JPH01318A

JPH01318A - 過給機付エンジン

Info

Publication number: JPH01318A
Application number: JP62-155074A
Authority: JP
Inventors: 西川　俊雄; 日當瀬　文雄; 暢男竹内; 和明梅園
Original assignee: マツダ株式会社
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1989-01-05
Anticipated expiration: 2012-11-05

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、エンジンの幾何学的圧縮比すなわちの上死点
におけるシリンダ内容積と下死点における容積との比が
大きくなるように構成された過給機付エンジンに関し、
特に独特の吸気弁制御を行うようになった過給機付エン
ジンに関するっ（従来技術）従来から吸気充填量を高めこれによって高出力を得るよ
うにするために過給機を備えたエンジンは公知であり、
たとえば、実開昭５６−１７１６３０号には、このよう
な過給機付エンジンの１例が開示されている。

しかし、過給圧が高く成り過ぎると燃焼室温度が不当に
上昇して、ノッキング等の異常燃焼が生じ、却って出力
性能の面で悪影響が生じる。このため従来では、幾何学
的圧縮比を高く設定することが出来ず、従って過給効果
のない低負荷時ではエンジンの熱効率が悪くなり必ずし
も満足の行く燃費性能を得ることが出来なかった。

また、高過給域における排気ガス温度抑制及び上記のよ
うなノッキングの発生を抑えるために出力上の要求空燃
比混合気を濃くして、燃料の気化潜熱によって燃焼室温
度を低下させるようにする方法も知られている。しかし
、この方法では、エンジン出力に寄与しない燃料を供給
することとなるので燃費が悪化するという問題が生じる
。

このため本出願は、高出力を得るために幾何学的圧縮比
を８．５以上の比較的高い値に設定し、かつ吸気弁の閉
弁時期を下死点よりも５０度以上遅く設定して、有効圧
縮比、即ち吸気の実際の圧縮工が不当に大きくならない
ように制御してノッキングの発生を抑え、しかも排気ガ
ス温の上昇を抑え、その弊害を防止するように構成した
エンジンが提案されている。

（解決しようとする問題点）しかし、ノッキングの発生状況は、運転状態に応じて変
化するので吸気弁の閉弁時期は運転状態に応じて適正に
制御する必要がある。すなわち、上記のように運転状態
に係わらず吸気弁の閉弁時期を遅く設定するのは、ノッ
キング対策として適正を欠くだけでなく、高出力性能を
得る目的で幾何学的圧縮比を高く設定した意義を減殺す
ることとなる。

（問題点を解決するための手段）本発明は上記事情に鑑みて構成されたもので、幾何学的
圧縮比を高く設定した過給機付エンジンにおいて、ノッ
キングの発生を有効に抑制しつつ所望の出力性能を得る
ことができるエンジンを提供することを目的としている
。

さらに、本発明は、燃費の面でも従来の過給機付エンジ
ンに比して好ましい結果を得ることができる過給機付エ
ンジンを提供することを目的としている。

本発明の構成は、エンジンの幾何学的圧縮比が８．５以
上となるように構成され、かつエンジン運転状態に応じ
吸気弁の閉時期を下死点よりも遅い側で変更する手段と
を備えた過給機付エンジンにおいて、エンジンの低回転
高負荷運転領域では、他の運転領域に比して吸気弁の閉
時期を早めるように構成されたことを特徴とする。

（作　用）本発明によれば、エンジンの幾何学的圧縮比はすなわち
ピストンが下死点にある状態でのシリンダ容積と、上死
点にある場合にシリンダ容積との比は、通常のエンジン
構成よりも高く設定されている。

また、吸気弁の閉弁時期は、変更できるようになってい
る。特に、吸気弁は、クランク角で上記下死点よりも遅
い側で閉弁時期が制御されるように、すなわち、遅閉量
が制御されるようになっている。

そして、通常の運転状態では、運転状態に応じて吸気弁
は比較的遅く閉じられるようになっている、すなわち、
クランク角において比較的大きい遅閉量が設定されてい
る。

しかし、エンジンの低回転高負荷運転領域では相対的に
吸気弁は、早い時期に閉じられるように制御される。す
なわち、上記遅閉量が減少するように制御される。

なお、上記運転状態は、基本的には、エンジン回転数及
びエンジン負荷により決まるものでありエンジン負荷は
、たとえば、吸気管圧力、スロットル弁開度等を検出す
ることによって検出することができる。

（発明の効果）本発明によれば、エンジンの低回転高負荷状態では、遅
閉量が小さくなるように制御されるので吸気慣性力の小
さい当該領域において吸気の吹き返し量を極力抑えるこ
とができ、したがって高充填量を確保して所望の出力性
能を発揮させることができる。

また、高負荷状態において回転数が増加すると過給圧が
増大して、吸気慣性力も増大するので上記のような吹き
返しの問題はなくなる。したがって、充填量の面での要
請は、満足することができる。しかしこの場合には、過
給気温度が上昇すること、及び断熱圧縮効果が強まるこ
と等の理由から燃焼室温度が高くなってノッキングが発
生するという別の問題が発生する。

本発明によれば、上記のような運転状態では、吸気弁の
遅閉量を運転状態の変化に応じて制御しノッキングを抑
制し得る範囲内において極力高出力を確保することがで
きる調和点において遅閉量を設定するようにしている。

すなわち、本発明により有効に燃焼室温度上昇を抑制す
ることができ、ノッキングの防止及び高出力の確保の両
面での要請を満足させることができる。

また、本発明によれば、燃焼室温度の不当上昇を抑える
にあたり、燃料の気化熱に依存しないので、また、幾何
学的圧縮比を大きく設定しているため、エネルギー効率
が良い、従って、燃費を改善することができる。

（実施例の説明）以下、本発明の実施例につき、図面を参照しつつ説明す
る。

第１図を参照すれば、第１図を参照すれば、本例のエン
ジンｌの内部にはピストン２が往復動自在に収容されて
おり、このピストン２の上方空間は、燃焼室３を構成し
ている。この燃焼室３には吸気通路４および排気通路５
が連通しており、吸気弁６および排気弁７が各通路４．
５のそれぞれのポートに組合わされる。

吸気通路４の上流には、エアクリーナ７ａ、エアフロー
センサ８が取りつけられ、その下流側には、ターボスー
パーチャーヂャ１０のコンプレッサ１１が配置されてい
る。

このコンプレッサ１１の下流には、インタークーラ１２
及びフロ７）ル弁１３がそれぞれ、二の順で配置される
。そして、スロットル弁１３の下流にはサージタンク１
４が設けられている。

さるに下流の燃焼室３の近傍には、燃料を噴射するイン
ジェクタ１５が取り付けられ吸気系を構成する。

さらに、エアクリーナ７ａに（よ、吸気温度を計測する
吸気温センサ７ｂが、フロ７）ル弁１３には、該弁の開
度を検出するフロ７）ルセンサ１３ａが、そしてサージ
タンク１４には、吸気管圧力を検出する圧力センサ１４
ａがそれぞれ取り付５すられる。

また、排気通路５には、コンプレッサ１１と共通軸上に
タービン１６が配置されるとともに、タービン１６をバ
イパスして排気ガスを下流側に導くバイパス通路１７が
形成される。そして、このバイパス通路１７には、ウェ
ストゲート弁１８が配置されている。

また、タービン１６の上流には、排気ガス中の酸素濃度
を検出することにより、空燃比を検出する空燃比センサ
１９が取り付けられる。

さらに、本例のエンジン１には、エンジン振動を検出す
ることによりノッキングを検出するノックセンサ２０が
取り付けられる。

本例にエンジンの動弁機構は、吸気弁６用のカムシャフ
ト２１及び、排気弁７用にカムシャフト２２をそれぞれ
備えている。

吸気弁６及び排気弁７は、カムシャフト２１及び２２に
形成されたカムにより、タペット２３．２４を介して駆
動される。本例の吸気弁６用タペツト２３はカムシャフ
ト２１に揺動自在に支持された揺動部材２５に保持され
ている。

この揺動部材２５は、一端においてウオームギヤ２６に
係合するようになっており、つオームギヤ２６は、モー
タ２７によって駆動されるようになっている。

ウオームギヤ２６がモータ２７によって駆動されるとウ
オームギヤ２６と揺動部材２５との係合位置が変化し、
タペット２３とカムとの係合関係が変化する。これに応
じて、吸気弁６の開閉タイミングが変化することとなる
。

また、エンジン１は、インジェクタ１５に対する燃料噴
射量、あるいはモータ２７に対する吸気弁６開閉タイミ
ングを制御する信号、さらには、過給圧制御、点火時期
制御のための制御信号を出力する好ましくはマイクロコ
ンビエータを含んで構成される電子コントロールユニッ
ト２８が設けられている。

コントロールユニット２８には、エアフローセンサ８ら
の吸入空気量を表す信号、スロットル弁１３の開度を表
すスロットルセンサ１３ａからの信号、ノックセンサ２
０からのノッキングを表す信号、吸気温センサ７ｂ、圧
力センサ１４ａ１及び空燃比センサ１９等からの信号あ
るいは、エンジン回転数を表す信号等が入力される。

コントロールユニット２８は、上記入力信号を演算して
、モータ２７に対し吸気弁６の駆動制御信号を出力する
。

また、インジェクタ１５に対し所定の燃料噴射制御信号
を出力する。

以上の構成の過給機付エンジンに関し、吸気弁６の開閉
タイミングの制御について説明する。

第２図を参照すれば、本例の吸気弁６の制御のフローチ
ャートが示されている。

第２図において、コントロールユニット２８は先ず、シ
ステムを初期化するとともに、種々のデータを読み込む
（Ｓｌ）。このデータには、エンジン回転数Ｎｅ、圧力
センサ１４ａからの信号により吸気管内圧力Ｐｂ１スロ
ツトルセンサ１３ａからの信号によりスロットル弁開度
ＴＡ、またウオームギヤ２６と揺動部材２５との係合位
置から現在の吸気弁６のカムポジションＣＡをそれぞれ
読み込む。なお、吸気弁６のカムポジションＣＡは、吸
気弁６の開閉タイミングに関する情報である。

つぎに、コントロールユニット２８は、スロットル弁開
度ＴＡの変化率ΔＴＡの大きさからエンジンが加速状態
かどうかを判定する（Ｓ２）　５この場合、変化率ΔＴ
Ａが所定値ＴＡｏ　をこえる場合には、加速状態と判定
する。

ソシて、コントロールユニット２８は、ステップ（Ｓ２
）において加速状態でないと判定した場合には、次にエ
ンジンがアイドル状態かどうかを判定する（Ｓ３）。

エンジンが、アイドル状態である場合には、コントロー
ルユニット２８は、吸気弁６の開閉タイミングが基準と
なるタイミングとして設定されたベースタイミングにな
っているかどうかを判定すル（Ｓ４）。このベースタイ
ミングでは、吸気弁６は実質的にピストンの下死点後２
０度乃至４０度程度において閉じる。すなわち、このと
きの遅閉量は最小である。アイドル状態において吸気弁
６の閉弁タイミングがベースタイミングになっている場
合には、コントロールユニット２８はこのタイミングを
修正しない。またベースタイミング以外の閉タイミング
になっている場合には、コントロールユニット２８は、
ベースタイミングになるよう（こウオームギヤ２６のア
クチユエータすなわちモータ２７に遅閉量を最小にする
信号を出力する（Ｓ５）。これによって、吸気弁６に対
する遅閉制御は解除されることとなる。

この操作は、アイドル状態のような極めて低回転かつ低
負荷の運転状態では、燃焼状態が不安定であり、このよ
うな状態で、吸気弁６の遅閉制御をおこなうと吸気の吹
き返しによって燃焼の不安定化を助長することとなるこ
とを考慮したものである。

またステップ（Ｓ３）において、アイドル状態でないと
判定した場合には、コントロールユニット２８は、吸気
管内圧力ＰｂＯ値が所定Ｐｂ２以上かどうかを判定する
（Ｓ６）。この判定において吸気管内圧力ｐｂの値が所
定Ｐｂ２　以下の場合には、吸気弁６の遅閉量を最大に
設定する（Ｓ７）。この場合、遅閉量は、少なくとも下
死点後、クランク角で５０度以上に設定される。

このような運転領域において遅閉制御を行うようにして
いるのは、吸気の吹き返し現象を積極的に生じさせるこ
とにより、ボンピングロスの低減を図り、燃費を向上さ
せることを意図したものである。

このような運転領域では、エンジン負荷がそれ程大きく
ないので、スロットル弁１３の開度も比較的小さい。従
って、スロットル弁１３によるボンピングロスが大きい
という問題がある。このような領域において、吸気弁６
の遅閉制御を行うと吸気の吹き返しが生じることとなる
が、この吸気の吹き返しによる充填量の損失を補うため
、スロットル弁１３の開度が増大して、これによってボ
ンピングロスが減少して却って低燃費化を図るこ−とが
できる。

また、ステップ（Ｓ６）において吸気管内圧力ＰｂＯ値
が所定Ｐｂ２　以上の場合には、エンジン回転数Ｎｅ及
び吸気管内圧力ｐｂのマツプから適正なカムポジション
ＣＡを算出する（Ｓ８）。この場合、適当に吸気の吹き
返しを生じさせてノッキングが生じないような吸気弁６
の閉タイミングは、運転状態に応じて変化する。したが
って、このマツプには、運転状態をエンジン回転数Ｎｅ
と吸気管内圧力Ｐｂの渣で評価し、この変数との関係で
、カムポジションＣＡがそれぞれ設定されている。

そして、コントロールユニット２８は、算出されたカム
ポジションＣＡの値に基づき、モータ２７の駆動信号を
出力する（Ｓ９）っ以上のアイドル状態およびその後の運転状態における吸
気管内圧力Ｐｂと吸気弁の遅閉量との関係が第３図に示
されている。

すなわち、アイドル状態のような回転数が低くかつ負荷
が極めて低い場合には、遅閉制御を抑制して燃焼安定性
を確保するとともに、その後負荷が増大すると、遅閉制
御を右こなって、スロー／　）ル弁の開度を増大させ、
ポンピングロス減少させることによって、燃費を向上さ
せるように制御する。

さらに、吸気管内圧力がほぼ正圧状態に達するとスロッ
トル弁の開度が十分大きくなり、したがって上記ポンピ
ングロスの問題はなくなるので、遅閉量を減少させる。

しかし、この領域では、余り充填量を多くするとノッキ
ング等の問題が生じるので、上記のようにマツプを用い
て運転状態、及び過給圧に応じたカムボジンヨンＣＡす
なわち、遅閉量を制御するようにしている。

つぎに、加速状態における制御について説明する。

第２図のステップ（Ｓ２）において、スロットル弁開度
変化率ΔＴＡが所定値ＴＡｏ　を越えており、したがっ
て加速状態と判定した場合には、コントロールユニット
２８は、次に、吸気管内圧力ｐｂが所定値Ｐｂ、より小
さいかどうかを判定する（ＳＩＯ）。

加速判定時において、吸気管内圧力Ｐｂが所定値Ｐｂ、
より小さい場合において、吸気弁遅閉制御を行っていな
い場合にはその状態を継続し、行っている場合（Ｓｌｌ
）　　には、竿４図（ａ）に示すように遅閉量をベース
の閉タイミングに戻す（Ｓ１２）　　。

一方、吸気管内圧力ｐｂが所定値Ｐｂ１　を越える場合
には、その時のエンジン回転数Ｎｅ１吸気管内圧力Ｐｂ
に基づき、マツプからカムポジションＣＡを算出しアク
チユエータであるモータ２７に制御信号を出力する（Ｓ
１３、Ｓ１４、及び５１５）。これによって加速応答性
を確保し、しかもノッキングを有効に抑制することがで
きる。

以上のように本例の構成により、ノッキングを抑制しつ
つ所望の出力性能を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例にかかる過給機付エンジン
の概略構成図、第２図は、本発明の１実施例にかかる吸
気弁制御の内容を示すフローチャート、第３図は、吸気
管内圧力と吸気弁遅閉量との関係を示すグラフ及び第４
図（ａ）、（５）及び（Ｃ）は、加速時における吸気管
内圧力と吸気弁遅閉量との関係を示すグラフである。１・・・・・・エンジン、２・・・・・・ピストン、３
・・・・・・燃焼室、４・・・・・・吸気通路、５・・
・・・・排気通路、６・・・・・・吸気弁、７・・・・
・・排気弁、７ａ・・・・・・エアクリーナ、８・・・
・・・エア７０−センサ、１０・・・・・・ターボスーパーチャーヂャ、ＩＩ・・
・・・・コンプレッサ、１２・・・・・・インタークー
ラ、１３・・・・・・スロットル弁、１４・・・・・・
サージタンク、１５・・・・・・インジェクタ、１６・
・・・・・タービン、１７・・・・・・バイパス通路、１８・・・・・・ウェストゲート弁、１９・・・・・・空燃比センサ、２０・・・・・・ノッ
クセンサ、２１．２２・・・・・・カムシャフト、２３
．２４・・・・・タペット、２５・・・・・・揺動部材
、２６・・・・・・ウオームギヤ、２７・・・・・・モ
ータ、２８・・・・・・電子コントロールユニット。第１図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

エンジンの幾何学的圧縮比が８．５以上となるように構
成され、吸気弁の閉時期を変更する吸気弁閉時期変更手
段と、上記吸気弁閉時期変更手段をエンジンの高負荷運
転領域おいて、高回転時では吸気弁の閉時期を少なくと
も下死点よりも５０度以上の遅い時期に制御し、低回転
時では吸気充填量に応じ吸気弁の閉時期を可変制御する
制御手段とを設けたことを特徴とする過給機付エンジン
。