JPS60261925A - デイ−ゼルエンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は着火性を向上させて特に冷間時の始動が良好に
なるようにしたディーゼルエンジンの吸気装置に関する
ものである。

（従来技術） 近時ディーゼルエンジンにおいては、断熱圧縮を有効に
利用して吸気温度を上げることにより、始動促進を図る
ようにしたものが提案されている。すなわち、実開昭５
５−１６５９３５号公報に示すように、吸気行程時に吸
気を絞ることにより、気筒内を高負圧にしておく一方、
吸気行程終期から圧縮行程初期にかけて排気弁を開弁さ
せて、」−記高負圧となったシリンダ内に一気に排気ガ
スを吸引させることにより、この−気に吸引された排気
ガスによる断熱圧縮作用によって、吸気温度を上昇させ
るようにしたものが提案されている。

しかしながら、上記従来のものでは、高負荷時にも不活
性ガスである排気ガスを吸入するので、高負荷時におい
て出力がダウンしてしまうという問題がある。また、上
記従来のものにおいて、低回転時にのみ排気ガスを吸入
する構成とすれば、その動弁機構が極めて複雑になって
しまうという問題も生じる。

このため、本出願人は、排気ガスを利用することなく断
熱圧縮を得るべく、エンジンの吸気通路にタイミングバ
ルブを配設して、このタイミングバルブにより、吸気行
程初期には吸気通路を閉じておくことにより気筒内を高
負圧とする一方、吸気行程終期に吸気通路を開いて上記
高負圧となった気筒内に新気を一気に導入して、この−
気に導入された新気によって断熱圧縮を行なうようにし
たものを開発した。

ところで、エンジンの吸気通路のなかには、燃焼室内に
スワールを生成するため例えばへりカルポートのような
スワール吸気通路とされているものがあるが、このスワ
ール吸緘通路は、吸入抵抗が大きいため、その絞り損失
によっであるいは吸入速度が低下されることによって、
前述した断熱圧縮を行なう上で好ましくない原因となる
。すな〜　わち、吸入抵抗が大きいと、高負圧となった
気筒内（燃焼室）に新気を一気に導入する勢いや導入時
間が長くなって、断熱圧縮効果を低減させる原因となる
。

（発明の目的） 本発明は、上述のようなタイミングバルブを用いること
によって排気ガスを利用することなく断熱圧縮を行うよ
うにしたものを前提として、スワール吸気通路を備えた
ものにあっても、このスワール吸気通路によって断熱圧
縮効果が低減されるのを防止できるようにしたディーゼ
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） 前述の目的を達成するため、木発期にあっては、燃焼室
に開口する吸気通路として、スワール吸気通路の他に、
吸入抵抗の小さいグイレクショナル吸気通路を有する構
成として、このダイレクショナル吸気通路に前述した断
熱圧縮用のタイミングバルブを設ける一方、スワール吸
気通路にはこれを開閉するシャッタバルブを設けである
。そして、制御装置により、タイミングバルブを作動５
１、ｃ断熱圧縮を行ヶう際、１よ、ッ、７ケ７２．ウブ
　ｌを閉じてスワール吸気通路からの吸入を阻止するよ
うにしである。

（実施例） ８１図において、１はディーゼルエンジンの本体で、こ
れは、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とシリン
ダプロ駅り′２内を往復動するピストン４とにより燃焼
室５が画成された往復動型のものとされている。

上記燃焼室５には、シリンダヘッド３に形成した吸気ポ
ート６が開口され、この吸気ポート６は、吸気弁７によ
り、エンジンの回転に同期して周知のタイミングで開閉
されるようになっている。この吸気ポート６は、１次吸
気ポート８と２次吸気ポート９とからなり、２次吸気ポ
ート９は、いわゆるヘリカルポートとされて、吸気弁７
のステム７ａ回りにスワールを生成させることによって
、燃焼室５内にスワール状となった吸入空気を導入する
ものとされている。また、１次吸気ポート８は、２次吸
気ポート９よりも小さな有効開口面積を有し、吸入抵抗
が小さくなるようにほぼ直線状とされて、吸気弁７の直
上流側において２次吸気ポート９に合流されている。そ
して、実施例では、エンジン本体ｌは直接噴射式とされ
たいわゆるマン型（蒸発燃焼式）とされ、このため、ピ
ストン５の頂壁にキャビティｌＯが形成されて、２次吸
気ポート９からのスワール状とされた吸入空気に補助き
れつつ、燃料噴射弁１１からの燃料が当該キャビティ１
０１Ｏ内周壁に沿ってＲＩ膜」二に流れるようにされて
いる。

前記吸気ポート６には、吸気マニホルド１２の分岐管１
２ａが接続され、該分岐管１２ａ部分は、隔壁１２ｂに
より、１次通路１３とこれよりも大きな有効開口面積を
有する２次通路１４とに画成されている。勿論、１次通
路１３が１次吸気ポート８に接続されて、該両者８と１
３とがグイレクショナル吸気通路Ａを構成し、また、２
次通路１４が２次吸気ボー゛ト９に接続されて、該両者
９と１４とがスワール吸気通路Ｂを構成している。　前
記グイレクショナル吸気通路Ａには、タイミングバルブ
としての負圧開閉弁Ｃが配設され、またスワール吸気通
路Ｂにはシャッタバルブ−１５が配設されている。この
負圧開閉弁Ｃは、第３図にも示すように、シリンダへラ
ド３と吸気マニホルド１２どの間に挟持されたシャツタ
板１６およびこれに一体化されたケーシング１７とを有
する。このケーシング１７内には、隔壁１８により弁室
１９が画成され、シャツタ板１６に形成した連通口２０
により、弁室１９と負圧開閉弁Ｃ下流側とが連通され、
またケーシング１７に形成した連通口２１により、弁室
１９と負圧開閉弁Ｃ上流側とが連通されている。上記シ
ャツタ板１６に形成した連通口２０は、隔壁１８に摺動
自在に保持された弁体２２によって開閉されるものであ
る。この弁体２２は、ケーシング１７内に張設されたダ
イヤフラム２３に連結され、常時はリターンスプリング
２４により、シャツタ板１６に着座されて連通口２０を
閉とする方向に刊勢されてい−る。

前記ダイヤプラム２３によってケーシング１７内に画成
された負圧室２５が、弁体２２に形成された負圧導入路
２２を介して、負圧開閉弁Ｃ下流側に連通され、負圧室
２５内の負圧が所定の開弁圧にまで上昇すると、リター
ンスプリング２４に抗して、ダイヤフラム２３が第４図
に示すように左方動して、すなわち弁体２２がシャツタ
板１６より離間して、連通口２０を開くようになってい
る。

前記シャッタバルブ１５は、負圧作動式のアクチュエー
タ２７によって開閉されるものである。

このため、シャッタバルブ１５に連係されたダイヤフラ
ム２７ａによって画成された負圧室２７ｂが、電磁式の
切換弁２８を介して、負圧ポンプ２９に接続されている
。そして、この切換弁２８の切換えによる負圧室２７ｂ
への負圧導入により、リターンスプリング２７ｃに抗し
て、シャッタバルブ１５が閉じられ、逆に、負圧室２７
ｂへの大気導入により、シャッタバルブ１５が開かれる
ようになっている。勿論、このシャッタバルブ１５が開
かれているときは、吸入空気はスワール吸気　ｉ通路Ｂ
を流れるのみで、負圧開閉弁Ｃは常時閉じられたまます
なわち負圧開閉弁Ｃの作動が停止され、逆に、シャッタ
バルブ１５が閉じられたときに、負圧開閉弁Ｃが作動し
て断熱圧縮を行なう関係となっている。

前記切換弁２８の切換え、すなわち、これに伴なうシャ
ッタバルブ１５の開作動（負圧開閉弁Ｃの作動停止）と
閉作動（負圧開閉弁Ｃの作動）とは、制御装置としての
コントロールユニット３０により行なわれものである。

このコントロールユニット３０には、エンジン回転数信
号Ｓ１．エンジン負荷信号Ｓｔ、エンジン冷却水温信号
Ｓ３が入力されて、実施例では、冷却水温が一５″Ｃ以
下で、かつエンジン回転数とエンジン負荷とをパラメー
タとする第５図ハツチングを付した運転領域（以下この
領域を作動域と称す）となった場合にのみ、シャッタバ
ルブ１５を閉じて負圧開閉弁Ｃを作動させるようにしで
ある。上記作動域は、エンジン回転数については負圧開
閉弁Ｃの信頼性（追従性の限界）を考慮して、またエン
ジン負荷については燃焼室５内の酸素分が不足しないこ
とを考慮して、それぞれ決定しである。

以上のような構成の作用について説明するが、先ず、断
熱圧縮を行なうか否かすなわちシャッタバルブ１５の開
閉制御について、第６図に示すフローチャートに基づい
て説明する。

先ず、ステップ５０で冷却水温信号Ｓ３が入力され、ス
テップ５１でこの冷却水温が一５℃以下であるか否かが
判別される□。冷却水温が一５℃以下であるときは、着
火性が悪いすなわち始動困難の場合であるので、ステッ
プ５２においてシャッタバルブ１５を閉とする。

次いで、ステップ５３．５４においてＷ４次エンジン回
転数信号Ｓ１およ゛びエンジン負荷信号Ｓ２が人力され
、ステップ５５において、前述した負圧開閉弁Ｃの作動
域であるか否かが判別される。

そして、この作動域にあると判別された場合は、ステッ
プ５３へ戻って負圧開閉弁Ｃを作動させ続けるためシャ
ッタバルブ１５を閉位置に保持し続ける。また、この作
動域にないと判定された場合は、ステップ５６において
シャッタバルブ１５を開位置とする。

なお、ステップ５１において、冷却水温が一５℃を越え
ている場合は、着火性が良好な環境にあるとしてそのま
まステップ５０へ戻る。

次に、断熱圧縮についてすなわち負圧開閉弁Ｃの作用に
ついて説明することとする。

先ず、エンジン始動前は、負圧開閉弁Ｃの連通口２０は
弁体２２によって閉とされて、グイレクショナル吸気通
路Ａは閉じられている。この状態から、エンジンをクラ
ンキングさせると、ピストン５が下降するのに伴って、
燃焼室５内の負圧が上昇する。そして、この燃焼室５内
の負圧が所定の大きさすなわち前述したような開弁圧に
まで高まると、連通口２０が開かれて、吸気が一気に燃
焼室５内に導入され、これまでに吸入されていた吸入空
気を断熱圧縮する。この断熱圧縮により、吸気温度は数
十度程度高められることになり、こ−　の吸気温度上昇
９より・ｘ　ｈ　−、；ｔ’ｃ：Ｈ火５れて”ンジン始
動か促進され、かつ着火後の安定した燃焼が確保される
。勿論、負圧開閉弁Ｃ（の連通口２０）が開く前に吸引
された空気は、当該負圧開閉弁Ｃ下流側のグイレクショ
ナル吸気通路Ａ内にある空気、およびシャッタバルブ１
５下流側のスワール吸気通路Ｂ内にある空気である。そ
して、負圧開閉弁Ｃが開くことによる新気の一気なる導
入は、吸入抵抗の小さいグイレクショナル吸気通路Ａを
通して行われるので、断熱圧縮が効果的に行なわれるこ
ととなる。

エンジン始動後、冷却水温が一５℃を越えるか、第５図
に示す作動域以外の運転状態になると、シャッタバルブ
１５が開かれる。これにより、吸入空気は、負圧開閉弁
Ｃの抵抗を受けることなく大きな有効開口面積を有する
スワール吸気通路Ｂから吸入されるので、馬力の向上が
図られると共に、燃焼室５内にスワールが生成され、燃
焼改善の上でも好ましいものとなる。

なお、多気筒エンジンで各気筒に対して負圧開閉弁Ｃを
設けた場合であって、着火時期が隣り合う気筒間での吸
気弁７の開弁タイミング互いにオ　ｉ−バラツブする場
合は、−の負圧開閉弁Ｃが開いているときに他の負圧開
閉弁Ｃが開かないようにその開弁圧を設定しておくこと
により、いわゆる吸気干渉を防止して断熱圧縮を有効に
行なうことができる。

第７図は本発明の他の実施例を示すもので、前記実施例
、と同−構成乗素には同一符号を付してその説明は省略
する。

本実施例では、吸気弁を２つ有する構成として、グイレ
クショナル吸ネ通路Ａとスワール吸気通路Ｂとを全く別
個独立して燃焼室５に開口して、この両者ＡとＢとを個
々別々の吸気弁により開閉するようにしたものである。

このような構成とすることにより、前記実施例に比して
、両吸気通路ＡとＢとの配置関係の自由度が高まり、各
吸気通路ＡあるいはＢ本来の機能、を十分に発揮させる
ことができる。なお図中３１は排気ポートである。

以上実施例について説明したが、本発明はこれに限らず
、例えば次のような場合をも含むものである。

■タイミングバルブを例えばバタフライ式として、その
開閉タイミングを、コントロールユニット３０により制
御するようにしてもよい、また、タイミングバルブをロ
ータリバルブとして、これをエンジンの回転と同期させ
ることにより、その開閉タイミングを所定のものとする
ようにしてもよい。

■タイミングバルブは、エンジンの高負荷時あるいは高
回転時にあってもその作動を行なわせるようにしてもよ
い。

（Φタイミングバルブは一部の気筒に対してのみ設ける
ようにしてもよい、すなわち例えば４気筒デイーゼルエ
ンジンにおいてタイミングバルブを１つの気筒に対しで
あるいは２つの気筒に対して設けるようにすることがで
き、このようにすると、全ての気筒に対してタイミング
バルブを設けた場合に比して、タイミングバルブを作動
させるための仕事を小、さくすることができる。なお、
１つの気筒が完爆すれば、これにつれて残りの気筒も完
爆されるものであり、またタイミングバルブを複数設け
る場合、着火時期が互いに隣り合わない気筒に対して設
けるようにすると、吸気干渉による断熱圧縮の効率低下
を必然的に防止することができる。

■往復動型エンジンに限らず、ロータリピストンエンジ
ンにあっても同様に適用し得る。

（発明の効果） 本発明は以上述べたことから明らかなように、断熱圧縮
のために利用するガスとして、排気ガスではなく新気の
空気を用いるようにしであるので、高負荷時における出
力ダウンを防止しつつ着火性を向上させてエンジンの始
動を良好に行なうことができ、かつ排気弁に対する動弁
機構をことさら複雑なものとする必要がなくなって、構
造的にも簡単なものとすることができる。

また、燃焼改善のためにスワールを生成する吸入抵抗の
大きいスワール吸気通路の他に、吸入抵抗の小さいグイ
レクショナル吸気通路を設けて、−この吸入抵抗の小さ
いダイレクシ、ナル吸気通路を通して断熱圧縮のための
吸入空気の導入を行なうようにしたので、断熱圧縮を効
果的に行なって、着火性の向上特に冷間時のエンジン始
動を良好なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図。 第２図は第１図における吸気ポート部分の簡略平面断面
図。 第３図、第４図はタイミングバルブとしての負圧開閉ブ
ｔの具体例とその作動を示す断面図。 第５図はタイミングバルブとしての負圧開閉弁を作動さ
せる運転領域の一例を示す図。 第６間はシャッタバルブの制御およびこれに伴うタイミ
ングバルブとしての負圧開閉弁の制御例を示すフローチ
ャート。 第７図は本発明の他の実施例を示す要部簡略平面断面図
。 ｌ：エンジン本体 ５：燃焼室 ６：吸気ポート ７：吸気弁 ８：１次吸気ポート ９：２次吸気ボート １２：吸気マニホルド １３：１次通路 １４：２次通路 １５：シャッタバルブ ２７：アクチュエータ ３０：コントロールユニット Ａ：ダイレクシ奪ナル吸気通路 Ｂニスワール吸気通路 Ｃ：負圧開閉弁（タイミングバルブ） → 第２図 第３図 第４図 ９ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれ燃焼室に開口されたグイレクショナル吸
   気通路およびスワール吸気通路と、前記グイレクショナ
   ル吸気通路に配設され、吸気行程初期に該ダイレクショ
   ナル吸気通路を閉じ吸気行程終期に該ダイレクショナル
   吸気通路を開くタイミングバルブと、 前記スワール吸気通路に配設され、該スワール吸気通路
   を開閉するシャッタバルブと、少なくともエンジンの冷
   間始動時に、前記シャッタバルブを閉じて前記タイミン
   グバルブを作動させる制御装置と。 を備えていることを特徴とするディーゼルエンジンの吸
   気装置。