JPH0765514B2 - ディーゼル機関 - Google Patents

ディーゼル機関

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JPH0765514B2
JPH0765514B2 JP61501575A JP50157586A JPH0765514B2 JP H0765514 B2 JPH0765514 B2 JP H0765514B2 JP 61501575 A JP61501575 A JP 61501575A JP 50157586 A JP50157586 A JP 50157586A JP H0765514 B2 JPH0765514 B2 JP H0765514B2
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アウポル，ハンス
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モト−レン−ヴエルケ マンハイム アクチエンゲゼルシヤフト フオ−ルマ−ルス ベンツ アプタイルング シユタツイオネ−レル モト−レンバウ
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シリンダヘツドがシリンダ毎に２つの入口通
路を持ち、これらの入口通路の一方が旋回通路として構
成され、他方がシリンダの軸線に対してほぼ燃焼室へ開
口する充填通路として構成され、燃焼室へのこれらの入
口通路の開口が、シリンダヘツドに設けられる２つの入
口弁の弁板によりそれぞれ閉鎖可能であり、充填通路に
調節可能な流れ案内機構が設けられて、機関パラメータ
に関係して制御可能である、デイーゼル機関に関する。
直接噴射する吸入および特に高過給されるデイーゼル機
関において、少ない消費で煙および有害物質の少ない燃
焼が行なわれるように、全回転速度および出力範囲にお
ける混合気形成を最適に整合することは不可能である。
混合気形成したがつてまた燃焼に対する主要な影響パラ
メータは、燃料噴射の時点における燃焼用空気充填物旋
回である。この旋回はシリンダヘツドにおける入口通路
の適切な配置および構成により生ぜしめられかつ凹所付
きピストンにおける絞り流と重なる。この点について、
シリンダヘツドにシリンダ１つ当たり、弁板の斜めまた
は軸線方向の流入を生ぜしめる充填通路を少なくとも１
つ設けることは公知である。さらに、シリンダ１つ当た
り、一方が上述のように充填通路として構成され、他方
が旋回通路として構成されている２つの入口通路を設け
ることも既に公知であり（ドイツ連邦共和国特許出願公
開第2234642号明細書）、この場合旋回通路において例
えば螺旋状に通路案内または適当な組み込み体により弁
板の渦巻き状の流入が引き起こされる。
充填物回転はこれらの機関では機関回転数に比例し、こ
の場合機関の最高回転数および出力または機関の適当な
定格において整合された混合気形成が下側の回転数およ
び負荷範囲における旋回数および場合によつては噴射ノ
ズル構成に関してもはや最適でない。なぜならばこの場
合は特に排気タービン過給器の影響を受けて空気の欠乏
が生ずるからである。しかし交互の回転数および負荷範
囲における機関の作動は、多くの機関使用例の場合、例
えば船舶および流体機械駆動装置において不可欠であ
る。
危険な回転数および出力範囲において燃焼用空気の供給
増大により複数の作動開始および停止可能な排気タービ
ン過給器群による段階的過給によつて上述の欠点を取り
除くことは既に公知である。しかしこれらの複数の排気
タービン過給器群は出費がかさみ、高価である。
欠点を取り除く別の可能性は、危険な作動点において理
論的に燃焼に十分な空気量を、充填物旋回の増大により
噴射流の燃料および壁に堆積した燃料によつて燃焼のた
めに集中的に処理することに存する。この点について、
位置を変えられるそらせ片付き弁を設けることは公知で
ある。これらのそらせ片付き弁の重大の欠点は、これら
のそらせ片付き弁により引き起こされる自動弁回転装置
の除外に見られ、これらの弁回転装置は、主に高過給さ
れるデイーゼル機関の入口弁において生ずる座の摩耗を
減少させる。さらにそらせ片付き弁およびその制御装置
の出費もかなり大きい。
本発明の課題は、簡単かつ安価な構成で機関のすべての
回転数および負荷範囲における煙および有害物質の少な
い燃焼を可能にし、その際弁回転装置の使用が不可能で
ないように、冒頭に挙げた種類のデイーゼル機関を構成
することである。
この課題を解決するため本発明によれば、流れ案内機構
が部分負荷範囲で閉じられ、かつ全負荷範囲で開かれ、
流れ案内機構の閉じた状態において充填通路軸線に対し
て直角な面に投影した流れ案内機構の投影面積が、充填
通路の断面積より小さく、したがつて流れ案内機構が閉
じる際、充填通路が一部だけ閉鎖され、それにより空気
流に影響を及ぼして、シリンダ内で旋回または渦巻きを
弱める過給空気の量を減少すると共に、旋回または渦巻
きを強める過給空気の量を増加する。
こうして本発明によれば、機関の全負荷範囲したがつて
高い機関回転数の範囲では、煙および有害物質の少ない
燃焼が行なわれるので、充填通路にある流れ案内機構は
開かれて、この通路を流れる空気流に影響を及ぼさな
い。これに反し部分負荷範囲では、気流に影響を及ぼし
て、旋回または渦巻きを弱める過給空気の量を減少する
と共に、旋回または渦巻きを強める過給空気の量を増加
するので、部分負荷範囲においても煙および有害物質の
少ない燃焼が可能となる。
図面には、本発明により構成された充填物旋回および／
または渦流化装置の実施例が示されている。
第１図は充填通路および旋回通路を持つシリンダ用のこ
の種の装置の概略斜視図、第２図は充填通路の概略斜視
図、第３図は第２図と異なる実施例の斜視図、第４図は
流れ案内機構の位置が変えられた場合の第３図による実
施例の斜視図、第５図はシリンダヘツドの断面図であ
る。
第１図は２つの入口弁２および３と２つの入口通路４お
よび５とを持つシリンダ１を概略的に示しており、内燃
機関は示されていない。両入口弁２および３はシリンダ
１の軸線の側方に配置されている。入口通路４は、でき
るだけ小さい湾曲、したがつて小さい流れ抵抗を持つ充
填通路として構成されており、この入口通路は入口弁か
ら遠く離れた部分においてほぼ接線方向、半径方向また
はこれらの位置の間においてシリンダ１へ延びておりか
つ弁に近い範囲においてはじめてシリンダ１の軸線に対
してほぼ平行な方向に湾曲している。シリンダ１への入
口通路の開口６は入口弁２の弁板により閉鎖可能であ
る。入口通路５もやはり入口弁から遠く離れた部分にお
いてほぼ半径方向、接線方向またはこれらの方向の間に
おいてシリンダ１へ延びており、入口弁に近い部分にお
いてこの入口通路はシリンダ１の方向へ入口弁２の軸部
に螺旋状に巻かれており、シリンダ１への入口通路の開
口８は入口弁３の弁板９により閉鎖可能である。したが
つて入口通路５は旋回通路として構成されている。
入口弁２および３が開かれると、充填通路４を通つて来
る過給空気がほぼ均一に開口６を通りかつ弁板７から転
向せしめられてほぼ全面的に均一に流出しかつシリンダ
１へ流入し、他方、旋回通路５を貫流する過給空気は螺
旋状の入口通路案内により旋回しかつ螺旋状に入口弁板
９からシリンダ１へ流入する。第１図において、入口弁
板７からの全面的にほぼ均一な流出は矢印10で示されて
おり、入口弁板９からの螺旋状空気流出は矢印11で示さ
れている。第１図において左方へシリンダ１に流入す
る、入口通路４を貫流する過給空気の空気量が、入口通
路５を通つて流入する過給空気の螺旋状流出を妨げ、他
方、右側に流出する入口通路４からの過給空気がシリン
ダ１の壁により転向せしめられかつシリンダ１内の過給
空気の旋回または渦巻きを助長することが分かる。その
点までは、内燃機関の４弁シリンダの場合普通の過給過
程中の流れ状態が第１図に示されており、この場合両入
口通路４および５ならびに図示してない噴射ノズルとシ
リンダ１との整合は、内燃機関の定格回転数および定格
出力または最高回転数および最高出力において最適な充
填物旋回およびまたは渦流状態が生じ、できるだけ煙お
よび有害物質の少ない燃焼が高い効率で実現されるよう
に、行なわれる。しかし内燃機関の出力供給が少ない場
合は少量の空気が入口通路４および５を貫流し、シリン
ダ１内の充填物の旋回および／または渦流の発生は燃焼
のための最適な燃料処理にもはや十分でなく、消費量が
増加した際に煤および有害物質分の多い燃焼が起こる。
この欠点を回避するために、第１図による充填入口通路
４の中へ、案内機構として、垂直軸12の回りを回転可能
な揺動板13が組み込まれている。揺動板13の図示した不
作動位置において、この揺動板は旋回通路５側の通路面
に平らに接触しており、したがつて入口通路４の貫流に
影響を及ぼさない。揺動板13は内燃機関の定格または全
負荷運転の際にこの不作動位置を占める。部分負荷運転
の際揺動板13は回転軸線12の回りを回転せしめられ、こ
の揺動板は以下に説明する効果により入口通路４の貫流
に多少影響を及ぼし、それによつて部分負荷範囲におい
てシリンダ１内の過給空気の旋回および／または渦流が
増大され、したがつて燃料処理が改善されるので、全負
荷運転の場合のような煙および有害物質の少ない燃焼が
少ない消費量で達成できる。シリンダヘツドまたは過給
器側でこのシリンダヘツドの前に配置された通路接続部
に設けられた揺動板13の機関負荷に関係する調節は、機
関パラメータ、特に過給圧力および／または機関回転数
に関係して手動でまたは自動的に行なわれるのが好まし
い。
第２図には、充填通路として構成された入口通路４が、
視角を変えて、入口弁２および弁板７と共に示されてお
り、この場合揺動板13は、動作を明確にするために、側
方の水平軸12′の回りを回転可能である。第２図には揺
動板13が半分開かれた状態で示されており、そのことは
機関の中間の出力供給に対応する。全開された揺動板状
態は線13′で示されている。揺動板が一部開かれた場合
は、シリンダに近い下側範囲における入口通路４の貫流
が妨げられ、他方、シリンダから遠く離れた上側範囲に
おいては妨げられない貫流が行なえる。これらの貫流の
相違は入口通路４の長さにわたつて少なくともほぼ続く
ので、入口弁２が開かれ、したがつて弁板７が開口６か
ら下げられている場合は、シリンダ内への過給空気の流
出が周囲にわたつて不均一になる。過給空気の主要な量
は太い矢印10通りに揺動板13を通過して入口通路４を貫
流しかつ弁板７から転向せしめられてほぼ入口通路４の
延長方向にシリンダ１の中へ流入し、他方、細い矢印1
0′で示された、僅かな過給空気量が入口通路４側で開
口６からシリンダ１の中へ入る。第２図の矢印10による
大きい過給空気量が旋回および／または渦流を強めるよ
うに作用し、他方、矢印10′による少ない過給空気量が
シリンダ１内の過給空気の旋回および／または渦流発生
に影響を及ぼさないかまたは妨げるような影響を及ぼす
ように配置が行なわれている。したがつて全体として、
一部作動せしめられた揺動板13により、開かれた入口弁
２の周囲の過給空気の不均一な流入が起こり、その際旋
回および／または渦流を強める過給空気量は著しく強め
られ、そして妨げるように作用する過給空気量は著しく
弱められ、したがつて全体としてシリンダ内に大きい旋
回および／または渦流発生が機関の中間の部分負荷運転
にも拘らず起こる。第１図に移してみると、揺動板13の
一部閉鎖の際に入口弁板７からの過給空気の不均一な流
出が起こり、右方を指す矢印10通りに流出する、旋回を
強めるように作用する過給空気量が増加され、それに対
して反対側に左方を指す矢印10′通りに流出する、旋回
を弱めるように作用する過給空気量が減少される。
２つの入口弁２および３ならびに２つの入口通路４およ
び５を持つ内燃機関の場合は、揺動板13が完全に作動せ
しめられかつ入口通路４の縦方向に対して直角に延びる
作動位置において、入口通路４の横断面を部分的にのみ
あるいはまた、あとで述べるように、少なくともほぼ完
全に閉じるように、揺動板13を構成することができる。
内燃機関の低部分負荷運転の際に揺動板13はこの作動位
置を占める。入口通路４の横断面が一部開かれた場合
に、揺動板13の後ろに過給空気流の渦巻き流路が生じ、
これらの渦巻き流路がシリンダ１内の過給空気の旋回お
よび／または渦流をさらに強める。これらの渦巻き流路
は第２図に示されていない。
旋回通路として構成された第２の入口通路を持たない、
シリンダ１つ当たり１つの入口弁２を持つ唯１つの入口
通路４を有する内燃機関の場合は、揺動板13は作動位置
において入口通路４の横断面の一部しか閉鎖しない。こ
の場合においても第２図に応じて引き起こされる周囲に
わたつて不均一な、弁板７からシリンダ１内への過給空
気の流出は、シリンダ内において、既に述べた燃料処理
および燃焼の改善による過給空気の旋回および／または
渦流の強化を実現する。
第３図による構成は第２図による構成に対応しており、
第３図では揺動板14が垂直軸12の回りを回転可能であり
かつ入口通路４よりはるかに小さい高さを持つているの
で、この揺動板は図示した作動位置において、すなわち
閉鎖状態において入口通路４の下側部分のみを遮断す
る。この場合、旋回および／または渦流を強める作用に
より、第２図について述べたように開口６からシリンダ
１内への過給空気の不均一な流出が起こる。全開された
状態において、揺動板14は線14′で示した位置を占め、
この位置において揺動板14は入口通路４の貫流に影響を
及ぼさない。一部開かれた状態において、揺動板14が第
４図によれば斜めに置かれており、その際少なくとも片
側に、矢印15で示した付加的な過給空気流の渦巻き流路
が形成され、これらの渦巻き流路は、既に第２図につい
て述べたように、旋回を強めるように過給空気に作用す
る。
第５図によるシリンダヘツドにおいて、第１図に応じて
充填通路４および旋回通路５が入口通路として入口弁２
および３へ延びている。排出のため２つの弁、出口弁16
および17が設けられており、これらの出口弁から出口通
路18が出ている。シリンダヘツド19の充填通路４または
このシリンダヘツドの前に接続された接続片20に揺動板
13が垂直軸12の回りを回転可能に配置されており、揺動
板13は、絞り弁として作用して、作動位置または閉鎖位
置において充填通路４の貫流をほぼ遮断することができ
る。この場合過給空気は充填通路４から旋回通路５の中
へ押しやられるので、全過給空気が旋回通路５を貫流し
なければならず、したがつてシリンダ内に大きな旋回お
よび／または渦流効果が得られる。揺動板13は内燃機関
の低部分負荷運転の際にこの作動または閉鎖位置を占め
る。機関の出力供給が増大するにつれて揺動板13がます
ます開かれ、揺動板13は機関の定格または最高出力にお
いて全開したがつて不作動位置を占める。したがつて機
関の出力供給の増大とともに充填通路４の貫流が増大す
るので、増大する過給空気量はほぼ旋回なしに入口弁２
を通つてシリンダの中へ流入する。この場合、機関のす
べての負荷範囲においてシリンダ１内の最適な旋回およ
び／または渦流効果が得られるように整合が行なわれ
る。
揺動板13または14の回転制御は、既に述べたように、機
関はその都度の出力供給を通報する機関パラメータに関
係して、特に機関回転数および／または機関の過給圧力
に関係して、なるべく自動的に行なわれ、回転運動自体
は通常の調節装置により行なうことができる。回転制御
は噴射ポンプの充填位置に関係して行なうこともでき
る。調節は不作動−開放位置および作動−閉鎖位置によ
り２段階に、段階を付けられた中間位置によりまたは中
間位置により無段階で行なうことができる。すべての実
施例について述べられているように、回転揺動板の代わ
りに、別個の絞り、例えば絞り弁も設けることができ
る。さらに第５図による構成においては、絞り弁13の代
わりに入口弁２の機関出力に関係する制御装置を設け
て、入口弁２が機関の全出力供給の際にのみ全開され、
出力供給の低下とともに一部だけ開かれ、低部分負荷運
転の際に永続的に閉じられるようにすることができる。
この実施例は入口弁２用立体カム制御装置によつて簡単
に実現できる。
充填物旋回および／または渦流化装置は、第２図ないし
第４図と異なり、垂直にではなくて、斜めにシリンダへ
開口する入口通路の場合にも使用できる。入口弁からシ
リンダ内への不均一な過給空気流出を最初から持つてい
るこの種の入口通路においては、調節可能な揺動板によ
る入口通路における過給空気流の適当な制御によつて機
関の部分負荷範囲でも入口弁からの過給空気流出の変化
により充填物旋回およびまたは渦流の強化が実現でき
る。
上述した実施例とは異なり、充填通路および旋回通路を
持つ機関の場合は、流れ案内機構として使われる揺動板
を旋回通路内に組み込み、揺動板が開かれた場合に部分
負荷範囲で機関を最適な充填物旋回およびまたは渦流状
態に整合し、全負荷運転の際に揺動板を閉鎖方向に、旋
回通路流通断面の少なくとも部分的な遮断のためにまた
は充填通路内への大きい充填物量の転向のために調節す
ることもできる。さらに充填通路および旋回通路内へ機
関負荷に関係して互いに反対にかつ同時にまたは機関負
荷に関係して順次に調節できる揺動板を組み込むことが
できる。
さらに、弁板の場合によつては軸線方向の流入がある充
填通路の中へ流れ案内機構を移動不可能に組み込むこと
ができる。
構造的に簡単な増設により入口通路形状の変更なしにシ
リンダヘツドにまたはシリンダヘツドの前に流れ案内機
構を取り付けることができる。したがつてそれは既存の
機関構造体にあとから装備するのにも適している。流れ
案内機構は、設けられた排気タービン過給器のサージ限
界を移して、部分負荷運転範囲が拡大されるように、構
成することができる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−90719（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−135323（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−54526（ＪＰ，Ｕ)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シリンダヘツドがシリンダ毎に２つの入口
    通路を持ち、これらの入口通路の一方が旋回通路として
    構成され、他方がシリンダの軸線に対してほぼ平行に燃
    焼室へ開口する充填通路として構成され、燃焼室へのこ
    れらの入口通路の開口が、シリンダヘツドに設けられる
    ２つの入口弁の弁板によりそれぞれ閉鎖可能であり、充
    填通路に調節可能な流れ案内機構が設けられて、機関パ
    ラメータに関係して制御可能であるものにおいて、流れ
    案内機構（13または14）が部分負荷範囲で閉じられ、か
    つ全負荷範囲で開かれ、流れ案内機構（13または14）の
    閉じた状態において充填通路軸線に対して直角な面に投
    影した流れ案内機構（13または14）の投影面積が、充填
    通路（４）の断面積より小さく、したがつて流れ案内機
    構（13または14）が閉じる際、充填通路（４）が一部だ
    け閉鎖され、それにより空気流に影響を及ぼして、シリ
    ンダ（12）内で旋回または渦巻きを弱める過給空気の量
    を減少すると共に、旋回または渦巻きを強める過給空気
    の量を増加することを特徴とする、デイーゼル機関。
  2. 【請求項２】流れ案内機構（13または14）が、全負荷範
    囲では、入口通路（４）内の流れに影響を及ぼさない不
    作動位置へ動かされ、部分負荷範囲では、この不作動位
    置から作動位置へ動かされ、流れ案内機構（13または1
    4）が、作動位置において、旋回および渦巻き流を強め
    るように、空気流を弁板から転向させることを特徴とす
    る、特許請求の範囲第１項に記載のデイーゼル機関。
  3. 【請求項３】流れ案内機構（13または14）が、回転軸線
    （12）の回りを回転可能な揺動板として構成されている
    ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項または第２項
    に記載のデイーゼル機関。
  4. 【請求項４】流れ案内機構が運動不可能に設けられてい
    ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載のデ
    イーゼル機関。
  5. 【請求項５】流れ案内機構（13または14）が、機関の低
    部分負荷範囲では作動位置へ設定可能であり、全負荷範
    囲まで上昇する部分負荷範囲では、作動位置と不作動位
    置との間の中間位置で不作動位置まで設定可能であるこ
    とを特徴とする、特許請求の範囲第３項に記載のデイー
    ゼル機関。
  6. 【請求項６】流れ案内機構（13または14）が充填通路
    （４）の中へ組み込まれ、かつ作動位置において充填通
    路（４）の空気流通を少なくとも絞ることを特徴とす
    る、特許請求の範囲第１項に記載のデイーゼル機関。
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