JPH0275726A - 過給機付きディーゼル機関 - Google Patents

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、磯子戒式過給機を備えたテ゛イーゼル機関に
関する。

（従来の技術および課題） ディーゼル８！関は圧縮着火を行うため、寒冷時に始動
性が大きく悪化し、特に渦流室式のディーゼル機関の場
合、吸気が渦流室に流入する際に冷却されて、ピストン
の圧縮により得られる吸気温度が低下するので、機関の
圧縮比を２１〜２３と、直噴式の圧縮比が１７〜１９で
あるのに比べて高く設定して圧縮温度を上昇指せ、始動
性および暖機性を確保する必要があった。

しかしながら、ディーゼル機関においてこのように高圧
縮比に設定された場合、暖機後の運転条件では、燃焼に
よるピーク圧力が１００　ｋｇ／　ａｍ”を越えるオー
ダとなり、それに耐えられるようなピストン、コンロッ
、ドおよびクランク軸のそれぞれ強度が要求されること
により、往復運動部材の質量増加・また筒内圧力が上昇
することにより７リクシシンの増大を招き、その結果機
関回転数の上昇に伴ってトルク損失が大きくなり、機関
回軒数の上限が例えば５０００　ｒｐｍと、ガソリン機
関の７０００　ｒｐｍに比べて大中に制限され、機関出
力を低下させる要因になった（例えば特開昭６１−２３
８２９号公報参照）。

本発明は、こうした従来の問題点に着目し、ディーゼル
機関の運松性能を損なうことがなく、始動性を改善する
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、機関の吸気系にク
ランク軸に同期して回転駆動される容積型過給機を備え
たディーゼル８！閏において、機関始動時に前記過給機
の回転数Ｎｓと前記クランク軸の回転数Ｎｅの比η＝　
Ｎ　ｓ／　Ｎ　ｅが大きくなるように前記過給機を増速
する手段を設けたものである。

上記過給機を増速する手段を、クランク軸に同期して回
転駆動される駆動側プーリと、過給機を駆動する従動側
プーリと、両プーリの間に掛け回されるベルトを備え、
両プーリのベルトが嵌合する実質プーリ径を相互に可変
とする装置で構成する。

また、上記過給機を増速する手段を設けるとともに、過
給機から吐出する吸気を冷却するインタクーラと、この
インタクーラを迂回するバイパス通路と、機関始動時に
このバイパス通路を通して吸気を導く弁装置を設ける。

（作用） 上記構成に基づき、始動時に過給機を増速回転すること
により、過給機から吐出する吸気温度を上昇させるとと
もに、機関圧縮比を実質的に上昇させて、燃焼室の圧縮
時における温度を大幅に高めて着火性を確保するととも
に、スモークの排出等を抑えることができる。このよう
に過給機の増速に伴い始動性が確保されることにより、
機関の圧縮比を低下させて、通常運転時における燃焼の
ピーク圧力を低減することが可能となり、機関の高回転
化がはかれる。

過給機を増速する手段を、プーリのベルトが嵌合する実
質プーリ径を相互に可変とする装置により構成したこと
により、過給機の回転数を的確に制御できるとともに、
構造の簡素化がはがれる。

また、インタクーラとこれをバイパスする通路および弁
装置を設けることにより、始動時にはインククーラをバ
イパスして吸気温度の低下を防ぎ始動性を確保するとと
もに、始動後にインタクーラで吸気を冷却することによ
り機関の吸気充填効率を高めて高出力化がはかれる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図、第２図それぞれに示すように、過給へ５は渦流
室式ディーゼル機関１の吸気管２に接続され、一対のロ
ータ１０がケーシング１９との気密を保ちながら回転す
ることにより、エアクリーナ３から取り入れた吸気を機
関１の各気筒に過給するようになっている。

過給機５は２つの駆動軸１１，１２を備え、各駆動軸１
１．１２に第一、第二電磁クラッチ１３゜１４を介して
プーリ１５，１６がそれぞれ連結される。

一方のプーリ１５は機関１のクランク軸４に取付けられ
たプーリ６との間にベルト１７が掛け回され、第一電磁
クラッチ１３の接続により過給機５がｆｉｔ！Ｉｆに同
期して駆動される。

図中７は電動モータで、その出力軸８にはプーリ９が連
結され、このプーリ９とプーリ１６の開にベルト１８が
掛け回されて、第二クラッチ１４の接続により過給機５
をモータ７により駆動でさるようになっている。

第３図はディーゼル機関１のコントロールシステムを示
す図であり、コントロールユニット２１は始動時にイグ
ニッションスイッチ２４の信号を入力してグロープラグ
２５を作動して渦流室３゜を加熱するとともに、機関１
の回転センサ２２、過給機５の上流側に設けられる吸気
温センサ３１、過給機５の下流側に設けられる過給圧セ
ンサ３２、過給機５の回転センサ３３の各検出信号を入
力して、始動時に第一クラッチ１３を解除し、第二クラ
ッチ１４を接続するとともにモータ７を駆動して、過給
へ５に流入する吸気温度に応じて過給機５を増速制御す
る。

第４図はコントロールユニット２１における過給へ５の
制御マツプであり、過給機５に流入する吸気温度が１０
．０．−１０．−２０℃と低くなるにしたがって、モー
タ７の回転を制御して過給機５の回転数を上昇させ、過
給機５の回転数Ｎｓとクランク紬４の回転数Ｎｅの比η
＝Ｎｓ／Ｎｅを大きくして、過給機５から吐出される吸
気温度および吸気圧力をそれぞれ適性に高める。

上記モータフによる過給１ｆ１５の増速駆動は始動時の
みに行われ、始動後は第一クラッチ１３を接続するとと
もに第二クラッチ１４を解除し、過給機５を機関１に同
期して駆動する。なお、コントロールユニット２１は、
機関１の回転センサ２２、水温センサ２３からの検出信
号に基づいてベンジェクシ３ンボンプ２８を制御するソ
レノイドパルプ２６を作動させ、インジェクタ２９から
の燃料噴射量を調整してアイドル回転数を一定に維持す
るようになっている。

上記構成に基づき、始動時に過給機５を増速することに
より、過給８！５がら吐出する吸気温度を上昇させると
ともに、機関１の圧縮比を実質的に上昇させて、ピスト
ン圧縮時における渦流室３０の温度を大幅に高めて、始
動を速やかに行うとともに、スモークの排出等を抑えら
れる。

このように過給機５の増速に伴い始動性が確保されるこ
とにより、機関１の圧縮比を低めに設定することが可能
となる。第５図は機関１の圧縮比と圧縮１死、αにおけ
る渦流室３０内の吸気温度の関係を表した特性図であり
、過給機５による吸気加熱作用により２０℃相当の温度
が上昇したとすると、過給ＦＩ！ｉ５に流入する吸気温
度が一２０℃の条件化で、始動時に必要な圧縮上死点温
度６００℃を確保するのに、機関１の圧縮比を２１から
１８近くに下げることができる。このように、過給機５
を増速することにより良好な始動性を確保しつつ、機関
１の圧縮比を暖機後の運転条件に対応して適正に設定す
ることが可能となり、燃焼によるピーク圧力が低減され
て機関の高回転化がはかれる。

第６図は過給Ｒ５の回転数に対する圧力比および空気温
度の関係、＠７図は過給機５の回転数に対する圧力比お
よび体積効率の関係を表した特性図であり、これらから
圧力比１．４で空気の上昇する温度を約５０℃、体積効
率りＶを約６５％確保するために、過給Ｗｉ５の回転数
Ｎｓを２０００ｒｐ−に設定すれは良いことがわかる。

なお、過給機５から吐出する吸気は吸気系および渦流室
３０に流入する過程で冷却されるため、この冷却片を見
込んで高めに設定する必要がある。

次に、過給機の増速手段として、ベルトの嵌合する実質
プーリ径を可変とする実施例について説明する。

第８図に示すように、クランク紬３５に駆動側プーリ３
６を連結し、この駆動側プーリ３６はベルト４６を挾持
する移動シープ３７を備え、この移動シー１３７を回転
数に応じて油圧力により変位する構成とし、機関回転数
の上昇に伴って実質プーリ径を縮小する。

第９図に示すように、過給機の駆動軸５１に連結される
従動側プーリ５２は、スプリング５３゜５４の付勢力と
バランスして変位する移動シープ５５を備え、上記駆動
側プーリ３６と相互して実質プーリ径を変えるようにな
っている。

駆動側プーリ３６は移動シープ３７によって画成される
油室３８と、この油室３８へのオイルの出入りを制御す
るパルプ３９を備え、パルプ３９はフライウェイト４０
が遠心力により〃イド４１に沿って拡がることによりス
プリング４２に抗して図中左方向に変位する。

機関回転数が所定値以下の低速時は第１０図に示すよう
に、パルプ３９はピストンチューブ４３に開口したオイ
ルの導入孔４４および排出孔４５を共に閉塞し、移動シ
ープ３７を図中右方向に保持して実質プーリ径を大きく
する。

機関回転数が所定値を越えて上昇するときは第１１図に
示すように、バルブ３９はフライウェイト４０に働く遠
心力により図中左方向に変位して排出孔４５を開き、こ
れにより移動シープ３７はスプリング４７の付勢力によ
り油室３８からオイルを排出しながら図中左方向に変位
して、実質プーリ径を回転数の上昇に伴って小さくする
。

機関回転数が所定値以上の高回転時はＰｔ５１２図に示
すように、移動シーブ３７と共にピストンチューブ４３
がさらに図中左方向に変位して、パルプ３９により導入
孔４４と排出孔４５が共に閉塞され、実質プーリ径を最
も小さく保持する。

機関回転数が降下するときは！＠１３図に示すように、
バルブ３９がスプリング４２の付勢力とフライウェイト
４０の遠心力がバランスして導入孔４４を開さ、クラン
ク軸３５を通して供給される加圧オイルが油室３８に導
かれることにより、移動シープ３７が図中右方向に変位
して、実質プーリ径を大きくする。

このようにして、回転数に応じてパルプ３９の作動によ
り移動シーブ３７が変位することにより、ＰＡ１４図に
示すように、過給機の駆動軸５１の回転数Ｎｓとクラン
ク軸３５の回転数Ｎｅの比り＝　Ｎ　ｓ／　Ｎ　ｅはあ
る低回転数Ａで最も大きくなり、それより高い回転数８
以上で一定となる。この低回転数Ａを機関始動時の例え
ば２５０　ｒｐｍに設定することにより、過給機から吐
出される吸気の温度および圧力を十分に高めるとともに
、回転数Ｂを機関の完爆後の回転数に設定することによ
り、過給機の回転数が過大になることを防止できる。

また、回転数Ｂを機関の中速域に設定することにより、
低速域の過給特性を改善できる。

次に、第１５図に示す他の実施例は、過給８！５と吸気
マニホールド６０の間に吸気を冷却するインタクーラ６
１を介装するとともに、このインタクーラ６１を迂回す
るバイパス通路６２を設けている。

インタクーラ６１は、！＠１６図にも示すように、過給
機５から導かれる吸気を通過させる多数の細路６７と、
この細路６７の間に冷却フィン６８が形成すれ、過給８
！５で高温となった吸気は冷却フィン６８のまわりを流
れる外気に放熱するようになっている。

第１７図にも示すように、インタクーラ６１の入口通路
部には導入弁６３が、バイパス通路６２にはバイパス弁
６４がそれぞれ介装される。導入弁６３とバイパス弁６
４はそれぞれハウジング６６に収装され、共通の弁軸６
９に互いに直交して連結され、弁軸６９はステッピング
モータ６５によって回転駆動される。

第１８図はディーゼル機関１のコントロールシステムを
示す構成図であり、前記実施例と同じくコントロールユ
ニット２１は始動時にイグニツシタンスイッチ２４の信
号を入力してグロープラグ２５を作動させるとともに、
機関１の回転センサ２２、過給Ｗｉ５の上流側に設けら
れる吸気温センサ３１、過給機５の下流側に設けられる
過給圧センサ３２、過給８！５の回転センサ３３の各検
出信号を入力して、始動時に第一クラッチ１３を解除し
、第二クラッチ１４を接続するとともにモータ７を駆動
して、過給８！１５に流入する吸気温度に応じて過給８
！５を増速制御する。

この実施例では、さらにコントロールユニット２１は始
動時にステッピングモータ６５を駆動して導入弁６３を
全閉位置に、バイパス弁６４を全開位置にそれぞれ保持
して吸気の全量をバイパス通路６２に迂回させる一方、
始動後に駆動軸６９を９０°回転させて導入弁６３を全
開位置にバイパス弁６４を全閉位置にそれぞれ保持して
吸気の全量をインタクーラ６１に導くようにする。

このように構成してあり、始動時に過給機５がら吐出す
る高温の吸気をバイパス通路６２からマニホールド６０
に導くことにより、吸気の温度が低下することを抑えて
始動性を確保するとともに、始動後はインタクーラ６１
を通して吸気を冷却することにより、機関１の充填効率
を高め、出力の向上がはかれる。

（発明の効果） 以上の通り本発明によれば、機関の吸気系にクランク軸
に同期して回転駆動される容積型過給機を備えたディー
ゼル機関において、機関始動時には前記過給機の回転数
Ｎｓと前記クランク軸の回転数Ｎｅの比η＝　Ｎ　ｓ／
　Ｎ　ｅが大きくなるように前記過給機を増速する手段
を設けたため、寒冷時の渦流室式ディーゼル機閃のよう
に不利な条件でも始動性を十分に確保でき、その結果機
関の圧縮比を低めに設定することが可能となり、Ｗｉ関
の高回転化により出力の向上がはかれる。

また、過給機を増速する手段を、プーリのベルトが嵌合
する実質プーリ径を相互に可変とする構成により、的確
な作動性と構造の簡素化がはかれ、実用化を容易にする
。

さらに、インタクーラとこれをバイパスする弁装置を設
けることにより、始動性を損なうことがなく、インタク
ーラの作動により機関の高出力化がはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は過給
機の断面図、ｔｊＳ３図はコントロールシステムを示す
構成図、ＷｔＪ４図、第５図、第６図、第７図はそれぞ
れ作用を示す線図である。第８図は他の実施例を示す駆
動側プーリの断面図、第９図は従動側プーリの断面図、
ｆ５１０図、第１１図、第１２図、第１３図はそれぞれ
駆動側プーリの動作を示す断面図、第１４図は作用を示
す線図である。 第１５図はさらに他の実施例を示すｖｔＪ＆図、第１６
図はインタクーラの一部斜視図、Ｐｔ５１７図はパルプ
装置の断面図、第１８図はフントロールシステムを示す
構成図である。 １・・・ｆｉ閏、２・・・吸気管、４・・・クランク軸
、５・・・過給機、７・・・モータ、１３・・・第一ク
ラッチ、１４・・・第二クラッチ、２１・・・コントロ
ールユニット、２２・・・回転センサ、３５・・・クラ
ンク軸、３６・・・駆動側プーリ、３７・・・移動シー
プ、３８・・・油室、３９・・・パルプ、４０・・・フ
ライウェイト、４６・・・ベルト、５１・・・過給機駆
動軸、５２・・・従動側プーリ、５５・・・移動シープ
、６１・・パインタクーラ、６２・・・バイパス通路、
６３・・・導入弁、６４・・・バイパス弁。 第４図 高 始動時　　　−ア、−２回転数Ｎｅ 第５図 圧縮比 第６図 圧力比Ｐｄ／Ｐｓ 圧力比Ｐｄ／Ｐｓ 第１０図　　　　　　第１１図 第１２図　　　　　　第１３図 第１４図 エンジン回転数 第１６図 第１７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、機関の吸気系にクランク軸に同期して回転駆動され
   る容積型過給機を備えたディーゼル機関において、機関
   始動時に前記過給機の回転数Ｎｓと前記クランク軸の回
   転数Ｎｅの比η＝Ｎｓ／Ｎｅが大きくなるように前記過
   給機を増速する手段を設けたことを特徴とする過給機付
   きディーゼル機関。 ２、過給機を増速する手段を、クランク軸に同期して回
   転駆動される駆動側プーリと、過給機を駆動する従動側
   プーリと、両プーリの間に掛け回されるベルトを備え、
   両プーリのベルトが嵌合する実質プーリ径を相互に可変
   とする装置としたことを特徴とする請求項１記載の過給
   機付きディーゼル機関。 ３、過給機から吐出する吸気を冷却するインタクーラと
   、このインタクーラを迂回するバイパス通路と、機関始
   動時にこのバイパス通路を通して吸気を導く弁装置を設
   けたことを特徴とする請求項１記載の過給機付きディー
   ゼル機関。