JPH02123244A

JPH02123244A - 過給機付エンジン

Info

Publication number: JPH02123244A
Application number: JP27503088A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Goto; 剛後藤; Koichi Hatamura; 耕一畑村
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1988-10-31
Publication date: 1990-05-10
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: JP2823127B2

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）本発明は過給機付エンジンに関するものである１、（従来技術）最近のエンジンでは吸気の過給を行なうものが多くなっ
ており、このための過給機としては、排気ターボの他、
エンジンにより機械的に駆動される機械式のものがある
。

この過給を行なうエンジンにあっては、ノッキングとい
う問題により、エンジンの圧縮比を大きくすることがで
きないという特有の問題を生じる。このため、特公昭６
１−１６１４号公報に示すように、通常は圧縮比を大き
くしておく一方、ノッキングを生じたときは、吸気バル
ブタイミングを変更して有効圧縮比を低下させると共に
、過給機により過給された吸気をインタクーラにより冷
却することが提案されている。

（発明が解法しようとする問題点）ところで、過給式のエンジンにあっては、ノッキングに
より最大過給圧に限界を生じさせる他、燃費特に汎用性
の高い低負荷低回転時の燃費が問題となり、さらに過給
に伴う圧縮比の低下によって全体として熱効率を低下さ
せる、という問題を生じ、これ等の点を同時に解決し得
る手法は未だ提案されていない。

（発明の目的）本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、
ノッキング限界向上による最大過給圧の向旧と、燃費特
に低負荷低回転時の燃費向Ｆと、熱効率の十分な確保と
を全て高い次元で満足し得るようにした過給機付エンジ
ンを提供することを目的とする。

（発明の構成）前述の目的を達成するため、本発明にあっては次のよう
な構成としである。すなわち、それぞれ吸気通路に設け
られ、エンジンにより機械的に駆動されて吸気を過給す
る過給機、および該過給機により過給された吸気を冷却
するインタクーラと、前記過給機の駆動経路に介在され、エンジン回転数に対
する該過給機の回転数の回転比を、エンジン低回転時に
はエンジン高回転時に比して大きくなるように変更する
回転比変更手段と、を備え、エンジンの吸気ポート閉時
期が吸気−上死点後とされて、有効膨張比が有効圧縮比
よりも大きくなるように設定されている、ような構成としである。

（発明の作用、効果）このように本発明にあっては、吸気ポート閉時期を吸気
に死点後とすること、すなわち吸気遅閉じとすることに
により、吸気の次代えしを許容して、同じ吸入空気晴を
確保するのであればより−・層スロットル弁の開度を大
きくし得るようにして、ボンピングロス低減による燃費
向−Ｌが確保される。そして、有効膨張比を有効圧縮比
よりも大きくすることにより、燃焼エネルギを十分に機
械エネルギすなわち有効トルクに変換するばかりでなく
掃気効率を向トさせて、全体として熱効率が向トされる
１、とりわけ、過給を行なう過給機として、エンジンに
より機械的に駆動される機械式のものを用いであるので
、排圧の、Ｅ昇ということを防止して、上記掃気効率の
向上という点が十分に確保される。

また、Ｌ記吸気遅閉じとすることにより、吸気期間が短
くなってトルク確保に不利となるが、この点は過給機に
より十分に過給を行なうことによって従来以上にト分な
トルクの確保が行なわれる。すなわち、有効圧縮比の低
下と、過給された吸気をインタクーラで冷却して燃焼室
での吸気温度ヒ昇を防Ｉトするという相乗効果により、
ノッキング限界が飛躍的に向トされる。このことは、最
大過給圧を極めて大きくすることが可能となって、十分
なトルク、特に低速域から中速域にかけてのトルクが十
分に確保される。とりわけ、過給機として機械式のもの
は、排気ターボ式の過給機に比して、低速から中速域に
かけても十分に過給することが可能なので、特に汎用性
の高い低速から中速域にかけてのトルクを大きくしてド
ライバビリティというものが大きく向上されることにな
る。

さらに１機械式過給機はその回転数が大きくなるほどそ
の駆動抵抗が大きくなる一部、エンジン回転数が大きく
なると熱負荷からくる過給限界をきたすことになるが、
この点は、エンジン回転数に応じて、エンジン回転数に
対する過給機の回転数の回転比を変更することにより対
処される。すなわち、熱負荷限界に十分余裕がある低、
中速域では１ｒ１述のように過給圧を十分高めて極めて
大きなトルクが確保される一方、高回転時には上記駆動
抵抗と熱負荷限界とに対処しつつ、最適な過給を行なう
ことができる。

（実施例）以゛ド、本発明の実施例を図面に沿って説明する。

エンジンの過給装置の全体構成を示す第１図において、
Ｅはエンジン本体で、その吸気通路ｌには、」１流側か
ら丁流側へ順次、エアクリーナ２）エアフローメータ３
、スロットル弁４、過給機用絞り弁５．エンジン出力軸
により機械的に駆動される過給機６、インタクーラ７、
サージタンク８及び燃料噴射弁９、吸気弁ｌＯが配設さ
れている。そして、１・、記吸気弁ｌＯの閉じる時Ｅｌ
ｌは、吸気ト死点後６５°〜１００°の範囲（実施例で
は８５°）というように、］−分に遅閉じとされている
。なお、Ｉｔは排気弁である。

−１−記スロットル弁４及び過給機用絞り弁５の回動軸
４ａ、５ａには、それぞれ、長い第１ロット部材１２及
び短い第２０ツト部材１３が連結され、該第１０・ソド
部材Ｉ２の中間部分がリンク部材１４の一端に、また第
２０ツド部材に３の他端がリンク部材１４の他端に形成
された穴１４ａに連結されている、そして、第１０ツト
部材１２の先端にアクセルペダル（図示せず）が連係さ
れており、該アクセルペダルの踏込みによる過給機用絞
り弁５の開度は、過給機６の上流側に吸気音（吹き返し
音）がでるのを防止するように設定されている。

１−記機械式過給機６の回動軸６ａは、電磁クラッチ１
５を介して、可変ブーり機構１６に連係されている。尚
、電磁クラッチ１５は、クラッチの耐久性から、低負荷
低回転領域（設定負荷１）ｅ　ｏ以下で、設定回転数Ｎ
　ｅ　ｏ以下の領域）を除き、ＯＮ状態となっている（
第３図参照）。また、過給機６は、後述するように、エ
ンジン回転数がト胃するに伴って回転数が高まるように
なっている（第２図参照）。

第１図中、２１はバイパス通路で、吸気通路１のスロッ
トル弁４ド流でかつ過給機用絞り弁５１−流と、インタ
ークーラフの下流とを接続している。

−１−記バイパス通路２１の途中には、ダイヤフラム装
置２２によって開閉制御される開閉弁２３が介設されて
いる。このダイヤフラム装置２２のケーシング２２ａが
、ダイヤフラム２２ｂにて第１室２２ｃと第２室２２ｄ
とに画成され、第１室２２ｃは、ダイヤフラム２２ｂに
一端が固着されたロッド２２ｅが貫通し、該ロッド２２
ｅの他端が開閉弁２３に連結されている。−・方、第２
室２２ｄは、スプリング２２［が縮装されるとともに、
負圧通路２５を介してサージタンク８内に連通されてい
る。これにより、サージタンク８内の負ｒＥが設定イ１
０以十であれば、ダイヤフラム２２ｂがスプリング２２
［のスプリング力に抗して変位し、開閉弁２３を開作動
させるようになっている。

第４図は、クラッチ１５を接続して過給機６を運転して
いるときにおいて、エンジン回転数に対する当該過給機
６の回転比（ブーり比で、１サイクル当りの空気量に相
当する）が変化される様子を示したものである。勿論、
この回転比は、可変プーリ機構１６によって変更される
。

第５図は、本発明の利点を図式的に示したものであり、
Ｘ線でその過給圧が変化する様子を示しである。この第
５図において、β線がノッキング限界線を示し、β線が
熱負荷限界線を示し、γ線がエンジンの回転限界を示し
、δ線が駆動系の許容トルク限界を示している。この第
５図から明らかなように、本発明では、ノッキング限界
を飛躍的に高めて、過給圧を十分に大きくすることが可
能となる１、ちなみに、Ｙで示した比較例は、吸気弁の
閉じタイミングを吸気ト死点付近に設定すると共に、イ
ンタクーラ７を設けなかった場合のものを示す。この比
較例では、ノッキング限界線がａ゛　となって１本発明
におけるノッキング限界線ａよりも大幅にノッキング限
界が厳しいものとなり、このため過給圧は本発明の場合
よりも大幅に低ドせざるを得ないことになる。なお、第
５図のａ、ｂ、ｃの各点は、第４図のａ、ｂ、ｃの各点
に対応している。

さて次に、第６図〜第９図を参照しつつ、■型６気筒エ
ンジンに本発明を適用した場合の例について、可変ブー
り機構（第１図の１６に相当）をも含めて詳述する。

シリンダブロック３１にシリンダヘッド；３２）：３：
３がそれぞれ配設され、シリンダブロック３１とシリン
ダヘッド３２．３３により、左バンクし、と右バンクＲ
とがそれぞれ形成されている。

ｌ認容バンク１−１Ｒ間でシリンダブロック３１の４−
側の取付部材（図示せず）を介して過給機７６（−第１
図の６に相当）が配設されている。過給機７６の駆動軸
７６ａは、クランク軸３７の前端に取付けられたプーリ
３８と、シリンダブロック３１の右側外方に配設された
２つの同軸中間プーリ３９．４０と、上記駆動軸７６ａ
前端のプーリ４１と、上記各プーリ３８．３９及び４０
．４１間に巻き掛けられた２つのベルト４２．４３とを
介して、クランク軸：３７により回転駆動されている。

中間プーリ３８．３９は共に、可変ブーり機構１６を構
成する可変ブーりで、プーリ４０の軸４０ａおよびクラ
ンク軸３７に固定される固定部材３８ａ、３９ａと、上
記両軸４０ａ、３７に摺動可能に設けられた可動部材３
８ｂ、３９ｂとを有している。この可動部材３８ｂ、３
９ｂに隣接してこれを軸方向へ動かす作動部材３８ｃ、
３９Ｃが設けられて、この作動部材３８ｃ、３９ｃの作
用により１回転数が高くなるにつれて、プーリ３９のピ
ッチ径が小さくなる一方、プーリ３８のピッチ径が大き
くなるように変化する。この結果、エンジン回転数のＦ
昇に伴い、エンジン回転数に対する過給機７６の回転数
となる回転比が低ドせしぬられ、過給気量が適正に調整
されて過給機７６の無駄な仕事がなくなる（第４図参照
）。

なお、第９図中、５７．５８は補機用プーリ、５９はオ
ルタネータである。また、各シリンダヘッド３２．３：
３には、吸排気を所定のタイミングで行う吸気弁及び排
気弁（図示せず）をそれぞれ駆動するだめのカム軸が枢
支されている。

各バンク１−１１＜のバンク外方側の排気用カム軸の１
３ｉｊ端には同一・ピッチ径を有するタイミングブリ４
８．４８が配設され、該プーリ４８．４８のピッチ径の
１１分のピッチ径を有するタイミングプーリ４９がクラ
ンク軸３７の前端に取付けられ、該各タイミングプーリ
４８．４９間にタイミングベルト５０が巻き掛けられて
いる。すなわち、−１−記名タイミングベルト５０を介
して、左右の排気弁の胃降行程が逆になるようにｌ１記
排気弁用カム軸が同期して回転駆動されるようにされて
おり、」−二己各タイミングブーリ４８．４８．４９お
よびタイミングベルト５０により、クランク軸３７の回
転を各排気弁用カム軸に伝達する出力同期伝達機構が構
成されている。

また、Ｌ記過給機７６の両側下方には、タイミング５０
をガイドする２つのアイドルプーリ５４．５４が該タイ
ミングベルト５０の外面に当接するように配設されてい
る。該アイドルプーリ５４．５４により、過給機７６と
タイミングベルト５０とがＵいに干渉しないように、該
タイミングベルト５０が子方に付勢されている１、尚、
１−記クランク軸３７の上方にも、タイミング５０の外
面に当接して該タイミングベルト５０をガイドする２つ
のアイドルプーリ５５ａ、５５ｂが配設されている。こ
のうち、アイドルプーリ５５ａはテンションブーりとし
て構成されている。

さらに、上記各バンクＬ％Ｒには、タイミングプーリ４
８．４８と同軸上にギヤ４６が配設され、該ギヤ４６は
、これと同一のピッチ系とモジュールを有して吸気用カ
ム軸に取付けられたギヤ４７と噛合することによって、
排気用カム軸の回転を吸気用カム軸に伝達する０　１−
Ｉ　Ｃ同期伝導機構がＦ＋’４成されている。

なお、第６図中、６２．６２はそれぞれ各シリンダヘッ
ド３２．３３上に配設されたシリンダヘッドカバー、６
４はタイミングベルト５０で囲まれる空間を利用して配
設した水ポンプのケーシング、６５はシリンダブロック
３１の一ド側に配置されたオイルパンである。

第６図、第７図において、７３．７３は各バンクＬ、Ｒ
ｈ方に設けられ、左右両側でそれぞれ各シリンダ３４間
を吸気が流通可能に連通ずるサージタンク、７４は過給
機７６の上方から前方に向かって伸びた後両側に分岐し
て上記各サージタンク７３．７３に接続される吸気通路
、７５．７５は吸気通路７４の両側に介設され、過給機
７６から吐出される吸気を冷却するだめのインタクーラ
（第１図の７に相当）、７７はエンジンの低負荷低回転
時に回転数変化に対して過給機７６のコンプレッサの回
転を停止上するための電磁クラッチ（第１図の１５に相
当）である。

したがって、−ヒ記実施例では、左右のバンク１．．８
間上方に過給機７６を設置するようにしたので、■型エ
ンジンの中間上方のスペースを過給機等の補機設置用に
活用できる。

ここで、既知のバルブタイミング変更手段を利用して、
エンジン負荷に応じて吸・排気弁のオーバラップする期
間を変更するようにしてもよい。

このような−例を第１０図に示してあり、吸気弁の開閉
タイミングは、吸気下死点後十分に遅れて閉じるように
固定、設定されている。これに対して、排気弁の開閉タ
イミングは、可変バルブタイミング機構により、エンジ
ン低負荷時には第１Ｏ図破線で示すように吸気弁とオー
バラップする期間が短くされて、吸気負圧により燃焼ガ
スが吸気通路に逆流するのを防正し、燃焼を安定させる
。

また、エンジン高負荷時にはこのオーバラップ期間が良
くなるように変更されて、オーバラップ期間中に過給圧
により燃焼ガスを排気通路へ押し出し、燃焼室内を掃気
することで燃焼室内の温度を下げ、ノッキング限界ａ、
熱負荷限界βをより高めることができる。そして、Ｆ記
掃気効果は、低回転域では実質的なオーバラップ時間が
長いため１−分な効果が得られ、そのため低回転−城で
は実質的なオーバラップ時間が短い高回転域より高い過
給を行なうことができる。このようにして、低負荷時の
燃費向上をより一層向上させつつ、高負荷時におけるエ
ンジン出力をより一層十分確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体系統図。第２図はエンジン回転数と過給機の回転数の関係を示す
図。第３図はクラッチの断続領域の設定例を示す図。第４図はエンジン回転数と１サイクル当りの吸入空気量
（回転比）との関係を示す図。第５図は本発明の利点を図式的に示す図。第６図は本発明をＶ型６気筒エンジンに対して適用した
場合の正面図。第７図は第６図の毛面図。第８図は第６図の要部側面図。第９図は第６図における可変ブ〜り機構の詳細を示す側
面断面図。第１Ｏ図は吸・排気弁のより好ましい開閉タイミングを
示す図。３８、　３９：エンジン本体：吸気通路二過給機：インタクーラー吸気弁：ｈＩ変ブーり機構：クランク軸：可変ブーり機構：インタクーラ二過給機第４図第５図第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）それぞれ吸気通路に設けられ、エンジンにより機
械的に駆動されて吸気を過給する過給機、および該過給
機により過給された吸気を冷却するインタクーラと、前記過給機の駆動経路に介在され、エンジン回転数に対
する該過給機の回転数の回転比を、エンジン低回転時に
はエンジン高回転時に比して大きくなるように変更する
回転比変更手段と、を備え、エンジンの吸気ポート閉時期が吸気下死点後と
されて、有効膨張比が有効圧縮比よりも大きくなるよう
に設定されている、ことを特徴とする過給機付エンジン。
（２）特許請求の範囲第１項において、吸気弁と排気弁
とのオーバラップ期間が、低負荷時には短く、高負荷時
には長くなるようにされるもの。