JPH06185367A - ディーゼル内燃機関 - Google Patents

ディーゼル内燃機関

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JPH06185367A
JPH06185367A JP5211489A JP21148993A JPH06185367A JP H06185367 A JPH06185367 A JP H06185367A JP 5211489 A JP5211489 A JP 5211489A JP 21148993 A JP21148993 A JP 21148993A JP H06185367 A JPH06185367 A JP H06185367A
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cylinder
valve
piston
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exhaust
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JP5211489A
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Alfred Neitz
ナイツ アルフレート
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MAN Nutzfahrzeuge AG
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 排ガスの質と効率とを改善し、同時に比構造
容積の減少を達成する。 【構成】 球面状に湾曲せしめられたシリンダヘッド底
部の形状および円錐形のピストン底部の形状が多孔噴射
ノズルの扇状に広がる噴射流の形状に適合せしめられて
おり、更に排気通路が弁座の後方で最短距離で側方のシ
リンダヘッド境界まで案内されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は請求項１の類概念による
ディーゼル内燃機関に関する。
【０００２】
【従来技術】往復ピストン原理によるディーゼル内燃機
関は内部で往復するピストンを備えたシリンダから成
る。シリンダは吸気弁、排気弁、吸気通路、排気通路を
備えたシリンダヘッドによって閉じられている。直接噴
射式ディーゼル内燃機関ではピストン底部、シリンダ、
シリンダヘッドが燃焼室を制限している。燃焼室の形状
および吸気通路、排気通路の構成が燃焼経過、効率およ
び冷却媒から伝達される熱量に大きく影響する。更に内
部に吸気弁および排気弁を配置したシリンダヘッドの構
成はクランク軸中央から機関上縁までの全高を決定的に
規定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、直接
噴射式ディーゼル内燃機関で一般的な構造原理から出発
して排ガスの質および効率を改善し、同時に比構造容積
の低下を達成することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、本発明に
よれば２弁使用時には請求項１の特徴によって解決され
る。
【０００５】また４弁使用時には上記の課題は請求項５
の特徴によって解決される。
【０００６】
【発明の効果】上記前者の本発明による構成によれば、
機関縦軸線に対して横方向の、短い吸気通路と排気通路
によって通路の熱交換表面ができる限り小さく保持され
る。燃焼室は長い噴射流および燃焼室全体にわたって燃
料噴射の均一な分配によって良好な混合気形成と燃焼、
したがって良好な効率と排ガス中の有害分を僅かにする
ことを可能にする。傾斜した弁を持つ、湾曲したシリン
ダヘッド底部は大きな直径の弁皿、したがって大きな自
由弁横断面を可能にし、このことはガス交換に必要なエ
ネルギーの減少に寄与し、これによりまた効率の改善に
寄与する。
【０００７】上記第２の本発明による構成によれば、４
弁式において弁の空間的位置をシリンダ軸線に関して異
なるように選択することができ、隣り合ったシリンダの
弁が互いに邪魔し合うのを回避する。
【０００８】有利な構成が請求項２〜４、６〜８に記載
されている。
【０００９】
【実施例】図１は図２のＩ−Ｉ線に沿った断面図であ
り、燃焼室１の輪郭を略示している。燃焼室１はシリン
ダ２、ピストン底部３およびシリンダヘッド底部４によ
って制限されている。シリンダヘッド底部４は燃焼室側
で曲率半径ｒ1の球面区分として構成されており、その
曲率中心６はシリンダ軸線上に位置している。ピストン
底部３は回転対称の面３ａとして構成されている。ガス
交換は少なくとも１つの吸気弁７と排気弁８（図２）に
よって行われる。
【００１０】面３ａの傾斜は、多噴流形の噴射ノズル１
３から出た燃料噴流がピストン底部３の面３ａにも吸気
弁７ないし排気弁８の面１０ａ，１０ｂまたはシリンダ
ヘッド底部４にも接触しないように選択されている。シ
リンダ軸線の延長線上に配置された噴射ノズル１３の孔
は均一に分配されて取付けられており、そのために各燃
料噴流は同じ限界条件を有する。
【００１１】図２によれば吸気通路７ｃは本発明により
主にシリンダ軸線に平行に延びることができ、吸気弁７
は斜めに配置されている。斜めに位置した吸気弁は大き
な直径の弁皿を可能にし、その結果吸気弁７の開放時に
できる限り大きな自由横断面を可能にする。吸気弁７ｃ
は吸込み空気の十分に渦動の少ない（drallarm）流入を
配慮する。渦動の少ない、または殆ど渦動のない吸込み
空気の流入は、中心に位置した噴射ノズル１３から出る
燃料噴流の形成および燃焼室の空気への均一な分配が阻
止されないよう配慮する。燃料噴流の吹飛ばしが強すぎ
ると全負荷で濃混合ゾーンを与え、これは媒形成の傾向
を有し、かつ低負荷で希薄混合ゾーンを与え、これは完
全には燃焼しない傾向を有し、このことは排ガス中の不
完全燃焼燃料分の増加を促進しよう。
【００１２】斜めに位置した排気弁８も同様に大きな直
径の弁皿を、したがって排気弁８開放時の大きな自由排
気横断面を可能にする。大きな排気横断面によって低い
流動損失の結果押出し作業は低下しせめられ、このこと
は効率の改善をもたらす。更に排気弁８の斜め位置か
ら、排気通路８ｃを最短距離で側方のシリンダヘッド境
界２１まで案内することを可能にする。これにより熱い
排ガスで負荷される面の最小化が得られ、したがって排
ガスとシリンダヘッドの冷却媒体との不所望な熱交換が
最小にされる。これとともにクーラー送風機に必要な出
力も減少せしめられ、かつクランク軸で得られる有効出
力が高められる。
【００１３】高い圧縮比ではシリンダヘッド底部４と面
３ａとの間の距離ａがきわめて僅かであるので、燃料噴
流９は限界領域においてこれらの部分に接触することが
起り得るが、このことは最適ではない混合気形成と燃焼
および排ガス中の不完全燃焼燃料成分を惹起することが
ある。したがって、ピストン底部３内にくぼみ（図２に
断面図で示されている）を形成することが提案されてい
る。これらのくぼみ１１が、並びに低い圧縮比の場合に
は面３ａの経過が扇形に広がった燃料噴流９の経過に適
合せしめられている。
【００１４】シリンダ壁の保護および支障ある空間の減
少のためにピストンは縁領域で前だれ１２として高くな
っている。前だれ１２からシリンダヘッド底部４までの
距離はできる限り小さく保って有害な空間を小さく保持
する。
【００１５】吸気通路がシリンダ軸線に平行に配置され
た図２による構成は特に２サイクル運転に好適である。
ピストンが２サイクル運転で下死点位置の領域にあると
きには燃焼室１の掃気を行うために吸気弁７、排気弁８
が同時に開かれる。ピストンの下死点位置ｘが１点鎖線
で示されている。
【００１６】円錐形状に隆起したピストン底部３の構成
は２サイクル運転で弁が重なったときに非常に平らな燃
焼室の良好な掃気をもたらす。
【００１７】図３には図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った
断面図で、４つの弁、すなわち２つの吸気弁７ａ，７ｂ
および２つの排気弁８ａ，８ｂを使用した場合のシリン
ダヘッド底部４の燃焼室側の経過が示されている。シリ
ンダヘッド底部４は機関縦軸線およびシリンダ軸線を含
む平面内に曲率半径ｒ2を有し、これは曲率中心６ａを
持つ。更にシリンダ軸線を含んだ機関縦軸線に対して垂
直な平面内に曲率半径ｒ3が取られている。
【００１８】ｒ3についての曲率中心は６ｂの点にあ
る。図５から判るように隣り合ったシリンダの弁が邪魔
になるので、曲率半径は異っている必要がある。ピスト
ン底部３は図１に示された経過に従う。シリンダ軸線か
ら一定の距離については面３ａとシリンダヘッド底部と
の間の距離ａは常に変わらない。吸気弁、排気弁７ｃ，
８ｃは図２で説明された構成に相当する。
【００１９】図４に有利な液圧式弁制御が示されてい
る。吸気弁、排気弁７，８は液圧式に別個に操作され
る。液圧式弁制御は両方の弁に関して同じなので吸気弁
７の例でのみ詳説される。カム１４が発信ピストン１５
として構成されたプランジャを操作し、プランジャは圧
縮ばね１６によって休止位置で保持されている。発信ピ
ストン１５の圧力室１７はシリンダヘッド内に配置され
た孔１８を介して吸気弁７の受信ピストン２０の圧力室
１９と連通している。弁ばね２２は受信ピストン２０を
吸気弁７と一緒に閉鎖位置に保持している。逆止弁ｙを
介してのオイル供給によって液圧系の漏れ損失は補償さ
れる。
【００２０】本発明により排気弁８ｃは最短距離で側方
のシリンダヘッド境界２１まで延びている。短い排気通
路８ｃは排気弁８の斜め位置によって可能にされる。本
発明により液圧式弁制御をシリンダヘッド内へ組込んだ
ことによって機関の全高が明らかに減少せしめられる。
吸気弁７ｃはシリンダ軸線に平行に延びている。燃焼空
気はシリンダヘッド内に組入れられた空気通路２３から
吸込まれる。
【００２１】図５は弁を４つ使用した場合のシリンダヘ
ッド（図３）の略示平面図である。各シリンダヘッドは
２つの吸気弁７ａ，７ｂおよび２つの排気弁８ａ，８ｂ
を有し、これらの軸線は図平面から突出していると考え
るべきである。隣り合ったシリンダの弁７ａ，７ｂ，８
ａ，８ｂが接しないようにするためにはシリンダヘッド
底部４は図３に示された異なる曲率半径ｒ2およびｒ3を
有する２つの連続的に互いに移行した球面区分を有して
いる。したがってシリンダヘッド底部４（図３）の局所
的に得られる面に対してそれぞれ垂直な弁は適切な空間
的位置を有しており、そのために弁は互いに接しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】吸気弁と排気弁を各１つ備えたシリンダヘッド
の、図２のＩ−Ｉ線に沿った縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図である。
【図３】吸気弁と排気弁を各２つ備えたシリンダヘッド
の、図５のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】吸気弁と排気弁を各１つおよび液圧式弁制御を
備えたシリンダヘッドの横断面図である。
【図５】各４つのガス交換弁を配置されたシリンダヘッ
ドの平面図である。
【符号の説明】
１ 燃焼室 ２ シリンダ ３ ピストン底部 ３ａ，１０ａ，１０ｂ 面 ４ シリンダヘッド底部 ６，６ａ，６ｂ 曲率中心 ７，７ａ，７ｂ 吸気弁 ７ｃ 吸気通路 ８，８ａ，８ｂ 排気弁 ８ｃ 排気通路 ９ 燃料噴流 １１ くぼみ １２ 前だれ １５ 発信ピストン １６ 圧縮ばね １７，１９ 圧力室 １８ 孔 ２０ 受信ピストン ２１ シリンダヘッド境界 ２２ 弁ばね ２３ 空気通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｆ 1/42 Ｂ 8503−3Ｇ 3/26 Ｃ 6965−3Ｇ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダと、シリンダヘッドと、ピスト
    ンと、燃焼室と、吸気通路を有する吸気弁と排気通路を
    有する排気弁とを少なくとも各１つと、シリンダヘッド
    内に配置された多噴射形の噴射ノズルとを備えたディー
    ゼル内燃機関において、排気通路（８ｃ）が排気弁
    （８）の弁座の直ぐ後方で側方のシリンダヘッド境界
    （２１）へ案内されており、吸気弁および排気弁（７，
    ８）の中心線を含む平面が一方でシリンダ軸線を通って
    おり、かつ他方で機関縦軸線を横切っており、噴射ノズ
    ル（１３）の軸線がシリンダの軸線と一致しており、吸
    気弁と排気弁各１つ（７，８）を使用した場合にシリン
    ダヘッド底部（４）が曲率半径ｒ1の球面区分として構
    成されており、その曲率中心（６）が部分的に回転対称
    な面（３ａ）として構成されており、面（３ａ）とシリ
    ンダヘッド底部（４）との間の距離ａが面（３ａ）の頂
    部から次の程度で、すなわち噴射ノズル（１３）から出
    た燃料噴流（９）の輪郭が扇状に広がる程度で増大する
    ように面（３ａ）が構成されており、ガス交換のための
    弁（７，８）の開口がシリンダ軸線の方向でみて機関縦
    軸線に対して横方向に配置されていることを特徴とす
    る、ディーゼル内燃機関。
  2. 【請求項２】 吸気通路（７ｃ）が主にシリンダ軸線に
    平行に延びて吸気弁（７）の弁座まで案内されている、
    請求項１記載のディーゼル機関。
  3. 【請求項３】 ピストン頂部（３）の面（３ａ）がシリ
    ンダ軸線の方向でみて半径方向のくぼみ（１１）を持っ
    ており、かつくぼみ（１１）が横断面でみて噴射ノズル
    （１３）から出た燃料噴流（９）の形状に適合せしめら
    れるように構成されている、請求項１記載のディーゼル
    内燃機関。
  4. 【請求項４】 吸気弁、排気弁（７，８）の操作が液圧
    式に行われており、制御装置が圧縮ばね（１６）によっ
    て休止位置で保持された発信ピストン（１５）と、吸気
    弁または排気弁（７，８）と結合された受信ピストン
    （２０）と、発信ピストン（１５）と受信ピストン（２
    ０）とを結合した孔（１８）とによって形成されてお
    り、かつ発信ピストン（１５）がクランク−シリンダケ
    ーシング内に支承されたカム軸のカム（１４）によって
    操作可能である、請求項１記載のディーゼル内燃機関。
  5. 【請求項５】 シリンダと、シリンダヘッドと、ピスト
    ンと、燃焼室と、吸気通路を有する吸気弁と排気通路を
    有する排気弁とを少なくとも各２つと、シリンダヘッド
    内に配置された多噴射形の噴射ノズルとを備えたディー
    ゼル内燃機関において、排気通路（８ｃ）が排気弁（８
    ａ，８ｂ）の弁座の直ぐ後方で側方のシリンダヘッド境
    界（２１）へ案内されており、吸気弁および排気弁（７
    ａ，８ｂもしくは７ｂ，８ａ）の中心線を含む平面が一
    方でシリンダ軸線と交差しており、かつ他方でシリンダ
    軸線の方向でみて機関縦軸線を横切っており、噴射ノズ
    ル（１３）の軸線がシリンダの軸線と一致しており、吸
    気弁と排気弁各２つ（７ａ，７ｂもしくは８ａ，８ｂ）
    を使用した場合にシリンダヘッド底部（４）が異なる曲
    率半径ｒ2，ｒ3の２つの球面区分とから構成されてお
    り、その曲率中心（６ａ，６ｂ）がシリンダ軸線上にあ
    り、曲率半径ｒ2を持つ第１の球面区分が機関縦軸線と
    シリンダ軸線を含む平面内にあり、かつ曲率半径ｒ3を
    有する第２の球面区分がシリンダ軸線を含む、機関縦軸
    線に垂直な平面内にあり、これらの平面間に存在するシ
    リンダ軸線の複数の平面内において上記２つの球面区分
    が連続的に互いに移行しており、ピストン底部（３）が
    部分的に回転対称な面（３ａ′）として構成されてお
    り、面（３ａ）とシリンダヘッド底部（４）との間の距
    離ａが面（３ａ）の頂部から次の程度で、すなわち噴射
    ノズル（１３）から出た燃料噴流（９）の輪郭が扇状に
    広がる程度で増大するように面（３ａ）が構成されてお
    り、吸気弁および排気弁（７ａ，８ｂもしくは８ａ，７
    ｂ）の開口がシリンダ軸線の方向でみてそれぞれ機関縦
    軸線に対して横方向に配置されていることを特徴とす
    る、ディーゼル内燃機関。
  6. 【請求項６】 吸気通路（７ｃ）が主にシリンダ軸線に
    平行に延びて吸気弁（７ａ，７ｂ）の弁座まで案内され
    ている、請求項５記載のディーゼル機関。
  7. 【請求項７】 ピストン底部（３）の面（３ａ）がシリ
    ンダ軸線の方向でみて半径方向のくぼみ（１１）を持っ
    ており、かつくぼみ（１１）が横断面でみて噴射ノズル
    （１３）から出る燃料噴流（９）の形状に適合せしめら
    れるように構成されている、請求項５記載のディーゼル
    内燃機関。
  8. 【請求項８】 吸気弁および排気弁（７ａ，７ｂ，８
    ａ，８ｂ）の操作が液圧式に行われており、制御装置が
    圧縮ばね（１６）によって休止位置で保持された発信ピ
    ストン（１５）と、吸気弁または排気弁（７ａ，７ｂ，
    ８ａ，８ｂ）と結合された受信ピストン（２０）と、発
    信ピストン（１５）と受信ピストン（２０）とを結合し
    た孔（１８）とによって形成されており、かつ発信ピス
    トン（１５）がクランク−シリンダケーシング内に支承
    されたカム軸のカム（１４）によって操作可能である、
    請求項１記載のディーゼル内燃機関。
JP5211489A 1992-08-27 1993-08-26 ディーゼル内燃機関 Pending JPH06185367A (ja)

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