JPH06108854A

JPH06108854A - 機械式過給機付エンジン

Info

Publication number: JPH06108854A
Application number: JP26035492A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Goto; 剛後藤; Hirobumi Sugimoto; 博文杉本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1994-04-19

Abstract

(57)【要約】【目的】吸気弁閉時期を遅らせることによりノッキン
グの抑制を図るとともに、ある程度の過給作用を持たせ
つつ、従来と比べて燃費を大幅に改善する。【構成】幾何学的圧縮比が９．０〜１５．０の高圧縮
比で、かつ少なくとも低速域での過給域で吸気弁閉時期
を下死点後６５°以上に遅閉じとすることにより、膨張
比より有効圧縮比を小さくしてノッキングを抑制すると
ともに、略最大過給圧の運転域まで、定常運転状態での
点火時期がＭ．Ｂ．Ｔになるように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械式過給機とを備え
るとともに、幾何学的圧縮比が高く、かつ、吸気弁閉時
期が遅くされたエンジンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば実開昭６３−５１１２１号
公報に示されるように、ルーツ型等の機械式過給機を吸
気通路に設けるとともに、過給域において吸気弁の閉時
期を遅らせることにより、有効圧縮比を下げるようにし
て、ノッキングの抑制を図るようにした過給機付エンジ
ンは知られている。

【０００３】また、例えば特開昭６１−１９９３３号公
報に示されるように、ルーツ型等の機械式過給機とエン
ジン出力軸との間にクラッチ手段を設け、非過給域では
機械式過給機への動力伝達を遮断するようにしたものな
ども知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の過給機付エンジ
ンでは、過給が行なわれている高負荷域で、点火時期が
Ｍ．Ｂ．Ｔよりもリタードされて、耐ノック限界タイミ
ングより進角しないように設定されている。前記のよう
に吸気弁閉時期を遅らせる手法でノッキング抑制を図っ
ているものでも、トルクアップのため過給圧を高くした
ときには、吸気弁遅閉じに加えて点火時期をリタードさ
せることがノッキング抑制のために必要となる。しか
し、このように点火時期をＭ．Ｂ．Ｔよりもリタードさ
せると、出力ロスが生じ、燃費が悪化する。

【０００５】また、この他に高負荷域でノッキングを抑
制する手法として燃料増量により空燃比をリッチに制御
することが知られているが、この手法も燃費の悪化を招
く。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑み、吸気弁閉時期
を遅らせることによりノッキングの抑制を図るととも
に、従来と比べて燃費を大幅に改善することができる機
械式過給機付エンジンを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、エンジン出力軸により駆動される機
械式過給機を備えるとともに、吸気弁閉時期が遅くされ
て、有効圧縮比が膨張比よりも小さくなるように設定さ
れたエンジンにおいて、少なくとも低速域での過給域で
吸気弁の閉時期を下死点後６５°以上に設定し、エンジ
ンの幾何学的圧縮比を９．０〜１５．０とするととも
に、低速域で平均有効圧力が１１kg/cm²以上となる所定
過給域まで、定常運転状態での点火時期をＭ．Ｂ．Ｔに
設定し、この所定過給圧が略最大過給圧となるように設
定したものである。

【０００８】第２の発明は、第１の発明において、機械
式過給機としてルーツ型過給機を用い、かつ、非過給域
でエンジン出力軸と過給機との間の駆動力の伝達を遮断
するクラッチ手段を設けたものである。

【０００９】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、全負荷およびその付近の高負荷域において空燃比
を１３以上で、かつ理論空燃比程度までの範囲に設定
し、排気通路に三元触媒からなる触媒装置を設けたもの
である。

【００１０】また、第４の発明は、エンジン出力軸によ
り駆動される機械式過給機を備えるとともに、吸気弁閉
時期が遅くされて、有効圧縮比が膨張比よりも小さくな
るように設定されたエンジンにおいて、少なくとも低速
域での過給域で吸気弁の閉時期を下死点後６５°以上に
設定し、エンジンの幾何学的圧縮比を９．０〜１５．０
とするとともに、全負荷およびその付近の高負荷域にお
いて空燃比を１３以上で、かつ理論空燃比程度までの範
囲に設定し、排気通路に三元触媒からなる触媒装置を設
けたものである。

【００１１】なお、上記構成における吸気弁閉時期およ
び開弁オーバラップは０mmリフトを基準とし、つまり吸
気弁がリフト量０mmまで閉じた時点を吸気弁閉時期とし
ている。

【００１２】

【作用】第１の発明の機械式過給機付エンジンによる
と、エンジンが高圧縮比とされることで熱効率が高めら
れ、かつ、膨張比が稼がれるとともに、吸気弁が遅閉じ
とされることにより有効圧縮比が適度に小さくされ、こ
れによって圧縮上死点温度が引き下げられ、ノッキング
が抑制される。また、有効圧縮比が小さくなることを補
う程度に過給が行なわれて、最大過給圧があまり高くな
らないように調整され、最大過給圧もしくはその近くま
で、定常運転状態での点火時期がＭ．Ｂ．Ｔに設定さ
れ、これにより高負荷域でも燃費に有利な点火時期が与
えられる。

【００１３】第２の発明によると、非過給域において過
給機でのエネルギーロスが避けられる。

【００１４】第３の発明によると、高負荷域において燃
料があまりリッチにされず、燃費の節減および三元触媒
による排ガス浄化に有利な燃焼が行なわれる。

【００１５】第４の発明によると、エンジンの高圧縮比
により熱効率が高められ、かつ、吸気弁の遅閉じにより
ノッキングが抑制され、このような状態の下で、高負荷
域において燃料があまりリッチにされず、燃費の節減お
よび三元触媒による排ガス浄化に有利な燃焼が行なわれ
る。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例による機械式過給機付エンジン
を示す。この図において、１は複数の気筒２を備えたエ
ンジン本体であり、その幾何学的圧縮比は９．０〜１
５．０の高圧縮比となっている。また、３は上記エンジ
ン本体１に対して吸気を供給する吸気通路であり、上流
側の共通吸気通路４と、下流側の吸気マニホールド５と
からなっている。

【００１７】上記共通吸気通路４には、エアクリーナ
６、吸入空気量を検出するエアフローメータ７、図外の
アクセルペダルの踏み込みに応じて作動するスロットル
弁８が設けられるとともに、スロットル弁８の下流に機
械式過給機１０が設けられている。当実施例の過給機１
０は、一対の葉状のロータ１１，１２を有するルーツ型
過給機であり、その一方のロータ１１のロータシャフト
がベルト等の伝動機構１３を介してエンジンの出力軸に
連結され、エンジン出力軸により駆動されて回転するこ
とにより吸気を過給するようになっている。

【００１８】上記伝動機構１３には、電磁クラッチ（ク
ラッチ手段）１４が介設され、エンジン出力軸と過給機
１０との間の駆動力伝達を遮断することができるように
なっている。また吸気通路３には、過給機１０をバイパ
スするバイパス通路１５と、低負荷時にこの通路１５を
開くバイパス制御弁１６が設けられるとともに、過給機
１０の下流にインタークーラ１７が設けられている。

【００１９】上記吸気マニホールド５は、気筒別の独立
吸気通路１８を有し、各独立吸気通路１８の下流端側の
吸気ポート１９が各気筒２の燃焼室に開口し、この吸気
ポート１９に吸気弁（図示せず）が設けられている。吸
気ポート近傍の各独立吸気通路１８には、燃料を噴射供
給するインジェクタ２０が設けられている。また、各気
筒２の燃焼室には、点火プラグ２１が設けられている。

【００２０】２３は排気通路であり、排気マニホールド
２４とその下流の共通排気通路２５とを備えている。上
記排気マニホールド２４は気筒別の独立排気通路２６を
有し、この各独立排気通路２６の上流端側の排気ポート
２７が各気筒２の燃焼室に開口し、この排気ポート２７
に排気弁（図示せず）が設けられている。また、上記共
通排気通路２５には、三元触媒からなる触媒装置２８が
設けられている。

【００２１】３０はコントロールユニット（ＥＣＵ）で
あり、マイクロコンピュータ等からなっている。このコ
ントロールユニット３０には、上記エアフローメータ７
からの信号が入力されるとともに、スロットル弁８の開
度を検出するスロットル開度センサ３１、エンジン回転
数を検出する回転数センサ３２、吸気負圧を検出する負
圧センサ３３等からの信号が入力されている。

【００２２】図２は上記吸気ポート１９に設けられた吸
気弁のバルブタイミングＩＶＴを、排気弁のバルブタイ
ミングＥＶＴとともに示している。この図のように、吸
気弁の閉時期ＩＣは大きく遅らされ、ＡＢＤＣ（下死点
後）６５°〜１００°に設定されている。ＡＢＤＣ６５
°以上に遅くしているのは、後述の圧縮上死点温度引下
げによるノッキング抑制作用を十分に発揮させるためで
あり、ＡＢＤＣ１００°までとしているのは、これより
閉時期が遅れると、圧縮上死点温度が始動限界を下回っ
て、始動困難となるからである。

【００２３】なお、吸気弁のバルブタイミングは上記タ
イミングＩＶＴで固定としておいてもよいが、図１中に
二点鎖線で示すようにバルブタイミング可変機構３５を
設け、少なくとも低速域で上記タイミングＩＶＴとし、
運転状態に応じて吸気弁閉時期を変更するようにしても
よい。

【００２４】図３は、上記のように吸気弁閉時期を設定
した場合の、種々の負荷における点火時期のＭ．Ｂ．Ｔ
および耐ノック限界タイミングを示している。この図の
ように、吸気弁閉時期を遅くすることによるノッキング
抑制作用と関連して、過給圧がある程度高くなるまで
（図３の例では４００mmHg程度まで）の範囲では耐ノッ
ク限界タイミング(Ｋ１，Ｋ２)がＭ．Ｂ．Ｔ（Ｍ１，Ｍ
２）より進角側となるが、それ以上に過給圧が上昇する
と、耐ノック限界タイミング(Ｋ３，Ｋ４)がＭ．Ｂ．Ｔ
（Ｍ３，Ｍ４）よりも遅角側となり、点火時期が耐ノッ
ク限界タイミングに制限されて、Ｍ．Ｂ．Ｔにできない
状態となる。過給圧と耐ノック限界タイミングとの関係
は上記幾何学的圧縮比および吸気弁閉時期によって変る
が、幾何学的圧縮比が９．０〜１５．０、吸気弁閉時期
がＡＢＤＣ６５°以上であれば、少なくとも平均有効圧
力Ｐｅが１１kg/cm²となる過給圧までは、耐ノック限界
タイミングがＭ．Ｂ．Ｔより進角側となる。Ｐｅが１１
kg/cm²となる過給圧は、例えば圧縮比が１０の場合にお
いて、吸気弁閉時期がＡＢＤＣ７０°であれば２００mm
Hg程度、ＡＢＤＣ８０°であれば３００mmHg程度であ
る。

【００２５】そこで、Ｐｅが１１kg/cm²以上となる所定
過給圧まで、定常運転状態での点火時期がＭ．Ｂ．Ｔに
設定され、この所定過給圧が略最高過給圧となるように
設定される。例えば図３の特性に基づく場合は、最大過
給圧が略４００mmHgに設定される。

【００２６】この設定による場合の過給領域および電磁
クラッチＯＦＦの領域は、図４のようになる。すなわ
ち、吸気圧力（過給圧）が略４００mmHgで最大トルクと
なり、吸気圧力０mmHgのラインと最大トルクのラインと
の間が過給域となる。また、少なくとも低速域において
吸気圧力が０mmHg以下の非過給域で、上記電磁クラッチ
１４がＯＦＦとされるようになっている。

【００２７】また、空燃比の制御としては、全負荷およ
びその付近の高負荷域でも、あまりリッチにされず、１
３以上で、かつ理論空燃比程度までの範囲に設定され、
その設定空燃比が得られるようにインジェクタからの燃
料噴射量が制御される。他の運転領域では、理論空燃比
付近となるように、燃料噴射量が制御される。

【００２８】以上のような当実施例のエンジンによる
と、幾何学的圧縮比が９．０〜１５．０の高圧縮比とさ
れることにより、熱効率が高められ、かつ、膨張比が稼
がれる。幾何学的圧縮比の上限を１５．０としているの
は、これを越えるとフリクションの増加による機械効率
の低下が大きくなるためである。

【００２９】そして、このように膨張比が稼がれつつ、
吸気弁閉時期がＡＢＣ６５°〜１００°の遅閉じとされ
ることにより、有効圧縮比が小さくされて、圧縮上死点
温度が引き下げられ、ノッキングが抑制される。

【００３０】また、吸気弁を遅閉じとしたことで、吸入
終期に吸気の吹き戻しが生じることに対し、過給機１０
による過給作用で充填量が補われるが、その過給圧はあ
まり高くされずに、例えば４００mmHg程度が最大とされ
る。これにより、非過給で吸気弁遅閉じとしていない通
常のエンジンと比べ、同程度もしくはそれ以上の最大ト
ルクは確保されるが、この最大過給圧付近でも点火時期
がＭ．Ｂ．Ｔとされ、かつ空燃比が１３以上とされつ
つ、上記吸気弁遅閉じによりノッキングが防止される。
これにより、点火時期をリタードする手法や空燃比をリ
ッチにする手法と比べ、燃費が良くなる。

【００３１】一方、低，中負荷域では上記遅閉じとされ
ていることによりポンピングロスが低減されるととも
に、非過給領域で上記クラッチ１４がＯＦＦとされるこ
とにより、過給機１０の駆動損失が低減される。そし
て、ルーツ型の過給機１０は比較的慣性が小さいため、
上記クラッチ１４のＯＮ，ＯＦＦによる稼働、停止がス
ムーズに行なわれる。

【００３２】また、上記ポンピングロス低減作用で燃費
が十分に改善されて、空燃比は格別リーンにされず、か
つ全負荷付近でも理論空燃比に比較的近い値にされてい
ることにより、三元触媒からなる触媒装置で十分に排ガ
ス浄化性能が確保される。

【００３３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明の機械式過給機付
エンジンは、幾何学的圧縮比が高圧縮比で、かつ少なく
とも低速域での過給域で吸気弁閉時期を下死点後６５°
以上に遅閉じとすることにより、膨張比より有効圧縮比
を十分に小さくして、ノッキング抑制効果が得られるよ
うにしつつ、低速域で平均有効圧力が１１kg/cm²以上と
なる所定過給域まで、定常運転状態での点火時期をＭ．
Ｂ．Ｔに設定し、この所定過給圧が略最大過給圧となる
ように設定しているため、高負荷域でも点火時期リター
ドによる出力ロスを避け、燃費を大幅に改善することが
できる。

【００３４】この発明において、機械式過給機として慣
性が小さいルーツ型過給機を用い、かつ、非過給域で過
給機への駆動力の伝達を遮断するクラッチ手段を設ける
と（請求項２）、非過給域での過給機の駆動ロスをなく
し、これによっても燃費を改善することができる。

【００３５】また、全負荷およびその付近の高負荷域に
おいて空燃比を１３以上で、かつ理論空燃比程度までの
範囲に設定すると（請求項３）、ノッキング抑制は上記
吸気弁遅閉じにより達成しつつ、あまりリッチにせずに
理論空燃比に比較的近い空燃比とすることができ、これ
によって燃費をより一層改善することができるととも
に、広く使用されている三元触媒で十分に排ガス浄化性
能を持たせることができ、特別な触媒装置を必要とせず
に排ガス浄化を達成することができる。

【００３６】また、請求項４に記載の発明の機械式過給
機付エンジンは、何学的圧縮比が高圧縮比で、かつ少な
くとも低速域での過給域で吸気弁閉時期を下死点後６５
°以上に遅閉じとすることにより、膨張比より有効圧縮
比を十分に小さくして、ノッキング抑制効果が得られる
ようにしつつ、高負荷域において空燃比を１３以上で、
かつ理論空燃比程度までの範囲に設定するとともに、排
気通路に三元触媒からなる触媒装置を設けているため、
燃費を改善するとともに、排ガス浄化性能を良好にする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のよる機械式過給機付エンジ
ンの全体構造を示す概略図である。

【図２】バルブタイミングを示す図である。

【図３】点火時期のＭ．Ｂ．Ｔおよび耐ノック限界タイ
ミングと過給圧との関係を示す図である。

【図４】過給域、電磁クラッチＯＦＦの領域などを示す
説明図である。

【符号の説明】

１エンジン本体３吸気通路１０機械式過給機１４電磁クラッチ１９吸気ポート２０燃料噴射弁２１点火プラグ２３排気通路２５触媒装置３０コントロールユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン出力軸により駆動される機械式
過給機を備えるとともに、吸気弁閉時期が遅くされて、
有効圧縮比が膨張比よりも小さくなるように設定された
エンジンにおいて、少なくとも低速域での過給域で吸気
弁の閉時期を下死点後６５°以上に設定し、エンジンの
幾何学的圧縮比を９．０〜１５．０とするとともに、低
速域で平均有効圧力が１１kg/cm²以上となる所定過給域
まで、定常運転状態での点火時期をＭ．Ｂ．Ｔに設定
し、この所定過給圧が略最大過給圧となるように設定し
たことを特徴とする機械式過給機付エンジン。
【請求項２】機械式過給機としてルーツ型過給機を用
い、かつ、非過給域でエンジン出力軸と過給機との間の
駆動力の伝達を遮断するクラッチ手段を設けた請求項１
記載の機械式過給機付エンジン。
【請求項３】全負荷およびその付近の高負荷域におい
て空燃比を１３以上で、かつ理論空燃比程度までの範囲
に設定し、排気通路に三元触媒からなる触媒装置を設け
た請求項１または２記載の機械式過給機付エンジン。
【請求項４】エンジン出力軸により駆動される機械式
過給機を備えるとともに、吸気弁閉時期が遅くされて、
有効圧縮比が膨張比よりも小さくなるように設定された
エンジンにおいて、少なくとも低速域での過給域で吸気
弁の閉時期を下死点後６５°以上に設定し、エンジンの
幾何学的圧縮比を９．０〜１５．０とするとともに、全
負荷およびその付近の高負荷域において空燃比を１３以
上で、かつ理論空燃比程度までの範囲に設定し、排気通
路に三元触媒からなる触媒装置を設けた機械式過給機付
エンジン。