KR100327842B1 - 과급엔진 - Google Patents

과급엔진 Download PDF

Info

Publication number
KR100327842B1
KR100327842B1 KR1019940001892A KR19940001892A KR100327842B1 KR 100327842 B1 KR100327842 B1 KR 100327842B1 KR 1019940001892 A KR1019940001892 A KR 1019940001892A KR 19940001892 A KR19940001892 A KR 19940001892A KR 100327842 B1 KR100327842 B1 KR 100327842B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
engine
cylinder
egr
exhaust gas
intake
Prior art date
Application number
KR1019940001892A
Other languages
English (en)
Other versions
KR940019976A (ko
Inventor
히토미미쯔오
카시야마켄지
마스다순지
Original Assignee
제임스 이. 미러
마츠다 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP01647793A external-priority patent/JP3384579B2/ja
Priority claimed from JP1647693A external-priority patent/JP3424249B2/ja
Application filed by 제임스 이. 미러, 마츠다 가부시키가이샤 filed Critical 제임스 이. 미러
Publication of KR940019976A publication Critical patent/KR940019976A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100327842B1 publication Critical patent/KR100327842B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0223—Variable control of the intake valves only
    • F02D13/0234—Variable control of the intake valves only changing the valve timing only
    • F02D13/0238—Variable control of the intake valves only changing the valve timing only by shifting the phase, i.e. the opening periods of the valves are constant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • F02B33/34—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps
    • F02B33/36—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of positive-displacement type
    • F02B33/38—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of positive-displacement type of Roots type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0261—Controlling the valve overlap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/03—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single mechanically or electrically driven intake charge compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/17—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the intake system
    • F02M26/20—Feeding recirculated exhaust gases directly into the combustion chambers or into the intake runners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/42—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories having two or more EGR passages; EGR systems specially adapted for engines having two or more cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0269—Controlling the valves to perform a Miller-Atkinson cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/35—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with means for cleaning or treating the recirculated gases, e.g. catalysts, condensate traps, particle filters or heaters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Abstract

흡기통로에 배치된 과급기를 가진 왕복피스톤형의 과급엔진에 있어서, 고부하시에 있어서의 과급기토출측압력(P)의 대기압(Po)에 대한 압력 (γ=P/Po)와, 엔진의 기하학적 압축비(ε)와, 실린더보어직경(B)(㎜)와의 관계가 다음식
γ≥-0.29ε+6.0-0.022B
를 만족한다.

Description

과급엔진
본 발명은 과급엔진, 더 상세하게는 1개의 실린더에 2개이상의 흡기밸브와 흡기통로에 과급기를 구비한 과급엔진에 관한 것이다.
충전효율을 높이고 엔진토크를 증가시키기 위해서 흡기통로에 과급기를 구비한 엔진이 공지되어 있다. 그러나, 충전효율을 높이기 위해 엔진에 과급기를 구비하는 것은, 저회전고부하영역에서 노킹이 발생하기 쉬워지는 동시에, 고회전고부하영역에서 배기온도가 상승하기 쉬워진다고 하는 단점이 있다. 이것은 충전효율의 향상에 나쁜영향을 끼친다.
과급엔진에 있어서 노킹의 방지를 도모한 것으로서는, 예를 들면 일본국특허공개공보 제 2-119620호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 흡기밸브의 폐쇄시기를 지연시키거나 흡·배기밸브의 밸브개방기간의 오버랩량을 크게 하는 기술이 알려져 있다. 흡기밸브의 폐쇄시기를 하사점(BDC)보다 크게 지연시키면, 유효압축비가 감소하고, 압축일에 의한 온도상승이 억제됨으로써 내노크성이 높아진다, 한편, 오버랩량을 크게 설정하면, 소기성이 높아져서 잔류배기가스의 감소에 의해 내노크성이높아진다.
또한, 과급엔진에 있어서 배기온도상승의 억제를 도모한 것으로서는, 예를들면 일본국 특허공개공보 제 3-23327호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 과급영역에서 공연비를 린으로 한 것 등이 있다.
상기한 바와 같은 것 외에, 노킹억제를 위해서는 실린더보어직경을 작게 해서 화염전파거리를 단축하는 것이 고려되고, 또한 점화시기를 지연시킨다고 하는 수법도 있다. 또한, 엔진의 출력을 증가시키기 위해서 1개의 실린더에 2개 이상의 흡기밸브를 장착하는 것이 흡기밸브의 개방면적의 증대 등을 가져와서 바람직하다.
그런데, 노킹억제 및 출력향상을 위해서는 실린더보어직경, 점화시기, 엔진의 압축비, 과급기의 압력비 등의 여러 가지 요인이 서로 관계한다. 그러나, 종래의 과급엔진에서는 내노크성 및 엔진출력향상과 이들 각종요인과의 관계에 대해서는 충분히 고려되어 있지 않아, 내노크성 및 엔진출력향상 등의 면에서 개선의 여지가 있다.
또한, 배기온도를 억제하는 수법으로서는, 공연비를 린으로 하는 것, 공연비를 출력상의 필요 이상으로 리치로 하는 것, 압축비를 높이는 것 등이 알려져 있다. 그러나, 공연비를 린으로 하면 출력적으로 불리하게 되며, 공연비를 필요 이상으로 리치로 하면 연비적으로 불리하게 되고, 압축비를 높이면 내노크성의 면에서 불리하게 된다.
또한, 일본국 특허공개공보 제 60-237153호 공보에는, 과급엔진에 있어서, 과급영역에서 배기가스의 환류(EGR)를 행할 수 있도록 한 장치가 기재되어 있지만,이 장치는 NOx감소를 위해서 EGR을 행하고 있을 뿐이다. 내노크성이나 배기온도 상승억제에 대해서는 고려되어 있지 않다.
따라서, 본 발명의 주목적은, 내노크성을 확보하면서 엔진의 토크를 증가시키기 위해서 과급기의 압력비, 엔진의 실린더보어직경 및, 기하학적 압축비를 포함하는 제 조건의 최적결합을 행하기에 적합한 과급엔진을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 내노크성을 높이고, 엔진의 충전효율향상에 의한 토크증대를 도모하면서, 고속고부하영역에서 효과적으로 배기온도의 상승을 억제하기에 적합한 과급엔진을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 주목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 흡기통로에 배치된 과급기를 가진 왕복피스톤형의 과급엔진에 있어서, 고부하시에 있어서의 과급기토출측압력(P)의 대기압(Po)에 대한 압력비(γ=P/Po)와, 엔진의 기하학적 압축비(ε)와, 실린더보어직경(Bmm)와의 관계가 다음식
γ≥0.29ε+6.0-0.022B
를 만족하도록 설정된 것이다.
또한, 본 발명의 주목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 흡기통로에 배치된 과급기를 가진 왕복피스톤형의 과급엔진에 있어서, 고부하시에 있어서의 과급기의 토출측압력(P)의 대기압(Po)에 대한 압력비(γ=P/Po)와, 엔진의 기하학적 압축비(ε)와, 상기 실린더보어직경(B)(㎜)와, 연료옥탄가(Ro)와의 관계가 다음식
γ≥0.29ε+0.09+0.059Ro-0.022B
를 만족하도록 설정된 것이다.
본 발명의 제 2목적을 달성하기 위해서, 특히 배기온도를 감소시키기 위해서, 본 발명은, 흡기통로에 배치된 과급기를 가진 왕복피스톤형의 과급엔진에 있어서, 적어도 고부하시에 엔진의 실린더내의 연소실로 배기가스를 환류하는 EGR수단을 구비하고, 실린더보어 직경이 70㎜이하로 설정되며, 엔진의 기하학적 압축비(ε)와 EGR수단에 의한 배기가스의 환류의 EGR율 Re(%)와의 관계는 다음식
Re≥(9-ε)×3
을 만족하도록 설정된 것이다.
또한, 본 발명의 제 2목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 흡기통로에 배치된 과급기를 가진 왕복동피스톤형의 과급엔진에 있어서, 적어도 고부하시에 엔진의 실린더내의 연소실로 배기가스를 환류하는 EGR수단을 구비하고, 피스톤스피드Um이 Um=2.0×10,000㎜/sec가 되는 엔진회전속도Na가, 평균흡기마하수Mi가 Mi=0.5가 되는 엔진회전속도Nb이상으로 설정되며, 엔진의 기하학적 압축비(ε)와 배기가스의 환류의 EGR율(Re%)과의 관계는 다음식
Re≥(9-ε)×3
을 만족하도록 설정된 것이다.
또한, 본 발명의 제 2목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 흡기통로에 배치된 과급기를 가진 왕독동피스톤형의 과급엔진에 있어서, 적어도 고부하시에 실린더의 연소실로 배기가스를 환류하는 EGR수단을 포함하고, 1개의 실린더의 배기량, 즉 단실용적이 400cc이하로 설정되며, 피스톤스트로우크 S의 상기 실린더보어직경 B에 대한 비(S/B)는 1보다 크게 설정되며, 그리고 엔진의 기하학적 압축비(ε)와 EGR수단에 의한 배기가스의 환류의 EGR율(Re%)과의 관계는 다음식
Re≥(9-ε)×3
을 만족하도록 설정된 것이다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 특장은 첨부도면을 참조해서 바람직한 실시예를 설명하는 과정중에 명백해질 것이다.
본 발명의 첨부도면을 참조해서 더 상세히 설명한다.
제 1도는 본 발명의 일실시예에 의한 과급엔진의 전체구조를 표시한다.
제 1도에는 V형엔진이 표시되어 있으며, 여기서 엔진본체(1)는 V형으로 배치된 한쌍의 실린더뱅크(1A) 및 (1B)를 가지고 있다. 각 실린더뱅크(1A),(1B)는 복수개의 실린더, 예를 들면 3개의 실린더를 구비하고 있다. 다시 말하면, 본 발명의 실시예에 사용되는 엔진은 소위 V형의 6기통엔진이다.
각 실린더(2)는 제 1 및 제 2흡기포트(3a),(3b)와 제 1 및 제 2배기포트 (4a),(4b)를 구비하고 있으며, 그 각각은 연소실과 연통되어 있다. 흡기밸브(도시생략)는 각 배기포트(4a),(4b)에 장착되어 있다. 흡기밸브를 구동하는 밸브구동기구에는, 예를 들면 캠풀리에 대해 캠축(6)의 위상을 변경함으로써 흡기밸브의 개폐타이밍을 변경하는 밸브타이밍가변기구(5)가 장착되어 있다. 또한, 각 실린더(2)는, 제 2도에 도시한 바와 같이 점화플러그(7)를 구비하고 있으며, 이 점화플러그(7)는 점화코일 및 분배기를 포함하는 점화회로(8)에 접속되어 있다.
제 1도에 도시한 바와 같이, 각 흡기포트(3a),(3b)에는 흡기통로(10)의 하류측의 독립흡기통로(11)가 접속되고, 이 각 독립흡기통로(11)의 흡기포트 근방에는연료를 분사공급하는 분사기가 배치되어 있다.
상기 흡기통로(10)는 상기 독립흡기통로(11)를 가진 흡기매니폴드(12)와, 이 흡기매니폴드의 하류측의 공통흡기통로(13)로 이루어져 있다. 이 공통흡기통로(13)에는 에어클리너(14), 공기유량계(15) 및 드로틀밸브(15)가 배치되어 있다. 또 이 공통흡기통로에는 과급기(17)가 배치되어 있다. 도면에 표시한 과급기(17)는, 엔진출력축에 의해 벨트 등의 전동수단을 개재해서 구동되도록 배치된 기계식 과급기이다. 특히 바람직하게는, 큰 압력비를 얻을 수 있도록 리숄름형(나사식)과급기 등의 내부압축형 과급기가 사용된다. 또한, 저부하시의 구동로스감소 등을 위해 드로틀밸브(16)의 하류에 과급기(17)가 배치되어 있다. 또 이 과급기(17)의 하류측의 공통흡기통로(13)에 인터쿨러(18)가 배치되는 동시에, 과급기(17)를 바이패스하도록 배치된 바이패스통로(19)를 개폐하는 바이패스제어밸브(20)가 배치되어 있다.
또한, 엔진본체(1)에는 엔진의 배기계에의 배기가스의 환류(EGR)를 행하도록 EGR통로가 형성되어 있다. 도시한 실시예에서는, EGR통로는 저부하용 EGR통로(21) 및 고부하용 EGR통로(22)로 구성된다. 저부하용 EGR통로(21)는, 그 일단이 배기매니폴드(23)에 접속되고, 타단측이 분기해서 상기 각 독립흡기통로(11)에 접속되어 있다. 이 저부하용 EGR통로(21)의 도중에는 저부하용 EGR밸브(24)가 장착되어 있다. 한편, 상기 고부하용 EGR통로(22)는, 그 일단이 촉매콘버터(25)의 하류측의 배기통로(26)에 접속되고, 타단이 상기 과급기(17)의 상류측의 공통흡기통로(13)에 접속되어 있다. 이 고부하용 EGR통로(22)에는 카본트랩(27), EGR쿨러(28) 및 고부하용 EGR밸브(29)가 배치되어 있다.
고부하용 EGR통로(22)를 통해서 배기가스가 환류될 때, 즉 고부하용 EGR통로 (22)를 통해서 EGR이 행해질 때에는 배기통로의 비교적 하류측으로부터 배기가스가 비교적 긴 경로를 통해서 연소실에 도입되고, 또한 EGR쿨러(28)에 의해 충분히 배기가스가 냉각되도록 되어 있다.
제 1도에 도시한 바와 같이, (30)은 엔진제어용의 제어유닛(ECU)이다. 이 제어유닛은 상기 공기유량계(15), 엔진회전수센서(31), 드로틀밸브의 개방각도를 감지하는 드로틀개방도센서(32)로부터 신호를 받아, 흡기공기량 등에 따라서 분사기 (9)로부터 연소실에 분사되는 연료분사량의 제어를 행하도록 배치된다. 또한, 이 제어유닛은 엔진의 운전상태에 따라서 점화시기의 제어를 행하고, 또 상기 밸브타이밍가변기구(5), 바이패스제어밸브(20) 및 EGR밸브(24),(29)의 제어 등을 행하도록 되어 있다. 분사되는 연료량은, 과급영역을 포함하는 넓은 영역에서 공연비가 이론공연비가 되도록 산소(O2)센서(33)의 출력에 따라서 피드백제어됨을 주목해야 한다. 또한, 전부하부근의 고부하영역에서는 출력을 증가시키기 위해서 필요한 정도의 공연비로서 A/F=12∼13으로 제어해도 좋다.
제 3도에 표시한 바와 같이, 상기 밸브타이밍가변기구(5)는 흡기밸브의 개폐타이밍을 비교적 점화전진측의 제 1밸브타이밍(Ⅳ1)과 이 보다도 늦은 제 2밸브타이밍(Ⅳ2)으로 변경가능하게 구성된다. 따라서, 상기 밸브타이밍가변기구(5)는, 흡기밸브가 개방되는 기간과 배기밸브(EV)가 개방되는 기간이 오버랩되는 오버랩량 (O/L)을 변경할 수 있으며, 또한 흡기밸브가 폐쇄되는 타이밍(IC)을 변경할 수 있다. 상기 제어유닛(30)에 의해 운전상태에 따라서 흡기밸브개폐타이밍이 제어되며, 예를 들면 저부하측에서는 제 1타이밍(Ⅳ1), 고부하측에서는 제 2타이밍(Ⅳ2)으로 설정된다.
상기 바이패스제어밸브(20)는 저부하측에서 개방되고, 고부하측에서 폐쇄되도록 제어된다. EGR의 제어에 있어서, 아이들영역에서는 양 EGR밸브(24),(29)가 폐쇄되도록 제어된다. 한편, 아이들영역을 제외한 저부하영역에서는 저부하용 EGR밸브(24)만이 개방되고, 고부하영역에서는 고부하용 EGR밸브(29)만이 개방되도록 제어된다.
본 발명에 의하면, 파급엔진은 70㎜이하, 바람직하게는 50㎜≤B≤70㎜로 설정되는 실린더보어직경(B)을 갖는다. 대기압(PO)에 대한 고부하시의 과급기토출측의 압력(P)의 압력비(γ), 즉 γ=P/PO와, 엔진의 기하학적압축비(ε)와, 실린더보어직경(B)(㎜)와의 관계가 다음 (1)식을 만족하도록 설정되어 있다.
γ≥-0.29ε+6.0-0.022B......(1)
상기 (1)식을 만족하는 설정하에서, 점화시기는 상기 압력비γ에 의존하는, 충전을 nc과 기하학적 압축비 ε에 따라서, 노킹이 방지되는 정도의 지연량이 되도록 제어되고 있다.
이상과 같은 본 실시예의 장치에 의하면, 신뢰성의 확보 및 흡기저항급증방지의 요구를 만족하는 범위에서, 노킹억제에 유리하도록 실린더보어직경이 작게 되고, 또한, 노킹이 발생하지 않도록 점화시기가 조정됨으로써, 충전효율이 향상되고, 엔진의 토크가 거의 최대한으로 상승된다.
이와 같은 작용을 제 4도 내지 제 12도에 표시한 데이터를 참조해서 더 상세히 설명한다.
실린더보어직경의 설정의 근거 및 작용
과급엔진에 있어서 내노크성을 개선하기 위해서는 노크의 억제에 유리하도록 실린더보어직경을 가능한한 작게 하는 것이 바람직하며, 크랭크축의 축수하중의 경감을 위해서도 실린더보어직경을 작게 하는 것이 바람직하다. 한편, 실린더보어 직경을 작게 하면서 피스톤스트로우크를 크게 해서 소정의 배기량을 확보하려고 할 때, 피스톤스피드의 신뢰성상의 한계와, 흡기밸브의 압축에 따르는 흡기저항의 급증에 의한 한계를 고려할 필요가 있다.
우선, 피스톤의 스피드가 더 빨라진다고 하는 사실에 의해 야기되는 신뢰성상의 한계에 대해서 고찰한다.
평균피스톤스피드= Um(㎜/sec)은 다음 (2)식에 의해 구할 수 있다.
Um=(N/30)×S......(2)
여기서, N은 rpm으로 표시되는 엔진의 회전속도, S는 ㎜로 표시되는 피스톤의 스트로우크이다.
평균피스톤스피드 Um의 한계치는 통상 Um=20m/S(=2.0×104㎜/sec)이다. 따라서, 이것을 (2)식에 대입하면 이때의 피스톤스트로우크가 엔진의 회전속도에 따라서 구해진다.
또한, 피스톤스트로우크에 의거해서 실린더보어직경(B)에 대응하는 단실용적이 구해진다. 이 Um=2.0×104㎜/S가 되는 단실용적을, 엔진회전속도가 4000rpm으로부터 8000rpm까지의 1000rpm마다 실린더보어직경에 대응시켜서 표시하면, 제 5도의 일점쇄선과 같이 된다.
다음, 흡기저항의 급증에 의한 한계에 대해서 고찰한다.
일반적으로 평균흡기마하수 Mi가 Mi=0.5로 되었을 때, 흡기저항이 급증하고, 이에 의해 체적효율이 급감한다는 것이 알려져 있다.
평균흡기마하수 Mi는 다음 (3)식과 같이 표시할 수 있다.
Mi={vh×(nv/100)}/{a×Fim(θic-θio)/6N}......(3)
여기서, vh: 단실용적(cc)
nv: 체적효율(%)
a: 음속(㎝/sec)
θic: 흡기밸브폐쇄시기
θio: 흡기밸브개방시기
N: 엔진회전속도(rpm)
Fim: 평균흡기개구면적(㎠)
이다. 또한, 평균흡기개구면적 Fim은 다음식과 같이 표시할 수 있다.
Fim=Fia/(θic-θio)
여기서, Fia는 흡기밸브의 유효각도면적이다.
이때, 흡기밸브의 유효각도면적 Fia는 다음식과 같이 표시할 수 있다.
여기서, Fi: 흡기밸브의 개구면적
Fi(θ): 크랭크각이 θ로 표시될 때의 흡기밸브의 개구면적
μ1: 유량계수
여기서, 공기흐름이 동일하고 압력이 동일하다고 가정할 때 또한 밸브리프트가 커짐에 따라서 유랑계수가 작아진다고 가정할 때, 유량계수 μi는 현 최소공기통로의 면적에 대한 공기가 실제로 흐르는 면적의 비라는 것을 주목해야 한다. 유
일반적인 경우에 약 0.9이다.
제 조건을 다음과 같이 정한다.
(1) 각 실린더당 2개의 흡기밸브와 2개의 배기밸브를 가지고, 흡기밸브끼리 및 배기밸브끼리의 면적은 동일하게 하고, 배기밸브에 대한 흡기밸브의 면적비를 목부에서 1.5로 한다.
(2) 체적효율은 100%로 한다.
(3) 연소실은 펜트하우스형으로 한다.
(4) 양 흡기밸브의 밸브시이트간의 거리는 2.5㎜이상으로 한다.
(5) 흡기밸브의 밸브시이트와 배기밸브의 밸브시이트간의 거리는 3.5㎜이상으로 한다.
(6) 양 배기밸브의 밸브시이트간의 거리는 4.0㎜이상으로 한다.
(7) 흡기밸브의 밸브시이트와 점화플러그간의 거리는 2.5㎜이상으로 한다.
(8) 배기밸브의 밸브시이트와 점화플러그간의 거리는 3.5㎜이상으로 한다.
(9) 밸브간의 각도는 30°로 한다.
(10) 플러그의 직경은 14㎜로 한다.
(11) 스템직경은 6㎜로 한다.
(12) 목부의 직경은 밸브시이트의 직경으로부터 5㎜를 뺀 것으로 한다.
(13) 밸브리프트의 길이는 8.5㎜로 한다.
(14) 밸브개방기간은 256degCA로 한다.
이와 같은 제 조건을 특정하면, 흡기밸브의 유효각도면적 Fia와 실린더보어 직경과의 관계는 제 4도에 표시한 바와 같다. 또한, 평균마하수 Mi는 단실용적과 실린더보어직경파 엔진회전속도에 의존한다. 그리고, 엔진회전속도가 4000rpm에서 8000rpm까지의 1000rpm마다 실린더보어직경에 대해서 평균마하수 Mi=0.5가 되는 단실용적을 구하면, 제 5도의 실선과 같이 된다.
평균피스톤스피드 Um=2.0×104㎜/sec가 되는 제 1엔진회전속도를 Na, 평균마하수 Mi=0.5가 되는 제 2엔진회전속도를 Nb라 하고, 제 1엔진회전속도 Na가 제 2엔진회전속도 Nb보다 크면 (Na>Nb), 신뢰성상의 한계보다도 고속측까지 공기가 충분히 들어갈 정도로 실린더보어직경을 크게 설정한 것이 되어, 실린더보어 소직경화의 요구에 반한다. 한편, Na-Nb>2000rpm이 되면, 신뢰성상의 한계와 비교해서, 최고마력발생회전속도(Nb부근의 회전속도)가 너무 낮아져서, 성능적으로 바람직하지 않다. 성능적으로 보아, 최고마력발생회전속도는 5000rpm이상이 바람직하다. 또 한편, 신뢰성상의 한계로 보아 8000rpm이하가 바람직하다.
앞서의 설명으로부터, Na≥Nb, Na-Nb≤2000rpm, Nb≥5000rpm, Na≤8000rpm이 되는 범위, 즉 제 4도에 해칭으로 표시한 범위가, 실린더보어소직경화의 요구와 엔진성능상의 요구를 만족하는 것이 된다. 다시 말하면, 실린더보어직경 B는 50㎜≤B≤70㎜, 바람직하게는 57㎜≤B≤67㎜의 범위로 설정된다. 또한, 단실용적은 150cc 내지 400cc의 범위로 되고, 실린더보어직경 B에 대한 피스톤스트로우크 S의 비율은 S/B>1로 된다.
상기 (1)식을 만족하는 설정의 근거 및 작용
제 6도는, 기하학적 압축비 ε를 파라미터로 해서, 충전효율과, 점화시기의 MBT(최량토크에 대한 최소점화전진각)로 부터의 지연량 △Ig과의 관계를 표시한다. 제 6도에 있어서, 라인 A1, A2, A3, A4는 각각 기하학적 압축비 ε가 6, 7, 8, 9로 설정되는 경우를 표시한다. 점화시기지연량 △Ig은 충전효율에 따라서 노킹이 발생하지 않도록 조정된 값이다. 제 6도에 표시한 데이터는 실린더보어직경 B를 63㎜로 설정했을 때의 데이터이다. MBT는 노킹이 발생하지 않는 충전효율에서 토크를 최대치가 되게 하는 점화시기이다.
제 6도에 표시한 데이터로부터 명백한 바와 같이, 노킹은 엔진의 기하학적 압축비 ε가 커짐에 따라서 또는 충전효율가 높아짐에 따라서 더 발생하기 쉬워진다. 따라서, MBT는 노킹이 발생하지 않도록 하기 위해서는 기하학적 압축비 ε가 높아지는 만큼 충전효율를 감소시키는 것이 필요하며, 예를 들면, 기하학적 압축비 ε가 1.0만큼 높아지면 충전효율가 약 28%감소한다. 한편, 기하학적 압축비 ε가 일정하게 설정되면, 충전효율가 높아짐에 따라서 점화시기의 지연량을 비례적으로 크게 하는 것이 노킹방지를 위해서 필요하다. 또한, 충전효율가 일정하게 설정되면, 기하학적 압축비 ε가 높아짐에 따라서 점화시기의 지연량을 비례적으로 크게 하는 것이 노킹을 방지하기 위해서 필요하다. 따라서, 이들 기하학적 압축비 ε 및 충전효율와 점화시기지연량 △Ig과의 관계가 제 6도와 같은 특성으로 된다.
제 7도는 점화시기의 MBT로 부터의 지연량 △Ig과 토크의 감소율과의 관계를 표시한다. 이 도면과 같이, 점화시기 지연량이 커짐에 따라서 토크감소율이 증대한다.
제 8도는 충전효율및 기하학적 압축비 ε와 점화시의 MBT로부터의 지연량 △Ig과의 관계를 표시한다. 제 8도에 있어서, 실선 A2, A3, A4는 각각 기하학적 압축비 ε가 7, 8, 9로 설정되는 경우를 표시하며, 파선 B2, B3, B4는 점화시기지연에 따르는 토크감소를 고려한 실질적인 충전효율의 향상부분을 표시하고 있다. 이 실질적인 충전효율 향상부분은 엔진의 상승된 토크에 상당하는 것으로, 제 8도에 표시한 각 압축비로 점화시기를 지연시키면서 충전효율을 높인 경우의 토크상승을, MBT의 점화시기를 유지한채 충전량을 증가시켜서 동등한 토크가 얻어지도록 했다고 가정했을 경우에 충전효율 향상부분에 환산한 것이다.
제 8도에 표시한 바와 같이, 점화시기를 지연시키면서 충전효율를 상승시킨 경우에, 그 상승(실선 A2, A3, A4)에 따르는 토크상승량으로부터 점화시기지연에 따르는 토크감소량을 뺀 량이 실제의 토크변화가 된다(파선 B2, B3, B4). 또한, 점화시기지연량이 어느 정도 커진 곳에서 토크가 최대가 되며, 그 이상으로 지연량이 증가하면 충전효율가 상승해도 토크는 감소한다. 따라서, 충전효율의 상승에 따라서 발생하기 쉬워지는 노킹을 점화시기의 지연에 의해 억제하도록 하면서, 충전효율의 상승에 의해 토크상승을 도모하려면, 파선 B2, B3, B4로 표시한 특성에 있어서의 최대치부근의 토크가 얻어지는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 토크치는 최대치로부터 2% 이내로 하는 것이 효과적이다. 제 8도에 있어서, 각 점 C2, C3,C4는 점화시기를 지연시키면서 최대토크치보다 2%만큼 낮은 토크가 얻어질 때까지의 충전효율를 높인 점을 표시한다. 실선 C는 이러한 점 C2, C3, C4를 연결하는 선이다.
제 9도에 있어서, 선 E는 제 8도의 데이터에 의거하여 점화시기를 지연시키면서 최대토크치보다 2%만큼 낮은 토크가 얻어질 때까지 충전효율를 높인 경우의 압축비 ε와 충전효율와의 관계를 표시한다. 다시말하면, 선 E는 제 8도의 선 C의 특성을, 횡축을 압축비 ε로 해서 표시한 것이다. 한편, 제 9도의 선 D는,점화시기의 노크한계가 MBT와 일치하도록 충전효율를 조정한 경우(제 6도의 점 a1, a2, a3, a4에 상당)의, 압축비ε와 충전효율와의 관계를 표시한다.
선 D와 선 E와의 비교로부터 명백하듯이, 점화시기를 지연시키면서 충전효율을 높임으로써 토크가 상승될 수 있다. 선 E의 특성을 다음 수식 (4)으로 표시할 수 있다.
=-24×ε+375......(4)
이 데이터는 실린더보어직경 B를 63㎜로 하였을 때의 것이다. 일정한 노크성이 얻어지는 충전효율는 실린더보어직경 B가 작아짐에 따라서 커진다. 본 발명자가 실험적으로 확인한 바에 의하면, 실린더보어직경 B를 4㎜작게 하면 충전효율를 7%높일 수 있었다. 이 결과를 고려하면, 식 (4)는 다음식 (5)와 같이 된다.
=-24×ε+375-7/4(B-63)......(5)
한편, 대기온도 To를 To =300°K, 과급공기온도 Tb(인터쿨러에 의해 거의 일정하게 조정됨)를 Tb =333°K(60°C), 체적효율를=0.9×100%로 하면, 충전효율와 과급기의 압력비 γ(=P/PO, 즉 과급기의 토출압력(P)과 대기압(Po)와의 비)는 다음식(6)으로 표시할 수 있다.
=×(To/Tb)×γ=90×(300/333)×γ≒81γ...(6)
상기 식은 제 10도와 같이 표시할 수 있다.
한편, (6)식을 (5)식에 대입하면, (5)식은 (7)과 같이 된다.
γ=-0.296×ε+16.0-0.022B...... (7)
실린더보어직경 B가 B=63㎜로 설정되면, 이 식을 제 11도의 실선 G로 표시할 수 있다. 이 식 (7)에 의해 주어지는 라인의 위쪽에서 거의 최대토크가 얻어진다.
따라서, 근사적으로 상기 (1)식의 관계가 주어진다. 이 관계를 만족하는 조건의 설정에 의해, 점화시기지연으로 내노크성이 확보되면서, 거의 최대로 토크가 높아지게 된다.
흡기밸브폐쇄지연 및 소기에 의한 노킹억제작용
제 3도에 표시한 바와 같은 밸브작동특성에 있어서, 흡기밸브폐쇄시기 IC를 크랭크각으로 하사점 후 60°이상 늦게 설정하면, 유효압축비가 감소하고, 압축일에 의한 배기가스의 온도상승이 억제됨으로써 내노크성이 향상된다. 또한, 흡·배기밸브의 밸브개방기간의 오버랩량 O/L을 크랭크각으로 20°이상 크게 설정하면, 소기성의 향상과 잔류배기가스의 감소에 의해 내노크성이 상승된다. 20° 및 60° 등의 크랭크각은, 밸브가 1㎜상승했을 때의 밸브의 개폐시기를 표시하는 크랭크각을 표시하게 된다.
적어도 저회전고부하영역에서, 상기와 같이 흡기밸브폐쇄시기를 늦게 하거나 상기 오버랩량을 크게 함으로써 내노크성이 상승될 때와, 점화시기를 지연시키면서 최대토크보다 2%만큼 낮은 토크가 얻어질 때까지 충전효율을 높이도록 했을 때, B=63㎜에서의 압축비 ε와 충전효율와의 대응관계는 제 9도의 선 F와 같이 표시된다. 제 9도에 표시한 특성으로부터 명백한 바와 같이, 선 F의 경우의 충전효율는 선 E의 경우의 그것보다 약 20%높다고 말할 수 있다. 이 관계에서 실린더보어직경 B를 가미하면, 식 (5)는 다음식 (8)과 같이 된다.
=-24×ε+395-7/4(B-63)......(8)
이 식에 있어서, 395는 식 (5)의 375에 20%(충전효율의 증가)의 20을 더함으로써 얻어진 값이다.
충전효율를 식 (6)에 의거해서 압력비 γ로 환산하면,
γ=-0.296×ε+6.2-0.022B.......(9)
가 된다. 실런더보어직경 B가 B=63㎜이면, 이 식은 제 11도의 선 H와 같이 표시된다.
이와 같이 흡기밸브폐쇄지연작용 또는 소기작용이 가해진 경우, 근사적으로 다음식 (10)을 만족하는 조건의 설정에 의해 내노크성이 확보되면서, 거의 최대로까지 토크가 높아지게 된다.
γ≥-0.29×ε+6.2-0.022B......(10)
EGR과 연료의 옥탄가와의 관계
제 1도에 표시한 엔진에 있어서, 고부하시에 고부하용 EGR통로(22)에 의해 충분히 냉각된 EGR가스를 연소실에 공급하면 내노크성이 높아진다. 또한, 연료의 옥탄가가 높아짐에 따라서 내노크성이 높아진다.
냉각된 EGR가스를 연소실에 공급할 경우의 EGR율을 Re(%), 연료의 옥탄가를 Ro라 하면, 식 (1)은 다음식 (11)과 같이 된다.
γ×(1+Re/100)≥-0.29×ε(a+b×Ro)-0.022B+C×Re/100......(11)
여기서 a, b, c는 정수이다(본 발명자가 실험적으로 구한 바로는 a=0.09, b=0.059, c=0.007였다).
상기 a, b, c의 각 값을 대입함과 동시에, 옥탄가 Ro를 약 100, EGR율 Re를 0으로 하면, 상기 (1)씩이 된다.
식 (11)에서 옥탄가 Ro에 Ro=100을 대입하면, 다음식 (12)와 같이 된다.
γ×(1+Re/100)≥-0.29×ε+6.0-0.022B+0.007Re/100......(12)
식 (11)에서 EGR율 Re에 Re=0을 대입하면, 다음식 (13)과 같이 된다.
γ≥-0.29×ε+0.09+0.059Ro-0.022B......(13)
배기온도에 미치는 영향
상기 (1)식 또는 (10)식 혹은 (11)식을 만족하도록 조건을 설정하는 경우에, 우선 압축비 ε가 배기온도에 미치는 영향을 고려했을 경우, 압축비 ε를 높이면 팽창비가 커짐으로써 배기온도가 저하하고, 압축비 ε가 작아짐에 따라서 배기온도가 상승하는 경향이 있다.
그러나, 압축비 ε및 충전을에 따라서 내노크성확보를 위해서 점화시기가 조정되기 때문에, 압축비 ε가 낮아지면 점화시기가 전진함으로써 배기온도의 상승을 피할 수 있다. 이 작용을 제 6도와 제 12도를 참조해서 설명한다.
제 12도는 배기온도의 감소에 관해서 실험적으로 조사한 데이터를 표시한 것이다. 이 데이터는 압축비 ε의 상승과 점화시기의 전진의 각각이 배기온도에 미치는 영향을 표시한 것이다. 냉각된 EGR가스를 공급했을 경우, 공연비를 리치로 했을경우, 흡기온을 감소시켰을 경우, 배압을 감소시켰을 경우의 각각이 배기온도에 미치는 영향에 대해서도 비교를 위해서 표시하고 있다. 제 12도에 명백한 바와 같이, 압축비 ε를 1만큼 변화시키면 배기온도가 약 20℃ 변화한다. 한편, 점화시기를 5도만큼 변경시키면 배기온도가 약 40℃변화한다. 따라서, 압축비 ε가 1만큼 낮아진 경우에, 그에 의한 배기온도상승을 보상하기 위해서는 점화시기를 2.5도정도 전진시키는 것이 필요하다.
또한, 제 6도에 표시한 바와 같이, 내노크성을 동일하게 유지하기 위해서 압축비 ε를 1만큼 높이면 충전효율를 약 28%저하시킬 필요가 있으며, 한편, 점화시기를 1도만큼 전진시키면 충전효율를 약 4%저하시킬 필요가 있다. 따라서, 압축비 ε가 1만큼 낮아졌을 때에 충전효율및 내노크성을 동일하게 유지하기 위해서는 점화시기를 7도 정도 전진시키면 된다. 그리고 이 정도로 전진시키면, 배기온도가, 압축비 ε가 낮아짐에 의한 상승분 이상으로 낮아지게 된다.
이와 같이, 점하시기를 조정하면, 압축비 ε가 낮은 경우에도 배기온도의 상승을 초래하는 일은 없다.
본 발명의 과급엔진에 있어서, 과급기(17)는 리숄름형과급기에 한정되지 않고, 다른 기계식과급기 또는 터어보식과급기 등이어도 된다. 그러나, 이와 같은 리숄름형과급기는, 특히 흡기밸브의 폐쇄가 지연되었을 때, 출력을 확보하기 위하여 충분히 과급하는데 적당하다.
본 발명은, 1개의 기통에 2개 이상의 흡기밸브를 가진 과급엔진에 있어서,제 5도에 표시한 데이터로부터 이해되는 바와 같이, 실린더보어직경을 작게, 즉 70㎜이하로 설정함으로써 내노크성을 높일 수가 있다. 또한, 제 6도 내지 제 11도에 표시한 데이터로부터 이해되는 바와 같이, 과급기의 압력비 γ와, 엔진의 기하학적 압축비 ε와, 실린더보어직경 B와의 관계를 γ≥-0.29×ε+6.2-0.022B로 하고 있기 때문에, 내노크성을 확보하면서, 거의 최대토크가 얻어지는 정도로까지 충전효율을 높일 수 있다.
또한, 실린더보어직경 B를 50㎜≤B≤70㎜의 범위로 하면, 엔진성능상의 요구를 만족하면서 실린더보어직경을 작게 할 수 있다.
또한, 흡기밸브의 폐쇄시기를 크랭크각으로 하사점 후 60℃이상으로 설정하거나, 흡기밸브와 배기밸브의 개방기간의 오버랩량을 크랭크각으로 20℃이상으로 설정하는 동시에, 과급기의 압력비 γ와, 엔진의 기하학적 압축비 ε와, 실린더보어 직경 B와의 관계를 γ≥-0.29×ε+6.2-0.022B로 하면, 흡기밸브의 폐쇄지연 또는 상기 오버랩량이 커짐으로써 더욱 내노크성이 높아진다. 이와 관련해서, 엔진토크를 한층 더 높일 수 있는 관계를 얻을 수 있다.
배기온도상승억제작용
엔진의 신뢰성과 엔진성능의 요구조건을 만족하면서, 실린더보어직경을 작게 해서 내노크성을 향상시키는 것에 부가해서, EGR율 Re와 기하학적 압축비 ε와의 관계에 의거해서 배기온도의 상승을 억제하는 작용에 대하여 설명한다. 본 발명에 의한 과급엔진의 본 실시예의 이번 특징은 본 발명의 제 2목적과 제 1-5도 및 제 12-23도에 대응한다.
본 실시예에 있어서, 실린더보어직경 B는 50㎜∼70㎜, 바람직하게는 5㎜-67㎜로 설정되고, 실린더의 단실용적은 150cc∼400cc로 설정되며, 그리고 실린더보어직경 B에 대한 피스톤스트로우크 S의 비는 S/B>1로 설정된다. 이 설정의 의미는 앞서의 설명으로부터 명백하다.
고속(고회전수) 및 고부하에서 고부하용 EGR통로부터 공급되는 EGR가스의 EGR율 R(%)는 다음식 (14)으로 표시되는 엔진의 기하학적 압축비 ε와의 관계를 만족하도록 설정된다.
R≥(9-ε)×3......(14)
여기서, 기하학적 압축비 ε는 노킹방지와 엔진효율향상의 관점으로부터 9≥ε≥5.5로 설정된다.
예를 들면, 실린더보어직경 B를 노킹억제에 유리하도록 작게 하고 또한 점화시기를 조정함으로써, 신뢰성을 확보하기 위한 요구조건과 흡기저항의 급증방지를 위한 요구조건을 만족시킬 수 있는 범위내에서, 본 발명의 본 실시예에 의한 장치는 과급에 의해 충전효율을 높임으로써 내노크성을 확보하면서 엔진토크를 높일 수 있다. 또한, 본 장치는 충분히 냉각된 EGR가스를 상기 식 (14)를 만족하는 EGR율로 고부하 EGR통로(22)로부터 공급함으로써 고속고부하시에 배기온도가 상승하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제 12도 및 제 13도에 표시한 데이터를 참조해서, 배기온도를 억제하는 작용을 상세하게 설명한다.
제 13도는 내노크성을 일정한 레벨로 유지함으로써 달성될 수 있는 충전효율에 있어서의 향상부분(내노크성의 향상부분에 대응)의 데이터를 표시한다.
이 데이터는 실험에 의거한 것이다. 제 13도로부터 명백한 바와 같이, 충전효율은, 실린더보어직경을 작게 할 때 내노크성을 향상시킴으로써 높일 수 있다.
제 12도는 배기온도의 감소에 대한 실험데이터이다. 제 12도에 표시한 바와 같이, 냉각된 EGR가스가 공급된 경우, EGR율을 10%만큼 증가시키면 배기온도가 60℃낮아진다. 이 효과는 공연비가 리치로 되는 경우보다 크다.
또한, 압축비 ε가 △ε=1만큼 높아지면 배기온도는 약 20℃낮아진다. 역으로, 압축비 ε가 △ε=1만큼 낮아지면 배기온도는 약 20℃높아진다. 또한, 배기온도를 20℃낮추는데 필요한 EGR율 R의 증가는 3%(≒20/6)이다. 또한 압축비 ε가 9정도까지 높아지면, EGR율 R을 0으로 해도 배기온도의 상승을 피할 수 있다.
상기 식 (14)으로 표시된 관계를 만족하도록 압축비 ε에 따라서 EGR율 R을 설정함으로써, 압축비 ε가 낮은 경우에도 유효하게 배기온도의 상승을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 장치는 공연비를 리치화할 필요가 없기 때문에, 연료비 등을 양호하게 유지할 수 있다.
제 1도는 본 발명의 일실시예에 의한 과급엔진의 전체개략도
제 2도는 엔진본체와 그 부근의 부분의 개략도
제 3도는 밸브타이밍을 표시한 그래프
제 4도는 실린더보어직경과 흡기밸브의 유효각도면적과의 관계를 표시한 그래프
제 5도는 실린더보어직경과 단실용적과의 관계를 표시한 그래프
제 6도는 MBT로부터의 지연량, 충전효율 및 압축비의 관계를 표시한 그래프
제 7도는 MBT로부터의 지연량과 저하율과의 관계를 표시한 그래프
제 8도는 MBT로부터의 지연량, 충전효율, 압축비 및 토크의 관계를 표시한 그래프
제 9도는 압축비와 충전효율과의 관계를 표시한 그래프
제 10도는 과급압력비와 충전효율과의 관계를 표시한 그래프
제 11도는 과급압력비와 압축비와의 관계를 표시한 그래프
제 12도는 각종요소에 의한 배기온도감소효과를 표시한 그래프
제 13도는 각종요소에 의한 배기온도감소효과를 표시한 그래프
(1). . .엔진본체
(3a),(3b). . .흡기포트
(10). . .흡기통로
(17). . .과급기
(22). . .EGR통로

Claims (17)

  1. 흡기통로에 배치된 과급기를 가진 왕복피스톤형의 과급엔진에 있어서, 고부하시에 있어서의 과급기토출측압력(P)의 대기압(Po)에 대한 압력비(γ=P/Po)와, 엔진의 기하학적 압축비(ε)와, 실린더보어직경(B)(㎜)와의 관계가 다음식
    γ≥-0.29ε+6.0-0.022B
    를 만족하도록 설정된 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  2. 제 1항에 있어서,
    피스톤스피드 Um이 Um=2.0×10,000㎜/sec가 되는 엔진회전속도 Na가, 평균흡기마하수 Mi가 Mi=0.5가 되는 엔진회전속도 Nb이상인 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 실린더보어직경 B는 50㎜≤B≤70㎜로 설정되고,
    피스톤스피드 Um이 Um=2.0×10,000㎜/sec가 되는 엔진회전속도가 Na로 표시되고, 평균흡기마하수 Mi가 Mi=0.5가 되는 엔진회전속도가 Nb로 표시될 때, Na 및 Nb는 다음관계: Na≥Nb;Na-Nb≤2,000rpm;Nb≥5,000rpm, 및 Na≤8,000rpm을 만족하도록 설정되고,
    피스톤스트로우크 S의 상기 실린더보어직경 B에 대한 비는 S/B>1로 설정되며, 그리고
    1개의 실린더의 배기량, 또는 단실용적은 150cc∼400cc로 설정되는 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  4. 제 1항에 있어서,
    한 개의 실린더에 2개 이상의 흡기밸브가 배치된 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  5. 제 1항에 있어서,
    흡기밸브의 개방기간과 배기밸브의 개방기간과의 오버랩량은 크랭크각으로 20°이상으로 설정되며, 그리고 다음식
    γ≥-0.29ε+6.0-0.022B
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  6. 제 1항에 있어서,
    흡기밸브의 폐쇄시기는 크랭크각으로 하사점(BDC)후 60°이상 지연되며, 그리고 다음식
    γ≥-0.29ε+6.0-0.022B
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  7. 제 1항에 있어서,
    적어도 고부하시에 실린더의 연소실로 배기가스를 환류하는 EGR수단을 포함하고,
    배기가스가 상기 EGR수단에 의해 환류되는 EGR율은 Re(%)로 표시되며, 다음식
    γ×(1+Re/100)≥-0.29×ε+6.0-0.022B+0.007Re/100
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  8. 제 1항에 있어서,
    적어도 고부하시에 실린더의 연소실로 배기가스를 환류하는 EGR수단을 포함하고,
    배기가스가 상기 EGR수단에 의해 환류되는 EGR율은 Re(%)로 표시되며, 다음식
    R≥(9-ε)×3
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  9. 흡기통로에 배치된 과급기를 가진 왕복피스톤형의 과급엔진에 있어서,
    적어도 고부하시에 엔진의 실린더내의 연소실로 배기가스를 환류하는 EGR수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  10. 흡기통로에 배치된 과급기를 가진 왕복피스톤형의 과급엔진에 있어서,
    적어도 고부하시에 엔진의 실린더내의 연소실로 배기가스를 환류하는 EGR수단을 구비하고,
    피스톤스피드 Um이 Um=2.0×10,000㎜/sec가 되는 엔진회전속도 Na는 평균흡기마하수 Mi가 Mi=0.5에 도달하는 엔진회전속도 Nb이상으로 설정되며, 그리고
    엔진의 기하학적 압축비 ε와 EGR수단에 의한 배기가스의 환류의 EGR율 Re(%)와의 관계는 다음식
    Re≥(9-ε)×3
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    피스톤스트로우크 S의 상기 실린더보어직경 B의 비는 S/B>1로 설정되는 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  12. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 엔진회전속도 Na는 8,000rpm이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  13. 흡기통로에 배치된 과급기를 가진 왕복피스톤형의 과급엔진에 있어서,
    적어도 고부하시에 엔진의 실린더내의 연소실로 배기가스를 환류하는 EGR수단을 구비하고,
    1개의 실린더의 배기량, 즉 단실용적은 400cc이하로 설정되며,
    피스톤스트로우크 S의 상기 실린더보어직경 B에 대한 비는 S/B>1로 설정되며 , 그리고
    엔진의 기하학적 압축비 ε와 EGR수단에 의한 배기가스의 환류의 EGR율 Re(%)와의 관계는 다음식
    Re≥(9-ε)×3
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  14. 흡기통로에 배치된 과급기를 가진 왕복피스톤형의 과급엔진에 있어서,
    적어도 고부하시에 있어서의 과급기토출측압력(P)의 대기압(Po)에 대한 압력비γ와, 엔진의 기하학적 압축비 (ε)와, 상기 실린더보어직경(B)(㎜)와, 연료의 옥탄가 (Ro)와의 관계는 다음식
    γ≥-0.29×ε+0.09+0.059Ro-0.022B
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  15. 제 7항 또는 제 14항에 있어서,
    적어도 고부하시에 엔진의 실린더내의 연소실로 배기가스를 환류하는 EGR수단을 포함하고,
    배기가스가 상기 EGR수단에 의해 환류되는 EGR율이 Re(%)로 표시될 때, 다음식
    γ×(1+Re/100)≥-0.29×ε+(0.09+0.059Ro)-0.022B+0.007Re/100
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  16. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    1개의 실린더의 배기량, 또는 단실용적은 400cc이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 과급엔진.
  17. 제 1항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 실린더보어직경은 70㎜이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 과급엔진.
KR1019940001892A 1993-02-03 1994-02-02 과급엔진 KR100327842B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP01647793A JP3384579B2 (ja) 1993-02-03 1993-02-03 過給機付エンジン
JP93-16477 1993-02-03
JP1647693A JP3424249B2 (ja) 1993-02-03 1993-02-03 過給機付エンジン
JP93-16476 1993-02-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR940019976A KR940019976A (ko) 1994-09-15
KR100327842B1 true KR100327842B1 (ko) 2002-06-20

Family

ID=26352823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019940001892A KR100327842B1 (ko) 1993-02-03 1994-02-02 과급엔진

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5509394A (ko)
EP (1) EP0609837B1 (ko)
KR (1) KR100327842B1 (ko)
CN (1) CN1035206C (ko)
DE (1) DE69406560T2 (ko)

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6390370B1 (en) * 1990-11-15 2002-05-21 Symbol Technologies, Inc. Light beam scanning pen, scan module for the device and method of utilization
JPH0968045A (ja) * 1995-09-01 1997-03-11 Yamaha Motor Co Ltd 過給式エンジンの吸気装置
US5673673A (en) * 1996-04-30 1997-10-07 Servojet Products International Method and apparatus for the high Mach injection of a gaseous fuel into an internal combustion engine
US8215292B2 (en) 1996-07-17 2012-07-10 Bryant Clyde C Internal combustion engine and working cycle
US6282898B1 (en) 1999-05-13 2001-09-04 Alberto Solaroli Operation of forced induction internal combustion engines
US6390040B1 (en) * 2000-07-07 2002-05-21 Ford Global Tech., Inc. Valve timing system for dynamically suppressing cylinder knock within a camless engine
US6480782B2 (en) 2001-01-31 2002-11-12 Cummins, Inc. System for managing charge flow and EGR fraction in an internal combustion engine
US6408834B1 (en) 2001-01-31 2002-06-25 Cummins, Inc. System for decoupling EGR flow and turbocharger swallowing capacity/efficiency control mechanisms
US6598396B2 (en) * 2001-11-16 2003-07-29 Caterpillar Inc Internal combustion engine EGR system utilizing stationary regenerators in a piston pumped boost cooled arrangement
US7343188B2 (en) * 2002-05-09 2008-03-11 Lifescan, Inc. Devices and methods for accessing and analyzing physiological fluid
FR2853011B1 (fr) * 2003-03-26 2006-08-04 Melchior Jean F Moteur alternatif a recirculation de gaz brules destine a la propulsion des vehicules automobiles et procede de turbocompression de ce moteur
US7220034B2 (en) * 2003-07-11 2007-05-22 Rudolph Technologies, Inc. Fiber optic darkfield ring light
WO2005019619A1 (en) * 2003-08-18 2005-03-03 Bryant, Clyde, C. Improved internal combustion engine and working cycle
JP4052242B2 (ja) * 2003-12-24 2008-02-27 日産自動車株式会社 内燃機関の排気還流装置
US7082751B2 (en) * 2004-04-19 2006-08-01 Mcculloch Allen W Gas compressor pollution control system and method
US20060000710A1 (en) 2004-06-30 2006-01-05 Klaus Peter Weidenhaupt Fluid handling methods
DE102006032119B4 (de) * 2006-07-12 2021-01-07 Volkswagen Ag Brennkraftmaschine mit Turbolader und Verfahren zur Reduktion der effektiven Leistung dieser Brennkraftmaschine
WO2009089065A2 (en) * 2008-01-11 2009-07-16 David Cook Engine performance equalization system and method
JP2010138737A (ja) * 2008-12-10 2010-06-24 Hitachi Automotive Systems Ltd 内燃機関の可変動弁装置及び該可変動弁装置のコントローラ
US20110041495A1 (en) * 2009-08-24 2011-02-24 General Electric Company Systems and methods for exhaust gas recirculation
JP5540729B2 (ja) * 2010-01-27 2014-07-02 マツダ株式会社 過給機付エンジンの制御方法および制御装置
US8099957B2 (en) * 2010-03-31 2012-01-24 Ford Global Technologies, Llc Dual-inlet supercharger for EGR flow control
US8549854B2 (en) * 2010-05-18 2013-10-08 Achates Power, Inc. EGR constructions for opposed-piston engines
JP5459106B2 (ja) * 2010-06-29 2014-04-02 マツダ株式会社 自動車搭載用ディーゼルエンジン
US8602002B2 (en) 2010-08-05 2013-12-10 GM Global Technology Operations LLC System and method for controlling engine knock using electro-hydraulic valve actuation
US20130174548A1 (en) 2011-05-16 2013-07-11 Achates Power, Inc. EGR for a Two-Stroke Cycle Engine without a Supercharger
DE102012010348A1 (de) * 2012-05-25 2013-11-28 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eineselektrischen Stellantriebes für eineWastegate-Ventilanordnung eines Abgasturboladers
DE102012018692A1 (de) * 2012-09-21 2014-03-27 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben einer zumindest ein Einlassventil aufweisenden Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors
US9284884B2 (en) 2013-06-25 2016-03-15 Achates Power, Inc. Trapped burned gas fraction control for opposed-piston engines with uniflow scavenging
US9512790B2 (en) 2013-06-25 2016-12-06 Achates Power, Inc. System and method for air handling control in opposed-piston engines with uniflow scavenging
US9206751B2 (en) 2013-06-25 2015-12-08 Achates Power, Inc. Air handling control for opposed-piston engines with uniflow scavenging
CN103541835A (zh) * 2013-09-30 2014-01-29 哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司 一种带冷却排气再循环技术的涡轮增压发动机
GB2519600B (en) * 2013-10-28 2018-09-12 Jaguar Land Rover Ltd Gasoline Engine Knock Control
US9206752B2 (en) 2014-01-31 2015-12-08 Achates Power, Inc. Air handling system for an opposed-piston engine in which a supercharger provides boost during engine startup and drives EGR during normal engine operation
RU2699893C2 (ru) * 2015-01-23 2019-09-11 Роберт Бош Гмбх Нагнетатель для наддува двигателя
CN105508087B (zh) * 2015-12-30 2018-05-11 联合汽车电子有限公司 混联式废气再循环系统及其使用方法
WO2018207307A1 (ja) * 2017-05-11 2018-11-15 新潟原動機株式会社 エンジンの制御方法及びエンジンシステム
US10767577B2 (en) * 2018-05-22 2020-09-08 Mazda Motor Corporation Method of implementing control logic of compression-ignition engine

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES291245A1 (es) * 1962-09-10 1963-12-01 Applic Tech Ind L A T I Soc Ci Aparato de compresion para la sobrealimentacion de las maquinas térmicas
JPS60237153A (ja) 1984-05-09 1985-11-26 Fuji Heavy Ind Ltd 過給機付エンジンのｅｇｒ装置
JPH0621557B2 (ja) * 1984-08-29 1994-03-23 マツダ株式会社 過給機付エンジン
KR910002898B1 (ko) * 1986-11-27 1991-05-09 마쯔다 가부시기가이샤 과급기부착엔진
JPH02119620A (ja) 1988-10-28 1990-05-07 Mazda Motor Corp 過給機付エンジンの吸気装置
JP2917300B2 (ja) 1989-06-21 1999-07-12 トヨタ自動車株式会社 過給式ガソリン内燃機関
JPH04136467A (ja) * 1990-09-28 1992-05-11 Mazda Motor Corp エンジンの排気ガス還流装置
EP0489263B1 (en) * 1990-11-06 1999-03-10 Mazda Motor Corporation Exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine
US5230320A (en) * 1991-06-27 1993-07-27 Mazda Motor Corporation Intake and exhaust control system for automobile engine
DE4232044C2 (de) * 1991-09-26 1998-01-29 Mazda Motor Brennkraftmaschine mit Funkenzündung

Also Published As

Publication number Publication date
CN1094789A (zh) 1994-11-09
DE69406560T2 (de) 1998-03-05
EP0609837B1 (en) 1997-11-05
CN1035206C (zh) 1997-06-18
DE69406560D1 (de) 1997-12-11
US5509394A (en) 1996-04-23
EP0609837A1 (en) 1994-08-10
KR940019976A (ko) 1994-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100327842B1 (ko) 과급엔진
EP0269125B1 (en) Supercharged engine
US5357936A (en) Engine of a spark ignition type
JP4475221B2 (ja) エンジン
JPH0642357A (ja) エンジンの燃焼制御装置
JPH0323327A (ja) 過給式ガソリン内燃機関
JP3280758B2 (ja) 機械式過給機付エンジンの吸気装置
JP4221137B2 (ja) 過給機付きエンジン
JP3384579B2 (ja) 過給機付エンジン
JPH10274070A (ja) 機械式過給機付筒内噴射式エンジン
JP3302719B2 (ja) ターボ過給機付エンジンの制御装置
JP2799388B2 (ja) 過給機付エンジン
JP3424249B2 (ja) 過給機付エンジン
JP2673427B2 (ja) 過給機付エンジン
JP3330189B2 (ja) エンジンの制御装置
JPH10274069A (ja) 機械式過給機付筒内噴射式エンジン
JPH05340290A (ja) 過給機付エンジンの制御装置
JPH01318A (ja) 過給機付エンジン
JP3273658B2 (ja) エンジンの燃焼制御装置
JPH06330776A (ja) 機械式過給機付エンジンの吸気装置
JP3315468B2 (ja) 機械式過給機付エンジンの吸気装置
JP3280757B2 (ja) 機械式過給機付エンジンの吸気装置
CN115045763A (zh) 发动机
JP2006283654A (ja) 内燃機関
JPH02119620A (ja) 過給機付エンジンの吸気装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20070223

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee