JP2617491B2 - 過給機付エンジン - Google Patents

過給機付エンジン

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JP2617491B2 JP62260174A JP26017487A JP2617491B2 JP 2617491 B2 JP2617491 B2 JP 2617491B2 JP 62260174 A JP62260174 A JP 62260174A JP 26017487 A JP26017487 A JP 26017487A JP 2617491 B2 JP2617491 B2 JP 2617491B2
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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Characterised By The Charging Evacuation (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、吸気通路に過給機が設けられた過給機付エ
ンジンに関するものである。
(従来の技術) 一般に、出力向上のために、吸気通路に過給機を設け
たものは広く知られている。
ところで、過給機付エンジンでは、ノッキングを防止
するために圧縮比が低く設定されており、非過給域であ
る中低負荷域では燃焼性が悪くなるが、圧縮比を高くす
ることはできない。
また、ノッキングを防止する手法として、ノッキング
の原因となる燃焼室内の残留排気ガスを、吸気圧(過給
圧)を利用して、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ラップ期間に掃気する
ことが知られている(例えば特開昭61−185628号公報参
照)。
(発明が解決しようとする問題点) ところが、そのようなものにおいては、過給圧が高い
高負荷域では十分な掃気効果が得られるが、過給圧が低
い中低負荷域では、吸気圧が排気圧よりも高くならず、
十分な掃気効果が得られない。一方、アイドル運転時に
は上記のオーバラップ期間に燃焼室内の残留排気ガスが
吸気通路側に逆流し、それが吸気行程で吹き返されるた
め、アイドル低回転を安定的に維持し得ず、アイドル運
転性を損なうおそれもある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、高負荷域
のみならず中負荷域においても過給機の過給圧による効
果的な掃気効果を得てノッキングを抑制しつつ、アイド
ル運転時のアイドル低回転を維持し得る過給機付エンジ
ンを提供することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明は、吸気通路に過
給機が介設され、その過給機よりも下流の各気筒への独
立吸気通路に絞り弁が設けられている過給機付エンジン
を前提として以下のように構成するものである。すなわ
ち、上記各気筒に設けられた吸気弁および排気弁が共に
開状態になる開弁時期のオーバラップ量が、その吸・排
気弁のリフト量が1mmのときに、クランク角で−10゜以
上となるように設定し、上記過給機を、エンジン負荷が
少なくとも中負荷域であるときに上記各絞り弁の上流側
の圧力が排気圧よりも高くなるよう作動されるように構
成する。そして、上記絞り弁を、上記各独立吸気通路の
下流側にあって燃焼噴射ノズルの直上流位置に配置する
とともに、上記絞り弁を、エンジン負荷が中負荷域では
高負荷域よりも小さい開度にされかつ低負荷域では上記
中負荷域よりもさらに小さい開度にされるよう構成する
ものである。
この場合、上記過給機としてターボ過給機を用いた場
合に効果的になる。
(作用) 中負荷域で、過給機による過給圧により、吸気期間以
外の期間に吸気側圧力(絞り弁の下流側部分の圧力)が
排気圧よりも高められるので、その圧力差によりいわゆ
るオーバラップ期間に燃焼室内の残留排気ガスが掃気さ
れる。すなわち、中負荷域において絞り弁の開度が絞ら
れるため、その絞り弁が抵抗要素となって各気筒の吸気
行程で絞り弁上流側から吸引される吸気が少なくなる一
方、過給機からの過給圧が絞り弁の上流側に供給される
ため、その絞り弁上流側の圧力が排気圧よりも高められ
る。そして、その圧力が吸気弁閉弁から吸気弁開弁まで
の期間、すなわち、吸気行程以外の期間に絞り弁のバル
ブクリアランスを通して絞り弁下流側に伝播してオーバ
ラップ期間が始まるまでにその絞り弁下流側の圧力が排
気圧よりも高められる。
また、上記絞り弁が各独立吸気通路の下流側であって
燃焼噴射ノズルの直上流位置に配置されているため、絞
り弁下流側の絞り弁と吸気弁との間の通路部分の容積が
かなり小さくなり、上記のオーバラップ期間が始まる前
までに絞り弁のバルブクリアランスを通して伝播される
圧力により絞り弁下流側の圧力上昇が容易になる。その
上、アイドル運転時においては、オーバラップが始まっ
て各気筒内の残留排気ガスが上記絞り弁下流側の通路に
逆流しても、上記の如く絞り弁下流側の通路容積がかな
り小さいため、その逆流量を小さく抑え吸気行程で吹き
返される残留排気ガスの量を少なくすることが可能にな
る。このため、燃焼安定性が良好に保たれアイドル低回
転の維持が可能になり、アイドル運転性を損なうことも
ない。この作用は、特に過給機がターボ過給機により構
成されている場合において、アイドル低回転の安定維持
を図り得る点で有効となる。
これらの結果、過給機付エンジンにおいて、中負荷域
での残留排気ガスの効果的な掃気と、アイドル運転時の
アイドル低回転の安定維持との両立を図ることが可能に
なる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に沿って説明する。
過給機付エンジンの全体構成を示す第1図において、
1はエンジン本体で、4つの気筒2,2,2,2を有し、各気
筒2の燃焼室に吸気口3および排気口4が開口してお
り、各吸気口3および排気口4は図示省略の吸気弁およ
び排気弁で開閉されるようになっている。
上記吸気弁および排気弁の開弁時期のオーバラップ量
は、吸排気弁のバルブリフト量が1mmのときに、クラン
ク角度で−10゜以上となるように設定されている(第3
図参照)。なお、バルブリフト量が1mmのときを基準に
考えると、実際の吸気弁が開き始める時点より20゜程度
遅く開き、実際に排気弁が閉じる時点より20゜程度早く
閉じるようになるので、実際に吸気弁および排気弁の開
弁がオーバラップしているときは少なくとも30゜程度あ
る。また、上記オーバラップ量が−10゜未満になると、
十分な掃気効果が得られないことが、実験により確認さ
れている。
7は主吸気通路で、上流側より、エアクリーア8、エ
アフローメータ9、ターボ過給機10のコンプレッサ10
a、インタクーラ11、およびサージタンク13が順に配設
されており、上記サージタンク13より独立した4つの独
立吸気通路としての副吸気通路14,14,14,14に分岐し、
この各副吸気通路14の下流端が吸気口3を通じて各気筒
2の燃焼室に通じている。
上記各副吸気通路14には、吸気口3近傍位置にスロッ
トル弁(絞り弁)15が開閉自在に配設されており、上記
スロットル弁15の下流に燃焼噴射ノズル16が設けられて
いる。すなわち、上記各スロットル弁15は各副吸気通路
14の下流側であって上記燃料噴射ノズル16の直上流位置
に設けられている。
一方、下流部分が合流して主排気通路17となる各副排
気通路18も、排気口4を通じて各気筒の燃焼室に通じて
いる。この主排気通路17にはターボ過給機10のタービン
10bが配設され、このタービン10bの上下流がバイパス通
路19にて接続され、このバイパス通路19に過給圧の最大
値を制限するウエストゲート弁20が設けられている。
ところで、上記スロットル弁15は上記の如き位置に設
けられて、アイドル低回転状態を維持するために、スロ
ットル弁15の下流の副吸気通路14の容積が、アイドル運
転時の充填効率が多くとも20%以下となるように設定さ
れている。すなわち、スロットル弁15から吸気弁までの
副吸気通路14の容積をV0,単室行程容積をVhとすると、 V0<0.2×Vh とする必要がある。
上記のように構成すれば、第2図に示すように、エン
ジン負荷が大きくなるにつれてスロットル弁15の開度が
徐々に大きくなり、それに伴ってスロットル弁15下流の
圧力P1も徐々に高まっていく。
ターボ過給機10のコンプレッサ10a下流のサージタン
ク13内の圧力P2は、コンプレッサ10aによる過給作用に
より高められて、中負荷域となると、略最大圧力となっ
ている。つまり、中負荷域ではスロットル弁15の開度が
低負荷域よりは大きいが高負荷域よりも小さく絞られる
ため、各気筒2が吸気行程のときにおいても、上記小さ
く絞られたスロットル弁15が抵抗要素となってスロット
ル弁15上流側から吸引される吸気が少なくなり、これに
より、スロットル弁15上流側の上記圧力P2が排気圧より
も高められる。そして、この圧力P2の圧力上昇は、ウエ
ストゲート弁20が徐々に開かれることで抑制される。
ところで、排気圧P3は、エンジン負荷の増大に伴い徐
々に大きくなって行くが、サージタンク13内の圧力P2
スロットル弁15下流の圧力P1よりもずっと大きくスロッ
トル弁15の上下流がバルブクリアランスを通じて連通し
ているので、圧力P1が圧力P2の影響を受けて相対的に大
きくなり、中負荷域において吸入空気量を絞るためにス
ロットル弁15の開度が小さくなっていても、圧力P1が排
気圧P3よりも大きくなる領域が、圧力P1について平均圧
力を示す第2図の場合よりも中負荷域側に拡大して、高
負荷域のみならず、中負荷域へと拡大される。この際、
上述の如く上記スロットル弁15が燃料噴射ノルズ16の直
上流位置に位置付けられてスロットル弁15下流側の通路
容積がかなり小さくされているため、吸気弁閉弁から次
の吸気弁開弁までの期間における上記バルブクリアラン
スを介してのスロットル弁15下流側の圧力P1の上昇が容
易に行われる。
したがって、吸気弁が閉じている間に、スロットル弁
15下流の圧力P1が高められて、排気圧P3より大きくなる
ので、吸気弁が開いたときには吸気側の圧力P1が排気圧
P3よりも高い圧力状態にあり、その圧力差によって中負
荷域においても排気弁が閉じるまでのオーバラップ期間
に残留排気ガスの掃気が効果的に行われる。
上記スロットル弁15は、低負荷時にはスロットル弁15
の開度が小さくスロットル弁15下流に負圧が発生する
が、その負圧によって、オーバラップ量が大きいため逆
流が生じ、正常に作動しなくなるのを防止する機能も有
する。すなわち、低負荷時における残留排気ガスの増加
を防止している。
そして、上記スロットル弁15の開度はアイドル運転時
には上記低負荷域のときよりもさらに小さくされるた
め、たとえターボ過給機10により過給されていてもその
過給によりスロットル弁15下流側の圧力P1を排気圧P3よ
りも高くすることはできないものの、上記の如くスロッ
トル弁15下流側の通路容積がかなり小さくされているた
め、オーバラップ期間に各気筒2内の残留排気ガスが逆
流してもかなり少量に抑制され、オーバラップ後に各気
筒2に吹き返される残留排気ガスの量を少なくすること
ができる。このため、アイドル運転時の燃焼性を良好に
維持してアイドル低回転の維持が可能になる。
なお、本発明の如く独立スロットルエンジンでは、低
負荷時に、気筒間での空燃比のバラツキ(すなわち吸入
空気量のバラツキ)を抑制するために、シール部、弁
部、通路部等に対して高い加工精度が要求され、また、
吸気期間以外のときに、漏れて入る量を極力抑制しない
と、低回転のアイドル状態を維持することができないた
めに、クリアランスを極力抑制する必要があるが、主吸
気通路7に補助弁31を設けることで、2つの弁15,31に
よって吸入空気量を抑制することができるようになるの
で、高い加工精度は必要なくなる。
(発明の効果) 本発明は、以上説明したように、過給機付エンジンに
おいて、高負荷域のみならず中負荷域においても残留排
気ガスの効果的な掃気を実現してノッキングの抑制、高
圧縮化を図りつつ、アイドル運転時においてアイドル低
回転の安定維持を図ることができる。すなわち、アイド
ル運転性を損なうことなく、中負荷域での残留排気ガス
の掃気を効果的に行うことができる。
また、過給機がターボ過給機である場合には、タービ
ンの存在により排気圧が吸気圧よりも高くなり易くなる
にも拘らず、上記の如く中負荷域で絞り弁の開度が絞ら
れ絞り弁下流側の通路容積が小さくされることにより、
中負荷域においても絞り弁下流側の圧力を排気圧よりも
高めることができ、残留排気ガスの掃気を効果的に行う
ことができる上、上記の如くアイドル運転時のアイドル
低回転の安定維持を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示すもので、第1図は過給機付
エンジンの全体構成を示す概略平面図、第2図は圧力と
負荷との関係を示す図、第3図は吸排気弁の開弁時期の
オーバラップ量の説明図である。 1……エンジン本体、2……気筒、3……吸気口、4…
…排気口、7……主吸気通路(吸気通路)、10……ター
ボ過給機(過給機)、14……副吸気通路(独立吸気通
路、15……スロットル弁(絞り弁)。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】吸気通路に過給機が介設され、その過給機
    よりも下流の各気筒への独立吸気通路に絞り弁が設けら
    れている過給機付エンジンにおいて、 上記各気筒に設けられた吸気弁および排気弁が共に開状
    態になる開弁時期のオーバラップ量が、その吸・排気弁
    のリフト量が1mmのときに、クランク角で−10゜以上と
    なるように設定され、 上記過給機は、エンジン負荷が少なくとも中負荷域にあ
    るときに上記各絞り弁の上流側の圧力が排気圧よりも高
    くなるよう作動されるように構成され、 上記絞り弁は、上記各独立吸気通路の下流側であって燃
    料噴射ノルズの直上流位置に配置されるとともに、上記
    絞り弁は、エンジン負荷が中負荷域では高負荷域よりも
    小さい開度にされかつ低負荷域では上記中負荷域よりも
    さらに小さい開度にされるよう構成されている ことを特徴とする過給機付エンジン。
  2. 【請求項2】過給機がターボ過給機により構成されてい
    る ことを特徴とする特許請求の範囲(1)記載の過給機付
    エンジン。
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