JPH0562211B2 - - 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、断熱圧縮により吸気
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作動する開閉弁を
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
開閉弁を作動させているが、通常運転時にも燃焼
室温度が低く燃焼不良等が生じる可能性がある低
負荷低回転時等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、この装置において暖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（負圧応動
弁）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なわせることができ
る。

ところで、このような負圧応動弁からなる開閉
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弁する上記開
閉弁をシリンダ別の各吸気通路に１個ずつ設けて
いるにすぎないため、広い回転数域に亘つて良好
に吸気の断熱圧縮効果を発揮させることが難し
い。

つまり、吸気の断熱圧縮効果を高めるために
は、開閉弁の開弁負圧を大きくすることが望まし
いが、シリンダ内に生じる負圧は、ピストンまわ
り等からシリンダ内に流入するリーク吸気量との
関係でエンジン回転数が低くなるほど小さくなる
傾向がある。このため、例えばアイドル回転数以
上の回転数域で良好な断熱圧縮効果が得られる程
度に開弁負圧をある程度大きく設定すると、エン
ジン回転数が低いクランキング時にシリンダ内の
負圧が開弁負圧に達しなくなり、開閉弁が開作動
しなくなつて吸気断熱圧縮効果や吸気の充填が妨
げられる場合がある。また開作動しても回転数が
低く吸気期間が長いため、一度開いた開閉弁が
BDC以前に閉じ、断熱膨張が生じて、逆に吸気
温度が低下し、また吸気量が不足してスモークが
発生する問題が生じる。これを具体的に、第９図
に示すモータリング時のエンジン回転数とシリン
ダ内平均温度との関係を調べた測定結果により説
明すると、上記のような設定で１個の開閉弁を用
いたときのシリンダ内平均温度は線Ａのようにな
り、開閉弁を用いない場合（線Ｂ）と比べてアイ
ドル回転数以上では吸気温度上昇効果が得られる
ものの、これにより低回転時には上記効果が得ら
れない。これは、アイドル回転数以下ではBDC
より前に開閉弁が閉じ断熱膨張により温度が低下
しているものと考えられる。従つて断熱圧縮効果
を充分に得るためには回転数に関係なくBDC以
降で開閉弁を閉じる必要がある。

また、開閉弁がクランキング時等の低回転時に
確実に開作動し得る程度に開弁負圧を小さく設定
すると、通常運転時に回転数がある程度高くなつ
ても、吸気の断熱圧縮効果が低く抑えられてしま
うことになる。

なお、このような問題を解決する手段として、
上記開閉弁の開弁負圧を調整可能とし、エンジン
回転数に応じて開弁負圧を制御することが考えら
れるが、このようにすると開弁負圧を調整するた
めの機構およびこれを制御する手段の構造が複雑
になる。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、広い回転数域
にわたつて良好な空気の断熱圧縮効果を発揮させ
ることができ、回転数が低い始動時の始動促進お
よび通常運転時の比較的高回転域にまでわたつて
の白煙やHC等の低減を充分に達成することので
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、エンジンの各シリンダ別の吸気通路
に開閉弁を設け、この開閉弁を、シリンダ内の負
圧が開弁負圧に達したときに開作動する負圧応動
弁によつて構成し、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、上記開閉弁を上記吸気通路
に複数個並設し、かつこの各開閉弁の開弁負圧を
異なる値に設定したものである。

この構成により、開弁負圧の異なる複数個の開
閉弁がエンジン回転数に応じて働き、広い回転数
域にわたつて良好に吸気の断熱圧縮が行なわれる
こととなる。

（実施例） 第１図および第２図は本発明の第１の実施例を
示す。これらの図において、１はデイーゼルエン
ジンのシリンダで、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と吸気弁６を
備えた排気ポート７とが開口するとともに、燃料
噴射弁８が臨設されている。上記吸気ポート５に
は吸気通路９が連通され、また吸気ポート７には
排気通路１０が連通されている。そして吸気ポー
ト５に連通するシリンダ別の吸気通路９には、負
圧応動弁からなる開閉弁１１，１２によつて吸気
行程途中までは燃焼室３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３に導入し
て断熱圧縮を行わせる吸気導入装置が設けられて
いる。そしてこの吸気導入装置において上記開閉
弁は複数並設され、例えば２個の開閉弁１１，１
２が並設されている。

当実施例ではこの吸気導入装置は、主吸気通路
９ａと副吸気通路９ｂとで各シリンダ別の吸気通
路９が形成されるとともに、主吸気通路９ａに吸
気絞り弁１３が設けられ、この吸気絞り弁１３よ
り下流側に副吸気通路９ｂが開口し、この副吸気
通路９ｂに２個の開閉弁１１，１２が並設される
ことにより構成されている。なお、上記主吸気通
路９ａおよび副吸気通路９ｂはサージタンク１４
を介して図外のエアクリーナーに接続されてい
る。上記各開閉弁１１，１２は、主吸気通路９ａ
が吸気絞り弁１３によつて閉鎖された状態にある
ときに吸気行程でシリンダ１内に生じる負圧に応
じ、この負圧が各開閉弁１１，１２の開弁負圧に
達した時に自動的に開作動する構造となつてお
り、具体的には第２図に示すような構造となつて
いる。

すなわち開閉弁１１（開閉弁１２も同様）は、
弁室１５内に設けられて弁座１６に上流側から当
接する弁体１７と、この弁体１７に連結軸１８を
介して連結されたダイヤフラム１９と、このダイ
ヤフラム１９により仕切られた２つの室２０，２
１と、その一方の室２０内に設けられて弁体１７
を閉弁方向に付勢するリターンスプリング２２と
を備えている。そして上記一方の室２０は弁体１
７、連結軸１８およびダイヤフラム１９を貫通し
た連通孔２３を介して弁体１７より下流側に連通
し、他方の室２１は開口２４を介して弁体１７よ
り上流側に連通してほぼ大気圧に保たれている。
この構造により開閉弁１０，１１は、副吸気通路
９ｂの下流側から上記一方の室２０に導入される
負圧がリターンスプリング２２の付勢力と弁体１
７およびダイヤフラム１９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１９に作用する力がリター
ンスプリング２２と弁体１７自体に作用する負圧
とによる抵抗力をより大きくなつたとき、弁体１
７が開かれる。また開弁後は、上記負圧が充分に
小さくなつたとき弁体１７が閉じられるようにな
つている。なお、主吸気通路９ａの吸気絞り弁１
３が開かれると殆ど吸気負圧が生じなくなるの
で、開閉弁１１，１２の開閉作動は停止される。

上記各開閉弁１１，１２は、それぞれのリター
ンスプリング２２の付勢力を異ならせる等によ
り、開弁負圧が異なるように設定されており、後
に詳述するように一方の開閉弁（以下「第１開閉
弁」と呼ぶ）１１は低回転の運転領域で適正に開
閉作動するように開弁負圧が比較的低く設定さ
れ、他方の開閉弁１２（以下「第２開閉弁」と呼
ぶ）１２はある程度高回転側の運転領域で開閉作
動するように、開弁負圧が第１開閉弁１１より高
く設定されている。さらに当実施例では、両開閉
弁１１，１２の開口面積も異ならせ、第１開閉弁
１１よりも第２開閉弁１２の開口面積を大きくし
ている。

一方、吸気絞り弁１３に対しては、第１図に示
すように、この吸気絞り弁１３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
２６と、このアクチユエータ２６を働かせるため
の通路２７、真空ポンプ２８および切替弁２９な
ど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１３を閉じて開閉弁１１，
１２を作動可能とする状態と吸気絞り弁１３を開
いて主吸気通路９ａを開通させることにより開閉
弁１１，１２の作動機能を停止させる状態とに吸
気系を切替可能としている。またエンジン回転数
および負荷等の検出手段（図示せず）からの信号
を受けるマイクロコンピユータ等を用いた制御回
路３０により、始動運転時および通常運転時のあ
る程度高運転側にまでわたる運転領域では開閉弁
１１，１２を作動可能とする状態とし、吸気の断
熱圧縮を行なう必要のない高回転、高負荷側の運
転領域では開閉弁１１，１２の作動機能を停止さ
せる状態とするように、上記駆動手段が制御され
ている。

このように構成された吸気装着によると、吸気
絞り弁１３によつて主吸気通路９ａが閉鎖されて
いる状態にあるとき、吸気行程でピストン２の下
降に伴つてシリンダ１内に生じる負圧に応じ、エ
ンジン回転数との関係で１１のみが開作動する
か、または両開閉弁１１，１２が開作動する。こ
れにより吸気行程途中から急激に吸気が副吸気通
路９ｂを通して燃焼室３に導入されて吸気の断熱
圧縮が行なわれる。

この場合２個の開閉弁１１，１２のエンジン回
転数に応じた働きについては後に詳述することと
し、先ず基本的な断熱圧縮による効果を第３図に
よつて説明する。この図は、４気筒エンジンにお
いて、主吸気通路９ａが開通されて開閉弁の作動
が停止されている状態から少なくとも１個の開閉
弁が作動される状態に切替つたときの、各シリン
ダの排気ガス温度を測定したときのデータを示し
たもので、線T₁〜T₄は各シリンダの排気ガス温
度の変化を示している。この図から解るように、
開閉弁の作動機能が停止されている状態から開閉
弁が作動される状態に切替えられたとき、吸気の
断熱圧縮効果で燃焼性が改善されるため、各シリ
ンダの排気ガス温度が上昇し、とくに燃焼状態が
著しく悪かつたシリンダの排気ガス温度（線T₄）
は、燃焼室内に残つている未燃焼ガスが燃焼され
るため大きく上昇する。そして、開閉弁の作動に
よる吸気の断熱圧縮が適正に行われればこのよう
な効果が得られるが、前述のように１個の開閉弁
では広い回数域にわたつて適正に断熱圧縮を行な
わせることは難しい（第９図参照）。

次に、開弁負圧が異なる２個の開閉弁１１，１
２を用いた当実施例装置のエンジン回転数に応じ
た作用を第４図および第５図によつて説明する。

吸気絞り弁１３が閉じられている状態で吸気行
程においてシリンダ１内に生じる負圧は、クラン
キング時等の低回転時には第４図ａのようにな
り、比較的高速時には第４図ｂのようになる。こ
れらの図に示すように、吸気行程初期からシリン
ダ１内の圧力が低下する（負圧が大きくなる）
が、ピストン２の下降速度が遅い低回転時には、
ピストン２まわり等からシリンダ１内に流入する
リーク吸気量が多くなるため、シリンダ１内に発
生する負圧は高回時と比べて小さくなる。このと
きもシリンダ１内の負圧は、予め比較的小さく設
定された第１開閉弁１１の開弁負圧P₁には達し、
これにより第１開閉弁１１が吸気行程途中（時点
t₁）で開作動し、この第１開閉弁１１を通してシ
リンダ１内に吸気が導入される。そして、低速時
には開口面積が比較的小さい第１開閉弁１１が開
かれるだけでも負圧が減少してシリンダ１内に吸
気が充填されるとともに、この間に吸気の断熱圧
縮が行なわれる。またこのときに、吸気が急激に
導入され過ぎると吸気行程終期のBDC時点より
前に負圧が減少して第１開閉弁１１が閉じられ、
閉弁後に再び負圧が生じてしまうが、第１開閉弁
１１の開口面積を適度に設定しておくことによつ
てこのような事態が防止され、断熱圧縮効果およ
び吸気充填量が確保される。

一方、比較的高回転時にはシリンダ１内に生じ
る負圧が大きくなり、とくにピストン２が急速に
下降するので第１開閉弁１１が開作動（時点t₁′）
してからでもこれだけでは充分に吸気を導入しき
れず、負圧がさらに大きくなつて第２開閉弁１２
の開弁負圧P₂にまで達し、第２開閉弁１２も開
作動する（時点t₂）。そしてその後は、両開閉弁
１１，１２を通して多量の吸気が導入されること
により、シリンダ１内の負圧が減少して充填量が
確保されるとともに、大きな断熱圧縮効果が得ら
れる。

このような作動によつてエンジン回転数と単位
時間当たりの吸入空気量との関係は第５図に実線
で示すようになり、第１開閉弁１１のみが作動さ
れる低回転域N₁から両開閉弁１１，１２が作動
される高回転域N₂へとエンジン回転数が移行す
るにつれ、充分に吸入空気量が増大して要求され
る吸気充填量を確保することができる。またエン
ジン回転数とシリンダ内平均温度との関係は第６
図に実線Ｃで示すようになり、低回転域N₁から
高回転域N₂にまでわたり、開閉弁を用いない場
合（破線Ｂ）と比べて吸気温度が高められる。

第７図は本発明の第２の実施例を示す。この実
施例では、各シリンダ１別に主吸気通路９ａと、
それぞれの下流端が相対向して主吸気通路９ａに
開口する２つの副吸気通路９ｃ，９ｄとを備え、
この副吸気通路９ｃ，９ｄに第１開閉弁３１およ
び第２開閉弁３２がそれぞれ設けられている。こ
の各開閉弁３１，３２は第１実施例の開閉弁１
１，１２と同様の構造であつて、第１開閉弁３１
は開弁負圧が比較的小さく、かつ開口面積も小さ
く、第２開閉弁３２は第１開閉弁３１と比べて開
弁負圧が大きく、かつ開口面積がかなり大きくな
つている。また主吸気通路９ａ内の、両副吸気通
路９ｃ，９ｄの下流端が対向する位置に吸気絞り
弁３３が配置されている。この吸気絞り弁３３
は、図外の駆動手段および制御手段により、低回
転域では燃焼室３に対し主吸気通路９ａおよび第
２開閉弁３２側の副吸気通路９ｄを遮断して第１
開閉弁３１側の副吸気通路９ｃを開く位置（２点
鎖線イ）に作動され、比較的高回転域では燃焼室
３に対し主吸気通路９ａおよび第１開閉弁３１側
の副吸気通路９ｃを遮断して第２開閉弁３２側の
副吸気通路９ｄを開く位置（２点鎖線ロ）に作動
され、また吸気の断熱圧縮を行なう必要のない高
回転高負荷域では主吸気通路９ａを開通する中立
位置（実線ハ）に作動させるようになつている。

この構造によれば、低回転域では吸気絞り弁３
３が２点鎖線イの位置とされることにより、第８
図ａに示すように、シリンダ１内の負圧が第１開
閉弁３１の開弁負圧P₁に達したときに第１開閉
弁３１が開作動されて副吸気通路９ｃから吸気が
導入され、また比較的高回転域では吸気絞り弁３
３が２点鎖線ロの位置とされることにより、第８
図ｂに示すように、シリンダ１内の負圧が第２開
閉弁３２の開弁負圧P₂に達したとき第２開閉弁
３２が開作動されて副吸気通路９ｄから吸気が導
入される。

この場合も、両開閉弁３１，３２の開弁負圧お
よび開口面積が異なるため、低回転域と比較的高
回転域とに応じ、各開閉弁３１，３２が適正に作
動して良好な断熱圧縮効果が得られるとともに吸
気充填量も確保される。

なお、上記各実施例ではシリンダ別の吸気通路
を主吸気通路と副吸気通路とに分けて副吸気通路
に２個の開閉弁を配設しているが、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両
開閉弁を並設しておいてもよく、この場合、吸気
の断熱圧縮を行なう必要のないときは両開閉弁を
吸気通路から退避する位置に移動させることがで
きるようにしておけばよい。

また上記実施例では２個の開閉弁を設けている
が、それぞれ開弁負圧が異なる３個以上の負圧応
動弁からなる開閉弁を吸気通路に並設してもよ
い。

（発明の効果） 以上のように本発明は、それぞれ開弁負圧が異
なる負圧応動弁からなる複数の開閉弁を吸気通路
に並設しているため、開弁負圧を高くすると開閉
弁が作動しなくなるクランキング時等の低回転時
から、開閉弁の開弁負圧を高くすることが望まし
い比較的高回転側にまでわたり、開閉弁を有効に
働かせて良好な吸気の熱圧縮効果をもたせること
ができる。このため、始動性の向上ならび通常運
転時の広い回転数域にわたつての白煙やHC等の
低域を、複数の開閉弁を用いるだけの簡単な構造
によつて達成することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す概略図、第
２図は負圧応動弁からなる開閉弁の拡大断面図、
第３図は開閉弁が停止状態から作動状態に切替つ
たときの各シリンダの排気ガス温度の変化を示す
グラフ、第４図ａ，ｂは第１実施例の位置による
場合の低回転時と高回転時とにおける吸気行程で
のシリンダ内圧力の変化を示す説明図、第５図は
同装置による場合のエンジン回転数と吸入空気量
との関係説明図、第６図はエンジン回転数とシリ
ンダ内平均温度との関係説明図、第７図は第２実
施例を示す概略図、第８図は第２実施例の装置に
よる場合の低回転時と高回転時とにおける吸気行
程でのシリンダ内圧力の変化を示す説明図、第９
図は従来の一般的なデイーゼルエンジンの吸気装
置と１個の開閉弁を用いた従来装置とによる場合
のエンジン回転数とシリンダ内平均温度との関係
を調べた測定結果を示すグラフである。 １……シリンダ１、９……吸気通路、１１，３
１……第１開閉弁、１２，３２……第２開閉弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンの各シリンダ別の吸気通路に開閉弁
   を設け、この開閉弁を、シリンダ内の負圧が開弁
   負圧に達したときに開作動する負圧応動弁によつ
   て構成し、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、上記開閉弁を上記吸気通路に複数個
   並設し、かつこの各開閉弁の開弁負圧を異なる値
   に設定したことを特徴とするデイーゼルエンジン
   の吸気装置。