JPS6088822A - 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〉 本発明は過給機付内燃機関の吸気装置に関する。

く背景技術〉 排気ターボ過給機等、吸入空気をコンプレッサで機関に
過給することによシ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、過給能力の面よシもノッキング防止の面か
ら過給圧が抑制されるようになっている。

ここでノッキングに関しては、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は圧縮比を若干低めに
とシ、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、これによシ燃費が悪化するのは止むを得ないという
判断である。

しかし、排気ターボ過給機にあっては、低速低負荷等の
部分負荷時には過給能力がなくなシ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υ、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ビストンスト
ローク量を可変にすること等によって行うことは実質的
に困難である。

ところで、吸気弁は圧縮行程の適当な時期に閉弁し、こ
の時点から実質的な圧縮が開始される。

したがって機関の仕様から決定される圧縮比に対し実質
的な圧縮比（実圧縮比）は前記機関の仕様とこの吸気弁
閉弁時期とによって決定されることとなる。

この現象を利用すれば中速以上の高負荷領域では吸気弁
の閉時期を遅らせて実圧縮比を低下させノッキング領域
を高過給圧側にスライドさせて、その分過給機による過
給圧を増大させることができる。

又、中速以上では吸気の慣性が増大するだめ、吸気弁閉
時期を遅らせることは吸気の慣性を利用して児頭効率を
向上させることとなる。然もこの慣性過給は過給機によ
る外部仕事を受けない点で昇温しない利点がある。この
結果ノッキングゾーンが更に高過給圧側にスライドして
ノッキングの発生を避けると共に高過給圧化が図れる。

このようにして吸気弁閉時期を遅らせてノッキング余裕
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、中速以上の高負荷時における出力の増加と共に排
温の低下が見込まれ、と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、低速領域では吸気の慣性が小さいため吸
気弁の閉弁時期の遅れを大きく設定すると、却って圧縮
終了近くで吸気が吸気通路側に逆流するという、いわゆ
る吹き返し現象を生じ、充填効率が低下して出力低下が
著しくなる。従って低速域では吸気弁閉時期を下死点側
に近づけるべく早めることが要求される。

一方、吸気弁の開時期については、高速運転時に吸気の
導入遅れを見込して開時期を早めようとすると排気弁と
のオーパッシブ期間が大きくなる結果、高速で排気圧力
が大となる排気ターボ過給機の場合オーバラッグ時間中
に排気が吸気系に逆流して却って充填効率、掃気効率が
低下して出力カ低下し、又、ルーツプロア等による過給
機では逆に排気抵抗が小さいため排気圧力があまυ上昇
せず過給圧が上昇するからオーバラップ期間に混合気が
排気系に吹き抜けてしまうことになシ好ましくない。

従って、過給機付内燃機関の場合はオーバラップ期間を
小さく保つことが好ましい。

以上の点に鑑みれば、例えばカムシャフトに吸気弁閉時
期の遅れを大とするプロフィルを有した中、高速用のカ
ムと吸気弁閉時期の遅れを小とするプロフィルを有した
低速用カムを並設し、ロッカシャフト：て軸方向摺動自
由に取シ付けだロッカアームを機関運転条件（回転速度
）に応じて移動して前記中・高速用カムと低速用カムと
をいずれか一方と選択的に係合させる弁作動切換装置を
設けることが考えられる。

しかしながら、かかる弁作動切換装置は複雑な機構と制
御手段が必要となシ高価につくという難点がある。

〈発明の目的〉 本発明は上記の点に鑑みなされたもので、簡単な構成で
ｉながら、弁作動を切換えることなく吸気の吹き返しを
防止でき、もって、全ての運転領域で良好な運転性能が
得られるようにした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、過給機付内燃機関において、吸気
弁閉時期の遅れを大きくして実圧縮比を小さくする一方
、過給機のコンプレッサ下流側で吸気弁上流側にある各
気筒毎に独立して設けられた吸気通路内に吸気弁方向へ
の吸気の流れを許容する逆止弁を設けた構成とし、吸気
弁閉時期を遅らせたことによシ中・高速時の出力を確保
しつつ低速時に発生しようとする吹き返しを逆止弁によ
って抑制することによシ低速時の出力も確保できるよう
にしたものである。

〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明が適用される排気ターボ過給機（以下過
給機という）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には過給機１のコンプレッサ
４が介装されておシ、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ｐｌこれと同軸のコ
ンプレッサ４をには排気バイパス弁８が介装されておシ
、吸気通路３のコンプレッサ４及び吸気絞弁間の過給圧
と大気圧との比較によシ作動するダイヤフラム式アクチ
ュエータ１０を用いて前記排気バイパス弁８を開閉制御
する。これによシ排気タービン６を回転しないで排気バ
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、もっ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、１４は吸気弁である。

ここに本実施例ではコンプレッサ４の下流側で吸気弁１
４上流側にあって気筒毎に独立した吸気通路部分として
、吸気通路３下流側の吸気マニホールド３Ａの各ブラン
チ下流端部に吸気弁１４方向への吸気の流れを許容する
逆止弁１５を配設する。

該逆止弁１５は、第２図に示すように、吸気弁１４側に
凸となるように縦断面三角形状に屈曲形成され、吸気通
路断面が開口されたフレーム１５Ａと、該フレーム１５
Ａの吸気弁１４側の開口面を覆って凸部の上・下に夫々
上・下端縁部をフレーム１５Ａに固定して取υ付けられ
た複数枚のり−ド弁１５Ｂとで構成される。従って吸気
通路３の逆止弁１５よシ上流側が下流側よシ高圧である
時は、リード弁１５Ｂを押し開いて吸気はシリンダに供
給されるが、逆に下流側が上流側よシ高圧である時はリ
ード弁１５Ｂがフレーム１５Ａの開口面に押し付けられ
て該開口面を閉塞し、吸気の逆流が阻止されるようにな
っている。

一方、吸気弁１４駆動用のカム（図示せず）は中・高速
回転に適すべく第３図に示すように吸気弁１４の閉時期
を大きく遅らせる（例えば下死点後５０°〜８０°）形
状とする。尚、排気弁とのオーバラップ量は、例えば吸
気弁の開時期を上死点前０〜１０゛程度とし、小さ目に
設定する。

次に本実施例の作用を説明する。

機関の中・高速回転時には、吸気は慣性が増大しピスト
ンの下降よシ連れてシリンダ内に導入されるため、吸気
弁閉時期を遅らせたことによシ下死点から吸気弁が閉じ
るまでの間、吸気は慣性によって、なおシリンダ内に導
入され続け、且つ吸気の吹き返しは生じないため逆止弁
１５は逆止効果を発揮することなく逆止弁１５の無い時
と同様実圧縮比を下げつつ高い過給効果を保って高出力
を確保できるのである。

一方、低速回転時は吸気の慣性が小さいため、下死点か
ら吸気弁が閉じるまでの間、ピストンの上昇によシ吸気
の吹き返しを生じようとするが、逆止弁１５によって阻
止されるため、結局吸気弁閉時期の遅れが小さいものと
同様吸気充填効率を大に維持することができ、もって低
速回転時の出力も確保することができる。

第４図は、第２の実施例を示し、前記同様の逆止弁１５
をシリンダヘッド１６に形成された各気筒の吸気ボート
１７に配設したものでアシ、フレーム１５Ａのフランジ
部を吸気ボート１Ｔの上流側開口端に形成した取付溝１
７ａに係合し、吸気マニホールド３Ａ端壁との間に挾持
して取シ付けである。

このようにすれば逆止弁１５をよシ吸気弁１４に近づけ
ることができるため、吸気弁１４から逆止弁１５に至る
間の容積が減少し、低速時におけるシリンダからこの部
分への吸気流出量を減少させて吸気充填効率をより高め
ることができると共に圧縮圧力も高められてさらに出力
を向上させることができる。

第５図は、上記の考えを更に推し進めて、吸気弁自体に
逆止弁２１を取υ付けたものである。即ち、吸気弁１４
の傘部１４Ａの上方に該傘部１４Ａ頂壁を覆うカバー状
に形成された弁体２１Ａを吸気弁１４のパルプステム１
４Ｂに摺動自由に嵌挿すると共にその頂部に形成した段
付部２１ａと傘部１４Ａ頂壁に形成した段付部１４１と
の間にスプリング２１Ｂを嵌挿して構成されている。

ここでスプリング２１Ｂは吸気弁１４が開で吸気ボート
内圧力Ｐ１が、下流側のシリンダ内圧力Ｐ２より微小な
圧力α以上高い時に押し縮められ弁体２１Ａが傘部１４
Ａと密着して開となるように柔かなバネ定数に設定され
、逆にＰ２がＰＩ　よシ微小な圧力α以上高い時には吸
気弁６４が開いていても弁体２１Ａは上方に押し上げら
れバルブシート１８に着座して閉じるようになっている
。

このように逆止弁２１を吸気弁１４に取シ付けた場合は
、弁体２１Ａを閉じることによって前記実施例同様吸気
の吹き返しを防止できると共に、吸気弁１４から逆止弁
２１までの容積を大幅に小さくすることができる。した
がって吸気の吹き返しを可及的に抑制して吸気充填効率
を向上できると共に実質的な吸気弁閉時期を早めて圧縮
圧力を高めることができる。

さらに、吸気弁１４と排気弁（図示せず）の開時期オー
バラップ時において排気圧力が吸気圧力を上回って吸気
弁１４から吸気通路３側に逆流しようとする排気の吹き
返しをも、逆上弁２１が閉じることによって良好に防止
でき、実質的な充填効率をさらに向上して出力をよシ一
層向上させることができる。

第６図は、前記第３の実施例の応用例を示し、バルブシ
ート２２に、吸気弁１４の傘部１４Ａが着座するシート
面２２ａと、これよシ上方位置でかつ内周側に別のシー
ト面２２ｂを設ける。一方、前記実施例同様吸気弁１４
の傘部１４Ａ上方を覆ってパルプステム１４Ｂに摺動自
由に取シ付けられる逆止弁２３の弁体２３Ａの外径を傘
部１４Ａ外径より小さくして、外周縁部に前記シート面
２２ｂに着座するシート面２３ａを形成する。弁体２３
Ａと傘部１４Ａとの間にスプリング２３Ｂを設けること
は同様である。

この場合も前記実施例同様の機能が得られ、又、吸気弁
１４の閉弁時そのシート面１４＆とバルブシート２２の
シート面２２ａとの間に弁体２３Ａが介在しないため、
弁体２３Ａのシート面２３ａとバルブシート２２のシー
ト面２２ｂとの加工精度を下げる（両者の間には多少の
隙間はあっても充分機能を果せる）ことができコスト的
に有利でおる。

尚、吸気弁に逆止弁を取シ付ける場合は、弁体は高速回
転でも耐えるよう可及的に軽量な材料を用いるのが良い
。

又、逆止弁は多少なシとも抵抗があｐ１吸気の順方向の
通過時に圧力損失を発生するが、過給機の過給圧を若干
上昇させることにょシ圧力損失による吸入空気量の減少
を補うことができる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、吸気弁の閉弁時
期の遅れを大きくしだ上で過給機の下流側で吸気弁の上
流側の各気筒毎に独立した吸気通路部分に吸気の逆流を
防止する逆止弁を設けた構成としたため、過給の効かな
い機関の低速回転域での吸気の吹き返しを防止して吸気
充填効率を高めて出力を確保できると共に、中・高速回
転域では実圧縮比が小さくなることにょシノッキングの
発生を抑制しつつ出力を大幅に高めるととができる。

しかも、弁作動切換装置等を設けることなく、ｆｘ、／
　楠ＩＭ　４階上−＜　ｊ　−７ｕ−Ｐ　−−Ｉ　Ｊ、
Ｌ＋−−１、、ｗ＋、＋　−あシ信頼性にも優れる等種
々の特長を備えるものでおる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る吸気装置を備えた過
給機付内燃機関の概略構成図、第２図は、同上実施例に
使用される逆止弁の斜視図、第３図は同上実施例におけ
る吸・排気弁の弁開特性を示すグラフ、第４図は、本発
明の第２の実施例を示す要部構成図、第５図は本発明の
第３の実施例を示す要部構成図、第６図は本発明の腑４
の実施例を示す要部構成図である。 １・・・排気ターボ過給機　２・・・内燃機関　３・・
・吸気通路　４・・・コンプレッサ　１４・・・吸気弁
　１５，２１．２３・・・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　富二雄

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シ吸入空
   気を機関に過給する過給機付内燃機関において、吸気弁
   の閉弁時期の吸入下死点からの遅れを大きく設定する一
   方、前記過給機のコンプレッサ下流側でかつ吸気弁上流
   側にあシ合気筒毎に独立して形成される吸気通路部分に
   吸気の吸気弁方向への流れを許容する逆止弁を介設した
   ことを特徴とする過給機付内燃機関の吸気装置。