JPS6045719A

JPS6045719A - 過給機付内燃機関

Info

Publication number: JPS6045719A
Application number: JP15296083A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kitamura; 修一北村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-08-22
Filing date: 1983-08-22
Publication date: 1985-03-12

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、互いに無接触状態で噛合うローターを有する
過給機を備えた過給機付内燃機関に関するものである。

一般に過給機付内燃機関では、過給機を駆動する為の駆
動馬力損失、更には機関のノツキング・熱負荷の過大な
増大を回避する為の圧縮比低減等の理由により機関の燃
費は悪化する。

本発明はこの様な欠点を解決しようとしたもので、以下
図面に従つて説明する。

第１図は本発明による過給機付内燃機関の一実施例で、
機関１（デイーゼル機関を示す）の出力軸ヘチエーン・
ベルト等を介して連結する過給機２を備えている。

過給機２はローター３（Ｈ型ローター）を有するルーツ
型過給機を示しており、各々のローター３は図示しない
同期歯車によつて互いに無接触状態で（極めて僅かな間
隙を保ちつつ）噛合う様になつている。

吸入側通路７から作動室６（過給機における容積変化を
伴う空間を言う。図ではローター３、ローターハウジン
グ４、サイドハウジング５により形成される空間を言う
）内へ流入した給気は、吐出側通路１５，１６を経て機
関１へ供給される。

今、機関の空転状態を含む低負荷域（特に極低負荷域）
を考えると、開閉弁８は全閉しており、ある１つの作動
室６に注目すると、同作動室６の容積の最小状態から最
大状態へ到る行程の中途（以下、この時点をＶｄ点と称
する）まで、ローター３の中心軸に固定されたロータリ
弁１０（手前側のサイドハウジング内に備えられている
）に形成された連通部１１が接続部１２（吸入側通路９
がロータリ弁１０へ接続する部分）及び吸入側通路１３
へ連通する事によつて給気が（大気圧のまま）同作動室
６内へ流入し、機関へ供給される給気を制限（密度を大
気圧状態よりも小とする）する様になつている。

この場合、吸入側通路９内を流れてくる給気は接続部１
２及び連通部１１を経て、更に吸入側通路１３（いずれ
も手前側のサイドハウジングに形成されている）を介し
て、吸入側通路７及び１４から同作動室６内へ流入する
のである（吸入側通路１３はロータリ弁１０の円周面へ
接続している）。

そして、前記Ｖｄ点で同作動室６内へ流入する給気の流
入が遮断された後は、同作動室６内の給気は断熱的に膨
張すると共に再び断熱的に圧縮され、過給機２の吐出側
の圧力、即ち吐出側通路１５内の圧力（負圧）にほぼ等
しくなつた時点で、逆止弁１７（リード弁式）を開き吐
出側通路１５，１６内へ吐出され、かくして機関へ供給
されるのである（図では、吐出側通路１６は逆止弁１７
の直前の吐出側通路１５内へ連通しているが、逆止弁１
７の直後へ連通させても良い−この場合、吐出側通路１
６にも逆止弁を備える様にする）。

ここで、前記Ｖｄ点における同作動室６に注目すると、
同作動室６内の圧力は大気圧であり、他方同作動室６よ
りも１つ進み側（ローター３の回転方向側）の作動室内
の圧力は強い負圧となつている為、ローター３（図では
下段側のローター）には回転方向側に回転させようとす
る強いトルクが作用している事が理解されよう。

即ち、本発明においては過給機２は動力を発生しており
、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を制限させる（密度を大
気圧状態よりも小とする）様にすると、機関のポンプ損
失の為に燃費は悪化するが、本発明においては過給機２
から機関１へ動力が伝達されるので、これにより機関の
ポンプ損失は大部分回収され、機関のポンプ損失に起因
する燃費の悪化は全くない（逆に、過給機２が駆動され
るので、燃費は改善される）。

この様に本発明においては、機関の空転状態を含む（極
）低負荷域では機関へ供給される給気を制限しているの
で、シリンダー内熱容量は適度に減少される。

従つて、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）が十分に上昇するから燃焼が改善され、燃
料の完全燃焼が可能となり、機関の燃費を改善させる一
因となる（かつ、着火遅れ期間が短縮され、燃焼圧力の
上昇が緩やかとなるから燃焼騒音が低減される利点もあ
る）。

他方、圧縮端圧力は減少するので、機関の摩擦損失が減
少し、更には過給機２の駆動馬力損失が低減されるので
、燃費は大幅に改善される。

（通常は、過給機２により給気を常時加圧して機関へ供
給しているので、燃費が相当悪化する事は避けられない
）かくして、過給機付内燃機関（デイーゼル機関）にもか
かわらず燃費は大幅に改善される。

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
、アクセルペダル（図示せず）の所定開度から徐々に又
は急激に開き始める開閉弁８を開く様にすれば良く、こ
れにより過給機２の吐出側の圧力が高まり、そして機関
には過給が行なわれるに到り、燃料噴射量の増大と相ま
つて機関の出力は増大する（開閉弁８はアクセルペダル
、コントロールラツク等に機械的に連動させてある）。

ここで、再び機関の空転状態を含む（極）低負荷域を考
えると、開閉弁８を若干開く様にしても、換言すれば前
記Ｖｄ点までに、機関へ供給される給気の大部分を占る
如く（開閉弁８が全閉の場合は機関へ供給される給気の
全部を占る如く）、給気を作動室６内へ流入させる様に
しても、過給機２に動力を発生させる事ができる。

尚、前記Ｖｄ点からは作動室６内の給気が断熱的に膨張
する為、給気温度が若干低下する事も考えられるから、
排ガス等により予め加熱しておく様にすると良い。

吐出側通路１５の作動室６に開口する開口部を、サイド
ハウジング５に形成する様にした実施例を第２図に示す
（主要部のみ示した）。

又、逆止弁１７を除去した実施例を第３図に示す。

この場合、前記Ｖｄ点における作動室６内の給気が断熱
的に膨張した後に、過給機の吐出側の圧力にほぼ等しく
なつた時点で（過度に膨張しない様に）直ちに同作動室
６が連通路１８を介して吐出側通路１５へ連通させる様
に構成してある（もちろん、連通路１８の作動室６へ開
口する開口部をローター３の反回転方向側に移し、前記
Ｖｄ点の近傍で直ちに同作動室６がこの連通路１８を介
して吐出側通路１５へ連通する様に構成しても良い）。

機関の過給時には吐出側通路１５内の圧力を感知するダ
イアフラム装置（図示せず）により閉鎖弁１９を全閉さ
せ、加圧された給気の逆流を防ぐ事は言うまでもない（
閉鎖弁１９は、吐出側通路１５内の圧力がほぼ大気圧に
なつた時点で全閉させるのが良い）。

更に、機関１がオツト一機関である実施例を第４図に示
す（機関は省略した）。

即ち第４図において、機関の空転状態を考えると絞弁８
′は全閉又はほぼ全閉しており、ある１つの作動室６に
注目すると、同作動室６の容積の最小状態から最大状態
へ到る行程の中途（以下、この時点をＶｏ点と称する）
までに、機関へ供給される給気の全部（絞弁８′が全閉
の場合）又は大部分（絞弁８′が僅かに開いた場合）を
占る如く、給気を同作動室６内へ流入させ（ロータリ弁
１０に形成された連通部１１が吸入側通路９，１３へ前
記Ｖｏ点まで連通する事によつて）、前記Ｖｏ点（Ｖｄ
点とは時期が異なるのみである）からは同作動室６内の
給気は断熱的に膨張すると共に再び断熱的に圧縮され、
過給機の吐出側の圧力（吐出側通路１５内の圧力−負圧
）にほぼ等しくなつた時点で、逆止弁１７を開いて吐出
側通路１５内へ吐出され、かくして機関の空転状態を維
持する様になつている。

（燃料供給装置としては特に図示してないが、燃料噴射
装置が望ましい）従つて、過給機には動力が発生し、これを機関へ伝達し
ているから、機関のポンプ損失を大部分回収して燃費を
大幅に改善する事ができる。

この場合、吸入側通路９，１３を流れる給気は絞らない
様にし、前記Ｖｏ点の直前における同作動室６内の圧力
が大気圧となる様にする事が望ましいが、多少ならば給
気を絞る様にしても良い（即ち、前記Ｖｏ点の直前にお
ける同作動室６内の圧力が過給機の吐出側の圧力よりも
十分に大である様にするのである）。

アクセルペダルに連動する絞弁８′を順次開いてゆくと
、同作動室６内には更に多量の給気が流入して機関の出
力は増大され、そして遂には過給が行なわれる様になる
。

絞弁８′が若干開いた機関の部分負荷域においても過給
機には動力が発生し、これを機関へ伝達しているのであ
る。

かくして、過給機付内燃機関にもかかわらず機関の燃費
は大幅に改善される。

第５図に示す実施例は、レプシールドポンプと称する過
給機２を備えた過給機付内燃機関（デイーゼル機関を示
し、機関は図示せず）において本発明を実施したもので
、作用は第１図と同様に説明されるものである。

ただし、吸入側通路９内を流れる給気はローター２０と
の接続部１２（向う側のサイドハウジングに形成されて
いる）からローター２０に形成された連通部２１（ロー
ター２０を貫通している）を経て、更に吸入側通路１３
（手前側のサイドハウジングに形成されている）を介し
て作動室２２内へ流入する様になつており、前記Ｖｄ点
（作動室２２の容積の最小状態から最大状態へ到る行程
の中途）までは連通部２１が吸入側通路９，１３に連通
する事によつて給気が大気圧のまま作動室２２内へ流入
するのである。

機関の空転状態を含む（極）低負荷域においては開閉弁
８は全閉又はほぼ全閉しており、これを全閉させた時の
作動室２２のＰ−Ｖ線図（圧力−容積線図）を第６図に
示すが、図からも明らかな様に過給機２は斜線の部分に
相当する仕事、即ち動力を機関へ伝達し、機関のポンプ
損失を大部分回収しているのである（Ｐｏは大気圧を、
Ｐｉは過給機２の吐出側の圧力−負圧を示す）。

従つて、機関へ供給される給気が適度に制限され、圧縮
端温度が十分に上昇して燃焼が改善され、燃料の完全燃
焼が行なわれる。

かつ、圧縮端圧力が減少して摩擦損失が低減され、更に
は過給機の駆動馬力損失が減少し、かくして機関の燃費
は大幅に改善される。

この場合、第３図と同様に連通路１８を形成する様にし
ても良く（逆止弁１７を除去しても良い）、かつ前記Ｖ
ｄ点の近傍で直ちに作動室２２がこの連通路１８へ連通
する様に構成すれば、作動室２２のＰ−Ｖ線図は第７図
の如く示されるから、第７図の斜線の部分に相当する仕
事、即ち動力が機関へ伝達され、依然として機関のポン
プ損失を大部分回収する事ができるのである。

第５図では、前記Ｖｄ点までローター２０を貫通する連
通部２１が吸入側通路９，１３へ連通する事によつて給
気が作動室２２内へ流入する様にしたが、第８図に示す
如くローター２０を貫通しない連通部２３（凹部の如く
形成してある）を使用しても可能である。

即ち第８図において、前記Ｖｄ点まで連通部２３が吸入
側通路９，１３（共に向う側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、給気が（吸入側通
路１３が連通路２３を介して吸入側通路９に連通する期
間のみ）作動室２２内へ流入する様になつているのであ
る。

第５図において機関がオツトー機関である実施例を第９
図に示す。

即ち第９図において（機関は図示せず）、機関の空転状
態を考えると絞弁８′，８′′は全閉又はほほ全閉して
おり、ある１つの作動室２２に注目すると、同作動室２
２の容積の最小状態から最大状態へ到る行程の中途（即
ちＶｏ点）までに、機関へ供給される給気の全部（絞弁
８′，８′′が共に全閉の場合）又は大部分（絞弁８′
，８′′のいずれか一方が僅かに開いた場合）を占る如
く、給気を同作動室２２内へ流入させ（ローター２０を
貫通する連通部２１が吸入側通路９′，１３に連通する
事によつて）、これにより機関の空転状態を維持する様
にしている。

従つて、絞弁８′，８′′を全閉させた時の作動室２２
のＰ−Ｖ線図は第６図と類似したものとなり、過給機か
ら機関へ動力が伝達される事によつて機関のポンプ損失
を大部分回収し、燃費を大幅に改善する事ができる。

アクセルペダルと連動する絞弁８′′を開けば、連通部
２１が吸入側通路９′′，１３へ連通する事によつて更
に多量の給気が吸入側通路９′′からも作動室２２内へ
流入し、絞弁８′′を更に開くと絞弁８′も開き始め、
そして遂には過給が行なわれる様になる。

この場合、絞弁８′′を有する吸入側通路９′′を除去
しても（即ち、吸入側通路９′のみにしても良い）良い
が、これを形成した事により機関の部分負荷域の広い範
囲にわたつてポンプ損失を大部分回収する事ができる。

次に第１０図に示す実施例は、わじポンプを過給機２と
して使用した過給機付内燃機関（デイーゼル機関であり
、機関は図示せず）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）低負荷域を考えると、開閉
弁８は全閉又はほぼ全閉、閉鎖弁１９は全開しており、
ある１つの作動室２８（図ではローター２４及び２５、
ローターハウジング２６、サイドハウジング２７により
形成される空間を言う）に注目すると、同作動室２８の
容積の最小状態から最大状態へ到る行程の中途（即ちＶ
ｄ点）までに、機関へ供給される給気の全部（開閉弁８
が全閉の場合）又は大部分（開閉弁８が若干開いた場合
）を占る如く、給気を同作動室２８内へ流入させ（同作
動室２８が前記Ｖｄ点まで吸入側通路９−手前側のサイ
ドハウジングに形成されている−へ連通する事によつて
）、前記Ｖｄ点からは同作動室２８内の給気は断熱的に
膨張すると共に、過給機２の吐出側の圧力（負圧）にほ
ぼ等しくなつた時点で同作動室２８は連通路１８を介し
て吐出側通路１５へ連通し、かくして過給機２に発生し
た動力を機関へ伝達して、機関のポンプ損失を大部分回
収しているのである（前記Ｖｄ点の近傍で直ちに同作動
室２８が連通路１８を介して吐出側通路１５へ連通する
様に構成しても良い）。

従つて、機関へ供給される給気が制限されるから、圧縮
端温度が十分に上昇すると共に圧縮端圧力は減少し、か
つ過給機２の駆動馬力損失も減少して、機関の燃費を大
幅に改善する事ができる。

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
、アクセルペダルの所定開度から開き始める開閉弁８を
徐々に又は急激に開く様にすれば良い。

機関の過給時には閉鎖弁１９を全閉させるのである。

開閉弁８をスライド弁式にした実施例を第１１図に示す
。

即ち第１１図において、開閉弁８はアクセルペダルの所
定開度から開く（手前側から向う側へスライドする）様
に構成され、開閉弁８の開閉によつて吸入側通路７の作
動室２８へ開口する開口部（ローターハウジング２６の
内壁面にある）の有効断面積が変化すると共に、この開
口部と作動室２８との連通の遮断される時期が変化する
様になつている。

機関の空転状態を含む（極）低負荷域では、吸入側通路
７の作動室２８へ開口する開口部は既に一定の有効断面
積を有しており、従つてある１つの作動室２８に注目す
ると、同作動室２８と前記開口部との連通が遮断される
時点（前記Ｖｄ点に相当する）まで、給気が吸入側通路
７及びその開口部から同作動室２８内へ流入し、前記Ｖ
ｄ点からは同作動室２８内の給気が断熱的に膨張すると
共に、吐出側通路１５内の圧力にほぼ等しくなつた時点
で同作動室２８は連通路１８を介して吐出側通路１５へ
連通する様になつている。

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８を徐々に又は急激に開く様にする事は言うま
でもない。

以上、第１０，１１図に示したねじポンプを過給機とし
て使用した過給機付内燃機関は、オツト一機関において
も同様に実施されるものである（即ち、作動室２８の容
積の最小状態から最大状態へ到る行程の中途Ｖｏ点まで
に、機関へ供給される給気の全部又は大部分を占る如く
、給気を同作動室２８内へ流入させ、これにより機関の
空転状態を維持する様にするのである）。

ここで、再び第１１図（デイーゼル機関の場合）を考え
ると、過給機の吐出側（吐出側通路１５）には強い負圧
が発生しているから、適当な流量制御装置２９を有する
排ガス導入通路３０を形成すれば、排気通路３１内を流
れる排ガスを吐出側通路１５内へ多量に導入させる事が
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を低減させる事もできる。

この場合、吐出側通路１５内へ導入される排ガスの流量
を順次増加させてゆくと、遂には吐出側通路１５内の圧
力がほぼ大気圧となり、従つて過給機から機関へ動力が
伝達される事はないが、同時に機関にもポンプ損失が発
生しない様になるので、これに起因する燃費の悪化は全
くない（この時、圧縮端温度はもちろん十分に上昇する
が、これはシリンダー内熱容量の減少によるものではな
く、機関へ供給される空気、即ち新気の量を制限した事
と排ガスを導入した事とによるものである）。

この様にしても、圧縮端温度が十分に上昇して燃料の完
全燃焼が可能となる一方、過給機の駆動馬力損失も低減
されるので（デイーゼル機関では、過給機により常時給
気を大気圧以上に加圧している）、機関の燃費は大幅に
改善されるのである。

以上は第１，２，３，５，８，１０図に示す本発明（い
ずれもデイーゼル機関）にも適用される。

本発明は以上の如く構成されているので、過給機付内燃
機関にもかかわらず燃費は改善される。

【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の断面図、第２
〜５図・８〜１１図は本発明による過給機付内燃機関の
断面図（機関は図示せず）、第６・７図はＰ−Ｖ線図で
ある。１は機関，２は過給機，３・２０・２４・２５はロータ
ー，４・２６はローターハウジング，５・２７はサイド
ハウジング，６・２２・２８は作動室，７・９・１３・
１４・９′・９′′は吸入側通路，８は開閉弁，１０は
ロータリ弁，１１・２１・２３は連通部，１２は接続部
，１５・１６は吐出側通路，１７は逆止弁，１８は連通
路，１９は閉鎖弁，２９は流量制御装置，３０は排ガス
導入通路，３１は排気通路，８′・８′′は絞弁である
。特許出願人　北村修一

Claims

【特許請求の範囲】

（１）互いに無接触状態で噛合うローターを有する過給
機を機関の出力軸へ連結した内燃機関において、前記過
給機のある１つの作動室に注目し、同作動室の容積の最
小状態から最大状態へ到る行程の中途までに、機関へ供
給される給気の全部又は大部分を占る如く、給気を同作
動室内へ流入させ、かつ前記中途の時点までは給気を同
作動室内へ流入させ、以上の状態から同作動室内へ給気
を更に流入させつつ遂には過給を行う様にした事を特徴
とする過給機付内燃機関。
（２）過給機を備えたデイーゼル機関において、前記過
給機のある１つの作動室に注目し、同作動室の容積の最
小状態から最大状態へ到る行程の中途Ｖｄ点までに、機
関へ供給される給気の全部又は大部分を占る如く、給気
を同作動室内へ流入させ、かつ前記Ｖｄ点までは給気を
同作動室内へ流入させ、これにより機関へ供給される新
気を制限して過給機の吐出側の圧力が正圧とならない様
にし、かくして圧縮端温度を上昇せしめ、以上の状態か
ら機関へ供給される給気が更に要求される場合には給気
を更に同作動室内へ流入させ、遂には過給を行う様にし
た特許請求の範囲第１項記載の過給機付内燃機関。
（３）Ｖｄ点の直前における作動室内の圧力が過給機の
吐出側の圧力よりも十分に大である様にした特許請求の
範囲第２項記載の過給機付内燃機関。
（４）排ガスを過給機の吐出側へ導入する様にした特許
請求の範囲第３項記載の過給機付内燃機関。
（５）Ｖｄ点の直前における作動室内の圧力が過給機の
吐出側の圧力にほぼ等しくなる如く、排ガスを過給機の
吐出側へ導入する様にした特許請求の範囲第２項記載の
過給機付内燃機関。
（６）過給機を備えたオツトー機関において、前記過給
機のある１つの作動室に注目し、同作動室の容積の最小
状態から最大状態へ到る行程の中途Ｖｏ点までに、機関
へ供給される給気の全部又は大部分を占る如く、給気を
同作動室内へ流入させ、かつ前記Ｖｏ点までは給気を同
作動室内へ流入させると共に前記Ｖｏ点の直前における
同作動室内の圧力が過給機の吐出側の圧力よりも十分に
大である様にし、かくして過給機に動力を発生させ、以
上の状態から機関の出力を増大させる場合には給気を更
に同作動室内へ流入させて出力を制御しつつ、遂には過
給を行う様にした特許請求の範囲第１項記載の過給機付
内燃機関。