JP2577563B2

JP2577563B2 - 機械式過給機付エンジン

Info

Publication number: JP2577563B2
Application number: JP62134408A
Authority: JP
Inventors: 光夫人見; 潤三佐々木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-05-29
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1997-02-05
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JPS63297728A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、燃焼室内の残留排気ガスを効果的に掃気
し、燃焼性を向上させた機械式過給機付エンジンに関す
るものである。

先行技術過給機付エンジンにおいて、燃焼室内の残留排気ガス
を、過給圧を利用して掃気し、燃焼室内に排気ガスが残
留していることにより燃焼室温度が上昇して、ノッキン
グなどが生ずることを防止して、燃焼性および出力の向
上を図ったものが知られている。たとえば、特開昭61−
185628号公報は、過給機の駆動中に、吸気弁が開弁し始
めてから、排気弁が閉弁し終わるまでの、いわゆるオー
バーラップ期間を、エンジンの運転状態に応じて変化さ
せ、過給気の圧力によって、排気ガスを燃焼室から押出
して、掃気し、燃焼性の向上を図った機械式過給機付エ
ンジンを開示している。

発明の解決しようとする問題点しかしながら、前記公報に開示された過給機付エンジ
ンにおいては、吸気弁は１つしか設けられておらず、カ
ム機構を用いて、この吸気弁の開弁期間を制御すること
により、吸気弁および排気弁のオーバーラップ期間を制
御しているため、その構造が複雑になるという問題があ
った。

発明の目的本発明は、簡単に構造で、低回転低負荷時における燃
焼性を確保するとともに、燃焼室内の残留排気ガスを効
率的に掃気し、燃焼性および出力を向上させることので
きる機械式過給機付エンジンを提供することを目的とす
るものである。

発明の構成本発明のかかる目的は、開時間が互いに異なり、その
上流側の吸気通路が前記機械式過給機の下流側に連通し
た第１吸気ポートおよび第２吸気ポートと、前記第２吸
気ポートと排気バルブの開弁時期とのオーバーラップ期
間を制御するオーバーラップ期間制御手段とを備え、少
なくとも高負荷時においては、前記オーバーラップ期間
制御手段により、前記第１吸気ポートの開時期よりも前
記第２吸気ポートの開時期が早く、かつ、前記オーバー
ラップ期間が、掃気に必要な所定期間となるように制御
され、少なくとも低回転低負荷時には、前記オーバーラ
ップ期間制御手段により、前記オーバーラップ期間が短
くなるように制御されることを特徴とする機械式過給機
付エンジンによって達成される。

本発明によれば、少なくとも高負荷時においては、オ
ーバーラップ期間制御手段により、第１吸気ポートの開
時期よりも前記第２吸気ポートの開時期が早く、かつ、
第２吸気ポートと排気バルブの開弁時期とのオーバーラ
ップ期間が、掃気に必要な所定期間となるように制御さ
れるから、高負荷時において、燃焼室内に残留する排気
ガスを効率的に掃気することが可能となり、また、少な
くとも低回転低負荷時には、オーバーラップ期間制御手
段により、オーバーラップ期間が短くなるように制御さ
れるので、低回転低負荷時における燃焼性を安定したも
のとすることが可能になる。

本発明において、第１吸気ポートおよび第２吸気ポー
トは、ぞれぞれの開時期および閉時期が同一であれば、
それぞれ、複数設けられていてもよい。

本発明の好ましい実施態様においては、機械式過給機
付エンジンは、低回転高負荷時において、第１吸気ポー
トおよび第２吸気ポートの双方が開かれるように、各吸
気ポートを開閉する吸気バルブのタイミングを制御する
手段を備えている。

本発明の別の好ましい実施態様においては、機械式過
給機付エンジンは、低回転低負荷以外の運転状態におい
て、第１吸気ポートおよび第２吸気ポートの双方が開か
れるように、各吸気ポートを開閉する吸気バルブのタイ
ミングを制御する手段を備えている。

本発明の他の好ましい実施態様においては、機械式過
給機付エンジンは、第２吸気ポートの開期間の排気ポー
トの開期間とのオーバーラップ期間が、エンジンの運転
状態にしたがって制御可能なように、第２吸気ポートを
開閉する吸気バルブのタイミングを制御する手段を備え
ている。

本発明の他の好ましい実施態様においては、機械式過
給機付エンジンは、エンジン負荷が大きいほど、第２吸
気ポートの開期間の排気ポートの開期間とのオーバーラ
ップ期間が大きくなるように、第２吸気ポートを開閉す
る吸気バルブのタイミングを制御する手段を備えてい
る。

本発明の他の好ましい実施態様においては、機械式過
給機付エンジンは、さらに、エンジン回転数が大きくな
るにしたがって、第２吸気ポートの開期間の排気ポート
の開期間とのオーバーラップ期間が大きくなるように、
第２吸気ポートを開閉する吸気バルブのタイミングを制
御する手段を備えている。

本発明の他の好ましい実施態様においては、機械式過
給機付エンジンは、さらに、高負荷でかつエンジン回転
数が所定値以上の運転領域においては、エンジン回転数
が大きくなるにしたがって、第２吸気ポートの開期間の
排気ポートの開期間とのオーバーラップ期間が小さくな
るように、第２吸気ポートを開閉する吸気バルブのタイ
ミングを制御する手段を備えている。

本発明の他の好ましい実施態様においては、第１吸気
ポートの開閉時期は一定に設定されて、機械式過給機付
エンジンが構成される。

本発明の他の好ましい実施態様においては、排気ポー
トの開期間とのオーバーラップ期間の小さい第１吸気ポ
ートより、燃焼室内に燃料が供給されるように、機械式
過給機付エンジンが構成される。

また、本発明の他の好ましい実施態様においては、低
回転高負荷運転領域において、第２吸気ポートの開期間
と排気ポートの開期間とのオーバーラップ期間が、クラ
ンク角度で、10度以上に制御されるように、機械式過給
機付エンジンが構成される。

さらに、本発明の他の好ましい実施態様においては、
機械式過給機付エンジンは、低回転高負荷運転領域にお
いて、第２吸気ポートが開いてから上死点までの期間よ
り、下死点後、第２吸気ポートが閉じるまでの期間の方
が小さくなるように、第２吸気ポートを開閉する吸気バ
ルブのタイミングを制御する手段を備えている。

実施例以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例につき、
詳細に説明を加える。

第１図は、本発明の実施例にかかる機械式過給機付エ
ンジンの概略図であり、第２図は、その略上面図であ
る。

第１図および第２図において、エンジン１の燃焼室２
には、第１吸気ポート３および第２吸気ポート４ならび
に排気ポート５が、それぞれ、開口し、第１吸気ポート
３には、第１吸気通路６が、第２吸気ポート４には、第
１吸気通路６とは独立した第２吸気通路７が、排気ポー
ト５には、排気通路８が、それぞれ接続されている。第
１吸気通路６内の第１吸気ポート３の上流には、燃料噴
射弁９が、第２吸気通路６内の第２吸気ポート４の上流
には、開閉制御弁10が、それぞれ設けられている。第１
吸気ポート３、第２吸気ポート４および排気ポート５
は、それぞれ、第１吸気バルブ11、第２吸気バルブ12お
よび排気バルブ13によって、開閉され、本実施例におい
ては、第１吸気ポート３および排気ポート５の開閉タイ
ミングは一定に、第２吸気ポート４の開閉は、その開期
間と、排気ポート５の開期間とのオーバーラップ期間
が、第１吸気ポート３の開期間と、排気ポート５の開期
間とのオーバーラップ期間より大きく、かつ運転状態に
より変え得るように、第２吸気バルブ12の開閉タイミン
グが、設定され、制御されている。第１吸気通路６と第
２吸気通路７とは、燃料噴射弁９および開閉制御弁10の
上流で、吸気通路14に合流し、合流部の上流側の吸気通
路14内には、スロットバルブ15が設けられ、さらに、ス
ロットルバルブ15の上流側には、エアクリーナ16および
エアーフローメータ17が、それぞれ設けられている。ス
ロットルバルブ15と、燃料噴射弁９および開閉制御弁10
の間の吸気通路14内には、機械式過給機18が設けられる
とともに、機械式過給機18をバイパスするバイパス通路
19が設けられ、バイパス通路19内には、バイパス通路19
を開閉する制御弁20が設けられている。コントロールユ
ニット21には、エアフローメータ17の検出した吸入空気
量検出信号、図示しないクランク角センサの検出したエ
ンジン回転数信号などが入力されており、コントロール
ユニット21はこれらの入力信号にしたがって、吸気バル
ブ駆動モータ22および開閉制御弁駆動手段23に、それぞ
れ駆動信号を出力し、吸気バルブ駆動モータ22は、駆動
信号にしたがってウオームギア24を回転させ、運転状態
に応じて、所定のタイミングで、第２吸気バルブ12を開
閉し、開閉制御弁駆動手段23は、駆動信号にしたがっ
て、運転状態に応じて、所定のタイミングで、開閉制御
弁10を開閉する。

第３図は、本実施例におけるエンジン運転領域と開閉
制御弁10の開閉制御との関係を示すグラフであり、第４
図は、本実施例における第１吸気ポート３、第２吸気ポ
ート４および排気ポート５の開閉タイミング、すなわち
第１吸気バルブ11、第２吸気バルブ12および排気バルブ
13の開閉タイミングを示すタイムチャートである。

第３図において、梨地で示す領域Ａは、低回転低負荷
運転領域で、開閉制御弁10を閉じ、第２吸気ポート３か
らは吸気しない運転領域である。低回転低負荷運転領域
においては、過給効果が得られず、第２吸気バルブ12と
排気バルブ13の開弁期間をオーバーラップさせると、か
えって燃焼が不安定になるので、開閉制御弁10を閉じ、
掃気のための第２吸気ポート４を閉じている。斜線で示
す領域Ｂは、開閉制御弁10を開き、第２吸気ポート４か
らの吸気により、燃焼室内の残留排気ガスを掃気する運
転領域である。領域Ａと領域Ｂとの間の領域Ｃは、遷移
領域であり、この領域では、開閉制御弁10が開かれる
が、徐々にその開度が変化するように制御される。第４
図において、曲線Ｘは、第１吸気バルブ11のリフトカー
ブ、曲線Ｙは、第２吸気バルブ12のリフトカーブ、曲線
Ｚは、排気バルブ13のリフトカーブを、それぞれ示して
おり、第１吸気バルブ11の開弁期間と排気バルブ13の開
弁期間とのオーバーラップ期間は、ほとんどないように
設定され、他方、第２吸気バルブ12の開弁期間と排気バ
ルブ13の開弁期間とのオーバーラップ期間は、つねに、
第１吸気バルブ11の開弁期間と排気バルブ13の開弁期間
とのオーバーラップ期間より大きくなるように、第２吸
気バルブ12の開閉タイミングが設定されている。このよ
うに、第１吸気バルブ11、第２吸気バルブ12および排気
バルブ13の開閉タイミングを、設定制御しているので、
低回転低負荷以外の開閉制御弁10が開かれている運転領
域においては、排気バルブ13の開弁期間中に、第２吸気
バルブ12が開かれ、第２吸気ポート４より、過給された
吸気が燃焼室２内に流入し、燃焼室２内に残留している
排気ガスが掃気される。また、燃料噴射弁９は、その開
弁期間が、排気バルブ13の開弁期間と、ほとんどオーバ
ーラップしない第１吸気バルブ11により開閉される第１
吸気ポート３に接続された第１吸気通路６内に設けら
れ、第１吸気ポート３を経て、燃焼室２内に噴射される
ため、燃焼室２内に噴射された燃料が、ただちに、排気
ポート５を経て、燃焼室２外へ吹き抜けることが防止さ
れる。さらには、低回転高負荷運転領域においては、第
２吸気バルブ12と排気バルブ13の開弁期間のオーバーラ
ップ量は、クランク角度で、10度以上とすることが望ま
しい。このように、第２吸気バルブ12と排気バルブ13の
開期間のオーバーラップ量を設定したときには、有効圧
縮比を8.5以上に設定しても、低回転高負荷運転領域に
おけるノッキングの発生が防止され、実用的な運転領域
における燃焼性を向上させることができる。すなわち過
給機付エンジンにおいては、低回転高負荷運転領域にお
いて、ノッキングが発生するのを防止するため、有効圧
縮比を低く設定するのが一般であるが、このため、過給
効果が小さい実用的な運転領域において、圧縮比が低く
なって、燃焼性が悪化し、燃費率が低下するという問題
があったが、このように低回転高負荷運転領域における
第２吸気バルブ12と排気バルブ13の開弁期間のオーバー
ラップ量を設定すると、低回転高負荷運転領域で、掃気
効果が十分に得られるために、有効圧縮比を8.5以上に
上げても、ノッキングの発生が防止され、実用的な運転
領域における燃焼性を向上させることができる。

第３図に示すように、第２吸気バルブ12と排気バルブ
13の開弁期間のオーバーラップ期間は、開閉制御弁10が
開かれている低回転高負荷運転領域においては、エンジ
ン回転数が大きくなるにしたがって、大きくなるように
制御される。クランク角で示したオーバーラップ量が同
一であっても、エンジン回転数が低いと、第２吸気バル
ブ12と排気バルブ13とがともに開いている実際のオーバ
ーラップ時間は長くなり、他方、エンジン回転数が高く
なると、第２吸気バルブ12と排気バルブ13とがともに開
いている実際のオーバーラップ時間は必然的に短くなる
ので、エンジン回転数が低い運転領域で、クランク角で
示したオーバーラップ量を小さくなるように制御しない
と、新気の排気側への吹き抜け量が増大し、充填量の低
下を招き、出力が低下するし、また、エンジン回転数が
高い運転領域では、クランク角で示したオーバーラップ
量を大きく制御しないと、十分な掃気効果を期待するこ
とができない。しかし、高回転高負荷運転領域において
は、エンジン回転数の上昇とともない、排気圧力が上昇
し、吸気圧力より大きくなることがあり、そのような運
転領域で、オーバーラップ期間を大きくするときは、燃
料が第２吸気通路７側に吹き返すおそれがあるので、逆
に、エンジン回転数の上昇とともに、オーバーラップ期
間が小さくなるように制御されている。また、低負荷運
転領域では、高負荷運転領域に比べて、オーバーラップ
期間が小さくなるように制御されている。

本実施例によれば、第１吸気ポート３は、通常の吸気
のために、第２吸気ポート４は、もっぱら残留排気ガス
の掃気用ポートとして、使用しており、掃気のために、
第２吸気ポートの開閉タイミングのみを制御しているた
め、従来に比し、簡単な構造で、燃焼室２内の残留排気
ガスを効果的に掃気することができる。また、燃料噴射
弁９を、その開弁期間が、排気バルブ13の開弁期間とほ
とんどオーバーラップしない第１吸気バルブ11により開
閉される第１吸気ポート３側の第１吸気通路６内に設け
ているので、噴射された燃料が排気ポート５を経て、た
だちに燃焼室２外へ吹き抜けてしまうことを防止しつ
つ、十分な掃気効果をあげることができる。さらには、
低回転高負荷運転領域における、第２吸気バルブ12と排
気バルブ13の開期間のオーバーラップ量を、クランク角
度で、10度以上に設定する場合には、圧縮比を8.5以上
に上げても、低回転高負荷運転領域で、ノッキングが発
生することがなく、したがって、実用的な運転領域での
燃焼性を向上させることが可能となる。

本発明は、以上の実施例に限定されることなく特許請
求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能
であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであ
ることはいうまでもない。

たとえば、前記実施例においては、第２吸気ポート４
の開弁期間と排気ポート５の開弁期間とのオーバーラッ
プ量のみを制御し、第１吸気バルブ11の開時期と閉時期
については、とくに制御していないが、第５図に示すよ
うに、低回転高負荷運転領域においては、第２吸気ポー
ト４が開いてから上死点に至るまでの期間θ１の方が、
下死点後、第２吸気ポート４が閉じるまでの期間θ２よ
り、大きくなるように、すなわち、第２吸気ポート４の
開期間が、上死点前の開期間θ１よりも、下死点後の開
期間θ２の方が小さくなるように、第２吸気ポートを開
閉するバルブのタイミングを設定することが望ましい。
オーバーラップ量を運転状態に応じて制御することによ
って、掃気効果が発生しているので、第２吸気ポート４
を早く閉じることにより、高負荷運転領域におけるノッ
キングを防止しつつ、有効圧縮比を高めて、出力を向上
することができるし、また、エンジン回転数が小さい運
転領域では、第２吸気ポート４を早く閉じることによ
り、一旦燃焼室２内に吸入された吸気が吸気側に吹き返
すことを防止して、体積効率を増大させることが可能と
なる。

また、前記実施例においては、第１吸気ポート３およ
び第２吸気ポート４は、それぞれ１つづつ設けられてい
るが、第６図に示すように、第１吸気ポート３を２つ設
けてもよく、さらには、第１吸気ポート３および第２吸
気ポート４を、それぞれ複数設けることもできる。

さらには、前記実施例においては、第２吸気ポート４
からも必要量の吸気がおこなわれるようにその開期間を
設定しているが、第７図に示すように、第２吸気ポート
４をもっぱら掃気用に用い、排気ポート５の閉じる少し
前から、第１吸気ポート３が開いた少し後までの期間の
み、すなわち、残留排気ガスの掃気のために必要な期間
のみ、第２吸気ポート４を開くようにしてもよい。

また、前記実施例においては、第２吸気ポート４の吸
気バルブ12の開閉タイミングを、運転状態に応じて、ほ
ぼ連続的に制御しているが、第２吸気ポート４の吸気バ
ルブ12の開弁期間を、数通りに設定しておき、運転状態
に応じて、そのいずれかを選択することにより、オーバ
ーラップ期間を制御するようにすることもできる。

また、前記実施例においては、オーバーラップ期間を
制御するために、第２吸気ポート４を開閉する第２吸気
バルブ12の開閉タイミングを制御しているが、これと併
せてまたはこれに代えて、排気バルブ13の開閉タイミン
グを制御することによって、オーバーラップ期間を制御
するようにすることもできる。このように、オーバーラ
ップ期間の制御を、排気バルブ13の開閉タイミング制御
することによっておこなう場合には、吸気共鳴効果を利
用して、充填量を増大させるように、吸気ポートの開閉
タイミングが設定された過給機付エンジンにおいても、
吸気共鳴効果を損なうことなく、オーバーラップ期間を
所望のように制御することができ、掃気効果を高めて、
燃焼性を向上させることができるという利点がある。さ
らには、オーバーラップ量を大きくするために、第２吸
気バルブ12を早く開くように制御する場合には、ピスト
ンはまだ上昇過程にあるので、ピストンの上昇圧力によ
り、燃焼室２に吸入された吸気は、燃焼室21の上面を流
れやすく、そのため、ピストンの上面近傍の排気ガスが
掃気されにくく、また、ピストンが上死点近傍まで上昇
したときには、ピストンの上昇圧力は小さくてるもの
の、排気バルブ13のリフト量が小さくなるため、ピスト
ン上面近傍の排気ガスの掃気効果は期待できず、結局、
残留排気ガスを十分に掃気し得ない場合があるが、排気
バルブ13の閉じる時期を制御することにより、オーバー
ラップ期間を制御するときには、オーバーラップ期間を
大きく制御する場合に、オーバーラップ時は、ピストン
が下降状態にあるため、燃焼室２内の圧力が低下して、
吸気がピストンの上面近傍まで流入しやすくなり、ピス
トン上面近傍の排気ガスも十分に掃気することができ、
より掃気効果が高められ、ノッキングがおこりにくくな
るから、圧縮比をさらに高めることが可能となって、燃
費特性および出力性能をより一層向上させることができ
る。

さらには、前記実施例においては、燃料噴射弁９を、
第１吸気ポート３に連なる第１吸気通路６内に設けてい
るが、第８図に示すように、第１吸気通路６および第２
吸気通路７の合流部の上流の第１吸気通路６側に偏った
位置に、燃料噴射弁９を設けるようにしてもよい。

発明の効果本発明によれば、簡単な構造で、十分な掃気効果をあ
げることができ、その結果、燃焼性が向上し、ノッキン
グを防止して、出力を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例にかかる機械式過給機付エン
ジンの概略図であり、第２図は、その略上面図である。
第３図は、本発明の実施例における運転領域と開閉制御
弁の開閉制御との関係を示すグラフであり、第４図、第
５図および第７図は、吸気ポートおよび排気ポートの開
閉タイミングの例を示すタイムチャートである。第６図
および第８図は、本発明の他の実施例にかかる機械式過
給機付エンジンの略上面図である。１……エンジン、２……燃焼室、３……第１吸気ポート、４……第２吸気ポート、５……排気ポート、６……第１吸気通路、７……第２吸気通路、８……排気通路、９……燃料噴射弁、 10……開閉制御弁、 11……第１吸気バルブ、 12……第２吸気バルブ、 13……排気バルブ、14……吸気通路、 15……スロットルバルブ、 16……エアクリーナ、 17……エアーフローメータ、 18……機械式過給機、 19……バイパス通路、20……制御弁、 21……コントロールユニット、 22……吸気バルブ駆動モータ、 23……開閉制御弁駆動手段、 24……ウオームギア。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】機械式過給機を備えたエンジンにおいて、
開時間が互いに異なり、その上流側の吸気通路が前記機
械式過給機の下流側に連通した第１吸気ポートおよび第
２吸気ポートと、前記第２吸気ポートと排気バルブの開
弁時期とのオーバーラップ期間を制御するオーバーラッ
プ期間制御手段とを備え、少なくとも高負荷時において
は、前記オーバーラップ期間制御手段により、前記第１
吸気ポートの開時期よりも前記第２吸気ポートの開時期
が早く、かつ、前記オーバーラップ期間が、掃気に必要
な所定期間となるように制御され、少なくとも低回転低
負荷時には、前記オーバーラップ期間制御手段により、
前記オーバーラップ期間が短くなるように制御されるこ
とを特徴とする機械式過給機付エンジン。