、又は５０〜６０ｍｍの間にあるとき、高い膨張度が調整可能である。吸気管７は、２００又は１５０ｍｍを下回る、有利には１１０〜１４０ｍｍの間にある長さＬＳを有する。したがって、分配器管長さＬＶの構成は、等価の分配器管直径ＤＶに基づいて、分配器管長さＬＶに対する等価の分配器管直径ＤＶの比が０．０５〜０．１４の範囲、特に０．０６〜０．１３の範囲にあるように選択されなければならない。６気筒機関の場合は、特に吸気管長ＬＳが１５０ｍｍより短いとき、０．０６６、０．１１４若しくは０．１３６の比又はこれらの値の間にある比が、本発明における最適な結果に至ることが判っている。
【００２９】
ここで説明する内燃機関１は、４サイクル原理で作動する。本発明はやはり２サイクルの内燃機関にも適している。ピストンの長手方向運動は、上側の死点ＯＴと下側の死点ＵＴとの間にわたる。４サイクルの内燃機関１の第１の吸気サイクル中、燃焼室に入口通路あるいは吸気管７を通して燃焼空気が供給される。ピストンは下降運動して、下側のガス交換死点まで運動する。続いての圧縮サイクル中、ピストンは上昇運動して、点火が行われる上側の点火死点ＺＯＴまで運動する。その後、ピストンは下降運動して、下側の死点まで膨張する。最後のサイクルでピストンは上昇運動して、上側のガス交換死点ＬＷ−ＯＴまでガスを燃焼室から押し出す。
【００３０】
図２に示したプレナム６は、分配器管４に接続されている。この分配器管４は、燃焼空気がそれぞれの燃焼室に、空気案内通路５内に支配する給気圧より低い給気圧がプレナム６内に支配する時点で供給されるように形成されている。本発明に係る吸気装置３により達成される効果を説明するために、図８には、内燃機関１のプレナム６あるいは吸気管７内の幾つかの空気状態曲線が示されている。図８の上図に示すように、吸気側の最大の弁ストロークは、吸気サイクルの後半、すなわち上側のガス交換死点ＬＷ−ＯＴ（Ｌａｄｕｎｇｓｗｅｃｈｓｅｌ−Ｔｏｔｐｕｎｋｔ）と下側の死点ＵＴとの間に調整される。図８の中図に示すように、燃焼空気の温度は、吸気サイクルの後半においてプレナム６内の膨張により最小の温度値Ｔｍｉｎを有する。本発明は、本発明に係る吸気装置３が、燃焼空気吸込みの時点で吸気装置３、特にプレナム６及び吸気管２内を気体力学な膨張が支配するように設計されていることを特徴とする。これにより、燃焼空気は、燃焼室に流入するとき、実質的に低い温度Ｔｍｉｎを有する。
【００３１】
図３には、分配器管４の中央に分配器モジュール４ａの代わりに容器４ｃが設けられている第２の実施の形態が示されている。本実施の形態では、分配器管長さＬＶは、それぞれのプレナム６と容器４ｃとの間の間隔からなる。図４に示した第３の実施の形態では、本発明に係る内燃機関１は、列型に配置された、やはり６つのシリンダを有する。吸気装置３は、３つの前側のシリンダ２ａのために第１のプレナム６ａが設けられており、残りの３つのシリンダ２ｂのために第２のプレナム６ｂが設けられているように、燃焼空気が分配されるように形成されている。加えて分配器管４は、弧状に形成されており、分配器管長さＬＶは、弧の長さに相当する。本発明において、分配器管４は、シリンダ配置及び機関構造形式次第で、本発明の範囲内で、考え得るあらゆる形態、例えば弧状、直線状若しくは折線状に、又はそれぞれ異なる形態の組み合わせとして形成されていてよい。
【００３２】
第３の実施の形態の変化例は、図５に第４の実施の形態として示されており、本実施の形態では、分配器管４が２つの区分に分割されており、空気案内通路５とそれぞれの分配器管区分１０との間に容器１１が配置されている。本実施の形態では、分配器管長さＬＶは、両分配器管区分長さＬＶ１及びＬＶ２からなる。
【００３３】
図６に示した本発明の第５の実施の形態では、プレナム６間に付加的な分配器管１２が配置されている。この付加的な分配器管１２は、切換え部材、本実施の形態ではフラップ１３として形成されている切換え部材によって、機関パラメータに基づいて切換え可能である。付加的な分配器管１２内に配置される切換えフラップ１３によって、等価の分配器直径ＤＶの大きさは調整可能である。これにより、給気の達成可能な膨張は、内燃機関１の回転数に依存して調整可能である。切換えフラップ１３を備える付加的な分配器管１２の配置は、前述のすべての実施の形態においてもやはり可能である。分配器管の形態次第で、１つ又は２つの付加的な分配器管１２が、適当な箇所に、等価の分配器直径ＤＶの大きさを調整するために配置可能である。図７に示した第６の実施の形態は、図４に示した第５の実施の形態の変化例である。
【００３４】
図１２には、膨張した給気が燃焼室内へ流入し終わった後の、燃焼室内の給気温度ＴＢの曲線の一例が示されている。図１２の３つの図面には、内燃機関１の回転数に基づくそれぞれ異なる温度値が示されている。これにより、付加的に切換え可能な分配器管１２によって、内燃機関の運転パラメータ、例えば回転数に基づいて、所定の等価の分配器直径ＤＶが調整され、これにより給気の調整された膨張が達成可能である。したがって、運転パラメータに基づいた、燃焼室内への流入時点での給気の最低の温度の調整が可能となるので、内燃機関１のその都度の運転点における最適な効率が生じる。
【００３５】
以下に、本発明に係る膨張式吸気装置３及びその形態の細部について、詳説する。図１に示した吸気装置３の、図９に示した寸法比の概略図は、図１２に示した給気の温度曲線に依拠して導き出される。図９に示した三角形は、図１２に示した給気の低い温度値を有する温度範囲を示す。ここで、分配器管長さＬＶは、等価の分配器管直径ＤＶに基づいて、交点が図９に示した三角形内に生じるように選択可能である。このような設計により、本発明に係る膨張式吸気装置３において、燃焼室の入口に、図１２に示した適当な給気温度ＴＭｉｎが生じる。
【００３６】
吸気装置３の幾何学的な形態は、給気振動の膨張期間が図８上図に示した第２の吸気行程の後半にあるような給気膨張に至る。吸気行程の後半には、図８に示すように、膨張期間において給気の最低の温度値が生じる。比較的低温の吸い込まれるエアマスによって、本発明において、比較的低温での燃焼室シリンダ充填が生じる。この効果は、図１１に示すように早め方向にノッキング限界をシフトさせ、より進んだ方向の点火を可能とする。
【００３７】
したがって、機関出力は、内燃機関１の点火時点がより高温のシリンダ充填時に比べて進んだ方向に調整されることによって、向上可能である。このことは、大幅な出力ゲインに至る。達成されるより低いノッキング傾向によって、内燃機関の圧縮比の上昇が可能である。
【００３８】
吸気装置３内で行われる膨張を補償するために、圧縮機８によって、従来慣用の過給式の内燃機関の場合より高い、適合された給気圧が調整される。本発明に係る膨張式吸気装置３による給気圧の上昇は、通常の吸気装置の場合より、例えば０．１５〜０．３バール高い。このような給気圧の上昇によって、給気冷却器９の上流で約１０度の給気温度上昇が生じ、給気冷却器９の下流で約２〜３度の吸気温度上昇が測定される。
【００３９】
したがって、調整された膨張によって、給気温度のさらなる低下が生じるので、燃焼室の入口に、所望の給気圧レベルを維持した状態で、図８及び図１０に示す通常の温度より低い給気温度が生じる。それゆえ、燃焼室内へのより高い空気装入量が維持されると同時に、図１０及び図１１に示した内燃機関１のノッキング限界のシフトによる出力向上が達成される。
【００４０】
本発明は、複数のシリンダ２及び吸気装置３を備え、吸気装置３が少なくとも１つの分配器管４と、複数の吸気管７と、２つのプレナム６とから形成されており、それぞれのプレナム６が分配器管４と吸気管７との間に配置されている過給式の内燃機関１に関する。燃焼空気は吸気装置３に向かって、分配器管４に開口する空気案内通路５を介して圧送され、燃焼空気の給気圧は圧縮機８からの流出後、内燃機関１の燃焼室内への流入までに低下される。
【００４１】
本発明では、分配器管長さＬＶが等価の分配器管直径ＤＶに基づいて、給気圧の低下が吸気装置３内で膨張により達成可能であるように寸法設定されており、膨張がプレナム、それぞれの吸気管７及び／又は分配器管４内で実施されるようにした。本発明は、４つ又は６つのシリンダを有する水平対向構造の機関、特に調節可能なタービンジオメトリを有する排ガス式ターボチャージャを備える水平対向型機関のために適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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