JPS61283732A - 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。

（従来技術） 従来、実開昭５９−１０７９３６号公報に示されるよう
に、ディーピ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装置ｉ！（始動促進装置）
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ｌｌｌ
ｌｌＩ時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
いは圧力応動式の開閉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＠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ＷＩ閉弁を作動させているが、始動
暖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，ＣＯ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。しかしこのように通常運転時にも開閉弁を作動さ
せて吸気導入の規制を行うようにした場合、高回転高負
荷時には、吸気の導入が妨げられ易くなる一方、燃料供
給量が増加するため、空気が不足して燃料がオーバーリ
ッチとなり易い。そして、燃焼温度が高くなっても燃料
がオーバーリッチとなると燃料の炭化による黒煙が発生
し易くなる。

（充用の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、吸気の断熱圧縮を利用
して始動を促進するだけでなく、通常運転時にもエミッ
ションを改善し、特に、排気中の白煙やＨＣ，Ｃｏを低
減しながら黒煙の発生を防止することのできるディーげ
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
入規制装置を籠えたディーゼルエンジンの吸気装置にお
いて、上記吸気導入規制装置における開閉弁を作動させ
る開開弁作動状態と上記開閉弁の作動機能を停止させて
吸気通路を吸気行程全期間にわたり開通させる作動停止
状態とに切替可能な駆動手段と、高回転かつ高負荷時に
上記作動停止状態とするように上記駆動手段を制御する
制御手段とを設けたものである。

つまり、始動暖機時に吸気の断熱圧縮を行うほか、始動
暖機後の通常運転時であって比較的低回転、低負荷側の
運転域においても吸気の断熱圧縮を行なわせるように上
記開閉弁を作動さ往、高回転かつ高負荷の運転域では上
記開閉弁による吸気導入の規制を解除して吸気不足を生
じない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に開口する副吸気
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ＩＣ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
閉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。そして上記一方の苗１６は弁体１３、連結軸Ｌ／
Ｉ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１７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１６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、つ
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から負
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
度に閏じられ、真空ポンプ２３か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を絞って開閉弁１０を
作動させる開閉弁作動状態と主吸気通路６ａ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、全開状態でも主吸気通路６
ａを完全密閉せ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けて、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、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を受け、切替
弁２４を制御することにより、アクチュエータ２１を制
御するようにしている。そして高回転かつ高負荷側の運
転域では上記作動停止状態とするように、予めｎｍ弁作
動領域（後記Ａ）と作動停止領域（後記Ｂ）とが設定さ
れ、制御回路２５に記憶されている。

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！８ｆｆｉＱとして上記開閉弁作動領域（斜ぬ
を付した領域）Ａおよび作動停止領域Ｂを示しており、
この図において、Ｌｌは通常運転時の最高燃料噴射恐ラ
イン、Ｌ２は始動時の燃料増量ライン、Ｌ３は最高速度
ライン、Ｌ４は開閉弁作動領域Ａと作動停止領域Ｂとの
境界ラインである。上記境界ラインＬ４は燃料噴射間お
よび開閉弁１０の追従限界回転数（それ以上の回転数で
は吸気圧力変化に開閉弁１０が正しく追従しぎれなくな
る回転数）等を配慮して設定され、例えば最高燃料噴射
邑うインＬ１上のアイドル回転数Ｎ１付近から横軸上の
追従限界回転数付近の所定回転数Ｎ２までにわたるライ
ンに設定されている。

そして、アイドル回転数Ｎ１以下の始動領域と、アイド
ル回転数Ｎ１以上でも上記境界ラインＬ４より低回転、
低負荷側の運転領域は開閉弁作動領域Ａとされ、上記境
界ラインＬ４より高回転、高負荷側が作動停止領域Ｂと
なっている。

第５図は上記制御回路２５による制御動作をフローチャ
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、各検出手段２６゜２７からの信号によ
り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開弁作動領域
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Ａにあるときは吸気絞り弁７を小開度に
閉じた状態に保って開閉弁１０を作動させ（ステップＳ
４）、開閉弁作動領域Ａにないときはアクチュエータ２
１を働かせて吸気絞り弁７を全開させることにより、主
吸気通路６ａを開通さＵて開閉弁１０の作動機能を停止
させる（ステップ８５）。

なお、前記の第４図に示すような領域の設定およびそれ
に基づく第５図に示すような制御は、燃料噴射ポンプ等
において検出されるエンジン回転数および負荷に応じて
行なえばよいが、ガバナにハーフオールスピードガバナ
が用いられている場合、アクセルペダルが特定操作量に
あるときの燃料噴射量特性が第４図において示した境界
ラインＬ４とほぼ一致するので、アクセルペダル操作量
の検出に基いて上記特定操作量以上のとき吸気絞り弁７
を開いて開閉弁１０の作動機能を停止させるようにして
もよく、このようにすれば検出、制御が簡単になる。

上記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にあるときは、吸気絞り弁７によ、り主吸気
通路６ａが絞られた状態で、吸気行程の途中で開閉弁１
０が開き、つまり吸気行程の途中までは燃焼室３への吸
気導入が制限されて燃焼室３内の負圧が次第に大きくな
り、この負圧が所定値以上になると上記開開弁１０が開
かれて副吸気通路６ｂから燃焼室３に急激に多量の吸気
が導入される。これによって吸気の断熱圧縮が行われ、
燃焼室３内の温度が上昇する。そして、始動暖機中には
このような断熱圧縮による温度上昇で着火性が高められ
る。さらに始動暖様後の通常運転時でも、本来的にＨＣ
，Ｃｏが発生し易い低回転、低負荷側の運転域では上記
開開弁１０が作動されて吸気の断熱圧縮が行われ、これ
により燃焼温度が高められるため、排気中のＨＣ，Ｃｏ
を低減することができる。

一方、追従限界回転数Ｎ２以上では開閉弁１０が正しく
作動せず、追従限界回転数Ｎ２以下であってもエンジン
回転数が高くなるにつれて吸気行程の時間が短くなるの
で吸気の導入が妨げられ易くなることと、負荷が高くな
って燃料噴射量が増加するほど吸気の要求量が多くなる
こととの関係で、前記境界ラインＬ４より高回転、高負
荷側では、吸気行程途中まで吸気の導入が制限されると
燃料に対して吸気が不足し易くなる。このような領域で
はアクチュエータ２１が働いて吸気絞り弁７が開かれる
ことにより、開閉弁１０の作動機能が停止され、吸気行
程の全期間にわたり主吸気通路６ａが間通して燃焼室３
に充分に吸気が導入される。従って吸気不足による燃料
のオーバーリッチが防止され、黒煙の発生が防止される
。またこのような領域ではエンジン温度が高くなってい
るので、吸気の断熱圧縮が行われなくとも、排気中の）
（Ｃ，Ｃｏは充分に低く保たれる。

なお、本発明における吸気導入規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６　ｂ　＋、を設けられていない。

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開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１ｏの作動が停止するようにして
おり、この開閉弁１０を回動させるダイヤフラム装置等
のアクチュエータ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６Ｃが設
けられ、このリーク通路６Ｃ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から少釘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、開閉弁１０を格納位置に回動させれ
ば開閉弁１０の作動機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
領域設定に基いて高回転、高負荷側では上記作動停止状
態とするように駆動装置を制御することにより、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、吸気導入規制装置として、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＠（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【ブられている。この開閉弁４
０とエンジン出力軸と゛の間の連動癲構（図示せず）に
おいて、吸気行程途中で開閉弁４０　ｊｆｉ間作動する
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開閉弁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４
０が回転していても吸気導入の規制は解除されて実質的
には開閉弁４０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、上記開閉弁４０とエンジン出力軸との間の連ａｍ横
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が同かれたときに開ｍ弁４０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、開閉弁を開状態に停止させることのできる連動遮断
手段、または開閉弁を吸気行程の全期間中開か仕るよう
に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、実質的に開閉
弁の作動機能を停止させることができ、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、吸気通路に吸気行程の途中で開
作動する開閉弁を設け、特に、始動暖機後の通常運転時
にも上記開閉弁を作動さじ、高回転かつ高負荷時に開閉
弁の作動機能を停止させるＪ：うにしているため、本来
的に白煙やＨＣ，Ｃ０が発生し易いｉ転領域では吸気の
断熱圧縮により吸気温度を高めてＨＣ，Ｃｏを大幅に低
減することができ、高回転かつ高負荷時には吸気不足に
よる燃料のオーバーリッチを防止することができる。

従って、白煙やＨＣ，Ｃｏの低減と黒煙の低減とを両立
させ、全運転域にわたりエミッションを良好にすること
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実施例の装置の縦断側図図、第２
図はこの装置の概略横開平面図、第３図は開閉弁の拡大
断面図、第４図は開閉弁の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■
−■線に沿った断面図、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。 特許出願人　　　　マ　ツ　ダ　株式会社代　理　人　
　　　弁理士　　　小谷悦司同　　　　　　弁理士　　
　長１）正 向　　　　　　弁理士　　　板谷康夫 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、
   上記吸気導入規制装置における開閉弁を作動させる開閉
   弁作動状態と上記開閉弁の作動機能を停止させて吸気通
   路を吸気行程全期間にわたり開通させる作動停止状態と
   に切替可能な駆動手段と、高回転かつ高負荷時に上記作
   動停止状態とするように上記駆動手段を制御する制御手
   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。