JPH04342826A - 火花点火機関のポンプ損失回収装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は火花点火機関の部分負荷
域に発生するポンプ損失を回収する装置に関するもので
あって、主に自動車用ガソリンエンジンのポンプ損失回
収に利用される。

【０００２】

【従来の技術】四サイクルの火花点火機関においては、
吸気行程で絞り弁の絞り作用のため吸気管およびシリン
ダの圧力が大気圧よりも低下し、排気行程では排気ブロ
ーダウンの慣性でシリンダの圧力が大気圧よりも低下す
ることがあり、これらによって負の仕事を生じることは
周知である。

【０００３】このような火花点火機関の内で自動車用ガ
ソリンエンジンは、道路交通の流れを乱さないように一
定水準の加速性能を自動車に与える必要があるので、通
常の定常走行に必要な出力を大幅に上回る出力のものが
搭載されている。

【０００４】従って、自動車が通常の定常走行をしてい
るときは、出力制御のため絞り弁により吸入空気を大幅
に絞った状態となっており、吸気管はかなり高い負圧と
なっていてシリンダのピストンはこの負圧に逆らって空
気を吸入するために大きな負の仕事をしている。この吸
気を絞ったことによるポンプ損失はきわめて大きく、部
分負荷域での諸損失の内で最大である。図４および図５
は四サイクル火花点火機関の全負荷時および部分負荷時
におけるよく知られたＰ−Ｖ線図であって、図５の斜線
部分が吸気管負圧によるポンプ損失である。

【０００５】前記のポンプ損失は、吸気系に過給機を具
えている場合はその一部が回収されるが、更に効率よく
回収するために、例えば絞り弁の代りに発電機付きエア
モータを設置し、発電機の負荷を制御することによりエ
アモータの回転速度を制御して火花点火機関の吸入空気
量を制御させる一方、吸気管負圧により生じたエアモー
タ前後の圧力差によりエアモータを駆動してこれに連結
した発電機にポンプ損失を電力として回収させる、とい
う手段が考えられている。

【０００６】しかしながら、前記の発電機付きエアモー
タを絞り弁の代りに用いるという手段は、回収した電力
を動力として供給するためクランク軸に連結された電動
機または電動発電機を別途に準備する必要があるためス
ペース、重量、価格の大幅な増大を避けられない、ポン
プ損失回収用発電機の負荷をアクセルペダルで制御する
ため高度な電子制御システムを必要とし高価である、加
速や減速のように吸入空気量を急激に変化させる場合に
制御電流を急変させてもエアモータや発電機は慣性モー
メントをもっているため追従せず応答性がよくない、と
いう欠点があるため実用化されていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、吸気管負圧による火花点火機関のポンプ損
失を満足すべき効率で回収できる実用性の高い手段がな
かった、という点である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は絞り弁を有する吸気管路に絞り弁下流に位
置させてエアモータを設置するとともに絞り弁とエアモ
ータとをバイパスする補助吸気路を設け、エアモータは
部分負荷域の定常運転時における火花点火機関の吸入空
気量と空気流量がほぼ等しくなるように設定して火花点
火機関と機械的な連動機構によって連結し、且つ吸入空
気量を前記の設定吸入空気量よりも多くする運転域で開
く補助絞り弁を補助吸気路に設けた。これによりスペー
ス、重量、価格を大幅に増大させることなく簡単なシス
テムで吸入空気量を応答性よく変化させることができ、
しかもポンプ損失を効率よく回収できる手段を提供する
、という目的が達成される。

【０００９】

【作用】部分負荷域での定常運転は一般的に頻度が最も
高い運転状態であり、このとき絞り弁をほぼ全開にする
とともに補助絞り弁を全閉にすると吸入空気はエアモー
タのみで絞られた状態であり、その前後の圧力差によっ
てエアモータが駆動され、エアモータは連動機構によっ
て火花点火機関を駆動することによってポンプ損失を回
収する。また、この運転状態では火花点火機関の吸入空
気量とエアモータの空気流量とをほぼ等しく設定してい
るので回収効率は最も高い。

【００１０】尚、吸入空気量を前記の設定吸入空気量よ
りも少なくする運転域では絞り弁によって吸入空気量を
制限し、反対に多くする運転域では補助絞り弁を開いて
吸入空気量を増加させる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す概略的な配置図
であって、図示しないエアクリーナから火花点火機関１
に至る吸気管路５のスロットルボディ６に絞り弁９が設
けられているとともに吸気マニホルド７にシリンダ２に
対応して燃料噴射弁１０が設けられている。

【００１２】吸気管路５のスロットルボディ６に接近し
てその下流側にルーツ式圧縮機と同構造をもつ容積形の
エアモータ１１が設置されている。また、この吸気管路
５にはスロットルボディ６の上流側から分岐してエアモ
ータ１１の下流側に形成されているサージタンク８に合
流させた補助吸気路１２が設けられており、その補助ス
ロットルボディ１３に補助絞り弁１４が設けられている
。尚、絞り弁９の上流側と下流側とを接続する低温用バ
イパス路１５が設けられており、低温時にレギュレータ
１６がバイパス路１５を開いて余分の空気を送るように
なっている。

【００１３】絞り弁９はアイドル時に所定のアイドル開
度位置に置かれ、それより負荷の増大に伴って次第に開
かれ本発明で設定した部分負荷域の定常運転時にほぼ全
開となるように設定されている。また、補助絞り弁１４
はアイドル時から前記部分負荷域の定常運転時に至る間
閉弁位置に置かれ、それより負荷の増大に伴って次第に
開かれ全負荷時に全開となるように設定されている。

【００１４】これらの絞り弁９および補助絞り弁１４は
運転者のアクセル操作によって作動し、図示しないリン
ク機構によって前記の関係を保って開閉するように連動
させられる。或いは補助絞り弁１４を運転者のアクセル
操作またはアクチュエータにより絞り弁９とは別個に作
動させることもある。

【００１５】また、エアモータ１１は火花点火機関１の
クランク軸３とベルト伝動機構からなる連動機構１７に
よって連結されており、一般的に使用頻度が最も多い運
転状態である部分負荷域での定常運転時、自動車にあっ
ては４０〜６０ｋｍ／ｈ程度の定常走行時において火花
点火機関１が要求する吸入空気量とエアモータ１１が吐
出する空気流量とがほぼ等しくなるようにエアモータ１
１の容量および火花点火機関１との回転速度比が定めら
れている。

【００１６】図１は部分負荷域での定常運転時の状態を
示しており、絞り弁９はほぼ全開であるとともに補助絞
り弁１４は全閉であって火花点火機関１の吸入空気はエ
アモータ１１のみで絞られた状態である。エアモータ１
１の上流側はほぼ大気圧であり下流側は吸気マニホルド
負圧であるので、その圧力差によってエアモータ１１が
駆動されて要求吸入空気量の空気をシリンダ２に供給す
るとともに、エアモータ１１は連動機構１７を介してク
ランク軸３を回転駆動する。

【００１７】即ち、エアモータ１１の駆動力はクランク
軸３の動力に使用されることとなり、きわめて高い効率
でポンプ損失を回収することができる。

【００１８】吸入空気量を設定吸入空気量よりも少なく
する運転域、即ち低速運転時または減速時には絞り弁９
の開度を小さくしてエアモータ１１により絞られている
吸入空気を更に制限し火花点火機関１の出力を低下させ
る（図２）。このとき、絞り弁９によってエアモータ１
１の上流側の圧力が低下するためエアモータ１１の前後
の圧力差は小さくなるが、エアモータ１１は依然として
駆動されてクランク軸３を回転駆動する。但し、前後の
圧力差が小さくなるため、エアモータ１１によるポンプ
損失回収効率は前記よりも低下する。

【００１９】吸入空気量を設定吸入空気量よりも多くす
る運転域、即ち高速運転時または加速時には補助絞り弁
１４が開き、エアモータ１１により絞られている吸入空
気に補助吸気路１２を通過する空気を加えて火花点火機
関１の出力を上昇させる（図３）。このとき、補助吸気
路１２が補給する吸入空気によってエアモータ１１の下
流側の圧力が上昇するためエアモータ１１の前後の圧力
差は小さくなるが、エアモータ１１は依然として駆動さ
れてクランク軸３を回転駆動する。但し、この場合も前
後の圧力差が小さくなるため、エアモータ１１によるポ
ンプ損失回収効率は前記よりも低下する。

【００２０】補助絞り弁１４が全開した全負荷時は本来
的にポンプ損失が存在しておらず、従ってエアポンプ１
１の前後の圧力差が殆んどない状態であっても何の支障
もない。

【００２１】

【発明の効果】本発明によると、吸気管路の絞り弁下流
に部分負荷域の定常運転時における吸入空気量とほぼ等
しい空気流量を与えるエアモータを設置してこれを火花
点火機関と機械的に連動させる構成としたので、定常走
行に必要な出力を大幅に上回る出力をもった火花点火機
関を搭載した自動車において、運転頻度が最も多い運転
域でポンプ損失をきわめて高い効率で回収し、その結果
燃料経済性を高めることができる。

【００２２】また、低負荷域では絞り弁によって吸入空
気量を更に制限し、高負荷域では補助絞り弁を設けた補
助吸気路によって空気を補給する構成であるから、全運
転域に亘ってポンプ損失を回収しながら吸入空気量を運
転状態の変化に応答よく追従させて制御でき、且つ構成
が簡単でスペース、重量、価格を大幅に増大させること
なく実施できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す配置図である。

【図２】低負荷時の状態を示す部分図である。

【図３】高負荷時の状態を示す部分図である。

【図４】火花点火機関の全負荷時のＰ−Ｖ線図である。

【図５】火花点火機関の部分負荷時のＰ−Ｖ線図である
。

【符号の説明】

１　　火花点火機関 ５　　吸気管路 ９　　絞り弁 １１　　エアモータ １２　　補助吸気路 １４　　補助絞り弁 １７　　連動機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　絞り弁を有する吸気管路に前記絞り弁
   下流に位置させてエアモータが設置されているとともに
   前記絞り弁とエアモータとをバイパスする補助吸気路が
   設けられており、前記エアモータは部分負荷域の定常運
   転時における火花点火機関の吸入空気量と空気流量がほ
   ぼ等しくなるように設定されて火花点火機関と機械的な
   連動機構によって連結され、且つ吸入空気量を前記設定
   吸入空気量よりも多くする運転域で開く補助絞り弁が前
   記補助吸気路に設けられていることを特徴とする火花点
   火機関のポンプ損失回収装置。