JPH0562209B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はデイーゼルエンジンの始動促進および
エミツシヨンの改善のため、耐熱圧縮により吸気
温度を上昇させるようにしたデイーゼルエンジン
の吸気装置に関するものである。

（従来技術） 従来、実開昭59−107936号公報に示されるよう
に、デイーゼルエンジンにおいて始動時に着火性
を高めるため、燃焼室に供給する吸気を断熱圧縮
して吸気温度を上昇させるようにした吸気装置
（始動促進装置）が知られている。この装置は、
吸気通路に吸気行程の途中で開動作さる開閉台を
設け、具体的には主吸気通路に吸気絞り弁を設け
るとともに、この吸気絞り弁を迂回するバイパス
吸気通路に開閉弁を設け、始動時から暖機時まで
の低負荷運転状態時に、吸気絞り弁により主吸気
通路を絞つた状態で、上記開閉弁を動弁機構ある
いは圧力応動式の開閉弁等により吸気行程の途中
で開作動させるようにしている。そしてこのよう
な開閉弁の作動により、吸気行程の途中までは燃
焼室への吸気の導入を制限し、吸気行程の途中か
ら急激に燃焼室に吸気を導入して断熱圧縮を行わ
せている。この装置によると、エアヒータによつ
て吸気を加熱する場合と比べ、多大のエネルギー
が電力として消費されることがなく、しかも燃焼
室内で効率良く吸気温度を高めることができる。
なお、上記従来の装置では始動暖機運転時に開閉
弁が作動させているが、通常運転時にも燃焼不良
等が生じる可能性がある適当な範囲に亘る運転領
域で開閉弁を作動させるようにすれば、吸気温度
の上昇により燃焼性が向上されるとともに白煙や
HC等の発生が防止される。

また、この装置において吸気行程途中で開く開
閉弁としては、動弁機構や連動機構を介してエン
ジン出力軸で駆動されるタイプのもの、またはシ
リンダ内に生じる負圧に応じてこれが設定負圧に
達した時に開作動するタイプのものを採用し得る
が、このうち後者のタイプを用いれば、動弁機構
や連動機構を必要とせず簡単な構造で吸気の断熱
圧縮を行わせることができる。

ところで、シリンダ内の負圧に応じて開閉する
開閉弁を用いる場合に、従来では単にシリンダ内
の負圧が一定の設定負圧に達したとき開閉弁が開
弁するようにしているにすぎないため、広い回転
数域に亘つて吸気の断熱圧縮効果との吸気充填量
の確保とを両立させることが難しい。つまり、吸
気の断熱圧縮効果を高めるためには、開閉弁の開
弁設定負圧を大きくすることが望ましく、また、
吸気充填量を確保するためには、開閉弁の開弁後
に、大気圧と上記開弁設定負圧との差圧分に見合
う量の吸気を導入する必要があるが、この吸気充
填量の確保のために必要な吸気の導入時間は開弁
設定負圧が大きくなるほど長くなる。一方、開閉
弁の開作動時期から吸気行程終期までの実際に吸
気を導入し得る時間は、エンジン回転数が高くな
るにつれて短くなる。このため、例えば燃焼性や
エミツシヨンの改善の要求が最も高いアイドル運
転時を基準として、このときの吸気充填量の確保
を満足する範囲で開弁設定負圧をできるだけ大き
な値にしておいて、断熱圧縮効果を高めようとす
ると、エンジン回転数が高くなつたとき充分に吸
気を導入しきれなくなつて充填量が低下し、また
逆に高回転時に充填量を確保し得るように開弁設
定負圧を小さな値にしておくと、アイドル運転時
等の低回転時に断熱圧縮効果が不充分なものとな
る。

（発明の目的） 本発明のこのような事情に鑑み、低回転から高
回転までに亘つて、吸気の断熱圧縮効果と吸気充
填量の確保とを両立させて燃焼性およびエミツシ
ヨンを改善することのできるデイーゼルエンジン
の吸気装置を提供するものである。

（発明の構成） 本発明は、エンジン各シリンダ別の吸気通路
に、シリンダ内の負圧が設定負圧に達した時に開
作動する開閉弁を設け、この開閉弁の作動により
吸気行程中までは燃焼室への吸気導入を制限し、
吸気行程途中から急激に吸気を燃焼室に導入して
断熱圧縮を行わせるようにしたデイーゼルエンジ
ンの吸気装置において、上記設定負圧を可変によ
る設定負圧調整手段と、エンジン回転数に応じて
アイドル回転数以上ではエンジン回転数が高くな
るにつれて上記設定負圧を小さくするように上記
設定負圧調整手段を制御する制御手段とを設けた
ものである。

つまり、少なくともアイドル回転数から高回転
までに亘り、吸気充填量を確保し得る範囲ででき
るだけ開閉弁の開作動の設定負圧を高めるように
したものである。

（実施例） 第１図および第２図は本発明の一実施例を示
す。これらの図において、１はデイーゼルエンジ
ンの各シリンダであつて、その内部のピストン２
上方には燃焼室３が形成されており、この燃焼室
３には、吸気弁４を備えた吸気ポート５と、排気
弁を備えた排気ポート（図示せず）とが開口して
いる。上記吸気ポート５に連通する吸気通路６に
は、シリンダ１内の圧力変化に応じて開閉する開
閉弁１０によつて吸気行程途中までは燃焼室３へ
の吸気の導入を制限し、吸気行程途中から急激に
吸気を燃焼室３に導入して断熱圧縮を行わせる吸
気導入規制装置が設けられている。

この吸気導入規制装置は、当実施例では主吸気
通路６ａと、下流端が主吸気通路６ａに開口する
副吸気通路６ｂとからなる吸気通路６が各シリン
ダ１別に形成され、かつ、主吸気通路６ａの副吸
気通路６ｂ開口位置より上流に吸気絞り弁７が設
けられるとともに、副吸気通路６ｂに上記開閉弁
１０が設けられていることにより構成されてい
る。

上記開閉弁１０は、主吸気通路６ａが吸気絞り
弁７によつて開鎖された状態にあるとき、吸気行
程でシリンダ１内に生じる負圧が設定負圧に達し
た時に自動的に開作動することができる構造とな
つており、またこの開閉弁１０に対し、上記設定
負圧を可変にする設定負圧調整手段３０が設けら
れている。なお、上記主吸気通路６ａおよび副吸
気通路６ｂはそれぞれサージタンク８，９を介し
図外のエアクリーナに接続されている。

上記開閉弁１０および設定負圧調整手段３０の
具体的構造を第２図によつて説明すると、上記開
閉弁１０は、副吸気通路６ｂのサージタンク９へ
の開口部に配置されており、弁室１１内に設けら
れて弁座１２に上流側から当接する弁体１３と、
この弁体１３に連結軸１４を介して連結されたダ
イヤフラム１５と、このダイヤフラム１５により
仕切られた２つの室１６，１７と、その一方の室
１６内に設けられて弁体１３を閉弁方向に付勢す
るリターンスプリング１８とを備えている。そし
て上記一方の室１６は弁体１３、連結軸１４およ
びタイヤフラム１５を貫通した連通孔１９を介し
て弁体１３より下流の副吸気通路６ｂに連通し、
他方の室１７はサージタンク９に連通してほぼ大
気圧に保たれている。こうして開閉弁１０は、副
吸気通路６ｂの下流側から上記一方の室１６に導
入される負圧がリターンスプリング１８の付勢力
と弁体１３およびダイヤフラム１５の各受圧面積
とによつて決まる設定負圧に達したとき、つまり
上記負圧によつてダイヤフラム１５に作用する力
がリターンスプリング１８と弁体１３自体作用す
る負圧とによる抵抗力より大きくなつたとき、弁
体１３が開かれるようになつている。

上記開閉弁１０に対する設定負圧調整手段３０
は、上記リターンスプリング１８の付勢力を変え
ることができるように移動可能に設けられたスプ
リング支持板３１と、このスプリング支持板３１
な位置を調節するアクチユエータ３２とを備え、
このアクチユエータ３２は内部にピストン３３、
負圧室３４およびスプリング３５を有し、ピスト
ン３３がスプリング支持板３１にロツド３６を介
して連結されるとともに、負圧室３４が真空ポン
プ３７に通路３８を介して接続されており、この
通路３８中には後記制御回路５０によりデユーテ
イ比制御される制御弁３９が設けられている。そ
して、上記制御弁３９により真空ポンプ３７から
アクチユエータ３２に導入される負圧が調節さ
れ、それに応じてスプリング支持板３１の位置が
変えられてリターンスプリング１８の付勢力が調
整されるようになつている。

一方、吸気絞り弁７に対しては、第１図に示す
ようにこの吸気絞り弁７を開閉作動するダイヤフ
ラム装置により形成されたアクチユエータ４１
と、このアクチユエータ４１を真空ポンプ３７に
接続する通路４２中に配置された切替弁４３とで
構成された駆動手段が設けられ、この駆動手段に
より、吸気絞り弁７を閉じて開閉弁１０を作動さ
せる開閉弁作動状態と吸気絞り弁７を開いて主吸
気通路６ａを開通させることにより吸気絞り弁７
の作動機能を停止させる作動停止状態とに吸気系
を切替可能としている。

また、５０はマイクロコンピユータ等からなる
制御回路（制御手段）であつて、回転数検出手段
５１および負荷検出手段５２等からの検出信号を
受け、設定負圧調整手段３０の制御弁３９および
上記駆動手段切替弁４３に制御信号を出力してい
る。

この制御回路５０は、エンジン回転数および負
荷によつて検出される運転状態が予め設定された
特定運転領域にあるときは吸気絞り弁７を小開度
に閉じて開閉弁１０を作動させるようにアクチユ
エータ４１を制御するとともに、この場合にエン
ジン回転数の検出信号に応じ、設定負圧調整手段
３０を介してリターンスプリング１８の付勢力を
制御することにより、第３図に示すように設定負
圧を制御している。すなわち、アイドル回転数域
（アイドルアツプ時の回転数域でもよい）内の所
定回転数N₀以上では、設定負圧を、後に詳述す
る如き吸気充填量確保の限界値となるラインL_h
と一致するように、エンジン回転数の上昇につれ
て次第に小さくしている。さらに実施例では、上
記所定回転数N₀より低回転側のクランキング域
では、後述の負圧発生限界に対応させ、例えば負
圧発生限界よりも一定量だけ低い圧力ラインL_lと
一致するように設定負圧をエンジン回転数の低下
につれて次第に小さくしている。

なお、開閉弁１０を作動させるべき運転領域は
着火性、燃焼性の向上が要求され、かつ開閉弁１
０が有効に機能し得るように領域に設定され、例
えば始動運転領域から開閉弁１０の追従限界回転
数（それ以上の回転数では負圧変動に開閉弁１０
が正しく追従しきれなくなる回転数）付近までの
ある程度広い回転数域に亘る範囲で比較的低負荷
の領域（始動運転領域を含む）に設定されてい
る。そしてこのような領域以外では、ポンピング
ロスを低減するとともに吸気の導入を容易にする
ため、吸気絞り弁７を開くことにより主吸気通路
６ａを開通させて開閉弁１０の作動機能を停止さ
せるようにしている。

上記のごとき吸気装置によると、吸気絞り弁７
により主吸気通路６ａ絞られた状態では、吸気行
程の途中で開閉弁１０が開き、つまり吸気行程の
途中までは燃焼室３への吸気導入が制限されて燃
焼室３内の負圧が次第に大きくなり、この負圧が
設定負圧以上になると上記開閉弁１０が開かれて
副吸気通路６ｂから燃焼室３に急激に多量の吸気
が導入される。これによつて吸気の断熱圧縮が行
われ、燃焼室３内の温度が上昇し、着火性および
燃焼性が高められる。

そしてこの場合に、エンジン回転数に応じ、前
述のように設定負圧が制御されることにより、充
填量の確保と断熱圧縮効果の向上とが図られる。
この作用は第４図によつて説明する。

第４図にクランク角に対応したシリンダ１内の
圧力変化をアイドル回転領域における場合（曲線
Ａ）、高回転数域における場合（曲線Ｂ）、および
アイドル回転数より低回転のクランキング域にお
ける場合（曲線Ｃ）についてそれぞれ示す。この
図のように、開閉弁１０の開作動時点t₁、t₂、t₃
まではシリンダ１内の負圧の次第に大きくなり、
シリンダ１内の負圧が設定負圧P₁、P₂、P₃に達
して開閉弁１０が開作動した後は大気圧との圧力
差により急激に吸気が導入され、断熱圧縮が行わ
れつつ次第にシリンダ１内の負圧が小さくなる。
この場合、充填量を確保しつつ断熱圧縮効果を高
めるには、開閉弁１０の開作動の設定負圧が充填
量を確保し得る範囲でできるだけ大きい限界値と
なるようにすればよいが、充填量を確保するため
には吸気行程終期にシリンダ１内がほぼ大気圧に
復帰している必要がある。そして、アイドル回転
数域では曲線Ａで示すように設定負圧P₁比較的
大きくしても充填量が確保される。一方、高回転
域では、一定クランク角変化に対応する時間が短
くなるので、アイドル回転数域と同程度に設定負
圧を大きくすると、吸気行程終期にシリンダ１内
の負圧が充分に小さくならず充填量が低下し（曲
線B′）、設定負圧をアイドル回転数域よりも小さ
な値P₂とすれば曲線Ｂで示すように充填量を確
保することができる。つまり、充填量を確保し得
る設定負圧の限界値はエンジン回転数が高くなる
について小さくなり（第３図のラインL_h）、これ
に合せて現実の設定負圧が制御されることによ
り、各回転数で充填量が確保されつつ断熱圧縮効
果ができるだけ高められ、特に、白煙等が生じ易
くて最も燃焼性向上の要求が強いアイドル回転数
域で、断熱圧縮効果が最大に高められる。

また開閉弁１０の開作動時点t₁、t₂、t₃までの
シリンダ１内の負圧変化はピストン２まわりや吸
気絞り弁７まわりからシリンダ１内に流入する吸
気リーク量に関係するが、この吸気リーク量は吸
気行程の時間が長くなる低回転時ほど増加し、こ
れに伴つてシリンダ１内の負圧発生限界は低回転
時ほど小さくなる。従つて、特にエンジン回転数
が低いクランキング域では、アイドル回転数域と
同程度の設定負圧である破線C′で示すようにこれ
より負圧発生限界が低くなつて開閉弁１０が開作
動しなくなるという事態が起こり得る。そこでク
ランキング域では負圧初制限界の低下に応じて設
定負圧P₃が小さくされており、これによつてク
ランキング域でも開閉弁１０が確実に作動されて
断熱圧縮が行われるとともに吸気の導入が可能と
なる。

なお、本発明装置の具体的構造は上記実施例に
限定されず種々変更可能である。

例えば第５図に示す実施例では、開閉弁１０′
が弁体６１と、制御回路５０′により制御される
切替弁６３を介して真空ポンプ３７に接続された
アクチユエータ６２とで構成されるとともに、制
御回路５０′において、負圧検出手段６４により
検出されたシリンダ内の負圧と設定負圧に相当す
る基準値とが比較され、シリンダ内の負圧が基準
値を越えたとき、制御回路５０′から出力される
信号で切替弁６３が働いてアクチユエータ６２に
作動用負圧が導入されることにより弁体６１が開
作動されるようにしている。この場合、上記制御
回路５０′が設定負圧調整手段と制御手段とを兼
ね、回転数検出手段５１からの信号に応じて前記
の第３図に示すような特性で設定負圧に相当する
基準値が制御されることにより、上記実施例と同
様の作用が得られる。

また、第１図および第２図に示す実施例では各
シリンダ別の吸気通路６を主吸気通路６ａと副吸
気通路６ｂとに分けて副吸気通路６ｂに開閉弁１
０を設けているが、各シリンダごとに１つずつの
吸気通路を設けてこの吸気通路に圧力応動式の開
閉弁１０を設けてもよく、この場合、開閉弁１０
を吸気通路から退避する位置に回動可能とし、作
動停止状態とするときは開閉弁１０を退避位置に
回動させて吸気通路を開通させればよい。そして
この場合も、開閉弁１０に対して上記実施例と同
様の設定負圧調整手段および制御手段を設けてお
けばよい。

（発明の効果） 以上のように本発明は、シリンダ内の負圧が設
定負圧に達したときに開閉弁１０を作動させて吸
気の断熱圧縮を行わせるようにしたデイーゼルエ
ンジンの吸気装置において、上記設定負圧を、ア
イドル回転数以上では回転数が高くなるにつれて
小さくなるようにしているため、低回転から高回
転までに亘り吸気充填量を確保し得る範囲内で最
大限に吸気の断熱圧縮効果を高め、燃焼性および
エミツシヨンの改善に大きな効果をもたらすもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の装置の断面図、第
２図はこの装置要部の断面図、第３図はエンジン
回転数と設定負圧との関係を示す説明図、第４図
は開閉弁を作動させたときのクランク角に対応し
たシリンダ内の圧力変化を示す説明図、第５図は
別の実施例を示す要部断面図である。 １……シリンダ、３……燃焼室、４……吸気
弁、６……吸気通路、１０，１０′……開閉弁、
３０……設定負圧調整手段、５０，５０′……制
御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジンの各シリンダ別の吸気通路に、シリ
   ンダ内の負圧が設定負圧に達した時に開作動する
   開閉弁を設け、この開閉弁の作動により吸気行程
   途中までは燃焼室への吸気導入を制限し、吸気行
   程途中から急激に吸気を燃焼室に導入して断熱圧
   縮を行わせるようにしたデイーゼルエンジンの吸
   気装置において、上記設定負圧を可変にする設定
   負圧調整手段と、エンジン回転数に応じてアイド
   ル回転数以上ではエンジン回転数が高くなるにつ
   れて上記設定負圧を小さくするように上記設定負
   圧調整手段を制御する制御手段とを設けたことを
   特徴とするデイーゼルエンジンの吸気装置。 ２ 上記制御手段は、アイドル回転数以下ではエ
   ンジン回転数が低くなるにつれて上記設定負圧を
   小さくするように上記設定負圧調整手段を制御す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   デイーゼルエンジンの吸気装置。