JPH01277621A

JPH01277621A - 過給機付ディーゼルエンジンの吸気装置

Info

Publication number: JPH01277621A
Application number: JP63105109A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Hitomi; 光夫人見
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-04-27
Filing date: 1988-04-27
Publication date: 1989-11-08
Anticipated expiration: 2012-08-27
Also published as: JP2647131B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、過給機を備えたディーゼルエンジンの吸気装
置に関するものである。

（従来の技術）従来より、この種過給機付ディーゼルエンジンとして、
例えば特開昭６ｉ−９３２２１号公報等に示されるよう
に、エンジンの排気通路に配設されたタービンと、吸気
通路に配設されたコンプレッサとを回転一体に連結して
なり、排気ガスエネルギーによりタービン及びコンプレ
ッサを回転駆動して、そのコンプレッサにより吸気を過
給するようにしたターボ過給機付のものは一般によく知
られている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、この過給機付ディーゼルエンジンにおいては
、中／高速域で吸気の体積効率が必要以上に高いので、
過給された空気の圧縮圧のみで着荷後の燃焼圧が気筒の
機械的な強度である燃焼最高圧を越える虞れがあり、こ
のことから、燃料噴射時期を遅らせることが行われてい
る。そして、エンジンの出力を増大すべく燃料噴射量を
増加させるときには、さらに噴射時期を遅らせる必要が
ある。

しかし、その場合、排気ガス温度が上昇するため、過給
機のタービン等、排気系の耐熱限界を越える虞れがあり
、燃料噴射量をむやみに増加させることはできない。す
なわち、排気ガス中のスモーク発生までに余裕を残し、
なから出力トルクを有限に制限する必要がある。

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目的
は、上記した過給機付ディーゼルエンジンにおいて、吸
気の動的過給効果を効果的に活用し、その中／高速域で
の吸気の体積効率を低く抑えて、燃料噴射時期を進めか
つ燃料噴射量を増加できるようにし、よってエンジンの
低速域から高速域まで出力トルクを増大させることにあ
る。

（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するために、本発明の解決手段は、過
給機による吸気過給を抑制するまでの範囲のエンジン回
転域で、吸気の慣性過給を行わせるとともに、上記回転
数を越えると、吸気の共鳴同調を行わせて、その共鳴同
調に伴う体積効率の低下により燃料噴射時期の進角補正
及び燃料噴射量の増量を確保するようにしている。

すなわち、具体的には、本発明は、吸気を過給する過給
機と、該過給機による吸気過給を所定の過給圧抑制回転
数以上で抑制する過給抑制手段と、エンジン負荷及びエ
ンジン回転数に応じて気筒内燃焼室に燃料を噴射すると
ともに、全負荷運転時に所定の制限回転数で過回転を抑
制すべく上記燃料噴射量を減少させる燃料噴射手段とを
備えた過給機付ディーゼルエンジンの吸気装置が前提で
ある。

そして、吸気行程がクランク角で３６０°異なる気筒同
士を１つのグループとする２つの気筒グループの各吸気
通路の上流に圧力反転部を有する構成とする。

さらに、各単一気筒における上記慣性同調回転数を上記
過給圧抑制回転数以下に設定するとともに、上記各気筒
グループの気筒間における吸気の共鳴同調回転数を上記
過給圧抑制回転数以上で上記制限回転数以下に設定する
。

（作用）上記の構成により、本発明では、各単一気筒における吸
気の慣性同調回転数が過給抑制手段による過給圧抑制回
転数以下に設定されているので、エンジン回転数が上記
過給圧抑制回転数まで上昇しない低速域では、気筒グル
ープの気筒で吸気の慣性同調が生じて、吸気が気筒に過
給される。よってエンジンの低速域での吸気の充填量を
増加させて出力トルクを増大させることができる。

また、上記気筒グループの気筒間における吸気の共鳴同
調回転数が上記過給圧抑制回転数以上で全負荷運転時に
エンジンの過回転を抑制するための制限回転数以下に設
定されているので、エンジン回転数が過給圧抑制回転数
以上で過回転制限回転数以下の実用回転域にあるときに
は、吸気の共鳴同調が生じる。この共鳴同調状態では、
吸気の体積効率が低下するため、その分、燃料噴射時期
を進めかつ燃料噴射量を増加させることが可能となり、
よってエンジンの出力トルクを増大できることとなる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例の全体構成を示し、１は直列に
配置された第１〜第４の４つの気筒２ａ〜２ｄを有する
直列４気筒デイーゼルエンジンであって、これら４つの
気筒２ａ〜２ｄの吸気行程は第１気筒２ａ、第３気筒２
　ｃ　ｓ第４気筒２ｄ。

第２気筒２ｂの順序に設定されている。上記４つの気筒
２ａ〜２ｄは、吸気行程がクランク角で３６０″異なる
第１及び第４気筒２ａ、２ｄの２つの気筒と、第２及び
第３気筒２ｂ、２ｃの２つの気筒とでそれぞれ構成され
る２つの気筒グループに分けられている。

上記各気筒２ａ〜２ｄは、吸気バルブ（図示せず）によ
って開閉される吸気ボート４と、排気バルブ（図示せず
）によって開閉される排気ポート６とを備え、上記各吸
気ポート４には吸気通路７が接続されている。この吸気
通路７は、下流端が各気筒２ａ〜２ｄの吸気ポート４に
連通ずる独立吸気通路８８〜８ｄと、下流端に上記各気
筒グループの２つの気筒２ａ、２ｄ　（又は２ｂ、２ｃ
）における独立吸気通路８ａ、　　８ｄ　（又は８ｂ、
８Ｃ）の上流端同士が集合して接続された第１及び第２
の慣性吸気通路９．１０と、下流端に該画情性吸気通路
９，１０の上流端同士が集合して接続された共通吸気通
路１１とからなり、この共通吸気通路１１の上流端はエ
アクリーナ１２に接続されている。

そして、エンジン１の低速域では、第２図（ａ）に示す
如く、エンジン回転数が慣性同調回転数Ｎ１のときに、
吸気順序の連続しない一方の気筒グループの各気筒２ａ
、２ｄ　（又は２ｂ、２ｃ）の吸気ポート４付近に、該
容気筒２ａ、２ｄ　（又は２ｂ、２ｃ）の吸気行程前期
で生じた吸気の圧力振動の負の圧力波を各慣性吸気通路
９．１０の上流側方向に伝播させ、その共通吸気通路１
１．との接続部１３で正の圧力波に反転させ、その正の
圧力波を下流側に戻して同じ気筒グループの同じ気筒２
ａ、２ｄ　（又は２ｂ、２ｃ）の吸気ポート４に作用さ
せ、吸気を慣性同調させるとともに、エンジン回転数が
上記慣性同調回転数Ｎ１よりも高い共鳴同調回転数Ｎ２
　（＞Ｎｌ）のときに、同図（ｂ）に示す如く、一方の
気筒グループの各気筒２ａ、　　２ｄ　（又は２ｂ、２
Ｃ）の吸気ポート４付近に、該容気筒２ａ、　　２ｄ　
（又は２ｂ、２ｃ）の吸気行程終期で生じた吸気の圧力
振動の正の圧力波を同じ気筒グループの他の気筒２ｄ、
２ａ　（又は２Ｃ，２ｂ）の吸気ポート４に作用させて
、吸気を共鳴同調させるようになされている。よって、
本実施例では、上記慣性吸気通路９，１０と共鳴用吸気
通路１１との接続部１３により圧力反転部が構成されて
いる。尚、第２図において、ＴＤＣはピストン上死点を
、ＢＤＣは同下死点を、ＩＯは吸気ポート４の開き時期
を、ＩＣは同閉じ時期をそれぞれ示している。

上記共通吸気通路１１の途中にはターボ過給機１４のコ
ンプレッサ１４ａが配設されている。−方、上記排気ポ
ート６には排気通路１６が接続され、該排気通路】６に
は上記過給機１４のコンプレッサ１４ａに回転一体に駆
動連結したタービン１４ｂが配設されており、上記排気
通路１６を流れる排気ガスエネルギーによって過給機１
４のタービン１４ｂ及びコンプレッサ１４ａを駆動して
、そのコンプレッサ１４ａにより吸気を過給するように
構成されている。

上記排気通路１６には上記過給機１４のタービン１４ｂ
をバイパスするバイパス通路１７が配設され、該バイパ
ス通路１７には、上記コンプレッサ１４ａ下流の吸気通
路７での吸気の過給圧が所定圧以上に上昇すると開弁す
るウェストゲートバルブ１８が配設されており、このウ
ェストゲートバルブ１８により、過給機１４による吸気
過給を所定の過給圧抑制回転数Ｎ３以上で抑制するよう
にした過給抑制手段が構成されている。

また、１９は上記各気筒２ａ〜２ｄ内燃焼室に燃料を噴
射供給するインジェクタであって、この各インジェクタ
１９にはエンジン１によって駆動される燃料噴射手段と
しての分配式等の燃料噴射ポンプ２０が燃料供給配管２
１を介して接続されている。そして、この燃料噴射ポン
プ２０は、図示しないが公知のガバナ機構を有していて
、エンジン負荷及びエンジン回転数に応じて気筒２ａ〜
２ｄ内燃焼室に燃料を噴射するとともに、ガバナ機構の
作動により全負荷運転時に所定の制限回転数Ｎ４で過回
転を抑制すべく燃料噴射量を減少させるように作動する
。

さらに、本発明の特徴として、上記慣性同調回転数Ｎ１
は上記過給圧抑制回転数Ｎ３以下に、また共鳴同調回転
数Ｎ２は過給圧抑制回転数Ｎ３以上で上記制限回転数Ｎ
４以下にそれぞれ設定されている。

したがって、上記実施例においては、エンジン１の運転
中、その回転数が過給圧抑制回転数Ｎ３に達しないとき
には、過給機１４による吸気過給が抑制されず、排気通
路１６の排気ガスエネルギ−により過給機１４のタービ
ン１４ｂ及びコンプレッサ１４ａが駆動されて、そのコ
ンプレッサ１４ａにより吸気が過給される。そして、各
気筒２ａ〜２ｄにおける吸気の慣性同調回転数Ｎ１がウ
ェストゲートバルブ１８の作動による過給圧抑制回転数
Ｎ３以下に設定されているので、この回転域では、エン
ジン回転数が上記慣性同調回転数Ｎ１のときに、吸気順
序の連続しない一方の気筒グループの各気筒２ａ、２ｄ
　（又は２ｂ、２ｃ）の吸気ボート４付近に、該容気筒
２ａ、２ｄ　（又は２ｂ、２ｃ）の吸気行程前期で生じ
た吸気の圧力振動の負の圧力波が各慣性吸気通路９，１
０の上流側方向に伝播して、その共通吸気通路１１との
接続部１３で正の圧力波に反転した後、同じ気筒グルー
プの他の気筒２ａ、２ｄ　（又は２ｂ、２ｃ）の吸気ボ
ート４に作用するという吸気の慣性同調が生じて、吸気
が気筒に過給される。それ故、上記過給圧抑制回転数Ｎ
３までの回転域で過給機１４による吸気の過給効果が低
くとも、それを補償するように、吸気の慣性同調により
吸気が気筒２ａ〜２ｄに過給されることとなり、よって
エンジン１の低速域での吸気の充填量を増加させて出力
トルクを増大させることができる。

そして、エンジン回転数が上記過給圧抑制回転数Ｎ３に
上昇すると、ウェストゲートバルブ１９が開いて排気ガ
スの一部がバイパス通路１７にバイパスされて、タービ
ン１４ｂに至る排気ガス量が抑えられ、コンプレッサ１
４ａによる吸気の過給圧が略一定圧力に抑制される。ま
た、エンジン１が全負荷状態となり、その回転数がさら
に上昇して制限回転数Ｎ４に達すると、燃料噴射ポンプ
２０のガバナ機構が作動し、該ポンプ２０から各気筒２
ａ〜２ｄに供給される燃料噴射量が減少してエンジン１
の過回転が抑制される。

その場合、上記気筒グループの気筒２ａ、　　２ｄ（又
は２ｂ、２ｃ）間における吸気の共鳴同調回転数Ｎ２が
上記過給圧抑制回転数Ｎ３以とで制限回転数Ｎ４以下に
設定されているので、上記燃料噴射ポンプ２０のガバナ
機構が作動するまでの実用回転域では、エンジン回転数
が上記共鳴同調回転数Ｎ２に達し、一方の気筒グループ
の各気筒２ａ、２ｄ　（又は２ｂ、２Ｃ）の吸気ボート
４付近に、該容気筒２ａ、２ｄ　（又は２ｂ、２ｃ）の
吸気行程終期で生じた吸気の圧力振動の正の圧力波が同
じ気筒グループの他の気筒２ｄ、２ａ　（又は２ｃ、２
ｂ）の吸気ボート４に作用するという吸気の共鳴同調状
態となる。この共鳴同調状態では、第３図（ｃ）に示す
ように、吸気の体積効率が低下するため、その分、同図
（ｉ）に示す如く燃料噴射時期を進め、かつ図（ｇ）に
示す如く燃料噴射量を増加させることができ、よってエ
ンジン１の高速域での出力トルクを増大することができ
る。

尚、第３図はエンジン回転数に対する各種状態量の特性
を通常の吸気系の場合（破線にて示す特性）と対比して
示すものであり、図（ｃ）、　　（ｇ）。

（ｉ）のほか、図（ａ）は平均有効圧の特性を、図（ｂ
）は過給機１４による過給圧の特性を、図（ｄ）はスモ
ークの発生率を、図（ｅ）は燃焼最高圧の特性を、図（
ｆ）は排気ガス温度の特性を、図（ｈ）は空気過剰率の
特性をそれぞれ示している。

尚、本発明は、ターボ過給機１４ではなくて機械式過給
機を備えたエンジンに対しても適用することが可能であ
る。

また、本発明は、上記実施例の如き直列４気筒デイーゼ
ルエンジン以外に例えば６気筒エンジン等の各種多気筒
ディーゼルエンジンに対しても適用することができるの
はいうまでもない。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によると、過給機を備えた
ディーゼルエンジンにおいて、過給機による吸気過給を
抑制するまでの範囲のエンジン回転域で、吸気の慣性過
給を行うとともに、過給抑制回転数以下でエンジンの過
回転を抑制する制限回転数までの回転域では、吸気を共
鳴同調させるようにしたことにより、エンジンの低速域
では吸気の慣性過給による体積効率の上昇によって出力
トルクを増大させることができるとともに、高速域では
、気筒間の吸気の共鳴同調に伴う体積効率の低下により
、燃料噴射時期を進めかつ燃料噴射量を増加させて、出
力トルクを増大させることができる。

【図面の簡単な説明】図面は本発明の実施例を示し、第１図はエンジンの吸気
系の構成を概略的に示す模式平面図、第２図は吸気の慣
性同調時及び共鳴同調時における圧力波の特性を示す特
性図、第３図はエンジン回転数に対する各種状態量の特
性を示す特性図である。１・・・エンジン、２ａ〜２ｄ・・・気筒、１３・・・
接続部（圧力反転部）、１４・・・・・・過給機、１８
・・・ウェストゲートバルブ、２０・・・燃料噴射ポン
プ（燃料噴射手段）、Ｎ１・・・慣性同調回転数、Ｎ２
・・・共鳴同調回転数、Ｎ３・・・過給圧抑制回転数、
Ｎ４・・・制限回転数。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）吸気を過給する過給機と、該過給機による吸気過
給を所定の過給圧抑制回転数以上で抑制する過給抑制手
段と、エンジン負荷及びエンジン回転数に応じて気筒内
燃焼室に燃料を噴射するとともに、全負荷運転時に所定
の制限回転数で過回転を抑制すべく上記燃料噴射量を減
少させる燃料噴射手段とを備えた過給機付ディーゼルエ
ンジンの吸気装置において、吸気行程がクランク角で３
６０゜異なる気筒同士を１つのグループとする２つの気
筒グループの各吸気通路の上流に圧力反転部を有する構
成とし、各単一気筒における上記慣性同調回転数を上記
過給圧抑制回転数以下に設定するとともに、上記各気筒
グループの気筒間における吸気の共鳴同調回転数を上記
過給圧抑制回転数以上で上記制限回転数以下に設定した
ことを特徴とする過給機付ディーゼルエンジンの吸気装
置。