JPH07116949B2 - 直噴デイ−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、一つの気筒に対しヘリカル吸気ポートおよび
タンジェンシャル吸気ポートを設けた直噴ディーゼルエ
ンジンの吸気装置に関するものであり、さらに詳細に
は、エンジンの運転状態に応じて、ヘリカル吸気ポート
とタンジェンシャル吸気ポートの吸気タイミングを制御
する手段を有する直噴ディーゼルエンジンの吸気装置に
関するものである。

先行技術 直噴ディーゼルエンジンにおいて、燃費や出力などの性
能を向上させるためには、燃焼室に噴射した燃料の分散
を促進して空気と十分に混合するとともに、燃焼室に吸
入する空気の量を多くして充填効率を高めることが必要
である。燃焼室の燃料の分散を良好にするには、燃焼室
内に吸入される吸気にスワールを生じさせることが好ま
しく、このため、吸気ポートの形状に種々の工夫がなさ
れてきた。ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸気
ポートは、その代表的なものである。ヘリカル吸気ポー
トは、燃焼室の吸気ポートの下流端末部をヘリカル状に
構成して、吸気がこの部分を通過する際に、吸気にスワ
ールを生じさせ、そのスワールによって、燃焼室の燃料
を良好に分散させようとするものである。しかし、ヘリ
カル吸気ポートは、吸気の吸入損失が大きいため、燃焼
室に吸入される空気の量が減少して、吸気の充填量が少
なくなる傾向がある。これに対して、タンジェンシャル
吸気ポートは、ヘリカル吸気ポートに比べて、吸気の吸
入損失は小さいが、逆に十分に強いスワールを発生させ
ることは困難であるという難点があった。

そこで、これら二つの吸気ポートを一つの気筒に設け、
エンジンの運転状態に応じて、その一方あるいは双方か
ら適当なタイミングで吸気を燃焼室内に吸入し、望まし
い強さのスワールを生じさせるとともに、十分な吸気充
填量を確保しようとする試みがなされてきた。たとえ
ば、特開昭58−135323号公報は、ディーゼルエンジンの
燃焼室に、ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸気
ポートとをそれぞれ連通して設け、ヘリカル吸気ポート
に設けた吸気弁とタンジェンシャル吸気ポートに設けた
吸気弁との開弁時期を、エンジンの運転状態に応じて制
御する直噴ディーゼルエンジンの吸気装置を提案してい
る。この吸気装置においては、低回転域では、ヘリカル
吸気ポートのみより吸気し、しかもヘリカル吸気ポート
の吸気弁の開弁時期を遅くして、ピストンが上死点と下
死点との中間付近にある強いスワールを発生させるのに
適した時期に開弁することによって、燃焼室内に強いス
ワールを生じさせ、燃料の分散を促進し、他方、高回転
域では、タンジェンシャル吸気ポートの吸気弁を早く開
き、遅く閉じるように制御して、吸気の吸入損失の少な
いタンジェンシャル吸気ポートから多くの吸気を流入さ
せるようにし、吸気の充填量を高めている。

発明の解決しようとする問題点 しかしながら、この装置においては、エンジン回転数に
よってのみ、ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸
気ポートとからの吸気のタイミングが制御されているに
止まり、エンジン負荷による制御が全くなされていない
ため、この装置によって制御することが、かえって不適
当な運転領域もあり、直噴ディーゼルエンジンの性能を
十分に向上させ得るものとは言えず、とくに、低回転運
転域において、所望の燃焼状態を得ることができなかっ
た。

発明の目的 本発明は、簡易な構成によって、種々の運転状態に適合
した強さのスワールおよび十分な吸気充填量を得ること
のできる直噴ディーゼルエンジンの吸気装置を提供する
ことを目的とするものである。

本発明は、簡易な構成によって、とくに低回転運転域に
おいて、低負荷時の着火性を良好にするとともに、高負
荷時の吸気充填量を増大させ、スモークの発生量を低減
させることを可能とした直噴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ものである。

発明の構成 本発明のかかる目的は、ヘリカル吸気ポートに連なるヘ
リカル吸気通路内に設けられ、エンジン回転数にしたが
って、その吸気のタイミングが制御されるヘリカル吸気
ポート吸気手段と、タンジェンシャル吸気ポートに連な
るタンジェンシャル吸気通路内に設けられ、エンジン負
荷にしたがって、その吸気のタイミングが制御されるタ
ンジェンシャル吸気ポート吸気手段と、吸気行程の開始
時点、すなわち、燃焼室内のピストンが上死点から下降
を開始する時点に対して、前記ヘリカル吸気ポート吸気
手段の吸気のタイミングを、低回転では遅れが大きく、
高回転になるほど遅れが少なくなるように制御するとと
もに、前記ヘリカル吸気ポート吸気手段およびタンジェ
ンシャル吸気ポート吸気手段の吸気のタイミングを、そ
れぞれ、低回転低負荷時においては、タンジェンシャル
吸気ポートからの吸気のタイミングをヘリカル吸気ポー
トからの吸気のタイミングより早くし、低回転高負荷時
においては、ヘリカル吸気ポートからの吸気のタイミン
グをタンジェンシャル吸気ポートからの吸気のタイミン
グより早く制御する吸気タイミング制御手段を設けるこ
とによって達成される。

本発明によれば、このように直噴ディーゼルエンジンの
吸気装置を構成することにより、低回転低負荷域では、
まず、タンジェンシャル吸気ポートより燃焼室に吸気が
なされ、しかる後に、ヘリカル吸気ポートより吸気がな
されるから、吸気の吸入抵抗が小さく、吸気の充填量を
十分に確保することが可能となるとともに、タンジェン
シャル吸気ポートからの吸気が燃焼室内に流入し、燃焼
室内の負圧が小さくなった後に、ヘリカル吸気ポートか
ら吸気されるため、スワールを低くすることができ、着
火性を大幅に向上させることが可能となり、他方、低回
転高負荷域では、まず、ヘリカル吸気ポートから吸気が
なされ、しかる後に、タンジェンシャル吸気ポートから
吸気がなされるため、十分に強いスワールを得ることが
できるとともに、吸気行程の開始時点より遅れて、吸気
がなされるので、吸気慣性効果により、吸気の充填量を
十分確保することが可能となり、スモークの発生を大幅
に低減することができる。

本発明の好ましい実施態様においては、ヘリカル吸気ポ
ートに連なるヘリカル吸気通路内の吸気弁の上流側に、
ヘリカル吸気制御バルブ手段が、またタンジェンシャル
吸気ポートに連なるタンジェンシャル吸気通路内の吸気
弁の上流側に、タンジェンシャル吸気制御バルブ手段
が、それぞれ、設けられ、これらの吸気制御バルブ手段
の開弁時期を制御することによって、それぞれの吸気タ
イミングが制御される。このような構成を採用すること
により、ヘリカル吸気ポートおよびタンジェンシャル吸
気ポートの吸気弁の開弁時期は、一定に設定したまま、
簡易を構成によって、それぞれの吸気ポートからの吸気
のタイミングを所望のように制御することが可能とな
る。

実施例 以下、添付図面に基づき、本発明の実施例について、詳
細に説明を加える。

第１図は、本発明の一実施例を示す直噴ディーゼルエン
ジンの吸気装置の略平面図である。

第１図において、本発明の一実施例の吸気装置は、直噴
四気筒ディーゼルエンジンの各燃焼室１に、ヘリカル吸
気通路２に連なるヘリカル吸気ポート３とタンジェンシ
ャル吸気通路４に連なるタンジェンシャル吸気ポート５
が、それぞれ、設けられ、ヘリカル状に形成された各ヘ
リカル吸気通路２の下流端の各ヘリカル吸気ポート３
と、各タンジェンシャル吸気通路４の下流端のタンジェ
ンシャル吸気ポート５に、それぞれ、図示しない吸気弁
が設けられている。

ヘリカル吸気通路２は、その上流側で、エンジン回転数
にしたがって、その開弁時期が制御されるロータリー型
のヘリカル吸気制御バルブ手段６に接続され、また、タ
ンジェンシャル吸気通路４は、その上流側で、エンジン
負荷にしたがって、その開弁時期が制御されるロータリ
ー型のタンジェンシャル吸気制御バルブ手段７に接続さ
れており、ヘリカル吸気制御バルブ手段６、タンジェン
シャル吸気制御バルブ手段７の開弁時期を制御すること
によって、それぞれ、ヘリカル吸気ポート３とタンジェ
ンシャル吸気ポート５の吸気タイミングが制御されるよ
うに構成されている。

第２図は、本実施例において用いられているヘリカル吸
気制御バルブ手段６およびタンジェンシャル吸気制御バ
ルブ手段７の構造の詳細を示すものであり、ヘリカル吸
気制御バルブ手段６およびタンジェンシャル吸気制御バ
ルブ手段７は、アウターロータ８とインナーロータ９よ
りなる二重構造のロータリーバルブ10より構成されてい
る。アウターロータ８およびインナーロータ９は、クラ
ンク軸（図示せず）と同期して回転するプーリ11によ
り、回転可能なように、プーリ11に係合されている。す
なわち、アウターロータ８の一端部12の外表面に所定の
角度で溝が切られており、他方、プーリ11のシャフトの
一端部13の外表面にはこれとは異なった角度に溝が切ら
れ、これらの溝にコントロールギヤ14が係合することに
より、アウターロータ８は、プーリ11と一体的に回転せ
しめられるように構成されている。また、インナーロー
タ９は、その一端部15の外表面に軸方向に設けられた溝
とプーリ11のシャフトの内面に軸方向に設けられた溝と
の係合により、プーリ11に対して円周方向には固定さ
れ、プーリ11と一体的に回転せしめられるように構成さ
れている。インナーロータ９の内部には、吸気通路16が
設けられており、吸気が送り込まれている。インナーロ
ータ９の周面には、前記吸気通路16と連通する孔9a、9b
が、軸方向に複数個設けられ、また、アウターロータ８
の周面にも、軸方向に複数個の孔8a、8bが設けられてい
る。インナーロータ９の周面に設けられた孔9a、9bとア
ウターロータ８の周面に設けられた孔8a、8bとは、その
開口部の少なくとも一部が互いに重なり合う位置で、か
つ、プーリ11の回転に伴って、アウターロータ８および
インナーロータ９が回転するとき、前記吸気通路16とヘ
リカル吸気通路２またはタンジェンシャル吸気通路４と
を連通させることが可能な位置に設けられている。アウ
ターロータ８に設けられた孔8a、8bの位置は、エンジン
回転数に応じて、プーリ11に対して円周方向に変化させ
ることができるように構成されている。すなわち、前述
したアウターロータ８の一端部12の外表面の溝と、プー
リ11のシャフトの一端部13の外表面の溝は、互いに角度
が異なるように切られているため、コントロールギヤ14
を軸方向に移動させることによって、アウターロータ８
の周面に設けられた孔8a、8bのプーリ11に対する円周方
向の相対的位置は変化可能に構成されている。また、イ
ンナーロータ９の周面に設けられた孔9a、9bの位置は、
エンジン負荷に応じて、プーリ11に対し軸方向に変化可
能に構成されている。すなわちインナーロータ９は、そ
の一端部15がスプリング17により軸方向に付勢され、他
方、他端近傍の外周面に設けられたストッパー18とこれ
と係合して、スプリング17の付勢力に抗するレリーズ部
材19により、軸方向の位置が設定可能に構成されてお
り、レリーズ部材位置制御手段20によりレリーズ部材19
を軸方向に移動させることにより、インナーロータ９を
所望の軸方向の位置に設定することができる。インナー
ロータ９の周面の孔9a、9bのうち、ヘリカル吸気通路２
側の孔9bは、その周方向端部がインナーロータ９の軸に
対して斜めになるように設けられているため、こうし
て、レリーズ部材19を軸方向に移動させると、インナー
ロータ９の周面の孔9bとアウターロータ８の周面の孔8b
の重なり合った部分、すなわち、吸気の通過可能な部分
のプーリ11に対する円周方向の相対的位置が変化せしめ
られるように構成されている。

また、エンジン回転数、吸気管内圧力、エンジン冷却水
温度、大気圧などを検出する各検出手段（図示せず）の
検出した検出信号を受け、吸気行程の開始時点、すなわ
ち、燃焼室内のピストンが上死点から下降を開始する時
点に対して、ヘリカル吸気制御バルブ手段６の開弁時期
を、低回転では遅れが大きく、高回転になるほど遅れが
少なくなるように制御するとともに、低負荷時に比して
高負荷時にタンジェンシャル吸気制御バルブ手段７の開
弁時期を遅らせて、低回転低負荷域では、タンジェンシ
ャル吸気制御バルブ手段７がヘリカル吸気制御バルブ手
段６より早く開かれ、低回転高負荷域では、ヘリカル吸
気制御バルブ手段６がタンジェンシャル吸気制御バルブ
手段７より早く開かれるように、ヘリカル吸気制御バル
ブ手段６およびタンジェンシャル吸気制御バルブ手段７
の開弁時期を制御する制御信号を、コントロールギヤ14
の位置を制御するレバー（図示せず）を駆動するコント
ロールギヤ位置制御手段21、およびレリーズ部材19の位
置を制御するレリーズ部材位置制御手段20に出力する、
たとえば、マイクロコンピュータなどから構成される吸
気タイミング制御装置22が設けられている。

以上のように構成された本実施例のディーゼルエンジン
の吸気装置は、以下のように作動する。

前記各検出手段よりエンジン回転数、吸気管内圧力、エ
ンジン冷却水温度、大気圧などの検出信号を受けた吸気
タイミング制御装置22は、エンジン回転数の検出値に基
づき演算して得た制御信号をコントロールギヤ位置制御
手段21に出力するとともに、吸気管内圧力の検出値に基
づき演算して得た制御信号をレリーズ部材位置制御手段
に出力する。吸気タイミング制御装置22より制御信号を
受けたコントロールギヤ位置制御手段21は、入力された
制御信号にしたがって、ヘリカル吸気制御バルブ手段６
の開弁時期が、吸気行程の開始時点に対して、低回転で
は遅れが大きく、高回転になるにつれて遅れが少なくな
るようにレバーを駆動して、コントロールギヤ14の位置
を調整する。さらに、吸気タイミング制御装置22より制
御信号を受けたレリーズ部材位置制御手段20は、低負荷
時に比べて高負荷時にタンジェンシャル吸気制御バルブ
手段７の開弁時期を遅らせ、低回転低負荷域では、タン
ジェンシャル吸気制御バルブ手段７がヘリカル吸気制御
バルブ手段６より早く開き、低回転高負荷域では、ヘリ
カル吸気制御バルブ手段６がタンジェンシャル吸気制御
バルブ手段７より早く開弁するように、それぞれ、レリ
ーズ部材19を動かし、アウターロータ８に設けられた孔
8a、8bとインナーロータ９に設けられた孔9a、9bとの相
対的位置関係を制御する。

なお、冷機時は失火しやすいため、スワールを弱める方
向に、高地では、低、中速域の低、中負荷はスワールを
弱める方向に、かつ、低、中速域の高負荷は、逆にスワ
ールを強める方向に、それぞれ補正すれば、着火性向上
およびスワールの減少に一層効果的である。

本実施例に係る直噴ディーゼルエンジンの吸気装置は、
以上のように構成されているので、低回転低負荷運転域
では、まず、タンジェンシャル吸気制御バルブ手段７が
開き、タンジェンシャル吸気ポート５より吸気がなさ
れ、しかる後に、ヘリカル吸気制御バルブ手段６が開い
て、ヘリカル吸気ポート３から吸気されるため、吸気の
吸入抵抗が小さく、吸気の充填量を十分に確保すること
ができる。また、タンジェンシャル吸気ポート５からの
吸気が燃焼室１内に流入し、燃焼室１内の負圧が小さく
なった後に、ヘリカル吸気ポート３から吸気が流入する
ため、スワールを低くすることができる。このように、
十分な吸気充填量を得るとともにスワールが低く抑えら
れるので、着火性が著しく改善される。

また、低回転高負荷運転域では、まず、吸気行程の開始
時点より遅れて、ヘリカル吸気制御バルブ手段６が開
き、ヘリカル吸気ポート３から吸気されるため、ヘリカ
ル吸気制御バルブ手段６の下流側のヘリカル吸気通路２
および燃焼室１内の負圧が十分に高くなった後に、ヘリ
カル吸気制御バルブ手段６が開弁することになり、吸気
流速の増大に伴う動圧と、ヘリカル吸気通路２内に生ず
る吸気慣性によって、ピストンが下死点に達する直前に
は、ヘリカル吸気通路２内の圧力はプラス側に転じ、そ
のためヘリカル吸気通路２内に吸気を燃焼室１内に強制
的に押し込もうとする過給効果が生じ、十分に大きな吸
気の充填量を得ることができる。また、ヘリカル吸気ポ
ート３を経て、吸気が大きな流速で燃焼室１内に吸入さ
れるため、強いスワールを発生させることができ、燃料
と吸気とを十分に混合させることができる。このよう
に、吸気の充填量を十分に確保することができ、また、
燃料と吸気とを十分に混合させることができるので、ス
モークの発生を大幅に低減させることが可能となる。

本発明は、以上の実施例に限定されることなく特許請求
の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能で
あり、これらもまた、本発明の範囲内に包含されること
は、言うまでもない。

たとえば、前記実施例においては、ヘリカル吸気制御バ
ルブ手段６およびタンジェンシャル吸気制御バルブ手段
７として、ロータリー型のものを用いているが、このよ
うな型のものに限定されるわけではなく、他の型のバル
ブ手段を用いてもよい。

発明の効果 本発明によれば、低回転低負荷運転域における着火性を
大幅に向上させることが可能となるとともに、低回転高
負荷運転域において、吸気の充填量を増大させ、またス
モークの発生を著しく低減させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す直噴ディーゼルエン
ジンの吸気装置の略平面図である。第２図は、本発明の
一実施例において用いた吸気制御バルブ手段の構造を示
す図面である。 １……燃焼室、 ２……ヘリカル吸気通路、 ３……ヘリカル吸気ポート、 ４……タンジェンシャル吸気通路、 ５……タンジェンシャル吸気ポート、 ６……ヘリカル吸気制御バルブ手段、 ７……タンジェンシャル吸気制御バルブ手段、 ８……アウターロータ、 8a、8b……アウターロータの周面の孔、 ９……インナーロータ、 9a、9b……インナーロータの周面の孔、 10……ロータリーバルブ、 11……プーリ、 14……コントロールギヤ、 16……吸気通路、 17……スプリング、 18……ストッパー、 19……レリーズ部材、 20……レリーズ部材位置制御手段、 21……コントロールギヤ位置制御手段、 22……吸気タイミング制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一気筒に対しヘリカル吸気ポートとタンジ
   ェンシャル吸気ポートとを設けた直噴ディーゼルエンジ
   ンの吸気装置において、前記ヘリカル吸気ポートに連な
   るヘリカル吸気通路内に設けられ、エンジン回転数にし
   たがって、その吸気のタイミングが制御されるヘリカル
   吸気ポート吸気手段と、前記タンジェンシャル吸気ポー
   トに連なるタンジェンシャル吸気通路内に設けられ、エ
   ンジン負荷にしたがって、その吸気のタイミングが制御
   されるタンジェンシャル吸気ポート吸気手段と、吸気行
   程の開始時点に対して、前記ヘリカル吸気ポート吸気手
   段の吸気のタイミングを、低回転では遅れが大きく、高
   回転になるほど遅れが少なくなるように制御するととも
   に、該ヘリカル吸気ポート吸気手段および該タンジェン
   シャル吸気ポート吸気手段の吸気タイミングを、それぞ
   れ、低回転低負荷時においては、タンジェンシャル吸気
   ポートからの吸気のタイミングをヘリカル吸気ポートか
   らの吸気のタイミングより早くし、低回転高負荷時にお
   いては、ヘリカル吸気ポートからの吸気のタイミングを
   タンジェンシャル吸気ポートからの吸気のタイミングよ
   り早く制御する吸気タイミング制御手段を備えたことを
   特徴とする直噴ディーゼルエンジンの吸気装置。