JPH03117620A - 2サイクルディーゼルエンジン - Google Patents

2サイクルディーゼルエンジン

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JPH03117620A
JPH03117620A JP1253929A JP25392989A JPH03117620A JP H03117620 A JPH03117620 A JP H03117620A JP 1253929 A JP1253929 A JP 1253929A JP 25392989 A JP25392989 A JP 25392989A JP H03117620 A JPH03117620 A JP H03117620A
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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、圧縮比を′二段階的に切り換えるようにした
2サイクルディーゼルエンジンに関する。
[従来技術] 2サイクルディーゼルエンジンでは、吸入空気のみを一
次圧縮し、この空気を掃気口を介してシリンダの燃焼室
に導くとともに、この燃焼室内で二次圧縮し、この圧縮
により高温となった燃焼室内に燃料を噴射して自己着火
させている。
そして、この種のディーゼルエンジンにおいて、従来、
例えば「特開昭63−65121号公報」には、始動時
から低・中速運転域に亘って圧縮比を高めるとともに、
高速運転域では逆に圧縮比を低く抑え、始動性の改善と
出力の向上を図るための構成が開示されている。
[発明が解決しようとする課題] ところで、始動時から低・中速運転域において圧縮比を
高めた場合、燃料噴射時における空気の圧縮温度が高く
なるので、着火性が良好となり、着火遅れ期間が短縮さ
れる傾向にある。すると、燃焼速度が急激に早くなり、
燃焼温度も高くなるため、燃焼室内で窒素と酸素とが反
応し合って窒素酸化物(NOx)の排出量が増加する不
具合がある。
また、燃焼温度が高くなることに伴い、ディーゼルエン
ジン特有のノック音も大きくなるといった弊害が生じて
くる。
本発明はこのような事情にもとづいてなされたもので、
圧縮比を高めた運転域でのNOxの排出量を減少させる
ことができ、しがも、ノック音の発生も抑えることがで
きる2サイクルディーゼルエンジンの提供を目的とする
[課題を解決するための手段] そこで、本発明においては、ピストンによって開閉され
る排気口を有するシリンダブロックと、このシリンダブ
ロックに連結され、上記ピストン頭部との間で燃焼室を
形成するシリンダヘッドと、このシリンダヘッドに設け
られた燃料噴射弁とを備え、上記シリンダブロックに、
エンジン四転数が低・中速運転域に達した際に上記排気
口のシリンダヘッドに対する開゛口高さを低くして、圧
縮比を高めるとともに、高速運転域では上記排気口の開
口高さを高くして圧縮比を低くする圧縮比可変手段を設
けた2サイクルディーゼルエンジンにおいて、 上記燃料噴射弁の噴射時期を、中速運転域から低速運転
域に亘って遅角させるとともに、上記圧縮比可変手段に
よって圧縮比が高められた際に、上記噴射時期の遅角量
を一時的に増大させる遅角手段を設けたことを特徴とし
ている。
[作用] この構成によれば、高圧縮比への移行に際して、燃料の
噴射時期の遅角量を一時的に増大させたので、燃焼室内
での燃焼が緩慢となり、高圧縮比化により着火遅れ期間
が短くなった分を相殺することができる。
このため、燃焼室内での急激な燃焼が抑制されるから、
燃焼温度を低く抑えることができ、NOxの排出量を低
減できる。
また、燃焼温度が下がることにより、ノッキングも発生
し難くなり、ノック音を低減することができる。
[実施例コ 以下本発明の一実施例を、第1図ないし第10図にもと
づいて説明する。
第9図および第10図は自動車用の2サイクル3気筒デ
イーゼルエンジンを示し、図中符合1で示すクランクケ
ース内にはクランク軸2が収容されている。クランクケ
ースl上にはシリンダブロック3およびシリンダヘッド
4が連結されている。
シリンダブロック3内には三つのシリンダ5がクランク
軸2の軸方向に並置されており、各シリンダ5内のピス
トン6はコンロッド7を介してクランク軸2上のクラン
クビン2aに連結されている。
ピストン6の頭部とシリンダヘッド4との間には、シリ
ンダ5毎に燃焼室8が形成されている。
そして、このシリンダヘッド4に各燃焼室8に連なる渦
室式の副燃焼室9と、この副燃焼室9に臨む燃料噴射弁
10およびグロープラグ11が取り付けられている。
シリンダブロック3には複数の掃気口12が形成されて
いる。掃気口12の一端はシリンダ5の内面に開口され
て、上記ピストン6にて開閉されるようになっており、
この掃気口12の他端はクランクケースl内のクランク
室13に開口されている。
また、シリンダブロック3には主排気口14と副排気口
15が形成されている。これら排気口14.15の一端
はシリンダ5の内面に開口されて、上記ピストン6にて
開閉されるようになっており、主排気口14の他端はシ
リンダブロック3の外方に開口されている。副排気口1
5の一端は第2図に示すように、主排気口14よりもシ
リンダヘッド4側にずれた高い位置に設けられており、
この副排気口15の他端は主排気口14内に開口されて
いる。
なお、各シリンダ5の主排気口14には排気管21が連
結されている。
シリンダブロック3の副排気口15の中間部に対応する
位置には、第1図にも示すように、この副排気口15と
交差してクランク軸2の軸方向に延びる円形の貫通孔1
6が形成されている。そして、この貫通孔16内には、
圧縮比可変手段としての開閉弁17が設けられている。
開閉弁17は円柱状をなすとともに、上記貫通孔I6内
に軸回り方向に回動可能に装着されており、これら開閉
弁17はジヨイント18を介して互いに連結されている
。各開閉弁17の副排気口15に臨む位置には、径方向
に沿う連通孔19が形成されており、この開閉弁17は
ステッピングモータ20によって、上記連通孔19が副
排気口15に合致する開き位置と、連通孔19が副排気
口15から外れる閉じ位置に亘って回動操作される。
また、上記クランクケース1には、各シリンダ5のクラ
ンク室13に開口する吸気口22が形成されている。吸
気口22はクランク軸2の軸方向に一列に並んでおり、
これら吸気口22にはクランク室13に向う空気の流通
のみを許容するり−ド弁23が設けられている。そして
、各シリンダ5の吸気口22には吸気マニホールド24
が接続されており、この吸気マニホールド24はゴム製
の吸気管25を介してエアクリーナ26に連なっている
したがって、ピストン6が圧縮行程に移行してクランク
室13が負圧に゛なると、エアクリーナ2Bから吸入さ
れた空気がクランク室13に吸入され、この空気はクラ
ンク室13で一次圧縮された後に、掃気口12を通じて
燃焼室8に導かれる。
一方、上記シリンダヘッド4の燃料噴射弁10は燃料噴
射管31を介して分配型の燃料噴射ポンプ32に接続さ
れている。この燃料噴射ポンプ32の詳細については第
8図に示されている。
同図中符合33で示すポンプケーシング内には駆動軸3
4が導入されており、この駆動軸34は上記クランク軸
2によって駆動される。駆動軸34はポンプケーシング
33内のロータリ式フィードポンプ35を回転駆動して
おり、このフィードポンプ35は燃料タンク3B内の燃
料を吸い上げて、ポンプケーシング33内の低圧燃料室
37に供給するようになっている。
駆動軸34の一端にはカップリング38を介して円盤状
のカムプレート39が連結されている。カムプレート3
9の一端面には、エンジンの気筒数に対応した数、つま
り三つのフェイスカム40が形成されており、このカム
プレート39の一端面に複数のローラ41が接している
。ローラ41はリング状のローラホルダ42に支持され
ており、このローラホルダ42はポンプケーシング33
に軸回り方向に回転可能に支持されている。
したがって、駆動軸34が回転されると、カムプレート
39のフェイスカム40がローラ41に順次接触し°C
いくので、カムプレート39は1回転する間にエンジン
の気筒数の分だけ駆動軸34の軸方向に往復動される。
また、このカムプレート39に対向する位置には、分配
器43が設けられている。分配器43のバレル44内に
は、プランジャ45が軸方向に摺動可能に装着されてお
り、このプランジャ45の一端は上記カムプレート39
の一端皿に連結されている。このため、プランジャ45
も1回転する間に気筒数に対応して軸方向に往復動され
る。
プランジャ45の他端とバレル44との間には、ポンプ
室46が形成されている。このポンプ室46はプランジ
ャ45がバレル44から引き出された際に、このプラン
ジャ45の他端″外周面に形成した吸入溝47を介して
上記低圧燃料室37に連なる吸入通路48に連通し、こ
の連通により低圧燃料室37内の燃料がポンプ室46に
吸入される。
そして、プランジャ45がバレル44内に押し込まれる
と、上記ポンプ室46内に吸入された燃料が加圧されて
、プランジャ45の内部の吐出通路49に送出されるよ
うになっており、この吐出通路49はプランジャ45の
外周面に開口する供給口50に連なっている。供給口5
0はプランジャ45が1回転する間に、バレル44の内
周面の吐出口51に連通ずる構成となっており、この吐
出口51は上記燃料噴射管31に連なっている。
吐出通路49の下流側先端は、プランジャ45の外周面
に開口する逃し口52を介して低圧燃料室37に連なっ
ており、この逃し口52が開口するプランジャ45の外
周面には、スピルリング53が軸方向に摺動可能に装着
されている。このスピルリング53は燃料噴射管31へ
の燃料の送出量を制御するためのもので、プランジャ4
5が圧縮行程にある時にスピルリ、ング53が逃し口5
2を開くと、吐出通路49内の燃料か逃し口52から低
圧燃料室37内に流出し、燃料噴射弁10への燃料の送
出量が減じられるようになっている。
スピルリング53は操作レバー54に連結されており、
この操作レバー54は枢軸55を介してポンプケーシン
グ33に枢支されている。そして、操作レバー54はス
プリング56および操作レバー軸57を介して図示しな
いアクセルペダルに連動されている。
このため、アクセルペダルを踏み込むことにより、操作
レバー54を回動させると、上記スピルリング53か軸
方向に移動して逃し口52を開閉し、燃料噴射弁IOへ
の燃料の送出量を加減するようになっている。
なお、第9図中符合58はエンジン回転数に応じて操作
レバー54を回動させる遠心ガバナである。
上記ポンプケーシング33の下部には、燃料噴射時期を
制御するためのタイマ60が組み込まれている。タイマ
60は第1図にも示すように、上記ローラホルダ42の
下方に位置するピストン61を備えている。ピストン6
1は駆動軸34と直交する方向に移動可能に設けられて
おり、このピストン61の一端側には、上記フィードポ
ンプ35の吐出側に連なる圧力室62が設けられている
。そして、ピストン61の外周にはタイマビン63が突
設されており、このタイマビン63の先端は上記ローラ
ホルダ42に連結されている。
このため、エンジン回転数の上昇に伴って、フィードポ
ンプ35から吐出される燃料の圧力が増大すると、この
圧力を受けてピストン61が移動し、タイマビン63を
介してローラホルダ42を駆動軸34の回転方向と逆方
向に回動させる。この回動により、ローラ41とフェイ
スカム40との位相角が小さくなり、クランク角度に対
してプランジャ45の揚程時期が早くなる、つまり、燃
料噴射時期が第4図中破線で示すように進角するように
なっている。
ところで、上記タイマ60には、上記ローラホルダ42
を駆動軸34の回転方向に回動させる、つまり燃料噴射
時期を遅角させる方向に操作する遅角制御手段か設けら
れている。
本実施例の遅角制御手段はリニア形の電磁ソレノイド6
5であり、その励磁コイル66の内側に上記ピストン6
1から延びるプランジャ部67が導入されている。そし
て、この励磁コイル6Bが励磁されると、ピストン61
がリターンスプリング68に抗して電磁ソレノイド65
から離間する方向に移動されるようになっており、この
電磁ソレノイド65の制御は、上記開閉弁17を駆動す
るステッピングモータ20の制御と共にマイクロコンピ
ュータ70により行われる。
このマイクロコンピュータ70は、第3図中符合Aで示
すように、エンジン回転数がアイドリング時を含めた比
較的低い回転領域にある時、つまり、エンジンが低・中
速運転域にある状態において、上記開閉弁17を閉じ位
置に操作する信号をステッピングモータ20に送出し、
かつまた、燃料噴射時期を遅角させる信号を電磁ソレノ
イド65に送出するようになっている。
なお、上記第3図は全負荷運転時のエンジン回転数に対
するトルクの移り変りを示す性能特性図である。
ここで、上記マイクロコンピュータ70の動作について
、第7図に示すフローチャートを加えて説明する。
すなわち、エンジン運転中、マイクロコンピュータ70
にはエンジンの運転状況を示す三つのデータ81〜S3
、つまりエンジン回転数、スピルリング53の移動量(
アクセル開度)に対応する燃料噴射量および冷却水温が
入力される。そして、マイクロコンピュータ70では、
これらデータS、〜S3に基いて、まずエンジンが燃料
噴射量を遅角させる状態にあるか否かを判断する。
この判断に際して、上記マイクロコンピュータ70には
、上記エンジン回転数、燃料噴射量および冷却水温を基
準として、その時のエンジン運転状態に最適な燃料噴射
時期の遅角量を導くマツプが予め記憶されており、この
マツプから上記検出された実際のデータ81〜S3に基
いて、燃料噴射時期を検索する。この検索によって、エ
ンジンが燃料噴射時期を遅角させる運転状態にあると判
断されると、その運転状態に最適な燃料噴射時期が決定
される。そして、この噴射時期を示すデータは、上記電
磁ソレノイド65の励磁コイル66に励磁信号として出
力され、この出力により電磁ソレノイド65が作動され
る。
すると、タイマ60のピストン61がローラホルダ42
を駆動軸34の回転方向に回動させるので、ローラ4I
とフェイスカム40との位相角が大きくなり、クランク
角度に対してプランジャ45の揚程時期が遅くなる、つ
まり燃料噴射時期が第4図に示すように、−走進角から
徐々に遅角される。
一方、エンジン運転中、マイクロコンピュータ70は上
記データ81〜S3に基いてエンジンが圧縮比を高める
運転領域Aにあるか否かについても判断する。
すなわち、マイクロコンピュータ70には上記データ5
l−83を基準として、その時のエンジン運転状態に最
適な開閉弁17の開度を導くマツプが予め記憶されてお
り、このマツプ上から開閉弁17の開度を検索する。
この検索により、エンジンが圧縮比を高める運転領域A
にあるとの判断がなされると、その運転領域Aに最適な
開閉弁17の開度が決定される。そして、この開閉弁1
7の開度を示すデータは、上記ステッピングモータ20
に制御信号として出力され、この出力によりステッピン
グモータ20が開閉弁17を閉じる方向に動作される。
すると、開閉弁17の連通孔19が副排気口15から外
れ、この開閉弁17が閉じ位置に回動されるので、ピス
トンBが圧縮行程に至った場合、このピストン6の頂面
が主排気口14の開口上縁に一致した時から圧縮が開始
されることになる。このため、副排気口15が開いてい
る場合に比べて、ピストン6の圧縮タイミング、ひいて
は圧縮ストロークS1が長くなり、圧縮比が高められる
なお、本実施例の場合、ステッピングモータ20は開閉
弁17を開き位置から閉じ位置に向けて低速で回動させ
るようになっており、上記副排気口15の閉じ操作はあ
る一定の時間を以て緩慢に行われる。
また、上記マイクロコンピュータ70は、エンジンが圧
縮比を高める運転領域Aにあると判断すると、電磁ソレ
ノイド65の励磁コイル6Bに励磁信号を送出し、タイ
マ60のピストン61をさらに一時的に移動させる。こ
の移動により、ローラ41とフェイスカム40との位相
角がより大きくなるので、燃料噴射時期の遅角量が増大
し、第4図に示すようにエンジン負荷を一定とした場合
に、エンジン回転数に対する遅角割合を示す直線の傾き
が大きくなる。
この場合、励磁コイル66への励磁信号の送出は、上記
ステッピングモータ20の動きに連動して行われるので
、上記遅角量の増大は一定の時間を以て緩やかに行われ
る。そして、この遅角量の増大は開閉弁17が閉じ位置
にまで回動された際、つまり、副排気口15が完全に閉
じられた際に終了する設定となっている。このため、圧
縮比が高められた運転領域Aでは、燃料噴射時期の遅角
割合が、上記遅角量を一時的に増大させる以前と等しく
なっており、本実施例の場合、一定回転数以下では一定
遅角に固定される。
また、第5図はエンジン回転数を一定とした場合、つま
り第3図中線X1上でのエンジン負荷に対する燃料噴射
時期の遅角量を示したもので、この第5図から、燃料噴
射時期の遅角量がエンジン回転数を変化させた場合(第
4図参照)に比べて少なくなっていることが分かる。
なお、第3図ないし第5図中符合Bは、エンジン回転数
を一定とした時の燃料噴射時期および圧縮比が切り換わ
る地点を示している。
エンジンが高速運転に移行し、マイクロコンピュータ7
0が第3図中符合Aで示す運転領域を外れたことを検出
すると、このマイクロコンピュータ70はステッピング
モータ20に開閉弁17を開き位置に向って回動させる
信号を送出する。
すると、この開閉弁17が副排気口15を開くので、ピ
ストン6が圧縮行程に至った場合、このピストン6の頂
面が副排気口15の開口上縁に一致した時から圧縮が開
始されることになる。このため、副排気口15が閉じて
いる場合に比べて、ピストン6の圧縮タイミング、ひい
ては圧縮ストロークS2が短くなり、圧縮比が低(なる
そして、この低圧縮比化と合わせて、上記マイクロコン
ピュータ70は、その時のエンジン運転状態に最適な燃
料噴射時期をマツプ上から検索し、燃料噴射時期を進角
させる。
なお、第6図は圧縮比を高めた場合と低(した場合にお
いて、夫々燃料噴射時期を遅角させた時のNOxに対す
るHCとCOの排出特性を示している。この第6図から
分かるように、図中符合aで示す直線を圧縮比が変わる
境界とした場合、単に圧縮比だけを高めると、図中破線
で示すようにCOやHCの排出量は低下するが、NOx
の排出量は増える傾向にある。
これに対し、高圧縮比化と共に燃料噴射時期を遅角させ
ると、図中実線で示すようにNOxの排出量は減少する
が、遅角量が増大するに連れてCoやHCは増大する傾
向を示す。
したがって、高圧縮比領域で燃料噴射時期を遅角させる
に当っては、この遅角量は第6図中符合Rで示す領域内
、つま′す、圧縮比が切り換わる時とCOやHCの排出
量はほとんど変わらず、しかもNOxの排出量のみが大
幅に低下する領域内に設定することが望ましい。
このような本発明の一実施例によれば、始動時から低・
中速運転域に亘って圧縮比を高めるに当り、燃料噴射時
期の遅角量を一時的に増大させるようにしたので、着火
遅れ期間が長くなって、燃焼室8内での燃焼が緩慢とな
る。このため、高圧縮比によって着火遅れ期間が短くな
った分を相殺することができ、燃焼室8内での急激な燃
焼を抑制することができる。
したがって、第6図からも明らかなように、NOxの排
出量を効率良(減らすことができる。
しかも、燃焼が緩慢となれば、燃焼温度も低くなるから
、その分、デイ−セルエンジン特有のノック音を抑える
ことができる。このため、エンジン音を低くすることが
でき、静粛な運転が可能となる。
なお、上記実施例では、圧縮比が高められた際に、燃料
噴射時期の遅角量の増大を一定の時間を以て緩やかに行
うようにしたが、例えば開閉弁の開閉動作が急激に行わ
れる場合には、第11図に示すように、上記開閉動作に
連動して遅角量を急激に増大させ、エンジン回転数に対
する遅角割合を示す直線の傾きを垂直としても良い。
また、上記実施例では、副排気口を開閉することで圧縮
比を変えるようにしたが、本発明はこれに限らず、例え
ば副排気口を省略するとともに、主排気口の開口上縁部
に、この開口上縁部に進退可能に進出する弁を設け、こ
の弁によって主排気口の開口高さを変えるようにしても
良い。
さらに、本発明に係る2サイクルディーゼルエンジンは
、クランク室を空気の一次圧縮室とするものに限らず、
吸気口に連なる吸気通路に空気圧縮用の掃気ポンプを設
けたものでも同様に実施可能であるとともに、燃料噴射
ポンプも分配型に限らず、判型を用いても良い。
[発明の効果] 以上詳述した本発明によれば、告火遅れ期間が長くなっ
て燃焼室内で゛の燃焼が緩慢となるから、高圧縮比化に
よって着火遅れ期間が短くなった分を相殺することがで
きる。このため、燃焼室内での急激な燃焼を抑制するこ
とができ、NOxの排出量を効率良く減らすことができ
る。
しかも、燃焼が緩慢となることから、燃焼温度も低く抑
えることができ、その分、デイ−セルエンジン特有のノ
ック音を抑えて、静粛な運転が可能となるといった利点
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第10図は本発明の一実施例を示し、第1
図はエンジン側の開閉弁と燃料噴射ポンプ側のタイマの
制御系を示す断面図、第2図は2サイクルディーゼルエ
ンジンの断面図、第3図は圧縮比を高める運転領域を示
す特性図、第4図はエンジン回転数に対する燃料噴射時
期の遅角量を示す特性図、第5図はエンジン負荷に対す
る燃料噴射時期の遅角量を示す特性図、第6図は燃料噴
射時期を遅角させた場合のNOx%COおよびHCの排
出特性を示す特性図、第7図はマイクロコンピュータの
処理内容を示すフローチャート、第8図は燃料噴射ポン
プの断面図、第9図は2サイクルディーゼルエンジンの
正面図、第10図は2サイクルディーゼルエンジンの平
面図、第11図は本発明の他の実施例におけるエンジン
回転数に対する燃料噴射時期の遅角量を示す特性図であ
る。 3・・・シリンダブロック、4・・・シリンダヘッド、
6・・・ピストン、8・・・燃焼室、lO・・・燃料噴
射弁、14.15・・・排気口(主排気口、副排気口)
、17・・・圧縮比可変手段(開閉弁)、65・・・遅
角手段(71!磁ソレノイド)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ピストンによって開閉される排気口を有するシリンダブ
    ロックと、 このシリンダブロックに連結され、上記ピストン頭部と
    の間で燃焼室を形成するシリンダヘッドと、 このシリンダヘッドに設けられた燃料噴射弁とを備え、 上記シリンダブロックに、エンジン回転数が低・中速運
    転域に達した際に上記排気口のシリンダヘッドに対する
    開口高さを低くして、圧縮比を高めるとともに、高速運
    転域では上記排気口の開口高さを高くして圧縮比を低く
    する圧縮比可変手段を設けた2サイクルディーゼルエン
    ジンにおいて、上記燃料噴射弁の噴射時期を、中速運転
    域から低速運転域に亘って遅角させるとともに、上記圧
    縮比可変手段によって圧縮比が高められた際に、上記噴
    射時期の遅角量を一時的に増大させる遅角手段を設けた
    ことを特徴とする2サイクルディーゼルエンジン。
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