JPS6332123A - 直噴デイ−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１１１Ｆ 本発明は、一つの気筒に対しヘリカル吸気ポートおよび
クンジェンシャル吸気ポートを設けた直噴デイ−セルエ
ンジンの吸気装置に関するものであり、さらに詳細には
、エンジンの運転状態に応じて、ヘリカル吸気ポートと
クンジエンシャル吸気ポートの吸気タイミングを制御す
る手段を有する直噴ディーゼルエンジンの吸気装置に関
するものである。

先行技術 直噴ディーゼルエンジンにおいて、燃費や出力などの性
能を向上させるためには、燃焼室に噴射した燃料の分散
を促進して空気と十分に混合するとともに、燃焼室に吸
入する空気の量を多くして充填効率を高めることが必要
である。燃焼室の燃料の分散を良好にするには、燃焼室
内に吸入される吸気にスワールを生じさせることが好ま
しく、このため、吸気ポートの形状に種々の工夫がなさ
れてきた。ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸気
ポートは、その代表的なものである。ヘリカル吸気ポー
トは、燃焼室の吸気ポートの下流端末部をヘリカル状に
構成して、吸気がこの部分を通過する際に、吸気にスワ
ールを生じさせ、そのスツールによって、燃焼室の燃料
を良好に分肢させようとするものである。しかし、ヘリ
カル吸気ポートは、吸気の吸入損失が大きいため、燃焼
室に吸入される空気の量が減少して、吸気の充填量が少
なくなる傾向がある。これに対して、タンジェンシャル
吸気ポートは、ヘリカル吸気ポートに比べて、吸気の吸
入損失は小さいが、逆に十分に強いスワールを発生させ
ることは困難であるという難点があった。

そこで、これら二つの吸気ポートを一つの気筒に設け、
エンジンの運転状態に応じて、その一方あるいは双方か
ら適当なタイミングで吸気を燃焼室内に吸入し、望まし
い強さのスワールを生じさせるとともに、十分な吸気充
填量を確保しようとする試みがなされてきた。たとえば
、特開昭５８−１３５３２３号公報は、ディーゼルエン
ジンの燃焼室に、ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャ
ル吸気ポートとをそれぞれ連通して設け、ヘリカル吸気
ポートに設けた吸気弁とタンジェンシャル吸気ポートに
設けた吸気弁との開弁時期を、エンジンの運転状態に応
じて制御する直噴ディーゼルエンジンの吸気装置を提案
している。この吸気装置においては、低回転域では、ヘ
リカル吸気ポートのみより吸気し、しかもヘリカル吸気
ポートの吸気弁の開弁時期を遅くして、ピストンが上死
点と下死点との中間付近にある強いスワールを発生させ
るのに適した時期に開弁することによって、燃焼室内に
強いスワールを生じさせ、燃料の分散を促進し、他方、
高回転域では、タンジェンシャル吸気ポートの吸気弁を
早く開き、遅く閉じるように制御して、吸気の吸入損失
の少ないタンジェンシャル吸気ポートから多くの吸気を
流入させるようにし、吸気の充填量を高めている。

発明の解決しようとする問題点 しかしながら、この装置においては、エンジン回転数に
よってのみ、ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸
気ポートとからの吸気のタイミングが制御されているに
止まり、エンジン負荷による制御が全くなされていない
ため、この装置によって制御することが、かえって不適
当な運転領域もあり、直噴ディーゼルエンジンの性能を
十分に向上させ得るものとは言えず、とくに、低回転運
転域において、所望の燃焼状態を１昇ることができなか
った。

発明の目的 本発明は、簡易な構成によって、種々の運転状態に適合
した強さのスワールおよび十分な吸気充填量を１尋るこ
とのできる直噴ディーゼルエンジンの吸気装置を提供す
ることを目的とするものである。

本発明は、簡易な構成によって、とくに低回転運転域に
おいて、低負荷時の着火性を良好にするとともに、高負
荷時の吸気光１ｆｆｉを増大させ、スモークの発生量を
低減させることを可能とした直噴ディーゼルエンジンの
吸気装置を提供することを目的とするものである。

発明の構成 本発明のかかる目的は、ヘリカル吸気ポートに連なるヘ
リカル吸気通路内に設けられ、エンジン回転数にしたが
って、その吸気のタイミングが制御されるヘリカル吸気
ポート吸気手段と、タンジェンシャル吸気ポートに連な
るタンジェンシャル吸気通路内に設けられ、エンジン負
荷にしたがって、その吸気のタイミングが制御されるタ
ンジェンシャル吸気ポート吸気手段と、吸気行程の開始
時点、すなわち、燃焼室内のピストンが上死点から下降
を開始する時点に対して、前記ヘリカル吸気ボード吸気
手段の吸気のタイミングを、低回転では遅れが大きく、
高回転になるほど遅れが少なくなるように制御するとと
もに、前記ヘリカル吸気ポート吸気手段およびタンジェ
ンシャル吸気ポート吸気手段の吸気のタイミングを、そ
れぞれ、低回転低負荷時においては、タンジェンシャル
吸気ポートからの吸気のタイミングをヘリカル吸気ポー
トからの吸気のタイミングより早くし、低回転高負荷時
においては、ヘリカル吸気ポートからの吸気のタイミン
グをクンジェンシャル吸気ポートからの吸気のタイミン
グより早く制ｉ卸する吸気タイミング制御手段を設ける
ことによって達成される。

本発明によれば、このように直噴ディーゼルエンジンの
吸気装置を構成することにより、低回転低負荷域では、
まず、タンジェンシャル吸気ポートより燃焼室に吸気が
なされ、しかる後に、ヘリカル吸気ポートより吸気がな
される、から、吸気の吸入抵抗が小さく、吸気の充填量
を十分に確保することが可能となるとともに、クンジェ
ンシャル吸気ポートからの吸気が燃焼室内に流入し、燃
焼室内の負圧が小さくなった後に、ヘリカル吸気ポート
から吸気されるため、スワールを低くすることができ、
着火性を大幅に向上させることが可能となり、他方、低
回転高負荷域では、まず、ヘリカル吸気ポートから吸気
がなされ、しかる後に、タンジェンシャル吸気ポートか
ら吸気がなされるため、十分に強いスワールを得ること
ができるとともに、吸気行程の開始時点より遅れて、吸
気がなされるので、吸気慣性効果により、吸気の充填量
を十分確保することが可能となり、スモークの発生を大
幅に低減することができる。

本発明の好ましい実施態様においては、ヘリカル吸気ポ
ートに連なるヘリカル吸気通路内の吸気弁の上流側に、
ヘリカル吸気制御バルブ手段が、またタンジェンシャル
吸気ポートに運な゛るタンジェンシャル吸気通路内の吸
気弁の上流側に、タンジェンシャル吸気制御バルブ手段
が、それぞれ、設けられ、これらの吸気制御バルブ手段
の開弁時期を制御することによって、それぞれの吸気タ
イミングが制御される。このような構成を採用すること
により、ヘリカル吸気ポートおよびタンジェンシャル吸
気ポートの吸気弁の開弁時期は、一定に設定したまま、
簡易を構成によって、それぞれの吸気ポートからの吸気
のタイミングを所望のように制御することが可能となる
。

実施例 以下、添付図面に基づき、本発明の実施例について、詳
細に説明を加える。

第１図は、本発明の一実施例を示す直噴ディーゼルエン
ジンの吸気装置の略平面図である。

第１図において、本発明の一実施例の吸気装置は、直噴
囲気筒ディーゼルエンジンの各燃焼室１に、ヘリカル吸
気通路２に連なるヘリカル吸気ポ　゛−ト３とタンジェ
ンシャル吸気通路４に連なるタンジェンシャル吸気ポー
ト５が、それぞれ、設けられ、ヘリカル状に形成された
各ヘリカル吸気通路２の下流端の各ヘリカル吸気ポート
３と、各タンジェンシャル吸気通路４の下流端のクンジ
ェンシャル吸気ポート５に、それぞれ、図示しない吸気
弁が設けられている。

ヘリカル吸気通路２は、その上流側で、エンジン回転数
にしたがって、その開弁時期が制御されるロータリー型
のヘリカル吸気制御バルブ手段６に接続され、また、タ
ンジェンンヤル吸気通路４は、その上流側で、エンジン
負荷にしたがって、その開弁時期が制御されるロータリ
ー型のタンジェンシャル吸気制御バルブ手段７に接続さ
れており、ヘリカル吸気制御バルブ手段６、タンジェン
シャル吸気制御バルブ手段７の開弁時期を制御すること
によって、それぞれ、ヘリカル吸気ポート３とタンジエ
ンンヤル吸気ポート５の吸気タイミングが制御されるよ
うに構成されている。

第２図は、本実施例において用いられているヘリカル吸
気制御バルブ手段６およびタンジェンシャル吸気制御バ
ルブ手段７の構造の詳細を示すものであり、ヘリカル吸
気制御バルブ手段６およびタンジェンシャル吸気制御バ
ルブ手段７は、アウターロータ８とインナーロータ９よ
りなる二重構造のロータリーバルブ１０より構成されて
いる。

アウターロータ８およびインナーロータ９は、クランク
軸（図示せず）と同期して回転するプーリ１１により、
回転可能なように、プーリ１１に係合されている。すな
わち、アウターロータ８の一端部１２の外表面に所定の
角度で溝が切られており、他方、プーリ１１のシャフト
の一端部１３の外表面にはこれとは異なった角度に溝が
切られ、これらの溝にコントロールギヤ１４が係合する
ことにより、アウターロータ８は、プーリ１１と−　・
体的に回転せしめられるように構成されている。

また、インナーロータ９は、その一端部１５の外表面に
軸方向に設けられた溝とプーリ１１のシャフトの内面に
軸方向に設けられた溝との係合により、プーリ１１に対
して円周方向には固定され、プーリ１１と一体的に回転
せしめられるように構成されている。インナーロータ９
の内部には、吸気通路１６が設けられており、吸気が送
り込まれている。インナーロータ９の周面には、前記吸
気通路１６と連通する孔９ａ、９ｂが、軸方向に複数個
設けられ、また、アウターロータ８の周面にも、軸方向
に複数個の孔８ａ、８ｂが設けられている。インナーロ
ータ９の周面に設けられた孔９ａ、９ｂとアウターロー
タ８の周面に設けられた孔８ａ、８ｂとは、その開口部
の少なくとも一部が互いに重なり合う位置で、かつ、プ
ーリ１１の回転に伴って、アウターロータ８およびイン
ナーロータ９が回転するとき、前記吸気通路１６とヘリ
カル吸気通路２またはタンジェンシャル吸気通路４とを
連通させることが可能な位置に設けられている。アウタ
ーロータ８に設けられた孔３ａ。

８ｂの位置は、エンジン回転数に応じて、プーリ１１に
対して円周方向に変化させることができるように構成さ
れている。すなわち、前述したアウターロータ８の一端
部１２の外表面の溝と、ブーＵ　ｌ　１のシャフトの一
端部１３の外表面の溝は、互いに角度が異なるように切
られているため、コントロールギヤ１４を軸方向に移動
させることによって、アウターロータ８の周面に設けら
れた孔８ａ、８ｂのプーリ１１に対する円周方向の相対
的位置は変化可能に構成されている。また、インナーロ
ータ９の周面に設けられた孔９ａ、９ｂの位置は、エン
ジン負荷に応じて、プーリ１１に対し軸方向に変化可能
に構成されている。すなわちインナーロータ９は、その
一端部１５が、スプリング１７により軸方向に付勢され
、他方、他端近傍の外周面に設けられたストッパー１８
とこれと係合して、スプリング１７の付勢力に抗するレ
リーズ部材１９により、軸方向の位置が設定可能に構成
されており、レリーズ部材位置制御手段２０によりレリ
ーズ部材１９を軸方向に移動させることにより、インナ
ーロータ９を所望の軸方向の位置に設定することができ
る。インナーロータ９の周面の孔９ａ、９ｂのうち、ヘ
リカル吸気通路２側の孔９ｂは、その周方向端部がイン
ナーロータ９の軸に対して斜めになるように設けられて
いるため、こうして、レリーズ部材１９を軸方向に移動
させると、インナーロータ９の周面の孔９ｂとアウター
ロータ８の周面の孔８ｂの重なり合った部分、すなわち
、吸気の通過可能な部分のプーリ１１に対する円周方向
の相対的位置が変化せしめられるように構成されている
。

また、エンジン回転数、吸気管内圧力、エンジン冷却水
温度、大気圧などを検出する各検出手段（図示せず）の
検出した検出信号を受け、吸気行程の開始時点、すなわ
ち、燃焼室内のピストンが上死点から下降を開始する時
点に対して、へりカル吸気制御バルブ手段６の開弁時期
を、低回転では遅れが大きく、高回転になるほど遅れが
少なくなるように制御するとともに、低負荷時に比して
高負荷時にタンジェンシャル吸気制御バルブ手段７の開
弁時期を遅らせて、低回転低負荷域では、タンジェンシ
ャル吸気制御バルブ手段７がヘリカル吸気制御バルブ手
段６より早く開かれ、低回転高負荷域では、ヘリカル吸
気制御バルブ手段６がタンジェンシャル吸気制御バルブ
手段７より早く開かれるように、ヘリカル吸気制御バル
ブ手段６およびタンジェンシャル吸気制御バルブ手段７
の開弁時期を制御する制御信号を、コントロールギヤ１
４の位置を制御するレバー（図示せず）を駆動するコン
トロールギヤ位置制御手段２１、およびレリーズ部材１
９の位置を制御するレリーズ部材位置制御手段２０に出
力する、たとえば、マイクロコンピュータなどから構成
される吸気タイミング制御装置２２が設けられている。

以上のように構成された本実施例のディーゼルエンジン
の吸気装置は、以下のように作動する。

前記各検出手段よりエンジン回転数、吸気管内圧力、エ
ンジン冷却水温度、大気圧などの検出信号を受けた吸気
タイミング制御装置２２は、エンジン回転数の検出値に
基づき演算して得た制御信号をコントロールギヤ位置制
御手段２１に出力するとともに、吸気管内圧力の検出値
に基づき演算して得た制御信号をレリーズ部材位置制御
手段に出力する。吸気タイミング制御装置２２より制御
信号を受けたコントロールギヤ位置制御手段２１は、入
力された制御信号にしたがって、ヘリカル吸気制御バル
ブ手段６の開弁時期が、吸気工程の開始時点に対して、
低回転では遅れが大きく、高回転になるにつれて遅れが
少なくなるようにレバーを駆動して、コントロールギヤ
１４の位置を調整する。さらに、吸気タイミング制御装
置２２より制御信号を受けたレリーズ部材位置制御手段
２０は、低負荷時に比べて高負荷時にタンジェンシャル
吸気制御バルブ手段７の開弁時期を遅らせ、低回転低負
荷域では、タンジェンシャル吸気制御バルブ手段７がヘ
リカル吸気制御バルブ手段６より早く開き、低回転高負
荷域では、ヘリカル吸気制御バルブ手段６がタンジェン
シャル吸気制御バルブ手段７より早く開弁するように、
それぞれ、レリーズ部材１９を動かし、アウターロータ
８に設けられた孔３ａ、３ｂとインナーロータ９に設け
られた孔９ａ、９ｂとの相対的位置関係を制御する。

なお、冷機時は失火しやすいため、スワールを弱める方
向に、高地では、低、中速域の低、中負荷はスワールを
弱める方向に、かつ、低、中速域の高負荷は、逆にスワ
ールを強める方向に、それぞれ補正すれば、着火′性向
上およびスモークの減少に一層効果的である。

本実施例に係る直噴ディーゼルエンジンの吸気装置は、
以上のように構成されているので、低回転低負荷運転域
では、まず、タンジェンシャル吸気制御バルブ手段７が
開き、タンジェンシャル吸気ポート５より吸気がなされ
、しかる後に、ヘリカル吸気制御バルブ手段６が開いて
、ヘリカル吸気ポート３から吸気されるため、吸気の吸
入抵抗が小さく、吸気の充填量を十分に確保することが
できる。また、タンジェンシャル吸気ポート５からの吸
気が燃焼室１内に流入し、燃焼室１内の負圧が小さくな
った後に、ヘリカル吸気ポート３から吸気が流入するた
め、スワールを低くすることができる。このように、十
分な吸気充填量を得るとともにスワールが低く抑えられ
るので、着火性が著しく改善される。

また、低回転高負荷運転域では、まず、吸気行程の開始
時点より遅れて、ヘリカル吸気制御バルブ手段６が開き
、ヘリカル吸気ポート３から吸気されるため、ヘリカル
吸気制御バルブ手段６の下流側のヘリカル吸気通路２お
よび燃焼室１内の負圧が十分に高くなった後に、ヘリカ
ル吸気制御バルブ手段６が開弁することになり、吸気流
速の増大に伴う動圧と、ヘリカル吸気通路２内に生ずる
吸気慣性によって、ピストンが下死点に達する直前には
、ヘリカル吸気通路２内の圧力はプラス側に転じ、その
ためヘリカル吸気通路２内に吸気を燃焼室１内に強制的
に押し込もうとする過給効果が生じ、十分に大きな吸気
の充填量を得ることができる。また、ヘリカル吸気ポー
ト３を経て、吸気が大きな流速で燃焼室１内に吸入され
るため、強いスワールを発生させることができ、燃料と
吸気とを十分に混合させることができる。このように、
吸気の充填量を十分に確保することができ、また、燃料
と吸気とを十分に混合させることができるので、スモー
クの発生を大幅に低減させることが可能きなる。

本発明は、以上の実施例に限定されることなく特許請求
の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能で
あり、これらもまた、本発明の範囲内に包含されること
は、言うまでもない。

たとえば、前記実施例においては、ヘリカル吸気制御バ
ルブ手段６およびタンジェンシャル吸気制御バルブ手段
７として、ロータリー型のものを用いているが、このよ
うな型のものに限定されるわけではなく、他の型のバル
ブ手段を用いてもよい。

発明の効果 本発明によれば、低回転低負荷運転域における着火性を
大幅に向上させることが可能となるとともに、低回転高
負荷運転域において、吸気の充填量を増大させ、またス
モークの発生を著しく低減させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す直噴ディーゼルエン
ジンの吸気装置の略平面図である。第２図は、本発明の
一実施例において用いた吸気制御バルブ手段の構造を示
す図面である。 ■・・・燃焼室、 ２・・・ヘリカル吸気通路、 ３・・・ヘリカル吸気ポート、 ４・・・タンジェンシャル吸気通路、 ５・・・タンジェンシャル吸気ポート、６・・・ヘリカ
ル吸気制御バルブ手段、７・・・タンジェンシャル吸気
制御バルブ手段、８・・・アラクーロータ、 ８ａ、８ｂ・・・アラクーロータの周面の孔、９・・・
インナーロータ、 ９ａ、９ｂ・・・インナーロータの周面の孔、１０・・
・ロータリーバルブ、 １　　ｌ　　・　　・　　・　プ　−　リ　、１４１１
１コントロールギヤ、 １６・・・吸気通路、 １７・・・スプリング、 １８・　・　・ストッパー、 １９・・・レリーズ部材、 ２０・・・レリーズ部材位置制御手段、２１・・・コン
トロールギヤ位置制御手段、２２・・・吸気タイミング
制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一気筒に対しヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸
   気ポートとを設けた直噴ディーゼルエンジンの吸気装置
   において、前記ヘリカル吸気ポートに連なるヘリカル吸
   気通路内に設けられ、エンジン回転数にしたがって、そ
   の吸気のタイミングが制御されるヘリカル吸気ポート吸
   気手段と、前記タンジェンシャル吸気ポートに連なるタ
   ンジェンシャル吸気通路内に設けられ、エンジン負荷に
   したがって、その吸気のタイミングが制御されるタンジ
   ェンシャル吸気ポート吸気手段と、吸気行程の開始時点
   に対して、前記ヘリカル吸気ポート吸気手段の吸気のタ
   イミングを、低回転では遅れが大きく、高回転になるほ
   ど遅れが少なくなるように制御するとともに、該ヘリカ
   ル吸気ポート吸気手段および該タンジェンシャル吸気ポ
   ート吸気手段の吸気タイミングを、それぞれ、低回転低
   負荷時においては、タンジェンシャル吸気ポートからの
   吸気のタイミングをヘリカル吸気ポートからの吸気のタ
   イミングより早くし、低回転高負荷時においては、ヘリ
   カル吸気ポートからの吸気のタイミングをタンジェンシ
   ャル吸気ポートからの吸気のタイミングより早く制御す
   る吸気タイミング制御手段を備えたことを特徴とする直
   噴ディーゼルエンジンの吸気装置。