(57)【要約】【課題】燃費率の改善とスモーク排出量の低減とを両立させることができるディーゼルエンジンの可変スワール機構を提供すること。【解決手段】  ディーゼルエンジンのシリンダ１内に運転状況に応じて異なるスワールを形成して空気を供給するディーゼルエンジンの可変スワール機構において、吸気ポート４の入口部４ａに開口部の図心を変化させる弁体５を設けた。【選択図】図１
2005307779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンのシリンダ内に運転状況に応じて異なるスワールを形成して空気を供給するディーゼルエンジンの可変スワール機構であって、
吸気ポートの入口部に開口部の図心を変化させる弁体を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの可変スワール機構。
【請求項２】
前記弁体は、高スワール時に吸気の流れ方向がシリンダの接線方向を向くよう前記開口部の図心を変化させることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの可変スワール機構。
【請求項３】
前記弁体は、予め設定され前記開口部の図心が異なる高スワール形成位置及び低スワール形成位置の二つの開閉位置を備え、いずれか一方の開閉位置が選択されることを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンの可変スワール機構。
【請求項４】
前記弁体は、予め設定され前記開口部の図心が異なる高スワール形成位置及び低スワール形成位置の二つの開閉位置を備え、両スワール形成位置の間に段階的に、あるいは連続して存在する任意の開閉位置が選択されることを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンの可変スワール機構。
【請求項５】
前記弁体は、前記吸気ポートの入口開口部をシリンダ半径方向に二分割した一方を開閉可能に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のディーゼルエンジンの可変スワール機構。
【請求項６】
ディーゼルエンジンのシリンダ内に運転状況に応じて異なるスワールを形成して空気を供給するためのディーゼルエンジンの可変スワール制御方法であって、
吸気ポートの入口部に弁体を設け、該弁体を開閉操作して前記入口部の開口部の図心を変化させることを特徴とするディーゼルエンジンの可変スワール制御方法。
【請求項７】
前記弁体は、高スワール時に吸気の流れ方向がシリンダの接線方向を向くよう前記開口部の図心を変化させることを特徴とする請求項６に記載のディーゼルエンジンの可変スワール制御方法。
【請求項８】
前記弁体は、予め設定され前記開口部の図心が異なる高スワール形成位置及び低スワール形成位置の二つの開閉位置を備え、いずれか一方の開閉位置が選択されることを特徴とする請求項７に記載のディーゼルエンジンの可変スワール制御方法。
【請求項９】
前記弁体は、予め設定され前記開口部の図心が異なる高スワール形成位置及び低スワール形成位置の二つの開閉位置を備え、両スワール形成位置の間に段階的に、あるいは連続して存在する任意の開閉位置が選択されることを特徴とする請求項７に記載のディーゼルエンジンの可変スワール制御方法。
【請求項１０】
前記弁体は、前記吸気ポートの入口開口部をシリンダ半径方向に二分割した一方を開閉可能に設けられていることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載のディーゼルエンジンの可変スワール制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの吸気系に適用されるディーゼルエンジンの可変スワール機構及び可変スワール制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの吸気系においては、シリンダ内に供給する空気にスワールを形成して燃焼を改善することが行われている。このようなスワール形成には、スワール比を高く設定した高スワールポート及びスワール比を低く設定した低スワールポートがあり、それぞれ下記のようなメリット及びデメリットが知られている。
高スワールポートを採用した場合、部分負荷では空気と燃料との混合促進によってスモークの発生は低減するが、全負荷ではポート部の圧損増大にともなう空気量不足により、燃費率が悪化する。一方、低スワールポートを採用した場合には、全負荷ではポート部の圧損が低いため空気量が確保され、燃費率が改善されるが、部分負荷では、空気と燃料との混合不足によりスモークの排出量が増大する。従って、燃費率の改善とスモーク排出量の低減とを両立させることは困難である。
【０００３】
このような背景から、吸気にスワールを形成するディーゼルエンジンの吸気装置においては、運転条件に応じて高スワール比と高体積効率の達成を両立させることを目的とした提案がなされている。
すなわち、気筒毎にいずれもタンジェンシャル設定のストレートポートとした二つの吸気ポートを設け、スワール生成方向の前側に位置する吸気ポートは正方向のスワール、スワール生成方向の後側に位置する吸気ポートは負方向のスワールを形成する。スワール生成方向の後側に位置する吸気ポートの空気流量をバタフライバルブにより制限し、低回転高負荷時等の運転領域においてスワールを強化するように構成したものが提案されている。この場合、二つある吸気ポートのうち、スワール形成方向の後側となる一方に空気流量調整手段のバタフライバルブを設けた構成とされる。このバタフライバルブは吸気ポートの入口部に設けられ、エンジンの回転数及び負荷に応じて開度が制御されるようになっている。（たとえば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開平６−３２３１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した従来技術の吸気装置は、二つある吸気ポートのうちスワール形成方向の後方側にバタフライバルブを設けて開度制御を行い、スワール形成方向の後方側となる吸気ポートからシリンダ内に供給する空気流量を増減させることにより、バタフライバルブを設けていないスワール形成方向前方側の吸気ポートから供給する空気流量との割合を変動させてスワール及び体積効率を制御するものである。
このため、この技術は、吸気が１弁のみのエンジンには適用できない。また、ポートの取り合いによって、前方ポートと後方ポートとで反対方向の流れを形成できない場合には適用できない。
【０００５】
このように、ディーゼルエンジンの吸気系においては、燃費率の改善とスモーク排出量の低減とを両立することができるディーゼルエンジンの可変スワール機構及び可変スワール制御方法の開発が求められている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃費率の改善とスモーク排出量の低減とを両立させることができるディーゼルエンジンの可変スワール機構及び可変スワール制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
請求項１に記載の発明は、ディーゼルエンジンのシリンダ内に運転状況に応じて異なるスワールを形成して空気を供給するディーゼルエンジンの可変スワール機構であって、吸気ポートの入口部に開口部の図心を変化させる弁体を設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
このようなディーゼルエンジンの可変スワール機構によれば、吸気ポートの入口部に開口部の図心を変化させる弁体を設けたので、負荷に応じて弁体を操作し吸気ポート入口部の開口部を変化させることにより、全負荷時において空気量確保による燃費率改善が得られる低スワールと、部分負荷時におけるスモーク排出量の低減が得られる高スワールとを、一つの吸気ポートで選択的に切り換えることが可能になる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記弁体は、高スワール時に空気の流れ方向がシリンダの接線方向を向くよう前記開口部の図心を変化させることが好ましく、これにより、最も効率よく高スワールを形成することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記弁体は、予め設定され前記開口部の図心が異なる高スワール形成位置及び低スワール形成位置の二つの開閉位置を備え、いずれか一方の開閉位置が選択されることが好ましく、これにより、全負荷時において空気量確保による燃費率改善が得られる低スワール形成位置と、部分負荷時におけるスモーク排出量の低減が得られる高スワール形成位置とを選択的に切り換えれば、燃費率改善及びスモーク量低減の両立が可能になる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記弁体は、予め設定され前記開口部の図心が異なる高スワール形成位置及び低スワール形成位置の二つの開閉位置を備え、両スワール形成位置の間に段階的に、あるいは連続して存在する任意の開閉位置が選択されることが好ましく、これにより、全負荷時における燃費率改善が得られる低スワール形成位置から部分負荷時におけるスモーク排出量の低減が得られる高スワール形成位置まで、複数段階あるいは連続的な無段階の選択切り換えが可能になる。従って、低スワール及び高スワールの選択切り換えに加え、スワールの強さも複数段階あるいは連続的に設定変更できるようになるので、より一層きめ細かい燃費率の改善及びスモーク量の低減が可能になる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の発明において、前記弁体は、前記吸気ポートの入口開口部をシリンダ半径方向に二分割した一方を開閉可能に設けられていることが好ましく、これにより、高スワールを形成するのに適しているシリンダの接線方向に向けた流れを選択的に形成することができる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、ディーゼルエンジンのシリンダ内に運転状況に応じて異なるスワールを形成して空気を供給するためのディーゼルエンジンの可変スワール制御方法であって、吸気ポートの入口部に弁体を設け、該弁体を開閉操作して前記入口部の開口部の図心を変化させることを特徴とするものである。
【００１３】
このようなディーゼルエンジンの可変スワール制御方法によれば、吸気ポートの入口部に弁体を設け、該弁体を開閉操作して前記入口部の開口部の図心を変化させるので、全負荷時において空気量確保による燃費率改善が得られる低スワールと、部分負荷時におけるスモーク排出量の低減が得られる高スワールとを、一つの吸気ポートで選択的に切り換えることが可能になる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記弁体は、高スワール時に空気の流れ方向がシリンダの接線方向を向くよう前記開口部の図心を変化させることが好ましく、これにより、最も効率よく高スワールを形成することができる。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記弁体は、予め設定され前記開口部の図心が異なる高スワール形成位置及び低スワール形成位置の二つの開閉位置を備え、いずれか一方の開閉位置が選択されることが好ましく、これにより、全負荷時において空気量確保による燃費率改善が得られる低スワール形成位置と、部分負荷時におけるスモーク排出量の低減が得られる高スワール形成位置とを選択的に切り換えれば、燃費率改善及びスモーク量低減の両立が可能になる。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記弁体は、予め設定され前記開口部の図心が異なる高スワール形成位置及び低スワール形成位置の二つの開閉位置を備え、両スワール形成位置の間に段階的に、あるいは連続して存在する任意の開閉位置が選択されることが好ましく、これにより、全負荷時において空気量確保による燃費率改善が得られる低スワール形成位置から部分負荷時におけるスモーク排出量の低減が得られる高スワール形成位置まで、複数段階あるいは連続的な無断階の選択切り換えが可能になる。従って、低スワール及び高スワールの選択切り換えに加え、スワールの強さも複数段階あるいは連続的に設定変更できるようになるので、より一層きめ細かい燃費率の改善及びスモーク量の低減が可能になる。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項６から９のいずれかに記載の発明において、前記弁体は、前記吸気ポートの入口開口部を二分割した一方を開閉可能に設けられていることが好ましく、これにより、高スワールを形成するのに適しているシリンダの接線方向に向けた流れを選択的に形成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
上述した本発明によれば、弁体の操作により各吸気ポートで低スワール及び高スワールを負荷に応じて選択的に切り換えることができるので、全負荷時において空気量確保による燃費率改善が得られる低スワールを選択し、部分負荷時にはスモーク排出量の低減が得られる高スワールを選択することによって、全運転領域にわたって燃費率の改善とスモーク排出量の低減とを両立させた運転が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係るディーゼルエンジンの可変スワール機構及び可変スワール制御方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、（ａ）はディーゼルエンジンのシリンダ及び吸気ポートのひとつを模式的に示した平面図、（ｂ）は可変スワール機構の構成例を示す要部斜視図である。
【００２０】
ディーゼルエンジンは通常複数のシリンダ１を備えており、各シリンダ１には、図示省略の吸気弁を備えた一対の吸気出口２と、図示省略の排気弁を備えた一対の排気入口３とが設けられている。
各吸気出口２には、それぞれ独立した吸気ポート４を連結してあるが、図１（ａ）においては一方のみが示されている。そして、各吸気ポート４の入口部４ａには、その開閉操作に応じて開口部の図心を変化させる弁体５が設けられている。この弁体５は、吸気ポート４の入口開口部をシリンダ半径方向に二分割した一方を開閉可能に設けられている。なお、吸気ポート４において吸気出口２と反対側の端部となる入口部４ａは、ディーゼルエンジンの吸気系１０に連結されている。
【００２１】
弁体５の開閉操作は、たとえば図１（ｂ）に示すように、弁体駆動軸６と一体に回動する駆動ギア７と、弁体駆動用レバー８の上面に形成したラックギア９とを噛合させ、弁体駆動用レバー８を図示しない駆動源の動作により所望の方向へスライドさせることにより可能となる。弁体駆動軸６は、弁体５の一端部側に連結されて一体に回動するとともに、その両端が図示しない軸受けにより回動可能に支持されている。
【００２２】
図示の弁体５は、吸気ポート４の入口部４ａを左右に二分割した右半分の領域に設けられ、その全開位置では入口部４ａの開口部が１００％となる。また、弁体５の全閉位置では、入口部４ａの右半分が完全に閉じられるため、その開口部は５０％となる。そして、弁体５の設置位置が入口部４ａの右半分、すなわち、平面視においてシリンダ１の中心よりシリンダ壁面側となる領域の吸気流路を塞ぐように設けられているので、弁体５を全閉位置とした入口部４ａに形成される開口部が減少することにより、入口部４ａの開口部は図心の位置がシリンダ壁面から離間する方向へ移動して変化する。このような図心の変化により、シリンダ１内に導入される空気の流れも変化することとなる。
なお、弁体５については、吸気ポート４の入口部４ａをシリンダ１の半径方向に適当な割合で二分割した壁面側に配設するものであれば特に限定されることはなく、この場合の分割割合は、吸気ポート４の形状や連結方向など諸条件に応じて適宜変更すればよい。
【００２３】
以下、弁体５の開閉操作に伴う空気の流れについて、その変化を図１（ａ）に基づいて具体的に説明する。
最初に、弁体５が全開位置（図１（ｂ）の符号５）にある場合、入口部４ａは１００％の開口部となり、その図心は点Ｃとなる。この全開状態で吸気ポート４からシリンダ１内に導入される空気の流れは、図心Ｃを通る矢印Ｆ１で示されるように、シリンダ１の接線と角度をもって交差する方向となる。このように、シリンダ１内の接線方向と交差する方向へ向けて流れる空気は、シリンダ１内に低スワールを形成するものとなる。ポートは全開状態にあるため、十分な空気量を確保できる。
【００２４】
一方、弁体駆動用レバー８を矢印１１方向へスライドさせると、全開位置の弁体５は矢印１２の方向へ回転して全閉位置（図１（ｂ）の符号５´）となる。こうして弁体５が全閉位置にある場合、入口部４ａは５０％の開口部となり、その図心は上述した点Ｃからシリンダ１の中心側へ移動した点Ｃ１となる。この全閉状態で吸気ポート４からシリンダ１内に導入される空気の流れは、図心Ｃ１を通る矢印Ｆ２で示されるように、シリンダ１の接線と略平行な方向となる。このように、シリンダ１の接線と略平行な方向に向けて流れる空気は、シリンダ１の壁面に沿った流れｆを形成するので、シリンダ１内に高スワールを形成することができる。
従って、弁体５の位置を全開位置または全閉位置の二つの開閉位置から適宜選択して切り換えれば、吸気ポート４からシリンダ１内に導入される空気は、弁体５の全開位置に対応する低スワール形成時の流れか、あるいは、弁体５の全閉位置に対応する高スワール時の流れのいずれか一方を容易に選択することができる。
【００２５】
上述したように、低スワールの形成及び高スワールの形成が弁体５の開閉操作により選択切り換え可能に構成された可変スワール機構とすれば、エンジン負荷等ディーゼルエンジンの運転状況に応じて最適なスワールを形成し、燃費率の改善及びスモーク排出量の低減が得られる。
図２に示すグラフは、高スワール及び低スワールを負荷に応じて選択切り換えし、燃費率の改善及びスモーク排出量の低減を両立した可変スワール機構の運転制御（可変スワール制御）例を示している。この場合、切り換えポイントの負荷Ｐを境にして、部分負荷領域では、弁体５を閉じて高スワールを形成する運転が選択され、全負荷領域では、弁体５を開いて低スワールを形成、空気量を確保する運転が選択される。なお、図中の実線は全負荷領域で高スワール運転を継続した場合、破線は全負荷領域で低スワール運転を継続した場合について、スモーク排出量及び燃費率を示したグラフである。
【００２６】
このような可変スワール機構による可変スワール制御を行うと、負荷Ｐより小さな部分負荷領域では、実線で示した高スワール運転が採用され、負荷Ｐより大きな全負荷領域では、破線で示した低スワール運転が採用される。なお、可変スワール制御で採用するスワールは、実線または破線に黒丸を重ねた表示部分とする。
この結果、空気と燃料との混合不足によりスモーク排出量が増加しやすい低負荷時に高スワールを形成できるため、全領域にわたってスモーク排出量の少ない運転を実現できる。また、空気量不足により燃費率が悪化しやすい全負荷時には空気量が確保されるようになるため、全領域にわたって燃費率のよい運転を実現できる。
【００２７】
すなわち、ディーゼルエンジンの仕様等によって異なる所定の負荷Ｐよりも小さな負荷領域では、弁体５を全閉位置にしてスモーク排出量が少なく優れた燃費率となる高スワールを選択し、かつ、負荷Ｐよりも大きな負荷領域では、弁体５を全開位置にしてスモーク排出量が少なく優れた燃費率となる高流量、低スワールを選択して運転するので、全負荷領域にわたってスモーク排出量の低減と燃費率の改善とを両立した運転が得られる。
【００２８】
ところで、上述した実施形態では、弁体５の開閉位置が、全開位置または全閉位置の二つからいずれか一方を選択するものとしたが、両開閉位置の間に段階的に、あるいは連続して存在する任意の開閉位置を選択するようにしてもよい。この場合、ディーゼルエンジンにより異なる負荷と弁体５の開度との関係を予め定め、たとえばマップ制御等により低スワールから高スワールまで複数段階の最適なスワール形成を行って、あるいは、連続する無段階の最適なスワール形成を行って、より一層きめの細かい可変スワール制御を行うことも可能である。
【００２９】
また、上述した吸気ポート４の形状は、空気の流れをスワール形成方向へ整流化するのが好ましく、たとえば図１（ａ）に示すようなポートの入口と出口の取り合いにおいては、流路の中間部分４ｂをシリンダ１の中心方向へ湾曲させればよい。
吸気ポート４を湾曲させる具体例をあげると、吸気ポート４の入口部４ａにおける中心（この場合は図心Ｃ）と吸気出口２の中心ｘ１とを結ぶベクトル（矢印Ｂ１）が、シリンダ１の中心ｘ２と吸気出口２の中心ｘ１とを結ぶ破線表示の直線Ｌから垂直方向へ向けたベクトル（矢印Ｂ２）よりもシリンダ中心ｘ２側を向いている場合、吸気ポート４の中間部分４ｂをシリンダ１の中心方向へ湾曲させることにより、スワール方向の適正な流れを形成することができる。
【００３０】
上述したように、本発明の可変スワール機構及び可変スワール制御方法では、吸気ポート４の入口部に弁体５を設けた構成であるため、全負荷領域にわたるスモーク排出量の低減及び燃費率の改善を両立した運転が得られることに加えて、具体的な設計や組立、メンテナンスが容易になる。
【００３１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る可変スワール機構及び可変スワール制御方法の一実施形態を示す図で、（ａ）はディーゼルエンジンのシリンダ及び吸気ポートのひとつを模式的に示した平面図、（ｂ）は可変スワール機構の構成例を示す要部斜視図である。
【図２】ディーゼルエンジンの負荷とスモーク排出量及び燃費率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１    シリンダ
２    吸気出口
３    排気入口
４    吸気ポート
４ａ    入口部
５，５´    弁体
【図１】
2005307779.tif 000003
【図２】
2005307779.tif 000004