JPH0562212B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、過給機付直噴デイーゼルエンジンの
吸気装置に関する。

〔従来技術〕

過給機付エンジンにおいては、エンジン回転数
が高くなる程、高出力が得られるが、低速回転時
には高いトルクが得られないという宿命がある。
一方、自動車用のエンジンのトルクは、エンジン
の中速回転時において最大のトルクを得られるよ
うにすることが望ましい。

そこで低中速回転時にも出来るだけ高いトルク
が得られるように過給性能の優れた過給機を用い
て過給圧を高めようとすると、高速回転時に過給
圧が高くなり過ぎ、燃焼室の温度、圧力がエンジ
ンの信頼性を維持するのに必要な許容限界値を越
えてしまうことになる。従つて低中速回転時には
過給機の性能を十分に発揮させる一方、逆に高速
回転時には過給機の性能を抑えればよい。これを
実現するのに、吸気通路の途中にウエストゲート
バルブを設け、高速回転時に吸気の一部をウエス
トし過給圧の上昇を抑える手法と、吸気通路の途
中にタイミングバルブを設け、高速回転時には吸
気バルブが開いている途中でタイミングバルブを
早閉じして過給度すなわち充填効率を抑えるミラ
ーサイクルの手法とが知られている。

上記ミラーサイクル機関としては、第５図に示
す如く、シリンダヘツド４０に形成された吸気口
４１に吸気弁４２が設けられ、吸気口４１に連な
る吸気管４３内には制御弁としてのロータリーバ
ルブ４４の設けられた構造が提案されている（特
開昭55−148932号公報）。この機関の場合、ロー
タリーバルブ４４の閉弁タイミングが第３図に実
線で示す低速回転時の状態から一点鎖線で示すよ
うに進角側にシフトする高速回転時の状態では、
過給圧と行程容積の関係は第４図に示すＰ−Ｖ線
図のようになる。同図において、Ｐ−Ｖ曲線は吸
気・圧縮・爆発・膨張・排気の各行程に伴ない
→→→→→→のように変化するが、
特に吸気行程のうち、吸気弁が開いた状態でロー
タリーバルブ４４が早閉じしてなおもピストンが
降下する行程（図中→）では、吸気圧が降下
して吸気の膨張（断熱膨張）が起り温度降下が生
じる。

このようにミラーサイクル機関の場合は、吸気
行程の途中から圧力降下、温度降下が生じて燃焼
室の初期圧力、初期温度を下げることになり、結
局、最高圧力Pmax、最高温度Tmaxもミラーサ
イクルを用いない場合に比べて所定レベルだけ降
下することになり、単に過給度を抑えるというだ
けでなく、充填効率をさほど犠牲にすることなく
燃焼室の最高温度Tmaxを下げるので、先述した
低中速回転時の過給圧を十分高め、かつ高速回転
時の過給圧、最高温度を抑えるという目的に適つ
たものということが出来る。

ところが、燃焼室のスワールが燃焼性に大きな
影響を及ぼす直噴デイーゼルエンジンをおいて、
上記従来のミラーサイクルの方式を採用した場合
には、ロータリーバルブが早閉じする高速回転で
スワールの生成に寄与する吸気期間が短縮される
ことになり、圧縮して着火燃焼するまでにスワー
ルが弱まつてスモーク増を来たすなど燃焼性を著
しく悪化し、出力低下を招くという問題が生じ
る。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来例の問題点を考慮してなさ
れたもので、ミラーサイクルの手法を用いた場合
のタイミングバルブの早閉じに伴なう燃焼室での
スワールの減衰、換言すると燃焼性の低下及びそ
れに伴なう出力低下を防止することの出来る過給
機付直噴デイーゼルエンジンの吸気装置の提供を
目的とするものである。

〔発明の構成〕

本発明は、過給圧の上昇に伴ない早閉じする吸
気タイミングバルブを過給機下流の吸気通路の途
中に設けて、高速回転時の過給圧を所定レベルに
抑えるミラーサイクルの手法を用いた過給機付直
噴デイーゼルエンジンの吸気装置であつて、スワ
ールの強さを変えるスワール可変手段を吸気ポー
トに連なる吸気タイミングバルブ下流の吸気路に
設け、過給圧の上昇に伴ない上記スワール可変手
段を制御手段によりスワール強化側にシフトする
ように構成し、吸気タイミングバルブの早閉じに
伴なう吸気期間の短縮に起因して、スワールが減
衰するのを防止するようにしたことを特徴とする
ものである。

〔実施例〕

本発明の一実施例を、第１図乃至第４図に基づ
いて以下に詳述する。

第１図は本発明を適用した４サイクル・直噴デ
イーゼルエンジンを示すもので、排気タービン２
とこれに直結するブロア３とでターボ過給機４が
構成され、そのブロア３により吐出される圧縮空
気を吸気通路５の吸気マニホールド６を経てその
各吸気枝管６ａへ供給するようにされている。

前記各吸気枝管６ａは、これらの枝管に対応す
る複数の開口７ａを有するロータリーバルブ７に
より開閉制御するように構成されている。このロ
ータリーバルブ７は、過給圧の上昇に伴ない早閉
じする吸気タイミングバルブとして機能するもの
であつて、ロータリーバルブ７の各開口７ａは、
開弁時期と閉弁時期が約90度の回転角度ごとに交
互に繰り返されるようにそれぞれ設定されてい
る。

一方、デイーゼルエンジン１の図示しないクラ
ンク軸の一端には、これと一体回転するようにア
イドル軸８が連結され、このアイドル軸８の端部
にはアイドルギア９が枢着し固定されている。こ
のアイドルギア９には、これと歯数比１：２をな
すタイミング歯車１０が噛合している。前記ロー
タリーバルブ７の軸端には従動軸１１が一体に形
成され、この従動軸１１と前記タイミング歯車１
０の回転軸１２とが同一軸線上に位置するように
配置されると共に、互いの軸間はスリーブ１３に
よつて連結されて回転軸１２の回転がロータリー
バルブ７に伝達されるように構成されている。上
記従動軸１１の連結端部及び回転軸１２の連結端
部には、それぞれヘリカルスプライン１１ａ，１
２ａが相互に反対方向の捩れをなすように形成さ
れ、これらスプライン１１ａ，１２ａに対して前
記スリーブ１３の内周に形成された図示しない係
合歯が噛合している。スリーブ１３の外周に形成
された環状の係止溝１３ａには、このスリーブ１
３の軸方向に揺動しうるようにピン１４で枢支し
たレバー１５の一端が係合し、レバー１５の揺動
によりタイミング歯車１０の回転軸１２に対する
従動軸１１の相対回転位置が所定の角度だけ円周
方向に変位するように構成されている。

上記レバー１５の他端は、ダイヤフラム方式ア
クチユエータ１６の作用ロツド１７に連結され、
アクチユエータ１６の加圧室１８は管路１９を介
して先述の吸気通路５に連通している。そして、
過給圧の上昇に伴なうアクチユエータ１６の作用
ロツド１７の前進動作をレバー１５を介してスリ
ーブ１３に伝え、これによりロータリーバルブ７
を進角側に回動調整するようになされている。上
記アクチユエータ１６の作用ロツド１７には、別
にポテンシヨメータ遠から成るポジシヨンセンサ
２０を接続させてあり、過給圧の上昇に伴なう作
用ロツド１７の進出量、換言するとロータリーバ
ルブ７の進角量を上記ポジシヨンセンサ２０で検
出するようにされている。

デイーゼルエンジン１の角燃焼室１ａに対応す
るそれぞれの吸気枝管６ａの、ロータリーバルブ
配設部から燃焼室１ａに至る管路は、ヘリカルポ
ート２１の吸気路とダイレクシヨナルポート２２
の吸気路の２つから成り、ヘリカルポート２１に
至る吸気によつて燃焼室１ａにスワールが生成す
るようにされている。即ち、図示の実施例におい
て、吸気ポートは、スワール生成に寄与するヘリ
カルポート２１と、スワール生成に寄与しないダ
イレクシヨナルポート２２の２つから構成され
る。一方、各ダイレクシヨナルポート２２に連な
る吸気路にはそれぞれ絞り弁２３が配設され、こ
れら絞り弁２３は平行リンク２４を介してダイヤ
フラム式アクチユエータ２５に連結されている。
上記アクチユエータ２５は、前述のポジシヨンセ
ンサ２０の検出信号を制御量として受ける制御装
置２６により、先述のロータリーバルブ７の進角
に同期して前記絞り弁２３が閉弁側に作動するよ
うに制御すべく構成されている。第２図はその制
御気候の具体的な構成を示したもので、前記アク
チユエータ２５の負圧室２７はデユーテイバルブ
２８を介してバキユームポンプ２９に連通し、バ
キユームポンプ２９の吸引作用により、絞り弁２
３が閉弁側に変位するようにアクチユエータ２５
を作動させる一方、絞り弁２３の開度を左右する
上記デユーテイバルブ２８の開度制御を制御装置
２６によつて行なうように構成されている。

次に、上記実施例の動作について説明する。

エンジン１の駆動に伴ない、クランク軸の回転
はアイドルギア９よりタイミング歯車１０へ1/2
の回転速度に減速して伝達され、タイミング歯車
１０の回転は、回転軸１２、スリーブ１３、従動
軸１１を介してロータリーバルブ７に伝達され
る。このロータリーバルブ７の回転により、ヘリ
カルポート２１及びダイレクシヨナルポート２２
に連なる２経路から成る吸気路は、吸気弁と同様
にクランク軸の回転角度にして約180度を超える
所定の区間だけ開弁される。

次に、排気管３０より過給機４の排気タービン
２に流入する排気ガス量の少ない、即ち過給圧の
低い低中速回転時においては、ダイヤフラム式ア
クチユエータ１６の加圧室１８へ及ぶ圧力が小さ
いので、このアクチユエータ１６に設けられたば
ね３１の付勢力に抗して作用ロツド１７が十分に
進出するまでには至らず、タイミング歯車１０の
回転軸１２とロータリーバルブ７の従動軸１１と
は、各燃焼室１ａの吸気弁の開弁時期に対しこれ
に対応するロータリーバルブ７の開弁時期が第３
図に実線で示すように略一致するような相対回動
位置に維持される。

この低中速回転時には、上記したようにアクチ
ユエータ１６の作用ロツド１７の進出量が少な
く、ポジシヨンセンサ２０の検出信号値も小さ
い。従つて、このポジシヨンセンサ２０の検出信
号を受ける制御装置２６はデユーテイバルブ２８
の開度を十分に絞り、そのためアクチユエータ２
５の負圧室２７に対するバキユームポンプ２９の
吸引作用が弱く負圧室２７の負圧が小さく、アク
チユエータ２５のばね３２の付勢力により、平行
リンク２４が第１図及び第２図において左方へ変
位しており、絞り弁２３は第１図に示すように開
弁状態に保持される。即ち、低中速回転ではその
吸気行程において、吸気ガスはヘリカルポート２
１とダイレクシヨナルポート２２の２経路より燃
焼室１ａへ流入することになる。ダイレクシヨナ
ルポート２２を経て流入する一部の吸気ガスはス
ワールを生成しないが、低中速回転ではロータリ
ーバルブ７が早閉じせず吸気期間が長いので、ヘ
リカルポート２１を経て流入する吸気ガスによつ
て生成されるスワールは着火に至るまで減衰せ
ず、燃焼制が損なわれることはない。

一方、エンジン１が高速回転に移行すると、排
気管３０より過給機４の排気タービン２に流入す
る排気ガス量が増大して、ブロア３が高速回転し
過給圧が高まる。そのためアクチユエータ１６の
加圧室１８に過給圧が上昇が伝わり、その作用ロ
ツド１７の進出量が低中速回転時に比べて増大す
る。これにより、レバー１５が第１図において時
計方向に揺動して、スリーブ１３は同図の右方へ
押動され、スリーブ１３の内周側に形成された図
示しない係合歯がヘリカルスプライン１１ａ，１
２ａ上を揺動して、回転軸１２に対する従動軸１
１の相対回動位置は、各燃焼室１ａの吸気弁の開
弁期間に対しこれに対応するロータリーバルブ７
の開弁時期が第３図に１点鎖線で示すように進角
側にシフトするところまで変位する。

このような動作によつて、高速回転時には各燃
焼室１ａの吸気期間が短縮され過給圧の上昇が抑
えられるので、第４図に示すＰ−Ｖ曲線のように
吸気行程において、→のように断熱膨張が生
じて、エンジン１の最大温度Tmax、最大圧力
Pmaxが所定レベルに抑えられる。

また上記高速回転時において、過給圧検知用の
アクチユエータ１６の作用ロツド１７の進出量が
増大することにより、ポジシヨンセンサ２０の検
出信号値も大きくなる。従つて、このポジシヨン
センサ２０の検出信号を受ける制御装置２６はデ
ユーテイバルブ２８の開度を十分絞らず、そのた
めアクチユエータ２５の負圧室２７に対するバキ
ユームポンプ２９の吸引作用が強まり、第２図に
示すように上記負圧室２７に設けられたばね３２
の付勢力に抗して平行リンク２４は図中の右方へ
押され、絞り弁２３は開弁状態に移行し、吸気行
程において、吸気ガスはヘリカルポート２１のみ
より燃焼室１ａへ流入することになる。即ち、高
速回転ではその吸気行程において、吸気弁に先立
ちロータリーバルブ７が早閉じするため、吸気期
間が短縮されることになるが、このとき吸気ガス
の全量がスワールの生成に寄与するヘリカルポー
ト２１のみから燃焼室１ａへ流入するので、吸気
期間の短縮によるスワールの減衰が防止され、ス
ワール減衰に伴なうスモーク増、ひいてはエンジ
ン１の出力低下が回避される。

上記実施例では、吸気ポートとしてスワールの
生成に寄与するヘリカルポート２１と、スワール
の生成に寄与しないダイレクシヨナルポート２２
の２つを並設し、ダイレクシヨナルポート２２の
吸気路を絞り弁２３で開閉することにより低中速
回転時と高速回転軸とでスワールの強度を変える
ようにしているが、これに代えて、吸気ポートを
ヘリカルポートのみで構成すると共に、このヘリ
カルポートにガイドベーンを変位可能に設け、ガ
イドベーンの変位によりスワールの強度を変える
ようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は、以上のように過給圧の上昇に伴ない
早閉じする吸気タイミングバルブとしてのロータ
リーバルブを吸気通路の途中に設けた過給機付直
噴デイーゼルエンジンであつて、吸気ポートに連
なる吸気路に設けられたスワール可変手段を、過
給圧の上昇に伴ない制御手段によつてスワール強
化側にシフトするように構成したものである。そ
れ故、高速回転での吸気タイミングバルブの早閉
じに伴ない吸気期間が短縮されることに起因して
生じるスワールの減衰を防止でき、スモーク増な
ど燃焼性の悪化ひいてはエンジンの出力低下を回
避することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体概略構成
図、第２図はその要部を示す概略説明図、第３図
はミラーサイクルを適用したエンジンの吸気タイ
ミングを示すグラフ、第４図はミラーサイクルを
適用した場合のＰ−Ｖ線図、第５図は従来のミラ
ーサイクル機関を示す要部断面図である。 １はデイーゼルエンジン、４はターボ過給機、
７はロータリーバルブ（吸気タイミングバルブ）、
１６はアクチユエータ、２０はポジシヨンセン
サ、２１はヘリカルポート（吸気ポート）、２２
はダイレクシヨナルポート（吸気ポート）、２３
は絞り弁（スワール可変手段）、２５はアクチユ
エータ、２６は制御装置である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 過給圧の上昇に伴ない早閉じする吸気タイミ
   ングバルブを過給機下流の吸気通路の途中に設け
   た過給機付直噴デイーゼルエンジンの吸気装置で
   あつて、吸気ポートに連なる吸気タイミングバル
   ブより下流の吸気路に設けられスワールの強さを
   変えるスワール可変手段と、過給圧の上昇に伴な
   い前記スワール可変手段をスワール強化側にシフ
   トする制御手段とを備えた過給機付直噴デイーゼ
   ルエンジンの吸気装置。 ２ 前記吸気ポートはスワール生成に寄与するヘ
   リカルポートとスワール生成に寄与しないダイレ
   クシヨナルポートの２つから成り、前記スワール
   可変手段は上記ダイレクシヨナルポートの吸気路
   に設けられた絞り弁から成る特許請求の範囲第１
   項記載の過給機付直噴デイーゼルエンジンの吸気
   装置。