JP2001159374A - ディーゼルエンジン - Google Patents

ディーゼルエンジン

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JP2001159374A
JP2001159374A JP34399699A JP34399699A JP2001159374A JP 2001159374 A JP2001159374 A JP 2001159374A JP 34399699 A JP34399699 A JP 34399699A JP 34399699 A JP34399699 A JP 34399699A JP 2001159374 A JP2001159374 A JP 2001159374A
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reduction
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intake
cylinder
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Masahiro Akeda
正寛 明田
Toshio Nakahira
敏夫 中平
Tetsuya Kosaka
哲也 小坂
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Kubota Corp
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0672—Omega-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder center axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 排気通路からシリンダに排気を還元する
に当り、クランク角で吸気下死点前９０°よりも後に排
気還元を開始し、吸気下死点後１２０°よりも前に排気
還元を終了するようにした、ことを特徴とするディーゼ
ルエンジン。 【効果】吸気下死点前９０°よりも後に排気還元を開始
するため、吸気行程でシリンダの行程容積の大部分に吸
気が充満した後に、排気還元が行われることになり、吸
気の体積効率が大きく低下することがない

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンに関し、詳しくは、シリンダに排気還元を行うことが
できるものにする。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリンダに排気還元を行うことが
できるディーゼルエンジンとして、排気弁の閉弁時期を
通常よりも遅くし、吸気行程初期に、排気通路から排気
弁口を介してシリンダに排気還元を行うものがある。ま
た、逆に、排気弁の閉弁時期を通常よりも早め、排気行
程終期にシリンダ内に残留する排気をＥＧＲガスとして
利用するものもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術には、次
の問題がある。 《１》吸気の体積効率が大きく低下する。吸気行程の初
期からシリンダ内で排気が膨張を開始し、吸気行程中に
膨張した排気がシリンダ行程容積の相当量を占めるた
め、吸気の体積効率が大きく低下する。このため、燃料
供給量が大きく制限され、高出力を得ることができな
い。
【０００４】《２》適正な排気還元量を得がたい。上記
問題《１》を緩和するために、排気還元量を少なくせざ
るを得ず、適正な排気還元量を得がたい。このため、排
気還元によるＮＯｘの低減機能は低くなる。
【０００５】本発明の課題は、上記問題点を解決できる
ディーゼルエンジンを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】(請求項１の発明)図３ま
たは図７に示すように、排気通路(１)からシリンダ(２)
に排気(４ｂ)を還元するに当り、図１(Ｄ)に示すよう
に、クランク角で吸気下死点前９０°(Ｔ１)よりも後に
排気還元を開始し、吸気下死点後１２０°(Ｔ４)よりも
前に排気還元を終了するようにした、ことを特徴とする
ディーゼルエンジン。
【０００７】(請求項２の発明)請求項１に記載したディ
ーゼルエンジンにおいて、図５に示すように、排気カム
(３)に排気還元用カム突起(３ｂ)を設け、排気還元用カ
ム突起(３ｂ)による排気弁(４)の開弁で、図３または図
７に示すように、排気弁口(４ａ)を介して上記排気還元
を行うようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジ
ン。
【０００８】(請求項３の発明)請求項１または請求項２
に記載したディーゼルエンジンにおいて、図１(Ｂ)に示
すように、排気還元期間(５)中に、排気通路(１)での排
気脈動圧(６)の高圧のピーク(６ａ)が発生するようにし
た、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【０００９】
【発明の作用及び効果】（請求項１の発明）請求項１の
発明は、次の作用効果を奏する。 《１》吸気の体積効率が大きく低下することがない。図
１(Ｄ)に示すように、吸気下死点前９０°(Ｔ１)よりも
後に排気還元を開始するため、図３または図７に示すよ
うに、吸気行程でシリンダ(２)の行程容積の大部分に吸
気が充満した後に、排気還元が行われることになり、吸
気の体積効率が大きく低下することがない。このため、
燃料供給量が大きく制限されることがなく、高出力を得
ることができる。
【００１０】《２》適正な排気還元量が容易に確保され
る。図１(Ｄ)に示すように、吸気下死点後１２０°(Ｔ
４)よりも前に排気還元を終了するため、次の利点があ
る。図１(Ｃ)に示すように、吸気下死点後１２０°(Ｔ
４)よりも前は、シリンダ内圧(７)が未だ低く、シリン
ダ内圧(７)と排気通路(１)内の排気脈動圧(６)との圧力
差が十分に大きいため、この大きな圧力差により、図３
または図７に示すように、シリンダ(１)に排気(４ｂ)が
強く押し込まれ、適正な排気還元量が容易に確保され
る。このため、排気還元によるＮＯｘの低減機能は高
い。
【００１１】《３》青白煙の発生が抑制される。機関温
度が低い場合でも、還元された排気(４ｂ)の熱で、燃焼
が促進され、青白煙の発生が抑制される。
【００１２】（請求項２の発明）請求項２の発明は、請
求項１の発明の作用効果に加え、次の作用効果を奏す
る。 《４》既存のディーゼルエンジンを大幅に改変する必要
がない。図５に示すように、排気カム(３)に排気還元用
カム突起(３ｂ)を追加するだけで排気還元を行うことが
できるため、既存のディーゼルエンジンを大幅に改変す
る必要がない。
【００１３】（請求項３の発明）請求項３の発明は、請
求項１または請求項２の発明の作用効果に加え、次の作
用効果を奏する。 《５》吸気の体積効率の低下を抑制できる。図１(Ｂ)に
示すように、排気還元期間(５)中に排気脈動圧(６)の高
圧のピーク(６ａ)が発生するため、排気還元が高圧で行
われ、排気還元期間(５)を短くすることができ、排気還
元が吸気の邪魔になりにくく、吸気の体積効率の低下を
抑制できる。
【００１４】
【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から図５は本発明の第１実施形態を
説明する図で、この第１実施形態では、２弁式の４サイ
クル４気筒ディーゼルエンジンを用いる。
【００１５】このエンジンの構成は、次の通りである。
図２に示すように、シリンダ(２)にシリンダヘッド(１
４)が組み付けられ、シリンダ(２)にピストン(１５)が
内嵌されている。シリンダヘッド(１４)に吸気通路(図
外)と排気通路(１)とが設けられ、これらに吸気弁(図
外)と排気弁(４)とが配置されている。このエンジン
は、２弁式であり、吸気弁と排気弁(４)とは、１のシリ
ンダ(２)に対して１個ずつ設けられている。シリンダヘ
ッド(１４)に燃料噴射ノズル(１８)とヒートプラグ(１
９)とが取り付けられている。ピストン(１５)にリエン
トラント型の燃焼室(１０)が設けられている。
【００１６】このエンジンの燃焼サイクルは、次のよう
にして行われる。図１(Ａ)に示すように、バルブオーバ
ーラップ期間(２０)中に燃料の予備噴射(１１)が行われ
る。このため、図２に示すように、予備噴射(１１)は、
燃焼室(１０)の室壁面に向けて行われ、シリンダ（２）
の壁面の潤滑油が予備噴射燃料で洗い流されるのを防止
している。
【００１７】予備噴射量の望ましい設定は、次の通りで
ある。予備噴射量は、主噴射量と同様、負荷が小さくな
るにつれて、少なくなるようにする。また、予備噴射量
は、同一負荷で比較して、主噴射量よりも少なくなるよ
うにする。予備噴射(１１)と主噴射(１２)との総噴射量
に対する予備噴射量の割合は、同一負荷で比較して、総
噴射量の２〜２５％とするのが望ましい。２％未満であ
ると、燃焼室(１０)内で生じる混合気が希薄になり過
ぎ、主噴射(１２)の着火遅れを短くできず、２５％を越
えると、燃焼室(１０)内で生じる混合気が濃くなり過
ぎ、過早着火が起こるおそれがある。これに対し、２〜
２５％では、このような問題が生じにくい。これらの問
題を確実に回避するためには、予備噴射量を５〜２０％
とするのがより望ましい。
【００１８】予備噴射(１１)は、高負荷領域や高回転領
域では実施するが、低負荷領域や低回転領域では実施し
ない。その理由は、次の通りである。低負荷領域では燃
焼温度が低いうえ、予備噴射(１１)を実施すると、予備
混合気の濃度が薄くなりすぎるため、予備混合気が燃え
残りやすい。このため、低負荷領域では予備噴射(１１)
をしないことにより、未燃燃料、未燃ガス、ＨＣ、ＣＯ
等の排出量を低減できる。また、低回転領域で予備噴射
(１１)を実施すると、燃焼室(１０)の室壁付近の予備混
合気が燃え残りやすく、未燃燃料や未燃ガスの排出量が
多くなる。このため、低回転領域では予備噴射を実施し
ないことにより、未燃燃料、未燃ガス、ＨＣ、ＣＯ等の
排出量を低減できる。
【００１９】図１(Ｄ)に示すように、吸気行程の終期付
近から圧縮行程の始期付近にかけて、排気還元期間(５)
が設定されている。排気還元期間(５)中、シリンダ内圧
(７)と排気通路(１)の排気脈動圧(６)との差圧で、図３
に示すように、排気通路(１)から排気弁口(４ａ)を介し
てシリンダ(２)に排気還元が行われる。排気通路(１)の
排気脈動圧(６)は、各シリンダ(２)からの排気の相互干
渉によって生じるが、その高圧のピーク(６ａ)を排気還
元期間(５)中に発生させる。尚、図１(Ｃ)中の符号(８)
は排気通路(１)の平均排気圧を示す。
【００２０】図１(Ｄ)に示すように、排気還元の開始
は、吸気行程の開始直後に一旦閉弁した排気弁(４)が再
度開弁されることにより行われ、その終了は、排気弁
(４)が閉弁されることにより行われる。排気還元期間
(５)を開始する排気弁(４)の開弁時期は、クランク角で
吸気下死点前４５°(Ｔ２)に設定され、排気還元期間
(５)を終了する排気弁(４)の閉弁時期は、吸気下死点後
４５°(Ｔ３)に設定されている。この排気弁(４)の開閉
を行うため、図５に示すように、排気カム(３)には、排
気用カム突起(３ａ)の反対側に排気還元用カム突起(３
ｂ)が設けられている。
【００２１】図１(Ａ)に示すように、圧縮行程の終期付
近で、主噴射(１２)が行われる。図４に示すように、主
噴射(１２)も図２に示す予備噴射(１１)と同様、燃焼室
(１０)の室壁面に向けて行われる。
【００２２】このエンジンの利点は、次の通りである。 《１》予備噴射燃料の気化が促進される。高負荷時、高
回転時に、還元された排気(４ｂ)の熱で予備噴射燃料の
気化が促進される。気化が促進された予備噴射燃料は、
燃焼室(１０)内に着火しやすい雰囲気を形成し、主噴射
燃料の着火遅れ期間を短縮して、ＮＯｘや燃焼騒音を低
減させる。また、気化が促進された予備噴射燃料は、適
正に燃焼するため、未燃焼燃料、ＣＯ、ＨＣが排出され
にくく、排気特性が良好になるとともに、燃料消費率も
低くなる。また、気化が促進された予備噴射燃料は、燃
焼室(１０)内に広く拡散し、主噴射燃料の火炎伝播を助
け、空気利用率を高めるため、燃料噴射量を増加させる
ことができ、高出力が得られる。
【００２３】この利点を得るためには、予備噴射(１１)
を主噴射(１２)より前に行えばよいが、予備噴射(１１)
は、クランク角で吸気下死点前９０°(Ｔ１)よりも前に
行うのが望ましく、バルブオーバーラップ期間(２０)中
に予備噴射(１１)の全部または一部を行うのがより望ま
しい。吸気下死点前９０°(Ｔ１)よりも前は、シリンダ
(２)内の温度が高く、バルブオーバーラップ期間(２０)
中は、特にシリンダ(２)内の温度が高いため、この時期
に予備噴射(１１)を行うと、排気還元前に予備噴射燃料
の一部を予め気化させておくことができるからである。
【００２４】《２》吸気の充填効率が大きく低下するこ
とがない。 図１(Ｄ)に示すように、吸気下死点前４５°(Ｔ２)に排
気還元を開始するため、図３に示すように、吸気行程で
シリンダ(２)の行程容積の大部分に吸気が充填された後
に、排気還元が行われることになり、吸気の充填効率が
大きく低下することがない。このため、燃料供給量が大
きく制限されることがなく、高出力を得ることができ
る。この利点を得るためには、吸気下死点前９０°(Ｔ
１)よりも後に排気還元を開始すればよいが、この利点
を確実に得るためには、吸気下死点前４５°(Ｔ２)か、
それ以降に排気還元を開始するのがより望ましい。
【００２５】《３》適正な排気還元量が容易に確保され
る。 図１(Ｄ)に示すように、吸気下死点後４５°(Ｔ３)に排
気還元を終了するため、次の利点がある。図１(Ｃ)に示
すように、吸気下死点後４５°(Ｔ３)よりも前は、シリ
ンダ内圧(７)が未だ低く、シリンダ内圧(７)と排気通路
(１)内の排気脈動圧(６)との圧力差が十分に大きいた
め、この大きな圧力差により、図３に示すように、シリ
ンダ(１)に排気(４ｂ)が強く押し込まれ、適正な排気還
元量が容易に確保される。このため、排気還元によるＮ
Ｏｘの低減機能は高い。この利点を得るためには、吸気
下死点後１２０°(Ｔ４)よりも前に排気還元を終了すれ
ばよいが、この利点を確実に得るため、吸気下死点９０
°か、それ以前に排気還元を終了するのが望ましく、吸
気下死点後４５°(Ｔ３)か、それ以前に排気還元を終了
するのがより望ましい。
【００２６】《４》青白煙の発生が抑制される。 機関温度が低い場合でも、還元された排気(４ｂ)の熱
で、燃焼が促進され、青白煙の発生が抑制される。
【００２７】《５》既存のディーゼルエンジンを大幅に
改変する必要がない。 図５に示すように、排気カム(３)に排気還元用カム突起
(３ｂ)を追加するだけで排気還元を行うことができるた
め、既存のディーゼルエンジンを大幅に改変する必要が
ない。
【００２８】《６》吸気の充填効率が高まる。 図１(Ｂ)に示すように、排気還元期間(５)中に排気脈動
圧(６)の高圧のピーク(６ａ)が発生するため、排気還元
が高圧で行われ、排気還元期間(５)を短くすることがで
き、排気還元が吸気の邪魔になりにくく、吸気の充填効
率が高まる。
【００２９】図６〜図８は、本発明の第２実施形態を説
明する図で、この第２実施形態は第１実施形態と次の点
で異なる。このエンジンは、図６に示すように、４弁式
で、吸気弁(１７)と排気弁(４)とが、１のシリンダ(２)
に対して２個ずつ設けられ、図６(Ｂ)に示すように、２
個の吸気弁口(１７ａ)(１７ａ)の列と２個の排気弁口
(４ａ)(４ａ)の列が並列に配置されている。リエントラ
ント型の燃焼室(１０)の形状が異なり、燃焼室(１０)と
対向する位置で、シリンダヘッド(１４)にスキッシュガ
イド(１９)が設けられ、図８に示すように、圧縮行程の
終期には、スキッシュ流(２０)が発生し、このスキッシ
ュ流(２０)は、スキッシュガイド(１９)と燃焼室(１０)
の室壁との案内で、燃焼室(１０)内を旋回する。他の構
成と機能は、第１実施形態と同じであり、図６〜図８
中、第１実施形態と同一の要素には、同一の符号を付し
ておく。尚、図７中の符号(１７ｂ)は吸気を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るエンジンの排気還元の時期
等を説明する線図で、図１(Ａ)は燃料噴射率、図１(Ｂ)
は排気脈動圧、図１(Ｃ)は平均排気圧とシリンダ内圧、
図１(Ｄ)は弁リフト、図１(Ｅ)はピストン位置をそれぞ
れ示している。
【図２】第１実施形態に係るエンジンの予備噴射時の燃
焼室の縦断面図である。
【図３】図２のエンジンの排気還元時の燃焼室の縦断面
図である。
【図４】図２のエンジンの主噴射時の燃焼室の縦断面図
である。
【図５】図２のエンジンの排気カムの縦断面図である。
【図６】第２実施形態に係るエンジンの予備噴射時の燃
焼室を説明する図で、図６(Ａ)は燃焼室の縦断面図、図
６(Ｂ)は弁配置の模式図である。
【図７】図６のエンジンの排気還元時の燃焼室の縦断面
図である。
【図８】図６のエンジンの主噴射時の燃焼室の縦断面図
である。
【符号の説明】
(Ｔ１)…吸気上死点前９０°、(Ｔ４)…吸気下死点後１
２０°、(１)…排気通路、(２)…シリンダ、(３)…排気
カム、(３ｂ)…排気還元用カム突起、(４)…排気弁、
(４ａ)…排気弁口、(５)…排気還元期間、(６)…排気脈
動圧、(６ａ)…高圧のピーク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｂ 23/06 Ｆ０２Ｂ 23/06 Ｗ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｈ Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｃ (72)発明者 小坂 哲也 大阪府堺市築港新町３丁８番 株式会社ク ボタ堺臨海工場内 Ｆターム(参考） 3G016 AA02 AA05 AA12 AA19 BA02 BA05 BA39 BA43 BA44 BB12 CA13 GA00 3G023 AA02 AA04 AA05 AA18 AB05 AB08 AC04 AD02 AD04 AD07 AD08 AD14 AF01 AG03 3G062 AA01 AA10 BA09 EA01 GA06 GA21 3G092 AA02 AA13 AA17 BB13 DA02 DA12 FA02 FA17 FA18 FA21 HD08X

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排気通路(１)からシリンダ(２)に排気
    (４ｂ)を還元するに当り、クランク角で吸気下死点前９
    ０°(Ｔ１)よりも後に排気還元を開始し、吸気下死点後
    １２０°(Ｔ４)よりも前に排気還元を終了するようにし
    た、ことを特徴とするディーゼルエンジン。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載したディーゼルエンジン
    において、 排気カム(３)に排気還元用カム突起(３ｂ)を設け、排気
    還元用カム突起(３ｂ)による排気弁(４)の開弁で、排気
    弁口(４ａ)を介して上記排気還元を行うようにした、こ
    とを特徴とするディーゼルエンジン。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載したディ
    ーゼルエンジンにおいて、 排気還元期間(５)中に、排気通路(１)での排気脈動圧
    (６)の高圧のピーク(６ａ)が発生するようにした、こと
    を特徴とするディーゼルエンジン。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006233961A (ja) * 2005-01-31 2006-09-07 Honda Motor Co Ltd 自然吸気式内燃機関
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