JPH01195911A - 内燃機関用高圧ガス発生装置 - 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、エンジンの燃焼を促進し、出力の向上とエン
ジンの耐久性の改善を図る内燃機関用高圧ガス発生装置
に関する。

〔従来の技術〕

エンジンの出力を向上させ、耐久性を改善するためには
、エンジンが仕事をする期間において、シリンダ内の平
均圧力を高め、最高圧力を低（抑えることが必要であり
、このためには、燃焼を促進させて燃焼期間を短縮させ
ることが効果的である。そして、従来より、燃焼を促進
さ・Ｕるための種々の工夫が行われている。

特にディーゼルエンジンにおい°ζは、燃料を直接燃焼
室内へ噴射するため、燃焼と空気の混合を促進させる必
要があり、燃焼噴射装置、燃焼用空気供給装置或いは燃
焼室の形状に特別の対策を施し、燃焼室内の空気に乱流
を起こしている。

例えば、燃料噴射装置においては、数百気圧を越える高
圧で燃料を噴射させることにより、燃料の微粒化を図り
、燃料粒子の高速運動により燃焼室内空気に強力な乱流
を生じさせる方式が知られている。

また、燃焼用空気供給装置については、吸気ボ−トや吸
気弁を特殊な形状にし、燃焼室内空気に旋回運動を与え
、その旋回運動を燃料と空気の混合に利用する方式が知
られている。

また、燃焼室形状については、直噴式ディーゼルエンジ
ンにおいてスキフシユニリアを設ける方式等が用いられ
ている。

〔発明が解決しようとするｉ！ｌ！題〕しかしながら、
上記の従来の方式のうち高圧で燃料を噴射する方式にお
いては、燃料の噴射の終了と共に乱流の減衰が生じ、燃
料噴射後の乱流を必要とする時間に十分な乱流が得られ
ない問題を有している。

また、上記の燃焼用空気供給装置を改善する方式にあっ
ては、必然的に空気流に対する抵抗が増大し、吸入空気
量が減少するという問題を有している。

さらに、スキンシュエリアを設ける方式においては、乱
流の発生する時期がピストンの上死点前後に限られる問
題を有している。

本発明は、上記課題を解決するものであって、燃焼のタ
イミングに合わせて乱流を発生させ、同時に追加の酸素
を供給することにより、燃焼の促進を図るための内燃機
関用高圧ガス発生装置を提供することを目的とする。

この高圧ガス発生装置としては、大皿のガスを扱う大型
装置に用いられる多段構成のものが知られているが、車
載用とするためには、短時間に高圧ガスを発生させるこ
とができ、かつ、軽■コンパクトな構造にする必要があ
り、本発明はこれをも解決することを目的とする。

（Ｌｌ！ｆＪ１を解決するための手段）そのために本発
明の内燃機関用高圧ガス発生装置は、エンジンの燃焼室
に連通して設けられる抽気弁および高圧ガス弁と、該抽
気弁に連通して設置される高圧ガス発生装置とを有し、
エンジンの圧縮行程中に前記抽気弁を通して抽気した圧
縮空気を、前記高圧ガス発生装置により更に加圧し、こ
の加圧された空気を高圧ガス弁を経由してエンジンの燃
焼室へ還流させる内燃機関において、前記高圧ガス発生
装置は、シリンダ内に２つのピストンを有し、一方のピ
ストンはカムにより駆動され、他方のピストンは油圧に
より駆動されることを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、例えば第１図および第３図に示すよ
うに、先ず、油圧供給弁２７および油圧排出弁２８が閉
じている状態で中圧ガス供給弁１５がｔ１時間だけ解放
すると、圧縮室ＩＯ内の圧力は一時的に低下し、次いで
中圧ガス供給弁１５が閉じると、駆動カム２２の回転に
よりピストンＰ１とピストンＰ、が上昇して圧縮室１０
内の圧力が高まり、ｔ□時時間上上死点達すると、油圧
供給弁２７が解放される。これにより、ピストンＰ２は
カム２２に連動して下降するが、ピストンＰ、は油圧ポ
ンプ２５からの作動油により押し上げられるため、圧縮
室１０内の圧力はさらに上界し最高圧に達する。この最
高圧に達してから次の油圧排出弁２８が解放されるまで
の時間ｔ４が、調圧弁７により高圧ガス取得期間であ性
、油圧排出弁２８が解放するとピストンＰ！は下降し、
ｔ、時間後油圧排出弁２８が閉じても、ピストンＰ１に
連動してさらに下降して膨張工程を終了する。

そして、上記のように高圧ガス発生装置にて得られた高
圧ガスを燃焼中の燃焼室へ高圧の加圧空気を押し込むこ
とにより、燃焼に最も効果的な時間に燃焼室内に乱流を
生起でき、また、同時に追加の酸素を供給でき、燃焼の
促進が図られて、シリンダ内の平均圧力が高められ、ま
た、最高圧力が低（抑えられて、出力の向上と、耐久性
の改善が図られるものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第２図は本発明の高圧ガス発生装置を適用した内燃機関
の構成図である。

エンジンｌは、シリンダ１１とこのシリンダｌｌ内で往
復す運動するように配置されたピストン１２に囲まれた
燃焼室９を備え、この燃焼室９に連通して、それぞれ１
個あるいは数個の吸気ボートと排気ボートが設けられ、
各ボートには吸気弁あるいは排気弁が配置される０本発
明では、前記吸気ボート、排気ボートとは別に加圧空気
押込みボート１３と抽気ボート１４を設け、このボート
１３．１４にはそれぞれ高圧ガス弁４と抽気弁５が配置
されている。この高圧ガス弁４と抽気弁５は電磁弁で構
成される。

抽気ボー）１４は、高圧ガス発生装置２の圧縮室１０に
中圧ガス供給弁１５を介して接続され、この圧縮室ｌＯ
は、調節弁７、逆止弁８、熱交換２″Ｉ３を介して加圧
空気押込みボート１３に接続されている。また、圧縮室
１０には、電磁弁で構成される逃がし弁６が設けられて
いる。高圧ガス発生装置２としては、エンジン！で発生
する動力の一部を利用して駆動される圧縮機が使用され
る。

あるいは他の動力を利用して駆動される圧縮機を使用し
てもよい。

次に第１図により本発明の特徴である上記高圧ガス発生
装置２について説明する。

シリンダ２１内には、カム２２により駆動されるピスト
ンＰ、と、該ピストンＰ１の上部に配置されるピストン
Ｐ１が設けられ、また、シリンダ２１の上部には前述し
た中圧ガス供給弁１５、調圧弁７、高圧ガス供給管２３
および逃がし弁６が設けられている。さらに、油圧ポン
プ２５、蓄圧！２６および油圧供給弁２７を介して、作
動油がピストンＰ、とピストンＰ８の間に供給されると
共に、油圧排出弁２８を介して作動油が排出されるよう
に構成されている。

上記構成からなる高圧ガス発生装置２の作用を節３図に
より説明すると、先ず、油圧供給弁２７および油圧排出
弁２８が閉じている状態で中圧ガス（」（給弁１５がＬ
１時間だけ解放すると、圧縮室１０内の圧力は一時的に
低下し、次いで中圧ガス供給弁１５が閉じると、駆動カ
ム２２の回転によりピストンＰ自とピストンＰ８が上昇
して圧縮室ｌＯ内の圧力が高まり、１．時間汲上死点に
達すると、油圧供給弁２７が解放される。これにより、
ピストンＰａはカム２２に連動して下降するが、ピスト
ンＰ＋　は油圧ポンプ２５からの作動油により押し上げ
られるため、圧縮室１０内の圧力はさらに上昇し最高圧
に達する。

この最高圧に達してから次の油圧排出弁２８が解放され
るまでの時間ｔ４が、調圧弁７により高圧ガス取得期間
であり、この高圧ガスが後述するように、高圧ガス弁（
第２図）を経てエンジンｌの燃焼室９に噴射される。そ
して、油圧排出弁２８が解放するとピストンＰ！は下降
し、１．時間後油圧排出弁２８が閉じても、ピストンＰ
＋に連動してさらに下降して膨張工程を終了する。

次に、第２図、第４図〜第７図により本発明の高圧ガス
発生装置を適用したエンジンの作用について説明する。

本発明においては、高圧ガス発生装置２、高圧ガス弁４
、抽気弁５、逃がし弁６の使用の態様に応じて三つの運
転モードに分けられる。

その第一のモードは、エンジン１が比較的高い負荷で運
転される場合であって、抽気・加圧押込みモードであり
、第二のモードは、抽気も加圧押込みも行わない通常の
エンジンの運転モードであり、第三のモードは、比較的
低い負荷で運転される場合であり、抽気と逃がしのみ行
うモードである。

前記第一の運転モードである抽気・加圧押込みモードで
運転される場合には、圧縮行程で圧縮されたシリンダ１
１内の空気の一部を、抽気弁５を開放することにより抽
気し、これを高圧ガス発生装置２の圧縮室１０に導入し
て、圧縮室ｌ〇−内で加圧する。圧縮室１０に導入され
る空気は、前述の通りエンジン１の圧縮行程で圧縮され
た空気であるため、４０気圧程度の高圧で導入されるの
で、圧縮室１０内で容易に２００気圧を超える程度の高
い圧力まで加圧できる。圧縮室１０で調圧弁７の設定圧
力まで加圧された空気は、調圧弁７と逆止弁８を開き、
熱交換器３へ吐出される。吐出された空気は、この熱交
換器３内で冷媒等と熱交換して、温度が９１Ｉ節され、
所定の圧力と温度で貯えられる。前記高圧ガス弁４がエ
ンジンｌの燃焼期間中の所定エンジン回転角度で開き、
燃焼期間中の燃焼室９に高圧の空気が還流されて、燃焼
室９内に強力な乱流が生じまた酸素が補給されて、燃焼
が促進される。

なお、高圧ガス発生装置２の負荷を軽減し、また十分な
空気量を圧縮室１０に導入するために、抽気弁５と圧縮
室ｌＯとの間に中間冷却器を設けると効果的である。ま
た、前記調圧弁７の機能は、逆止弁８に兼ねさせること
も可能であり、その場合調圧弁７を設ける必要はない、
また、抽気弁５と高圧ガス弁４の制御によっても、熱交
換器３内の空気の圧力を制御することができ、この場合
も調圧弁７は不要である。

前記第二の運転モードては、抽気弁５と高圧ガス弁４は
共に閉じられており、高圧ガス発生装置２の運転も行わ
れず、エンジンは従来より周知のモードで運転される。

次に比較的低い負荷で運転される第三の運転モードでは
、高圧ガス弁４は閉じられており、エンジン１の所定回
転角度で抽気弁５と逃がし弁６が開閉されて、エンジン
ｌと高圧ガス発生装置２で加圧された空気は逃がし弁６
を通じて排気管に逃がされ、エンジン１の圧縮仕事が軽
減し、エンジンの効率向上がはかれる。

第５図は、エンジン負荷とエンジン回転速度でエンジン
の運転領域を三つの領域に分け、各領域毎に実行される
エンジンの運転モードマツプを示している。

線！と線■との間の比較的エンジン負荷が高い領域Ａで
は、前記第一の抽気・加圧押込みモードでエンジン１が
運転され、燃焼期間中に燃焼室９に高圧の空気が押し込
まれて、燃焼が促進され、高いエンジン出力が得られる
。線■と線■との間のＴ＋Ｍ３ＡＢでは、前記第二の通
常の運転モードで運転サレる。線■より下方に示される
エンジン負荷が小さい領域Ｃでは、前記第三の抽気と逃
がしのみが行われるモードで運転れて、エンジン１のフ
リクシヨンが減少し、エンジン１は効率良く運転される
。なお、このエンジンの運転モードマツプは、アクセル
開度の変化に応じて異なるマツプを使用できるように複
数のマツプが用意される。

第６図は、エンジン温度の高低に応じ、前述のエンジン
負荷とエンジン回転速度に応じて運転モードを選択する
制ｊ１（以下、これを「回転・負荷による制御」という
、）を実行するか否かを示しており、寒冷始動時のよう
なエンジン温度が低いときと、エンジンｌが過負荷状態
で運転されているようなエンジン温度が高いときには、
エンジン１の保護のために前述の回転・負荷による制御
を実行しない。

第４図は、本発明が適用されるエンジン１を第５図及び
第６図に示されるように制御するために使用される制御
回路を示しており、電磁弁で構成された高圧ガス弁４、
抽気弁５、逃がし弁６、油圧供給弁２７、油圧排出弁２
８および中圧ガス供給弁１５の開閉時間の最適化を図る
ものである。

高圧ガス弁４、抽気弁５、逃がし弁６等の電磁弁の各々
が開状態か閉状態かを示す信号が、電子側′４ｎ装置に
入力されて記憶される。また、電子制御装置には、エン
ジン回転速度を示す信号とエンジン負荷を示す信号が入
力され、エンジン１の現在の運転状態が第５図で示され
る三つの領域へ、Ｂ、Ｃのうちのどの領域にあるかが決
定される。

また、電子制御装置にはエンジン温度に対応する冷却水
温度を示す信号が入力されて、エンジン１の温度が回転
・負荷による制御を実行する条件にあるか否かが判別さ
れる。

エンジン温度が安定したエンジン１の定常運転状態の温
度にあり、また、エンジン負荷とエンジン回転速度で決
定される領域が第５図のへの領域にあれば、高圧ガス発
生装置２が駆動され、電子制御装置に入力されるエンジ
ン１のクランク角度信号を基準として高圧ガス弁４と抽
気弁５の開閉時間が決定され、高圧ガス弁４と抽気弁５
に開閉信号が出力されて、回転・負荷による制御が実行
される。すなわち、エンジンの圧縮行程で抽気弁５が開
閉されて、圧縮された空気の一部が抽気され、高圧ガス
発生装置２の圧縮室１０に導入される。また、エンジン
の燃焼期間中に高圧ガス弁４が開閉されて、高圧に加圧
された空気が燃焼室９へ押し込まれる。ＴＬ電子制御装
置は、エンジン１に供給される空気の温度と圧力、すな
わち給気温度と給気圧力を示す信号が入力され、この温
度と圧力を示す信号にもとづいて、抽気弁５が開かれる
期間を補正し、高圧ガス発生装置２のポンプ室１０に導
入される空気量を、エンジンｌのシリンダ１１に供給さ
れる空気の状態に応じた適正量に制１ｆｆｌする。

次ぎに、エンジンの回転速度とエンジン負荷を示す信号
に基づいて電子制御′！８置で決定された領域が、第５
図の領域Ｂにあるとき、あるいは、冷却水の温度を示す
信号に基づいて判別されたエンジン１の温度が、通常の
定常運転温度より低いとき又は高いときには、高圧ガス
弁４、抽気弁５、逃がし弁６を閉状態にする信号が出力
される。また、高圧ガス発生装置２の運転も行われない
。

エンジン回転速度とエンジン負荷を示す信号に応じてＣ
ＰＵで決定される領域が、第５図の線■より下の領域Ｃ
の場合には、高圧ガス弁４には閉じ（３号が出力され、
抽気弁５と逃がし弁６に対しては、エンジン回転角度に
同期した開閉信号が出力されて、適正な油気、逃がしか
行われる。゛電子制御装置にはアクセル開度信号も入力
され、アクセル開度の変化に応答して第５図で説明した
運転モードマツプが変更され、新たなエンジンｌの運転
領域が決定され、運転者の意志、例えば加速志向、或い
は減速志向に対応して最適の制御が行われる。

第７図は、エンジンクランク回転角度に対するエンジン
ｌのシリンダｌｌ内の圧力の変化を示す図であり、本発
明のエンジン１の圧力変化を実線で従来より用いられて
いるエンジンの圧力変化を破線で示している。ａで示さ
れる期間が抽気弁５が開いて抽気が行われている期間で
あり、ｂで示される１す１間が加圧された空気の押込み
が行われている期間を示し、Ｃで示される期間は燃焼室
９内での燃焼期間を示している。すなわち、燃焼期間Ｃ
が、従来のエンジンの燃焼期間Ｃ′より短縮されていて
、本発明のエンジン１の圧力は、抽気が行われている期
間で従来のエンジンの圧力よりやや低く、燃焼が行われ
ているときの平均圧力は従来のエンジンの燃焼中の平均
圧力より高（、しかも最高圧力については、本発明のエ
ンジン１の圧力の方が、従来のエンジンのそれよりも低
くなっていることがわかる。

このように本発明を通用したエンジン１においては、燃
焼室９内の燃焼を制御することができ、エンジン１の耐
久性に影響するシリンダｌｌ内の最高圧力を低減しなが
ら、シリンダｌｌ内の平均圧力を高い水準に保つことに
よって、仕事量の増大すなわち高出力を得ることができ
る。

なお、本発明は、過給機を備えるエンジンに対しても適
用でき、また、高圧ガス発生装置２を排気ブレーキのガ
ス発生装置とすることもできる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、エンジンの燃焼室９に
連通して抽気５と高圧ガス弁４を設けると共に、前記抽
気弁５に連通して高圧ガス発生装置２を設け、この高圧
ガス発生装置２とｗｊ記高圧ガス弁４との間に熱交換器
３を設けて、エンジンの圧縮行程中に前記抽気弁５を通
して抽気した圧縮空気を前記高圧ガス発生装置２により
更に加圧し、この加圧された空気を熱交換器３で適正な
温度に制御した後、高圧ガス弁４を経由してエンジン１
の燃焼室９へ還流させているので、燃焼に最も効果的な
時期に燃焼室９内に乱流を生起でき、また、同時に追加
の酸素を供給でき、燃焼の促進が図られて、シリンダ１
１内の平均圧力が高められ、また、最高圧力が低く抑え
られて、出力の向上と、耐久性の改善が図られる。

しかも、上記高圧ガス発生装置は、簡単かつ短時間に必
要とする高圧ガスを発生させることができると共に、軽
量、コンパクト化が可能になるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内燃機関用高圧ガス発生装置の１実施
例を示す構成図、第２図は本発明の高圧ガス発生装置が
適用されるエンジンの構成図、第３図は本発明の高圧ガ
ス発生装置の作用を説明するための図、第４図は本発明
に係わる制御系のブロック構成図、第５図はエンジン負
荷とエンジン回転速度に応じてエンジンの運転領域を三
つの領域に分け、各領域毎に実行されるエンジンの運転
モードを説明する図、第６図はエンジン温度に対して回
転・負荷による制御を適用する領域を示す図、第７図は
エンジンの回転角度に対するシリンダ内圧力を示す図で
ある。 １・・・エンジン、２・・・高圧ガス発生装置、３・・
・熱交換器、４・・・高圧ガス弁、５・・・抽気弁、６
・・・逃がし弁、７・・・調圧弁、８・・・逆止弁、９
・・・燃ｖｌ室、ｌＯ・・・圧縮室、２１・・・シリン
グ、２２・・・カム、Ｐｌ、Ｐ！・・・ピストン、１５
・・・中圧ガス供給弁、２５・・・油圧ポンプ、２７・
・・油圧供給弁、２８・・・油圧排出弁。 出　願　人　　株式会社　新燃焼システム研究所代理人
弁理士　白　井　博　樹（外４名）第１図 第４図 第５図 エンジン呂転ス友 第６図 第７図 クラ〉／１０中り角及

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの燃焼室に連通して設けられる抽気弁お
   よび高圧ガス弁と、該抽気弁に連通して設置される高圧
   ガス発生装置とを有し、エンジンの圧縮行程中に前記抽
   気弁を通して抽気した圧縮空気を、前記高圧ガス発生装
   置により更に加圧し、この加圧された空気を高圧ガス弁
   を経由してエンジンの燃焼室へ還流させる内燃機関にお
   いて、前記高圧ガス発生装置は、シリンダ内に２つのピ
   ストンを有し、一方のピストンはカムにより駆動され、
   他方のピストンは油圧により駆動されることを特徴とす
   る内燃機関用高圧ガス発生装置。