JP2823127B2

JP2823127B2 - 過給機付エンジン

Info

Publication number: JP2823127B2
Application number: JP63275030A
Authority: JP
Inventors: 剛後藤; 耕一畑村
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1988-10-31
Publication date: 1998-11-11
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: JPH02123244A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は過給機付エンジンに関するものである。

（従来技術）最近のエンジンでは吸気の過給を行なうものが多くな
っており、このための過給機としては、排気ターボの
他、エンジンにより機械的に駆動される機械式のものが
ある。

この過給を行なうエンジンにあっては、ノッキングと
いう問題により、エンジンの圧縮比を大きくすることが
できないという特有の問題を生じる。このため、特公昭
61−1614号公報に示すように、通常は圧縮比を大きくし
ておく一方、ノッキングを生じたときは、吸気バルブタ
イミングを変更して有効圧縮比を低下させると共に、過
給機により過給された吸気をインタクーラにより冷却す
ることが提案されている。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、過給式のエンジンにあっては、ノッキング
により最大過給圧に限界を生じさせる他、燃費特に汎用
性の高い低負荷低回転時の燃費が問題となり、さらに過
給に伴う圧縮比の低下によって全体として熱効率を低下
させる、という問題を生じ、これ等の点を同時に解決し
得る手法は未だ提案されていない。

（発明の目的）本発明は以上のような事情を勘案してなされたもの
で、ノッキング限界向上による最大過給圧の向上と、燃
費特に低負荷低回転時の燃費向上と、熱効率の十分な確
保とを全て高い次元で満足し得るようにした過給機付エ
ンジンを提供することを目的とする。

（発明の構成）前述の目的を達成するため、本発明にあっては次のよ
うな構成としてある。すなわち、それぞれ吸気通路に設けられ、エンジンにより機械的
に駆動されて吸気を過給する過給機、および該過給機に
より過給された吸気を冷却するインタークーラと、前記過給機の駆動系路に介在され、エンジン回転数に
対する該過給機の回転数の回転比を、エンジン低回転時
にはエンジン高回転時に比して大きくなるように変更す
る回転比変更手段と、前記駆動系路に介在され、エンジンの低回転かつ低負
荷時にはエンジンと前記過給機との駆動関係を遮断して
該過給機を停止させるクラッチと、を備え、エンジンの吸気ポート閉時期が吸気下死点後とされ
て、有効膨張比が有効圧縮比よりも大きい吸気遅閉じと
なるように設定され、吸気弁と排気弁とのオーバラップ期間が、低負荷時に
は短く、高負荷時には長くなるように設定され、エンジンの低回転かつ高負荷時には、前記吸気遅閉じ
とされたまま前記オーバラップ期間が長くされた状態と
される、ような構成としてある。

（発明の作用、効果）このように本発明にあっては、吸気ポート閉時期を吸
気上死点後とすること、すなわち吸気遅閉じとすること
ににより、吸気の吹代えしを許容して、同じ吸入空気量
を確保するのであればより一層スロットル弁の開度を大
きくし得るようにして、ポンピングロス低減による燃費
向上が確保される。そして、有効膨張比を有効圧縮比よ
りも大きくすることにより、燃焼エネルギを十分に機械
エネルギすなわち有効トルクに変換するばかりでなく掃
気効率を向上させて、全体として熱効率が向上される。
とりわけ、過給を行なう過給機として、エンジンにより
機械的に駆動される機械式のものを用いてあるので、排
圧の上昇ということを防止して、上記掃気効率の向上と
いう点が十分に確保される。

また、上記吸気遅閉じとすることにより、吸気期間が
短くなってトルク確保に不利となるが、この点は過給機
により十分に過給を行なうことによって従来以上に十分
なトルクの確保が行なわれる。すなわち、有効圧縮比の
低下と、過給された吸気をインタクーラで冷却して燃焼
室での吸気温度上昇を防止するという相乗効果により、
ノッキング限界が飛躍的に向上される。このことは、最
大過給圧を極めて大きくすることが可能となって、十分
なトルク、特に低速域から中速域にかけてのトルクが十
分に確保される。とりわけ、過給機として機械式のもの
は、排気ターボ式の過給機に比して、低速から中速域に
かけても十分に過給することが可能なので、特に汎用性
の高い低速から中速域にかけてのトルクを大きくしてド
ライバビリティというものが大きく向上されることにな
る。

さらに、機械式過給機はその回転数が大きくなるほど
その駆動抵抗が大きくなる一方、エンジン回転数が大き
くなると熱負荷からくる過給限界をきたすことになる
が、この点は、エンジン回転数に応じて、エンジン回転
数に対する過給機の回転数の回転比を変更することによ
り対処される。すなわち、熱負荷限界に十分余裕がある
低、中速域では前述のように過給圧を十分高めて大きな
トルクが確保される一方、高回転時には上記駆動抵抗と
熱負荷限界とに対処しつつ、最適な過給を行なうことが
できる。

以上に加えて、エンジンの低回転かつ高負荷時には、
過給機の高回転化による高過給化および吸気弁と排気弁
とのオーバラップが長くされることによって十分な掃気
性向上を得つつ、吸気遅閉じとインタークーラによる吸
気冷却とによって筒内での熱い残留ガス量を低減させる
ことによる筒内での吸気の高密度化および耐ノッキング
性向上とによって、高トルクを得ることができる。ま
た、エンジンの低回転かつ低負荷時には、過給機の停止
による駆動抵抗低減と、吸気弁と排気弁とのオーバラッ
プを短くすることによって残留ガス量増大を防止するこ
とによる燃焼不安定化の防止と、吸気遅閉じと過給機停
止による吸気通路への吸気逆流を十分確保することによ
ってスロットル弁開度を大きくできることによるポンピ
ングロス低減とによって、燃費を大幅に向上させること
ができる。

（発明の効果）本発明は以上述べたことから明らかなように、ノッキ
ング限界向上による最大過給圧の向上と、燃費向上と、
熱効率の十分な確保とを共に高い次元で満足させること
ができる。特に、エンジンの低回転かつ高負荷時での高
トルク確保と、エンジンの低回転かつ低負荷時での燃費
向上とを十分に得る上で好ましいものとなる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に沿って説明する。

エンジンの過給装置の全体構成を示す第１図におい
て、Ｅはエンジン本体で、その吸気通路１には、上流側
から下流側へ順次、エアクリーナ２、エアフローメータ
３、スロットル弁４、過給機用絞り弁５、エンジン出力
軸により機械的に駆動される過給機６、インタクーラ
７、サージタンク８及び燃料噴射弁９、吸気弁10が配設
されている。そして、上記吸気弁10の閉じる時期は、吸
気下死点後65°〜100°の範囲（実施例では85°）とい
うように、十分に遅閉じとされている。なお、11は排気
弁である。

上記スロットル弁４及び過給機用絞り弁５の回動軸4
a、5aには、それぞれ、長い第１ロッド部材12及び短い
第２ロッド部材13が連結され、該第１ロッド部材12の中
間部分がリンク部材14の一端に、また第２ロッド部材13
の他端がリンク部材14の他端に形成された穴14aに連結
されている。そして、第１ロッド部材12の先端にアクセ
ルペダル（図示せず）が連係されており、該アクセルペ
ダルの踏込みによる過給機用絞り弁５の開度は、過給機
６の上流側に吸気音（吹き返し音）がでるのを防止する
ように設定されている。

上記機械式過給機６の回動軸6aは、電磁クラッチ15を
介して、可変プーリ機構16に連係されている。尚、電磁
クラッチ15は、クラッチの耐久性から、低負荷回転領域
（設定負荷Peo以下で、設定回転数Neo以下の領域）を除
き、ON状態となっている（第３図参照）。また、過給機
６は、後述するように、エンジン回転数が上昇するに伴
って回転数が高まるようになっている（第２図参照）。

第１図中、21はバイパス通路で、吸気通路１のスロッ
トル弁４下流でかつ過給機用絞り弁５上流と、インター
クーラ７の下流とを接続している。

上記バイパス通路21の途中には、ダイヤフラム装置22
によって開閉制御される開閉弁23が介設されている。こ
のダイヤフラム装置22のケーシング22aが、ダイヤフラ
ム22bにて第１室22cと第２室22dとに画成され、第１室2
2cは、ダイヤフラム22bに一端が固着されたロッド22eが
貫通し、該ロッド22eの他端が開閉弁23に連結されてい
る。一方、第２室22dは、スプリング22fが縮装されると
ともに、負圧通路25を介してサージタンク８内に連通さ
れている。これにより、サージタンク８内の負圧が設定
値以上であれば、ダイヤフラム22bがスプリング22fのス
プリング力に抗して変位し、開閉弁23を開作動させるよ
うになっている。

第４図は、クラッチ15を接続して過給機６を運転して
いるときにおいて、エンジン回転数に対する当該過給機
６の回転比（プーリ比で、１サイクル当りの空気量に相
当する）が変化される様子を示したものである。勿論、
この回転比は、可変プーリ機構16によって変更される。

第５図は、本発明の利点を図式的に示したものであ
り、Ｘ線でその過給圧が変化する様子を示してある。こ
の第５図において、α線がノッキング限界線を示し、β
線が熱負荷限界線を示し、γ線がエンジンの回転限界を
示し、δ線が駆動系の許容トルク限界を示している。こ
の第５図から明らかなように、本発明では、ノッキング
限界を飛躍的に高めて、過給圧を十分に大きくすること
が可能となる。ちなみに、Ｙで示した比較例は、吸気弁
の閉じタイミングを吸気下死点付近に設定すると共に、
インタクーラ７を設けなかった場合のものを示す。この
比較例では、ノッキング限界線がα′となって、本発明
におけるノッキング限界線αよりも大幅にノッキング限
界が厳しいものとなり、このため過給圧は本発明の場合
よりも大幅に低下せざるを得ないことになる。なお、第
５図のａ、ｂ、ｃの各点は、第４図のａ、ｂ、ｃの各点
に対応している。

さて次に、第６図〜第９図を参照しつつ、Ｖ型６気筒
エンジンに本発明を適用した場合の例について、可変プ
ーリ機構（第１図の16に相当）をも含めて詳述する。

シリンダブロック31にシリンダヘッド32、33がそれぞ
れ配設され、シリンダブロック31とシリンダヘッド32、
33により左バンクＬと右バンクＲとがそれぞれ形成され
ている。

上記各バンクＬ、Ｒ間でシリンダブロック31の上側の
取付部材（図示せず）を介して過給機76（第１図の６に
相当）が配設されている。過給機76の駆動軸76aは、ク
ランク軸37の前端に取付けられたプーリ38と、シリンダ
ブロック31の右側外方に配設された２つの同軸中間プー
リ39、40と、上記駆動軸76a前端のプーリ41と、上記各
プーリ38、39及び40、41間に巻き掛けられた２つのベル
ト42、43とを介して、クランク軸37により回転駆動され
ている。

中間プーリ38、39は共に、可変プーリ機構16を構成す
る可変プーリで、プーリ40の軸40aおよびクランク軸37
に固定される固定部材38a、39aと、上記両軸40a、37に
摺動可能に設けられた可動部材38b、39bとを有してい
る。この可動部材38b、39bに隣接してこれを軸方向へ動
かす作動部材38c、39cが設けられて、この作動部材38
c、39cの作用により、回転数が高くなるにつれて、プー
リ39のピッチ径が小さくなる一方、プーリ38のピッチ径
が大きくなるように変化する。この結果、エンジン回転
数の上昇に伴い、エンジン回転数に対する過給機76の回
転数となる回転比が低下せしめられ、過給気量が適正に
調整されて過給機76の無駄な仕事がなくなる（第４図参
照）。

なお、第９図中、57、58は補機用プーリ、59はオルタ
ネータである。また、各シリンダヘッド32、33には、吸
排気を所定のタイミングで行う吸気弁及び排気弁（図示
せず）をそれぞれ駆動するためのカム軸が枢支されてい
る。

各バンクＬ、Ｒのバンク外方側の排気用カム軸の前端
には同一ピッチ径を有するタイミングプーリ48、48が配
設され、該プーリ48、48のピッチ径の半分のピッチ径を
有するタイミングプーリ49がクランク軸37の前端に取付
けられ、該各タイミングプーリ48、49間にタイミングベ
ルト50が巻き掛けられている。すなわち、上記各タイミ
ングベルト50を介して、左右の排気弁の昇降行程が逆に
なるように上記排気弁用カム軸が同期して回転駆動され
るようにされており、上記各タイミングプーリ48、48、
49およびタイミングベルト50により、クランク軸37の回
転を各排気弁用カム軸に伝達する出力同期伝達機構が構
成されている。

また、上記過給機76の両側下方には、タイミング50を
ガイドする２つのアイドルプーリ54、54が該タイミング
ベルト50の外面に当接するように配設されている。該ア
イドルプーリ54、54により、過給機76とタイミングベル
ト50とが互いに干渉しないように、該タイミングベルト
50が下方に付勢されている。尚、上記クランク軸37の上
方にも、タイミング50の外面に当接して該タイミングベ
ルト50をガイドする２つのアイドルプーリ55a、55bが配
設されている。このうち、アイドルプーリ55aはテンシ
ョンプーリとして構成されている。

さらに、上記各バンクＬ、Ｒには、タイミングプーリ
48、48と同軸上にギヤ46が配設され、該ギヤ46は、これ
と同一のピッチ系とモジュールを有して吸気用カム軸に
取付けられたギヤ47と噛合することによって、排気用カ
ム軸の回転を吸気用カム軸に伝達するOHC同期伝導機構
が構成されている。

なお、第６図中、62、62はそれぞれ各シリンダヘッド
32、33上に配設されたシリンダヘッドカバー、64はタイ
ミングベルト50で囲まれる空間を利用して配設した水ポ
ンプのケーシング、65はシリンダブロック31の下側に配
置されたオイルパンである。

第６図、第７図において、73、73は各バンクＬ、Ｒ上
方に設けられ、左右両側でそれぞれ各シリンダ34間を吸
気が流通可能に連通するサージタンク、74は過給機76の
上方から前方に向かって伸びた後両側に分岐して上記各
サージタンク73、73に接続される吸気通路、75、75は吸
気通路74の両側に介設され、過給機76から吐出される吸
気を冷却するためのインタクーラ（第１図の７に相
当）、77はエンジンの低負荷低回転時に回転数変化に対
して過給機76のコンプレッサの回転を停止するための電
磁クラッチ（第１図の15に相当）である。

したがって、上記実施例では、左右のバンクＬ、Ｒ間
上方に過給機76を設置するようにしたので、Ｖ型エンジ
ンの中間上方のスペースを過給機等の補機設置用に活用
できる。

ここで、既知のバルブタイミング変更手段を利用し
て、エンジン負荷に応じて吸・排気弁のオーバラップす
る期間を変更するようにしてもよい。このような一例を
第10図に示してあり、吸気弁の開閉タイミングは、吸気
下死点後十分に遅れて閉じるように固定、設定されてい
る。これに対して、排気弁の開閉タイミングは、可変バ
ルブタイミング機構により、エンジン低負荷時には第10
図破線で示すように吸気弁とオーバラップする期間が短
くされて、吸気負圧により燃焼ガスが吸気通路に逆流す
るのを防止し、燃焼を安定させる。また、エンジン高負
荷時にはこのオーバラップ期間が長くなるように変更さ
れて、オーバラップ期間中に過給圧により燃焼ガスを排
気通路へ押し出し、燃焼室内を掃気することで燃焼室内
の温度を下げ、ノッキング限界α、熱負荷限界βをより
高めることができる。そして、上記掃気効果は、低回転
域では実質的なオーバラップ時間が長いため十分な効果
が得られ、そのため低回転域では実質的なオーバラップ
時間が短い高回転域より高い過給を行なうことができ
る。このようにして、低負荷時の燃費向上をより一層向
上させつつ、高負荷時におけるエンジン出力をより一層
十分確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体系統図。第２図はエンジン回転数と過給機の回転数の関係を示す
図。第３図はクラッチの断続領域の設定例を示す図。第４図はエンジン回転数と１サイクル当りの吸入空気量
（回転比）との関係を示す図。第５図は本発明の利点を図式的に示す図。第６図は本発明をＶ型６気筒エンジンに対して適用した
場合の正面図。第７図は第６図の平面図。第８図は第６図の要部側面図。第９図は第６図における可変プーリ機構の詳細を示す側
面断面図。第10図は吸・排気弁のより好ましい開閉タイミングを示
す図。 E:エンジン本体 1:吸気通路 6:過給機 7:インタクーラ 10:吸気弁 16:可変プーリ機構 37:クランク軸 38、39:可変プーリ機構 75:インタクーラ 76:過給機

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 23/00 Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｋ (56)参考文献特開昭62−191631（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−248917（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−185628（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−201322（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−51121（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 39/04 F02B 39/12 F02B 33/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ吸気通路に設けられ、エンジンに
より機械的に駆動されて吸気を過給する過給機、および
該過給機により過給された吸気を冷却するインタークー
ラと、前記過給機の駆動系路に介在され、エンジン回転数に対
する該過給機の回転数の回転比を、エンジン低回転時に
はエンジン高回転時に比して大きくなるように変更する
回転比変更手段と、前記駆動系路に介在され、エンジンの低回転かつ低負荷
時にはエンジンと前記過給機との駆動関係を遮断して該
過給機を停止させるクラッチと、を備え、エンジンの吸気ポート閉時期が吸気下死点後とされて、
有効膨張比が有効圧縮比よりも大きい吸気遅閉じとなる
ように設定され、吸気弁と排気弁とのオーバラップ期間が、低負荷時には
短く、高負荷時には長くなるように設定され、エンジンの低回転かつ高負荷時には、前記吸気遅閉じと
されたまま前記オーバラップ期間が長くされた状態とさ
れる、ことを特徴とする過給機付エンジン。