JPH0716034Y2 - 可変スワール機構 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は，直噴式ディーゼルエンジンの吸気スワールコ
ントロール機構（以下，可変スワール機構という）に関
する。

〔従来技術〕

従来，例えば，ディーゼルエンジンにおいて，その吸気
システム部には，インテークマニホールドに続けてスワ
ールポートが設けられたものがある。

即ち，第10図および第11図に示すごとく，上記インテー
クマニホールド21は，インテークパイプ22とスワールポ
ート23の間に位置し，インテークパイプ22から来た空気
をスワールポート23,さらにはシリンダー24内へと送り
込む役割を果たすものである。また，上記スワールポー
ト23は，同図に，ヘルカール型スワールポートについて
例示するごとく，インテークバルブ25の回りに旋回流
（スワール）をおこし，吸入空気をシリンダ24内へ送り
込み，該シリンダ24内において上記スワールにより燃料
との混合を促進させる役割を果たすものである。

ところで，上記旋回流の速度をエンジンの回転数で除し
たものは，スワール比（SR）と呼ばれている（SR＝旋回
流速度／エンジン回転数）。このスワール比は，直噴式
ディーゼルエンジンの出力性能，低温時の始動性，白煙
濃度，排気臭などに大きな影響を与えるものである。そ
して，エンジンの出力性能に対しては，自動車走行中な
ど温間時は，スワール比は大きい方がよく，一方低温時
の始動性など低温特性に対してはスワール比は小さい方
がよいという排反特性となっている。

ところが，該スワール比は，スワールポート23の形状に
よって一意的に決まってしまうので，上記両特性を考慮
した両者の妥協点において決めざるを得ないのが現状で
ある。そのため，出力性能，低温特性の両方を満足する
ベストの諸元を選定することができない。

そこで，これ以外の要素でスワール比を制御する必要が
あることが提案されている。即ち，実開昭59-96327号公
報には，スワール制御装置の一例として，「内燃機関の
吸気装置」が提案されている。この装置は，第12図に示
すごとく，シリンダヘッド20にあるスワールポート23の
入口26近傍に可撓部材30を設け，これを上下方向に動か
すことにより，スワールポート23の入口26の通路面積を
変えるようにしたものである。上記可撓部材30はロッド
32を介して，エアシリンダ（但し図示せず）により可動
する。

なお，同図において，符号301および302は可撓部材30の
固定部分を示す。また，符号41,42はインテーク・パイ
プの壁を示す。

〔解決しようとする課題〕

しかしながら，上記公報により開示されたスワール制御
装置は，吸入空気速度をエアシリンダ及びロッドによっ
て制御するものであり，上記スワール化を温度の変化に
対応して調整するという点では十分ではない。

特に，直噴式ディーゼルエンジンにおいては，エンジン
のシリンダ内に吸入された空気中に，直接に燃料が噴射
される。そのため，スワール比が大きい場合には，噴射
された上記燃料がエンジンのシリンダ壁面に強く衝突
し，これに付着する。そのため，シリンダ壁面に付着す
る燃料の量が増加する。

特に，エンジンの低温始動時にはシリンダ壁面の温度が
低いため，これに付着した燃料が十分に気化せず，未燃
焼のまま排気ガスと共に排出されてしまう。このため，
低温始動時にスワール比を大きくすると，未燃焼のまま
排出される燃料が多くなり，始動性や白煙濃度などが悪
化する。

なお，自動車走行中などの温間時には，シリンダ壁面の
温度も高いため，これに付着した燃料も直ぐに気化する
ので，問題はない。

上記のごとく，直噴式ディーゼルエンジンにおいては，
特にその低温始動時におけるスワール比の制御が問題で
ある。

本考案は，かかる従来技術の課題に鑑みてなされたもの
で，直噴式ディーゼルエンジンにおいてスワールポート
に吸入される空気の温度に応じて，応答性良く，スワー
ル比を制御し，エンジンの低温始動時におけるシリンダ
壁面への燃料の付着を防止することができる，直噴式デ
ィーゼルエンジンにおける可変スワール機構を提供しよ
うとするものである。

〔課題の解決手段〕

本考案は，シリンダ内に燃料を直接噴射する形式の直噴
式ディーゼルエンジンにおいて，その吸気システム部に
スワールポートを有するインテークマニホールド内に，
該スワールポートの入口部分に，スワールポート回りの
温度が低温のときには開き角を大きくし，一方温間のと
きには開き角を小さくする空気通路開閉用のプレートを
有するスワールコントロールバルブを配設してなり， かつ，該スワールコントロールバルブは，インテークマ
ニホールド壁面の凹所に配設した熱変形金属の作動によ
って開閉する開閉機構を有し， 上記低温時にはプレートの開き角を大きくしてスワール
比を小さくし，一方温間時には上記と逆に開き角を小さ
くしてスワール比を大きくするよう構成し，エンジンの
低温始動性を向上させるようにしたことを特徴とする直
噴式ディーゼルエンジンにおける可変スワール機構にあ
る。

本考案において，熱変形金属は，インテークマニホール
ドの壁面に設けた凹所に配設する（第１図〜第４図）。
また，熱変形金属は，形状記憶合金またはバイメタルの
いずかであることが好ましい。

また，上記形状記憶合金とは，ある形状に成形，熱処理
をした後に，別の形状に変化させても，ある温度以上に
加熱すると変形前の熱処理をした時の形状に戻る合金の
ことである。しかして，本考案の形状記憶合金は温度変
化によって可逆的に形状変化を繰り返すものを用いる。
かかる合金としては，銅−亜鉛−アルミ（Cu-Zn-Al）合
金がある。

また，上記バイメタルは，熱膨張率の異なる２種類の金
属の帯状薄板を溶接して１枚にし，加熱温度変化による
上記薄板の湾曲の程度，または膨張の程度の差を利用す
るものである。かかる組合わせとしては，アンバーと青
銅との組合わせなどがある。

本考案は，スワールポートの前にスワールコントロール
バルブを配設すると共に，インテークマニホールドの壁
面の凹所に配設した上記熱変形金属の可逆的な形状変化
を利用して，該スワールコントロールバルブ（以下，コ
ントロールバルブという）を作動させるようにしたこと
を最大の特徴とするものである。

上記コントロールバルブには，スワールポートの入口部
分における空気通路を広くしたり，狭くしたりするため
の，通路開閉用のプレートを設ける。該プレートは，上
記空気通路を全て閉止するものではない。かかる通路断
面の制御により，吸入空気温度に対応して前記スワール
比を制御するのである。

また，上記コントロールバルブは，熱変形金属の渦巻バ
ネ，コイルバネ等をインテークマニホールドとの間に介
設し，該金属の温度による形状変化によって作動させら
れる。かかる連結機構としては，例えば，次の態様があ
る。

即ち，上記コントロールバルブは，インテークマニホー
ルドに軸支した可動軸と該可動軸に設けたプレートとよ
りなり，かつ該可動軸にはインテークマニホールドとの
に間に形状記憶合金製の渦巻き状のバネ（第４図及び第
５図参照）を介設し，該バネの一方は上記可動軸の側壁
に固定し，他方は上記インテークマニホールドに固定し
ておくものである（第１実施例）。

また，上記コントロールバルブは，インテークマニホー
ルドに軸支した可動軸と該可動軸に設けたプレートとよ
りなり，かつ該可動軸にはインテークマニホールドとの
間に，バイメタル製の渦巻状のバネ（第８図参照）を介
設し，該バネの一方は上記可動軸の側壁に固定し，他方
は上記インテークマニホールドに固定しておくこともで
きる（第２実施例）。

上記のごとく，熱変形金属を渦巻き状のバネとした場合
（図4,図８）には，上記熱変形金属をコンパクトにイン
テークマニホールドの壁面の凹所に収納することができ
る。

〔作用〕 本考案にかかる直噴式ディーゼルエンジンにおける可変
スワール機構は，スワールポートの入口部分に，空気通
路開閉用のプレートを有するコントロールバルブを配設
すると共に，該コントロールバルブは，インテークマニ
ホールド壁面の凹所に配設した熱変形金属の作動によっ
て開閉するように構成している。そのため，エンジン始
動時などスワールポート回りの温度が低い時には，熱変
形金属によるプレートの開き角θが大きくなり，ディー
ゼルエンジン内への空気の旋回流速度が小さくなる。そ
のため，スワール比を小さくすることができる。

特に，本考案においては，熱変形金属がインテークマニ
ホールド壁面の凹所に配設してあるため，エンジン始動
後はエンジン本体の温度を敏感にキャッチして，低温始
動時のスワール制御を必要十分な短時間で行うことがで
きる。

このように，エンジンの低温始動時には，スワール比を
小さくするので，シリンダ内における吸入空気の流れも
比較的遅い。それ故，かかる空気流れ中に燃料を噴射し
た場合，燃料は比較的ゆっくりとシリンダ内を流動す
る。そのため，スワール比が大きい場合のように燃料が
シリンダ壁面に付着しない。

一方，車走行中などスワールポート回りの温度が高い時
には，熱変形金属によるプレートの開き角θが小さくな
り，エンジン内への空気の旋回流速度が大きくなる。そ
のため，温間時にはスワール比は大きくなる。このと
き，スワール比の増大によって，シリンダ壁面への燃料
の付着量は増加するが，シリンダ壁面は温間にあるた
め，燃料は直ちに気化しエンジン燃焼に寄与する。

〔効果〕

本考案によれば，比較的簡単な構造により，低温時また
は温間時において，温度の変化に対応してプレートの開
閉角度を自動的に適宜調整することができる。

特に，熱変形金属をインテークマニホールド壁面の凹所
に配設しているので，エンジン本体の温度変化に対応し
て応答性良く，プレートの開閉角度を調整することがで
きる。

したがって，直噴式ディーゼルエンジンにおいて，応答
性良く，その低温時においてはスワール比を小さくする
ことができ，低温始動性が向上すると共に白煙濃度及び
排気臭レベルが低下し，エンジンの性能が向上する。ま
た，温間時にはスワール比を大きくすることができ，出
力性能が向上する。したがって，低温特性と出力性能に
各々最適なスワール比を得ることができる。

上記のごとく，本考案によれば，応答性良く，スワール
ポートに吸入される空気の温度に応じてスワール比を制
御し，エンジンの低温始動時におけるシリンダ壁面への
燃料の付着を防止することができる，直噴式ディーゼル
エンジンの可変スワール機構を提供することができる。

〔実施例〕

第１実施例 本例にかかる，直噴式ディーゼルエンジンの可変スワー
ル機構を，第１図〜第７図を用いて説明する。

本例の可変スワール機構１は，スワールポート23を有す
るエンジンのインテークマニホールド21内に，コントロ
ールバルブ11を配設することにより構成する。

本例におけるエンジンは，シリンダ内に吸入された空気
中に，直接に燃料を噴射する形式の直噴式ディーゼルエ
ンジンである。

上記インテークマニホールド21およびスワールポート23
は，前記第10図および第11図で示した従来例のものと，
その構造および役割は同様である。そのため，ここでは
その説明は割愛する。また，同時における符号も第10
図，第11図中に示した符号と同様である。

また，本例の可変スワール機構１は，スワールポート23
への空気流入通路を開閉するためのプレート10と可動軸
12とを有するコントロールバルブ11と，該コントロール
バルブ11と連結され，インテークマニホールド21の壁面
の凹所に配設した熱変形金属としての，渦巻状のバネ13
とよりなる。以下これらにつき詳述する。

まず，上記渦巻状のバネ13は上記可動軸12の上端121と
下端122にそれぞれ連結，固定されている。また，該バ
ネ13は，熱変形金属としての形状記憶合金で作製したも
のである。この形状記憶合金は，本例においては，銅−
亜鉛−アルミ合金を使用した。また，該バネ13は，第４
図および第５図に示すごとく，可動軸12を軸として左巻
きに取り付けられ，その内方端部131は上記可動軸12の
側壁に，また他方の外方端部132は上記インテークマニ
ホールド21に固定したカラー15に，それぞれ溶接16によ
り固着されている。なお，上記カラー15はインテークマ
ニホールド21内に凹所14を設け，この中に円筒状の該カ
ラー15を嵌装固定してある。

即ち，上記バネ13は，上記のごとく，インテークマニホ
ールド21の壁面に設けた上記凹所14内に配設されてい
る。

また，上記渦巻状のバネ13は，低温時（冷間時）には第
４図に示すごとく，時計回り方向に回って比較的延びた
状態，つまりバネ13の内方端部131が上方に位置する状
態にある。また，温間時には，第５図に示すごとく反時
計方向に回って比較的縮んだ状態，つまりバネ13の内方
端部131が左回りして左方に来た状態にある。即ち，バ
ネ13の形状記憶合金は，温度変化に対して上記のごとく
作動するよう記憶させられている。そのため，温度変化
に伴ってプレート10が開閉される。

このように構成した本例のコントロールバルブ11は，冷
間時にはバネ13が，第４図に示す状態にある。その結
果，第２図に示すごとく可動軸12と直交しインテークマ
ニホールド21の出口面215に垂直な垂線B₁と，プレート1
0とがなす角度，つまりコントロールバルブ11に開き角
θは比較的大きい角度となる。即ち，冷間時にはプレー
ト10は比較的閉じられた位置にある。他方，温間時には
バネ13は反時計回り方向に回り，可動軸12に回転を与え
る（第５図）。その結果，温間時はコントロールバルブ
11の開き角θは比較的小さい角度となり，プレート10は
比較的開いた状態にある。

以上の動作状況を，第６図および第７図により例示する
と，次のようになる。

即ち，第６図は，縦軸に上記コントロールバルブ11の開
き角θをとり，また横軸にインテークマニホールド21の
入口近傍の雰囲気温度（℃）をとったグラフである。こ
のグラフにおいて，温度が約−15℃以下の場合は，開き
角θは75度位のままであり，また温度が約15℃になる
と，開き角θは零（０）となる。

また，温度−15℃〜15℃の間は温度と開き角θとは比例
関係にあり，直線的に温度の上昇と共に開き角θは減少
してゆく。

次に，第７図は，縦軸にスワール比（SR）をとり，また
横軸に上記開き角θをとったグラフである。このグラフ
において，開き角θが零のときはスワール比が2.4であ
り，開き角θが75度の場合はスワール比が約２であり，
その間はほぼ直線的に変化する。それ故，上記雰囲気温
度が約15℃以上のときは，開き角θが０度であるためス
ワール比は約2.4である。一方，上記雰囲気温度が約−1
5℃以下のときは，開き角θが75度であるため，スワー
ル比は約２である。また，上記開き角θが０〜75度の間
は，両者間には比例関係が成立し，開き角θが大きくな
ると共に，スワール比（SR）は減少する。

以上のように，本例の可変スワール機構１は，インテー
クマニホールド21に軸支した可動軸12と，この可動軸12
に設けたプレート10,及びインテークマニホールド壁面
の凹所14に設けた形状記憶合金製のバネ13とよりなるの
で，コントロールバルブ11の開き角θを雰囲気温度によ
って，自由に調整することができる。

そして，上記バネ13はインテークマニホールド壁面の凹
所に設けてあるので，エンジン始動後はエンジン本体の
温度を敏感にキャッチして低温始動時のスワール制御を
必要十分な短時間で行うことができる。

したがって，本例によれば，比較的簡単な構造で，応答
性良く，雰囲気温度に応じてスワール比（SR）を自由に
可変でき，エンジンの出力性能，低温特性を充分に発揮
させることができる。

上記のごとく，本例によれば，直噴式ディーゼルエンジ
ンの低温始動時においてはスワール比を小さく，温間時
にはスワール比を大きくするという制御を，応答性良く
自由に調整することができる。そのため，低温始動時に
おけるシリンダ壁面への燃料の付着を防止して，低温始
動性を向上でき，白煙濃度，排気臭レベルの低下を達成
することができる。また，温間時には，出力性能を向上
させることができる。

第２実施例 本例は，上記第１実施例における渦巻きバネ13の材質
を，形状記憶合金に代えてバイメタルとしたものであ
る。

即ち，第８図に示すごとく，本例における渦巻きバネ60
は，その外側を熱膨張率の大きい青銅部601とし，他方
内側を熱膨張率の小さいアンバー部602により構成して
ある。かかるバネ60は，同図にも示すごとく，その内方
端部161を可動軸12に溶接16し，外方端部162をカラー15
に溶接16して，第１実施例と同様に配設した。

上記バイメタル製の渦巻きバネ60は，雰囲気温度の上
昇，下降に伴って伸縮又は縮少する。そのため，コント
ロールバルブに装着した状態（第１図と同様）において
は，温度が上昇するに伴いプレートを設けた可動軸が反
時計方向に回転し，開き角θは徐々に小さくなり，プレ
ートが開いた状態となる。また，温度が下降するに伴っ
て可動軸は時計方向に回転し，開き角θは徐々に大きく
なり，プレートが閉じた状態となる。第９図は，この状
態を例示したもので，開き角θは温度と逆比例の関係に
ある。

したがって，本例によれば，バイメタルの熱膨張率の変
化により，開き角θが温度変化につれて徐々に変化し，
徐々にスワール比う調整することができる。その他，第
１実施例と同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は，本考案の第１実施例を示し，第１図
は可変スワール機構の側面図，第２図は可変スワール機
構の平面図，第３図は第１図のＡ部分の拡大側面図，第
４図及び第５図は第３図のC-C線に沿う矢視断面図で，
第４図は冷間時の状態図，第５図は温間時の状態図，第
６図は雰囲気温度とコントロールバルブの開き角θとの
関係を例示するグラフ，第７図はコントロールバルブの
開き角θとスワール比（SR）との関係を例示するグラ
フ，第８図及び第９図は第２実施例を示し，第８図はバ
イメタル製渦巻きバネの平面図，第９図は雰囲気温度と
コントールバルブの開き角θとの関係グラフ，第10図及
び第11図は従来例にかかるスワールポート及びインテー
クマニホールドを示し第10図はその側面図，第11図はそ
の平面図，第12図は他の従来例にかかる可変スワール機
構の平面図である。 １……可変スワール機構,10……プレート,11……スワー
ルコントロールバルブ,12……可動軸,13……渦巻きバネ
（形状記憶合金製）,15……カラー,16……溶接部,21…
…インテークマニホールド,23……スワールポート,60…
…渦巻きバネ（バイメタル製），

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ内に燃料を直接噴射する形式の直
   噴式ディーゼルエンジンにおいて，その吸気システム部
   にスワールポートを有するインテークマニホールド内
   に，該スワールポートの入口部分に，スワールポート回
   りの温度が低温のときには開き角を大きくし，一方温間
   のときには開き角を小さくする空気通路開閉用のプレー
   トを有するスワールコントロールバルブを配設してな
   り， かつ，該スワールコントロールバルブは，インテークマ
   ニホールド壁面の凹所に配設した熱変形金属の作動によ
   って開閉する開閉機構を有し， 上記低温時にはプレートの開き角を大きくしてスワール
   比を小さくし，一方温間時には上記と逆に開き角を小さ
   くしてスワール比を大きくするよう構成し，エンジンの
   低温始動性を向上させるようにしたことを特徴とする直
   噴式ディーゼルエンジンにおける可変スワール機構。
2. 【請求項２】第１請求項に記載の可変スワール機構にお
   いて，熱変形金属は，形状記憶合金またはバイメタルの
   いずれかであることを特徴とする直噴式ディーゼルエン
   ジンにおける可変スワール機構。
3. 【請求項３】第１請求項に記載の可変スワール機構にお
   いて，上記スワールコントロールバルブは，インテーク
   マニホールドに軸支した可動軸と該可動軸に設けたプレ
   ートとよりなり，かつ該可動軸にはインテークマニホー
   ルドとの間に形状記憶合金製の渦巻状のバネを介設し，
   該バネの一方は上記可動軸の側壁に固定し，他方は上記
   インテークマニホールドに固定してなり，上記バネの作
   動により上記プレートを開閉するようになしたことを特
   徴とする直噴式ディーゼルエンジンにおける可変スワー
   ル機構。
4. 【請求項４】第３請求項に記載の可変スワール機構にお
   いて，形状記憶合金製の渦巻状のバネに代えてバイメタ
   ル製の渦巻状のバネを介設したことを特徴とする直噴式
   ディーゼルエンジンにおける可変スワール機構。