JP3500658B2 - 機械式過給機付エンジンの吸気装置 - Google Patents

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】従来、機械式過給機付エンジンの中に
は、例えば特開昭２−１１９６４１号公報に示されるよ
うに吸排気弁のバルブタイミングを変化させるバルブタ
イミング可変機構を備えたものがある。この装置では、
過給機からの比較的低温の空気を気筒内に多く充填しな
がら、低速高負荷領域等において吸気弁の閉時期をピス
トン下死点よりも大きく遅らせて余剰の空気を吸気ポー
トから吐き戻させることにより、筒内圧の過度上昇を避
け、ノッキングを抑制、防止することができる。

【０００３】また、特開昭６２−６３１２９号公報に
は、低負荷域で吸気通路をシャッタバルブで閉じるとと
もに、バイパス通路を開閉するロータリバルブを吸気行
程途中で閉じ、これによりポンピングロスの低減を図る
ようにしたものが示されている。この装置においても、
ピストンが下死点に到達する前に吸気が断たれ、有効圧
縮比が膨張比よりも低くなる。従って、この装置を高負
荷運転領域でも利用すれば、前記公報と同様にノッキン
グを抑制、防止することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記エンジンにおい
て、ノッキングをより効果的に抑制するには、吸気弁の
開期間と排気弁の開期間とのオーバーラップ量を増やし
て燃焼室内の掃気性を高めることが望ましい。

【０００５】しかし、このように両弁のオーバーラップ
期間を増大させると、特に低速運転時に吸気ポートから
排気ポートへの燃料の吹き抜けが著しくなり、燃焼室内
に有効に燃料を供給することができない。

【０００６】この吹き抜けを回避する手段としては、上
記オーバーラップ期間を過ぎた後（すなわち排気弁が閉
じた後）、吸気弁が閉じるまでの間に燃料を噴射するこ
とが考えられるが、このように燃料噴射を遅らせると、
燃焼室内での燃料とエアとの混合気の形成が間に合わ
ず、燃焼性が低下して十分な出力が得られにくくなる。
また、特に吸気弁野閉時期が早めに設定される装置で
は、吸気弁を閉じるまでの間に十分な燃料噴射時間を確
保することができない。

【０００７】本発明は上記の事情に鑑み、燃焼室内の掃
気性を高めながら、これに起因する吹き抜けを回避し、
しかも良好な燃焼性を確保することができる機械式過給
機付エンジンの吸気装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するための手段として、機械式過給機を備え、この機
械式過給機による過給が行われる運転領域での吸気ポー
トの閉時期がピストン下死点よりも早い時期に設定され
た機械式過給機付エンジンにおいて、上記吸気ポートの
開期間と排気ポートの開期間とが所定量以上重複するよ
うに両ポートの開閉タイミングを設定するとともに、エ
ンジン気筒内に加圧エアと燃料との混合気を供給するた
めの混合気供給ポートを上記吸気ポートとは別に設け、
この混合気供給ポートの上流側で加圧エアと燃料とを混
合して混合気を形成する混合気形成手段と、上記過給が
行われる領域における少なくとも低速運転領域で上記重
複期間が経過してから圧縮行程前半までの間の所定期間
だけ上記混合気供給ポートを開く混合気供給開閉手段と
を備え、かつ、この混合気供給ポートの閉時期を上記吸
気ポートの閉時期よりも後に設定し、上記混合気供給ポ
ートに機械式過給機を接続し、この機械式過給機を上記
混合気形成手段での加圧エア源として用い、上記混合気
供給ポートの閉時期をピストン下死点近傍に設定したも
のである（請求項１）。

【０００９】なお、「所定量以上重複する」とは、少な
くとも気筒内の掃気効果が得られるだけ重複するという
意味である。

【００１０】上記過給が行われる運転領域における高速
運転領域では少なくとも上記吸気ポートから燃料を供給
させる燃料供給制御手段を備えることにより、後述のよ
うなより優れた効果が得られる（請求項２）。この場
合、上記高速運転領域で混合気供給ポートを強制的に閉
状態にさせる開閉停止手段を備えることが、より好まし
い（請求項３）。

【００１１】

【作用】請求項１記載の装置によれば、機械式過給機に
よる過給によって気筒内に新気が積極的に導入される一
方、この過給が行われる運転領域で吸気ポートがピスト
ン下死点よりも早い時期に閉じられることにより、有効
圧縮比が膨張比よりも低くなってその分筒内最大圧が低
下し、ノッキングが抑制される。また、吸気ポートの開
期間と排気ポートの開期間との重複期間を過ぎた後に混
合気供給ポートから混合気を供給しているので、重複期
間を大きく設定しても燃料の吹き抜けは生じず、この重
複期間の拡大によって掃気性を高めることができる。

【００１２】しかも、上記混合気供給ポートからは予め
燃料と加圧エアとを混合した混合気を気筒内に供給する
ので、この混合気の供給タイミングが上記重複期間を過
ぎた遅いタイミングであっても、筒内の燃焼性は良好に
保たれる。また、吸気ポートを閉じた後、混合気供給ポ
ートのみが開く期間が確保されているので、この期間に
上記混合気供給ポートから気筒内に供給される混合気は
吸気ポートから燃焼室外へ吹き戻されるおそれがない。

【００１３】この装置では、機械式過給機で加圧された
エアと燃料とが混合されることにより、上記混合気が形
成される。ここで、上記混合気供給ポートの閉時期がピ
ストン下死点近傍に設定されているので、ピストン下死
点を大きく過ぎた後に混合気供給ポートが閉じられる場
合と異なり、混合気が圧縮状態の気筒内から気筒外へ吹
き戻されるおそれがない。

【００１４】請求項２記載の装置では、上記吸気ポート
の早閉じが行われる運転領域における高速運転領域、す
なわち燃料の吹き抜けが生じにくい運転領域では、少な
くとも上記吸気ポートから燃料が供給されることによ
り、エンジンの出力が高められる。さらに、請求項３記
載の装置では、上記高速運転領域で混合気供給ポートが
強制的に閉状態に保たれることにより、この混合気供給
ポートからの混合気供給がなくなる分、気筒内の筒内最
大圧がさらに下げられ、ノッキングがより顕著に抑制さ
れる。

【００１５】

【実施例】本発明の一実施例をに基づいて説明する。

【００１６】図１，２において、エンジン本体には吸気
通路２及び排気通路３が接続されている。エンジン本体
１の各気筒（図例では４つの気筒）４内にはピストン５
が挿入され、その上方に燃焼室６が形成されており、燃
焼室６の上方に図略の点火プラグが設けられている。

【００１７】上記吸気通路２は、上流側の共通吸気通路
７と、この共通吸気通路７の下流端に接続されたサージ
タンク８と、このサージタンク８から各気筒別に分岐し
た独立吸気通路９とで構成され、各独立吸気通路９の上
流側の共通通路には共通燃料噴射弁１０が配設されてい
る。上記共通吸気通路７には、上流側から順にエアクリ
ーナ１２、エアフローメータ１３、及びスロットル弁１
４が配設されている。スロットル弁１４の下流には機械
式過給機（スーパチャージャ）１５が設けられ、そのさ
らに下流側にインタクーラ１６が設けられている。上記
機械式過給機１５は、その駆動軸１５ａがベルト等を介
してエンジンのクランク軸（図示せず）に連結されてお
り、エンジン出力で駆動されるようになっている。

【００１８】なお、図２において１７は過給機１５をバ
イパスするバイパス通路、１８はリリーフ弁であり、過
給機吐出圧が一定以上に達した場合にはリリーフ弁１８
が開かれることにより過給気の一部がリリーフされるよ
うになっている。

【００１９】上記各独立吸気通路９の下流部は、第１吸
気ポート２１と第２吸気ポート２２とに分かれ、両ポー
ト２１，２２が同一気筒４の燃焼室６内に開口してい
る。同様に、独立排気通路８の上流部も２つの排気ポー
ト２３に分かれ、両ポート２３が同一気筒４の燃焼室６
内に開口している。各吸気ポート２１，２２及び各排気
ポート２３には吸気弁２５および排気弁２６がそれぞれ
設けられ、これらの弁２５，２６の作動で各ポート２
１，２２，２３が開閉されるようになっている。

【００２０】上記エンジン本体１の上方には、吸気弁駆
動用のカム２９Ｉをもつ吸気側カムシャフト２８Ｉと、
排気弁駆動用のカム２９Ｅをもつ排気側カムシャフト２
８Ｅとが並設されており、各カムシャフト２８Ｉ，２８
Ｅの回転に連動して吸・排気弁２５，２６が開閉動作す
るようになっている。

【００２１】各気筒４の略中央部には、上記吸気ポート
２１，２２とは別に混合気供給ポート３０が設けられて
いる。各混合気供給ポート３０は、混合気供給開閉弁
（混合気供給切換手段）２４の作動により開閉される。
各混合気供給開閉弁２４は弁停止機構（開閉停止手段）
３１を介して専用のカムシャフト３２に連結されてお
り、通常は上記カムシャフト３２の回転に伴って所定の
タイミングで開閉動作するとともに、上記弁停止機構３
１が作動することにより開動作が停止する（すなわち常
閉となる）ように構成されている。

【００２２】ここで、各弁２４，２５，２６の開閉タイ
ミングは、図３に示すようなタイミングに設定されてい
る。具体的に、排気弁２６の開時期及び閉時期は、ピス
トン下死点近傍、ピストン上死点近傍にそれぞれ設定さ
れている。吸気弁２５の開時期は、上記排気弁２６の閉
時期よりも早い時期に設定されており、よって両弁２
５，２６の開期間には一定のオーバーラップ領域（図３
の斜線領域）が確保されている。また、吸気弁２５の閉
時期は、ピストン下死点よりも一定期間Ｔだけ早めに設
定されている。

【００２３】一方、混合気供給開閉弁２４の開時期は、
上記オーバーラップ領域よりも遅く、かつ上記吸気弁２
５の閉時期よりも早めに設定されており、混合気供給開
閉弁２４の閉時期は、ピストン下死点近傍に設定されて
いる。従って、この混合気供給開閉弁２４の開期間の後
半（上記期間Ｔとほぼ同じ期間）では混合気供給開閉弁
２４のみが開くように開閉タイミングが設定されてい
る。

【００２４】各混合気供給ポート３０には混合気形成室
（混合気形成手段を構成）３３が接続され、各混合気形
成室３３は分岐通路３４及び単一の共通通路３５を介し
て上記吸気通路２におけるインタクーラー１６とサージ
タンク８との間の部分に接続されており、共通通路３５
の途中には、各気筒４側から吸気通路２側へのエアの逆
流を阻止するチェック弁３６、及びロータリバルブ３７
が設けられている。各混合気形成室３３に臨む位置には
個別燃料噴射弁３８が設けられており、前記機械式過給
機１５から吐出された加圧エアが共通通路３５及び各分
岐通路３４を通じて各混合気形成室３３内に導入され、
この加圧エアが上記個別燃料噴射弁（混合気形成手段を
構成）３８から噴射された燃料と混合されることによ
り、混合気形成室３３内で予め混合気が形成されるよう
になっている。

【００２５】上記両吸気ポート２１，２２のうち、第１
の吸気ポート２１は常時開通された常開ポートとなって
いる。これに対し、第２の吸気ポート２２は、その通路
内にスワールコントロール弁４０を有し、このスワール
コントロール弁４０の作動により運転状態に応じて開通
状態と閉鎖状態とに切換えられるようになっている。

【００２６】なお、本発明では吸気ポートの個数及び配
置を特に問わず、単一の吸気ポートが設けられたもので
あってもよい。

【００２７】このエンジンには、ＥＣＵ（コントロール
ユニット；燃料供給制御手段）４２が装備されている。
このＥＣＵ４２は、上記エアフローメータ１３、エンジ
ン回転数を検出するエンジン回転数センサ４４、エンジ
ン負荷を検出するエンジン負荷センサ４６等からの検出
信号を受け、これらの信号に基づき、各弁停止機構３
１、燃料噴射弁１０，３８、点火プラグ、バルブタイミ
ング可変機構２７Ｉ，２７Ｅ等に制御信号を出力するこ
とにより、これらの作動制御を行うように構成されてい
る。

【００２８】具体的に、このＥＣＵ４２は次のような制
御を行う。

【００２９】エンジン回転数センサ４４で検出された
エンジン回転数Ｎｅが予め設定された臨界回転数Ｎｏ未
満であり、かつエンジン負荷センサ４６で検出されたエ
ンジン負荷Ｐｅが予め設定された臨界負荷Ｐｏ以上であ
る領域、すなわち低速中高負荷領域では、ロータリバル
ブ３７を開くとともに、各個別燃料噴射弁３８に駆動信
号を出力し、これらから燃料噴射を行わせる。なお、各
弁停止機構３１には駆動信号を出力せず、これら弁停止
機構３１を作動させない。

【００３０】エンジン回転数センサ４４で検出された
エンジン回転数Ｎｅが予め設定された臨界回転数Ｎｏ以
上である高速領域、もしくはエンジン負荷Ｐｅが上記臨
界負荷Ｐｏ未満の低負荷領域（すなわち過給を行わない
領域）では、ロータリバルブ３７を閉じるとともに、共
通燃料噴射弁１０に駆動信号を出力してこれから燃料噴
射を行わせる。さらに、各弁停止機構３１に駆動信号を
出力し、各混合気供給開閉弁２４の開閉作動を強制的に
停止させる。

【００３１】次に、この装置の作用を説明する。

【００３２】まず、エンジン回転数センサ４４で検出さ
れたエンジン回転数Ｎｅが予め設定された臨界回転数Ｎ
ｏ未満であり、かつエンジン負荷センサ４６で検出され
たエンジン負荷Ｐｅが予め設定された臨界負荷Ｐｏ以上
である低速中高負荷領域について説明する。吸排気弁２
５，２６の開時期は、図３に示すように十分重複するよ
うに設定されているので、このオーバーラップ部分にお
いて吸気ポート２１，２２から燃焼室６内に吸入された
エアが燃焼室６内の残留ガスを排気ポート２３から燃焼
室６外へ押し出すことにより、燃焼室６内の掃気性が高
められる。しかも、吸気弁２５の閉時期は、ピストン下
死点よりも早く設定されているので、機械式過給機１５
によって冷たい新気を燃焼室６内に積極的に導入しなが
ら、有効圧縮比を膨張比よりも小さくする分筒内最大圧
を下げ、これによって筒内温度を下げることができる。
従って、特に低速中高負荷で発生しやすいノッキングを
効果的に抑制することができる。

【００３３】さらに、この領域では、ロータリバルブ３
７が開かれることにより、機械式過給機１５から吐出さ
れた加圧エアが各混合気形成室３３内に導入され、この
加圧エアに各個別燃料噴射弁３８から燃料が噴射される
ことにより、混合気形成室３３内に予め混合気が形成さ
れる。そして、図３に示すタイミング、すなわち吸気弁
２５の閉時期よりも少し手前からピストン下死点近傍に
至る期間で混合気供給開閉弁２４が開かれることによ
り、燃焼室６内に混合気が導入される。

【００３４】このように、排気弁２６が閉じた後に混合
気が供給されるので、吸排気弁２５，２６のオーバーラ
ップ部分を大きく設定しても燃料が吹き抜けるおそれが
ない。しかも、予め形成した混合気を燃焼室６内に導入
するようにしているので、上記のような遅いタイミング
で混合気供給開閉弁２４を開いても燃焼室６内で良好な
燃焼性を確保することができる。また、吸気弁２５が閉
じた後、混合気供給開閉弁２４のみが開く期間（期間Ｔ
にほぼ等しい期間）が確保されているので、この期間で
は吸気ポート２１，２２を通じての吸気側への混合気の
吹き戻しも防ぐことができる。

【００３５】これに対し、同じ過給領域（中高負荷領
域）であってもエンジン回転数Ｎｅが臨界回転数Ｎｏ以
上の高速領域では、ロータリバルブ３７が閉じられ、弁
停止機構３１によって混合気供給開閉弁２４の開閉作動
が強制的に停止されるとともに、共通燃料噴射弁１０か
ら燃料が噴射されることにより、通常のエンジンと同様
に吸気ポート２１，２２から燃料が供給されることにな
る。これによって、この運転領域に見合った大きな出力
を確保することができる。なお、この高速領域では図３
に示したオーバーラップ部分の絶対時間が短くなるの
で、吸気ポート２１，２２から燃料供給を行っても燃料
吹き抜けのおそれはほとんどない。

【００３６】また、機械式過給機１５からの加圧エアを
混合気供給ポート３０に導くようにしているので、機械
式過給機１５をエア加圧手段として共用することによ
り、装置の簡略化をさらに進めることができる。

【００３７】さらに、上記のようにピストン下死点近
傍、すなわち燃焼室６内の圧力が過給圧よりも高められ
る前の時期に混合気供給開閉弁２４を閉じるようにする
ことにより、供給混合気の吹き返しを避けることができ
る。ここで、本発明では吸気弁２５の閉時期をピストン
下死点よりも早い時期に設定しているので、この吸気弁
２５の閉時期よりも遅い時期に混合気供給開閉弁２４の
閉時期を設定しても、この混合気供給開閉弁２４の閉時
期を上記ピストン下死点近傍に設定することが可能とな
っている。

【００３８】なお、上記実施例では、高速過給域で共通
燃料噴射弁１０のみから燃料噴射を噴射するものを示し
たが、この共通燃料噴射弁１０と個別燃料噴射弁３８の
双方から燃料噴射を行うようにしてもよい。ただし、高
速運転領域では上述のように燃料の吹き抜けはほとんど
生じないので、上記混合気供給開閉弁２４を常閉にして
吸気ポート２１，２２のみから吸気及び燃料供給を行え
ば、その分吸気充填量を削減して筒内最大圧をさらに下
げることができ、ノッキング抑制効果をより高めること
ができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば次の効果
を得ることができる。

【００４０】請求項１記載の装置では、機械式過給機に
よる過給で気筒内に積極的に新気を導入しながらこの過
給領域で吸気ポートをピストン下死点よりも早い時期に
閉じ、有効圧縮比を膨張比よりも低くしてその分筒内最
大圧を低下させることにより、筒内温度を下げるととも
に、吸気ポートの開期間と排気ポートの開期間とに重複
期間を設けて掃気性を高めているので、ノッキングを効
果的に抑制することができる。しかも、排気ポートを閉
じた後に混合気供給ポートから混合気を供給しているの
で、重複期間を大きく設定しても燃料の吹き抜けは生じ
ず、この重複期間の拡大によって掃気性を高めることが
できる。

【００４１】さらに、上記混合気供給ポートからは予め
燃料と加圧エアとを混合した混合気を気筒内に供給する
ので、この混合気の供給タイミングが上記重複期間を過
ぎた遅いタイミングであっても、筒内の燃焼性を良好に
保ち、高出力を確保することができる。また、混合気供
給ポート開期間の少なくとも後半部分で上記吸気ポート
が閉じられる期間、すなわち混合気供給ポートからのみ
の混合気供給期間を設けているので、この期間に気筒内
に供給される混合気が吸気ポートから燃焼室外へ吹き戻
されるおそれがなく、燃料を確実に燃焼室内に充填する
ことができる。また、上述のように吸気弁の閉時期をピ
ストン下死点よりも早めに設定しているので、混合気供
給ポートのみが開かれる期間を設けても、この混合気供
給ポートの閉時期を早めに設定することが可能である。

【００４２】さらに、機械式過給機を利用して、上記混
合気供給ポートから供給される混合気の形成を行うこと
ができ、特別なエア加圧手段の設置を不要にすることが
できる。ここで、上記混合気供給ポートの閉時期をピス
トン下死点近傍に設定しているので、ピストン下死点を
大きく過ぎた後に混合気供給ポートが閉じられる場合と
異なり、混合気が圧縮状態の気筒内から気筒外へ吹き戻
されるのを防ぐことができる。しかも、上述のように吸
気弁の閉時期をピストン下死点よりも早めに設定してい
るので、混合気供給ポートの閉時期をピストン下死点近
傍に設定しながら、この混合気供給ポートの閉時期と上
記吸気弁の閉時期との間に、混合気供給ポートのみが開
かれる期間を確保することができる。

【００４３】請求項２記載の装置では、上記吸気ポート
の早閉じが行われる運転領域における高速運転領域、す
なわち燃料の吹き抜けが生じにくい運転領域で、少なく
とも上記吸気ポートから燃料を供給するものであるの
で、これにより、エンジンの出力を高めることができ
る。さらに、請求項３記載の装置では、上記高速運転領
域で混合気供給ポートを強制的に閉状態に保つようにし
ているので、この混合気供給ポートからの混合気供給を
停止する分、気筒内の筒内最大圧をさらに下げ、ノッキ
ング抑制効果をさらに高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるエンジン及びその
燃焼制御装置の全体概略平面図である。

【図２】上記エンジンの要部を示す概略断面正面図であ
る。

【図３】同装置において設定される各弁の開閉タイミン
グを示す図である。

【符号の説明】

４ 気筒 １０ 共通燃料噴射弁 ２１ 第１吸気ポート ２２ 第２吸気ポート ２３ 排気ポート ２４ 混合気供給開閉弁（混合気供給開閉手段） ２５ 吸気弁 ２６ 排気弁 ３０ 混合気供給ポート ３１ 弁停止機構（開閉停止手段） ３３ 混合気形成室（混合気形成手段を構成） ３８ 個別燃料噴射弁（混合気形成手段を構成） ４２ ＥＣＵ（燃料供給制御手段を構成）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｃ (56)参考文献 特開 平５−1573（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−149328（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 29/08 F01L 13/00 302 F02B 29/06 F02D 13/02 F02D 23/00 F02D 41/34

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械式過給機を備え、この機械式過給機
   による過給が行われる運転領域での吸気ポートの閉時期
   がピストン下死点よりも早い時期に設定された機械式過
   給機付エンジンにおいて、上記吸気ポートの開期間と排
   気ポートの開期間とが所定量以上重複するように両ポー
   トの開閉タイミングを設定するとともに、エンジン気筒
   内に加圧エアと燃料との混合気を供給するための混合気
   供給ポートを上記吸気ポートとは別に設け、この混合気
   供給ポートの上流側で加圧エアと燃料とを混合して混合
   気を形成する混合気形成手段と、上記過給が行われる領
   域における少なくとも低速運転領域で上記重複期間が経
   過してから圧縮行程前半までの間の所定期間だけ上記混
   合気供給ポートを開く混合気供給開閉手段とを備え、か
   つ、この混合気供給ポートの閉時期を上記吸気ポートの
   閉時期よりも後に設定し、上記混合気供給ポートに機械
   式過給機を接続し、この機械式過給機を上記混合気形成
   手段での加圧エア源として用い、上記混合気供給ポート
   の閉時期をピストン下死点近傍に設定したことを特徴と
   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記載の機械式過給機付エンジン
   の吸気装置において、上記過給が行われる運転領域にお
   ける高速運転領域では少なくとも上記吸気ポートから燃
   料を供給させる燃料供給制御手段を備えたことを特徴と
   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２記載の機械式過給機付エンジン
   の吸気装置において、上記高速運転領域で混合気供給ポ
   ートを強制的に閉状態にさせる開閉停止手段を備えたこ
   とを特徴とする機械式過給機付エンジンの吸気装置。