JPS60119325A - 過給機付内燃機関の吸気装置 - 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〉 本発明は吸気通路に過給機を備えると共に、気筒毎に複
数の吸気弁を備えた内燃機関の運転性能改善に関する。

〈背景技術〉 吸入空気をコンプレッサで機関に過給し機関の吸入空気
量を増大させ燃焼ガス圧力を高めることにより、比較的
小排気量の機関でも高出力を発生させるようにした例え
ば排気ターボ過給機等の過給機付内燃機関が知られる。

ところで、過給機付内燃機関は常に過給が行われるもの
ではなく、特に前記排気ターボ過給機付の場合、例えば
エンジン回転数８００〜１６００ｒｐｍ程度の低速領域
では殆んど過給が効かないが、１８００〜２０００ｒｐ
ｍ付近で急激に過給が効きはじめ、過給圧が急上昇する
特性となっている。このため、過給圧が急上昇するイン
ターセプト点よシ低速の領域では吸気弁の閉時期を吸気
弁下死点近くまで早めて実質的な圧縮比を高める特性と
すれば吸気充填効率を高め、出力を向上させることがで
きる。

しかしながら、このように吸気弁閉時期を早めると、イ
ンターセプト点以上の高速領域では実圧縮比増大に伴う
圧縮温度上昇によシノツキング発生傾向が増大するため
、ノッキングの発生を避けるべく点火時期を大幅に遅ら
せざるを得す、この結果折角吸４人空気号が増大しても
、そのままトルク増大には結びつかず、大幅な燃費悪化
を招くという問題点を生じる。

一方、特開昭５２−１４．２１１８号公報或いは実開昭
５５−１３９２２６号公報にみられるように、気筒毎に
２つの吸気弁を有する機関において、２つの吸気弁の開
閉タイミングを別個に設定し、低速領域と高速領域とで
使い分けするようにしたものがある。このうち実開昭５
５−１．３９２２６号公報に示すものけ低速用吸気ボー
トに介装される吸気弁の閉時期を高速用吸気ボートに介
装される吸気弁の閉時期よυ遅らせて設定することによ
り、高速領域での吸気充填効率低下防止を図っている。

ところでこれらのものは過給機を備えない機関に適用さ
れており、過給機を備えない機関では、機関仕様による
圧縮比は最高出力を確保すべく限界に近い値にまで高め
られている。

このため低速で閉時期の早い側の吸気弁のみを開作動さ
せることにより吸入空気の逆流を防止して吸気量を増大
させ実圧縮比を高めようとすると、ノッキングの発生傾
向が顕著となるため、点火時期を大幅に遅らせざるを得
す、結果的には出力の伸びは僅かとなり、一方、点火時
期を大幅に遅らせた結果吸入空気量の増加分の大半が燃
費を悪化させるだけの結果となってし甘う。

これに対し、過給機付内燃機関の場合は、高速領域での
ノッキングの発生を防止すべく、機関仕様による圧縮比
は過給機を備えない機関よりかなり小さく設定しである
ため、過給の効かない低速領域で吸気弁閉時期を早めて
実圧縮比を向上させることは、ノッキングの発生を抑制
しつつ吸気充填効率を可及的に高めて出力を最大限にま
で高めることができるので極めて効果が高い。

因みに排気ターボ過給機は、低速領域では吸入、空気量
の増大につれて効率が急上昇する特性があり、例えば１
６００ｒｐｍ、全負荷時で吸気弁閉時期（３） を早めることにより吸気充填効率が１０俤向上し、吸入
空気量の増大に伴い排圧が上昇する結果過給機の回転数
が上昇しコンプレッサの吐出圧が１．２に９ろ、ｉから
１．２５　ＫＦ／、、！　（絶対圧）で向上したとする
と、吸入空気量の増大分はトータルで１４．６チにも達
し正に相乗効果が得られることになる。

又、高速領域で吸気弁閉時期を遅らせることは実圧縮比
の低下によってノッキング発生傾向を抑抑えられる一方
、吸入空気の慣性を利用した過給が行えるのであり、こ
の慣性過給は過給機による過給に比較して外部から仕事
を加えられるものでないため、吸入空気の昇温かなく従
ってノッキング発生傾向を助長させることがない。換言
すれば、吸気弁開時期を遅らせることはノッキング発生
領域を大幅に高過給圧側にスライドさせることができ、
従ってその分過給機の過給圧を高めて最高出力を可及的
に向上させることができるのであるから、これオた過給
機付内燃機関にとっては極めて効果が高いのである。

一方、吸気弁の開時期に関しては、高速領域で（４） 吸入空気の慣性によるシリンダへの導入遅れを見込んで
開時期を早めようとすると、排気ターボ過給機の場合は
タービンが抵抗となり排気圧力が高く吸気圧力を上回っ
ているため吸・排気弁開時期のオーバーラツプ期間中に
排気のシリンダへの逆流を生じ、却って新気の充填効率
、掃気効率が低下して出力の低下を来す。又、ルーツブ
ロア等による過給の場合は、逆に排気抵抗が小さいため
排気圧力があまり上昇せず吸気圧力のみが上昇するから
同じくオーバーラツプ期間中にシリンダ内の混合気が排
気系へ吹き抜けてしまい燃費の大幅な悪化を招いてしま
う。

したがって、いずれにせよ過給機付内燃機関の場合は吸
気弁の開時期は機関回転速度によらず略一定として排気
弁開時期とのオーバーラツプ期間を短くすることが望ま
しい。

〈発明の目的〉 本発明は以上の点に鑑みなされたもので、気筒毎に複数
の吸気弁と吸気ボートを備えた過給機付陶然機関にあっ
て、後述する構成によって過給圧に応じて実圧縮比を可
変とすることにより、運転領域に応じた運転性能改善が
なされ、もって燃費。

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
関の吸気装置を提供することを目的とする。

〈発明の構成〉 このため本発明は、機関吸気系にコンプレッサにより吸
入空気を機関に過給する過給機を備えると共に気筒毎に
複数の吸気ボートと各気筒のボートに介装された複数の
吸気弁とを備えた過給機付内燃機関の吸気装置において
、前Ｂ瞳複数の吸気弁の開時期は概略同一とし、一部の
吸気弁と残部の吸気弁の閉時期は異ならせる吸気弁作動
装置を設けると共に閉時期が遅い方の吸気弁が介装され
た吸気ボートに開閉弁を設け、かつ、前記開閉弁を前記
過給機のコンプレッサ下流の過給圧力の増大に応じて閉
から開に作動する開閉弁作動装置とを設けた構成とする
。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明が適用される排気ターボ過給機（以下過
給機という）１を備えた内燃機関２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が介装されており、排気通路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り、これと同軸のコ
ンプレッサ４を回転駆動して、吸入空気を内燃機関に圧
送（過給）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には排気バイパス弁８が介装されておシ、
吸気通路３のコンプレッサ４及び吸気絞弁９間の過給圧
と大気圧との差圧によシ作動するダイヤフラム式アクチ
ュエータ１０を用いて前記排気バイパス弁８を開閉制御
する。これにより排気タービン６を回動しないでバイパ
ス排気通路７にバイパスする排気量を過給圧に応じて制
御し、もって過給圧を所定値に制御する。尚、図中、１
１は吸気絞弁９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１）リーフ弁、１２はエアフローメータ
、１３は燃料噴射弁である。

かかる過給機付内燃機関は第２図〜第４図に示すように
、燃焼室１９に第１．第２の２つの吸気（７） 弁２０Ａ、２０Ｂと２つの排気弁２１Ａ、２１Ｂとが設
けである。前記吸気通路３はこれら吸気弁２０Ａ、２０
Ｂに独立して夫々連通する第１．第２の吸気ボー）３Ａ
、３Ｂを有し、排気通路５は排気弁２１Ａ、２１Ｂに独
立して夫々連通する排気ボー）５Ａ、５Ｂを有する。そ
して第１の吸気弁２０Ａに連なる第１の吸気ボー）３Ａ
にバタフライ式開閉弁２２を介装する。

多気筒機関例えば＃１〜＃４気筒を有する機関の場合、
該開閉弁２２のシャツ）２２Ａは多気筒にわ念って一軸
に形成されている。該シャフト２２人の一端に軸着した
プーリ２３にベルト２４を掛は回して、該ベルト２４の
一端に出力ロット２５ａを固定したアクチュエータ２５
によりベルト２４をリターンスプリング２６に抗して引
っ張ることにより、前記開閉弁２２の開度を制御する開
閉弁作動装置が構成される。アクチュエータ２５は出力
ロット２５ａを固定したダイヤフラム２５ｂにより一側
に仕切られた圧力作動室２５０にコンプレッサ４下流の
吸気通路３（実施例では吸気ボー（８） ト３Ａ）内の過給圧が導かれ、他側に仕切られた大気圧
室２５ｄにはリターンスプリング２５ｅが付勢されてい
る。そして、第５図に示すように圧力作動室２５Ｃに導
かれる過給圧が回転速度に対して急増するインターセプ
ト付近の圧力＋（２００〜３００ｉｍＨｇ）に達すると
、リターンスプリング２５ｅの付勢力に対して出力ロッ
ト２５ａが引込ストロークし、ベルト２４を引張してプ
ーリ２３と一体の各気筒の開閉弁２２を閉から開に回作
動させるようになっている。

前記第１及び第２の吸気弁２０Ａ、２０Ｂ並びに排気弁
２１Ａ、２１Ｂは、夫々に当接作動するカム３１並びに
３２に従動して開閉される。ここで第１の吸気弁２０Ａ
用の第１カム３１Ａは第６図（Ａ）　、　（Ｂ）に示す
ように吸気弁の閉時期を犬きく遅らせ（例えば下死点後
５０’〜８０°の圧縮行程中間付近）、第２の吸気弁２
０Ｂ用の第２のカム３１Ｂは第６図（Ｃ）　、　（Ｄ）
に示すように、吸気弁の閉時期を上記より早めて下死点
近傍（例えば同じくＯ〜３０°）となるカム形状とする
。また排気弁とのオーバーラツプ量を決定する吸気弁の
開時期は第１カム３１Ａ、第２カム３１Ｂ共例えば上死
点前０〜１０°程度と概略等しくなる。尚、このとき排
気弁２１Ａ、２１Ｂの開時期は例えば下死点前４０〜５
０°、閉時期は上死点後１０〜２０゜と共に等しい値と
かっていて吸気弁２０Ａ、２０Ｂとはオーバーラツプ量
が極力小さな値になるようにしである。

次に本発明の作用を述べる。

機関回転速度が例えば約１６０Ｏｒｐｍ以下の低速領域
では、コンプレッサ４下流の過給圧が小さいためアクチ
ュエータ２５の出力ロット２５ａは伸長したままであり
５この状態で開閉弁２２は全閉となって第１の吸気ボー
）３Ａを遮断する。

このため吸入空気は第２の吸気ボー）３Ｂのみを通って
燃焼室２１の内壁に接線方向に流入するから、燃焼室１
９内罠スワールが大きく形成され、燃焼が良好となる。

また第２の吸気弁２０Ｂの閉時期は下死点付近となり早
くガっているから、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している。

従って当該運転領域では、排気エネルギが小さいため過
給圧力はさほど上らないが、実圧縮比が他の運転領域よ
シも増大するし、第２の吸気弁２０Ｂが早期に閉じるの
で一旦燃焼室１９に吸入した吸入空気の吹き戻りがなく
吸気充填効率が良いから、燃費及びトルクの増大が得ら
れる。

一方、機関回転速度が増大して吸気管内圧が２００ｉｘ
ＨＦ以上に達すると出力ロット２５ａが引込ストローク
を開始して開閉弁２２が開き始め過給圧３００ｍＨ１ｌ
に達すると全開となり第１の吸気ボー）３Ａを開通させ
る。

かかるインターセプト点付近の領域では、回転速度に対
する過給圧の増加割合が著しいため実圧縮比が大きいま
までは圧縮圧力、温度が大きくなり過ぎてノッキングを
発生してしまうのであるが、過給圧の増大と共に開閉弁
２２を開くことによって定まる実圧縮比が速やかに低下
するため、圧縮圧力や、温度の過昇が抑制されノッキン
グが避けられる。

（１１） この結果、点火時期を最大トルク点にマツチングした最
適進角に設定することが可能になるため、実圧縮比の低
下によシ吸入空気量が減少した分、燃費が向上し、しか
も、トルクも良好に維持できる。

機関回転速度がさらに増大すると過給圧は、緩やかに上
昇するが、第１．第２双方の吸気ボート３Ａ、３Ｂが開
通しているため通路抵抗が減少して吸気充填効率及び掃
気効率が良く、一方、２つの吸気弁２０Ａ、２０Ｂの吸
気圧による冷却作用を生じ、又、点火栓３５からの火炎
伝播距離が等しいこと等によりホットスポットができに
くくノッキング発生傾向が減少するといういわゆる４ノ
々ルブ機関の特長を充分に享有することができる。

又、当該高速領域においては、吸入空気の慣性が増大す
るため、吸気弁２０Ａの閉時期の遅れによる実圧縮比の
低下はｌ慣性による過給効果を高め、この慣性過給は前
記したように吸気温度の昇温につながらないためノッキ
ング発生効果を助長させることはない。

（１２） 従って高速領域においてはノッキングの発生を抑制しつ
つ、可及的に吸気充填効率を高めて出力を向上させるこ
とができ、燃費の悪化を防止できるのである。

又、上記作用において吸・排気弁の開弁時期のオーバー
ラツプ量は第１及び第２の吸気弁２０Ａ。

２０Ｂの開時期及び排気弁２１Ａ、２１Ｂの閉時期が大
略同一なたぬ小さく略一定となっている。

このため該オーバーラツプ期間において、排気圧力が過
給圧よシも高いことによる排気の吹き返しを招きにくく
、従って実質的な吸気充填効率を低下させることもなく
前記吸気充填効率増大による出方向上の効果を充分に発
揮できる。

尚、過給機は排気ターボ過給機の他に吸気通路にコンプ
レッサを用いて吸気を圧送するタイプのものであればこ
れを問うものではない。また吸気弁、排気弁、吸気ボー
ト、排気ボートの数は３以上でもよい。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、過給機付内燃機関
の気筒毎に閉時期が大きく異なシ、開時期は略同−に設
定し念複数の吸気弁を設けると共に、閉時期の遅れを大
とした側の吸気弁が介装された吸気ボートに開閉弁を設
け、かつ、この開閉弁を過給圧の増大に応じて閉から開
に作動させる開閉弁作動装置を設けた構成とし穴ため、
全運転圧 領域においてノッキングの発生を抑制しつつ過給率の低
速領域では実圧縮比の増大によシ可及的に出力を高める
ことができ、過給圧が急増する低速から中速へかけての
インターセプト点付近では、吸入空気の過剰供給を抑制
して十分なトルクを確保しつつ燃費を向上させることが
でき、過給正大の高速領域では吸入空気量を可及的に増
大させて最高出力を向上できる等全運転領域に亘って運
転性能を改善できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に適用される過給機付内燃機
関の概略構成図、第２図は、同上実施例の吸・排気系統
部分の開閉弁開状態の概略横断面図、第３図は同上部分
の開閉弁開状態の概略横断（１５） 面図、第４図は同上実施例の全体構成を示す図、第５図
は同上実施例の開閉弁の開度特性を示す線図、第６図は
同上実施例に用いた吸―排気弁の開閉時期を示し、（Ａ
）は第１の吸気弁の開閉時期を示すグラフ、（Ｂ）は第
１の吸気弁と排気弁との弁開特性を示す第１のカムのカ
ムリフト線図、（Ｃ）は第２の吸気弁の開時期を示すグ
ラフ、（Ｄ）は第２の吸気弁と排気弁との弁開特性を示
す第２のカムのカムリフト線図である。 １・・・過給機　２・・・内燃機関　３・・・吸気通路
３Ａ、３Ｂ・・・吸気ボート　４・・・コンプレッサ２
０Ａ、２０Ｂ・・・吸気弁　２１Ａ、２１Ｂ・・・排気
弁　２２・・・開閉弁　２２Ａ・・・シャフト２３・・
・プーリ　２４・・・ベルト　２５・・・アクチュエー
タ　２６・・・リターンスフリング　３１゜３１Ａ、３
１Ｂ、３２・・・カム 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人弁理壬、笹　島　富二雄 （１６）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関吸気系にコンプレッサによシ吸入空気を機関に過給
   する過給機を備えると共に、気筒毎に複数の吸気ボート
   と各吸気ボートに介装された複数の吸気弁とを備えた過
   給機付内燃機関の吸気装置において、前記複数の吸気弁
   の開時期は概略同一とし、一部の吸気弁と残部の吸気弁
   の閉時期は異ならせる吸気弁作動装置を設けると共に、
   閉時期が遅い側の吸気弁が介装された吸気ボートに開閉
   弁を設け、かつ前記開閉弁を前記コンプレッサ下流の過
   給圧の増大に応じて閉から開に作動する開閉作動装置と
   を設けたことを特徴とする過給機付内燃機関の吸気装置
   。