JPS5941293Y2 - 過給機付内燃機関 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は過給機付内燃機関に関し、特にその吸排気系統
の改良を図ったものである。

従来の過給式内燃機関、例えば排気タービン駆動式過給
機を有する内燃機関の吸排気系統としては第１図に示す
ようなものがある。

ここで、矢印Ａは吸気系路を示し、矢印Ｂは排気系路を
示すものとする。

第１図において、１はコンプレッサであり、コンプレッ
サ１は軸２を介して直結された排気タービン３によって
駆動される。

コンプレッサ１はエアークリーナ４がらエアフローメー
タ５を介して空気を吸入し、更にその吸入空気をインテ
ークマニホルド６を径て吸入ポート７に導き、ここで、
吸気弁８の開閉動作により燃焼室９に吸入空気を送給す
る。

インテークマニホルド６には過給空気の量を制御するた
めのスロットル弁１０が挿設され、更にその下流側には
、インテークマニホルド６内の圧力が異常に上昇した時
に、インテークマニホルド６内の空気を外部へ逃がして
各種機器を保護するインテークリリーフ弁１１が付設さ
れている。

燃焼室９内で燃焼を終えた排気ガスは、排気弁（図示せ
ず）からニゲシーストマニホルド１２を介して排気ター
ビン３に導かれ、この排気タービン３を駆動した後に触
媒コンバータ１３．マフラー１４を経て大気に排出され
る。

ニゲシーストマニホルド１２の排気タービン３近傍には
排気バイパス弁１５が装着され、排気バイパス弁１５は
、インテークマニホルド６内の圧力により駆動されル排
気バイパス弁コントローラ１６によってその開閉を制御
される。

すなわち、インテークマニホルド６内の過給圧力が所定
以上に達すると、その圧力に対応して排気バイパス弁１
５が開き、排気ガスの一部を排気タービン３を通さず、
直接触媒コンバータ１３を介してマフラ１４かも大気へ
排出する。

以上の構成により、従来は、過給機の過給圧が所定以上
に過大になることに起因してノッキングが生じることが
ないように制御している。

しかしながら、このような従来の過給機付内燃機関にあ
っては、エンジンに供給される過給空気の温度は、過給
時の断熱圧縮により上昇したり、あるいは排気タービン
３を通過する際の流体摩擦によって上昇し、しかも、過
給により燃焼室９内での実質圧縮圧力が上昇するので、
燃焼室９内での燃焼温度が上昇する。

従って、高い過給比を必要とする高速運転時にノッキン
グが発生しやすくなる。

このため、燃料を増加して混合気の濃度な高め、かつ点
火時期を制御機構により遅らせるようにする必要がある
が、このことはエンジンの出力上昇を制限することとな
る。

また、ノッキングを防止するため圧縮比を低くすること
があるが、これにより部分負荷（中低負荷）時の燃費が
悪くなると（・う問題点があった。

本考案は、このような従来の問題点に着目してなされた
もので、通常の吸気弁および排気弁の他に新たに補助吸
気弁を配設し、排気行程の後半に補助吸気弁から過給空
気を燃焼室内に供給して燃焼室内の残留ガスを掃気する
と共に、燃焼室内の混合気温度を降下させ、更に、補助
吸気弁を吸気行程の後半、または吸気行程の半ばから次
の圧縮行程の前半にかけて再度開いて過給空気を燃焼室
内に吹き込み、主吸気弁から供給される過給空気ととも
に強くスワールを起させて燃焼効率を高めることにより
、上記問題点を解決することを目的としている。

以下に図面に基づいて本考案を詳細に説明する。

第２図は本考案の一実施例を示すもので、ここで、２１
は過給機であり、この過給機２１は排気タービン式以外
の過給機を用いるものとする。

２２はシリンダヘッドであり、シリンダヘッド２２に形
成した各気筒毎の燃焼頭部２３には、それぞれ主吸気弁
２４、補助吸気弁２５、排気弁２６および点火栓２７を
配設する。

過給機２１の吸入側には空気吸入通路２８を接続して、
この通路２８から空気を吸入する。

一方、吐出側には主吸気通路２９を接続し、過給機２１
の近傍にはスロットル弁３０を挿設する。

スロットル弁３０の下流側には、スロットル弁３１を挿
設した空気吸入通路３２を接続すると共に、各気筒毎に
分岐する分岐吸気通路３３を介して主吸気弁２４と接続
する。

また、主吸気通路２９のうち、スロットル弁３０の上流
側には補助吸気通路３４とバイパス通路３５を接続し、
補助吸気通路３４は各気筒毎に分岐する分岐吸気通路３
４Ａを介してそれぞれ補助吸気弁２５と接続する。

バイパス通路３５は過給機２１の吸入側に接続した空気
通路２８と接続する。

これら各通路３４および３５の主吸気通路２９との接続
部近傍には、それぞれ、スロットル弁３６および３７を
挿設する。

なお、本例では気化器あるいは燃料噴射弁等の燃料供給
系統は主吸気通路側に配設するものとする。

次に、このように構成した本考案過給機付内燃機関の吸
排気装置の動作および制御について説明する。

第３図ＡおよびＢはそれぞれ横軸を行程、縦軸をカムリ
フトとして、補助吸気弁２５の開閉時期を示した２つの
例である。

第３図Ａは、補助吸気弁２５を排気行程の半ばから終り
にかけて開き、次に主吸気弁２４が開いている期間、即
ち吸入行程の半ばから終りにかげて再度開くようにした
例であり、第３図Ｂでは補助吸気弁２５は排気行程の半
ばから終り、および吸入行程の半ばから圧縮行程の半ば
にかけて開くようにしたものである。

すなわち、本考案過給機付内燃機関においては、排気タ
ービン式以外の過給機２１を用いて過給しているので、
排気行程の後半では排気圧は吸気圧よりも子分低く、従
って、排気行程の終りに補助吸気弁２５を開くことによ
って燃焼室内の高温状態の残留ガスを排気弁２６から掃
気する。

また、吸入行程の後半に、再度補助吸気弁２５を開くよ
うに構成しているので、補助吸気弁２５より燃焼室に吹
き込まれる空気によって、主吸気弁２４からの混合気に
スワールを起して燃焼効率を高める。

以上では、主として補助吸気弁２５の動作について説明
してきたが、負荷状態における過給機２１および各スロ
ットル弁３０，３１および３６の動作と制御について説
明する。

第４図は運転条件に対応した過給機２１、スロットル弁
３０゜３１および３６の動作を示すもので、エンジンの
高負荷時には、過給機２１は全力駆動、スロットル弁３
０および３６はいずれも全開とし、大気に通じるスロッ
トル弁３１は全閉とする。

従って、過給機２１からの過給空気は全員主吸気通路２
９および補助吸気通路３４を経て、それぞれ主吸気弁２
４および補助吸気弁２５に導かれる。

中低負荷時には、過給機２１は例えば負荷に応じてその
回転数を制御して駆動する。

また、主吸気通路２９のスロットル弁３０は全閉とし、
補助吸気通路３４のスロットル弁３６および空気吸入通
路３２のスロットル弁３１は、それぞれ負荷に応じてそ
の開度を制御する。

なお、負荷は吸気圧力、排気圧力、吸入空気量等を検出
してその状態を判断する。

空気吸入通路３２からスロットル弁３１を介してその開
度に応じて流入した空気は、主吸気通路２９および分岐
吸気通路３３を経て各気筒毎の主吸気弁２４に導かれる
。

一方、スロットル弁３６の開度に対応した量の過給空気
は、補助吸気通路３４から分岐吸気通路３４Ａを経て各
気筒毎の補助吸気弁２５に導かれる。

この場合、スロットル弁３６の開度が小さいときは隔給
機２１から吐出される過給空気により、吐出側通路の圧
力が高くなり、過給機２１に無駄な負荷がかかるので、
バイパス通路３５のスロットル弁３７を所要の開度に開
いて、余った過給空気を過給機２１の吸入側へ戻し、過
給機２１の負荷を軽くして馬力損失を防止する。

無負荷時や無負荷に近い低負荷時においては、過給機２
１は停止しておく、また、スロットル弁３０および３６
を全閉とし、スロットル弁３１のみをエンジンの回転数
に応じた開度となるように制御することによって、空気
吸入通路３２からのみ大気を吸入して主吸気通路を経て
主吸気弁２４に導く。

このように構成した第２図示の本考案過給機付内燃機関
にあっては、新たに配設した補助吸気弁２５は、第３図
Ａ、Ｂに示すように、排気行程の半ばから吸入行程が始
まる前まで開くようにしたので、このとき、補助吸気通
路３４から補助吸気弁２５を介して燃焼室に過給空気が
供給され、この過給空気により燃焼室頂部に残った高温
状態の残留ガスを排気弁２６から一掃する。

その後の吸入行程では主吸気弁２４を開き、補助吸気弁
２５は吸入行程の前半では閉じ、後半から圧縮工程の始
まる前まで開くようにし、しかも高負荷運転時には７０
ツトル弁３０を全開して主吸気通路２９かも過給空気を
燃焼室内に供給するように構成したので、残留ガスを掃
気した体積分だけ、従来より多くの過給空気を燃焼室に
供給することができ、高負荷運転時においては、従来に
比してそれだけ出力を増大することができる。

また、高温状態の残留ガスが一掃されるので、従来に比
べて、吸入行程で吸入した混合気の温度上昇が防止され
、過給機付内燃機関の最大の問題点であった圧縮時のノ
ッキングを発生しにくくすることができる。

従って、内燃機関の圧縮比を過給機無しの内燃機関より
小さくする必要がなく、部分負荷時の燃料消費率、すな
わち燃費を向上することができる。

また、従来の過給機付内燃機関にあっては、部分負荷時
に燃焼速度が緩慢になることから不完全燃焼することが
あり、燃費が悪化する傾向があったが、部分負荷時には
主吸気弁２４には過給空気を導かずに、大気中から吸入
した吸入空気を導き、補助吸気通路３４のみから過給空
気を燃焼室に供給するようにし、また、吸入行程の半ば
から圧縮行程の始まる前まで、ある（・は圧縮行程の前
半にかげて、再び過給空気を補助空気弁２７から燃焼室
に吹き込むことにより、燃焼室内に強いスワールが発生
して燃費の向上が図られる。

以上説明してきたように、本考案によれば、燃焼室上部
壁に、従来からの吸気弁および排気弁の他に新たに補助
吸気弁を配設し、排気行程の半ばから排気行程の終りに
かげて補助吸気弁より過給空気を燃焼室内に吹き込んで
燃焼室内の残留ガスを掃気し、また吸入行程の半ばから
吸入行程の終り、あるいは圧縮行程の半ばにかげて、再
度補助吸気弁より過吸空気を燃焼室に供給して主吸気弁
から供給される混合気にスワールが起きるように構成し
たので、高負荷時においては掃気しただけ従来より過給
気の供給量が増えて、それだけ出力の向上を見込むこと
ができる。

また、残留ガスを掃気して混合気の温度上昇を防止した
ので圧縮比を低く設定する必要もなく、しかも、スワー
ルが起きるようにしたので、燃焼効率が上昇して、部分
負荷時の燃費の向上をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の過給機付内燃機関の吸排気系統の一例を
示す系統図、第２図は本考案の吸気系統を模式的に表わ
す線図、第３図Ａ、Ｂは機関の行程と補助吸気弁の開閉
時期を示すグラフ、第４図は本考案の動作説明図である
。 １・・・・・・コンプレッサ、２・・・・・・軸、３・
・・・・・排気タービン、４・・・・・・エアークリー
ナ、５・・・・・・エアフローメータ、６・・・・・・
インテークマニホルド、７・・・・・・吸入ポート、８
・・・・・・吸気弁、９・・・・・・燃焼室、１０・・
・・・・スロットル弁、１１・・・・・・インテークリ
リーフ弁、１２・・・・・・ニゲシーストマニホルド、
１３・・・・・・触媒コンバータ、１４・・・・・・マ
フラー、１５・・・・・・排気バイパス弁、１６・・・
・・・排気バイパス弁コントローラ、２１・・・・・・
過給機、２２・・・・・・シリンダヘッド、２３・・・
・・・燃焼頭部、２４・・・・・・主吸気弁、２５・・
・・・・補助吸気弁、２６・・・・・・排気弁、２７・
・・・・・点火栓、２８．３２・・・・・・空気吸入通
路、２９・・・・・・主吸気通路、３０，３１，３６，
３７・・・・・・スロットル弁、３３゜ ３４Ａ・・・・・・分岐吸気通路、 ３４・・・・・・補助吸 見通路、 ３５・・・・・・バイパス通路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 過給機と燃焼室に配設した主吸気弁および補助吸気弁と
   を有し、前記過給機からの過給空気を、主吸気通路およ
   び補助吸気通路を径で前記主吸気弁および前記補助吸気
   弁から前記燃焼室に導入可能となした過給機付内燃機関
   において、前記過給機を排気タービン駆動以外の過給機
   となし、前記主吸気通路および前記補助吸気通路にそれ
   ぞれ第１および第２スロツトル弁を介挿して、該第１お
   よび第２スロツトル弁の開度を機関の負荷条件に対応し
   て変化させると共に、前記補助吸気弁を排気行程の後半
   期間中にわたって開き、吸入行程の開始位置で閉じ、さ
   らに吸入行程の後半期間内において開き、圧縮行程の前
   半期間内において閉じるようにしたことを特徴とする過
   給機付内燃機関。