JPS60113018A - 過給機付内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明は機関運転条件に応じて吸気弁の作動時期を変え
ることにより出方向上を図る吸気弁作動制御装置を備え
ると共に、吸気弁作動の変化に応じて機関冷却水の循環
量を変える装置を備えた過給機付内燃機関に関する。

く背景技術〉 排気ターボ過給機等、吸入空気をコンプレ・ノサで機関
に過給することにより機関の吸入空気量を増大させ高出
力を発生させる過給機付内燃機関にあっては、現今の性
能改善の結果、過給能力の面よりもノッキング防止の面
から出力が抑制されるようになっている。

ここで、ノンキングに関しては、第１図に示すように圧
縮比が高い程、更には圧縮温度が高い程、発生率が高い
という傾向を示すことがわかっている。

そこで、従来から過給機付内燃機関の圧縮比を若干低め
にとり、点火タイミングを遅らせる方策を採っている。

このように点火タイミングを遅らせると、排気温度が上
昇するから、これを防止するため混合気の空燃比を濃化
するが、これにより燃費が悪化するのはやむを得ないと
いう判断である。

しかし、排気ターボ過給機のように低速低負荷等の部分
負荷時には過給能力がなくなり又は小さくなるから、上
記方策は過給が効かない領域でかえってマイナス要因と
なり、出力ダウン、燃費悪化を招いてしまう。そこで、
圧縮比を可変制御することが望まれるがこれは難しい。

ところで、吸気弁の閉時期を遅らせると、実質的な圧縮
比（以下実圧縮比とする）が変化する。

その結果、第１図に示すようにノッキングゾーンが高過
給圧倒にスライドしてノッキングを発生しにくくすると
共に、高過給圧化を図ることができる。但し、吸気弁の
開時期を変化させて排気弁とのオーバーラツプを大きく
すると、第２図に示すように排気ターボ過給機では排圧
が吸気圧力（過給圧）よりも大幅に増大するため、排気
逆流現象が生じて充填効率、掃気効率が低下して出力ダ
ウンを招くし、ルーツブロア等による過給機では、逆に
排気抵抗が小さいため排圧があまり上昇せず過給圧が上
昇するから、オーバーランプ期間に混合気が排気系に吹
き抜けてしまうことになり好ましくない。この点、特開
昭５６−７７５１６号のものが、吸気弁の閉弁時期を進
遅制御しても排気弁の開閉時期並びに吸気弁の開弁時期
をも大きく変えて、機関高速時のオーバーランプ量を増
大していることは不都合である。

また、吸気弁を吸気が燃焼室に入った時点を見計らって
閉じるように可変制御することは、吸気の慣性を利用し
て充填効率を向上させることとなる。然もこの慣性過給
は、特徴的なことに、過給機による外部仕事を受けない
点で昇温しない利点がある。この結果、第１図に示すよ
うにノンキングゾーンが更に高過給圧倒にスライドして
ノッキングの発生を避けると共に、高過給圧化が図れる
ようになる。

このようにしてノッキング余裕度を向上させれば、点火
時期を進ませることが可能となるから、出力の増大と共
に排温の低下が見込まれ、これに伴って空燃比の濃化を
軽減することができ、燃費向上を図ることができる。

しかしながら、このように吸気弁閉時期を遅くして機関
の高速高出力化を促進した場合、従来と同じ冷却水経路
や水量の機関冷却装置をそのまま用いると、高負荷時の
冷却水不足を招き易く、機関のオーバーヒート、焼きつ
き等を起し易くなる。

また、ノッキングも発生し易くなる。

〈発明の目的〉 本発明は上記従来の過給機付内燃機関の不都合に鑑み、
吸気弁の閉弁時期の進遅制御を行って実圧縮比を可変と
し、これに伴う慣性過給を行うことにより昇温のない過
給を可能としてノッキング余裕度を大きくする。また、
吸気弁の開時期を大略同一としてオーバーランプ増大を
防止することで前記ノンキング余裕代の中で充填効率ひ
いては過給効果を高め、出方向上を図る。そして、この
ようにして機関の高速・高出力化を図った上で、吸気弁
作動に応じて機関冷却水の循環量を変化させることによ
り機関冷却性能を確保し、機関のオーバーヒート焼きつ
き及びノッキング等の発生を抑制するようにする。

〈発明の概要〉 このため本発明は、機関の吸気系に設けた過給機のコン
プレッサにより吸入空気を機関に過給する過給機付内燃
機関において、吸気弁の開閉作動装置に作用して吸気系
の閉弁時期を可変調整すると共に、吸気弁の開弁時期を
前記閉弁時期の変化より小さく調整する弁作動制御装置
を設け、かつ吸気弁の閉時期が遅れ側に制御される時に
機関冷却水の循環量を増大させる装置を設けた構成とす
る。

〈実施例〉 以下本発明の詳細な説明する。

第３図〜第６図は本発明における弁作動制御装置の１実
施例を示す。

第３図〜第５図において、４気筒内燃機関１のロッカル
ーム２内には、カムシャフト３が回転自由に軸支されて
おり、その上方位置にロッカシャフト４が固定支持され
ている。カムシャフト３には＃１〜＃４の各気筒毎に一
対の吸気弁作動用カム５Ａ、５Ｂと排気弁作動用カム６
とが形成される。吸気弁作動用のカムの一方５Ａは高速
用であり、他方５Ｂは低速用である。

ロッカシャフト４には、各気筒＃１〜＃４毎に吸気弁を
作動するロッカアーム７が回動並びに軸方向にスライド
自由に軸支されており、また排気弁を作動するロッカア
ーム８が回動自由に軸支されていて、吸気弁用ロッカア
ーム７はその軸方向スライドにより高速用若しくは低速
用の一方のカム５八又は５Ｂに選択的に係合し、排気弁
用のロッカアーム８は排気弁作動用のカム６に係合する
。

本実施例の場合、点火順序又は噴射順序が＃１−＃３−
＃４−＃２であるとすると、弁作動切換装置は、＃１気
筒及び＃２気筒に対応する吸気弁用の２つのロッカアー
ム７．７を一体的に保持するホルダ９と、＃３気筒及び
＃４気筒に対応する吸気弁用の２つのロッカアーム７．
７を一体的に保持するホルダ１０とを有し、これらホル
ダ９，１゜を夫々第１及び第２アクチュエータ１１．１
２により軸方向に切換シフトし、ロッカアーム７夫々を
対応する高速用カム５Ａか低速用カム５Ｂの一方に選択
的に係合させるようになっている。前記第１及び第２ア
クチュエータ１１．１２は、夫々前記ホルダ９，１０に
連結されたピストンを正又は逆方向に移動させるための
作動油出入口であるＡ、Ｂ及びＣ，Ｄボートを有してお
り、これは第６図に示された制御装置としての油圧作動
回路に接続され、同じく制御装置としての電子制御装置
２０によって切換制御される。

即ち、第６図において、第１アクチユエータ１１のＡ、
Ｂボートは電磁方向切換弁１３を介して、また第２アク
チユエータ１２のＣ，Ｄポートは電磁方向切換弁１４を
介して、夫々アキュムレータ１５とオイルタンク１６と
に切換自由に接続されている。前記アキュムレータ１５
には、内燃機関１により又は別置モーフ１７により駆動
されるオイルポンプ１８によって、オイルタンク１６か
ら汲み上げた潤滑油が導入される。１９はオイルポンプ
１８の吐出圧を制御するリリーフバルブである。前記電
磁方向切換弁１３、１４はマイクロコンピュータ等の電
子制御装置２０を介して機関運転状態の検出信号に応し
て若しくは手動切換スイッチにより切換制御される。電
子制御装置２０の機関運転状態の入力信号としては、機
関回転速度、車速、吸気圧、過給圧、トランスミソシコ
ンギヤ位置２槻関冷却水温、油温、電装部品の電気負荷
等の各信号を選ぶことができるが、本実施例では機関回
転速度（クランク角）信号。

クランク角基準信号を入力させている。

これら電磁方向切換弁１３．１４の夫々の切換作動によ
り、アキュムレータ１５内に油を第１及び第２アクチュ
エータ１１．１２のいずれか一方のボート（Ａ又はＢ、
Ｃ又はＤ）に供給してピストンを一方向に移動させ、も
って吸気弁用ロッカアーム７を軸方向に移動して、高速
用カム５Ａ若しくは低速用カム５Ｂのいずれか一方と係
合させ、吸気弁の開閉時期を制御する。

ここで、高速用カム５Ａは第７図（Ａｌ、　ｆｉ＋に示
すように吸気弁の閉時期を大きく遅らせ（例えば下死点
後５０°〜８０°）、低速用カム５Ｂは第７図（Ｃ）。

（Ｄｌに示すように吸気弁の閉時期を上記より早める（
例えば同じくＯ°〜３０°）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の開時期は
例えば上死点前０°〜１０°程度に略等しくして、排気
弁とのオーバーランプ量を小さいものとしている。尚、
このとき排気弁の開時期は下死点前４０°〜５０°、閉
時期は上死点ｆＳ、１０°〜２０°の一定値となってい
る。

次に第８図に、このように構成された弁作動制御装置に
よる吸気弁の弁作動切換に応して機関冷却水の循環量を
変える冷却装置の１実施例を示す。

図において、機関１の冷却水出口とラジェータの冷却水
入口とを結ぶ冷却水路３１の一部を拡大し、この拡大部
に仕切壁３２を設けて略２分割し、主冷却水路３１Ａと
副冷却水路３１Ｂとを並列形成する。

そして主・副冷却水路３１Ａ、３１Ｂに、冷却水温度に
応してラジェータに流れる水量を制御するサーモスタッ
ト３３を夫々介装する。

前記サーモスタット３３はワックスタイプで、ワックス
ケース３６内には固形ワックスと弾性体であるゴム、こ
のゴム中央にピストン３５が組込まれ、ピストン３５の
一端はフランジ３７に固定されており、冷却水の温度上
昇によりワックスが固体から液体への相変化に伴い体積
変化をおこして膨張すると、ピストン３５が固定されて
いるためワンクスケース３６が図で下方に押し下げられ
るようになっている。

従って、ワックスケース３６．ピストン３５がら熱応動
部材３４が構成される。

ワックスケース３６の周囲に一体に固定された弁体３８
はスプリングシート３９内のスプリング４ｏにより上方
に付勢されて弁座４１に着座し、サーモスタット３３を
閉弁するが、温度上昇によりワックスケース３６が図で
下方に押し下げられるため、ワックスケース３６に一体
の弁体３８が、弁座４１がら図示の如く離れてサーモス
タット３３を開弁するようになっている。

そして、このサーモスタット３３の下流側において、主
冷却水路３１Ａと副冷却水路３１Ｂとは合流している。

また、主・副冷却水路３１Ａ、３１Ｂを仕切る仕切壁３
２のサーモスタット３２より上流側部分に、再冷却水路
３１Ａ、３１Ｂを連通ずる開口部３２ａを設け、これを
冷却水路３１の外壁に装着したダイアフラム式の制御弁
５０により開閉するようになっている。

前記制御弁５０はダイアフラム５１により負圧室５２と
大気室５３に画成され、大気室５３は開孔５４を介して
常時大気に開放されている。前記ダイアフラム５１には
、ロッド５５を介して前記開口部３２ａを開閉するため
の弁体５６が連結している。５７は冷却水が漏出するの
を防ぐシール部材、５８はダイアフラムスプリングであ
る。

そして、この制御弁５０の負圧室５２は三方電磁弁５９
を介してサージタンク６０に接続しており、前記サージ
タンク６０は逆止弁６１を介して機関吸気管部に接続さ
れ、吸気管からの負圧が導入されて貯えられる。前記三
方電磁弁５９は電子制御装置２０からの信号により、高
速用カム５Ａに切換わった時には負圧室５２をサージタ
ンク６ｏに接続し、低速用カム５Ｂに切換わった時には
負圧室５２を大気に開放するよう切換作動するようにな
っている。

次に本実施例の作用を述べる。

今吸気弁用カムのうち、高速用カムと低速用カムとでは
機関回転速度的２，０００〜３．００Ｏｒｐｍを境界と
して機関の出力トルクが異なるようにカム形状を形成し
たとする。

機関回転速度が約２．０００〜３．ＯＯＯｒｐｍ以下の
低速回転領域では、電子制御装置２０が電磁方向切換弁
１３、１４を第６図中左方へ移動させるよう切換信号を
出力する。このため、アキュムレータ１５のオイルは第
１及び第２アクチユエータのＢ及びＤポートに導入され
、ピストンを作動してホルダ９，１゜を介し吸気弁用ロ
ッカアーム７を第４図で右方向に移動させて、低速用カ
ム５Ｂと係止される。これにより、吸気弁の開時期はほ
ぼ変らないが、閉時期を下死点方向に進ませ、機関ピス
トンの有効ストロークを増大して実圧縮比を大きくする
。

従って、当該運転領域では過給圧力はさほど上がらない
が、過給機付機関特有の比較的小さな圧縮比であっても
実圧縮比が他の運転領域よりも増大するから、出力の低
下、燃費の悪化を招くことを防止できる。

また、かかる低速用カム５Ｂとの係合時は、電子制御装
置２０からの信号により三方電磁弁５９が大気開放位置
となって制御弁５０の負圧室５２が大気に連通ずる。こ
のため、仕切壁３２の開口部３２ａは弁体５６により閉
鎖され、機関から流出された冷却水はサーモスタット３
３の開動作により主冷却水路３１Ａのみを通ってラジェ
ータ側に流れ、従来と同様の循環量で冷却が行われる。

即ち、吸気弁閉時期が進み側に制御される低速時には機
関出力が小さく、従来と同様の冷却水循環量でも十分な
冷却を行うことができるので、循環量を増大させず機関
が過冷却とならないようにしている。

また、機関回転速度が約２．０００〜３．０００ｒｐｍ
以上の高速回転領域では、排気エネルギが増大して過給
効果が増大しノッキングが発生し易くなり、かつ、排気
温度が上昇する。このとき、電子制御装置２０が高速回
転信号を入力して電磁方向切換弁１３゜１４が第６図示
の位置を選択するよう切換信号を出力する。このため、
アキュムレータ】５のオイルは今度は第１及び第２アク
チユエータのＡ及びＣポートに導入され、吸気弁用ロッ
カアーム７を図で左方向に移動させることにより高速用
カム５Ａと当接させる。これにより、吸気弁の閉時期は
下死点から離れて遅れ、機関ピストンの有効ストローり
が減じて実圧縮比が低下する。このため、第１図に示す
ように、ノンキング領域に入るための過給圧が高くなり
、この分過給圧を増大して出方向上を図ることができる
ようになる。

ここにおいて、上記過給圧の増大化は過給機によっても
なされるが、吸気弁の閉時期が遅れることにより、慣性
に基づく吸気流のクランク角度に対する遅れ分を吸気弁
閉時期直前にシリンダ内に送り込む、いわゆる慣性に基
づく過給によってもなされ、この慣性過給は過給機等外
部の仕事を受けてなされるのではないから、シリンダ内
に送り込まれた即ち圧縮開始時の吸気温度を上昇させる
ことがない。従って、第１図に点線で示すようにノンキ
ング領域は更に高過給圧側に存在することになり、より
十分な過給圧を得ることができる。

この結果、実圧縮比の低下分を十分な過給圧増大により
補償することができ、もって出力の低下を防止しつつ燃
費悪化を防ぐことができる。

このように機関そのものの圧縮比を可変とするものでは
ないが、実圧縮比を変えることにより圧縮比可変と同効
を奏することができるのである。

上記作用において、吸・排気弁の開弁時期のオーバーラ
ンプ量は吸気弁の開時期及び排気弁の閉時期が変らない
ため略一定である。このため、該オーバーラソプ期間に
おいて、排気圧力が過給圧よりも高いこと（第２図）に
よる排気の吹き返しを招くことがない。これにより、充
填効率が増大して上記実圧縮比低下を補償するために必
要な過給圧上昇を確保することができる。

又、かかる高速用カム５Ａとの保合時には、電子制御装
置２０からの出力により三方電磁弁５９がサージタンク
側に切換ねり、制御弁５０の負圧室５２にサージタンク
６０内の負圧が導入される。これにより、ダイアフラム
５１がダイアフラムスプリング５８の弾性力に抗して図
中右方へ変位し、これに伴う弁体５６の移動により仕切
壁３２の開口部３２ａが開放されて、主・副冷却水路３
１Ａ、３１Ｂを連通状態とする。従って、機関から流出
した冷却水は両サーモスタット３３の開動作により主・
副冷却水路３１Δ。

３１Ｂの両方を介してラジェータ側に流れ込むことにな
る。これにより、冷却水温度は従来通り（約８２℃）に
制御したまま単位時間当りの循環量が増大し、冷却水の
熱容量の増大を図ることができる。

即ち、吸気弁閉時期が遅れ側に制御される高速時には、
機関出力が増大して機関が高温となるので、冷却水の循
環量を増大させることによって機関の過剰な温度上昇を
防止する。

これにより、機関高速時におりる機関のオーバーラン１
−　、焼きつきを防止し、またノッキングの発生を防止
できる。

又、吸気弁の高速用カムと低速用カムとの機関運転中の
切換制御は、第９図の如きタイミングをとって行う。ロ
ッカアーム７と吸気弁用カム（５Ａ５Ｂ）とが接触中は
、ロッカアーム７の切換が不可能であるから、第９図ｆ
Ａｌ、　（Ｂｌに示すように各気筒＃１〜＃４のロッカ
アーム７の切換可能な領域が限定される。＃１と＃２．
＃３と＃４のロッカアーム７は夫々−組となっているか
ら＃１．　＃２のロッカアームの共通の移動可能域及び
＃３．　＃４の同じく共通の移動可能域において、電子
制御装置２０がタイミングをとって切換制御しなければ
ならない。従って、第９図［Ｃ１に示すように、第１ア
クチユエータ１１による＃１．＃２のロッカアーム移動
時間と第２アクチユエータ１２による＃３．　＃４のロ
ッカアーム移動時間とではずれが生じるのは止むを得な
い。この化ホルダのレイアラＩ・が可能ならば、共通の
十分な移動可能域のある＃１と＃３及び＃２と＃４のロ
ッカアーム一体動する組み合わせも可能である。

また、電磁方向切換弁１３．１４の切換信号として電子
制御装置２０を用いずに手動スイッチを用いて行うこと
もできる。しかし機関に負荷がかかっている間はロッカ
アームの移動速度、タイミングとも要求が高いものであ
るから、例えば高速道路に入る直前のフィトリング状態
若しくは低速回転領域を狙って、低速から高速用カムへ
の切換えを行うようにする。このようにすれば、低速、
高速用カムのベースサークルとロッカアーム端部とが対
面している間に、異なるカムへのロッカアームの切換を
行うことができる。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、過給機付内燃機関の
吸気弁閉時期を可変にしたから、実圧縮比を可変にする
ことができると共に、慣性過給を利用して昇温のない過
給を一部行うことができる。

これら２つの効果が相乗的に作用して出力低下なく、ノ
ッキングの発生しにくい領域で十分な過給を行って機関
を運転することができる。

また、バルブオーバーランプ期間が比較的小さくなるよ
うに吸気弁開時期の変化を小さく　（０を含めて）し、
もって充填効率の向上を図ったので、上記効果を更に助
長することができる。

更に、吸気弁閉時期が遅れ側にある運転領域では、機関
の冷却水の循環量を増大するようにしたため、機関の冷
却性能を良好に保持でき機関のオーバーヒート、焼きつ
きが防止できると共に、ノンキングの発生を抑制でき、
もって、機関性能の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は過給機付内燃機関の圧縮比、過給圧及びノッキ
ング領域の関係を示すグラフ、第２図は過給圧と排圧と
の関係を示すグラフ、第３図〜第５図は本発明の１実施
例に係る吸気弁開閉作動装置と弁開閉時期調整装置の一
部を示し、第３図はロッカルーム内の平面図、第４図は
吸気弁開閉作動装置の横断面図、第５図は同上の吸気弁
用ロッカアームとカムとの関係を示す要部平面図、第６
図は本発明の１実施例に係る弁開閉時期調整装置の油圧
回路図、第７図は吸・排気弁の開弁時期を示し、ＩＡＩ
は高速用吸気弁の開閉時期を示すグラフ、（Ｂ）は高速
用吸気弁と排気弁との弁開特性を示すグラフ、［Ｃ１は
低速用吸気弁の開閉時期を示すグラフ、＋Ｄｌは低速用
吸気弁と排気弁との弁開特性を示すグラフ、第８図は本
発明の１実施例に係る機関冷却装置の要部構成図、第９
図は各気筒のロッカアーム移動可能タイミングを示し、
ＩＡＩは吸気弁リフト特性図、（Ｂｌはロッカアーム移
動可能な領域を示すタイムチャート、ｔｃ）はカムリフ
ト特性を示すグラフである。 ■・・・４気筒内燃機関　５Ａ・・・吸気弁作動用カム
（高速用）　５Ｂ・・・吸気弁作動用カム（低速用）　
７・・・ロッカアーム　９・・・ボルダ１１・・・第１
アクチユエータ　１２・・・第２アクチユエータ　１３
．１４・・・電磁方向切換弁　２ｏ・・・電子制御装置
　３１Ａ・・・主冷却水路　３１Ｂ・・・副冷却水路　
３２・・・仕切壁　３２ａ・・・開口部　３３・・・サ
ーモスタット５０・・・制御弁　５９・・・三方電磁弁
６０・・・サージタンク　６１川逆止弁特許出願人　日
産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　冨二雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関吸気系に設けた過給機のコンプレッサにより吸入空
   気を機関に過給する過給機付内燃機関において、吸気弁
   開閉作動装置に作用して吸気弁の閉弁時期を可変調整す
   ると共に、吸気弁の開弁時期を前記閉弁時期の変化より
   小さく調整する弁作動制御装置を設け、かつ吸気弁の閉
   時期が遅れ側に制御される時に機関冷却水の循環量を増
   大させる装置を設けたことを特徴とする過給機付内燃機
   関。