JPS61252833A - 過給機付エンジンのバルブタイミング制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、排気ターボ過給機を備えたエンジンにおける
排気弁のバルブタイミング制御装置に関するものである
。

（従来技術） 従来より、排気ターボ過給機を備えたエンジンにおいて
、特開昭５９−１３１７１４号に見られるように、排気
弁のバルブタイミングを可変とし、低速域では排気弁の
開弁時期を早めるようにした技術が知られている。

しかるに、低速域に排気弁の開時期を早くすることは、
開弁期間が長くなり、排気ガスの平均流速が遅くなり、
タービン効率が低く充分な過給効果が得られないもので
ある。

特に、全排気ガス量が一定の場合、排気弁の開弁期間を
長くしてこの排気ガスを長い時間で排出するようにする
ことは、時間当たりの排気ガス流量が低下し、タービン
仕事量が低減し、吸気過給量も少なく過給効果が充分に
得られないことになる。これに対し、排気弁の開弁期間
を短くして排気ガスを短時間で排出するようにすると、
時間当たりの排気ガス流量が増大し、これによりタービ
ン仕事量が増大し、吸気過給層が増加して良好な過給効
果が得られる。

また、上記排気弁の開弁期間を短くするについて、閉時
期を早くすることは、ピストンが上昇する途中で排気弁
を閉じることになって、燃焼室内に残留する排気ガス量
が増大し、燃焼性が低下する問題を有するものである。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、低速域におけるタービン効率
を向上して良好な過給性能を得るようにした過給機付エ
ンジンのバルブタイミング制御装置を提供することを目
的とするものである。

（発明の構成） 本発明のバルブタイミング制御装置は、エンジンの低速
状態を低速検知手段により検知した時には、排気弁の開
弁時期を遅らせるとともに開弁期間を短くするバルブタ
イミング制御手段を設けたことを特徴とするものである
。

（発明の効果） 本発明によれば、低速域には排気弁を開く時期を遅くし
て排気期間を短縮し、排気ガスが短時間でしかも圧縮さ
れて排出されるので：排気ガスの流速が速くなるととも
に時間当たりの流量が増えて、低速域におけるタービン
効率が向上し、良好な過給効果が得られるものである。

また、排気弁の開時期を遅らせることによって排気期間
を短くするようにしたことにより、燃焼室内に排気ガス
が残留せずに良好な掃気性を確保して燃焼性を維持する
ことができるものである。

（実施例） 以下、図面により本発明の詳細な説明する。

実施例１ この実施例の全体の概略構成を第１図に示し、エンジン
本体１に設けられた４つの気筒２に対し、それぞれ２つ
の吸気ボート３，４と２つの低速用および高速用排気ボ
ート５，６とが開口し、吸気ボート３．４は第１および
第２吸気弁７，８によりて開閉され、低速用および高速
用排気ポート５゜６は第１および第２排気弁９，１０に
よって開閉される。吸気ボート３，４には吸気通路１１
が接続され、排気ボート５，６には排気通路１２が接続
される。そして、排気通路１２に介設され排気ガスで駆
動されるタービン１３ａにより、吸気通路１１に介装し
たブロア１３ｂを駆動して吸気を過給する排気ターボ過
給機１３が設けられている。

上記低速用排気ボート５をＲ閉する第１排気弁９と高速
用排気ポート６を開閉する第２排気弁１０とは、そのバ
ルブタイミングが異なり、第２排気弁１０の作動を選択
的に停止することによって両排気弁９．１０による全体
としての排気タイミングを可変制御するバルブタイミン
グ制御手段１４が付設されている。このバルブタイミン
グ制御手段１４は、高速側の第２排気弁１０に対して配
設されたバルブ不作動機構１５と、このバルブ不作動機
構１５を操作するコントローラ１６とを備え、上記コン
トローラ１６には低速運転状態を検知する低速検知手段
１７からの検出信号が入力される。

すなわち、上記第１排気弁９のバルブタイミングは第２
図（Ａ）の曲線工で示すように、下死点ＢＤＣ後の遅い
開時期Ｅ　Ｏｓに開き、上死点ＴＤＣ後の閉時期ＥＣｒ
に閉じるものである。一方、高速用の第２排気弁１０の
バルブタイミングは、第２図（Ａ）に曲線■で示すよう
に、下死点ＢＤＣ前の早い開時期ＥＯ２に開き、上死点
ＴＤＣ後のほぼ同じ閉時期ＥＣｚに閉じるものである。

そして、バルブタイミング制御手段１４は、低速検知手
段１７によりエンジンの低速運転状態を検知した時、バ
ルブ不作動機構１５を作動させて第２排気弁１０を閉止
状態に維持し、排気タイミングの開弁時期を遅らせると
ともに開弁期間を短くするようにバルブタイミングを制
御するものである。つまり、低速域以外の中・高速域に
おいては、第２図（Ａ）で示すように両排気弁９，１０
を開閉作動し、その開時期は第２排気弁１０（曲線■）
による下死点ＢＤＣ前の早い開時期ＥＯ２に開き、上死
点ＴＤＣ後の閉時期ＥＣｚに閉じる。

一方、低速域においては、第２図（Ｂ）に示すように第
２排気弁１０は開かず、その開時期は第１排気弁９（曲
線工）により下死点ＢＤＣ後の遅゛い開時期ＥＯ１に開
き、上死点ＴＤＣ後の閉時期ＥＣ□に閉じるものであり
、開時期が遅く開弁期間が短くなるものである。

第３図は排気弁のバルブタイミングに対する排気ガス流
速を示し、低速域での排気ガス流量に対し、曲線Ａは前
記第２図の曲線工のバルブタイミングによる短い開弁期
間の場合での排気ガス流速の変化であり、開弁期間全体
で大きな流速が得られている。一方、曲線Ｂは第２図の
曲線■で示すような排気弁の長い開弁期間の場合での排
気ガス流速の変化であり、開弁初期は流速が大きいが、
その後は流速は急激に低下している。

上記のような排気ガス流速に対するタービン仕事量は第
４図の特性を有するものであり、上記曲線Ａのような流
速の大きいバルブタイミングによれば、時間当たりの排
気ガス流量が大きいことからタービン仕事量も増大し、
効率のよい吸気の過給が行えることになり、上記曲線Ｂ
のような流速特性ではタービン仕事量も少なく過給効率
が低下するものである。また、中・高速域においては、
排気ガス量が増大し、短い開弁期間では全量が掃気性よ
く排出されないことになるので、第２図の曲線■のバル
ブタイミング特性で排気弁、を開閉することにより、排
気弁の開時期を早くして開弁期間を長くし、これにより
良好な排出特性を得るものである。この場合には、排気
ガス量が増大しているので、開弁期間の全体で大きな排
気ガス流速が得られ、タービン仕事量も高く効率のよい
過給が行なえるものである。

上記バルブ不作動機構１５の具体構造を第５図および第
６図に示す。吸気弁８および第２排気弁１０はそれぞれ
バルブスプリング３１により閉弁方向に付勢され、カム
軸３２との間にそれぞれロッカチーム３３が架設され、
該ロッカアーム３３の中間位置が第２排気弁１０側が可
動支点部材３４で、吸気弁８側が固定支点部材３５でそ
れぞれ支持されている。上記可動支点部材３４および固
定支点部材３５は支持ブロック３６に保持され、可動支
点部材３４の上部には偏心カム３７が設けられ、この偏
心カム３７の回動によって可動支点部材３４内に導入す
る圧油の経路を変更して、支点位置を固定する弁作動状
態と、支点位置を浮動させる弁子作動状態とに切換制御
するものである。

上記可動支点部材３４の内部構造を第６図（弁作動状態
）に示す。可動支点部材３４は支持ブロック３６に摺動
可能に挿通され、下端側は球面状に形成されてロッカア
ーム３３と接し、内部は筒状に形成されて底部にロンド
３８が突設され、スプリング３９を収容している。この
可動支点部材３４内に嵌挿された筒状の中間部材４０は
、下面に前記スプリング３９が当接して上方に付勢され
、下面中央に開口が形成されている。上記中間部材４０
内には油溜め板４１および第１プランジヤ４２が摺動可
能に嵌挿され、この第１プランジヤ４２と油溜め板４１
との間に下部油室４３が形成される。上記第１プランジ
ヤ４２の内部には第２プランジヤ４４の嵌挿によって上
部油室４５が形成され、中間部材４０の上端には前記偏
心カム３７に当接する受圧板４６が設けられている。上
部油室４５にはスプリング４７が縮装されるとともに、
第２プランジヤ４４の中央のオリフィスを開閉するチェ
ックバルブ４９が配設されている。上記第２プランジヤ
４４の上部には上下にビン５０ａ。

５０ｂが突設されたリリーフ部材５０が上方に付勢され
て収容され、下ビン５０ｂはチェックパルプ４９に対向
し、上ビン５０ａは受圧板４６を上方に貫通して偏心カ
ム３７の溝３７ａに係合し、下方移動時にチェックパル
プ４９を開作動するとともに、上ドレン通路４６ａを開
くものである。

前記支持ブロック３６にはオイルポンプからの圧油が供
給される圧油供給通路５１が形成され、圧油は可動支点
部材３４の圧油通路３４ａから中間部材４０の上下に形
成された上圧袖口４０ａもしくは下圧袖口４０ｂに選択
的に供給され、上圧袖口４０ａは前記上部油室４５およ
び上ドレン通路４６ａに連通され、下圧袖口４０ｂは前
記下部油室４３および下ドレン通路３４ｂに連通される
。

作動を説明すれば、第６図は弁作動状態であり、偏心カ
ム３７は中間部材４０を押下げる一方、リリーフ部材５
０を上昇位置としており、圧油は上圧袖口４０ａからチ
ェックバルブ４９を介して上部油室４５に導入される一
方、下部油室４３は下ドレン通路３４ｂに連通され、上
部油室４５の容積を増大して第１プランジヤ４２を押下
げて、油溜め板４１を介してロンド３８に圧接し、ロッ
カアーム３３の支点位置を確保し、第２排気弁１０を開
閉作動するものである。

次に、第２排気弁１０を不作動状態にするには、偏心カ
ム３７を１８０°回転操作し、中間部材４０をスプリン
グ３９によって上昇移動させるとともに、リリーフ部材
５０を下降移動させてチェックバルブ４９を開放し、上
部油室４５の圧油は上ドレン通路４６ａからリリーフさ
れる。該中間部材４０の上昇により、下圧袖口４０ｂか
ら下部油室４３に圧油が導入されて、この下部油室４３
の容積が増大し、上部油室４５は容積が一定にされてエ
アの吸込みが防止される。また、中間部材４０はロッド
３日から離れて上方に位置し、可動支点部材３４はスプ
リング３９の作用力によって中間部材４０に対しての浮
動が可能となり、該可動支点部材３４は支持ブロック３
６を摺動移動し、ロッカアーム３３は第２排気弁１０側
を支点として揺動することになり、第２排気弁１０は閉
状態に維持されて押下作動状態となるものである。

実施例２ この実施例は第７図に示し、第１図に示した第１の実施
例に対し、排気ターボ過給機１３のタービン１３ａに対
する排気ガス流入通路１２ａ（排気通路）に、隔壁２０
およびシャッターバルブ２１を設け、該シャッターバル
ブ２１を前記コントローラ１６からの制御信号で作動す
るアクチュエータ２２によって開閉操作するようにした
ものである。その他は第１図と同様の構造で、第２図と
同様のバルブタイミングであり、同一構造には同一符号
を付してその説明を省略する。

上記シャッターバルブ２１は低速域で閉じてタービン１
３ａへの排気ガス流入通路１２ａを狭くし、ガス流速を
高くしてタービン効率を高くする一方、排気ガス流量が
増大する中高速域においては開いて、広い排気ガス流入
通路１２ａによってタービン１３ａに排気ガスを導入す
るものである。

このシャッターバルブ２１の作動と、前記バルブタイミ
ング制御手段１４との作動により、さらに低速域でのタ
ービン効率が向上するものである。

実施例３ この実施例は第８図に示し、エンジン本体１の各気筒２
にはそれぞれ吸気弁２３で開閉される吸気ボート２４お
よび排気弁２５で開閉される排気ボート２６がそれぞれ
１つ開口されている。上記吸気ボート２４には吸気通路
１１が接続され、排気ボート２６には排気通路１２が接
続されている。

そして、排気通路１２に介設され排気ガスで駆動される
タービン１３ａにより、吸気通路１１に介装したブロア
１３ｂが駆動されて吸気を過給する排気ターボ過給機１
３が設けられている。

上記排気弁２５には、そのバルブタイミングを可変制御
するバルブタイミング制御手段２７が付設されている。

このバルブタイミング制御手段２７は、排気弁２５の動
弁機構に配設されたバルブタイミング可変機構２８と、
このバルブタイミング可変機構２８を操作するコントロ
ーラ２９とを備え、上記コントローラ２９には低速運転
状態を検知する低速検知手段１７からの検出信号が入力
される。

上記バルブタイミング制御手段２７は、前例と同様に低
速検知手段１７によりエンジンの低速運転状態を検知し
た時、排気弁２５の開弁時期を遅らせるとともに開弁期
間を短くするようにバルブタイミングを制御するもので
ある。

すなわち、上記バルブタイミング可変機構２８は、例え
ば、低速域用の第１カムと中高速域用の第２カムとを備
え、エンジンの運転状態に応じたコントローラ２９から
の信号により上記２種類のカムをセレクト作動するもの
である。低速域にセレクトされる第１のカムによるバル
ブタイミングは、第９図に曲線工で示すように、下死点
ＢＤＣ後の遅い開時期ＥＯｓに開き、上死点ＴＤＣ後の
開時期ＥＣｒに閉じるものである。一方、中高速域にセ
レクトされる第２のカムによるバルブタイミングは第９
図に曲線■で示すように、下死点ＢＤＣ前の早い開時期
ＥＯｚに開き、上死点ＴＤＣ後のほぼ同じ閉時期ＥＣｚ
に閉じるものである。

これにより、実施例１と同様に低速域のタービン効率が
向上するものである。

なお、この実施例においても、第２の実施例のような排
気ターボ過給機１３に対する排気ガス導入通路１２ａに
シャッターバルブ２１を設けて、低速域に排気通路を絞
ってタービン効率をさらに向上するようにしてもよい。

その他、上記実施例以外の公知のバルブタイミング制御
手段を適宜採用して、排気弁のバルブタイミングを可変
制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す全体概略構成図、 第２図Ａ、Ｂは排気弁のバルブタイミングを示す特性図
、 第３図は排気バルブタイミングと排気ガス流速との関係
を示す特性図、 第４図は排気ガス流量とタービン仕事量との関係を示す
特性図、 第５図はバルブ不作動機構の一例を示すエンジンの上部
断面図、 第６図は同要部断面図、 第７図は本発明の第２の実施例を示す全体概略構成図、 第８図は本発明の第３の実施例を示す全体概略構成図、 第９図は第３の実施例における排気バルブタイミングを
示す特性図である。 １・・・・・・エンジン本体　　　２・・・・・・気筒
５．６．２６・・・・・・排気ボート ９．１０．２５・・・・・・排気弁 １１・・・・・・吸気通路　　　　１２・・・・・・排
気通路１３・・・・・・排気ターボ過給機 １３ａ・・・・・・タービン　　　１３ｂ・・・・・・
ブロア１４．２７・・・・・・バルブタイミング制御手
段１５・・・・・・バルブ不作動機構 １６・・・・・・コントローラ　　１７・・・・・・低
速検知手段２８・・・・・・バルブタイミング可変機構
第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気ガスで駆動されるタービンにより駆動される
   ブロアで吸気を過給する排気ターボ過給機を備えたエン
   ジンにおいて、エンジンの低速状態を検知する低速検知
   手段と、該低速検知手段により低速運転状態を検知した
   時、排気弁の開弁時期を遅らせるとともに開弁期間を短
   くするバルブタイミング制御手段とを設けたことを特徴
   とする過給機付エンジンのバルブタイミング制御装置。