JPS5855329B2 - ガソリンエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は容積型過給機又はコンプレックス式過給機によ
る過給又は無過給ガソリンエンジンに関するものである
。

従来より容積型過給機として使われているリショルム式
圧縮機、又はコンプレックス式過給機は、その特性とし
てエンジンの全回転域にわたって高い圧力比の過給をす
ることが可能であることは知られている。

ところが、このような高い圧力比では、圧縮温度が高く
、給気冷却器によって冷却しても、エンジンの圧縮路の
温度が高く、そのためガソリンエンジンではノッキング
の発生ハ避ケラれないものである。

そのため圧縮比を低下させて、ノッキングを抑制すると
熱効率の低下にともなう燃料消費率の増大を招来し、ま
た過給圧力を低下させることは大きな出力増加が得られ
ず、それでは過給することは無意味となる。

以上のような欠点のため、容積型過給機又はコンプレッ
クス式過給機による過給ガソリンエンジンの発展は阻害
されているのが実状である。

そこで本発明は上記の欠点を除去し、熱効率を増大させ
、給気冷却とミラーサイクルの応用により高い給気圧力
の下で、低い圧縮比とそれにともなう低い圧縮温度によ
りノッキングを防止し、高い膨張比の下に高い熱効率を
確保することを目的とするものである。

との□ラーサイクルとは、吸気弁閉時期を下死点より早
めることによりシリンダ内吸気温度を下げる現象を言う
。

そして本発明の特徴とするところは、エンジンの各シリ
ンダへ供給する途中に制御弁を配設し、この制御弁の開
閉時期を調整するこの調整手段には、ノックセンサーか
らのノッキング信号を送るところにある。

図面に基いて本発明の実施例について説明する。

先ず容積型過給機を使用した過給ガソリンエンジンの実
施例について説明すると、第１図に示すように、容積型
過給機１には駆動軸（クランク軸）２が設けてあり、こ
の駆動軸にはプーリ３が軸着し、このプーリには無端Ｖ
ベルト４が掛回し、とのＶベルトはエンジン５のクラン
ク軸６に軸着しているプーリ７を掛回している。

プーリ３及び７は、Ｖベルト４を使用した無段変速機構
（図示せず）を有し、低出力時には低回転比でクランク
軸より過給機が駆動され、要求出力の増大とともに回転
比を高め、過給機がエンジンへの送入空気量を増大させ
る機構を具備しているものである。

また吸気口８より吸入された空気又は混合気は、容積型
過給機１により断熱圧縮され、温度及び密度が上昇し、
吸気パイプ９を経て、給気冷却器１０により大気温度近
く１で冷却され吸気マニホールド１１より各吸気枝管１
２を通り、エンジン５のそれぞれのシリンダに供給され
る。

エンジンの排気ガスは排気パイプ１３を通って排出され
る。

ところで吸気枝管１２よりエンジン５の各シリンダに空
気又は混合気が供給される途中に制御弁例えばロータリ
ーパルプ１４が配設しであるので、この構成の詳細及び
このパルプの開閉時期の調整手段について、第２〜４図
を参照して説明する。

第２図にかいて、シリンダ１５内には往復動自在にピス
トン１６が配設され、このピストンにはピストンロッド
１７の上端が揺動可能に連結し、その下端はクランク軸
６に連結されている。

シリンダ１５上にはシリンダヘッド１８が装着され、そ
こには勿論火花点火装置（図示せず）が設けてあり、吸
気口１９および排気口２０が形成されており、この吸気
口お−よび排気口にそれぞれ吸気弁２１および排気弁２
２が配設されている。

吸気口１９と連結する吸気枝管１２内には、エンジン５
のクランク軸から歯車伝達機構を介して駆動される制御
弁としてロータリパルプ１４が配設されている。

そこでロータリパルプ１４の駆動機構を第３図に基づい
て説明する。

ロータリパルプ１４は駆動軸２３にピン２４によって固
着されている。

この駆動軸２３にはロータリパルプ１４を挾持するよう
に配設されたスリーブ２５，２６が固着されており、こ
の各スリーブと吸気管１２の壁との間に配設されたボー
ルベアリング２７，２Ｂ、２９によって駆動軸２３は回
転自在に軸支されている。

この駆動軸２３は、枠体３０にボールベアリング３１．
３２によって回転自在に軸支されクランク軸と歯車機構
を介して伝動連結された歯車３３によって駆動される回
転軸３４に、開閉時期調整手段の調整駒３５を介して連
結されている。

なお、ロータリバルブ１４は第２図に示すように弁開閉
時期を約９００づつ設定してあり、かつ、前記歯車３３
によってクランク軸６回転の２分の１の回転速度で駆動
されるようになっている。

−万、エンジン５の吸気行程期間はクランク軸回転角度
で約１８００であり、従って、ロータリパルプ１４は吸
気弁２１と同様にクランク軸の回転角度では約１８０°
の開弁期間を有する。

次に、ロータリバルブ１４の開閉時期調整手段の構成に
ついて第３，４図に示すように、１駆動軸２３と回転軸
３４の対向する各端部には、それぞれヘリカルスプライ
ン２３ａ 、３４ａが相互に反対方向のねじれをもって
形成されている。

このヘリカルスプラインには、それぞれ調整駒３５の内
周に形成された突起３５ａ 、３５ｂが噛合し、例えば
第４図の場合左方に調整駒３５を移動することによって
、駆動軸２３は回転軸３４に対して所定の方向に角変位
し、右方に移動することによって逆方向に角変位するよ
うになっている。

このように調整駒３５の軸方向の移動によって駆動軸の
回転タイミングを変え、ロータリバルブ１４の開閉時期
を調整する。

調整駒３５の軸方向への移動駆動は、この調整駒の外周
に形成された環状の係止溝３５ｃに一端を嵌合した調整
レバー３６の揺動によって行われる。

捷たエンジン５の駆動軸６の端部には第１図示のように
クランク歯車３７が軸着しており、タイミング歯車３８
と噛合すると同時に歯車３３とも噛合している。

次に調整レバー３６によるエンジンの出力調整及びノッ
キングの抑制は、次の構成の作動によって行われる。

第１図にお・いて、調整レバー３６はロッド４４の先端
にピン４５を介して回転自在に取付けられている。

そしてエンジン５の出力調整、例えば出力を増大させた
い場合は、出力調整器や自動車にち・いてはアクセルペ
ダルの踏み込み等によって、レバー３６の下端にピン４
６を介して回転自在に連結しているロッド４Ｔを左方に
移動する構造である。

調整レバー３６の下端が左方に移動すると、このレバー
はピン４５を中心として時計方向に回転し、このレバー
の上端が係合している係止溝３５ｃを有する調整駒３５
は右方に移動する。

そノタメロータリバルブ１４・・・のカットオフを遅ら
せ、エンジン５の出力を増大させる。

逆に調整しバー３６の下端が右方に移動させると出力を
低減させる構造となっている。

またエンジン５の外壁にはノックセンサー３９が取付け
てあり、これはノッキングによるエンジンの振動に感応
し信号を発するもので、サーボモータ４０には配線４１
；４２を介してノッキングの発生を伝え、そしてこのサ
ーボモータには電源４３より配線により電気エネルギー
が供給を受けるものである。

そのためサーボモータ４０がノックセンサー３９よりの
ノッキングの信号を受けると、ロッド４４は左方に伸出
する。

この時調整レバー３６は、下端のピン４６を中心として
反時計方向に回転し、そのためレバー上端の調整駒３５
は左方に移動し、ロータリーバルブ１４のカットオフを
早めることになる。

次に本発明の作用について説明する。

アイドル運転又は極低出力運転時には、容積型過給機１
の回転比は低く、過給圧力は殆んど大気圧に近い。

本発明は、エンジンの吸入空気又は混合気量は紋りによ
り調節するものではなく、ロータリーバルブのカットオ
フを早めることによって行われるものである。

第５図は通常の４サイクルガソリンエンジンのＰ−■線
を示しており、出力の調整は吸気の紋りによって行うも
のであることを参考に示すものである。

この結果、吸気行程時の圧力は大気圧より低く、そのた
め斜線（ハツチング）にて示す面積弁が負の仕事となっ
ており、ガソリンエンジンの低負荷時の燃料消費率の増
大の原因の一つとなっている。

本発明のＰ−■線は第６図に示すもので極低負荷時にち
・いても吸気は大気圧状態において行われ、必要な混合
気の吸入後口−タリーバルブ１４は閉じ、気筒内容積と
ともに吸気弁２１とロータリーバルブ１４間の容積は断
熱膨張し、線の一■−■をたどって吸気行程は終了する
。

圧縮行程は吸気弁が閉じた後に気筒内容積のみ■−■を
たどって断熱圧縮される。

したがって斜面部にて示すように、又第５図に比して判
るように、極めて小さい面積のみが負の仕事量となり、
サイクル効率の低下率は小さい。

中負荷時におけるＰ−■線は、第７図に示すようである
。

この時、通常のエンジンでは第５図の極低出力時と同様
、吸気紋りによる負の仕事量は極低出力時に比し吸気紋
りの程度は減少するため、低下はするものの依然として
存在し、これが燃料消費率の増大の原因となっている。

本発明は、この時依然として過給機は低回転比で回転す
るよう設計してあり、過給圧力は殆んど大気圧と同一で
ある。

第７図において、極低出力時と同様に吸気は■より始１
す、■に督いてロータリーバルブ１４は閉じカットオフ
される。

■からは吸気は断熱膨張し、圧力と温度は低下し、■に
ち・いて吸気は終了する。

勿論積出力時に比し、ロータリーバルブのカットオフは
遅らされ、十分に混合気はシリンダ１５内に吸気される
。

線ａ−■−■は圧縮行程であって、大気圧力以下の■よ
り断熱圧縮は開始し、圧力と湿度が上昇し、■に到り再
び大気圧力と温度となり、さらに圧縮行程は継続し、■
に釦いて圧縮行程は終了する。

通常のエンジンにおいて犬気混度で圧縮が始１す、圧縮
温度がノッキングを発生しない程度の圧縮比（通常８）
とするのであるから、本発明の実質的圧縮比は線■−■
である。

カットオフを早めれば、当然に圧縮比は低下し、圧縮温
度も低下する。

今仮に線■−■の圧縮により、例えば圧縮比が８．５と
なり、ノッキングが発生したとすれば、第１図に示すノ
ックセンサー３９はそれを感知し、サーボモータ４０に
伝え、ロッド４４を左方に伸出させる。

そのため調整駒３５も左方に移動してロータリーバルブ
１４のカットオフは早１す、圧縮比は低下し、例えば８
となり、ノッキングを制御することができる。

このことは過給、無過給を問わずノックセンサー３９の
応用により一定膨張比の下に最適圧縮比でガソリンエン
ジンを運転することが可能であり、高い出力と低い燃料
消費率とを可能としている。

続いて膨張行程は線■−■−■−■をたどって行われる
。

通常のガソリンエンジンの全負荷におけるＰ−■線は線
■−■−■−■−■をたどり、この線に囲１れた面積弁
の出力を発生する。

本発明により、例えば圧縮比８、膨張比１０と設定すれ
ば、膨張行程は線■−■分だけ増大するので、創−■−
■−■−■に囲１れた面積から、線■−■−■−■で囲
１れた面積を差引いた分だけ出力は増大しており、当然
熱効率も向上するものである。

次に全負荷時においては、容積型過給機１は無段変速機
構により、高い変速比でクランク軸６よりプーリ７，３
を介して駆動され、高い圧力比（例えば３）の過給圧力
を発生する。

すなわちブー’Ｊ３，７には要求出力に応じて回転比を
変更する無段変速機構が内蔵されており、要求出力の増
加とともに容積型過給機１のクランク軸２に対する回転
比を高める構成である。

そして低出力時には過給圧力を低く、過給機に消費され
る動力は小さく、部分負荷時の燃料消費率の増大を防止
している。

高い圧力比の過給圧力が発生している場合、通常の過給
方法では高い圧縮始め湿度によるノッキングの発生、又
はノッキングの抑制のための圧縮比の低下は、熱効率の
低下をともない実用的なガソリンエンジンとすることは
できない。

この場合の本発明の作動の具体例を第１図と第８図とを
参照して説明すると、過給機１によって断熱圧縮された
給気は、約２００’Ｃに温度上昇する。

この給気は冷却器１０によって、大気湿度十４０℃程度
に１で冷却可能である。

通常は大気温度が２０°Ｃのときはエンジン５のシリン
ダ１５に入る給気温度は６０°Ｃである。

第８図の■で吸気行程は開始するが、■でロータリーバ
ルブ１４はカットオフし、引き続く吸気行程において断
熱膨張し、温度低下しつつ■において吸気行程は終了す
る。

■より圧縮行程は始１す、断熱圧縮しつつ、■にち−い
て断熱膨張前の圧力に達すると、シリンダ内の混合気温
度は■の温度と殆んど等しくなる。

約６０°Ｃの混合気がさらに断熱圧縮されて、■に督い
て圧縮行程は終了する。

この場合カー■が通常のエンジンにむける圧縮比と着像
しうる。

その時の圧縮始めの温度は約６０°Ｃであるから、通常
の設計のエンジンであれば圧縮比７は可能であり、前記
したように大きな膨張比を有し、圧縮比の僅かな低下に
も拘らず高い熱効率を維持しうる■ニトケるロータリー
バルブ１４のカットオフは、前記の中負荷時と同様にノ
ックセンサー３９とサボモータ４０によりエンジン５の
運転状態における最適圧縮比を選ぶように調節されてい
る。

なお容積型過給機１は、リショルム型及びベーン型等内
部圧縮が行われる高効率なものが望ましい。

次に第９図に基いてコンプレックス型過給機を使用した
実施例について説明する。

これはロータ１Ａを使用している点を除いて、その他の
構造は容積型過給機を使用している第１図と実質的に同
一のものであるので、同一符号を以って表示している。

このコンプレックス型の場合は、容積型の場合と異なり
、排気の脈動圧力によって給気圧力を高めうるもので、
低速回転において効率が高く車輛エンジン用過給機に適
している。

そしてロータ１Ａはクランク軸２によって駆動されるが
、とのロータの位相を変えるだけで、クランク軸からの
動力吸収はなく、それ支分容積型過給機による過給エン
ジンよりは高い熱効率が期待しうる。

以上の構成を有する過給ガソリンエンジンは高い給気圧
力の下で低い圧縮比とそれにともなう低い圧縮温度によ
りノッキングを防止し、高い膨張比の下に高い熱効率を
確保することができ、燃料消費率の低下の点でも極めて
有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は容積型過給機を使用した場合の路線図、第２図
はエンジンの拡大断面図、第３図は第２図■−■線断面
図、第４図は開閉時期調整手段の拡大断面図、第５図は
従来のガソリンエンジンのＰＶ線図、第６図は本発明の
極低負荷時のＰ−■線図、第７図は中負荷時におけるＰ
−■線図、第８図は全負荷時におけるＰ−■線図、第９
図はコンプレックス型過給機を使用した場合の路線図で
ある。 １・・・容積型過給機、５・・・エンジン、９・・・吸
気パイプ、１０・・・給気冷却器、１２・・・吸気枝管
、１４・・・制御弁、３５・・・調整駒、３９・・・ノ
ックセンサー４０・・・サーボモータ、１人・・・コン
プレックス型過給機のロータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ピストン・シリンダ及びシリンダヘッドにより構成
   された燃焼室に火花点火装置を設け、このシリンダヘッ
   ドに吸気弁及び排気弁を設け、この吸気弁に給気を供給
   する途中に制御弁を配設し、この制御弁の閉時期は上記
   吸気弁の閉時期より早いものであって、この制御弁の開
   閉時期を調整する調整手段を有するガソリンエンジンに
   かいて、上記制御弁の開閉時期調整のためのノッキング
   信号を上記調整手段に送るためにノックセンサーを設け
   たことを特徴とするガソリンエンジン。 ２、特許請求の範囲第１項において、制御弁はロータリ
   ーバルブであることを特徴とするガソリンエンジン。