JPS6365121A - ２サイクルデイ−ゼルエンジン - 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〕 本発明はクランク室圧縮式の２サイクルデイーゼルエン
ジンに関するものである。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジンは、空気のみをシリンダ内に吸入し
、圧縮工程路わり付近で高温高圧となった空気中に燃料
を噴射することによって、燃料を自己着火させるもので
ある。したがって、従来、ディーゼルエンジンは、圧縮
温度を高めるために、高圧縮比とされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このため、ディーゼルエンジンおいては、−Ｓ的に知ら
れているように、熱効率が高い利点がある反面、圧縮比
が高くされるのに伴ってシリンダ内の圧力が高くなる不
具合があった。その結果、機関に大きな強度が要求され
、機関重量が嵩む欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はこのような事情に迄みなされたもので、シリン
ダ内の圧力上昇が実質的に抑えられる２サイクルデイー
ゼルエンジンを提供するものである。

本発明に係る２サイクルデイーゼルエンジンは、掃気孔
および排気孔を有するシリンダの上方を、燃料噴射弁を
装着したシリンダヘッドで覆い、排気孔の上部排気通路
側に、排気孔の上縁の高さを選択的に上下させる圧縮比
可変手段を設けたものである。

〔作用〕

本発明においては、高負荷運転域において排気孔の上縁
を高くすることによって圧縮開始タイミングが遅くなり
圧縮比が低（くなるので、シリンダ内の圧力上昇が抑え
られ、始動時や低負荷運転域においては排気孔の上縁を
低くすることよって圧縮開始タイミングが早くなり圧縮
比が高くなるので、容易な始動ならびに安定した燃焼が
得られる。

〔実施例〕

先ず、具体的な実施例の説明に入る前に、本発明がなさ
れるに至った経緯について説明する。一般にディーゼル
エンジンは、機関の高負荷運転域において、最適な燃焼
状態が得られるように設定されており、機関に加わる負
荷の大きさや圧縮比や給気比などさまざまな要因によっ
て燃焼状態が微妙に変化することが知られている。

そこで、本出願人は、ディーゼルエンジンにおいて、こ
れらさまざまな要因の燃焼に及ぼす影響について考察な
らびに考察に基づいて実験を繰返し行った。その結果、
低負荷運転域においては燃料の噴霧密度が小さく、始動
時においては燃料噴射量は多いが燃焼室温度が低いため
に、圧縮比を高（して噴射開始時の圧縮温度を十分に高
くしないと安定した燃焼が得られないが、高負荷運転域
においては、始動時や低負荷運転域に比較して圧縮比を
低くしても安定した燃焼が得られることを見出したので
ある。これは、高負荷運転域においては、燃料の噴射量
が多いために、燃料が自己着火しうる圧縮温度でさえあ
れば安定した燃焼が得られると考えられることによる。

すなわち、自己着火した燃料は発熱して温度を上昇させ
ながら燃焼するため、続いて噴射される燃料が速やかに
蒸発しながら良好に燃焼すると考えられる。

次に、本発明の一実施例を図により詳細に説明する。第
１図は本発明に係る２サイクルデイーゼルエンジンを示
す断面図で、同図において符号１で示すものはクランク
室圧縮式の２サイクルエンジンを示す。このエンジン１
はクランク軸２のジャーナル部２ａを回転自在に軸承し
、クランク腕２ｂおよびクランクピン部２Ｃを収容する
クランク室を形成しているクランクケース３と、このク
ランクケース３の上方に配設されピストン４を収容した
シリンダ本体５と、このシリンダ本体５で形成されたシ
リンダ６の上方を覆って燃焼室７を形成するシリンダヘ
ッド８などから構成されている。９は前記クランク軸２
とピストン４とを連結する連接棒、１０はピストン４の
環状溝に嵌着されたピストンリングである。

前記シリンダ本体５は、アルミ合金製で外周面に冷却フ
ィン１１が一体に形成されたシリンダケーシング５・ａ
と、このシリンダケーシング５ａに鋳込まれた円筒状の
シリンダライナ５ｂとからなり、このライナ５ｂによっ
てピストン４を摺動自在に保持するシリンダ６が形成さ
れている。

前記シリンダヘッド８はアルミ合金製で外周面に冷却フ
ィン１１が一体に形成されている。１５は副燃焼室で、
シリンダヘッド８に固定された鋳鋼製の副燃焼室形成部
材１６と鋳鉄やセラミック等からなるホットプラグ１７
によって、シリンダ６上の中央部に形成されている。１
８は副燃焼室１５と前記燃焼室７とを連通ずる連絡通路
、１９は先端部を副燃焼室１５に臨ませるようにシリン
ダヘッド８に装着された燃料喰射弁であり、噴射管で図
示しない燃料噴射ポンプに接続されている。

前記シリンダ６の周面には、−個の排気孔２１およびそ
の両側に複数個の掃気孔２２が開口されている。この排
気孔２１の上縁の高さ、燃焼室７の容積および副燃焼室
１５の容積は、高負荷運転域において安定した燃焼を可
能とする最低限あるいはそれよりも僅かに大きい圧縮圧
（１３〜１６ｋｇ　／　ｃＪ稈度）が得られる圧縮比と
なるように設定されている。換言すれば、一般的なディ
ーゼルエンジンに比較して低い圧縮比とされている。前
記排気孔２１は、排気孔２１から斜め下方へ向かって延
びる排気通路２３に連通されている。一方、掃気孔２２
は掃気通路でクランク室に連通されている。２５は排気
孔２１の反対側のシリンダ周面に開口された吸気孔で、
吸気孔２５から斜め上方へ向かって延びる吸気通路２６
に連通されている。

２７は吸気通路２６の途中に設けられたり−ド弁で、ピ
ストン４の下側が負圧のときに吸気通路２６を開いて空
気をクランク室に供給するものである。

３１はシリンダ周面に設けられた排気孔２１の上部であ
って排気通路２３側に設けられた圧縮比可変手段として
の弁装置である。この弁装置３１はシリンダケーシング
５ａの保持孔３２に挿通されることによってシリンダ６
の軸線に対して傾斜した状態に進退自在に保持された弁
体３３と、この弁体３３を駆動するＬ字状の駆動アーム
３４などから構成されている。弁体３３は板状に形成さ
れ、先端部は第２図に第１図のｎ−ｎ線断面図を示すよ
うに円弧面を有している。これは、排気孔２１内に臨ん
でシリンダライナ内面の一部を形成し、排気孔２１の上
縁よりも下方においてシリンダ６内と排気通路９とを仕
切るためである。ここで、弁体３３は前進したときに、
段差部３３ａが凹陥部３５の底面に係合することによっ
て、先端がシリンダライナ内面と等しくなるように設定
されている。また、先端の高さは容易な始動および低負
荷運転域において安定した燃焼を可能とする最低限の圧
縮圧（１８ｋｇ／ｃｏ！程度）が得られる圧縮比となる
ように設定されている。

駆動アーム３４は支持軸３６で揺動自在に支持され、一
端側には弁体３３の側部に固定された駆動ビン３７と係
合する係合爪３８が設けられ、他端側には駆動アーム３
４を図中反時計方向に付勢するばね３９および、このば
ね３９の弾↑８力に抗して駆動アーム３４を時計方向に
揺動させる駆動ワイヤ４０が取付られている。駆動ワイ
ヤ４０は手動で操作する駆動装置、あるいはエンジン１
の回転速度や出力等を検出し状態に応じて自動的に作動
する駆動装置に連結されている。

すなわち、この弁装置３１は弁体３３でシリンダ６内と
排気通路２３との間を排気孔２１の上縁よりも下方にお
いて仕切られた状態とし、実質的に排気孔２１の上縁を
弁体３３の前端縁とすることによって、排気孔２１の上
縁の高さを選択的に上下させるように構成されている。

このように構成された２サイクルデイーゼルエンジンに
おいては、クランク室圧環式の２サイクルガソリンエン
ジンと同様に作動するが、弁体３３を排気孔２１に対し
て進退自在としているので、駆動ワイヤ４０を操作して
駆動アーム３４を回動させることにより、弁体３３を排
気孔２１内に臨むように前進させたり、排気孔２１内か
ら後退させることができる。

したがって、高負荷運転域においては弁体３３を排気孔
２１から後退させると、ピストン上面と排気孔２１の上
縁とが一致したときから圧縮が開始されるので、圧縮比
を低くすることができる。

すなわち、圧縮開始タイミングが遅（なり、第１図中Ａ
で示す短いストロークにおいて圧縮が行われるからであ
る。その結果、圧縮圧力を低くすることができるので、
その分燃料噴射後にシリンダ内圧力が上昇するのを抑え
ることができる。ここで、高負荷運転域においては、燃
料の噴射量が多（自己着火しやすい状態となっているの
で、圧縮比を低くしても燃焼が不安定になることはない
。

一方、燃焼室温度が低かったり燃料の噴射量が少なかっ
たりして燃焼が不安定になりやすい始動時や低負荷運転
域においては、弁体３３を排気孔２１内に臨ませ、弁体
３３の前端とピストン上面とが一致したときから圧縮を
開始させることができるので、圧縮比を高くすることが
できる。すなわち、圧縮開始タイミングが早くなり、第
１図中Ｂで示す長いストロークで圧縮が行われるからで
ある。その結果、圧縮温度を高めて、容易な始動ならび
に安定した燃焼を得ることができる。ここで、低負荷運
転域においては燃料の噴射量が少なく、始動時において
は燃焼室温度が低いために、燃料噴射後のシリンダ内圧
力は高負荷運転域のように上昇することがない。

したがって、シリンダ内の圧力上昇が大きい高負荷運転
域において圧力上昇を抑えることができるので、実質的
にシリンダ内圧力が上昇するのを抑えることができる。

そのため、シリンダ内圧力の低下に伴って要求される機
関強度も小さくなり、機関の軽量化がはかれる。そして
、この軽量化によって往復動部品や回転部品に加わる慣
性力を軽減でき、エンジン回転速度を高くすることがで
きるので、エンジン出力の向上がはかれる。また、ガソ
リンを混合した空気を圧縮する場合に比較して圧縮温度
を高くすることができるので、ガソリンエンジンに比較
して熱効率が高められ、燃料消費量が低くなる。

さらに、ディーゼルエンジンの機関強度をガソリンエン
ジンの機関強度に近づけることも可能になるから、ガソ
リンエンジンを構成する部品の多くを、そのままの状態
であるいは材質を変更したり簡単な加工を施したりする
ことによってディーゼルエンジンに転用し、ガソリンエ
ンジンの生産設備の多くを流用したディーゼルエンジン
の製造が可能になるという実用上の効果も期待できる。

第３図は他の実施例を示す要部の断面図で、第１図に示
すものと同一あるいは同等な部材には同一符号を付しそ
の説明は省略する。この実施例においては、断面短冊状
のバイパス通路５１とこの通路を開閉する回転弁５２と
から圧縮比可変手段が構成されている。すなわち、バイ
パス通路５１の一端は第３図中矢印■方向から見た側面
図を第４図に示すように、排気孔２１の上縁よりも上方
において開口された第２排気孔５３に接続され、他端は
排気通路２３の上面に開口されている。

前記回転弁５２はバイパス通路５１の高さよりも大きな
外径を有し、バイパス通路５１を横貫した状態で回転自
在に支持されており、中央部には第５図に示すようにバ
イパス通路５１を連通させる開口部５４が設けられてい
る。５５は回転弁５２の一端に軸装されたプーリであり
、駆動ワイヤ５６の操作によって回転弁５２を回転させ
るものである。

したがって、回転弁５２が第３図に示す状態にあるとき
は、バイパス通路５１によってシリンダ６内と排気通路
２３とが連通されているため、ピストン４の上面と第２
排気孔５３の上縁とが一致したときから圧縮が開始され
る。一方、回転弁５２が回転し第６図に示すようにバイ
パス通路５１が閉塞された状態になると、ピストン４の
上面と排気孔２１の上縁とが一致したときから圧縮が開
始される。すなわち、高負荷運転域においてはバイパス
通路５１を開いて圧縮比を低（し、始動時や低負荷運転
域においてはバイパス通路５１を閉じて圧縮比を高くす
ることができるので、実質的にシリンダ内の圧力上昇が
抑えられる。

なお、上記実施例においては、吸気孔２５をシリンダ周
面に開口した例について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、クランク室に開口してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、掃気孔および排気
孔を有するシリンダの上方を、燃料噴射弁を装着したシ
リンダヘッドで覆い、排気孔の上部排気通路側に、排気
孔の上縁の高さを選択的に上下させる圧縮比可変手段を
設けたから、高負荷運転域において排気孔の上縁を高く
することによって圧縮開始タイミングが遅くなり圧縮比
が低く（なるので、シリンダ内の圧力上昇が抑えられ、
始動時や低負荷運転域においては排気孔の上縁を低くす
ることよって圧縮開始タイミングが早くなり圧縮比が高
くなるので、容易な始動ならびに安定した燃焼が得られ
る。

したがって、シリンダ内の圧力上昇が大きい高負荷運転
域において上昇を抑えることができるので、実質的にシ
リンダ内圧力が上昇するのを抑えることができる。その
結果、部品の軽量化によって部品に加わる慣性力を軽減
し、エンジン回転速度を高くして出力の向上がはかれる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る２サイクルデイーゼルエンジンを
示す断面図、第２図は第１図の■−■線断面図、第３図
は他の実施例を示す要部の断面図、第４図は第３図中矢
印■方向から見た側面図、第５図は第３図のＶ−Ｖ線断
面図、第６図は回転弁がバイパス通路を閉じた状態を示
す要部の断面図である。 ４・・・・ピストン、５・・・・シリンダ６内、８・・
・・シリンダヘッド、２１・・・・排気孔、２２・・・
・掃気孔、３３・・・・弁体、３４・・・・駆動アーム
、５１・・・・バイパス通路、５２・・・、・回転弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. クランク室に連通された掃気孔および排気通路に連通さ
   れた排気孔を有するシリンダの上方を、燃料噴射弁を装
   着したシリンダヘッドで覆い、前記排気孔の上部排気通
   路側に、排気孔の上縁の高さを選択的に上下させる圧縮
   比可変手段を設けてなる２サイクルディーゼルエンジン
   。