JPS61283720A - デイ−ゼルエンジンの吸気装置 - 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） 本発明はディーゼルエンジンの始動促進およびエミッシ
ョンの改善のため、断熱圧縮により吸気温度を上昇させ
るようにした吸気装置に関するものである。

（ｉ来技術） 従来、実開昭５９−１０７９３６号公報に示されるよう
に、ディーゼルエンジンにおいて始動時に着火性を高め
るため、燃焼室に供給する吸気を断熱圧縮して吸気温度
を上昇させるようにした吸気＠置（始動促進装Ｎ）が知
られている。この装置は、吸気通路に吸気行程の途中で
開作動する開閉弁を設け、具体的には主吸気通路に吸気
絞り弁を設けるとともに、この吸気絞り弁を迂回するバ
イパス吸気通路に開閉弁を設け、始動時から＠機構まで
の低負荷運転状態時に、吸気絞り弁により主吸気通路を
絞った状態で、上記開閉弁を動弁機構あるいは圧力応動
式のＩＦｌｒ１１弁等により吸気行程の途中で開作動さ
せるようにしている。そしてこのような開閉弁の作動に
より、吸気行程の途中までは燃焼室への吸気の導入を制
限し、吸気行程の途中から急激に燃焼室に吸気を導入し
て断熱圧縮を行わせている。この装置によると、エアヒ
ータによって吸気を加熱する場合と比べ、多大のエネル
ギーが電力として消費されることがなく、しかも燃焼室
内で効率良く吸気温度を高めることができる。

ところで、上記従来の装置は、始動促進のため始動暖機
運転時にのみ上記開閉弁を作動させているが、始ｅａ機
後の通常運転時でも、燃焼温度が低いと排気中に白煙や
未燃焼成分であるＨＣ，ＧＯが発生し易くなるので、上
記開閉弁の作動による断熱圧縮を利用して燃焼温度を上
昇させれば、排気中のＨＣ等の低減に有効なものとなる
。そして、このように開閉弁１０を作動させると吸気導
入が規制されることにより多少は充ａｍが低下する可能
性があるが、ディーゼルエンジンにおいて通常運転時、
本来的に空気過剰率が大きい運転状態にあるので吸気不
足が生じることはなく、良好に燃焼が行われる。ところ
が、加速時には、燃料が増員されるのに伴って多量の吸
気が必要となり、吸気不足が生じると燃料のオーバーリ
ッチによりスモークが発生し易くなるとともに、出力が
低下するため、できるだけ充填量を高めたいという要求
がある。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、吸気の断熱圧縮を利用
して定常運転時等に排気中の白煙やＨＣ等を低減すると
ともに、加速時にスモークの発生を防止し、加速性能を
良好にすることのできるディーゼルエンジンの吸気装置
を提供するものである。

（発明の構成） 本発明は、吸気通路に開閉弁を設け、吸気行程途中まで
は上記開閉弁を閉状態として燃焼室への吸気の導入を制
限し、吸気行程途中で上記開閉弁を開くことにより急激
に吸気を燃焼室に導入して断熱圧縮を行なわせる吸気導
入規制装置を備えたディーゼルエンジンの吸気装置にお
いて、エンジンの加速状態を検出する加速検出手段と、
この加速検出手段の出力に応じ、加速時に上記開閉弁の
作動による吸気導入の規制を解除する方向に上記吸気導
入規制装置を制御する制御手段とを設けたものである。

つまり、充填量が多少低下しても支障がない定常運転時
等には開閉弁を作動させて吸気の断熱圧縮が行われるよ
うに吸気導入を規制するが、加速時には吸気導入の規制
を解除する方向に制御することによって充＠恐を確保す
るようにしたものである。

（実施例） 第１図乃至第３図は本発明の第１実施例を示す。

これらの図において、１はディーゼルエンジンの各シリ
ンダであって、その内部のピストン２上方には燃焼室３
が形成されており、この燃焼室３には、吸気弁４を備え
た吸気ボート５と、排気弁を備えた排気ボート（図示せ
ず）とが開口している。

上記吸気ボート５に連通ずる吸気通路６には、開閉弁１
０によって吸気行程途中までは燃焼室３への吸気の導入
を制限し、吸気行程途中から急激に吸気を燃焼室３に導
入して断熱圧縮を行わせる吸気導入規制装置が設けられ
ている。この吸気導入規制装置は、当実施例では主吸気
通路６ａと、下流端が主吸気通路６ａに開口するＲ１吸
気通路６ｂとからなる吸気通路６が各シリンダ１別に形
成され、かつ、主吸気通路６ａの副吸気通路６ｂ間ロ位
置より上流に吸気絞り弁７が設けられるとともに、吸気
絞り弁７によって主吸気通路６ａが絞られているときに
圧力変化に応じて吸気行程途中で開く自動弁タイプの開
閉弁１０が上記副吸気通路６ｂに設けられていることに
より構成されている。

なお、上記主吸気通路６ａおよび副吸気通路６ｂはそれ
ぞれサージタンク８，９を介して図外のエアクリーナに
接続されている。

上記開閉弁１０は、副吸気通路６ｂのサージタンク９へ
の開口部に配置されており、弁室１１内に設けられて弁
座１２に上流側から当接する弁体１３と、この弁体１３
に連結軸１４を介して連結されたダイヤフラム１５と、
このダイヤフラム１５により仕切られた２つの室１６．
１７と、その一方の室１６内に設けられて弁体１３を量
弁方向に付勢するリターンスプリング１８とを備えてい
る。そして上記一方の室１６は弁体１３、連結軸１４お
よびダイヤフラム１５を貫通した連通孔１９を介して弁
体１３より下流の副吸気通路６ｂに連通し、他方の室１
７はサージタンク９に連通してほぼ大気圧に保たれてい
る。この構造によると、弁体１３より下流の副吸気通路
６ｂ内に負圧が生じたとき、その負圧が上記一方の室１
６に導入されて両室１６．１７の圧力差により弁体１３
を開く方向の力がダイヤフラム１５に作用する一方、弁
体１３自体に加わる圧力およびリターンスプリング１８
のバネ力は抵抗力となり、かつ、弁体１３が開かれると
弁体１３自体に作用する負圧力は小さくなる。従って、
ダイヤフラム１５および弁体１３の受圧面積を適度に設
定し、かつリターンスプリング１８のバネ力を比較的小
さくしておくことにより、吸気絞り弁７により主吸気通
路６ａが絞られている状態では、燃焼室３内およびこれ
に連通ずる副吸気通路６ｂ下流側に生じる負圧が所定値
以上となる吸気行程途中で弁体１３が開かれ、逆に負圧
が充分に小さくなった時点で弁体１３が閉じられる。他
方、吸気絞り弁７が開かれている状態では、殆ど吸気負
圧が生じないので開閉弁１０の作動が停止され、っまり
閉弁状態に保たれる。なお、上記弁座１２を制振鋼板ま
たはプラスチックで形成するとともに、サージタンク９
の内面に吸音材を装着しておけば、開閉弁１０の作動中
の騒音を低減することができる。

上記主吸気通路６ａに設けられた吸気絞り弁７はアクチ
ュエータ２１に連結されている。このアクチュエータ２
１は例えばダイヤフラム装置により形成され、通路２２
を介して真空ポンプ２３に接続されており、上記通路２
２中には、アクチュエータ２１に真空ポンプ２３がら負
圧を導入する状態と大気を導入する状態とに切替える切
替弁２４が設けられている。そして、アクチュエータ２
１に大気圧が導入されているときは吸気絞り弁７が小開
度に閉じられ、真空ポンプ２３がら負圧が導入されたと
きは吸気絞り弁７が開かれるようにしている。これらア
クチュエータ２１、通路２２、真空ポンプ２３および切
替弁２４により、主吸気通路６ａを絞ってｌ１ＩＩ３Ｊ
１弁１０を作動させる開閉弁作動状態と、主吸気通路６
ａを開通させて開閉弁１０の作動機能を停止させる作動
停止状態とに切替可能な駆動手段が構成されている。

また、上記吸気絞り弁７は、仝閉状態でも主吸気通路６
ａを完全密閉Ｖずに多少は吸気を燃焼室３にリークさせ
るようになっており、このようにしているのは、吸気行
程で開閉弁１０が開かれるまでの間に断熱膨張で吸気温
度が低下することを防止するためである。

なお、クランキング等の極低回転域では、ピストンリン
グまわりからのリーク割合が多くなり、開閉弁１０の作
動時期の精度が低下するため、吸気絞り弁７の弁軸を中
心よりオフセットさせて、主吸気通路６ａの内壁と吸気
絞り弁７との密着性を高め、吸気絞り弁７まわりのリー
ク割合を低減させてもよい。

２５は上記駆動手段を制御する制御回路（制御手段）で
あって、マイクロコンピュータ等からなり、上記切替弁
２４に出力する制御信号によってアクチュエータ２１を
制御することにより、上記駆動手段を介して吸気導入規
制装置を制御し、加速時には上記作動停止状態として吸
気導入の規制を解除するようにしている。当実施例では
、始動運転領域および本来的にＨＣ等が発生し易い運転
領域で開閉弁１０を作動させ、それ以外の運転領域では
ｎ閉弁１０の作動機能を停止させるようにし、かつ、開
閉弁１０を作動させる運転ｆｌＡｂＸを冷却水温、吸気
温度、吸気圧力、排気温度等のエンジンの燃焼温度に関
係する変動＆に応じて補正するようにした上で、開閉弁
１０を作動させる運転領域であっても加速時には１７１
１ｗ１弁１０の作動機能を停止させるようにしている。

このような＆１ｊｉｌｌを行うため、上記制御回路２５
は、燃料噴射ポンプ等に装備された回転数検出手段２６
および負荷検出手段２７等からの運転状態を検出する信
号と、エンジンの燃焼温度に関係する変動量として例え
ば冷却水温を検出する水温センサ２８からの検出信号と
、燃料噴射ポンプのレバー位置の変化を検出する等によ
り加速度を検出する加速検出手段２９からの検出信号と
が入力されている。

そして上記制御回路２５においては、第４図に示すよう
に、水温に関係なく開閉弁１０を作動させる開閉弁作動
領域Ａおよび水温が低いときのみ開閉弁１０を作動させ
る補正領ＶＬＢが予め設定されている。すなわち、第４
図は横軸をエンジン回転数Ｎ、縦軸を負荷に相当する燃
料噴射１０として上記開閉弁作動領域Ａと、上記補正領
域Ｂと、常に開閉弁１０の作動機能が停止される作動停
止領域Ｃを示している。この図において、Ｌｌは通常運
転時のＲ轟燃料噴６１！Ｉｉライン、Ｌ２は始動時の燃
料増員ライン、Ｌｓは最高速度ライン、Ｌ４は開閉弁作
動領域Ａの限界ライン、Ｌｓは補正領域Ｂの限界ライン
である。この図に示すように、開閉弁作動領域Ａは、始
動運転領域と比較的低回転、低負荷側の運転領域とを含
むように設定されており、また、上記補正領域Ｂは、水
温が低いときにＨＣ等が発生し易くなる領域であって、
その限界ラインＬ５は開閉弁作動領域Ａの限界ラインＬ
４よりある程度高回転側に設定されている。そして上記
限界ラインＬ５より高回転高負荷側が作動停止領域Ｃと
なっている。

第５図は上記制御回路２５による１、ＩＩ　ｍ　１７１
作をフローチャートによって示したものであって、この
図に示すように制御回路２５は、エンジン回転数および
負荷を検出しくステップＳ１．Ｓ２）、これらの検出信
号に基いて上記開閉弁作動領域Ａにあるか否かを調べる
（ステップ８３　）。そして、開閉弁作動領域へにある
ときは加速度の検出に基いて加速時か否かを調べる（ス
テップ８４　、　Ｓｓ　）、そして、加速時でないとき
は、吸気絞り弁７を小開度に閉じた状態とすることによ
り開閉弁１０を作動させ（ステップＳ６）、加速時には
吸気絞り弁７を開いて主吸気通路６ａを開通させること
により開閉弁１０の作動機能を停止させる（ステップＳ
７）。

また、開閉弁作動領域へにないときは補正領域Ｂにある
か否かを調べ（ステップＳ８）、補正領域Ｂにあるとき
は水温補正信号に基いて所定水温（例えば５０℃）以下
か否かを調べる。そして、補正領域Ｂにあって所定水温
以下であるときも、ステップＳａ、ステップ＄５を経て
加速時以外は開閉弁１０を作動させ、加速時は開閉弁１
０の作動機能を停止させる。補正領域Ｂにあって水温が
所定水温より高いときと、開閉弁作動領域Ａおよび補正
領域Ｂのいずれにもないときには、ステップ＄７に移る
ことによりｌ？ｌｌ閉弁１０の作動機能を停止させる。

上述のごとき吸気装置によると、運転状態が前記開閉弁
作動領域Ａにあるとき、または前記補正領域Ｂにあって
水温が所定値以下のときに、加速・時以外は吸気絞り弁
７により主吸気通路６ａが絞られ、開閉弁１０が吸気行
程の途中で開くように作動される。これにより、吸気行
程の途中までは燃焼室３への吸気導入が制限され、吸気
行程途中から急激に多量の吸気が燃焼室３へ導入されて
吸気の断熱圧縮により燃焼室３内の温度が上昇する。

この際、吸気導入が規制されることにより充填酪が多少
低下したとしても、上記断熱圧縮により燃焼温度は充分
に高められ、かつ空気過剰率が大きい運転状態では燃料
に対して吸気Ｒが不足することはなく、こうして着火性
および燃焼性が高められ、ＨＣ等が低減される。

また加速時には吸気絞り弁７が開かれて主吸気通路６ａ
が開通することにより、吸気導入の規制が解除され、吸
気行程の全期闇に亘って主吸気通路６ａから燃焼室３に
吸気が自由に導入される。

従って加速時には燃料が増量されても吸気不足が生じる
ことがなく、スモークの発生および加速性能の低下が防
止される。

さらに当実施例では、運転状態が前記補正領域Ｂにあっ
て水温が所定値より高いとき、または前記作動停止領域
Ｃにあるときにも、本来的に燃焼が良好に行われてＨＣ
等の発生が少ないため、開閉弁１０の作動機能を停止さ
せて吸気導入の規制を解除し、ボンピングロスを低減す
るとともに高回転高負荷時のスモークの発生を防止して
いる。

なお、上記実施例では加速時に吸気導入の規制を完全に
解除しているが、吸気絞り弁７を所定開度だけ開いて吸
気導入の規制をある程度緩めるようにしてもよい。

また、本発明における吸気導入Ｍ制装置および駆動手段
の具体的構造は種々変更可能であって、その数例を次に
説明する。

第６図および第７図に示す第２実施例では、自動弁タイ
プの開閉弁１０が主吸気通路６ａに設けられており、副
吸気通路６ｂは設けられていない。

この開閉弁１０は、第１実施例のものと同様の構造によ
り圧力変化に応じてＷＵ閉作動するようになっているが
、その端部が主吸気通路６ａに回転軸１０ａを介して取
付けられることにより、主吸気通路６ａ中に位置する状
態と、主吸気通路６ａの側壁に設けられた凹部３０に格
納される状態とに回動可能となっている。そして、この
開閉弁１０が格納位置に回動されると主吸気通路６ａが
開通するとともに開閉弁１０の作動が停止するようにし
ており、このｒＭｗＪ弁１０を回動させるダイヤフラム
Ｍ１等の７クチユエータ３１とこれを働かせるための通
路３２、真空ポンプ３３および切替弁３４等により駆動
手段が構成されている。また、主吸気通路６ａの開閉弁
１０より上流側と下流側との間には小径のリーク通路６
Ｃが設けられ、このリーク通路６Ｇには、吸気の逆流に
よる充填率の低下を防止するためのチェック弁３５が設
けられている。

この実施例の装置によっても、開閉弁１０が主吸気通路
６ａ中に位置している状態にあるとき、吸気行程途中ま
ではリーク通路６Ｃから少量の吸気が導入されるだけな
ので燃焼室３内およびこれに連通ずる主吸気通路６ａ下
流側の圧力が次第に低下し、この圧力低下に応じて吸気
行程途中で開閉弁１０が開作動することによりそれ以後
に急激に吸気が導入されて断熱圧縮が行われ、吸気温度
が上昇する。また、ＷＵ閉弁１０を格納位置に回動させ
れば開閉弁１０の作動ｍ能が停止するとともに主吸気通
路６ａが開通する作動停止状態となる。

そして制御回路２５・により、前記の第４図に示すよう
な領域設定に基いて駆動装置を１ｉ１１１Ｉするととも
に、加速時には開閉弁１０の作動機能を停止させ、つま
り開閉弁１０を格納位置に回動させることにより、第１
実施例と同様の作用、効果が得られる。

第８図は本発明装置の第３実施例を示し、この実施例で
は、吸気導入ｊＪＩ　Ｉｌｌ　ｉ　２１として、主吸気
通路６ａに吸気絞り弁７が設けられる一方、副吸気通路
６ｂに、エンジン出力軸（図示せず）に連動して回転す
るロータリバルブからなる開閉弁４０が設けられている
。このｎ閉弁４０とエンジン出力軸との間の連動機構（
図示せず）において、吸気行程途中でｎ閉弁４０が開作
動するように開閉弁４０の開閉タイミングが設定されて
いる。

この実施例によっても、吸気絞り弁７により主吸気通路
６ａが絞られた状態では上記ｎ閉弁４０の作動により吸
気導入が規制されて吸気の断熱圧縮が行われる。また、
吸気絞り弁７が開かれると、主吸気通路６ａから燃焼室
３へ吸気が自由に導入されるため、開閉弁１０が回転し
ていても吸気導入の規制は解除され、実質的に開閉弁１
０の作動機能が停止される。従ってこの場合も、上記吸
気絞り弁７に対して第１実施例と同様の駆動手段を設け
るとともに制御回路２５により第１実施例と同様に駆動
手段を制御するようにしておけばよい。

また、上記１ＦＩＷ１弁１０とエンジン出力軸との間の
連動機構には連動を遮断する手段を設けておくことによ
り、吸気絞り弁７が開かれたときに開閉弁１０の回転そ
のものが停止されるようにしてもよい。

さらに他の実施例として、第２実施例に示すような主吸
気通路とリーク通路とからなる吸気通路構成で、エンジ
ン出力軸に連動して吸気行程の途中で開くロータリバル
ブタイプの開閉弁を主吸気通路に設けてもよい。この場
合、［Ｆ１１閉弁を開状態に停止させることのできる運
動遮断手段、または開閉弁の開閉タイミングを変えるこ
とのできる開閉タイミング可変手段を連動機構に組込む
ことにより、吸気導入の規Ｉｌｌを解除し、または緩め
ることができ、このような手段を制御回路によって制御
すればよい。

（発明の効果） 以上のように本発明は、吸気通路に設けた開閉弁を吸気
行程の途中で開いて吸気の断熱圧縮を行わせる吸気導入
規制装置を備えるとともに、空気過剰率が大きい定常運
転時等には上記開ｎ弁を作動させ、加速時には上記開閉
弁の作動による吸気導入の規制を解除する方向に制御し
ているため、吸気の断熱圧縮による温度上昇を利用して
排気中のＨＣ等をできるだけ低減しつつ、燃料が増量さ
れる加速時に吸気不足が生じることを防止し、加速時の
スモークの発生および加速性能の低下を防止することが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の装置の概略平面図、第２
図はこの装置の縦断側面図、第３図は開閉弁の拡大断面
図、第４図は開閉弁作動領域および作動停止領域を示す
説明図、第５図は制御のフローチャート、第６図は第２
実施例の装置の縦断側面図、第７図は第６図の■−■翰
に沿った断面図、第８図は第３実施例を示す縦断側面図
である。 １・・・シリンダ、３・・・燃焼室、４・・・吸気弁、
６・・・吸気通路、７・・・吸気絞り弁、１０・・・開
閉弁、４０・・・開閉弁、２１．３１・・・アクチュエ
ータ、２５・・・制御回路、２９・・・加速検出手段。 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　４　　図 第　　５　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、吸気通路に開閉弁を設け、吸気行程途中までは上記
   開閉弁を閉状態として燃焼室への吸気の導入を制限し、
   吸気行程途中で上記開閉弁を開くことにより急激に吸気
   を燃焼室に導入して断熱圧縮を行なわせる吸気導入規制
   装置を備えたディーゼルエンジンの吸気装置において、
   エンジンの加速状態を検出する加速検出手段と、この加
   速検出手段の出力に応じ、加速時に上記開閉弁の作動に
   よる吸気導入の規制を解除する方向に上記吸気導入規制
   装置を制御する制御手段とを設けたことを特徴とするデ
   ィーゼルエンジンの吸気装置。