JPH0336137B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は機関運転条件に応じて吸気弁の開閉時
期を切換調整すると共に、該調整に応じて機関に
搭載された過給機のコンプレツサの過給圧を切換
調整するようにした過給機付内燃機関に関する。

＜背景技術＞ 排気ターボ過給機等、吸入空気をコンプレツサ
で機関に過給することにより機関の吸入空気量を
増大させ高出力を発生させる過給機付内燃機関
（第３図参照）にあつては、現今の性能改善の結
果、過給能力の面よりもノツキング防止の面から
出力が抑制されるようになつている。

ここでノツキングに関しては、第１図に示すよ
うに、圧縮比が高い程、更には圧縮温度が高い
程、発生率が高いという傾向を示すことがわかつ
ている。

そこで従来から過給機付内燃機関では圧縮比を
若干低めにとり、点火時期を遅らせる方策を採つ
ている。このように点火時期を遅らせると排気温
度が上昇するから、これを防止するため混合気の
空燃比を濃化するが、これにより燃費が悪化する
のは止むを得ないという判断である。

しかし排気ターボ過給機のように低速低負荷等
の部分負荷時には過給能力がなくなり又は小さく
なるものでは上記方策は過給が効かない領域でか
えつてマイナス要因となり、出力ダウン、燃費悪
化を招いてしまう。そこで圧縮比を可変制御する
ことが望まれるがこれは難しい。

ところで吸気弁の閉時期を遅らせると、実質的
な圧縮比（以下実圧縮比）が変化する。その結果
第１図に示すようにノツキングゾーンが高過給圧
側にスライドしてノツキング発生をしにくくする
と共に高過給圧化を図ることができた。ただし開
時期を変化させて排気弁とのオーバーラツプを大
きくすると、第２図に示すように排気ターボ過給
機では排圧が吸気圧力（過給圧）よりも大幅に増
大するため排気逆流現象が生じて充填効率、掃気
効率が低下して出力ダウンを招くし、ルーツブロ
ア等による過給機では、逆に排気抵抗が小さいた
め排圧があまり上昇せず、過給圧が上昇するから
オーバーラツプ期間に混合気が排気系に吹き抜け
てしまうことになり好ましくない。この点特開昭
56−77516号が吸気弁の閉弁時期を進遅制御して
も、排気弁の開閉時期並びに吸気弁の開弁時期を
も大きく変えて機関高速時のオーバーラツプ量を
増大していることは不都合である。

また吸気弁を、吸気が燃焼室に入つた時点を見
計らつて閉じるように可変制御することは、吸気
の慣性を利用して充填効率を向上させることとな
る。然もこの慣性過給は、特徴的なことに、過給
機による外部仕事を受けない点で昇温しない利点
がある。この結果、第１図に示すようにノツキン
グゾーンが更に高過給圧側にスライドしてノツキ
ングの発生を避けると共に高過給化が図られるよ
うになる。

このようにしてノツキング余裕度を向上させれ
ば、点火時期を進ませることが可能となるから、
出力の増加と共に排温の低下が見込まれ、これに
伴つて空燃比の濃化を軽減することができ、燃費
向上を図ることができる。

以上述べてきたように、高速高負荷時には慣性
過給効果と実圧縮比の低下により過給機による過
給圧を従来より低くしても同等の出力を確保で
き、従来と同等の過給圧とした場合は出力は向上
することが見込める。そして過給圧をさらに積極
的に増大させるとコンプレツサの圧縮仕事により
吸気温度の上昇を招くが、吸気弁閉時期の遅れを
大きくした場合には実圧縮比の低下によるピスト
ン圧縮時の温度を低下をより大きく見込めるため
従来はノツキングに規制されて実現できなかつた
過給圧まで高めることが可能となる。

一方、このように最高出力を高めるためコンプ
レツサの過給圧を可及的に高めると高負荷に近い
部分負荷領域で再びノツキングゾーンに入り易く
なるため、部分負荷領域では過給圧を低く設定す
る必要がある。尚、過給圧を高く設定した分だけ
圧縮比を小さくすることも考えられるが、低速低
負荷域では過給圧が上がらないため出力が低下
し、燃費も悪化する。

又、耐久強度の確保を重視して最大出力を従来
と同程度に設定する場合には高速高負荷域での過
給圧を低く設定することになるが、この場合、低
速・低負荷域での過給圧を相対的に大きくして出
力を確保することが必要になる場合もある。

＜発明の目的＞ 本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、吸
気弁開閉時期の調整と併せて過給機のコンプレツ
サの過給圧を調整することにより、燃費、出力等
を可及的に向上できるようにした過給機付内燃機
関を提供することを目的とする。

＜発明の概要＞ このため本発明は、吸気弁の開閉作動装置に作
用して機関運転条件により吸気弁の閉弁時期を切
換調整すると共に吸気弁の開弁時期を前記閉弁期
期の変化より小さく切換調整する弁開閉時期調整
装置を設けると共に、前記弁開閉時期調整装置に
よる吸気弁開閉時期の切換調整に応じてコンプレ
ツサの過給圧を切換調整する過給圧調整装置を設
けた構成とする。

＜実施例＞ 以下に本発明の実施例を説明する。

第３図は本発明が適用される排気ターボ過給機
（以下過給機という）１を備えた内燃機関２を示
す。図において、内燃機関２の吸気通路３には過
給機１のコンプレツサ４が介装されており、排気
通路５に介装した排気タービン６を排気圧力で回
転することにより、これと同軸のコンプレツサ４
を回転駆動して、吸入空気を内燃機関２に圧送
（過給）する。排気タービン６をバイパスする排
気バイパス通路７には排気バイパス弁８が介装さ
れており、該排気バイパス弁８はダイヤフラム式
アクチユエータ９に連結される。

前記ダイヤフラム式アクチユエータ９は、オリ
フイス１０を介装した圧力導入管１１を介してコ
ンプレツサ４及び吸気絞り弁１２間の吸気通路３
に連通すると共に、電磁弁１３及びオリフイス１
４を介装した圧力導入管１５を介してコンプレツ
サ４上流の吸気通路３に連通する圧力作動室９ａ
と、圧縮スプリング９ｂが介装され大気に連通す
る大気圧室９ｃとダイヤフラム９ｄによつて仕切
られ該ダイヤフラム９ｄに連動して排気バイパス
弁８を開閉制御するようになつている。ここで前
記電磁弁１３は後述するように制御手段からの出
力により作動し、高速用カム使用時開、低速用カ
ム使用時閉となるように制御される。

そして、圧力作動室９ａ内の圧力が大気圧室９
ｃの圧縮スプリング９ｂのセツト荷重を上回つて
ダイヤフラム９ｄを図中左動させ支軸回りに回転
するレバーを介して排気バイパス弁８を図中右動
させて開とすることによつて過給圧が過大となる
のを防止するのであるがこの場合圧力作動室９ａ
には電磁弁１３閉時は、過給圧のみが導かれ電磁
弁１３閉時は、過給圧とコンプレツサ４上流の大
気圧に近い負圧が混合して導かれる。従つて後者
の方がより高い過給圧で排気バイパス弁８が開か
れることになり、コンプレツサ４の最高過給圧が
増大制御されることになる。オリフイス１０，１
４は、ダイヤフラム式アクチユエータ９の圧力作
動室９ａに導かれる圧力の変動を防止するため設
けられている。そして、これら排気バイパス通路
７、排気バイパス弁８、ダイヤフラム式アクチユ
エータ９、オリフイス１０、圧力導入管１１、電
磁弁１３、オリフイス１４、圧力導入管１５によ
り過給圧切換調整装置が構成される。尚、図中１
６は吸気絞り弁１２下流の吸入空気圧力が所定値
以上となることを防止するリリーフ弁、１７はエ
アフロメータ、１８は燃料噴射弁である。

次に、このような過給機付内燃機関における吸
気弁２０の開閉時期を調整する装置の実施例を第
４図〜第７図に示す。

即ち、第４図〜第６図に示すように、４気筒内
燃機関２のロツカールーム２１内には、カムシヤ
フト２２が回転自由に軸支されており、その上方
位置にロツカーシヤフト２３が固定支持されてい
る。カムシヤフト２２には＃１〜＃４の各気筒毎
に一対の吸気弁作動用カム２４Ａ，２４Ｂと排気
弁作動用カム２５とが形成される。吸気弁作動用
カムの一方２４Ａは高速用であり、他方は低速用
である。

ロツカーシヤフト２３には各気筒＃１〜＃４毎
に、吸気弁作動装置であるロツカアーム２６が回
動並びに軸方向スライド自由に軸支されており、
また排気弁を作動するロツカアーム２７が回動自
由に軸支されていて、吸気弁用ロツカアーム２６
はその軸方向スライドにより高速用若しくは低速
用の一方のカム２４Ａ又は２４Ｂに選択的に当接
従動し排気弁用のロツカアーム２７は排気弁作動
用のカム２５に当接従動する。

本実施例の場合、点火順序又は噴射順序が＃１
−＃３−＃４−＃２であるとすると、＃１気筒及
び＃２気筒に対応する吸気弁用の２つのロツカア
ーム２６，２６を一体的に保持するホルダ２８
と、＃３気筒及び＃４気筒に対応する吸気弁用の
２つのロツカアーム２６，２６を一体的に保持す
るホルダ２９とを設け、これらホルダ２８，２９
を夫々第１及び第２のアクチユエータ３１，３２
により軸方向に切換シフトし、ロツカアーム２
６，２６を夫々と対応する高速用カム２４Ａと低
速用カム２４Ｂの一方に選択接触させるようにな
つている。

前記第１及び第２アクチユエータ３１，３２
は、夫々前記ホルダ２８，２９に連結されたピス
トンを正又は逆方向に移動させるための作動油出
入口であるＡ、Ｂ及びＣ、Ｄポートを有してお
り、これは第７図に示された油圧作動回路に接続
されている。

即ち、第７図において第１アクチユエータ３１
のＡ、Ｂポートは電磁方向切換弁３３を介して、
また第２アクチユエータ３２のＣ、Ｄポートは電
磁方向切換弁３４を介して、夫々アキユムレータ
３５とオイルタンク３６とに切換自由に接続され
ている。前記アキユムレータ３５には内燃機関２
により又は別置モータ３７により駆動されるオイ
ルポンプ３８によつて、オイルタンク３６から汲
み上げたエンジンオイルが導入される。３９はオ
イルポンプ３８の吐出圧を制御するリリーフバル
ブである。前記電磁方向切換弁弁３３，３４はマ
イクロコンピユータ等の制御手段４０により機関
運転状態の検出信号に応じて若しくは手動スイツ
チにより切換制御される。制御手段４０の入力信
号としては、この他に車速、吸入負圧、過給圧、
トランスミツシヨンギヤ位置、機関冷却水温、油
温、電装部品の電気負荷等の各信号を選ぶことが
できるが、本実施例では機関回転速度（クランク
角）信号とクランク角基準信号を一例として入力
させている。

これら電磁方向切換弁３３，３４の夫々の切換
作動により、アキユムレータ３５内のオイルを第
１及び第２のアクチユエータ３１，３２のいずれ
か一方のポートＡ又はＢ，Ｃ又はＤに供給してピ
ストンを一方向に移動させ、もつてロツカアーム
２６を軸方向に移動して高速用カム２４Ａ若しく
は低速用カム２４Ｂのいずれか一方と係合させ、
吸気弁の開閉時期を切換調整する。

ここで高速用カム２４Ａは第８図Ａ、Ｂに示す
ように吸気弁の閉時期を大きく遅らせ（例えば下
死点後50゜〜80゜）、低速用カム２４Ｂは第８図Ｃ，
Ｄに示すように吸気弁の閉時期を上記より早める
（例えば同じく０〜30゜）カム形状とする。また排
気弁とのオーバーラツプ量を決定する吸気弁の開
時期は例えば下死点後０〜10゜程度を略等しくす
るか若しくは機関回転速度に応じて多少変化させ
てもその変化量を閉時期の変化量より小さくして
オーバーラツプ量を小さいものとしている。尚こ
のとき排気弁の開時期は下死点前40〜50゜、閉時
期は上死点後10〜20゜の一定値となつている。

次に本実施例の作用を述べる。

今吸気弁用カムのうち、高速用カムと低速用カ
ムとでは機関回転速度約2000〜3000rpmを境界と
して機関の出力トルクが異なるようにカム形状を
形成したとする。

機関回転速度が約2000〜3000rpm以下の低速回
転領域では、制御手段４０が電磁方向切換弁３
３，３４の右ポジシヨンを選択するよう切換信号
を出力すると共に前記電磁弁１３への出力を
OFFとして電磁弁１３を閉弁状態に保持させる。
これによりアキユムレータ３５のオイルは第１及
び第２アクチユエータのＢ及びＤポートに導入さ
れ、ピストンを作動してホルダ２８，２９を介し
吸気弁用ロツカアーム２６を図で右方向に移動さ
せて低速用カム２４Ｂと係合させる。これにより
吸気弁の開時期はほぼ変らないが閉時期を下死点
方向に進ませ、機関ピストンの有効ストロークを
増大して実圧縮比を大きくする。

又、電磁弁１３が閉じ、ダイヤフラム式アクチ
ユエータ９が作動する時、即ち、排気バイパス弁
８が開となる時の過給圧は、前記実圧縮比の増大
によつて低過給圧側にスライドするノツキング領
域を回避できる大きさに調整される。

従つて、当該運転領域では、過給機付機関特有
の小さな圧縮比であつても実圧縮比を他の運転領
域よりも増大させることにより出力の低下、燃費
の悪化を防止できる。特に過給能力が低減する低
速低負荷域では実圧縮比の増大により十分な出力
を確保できる。

また機関回転速度が約2000〜3000rpm以上の高
速回転領域では、排気エネルギが増大して過給効
果が増大し、ノツキングが発生し易くなりかつ排
気温度が上昇する。このとき制御手段４０が高速
回転信号を入力して電磁方向切換弁３３，３４の
左ポジシヨンを選択するよう切換信号を出力する
と共に、電磁弁１３への出力をONとして電磁弁
１３を開弁させる。このため、アキユムレータ３
５のオイルは今度は第１及び第２アクチユエータ
のＡ及びＣポートに導入され吸気弁用ロツカアー
ム２６を図で左方向に移動させることにより高速
用カム２４Ａと当接させる。これにより、吸気弁
の閉時期は下死点から離れて遅れ、機関ピストン
の有効ストロークが減じて実圧縮比が低下する。

又、電磁弁１３が開き、排気バイパス弁８が開
となる時の過給圧は、前記低速運転領域の場合よ
り大きく調整される。即ち、前記したように実圧
縮比を低下させたことにより第１図に示すように
ノツキング領域に入るための過給圧が高くなるた
め、その分、過給圧を増大させて可及的に出力を
向上させるのである。

ここにおいて、吸気弁の閉時期が遅れることに
より慣性に基づく吸気流のクランク角度に対する
遅れ分を吸気弁閉時期直前にシリンダ内に送り込
むいわゆる慣性に基づく過給によつて行われるの
であり、この慣性過給は過給機等外部の仕事を受
けてなされるのではないからシリンダ内に送り込
まれた即ち圧縮開始時の吸気温度を上昇させるこ
とがない。従つて第１図に点線で示すようにノツ
キング領域は更に高過給圧側に存在することとな
り、より充分な過給圧を得ることができる。この
結果、実圧縮比の低下分を充分な過給圧増大によ
り補償することができ、もつて出力を向上させつ
つ燃費も良好に維持することができる。

このように機関そのものの圧縮比を可変とする
ものではないが、実圧縮比を変えることにより圧
縮比可変と同様の効果を得ることができるのであ
る。

上記作用において吸・排気弁の開弁時期のオー
バーラツプ量は吸気弁の開時期及び排気弁の閉時
期が変らないため略一定である。

このため該オーバーラツプ期間において、排気
圧力が過給圧よりも高いこと（第２図）による排
気の吹き返しを招くことがない。これにより充填
効率が増大して上記実圧縮比低下を補償するため
に必要な過給圧上昇を確保することができる。

上記の如き吸気弁の高速用カムと低速用カムと
の機関運転中の切換制御は第９図の如きタイミン
グをとつて行う。ロツカアーム２６と吸気弁用カ
ム２４Ａ，２４Ｂとが接触中は、ロツカアーム２
６の切換が不可能であるから、第９図Ａ，Ｂに示
すように各気筒＃１〜＃４のロツカアーム２６の
切換可能な領域が限定される。＃１と＃２、＃３
と＃４のロツカアーム２６は夫々一組となつてい
るから＃１，＃２のロツカアームの共通の移動可
能域及び＃３，＃４の同じく共通の移動可能域に
おいて制御手段４０がタイミングをとつて切換制
御しなければならない。従つて第９図Ｃに示すよ
うに第１のアクチユエータ３１による＃１，＃２
のロツカアーム移動時間と第２のアクチユエータ
３２による＃３，＃４のロツカアーム移動時間と
ではずれが生じるのは止むを得ない。この他ホル
ダのレイアウトが可能ならば共通の充分な移動可
能域のある＃１と＃３及び＃２と＃４のロツカア
ームを一体動する組み合わせも可能である。

また、電磁方向切換弁３３，３４の切換信号と
して制御手段４０を用いずに手動スイツチを用い
て行うこともできる。しかし機関に負荷がかかつ
ている間はロツカアームの移動速度、タイミング
とも要求が高いものであるから、例えば高速道路
に入る直前のアイドリング状態若しくは低速回転
領域を狙つて低速から高速用カムへの切り換えを
行うようにする。このようにすれば低速、高速用
カムのベースサークルとロツカアーム端部とが対
面している間に異なるカムへのロツカアーム切換
を行うことができる。

尚、前記実施例では、吸気弁閉時期の遅れを大
とする運転領域でコンプレツサの過給圧を増大側
に調整し、吸気弁閉時期の遅れを小とする運転領
域で過給圧を減少側に調整するものを示したが、
例えば過給機を小型化して従来同様の出力を確保
しようとする場合等は、過給機の耐久強度を重視
する立場から吸気弁閉時期の遅れを大きくするこ
とにより前記慣性過給効果によつて過給圧を高め
ることができるため、コンプレツサによる過給圧
は低く調整し、逆に吸気弁閉時期の遅れを小とす
る領域ではノツキング領域に入らない範囲でコン
プレツサの過給圧を相対的に高く調整すること等
もできる。要は、耐久強度面を確保しつつ出力、
燃費を良好に維持できるように吸気弁の開閉時期
の切換調整と過給機の過給圧との切換調整を併行
して行なえばよい。

＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明によれば吸気弁閉
時期の遅れを大とした運転領域で、実圧縮比が小
となると共に慣性過給を利用して昇温のない過給
を行うことができるため、ノツキング領域外で充
分な過給を行つて機関の出力を確保することがで
き、又、吸気弁閉時期の遅れを小とした運転領域
では実圧縮比を大として出力低下、燃比の悪化を
防止できる。

又、バルブオーバーラツプ期間が比較的小さく
保たれるように吸気弁開時期の変化を小さく（０
を含めて）することによつて過給機付機関におけ
る充填効率の向上を図つたため、上記効果を更に
助長することができる。

そして、かかる吸気弁開閉時期の切換調整と併
行して、過給機のコンプレツサの過給圧を切換調
整するようにしたため、機関出力を更に向上させ
たり、機関回転速度の変化に対して耐久強度を確
保しつつ最高出力をフラツト化したりする等調整
を行うことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は過給機付内燃機関の圧縮比、過給圧及
びノツキング領域の関係を示すグラフ、第２図は
過給圧と排圧との関係を示すグラフ、第３図は過
給機付内燃機関の概略構成図、第４図〜第６図は
本発明の一実施例に係る吸気弁開閉作動装置と弁
開閉時期調整装置の一部を示し、第４図はロツカ
ルーム内の平面図、第５図は吸気弁開閉作動装置
の横断面図、第６図は同上の吸気弁用ロツカアー
ムとの関係を示す要部平面図、第７図は本発明の
一実施例に係る弁開閉時期調整装置の油圧回路
図、第８図は吸・排気弁の開閉時期を示し、Ａは
高速用吸気弁の開閉時期を示すグラフ、Ｂは高速
用吸気弁と排気弁との弁開特性を示すグラフ、Ｃ
は低速用吸気弁の開閉時期を示すグラフ、Ｄは低
速用吸気弁と排気弁との弁開特性を示すグラフ、
第９図は各気筒のロツカアーム移動可能タイミン
グを示し、Ａは吸気弁リフト特性図、Ｂはロツカ
アーム移動可能な領域を示すタイムチヤート、Ｃ
はカムリフト特性を示すグラフである。 １……過給機、２……内燃機関、４……コンプ
レツサ、７……排気バイパス通路、８……排気バ
イパス弁、９……ダイヤフラム式アクチユエー
タ、１０……オリフイス、１１……圧力導入管、
１３……電磁弁、１４……オリフイス、１５……
圧力導入管、２０……吸気弁、２２……カムシヤ
フト、２３……ロツカーシヤフト、２４Ａ……吸
気弁作動用カム（高速用）、２４Ｂ……吸気弁作
動用カム（低速用）、２６……ロツカアーム、２
８……ホルダ、３１……第１のアクチユエータ、
３２……第２のアクチユエータ、３３，３４……
電磁方向切換弁、４０……制御手段、＃１〜＃４
……気筒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関吸気系に設けた過給機のコンプレツサに
   より吸入空気を機関に過給する過給機付内燃機関
   において、吸気弁の開閉作動装置に作用して機関
   運転条件により吸気弁の閉弁時期を切換調整する
   と共に吸気弁の開弁時期を前記閉弁時期の変化よ
   り、小さく切換調整する弁開閉時期調整装置を設
   けると共に、前記弁開閉時期調整装置による吸気
   弁開閉時期の切換調整に応じてコンプレツサの過
   給圧を切換調整する過給圧調整装置を設けたこと
   を特徴とする過給機付内燃機関の吸気弁作動装
   置。