JPH0639918B2 - 過給機付デイ−ゼルエンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は過給機付ディーゼルエンジンにおいて断熱圧縮
により吸気温度を上昇させて始動促進を図り、かつ過給
機の信頼性の向上を図った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、ディ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
絞った状態で、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
気行程の途中また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。

ところで、上記従来の装置によると燃焼室内で効率良く
吸気温度を高めることができるが、さらに、吸気の充填
効率を上げて出力性能を高めようとするとターボ過給
機、圧力波過給機等の過給機を併用することが考えられ
る。しかしながら、過給機と上記のごとき始動促進を組
合わせた場合、吸入空気量が減少し、過給圧が上昇する
ような条件下になり、サージング限界ラインを越え易い
状態となる。

すなわち、過給機がターボ過給機であるとき、吸入空気
量と過給機コンプレッサの過給圧（コンプレッサ前後の
圧力比）の関係におけるサージング限界ラインは、第５
図の曲線Ｓに示すごとくなり、サージングが発生しない
領域は吸入空気量が少なくなると過給圧が小さい範囲に
限られてくるため、過給機がサージング限界ラインを越
え易くなる。このようなサージング限界ラインを越える
と、過給機のコンプレッサのフィンが浸蝕されるなど耐
久性に悪影響を与える。

また、始動促進装置は吸気行程途中で開閉弁が開動作す
るものであるので、この装置を作動状態にすると、吸気
は脈動の大きい間欠流となる。このような状態で、過給
機を作動させるとより一層サージングを発生し易い状態
となる。

また特に過給機がいわゆる圧力波過給機である場合に
は、始動促進装置が作動直後に、該過給機と始動促進装
置の間に大きな負圧波が伝播し、圧力波過給機内に残留
する排気ガスが吸気吐出口から流出する、いわゆる内部
還流排気ガス量が増大し、その結果、圧力波過給機のロ
ータの冷却が充分に行なわれず圧力波過給機が過熱し、
その信頼性が損われるといった問題が生じる。

（発明の目的） 本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、過給機付
ディーゼルエンジンにおいて、開閉弁である始動促進装
置を併用した場合に、過給機がサージング領域に突入す
るといったことを防止し、過給機の信頼性を向上するこ
とができる過給機付ディーゼルエンジンの吸気装置を提
供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、吸気通路に過給機を備えたディーゼルエンジ
ンにおいて、上記過給機をバイパスする吸気バイパス通
路を設けるとともに、このバイパス通路に該通路を開閉
するバイパス弁を設け、さらに上記過給機の下流側吸気
通路に吸気行程の途中で閉状態から開状態とすることに
より急激に吸気を燃焼室に導入して断熱圧縮を行なわせ
る開閉弁を設け、かつエンジンの運転状態に応じて上記
開閉弁を作動状態と吸気行程全期間に亘り開通させる作
動停止状態とに切替える駆動制御手段と、上記開閉弁の
作動状態時に上記バイパス弁を開弁させる制御手段とを
備えたものである。

この構成により、開閉弁の作動状態、すなわち始動促進
装置の作動時は、過給機の吸気バイパス通路が開通させ
られ、これにより過給機のコンプレッサと開閉弁の間の
圧力を低下せしめ、吸気間欠流の脈動を抑えて、サージ
ング領域に入らないようにし、また、開閉弁を全吸気行
程において開通させた状態すなわち始動促進装置の作動
停止時は、吸気バイパス通路が閉路され、通常の過給作
用が得られるようにしたものである。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を示す。同図において、
１はディーゼルエンジンの各気筒を構成するシリンダ
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、排気弁６を備えた排気ポート７とが開口してい
る。上記吸気ポート５には吸気通路８が連通され、また
排気ポート７には、排気通路９が連通されている。そし
て、上記吸気通路８には開閉弁１０によって吸気行程途
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
せる始動促進装置が設けられている。

この始動促進装置は、本実施例ではエンジン出力軸に連
動して、吸気行程の途中で開くロータリバルブタイプの
開閉弁を示し、この開閉弁１０は開閉弁駆動装置１１に
より駆動されるようになっている。そしてこの開閉弁駆
動装置１１には開閉弁１０を開状態に停止させることの
できる図外の連動遮断手段または開閉弁１０を吸気行程
の全期間中開かせるように開閉タイミングを変えること
のできる開閉タイミング可変手段などを連動機構に組込
むことにより、実質的に開閉弁１０の作動機能を停止さ
せることができるようになっている。

１２はマイクロコンピュータ等でなる制御手段（ＣＰ
Ｕ）で、この制御手段１２からのエンジン運転状態に応
じた開弁時期制御信号１１′に基づき上記開閉弁駆動装
置１１が駆動され、これにより、開閉弁１０は作動状態
と、作動機能が停止され吸気通路を吸気行程全期間にわ
たり開通させる作動停止状態とに切替えられ、またエン
ジン運転状態に応じて燃料の噴射量、噴射時期が制御さ
れるようになっている。すなわち、この制御手段１２
は、吸気通路８の吸気マニホールドに設けた負圧センサ
１３からの吸気マニホールド負圧信号１４、エンジン負
荷に相当するコントロールレバー開度信号１５、エンジ
ン回転数信号１６、エンジン冷却水温センサ１７および
吸気温センサ１８からの検出信号が入力され、これら入
力値と制御手段１２に予めメモリーされたマップに基い
て燃料噴射量および噴射時期を演算し、燃料噴射ポンプ
１９に出力し、また、高回転かつ高負荷側の運転域では
上記開閉弁１０の作動停止状態とし、それ以外の運転域
では作動状態とする開弁時期制御信号１１′を出力する
ものである。なお、この燃料供給は燃料噴射ポンプ１９
を経て各気筒ごとの燃焼室３に臨ませた燃料噴射弁１
９′から行なわれるようになっている。

２０は燃焼室３へ導入される吸気を過給する過給機で、
本実施例では、吸気通路８に介設され吸気を過給するコ
ンプレッサ２０ａと、排気通路９に介設され排気流によ
り駆動されコンプレッサ２０ａと軸により連結されたタ
ービン２０ｂとからなるターボ式過給機を示している。
また、コンプレッサ２０ａをバイパスする吸気バイパス
通路２１ａが設けられ、かつ、このバイパス通路２１ａ
には該通路を開閉するバイパス弁２１ｂが設けられてい
る。そして、このバイパス弁２１ｂは、上記開閉弁１０
の作動状態時に制御手段１２からのバイパス弁制御信号
２１ｂ′により開弁させられるようになっている。

次に上記構成のの作用を説明する。

制御手段１２への各信号入力に基づき、エンジンの運転
状態が判断され、高回転、高負荷側の運転域以外の、例
えば暖機運転時には開閉弁１０は作動状態とされ、同時
にバイパス弁２１ｂは開弁させられ、吸気バイパス通路
２１ａにより吸気はコンプレッサ２０ａをバイパスして
導入される。従って、コンプレッサ２０ａと開閉弁１０
の間の吸気通路８内の圧力はほとんど過給されることな
く低い値となり、従って、開閉弁１０の開閉による吸気
間欠流の脈動は抑えられ、サージング領域に突入するこ
とは防止され、過給機２０の耐久性に悪影響を与えるよ
うなことはない。そして、吸気行程途中で開閉弁１０が
開かれることにより、周知のごとく吸気の断熱圧縮がな
され、エンジンの暖機運転時の始動促進がなされる。

他方、高回転、高負荷側の運転時には開閉弁１０は作動
状態から作動機能停止状態すなわち、吸気行程全期間に
亘り開閉弁１０を開通させる状態に切替え、同時にバイ
パス弁２１ｂは閉弁し、吸気バイパス通路２１ａを閉路
せしめる。この結果、過給機２０により通常の過給作用
が得られ、吸気の充填効率が向上し、出力トルクを高め
ることができる。そして、この時には開閉弁１０は全吸
気行程期間、開通しているので、これによる吸気の脈動
が生じていないので、過給機２０がサージング領域に突
入するようなことは低減できる。

なお、第１図には図示していないが、排気通路９に介設
したタービン２０ｂをバイパスする排気バイパス通路を
設け、この通路中にバイパス弁を設け、このバイパス弁
を、上記吸気バイパス通路２１ａに設けたバイパス弁２
１ｂと連係して開閉動作させるようにし、また、吸気通
路８内の過給圧力が所定値以上に高くなった時に開き、
いわゆるウェストゲートの機能をもたせてもよい。

第２図は本発明の他の実施例として上記ターボ過給機２
０に代えて排気の圧力波エネルギーを吸気に伝達する、
いわゆる圧力波過給機２０′を用いた場合を示す。この
実施例においては、圧力波過給機２０′に対し、吸気側
にバイパス弁２１ｂを備えた吸気バイパス通路２１ａが
設けられる他、排気側にもバイパス弁（ウエストゲート
弁）４１ｂを備えた排気バイパス通路４１ａが設けられ
ている。このウエストゲート機能をもったバイパス弁４
１ｂを制御手段１２からのバイパス弁制御信号４１ｂ′
により開動作させることにより、始動促進装置作動時、
すなわち開閉弁１０の作動状態時に、吸気側の負圧やサ
ージングの影響で圧力波過給機２０′の排気側から吸気
側へ流入する内部還流排気ガス（内部ＥＧＲ）量が増大
することを防止することができ、着火性悪化を防止する
ことができる。

また、上記いずれの実施例においても、過給機２０，２
０′と開閉弁１０の間にサージタンク（図示せず）を設
けることにより、このサージタンクにより吸気間欠流の
脈動を吸収するようにすれば、コンプレッサのサージン
グ発生を一層効果的に防止することができる。

本発明における始動促進装置の他の実施例を第３図、第
４図により説明する。

この実施例での開閉弁１０′としては、この開閉弁１
０′より下流の吸気通路８内の負圧が所定値以上に大き
くなったときに自動的に開閉する自動弁タイプのものが
用いられており、吸気通路が主吸気通路８ａと補助吸気
通路８ｂとに分けられ、主吸気通路８ａ中に制御手段１
２により制御されるアクチュエータ２２にて駆動される
吸気絞り弁２３が設けられ、かつこの吸気絞り弁２３よ
りも下流側に上記補助吸気通路８ｂを開口させるととも
に、この補助吸気通路８ｂ中に上記自動弁タイプの開閉
弁１０′が設けられている。また吸気絞り弁２３を回動
させる手段としてダイヤフラム装置等のアクチュエータ
２２と、これを働かせるための通路２４、真空ポンプ２
５および切替弁２６等により構成された駆動装置が設け
られている。そして制御手段１２により切替弁２６が制
御されることにより、真空ポンプ２５から通路２４を通
してアクチュエータ２２に負圧が導入された時、吸気絞
り弁２３が開かれるように構成されている。

また、開閉弁１０′は第４図に拡大して示すごとく、弁
室２７内に設けられて弁座２８に上流側から当接する弁
体２９と、この弁体２９に連結軸３０を介して連結され
たダイヤフラム３１と、このダイヤフラム３１により仕
切られた二つの室３２，３３と、その一方の室３２内に
設けられた弁体２９を閉弁方向に付勢するリターンスプ
リング３４とからなる。そして上記一方の室３２は、弁
体２９、連結軸３０およびダイヤフラム３１を貫通した
連通孔３５を介して弁体２９より下流の副吸気通路８ｂ
に連通し、他方の室３３は開口３６を介して副吸気通路
８ｂの上流側すなわち図外のサージタンクに連通して略
大気圧に保たれている。したがって開閉弁１０′より下
流の副吸気通路８ｂ内の負圧が連通孔３５を介して室３
２に伝わり、この負圧が一定値以下の場合にはリターン
スプリング３４により弁体２９は閉弁方向に付勢されて
いるが、負圧が一定値以上に大きくなるとダイヤフラム
３１を介してリターンスプリング３４の付勢力に抗して
弁体２９が開示させられるようになっている。

上記構成において、吸気絞り弁２３により主吸気通路６
ａが絞られている状態では、吸気行程においてピストン
２が下降し、燃焼室３に連通する主，副吸気通路８ａ，
８ｂ内の負圧がある一定値以上に大きくなると開閉弁１
０′が閉状態から開状態になり、急激に吸気が燃焼室３
に導入され断熱圧縮作用が得られる。他方、吸気絞り弁
２３が開かれている状態では、殆ど吸気負圧が生じない
ので、開閉弁１０′の作動が停止され、開閉弁１０′は
閉弁状態に保たれる。

このような始動促進装置を用いたものにおいても、上述
と同様に吸気通路の上流側に過給機のコンプレッサを設
けるとともに、このコンプレッサをバイパスするバイパ
ス弁付きの吸気バイパス通路を設け、このバイパス弁を
上述と同様に開閉制御することにより、上記第１実施例
と同様の効果が得られる。

なお、始動促進装置としては上記の他に図示していない
が上記のごとき自動弁タイプの開閉弁を吸気通路中に回
動可能に設け、開閉弁の作動状態では通路中に介在さ
せ、開閉弁の作動停止状態では通路中に介在しないよう
にアクチュエータにより回動させるような構成など種々
の実施態様を採用し得る。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば過給機をバイパスする吸気
バイパス通路と、この通路を開閉するバイパス弁を設
け、過給機の下流側吸気通路に作動状態では吸気行程の
途中で閉から開作動し、作動停止状態では全吸気行程期
間開通する開閉弁を設け、該開閉弁の作動状態時に上記
バイパス弁を開弁させるようにしたものであり、暖機運
転時など出力トルク要求が低い運転域において開閉弁を
作動させて着火性を高め始動促進効果を得るとともに、
過給機のサージング領域への突入を防止して、過給機の
信頼性を向上することができ、また、高回転、高負荷運
転時には、開閉弁を作動停止状態すなわち全吸気行程期
間、開通させ、かつ過給機を作動せしめ、通常の過給効
果を得て、出力トルクを高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による過給機付ディーゼルエ
ンジンの吸気装置の全体構成図、第２図は本発明の他の
実施例を示す全体構成図、第３図は同過給機付ディーゼ
ルエンジンの吸気装置における開閉弁の他の実施例を示
す部分断面図、第４図は同開閉弁の断面図、第５図は過
給機付ディーゼルエンジンでの吸入空気量とコンプレッ
サ過給圧の関係におけるサージング限界ラインの特性図
である。 ３……燃焼室、８……吸気通路、９……排気通路、１
０，１０′……開閉弁、１１……開閉弁駆動装置、１２
……制御手段、２０，２０′……過給機、２１ａ……吸
気バイパス通路、２１ｂ……バイパス弁、２２……アク
チュエータ、２３……吸気絞り弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｂ 7049−3Ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気通路に過給機を備えたディーゼルエン
   ジンにおいて、上記過給機をバイパスする吸気バイパス
   通路を設けるとともに、このバイパス通路に該通路を開
   閉するバイパス弁を設け、さらに上記過給機の下流側吸
   気通路に吸気行程の途中で閉状態から開状態とすること
   により急激に吸気を燃焼室に導入して断熱圧縮を行なわ
   せる開閉弁を設け、かつエンジンの運転状態に応じて上
   記開閉弁を作動状態と吸気行程全期間に亘り開通させる
   作動停止状態とに切替える駆動制御手段と、上記開閉弁
   の作動状態時に上記バイパス弁を開弁させる制御手段と
   を備えたことを特徴とする過給機付ディーゼルエンジン
   の吸気装置。