JP2000291576A

JP2000291576A - Ｅｇｒポンプの構造

Info

Publication number: JP2000291576A
Application number: JP11099697A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2000-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】このＥＧＲポンプは，ベーンの遠心力を拘束
し，フリクション，摩耗を低減する。【解決手段】ＥＧＲポンプ５０は，円形の中空部７１
を備えたハウジング６１，及びハウジング６１内の偏心
位置に配置された回転軸６０を有する。回転軸６０に
は，対向位置に形成されたスリット６６と，対向するス
リット６６を互いに連通する通孔６７とが形成されてい
る。スリット６６にはベーン６３が配置され，通孔６７
には対向したベーン６３を連結する連結ロッド６４が摺
動自在に配置されている。ベーン６６の先端面に形成さ
れた溝７９には，ハウジング６１の被覆層７７に接触す
るシール部材６５が摺動自在に配置されている。ポンプ
室７０は，ベーン６６の間に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は，例えば，燃焼室
から排出される排気ガスを燃焼室に再循環させるための
ディーゼルエンジン等におけるＥＧＲポンプの構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年，ディーゼルエンジン等から排出さ
れる排気ガス中に含まれる有害物質による公害は深刻な
問題になっており，その解消の一貫として窒素酸化物即
ちＮＯ _Xやパティキュレート物質を削減する要求は年々
厳しさを増している。排気ガス中に含まれるパティキュ
レート物質を排気ガスから除去するにはフィルタを用い
ればある程度簡単に除去できるが，燃焼時に発生するＮ
Ｏ_Xを低減することは簡単には達成できない。最近で
は，排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを触媒等を用いて分解
させる技術も開発されているが，ディーゼルエンジンの
ようにＯ₂を多量に含む排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを
低減することは困難であるのが現状である。

【０００３】従来，隔壁ベーンがリング内を回転するベ
ーンポンプは知られている。ベーンポンプは，ベーンの
摩擦抵抗によりベーンポンプを作動させるモータやエン
ジンの出力を大きく消費し，動力損失が大きいので，そ
れを防止するため，ベーンの先端にクロムと窒素とを主
体とした硬質セラミック皮膜を設けたものが知られてい
る。該ベーンポンプにおけるベーンの先端に設けた硬質
セラミック皮膜は，カムリングの内壁面での摩擦係数を
減少させる形さと面粗度が平滑であるので，ベーンの動
摩擦力を低減させることができる（例えば，特開平７−
３１０６７５号公報参照）。

【０００４】また，本発明者は，固定ケーシングの内周
面とその固定ケーシングの内周面上を摺動する隔壁ベー
ンとを，多孔質セラミックスとその多孔部に含浸させた
ポリフッ化エチレンや油脂等の硬質グリースから成る複
合材から作製し，潤滑油の使用を避けて圧縮されるガス
体に潤滑油が混入することを防止した回転ポンプを開発
し，先に出願した。該回転ポンプは，外側ケースの内壁
面に配置されたセラミックスと油脂とから成る低摩擦係
数の複合材から成る固定ケーシング，該固定ケーシング
の軸心から回転軸心がオフセットして設定された回転
軸，該回転軸に固定された回転ケーシング，該回転ケー
シングに放射方向に延び且つ周方向に隔置して形成され
た複数の溝穴内を出入して固定ケーシングの内周面に弾
性的に接する低摩擦係数の複合材から成る隔壁ベーン，
及び該隔壁ベーンを前記固定ケーシングに弾性的に押圧
するスプリングから構成されている（例えば，特願平１
０−１９３４１４号参照）。

【０００５】また，ガスエンジンは，天然ガス等のガス
燃料を副室に導入し，主室で吸入空気のみを圧縮して圧
縮比を高めると共に，副室内の筒内圧を圧電素子等のセ
ンサで検出し，その情報を基にして燃料供給弁を作動さ
せて負荷と回転数とに見合った適正な燃料供給量を制御
し，主室内の空気を高温に上昇させた状態で連絡孔の連
絡孔弁を開放して主室の高圧縮空気を副室に流入させて
着火燃焼させ，副室内では過濃状態の混合気を燃焼させ
てＮＯ_Xの発生を抑制し，火炎を副室から主室に噴き出
させて燃焼させる（特開平７−３１０５５０号公報参
照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで，ディーゼル
エンジン等のエンジンで発生するＮＯ_Xは，燃焼室へ送
り込まれるＯ₂量に左右される現象があるので，燃焼室
に供給する吸気のＯ₂濃度を小さくする方法が有効であ
る。燃焼室に供給する吸気のＯ₂濃度を小さくするに
は，燃焼室から排出される排気ガスの一部を燃焼室に再
循環させるＥＧＲを行うことが有効である。燃焼室にＥ
ＧＲを実行して排気ガス量を空気量に対して多くして行
くと，Ｏ₂濃度が小さくなり，ＮＯ_Xの生成は抑制され
るが，着火が困難となり，圧縮端の温度を高くしない
と，燃焼室内の燃料が着火燃焼しないという問題が発生
する。

【０００７】例えば，天然ガス等の気体燃料を燃焼室で
燃焼させようとするガスエンジンの場合に，５０％以上
のＥＧＲ用の排気ガスを供給しなければ，ノッキングが
発生するという問題がある。即ち，メタンを主成分とす
る天然ガスは，着火温度が高く，一旦着火燃焼が起こる
と，天然ガスは燃焼のための気化期間や分解期間が不要
であるので，一気に燃焼が進展する特性がある。従っ
て，ガスエンジンは，主室から副室へ圧縮空気が流入し
て着火燃焼する時に，副室内の燃焼が激しくなってノッ
キングが発生することが多い。しかしながら，天然ガ
ス，ＣＯ，Ｈ₂のガス燃料は空気と混合し難く，着火燃
焼し難く，８００℃以上でないと着火燃焼が発生しない
という現象がある。通常，空気におけるＯ₂濃度は２１
％であるが，例えば，空気過剰率λ＝１．２〜１．３程
の燃焼条件では，５０％のＥＧＲを行うと，Ｏ₂濃度を
１７％に低減させることができる。また，吸気へガス燃
料を供給して予混合気を作る場合，そのガス燃料の含有
率が余り多いと，自発火してノッキングを起こすので，
全負荷では吸気に混合させるガス燃料の流量を５０％〜
８０％，即ち，当量比を０．５〜０．８にする必要があ
る。

【０００８】また，エンジンにおいて，多量のＥＧＲを
実施するためには，容量の大きいポンプが必要である
が，排気ガス中にはカーボン，ＨＣ，ＳＯ_X等の成分が
多量に含まれているため，ポンプにはフリクション，摩
耗等が発生する可能性がある。また，大型のポンプで
は，シーリングの問題が発生すると共に，ベーンの回転
遠心力により，フリクションが増加するという問題があ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
の問題を解決するため，高速回転する時，ベーンの先端
に作用する過大な遠心力を減らして摩擦摺動を簡単な構
造で低減すると共に，フリクション，摩耗等の発生を低
減させることができ，また，エンジンについてノッキン
グの発生を低減し且つＮＯ_Xの発生を抑制するため多量
のＥＧＲを実行しても着火に必要な十分な圧力を与える
ことができるＥＧＲポンプの構造を提供することであ
る。

【００１０】この発明は，燃焼室から排出される排気ガ
スの一部を前記燃焼室に再循環させるため作動するＥＧ
Ｒポンプを備えたＥＧＲ装置を有するエンジンにおい
て，前記ＥＧＲポンプは，前記排気ガスを導入する入口
と該入口とは周方向の隔置位置に設けた圧縮された前記
排気ガスを送り出す出口を備えた内周面が円形の中空部
を備えたハウジング，該ハウジングに回転可能に支持さ
れた駆動軸と一体構造に構成され且つ前記ハウジングの
前記中空部に対して偏心位置に配置された回転軸，該回
転軸に周方向に隔置すると共に径方向に対向した位置に
形成された軸方向に延びるスリット，前記径方向に対向
した前記スリットを互いに連通し且つ軸方向に隔置して
前記回転軸に複数形成された通孔，前記スリットにそれ
ぞれ出入可能に配置された軸方向に延びるベーン，前記
径方向に対向した前記ベーンを互いに連結し且つ前記通
孔を摺動する連結ロッド，前記ハウジングの前記内周面
に接して回転するように前記ベーンの先端面に形成され
た軸方向に延びる溝に摺動自在に配置されたシール部
材，及び前記入口から導入された前記排気ガスを圧縮し
て前記出口から送り出すため周方向に隣接した前記ベー
ン間に形成されたポンプ室，から構成されていることを
特徴とするＥＧＲポンプの構造に関する。

【００１１】前記スリットには，前記回転軸の外周面か
ら所定の位置まで延びて前記ベーンの移動を阻止する底
面が形成されている。

【００１２】前記連結ロッドで連結された前記径方向に
対向した前記ベーンは，前記回転軸の回転に応じて一体
的に前記スリット内を摺動するものである。

【００１３】このＥＧＲポンプでは，前記ハウジングの
前記出口を構成する出口管の外周には冷却フィンが設け
られ，前記冷却フィンによって前記ポンプ室から送り出
される圧縮された前記排気ガスが冷却されるように構成
されている。また，前記ハウジングの前記出口を構成す
る前記出口管内には，前記排気ガスに対する接触面積を
増大させるため前記排気ガスを通過させる複数の排気ガ
ス通路が形成されている。

【００１４】周方向に隣接する前記ベーンは，前記回転
軸に６０°〜９０°の間隔で設けられている。また，前
記スリット内で摺動する前記ベーン及び前記通孔内で摺
動する前記連結ロッドを潤滑すると共にシール性を改善
するため，前記通孔及び前記スリットに潤滑油を供給す
る潤滑油供給手段が設けられている。前記潤滑油として
は，軽油等の可燃性オイルが使用することが好ましい。
即ち，潤滑油は，摩擦係数を小さくする作用をする他，
気体の気密性を保つことができる。しかしながら，潤滑
油の粘度が余り大きいと，摩擦力が増大するので，軽油
のような軽粘度のものを使用し，ＥＧＲガスと共に燃焼
室に侵入しても燃えてしまうものが最適である。

【００１５】前記回転軸の回転に応じて前記シール部材
は，前記ベーンの前記溝内で摺動移動する。更に，前記
シール部材は，グラファイト等の耐摩擦性で摺動抵抗の
小さい材料から作製されている。また，前記ハウジング
の前記中空部の前記内周面には，グラファイト等の耐摩
擦性で摺動抵抗の小さい材料から成る被覆層が形成され
ている。更に，前記シール部材を前記被覆層に接触させ
るため，前記ベーンの前記溝内に前記シール部材を径方
向外向きに押圧するばねが配置されている。

【００１６】このＥＧＲポンプの構造は，上記のように
構成されているので，対向するベーンが互いに連結ロッ
ドで一体的に摺動することになり，ベーンに発生する遠
心力は両側のベーンで互いにバランスされ，たとえ回転
軸が高速で回転してもどちらか一方に作用する遠心力が
極めて小さな値になり，しかも，遠心力が小さいことに
よって，ベーンが回転軸に形成されたスリットの底面に
突き当たる衝突力が小さくなり，また，遠心力でハウジ
ングの内周面の被覆層に突き当たるシール部材は，シー
ル部材自体のマスが小さく，フリクション，摩耗等の発
生が極めて小さくなる。即ち，回転軸の回転によって一
対のベーンと連結ロッドに発生する遠心力は，回転軸に
形成されたスリットの底面に拘束され，遠心力によって
被覆層に突き当たらないので，遠心力によるハウジング
の被覆層に対するフリクションが発生せず，摩耗が発生
しない。また，回転軸の回転によってシール部材が遠心
力によって被覆層に突き当るが，シール部材自体はマス
が小さいので，被覆層とシール部材との間のフリクショ
ンは小さく，摩耗も小さくなり，しかも，シール部材を
被覆層に突き当ることによってポンプ室間のシール性を
向上させることができる。

【００１７】また，エンジンに多量のＥＧＲを実行して
も，ＥＧＲポンプによってＥＧＲガス圧を上昇でき，圧
縮端温度を着火に必要な温度まで適正に上げることがで
きるので，着火ミスが無く，良好な燃焼状態を確保でき
る。更に，多量のＥＧＲを実施することによってＯ₂濃
度を小さくでき，ノッキングが発生する恐れが無く，更
にＥＧＲに利用される排気ガスが冷却装置で冷却されて
いるので，温度が上がり過ぎずに圧力を上昇できるので
適正なＥＧＲ量を確保でき，多量のＥＧＲを実行でき
る。また，このガスエンジンは，ＥＧＲと圧縮空気とは
それぞれ別通路によって燃焼室に供給されると共に供給
タイミングが冷却排気ガスが先に供給されるので，排気
ガスを吸気管へ導いて排気ガスと空気とのトータル量に
対してターボチャージャのコンプレッサで圧縮するのに
比較してターボチャージャの仕事量が増加することが無
い。また，吸気弁は，ピストン下死点後５０度位まで開
弁しておれば，燃焼室へは十分な空気が供給される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
によるＥＧＲポンプの構造の実施例を説明する。このＥ
ＧＲポンプの構造は，コージェネレーションシステム或
いは自動車用エンジン等のエンジンに適用して好ましい
ものである。図１はこの発明によるＥＧＲポンプの構造
の一実施例を示し，図２のＡ−Ａ断面における断面図，
図２は図１のＥＧＲポンプの構造を示し，図１のＢ−Ｂ
断面における断面図，図３は図１のＥＧＲポンプの構造
が組み込まれたガスエンジンの一実施例を示す断面図，
及び図４は図３のガスエンジンの各弁の作動を示す線図
である。

【００１９】図面を参照して，この発明によるＥＧＲポ
ンプの構造の一実施例を説明する。この発明によるＥＧ
Ｒポンプ５０の構造は，燃焼室即ち主室１と副室２とか
ら排出される排気ガスの一部を主室１に再循環させるＥ
ＧＲを実行するため作動するＥＧＲポンプ５０を備えた
ＥＧＲ装置を有するガスエンジン等のエンジンに適用し
て好ましいものである。例えば，図３に示すように，Ｅ
ＧＲポンプ５０は，ＥＧＲ管２５にＥＧＲポンプ５０の
入口管８０と出口管８１を接続することによってガスエ
ンジンのＥＧＲ系に組み込むことができる。

【００２０】図１及び図２に示すように，ＥＧＲポンプ
５０は，排気ガスを導入する入口管８０の入口６８と，
入口６８とは周方向の隔置位置に設けた圧縮された排気
ガスを送り出す出口管８１の出口６９を備えた内周面の
被覆層７７が円形の中空部７１を備えたハウジング６
１，及びハウジング６１に軸受７６を介して回転可能に
支持されたモータ８２（図３）で駆動される駆動軸６２
と一体構造に構成され且つハウジング６１の中空部７１
に対して偏心位置に配置された回転軸６０を備えてい
る。回転軸６０の軸心は，ハウジング６１の中空部７１
の軸心から偏心した位置に設定されている。回転軸６０
には，その周方向に隔置すると共に径方向に対向した位
置に軸方向に延びる複数のスリット６６と，径方向に対
向したスリット６６を互いに連通し且つ軸方向に隔置し
て通孔６７が複数形成されている。スリット６６は，回
転軸６０の軸心に向かって対向するように対になって形
成されている。従って，通孔６７は回転軸６０の軸心を
通るように形成されている。

【００２１】スリット６６には，回転軸６０の軸方向に
延びるベーン６３が複数個がそれぞれ摺動自在に出入可
能に配置されている。図１に示すように，ＥＧＲポンプ
５０には，周方向に隣接するベーン６３が回転軸６０に
９０°の間隔で設けられ，ベーン６３が４個設けられて
いる。ベーン６３の先端面には，軸方向に延びる溝７９
が形成されている。また，ベーン６３の軸心側には，軸
方向に隔置し且つ通孔６７に対応した位置に取付孔８
３，８６が形成されている。連結ロッド６４は，通孔６
７に摺動自在に貫通され，連結ロッド６４の両端はベー
ン６３に形成された取付孔８３にそれぞれ嵌入固定さ
れ，径方向に対向したベーン６３を互いに連結してい
る。具体的には，連結ロッド６４は，一端部がヘッド８
４に形成され，他端部がベーン６３にねじ込まれるねじ
８５に形成され，その中間部が回転軸６０に形成された
通孔６７に遊嵌されるストレート状ロッドに形成されて
いる。この場合には，連結ロッド６４を一方のベーン６
３に形成された貫通した取付孔８３と回転軸６０に形成
された通孔６７に挿通し，他方の対向するベーン６３に
形成された取付孔８６に形成されたねじ孔８７に螺入す
れば，一対のベーン６３と連結ロッド６４が一体構造に
固定され，一体の剛体となって回転軸６０の通孔６７と
スリット６６とに対して摺動するようになる。

【００２２】また，ハウジング６１の中空部７１の内周
面には，被覆層７７が形成されている。ベーン６３の先
端に形成された溝７９には，ハウジング６１の内周面６
１Ａに接して回転するようにシール部材６５が摺動自在
に配置されている。更に，ハウジング６１の被覆層７
７，回転軸６０及びベーン６３によって形成される中空
部７１には，入口６８から導入された排気ガスを圧縮し
て出口６９から送り出すため，周方向に隣接したベーン
６３の間にポンプ室７０がそれぞれ形成されている。図
示していないが，シール部材６５をハウジング６１の被
覆層７７の面に確実に接触させてシール性を向上させる
ため，ベーン６３の溝７９内にシール部材６５を径方向
外向きに押圧する板ばね，コイルスプリング等のばねを
配置することができる。また，シール部材６５は，グラ
ファイト等の耐摩擦性で摺動抵抗の小さい材料から作製
されている。また，ハウジング６１の中空部７１の内周
面６１Ａに配置した被覆層７７は，グラファイト等の耐
摩擦性で摺動抵抗の小さい材料から作製されている。

【００２３】ＥＧＲポンプ５０では，スリット６６に
は，回転軸６０の外周面から所定の位置まで延び，ベー
ン６３の径方向の移動を阻止する底面７８が形成されて
いる。そこで，径方向に対向するベーン６３は，連結ロ
ッド６４によって互いに連結されているので，ベーン６
３の軸心側の端面がいずれかの一方の底面７８に突き当
たって径方向の移動が阻止されるので，遠心力によって
ベーン６３の先端面がハウジング６１の内周面６１Ａに
配置された被覆層７７に突き当たることはない。従っ
て，回転軸６０の回転によってベーン６３に発生する遠
心力がスリット６６の底面７８に拘束され，遠心力によ
って被覆層７７に突き当たらないので，遠心力によるフ
リクションが発生せず，摩耗が発生しない。即ち，回転
軸６０の回転によってシール部材６５が遠心力によって
被覆層７７に突き当るが，シール部材６５自体はマスが
小さいので，被覆層７７とシール部材６５との間のフリ
クションは小さく，摩耗も小さくなり，しかも，シール
部材６５を被覆層７７に突き当ることによってポンプ室
７０間のシール性が向上する。

【００２４】ＥＧＲポンプ５０において，連結ロッド６
４で連結された径方向に対向したベーン６３は，回転軸
６０の回転に応じて一体的にスリット６６内を摺動し，
それによって，ベーン６３の端面の溝７９に配置された
シール部材６５は，回転軸６０の回転に従ってハウジン
グ６１の内周面に被覆された被覆層７７に接触してシー
ル状態で回転移動する。また，一対のベーン６３と連結
ロッド６４とのトータルの長さは，回転軸６０の回転に
よって回転角度位置で回転軸６０が偏心している分だけ
相違するが，ＥＧＲポンプ５０では，回転軸６０の回転
に応じてシール部材６５がベーン６３の溝７９内で摺動
移動することによってその長さ差を吸収し，一対のベー
ン６３と連結ロッド６４との連結体がハウジング６１内
でスムースな回転ができるようにしている。

【００２５】ＥＧＲポンプ５０では，ハウジング６１の
出口６９を構成する出口管８１の外周には冷却フィン７
２が設けられており，冷却フィン７２によってポンプ室
７０から送り出される圧縮された排気ガスが冷却され
る。また，ハウジング６１の出口６９を構成する出口管
８１内には，排気ガスに対する接触面積を増大させるた
め，排気ガスを通過させる複数の細孔から成る排気ガス
通路７３が形成されている。更に，ＥＧＲポンプ５０で
は，回転軸６０に形成されたスリット６６内で摺動する
ベーン６３と通孔６７内で摺動する連結ロッド６４を潤
滑するため，回転軸６０には，通孔６７及びスリット６
６に潤滑油を供給する潤滑油通路７４が形成されてい
る。潤滑油通路７４には，潤滑油ポンプ７５の作動によ
って潤滑油が供給される。

【００２６】次に，図３及び図４を参照して，ＥＧＲポ
ンプ５０を組み込んだガスエンジンについて説明する。
このガスエンジンは，例えば，図４に示すように，吸入
行程，圧縮行程，膨張行程及び排気行程の４サイクルを
繰り返すことによって駆動される。このガスエンジン
は，シリンダブロック１９に取り付けられたシリンダヘ
ッド３，シリンダブロック１９の孔部２３に嵌合したシ
リンダ１４を構成するシリンダライナ２２，シリンダヘ
ッド３に形成されたキャビティ４７に配置されたヘッド
ライナ１０，及びシリンダライナ２２に形成したシリン
ダ１４内を往復動するピストン１５を有している。ヘッ
ドライナ１０は，ヘッド下部２６とライナ上部２７とが
一体構造の燃焼室部材から成り，シリンダ１４の中央に
位置する副室２を備えている。主室１は，ヘッドライナ
１０とピストン１５とで囲まれるシリンダ１４内に共働
して形成され，ピストン１５の中央に形成されたキャビ
ティ４によって形成されている。

【００２７】主室１と副室２とは，ヘッドライナ１０に
形成された連絡口６によって連通されている。ヘッドラ
イナ１０のヘッド下部２６には，カム式で開閉駆動され
る吸気弁８が配置されたバルブシートを備えた吸気ポー
ト１２，カム式で開閉駆動されるＥＧＲ弁９が配置され
たバルブシートを備えたＥＧＲポート１３，及びカム式
で開閉駆動される排気弁が配置されたバルブシートを備
えた排気ポート１６とが形成されている。シリンダヘッ
ド３には，ヘッドライナ１０に形成された吸気ポート１
２連通する吸気ポート１２，ヘッドライナ１０に形成さ
れたＥＧＲポート１３に連通するＥＧＲポート１３，及
びヘッドライナ１０に形成された排気ポート１６が連通
する排気ポート１６が形成されている。吸気ポート１２
は吸気管２４に連通し，ＥＧＲポート１３はＥＧＲ管２
５に連通し，また，排気ポート１６は排気管２８に連通
している。

【００２８】ＥＧＲポンプ５０は，ＥＧＲ管２５にＥＧ
Ｒポンプ５０の入口管８０と出口管８１が接続され，ガ
スエンジンのＥＧＲ系に組み込まれている。このガスエ
ンジンでは，ＥＧＲポンプ５０の作動によって主室１に
供給されるＥＧＲガスの圧力が上昇され，多量のＥＧＲ
ガスを主室１へ供給することができる。また，ヘッドラ
イナ１０に形成された連絡口６には，連絡口６を開閉す
るための制御弁５が着座するバルブシートが形成されて
いる。制御弁５は，シリンダ１４の中心に位置して連絡
口６を開閉する弁フェースを備えた弁ヘッド３１と弁ヘ
ッド３１と一体構造の副室２の中央を貫通する弁ステム
３２から構成され，カム式又は電磁式の弁駆動装置によ
ってシリンダヘッド３に設けたバルブガイド３３に弁ス
テム３２がガイドされて連絡口６を開閉作動するように
リフトされる。

【００２９】ヘッドライナ１０は，Ｓｉ₃Ｎ₄等のセラ
ミックスや耐熱合金の耐熱材から形成されている。ヘッ
ドライナ１０は，その外周面とキャビティ４７との間に
遮熱空気層３４を形成するように，ガスケット３５が介
在してキャビティ４７に配置され，主室１と副室２が遮
熱構造に構成されている。ガス燃料弁１１が設けられて
いる弁本体３６は，シリンダヘッド３に形成された孔部
に取り付けられている。ガス燃料弁１１は，リフトして
副室２に形成されたガス燃料供給口を開放することによ
って，ガス燃料源からのガス燃料が副室２へ供給され
る。ガス燃料供給源のガス燃料は，ガス燃料ポンプの作
動によってガス燃料通路を通じて副室２へと供給され
る。

【００３０】ピストン１５は，Ｓｉ₃Ｎ₄等のセラミッ
クスや耐熱合金の耐熱材から形成されたピストンヘッド
２０と，ピストンヘッド２０に固定されたＡｌ合金等の
金属材から形成されたピストンスカート２１とから構成
されている。ピストンヘッド２０とピストンスカート２
１との間には，ガスケット３７が介在して遮熱空気層３
８が形成されている。ピストンヘッド２０とピストンス
カート２１とは，例えば，結合リング４６によって固定
されている。主室１の一部は，ピストンヘッド２０の上
面に形成されたリップ部を備えたリエントラント形のキ
ャビティ４で形成されると共に，ヘッドライナ１０のヘ
ッド下部２６の下面とピストンヘッド２０の上面とで囲
まれるシリンダ１４によって形成されている。

【００３１】このガスエンジンは，燃焼室の主室１から
排出される排気ガスを流す排気通路を構成する排気管２
８に設けられたターボチャージャ１８，ターボチャージ
ャ１８のタービン（図示せず）を通った排気ガスを冷却
するためターボチャージャ１８の後流の排気管２８に設
けられた冷却装置７，冷却装置７で冷却された冷却排気
ガスを燃焼室の主室１へ供給するため開閉するＥＧＲ弁
９が配置されたＥＧＲポート１３に連通するＥＧＲ管２
５，及びターボチャージャ１８のコンプレッサ（図示せ
ず）で圧縮された圧縮空気を燃焼室の主室１に供給する
ため開閉する吸気弁８が配置された吸気ポート１２に連
通する吸気管２４を備えている。冷却装置７は，例え
ば，冷却ファン等によって供給される冷却風や冷却ポン
プ等によって供給される冷却水によって，排気ガスから
熱を奪う構造を有する一種の熱交換器に構成されてい
る。

【００３２】図４に示すように，ＥＧＲ弁９は，吸入行
程の初期から吸入行程上死点後９０°位までリフトして
ＥＧＲポート１３を主室１に連通させ，ＥＧＲ用冷却排
気ガスを主室１へ供給する。また，吸気弁８は，ＥＧＲ
弁９の開放に次いで，吸入行程上死点後７０°位から圧
縮行程下死点後５０°位までリフトして吸気ポート１２
を主室１に連通させ，圧縮空気を主室１へ供給する。制
御弁５は，図４に示すように，吸入行程後半から圧縮行
程の前半の期間に開放して副室２内のガス燃料の一部を
主室１に供給して主室１で予混合する。次に，圧縮行程
上死点近傍でリフトして連絡口６を開放し，主室１から
副室２へ混合気を送り込んで副室２で着火燃焼し，次い
で副室２から主室へ火炎，未燃混合気等のガスを噴出さ
せる。ガス燃料弁１１は，例えば，吸入行程及び圧縮行
程初期にガス燃料口を開放してガス燃料源から副室２ヘ
ガス燃料を供給する。排気弁は，排気行程でリフトして
主室１と排気ポート１６とを連通し，主室１及び副室２
に存在する排気ガスを排気管２８へと排出する。

【００３３】ＥＧＲ管２５におけるＥＧＲポート１３
は，タンジェンシャルポートに形成され，また，吸気管
２４における吸気ポート１２はヘリカルポートに形成さ
れている。従って，ＥＧＲ管２５からＥＧＲポート１３
を通って主室１に供給された冷却排気ガスと，吸気管２
４から吸気ポート１２を通って主室１に供給された圧縮
空気とは，主室１において冷却排気ガスの外周に圧縮空
気が存在するパターンで互いに交差して混合が促進され
るようになる。

【００３４】また，このガスエンジンは，ターボチャー
ジャ１８から排出される排気ガスを流す排気管２８には
冷却装置７が設けられている。冷却装置７の後流の排気
管２８には分岐部３９の位置でＥＧＲ管２５が分岐して
いる。また，分岐部３９より後流の排気管２８には，Ｅ
ＧＲ管２５へ送り込むＥＧＲ量を調節するためＥＧＲ制
御弁２９が設けられている。ＥＧＲ制御弁２９は，コン
トローラ３０の指令でエンジン負荷等のエンジン運転状
態に応じて主室１へ供給するＥＧＲガス量を調節するよ
うに制御される。また，コントローラ３０は，エンジン
負荷等のエンジン運転状態に応じて副室２へ供給するガ
ス燃料量を調整するため，ガス燃料弁１１の作動を制御
するように構成されている。

【００３５】コントローラ３０は，例えば，ＥＧＲポン
プ５０の作動によって主室１に供給される排気ガス量を
吸気量の５０％以上に制御し，低負荷時から高負荷に従
って吸気に供給される排気ガス量を低減させ，全負荷時
には排気ガス量を供給の５０％に低減させる制御を行う
ように設定されている。従って，コントローラ３０は，
エンジン負荷が大きくなるに従って空気量を適正に増加
させる制御を行うため，ＥＧＲ量の低減に見合った量だ
け吸入空気量を増加させる制御を行う。

【００３６】

【発明の効果】この発明によるＥＧＲポンプの構造は，
上記のように構成されているので，ベーンをハウジング
の被覆層に対して接触させることなく，重量の小さいシ
ール部材のみをハウジングの被覆層に遠心力で接触させ
るので，フリクションを極めて小さく構成でき，シール
部材や被覆層の摩耗を低減できる。また，ＥＧＲポンプ
を，ＥＧＲ管に接続することによって，ＥＧＲガスの圧
力を上昇でき，多量の排気ガスをエンジンに供給でき，
それによって吸気のＯ₂濃度を低減でき，エンジンのノ
ッキングを防止すると共に，ＮＯ_Xの発生を低減でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるＥＧＲポンプの構造の一実施例
を示し，図２のＡ−Ａ断面における断面図である。

【図２】図１のＥＧＲポンプの構造を示し，図１のＢ−
Ｂ断面における断面図である。

【図３】図１のＥＧＲポンプの構造が組み込まれたガス
エンジンの一実施例を示す断面図である。

【図４】図３のガスエンジンの各弁の作動を示す線図で
ある。

【符号の説明】

５０ＥＧＲポンプ６０回転軸６１ハウジング６２駆動軸６３ベーン６４連結ロッド６５シール部材６６スリット６７通孔６８入口６９出口７０ポンプ室７１中空部７２冷却フィン７３排気ガス通路７４潤滑油通路７５潤滑油ポンプ７６軸受７７被覆層７９溝８０入口管８１出口管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3G062 AA01 AA05 BA09 CA07 CA08 DA04 EA01 EB01 ED08 FA08 GA04 3G092 AA02 AA17 AA18 AB08 DA13 DC09 DC11 DD09 DG01 EA22 EC01 FA17 GA05 GA06 3H040 AA07 BB01 BB11 CC06 CC14 DD03 DD11 DD14 DD23 DD36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室から排出される排気ガスの一部を
前記燃焼室に再循環させるため作動するＥＧＲポンプを
備えたＥＧＲ装置を有するエンジンにおいて，前記ＥＧ
Ｒポンプは，前記排気ガスを導入する入口と該入口とは
周方向の隔置位置に設けた圧縮された前記排気ガスを送
り出す出口を備えた内周面が円形の中空部を備えたハウ
ジング，該ハウジングに回転可能に支持された駆動軸と
一体構造に構成され且つ前記ハウジングの前記中空部に
対して偏心位置に配置された回転軸，該回転軸に周方向
に隔置すると共に径方向に対向した位置に形成された軸
方向に延びるスリット，前記径方向に対向した前記スリ
ットを互いに連通し且つ軸方向に隔置して前記回転軸に
複数形成された通孔，前記スリットにそれぞれ出入可能
に配置された軸方向に延びるベーン，前記径方向に対向
した前記ベーンを互いに連結し且つ前記通孔を摺動する
連結ロッド，前記ハウジングの前記内周面に接して回転
するように前記ベーンの先端面に形成された軸方向に延
びる溝に摺動自在に配置されたシール部材，及び前記入
口から導入された前記排気ガスを圧縮して前記出口から
送り出すため周方向に隣接した前記ベーン間に形成され
たポンプ室，から構成されていることを特徴とするＥＧ
Ｒポンプの構造。
【請求項２】前記スリットには，前記回転軸の外周面
から所定の位置まで延びて前記ベーンの移動を阻止する
底面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載
のＥＧＲポンプの構造。
【請求項３】前記連結ロッドで連結された前記径方向
に対向した前記ベーンは，前記回転軸の回転に応じて一
体的に前記スリット内を摺動することを特徴とする請求
項１に記載のＥＧＲポンプの構造。
【請求項４】前記ハウジングの前記出口を構成する出
口管の外周には冷却フィンが設けられ，前記冷却フィン
によって前記ポンプ室から送り出される圧縮された前記
排気ガスが冷却されることを特徴とする請求項１に記載
のＥＧＲポンプの構造。
【請求項５】前記ハウジングの前記出口を構成する前
記出口管内には，前記排気ガスに対する接触面積を増大
させるため前記排気ガスを通過させる複数の排気ガス通
路が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の
ＥＧＲポンプの構造。
【請求項６】周方向に隣接する前記ベーンは，前記回
転軸に６０°〜９０°の間隔で設けられていることを特
徴とする請求項１に記載のＥＧＲポンプの構造。
【請求項７】前記スリット内で摺動する前記ベーン及
び前記通孔内で摺動する前記連結ロッドを潤滑すると共
にシール性をこ改善するため，前記通孔及び前記スリッ
トに潤滑油を供給する潤滑油供給手段が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲポンプの構
造。
【請求項８】前記潤滑油としては，軽油等の可燃性オ
イルが使用されることを特徴とする請求項７に記載のＥ
ＧＲポンプの構造。
【請求項９】前記回転軸の回転に応じて前記シール部
材は前記ベーンの前記溝内で摺動移動することを特徴と
する請求項１に記載のＥＧＲポンプの構造。
【請求項１０】前記シール部材は，グラファイト等の
耐摩擦性で摺動抵抗の小さい材料から作製されているこ
とを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲポンプの構造。
【請求項１１】前記ハウジングの前記中空部の前記内
周面には，グラファイト等の耐摩擦性で摺動抵抗の小さ
い材料から成る被覆層が形成されていることを特徴とす
る請求項１に記載のＥＧＲポンプの構造。
【請求項１２】前記シール部材を前記被覆層に接触さ
せるため，前記ベーンの前記溝内に前記シール部材を径
方向外向きに押圧するばねが配置されていることを特徴
とする請求項１１に記載のＥＧＲポンプの構造。