JPS5914609B2 - 渦流室式デイ−ゼル機関 - Google Patents

渦流室式デイ−ゼル機関

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JPS5914609B2
JPS5914609B2 JP53075578A JP7557878A JPS5914609B2 JP S5914609 B2 JPS5914609 B2 JP S5914609B2 JP 53075578 A JP53075578 A JP 53075578A JP 7557878 A JP7557878 A JP 7557878A JP S5914609 B2 JPS5914609 B2 JP S5914609B2
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は改良された排気還流システムを備える渦流室式
ディーゼル機関に関する。
シリンダヘッドに渦流室をもつディーゼル機関において
、燃焼行程で生成されるＮＯｘを低減するために、従来
、第１図（こ示すようζこ排気還流（以下ＥＧＲと称す
る）システムを採用することがあった。
吸気マニホールド１はＥＧＲ通路２を接続し、吸気ポー
ト３から吸気弁４を介して主燃焼室５に、吸入空気と還
流排気との混合ガスを充填している。
そして、ピストン６の圧縮上死点附近で、シリンダヘッ
ド７１こ形成した渦流室８に、燃焼噴射弁９から燃料を
噴射して前記混合ガス中で圧縮着火する。
熱容量が大きくてほぼ不活性なＥＧＲガスが多く存在す
るもとて燃焼を行うことにより、燃焼の最高温度を下げ
ＮＯｘの生成を抑制するものである。
ところで、渦流室式ディーゼル機関の燃焼現象は、渦流
室８内で着火した後、圧力の上昇に伴って未燃焼の噴霧
燃料とともに火炎が噴口１０を介して主燃焼室５へと噴
出する。
拡散燃焼が主である。
したがって、ガソリン機関のように燃焼室内に予め混合
気が充填している予混合燃焼と異り、噴霧燃料の存在し
ない部分に対しては火炎伝播が行われない。
このため、ＥＧＲによりＮＯｘを所定値以下に低減する
には、燃料の噴霧が存在する可燃部分において、所定の
割合でＥＧＲガスが存在しなくてはならない。
しかるに従来のシステムによれば、主燃焼室５からＥＧ
Ｒガスを充填するため、渦流室８を始め拡散された噴霧
燃料の存在する領域のＥＧＲガス濃度を十分に保つよう
にすると、主燃焼室５の全域にわたり必要以上のＥＧＲ
ガスを存在させることになる。
運転状態によっては、ＥＧＲガスの導入比率は５０〜８
０％Ｏこ達することがあり、完全燃焼の妨げとなるこれ
らＥＧＲガスの増大化は、ＮＯｘは減っても一力ではＨ
Ｃ−Ｃｏが逆に増える結果を招く。
このため、とくに増力口するＨｅの低減をねらって、排
気系にサーマルリアクタあるいは酸化触媒を設置するこ
ともあるが、ディーゼル機関にあってはガソリン機関は
ど排気温度が高くないから、これらにおける反応効率は
十分と言えず、従来のＥＧＲシステムは未燃ＨＣ−ＣＯ
の対策上、大きな問題を含んでいた。
本発明はこのような課題の解決を目的とするもので、渦
流室式ディーゼル機関の燃焼が渦流室を中心とする拡散
燃焼であり、かつ渦流室における初期の危激な熱発生と
これにもとづく高温ガスにより、排出されるＮＯｘの大
部分が燃焼の初期にいつきに生成される点に着目し、渦
流室に集中的に必要十分な量のＥＧＲガスを充填し、燃
焼部分のみをＥＧＲガスで包み込むようにして、燃焼室
の全域に余分なＥＧＲガスを存在させずに効果的なＮＯ
ｘの低減を可能としたＥＧＲシステムを備える渦流室式
ディーゼル機関を提供するものである。
以下、図示するいくつかの実施例をもとにして本発明を
説明する。
第２図、第３図の第１の実施例に示すように、本発明で
は、シリンダヘッド７を貫通してＥＧＲ通路１５ａ〜１
５ｄ、が設けられ、該ＥＧＲ通路１５ａ〜１５ｄは弁装
置１６を介して渦流室８と連通している。
弁装置１６としては、主燃焼室５の吸気弁４を開閉駆動
するカム機構と連動するカム機構（図示せず）により開
閉されるポペット型の開閉弁２０を備えるが、これに代
えて電磁弁や排気圧と吸気圧の差圧に応動する圧力応動
弁を設けてもよい。
たたし、いずれにしても、ＥＧＲカスを渦流室８にのみ
できるだけ留めるため、吸入行程の終期ないし圧縮行程
初期にかけてＥＧＲガスを導入するように、弁装置１６
の開弁時期を設定する必要がある。
このために、開閉弁２０の場合はカム機構を介してカム
の位相にもとずいて開弁時期を適切に選び、同じく電磁
弁によるときは例えば例えばカム軸の回転角を検出する
装置からの電気的信号にもとづき、また圧力応動弁によ
るときは発生差圧の作用時期をさらに精密に回転角など
にもとづいて制御するなどして、それぞれ適切をこ決め
る。
上記ＥＧＲ通路１５ａ〜１５ｄには排気弁３７が開弁直
後の高排気圧を利用してＥＧＲガスを送り込むようにな
っている。
例えば、４サイクルの４気筒機関では２回転を単位とし
て、各気筒において順々に燃焼が行われる。
燃料噴射順序が≠１−≠３−＋−４−−＃−２となって
いる４気筒機関の場合、第４図にも示すように、≠１気
筒の排気行程の始まりが≠４気筒の吸気行程の終了附近
とオーバーラツプするのであり、以下同じように、＝＃
＝３と≠２．≠４と≠１．≠２と≠３が順にオーバーラ
ツプを繰り返す。
そこで、第２図のように、≠４気筒のＥＧＲ通路１５ｄ
を−４−１気筒の排気ポート３８＋こ連通させ、以下同
じく≠３気筒のＥＧＲ通路１５ｃは−４１−２気筒、＋
２気筒のＥ Ｇ Ｒ通路１５ｂは≠３気筒、＋１気筒の
ＥＧＲ通路１５ａは≠４気筒のそれぞれ排気ポート３８
に連通させる。
ＥＧＲ通路１５ａ〜１５ｄの取入口は、排気弁３γの近
辺に設けて開弁初期の動圧を受けて、ＥＧＲガスを一層
効率的に渦流室８に押し込むようにする。
なお、第３図は≠１気筒と≠４気筒のＥＧＲ通路１５ａ
と１５ｄの接続をあられす。
なお、ＥＧＲ通路１５ａ〜１５ｄの途中に、排気脈動に
よる逆流を防ぐ逆止弁（リード弁等）を介装するとよい
。
ところで、ディーデル機関にあっては、燃料噴射量を増
減することにより機関負荷の変動に対応させるため、ガ
ソリン機関のように混合気量をコントロールするスロッ
トルバルブをもたない。
このため、吸気マニホールド１と排気マニホールド２３
との圧力差は比較的小さく、したがって上記のようにし
ても必要量のＥＧＲ量を常をこ十分に確保することは容
易でなく、かつその流量を正確に制御することも難かし
い。
そこで、渦流室８側に運転状態瘉こ応じて所定の吸入負
圧を発生させ、ＥＧＲ量を適確にコントロールするため
に、ＥＧＲ制御装置２５として、吸気マニホールド１の
合流部に、燃料噴射ポンプ２６のコントロールレバー２
７とリンク２８を介して連動するスロットルバルブ３０
を設ける。
さらに、第２図に示すように、上記ＥＧＲ制御装置２５
の構成要素として、ＥＧＲ通路１５ａ〜１５ｄに電磁弁
３１を介装し、機関冷却水温が所定値以下の低温時にオ
フとなる温度スイッチ３２と、燃料噴射ポンプコントロ
ールレバー２７の角度が高負荷位置となったときにオフ
となる負荷スイッチ３３とし直列回路を介して、この電
磁弁３１を駆動するようになっている。
本発明は以上のように構成されているが、ここで第１図
と同一部分については、同符号を付して説明は省略する
。
かくして、吸気行程の終期から圧縮行程の初期にかけ、
渦流室８の開閉弁２０が開く間たけ、スロットルバルブ
３０の開度とそのときの回転数によって発生した吸入負
圧と、排気弁３７が開いた直後の高排気圧との差圧に応
じて、渦流室８に必要十分な量のＥＧＲガスが流入する
。
このＥＧＲガスは、ピストン６が上昇を始める直前に集
中的に導入させられ、しかも圧縮行程で噴口１０を介し
て主燃焼室５から押し込まれてくる空気流で主燃焼室５
・＼の流出が防止されるため、はとんどが渦流室に閉じ
込められる。
このようにして渦流室８４こＥＧＲガスを集中的に導入
した状態で、燃料噴射及び着火が行われると、燃焼が適
度に抑制されつつ噴口１０から主燃焼室５・＼と火炎が
伝播し、このとき主燃焼室５には余剰のＥ Ｇ Ｒガス
がほとんど存在しないため、噴霧燃料は十分な新気の存
在下で確実に安定的に燃焼を終了する。
燃焼初期に渦流室８で多量に発生するＮＯｘは、このよ
うに不活性なＥＧＲガスが適切量存在することで、その
発生が著しく妨げられ、また、主燃焼室５には余分なＥ
ＧＲガスがないため、燃料の拡散燃焼がスムーズに行わ
れてとくにＨＣが低減する。
ＥＧＲは使用頻度の高い低中負荷領域で十分に行われる
必要があるが、このような状態ではスロットルバルブ３
０の開度が比較的小さく、吸入負圧を発達させられるた
め、ＥＧＲ通路１５ａ〜１５ｄに作用する大きな差圧に
より十分なＥＧＲ量を確保できる。
急カロ速や発進時など高出力の要求されるときは、スロ
ットルバルブ３０が大きく開いて吸入空気の充填効率の
低下を防ぐとともに、吸入負圧を抑制してＥＧＲ量を減
らすので、機関出力を十分に大きくすることができる。
なお、燃料ポンプ２６の負荷スイッチ３３が作動（オフ
になる）するほどに高負荷となるときは、電磁弁３１が
閉じてＥＧＲガスを遮断し、一層大きな全開出力を発揮
させる。
また、電磁弁３１は機関の冷間時など温度スイッチ３２
がオフとなることにより、同じ＜ＥＧＲを停止させ暖機
の促進をはあ・る。
本発明において、弁装置１６として機関回転角に同期し
て作動する電磁弁を用いる場合は、この駆動回路に温度
スイッチ３２と負荷スイッチ３３を介装すれば、電磁弁
３１がなくてもＥＧＲの流量と遮断を同時に制御する。
ただし、この場合の電磁弁は各々のＥＧＲ通路１５ａ〜
１５ｄに設ける必要がある。
以上のように本発明によれば、ＥＧＲガスを確実に渦流
室に集中的に導入することができ、必要最少限度のＥＧ
ＲガスによりＮＯｘを効果的に低減できるとともに、Ｈ
Ｃ−ＣＯなど未燃ガスの発生も極力抑制できる一刀、燃
焼初期の急激な圧力上昇を緩和して燃焼騒音を軽減する
効果も生じる。
とくに本発明では高排気圧を利用してＥＧＲガスを送り
込むため、渦流室に対して常に必要量のＥＧＲを行うこ
とが可能である。
また、主燃焼室に余分なＥＧＲガスが漏れ出るのを可及
的に防げるため、燃焼後期の空気利用度が高まり、火炎
の吹き消えなど（こよるスモークの発生も抑制できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来装置の断面図、第２図は本発明の実施例の
平面図、第３図は断面図、第４図は４気筒機関の吸排気
弁の開閉時期の相互の関係を示す説明図である。 １・・・・・・吸気マニホールド、４・・・・・・吸気
弁、５・・・・・・主燃焼室、６・・・・・・ピストン
、７・・・・・・シリンダヘッド、８・・・・・・渦流
室、１５ａ〜１５ｄ・・・・・・ＥＧＲ通路、１６・・
・・・・弁装置、２０・・・・・・開閉弁、２３・・・
・・・排気マニホールド、２５・・・・・・ＥＧＲ匍脚
装置、２６・・・・・・燃料噴射ポンプ、３０・・・・
・・スロットルバルブ、３２・・・・・・温度スイッチ
、３３・・・・・・負荷スイッチ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダヘッドに渦流室を備えるディーゼル機関に
    おいて、排気系と渦流室とを結ぶ排気還流通路と、機関
    回転に同期して該通路を開閉する弁装置と、機関運転状
    態に応動して排気還流量を増減する制御装置とから構成
    され、かつ前記排気還流通路が吸気行程または圧縮行程
    初期にある気筒の渦流室と、そのとき排気行程にある他
    の気筒の排気ポートとを連通ずるように配管され、吸気
    行程ないし圧縮行程初期に渦流室に排気還流するように
    したことを特徴とする渦流室式ディーゼル機関。 ２ 排気還流量の制御装置が機関吸気通路に設けられた
    スロットルバルブで、燃料噴射ポンプのコントロールレ
    バーと連動して機関負荷に応じて還流量を増減すべく構
    成されている特許請求の範囲第１項記載の渦流室式ディ
    ーゼル機関。 ３ 排気還流量の制御装置が、機関吸気通路に設けた運
    転状態に応動するスロットルバルブと、排気還流通路に
    介装した電磁弁、及び機関冷間時並びに高負荷時に電磁
    弁を閉弁する温度スイッチと負荷スイッチから構成され
    る特許請求の範囲第１項記載の渦流室式ディーゼル機関
    。
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