JPH0486327A - ２サイクルディーゼルエンジン - 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、２サイクルディーゼルエンジンに関する。

（従来の技術） ２サイクルデイ−セルエンジンでは、エアクリーナを介
して吸入された空気のみを１次圧縮してこれを掃気ボー
トを介して燃焼室に導入し、この燃焼室に導入された空
気を−１−昇するピストンによって２次圧縮し、この２
次圧縮によって高温となった燃焼室に燃料を噴射するこ
とによって燃料を自己着火せしめている。

ところて、１折かる２サイクルディーゼルエンジン出力
を制御しており、この燃料噴射量によってエンジン負荷
か決定される。このため、吸入空気部はエンジン負荷に
対して一定不変となり、空燃比はアイドリンク運転時か
ら全負荷運転時に亘って広範囲に変化することとなる。

従って、燃料噴射量の少ない低・中負荷運転域において
は空気過剰率が過大となって燃料に対して酸素量か過剰
気味となる。このため、燃焼速度か速くなるとともに、
燃焼温度も高くなり、燃焼室内て窒素と酸素とか反応し
合って生成されるＮｏ，＜　（窒素酸化物）の排出量か
増加する不具合がある。

又、燃焼温度か高くなるため、デイ−セルエンジン特有
のノック音も大きくなり、エンジンｉ！音か大きくなる
という問題もある。

そこて、吸気通路に制御弁を設け、低・中負荷運転域に
おいて制御弁を絞ることによってクランク室への空気の
流入量を減らして掃気量を減少せしめ、以て低・中負荷
運転域における空気過剰率を適正に保って前記問題の解
決を図る試みかなされている。

（発明か解決しようとする課題） しかしながら、１−：記方法によれば、制御弁を絞る低
・中負荷運転域では、掃気ポートか開いている掃・排気
行程においてクランク室の内圧が大きな負圧となるため
、排気ガスの一部がクランク室へ逆流し、この逆流した
排気ガスによってクランク室内か汚染されるという問題
か生ずる。

本発明は−Ｉ−記問題に鑑みてなされたもので、その目
的とする処は、低・中負荷運転域でのＮＯｘ等の有害成
分の排出量及びノック音の低減を図ることかできるとと
もに、排気ガスによるクランク室内の汚染を防ぐことか
てきる２サイクルデイ−セルエンジンを提供することに
ある。

（課題を解決するだめの手段） 上記［Ｊ的を達成すべく本発明は、複数の気筒を有する
２サイクルディーゼルエンジンにおいて、各気筒のクラ
ンク室を連通路て連通ずるとともに、連通路には各気筒
のクランク室同士を連通、遮断する制御弁を設け、低・
中負荷運転域において前記制御弁を負荷に応じて開く制
御手段を設けたことをその特徴とする。

（作用） 本発明によれば、空気過剰率か高くなる低・中負荷運転
域において、各気筒のクランク室に吸入された空気は連
通路を経て他の気筒のクランク室に流入するため、当該
気筒のクランク室に実質的に導入される空気量が減って
クランク室から燃焼室への掃気量か減少する。この結果
、低・中負荷運転域での空気過剰率及び燃料に対する酸
素量か低下し、燃料の燃焼速度及び燃焼温度か低く抑え
られてＮＯｘ等の有害成分の排出量及びノック音の低減
が図られる。

又、本発明のように各気筒のクランク室を連通路て連通
ずれば、各クランク室の内圧は他の気筒のクランク室の
内圧とのバランスによって掃気ポートか開いている間に
大きな負圧となることがないため、排気ガスが掃気ポー
トからクランク室に逆流してクランク室な汚染すること
がなくなる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添刊図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る２サイクルディーゼルエンジンの
断面図、第２図は第１図のＩＩ　−ｎ線断面図、第３図
は制御弁の駆動機構を示す第１図の矢視■方向の図、第
４図は各気筒の断面を同一平面上に表わした説明図、第
５図はクランク室の内圧変化をクランク角に対して示す
出、第６図は掃気量を減少させる運転領域を示す特性図
、第７図はエンジン負荷に対する掃気量の減少割合を示
す特性図、第８図、第９図及び第１０図はエンジン負荷
に対する排気ガス中の微粒子の排出量を示す特性図、第
１１図及び第１２図は掃気量に対する各種有害成分の排
出量を示す特性図、第１３図は制御手段（コントローラ
）での処理内容を示すフローチャー１へである。

第１図に示すエンジンｌは２サイクル３気筒デイーゼル
エンジンてあって、これのクランクケース２内にはクラ
ンク軸３が第１図の紙面垂直方向（第２図の左右方向）
に長く配されており、クランクケース２」二にはシリン
ダブロック４及びシリンダヘット５か連結されている。

そして、上記シリンダブロック４には３つのシリンタロ
・・・か前記クランク軸３の軸方向（第１図の紙面垂直
方向）に並設されており、各シリンタロ内に摺動自在に
嵌装されたピストン７はコンロット８を介してクランク
軸３−にのクランクピン３ａに連結されている。

又、第４図に示すようにシリンダ６にはシリンダヘット
５とピストン７とて区画される燃焼室９か形成されてお
り、シリンダヘッド５には各燃焼室９に連通ずる渦室式
の副燃焼室１０・・・か形成されており、各副燃焼室ｌ
Ｏには燃料噴射弁１１とクロープラク１２の各先端か臨
んている。

一方、シリンタフロック４には第４図に示すように各気
筒毎に掃気通路１３か形成されており、各掃気通路１３
の−・端はクランクケース２内のクランク室１５に開口
している。

又、シリンタフロック３には各気筒毎に主排気ボート１
６と副排気ボート１７が形成されており、これら−Ｌ、
副排気ボート１６．１７の各一端はシリンタロの内面に
開］」シ、主排気ボート１６の他端はシリンタフロック
４の外方に開口している。そして、副排気ボート１７の
一端は主排気ポート１６よりもシリシタヘット５側に位
置しており、この副排気ボート１７の他端は主排気ボー
１−１６内に開【」シている。

更に、シリンタフロック４の副排気ボート１７の中間部
に対応する位置には、この副排気ボート１７と交差して
クランク軸３の軸方向に延びる断面円形の貫通孔１８か
形成されており、この貫通孔１８には円柱状の排気制御
弁１９か回動０ｆ能に装着されている。

一方、前記クランクケース２には各気筒毎のクランク室
１５に開口する吸気口２０か形成されており、各吸気口
２０にはクランク室１５に向かう空気の流れのみを許容
するり一１〜弁２１か設けれている。そして、各吸気１
１２０には吸気マニホール１〜２２が接続されており、
吸気マニホールド２２は不図示のエアクリーナに接続さ
れている。

ところで、本実施例においては、各気筒のクランク室１
５・・・は連通路２３によって互いに連通されており、
該連通路１３の各気筒に対応する分岐部２３ａ・・・に
はバタフライ形の制御弁２４・・・か設けられており、
これらの制御弁２４・・・は第３図に示ずステッピング
モータ２５によって同時に開閉せしめられる。即ち、第
３図に示すように各制御弁２４の弁軸２４ａにはアーム
２６の一端か結着されており、全アーム２６・・・の他
端はロッド２７．２７によって連結されている。そして
、ステッピングモータ２５の出力軸に結着されたアーム
２８にはロッ１〜２９の一端か連結されており、ロット
２９の他端は第３図中、左端のアーム２６の中間部に連
結されている。従って、ステッピングモータ２５か駆動
されてアーム２８が回動すると、ロット２９，２７．２
７を介して全てのアーム２６・・・が同時に回動して全
ての制御弁２４・・・が同時に開閉せしめられる。

而して、前記ステッピングモータ２５の制御は、エンジ
ンの１の運転状態を判断するコントローラ３０（第１図
参照）によって行なわれる。

即ち、コントローラ３０はエンジン回転数かアイドリン
ク時を含めた比較的低い領域にあるとき、つまり、エン
ジンｌの運転状ＩＥか第６図中、Ａにて示す低・負荷運
転領域にあるときには、前記制御弁２４・・・を聞き方
向に制御する。

尚、第６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てあり、本実施例の場
合、」−記運転領域Ａの境界線ａはトルクカーフとは無
関係にエンジン回転数かに昇するに従い、下向きに傾斜
されている。

次に、前記コントローラ３０の動作を第１３図に示すフ
ローチャートを参照しなから説明する。

エンジンｌの運転中、コン１〜ローラ３０にはエンジン
ｌの運転状態を示す３つのデータ、つまりエンジン回転
数ＳＩ、スロットル開度に対する燃料噴射量Ｓ２及び冷
却水温Ｓ３か入力され、コントローラ３０はこれらのデ
ータＳ１〜Ｓ３に基づいてエンジン１の運転状態が前記
低・中負荷運転域Ａ（掃気量を減少させるべき領域）に
あるか否かを判断する。

−１−記判断の結果、エンジン１の運転状態か低・中負
荷運転域Ａにあれば、コントローラ３０はそのときのエ
ンジン１の運転状態に最適な制御弁２４・・・の開度を
決定し、それに応じた制御信号をステッピングモータ２
５に対して出力する。すると、ステッピングモータ２５
か駆動され、前述のように制御弁２４・・・か同時に所
定の開度になるまで開けられる。このように制御弁２４
・・・か開けられると各気筒のクランク室１５・・・は
連通路２３を介して互いに連通状態となるため、成る気
筒のクランク室１５に吸入された空気の一部は連通路２
３を経て他の気筒のクランク室１５（負圧か発生するク
ランク室）に流入し、この結果、当該気筒のクランク室
１５に実質的に導入される空気の量が減ってクランク室
１５から掃気通路１３を経て燃焼室９に導入される掃気
の量が減少する。

ところて、一般にディーゼルエンジンては、排気ガス中
の有害成分ばかりでなく、排気煙の濃度、つまりは排気
煙中の微粒子（Ｄｉｅｓｅｌ　ＰａｒＬｉｃｕｌａｔｅ
）を如何にして減らすかが重要な問題となっており、従
って、掃気量を制限すべき低・中負荷運転領域Ａの設定
は排気煙に含まれる微粒子との関連によって行なわれる
。

即ち、排気ガス中の微粒子は、有機溶剤に不溶な物質（
ＤＲＹ　５ｏｏｔ　）と、可溶な物質（ＳＯＦ：５ｏｌ
ｕｂｌｅ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｆｒａｃｔｉｏｎ　）とに
大別され、に記ＤＲＹ　５ＯＯＴの主成分はカーボンて
あり、ＳＯＦは未然の炭化水素か主成分である。

そして、一般的なディーゼルエンジンの場合、Ｌ記ＳＯ
ＦとＤＲＹ　５ＯＯＴの排出特性は、第８図に示すよう
にエンジン回転数を一定とした場合に、負荷が上かる程
、　ＤＲＹ　５ＯＯＴは増加する傾向を示し、逆にＳＯ
Ｆは低減する傾向を示す。

ここで、第８図中、Ｘｌて示ず低負荷運転域てのＤＲＹ
　５ＯＯＴとＳＯＦとの関係を調べると、低負荷運転領
域では燃料噴射量が少なく、空気過剰率か過大となるた
め、第９図に示すように掃気量を減少させてもＤＲＹ　
５ＯＯＴの増加は穏やかであるとともに、ＳＯＦも成る
領域までは徐々に減少する傾向を示す。

このため、微粒子の総量（ＴＯＴＡＬ　）として見ると
、掃気量の低減割合を大きくしても、微粒子の総量は掃
気量を制御しない通常の場合（ＳＴＤ　）の排出量以下
に抑えられることになる。従って、低負荷運転領域での
掃気量の低減割合を大きく設定すべきである。

方、第８図中、Ｘ２て示す中負荷運転域ては、燃料噴射
量の増大に伴って空気過剰率かそれ程大きくないため、
掃気量を減少させると、第１θ図に示すようにＳＯＦ及
びＤＲＹ　５ＯＯＴが共に増大する傾向を示し、特にＤ
ＲＹ　５ＯＯＴは急激に増大する。このため、微粒子の
総量も掃気量の減少に応じて増大し、従って、中負荷運
転域での掃気量の低減割合は小さくすべきである。

以］−の結果、第７図に示すように、掃気量は、エンジ
ン回転数を一定とした場合、排気煙中の微粒子の排出量
によって決まる成る負荷の値を境として減少するように
設定されるべきであり、この負荷域か第６図に示す境界
線ａで示される運転域Ａの−Ｌ限値となる。

尚、第１１図及び第１２図は、前記Ｘ　＋　、　Ｘ　２
で示される運転域てのＮＯｘ、ＨＣ，Ｃｏの排出量の移
り変りをそれぞれ示しており、これら両国から明らかな
ように、掃気量を減少させた領域ては、微粒子と同様に
ＮＯＸ　、ＨＣ，Ｃｏか共に減少する傾向を示す。

従って、従来は空気過剰率か過大となっていた低・中負
荷運転域Ａにおいて、前述のように制御弁２４・・・を
聞き方向に回動操作してクランク室１５への吸入空気量
を実質的に減少させ、掃気ボート１４か開かれた際にク
ランク室１５から掃気通路１３を経て燃焼室９に流れ込
む掃気の量を少なく抑えると、燃焼ガスを燃焼室９から
追い出す掃気作用か不完全なものとなり、燃焼室９内に
は従来よりも多くの既燃ガスが残留する。

而して、既燃ガス中には比熱の大きな成分か多く含まれ
ているため、燃焼最高温度が低下するとともに、既燃ガ
スは不活性ガスでもあるため、クランク室１５から導か
れた吸入空気が該既燃ガスによって希釈されてその酸素
濃度か低下する。この結果、低・中負荷運転域Ａでの空
気過剰率を積極的に低く抑えることができ、Ｎ　Ｏｘの
排出量を少なく抑えることかできる。これとともに、低
・中負荷運転域ＡではＳ叶及びＤＲＹ　５ＯＯＴと同様
に、ＨＣ及びＣＯの排出量も減少する傾向にあり、上記
ＮＯｘを低減することかてきることと相俟って排気中の
有害成分を確実に減らすことができる。

又、燃焼室９内の酸素濃度か低下すると、ノッキンクの
発生か抑えられ、その分たけノック音も小さく抑えられ
てエンジン音か低減せしめられる。

更に、本実施例のように各気筒のクランク室１５を連通
路２３て連通ずれば、各クランク室１５の内圧は他の気
筒のクランク室１５の内圧とのバランスによって掃気ボ
ート１４が開いている間に大きな負圧となることがない
。このことを第５図に基づいて説明する。第５図におい
てカーフＰｌは成る気筒（第１気筒）のクランク室１５
の内圧変化を、カーフＰ２は隣接する気筒（第２気筒）
のクランク室１５の内圧変化をそれぞれ示す。而して、
第１気筒て１次圧縮された空気は、掃気ボート１４か開
いてからもクランク室１５から出ようとするが（第５図
のｂ点〜Ｃ点）、このとき既に第２気筒の圧縮行程か始
まっているため、出にくくなる。そして、０点からは第
２気筒のクランク室内圧の方か高くなるため、逆に第２
気筒のクランク室１５から第１気筒のクランク室１５へ
と空気か流れ、この結果、図示のように掃気ボート１４
か開いている間の第１気筒のクランク室内圧は大きな負
圧とならない。従って、排気ガスか掃気ボート１４から
クランク室１５に逆流してクランク室１５内を汚染する
ことかなくなる。

一方、コントローラ３０が前記データＳ、〜Ｓ３に基づ
いてエンジンｌの運転状態が前記低・中負荷運転域Ａ（
掃気量を減少させるべき領域）にないと判断した場合に
は、該コントローラ３０は制御弁２４−・・を閉じるべ
き制御信号をステッピングモータ２５に対して出力する
。すると、ステッピングモータ２５か駆動され、制御弁
２４・・・が同時に閉じられ、エンジンｌは従来と同様
に作動する。

次に、本発明の変更実施例を第１４図に示すか、本実施
例ては、クランクケース２に、各気筒の隣接するクラン
ク室１５．１５同士を連通ずる連通路２３を一体に形成
し、各連通路２３に制御弁２４を設けており、斯かる構
成を採っても前記実施例にて得られたと同様の作用、効
果か得られる。

（発明の効果） 以上の説明て明らかな如く、本発明によれば、複数の気
筒な有する２サイクルディーゼルエンジンにおいて、各
気筒のクランク室を連通路で連通ずるとともに、連通路
には各気筒のクランク室同士を連通、遮断する制御弁を
設は低・中負荷運転域において前記制御弁を負荷に応じ
て開く制御手段を設けたため、低・中負荷運転域でのＮ
Ｏｘ等の有害成分の排出量及びノック音の低減を図るこ
とができるとともに、排気ガスによるクランク室内の汚
染を防ぐことかてきるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る２サイクルディーゼルエンジンの
断面図、第２図は第１図のｎ−ｎ線断面図、第３図は制
御弁の駆動機構を示す第１図の矢視■方向の図、第４図
は各気筒の断面を同一平面上に表わした説明図、第５図
はクランク室の内圧変化をクランク角に対して示す図、
第６図は掃気量を減少させる運転領域を示す特性図、第
７図はエンジン負荷に対する掃気量の減少割合を示す特
性図、第８図、第９図及び第１Ｏ図はエンジン負荷に対
する排気ガス中の微粒子の排出量を示す特性図、第１１
図及び第１２図は掃気量に対する各種有害成分の排出量
を示す特性図、第１３図は制御手段（コントローラ）で
の処理内容を示すフローチャート、第１４図は本発明の
変更実施例を示す２サイクルデイ一ゼルエンジン底部の
断面図である。 ■・・・２サイクルディーゼルエンジン、１５・・・ク
ランク室、２３−・・連通路、２４・・・制御弁、３０
・・・コントローラ（制御手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の気筒を有する２サイクルディーゼルエンジンにお
   いて、各気筒のクランク室を連通路で連通するとともに
   、連通路には各気筒のクランク室同士を連通、遮断する
   制御弁を設け、低・中負荷運転域において前記制御弁を
   負荷に応じて開く制御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。