JPH06108857A - 機械式過給機付エンジンの吸気装置 - Google Patents
機械式過給機付エンジンの吸気装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 機械式過給機付エンジンにおいて、運転状態
に応じて吸気弁閉時期を変えるとともに、吸気弁閉時期
を遅閉じとしたときに、過給作用を動的過給でアシスト
することにより、充填量の低下を防止して出力を確保す
るとともに、過給機駆動ロスを低減して燃費を改善す
る。 【構成】 機械式過給機5と吸気弁に対するバルブタイ
ミング可変手段15を備え、低速側運転領域で吸気弁閉
時期を所定の遅閉じとし、高速側運転領域で吸気弁閉時
期を比較的早くするようにバルブタイミング可変手段1
5を制御するとともに、上記遅閉じとされる低速側運転
領域で、共鳴過給により過給作用を助勢する過給アシス
ト手段を設ける。
に応じて吸気弁閉時期を変えるとともに、吸気弁閉時期
を遅閉じとしたときに、過給作用を動的過給でアシスト
することにより、充填量の低下を防止して出力を確保す
るとともに、過給機駆動ロスを低減して燃費を改善す
る。 【構成】 機械式過給機5と吸気弁に対するバルブタイ
ミング可変手段15を備え、低速側運転領域で吸気弁閉
時期を所定の遅閉じとし、高速側運転領域で吸気弁閉時
期を比較的早くするようにバルブタイミング可変手段1
5を制御するとともに、上記遅閉じとされる低速側運転
領域で、共鳴過給により過給作用を助勢する過給アシス
ト手段を設ける。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、機械式過給機を備える
とともに吸気弁の閉時期を運転状態に応じて変更する手
段を備えた機械式過給機付エンジンの吸気装置に関する
ものである。
とともに吸気弁の閉時期を運転状態に応じて変更する手
段を備えた機械式過給機付エンジンの吸気装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来、過給機を備えたエンジンにおい
て、吸気弁の閉時期を大きく遅らせる吸気弁遅閉じと
し、あるいは吸・排気弁の開弁オーバラップを大きくす
ることにより、ノッキングを防止しつつ充填効率の向上
等を図るようにした過給機付きエンジンが知られている
(例えば特開昭63−239312号公報)。すなわ
ち、吸気弁の閉時期を下死点よりもある程度以上大きく
遅らせると、有効圧縮比が膨張比と比べて小さくなり、
圧縮仕事による温度上昇が抑制されることにより、ノッ
キング抑制に有利となる。また、上記開弁オーバラップ
を大きくすると、過給圧力が排気圧力よりも高い状態に
ある場合に、開弁オーバラップ中に過給気による燃焼室
内の残留排気ガスを排出させる掃気作用が高められるの
で、開弁オーバラップを大きくすることもノッキング抑
制に有利となる。そして、このようにノッキングが防止
されつつ、過給により充填効率が高められる。
て、吸気弁の閉時期を大きく遅らせる吸気弁遅閉じと
し、あるいは吸・排気弁の開弁オーバラップを大きくす
ることにより、ノッキングを防止しつつ充填効率の向上
等を図るようにした過給機付きエンジンが知られている
(例えば特開昭63−239312号公報)。すなわ
ち、吸気弁の閉時期を下死点よりもある程度以上大きく
遅らせると、有効圧縮比が膨張比と比べて小さくなり、
圧縮仕事による温度上昇が抑制されることにより、ノッ
キング抑制に有利となる。また、上記開弁オーバラップ
を大きくすると、過給圧力が排気圧力よりも高い状態に
ある場合に、開弁オーバラップ中に過給気による燃焼室
内の残留排気ガスを排出させる掃気作用が高められるの
で、開弁オーバラップを大きくすることもノッキング抑
制に有利となる。そして、このようにノッキングが防止
されつつ、過給により充填効率が高められる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、特にエンジ
ン出力軸により伝動機構を介して駆動される機械式過給
機を備える場合、高負荷高速域でも過給圧が排気圧力よ
り高いので、高速域では、開弁オーバラップを大きくす
ることにより掃気性を高めることが望ましい。一方、低
速域では、開弁オーバラップが大きいと燃料や新気の吹
き抜けが増大して出力、燃費等に不利となるので、開弁
オーバラップを小さくすることが要求され、この場合に
は、とくに吸気弁閉時期を大きく遅らせることにより圧
縮温度上昇を小さくしてノッキングを抑制することが望
ましい。
ン出力軸により伝動機構を介して駆動される機械式過給
機を備える場合、高負荷高速域でも過給圧が排気圧力よ
り高いので、高速域では、開弁オーバラップを大きくす
ることにより掃気性を高めることが望ましい。一方、低
速域では、開弁オーバラップが大きいと燃料や新気の吹
き抜けが増大して出力、燃費等に不利となるので、開弁
オーバラップを小さくすることが要求され、この場合に
は、とくに吸気弁閉時期を大きく遅らせることにより圧
縮温度上昇を小さくしてノッキングを抑制することが望
ましい。
【0004】このように、エンジン回転数などの運転状
態に応じて開弁オーバラップおよび吸気弁閉時期を変化
させることが望ましいが、上記吸気弁閉時期を遅れが大
きくされる低速側の運転領域では、吸気行程終期に吸気
が押し戻されることによる抵抗の増大により、過給圧力
が上昇し、過給機の負荷が大きくなって過給機駆動ロス
が増大するとともに、過給気の流量が減少して充填量が
低下する。そして、充填量低下傾向に対して過給機の過
給能力を高めることで対処しようとすると、過給機の負
担がより一層増大し、燃費の悪化を招く。そこで、吸気
弁閉時期を遅れを大きくしたときに、過給機の負荷を増
大させずに充填量の低下を補うことができるようにする
ことが望まれる。
態に応じて開弁オーバラップおよび吸気弁閉時期を変化
させることが望ましいが、上記吸気弁閉時期を遅れが大
きくされる低速側の運転領域では、吸気行程終期に吸気
が押し戻されることによる抵抗の増大により、過給圧力
が上昇し、過給機の負荷が大きくなって過給機駆動ロス
が増大するとともに、過給気の流量が減少して充填量が
低下する。そして、充填量低下傾向に対して過給機の過
給能力を高めることで対処しようとすると、過給機の負
担がより一層増大し、燃費の悪化を招く。そこで、吸気
弁閉時期を遅れを大きくしたときに、過給機の負荷を増
大させずに充填量の低下を補うことができるようにする
ことが望まれる。
【0005】なお、特開平2−119624号公報に示
されるように、過給機付エンジンにおいて、低速域での
ノッキングによる限界と高速域での熱負荷による限界と
の相違を考慮して、過給機からの最大過給圧の大きさを
低速域と高速域とで切換式に変更するとともに、その切
換えと同期して吸気の動的効果を得るための同調回転数
を切換えることにより、過給圧の切換わり時のショック
を軽減するために動的効果を調整するようにしたものは
あるが、運転状態によって吸気弁閉時期が変えられる場
合の上記問題の対策となるものではない。
されるように、過給機付エンジンにおいて、低速域での
ノッキングによる限界と高速域での熱負荷による限界と
の相違を考慮して、過給機からの最大過給圧の大きさを
低速域と高速域とで切換式に変更するとともに、その切
換えと同期して吸気の動的効果を得るための同調回転数
を切換えることにより、過給圧の切換わり時のショック
を軽減するために動的効果を調整するようにしたものは
あるが、運転状態によって吸気弁閉時期が変えられる場
合の上記問題の対策となるものではない。
【0006】本発明は、上記の事情に鑑み、機械式過給
機付エンジンにおいて、運転状態によって吸気弁閉時期
を変えるようにするとともに、吸気弁閉時期を遅閉じと
したときに、過給作用を動的過給でアシストすることに
より、充填量の低下を防止して出力を確保するととも
に、過給機駆動ロスを低減して燃費を改善することがで
きる機械式過給機付エンジンの吸気装置を提供すること
を目的とする。
機付エンジンにおいて、運転状態によって吸気弁閉時期
を変えるようにするとともに、吸気弁閉時期を遅閉じと
したときに、過給作用を動的過給でアシストすることに
より、充填量の低下を防止して出力を確保するととも
に、過給機駆動ロスを低減して燃費を改善することがで
きる機械式過給機付エンジンの吸気装置を提供すること
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、本発明は、吸気通路に機械式過給機を備えるととも
に、吸気弁の閉時期を下死点から所定クランク角だけ遅
い遅閉じとこれよりも下死点に近い早閉じとに変更可能
とするバルブタイミング可変手段を備え、かつ、少なく
とも過給域でエンジン回転速度に応じて吸気弁閉時期を
上記遅閉じと上記早閉じとに変更するようにバルブタイ
ミング可変手段を制御する制御手段を備えた機械式過給
機付エンジンの吸気装置において、吸気弁閉時期が遅閉
じとされる運転領域で吸気の動的過給を生じさせる過給
アシスト手段を設けたものである。
に、本発明は、吸気通路に機械式過給機を備えるととも
に、吸気弁の閉時期を下死点から所定クランク角だけ遅
い遅閉じとこれよりも下死点に近い早閉じとに変更可能
とするバルブタイミング可変手段を備え、かつ、少なく
とも過給域でエンジン回転速度に応じて吸気弁閉時期を
上記遅閉じと上記早閉じとに変更するようにバルブタイ
ミング可変手段を制御する制御手段を備えた機械式過給
機付エンジンの吸気装置において、吸気弁閉時期が遅閉
じとされる運転領域で吸気の動的過給を生じさせる過給
アシスト手段を設けたものである。
【0008】この発明において、上記バルブタイミング
可変手段は、吸気弁の開閉タイミングの位相の変更によ
り、吸気弁閉時期が上記遅閉じでかつ吸・排気弁の開弁
オーバラップが小さい第1のタイミングと、吸気弁閉時
期が上記早閉じでかつ吸・排気弁の開弁オーバラップが
大きい第2のタイミングとに変更可能とするものである
ことが好ましい。
可変手段は、吸気弁の開閉タイミングの位相の変更によ
り、吸気弁閉時期が上記遅閉じでかつ吸・排気弁の開弁
オーバラップが小さい第1のタイミングと、吸気弁閉時
期が上記早閉じでかつ吸・排気弁の開弁オーバラップが
大きい第2のタイミングとに変更可能とするものである
ことが好ましい。
【0009】また、エンジンの低速側運転領域で上記第
1のタイミング、高速側運転領域で上記第2のタイミン
グとするようにバルブタイミング可変手段に対する制御
手段を構成する一方、上記低速側運転領域で吸気系に共
鳴効果を生じさせるように過給アシスト手段を構成する
ことが好ましい。
1のタイミング、高速側運転領域で上記第2のタイミン
グとするようにバルブタイミング可変手段に対する制御
手段を構成する一方、上記低速側運転領域で吸気系に共
鳴効果を生じさせるように過給アシスト手段を構成する
ことが好ましい。
【0010】さらに、吸気の共鳴系の固有振動数を変更
可能とすることにより上記低速側運転領域内の異なる複
数の回転数域で共鳴効果を生じさせるように過給アシス
ト手段を構成することが好ましい。
可能とすることにより上記低速側運転領域内の異なる複
数の回転数域で共鳴効果を生じさせるように過給アシス
ト手段を構成することが好ましい。
【0011】
【作用】上記発明によると、運転状態に応じて上記バル
ブタイミング可変手段が制御されることにより、特定運
転領域では吸気弁が遅閉じとされて有効圧縮比が小さく
されつつ過給機により過給が行なわれ、別の運転領域で
は吸気弁閉時期が比較的早くされて体積効率などの面で
有利な状態で過給が行なわれる。そして特に吸気弁閉時
期が遅閉じとされる運転領域では、過給機による過給が
動的過給によりアシストされて、充填量が確保されつ
つ、過給機の負荷が軽減される。
ブタイミング可変手段が制御されることにより、特定運
転領域では吸気弁が遅閉じとされて有効圧縮比が小さく
されつつ過給機により過給が行なわれ、別の運転領域で
は吸気弁閉時期が比較的早くされて体積効率などの面で
有利な状態で過給が行なわれる。そして特に吸気弁閉時
期が遅閉じとされる運転領域では、過給機による過給が
動的過給によりアシストされて、充填量が確保されつ
つ、過給機の負荷が軽減される。
【0012】上記バルブタイミング可変手段が、吸気弁
の開閉タイミングの位相を上記第1のタイミングと第2
のタイミングとに変更するものである場合は、吸気弁が
遅閉じとされるときに開弁オーバラップが小さくなり、
吸気弁が早閉じとされるときに開弁オーバラップが大き
くなる。そして、特に低速側運転領域で上記第1のタイ
ミング、高速側運転領域で上記第2のタイミングとする
と、高速側運転領域では掃気性が高められ、また低速側
運転領域では、燃料および新気の吹き吹けが抑制されつ
つノッキングが抑制される上に、上記の動的過給で過給
をアシストすることによる作用が得られる。
の開閉タイミングの位相を上記第1のタイミングと第2
のタイミングとに変更するものである場合は、吸気弁が
遅閉じとされるときに開弁オーバラップが小さくなり、
吸気弁が早閉じとされるときに開弁オーバラップが大き
くなる。そして、特に低速側運転領域で上記第1のタイ
ミング、高速側運転領域で上記第2のタイミングとする
と、高速側運転領域では掃気性が高められ、また低速側
運転領域では、燃料および新気の吹き吹けが抑制されつ
つノッキングが抑制される上に、上記の動的過給で過給
をアシストすることによる作用が得られる。
【0013】上記過給アシスト手段が低速側運転領域で
共鳴効果をもたせるものとしておくと、低速側運転領域
での動的過給が有効に行なわれる。そして、上記低速側
運転領域内の異なる複数の回転数域で共鳴効果を生じさ
せるようにしておけば、吸気弁が遅閉じとされる領域が
低速側の比較的広い範囲とされる場合でも、その範囲に
わたって共鳴による過給アシスト作用が得られる。
共鳴効果をもたせるものとしておくと、低速側運転領域
での動的過給が有効に行なわれる。そして、上記低速側
運転領域内の異なる複数の回転数域で共鳴効果を生じさ
せるようにしておけば、吸気弁が遅閉じとされる領域が
低速側の比較的広い範囲とされる場合でも、その範囲に
わたって共鳴による過給アシスト作用が得られる。
【0014】
【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吸気装置を示す。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、図示の例では、一対のバンク1a,1bに3つずつ
の気筒2を備えたV型6気筒エンジンとなっている。
図1は本発明の一実施例による吸気装置を示す。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、図示の例では、一対のバンク1a,1bに3つずつ
の気筒2を備えたV型6気筒エンジンとなっている。
【0015】上記エンジン本体1に対して吸気を供給す
る吸気通路3には、機械式過給機5が設けられ、この過
給機5は、エンジン出力軸によりベルト6等の伝動機構
を介して駆動されるようになっている。この過給機5よ
り上流の吸気通路3には、エアクリーナ7、吸入空気量
検出のためのエアフローメータ8、アクセル操作に応じ
て吸入空気量を調節するスロットル弁9等が配設されて
いる。また、過給機5より下流の吸気通路3には、過給
機5から吐出された過給気を冷却するインタクーラ10
が設けられている。
る吸気通路3には、機械式過給機5が設けられ、この過
給機5は、エンジン出力軸によりベルト6等の伝動機構
を介して駆動されるようになっている。この過給機5よ
り上流の吸気通路3には、エアクリーナ7、吸入空気量
検出のためのエアフローメータ8、アクセル操作に応じ
て吸入空気量を調節するスロットル弁9等が配設されて
いる。また、過給機5より下流の吸気通路3には、過給
機5から吐出された過給気を冷却するインタクーラ10
が設けられている。
【0016】インタクーラ10の下流において吸気通路
3は、第1吸気通路11と第2吸気通路12とに分岐
し、さらに、第1吸気通路11の下流には、一方のバン
ク1a側の気筒別の独立吸気通路13が配設され、第2
吸気通路12の下流には、他方のバンク1b側の気筒別
の独立吸気通路13が配設されている。そして、各独立
吸気通路13の下流端の吸気ポート14が各気筒2の燃
焼室に開口し、図では燃焼室に対して吸気ポート14が
2つずつ開口している。
3は、第1吸気通路11と第2吸気通路12とに分岐
し、さらに、第1吸気通路11の下流には、一方のバン
ク1a側の気筒別の独立吸気通路13が配設され、第2
吸気通路12の下流には、他方のバンク1b側の気筒別
の独立吸気通路13が配設されている。そして、各独立
吸気通路13の下流端の吸気ポート14が各気筒2の燃
焼室に開口し、図では燃焼室に対して吸気ポート14が
2つずつ開口している。
【0017】上記各吸気ポート14は吸気弁(図示せ
ず)により開閉され、この吸気弁は動弁装置により駆動
される。この動弁装置には、バルブタイミング可変手段
15が組み込まれている。このバルブタイミング可変手
段15は、吸気弁の開閉タイミングの位相の変更によ
り、吸気弁の閉時期および吸・排気弁の開弁オーバラッ
プを変更するもので、後述のような所定の遅閉じでかつ
開弁オーバラップが小さい第1のタイミングと、この第
1のタイミングと比べて早閉じでかつ開弁オーバラップ
が大きい第2のタイミングとに変更可能となっている。
バルブタイミング可変手段の具体的構造は従来から種々
知られているところであって、本発明で限定するもので
はないが、例えば、吸気弁用動弁カムが配設されている
カムシャフト16とエンジン出力軸に連動するカムプー
リ17との間に、ヘリカルギヤ等を介して両者を連結す
る位相変更部材18を備え、この部材が制御信号に応じ
て作動されることにより、カムプーリ17に対するカム
シャフト16の位相を変化させるようになっている。
ず)により開閉され、この吸気弁は動弁装置により駆動
される。この動弁装置には、バルブタイミング可変手段
15が組み込まれている。このバルブタイミング可変手
段15は、吸気弁の開閉タイミングの位相の変更によ
り、吸気弁の閉時期および吸・排気弁の開弁オーバラッ
プを変更するもので、後述のような所定の遅閉じでかつ
開弁オーバラップが小さい第1のタイミングと、この第
1のタイミングと比べて早閉じでかつ開弁オーバラップ
が大きい第2のタイミングとに変更可能となっている。
バルブタイミング可変手段の具体的構造は従来から種々
知られているところであって、本発明で限定するもので
はないが、例えば、吸気弁用動弁カムが配設されている
カムシャフト16とエンジン出力軸に連動するカムプー
リ17との間に、ヘリカルギヤ等を介して両者を連結す
る位相変更部材18を備え、この部材が制御信号に応じ
て作動されることにより、カムプーリ17に対するカム
シャフト16の位相を変化させるようになっている。
【0018】また、吸気通路3には、圧力伝播に関係す
る有効通路長を変更可能とする通路およびバルブ等が配
設されている。図示の例では、第1吸気通路11と第2
吸気通路12とを通路途中の所定位置で連通する第1の
連通路21と、この第1の連通路21よりも下流側で両
吸気通路11,12を連通する第2の連通路22と、独
立吸気通路に近い下流端側で両通路11,12を連通す
る第3の連通路23とが形成され、各連通路21,2
2,23にそれぞれ開閉弁24,25,26が設けられ
ている。
る有効通路長を変更可能とする通路およびバルブ等が配
設されている。図示の例では、第1吸気通路11と第2
吸気通路12とを通路途中の所定位置で連通する第1の
連通路21と、この第1の連通路21よりも下流側で両
吸気通路11,12を連通する第2の連通路22と、独
立吸気通路に近い下流端側で両通路11,12を連通す
る第3の連通路23とが形成され、各連通路21,2
2,23にそれぞれ開閉弁24,25,26が設けられ
ている。
【0019】上記第1,第2吸気通路11,12および
連通路21〜23、開閉弁24〜26は、少なくとも吸
気弁閉時期が遅閉じとされる運転領域で吸気の動的過給
を生じさせる過給アシスト手段を構成し、当実施例で
は、後述のような各種の回転数域で共鳴効果を生じさせ
るようになっている。
連通路21〜23、開閉弁24〜26は、少なくとも吸
気弁閉時期が遅閉じとされる運転領域で吸気の動的過給
を生じさせる過給アシスト手段を構成し、当実施例で
は、後述のような各種の回転数域で共鳴効果を生じさせ
るようになっている。
【0020】上記共鳴効果に関する構造を具体的に説明
すると、図示のV型エンジンの同一バンクに属する気筒
群は吸気行程が連続せず、従って第1吸気通路11およ
び第2吸気通路12はそれぞれ吸気行程が連続しない気
筒群に独立吸気通路13を介して接続されている。この
構造により、各気筒2から独立吸気通路13および第
1,第2吸気通路11,12にわたる部分が共鳴系を構
成し、その固有振動数と各気筒2の作動に伴う圧力振動
とが対応するようなエンジン回転数(共鳴同調回転数)
で共鳴効果が高められる。
すると、図示のV型エンジンの同一バンクに属する気筒
群は吸気行程が連続せず、従って第1吸気通路11およ
び第2吸気通路12はそれぞれ吸気行程が連続しない気
筒群に独立吸気通路13を介して接続されている。この
構造により、各気筒2から独立吸気通路13および第
1,第2吸気通路11,12にわたる部分が共鳴系を構
成し、その固有振動数と各気筒2の作動に伴う圧力振動
とが対応するようなエンジン回転数(共鳴同調回転数)
で共鳴効果が高められる。
【0021】そして、上記各開閉弁24,25,26が
閉じられている状態では、気筒2から第1,第2吸気通
路11,12の合流部までの有効通路長が長いことによ
り低速側の回転数域で共鳴同調状態が得られ、この状態
から第1の連通路21の開閉弁24が開かれると一定量
だけ有効通路長が短くなり、第2の連通路22の開閉弁
25が開かれると有効通路長がさらに短くなり、第3の
連通路23の開閉弁26が開かれる有効通路長が最も短
くなって、この順に次第に共鳴同調回転数が高くになる
ように構成されている。
閉じられている状態では、気筒2から第1,第2吸気通
路11,12の合流部までの有効通路長が長いことによ
り低速側の回転数域で共鳴同調状態が得られ、この状態
から第1の連通路21の開閉弁24が開かれると一定量
だけ有効通路長が短くなり、第2の連通路22の開閉弁
25が開かれると有効通路長がさらに短くなり、第3の
連通路23の開閉弁26が開かれる有効通路長が最も短
くなって、この順に次第に共鳴同調回転数が高くになる
ように構成されている。
【0022】さらに当実施例では、各気筒2に対する独
立吸気通路13が仕切り壁を介して2つの通路13a,
13bに分けられ、そのうちの一方の通路13aに、ア
クチュエータ27により作動されてこの通路を開閉する
制御弁28が設けられている。そして、上記制御弁28
が開かれると、制御弁閉状態のときと比べ、独立吸気通
路13の通路面積が増大することにより共鳴同調回転数
が高くになるように構成されている。
立吸気通路13が仕切り壁を介して2つの通路13a,
13bに分けられ、そのうちの一方の通路13aに、ア
クチュエータ27により作動されてこの通路を開閉する
制御弁28が設けられている。そして、上記制御弁28
が開かれると、制御弁閉状態のときと比べ、独立吸気通
路13の通路面積が増大することにより共鳴同調回転数
が高くになるように構成されている。
【0023】上記各独立吸気通路13には、燃料を噴射
供給するインジェクタ29が設けられている。
供給するインジェクタ29が設けられている。
【0024】また、30はバルブタイミングの制御およ
び動的過給調整のための制御等を行なうコントロールユ
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は、エンジ
ン回転数を検出する回転数センサ31、スロットル弁の
開度を検出するスロットル開度センサ32等からの信号
を受け、これらの信号により調べられる運転状態に応
じ、バルブタイミングを制御する信号をバルブタイミン
グ可変手段15に出力するとともに、上記各連通路2
1,22,23の開閉弁24,25,26および上記通
路13aの制御弁28を作動する信号を上記開閉弁2
4,25,26および上記アクチュエータ27に出力す
るようになっている。
び動的過給調整のための制御等を行なうコントロールユ
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は、エンジ
ン回転数を検出する回転数センサ31、スロットル弁の
開度を検出するスロットル開度センサ32等からの信号
を受け、これらの信号により調べられる運転状態に応
じ、バルブタイミングを制御する信号をバルブタイミン
グ可変手段15に出力するとともに、上記各連通路2
1,22,23の開閉弁24,25,26および上記通
路13aの制御弁28を作動する信号を上記開閉弁2
4,25,26および上記アクチュエータ27に出力す
るようになっている。
【0025】上記バルブタイミング可変手段15による
吸気弁開閉タイミングの変更と、上記コントロールユニ
ット30によるバルブタイミング可変手段15の制御
は、図2および図3に示すように行なわれる。すなわ
ち、図2中のEVTは排気弁の開閉タイミング、IVT
1,IVT2は吸気弁の開閉タイミングを表しており、
この図のように、排気弁の開閉タイミングEVTは固定
であるが、吸気弁の開閉タイミングは、バルブタイミン
グ可変手段15の作動により、遅角側の第1のタイミン
グIVT1と進角側の第2のタイミングIVT2とに変
更可能となっている。第1のタイミングIVT1による
と、吸気弁開弁期間の終期に吸気通路への吸気の押し戻
しが生じて有効圧縮比が膨張比よりもかなり小さくなる
ように、吸気弁閉時期IC1が下死点BDCから所定ク
ランク角だけ遅い遅閉じとされ、排気弁との開弁オーバ
ラップOL1は比較的小さい。一方、第2のタイミング
IVT2によると、第1のタイミングIVT1と比べて
吸気弁閉時期IC2が早くなり、排気弁との開弁オーバ
ラップOL2が大きくなっている。
吸気弁開閉タイミングの変更と、上記コントロールユニ
ット30によるバルブタイミング可変手段15の制御
は、図2および図3に示すように行なわれる。すなわ
ち、図2中のEVTは排気弁の開閉タイミング、IVT
1,IVT2は吸気弁の開閉タイミングを表しており、
この図のように、排気弁の開閉タイミングEVTは固定
であるが、吸気弁の開閉タイミングは、バルブタイミン
グ可変手段15の作動により、遅角側の第1のタイミン
グIVT1と進角側の第2のタイミングIVT2とに変
更可能となっている。第1のタイミングIVT1による
と、吸気弁開弁期間の終期に吸気通路への吸気の押し戻
しが生じて有効圧縮比が膨張比よりもかなり小さくなる
ように、吸気弁閉時期IC1が下死点BDCから所定ク
ランク角だけ遅い遅閉じとされ、排気弁との開弁オーバ
ラップOL1は比較的小さい。一方、第2のタイミング
IVT2によると、第1のタイミングIVT1と比べて
吸気弁閉時期IC2が早くなり、排気弁との開弁オーバ
ラップOL2が大きくなっている。
【0026】具体例を示しておくと、排気弁は開時期が
BBDC50°CA程度(BBDCは下死点前、CAは
クランク角)、閉時期がATDC10°CA程度(AT
DCは上死点後)である。一方、吸気弁は、第1のタイ
ミングIVT1によると、開時期がBTDC4°CA程
度(BTDCは上死点前)、閉時期がABDC66°C
A程度(ABDCは下死点後)であり、第2のタイミン
グによると、開時期がBTDC34°CA程度、閉時期
がABDC36°CA程度である。そして、排気弁との
開弁オーバラップは、上記第1のタイミングによると1
4°CA程度、第2のタイミングによると44°CA程
度である。
BBDC50°CA程度(BBDCは下死点前、CAは
クランク角)、閉時期がATDC10°CA程度(AT
DCは上死点後)である。一方、吸気弁は、第1のタイ
ミングIVT1によると、開時期がBTDC4°CA程
度(BTDCは上死点前)、閉時期がABDC66°C
A程度(ABDCは下死点後)であり、第2のタイミン
グによると、開時期がBTDC34°CA程度、閉時期
がABDC36°CA程度である。そして、排気弁との
開弁オーバラップは、上記第1のタイミングによると1
4°CA程度、第2のタイミングによると44°CA程
度である。
【0027】そして、上記コントロールユニット30に
よるバルブタイミング可変手段15の制御のための領域
設定としては、図3に示すように、エンジンの低速側運
転領域では吸気弁が遅閉じつまり上記第1のタイミング
IVT1とされ、高速側運転領域では吸気弁が早閉じつ
まり上記第2のタイミングIVT2とされるようになっ
ている。
よるバルブタイミング可変手段15の制御のための領域
設定としては、図3に示すように、エンジンの低速側運
転領域では吸気弁が遅閉じつまり上記第1のタイミング
IVT1とされ、高速側運転領域では吸気弁が早閉じつ
まり上記第2のタイミングIVT2とされるようになっ
ている。
【0028】また、上記コントロールユニット30によ
る開閉弁および制御弁の制御としては、図4中に符号A
〜Eで示す各回転数域によって有効通路長等が変えら
れ、バルブタイミングの制御と関連して次のように吸気
の動的効果が調整される。
る開閉弁および制御弁の制御としては、図4中に符号A
〜Eで示す各回転数域によって有効通路長等が変えら
れ、バルブタイミングの制御と関連して次のように吸気
の動的効果が調整される。
【0029】すなわち、上記A〜Eの各回転数域のうち
で最も低速側の回転数域Aとその次の回転数域Bは、低
速側の吸気弁が遅閉じとされる領域内にあり、このうち
の回転数域Aでは上記各開閉弁24,25,26および
制御弁28が全て閉じられ、回転数域Bでは第1の連通
路21の開閉弁24が開かれる。そして、それぞれの状
態での共鳴同調回転数が上記領域A,B内に存在するよ
うに設定されている。従って、吸気弁が遅閉じとされる
領域内の複数(2つ)の回転数域A,Bで共鳴効果が生
じるように設定されている。
で最も低速側の回転数域Aとその次の回転数域Bは、低
速側の吸気弁が遅閉じとされる領域内にあり、このうち
の回転数域Aでは上記各開閉弁24,25,26および
制御弁28が全て閉じられ、回転数域Bでは第1の連通
路21の開閉弁24が開かれる。そして、それぞれの状
態での共鳴同調回転数が上記領域A,B内に存在するよ
うに設定されている。従って、吸気弁が遅閉じとされる
領域内の複数(2つ)の回転数域A,Bで共鳴効果が生
じるように設定されている。
【0030】回転数域C,D,Eは吸気弁が早閉じとさ
れる領域内にあり、このうちの回転数域Cでは第2の連
通路22の開閉弁25が開かれ、これより高回転側の回
転数域Dでは第3の連通路23の開閉弁26が開かれ、
最も高回転側の回転数域Eでは制御弁28が開かれる。
そして、それぞれの状態での共鳴同調回転数が各領域
C,D,E内に存在するように設定されている。
れる領域内にあり、このうちの回転数域Cでは第2の連
通路22の開閉弁25が開かれ、これより高回転側の回
転数域Dでは第3の連通路23の開閉弁26が開かれ、
最も高回転側の回転数域Eでは制御弁28が開かれる。
そして、それぞれの状態での共鳴同調回転数が各領域
C,D,E内に存在するように設定されている。
【0031】以上のような当実施例の装置によると、高
速側の運転領域では、吸気弁の開閉タイミングが比較的
早い第2のタイミングとされ、排気弁との開弁オーバラ
ップが大きくされる。そして、機械式過給機5による過
給状態では、吸気圧力が排気圧力よりも高くなるため、
開弁オーバラップが大きくされると、過給気によって燃
焼室内の残留排気ガスを掃気する作用が高められ、この
掃気作用により、燃焼室内が冷却されてノッキングが防
止されるとともに、残留排気ガス減少分だけ新気の充填
量が高められる。また、吸気弁閉時期が比較的早くされ
ることにより、体積効率を高める上で有利となる。
速側の運転領域では、吸気弁の開閉タイミングが比較的
早い第2のタイミングとされ、排気弁との開弁オーバラ
ップが大きくされる。そして、機械式過給機5による過
給状態では、吸気圧力が排気圧力よりも高くなるため、
開弁オーバラップが大きくされると、過給気によって燃
焼室内の残留排気ガスを掃気する作用が高められ、この
掃気作用により、燃焼室内が冷却されてノッキングが防
止されるとともに、残留排気ガス減少分だけ新気の充填
量が高められる。また、吸気弁閉時期が比較的早くされ
ることにより、体積効率を高める上で有利となる。
【0032】一方、低速側の運転領域では、吸気弁が上
記第1のタイミングIVT1で開閉作動されるようにバ
ルブタイミング可変手段15が制御され、排気弁との開
弁オーバラップが小さくされるとともに、吸気弁閉時期
が遅くされる。これにより、新気および燃料の吹き抜け
が抑制されつつ、ノッキングが防止される。
記第1のタイミングIVT1で開閉作動されるようにバ
ルブタイミング可変手段15が制御され、排気弁との開
弁オーバラップが小さくされるとともに、吸気弁閉時期
が遅くされる。これにより、新気および燃料の吹き抜け
が抑制されつつ、ノッキングが防止される。
【0033】すなわち、開弁オーバラップが高速域と同
じように大きければ、低速になるにつれて新気および燃
料の吹き抜け量が増大し、新気の充填量が低下するとと
もに燃費およびエミッションの低下を招くことになるの
で、低速域では開弁オーバラップが小さくされることに
より、新気および燃料の吹き抜けが抑制される。ただ
し、単に開弁オーバラップが小さくされて、掃気性能の
低下によりノッキングが生じ易くなるが、当実施例では
吸気弁のバルブタイミングの位相が変えられることによ
り、開弁オーバラップが小さくなるに伴って吸気弁の閉
時期が遅くなり、有効圧縮比が減少する。そして、圧縮
圧力の低下が過給により補われ、かつ過給による吸気通
路での温度上昇はインタクーラ10による冷却作用で打
ち消されつつ、気筒内での圧縮仕事による温度上昇が小
さくされることにより、ノッキングが抑制される。
じように大きければ、低速になるにつれて新気および燃
料の吹き抜け量が増大し、新気の充填量が低下するとと
もに燃費およびエミッションの低下を招くことになるの
で、低速域では開弁オーバラップが小さくされることに
より、新気および燃料の吹き抜けが抑制される。ただ
し、単に開弁オーバラップが小さくされて、掃気性能の
低下によりノッキングが生じ易くなるが、当実施例では
吸気弁のバルブタイミングの位相が変えられることによ
り、開弁オーバラップが小さくなるに伴って吸気弁の閉
時期が遅くなり、有効圧縮比が減少する。そして、圧縮
圧力の低下が過給により補われ、かつ過給による吸気通
路での温度上昇はインタクーラ10による冷却作用で打
ち消されつつ、気筒内での圧縮仕事による温度上昇が小
さくされることにより、ノッキングが抑制される。
【0034】ところで、このように吸気弁を遅閉じとし
たときは、吸気が押し戻されることにより、過給機5か
らエンジンへの過給気供給に対する抵抗が増加して、過
給圧が上昇し、過給機5の負荷が増大する。そして、過
給機5が一定速度の場合の過給圧(過給機吐出側の圧
力)と過給気流量との関係としては、図5に示すよう
に、過給圧が高くなるにつれ、過給機での空気の漏れ量
の増加により流量は減少する。従って、上記のような吸
気の押し戻しによる過給圧の上昇に伴い、充填量が減少
してトルクの低下を招く傾向がある。このトルク低下傾
向を過給機の過給能力を高めることで補おうとすると、
過給機の負荷がさらに増大する。
たときは、吸気が押し戻されることにより、過給機5か
らエンジンへの過給気供給に対する抵抗が増加して、過
給圧が上昇し、過給機5の負荷が増大する。そして、過
給機5が一定速度の場合の過給圧(過給機吐出側の圧
力)と過給気流量との関係としては、図5に示すよう
に、過給圧が高くなるにつれ、過給機での空気の漏れ量
の増加により流量は減少する。従って、上記のような吸
気の押し戻しによる過給圧の上昇に伴い、充填量が減少
してトルクの低下を招く傾向がある。このトルク低下傾
向を過給機の過給能力を高めることで補おうとすると、
過給機の負荷がさらに増大する。
【0035】このような傾向に対し、吸気弁が遅閉じと
される低速側の領域では、上記各開閉弁および制御弁の
全てが閉じられた状態とされ、あるいは第1の連通路の
開閉弁のみが開かれた状態とされることにより、共鳴効
果が得られ、この共鳴による動的過給が過給機による過
給をアシストする。これにより、図4中に示すように、
過給機の負荷が軽減されつつ、高いトルクが得られる。
される低速側の領域では、上記各開閉弁および制御弁の
全てが閉じられた状態とされ、あるいは第1の連通路の
開閉弁のみが開かれた状態とされることにより、共鳴効
果が得られ、この共鳴による動的過給が過給機による過
給をアシストする。これにより、図4中に示すように、
過給機の負荷が軽減されつつ、高いトルクが得られる。
【0036】また、高速域での掃気性能の向上のために
上記第2のタイミングによる開弁オーバラップが十分に
大きく設定されつつ、この大きな開弁オーバラップによ
ると新気や燃料の吹き抜けが問題となる領域で吸気弁を
遅閉じ(第1のタイミング)とすると、その遅閉じの領
域をある程度広くせざるを得ず、一方、吸気系が一定の
状態で共鳴効果が得られる回転数域はとくに低速側では
狭くなる。このため、仮に遅閉じの領域のうちで極低速
側の回転数域Aでのみ共鳴効果をもたせるように吸気系
が設定されていると、遅閉じの領域のうちで比較的高回
転側の回転数域Bでは逆効果により充填量の減少および
過給圧の上昇を招き、また上記回転数域Bでのみ共鳴効
果をもたせるように吸気系が設定されていると、極低速
側の回転数域Aで、遅閉じによるトルク低下傾向を補う
ことができない。
上記第2のタイミングによる開弁オーバラップが十分に
大きく設定されつつ、この大きな開弁オーバラップによ
ると新気や燃料の吹き抜けが問題となる領域で吸気弁を
遅閉じ(第1のタイミング)とすると、その遅閉じの領
域をある程度広くせざるを得ず、一方、吸気系が一定の
状態で共鳴効果が得られる回転数域はとくに低速側では
狭くなる。このため、仮に遅閉じの領域のうちで極低速
側の回転数域Aでのみ共鳴効果をもたせるように吸気系
が設定されていると、遅閉じの領域のうちで比較的高回
転側の回転数域Bでは逆効果により充填量の減少および
過給圧の上昇を招き、また上記回転数域Bでのみ共鳴効
果をもたせるように吸気系が設定されていると、極低速
側の回転数域Aで、遅閉じによるトルク低下傾向を補う
ことができない。
【0037】この点の対策として、当実施例では、図4
に示すように遅閉じの領域内でも回転数域Aと回転数域
Bとで開閉弁24が切換作動されることにより、それぞ
れ共鳴効果が得られるようになっているため、遅閉じの
領域の全体にわたり、共鳴により過給をアシストする作
用が得られる。さらに、開閉弁25,26および制御弁
28の切換により多段階に吸気通路長等が変更され、高
回転側にまでわたる各回転数域でそれぞれ動的効果が得
られ、トルクの落ち込みが防止される。
に示すように遅閉じの領域内でも回転数域Aと回転数域
Bとで開閉弁24が切換作動されることにより、それぞ
れ共鳴効果が得られるようになっているため、遅閉じの
領域の全体にわたり、共鳴により過給をアシストする作
用が得られる。さらに、開閉弁25,26および制御弁
28の切換により多段階に吸気通路長等が変更され、高
回転側にまでわたる各回転数域でそれぞれ動的効果が得
られ、トルクの落ち込みが防止される。
【0038】
【発明の効果】請求項1に記載の発明は、機械式過給機
を備えるとともに吸気弁の閉時期を可変とするバルブタ
イミング可変手段を備え、エンジン回転速度に応じて吸
気弁閉時期を所定の遅閉じとこれより早い時期とに変更
するようにしたものにおいて、吸気弁閉時期が遅閉じと
される運転領域で吸気の動的過給を生じさせる過給アシ
スト手段を設けている。このため、吸気弁閉時期が遅閉
じとされることで過給機の負荷が増大するとともに充填
量が低下する傾向が生じるときに、上記動的過給で過給
作用を助勢し、充填量を補って出力を確保しつつ、過給
機の負荷を低減してその駆動ロス少なくし、燃費を改善
することができる。
を備えるとともに吸気弁の閉時期を可変とするバルブタ
イミング可変手段を備え、エンジン回転速度に応じて吸
気弁閉時期を所定の遅閉じとこれより早い時期とに変更
するようにしたものにおいて、吸気弁閉時期が遅閉じと
される運転領域で吸気の動的過給を生じさせる過給アシ
スト手段を設けている。このため、吸気弁閉時期が遅閉
じとされることで過給機の負荷が増大するとともに充填
量が低下する傾向が生じるときに、上記動的過給で過給
作用を助勢し、充填量を補って出力を確保しつつ、過給
機の負荷を低減してその駆動ロス少なくし、燃費を改善
することができる。
【0039】この発明において、上記バルブタイミング
可変手段が、吸気弁の開閉タイミングの位相の変更によ
り、遅閉じでかつ吸・排気弁の開弁オーバラップが小さ
い第1のタイミングと、比較的早閉じでかつ吸・排気弁
の開弁オーバラップが大きい第2のタイミングとに変更
可能となっていると(請求項2)、掃気性向上等に有利
な上記第2のタイミングと、燃料等の吹き抜けを抑制し
つつ圧縮温度上昇の抑制するのに有利な上記第1のタイ
ミングとを回転速度に応じて選択することができる上
に、上記の効果が得られる。特に、エンジンの低速側運
転領域で上記第1のタイミング、エンジンの高速側運転
領域で上記第2のタイミングとするとともに、低速側運
転領域で共鳴効果を生じさせるように過給アシスト手段
を構成しておくと(請求項3)、高速側運転領域での掃
気性向上、低速側運転領域での燃料等の吹き抜け抑制お
よびノッキング防止等を図るとともに、低速域での動的
過給による過給アシストを、比較的コンパクトな吸気系
で達成することができる。
可変手段が、吸気弁の開閉タイミングの位相の変更によ
り、遅閉じでかつ吸・排気弁の開弁オーバラップが小さ
い第1のタイミングと、比較的早閉じでかつ吸・排気弁
の開弁オーバラップが大きい第2のタイミングとに変更
可能となっていると(請求項2)、掃気性向上等に有利
な上記第2のタイミングと、燃料等の吹き抜けを抑制し
つつ圧縮温度上昇の抑制するのに有利な上記第1のタイ
ミングとを回転速度に応じて選択することができる上
に、上記の効果が得られる。特に、エンジンの低速側運
転領域で上記第1のタイミング、エンジンの高速側運転
領域で上記第2のタイミングとするとともに、低速側運
転領域で共鳴効果を生じさせるように過給アシスト手段
を構成しておくと(請求項3)、高速側運転領域での掃
気性向上、低速側運転領域での燃料等の吹き抜け抑制お
よびノッキング防止等を図るとともに、低速域での動的
過給による過給アシストを、比較的コンパクトな吸気系
で達成することができる。
【0040】また、吸気の共鳴系の固有振動数を変更可
能とすることにより上記低速側運転領域内の異なる複数
の回転数域で共鳴効果を生じさせるように過給アシスト
手段を構成しておくと(請求項4)、吸気弁遅閉じとさ
れる運転領域が低速側の比較的広い範囲にわたる場合で
も、その運転領域内の極低速側から比較的高速側まで、
共鳴による過給アシスト作用を良好に得ることができ
る。
能とすることにより上記低速側運転領域内の異なる複数
の回転数域で共鳴効果を生じさせるように過給アシスト
手段を構成しておくと(請求項4)、吸気弁遅閉じとさ
れる運転領域が低速側の比較的広い範囲にわたる場合で
も、その運転領域内の極低速側から比較的高速側まで、
共鳴による過給アシスト作用を良好に得ることができ
る。
【図1】本発明の一実施例のよる吸気装置の全体構造を
示す概略図である。
示す概略図である。
【図2】吸・排気弁の開閉タイミングを示す説明図であ
る。
る。
【図3】運転領域に応じた制御状態を示す説明図であ
る。
る。
【図4】回転数域によって共鳴効果を調整したときの、
エンジン回転数と過給圧およびトルクとの関係を示す説
明図である。
エンジン回転数と過給圧およびトルクとの関係を示す説
明図である。
【図5】過給機の速度を一定としたときの過給圧と流量
との関係を示す説明図である。
との関係を示す説明図である。
1 エンジン本体 2 気筒 3 吸気通路 5 機械式過給機 15 バルブタイミング可変手段 21,22,23 連通路 24,25,26 開閉弁 30 コントロールユニット
Claims (4)
- 【請求項1】 吸気通路に機械式過給機を備えるととも
に、吸気弁の閉時期を下死点から所定クランク角だけ遅
い遅閉じとこれよりも下死点に近い早閉じとに変更可能
とするバルブタイミング可変手段を備え、かつ、少なく
とも過給域でエンジン回転速度に応じて吸気弁閉時期を
上記遅閉じと上記早閉じとに変更するようにバルブタイ
ミング可変手段を制御する制御手段を備えた機械式過給
機付エンジンの吸気装置において、吸気弁閉時期が遅閉
じとされる運転領域で吸気の動的過給を生じさせる過給
アシスト手段を設けたことを特徴とする機械式過給機付
エンジンの吸気装置。 - 【請求項2】 上記バルブタイミング可変手段は、吸気
弁の開閉タイミングの位相の変更により、吸気弁閉時期
が上記遅閉じでかつ吸・排気弁の開弁オーバラップが小
さい第1のタイミングと、吸気弁閉時期が上記早閉じで
かつ吸・排気弁の開弁オーバラップが大きい第2のタイ
ミングとに変更可能とするものである請求項1記載の機
械式過給機付エンジンの吸気装置。 - 【請求項3】 エンジンの低速側運転領域で上記第1の
タイミング、高速側運転領域で上記第2のタイミングと
するようにバルブタイミング可変手段に対する制御手段
を構成する一方、上記低速側運転領域で吸気系に共鳴効
果を生じさせるように過給アシスト手段を構成した請求
項2記載の機械式過給機付エンジンの吸気装置。 - 【請求項4】 吸気の共鳴系の固有振動数を変更可能と
することにより上記低速側運転領域内の異なる複数の回
転数域で共鳴効果を生じさせるように過給アシスト手段
を構成した請求項3記載の機械式過給機付エンジンの吸
気装置。
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