JPS59131714A - タ−ボチヤ−ジヤ付機関の弁作動切換装置 - 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】 本発明は内燃機関、特にタープチャージャ付機関の吸気
弁及び排気弁の弁作動を切換える弁作動切換装置に関す
る。

一般に内燃機関の吸・排気弁は吸入・排気のそれぞれの
行程の間だけでなく、その行程の前後に亘って拡大して
開弁じている（第３図上参照）。

これは筒内のガス又換に除して作動ガスがその慣性と絞
り抵抗によって流入・流出が遅れるためで、例えばピス
トンの下降による吸入作用を上死点よシ行わせるのに吸
気弁を上死点前よシ開き始め、下死点では流入の遅れに
よって筒内圧力は吸気管圧力よシも低く未だ流入が続い
ているので、吸入効率を大きくするためにも下死点後に
閉じるようにしている。

しかし、このような慣性効果は高速回転域では顕著であ
るが、機関回転数が１，０００〜２．００　Ｏｒｐｍ程
度の低速回転域ではこのような慣性効果を期待できず、
前述のように吸・排気弁が開弁すると、逆に次のような
弊害を生ずることになる。

すなわち、排気終わ多の上死点は吸気始めの上死点でも
あシ、この上死点付近では吸・排気の両弁が同時に開い
ておシ、この同時に開いている（オーバーラツプ）期間
に排気弁の下流から既燃ガスが逆流し筒内の残留ガス量
が増大する。また、排気弁は膨張行程の終わシに開くた
め、ブローダウン損失を大きくし、一方吸気弁は圧縮行
程に入っても開弁しているため、一旦筒内に吸入された
新気が吸気管に押し戻され、吸入効率を悪化させる（例
えば吸気終わシの下死点からクランク角で６０度遅れる
場合、２５％程度の新気が押し戻される）。

このような現象は古くから知られておシ、この不合理を
解消するために低速回転域では吸・排気弁の開弁期間を
変え、吸入・排気行程の前後に拡大しないように吸・排
気弁を上死点及び下死点近傍で開くようにする弁作動切
換装置が考案されている（特開昭５４−１４８９１９）
。

一方、近年省資源の碩点から圧縮比、をノッキング限界
近くまで（８，８〜９．０程度）高めて燃費を向これは
圧縮比を高めると熱効率が向上するからであるが、こう
した圧縮比の高い機関に前述の弁作動切換装置を採用す
ると、低速高負荷（絞弁全開）領域でノッキング現象が
非常に発生し易くなる。

すなわち、低速回転域では吸・−＝ｐ気弁の弁作動が切
換えられ、吸入・排気行程の前後に拡大することなく吸
・排気弁が開くと、前述のように残留ガス量は減少し、
さらに吸入効率の向上に基づき実圧縮比が高まシ、もと
もと圧縮比の高い所に更に圧縮比を高めることになシ、
ノッキング現象の発生が顕著となるのである。

このノッキング現象を回避するためには点火時期を大幅
に遅らせることが有効ではあるが、これは熱効率や出力
を犠牲にすることになり、低速高負荷領域でのトルクの
向上は望めず、吸入効率が上昇したことによってむしろ
燃費が悪化する傾同にある。

従って、圧縮比の高い機関では低速回転域で吸・排気弁
の弁作動を切換えることは逆効果となシ、むしろ低速回
転域から高速回転域まで吸・排気弁の弁作動が同一（吸
入・排気行程の前後に拡大して開く）であっても、少な
くとも絞弁全開時の機関出力に関する限シあまり問題は
生じないことになる。

ところで、排気のエネルギーを吸気コンｌレツサの駆動
力として回収することにより筒内に吸入される新気の圧
力を高めて吸入効率を向上させ出力の増大を図るターボ
チャージャは、比較的小さな排気値の機関でも大きな出
力を生じるため、機関の小型軽量化を進める上で有効な
手段であシ、近年急速に普及し始めている。

このようなターボチャージャを機関に付属させると、タ
ーボチャージャが吸気圧を高めることから筒内の実圧縮
比を上昇させ、ノッキング現象が発生し易くなっている
。

このため、機関にターボチャ−ジャを付属する場合には
機関の圧縮比を下げてノッキングを回避することが不可
欠となっている（ノッキングに対する機関性能によシ異
なるがタープチャージャ付機関はターボチャージャ無し
機関に比べて圧縮比を数値で１前後低くしている、例え
ば８．５のものを７．５に下げる）。

このよりなターがチャージャ付機関を、前述した圧縮比
の高い機関のように低速回転域から高速回転域まで吸・
排気弁の弁作動を同一（吸入・排気行程の前後に拡大し
て吸・排気弁が開くンとする場合、高速回転域では実圧
縮比を上昇させ出力が増大することになるが、低速回転
域では排気タービンの回転速度が上昇しないため過給圧
が十分に得られず、機関出力はターボチャージャの無い
機関と同等程度になシターデチャージヤをわざわざ設け
た意味がなくなってしまう。

そこで本発明は、タープチャージャ付機関では低速回転
域に吸・排気弁の弁作動を切換え、吸入・排気行程の前
後に拡大しないように吸・排気弁を開くようにして低速
回転域での出力及び燃費の大幅向上を図ることを目的と
する。

そのため本発明は機関排気圧力で駆動される排気タービ
ンにより回転駆動されるコンプレッサで吸気を過給する
ターボチャーシャを備えた内燃機関において、カムシャ
フトに形成した一対のフロフィルの異なるカムとロッカ
シャフトに設けたロッカアームとを備え、このロッカア
ームが前記カムによシ揺動して吸気弁及び排気弁をそれ
ぞれ開閉作動させるとともに、高圧の油圧供給源からの
圧油を運転条件に応じて油圧制御部で制御し、この制御
油圧に応動するアクチュエータを介して前記ロッカアー
ム全ロッカシャフトの帽方向に摺動じて前記一対のカム
の一方と選択的に係合させる弁作動切換装置を設け、前
記吸気弁又は排気弁の閉弁時期を、高速運転域には遅ら
せ、低速運転域には早めるように構成する。

以下本発明を図示実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例のタープチャージャ付機関の
概略構成図で、図中タープチャージャ１の排気タービン
２は排気通路３の途中に、また排気タービン２と連動Ｔ
る吸気コンプレッサ４は絞弁５の上流の吸気通路６に介
装される。

エアクリーナ７から吸入された空気はエアフローメータ
８を過多吸気コンルッサ４によシ加圧された後、吸気通
路６がら絞弁５を介して吸気マニホールド９へ導かれ、
筒内へと過給される。

燃料は例えば吸気マニホールド”９に設置された燃料噴
射弁１１から筒内に流入する過給気に向けて噴射供給さ
れ、その噴射蓋はエアフローメータ８から検出される吸
入空気量と、イグニッションコイル（図示せず）等から
検出される機関回転数に基づいて最適な空燃比が得られ
るように制御される。

ところで、このタープチャージャ１は排気エネルギーに
よって駆動されるので、排気量が多いときに過回転を防
止して過給圧があまシ高くならないようにするため、排
気パイ・やス弁１４が設けられ、吸気コンプレッサ４の
吐出圧が所定値に達したら排気タービン２をパイ・セス
する通路１５を開いて導入排気蓋を減じている。これに
ょシ過鮒圧が所定値を越えないようにしてノッキング現
象を回避している。

なお、１６は触媒装置、１７はマフラ、１８は点火栓で
ある。

このようなタープチャージャ付機関の弁作動切換装置の
一実施例を４気筒機関について第２図〜第６図に示し、
第２図は動弁機構の構造図、第３図は吸気弁及び排気弁
のリフト特性図、第４図は弁作動切換システムの全体図
、第５図は第４図の要部拡大図、第６図は第５図の側面
図である。

４気筒機関の点火順序を＃１−＃３−１１’４−す２と
して、吸・排気弁のうち吸気弁だｒｆを全気筒の弁作動
について切換える場合を述べると、第２図中、２０は＃
１気筒の吸気弁、２１は＃１気筒の排気弁、２２はす２
気筒の吸気弁、２３はす２気筒の排気弁で、ナ１気筒と
＃２気筒は隣接している。

カムシャフト２９には吸気５Ｐ２０用のフロフィルの異
なる一対のカム３０ａ、３０ｂ（カム３０ａは高速時用
、カム３０ｂは低速時用）及び吸気弁２２用のカム３２
’ａ、３２ｂ（カム３２ａは高速時用、カム３２ｂは低
速時用）がそれぞれ隣合せに固定されている。排気弁２
１．２３についてはこの例では弁作動を切換えないので
専用のカム３１゜３３がカムシャフト２９に固定されて
いる。

吸気弁２０用の一対のカム３０ａ、３０ｂ及び吸気弁２
２用の一対のカム３２　ａ　、　：３２　ｂのフロフィ
ルは高速時用カム３０ａ　、３２ａに従うと、吸入行程
の前後に拡大して吸気弁が開き、低速時用のカム３０ｂ
　、３２ｂに従うと吸入行程の前後に拡大しないように
吸気弁が開くように設定する（第３図で実線が吸気弁リ
フトを、破線が排気弁リフトを示す）。

吸気弁２０，２２用のロッカアーム２４．２６はこれら
のロッカアーム２４．２６’ｉロツカシヤフト軸方向に
連動する手段としてのカラｍ：３４を開に介して位置決
めされておシ、−組のアクチュエータ３５．３６によシ
軸方向に移動を制御され、高速時のカム３０ａ、３２ａ
、低速時のカム３０ｂ。

３２ｂ　　のいずれか一方と選択的に係合する。

一方、隣接するす：３．す４気筒についても＋１゜ナ２
気筒について設けられたと同じ機構が設けられ、＋３．
す４気筒の吸気弁用のロッカアームは同じく一組の油圧
アクチュエータ３７．３８により軸方向に移動を制御さ
れ、高速時のカム、低速時のカムのいずれか一方と選択
的に係合する。

これらの油圧アクチュエータ３５，３６，３７゜３８は
油圧室３５ａ、３６ａ、３７ａ、３８ａの油圧に応じピ
ストン３５ｂ、３６ｂ、３７ｂ。

３８　ｂ　’ｔ−ＩＪフ卜するもので、−組のアクチュ
エータ３５．３６及び３７．３８への油圧回路全第４図
に示す。

オイルタンク部４０は高圧のオイルポンプ４１とチェッ
ク弁４２から成り、オイルポンプ４１はカムシャフト２
９に取付けられたオイルポンプ駆動カム４３と、該カム
４３にょシ駆動されるグランジャ４１ａとからなるオイ
ルポンプでろって、図示しないオイルギヤラリからチェ
ック弁４２を介して吸入した油を油圧制御部４３に圧送
する。

オイルポンプ４１の吐出側は後述するタイミングリフタ
５６に接続されると共に、チェック弁４４を介してアキ
ュムレータ４５に接続され、更にこのアキュムレータ４
５からチェック弁４６を介して４ポ一ト２位置の方向切
換弁４７の供給側ポートＰに接続されている。

方向切換弁４７はその両側の室ａ、ｂに後述するノ！イ
ロット弁５１から信号油圧が導かれ、この信号油圧によ
って切換えられて、供給側ポートＰが出力側ポートＡ又
はＢのいずれかに接続されるようになっている。ここで
、出力側ポートＡハｌ’ｉｌｌ圧室３５ａ、３７ａに接
続され、出力側ポートＢは油圧室３６ａ、３８ａに接続
されてｊｌ？υ、各油圧室３５　ａ　、　３７ａ、　３
６　ａ　、　３８　ａへはロッカブラケットに形成した
通孔４８を介して連通している。

また、方向切換弁４７には戻り側ポートＲが形成されて
いて、供給側ポートＰが出力側ポートＡ又はＢのいずれ
か一方と連通したとき、他方が戻シ側ボー）Ｒと連通ず
るようになっている。この戻シ側ポートＲはオイルギヤ
ラリ側に接続されると共にリリーフ弁４９ｔ−介してオ
イルタンク５０に接続されている。

・９イロツト弁５１は方向切換弁４７の出力側ポー）Ａ
と油圧室３５ａ、３７ａと間の油圧ＡＩと、出力側ポー
トＢと油圧室３６ａ、３８ａとの間の油圧Ｂ１とをそれ
ぞれ絞り５２ａ　、５２ｂを介して受け、これらの大小
に応じて切換えられて、方向切換弁４７の両側の室ａ又
はｂのいずれか一方に油圧供給源すなわちアそユムレー
タ４５の油圧を作用させ、他方を戻り側すなわちオイル
タンク５０と接続するようになっている。そして、この
切換特性は、方向切換弁４７が切換えられることにより
変化した油圧Ａｓ　、　Ｂ１によりパイロット弁５１が
方向切換弁４７１に元の切換位置に戻すよう切換えられ
るようになっている。

一方、方向切換弁４７は、第５図及び第６図に明瞭に示
されるように軸方向に２つの溝５３ａ。

５３ｂをＭし、これらの溝５３　ａ　、５３ｂのいずれ
かにストッパ５４が係合している状態では、いずれかの
切換位置にロックされるようになっている。ストッパ５
４はスプリング５５によシ係合方向に付勢されている。

そして、このロック状態はタイミングリフタ５６のピス
トン５６ａに連結された出力ロット５６ｂによりアーム
５７を介してストツノや５４を前記付勢方向と反対方向
に回動することにより解除されるようになっているが、
アーム５７に連結された電磁アクチュエータ５８が吸引
作動しているときのみ、タイミングリフタ５６の出力ロ
ット５６ｂがアーム５７と係合するようになっている。

タイミングリフタ５６はオイルポンプ４１の吐出側圧力
を直接ピストン５６ａＫ受け、オイルポンプ４１のグラ
ンジャ４１ａのリフト、つまりはカムリフトと同期して
出力ロット５６ｂを往復動させるようになっている。

電磁アクチュエータ５８は、回転速度を検出する回転速
度センサ５９からの信号を受ける制御（ロ）路６０によ
シ、高速運転域から低速運転域に移ったとき、あるいは
低速運転域から高速運転域に移ったときに一定の時間通
電されるようになっている。

次に作用を説明する。

今、高速運転域では、方向切換弁４７が図示の如く切換
わっていて、油圧室３５ａ　、３７ａの側に油圧が導入
されて、ナ１．す２気筒用の吸気弁用ロッカアーム２４
．２６が図示（第２図）の如く高速時用カム３０ａ　、
３２ａにより駆動され。

また＋３．す４気筒の吸気弁用ロッカアームも図示しな
いが高速時用カムにより駆動されているものとすると、
パイロット弁５１に作用する油圧はＡ１の方が大きいの
で、パイロット弁５１は図示の状態にあり、これに伴な
い方向切換弁４７の室ａへ油圧を作用させるため、方向
切換弁４７は図示状態とは反対の状態へ切換わるうとす
るが、これはストッパ５４により阻止されている。

この状態から運転条件の変化、すなわち回転速度の減少
を回転速度センサ５９の出力変化から制御回路６０が検
出すると、制御回路６０により電磁アクチュエータ５８
が一定時間作動して、アーム５７ｔ−第５図で左方に移
動させるから、タイミングリフタ５６の出力ロット５６
ｂとアーム５７とが係合可能な状態になる。

一方、タイミングリフタ５６は前述の如くカムリフトに
同期して往復動するが、オイルポンプ駆動カム４３の位
相の設定によシ出カロット５６ｂが突出し、アーム５７
を介してストッパ５４を回動することによシ、ストッパ
５４を下死点付近で解除する。

ストッパ５４が解除されると、パイロット弁５１からの
信号油圧によシ方向切換弁４７が第４図で右方に勤換え
られ、切換わった状態で再びストッパ５４がかかつてロ
ックされる。なぜなら、タイミングリフタ５６はアキュ
ムレータ４５に再び油圧が満たされるまではリフトして
こないし、また電磁アクチュエータ５８はその間に再び
オフとなるからである。

そして、方向切換弁４７が切換わった状態では、アキュ
ムレータ４５からの油圧が油圧室３６８゜３８ａに供給
され、油圧室３５ａ　、３７　ａの油圧は排出される。

ここにおいて、第７口金参照し、ナ１．′＃２気筒では
す１気筒の吸気弁２０の高速時のリフトがクランク角で
１８０度をすぎて終了すると、＃−１，す２気筒の吸気
弁２０．２２共、ロッカアーム２４．２６とカム３０　
ａ　、　３２　ａとの接触面にクリアランスが生じるた
め、油圧室３６ａに供給される油圧によシロツカアーム
２４゜２６が低速時用カム３０ｂ、３２ｂ側に一気に移
動し、これによシこれらのカム３０ｂ　、３２ｂとロッ
カアーム２４．２６とが相対するようになる。

また、＃−３気筒では１８０度手前で既に吸気弁の高速
時のリフトが開始されていて、１８０度付近で方向切換
弁４７が切換わっても引続くす４気筒の吸気弁の高速時
のり７トが終るまではす３．す４気筒の吸気弁の少なく
とも一方について高速時用カムがロッカアームを駆動し
ておシ、パルプスプリング（図示せず）の荷重による摩
擦力が大きいためロッカアームが軸方向へ移動すること
はないが、＃４気筒の吸気弁の高速時のリフトが終了し
た時点でクリアランスを生じることによシ、同様に一気
に移動し、これによシ切換が終了する（第７図参照）。

ｌた、方向切換９ｆ４７が切換わるとパイロット弁５１
に作動する油圧が逆転するので、・母イロット弁５１が
切換わシ、パイロット弁５１からの信号油圧が方向切９
＠４７を再び元の状態に戻すように作用する。但し、方
向切換弁４７はストン・ぐ５４によシロツクされている
ので、英断には切換わらず、次の切換に備えることにな
る。

このように予め信号油圧を切戻えておくことにより、切
換に際しストン・ぞ５４が解除されたときに方向９ノ換
弁４７が一気に切換わるので、応答性を読めることがで
きる。即ち、ノ・？イロット弁５１に′喝硫升を用いた
場合、その応答性は速いものでも、１０ｍ５ｅｃであり
、高速運転時に切換える場合に通常はインクとなるが、
上述のように予め切換えて分くならば応答速度は小さく
ても良く、ロッカアームが例えは弁リフトの直前に移動
してロッカアームの移動が終了しないうちに弁リフトが
開始し、カムとロッカアームが一部分で接触して面圧が
過大となり破損するといった現象を防止することが可能
となる。

従って高速運転域で吸気弁の閉弁時期が遅れるため、吸
入空気量の吸入効率を高めて機関出力全増大しておシ、
低速運転域になると、吸気弁の閉弁時期が早まるので、
叙弁開度が小さい状態での排気の逆流を防ぎ、低速運転
域でも吸入効率を高めて機関出力を維持することになる
。

ここでは吸気弁の作動のみを切換える場合を説明したが
、排気弁の作動のみを切換えてもよく、また排気弁につ
いても吸気弁と同様な機構を設け、排気弁用の一対のカ
ムについて尚速時用カムは第３図上の破線の升リフトを
、低速時用カムは第３図下の一点鎖線の升り７トを与え
、吸・排気弁共に切換えるようにすれば、低速運転域で
の吸入効率を更に扁く維持することが出来る。

ターボチャージャを用いている場合高速運転域では排気
圧が非常に萬くなるため、排気弁の開く時期を高速運転
域に低速運転域よりも早く設定することは！ローダウン
を利用してのガス又換効率を高めることになシ、弁作動
を切換える効果は大きい。

また、この実施例では２段カムとしての切換装置を示し
たが、低速運転域から高速運転域まで連続して吸・排気
弁の作動を変化させるものでるれば更によいことはもち
ろんである。

以上のように本発明はターボチャーツヤ付機関において
、高速運転域と低速運転域で吸・排気弁の開閉時期を切
換え、高速運転域では慣性効果全光分に生かしてガス交
換性能を而め、ターボチャージャの特長を発揮きせると
ともに、低速運転域では吸気量を増大させて実圧縮比を
高めるようにしたので、ターボチャージャの欠点を補っ
て低速運転域での出力の増大、燃費の同上が得られると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示しターボチャージャ付機
関の全体構成図、第２図は弁作動切換装置の一実施例を
示す平面図、第３図は同上の升リフトの特性図、第４図
は同上のシステム全体図、第５図は第４図の要部拡大図
、第６図は第５図の側面図、第７図は同上のロッカアー
ム移動タイミングの説明図である。 １・・・ターがチャージャ、２・・・排気タービン、４
・・・吸気コンプレツサ、２０．２２・・・吸気弁、２
１゜２３・・・排気弁、２４．２６・・・吸気弁用ロッ
カアーム、２５．２７・・・Ｗ’Ａ弁用ロッカアーム、
２８中ロツカ７ヤフト、２９・・・カムシャフト、３０
ａ。 ３２ａ・・高速時用カム、：３０　ｂ　、　３２　ｂ・
・・低速時用カム、３５，３６，３７．３８・・・アク
チュエータ、４０・・・油圧供給源、４３・・・油圧制
御部。 特許出願人　　日産自動車株式会社 ９８ 手　　続　　補　　正　　書　（方式）特許庁長官　　
若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年特許願第６８１２号 ２、発明の名称 ターボデＩ！−ジ＋Ｆ付機関の弁作動切換装置３、補正
をする老 事件どの関係　　特許出願人 住所　神奈川県横浜市神奈用区宝町二番地、氏名　（３
９９）日産自動車株式会社４、代理人 住所　〒１０４東京都中央区銀座８−１Ｃ）−８（発送
日　昭和５８年４月２６日） ６、補正の対象 委任状、明細書の「発明の詳細な説明」の欄及び（１）
　委任状を別紙の通り補正する。 （２）　明細用第１０頁第６行目に「・・・フィルは高
速時用カム・・・」とあるを１・・・フィルは第３図の
土の高速時用カム・・・」と補正り−る。 （４）　明細用第１０頁第７行目に「・・・が開さ、低
速時用カム・・・」とあるを「・・・が聞き、第３図の
トの低速時用カム・・・」ど補正する。 （５）　図面「第３図Ｊを別紙の通り補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関排気圧力で駆動される排気タービンによ多回転駆動
   されるコンプレッサで吸気を過給する゛ター＆チャージ
   ャを備えた内燃機関において、カムシャフトに形成した
   一対のグロフィルの異なるカムとロッカシャフトに設け
   たロッカアームとを備え、このロッカアームが前記カム
   により揺動じて吸気弁及び排気弁をそれぞれ開閉作動さ
   せるとともに、高圧の油圧供給源からの圧油を運転粂件
   に応じて油圧制御部で制御し、この制御油圧に応動する
   アクチュエータを介して前記ロッカアームをロッカシャ
   フトの軸方口に摺動して前記一対のカムの一方と選択的
   に係合させる弁作動切換装置を設け、前記吸気弁又は排
   気弁の閉弁時期を、高速運転域には遅らせ、低速運転域
   には早めるようにしたことを特徴とするタープチャージ
   ャ付機関の弁作動切換装置。