JPS59213923A - ポンプ付デイ−ゼル機関 - 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】 本発明は、機関の極低負荷域における圧縮端温度を上昇
させる様にしたポンプ付デイーゼル機関に関するもので
ある。

一般にデイーゼル機関では、機関の空転状態を含む極低
負荷域においては圧縮端温度（燃料噴射時の燃焼室内給
気温度と考えて良い）が十分に上昇せず、着火遅れ期間
が長くなる結果となり、急激な燃焼圧力上昇に基く燃焼
騒音の増大・機関の振動の増大等の不具合が生ずる。

この理由は、デイーゼル機関ではシリンダー内に充填さ
れる給気重量が負荷の大小如何によらず常にほぼ一定で
ある事に起因する燃焼室内熱容量の過大さから来るもの
で、この為に圧縮端温度の十分な上昇は一般には望めな
い。

この対策として、機関に供給される給気を排ガス等によ
り予め加熱して圧縮端温度を上昇させる事も考えられる
が、一般にはトルク・出力が減少するので好ましくない
。

本発明は機関の極低負荷域において圧縮端温度を十分に
高めて、燃焼騒音及び機関の振動を低減させようとした
もので、以下図面に従つて説明する。

第１図は本発明によるポンプ付デイーゼル機関の一実施
例で、機関の出力軸にベルト・チエーン等を介して連結
するポンプ２を備えている。

ポンプ吸入側通路８から流入した給気は作動室７（ポン
プ２における容積変化を伴う空間を言い、図ではロータ
ー３，ローターハウジングチ，サイドハウジング５，ベ
ーン６により形成される空間を言う），ポンプ吐出側通
路９，１０を経て機関１へ供給される。

ここで、機関出力軸の１回転当りのポンプ２の吐出容積
と機関出力軸の１回転当りの機関の吸入容積とは互いに
等しくなつており、従って機関に過給は行なわれない様
になつている。

ポンプ吐出側通路９の作動室７へ接続する部分には多数
の長孔１２が形成されており、各々の長孔１２をベーン
６が通過する時，このベーン６により閉鎖される瞬間を
有する形状（正確には，各々の長孔１２がサイドハウジ
ング５の内壁面に開口する開口部の形状である）を持つ
様に各々形成されている（例えば，長孔１２の高さ≦ベ
ーン６の厚さ）。

従つて、開閉弁１３による各々の長孔１２を閉鎖すれば
（Ａ−Ａ′線断面図を示した第２図参照）、ベーン６が
各々の長孔１２を通過する時、このベーン６の前後の作
動室間が互いに連通する事は起らない。

即ちベーン６が各々の長孔１２を通過する時，このベー
ン６の前後の作動室間に圧力差があつても、この作動空
間に給気の素通りは起らない。

今、機関の空転状態を含む極低負荷域を考えると、開閉
弁（１３）は全閉しており（各々の長孔１２を閉鎖して
おり）、ある１つの作動室７に注目すると，同作動室７
の容積の最小状態より最大状態へ到るまではポンプ吸入
側通路８から給気が一杯に流入するが、同作動室７の容
積の最大状態より最小状態へ到る行程の中途（以下，こ
の時点をＶｃ点と称する）からは同作動室７とポンプ吐
出側通路１０との連通が開始され、同作動室７内の給気
は機関へ供給される様になつている。

従つて、機関へ供給される給気はポンプ２により制限さ
れるから、ポンプ吐出側通路９内には高い負圧が発生し
ており．かつ前記Ｖｃ点においてはポンプ吐出側通路１
０と連通した作動室７内の圧力は直ちに負圧となるが、
この作動室７とこれより１つ遅れ側にある作動室７との
連通は前述の通り開閉弁１３が全閉している為、ベーン
６が長孔１２を通過する時でも全く起らない。

一方、ある１つの作動室７に注目し、同作動室７の容積
の最大状態から前記Ｖｃ点の近傍に到るまでは同作動室
７内の給気は戻し通路１１を経てポンプ吸入側通路８内
へそのまま（圧縮されずに）戻されると関に、同作動室
７と戻し通路１１との連通が遮断される近傍から同作動
室７とポンプ吐出側通路１０との連通が開始されるので
ある。

即ち，ある１つの作動室７に注目すると、同作動室７の
容積の最大状態より最小状態へ到る行程の中途（Ｖｃ点
）から同作動室７内の給気を，ポンプ２を介して機関へ
供給される給気の全部を占める如く，機関へ供給してい
るのである。

開閉弁１３を全閉させた時の作動室７のＰ−Ｖ線図（圧
力−容積線図）を第３図に示す。

Ｐｏは大気圧，Ｐｉはポンプ吐出側通路９内の圧力（負
圧）を表わす。

図からも明らかの様に、本発明においてはポンプ２は斜
線の部分に相当する仕事，即ち動力を発生し、これを機
関へ伝達しているのである。

一般に、機関へ供給される給気の密度を減少させると機
関のポンプ損失の為に燃費は悪仕するが、本発明におい
てはこの機関のポンプ損失をポンプ２により回収してい
るので、燃費の悪仕は避けられる。

即ち、機関のポンプ損失を発生させる事なく吸入給気の
密度を減少させているのである。

この様に、本発明においては機関の空転状態を含む極低
負荷域では機関に供給される給気の密度を減少させてい
るので、シリンダー内に充填される給気重量が減少し、
燃焼室内熱容量は適度に減少される。

従つて圧縮端温度が十分に上昇し、着火遅れ期間が短縮
されるから燃焼圧力の上昇は緩やかとなり、燃焼騒音及
び機関の振動が大幅に低減される。

又、圧縮端温度が上昇するから燃料の完全燃焼が可能と
なる一方、圧縮端圧力は減少するので機関の摩擦損失が
低減され、燃費の改善も期待されるものである。

開閉弁１３はアクセルペダル又は燃料噴射量を制御する
コントロールラツク等へ機械的に連動させる様にし、燃
料噴射量が増大して機関へ供給される給気が更に多量に
要求される場合に，開閉弁１３を保々に開き、作動室７
を介して多量の給気を機関へ供給する様にするのである
。

尚、機関の空転状態を含む極低負荷域においては開閉弁
１３を僅かに開いておき（即ち、前記Ｖｃ点以前からも
小流量の給気を機関へ供給する様にしておき）、言い換
えると前記Ｖｃ点から作動室７内の給気を，ポンプ２を
介して機関へ供給される給気の大部分を占める如く，機
関へ供給する様にしても、本発明の目的は十分に達成さ
れるものである。

ポンプ吐出側通路９の作動室７へ接続する部分をロータ
ーハウジングチに形成した実施例を第４図に示す。

この場合、Ｖｃ点の近傍までは作動室７内の給気はポン
プ吐出側通路９の作動室７との接続部９′，及び作動室
７を介してポンプ吸入側通路８内へ戻される様になつて
いる。

１４は開閉弁で、第１図の開閉弁１３と同様に機関の空
転状態を含む極低負荷域では全閉させておく。

第５図は、機関へ接続する給気通路１５の所定位置に副
開閉弁１６を配置し、この副開閉弁１６をバイパスして
機関へ給気を供給するポンプ２を備えたもので、機関出
力軸の１回転当りのポンプ２の吐出容積は機関出力軸の
１回転当りの機関の吸入容積よりも小となつている。

機関の空転状態を含む極低負荷域では開閉弁１４，副開
閉弁１６は全閉しており（前述の通り、いずれか一方を
僅かに開く様にしても良い）、ある１つの作動室７に注
目すると、同作動室７の容積の最大状態から最小状態へ
到る行程の中途までは同作動室７内の給気はポンプ吸入
側通路８内へ戻されるが、この時点の近傍からは同作動
室７内の給気は（同作動室７がポンプ吐出側通路１０に
連通する事によつて）機関へ供給される様になつている
。

従つて、機関のポンプ損失を発生させる事なく給気の密
度を減少させる事ができるから、圧縮端温度を十分に上
昇させ、本発明の目的を達成する事ができる． 機関へ供給される給気が更に多量に要求される場合には
、開閉弁１４、副開閉弁１６を同時か又は一方を遅らせ
て開く様にすれば良く、これにより給気は作動室７，給
気通路１５を介して（即ち、少なくとも作動室７を介し
て）機関へ更に多量に供給される様になる。

第６図は、機関出力軸に連結するポンプ２によつて機関
に過給を行うデイーゼル機関において本発明を実施した
もので、機関出力軸の１回転当りのポンプ２の吐出容積
は機関出力軸の１回転当りの機関の吸入容積よりも大と
なつている。

機関の空転状態を含む極低負荷域においては開閉弁１４
は全閉（僅かに開く様にしても良い），閉鎖弁１８は全
開しており、ある１つの作動室７に注目すると、同作動
室７の容積の最大状態より最小状態へ到る行程の中途（
以下，この特点をＶ′ｃ点と称する）から同作動室７内
の給気はローター３に形成された切欠１７がポンプ吐出
側通路１０（手前のサイドハウジングに形成されている
）へ連通する事によつて機関へ供給される様になつてい
る（同時に，前記Ｖ′ｃ点の近傍においては同作動室７
内への給気の流入を防止する為、同作動室７とポンプ吐
出側通路９の接続部９′との連通は遮断される）。

かつ、同作動室７の容積の最大状態から前記Ｖ′ｃ点の
近傍へ到るまでは同作動室７内の給気は戻し通路１１を
経てポンプ吸入側通路８内へ戻される様になつている。

開閉弁１４が全閉した時の作動室７のＰ−Ｖ線図を第７
図に示すが、図からも明らかの様にポンプ２は斜線の部
分に相当する仕事、即ち動力を発生し、これを機関へ伝
逹しているので、機関のポンプ損失を発生させる事なく
給気の密度を減少させる事ができ、圧縮端温度を十分に
上昇させ、かくして本発明の目的を達成する事ができる
。

機関へ供給される給気が更に多量に要求される場合には
開閉弁１４を開く様にすれば良く、これにより遂には機
関に過給が行なわれる様になる。

機関に過給が行なわれる様になつた時（ポンプ吐出側通
路９内の圧力が大気圧以上になつて時）には、ダイアフ
ラム装置１９により閉鎖弁１８を全閉させる事は言うま
でもない。

ここで、ポンプ２の吐出側（ポンプ吐出側通路９内）に
強い負圧が発生している開閉弁１４が全閉又は僅かに開
いた状態を考えると、二点鎖線示の如く適当な流量制御
装置２２を有する排ガス導入通路２１を備えれば、排気
通路２０内を流れる排ガスを機関へ多量に導入する事が
できる。

これにより（排ガスの温度は極めて高いから）、圧縮端
温度が更に上昇する利点が生ずると共に、排ガス中のＮ
Ｏｘを大幅に低減させ、排ガスを浄仕させる事もできる
（ポンプ２の吐出側には強い負圧が発生しているから、
吸排気弁のオーバーラツプ期間を増大させる様にしても
良い）。

この場合、ポンプ吐出側通路９内へ導入される排ガスの
流量を順次増加させてゆくと、遂にはポンプ２の吐出側
の圧力はほぼ大気圧となり（即ち、前記Ｖ′ｃ点以後に
おける作動室７内の圧力もほぼ大気圧となり）、ポンプ
２には動力は発生せず，従つて機関へ動力が伝達される
事もないが、同時に機関にもポンプ損失が発生しない様
になるので、燃費の悪化は全くない（この様にしても圧
縮端温度が十分に上昇するから、本発明の目的は達成さ
れる、ただし、燃焼室内熱容量は従来とほぼ同一となる
）。

以上は第１，４，５図にも適用される。

第６図においては、ベーン６の枚数を増すと（例えば６
枚にすると）、切欠１７を除去すると共に、ポンプ吐出
側通路１０をローターハウジングに形成する事ができる
。これを第８図に示す。

更に第６図において、作動室７の容積の最大状態から，
この作動室７内の給気を若干圧縮した後に吐出する様に
した実施例を第９，１１図に示す。

先ず第９図において、ポンプ吐出側通路９の作動室７へ
接続する接続部２４はサイドハウジングの内壁に形成さ
れ、機関の空転状態を含む極低負荷域においてこの接続
部２４を閉鎖（全閉）する開閉弁２３が備えられている
（Ｂ−Ｂ′線断面図を第１０図に示す）。

同時に、この開閉弁２３はベーン６との衝突を避け、か
つベーン６がこの開閉弁２３を通過する時，このベーン
６の前後の作動室間の給気の素通りを防止する為、サイ
ドハウジングの内壁から微小間隙■Ｓだけ引込めた位置
に配設してある。

機関へ供給される給気が更に多量に要求される場合には
開閉弁２３を開く様にするが、機関の過給時には開閉弁
２３は全開している（接続部２４が全開している）から
、作動室７内の給気は作動室７の容積の最大状態から若
干圧縮された後に，この接続部２４へ，従つてポンプ吐
出側通路９内へ吐出される様になるのである。

開閉弁２３が全閉している時には、Ｖ′ｃ点の近傍に到
るまでは作動室７内の給気は，切欠１７が戻し通路１１
に連通する事によつてポンプ吸入側通路８内へそのまま
（圧縮されずに）戻される。

機関の過給時には閉鎖弁１８を全閉させるのである。

次に第１１図において、ポンプ吐出側通路９の作動室７
へ接続する接続部２６はサイドハウジングの内壁に形成
され、この接続部２６を開閉する開閉弁２５が備えられ
ている。（理解を助ける為、特に開閉弁２５を取り出し
て第１２図に描いてある）機関の空転状態を含む極低負
荷域においては開閉弁２５は接続部２６の一部を既に開
いており、この開かれた接続部２６′に切欠１７が連通
する事によつて作動室７内の給気はＶ′ｃ点から機関へ
供給される様になつている（この開閉弁２５は手前のサ
イドハウジングに備えられており、第９図の開閉弁２３
と同様にこのサイドハウジングの内壁から微小間隙■Ｓ
だけ引込めた位置に配設されている）。

作動室７の容積の最大状態から前記Ｖ′ｃ点の近傍へ到
るまでは、この作動室７内の給気は長孔１２，戻し通路
１１を経てそのまま（圧縮されずに）ポンプ吸入側通路
８内へ戻されるのである（この長孔１２は、第１図と同
様にベーン６によつて閉鎖される瞬間を有する形状を持
つ様に各々形成されている）。

機関へ供給される給気が更に多量に要求される場合には
開閉弁２５を開く様にすれば良く、これにより接続部２
６′の面積は順次増大され、切欠１７と連通する期間が
長くなる結果となり、かくして多量の給気が機関へ供給
される様になる。

機関の過給時には長孔１２は閉鎖弁２８により全閉され
ると関に（この閉鎖弁２８は、例えば第６図のダイアフ
ラム装置１９で開閉する様にする）、作動室７内の給気
は作動室７の容積の最大状態から若干圧縮された後に、
切欠１７が接続部２６に連通する事によつて接続部２６
へ、従つてポンプ吐出側通路９内へ吐出される様になる
のである。

２７は開閉弁２５が滑動する環状溝で、この環状溝２７
と接続部２６、即ちポンプ吐出側通路９との連通は、図
示の如く開閉弁２５の一端部により常時遮断されている
。

第１３図は、トロコイド面で形成されたローターハウジ
ング３０を有するポンプ３３によつて機関に過給を行う
デイーゼル機関において本発明を実施したもので、機関
の空転状態を含む極低負荷域においては開閉弁１４は全
閉しており（僅かに開く様にしても良い）、ある１つの
作動室３２に注目すると、同作動室３２の容積の最大状
態から最小状態へ到る行程の中途（以下、この時点をＶ
′ｃ点と称する）からポンプ３３の主軸の回転の１／２
に減速して駆動されるロータリ弁３チガポンプ吐出側通
路１０を開いて、同作動室３２内の給気を機関へ供給す
る様になつている。

作動室３２の容積の最大状態から前記Ｖ′′ｃ点の近傍
に到るまでは同作動室３２内の給気は戻し通路１１を介
してポンプ吸入側通路８内へそのまま戻されると共に、
前記Ｖ′′ｃ点の近傍においては同作動室３２と戻し通
路１１との連通が遮断される様になつている。

従つて、機関にポンプ損失を発生させる事なく給気の密
度を減少させる事ができるので、圧縮端温度を十分に上
昇させ、本発明の目的を達成し得る。

機関へ供給される給気が更に多量に要求される場合には
開閉弁１４を開く様にすれば良く、これにより給気は作
動室３２を介して更に多量に機関へ供給される様になる
。機関の過給時には閉鎖弁１８を全閉させる事は言うま
でもない。

第１４図は、機関出力軸に連結するポンプ２によつてシ
リンダー３５内を掃気する２サイクルデイーゼル機関に
本発明を実施したもので、ポンプ２は第１１図で説明し
たものを採用しているので、説明は省略する。

この場合、ポンプ２は掃気ポンプの役割を果すので、ポ
ンプ２の吐出側の圧力は常に正圧であり、ポンプ２に動
力が発生する事はないが、機関の空転状態を含む極低負
荷域においては作動室７内の給気はＶ′ｃ点から圧縮さ
れてポンプ２の吐出側へ吐出されるので、従来に比較し
てポンプ２の駆動馬力損失が大幅に減少される。

かくしてシリンダー３５内へ流入する給気重量は適度に
減少し、シリンダー３５内には多量の燃焼ガスが残留す
る結果となり、圧縮端温度が十分に上昇し、燃焼騒音及
び機関の振動は大幅に低減される。

２８は閉鎖弁で、開閉弁２５に機械的に連動させ、開閉
弁２５が開くに従つて順次長孔１２を閉鎖してゆく。

本発明は以上の如く、機関の空転状態を含む極低負荷域
においても圧縮端温度が十分に上昇するので、燃焼騒音
及び機関の振動は大幅に低減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるポンプ付デイーゼル機関の断面図
，第２図は第１図のＡ−Ａ′線断面図，第３・７図はＰ
−Ｖ線図，第４〜６・８〜１４図は本発明におけるポン
プの図，第１０図は第９図のＢ−Ｂ′線断面図である。 １は機関，２・３３はポンプ，３・２９はローター，４
・３０はローターハウジング，５・３１はサイドハウジ
ング，６はベーン，７・３２は作動室，８はポンプ吸入
側通路，９・１０はポンプ吐出側通路，１１は戻し通路
，１２は長孔，１３・１４・２３・２５は開閉弁，１５
は給気通路，１６は副開閉弁，１７は切欠，１８・２８
は閉鎖弁，１９はダイアフラム装置，２０は・３６は排
気通路、２２は流量制御装置，２１は排ガス導入通路、
２７は環状溝、３４はロータリ弁、３５はシリンダー，
９′・２４・２６・２６′は接続部である。 特許出願人　北村修一

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関の出力軸へ連結するポンプを備えたデイーゼ
   ル機関において、このポンプのある１つの作動室に注目
   し、同作動室の容積の最大状態から最小状態へ到る行程
   の中途から同作動室内の給気をノポンプを介して機関へ
   供給される給気の全部又は大部分を占める如く，機関へ
   供給する様にし、これにより圧縮端温度を上昇させる様
   にならしめ、この状態から機関へ供給される給気が更に
   要求される場合には、少なくとも前記ポンプの作動室を
   介して給気を更に機関へ供給する様にした事を特徴とす
   るポンプ付デイーゼル機関。
2. （２）チサイクルデイーゼル機関において、排気通路内
   を流れてくる排ガスをポンプの吐出側へ導入する様にし
   た特許請求の範囲第１項記載のポンプ付デイーゼル機関
   。
3. （３）ポンプにより機関に過給を行う様にした特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載のポンプ付デイーゼル機関
   。