JP3436313B2

JP3436313B2 - 火花点火式エンジン

Info

Publication number: JP3436313B2
Application number: JP27459891A
Authority: JP
Inventors: 光夫人見; 俊治益田; 敏彦服部; 謙二樫山; 潤三佐々木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1991-09-26
Filing date: 1991-09-26
Publication date: 2003-08-11
Anticipated expiration: 2018-08-11
Also published as: JPH0586945A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は火花点火式エンジンに関
するものである。

【０００２】

【従来技術】近時のエンジンは、燃料供給手段として電
子式の燃料噴射弁が装着され、この燃料噴射弁をコント
ロ−ルユニットによって制御するようにしたものが多く
なっている（特公平２−３６７７２号公報参照）。この
種のエンジンにあっては、エンジンの吸入する混合気の
空燃比（吸入空気に対する燃料の混合比率）を自在に調
整できるという利点がある。

【０００３】従来一般的な空燃比制御を説明すると、エ
ンジンの運転状態が中負荷領域にあるときには混合気の
空燃比が理論空燃比（λ＝１）となるように燃料供給量
の制御が行なわれ、他方エンジンの運転状態が高負荷領
域にあるときには、出力重視の観点から、混合気の空燃
比がＡ／Ｆ＝１３以下のリッチ空燃比となるように燃料
供給量の制御が行なわれていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のように高負荷領
域で空燃比を大きくリッチにするということは燃費面で
不利であり、この燃費を重視するのであれば、この高負
荷領域においても理論空燃比となるように空燃比制御す
ることが好ましい。

【０００５】しかしながら、混合気の空燃比を理論空燃
比にしたときには、混合気の空燃比が理論空燃比に近づ
く程、過不足なき空気の存在によって燃焼が円滑に行な
われることになるため、エンジン内部の温度が上昇し、
吸気弁と排気弁との間のバルブブリッジ等の熱負荷が大
きくなるという問題が生じる。また、エンジン出力をい
かに十分に確保するかということも問題となる。

【０００６】そこで、本発明の目的は、燃費重視の観点
から、高負荷運転状態での空燃比が理論空燃比となるよ
うに空燃比制御するとしたときに、エンジン出力を十分
に確保しつつエンジン内部の温度上昇を抑えるようにし
た火花点火式エンジンを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の技術的課題を達成
すべく、本発明にあっては次のような構成としてあるす
なわち、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手
段と、エンジンの吸気系に設けられ、少なくとも排気温
度が高くなりエンジンの熱負荷がもっとも高くなる傾向
にある全負荷を含む高速・高負荷運転状態にあるとき
に、排気温度およびエンジン内部の温度が高まることを
許容しつつ過給を行なう過給機と、全負荷を含む高速・
高負荷領域の過給運転状態にあるときに、多量の排気ガ
スを吸気系に還流させるように過給機上流の吸気系に接
続され、かつ比較的冷えた排気ガスが吸気系に還流され
るように設けられた外部配管のＥＧＲ通路と、前記運転
状態検出手段からの信号を受け、全負荷を含む高速・高
負荷運転状態にあるときに、吸気系に還流される排気ガ
ス量を、前記過給機の過給作用による新気量確保によっ
て増量されるように、前記外部配管のＥＧＲ通路を開く
ＥＧＲ手段と、前記運転状態検出手段からの信号を受
け、少なくとも排気温度が高くなりエンジンの熱負荷が
もっとも高くなる傾向にある全負荷を含む高速・高負荷
運転状態にあるときに、外部配管のＥＧＲ通路が開かれ
た状態において、燃焼室内の空燃比が排気温度がもっと
も高くなる空燃比である略理論空燃比となるように、燃
料供給量を制御する高負荷空燃比制御手段と、を備え、
エンジン幾何学的圧縮比が、全負荷を含む高速・高負荷
運転状態にあるときに、多量の排気ガスがエンジンに還
流されることを前提として、９以上の高圧縮比に設定さ
れ、エンジンの運転状態が高速かつ全負荷領域にあると
きの新気充填量を増やしつつ、燃焼室内の空燃比が略理
論空燃比の状態で多量の排気ガスがエンジンに還流され
るように、前記過給機と前記ＥＧＲ手段と前記高負荷空
燃比制御手段とが同一運転状態で作動される、ような構
成としてある。

【０００８】上記構成によれば、排気温度が高くかつ熱
負荷が高くなるエンジンの高速かつ全負荷の運転状態に
おいて、第１に、過給により、自然吸気式エンジン以上
に新気充填量を確保して、トルク低下がないよう燃料供
給量を確保しつつ、ＥＧＲ手段との共働で過給による吸
気量増大分を排気ガスの還流に振り向けられ、第２に、
ノッキングしやすい過給機付きエンジンでありながら、
圧縮比を９以上の高圧縮比とすることで熱効率を高くし
てさらなる燃費改善と、トルク向上と、エンジンから排
出される排気ガスの温度を下げ、第３に、外部配管のＥ
ＧＲ通路を介してエンジンへ還流される排気ガスの温度
を下げ、これらによって、高速かつ全負荷の運転状態に
おいて、より多くのしかも比較的低温の排気ガスを燃焼
室に供給して、燃焼温度、排気ガス温度を低下させるこ
とができ、エンジンの熱負荷抑制ないしノッキング回避
の両立を図ることができる。よって、従来は混合気の空
燃比を理論空燃比よりもリッチに設定していた高速・全
負荷の運転状態での設定空燃比を、排気温度がもっとも
高くなりエンジンの熱負荷が高くなる空燃比である略理
論空燃比にまでリーン化することができて、燃費向上を
図ることができる。エンジンの高速かつ全負荷の運転状
態においての空燃比Ａ／Ｆを１３から１６の燃焼性の高
い範囲に設定することにより、燃費向上の上でより一層
好ましいものとなる。

【０００９】本発明の作用をより具体的に説明すると次
のとおりである。自然吸気式エンジンを例に説明する
と、従来のエンジンの平均的な圧縮比９において、燃費
重視の観点から、高負荷運転時の空燃比をＡ／Ｆ＝１３
からＡ／Ｆ＝１４、７（理論空燃比）にしたとすると、
図１６から明らかなように、エンジン発生トルクが２
％低下する。燃料消費率が１０％改善する。バルブ
ブリッジ温度が４度上昇する。排気ガス温度が３５度
上昇する。

【００１０】上記及びの問題をＥＧＲで解決しよう
とすると、図１７ら明らかなように、排気ガス温度（排
気ガス温度の方が多くのＥＧＲ量を要求する）に対応し
て、ＥＧＲ率で約７％が必要となる。しかし、ＥＧＲ率
約７％をエンジンに投入すると、このＥＧＲガスの投入
に伴なって新気の充填量が約７％減少するため、エンジ
ン発生トルクは更に７％低下することになる。つまり、
圧縮比同一のままで、空燃比を「Ａ／Ｆ＝１３」から
「λ＝１（理論空燃比）」へリ−ン化することに伴うエ
ンジン内部温度の上昇あるいは排気ガス温度の上昇をＥ
ＧＲで抑えるとしたときには、エンジン発生トルクが合
計９％低下することになる。

【００１１】そこで、自然吸気エンジン以上のエンジン
発生トルクを確保するように、過給による吸気量増大分
を排気ガスの還流に振り向けて、トルク低下を抑制しつ
つ燃料供給量を確保し、過給機装着によってノッキング
しやすいエンジンでありながら圧縮比を９以上の高圧縮
比として熱効率を高くして、、さらなる燃費改善とトル
ク向上とエンジンから排出される排気ガス温度とを下
げ、これら過給、高圧縮比、外部配管のＥＧＲ通路によ
って、より多くのしかも比較的低温の排気ガスを燃焼室
に供給でき、燃焼温度、排気ガスを低下でき、エンジン
の熱負荷抑制が十分に行えることになる。

【００１２】従来は、混合気の空燃比を理論空燃比より
もリッチに設定していた高速かつ全負荷の運転状態での
設定空燃比を、排気温度がもっとも高くなりエンジンの
熱負荷が高くなる空燃比である略理論空燃比にまでリー
ン化できて、燃費向上を図ることができる。

【００１３】したがって、高速・全負荷の運転状態にお
いて、過給機を装着し、なおかつ排気温度がもっとも高
くなりエンジンの熱負荷が高くなる空燃比である略理論
空燃比に設定しながら、排気ガス温度およびバルブブリ
ッジ温度を下げることができる。

【００１４】この結果から、高速・全負荷の運転状態に
おいて、自然吸気式エンジン以上のエンジン発生トルク
を確保しつつ、エンジンの熱負荷抑制、ノッキング回避
をは図りながら、燃料消費率を大きく改善することがで
きる。以上により、エンジンの高速かつ全負荷の運転状
態において、出力の確保、熱負荷抑制、燃費向上を同時
に達成できる。つまり、過給、高圧縮比化、外部配管の
ＥＧＲ通路を介してのＥＧＲ、空燃比のリーン化の相乗
作用によって、始めて、高速・全負荷の運転状態での十
分なトルクの確保とエンジンの熱負荷抑制とを行いつ
つ、大幅な燃料消費率の改善を得ることが可能となる。
勿論、ＥＧＲ投入は、高圧縮比化に伴うノッキング対策
も兼ねることになる。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付した図面に基
いて説明する。エンジンの機械的構成図１、図２におい
て、１はエンジン本体で、エンジン本体１は、互いにＶ
型をなす左右のバンク部２Ｌ、２Ｒを有し、これら左右
のバンク部２Ｌ、２Ｒ毎に、夫々、３つの気筒４が直列
に配置された、いわゆるＶ型６気筒エンジンとされてい
る。以下に、左右のバンク部２Ｌ、２Ｒを構成する部材
あるいは各バンク部２Ｌ、２Ｒに関連する部材には、左
バンク部２Ｌあるいは右バンク部２Ｒに対応して、その
参照符号に「Ｌ」、「Ｒ」を付記して図示する一方、こ
れら部材の説明において、特に必要であるときを除い
て、符号「Ｌ」、「Ｒ」の付記を省略する。

【００１６】上記エンジン本体１について詳しく説明す
ると、エンジン本体１は、シリンダブロック３を有し、
各気筒４は、シリンダ５に嵌挿されたピストン６とシリ
ンダヘッド７とでペントル−フ型の燃焼室８が形成され
ている。そして、シリンダヘッド７には、共に燃焼室８
に開口する第１、第２の２つの吸気ポ−ト９、１０と、
第１、第２の２つの排気ポ−ト１１、１２とが形成され
（図２参照）、上記第１、第２吸気ポ−ト９、１０に
は、図２に示すように、夫々、第１吸気弁１３、第２吸
気弁１４が配設され、上記第１、第２排気ポ−ト１１、
１２には、夫々、第１排気弁１５、第２排気弁１６が配
設されている。

【００１７】すなわち、エンジン本体１は、各気筒４が
２つの吸気弁１３、１４と２つの排気弁１５、１６とを
具備する４バルブ式エンジンとされて、これら各弁１３
〜１６を開閉動作させる動弁系１７は、２つのカムシャ
フト１８、１９をシリンダヘッド７に収容した、いわゆ
るダブルオ−バヘッドカム（ＤＯＨＣ）式とされてい
る。すなわち、第１のカムシャフト１８は吸気弁１３、
１４用とされ、第２のカムシャフト１９は排気弁１５、
１６用とされ、これら第１、第２のカムシャフト１８、
１９には、その軸端に、カムプ−リ２０（図２参照、排
気弁用カムプ−リは図示せず）が設けられて、これらカ
ムプ−リ２０は、既知のように、タイミングベルト２２
を介してエンジン出力軸（クランクシャフト）２３に連
係され、上記吸気弁１３、１４あるいは上記排気弁１
５、１６は、エンジン出力軸２３の回転に同期して、所
定のタイミングで開閉される。

【００１８】上記第１カムシャフト１８には、上記吸気
弁用カムプ−リ２０に対する第１カムシャフト１８の位
相を変更させるバルブタイミング可変機構２４（吸気弁
用バルブタイミング可変機構）が設けられ、他方、上記
第２カムシャフト１９には、上記排気弁用カムプ−リに
対する第２カムシャフト１９の位相を変更させるバルブ
タイミング可変機構（排気弁用バルブタイミング可変機
構、図示せず）が設けられている。この排気弁用バルブ
タイミング可変機構は上記吸気弁用バルブタイミング可
変機構２４と同一の構成とされ、このようなバルブタイ
ミング可変機構２４は従来から既知であるのでその詳細
な説明は省略する。また上記シリンダヘッド７には点火
プラグ２５が装着され、この点火プラグ２５は燃焼室８
の中央に臨ませて配置されている。

【００１９】上記ピストン６はコンロッド２６を介して
上記クランクシャフト２３に連結され、クランクシャフ
ト２３を収容するクランク室２７の下方域には、エンジ
ンオイルを貯留するオイル貯留室２８がオイルパン２９
によって形成されている。尚、図２に示す符号３０はオ
イルストレ−ナである。

【００２０】上記左右のバンク部２Ｌと２Ｒとで挟まれ
たバンク中央空間３１には、図１に示すように、クラン
クシャフト２３の回転力によって機械的に駆動されるス
クリュ式過給機３２が設置され、また、この過給機３２
の上方にインタ−ク−ラ３３が配置されている。他方、
各バンク部２Ｌ、２Ｒの上方には、夫々、クランクシャ
フト２３の長手方向に延びるサ−ジタンク３４が配設さ
れ、このサ−ジタンク３４と前記吸気ポ−ト９、１０と
は、各気筒４毎に、独立吸気管３５を介して接続されて
いる。そして、左右各バンク部２Ｌ、２Ｒにおける吸気
ポ−ト９、１０の上流端が、夫々、バンク中央空間３１
に臨んで開口している関係上、上記独立吸気管３５は、
上記サ−ジタンク３４から一旦バンク中央空間３１に向
けて横方向に延びた後に下方に向けて湾曲する形状とさ
れている。

【００２１】以下に、上記エンジン本体１の吸気系４０
について、図３を参照しつつ、詳しく説明する。吸気系
４０は、その上流側から下流側に向けて順次接続された
共通吸気管４１、左右の前記サ−ジタンク３４Ｌ、３４
Ｒ、前記独立吸気管３５で構成され、この共通吸気管４
１には、上流側から下流側に向けて、順に、エアクリ−
ナ４２、エアフロメ−タ４３、スロットル弁４４、前記
スクリュ式過給機３２、前記インタ−ク−ラ３３が配設
されている。また、この共通吸気管４１には、上記スロ
ットル弁４４をバイパスする第１バイパス通路４５と、
上記スクリュ式過給機３２とインタ−ク−ラ３３とをバ
イパスする第２バイパス通路４６とが設けられている。

【００２２】上記第１バイパス通路４５には、ＩＳＣバ
ルブ４７が介設され、既知のように、該ＩＳＣバルブ４
７によってアイドル回転数の調整が行なわれるようにな
っている。上記第２バイパス通路４６には、ダイアフラ
ム式アクチュエ−タ４８によって駆動されるリリ−フ弁
４９が介設され、過給圧が所定値以上になるとリリ−フ
弁４９が開かれて（第２バイパス通路４６が開かれ
る）、リリ−フされるようになっている。他方、上記左
右のサ−ジタンク３４Ｌと３４Ｒとは連通管５０によっ
て互いに連通され、この連通管５０には、その途中に可
変吸気コントロ−ル用のバルブ５１が介装されて、例え
ば、エンジン回転数に応じてバルブ５１の開閉が行なわ
れ、既知のように、広い領域にわたって吸気の動的効果
を得るようにしてある。

【００２３】前記独立吸気管３５は、その内部空間を部
分的に左右２つに仕切る仕切壁３５ａを有し、仕切壁３
５ａによって第１独立吸気通路５２と第２独立吸気通路
５３とが形成されて、第１独立吸気通路５２が前記第１
吸気ポ−ト９に接続され、第２独立吸気通路５３が前記
第２吸気ポ−ト１０に接続されている。そして、上記第
２独立吸気通路５３は、その上流端部に配置されたシャ
ッタ弁５４により開閉されるようなっており、左バンク
部２Ｌに配置された各シャッタ弁５４Ｌは左バンク用の
共通軸５５Ｌに連結され、右バンク部２Ｒに配置された
各シャッタ弁５４Ｒは右バンク用の共通軸５５Ｒに連結
されて、これら共通軸５５Ｌと５５Ｒとは、夫々、その
軸端にアクチュエ−タ（図示省略）が結合されている。

【００２４】上記エンジン本体１の燃料供給系は、上流
側インジェクタ５６と下流側インジェクタ５７とで構成
され、上流側インジェクタ５６は前記過給機３２の直上
流に配設され、他方、下流側インジェクタ５７は、上記
独立吸気管３５に配設され、より具体的には、この下流
側インジェクタ５７は第１吸気ポ−ト９と第２吸気ポ−
ト１０とに臨ませて配設されている。尚、図３に示す符
号５８はアシストエア通路、５９は逆止弁である。

【００２５】エンジン本体１の排気系６０は、図３に概
略的に示すように、上流側から下流側に向けて、順に、
左右各バンク部２Ｌ、２Ｒ用の排気マニホルド６１Ｌ、
６１Ｒと、共通排気管６２とで構成され、該共通排気管
６２には、その途中に、排気ガスを浄化する触媒コンバ
−タ６３が介設され、また共通排気管６２の下流端に
は、既知のようにサイレンサ（図示せず）が配設されて
いる。

【００２６】上記エンジン本体１には、第１、第２の２
つの外部ＥＧＲ通路（共に外部配管で構成されている）
６５、６６とが付設され、第１外部ＥＧＲ通路６５と第
２外部ＥＧＲ通路６６とを比較したときに、第１外部Ｅ
ＧＲ通路６５の通路径が小径とされ、第２外部ＥＧＲ通
路６６の通路径が大径とされて、後述するように、第１
外部ＥＧＲ通路６５は低負荷領域で使用され、他方第２
外部ＥＧＲ通路６６は高負荷領域で使用される。

【００２７】上記第１外部ＥＧＲ通路６５は、その一端
が排気マニホルド６１Ｌあるいは６１Ｒに接続され、他
端が上記第１吸気ポ−ト９に接続されている。そして、
この第１外部ＥＧＲ通路６５には、上記一端側から他端
側に向けて、順に、第１ＥＧＲバルブ６７、集合チャン
バ６８が設けられ、集合チャンバ６８はバイパスエア管
６９を介して前記共通吸気管４１に連通されて、このバ
イパスエア管６９にバイパスエアコントロ−ルバルブ７
０が介設されている。他方、上記第２外部ＥＧＲ通路６
６は、その一端が上記触媒コンバ−タ６３よりも下流側
の共通排気管６２に接続され、他端が前記過給機３２よ
りも上流側の共通吸気管４１（スロットル弁４４よりも
下流）に接続されている。そして、この第２外部ＥＧＲ
通路６６には、上記一端側から他端側に向けて、順に、
カ−ボントラップ７１、ＥＧＲク−ラ７２、第２ＥＧＲ
バルブ７３が設けられている。

【００２８】エンジン仕様上記エンジンの具体的仕様は
以下のとおりである。 (1) エンジン形式：Ｖ型６気筒、ＤＯＨＣ４バルブ (2) 左バンク部と右バンク部との間のバンク角：９０度 (3) 総排気量：１４９６cc (4) シリンダのボア径：直径６３mm (5) ピストンストロ−ク：８０mm (6) 圧縮比（ε）：１０ (7) 吸気弁と排気弁との間のバルブ挟み角：３０度 (8) 過給機：スクリュ−式（圧力比＝２．５） (9) インタ−ク−ラ出口温度：６０℃ (10)使用燃料：レギュラ−ガソリン（オクタン価＝９
１）

【００２９】すなわち、エンジン本体１は、シリンダボ
ア５のボア径が小径とされ、ピストンストロ−ク（Ｓ）
がボア径（Ｂ）に比べて大きいロングストロ−クとされ
ている。また圧縮比が高圧縮比とされ、更に過給圧につ
いても高過給圧に設定されている。

【００３０】上記エンジン本体１は図４に示すコントロ
−ルユニットＵを備え、コントロ−ルユニットＵは、例
えばマイクロコンピュ−タで構成されて、既知のよう
に、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を具備している。コント
ロ−ルユニットＵには、センサ４３、８０〜８２等から
の信号が入力される。上記エアフロメ−タ４３は吸入空
気量を検出するものである。上記センサ８０は吸気負圧
に基づいてエンジン負荷を検出するものである。上記セ
ンサ８１はエンジン回転数を検出するものである。上記
センサ８２は過給機３２の回転数を検出するものであ
る。他方、コントロ−ルユニットＵからは、上記インジ
ェクタ５６、５７等に制御信号が出力される。

【００３１】以下にコントロ−ルユニットＵによって行
なわれる各種制御の内容を説明する。シャッタ弁５４の制御シャッタ弁５４は、例えばエンジン回転数で３，０００
rpm を挟んで低回転領域では閉じられ、高回転域では開
かれる。すなわち、吸入空気量が少ない低回転領域では
第２独立吸気通路５３が閉じられて第１独立吸気通路５
２だけを使用して吸気が行なわれる。他方、吸入空気量
が多くなる高回転領域では第１、第２独立吸気通路５
２、５３を共に使用して吸気が行なわれる。

【００３２】バルブタイミング制御図５に示すマップに基づいて、３つに区分された領域Ｉ
〜ＩＩＩに対して以下のバルブタイミングとされる。

【００３３】領域Ｉ（低負荷、低回転領域）図６に示すように、排気弁１５、１６の開きタイミング
が下死点前（ＢＢＤＣ）７０度（クランク角、以下同
じ）とされ、閉じタイミングが上死点後（ＡＴＤＣ）１
０度とされている。他方、吸気弁１３、１４の開きタイ
ミングが上死点前（ＢＴＤＣ）１０度とされ、閉じタイ
ミングが下死点後（ＡＢＤＣ）１００度とされている。

【００３４】領域ＩＩ（エンジン回転数が３，０００
ｒｐｍ以下）図７に示すように、排気弁１５、１６の開きタイミング
が下死点前（ＢＢＤＣ）７０度（クランク角、以下同
じ）とされ、閉じタイミングが上死点後（ＡＴＤＣ）１
０度とされている。他方、吸気弁１３、１４の開きタイ
ミングが上死点前（ＢＴＤＣ）４０度とされ、閉じタイ
ミングが下死点後（ＡＢＤＣ）７０度とされている。

【００３５】領域ＩＩＩ（エンジン回転数が３，００
０ｒｐｍよりも高回転）図８に示すように、排気弁１５、１６の開きタイミング
が下死点前（ＢＢＤＣ）４０度（クランク角、以下同
じ）とされ、閉じタイミングが上死点後（ＡＴＤＣ）４
０度とされている。他方、吸気弁１３、１４の開きタイ
ミングが上死点前（ＢＴＤＣ）４０度とされ、閉じタイ
ミングが下死点後（ＡＢＤＣ）７０度とされている。

【００３６】すなわち、吸気弁１３、１４は、全領域に
おいて、遅く閉じるように設定されており、特に上記領
域Ｉでは極端な遅閉じとされている。また、排気弁１
５、１６と吸気弁１３、１４とが共に開いた状態とされ
る、いわゆるオ−バラップは、領域Ｉではオ−バラップ
量が小とされ、領域ＩＩではオ−バラップ量が大とさ
れ、領域ＩＩＩではオ−バラップ量が極大とされてい
る。以上のことをまとめれば以下のとおりである。

【００３７】領域Ｉ（低負荷、低回転領域）オ−バラップ量が「小」、極端な吸気遅閉じ。領域ＩＩ（エンジン回転数が３，０００ｒｐｍ以下）オ−バラップ量が「大」、吸気遅閉じ。領域ＩＩＩ（エンジン回転数が３，０００ｒｐｍより
も高回転）オ−バラップ量が「極大」、吸気遅閉じ。

【００３８】ＥＧＲ制御図９に示すマップに基づいて、３つに区分された領域
Ｉ、ＩＶ、Ｖに対して以下のＥＧＲ制御が行なわれる
（第１、第２ＥＧＲバルブ６７、７３の制御）。

【００３９】領域Ｉ（低負荷、低回転領域）第１、第２ＥＧＲバルブ６７、７３が共に全閉とされ
る。

【００４０】領域ＩＶ（スロットル弁４４が１／２開
度以下）第２ＥＧＲバルブ７３が閉じ状態とされ、第１ＥＧＲバ
ルブ６７によってＥＧＲ率が調整される。つまり、第１
外部ＥＧＲ通路６５を使用して排気ガスの還流（ＥＧ
Ｒ）が行なわれる。

【００４１】領域Ｖ（スロットル弁４４が１／２開度
よりも大、全負荷を含む過給領域）第１ＥＧＲバルブ６
７が閉じ状態とされ、第２ＥＧＲバルブ７３によってＥ
ＧＲ率が調整される。つまり、ＥＧＲク−ラ７２を備え
た第２外部ＥＧＲ通路６６を使用して排気ガスの還流
（ＥＧＲ）が行なわれる。そして、この領域Ｖにおける
ＥＧＲ率は負荷に対して一定あるいは例えば特にエンジ
ン内部温度の上昇が問題となる全負荷域では負荷が大き
くなるに従ってＥＧＲ率を増大させるようにしてある。

【００４２】以上のＥＧＲ制御と前記バルブタイミング
制御とを複合すれば、前記図５と図９とを複合した図１
０に示すように、領域Ｉ、ＶＩ〜ＩＸの５つの領域に区
分されることになるが、燃焼安定性、燃費あるいはノッ
キングの発生が問題となる領域Ｉ、ＶＩ並びに領域ＶＩ
Ｉについて以下に詳述することとし、これら領域ではエ
ンジン本体１が下記の制御状態におかれることになる。

【００４３】領域Ｉ（極軽負荷領域つまり低負荷低回
転領域）燃焼が不安定となり易いこの領域Ｉにおいては、外部Ｅ
ＧＲが禁止され、且つ上記オ−バラップ量が上述したよ
うに「小」とされるため、燃焼室８に残留する残留ガス
が小さなものとなり、燃焼安定性を確保することが可能
となる。更に、スロットル弁４４の開度が小さいこの領
域Ｉにおいて、上述したように吸気弁１３、１４が極端
な遅閉じとされるため、この領域Ｉでのポンピングロス
を低減することが可能となる。

【００４４】領域ＶＩ（軽負荷領域つまり低回転、低
負荷領域）エンジン回転数が３，０００ｒｐｍ以下且つ１／２負荷
以下のこの領域ＶＩは比較的燃焼が安定であるため、オ
−バラップ量が「大」とされて、上記第１外部ＥＧＲ通
路６５からのＥＧＲに加えて、内部ＥＧＲが行なわれる
ことになる。つまり、上記オ−バラップ量を「大」とす
ることで、燃焼室８内に多くの残留ガスを残留させる内
部ＥＧＲが行なわれることになる。この内部ＥＧＲは高
温であり、また上記第１外部ＥＧＲ通路６５はその上流
端が排気マニホルド６１に接続されて、エンジン本体１
から吐出された排気ガスが排気系６０で冷える前に上記
第１外部ＥＧＲ通路６５を通ってエンジン本体１へ還流
されるため、この第１外部ＥＧＲ通路６５によるＥＧＲ
ガスも比較的高温である。加えて吸気弁１３、１４が遅
閉じとされるため、この吸気遅閉じおよび高温のＥＧＲ
ガスによって当該領域ＶＩでのポンピングロスを低減す
ることが可能となる。

【００４５】領域ＶＩＩ（低回転、高負荷（全負荷を
含む）領域）エンジン回転数が３，０００ｒｐｍ以下且つスロットル
弁４４が１／２負荷よりも大きいこの領域ＶＩＩでは、
過給領域でもある。したがって、この領域ＶＩＩでは、
オ−バラップ量を「大」とすることで、燃焼室８内の掃
気が促進されて、内部ＥＧＲによる筒内温度（気筒４内
の温度）の上昇が抑えられることになる。また、吸気弁
１３、１４が遅閉じとされて、圧縮行程でのピストン６
の有効ストロ−クが短縮されるため、吸気の圧縮に伴な
う筒内温度の上昇が低下することになる。更に、この領
域ＶＩＩでは、ＥＧＲク−ラ７２を備えた第２外部ＥＧ
Ｒ通路６６を使用して冷えたＥＧＲガスの還流（コ−ル
ドＥＧＲ）が行なわれるため、このコ−ルドＥＧＲによ
っても筒内温度の上昇が抑えられることになる。

【００４６】尚、第２外部ＥＧＲ通路６６は、その上流
端が排気系６０の下流に接続されているため、排気系６
０で冷やされた排気ガスが上記第２外部ＥＧＲ通路６６
に導入されることになる。また、この第２外部ＥＧＲ通
路６６は、その下流端がインタ−ク−ラ３３の上流側に
接続されているため、この第２外部ＥＧＲ通路６６を通
って吸気系４０に還流された後のＥＧＲガスはインタ−
ク−ラ３３によって再度冷やされることになる。以上の
ことから、この第２外部ＥＧＲ通路６６を使用した外部
ＥＧＲは、その温度の低下の徹底が図られることにな
る。上述したように、この領域ＶＩＩでは、掃気、吸気
弁１３、１４の遅閉じ、並びにコ−ルドＥＧＲによって
筒内温度を低下させて、当該領域ＶＩＩでのエンジン内
部の熱負荷の低減（バルブブリッジの保護）、ノッキン
グ発生の抑制並びに排気ガス中のＮＯX 低減を図るよう
にしてある。

【００４７】空燃比（Ａ／Ｆ）制御このエンジン本体１は、前記第２ＥＧＲ通路６６を用い
る領域Ｖ（図９参照）を含む広い領域で、空燃比が理論
空燃比（λ＝１）となるようにフィ−ドバック制御され
る。尚、この空燃比のフィ−ドバック制御については従
来から既知であるのでその説明は省略する。

【００４８】上記エンジンの特性と従来のエンジンとの
比較を図１１乃至図１４に示してある。これらの図から
明らかなように、上記エンジン本体１は、従来に比べて
高圧縮比とされ（図１１参照）、ロングストロ−クとさ
れ（図１２参照）、総排気量に対して小径ボアとされ
（図１３参照）、また総排気量に対して気筒数の多いも
のとなっている（図１４参照）。また、このエンジンが
搭載される車両の重量は約１，５００kgであり、図１５
に示すように、車両重量と総排気量との関係において
も、従来ならば総排気量３，０００ccのエンジンが搭載
される車両重量である。換言すれば、上記エンジンは高
過給及び高圧縮比によって、従来のエンジンの約２倍の
出力を発生するものとなっている。つまり１．５リッタ
−エンジンで３リッタ−エンジンと同等の出力を発生す
るものとなっている。

【００４９】尚、図１５に記したラインＬ１は数１で表
すことができ、同図に記したラインＬ２は数２で表すこ
とができる。

【数１】

【数２】これら数１、数２において、Ｗは車両重量を意味し、Ｖ
は総排気量を意味する。

【００５０】上記エンジンの特性によれば、小排気量化
によって燃費の向上を図ることができる。また高圧縮比
化によって熱効率の向上（燃費の向上）を図ることがで
きる。またロングストロ−クによって軸受部の負担を軽
減することができる（機械的損失の低減）。また多気筒
化によって振動の少ないエンジンとすることが可能にな
る。

【００５１】また、上述したように、全負荷を含む領域
Ｖ（図９参照）において理論空燃比となるように空燃比
制御することに伴うエンジン内部の温度上昇に対し、こ
の領域Ｖにおいて、負荷に対してＥＧＲ率を一定あるい
は負荷が大きくなるに従ってＥＧＲ率を大きくするよう
にしてあるため、このＥＧＲガスによってエンジン内部
の温度上昇を抑えることができる。

【００５２】このことは、上記エンジンでは高圧縮比、
高過給としてあることに関連して、特に全負荷域でのエ
ンジンの信頼性を高める上で効果的である。すなわち、
高負荷領域での空燃比のリ−ン化（従来と比較して）に
伴うエンジン内部の温度上昇をＥＧＲガスで抑えるよう
にしてあるため、特に全負荷域でのエンジンの信頼性を
高める上で効果的である。また、高圧縮比との関連で、
高負荷領域での燃料消費率を大幅に改善することができ
る。

【００５３】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
は、高負荷運転領域における混合気の空燃比が厳密な意
味で理論空燃比となるように空燃比制御を行なうのもの
に限られず、ほぼ理論空燃比となるように空燃比制御す
るものを包含する。この場合、ほぼ理論空燃比の意味
は、発明の目的からして、従来（Ａ／Ｆ＝１３）よりも
リ−ンであればよく、また従来よりもエンジンの内部温
度が上昇するＡ／Ｆ＝１６以下の空燃比であればよい。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、燃費改善と、エンジン
出力の確保と、エンジン内部の温度上昇抑制とを全て満
足させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例にかかるエンジンの縦断面図。

【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。

【図３】実施例にかかるエンジンの吸気系及び排気系を
展開して示す図。

【図４】実施例にかかるエンジンの各種制御の全体系統
図。

【図５】可変バルブタイミング制御用マップ。

【図６】図５に示す領域Ｉでの可変バルブタイミングの
説明図。

【図７】図５に示す領域ＩＩでの可変バルブタイミング
の説明図。

【図８】図５に示す領域ＩＩＩでの可変バルブタイミン
グの説明図。

【図９】実施例にかかるＥＧＲ制御用マップ。

【図１０】可変バルブタイミング制御とＥＧＲ制御とを
複合した制御用マップ。

【図１１】実施例にかかるエンジンと従来のエンジンと
を圧縮比の点で比較した図。

【図１２】実施例にかかるエンジンと従来のエンジンと
をＳ／Ｂ比の点で比較した図。

【図１３】実施例にかかるエンジンと従来のエンジンと
をボア径の点で比較した図。

【図１４】実施例にかかるエンジンと従来のエンジンと
を総排気量に対する気筒数の点で比較した図。

【図１５】実施例にかかるエンジンと従来のエンジンと
を総排気量に対する車両重量の点で比較した図。

【図１６】空燃比とバルブブリッジ温度等との関係を示
すグラフ。

【図１７】ＥＧＲ率とバルブブリッジ温度等との関係を
示すグラフ。

【符号の説明】

１エンジン本体４気筒５シリンダ６ピストン８燃焼室２３エンジン出力軸２５点火プラグ３２機械式過給機５６、５７インジェクタ（燃料噴射弁）６５第１外部ＥＧＲ通路（低負荷用）６６第２外部ＥＧＲ通路（高負荷用）６７低負荷用ＥＧＲコントロ−ルバルブ７３高負荷用ＥＧＲコントロ−ルバルブ８０エンジン負荷検出センサ８１エンジン回転数センサＵコントロ−ルユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０ＡＦ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｊ (72)発明者服部敏彦広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者樫山謙二広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者佐々木潤三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２−123272（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−81552（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−268845（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−315（ＪＰ，Ａ) 社団法人自動車工業振興会，自動車ガイドブック，1990〜’91（第37巻）, 1990年10月25日，Ｐ158〜356 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 43/00 F02M 25/07

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの運転状態を検出する運転状態検
出手段と、エンジンの吸気系に設けられ、少なくとも排気温度が高
くなりエンジンの熱負荷がもっとも高くなる傾向にある
全負荷を含む高速・高負荷運転状態にあるときに、排気
温度およびエンジン内部の温度が高まることを許容しつ
つ過給を行なう過給機と、全負荷を含む高速・高負荷領域の過給運転状態にあると
きに、多量の排気ガスを吸気系に還流させるように過給
機上流の吸気系に接続され、かつ比較的冷えた排気ガス
が吸気系に還流されるように設けられた外部配管のＥＧ
Ｒ通路と、前記運転状態検出手段からの信号を受け、全負荷を含む
高速・高負荷運転状態にあるときに、吸気系に還流され
る排気ガス量を、前記過給機の過給作用による新気量確
保によって増量されるように、前記外部配管のＥＧＲ通
路を開くＥＧＲ手段と、前記運転状態検出手段からの信号を受け、少なくとも排
気温度が高くなりエンジンの熱負荷がもっとも高くなる
傾向にある全負荷を含む高速・高負荷運転状態にあると
きに、外部配管のＥＧＲ通路が開かれた状態において、
燃焼室内の空燃比が排気温度がもっとも高くなる空燃比
である略理論空燃比となるように、燃料供給量を制御す
る高負荷空燃比制御手段と、を備え、エンジン幾何学的圧縮比が、全負荷を含む高速・高負荷
運転状態にあるときに、多量の排気ガスがエンジンに還
流されることを前提として、９以上の高圧縮比に設定さ
れ、エンジンの運転状態が高速かつ全負荷領域にあるときの
新気充填量を増やしつつ、燃焼室内の空燃比が略理論空
燃比の状態で多量の排気ガスがエンジンに還流されるよ
うに、前記過給機と前記ＥＧＲ手段と前記高負荷空燃比
制御手段とが同一運転状態で作動される、ことを特徴とする火花点火式エンジン。
【請求項２】請求項１において、前記高負荷空燃比制御手段が、エンジンが高速かつ全負
荷の運転状態においてもエンジンが吸入する混合気の空
燃比をＡ／Ｆ＝１３よりも希薄側でかつＡ／Ｆ＝１６よ
りも濃厚側のほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を
制御する、ことを特徴とする火花点火式エンジン。