JP2962852B2 - 直噴型ディーゼルエンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料を燃焼室内に直接
噴射する燃焼噴射弁を備える直噴型ディーゼルエンジン
の吸気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、圧縮高温化したシリンダ内に
燃料を噴射して自然着火させるディーゼルエンジンで
は、吸気ポートをヘリカルポートとし、該ヘリカルポー
トを介する吸気のスワールによって噴射燃料と吸気との
混合を促進させて燃焼効率を高め、出力の向上と、黒煙
の生成排出を防いで排気の清浄化を図ることが行なわれ
ている。特に、渦流室や予燃焼室を介すことなく直接燃
焼室内に燃料を噴射する直接噴射（直噴と略す）式と呼
ばれる燃料供給方式のものでは、噴射燃料と吸気との混
合促進が必要である。

【０００３】例えば、特開昭６２−１７４５３３号公報
開示の如く、一つの気筒に二つの吸気ポートを備え、一
方の吸気ポートをヘリカルポートとすると共に、他方を
ダイレクショナルポートとしてヘリカルポートによるス
ワールを消す位置に配置し、低回転時には主にヘリカル
ポートから吸気し、高回転時には主にダイレクショナル
ポートから吸気するように構成したものがある。これに
よれば、低回転時にはヘリカルポートからの吸気による
スワールによって噴射燃料と吸気との混合を促進させて
燃焼効率（空気利用率）を高めることとができると共
に、高回転時には過剰なスワールを減少させて冷却損失
の増大防止と吸気効率を向上させ、又、着火遅れを防止
することができる。

【０００４】

【従来技術の課題】しかし乍ら、上記の如き従来構成で
は、低負荷低回転時にも強いスワールが生じ、予混合燃
焼割合が増加して燃焼温度が上昇し、結果として窒素酸
化物の生成排出量が増大するという問題があった。又、
近時、公害防止の観点からディーゼルエンジンの排気に
含まれる特有の黒煙（空気利用率が低く不完全燃焼によ
り生ずる）の抑制が望まれており、更に、省資源の観点
からは燃費低減が望まれているものである。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、上記の如き事情に鑑み、全運
転域に亙って運転状況に応じた最適な燃焼状態を得るこ
とができ、出力の向上と排気の清浄化及び燃費低減を可
能とすると共に、コンパクトにレイアウトできる直噴型
ディーゼルエンジンの吸気装置の提供、を目的とする。

【０００６】

【発明の構成】このため、本発明に係る直噴型ディーゼ
ルエンジンの吸気装置は、燃料を燃焼室内に直接噴射す
る燃料噴射弁を備え、ヘリカルポートとして形成された
二つの吸気ポートを隣接させてシリンダに開口配置し、
該両吸気ポートに至る少なくとも一方の吸気通路に開閉
弁を設けると共に、エンジン負荷を検知するエンジン負
荷検知手段と、エンジン回転数を検知するエンジン回転
数検知手段と、エンジン負荷検知によるエンジン負荷情
報と、エンジン回転数検知手段によるエンジン回転数情
報に基づいて開閉弁を開閉制御する制御手段とを備えた
直噴型ディーゼルエンジンにおいて、両吸気ポートのヘ
リカル部高さを相違させ、少なくともヘリカル部の低い
側の吸気ポートに至る吸気通路に開閉弁を設けると共
に、該両吸気ポートのヘリカル部に至る両吸気ポート通
路を上下方向に重合配置し、制御手段は、低回転域の一
部の領域ではヘリカル部の高い側の吸気ポートのみから
吸気するよう開閉弁を開閉操作制御するよう構成したも
のである。これにより、低回転域の一部の領域では、ヘ
リカル部の高い側の吸気ポートのみからの吸気によって
強力なスワールが生じ、燃料と吸気の撹拌混合が促進さ
れるとともに、両吸気ポートのポート通路を上下方向に
重合配置することでコンパクトに構成される。

【０００７】又、上記低回転域の一部の領域は、高負荷
低回転領域であっても良い。これにより、高負荷低回転
域でヘリカル部の高い側の吸気ポートのみからの吸気に
よって強力なスワールが生じ、燃料と吸気の撹拌混合が
促進される。

【０００８】更に、両吸気ポートに至る吸気通路夫々に
開閉弁を設けると共に、制御手段は、高負荷低回転域で
はヘリカル部の高い側の吸気ポートのみから吸気し、低
負荷域及び高回転域では両吸気ポートから吸気し、その
他の運転域ではヘリカル部の低い側の吸気ポートのみか
ら吸気するよう夫々の開閉弁を開閉操作制御するよう構
成したものである。本構成によれば、高負荷低回転域で
はヘリカル部の高い側の吸気ポートのみからの吸気によ
ってより強力なスワールが生じ燃料と吸気の攪拌混合が
促進されると共に、低負荷域及び高回転域では両吸気ポ
ートからの吸気によって夫々生ずるスワールが打ち消し
合って弱いスワールとなり、ヘリカル部の低い側の吸気
ポートのみから吸気する運転域では両者の中間的なスワ
ールとなる。

【０００９】

【発明の実施例】以下、本発明の実施例を図面に基いて
説明する。図１は、本発明に係る直噴型ディーゼルエン
ジンの吸気装置の一実施例を適用したエンジンの概略構
成を示す縦断面図であり、図２はその吸，排気ポートを
示す平面図相当の図である。

【００１０】図示エンジン１０は、吸気２弁，排気２弁
として構成されており、シリンダ１１の開口部と対応す
るシリンダヘッド１２の、図２中矢印で示すシリンダ列
配置方向と直交する方向の当該気筒の中心線ＣＬを境に
して、一方側に二つの吸気ポート（第一吸気ポート２１
及び第二吸気ポート２２）が、他方側に排気ポート３
１，３２が、夫々前記中心線ＣＬ方向に隣接して開口配
置されている。つまり、吸気ポート２１，２２と排気ポ
ート３１，３２のシリンダ１１への開口位置は、シリン
ダ列配置方向と直交する中心線ＣＬを挟んで略対称に配
置されているものである。又、シリンダ１１内に嵌挿さ
れたピストン１６の頂部中央には凹部が形成されてお
り、当該ピストン１６が上死点近傍に位置する時この凹
部とシリンダヘッド１２の下面とで燃焼室１５が形成さ
れるようになっている。吸気ポート２１，２２は、シリ
ンダヘッド１２のシリンダ配置方向と平行する一方側面
に夫々ポート通路２１Ａ，２２Ａを介して独立に連通さ
れ、又、排気ポート３１，３２は、吸気ポート２１，２
２連通側とは逆側のシリンダヘッド１２の側面にポート
通路３１Ａ，３２Ａを介して連通されている。

【００１１】吸気ポート２１，２２は、図３乃至図４に
その斜視図を示す如く、シリンダ１１側への開口部分
（ポート部２１Ｂ，２２Ｂ）が渦巻状に形成された所謂
ヘリカルポートであり、ポート通路２１Ａ，２２Ａによ
り連通されるシリンダヘッド１２の側面から遠い側の第
一吸気ポート２１のポート部２１Ｂの高さ：Ｈ（図５中
に示す）が他方の第二吸気ポート２２のポート部２２Ｂ
より高く形成され、第二吸気ポート２２のポート通路２
２Ａの上方に第一吸気ポート２１のポート通路２１Ａが
重なる位置関係としてシリンダヘッド１２に形成されて
いる。このポート通路２１Ａ，２２Ａの重合配置構成に
より、当該吸気ポート２１，２２をコンパクトに配置で
きると共に、シリンダヘッド１２をシリンダブロックに
固定する図示しないヘッドボルトの配置等設計の自由度
が向上する。

【００１２】ここで、第一吸気ポート２１は、その通路
中央縦断面の展開図に相当する図５に示す如く、ポート
部Ｂの開口部の径：ｄ，ポート通路Ａの下辺ＡＤの水平
線に対する角度：θ，ポート通路Ａの下辺ＡＤのポート
部Ｂとの交点高さ：Ｈ，ｈ＝πｄ×tan θ，として、 Ｈ＞ｈ として設定されており、図５中実線の矢印で示すポート
通路Ａの上辺ＡＵに沿う上方流れも破線の矢印で示すポ
ート通路Ａの下辺ＡＤに沿う下方流れも共にヘリカル状
のポート部２１Ｂで旋回流とされ、強スワールを生成す
るように形成されている。他方、第二吸気ポート２２
は、ポート通路Ａの下辺ＡＤのポート部Ｂとの交点高
さ：Ｈが、 Ｈ＜ｈ として設定されており、図５中実線の矢印で示す上方流
れはポート部２２Ａで旋回流とされるが、破線の矢印で
示す下方流れは旋回流とされずにシリンダ内に流入する
こととなって、結果として第一吸気ポート２１の吸気の
スワールよりは弱いスワールを生成するように形成され
ている。尚、図５は第一吸気ポート２１に相当する図と
なっている。

【００１３】又、両吸気ポート２１，２２からの吸気に
より生ずるスワール２１Ｓ，２２Ｓは、図６に示す如く
その旋回中心２１Ｃ，２２Ｃがずれて生成され、両吸気
ポート２１，２２から同時に吸気を行なった場合には、
シリンダ１１の中心位置（燃焼室１５の中心位置）で両
吸気ポート２１，２２からのスワール方向が対向するこ
ととなってスワールが干渉して打ち消し合い、結果とし
て第二吸気ポート２２単独で吸気した場合のスワールよ
り更に弱いスワールとなるようになっている。各吸気ポ
ート２１，２２のポート部２１Ｂ，２２Ｂのシリンダ１
１への開口部には、当該吸気ポート２１，２２を開閉す
る開閉バルブであるポペット弁６１，６２が夫々配置さ
れており、該ポペット弁６１，６２はプッシュロッド１
３によって当該エンジン１０のクランクシャフトの回転
と同期して揺動操作されるロッカーアーム１４によって
押圧操作され、吸気ポート２１，２２を開閉するように
なっている。

【００１４】吸気ポート２１，２２のシリンダヘッド１
２の側面開口部には、サージタンク７０から分岐一体形
成されたインテークマニホールド７０Ａの各マニホール
ド通路７１，７２が接続され、この各マニホールド通路
７１，７２内に、夫々当該通路７１，７２を開閉可能な
開閉弁８１，８２が介設されている。これら開閉弁８
１，８２は、夫々アクチュエータとしてのダイヤフラム
８３，８３と連結され、該夫々のダイヤフラム８３，８
３には、当該エンジンのクランク軸と連繋されて該クラ
ンク軸によって回転駆動されるバキュームポンプ８４か
ら途中ソレノイドバルブ８５，８５が介設された負圧供
給通路８６，８６を介して負圧が供給されるようになっ
ており、このソレノイドバルブ８５，８５の開閉操作に
よるダイヤフラム８３，８３への負圧供給の有無によっ
て開閉弁８１，８２が開閉操作されるようになってい
る。ソレノイドバルブ８５，８５は、制御手段としての
制御装置９０によって駆動制御され、従って、各開閉弁
８１，８２は該制御装置９０によって開閉操作制御され
るようになっているものである。

【００１５】一方、シリンダヘッド１２のシリンダ１１
の中央即ち燃焼室１５の中央と対応する位置には、蓄圧
タンクを有する蓄圧式インジェクターである燃料噴射弁
としてのユニットインジェクター９１が、その噴射ノズ
ル９１Ａをシリンダ１１内（燃焼室１５）に臨ませて配
置されており、該ユニットインジェクター９１にはフュ
ーエルインジェクションポンプ９２から高圧の燃料が供
給されるようになっている。このフューエルインジェク
ションポンプ９２は、負荷に応じて各気筒に所定量の燃
料を分配・圧送するものであり、図示しないが当該エン
ジン１０のクランク軸と同期回転するよう連繋された回
転部材を備え、又、アクセルペダルＡＰによって図示し
ないガバナーを介して操作されるようになっている。つ
まり、当該エンジン１０の回転（クランク軸の回転）と
同期回転する回転部材によって燃料の加圧と各気筒への
適時分配を行なうと共に、アクセルペダルＡＰの操作量
を負荷情報として噴射量を調整するようになっているも
のである。尚、吸気２弁，排気２弁としてユニットイン
ジェクター９１をシリンダ１１の中央の中央（燃焼室１
５）の中央に配置したことにより、ユニットインジェク
ター９１から燃焼室１５端部迄の距離を等しくでき、燃
焼効率向上に寄与できる。

【００１６】制御装置９０は、フューエルインジェクシ
ョンポンプ９２から当該エンジン１０の回転数情報とア
クセルペダルＡＰの操作量情報を得、これら情報に基い
て、吸気ポート２１，２２に接続されたマニホールド通
路７１，７２内に備えられた開閉弁８１，８２を開閉制
御する。即ち、本実施例に於ては、フューエルインジェ
クションポンプ９２がエンジン負荷検知手段とエンジン
回転数検知手段を兼ねているものである。ここで、制御
装置９０は、図７に示す制御テーブルに従って、高負荷
低回転域ではポート部２１Ｂの高い第一吸気ポート２１
に至るマニホールド通路７１に介設された開閉弁８１を
開弁させると共に第二吸気ポート２２に至るマニホール
ド通路７２に介設された開閉弁８２を閉弁させ、低負荷
域及び高回転域では両吸気ポート２１，２２に至るマニ
ホールド通路７１，７２の開閉弁８１，８２を両方共開
弁させ、更に、その他の運転域（即ち中負荷低回転域，
中負荷中回転域，高負荷中回転域）では、第一吸気ポー
ト２１に至るマニホールド通路７１に介設された開閉弁
８１を閉弁させると共にポート部２２Ｂの低い第二吸気
ポート２２に至るマニホールド通路７２に介設された開
閉弁８２を開弁させる。

【００１７】これにより、噴射圧力が低く噴射燃料の微
粒化が充分でない高負荷低回転域では、ポート部２１Ｂ
の高い第一吸気ポート２１から吸気が行なわれてシリン
ダ１１内に強いスワールを生じて吸気と噴射燃料の混合
が促進され燃焼効率（空気利用率）が向上し、その結
果、出力が向上する共に特に発進加速時等に於る黒煙の
発生が抑えられる。低負荷域及び高回転域では、両吸気
ポート２１，２２から吸気が行なわれることによって前
述の如く両吸気ポート２１，２２からのスワールが打ち
消し合って弱いスワールとなり、着火前の燃料の予混合
割合の低下と、着火遅れからの高速燃焼による燃焼温度
の上昇が防がれることから、窒素酸化物の生成が抑えら
れる。又、特に高回転域では噴射圧力の上昇によって燃
料の微粒化が促進される為強いスワールは必要なく、逆
に強いスワールでは冷却損失の増大によって燃費が悪化
するが、弱スワールとすることでこれを防ぐことができ
る。その他の運転域である中負荷低回転域，中負荷中回
転域，高負荷中回転域では、ポート部２２Ｂの低い第二
吸気ポート２２から吸気が行なわれて前記両者の中間的
なスワール（中スワール）が生じ、適度な吸気と燃料の
混合によって燃焼効率の向上と燃焼温度上昇の抑制及び
燃費の向上が図れる。

【００１８】尚、開閉弁８１，８２の開閉制御による各
吸気ポート２１，２２からの吸気制御構成は上記実施例
に限定されるものではなく、適宜変更可能である。例え
ば、上記実施例では中負荷低回転域，中負荷中回転域，
高負荷中回転域を中スワール領域としたが、このような
中スワール領域を設けず、図８の制御テーブルに示す如
く、高負荷低回転域ではポート部２１Ｂの高い第一吸気
ポート２１からのみ吸気を行なって強スワールを生じさ
せると共に、他の運転領域では両吸気ポート２１，２２
から吸気を行なって弱スワールとするように構成しても
上記実施例と略同様の効果を得ることができ、この構成
によれば、ポート部２１Ｂの低い第二吸気ポート２２か
らは常に吸気が行なわれる為に上記実施例に於て当該第
二吸気ポート２２に至るマニホールド通路７２に介設さ
れた開閉弁８２は不要となる。

【００１９】

【発明の効果】上記の如き、本発明に係る直噴型ディー
ゼルエンジンの吸気装置によれば、高負荷低回転域でヘ
リカルポートである一つの吸気ポートのみから吸気する
ことにより強力なスワールが生じ、燃料と吸気の攪拌混
合が促進されて燃焼効率（空気利用率）が向上し、その
結果、出力向上が可能となると共に特に発進加速時等に
於る黒煙の発生が抑えられる。又、両吸気ポートのヘリ
カル部高さを相違させ、高負荷低回転域ではヘリカル部
の高い側の吸気ポートのみから吸気を行なうことで、よ
り強力なスワールが生じ燃料と吸気の攪拌混合が促進さ
れて燃焼効率が向上すると共に、両吸気ポートへの吸気
通路を上下方向に重合配置することで、吸気通路の配置
が容易となりコンパクトに構成できる。

【００２０】更に、高負荷低回転域ではヘリカル部の高
い側の吸気ポートのみから吸気し、低負荷域及び高回転
域では両吸気ポートから吸気し、その他の運転域ではヘ
リカル部の低い側の吸気ポートのみから吸気を行なうよ
うに構成することにより、高負荷低回転域ではヘリカル
部の高い側の吸気ポートのみからの吸気によって強力な
スワールが生じ燃料と吸気の攪拌混合が促進されて燃焼
効率が向上すると共に、低負荷域及び高回転域では両吸
気ポートからの吸気によって夫々生ずるスワールが干渉
して打ち消し合って弱いスワールとなり、着火前の燃料
の予混合割合が低下し、着火遅れからの高速燃焼による
燃焼温度の上昇が防がれることから、燃焼温度が低下し
て窒素酸化物の生成が抑えられる。又、特に高回転域で
は噴射圧力の上昇によって燃料の微粒化が促進する為強
スワールは必要なく、逆に弱スワールとすることで強ス
ワールに起因する冷却損失の増大による燃費の悪化を防
ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る直噴型ディーゼルエンジンの吸気
装置の一実施例を適用したエンジンの概略構成を示す縦
断面図。

【図２】吸・排気ポートを示す平面図相当の図。

【図３】第一吸気ポート及びそれに至る吸気通路の斜視
図。

【図４】第二吸気ポート及びそれに至る吸気通路の斜視
図。

【図５】吸気ポートの通路中央の縦断面の展開相当図。

【図６】各吸気ポートからの吸気によって生成されるス
ワールを示す燃焼室の平面図相当の説明図。

【図７】運転域に対する開閉弁の制御テーブル

【図８】運転域に対する開閉弁の制御テーブルの他の実
施例

【符号の説明】 １０…エンジン ２１…第一吸気ポート（ポート部の高い側の吸気ポー
ト） ２１Ａ…ポート通路 ２１Ｂ…ポート部（ヘリカル部） ２２…第二吸気ポート（ポート部の低い側の吸気ポー
ト） ２２Ａ…ポート通路 ２２Ｂ…ポート部（ヘリカル部） ７１，７２…マニホールド通路（吸気通路） ８１，８２…開閉弁 ９０…制御装置（制御手段） ９１…ユニットインジェクター（燃料噴射弁） ９２…フューエルインジェクションポンプ（エンジン負
荷検知手段，エンジン回転数検知手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樫本 正章 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−244830（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−28839（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−145940（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 31/02 F02D 9/02 361

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁
   を備え、 ヘリカルポートとして形成された二つの吸気ポートを、
   隣接させてシリンダに開口配置し、該両吸気ポートに至
   る少なくとも一方の吸気通路に開閉弁を設けると共に、 エンジン負荷を検知するエンジン負荷検知手段と、 エンジン回転数を検知するエンジン回転数検知手段と、 前記エンジン負荷検知によるエンジン負荷情報と、前記
   エンジン回転数検知手段によるエンジン回転数情報に基
   づいて前記開閉弁を開閉制御する制御手段とを備えた直
   噴型ディーゼルエンジンにおいて、 前記両吸気ポートのヘリカル部高さを相違させ、少なく
   ともヘリカル部の低い側の前記吸気ポートに至る吸気通
   路に前記開閉弁を設けると共に、 該両吸気ポートのヘリカル部に至る両吸気ポート通路を
   上下方向に重合配置し、 前記制御手段は、低回転域の一部の領域では前記ヘリカ
   ル部の高い側の吸気ポートのみから吸気するよう前記開
   閉弁を開閉操作制御するよう構成したこと、 を特徴とする直噴型ディーゼルエンジンの吸気装置。
2. 【請求項２】上記低回転域の一部の領域は、高負荷低回
   転領域であること、 を特徴とする請求項１記載の直噴型ディーゼルエンジン
   の吸気装置。
3. 【請求項３】上記両吸気ポートに至る吸気通路それぞれ
   に開閉弁を設けると共に、上記制御手段は前記それぞれ
   の開閉弁を開閉操作制御して、上記高負荷低回転領域で
   は上記ヘリカル部の高い側の吸気ポートのみから吸気
   し、低負荷域及び高回転域では両吸気ポートから吸気
   し、その他の運転域では前記ヘリカル部の低い側の吸気
   ポートのみから吸気するよう構成したこと、 を特徴とする請求項２記載の直噴型ディーゼルエンジン
   の吸気装置。