JPS61197731A - 可変圧縮比デイ−ゼル機関 - 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 本発明は可変圧縮比ディーゼル機関に関する。

従来の技術 省エネルギのために、ディーゼル機関の燃料消費率（以
下燃費と言う）を低減する開発研究が活発に行なわれて
いることは周知のことである。このディーゼル機関の燃
費は、その圧縮比を変更することにより、広範囲な出力
域において最少にすることができる。

まず、本発明に関する燃費低減の根％を、第３図に示す
サバナサイクルの理論ｐ−Ｖ線図、および第４図に示す
最高圧力ｐｒｎ１圧縮比εをバラメータとする各出力（
正味平均有効圧ｐｅ）における燃費ｂｅの詳ｍｖミニレ
ート解析結果をもとに説明すも理論燃費は、理論平均有
効圧ｐｔｈが小さい程、最　　　”高圧力ｐ。＝ｐ、が
高い程、また圧縮比Ｃが大きい程、良好な値すなわち少
ない値となることは、周知である。しかし、ｐｔｈはそ
の機関に要求される出力であるから、回転数一定とする
と小さくするわけにはゆかず、ｐｍも機関の機械的強度
の点から上昇限界があシ、さらにεも圧縮圧力ｐｃ＝ｐ
ｆｆｉとなる値が燃費の面で増大限度となる。。

すなわち、これらｐｔｈ’ｐｍ’εには各々限界がある
ことになり、これらの組合せによる最低燃費を求めるこ
とが良策となる。

第４図は、これらの組合せによる燃費の変化を、実機関
におけるガスの流動、熱伝達などを考慮した性能ｌシミ
ュレーＶＨンによって求めたものである。したがって、
前述のＩ’ｔｈは第４図では正味平均有効圧ｐｅに相当
する。

第４図において、ｐｒｎ、ε一定の線では、ｐｅが小さ
い程燃費ｂｅは少なくなるが、ｐ、＝１５ｋｇｆ／ｄ近
辺で極少となる。また、ｐｍｌｐｅ一定でεを大きくす
ると、例えばＩ’　ｅ＝　１３ｋｇｆ／ｄ　−ｐ、−１
３ｏｋｇｆ／ｄの場合です、は少なくなるが、一方１）
、−１７５ｋｇｆ／ｄ近辺ではｂｏの８合で、ｂｅは少
なくなるが前述のようにｐｍＫは上昇限界がある。

以上のことから、各出力において限られたｐ。に対し、
最適なＣが存在することが理解される。そのεの値は、
本発明とは直接関係ないが、爆発度ｐ＝ＲＥＩ　’ｐ　
ｃ＝　ｐｆｎ／（ｐ　、εに）中Ｌ２〜１３である。

このような圧縮比のＩＩＩ整は、現在稼動中の機関にお
いて一部実施されておシ、その−例を第５図に示す。本
図は弁排気ユニフロー掃９Ｋｍ機関を示し、（１）は３
／ｊＪンダで、ピストン（２）が摺動自在に内嵌されて
いる。（３）は５／ｊＪンダカパーで、排気弁（４）を
備えた弁筺（５）がボルト（６）にて取付けられていも
（７）はピストン（２）、シリンダカバー（３）等圧よ
シ形成される燃焼室である。ピストン（２）とピストン
棒（８）との間には、圧縮シム（９）が挟み込まれてい
る。この圧縮シム（９）の厚さを変更することによシ、
ピストン（２）の面における位置、すなわち第３図にお
けるｖ２ｔＩ１１ｓｔ、ている。圧動シム（９）は、ピ
ストン棒（８）の下面に入れる場合もある。

一方、小型機関などにおいても、高負荷時のノッキング
防止、低負荷時の燃費低減、等を目的として、圧縮比変
更機構が採用されている。その第１の例として、特開昭
５８−４１２１９号公報に示されるように、シリンダ軸
に直交する方向に突起物を出し入れして間隙容積を変更
するものが提案されている・また、第２の例として、特
開昭５７−１３７６３５号公報に示されるように、シリ
ンダヘッドに設けた円筒状凹部と燃焼室とを、前記凹部
におけるロー□タリピ：ストンの回転≦もとづく連通孔
の開閉によ）連通、遮断して、容積ｔ−変化させるもの
が提案されている。さらに第３の例として、特開昭５８
−１６５５４２号公報に示されるように％シリンダヘッ
ドに設けた円筒状凹部にピストンを嵌め込み、このピス
トンの動きに６じて容積を変更させるものが提案されて
いる。

発明が解決しようとする問題点 ところが、前述の第５図に示すものでは、シム調整は、
あくまでも機関の解放、組立の際に、七′　　　の機関
の常、用出力時で最適値となるようにするものであシ、
広範囲な運転域で調整し得るものではないという問題点
がある。

また、前述の従来の小型機関へ適用した第１〜第３の例
においては、 ｕ）ｃれらはいずれも点火栓を有する機関での実施例で
あシ、液体燃料を供給するディーゼル機関では、凹部に
おける空気と燃料との混、　合が行なわれＫくく、燃焼
性が悪化する。

（ロ）　凹部からの燃焼ガスの排出が難しくなシ、掃気
勿率が悪化する（特に第２および第３の例の場合）。

（ハ）第１の例の場合、突起物の移動路が内情状となっ
ていないため、シリンダ内ガスのシールが難しい。

に）　凹部あるいは凸部は、シリンダヘッドに存在する
弁、点火栓その他に制約されるために、その変更可能容
積を大きくとれない。

等々、大型機関、特に大型ユニフロー掃気直噴ディーゼ
ル機関等には適用が難しい。

そこで本発明は、大型機関において、機関を解放するこ
となく、機関停止時あるいは極低負荷運転時に、燃焼性
、挿気効平等の機関性能を損なわずに、その圧縮比を変
更し得るようにして、性能改善を図るようにすることを
目的とする。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため本発明は、排気弁を支持する
弁筺をシリンダ軸心方向に移動し得る構成としたもので
ある。

作　　　用− このようなものであると、弁筺ｔ−シリンダ・軸心方向
く移動させることにより、ピストン、弁筺、排気弁等に
て形成される燃焼室の容積を変更することができるため
、機関の圧縮比を任意に変更できる。しかも、この圧縮
比の変更は、弁筺を移動させるだけでよいため、この変
更に際し機関を解放させる必要はなく、機関停止時ある
いは極低負荷運転時に作業できる。

実施例 以下、本発明の一夾施例を、第１図〜第２図にもとづき
、第５図に示すものと同一の部材には同一の番号を付し
て、詳細に説明する。第１図は、第５図と同様の弁排気
ユニフロー挿気型機関を示す。ここで弁筺（６）は円柱
状に形成されて３／リンダカバー（２）に内嵌されてお
シ、シリンダ軸方向く移動可能となっている。弁筺（６
）における５／ｊＪンダカパー（２）との嵌合部には、
シリンダ内ガスをシールスルタめのピストンリング（至
）が設けられテイル。

また、燃焼ガスの漏れを確実に防止するため、最終段の
ピストンリング口よシも後方にチキンパー０４が形成さ
れ、通路（ト）を経て常時２〜３ｋｇｆ／ｄ程度の空気
を充満させである。チャンバーα◆よシもさらに後方に
は、Ｖ−ル用のＯりング（至）が設けられている。

弁筺（ロ）は、ボルト（６）、ナツト（ロ）および長さ
可変スリーブ（ト）によシ、シリンダカバー四に固定さ
れている。長さ可変スリーブ（至）は、ねじ部四によシ
互いに結合される一対のスリーブ部材（７）＠を有して
おり、両スリーブ部材（７）＠を互いに回転させること
により、その長さを変更可能となっている。

次に、このような構成において、機関停止中またけ運転
中に、例えば圧縮比を大きくする場合、すなわち第３図
における容積ｖ２を小さくする場合を説明する。この場
合は弁筺ｃＬ］）ヲ下げることになるが、−まずスリー
ブ部材ｇＱ＠を互いに回転させて長さ可変スリーブ（至
）を短くし、次にナツトαηを操　　　　−作して弁筺
（ロ）を下方に押し下げればよい。なお、　　　　″□
機関運転中はシリンダ（１）の内圧力が大きく変化し；
弁筺（ロ）にガス圧が働くが、これら作業を交互に行な
って少しずつ下げれば、容易に圧縮比を変更できる。

このようにすると、第４図に示すように、機関の部分出
力時に許容最高圧力ｐｍに対応した最適圧縮比εを得る
ことが可能とな）、燃費ｂ８ｔ−大幅に低減できる。す
なわち、第４図において、同−ｐｍで出力ｐ、ｔ−下げ
る場合は、各ｐ６で圧縮比εを調整することによ、ｂ　
、ｂｅを大幅に低減可能となる。例えば、ｐ−＝１７０
ｋｇｆ／ｄの場合は、図中Ａ　、Ｂ　、Ｃ、Ｄのように
調整すればよい。

なお、弁筺（６）に固定される排気管（２）、排気弁駆
動装置□□□および図示しない弁筺冷却水配管は、弁筺
（６）の動きに対応した構成となっている。

すなわち、まず排気管＠においては、弁筺回との接続７
ランジ（財）に、弁筺（６）移動量に見合ったぬすみ（
７）が形成されている。これに対応して、取付ボルト翰
のボルト穴も長穴に形成されている。

また、排気弁駆動装置＠は、排気弁（４）の弁頭部のピ
ストン翰を油圧シリンダ（ホ）内に収め、この油圧シリ
ンダ（ホ）内に供給される作動油によシヒストン（イ）
を押し下げて排気弁（４）を開弁するとともに、ピヌト
ン（財）裏側の空気室四内の圧縮空気によシピストン＠
を押上げて排気弁（４）を閉弁する油圧駆動方式となっ
ている。このため１．油圧シリンダに）への作動油供給
管（１）を第２図に示すような二重構造とし、ＯＵング
（３１１ｆ、設けた摺動部−を構成°することにより対
処できる。

前記弁筺冷却水配管も、前記作動油供給管（１）と同様
な構造とすることができる。

このように本夾施例によると、前述の従来例と対比して
次のような利点がある。

（イ）　第１図に示すように、ユニフロー機関の弁筺（
ロ）の直径（ｄ）は　５／ＩＪンダ（１）の直径（至）
の約１７Ｑ、７前後（断面積比で１／１９　）であシ、
前述の第１〜第３の従来例の凹部の設定可能１１ｉ［径
（Ｄに対してＶ２〜１／３と考えられ、断面積比で１／
４〜１／９　となる）より大きくとれる。このため、燃
焼室（７）の容積の必要変更量に対する弁筺（６）の移
動量を、従来に比べ著しく小さくできる。

また、変史量を大きくとれる。

（ロ）　そのため、従来の凹部のような燃料と空気との
混合への悪影響が少ない。これとともＫ。

通常無冷却の排気弁は高負荷時に高温となるが、本例の
場合、高負荷時には、第４図に示すように圧縮比を下げ
るべく排気弁（４）は燃焼室（７）中央部から遠のく方
向に移動するため、火炎による加熱作用が低減し、その
温度を低下させる効果もある。

（ハ）　弁筺（６）とシリンダカバー（２）とで形成さ
れる凹部間に溜った燃焼ガスは、排気弁（４）の開動と
ともに最初に排出されるため、掃気効率の低下を招くお
それが全くない。

に）第５図における従来の固定式の弁筺（５）を移動式
とするだけでよいため、シリンダカバー（２）や弁筺Ｉ
自体の構造は簡単なものとすることができる。

発明の効果 以上述べたように本発明によると、弁筺を移動。

させることによシ機関の圧縮比を任意に変更することが
でき、しかもこの圧縮比の変更、に際しては、機関を解
放させる必要はなく、機関停止時あるいは極低負荷運転
時に作業できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図はその要部
の拡大図、第３図はサバテサイクルの理論ｐ−Ｖ線図、
第４図は各出力における燃費のシミエレート解析結果を
示す図、第５図は従来例を示す図である。 （１）・・・シリンダ、（４）・・・排気弁、（７）・
・・燃焼室、辿・・・弁筺、（２）・・・シリンダカバ
ー、（ト）°°°長さ可変３り一プ 代理人　　　森　　本　　義　　弘 ・い ′ｐＩ轟鋤平Ｐｉ７ｊ＃妨反：　Ｐｔｈシリンダ゛肉＄
７％Ｙ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　排気弁を支持する弁筺をシリンダ軸方向に移動し
   得る構成としたことを特徴とする可変圧縮比ディーゼル
   機関。