JPS60166717A - 排気過給機付内燃機関 - 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〉 本発明は排気過給機付内燃機関における排気弁開弁時期
の進遅制御に関する。

〈背景技術〉 排気過給機付内燃機関は、排気エネルギを利用して吸気
を機関に過給し充填効率を増大して出力を増大する。し
かしただやみくもに過給圧力を増大することは種々の制
約が働いて不可能である。

このような制約条件の１つとして排気温度の過昇がある
。即ち機関回転速度の増大につれ排気温度が増大してく
るから、排気弁開時期に排気弁及び弁／−ト部に伝達さ
れる熱量が増大して、弁頭部及び弁ノート部の溶融、欠
損等が生じ易くなン、このため過給圧力の所定値以上の
上昇は避けなければならず、結果的に出力増大が制限さ
れることとなる。

また排気過給機では機関低速回転領域で排気エネルギが
減少し過給能力が著しく低下して実質的には過給が不能
にな多出力が大巾に低下するという不都合がある。

（′″０従来１は例えば特開昭５６−７７５１６゜号公
報にみられるように、機関低速回転領域で排弁開時期を
進ませて排気エネルギを増大させ、排気タービンを駆動
してコンプレッサによる過給能力を増大し、これに応じ
た燃料増量を図ることによυ、当該領域における出方向
上を図る一方、逆に高速回転領域では排気弁開時期を遅
らせて燃焼エネルギを可及的に燃焼室内で消費し、もっ
て排気温度を低下させて前記排気弁及び弁７−ト部の溶
損、欠損を防止する方策を採用するようにしたものも提
案されている。

しかしこれとて排気弁開時−期を単に機関回転速度に依
存しているだけであるため、実際には機関低速回転領域
で次のような不都合が生じるものである。

即ち、機関低速回転領域において排気弁開時期を上記の
ように進ませた場合、機関の低負荷域でも排気圧力の上
昇と共に過給能力が高まるため、出力が上昇する。しか
し低負荷域では所定の吸気量以上を必要としないから、
上記排気圧上昇分だけポンプ損失が増大する。これは特
にガソリンエンジンの場合に顕著となる。ディーゼルエ
ンジンではポンプ損失の増大は比較的少ないが、低負荷
でも吸気量が増大するから、圧縮、燃焼圧力が上昇し、
機関騒音が発生し易くなる不都合が生じる。

またこのように機関低速低負荷時に不用に排気弁開時期
を進ませることはブローダウン損失を増大し機関熱効率
を低下させ燃費悪化をもたらす。

〈発明の目的〉 本発明は排気弁開時期の進遅制御を、機関回転速度のみ
ならず機関負荷に対応して行うことにより、上記従来例
の不都合を解消することを目的とする。

〈発明の構成〉 そのために本発明では、排気過給機付内燃機関において
、排気弁の開弁時期を進遅調整可能な開弁時期調整装置
に対し、機関の負荷と回転速度に関連する要素を検出す
る装置からの検出信号を入力する制御装置により、機関
の高速回転領域で排気弁開時期を遅らせて排気温度の低
下を図９、低速回転領域で進ませて排気エネルギの増大
ひいては出方向上を図ると共に、機関の低負荷領域では
機関回転速度に優先して排気弁開時期を遅らせてポンプ
損失の低下、機関騒音の低減、並びに機関熱効率の向上
を図る。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る排気ターボ過給機付内燃機関１を
示し、排気通路２に介装した排気タービン３を排気エネ
ルギによってまわし、これと軸結したコンプレッサ４を
回転駆動して吸気を機関１に過給する。吸気通路５に介
装したインタークー２６は過給空気を冷却して実質的な
吸気充填効率の向上を図る。吸気弁Ｔは機関回転に同期
して回転するカムシャフト８の吸気弁用カムに従動する
ロッカアーム９を介して開閉駆動されるが、後述する排
気弁のように機関運転条件に応じて開弁時期及び閉弁時
期共に進遅制御されることがない。

一方排気弁１０は、開弁時期調整装置１１により機関回
転速度及び負荷に応じて進遅制御される。

かかる開弁時期調整装置１１及びその制御装置１２を第
２図及び第３図に示す。

図において、制御装置１２は例えばマイクロコンピュー
タ或いは制御回路からなシ、カムシャフト８の回転位置
及び回転速度を検出する回転角センサ１３Ａの機関回転
信号と、図示しない吸気絞り弁下流の吸気通路５内の圧
力を圧力スイッチ１３Ｂで検出した負荷信号と、を入力
して、電磁切換弁１４に切換信号を出力する。機関回転
速度が高速領域であり或いは吸気通路５内圧力が所定値
以下で圧力スイッチ１３ＢがＯＦＦとなる低負荷領域に
ある場合は制御装置１２は電磁切換弁１４の左位置を取
って後、中立位置に切シ換え、機関回転速度が低速領域
である場合は右位置を取って後中立位置に切シ換える。

機関回転速度が低速領域で低負荷が検出されたときは低
負荷時の制御を優先させる。

電磁切換弁１４が左位置をとると、オイルポンプ２１か
ら圧送されるオイルタンク２２内の圧油を油圧ピストン
２３のロッド側室２４に送油し、反対に右位置をとると
、前記圧油を油圧ピストン２３のヘッド側室２５に送油
する。尚２６はＩＪ　ＩＪ−フ弁でオイルポンプ２１の
吐出圧が所定値以上にならないように該吐出圧をオイル
タンク２２にリリーフする。２Ｔは逆止弁、２Ｂはプレ
ッシャレギュレータ、２９はオイルポンプ２１の吐出圧
を蓄圧して送油圧を安定化するアキュームレータである
。

油圧ピストン２３のロッド３１は排気弁用のロッカアー
ム３２に係止する／フトフォーク３３を固定した切１シ
ャフト３４に連結され、油圧ピストン２３の作動により
軸方向に移動してシフトフォーク３３を介し、ロツカシ
ャフト３５に摺動自由に軸支されたロッカアーム３２を
軸方向にソフトする。

カムシャフト８に軸着された排気弁用のカムは第１カム
４１と第２カム４２の２種を有する。このうち第１カム
４１は第４図に示すように排気弁１０の開弁時期が比較
的遅れておυ、第２カム４２は比較的進むようにカムプ
ロフィルが形成されている。しかし排気弁の閉時期は共
に等しく設定され、従って開閉弁時期の一定な吸気弁と
の開弁期間のオーバーラツプ量（クランク角）は機関運
転状態に拘らず一定となっている。

前記第１カム４１及び第２カム４２とロッカアーム３２
との接触は油圧ピストン２３の作動によυロッカアーム
３２を軸方向に切換移動することによって行われる。そ
の切換移動は、カムシャフト８の回転角センサ１３Ａの
出力に基づき、各カム４１．４２のカムプロフィルのベ
ースサークルにロッカアーム３２が接触係止している間
に行われる。

次にその作用を述べる。

機関回転速度に同期して回転するカムシャフト８の回転
速度が所定値以下であることを回転角センサ１３Ａが検
出すると、これを入力した制御装置１２が所定のタイミ
ング（ロッカアーム３２とカムのベースサークルとの接
触領域にあるとき）で電磁切換弁１４を左位置に切換え
る。これによりオイルポンプ２１或いはアキュムレータ
２９の圧油が油圧ピスト″７２３のロッド側室２４に導
入されピストンを図でヘッド側（上側）に移動せしめて
シフトフォーク３３を介しロッカアーム３２を図で上動
させる。このためロッカアーム３２は第２カム４２に当
接し、該第２カム４２０カムプロフイルに従ってロッカ
アーム３２を介し排気弁１０をその開時期が進むように
開制御する。ロッカアーム３２の位置が上記のように切
シ換わった後は電磁切換弁１４は中立位置に切換わって
油圧ピストン２３の位置をロックする。

↓ これによシ、機関の排気は高温高圧状態で排気通路２内
に排出されるから高エネルギを保有しておシ、排気ター
ビン３の回転駆動力を増大する。

従ってコンプレッサ４は過給能力が増大して過給圧力が
高くなり、その分燃料供給量（噴射弁等の燃料供給手段
は図から省いである）が増量できるだめ出力が向上する
。

しかしもしこの機関低速回転領域で圧力スイッチ１３Ｂ
により、吸気通路５内圧力が所定値以下であることを検
出し低負荷領域にあることを知った場合には、機関低速
回転検出信号に優先して制御装置１２の出力信号により
電磁切換弁１４を右位置に切シ換え、圧油を油圧ピスト
ン２３のヘッド側室２５内に導入する。これによりロッ
カアーム３２を移動して第１カム４１と係合させること
ができ、排気弁１０は第１カム４１のカムプロフィルに
従い開弁時期が進められる。

↓ 従って機関の燃焼ガスは燃焼室内で断熱膨張して温度が
低下し、低エネルギの排気となって排気リンエンジンの
場合であるが、ディーゼルエンジンの場合は低負荷領域
で上記のように吸気量の増大がないため、圧縮、燃焼圧
力の過昇がなくその結果ディーゼルノック等の機関騒音
レベルの低下を招くことができる。またいずれのエンジ
ンであっても排気弁開弁時期が遅れることによりブロー
ダウン損失が低下し機関熱効率が向上する。

一方、機関回転速度が所定値以上の高速領域になったこ
とを回転角センサー３Ａが検出し負荷が所定値以上の高
負荷領域になったことを圧力スイッチ１３Ｂが検出する
と、制御装置１２を介して電磁切換弁１４が右位置に切
換えられ、前記と同様にして第１カム４１とロッカアー
ム３２とを接触させる。これにより排気弁１０の開弁時
期が遅↓ れる。従って機関の燃焼ガスは燃焼室内で断熱膨張して
圧力及び温度が低下し、排気弁１０及び弁／−ト部の過
熱溶損を防止できる。

第５図〜第７図に示す第２の実施例は特開昭５７−１８
８７１７号公報に開示された開弁時期調整装置を応用し
たものである。

即ち、第５図に示すようにカムシャフト８には単一形状
の排気弁用のカム５１が形成され、該カム５１に従動し
て排気弁１０を開弁リフトする上面凸曲面のロッカアー
ム５２が設けられる。該ロッカアーム５２はその支軸５
３がロッカガイド５４に形成したガイド溝５５に摺動自
由に支持されており、また前記凸曲面の上面５６がロッ
カガイド５４下面の支持面５７に当接している。ロッカ
ガイド５４の一端は球面軸受５８により揺動自由に支持
され、他端上面は偏心カム５９に当接している。そして
第６図に示すように、前記回転角センサ１３Ａからの機
関回転速度信号と、吸気通路５ルセンサ１３Ｃからの負
荷信号と、を入力した制御装置１２の出力信号により電
磁切換弁（絞り付き）１４′を介して送油を例えば揺動
形油圧モータ等の油圧モータ６３に送９込み、該油圧モ
ータ６３を、駆動して偏心カム５９を正逆回転する。

偏心カム５９が大きいリフトを採った第５図示の場合、
ロッカガイド５４は球面軸受５８を中心に図で反時計方
向に回動して下降する。このため面５７とロッカアーム
５２の上面５６との接点が図で左方向に移動してカム５
１のリフトがロッカアーム５２の他端に大きく影響を与
え、排気弁１０の開弁リフト、開弁期間を第１図のａに
示す如く大きくする。即ち、開弁時期が進む。

一方偏心カム５９が小さいリフト即ちベースサイクル位
置を採った場合、ロッカガイド５４は上動してロッカア
ーム５２の上動を容易にするから、カム５１のリフトが
大きくなっても、ロッカアーム５２が上動してカムリフ
トがロッカアーム５２の他端に与える影響が小さくなる
。即ち排気弁１０の開弁期間共に小さくな９第７図のｂ
に示す如く開弁時期が遅れる。

かかる本実施例の開弁時期調整装置を用いれば排気弁の
開弁時期が段階的でなく連続的に変化できる利点を有す
る。

尚機関の負荷、回転速度と開弁時期との制御関係は先の
実施例と同様であるのでその説明は省く。

第８図に示す第３の実施例は、吸気弁７及び排気弁１０
の他第３の弁を補助排気弁６１として設け、該補助排気
弁６１の開弁時期調整装置６２の作動を制御装置により
制御するように構成した実施例である。

開弁時期調整装置６２はこの場合、補助排気弁６１の開
弁期間を第９図に示すように排気弁１０の開弁期間にオ
ーバーラツプさせ排気弁１０よりも早く開弁する構成に
し、排気弁１０及び補助排気弁６１全体としてみて排気
弁開弁時期を進ませるためには補助排気弁６１を開弁作
動するようにし、一方遅らせるためには補助排気弁６１
を閉弁状態のｉま保持するような構成にすればよい。

具体的には第１の実施例の開弁時期調整装置１１を補助
排気弁６１の開弁時期調整装置６２として用い、第１カ
ム４１を省略若しくはベースサークルのみのカムに形成
すればよい。

また１０１灯に示すように第２の実施例の開弁時期調整
装置を補助排気弁６１に適用してもよい。

この場合偏心カム５９′のカムプロフィルはベースサー
クルにロッカガイド５４が当接しているときく第１１図
参照）は補助排気弁６１がリフトして開弁しないように
構成する。尚偏心カム５９′に設けた突起は回転防止用
で過度のリフトやクリアランスの発生を防止する。

尚第１２図には第２図に示す第１実施例の第１カム４１
、第２カム４２を切換使用しだい場合の排気タービン上
流の排気温度、軸トルク、過給圧力の夫々の特性を示し
ておく。

本実施１ｆ！＋では排気過給機として排気ターボ過給機
を用いた例を示したがこれに限らず機関の排気エネルギ
を利用してコンプレッサを作動することにより吸気を過
給するその他一般の排気過給機であればよいことはいう
までもない。また機関の回転速度及び負荷の検出装置は
実施例に限らず他の公知の手段を用いることができるの
もいうまでもない。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、排気過給機は内燃機
関において、機関低速回転領域の排気弁開時期を進めた
ので排気エネルギが増大しその結果過給圧が増大してこ
の領域における出方向上を図ることができる。また機関
高速回転領域の排気弁開時期を遅らせたので排気温度を
低下させることができ、もってこの領域の排気弁及び弁
ノートの過熱溶損を防止できる。更に機関負荷が小さい
場合はこれらに優先して排気弁開時期を遅らせたので、
排気圧力が小さくなり、ガソリンエンジンではポンピン
グロスを低減させることができ、ディーゼルエンジンで
は機関騒音を小さくすることができる。また低速回転低
負荷領域で排気弁開時期が遅くなるのでブローダウン損
失が小さくなり機関熱効率を向上させ燃費を改善できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る第１の実施例の概略構成図、第２
図は同上の開弁時期調整装置の実施例を示す系統図、第
３図は同上の要部を示す縦断側面図、第４図は第１の実
施例のカムリフト特性図、第５図は本発明の第２の実施
例の開弁時期調整装置の要部縦断側面図、第６図は同上
の制御系統図、第７図は第２の実施例のカムリフト特性
図、第８図は本発明の第３の実施例の概略構成図、第９
図は同上のカムリフト特性図、第１０図は本発明の第４
の実施例を示す開弁時期調整装置の縦断面図、第１１図
は同上の補助排気弁不作動時の説明図、第１２図は第１
の実施例の性能特性図である。 １・・・内燃機関　２・・・排気通路　３・・・排気タ
ービン　４・・・コンプレッサ　５・・・吸気通路γ・
・・吸気弁　１０・・・排気弁　１１　、６２・・・開
弁時期調整装置　１２・・・制御装置　１３Ａ・・・回
転角センサ　１３Ｂ・・・圧力スイッチ１３Ｃ・・・ス
ロットルセンサ　１４　、１４’・・・電磁切換弁　２
１・・・オイルポンプ　２３・・・油圧ピストン　３２
．５２・・・ロッカアーム　４１・・・第１カム　４２
・・・第２カム　５１・・・カム５４・・・ロッカガイ
ド　５９．５９’・・・偏心カム６０・・・吸気絞シ弁
　６１・・・補助排気弁物　許　出　願　人　日産自動
車株式会社代理人弁理士笹　島　富二雄 シ：４　’ａ　ｒ！！Ｊ　第４図 第５図 ら９ 第７図 掛先村　暖気４［ 丁比セ　且死だ　１死り・ ／７ランク角 第８図 第９図 稚気４Ｖ　吸気術 クランク角

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気系に設けたコンプレッサを機関の排気エネルギを利
   用して作動することにより吸気を過給する排気過給機付
   内燃機関において、機関の負荷と回転速度に関連する要
   素を検出する装置と、排気弁の開弁時期調整装置と、前
   記検出装置の出力信号に基づき機関の高速回転領域に比
   べ低速回転領域の排気弁の開弁時期を進ませると共に機
   関低負荷領域で前記機関回転速度に応じた制御に優先し
   て排気弁の開弁時期を遅らせるべく前記開弁時期調整装
   置を制御する制御装置と、を設けたことを特徴とする排
   気過給機付内燃機関。