JPH07317556A - 過給機を備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 給気の吹き返し，過給圧の低下による燃料の
付着を防止して過給機の耐久性を向上できる過給機を備
えた内燃機関を提供する。 【構成】 排気ガスにより回転駆動される過給機３０を
備えた内燃機関１を構成する場合に、上記過給機３０の
下流側に給気の逆流を防止するリードバルブ（逆止弁）
１８を配置し、該リードバルブ１８の下流側にインジェ
クタ（燃料供給部）８ｂを配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガスにより回転駆
動される過給機を備えた内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば２サイクル内燃機関において出力
の向上を図るために空気を燃焼室に過給する過給機を備
える場合がある。この種の過給機として、従来、特開平
３−１７９１５２号公報には、クランク軸の動力で回転
駆動される過給機（スーパーチャージャ）を備えたもの
が提案されており、これは加圧した給気を各気筒の掃気
通路に直接導入する構造となっている。また、特開昭５
９−２２０４９１号公報には、排気ガスにより回転駆動
される過給機（ターボチャージャ）を備えたものが提案
されており、これは給気通路の過給機より下流側に気化
器を配置し、該気化器より下流側にリード弁を配置した
構造となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記２サイク
ル内燃機関では、掃排気行程の終期に掃気流が停止した
後燃焼室から給気が逆流する、いわゆる吹き返しが生じ
る場合がある。そのため上記従来公報の給気を掃気通路
に直接導入する構造では、燃料を含む吹き返しガスが過
給機に逆流する場合がある。その結果、過給機に付着し
た燃料が排気タービンの熱により炭化，あるいはガム状
となって固着し、過給機の耐久性を低下させてしまうお
それがある。

【０００４】一方、上記従来公報の過給機の下流側にリ
ード弁を配置する構造では、燃焼室からの吹き返しは防
止できるものの、上記リード弁の上流側に気化器が位置
していることから、該気化器からの燃料が過給機に逆流
する場合がある。即ち、排気ガスの圧力，流速が弱くな
る瞬間排気タービンからの過給圧も小さくなる。このた
め蓄圧室を兼ねるサイレンサ（吸気箱）から新気が逆流
し、その結果気化器からの燃料が過給機に付着し、耐久
性を低下させるおそれがある。

【０００５】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、燃料の吹き返し，過給圧の低下による給気の逆流を
確実に防止でき、ひいては過給機の耐久性の低下を回避
できる過給機を備えた内燃機関を提供することを目的と
している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、排気
ガスにより回転駆動される過給機を備えた内燃機関にお
いて、給気系の上記過給機より下流側に給気の逆流を防
止する逆止弁を配置し、該逆止弁の下流側に燃料供給部
を配置したことを特徴としている。なお、上記内燃機関
は、２サイクル，４サイクル内燃機関の両方を含む。

【０００７】請求項２の発明は、上記内燃機関が、クラ
ンク室と燃焼室とを掃気ポートで連通する２サイクル内
燃機関であって、給気系の上記クランク室と過給機との
間に上記逆止弁を配置するとともに、該クランク室と燃
焼室との間に上記燃料供給部を配置したことを特徴とし
ている。

【０００８】また請求項３の発明は、上記給気系の上記
逆止弁より下流側に潤滑油供給部を配置したことを特徴
としている。

【０００９】

【作用】請求項１の発明に係る過給機を備えた内燃機関
によれば、給気系の過給機より下流側に逆止弁を配置
し、さらに該逆止弁の下流側に燃料供給部を配置したの
で、燃焼室からの吹き返しが生じても上記逆止弁が逆流
を阻止することから燃料が過給機に流入することはな
い。また排気タービンからの過給圧が低下し、これによ
りサイレンサの給気が逆流しても、上記燃料供給部は逆
止弁の下流側に位置しているので、燃料が過給機に逆流
することはない。その結果、燃料の付着による過給機の
耐久性の悪化を防止でき、寿命を延長できる。

【００１０】請求項２の発明では、２サイクル内燃機関
において、給気系のクランク室と過給機との間に逆止弁
を配置するとともに、該クランク室と燃焼室との間に燃
料供給部を配置したので、吹き返しの生じ易い２サイク
ルエンジンでの燃料の逆流による過給機へのの付着を防
止でき、過給機の耐久性を向上できる。

【００１１】請求項３の発明では、２サイクル内燃機関
特有の潤滑油を給気系に供給する場合において、上記逆
止弁の下流側に潤滑油供給部を配置したので、該潤滑油
が過給機に付着するすることはなく、この点からも過給
機の耐久性低下を回避できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１ないし図３は本発明の一実施例による過給機を
備えた内燃機関を説明するための図であり、本実施例で
は２サイクルガソリンエンジンに適用した場合を例にと
って説明する。

【００１３】図において、１は水冷式並列３気筒２サイ
クルガソリンエンジンであり、該エンジン１のシリンダ
ブロック２の下側合面２ａにはクランクケース３が取付
けられ、シリンダブロック２の下部とクランクケース３
とで各気筒毎のクランク室４が３組構成されている。ま
た上記シリンダブロック２の上側合面２ｂにはシリンダ
ヘッド５が載置され、ヘッドボルト６によって締結固定
されている。

【００１４】上記シリンダヘッド５の下面の各気筒に対
向する部分には燃焼室７を構成する燃焼凹部５ａが凹設
されており、該凹部５ａ内には点火プラグ８ａ，及び燃
料噴射装置のインジェクタ８ｂが挿入されている。

【００１５】上記シリンダブロック２には３つのシリン
ダボア２ｃが並列に形成されており、該各シリンダボア
２ｃ内にはピストン９が摺動自在に挿入配置されてい
る。このピストン９にはコンロッド１０の小端部１０ａ
がピストンピン１１，ニードル軸受１２を介して連結さ
れており、該コンロッド１０の大端部１０ｂはクランク
軸１３のクランクピン１３ａにニードル軸受１４を介し
て連結されている。

【００１６】上記クランクケース３の下面には、吸気開
口３ａが上記各クランク室４に連通するように３組形成
されており、該各吸気開口３ａには蓄圧室を兼ねたサイ
レンサとしての吸気マニホールド１６ａが接続されてい
る。この吸気マニホールド１６ａの合流部には吸気管１
６ｂが接続されており、該吸気管１６ｂの上流端にはエ
アクリーナ１７が接続されている。

【００１７】上記各吸気開口３ａには逆止弁としてのリ
ードバルブ１８が配設されている。このリードバルブ１
８はバルブボディ１８ａに形成された開口１８ｂを弁板
１８ｃによって開閉する構造のものである。このリード
バルブ１８は、上記ピストン９の上昇によってクランク
室４内が吸気マニホールド１６ａより低い圧になると自
動的に開いて空気をクランク室４内に導入し、下降によ
ってクランク室４内が吸気マニホールド１６ａより高圧
になると閉じて空気の吹き返しを防止する。

【００１８】また上記シリンダブロック２のスカート部
には掃気調整開口２ｄが上記各クランク室４に連通する
ように形成されている。該各掃気調整開口２ｄには３つ
のクランク室４に共通の掃気チャンバ１９が接続されて
おり、該掃気チャンバ１９の各接続開口は掃気制御弁１
９ａで開閉可能になっている。

【００１９】上記掃気制御弁１９ａは、図３に示すよう
に、弁軸２０ａに３枚の弁板２０ｂを固定したものであ
り、該弁軸２０ａは一対のベベルギヤ２１を介してステ
ッピングモータ２２で回転駆動される。これにより上記
各弁板２０ｂが上記各掃気調整開口２ｄを同時に開閉す
る。また上記ステッピングモータ２２は、ＥＣＵ２３に
よって、エンジンの運転状態（エンジン回転数，燃料噴
射量，アクセル開度等）に基づいて開閉制御される。

【００２０】例えば上記掃気制御弁１９ａを開くと、各
クランク室４に掃気チャンバ１９が連通してクランク室
容積が実質的に拡大され、そのため掃気圧が低下して吸
入空気量が減少し、内部ＥＧＲガスが増加して燃焼温度
が低下する。また上記掃気制御弁１９ａを閉じると通常
のクランク室容積となり、掃気が充分に行われる。

【００２１】また上記シリンダブロック２の上部には、
各気筒毎に１組の排気ポート２５が形成されており、該
各排気ポート２５には排気マニホールド２６ａが接続さ
れている。この排気マニホールド２６の合流部には排気
管２６ｂが接続されており、該排気管２６ｂの下流端に
はマフラ２７が接続されている。

【００２２】上記シリンダブロック２の排気ポート２５
の両隣には、一対の主掃気口２８ａが、また上記排気ポ
ート２５との対向位置には対向掃気口２８ｂがそれぞれ
形成されており、これらの各掃気口２８ａ，２８ｂは掃
気ポート２８ｃを介して該気筒用クランク室４に連通し
ている。

【００２３】また上記シリンダブロック２には、ピスト
ン摺動面に潤滑油を供給するためのオイル孔２ｅ，２ｆ
が各気筒毎に形成されている。この両オイル孔２ｅ，２
ｆはクランク軸１３と直角方向にシリンダブロック２の
壁面を貫通しており、下死点に位置するピストン９の第
１，第２ピストンリング間で、かつ上記排気ポート２５
の下方に位置している。そして上記各オイル孔２ｅ，２
ｆはオイル供給通路２９ａを介して潤滑油ポンプ２９ｂ
に接続され、該ポンプ２９ｂはＥＣＵ２３により、例え
ば高負荷・高速回転域では潤滑油を増量するよう運転制
御される。なお、上記潤滑油ポンプ２９ｂからの潤滑油
はクランク軸１３のジャーナル軸受１３ｂにも供給され
る。

【００２４】上記エンジン１は過給機３０を備えてい
る。この過給機３０は排気管２６ｂの途中に介設された
タービンハウジング３１ａと、吸気管１６ｂの途中に介
設されたコンプレッサハウジング３１ｂとを一体形成
し、該タービンハウジング３１ａ内に排気タービン３２
を、上記コンプレッサハウジング３１ｂ内にコンプレッ
サ３３をそれぞれ回転自在に配設した構造となってお
り、排気タービン３２とコンプレッサ３３とはシャフト
３４で結合されている。また上記吸気管１６ｂの過給機
３０より下流側には水冷式，又は空冷式のインタクーラ
３５が介設されている。

【００２５】ここで、上記リードバルブ１８は、上記過
給機３０の吸気管１６ｂ下流側で、かつクランク室４に
連通する吸気開口３ａに配置されており、上記インジェ
クタ８ｂ，及びオイル孔２ｅ，２ｆはリードバルブ１８
の下流側に配置されている。これにより吹き返し，過給
圧の低下によって給気が過給機３０に流入するのを防止
している。

【００２６】また上記排気ポート２５の開口上壁部には
排気タイミング可変手段としての排気可変バルブ３７が
配設されている。この排気可変バルブ３７は上記シリン
ダブロック２の各排気ポート２５をクランク軸方向に横
切るように挿入配置されている。上記排気可変バルブ３
７は、丸棒の一部を切り欠くことにより大略円弧状の弁
部３７ａを形成してなるもので、この弁部３７ａが排気
ポート２５の天壁内に没入して該排気ポート２５内面と
面一となる全開位置（図１の実線参照）と、上記弁部３
７ａが突出して排気ポート２５開口を若干絞り込む全閉
位置（図１の破線参照）との間で回動するようになって
いる。

【００２７】上記排気可変バルブ３７の外方突出端部に
は図示しない駆動プーリ，又は歯車列を介して駆動モー
タ３８が連結されており、該モータ３８はＥＣＵ３９に
より運転制御される。このＥＣＵ３９は、内蔵する制御
マップに基づいてスロットル開度，エンジン回転数等の
運転状態に応じて上記排気可変バルブ３７の回動角度を
制御する。

【００２８】次に本実施例の作用効果について説明す
る。本実施例の２サイクルガソリンエンジン１は、ＥＣ
Ｕ３９により高速回転域では排気可変バルブ３７を全開
にして排気タイミングを早くし、低速回転域では全閉に
して排気タイミングを遅らせるように制御する。これに
より高速域では、排気タイミングが早くなることから、
高い圧力，速い流速でもって排気ガスが排出され、この
高エネルギーの排気ガスが排気タービンを回転駆動する
こととなり、それだけ過給圧が上昇して過給効率を向上
できる。また低速域では、排気タイミングが遅くなる分
だけ、排気ガスエネルギーが小さくなり、過給圧が低下
することとなる。しかし、排気タイミングが遅くなる分
だけ燃焼ガスのピストンに作用する時間が長くなり、低
速時の出力低下を抑制できる。その結果、高速域での過
給効率の向上を図りながら、低速域での出力低下を抑制
でき、よって低速から高速までの広い運転領域にわたっ
て安定した高いエンジン性能が得られる。

【００２９】そして本実施例では、リードバルブ１８を
過給機３０より下流側に位置し、クランク室４に連通す
る吸気開口３ａに配置し、さらにインジェクタ８ｂを上
記リードバルブ１８より下流側に配置したので、燃焼室
７から給気が吹き返してクランク室４内に逆流しても上
記リードバルブ１８が吸気マニホールド１６ａへの吹き
抜けを阻止することから過給機３０に逆流することはな
い。

【００３０】また排気ガス流の圧力，流速の低下によっ
て過給機３０からの過給圧が下がった場合、蓄圧室の機
能を果すサイレンサ１６ａの作用によって新気が過給機
３０に逆流するおそれがあるが、燃料が混合されている
給気はクランク室４の給気開口３ａに配置された上記リ
ードバルブ１８によってその逆流が阻止されることか
ら、過給機３０に燃料を含む給気が達することはなく、
その結果、燃料の付着による過給機３０の耐久性の低下
を確実に防止でき、寿命を延長できる。

【００３１】さらに本実施例では、上記リードバルブ１
８の下流側にオイル孔２ｅ，２ｆを配置したので、該オ
イル孔２ｅ，２ｆからの潤滑油が過給機３０に逆流する
ことはなく、この点からも耐久性を向上できる。

【００３２】なお、上記実施例では、上記インジェクタ
８ｂをシリンダヘッド５の燃焼凹部５ａに挿入配置した
場合を例にとったが、本発明はで、図１に示すように、
シリンダブロック２の掃気ポート２８ｃに臨む部分，あ
るいはクランクケース３のクランク室４に臨む部分に配
置してもよく、要は給気系のリードバルブ１８下流から
燃焼室７までの間に配置すればよい。

【００３３】図４，図５は、本発明の第２実施例による
過給機を備えた内燃機関を説明するための図であり、本
実施例は２サイクルディーゼルエンジンに適用した例で
ある。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示
す。

【００３４】本実施例の２サイクルディーゼルエンジン
５０は、シリンダブロック２の下側にクランクケース３
を、上側にシリンダヘッド５１を締結してなり、基本的
構造は上記実施例と略同様であるので詳細な説明は省略
する。

【００３５】上記シリンダヘッド５１の合面５１ａ側部
分には、主燃焼室５２に開口する円筒状のプラグ保持孔
５３が形成され、該保持孔５３にはホットプラグ５４が
挿入固定されている。該ホットプラグ５４の燃焼凹部５
４ａとヘッド側燃焼凹部５１ｂとで副燃焼室５５が形成
されており、該副燃焼室５５は連通孔５４ｂで上記主燃
焼室５２に連通している。また上記副燃焼室５５にはイ
ンジェクタ５６ａ，グロープラグ５６ｂが挿入されてい
る。

【００３６】上記シリンダブロック２の排気ポート６０
は、主排気口６０ａをシリンダ外部接続口に導出する主
排気ポート６０ｂと、上記主排気口６０ａの上側に開口
する一対の副排気口６０ｃを外部に導出し、途中で上記
主排気ポート６０ｂに合流する副排気ポート６０ｄとで
構成されている。また上記排気ポート６０には排気マニ
ホールド２６ａを介して排気管２６ｂが接続されてお
り、該排気管２６ｂの下流側には排気ガスを浄化するＳ
ＯＦ分解触媒６５が介設されている。

【００３７】上記シリンダブロック２の副排気ポート６
０ｄにはこれを開閉する圧縮比可変バルブ６１が挿入配
置されている。この圧縮比可変バルブ６１には歯車列等
を介して駆動モータ６２が接続されており、該モータ６
２はＥＣＵ６３により運転制御される。このＥＣＵ６３
は、スロットル開度，エンジン回転数等の運転状態に応
じて回動制御する。即ち、低回転域では上記圧縮比可変
バルブ６１を全閉位置に、高回転域では全開位置に回動
させる。この圧縮比可変バルブ６１を開いた場合の圧縮
比はピストン９の頂面が副排気口６０ｃの上縁に位置し
た時点での主燃焼室５２の容積で決定され、上記圧縮比
可変バルブ６１を閉じた場合より低くなる。

【００３８】そして本実施例のリードバルブ１８は過給
機３０より下流側に位置し、かつクランク室４に連通す
る吸気開口３ａに配置されており、上記インジェクタ５
６ａ，及びオイル孔２ｅ，２ｆはリードバルブ１８より
下流側に配置されている。

【００３９】次に、本実施例の作用効果を説明する。本
実施例の２サイクルディーゼルエンジン５０は、ＥＣＵ
６３により低速回転域では圧縮比可変バルブ６１を閉じ
て圧縮比を上げ、また高速回転域では圧縮比可変バルブ
６１を開いて圧縮比を下げる。これにより高速域におけ
る異常燃焼によるノッキングの発生を防止でき、また燃
焼性が改善されて排気ガスを排気タービンにスムーズに
導くことができ、過給効率を向上できるとともにＨＣ量
を低減できる。また低速運転域では圧縮比を上げるの
で、排気ガスの圧力が上昇する分だけ過給圧を上げるこ
とができ、低速域における過給効率を向上できる。その
結果、低速から高速までの広域にわたって安定した高い
エンジン性能が得られる。

【００４０】本実施例では、リードバルブ１８を過給機
３０より下流側の吸気開口３ａに配置し、さらにインジ
ェクタ５６ａ，及びオイル孔２ｅ，２ｆを上記リードバ
ルブ１８より下流側に配置したので、燃料の吹き返し，
過給圧の低下による給気の逆流を防止でき、過給機３０
の燃料，潤滑油の付着による耐久性の低下を確実に防止
でき、上記実施例と同様の効果が得られる。

【００４１】図６は、本発明の第３実施例による過給機
を備えた内燃機関を説明するための図であり、本実施例
は、気化器により燃料を供給するようにした２サイクル
エンジンに適用した例である。図中、図２と同一符号は
同一又は相当部分を示す。

【００４２】本実施例の２サイクルエンジン７０は、吸
気管１６ｂの下流端部に気化器７１を介設し、該気化器
７１の上流側にインタークーラ３５，過給機３０をそれ
ぞれ配設して構成されている。上記気化器７１には吸気
マニホールド１６ａが接続されており、該マニホールド
１６ａは上記エンジン７０の吸気ポートに接続されてい
る。

【００４３】上記吸気マニホールド１６ａにはこれに連
通する蓄圧室７２が形成されており、該蓄圧室７２の容
積は少なくとも１気筒のピストンストローク容積より大
きく設定されている。この蓄圧室７２は、排気ガス流の
低下に伴って過給圧が低下した場合に、上記エンジンへ
の過給量を均一化するためのもので、これにより過給機
３０の容量の縮小化を図っている。

【００４４】そして上記蓄圧室７２の気化器７１の上流
側に新気流の逆流を阻止する逆止弁７３が配置されてい
る。これにより本実施例においても、上記気化器７１か
らの燃料の逆流を阻止でき、該燃料の付着による過給機
３０の耐久性の低下を防止できる。

【００４５】図７は、本発明の第４実施例による過給機
を備えた内燃機関を説明するための図であり、上記各図
と同一符号は同一又は相当部分を示す。本実施例は、４
サイクルディーゼルエンジンに適用した例である。

【００４６】本実施例の４サイクルディーゼルエンジン
８０は、ピストン８１が摺動自在に挿入されたシリンダ
ブロック８２のスカート部８２ａ内に上記ピストン８１
に連結されたクランク軸８３を配設し、該スカート部８
２ａの下面にオイルパン８４を接続した概略構造となっ
ている。

【００４７】上記シリンダブロック８２の上面にはシリ
ンダヘッド８５が締結されており、該シリンダヘッド８
５の燃焼室８６に臨む部分には吸気ポート８７，及び図
示しない排気ポートが開口している。そしてこの各ポー
トの開口には吸気バルブ８８，排気バルブが配設されて
おり、該各バルブはカム軸８９の回転により開閉駆動さ
れる。また上記シリンダヘッド８５には上記燃焼室８６
に連通する副燃焼凹部８５ａが形成されており、該凹部
８５ａにはインジェクタ９０ａ，グロープラグ９０ｂが
挿入されている。

【００４８】上記吸気ポート８７には吸気管９１が、上
記排気ポートには排気管９２がそれぞれ接続されてお
り、該排気管９２，吸気管９１の途中に過給機９３が介
設されている。なお、９４はインタークーラである。

【００４９】そして上記吸気管９１の過給機９３の下流
側に位置する吐出口９３ａに新気流の逆流を阻止する逆
止弁９５が配置されている。本実施例においても、過給
機９３の下流側に逆止弁９５を配置するとともに、該逆
止弁９５の下流側にインジェクタ９０ａを配置したの
で、給気の逆流による燃料の過給機９３への付着を防止
でき、過給機９３の耐久性を向上できる。

【００５０】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明に係る過給
機を備えた内燃機関によれば、過給機の下流側に逆止弁
を配置し、該逆止弁の下流側に燃料供給部を配置したの
で、燃焼室からの吹き返しや過給圧の低下による給気の
逆流を防止でき、過給機の耐久性を向上できる効果があ
る。

【００５１】請求項２の発明では、２サイクル内燃機関
においてクランク室と過給機との間に逆止弁を配置する
とともに、該クランク室と燃焼室との間の給気系に燃料
供給部を配置したので、吹き返しによる燃料の逆流を防
止でき、過給機の耐久性を向上できる効果ある。

【００５２】請求項３の発明では、上記逆止弁の下流側
に潤滑油供給部を配置したので、給気系に混入した潤滑
油が過給機に付着するのを防止でき、この場合も過給機
の寿命を延長できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による過給機を備えた２サイ
クルガソリンエンジンを説明するための断面正面図であ
る。

【図２】上記実施例エンジンの概略構成図である。

【図３】図１のIII-III 線断面図である。

【図４】本発明の第２実施例による２サイクルディーゼ
ルエンジンを説明するための断面正面図である。

【図５】上記第２実施例エンジンの概略構成図である。

【図６】本発明の第３実施例による２サイクルエンジン
を示す概略構成図である。

【図７】本発明の第４実施例による４サイクルディーゼ
ルエンジンを示す断面正面図である。

【符号の説明】

１，５０，７０，８０ 内燃機関 ４ クランク室 ７ 燃焼室 ８ｂ，５６ａ，９０ａ インジェクタ（燃料供
給部） ２８ｃ 掃気ポート ７１ 気化器（燃料供給部） １８，７３，９５ リードバルブ（逆止
弁） ３０，９３ 過給機

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ガスにより回転駆動される過給機を
   備えた内燃機関において、給気系の上記過給機下流側に
   給気の逆流を防止する逆止弁を配置し、該逆止弁の下流
   側に燃料供給部を配置したことを特徴とする過給機を備
   えた内燃機関。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記内燃機関が、ク
   ランク室と燃焼室とを掃気ポートで連通する２サイクル
   内燃機関であって、給気系の上記クランク室と過給機と
   の間に上記逆止弁を配置し、該クランク室と燃焼室との
   間に上記燃料供給部を配置したことを特徴とする過給機
   を備えた内燃機関。
3. 【請求項３】 請求項２において、上記給気系の上記逆
   止弁より下流側に潤滑油供給部を配置したことを特徴と
   する過給機を備えた内燃機関。