JP3280758B2 - 機械式過給機付エンジンの吸気装置 - Google Patents

機械式過給機付エンジンの吸気装置

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JP3280758B2 JP16702693A JP16702693A JP3280758B2 JP 3280758 B2 JP3280758 B2 JP 3280758B2 JP 16702693 A JP16702693 A JP 16702693A JP 16702693 A JP16702693 A JP 16702693A JP 3280758 B2 JP3280758 B2 JP 3280758B2
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    • F02M26/42—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories having two or more EGR passages; EGR systems specially adapted for engines having two or more cylinders

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、機械式過給機付エンジ
ンの吸気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】機械式過給機で吸入空気を加圧(過給)し
て吸気充填効率を高め、出力の向上を図るようにした機
械式過給機付エンジンは従来より知られている。しかし
ながら、このように機械式過給機で過給を行うと高負荷
時にノッキングが起こりやすくなるといった問題があ
る。このため、かかる従来の機械式過給機付エンジンで
は、高負荷時には点火時期をリタードさせて耐ノック性
を高めるなどといった対応がなされているが、点火時期
をリタードさせるとエンジン出力の低下を招くので、過
給による出力向上効果を目減りさせるとともに燃費性能
を低下させるといった問題が生じる。
【０００３】そこで、機械式過給機と、吸気弁の閉弁タ
イミングを変化させることができる吸気弁開閉タイミン
グ可変手段(ＶＶＴ)とを備えたエンジンにおいて、所定
の運転領域では過給圧を高めた上で吸気弁の閉弁タイミ
ングをクランク角でみて吸気行程下死点後の比較的遅い
時期に設定して吸気弁遅閉じ運転を行い、耐ノック性を
高めるようにしたものが提案されている(例えば、特開
昭６３−２３９３１２号公報参照)。すなわち、過給圧
を高めた上で吸気弁遅閉じ運転を行うと、通常運転時に
比べて圧縮行程における有効圧縮比が小さくなるので、
燃焼室内の混合気の圧縮による温度上昇が小さくなり、
したがって点火時における混合気の温度が比較的低くな
り耐ノック性が高められることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、吸気弁
遅閉じ運転を行う場合は、中・高回転領域で吸気充填効
率が十分には高められないのでエンジン出力を十分に高
めることができなくなる。したがって、中・高回転領域
では吸気弁遅閉じによっては耐ノック性を高めることは
できないといった問題がある。
【０００５】また、過給域では排気ガスの一部をＥＧＲ
ガスとして吸気通路に還流させ、燃焼温度を低下させて
耐ノック性を高めるとともにＮＯx発生量を低減するよ
うにした過給機付エンジンも提案されている(例えば、
特開昭６０−２３７１５３号公報参照)。しかしなが
ら、吸気通路にＥＧＲガスを導入すると、吸気充填効率
が低下するのでエンジン出力の低下を招くといった問題
がある。
【０００６】ところで、機械式過給機付エンジンにおい
ては、エンジン回転数の上昇に伴って過給機の吐出圧
(過給圧)が上昇し、したがって吐出空気の温度(吐出温
度)が上昇することになるが、吐出温度が高くなりすぎ
ると熱膨張等により過給機の信頼性が損なわれるといっ
た問題がある。そこで、従来の機械式過給機付エンジン
では、吐出温度が所定の許容限界吐出温度に達したとき
には、過給機下流の加圧空気を過給機上流の吸気通路に
リリーフさせて、吐出温度を許容限界吐出温度以下に保
持するようにしている。しかしながら、このように加圧
空気をリリーフさせると過給機での動力損失を増加させ
るとともに、エンジン出力を十分には高めることができ
なくなるといった問題がある。
【０００７】さらに、機械式過給機付エンジンでは排気
温度(排気ガスの温度)が高くなる傾向が強いが、排気温
度が高くなりすぎると排気管あるいは触媒コンバータの
信頼性が損なわれるので、従来の機械式過給機付エンジ
ンでは、排気温度が所定の許容限界排気温度に達したと
きには空燃比をリッチ側に変更して排気温度を低下させ
るようにしている。しかしながら、このようにすると燃
費性能が低下するといった問題がある。
【０００８】したがって、機械式過給機付エンジンにお
いては、吸気弁の開閉タイミング、過給圧、ＥＧＲ、空
燃比等を総合的に考察した上で、全運転領域で耐ノック
性を高めつつエンジン出力を十分に高めることができ、
かつ燃費性能を高めることができ、さらに過給機吐出温
度及び排気温度を許容限界内に保持することができる最
も合理的なシステムの開発が求められている。
【０００９】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、全運転領域でノッキングの
発生を防止しつつエンジン出力を十分に高めることがで
き、燃費性能を高めることができ、かつ過給機吐出温度
及び排気温度を許容限界内に保持することができる機械
式過給機付エンジンを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、第１の発明は、機械式過給機と、吸気弁の閉弁タイ
ミングを変化させることができる吸気弁開閉タイミング
可変手段と、少なくとも機械式過給機によって過給が行
われる運転領域では運転状態に応じて、吸気弁がクラン
ク角でみて吸気行程下死点後の比較的遅いタイミングで
閉じられるように吸気弁開閉タイミング可変手段を制御
してエンジンに吸気弁遅閉じ運転を行わせる吸気弁開閉
タイミング制御手段とが設けられている機械式過給機付
エンジンの吸気装置において、吸気弁開閉タイミング制
御手段が、所定の低速領域ではエンジンに吸気弁遅閉じ
運転を行わせる一方、該低速領域からエンジン回転数が
上昇して機械式過給機の吐出温度が所定の許容限界吐出
温度まで上昇したときには、吸気弁が吸気弁遅閉じ運転
の場合よりも早いタイミングで閉じられるように吸気弁
開閉タイミング可変手段を制御してエンジンに吸気弁早
閉じ運転を行わせるようになっており、かつ、上記低速
領域からエンジン回転数が上昇して排気温度が所定の許
容限界排気温度まで上昇したときにはＥＧＲ率を高める
ＥＧＲ制御手段が設けられていることを特徴とする機械
式過給機付エンジンの吸気装置を提供する。なお、ここ
で吸気弁早閉じ運転とは、吸気弁の閉弁タイミングが吸
気弁遅閉じ運転の場合よりも早いという趣旨であって、
普通のエンジンの吸気弁の閉弁タイミングに比べて早い
という趣旨ではない。
【００１１】第２の発明は、第１の発明にかかる機械式
過給機付エンジンの吸気装置において、吸気弁開閉タイ
ミング制御手段によって吸気弁早閉じ運転が行われた
後、さらにエンジン回転数が上昇して機械式過給機の吐
出温度が上記許容限界吐出温度まで上昇したときには機
械式過給機下流の加圧空気を機械式過給機上流の吸気通
路にリリーフさせる過給制御手段と、ＥＧＲ制御手段に
よってＥＧＲ率が高められた後、さらにエンジン回転数
が上昇して排気温度が上記許容限界排気温度まで上昇し
たときには空燃比をリッチ側に変更する空燃比制御手段
とが設けられていることを特徴とする機械式過給機付エ
ンジンの吸気装置を提供する。
【００１２】第３の発明は、第１又は第２の発明にかか
る機械式過給機付エンジンの吸気装置において、機械式
過給機付エンジンが燃料としてレギュラーガソリンを用
いるようになっていることを特徴とする機械式過給機付
エンジンの吸気装置を提供する。
【００１３】第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれ
か１つにかかる機械式過給機付エンジンの吸気装置にお
いて、ＥＧＲ制御手段が、上記所定の低速領域ではＥＧ
Ｒを供給せず、該低速領域からエンジン回転数が上昇し
て排気温度が上記許容限界排気温度まで上昇したときか
らＥＧＲを供給するようになっていることを特徴とする
機械式過給機付エンジンの吸気装置を提供する。
【００１４】第５の発明は、第１〜第４の発明のいずれ
か１つにかかる機械式過給機付エンジンの吸気装置にお
いて、ＥＧＲ制御手段が、エンジン回転数が高いときほ
どＥＧＲ率を高めるようになっていることを特徴とする
機械式過給機付エンジンの吸気装置を提供する。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図１と図２とに示すように、第１〜第６気筒＃１〜＃６
を備えた６気筒Ｖ形エンジンＶＥにおいては、第１バン
クＰ側に第１,第３,第５気筒＃１,＃３,＃５が配置さ
れ、第２バンクＱ側に第２,第４,第６気筒＃２,＃４,＃
６が配置されている。ここで、各気筒＃１〜＃６は、＃
１→＃２→＃３→＃４→＃５→＃６の順に点火されるよ
うになっている。したがって、第１バンクＰ側の各気筒
＃１,＃３,＃５は互いに吸気行程が重複せず、また第２
バンクＱ側の各気筒＃２,＃４,＃６もまた互いに吸気行
程が重複しない。なお、以下では便宜上、エンジン本体
近傍においては、エンジンＶＥの長手方向(図１では左
右方向)にみて第５気筒＃５側を「左」といい、第１気筒
＃１側を「右」ということにする。
【００１６】各気筒＃１〜＃６においては、夫々、第
１,第２吸気弁１a,１bが開かれたときに第１,第２吸気
ポート２a,２bから燃焼室３内に混合気が吸入され、こ
の混合気がピストン(図示せず)で圧縮された後点火プラ
グ(図示せず)で着火・燃焼させられ、排気弁(図示せず)
が開かれたときに燃焼ガス(排気ガス)が排気ポート４に
排出されるようになっている。ここで、第１,第２吸気
ポート２a,２bに臨んで夫々、ポート内の吸入空気中に
燃料を噴射して混合気を形成する第１,第２燃料噴射弁
５a,５bが設けられている。なお、図１中の第３〜第６
気筒＃３〜＃６については、第１,第２気筒＃１,＃２と
同一構成であるので紙面の都合上個々の部材への付番を
省略している。
【００１７】詳しくは図示していないが、各気筒＃１〜
＃６の第１,第２燃料噴射弁５a,５ｂの燃料噴射量は、
夫々コントロールユニット１０によって制御されるよう
になっている。すなわち、コントロールユニット１０は
各気筒＃１〜＃６の混合気の空燃比を自在に変化させる
ことができるようになっている。
【００１８】そして、第１，第２バンクＰ,Ｑにおいて
はいずれも、各気筒＃１〜＃６の第１,第２吸気弁１a,
１bが夫々、吸気弁用カムシャフト７に取り付けられた
第１,第２吸気弁用カム６a,６bによって、後で説明する
ように所定のタイミングで開閉されるようになってい
る。ここで、第１,第２バンクＰ,Ｑの各吸気弁用カムシ
ャフト７の左端部には夫々カムシャフトプーリ８が取り
付けられている。そして、図示していないが、両カムシ
ャフトプーリ８,８と、クランク軸に取り付けられたク
ランク軸プーリとにまたがって１本のタイミングベルト
が巻きかけられ、両吸気弁用カムシャフト７,７はクラ
ンク軸によって、該クランク軸と同期して回転駆動され
るようになっている。
【００１９】ここで、両吸気弁用カムシャフト７,７に
対して夫々、これらの回転位相を変えて第１,第２吸気
弁１a,１bの開閉タイミングを変化させることができる
吸気弁開閉タイミング可変手段９(以下、これを便宜上
ＶＶＴ９と略称する)が設けられ、これらのＶＶＴ９は
夫々コントロールユニット１０によって制御されるよう
になっている。なお、ＶＶＴ９は、第１,第２吸気弁１
a,１bの開閉タイミングを進角方向又は遅角方向にずら
せるだけであるので、開閉タイミングを変化させた場合
でも開弁期間(クランク角でみて)は変化しない。
【００２０】図示していないが、排気弁もまた吸気弁１
a,１bとほぼ同様の機構により、後で説明するように所
定のタイミングで開閉されるようになっている。ただ
し、排気弁に対してはＶＶＴは設けられていないので、
排気弁の開閉タイミングは固定されている。
【００２１】エンジンＶＥの各気筒＃１〜＃６に燃料燃
焼用の空気を供給するために共通吸気通路１２が設けら
れ、この共通吸気通路１２には吸入空気の流れ方向にみ
て上流側から順に、吸入空気中のダストを除去するエア
クリーナ１３と、吸入空気量を検出するエアフローセン
サ１４と、アクセルペダル(図示せず)と連動して開閉さ
れるスロットル弁１５と、クランク軸(図示せず)によっ
て駆動される機械式過給機１６(スーパーチャージャ)
と、該機械式過給機１６によって断熱圧縮されて温度が
上昇した吸入空気を冷却するインタクーラ１７とが介設
されている。
【００２２】そして、スロットル弁１５より下流側にお
いて、共通吸気通路１２の、機械式過給機１６より上流
側の部分とインタクーラ１７より下流側の部分とを連通
させるバイパス吸気通路１８が設けられ、このバイパス
吸気通路１８に、コントロールユニット１０からの信号
に従ってアクチュエータ１９によって開閉されるリリー
フバルブ２０が介設されている。ここで、エンジン回転
数の上昇に伴って機械式過給機１６から吐出される空気
の温度(吐出温度)が所定の許容限界吐出温度に近づく
と、後で説明するように、アクチュエータ１９によって
リリーフバルブ２０が開かれてインタクーラ下流の吸入
空気が過給機上流にリリーフされ、吐出温度が許容限界
吐出温度以下に保持されるようになっている。ここで、
許容限界吐出温度は、機械式過給機１６の温度がこれ以
上になると、熱膨張等によりその信頼性が損なわれる限
界となる値に設定されている。
【００２３】共通吸気通路１２は、インタクーラ１７よ
り下流側で第１分岐吸気通路２１と第２分岐吸気通路２
２とに分岐し、第１分岐吸気通路２１の下流端は第１バ
ンクＰ用の第１サージタンク２３に接続され、第２分岐
吸気通路２２の下流端は第２バンクＱ用の第２サージタ
ンク２４に接続されている。ここで、第１サージタンク
２３の左端部と第２サージタンク２４の左端部とを連通
させる第１連通路２５が設けられ、この第１連通路２５
にはこれを開閉する連通路開閉弁２６が介設されてい
る。また、第１サージタンク２３の右端部と第２サージ
タンク２４の右端部とを連通させる第２連通路２７が設
けられ、この第２連通路２７にはこれを開閉する２つの
連通路シャッタ弁２８a,２８bが介設されている。
【００２４】これらの第１,第２連通路２５,２７、連通
路開閉弁２６及び連通路シャッタ弁２８a,２８bは、エ
ンジン回転数に応じて共鳴効果ないしは慣性効果を有効
に利用して、吸気充填効率を高めるために設けられてい
る。すなわち、低回転時には連通路開閉弁２６と連通路
シャッタ弁２８a,２８bとを閉じて、共通吸気通路１２
から第１,第２分岐吸気通路２１,２２への分岐部を圧力
波反転部とする共鳴効果を利用して吸気充填効率を高
め、中回転時には連通路シャッタ弁２８a,２８bのみを
開いて第２連通路２７の中央部を圧力波反転部とする共
鳴効果を利用して吸気充填効率を高め、高回転時には連
通路開閉弁２６と連通路シャッタ弁２８a,２８bとを開
き慣性効果を利用して吸気充填効率を高めるようにして
いる。
【００２５】そして、第１サージタンク２３には第１,
第３,第５気筒＃１,＃３,＃５用の３組の第１,第２独立
吸気通路２９a,２９bの上流端が接続され、これらの第
１,第２独立吸気通路２９a,２９bの下流端は夫々対応す
る気筒の第１,第２吸気ポート２a,２bに接続されてい
る。他方、第２サージタンク２４には第２,第４,第６気
筒＃２,＃４,＃６用の３組の第１,第２独立吸気通路２
９a,２９bの上流端が接続され、これらの第１,第２独立
吸気通路２９a,２９bの下流端は夫々対応する気筒の第
１,第２吸気ポート２a,２bに接続されている。ここで、
各気筒＃１〜＃６の第２独立吸気通路２９bには夫々、
低負荷時には閉じられ燃焼室３内にスワールを生成して
混合気の燃焼性を高める吸気通路開閉弁３０が設けられ
ている。なお、第１吸気ポート２aはタンジェンシャル
タイプあるいはヘリカルタイプのスワールポートとされ
ている。
【００２６】各気筒＃１〜＃６の第１,第２燃料噴射弁
５a,５bに、燃料の気化・霧化を促進するためのアシス
トエアを供給するアシストエア供給通路３１が設けら
れ、このアシストエア供給通路３１の上流端は、スロッ
トル弁１５より上流側の共通吸気通路１２に開口してい
る。そして、アシストエア供給通路３１には三方弁であ
るアシストエアコントロールバルブ３２が介設され、こ
のアシストエアコントロールバルブ３２の第３の端子に
は、上流端が機械式過給機１６より下流側の共通吸気通
路１２に開口するアシストエア導入通路３３が接続され
ている。ここで、アシストエアコントロールバルブ３２
は、過給時には加圧された吸入空気をアシストエアとし
てアシスアシストエア導入通路３３を通して導入する一
方、非過給時にはアシストエア供給通路３１を通して大
気圧の吸入空気をアシストエアとして導入するようにな
っている。
【００２７】そして、アシストエア供給通路３１は途中
で第１,第２分岐アシストエア供給通路３１a,３１bに分
岐し、第１分岐アシストエア通路３１aを通して第１バ
ンクＰ側の各燃料噴射弁５a,５bにアシストエアが供給
される一方、第２分岐アシストエア供給通路３１bを通
して第２バンクＱ側の各燃料噴射弁５a,５bにアシスト
エアが供給されるようになっている。なお、第１,第２
分岐アシストエア供給通路３１a,３１bには夫々逆止弁
３４,３５が介設されている。
【００２８】各気筒＃１〜＃６の燃焼室３から排気ポー
ト４に排出された排気ガスは、排気通路３６を通して大
気中に排出されるようになっている。なお、排気通路３
６には排気ガスを浄化するための触媒コンバータ３７が
介設されている。
【００２９】排気温度を低下させて耐ノック性を高める
(ノッキングの発生を抑制する)とともにＮＯx発生量を
低減するために、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸
気系に還流させるＥＧＲシステムが設けられている。具
体的には、非過給時において触媒コンバータ３７より上
流側の排気通路３６内の排気ガスをＥＧＲガスとしてイ
ンタクーラ１７より下流側の共通吸気通路１２に還流さ
せる第１ＥＧＲ通路３８が設けられ、この第１ＥＧＲ通
路３８にはＥＧＲ量を調節するための第１ＥＧＲ弁３９
が介設されている。
【００３０】さらに、過給時に触媒コンバータ３７より
下流側の排気通路３６内の排気ガスをＥＧＲガスとし
て、機械式過給機１６より上流側の共通吸気通路１２に
還流させる第２ＥＧＲ通路４１が設けられている。そし
て、この第２ＥＧＲ通路４１には、ＥＧＲガス流れ方向
にみて上流側から順に、ＥＧＲガス中のカーボンを除去
するカーボントラップ５１と、ＥＧＲガスを冷却するＥ
ＧＲクーラ５２と、ＥＧＲガス量(ＥＧＲ率)を調節する
第２ＥＧＲ弁４２とが介設されている。ここで、第２Ｅ
ＧＲ弁４２は、後で説明するように、コントロールユニ
ット１０から印加される信号に従って、吸入空気量に対
するＥＧＲガスの添加率すなわちＥＧＲ率を自在に変化
させることができるようになっている。なお、第２ＥＧ
Ｒ弁４２が吸気系へのＥＧＲガスの供給を停止させるこ
とができるのはもちろんである。
【００３１】コントロールユニット１０は、マイクロコ
ンピュータからなる、特許請求の範囲に記載された「吸
気弁開閉タイミング制御手段」と「ＥＧＲ制御手段」と「過
給制御手段」と「空燃比制御手段」とを含むエンジンＶＥ
の総合的な制御装置であって、エアフローセンサ１４に
よって検出される吸入空気量、第１吸気温センサ４５に
よって検出される吸入空気温度、スロットルセンサ４６
によって検出されるスロットル開度(エンジン負荷)、第
２吸気温センサ４７によって検出される過給機下流の吸
入空気温度すなわち過給機１６から吐出される加圧空気
の温度(以下、これを便宜上Ｓ／Ｃ吐出温度という)、第
３,第４吸気温センサ４８,４９によって検出されるイン
タクーラ下流の吸入空気温度、回転数センサ(図示せず)
によって検出されるエンジン回転数、排気温度センサ
(図示せず)によって検出される排気温度等の各種情報を
制御情報として、エンジンＶＥの種々の制御を行うよう
になっている。
【００３２】しかしながら、コントロールユニット１０
による一般的なエンジン制御はよく知られた普通の制御
手法で行われまた本願発明の要旨とするところでもない
のでその説明を省略し、以下では適宜図１、図２を参照
しつつ本願発明の要旨にかかわる、吸気弁開閉タイミン
グ制御とＥＧＲ制御と過給制御と空燃比制御とについて
のみ説明する。すなわち、エンジンＶＥにおいて、コン
トロールユニット１０は、エンジン回転数とＳ／Ｃ吐出
温度と排気温度とに基づいて、吸気弁１a,１bの開閉タ
イミングとＥＧＲ率と加圧空気リリーフ量と空燃比とを
好ましく制御し、全運転領域でノッキングの発生を防止
しつつエンジン出力と燃費性能とを高め、かつＳ／Ｃ吐
出温度と排気温度とを許容限界内に保持するようになっ
ている。
【００３３】具体的には、次のような手法で第１,第２
燃料噴射弁５a,５bと、ＶＶＴ９と、リリーフバルブ２
０と、第２ＥＧＲ弁４２とが制御される。 (１)少なくとも過給機１６によって過給が行われる運転
領域(過給領域)において、低速領域ではＶＶＴ９によっ
て第１,第２吸気弁１a,１bが、クランク角でみて吸気行
程下死点後の比較的遅いタイミング(例えば、吸気行程
下死点後６０°C.A.)で閉じられ、吸気弁遅閉じ運転が
行われる。このとき、有効圧縮比が小さくなるが、この
分過給圧が高くなり吸気充填効率は十分に確保される。
このとき、燃焼室３内の混合気の有効圧縮比が小さくな
るので、混合気の圧縮による温度上昇が小さくなる。こ
のため、点火時における混合気の温度が比較的低くな
り、耐ノック性が高められる。なお、かかる吸気弁遅閉
じ運転によりポンピングロスが低減されるので燃費性能
も高められる。この場合、吸気系にＥＧＲガスを供給し
てもしなくてもどちらでもよいが、ＥＧＲガスを供給す
る場合は、新気吸入量の減少をできるだけ小さくするた
め、ＥＧＲガス量ないしはＥＧＲ率を小さくするのが好
ましい。なお、過給圧の上昇に伴ってＳ／Ｃ吐出温度も
上昇することになるが、この低速領域ではもともと過給
圧が低いので、Ｓ／Ｃ吐出温度が許容限界吐出温度に達
するおそれはない。
【００３４】(２)かかる低速領域での運転時にエンジン
回転数が次第に上昇してゆくとこれに伴って排気温度が
上昇してゆくことになるが、排気温度が所定の許容限界
排気温度まで上昇したときには、第２ＥＧＲ弁４２の開
度を大きくすることによってＥＧＲ率が所定量だけステ
ップ状に高められる。なお、前記の(１)の状態のときに
吸気系にＥＧＲガスを供給していない場合は、この時点
からＥＧＲガスの供給が開始されることになる。このよ
うにＥＧＲ率を高めると燃焼室３内の混合気の燃焼温度
が低下するので排気温度も低下し、排気温度が許容限界
排気温度以下に保持される。したがって、燃費性能の低
下を招くことなく排気温度を許容限界排気温度以下に保
持することができ、排気通路３６あるいは触媒コンバー
タ３７の信頼性が高められる。また、ＥＧＲ率の上昇に
より耐ノック性が高められる。この場合、ＥＧＲ率がス
テップ状に高められた後は、エンジン回転数の上昇に伴
ってＥＧＲ率を次第に増加させるのが好ましい。なお、
排気温度が許容限界排気温度に近づく領域からＥＧＲ率
を増加させるようにしてもよい。このように、ＥＧＲ率
をエンジン回転数に応じて増加させることによって排気
温度の上昇を一層有効に抑制することができる。
【００３５】(３)また、低速領域での運転時にエンジン
回転数が次第に上昇してゆくとこれに伴って過給圧が上
昇し、Ｓ／Ｃ吐出温度が上昇するが、Ｓ／Ｃ吐出温度が
所定の許容限界吐出温度まで上昇したときには、ＶＶＴ
９によって第１,第２吸気弁１a,１bが吸気弁遅閉じ運転
の場合よりも早いタイミング(例えば、吸気行程下死点
後３０°C.A.)で閉じられ、吸気弁早閉じ運転が行われ
る。このとき、有効圧縮比が大きくなるので、この分過
給圧が低くなり、Ｓ／Ｃ吐出温度が低下する。したがっ
て、Ｓ／Ｃ吐出温度が許容限界吐出温度以下に保持され
る。この場合、ノッキングの抑制は、ＥＧＲによる燃焼
温度の低下と、吸気弁と排気弁との間の開弁オーバラッ
プの増加とによって行われることになる。なお、ここで
「吸気弁早閉じ運転」とは、吸気弁遅閉じ運転の場合より
も早いタイミングで吸気弁１a,１bが閉じられるという
趣旨であって、従来の普通のエンジンよりも早いタイミ
ングで吸気弁が閉じられるという趣旨ではない。
【００３６】(４)上記の(２)の状態からさらにエンジン
回転数が上昇して、排気温度が再び許容限界排気温度ま
で上昇したときには、第１,第２燃料噴射弁５a,５bの燃
料噴射量を増加させることによって、空燃比がリッチ側
に変更される。これによって、排気温度が低下させら
れ、許容限界排気温度以下に保持される。このように、
まずＥＧＲ率を高めることによって排気温度を低下さ
せ、ＥＧＲ率を高めることによっては排気温度をもはや
許容限界排気温度以下に保持することができない状態に
なったときにはじめて空燃比をリッチ側に変更するよう
にしているので、不必要な空燃比のリッチ化が避けら
れ、燃費性能が高められる。
【００３７】(５)上記の(３)の状態からさらにエンジン
回転数が上昇して、Ｓ／Ｃ吐出温度が再び許容限界吐出
温度まで上昇したときには、リリーフバルブ２０を開く
ことによって、インタクーラ下流の加圧空気がバイパス
吸気通路１８を通して過給機上流の共通吸気通路１２に
リリーフさせられる。これによって、過給圧が低下させ
られ、Ｓ／Ｃ吐出温度が許容限界吐出温度以下に保持さ
れる。このように、まず吸気弁早閉じ運転を行うことに
よってＳ／Ｃ吐出温度を低下させ、吸気弁早閉じ運転に
よってはＳ／Ｃ吐出温度をもはや許容限界吐出温度以下
に保持することができない状態になったときにはじめて
加圧空気のリリーフを行うようにしているので、過給機
１６の能力を広い運転領域で最大限に利用することがで
き、エンジン出力を十分に高めることができる。
【００３８】以下、図３を参照しつつ、燃料としてレギ
ュラーガソリンを用いた場合について、エンジン回転数
が極低速領域(ほぼアイドル領域)から次第に上昇してゆ
くときに上記制御が行われた場合の、排気温度及びＳ／
Ｃ吐出温度の変化特性等を説明する。図３において、Ｔ
1とＴ2とは夫々許容限界排気温度と許容限界吐出温度と
を示し、Ｇ1(実線)はＳ／Ｃ吐出温度のエンジン回転数
に対する変化特性を示し、Ｈ1(実線)は排気温度のエン
ジン回転数に対する変化特性を示している。また、Ｇ2
は吸気弁遅閉じでＥＧＲ率を高めた場合のＳ／Ｃ吐出温
度のエンジン回転数に対する変化特性を示し、Ｇ3は吸
気弁遅閉じでＥＧＲ率を高めない場合のＳ／Ｃ吐出温度
のエンジン回転数に対する特性を示し、Ｇ4は吸気弁早
閉じでＥＧＲ率を高めた場合のＳ／Ｃ吐出温度のエンジ
ン回転数に対する特性を示している。さらに、Ｈ2は吸
気弁早閉じでＥＧＲ率を高めた場合の排気温度のエンジ
ン回転数に対する変化特性を示し、Ｈ3は吸気弁遅閉じ
でＥＧＲ率を高めた場合の排気温度のエンジン回転数に
対する特性を示し、Ｈ4は吸気弁遅閉じでＥＧＲ率を高
めない場合の排気温度のエンジン回転数に対する特性を
示している。
【００３９】図３に示すように、極低速領域において吸
気弁遅閉じ運転が行われ、かつＥＧＲ率が高められてい
ない(ＥＧＲ率＝０の場合を含む)状態からエンジン回転
数が次第に上昇してゆくと、これに伴って排気温度とＳ
／Ｃ吐出温度とがともに上昇してゆくが、エンジン回転
数がＮ1に達した時点でまず排気温度が許容限界排気温
度Ｔ1に達する。このように、まず排気温度が許容限界
に達するのは、燃料として耐ノック性が比較的低いレギ
ュラーガソリンが用いられているので、点火時期が比較
的リタード側にセットされ、このため混合気が後燃え状
態となり、排気温度が高くなる傾向が強いからである。
なお、エンジン回転数がＮ1以下の領域では吸気弁遅閉
じ運転が行われているので、耐ノック性が高められ、ノ
ッキングの発生が有効に防止される。
【００４０】エンジン回転数がＮ1に達した時点でＥＧ
Ｒ率がステップ状に高められ、排気温度は急低下する。
この場合、ＥＧＲ率が高められた分だけ新気吸入量が減
少することになるので、これを補うために過給圧がやや
高められ、これによってＳ／Ｃ吐出温度がやや上昇す
る。なお、エンジン回転数がＮ1〜Ｎ2の領域では吸気弁
遅閉じ運転が行われ、かつＥＧＲ率が高められるので、
耐ノック性が一層高められ、ノッキングの発生が一層有
効に防止される。
【００４１】この状態からさらにエンジン回転数が上昇
してゆくと、エンジン回転数がＮ2に達した時点でＳ／
Ｃ吐出温度が許容限界吐出温度Ｔ2に達し、この時点で
吸気弁早閉じ運転に切り替えられ、これによって過給圧
が低下してＳ／Ｃ吐出温度が急低下する。このとき排気
温度が若干上昇する。なお、エンジン回転数がＮ2〜Ｎ3
の領域では、ＥＧＲガスによってノッキングの発生が防
止される。この場合、吸気弁を早閉じにすることによっ
て、吸気弁と排気弁との間の開弁オーバラップが大きく
なるので燃焼室３内の掃気性が高められ、これによって
も耐ノック性が高められる。また、この領域ではＳ／Ｃ
吐出温度には余裕があるのでＥＧＲ量を多くして耐ノッ
ク性を高めるのが好ましい。
【００４２】さらにエンジン回転数が上昇してゆくと、
エンジン回転数がＮ3に達した時点で排気温度が再び許
容限界排気温度Ｔ1に達し、この時点で空燃比がリッチ
側に変更される。なお、空燃比は、排気温度がＴ1を超
えないように好ましく調整されるので、エンジン回転数
がＮ3よりも高いときには排気温度がほぼＴ1に保持され
る。このように、空燃比のリッチ化が高回転領域で行わ
れるので、燃費性能が高められる。
【００４３】さらにエンジン回転数が上昇してゆくと、
エンジン回転数がＮ4に達した時点でＳ／Ｃ吐出温度が
再び許容限界吐出温度Ｔ2に達し、この時点でインタク
ーラ下流の加圧空気が過給機上流の共通吸気通路１２に
リリーフされる。ここで、加圧空気のリリーフ量は、Ｓ
／Ｃ吐出温度がＴ2を超えないように好ましく調整され
るので、エンジン回転数がＮ4よりも高いときにはＳ／
Ｃ吐出温度はちょうどＴ2に保持される。このように、
加圧空気のリリーフが高回転領域で行われるので、過給
機１６の性能を広い運転領域で最大限に発揮させること
ができ、エンジン出力が高められる。
【００４４】このようにして、全運転領域でノッキング
の発生を防止しつつエンジン出力を高めることができ、
かつ燃費性能を高めることができ、さらに排気温度とＳ
／Ｃ吐出温度とを許容限界内に保持することができる。
【００４５】
【発明の作用・効果】第１の発明によれば、低速領域で
は吸気弁遅閉じ運転が行われるので、燃焼室内の混合気
の有効圧縮比が小さくなり、混合気の圧縮による温度上
昇が小さくなる。このため、点火時における混合気の温
度が比較的低くなり、耐ノック性が高められ、ノッキン
グの発生が防止される。そして、この状態からエンジン
回転数が上昇して排気温度が所定の許容限界排気温度ま
で上昇したときにはＥＧＲ率が高められるので、排気温
度が低下して許容限界排気温度以下に保持される。した
がって、燃費性能の低下を招くことなく排気温度を許容
限界内に保持することができ、排気系の信頼性を高める
ことができる。また、エンジン回転数が上昇して過給機
の吐出温度が所定の許容限界吐出温度まで上昇したとき
には吸気弁早閉じ運転が行われるので、有効圧縮比が大
きくなりこの分過給圧が低くなり、吐出温度が低下して
許容限界吐出温度以下に保持される。したがって、過給
機の能力を最大限に発揮させつつ吐出温度を許容限界内
に保持することができ、エンジン出力を高めることがで
きる。
【００４６】第２の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、エンジン回
転数が上昇して排気温度が再び許容限界排気温度まで上
昇したときには空燃比がリッチ側に変更され、これによ
って排気温度が低下させられ許容限界排気温度以下に保
持される。したがって、まずＥＧＲ率を高めることによ
って排気温度を低下させ、これによって排気温度を許容
限界内に保持することができない状態になったときには
じめて空燃比をリッチ側に変更するようにしているの
で、不必要な空燃比のリッチ化が避けられ燃費性能が高
められる。また、エンジン回転数が上昇して吐出温度が
再び許容限界吐出温度まで上昇したときには過給機下流
の加圧空気が過給機上流の吸気通路にリリーフさせら
れ、これによって過給圧が低下させられ吐出温度が許容
限界吐出温度以下に保持される。したがって、まず吸気
弁早閉じ運転を行うことによって吐出温度を低下させ、
これによって吐出温度を許容限界内に保持することがで
きない状態になったときにはじめて加圧空気をリリーフ
させるようにしているので、過給機の能力を広い運転領
域で最大限に利用することができエンジン出力を高める
ことができる。
【００４７】第３の発明によれば、基本的には第１又は
第２の発明と同様の作用・効果が得られる。さらに、燃
料として比較的耐ノック性の低いレギュラーガソリンが
用いられているので、排気温度が比較的高くなる。この
ため、低速領域からエンジン回転数が上昇した場合、ま
ず排気温度が許容限界排気温度に達し、この後で吐出温
度が許容限界吐出温度に達することになる。したがっ
て、吐出温度が許容限界吐出温度に達して吸気弁早閉じ
運転が行われる際には、すでにＥＧＲ率が高められてい
るので、これによって耐ノック性が十分に高められノッ
キングの発生が防止される。なお、燃料としてハイオク
ガソリンを用いるなどして、吐出温度の方が先に許容限
界に達した場合は、この時点から排気温度が許容限界に
達するまでの間はＥＧＲ率が高められないので、耐ノッ
ク性が若干低下することになる。
【００４８】第４の発明によれば、基本的には第１〜第
３の発明のいずれか１つと同様の作用・効果が得られ
る。さらに、低速領域では吸気系へのＥＧＲガスの供給
が停止されるので、新気吸入量が多くなりエンジン出力
が高められる。
【００４９】第５の発明によれば、基本的には第１〜第
４の発明のいずれか１つと同様の作用・効果が得られ
る。さらに、エンジン回転数の上昇に伴ってＥＧＲ率が
高められるので、排気温度の上昇が有効に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる吸気装置を備えた機械式過給
機付エンジンのエンジン本体まわりのシステム構成図で
ある。
【図２】 図１に示すエンジンの吸気系統のシステム構
成図である。
【図３】 図１に示すエンジンにおける、過給機吐出温
度及び排気温度の、エンジン回転数に対する特性を示す
図である。
【符号の説明】
ＶＥ…エンジン ＃１〜＃６…第１〜第６気筒 １a,１b…第１,第２吸気弁 ５a,５b…第１,第２燃料噴射弁 ９…吸気弁開閉タイミング可変手段 １０…コントロールユニット １６…機械式過給機 ２０…リリーフバルブ ４２…第２ＥＧＲ弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３１１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３１１Ｂ 23/00 23/00 Ｋ 41/02 ３３０ 41/02 ３３０Ｄ ３３０Ｅ 41/04 ３３０ 41/04 ３３０Ｍ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ ３０１Ｎ ３０１Ｚ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｐ (72)発明者 上杉 達也 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−59975（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−74560（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−240427（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 13/02 F01L 1/34 F02B 29/08 F02B 33/00 F02D 21/08 F02D 23/00 F02D 41/02 F02D 41/04 F02D 43/00 F02M 25/07

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機械式過給機と、吸気弁の閉弁タイミン
    グを変化させることができる吸気弁開閉タイミング可変
    手段と、少なくとも機械式過給機によって過給が行われ
    る運転領域では運転状態に応じて、吸気弁がクランク角
    でみて吸気行程下死点後の比較的遅いタイミングで閉じ
    られるように吸気弁開閉タイミング可変手段を制御して
    エンジンに吸気弁遅閉じ運転を行わせる吸気弁開閉タイ
    ミング制御手段とが設けられている機械式過給機付エン
    ジンの吸気装置において、 吸気弁開閉タイミング制御手段が、所定の低速領域では
    エンジンに吸気弁遅閉じ運転を行わせる一方、該低速領
    域からエンジン回転数が上昇して機械式過給機の吐出温
    度が所定の許容限界吐出温度まで上昇したときには、吸
    気弁が吸気弁遅閉じ運転の場合よりも早いタイミングで
    閉じられるように吸気弁開閉タイミング可変手段を制御
    してエンジンに吸気弁早閉じ運転を行わせるようになっ
    ており、 かつ、上記低速領域からエンジン回転数が上昇して排気
    温度が所定の許容限界排気温度まで上昇したときにはＥ
    ＧＲ率を高めるＥＧＲ制御手段が設けられていることを
    特徴とする機械式過給機付エンジンの吸気装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載された機械式過給機付エ
    ンジンの吸気装置において、 吸気弁開閉タイミング制御手段によって吸気弁早閉じ運
    転が行われた後、さらにエンジン回転数が上昇して機械
    式過給機の吐出温度が上記許容限界吐出温度まで上昇し
    たときには機械式過給機下流の加圧空気を機械式過給機
    上流の吸気通路にリリーフさせる過給制御手段と、 ＥＧＲ制御手段によってＥＧＲ率が高められた後、さら
    にエンジン回転数が上昇して排気温度が上記許容限界排
    気温度まで上昇したときには空燃比をリッチ側に変更す
    る空燃比制御手段とが設けられていることを特徴とする
    機械式過給機付エンジンの吸気装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載された機械
    式過給機付エンジンの吸気装置において、 機械式過給機付エンジンが燃料としてレギュラーガソリ
    ンを用いるようになっていることを特徴とする機械式過
    給機付エンジンの吸気装置。
  4. 【請求項４】 請求項１〜請求項３のいずれか１つに記
    載された機械式過給機付エンジンの吸気装置において、 ＥＧＲ制御手段が、上記所定の低速領域ではＥＧＲを供
    給せず、該低速領域からエンジン回転数が上昇して排気
    温度が上記許容限界排気温度まで上昇したときからＥＧ
    Ｒを供給するようになっていることを特徴とする機械式
    過給機付エンジンの吸気装置。
  5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれか１つに記
    載された機械式過給機付エンジンの吸気装置において、 ＥＧＲ制御手段が、エンジン回転数が高いときほどＥＧ
    Ｒ率を高めるようになっていることを特徴とする機械式
    過給機付エンジンの吸気装置。
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