JPS61294130A - 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界させ
るようにしたディーゼルエンジンの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、ディーゼルエンジンにおい°Ｃ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
度を上界させるようにした吸気装置（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
気絞り弁を設りるとどもに、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５）ノ時から暖機
時までの低負荷運転状態時に、吸気絞り弁にＪ：り主吸
気通路を絞った状態で、上記開閉弁をｌｌ１弁機構ある
いは圧力応動式の１ｔｆｌ閉弁等により吸気行程の途中
で開作動さ［るＪ：うに１）でいる。そしてこのＪ：う
な開閉弁の作動にＪ：す、吸気行程の途中Ｊ：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Ｊこると、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＜Ｔ　＜、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。なお、上記従来の装置では始動暖
機運転時に開閉弁を作動させているが、通常運転時にも
燃焼不良等が生じる可能性がある適当’、Ｉ　Ｒ囲に回
る運転領域で開閉弁を作動させるようにＪ−れば、吸気
温度の上品により燃焼性が向上されるとともに白煙やＨ
Ｃ等の発生が防止される。

また、この装置において吸気行程途中で開く開閉弁とし
ては、動弁機構や連動Ｎ構を介してＴンジン出力軸で駆
動されるタイプのもの、またはシリング内に生じる負圧
に応じてこれが設定０圧に達した時に開作動づ−るタイ
プの−ものを採用し行るが、このうら後者のタイプを用
いれば、動弁機構や連動機構を必要どせず簡単な構造で
吸気の断熱Ｉｆ縮を行わ１士ることができる。

ところで、シリンダ内００圧に応じて開閉する開閉弁を
用いる場合に、従来ではマ１１にシリンダ内の負圧が一
定の設定負圧に達したどぎ開閉弁が開弁１−るＪ：うに
しているにすぎないため、広い回転数域に亘って吸気の
断熱圧縮効果と吸気充Ｉｌｉ量の確保とを両立さＵるこ
とが′ｆｌｌシい。つ；Ｊ：す、吸気の断熱圧縮効果を
高めるためには、開閉弁の開弁設定負圧を大きくするこ
とが望Ｊニジく、また、吸気充填量を確保１−るために
【、１、開閉弁の開弁後に、大気圧と上記開弁設定負圧
との差圧分に見合う品の吸気を導入する必要があるが、
この吸気充填量の確保のために必要な吸気の導入時間は
開弁設定負圧が大ぎくｈるほど長くなる。一方、開閉弁
の開作動時期から吸気行程終期までの実際に吸気を導入
し得る時間は、エンジン回転数が高くなるにつれて短く
なる。このため、例えば燃焼性ヤ）エミッションの改善
の要求が最も高いアイドル運転時を基準とｌノで、この
ときの吸気充填量の確保を満足ザる範囲で開弁設定負圧
をできるだ（）人さな値にしておいて、断熱圧縮効果を
高めようどづると、エンジン回転数が高くなったとき充
分に吸気を導入しきれなくなって充填量が低下し、にた
逆に高回転時に充填塔を確保し行るＪ：うに量弁設定負
圧、　を小さな値にしておくと、アイドル運転時等の低
回転時に断熱圧縮効果が不充分なものとなる。

（発明の目的） 本発明はこのＪ：うな事情に鑑み、低回転から高回転ま
でに亘って、吸気の断熱圧縮効果と吸気充填量の確保と
を両立させて燃焼性およびエミッションを改善すること
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、エンジンの各シリンダ別の吸気通路に、シリ
ンダ内の負圧が設定負圧に達した時に開作動で−る開閉
弁を設置−Ｊ−、この開閉弁の作動にＪ：り吸気行程途
中までは燃焼室への吸気導入を制限し、吸気行程途中か
ら急激に吸気を燃焼室に導入して断熱圧縮を行わせるよ
うにしたディーゼルエンジンの吸気装置において、上記
設定負圧を可変にする設定角圧調整手段と、エンジン回
転数に応じてアイドル回転数以上では］−ンジン回転数
が高くなるにつれて上記設定負圧を小さくする。１こう
に上記設定負圧調整手段を制御づる制御手段とを設置ノ
たものである。

つまり、少なくともアイドル回転数から高回転までに亘
り、吸気充填量を確保し１ワる範囲でできるだ（プ聞閉
弁の開作動の設定負圧を高めるようにしたものである。

（実施例） 第１図おＪ：び第２図は本発明の一実施例を示す。

これらの図において、１はディーゼルエンジンの各シリ
ングであって、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
た吸気ポー１へ５と、刊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に連通する吸気通路６には、シリング
１内の圧力変化に応じて開閉する開閉弁１０にＪ：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
圧縮を行わける吸気導入規制装置が設【ノられている。

この吸気導入規制装置は、当実施例では主吸気通路６ａ
ど、下流端が１吸気通路６ａに間口Ｊ−る副吸気通路６
ｂ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開ロ位買より下
流に吸気絞り弁７が設（）られるどともに、副吸気通路
６ｂに一］二記間閉弁１０が設りられていることにより
構成されている。

上記開閉弁１０は、主吸気通路６ａが吸気絞り弁７によ
って閉鎖された状態にあるとき、吸気行程でシリンダ１
内に生じる負圧が設定負圧に達した時に自動的に開作動
することができる（１４造となっており、またこの開閉
弁１０に対し、上記設定負圧を可変にする設定負圧調整
手段３０が設りられている。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おＪ：び設定負圧調整手段３０の具体的
構造を第２図によって説明すると、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内に設りられて弁座１２に上流側から
当接する弁体１３と、この弁体１３に連結４！ｌ１１４
を介して連結されたダイヤフラム１５ど、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内に設りられて弁体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
記一方の室１Ｇは弁体１３、連結軸１４おＪ：びダイヤ
フラム１５を０通した連通孔１９を介して弁体１３Ｊ：
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。こう
して開閉弁１０は、副吸気通路６ｂの下流側から上記一
方の室１６に導入される負圧がリターンスプリング１８
の付勢力と弁体１３およびダイヤフラ１１１５の各受圧
面積とによって決まる設定負圧に達したとぎ、つまり上
記負圧によってダイレフラム１５に作用する力がリター
ンスプリング１８と弁体１３自体作用する負圧どにＪ：
る抵抗力にり大きくなったとき、弁体１３が開かれるに
うになっている。

上記開閉弁１０に対する設定負圧調整手段３０は、上記
リターンスプリング１８の付勢力を変えることができる
ように移動可能に設けられたスプリング支持板３１と、
このスプリング支持板３１の位置を調節するアクチュエ
ータ３２とを備え、　　′このアクチュエータ３２は内
部にピストン３３、負圧室３４およびスプリング３５を
有し、ビス１−ン３３がスプリング支持板３１にロッド
３６を介して連結されるとともに、負圧室３４が真空ポ
ンプ３７に通路３８を介して接続されでおり、この通路
３８中には後記制御回路５０によりデユーティ比制御さ
れる制御弁３９が設りられている。そして、上記制御弁
３９により真空ポンプ３７からアクチコエーク３２に導
入される負圧が調節され、それに応じてスプリング支持
板３１の位置が変えられてリターンスプリング１８の付
勢力が調整されるようになっている。

一方、吸気絞り弁７に対しては、第１図に示Ｊ−９＝ ようにこの吸気絞り弁７を開閉作動づ−るダイ＼７フラ
ｌ＼装置にＪ：り形成されたアクチュエータ４１と、こ
のアクヂュ■−タ／１１を真空ポンプ３７に接続Ｊ−る
通路４２中に配置された切替弁４３とで構成された駆動
手段が設りられ、この駆動手段にＪ：す、吸気絞り弁７
を閉じて開閉弁１０を作動さＵる開閉弁作動状態と吸気
絞り弁７を聞いて主吸気通路６ａを開通さｌることによ
り吸気絞り弁７の作動Ｉ幾重を停止１：させる作動Ｗ止
状態とに吸気系を切替可能としている。

また、５０はマイク［１］ンピユータ等からなる制御回
路（制御手段）であって、回転数検出手段５１おＪ：び
負荷検出手段５２等からの検出信号を受ＩＪ１設定負圧
調整手段３０の制御弁３９および上記駆動手段切替弁４
３に制御信号を出力している。

この制御回路５０は、エンジン回転数および負傭にＪ：
って検出される運転状態が予め設定された特定運転領域
にあるとぎは吸気絞り弁７を小開度に閉じて開閉弁１０
を作動させるＪ：うにアクチュエータ４１を制御すると
ともに、この場合にエンジン回転数の検出信弓に応じ、
設定負圧調整手段３０を介してリターンスプリング１８
の付勢ノ〕を制御することにＪ：す、第３図に示すＪ：
うに設定０圧を制御している。すなわち、アイドル回転
数域（アイドルアップ時の回転数域でもよい）内の所定
回転数Ｎ’ｏ以上では、設定負圧を、後に詳］ボする如
き吸気充填ｍ確保の限界値となるラインｔ−ｈと一致す
るように、エンジン回Φλ数の十Ｒにつれて次第に小さ
くしている。さらに実施例では、上記所定回転数Ｎｏよ
り低回転側のクランキング域では、後述の負圧発生限界
に対応さけ、例えば負圧発生限界よりも一定化だけ低い
圧力ラインＬ　Ｑと一致するように設定負圧をエンジン
回転数の低下につれて次第に小さくしている。

なお、開閉弁１０を作動させるべき運転領域は着火性、
燃焼性の向上が要求され、かつ開閉弁１０が有効に機能
し得るような領域に設定され、例えば始動運転領域から
開閉弁１０の追従限界回転数（それ以上の回転数では負
圧変動に開閉弁１〇が正しく追従しされなくなる回転数
）付近までのある程度広い回転数域に直る範囲で比較的
低負荷の領域（始動運転領域を含む）に設定されている
。

そしてこのような領域以外では、ボンピング［１スを低
減づるとともに吸気の導入を容易に刀−るため、吸気絞
り弁７を聞くことにより主吸気通路６ａを開通ざ１！て
開閉弁１０の作動（浅化を停止さけるようにしている。

上記のごどき吸気装盾にＪ：ると、吸気絞り弁７にＪ：
り主吸気通路６ａが絞られた状ｆ３　”Ｑは、吸気行程
の途中で開閉弁１０が聞き、つまり吸気行程の途中ｊ；
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、この負圧が設定負圧以上になる
と上記間ｒｎ弁１０が聞かれて副吸気通路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内の温度が上昇し、着
火性および燃力Ｈ’ｉが高められる。

そしてこの場合に、エンジン回転数に応じ、前述のよう
に設定負圧が制御されることにより、充填早の確保と断
熱圧縮効果の向上とが図られる。

この作用を第４図にＪ：ってｄ１明する。

第４図はクランク角に対応したシリンダ１内の圧力変化
をアイドル回転数域におＩ〕る場合（曲線Ａ）、高回転
数域における場合（曲線Ｂ）、およびアイドル回転数よ
り低回転のクランキング域におりる場合（曲線Ｃ）につ
いてそれぞれ示す。この図のように、開閉弁１０の開作
動時点ｔ１　、　ｔ２、ｔ３まではシリンダ１内の負圧
が次第に大きくなり、シリンダ１内の負圧が設定負圧Ｐ
１．Ｐ２、Ｐ３に達して開閉弁１０が開作動した（すは
大気圧との圧力差により急激に吸気が導入され、断熱圧
縮が行われつつ次第にシリンダ１内の負圧が小さくなる
。この場合、充填量を確保しつつ断熱圧縮効果を高める
には、開閉弁１０の開作動の設定負圧が充填量を確保し
得る範囲でできるたり大きい限界値となるようにすれば
にいが、充填量を確保するためには吸気行程終期にシリ
ンダ１内がほぼ大気圧に復帰している必要がある。そし
て、アイドル回転数域では曲線へで示ずように設定負圧
Ｐ１を比較的大きくしても充填用が確保される。

一方、高目ψλ域では、一定クランク角変化に対応する
時間が短くなるので、アイドル回転数域と同程度に設定
負圧を大きくＪ−ると、吸気行程終期にシリンダ１内の
負圧が充分に小ざくならず充填量が低下しく曲ＩＢ’）
、Ｒ定Ｃ１圧をアイドル回転数域Ｊ：りも小さ’、ｒ　
（ｉｆｒ　Ｐ　２どすれば曲線Ｂで示ず」：うに充填量
を（イ「保づ−ることができる。つまり、充填量を確保
し得る設定負圧の限界値はエンジン回転数が高くなるに
ついて小さくなり（第３図のラインＬｈ）、これに合【
して現実の設定負圧が制御されることににす、各回転数
で充填量が確保されつつ断熱圧縮効果ができるだり高め
られ、特に、白煙等が生じ易くて最も燃焼性向−１この
要求が強いアイドル回転数域で、断熱圧縮効果が最大に
高められる。

また開閉弁１０の開作動時点ｊ１　、１ニア　、　ｊ３
までのシリンダ１内の負圧変化はビスｌ〜ン２まわりや
吸気絞り弁７まわりからシリンダ１内に流入する吸気リ
ーク最に関係づ′るが、この吸気リーク＝　１４− 早＋ｊ：吸気行稈の時間が長くなる低回転口）はど増加
し、これに伴ってシリンダ１内の負Ｆに発生駆込１は低
回転時（Ｊど小さくなる。従って、特に１２２２回転数
が低いクランキング域では、アイドル回転数域ど同稈度
の設定０圧であると破線Ｃ′で示すようにこれｊ、り負
圧発生限界が低くなって開閉弁１０が開作動しなくなる
という事態が起こり得る。

そこでクランキング域では負圧発生限界の低下に応じて
設定＠ｆｆＰ３が小ざくされており、これにＪ：ってク
ランキング域でも開閉弁１０が確実に作動されて断熱圧
縮が行われるどともに吸気の導入が可能となる。

なお、本発明装置の具体的構造は」−記実施例に限定さ
れず種々変更可能である。

例えば第５図に示す実施例では、開閉弁１０′が弁体６
１と、制御回路５０’　により制御される切替弁６３を
介して真空ポンプ３７に接続されたアクチユエータ６２
とで構成されるとともに、制御回路５０′にａ３いて、
負圧検出手段６／Ｉにより検出されたシリンダ内の負圧
ど設定０圧に相当η−る阜ｒｌ！；値とが比較され、シ
リンダ内の負圧が基ｔｌｌｉ値を越えたどき、制御回路
５０′から出力される信号で切替弁６３が１動いてアク
チコエーク６２に作動用負圧が５５人されることにＪ：
り弁体６１が開作動されるＪ：うにしている。この場合
、上記制御回路５０′が設定負圧調整手段ど制御手段と
を兼：Ｉ３、回Φλ数検出手段５１からの信号に応じて
前記の第３図に示すような特性で設定負圧に相当する基
準値が制御されることにＪ：す、ト記実施例と同様の作
用が得られる。

また、第１図および第２図に示す実施例では各シリンダ
別の吸気通路６を主吸気通路６ａと副吸気通路６ｂとに
分（〕で副吸気通路６ｂに開閉弁１０を設けているが、
各シリンダごとに１つずつの吸気通路を設りてこの吸気
通路に圧力応動式の開閉弁１０を設（ｊてもよく、この
場合、開閉弁１０を吸気通路から退避する位置に回動可
ｒｌｕどし、作動停止に状態どＪ−るときは開閉弁１０
を退避位置に回動させて吸気通路を開通させればよい。

そしてこの場合も、開閉弁１０に対して」二記実施例と
同　１６一 様の設定負圧調整手段および制御手段を設【）てお（プ
ばＪ：い。

（発明の効果） 以上のＪ：うに本発明は、シリンダ内の負圧が設定負圧
に達したどきに開閉弁１０を作動ざ１士て吸気の断熱圧
縮を行わせるＪ：うにしたディーゼルエンジンの吸気装
置において、」１記設定負圧を、アイドル回転数以上で
は回転数が高くなるにつれて小さくなるようにしている
ため、低回転から高回転までに■り吸気充填量を確保し
得る範囲内で最大限に吸気の断熱圧縮効果を高め、燃焼
性およびエミッションの改善に大きな効果をもたらすも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の装置の断面図、第２図はこ
の装置要部の断面図、第３図はエンジン回転数と設定負
圧との関係を示す説明図、第４図は開閉弁を作動させた
どぎのクランク角に対応したシリンダ内の圧力変化を示
す説明図、第５図は別の実施例を示寸要部断面図である
。 １・・・シリンダ、３・・・燃焼室、４・・・吸気弁、
６・・・吸気通路、１０．１０’　・・・開閉弁、３０
・・・設定負圧調整手段、５０．５０’　・・・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　　３　　図 第４図 第　　５　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジンの各シリンダ別の吸気通路に、シリンダ内
   の負圧が設定負圧に達した時に開作動する開閉弁を設け
   、この開閉弁の作動により吸気行程途中までは燃焼室へ
   の吸気導入を制限し、吸気行程途中から急激に吸気を燃
   焼室に導入して断熱圧縮を行わせるようにしたディーゼ
   ルエンジンの吸気装置において、上記設定負圧を可変に
   する設定負圧調整手段と、エンジン回転数に応じてアイ
   ドル回転数以上ではエンジン回転数が高くなるにつれて
   上記設定負圧を小さくするように上記設定負圧調整手段
   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。 ２、上記制御手段は、アイドル回転数以下ではエンジン
   回転数が低くなるにつれて上記設定負圧を小さくするよ
   うに上記設定負圧調整手段を制御することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のディーゼルエンジンの吸気
   装置。