JPS62113820A - ２サイクルデイ−ゼルエンジン - 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サイクル内燃機関に関し、特に燃焼室に直接
燃料、主として軽油を噴射する燃料噴射機構を有する２
サイクルディーゼルエンジンに関する。

〔従来の技術〕

この種の２サイクル内燃機関において、所定負荷までの
運転域ではクランク室に流入した空気をシリンダ燃焼室
へ低速度で流入させ、かつ燃焼室に直接燃料を噴射する
燃料噴射弁の噴射開始時期を進ませ、低圧縮比でも自己
着火が可能になるようにしたエンジンは既に提案されて
いる（特開昭５４−１２３６１６号）。更に、直噴式の
燃料噴射弁の他に、アイドリング等の特定運転域におい
てクランク室を経由して燃料を供給するようにしたエン
ジンも既に知られている（特開昭５４−１３８９１４号
）。

更に、また２サイクル内燃機関において、アイドル運転
から所定負荷の運転域までは混合気をエンジンシリンダ
室内へ低速度で流入せしめ、残存する燃焼ガスの熱を利
用して自己着火させ、所定負域以上の運転域では混合気
の供給に先立ってエンジンシリンダ室内へ空気を供給し
て掃気を行い、その後空気供給量に応じて空燃比を補正
するように過濃混合気をエンジンシリンダ室内へ供給す
るようにした機関がこの出願の発明者によって提案され
ている（特公昭５７−６１８８３号）。その他本発明に
関連する技術としては、特開昭５７−２４１９号、特開
昭５８−１４８２２４号等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の従来から知られた２サイクル内燃機関では、各気
筒ごとに掃気制御弁とこの掃気制御弁を駆動するための
連結ロフト機構が必要であり、信頼性、流量調整、コス
ト面で問題があり、従って、本発明では、掃気制御構造
の簡略化を図った２サイクルディーゼルエンジンを提供
することである。

〔問題点を解決するための手段〕

このような問題点を解決するために、本発明によれば、
新気をクランク室に供給する手段と、一端がクランク室
に開口する比較的細長い通路部分と、該細長い通路部分
に連接し他端が、燃焼室シリンダ壁面に開口する断面積
の大きい通路部分とを備えた第１掃気通路とを含み、機
関の少な（とも所定負荷までの運転域で新気を低速度で
燃焼室に流入させる第１吸気系と、該クランク室とは別
の空気過給手段と、各気筒ごとに逆止弁を備えかつ燃焼
室シリンダ壁面に開口する第２掃気通路とを含み、機関
の所定負域以上の運転域で第２掃気通路より過給空気を
燃焼室に高速度で流入させ残留排気ガスを掃気する第２
吸気系と、燃焼室内へ燃料を直接噴射し少なくとも所定
負荷までの運転域で圧縮行程初期までに噴射時期を完了
する燃料噴射装置とを含んで成る２サイクルディーゼル
エンジンが提供される。

〔作　用〕 所定負荷までの運転域では、第１吸気系のみより低速度
で新気が燃焼室内へ流入し、所定負域以上の運転域では
過給された空気が第２吸気系より比較的速い速度で燃焼
室に流入する。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図は過給手段として排気過給機を用いた第１実施例
であって、１はクランクケース、２はクランクケース１
上に固定されたシリンダブロック、３はシリンダブロッ
ク２上に固定されたシリンダヘッド、４はシリンダブロ
ック２内のシリンダボア５内で往復動するピストン、６
はシリンダヘッド３とピストン４間に形成された燃焼室
、７は点火栓、８はクランクケース１内に形成されたク
ランク室、９はバランスウェイト、１０はコネクティン
グロッド、１１は吸気管、１２はシリンダ５の壁面に開
口する吸気通路、１５は直接燃焼室６内へ燃料（軽油等
）を噴射する燃料噴射ノズル、１７は排気管、１８は排
気通路、２０は排気過給機、２１はウェストゲートバル
ブ、２３はエアークリーナ、２４はインタークーラ、５
０は演算・制御ユニットをそれぞれ示す。

排気過給機２０のコンプレッサ２０ａで過給された空気
は、クランク室８に流入する第１吸気系Ａと所定負域以
上の運転域で空気のみを供給する第２吸気系Ｂとに分割
される。

第１吸気系Ａは、過給機コンプレッサ２０ａの下流に設
けられた過給空気冷却用インタークーラ２４をバイパス
する通路１３が設けられ、このバイパス通路１３には所
定負荷までの運転域ではバイパス通路１３を通過させ、
所定負域以上の運転域ではインタークーラ２４を通過さ
せるように切り替える切替弁３５が設けられる。この切
替弁３５は制御ユニット５０からの信号によりサーボモ
ータ３６で駆動される。切替弁３５の下流にはアクセル
ペダル２７に連動して空気流量を制御するスロットル弁
２６が設けられる。スロットル弁２６のすぐ上流には、
特定の運転域、例えばアイドリング域、軽負荷域、ある
いは高出力域でのみ燃料（軽油）を噴射する補助燃料イ
ンジェクタ２５が設けられる。この燃料インジェクタ２
５は制御装置５０からの信号に基づいて噴射量が制御さ
れる。流量制御された空気又は混合気は吸気通路１２お
よび各気筒ごとに設けられたリード弁より成る逆止弁２
８を介してシリンダ５内壁面の吸気口、ピストン４の側
部開口２９を通ってピストン４裏部よりクランク室８に
吸入される。クランク室８内には空気又は混合気と共に
クランクシャフトやピストン等を潤滑するだめの潤滑油
も吸入される。クランク室８内で攪拌、圧縮された空気
又は混合気は、潤滑油ミストと一緒にクランク室８底部
に開口した新気流人口３１より細長い第１掃気通路３０
に流入する。従ってクランクケース底部には、潤滑油が
溜まることはない。この第１掃気通路３０はクランク室
８の外側を円弧状に延びており、燃料を含んでいる場合
は、この第１掃気通路３０内で燃料の霧化が更に促進さ
れ、潤滑油ミストの粒径も一層小さくなる。第１掃気通
路３０の下流側は断面積の大きい掃気通路部分となって
おり、空気又は混合気がこの部分に流入して減速され、
シリンダ５に開口している第１掃気ボート３２よりシリ
ンダ燃焼室６内へ低速度で流入する。その際シリンダ燃
焼室６内の残留排気ガスは、ピストン４の下降により第
１掃気ボート３２が開き始める時点ではこの第１掃気ポ
ート３２内の圧力は未だ低いので、その一部がこの第１
掃気ボート３２内へ浸入し内部に溜まっている空気又は
混合気を加熱する働きをする。従って、所定負荷までの
運転域では後述のように第２吸気系Ｂから燃焼室６内へ
の空気の供給は行なわれないので、前述のように予加熱
された空気又は混合気は高温の残留排気ガスを拡散させ
ることなく燃焼室６内で層状に維持される。掃気行程が
終了した後、この成層状態が維持されたままピストン４
の上昇にともなう断熱圧縮が行なわれる。直噴式の燃料
インジェクタ１５は制御装置５０からの信号により噴射
量が制御され、圧縮行程の初期までに燃料噴射を完了す
るように比較的早い時期に燃料（軽油）を空気又は混合
気の層と高温の残留排気ガスとの境界部分へ向けて噴射
する。その結果、燃焼室６内へ供給された燃料（すなわ
ち燃料インジェクタ２５により噴射されクランク室８、
第１掃気通路３０を経由した燃料と直噴式燃料インジェ
クタ１５により直接噴射された燃料）および潤滑油ミス
トは高温の排気ガスにより活性化が進み、圧縮行程末期
に点火栓７によらずに自己着火燃焼する。

この自己着火は、所定負荷までの運転域でかつ排気過給
機２０が作動するエンジン回転数以上の時は、排気ボー
ト１８に加わる排気タービン２０ｂの背圧により、排気
ガスの拡散が減少されるので燃焼室６内での乱流が防止
され、自己着火は一層容易となる。また、所定負域以上
の運転域では、前述の切替弁３５が作動し、排気過給機
２０で加圧された空気はインタークーラ２４を通過し冷
却された後クランク室８内へ流入される結果、ピストン
４やクランクシャフトベアリング等の冷却が行なわれる
。特に、高出力域で燃料インジェクタ２５から燃料が噴
射される場合は、燃料によりこの冷却の効果は一層大き
くなる。なお、点火栓７はエンジン始動時等に圧縮行程
末期に点火され、自己着火燃焼を助ける働きをするもの
で、軽負荷域および高負荷域を含む通常運転域でスパー
クアシストを必要としない時は点火を中断し放電による
電極の摩耗を減少する。

第２吸気系Ｂは、排気過給機２０およびインタークーラ
２４の下流が第２掃気通路４０に接続され、この第２掃
気通路４０内にはエンジンの所定負域以上の運転域でサ
ーボモータ４６により開かれる制御弁４１が設けられる
。第２掃気通路４０の制御弁４１の下流は各気筒ごとに
設けたり一ド弁より成る第２逆止弁４３を介して第２掃
気ポート４４で直接シリンダ５の内壁面に開口される。

従って、エンジンの所定負域以上の運転域では、排気過
給機２０のコンプレッサ２０ａで過給されかつインター
クーラ２４で適正温度となった過給空気が第２掃気通路
４０から逆止弁４３を介して燃焼室６へ直接かつ比較的
高速度で流入し、燃焼室６内に残留している排気ガスを
素速く排気ボート１８より掃気する。その後、第１吸気
系Ａよりの空気又は混合気、すなわち吸気通路１２、ク
ランク室８、第１掃気通路３０を経由した空気又は混合
気が第１掃気ポート３２より比較的低速度で燃焼室６内
へ流入する。燃料インジェクタ１５は前述のように比較
的早い時期（圧縮行程初期まで）に噴射時期を完了する
ように燃料（軽油）を噴射し、自己着火燃焼する。減速
後の再加速時の初期において排気過給機２０の過給遅れ
が生じた際は、燃焼室６内の燃焼排気ガスの圧力が高ま
って排気過給機２０の排気タービン２０ｂが回転し過給
空気の圧力が、高まるまでは第２掃気通路４０からの空
気による掃気は行なわれないが、第１吸気系Ａによる掃
気は行なわれているので失火することはない。従って、
排気ガスの圧力はすぐに上昇し、排気過給８！２０は素
早く回転を始め所定の過給圧を得ることができる。なお
、ウェストゲートバルブ２１は、インタークーラ２４の
下流の過給圧が常時一定になるように排気過給機２０の
排気タービン２０ｂに流入する排気ガスの流量を制御す
る。

第１吸気系Ａおよび第２吸気系Ｂより燃焼室６へ流入す
る空気の流入時期と流入量の関係は第３図に示すとおり
である。すなわち、第３図において、ＳＯおよびＳＣは
それぞれ掃気ポート（３２゜４４）の開口および閉鎖時
期であり、ＥＯおよびＥＣはそれぞれ排気ボート（１８
）の開口および閉鎖時期であり、またＴＤＣおよびＢＤ
Ｃはピストン（４）の上下死点である。第１吸気系Ａか
らは曲線Ａの如く低速で流入し、第２吸気系Ｂからは曲
線Ｂのように素早く高速で流入する。

第２図は過給手段としてエンジンの回転により直接駆動
される機械式過給機を用いた本発明の第２実施例である
。この第２実施例では、吸気管１１のエアークリーナ２
３のすぐ下流がクランク室８に流入する第１吸気系Ａと
所定負域以上の運転域で空気のみを供給する第２吸気系
Ｂとに分岐されている。第１吸気系Ａは、吸入空気が過
給機６０およびインタークーラ２４を経由せずに直接吸
気通路１２に供給される点を除き、第１実施例の場合と
同一であるので詳しい説明は省略する。

第２吸気系Ｂには、所定負域以上の運転域に達した時通
電されてエンジン本体に接続される電磁クラッチ６１を
有する機械式過給機６０が設けられ、この過給機６０の
下流は過給空気を冷却するインタークーラ２４を介して
第２掃気通路４０に接続されている。従って、所定負域
以上に達した後は、機械式過給機６０で過給された空気
はインタークーラ２４で冷却され、第２掃気通路４０、
各気筒ごとに設けられたリード弁より成る逆止弁４３を
経て第２掃気ポート４４から直接燃焼室６へ高速度で流
入する。これにより燃焼室６内に残留している排気ガス
を排気ポート１８より、素速く掃気する。

排気ポート１８に設けた排気制御弁６２は制御装置５０
からの信号に基づきサーボモータ６３により駆動され、
所定負域以上の運転域では全開となっているが、所定負
荷までの運転域では閉じる方向に回動しており、従って
ピストン４の下降に伴なって排気ポート１８が開いた際
燃焼室６内の残留排気ガスの流出を抑える働きをし、こ
れにより燃焼室６内における自己着火燃焼を容易にして
いる。機械式過給機６０を用いた第２実施例では、排気
過給機２０を用いた第１実施例と比べ、負荷の変動に対
する過給応答性が良い（即ち、電磁クラッチ６１の作動
で直ちに過給機が作動する）ので、特に低回転域で所定
負域以上に急激に加速した場合でも、十分な空気量を直
ちに燃焼室６に供給することができ、従ってトルクの向
上が可能となる。また、過給機６０の電磁クラッチ６１
により第２掃気通路４０の流を制御できるので、第２掃
気通路４０に掃気制御弁４１　（第１図）を設ける必要
はない。その反面、エンジン自体で過給機６０を駆動し
なければならないので、その分トルク損失が生ずる。

第１および第２実施例において、補助燃料インジェクタ
２５は圧電素子を利用したものであってもよ（、また通
常の電子制御式機械ポンプを用いたものであってもよい
。第１掃気通路３０に設けても良い、あるいは、電子制
御式燃料噴射（ＥＦＩ）エンジン等で使用されている電
磁弁を利用したものであってもよい、また、補助燃料イ
ンジェクタ２５から噴射される燃料を、直噴式の燃料イ
ンジェクタ１５から燃焼室６へ直接噴射される燃料（軽
油）とは別の種類の燃料、例えばアルコール類とし、ピ
ストン４やクランクシャフトベアリング等の冷却効果を
高めあるいはカーボン発生の低減を可能とすることもで
きる。

また、細長い第１掃気通路３０内にヒータ（図示せず）
を設け、極低温の始動時における暖機を早めるようにし
ても何ら他に支障がないばがりでなく、より広範囲の運
転域で自己着火燃焼を容易にし、圧縮比の低減およびそ
れに伴なうポンピングロスの低減、熱損失の低減等を図
ることができる。

また、第２掃気ポート４４は、第１図および第２図には
詳細に示していないが、この第２掃気ポート４４から燃
焼室６内へ流入する空気流が燃焼室６の軸まわりにスワ
ールを形成するようにシリンダ５に対し略接線方向に配
置するのが望ましい。

更に、クランクケース８底部に潤滑油を回収する装置を
設け、細長い第１掃気通路を、潤滑油の少ない位置に開
口しても良いことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

ａ）　従来各気筒ごとに１つ又は２つ必要であった掃気
制御弁を、多気筒化した場合でも、少なくとも１つ設け
れば良く、従って連結リンクも必要がなくなる。よって
信頼性、制御性、コストの面で有利である。

ｂ）圧縮比を高めることが困難な、行程容積の少ないシ
ュニーレ掃気方式を用いても、自己着火燃焼が可能とな
る。従来の排気弁付ユニフロー２サイクルディーゼルエ
ンジンと比べて簡素でかつ騒音の少ない２サイクルディ
ーゼルエンジンが得られる。

Ｃ）圧縮比をあまり高める必要がないので、ピストン・
コンロッド・ベアリング・クランクシャフト等の強度ア
ップを最小限にでき又ポンピングロスも減少することが
できる。

ｄ）　所定負域以上の運転域では、第２掃気ポート４４
からの空気による掃気が、潤滑油ミストを含む新気に先
立って行なわれるので、潤滑油ミストが排気通路へ流出
することもない。

ｅ）第２掃気ポートから流入する高圧空気は、適正温度
にインターターラで冷却された後燃焼室に流入されるの
で、自己着火燃焼と高出力の両立が図れる。

ｆ）第２掃気ポート４４からの空気流にスワールが形成
された場合には、噴射された燃料の微粒化が進み、燃焼
期間も短くすることができる。

よって大量の燃料を燃焼でき、出力を一層高くすること
ができる。

ｇ）高出力時、においても、燃料（軽油等）をクランク
室８に流入した場合、ピストン、ベアリング等の温度上
昇が抑えられ、エンジントラブルの発生を防止できる。

この場合潤滑油量の低減が可能となり潤滑油消費量を低
減することができる。

ｈ）全運転域において、クランク室底部に潤滑油が溜ま
ることがなくなり、しかも潤滑油ミスト自体が自己着火
燃焼するので、煙、臭い、カーボンの析出等の問題が解
消される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の２サイクルディーゼルエンジンの第１
実施例の概略断面図、第２図は同第２実施例の概略断面
図、第３図は第１および第２掃気ポートよりの空気流入
状況を示す線図である。 １・・・クランクケース、 ２・・・シリンダブロック、 ３・・・シリンダヘッド、 ８・・・クランク室、 １２・・・吸気通路、 １５・・・燃料インジェクタ、 １８・・・排気通路、 ２０・・・排気過給機、 ２５・・・補助燃料インジェクタ、 ２８　、４３・・・逆止弁、 ３０・・・第１掃気通路、 ３２・・・第１掃気ボート、 ４０・・・第２掃気通路、 ４Ｉ・・・掃気制御弁、 ４４・・・第２掃気ポート、 ６０・・・機械式過給機、 ６２・・・排気制御弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、新気をクランク室に供給する手段と、一端がクラン
   ク室に開口する比較的細長い通路部分と、該細長い通路
   部分に連接し他端が、燃焼室シリンダ壁面に開口する断
   面積の大きい通路部分とを備えた第１掃気通路とを含み
   、機関の少なくとも所定負荷までの運転域で新気を低速
   度で燃焼室に流入させる第１吸気系と、該クランク室と
   は別の空気過給手段と、各気筒ごとに逆止弁を備えかつ
   燃焼室シリンダ壁面に開口する第２掃気通路とを含み、
   機関の所定負荷以上の運転域で第２掃気通路より過給空
   気を燃焼室に高速度で流入させ残留排気ガスを掃気する
   第２吸気系と、燃焼室内に燃料を直接噴射し少なくとも
   所定負荷までの運転域で圧縮行程初期までに噴射時期を
   完了する燃料噴射装置とを含んで成る２サイクルディー
   ゼルエンジン。 ２、前記過給手段を排気過給機とし、該排気過給機の下
   流でかつ前記第２掃気通路の逆止弁上流に所定負荷まで
   全閉で所定負荷以上で開き始める空気制御弁を設け、一
   方クランク室に新気を供給する前記吸気通路には少なく
   とも所定負荷までの運転域でアクセルに連動するスロッ
   トル弁を設けた特許請求の範囲第１項記載の２サイクル
   ディーゼルエンジン。 ３、前記吸気通路のスロットル弁の上流をも前記排気過
   給機に接続した特許請求の範囲第２項記載の２サイクル
   ディーゼルエンジン。 ４、排気過給機の下流に過圧空気を冷却するインターク
   ーラを設け、冷却した過給空気を第１吸気系と第２吸気
   系へ供給するようにすると共に、該インタークーラをバ
   イパスする通路を設け、所定負荷までの運転域ではバイ
   パス通路を通過した空気を、所定負域以上の運転域では
   インタークーラを通過した空気を第１吸気系へ供給する
   べく切替弁を有した特許請求の範囲第３項の２サイクル
   ディーゼルエンジン。 ５、前記過給手段を、所定負荷以上でクラッチが接続さ
   れて機関自体の回転が伝達される機械式過給機とし、一
   方クランク室に新気を供給する前記吸気通路には少なく
   とも所定負荷までの運転域でアクセルに連動するスロッ
   トル弁を設けた特許請求の範囲第１項記載の２サイクル
   ディーゼルエンジン。 ６、排気ポートに接近した各気筒の排気通路に少なくと
   も所定負荷までの運転域で排気流量を絞る排気絞り弁を
   設けた特許請求の範囲第５項記載の２サイクルディーゼ
   ルエンジン。 ７、第２掃気通路は、該第２掃気通路より燃焼室へ流入
   する空気流が、燃焼室の軸まわりにスワールを形成でき
   るような形状を有する特許請求の範囲第１項記載の２サ
   イクルディーゼルエンジン。 ８、第１吸気系に補助燃料供給手段を設けた特許請求の
   範囲第１項記載の２サイクルディーゼルエンジン。