JPH0745817B2 - 直噴式多気筒ディーゼル機関 - Google Patents

直噴式多気筒ディーゼル機関

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JPH0745817B2
JPH0745817B2 JP63031097A JP3109788A JPH0745817B2 JP H0745817 B2 JPH0745817 B2 JP H0745817B2 JP 63031097 A JP63031097 A JP 63031097A JP 3109788 A JP3109788 A JP 3109788A JP H0745817 B2 JPH0745817 B2 JP H0745817B2
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port
intake port
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4228—Helically-shaped channels 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【発明の詳細な説明】 A.発明の目的 （１）産業上の利用分野 本発明は直噴式多気筒ディーゼル機関、特にそれぞれピ
ストンを摺動自在に嵌合させてクランク軸の軸線に沿っ
て並ぶ複数のシリンダを有するシリンダブロックと、こ
のシリンダブロックの上面に結着されるシリンダヘッド
と、前記ピストン及びシリンダヘッド間に画成される複
数の燃焼室にそれぞれ燃料を直接噴射すべくシリンダヘ
ッドに装着される複数の燃料噴射ノズルとを備え、各燃
焼室に対応して１つの排気ポートと互いに独立した第１
及び第２吸気ポートとをシリンダヘッドに設け、その第
２吸気ポートに、該第２吸気ポートを機関の低速運転域
で制御状態にし高速運転域で通常状態にする吸気制御装
置を付設した形式のものに関する。
（２）従来の技術 直噴式ディーゼル機関の燃焼性能を支配するパラメータ
の一つにスワール比、即ち吸気旋回速度と機関回転速度
との比が挙げられる。
そこで従来の斯かるディーゼル機関では、常時作動する
一方の吸気ポートのみをヘリカル状に形成し、機関の低
速運転域では該吸気ポートを通して吸気を導入すること
により、燃焼室で強力な吸気スワールを得て燃焼効率を
高め、高速運転域では第１及び第２吸気ポートを通して
吸気を導入することにより吸気スワールを弱めつつ、吸
気充填効率を高めて出力性能の向上を図るようにしてい
る（例えば特開昭61−14426号公報参照）。
（３）発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来のものでは、機関の高速運転域で作
動する吸気ポートが直線状に形成されているため、高速
運転域では、ヘリカル状の吸気ポートにより吸気に与え
られたスワールが直線状の吸気ポートを通過した吸気の
直線流によって燃焼室で大幅に減衰され、その結果、良
好な燃焼状態が得難くなる。
特に高速運転域では、両吸気ポートの作動によりヘリカ
ル状の吸気ポートにおける吸気流速を高めることに限界
があり、吸気スワールの強化が困難となるので、燃焼室
での吸気スワールの減衰は尚更である。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので、
高速運転域では燃焼室で吸気に必要な強いスワールを燃
料噴射ノズルの周りに効果的に生起させることができる
ようにして、燃焼性能及び出力性能の両方を満足させる
ことができる直噴式多気筒ディーゼル機関を提供するこ
とを目的とする。
B.発明の構成 （１）課題を解決すための手段 上記目的を達成するために本発明は、前記形式の直噴式
多気筒ディーゼル機関において、各燃焼室に対応した第
１及び第２吸気ポートの両方を、各吸気ポートを通して
燃焼室に導入される吸気に同一方向のスワールを生起さ
せるよう同一方向へヘリカル状に形成すると共に、第２
吸気ポートの開口面積を第１吸気ポート及び排気ポート
の各開口面積よりも小さく設定し、各燃焼室の天井面に
おいて第１吸気ポートの開口部を、それがシリンダの配
列方向に沿って排気ポートの開口部と近接して並ぶよう
に且つ燃料噴射ノズルの噴口部に関して第２吸気ポート
の開口部と略点対称位置にくるように配置し、シリンダ
ヘッドの、シリンダ配列方向に沿う一側面に前記第１吸
気ポートの上流端及び排気ポートの下流端を、またその
他側面に第２吸気ポートの上流端をそれぞれ開口させた
ことを特徴とする。
（２）作用 機関の高速運転域では、第１及び第２吸気ポートを両方
とも作動させることで各吸気ポートでの吸気流速が低下
しても、両吸気ポートをそれぞれ通過した吸気が燃焼室
で同一方向のスワールを生じるようにしたことから、両
吸気ポートの発生スワールを互いに効果的に助長させる
ことができ、その結果、両吸気ポートの燃焼室側開口部
が燃焼噴射ノズルの噴口部に関し略点対称位置であるこ
とと相俟って、燃焼室で必要な強い吸気スワール流をノ
ズル噴口部の周りに効果的に生じさせることができる。
しかも燃焼室側開口部が上記略点対称配置される両吸気
ポートの上流端をシリンダヘッドの両側面にそれぞれ開
口させるようにしたことで、各々ヘリカル状のために下
流部分が湾曲傾向にある両吸気ポートを燃焼室を挟んで
その両側に無理なく配置することができる。
また両吸気ポートの上記略点対称配置に関係して、各燃
焼室の天井面において排気ポート及び第１吸気ポートの
各開口部を並列させるようにしたが、その並列方向をシ
リンダの配列方向と同じとし且つ第１吸気ポート上流端
と排気ポート下流端をシリンダヘッドの同一側面に開口
させたことから、比較的大径の排気ポート及び第１吸気
ポートをシリンダ配列方向に沿ってシリンダヘッドに無
理なく横並びに配置することができ、それらポートの成
形加工が容易である。そしてこのようにシリンダ配列方
向に沿って並ぶ排気ポート及び第１吸気ポートの各開口
部を吸気及び排気効率を高めるべく比較的大径に形成し
ても、第２吸気ポートの小径化によって、該第２吸気ポ
ートに邪魔されずに噴射ノズルの噴口部を燃焼室中心部
に無理なく近接させることができるから、機関の高速運
転域では前述の如く噴射ノズル周りに強い吸気スワール
流を生じさせ得るようにした効果と相俟って燃焼室内で
の混合気の燃焼性が頗る良好となる。
更に上記第２吸気ポートの小径化によれば、同ポートが
通常状態と制御状態との間で切換えられた際の総合吸気
量の急激な変化、即ち機関出力の急激な変化を極力少な
くすることができる。
（３）実施例 以下、図面により本発明の一実施例について説明する。
多気筒ディーゼル機関の機関本体Ｅは、シリンダブロッ
ク１と、その上面にガスケット３を介して重合されるシ
リンダヘッド２とを備え、この両者1,2は複数本のボル
ト4,4…により結着される。そのシリンダブロック１
は、図示しないクランク軸の軸線方向に配列された複数
本のシリンダ5,5…を有し、各シリンダ５にピストン６
が摺動自在に嵌合される。ピストン６の上面には凹部７
が形成されており、この凹部７はピストン６とシリンダ
ヘッド２との対向面間に画成される燃焼室８の一部をな
している。
シリンダヘッド２には、各シリンダ５毎に互いに独立し
た第１及び第２吸気ポート91,92、並びに一本の排気ポ
ート10が設けられ、第２吸気ポート92の燃焼室８への開
口部は第１吸気ポート91のそれより小径に形成される。
第１吸気ポート91及び排気ポート10はシリンダ5,5…の
配列方向に近接し且つ並列して燃焼室８に開口し、また
第１吸気ポート91の上流端及び排気ポート10の下流端は
シリンダヘッド２の、シリンダ配列方向に沿う一側面
（第１図で左側面）に開口する。また第２吸気ポート92
は排気ポート10と対向して燃焼室８に開口し、その上流
端はシリンダヘッド２の、シリンダ配列方向に沿う他側
面（第１図で右側面）に開口する。こうして、第１及び
第２吸気ポート91,92の燃焼室８側の開口部は、後述す
る燃料噴射ノズル19の噴口部に関して略点対称位置に配
置される。
また第1,第２吸気ポート91,92並びに排気ポート10の燃
焼室８側の開口部は、それらのピストン６への投影面と
前記凹部７とがそれぞれ一部で重なるように配置され
る。第1,第２吸気ポート91,92並びに排気ポート10の燃
焼室８側の開口縁部には第1,第２弁座121,122並びに排
気弁座13が形成され、これらと協働して対応するポート
を開閉する第1,第２吸気弁141,142並びに排気弁15がシ
リンダヘッド２に付設される。これらの弁の開閉するた
めの動弁装置は周知のものであるから図示を省略する。
更に第1,第２吸気ポート91,92は、それの燃焼室８側の
開口端に連なる下流部分が同一方向のヘリカル状に形成
され、ここを通過する吸気に、対応する吸気弁141,142
の軸線周りのスワールを与えるようになっている。
第２吸気ポート92には吸気制御装置16が付設される。こ
の吸気制御装置16は、第２吸気ポート92を機関の低速運
転域で制御状態、例えば不作動状態にし、高速運転域で
通常状態、即ち作動状態にするものであって、例えば第
２吸気ポート92に設けられる開閉弁17と、これを機関の
低速運転域で閉弁し高速運転域で開弁する作動装置18と
から構成される。
また上記吸気制御装置16は、第２吸気弁142の動弁装置
に付設される公知の弁休止機構としてもよく、この場
合、機関の低速運転域で該機構の作動により第２吸気弁
142の閉弁状態を保ち、高速運転域では該機構を不作動
にして第２吸気弁を動弁装置により通常通りに開閉作動
する。
シリンダヘッド２には、また、図示しない燃料噴射ポン
プに連なる燃料噴射ノズル19が第２吸気ポート92の一側
に隣接して装着され、この燃料噴射ノズル19の噴口は、
対応するピストン６が上死点にきたときその凹部７の中
央部に臨むように配置される。
次にこの実施例の作用について説明すると、機関のアイ
ドリングを含む低速運転域では、吸気制御装置16により
第２吸気ポート92が不作動状態にされるので、吸気は第
１吸気ポート91のみを通って燃焼室８に導入され、また
高速運転域では、吸気制御装置16により第２吸気ポート
92が作動状態にされるので、吸気は両吸気ポート91,92
を通って燃焼室８に導入される。
而して、機関の低速運転域では、第１吸気ポート91のみ
を通る吸気流速は比較的高いので、その吸気は第１吸気
ポート91のヘリカル状下流部分で強力なスワールが与え
られて燃焼室８に導入される。したがって、その後、燃
料噴射ノズル19から燃料が燃焼室８に噴射されると、該
室８で空気と燃料との良好な混合ガスが生成され、燃焼
効率を高めることができる。その結果、第４図の線ａ−
ｂに示すように低速トルクの向上が図られる。
また高速運転域では、第１及び第２吸気ポート91,92の
両方を吸気が通るようになるから、吸気抵抗が減少し、
したがって燃焼室８への吸気充填効率が大となり、出力
性能の向上がもたらされる。
この場合、第２吸気ポート92は第１吸気ポート91より小
径になっているから、第２吸気ポート92の作動による
も、総合吸気量の急激な変化、即ち機関出力の急激な変
化は起こらず、ショックが少ない。
しかも、両吸気ポート91,92を吸気が通ることから、各
吸気ポート91,92での吸気流速が低下して、各吸気ポー
ト91,92のヘリカル状下流部分で吸気に与えられるスワ
ールが弱くなっても、これらスワールの方向は同一であ
るから、両吸気ポート91,92から燃焼室８に導入された
吸気は互いにスワールを助長させる。特に燃料噴射ノズ
ル19の噴口部に関して略点対称位置に配置された両吸気
ポート91,92を通過した吸気は、燃料噴射ノズル19の噴
口部周りで互いのスワールを効果的に助長して、燃焼室
で必要な強い吸気スワール流を該噴口部の周りに効果的
に生じさせることができる。
ところで図示例のものにおいては第１及び第２吸気ポー
ト91,92の上記略点対称配置に関係して、各燃焼室８の
天井面において排気ポート10及び第１吸気ポート91の各
開口部を並列させているが、その並列方向をシリンダ５
の配列方向と同じとし且つ第１吸気ポート91上流端と排
気ポート10下流端をシリンダヘッド２の同一側面に開口
させたことから、比較的大径の排気ポート10及び第１吸
気ポート91をシリンダ配列方向に沿ってシリンダヘッド
２に無理なく横並びに配置できる。そしてこのようにシ
リンダ配列方向に沿って並ぶ排気ポート10及び第１吸気
ポート91の各開口部を吸気及び排気効率を高めるべく比
較的大径に形成しても、特に第２吸気ポート92の小径化
によって、該第２吸気ポート92に邪魔されずに噴射ノズ
ル19の噴口部を燃焼室８中心部に無理なく近接させるこ
とができるから、機関の高速運転域では前述の如く噴射
ノズル19周りに強い吸気スワール流を生じさせ得るよう
にした効果と相俟って、燃焼室８内での混合気の燃焼性
が頗る良好となり、その結果、機関の出力性能や燃焼性
能が向上し、第４図の線ｂ−ｃに示すように高速トルク
の向上が図られる。この場合のスワール比を低速運転域
でのスワール比の20〜50％とすると、吸気充填効率と燃
焼性能の両方を満足し得ることがテストにより確認され
ている。
ここで両吸気ポート91,92作動時の総合スワール比SRは
次式により求めることができる。
但し、SR1…第１吸気ポート91のみ不動時のスワール比 SR2…第２吸気ポート92のみ作動時のスワール比 Zm1…第１吸気ポート91の平均バルブ有効開口面積 Zm2…第２吸気ポート92の平均バルブ有効開口面積 α１…第１吸気弁141の開弁クランク角 α２…第１吸気弁141の閉弁クランク角 α３…第２の吸気弁142の開弁クランク角 α４…第２吸気弁142の閉弁クランク角 C.発明の効果 以上のように本発明によれば、機関の高速運転域では、
第１及び第２吸気ポートを両方とも作動させることで各
吸気ポートでの吸気流速が低下しても、両吸気ポートを
それぞれ通過した吸気に燃焼室で同一方向のスワールを
生じさせるようにしたので、その両吸気ポートの発生ス
ワールを互いに効果的に助長させることができ、従って
その両吸気ポートの燃焼室側開口部が燃料噴射ノズルの
噴口部に関し略点対称位置であることと相俟って、燃焼
室で必要な強い吸気スワール流をノズル噴口部の周りに
効果的に生じさせることができる。しかも燃焼室側開口
部が上記略点対称配置される両吸気ポートの上流端をシ
リンダヘッドの両側面にそれぞれ開口させるようにした
ことで、各々ヘリカル状のために下流部分が湾曲傾向に
ある両吸気ポートを燃焼室を挟んでその両側に無理なく
配置することができる。
また両吸気ポートの上記略点対称配置に関係して、各燃
焼室の天井面において吸気ポート及び第１吸気ポートの
各開口部を並列させるようにしたが、その並列方向をシ
リンダの配列方向と同じとし且つ第１吸気ポート上流端
と排気ポート下流端をシリンダヘッドの同一側面に開口
させたことから、比較的大径の排気ポート及び第１吸気
ポートをシリンダ配列方向に沿ってシリンダヘッドに無
理なく横並びに配置することができ、それらポートの成
形加工が容易である。そしてこのようにシリンダ配列方
向に沿って並ぶ排気ポート及び第１吸気ポートの各開口
部を吸気及び排気効率を高めるべく比較的大径に形成し
ても、第２吸気ポートの小径化によって、該第２吸気ポ
ートに邪魔されずに噴射ノズルの噴口部を燃焼室中心部
に無理なく近接させることができるから、機関の高速運
転域では前述の如く噴射ノズル周りに強い吸気スワール
流を生じさせ得るようにした効果と相俟って燃焼室内で
の混合気の燃焼性が頗る良好となり、その結果、機関の
出力性能は勿論、燃焼性能をも満足させることができ、
燃費の低減及び排気スモークの減少に大いに寄与し得
る。
更に上記第２吸気ポートの小径化によれば、同ポートが
通常状態と制御状態との間で切換えられた際の総合吸気
量の急激な変化、即ち機関出力の急激な変化を極力少な
くすることができるため、その出力変化に伴うショック
を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例を示すもので、直噴式多気筒デ
ィーゼル機関の横断面図（第２図Ｉ−Ｉ線断面図）、第
２及び第３図は第１図のII−II線及びIII−III線に沿う
上記機関の縦断面図、第４図は本発明による機関の回転
数−出力トルク特性線図である。 １……シリンダブロック、２……シリンダヘッド、５…
…シリンダ、６……ピストン、８……燃焼室、91,92…
…第1,第２吸気ポート、10……排気ポート、141,142…
…第1,第２吸気弁、15……排気弁、16……吸気制御装
置、19……燃料噴射ノズル

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】それぞれピストン（６）を摺動自在に嵌合
    させてクランク軸の軸線に沿って並ぶ複数のシリンダ
    （５）を有するシリンダブロック（１）と、このシリン
    ダブロック（１）の上面に結着されるシリンダヘッド
    （２）と、前記ピストン（６）及びシリンダヘッド
    （２）間に画成される複数の燃焼室（８）にそれぞれ燃
    料を直接噴射すべくシリンダヘッド（２）に装着される
    複数の燃料噴射ノズル（19）とを備え、各燃焼室（８）
    に対応して１つの排気ポート（10）と互いに独立した第
    １及び第２吸気ポート（91,92）とをシリンダヘッド
    （２）に設け、その第２吸気ポート（92）に、該第２吸
    気ポート（92）を機関の低速運転域で制御状態にし高速
    運転域で通常状態にする吸気制御装置（16）を付設した
    直噴式多気筒ディーゼル機関において、 各燃焼室（８）に対応した第１及び第２吸気ポート
    （91,92）の両方を、各吸気ポート（91,92）を通して燃
    焼室（８）に導入される吸気に同一方向のスワールを生
    起させるよう同一方向へヘリカル状に形成すると共に、
    第２吸気ポート（92）の開口面積を第１吸気ポート
    （91）及び吸気ポート（10）の各開口面積よりも小さく
    設定し、各燃焼室（８）の天井面において第１吸気ポー
    ト（91）の開口部を、それがシリンダ（５）配列方向に
    沿って排気ポート（10）の開口部と近接して並ぶように
    且つ燃焼噴射ノズル（19）の噴口部に関して第２吸気ポ
    ート（92）の開口部と略点対称位置にくるように配置
    し、シリンダヘッド（２）と、シリンダ（５）配列方向
    に沿う一側面に前記第１吸気ポート（91）の上流端及び
    排気ポート（10）の下流端を、またその他側面に第２吸
    気ポート（92）の上流端をそれぞれ開口させたことを特
    徴とする直噴式多気筒ディーゼル機関。
JP63031097A 1988-02-12 1988-02-12 直噴式多気筒ディーゼル機関 Expired - Lifetime JPH0745817B2 (ja)

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US07/310,293 US4944266A (en) 1988-02-12 1989-02-13 Direct-injection diesel engine
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JP (1) JPH0745817B2 (ja)
DE (1) DE3903831A1 (ja)
GB (1) GB2215777B (ja)

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US9425305B2 (en) 2009-10-20 2016-08-23 Vishay-Siliconix Structures of and methods of fabricating split gate MIS devices
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