JPS5941294Y2 - 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７０−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を経て吸入ポート７に導き、ここで、
燃焼室上部壁に配設されている吸気弁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１３，７７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る排
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７７ラー１４から大気
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を高め、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、排気タービン３によりコンプレッサ１を駆動する
いわゆるターボチャージャを用いた内燃機関の部分負荷
時には、排気タービン３の抵抗による排気圧の上昇等に
より燃料が効率よく燃焼されないという問題点があった
。

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、通常の機関において燃焼室上部壁に配設される
吸気弁および排気弁の他に新たに燃焼室上部壁に副吸気
弁を配設し、上記の主吸気弁を吸入行程の初めから終り
にかけて作動させるのに対して副吸気弁を排気行程の終
りから吸入行程の初めにかげて作動させ、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
、吸気行程の初めに副吸気弁から過給空気を燃焼室内へ
供給することにより、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、過給機よりシ
リンダヘッドの燃焼室までの吸気系統と燃焼室上部壁の
吸気弁、排気弁等の配置を示す。

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。

過給機２１の吐出側の吸気通路は、主吸気通路２２と補
助吸気通路２３とに分岐して形成する。

符号２４はシリンダヘッドを示し、シリンダヘッド２４
に形成した各気筒毎の燃焼室上部壁２５には、それぞれ
主吸気弁２６、補助吸気弁２７、排気弁２８および点火
栓２９を配設して、主吸気弁２６には主吸気通路２２を
導き、補助吸気弁２７には補助吸気通路２３を導く。

３０および３１は、それぞれ主吸気通路２２および補助
吸気通路２３に介挿したスロットル弁であり、それによ
り各通路２２および２３から燃焼室内へ送り込まれる吸
入空気量をそれぞれ制御する。

３２は空気取入管路であり、過給しない運転状態におい
てもこの空気取入管路３２から空気を吸入するものとす
る。

また、燃料噴射装置を用いる内燃機関の場合には、燃料
噴射装置（図示せず）を主吸気弁２６近傍または補助吸
気弁２７近傍のいずれかに配設し、気化器を用いる内燃
機関では、気化器（図示せず）を空気取入管路３２側に
配設する。

次に、本考案過給機付内燃機関の各部材の動作および制
御について説明する。

第３図は主吸気弁２６および補助吸気弁２７の開閉時期
を示すもので、実線が補助吸気弁２７を、一点鎖線が主
吸気弁２６の開閉時期をそれぞれ示す。

本例では補助吸気弁２７を、排気行程の終りから吸入行
程の初めにかけて開くようにする。

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Ｌ・るので
、排気圧は過給機２１で過給する吸気圧よりも低く、排
気行程の終りに補助吸気弁２７を開くことにより、燃焼
室内の残留ガスを排気弁２８から掃気し、また、吸入行
程の初めには、主吸気弁２６および副吸気弁２７の双方
から過給空気を燃焼室内に供給する。

第４図は吸入空気量に対する各スロットル弁３０および
３１の開度を示し、吸入空気量がエンジンの負荷や回転
数に対応して変化することから、本例では第４図に示す
ように、各スロットル弁３０および３１の開度を吸入空
気量に対応して制御スる。

第４図において、■はスロットル弁３１゜■はスロット
ル弁３０の開度特性をそれぞれ示し、例えば吸入空気量
がＡの部分負荷時においては、スロットル弁３０は全開
時の約１７４の開度、スロットル弁３１は全開時の約１
／２の開度となし、吸入空気量がＢのときは、弁３１の
開度は全開、弁３０は約３／４の開度となし、また、最
大出力時における吸入空気量Ｃでは、弁３０および３１
共に全開するように制御する。

第５図は、運転条件に対応した過給機２１．スロットル
弁３０および３１の動作を示すもので、エンジンの高負
荷時には過給機２１を駆動するとともに、スロットル弁
３０および３１をいずれも全開とし、過給機２１からの
過給空気を全量、主吸気通路２２および補助吸気通路２
３を経てそれぞれ主吸気弁２６および補助吸気弁２７に
導く。

中低負荷時においては、必要に応じて過給機２１を駆動
する。

スロットル弁３０および３１は、第４図に示すように、
負荷に応じてその開度を制御し、外スロットル弁３０お
よび３１の開度に対応した量の吸入空気を、それぞれ主
吸気弁２６および補助吸気弁２７に導く。

また、アイドル時においては、過給機２１は駆動せず、
スロットル弁３０および３１は第４図に示すように、回
転数に応じてその開度を制御する。

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、前述したように、新たに配設した補助吸気
弁２７が第３図に実線で示すように排気行程の後半から
吸入行程の前半にかけて開くように構成し、しかも、排
気圧が吸気圧より低くなるように、排気タービン式以外
の過給機を用いているので、排気行程の後半に補助吸気
弁２７を介して燃焼室に供給される過給空気が、燃焼室
の頂部に残った高温状態の残留ガスを一掃する。

その後に、第３図に一点鎖線で示すように、主吸気弁２
６をも開いて双方の吸気弁２６および２７から過給空気
を燃焼室内へ供給する。

従って、残留ガスを掃気した体積分だけ、従来より多く
の吸入空気を過給することができるので、従来に比して
高負荷運転時の出力を増加することができる。

一方、高温状態の残留ガスを掃気した後に、混合気を吸
入して圧縮するようにしたので、圧縮時の不所望の温度
上昇が防止され、過給機付内燃機関の最大の問題点であ
ったノッキングを発生しにくくすることができ、従って
、本発明では、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、部分負荷時においては、燃焼速度が緩慢になると
不完全燃焼することがあり、燃費が悪化するので、補助
吸気弁２７としてシュラウド弁を用いたり、燃焼室壁に
案内板を配置して、吸入空気に所定の方向性を持たせて
、より大きなスワールを作り、燃焼速度を早くすること
により、更に燃費の向上を図ることもできる。

以上説明したように、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副吸気弁
を配設し、排気行程の結手から吸入行程の前半にかけて
、副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、過給空気を燃焼室内へ供
給するようにしたので、高負荷時の出力を向上すること
ができる。

また、部分負荷時においては、燃焼室内で発生するスワ
ールにより、燃焼速度が早まり燃費が向上する。

更に、副吸気弁としてシュラウド弁を用いたり、燃焼室
壁に吸入空気の案内板を設ける等して、燃焼室内に吸入
される空気に所定の方向性をもたせることにより、燃焼
室内により強いスワールを発生させることもできる。

【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
す線区、第３図は機関の行程と吸気弁の開閉時期とを示
す線図、第４図は吸気量とスロットル弁の開度との開度
を示す線図、第５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・・・・・・エアンローメータ、６・・・・・・
インテークマニホルド、Ｉ・・・・・・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・・・・・・７
７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・・・・・・主吸気通路、２３・・・・・
・補助吸気通路、２４・・・・・・シリンダヘッド、２
５・・・・・・燃焼室頭部、２６・・・・・・主吸気弁
、２７・・・・・・補助吸気弁、２８・・・・・・排気
弁、２９・・・・・・点火栓、３０．３１・・・・・・
スロットル弁、３２・・・・・・空気取入管路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 過給機と、燃焼室の上部壁に装着した主吸気弁とを有し
   、前記過給機の駆動時には、前記過給機により過給空気
   を前記主吸気弁を介して前記燃焼室に供給するようにし
   た過給機付内燃機関において、前記過給機を排気駆動以
   外の過給機となし、前記燃焼室の上部壁には副吸気弁を
   配設し、前記過給機からの過給空気を前記副吸気弁およ
   び前記主吸気弁を介して前記燃焼室へ供給すると共に、
   前記副吸気弁を排気行程の後半から吸入行程の前半の間
   にわたって開くようにしたことを特徴とする過給機付内
   燃機関。