JPH03138419A

JPH03138419A - エンジンの過給装置

Info

Publication number: JPH03138419A
Application number: JP27438389A
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: 1989-10-20
Filing date: 1989-10-20
Publication date: 1991-06-12
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JP2966008B2

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、機械式過給機により圧縮された吸気をインタ
クーラにより冷却して過給するようにした高圧縮エンジ
ンの過給装置に関し、特に、過給を行わない運転領域で
過給機により吐出された吸気の一部を過給機上流側に還
流させるようにしたものに関する。

（従来の技術）従来より、この種の機械式過給機により吸気を過給する
エンジンはよく知られているが、圧縮された吸気の温度
が上昇して充填率が下がるのを避けるために、通常、圧
縮された吸気をインタクーラを通して冷却するようにな
されている。

また、例えば特公昭６２−５３６９０号公報等に示され
るように、エンジンの吸気弁の閉じタイミングをピスト
ンが下死点を過ぎた後、ある程度上昇するまで開くよう
に設定したものがあり、このものでは、エンジンの高回
転時に大きな吸気慣性により吸気充填量を増加させるこ
とができ、エンジン出力を増大させることができる。

さらに、吸／排気弁のオーバーラツプを大きくすること
により、エンジンの部分負荷時、排気ポ−トに流れた残
留ガス（排気ガス）の一部を高温のまま気筒内に吸入し
ていわゆる内部排気還流（内部ＥＧＲ）を行わせ、エン
ジンのポンピングロスを低減して燃費を向上させる一方
、エンジンの高負荷時には、吸気慣性によって燃焼室内
の残留排気ガスを掃気するようにした技術も公知である
。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上記の如く、機械式過給機及びインタクーラ
を有する過給式エンジンに対し、その吸排気弁のオーバ
ーラツプを大きくし、かつ吸気弁を遅閉じに設定すると
、高圧縮高過給型のエンジンとなり、燃費の向上及び出
力の向上を図ることができる。

しかし、反面、吸気弁の閉じタイミングが遅閉じにされ
ているので、エンジンの低負荷時、気筒内に吸入された
吸気（混合気）の一部が吸気通路に吹き返されてサージ
タンク内に溜ることがある。

しかも、吸／排気弁のオーバーラツプが大きいため、上
記吸気の吹返しがさらに助長されるようになり、この吹
返しによるサージタンク内の吸気がそのまま次の吸気行
程にある気筒に吸入され、その結果、気筒間の空燃比が
アンバランスになるという問題があった。

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その１」
的は、機械式過給機により吐出される吸気を利用するこ
とにより、サージタンクに戻された吸気を吸入空気とミ
キシングさせ、ある気筒からサージタンクに吹き返され
た吸気がそのまま直ちに次の吸気行程の気筒に吸入され
ないようにし、よってエンジンの低負荷域の気筒間の空
燃比のばらつきを低減してエンジンの燃焼性を向上させ
るようにすることにある。

（課題を解決するための手段）上記の目的の達成のため、請求項（１）に係る発明の解
決手段は、機械式過給機を備えたエンジンでは、−船釣
に、その低負荷域での吸気過給が不要であることを利用
し、この低負荷域で、過給機により吸入空気をサージタ
ンクと過給機上流側との間で循環させて、その吸入空気
中に気筒から吹き返された吸気をミキシングさせるよう
にしたものである。

具体的には、この発明は、エンジンによって駆動される
機械式過給機と、該過給機によって圧縮された吸気を冷
却するインタークーラとをサージタンク上流側の吸気系
に備えているとともに、吸／排気弁の開閉タイミングが
、吸／排気弁のオーバーラツプが大きくかつ吸気弁が遅
く閉じるように設定されたエンジンの過給装置が対象で
ある。

そして、上記サージタンクを過給機上流側の吸気通路に
連通させるバイパス通路を設けるとともに、少なくとも
エンジンの低負荷域で上記バイパス通路を開いてサージ
タンク内の吸気の一部を過給機上流側の吸気通路に還流
させる制御弁を設ける。

（作用）上記の構成により、請求項（１）に係る発明では、エン
ジンが低負荷域にあるとき、制御弁が開弁されてバイパ
ス通路が開かれ、過給機の作動によりサージタンク内の
吸気の一部が過給機上流側の吸気通路に還流され、サー
ジタンクと過給機上流側吸気通路との間で吸気が循環さ
れる。このため、吸／排気弁のオーバーラツプが大きく
かつ吸気弁が遅閉じに設定されていて、気筒からサージ
タンクに吹き返される吸気があっても、そのサージタン
ク内の吸気は上記循環される吸気に混入されてそれとミ
キシングされることとなる。このミキシングにより、上
記吹き返された吸気が次の吸気行程にある気筒にそのま
ま直ちに吸入されることは抑制され、気筒間の空燃比が
均一となり、そのばらつきが低減される。

一方、エンジンの高負荷域では、上記制御弁が閉じられ
て、サージタンクと過給機上流側との間で吸気循環は行
われない。このため、過給機によって吸気が圧縮され、
この吸気はインタクーラで冷却された後、気筒に供給さ
れ、このことにより吸気の充填率が増大する。しかも、
吸／排気弁のオーバーラツプによって気筒内の残留排気
ガスが掃気されるとともに、吸気弁の遅閉じによって吸
気充填量が増加し、よって、エンジンの出力トルりを向
上させることができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係るエンジン及びその給排気
系の全体構成を示し、１は左右のバンクｌａ、ｌｂを有
する例えばＶ型６気筒エンジンで、シリンダブロック２
上に左右のシリンダヘッド３ａ、３ｂを組み付けてなる
。上記各バンクｌａ。

１ｂのシリンダブロック２にはそれぞれピストン４を往
復動可能に嵌装したシリンダ５が形成されており、この
シリンダ５、シリンダヘッド３ａ。

３ｂ及びピストン４で囲まれて燃焼室６が形成されてい
る。７は上記各シリンダ５の燃焼室６に吸気を供給する
吸気通路、８は各シリンダ５の燃焼室６内の排気ガスを
排出する排気通路である。

そして、上記各シリンダ５の吸気通路７の下流端は吸気
弁９により、また排気通路８の上流端は排気弁１０によ
りそれぞれ開閉されるようになされ、これら吸／排気弁
９，１０の開閉タイミングは、第４図に示すように、通
常の一般例に比べ吸／排気弁９，１０のオーバーラツプ
が大きくかつ吸気弁９が遅く閉じるように設定されてい
る。すなわち、排気弁１０の閉じタイミングは一般例に
比べ遅閉じにされている。また、吸気弁９の閉じタイミ
ングはピストン４が下死点を過ぎた後、ある程度上昇す
るまで開くように設定されており、このことによりエン
ジン１の高負荷域でのシリンダ内燃焼室６の実圧縮比を
小さくして吸気の上死点温度を下げ、ノッキングや異常
燃焼を抑えるようになされている。さらに、吸／排気弁
９．１０のオーバーラツプを大きくすることにより、エ
ンジン１の低負荷時、排気通路８に流れた残留ガス（排
気ガス）の一部を高温のまま燃焼室６に吸入して内部排
気還流を行わせ、エンジン１のポンピングロスを低減し
て燃費を向上させ、一方、高負荷時には燃焼室６内の残
留排気ガスを新気（吸気）により掃気するようになされ
ている。

上記吸気通路７の上流端はエアクリーナ１１に接続され
ている。また、この吸気通路７には上流側（エアクリー
ナー１側）から順に、吸入空気量を検出するエアフロー
メーター２、吸気通路７を開閉するスロットル弁１３、
及びバンク長手方向に延びるバンクｌａ、ｌｂ毎の左右
２つのサージタンク１４ａ、１４ｂが配設されている。

また、上記各サージタンク１４ａ、１４ｂと各バンク１
ａ、ｌｂのシリンダ５とはそれぞれ独立吸気通路７ａに
より接続され、この独立吸気通路７ａには燃料を噴射供
給するインジェクタ１５が配設されている。

また、上記スロットル弁１３下流側の吸気通路７には吸
気を過給する機械式過給機１６と、該過給機１６よりも
下流側に過給機１６によって圧縮された吸気を冷却する
インタークーラー７とが配設されている。上記過給機１
６は雌雄ロータを組み合わせてなるリショルム式の２軸
スクリユータイプのもので、その回転軸（図示せず）は
ベルト伝動機構１８を介してエンジン１のクランク軸（
図示せず）に駆動連結されている。上記ベルト伝動機構
１８は、過給機１６の回転軸に取り付けられたＶプーリ
からなる従動プーリ１９と、該従動プーリ１９の側方に
回転自在に支持されたＶプいる。そして、上記駆動プー
リ２０がクランク軸に連結されており、エンジン１の運
転中はその出力をベルト伝動機構１８を介して過給機１
６に伝達してそれを常時駆動回転させるようにしている
。

さらに、上記各サージタンク１４ａ、１４ｂの中で互い
に集合され、その他端は上記過給機１６上流側でスロッ
トル弁１３下流側の吸気通路７に接続されている。

また、上記バイパス通路２１の途中にはバイパス通路２
１を開閉する制御弁としてのエアバイパスバルブ２２が
配設されている。このバルブ２２は第２図に拡大詳示す
るように、バルブケース２３の弁座２３ａに着座してバ
イパス通路２１を閉じる弁体２４と、該弁体２４にロッ
ド２５を介し０て連結されたダイアフラム２６と、該ダイアフラム２６
により区画形成された負圧室２７と、該負圧室２７に縮
装され、ダイアフラム２６を弁体２４が弁座２３ａに着
座するように付勢するスプリング２８とを備えている。

そして、上記負圧室２７は通路２９を介してスロットル
弁１３下流の吸気通路７に、また通路３０を介してバイ
パス通路２１にそれぞれ連通されている。上記両通路２
９゜３０の合流部には三方弁３１が配設されており、こ
の三方弁３１を切り換えて負圧室２７にスロットル弁１
３下流の吸気負圧又はバイパス通路２１内の負圧を導入
し、第３図に示す如く、エンジン１の低負荷域でスロッ
トル弁１３下流の吸気負圧が大きいときには、負圧室２
７に導入される吸気負圧を大きくし、エアバイパスバル
ブ２２の開度を大きくしてバイパス通路２１を全開する
一方、中負荷域では、負圧室２７への導入負圧を徐々に
小さくしてエアバイパスバルブ２２の開度を漸次小さく
し、高負荷域では導入負圧を最小にしてバルブ２２つま
りバイパス通路２１を全閉するよう１になっている。

したがって、上記実施例においては、エンジン１の運転
中、そのクランク軸に連結された過給機１６が常時作動
する。そして、各シリンダ５における吸気弁９の閉じタ
イミングが遅閉じにされているので、エンジン１の低負
荷時、シリンダ５内に吸入された吸気（混合気）の一部
が吸気通路７に吹き返されてサージタンク１４ａ、１４
ｂ内に溜る。しかも、吸／排気弁９．１０のオーバーラ
ツプが大きいので、上記吸気の吹返しがさらに助長され
る。しかし、この実施例の場合、エンジン１の低負荷域
で、エアバイパスバルブ２２が開弁されてバイパス通路
２１が開かれる。このため、過給機１６の作動によりサ
ージタンク１４ａ、　　１４ｂ内の吸気の一部が過給機
１６上流側の吸気通路７に還流されて、サージタンク１
４ａ、１４ｂと過給機１６上流側の吸気通路７との間で
吸気が循環される。それ故、上記の如くシリンダ５から
サージタンク１４ａ、１４ｂに吹き返される吸気があっ
ても、そのサージタンク１４ａ、１４ｂ内２の吸気は上記循環される吸気に混入されてそれとミキシ
ングされることとなる。その結果、上記サージタンク１
４ａ、１４ｂに吹き返された吸気が次の吸気行程にある
シリンダ５にそのまま直ちに吸入されることはなくなり
、各バンクｌａ、ｌｂでのシリンダ５，５．・・・間の
空燃比が均一となって、そのばらつきを低減することが
できる。

また、エンジン１の低負荷域では、吸気の一部がバイパ
ス通路２１を通して循環するので、過給機１６の吐出側
及び吸込側の各圧力は略同じとなり、エンジン１により
過給機１６を常時駆動していても過給機１６の駆動のた
めのエンジン出力が小さくて済み、エンジン１の燃費を
向上させることができる。

一方、エンジン１が高負荷域に移行すると、上記エアバ
イパスバルブ２２が閉じられてバイパス通路２１が全閉
され、サージタンク１４ａ、１４ｂと過給機１６上流側
との間で吸気循環は行われない。このため、過給機１６
によって吸気が圧縮され、この吸気はインタークーラ１
７で冷却され３た後、サージタンク１４ａ、１４ｂから各バンクｌａ、
ｌｂのシリンダ５内の燃焼室６に供給される。また、上
記各シリンダ５における吸／排気弁９．１０の大きなオ
ーバーラツプが活かされて燃焼室６内の残留排気ガスが
効果的に掃気されるとともに、吸気弁９の遅閉じによっ
て吸気充填量が増加し、かつ上死点温度が低く抑えられ
る。よって、エンジン１のノッキングや異常燃焼を抑制
しつつ、高負荷域での出力トルクを増大させることがで
きる。

尚、上記実施例では、過給機１６とエンジン１のクラン
ク軸とをベルト伝動機構１８を介して連結したが、この
ベルト伝動機構１８の代りに、遠心力によりプーリ径が
変化する可変プーリ式の伝動機構を設け、エンジン回転
数の変動に拘らず過給機の回転が適正範囲に保たれるよ
うにしてもよい。

また、上記実施例では、吸／排気弁９．１０のオーバー
ラツプを排気弁１０の遅閉じにより大きくしたが、吸気
弁９の早開きにより大きくするよ４うにしてもよい。さらに、吸／排気弁の開閉タイミング
をバルブタイミング可変機構によって変更することで、
吸気弁を遅閉じしかつ吸／排気弁のオーバーラツプを拡
大するようにしてもよく、上記実施例と同様の作用効果
を奏することができる。

さらに、本発明はＶ型６気筒以外のエンジンにも適用で
きるのはいうまでもない。

（発明の効果）以上に説明したように、請求項（１）に係る発明による
と、サージタンク上流側の吸気系に機械式過給機とイン
タークーラとを備え、吸／排気弁のオーバーラツプが大
きくかつ吸気弁が遅く閉じるように設定された高圧縮高
過給型エンジンの過給装置に対し、上記サージタンクを
過給機上流側の吸気通路に連通させるバイパス通路を設
け、エンジンの低負荷域で上記バイパス通路を開いてサ
ージタンク内の吸気の一部を過給機上流側にバイパスさ
せるようにしたことにより、エンジンの低負荷域で気筒
内の吸気の一部がサージタンクに吹き返されても、その
吸気はサージタンクと過給機上流５側の吸気通路との間で循環される吸入空気にミキシング
されるので、吸気がそのまま次の吸気行程にある気筒に
吸入されるのが抑制され、よって気筒間の空燃比のばら
つきを低減してエンジンの燃焼性を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はエンジンの給排
気系の全体構成を示す図、第２図はエアバイパスバルブ
の拡大断面図、第３図はその開度特性を示す特性図、第
４図はエンジンの吸／排気弁の開閉タイミングを示す特
性図である。１・・・エンジン５・・・シリンダ６・・・燃焼室７・・・吸気通路９・・・吸気弁１０・・・排気弁１４ａ、１４ｂ・・・サージタンク１６・・・機械式過給機１７・・・インタークーラ６２１・・・バイパス通路２２・・・エアバイパスバルブ（制御弁）７第１因１・・・エンジン５・・・シリンダ６・・・燃焼室７・・・吸気通路９・・・吸気弁１０・・・排気弁１４ａ、１４ｂ・・・サージタンク１６・・・機械式過給機１７・・・インタークーラ２１・・・バイパス通路２２・・・エアバイパスバルブ（制御弁）ｒＪ！Ｌ’ａ
ＭＪＥ（ｗＨ３）第３図クランク危律４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エンジンによって駆動される機械式過給機と、該
過給機によって圧縮された吸気を冷却するインタークー
ラとをサージタンク上流側の吸気系に備えているととも
に、吸／排気弁のオーバーラップが大きくかつ吸気弁が
遅く閉じるように吸／排気弁の開閉タイミングが設定さ
れたエンジンの過給装置において、上記サージタンクを
過給機上流側の吸気通路に連通させるバイパス通路と、
少なくともエンジンの低負荷域で上記バイパス通路を開
いてサージタンク内の吸気の一部を過給機上流側の吸気
通路に還流させる制御弁とを設けたことを特徴とするエ
ンジンの過給装置。