JPS63297728A

JPS63297728A - 機械式過給機付エンジン

Info

Publication number: JPS63297728A
Application number: JP13440887A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Hitomi; 光夫人見; Junzo Sasaki; 潤三佐々木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-05-29
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1988-12-05
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JP2577563B2

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、燃焼室内の残留排気ガスを効果的に掃気し、
燃焼性を向上させた機械式過給機付エンジンに関するも
のである。

先行技術過給機付エンジンにおいて、燃焼室内の残留排気ガスを
、過給圧を利用して掃気し、燃焼室内に排気ガスが残留
していることにより燃焼室温度が上昇し、ノッキングな
どが生ずることを防止して、燃焼性右よび出力の向上を
図ったものが知られている。たとえば、特開昭６１−１
８５６２８号公報は、過給機の駆動中に、吸気弁が開弁
し始めてから、排気弁が閉弁し終わるまでの、いわゆる
オーバーラツプ期間を、エンジンの運転状態に応じて変
化させ、過給気の圧力によって、排気ガスを燃焼室から
押出して、掃気し、燃焼性の向上を図った機械式過給機
付エンジンを開示している。

発明の解決しようとする問題点しかしながら、前記公報に開示された過給機付エンジン
においては、吸気弁は１つしか設けられておらず、カム
機構を用いて、この吸気弁の開弁期間を制御することに
より、吸気弁右よび排気弁のオーバーラツプ期間を制御
しているため、その構造が複雑になるという問題があっ
た。

発明の目的本発明は、簡単な構造で、燃焼室内の残留排気ガスを効
率的に掃気し、燃焼性および出力を向上させることので
きる機械式過給機付エンジン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かかる目的は、開時期が互いに異なり、排気ポ
ートが開いている期間とのオーバーラツプ期間が小さい
第１吸気ポートおよびこれが大きい第２吸気ポートと、
該第１および第２吸気ポートに連なる互いに独立した２
つの吸気通路を、それぞれ設け、少なくとも高負荷時に
おいて、前記第１および第２吸気ポートより吸気がおこ
なわれるように、第１および第２吸気ポートの開時期を
制御することによって達成される。

本発明によれば、開時期が互いに異なり、排気ポートが
開いている期間とのオーバーラツプ期間が小さい第１吸
気ポートおよびこれが大きい第２吸気ポートとが設けら
れ、各吸気ポートに互いに独立した吸気通路より吸気が
供給されるように構成されているため、各吸気ポートを
選択的に開閉することによって、簡単な構造で、燃焼室
内の残留排気ガスを効果的に掃気することができる。

本発明において、第１吸気ポー１よび第２吸気ポートは
、それぞれの開時期および閉時期が同一であれば、それ
ぞれ、複数設けられていてもよい。

本発明の好ましい実施態様においては、機械式過給機付
エンジンは、低回転高負荷時において、第１吸気ポート
および第２吸気ポートの双方が開かれるように、各吸気
ポートを開閉する吸気バルブのタイミングを制御する手
段を備えている。

本発明の別の好ましい実施態様に右いては、機械式過給
機付エンジンは、低回転低負荷以外の運転状態において
、第１吸気ポートおよび第２吸気ポートの双方が開かれ
るように、各吸気ポートを開閉する吸気バルブのタイミ
ングを制御する手段を備えている。

本発明の他の好ましい実施態様においては、機械式過給
機付エンジンは、第２吸気ポートの開期間の排気ポート
の開期間とのオーバーラツプ期間が、エンジンの運転状
態にしたがって制御可能なように、第２吸気ポートを開
閉する吸気バルブのタイミングを制御する手段を備えて
いる。

本発明の他の好ましい実施態様においては、機械式過給
機付エンジンは、エンジン負荷が大きいほど、第２吸気
ポートの開期間の排気ポートの開期間とのオーバーラツ
プ期間が大きくなるように、第２吸気ポートを開閉する
吸気バルブのタイミングを制御する手段を備えている。

本発明の他の好ましい実施態様においては、機械式過給
機付エンジンは、さらに、エンジン回転数が大きくなる
にしたがって、第２吸気ポートの開期間の排気ポートの
開期間とのオーバーラツプ期間が大きくなるように、第
２吸気ポートを開閉する吸気バルブのタイミングを制御
する手段を備えている。

本発明の他の好ましい実施態様においては、機械式過給
機付エンジンは、さらに、高負荷でかつエンジン回転数
が所定値以上の運転領域においては、エンジン回転数が
大きくなるにしたがって、第２吸気ポートの開期間の排
気ポートの開期間とのオーバーラツプ期間が小さくなる
ように、第２吸気ポートを開閉する吸気バルブのタイミ
ングを制御する手段を備えている。

本発明の他の好ましい実施態様においては、第１吸気ポ
ートの開閉時期は一定に設定されて、機械式過給機付エ
ンジンが構成される。

本発明の他の好ましい実施態様においては、排気ポート
の開期間とのオーバーラツプ期間の小さい第２吸気ポー
トより、燃焼室内に燃料が供給されるように、機械式過
給機付エンジンが構成される。

また、本発明の他の好ましい実施態様においては、低回
転高負荷運転領域において、第２吸気ポ−トの開期間と
排気ポートの開期間とのオーバーラツプ期間が、クラン
ク角度で、１０度以上に制御されるように、機械式過給
機付エンジンが構成される。

さらに、本発明の他の好ましい実施態様においては、機
械式過給機付エンジンは、低回転高負荷運転領域におい
て、第２吸気ポートが開いてから上死点までの期間より
、下死点後、第２吸気ポートが閉じるまでの期間の方が
小さくなるように、第２吸気ポートを開閉する吸気バル
ブのタイミングを制御する手段を備えている。

実施例以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例につき、詳
細に説明を加える。

第１図は、本発明の実施例にかかる機械式過給機付エン
ジンの概略図であり、第２図は、その路上面図である。

第１図および第２図に右いて、エンジン１の燃焼室２に
は、第１吸気ポート３および第２吸気ポート４ならびに
排気ポート５が、それぞれ、開口し、第１吸気ポート３
には、第１吸気通路６が、第２吸気ポート４には、第１
吸気通路６とは独立した第２吸気通路７が、排気ポート
５には、排気通路８が、それぞれ接続されている。第１
吸気通路６内の第１吸気ポート３の上流には、燃料噴射
弁９が、第２吸気通路６内の第２吸気ポート４の上流に
は、開閉制御弁ｌＯが、それぞれ設けられている。第１
吸気ポート３、第２吸気ポート４および排気ポート５は
、それぞれ、第１吸気バルブ１１、第２吸気バルブ１２
および排気バルブ１３によって、開閉され、本実施例に
おいては、第１吸気ポート３および排気ポート５の開閉
タイミングは一定に、第２吸気ポート４の開閉は、その
開期間と、排気ポート５の開期間とのオーバーラツプ期
間が、第１吸気ポート３の開期間と、排気ポート５の開
期間とのオーバーラツプ期間より大きく、かつ運転状態
により変え得るように、第２吸気バルブ１２の開閉タイ
ミングが、設定され、制御されている。第１吸気通路６
と第２吸気通路７とは、燃料噴射弁９および開閉制御弁
１０の上流で、吸気通路１４に合流し、合流部の上流側
の吸気通路１４内には、スロットルバルブ１５が設はラ
レ、さらに、スロットルバルブ１５の上流側には、エア
クリーナ１６およびエアーフローメータ１７が、それぞ
れ設けられている。スロットルバルブ１５と、燃料噴射
弁９右よび開閉制御弁１００間の吸気通路１４内には、
機械式過給機１８が設けられるとともに、機械式過給機
１８をバイパスするバイパス通路１９が設けられ、バイ
パス通路１９内には、バイパス通路１９を開閉する制御
弁２０が設けられている。コントロールユニット２１に
は、エアフローメータ１７の検出した吸入空気量検出信
号、図示しないクランク角センサの検出したエンジン回
転数信号などが入力されており、コントロールユニット
２１はこれらの入力信号にしたがって、吸気バルブ駆動
モータ２２および開閉制御弁駆動手段２３に、それぞれ
駆動信号を出力し、吸気バルブ駆動モータ２２は、駆動
信号にしたがってウオームギア２４を回転させ、運転状
態に応じて、所定のタイミングで、第２吸気バルブ１２
を開閉し、開閉制御弁駆動手段２３は、駆動信号にした
がって、運転状態に応じて、所定のタイミングで、開閉
制御弁１０を開閉する。

第３図は、本実施例におけるエンジン運転領域と開閉制
御弁１０の開閉、制御との関係を示すグラフであり、第
４図は、本実施例における第１吸気ポート３、第２吸気
ポート４右よび排気ポート５の開閉タイミング、すなわ
ち第１吸気バルブ１１、第２吸気バルブ１２および排気
バルブ１３の開閉タイミングを示すタイムチャートであ
る。

第３図において、梨地で示す領域Ａは、低回転低負荷運
転領域で、開閉制御弁１０を閉じ、第２吸気ポート３か
らは吸気しない運転領域である。

低回転低負荷運転領域においては、過給効果が得られず
、第２吸気バルブ１２と排気バルブ１３の開弁期間をオ
ーバーラツプさせると、かえって燃焼が不安定になるの
で、開閉制御弁１０を閉じ、掃気のための第２吸気ポー
ト４を閉じている。斜線で示す領域Ｂは、開閉制御弁１
０を開き、第２吸気ポート４からの吸気により、燃焼室
内の残留排気ガスを掃気する運転領域である。領域Ａと
領域Ｂとの間の領域Ｃは、遷移領域であり、この領域で
は、開閉制御弁１０は開かれるが、徐々にその開度が変
化するように制御される。第４図にふいて、曲線Ｘは、
第１吸気バルブ１１のリフトカーブ、曲線Ｙは、第２吸
気バルブ１２のリフトカーブ、曲線Ｚは、排気バルブ１
３のリフトカーブを、それぞれ示しており、第１吸気バ
ルブ１１の開弁期間と排気バルブ１３の開弁期間とのオ
ーバーラツプ期間は、はとんどないように設定され、他
方、第２吸気バルブ１２の開弁期間と排気バルブ１３の
開弁期間とのオーバーラツプ期間は、つねに、第１吸気
バルブ１１の開弁期間と排気バルブ１３の開弁期間との
オーバーラツプ期間より大きくなるように、第２吸気バ
ルブ１２の開閉タイミングが設定されている。このよう
に、第１吸気バルブ１１、第２吸気バルブ１２および排
気バルブ１３の開閉タイミングを、設定制御しているの
で、低回転低負荷以外の開閉制御弁１０が開かれている
運転領域に右いては、排気バルブ１３の開弁期間中に、
第２吸気バルブ１２が開かれ、第２吸気ポート４より、
過給された吸気が燃焼室２内に流入し、燃焼室２内に残
留している排気ガスが掃気される。また、燃料噴射弁９
は、その開弁期間が、排気バルブ１３の開弁期間と、は
とんどオーバーラツプしない第１吸気バルブ１１により
開閉される第１吸気ポート３に接続された第１吸気通路
６内に設けられ、第１吸気ポート３を経て、燃焼室２内
に噴射されるため、燃焼室２内に噴射された燃料が、た
だちに、排気ポート５を経て、燃焼室２外へ吹き抜ける
ことが防止される。さらには、低回転高負荷運転領域に
おいては、第２吸気バルブ１２と排気バルブ１３の開弁
期間のオーバーラツプ量は、クランク角度で、１０度以
上とすることが望ましい。このように、第２吸気バルブ
１２と排気バルブ１３の開期間のオーバーラツプ量を設
定したときには、有効圧縮比を８．５以上に設定しても
、低回転高負荷運転領域におけるノッキングの発生が防
止され、実用的な運転領域における燃焼性を向上させる
ことができる。すなわち、過給機付エンジンにふいては
、低回転高負荷運転領域において、ノッキングが発生す
るのを防止するため、有効圧縮比を低く設定するのが一
般であるが、このため、過給効果が小さい実用的な運転
領域にふいて、圧縮比が低くなって、燃焼性が悪化し、
燃費率が低下するという問題があったが、このように低
回転高負荷運転領域にふける第２吸気バルブ１２と排気
バルブ１３の開弁期間のオーバーラツプ量を設定すると
、低回転高負荷運転領域で、掃気効果が十分に得られる
ために、有効圧縮比を８．５以上に上げても、ノッキン
グの発生が防止され、実用的な運転領域における燃焼性
を向上させることができる。

第３図に示すように、第２吸気バルブ１２と排気バルブ
１３の開弁期間のオーバーラツプ期間は、開閉制御弁１
０が開かれている低回転高負荷運転領域においては、エ
ンジン回転数が大きくなるにしたがって、大きくなるよ
うに制御される。クランク角で示したオーバーラツプ量
が同一であっても、エンジン回転数が低いと、第２吸気
バルブ１２と排気バルブ１３とがともに開いている実際
のオーバーラツプ時間は長くなり、他方、エンジン回転
数が高くなると、第２吸気バルブ１２と排気バルブ１３
とがともに開いている実際のオーバーラツプ時間は必然
的に短くなるので、エンジン回転数が低い運転領域で、
クランク角で示したオーバーラツプ量を小さくなるよう
に制御しないと、新気の排気側への吹き抜は量が増大し
、充填量の低下を招き、出力が低下するし、また、エン
ジン回転数が高い運転領域では、クランク角で示したオ
ーバーラツプ量を大きく制御しないと、十分な掃気効果
を期待することができない。しかし、高回転高負荷運転
領域にふいては、エンジン回転数の上昇にともない、排
気圧力が上昇し、吸気圧力より大きくなることがあり、
そのような運転領域で、オーバーラツプ期間を大きくす
るときは、燃料が第２吸気通路７側に吹き返すふそれが
あるので、逆に、エンジン回転数の上昇とともに、オー
バーラツプ期間が小さくなるように制御されている。ま
た、低負荷運転領域では、高負荷運転領域に比べて、オ
ーバーラツプ期間が小さくなるように制御されている。

本実施例によれば、第１吸気ポート３は、通常の吸気の
ために、第２吸気ポート４は、もっばら、残留排気ガス
の掃気用ポートとして、使用しており、掃気のために、
第２吸気ポートの開閉タイミングのみを制御しているた
め、従来に比し、簡単な構造で、燃焼室２内の残留排気
ガスを効果的に掃気することができる。また、燃料噴射
弁９を、その開弁期間が、排気バルブ１３の開弁期間と
ほとんどオーバーラツプしない第１吸気バルブ１１によ
り開閉される第１吸気ポート３側の第１吸気通路６内に
設けているので、噴射された燃料が排気ポート５を経て
、ただちに燃焼室２外へ吹き抜けてしまうことを防止し
つつ、十分な掃気効果をあげることができる。さらには
、低回転高負荷運転領域における、第２吸気バルブ１２
と排気バルブ１３の開期間のオーバーラツプ量を、クラ
ンク角度で、１０度以上に設定する場合には、圧縮比を
８．５以上に上げても、低回転高負荷運転領域で、ノッ
キングが発生することがなく、シたがって、実用的な運
転領域での燃焼性を向上させることが可能となる。

本発明は、以上の実施例に限定されることなく特許請求
の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能で
あり、それらも本発明の範囲内に包含されるものである
ことはいうまでもない。

たとえば、前記実施例に↓いては、第２吸気ポート４の
開弁期間と排気ポート５の開弁期間とのオーバーラツプ
量のみを制御し、第２吸気バルブ１１の開時期と閉時期
については、とくに制御していないが、第５図に示すよ
うに、低回転高負荷運転領域においては、第２吸気ポー
ト４が開いてから上死点に至るまでの期間θ１の方が、
下死点後、第２吸気ポート４が閉じるまでの期間θ２よ
り、大きくなるように、すなわち、第２吸気ポート４の
開期間が、上死点前の開期間θ１よりも、下死点後の開
期間θ２の方が小さくなるように、第２吸気ポートを開
閉するバルブのタイミングを設定することが望ましい。

オーバーラツプ量を運転状態に応じて制御することによ
って、掃気効果が発生しているので、第２吸気ポート４
を早く閉じることにより、高負荷運転領域にふけるノッ
キングを防止しつつ、有効圧縮比を高めて、出力を向上
することができるし、また、エンジン回転数が小さい運
転領域では、第２吸気ポート４を早く閉じることにより
、一旦燃焼゛室２内に吸入された吸気が吸気側に吹き返
すことを防止して、体積効率を増大させることが可能と
なる。

また、前記実施例においては、第１吸気ポート３および
第２吸気ポート４は、それぞれ１つづつ設けられている
が、第６図に示すように、第１吸気ポート３を２つ設け
てもよく、さらには、第１吸気ポート３および第２吸気
ポート４を、それぞれ複数設けることもできる。

さらには、前記実施例においては、第２吸気ポート４か
らも必要量の吸気がおこなわれるようにその開期間を設
定しているが、第７図に示すように、第２吸気ポート４
をもっばら掃気用に用い、排気ポート５の閉じる少し前
から、第１吸気ポート３が開いた少し後までの期間のみ
、すなわち、残留排気ガスの掃気のために必要な期間の
み、第２吸気ポート４を開くようにしてもよい。

また、前記実施例においては、第２吸気ポート４の吸気
バ匹プ１２の開閉タイミングを、運転状態に応じて、は
ぼ連続的に制御しているが、第２吸気ポート４の吸気バ
ルブ１２の開弁期間を、数通りに設定しておき、運転状
態に応じて、そのいずれかを選択することにより、オー
バーラツプ期間を制御するようにすることもできる。

また、前記実施例においては、オーバーラツプ期間を制
御するために、第２吸気ポート４を開閉する第２吸気バ
ルブ１２の開閉タイミングを制御しているが、これと併
せてまたはこれに代えて、排気バルブ１３の開閉タイミ
ングを制御することによって、オーバーラツプ期間を制
御するようにすることもできる。このように、オーバー
ラツプ期間の制御を、排気バルブ１３の開閉タイミング
を制御することによっておこなう場合には、吸気共鳴効
果を利用して、充填量を増大させるように、吸気ポート
の開閉タイミングが設定された過給機付エンジンに右い
ても、吸気共鳴効果を損なうことなく、オーバーラツプ
期間を所望のように制御することができ、掃気効果を高
めて、燃焼性を向上させることができるという利点があ
る。さらには、オーバーラツプ量を大きくするために、
第２吸気バルブ１２を早く開くように制御する場合には
、ピストンはまだ上昇過程にあるので、ピストンの上昇
圧力により、燃焼室２に吸入された吸気は、燃焼室２の
上面を流れやすく、そのため、ピストンの上面近傍の排
気ガスが掃気されにくく、また、ピストンが上死点近傍
まで上昇したときには、ピストンの上昇圧力は小さくて
るものの、排気バルブ１３のリフト量が小さくなるため
、ピストン上面近傍の排気ガスの掃気効果は期待できず
、結局、残留排気ガスを十分に掃気し得ない場合がある
が、排気バルブ１３の閉じる時期を制御することにより
、オーバーラツプ期間を制御するときは、オーバーラツ
プ期間を大きく制御する場合に、オーバーラツプ時は、
ピストンが下降状態にあるため、燃焼室２内の圧力が低
下して、吸気がピストンの上面近傍まで流入しやすくな
り、ピストン上面近傍の排気ガスも十分に掃気すること
ができ、より掃気効果が高められ、ノッキングがおこり
にくくなるから、圧縮比をさらに高めることが可能とな
って、燃費特性および出力性能をより一層向上させるこ
とができる。

さらには、前記実施例においては、燃料噴射弁９を、第
１吸気ポート３に連なる第１吸気通路６内に設けている
が、第８図に示すように、第１吸気通路６および第２吸
気通路７０合流部の上流の第１吸気通路６側に偏った位
置に、燃料噴射弁９を設けるようにしてもよい。

発明の効果本発明によれば、簡単な構造で、十分な掃気効果をあげ
ることができ、その結果、燃焼性が向上し、ノッキング
を防止して、出力を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例にかかる機械式過給機付エン
ジンの概略図であり、第２図は、その路上面図である。第３図は、本発明の実施例における運転領域と開閉制御
弁の開閉制御との関係を示すグラフであり、第４図、第
５図および第７図は１、吸気ポートおよび排気ポートの
開閉タイミングの例を示すタイムチャートである。第６
図および第８図は、本発明の他の実施例にかかる機械式
過給機付エンジンの路上面図である。１・・・エンジン、　２・・・燃焼室、３・・・第１吸
気ポート、４・・・第２吸気ポート、　５・・・排気ポート、６・
・・第１吸気通路、　７・・・第２吸気通路、８・・・
排気通路、　９・・・燃料噴射弁、１０・・・開閉制御
弁、１１・・・第１吸気バルブ、１２・・・第２吸気バルブ、１３・・・排気バルブ、　１４・・・吸気通路、１５・
・・スロットルバルブ、１６・・・エアクリーナ、１７・・・エアーフローメータ、１８・・・機械式過給機、１９・・・バイパス通路、　２０・・・制御弁、２１−
＠・コントロールユニット、２２・・・吸気バルブ駆動モータ、２３・・・開閉制御弁駆動手段、２４・・・ウオームギア。第５図

Claims

【特許請求の範囲】

機械式過給機を備えたエンジンにおいて、開時期が互い
に異なり、排気バルブの開弁期間とのオーバーラップ期
間が小さい第１吸気ポートおよびこれが大きい第２吸気
ポートと、該第１および第２吸気ポートに連なる互いに
独立した２つの吸気通路を設け、少なくとも高負荷時に
おいて、前記第１および第２吸気ポートより吸気がおこ
なわれるように、前記第１および第２吸気ポートの開時
期を制御することを特徴とする機械式過給機付エンジン
。