JPH0295737A - エンジンの燃焼制御装置 - 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） 本発明はエンジンの燃焼制御装置、特に燃焼室に吸気を
過給する過給手段が備えられたエンジンの燃焼制御装置
に関する。

（従来の技術） 吸気の充填効率を高め、出力性能の向上を図るために、
燃焼室に吸気を過給する過給機を備えたエンジンが実用
化されているが、この過給エンジンにおいては、高負荷
時に燃焼室内の圧縮圧力が過大となってノッキングが発
生し易く、そのため圧縮比を余り大きくすることができ
ないという問題があり、これが出力性能の一層の向上を
妨げる要因となっている。

また、過給エンジンにおいては、吸気充填量の増大に対
応して燃焼室で発生する排気ガス量も多くなり、この排
気ガスをいかに効果的に掃気するかが出力性能の向上を
図る上での課題となる。これに対しては、排気行程から
吸気行程に移行する際の吸、排気バルブが共に開くオー
バーラツプ期間を長く設定し、過給機による吸気の押し
込み作用を利用して掃気作用を高めることが考えられる
。しかし、このようにオーバーラツプ期間を長くした場
合、過給圧が低く、上記押し込み作用が十分に得られな
い低負荷時やアイドル時に、燃焼室内の排気ガスが吸気
通路に逆流する所謂吹き返し現象が著しくなって燃焼性
或は燃費性能が悪化し、特にアイドル時の安定性が悪化
するという問題が発生する。そのため、上記オーバーラ
ツプ期間をあまり長くすることができず、掃気作用を高
めることによる高負荷時の出力性能の向上も制約される
のである。

ところで、特開昭６１−１８５６２８号公報によれば、
過給エンジンに可変バルブタイミング機構を備えたもの
が開示されている。この可変バルブタイミング機構は、
吸、排気バルブの開閉タイミングをエンジンの運転状態
に応じて可変制御するもので、これによれば、例えば高
負荷時には上記オーバーラツプ期間を長く、低負荷時に
は該期間を短くすることにより、高負荷時における掃気
性を向上させて出力性能の向上を図ると共に、低負荷時
における排気ガスの吹き返しを防止して燃焼性や燃費性
能或はアイドル安定性等の改善を図ることができる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記の可変バルブタイミング機構は、機構自体
の他に、これを駆動するステップモータや、該モータを
運転状態に応じて制御する制御手段等が必要となり、そ
のため構造が著しく複雑となり、コストも増大すること
になる。

そこで、本発明は、比較的簡素な構成で、低負荷時にお
ける排気ガスの吹き返しを防止して、吸、排気バルブの
オーバーラツプ期間を長くすることを可能とし、もって
低負荷時の良好な燃焼性やアイドル安定性等を維持しな
がら高負荷時における掃気作用を高め、また高負荷時に
おけるノッキングを防止することにより、過給効果と相
俟って出力性能の一層の向上を図ることを課題とする。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、本発明においては次のような
手段を用いる。

すなわち、本発明に係るエンジンの燃焼制御装置は、吸
気通路に過給手段を備える一方、コンロッド小端部とピ
ストンとの連結部に偏心部材を介設して、排気行程から
吸気行程に移行する際の上死点では慣性力によってピス
トンの上死点位置を上方に位置させ、圧縮行程から膨張
行程に移行する際の上死点では圧縮圧力によってピスト
ン上死点位置を下方に位置させる圧縮比可変機構を設け
たことを特徴とする。

ここで、上記過給手段としては、排気ガスのエネルギを
利用した排気ターボ過給機、クランクシャフトにより駆
動される機械式過給機、或は吸気の動的効果（慣性効果
、共鳴効果等）を利用した自然過給等のいずれであって
もよい。

（作　　　用） 上記の構成によれば、圧縮比可変機構の作用により、圧
縮行程から膨張行程に移行する上死点ではピストン位置
が相対的に下方に位置して圧縮圧力が低減されることに
なり、そのため特に過給エンジンにおいて高負荷時に生
じ易いノッキングが抑制されることになる。従って、過
給効果とこのノッキング抑制効果との相乗効果で高負荷
時の出力性能が一層向上されることになる。また、上記
圧縮比可変機構により、排気行程から吸気行程に移行す
る上死点ではピストン位置が相対的に上方に位置して、
該ピストン上死点での燃焼室容積が縮小する。そのため
、掃気性が向上して、過給圧が低い低負荷時やアイドル
時等における排気ガスの吹き返し現象が防止れ、且つ燃
焼室内における排気ガス残留量が低減されることになる
。従って、低負荷時における良好な燃焼性や燃費性能或
はアイドル安定性等を確保しながら、吸、排気バルブの
オーバーラツプ期間を長くすることが可能となり、高負
荷時に、このオーバーラツプ期間を長くすることによる
掃気性の向上と過給効果とで出力性能がさらに向上する
ことになる。

そして、特に上記圧縮比可変機構は、コンロッド小端部
とピストンとの連結部に偏心部材と介設するだけである
から、容易且つ安価に実施することができるのである。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例について説明する。

第１図に示すように、エンジン１の燃焼室２には、吸、
排気バルブ３，４を介して吸気通路５及び排気通路６が
連通されており、吸気通路５には上流側からエアクリー
ナ７、エアフローメータ８、スロットルバルブ９、過給
機１０、サージタンク１１及び燃料噴射ノズル１２が配
置されている。上記過給機１０は、この実施例の場合、
クランクシャフト（図示せず）によって駆動される機械
式過給機とされており、また、低負荷時に該過給機１０
をバイパスして燃焼室２に吸気を供給するバイパス通路
１３が設けられている。

一方、クランクシャフトにコンロッド１４を介して連結
されて上記燃焼室２を構成するシリンダボア１５内を往
復移動することにより、上記吸、排気バルブ３，４の開
閉動作と相俟って、吸気、圧縮、膨張、排気の各行程を
行うピストン１６には、圧縮比可変機構２０が組み込ま
れている。

この圧縮比可変機構２０は、第２，３図に示すように、
コンロッド１４の小端部１４ａとピストン１６とを連結
するピストンピン２１の中央部に、両端部２１ａ、２１
ａに対して偏心させて大径部２１ｂを設け、この大径部
２１ｂを上記コンロッド１４の小端部１４ａにブツシュ
２２を介して回転自在に嵌合すると共に、上記両端部２
１ａ、２１ａをピストン１６の内部両側のビンボス部１
６ａ、１６ａにそれぞれブツシュ２３．２３を介して回
転自在に嵌合した構成とされている。

また、この実施例では、第５図に示すように、上記吸、
排気バルブ３，４のバルブシート３０におけるテーパー
状の着座面３０ａが、該シート３０が装着されたシリン
ダヘッド３１の下面（燃焼室天井面）３１ａより上方に
所定量だけ後退した位置に設けられ、該着座面３０ａの
下方に、内径がバルブ３，４の下端部３ａ、４ａよりや
や大径の円筒部３０ｂが連設されている。

次に、この実施例の作用を説明すると、圧縮比可変機構
２０の作用により、ピストン１６の上面に特に大ぎな圧
力が作用しない排気行程から吸気行程に移行する際のピ
ストン上死点においては、第３図に鎖線で示すように、
該ピストン１６に作用する慣性力により、ピストンピン
２１の両端部２１ａ、２１ａが中央の大径部２１ｂに対
して軸心が上方に移動して、該両端部２１ａ、２１ａに
支持されたピストン１６が大径部２１ｂに嵌合されたコ
ンロッド小端部１４ａに対して相対的に上方に位置する
ことになる。また、ピストン１６の上面に大きな圧縮圧
力が作用する圧縮行程から膨張行程に移行する際のピス
トン上死点においては、この圧縮圧力により、第３図に
実線で示すように、上記ピストンピン２１の両端部２１
ａ、２１ａの軸心が大径部２１ｂの軸心より下方に位置
して、該ピストン１６がコンロッド小端部１４ａに対し
て相対的に下方に位置することになる。その結果、クラ
ンクシャフトの回転角に対するビストンストロークは第
４図に示すようになり、鎖線で示すこの種の圧縮比可変
機構を採用しない場合のビストンストロークに対し、排
気行程から吸気行程に移行する際の上死点ではピストン
位置が高く、圧縮行程から膨張行程に移行する際の上死
点では該位置が低くなる。なお、吸入行程から圧縮行程
に移行する際、及び膨張行程から排気行程に移行する際
の下死点においては、圧縮比可変機構２０の作用により
、いずれもピストン位置が相対的に低くなる。

一方、吸気通路５に設けられた過給機１０は、燃焼室２
に吸気を過給して吸気充填量を増大させることにより出
力性能を向上させるのであるが、このように吸気の過給
を行った場合、特に高負荷時に、上記燃焼室２内におけ
る圧縮圧力が過大となって、該燃焼室２内で燃料が自然
着火するノッキングが発生することがあり、これが出力
を大幅に低減させる要因となる。しかし、このエンジン
１においては、上記のように、圧縮比可変機構２０の作
用によって、圧縮行程から膨張行程に移行する際の上死
点ではピストン位置が低くされることにより、最大圧縮
圧力が抑制されて、上記のような過圧縮状態が防止され
る。これにより、ノッキングの発生が回避され、過給機
１０による吸気の過給効果が十分に発揮されて、高負荷
時の出力性能が一層向上されることになる。

また、上記圧縮比可変機構２０の作用により、排気行程
から吸気行程に移行する際の上死点のピストン位置が高
くされることにより、この上死点での燃焼室容積が縮小
される。そのため、燃焼室２内における排気ガス残留量
が低減されると共に、該排気ガスの吸気通路５への吹き
返しも低減されることになり、それだけ吸、排気バルブ
３゜４がいずれも開いた状態となるオーバーラツプ期間
を長くすることが可能となる。これにより、低負荷時や
アイドル時における燃焼性、安定性等を良好に維持しな
がら、高負荷時に過給機１０による吸気の押し込み作用
を活用して掃気性を向上させることができ、ひいては高
負荷時における出力性能が向上することになる。

また、この実施例においては、第５図に示すように、吸
、排気バルブ３．４のバルブシート３０における着座面
３０ａがシリンダヘッド下面３１ａより上方に所定量後
退させて設けらており、開弁時に、同図に鎖線で示すよ
うに、バルブ３，４が所定ｉｔｘだけリフトして、その
下端部３ａ、４ａがバルブシート３０における上記着座
面３０ａの下方に連設された円筒部３０ｂを通り過ぎた
時点でガス交換が開始されることになり、また、閉弁時
もバルブ下端部３ａ、４ａが上記円筒部３０ｂ内に突入
する時点でガス交換が終了することになる。その結果、
第６図に示すバルブ３，４が着座面３０ａ、３０ａから
離反しているリフト期間Ｘｏ、Ｘｏに対して、ガス交換
が行われる実質上の開弁期間ｘ、Ｘが短くなる。そして
、この開弁期間Ｘ、Ｘを、同図に破線で示す通常のバル
ブの開弁期間と一致させたときに、実線で示す着座面３
０ａ、３０ａを後退させたものは、通常のものに比較し
てリフトの増大時及び減少時に同一クランク角に対して
リフト量が大きくなる。そのなめ、特に吸気バルブ３に
ついては、過給機１０による押し込み作用がより有効に
利用されて吸気充填量が増大し、その結果、高負荷時の
出力性能が向上するこ、とになる。

ところで、このように同一クランク角に対するリフト量
が大きくなると、上記の吸気押し込み作用が得られない
低負荷時には、特に吸気バルブの閉弁動作時に一旦燃焼
室２に吸入された吸気が吸気通路５に逆流する吹き返し
が増大することになる。しかし、吸気バルブ３の閉弁時
、つまり吸気行程から圧縮行程に移行する際のピストン
下死点の近傍においては、圧縮比可変機構２０により、
第４図に矢印ａで示すように、ピストン１６に作用する
慣性力によって該ピストン１６の下死点位置が相対的に
低くなると共に、下死点の時期が遅くなり、そのため吸
気に対してより大きな吸引力がより長時間作用すること
になる。これにより、上記のようなバルブシート３０の
着座面３０ａを後退させることによる低負荷時の吸気の
吹き返しが防止されることになり、従って、低負荷時の
良好な燃焼性やアイドル安定性等を維持しながら、高負
荷時に過給機１０の吸気押し込み作用を活用して出力性
能を一層向上させることができるようになるのである。

なお、圧縮比可変機構の具体的構造は上記実施例に示す
ものに限らず、第７，８図、或は第９１０図に示すよう
な構造でもよい。つまり、第７．８図に示す圧縮比可変
機１２０’は、コンロッド小端部１４ａ′とピストンピ
ン２１′の嵌合部に、該小端部１４ａ′に嵌合される外
周面に対してピストンピン２１′が嵌合される内周面が
偏心された偏心リング部材２２′が介在されており、図
示のように該リング部材２２′の厚肉側が上方に位置し
たときにピストン１６′が相対的に下方に位置し、リン
グ部材２２′の薄肉側が上方に位置したときにピストン
１６′が相対的に上方に位置するようになっている。ま
た、第９，１０図に示す圧縮比可変機ｆｌＷ　２０　″
は、ピストンピン２１″の両端部とピストン１６″のピ
ンボス部１６ａ、１６ａ″との嵌合部に偏心リング部材
２２″、２２”を介在させたもので、図示のように該部
材２２”、２２”の厚肉側が上方に位置したときにピス
トン１６″が相対的に上方に位置し、薄肉側が上方に位
置したときにピストン１６″が相対的に下方に位置する
ことになる。そして、これらの構成によっても、コンロ
ッド小端部１４ａ、１４ａ”に対して、排気行程から吸
気行程への移行時の上死点ではピストン１６’、１６”
が相対的に上方に位置し、圧縮行程から膨張行程への移
行時の上死点では相対的に下方に位置する。

また、本発明は、上記実施例のように、機械式過給機を
備えたものに限らず、排気ターボ過給機や吸気の動的効
果を利用した自然過給方式を採用するものについても同
様に適用することができる。

（発明の効果） 以上のように本発明に係るエンジンの燃焼制御装置によ
れば、圧縮比可変ＩＲ楕により高負荷時における圧縮圧
力の過上昇によるノッキングが防止されて、過給手段に
よる出力性能の向上効果が十分に発揮されることになる
。また、低負荷時における燃焼性や燃費性能或はアイド
ル安定性等の悪化を招くことなく、吸、排気バルブのオ
ーバーラツプ期間を長くして高負荷時における掃気性を
向上させることが可能となる。このようにして、過給手
段と圧縮比可変機構の相乗作用により、エンジン性能が
効果的に向上されることになり、特に本発明によれば、
簡素で安価な構成によって上記効果が得られる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はエンジン
の吸気系統を示す概略図、第２図は圧縮比可変機構を示
す断面図、第３図は同じく第２図■−■線による断面図
、第４図はこの圧縮比可変機構を用いた場合のビストン
ストローク示す説明図、第５図はバルブシートの構造を
示す断面図、第６図はこのバルブシートを用いた場合の
吸、排気バルブのリフトを示す説明図、第７図は圧縮比
可変機構の第２実施例を示す断面図、第８図は同じく第
７図■−■線による断面図、第９図は圧縮比可変機構の
第３実施例を示す断面図、第１０図は同じく第９図Ｘ−
Ｘ線による断面図である。 １・・・エンジン、５・・・吸気通路、１０・・・過給
手段、１４ａ、１４ａ′、１４ａ″・・・コンロッド小
端部、１６．１６’、１６″・・・ピストン、２０．２
０’　、２０”・・・圧縮比可変機構、２１．２２’　
、２２”・・・偏心部材。 〜） Ｃ巧 第 図 久） 図 第 Ｏ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気通路に過給手段を備えると共に、コンロッド
   小端部とピストンとの連結部に偏心部材を介設して、排
   気行程から吸気行程に移行する際のピストン上死点では
   慣性力によってその上死点位置を相対的に上方に位置さ
   せ、圧縮行程から膨張行程に移行する際のピストン上死
   点では圧縮圧力によってその上死点位置を相対的に下方
   に位置させる圧縮比可変機構を設けたことを特徴とする
   エンジンの燃焼制御装置。