JPS6220626A - 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、断然圧縮により吸気温度を上昇させ
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然圧縮して吸気温度
を上昇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ｌ？０ｒＩｉ弁を設け、始動時から暖
機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ｒＭ開閉弁吸気行程の途中
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
気を導入して断然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
。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室温度が低く燃
焼不良等が生じる可能性がある低負荷低回転特等適当な
範囲に亘る運転領域で開閉弁を作動させるようにすれば
、吸気温度の上昇により燃焼性が向上されるとともに白
煙やＨＣ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聞く開閉弁とし
ては、動弁機構や連動機構を介してエンジン出力軸で駆
動されるタイプのもの、またはシ′リンダ内に生じる負
圧に応じてこれが設定負正に達した時に開作動するタイ
プのもの（負圧応動弁）を採用し得るが、このうち後者
のタイプを用いれば、動弁機構や連動機構を必要とせず
簡単な構造で吸気の断然圧縮を行なわせることができる
。

ところで、このような負圧応動弁からなる開閉弁を用い
る場合に、従来では単にシリンダ内の負圧が一定の設定
負圧に達したとき開弁する上記開閉弁をシリンダ別の各
吸気通路に１個ずつ設けているにすぎないため、広い回
転数域に亘って良好に吸気の断然圧縮効果を発揮させる
ことが難しい。

つまり、吸気の断然圧縮効果を高めるためには、開閉弁
の開弁負圧を大きくすることが望ましいが、シリンダ内
に生じる負圧は、ピストンまわり等からシリンダ内に流
入するリーク吸気量との関係でエンジン回転数が低り４
【るほど小さくなる傾向がある。このため、例えばアイ
ドル回転数以上の回転数域で良好な断然圧縮効果が得ら
れる程度に開弁負圧をある程度大きく設定すると、エン
ジン回転数が低いクランキング時にシリンダ内の負圧が
開弁負圧に達しなくなり、開閉弁が開作動しなくなって
吸気断然圧縮効果や吸気の充填が妨げられる場合がある
。また開作動しても回転数が低く吸気期間が長いため、
一度量いた開閉弁がＢＤＣ以前に閉じ、断熱膨張が生じ
て、逆に吸気温度が低下し、また吸気量が不足してスモ
ークが発生する問題が生じる。これを具体的に、第９図
に示すモータリング時のエンジン回転数とシリンダ内平
均温度との関係を調べた測定結果により説明すると、上
記のような設定で１個の開閉弁を用いたときのシリンダ
内平均温度は線Ａのようになり、開閉弁を用いない場合
（線Ｂ）と比べてアイドル回転数以上では吸気温度上昇
効果が得られるものの、これにより低回転時には上記効
果が得られない。これは、アイドル回転数以下ではＢＤ
Ｃより前に開閉弁が閉じ断熱膨張により温度が低下して
いるものと考えられる。従って断然圧縮効果を充分に得
るためには回転数に関係なくＢＤＣ以降で開閉弁を閉じ
る必要がある。

また、開閉弁がクランキング時等の低回転時に確実に開
作動し得る程度に開弁負圧を小さく設定すると、通常運
転時に回転数がある程度高くなっても、吸気の断然圧縮
効果が低く抑えられてしまうことになる。

なお、このような問題を解決する手段として、上記開閉
弁の開弁負圧を調整可能とし、エンジン回転数に応じて
開弁負圧を制御することが考えられるが、このようにす
ると開弁負圧を調整するための機構およびこれを制御す
る手段の構造がＷＩＮになる。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、広い回転数域にわたっ
て良好な吸気の断然圧縮効果を発揮させることができ、
回転数が低い始動時の始動促進および通常運転時の比較
的高回転域にまでわたっての白煙やＨＣ等の低減を充分
に達成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開閉弁
を設け、この開閉弁を、シリンダ内の負圧が開弁負圧に
達したときに開作動する負圧応動弁によって構成し、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
に導入して断然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、上記開閉弁を上記吸気通路
に複数個並設し、かつこの各開閉弁の開弁負圧を異なる
値に設定したものである この構成により、開弁負圧の異なる複数個の開閉弁がエ
ンジン回転数に応じて働き、広い回転数域にわたって良
好に吸気の断然圧縮が行なわれることとなる。

（実施例） 第１図および第２図は本発明の第１の実施例を示す。こ
れらの図において、１はディーゼルエンジンのシリンダ
で、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６を備えた排気ボート７とが開口するとと
もに、燃料噴射弁８が臨設されている。上記吸気ボート
５には吸気通路９が連通され、また排気ボート７には排
気通路１０が連通されている。そして吸気ボート５に連
通ずるシリンダ別の吸気通路９には、負圧応動弁からな
る開閉弁１１．１２によって吸気行程途中までは燃焼室
３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３に導入して断然圧縮を行なわせる吸気導入装
置が設けられている。そしてこの吸気導入装置において
上記開閉弁は複数並設され、例えば２個の開閉弁１１．
１２が並設されている。

当実施例ではこの吸気導入装置は、主吸気通路９ａと副
吸気通路９ｂとで各シリンダ別の吸気通路９が形成され
るとともに、主吸気通路９ａに吸気絞り弁１３が設けら
れ、この吸気絞り弁１３より下流側に副吸気通路９ｂが
開口し、この副吸気通路９ｂに２個の開閉弁１１．１２
が並設されることにより構成されている。なお、上記主
吸気通路９ａおよび副吸気通路９ｂはサージタンク１４
を介して図外のエアクリーナに接続されている。

上記各開閉弁１１．１２は、主吸気通路９ａが吸気絞り
弁１３によって閉鎖された状態にあるときに吸気行程で
シリンダ１内に生じる負圧に応じ、この負圧が各開閉弁
１１．１２の開弁負圧に達した時に自動的に開作動する
構造となっており、具体的には第２図に示すような構造
となっている。

寸なわら開閉弁１１　（ｉｎ閉弁１２も同様）は、弁室
１５内に設けられて弁座１６に上流側から当接する弁体
１７と、この弁体１７に連結軸１８を介して連結された
ダイヤフラム１９と、このダイヤフラム１９により仕切
られた２つの室２０，２１と、その一方の室２０内に設
けられて弁体１７を開弁方向に付勢するリターンスプリ
ング２２とを備えている。そして上記一方の室２０は弁
体１７、連結軸１８およびダイヤフラム１９を貫通した
連通孔２３を介して弁体１７より下流側に連通し、他方
の室２１は開口２４を介して弁体１７より上流側に連通
してほぼ大気圧に保たれている。

この構造により開閉弁１０．１１は、副吸気通路９ｂの
下流側から上記一方の室２０に導入される負圧がリター
ンスプリング２２の付勢力と弁体１７およびダイヤフラ
ム１９の各受圧面積とによって決まる設定負圧に達した
とき、つまり上記負圧によってダイヤフラム１９に作用
する力がリターンスプリング２２と弁体１７自体に作用
する負圧とによる抵抗力より大きくなったとき、弁体１
７が開かれる。また開弁模は、上記負圧が充分に小さく
なったとき弁体１７が閉じられるようになっている。な
お、主吸気通路９ａの吸気絞り弁１３が開かれると殆ど
吸気負圧が生じなくなるので、開閉弁１１．１２の開閉
作動は停止される。

上記各開閉弁１１．１２は、それぞれのリターンスプリ
ング２２の付勢力を異ならせる等により、開弁負圧が異
なるように設定されており、後に詳述するＪ：うに一方
の開閉弁（以下「第１開閉弁」と呼ぶ）１１は低回転の
運転領域で適正に開閉作動するように開弁負圧が比較的
低く設定され、他方の開閉弁１２（以下「第２開閉弁」
と呼ぶ）１２はある程度高回転側の運転領域で開閉作動
するように、開弁負圧が第１開閉弁１１より高く設定さ
れている。ざらに当実施例では、両開閉弁１１゜１２の
開口面積も異ならせ、第１開閉弁１１よりも第２開閉弁
１２の開口面積を大ぎくしでいる。

一方、吸気絞り弁１３に対しては、第１図に示すように
、この吸気絞り弁１３を開閉作動するダイヤフラム装置
により形成されたアクチュエータ２６と、このアクチュ
エータ２６を働かせるための通路２７、真空ポンプ２８
および切替弁２９などで構成された駆動手段が設けられ
、この駆動手段により、吸気絞り弁１３を閉じて開閉弁
１１゜１２を作動可能とする状態と吸気絞り弁１３を開
いて主吸気通路９ａ＠開通させることにより開閉弁１１
．１２の作動機能を停止させる状態とに吸気系を切替可
能としている。またエンジン回転数および負荷等の検出
手段（図示せず）からの信号を受けるマイクロコンピュ
ータ箸を用いた制御回路３０により、始動運転時および
通常運転時のある程度高運転側にまでわたる運転領域で
は開閉弁１１．１２を作動可能とする状態とし、吸気の
断然圧縮を行なう必要のない高回転、高負荷側の運転領
域では開閉弁１１．１２の作動機能を停止させる状態と
するように、上記駆動手段が制御されている。

このように構成された吸気装とによると、吸気絞り弁１
３によって主吸気通路９ａが閉鎖されている状態にある
とき、吸気行程でピストン２の下降に伴ってシリンダ１
内に生じる負圧に応じ、エンジン回転数との関係で１１
のみが開作動するか、または両開閉弁１１．１２が開作
動する。これにより吸気行程途中から急激に吸気が副吸
気通路９ｂを通して燃焼室３に導入されて吸気の断然圧
縮が行なわれる。

この場合２個の開閉弁１１．１２のエンジン回転数に応
じた働きについては後に詳述することとし、先ず基本的
な断然圧縮による効果を第３図によって説明する。この
図は、４気筒エンジンにおいて、主吸気通路９ａが開通
されて開閉弁の作動が停止されている状態から少なくと
も１個の開閉弁が作動される状態に切替ったときの、各
シリンダの排気ガス温度を測定したときのデータを示し
たもので、線Ｔ１〜Ｔ４は各シリンダの排気ガス温度の
変化を示している。この図から解るように、開閉弁の作
動機能が停止されている状態から開閉弁が作動される状
態に切替えられたとき、吸気の断然圧縮効果で燃焼性が
改善されるため、各シリンダの排気ガス温度が上昇し、
とくに燃焼状態が著しく悪かったシリンダの排気ガス温
度（線Ｔ４　）は、燃焼室内に残っている未燃焼ガスが
燃焼されるため大きく上昇する。そして、開閉弁の作動
による吸気の断然圧縮が適正に行なわれればこのような
効果が得られるが、前述のように１個の開閉弁では広い
回数域にわたって適正に断然圧縮を行なわせることは難
しいく第９図参照）。

次に、開弁負圧が異なる２個の開閉弁１１．１２を用い
た当実施例装置のエンジン回転数に応じた作用を第４図
および第５図によって説明する。

吸気絞り弁１３が閉じられている状態で吸気行程におい
てシリンダ１内に生じる負圧は、クランキング時等の低
回転時には第４図（ａ）のようになり、比較的高速時に
は第４図（ｂ）のようになる。

これらの図に示すように、吸気行程初期からシリンダ１
内の圧力が低下する（負圧が大きくなる）が、ピストン
２の下降速度が遅い低回転時には、ピストン２まわり等
からシリンダ１内に流入するリーク吸気母が多くなるた
め、シリンダ１内に発生する負圧は高目時と比べて小さ
くなる。このときもシリンダ１内の負圧は、予め比較的
小さく設定された第１開閉弁１１の開弁負圧Ｐ１には達
し、これにより第１開閉弁１１が吸気行程途中（時点１
１）で開作動し、この第１開閉弁１１を通してシリンダ
１内に吸気が導入される。そして、低速時には開口面積
が比較的小さい第１開閉弁１１が開かれるだけでも負圧
が減少し゛Ｃシリンダ１内に吸気が充填されるとともに
、この間に吸気の断然圧縮が行なわれる。またこのとき
に、吸気が急激に導入され過ぎると吸気行程終期のＢＤ
Ｃ時点より前に負圧が減少して第１開閉弁１１が閉じら
れ、閉弁後に再び負圧が生じてしまうが、第１開閉弁１
１の開口面積を適度に設定しておくことによってこのよ
うな事態が防止され、断然圧縮効果および吸気充填量が
確保される。

一方、比較的高回転時にはシリンダ１内に生じる負圧が
大きくなり、とくにピストン２が急速に下降するので第
１開閉弁１１が開作動（時点ｔ１′）シてからでもこれ
だけでは充分に吸気を導入しきれず、負圧がざらに大き
くなって第２開閉弁１２の開弁負圧Ｐ２にまで達し、第
２開閉弁１２も開作動する（時点ｔ２）。そしてその後
は、両開閉弁１１．１２を通して多回の吸気が導入され
ることにより、シリンダ１内の負圧が減少して充ＩＭｆ
ｆｌが確保されるとともに、大きな断然圧縮効果が得ら
れる。

このような作動によってエンジン回転数と単位時間当た
りの吸入空気囚との関係は第５図に実線で示すようにな
り、第１開閉弁１１のみが作動される低回転域Ｎ１から
両開閉弁１１．１２が作動される高回転域Ｎ２へとエン
ジン回転数が移行するにつれ、充分に吸入空気量が増大
して要求される吸気充填量を確保することができる。ま
たエンジン回転数とシリンダ内平均温度との関係は第６
図に実線Ｃで丞すようになり、低回転域Ｎ１から高回転
域Ｎ２にまでわたり、ｇｌ１１１１１弁を用いない場合
（破線Ｂ）と比べて吸気温度が高められる。

第７図は本発明の第２の実施例を示す。この実施例では
、各シリンダ１別に主吸気通路９ａと、それぞれの下流
端が相対向して主吸気通路９ａに開口する２つの副吸気
通路９Ｇ、９ｄとを備え、この副吸気通路９ｃ、９ｄに
第１開閉弁３１および第２開閉弁３２がそれぞれ設けら
れている。この各開閉弁３１．３２は第１実施例の開閉
弁１１゜１２と同様のＷＴＩ造であって、第１開閉弁３
１は開弁負圧が比較的小さく、かつ開口面積も小さく、
第２開閉弁３２は第１開閉弁３１と比べて開弁負圧が大
きく、かつ開口面積がかなり大きくなっている。また主
吸気通路９ａ内の、両副吸気通路９　−ｃ、９ｄの下流
端が対向する位置に吸気絞り弁３３が配置されている。

この吸気絞り弁３３は、図外の駆動手段および制御手段
により、低回転域では燃焼室３に対し主吸気通路９ａお
よび第２ｎ閉弁３２側の副吸気通路９ｄを遮断して第１
開閉弁３１側のａ１吸気通路９Ｃを開く位置（２点鎖線
イ）に作動され、比較的高回転域では燃焼室３に対し主
吸気通路９ａおよび第１開閉弁３１側の副吸気通路９Ｃ
＠−遮断して第２開閉弁３２側の副吸気通路９ｄを開く
位置（２点鎖線口）に作動され、また吸気の断然圧縮を
行なう必要のない高回転高負荷域では主吸気通路９ａを
開通する中立位置（実線ハ）に作動されるようになって
いる。

この構造によれば、低回転域では吸気絞り弁３３が２点
鎖線イの位置とされることにより、第８図（ａ）に示す
ように、シリンダ１内の負圧が第１開閉弁３１の開弁負
圧Ｐ１に達したときに第１開閉弁３１が開作動されて副
吸気通路９Ｃから吸気が導入され、また比較的高回転域
では吸気絞り弁３３が２点鎖線口の位置とされることに
より、第８図（ｂ）に示すように、シリンダ１内の負圧
が第２開閉弁３２の開弁負圧Ｐ２に達したとぎ第２開閉
弁３２が開作動されて副吸気通路９ｄから吸気が導入さ
れる。

この場合も、両開閉弁３１．３２の開弁負圧および間口
面積が異なるため、低回転域と比較的高回転域とに応じ
、各開閉弁３１．３２が適正に作動して良好な断然圧縮
効果が得られるとともに吸気充填量も確保される。

なお、上記各実施例ではシリンダ別の吸気通路を主吸気
通路と副吸気通路とに分けて副吸気通路に、２個の開閉
弁を配設しているが、シリンダごとに１つずつの吸気通
路を設けてこの吸気通路に両開閉弁を並設しておいても
よく、この場合、吸気の断然圧縮を行なう必要のないと
きは両開閉弁を吸気通路から退避する位置に移動させる
ことができるようにしておけばよい。

また上記実施例では２個の開閉弁を設けているが、それ
ぞれ開弁負圧が異なる３個以上の負圧応動弁からなる開
開弁を吸気通路に並設してもよい。

（発明の効果） 以上のように本発明は、それぞれ開弁負圧が異なる負圧
応動弁からなる複数の１１１１Ｉｌ弁を吸気通路に並設
しているため、開弁負圧を高くすると開閉弁が作動しな
くなるクランキング時等の低回転時から、開閉弁の開弁
負圧を高くすることが望ましい比較的高回転側にまでわ
たり、開開弁を有効に働かせて良好な吸気の熱圧縮効果
をもたせることができる。このため、始動性の向上なら
び通常運転時の広い回転数域にわたっての白煙やトＩＣ
等の低域を、複数の開閉弁を用いるだけの簡単な構造に
よって達成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実施例を示す概略図、第２図は負
圧応動弁からなる開閉弁の拡大断面図、第３図は開閉弁
が停止状態から作動状態に切替ったときの各シリンダの
排気ガス温度の変化を示すグラフ、第４図　（ａ）　（
ｂ）は第１実施例の装置による場合の低回転時と高回転
時とにおける吸気行程でのシリンダ内圧力の変化を示づ
説明図、第５図は同装置による場合のエンジン回転数と
吸入空気口との関係説明図、第６図はエンジン回転数と
シリンダ内平均温度との関係説明図、第７図は第２実施
例を示す概略図、第８図は第２実施例の装置による場合
の低回転時と高回転時とにおける吸気行程でのシリンダ
内圧力の変化を示す説明図、第９図は従来の一般的なデ
ィーげルエンジンの吸気装置と１個の開閉弁を用いた従
来装置とによる場合のエンジン回転数とシリンダ内平均
温度との関係を調べた測定結果を示すグラフである。 １・・・シリンダ１．９・・・吸気通路、１１．３１・
・・第１開閉弁、１２．３２・・・第２開閉弁。 特許出願人　　　　　マ　ツ　ダ　株式会社第　　１　
　図 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　４　　図 （ａ）　　　　　　　　　（ｋｙ） 第　　５　　図 エンジンロ私政 第　　６　　図 シ エンジ’ｙｃｒ鯨 第　　７　　図 デＣ 第　　８　　図 （こ）　　　　　　　　　（瀝） 第　　９　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、エンジンの各シリンダ別の吸気通路に開閉弁を設け
   、この開閉弁を、シリンダ内の負圧が開弁負圧に達した
   ときに開作動する負圧応動弁によって構成し、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
   して断然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、上記開閉弁を上記吸気通路に複数
   個並設し、かつこの各開閉弁の開弁負圧を異なる値に設
   定したことを特徴とするディーゼルエンジンの吸気装置
   。