JPH03111632A - ２サイクルディーゼルエンジンの給気装置 - 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、２サイクルディーゼルエンジンに係り、特に
そのシリンダの燃焼室に吸入空気を導く給気装置に関す
る。

［従来技術］ ２サイクルディーゼルエンジンでは、エアクリーナを通
じて吸い込まれた空気のみを一次圧縮し、この空気を掃
気口を介してシリンダの燃焼室に導入するとともに、こ
の燃焼室内で二次圧縮し、この圧縮により高温となった
燃焼室内に燃料を噴射して自己着火させている。

そして、この種のディーゼルエンジンでは、燃焼室に対
する燃料噴射量を加減することで出力を制御しており、
この燃料噴射量によってエンジン負荷が決定される。こ
のため、吸入空気量はエンジン負荷に対して変化しない
ので、空燃比はアイドリング運転時から全負荷運転時に
かけて広範囲に亘ることになる。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、ディーゼルエンジンの出力制御は、上記のよ
うに燃料噴射量を加減することで行っているので、アイ
ドリング運転時から低負荷運転時にかけてのように、燃
料噴射量が少ない低負荷運転領域では、空気過剰率が過
大となり、燃料に対して空気中の酸素ｍが過剰気味とな
る。

この丈め、燃焼速度が早くなるとともに、燃焼温度も高
温となり、上記燃焼室内で窒素と酸素とが反応し合って
窒素酸化物（ＮＯＸ）の排出量が増加する不具合がある
。

また、燃焼温度および酸素濃度共に高くなるために、デ
ィーゼルエンジン特有のノック音も大きくなり、エンジ
ン騒音が大きくなるといった問題もある。

本発明はこのような事情にもとづいてなされたもので、
排気煙中に含まれる微粒子（Ｄ　１ｅｓｅｌＰ　ａｒｔ
ｉｃｕｌａｔｅ）との関連において、低番中負荷運転領
域でのＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯ等の有害成分の排出量を
減少させることができ、しかも、ノック音の発生も抑え
ることができる２サイクルディーゼルエンジンの給気装
置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ そこで、本発明においては、空気の吸入経路とシリンダ
の燃焼室とを、ピストンによって開閉される掃気口を介
して連通させた２サイクルディーゼルエンジンにおいて
、 上記空気の吸入経路に、アイドリング運転時から低・中
負荷運転域に互って上記燃焼室に対する吸入空気の掃気
ｍを減少させる制御手段を設けたことを特徴としている
。

［作用］ この構成によれば、吸入空気の掃気量を減少させたこと
に伴い、既燃ガスを燃焼室から追い出す掃気作用が不完
全なものとなり、掃気行程が終了しても、燃焼室内には
従来よりも多くの既燃ガスが残留することになる。

この場合、既燃ガス中には比熱の大きな成分が多く含ま
れているので、燃焼最高温度が低下するとともに、この
既燃ガスはいわゆる不活性ガスでもあるため、吸入空気
が希釈されてその酸素濃度が低下することになる。

したがって、低・中負荷運転領域での空気過剰率を実質
的に低く抑えることができ、ＮＯｘを始めとする有害成
分の排出量を低減することができる。その上、酸素濃度
が低下することから、ノッキングも発生し難くなり、ノ
ック音を低減することができる。

［実施例コ 以下本発明の第１実施例を、第１図ないし第１１図にも
とづいて説明する。

第１０図および第１１図は自動車用の２サイクル３気筒
デイーゼルエンジンを示し、図中符合１で示すクランク
ケース内にはクランク軸２が収容されている。クランク
ケースｌ上にはシリンダブロック３およびシリンダヘッ
ド４が連結されている。シリンダブロック３内には三つ
のシリンダ５がクランク軸２の軸方向に並置されており
、各シリンダ５内のピストン６はコンロッド７を介して
クランク軸２上のクランクビン２ａに連結されている。

ピストンＢの頭部とシリンダヘッド４との間には、シリ
ンダ５毎に燃焼室８が形成されている。

そして、シリンダヘッド４には各燃焼室８に連なる渦室
式の副燃焼室９が設けられており、この副燃焼室９に燃
料噴射弁１０とグロープラグ１１の先端が臨んでいる。

シリンダブロック３には複数の掃気口Ｉ２が形成されて
いる。掃気口１２の一端はシリンダ５の内面に開口され
て、上記ピストン６にて開閉されるようになっており、
この掃気口１２の他端はクランクケース１内のクランク
室１３に開口されている。

また、シリンダブロック３には主排気口１４と副排気口
１５が形成されている。これら排気口１４．１５の一端
はシリンダ５の内面に開口されて、上記ピストン６にて
開閉されるようになっており、主排気口１４の他端はシ
リンダブロック３の外方に開口されている。副排気口１
５の一端は主排気口１４よりもシリンダヘッド４側に位
置しており、この副排気口１５の他端は主排気口１４内
に開口されている。

シリンダブロック３の副排気口１５の中間部に対応する
位置には、この副排気口１５と交差してクランク軸２の
軸方向に延びる円形の貫通孔１６が形成されている。

そして、この貫通孔１６内には円柱状をなす開閉弁１７
が軸回り方向に回動可能に装管されている。

開閉弁１７の副排気口１５内に臨む位置には、径方向に
沿う連通孔Ｉ８が形成されており、この開閉弁１７は図
示しないステッピングモータによって、上記連通孔１８
が副排気口１５に合致する開き位置と、連通孔１５が副
排気口１５から外れる閉じ位置に亘って回動操作される
。

この場合、上記ステッピングモータはマイクロコンピュ
ータで制御されるようになっており、このマイクロコン
ピュータはスロットル開度に基づく燃料噴射量、エンジ
ン回転数および冷却水温等の各種データからエンジンの
運転状況を判断し、上記開閉弁１７の回動位置を決定す
る。

したがって、副排気口Ｉ５を開閉弁Ｉ７によって開閉す
ると、ピストン６が圧縮行程に移行した際の圧縮ストロ
ークが変化するので、圧縮比がエンジンの運転状況に応
じて二段階に切り換わるようになっており、本実施例の
場合は、始動時とアイドリング時および低・中負荷運転
領域において圧縮比が高められる。

なお、各シリンダ５の主排気口１４には排気管１９が接
続されている。

一方、上記クランクケースｌには、各シリンダ５毎にク
ランク室１３に開口する吸気口２０が開口されている。

吸気口２０はクランク軸２の軸方向に一列に並んでおり
、これら吸気口２０にはクランク室１３に向う空気の流
通のみを許容するリード弁２１が設けられている。そし
て、各シリンダ５の吸気口２０には吸気マニホールド２
２が接続されており、この吸気マニホールド２２の上流
端に位置する単一の吸入口２３は、ゴム製の吸気管２４
を介してエアクリーナ２５に連なっている。

したがって、ピストン６が圧縮行程に移行して、クラン
ク室１３が負正になると、エアクリーナ２５から吸入さ
れた空気が吸気管２４や吸気マニホールド２２を通じて
クランク室１３に吸入されるようになっており、本実施
例の場合は上記吸気管２４からクランク室１３にかけて
の部分が空気の流れ経路を構成している。、 ところで、上記吸気マニホールド２２の吸入口２３には
、吸入空気量を加減する制御手段が設けられている。本
実施例の制御手段はバタフライ形の制御弁３０であり、
その弁軸３１がステッピングモータ３２に連結されてい
る。そして、このステッピングモータ３２の制御は、エ
ンジンの運転状況を判断するマイクロコンピュータ３３
により行われる。このマイクロコンピュータ３３は第２
図に示すように、エンジン回転数がアイドリング時を含
めた比較的低い領域にある時、つまり、エンジンが第２
図中符合Ａで示す低・中負荷運転領域にある状態におい
て、上記制御弁３０を閉じ方向に操作し、クランク室１
３に吸入される空気量、ひいては燃焼室８への掃気量を
減少させるようになっている。

なお、上記第２図は全負荷運転時のエンジン回転数に対
するトルクの移り変りを示す性能特性図であり、本実施
例の場合、上記運転領域Ａの境界線ａはトルクカーブと
は無関係にエンジン回転数が上昇するに従い、下向きに
傾斜されている。

次に、上記マイクロコンピュータ３３の動作について、
第９図に示すフローチャートを加えて説明する。

すなわち、エンジン運転中、マイクロコンピュータ３３
にはエンジンの運転状況を示す三つのデータ５ｌ−８３
、つまりエンジン回転数、スロットル開度に対応する燃
料噴射量および冷却水温が入力される。そして、マイク
ロコンピュータ３３では、′これらデータ６１〜Ｓ３に
基いて、エンジンが掃気量を減少させる運転領域Ａにあ
るか否かを判断する。

この判断の段階では、エンジン回転数、スロットル開度
に対応する燃料噴射量および冷却水温を基準として、そ
の時のエンジン運転領域に最適な制御弁３０の開度を導
くマツプが予め記憶されており、このマツプから上記検
出された実際のデータ８１〜Ｓ３に基いて、制御弁３０
の開度を検索する。

この検索により、エンジンが掃気量を減少させる運転領
域Ａにあると判断されると、その運転領域Ａに最適な制
御弁３０の開度が決定される。そして、この制御弁３０
の開度を示すデータは、上記ステッピングモータ３２に
制御信号として出力され、この出力によりステッピング
モータ３２が制御弁３０を閉じる方向に動作される。

ところで、ディーゼルエンジンでは、排気中の有害成分
ばかりでなく、排気煙の濃度、つまり、排気煙中の微粒
子（Ｄ　Ｉｅｓｅｌ　　Ｐ　ａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を
いかにして減らすかが重要な問題となっており、このこ
とから、上記掃気量を制限する運転領域Ａの設定は、排
気煙に含まれる微粒子との関連によって行われる。

すなわち、上記排気中の微粒子は、有機溶剤に不溶な物
質（ＤＲＹ　　５ＯＯＴ）と、可溶な物質（ＳＯＦ　：
　５ｏｌｕｂｌｅ　Ｏｒｇａｎｌｃ　Ｆｒａｃｔｌｏｎ
　）とに大別され、上記ＤＲＹ　　５ＯＯＴの主成分は
カーボン、いわゆる黒煙であり、ＳＯＦは未燃の炭化水
素が主成分である。

そして、一般的なディーゼルエンジンの場合、上記ＳＯ
ＦとＤＲＹ　　５ＯＯＴの排出特性は、第４図に示すよ
うにエンジン回転数を一定とした場合に、負荷が上がる
程、ＤＲＹ　　５ＯＯＴは増加する傾向を示し、逆にＳ
ＯＦは低減する傾向を示す。

ここで第４図巾Ｘ、で示す低負荷運転領域でのＤＲＹ　
　５ＯＯＴとＳＯＦとの関係を調べると、上記低負荷運
転領域では燃料噴射量が少なく、空気過剰率が過大とな
るために、第５図に示すように掃気量を減少させても、
ＤＲＹ　　５ＯＯＴの増加は穏やかであるとともに、Ｓ
ＯＦもある領域までは徐々に減少する傾向を示す。

このため、微粒子の総量　（ＴＯＴＡＬ）として見ると
、掃気量の低減割合を大きくしても、＠粒子の総量は掃
気量を制御しない通常の時（ＳＴＤ）の排出量以下に抑
えられることになる。よって、低負荷運転領域での掃気
ユの低減割合は大きくなる。

また、第４図中Ｘ２で示す中負荷運転領域では、燃料噴
射量の増大に伴って空気過剰率がそれほど大きくないた
め、掃気量を減少させると、第６図に示すようにＳＯＦ
およびＤＲＹ　　５ＯＯＴ共に増大する傾向を示し、特
にＤＲＹ　　５ＯＯＴは急激に増大する。このため、微
粒子の総量も掃気量の減少に応じて増大するので、中負
荷運転領域での掃気量の低減割合は小さくなる。

したがって、第３図からも分かるように、掃気量はエン
ジン回転数を一定とした場合に、排気煙中の微粒子の排
出量によって決まるある負荷の値を境として減少するよ
うに設定されており、この負荷域が上記第２図の境界線
ａで示される運転領域Ａの上限値となる。

なお、第７図および第８図は、上記Ｘ１ならびにＸ２で
示す運転領域でのＮＯｘ、ＨＣＳＣＯの排出量の移り変
わりを示しており、これら両図からも分かるように、掃
気量を減少させた領域では。

上記微粒子と同様にＮＯｘ、ＨＣＳＣＯ共に減少する傾
向を示す。

このような構成によれば、空気過剰率が過大となる低・
中負荷運転領域において、制御弁３０を閉じ方向に回動
操作してクランク室１３への吸入空気量を減少させるよ
うにしたので、掃気口■２が開かれた際にクランク室１
３から燃焼室８に流れ込む掃気量が少なくなる。このた
め、既燃ガスを燃焼室８から主排気口１４および副排気
口１５に追い出す掃気作用が不完全なものとなり、燃焼
室８内には従来よりも多くの既燃ガスが残留する。

すると、この既燃ガス中には比熱の大きな成分が多（含
まれているので、燃焼最高温度が低下するとともに、こ
の既燃ガスは不活性ガスでもあるため、クランク室１３
から導かれた吸入空気が希釈され、その酸素濃度が低下
する。

したがって、低・中負荷運転領域での空気過剰率を積極
的に低く抑えることができ、ＮＯｘの排出量を効率良く
低減することができる。それとともに、上記掃気量を低
減させた運転領域Ａでは、ＳＯＦおよびＤＲＹ　　５Ｏ
ＯＴと同様に、ＨＣおよびＣＯの排出量も減少する傾向
にあり、上記ＮＯｘを低減できることと合わせて、排気
中の有害成分を確実に減らすことができる。

その上、燃焼室８内の酸素濃度が低下すれば、ノッキン
グも発生し難くなり、その分、ノック音も抑えられて、
エンジン音を低くすることができる。

また、制御弁３０が閉じられる低・中負荷運転領域では
、吸入空気ユおよび排気エルに減少するので、吸気音や
排気音を低減することができ、上記ノック音が抑えられ
ることと相まって、静粛な運転が可能となるといった利
点がある。

なお、上記第１実施例では、掃気量を減少させる運転領
域Ａをエンジン回転数が高くなる程、低い負荷までとし
て、運転領域Ａの境界線ａをトルクカーブに対しエンジ
ン回転数が高くなるに従い下向きに傾斜させるようにし
たが、例えば第１２図に示す本発明の第２実施例のよう
に、上記境界線ａがトルクカーブと略相似形となるよう
に、上記運転領域Ａを設定しても良い。

また、第１３図ないし第１４図には本発明の第３実施例
が示されている。

この第３実施例では、クランクケースｌの底部にクラン
ク室１３に連なる連通室４１が形成されており、この連
通室４１と吸気マニホールド２２の吸入口２３との間が
バイパス通路４２によって連通されている。

したがって、この実施例の場合は吸入口２３からクラン
ク室１３までの部分と、上記バイパス通路４２が空気の
流れ経路を構成しており、上記連通室４１の内部にクラ
ンク室１３とバイパス通路４２との連通を断続するバタ
フライ形のバイパス弁４３が設けられている。

そして、バイパス弁４３の弁軸４４は、上記第１実施例
と同様にマイクロコンピュータ３３にて制御されるステ
ッピングモータ３２に連結されている。このため、第１
４図に示すように、マイクロコンピュータ３３にてエン
ジンが掃気量を制御する運転領域Ａにあると判断される
と、その運転領域Ａに最適なバイパス弁４３の開度が決
定されるとともに、このバイパス弁４３の開度を示すデ
ータが上記ステッピングモータ３２に制御信号として出
力され、この出力によりステッピングモータ３２がバイ
パス弁４３を開く方向に動作される。

したがって、この第３実施例の構成によると、バイパス
弁４３が閉じられている運転領域では、吸気マニホール
ド２２を通じてクランク室１３に吸入された空気は、そ
のまま掃気口１２を介して燃焼室８に導かれる。

これに対し、エンジンが掃気量を制御する運転領域Ａに
達してバイパス弁４３が開かれると、上記クランク室１
３に吸入された空気は、第１３図中矢印で示すように、
バイパス通路４２を通じて吸気マニホールド２２に戻さ
れる。

このため、実質的にクランク室１３に吸入される空気、
ひいてはクランク室Ｉ３から燃焼室８への掃気量が減少
するから、低・中負荷運転領域での空気過剰率や燃焼室
８の酸素濃度を低下させることができ、上記第１実施例
と同様の効果を得ることができる。

また、上記バイパス弁４３が開いていれば、ピストン６
が上昇に転じてクランク室１３内が負圧となった際に、
このクランク室Ｉ８には吸気マニホールド２２とバイパ
ス通路４２の双方から空気が吸入されることになり、−
次圧縮室としてのクランク室１３の圧力が大幅に下がる
ことはない。

このため、掃気口１２が開かれている期間中に、燃焼室
８内の既燃ガスがクランク室１３に逆流するのを防止す
ることができ、このクランク室１３が煤で汚されずに済
む。

なお、上述した実施例では、クランク室を空気の一次圧
縮室として利用したが、本発明はこれに限らず、例えば
掃気口を吸気通路に接続して、この吸気通路の途中に空
気圧縮用の掃気ポンプを設けた２サイクルディーゼルエ
ンジンであっても良い。

［発明の効果］ 以上詳述した本発明によれば、掃気口が開かれた際に燃
焼室に流れ込む掃気量が少なくなり、燃焼室内には従来
よりも多くの既燃ガスが残留するので、この既燃ガスに
よって吸入空気が希釈され、酸素濃度が低下する。

したがって、低・中負荷運転領域での空気過剰率を低く
抑えることができ、ＮＯｘを始めとする有害成分の排出
量を効率良く減らすことができる。

それとともに、上記酸素濃度の低下によりノッキングも
発生し難くなり、その分、ディーゼルエンジン特有のノ
ック音が抑えられて、静粛な運転が可能となるといった
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１１図は本発明の第１実施例を示し、第
１図は２サイクルディーゼルエンジンの断面図、第２図
は掃気量を減少させる運転領域を示す特性図、第３図は
エンジン負荷に対する掃気量の減少割合を示す特性図、
第４図ないし第６図はエンジン負荷に対する排気中の微
粒子の排出量を示す特性図、第７図および第８図は掃気
量に対する有害成分の排出量を示す特性図、第９図はマ
イクロコンピュータでの処理内容を示すフローチャート
、第１０図は吸気および排気系を含めたエンジンの平面
図、第１１図は吸気および排気系を含めたエンジンの正
面図、第１２図は本発明の第２実施例を示す特性図、第
１３図および第１４図は本発明の第３実施例を示し、第
１３図は２サイクルディーゼルエンジンの断面図、第１
４図はマイクロコンピュータでの処理内容を示すフロー
チャートである。 ５・・・シリンダ、Ｂ・・・ピストン、８・・・燃焼室
、Ｉ２・−・掃気口、１３．２２．２３，２４．４２・
・・流れ経路（クランク室、 吸気マニホール ド、 吸入口、 吸気管、 バイ パス通路） ３０．４３ ・・・制御手段 （制御弁、 バイパ ス弁）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空気の吸入経路とシリンダの燃焼室とを、ピストンによ
   って開閉される掃気口を介して連通させた２サイクルデ
   ィーゼルエンジンにおいて、上記空気の吸入経路に、ア
   イドリング運転時から低・中負荷運転域に亘って上記燃
   焼室に対する吸入空気の掃気量を減少させる制御手段を
   設けたことを特徴とする２サイクルディーゼルエンジン
   の給気装置。