JPH06108861A - ターボ過給機付エンジン - Google Patents
ターボ過給機付エンジンInfo
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- JPH06108861A JPH06108861A JP4259779A JP25977992A JPH06108861A JP H06108861 A JPH06108861 A JP H06108861A JP 4259779 A JP4259779 A JP 4259779A JP 25977992 A JP25977992 A JP 25977992A JP H06108861 A JPH06108861 A JP H06108861A
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- JP
- Japan
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- intake
- valve
- exhaust
- turbocharger
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- Prior art date
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/01—Internal exhaust gas recirculation, i.e. wherein the residual exhaust gases are trapped in the cylinder or pushed back from the intake or the exhaust manifold into the combustion chamber without the use of additional passages
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
- F02M26/08—EGR systems specially adapted for supercharged engines for engines having two or more intake charge compressors or exhaust gas turbines, e.g. a turbocharger combined with an additional compressor
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 少なくとも低速域で吸気弁の遅閉じによるノ
ッキング抑制作用を高めた状態で、過給よるトルクアッ
プを達成し、しかも過給状態でも適度の内部ＥＧＲによ
りＮＯｘの低減を図り、かつ排気の逆流の増大を防止す
ることができる。 【構成】 過給機としてプライマリ、セカンダリの両タ
ーボ過給機５，６を備え、また吸気弁閉時期を下死点後
６５°〜１００°とし、少なくとも低速域において最大
トルクまでの範囲のうちの１／３以上を過給域が占める
ようにするとともに、吸・排気弁の開弁オーバラップを
２０°以下に設定することにより、内部ＥＧＲが得られ
るようにしつつ排気の逆流が増大しないようにする。
ッキング抑制作用を高めた状態で、過給よるトルクアッ
プを達成し、しかも過給状態でも適度の内部ＥＧＲによ
りＮＯｘの低減を図り、かつ排気の逆流の増大を防止す
ることができる。 【構成】 過給機としてプライマリ、セカンダリの両タ
ーボ過給機５，６を備え、また吸気弁閉時期を下死点後
６５°〜１００°とし、少なくとも低速域において最大
トルクまでの範囲のうちの１／３以上を過給域が占める
ようにするとともに、吸・排気弁の開弁オーバラップを
２０°以下に設定することにより、内部ＥＧＲが得られ
るようにしつつ排気の逆流が増大しないようにする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ターボ過給機とを備え
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。
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】従来から、機械式過給機やターボ過給機
によって吸気を過給することにより、吸気の充填量を増
大し、エンジンのトルクを高めるようにした過給機付エ
ンジンは一般に知られている。とくに、最近、吸気弁を
遅閉じとすることによりノッキングを抑制した状態で過
給によりトルクアップを図るようにした技術が提案され
ている。
によって吸気を過給することにより、吸気の充填量を増
大し、エンジンのトルクを高めるようにした過給機付エ
ンジンは一般に知られている。とくに、最近、吸気弁を
遅閉じとすることによりノッキングを抑制した状態で過
給によりトルクアップを図るようにした技術が提案され
ている。
【０００３】例えば特開昭６３−１９５３２５号公報に
は、過給機およびインタークーラを備えたエンジンにお
いて、エンジンの幾何学的圧縮比を８．５以上の高圧縮
比とするとともに、吸気弁の閉時期を下死点から所定値
以上遅らせることにより、熱効率を良くし、かつ膨張比
を稼ぎつつ、有効圧縮比を膨張比よりも小さくして圧縮
上死点温度を引き下げることにより、低速高負荷域等に
おけるノッキングを抑制し、この状態で、過給機の過給
作用を高めてトルクアップを図るようにした過給機付エ
ンジンが示されている。この過給機付エンジンにおい
て、過給機にはターボ過給機、機械式過給機のいずれを
用いることもできる。
は、過給機およびインタークーラを備えたエンジンにお
いて、エンジンの幾何学的圧縮比を８．５以上の高圧縮
比とするとともに、吸気弁の閉時期を下死点から所定値
以上遅らせることにより、熱効率を良くし、かつ膨張比
を稼ぎつつ、有効圧縮比を膨張比よりも小さくして圧縮
上死点温度を引き下げることにより、低速高負荷域等に
おけるノッキングを抑制し、この状態で、過給機の過給
作用を高めてトルクアップを図るようにした過給機付エ
ンジンが示されている。この過給機付エンジンにおい
て、過給機にはターボ過給機、機械式過給機のいずれを
用いることもできる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、低速高負荷
域等においてノッキング抑制作用を高めて有効にトルク
アップを図るためには、吸気弁の遅閉じの度合を大きく
することが望ましいが、このようにすると過給域が常用
運転域側へ拡大する。そして、過給機として機械式過給
機を用いた場合、過給域では吸気圧力が排気圧力より高
くなって内部ＥＧＲが得られないので、過給域が常用運
転域へ拡大すると常用運転域でのＮＯｘ増大の問題が生
じる。これと比べ、ターボ過給機を用いた場合は、過給
域でも排気圧力が高くなって内部ＥＧＲが生じるのでＮ
Ｏｘ低減の面では有利となるが、吸・排気弁の開弁オー
バラップ中に排気の逆流が増大すると、トルク的に不利
となる。
域等においてノッキング抑制作用を高めて有効にトルク
アップを図るためには、吸気弁の遅閉じの度合を大きく
することが望ましいが、このようにすると過給域が常用
運転域側へ拡大する。そして、過給機として機械式過給
機を用いた場合、過給域では吸気圧力が排気圧力より高
くなって内部ＥＧＲが得られないので、過給域が常用運
転域へ拡大すると常用運転域でのＮＯｘ増大の問題が生
じる。これと比べ、ターボ過給機を用いた場合は、過給
域でも排気圧力が高くなって内部ＥＧＲが生じるのでＮ
Ｏｘ低減の面では有利となるが、吸・排気弁の開弁オー
バラップ中に排気の逆流が増大すると、トルク的に不利
となる。
【０００５】本発明は上記の事情に鑑み、少なくとも低
速域で吸気弁の遅閉じによるノッキング抑制作用を高め
た状態で、過給よるトルクアップを有効に達成し、しか
も常用回転数域でのＮＯｘの低減を図り、かつ排気の逆
流の増大を防止することができるターボ過給機付エンジ
ンを提供することを目的とする。
速域で吸気弁の遅閉じによるノッキング抑制作用を高め
た状態で、過給よるトルクアップを有効に達成し、しか
も常用回転数域でのＮＯｘの低減を図り、かつ排気の逆
流の増大を防止することができるターボ過給機付エンジ
ンを提供することを目的とする。
【０００６】
【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、過給機を備える一方、エンジンの幾何学
的圧縮比を８．５以上とし、かつ、吸気弁閉時期を遅く
して、有効圧縮比が膨張比よりも小さくなるように設定
したエンジンにおいて、上記過給機にターボ過給機を用
い、吸気弁閉時期を下死点後６５°〜１００°とし、少
なくとも低速域においてトルク０から最大トルクまでの
範囲のうちの１／３以上を過給域が占めるように設定す
るとともに、吸・排気弁の開弁オーバラップを２０°以
下に設定したものである。
に、本発明は、過給機を備える一方、エンジンの幾何学
的圧縮比を８．５以上とし、かつ、吸気弁閉時期を遅く
して、有効圧縮比が膨張比よりも小さくなるように設定
したエンジンにおいて、上記過給機にターボ過給機を用
い、吸気弁閉時期を下死点後６５°〜１００°とし、少
なくとも低速域においてトルク０から最大トルクまでの
範囲のうちの１／３以上を過給域が占めるように設定す
るとともに、吸・排気弁の開弁オーバラップを２０°以
下に設定したものである。
【０００７】このターボ過給機付エンジンにおいて、少
なくとも低速域で作動する低速用ターボ過給機と、高速
域で作動する高速用ターボ過給機とを備えることが好ま
しい。
なくとも低速域で作動する低速用ターボ過給機と、高速
域で作動する高速用ターボ過給機とを備えることが好ま
しい。
【０００８】また、吸・排気弁の開弁オーバラップを、
高速域では低速域と比べて大きくすることが好ましい。
高速域では低速域と比べて大きくすることが好ましい。
【０００９】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リフトを基準としたもので
あって、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、吸気弁がリフト量０mmから開き始める時点
と排気弁がリフト量０mmまで閉じる時点との間を開弁オ
ーバラップとしている。
び開弁オーバラップは、０mmリフトを基準としたもので
あって、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、吸気弁がリフト量０mmから開き始める時点
と排気弁がリフト量０mmまで閉じる時点との間を開弁オ
ーバラップとしている。
【００１０】
【作用】本発明のターボ過給機付エンジンによると、幾
何学的圧縮比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、吸気弁閉時期が大
きく遅らされることで有効圧縮比が適度に下げられ、こ
れによりノッキングが抑制されつつ、過給によるトルク
アップが図られる。そして、少なくとも低速域で、上記
のような状態とされることで過給域が常用運転域まで拡
大されるが、ターボ過給機が用いられていることにより
過給域でも内部ＥＧＲが得られ、かつ、排気の逆流が増
大しないように吸・排気弁の開弁オーバラップが調整さ
れる。
何学的圧縮比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、吸気弁閉時期が大
きく遅らされることで有効圧縮比が適度に下げられ、こ
れによりノッキングが抑制されつつ、過給によるトルク
アップが図られる。そして、少なくとも低速域で、上記
のような状態とされることで過給域が常用運転域まで拡
大されるが、ターボ過給機が用いられていることにより
過給域でも内部ＥＧＲが得られ、かつ、排気の逆流が増
大しないように吸・排気弁の開弁オーバラップが調整さ
れる。
【００１１】ターボ過給機として低速用と高速用の両タ
ーボ過給機が用いられると、低速域での過給レスポンス
が高められることにより、上記作用が良好に発揮され
る。
ーボ過給機が用いられると、低速域での過給レスポンス
が高められることにより、上記作用が良好に発揮され
る。
【００１２】吸・排気弁の開弁オーバラップを低速域と
比べて高速域で大きくすると、高速域でのトルクアップ
等に有利となる。
比べて高速域で大きくすると、高速域でのトルクアップ
等に有利となる。
【００１３】
【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ターボ過給機付エンジン
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８．５以上の
高圧縮比となっている。このエンジン本体１に対し、吸
気通路３および排気通路４が配設されるとともに、ター
ボ過給機が設けられている。とくに当実施例では、少な
くとも低速域で作動するプライマリターボ過給機（低速
用ターボ過給機）５と、高速域で作動するセカンダリタ
ーボ過給機（高速用ターボ過給機）６とが設けられてい
る。上記各ターボ過給機５，６は、それぞれ、吸気通路
中のコンプレッサ５ａ，６ａと排気通路中のタービン５
ｂ，６ｂとを有し、排気ガスによるタービン５ｂ，６ｂ
の駆動に伴ってコンプレッサ５ａ，６ａが回転すること
により吸気を過給するものである。上記プライマリター
ボ過給機５には、低速域での過給レスポンスの高いもの
が用いられている。そして、低速域ではプライマリター
ボ過給機５のみ作動され、高速域では両ターボ過給機
５，６が作動されるようになっている。
図１は本発明の一実施例によるターボ過給機付エンジン
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８．５以上の
高圧縮比となっている。このエンジン本体１に対し、吸
気通路３および排気通路４が配設されるとともに、ター
ボ過給機が設けられている。とくに当実施例では、少な
くとも低速域で作動するプライマリターボ過給機（低速
用ターボ過給機）５と、高速域で作動するセカンダリタ
ーボ過給機（高速用ターボ過給機）６とが設けられてい
る。上記各ターボ過給機５，６は、それぞれ、吸気通路
中のコンプレッサ５ａ，６ａと排気通路中のタービン５
ｂ，６ｂとを有し、排気ガスによるタービン５ｂ，６ｂ
の駆動に伴ってコンプレッサ５ａ，６ａが回転すること
により吸気を過給するものである。上記プライマリター
ボ過給機５には、低速域での過給レスポンスの高いもの
が用いられている。そして、低速域ではプライマリター
ボ過給機５のみ作動され、高速域では両ターボ過給機
５，６が作動されるようになっている。
【００１４】すなわち、吸気通路３の上流側部分には、
プライマリターボ過給機５のコンプレッサ５ａを通るプ
ライマリ吸気通路７と、セカンダリターボ過給機６のコ
ンプレッサ６ａを通るセカンダリ吸気通路８とが形成さ
れ、これらの吸気通路７，８はコンプレッサ５ａ，６ａ
の下流で合流している。この合流部より下流の吸気通路
３にインタークーラ９およびスロットル弁１０が介設さ
れ、さらにその下流に、気筒別の独立吸気通路１２を有
する吸気マニホールド１１が形成されている。一方、排
気通路４には、排気マニホールド１３の下流に、プライ
マリターボ過給機５のタービン５ｂに排気を導くプライ
マリ排気通路１４と、セカンダリターボ過給機６のター
ビン６ｂに排気を導くセカンダリ排気通路１５とが並列
的に形成され、これらの排気通路１４，１５はタービン
５ｂ，６ｂの下流で合流している。
プライマリターボ過給機５のコンプレッサ５ａを通るプ
ライマリ吸気通路７と、セカンダリターボ過給機６のコ
ンプレッサ６ａを通るセカンダリ吸気通路８とが形成さ
れ、これらの吸気通路７，８はコンプレッサ５ａ，６ａ
の下流で合流している。この合流部より下流の吸気通路
３にインタークーラ９およびスロットル弁１０が介設さ
れ、さらにその下流に、気筒別の独立吸気通路１２を有
する吸気マニホールド１１が形成されている。一方、排
気通路４には、排気マニホールド１３の下流に、プライ
マリターボ過給機５のタービン５ｂに排気を導くプライ
マリ排気通路１４と、セカンダリターボ過給機６のター
ビン６ｂに排気を導くセカンダリ排気通路１５とが並列
的に形成され、これらの排気通路１４，１５はタービン
５ｂ，６ｂの下流で合流している。
【００１５】上記セカンダリ吸気通路８およびセカンダ
リ排気通路１５にはそれぞれシャッター弁１６，１７が
設けられ、これらのシャッター弁１６，１７は後記コン
トロールユニット３０により図外の駆動手段により作動
される。そして、低速域では、シャッター弁１６，１７
が閉じられることにより、セカンダリターボ過給機６が
停止されてプライマリターボ過給機５のみ作動され、高
速域では、上記シャッター弁１６，１７が開かれること
により、両ターボ過給機５，６が作動される。１８はタ
ービン５ｂをバイパスするウエストゲート通路、１９は
過給圧が所定値以上のときにこのウエストゲート通路１
８を開いて過給圧を調整するウエストゲートバルブであ
る。
リ排気通路１５にはそれぞれシャッター弁１６，１７が
設けられ、これらのシャッター弁１６，１７は後記コン
トロールユニット３０により図外の駆動手段により作動
される。そして、低速域では、シャッター弁１６，１７
が閉じられることにより、セカンダリターボ過給機６が
停止されてプライマリターボ過給機５のみ作動され、高
速域では、上記シャッター弁１６，１７が開かれること
により、両ターボ過給機５，６が作動される。１８はタ
ービン５ｂをバイパスするウエストゲート通路、１９は
過給圧が所定値以上のときにこのウエストゲート通路１
８を開いて過給圧を調整するウエストゲートバルブであ
る。
【００１６】上記吸気マニホールド１１の各独立吸気通
路１２の下流側には、燃焼室に開口する吸気ポートが形
成されている。当実施例では、燃焼室に対して第１，第
２の２つの吸気ポート２１，２２が形成され、独立吸気
通路１２がこれらの吸気ポート２１，２２に連なる第１
通路１２ａと第２通路１２ｂとに分けられている。上記
両吸気ポート２１，２２にはそれぞれ吸気弁２３，２４
が設けられている。また、上記第２通路に１２ｂ、アク
チュエータ２６により作動されてこの通路１２ｂを開閉
する開閉弁２５が設けられている。
路１２の下流側には、燃焼室に開口する吸気ポートが形
成されている。当実施例では、燃焼室に対して第１，第
２の２つの吸気ポート２１，２２が形成され、独立吸気
通路１２がこれらの吸気ポート２１，２２に連なる第１
通路１２ａと第２通路１２ｂとに分けられている。上記
両吸気ポート２１，２２にはそれぞれ吸気弁２３，２４
が設けられている。また、上記第２通路に１２ｂ、アク
チュエータ２６により作動されてこの通路１２ｂを開閉
する開閉弁２５が設けられている。
【００１７】なお、吸気ポート近傍の独立吸気通路１２
には、燃料を噴射供給するインジェクタ２７が設けられ
ている。また、燃焼室には、上記各吸気ポート２１，２
２とともに排気ポート２８が開口し、この排気ポート２
８に排気弁２９が設けられている。
には、燃料を噴射供給するインジェクタ２７が設けられ
ている。また、燃焼室には、上記各吸気ポート２１，２
２とともに排気ポート２８が開口し、この排気ポート２
８に排気弁２９が設けられている。
【００１８】３０は制御手段としてのコントロールユニ
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、スロッ
トル弁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。そしてコントロールユニット３０は、上記各センサ
によって検出される運転状態に応じ、上記各シャッター
弁１６，１７を開閉作動する信号を出力することによ
り、過給機作動状態をプライマリターボ過給機５のみ作
動する状態と両ターボ過給機５，６が作動する状態とに
切換えるとともに、上記開閉弁２５のアクチュエータ２
６に制御信号を出力して、低速域では開閉弁２５を閉
じ、高速域では開閉弁２５を開くようにしている。
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、スロッ
トル弁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。そしてコントロールユニット３０は、上記各センサ
によって検出される運転状態に応じ、上記各シャッター
弁１６，１７を開閉作動する信号を出力することによ
り、過給機作動状態をプライマリターボ過給機５のみ作
動する状態と両ターボ過給機５，６が作動する状態とに
切換えるとともに、上記開閉弁２５のアクチュエータ２
６に制御信号を出力して、低速域では開閉弁２５を閉
じ、高速域では開閉弁２５を開くようにしている。
【００１９】図２は、上記第１吸気弁および第２吸気弁
２３，２４の各バルブリフト特性ＩＶＬ１，ＩＶＬ２を
排気弁のバルブリフト特性ＥＶＬとともに示し、この図
のように、両吸気弁２３，２４のバルブリフト特性は互
いに異なっている。上記第１吸気弁２３のバルブリフト
特性ＩＶＬ１は、吸気弁閉時期ＩＣがＢＤＣ（下死点
後）６０°〜１００°の範囲内で、かつ排気弁２９との
開弁オーバラップＯＬ１が２０°以下となるように設定
されている。上記第２吸気弁２４のバルブリフト特性Ｉ
ＶＬ２は、第１吸気弁２３のバルブリフト特性ＩＶＬ１
と比べ、吸気弁開時期が早くされることによって排気弁
２９との開弁オーバラップＯＬ２が大きく、例えば３５
°程度に設定されている。
２３，２４の各バルブリフト特性ＩＶＬ１，ＩＶＬ２を
排気弁のバルブリフト特性ＥＶＬとともに示し、この図
のように、両吸気弁２３，２４のバルブリフト特性は互
いに異なっている。上記第１吸気弁２３のバルブリフト
特性ＩＶＬ１は、吸気弁閉時期ＩＣがＢＤＣ（下死点
後）６０°〜１００°の範囲内で、かつ排気弁２９との
開弁オーバラップＯＬ１が２０°以下となるように設定
されている。上記第２吸気弁２４のバルブリフト特性Ｉ
ＶＬ２は、第１吸気弁２３のバルブリフト特性ＩＶＬ１
と比べ、吸気弁開時期が早くされることによって排気弁
２９との開弁オーバラップＯＬ２が大きく、例えば３５
°程度に設定されている。
【００２０】そして、上記のような開閉弁２５の制御に
より、開閉弁２５が閉じられる低速域では、吸気弁閉時
期および開弁オーバラップが実質的に上記第１吸気弁２
３のバルブリフト特性ＩＶＬ１によるものとなり、開閉
弁２５が開かれる高速域では、実質的に開弁オーバラッ
プが上記第２吸気弁２４のバルブリフト特性ＩＶＬ２に
よる値にまで大きくされるようになっている。
より、開閉弁２５が閉じられる低速域では、吸気弁閉時
期および開弁オーバラップが実質的に上記第１吸気弁２
３のバルブリフト特性ＩＶＬ１によるものとなり、開閉
弁２５が開かれる高速域では、実質的に開弁オーバラッ
プが上記第２吸気弁２４のバルブリフト特性ＩＶＬ２に
よる値にまで大きくされるようになっている。
【００２１】このような当実施例のターボ過給機付エン
ジンの作用を、図３乃至図６を参照しつつ次に説明す
る。
ジンの作用を、図３乃至図６を参照しつつ次に説明す
る。
【００２２】幾何学的圧縮比が８．５以上の高圧縮比と
されると熱効率が高められ、またこのような高圧縮比と
された上で吸気弁の閉時期が下死点から大きく遅らされ
ることにより、上記幾何学的圧縮比に相当する膨張比は
稼がれつつ、これと比べて有効圧縮比が小さくなり、気
筒内での圧縮仕事が減少するので圧縮上死点温度が引き
下げられる。これによってノッキングが抑制される。そ
してこのような吸気弁遅閉じ状態とされることにより吸
気の吹き戻しが生じても、ターボ過給機による過給作用
を高めることで充填量を増加させることができるので、
ノッキングが抑制されれば、ノッキングにより制限され
ていた最大トルクが高められる。
されると熱効率が高められ、またこのような高圧縮比と
された上で吸気弁の閉時期が下死点から大きく遅らされ
ることにより、上記幾何学的圧縮比に相当する膨張比は
稼がれつつ、これと比べて有効圧縮比が小さくなり、気
筒内での圧縮仕事が減少するので圧縮上死点温度が引き
下げられる。これによってノッキングが抑制される。そ
してこのような吸気弁遅閉じ状態とされることにより吸
気の吹き戻しが生じても、ターボ過給機による過給作用
を高めることで充填量を増加させることができるので、
ノッキングが抑制されれば、ノッキングにより制限され
ていた最大トルクが高められる。
【００２３】このような作用から、最大トルク時と吸気
圧力０mmHgのときとにおける平均有効圧力Ｐｅが、吸気
弁閉時期によって図３に示すように変化する。つまり、
吸気弁閉時期が遅くなるにつれ、上記作用で最大トルク
は高くなる一方、部分負荷域では吸気の吹き戻しによる
充填量の低下が過給により補われるので過給域の下限
（０mmHgのライン）は低負荷側に下がる。従って、吸気
弁閉時期の遅れが大きくなるほど過給域が広がる。トル
クアップのため吸気弁閉時期をＡＢＤＣ６５°以上に遅
く設定すると、上記過給域が最大トルクまでの全域のう
ちの１／３以上に大きくなる。なお、吸気弁閉時期がＡ
ＢＤＣ１００°よりも遅れると、圧縮上死点温度が始動
限界を下回って始動困難となる。
圧力０mmHgのときとにおける平均有効圧力Ｐｅが、吸気
弁閉時期によって図３に示すように変化する。つまり、
吸気弁閉時期が遅くなるにつれ、上記作用で最大トルク
は高くなる一方、部分負荷域では吸気の吹き戻しによる
充填量の低下が過給により補われるので過給域の下限
（０mmHgのライン）は低負荷側に下がる。従って、吸気
弁閉時期の遅れが大きくなるほど過給域が広がる。トル
クアップのため吸気弁閉時期をＡＢＤＣ６５°以上に遅
く設定すると、上記過給域が最大トルクまでの全域のう
ちの１／３以上に大きくなる。なお、吸気弁閉時期がＡ
ＢＤＣ１００°よりも遅れると、圧縮上死点温度が始動
限界を下回って始動困難となる。
【００２４】図４は、横軸をエンジン回転数、縦軸をト
ルクとして、上記のような設定とした場合につき、吸気
圧力０mmHg以上の過給領域を斜線を付して示している。
この図において、Ａは４速定常走行のラインである。
ルクとして、上記のような設定とした場合につき、吸気
圧力０mmHg以上の過給領域を斜線を付して示している。
この図において、Ａは４速定常走行のラインである。
【００２５】この図のように、少なくとも低速域におい
て、トルクが０から最大トルクまでの範囲をＴ、吸気圧
力０mmHgから最大トルクまでの過給域の範囲をＴｃとす
ると、上記のように吸気弁閉時期が十分に遅らされるこ
とでＴｃ＞(１／３)×Ｔとなるように設定され、過給域
は常用運転域にまで拡大している。
て、トルクが０から最大トルクまでの範囲をＴ、吸気圧
力０mmHgから最大トルクまでの過給域の範囲をＴｃとす
ると、上記のように吸気弁閉時期が十分に遅らされるこ
とでＴｃ＞(１／３)×Ｔとなるように設定され、過給域
は常用運転域にまで拡大している。
【００２６】そして、このように過給領域は広がるが、
過給機としてターボ過給機５，６が用いられることによ
り、常用運転域でのＮＯｘ低減作用が有効に得られる。
つまり、機械式過給機であれば、過給域になると排気圧
力より吸気圧力が高くなって内部ＥＧＲが得られない
が、ターボ過給機を用いると、過給域でも排気圧力が高
くなることで内部ＥＧＲが得られる。このため、過給域
が常用運転域まで広がっても、その常用運転域で内部Ｅ
ＧＲによるＮＯｘ低減作用が確保されることとなる。
過給機としてターボ過給機５，６が用いられることによ
り、常用運転域でのＮＯｘ低減作用が有効に得られる。
つまり、機械式過給機であれば、過給域になると排気圧
力より吸気圧力が高くなって内部ＥＧＲが得られない
が、ターボ過給機を用いると、過給域でも排気圧力が高
くなることで内部ＥＧＲが得られる。このため、過給域
が常用運転域まで広がっても、その常用運転域で内部Ｅ
ＧＲによるＮＯｘ低減作用が確保されることとなる。
【００２７】また、低速域では吸・排気弁の開弁オーバ
ラップが２０°以下に小さくされ、一方、高速域では吸
・排気弁の開弁オーバラップが低速域と比べて大きくさ
れることにより、後に実験データに基づいて説明するよ
うに、排気ガス逆流抑制作用等でトルクが高められる。
ラップが２０°以下に小さくされ、一方、高速域では吸
・排気弁の開弁オーバラップが低速域と比べて大きくさ
れることにより、後に実験データに基づいて説明するよ
うに、排気ガス逆流抑制作用等でトルクが高められる。
【００２８】さらに当実施例では、プライマリ，セカン
ダリの両ターボ過給機５，６を有して、低速域ではプラ
イマリターボ過給機５のみ作動することにより過給レス
ポンスが高められるようにしているので、低速高負荷の
領域で十分に過給性能が得られ、上記のように吸気弁遅
閉じによりノッキングを抑制しつつ過給によりトルクア
ップを図る作用が、有効に達成される。
ダリの両ターボ過給機５，６を有して、低速域ではプラ
イマリターボ過給機５のみ作動することにより過給レス
ポンスが高められるようにしているので、低速高負荷の
領域で十分に過給性能が得られ、上記のように吸気弁遅
閉じによりノッキングを抑制しつつ過給によりトルクア
ップを図る作用が、有効に達成される。
【００２９】図５は、ＮＯｘ抑制、トルクアップ等の作
用を満足する吸気弁閉時期および開弁オーバラップの設
定範囲を示しており、この図中の斜線部分が低速域での
設定範囲であり、既に述べたように、図３に示すような
過給領域を確保してトルクアップを図る一方、始動性を
満足するために、吸気弁閉時期がＡＢＤＣ６５°〜１０
０°の範囲とされ、また排気ガス逆流抑制のため開弁オ
ーバラップが２０°以下とされる。そして、高速域で
は、開弁オーバラップが３５°程度までの範囲で大きく
される。
用を満足する吸気弁閉時期および開弁オーバラップの設
定範囲を示しており、この図中の斜線部分が低速域での
設定範囲であり、既に述べたように、図３に示すような
過給領域を確保してトルクアップを図る一方、始動性を
満足するために、吸気弁閉時期がＡＢＤＣ６５°〜１０
０°の範囲とされ、また排気ガス逆流抑制のため開弁オ
ーバラップが２０°以下とされる。そして、高速域で
は、開弁オーバラップが３５°程度までの範囲で大きく
される。
【００３０】図６は、有効平均圧力および過給圧とエン
ジン回転数との関係を、吸・排気弁の開弁オーバラップ
を変更した２例について示している。この図において、
実線でつないだ第１例の実験データは、吸気弁開時期を
ＢＴＤＣ３０°、吸気弁閉時期をＡＢＤＣ６０°、排気
弁開時期をＢＢＤＣ５５°、排気弁閉時期をＡＴＤＣ５
°とすることにより、開弁オーバラップを３５°とした
場合のものである。また、一点鎖線でつないだ第２例の
実験データは、排気弁開閉時期は第１例と同じで、吸気
弁開時期をＢＴＤＣ１５°、吸気弁閉時期をＡＢＤＣ６
５°とすることにより、開弁オーバラップを３５°とし
た場合のものである。
ジン回転数との関係を、吸・排気弁の開弁オーバラップ
を変更した２例について示している。この図において、
実線でつないだ第１例の実験データは、吸気弁開時期を
ＢＴＤＣ３０°、吸気弁閉時期をＡＢＤＣ６０°、排気
弁開時期をＢＢＤＣ５５°、排気弁閉時期をＡＴＤＣ５
°とすることにより、開弁オーバラップを３５°とした
場合のものである。また、一点鎖線でつないだ第２例の
実験データは、排気弁開閉時期は第１例と同じで、吸気
弁開時期をＢＴＤＣ１５°、吸気弁閉時期をＡＢＤＣ６
５°とすることにより、開弁オーバラップを３５°とし
た場合のものである。
【００３１】このデータに示されるように、低速域で
は、上記第１例のように開弁オーバラップを大きくする
と排気ガスの逆流が増大することでトルクが低下し、第
２例のように開弁オーバラップを２０°程度に小さくす
る方がトルクが高められる。また、エンジン回転数が２
０００ｒｐｍ程度以上の高速側になると、吸気流の慣性
の影響等で開弁オーバラップを３５°程度にまで大きく
する方がトルクが高められることとなる。
は、上記第１例のように開弁オーバラップを大きくする
と排気ガスの逆流が増大することでトルクが低下し、第
２例のように開弁オーバラップを２０°程度に小さくす
る方がトルクが高められる。また、エンジン回転数が２
０００ｒｐｍ程度以上の高速側になると、吸気流の慣性
の影響等で開弁オーバラップを３５°程度にまで大きく
する方がトルクが高められることとなる。
【００３２】
【発明の効果】請求項１に記載の発明の過給機付エンジ
ンは、幾何学的圧縮比を８．５以上の高圧縮比とし、過
給機にターボ過給機を用い、吸気弁閉時期を下死点後６
５°〜１００°とし、少なくとも低速域において最大ト
ルクまでの範囲のうちの１／３以上を過給域が占めるよ
うにするとともに、吸・排気弁の開弁オーバラップを２
０°以下に設定しているため、膨張比に対して有効圧縮
比が小さくされて圧縮上死点温度が引き下げられること
によりノッキングが抑制されつつ、過給によるトルクア
ップが図られ、またこれによって過給域が常用運転域ま
で拡大されるが、この領域でも適度に内部ＥＧＲが得ら
れることにより、ＮＯｘを低減することができる。しか
も、排気の逆流が増大しないように吸・排気弁の開弁オ
ーバラップが調整され、低速域でのトルクアップが有効
に達成される。
ンは、幾何学的圧縮比を８．５以上の高圧縮比とし、過
給機にターボ過給機を用い、吸気弁閉時期を下死点後６
５°〜１００°とし、少なくとも低速域において最大ト
ルクまでの範囲のうちの１／３以上を過給域が占めるよ
うにするとともに、吸・排気弁の開弁オーバラップを２
０°以下に設定しているため、膨張比に対して有効圧縮
比が小さくされて圧縮上死点温度が引き下げられること
によりノッキングが抑制されつつ、過給によるトルクア
ップが図られ、またこれによって過給域が常用運転域ま
で拡大されるが、この領域でも適度に内部ＥＧＲが得ら
れることにより、ＮＯｘを低減することができる。しか
も、排気の逆流が増大しないように吸・排気弁の開弁オ
ーバラップが調整され、低速域でのトルクアップが有効
に達成される。
【００３３】この発明において、ターボ過給機として少
なくとも低速域での作動する低速用ターボ過給機と、高
速域で作動する高速用ターボ過給機とを備えると（請求
項２）、低速域での過給レスポンスが高められることに
より、上記のように低速域でノッキングを抑制しつつト
ルクアップを図る等の効果が、有効に発揮される。
なくとも低速域での作動する低速用ターボ過給機と、高
速域で作動する高速用ターボ過給機とを備えると（請求
項２）、低速域での過給レスポンスが高められることに
より、上記のように低速域でノッキングを抑制しつつト
ルクアップを図る等の効果が、有効に発揮される。
【００３４】また、吸・排気のオーバラップを、高速域
では低速域と比べて大きくすると（請求項３）、上記効
果に加え、吸気流の慣性等の影響で高速域でのトルクが
高められる。
では低速域と比べて大きくすると（請求項３）、上記効
果に加え、吸気流の慣性等の影響で高速域でのトルクが
高められる。
【図１】本発明の一実施例のよるターボ過給機付エンジ
ンの全体構造を示す概略図である。
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説明図である。
【図３】吸気弁閉時期と平均有効圧力との関係を示す図
である。
である。
【図４】バルブタイミングの制御および過給状態の制御
のマップを示す図である。
のマップを示す図である。
【図５】吸気弁閉時期および開弁オーバラップの範囲を
示す図である。
示す図である。
【図６】平均有効圧力および過給圧の、エンジン回転数
に応じた変化を、２種類のバルブタイミングについて調
べたデータを示すグラフである。
に応じた変化を、２種類のバルブタイミングについて調
べたデータを示すグラフである。
１ エンジン本体 ３ 吸気通路 ４ 排気通路 ５ プライマリターボ過給機 ６ セカンダリターボ過給機 ２３，２４ 吸気弁 ３０ コントロールユニット（制御手段）
Claims (3)
- 【請求項１】 過給機を備える一方、エンジンの幾何学
的圧縮比を８．５以上とし、かつ、吸気弁閉時期を遅く
して、有効圧縮比が膨張比よりも小さくなるように設定
したエンジンにおいて、上記過給機にターボ過給機を用
い、吸気弁閉時期を下死点後６５°〜１００°とし、少
なくとも低速域においてトルク０から最大トルクまでの
範囲のうちの１／３以上を過給域が占めるように設定す
るとともに、吸・排気弁の開弁オーバラップを２０°以
下に設定したことを特徴とするターボ過給機付エンジ
ン。 - 【請求項２】 少なくとも低速域で作動する低速用ター
ボ過給機と、高速域で作動する高速用ターボ過給機とを
備えた請求項１記載のターボ過給機付エンジン。 - 【請求項３】 吸・排気弁の開弁オーバラップを、高速
域では低速域と比べて大きくした請求項１または２記載
のターボ過給機付エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25977992A JP3551436B2 (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | ターボ過給機付エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25977992A JP3551436B2 (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | ターボ過給機付エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06108861A true JPH06108861A (ja) | 1994-04-19 |
| JP3551436B2 JP3551436B2 (ja) | 2004-08-04 |
Family
ID=17338862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25977992A Expired - Lifetime JP3551436B2 (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | ターボ過給機付エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3551436B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008280873A (ja) * | 2007-05-09 | 2008-11-20 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関 |
| JP2010138775A (ja) * | 2008-12-11 | 2010-06-24 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の制御装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6252167B2 (ja) | 2013-12-26 | 2017-12-27 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
-
1992
- 1992-09-29 JP JP25977992A patent/JP3551436B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008280873A (ja) * | 2007-05-09 | 2008-11-20 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関 |
| JP2010138775A (ja) * | 2008-12-11 | 2010-06-24 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3551436B2 (ja) | 2004-08-04 |
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