JPS6254966B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関を過給するためのガスダイ
ナミツクな圧力波発生器内の制御装置であつて、
圧力波発生器の高圧排ガス通路が、隔室ロータの
ケーシング内への連通部の手前で、所定の運転状
態において分岐流で高圧排ガスを分岐させるため
のガスポケツトを有している形式のものに関す
る。

300℃以下の無負荷運転温度範囲で過給式内燃
機関のガスダイナミツクな圧力波発生器の掃気作
用を良くするためにはガスポケツトが用いられ、
該ガスポケツト内には圧力波発生器内に流入する
高圧排ガスの一部が分岐されるのに対して、高圧
排ガスの残りの部分は直接ロータの隔室内に流入
して、本来の圧縮作業を行なう。このような設計
のばあい圧縮作業を行なう高圧排ガス部分は全負
荷運転のばあいこのために必要な過給圧力を生ぜ
しめる。

これに対して圧力波発生器が例えば乗用車のた
めにかつ低い全負荷回転数のために最良に設計さ
れているばあいには、圧力波発生器は高い全負荷
回転数のばあい過度に高い過給圧力を供給する。
従つてこのような使用のばあいガスポケツトに対
する流入部は無負荷運転温度範囲では掃気作用を
良くするためにかつ高い全負荷回転数の温度範囲
では過度に高い過給圧力を減少させるために開放
され、かつ低い全負荷回転数の温度範囲では閉鎖
されねばならない。

つまり燃焼空気のために搬送特性を申し分なく
適合させるためには、ガスポケツト流入部は前述
のことに相応して制御されねばならない。

スイス国特許第330610号明細書から公知の提案
は、過度に高い過給圧力又は圧力波発生器を通し
て導びかれる高圧排ガス流を過圧負荷軽減装置、
例えば自動的に開放されるフラツプによつて減少
させるようにして前記の制御を行なうことを目指
している。このばあい過剰の過給空気は大気中に
放出されるかもしくは高圧排ガスの一部が圧力波
発生器内に流入する前に分岐流導管又は短絡導管
を介して直接低圧排ガス導管内、即ち排気導管ひ
いては大気中に排出される。

しかし機関のその都度の空気需要に圧力波発生
器の搬送特性を適合させるための公知の措置はそ
の作用形式の点で不完全である。何故ならば前記
措置ではガス流もしくは空気流の連続的な制御を
実施できないからである。前記措置では所定の圧
力で開放および閉鎖され、更に場合によつてはフ
ラツプもしくは弁による速度および横断面に関連
した絞り作用によつて流過量の所定の適合を行な
う。特に前記措置では、最良の運転特性のために
同様に制御値として使用されねばならない温度は
考慮されていない。このために、ユニツトのエネ
ルギ勘定のためのもしくは隔室ロータ内での掃気
作用のための、排気部内に流入するガスのエネル
ギおよび放出される過給空気のエネルギが失なわ
れるからである。

運転安全性の立場から見れば、記述の放出装置
もしくは分岐流装置は高い温度によつてかつピ
ン、ばね、レバーおよび類似のもののような構成
部材の頻繁な操作によつて著しい摩耗にさらされ
しかも排ガスのばい煙によつて重大な汚染にさら
され、従つて故障し易い。

本発明の課題は、ガスポケツト流入部を全運転
範囲に亘つてできるだけ経済的に機関負荷に関連
して制御できるようにすることにある。前記機関
負荷は隔室ロータ内への流入部の手前の高圧排ガ
スの温度の関数であるので、前記制御を行なうた
めの装置はガスポケツト流入部の横断面を温度に
関連して変える必要がある。

前記課題は本発明によれば、圧力発生器のケー
シング内で縁部に沿つて固定的に緊定された、温
度が変化したばあいに彎曲変形を行なうフラツプ
が高圧排ガス通路内に設けられており、前記フラ
ツプ高圧排ガス通路とガスポケツトとの間の仕切
り壁を形成しており、かつ前記フラツプの温度に
関連した彎曲変形の大きさおよび経過が圧力波発
生器のために所望される温度に関連したガスポケ
ツト流入部横断面の開放特性に等しくされている
ことによつて解決された。

本発明では前述の高圧排ガスの温度は、上記公
知の装置の欠点を回避するために、ガスポケツト
流入部の制御のために使用される。

次に図示の実施例につき本発明を説明する。

第１図および第２図は貨物自動車デイーゼル機
関における本発明の使用に関するものであり、前
記貨物自動車デイーゼル機関の圧力波発生器は、
該圧力波発生器が全負荷温度のばあい完全出力の
ために必要な過給圧力を供給するようにかつガス
ポケツト流入部の横断面が20℃の室温のばあいの
最大値から無負荷運転温度範囲の約350℃の上側
の限界に達するまで連続的に減少させられるよう
に設計されている。ガスポケツトの制御しようと
する流入部横断面と温度との間の関係は第１図の
図表では実線１によつて図示されている。前記図
表では横軸が隔室ロータ内への流入部の手前の高
圧排ガスの温度をかつ縦軸が完全な開放横断面Ａ
_naxの百分率でガスポケツト流入部の横断面Ａを
並びに制御部材によつて描かれる距離Ｆを最大振
れＦ_naxの百分率で図示している。

ガスポケツトの流入部横断面の前記の温度に関
連した制御を実施する装置は第２図で図示されて
おり、この第２図は隔室ロータ４内への流入部に
おける高圧排ガス通路３を有するケーシング２の
一区分を示しており、前記隔室ロータ４の回転方
向は矢印５によつて示されている。高圧排ガス通
路３の端部は公知の形式でガスポケツトを形成す
るために拡大されており、該ガスポケツト６内に
は前負荷温度に達するまで、前記運転範囲におい
て掃気作用を良くするために、量的な多さの差こ
そあれ高圧排ガスの一部が高圧排ガス通路から分
岐される。

ガスポケツト流入部の温度に関連した制御はバ
イメタルフラツプ７によつて生ぜしめられ、該バ
イメタルフラツプ７はガスポケツト６の幅全体に
亘つてのびるウエブ８に固定的に緊定されてい
る。バイメタルフラツプ７を構成するバイメタル
構成要素の対および室温でのバイメタルフラツプ
７の形状は、バイメタルフラツプが室温でガスポ
ケツトに対する完全な流入部横断面を開放しかつ
圧力波発生器を高速運転したばあい前記流入部横
断面を温度が増大するにつれて徐々に縮少し、最
終的に遮断するように選ばれている。第２図では
20℃の室温での出発位置を実線でかついくつかの
中間位置並びに700℃の仮想の最大温度における
位置を一点鎖線で図示している。

バイメタルフラツプ７の所望の温度に関連した
開放特性、即ちバイメタルフラツプ７の温度に関
連した変形は種々の措置によつて、例えばバイメ
タルフラツプの両構成要素を適当に選択すること
によつてかつフラツプ長さに亘つてバイメタルフ
ラツプの壁厚さを連続的および（または）断続的
に変えることによつてかつフラツプ長さに亘つて
種々のおよび（または）異なる長さのバイメタル
対を相前後して接続することによつてかつ同じか
又は異なるバイメタル対を左右を変えて相前後し
て接続することによつてかつ前記措置を組み合わ
せることによつて得られる。

第１１ａ図、第１１ｂ図、第１１ｃ図、第１１
ｄ図では横断面でこのような組み合せのいくつか
の実施例を図示しており、このばあい膨張係数の
値が零か又は最小の構成要素（この場合通常アン
バ合金である）は陰線を付けられていないか又は
黒く塗られていない。異なる別の構成要素は黒く
塗られているか又は異なる陰線を付けられてい
る。

第１図の実線１は理想的な形式で温度ｔの関数
としてガスポケツトの流入部横断面の所望の経過
を示している。これによれば横断面は約100℃ま
ででわずかな値だけ、即ち約５％だけ減少させら
れ、次いで350℃の温度に達するまでにフラツプ
はほぼ完全に閉じられかつ400℃の温度でフラツ
プは完全に閉じられる。

第１図の第２の実線９は同様に理想的な形式
で、第２図によるガスポケツト流入部の制御のた
めに利用されるような実験により調べられたバイ
メタルフラツプの温度に関連した変形経過を示し
ている。20℃から700℃までの温度範囲における
バイメタルフラツプ７の自由端部の完全な彎曲は
第２図でＦ_naxで示されているのに対して、第１
図では縦軸ＦとしてＦ_naxの百分率で示されてい
る。このようなバイメタルの縁部彎曲の経過はほ
ぼ100℃および350℃で明白な座屈個所（いずれに
せよ理想的な図よりもわずかに鋭い）を示してい
る。

第３図および第４図による図表および装置は乗
用車用のデイーゼル機関における本発明による制
御装置の使用に関する。

冒頭に述べたことに相応してこのばあいほぼ
500℃〜700℃の温度範囲における全負荷のばあい
の過度に高い過給圧力は減少させねばならない。
このことはガスポケツト内に高圧排ガスの一部を
導出することによつて行なわれ、高圧排ガスはガ
スポケツトからロータの隔室を介して直接排気導
管内に達する。前記制御特性のばあいバイメタル
フラツプ１０は室温で閉じられかつほぼ500℃の
排ガス温度で次のような位置つまり、この位置か
ら出発して温度が増大するにつれてガスポケツト
流入部がどんどん開かれるような位置に達する。
ほぼ700℃ではバイメタルフラツプは最大の振れ
を得る。前記位置で流入部横断面を安定させるた
めに、流れ分配部材１１が設けられている。前記
流れ分配部材１１は所望されているフラツプの振
れを制限する。何故ならば高圧排ガスの減少され
た主流およびこれによつて減少された空気過剰率
に基づいて機関内で排ガス温度が一層増大しかつ
フラツプの振れが尚一層大きくなるからである。

しかしこの実施例のばあいにも始動のためにお
よび無負荷運転中に掃気作用を良くするために高
圧排ガスがガスポケツト内に分岐されねばならな
いので、本実施例では自体公知の形式のガスポケ
ツト通路１２が設けられており、該ガスポケツト
通路１２は前記運転段階でガスポケツト内への高
圧排ガスの流入を可能にする。

前記装置の特性は第３図の図表で図示されてい
る。第１図におけるように縦軸ＡおよびＦはガス
ポケツト流入部の横断面もしくはバイメタルフラ
ツプ１０の自由縁部の彎曲をＡおよびＦの最大値
の百分率で示している。実線１３は流入部横断面
Ａの開放500℃で始まりかつ700℃で終了すること
を示している。バイメタルフラツプ１０の出発位
置は室温でガスポケツトの内部を占め、500℃の
温度に達したばあいにバイメタルフラツプ１０は
ガスポケツトから走出し、次いで実線１３によつ
て示された経過に従つて流入部横断面Ａを開放す
る。彎曲Ｆの経過は実線１４によつて示されてい
る。

第５図および第６図は２つの異なるバイメタル
対から構成されたバイメタルフラツプ１５に関
し、該バイメタルフラツプ１５は例えば、第４図
による実施例によるガスポケツト通路１２が全負
荷および低回転数での運転特性を妨たげるばあい
に、乗用車デイーゼル機関のために使用される。

第５図では実線１６は再びガスポケツトの流入
部横断面の温度に関連した所望の開放経過を示し
ているのに対して、実線１７および１８は構成さ
れたバイメタルフラツプ１５のバイメタル区分１
９および２０の彎曲Ｆを示している。実線１７
は、ほぼ350℃までで著しく彎曲するバイメタル
区分１９によつて実現されるのに対して、第２の
バイメタル区分２０は前記温度範囲で一点鎖線に
よつて示されたわずかな彎曲しか行なわない。従
つて前記温度範囲の最後ではバイメタルフラツプ
１５は第６図で鎖線で図示された各位置を占め
る。即ちガスポケツト流入部を完全に遮断する。
ほぼ350℃から700℃の間の上側の温度範囲では両
バイメタル区分は反対の特性を有しているので、
今やバイメタルフラツプ１５は温度が上昇するに
つれて一点鎖線の終端位置に相応して再び戻し彎
曲されかつ上側の温度限界に達したばあいに、過
給空気圧力を減少させるために、ガスポケツト内
への流入部を所望の程度で開放する。

第７図および第８図は第６図による装置に適し
たバイメタルフラツプ２１および両構成要素２
２，２３の熱膨張係数の所属の図表を示してい
る。前記バイメタル対の作用は第６図による装置
におけるバイメタルフラツプ１５の組合わされた
対の作用に相応している。構成要素２２に属する
係数α２２は下側の温度範囲で著しく上昇しかつ
上側の温度範囲でほとんど一定に維持される。α
２３は反対の特性を有しているので、このように
構成されたバイメタルは全温度範囲を通過したば
あい再び逆向きに彎曲させられかつ最終的に、第
６図による装置のために所望されているように、
Ｓ字形の形状をとる。

第９図はバイメタルフラツプ２４の配置形式を
概略的に示している。ガスポケツトは本図面では
符号２５でかつ高圧排ガス通路を取り囲むケーシ
ングを符号２６でかつ隔室ロータを符号２７で示
している。

第１０ａ図、第１０ｂ図、第１０ｃ図、第１０
ｄ図は例えばケーシング内でのバイメタルフラツ
プの固定の可能性を示している。

第１１ａ図、第１１ｂ図、第１１ｃ図、第１１
ｄ図はすでに述べたように、種々のバイメタル対
の組み合わせを示している。構成要素の対又は長
さ又は厚さの選択に応じて前記形式で局所的に異
なる彎曲を得ることができかつこれによつてガス
ポケツト流入部の横断面制御の所望の経過に対し
てバイメタルフラツプの縁部彎曲の横断面制御の
ために必要な温度に関連した経過を適合させるこ
とができる。

ガスポケツト流入部の温度に関連した制御のた
めの別の手段として、特にこのようなフラツプが
連続的に制御されるのではなく、段階的又は急激
な開放で十分であるばあいには、形状記憶合金か
ら成るフラツプも考慮される。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
１図は貨物自動車デイーゼル機関におけるガスポ
ケツト制御の開放特性を示す図表、第２図は第１
図による開放特性を実現するための装置を示す
図、第３図は乗用車デイーゼル機関におけるガス
ポケツト制御の開放特性を示す図表、第４図は第
３図による開放特性を実現する装置を示す図、第
５図は機関の全運転範囲をおおう開放特性を示す
図表、第６図は第５図の開放特性に属する装置を
示す図、第７図は第６図による装置のための、制
御部材として用いられるバイメタルフラツプの概
略図、第８図は第７図によるバイメタルフラツプ
の構成要素の膨張係数の温度に関連した経過を示
す図表、第９図はガスポケツトの手前でのバイメ
タルフラツプの配置形式を示す概略図、第１０図
は圧力波発生器のケーシング内におけるバイメタ
ルフラツプの種々の固定の可能性を示した図、第
１１図はバイメタルフラツプの種々の実施例図で
ある。 １，９，１３，１４，１６，１７，１８……実
線、２，２６……ケーシング、３，２５……高圧
排ガス通路、４，２７……隔室ロータ、５……隔
室ロータの回転方向を示す矢印、６……ガスポケ
ツト、７，１０，１５，２１，２４……バイメタ
ルフラツプ、８……ウエブ、１１……流れ分配部
材、１２……ガスポケツト通路、１９，２０……
バイメタル区分、２２，２３……構成要素、α２
２，α２３……係数。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関を過給するためのガスダイナミツク
   な圧力波発生器内の制御装置であつて、圧力波発
   生器の高圧排ガス通路が隔室ロータのケーシング
   内への連通部の手前で、所定の運転状態において
   分岐流で高圧排ガスを分岐させるためのガスポケ
   ツトを有している形式のものにおいて、圧力波発
   生器のケーシング２内で縁部に沿つて固定的に緊
   定された、温度が変化したばあいに彎曲変形を行
   なうフラツプ７，１０，１５，２４が高圧排ガス
   通路３内に設けられており、前記フラツプ７，１
   ０，１５，２４が高圧排ガス通路３とガスポケツ
   ト６との間の仕切り壁を形成しておりかつ前記フ
   ラツプ７，１０，１５，２４の温度に関連した彎
   曲変形の大きさおよび経過が、圧力波発生器のた
   めに所望される温度に関連したガスポケツト流入
   部横断面の開放特性に等しくされていることを特
   徴とする内燃機関を過給するためのガスダイナミ
   ツクな圧力波発生器内の制御装置。 ２ フラツプ７，１０，１５，２４がバイメタル
   から構成されている特許請求の範囲第１項記載の
   制御装置。 ３ バイメタルフラツプ７，１０，１５，２４が
   種々のバイメタル対の組合わせから構成されてい
   る特許請求の範囲第２項記載の制御装置。 ４ バイメタルフラツプ１５が互いに接続された
   ２つのバイメタル対１９，２０から構成されてお
   り、該バイメタル対の彎曲変形が逆方向に行なわ
   れるようになつており、このばあい第１のバイメ
   タル対１９が低い温度範囲で第２のバイメタル対
   ２０よりも著しく大きい彎曲変形を行なうのに対
   して、第２のバイメタル対２０の彎曲変形が高い
   温度範囲で第１のバイメタル対１９の彎曲変形よ
   りも著しく大きくされている特許請求の範囲第３
   項記載の制御装置。 ５ バイメタルフラツプ２１の第１の構成要素２
   ２の熱膨張係数が下側の温度範囲で著しく増大し
   かつ上側の温度範囲で極めてわずかか又は全く増
   大しないのに対して、第２の構成要素２３はその
   熱膨張係数に関して下側の温度範囲で極めてわず
   かか又は全く増大せずかつ上側の温度範囲で著し
   く増大するようになつている特許請求の範囲第２
   項記載の制御装置。 ６ 完全に開放されたバイメタルフラツプ位置の
   範囲で高圧排ガス通路内に配置された流れ分配部
   材１１と、ガスポケツトに対する流入部がバイメ
   タルフラツプ１０によつて遮断されたばあいにガ
   スポケツトに高圧排ガスを供給するためのガスポ
   ケツト通路１２とを有している特許請求の範囲第
   ２項記載の制御装置。