(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャ付きピストンエンジン（１）に空気を送る装置であって、１個以上のシリンダ（３）に空気を送るように配置された少なくとも１個のターボ過給装置（４）と、前記ターボ過給装置に接続された空気室（２）と、前記空気室から前記ピストンエンジンの各シリンダ（３）へ通じる流路装置（５）とを含み、前記空気室（２）における圧力の脈動を減衰させるために、共鳴装置（６）が前記空気室に接続されて配置されている装置において、
前記共鳴装置は、前記ピストンエンジンの回転速度の三次高調波またはそれ以下の周波数で現れる圧力の脈動を主として減衰するように配置されていることを特徴とするターボチャージャ付きピストンエンジンに空気を送る装置。
【請求項２】
前記ターボ過給装置が前記空気室の第１の端部に接続され、前記共鳴装置（６）が前記空気室の第１の端部（２′）とは反対側の別な端部（２″）で実質的に作動するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記共鳴装置（６）が、前記空気室（２）に開放するように配置された１個あるいは数個の細長い要素（８，９，１０）から形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記空気室が一連のシリンダの方向に対して垂直な所定の断面積を有するように配置され、前記共鳴装置（６）の空間の断面積が前記空気室（２）の断面積の５０％より小さいことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記共鳴装置（６）の空間の断面積が前記空気室（２）の断面積の３０％より小さいことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記共鳴装置（６）が、前記エンジンの空気室（２）内へ開放している共鳴室（１５）から形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項７】
前記共鳴装置（６）が、適当に運動可能な隔膜等（１１）のような機械的発振器並びに該発振器を動かすように設けられた作動装置（１２）から形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項８】
前記共鳴装置が、エンジンブロック（１０）および（または）空気室（２）の構造体に接続されて配置されていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記共鳴装置（６）の作動が外部から制御可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の空気を送る装置。
【請求項１０】
ターボチャージャ付きピストンエンジン（１）を作動させる方法であって、燃焼空気が、ターボ過給装置（４）によって大気圧よりも高い圧力で、前記ターボ過給装置に接続された空気室（２）内へ送られ、該空気室（２）の内部に共鳴装置が配置され、空気が前記空気室（２）から、該空気室に接続されたシリンダ（３）まで、該シリンダと前記空気室との間の流路装置（５）を通して送られる方法において、
前記空気室において圧力の脈動が形成され、該脈動は、前記ピストンエンジンの回転速度の三次高調波あるいはそれ以下の周波数で現れる前記空気室の脈動より半波長だけずれていることを特徴とする過給器付きピストンエンジンを作動させる方法。
【請求項１１】
前記エンジンがミラー法（Ｍｉｌｌｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ）に従って作動し、前記ターボ過給装置がエンジンの排ガスのエネルギを利用して作動することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記圧力の脈動が前記ターボ過給装置（４）の結合位置とは反対側の空気室の端（２″）に主として形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記共鳴装置（６）がエンジンの回転速度に従って制御され、それによって前記共鳴装置は、各速度で、前記ピストンエンジンの回転速度の三次高調波あるいはそれ以下の周波数で現れる圧力脈動を実質的に減衰させるように制御されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は過給器付きピストンエンジンにおいて空気を送る装置であって、１個以上のシリンダに空気を送るように配置された少なくとも過給装置と、前記過給装置に接続された空気室と、前記空気室からピストンエンジンの各シリンダへ達する流路装置とを含む空気を送る装置に関する。
【０００２】
本発明は、また過給器付きピストンエンジンを作動させる方法であって、燃焼空気が過給装置に接続された空気室内へ大気圧よりも高い圧力で該過給装置によって送られ、空気が前記空気室から、シリンダと空気室との間の流路装置を介して空気室に接続されたシリンダまで導かれる過給器付きピストンエンジンに関する。
【０００３】
【従来の技術】
圧力振動はピストンエンジンの吸気流路において発生することが知られており、吸気ノイズを緩衝する各種の解決法が開示されてきた。ドイツ国特許公報第１９６４１７１５号において、吸気流路と並列に接続された共鳴器が示されている。共鳴器には長さおよび直径が可変の接続チューブが設けられている。この種の解決法においては、始点は吸気流路から周りの環境に放出されたノイズを減衰することである。しかしながら、このことはエンジン自体の可能性のある圧力脈動に対処することができない。他方、シリンダあるいは燃焼室内へのガス進入を高めるために自然に吸気されたエンジンに接続された各種の共鳴器が提案された。例えば米国特許第５５７２９６６号を参照。自然に吸気されたエンジンとは対照的に、前記提案されたエンジンにおいては、給気圧を選択することが可能である。このように、平均での所望量のガス混合物がシリンダに供給することが可能であるが、依然としてシリンダの不均一なチャージは圧力の脈動による問題として残っている。
【０００４】
更に、過給器付きのマルチシリンダのピストンエンジンにおいても、例えば所謂ポンピング現象である、問題のある作動の乱れが注目された。ポンピング現象において、圧力の脈動は過給器の作動点をサージ領域まで繰り返し動かす。ある型式のエンジンにおいては、弁はグループとして作動し、空気室において強力な脈動を発生させ、過給器の作動を阻害し、従ってエンジンの作動に悪影響を与える。
【０００５】
更に、空気室における圧力の脈動はシリンダの注入にも悪影響を及ぼす。それは各入口弁の近傍で圧力レベルが変動するからであり、シリンダにおける残りの空気の量は入口弁が閉鎖した場合局所的な圧力レベルによって規制される。局部的な圧力レベルは特に過給器付きのエンジンにおいては相当に変動しうる。
【０００６】
特に所謂ミラー法（Ｍｉｌｌｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ）を適用した過給器付きエンジンにおいて、特に下死点の前のサイクルにおいて入口弁を閉鎖した場合、およびまた弁が同時に開放した時の弁のタイミングが前述のポンピング現象を増大させることが判明している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はピストンエンジン内へ空気を送る装置と、過給器付きピストンエンジンを作動させる方法であって、周知の技術を進展させ、従来技術の前述および好ましくはその他の欠点を最小にすることが可能な装置と方法とを提供することである。特に本発明の意図するところは所謂ミラー法を適用したピストンエンジン内へ空気を送るのに適した装置と、そのようなピストンエンジンを作動させる方法とを提供することである。
【０００８】
本発明は特許請求の範囲請求項１に記載の過給器付きピストンエンジンにおいて空気を送る装置と、過給器付きピストンエンジンを作動させる方法とを提供する。本発明の好適な特徴あるいは任意の特徴は特許請求の範囲の従属項に記載されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による過給器付きピストンエンジンにおいて空気を送る装置は１個以上のシリンダに空気を送るように配置された少なくとも１個の過給装置と、前記過給装置に接続された空気室と、前記空気室からピストンエンジンの各シリンダへ達する流路装置とを含む。本発明によると、前記空気室における圧力の脈動を減衰する共鳴装置が前記空気室に接続されて配置されている。共鳴装置はエンジンの回転速度の三次高周波あるいはそれ以下の周波数で現れる圧力の脈動を減衰するために主として配置されるのが有利である。共鳴装置はエンジンの空気室内へ開放している共鳴室を使用して形成してもよい。
【００１０】
過給装置は空気室の第１の端部に接続され、共鳴装置は前記空気室の第１の端部とは反対側の、すなわち第２の端部で実質的に作動するように配置されることが好ましい。このようにして本発明による共鳴装置の効果が最適化される。
【００１１】
本発明の実施例によると、共鳴装置は、各々が空気室内へ開放するように配置されている細長い空間を画成する１個あるいは数個の要素から形成しうる。空気室は一連のシリンダの方向に対して垂直な、ここでは平均面積を意味するある断面積を有するように配置されている。平均の断面積は空気室の全体容積をその全体長さで除することによって得ることができる。実際には、全体的に共鳴装置の空間の断面積は空気室の断面積の５０％より小さく、約３０％より小さいのが有利であることが注目される。
【００１２】
共鳴装置はエンジンブロックおよび（または）空気室の構造に接続して配置される場合その構造および製造に関して有利性を提供する。
【００１３】
共鳴装置は、また機械的発振器および該発振器を運動させる作動装置とを含んでもよい。
【００１４】
過給器付きピストンエンジンと関連した本発明による方法において、燃焼空気は過給装置によって該過給装置に接続された空気室内へ周囲の圧力よりも高い圧力で送られ、空気はシリンダと空気室との間の流路装置を介して空気室に接続されたシリンダまで空気室から導かれる。圧力の脈動は空気室に発生し、前記圧力の脈動はエンジンの回転速度の三次高調波あるいはそれ以下の周波数で空気室の脈動から波長半分だけずれている。必然的ではないが、圧力の脈動は主として空気室における過給装置の結合位置とは反対の側の端部に形成されるのが有利である。
【００１５】
共鳴装置はエンジンの回転速度に従って調整するように制御してもよい。そうであれば、それぞれのエンジン速度で、共鳴装置はエンジンの回転速度の三次高調波あるいはそれ以下の周波数で現れる圧力の脈動を実質的に減衰させるように制御され、従って共鳴装置は常に最適に作動する。
【００１６】
エンジンは所謂ミラー法（Ｍｉｌｌｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ）に従って作動するように配置されるのが有利であって、過給装置はエンジンの排ガスのエネルギを使用して作動する。
【００１７】
本発明を添付図面を参照して例示のみとして以下詳細に説明する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は過給器付きピストンエンジン１を示す。エンジンは所謂Ｖ形エンジンである。判り易くするために、本発明を説明する上で関連する要素のみを図に示している。エンジンはシリンダ３に空気を送るように配置された少なくとも一個の過給装置４を含む。過給装置は、各シリンダに対して少なくとも１個の流路を含む流路装置５を介してそこから空気が各シリンダまで導かれる空気室２に接続されている。過給装置と空気室との間に冷却器のような所望の装置を配置することが可能である。しかしながら、判り易くするためにそのような装置は何ら示していない。空気室はシリンダラインの方向に延びている。過給器４は空気室内へ空気を送り、加圧された空気がそこから各シリンダ３に分配される。空気室の長さは空気が空気室から各シリンダまで導かれる短めの流路５を介して各シリンダ３まで送られうるようなものである。空気室内の圧力脈動を減衰させる共鳴装置６が前記空気室に接続して配置されている。本発明による装置によって、適当な作動、特に過給器付きのエンジンの適正な作動が確実にされる。
【００１９】
図１から判るように、過給装置４は細長い空気室２の第１の端部２′に接続されている。空気室２の第１の端部２′とは反対側の端部２″で実質的に作動するように共鳴装置６が設けられている。図は空気室内へ開放するように配置されたチュ―ブ８、８′のような細長い空間を有する１個あるいは数個の部材を使用して共鳴装置６が形成される態様を示す。空気室は過給装置４と直接連通している空間を形成している。前記空間は一連のシリンダのラインに対して垂直である、この場合平均断面積を意味するある断面積を有するように配置されている。前記平均断面積は空気室の全体容積を全体長さで除することによって画定しうる。
【００２０】
理論的には脈動の減衰に関して、共鳴装置６の振動する空気質量が空気室２における空気質量と対応する場合最適である。そのためには、共鳴装置の空間が空気室の断面積の５０％の断面積を有するような装置が提供される。しかしながら、実際には、全体的に作動に関しては共鳴装置の断面積が空気室の断面積の約３０％であれば有利であることが判明した。このようにして、エンジンの燃焼空気の流れを著しく損なうことなく十分な減衰が達成される。
【００２１】
これらの原理によって寸法を決められたエンジン装置はエンジン用の燃焼空気が過給装置４によって過給装置に接続された空気室２内へ大気圧よりも高い圧力で送られるように作動する。空気室２から空気は、各シリンダを空気室に接続している流路装置５を介して空気室に接続されたシリンダ３まで導かれる。共鳴装置６によって、空気室には圧力の脈動が形成される。脈動はエンジンの回転速度の三次高調波で、あるいはそれ以下の周波数を有する空気室の脈動から波長の半分だけ移行したものである。例えば、毎分１５００回転（ｒｐｍ）の速度で主として回転しているエンジンに対しては、三次高調波の周波数は約７５Ｈｚである。
【００２２】
図１に示すエンジンにおいて、補完する圧力脈動は空気室における過給装置の結合位置とは反対側の端部２″で主として実現される。そのような共鳴チューブ８の寸法は等式
ｆ＝Ｃ／４Ｌ
を使用して簡単に決められる。ｆは同調周波数、Ｃは当該媒体における音速、Ｌは共鳴器の作動長さを意味する。
【００２３】
この種の共鳴チューブ８、８′は、また相互内に数個のチューブを設けることによって実現しうる。その場合、各チュブは一端で閉鎖されており、内側チューブ８′は外側チューブ８内に嵌合されており、そのため開放端が外側チューブ８の閉鎖端と対面している。このように、外部寸法はより短いが、一方作動長さは実質的に同じままである装置を提供することが可能である。
【００２４】
このような方法により、特にターボチャージャである過給器の作動に影響を与える脈動に対して特に顕著な効果を達成することができる。図１において、過給器は排ガス流路７に接続され、排ガスのエネルギによって作動する。本発明による装置は、特にエンジンの入口弁がエンジンの作動サイクルの間ピストンの下死点に達する前に閉鎖するように作動するように配置されたエンジンあるいは方法に関して特に有利である。
【００２５】
図１は、また能動型共鳴装置として作用する、すなわちその作動が制御可能である共鳴装置６の実施例も示す。可動な隔膜１１などのような空気室２に接続された機械的発振器並びにそれを運動させる作動装置１２とが設けられている。この種の解決方法において、本装置の脈動の位相は空気室において支配的な振動から波長の半分だけ移行するように配置されている。このことは、例えば空気室における圧力の脈動の測定値に基づいて作動装置１２の運動を制御する制御装置によって達成可能である。この場合の作動装置もまた、該作動装置に制御情報を送りうる別個のエンジン制御装置１８に接続されている。この種の共鳴装置はエンジンの周囲に対応するように制御されるようにしうる。共鳴装置は、例えば各速度で該共鳴装置がエンジンの回転速度の三次高調波で、あるいはそれ以下の周波数で現れる圧力脈動を実質的に減衰するように制御されるようにエンジンの回転速度に従って調整しうる。
【００２６】
図１は、またその作動が能動的に制御しうる能動型共鳴装置６を実行する別な方法を示している。ピストン装置１６がチューブ８の他端にあり、作動装置１７がチューブ８の作動長さが変更可能なように矢印で示すように前記ピストン装置を運動させるように配置されている。作動装置は、更に前述のように作動装置に制御情報を送る、エンジンの別個の制御装置１８に接続されている。
【００２７】
図２は本発明による過給器付きピストンエンジンの別な実施例を概略図示しており、この図における参照番号は図１のものと対応している。図示したエンジンはインラインエンジンであって、その作動は本発明の局面において、図１に示すエンジンと対応する。図２は共鳴装置６の共鳴器がエンジンの構造の一部として構成されている様子を示す。細長い空間は空気室２の壁９によって少なくとも部分的に形成されている。この目的に対して、エンジンブロック１０の壁を有利に使用することも可能であり、共鳴器はエンジンブロックの鋳造段階で既に構成しておけばよい。このように、図２に示す空気室の下方に、判り易くするための理由で図示していないが、点線で表わしているエンジンブロックがある。この方法により、顕著な利点、とりわけ構造の堅牢さと、省空間との提供を可能にする。
【００２８】
図３は本発明による過給器付きピストンエンジンの第３の実施例を概略図示し、この図においては、参照番号は図１のものに対応する。本発明に関して、図３に示すエンジンの作動は図１に示すものに対応する。図３において、共鳴装置６の共鳴器はエンジンの構造の一部として形成されている。仕切り壁１３等が空気室２内に配置されており、該仕切り壁は空気室から別個の空間を有する室１を分離している。仕切り壁１３は空気室の断面積がその第２の端部２″に向って減少するように有利に配置されている。この例において、壁１３は空気室２に沿った実質的に半分のところから始まっている。前記仕切り壁には細長い開口１４が設けられており、該開口はパイプとして形成してもよい。細長い開口は前記室１５と空気室とを相互に接続する。このような方法によって、流れに関して空気室の、およびまた空気室に接続されて位置している脈動減衰共鳴装置との双方の好ましい形態を提供することが可能であり、一方外部の別な空間は何ら必要でない。この共鳴装置は所謂ヘルムホルツ（Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ）共鳴器の仕方で作動し、その調整は実質的に以下の等式に対応する。
ｆ＝Ｃ／２π√Ｓ／ＬＶ
但し、ｆは同調周波数、Ｃは当該媒体における音速、Ｓは開口１４の直径、Ｌは開口１４の長さ、Ｖは室１５の容積を表わす。
【００２９】
数種の実施例を述べたが、特定の環境の要求に応じて、それらを個々に、あるいは組み合わせて適用することが可能である。
【００３０】
このように、前述した技術的解決法は単に例示であって、本発明は図示した実施例に限定されず、むしろ本発明の数種の修正も特許請求の範囲に入ることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による過給器付きピストンエンジンの実施例を概略図示する。
【図２】本発明による過給器付きピストンエンジンの別な実施例を概略図示する。
【図３】本発明による過給器付きピストンエンジンの第３の実施例を概略図示する。
【符号の説明】
１  ピストンエンジン
２  空気室
３  シリンダ
４  過給装置
５  流路装置
６  共鳴装置
７  排ガス流路
８  チューブ
１１  隔膜
１２  作動装置
１３  仕切り壁
１４  開口
１５  共鳴室
１６  ピストン装置
１８  制御装置
【図１】
0003986294.tif 000002
【図２】
0003986294.tif 000003
【図３】
0003986294.tif 000004