JPH01170720A

JPH01170720A - 排気ターボ過給機付エンジン

Info

Publication number: JPH01170720A
Application number: JP32864287A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Hitomi; 光夫人見; Fumio Hitase; 日當瀬　文雄; Nobuo Takeuchi; 暢男竹内
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-12-25
Filing date: 1987-12-25
Publication date: 1989-07-05
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JP2526264B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は排気ターボ過給機付エンジンに関するものであ
る。

（従来技術）エンジンの中には、各気筒毎に個々独立した独立吸気通
路を構成する一方、この独立吸気通路毎にそれぞれスロ
ットル弁を設けたものがあり、各スロットル弁は例えば
リンク等を利用して互いに連動される（例えば実開昭６
１−１４４２３２号公報参照）。

・このように、各独立吸気通路毎にスロットル弁を設け
る利点の一つとして、吸気の吹返し防止がある。すなわ
ち、スロットル弁下流の独立吸気通路の容積は、各気筒
に対して共通のスロットル弁を只−つのみ設けた場合に
比して十分小さくなって、たとえ吸気の吹返しが生じた
としても吹返し量が大幅に低減されることになる。

一方、最近では、排気エネルギを利用して過給を行うエ
ンジンが多くなっている。このため、排気ターボ過給機
が吸気通路に設けられるが、通常は、吸気通路の集合し
た部分にこの過給機が設けられることになる。すなわち
、前述した独立吸気通路を有する形式のものにあっては
、複数の独立吸気通路が連なる共通吸気通路を設けて、
この共通吸気通路に過給機が設けられる。このように、
過給機を行う場合は、たとえ部分負荷時であっても、ス
ロットル弁下流の独立吸気通路内の圧力が高くなって、
吸気の吹返し防止ｔより一層有利となる。これに加えて
、スロットル弁下流の独立吸気通路の圧力が高くなるこ
とにより、残留ガスの吹返し量を減少して（掃気効果）
、混合気温低下、排気温低下がなされて、ノッキング防
止や低燃費化の上で有利となる。

（発明が解法しようとする問題点）ところで、各独立吸気通路毎にスロットル弁を設ける形
式のものにあっては、必然的に互いに連動関係とされる
複数のスロットル弁を有することになる。この場合、製
作誤差等により、−のスロットル弁が全閉になっていて
も、他のスロットル弁が若干量いてしまう、という問題
を生じ易くなる。このことは、各気筒間への吸気の均一
分配性ひいては発生出力の均一性という観点から好まし
くないものとなる。とりわけ、スロットル弁の開度が小
さいときは、わずかの開度の変化が吸入空気量の大きな
変化をもたらすので、上述した問題が顕著になり易い。

勿論、このような問題を解決するため、寸法精度を向上
させることが考えられるが、全てのスロットル弁が同時
に全閉となるようにするにはなかなか難しいものとなる
。

一方、排気ターボ過給機にあっては、その応答性、特に
排気エネルギが十分に得られない軽負荷、低回転領域で
の応答性をいかに確保するかが問題となっている。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、
独立吸気通路毎にスロットル弁を設けると共に排気ター
ボ過給機によって過給を行うようにしたものにおいて、
複数のスロットル弁部分の寸法精度を特に問題とするこ
となく良好な負荷制御を行えると共に、排気ターボ過給
機の応答性を良好にし得るようにした排気ターボ過給機
付エンジンを提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段、作用）前述−の目的を
速成するため、本発明にあっては、次のような構成とし
である。すなわち、各気筒に対して個々独立して連なる
独立吸気通路を備え、各独立吸気通路に互いに連動する
スロットル弁が設けられたエンジンにおいて、前記独立
吸気通路が複数連なる共通吸気通路に排気ターボ過給機
が設けられ、前記過給機上流の共通吸気通路に、軽負荷時に閉じられ
る補助弁が配設されている、ような構成としである。

このように、本発明では、軽負荷時には、補助弁を利用
して負荷制御（吸入空気の制限）を行うので、たとえ複
数のスロットル弁の一部が全閉にならなくとも、この軽
負荷時の負荷制御を良好に行えることになる。より具体
的には、アクセルが該各スロットル弁が事実上全閉のと
きと同じ状態が形成される。そして、各スロットル弁が
若干量いているということは、その開度に相違があった
としても、この開度の相違に起因する各気筒間での吸入
空気量の相違が比較的小さいものとなり、各気筒への吸
気の均一分配性という観点から有利となる。

また、軽負荷時には、補助弁によって、過給機」１流の
共通吸気通路が絞られることになるため、過給機を通過
する吸入空気の体積流量が増え（電工流量は同じ）、過
給機のイニシャル回転数が高いものに保持される。この
結果、急加速時においても過給機は短時間のうちに高回
転となり、過給の応答性が良好になる。

（実施例）以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明する
。

第１図において、１は直列４気筒用とされた往復動型の
エンジン本体で、その４つの気筒２はそれぞれ吸気ボー
ト３と排気ボート４とを有する。

勿論、この両ボート３．４は、図示を略する吸気弁ある
いは排気弁により、エンジン出力軸の回転と同期して所
定のタイミングで開閉される。

エンジンの吸気通路は、その途中にサージタンク１１を
備え、このサージタンク１１には、１本の共通吸気通路
１２が連なっている。この共通吸気通路１２には、その
上流側から下流側へ順次、エアクリーナ１３、エアフロ
ーメータ１４、排気ターボ過給機１５のコンプレッサホ
イール１５ａ、インタクーラ１６が配設されている。ま
た、サージタンク１１からは、気筒数に応じた数の合計
４本の独立吸気通路１７が分岐され、各独立吸気通路１
７の下流端は、対応する気筒２の吸気ボート３に連なっ
ている。そして、各独立吸気通路１７には、吸気ボート
３近傍において、燃料噴射弁１８が配設されている。

一方、各気筒２の排気ボート４には、独立排気通路１９
が連なり、各独立排気通路１９は最終的に１本の共通排
気通路２０に連なっている。そして、共通排気通路２０
には前記過給機１５のタービンホイール１５ｂが配設さ
れている。なお、共通排気通路２０には、過給機１５の
過回転を防止するため、既知のウェストゲ＝トバルブ２
１が設けられている。

前記各独立吸気通路１７には、燃料噴射弁１８の若干上
流側において、それぞれ個々独立してスロットル弁３１
が配設されている。これ等複数のスロットル弁３１は、
共通の１本のロッド３２に取付けられる一方、このロッ
ド３２が例えばＰｌ城式にアクセルペダル３３に連係さ
れている。これにより、各スロットル弁３１は、アクセ
ル踏込量に応じて、互いに同一開度となるように連動さ
れている。そして、アクセルペダル３３が同等踏込操作
されない状態においては、各スロットル弁３１は、全閉
よりも若干大きい開度となるように設定されている。す
なわち、後述する補助弁を設けた関係上、スロットル弁
３１はその全開における吸入空気量制御を事実上負担し
なくとも済むようになっていおり、このためスロットル
弁３１部分の加工精度は特に高いものが要求されないも
のとなっている。

前記共通吸気通路１２には、エアフローメータ１４下流
でかつ過給機１５（のコンプレッサホイール１５ａ）上
流において、補助弁３４が配設されている。この補助弁
３４は、例えば負圧作動式のものやステップモータ等の
アクチュエータ３５により開閉駆動される。そして、こ
の補助弁３１は、部分負荷時、特に無負荷時における吸
入空気量制御を十分に行えるように、全開時の精度が十
分に高いものとされている。

第１図中４１は制御ユニットで、この制御ユニット４１
にはセンサ４２．４３からの出力が入力される一方、制
御ユニット４１からは前記アクチュエータ３５に出力さ
れる。上記センサ４２は、エンジン回転数を検出するも
のである。また、センサ４３は、エンジン負荷、例えば
アクセル開度を検出するものである。なお、この負荷検
出用センサ４３を第１図では別途独立して示しであるが
、例えばエアフローメータ１４からの出力信号、燃料噴
射弁１８への燃料噴射量信号等を利用することもできる
。

制御ユニット４１は、前記アクチュエ゛−夕３５を制御
することにより、補助弁３４を制御する。

より具体的には、補助弁３４は、第２図に示すように、
エンジン負荷がα線で示す負荷より大きいとき、あるい
はエンジン回転数がβ線で示す回転数よりも大きいとき
は、いずれも全開とされる。

そして、この補助弁３４が全開のときは、スロットル弁
３１により吸入空気量の制御がなされる。

また、エンジン負荷が上記α線よりも小さいとき、ある
いはエンジン回転数が上記β線よりも小さいときは、補
助弁３４が閉じられる。換言すれば、吸入空気量の制御
が、スロットル弁３１による制御に代えて補助弁３４に
よる制御によって行なわれることになる。なお、実施例
では、補助弁３４は単に全開または全開の２つの状態の
みならず、上記α線とβ線とで囲まれた低負荷、低回転
領域では、エンジン負荷が小さくなるほど補助弁３４の
開度が往々に小さくされるようにしである（第２図破線
で、補助弁３４のとり得る開度な幾つか例示的に示しで
ある）。勿論、補助弁３４によって、単にスロットル弁
３１による全閉状態と実質的に同一の状態を作り出す場
合（例えばアイドル運転時のみ補助弁３４による吸入空
気量制御を行うような場合）は、補助弁３４は単に全開
また全開の２つの態様をとり得るだけでよいものとなる
。

一方、過給は、排気エネルギを受けて回転されるタービ
ンホイール１５ｂの回転が、シャフト１５ｃを介して１
５ａに伝達されて、当該コンプレッサホイール１５ａが
回転されることにより行われる。このとき、部分負荷時
には、補助弁３４は全開となっていないので絞り作用を
有することになる。この絞り作用により、コンプレッサ
ホイール１５ａへの体積流量が増え、部分負荷時にあっ
ても当該コンプレッサホイール１５ａしたがってタービ
ンホイール１５ｂのイニシャル回転数がかなり高いもの
に維持される。したがって、部分負荷時からの急加速の
ようあ場合であっても、過給機１５の回転の立上りが速
やかに行われ、応答性の良いものとなる。

前記スロットル弁３１により、吸気吹返し量が減少され
ることになるが、部分負荷時であっても、過給によって
スロットル弁３１下流の独立吸気通路１７内にはかなり
の高圧となり、この高圧状態のまま急・排気弁が共に開
くオーバラップを迎えることになる。このため、残留ガ
スの吹返し塁が特に減少され、混合気の温度が低下され
ることになる。このことは、サイクル温度の低下、ノッ
キングの防出につながって、空燃比低下ひては燃費向上
を図ることができる。

ここで、掃気をより十分に行うためには、吸気弁および
排気弁の開弁時期のオーバラップ啜を、吸・排気弁のバ
ルブリフト量１　ｍｍのときに、クランク角度で一１Ｏ
°以上となるように設定するのが好ましい（第３図参照
）′。なお、バルブリフト量がｌ　ｍｍのときを基準に
考えると、実際に吸気弁が開き始める時点より２０°程
度遅く開き、実際に排気弁が閉じる時点より２０°程度
早く閉じるようになるので、実際に吸気弁および排気弁
の開弁がオーバラップしているときは少なくとも３０°
程度ある。

これに加えて、アイドル低回転状態を良好に維持するた
めに、スロットル弁３１下流の独立吸気通路１７の容積
を、アイドル運転時の充填効率の２０％よりも小さく設
定するのが好ましい、すなわち、スロットル弁３１から
吸気弁までの独立吸気通路１７の容積をＶＤ、単室行程
容積をｖｈとすると、 ■。＜０．２ＸＶｈとするのが好ましい。

上記のように構成すれば、第４図に示すように、エンジ
ン負荷が大きくなるにつれてスロットル弁３１の開度が
徐々に大きくなり、それに伴ってスロットル弁３１下流
の圧力Ｐ１も徐々に高まっていく。

過給機１５のコンプレッサホイール１５ａ下流のサージ
タンク１１内の圧力Ｐ２は、コンプレッサホイール１５
ａによる過給作用により高められて、中負荷域となると
、略最犬圧力となっている。この圧力上昇は、ウェスト
ゲート弁２１が徐々に開かれることで制御される。

ところで、排気圧Ｐ、　ｓは、エンジン負荷の増大に伴
い徐々に大きくなっていくが、サージタンク１１内の圧
力Ｐ２がスロットル弁３１下流の圧力Ｐ、よりもずっと
大きく、スロットル弁３１の上下流がバルブクリアラン
スを通じて連通しているので、圧力Ｐ　＋が圧力Ｐ２の
影響を受けて相対的に大きくなり、吸入空気量を絞るた
めのスロットル弁３１の開度が小さくなっていても、圧
力Ｐ＋が排気圧ｐｚよりも大きくなる領域が高負荷域の
みならず、中負荷域へと拡大される。

したがって、吸気弁が閉じられている間に、スロットル
弁３１下流の圧力Ｐ１が高められて、排気圧ｐコより大
きくなるので、吸気弁が開いたときは吸気側の圧力Ｐ＋
が排気圧Ｐ３よりも高い圧力状態にあり、その圧力差に
よって排気弁が閉じるまでのオーバラップ期間に掃気が
行われる。

（発明の効果）本発明は以上述べたことから明らかなように、補助弁を
利用することにより、数多くあるスロットル弁３１部分
の加工精度を一ヒげることが不用になり、全体として安
価かつ容易に実施化し得る。

また、上記補助弁を特定の位置に配設するという極めて
簡単な手法により、排気ターボ過給機の応答性を良好な
ものにすることができる。

勿論、過給を行なうことと、各独立吸気通路毎にスロッ
トル弁を設けたことによって、吸気や残留ガスの吹返し
が減少して、結局のところ充填効率の向上や掃気効果が
十分に行なえることになり、また合せて吸気温度の低下
や排気温度の低下がもたらされてノッキング防止や燃費
向上の上でも有利となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体系統図。第２図は補助弁の作動態様を示すグラフ。第３図は吸・排気弁のオーバラップ量の設定を示すグラ
フ。第４図はエンジン負荷と圧力との関係を示すグラフ。１：エンジン本体２：気筒３：吸気ボート４：排気ボート１２：共通吸気通路１５：過給機１５ａ：コンプレッサホイール１５ｂ：タービンホイール１７：独立吸気通路１９：独立排気通路２０：共通排気通路３１：スロットル弁３２：ロット３３：アクセルペダル３４：補助弁３５：アクチュエータ４１：制御ユニット４２：センサ（エンジン回転数）４３：センサ（エンジン負荷）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）各気筒に対して個々独立して連なる独立吸気通路
を備え、各独立吸気通路に互いに連動するスロットル弁
が設けられたエンジンにおいて、前記独立吸気通路が複
数連なる共通吸気通路に排気ターボ過給機が設けられ、前記過給機上流の共通吸気通路に、軽負荷時に閉じられ
る補助弁が配設されている、ことを特徴とする排気ターボ過給機付エンジン。