JP2966008B2 - エンジンの過給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、機械式過給機により圧縮された吸気をイン
タクーラにより冷却して過給するようにした高圧縮エン
ジンの過給装置に関し、特に、過給を行わない運転領域
で過給機により吐出された吸気の一部を過給機上流側に
還流させるようにしたものに関する。

（従来の技術） 従来より、この種の機械式過給機により吸気を過給す
るようにしたエンジンはよく知られているが、圧縮され
た吸気の温度が上昇して吸気充填率が下がるのを避ける
ために、通常、圧縮された吸気をインタクーラを通して
冷却するようになされている。

また、例えば特公昭62−53690号公報等に示されるよ
うに、エンジンの吸気弁の閉じタイミングをピストンが
下死点を過ぎた後、ある程度上昇するまで開くように遅
閉じに設定したものがあり、このものでは、エンジンの
高回転時に大きな吸気慣性により吸気充填量を増加させ
ることができ、エンジン出力を増大させることができ
る。

さらに、吸／排気弁のオーバーラップを大きくするこ
とにより、エンジンの部分負荷時、排気ポートに流れた
残留ガス（排気ガス）の一部を高温のまま気筒内に吸入
していわゆる内部排気還流（内部EGR）を行わせ、エン
ジンのポンピングロスを低減して燃費を向上させる一
方、エンジンの高負荷時には、吸気慣性によって燃焼室
内の残留排気ガスを掃気するようにした技術も公知であ
る。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記の如く、機械式過給機及びインタクー
ラを有する過給式エンジンに対し、その吸／排気弁のオ
ーバーラップを大きくし、かつ吸気弁を遅閉じに設定す
ると、高圧縮高過給型のエンジンとなり、燃費の向上及
び出力の向上を図ることができる。

しかし、反面、吸気弁の閉じタイミングが遅閉じにさ
れているので、エンジンの低負荷時、気筒内に吸入され
た吸気（混合気）の一部が吸気通路に吹き返されてサー
ジタンク内に溜ることがある。しかも、吸／排気弁のオ
ーバーラップが大きいため、上記吸気の吹返しがさらに
助長されるようになり、その吹返しによるサージタンク
内の吸気がそのまま次の吸気行程となる気筒に吸入さ
れ、その結果、気筒間の空燃比がアンバランスになると
いう問題があった。

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目
的は、機械式過給機により吐出される吸気を利用するこ
とにより、吹き返された吸気を吸入空気とミキシングさ
せ、吹き返された吸気がそのまま直ちに次の吸気行程の
気筒に吸入されないようにし、よってエンジンの低負荷
域の気筒間の空燃比のばらつきを低減してエンジンの燃
焼性を向上させるようにすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的の達成のため、本発明は、機械式過給機を
備えたエンジンでは、一般的に、その低負荷域での吸気
過給が不要であることを利用し、この低負荷域で、過給
機により吸入空気をインタークーラ下流側と過給機上流
側との間で循環させて、その吸入空気中に気筒から吹き
返された吸気をミキシングさせるようにしたものであ
る。

具体的には、請求項１の発明の解決手段は、エンジン
によって駆動される機械式過給機と、該過給機によって
圧縮された吸気を冷却するインタークーラとをエンジン
の吸気系に備えるとともに、吸／排気弁が共に開弁する
オーバーラップを大きく設定し、かつ吸気弁の閉弁時期
を、低負荷領域において気筒内の吸気が吸気通路内に吹
き返すように設定し、さらにエンジンの低負荷領域にお
いて上記過給機を駆動させるように設定することを前提
とする。

そして、上記インタークーラ下流で各気筒へ吸気通路
が分岐する前の吸気通路、及び上記過給機上流の吸気通
路を連通させるバイパス通路と、該バイパス通路を少な
くともエンジンの低負荷域で開いて上記吹き返された吸
気をバイパス通路を介して過給機上流の吸気通路へ還流
させる制御弁とを設けたものとする。

また、請求項２の発明の解決手段は、エンジンによっ
て駆動される機械式過給機と、該過給機によって圧縮さ
れた吸気を冷却するインタークーラとを、各気筒への吸
気通路が分岐するサージタンクの上流側の吸気系に備え
ているとともに、吸／排気弁の開閉タイミングが、吸／
排気弁のオーバーラップが大きくかつ吸気弁が遅く閉じ
るように設定され、低負荷領域において上記過給機を駆
動させるように設定されたエンジンの過給装置が対象で
ある。

そして、上記サージタンクを過給機上流側の吸気通路
に連通させるバイパス通路を設けるとともに、少なくと
もエンジンの低負荷域で上記バイパス通路を開いてサー
ジタンク内の吸気の一部をバイパス通路を介して過給機
上流側の吸気通路に還流させる制御弁を設けるものとす
る。

（作用） 上記の構成により、請求項１及び２に係る発明では、
エンジンが低負荷域にあるとき、制御弁が開弁されてバ
イパス通路が開かれ、過給機の作動により、吹き返され
た吸気が過給機上流側の吸気通路に還流され、インター
クーラ下流側で各気筒へ吸気通路が分岐する前の吸気通
路と過給機上流側吸気通路との間で吸気が循環される。
このため、吸／排気弁のオーバーラップが大きくかつ吸
気弁が遅閉じに制定されていて、気筒から吹き返される
吸気があっても、その吹き返された吸気は上記循環され
る吸気に混入されてそれとミキシングされることとな
る。このミキシングにより、上記吹き返された吸気が次
の吸気行程にある気筒にそのまま直ちに吸入されること
は抑制され、気筒間の空燃比が均一となり、そのばらつ
きが低減される。

一方、エンジンの高負荷域では、上記制御弁が閉じら
れて、インタークーラ下流側と過給機上流側との間で吸
気循環は行われない。このため、過給機によって吸気が
圧縮され、この吸気はインタクーラで冷却された後、気
筒に供給され、このことにより吸気の充填率が増大す
る。しかも、吸／排気弁のオーバーラップによって気筒
内の残留排気ガスが掃気されるとともに、吸気弁の遅閉
じによって吸気充填量が増加し、よって、エンジンの出
力トルクを向上させることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係るエンジン及びその給排
気系の全体構成を示し、１は左右のバンク1a,1bを有す
る例えばＶ型６気筒エンジンで、シリンダブロック２上
に左右のシリンダヘッド3a,3bを組み付けてなる。上記
各バンク1a,1bのシリンダブロック２にはそれぞれピス
トン４を往復動可能に嵌装したシリンダ５（気筒）が形
成されており、このシリンダ５、シリンダヘッド3a,3b
及びピストン４で囲まれて燃焼室６が形成されている。
７は上記各シリンダ５の燃焼室６に吸気を供給する吸気
通路、８は各シリンダ５の燃焼室６内の排気ガスを排出
する排気通路である。

そして、上記各シリンダ５の吸気通路７の下流端は吸
気弁９により、また排気通路８の上流端は排気弁10によ
りそれぞれ開閉されるようになされ、これら吸／排気弁
9,10の開閉タイミングは、第４図に示すように、通常の
一般例に比べて吸／排気弁9,10のオーバーラップが大き
くかつ吸気弁９が遅く閉じるように設定されている。す
なわち、排気弁10の閉じタイミングは一般例に比べて遅
閉じにされている。また、吸気弁９の閉じタイミングは
ピストン４が下死点を過ぎた後、ある程度上昇するまで
開くように遅閉じに設定されている。このことにより、
エンジン１の高負荷域でのシリンダ内燃焼室６の実圧縮
比を小さくして吸気の上死点温度を下げ、ノッキングや
異常燃焼を抑えるようになされている。さらに、吸／排
気弁9,10のオーバーラップを大きくすることにより、エ
ンジン１の低負荷時、排気通路８に流れた残留ガス（排
気ガス）の一部を高温のまま燃焼室６に吸入して内部排
気還流を行わせ、エンジン１のポンピングロスを低減し
て燃費を向上させ、一方、高負荷時には燃焼室６内の残
留排気ガスを新気（吸気）により掃気するようになされ
ている。

上記吸気通路７の上流端はエアクリーナ11に接続され
ている。また、この吸気通路７には上流側（エアクリー
ナ11側）から順に、吸入空気量を検出するエアフローメ
ータ12、吸気通路７を開閉するスロットル弁13、及びバ
ンク長手方向に延びるバンク1a,1b毎の左右２つのサー
ジタンク14a,14bが配設されている。また、上記各サー
ジタンク14a,14bと各バンク1a,1bのシリンダ５とはそれ
ぞれ独立吸気通路7aにより接続され、この各独立吸気通
路7aには燃料を噴射供給するインジェクタ15が配設され
ている。

また、上記スロットル弁13下流側の吸気通路７には吸
気を過給する機械式過給機16と、該過給機16よりも下流
側に過給機16によって圧縮された吸気を冷却するインタ
ークーラ17とが配設されている。上記過給機16は雌雄ロ
ータを組み合せてなるリショルム式の２軸スクリュータ
イプのもので、その回転軸（図示せず）はベルト伝動機
構18を介してエンジン１のクランク軸（図示せず）に駆
動連結されている。上記ベルト伝動機構18は、過給機16
の回転軸に取り付けられたＶプーリからなる従動プーリ
19と、該従動プーリ19の側方に回転自在に支持されたＶ
プーリからなる駆動プーリ20と、両プーリ19,20間に巻
き掛けられたＶベルト21とを備えている。そして、上記
駆動プーリ20がクランク軸に連結されており、エンジン
１の運転中はその出力をベルト伝動機構18を介して過給
機16に伝達してそれを常時駆動回転させるようにしてい
る。

さらに、上記各サージタンク14a,14bの長手方向中央
部にはバイパス通路22の一端分岐部が接続されている。
このバイパス通路22は途中で互いに集合され、その他端
は上記過給機16上流側でスロットル弁13下流側の吸気通
路７に接続されている。

また、上記バイパス通路22の途中にはバイパス通路22
を開閉する制御弁としてのエアバイパスバルブ23が配設
されている。このバルブ23は第２図に拡大詳示するよう
に、バルブケース23の弁座23aに着座してバイパス通路2
2を閉じる弁体24と、該弁体24にロッド25を介して連結
されたダイアフラム26と、該ダイアフラム26により区画
形成された負圧室27と、該負圧室27に縮装され、ダイア
フラム26を弁体24が弁座23aに着座するように付勢する
スプリング28とを備えている。そして、上記負圧室27は
通路29を介してスロットル弁13下流の吸気通路７に、ま
た通路30を介してバイパス通路22にそれぞれ連通されて
いる。上記両通路29,30の合流部には三方弁31が配設さ
れており、この三方弁31を切り換えて負圧室27にスロッ
トル弁13下流の吸気負圧又はバイパス通路22内の負圧を
導入し、第３図に示す如く、エンジン１の低負荷域でス
ロットル弁13下流の吸気負圧が大きいときには、負圧室
27に導入される吸気負圧を大きくし、エアバイパスバル
ブ23の開度を大きくしてバイパス通路22を全開する一
方、中負荷域では、負圧室27への導入負圧を徐々に小さ
くしてエアバイパスバルブ23の開度を漸次小さくし、高
負荷域では導入負圧を最小にしてバルブ23つまりバイパ
ス通路22を全開するようになっている。

したがって、上記実施例においては、エンジン１の運
転中、そのクランク軸に連結された過給機16が常時作動
する。そして、各シリンダ５における吸気弁９の閉じタ
イミングが遅閉じにされているので、エンジン１の低負
荷時、シリンダ５内に吸入された吸気（混合気）の一部
が吸気通路７に吹き返されてサージタンク14a,14b内に
溜る。しかも、吸／排気弁9,10のオーバーラップが大き
いので、上記吸気の吹返しがさらに助長される。しか
し、この実施例の場合、エンジン１の低負荷域で、エア
バイパスバルブ23が開弁されてバイパス通路22が開かれ
る。このため、過給機16の作動によりサージタンク14a,
14b内の吸気が一部が過給機16上流側の吸気通路７に還
流されて、サージタンク14a,14bと過給機16上流側の吸
気通路７との間で吸気が循環される。それ故、上記の如
くシリンダ５からサージタンク14a,14bに吹き返される
吸気があっても、そのサージタンク14a,14b内の吸気は
上記循環される吸気に混入されてそれとミキシングされ
ることとなる。その結果、上記サージタンク14a,14bに
吹き返された吸気が次の吸気行程となるシリンダ５にそ
のまま直ちに吸入されることはなくなり、各バンク1a,1
bでのシリンダ5,5,…間の空燃比が均一となって、その
ばらつきを低減することができる。

また、エンジン１の低負荷域では、吸気の一部がバイ
パス通路22を通して循環するので、過給機16の吐出側及
び吸込側の各圧力は略同じとなり、エンジン１により過
給機16を常時駆動していても過給機16の駆動のためのエ
ンジン出力が小さくて済み、エンジン１の燃費を向上さ
せることができる。

一方、エンジン１が高負荷域に移行すると、上記エア
バイパスバルブ23が閉じられてバイパス通路22が全閉と
され、サージタンク14a,14bと過給機16上流側との間で
吸気循環は行われない。このため、過給機16によって吸
気が圧縮され、この吸気はインタークーラ17で冷却され
た後、サージタンク14a,14bから各バンク1a,1bのシリン
ダ５内の燃焼室６に供給される。また、上記各シリンダ
５における吸／排気弁9,10の大きなオーバーラップが活
かされて燃焼室６内の残留排気ガスが効果的に掃気され
るとともに、吸気弁９の遅閉じによって吸気充填量が増
加し、かつ上死点温度が低く抑えられる。よって、エン
ジン１のノッキングや異常燃焼を抑制しつつ、高負荷域
での出力トルクを増大させることができる。

尚、上記実施例では、過給機16とエンジン１のクラン
ク軸とをベルト伝動機構18を介して連結したが、このベ
ルト伝動機構18の代りに、遠心力によりプーリ径が変化
する可変プーリ式の伝動機構を設け、エンジン回転数の
変動に拘らず過給機の回転が適正範囲に保たれるように
してもよい。

また、上記実施例では、吸／排気弁9,10のオーバーラ
ップを排気弁10の遅閉じにより大きくしたが、排気弁９
の早開きにより大きくするようにしてもよい。さらに、
吸／排気弁の開閉タイミングをバルブタイミング可変機
構によって変更することで、吸気弁を遅閉じとしかつ吸
／排気弁のオーバーラップを拡大するようにしてもよ
く、上記実施例と同様の作用効果を奏することができ
る。

さらに、本発明はＶ型６気筒以外のエンジンにも適用
できるのはいうまでもない。

（発明の効果） 以上に説明したように、請求項１及び２に係る発明に
よると、エンジンの各気筒への吸気通路が分岐するサー
ジタンク上流側の吸気系に機械式過給機とインタークー
ラとを備え、吸／排気弁のオーバーラップが大きくかつ
吸気弁が遅く閉じるように設定された高圧縮高過給型エ
ンジンの過給装置に対し、上記インタークーラ下流側で
各気筒へ分岐する前の吸気通路を過給機上流側の吸気通
路に連通させるバイパス通路を設け、エンジンの低負荷
域で上記バイパス通路を開いて吸気通路に吹き返された
吸気を過給機上流側にバイパスさせるようにしたことに
より、エンジンの低負荷域で気筒内の吸気の一部が吹き
返されても、その吸気はインタークーラ下流側で各気筒
への分岐前の吸気通路と過給機上流側の吸気通路との間
で循環される吸入空気にミキシングされるので、吸気が
そのまま次の吸気行程となる気筒に吸入されるのが抑制
され、よって気筒間の空燃比のばらつきを低減してエン
ジンの燃焼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はエンジンの給排
気系の全体構成を示す図、第２図はエアバイパスバルブ
の拡大断面図、第３図はその開度特性を示す特性図、第
４図はエンジンの吸／排気弁の開閉タイミングを示す特
性図である。 １……エンジン ５……シリンダ ６……燃焼室 ７……吸気通路 ９……吸気弁 10……排気弁 14a,14b……サージタンク 16……機械式過給機 17……インタークーラ 22……バイパス通路 23……エアバイパスバルブ（制御弁）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 33/00 - 39/16 F02B 29/08 F02D 13/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンによって駆動される機械式過給機
   と、該過給機によって圧縮された吸気を冷却するインタ
   ークーラとをエンジンの吸気系に備え、 吸／排気弁が共に開弁するオーバーラップを大きく設定
   するとともに、 吸気弁の閉弁時期を、低負荷領域において気筒内の吸気
   が吸気通路内に吹き返すように設定し、 かつエンジンの低負荷領域において上記過給機を駆動さ
   せるように設定し、 上記インタークーラ下流で各気筒へ吸気通路が分岐する
   前の吸気通路と、上記過給機上流の吸気通路とを連通さ
   せるバイパス通路と、 該バイパス通路を少なくともエンジンの低負荷域で開い
   て上記吹き返された吸気をバイパス通路を介して過給機
   上流の吸気通路へ還流させる制御弁とを設けたことを特
   徴とするエンジンの過給装置。
2. 【請求項２】エンジンによって駆動される機械式過給機
   と、該過給機によって圧縮された吸気を冷却するインタ
   ークーラとを、各気筒への吸気通路が分岐するサージタ
   ンクの上流側の吸気系に備えているとともに、 吸／排気弁のオーバーラップを大きくかつ吸気弁が遅く
   閉じるように吸／排気弁の開閉タイミングが設定され、 低負荷領域において上記過給機を駆動させるように設定
   されたエンジンの過給装置において、 上記サージタンクを過給機上流側の吸気通路に連通させ
   るバイパス通路と、 少なくともエンジンの低負荷域で上記バイパス通路を開
   いてサージタンク内の吸気の一部をバイパス通路を介し
   て過給機上流側の吸気通路に還流させる制御弁とを設け
   たことを特徴とするエンジンの過給装置。