JPH1089106A - ターボ過給機付エンジン及びターボ過給機付エンジン搭載車のパワーユニット - Google Patents
ターボ過給機付エンジン及びターボ過給機付エンジン搭載車のパワーユニットInfo
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- JPH1089106A JPH1089106A JP8246556A JP24655696A JPH1089106A JP H1089106 A JPH1089106 A JP H1089106A JP 8246556 A JP8246556 A JP 8246556A JP 24655696 A JP24655696 A JP 24655696A JP H1089106 A JPH1089106 A JP H1089106A
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- valve
- engine
- turbocharger
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/02—Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
- F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
- F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
- F01N13/107—More than one exhaust manifold or exhaust collector
-
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/004—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust drives arranged in series
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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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- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Control Of Transmission Device (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型ターボ過給機を用いて低速過給性能を向
上しつつ、高速域における排気ポンピングロスを抑制し
て高速出力性能も向上する。 【解決手段】 低速過給性能の高い小型ターボ過給機１
０を備えるとともに、そのタービン１１に通じる第１排
気通路３Ａと、上記タービン１１を通らない下流側排気
通路に通じる第２排気通路３Ｂと、各排気通路３Ａ，３
Ｂを開閉する第１排気弁５Ａ及び第２排気弁５Ｂを備え
る。そして、少なくとも最高出力回転数域において第１
排気弁５Ａがピストン下死点前に開いて排気行程後半に
閉じ、第２排気弁５Ｂが排気行程前半に開いてピストン
上死点以後に閉じ、かつ、両排気弁の開弁期間がオーバ
ラップする開弁オーバラップ期間の中心が排気行程の中
期となるように設定する。
上しつつ、高速域における排気ポンピングロスを抑制し
て高速出力性能も向上する。 【解決手段】 低速過給性能の高い小型ターボ過給機１
０を備えるとともに、そのタービン１１に通じる第１排
気通路３Ａと、上記タービン１１を通らない下流側排気
通路に通じる第２排気通路３Ｂと、各排気通路３Ａ，３
Ｂを開閉する第１排気弁５Ａ及び第２排気弁５Ｂを備え
る。そして、少なくとも最高出力回転数域において第１
排気弁５Ａがピストン下死点前に開いて排気行程後半に
閉じ、第２排気弁５Ｂが排気行程前半に開いてピストン
上死点以後に閉じ、かつ、両排気弁の開弁期間がオーバ
ラップする開弁オーバラップ期間の中心が排気行程の中
期となるように設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ過給機を備
えるとともに、気筒毎の排気通路を分割してその一部の
排気通路を通る排気ガスのみがタービンに導かれるよう
にしたターボ過給機付エンジンと、これを用いたパワー
ユニットに関するものである。
えるとともに、気筒毎の排気通路を分割してその一部の
排気通路を通る排気ガスのみがタービンに導かれるよう
にしたターボ過給機付エンジンと、これを用いたパワー
ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、排気通路に設けられたタービ
ンと、吸気通路に設けられて上記タービンに連結された
コンプレッサとで構成されるターボ過給機により、吸気
の過給を行うようにしたターボ過給機付エンジンは一般
に知られており、この種のターボ過給機において燃費改
善等を図る構造は種々提案されている。
ンと、吸気通路に設けられて上記タービンに連結された
コンプレッサとで構成されるターボ過給機により、吸気
の過給を行うようにしたターボ過給機付エンジンは一般
に知られており、この種のターボ過給機において燃費改
善等を図る構造は種々提案されている。
【０００３】例えば特公昭６３−４４９３６号公報に
は、ターボ過給機のタービンに排気を導く第１の排気通
路に加え、上記タービンを通らない下流側排気通路に排
気を導く第２の排気通路を形成し、第１の排気通路を開
閉する排気弁を通常の排気弁開閉タイミングで開閉させ
るとともに、第２の排気通路を開閉する第３弁を排気行
程の後期に開くようにしたターボ過給機付エンジンが示
されている。
は、ターボ過給機のタービンに排気を導く第１の排気通
路に加え、上記タービンを通らない下流側排気通路に排
気を導く第２の排気通路を形成し、第１の排気通路を開
閉する排気弁を通常の排気弁開閉タイミングで開閉させ
るとともに、第２の排気通路を開閉する第３弁を排気行
程の後期に開くようにしたターボ過給機付エンジンが示
されている。
【０００４】この過給機付エンジンは、比較的高速側の
運転域で過給能力が高くなるような通常のターボ過給機
を用いた場合の高速高負荷域での排圧上昇を抑制するも
のであって、一般の過給機付エンジンに設けられている
ウエストゲートバルブを用いた過給圧制御手段の代り
に、上記第３弁により排気行程後期に排気ガスの一部を
上記第２の排気通路に流出させて、タービンを通さずに
排出させるようになっている。
運転域で過給能力が高くなるような通常のターボ過給機
を用いた場合の高速高負荷域での排圧上昇を抑制するも
のであって、一般の過給機付エンジンに設けられている
ウエストゲートバルブを用いた過給圧制御手段の代り
に、上記第３弁により排気行程後期に排気ガスの一部を
上記第２の排気通路に流出させて、タービンを通さずに
排出させるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記公報に示されてい
る従来の過給機付エンジンにおいては、第１の排気通路
を開閉する排気弁が一般のエンジンの排気弁と略同様に
排気行程の期間中開いているのに対し、上記第３弁は排
気行程後期に開かれ、かつ、開弁期間及びバルブリフト
量が上記排気弁と比べてかなり小さく設定されている。
なお、上記第３弁は開閉時期が進角装置により遅進され
て、高速もしくは高負荷運転時ほど進角されるようにな
っているが、その進角状態のときでも排気行程後期に開
弁し、かつ開弁期間及びバルブリフト量が上記排気弁と
比べてかなり小さいことに変りはない。
る従来の過給機付エンジンにおいては、第１の排気通路
を開閉する排気弁が一般のエンジンの排気弁と略同様に
排気行程の期間中開いているのに対し、上記第３弁は排
気行程後期に開かれ、かつ、開弁期間及びバルブリフト
量が上記排気弁と比べてかなり小さく設定されている。
なお、上記第３弁は開閉時期が進角装置により遅進され
て、高速もしくは高負荷運転時ほど進角されるようにな
っているが、その進角状態のときでも排気行程後期に開
弁し、かつ開弁期間及びバルブリフト量が上記排気弁と
比べてかなり小さいことに変りはない。
【０００６】このような過給機付エンジンによると、低
速域での出力向上に有利な小型ターボ過給機を用いた場
合等に、高速出力等の面で課題が残されていた。
速域での出力向上に有利な小型ターボ過給機を用いた場
合等に、高速出力等の面で課題が残されていた。
【０００７】すなわち、一般に用いられているターボ過
給機では低速域で過給性能が低下し易く、これと比べ、
タービンの厚さや径を小さくした小型ターボ過給機を用
いれば、排気流量の少ない低速域でもタービンに流入す
る排気ガスの圧力が高められることにより過給性能が高
められる。ところが、このように低速域で過給性能が高
い小型ターボ過給機を用いると、排気流量の多い高速域
で排圧の上昇により排気ポンピングロスの増大を招き易
く、上記従来装置のようにタービンを通らない第２の排
気通路及びこの通路を開閉する第３弁を設けた構造によ
る場合でも、第３弁の開弁時期が排気行程後半で、か
つ、開弁期間及びバルブリフト量が上記排気弁と比べて
かなり小さいため、排圧の上昇を充分に抑制できない。
このため、結局、ウエストゲートバルブを多用せざるを
得なくなり、ウエストゲートバルブから高圧の排気のエ
ネルギーが排出されることによるロスが増大し、高速出
力の向上があまり期待できなくなる。
給機では低速域で過給性能が低下し易く、これと比べ、
タービンの厚さや径を小さくした小型ターボ過給機を用
いれば、排気流量の少ない低速域でもタービンに流入す
る排気ガスの圧力が高められることにより過給性能が高
められる。ところが、このように低速域で過給性能が高
い小型ターボ過給機を用いると、排気流量の多い高速域
で排圧の上昇により排気ポンピングロスの増大を招き易
く、上記従来装置のようにタービンを通らない第２の排
気通路及びこの通路を開閉する第３弁を設けた構造によ
る場合でも、第３弁の開弁時期が排気行程後半で、か
つ、開弁期間及びバルブリフト量が上記排気弁と比べて
かなり小さいため、排圧の上昇を充分に抑制できない。
このため、結局、ウエストゲートバルブを多用せざるを
得なくなり、ウエストゲートバルブから高圧の排気のエ
ネルギーが排出されることによるロスが増大し、高速出
力の向上があまり期待できなくなる。
【０００８】本発明は、上記の事情に鑑み、低速過給性
能向上に有利な小型ターボ過給機を用いた場合等でも、
高速域における排気ポンピングロスを抑制して高速出力
性能を向上することができるターボ過給機付エンジンを
提供し、またこのターボ過給機付エンジンを用いて出力
性能及び燃費性能等の向上に有利なパワーユニットを提
供することを目的とする。
能向上に有利な小型ターボ過給機を用いた場合等でも、
高速域における排気ポンピングロスを抑制して高速出力
性能を向上することができるターボ過給機付エンジンを
提供し、またこのターボ過給機付エンジンを用いて出力
性能及び燃費性能等の向上に有利なパワーユニットを提
供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
気筒毎の排気通路が、ターボ過給機のタービンに通じる
第１排気通路と上記タービンを通らない下流側排気通路
に通じる第２排気通路とに分けられ、第１排気通路を開
閉する第１排気弁の開弁時期が第２排気通路を開閉する
第２排気弁の開弁時期よりも早くなるように設定されて
いるターボ過給機付エンジンであって、少なくとも最高
出力回転数域における上記各排気弁の開閉タイミング
を、第１排気弁がピストン下死点前に開いて排気行程後
半に閉じ、第２排気弁が排気行程前半に開いてピストン
上死点以後に閉じ、かつ、両排気弁の開弁期間がオーバ
ラップする開弁オーバラップ期間の中心が排気行程の中
期となるように設定したものである。
気筒毎の排気通路が、ターボ過給機のタービンに通じる
第１排気通路と上記タービンを通らない下流側排気通路
に通じる第２排気通路とに分けられ、第１排気通路を開
閉する第１排気弁の開弁時期が第２排気通路を開閉する
第２排気弁の開弁時期よりも早くなるように設定されて
いるターボ過給機付エンジンであって、少なくとも最高
出力回転数域における上記各排気弁の開閉タイミング
を、第１排気弁がピストン下死点前に開いて排気行程後
半に閉じ、第２排気弁が排気行程前半に開いてピストン
上死点以後に閉じ、かつ、両排気弁の開弁期間がオーバ
ラップする開弁オーバラップ期間の中心が排気行程の中
期となるように設定したものである。
【００１０】このエンジンによると、少なくとも最高出
力回転数域においては、排気行程で上記第１排気弁のみ
が開弁している期間、及び開弁オーバラップ期間の途中
までの期間に、排気ガスが主に第１排気通路からタービ
ンに導かれ、ブローダウンエネルギーが有効にタービン
に与えられる一方、開弁オーバラップ期間の途中から第
２排気弁が閉じるまでの間は排気ガスが主に第２排気通
路からタービンを通らない下流側排気通路に導かれる。
このため、最高出力回転数域でも充分に排気ポンピング
ロスが低減され、過給による出力向上が有効に達成され
る。
力回転数域においては、排気行程で上記第１排気弁のみ
が開弁している期間、及び開弁オーバラップ期間の途中
までの期間に、排気ガスが主に第１排気通路からタービ
ンに導かれ、ブローダウンエネルギーが有効にタービン
に与えられる一方、開弁オーバラップ期間の途中から第
２排気弁が閉じるまでの間は排気ガスが主に第２排気通
路からタービンを通らない下流側排気通路に導かれる。
このため、最高出力回転数域でも充分に排気ポンピング
ロスが低減され、過給による出力向上が有効に達成され
る。
【００１１】とくに、ターボ過給機が、最高過給圧規制
用のウエストゲートバルブがエンジンの最高出力回転数
の１／２以下の低速側で開弁する低速過給性能の高い小
型過給機であると（請求項２）、この過給機によって低
速出力が高められるとともに、上記のように最高出力回
転数域において排気ポンピングロスが低減され、高速出
力も充分に高められる。
用のウエストゲートバルブがエンジンの最高出力回転数
の１／２以下の低速側で開弁する低速過給性能の高い小
型過給機であると（請求項２）、この過給機によって低
速出力が高められるとともに、上記のように最高出力回
転数域において排気ポンピングロスが低減され、高速出
力も充分に高められる。
【００１２】この発明のエンジンにおける各排気弁の開
閉タイミングの好ましい設定としては、少なくとも最高
出力回転数域において上記第１排気弁の開弁から上記第
２排気弁の閉弁までの総排気期間に対して上記開弁オー
バラップ期間が１／３以上となるように設定する（請求
項３）。
閉タイミングの好ましい設定としては、少なくとも最高
出力回転数域において上記第１排気弁の開弁から上記第
２排気弁の閉弁までの総排気期間に対して上記開弁オー
バラップ期間が１／３以上となるように設定する（請求
項３）。
【００１３】また、少なくとも最高出力回転数域におい
て上記第１排気弁の開弁期間が上記開弁オーバラップ期
間の２倍よりも短くなるように設定する（請求項４）。
て上記第１排気弁の開弁期間が上記開弁オーバラップ期
間の２倍よりも短くなるように設定する（請求項４）。
【００１４】また、少なくとも最高出力回転数域におい
て上記第１排気弁のみが開いている期間と上記開弁オー
バラップ期間と上記第２排気弁のみが開いている期間と
が、いずれも、上記第１排気弁の開弁から上記第２排気
弁の閉弁までの総排気期間に対して３０％以上となるよ
うに設定する（請求項５）。
て上記第１排気弁のみが開いている期間と上記開弁オー
バラップ期間と上記第２排気弁のみが開いている期間と
が、いずれも、上記第１排気弁の開弁から上記第２排気
弁の閉弁までの総排気期間に対して３０％以上となるよ
うに設定する（請求項５）。
【００１５】このような設定によると、燃焼室内の排気
ガスが第１排気通路に流出する状態から第２排気通路に
流出する状態への移行がスムーズに行われ、排気ポンピ
ングロスの低減等の作用が良好に得られる。
ガスが第１排気通路に流出する状態から第２排気通路に
流出する状態への移行がスムーズに行われ、排気ポンピ
ングロスの低減等の作用が良好に得られる。
【００１６】さらに、第１排気弁の開口面積比と第２排
気弁の開口面積比とが略同一となるように設定しておけ
ば（請求項６）、排気行程途中までの第１排気通路への
排気ガスの流出及び排気行程途中からの第２排気通路へ
の排気ガスの流出が良好に行われる。
気弁の開口面積比とが略同一となるように設定しておけ
ば（請求項６）、排気行程途中までの第１排気通路への
排気ガスの流出及び排気行程途中からの第２排気通路へ
の排気ガスの流出が良好に行われる。
【００１７】各気筒に対して上記第１，第２の２つの排
気弁と２つの吸気弁とを設け、上記第１，第２排気弁を
ともに吸気弁の弁径よりも大径としておけば（請求項
７）、第１排気弁のみが開いている期間や第２排気弁の
みが開いている期間にも、燃焼室からの排気ガスの流出
が良好に行われる。
気弁と２つの吸気弁とを設け、上記第１，第２排気弁を
ともに吸気弁の弁径よりも大径としておけば（請求項
７）、第１排気弁のみが開いている期間や第２排気弁の
みが開いている期間にも、燃焼室からの排気ガスの流出
が良好に行われる。
【００１８】上記各排気弁のバルブリフト特性はエンジ
ンの低速域から高速域にまでわたって一定であってもよ
い（請求項８）。また、上記各排気弁のバルブリフト特
性を運転状態に応じて変更するバルブリフト特性可変手
段を設けてもよく、この場合、エンジンの高速域では上
記各排気弁の開弁期間及びバルブリフト量を略同一とす
る一方、エンジンの低速域では高速域と比べて第１排気
弁の開弁期間及びバルブリフト量を大きく、かつ第２排
気弁の開弁期間及びバルブリフト量を小さくするように
変更すればよい（請求項９）。
ンの低速域から高速域にまでわたって一定であってもよ
い（請求項８）。また、上記各排気弁のバルブリフト特
性を運転状態に応じて変更するバルブリフト特性可変手
段を設けてもよく、この場合、エンジンの高速域では上
記各排気弁の開弁期間及びバルブリフト量を略同一とす
る一方、エンジンの低速域では高速域と比べて第１排気
弁の開弁期間及びバルブリフト量を大きく、かつ第２排
気弁の開弁期間及びバルブリフト量を小さくするように
変更すればよい（請求項９）。
【００１９】本発明のターボ過給機付エンジンをディー
ゼルエンジンに適用すれば（請求項１０）、ディーゼル
エンジンは拡散燃焼が行われることによりガソリンエン
ジンと比べて低速高負荷域でノッキングが生じにくいこ
とから、小型ターボ過給機を用いること等による低速高
負荷域での高過給化が有効に達成される。そして、低速
高負荷域での高過給化により、スモークが低減され、出
力向上とともに燃費及びエミッションが改善される。
ゼルエンジンに適用すれば（請求項１０）、ディーゼル
エンジンは拡散燃焼が行われることによりガソリンエン
ジンと比べて低速高負荷域でノッキングが生じにくいこ
とから、小型ターボ過給機を用いること等による低速高
負荷域での高過給化が有効に達成される。そして、低速
高負荷域での高過給化により、スモークが低減され、出
力向上とともに燃費及びエミッションが改善される。
【００２０】また、本発明のターボ過給機付エンジンを
直噴式ガソリンエンジンに適用し、少なくとも低速低負
荷域及び低速高負荷域でリーンバーン運転を行うように
すれば（請求項１１）、燃費が改善されるとともに、リ
ーン化によりノッキングが抑制されて、とくに低速高負
荷域で高過給が行われつつリーンバーン運転されること
で出力及び燃費性能が向上される。
直噴式ガソリンエンジンに適用し、少なくとも低速低負
荷域及び低速高負荷域でリーンバーン運転を行うように
すれば（請求項１１）、燃費が改善されるとともに、リ
ーン化によりノッキングが抑制されて、とくに低速高負
荷域で高過給が行われつつリーンバーン運転されること
で出力及び燃費性能が向上される。
【００２１】さらにこのエンジンにおいて、排気通路の
下流側に触媒装置を備え、第２排気通路からタービンに
通らずに下流側へ流れる排気ガス及びタービンをバイパ
スするウエストゲート通路に流れる排気ガスが上記触媒
装置に導かれるように構成すれば（請求項１２）、触媒
装置が暖機しにくいリーン運転状態でも、上記第２排気
通路及びウエストゲート通路から、タービンに熱が奪わ
れない排気ガスが触媒装置へ導かれ、触媒装置の暖機が
促進される。
下流側に触媒装置を備え、第２排気通路からタービンに
通らずに下流側へ流れる排気ガス及びタービンをバイパ
スするウエストゲート通路に流れる排気ガスが上記触媒
装置に導かれるように構成すれば（請求項１２）、触媒
装置が暖機しにくいリーン運転状態でも、上記第２排気
通路及びウエストゲート通路から、タービンに熱が奪わ
れない排気ガスが触媒装置へ導かれ、触媒装置の暖機が
促進される。
【００２２】また、請求項１３に係る発明は、気筒毎の
排気通路が、ターボ過給機のタービンに通じる第１排気
通路と上記タービンを通らない下流側排気通路に通じる
第２排気通路とに分けられ、第１排気通路を開閉する第
１排気弁の開弁時期が第２排気通路を開閉する第２排気
弁の開閉時期よりも早くなるように設定されているター
ボ過給機付エンジンであって、エンジンを少なくとも低
速低負荷域でリーンバーン運転を行う直噴式ガソリンエ
ンジンとし、排気通路の下流側に触媒装置を備えるとと
もに、上記タービンをバイパスするウエストゲート通路
にウエストゲートバルブを設けて、このウエストゲート
バルブがエンジンの最高出力回転数の１／２以下の低速
側で開弁するようにし、かつ、排気通路の下流側に触媒
装置を備え、上記第２排気通路からタービンに通らずに
下流側へ流れる排気ガス及び上記ウエストゲート通路に
流れる排気ガスが上記触媒装置に導かれるように構成し
たものである。
排気通路が、ターボ過給機のタービンに通じる第１排気
通路と上記タービンを通らない下流側排気通路に通じる
第２排気通路とに分けられ、第１排気通路を開閉する第
１排気弁の開弁時期が第２排気通路を開閉する第２排気
弁の開閉時期よりも早くなるように設定されているター
ボ過給機付エンジンであって、エンジンを少なくとも低
速低負荷域でリーンバーン運転を行う直噴式ガソリンエ
ンジンとし、排気通路の下流側に触媒装置を備えるとと
もに、上記タービンをバイパスするウエストゲート通路
にウエストゲートバルブを設けて、このウエストゲート
バルブがエンジンの最高出力回転数の１／２以下の低速
側で開弁するようにし、かつ、排気通路の下流側に触媒
装置を備え、上記第２排気通路からタービンに通らずに
下流側へ流れる排気ガス及び上記ウエストゲート通路に
流れる排気ガスが上記触媒装置に導かれるように構成し
たものである。
【００２３】この装置によると、低速域でのリーンバー
ンによる燃費改善、過給による出力確保、高速域での排
気ポンピングロス低減等が図られるとともに、触媒装置
の暖機性が良好に保たれる。
ンによる燃費改善、過給による出力確保、高速域での排
気ポンピングロス低減等が図られるとともに、触媒装置
の暖機性が良好に保たれる。
【００２４】上記のようなターボ過給機付エンジンと無
段変速機とを備え、定常走行ラインが低速高負荷側の過
給域を通るように上記無段変速機の変速制御特性を設定
したターボ過給機付エンジン搭載車のパワーユニットに
よると（請求項１４）、過給等により低速高負荷域の低
燃費化が促進され、かつ、その低速高負荷側の低燃費領
域の使用頻度が高められる。
段変速機とを備え、定常走行ラインが低速高負荷側の過
給域を通るように上記無段変速機の変速制御特性を設定
したターボ過給機付エンジン搭載車のパワーユニットに
よると（請求項１４）、過給等により低速高負荷域の低
燃費化が促進され、かつ、その低速高負荷側の低燃費領
域の使用頻度が高められる。
【００２５】このパワーユニットにおいて、少なくとも
低速高負荷側の過給域でリーンバーン運転を行うように
すれば（請求項１５）、燃費がより一層改善される。
低速高負荷側の過給域でリーンバーン運転を行うように
すれば（請求項１５）、燃費がより一層改善される。
【００２６】また、請求項１６に係る発明は、気筒毎の
排気通路が、ターボ過給機のタービンに通じる第１排気
通路と上記タービンを通らない下流側排気通路に通じる
第２排気通路とに分けられ、第１排気通路を開閉する第
１排気弁の開弁時期が第２排気通路を開閉する第２排気
弁の開閉時期よりも早くなるように設定されているター
ボ過給機付エンジンと、無段変速機とを備え、定常走行
ラインが低速高負荷側の過給域を通るように上記無段変
速機の特性を設定するとともに、上記低速高負荷側の過
給域でリーンバーン運転を行うようにしたものである。
排気通路が、ターボ過給機のタービンに通じる第１排気
通路と上記タービンを通らない下流側排気通路に通じる
第２排気通路とに分けられ、第１排気通路を開閉する第
１排気弁の開弁時期が第２排気通路を開閉する第２排気
弁の開閉時期よりも早くなるように設定されているター
ボ過給機付エンジンと、無段変速機とを備え、定常走行
ラインが低速高負荷側の過給域を通るように上記無段変
速機の特性を設定するとともに、上記低速高負荷側の過
給域でリーンバーン運転を行うようにしたものである。
【００２７】この発明によると、過給が効果的に行わ
れ、過給により低速高負荷域の出力、燃費等が良好に保
たれ、かつ、その低速高負荷側の低燃費領域の使用頻度
が高められる。
れ、過給により低速高負荷域の出力、燃費等が良好に保
たれ、かつ、その低速高負荷側の低燃費領域の使用頻度
が高められる。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明の一実施形態によるターボ
過給機付エンジンとこれを用いたパワーユニットを示し
ている。当実施形態のエンジンはディーゼルエンジンで
あり、最高出力回転数は４０００ｒｐｍ程度となってい
る。
いて説明する。図１は本発明の一実施形態によるターボ
過給機付エンジンとこれを用いたパワーユニットを示し
ている。当実施形態のエンジンはディーゼルエンジンで
あり、最高出力回転数は４０００ｒｐｍ程度となってい
る。
【００２９】この図において、１はエンジン本体であっ
て、複数の気筒（図示の例では４気筒）を備えており、
このエンジン本体１と吸気系及び排気系等でエンジンが
構成されている。また、１０はターボ過給機であって、
排気通路中に介設されたタービン１１と、このタービン
１１にシャフト１３を介して連結されて吸気通路中に介
設されたコンプレッサ１２とで構成されている。
て、複数の気筒（図示の例では４気筒）を備えており、
このエンジン本体１と吸気系及び排気系等でエンジンが
構成されている。また、１０はターボ過給機であって、
排気通路中に介設されたタービン１１と、このタービン
１１にシャフト１３を介して連結されて吸気通路中に介
設されたコンプレッサ１２とで構成されている。
【００３０】上記エンジン本体１の各気筒の燃焼室２に
は、燃料噴射ポンプから供給される燃料を噴射する噴射
ノズル（図示省略）が具備されるとともに、気筒毎の排
気通路３Ａ，３Ｂの上流端側の排気ポート４Ａ，４Ｂ及
び気筒毎の吸気通路６の下流端側の吸気ポート７が燃焼
室２に開口している。気筒毎の排気通路は、第１排気通
路３Ａと第２排気通路３Ｂとに分けられ、これら第１，
第２排気通路３Ａ，３Ｂの各上流端側の第１，第２排気
ポート４Ａ，４Ｂが燃焼室２に開口し、この第１，第２
排気ポート４Ａ，４Ｂに第１，第２排気弁５Ａ，５Ｂが
配設されている。また、当実施形態では吸気ポート７も
各気筒に２つずつ配設され、各吸気ポート７にそれぞれ
吸気弁８が配設されている。
は、燃料噴射ポンプから供給される燃料を噴射する噴射
ノズル（図示省略）が具備されるとともに、気筒毎の排
気通路３Ａ，３Ｂの上流端側の排気ポート４Ａ，４Ｂ及
び気筒毎の吸気通路６の下流端側の吸気ポート７が燃焼
室２に開口している。気筒毎の排気通路は、第１排気通
路３Ａと第２排気通路３Ｂとに分けられ、これら第１，
第２排気通路３Ａ，３Ｂの各上流端側の第１，第２排気
ポート４Ａ，４Ｂが燃焼室２に開口し、この第１，第２
排気ポート４Ａ，４Ｂに第１，第２排気弁５Ａ，５Ｂが
配設されている。また、当実施形態では吸気ポート７も
各気筒に２つずつ配設され、各吸気ポート７にそれぞれ
吸気弁８が配設されている。
【００３１】排気系において、気筒毎の各第１排気通路
３Ａは集合され、その集合部下流の第１集合排気通路１
５Ａが上記タービン１１の排気入口側に接続されてい
る。上記タービン１１の排気出口側には、タービン下流
側排気通路１６が接続されている。また、気筒毎の各第
２排気通路３Ｂは集合され、その集合部下流の第２集合
排気通路１５Ｂは、上記タービン１１を通らずに、下流
端部が上記タービン下流側排気通路１６に合流してい
る。
３Ａは集合され、その集合部下流の第１集合排気通路１
５Ａが上記タービン１１の排気入口側に接続されてい
る。上記タービン１１の排気出口側には、タービン下流
側排気通路１６が接続されている。また、気筒毎の各第
２排気通路３Ｂは集合され、その集合部下流の第２集合
排気通路１５Ｂは、上記タービン１１を通らずに、下流
端部が上記タービン下流側排気通路１６に合流してい
る。
【００３２】上記タービン１１の排気入口側の上流と排
気出口側の下流との間には、タービン１１をバイパスす
るウエストゲート通路１７が形成され、このウエストゲ
ート通路１７に最高過給圧規制用のウエストゲートバル
ブ１８が介設されている。このウエストゲートバルブ１
８はダイヤフラム装置等からなるアクチュエータ１９に
より過給圧等に応じて作動されるようになっている。
気出口側の下流との間には、タービン１１をバイパスす
るウエストゲート通路１７が形成され、このウエストゲ
ート通路１７に最高過給圧規制用のウエストゲートバル
ブ１８が介設されている。このウエストゲートバルブ１
８はダイヤフラム装置等からなるアクチュエータ１９に
より過給圧等に応じて作動されるようになっている。
【００３３】一方、吸気系においては、エアクリーナ２
２を介して吸気を導入する上流側吸気通路２１がターボ
過給機１０のコンプレッサ１２の吸気入口側に接続され
るとともに、ターボ過給機１０のコンプレッサ１２の吸
気出口側に接続された吸気通路２３がインタークーラ２
４を経てサージタンク２５に達しており、サージタンク
２５の下流側に気筒毎の吸気通路６が配設されている。
２を介して吸気を導入する上流側吸気通路２１がターボ
過給機１０のコンプレッサ１２の吸気入口側に接続され
るとともに、ターボ過給機１０のコンプレッサ１２の吸
気出口側に接続された吸気通路２３がインタークーラ２
４を経てサージタンク２５に達しており、サージタンク
２５の下流側に気筒毎の吸気通路６が配設されている。
【００３４】また、当実施形態のエンジンにおいて用い
られているターボ過給機１０は低速過給性能の高い小型
ターボ過給機からなっており、この小型ターボ過給機
は、高速側で過給性能が高くなる通常のターボ過給機と
比べ、タービン１１の径もしくは厚さまたはその両方が
小さくされることにより、比較的排気量の少ない低速域
でもタービン上流側の排気圧力が上昇して排気エネルギ
ーが与えられ易い構造となっている。このような小型タ
ーボ過給機によると、エンジンの最高出力回転数の１／
２以下の低速域で過給圧の上昇に応じてウエストゲート
バルブ１８が開かれ、典型的なものでは最高出力回転数
の４０％以下（最高出力回転数が４０００ｒｐｍのディ
ーゼルエンジンでは１６００ｒｐｍ程度）でウエストゲ
ートバルブ１８が開かれ始める。
られているターボ過給機１０は低速過給性能の高い小型
ターボ過給機からなっており、この小型ターボ過給機
は、高速側で過給性能が高くなる通常のターボ過給機と
比べ、タービン１１の径もしくは厚さまたはその両方が
小さくされることにより、比較的排気量の少ない低速域
でもタービン上流側の排気圧力が上昇して排気エネルギ
ーが与えられ易い構造となっている。このような小型タ
ーボ過給機によると、エンジンの最高出力回転数の１／
２以下の低速域で過給圧の上昇に応じてウエストゲート
バルブ１８が開かれ、典型的なものでは最高出力回転数
の４０％以下（最高出力回転数が４０００ｒｐｍのディ
ーゼルエンジンでは１６００ｒｐｍ程度）でウエストゲ
ートバルブ１８が開かれ始める。
【００３５】上記エンジンの出力軸には変速機が接続さ
れて、エンジンと変速機とでパワーユニットが構成され
る。当実施形態ではこのパワーユニットにおける変速機
が無断変速機３０からなっている。この無断変速機３０
は、例えば入力側プーリ３１と出力側プーリ３２とこれ
らのプーリ３１，３２間に懸け渡されたベルト３３とを
備えるとともに、上記両プーリ３１，３２のプーリ比の
変更によって変速比を無段階に変更し得るようになって
いる。無断変速機３０の出力側には終減速機３５が接続
され、この終減速機３５に車軸３６を介して車輪３７が
連結されている。なお、無断変速機３０は、上記のよう
な構造のものに限らず、例えばトロイダル型変速機等も
採用し得る。
れて、エンジンと変速機とでパワーユニットが構成され
る。当実施形態ではこのパワーユニットにおける変速機
が無断変速機３０からなっている。この無断変速機３０
は、例えば入力側プーリ３１と出力側プーリ３２とこれ
らのプーリ３１，３２間に懸け渡されたベルト３３とを
備えるとともに、上記両プーリ３１，３２のプーリ比の
変更によって変速比を無段階に変更し得るようになって
いる。無断変速機３０の出力側には終減速機３５が接続
され、この終減速機３５に車軸３６を介して車輪３７が
連結されている。なお、無断変速機３０は、上記のよう
な構造のものに限らず、例えばトロイダル型変速機等も
採用し得る。
【００３６】図２は燃焼室２に対する吸・排気ポートの
開口部分及び吸・排気弁を示しており、この図のよう
に、当実施形態では、第１排気弁５Ａと第２排気弁５Ｂ
の弁径が略同一（両排気ポート４Ａ，４Ｂの開口面積が
略同一）とされるとともに、各排気弁５Ａ，５Ｂの弁径
が各吸気弁８の弁径よりも大（排気ポート４Ａ，４Ｂの
開口面積が吸気ポート７の開口面積よりも大）となって
いる。
開口部分及び吸・排気弁を示しており、この図のよう
に、当実施形態では、第１排気弁５Ａと第２排気弁５Ｂ
の弁径が略同一（両排気ポート４Ａ，４Ｂの開口面積が
略同一）とされるとともに、各排気弁５Ａ，５Ｂの弁径
が各吸気弁８の弁径よりも大（排気ポート４Ａ，４Ｂの
開口面積が吸気ポート７の開口面積よりも大）となって
いる。
【００３７】上記ターボ過給機付エンジンにおける第１
排気弁５Ａ、第２排気弁５Ｂ及び吸気弁８の開閉タイミ
ングを、図３によって説明する。なお、以下の説明にお
いて、ＢＤＣはピストン下死点、ＴＤＣはピストン上死
点をそれぞれ意味し、またＢＢＤＣは下死点前、ＡＢＤ
Ｃは下死点後、ＢＴＤＣは上死点前、ＡＴＤＣは上死点
後をそれぞれ意味する。また開弁時期、閉弁時期、開弁
期間、開弁オーバラップ期間などをいうときの角度はク
ランク角である。
排気弁５Ａ、第２排気弁５Ｂ及び吸気弁８の開閉タイミ
ングを、図３によって説明する。なお、以下の説明にお
いて、ＢＤＣはピストン下死点、ＴＤＣはピストン上死
点をそれぞれ意味し、またＢＢＤＣは下死点前、ＡＢＤ
Ｃは下死点後、ＢＴＤＣは上死点前、ＡＴＤＣは上死点
後をそれぞれ意味する。また開弁時期、閉弁時期、開弁
期間、開弁オーバラップ期間などをいうときの角度はク
ランク角である。
【００３８】上記第１排気弁５Ａは、ＢＤＣより前に開
かれて、排気行程後半（ＡＢＤＣ９０°からＴＤＣまで
の間）に閉じられ、第２排気弁５Ｂは、排気行程前半
（ＢＤＣからＡＢＤＣ９０°までの間）に開かれてＴＤ
Ｃまたはそれより後に閉じられる。上記各排気弁５Ａ，
５Ｂは、開弁期間及びリフト量が略同一とされることに
より、開口面積比が略同一とされている。そして、第１
排気弁５Ａの開弁から第２排気弁５Ｂの閉弁までの総排
気期間に対して上記開弁オーバラップ期間が１／３以上
となり、また、第１排気弁５Ａの開弁期間が開弁オーバ
ラップ期間の２倍よりも短くなるように設定されてい
る。あるいは、第１排気弁５Ａのみが開いている期間
と、上記開弁オーバラップ期間と、第２排気弁５Ｂのみ
が開いている期間とが、いずれも、上記総排気期間の３
０％以上となるように設定されている。
かれて、排気行程後半（ＡＢＤＣ９０°からＴＤＣまで
の間）に閉じられ、第２排気弁５Ｂは、排気行程前半
（ＢＤＣからＡＢＤＣ９０°までの間）に開かれてＴＤ
Ｃまたはそれより後に閉じられる。上記各排気弁５Ａ，
５Ｂは、開弁期間及びリフト量が略同一とされることに
より、開口面積比が略同一とされている。そして、第１
排気弁５Ａの開弁から第２排気弁５Ｂの閉弁までの総排
気期間に対して上記開弁オーバラップ期間が１／３以上
となり、また、第１排気弁５Ａの開弁期間が開弁オーバ
ラップ期間の２倍よりも短くなるように設定されてい
る。あるいは、第１排気弁５Ａのみが開いている期間
と、上記開弁オーバラップ期間と、第２排気弁５Ｂのみ
が開いている期間とが、いずれも、上記総排気期間の３
０％以上となるように設定されている。
【００３９】要するに、第１排気弁５Ａのみが開いてい
る期間と、上記開弁オーバラップ期間と、第２排気弁５
Ｂのみが開いている期間とが略同等となるように、第
１，第２排気弁５Ａ，５Ｂの開閉タイミングが設定され
ている。具体的に一例を示すと、第１排気弁５Ａの開弁
時期ＶＯ１がＢＢＤＣ５０°、同閉弁時期ＶＣ１がＢＴ
ＤＣ６０°、第２排気弁５Ｂの開弁時期ＶＯ２がＡＢＤ
Ｃ３０°、同閉弁時期ＶＣ２がＡＴＤＣ１０°となって
いる。従って、第１排気弁５Ａの開弁期間は１７０°、
第２排気弁５Ｂの開弁期間は１６０°、開弁オーバラッ
プ期間は９０°である。そして、当実施形態では、上記
各排気弁５Ａ，５Ｂのバルブリフト特性が一定となって
いる。
る期間と、上記開弁オーバラップ期間と、第２排気弁５
Ｂのみが開いている期間とが略同等となるように、第
１，第２排気弁５Ａ，５Ｂの開閉タイミングが設定され
ている。具体的に一例を示すと、第１排気弁５Ａの開弁
時期ＶＯ１がＢＢＤＣ５０°、同閉弁時期ＶＣ１がＢＴ
ＤＣ６０°、第２排気弁５Ｂの開弁時期ＶＯ２がＡＢＤ
Ｃ３０°、同閉弁時期ＶＣ２がＡＴＤＣ１０°となって
いる。従って、第１排気弁５Ａの開弁期間は１７０°、
第２排気弁５Ｂの開弁期間は１６０°、開弁オーバラッ
プ期間は９０°である。そして、当実施形態では、上記
各排気弁５Ａ，５Ｂのバルブリフト特性が一定となって
いる。
【００４０】吸気弁８の開閉タイミングは一般のエンジ
ンと同程度であり、例えば開弁時期ＩＯがＴＤＣ付近、
閉弁時期ＩＣがＡＢＤＣ４０°に設定されている。
ンと同程度であり、例えば開弁時期ＩＯがＴＤＣ付近、
閉弁時期ＩＣがＡＢＤＣ４０°に設定されている。
【００４１】また、上記パワーユニットにおける無段変
速機３０の変速比制御特性は、低速高負荷側の過給域で
定常走行が行われるように設定されている。すなわち、
無段変速機３０の制御においては、出力回転数及びスロ
ットル開度等に応じた変速比制御のマップが設定され、
このマップに基づいて変速比の制御が行われ、この場合
に、無段変速機３０は変速比制御特性の設定の自由度が
比較的高い。そして、後に詳述するように、低速高負荷
側の過給領域では燃費率が低くなることから、図８に示
すように、定常走行ラインが低速低負荷側から低速高負
荷側の過給領域を通って高速高負荷側に至るように、変
速比制御特性が設定されている。
速機３０の変速比制御特性は、低速高負荷側の過給域で
定常走行が行われるように設定されている。すなわち、
無段変速機３０の制御においては、出力回転数及びスロ
ットル開度等に応じた変速比制御のマップが設定され、
このマップに基づいて変速比の制御が行われ、この場合
に、無段変速機３０は変速比制御特性の設定の自由度が
比較的高い。そして、後に詳述するように、低速高負荷
側の過給領域では燃費率が低くなることから、図８に示
すように、定常走行ラインが低速低負荷側から低速高負
荷側の過給領域を通って高速高負荷側に至るように、変
速比制御特性が設定されている。
【００４２】以上のような当実施形態による作用を、次
に説明する。
に説明する。
【００４３】排気行程では、先ずＢＤＣ以前に第１排気
弁５Ａが開弁し、総排気期間のうちの最初の１／３程度
の期間（上記具体例によるとＢＢＤＣ５０°〜ＡＢＤＣ
３０°の期間）は第１排気弁５Ａのみが開いていて、こ
の期間に燃焼室２から流出する排気ガスは全て第１排気
通路３Ａを通ってタービン１０に送られる。次いで、排
気行程前半に第２排気弁５Ｂが開弁し、さらに排気行程
後半に第２排気弁５Ａが閉弁し、その間の開弁オーバラ
ップ期間（上記具体例によるとＡＢＤＣ３０°〜ＢＴＤ
Ｃ６０°の期間）は両排気弁５Ａ，５Ｂが開いていて、
排気ガスが第１排気通路３Ａと第２排気通路３Ｂとに分
流する状態となる。ただし、開弁オーバラップ期間の途
中までは第１排気弁５Ａに比べて第２排気弁５Ｂのバル
ブリフト量が小さいために排気ガスが第１排気通路３Ａ
に多く流れる。
弁５Ａが開弁し、総排気期間のうちの最初の１／３程度
の期間（上記具体例によるとＢＢＤＣ５０°〜ＡＢＤＣ
３０°の期間）は第１排気弁５Ａのみが開いていて、こ
の期間に燃焼室２から流出する排気ガスは全て第１排気
通路３Ａを通ってタービン１０に送られる。次いで、排
気行程前半に第２排気弁５Ｂが開弁し、さらに排気行程
後半に第２排気弁５Ａが閉弁し、その間の開弁オーバラ
ップ期間（上記具体例によるとＡＢＤＣ３０°〜ＢＴＤ
Ｃ６０°の期間）は両排気弁５Ａ，５Ｂが開いていて、
排気ガスが第１排気通路３Ａと第２排気通路３Ｂとに分
流する状態となる。ただし、開弁オーバラップ期間の途
中までは第１排気弁５Ａに比べて第２排気弁５Ｂのバル
ブリフト量が小さいために排気ガスが第１排気通路３Ａ
に多く流れる。
【００４４】こうして、排気行程初期から上記開弁オー
バラップ期間の途中までの期間に燃焼室２から流出する
排気ガスは主にタービン１１に導かれ、排気ガスのブロ
ーダウンエネルギーが有効にタービン１１に与えられ
る。
バラップ期間の途中までの期間に燃焼室２から流出する
排気ガスは主にタービン１１に導かれ、排気ガスのブロ
ーダウンエネルギーが有効にタービン１１に与えられ
る。
【００４５】上記開弁オーバラップ期間の途中からは第
２排気弁５Ｂのバルブリフト量が大きくなることにより
排気ガスが第２排気通路３Ｂに多く流れ、また、第１排
気弁５Ａが閉弁してからＴＤＣもしくはそれより後の時
期までの期間（上記具体例によるとＢＴＤＣ６０°〜Ａ
ＴＤＣ１０°の期間）は、第２排気弁５Ｂのみが開いて
いて、この期間に燃焼室２から流出する排気ガスは全て
第２排気通路３Ｂに流れる。こうして、開弁オーバラッ
プ期間の途中から排気行程終期までの期間には、排気ガ
スが主に第２排気通路３Ｂから第２集合排気通路１５Ｂ
を経て、タービン１１を通らずにその下流の排気通路１
６へ流れる。
２排気弁５Ｂのバルブリフト量が大きくなることにより
排気ガスが第２排気通路３Ｂに多く流れ、また、第１排
気弁５Ａが閉弁してからＴＤＣもしくはそれより後の時
期までの期間（上記具体例によるとＢＴＤＣ６０°〜Ａ
ＴＤＣ１０°の期間）は、第２排気弁５Ｂのみが開いて
いて、この期間に燃焼室２から流出する排気ガスは全て
第２排気通路３Ｂに流れる。こうして、開弁オーバラッ
プ期間の途中から排気行程終期までの期間には、排気ガ
スが主に第２排気通路３Ｂから第２集合排気通路１５Ｂ
を経て、タービン１１を通らずにその下流の排気通路１
６へ流れる。
【００４６】このようにして、ターボ過給機１０に排気
エネルギーが与えられつつ、排圧上昇が抑制され、とく
に、上記ターボ過給機１０として、ウエストゲートバル
ブがエンジンの最高出力回転数の１／２以下の低速側で
開弁するような低速過給性能の高い小型過給機が用いら
れるとともに、各排気弁５Ａ，５Ｂの開閉タイミングが
上記のように設定されていることにより、低速出力が向
上されるとともに、高速域でも排気ポンピングロスが充
分に抑制されて高速出力が確保される。
エネルギーが与えられつつ、排圧上昇が抑制され、とく
に、上記ターボ過給機１０として、ウエストゲートバル
ブがエンジンの最高出力回転数の１／２以下の低速側で
開弁するような低速過給性能の高い小型過給機が用いら
れるとともに、各排気弁５Ａ，５Ｂの開閉タイミングが
上記のように設定されていることにより、低速出力が向
上されるとともに、高速域でも排気ポンピングロスが充
分に抑制されて高速出力が確保される。
【００４７】このような作用を、図４〜図８を参照しつ
つ、より詳しく説明する。
つ、より詳しく説明する。
【００４８】図４は排気行程中の筒内圧力の変化を示し
ている。この図において、θ１は排気弁開時期であり、
この時期から排気流出に伴って筒内圧力が低下し、排気
行程終期に排気通路内の排気圧力Ｐ２（約２Kgf/cm2）
と同程度にまで下がる。この筒内圧力変化の過程におい
て、筒内圧力が上記排気圧力Ｐ２の２倍程度の臨界圧Ｐ
１（約４Kgf/cm2）以上である間は、排気通路側の圧力
変動がピストンに与える排気抵抗に殆ど影響を及ぼさ
ず、つまりこの期間に排気通路側の圧力が上昇しても排
気ポンピングロスは殆ど増加しない。そして、当実施形
態のようなターボ過給機付エンジンにおいて、最高出力
回転数域（４０００ｒｐｍ程度）では、排気弁開時期か
ら約１２０°で上記臨界圧Ｐ１となる。
ている。この図において、θ１は排気弁開時期であり、
この時期から排気流出に伴って筒内圧力が低下し、排気
行程終期に排気通路内の排気圧力Ｐ２（約２Kgf/cm2）
と同程度にまで下がる。この筒内圧力変化の過程におい
て、筒内圧力が上記排気圧力Ｐ２の２倍程度の臨界圧Ｐ
１（約４Kgf/cm2）以上である間は、排気通路側の圧力
変動がピストンに与える排気抵抗に殆ど影響を及ぼさ
ず、つまりこの期間に排気通路側の圧力が上昇しても排
気ポンピングロスは殆ど増加しない。そして、当実施形
態のようなターボ過給機付エンジンにおいて、最高出力
回転数域（４０００ｒｐｍ程度）では、排気弁開時期か
ら約１２０°で上記臨界圧Ｐ１となる。
【００４９】従って、図３に示すように各排気弁５Ａ，
５Ｂの開閉タイミングが設定されていると、最高出力回
転数域では、筒内圧力が上記臨界圧Ｐ１となる時期θ２
が開弁オーバラップ期間の途中となり、この時期θ２ま
での期間は排気ガスが主にタービン１１に送られて、タ
ービン１１の抵抗により排気通路の圧力が上昇するもの
の筒内圧力が上記臨界圧よりも高いためピストンに与え
る排気抵抗の増加を招かず、またこの時期θ２以後の、
筒内圧力が臨界圧よりも低くなる期間は排気ガスが主に
第２排気通路３Ｂに流れてタービン１１を通らないため
排気通路の圧力が低くなり、排気ポンピングロスが低減
される。なお、前記の特公昭６３−４４９３６号公報に
示されている排気弁開閉タイミングによると、第２排気
通路を開閉する弁の開時期が、最高出力回転数域で筒内
圧力が上記臨界圧Ｐ１となる時期θ２よりもかなり遅い
ため、高速域で排気ポンピングロスの増大を招くことと
なる。
５Ｂの開閉タイミングが設定されていると、最高出力回
転数域では、筒内圧力が上記臨界圧Ｐ１となる時期θ２
が開弁オーバラップ期間の途中となり、この時期θ２ま
での期間は排気ガスが主にタービン１１に送られて、タ
ービン１１の抵抗により排気通路の圧力が上昇するもの
の筒内圧力が上記臨界圧よりも高いためピストンに与え
る排気抵抗の増加を招かず、またこの時期θ２以後の、
筒内圧力が臨界圧よりも低くなる期間は排気ガスが主に
第２排気通路３Ｂに流れてタービン１１を通らないため
排気通路の圧力が低くなり、排気ポンピングロスが低減
される。なお、前記の特公昭６３−４４９３６号公報に
示されている排気弁開閉タイミングによると、第２排気
通路を開閉する弁の開時期が、最高出力回転数域で筒内
圧力が上記臨界圧Ｐ１となる時期θ２よりもかなり遅い
ため、高速域で排気ポンピングロスの増大を招くことと
なる。
【００５０】また、図５は上記第１排気弁５Ａの開弁期
間Ａと第２排気弁５Ｂの開弁期間Ｂとの比（Ａ／Ｂ）
と、ポンピングロス（Ｐfp）、過給圧（Ｐin）及び平均
有効圧（Ｐｅ）との関係を示している。このデータは、
開弁オーバラップ期間は９０°とし、最高出力回転数域
（４０００ｒｐｍ程度）での全負荷の場合について、シ
ミュレーションで求めたものである。
間Ａと第２排気弁５Ｂの開弁期間Ｂとの比（Ａ／Ｂ）
と、ポンピングロス（Ｐfp）、過給圧（Ｐin）及び平均
有効圧（Ｐｅ）との関係を示している。このデータは、
開弁オーバラップ期間は９０°とし、最高出力回転数域
（４０００ｒｐｍ程度）での全負荷の場合について、シ
ミュレーションで求めたものである。
【００５１】この図のように、上記比（Ａ／Ｂ）が大き
くなる（第１排気弁５Ａの開弁期間の割合が大きくな
る）につれ、過給圧（Ｐin）及びポンピングロス（Ｐf
p）が大きくなるが、Ａ／Ｂ＝１を越えるあたりから、
ウエストゲートバルブ１８の開度が大きくなって過給圧
（Ｐin）は横ばいとなり、平均有効圧（Ｐｅ）は緩やか
に低下する。従って、上記比（Ａ／Ｂ）を１付近とし、
つまり第１排気弁５Ａの開弁期間と第１排気弁５Ｂの開
弁期間とを同程度とすることが、高速出力向上に有利と
なる。
くなる（第１排気弁５Ａの開弁期間の割合が大きくな
る）につれ、過給圧（Ｐin）及びポンピングロス（Ｐf
p）が大きくなるが、Ａ／Ｂ＝１を越えるあたりから、
ウエストゲートバルブ１８の開度が大きくなって過給圧
（Ｐin）は横ばいとなり、平均有効圧（Ｐｅ）は緩やか
に低下する。従って、上記比（Ａ／Ｂ）を１付近とし、
つまり第１排気弁５Ａの開弁期間と第１排気弁５Ｂの開
弁期間とを同程度とすることが、高速出力向上に有利と
なる。
【００５２】図６は、両排気弁５Ａ，５Ｂの開弁オーバ
ラップ期間の大きさと、ポンピングロス（Ｐfp）、過給
圧（Ｐin）及び平均有効圧（Ｐｅ）との関係を、最高出
力回転数域（４０００ｒｐｍ程度）での全負荷の場合に
ついて示している。
ラップ期間の大きさと、ポンピングロス（Ｐfp）、過給
圧（Ｐin）及び平均有効圧（Ｐｅ）との関係を、最高出
力回転数域（４０００ｒｐｍ程度）での全負荷の場合に
ついて示している。
【００５３】この図のように、開弁オーバラップ期間が
小さくなると、燃焼室２内の排気ガスが第１排気通路３
Ａに流出する状態から第２排気通路３Ｂに流出する状態
への移行がスムーズに行われないため筒内圧力が上昇し
てポンピングロス（Ｐfp）が増加するとともに、第１排
気弁５Ａの開弁期間が相対的に小さくなるため過給圧
（Ｐin）も上昇しない。そして、開弁オーバラップ期間
を大きくしていくと、９０°程度で過給圧（Ｐin）が最
も高くなる。開弁オーバラップ期間が９０°よりもさら
に大きくなれば、第２排気通路３Ｂへ排気ガスが流出し
易くなるので過給圧（Ｐin）が次第に低下するが、ポン
ピングロス（Ｐfp）も低下するので、平均有効圧（Ｐ
ｅ）の急激な落ち込みはない。
小さくなると、燃焼室２内の排気ガスが第１排気通路３
Ａに流出する状態から第２排気通路３Ｂに流出する状態
への移行がスムーズに行われないため筒内圧力が上昇し
てポンピングロス（Ｐfp）が増加するとともに、第１排
気弁５Ａの開弁期間が相対的に小さくなるため過給圧
（Ｐin）も上昇しない。そして、開弁オーバラップ期間
を大きくしていくと、９０°程度で過給圧（Ｐin）が最
も高くなる。開弁オーバラップ期間が９０°よりもさら
に大きくなれば、第２排気通路３Ｂへ排気ガスが流出し
易くなるので過給圧（Ｐin）が次第に低下するが、ポン
ピングロス（Ｐfp）も低下するので、平均有効圧（Ｐ
ｅ）の急激な落ち込みはない。
【００５４】図７はエンジン回転数に応じた全負荷時の
平均有効圧の変化の特性を、上記第１排気弁５Ａの開弁
期間割合（総排気期間に対する第１排気弁５Ａの開弁期
間の割合）を種々変えた場合について示している。この
図において、Ｐe1は上記開弁期間割合が６０％の場合の
特性、Ｐe2は上記開弁期間割合が７０％の場合の特性、
Ｐe3は上記開弁期間割合が８０％の場合の特性であり、
これらの場合のいずれにおいても開弁オーバラップ期間
は９０°としている。また、Ｐe0は高速側で過給性能が
高くなる通常のターボ過給機を用いた一般的なターボ過
給機付エンジンによる特性である。
平均有効圧の変化の特性を、上記第１排気弁５Ａの開弁
期間割合（総排気期間に対する第１排気弁５Ａの開弁期
間の割合）を種々変えた場合について示している。この
図において、Ｐe1は上記開弁期間割合が６０％の場合の
特性、Ｐe2は上記開弁期間割合が７０％の場合の特性、
Ｐe3は上記開弁期間割合が８０％の場合の特性であり、
これらの場合のいずれにおいても開弁オーバラップ期間
は９０°としている。また、Ｐe0は高速側で過給性能が
高くなる通常のターボ過給機を用いた一般的なターボ過
給機付エンジンによる特性である。
【００５５】この図のように、通常のターボ過給機を用
いた一般的なターボ過給機付エンジンによると、低速域
での出力が低い（Ｐe0）。また、小型ターボ過給機を用
いて図１のように排気系を構成したエンジンにおいて
は、上記開弁期間割合を小さくするとタービン１１への
排気エネルギーの供給が少なくなるため過給性能が充分
に高められず（Ｐe1）、一方、上記開弁期間割合を大き
くし過ぎると低速出力は高められるが高速域では排気ポ
ンピングロスが増大するために出力が低下する（Ｐe
3）。そして、この図によると上記開弁期間割合を７０
％程度とすることにより、低速から高速までにわたって
出力を高めることができるような最適な特性が得られる
（Ｐe2）。
いた一般的なターボ過給機付エンジンによると、低速域
での出力が低い（Ｐe0）。また、小型ターボ過給機を用
いて図１のように排気系を構成したエンジンにおいて
は、上記開弁期間割合を小さくするとタービン１１への
排気エネルギーの供給が少なくなるため過給性能が充分
に高められず（Ｐe1）、一方、上記開弁期間割合を大き
くし過ぎると低速出力は高められるが高速域では排気ポ
ンピングロスが増大するために出力が低下する（Ｐe
3）。そして、この図によると上記開弁期間割合を７０
％程度とすることにより、低速から高速までにわたって
出力を高めることができるような最適な特性が得られる
（Ｐe2）。
【００５６】これら図４〜図７に示すデータから理解さ
れるように、両排気弁５Ａ，５Ｂの開閉タイミングを図
３のように設定し、つまり両排気弁５Ａ，５Ｂの開弁期
間を同程度とするとともに、第１排気弁５ＡがＢＤＣ前
に開いて排気行程後半に閉じ、第２排気弁５Ｂが排気行
程前半に開いてＴＤＣ以後に閉じるようにして、開弁オ
ーバラップ期間の中心が排気行程の中期となり、かつ、
開弁オーバラップが総排気期間の３０％以上（好ましく
は９０°程度）となるように設定すれば、小型ターボ過
給機の特質を生かして低速出力を高めつつ、高速域でも
充分に出力を高めることができる。
れるように、両排気弁５Ａ，５Ｂの開閉タイミングを図
３のように設定し、つまり両排気弁５Ａ，５Ｂの開弁期
間を同程度とするとともに、第１排気弁５ＡがＢＤＣ前
に開いて排気行程後半に閉じ、第２排気弁５Ｂが排気行
程前半に開いてＴＤＣ以後に閉じるようにして、開弁オ
ーバラップ期間の中心が排気行程の中期となり、かつ、
開弁オーバラップが総排気期間の３０％以上（好ましく
は９０°程度）となるように設定すれば、小型ターボ過
給機の特質を生かして低速出力を高めつつ、高速域でも
充分に出力を高めることができる。
【００５７】この場合、上記のようなバルブ開閉タイミ
ングの設定とともに、上記両排気弁５Ａ，５Ｂの弁径が
同程度とされ、かつ、各排気弁５Ａ，５Ｂの弁径が吸気
弁８の弁径よりも大きくされることにより、第１排気弁
５Ａのみが開いている期間や第２排気弁５Ｂのみが開い
ている期間にも燃焼室２からの排気の流出が良好に行わ
れ、過給性能の向上及び排気ポンピングロス低減等の作
用が有効に発揮される。
ングの設定とともに、上記両排気弁５Ａ，５Ｂの弁径が
同程度とされ、かつ、各排気弁５Ａ，５Ｂの弁径が吸気
弁８の弁径よりも大きくされることにより、第１排気弁
５Ａのみが開いている期間や第２排気弁５Ｂのみが開い
ている期間にも燃焼室２からの排気の流出が良好に行わ
れ、過給性能の向上及び排気ポンピングロス低減等の作
用が有効に発揮される。
【００５８】また、ディーゼルエンジンに適用した当実
施形態によると、ディーゼルエンジンは拡散燃焼が行わ
れることによりガソリンエンジンと比べて低速高負荷域
でノッキングが生じにくいことから、低速高負荷域での
高過給化に有利であり、このような低速高負荷域での高
過給化により、スモークが低減され、燃費及びエミッシ
ョンも改善される。しかも、ディーゼルエンジンは最高
出力回転数が４０００ｒｐｍ程度とガソリンエンジンと
比べて低いので、小型ターボ過給機を用いた場合の最高
出力回転域での排気ポンピングロス抑制にも有利であ
る。
施形態によると、ディーゼルエンジンは拡散燃焼が行わ
れることによりガソリンエンジンと比べて低速高負荷域
でノッキングが生じにくいことから、低速高負荷域での
高過給化に有利であり、このような低速高負荷域での高
過給化により、スモークが低減され、燃費及びエミッシ
ョンも改善される。しかも、ディーゼルエンジンは最高
出力回転数が４０００ｒｐｍ程度とガソリンエンジンと
比べて低いので、小型ターボ過給機を用いた場合の最高
出力回転域での排気ポンピングロス抑制にも有利であ
る。
【００５９】さらに、このエンジンと無段変速機とが組
み合わされて、無段変速機の変速比制御特性が図８のよ
うに設定されることにより、燃費性能がより一層向上さ
れる。具体的に説明すると、同図中に細い実線で示した
曲線は等燃費率ラインであって、この図のように燃費率
の低い領域（ｂmin ）は低速高負荷域にあり、とくに、
等実施形態のエンジンでは上記のように低速高負荷域で
の高過給化によりこの領域でのより一層の低燃費化が図
られる。そして、このように低速高負荷域での低燃費化
が図られつつ、定常走行ラインがこの領域を通るように
無段変速機の変速比制御特性が設定されていることによ
り、低燃費領域での運転の頻度が高められる。
み合わされて、無段変速機の変速比制御特性が図８のよ
うに設定されることにより、燃費性能がより一層向上さ
れる。具体的に説明すると、同図中に細い実線で示した
曲線は等燃費率ラインであって、この図のように燃費率
の低い領域（ｂmin ）は低速高負荷域にあり、とくに、
等実施形態のエンジンでは上記のように低速高負荷域で
の高過給化によりこの領域でのより一層の低燃費化が図
られる。そして、このように低速高負荷域での低燃費化
が図られつつ、定常走行ラインがこの領域を通るように
無段変速機の変速比制御特性が設定されていることによ
り、低燃費領域での運転の頻度が高められる。
【００６０】なお、上記実施形態では、第１排気弁５Ａ
及び第２排気弁５Ｂのバルブリフト特性を全運転域で固
定としているが、図９に示すように、バルブリフト特性
可変手段４０を設け、運転状態に応じて第１排気弁５Ａ
及び第２排気弁５Ｂのバルブリフト特性を変更するよう
にしてもよい。
及び第２排気弁５Ｂのバルブリフト特性を全運転域で固
定としているが、図９に示すように、バルブリフト特性
可変手段４０を設け、運転状態に応じて第１排気弁５Ａ
及び第２排気弁５Ｂのバルブリフト特性を変更するよう
にしてもよい。
【００６１】すなわち、上記バルブリフト特性可変手段
４０は、例えば第１排気弁５Ａに対して高速用及び低速
用の２種のカム４１，４２をカムシャフトに配設し、カ
ム４１，４２と排気弁５Ａとの間のロッカーアーム等
に、一方のカム４１で排気弁５Ａを駆動する状態と他方
のカム４２で排気弁５Ａを駆動する状態とに切換える連
係切換機構を設け、また、同様に第２排気弁５Ｂに対し
て高速用及び低速用の２種のカム４３，４４をカムシャ
フトに配設し、カム４３，４４と排気弁５Ｂとの間のロ
ッカーアーム等に、連係切換機構を設けている。
４０は、例えば第１排気弁５Ａに対して高速用及び低速
用の２種のカム４１，４２をカムシャフトに配設し、カ
ム４１，４２と排気弁５Ａとの間のロッカーアーム等
に、一方のカム４１で排気弁５Ａを駆動する状態と他方
のカム４２で排気弁５Ａを駆動する状態とに切換える連
係切換機構を設け、また、同様に第２排気弁５Ｂに対し
て高速用及び低速用の２種のカム４３，４４をカムシャ
フトに配設し、カム４３，４４と排気弁５Ｂとの間のロ
ッカーアーム等に、連係切換機構を設けている。
【００６２】そして、図１１に示すように、所定境界ラ
インより高速側の領域では高速用のカム４１，４３によ
り高速用バルブリフト特性で排気弁５Ａ，５Ｂが駆動さ
れ、所定境界ラインより低速側の領域では低速用のカム
４２，４４により低速用バルブリフト特性で排気弁５
Ａ，５Ｂが駆動される。
インより高速側の領域では高速用のカム４１，４３によ
り高速用バルブリフト特性で排気弁５Ａ，５Ｂが駆動さ
れ、所定境界ラインより低速側の領域では低速用のカム
４２，４４により低速用バルブリフト特性で排気弁５
Ａ，５Ｂが駆動される。
【００６３】上記高速用バルブリフト特性は図１０中に
実線（Ｖ１H，Ｖ２H）で示すように設定され、つまり、
前記の実施形態のバルブリフト特性（図３）と同様に、
第１排気弁５ＡがＢＤＣ前に開いて排気行程後半に閉
じ、第２排気弁５Ｂが排気行程前半に開いてＴＤＣ以後
に閉じ、かつ、開弁オーバラップ期間の中心が排気行程
の中期となるように設定されている。一方、上記低速用
バルブリフト特性は図１０中に破線（Ｖ１L，Ｖ２L）で
示すように設定され、つまり、第１排気弁５ＡがＢＤＣ
前からＴＤＣ以後までにわたる総排気期間だけ開かれる
一方、第２排気弁５Ｂは実質的に開かず、バルブの閉固
着を避けるための作動だけを行うようになっている。
実線（Ｖ１H，Ｖ２H）で示すように設定され、つまり、
前記の実施形態のバルブリフト特性（図３）と同様に、
第１排気弁５ＡがＢＤＣ前に開いて排気行程後半に閉
じ、第２排気弁５Ｂが排気行程前半に開いてＴＤＣ以後
に閉じ、かつ、開弁オーバラップ期間の中心が排気行程
の中期となるように設定されている。一方、上記低速用
バルブリフト特性は図１０中に破線（Ｖ１L，Ｖ２L）で
示すように設定され、つまり、第１排気弁５ＡがＢＤＣ
前からＴＤＣ以後までにわたる総排気期間だけ開かれる
一方、第２排気弁５Ｂは実質的に開かず、バルブの閉固
着を避けるための作動だけを行うようになっている。
【００６４】なお、ターボ過給機、排気通路及び吸気通
路等の構成は図１に示す実施形態と同様であるため、図
９ではこれらの図示を省略する。
路等の構成は図１に示す実施形態と同様であるため、図
９ではこれらの図示を省略する。
【００６５】当実施形態によると、高速域では第１排気
弁５Ａ及び第２排気弁５Ｂが上記高速用バルブリフト特
性で作動され、前記実施形態と同様の作用で過給が行わ
れつつ排気ポンピングロスが低減される。また、低速域
では、第１排気弁５Ａが総排気期間だけ開かれる一方、
第２排気弁５Ｂが実質的に開かれないため、総排気期間
中に燃焼室２から流出する排気ガスはタービンに導か
れ、低速域での過給作用が高められる。
弁５Ａ及び第２排気弁５Ｂが上記高速用バルブリフト特
性で作動され、前記実施形態と同様の作用で過給が行わ
れつつ排気ポンピングロスが低減される。また、低速域
では、第１排気弁５Ａが総排気期間だけ開かれる一方、
第２排気弁５Ｂが実質的に開かれないため、総排気期間
中に燃焼室２から流出する排気ガスはタービンに導か
れ、低速域での過給作用が高められる。
【００６６】図１２は本発明のさらに別の実施形態を示
し、この実施形態では本発明を直噴式のガソリンエンジ
ンに適用している。すなわち、エンジンの各気筒の燃焼
室には、点火プラグ５１が設けられるとともに、燃焼室
内に直接燃料を噴射供給するインジェクタ５２が設けら
れている。上記インジェクタ５２からの燃料噴射量はコ
ントロール（ＥＣＵ）５３により制御される。このＥＣ
Ｕ５３は、吸入空気量を検出するエアフローメータ５
４、エンジン回転数を検出する回転数センサ５５、空燃
比を検出するリニアＯ2 センサ５６等からの信号を受
け、運転状態に応じた目標空燃比となるようにインジェ
クタ５２からの燃料噴射量を制御する。
し、この実施形態では本発明を直噴式のガソリンエンジ
ンに適用している。すなわち、エンジンの各気筒の燃焼
室には、点火プラグ５１が設けられるとともに、燃焼室
内に直接燃料を噴射供給するインジェクタ５２が設けら
れている。上記インジェクタ５２からの燃料噴射量はコ
ントロール（ＥＣＵ）５３により制御される。このＥＣ
Ｕ５３は、吸入空気量を検出するエアフローメータ５
４、エンジン回転数を検出する回転数センサ５５、空燃
比を検出するリニアＯ2 センサ５６等からの信号を受
け、運転状態に応じた目標空燃比となるようにインジェ
クタ５２からの燃料噴射量を制御する。
【００６７】上記ＥＣＵ５３による空燃比制御は、少な
くとも低速高負荷時にリーンバーン運転を行うように
し、具体的には、低回転低負荷側の領域で成層燃焼を行
わせることにより空燃比を大幅にリーンとする一方、低
回転高負荷域でも過給により出力性能を満足し得るよう
にしながら空燃比を理論空燃比よりリーンに設定してい
る。
くとも低速高負荷時にリーンバーン運転を行うように
し、具体的には、低回転低負荷側の領域で成層燃焼を行
わせることにより空燃比を大幅にリーンとする一方、低
回転高負荷域でも過給により出力性能を満足し得るよう
にしながら空燃比を理論空燃比よりリーンに設定してい
る。
【００６８】ターボ過給機１０、排気通路及び吸気通路
等の構成は図１に示した実施形態とほぼ同様であって、
気筒別に第１，第２排気通路３Ａ，３Ｂが形成されてそ
の上流側の第１，第２排気ポート４Ａ，４Ｂに第１，第
２排気弁５Ａ，５Ｂが設けられるとともに、各第１排気
通路３Ａが集合した第１集合排気通路１５Ａがタービン
１１に接続され、各第２排気通路３Ｂが集合した第２集
合排気通路１５Ｂはタービン１１を通らずに下流端がタ
ービン下流側排気通路１６に接続されており、また、最
高過給圧規制のため、タービン１１をバイパスするウエ
ストゲート通路１７及びウエストゲートバルブ１８が設
けられている。
等の構成は図１に示した実施形態とほぼ同様であって、
気筒別に第１，第２排気通路３Ａ，３Ｂが形成されてそ
の上流側の第１，第２排気ポート４Ａ，４Ｂに第１，第
２排気弁５Ａ，５Ｂが設けられるとともに、各第１排気
通路３Ａが集合した第１集合排気通路１５Ａがタービン
１１に接続され、各第２排気通路３Ｂが集合した第２集
合排気通路１５Ｂはタービン１１を通らずに下流端がタ
ービン下流側排気通路１６に接続されており、また、最
高過給圧規制のため、タービン１１をバイパスするウエ
ストゲート通路１７及びウエストゲートバルブ１８が設
けられている。
【００６９】さらに、上記タービン下流側排気通路１６
には、ウエストゲート通路１７及び第２集合排気通路１
５Ｂが合流する部分より下流側に、排気浄化用の触媒装
置５７が設けられている。
には、ウエストゲート通路１７及び第２集合排気通路１
５Ｂが合流する部分より下流側に、排気浄化用の触媒装
置５７が設けられている。
【００７０】上記各排気弁５Ａ，５Ｂは前記の実施形態
と同様に図３に示すようなバルブリフト特性で作動さ
れ、あるいは、図９〜図１１に示すように運転状態に応
じて高速用と低速用のバルブリフト特性に変更される。
と同様に図３に示すようなバルブリフト特性で作動さ
れ、あるいは、図９〜図１１に示すように運転状態に応
じて高速用と低速用のバルブリフト特性に変更される。
【００７１】また、当実施形態でもエンジンに接続され
る変速機は無段変速機３０からなり、かつ、図８のよう
に定常走行ラインが低速高負荷域を通るように変速比制
御特性が設定されている。
る変速機は無段変速機３０からなり、かつ、図８のよう
に定常走行ラインが低速高負荷域を通るように変速比制
御特性が設定されている。
【００７２】この実施形態によっても、小型ターボ過給
機１０が用いられることによって低速出力が高められる
とともに、上記のように各排気弁５Ａ，５Ｂのバルブリ
フト特性等が設定されることにより高速域での出力も充
分に確保される等の作用は、前記の実施形態と同様であ
る。
機１０が用いられることによって低速出力が高められる
とともに、上記のように各排気弁５Ａ，５Ｂのバルブリ
フト特性等が設定されることにより高速域での出力も充
分に確保される等の作用は、前記の実施形態と同様であ
る。
【００７３】さらに当実施形態では、低速高負荷域で、
高過給化が図られつつリーバーンが行われることによ
り、燃費性能が大幅に向上される。その上、この低速高
負荷の低燃費領域で定常運転が行われるように無段変速
機３０の変速比制御特性が設定されていることにより、
低燃費領域の使用頻度が高められる。
高過給化が図られつつリーバーンが行われることによ
り、燃費性能が大幅に向上される。その上、この低速高
負荷の低燃費領域で定常運転が行われるように無段変速
機３０の変速比制御特性が設定されていることにより、
低燃費領域の使用頻度が高められる。
【００７４】また、このように過給が行われるとともに
低速の高過給域までリーンバーンが行われるエンジンで
は、リーンバーンによって排気温度上昇が妨げられると
ともに、タービン通過時に排気ガス温度が低下するた
め、排気通路中に設けられる触媒装置５７の暖機性が阻
害され易いという傾向がある。これに対し、当実施形態
のように、小型ターボ過給機１０を用いることでウエス
トゲートバルブ１８が低速域から開かれるようにすると
ともに、タービン１１を通らないウエストゲート通路１
７及び第２集合排気通路１５Ｂの合流部分の下流に触媒
装置５７を設けておけば、低速域でも上記ウエストゲー
ト通路１７及び第２集合排気通路１５Ｂから比較的高温
の排気ガスが触媒装置５７に導かれ、触媒装置５７の暖
機が促進される。
低速の高過給域までリーンバーンが行われるエンジンで
は、リーンバーンによって排気温度上昇が妨げられると
ともに、タービン通過時に排気ガス温度が低下するた
め、排気通路中に設けられる触媒装置５７の暖機性が阻
害され易いという傾向がある。これに対し、当実施形態
のように、小型ターボ過給機１０を用いることでウエス
トゲートバルブ１８が低速域から開かれるようにすると
ともに、タービン１１を通らないウエストゲート通路１
７及び第２集合排気通路１５Ｂの合流部分の下流に触媒
装置５７を設けておけば、低速域でも上記ウエストゲー
ト通路１７及び第２集合排気通路１５Ｂから比較的高温
の排気ガスが触媒装置５７に導かれ、触媒装置５７の暖
機が促進される。
【００７５】
【発明の効果】以上のように本発明は、ターボ過給機の
タービンに通じる第１排気通路と、上記タービンを通ら
ない下流側排気通路に通じる第２排気通路と、各排気通
路を開閉する第１排気弁及び第２排気弁を備えるととも
に、少なくとも最高出力回転数域において第１排気弁が
ピストン下死点前に開いて排気行程後半に閉じ、第２排
気弁が排気行程前半に開いてピストン上死点以後に閉
じ、かつ、両排気弁の開弁期間がオーバラップする開弁
オーバラップ期間の中心が排気行程の中期となるように
設定しているため、ブローダウンエネルギーを上記ター
ビンに有効に与えるようにしつつ、最高出力回転数域で
も排気ポンピングロスを充分に低減し、有効に出力を向
上することができる。
タービンに通じる第１排気通路と、上記タービンを通ら
ない下流側排気通路に通じる第２排気通路と、各排気通
路を開閉する第１排気弁及び第２排気弁を備えるととも
に、少なくとも最高出力回転数域において第１排気弁が
ピストン下死点前に開いて排気行程後半に閉じ、第２排
気弁が排気行程前半に開いてピストン上死点以後に閉
じ、かつ、両排気弁の開弁期間がオーバラップする開弁
オーバラップ期間の中心が排気行程の中期となるように
設定しているため、ブローダウンエネルギーを上記ター
ビンに有効に与えるようにしつつ、最高出力回転数域で
も排気ポンピングロスを充分に低減し、有効に出力を向
上することができる。
【００７６】とくに、低速過給性能の高い小型ターボ過
給機を用いつつ、排気通路の構成及び第１，第２排気弁
の開閉タイミングの設定を上記のようにすれば、上記小
型ターボ過給機によって低速域での過給作用が高められ
るとともに、この小型ターボ過給機を用いる場合に生じ
易い高速域での排気ポンピングロス増大による出力低下
を有効に防止することができ、高速出力も充分に高める
ことができる。
給機を用いつつ、排気通路の構成及び第１，第２排気弁
の開閉タイミングの設定を上記のようにすれば、上記小
型ターボ過給機によって低速域での過給作用が高められ
るとともに、この小型ターボ過給機を用いる場合に生じ
易い高速域での排気ポンピングロス増大による出力低下
を有効に防止することができ、高速出力も充分に高める
ことができる。
【００７７】より具体的には、少なくとも最高出力回転
数域において上記開弁オーバラップ期間が総排気期間の
１／３以上となるように設定し、あるいは、少なくとも
最高出力回転数域において上記第１排気弁のみが開いて
いる期間と上記開弁オーバラップ期間と上記第２排気弁
のみが開いている期間とが、いずれも、上記第１排気弁
の開弁から上記第２排気弁の閉弁までの総排気期間に対
して３０％以上となるように設定することにより、上記
効果が充分に発揮される。
数域において上記開弁オーバラップ期間が総排気期間の
１／３以上となるように設定し、あるいは、少なくとも
最高出力回転数域において上記第１排気弁のみが開いて
いる期間と上記開弁オーバラップ期間と上記第２排気弁
のみが開いている期間とが、いずれも、上記第１排気弁
の開弁から上記第２排気弁の閉弁までの総排気期間に対
して３０％以上となるように設定することにより、上記
効果が充分に発揮される。
【図１】本発明の一実施形態によるターボ過給機付エン
ジンの全体概略図である。
ジンの全体概略図である。
【図２】第１，第２排気弁と吸気弁の配置及び大きさの
関係を示す要部概略平面図である。
関係を示す要部概略平面図である。
【図３】第１排気弁、第２排気弁及び吸気弁のバルブリ
フト特性を示す図である。
フト特性を示す図である。
【図４】排気弁開弁後の筒内圧力の変化を示す図であ
る。
る。
【図５】両排気弁の開弁期間の比と過給圧、ポンピング
ロス及び平均有効圧との関係を示す図である。
ロス及び平均有効圧との関係を示す図である。
【図６】開弁オーバラップ期間と過給圧、ポンピングロ
ス及び平均有効圧との関係を示す図である。
ス及び平均有効圧との関係を示す図である。
【図７】エンジン回転数と平均有効圧との関係を、第１
排気弁の開弁期間割合等を種々変えた場合について示す
図である。
排気弁の開弁期間割合等を種々変えた場合について示す
図である。
【図８】無段変速機の変速比制御による定常走行ライン
と等燃費率ラインを示す図である。
と等燃費率ラインを示す図である。
【図９】各排気弁のバルブリフト特性を可変とした実施
形態を示す要部の概略図である。
形態を示す要部の概略図である。
【図１０】バルブリフト特性可変とする場合の各排気弁
の高速用と低速用のバルブリフト特性を示す図である。
の高速用と低速用のバルブリフト特性を示す図である。
【図１１】バルブリフト特性を運転状態に応じて変更す
る場合の領域設定を示す図である。
る場合の領域設定を示す図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施形態を示すターボ過
給機付エンジンの全体概略図である。
給機付エンジンの全体概略図である。
１ エンジン本体 ２ 燃焼室 ３Ａ 第１排気通路 ３Ｂ 第２排気通路 ５Ａ 第１排気弁 ５Ｂ 第２排気弁 １０ ターボ過給機 １１ タービン １２ コンプレッサ １７ ウエストゲート通路 １８ ウエストゲートバルブ ３０ 無段変速機 ４０ バルブリフト特性可変手段 ５７ 触媒装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｂ 37/18 Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０２Ｇ 37/12 ３０２Ｆ ３０２ Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｋ 23/02 Ｚ Ｆ０２Ｄ 23/00 29/00 Ｈ 23/02 41/04 ３０５Ｃ 29/00 45/00 ３０１Ｅ 41/04 ３０５ Ｆ１６Ｈ 61/10 45/00 ３０１ Ｆ１６Ｈ 9/00 Ｅ Ｆ１６Ｈ 61/10 Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ａ // Ｆ１６Ｈ 9/00 ３０１Ｚ Ｆ１６Ｈ 59:24 59:40
Claims (16)
- 【請求項１】 気筒毎の排気通路が、ターボ過給機のタ
ービンに通じる第１排気通路と上記タービンを通らない
下流側排気通路に通じる第２排気通路とに分けられ、第
１排気通路を開閉する第１排気弁の開弁時期が第２排気
通路を開閉する第２排気弁の開弁時期よりも早くなるよ
うに設定されているターボ過給機付エンジンであって、
少なくとも最高出力回転数域における上記各排気弁の開
閉タイミングを、第１排気弁がピストン下死点前に開い
て排気行程後半に閉じ、第２排気弁が排気行程前半に開
いてピストン上死点以後に閉じ、かつ、両排気弁の開弁
期間がオーバラップする開弁オーバラップ期間の中心が
排気行程の中期となるように設定したことを特徴とする
ターボ過給機付エンジン。 - 【請求項２】 上記ターボ過給機は、最高過給圧規制用
のウエストゲートバルブがエンジンの最高出力回転数の
１／２以下の低速側で開弁する低速過給性能の高い小型
過給機であることを特徴とする請求項１記載のターボ過
給機付エンジン。 - 【請求項３】 少なくとも最高出力回転数域において上
記第１排気弁の開弁から上記第２排気弁の閉弁までの総
排気期間に対して上記開弁オーバラップ期間が１／３以
上となるように設定したことを特徴とする請求項１また
は２記載のターボ過給機付エンジン。 - 【請求項４】 少なくとも最高出力回転数域において上
記第１排気弁の開弁期間が上記開弁オーバラップ期間の
２倍よりも短くなるように設定したことを特徴とする請
求項１または２記載のターボ過給機付エンジン。 - 【請求項５】 少なくとも最高出力回転数域において上
記第１排気弁のみが開いている期間と上記開弁オーバラ
ップ期間と上記第２排気弁のみが開いている期間とが、
いずれも、上記第１排気弁の開弁から上記第２排気弁の
閉弁までの総排気期間に対して３０％以上となるように
設定したことを特徴とする請求項１または２記載のター
ボ過給機付エンジン。 - 【請求項６】 第１排気弁の開口面積比と第２排気弁の
開口面積比とが略同一となるように設定したことを特徴
とする請求項１〜５のいずれかに記載のターボ過給機付
エンジン。 - 【請求項７】 各気筒に対して上記第１，第２の２つの
排気弁と２つの吸気弁とを設け、上記第１，第２排気弁
をともに吸気弁の弁径よりも大径としたことを特徴とす
る請求項１〜６のいずれかに記載のターボ過給機付エン
ジン。 - 【請求項８】 上記各排気弁のバルブリフト特性をエン
ジンの低速域から高速域にまでわたって一定としたこと
を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のターボ過
給機付エンジン。 - 【請求項９】 エンジンの高速域では上記各排気弁の開
弁期間及びバルブリフト量を略同一とする一方、エンジ
ンの低速域では高速域と比べて第１排気弁の開弁期間及
びバルブリフト量を大きく、かつ第２排気弁の開弁期間
及びバルブリフト量を小さくするように、上記各排気弁
のバルブリフト特性を運転状態に応じて変更するバルブ
リフト特性可変手段を設けたことを特徴とする請求項１
〜８のいずれかに記載のターボ過給機付エンジン。 - 【請求項１０】 エンジンがディーゼルエンジンである
請求項１〜９のいずれかに記載のターボ過給機付エンジ
ン。 - 【請求項１１】 エンジンが直噴式ガソリンエンジンで
あって、少なくとも低速低負荷域及び低速高負荷域でリ
ーンバーン運転を行うようにしたことを特徴とする請求
項１〜９のいずれかに記載のターボ過給機付エンジン。 - 【請求項１２】 排気通路の下流側に触媒装置を備え、
第２排気通路からタービンに通らずに下流側へ流れる排
気ガス及びタービンをバイパスするウエストゲート通路
に流れる排気ガスが上記触媒装置に導かれるように構成
したことを特徴とする請求項１１記載のターボ過給機付
エンジン。 - 【請求項１３】 気筒毎の排気通路が、ターボ過給機の
タービンに通じる第１排気通路と上記タービンを通らな
い下流側排気通路に通じる第２排気通路とに分けられ、
第１排気通路を開閉する第１排気弁の開弁時期が第２排
気通路を開閉する第２排気弁の開閉時期よりも早くなる
ように設定されているターボ過給機付エンジンであっ
て、エンジンを少なくとも低速低負荷域でリーンバーン
運転を行う直噴式ガソリンエンジンとし、排気通路の下
流側に触媒装置を備えるとともに、上記タービンをバイ
パスするウエストゲート通路にウエストゲートバルブを
設けて、このウエストゲートバルブがエンジンの最高出
力回転数の１／２以下の低速側で開弁するようにし、か
つ、排気通路の下流側に触媒装置を備え、上記第２排気
通路からタービンに通らずに下流側へ流れる排気ガス及
び上記ウエストゲート通路に流れる排気ガスが上記触媒
装置に導かれるように構成したことを特徴とするターボ
過給機付エンジン。 - 【請求項１４】 請求項１乃至１３のいずれかに記載の
ターボ過給機エンジンと無段変速機とを備え、定常走行
ラインが低速高負荷側の過給域を通るように上記無段変
速機の変速制御特性を設定したことを特徴とするターボ
過給機付エンジン搭載車のパワーユニット。 - 【請求項１５】 少なくとも低速高負荷側の過給域でリ
ーンバーン運転を行うようにしたことを特徴とする請求
項１４記載のターボ過給機付エンジン搭載車のパワーユ
ニット。 - 【請求項１６】 気筒毎の排気通路が、ターボ過給機の
タービンに通じる第１排気通路と上記タービンを通らな
い下流側排気通路に通じる第２排気通路とに分けられ、
第１排気通路を開閉する第１排気弁の開弁時期が第２排
気通路を開閉する第２排気弁の開閉時期よりも早くなる
ように設定されているターボ過給機付エンジンと、無段
変速機とを備え、定常走行ラインが低速高負荷側の過給
域を通るように上記無段変速機の特性を設定するととも
に、上記低速高負荷側の過給域でリーンバーン運転を行
うようにしたことを特徴とするターボ過給機付エンジン
搭載車のパワーユニット。
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- 1996-09-18 JP JP24655696A patent/JP4032398B2/ja not_active Expired - Fee Related
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