JPH0749770B2 - デイ−ゼルエンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はディーゼルエンジンの吸気装置に関し、特にヘ
リカルポートとダイレクショナルポートとを併用して吸
気スワールを制御するようにしたものの改良に関する。

（従来の技術） 従来、この種のディーゼルエンジンの吸気装置として、
例えば実開昭58−175127号公報に開示されるように、燃
焼室の上壁に、該燃焼室内に吸気のスワールを生じさせ
るヘリカルポートを開口するとともに、上記燃焼室の側
壁に、上記スワールに衝突してスワールを弱める吸気を
導く副吸気ポート（ダイレクショナルポート）を開口
し、該副吸気ポートに制御弁を設け、この制御弁をエン
ジン回転数に応じて開閉制御してスワールに衝突する吸
気の流量を変えることにより、エンジン回転数に応じた
所望の強さのスワールを得るようにしたものが知られて
いる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記従来の吸気装置では、スワールが直接当
たる燃焼室の側壁に副吸気ポート、即ちダイレクショナ
ルポートを開口しているので、スワールを有効に弱める
にはダイレクショナルポートからの吸気の流量、流速を
大きく設定しなければならず、そのためにダイレクショ
ナルポートが大きくかつ複雑な形状になり易く、燃焼室
周りの構造が複雑になるという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、スワールに対して垂直に吸気を吹き
付けて、小規模な吸気の流れでもってスワールを有効に
制御し、かつダイレクショナルポートをコンパクトにか
つ簡単な構造にすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、各燃焼
室に対して、燃焼室内に吸気のスワールを生じさせるた
めの巻部を有するヘリカルポートと、該ヘリカルポート
により生成されたスワールを弱めるよう該スワールに衝
突する吸気流を生じさせるダイレクショナルポートとが
設けられたディーゼルエンジンの吸気装置を前提とす
る。そして、上記ダイレクショナルポートは、上記ヘリ
カルポートと同じ方向から該ヘリカルポートに沿って燃
焼室に延びているとともに、上記ヘリカルポートの巻部
先端方向でスワール下流側に対応位置し上記スワールに
対して垂直に吸気を導くよう形成されたストレート部分
を介して燃焼室に開口しており、上記ダイレクショナル
ポートには、エンジンの低回転時に閉じ、エンジンの高
回転時に開くスワール制御弁が設けられているものとす
る。

（作用） 上記の構成により、本発明では、エンジンの低回転時に
は、制御弁が閉じてヘリカルポートのみから燃焼室に吸
気が供給され、燃焼室内に強いスワールが形成されて空
気と燃料とのミキシングが促進される。

一方、エンジンの高回転時には、制御弁が開いてヘリカ
ルポートとダイレクショナルポートとから燃焼室に吸気
が導入されて吸気の充填効率が高められるとともに、ヘ
リカルポートにより生成されたスワールに対し、ダイレ
クショナルポートのストレート部分から吸気が垂直に吹
き付けられてスワールが減衰され、燃料の過度な拡散が
防止される。その場合、ストレート部分からの吸気の流
れはスワールに対して垂直に作用して、スワールを有効
に抑えることができるので、ダイレクショナルポートか
らの吸気の流量、流速を大きく設定することが不要とな
り、その分ダイレクショナルポートをコンパクトでかつ
簡単な形状にすることができる。

しかも、上記ダイレクショナルポートは、ヘリカルポー
トと同じ方向から該ヘリカルポートに沿って燃焼室に延
び、ヘリカルポートによるスワールの下流側で上記スト
レート部分を介して燃焼室に開口しているので、上記ス
ワールの抑制のためのポートレイアウトをコンパクトで
簡単な構造とすることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るディーゼルエンジンの
吸気装置の概略構成を示し、１はディーゼルエンジンで
あって、該エンジン１には４つの気筒2a〜2dが直列状に
形成され、この各気筒2a〜2dにはそれぞれ燃焼室３が形
成されている。該各燃焼室３の一側には、燃焼室３内に
吸気のスワールを生じさせるヘリカルポート４と、この
スワールに衝突してスワールを弱めさせる吸気流を生じ
させるダイレクショナルポート５とが設けられていると
ともに、燃焼室３の他側には排気ポート６が設けられて
いる。

そして、上記各ヘリカルポート４は、第１吸気通路７を
介して、エンジン出力軸により駆動される機械式過給機
８に接続されていて、該機械式過給機８で過給された吸
気を各燃焼室３に導くようにしている。また、上記各ダ
イレクショナルポート５は、第２吸気通路９を介して排
気ターボ過給機10のコンプレッサ10aに接続されてお
り、該排気ターボ過給機10のタービン10bには上記各排
気ポート６が排気通路11を介して接続されていて、排気
エネルギーを動力源として排気ターボ過給機10で過給さ
れた吸気を各燃焼室３に導くようにしている。

次に、上記ヘリカルポート４、ダイレクショナルポート
５および排気ポート６について第２図〜第４図に基づい
て詳述するに、ヘリカルポート４は、上流端が燃焼室３
の斜め上方のエンジン側壁に開口し、下流端が燃焼室３
の上方から徐々に下方に向いつつ第２図時計方向に螺旋
状に巻く巻部12を形成して燃焼室３の側壁に近い上壁に
開口しており、このヘリカルポート４を流通する吸気で
もって燃焼室３に第５図に実線で示す速度分布のスワー
ルを生じさせるものである。

また、ダイレクショナルポート５は、上流端が上記ヘリ
カルポート４の上流端の側方に開口し、下流端が、第３
図に示すようにヘリカルポート４に沿ってヘリカルポー
ト４の下流端の斜め上方と通ったのち、ストレート部分
13を介して燃焼室３の上壁に開口している。該ストレー
ト部分13は、第４図に示すように、上記ヘリカルポート
４の巻部12先端方向でスワール下流側に対応位置し、ス
ワールに対して垂直に吸気を導くように燃焼室３の上壁
に対しても略垂直に形成されていて、上記スワールの減
衰要求時には、第５図に示すように、ヘリカルポート４
の巻部12先端方向でスワール下流端に向おうとするスワ
ール成分に対してその上方から略垂直に吸気を吹き付け
て、上記スワール成分を下方に押しやり、スワールの速
度分布を第５図に点線で示す速度分布にまで抑制し、ス
ワールを減衰させるものである。

さらに、排気ポート６は、上流端が燃焼室３の上壁に開
口し、下流端が吸気系の各ポート4,5とは反対側のエン
ジン側壁に開口している。

また、吸気系の各ポート4,5の下流端には該各ポート4,5
を開閉する吸気弁14,15がそれぞれ配設されているとと
もに、排気ポート６の上流端には該排気ポート６を開閉
する排気弁16が配設されている。そして、第６図に示す
ように、ヘリカルポート４の吸気弁14のシート角θ_１は
小さ目に設定されており、ヘリカルポート４からの吸気
に横方向の速度成分を十分に与えて強いスワールを生じ
させるようにしているとともに、第７図に示すようにダ
イレクショナルポート５の吸気弁15aのシート角シート
θ_２は大き目に設定されており、ダイレクショナルポー
ト５からの吸気をスワールに対して可及的に垂直に方向
づけてこの吸気によってスワールを確実に減衰させるよ
うにしている。

さらに、上記ダイレクショナルポート５の上流端には、
該ダイレクショナルポート５を開閉するスワール制御弁
17が配設されているとともに、該スワール制御弁17の上
流側には、電気式のエアヒータ18が配設されており、該
エアヒータ18は暖気スイッチ19を介してバッテリ20に接
続されている。一方、上記ヘリカルポート４の上流端に
は、該ヘリカルポート４を開閉する始動弁21が配設され
ている。尚、23は燃料噴射弁である。

そして、上記スワール制御弁17、暖気スイッチ19及び始
動弁21は、エンジン回転数及び外気温度の各信号が入力
されているコントローラ22によって制御される。すなわ
ち、エンジン始動時には、始動弁21を閉じるとともにス
ワール制御弁17を開き、ダイレクショナルポート５のみ
から燃焼室３に吸気を導入してスワールを弱め、火炎の
吹き消え防止及び燃料の偏在化を図って始動性を向上さ
せるとともに、このエンジン始動時において特に外気温
度の低い時には、暖気スイッチ19を閉じてエアヒータ18
をON作動させ、ダイレクショナルポート５からの吸気を
加熱して燃料の霧化を促進し冷間始動性を向上させる。
一方、始動御において、エンジンの低回転時には、始動
弁21を開くとともにスワール制御弁17を閉じ、ヘリカル
ポート４のみから燃焼室３に吸気を導入してスワールを
強めるとともに、エンジンの高回転時には、始動弁21及
びスワール制御弁17を共に開いてヘリカルポート４とダ
イレクショナルポート５との両方から燃焼室３に吸気を
導入して充填効率を高めるとともにスワールを減衰させ
るようにしている。

したがって、上記実施例においては、エンジン低回転時
においてヘリカルポート４のみを使用してスワールの強
化による空気と燃料とのミキシング性の向上を図り、エ
ンジン高回転時にはヘリカルポート４とダイレクショナ
ルポート５とを併用して充填効率の向上及びスワールの
減衰による燃料の過剰拡散防止を図ったので、エンジン
の全回転域に亘り燃焼性を向上させることができる。

また、ダイレクショナルポート５のストレート部分13に
より、スワールに対してその上方から略垂直に吸気を吹
き付けて、スワールを有効に減衰させることができるの
で、スワールに対向して吸気を導く場合のように吸気の
流量、流速を大きく設定することが不要となり、その分
ダイレクショナルポート５がコンパクトでかつ簡単な形
状のもので済み、燃焼室３周りの構造を簡単なものにす
ることができる。

しかも、上記ダイレクショナルポート５は、ヘリカルポ
ート４と同じ方向から該ヘリカルポート４に沿って燃焼
室３に延び、ヘリカルポート４によるスワールの下流側
で上記ストレート部分13を介して燃焼室３に開口してい
るので、上記スワールの抑制のためのポートレイアウト
を、両ポート4,5を逆方向配置する場合と較べてコンパ
クトで簡単な構造とすることができる。

さらに、ヘリカルポート４の吸気弁14のシート角θ_１を
小さ目に設定してスワールを強化したので、エンジン低
回転時の空気と燃料とのミキシング性を一層向上できる
とともに、ダイレクショナルポート５の吸気弁15のシー
ト角θ_２を大き目に設定してスワールを確実に減衰する
ようにしたので、エンジン高回転時における燃料の過剰
拡散を確実に防止することができる。

また、ダイレクショナルポート５にエアヒータ18を配設
したので、ダイレクショナルポート５のみを使用するエ
ンジン始動時であって外気温度の低温時には、吸気加熱
により冷間始動性を有効に改善することできる。

加えて、エンジンの低回転域でも確実な過給効果が得ら
れる機械式過給機８を、主として低回転域で使われるヘ
リカルポート４に接続するとともに、エンジンの高回転
域で大きな過給効果が得られる排気ターボ過給機10を、
高回転域のみで使われるダイレクショナルポート５に接
続したので、エンジンの全回転域に亘って出力トルクを
増大させることができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のディーゼルエンジンの吸
気装置によれば、ヘリカルポートとダイレクショナルポ
ートとをエンジン回転数に応じて使い分けて、エンジン
低回転時におけるスワールの強化と、エンジン高回転時
における充填効率の向上及びスワールの減衰とを両立さ
せて燃焼性の向上を図りながら、ダイレクショナルポー
トのストレート部分からスワールに対して垂直に吸気を
導いてスワールを制御すること、及びダイレクショナル
ポートをヘリカルポートと同じ方向から該ヘリカルポー
トに沿って燃焼室に延ばし、ヘリカルポートによるスワ
ールの下流側で上記ストレート部分を介して燃焼室に開
口させるポートレイアウトにより、ダイレクショナルポ
ート及びポートレイアウトをコンパクトでかつ簡単な構
造にすることができ、燃焼室周りの構造を簡単なものに
することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はディーゼルエン
ジンの吸気装置の概略構成を示す図、第２図は第１図の
要部拡大図、第３図は第２図のIII−III線断面図、第４
図は第２図のIV−IV線断面図、第５図はスワールの速度
分布を示す説明図、第６図はヘリカルポート開口部の断
面図、第７図はダイレクショナルポート開口部の断面図
である。 １……エンジン、４……ヘリカルポート、５……ダイレ
クショナルポート、12……巻部、13……ストレート部
分、17……スワール制御弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各燃焼室に対して、燃焼室内に吸気のスワ
   ールを生じさせるための巻部を有するヘリカルポート
   と、該ヘリカルポートにより生成されたスワールを弱め
   るよう該スワールに衝突する吸気流を生じさせるダイレ
   クショナルポートとが設けられたディーゼルエンジンの
   吸気装置において、 上記ダイレクショナルポートは、上記ヘリカルポートと
   同じ方向から該ヘリカルポートに沿って燃焼室に延びて
   いるとともに、上記ヘリカルポートの巻部先端方向でス
   ワール下流側に対応位置し上記スワールに対して垂直に
   吸気を導くよう形成されたストレート部分を介して燃焼
   室に開口しており、 上記ダイレクショナルポートには、エンジンの低回転時
   に閉じ、エンジンの高回転時に開くスワール制御弁が設
   けられていることを特徴とするディーゼルエンジンの吸
   気装置。