JPH1136903A - ターボ過給機付エンジン - Google Patents

ターボ過給機付エンジン

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JPH1136903A
JPH1136903A JP9186798A JP18679897A JPH1136903A JP H1136903 A JPH1136903 A JP H1136903A JP 9186798 A JP9186798 A JP 9186798A JP 18679897 A JP18679897 A JP 18679897A JP H1136903 A JPH1136903 A JP H1136903A
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pressure
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Sondesu Obaia
オバイア・ソンデス
Kishiro Akiba
機四郎 秋葉
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    • 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

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  • Supercharger (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排ガスの持つエネルギを有効利用する。 【解決手段】 本発明に係るターボ過給機付エンジン
は、排気行程でタービン9上流側に排出された排ガスを
吸気行程でシリンダ1内に逆流させるべく、吸気行程で
リフトする排気弁5を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はターボ過給機付エン
ジンに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、ターボ過給機付エンジンではウ
ェストゲート装置を組み合わせて過給圧の過剰上昇を抑
制している。このウェストゲート装置では、過給圧が所
定値以上となったとき、ウェストゲート弁が開き、排ガ
スがタービンをバイパスして流れるようになっている。
こうなるとコンプレッサの回転も抑制されて過給圧が抑
制され、エンジンが保護されるようになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ウェストゲ
ート装置では、ウェストゲート弁が開いたときに排ガス
が何等仕事をすることなく捨て去られてしまい、エネル
ギの有効利用が図れないという問題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明に係るターボ過給
機付エンジンは、排気行程でタービン上流側に排出され
た排ガスを吸気行程でシリンダ内に逆流させるべく、吸
気行程でリフトする排気弁を設けたものである。
【0005】これによれば、吸気行程でタービン上流側
の排ガスがシリンダ内に逆流されるので、タービン上流
側の排ガス圧力、即ち背圧が低減され、タービンの回転
が抑制されるようになる。これにより、ウェストゲート
装置に代わって過給圧の過剰上昇を抑制でき、さらに逆
流された排ガスはピストンを押し下げるのに利用でき
る。
【0006】なお、上記排気弁を吸気行程で選択的にリ
フトさせるための切替手段が設けられるのが好ましい。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。
【0008】図1は本発明に係るターボ過給機付エンジ
ンを概略的に示す平面図である。図示するようにシリン
ダ1には吸気ポート2と排気ポート3とが臨ませられ、
これらポート2,3を開閉すべく吸気弁4と排気弁5と
が配設されている。吸気ポート2及び排気ポート3は、
それぞれ吸気通路6及び排気通路7の一部を構成してい
る。吸気通路6及び排気通路7はターボ過給機8で連絡
され、ターボ過給機8のタービン9が排気通路7の途中
に、ターボ過給機8のコンプレッサ10が吸気通路6の
途中に、それぞれ配設されている。ターボ過給機8はこ
こでは可変容量型のものが使用され、即ち、タービン9
の入口にノズルベーン11が設けられ、ノズルベーン1
1がタービン入口の通路面積を適宜絞るようになってい
る。ノズルベーン11の開度制御はECU 等の制御装置1
2によって行われる。即ち、制御装置12はエンジン回
転数、エンジン負荷等のエンジン運転状態を表す各種デ
ータを常時読み込んでおり、これらの値と予め記憶して
ある開度マップとからアクチェータ13を最適に動作さ
せ、ノズルベーン11の開度制御を実行している。
【0009】ここで特に排気弁5は、図2の破線で示す
ように、通常の排気行程の他、吸気行程でもリフトする
ことができる。つまり排気弁5は2段で開閉を行うこと
となる。そしてここでは吸気行程におけるリフトが、以
下に述べる切替手段により選択的に行われるようになっ
ている。このような切替手段は実開昭61-105705 号等に
よっても周知であるが、ここでは図3に示すような構成
を例示しておく。
【0010】図示する切替手段Xにあって、カムシャフ
ト14には、排気弁5を通常通り排気行程でリフトさせ
るための第1カム15と、排気弁5を吸気行程でリフト
させるための第2カム16とが設けられる。これら第1
カム15と第2カム16とは、いずれか一方が切替えプ
ッシュロッド17を押し上げ、ロッカーアーム18を介
して排気弁5を押し下げる(リフトさせる)ようになっ
ている。即ち、一方のカム15,16による押し上げ力
をロッカーアーム18に伝達するのが切替えプッシュロ
ッド17である。
【0011】切替えプッシュロッド17は二股状に構成
され、第2カム16との接触部に油圧シリンダの如き遊
動機構19を備えている。遊動機構19は、プッシュロ
ッド17に接続されるピストン20と、ピストン20を
摺動自在に収容するシリンダボディ21とから構成され
る。シリンダボディ21は第2カム16に摺接する。ピ
ストン20の上下の室内にはオイルが満たされ、これら
オイルは連絡通路22を介して往来可能である。連絡通
路22にはオイルポンプ23から油圧が選択的に供給さ
れる。即ち、連絡通路22とオイルポンプ23とを結ぶ
油圧通路24に電磁切替弁25が設けられ、電磁切替弁
25が前述の制御装置12で切替制御されることによ
り、油圧が選択的に供給されるようになっている。なお
ポンプ吐出圧はリリーフ弁26で一定に保持される。
【0012】この構成によれば、電磁切替弁24がOFF
のとき、油圧供給が停止されると共に連絡通路22と油
圧通路24とが遮断され、ピストン20の上下の室内が
連通され、これらの間でオイルが往来可能となる。よっ
てピストン20はフリーに移動(遊動)できるようにな
り、排気弁5の開閉は専ら第1カム15によって行われ
る。一方、電磁切替弁24がONのときには、連絡通路2
2と油圧通路24とが連通され、ピストン20の上下の
室内に油圧が供給され、これによってピストン20がロ
ックされる。こうなるとこんどは第2カム16が遊動機
構19を介してプッシュロッド17を押し上げるように
なり、排気弁5の開閉が専ら第2カム16によって行わ
れるようになる。
【0013】さて、このエンジンではウェストゲート装
置が省略されており、これに代わって過給圧の上昇を抑
制すべく、エンジン高速運転時には以下のように動作す
る。図2に示すように、先ず排気行程で通常通り排気弁
5が1回リフトして排気を行う。次いで排気行程の終り
の上死点(TDC)付近で、吸気弁4が排気弁5と僅か
にオーバーラップしてリフトを開始し、吸気を開始す
る。特にこの吸気行程中、排気弁5が再度リフトし、こ
れによってウェストゲート装置と同様の機能を果たすこ
ととなる。即ち、エンジン高速回転時には、排気通路7
のタービン9上流側(入口側)で背圧が高くなっている
が、吸気行程で排気弁5を開くと、その高圧の排ガスが
低圧のシリンダ1内に逆流し、タービン9入口圧が下が
るようになる。これによってタービン9及びコンプレッ
サ10の回転上昇が抑制され、過給圧の上昇も抑制され
るようになる。一方、この逆流によってシリンダ1内の
ピストンが押し下げられる。
【0014】こうして従来のウェストゲート装置と異な
り、排ガスの持つ高いエネルギを捨て去ることなく回収
できるため、出力の向上が見込まれ、高過給化も可能と
なる。また逆流をピストンの下降に有効利用でき、ポン
ピングロスの防止により燃費も向上できる。さらに内部
EGRの効果も十分期待できる。
【0015】なお、排気弁5の最大リフト量及びリフト
期間は、排気行程のものより吸気行程のものの方が小さ
い。図4は各行程におけるポート内圧力を示すが、図示
するように吸気行程で排ガスの逆流(R部)が生じてい
ることが分かる。電磁切替弁24をOFF のまま切り替え
なければ、排気弁5は通常通り排気行程で1回リフトす
るだけである。
【0016】図5乃至図7は、従来のウェストゲート装
置付きエンジンと、本発明に係るエンジンとの比較を行
うためのグラフである。図5にはエンジン回転数と背圧
との関係が示され、図6にはエンジン回転数と過給圧と
の関係が示される。NE0は、従来エンジンにあってはウ
ェストゲート弁の開放を行う切替回転数を、本発明エン
ジンにあっては排気弁5の2回リフトを行う切替回転数
をそれぞれ示す。即ち従来エンジンでは、エンジン回転
数がNE0より小のときウェストゲート弁が閉、大のとき
開であり、本発明エンジンではエンジン回転数がNE0よ
り小のとき1回リフト、大のとき2回リフトとなる。な
お、エンジン回転数がNE0より小のときはターボ過給機
8のコンプレッサ10がサージラインに入るため、排ガ
スの逆流は行わず1回リフトとしている。
【0017】図5から分かるように、本発明エンジンで
は排ガスの逆流があることから、従来エンジンよりNE0
以上の回転数で背圧が低くなる。そして図6から分かる
ように、本発明エンジンでは従来エンジンよりNE0以上
の回転数で過給圧を高めることができる。
【0018】さらに図7には、背圧と過給圧とがタービ
ンサイズとの関係で示されている。これから分かるよう
に、タービンサイズが小さいほど背圧及び過給圧は高く
なる。ところでタービンサイズがある程度小さくなる領
域Aにおいて、従来エンジンの場合だと背圧が高くなっ
てもタービン効率が下がってしまい、過給圧が上がらな
い。しかし、本発明エンジンの場合だと、背圧が下がる
ためにタービン効率が良くなり、過給圧を上げることが
できる。このように本発明エンジンの場合、小さいター
ボ過給機が選定可能となってレスポンス向上等が図れる
と共に、高過給化が可能となって出力を向上できる。
【0019】図8は、可変容量型ターボ過給機を備えた
従来エンジンと本発明エンジンとにおけるエンジン回転
数とノズルベーン開度との関係を示すグラフである。こ
こでNE0=1500(rpm) である。これから分かるように、
本発明エンジンの場合背圧が下がるので、従来エンジン
よりノズルベーン開度を小さくすることができる。即ち
これは、本発明エンジンのターボ過給機が、従来エンジ
ンより小さいサイズのもので済むことを意味する。
【0020】以上、本発明の好適な実施の形態について
説明したが、本発明は他にも様々な実施の形態を採るこ
とが可能である。例えばターボ過給機は可変容量型でな
くてもよいし、切替手段についても他の構成が可能であ
る。ここでは2弁式のエンジンを示したが、当然4弁式
等のエンジンにも適用可能である。エンジン本体につい
てもガソリン、ディーゼル等あらゆる形式のものが採用
できる。
【0021】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
【0022】(1) 排ガスの持つエネルギを有効利用
でき、出力向上、燃費向上等を図れる。
【0023】(2) 背圧を下げられ、小サイズのター
ボ過給機が選定可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るターボ過給機付エンジンを示す概
略平面図である。
【図2】本発明に係るエンジンのバルブリフト線図であ
る。
【図3】切替手段を示す構成図である。
【図4】本発明に係るエンジンのガス流量線図である。
【図5】従来エンジンと本発明エンジンとの比較のため
のグラフで、エンジン回転数と背圧との関係を示す。
【図6】従来エンジンと本発明エンジンとの比較のため
のグラフで、エンジン回転数と過給圧との関係を示す。
【図7】従来エンジンと本発明エンジンとの比較のため
のグラフで、タービンサイズと背圧、過給圧との関係を
示す。
【図8】従来エンジンと本発明エンジンとの比較のため
のグラフで、エンジン回転数とノズルベーン開度との関
係を示す。
【符号の説明】
1 シリンダ 5 排気弁 9 タービン X 切替手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02M 25/07 F02M 25/07 A 510 510B 570 570P

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排気行程でタービン上流側に排出された
    排ガスを吸気行程でシリンダ内に逆流させるべく、吸気
    行程でリフトする排気弁を設けたことを特徴とするター
    ボ過給機付エンジン。
  2. 【請求項2】 上記排気弁を吸気行程で選択的にリフト
    させるための切替手段が設けられた請求項1記載のター
    ボ過給機付エンジン。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005291210A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Inst Fr Petrole 内燃過給エンジンの排気ガスの再循環を制御する方法およびそのような方法を使用するエンジン
JP2013194657A (ja) * 2012-03-21 2013-09-30 Toyota Motor Corp 車両用駆動制御装置

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JP2005291210A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Inst Fr Petrole 内燃過給エンジンの排気ガスの再循環を制御する方法およびそのような方法を使用するエンジン
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