JPS60204922A - 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〉 本発明は過給機を備えた内燃機関において出力性能改善
を図った吸気弁作動装置に関する。

く背景技術〉 排気ターボ過給機等の過給機を備えた内燃機関において
は、過給圧が上昇する中・高速領域ではコンプレッサか
らの吐出空気が圧力上昇と共に温度上昇する。この高温
の吸気が燃焼室内に吸入されて通常の圧縮比で圧縮され
ると燃焼時にノンキングの発生傾向が著しくなる。これ
を避けるためには点火時期を遅らせたり、混合気の空燃
比を濃くする等の方法が考えられるが、いずれの方法で
も出力、燃費が大幅に悪化する。

〈発明の目的〉 本発明はこのような従来の問題点に鑑みなされたもので
、気筒毎に２つの吸気弁を備えた過給機付内燃機関にお
いて、一方の吸気弁の作動特性を機関運転条件に応じて
切換えることにより、高速領域では有効圧縮比を小さく
してノッキングの発生を抑制し、もって出力、燃費を改
善できるようにした過給機付内燃機関の吸気弁作動装置
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、前記機関の各気筒の一方の吸気弁
の作動特性を、開弁から閉弁に至るまでの作動角が機関
の低速領域では小、高速領域では大となるように設定す
る一方、高速領域では作動角の２に相当する中心角のク
ランク角位置を他方の吸気弁の中心角のクランク角位置
よりも遅らせた位置として閉弁時期が圧縮行程半ば近く
に設定されるように切換制御する手段を設けた構成とし
、もって前記目的を達成するようにしたものである。

〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

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）ｌ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
ンプレフサ４を回転駆動して、吸入空気を内燃機関２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が介装されており
、吸気通路３のコンプレッサ４及び吸気絞り弁９間の過
給圧と大気圧との差圧により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
排気バイパス通路７にバイパスする排気流量を過給圧に
応じて制御し、もって過給圧が過大となるのを防止する
。また、１１は吸気絞り弁９下流の吸気圧力が所定値以
上となることを防止するリリーフ弁、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図に示すように前記吸気
通路３から分岐して各気筒の燃焼室】４に至る２つの吸
気ボー）３Ａ、３Ｂが形成され、これら吸気ボート３Ａ
、３Ｂに夫々吸気弁１５Ａ、　１５Ｂが介装されている
。また、各気筒の燃焼室１４に接続して前記一本の排気
通路５に合流する排気ボート５Ａが形成され、該排気ボ
ー１−５Ａには排気弁１６が介装されている。

そして、これら吸気弁１５Ａ、１５Ｂ及び排気弁１６が
以下に示す弁作動装置によって作動され、このうち、一
方の吸気弁１５Ａ（以下筒１の吸気弁＋５Ａといい、他
方を第２の吸気弁１５Ｂという）は低速領域と高速領域
とで作動特性が切換えられる。

即ち、第３図〜第５図に示すように、４気筒内燃機関２
のロッカルーム２１にはカムシャフト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〜＃
４の各気筒毎に、第１の吸気弁１５Ａ作動用の低速用カ
ム２４Ａ及び高速用カム２４Ｂ。

第２の吸気弁１５Ｂ作動用のカム２５．排気弁１６作動
用のカム２６が形成されている。

ロッカーシャフト２３には各気筒毎に第１の吸気弁１５
Ａ作動用のロッカアーム２７が回動並びに軸方向スライ
ド自由に軸支されており、また、第２の吸気弁１５Ｂ作
動用のロッカアーム２８及び排気弁１６作動用のロッカ
アーム２９が夫々回動のみ自由に軸支されている。そし
て、第１の吸気弁１５Ａ作動用のロッカアーム２７は、
その軸方向スライドにより低速用カム２４Ａ若しくは高
速用カム２４Ｂに選択的に当接従動する。

本実施例の場合、点火順序又は噴射順序が＃１−＃３−
＃４−＃２であるとすると、＃１気筒及び＃２気筒に対
応する第１の吸気弁＋５Ａ作動用の２つのロッカアーム
２７．２７を一体的に保持するホルダ３０と、＃３気筒
及び＃４気筒に対応する第１の吸気弁１５Ａ作動用の２
つのロッカアーム２７．２７を一体的に保持するホルダ
３１とを設け、これらホルダ３０．３１を夫々第１及び
第２のアクチュエータ３２、３３により軸方向に切換シ
フトし、ロッカアーム２７．２７を夫々と対応する低連
用カム２４Ａと高速用カム２４Ｂの一方にｉ！沢的に接
触さセるようになっている。

前記第１及び第２アクチュエータ３２．３３は、夫々前
記ホルダ３０．３１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ボートを有しており、これは第４図に示された第１
吸気弁作動切換装置の油圧作動回路に接続されている。

即ち、第４図において、第１アクチユエータ３２のＡ、
Ｂボートは１を磁方向切換弁３４を介して、また第２ア
クチユエータ３３のＣ，Ｄボートは電磁方同情換弁３５
を介して、夫々アキュムレータ３６とオイルタンク３７
とに切換自由に接続されている。前記アキュムレータ３
６には内燃機関２により又は別置モータ３８により駆動
されるオイルポンプ３９によって、オイルタンク３７か
ら汲み上げたエンジンオイルが導入される。４０はオイ
ルポンプ３９の吐出圧を制御するりリーフバルブである
。前記電磁方向切換弁３４．３５はマイクロコンピュー
タ等の制御手段４１により機関回転速度（クランク角）
信号やクランク角基準信号等機関運転状態の検出信号に
応じて若しくは手動スイッチにより後述する如く、低速
領域と高速領域とで切換制御される。

そして、電磁方向切換弁３４．３５の夫々の切換作動に
より、アキュムレータ３６内のオイルを第１及び第２の
アクチュエータ３２．３３のいずれか一方のボート（Ａ
又はＢ、Ｃ又はＤ）に供給してピストンヲ一方向に移動
させ、もってロッカアーム２７を軸方向に移動して低連
用カム２４Ａ若しくは高速用カム２４Ｂのいずれか一方
と係合させ、第１の吸気弁１５Ａの開閉時期を切換調整
する。

次に、前記各吸・排気弁の作動特性を第５図（Ａ）。

（Ｂ）に基づいて説明すると、後述するように機関の低
速領域で低速用カム２４Ａと係合する時は、第１の吸気
弁１５Ａは吸気行程上死点より若干遅れて開き始め、圧
縮行程初期に閉じる。又、機関の高速領域で高速用カム
２４Ｂと係合する時は、リフト量が増大すると同時に作
動角（開弁期間に相当するクランク角）が増大し、低速
域の場合より早く排気行程後期で開き始め、低速域の場
合より遅く圧縮行程半ばで閉じる。

これに対し、第２の吸気弁１５Ｂはカム２５に係合して
作動特性は変化せず、吸気行程上死点より若干早く開き
始め吸気行程下死点より若干遅れて閉しる。又、リフト
量は、第１の吸気弁１５Ａの低速域のリフト量と同程度
としである。即ち、第１の吸気弁１５Ａの作動角は低速
領域では第２の吸気弁１５Ｂと同程度で小さく、高速領
域ではこれより大きく、かつ、作動角の２に相当する中
心角のクランク角位置が第２の吸気弁の中心角のクラン
ク角位置よりも遅れるように設定される。従って、低速
域では第２の吸気弁１５Ｂの方が第１の吸気弁１５Ａよ
り先に開き、高速域では第１の吸気弁１５Ａの方が第２
の吸気弁１５Ｂより先に開く。

また、排気弁１６もカム２６に係合して作動特性は変化
せず、膨張行程後期から開き始め、吸気行程初期で閉じ
る。

一方、本実施例の内燃機関における冷却系統は第５図に
示すようになっている。過給機１のコンプレッサ４下流
の吸気通路３部分に過給吸気冷却用のウォータジャケッ
ト５１を設ける。該ウォータジャケット５１の冷却水入
口を機関２の冷却水出口に接続すると共に、ウォータジ
ャケット５Ｉのサーモスタット５２によって開閉される
出口をラジェータ５３の入り口に、又常開の出口を、カ
ーヒータ５４を経由する冷却水通路５５の途中に接続す
る。５６はウォータポンプ、５７はバイパス冷却水通路
である。

かかる構成において、サーモスタット５２の閉しる暖機
運転時は冷却水はバイパス冷却水通８５７とウォータジ
ャケット５１を経由してウォータポンプ５６に戻され、
サーモスタット５２が開かれる畳機完了後はウォータジ
ャケット５１を経由した冷却水の大部分がラジェータ５
３を経由してウォータポンプ５６に戻されるようにな゛
っている。尚、カーヒータ５４には必要に応じて冷却水
が循環される。このように、ウォータジャケット５１に
は常に冷却水が循環し、後述するようにコンプレッサ４
から吐出された過給空気を冷却する。

次に本実施例の一連の作用を説明する。

機関運転状態の検出信号若しくは手動スイッチ操作によ
り低速領域においては、制御手段４１から電磁方向切換
弁３４．３５を第４図で左行した位置に切り換える信号
が出力される。

これにより、アキュムレータ３６のオイルは第１及び第
２のアクチュエータ３２．３３のＡ及びＣボートに導入
され、ピストンを作動してホルダ３０．３］を介し第１
吸気弁１５Ａ作動用のロッカアーム２７゜２７を図で右
方向に移動させて低速用カム２４Ａと係合させる。これ
により暢・排気弁の作動特性は前記した如く第５図（Ａ
）で示すようになる。

この場合、第１の吸気弁１５Ａは吸気行程上死点よりも
遅れて開くが第２の吸気弁１５Ｂが既に上死点前に開い
ており、又第１の吸気弁１５Ａの作動角が小さいため閉
時期の遅れも小さいので有効ストロークが大きく、有効
圧縮比が大きい、したがって、過給機による過給が効か
なくとも吸気慣性の小さな低速域では、十分な充填効率
が得られ、出力、燃餐を良好に維持できる。

また、高速領域においては、同様に機関運転状態の検出
信号又は手動スイッチ操作により制御手段４１から！磁
方向切換弁３４．３５を第４図に示した位置にセットす
る切換信号が出力される。

このため、アキュムレータ３６のオイルは今度は第１及
び第２アクチュエータ３２．３３のＢ及びＤボートに導
入され、第１の吸気弁１５Ａ作動用のロッカアーム２７
．２７を図で左方向に移動させて高速用カム２４Ｂと係
合させる。これにより、吸・排気弁の作動特性は第５図
（Ｂ）で示すようになる。

この場合、第１の吸気弁１５Ａは第２吸気弁１５Ｂに比
べ開弁時期は多少進んでいるが、閉弁時期は大幅に遅れ
ている。

このように、２つの吸気弁の一方が閉弁時期を大幅に遅
らせるとコンプレッサ４からの過給吸気は吸気行程にお
いて一旦燃焼室１４内に吸入されるものの圧縮行程の初
期においては吸気ボート３Ｂの方に吸気が再び吹き戻さ
れ、実際に圧縮が開始するのは第１の吸気弁１５Ａが閉
じた直後からとなり有効圧縮比を大幅に低下させノンキ
ングの発生を防止することができる。但し、吸気が逆流
した分充填率は低下するため吸入空気量を同一に保つた
めにはコンプレッサ４の過給圧を上げる必要がある。こ
の場合、過給圧の上昇に伴って吸気の温度も上昇するが
、その上昇度合いはシリンダ内での圧縮に比べて大であ
る（ピストンによる圧縮の方が断熱圧縮に近い）ため、
これがそのままシリンダ内に送り込まれると、ノンキン
グ発生防止の上からは逆効果になってしまう、このため
、コンプレッサ４からの過給吸気をシリンダ内に吸入さ
れるまでの間に冷却する必要がある。この場合、自然放
熱による冷却でもかなりの降温が得られるが、本実施例
では前記したようにコンプレフサ４の過給圧を上げるこ
とにより過給吸気温度を冷却水温よりも大幅に上昇（例
えば１２０℃）させておき、一方、コンプレッサ４下流
からシリンダ入口に至るまでに吸気通路３に取り付けら
れたウォータジャケット５１を循環する冷却水により水
温近くまで冷却させることにより降温を大とする。この
ようにすれば、冷却水による効果的な冷却と、有効圧縮
比を下げたことにより、圧縮上死点の吸気温度、圧力の
上昇を防止してノンキングの発生を良好に防止しつつ、
コンプレッサ４により有効圧縮比の低下を補って余りあ
る過給を行なって充填効率が高められる結果、機関の最
高出力を大幅に向上することができる。

因に第７図は、コンプレッサ入口からシリンダ内での圧
縮上死点に至る間の吸気温度の変化、第８図は同じく吸
気圧力の変化を示し、ａは本実施例、ｂは過給機を備え
ただけのもの、Ｃはインクターラを備えたものの特性を
示す。第７図で明らかなように本実施例ではコンプレッ
サ出口からシリンダ入口に至るまでの間吸気温度は下が
り続け、効果的な冷却が行なわれるのに対し、冷却を行
なわないものは圧縮上死点温度が最も高く、インクター
ラを備えたものはインクターラによる冷却は十分に行な
われるものの、その後シリンダ人口に至るまで昇温され
てしまい有効圧縮比が高いため、圧縮上死点温度は本実
施例のものに比較して相当高くなる。

一方、第８図に示すように吸気圧力は、本実施例のもの
がコンプレッサによる高い吐出圧力をシリンダ入口まで
維持し続けるのに対し、インクターラを備えたものはイ
ンクターラ通過による圧損を生じ、圧縮上死点の圧力で
は、本実施例のものが圧縮有効比の低下により最も低い
が、その差は吸気温度の差に比べて小さく、充填効率で
は最大となる。

尚、第１の吸気弁１５Ａの中心角のクランク角位置を第
２の吸気弁１５Ｂの中心角のクランク角位置と同一にし
た場合は第９図に示すように、第１の吸気弁１５Ａと排
気弁１６とのバルブオーパラツブ期間が過大となり、排
気圧の高い領域での排気の吹き返し量が大となって燃焼
性能の低下を招く。また第１の吸気弁１５Ａの閉時期を
大幅に遅らせることもできないため有効圧縮比を大きく
採れずノツ′キング対策として不充分であるため出方向
上を図ることが困難になる。

〈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
において気筒毎に２つずつ備えられた吸気弁の一方の吸
気弁の作動特性を、機関の高速領域において作動角を増
大させると共に、その中心角のクランク角位置を他方の
吸気弁の中心角のクランク角位置より遅らせて閉弁時期
を圧縮行程半ば近くに設定するように切換制御する手段
を設けた構成としたため、高速領域で排気弁とのオーバ
ラップ期間が最適に設定されて排気の吹き返しを抑制し
つつ、有効圧縮比を下げることによりノッキングの発生
を抑制して出力を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る過給機付内燃機関の概
略構成図、第２図は同上実施例の燃焼室周辺の平面断面
図、第３図（Ａ）は同上実施例における弁作動装置の゛
左半部横断面図、同図（Ｂ）は同上装置の縦断面図、同
図（Ｃ）は同上装置の第１の吸気弁作動用ロッカアーム
とカムとの関係を示す要部平面図、第４図は第１吸気弁
作動切換装置の油圧回路図、第５図（Ａ）は同上実施例
における吸・排気弁の低速領域での作動特性を示すグラ
フ、同図（Ｂ）は同じく高速領域での作動特性を示すグ
ラフ、第６図は同上実施例に係る機関の冷却系統を示す
概略構成図、第７図は同上実施例に係る機関の吸気系の
各位置における吸気温度の特性を従来例と比較して示す
グラフ、第８図は同じく吸気系各位置における吸気圧力
の特性を従来と比較して示すグラフ、第９図は２つの吸
気弁の作動角の中心角を同一に設定した場合の特性を示
すグラフである。 １・・・過給機　２・・・内燃機関　３・・・吸気通路
４・・・コンプレッサ　１５Ａ・・・第１の吸気弁１５
Ｂ・・・第２の吸気弁　２４八・・・低連用力Ｊ、２４
Ｂ・・・高速用カム　２５・・・カム　２７・・・第１
の吸気弁１５Ａ作動用のロッカアーム　２８・・・第２
の吸気弁１５Ｂ作動用のロッカアーム　３０．３１・・
・ホルダ　３２・・・第２のアクチュエータ　３３・・
・第２のアクチュエータ　３４．３５・・・電磁方向切
換弁３６・・・アキュムレータ　４１・・・制御手段特
許出願人　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　冨二雄 （Ａ）　（Ｂ）　（Ｃ）　（Ｄ）　（ヒン　（ト］第８
図 第９ｒ （墳ｌ！気）（＠元）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関の吸気通路に過給機のコンプレッサを介装すると共
   に、気筒毎に２つの吸気弁を備えた過給機付内燃機関の
   吸気弁作動装置において、各気筒の一方の吸気弁の作動
   特性を開弁から閉弁に至るまでの作動角が機関の低速領
   域では小、高速領域では大となるように設定する一方、
   高速領域では作動角の２に相当する中心角のクランク角
   位置を他方の吸気弁の中心角のクランク角位置よりも遅
   らせた位置として閉弁時期が圧縮行程半ば近くに設定さ
   れるように切換制御する手段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。