JPH02125918A - 過給機付内燃機関 - 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） 本発明は機関の出力軸へ連結する容積型過給機を備えた
過給機付内燃機関に係わり、更に詳しくは燃焼を開始す
べき時期の直前の燃焼室内給気温度が正常な燃焼を行う
という観点か又は未燃燃料の排出量低減という観点から
は低すぎる様な場合に、機関に供給される給気の温度を
自在に上昇させ得る様にした構造のものに関する。

（従来の技術） 一般に過給機付内燃機関では機関に必要とされる如く給
気温度を自在に上昇させる事ができず、燃焼を開始すべ
き時期の直前の燃焼室内給気温度が低すぎて正常な燃焼
に支障を来したり、未燃燃料の排出量が増大して大気を
汚染する時の欠点があった。

即ち機関の始動性や暖機運転特性が悪化したり、この間
における未燃燃料の排出量が増大する不具合を生じてい
た。

特にオットー機関では冷態時には濃混合気を必要とする
為、未燃燃料の排出量は急増するし、アルコール等の気
化性が劣る燃料を使用した場合には、これに加えて始動
性が極めて困難となり、外気温が７℃以下では始動不能
とされている。

更には、機関の低負荷域からの加速時においても燃焼が
悪化したり、未燃燃料の排出量が増大する不具合があっ
た。

これらの対策として排ガス等による給気加熱が考えられ
るが、機関の始動時や暖機運転初期には全く効果は望め
ない。

ディーゼル機関では排ガス再循環も考えられるが、始動
時には給気温度を高める効果はないし、暖機運転時にお
いても過給機付内燃機関は低圧縮比を採用している為（
高過給する場合は更に低圧縮比となる）、排ガス再循環
を行っても十分でない場合が多い。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、燃焼を開始すべき時期の直前の燃焼室
内給気温度が正常な燃焼を行うという観点か又は未燃燃
料の排出量低減という観点からは低すぎる様な条件下で
、排ガス等による給気加熱や排ガス再循環等の手段の採
否に拘らず独自的に機関に供給される給気の温度を高め
る事にあり、以って始動性や暖機運転特性を向上し、未
燃燃料の排出量を低減させる事などにある。

（問題点を解決する為の手段） 本発明は従来の欠点を解決する為、過給機の作動室内の
気体が過給機の吐出側へ吐出される時の吐出開始時期を
制御する吐出時制御体を備え、燃焼を開始すべき時期の
直前の燃焼室内給気温度が正常な燃焼を行うという観点
か又は未燃燃料の排出量低減といえ観点からは低すぎる
様な条件下では、吐出時期制御体を作動させる事によっ
て過給機の作動室内の気体が容積の縮小によって過給機
の吐出側の圧力よりもかなり高い圧力まで圧縮された後
に吐出される様に構成したのである。

（実施例） 第１図は本発明による過給機付内燃機関の一実施例で、
ベルト、チェーン等を介して機関の出力軸へ連結する過
給機Ｓ（容積型過給機）を有している。

本発明における過給機は内部圧縮性を有すること、即ち
過給機の作動室１３内に吸入された気体が同作動室１３
の容積の縮小によって密閉的に圧縮された後に吐出口９
を介して過給機の吐出側へ吐出される様に構成されてい
る事が必要で、第１、２、４図に示されるものがこれに
該当する代表的な過給機である。

第４図の過給機は良く知られたスクリュー型であるから
説明は省略し、第１、２図の過給機について先ず説明す
る。

第１図において、ローター１、２は各々基準円筒面３と
、前記基準円筒面３から陥没した部分を有しながら羽根
４の羽根外周部５まで連絡する羽根嵌り込み部６と、前
記羽根嵌り込部６に隣接しながら基準円筒面３から突出
した羽根４とを有し、互いに０．１〜０．２ｍｍ程度の
微小な間隙を保って非接触状態で図示しない同期歯車に
よって同期的に互いに反対方向へ回転し合う様になって
いる。

ローター１は固定された固定中空体８の周囲に密接して
（０．１〜０．２ｍｍ程度の微小な間隙を保ちつつ）回
転し、各々のローターの基準円筒面３は互いに密接し合
う様に構成されている。

７はローター支持体である。

次に第２図において、羽根４はローター支持体７にしっ
かりと固定・支持され、回転中空体１５の外部に固定さ
れた固定中空体８の周囲に密接しながら回転中空体１５
と一体的に回転する。

ローター２はローターケーシング内周面に密接するロー
ター外周部２′及びこのローター外周部２′から陥没し
ながら羽根４が嵌り込む羽根嵌り込み部６を有し、ロー
ター１（羽根４、ローター技持体７から成るローター）
とローター２とは互いに非接触状態で同期的に互いに反
対方向へ回転し合う様になっている。

ローター外周部２′は固定中空体８に密接する様に構成
され、望ましくは固定中空体８にローター外周部２′が
密接する欠円部１７を形成し、両者を面状に密接させる
様にするのが良い。

再び第１図に戻って（第２図も同時に説明する）、ロー
ター１の線Ｃ２（第２図では線ｌ２）はローター２の線
Ｃ５（第２図では線ｌ３）の末部（点又は小さな丸みと
する）によって創成され、ローター１の線Ｃ３とロータ
ー２の線Ｃ４との内でいずれか一方の線は他方の線によ
って創成され、更にローター１の線Ｃ１（第２図では線
ｌ１）とローター２の線Ｃ６（第２図では線ｌ４）との
内で、いずれか一方の線は他方の線によって創成される
様になっている。

ローター１の線Ｃ２の先端部（第２図では線ｌ２の先端
部）とローター２の線Ｃ５（第２図では線ｌ３―但し線
Ｃ５及びｌ３の各々の先端部は除く）との間には、両者
が最も接近した状態でも気体が自由に出入りできる十分
な間隙を残しておく様にする。

線Ｃ７（第２図では線ｌ５）はローター１の羽根外周部
５が密接する円弧である。

今、ロータ１と２とによって挟まれた作動室１３に注目
すると、同作動室１３内に吸入された気体は同作動室１
３の容積の縮小によって密閉的に圧縮され、過給機の吐
出側の圧力にほぼ等しくなった時点でローター１の羽根
嵌り込み部６が固定中空体８に形成された吐出口９に連
通し（第２図では回転中空体１５に形成された開閉口１
６が固定中空体８に形成された吐出口９に達通し）、吐
出口９を介して固定中空体８内に（過給機の吐出側に）
吐出される様になっている。

第１、２図の内部圧縮性を有する過給機は以上の如く構
成されている。

次に、作動室１３内の気体が過給機の吐出側へ吐出され
る時の吐出開始時期を制御する吐出時期制御体１につい
て説明する。

即ち第１図において、固定中空体８の内部には吐出時期
制御体１０が回動自在に固定中空体８の内周面に密接又
は接触して備えられ、かつローター１の固定中空体８の
外周面に密接する部分に密接する密接片１２が吐出時期
制御体１に一体的に固着されている。

従って、吐出時期制御体１０を作動（回動）させれば、
ローター１の羽根嵌り込み部６と吐出時期制御体１０に
形成された制御口１１との連通開始時期が変化するから
、作動室１３内の気体の吐出開始時期を可変化する事が
できる。

第２図においても、固定中空体８の内部に備えられた（
図では回転中空体１５の内周面に密接して備えられてい
る）吐出時期制御体１０を作動（回動）させれば、開閉
口１６と吐出時期制御体１０に形成された制御口１１と
の連通開始時期が変化するから、作動室１３内の気体の
吐出開始時期も可変化する事ができる。

この場合、吐出時期制御体１０は第３図に示す如く回転
中空体１５の外周面に密接させて備えても良い。

１８は羽根４の固定中空体８の外周面に密接する部分に
密接する密接片で、吐出時期制御体１０に一体的に固着
されている。

更に第４図においても、ローターケーシングに備えられ
た吐出時期制御体１０を作動（スライドさせること）さ
せると、作動室１３内の気体が吐出口９を介して過給機
の吐出側へ吐出される時の吐出開始時期を可変化する事
ができる。

以上を基礎として本発明を更に詳しく述べることとする
。

即ち第１図において、通常は作動室１３内の圧力が過給
機の吐出物の圧力にほぼ等しくなった時点で吐出が開始
される様に吐出時期制御体１０の位置が制御されるが、
燃焼を開始すべき時期の直前の燃焼室内給気温度が正常
な燃焼を行うという観点か又は未燃燃料の排出量低減と
いう観点からは低すぎる様な条件下では、作動室１３内
の気体（給気）が容積の縮小によって過給機の吐出側の
圧力よりもかなり高い圧力まで圧縮された後に吐出され
る様に吐出時期制御体１０は制御されるのである（以後
、この様な制御法を吐出時期制御体１０の過圧縮制御と
称することとする）。

今、機関Ｅをディーゼル機関として始動時を考えると、
吐出時期制御体１０は図示の位置から所定角度だけ反時
計方向に回動せしめられて過圧縮制御され、機関のクラ
ンキングと共に作動室１３のＰ―Ｖ線図（圧力―容積線
図）は第５図の二点鎖線示の如く描かれ（実線は過圧縮
制御が行なわれていない時のＰ−Ｖ線図である）、斜線
の部分に相当する仕事分だけ過給機は余分の仕事をし、
より多くの熱エネルギーに変換されるのである。

この時、過圧縮制御の度合が大きいほど、即ち圧力差Ｐ
２が大であるほど給気温度は上昇する。

作動室１３内の給気は過給機の吐出側の圧力よりもＰ２
だけ高い圧力まで圧縮された後に吐出口９を介して吐出
側に（固定中空体８内に）吐出されるわけであるが、こ
の吐出の時の温度降下は微々たるもので、かくして機関
に供給される給気の温度は大幅に上昇し、始動性を向上
させるのである。

機関の始動後は暖機運転に移行するわけであるが、依然
として吐出時期制御体１０の過圧縮制御を行えば、燃焼
を開始すべき時期の直前の燃焼室内給気温度は高まるか
ら、燃焼特性が改善されて暖機運転特性が良好となり、
未燃燃料の排出量も大幅に減少する。

この時、排ガス再循環も併用して給気温度を十分に高め
る様にする事が望ましい（高過給を行っている場合には
圧縮比はかなり低いから、場合によっては排ガス等によ
る給気加熱を併用する事も考えられる）。

吐出時期制御体１０の過圧縮制御は若干の燃費の悪化を
伴うから、始動後はなるべく早期に吐出時期制御体１０
の過圧縮制御を解除する（吐出時期制御体１０を時計方
向に回動させて第１図の元の制御位置とする）様にする
（この頃には排ガス温度も十分に高まり、排ガス再循環
により給気温度は十分に高まる―排ガス等による給気加
熱を併用している場合は、これによる効果も発揮され始
める）。

かなりの低圧縮比を採用して高過給を行なっている場合
は、機関の暖機完了後で低負荷域からの加速時には（排
ガス再循環や排ガス等による給気加熱は解除される）一
時的に吐出期制御体１０の過圧縮制御を行う様にすれば
、燃焼特性が改善され、加速性は向上する。

機関Ｅがオットー機関の場合には、通常は機関の出力を
制御する絞弁が過給機の上流側に装着されるが、やはり
吐出時期制御体１０の過圧縮制御を行なえば機関に供給
される給気の温度が高まるから、燃料の気化を活発化し
、燃焼特性を改善すると共に、未燃燃料の排出量を大幅
に低減させる事ができる。

絞弁により絞った時の作動室１３のＰ―Ｖ線図を第６図
に示すが（二点鎖線示の部分）、斜線の部分に相当する
仕事分だけ過給機は余分の仕事をし、より多くの熱エネ
ルギーに変挿され、給気温度も高めるのである。

かくして始動性は向上し、暖機運転時においても従来ほ
どの濃混合気を供給する必要が全くないから（従って吐
出時期制御体１０の過圧縮制御にも拘らず燃費の悪化は
ない）、未燃燃料の排出量は大幅に減少し、暖機運転特
性も改善される。

アルコールの様な気化性の劣る燃料を使用する場合には
、排ガス等による給気加熱を併用する事が望ましい。

吐出時期制御体１０は例えば冷却水温スイッチ等により
ＯＮ・ＯＦＦされる電磁石により駆動する様にすれば良
い（第４図の場合は吐出時期制御体１０を作動させるに
は強い力が必要であるから、油圧を利用する様にする）
。

尚、機関の出力軸と過給機とを可変速手段（例えば公知
のＶベルト式可変速装置）を介して連結し、例えば機関
Ｅがディーゼル機関の場合において始動時に過給機を通
常よりも高い増速比で駆動する様にすれば、給気温度は
一層上昇し、非常に低い圧縮比でも容易に始動する事が
できる。

以上は過給機を第２、４図のものを使用した場合にも同
様に説明されるものである。

次に第１図においては、機関の空転状態を含む部分負荷
域では不要な過給機の給気圧縮仕事損失から燃費の悪化
が懸念されるが、この場合には過給機の容量を制御する
のが良い。

即ち第７図において、ケーシング内壁面に開口しながら
過給機の吸入側（吸入通路１４内）へ通ずる連通路１９
、２０、２１を備え（複数個備える）、各々に備えられ
た連通弁２２、２３、２４を順次又は同時に開閉する事
によって作動室１３が最大容積状態から所定の要積状態
まで前記通路を介して過給機の吸入側へ建通する様にす
ると共に作動室１３過給機の吸入側との連通遮断時期を
変化させる様にするのである（同時に、前記連通弁の開
閉に応じて吐出時制御体１０もカム等により最適位置に
制御される）。

これにより作動室１３内の給気は所定量だけ過給機の吸
入側へ圧縮されずに戻される為、過給機の容量が制御さ
れ、給気圧縮仕事は大幅に減少する。

参考までに連通弁２２、２３を開いた時の作動室１３の
Ｐ―Ｖ線図を第８図に示す。

従って機関の暖機運転を例にとると、図示の如く連通弁
２２、２３は開かれ、作動室１３内の給気は同作動室１
３と連通路２０との連通が遮断される時点まで過給機の
吸入側へ戻され、以後は同作動室１３の容積の縮小によ
って過給機の吐出制の圧力よりもかなり高い圧力まで圧
縮された後に吐出される様に構成され（吐出時期制御体
１０を図示の位置よりも更に反時計方向へ回動させ、過
圧縮制御を行う）、給気温度を大幅に高めるのである。

過給機の給気圧縮仕事が大幅に減少しているから、作動
室１３内での過圧縮の度合を更に大として給気温度を一
層上昇させる事も可能である。

この場合、吐出時期制御体１０は種々の条件に応じて最
適制御されなければならないから、コンピューターによ
り制御されるステッピングモーターにより作動させる事
が望ましい。

即ち、連通弁２２、２３、２４の開閉状態、冷却水温、
機関回転速度等をセンサーにより検出して電気信号とし
てコンピュータに入力すると、コンピューターはこれら
の入力値に相応する演算結果を出力し、このコンピュー
ターからの出力信号によりステッピングモーターを駆動
して、吐出時期制御体１０を最適位置に制御する様にす
るのである。

（発明の効果） 本発明は以上の如く構成されているので、燃焼を開始す
べき時期の直前の燃焼室内給気温度が正常な燃焼を行う
という観点か又は未燃燃料の排出量低減という観点から
は低すぎる様な条件下でも、吐出時期制御体１０の過圧
縮制御により機関に供給される給気の温度を自在に制御
し、高める事ができる。

従って機関の始動性や暖機運転特性が大幅に向上し、未
燃燃料の排出量を大幅に低減させ、大気汚染を未然に防
止する事ができる。

高過給ディーゼル機関では低圧縮比を採用しざるを得ず
、従って機関の暖機完了後でも低負荷域からの加速時に
は燃焼が悪化したり未燃燃料の排出量が増大する欠点が
あったが、本発明によりば吐出時期制御体１０の過圧縮
制御により給気温度を自在に高める事ができるから、燃
焼が改善され、従って加速性も向上し、未燃燃料の排出
量も減少させる事ができる。

本発明をオットー機関に適用した場合には、吐出時期制
御体１０の過圧縮制御により給気温度を自在に制御し高
める事ができるから、始動性が向上する事は言うに及ば
ず、特に暖機運転時においては従来ほどの濃混合気を供
給する必要が全くないから、未燃燃料の排出量を激減さ
せる事ができる。

又、アルコール等の気化性の劣る燃料を使用する場合に
は特に効果が著しく、従来は外気温が７℃以下では始動
不能であったが、本発明によれば厳寒においても始動可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による過給機付内燃機関を示す図、第２
・４・７図は本発明における過給機を示す図、第３図は
第２図における吐出時期制御体のもう１つの配置を示す
図、第５・６・８図はＰ―Ｖ線図である。 １・２はローター、３は基準円筒面、４は羽根、５は羽
根外周部、６は羽根嵌り込み部、７はローター支持体、
８は固定中空体、９は吐出口、１０は吐出時期制御体、
１１は制御口、１２・１８は密接片、１３は作動室、１
４は吸入通路、１５は回転中空体、１６は開閉口、１７
は欠円部、１９・２０・２１は連通路、２２・２３・２
４は連通弁、２′はローター外周部、Ｅは機関、Ｓは過
給機である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）過給機の作動室内の気体が同作動室の容積の縮小
   によって密閉的に圧縮された後に吐出口を介して過給機
   の吐出側へ吐出される様に構成された過給機を機関の出
   力軸へ連結された内燃機関において、同作動室内の気体
   が過給機の吐出側へ吐出される時の吐出開始時期を制御
   する吐出時期制御体を過給機に備え、燃焼を開始すべき
   時期の直前の燃焼室内給気温度が正常な燃焼を行うとい
   う観点か又は未燃燃料の排出量低減という観点からは低
   すぎる様な条件下では、前記吐出時期制御体を作動させ
   る事によって同作動室内の気体が同作動室の容積の縮小
   によって過給機の吐出側の圧力よりもかなり高い圧力ま
   で圧縮された後に吐出される様にし、以って機関へ供給
   される給気の温度を高める様にした事を特徴とする過給
   機付内燃機関。
2. （２）過給機が、固定された固定中空体の周囲に密接し
   ながら回転するローターと、このローターの羽根が嵌り
   込む羽根嵌り込み部を有するローターとが互いに非接触
   状態で同期的に互いに反対方向へ回転し合い、かつ前記
   固定中空体の内部に吐出時期制御体を備える様に構成さ
   れた過給機である特許請求の範囲第１項記載の過給機付
   内燃機関。