JPS60224934A - タ−ボ過給機付内燃機関の吸気装置 - 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、ターボ過給機を備えると共に、燃焼室に２つ
の吸気口を備えた内燃機関の吸気装置に関する。

く背景技術〉 従来のターボ過給機を備えた内燃機関の吸気装置として
は、例えば、特公昭５８−２３４８９号公報に示される
ようなものがある。

しかしながら、この種の従来装置では、過給圧の過昇時
にコンプレッサ下流の吸気路に設けたリリーフ弁が開弁
して吸気を大気へ放出するか、又はコンプレッサ上流の
吸気路へ還？ｌ＋ｉ’Ｊ−る方式が１′Ａ’＝られてい
るため、次のような問題を生していた８即ら、過剰の吸
気を大気へ放出する場合は、コンプレッサ上流に設けた
エアフロメータで検出した吸入空気流量に応して燃料が
噴射弁から供給されるため、実際に燃焼室に供給される
叫気塑に対応する置板上の燃料が供給され、過濃混合気
が形成されて燃料が無駄に消費され、燃焼性も悪化して
しまう。

また、過剰吸気をコンプレツナ」−流の吸気路に還流す
る場合は、過給吸気が膨張して騒音の発生や脈動過給圧
を生じてエアフローメータが誤動作する等の問題を生じ
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、機関の全速度域で慣性過給等を利用した良好な吸気
特性を得て出方向上や、燃費、排気組成の改善を図ると
共に、混合気濃度に影響を与えたり、騒音の発生を招い
たりすることなく過給圧の過昇を抑制し、安定した運転
性を確保できるようにしたターボ過給機付内燃機関の吸
気装置を提供することを目的とする。

〈発明の概要〉 このため、本発明はターボ過給機付内燃機関において、
燃焼室の吸気口に連通接続した高速用吸気路と、高速用
吸気路に介装された開閉弁と、開閉弁をバイパスして接
続され、高速用吸気路より通路断面積車で、通路長さ大
の低速用吸気路とを設け、かつ、前記開閉弁を低速回転
域で閉、高速回転域では開とすると共に、過給圧が設定
値以上上１した時は無条件で閉とするように制御する開
閉弁側ｊｉ１手段を設けた構成とする。

これにより、機関の低速回転域では、低速用吸気路のみ
が開通して一方の吸気［１から吸気が供給され、低速回
転域にマツチングした慣性過給が行われると共に、強い
スワールが生成され、又、高速回転域ではコンプレッサ
による過給が効いてくる一方で、高速用吸気路が開かれ
て高速回転域にマツチングした慣性過給が行われると共
に通路断面積増加に伴う吸気通路抵抗の減少によって最
高出力を可及的に高めることができる。

また、コンプレッサの過給圧が過大となったときは、開
閉弁が閉して低速用吸気路から吸気が行われることによ
り、過給圧の上昇を混合気濃度への悪影響や騒音の発生
を招くことなくスムースに抑制できるので、安定した運
転性が得られる。

〈実施例〉 以下本発明の実施例を図面に基づい−ζ説明する。

第１の実施例を示す第１図及び第２図におい°ζ、機関
１のシリンダヘッド２には、燃焼室３に開口する２つの
吸気口４Ａ、４Ｂが形成され、これら２つの吸気口４Ａ
、４Ｂに夫々上流のコレクタ５から分岐する２つの高速
用吸気路６Ａ、６Ｂが独立して連通接続される。

これら高速用吸気路６Ａ、６Ｂは機関の高速回転域、例
えば、５０００〜６０００ｒｐｍで良好な慣性過給が行
われて最高出力が得られるように、通路断面積Ｓ及び通
路長さしが選定される。

前記２つの高速用吸気路６Ａ、６Ｂには夫々下流端部に
開閉弁７Ａ、７Ｂが介装され、これら２つの開閉弁７Ａ
、７Ｂは共通の回転軸８に連結され、後述するアクチュ
エータにより同時に開閉されるようになっている。回転
軸８の端部はレバー９を介してアクチュエータｌＯの出
力ロソド１０ａに連結する。アクチュエータ１０は出力
ロット１０ａに連結したダイヤフラム１０ｂにより一側
にリターンスプリング１０ｃを内装した圧力作動室１０
ｄが画成され、該圧力作動室１０ｄは、電磁弁１１の出
力ボート１１ａに接続される。電磁弁１１はコレクタ５
の絞−り弁１２より下流部分の吸気負圧をチェックバル
ブ１３を介して導入蓄圧した負圧クンク１４に連通管１
５を介して連通ずる負圧ボー目１ｂと、大気に連通ずる
大気ボートｌｌｃとが弁体１１ｄにより選択的に出カポ
−Ｈ１ａと連通ずるように制御回路１６からの出力によ
り切換制御される。該制御回路１６は、バッテリ１７を
電源として後述するように作動する。

また、一方の高速用吸気路６Ａに介装された開閉弁７Ａ
をバイパスしてコレクタ５と開閉弁７Ａ下流の高連用吸
気路６Ａとを結ぶ低速用吸気路１８が設けられる。

低速用吸気路１８は、機関の低速回転域、例えば、２０
００〜３０００ｒｐａ＋で良好な慣性過給が行われるよ
うに高速用吸気路６Ａ、６Ｂに比べてｉ！ＩＦｌ＠断面
積Ｓ゛断面積Ｓ路長さＬ゛は大に選定される。

低速用吸気路１８が合流接続される側の高速用吸気路６
Ａの開閉弁７Ａ下流部分には塩１４噴射弁１９が設けら
れ、これら吸気路６Ａ、＋８から供給される空気に燃料
を供給するようになっている。また、他方の高速用吸気
路６Ｂには燃料噴射弁は設けられず、燃料の供給は行わ
れない。

尚、高速用吸気路６Ａと低速用吸気路１８、低速用吸気
路１８と燃料噴射弁１９とは夫々互いに鋭角に交叉し、
吸気流速を低減せずに燃１’４を供給して均一？ｉ度の
混合気を生成する。

また、２０は排気還流弁で、排気路２４からコレツク５
内への排気の還流量を制御する。

一方、コレクタ５上流の吸気路２２には、ターボ過給機
２３のコンプレッサ２３Ａが介装され、排気路２４に介
装したタービン２３Ｂ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ッサ２３Ａを回転駆動して吸入
空気を機関１に圧送（過給）する。

タービン２３Ａをバイパスする排気バイパス通路２５に
は排気バイパス弁２６が介装されており、コンプレッサ
２３Ａ及び絞り弁１２間の吸気通路２２内の過給圧に応
して作動するダイヤフラム式アクチュエータ２７により
前記排気バイパス弁２６を開閉制御する。

これにより、タービン２３Ｂを回動しないで排気バイパ
ス通路２５にバイパスする排気の量を過給圧に応して制
御し、過給圧の上昇を抑制する。

また、コンプレッサ２３Ａ及び絞り弁１２間の吸気路２
２４ご過給圧検出手段としての過給圧センサ２８を設け
、これによって検出される過給圧信号を１ｊ：１記制御
回路１６に入力する。

制御回路１６には、前記過給圧Ｐ１１ｊの他、機関の吸
入空気流量Ｑ１回転速度Ｎ、絞り弁開度θ等を入力し、
これら信号に基づいて検出される機関運転状態に応して
設定されたパルスｒｌＪをもつ噴射パルスを燃料噴射弁
１９へ入力Ｊる。また、機関低速域では、電磁弁】１へ
の出力をＯＮとして弁体ｌｉｄを電磁力により吸引して
出カポ−Ｎｌａと大気ボー）ＩＩＣをｉｙ通させ、高速
回転域では電磁ブｒ　］　］　”−の出力をＯＦＦとし
て、出カポ−１−１１ａと９圧ボー目１ｂとを連通させ
るが、過給圧が前記排気バイパス弁２６の開弁圧を上回
るヒ側設定値（例えば４００ｍｍ１ｇ　）以上に達した
時は無茶１４に電磁弁Ｊ１への出力をＯＮとし、過給圧
が一旦り側設定値に】ヱした後はこれより低い設定値（
例えば３００ｏ＋ｍｌｌ　に　）に低下するまで電磁弁
１】をＯＮ状態に保って、出力ボート１１ａと大気ポー
目１ｃとを連通さセ続けるように制御する。

尚、２９はエアフロメータ、　３０はエアクリーナであ
る。

次に作用を説明する。

機関回転速度や燃料噴射パルス１１又は絞り弁開度が設
定値以下の低速回転域では、制御回路１６から電磁弁１
１への出力がＯＮとされ、アクチュエータ１０の圧力作
動室］Ｏｄが大気ポートＩＩＣを通して大気開放される
。これによりリターンスプリング１０ｃの付勢力により
出力ロソド１０ａが延び出した位置にあり、レバー９１
回転軸８を介して２つの開閉弁７Ａ、７Ｂは全閉状態に
保持される。

この状態で吸気は絞り弁１２を経由した後、一方の吸気
口４Ａから燃焼室３内に供給される。この吸気に開閉弁
７Ａ下流側で燃料噴射弁１９から噴射供給された燃料が
混合して、混合気が形成され、この混合気が燃焼室３内
にて燃焼する。

そして、かかる低速回転域では、コンプレッサ２３Ａの
過給は効かないが、高速用吸気路６Ａ、６Ｂに比べて通
路断面積が小さく通路長さが大きい低速用吸気路１８を
経て吸気が供給されるため、低速回転域にマツチングし
た良好な悟性過給効果が（！Ｉられ、吸気体積効率が向
上して高出力が得られる。

また、前記したように、低速用吸気路１８は高速用吸気
路６Ａとは鋭角的に交叉し、一方の吸気「１４へのみを
介して吸気が燃焼室３内に流入するため、燃焼室３内に
強力なスワールが生成され、燃焼性改善効果が高められ
る結果、燃費及び排気組成を大幅に向上できる。

尚、低速用吸気路１８の下流端か開閉ｊ′ｒ７　Ａ近傍
の高速用吸気路６Ａに開口しているため、開閉弁７Ａ閉
時の死空間が少なく、十分効率のよい慣性過給が得られ
る。

一方、機関回転速度や燃料噴射パルス１」又は絞り弁開
度等が設定値以上の高速回転域では制御回ＦＩ？ｉ１６
から電磁弁１１への出力がＯＦＦとされ、電４４Ｉ弁１
１のポー）１１ａ、ｌｌｂ間が連通ずるように切換制御
される。これにより、圧力作動室１０ｄには負圧タンク
１４内に蓄圧された負圧が導入され、リターンスプリン
グ１０ｃに抗してダイヤフラム１０ｂが図中左行し、こ
れに連結された出力ロットＩＯａが引き込まれる。した
がって、レバー９を介して回転軸８が軸回りに回動し、
２つの開閉弁７八、７Ｂが閉から開に切換作動する。

この状態で絞り弁１２を経た吸気は、２つの開通された
高速用吸気路６Ａ、６Ｂを主として経由して２つの吸気
［１４八、４Ｂから燃焼室３内に供給される。

このように、高速回転域ではターボ過給機による過給が
効いてくる一方で、通路断面積が大で通路長さが小の２
つの高速用吸気路６八、６Ｂを介して吸気が供給される
ため、高速回転域にマツチングした良好な損性過給が行
われ、かつ、通路断面積増大に伴う吸気流通抵抗の減少
と相俟って最高出力を高めることができる。

さらに、高速用吸気路６Ａ、６Ｂ及び２つの吸気口４Ａ
、４Ｂは夫々通路断面積を略等しく設定しであるため、
吸気量差による燃焼室３内でのスワール生成が抑制され
、この面からも吸気体積効率が高められて高出力化が図
れる。

ところで、低速用吸気路１８は常時開通しているため、
高速回転域においても低速用曝気路１８からの吸気の供
給はあるが、高速用吸気路６八に比べて通路断面積が小
で、かつ、通路長さが大であるため、吸気通路抵抗は大
幅に大きく、したがって、低速用吸気路１８からの吸気
の供給量は高速用吸気Ｉδ６八に比べて極めて僅かであ
り、低速用吸気路１８からの吸気供給によるスワールの
生成は殆ど消失する。

また、他方の高速用吸気路６Ｂには燃料噴射弁１９を設
けていないため、吸気口４Ａからは空気のみが供給され
るが、高速回転域では吸気ｆが多く、燃焼室３内に生じ
る乱流により燃料と空気は十分均一に混合し、支障を来
すことばない。

尚、低速用吸気路１Ｂと連通ずる吸気＋１４　Ａを開閉
する吸気弁を他方の吸気弁より閉時期を遅くし、閉時期
を早くすることによって低速回転域で排気弁とのオーバ
ラップを小さくして、もって機関回転振動及びアイドリ
ング回転数のＯＫ、’Ｒを図ることができる。

一方、コンプレッサ２３Ａの過給圧が下側設定値（例え
ば３５０ｍｍＨｇ　）以上に増大すると、ダイヤフラム
式アクチュエータ２７が作動して排気バイパス弁２６が
開く。これにより、通常の運転時は、前記したようにタ
ービン２３Ｂをバイパスする排気流量を増大してタービ
ン２３Ｂ及びコンプレッサ２３Ａの回転上昇が抑制され
、過給圧の上昇が抑制される。

しかし、特に高負荷で高速運転した場合や、０ト気バイ
パス弁２６が焼き付いて故障した場合等は、過給圧が前
記下側設定値を鰯えて過昇する。この場合は、過給圧セ
ンサ２８により過給圧が上側設定値（例えば４００ｍｍ
Ｈｇ　）以上を検出した時、該信号を入力した制御回路
】６の出力により電磁弁１１が通電され、アクチュエー
タ１０の圧力作動室１０ｄに負圧が供給されて開閉弁７
Ａ、７Ｂが閉しる。これにより、高速用吸気路６Ａ、６
Ｂが閉しられるため、吸入空気流量が減少して過給圧の
過昇を速やかに防止して機関１及びターボ過給機２３を
保護することができる。

このように、従来の如く、過剰吸気を大気へ放出したり
、コンプレッサ上流の吸気路へ還流することなく、従っ
て燃費の悪化や騒音の発ｑ゛を牛しることなく過給圧の
過昇を防止できる。

この場合、エアフロメータ２９を介して吸入された吸気
は、低速用吸気路１８を経て燃料噴射ブ１１９から噴射
された燃料と混合して燃焼室３己こ吸入され、機関運転
が′ｍ続される。

尚、低速用吸気路１８は絞り弁１２を介して常に開通し
７ているため、高速用吸気路６Δ、ＧＢか閉しても大幅
な減速シジ、りはなく、運転性を改綬てきる。また、制
御回路１６は、過給圧が＋側設定埴に達して開閉弁７Ａ
、７Ｂか閉した後は、これより低い設定圧力に低下する
まで開かないため、開閉弁７Ａ、７Ｂのハンチング及び
急激な出力変化による運転性の悪化を防止できる。さら
に、過給圧が上側設定値以上の時は、燃料噴射を停止し
て過給圧の過昇抑制を促進するようにしてもよい。

第３図は、本発明の第２の実施例を小ず。但し、コンプ
レッサ）流の吸気路の構成については第１の実施例と同
様になっているため同一符号を付して説明し、その他の
同一構成部分についても同一符号を付して説明する。

即ち、２つの高速用吸気路６Ａ、６Ｂに介装された開閉
弁７Ａ、７Ｂを連結した回転軸８の端部はレバー９を介
してアクチュエータ３１の出力ロソド３１ａに連結され
ている。アクチュエータ３１は、ダイヤフラム３１ｂの
出力ロノＦ３１ａが連結される側に画成された室にリタ
ーンスプリング３ＩＣが内装され、他側に画成された圧
力作動室３１ｄが電磁弁３２を介装した連通管３３を介
してコンプレッサ２３Ａ下流の吸気路（絞り弁−上流側
）２２に連通接続される。

ここで、前記電磁弁３２は、過給圧が上側設定値以上に
達すると、制御回路１６により通電されて、連通管３３
の上流側に接続する出力ポート３２ａと大気ボート３２
ｂとを連通させ、その後過給圧が上側設定値より低い設
定値以下になった時に非通電とされて出力ポート３２ａ
を、連通管３３の下流側に接続する入力ボート３３Ｃと
連通させるように切換動作する。

このものの作用を説明すると、過給圧が設定値未満の機
関の低速回転域では吸気路２２から連ｊｍ管３３を介し
て圧力作動室３１ｄに導かれる圧力が小さいため、リタ
ーンスプリング３１ｃの付勢力により出力ロノＦ’３］
ａは引き込み位置にあり、この位置でレバー９１回転軸
８を介して開閉弁７Ａ、７Ｂは全閉状態に維持される。

この場合、低速用吸気路Ｉ８のみが開通して低速回転域
での出力、燃費、排気組成の改善が得らねることは第１
実施例と同様である。

また、過給圧が設定値以上の高速回転域では、リターン
スプリング３１ｃが圧縮されつつ出力ロット３１ａが延
び出し、レバー９を介して回転軸８を回転させることに
より、開閉弁ＩＡ、１！３が開かれる。

この場合は２つの高速用吸気路６Ａ、６Ｂが開通して過
給圧の増大とも相俟って高速回転域における最高出力を
可及的に向上できる。

また、過給圧が上側設定値以上トに達すると、制御回路
１６からの出力により電磁弁３２が１１１電されて圧力
作動室３１ｄが大気ボート３１ｂに連通され、高圧空気
が大気に放出されるため、リターンスプリング３］ｃの
付勢力が勝って出力ロット’３１ａが引き込み開閉弁７
Ａ、７Ｂが閉し、過給圧の過デを防止できる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、ターボ過給機付
内燃機関において燃焼室の吸気口に接続され開閉弁が介
装された高速用吸気路と、開閉弁をバイパスして接続さ
れた低速用吸気路とを機関の回転速度域に応した開閉弁
の開閉制御によって選択的に使用する構成としたため、
低速用吸気路では、慣性過給による出方向上とスワール
構成による燃費、排気組成の改善を図れると共に、高速
回転域では、ターボ過給機による過給効果に加えて慣性
過給と吸気流通抵抗の減少及びスワールの消失等により
出力を可及的に向上できる。

また、過給圧が過大となった時は、開閉弁を閉じて吸入
空気流量を減少させることにより速やかに過給圧の上昇
を防止して、機関やターボ過給機を保護でき、この際、
混合気濃度への悪影響を与えたり、騒合の発η−を招く
ごともなく、運転ｆ′Ｆを改善できる等の効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の吸気系構成を示す縦断
面図、第２図は同上実施例の全体構成を示す図、第３図
は本発明の第２の実施例の要部を示す断面図である。 ｌ・・・機関　３・・・燃焼室　４Ａ、４１３・・吸気
口　６Ａ、６Ｂ・高速用吸気路 ７Ａ、７Ｂ・・・開閉弁　８・・回転軸　９・レバー１
０・・・アクチュエータ　１１・・・電磁弁　１４・・
・負圧クンク　１６・・・制御回路　Ｉ８・低速用吸気
路２２・・・吸気路　３ｊ・・・アクチュエータ３２・
・・電磁弁　３３・・・連通管 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　冨二隨

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関の排気流によって回転駆動されるタービンと該ター
   ビンに連動回転して吸気を過給するコンプレッサを備え
   たターボ過給機と、前記コンプレッサによる過給吸気の
   圧力を検出する過給圧検出手段と、燃焼室に開口した吸
   気口と、該吸気口に連通接続された高速用吸気路と、該
   高速用吸気路に介装された開閉弁と、該開閉弁をバイパ
   スして接続され高速用吸気路より通路断面稍小でかつ通
   路長さ大の低速用吸気路と、前記開閉弁を機関の低速回
   転域では閉、高速回転域では開とし、かつ、前記過給圧
   検出手段によって検出された過給圧が設定値以上の時は
   無条件に閉とする開閉弁制御手段と、を設けて構成した
   ことを特徴とするターボ過給機付内燃機関の吸気装置。