JPS5925100B2

JPS5925100B2 - 過給内燃機関

Info

Publication number: JPS5925100B2
Application number: JP53110541A
Authority: JP
Inventors: 英男河村
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1978-09-08
Filing date: 1978-09-08
Publication date: 1984-06-14
Also published as: JPS5537550A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は殊に車両用としての過給機を備えた内燃機関に
関するものである。

内燃機関に於ては小さなスペースで大きな出力を得るた
めに機関の排気ガスによって作動する排気ターボ過給機
を用いて加圧した空気をシリンダに供給すること（過給
）が行なわれている。

そして、この排気ターボ過給機と機関のマツチングは、
車両用として使用する場合低速トルクを向上させる様に
設定するのが一般である。

しかし、この様に設定した場合、高速になるにつれて排
気ガスのエネルギーが増大するために過給機による加圧
空気の圧力が過大となり、それにより最大爆発圧力の上
昇を来たし機関の強度上好ましくないものとなっている
。

これを回避するために、圧縮比を下げることや、過剰に
なった空気及び排気ガスを外部に捨てる、吸排気バイパ
ス等を行なっているが、前者にあっては始動性を悪化さ
せ、後者にあってはせっかく加圧した給気を利用せず、
また、仕事をする能力をもった排気ガスを無駄にするわ
けで、いずれも排気ガスの持つエネルギーを最大に活用
できないために燃料消費率を大巾に悪化させることにな
っている。

逆に高速に於る最大爆発圧力を適正にするために、それ
に適合する様に排気ターボ過給機の仕様を設定すると前
述の低速トルクが過少になり、いずれの場合も好ましく
ないものとなってしまう。

本発明は以上の点に鑑み発明されたもので、内燃機関の
シリンダヘッドに開閉バルブを備える吸気ポートと、吸
気ポートの開閉バルブの開弁期間後半から開きはじめる
開閉バルブを有する過給ポートを形成し、過給ポートと
排気ターボ過給機とを過給管によって連結し、機関回転
数が設定値以下のとき閉弁し、前記回転数以上のとき開
弁する連通弁を、過給管と吸気ポート上流の吸気管とを
結ぶ連通管内に備え、更に機関回転数が設定値以下のと
き開弁し前記回転数以上のとき閉弁する吸気弁を連通弁
より上流の吸気管内に備え、かつ上記吸気ポートと過給
ポートからシリンダに供給される空気の流線と、シリン
ダ軸とのなす角度を吸気ポートよりも過給ポートの方を
太き（したもので、即ち新しい吸入方式により低速トル
クを確保しつ＼、機関に適合した加圧空気を得て最大爆
発圧力を抑制し、更に燃焼を改善した過給機関を提供し
ようとするものである。

以下、第１図に示す一実施例をもって本発明を説明する
。

１はシリンダヘッド、２ａ及び２ｂはシリンダヘッド１
に各々独立して形成された吸気ポート及び過給ポート、
３ａ及び３ｂは各々吸気ポート２ａに連通ずる吸気管及
び後述する排気ターボ過給機２０につながり過給ポー）
２ｂに連通ずる過給管、１３は更に吸気管３ａ及び過給
管３ｂとを連通する連通管、１４は吸気管３ａと過給管
３ｂの連通を断続するために連通管１３に設けられた連
通弁、１５は外気との連通を断続するために吸気管３ａ
に設けられた吸気弁、１６は連通弁１４及び吸気弁１５
を連通ずる連接棒で、吸気弁１５を吸気管３ａと外気と
の連通を断つために閉じさせると同時に連通弁１４を開
かせ吸気管３ａと過給管３ｂとを連通させるものである
。

そして、１７は機関回転数を検出し、この値が設定値に
達した時に連接棒１６を作動させる制御器で電磁的に作
動させる例を示しである。

４ａ及び４ｂは吸気ポー）２ａ及び過給ポート２ｂの各
々の開閉バルブ、５ａ及び５ｂは各々のバルブ４ａ及び
４ｂを開閉させる吸気ロッカアーム及び過給ロッカアー
ム、６はブツシュロッド、７はカムシャフトで、カムシ
ャフト７の回転により各々のブツシュロッド６を揚程さ
せ吸気及び過給ロッカアーム５ａ及び５ｂを揺動させる
様になっている。

そして、各々の開閉バルブ４ａ及び４ｂの開閉時期は第
２図に示す様に吸気ポートの開閉バルブ４ａが上死点Ｔ
ＤＣ前のＸ、例えば２０°で開き始め、下死点ＢＤＣ前
のＹ、例えばｆで閉じ終り（開弁期間は４Ａ）、また、
過給ポートの開閉バルブ４ｂが吸気ポートの開閉バルブ
４ａの閉じ終る前のＶ、即ち吸気ポートの開閉バルブ４
ａの開弁期間４Ａの後半で開き始め、下死点後のＷ、例
えば８０°以前で閉じ終る（開弁期間は４Ｂ）様に各々
のバルブ４ａ及び４ｂに対応するカムシャフト７のカム
の形状を設定しである。

８はシリンダで各々のバルブ４ａ及び４ｂが開かれた時
に各々のポー）２ａ及び２ｂに連通して空気を導入する
ものである。

そして、上記の各々の位置関係は第３及び４図に示す様
に、シリンダ８に各々のポー）２ａ及び２ｂから流入す
る空気流がその中で同一方向に成り、しかもお互に混り
合う様に、吸気ポート２ａによる流線Ａとシリンダ軸Ｘ
との成す角度αを過給ポート２ｂによる流線Ｂと軸Ｘと
の成す角度βより小さくなる様に形状及び配置が決めら
れている。

９はシリンダ８に嵌装されたピストン、１０はピストン
９を作動させるコンロッド、１１はシリンダヘッド１に
形成された排気ポート、１２は排気ポート１１に連通ず
る排気管である。

前記の排気ターボ過給機２０はタービン２１と、それに
直結した圧縮機２２とから成っており、タービン２１が
排気管１２の一端に取り付けられ、その羽根２１ａが機
関の排気ガスにより駆動されて、圧縮機２２０羽根２２
ａを回動し、空気を圧縮して圧縮機２２に連通する過給
管３ｂに供給するもので、供給する空気の量及び圧力が
適宜に設定されている。

以上の様に構成された過給機関を運転すると、機関回転
数が設定値（例えば２０００ｒｐｍ）以下の場合には吸
気管３ａの吸気弁１５が開き連通管１３の連通弁１４が
閉じた状態になっている。

即ち、吸気管３ａが外気に連通ずることになり、排気行
程の終りの上死点前Ｘで吸気ポートの開閉バルブ４ａが
、カムシャフト７によりブツシュロッド６を押し上げ、
吸気ロッカアーム５ａを作動させることにより開き始め
、その後ピストン９の下降にともなう吸気運動により吸
気ポー）２ａを通して外気をシリンダ８に導入する。

そして、下死侭前のＹで前記開閉バルブ４ａが閉じ終り
シリンダ８に空気を蓄える（従来の無過給機関と同じ作
用）また、吸気ポートの開閉バルブ４ａが閉じ終る前Ｖ
で過給ポートの開閉バルブ４ｂが吸気ポートのそれ４ａ
と同様に、カムシャフト７、ブツシュロッド６、過給ロ
ッカアーム５ｂにより開き始める。

そうすると機関の排気ガスによってタービン羽根２１ａ
を駆動し、それに直結した圧縮機羽根２２ａによって加
圧された空気が過給管３ｂ、過給ポー）２ｂを通ってシ
リンダ８に供給される。

そして、その後、過給ポートのバルブ４ｂが下死点後の
閉じ終るＷまでシリンダ８に空気が供給され続けるから
前述の吸気ポートの開閉バルブ４ａによって導入された
空気に更に加算されることになる。

勿論、上述の様に吸気ポートの開閉バルブ４ａが閉じ終
るＹの前Ｖで過給ポートの開閉バルブ４ｂが開いたとし
ても、吸気ポートのバルブ４ａによってシリンダ８に蓄
えた空気よりも排気ターボ過給機２０によって供給する
空気の圧力を高くしであるので、両パルプ４ａと４ｂの
オーバーラツプ期間に前記吸気ポートの開閉バルブによ
って蓄えた空気が流出することもない。

即ち、従来の過給機関の様に吸入時の全期間にわたり排
気ターボ過給機２０により加圧空気をシリンダ８に供給
するのに比べ、従来の無過給機関と同様に外気を導入し
た後、上記と同様な全期間にわたり供給可能な過給機２
０を用いて更に加圧空気を供給するので全体としては従
来の過給機関に比べ空気量が大巾に増大することになる
。

そして、機関回転数が設定値に達すると制御器１７によ
り連接棒１６を作動させて吸気弁１５を閉じ連通弁１４
を開けて連通管１３により過給管３ｂと吸気管３ａとを
連通ずる。

これにより吸気管３ａと外気との連通が遮断され、過給
管３ｂはもとより吸気管３ａによっても圧縮機２２によ
って加圧された空気がシリンダ８に供給される。

即ち、両開閉バルブ４ａ。４ｂの全ての開弁期間に亘っ
て圧縮機２２の空気がシリンダ８に供給されるものとな
るから第５図に示す如く機関の回転数が設定値Ｒで各々
の弁１５及び１４が切換えられた後は、機関回転Ｎに対
する加圧空気圧力Ｐの変化割合が小さくなる。

従って最高回転時の加圧空気の圧力Ｐもおさえられるこ
とになる。

勿論この様に両パルプ４ａ、４ｂの全開弁期間に亘っ
て圧縮機２２の空気を供給したとしても機関回転数が上
昇しているからタービン２１を回すに必要な排気エネル
ギーが充分に得られており、空気供給量が不足すること
もないものである。

また、各々の開閉バルブ４ａ、４ｂにより吸気管
３ａ、吸気ポー）２ａ及び過給管３ｂ、過給ポー）２ｂ
を通ってシリンダ８に流入する時の空気流の方向；スワ
ールは各々のポー）２ａｔ２ｂ及び各々のバルブ４ａ、
４ｂの配置により、第３図に示す様に両ポー）２ａ、
２ｂによるスワールが同一方向になるから全体のスワー
ルの強さを増すものどなる。

更に、第４図に示す様に過給ポート２ｂによって流入す
る空気の流線Ｂとシリンダ軸Ｘとの成す角度βを吸気ポ
ート２ａによる流線Ａとシリンダ軸Ｘとの成す角度αよ
り太き（して流入方向を変えであるから、各々のポー）
２ａ及び２ｂによるスワールが適当な混り具合となり、
いわゆる複合スワールを発生させる。

その上、この様に過給ポー）２ｂにより後続してシリン
ダ８に流入する空気の流線Ｂとシリンダ軸Ｘとの角度β
を太き（することにより、特にピストン９が下死点ＢＤ
Ｃから上昇する時に空気の流入方向に対して抗する割合
が少なくなるのでスワールが減衰しにく（なる。

以上に示す如く本発明によればシリンダ８への空気の供
給を機関回転数Ｎが設定値Ｒ以下の中低速においては吸
気管３ａ吸気ポー）２ａにより外気を導入した後、更に
過給管３ｂ過給ポー）２ｂにより排気ターボ過給機２０
の圧縮機２２で加圧した空気を供給するので全体の空気
量が増大し低速トルクが大巾に上昇する。

この後回転数Ｎが設定値Ｒに達すると、吸気弁１５を閉
じ外気を遮断し、同時に連通弁１４を開けて吸気管３ａ
へも圧縮機２２の加圧空気を供給するようにするとそれ
以上の回転数Ｎでは中低速トルクを大巾に向上させるに
も拘らず高速で、排気ガスエネルギーを捨てることなく
利用出来るばかりでなく特に機関の最高回転における圧
力Ｐをおさえることができるから機関の最高爆発圧力が
上昇せず強度上好ましいものとなる。

また、二つのポー）２ａ、２ｂにより流入する空気を
シリンダ８内で同一方向にするとともに、各々のポー）
２ａｔ２ｂによってシリンダ８に流入する流
線Ａ、Ｂとシリンダ軸Ｘとの成す角度α。

βを変えて、複合スワールを発生させることにより、燃
焼が良（なり燃料消費率の向上が計れる外、有害成分を
抑制できるから排気ガス対策にもつながるものである。

尚、本実施例においては吸気ポートの開閉バルブ４ａの
閉じ終りＹを吸入行程の下死点ＢＤＣ前であるとしたが
、これに限ったものでもな（、過給ポートの開閉バルブ
４ｂとの兼合いで、その機関に最適になる様に設定すれ
ば良く、要は過給ポートの開閉バルブ４ｂの開き始めＶ
を吸気ポートの開閉バルブ４ａの開弁期間４Ａの後半に
なる様にすれば良いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図はバ
ルブの開閉時期を示す説明図、第３図及び第４図はポー
トの形状及び配置を示す横断面図及び縦断面図、第５図
は機関回転数に対す空気圧力を示す説明図。２ａ・・・吸気ポート、２ｂ・・・過給ポート、３ａ・
・−吸気管、３ｂ・・・過給管、４ａ、４ｂ・・
・開閉バルブ、８・・・シリンダ、９・・・ピストン、
１３・・・連通管、１４・・・連通弁、１５・・・吸気
弁、２０・・・排気ターボ過給機、２２・・・圧縮機。

Claims

【特許請求の範囲】

１内燃機関のシリンダヘッドに開閉バルブを備える吸
気ポートと、吸気ポートの開閉バルブの開弁期間後半か
ら開きはじめる開閉バルブを有する過給ポートを形成し
、過給ポートと排気ターボ過給機とを過給管によって連
結し、機関回転数が設定値以下のとき閉弁し、前記回転
数以上のとき開弁する連通弁を、過給管と吸気ポート上
流の吸気管とを結ぶ連通管内に備え、更に機関回転数が
設定値以下のとき開弁し前記回転数以上のとき閉弁する
吸気弁を連通弁より上流の吸気管内に備え、かつ上記吸
気ポートと過給ポートからシリンダに供給される空気の
流線と、シリンダ軸とのなす角度を吸気ポートよりも過
給ポートの方を大きくしたことを特徴とする過給内燃機
関。