JPH066189Y2 - 渦流室式デイ−ゼルエンジン - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案はシリンダヘッドに渦流室を、ピストンに主室を
備えた渦流室式ディーゼルエンジンに係り、特に、渦流
室と主室とを接続する連絡通路に最小の通路抵抗で空気
またはガスの流速を調節することのできる開度制御手段
を設けた渦流室式ディーゼルエンジンに関する。

［従来の技術］ 一般に渦流室式ディーゼル機関はシリンダヘッドの渦流
室にピストンにより圧縮された空気を通路を介して押込
み、その押込まれた空気に霧状の燃料を混合させて自発
燃焼させ、さらに渦流室での未燃ガス及び燃焼ガスを通
路を介して主室に導きこれらガスを主室の新気によって
再燃焼するように構成されている。

ところで、このような渦流室式ディーゼル機関の燃焼性
能（出力，燃費，燃焼騒音，スモーク，HC,NO_x etc）を
良くし且つ安定させるためには、空気と燃料との混合を
促進する渦流室のスワールの強さをピストンの上昇速度
に見合せて調節する必要がある。これは、渦流室内に多
くの混合気をつくると着火遅れが生じて異常燃焼につな
がり、また混合気の量が少ないと失火を生じるからであ
る。

従来にあっては、スワールの強度を決定する通路の通路
口径を、ある回転領域内で目標とする燃焼性能が得られ
る口径に設定していたが、しかしこれは機関の運転領域
の全てにおいて目標性能を満足するものではなかった。

これを解消しようとする先行技術としては、第７図に示
す本出願人の渦流室式ディーゼルエンジンの噴口面積調
節動装置（実開昭58-16321号公報）や、第８図に示すデ
ィーゼル機関の燃焼室構造（実開昭59-141123号公報）
の提案がある。

第７図及び第８図に示される上記提案は、いずれも主室
ｂと渦流室ｃとを連通する通路ｄに、その通路ｄの軸方
向に対して交差する方向に出没されて通路ｄの開度を調
節する弁部材ｆを設け、さらにその弁部材ｆをアクチュ
エータによって作動するようにしたものである。

［考案が解決しようとする問題点］ しかしながら上記提案には以下の問題点が残されてい
る。

圧縮空気が押込まれる通路は高圧になるので、この通
路の軸方向に対して交差する方向にピストン状の弁部材
を移動して開度を調節するように構成することは、シー
ル性の確保が困難である。

通路の軸方向に対して弁部材を交差する方向に移動し
て、通路の一部分を絞るようにしているため、押込む空
気や燃焼ガス，未燃ガスの出入時において弁部材によっ
て乱流Ｔ（第７図参照）が生成される。この乱流Ｔによ
って渦流室内のスワールが乱され渦流室及びピストンの
主室での燃焼性能（スモーク，出力）が悪化される。

通路抵抗が大きい。

これらが問題点として指摘されている。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は上記問題点を解決することを目的とし、本考案
は気筒と渦流室とを接続する連絡通路に、この通路の軸
方向に沿った回転軸を有し、その回転軸の所定の回転位
置でその回転軸の軸方向に沿って通路内壁より通路内方
に突出される開度制御手段を設けて構成されるものであ
る。

［作用］ 気筒と渦流室とを接続する連絡通路の開度制御手段が、
その連絡通路の内壁よりその通路内方に突出される位置
まで回転位置を調節されることによって、連絡通路の通
路断面積がその連絡通路の軸方向に沿って減少される。
即ち連絡通路が最小通路断面積に且つ最小の通路抵抗で
調節され、これに応じてスワールの流速が調節され所望
のスワール強度を得ることができる。

この開度制御手段が上記開度位置を越えると連絡通路は
最大通路断面積に設定され、再びこの断面積に応じた強
度のスワールを得ることができる。これらから渦流室及
び主室で安定した燃焼性能を得ることができる。

［実施例］ 以下に本考案の渦流室式ディーゼルエンジンの好適一実
施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図に示す１はシリンダヘッド、２はシリンダボデ
ィ、３は渦流室、４は気筒、５はピストン、６は主室、
７はホットプラグ、６０ａ，ｂはガスケット、６１はリ
ングプレートである。

シリンダヘッド１内には、半球状の渦流室３が形成され
ており、その渦流室３の下部は、このシリンダヘッド１
に一体的に嵌合されたホットプラグ７内に形成されてい
る。即ちホットプラグ７はシリンダヘッド１から取り外
せるようになっている。ホットプラグ７はセラミック等
の耐熱・耐蝕性材料から形成される。

ホットプラグ７には、渦流室３と気筒４とを結ぶ連絡通
路１０が形成され、この連絡通路１０は渦流室３の接線
方向に傾斜されて、その渦流室３の内壁３ａに沿って旋
回されるスワールＳを生成するようになっている。また
渦流室３の上部には円筒状のノズル収容部１１が形成さ
れており、このノズル収容部１１に燃料噴射ノズル（図
示せず）が収容される。ノズル収容部１１よりスワール
Ｓの下流側の渦流室３の上部には、グロープラグ収容部
１２が形成される。

さて、本考案の渦流室式ディーゼルエンジンの特長とす
るところは、エンジンの回転数に見合ったスワールを渦
流室内に創生し、安定した燃焼性能を得ることにある。
そこで上記連絡通路１０に流路断面積を調節する開度制
御手段５０が設けられる。

本実施例にあって開度制御手段５０は、連絡通路１０の
軸方向に沿って形成された円弧状の溝部２０と、この溝
部２０に沿って嵌合され且つシリンダヘッド１に回転自
在に配設される軸部材２１と、その軸部材２１を機関の
回転数に基づいて動作する駆動装置２２とから主に構成
される。セラミック等の耐熱・耐蝕性・低熱膨張率を有
する材料から形成される軸部材２１はその軸方向に順次
縮径されて段状に形成されており、最大軸径を有する軸
部材２１ａ（以下第１軸部と略す）の先端側が、上記溝
部２０に嵌合され、その後端側がホットプラグ７に回転
自在に嵌合されている。この第１軸部２１ａの最後端は
円錐状に形成されてシート部２１ｃとなっている。シー
ト部２１ｃより後方の細い軸径の軸部材２１ｂ（以下第
２軸部と略す）は、シリンダヘッド１の一側に形成した
筒状の収容部２５内に挿通されている。ホットプラグ７
内には上記第１軸部２１ａを嵌合する円筒部２６が形成
され、その円筒部２６の底部には、上記第１軸部２１ａ
のシート部２１ｃが気密に着座されるシート面２７が形
成されている。また、この円筒部２６にはその軸芯上に
上記第２軸部２１ｂが挿通される軸穴２８が形成され
る。

第１軸部２１ａには、その軸部材２１がホットプラグ７
に嵌合された状態で、第２図にも示すようにその外周面
が渦流室３及び連絡通路１０の内壁３ａ，１０ａを円周
方向に沿って滑らかに接続し、それら内壁３ａ，１０ａ
の一部となるように軸方向に沿って切り欠いて軸方向に
沿った第２円弧部２９ａが形成される。したがって、こ
の第２円弧部２９ａを除く軸部材２１の外周面は溝部２
０に沿う第１円弧部２９ｂとなり、これらで半円状部が
形成される。軸部材２１の第２円弧部２９ａが、溝部２
０に対面する位置に回転されたときには、第１円弧部２
９ｂが渦流室３及び連絡通路１０の内壁３ａ，１０ａ面
より内方へ突出される。即ち連絡通路１０の通路断面積
は、その連絡通路１０の軸方向に沿って突出される第１
円弧部２９ｂによって最小通路断面積となるように調節
される。また第１軸部２１ａの先端はシリンダボディ２
に対して水平となるように切欠かれている。さらに、溝
部２０の軸芯、即ち回転軸ａは連絡通路１０の半径方向
外方に僅かにＡだけオフセットして設けられる（第１図
参照）。

次に上記の軸部材２１を動作するための駆動装置２２に
ついて説明する。

第１図に示すように、第２軸部２１ｂの後端は更に縮径
されて、その縮径された部分にピニオンギヤ３０が嵌合
されこのピニオンギヤ３０がワッシャ３１及びロックナ
ット３２により一体化されている。一方、シリンダヘッ
ド１内には、そのピニオンギヤ３０に噛合されるラック
部材３３が、そのピニオンギヤ３０を回転させる方向に
往復動自在に収容されている。ワッシャ３１と収容部２
５間には両方向に付勢するロックスプリング３４が介設
される。即ちこのロックスプリング３４は軸部材２１に
充分なガスシールを行なわせるものである。第３図にも
示されるように、ラック部材３３の軸後端にはピストン
部３５が一体に形成されており、シリンダヘッド１内に
は、そのピストン部３５を収容し、作動流体が供給され
ることによって、上記ピストン部３５を作動方向に動作
する流体室３６が形成されている。３７はめくら用プラ
グ、３８はリターンスプリング、３９はシールリングで
ある。このピストン部３５を動作する流体としては作動
油または空気が用いられる。４１は流体室３６と流体供
給通路４０とを接続する給排口である。この実施例にあ
って流体供給通路４０は切換弁４２を介して分岐され、
その分岐された一方がオイルポンプ４３に、他方がオイ
ルパン４４に接続されており、切換弁４２を切換えるこ
とによってポンプ４３から流体室３６に作動油が供給で
き、また反対に、リターンスプリング３８の付勢力によ
って作動油を流体室３６からオイルポンプ４３に戻すこ
とができる。４５はコントローラであり、このコントロ
ーラ４５には回転数センサ（ピックアップセンサ）４６
が接続される。４７はバッテリ等の電源である。

第５図は上記コントローラ４５の制御内容を示すタイミ
ングチャートであり、図示されるように、上記センサ４
６の入力、即ちエンジンの回転数が低回転領域である場
合にはコントローラ４５が切換弁４２にＯＦＦ作動信号
を、高回転領域ではＯＮ作動信号を出力するようになっ
ている。この出力信号を受ける切換弁４２はコントロー
ラ４５がＯＦＦ出力のときにＯＦＦ作動、コントローラ
４５がＯＮ出力のときにＯＮ作動となり、これに対して
軸部材２１は切換弁４２がＯＦＦ作動のときに、第４図
に示すように第１軸部２１ａの第１円弧部２９ｂが連絡
通路１０に突出されるようになっている。即ちオイルポ
ンプ４３と流体室３６とが接続された状態が切換弁４２
のＯＦＦ作動となる。

ゆえに、コントローラ４５が回転数センサ４６の回転数
信号の出力を受けて、機関が低回転領域であると判断し
たときには、切換弁４２にＯＦＦ作動信号を送信して流
体室３６からオイルポンプ４３に作動油を抜き、軸部材
２１を回転させて連絡通路１０を最小通路断面積に設定
する。これにより、渦流室３に押込まれる圧縮空気の流
速が増し渦流室３内にはエンジンの回転数に応じたピス
トン上昇速度に見合った強度のスワールＳが生成され
る。このスワール強度が大きいと燃料噴射ノズル（図示
せず）からの霧化燃料がスワールＳにより撹拌されて蒸
気化され、この低回転領域での燃焼性能を向上する。渦
流室３での燃焼ガス及び未燃ガスは連絡通路１０を介し
て主室６へ導かれるが、乱流が生じることがなく且つ最
小の通路抵抗にて主室６へ導かれることになるため、主
室６においても安定した燃焼性能を得ることができる。

一方、コントローラ４５が高回転領域であると判断した
ときには、切換弁４２にＯＮ作動信号を送信して、流体
室３６に作動油を供給してピストン部３５に油圧を加え
ラック部材３３，ピニオンギヤ３０を動作し、軸部材２
１を回転させて連絡通路１０を最大通路断面積に設定す
る。即ち渦流室３内にはこの回転領域でのエンジンの回
転数に応じたピストン上昇速度に見合った強度のスワー
ルＳが作られることになり渦流室３及び主室６で安定し
た燃焼性能を得ることができる。

ここで、ラック部材３３を負圧または正圧により動作す
る場合には、第６図に示すように上記ラック部材３３の
後端にダイアフラム手段５１を接続する。

負圧によって作動の場合は、ダイアフラム手段５１のダ
イアフラム室５２とバキュームポンプ（図示せず）とを
切換弁４２を有する上記流体供給通路４０にて接続し、
そのダイアフラム室５２に負圧を生じさせた場合が、例
えば上記軸部材２１の第２円弧部２９ａが連絡通路１０
に突出されるように設定する。

正圧によって作動の場合は、ダイアフラム室５２と加圧
ポンプ（図示せず）とを切換弁４２を有する上記流体供
給通路４０にて接続し、そのダイアフラム室５２に正圧
を加えた場合が、例えば上記軸部材２１の第２円弧部２
９ａが連絡通路１０内に突出されるように設定する。

尚、ラック部材３３を動作するものとしては、パルスモ
ータ（＝ステッピングモータ），コイル等による電磁式
のものでも容易に適用することができる。

［考案の効果］ 以上説明したことから明らかなように本考案の渦流室式
ディーゼルエンジンによれば、次の如き優れた効果を発
揮できる。

(1)気筒と渦流室とを接続する連絡通路にエンジンの回
転数に基づいてその連絡通路の通路断面積を調節する開
度制御手段を設けたので、渦流室に生成するスワール強
度を調節することが可能になり、渦流室及び主室で安定
した燃焼特性を得ることができる。

(2)開度制御手段が連絡通路に沿った回転軸を有しその
回転軸の所定の回転角位置で連絡通路に沿って最小の通
路抵抗で絞るようにしたので、ガスの出入時に乱流が生
成されず渦流室には安定したスワールを生成し、主室に
は所期の流速をもつ燃焼ガス及び未燃ガスを導くことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の渦流室式ディーゼルエンジンの好適一
実施例を示す縦断面図、第２図は第１図のII−II線断面
図、第３図は開度制御手段を示す概略図、第４図は軸部
材の動作を示す縦断面図、第５図はタイミングチャー
ト、第６図はダイアフラム手段とラック部材との連結を
示す図、第７図，第８図は従来例を示す概略断面図であ
る。 図中、３は渦流室、４は気筒、１０は連絡通路、５０は
開度制御手段、ａは回転軸である。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】気筒と渦流室とを接続する連絡通路に、こ
   の通路の軸方向に沿った回転軸を有し、所定の回転位置
   でその回転軸の軸方向に沿って通路内壁より通路内方に
   突出される開度制御手段を設けたことを特徴とする渦流
   室式ディーゼルエンジン。
2. 【請求項２】上記開度制御手段が、上記通路にその軸方
   向に沿って形成された溝部と、この溝部に回転自在に納
   められ所定の回転位置でその溝部より通路内方に突出さ
   れる第１の円弧部と上記回転位置以外で上記溝部を巾方
   向に接続し平滑な連絡通路内壁を形成する第２の円弧部
   とから形成される半円状部を有した軸部材と、機関回転
   数が所定値に至ったときに上記軸部材を上記回転位置に
   動作する駆動装置とから構成された上記実用新案登録請
   求の範囲第１項記載の渦流室式ディーゼルエンジン。