JPS60116823A - 過給機付内燃機関の吸気弁作動装置 - 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】 く技術分野〉 本発明は徐開運転条件に応じて吸気弁の開閉時期を切換
調整すると共に、該調整に応じて什七関に搭載された過
給機のコンプレッサの過給圧を切換１個整−するように
した過給機付内燃機関に関する。

〈背景技術〉 排気ターボ過給機等、吸入空気をコンプレッサで機関に
過給することによシ機関の吸入空気聞を増大させ高出力
を発生させる過給機付内燃機関（第３図参照）にあって
は、現今の性能改善の結果、過給能力の面よシもノッキ
ング防止の面から出力が抑制されるようになっている。

ここでノッキングに関しては、第１図に示すように、圧
縮比が高い程、更には圧縮温度が高い程、発生率が高い
という傾向を示ずことかわかっている。

そこで従来から過給機付内燃機関では圧縮比を若干低め
にとシ、点火時期を遅らせる方策を採っている。このよ
うに点火時期を遅らせると排気温展が上昇するから、こ
れを防止するｌζめ混合気の空燃比を濃化するが、これ
によシ燃費が悪化うるのは止むを得ないという判断であ
る。

しかし排気ターボ過給機のように低速低Ｉ葡等の部分負
荷時に紘過給能力がなくなシ又ｔａｌｌ、小さくなるも
のでは上記方策は過給が効かない領域でかえってマイナ
ス要因となシ、出力タ゛ウン、燃費悪化を招いてしまう
。そこで圧縮比をｉ■孜制御することが望まれるがこれ
は離しい。

ところで吸気弁の閉時期金運らせると、実質的な圧縮比
（以下実圧縮比）が変化する。その結果Ｐｒ＋　ｉ図に
示すようにノッキングゾーンか高過給圧１則にスライド
してノッキング発生をしにくくすると共に高過給圧化を
図ることができる。ただし開時期を変化させて抽気弁と
のオーバーラツプを太きぐすると、第２図に示すように
排気ターホ過給機でＬ排出が吸気圧力（過給圧）よυも
大幅に増大するためｕ１気逆流現象が生じて充填効率、
掃気効率が低下して出力タウンを招くし、ルーツプロア
等によるｊ１φ給噺で社、逆に排気抵抗が小さいため排
出があまυ上昇せず、過給圧が上夕１するからオーバー
ラツプ期間に混合気か抽気糸に吹き抜けてしまうことに
なシ好ましくない。この点特開昭５６−７７５１６号が
吸気弁の閉弁時期を進遅制御しても、排気弁の開閉時期
並びに吸気弁の開弁時期をも大きく変えて機関高速時の
オーバーラツプ量を増大していることは不都合である。

また吸気弁會、吸気が燃焼室に入った時点を見開らって
閉じるように可変制御することは、吸気の慣性を利用し
て充填効率を向上させることとなる。然もこの慣性過給
は、特徴的なことに、過給機１による外部仕事を受け匁
い点で昇温しない利点がおる。この結果、第１図に示す
ようにノッキングゾーンが更に高過給圧側にスライドし
てノッキングの発生を避けると共に高過給化が図られる
ようになる。

このようにしてノッキング余裕瓜を向上させれは、点火
時期を進ませることが可能となるから、出力の増加と共
に排温の低下が見込まれ、これに伴って空燃比の濃化を
軽減することができ、燃費向上を図ることができる。

以上述べてきたように、高速高負荷時には慣性過給効果
と実圧縮比の低下により過給機による過給圧を従来よシ
低くしても同等の出力を確保でき、従来と同等の過給圧
とした場合は出力は向上することが見込める。そして過
給圧をさらに積極的に増大させるとコンプレッサの圧縮
仕事により吸気温度の上昇を招くが、吸気弁閉時期の遅
れを大きくした場合には実圧縮比の低下によるピストン
圧縮時の温度の低下をよシ大きく見込めるため従来りノ
ッキングに規制されて実現できなかった過給圧まで高め
ることが可能となる。

一方、このように最高出力を高めるためコンプレッサの
過給圧を可及的に高めると高負荷に近い部分負荷領域で
再びノッキングゾーンに入り易くなるため、部分負荷領
域では過給圧を低く設定する必秩がある。尚、過給圧を
高く設定した分たけ圧縮比を小さくすることも考えられ
るか、低速低壇荷域では過給圧が上がらないため出力が
低下し、燃イ賢も態化する。

又、耐久強度の確保を重視して最大出力を従来と同程度
に設定する場合には烏速高負荷域での過給圧を低く設定
することになるが、この場合、低速・低負荷域での過給
圧を相対的に大きくして出力を確保することが必要にな
る場合もある。

〈発明の目的〉 本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、吸気弁開閉
時期の調整と併せて過給機のコンプレッサの過給圧を調
整することによシ、燃費、出力等を可及的に向上できる
ようにした過給機付内燃機関を提供することを目的とす
る。

〈発明の概要〉 このため本発明は、吸気弁の開閉作動装置に作用して機
関運転条件により吸気弁の閉弁時期を切換調整すると共
に吸気弁の開弁時期を前記閉弁期期の変化よシ小さく切
換調整する弁開閉時期調整装置を設けると共に、前記弁
開閉時期調整装置による吸気弁開閉時期の切換調整に応
じてコンプレッサの過給圧を切換調整する過給圧θ４整
装置を設けた構成とする。

〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明が適用される抽気ターボ過給機（以下過
給機という）１を備えた内燃機ＰＡ２を示す。図におい
て、内燃機関２の吸気通路３には過給機１のコンプレッ
サ４が介装されておシ、ｍ　９ｔ通路５に介装した排気
タービン６を排気圧力で回転することによシ、これと同
軸のコンプレッサ４を回転駆動して、吸入空気を内燃機
閏に圧送（過泊査）する。排気タービン６をバイパスす
る排気バイパス通路７には抽気バイパス弁８か介装され
てオシ、該排気バイパス弁８はダイヤフラム式アクチュ
エータ９に連結される。

前記ダイヤフラム式アクチュエータ９は、オリフィス１
０を分装した圧力導入管１１を介してコンプレッサ４及
び吸気絞シ弁１２間の吸気通路３に連通すると共に、％
ＪＢ弁１３及びオリフィス１４を介装した圧力導入管１
５を介してコンプレッサ４上流の吸気通路３に連通する
圧力作動室９ａと、圧縮スフリンク９ｂが介装され大気
に連通ずる大気圧室９ｃとがタイヤフラム９ｄによつ又
仕切られ該ダイヤフラム９ｄに連動して排気バイパス弁
８を開閉制御するようになっている。ここで前記ｔｆｔ
　６Ｂ弁１３は後述するように制御手段からの出力によ
り作動し、旨速用カム使用時間、低速用カム使用時閉と
なるように制御される。

そして、圧力作動室９ａ内の圧力が大気圧室９Ｃの圧縮
スプリング９ｂの七ット荷爪を上回ってタイヤフラム９
ｄを図中左動させ支軸回シに回転するレバーを介して排
気バイパス弁８′ｆｔ図中右動させて開とすることによ
って過給圧が過大となるのを防止するのであるがこの場
合圧力作動室９ａには電磁弁１３閉時は、過給圧のみが
導かれ％磁弁１３閉時は、過給圧とコンプレッサ４上流
の大気圧に近い負圧が混合して導かれる。従って後者の
方がより高い過給圧で排気バイパス弁８が匪かれること
になシ、コンプレッサ４の最高過給圧が増大制御される
ことになる。オリフィス１０．１４は、ダイヤフラム式
アクチュエータ９の圧力作動ａ、Ｓａに４かれる圧力の
変動を防止するため設けられている。そして、これらＰ
［気バイパス通路７、胡気バイパス弁８、ダイヤフラム
式アクチュエータ９、オリフィス１０、圧力導入管１１
、′Ｆｈ′ｅｊ、ｌ弁１３、オリフィス１４、圧力導入
管１５により過給圧切換調整装置が構成される。尚、図
中１６は吸気絞り弁１２下流の吸入空気圧力が所定値以
上となることを防止するりリーフ弁、１１はエアフロメ
ータ、１８は燃料ｒＲ躬弁である。

次に、このような過給機伺内燃機関における吸気弁２０
の開閉時期を調整する装置の実施例を第４図〜第７図に
示す。

即ち、第４図〜第６図に示すように、４気筒内燃機関２
のロッカールーム２１内にｔよ、カムシャフト２２が回
転自由に軸支されており、その上方位置にロッカーシャ
フト２３が固定支持されている。カムシャフト２２には
＋１〜４Ｐ４の各気筒毎に一対の吸気弁作動用カム２４
Ａ、２４Ｂと排気り［作動用カム２５とが形成される。

吸気弁作動用カムの一方２４Ａは高速用でめり、他方紘
低連用である。

ロッカーシャフト２３には各気筒÷１〜す４毎に、吸虫
弁作動装置でおるロッカアーム２６が回動並ひに軸方向
スライド自由に軸支されており、甘だ排気弁を作動する
ロッカアーム２Ｔが回動自由に軸支されていて、吸気弁
用ロッカアーム２６ｅよその軸方向スライドによシ高連
用若しくは低速用の一方のカム２４Ａ又は２４Ｂに選択
的に当接従動し排気弁用のロッカアーム２γは排気弁作
動用のカム２５に当接従動する。

本実施例の場合、点火ＩＩ序又は噴射順序がすｌ−す３
−＋４−す２であるとすると、＋１気筒及び＋２気筒に
対応する吸気弁用の２つのロッカアーム２６．２６を一
体的に保持するホルダ２８と、＋３気筒及びす４気筒に
対応する吸気弁用の２つのロッカアーム２６．２６を一
体的に保持するホルタ゛２９とを設り、これらホルダ２
８，２９１−夫々第１及び第２のアクチュエータ３１．
３２によυ軸方向に切換シフトし、ロッカアーム２６．
２６を夫々と対応する高速用カム２４Ａと低速用カム２
４Ｂの一方に選択接触させるようになっている。

前記第１及び第２アクチュエータ３１．３２は、夫々前
記ホルダ２８．２９に連結されたピストンを正又は逆方
向に移動させるための作動油出入口であるＡ、Ｂ及びＣ
，Ｄボートを有しておシ、これは第７図に示された油圧
作動回路に接続されている。

即ち、第７図において、第１アクチユエータ３１のＡ、
Ｂボートは電磁方向切換弁３３を介して、寸だ第２アク
チユエータ３２のＣ，Ｄボートは電値方向切換弁３４を
介して、夫々アキュムレータ３５とオイルタンク３６と
に切換自由に接続されている。前記アキュムレータ３５
には内燃機関２によシ又は別置モータ３７にょシ駆動さ
れるオイルポンプ３８によって、オイルタンク３６がら
汲み上りたエンジンオイルが導入される。３９はオイル
ポンプ３８の吐出圧を制御するリリーフバルブである。

前記電磁方向切換弁３３．３４はマイクロコンピュータ
等の制御手段４０にょシ機関運転状態の検出信号に応じ
て若しくは手声１１スイッチにより切換制御される。制
御手段４ｏの六方信号としては、この他に車速、吸入負
圧、過給圧、トランスミッションギヤ位置、機関冷却水
温、油温、？１装部品の電気負荷等の各信号を選ぶこと
ができるが、本実施例で社機関回転速度（クランク角）
４−、ｓ号とクランク角基準信号を一例として入力させ
Ｃいる。

これら電磁方向切換弁３３．３４の夫々の切換作動によ
り、アキエムレーク３５内のオイルを第１及び第２のア
クチュエータ３１．３２のいずれか一方のボー）（Ａ又
はＢ、Ｃ又はＤ）に供給しテヒストンを一方向に移動さ
せ、もってロッカアーム２Ｂを軸方向に移動して高速用
カム２４Ａ若しくは低速用カム２４Ｂのいずれが一方と
係合させ、吸気弁の開閉時期を切換調整する。

仁とで高速用カム２４Ａは第８図（Ａ＋　、　（Ｉｔ）
に示すように吸気弁の閉時期を大きく遅らせ（例えは下
死点後５０°〜８０°）、低速用カム２４Ｂは第８図（
Ｃ）　、　（Ｌ））に示すように吸気弁の閉時期を上記
よシ早める（例えは同じく０〜３ｏ０）カム形状とする
。

壕だ排気弁とのオーバーラツプ量を決定する吸気弁の開
時期は例えは下死点前θ〜１０′３ｉ度を略等しくする
か若しくは機関回転速度に応じて多少変化させてもその
変化量を閉時期の変化量よυ小さくしてオーバーラツプ
量を小さいものとしている。

尚このとき排気弁の開時期は下死点前４０〜゛５ｏ９、
閉時期は上死点後１０〜２０’の一定値となっている。

次に本実施例の作用を述べる。

今吸気弁用カムのうち、高速用カムと低速用カムとでは
機関回転速度約２０００〜３０００ｒｐｍを境界として
機関の出力トルクか異なるようにカム形状を形成したと
する。

機関回転速度が約２０００〜３０００’ｒｐｍ以下の低
速回転領域では、制御手段４０が電磁方向切換弁３３．
３４の右ポジションを適訳するよう切換（８号を出力す
ると共に前記電磁弁１３への出力をＯＦＦとしてｆｌｊ
　ｕ７１弁１３を閉弁状態に保持させる。

これによシアキュ！、レータ３５のオイルは第１及び第
２アクチユエータのＢ及びＤボートに酒太され、ピスト
ンを作動してホルダ２８．２９を介し吸気弁用ロッカア
ーム２６を図で右方向に移動さ七て低連用カム２４Ｂと
係合させる。これによシ吸気弁の開時期ははｔよ変らな
いが閉時期を下死点方向に進まぜ、機関ピストンの有効
ストロークを増大して実圧縮比を大きくする。

又、電磁弁１３が閉じ、タ゛イヤフラム式アクチユエー
／９が作動する時、即ち、排気バイパス弁８が開となる
時の過給圧は、前記実圧縮比の増大によって低過給圧側
にスライドするノッキング領域を回避できる大きさに調
整される。

従って、当該運転領域では、過給機付機関特有の小さな
圧縮比であっても実圧縮比音信の運転領域よシも増大さ
せることによシ出力の低下、燃費の悪化を防止できる。

特に過給能力が低減する低速低負荷域では実圧縮比の増
大によシ十分な出力を確保できる。

また機関回転速度が約２０００〜３０００ｒｐｍ以上の
高速回転領域では、排気エネルギが増大して過給効果が
増大し、ノッキングが発生し易くなりかつ排気温度が上
昇する。このとき制御手段４０が高速回転信号を入力し
て↑わ磁方向切換弁３３゜３４の左ポジションを選択す
るよう切換信号を出力すると共に、電磁弁１３への出力
をＯＮとして電磁弁１３を開弁させる。このため、アキ
ュムレータ３５のオイルは今度は第１及び第２アクチユ
エータのＡ及びＣボートに導入され吸気弁用ロツカアー
ム２６を図で左方向に移動さゼることによシ高速用カム
２４Ａと当接さぜる。これにより、吸気弁の閉時期は下
死点からＩ’ｌ１１．れて遅れ、機関ピストンの有効ス
トロークが減じて実圧縮比が低下する。

又、電磁弁１３が開き、排気バイパス弁８が開となる時
の過給圧は、前記低速運転領域の場合より大きく調整さ
れる。即ち、前記したように実圧縮比を低下させたこと
によυ第１図に示すようにノッキング領域に入るための
過給圧が高くなるため、その分、過給圧を増大させて可
及的に出力を向上させるのである。

こむにおいて、吸気弁の閉時期が連れることにより慣性
に基づく吸気流のクランク角！！（に対する遅れ分を吸
気弁閉時期直前にシリンタ′内に送り込むいわゆる慣性
に基づく過給によって１うわれるのであり、この慣性過
給は過給機等外部の仕事を受けてなされるのではないか
らシリンダ内に送り込まれた即ち圧縮開始時の吸気温度
を上列させることがない。従ってｒ＋ｘ　を図に点線で
示すようにノッキング領域は更に畠過給圧側に右柱する
こととなシ、よシ充分な過給圧を得ることができる。こ
の結果、実圧縮比の低下分を充分な過給圧増大により補
償することができ、もって出力を向上さぜっつ燃費も良
好に維持することができる。

このように機関そのものの圧縮比全ＯＪ変とうるもので
はないが、実圧縮比を変えることにょシ圧縮比可変と同
様の効果をイＭることかできるのである。

上記作用において吸・排気弁の開弁時期のオーバーラツ
プ量は吸気弁の開時期及び排気弁の閉時期か変らないた
め略一定である。

このため該オーバーラツプ期間において、排気圧力が過
給圧よシも尚いこと（第２図）による排気の吹き返しを
招くことがない。これにょυ充填効率が増大して上記実
圧縮比低下ｔ＠偵するために必要な過給圧上昇１ｉ１１
１保することができる。

上記の如き吸気弁の高速用カムと低速用カムとの機関運
転中の切換制御は第９図の如きタイミングをとって行う
。ロッカアーム２６と吸気弁用カム（２４Ａ、２４Ｂ）
とが接触中は、ロッカアーム２６の切換か不ａＪ能であ
るから、第９１弱（Ａｌ　、　（Ｂｌに′ボずように各
気＠＋１〜＋４０ロツカフーム２６の切換可能な領域が
限定される。＋１と＋２、ナ３と＋４のロッカアーム２
６は夫々−組となっているから＋１＊”２０ロツカアー
ムの共通の移動’Ｆ＝Ｊ能域及び＋３．＋４の同じく共
通の移動可能域において制御手段４０がタイミングをと
って切換制御しなりれはならない。従って第９図（Ｃ）
に示すように第１のアクチュエータ３１による＋１．＋
２のロッカアーム移動時間と第２のアクチュエータ３２
による＋３．÷４０ロッカアーム移動時間とでれずれが
生じるのは止むを曲ない。この他ホ／Ｌダのレイアウト
がｎＪ能ならは共通の充分な移動ｎＪ　ｆｉｔ：域のあ
る匂と豐３及び＋２と＋４のロッカリームを一体動する
糺み合わせも可能である。

また、Ｔｌｉ；　４社方向切換弁３３．３４の切４’Ｎ
４Ｋ　号（！：しＣ制御手段４０　ｋ用いずに手動スイ
ッチを用い−し行うこともできる。しかし機関に負佃が
かかつしいる間はロッカアームの移動速度、タイミング
とも要求が＾いものでめるから、例えは高速道路に入る
直前のアイドリンク状態着しくけ低速回転領域を狙って
低速から高速用カムへの切シ換えを行うようにする。こ
のようにずれは低速、高速用カムのベースサークルとロ
ッカアーム端部とが対面している間に異なるカムへのロ
ッカアーム切換を行うことができる。

尚、前記実施例で杜、吸気弁閉時期の遅れを大とする運
転領域でコンプレッサの過給圧を増大側に調整し、吸気
弁閉時期の遅れを小とする運転領域で過給圧を減少側に
調整するものを示したが、例えは過給機を小型化して従
来同様の出力を確保しようとする場合弊社、過給機の耐
久強度を重視する立場から吸気弁閉時期の遅れを大きく
することにより前記慣性過給効果によって過給圧を商め
ることかできるため、コンプレッサによる過給圧は低く
調整し、逆に吸気うＰ閉時期の迦れを小とする領域では
ノッキング領域に入らない範囲でコンプレッサの過給圧
を相対的に高く調整すること等もできる。、茨は、耐久
強度面を確保しつつ出力、燃費を良好に維持できるよう
に吸気弁の開閉時期の切換調整と過給機の過給圧との切
換調整を併行して行なえはよい。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれは吸気弁閉時期の遅
れを大とした運転領域で、実圧縮比か小となると共に慣
性過給を利用して昇温のない過給をｉｌうことができる
ため、ノッキング領域外で充分な過給を行って機関の出
力を確保することができ、又、吸気弁閉時期の遅れを小
とした運転領域では実圧縮比を大として出力低下、燃比
の悪化を防止できる。

又、バルブオーバーラツプ期間が比較的小さく保プ辷れ
るように吸気弁開時期の変化を小吟〈（０を含めて）す
ることによって過給機付機関における充填効率の向上を
図９たため、上記効果を更に助長することができる。

そして、かかる吸気弁開閉時期の切換調整と併行シて、
過給機のコンプレッサの過給圧を切換調整するようにし
たため１機関出力を更に向上させたり、機関回転速度の
変化に対して耐久強度を確保しつつ最高出力をフラット
化したりする等調整を行うことができるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は過給機付機関機艷の圧縮比、過給圧及びノッキ
ング領域の関係を示すグラフ、第２図れ過給圧と排圧と
の関係を示すグラフ、第３図は過給機付内燃機関の概略
構成図、第４図〜第６Ｎ−。 本発明の一実施例に係る吸気弁開閉作動装置と弁開閉時
期ｐ整装置の一部を示し、第４図はロッカルーム内の平
面図、第５図は吸気弁開閉作動装置の横断面図、第６図
り同上の吸気弁用ロッカアームとの関係を示す要部平面
図、第７図は本発明の一実施例に係る弁開閉時期調整装
置の油圧回路図、第８図は吸・排気弁の開閉時期を示し
、（Ａ）は高速気弁の開閉時期を示すグラフ、幹）は低
速用吸気弁と排気弁との弁開特性を示すグラフ、第９図
性各気筒のロッカアーム移動可能タイミングを示し、＋
Ａ）は吸気弁リフト特性図、（Ｂ）はロッカアーム移動
可能な領域を示ずタイムチャート、（Ｃ１ｉｌ、カムリ
フト特性を示すグラフである。 １・・・過給機　２・・・内燃機関　４・・・コンブレ
ツ１　７・・・抽気）くイノくス通路　８・・・１Ｆ気
ノくイバス弁　９・・・タイヤフラム式アクザーコーコ
「、−タ１０・・・オリフィス　１１・・・圧力導入′
ｒｉ１３・・・’Ｕ＆弁　１４・・・オリフィス　１５
・・・圧ブＪ導入￥ｔ２ｔｌ・・・吸気弁　２２・・・
カムシーＶフト２６・・・ロッカアーム　２８・・・ホ
ルダ　３１・・・８ＶＳ１の７１ｙ　チュエーク　３２
・・・第２のアクチュエータ　３３．３４・・・布、磁
方向切換弁、４０・・・制御手段　１′１〜÷４・・・
気筒ｔｈ、　ｉ！Ｔ　出　願人　日産自動車株式会社代
理人　弁理士　笹　島　ｎニガ（ 第１１！１ 第２１２：

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関吸気系に設けた過給機のコンプレツサにより吸入空
   気を機関に過給する過給機付内燃機関において、吸気弁
   の開閉作動装置に作用して機関運転条件により吸気弁の
   閉弁時期を切換調整すると共に吸気弁の開弁時期を前記
   開弁時期の変化よシ、小さく切換調整する弁開閉時期調
   整装置を設けると共に、前記ニアＦ’ｌ；Ｍ閉時期飼整
   装置による吸気弁開閉時期の切換ル１，１整に応じてコ
   ンブレラ・す°の過給圧を切換調整する過給圧調整装置
   を設けたことを特徴とする過給機付内燃機関の吸気弁作
   動装置６．。