JPH0567769B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は吸気行程末期から圧縮行程初期にかけ
て過給を行う過給機を備えた内燃機関の吸気装置
に関する。

（背景技術） この種の過給方式を採用した内燃機関として
は、例えば特開昭55−69722号あるいは特開昭55
−139925号公報に示すようなものがある。

これは、４サイクル機関における通常の吸入行
程終了後に過給機からの圧縮空気を気筒毎に追加
供給するもので、過給機としては追加分の供給量
を扱えばよく、例えば150％の過給率を得ようと
する場合、50％分即ち吸気量全体の1/3の吐出容
量を備えていればよい。このものをルーツブロワ
等を用いて機械的に吸気量の全量を吐出供給する
方式と比較した場合、過給機の小型軽量化、コス
ト低減等の大きな利点が得られ、又、広く普及し
ている排気ターボ過給機によるものが低速で過給
効果が得られにくい特性であるのに比較すると、
低速ほど過給効率が高くなるという点で、自動車
用機関の場合出力制御を行い易い特長を備えてい
る。

ところで、特開昭55−69722号公報に記載の過
給方式にあつては、通常の吸気弁が介装される吸
気通路と過給機が介装される過給通路とは独立し
て設けられており、吸入行程下死点近くで吸気弁
が大略閉じた後、過給通路に介装された過給弁を
開いて高圧空気を過給し、圧縮行程の半ばで過給
弁を閉じるようにしている。

しかしながら、かかる構成では、機関の高速領
域においては吸気の慣性が大きくなつているにも
拘わらず吸気弁を下死点近くで閉じるため、吸気
の慣性効果による過給を利用できず、通常よりも
却つて出力が低下することがあつた。

そこで、機関高速領域での吸気充填効率の向上
を図るために、特開昭55−139925号公報に記載の
過給方式にあつては、燃焼室に主吸気ポートと過
給ポートとを形成し、過給ポートの開閉弁を主吸
気ポートの開閉弁の閉弁付近で開作動させるよう
にし、主吸気ポートを含む主吸気通路と過給ポー
トを含む過給通路とを連通させる連通路を設ける
一方、該連通路に切換弁を設け、エンジン回転速
度が設定値以下であるときには連通路を閉じ、エ
ンジン回転速度が設定値を超えるときには連通路
を開くと共に、過給通路の上流側を閉じるように
している。

しかしながら、かかる構成では、機関の高速領
域であるにもかかわらず、主吸気ポートと過給ポ
ートの両方から同時に吸入空気が供給されないた
め、通路抵抗が増大してしまう。また、主吸気ポ
ートの閉弁付近で開作動する過給ポートの開閉弁
ではリフト量は少なく弁の開口面積が充分でない
ため過給機による高圧空気或いは慣性過給を利用
した空気は、大きな抵抗を受けてスムースに流れ
ず、十分な吸気充填効率が得られず出力低下を来
すことになる。

（発明の目的） 本発明はこのような従来の問題点に鑑みなされ
たもので、気筒毎に吸気弁と吸気ポートを複数個
ずつ備えた内燃機関に適用され、後述する構成に
よつて、吸気慣性の小さな低速領域では過給機か
らの高圧空気をスムースに吸気ポートへ吹き返す
ことなく燃焼室に供給保持する一方、吸気慣性の
大きな高速領域では通路抵抗を低減すると共に、
吸気の慣性効果を充分に利用した過給が行えるよ
うにすることにより、夫々充填効率を可及的に高
め、もつて全運転領域に亘つて高出力を維持でき
燃費も向上できるようにした内燃機関の吸気装置
を提供することを目的とする。

（発明の構成） このため本発明は気筒毎に複数個の吸気弁とこ
れら吸気弁に至る複数個の吸気ポートとを備えて
なる内燃機関の吸気装置において、前記複数個の
吸気弁のうち一部の吸気弁の閉時期を圧縮行程途
中で閉じるように設定し、他の吸気弁の閉時期を
前記一部の吸気弁の閉時期より早く吸気行程下死
点近傍で閉じるように設定する一方、前記一部の
吸気弁に至る吸気ポートに介装され機関の低速領
域で閉じ高速領域で開くように開閉制御される開
閉弁と、圧縮空気を吐出する過給機と、該過給機
の吐出口と前記開閉弁下流の吸気ポートとを接続
する過給通路と、該過給通路を吸気行程下死点近
傍から前記一部の吸気弁の閉時期近傍までの間だ
け開くタイミング制御弁とを設けた構成とする。

（実施例） 以下、本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明が適用される排気ターボ過給機
１を備えた内燃機関２を示す。

図において、内燃機関２の吸気通路３には排気
ターボ過給機１の吸気コンプレツサ４が介装され
ており、排気通路５に介装した排気タービン６を
排気圧力で回転することにより、これと同軸のコ
ンプレツサ４を回転駆動して、吸入空気を内燃機
関２に圧送（過給）する。排気タービン６をバイ
パスする排気バイパス通路７には排気バイパス弁
８が介装されており、吸気通路３のコンプレツサ
４及び吸気絞弁９間の過給圧と大気圧との差圧に
より作動するダイヤフラム式アクチユエータ１０
を用いて前記排気バイパス弁８を開閉制御する。
これにより排気タービン６を回動しないで排気バ
イパス通路７にバイパスする排気量を過給圧に応
じて制御し、もつて過給圧が過大となるのを防止
する。尚、図中１１は吸気絞弁９下流の吸入空気
圧力が所定値以上となることを防止するリリーフ
弁、１２はエアフローメータ、１３は燃料噴射弁
である。

かかる過給機付内燃機関は第２図及び第３図に
示すように、燃焼室１９に第１、第２の２つの吸
気弁２０Ａ，２０Ｂと２つの排気弁２１Ａ，２１
Ｂとが設けてある。

前記第１及び第２の吸気弁２０Ａ，２０Ｂ並び
に排気弁２１Ａ，２１Ｂは、夫々に当接作動する
カム２２並びに２３に従動して開閉される。ここ
で第１の吸気弁２０Ａ用の第１のカム２２Ａは第
５図に示すように、吸気弁２０Ａの閉時期を大き
く遅らせ（例えば下死点後50゜〜80゜の圧縮行程中
間付近）、第２の吸気弁２０Ｂ用の第２のカム２
２Ｂは第４図に示すように、吸気弁２０Ｂの閉時
期を上記より早めて下死点近傍（例えば同じく0゜
〜30゜）となるカム形状とする。また、排気弁と
のオーバーラツプ量を決定する吸気弁２０Ａ，２
０Ｂの開時期は第１のカム２２Ａ、第２のカム２
２Ｂ共例えば上死点前0゜〜10゜程度と概略等しく
なる。尚、この時排気弁２１Ａ，２１Ｂの開時期
は例えば下死点前40゜〜50゜、閉時期は上死点後10゜
〜20゜と共に等しい値となつていて、吸気弁２０
Ａ，２０Ｂとはオーバーラツプ量が極力小さな値
になるようにしてある。

前記吸気通路３は第２図及び第３図に示すよう
に、これら吸気弁２０Ａ，２０Ｂに独立して夫々
連通する第１、第２の吸気ポート３Ａ，３Ｂを有
し、排気通路５は排気弁２１Ａ，２１Ｂに独立し
て夫々連通する排気ポート５Ａ，５Ｂを有する。
そして第１の吸気弁２０Ａに連なる第１の吸気ポ
ート３Ａにバタフライ式開閉弁２４を介装する。

多気筒機関の場合、該開閉弁２４のシヤフト２
４Ａは各気筒に亘つて一軸に形成されており、該
シヤフト２４Ａの一端にレバー２５を軸着し、該
レバー２５の先端部にダイヤフラム式アクチユエ
ータ２６の出力ロツド２６ａを固定している。ダ
イヤフラム式アクチユエータ２６は出力ロツド２
６ａを固定したダイヤフラム２６ｂにより一側に
仕切られる圧力作動室２６ｃが過給圧導入管２６
ｆを介してコンプレツサ４下流の吸気通路３に連
通接続され、他側に仕切られる大気圧室２６ｄに
はリターンスプリング２６ｅが介装される。そし
て、コンプレツサ４による過給圧が機関回転速度
に対して急増するインターセプト点付近の圧力に
達すると、リターンスプリング２６ｅを押し縮め
つつ出力ロツド２６ａが伸長し、レバー２５の回
動を介して各気筒の開閉弁２４を閉から開に回動
させるようになつている。

又、本発明に係る過給を行う過給機としてのベ
ーン式のエアポンプ２７を設け、該エアポンプ２
７の吐出口と前記開閉弁２４下流の吸気ポート３
Ａとをロータリー式のタイミング制御弁２８を介
装した過給通路２９によつて接続する。エアポン
プ２７はカムプーリに連動して駆動されるように
なつている。エアポンプ２７の吸入口と吐出口と
を接続したバイパス通路３０にリリーフ弁３１を
設ける。該リリーフ弁３１はエアポンプ２７から
の過給圧が所定値以上になると開弁して、該過給
空気を吸入口側に還流することにより過給圧を一
定値以下に保持するようにしている。

前記タイミング制御弁２８はカムシヤフトの1/
２の回転速度で回転する弁体２８Ａに弁孔２８ａ
が設けられ、第４図に示すように該弁孔２８ａが
第２の吸気弁２０Ｂの閉じる吸気行程下死点近傍
から第１の吸気弁２０Ａが閉じる圧縮行程近傍ま
での間だけ開となるように設定されている。

次に本実施例の作用を説明する。

機関回転速度が例えば1600rpm以下の低速領域
では、コンプレツサ４下流の過給圧が小さいた
め、アクチユエータ２６の出力ロツド２６ａはリ
ターンスプリング２６ｅの付勢力によつて最短長
さまで引込まれており、この状態で開閉弁２４は
全閉となつている。

従つて、吸入空気は、まず第２の吸気弁２０Ｂ
が開かれる吸気行程上死点近傍から同下死点近傍
まで第２の吸気ポート３Ｂのみを通じて燃焼室１
９内に供給され、燃焼室１９内にスワールが大き
く形成される。次いで、吸気下死点から開となる
タイミング制御弁２８によりエアポンプ２７から
吐出される高圧空気が過給通路２９を介して開閉
弁２４下流の第１の吸気ポート３Ａから燃焼室１
９に過給される。この場合第５図に示すように、
第２の吸気弁２０Ｂが閉じる時点では第１の吸気
弁２０Ａはまだ相当量リフトがあり（最大リフト
８mmとすれば半分の４mm程度）、過給のための高
圧空気は大きな抵抗を受けることなく速やかに充
填される。又、第２の吸気弁２０Ｂはエアポンプ
２７からの過給開始と略同時に閉じられるので、
過給空気の第２の吸気ポート３Ｂへの吹き返しを
防止できる。

このように、当該低速領域では排気エネルギが
小さいため、排気ターボ過給機の過給圧力は小さ
いが、慣性の小さな吸入空気を吸気行程下死点近
傍まで十分に導入した上で、さらにエアポンプ２
７によつて圧縮行程半ばまで過給が行われるの
で、排気ターボ過給機の過給不足を十二分に補う
ことができ、高い充填効率が得られ出力を大幅に
高めることができるのである。

又、第１の吸気弁２０Ａは排気弁２１Ａ，２１
Ｂが閉じる以前に若干のオーバーラツプをもつて
開くように設定されており、この間に第１の吸気
ポート３Ａ内に閉じ込められていた高圧空気は排
圧まで膨張し、燃焼室１９内に残留している燃焼
ガスを効果的に掃気することができ、この面から
も新気の充填効率を高めて出力向上に寄与でき
る。第１の吸気ポート３Ａの容積は通常の機関で
はピストン上死点でのトツプボリユームよりも若
干大きい程度のものであり、第１の吸気ポート３
Ａ内に２気圧程度の新気が保持されていれば、燃
焼ガスは殆ど掃気される。因に、圧縮上死点での
燃焼室１９内容積は、例えば排気量2000c.c.、圧縮
比８の４気筒機関の場合、500×（８−１）≒71.4
c.c.であり、この部分に残留した燃焼ガスが掃気さ
れただけでも新気の充填効率は（500＋71.4）／
500×100＝114となつて、14％程度の向上をみる
ことができる。

一方、機関回転速度が増大して1600rpmを超え
排気ターボ過給機の過給圧が約200mmHg以上に達
すると、出力ロツド２６ａが伸長ストロークを開
始して、レバー２５が第３図で反時計回りに回動
し、これにシヤフト２４ａを介して連結された各
気筒の開閉弁２４が同方向に回動して開き始め、
過給圧が300mmHg程度に達すると全開となり第１
の吸気ポート３Ａを開通させる。

このように、高速領域に移行して第１の吸気ポ
ート３Ａが開通すると、該第１の吸気ポート３Ａ
と常時開通されている第２の吸気ポート３Ｂの双
方から吸入空気が供給されるため、通路抵抗が減
少すると共に、第１の吸気弁２０Ａのみが開いて
いる吸気行程下死点近傍から圧縮行程半ばにかけ
ては、高速回転により排気ターボ過給機の過給圧
が増大することに加えて慣性の増大により、慣性
効果を利用した過給も良好に行えるので、該過給
圧力はエアポンプ２７からの過給圧を上回り、吸
気充填効率を最大限にまで高めることができる。
又、２つの吸気弁２０Ａ，２０Ｂが吸気流によつ
て冷却され、かつ、点火栓からの火炎伝播距離が
等しいこと等によりホツトスポツトができにく
く、ノツキング発生傾向が減少するという、いわ
ゆる４バルブ機関の特長を十分に享有することが
でき、一方、前記慣性効果を利用した過給は外部
からの仕事を受けないため、吸気温度の昇温につ
ながらずノツキング発生傾向を助長させることは
ない。従つて、高速領域においてはノツキングの
発生を抑制しつつ、可及的に吸気充填効率を高め
て出力を向上させることができ、燃費の悪化を防
止できるのである。

尚、掃気効率については、過給圧の上昇により
低速領域にも勝る掃気効率が得られる。

又、本実施例はいわゆる４バルブ機関に適用し
たものを示したが、この種の機関としては、例え
ば特開昭57−70914号公報に示されるように、２
つの吸気ポートを独立させ、その一方に開閉弁を
設けて吸気にスワールを付加する効果、及び残留
ガスが吸気系に吹き返すのを防止する効果を狙つ
たものが実用化されており、このものに本発明を
適用する際には機関の構造を殆ど変えることなく
過給機としてのエアポンプとタイミング制御弁と
を設けるだげで済む。エアポンプ及びタイミング
制御弁はカムシヤフト、クランクシヤフト等によ
つて駆動を行うようにすればよい。

又、本実施例ではタイミング制御弁としてロー
タリー式のものを用いたため、第５図に示す如く
リフト式のもの（特開昭55−139925）に比べて最
大開度を大きくとれ、過給量を充分確保すること
ができ、かつ、シリンダヘツド外部に設けたた
め、燃焼ガスに晒されることもなくシール機構の
耐久性に優れる。更に、エアポンプ２７とタイミ
ング制御弁２８とを結ぶ過給通路の途中に第３図
に鎖線に示すようにエアポンプ２７からの吐出空
気を蓄圧するエアリザーバ３２を設けてもよい。

尚、本実施例は排気ターボ過給機を備えた機関
に適用したため、低速領域で不足する排気ターボ
過給機の過給圧を補つて出力を向上させ、全速度
領域に亘つて滑らかな出力特性を確保できるが、
排気ターボ過給機を備えない機関にも適用できる
ことは勿論であり、この場合は、高速領域で慣性
過給を有効に利用できることによる出力改善効果
が高い。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、気筒毎に
複数個設けられる吸気弁のうち一部の吸気弁と他
の吸気弁との閉時期に差をもたせ、閉時期が遅い
側の吸気弁が介装された吸気ポートに過給機から
の過給空気をタイミングをとつて供給する構成と
したことにより、低速領域での過給を効率良く行
えるため、低速領域での出力向上に極めて有利で
ある。又、高速領域では、通路抵抗を低減すると
共に、慣性効果を利用した過給を良好に行うこと
によつて充填効率を一層高めて、最高出力も十分
に確保することができるので、結果として全運転
領域に亘つて燃費、出力等の機関性能を最大限に
発揮できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を適用する過給機付
内燃機関の概略構成図、第２図は同上機関の吸・
排気系統部分を示す概略横断面図、第３図は同上
実施例の全体構成を示す断面図、第４図はは同上
実施例の各種構成部品の特性を示すタイムチヤー
ト、第５図は本発明の過給特性を従来例と比較し
て示す説明図である。 ２……内燃機関、３……吸気通路、３Ａ，３Ｂ
……吸気ポート、２０Ａ，２０Ｂ……吸気弁、２
２Ａ，２２Ｂ……カム、２４……開閉弁、２５…
…レバー、２６……アクチユエータ、２７……エ
アポンプ、２８……タイミング制御弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 気筒毎に複数個の吸気弁とこれら吸気弁に至
   る複数個の吸気ポートとを備えてなる内燃機関の
   吸気装置において、前記複数個の吸気弁のうち一
   部の吸気弁の閉時期を圧縮行程途中で閉じるよう
   に設定し、他の吸気弁の閉時期を前記一部の吸気
   弁の閉時期より早く吸気行程下死点近傍で閉じる
   ように設定する一方、前記一部の吸気弁に至る吸
   気ポートに介装され機関の低速領域で閉じ高速領
   域で開くように開閉制御される開閉弁と、圧縮空
   気を吐出する過給機と、該過給機の吐出口と前記
   開閉弁下流の吸気ポートとを接続する過給通路
   と、該過給通路を吸入行程下死点近傍から前記一
   部の吸気弁の閉時期近傍までの間だけ開くタイミ
   ング制御弁とを設けて構成したことを特徴とする
   内燃機関の吸気装置。