JPH04311624A - 直噴型ディーゼルエンジンの吸気装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直噴型ディーゼルエンジ
ンの吸気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ピストン上面に形成されたキャビティに
向けて燃料を直接噴射する直噴型ディーゼルエンジンに
おいて、気筒毎に吸気弁と排気弁をそれぞれ２個ずつ設
けたものは従来からよく知られている。

【０００３】ところで、上記のような直噴型ディーゼル
エンジンにおいては、エンジン回転数が低いほど、燃料
噴射ポンプの吐出圧が低くて燃料の微粒化が悪くなるた
め、スワールを強化して燃料の微粒化を促進し燃焼安定
性を改善する必要がある。また、エンジン負荷が高いと
、燃料噴射量が多くなることから、スワール等の吸気流
動を強化することによって空気利用率を改善しスモーク
を低減することが必要である。一方、エンジン回転数が
高い領域では、燃料噴射ポンプの回転数も上がって燃料
の吐出圧が高くなり微粒化が良くなることから、微粒化
のためにわざわざスワールを強化する必要はなく、むし
ろ、スワールを弱めて充填効率を向上させる方が重要で
ある。充填効率を高めることができると、スモークの低
減もできる。また、特に高回転・低負荷域では、スワー
ルを弱めて燃料の過剰拡散防止を図る必要がある。すな
わち、直噴型ディーゼルエンジンにおける要求スワール
は、一般に、低回転・高負荷ほど高く、高回転・低負荷
ほど低い。

【０００４】そこで、このようなエンジン運転状態に応
じた要求スワールを達成するため、例えば特開昭６２−
１７４５３３号公報に記載されているように、直噴型デ
ィーゼルエンジンの二つの吸気ポートの一方をヘリカル
ポートとし、他方をダイレクショナルポートとし、ダイ
レクショナルポート上流に開閉弁を設けて、エンジン低
回転時には上記開閉弁を閉じヘリカルポートのみから吸
気を供給することによってスワールの強化を図り、エン
ジン高回転時には開閉弁を開きヘリカルポートとダイレ
クショナルポートとを併用することによって、ダイレク
ショナルポートからの吸気によりスワールを減衰させて
充填効率の向上を図ることが従来から提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】直噴型ディーゼルエン
ジンでは、上記以外にも、例えば高回転時の特に高負荷
域におけるパティキュレート排出量の増大といった問題
があり、このパティキュレートの排出を抑えるためには
、シリンダ内における空気と燃料の撹拌作用を高いレベ
ルに保つ必要があることが知られている。ところが、上
記公報に記載のように、吸気２弁の直噴型ディーゼルエ
ンジンにおいて、一方の吸気ポートをヘリカルポートと
し他方をダイレクショナルポートとした場合、高回転時
にはダイレクショナルポート上流の開閉弁を開くことに
よってスワールが弱められるので、撹拌作用はむしろ低
下し、そのため、パティキュレートの排出は抑制できな
い。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であって、エンジン低回転時において高スワールにより
燃料の微粒化を促進するとともに、空気利用率を向上さ
せてスモークを低減することができ、また、高回転時に
おいて充填効率を向上させるとともにパティキュレート
排出量を低減することのできる直噴型ディーゼルエンジ
ンの吸気装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題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、直噴型ディーゼルエンジンの吸気装置を
、隣合ってシリンダ内に開口する二つの吸気ポートを備
え、これら吸気ポート上流の相互に独立した吸気通路部
分の少なくとも一方に開閉弁を備えたものにおいて、両
吸気ポートを共にシリンダ内にスワール流を生起させる
ヘリカル部を有するヘリカルポートとし、かつ、それら
吸気ポートのヘリカル部を相反する方向の螺旋形状を有
するものとするとともに、前記開閉弁を、少なくとも当
該エンジンの高負荷域において、低回転時には独立した
吸気通路部分の片方のみを開通させ、高回転時には両方
の吸気通路部分を開通させるよう構成した。

【０００８】ここで、吸気装置をコンパクトに形成する
ためには、上記二つの吸気ポートの上流端を共にシリン
ダヘッドの一方の側面に開口させるのがよい。その場合
、二つの吸気ポートを少なくとも上流端において上下に
重なるよう配置し、下方に配置した方の吸気ポートをこ
れら二つの吸気ポートの上流端が共に開口する方のシリ
ンダヘッド側面に近い側においてシリンダ内に開口させ
、上方に配置した方の吸気ポートを同側面から遠い側に
おいてシリンダ内に開口させるよう構成することができ
る。

【０００９】また、低回転時に可及的に高スワールを達
成するためには、二つの吸気ポートのヘリカル部の高さ
を相異ならしめるとともに、ヘリカル部の高い方の吸気
ポート上流の吸気通路部分をエンジン低回転時に開通さ
せるようにするとよい。

【００１０】

【作用】少なくともエンジン高負荷域における低回転時
には、共にヘリカルポートとされた二つの吸気ポート上
流の独立した吸気通路部分の内の片方のみを開通させる
よう開閉弁が作動し、それにより、一方の吸気ポートか
らのみ吸気が流入し、シリンダ内にスワール流が形成さ
れる。そして、このスワールによって燃料の微粒化が促
進され、また、空気利用率が向上する。

【００１１】一方、少なくともエンジン高負荷域におけ
る高回転時には、両方の吸気通路部分が開通され、二つ
の吸気ポートから流入する相反する方向のスワール流が
斜めにぶつかることによって、両方のスワール流が互い
にシリンダ軸方向に導かれ、スワール成分がタンブル成
分に変換されてタンブル流が生成される。このようにし
て生成されるタンブル流はスワール流とは逆に充填効率
をむしろ向上させるよう作用するものであって、それに
より、少なくとも高負荷・高回転時に充填効率が向上し
、また、タンブル流により撹拌作用が確保されてパティ
キュレート排出量が低減される。

【００１２】また、二つの吸気ポートの上流端を共にシ
リンダヘッドの一方の側面に開口させ、かつ、これら二
つの吸気ポートを少なくとも上流端において上下に重な
るよう配置し、また、下方に配置した方の吸気ポートを
これら二つの吸気ポートの上流端が共に開口する方のシ
リンダヘッド側面に近い側においてシリンダ内に開口さ
せ、上方に配置した方の吸気ポートを同側面から遠い側
においてシリンダ内に開口させるような２階建の構造と
することによって、シリンダヘッド回りのコンパクトな
レイアウトが可能となる。

【００１３】また、二つの吸気ポートのヘリカル部の高
さを相異ならしめるとともに、ヘリカル部の高い方の吸
気ポート上流の吸気通路部分をエンジンの高負荷域で低
回転時に開通させるようにすることにより、低回転時の
スワール流を可及的に強め、燃料微粒化および空気利用
率向上の効果を確実なものとすることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１５】図１は本発明の一実施例に係るエンジンの
一部分の平面図、図２は同エンジン上部の断面図である
。

【００１６】この実施例において、エンジン１は直列４
気筒で４弁式の直噴型ディーゼルエンジンであって、直
列配列の四つの気筒のシリンダ２ａを構成するシリンダ
ブロック２と、各シリンダボア３に圧入嵌合されたシリ
ンダライナ４と、シリンダブロック２の上部を覆うシリ
ンダヘッド５と、上記シリンダライナ４に摺接してシリ
ンダ２ａ内を往復動するピストン６とで本体部分が構成
されている。そして、上記ピストン６の上面には渦流形
燃焼室を構成するキャビティ７が形成され、シリンダヘ
ッド５の中央には、上記ピストン６のキャビティ７内に
向けピストン軸線に沿って燃料噴射弁８が配設されてい
る。

【００１７】上記シリンダヘッド５には、気筒毎に二つ
の吸気ポート９ａ，９ｂと二つの排気ポート１０ａ，１
０ｂが形成されている。これら吸気ポート９ａ，９ｂお
よび排気ポート１０ａ，１０ｂは、気筒毎に、吸気ポー
ト９ａ，９ｂと排気ポート１０ａ，１０ｂとが、シリン
ダ２ａの中心を挟んで気筒列方向（図１で上下方向）の
一方側と他方側に振り分けた形に配置され、また、二つ
の吸気ポート９ａ，９ｂは、一方（第１の吸気ポート９
ａ）がシリンダヘッド５の一方の側面（図１および図２
で右側の側面）に近い側においてシリンダ２ａ内に開口
し、他方（第２の吸気ポート９ｂ）がシリンダヘッド５
の他方の側面（図１および図２で左側の側面）に近い側
においてシリンダ２ａ内に開口するよう隣合って配置さ
れている。また、二つの排気ポート１０ａ，１０ｂは、
一方（第１の排気ポート１０ａ）が上記第２の吸気ポー
ト９ｂと同じ側のシリンダヘッド５側面に近い側におい
てシリンダ２ａ内に開口し、他方（第２の排気ポート１
０ｂ）が上記第１の吸気ポート９ａと同じ側のシリンダ
ヘッド５側面に近い側においてシリンダ２ａ内に開口す
るよう、やはり隣合って配置されている。

【００１８】そして、シリンダヘッド５には、これら吸
気ポート９ａ，９ｂおよび排気ポート１０ａ，１０ｂを
開閉する吸気弁１１ａ，１１ｂと排気弁１２ａ，１２ｂ
が配設されている。また、シリンダヘッド５の上方には
前記他方の側面側に片寄った位置に１本のロッカーアー
ム軸１３が配設され、このロッカーアーム軸１３に吸気
用と排気用の各１個のロッカーアーム１４ａ，１４ｂが
揺動自在に支承されている。そして、これら吸気用と排
気用の各ロッカーアーム１４ａ，１４ｂの一端には、エ
ンジン１の下部に配置されたカム軸（図示せず）によっ
て上下に駆動されるプッシュロッド１５の頂部が押接さ
れ、他端は、吸気側および排気側の各１個のＴ形押棒１
６ａ，１６ｂを介して二つの吸気弁１１ａ，１１ｂおよ
び排気弁１２ａ，１２ｂの弁棒頭部を押圧している。

【００１９】第１の吸気ポート９ａと第２の吸気ポート
９ｂは、上流端が、シリンダヘッド５の上記一方の側面
において、第１の吸気ポート９ａが下で第２の吸気ポー
ト９ｂが上になるよう上下に並んで開口し、これら二つ
の吸気ポート９ａ，９ｂのそれぞれの上流部は上下に重
なり、シリンダ２ａ内への開口部近傍はそれぞれヘリカ
ル部１７ａ，１７ｂとされている。また、これらヘリカ
ル部１７ａ，１７ｂは、第１の吸気ポート９ａのヘリカ
ル部１７ａがシリンダ２ａ上方から見て左回りのスワー
ルを形成し、第２の吸気ポート９ｂのヘリカル部１７ｂ
が同右回りのスワールを形成するよう、相反する方向で
同一角度の螺旋形状を有するものであって、第２の吸気
ポート９ｂのヘリカル部１７ｂの方が高く、第１の吸気
ポート９ａのヘリカル部１７ａが低くされている。また
、両ヘリカル部１７ａ，１７ｂの軸芯は平行とされ、こ
れら二つの吸気ポート９ａ，９ｂのシリンダ２ａ内への
開口位置はシリンダ軸芯に対し対称かつ同一面に設定さ
れている。

【００２０】シリンダヘッド５の一方の側面に接続され
た吸気マニホールド１８は、サージタンク部１８ａと該
サージタンク部１８ａから各気筒に延びる枝管部１８ｂ
とを有し、各枝管部１８ｂには二つの吸気ポート９ａ，
９ｂに連通する相互に独立した第１と第２の吸気通路１
９ａ，１９ｂが形成されている。また、これら第１と第
２の吸気通路１９ａ，１９ｂには、各吸気ポート９ａ，
９ｂとの接続部直上流にそれぞれ開閉弁２０ａ，２０ｂ
が設けられている。そして、各開閉弁２０ａ，２０ｂに
は、負圧作動式のアクチュエータ２１ａ，２１ｂが連結
され、これらアクチュエータ２１ａ，２１ｂの作動室は
、それぞれ２方向バルブ２２ａ，２２ｂを介し真空ポン
プ２３の吐出部に接続されている。各２方向バルブ２２
ａ，２２ｂは、それぞれのアクチュエータ２１ａ，２１
ｂの作動室を真空側あるいは大気側に選択的に導通させ
るものであり、共にコントロールユニット２４によって
制御される。

【００２１】コントロールユニット２４は、燃料噴射ポ
ンプ２５からの回転数信号および負荷信号に基づき、図
３に示す回転数と負荷のマップに基づいて各２方向バル
ブ２２ａ，２２ｂを制御し、それにより、それぞれの開
閉弁２０ａ，２０ｂを開閉制御する。図３のマップにお
いて、高負荷・低回転側の領域Ａは要求スワールの特に
高い領域であって、ここではヘリカル部１７ｂが高くて
スワール生成力の強い第２の吸気ポート９ｂ上流の吸気
通路１９ｂのみが開かれる。また、中負荷・中回転を中
心とした領域Ｂは、領域Ａよりも若干要求スワールの低
い領域であって、ここではヘリカル部１７ａが低い方の
第１の吸気ポート９ａ上流の吸気通路１９ａのみが開か
れる。また、低負荷から高負荷・高回転にかけての領域
Ｃは要求スワールの低い領域であって、ここでは、二つ
の吸気ポート９ａ，９ｂ上流の吸気通路１９ａ，１９ｂ
が共に開かれる。

【００２２】二つの開閉弁２０ａ，２０ｂが上記図３の
マップに基づいて開閉されることにより、高負荷・低回
転の領域Ａでは、シリンダ２ａ内に強いスワール流が形
成される。その結果、燃料の微粒化が促進されて燃焼安
定性が確保され、また、空気利用率の向上によってスモ
ークが低減される。

【００２３】一方、高負荷・高回転を含む領域Ｃでは、
二つの吸気ポートから流入する相反する方向のスワール
流が衝突することによってタンブル流が生成され、スワ
ールは殆ど消滅する。そして、このようにスワールが消
滅しタンブル流が生成されることによって充填効率が向
上し、また、タンブル流によって撹拌作用が確保され、
パティキュレート排出量が低減される。

【００２４】また、この実施例では上記のように第１の
吸気ポート９ａと第２の吸気ポート９ｂの上流端が共に
シリンダヘッド５の一方の側面において上下に並んで開
口し、これら二つの吸気ポート９ａ，９ｂのそれぞれの
上流部が上下に重なるよう構成されているので、ヘッド
ボルト穴２６に干渉しないよう大径の吸気ポート９ａ，
９ｂを延設することができ、吸気マニホールド１８等の
レイアウトも容易となる。

【００２５】なお、上記実施例においては、二つの吸気
ポートのシリンダ内への開口位置を同一面に設定したが
、これら開口位置は上下にずれた平行面に設定するよう
にしてもよい。

【００２６】また、開閉弁制御のための回転数と負荷に
よるマップの設定は、適宜変更することが可能である。 そして、上記実施例では二つの吸気ポート上流の独立し
た吸気通路にそれぞれ開閉弁を設けて制御を３段階で行
うよう構成したが、一方の吸気通路のみに開閉弁を設け
て、スワール域とタンブル域の２段階制御を行うように
することも可能である。

【００２７】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、エンジン低回転時においては、高スワールによって
燃料の微粒化を促進するとともに、空気利用率を向上さ
せてスモークを低減することができ、また、高回転時に
おいては、スワールの衝突によりスワールを弱めタンブ
ル流を生成して充填効率を向上させることができ、また
、タンブル流によってパティキュレート排出量を低減す
ることができる。

【００２８】また、二つの吸気ポートを２階建構造とす
ることによって、シリンダヘッド回りのコンパクトなレ
イアウトが可能となる。

【００２９】また、ヘリカル部の高い吸気ポートによっ
て高負荷・低回転域でのスワールを強化しスワールの効
果を確実なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るエンジンの一部分の平
面図

【図２】同エンジン上部の断面図

【図３】同実施例の制御に用いられるマップ

【符号の説明】

１　　エンジン ２ａ　　シリンダ ５　　シリンダヘッド ７　　キャビティ ８　　燃料噴射弁 ９ａ，９ｂ　　吸気ポート １７ａ，１７ｂ　　ヘリカル部 １９ａ，１９ｂ　　吸気通路 ２０ａ，２０ｂ　　開閉弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　隣合ってシリンダ内に開口する二つの
   吸気ポートを有し、これら吸気ポート上流の相互に独立
   した吸気通路部分の少なくとも一方に開閉弁を備えた直
   噴型ディーゼルエンジンにおいて、両吸気ポートを共に
   シリンダ内にスワール流を生起させるヘリカル部を有す
   るヘリカルポートとし、かつ、それら吸気ポートの前記
   ヘリカル部を相反する方向の螺旋形状を有するものとす
   るとともに、前記開閉弁を、少なくとも当該エンジンの
   高負荷域において、低回転時には独立した前記吸気通路
   部分の片方のみを開通させ、高回転時には両方の吸気通
   路部分を開通させるものとした直噴型ディーゼルエンジ
   ンの吸気装置。
2. 【請求項２】　　二つの吸気ポートの上流端を共にシリ
   ンダヘッドの一方の側面に開口させるとともに、これら
   二つの吸気ポートを少なくとも前記上流端において上下
   に重なるよう配置し、下方に配置した方の吸気ポートを
   これら二つの吸気ポートの上流端が共に開口する方のシ
   リンダヘッド側面に近い側においてシリンダ内に開口さ
   せ、上方に配置した方の吸気ポートを同側面から遠い側
   においてシリンダ内に開口させた請求項１記載の直噴型
   ディーゼルエンジンの吸気装置。
3. 【請求項３】　　二つの吸気ポートのヘリカル部の高さ
   を相異ならしめるとともに、ヘリカル部の高い方の吸気
   ポート上流の吸気通路部分をエンジン低回転時に開通さ
   せるようにした請求項１または２記載の直噴型ディーゼ
   ルエンジンの吸気装置。