JPH02119620A - 過給機付エンジンの吸気装置 - Google Patents

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〕 本発明は過給機を備え、吸気弁閉時期と開弁オーバラッ
プ期間とが所定の関係を満足するように設定されたエン
ジンの吸気装置に関するものである。

〔従来技術〕

過給機付エンジンにおいて、吸気弁閉時期Ｙと開弁オー
バラップ期間Ｘとを所定の関係、即ちＹ≧−１，７５Ｘ
＋１０を満足するように設定したものが本出願人による
特願昭６２−２９９３２４号によって提案されている。

この形式のエンジンでは、従来の過給機付エンジンに比
べ、開弁オーバラップ期間Ｘは大きく、また吸気弁閉時
期Ｙは遅く設定され、高過給域での掃気作用によりノッ
キング防止及び排気温度の引下げ、或いは吸入効率の改
善が図られている。

一方、過給機付エンジンにおいて、過給機の駆動時に開
弁オーバラップ期間を変化させ、これによって軽負・荷
運転時の新気の吹き抜は及び高負荷運転時の掃気効果を
ともに確保するように構成した可変バルブタイミング機
関の制御方法が特開昭６１−１８７５４３号公報におい
て知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前者の形式の過給機付エンジンでは、本
出願人が示唆した如く、全体的に極めて良好な運転性能
がもたされるものの、低速回転域又は低負荷低速回転域
に限定すれば、新気の吹き返しによる燃焼安定性の便化
又は燃焼室内の残留ガスの逆流による内部ＥＧＲの増加
を更に考慮する必要があった。

ここに、本出願人は、各吸気通路に絞り弁を設けること
を提案しているが、この場合、絞り弁の制御に特別の制
御機構を必要とし、また絞り弁のわずかな角度変位によ
って微妙にトルクが変化するため、各気筒ごとの均等な
制御が困難であった。

また、上記特開昭６１−１８７５４３号公報に開示され
る如き可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴと称す
）を採用することも可能であるが、その場合、ＶＶＴの
応答遅れによるノッキングの発生等の問題、更には、高
速回転域、高負荷低速回転域及び低負荷低速回転域にお
ける３種類バルブタイミングモードを設定することは、
制御の複雑化等を招くという問題があった。

本発明はかかる点に濫みてなされたものであり、その目
的とするところは、低速回転域における残留ガスの逆流
及び新気の吹き返しを簡単な構造で、しかも応答性良く
防止することができる過給機付エンジンの吸気装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明においては、過給機
を備え、バルブリフ）　量１　ｍｍとなる時点をもって
吸排気弁の開閉時点を定義した場合の、下死点からのク
ランク角で表わした吸気弁閉時期Ｙ（ｄｅｇＡＢＤｃ）
と、クランク角で表わした吸排気弁の開弁オーバラップ
期間Ｘ　（ｄｅｇ）とを、Ｙ≧−１，７５Ｘ＋１０ という関係を満足するように設定したエンジンの吸気装
置において、前記エンジンの各気筒の独立吸気通路に逆
止弁を設け、この逆止弁は、該逆止弁の下流側の圧力が
その上流側の圧力よりも高くなったとき、該圧力差に応
答して、前記独立吸気通路における吸気流路を閉じるよ
うに動作する、過給機付エンジンの吸気装置を構成した
。

〔作　用〕

上記構成によるエンジンの吸気装置では、吸気弁閉時期
Ｙが比較的遅く設定されるか、又は吸排気弁の開弁オー
バラップ期間Ｘが比較的大きく設定され、或いは、吸気
弁閉時期Ｙが遅く且つ開弁オーバラップ期間Ｘは大きく
設定されることとなる。このようにバルブタイミングを
設定されたエンジンの吸気装置において、各気筒の独立
吸気通路に設けられた逆止弁は、逆止弁前後の圧力差に
応じてその流路を開閉するように動作し、それによって
各独立吸気通路における吸気流路を開き或いは閉じる。

従って、例えば、低速回転域における新気の吹き返しに
より、逆止弁の下流側の圧力がその上流側の圧力よりも
高くなると、逆止弁はその流路を閉じ、この結果、逆止
弁の上流側への新気の逆流は阻止される。

また、低負荷低速回転域における残留ガスの逆流により
、逆上弁の下流側の圧力が同様にその上流側の圧力より
も高くなると、逆止弁は閉じ、この結果、逆止弁の上流
側への残留ガスの逆流が防止される。

〔実施例〕

吸気装置の構成 第１図は、本発明による過給機付エンジンの吸気装置の
実施例を示す概略構成図であり、第２図は、第１図１こ
示す逆止弁の拡大縦断面図である。

図において、４気筒４サイクルエンジン１　（以下、エ
ンジン１と称す）の各気筒２の燃焼室には、吸気ポート
３および排気ポート４が夫々開口しており、これらのポ
ート３．４には動弁機構（図示せず）により開閉作動さ
れる吸気弁５および排気弁６が夫々装備されている。

また、各気筒２の吸気ポート３には吸気通路７が接続さ
れ、この吸気通路７は、下流端が各気筒２の吸気ポート
３に連通ずる独立吸気通路８と、各独立吸気通路８の上
流端に接続されたサージタンク９と、このサージタンク
の上流側に接続された共通吸気通路１０とで構成され、
共通吸気通路１０の上流端はエアクリーナ１１に接続さ
れている。

共通吸気通路１０には、吸入空気量を検出するエア７０
−メータ１２と、吸入空気量を調整するスロットル弁１
３と、吸気を過給する過給機１４とが設けられている。

この過給機１４は、本例ではエンジンで駆動されるルー
ツ式等の機械式過給機で形成され、エンジン出力軸（図
示せず）に電磁クラッチ等を介して連結されている。ま
た、上記共通吸気通路１０における過給機１４の直上流
と直下流とはバイパス吸気通路１５によって連通され、
このバイパス吸気通路１５の途中には、バイパス吸気通
路１５を開閉するバイパス弁１６が設けられている。

上記各独立吸気通路８には、燃料を噴射供給する燃料噴
射弁１７が設けられ、この燃料噴射弁１７の下流には、
リードバルブ形の逆止弁１８が配設されている。

この逆止弁１８は第２図に示す如く、エンジン■のケー
シング１ａと独立吸気通路８を形成するインテークマニ
ホールド８ａとの間に支持されたバルブケース２０と、
バルブケース２０に固定された複数のストッパ２１と、
バルブケース２０及びストッパ２１に支持された複数の
リード１９とから構成されている。

ストッパ２１は、吸気の乱流を生じさせないように、独
立吸気通路８の形状に相応して湾曲しており、各ストッ
パ２１の間に略均等な吸気流路２２を形成している。ま
た、リード１９は、金属性の薄板状部材であり、その弾
力性によってばね板として作用する。このリード１９は
、例えば、吸気ポートが開いて独立吸気通路８から燃焼
室に新気が導入される場合、即ち逆止弁１８の上流側の
圧力がその下流側の圧力より高い場合には、吸気流の圧
力によって、その先端部分がストッパ２１との間隔を保
持する。従って、逆止弁１８は各流路２２を開いており
、新気は独立吸気通路８から、吸気ポート３に向って流
れる。

これに対し、逆止弁１８の前後の圧力差が逆転した場合
、即ち逆止弁１８の下流側の圧力が逆止弁１８の上流側
の圧力より大きくなった場合、リード１９は、それに作
用する差圧によってそのばね力に抗して先端部分が後方
に押し上げられ、その結果、リード１９の先端部分がス
）７パ２１のパツキン（図示せず）に当接して、各流路
２２を閉じる。従って、逆止弁１８は、独立吸気通路８
から給気ボート３の側への吸気流を通すが、給気ボート
３から独立吸気通路８の側への気流、即ち逆流を阻止す
るように機能する。

エンジン１の圧縮比及びバルブリフト特性ここに、この
過給機付のエンジン１においては、エンジンの幾何学的
圧縮比が８．５以上に設定され、従来の過給機付エンジ
ン（幾何学的圧縮比が７．５〜８．５程度）と比べて高
圧縮比の側に設定されている。また、エンジン１におけ
るバルブリフト特性を第３図に表すが本例のエンジン１
では、吸気弁５の開閉時期（１，０および１．　Ｃ）な
らびに排気弁６の開閉時期（［！、０およびＥ、　Ｃ）
は、クランク角で表わした吸排気弁の開弁オーバラップ
期間Ｘ　（ｄｅｇ）と、下死点（ＢＤＣ）からのクラン
ク角で表わした吸気弁閉時期Ｙ　（ｄｅｇＡＢＤｃ）と
の関係が、吸排気弁の開閉時点をバルブリフト量１　ｍ
＋ｎとなる時点をもって定義した場合に、 Ｙ≧−Ｌ７５Ｘ＋１０　　　　　・・・・■となるよう
に設定されている。ちなみに、従来の一般的な過給機付
エンジンでは、吸気弁閉時期が２０〜４０　ｄｅｇＡＢ
Ｄｃ程度、開弁オーバラップ期間が−３０〜２０　ｄｅ
ｇ程度となっており、上記の式を満足していない。

エンジン１は又、後述のように吸気弁５の遅閉じによっ
て断熱圧縮より断熱膨張を大きくする作用をもたせるた
め、下死点までのクランク角で表わした吸気弁開時期Ｚ
　（ｄｅｇＢＢＤ［：）と上記吸気弁閉時期Ｙとの関係
が〔Ｙ＞Ｚ〕となるように設定されている。

従って、エンジン１は、従来の過給機付エンジンに比べ
、吸気弁オーバラップ期間が大きく、また吸気弁遅閉じ
に設定されており、これによって、幾何学的圧縮比の高
圧縮比化によってサイクル効率の向上が図られつつ、高
過給域でもノッキングを防止する作用および排気温度を
引下げる作用を得ている。

すなわち、吸気弁５の閉時期Ｙを遅らせると、圧縮行程
と比べて膨張行程が大きくなり、有効圧縮比が引下げら
れつつ膨張比が稼がれることとなる。従って、幾何学的
圧縮比に対応する膨張行程での仕事によりサイクル効率
が高められるとともに、有効圧縮比が引下げられること
により、過給量が多い高負荷高回転域での耐ノツク性が
高められ、かつ、断熱圧縮による温度上昇に比べて断熱
膨張による温度低下が大きくなることにより吸気温度が
引下げられる。

また、開弁オーバラップ期間Ｘを大きくすると、過給圧
が排気圧を上回る過給領域において、上記開弁オーバラ
ップ期間に燃焼室内の残留排気ガスを掃気する作用が高
められ、この掃気作用によって燃焼室内の温度が引下げ
られるため、耐ノツク性が高められるとともに排気温度
が引下げられる。

そして、耐ノツク性が高められることによりエンジンの
高圧縮比化が可能となってサイクル効率が高められる。

このように、吸気弁閉時期を遅らせることと、開弁オー
バラップ期間を大きくすることは、共に高圧縮比の下で
耐ノツク性を高めるとともに排気温度を引下げる作用を
なし、両者は互いにその作用を補い合うような関係を有
する。

この関係を耐ノツク性について説明すると第４図のよう
になる。すなわち、第４図は、幾何学的圧縮比を９．４
とし、吸気弁閉時期Ｙおよび開弁オーバラップ期間Ｘを
種々変えた場合の、エンジン回転数１５０　Ｏｒｐｍで
のノック限界時の平均有効圧力Ｐｅ（ｋｇ／Ｃｒ１）を
示したものであり、図中の線Ｐ１〜Ｐ４は平均有効圧力
が等圧のラインである。

なお、このデータにおいてエンジン回転数を１５００　
ｒｐｍとしたのは、使用頻度が高くて代表例としてふさ
れしいためである。また、幾何学的圧縮比は９．４以外
の高圧縮比に設定しても、傾向としては第４図に示すも
のと同様となる。

図示の如く、吸気弁閉時期Ｙを一定値に固定して開弁オ
ーバラップ期間Ｘを変化させた場合、図中の線Ａよりも
左側まで開弁オーバラップ期間Ｘが小さくなるとノック
限界時の平均有効圧力が極端に下がる傾向が生じ、つま
りこのような領域ではノッキングが生じ易くなる。従っ
て、吸気弁閉時期Ｙに対して開弁オーバラップ期間Ｘは
、線へより右側の斜線を付した領域内とすることが、耐
ノツク性にとって望ましいものとなる。

この図から、上記線Ａを吸気弁閉時期Ｙと開弁オーバラ
ップ期間Ｘとの関係式で求めると、Ｙ＝−１，７５Ｘ＋
１００ （バルブリフト量０　［０１１１でＸ、Ｙを定＠）もし
くは Ｙ＝−１，７５Ｘ＋　１０ （バルブリフト看１印でＸＳＹを定義）となる。よって
、前記の０式を満足するように吸気弁閉時期Ｙと開弁オ
ーバラップ期間Ｘとを設定しておけば、幾何学的圧縮比
を高くしても耐ノツク性を高めることが可能となる。

エンジンｌにおいて上記開弁オーバラップ期間Ｘを約−
２３ｄｅｇに設定した場合の、幾何学的圧縮比および吸
気弁閉時期Ｙの望ましい領域は第５図および第６図のよ
うになる。

すなわち、第５図は、幾何学的圧縮比を横軸、有効圧縮
比を縦軸にとり、吸気弁閉時期をパラメータとして、こ
れらの関係を示している。この図において、破線の斜線
を付した範囲は従来の過給機付エンジンによる場合の設
定範囲を示し、このように従来の過給機付エンジンでは
、幾何学的圧縮比が７．５〜８．５、吸気ボート閉時期
が２０〜４０　ｄｅｇＡＢＤｃ程度に設定されており、
この範囲で高過給時のノッキング防止および燃焼安定性
の確保のための適度の有効圧縮比が得られるようにして
いる。これに対し、エンジン１において開弁オーバラッ
プ期間を上記設定として場合、幾何学的圧縮比および吸
気弁閉時期Ｙの望ましい範囲とそれに対応する有効圧縮
比の範囲は、実線の斜線を付した領域となる。つまり、
幾何学的圧縮比を８５より高い高圧縮比とする一方、吸
気弁閉時期を５０　ｄｅｇＡＢＤ［：以上に設定するこ
とにより、有効圧縮比を従来と同程度とすることができ
る。あるいは、幾何学的圧縮比を高くすると隙間容積が
小さくなって残留ガスの減少により燃焼安定性が高めら
れるため、有効圧縮比を従来よりも低くするように設定
することもできる。

有効圧縮比を上記のような所定範囲内とするには、幾何
学的圧縮比と吸気弁閉時期Ｙとの関係が第６図に斜線を
付して示した範囲となるように、幾何学的圧縮比を高く
するほど吸気弁閉時期の遅れを大きくすればよい。

逆止弁の作用 このように、過給機付エンジン１においては、Ｙ≧−１
，７Ｘ＋１０を満足するようにバルブタイミングを定め
ること、即ち、開弁オーバラップ期間Ｘ及び吸気弁閉時
期Ｙの双方又は一方を大きくすることは、極めて効果的
であるが、エンジン１は一方で、低速回転域において、
新気の吹き返しによる燃焼安定性の悪化を防止するため
、或は吸気の充填効果を高めるため、吸気弁を比較的早
開じにすることを要求される。更に、低負荷低速回転域
、例えばアイドル回転域においては、開弁オーバラップ
期間における残留ガスの逆流による内部ＥＧＲの増加を
回避する必要がある。

このため、本例のエンジン１においては、前述の如く、
各独立吸気通路８に逆止弁１８が配設されている。

例えば、低速回転域においては、過給圧力が比較的低い
ため、吸気弁５を遅閉じに設定した場合には、新気の吹
き返しにより燃焼性が悪化し、或いは吸気充填効率が低
下する傾向にある。逆止弁１８は、燃焼室の側の圧力が
独立吸気通路８の圧力より高くなった場合、逆止弁１８
前後の差圧に応答して、リード１９がそれらの間の流路
２２を閉じるため、新気の吹き返しが阻止され、燃焼性
の悪化又は吸気充填効率の低下を防止できる。即ち、吸
気弁５を早開じに設定したのと路間等の効果を得ること
ができる。

また、低負荷低速回転域においては、スロットル弁１３
が絞られているため吸気圧力が比較的低く、従って、開
弁オーバラップ期間Ｘにおいて燃焼室の側の圧力が独立
吸気通路８の側の圧力よりも高くなる傾向にある。この
場合も又、逆止弁１８は、その前後の差圧に応答して各
リード１９が各流路２２を閉じ、この結果、燃焼室から
独立吸気通路８の側への残留ガスの逆流を阻止できる。

換言すれば、この作用は、低負荷低速回転域において、
開弁オーバラップ期間Ｘを小さく設定したのと路間等の
効果をエンジンｌにもたらす。

これに対し、高速回低域においては、過給機１４の作用
により過給圧が高く、このため、吸気弁５が開いている
間、逆止弁１８の前後の圧力は、逆止弁１８の上流側が
その下流側よりも高い状態に維持される傾向にある。従
って、逆止弁１８は、各リード１９の作用により、各流
路２２を閉じることなく、各気筒に向う吸気流を通過さ
せる。かくして、高速回転域においては、逆止弁１８は
、開弁オーバラップ期間を大きくし、又吸気弁を遅閉じ
にしたことによる前述の如きエンジン１の効果を確保し
得る。

このように、本例のエンジン１の吸気装置では、逆止弁
１８を各独立吸気通路８に設けたことにより、低速回転
域における残留ガスの逆流及び新気の吹き返しを、各独
立吸気通路８内の圧力変化に応答して迅速に防止するこ
とができる。

本例の吸気装置では又、高速回転域、高負荷低速回転域
及び低負荷低速回転域における夫々の特性に適したバル
ブタイミングを設定する、例えばＶＶＴの如き制御機構
を設けることなく、簡単な構造の吸気装置によりがかる
制御機構の効果に略相応する効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、低速回転域における残留ガスの逆流及
び新気の吹き返しを簡単な構造で、しかも応答性良く防
止することができる過給機付エンジンの吸気装置を提供
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による過給機付エンジンの吸気装置の実
施例を示す過給機付エンジン全体の概略構成図である。 第２図は第１図に示す逆止弁の拡大縦断面図である。 第３図は第１図に示す吸気弁と排気弁のバルブリフト特
性を示す線図である。 第４図は吸気弁閉時期および開弁オーバラップ期間とノ
ッキング限界時の平均有効圧力との関係を示す線図であ
る。 第５図は開弁オーバラップ期間を一定値に設定した場合
の幾何学的圧縮比と吸気弁閉時期と有効圧縮比との関係
を示す線図である。 第６図は第５図に示した関係に基づく上記幾何学的圧縮
比および吸気弁閉時期の好ましい範囲を示す線図である
。 １・・・・エンジン、 ２・・・・気筒、 ３・・・・吸気ボート、 ４・・・・排気ポート、 ５・・・・吸気弁、 ６・・・・排気弁、 ７・・・・吸気通路、 ８・・・・独立吸気通路、 ９・・・・サージタンク、 ０・・・・共通吸気通路、 ４・・・・過給機、 ８・・・・逆止弁、 ９・・・・リード、 ０・・・・バルブケース、 １・・・・ストッパ ２・・・・流路、 Ｘ・・・・開弁オーバラップ期間（ｄｅｇ）、Ｙ・・・
・吸気弁閉時期（ｄｅｇＡＢＤＣ）。 第３図 幾何学的圧縮比

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 過給機を備え、バルブリフト量１ｍｍとなる時点をもっ
   て吸排気弁の開閉時点を定義した場合の、下死点からの
   クランク角で表わした吸気弁閉時期Ｙと、クランク角で
   表わした吸排気弁の開弁オーバラップ期間Ｘとを、 Ｙ≧−１．７５Ｘ＋１０ という関係を満足するように設定したエンジンの吸気装
   置において、 前記エンジンの各気筒の独立吸気通路に逆止弁を設け、 前記逆止弁は、該逆止弁の下流側の圧力がその上流側の
   圧力よりも高くなったとき、該圧力差に応答して、前記
   独立吸気通路における吸気流路を閉じるように動作する
   、ことを特徴とする過給機付エンジンの吸気装置。