JP2876756B2 - 直噴式ディーゼルエンジン - Google Patents
直噴式ディーゼルエンジンInfo
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- JP2876756B2 JP2876756B2 JP2243398A JP24339890A JP2876756B2 JP 2876756 B2 JP2876756 B2 JP 2876756B2 JP 2243398 A JP2243398 A JP 2243398A JP 24339890 A JP24339890 A JP 24339890A JP 2876756 B2 JP2876756 B2 JP 2876756B2
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- JP
- Japan
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- intake
- combustion chamber
- valve
- swirl
- cylinder head
- Prior art date
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Classifications
-
- 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
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
Landscapes
- Characterised By The Charging Evacuation (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、直噴式ディーゼルエンジンに関する。
（従来の技術およびその課題） 近年、ディーゼルエンジンの低公害化、高出力化、低
騒音化などの要求がますます強くなっており、エンジン
回転数や負荷に応じて噴射特性を変えるとともに、燃料
噴射ポンプの高圧化をはかり、燃料噴射圧を例えば1000
barを越える高圧にして噴射燃料の微粒化を行い、良好
な燃焼性を得るものがあった。
騒音化などの要求がますます強くなっており、エンジン
回転数や負荷に応じて噴射特性を変えるとともに、燃料
噴射ポンプの高圧化をはかり、燃料噴射圧を例えば1000
barを越える高圧にして噴射燃料の微粒化を行い、良好
な燃焼性を得るものがあった。
ところが、高圧型の噴射ポンプはカムによって燃料を
圧縮する構造上、噴射ポンプの回転速度が高いエンジン
の高速運転域では燃料噴射圧が十分に高くても、低速運
転域では高速運転域の半分以下の燃料噴射圧となるた
め、燃料噴霧と空気との混合が十分に行われず、空気利
用率が低下してスモークの発生量が増えるという問題点
があった。
圧縮する構造上、噴射ポンプの回転速度が高いエンジン
の高速運転域では燃料噴射圧が十分に高くても、低速運
転域では高速運転域の半分以下の燃料噴射圧となるた
め、燃料噴霧と空気との混合が十分に行われず、空気利
用率が低下してスモークの発生量が増えるという問題点
があった。
この対策として、燃焼室に吸気スワールを生起してス
モーク排出量の低減をはかるものが提案されているが、
直噴式ディーゼルエンジンの場合はスワール比（吸入空
気旋回速度／エンジン回転速度）が大きすぎても燃焼性
が悪化してスモーク排出量が増大するという問題点があ
った（特開昭61-14426号公報参照）。
モーク排出量の低減をはかるものが提案されているが、
直噴式ディーゼルエンジンの場合はスワール比（吸入空
気旋回速度／エンジン回転速度）が大きすぎても燃焼性
が悪化してスモーク排出量が増大するという問題点があ
った（特開昭61-14426号公報参照）。
本発明は、こうした従来の問題点に着目し、エンジン
回転数に応じて適度な吸気スワールが得られる直噴式デ
ィーゼルエンジンを提供することを目的とする。
回転数に応じて適度な吸気スワールが得られる直噴式デ
ィーゼルエンジンを提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明では、ピストンの頂部
に開口するキャビティとシリンダヘッドとの間で燃焼室
を画成し、シリンダヘッドに燃料噴射ノズルを燃焼室の
中央に臨んで取付けるとともに、２つの独立した吸気ポ
ートを燃焼室に対して並んで開口させ、各吸気ポートを
エンジン回転に同期して開閉する２つの吸気弁を設け、
各吸気弁の閉弁時期に所定の位相差を持たせ、閉弁時期
の遅れる吸気弁によって開閉される吸気管長を他方の吸
気管長より所定の比率で大きく設定した。
に開口するキャビティとシリンダヘッドとの間で燃焼室
を画成し、シリンダヘッドに燃料噴射ノズルを燃焼室の
中央に臨んで取付けるとともに、２つの独立した吸気ポ
ートを燃焼室に対して並んで開口させ、各吸気ポートを
エンジン回転に同期して開閉する２つの吸気弁を設け、
各吸気弁の閉弁時期に所定の位相差を持たせ、閉弁時期
の遅れる吸気弁によって開閉される吸気管長を他方の吸
気管長より所定の比率で大きく設定した。
（作用） シリンダヘッドに２つの吸気ポートを燃焼室に対して
並んで開口させることにより、各吸気ポートから燃焼室
に流入する吸気流は互いに逆方向の吸気スワールを生起
しようとするが、各吸気弁の閉弁時期に位相差を設ける
ことにより、各吸気弁の閉弁後は閉弁時期の遅れる側の
吸気ポートから流入する吸気流によって生起されたスワ
ールが持続される。
並んで開口させることにより、各吸気ポートから燃焼室
に流入する吸気流は互いに逆方向の吸気スワールを生起
しようとするが、各吸気弁の閉弁時期に位相差を設ける
ことにより、各吸気弁の閉弁後は閉弁時期の遅れる側の
吸気ポートから流入する吸気流によって生起されたスワ
ールが持続される。
エンジンの低回転域では吸気の慣性効果により吸気管
長の長い方の吸気ポートから流入する吸気流量が増大し
てスワールの勢力を大きくなり、エンジンの高回転域で
は吸気管長の小さい吸気ポートから流入する吸気流量が
増大してスワールの勢力が低下する。これにより、低回
転域ではスワールにより燃料噴霧の微粒化と空気との混
合を促進するとともに、エンジン回転数が上昇するのに
応じてスワールが徐々に弱められ、高回転域で吸気流速
が高まるのに対応してスワールを弱めて火炎が吹き消さ
れることを防止して、良好な燃焼性を維持することがで
きる。
長の長い方の吸気ポートから流入する吸気流量が増大し
てスワールの勢力を大きくなり、エンジンの高回転域で
は吸気管長の小さい吸気ポートから流入する吸気流量が
増大してスワールの勢力が低下する。これにより、低回
転域ではスワールにより燃料噴霧の微粒化と空気との混
合を促進するとともに、エンジン回転数が上昇するのに
応じてスワールが徐々に弱められ、高回転域で吸気流速
が高まるのに対応してスワールを弱めて火炎が吹き消さ
れることを防止して、良好な燃焼性を維持することがで
きる。
（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
る。
第１図，第２図において、10はシリンダヘッド、２は
シリンダ、３はピストンで、ピストン３の頂部にはキャ
ビティ４が形成される一方、シリンダヘッド10の燃焼室
壁25はシリンダ軸Ｏに直交する平面上に形成され、これ
らの間に燃焼室５が皿状に画成される。
シリンダ、３はピストンで、ピストン３の頂部にはキャ
ビティ４が形成される一方、シリンダヘッド10の燃焼室
壁25はシリンダ軸Ｏに直交する平面上に形成され、これ
らの間に燃焼室５が皿状に画成される。
シリンダヘッド10には燃料噴射ノズル６が燃焼室５の
中央部に臨んでシリンダ２の中心軸Ｏと平行に取付けら
れる。この噴射ノズル６は図示しない高圧型燃料噴射ポ
ンプから所定のタイミングで圧送される燃料を燃焼室５
に放射状に噴射するようになっている。
中央部に臨んでシリンダ２の中心軸Ｏと平行に取付けら
れる。この噴射ノズル６は図示しない高圧型燃料噴射ポ
ンプから所定のタイミングで圧送される燃料を燃焼室５
に放射状に噴射するようになっている。
シリンダヘッド10には２つの第一第二吸気ポート21,2
2と２つの排気ポート23,24とが互いに対向して形成さ
れ、第一第二吸気弁7,8および各排気弁９はそれぞれシ
リンダ２の中心軸Ｏと平行に配置され、シリンダヘッド
10上に設けられる各カム11,12の回転により各ロッカア
ーム13,14を介し各バルブスプリング15,16に抗してそれ
ぞれ所定のタイミングでエンジン回転に同期して開閉駆
動される。
2と２つの排気ポート23,24とが互いに対向して形成さ
れ、第一第二吸気弁7,8および各排気弁９はそれぞれシ
リンダ２の中心軸Ｏと平行に配置され、シリンダヘッド
10上に設けられる各カム11,12の回転により各ロッカア
ーム13,14を介し各バルブスプリング15,16に抗してそれ
ぞれ所定のタイミングでエンジン回転に同期して開閉駆
動される。
第一第二吸気ポート21,22は噴射ノズル７のまわりに
並んで開口し、第２図においてシリンダ２を横断する中
心線Ｃを挾んで平行に延びるストレートポート状に形成
される。第一第二吸気ポート21,22はそれぞれ正面図上
で燃焼室壁25に対して約30°の傾斜角度をもっている。
並んで開口し、第２図においてシリンダ２を横断する中
心線Ｃを挾んで平行に延びるストレートポート状に形成
される。第一第二吸気ポート21,22はそれぞれ正面図上
で燃焼室壁25に対して約30°の傾斜角度をもっている。
第３図，第４図に示すように、シリンダヘッド10には
吸気マニホールド30が取付けられる。吸気マニホールド
30は図示しない一端にエアクリーナから取り入れられる
空気を流入させる円筒状のコレクタ33と、このコレクタ
33から各気筒に吸気を分配する第一第二分枝管31,32と
を有する。
吸気マニホールド30が取付けられる。吸気マニホールド
30は図示しない一端にエアクリーナから取り入れられる
空気を流入させる円筒状のコレクタ33と、このコレクタ
33から各気筒に吸気を分配する第一第二分枝管31,32と
を有する。
第一分枝管31と第二分枝管32は互いに異なる曲率で湾
曲して形成され、それぞれの管路長が任意に設定され
る。第一分枝管31と第一吸気ポート21はエンジン１の高
速運転時に慣性効果が得られるように比較的に短い所定
の吸気管長に設定される一方、第二分枝管32と第二吸気
ポート22は低速運転時に慣性効果が得られるように比較
的に長い所定の吸気管長に設定される。
曲して形成され、それぞれの管路長が任意に設定され
る。第一分枝管31と第一吸気ポート21はエンジン１の高
速運転時に慣性効果が得られるように比較的に短い所定
の吸気管長に設定される一方、第二分枝管32と第二吸気
ポート22は低速運転時に慣性効果が得られるように比較
的に長い所定の吸気管長に設定される。
第５図に示すように、第一吸気弁７が閉弁してから例
えば10°CA程度の位相差をもって第二吸気弁８が閉弁す
る。この場合、第一第二吸気弁7,8を開閉駆動する各カ
ム11のプロフィールは互いに同一とし、第一第二吸気弁
7,8は互いに所定の位相差を持って開閉作動し、第一吸
気弁７はピストン３が上死点（TDC）に到達する前に開
弁し始め、第二吸気弁８はピストン３が上死点を過ぎて
から開弁を開始する。
えば10°CA程度の位相差をもって第二吸気弁８が閉弁す
る。この場合、第一第二吸気弁7,8を開閉駆動する各カ
ム11のプロフィールは互いに同一とし、第一第二吸気弁
7,8は互いに所定の位相差を持って開閉作動し、第一吸
気弁７はピストン３が上死点（TDC）に到達する前に開
弁し始め、第二吸気弁８はピストン３が上死点を過ぎて
から開弁を開始する。
次に作用について説明する。
第８図は従来装置と本発明による装置とにそれぞれ要
求されるスワール特性を示しており、本発明は燃料噴射
ノズル６を燃焼室５の中央に臨んで取付けることによ
り、噴射ノズル６から燃焼室５に噴射される燃料噴霧が
偏ることがなく均等に拡散する。また、燃料噴射ポンプ
に備えられる等圧弁の作動により管内の残留圧力が一定
となるように吸い戻し作用が行われて２次噴射が防止さ
れるため、噴射ノズル６からの燃料噴射圧を高めること
が可能となり、燃料の微粒化および空気との混合が促進
されて、要求されるスワールの強さは比較的に小さくな
る。
求されるスワール特性を示しており、本発明は燃料噴射
ノズル６を燃焼室５の中央に臨んで取付けることによ
り、噴射ノズル６から燃焼室５に噴射される燃料噴霧が
偏ることがなく均等に拡散する。また、燃料噴射ポンプ
に備えられる等圧弁の作動により管内の残留圧力が一定
となるように吸い戻し作用が行われて２次噴射が防止さ
れるため、噴射ノズル６からの燃料噴射圧を高めること
が可能となり、燃料の微粒化および空気との混合が促進
されて、要求されるスワールの強さは比較的に小さくな
る。
第一第二吸気ポート21,22はそれぞれ燃焼室５に対し
て偏心して開口していることにより、第二吸気ポート22
を通って流入する吸気流は第２図において矢印で示すよ
うに燃焼室５内で時計回り方向に旋回しようとする一
方、第一吸気ポート21を通って流入する吸気流により燃
焼室５では第２図において反時計回り方向に旋回しよう
とする。
て偏心して開口していることにより、第二吸気ポート22
を通って流入する吸気流は第２図において矢印で示すよ
うに燃焼室５内で時計回り方向に旋回しようとする一
方、第一吸気ポート21を通って流入する吸気流により燃
焼室５では第２図において反時計回り方向に旋回しよう
とする。
第一吸気弁７と第二吸気弁８が互いに所定の位相差を
もって閉弁することにより、吸気行程終了直前で第一吸
気弁７が閉弁した後に第二吸気弁８を介して流入する吸
気流によりスワールが生起され、第二吸気弁８が閉弁し
た後もこのスワールが持続する。
もって閉弁することにより、吸気行程終了直前で第一吸
気弁７が閉弁した後に第二吸気弁８を介して流入する吸
気流によりスワールが生起され、第二吸気弁８が閉弁し
た後もこのスワールが持続する。
低速運転時は、吸気管長の長い第二吸気ポート22から
流入する吸気流の慣性効果が高まり、吸気充填効率が高
めれるとともに、第６図に示すように、吸気行程の末期
に第二吸気ポート22の圧力の圧力が相対的に上昇するこ
とにより、燃焼室５に強い吸気スワールが生起される。
流入する吸気流の慣性効果が高まり、吸気充填効率が高
めれるとともに、第６図に示すように、吸気行程の末期
に第二吸気ポート22の圧力の圧力が相対的に上昇するこ
とにより、燃焼室５に強い吸気スワールが生起される。
高速運転時は、吸気管長の短い第一吸気ポート21から
流入する吸気流の慣性効果が高まり、第７図に示すよう
に、吸気行程の末期に第一吸気ポート21の圧力が相対的
に上昇することにより、吸気充填効率が高めれるととも
に、燃焼室５に生起される吸気スワールが弱められる。
流入する吸気流の慣性効果が高まり、第７図に示すよう
に、吸気行程の末期に第一吸気ポート21の圧力が相対的
に上昇することにより、吸気充填効率が高めれるととも
に、燃焼室５に生起される吸気スワールが弱められる。
このように、第一第二吸気ポート21,22の吸気流速の
大小関係がエンジン回転数の上昇に伴って逆転するた
め、低回転域では適度なスワールを生起することによ
り、空気利用率を高めてスモーク排出量を低減し、高回
転域で吸気流速が高まるのに対応してスワールを弱めて
火炎が吹き消されることを防止して、良好な燃焼性を維
持することができる。
大小関係がエンジン回転数の上昇に伴って逆転するた
め、低回転域では適度なスワールを生起することによ
り、空気利用率を高めてスモーク排出量を低減し、高回
転域で吸気流速が高まるのに対応してスワールを弱めて
火炎が吹き消されることを防止して、良好な燃焼性を維
持することができる。
また、第９図は、直線的な流路形状を持つストレート
ポートと、その下流部が湾曲するヘリカルポートの流量
係数をそれぞれ測定した実験結果を示しており、バルブ
リフトの増大に伴いストレートポートの流量係数が大き
くなることがわかる。したがって、本実施例では第一第
二吸気ポート21,22を共にストレートポートとすること
により、ポンピングロスを低減して燃費を改善できると
ともに、吸気充填効率を高めて全負荷時のスモーク排出
量を低減し、部分負荷時においてもパティキュレートの
排出を抑えられる。
ポートと、その下流部が湾曲するヘリカルポートの流量
係数をそれぞれ測定した実験結果を示しており、バルブ
リフトの増大に伴いストレートポートの流量係数が大き
くなることがわかる。したがって、本実施例では第一第
二吸気ポート21,22を共にストレートポートとすること
により、ポンピングロスを低減して燃費を改善できると
ともに、吸気充填効率を高めて全負荷時のスモーク排出
量を低減し、部分負荷時においてもパティキュレートの
排出を抑えられる。
また、第10図に示す他の実施例は、第一分枝管31の途
中に絞弁35が介装されるものである。円盤状絞弁35は回
転シャフト36に取付けられ、シャフト36の一端に連結さ
れるダイヤフラム装置37を介して回動させられる。この
場合、電子制御ユニットによりエンジン回転数に応じて
絞弁35の開度が制御されて、燃焼室に生起されるスワー
ルの強さをきめ細かに調整することができる。
中に絞弁35が介装されるものである。円盤状絞弁35は回
転シャフト36に取付けられ、シャフト36の一端に連結さ
れるダイヤフラム装置37を介して回動させられる。この
場合、電子制御ユニットによりエンジン回転数に応じて
絞弁35の開度が制御されて、燃焼室に生起されるスワー
ルの強さをきめ細かに調整することができる。
（発明の効果） 以上の通り本発明によれば、直噴式ディーゼルエンジ
ンにおいて、ピストンの頂部に開口するキャビティとシ
リンダヘッドとの間で燃焼室を画成し、シリンダヘッド
に燃料噴射ノズルを燃焼室の中央に臨んで取付けるとと
もに、２つの独立した吸気ポートを燃焼室に対して並ん
で開口させ、各吸気ポートをエンジン回転に同期して開
閉する２つの吸気弁を設け、各吸気弁の閉弁時期に所定
の位相差を持たせ、閉弁時期の遅れる吸気弁によって開
閉される吸気管長を他方の吸気管長より所定の比率で大
きく設定したため、エンジン回転数に応じて燃焼室に生
起される吸気スワールの勢力を適度に変化させることが
でき、スワールにより燃料の微粒化および空気との混合
を促進して空気利用率を高められ、スモーク排出量を低
減することができるとともに、ストレートポートにより
吸気充填効率を維持して、ディーゼルエンジンの低公害
化と高出力化がはかれる。
ンにおいて、ピストンの頂部に開口するキャビティとシ
リンダヘッドとの間で燃焼室を画成し、シリンダヘッド
に燃料噴射ノズルを燃焼室の中央に臨んで取付けるとと
もに、２つの独立した吸気ポートを燃焼室に対して並ん
で開口させ、各吸気ポートをエンジン回転に同期して開
閉する２つの吸気弁を設け、各吸気弁の閉弁時期に所定
の位相差を持たせ、閉弁時期の遅れる吸気弁によって開
閉される吸気管長を他方の吸気管長より所定の比率で大
きく設定したため、エンジン回転数に応じて燃焼室に生
起される吸気スワールの勢力を適度に変化させることが
でき、スワールにより燃料の微粒化および空気との混合
を促進して空気利用率を高められ、スモーク排出量を低
減することができるとともに、ストレートポートにより
吸気充填効率を維持して、ディーゼルエンジンの低公害
化と高出力化がはかれる。
第１図は本発明の実施例を示すエンジンの横断面図、第
２図はシリンダヘッドの平面図、第３図は吸気系の側面
図、第４図は同じく吸気系の平面図、第５図は吸排気弁
のリフト特性を示す線図、第６図，第７図，第８図，第
９図はそれぞれ作用を示す線図である。第10図は他の実
施例を示す吸気系の平面図である。 １……エンジン、２……シリンダ、３……ピストン、４
……キャビティ、５……燃焼室、６……噴射ノズル、７
……第一吸気弁、８……第二吸気弁、９……排気弁、10
……シリンダヘッド、21……第一吸気ポート、22……第
二吸気ポート、31……第一分枝管、32……第二分枝管、
33……コレクタ。
２図はシリンダヘッドの平面図、第３図は吸気系の側面
図、第４図は同じく吸気系の平面図、第５図は吸排気弁
のリフト特性を示す線図、第６図，第７図，第８図，第
９図はそれぞれ作用を示す線図である。第10図は他の実
施例を示す吸気系の平面図である。 １……エンジン、２……シリンダ、３……ピストン、４
……キャビティ、５……燃焼室、６……噴射ノズル、７
……第一吸気弁、８……第二吸気弁、９……排気弁、10
……シリンダヘッド、21……第一吸気ポート、22……第
二吸気ポート、31……第一分枝管、32……第二分枝管、
33……コレクタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−170717（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−135421（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−76722（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−200323（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−25425（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02B 27/00 F02B 29/08 F02B 31/08
Claims (1)
- 【請求項１】ピストンの頂部に開口するキャビティとシ
リンダヘッドとの間で燃焼室を画成し、シリンダヘッド
に燃料噴射ノズルを燃焼室の中央に臨んで取付けるとと
もに、２つの独立した吸気ポートを燃焼室に対して並ん
で開口させ、各吸気ポートをエンジン回転に同期して開
閉する２つの吸気弁を設け、各吸気弁の閉弁時期に所定
の位相差を持たせ、閉弁時期の遅れる吸気弁によって開
閉される吸気管長を他方の吸気管長より所定の比率で大
きく設定したことを特徴とする直噴式ディーゼルエンジ
ン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2243398A JP2876756B2 (ja) | 1990-09-13 | 1990-09-13 | 直噴式ディーゼルエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2243398A JP2876756B2 (ja) | 1990-09-13 | 1990-09-13 | 直噴式ディーゼルエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04124427A JPH04124427A (ja) | 1992-04-24 |
| JP2876756B2 true JP2876756B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=17103275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2243398A Expired - Fee Related JP2876756B2 (ja) | 1990-09-13 | 1990-09-13 | 直噴式ディーゼルエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2876756B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2011059059A1 (ja) * | 2009-11-12 | 2013-04-04 | 株式会社豊田中央研究所 | ディーゼルエンジン |
-
1990
- 1990-09-13 JP JP2243398A patent/JP2876756B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04124427A (ja) | 1992-04-24 |
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