JPS6134319A - 過給機付直噴デイ−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、過給機付直噴ディーゼルエンジンの吸気装置
に関する。

〔従来技術〕

過給機付エンジンにおいては、エンジン回転数が高くな
る程、高出力が得られるが、低速回転時には高いトルク
が得られないという宿命がある。

一方、自動車用のエンジンのトルクは、エンジンの中速
回転時において最大のトルクを得られるようにすること
が望ましい。

そこで低中速回転時にも出来るだけ高いトルクが得られ
るように過給性能の優れた過給機を用いて過給圧を高め
ようとすると、高速回転時に過給圧が高くなり過ぎ、燃
焼室の温度、圧力がエンジンの信頼性を維持するのに必
要な許容限界値を越えてしまうことになる。従って低中
速回転時には過給機の性能を十分に発揮させる一方２逆
に高速回転時には過給機の性能を抑えればよい。これを
実現するのに、吸気通路の途中にウェストゲートバルブ
を設け、高速回転時に吸気の一部をウェストし過給圧の
上昇を抑える手法と、吸気通路の途中にタイミングバル
ブを設け、高速回転時には吸気バルブが開いている途中
でタイミングバルブを早閉じして過給度すなわち充填効
率を抑えるミラーサイクルの手法とが知られている。

上記ミラーサイクル機関としては、第５図に示す如く、
シリンダヘッド４０に形成された吸気口４１に吸気弁４
２が設けられ、吸気口４１に連なる吸気管４３内には制
御弁としてのロータリーバルブ４４の設けられた構造が
提案されている（特開昭５５−１４８９３２号公報）。

この機関の場合、ロータリーバルブ４４の閉弁タイミン
グが第３図に実線で示す低速回転時の状態から一点鎖線
で示すように進角側にシフトする高速回転時の状態では
、過給圧と行程容積の関係は第４回に示すＰ−Ｖ線図の
ようになる。同図において、　　ｐ−ｖ曲線は吸気・圧
縮・爆発・膨張・排気の各行程に伴ない■−■−■−■
−■−■−■のように変化するが、特に吸気行程のうち
、吸気弁が開いた状態でロータリーバルブ４４が早閉じ
してなおもピストンが降下する行程（図中■−■）では
、吸気圧が降下して吸気の膨張（断熱膨張）が起り温度
降下が生じる。

このようにミラーサイクル機関の場°合は、吸気行程の
途中から圧力降下、温度降下が生じて燃焼室の初期圧力
、初期温度を下げることに≧なり、結局、最高圧力ｐｍ
ａｘ、最高温度Ｔｍａｘもミラーサイクルを用いない場
合に比べて所定レベルだけ降下することになり、単に過
給度を抑えるというだけでなく、充填効率をさほど犠牲
にすることなく燃焼室の最高温度Ｔ　ｍａｘを下げるの
で、先述した低中速回転時の過給圧を十分高め、かつ高
速回転時の過給圧、最高温度を抑えるという目的に適っ
たものということが出来る。

ところが、燃焼室でのスワールが燃焼性に大きな影響を
及ぼす直噴ディーゼルエンジンにおいて、上記従来のミ
ラーサイクルの方式を採用した場合には、ロータリーバ
ルブが早閉じする高速回転でスワールの生成に寄与する
吸気期間が短縮されることになり、圧縮して着火燃焼す
るまでにスワールが弱まってスモーク増を来たすなど燃
焼性を著しく悪化し、出力低下を招くという問題が生じ
る。

〔発明の目的） 本発明は、上記従来例の問題点を考慮してなされたもの
で、ミラーサイクルの手法を用いた場合のタイミングバ
ルブの早閉じに伴なう燃焼室でのスワールの減衰、換言
すると燃焼性の低下及びそれに伴なう出力低下を防止す
ることの出来る過給機付直噴ディーゼルエンジンの吸気
装置の提供を目的とするものである。

〔発明の構成〕

本発明は、過給圧の上昇に伴ない早閉じする吸気タイミ
ングバルブを過給機下流の吸気通路の途中に設けて、高
速回転時の過給圧を所定レベルに抑えるミラーサイクル
の手法を用いた過給機付赦噴ディーゼルエンジンの吸気
装置であって、スワールの強さを変えるスワール可変手
段を吸気ボートに連なる吸気タイ越ングバルブ下流の吸
気路に設け、過給圧の上昇に伴ない上記スワール可変手
段を制御手段によりスワール強化側にシフトするように
構成し、吸気タイミングバルブの早閉しに伴なう吸気期
間の短縮に起因して、スワールが減衰するのを防止する
ようにしたことを特徴とするものである。

〔実施例〕

本発明の一実施例を、第１図乃至第４図に基づいて以下
に詳述する。

第１図は本発明を適用し々４サイクル・直噴ディーゼル
エンジンを示すもので、排気タービン２とこれに直結す
るブロア３とでターボ過給機４が構成され、そのブロア
３により吐出される圧縮空気を吸気通路５の吸気マニホ
ールド６を経てその各吸気枝管６ａへ供給するようにさ
れている。

前記各吸気枝管６ａは、これらの枝管に対応する複数の
開ロアａを有するロータリーバルブ７により開閉制御す
るように構成されている。このロータリーバルブ７は、
過給圧の上昇に伴ない早閉しする吸気タイミングバルブ
として機能するものであって、ロータリーバルブ７の各
開ロアａは。

開弁時期と閉弁時期が約９０度の回転角度ごとに交互に
繰り返されるようにそれぞれ設定されている。

一方、ディーゼルエンジンＩの図示しないクランク軸の
一端には、これと一体回転するようにアイドル軸８が連
結され、このアイドル軸８の端部にはアイドルギア９が
枢着し固定されている。このアイドルギア９には、これ
と歯数比１：２をなすタイミング歯車１０が噛合してい
る。前記ロータリーバルブ７の軸端には従動軸１１が一
体に形成され、この従動軸１１と前記タイミング歯車１
０の回転軸１２とが同一軸線上に位置するように配置さ
れると共に、互いの軸間はスリーブ１３によって連結さ
れて回転軸１２の回転がロータリーバルブ７に伝達され
るように構成されている。

上記従動軸１１の連結端部及び回転軸１２の連結端部に
は、それぞれヘリカ□ルスプライン１１ａ。

１２’ａが相互に反対方向の捩れをなすように形成され
、これらスプラインｌｌａ、１２ａに対して前記スリー
ブ１３の内周に形成された図示しない係合歯が噛合して
いる。スリーブ１３の外周に形成された環状の係止溝１
３ａには、このスリーブ１３の軸方向に揺動しうるよう
にビン１４で枢支したレバー１５の一端が係合し、レバ
ー１５の揺動によりタイミング歯車１０の回転軸１２に
対する従動軸１１の相対回動位置が所定の角度だけ円周
方向に変位するように構成されている。

上記レバー１５の他端は、ダイアフラム式アクチュエー
タ１６の作用ロッド１７に連結され、アクチュエータ１
６の加圧室１８は管路１９を介して先述の吸気通路５に
連通している。そして、過給圧の上昇に伴なうアクチュ
エータ１６の作用ロッド１７の前進動作をレバー１５を
介してスリーブ１３に伝え、これによりロータリーバル
ブ７を進角側に回動調整するようにされている。上記ア
クチュエータ１６の作用ロッド１７には、別にポテンシ
ョメータ等から成るポジションセンサ２０を接続させて
あり、過給圧の上昇に伴なう作用ロッド１７の進出量、
換言するとロータリーバルブ７の進角量を上記ポジショ
ンセンサ２０で検出するようにされている。

ディーゼルエンジン１の各燃焼室１ａに対応するそれぞ
れの吸気枝管６ａ−の、ロータリーバルブ配設部から燃
焼室１ａに至る管路は、ヘリカルポート２１の吸気路と
ダイレクショナルポート２２の吸気路の２つから成り、
ヘリカルポート２１に至る吸気によって燃焼室１ａにス
ワールが生成するようにされている。即ち２図示の実施
例において、吸気ポートは、スワール生成に寄与するヘ
リカルポート２１と、スワール生成に寄与しないダイレ
クショナルポート２２の２つから構成される。一方、各
ダイレクショナルボート２２に連なる゛　　吸気路には
それぞれ絞り弁２３が配設され、これら絞り弁２３は平
行り゛ンク２４を介してダイアフラム式アクチュエータ
２５に連結されている。上記アクチュエータ２５は、先
述のポジションセンサ２０の検出信号を制御量として受
ける制御装置２６により、先述のロータリーバルブ７の
進角に同期して前記絞り弁２３が閉弁側に作動するよう
ゝに制御すべく構成されている。第２図はその制御機構
の具体的な構成を示したもので、前記アクチュエータ２
５の負圧室２７はデユーティバルブ２８を介してバキュ
ームポンプ２９に連通し、ハキュ□　−ムポンブ２９の
吸引作用により、絞り弁　２３が閉弁側に変位するよう
にアクチュエータ　２５を作動させる一方、絞り弁２３
の開度を左右する上記デユーティバルブ２８の開度制御
を制御装置２６によって行なうように構成されている。

次に、上記実施例の動作について説明する。

□　　エンジン１の駆動に伴ない６クランク軸の回転は
アイドルギア９よりタイミング歯車１０へ１／２の回転
速度に減速して伝達され、タイミング歯車１０の回転は
１回転軸１２．スリーブ１３．従動軸１１を介してロー
タリーバルブ７に伝達される。このロータリーバルブ７
の回転により、ヘリカルポート２１及びダイレクショナ
ルポート２２に連なる２経路から成る吸気路は、吸気弁
と同様にクランク軸の回転角度にして約１８０度を超え
る所定の区間だけ開弁される。

次に、排気管３０より過給機４の排気タービン２に流入
する排気ガス量の少ない、即ち過給圧の低い低中速回転
時においては、ダイアフラム式アクチュエータ１６の加
圧室１８へ及ぶ圧力が小さいので、このアクチュエータ
１６に設けられたばね３１の付勢力に抗して作用ロッド
１７が十分に進出するまでには至らず、タイミング歯車
１０の回転軸１２とロータリーバルブ７の従動軸１１と
は、各燃焼室１ａの吸気弁の開弁時期に対しこれに対応
するロータリーバルブ７の開弁時期が第３図に実線で示
すように略一致するような相対回動位置に維持される。

この低中速回転時には、上記したようにアクチュエータ
１６の作用ロッド１７の進出量が少なく、ポジションセ
ンサ２０の検出信号値も小さい。

従って、このポジションセンサ２０の検出信号を受ける
制御装置２６はデユーティバルブ２８の開度を十分に絞
り、そのためアクチュエータ２５の負圧室２７に対する
バキュームポンプ２９の吸引作用が弱く負圧室２７の負
圧が小さく、アクチュエータ２５のばね３２の付勢力に
より、平行リンク２４が第１図及び第２図において左方
へ変位しており、絞り弁２３は第１図に示すように開弁
状態に保持される。即ち、低中速回転ではその吸気行程
において、吸気ガスはヘリカルポート２１とダイレクシ
ョナルポート２２の２経路より燃焼室１ａへ流入するこ
とになる。ダイレクショナルポート２２を経て流入する
一部の吸気ガスはスワールを生成しないが、低中速回転
ではロータリーバルブ７が早閉じせず吸気期間が長いの
で、ヘリカルポート２１を経て流入する吸気ガスによっ
て生成されるスワールは着火に至るまで減衰せず、燃焼
性が損なわれることはない。

一方、エンジン１が高速回転に移行すると、排気管３０
より過給機４の排気タニビン２に流入する排気ガス量が
増大して、ブロア３が高速回転し過給圧が高まる。その
ためアクチュエータ１６の加圧室１８に過給圧の上昇が
伝わり、その作用口　　　　　　　１ツド１７の進出量
が低中速回転時に比べて増大する。これにより、レバー
１５が第１図において時計方向に揺動して、スリーブ１
３は同図の右方へ押動され、スリーブ１３の内周側に形
成された図示しない係合歯がヘリカルスプライン１１ａ
。

１２ａ上を摺動して１回転軸１２に対する従動軸１１の
相対回動位置は、各燃焼室１ａの吸気弁の開弁期間に対
しこれに対応するロータリーバルブ７の開弁時期が第３
図に１点鎖線で示すように進角側にシフトするところま
で変位する。

このような動作によって、高速回転時には各燃焼室１ａ
の吸気期間が短縮され過給圧の上昇が抑えられるので、
第４図に示すＰ−■曲線のように吸気行程において、■
→■のように断熱膨張が生じて、エンジン１の最大温度
Ｔｍａｘ　、　７１大圧力Ｐ　ｍａｘが所定レベルに抑
えられる。

また上記高速回転時において、過給圧検知用のアクチュ
エータ１６の作用ロッド１７の進出量が増大することに
より、ポジションセンサ２０の検出信号値も大きくなる
。従って、このポジションセンサ２０の検出信号を受け
る制御装置２６はデユーティバルブ２８の開度を十分絞
らず、そのためアクチュエータ２５の負圧室２７に対す
るバキュームポンプ２９の吸引作用が強まり、第２図に
示すように上記負圧室２７に設けられたばね３２の付勢
力に抗して平行リンク２４は図中の右方へ押され、絞り
弁２３は閉弁状態に移行し、吸気行程において、吸気ガ
スはヘリカルポート２１のみより燃焼室１ａへ流入する
ことになる。即ち、高速回転ではその吸気行程において
、吸気弁に先立ちロータリーバルブ７が早閉じするため
、吸気期間が短縮されることになるが、このとき吸気ガ
スの全量がスワールの生成に寄与するヘリカルポート２
１のみから燃焼室１ａへ流入するので、吸気期間の短縮
によるスワールの減衰が防止され、スワール減衰に伴な
うスモーク増、ひいてはエンジン１の出力低下が回避さ
れる。

上記実施例では、吸気ポートとしてスワールの生成に寄
与するへりカノヒポート２．１と、スワールの生成に寄
与しないダイレクショナルポート２２の２つを並設し、
ダイレクショナルポート２２の吸気路を絞り弁２３で開
閉することにより低中速回転時と高速回転時とでスワー
ルの強度を変えるようにしているが、これに代えて、吸
気ポートをヘリカルポートのみで構成すると共に、この
ヘリカルポートにガイドベーンを変位可能に設け、ガイ
ドベーンの変位によりスワールの強度を変えるようにし
てもよい。

〔発明の効果〕

本発明は５以上のように過給圧の上昇に伴ない早閉じす
る吸気タイミングバルブとしてのロータリーバルブを吸
気通路の途中に設りた過給機付直噴ディーゼルエンジン
であって、吸気ポートに連なる吸気路に設けられたスワ
ール可変手段を、過給圧の上昇に伴ない制御手段によっ
てスワール強化側にシフトするように構成したものであ
る。それ故、高速回転での吸気タイミングバルブの早閉
じに伴ない吸気期間が短縮されることに起因して生じる
スワールの減衰を防止でき、スモーク増など燃焼性の悪
化ひいてはエンジンの出力低下を回避することが出来る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体概略構成図、第２
図はその要部を示す概略説明図、第３図はミラーサイク
ルを適用したエンジンの吸気タイミングを示すグラフ、
第４図はミラーサイクルを通用した場合のｐ−ｖ線図、
第５図は従来のミラーサイクル機関を示す要部断面図で
ある。 １はディーゼルエンジン、４はターボ過給機、　。 ７はロータリーバルブ（吸気タイミングバルブ）、１６
はアクチュエータ、２０はポジションセンサ、２１はヘ
リカルポート（吸気ポート）、２２はダイレクショナル
ポート（吸気ポート）、２３は絞り弁（スワール可変手
段）、２５はアクチュエータ、２６は制御装置である。 第１図 會 ｚ １−、−− 第３図 第５図 第４図 打檄園■ 弓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、過給圧の上昇に伴ない早閉じする吸気タイミングバ
   ルブを過給機下流の吸気通路の途中に設けた過給機付直
   噴ディーゼルエンジンの吸気装置であって、吸気ポート
   に連なる吸気タイミングバルブより下流の吸気路に設け
   られスワールの強さを変えるスワール可変手段と、過給
   圧の上昇に伴ない前記スワール可変手段をスワール強化
   側にシフトする制御手段とを備えた過給機付直噴ディー
   ゼルエンジンの吸気装置。 ２、前記吸気ポートはスワール生成に寄与するヘリカル
   ポートとスワール生成に寄与しないダイレクショナルポ
   ートの２つから成り、前記スワール可変手段は上記ダイ
   レクショナルポートの吸気路に設けられた絞り弁から成
   る特許請求の範囲第１項記載の過給機付直噴ディーゼル
   エンジンの吸気装置。