JPH06229326A - 過給機付エンジン - Google Patents
過給機付エンジンInfo
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- JPH06229326A JPH06229326A JP5016477A JP1647793A JPH06229326A JP H06229326 A JPH06229326 A JP H06229326A JP 5016477 A JP5016477 A JP 5016477A JP 1647793 A JP1647793 A JP 1647793A JP H06229326 A JPH06229326 A JP H06229326A
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- engine
- egr
- intake
- cylinder bore
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- 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
- F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
- F02M26/17—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the intake system
- F02M26/20—Feeding recirculated exhaust gases directly into the combustion chambers or into the intake runners
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02M26/03—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single mechanically or electrically driven intake charge compressor
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- F02M26/23—Layout, e.g. schematics
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 吸気２弁を有する過給機付エンジンにおい
て、耐ノック性を高めるとともに、高過給状態での高速
高負荷時の排気温度の上昇を、ＥＧＲガスにより効果的
に抑制する。 【構成】 ２つの吸気弁を有するとともに、吸気通路１
０に過給機１７を備えたエンジンにおいて、シリンダボ
ア径を５０mm乃至７０mm、単室容積を１５０cc乃至４０
０cc、ピストンストロークとシリンダボア径との比を１
より大とするとともに、ＥＧＲガスを冷却してエンジン
に供給するＥＧＲ通路２２を設け、エンジンの機械的圧
縮比εとＥＧＲ率Ｒ（％）との関係を次のように設定し
ている。 Ｒ≧（９−ε）・３
て、耐ノック性を高めるとともに、高過給状態での高速
高負荷時の排気温度の上昇を、ＥＧＲガスにより効果的
に抑制する。 【構成】 ２つの吸気弁を有するとともに、吸気通路１
０に過給機１７を備えたエンジンにおいて、シリンダボ
ア径を５０mm乃至７０mm、単室容積を１５０cc乃至４０
０cc、ピストンストロークとシリンダボア径との比を１
より大とするとともに、ＥＧＲガスを冷却してエンジン
に供給するＥＧＲ通路２２を設け、エンジンの機械的圧
縮比εとＥＧＲ率Ｒ（％）との関係を次のように設定し
ている。 Ｒ≧（９−ε）・３
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、１つの気筒に２つ以上
の吸気弁を設けるとともに吸気通路に過給機を設けた過
給機付エンジンに関するものである。
の吸気弁を設けるとともに吸気通路に過給機を設けた過
給機付エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、吸気通路に過給機を設けるこ
とにより、充填効率を高め、トルクアップを図るように
したエンジンは広く知られている。このように過給によ
り充填効率を高める場合に、低回転高負荷領域でノッキ
ングが生じやすくなるとともに、高回転高負荷域で排気
温度が上昇し易くなり、このノッキングや排気温度上昇
を避けるという制約のため、充填効率の向上が妨げられ
易い。
とにより、充填効率を高め、トルクアップを図るように
したエンジンは広く知られている。このように過給によ
り充填効率を高める場合に、低回転高負荷領域でノッキ
ングが生じやすくなるとともに、高回転高負荷域で排気
温度が上昇し易くなり、このノッキングや排気温度上昇
を避けるという制約のため、充填効率の向上が妨げられ
易い。
【０００３】このような問題に対し、過給機付エンジン
においてノッキングの防止を図るものとしては、例えば
特開平２−１１９６２０号公報に示されるように、吸気
弁閉時期を遅らせ、または吸・排気弁の開弁期間のオー
バラップ量を大きくする技術が知られている。つまり、
吸気弁閉時期を下死点より大きく遅らせると、有効圧縮
比が減少し、圧縮仕事による温度上昇が抑制されること
により耐ノック性が高められる。また、吸・排気弁の開
弁期間のオーバラップ量を大きく設定すると、掃気性が
高められて残留排気ガスの減少により耐ノック性が高め
られる。
においてノッキングの防止を図るものとしては、例えば
特開平２−１１９６２０号公報に示されるように、吸気
弁閉時期を遅らせ、または吸・排気弁の開弁期間のオー
バラップ量を大きくする技術が知られている。つまり、
吸気弁閉時期を下死点より大きく遅らせると、有効圧縮
比が減少し、圧縮仕事による温度上昇が抑制されること
により耐ノック性が高められる。また、吸・排気弁の開
弁期間のオーバラップ量を大きく設定すると、掃気性が
高められて残留排気ガスの減少により耐ノック性が高め
られる。
【０００４】また、過給機付エンジンにおいて排気温度
上昇の抑制を図るものとしては、例えば特開平３−２３
３２７号公報に示されるように、過給域で空燃比をリー
ンにするもの等がある。
上昇の抑制を図るものとしては、例えば特開平３−２３
３２７号公報に示されるように、過給域で空燃比をリー
ンにするもの等がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ノッキング抑制のため
には、上記のようなもののほかに、シリンダボア径を小
さくして火炎伝播距離を短縮することが考えられるが、
この場合、エンジンの信頼性や性能上の要求等との関連
性について充分に解明されていない。
には、上記のようなもののほかに、シリンダボア径を小
さくして火炎伝播距離を短縮することが考えられるが、
この場合、エンジンの信頼性や性能上の要求等との関連
性について充分に解明されていない。
【０００６】また、排気温度を抑制する手法としては、
上記のように空燃比をリーンにするもののほかに、空燃
比を出力上の必要以上にリッチにするもの、圧縮比を高
めるもの等がある。しかし、空燃比をリーンにすると出
力的に不利になり、空燃比を必要以上にリッチにすると
燃費的に不利になり、圧縮比を高めると耐ノック性の面
で不利になる。
上記のように空燃比をリーンにするもののほかに、空燃
比を出力上の必要以上にリッチにするもの、圧縮比を高
めるもの等がある。しかし、空燃比をリーンにすると出
力的に不利になり、空燃比を必要以上にリッチにすると
燃費的に不利になり、圧縮比を高めると耐ノック性の面
で不利になる。
【０００７】なお、特開昭６０−２３７１５３号公報に
は、過給機付エンジンにおいて、過給域でＥＧＲを行う
ことができるようにした装置が示されているが、この装
置はＮＯｘ低減のためにＥＧＲを行っているだけであ
り、耐ノック性や排気温度については考慮されていな
い。
は、過給機付エンジンにおいて、過給域でＥＧＲを行う
ことができるようにした装置が示されているが、この装
置はＮＯｘ低減のためにＥＧＲを行っているだけであ
り、耐ノック性や排気温度については考慮されていな
い。
【０００８】本発明は、上記の事情に鑑み、耐ノック性
を高め、エンジンの充填効率向上によるトルクアップを
図りつつ、高速高負荷域で効果的に排気温度の上昇を抑
制することができる過給機付エンジンを提供することを
目的とする。
を高め、エンジンの充填効率向上によるトルクアップを
図りつつ、高速高負荷域で効果的に排気温度の上昇を抑
制することができる過給機付エンジンを提供することを
目的とする。
【０００９】
【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、１つの気筒に２つ以上の吸気弁を設けた
往復動ピストン型エンジンの吸気通路に過給機を具備し
た過給機付エンジンにおいて、シリンダボア径を５０mm
乃至７０mmとし、シリンダの単室容積を１５０cc乃至４
００ccとし、ピストンストローク（Ｓ）とシリンダボア
径（Ｂ）との比（Ｓ／Ｂ）を１より大とするとともに、
少なくとも高速高負荷時にＥＧＲガスをエンジンに供給
するＥＧＲガス供給手段を備え、エンジンの幾何学的圧
縮比（ε）と、高速高負荷時のＥＧＲ率（Ｒ）との関係
が次の式を満足するように設定したものである。
に、本発明は、１つの気筒に２つ以上の吸気弁を設けた
往復動ピストン型エンジンの吸気通路に過給機を具備し
た過給機付エンジンにおいて、シリンダボア径を５０mm
乃至７０mmとし、シリンダの単室容積を１５０cc乃至４
００ccとし、ピストンストローク（Ｓ）とシリンダボア
径（Ｂ）との比（Ｓ／Ｂ）を１より大とするとともに、
少なくとも高速高負荷時にＥＧＲガスをエンジンに供給
するＥＧＲガス供給手段を備え、エンジンの幾何学的圧
縮比（ε）と、高速高負荷時のＥＧＲ率（Ｒ）との関係
が次の式を満足するように設定したものである。
【００１０】Ｒ≧（９−ε）・３％
【００１１】
【作用】上記構成によると、シリンダボア径が小さいス
モールボアとされることで耐ノック性が高められつつ、
過給により充填効率が高められ、かつ、高速高負荷時の
排気温度の上昇がＥＧＲによって抑制される。とくに、
排気温度に関係する幾何学的圧縮比εに応じたＥＧＲ率
の設定により、排気温度を抑制する作用が適正に得られ
る。
モールボアとされることで耐ノック性が高められつつ、
過給により充填効率が高められ、かつ、高速高負荷時の
排気温度の上昇がＥＧＲによって抑制される。とくに、
排気温度に関係する幾何学的圧縮比εに応じたＥＧＲ率
の設定により、排気温度を抑制する作用が適正に得られ
る。
【００１２】
【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過給機付エンジンの全体
構造を示す。この図に例示するエンジンはＶ型エンジン
であって、エンジン本体１が、互いにＶ型をなす一対の
バンク１Ａ，１Ｂを備え、各バンク１Ａ，１Ｂにそれぞ
れ複数の気筒２が配設され、例えば３個ずつの気筒２が
配設されている。
図１は本発明の一実施例による過給機付エンジンの全体
構造を示す。この図に例示するエンジンはＶ型エンジン
であって、エンジン本体１が、互いにＶ型をなす一対の
バンク１Ａ，１Ｂを備え、各バンク１Ａ，１Ｂにそれぞ
れ複数の気筒２が配設され、例えば３個ずつの気筒２が
配設されている。
【００１３】上記各気筒２にはそれぞれ、第１，第２の
２つの吸気ポート３ａ，３ｂと、第１，第２の２つの排
気ポート４ａ，４ｂとが燃焼室に開口するように形成さ
れ、上記各吸気ポート３ａ，３ｂに吸気弁（図示せず）
が設けられ、各排気ポート４ａ，４ｂに排気弁（図示せ
ず）が設けられている。上記吸気弁を駆動する動弁機構
には、例えばカムプーリに対するカムシャフト６の位相
を変更可能とすることにより吸気弁の開閉タイミングを
変更可能とするバルブタイミング可変機構５が設けられ
ている。さらに各気筒２には、図２に示すように点火プ
ラグ７が設けられ、この点火プラグ７は、点火コイルお
よびディストリビュータ等を含む点火回路８に接続され
ている。
２つの吸気ポート３ａ，３ｂと、第１，第２の２つの排
気ポート４ａ，４ｂとが燃焼室に開口するように形成さ
れ、上記各吸気ポート３ａ，３ｂに吸気弁（図示せず）
が設けられ、各排気ポート４ａ，４ｂに排気弁（図示せ
ず）が設けられている。上記吸気弁を駆動する動弁機構
には、例えばカムプーリに対するカムシャフト６の位相
を変更可能とすることにより吸気弁の開閉タイミングを
変更可能とするバルブタイミング可変機構５が設けられ
ている。さらに各気筒２には、図２に示すように点火プ
ラグ７が設けられ、この点火プラグ７は、点火コイルお
よびディストリビュータ等を含む点火回路８に接続され
ている。
【００１４】また、図１に示すように上記各吸気ポート
３ａ，３ｂには、吸気通路１０の下流側の独立吸気通路
１１が接続され、この各独立吸気通路１１の吸気ポート
近傍には、燃料を噴射供給するインジェクタ９が設けら
れている。
３ａ，３ｂには、吸気通路１０の下流側の独立吸気通路
１１が接続され、この各独立吸気通路１１の吸気ポート
近傍には、燃料を噴射供給するインジェクタ９が設けら
れている。
【００１５】上記吸気通路１０は、上記各独立吸気通路
１１を有する吸気マニホールド１２と、上流側の共通吸
気通路１３とからなっている。この共通吸気通路１３に
は、エアクリーナ１４、エアフローメータ１５およびス
ロットル弁１６が配設されるとともに、過給機１７が設
けられている。図示の過給機１７は、エンジン出力軸に
よりベルト等の伝動手段を介して駆動される機械式過給
機であり、とくに望ましくは、大きな圧力比が得られる
ように、リショルム型過給機等の内部圧縮型過給機が用
いられる。そして、低負荷時の駆動ロス低減等のため、
スロットル弁１６より下流に過給機１７が配置されてい
る。さらにこの過給機１７の下流にインタークーラ１８
が設けられるとともに、過給機１７をバイパスするバイ
パス通路１９と、この通路１９を開閉するバイパス制御
弁２０とが設けられている。
１１を有する吸気マニホールド１２と、上流側の共通吸
気通路１３とからなっている。この共通吸気通路１３に
は、エアクリーナ１４、エアフローメータ１５およびス
ロットル弁１６が配設されるとともに、過給機１７が設
けられている。図示の過給機１７は、エンジン出力軸に
よりベルト等の伝動手段を介して駆動される機械式過給
機であり、とくに望ましくは、大きな圧力比が得られる
ように、リショルム型過給機等の内部圧縮型過給機が用
いられる。そして、低負荷時の駆動ロス低減等のため、
スロットル弁１６より下流に過給機１７が配置されてい
る。さらにこの過給機１７の下流にインタークーラ１８
が設けられるとともに、過給機１７をバイパスするバイ
パス通路１９と、この通路１９を開閉するバイパス制御
弁２０とが設けられている。
【００１６】また、吸気系に排気ガスの還流（ＥＧＲ）
を行うようにＥＧＲガス供給手段が設けられ、図示の実
施例では、低負荷用ＥＧＲ通路２１および高負荷用ＥＧ
Ｒ通路２２が設けられている。上記低負荷用ＥＧＲ通路
２１は、その一端が排気マニホールド２３に接続され、
他端側が分岐して上記各独立吸気通路１１に接続されて
いる。この低負荷用ＥＧＲ通路２１の途中には、低負荷
用ＥＧＲバルブ２４が設けられている。また、上記高負
荷用ＥＧＲ通路２２は、その一端が排気浄化用の触媒コ
ンバータ２５より下流の排気通路２６に接続され、他端
が上記過給機１７より上流の共通吸気通路１３に接続さ
れている。この高負荷用ＥＧＲ通路２２には、カーボン
トラップ２７、ＥＧＲクーラ２８および高負荷用ＥＧＲ
バルブ２９が設けられている。なお、高負荷用ＥＧＲ通
路２２を通してＥＧＲが行われるときは、排気通路の比
較的下流側からＥＧＲガスが比較的長い経路を通って燃
焼室に導かれ、かつＥＧＲクーラ２８が設けられている
ことにより、充分にＥＧＲガスが冷却されるようになっ
ている。
を行うようにＥＧＲガス供給手段が設けられ、図示の実
施例では、低負荷用ＥＧＲ通路２１および高負荷用ＥＧ
Ｒ通路２２が設けられている。上記低負荷用ＥＧＲ通路
２１は、その一端が排気マニホールド２３に接続され、
他端側が分岐して上記各独立吸気通路１１に接続されて
いる。この低負荷用ＥＧＲ通路２１の途中には、低負荷
用ＥＧＲバルブ２４が設けられている。また、上記高負
荷用ＥＧＲ通路２２は、その一端が排気浄化用の触媒コ
ンバータ２５より下流の排気通路２６に接続され、他端
が上記過給機１７より上流の共通吸気通路１３に接続さ
れている。この高負荷用ＥＧＲ通路２２には、カーボン
トラップ２７、ＥＧＲクーラ２８および高負荷用ＥＧＲ
バルブ２９が設けられている。なお、高負荷用ＥＧＲ通
路２２を通してＥＧＲが行われるときは、排気通路の比
較的下流側からＥＧＲガスが比較的長い経路を通って燃
焼室に導かれ、かつＥＧＲクーラ２８が設けられている
ことにより、充分にＥＧＲガスが冷却されるようになっ
ている。
【００１７】また、３０はエンジン制御用のコントロー
ルユニット（ＥＣＵ）であり、上記エアフローメータ１
５と、エンジン回転数センサ３１、スロットル開度セン
サ３２等からの信号を受け、吸入空気量等に応じてイン
ジェクタ９からの燃料噴射量の制御を行うとともに、運
転状態に応じた点火時期の制御を行い、さらに、上記バ
ルブタイミング可変機構５、バイパス制御弁２０および
ＥＧＲバルブ２４，２９の制御等を行うようになってい
る。
ルユニット（ＥＣＵ）であり、上記エアフローメータ１
５と、エンジン回転数センサ３１、スロットル開度セン
サ３２等からの信号を受け、吸入空気量等に応じてイン
ジェクタ９からの燃料噴射量の制御を行うとともに、運
転状態に応じた点火時期の制御を行い、さらに、上記バ
ルブタイミング可変機構５、バイパス制御弁２０および
ＥＧＲバルブ２４，２９の制御等を行うようになってい
る。
【００１８】上記燃料噴射量の制御としては、過給領域
を含む広井領域で、空燃比が理論空燃比となるように、
図外のＯ2センサの出力に応じてフィードバック制御が
行われる。なお、全負荷付近の高負荷域では、出力を高
めるために必要な程度の空燃比として、Ａ／Ｆ＝１２〜
１３に制御してもよい。
を含む広井領域で、空燃比が理論空燃比となるように、
図外のＯ2センサの出力に応じてフィードバック制御が
行われる。なお、全負荷付近の高負荷域では、出力を高
めるために必要な程度の空燃比として、Ａ／Ｆ＝１２〜
１３に制御してもよい。
【００１９】また、上記バルブタイミング可変機構は、
図３に示すように吸気弁の開閉タイミングを比較的進角
側の第１のタイミングＩＶ１とこれよりも遅い第２のタ
イミングＩＶ２とに変更可能とすることにより、排気弁
（ＥＶ）との開弁オーバラップ量Ｏ／Ｌおよび吸気弁閉
時期ＩＣを変えることができるようになっている。そし
て、上記コントロールユニット３０により運転状態に応
じて吸気弁開閉タイミングが制御され、例えば低負荷側
では第１のタイミングＩＶ１、高負荷側では第２のタイ
ミングＩＶ２とされる。
図３に示すように吸気弁の開閉タイミングを比較的進角
側の第１のタイミングＩＶ１とこれよりも遅い第２のタ
イミングＩＶ２とに変更可能とすることにより、排気弁
（ＥＶ）との開弁オーバラップ量Ｏ／Ｌおよび吸気弁閉
時期ＩＣを変えることができるようになっている。そし
て、上記コントロールユニット３０により運転状態に応
じて吸気弁開閉タイミングが制御され、例えば低負荷側
では第１のタイミングＩＶ１、高負荷側では第２のタイ
ミングＩＶ２とされる。
【００２０】上記バイパス制御弁２０は、低負荷側で開
かれ、高負荷側で閉じられるように制御される。また、
ＥＧＲの制御としては、アイドル領域では両ＥＧＲバル
ブ２４，２９が閉じられ、アイドル領域を除く低負荷領
域では低負荷用ＥＧＲバルブ２４が開かれ、高負荷領域
では高負荷用ＥＧＲバルブ２９が開かれようになってい
る。
かれ、高負荷側で閉じられるように制御される。また、
ＥＧＲの制御としては、アイドル領域では両ＥＧＲバル
ブ２４，２９が閉じられ、アイドル領域を除く低負荷領
域では低負荷用ＥＧＲバルブ２４が開かれ、高負荷領域
では高負荷用ＥＧＲバルブ２９が開かれようになってい
る。
【００２１】このようなエンジンにおいて、シリンダボ
ア径Ｂは５０mm乃至７０mm、シリンダの単室容積は１５
０cc乃至４００ccに設定され、ピストンストローク
（Ｓ）とシリンダボア径（Ｂ）との比はＳ／Ｂ＞１のロ
ングストロークとされている。
ア径Ｂは５０mm乃至７０mm、シリンダの単室容積は１５
０cc乃至４００ccに設定され、ピストンストローク
（Ｓ）とシリンダボア径（Ｂ）との比はＳ／Ｂ＞１のロ
ングストロークとされている。
【００２２】また、高速高負荷時に上記高負荷用ＥＧＲ
通路２２から供給されるＥＧＲガスのＥＧＲ率Ｒ（％）
は、エンジンの幾何学的圧縮比εに対し、次の(1)式を
満足するように設定されている。
通路２２から供給されるＥＧＲガスのＥＧＲ率Ｒ（％）
は、エンジンの幾何学的圧縮比εに対し、次の(1)式を
満足するように設定されている。
【００２３】
【数１】Ｒ≧（９−ε）・３ ……(1) なお、幾何学的圧縮比εは、９≧ε≧５．５に設定され
ている。
ている。
【００２４】以上のような当実施例の装置によると、信
頼性の確保および吸気抵抗急増防止の要求を満足する範
囲で、ノッキング抑制に有利なようにシリンダボア径Ｂ
が小さくされ、さらに、点火時期の調整等により耐ノッ
ク性が確保されつつ、過給により充填効率が高められ
て、エンジンのトルクが高められる。また、高速高負荷
時には、高負荷用ＥＧＲ通路２２から、充分に冷却され
たＥＧＲガスが、上記(1)式を満足するＥＧＲ率Ｒでエ
ンジンに供給され、これにより排気温度の上昇が抑制さ
れる。このような作用を、図４乃至図７に示すデータに
基づいて次に説明する。
頼性の確保および吸気抵抗急増防止の要求を満足する範
囲で、ノッキング抑制に有利なようにシリンダボア径Ｂ
が小さくされ、さらに、点火時期の調整等により耐ノッ
ク性が確保されつつ、過給により充填効率が高められ
て、エンジンのトルクが高められる。また、高速高負荷
時には、高負荷用ＥＧＲ通路２２から、充分に冷却され
たＥＧＲガスが、上記(1)式を満足するＥＧＲ率Ｒでエ
ンジンに供給され、これにより排気温度の上昇が抑制さ
れる。このような作用を、図４乃至図７に示すデータに
基づいて次に説明する。
【００２５】シリンダボア径の設定の根拠および作用 過給機付エンジンにおいて耐ノック性を高めるには、シ
リンダボア径を極力小さくすることが望ましく、クラン
クシャフトの軸受荷重軽減のためにもシリンダボア径を
小さくすることが望ましい。一方、シリンダボア径を小
さくしつつピストンストロークを大きくして所定の排気
量を確保しようとするとき、ピストンスピードの信頼性
上の限界と、吸気弁縮小に伴う吸気抵抗急増による限界
とを考慮する必要がある。
リンダボア径を極力小さくすることが望ましく、クラン
クシャフトの軸受荷重軽減のためにもシリンダボア径を
小さくすることが望ましい。一方、シリンダボア径を小
さくしつつピストンストロークを大きくして所定の排気
量を確保しようとするとき、ピストンスピードの信頼性
上の限界と、吸気弁縮小に伴う吸気抵抗急増による限界
とを考慮する必要がある。
【００２６】すなわち、ピストンスピードの信頼性上の
限界について考察すると、平均ピストンスピードＵｍ
は、エンジン回転速度ＮとピストンストロークＳとから
次の(2)式のように求められる。
限界について考察すると、平均ピストンスピードＵｍ
は、エンジン回転速度ＮとピストンストロークＳとから
次の(2)式のように求められる。
【００２７】
【数２】Ｕｍ＝（Ｎ／３０）・Ｓ ……(2) ところで、平均ピストンスピードＵｍの限界値は、通
常、Ｕｍ＝２０ｍ／ｓ（＝２．０×１０4 mm／ｓ）とい
われており、これを上式に代入すると、そのときのピス
トンストロークがエンジン回転速度に応じて求まる。そ
して、このピストンストロークに基づいてシリンダボア
径Ｂに対応する単室容積が求まる。このＵｍ＝２．０×
１０4 mm／ｓとなる単室容積を、エンジン回転速度が４
０００ｒｐｍから８０００ｒｐｍまでの１０００ｒｐｍ
毎にシリンダボア径に対応させて示すと、図５中の一点
鎖線のようになる。
常、Ｕｍ＝２０ｍ／ｓ（＝２．０×１０4 mm／ｓ）とい
われており、これを上式に代入すると、そのときのピス
トンストロークがエンジン回転速度に応じて求まる。そ
して、このピストンストロークに基づいてシリンダボア
径Ｂに対応する単室容積が求まる。このＵｍ＝２．０×
１０4 mm／ｓとなる単室容積を、エンジン回転速度が４
０００ｒｐｍから８０００ｒｐｍまでの１０００ｒｐｍ
毎にシリンダボア径に対応させて示すと、図５中の一点
鎖線のようになる。
【００２８】また、一般的に、平均吸気マッハ数Ｍｉが
Ｍｉ＝０．５となったとき、吸気抵抗が急増し、これに
より体積効率が急減することが知られている。平均吸気
マッハ数Ｍｉは、次の(3)式のように表すことができ
る。
Ｍｉ＝０．５となったとき、吸気抵抗が急増し、これに
より体積効率が急減することが知られている。平均吸気
マッハ数Ｍｉは、次の(3)式のように表すことができ
る。
【００２９】
【数３】 Ｍｉ＝｛Ｖh・（ηV／100）｝／｛ａ・Ｆim・(θic−θio)／６・Ｎ｝……(3) ここに、 Ｖh：単室容積 ηV：体積効率 ａ：音速 θic：吸気弁開時期 θio：吸気弁閉時期 Ｎ：エンジン回転速度 Ｆim：平均吸気開口面積 である。なお、平均吸気開口面積Ｆimは、Ｆim＝Ｆia／
（θic−θio）とあらわすことができる。ただし、Ｆia
は吸気弁有効角度面積である。
（θic−θio）とあらわすことができる。ただし、Ｆia
は吸気弁有効角度面積である。
【００３０】また緒条件を次のように定める。
【００３１】(1) １気筒当り吸気２弁および排気２弁を
有して、吸気弁同士および排気弁同士は同一サイズと
し、吸気弁と排気弁の面積比をスロート部で１．５とす
る。
有して、吸気弁同士および排気弁同士は同一サイズと
し、吸気弁と排気弁の面積比をスロート部で１．５とす
る。
【００３２】(2) 体積効率は１００％とする。
【００３３】(3) 燃焼室形状：ペントルーフ型 (4) 両吸気弁バルブシート間の間隔：２．５mm以上 (5) 吸・排気弁バルブシート間の間隔：３．５mm以上 (6) 両排気弁バルブシート間の間隔：４．０mm以上 (7) 吸気弁バルブシートと点火プラグとの間隔：２．５
mm以上 (8) 排気弁バルブシートと点火プラグとの間隔：３．５
mm以上 (9) バルブ挾み角：３０度 (10)プラグ径：直径１４mm (11)ステム径：直径６mm (12)スロート径＝バルブシート径−５mm (13)バルブリフト：８．５mm (14)開弁期間：２５６degCA このような諸条件を特定すると、吸気弁有効角度面積Ｆ
iaとシリンダボア径とが図４に示すような対応関係を有
し、上記平均マッハ数Ｍｉは、単室容積とシリンダボア
径とエンジン回転速度とに依存する。そして、エンジン
回転速度が４０００ｒｐｍから８０００ｒｐｍまでの１
０００ｒｐｍ毎にシリンダボア径に対してＭｉ＝０．５
となる単室容積を求めると、図５中の実線のようにな
る。
mm以上 (8) 排気弁バルブシートと点火プラグとの間隔：３．５
mm以上 (9) バルブ挾み角：３０度 (10)プラグ径：直径１４mm (11)ステム径：直径６mm (12)スロート径＝バルブシート径−５mm (13)バルブリフト：８．５mm (14)開弁期間：２５６degCA このような諸条件を特定すると、吸気弁有効角度面積Ｆ
iaとシリンダボア径とが図４に示すような対応関係を有
し、上記平均マッハ数Ｍｉは、単室容積とシリンダボア
径とエンジン回転速度とに依存する。そして、エンジン
回転速度が４０００ｒｐｍから８０００ｒｐｍまでの１
０００ｒｐｍ毎にシリンダボア径に対してＭｉ＝０．５
となる単室容積を求めると、図５中の実線のようにな
る。
【００３４】ところで、Ｕｍ＝２．０×１０4 mm／ｓと
なるエンジン回転速度をＮａ、Ｍｉ＝０．５となるエン
ジン回転速度をＮｂとすると、Ｎｂ＞Ｎａになれば、信
頼性上の限界よりも高速側まで空気が充分に入るほどに
シリンダボア径を大きく設定したこととなって、シリン
ダボア小径化の要求に反する。一方、Ｎａ−Ｎｂ＞２０
００ｒｐｍになれば、信頼性上の限界と比べ、最高馬力
発生回転速度（Ｎｂ付近の回転速度）が低くなりすぎ
て、性能的に好ましくない。また、性能的に最高馬力発
生回転速度は５０００ｒｐｍ以上が望ましく、信頼性上
の限界としては８０００ｒｐｍ以下であればよい。
なるエンジン回転速度をＮａ、Ｍｉ＝０．５となるエン
ジン回転速度をＮｂとすると、Ｎｂ＞Ｎａになれば、信
頼性上の限界よりも高速側まで空気が充分に入るほどに
シリンダボア径を大きく設定したこととなって、シリン
ダボア小径化の要求に反する。一方、Ｎａ−Ｎｂ＞２０
００ｒｐｍになれば、信頼性上の限界と比べ、最高馬力
発生回転速度（Ｎｂ付近の回転速度）が低くなりすぎ
て、性能的に好ましくない。また、性能的に最高馬力発
生回転速度は５０００ｒｐｍ以上が望ましく、信頼性上
の限界としては８０００ｒｐｍ以下であればよい。
【００３５】これらの点から、Ｎａ≧Ｎｂ、Ｎａ−Ｎｂ
≦２０００ｒｐｍ、Ｎｂ≧５０００ｒｐｍ、Ｎａ≦８０
００ｒｐｍとなる範囲、つまり図４中にハッチングで示
した範囲が、シリンダボア小径化の要求とエンジン性能
上の要求を満足するものとなる。シリンダボア径Ｂでい
えば、概略的に５０≦Ｂ≦７０の範囲となる。また、単
室容積は１５０ｃｃ乃至４００ｃｃの範囲となる。
≦２０００ｒｐｍ、Ｎｂ≧５０００ｒｐｍ、Ｎａ≦８０
００ｒｐｍとなる範囲、つまり図４中にハッチングで示
した範囲が、シリンダボア小径化の要求とエンジン性能
上の要求を満足するものとなる。シリンダボア径Ｂでい
えば、概略的に５０≦Ｂ≦７０の範囲となる。また、単
室容積は１５０ｃｃ乃至４００ｃｃの範囲となる。
【００３６】つまり、シリンダボア径Ｂおよび単室容積
が上記範囲内に設定されることにより、エンジンの信頼
性および性能上の要求が満足されつつ、シリンダボア径
Ｂが小径化されることにより、耐ノック性が高められる
こととなる。
が上記範囲内に設定されることにより、エンジンの信頼
性および性能上の要求が満足されつつ、シリンダボア径
Ｂが小径化されることにより、耐ノック性が高められる
こととなる。
【００３７】また、Ｓ／Ｂ＞１のロングストロークエン
ジンとされることにより、同一単室容積を確保するにあ
たってシリンダボア径Ｂを小さくしているので、クラン
クシャフトの軸受荷重を小さくすることが可能となり、
軸受部の負担を軽減することができる。
ジンとされることにより、同一単室容積を確保するにあ
たってシリンダボア径Ｂを小さくしているので、クラン
クシャフトの軸受荷重を小さくすることが可能となり、
軸受部の負担を軽減することができる。
【００３８】耐ノック性向上作用 上述のようにシリンダボア小径化により耐ノック性が高
められる。このほかに、吸・排気弁の開弁期間のオーバ
ラップを大きくすることによる掃気促進、冷却されたＥ
ＧＲガスの供給、幾何学的圧縮比εの低減などによって
も、耐ノック性が高められる。これらの要素につき、耐
ノック性同一のままで可能な充填効率向上代（耐ノック
性向上分に対応）を調べた実験データを、図６に示す。
この図から明らかなように、シリンダボア径を小さくす
ると、耐ノック性向上により充填効率を高めることがで
きる。
められる。このほかに、吸・排気弁の開弁期間のオーバ
ラップを大きくすることによる掃気促進、冷却されたＥ
ＧＲガスの供給、幾何学的圧縮比εの低減などによって
も、耐ノック性が高められる。これらの要素につき、耐
ノック性同一のままで可能な充填効率向上代（耐ノック
性向上分に対応）を調べた実験データを、図６に示す。
この図から明らかなように、シリンダボア径を小さくす
ると、耐ノック性向上により充填効率を高めることがで
きる。
【００３９】排気温度上昇抑制作用 図７は、排気温度低減に関して実験的に調べたデータを
表したもので、冷却したＥＧＲガスの供給と、圧縮比ε
の上昇とがそれぞれが排気温度に及ぼす影響を示し、さ
らに、点火時期を進角させた場合、空燃比をリッチにし
た場合、吸気温を低減した場合、排圧を低減した場合の
それぞれが排気温度に及ぼす影響についても比較のため
に示している。
表したもので、冷却したＥＧＲガスの供給と、圧縮比ε
の上昇とがそれぞれが排気温度に及ぼす影響を示し、さ
らに、点火時期を進角させた場合、空燃比をリッチにし
た場合、吸気温を低減した場合、排圧を低減した場合の
それぞれが排気温度に及ぼす影響についても比較のため
に示している。
【００４０】この図のように、冷却したＥＧＲガスを供
給した場合、そのＥＧＲ率Ｒを１０％増加させると排気
温度が６０°Ｃ低減され、空燃比をリッチにする場合と
比べても、大きな排気温度低減効果がある。
給した場合、そのＥＧＲ率Ｒを１０％増加させると排気
温度が６０°Ｃ低減され、空燃比をリッチにする場合と
比べても、大きな排気温度低減効果がある。
【００４１】また、圧縮比εがΔε＝１だけ高くなると
排気温度が約２０°Ｃ低減され、逆にいえば、圧縮比ε
を低くすると、Δε＝１につき２０°Ｃの排気温度上昇
が生じる。そして、排気温度を２０°Ｃ低下させるのに
必要なＥＧＲ率Ｒの増加は、２０／６≒３（％）であ
る。また、圧縮比εが９程度にまで高くなると、ＥＧＲ
率Ｒを０としても排気温度の上昇が避けられる。
排気温度が約２０°Ｃ低減され、逆にいえば、圧縮比ε
を低くすると、Δε＝１につき２０°Ｃの排気温度上昇
が生じる。そして、排気温度を２０°Ｃ低下させるのに
必要なＥＧＲ率Ｒの増加は、２０／６≒３（％）であ
る。また、圧縮比εが９程度にまで高くなると、ＥＧＲ
率Ｒを０としても排気温度の上昇が避けられる。
【００４２】従って、前記(1)式の関係が得られ、この
関係を満足するように圧縮比εに応じてＥＧＲ率Ｒを設
定することにより、圧縮比εが低い場合にも有効に排気
温度の上昇を抑制することができる。そして、空燃比の
リッチ化などによる必要がないので、燃費等を良好に保
つことができる。
関係を満足するように圧縮比εに応じてＥＧＲ率Ｒを設
定することにより、圧縮比εが低い場合にも有効に排気
温度の上昇を抑制することができる。そして、空燃比の
リッチ化などによる必要がないので、燃費等を良好に保
つことができる。
【００４３】なお、本発明の過給機付エンジンにおい
て、過給機は実施例に示すリショルム型過給機に限ら
ず、他の機械式過給機あるいはターボ過給機等であって
もよい。
て、過給機は実施例に示すリショルム型過給機に限ら
ず、他の機械式過給機あるいはターボ過給機等であって
もよい。
【００４４】
【発明の効果】本発明は、１つの気筒に２つ以上の吸気
弁を有する過給機付エンジンにおいて、シリンダボア径
を５０mm乃至７０mm、単室容積を１５０cc乃至４００c
c、ピストンストロークとシリンダボア径との比を１よ
り大としているため、図５に示したデータから理解され
るように、エンジンの信頼性および性能上の要求を満足
しつつ、シリンダボアの小径化により耐ノック性を大幅
に高めることができる。さらに、少なくとも高速高負荷
時にＥＧＲガスをエンジンに供給し、そのＥＧＲ率（Ｒ
％）が幾何学的圧縮比（ε）に対してＲ≧（９−ε）・
３となるように設定しているため、図７に示したデータ
から理解されるように、高過給状態での高速高負荷時の
排気温度の上昇をＥＧＲガスにより効果的に抑制するこ
とができるものである。
弁を有する過給機付エンジンにおいて、シリンダボア径
を５０mm乃至７０mm、単室容積を１５０cc乃至４００c
c、ピストンストロークとシリンダボア径との比を１よ
り大としているため、図５に示したデータから理解され
るように、エンジンの信頼性および性能上の要求を満足
しつつ、シリンダボアの小径化により耐ノック性を大幅
に高めることができる。さらに、少なくとも高速高負荷
時にＥＧＲガスをエンジンに供給し、そのＥＧＲ率（Ｒ
％）が幾何学的圧縮比（ε）に対してＲ≧（９−ε）・
３となるように設定しているため、図７に示したデータ
から理解されるように、高過給状態での高速高負荷時の
排気温度の上昇をＥＧＲガスにより効果的に抑制するこ
とができるものである。
【図１】本発明の一実施例による過給機付エンジンの全
体概略図である。
体概略図である。
【図２】エンジン本体とその付近の部分の概略図であ
る。
る。
【図３】バルブタイミングを示す図である。
【図４】シリンダボア径と吸気弁有効角度面積との関係
を示す図である。
を示す図である。
【図５】シリンダボア径と単室容積との関係を示す図で
ある。
ある。
【図６】各種要素による耐ノック性向上効果を示す図で
ある。
ある。
【図７】各種要素による排気温度低減効果を示す図であ
る。
る。
１ エンジン本体 ３ａ，３ｂ 吸気ポート １０ 吸気通路 １７ 過給機 ２２ ＥＧＲ通路
Claims (1)
- 【請求項１】 １つの気筒に２つ以上の吸気弁を設けた
往復動ピストン型エンジンの吸気通路に過給機を具備し
た過給機付エンジンにおいて、シリンダボア径を５０mm
乃至７０mmとし、シリンダの単室容積を１５０cc乃至４
００ccとし、ピストンストローク（Ｓ）とシリンダボア
径（Ｂ）との比（Ｓ／Ｂ）を１より大とするとともに、
少なくとも高速高負荷時にＥＧＲガスをエンジンに供給
するＥＧＲガス供給手段を備え、エンジンの幾何学的圧
縮比（ε）と、高速高負荷時のＥＧＲ率（Ｒ％）との関
係が次の式を満足するように設定したことを特徴とする
過給機付エンジン。 Ｒ≧（９−ε）・３
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01647793A JP3384579B2 (ja) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | 過給機付エンジン |
| DE69406560T DE69406560T2 (de) | 1993-02-03 | 1994-02-01 | Fremdgezündete brennkraftmaschine mit Auflader |
| US08/189,838 US5509394A (en) | 1993-02-03 | 1994-02-01 | Internal combustion engine with supercharger |
| EP94101475A EP0609837B1 (en) | 1993-02-03 | 1994-02-01 | Internal combustion engine of the spark-ignition type with supercharger |
| KR1019940001892A KR100327842B1 (ko) | 1993-02-03 | 1994-02-02 | 과급엔진 |
| CN94102772A CN1035206C (zh) | 1993-02-03 | 1994-02-03 | 带增压器的内燃机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01647793A JP3384579B2 (ja) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | 過給機付エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06229326A true JPH06229326A (ja) | 1994-08-16 |
| JP3384579B2 JP3384579B2 (ja) | 2003-03-10 |
Family
ID=11917364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01647793A Expired - Fee Related JP3384579B2 (ja) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | 過給機付エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3384579B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6435166B1 (en) | 1999-06-16 | 2002-08-20 | Komatsu Ltd. | Exhaust gas recirculation device and control method thereof |
| JP2003049674A (ja) * | 2001-08-08 | 2003-02-21 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 内燃機関用過給システム |
| JP2007247447A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Nissan Motor Co Ltd | ＮＯｘ排出低減装置 |
| JP2010121535A (ja) * | 2008-11-19 | 2010-06-03 | Nippon Soken Inc | 内燃機関の排気還流装置 |
| KR20110112287A (ko) * | 2008-12-18 | 2011-10-12 | 발레오 시스템므 드 꽁트롤르 모뙤르 | 내연 열 엔진, 제어 시스템, 엔진의 치수 설정 방법, 및 이러한 엔진을 포함하는 자동차 |
-
1993
- 1993-02-03 JP JP01647793A patent/JP3384579B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6435166B1 (en) | 1999-06-16 | 2002-08-20 | Komatsu Ltd. | Exhaust gas recirculation device and control method thereof |
| JP2003049674A (ja) * | 2001-08-08 | 2003-02-21 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 内燃機関用過給システム |
| JP2007247447A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Nissan Motor Co Ltd | ＮＯｘ排出低減装置 |
| JP4677935B2 (ja) * | 2006-03-14 | 2011-04-27 | 日産自動車株式会社 | ＮＯｘ排出低減装置 |
| JP2010121535A (ja) * | 2008-11-19 | 2010-06-03 | Nippon Soken Inc | 内燃機関の排気還流装置 |
| KR20110112287A (ko) * | 2008-12-18 | 2011-10-12 | 발레오 시스템므 드 꽁트롤르 모뙤르 | 내연 열 엔진, 제어 시스템, 엔진의 치수 설정 방법, 및 이러한 엔진을 포함하는 자동차 |
| CN102257261A (zh) * | 2008-12-18 | 2011-11-23 | 法雷奥电机控制系统公司 | 内燃热机、控制系统、用于设计该发动机尺寸的方法以及具有所述发动机的汽车 |
| JP2012512988A (ja) * | 2008-12-18 | 2012-06-07 | ヴァレオ システム ドゥ コントロール モトゥール | 内燃エンジン、制御システム、この内燃エンジンの寸法を決定する方法、およびこの内燃エンジンを搭載した自動車 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3384579B2 (ja) | 2003-03-10 |
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