JPS61294133A - 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】 本発明は，機関の出力軸へ連結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，機関の過大な熱負荷及び燃焼圧力，更にはノ
ツキング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，機関の空転状態を含む部分負荷域において，
過給機に動力を発生させる事によつて過給機付内燃機関
にもかかわらず機関の燃費を改善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（オツトー機関）の出力軸へチユーン，ベルト等を
介して連結する過給機７を備えている。

過給機７は雄ローター（羽根８，羽根支持体８′′を総
称して言う）と雌ローター９を有し，両ローターは非接
触状態で図示しない同期歯車によつて同期的に互いに反
対方向へ回転し合う様になつている。

雄ローターの羽根は８は雌ローターの外周部１０が密接
する欠円部１４を有する固定された欠円体１３の周囲に
密接して回転する様になつている。

雌ローターの陥没部には羽根外周部８′（羽根８のロー
ターケーシング内周面に面で密接する部分）が密接する
密接面１６（円柱面）が形成され（通常は密接面１６と
羽根外周部８′との間の間隙は０．１〜０．２ｍｍ程度
とする）。羽根８が陥没部１２へ嵌り込んでいる時，密
接面１６を除く陥没部１２の他の部分と羽根８との間の
間隙を大きく取つてある（通常は１．５ｍｍ程度）にも
かかわらず，鋭角部ｔ１が欠円部１４の進み端から離れ
る瞬間には，羽根８の羽根外周部８′が密接面１６に（
僅かな余裕をもつて）密接しており，前記羽根外周部８
′が前記密接面１６から離れる瞬間には，鋭角部ｔ２が
欠円部１４の遅れ端に（僅かな余裕をもつて）到達して
いる様に構成され，かつ欠円部１４が羽根８により完全
に覆われる瞬間（期間）を有する様に構成されているの
で，吸入側と吐出側との連通は常時遮断され，ポンプ（
即ち過給機）としての機能を有するものとなるのである
。

ロータリ弁３は機関（ロータリピストン機関を示す）の
出力軸の回転の１／２に減速して駆動され，作動室２（
吸入・圧縮・膨張・排出が行なわれる空間を言う）の内
で吸気過程中の作動室２の最大容積位置の近傍で一定期
間吐出通路２０を開き（ロータリ弁３に形成された閉鎖
部４が吐出通路２０を一定期間開き），従つて機関の高
負荷域においては給気通路５から作動室２内へ充填され
た給気に追加する如く過給機７から圧送されてくる給気
を作動室２内へ圧入し，かくして機関に過給を行う様に
なつている（即ち，給気通路５がロータリピストン１の
側面により閉鎖される直前から一定期間，過給機７から
圧送されてくる給気を作動室２内へ圧入して過給を行う
のである）。

今，機関の空転状態を考えると，制御弁６は全閉，閉鎖
弁２２は全開しており，吸入通路１７から過給機７内へ
流入した給気は吐出通路１９，２０，２１を経て機関へ
供給され，これにより機関の空転状態が維持される様に
なつている。

この場合，最高過給圧力が低く設定される時は，吸入通
路１７内を流れる給気を絞る必要はないが，最高過給圧
力が高く設定される時には，二点鎖線示の如く制御弁１
８により給気を若干絞る様にする必要がある。

吐出通路２１は，過給機７の吐出側（吐出通路１９）が
機関の作動室２の吸気過程の全域又は広い範囲にわたつ
て作動室２内の負圧を受ける様にする為に備えられてい
る。

制御弁６を全閉，閉鎖弁２２を全開させた時のポンプ室
１１と陥没部１２とを合計した空間のＰ−Ｖ線図（圧力
−容積線図）を第２図に示すが，図からも明らかな様に
過給機７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。

Ｐｓは過給機７の吸入側の圧力（吸入通路１７内の圧力
），Ｐｄは過給機７の吐出側の圧力（吐出通路１９，２
０，２１，更には制御弁６の下流側の給気通路５内の圧
力を示し，ＰｓはＰｄよりも十分に大となつている）。

ここで再び機関の空転状態を考えると，制御弁６を僅か
に開いておく様にしても，換言すれば機関へ供給される
給気の大半を占る如く（制御弁６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）給気を過給機７内
へ流入させる様にしても，過給機７に動力を発生させる
事ができる。

機関の出力を増加させる為に制御弁６を開いてゆくと（
制御弁１８を備えている場合には，これも同時に開いて
ゆく），給気は給気通路５からも機関の作動室２内へ流
入して機関の出力は増大され，制御弁６を更に開いてゆ
くと，遂には機関に過給が行なわれる様になる。

機関の過給時に到る直前には，吐出通路１９，２０，２
１内の圧力を感知して作動するダイアフラム装置（図示
せず）により閉鎖弁２２を全閉させる事は言うまでもな
い。

この様に本発明によれば，機関の空転状態を含む部分負
荷域においては過給機７から機関へ動力が伝達されるの
で，過給機付内燃機関にもかかわらず燃費は大幅に改善
される。

尚，吐出通路２１は給気通路５に連絡させてあるが，機
関の作動室２を形成するサイドハウジングに直接開口さ
せる様にしても良い。

２３は燃料噴射弁である。

次に，機関の低給気流量域においても吐出通路２１（断
面積は十分に小である）内を流れる給気の流速は十分に
高いから，吐出通路２１から噴出する給気の速い噴流（
過給機７から送られてくる給気の速い噴流）によつて機
関の作動室２内に形成される給気の乱れを強化する様に
すれば，燃料の霧仕・気仕及び燃焼が促進されて機関の
燃費を更に改善する事ができる（吐出通路２１を直接機
関のサイドハウジング内壁に開口させる様にしても，同
様の効果がある）。

加えて，燃料噴射弁２３を二点鎖線示の如く吐出通路２
１の端末部，又は吐出通路１９に設置して，過給機７か
ら送られてくる給気の速い噴流（吐出通路１９，２１の
断面積は給気通路５のそれよりも十分に小さい）に燃料
噴射弁２３から噴射される燃料を衝突させる様にすれば
，燃料の霧仕・気仕が促進され，良質な混合気が形成さ
れるので，機関の燃費を一般と改善する事ができる。

尚，過給機７はルーツ型過給機に代える事ができる。

次に，第１図に示す過給機７において吐出通路１９を雌
ローター側のローターケーシング１５にのみ形成する様
にした実施例を，第３図に示す。

即ち第３図において，機関の過給時を考え（逃し弁２６
は全閉している），ある１つのポンプ室１１に注目する
と，同ポンプ室１１内の給気は同ポンプ室１１の容積の
縮小に従つて連通路２４を介して雌ローターの陥没部１
２（これも雌ローター側に形成されたポンプ室である）
内へ流入し（断熱的に圧縮され），吐出通路１９内の圧
力にほぼ等しくなつた時点で同ポンプ室１１が陥没部１
２へ連通し，この陥没部１２を介して吐出通路１９内へ
吐出される様になつているのである（これは過給機の断
熱効率の向上と，騒音の低減に効果がある）。

連通路２４は必要不可欠なものではないが，この連通路
２４を形成する事により陥没部１２内の給気も圧縮させ
た後に吐出通路１９内へ吐出される事になる。

２５は放出通路で，欠円部１４と羽根８との間の空間内
の圧縮された給気を圧縮過程中にない吸入通路１７との
連通が遮断されたポンプ室１１内へ校出して，損失を減
少させる役割を果すものである。

さて以上の様に構成された過給機７′を第１図の過給機
７に代えて使用し，機関の空転状態を考えると，制御弁
６は全閉，閉鎖弁２２及び逃し弁２６は全閉しており，
ポンプ室１１内の給気は逃し通路２７を介して吸入側へ
所定量逃された後に，同ポンプ室１１と逃し通路２７と
の連通が遮断されると同時に同ポンプ室１１は陥没部１
２を介して吐出通路１９へ連通し，かくしてこの過給機
７′には前述と同様に動力が発生する様になるのである
。

過給機７′におけるポンプ室１１内の給気は逃し通路２
７を介して吸入側へ所定量逃された後に同ポンプ室１１
が陥没部１２へ（吐出通路１９へ）連通する様になるの
で，制御弁１８により吸入通路１７内を流れる給気を絞
る必要性がなくなると共に，最高過給圧力が高く設定さ
れる時でも過給機７を使用する場合に比較すれば制御弁
１８により給気を絞る度合は小さくなり，過給機７′に
発生する動力はより大となる（過給機７を使用する場合
は制御弁１８により給気を絞る度合が過大となり，第２
図における圧力ＰｓとＰｄとの圧力差が小となる）。

機関の過給時には逃し弁２６を全閉させる事は言うまで
もない。

第４図は本発明をディービル機関に適用したもので，吸
気弁２８は例えば作動室２の吸気過程の下死点後２０°
で閉じ，副吸気弁２９は例えば作動室２の吸気過程の下
死点後０°から８０°の期間のみ開いている様に構成さ
れている。

従つて機関の高負荷域においては，給気通路５から作動
室２（シリンダー内部）内へ充填された給気に追加する
如く過給機７から圧送されてくる給気を作動室２内へ圧
入し，機関に過給を行う様になつている。

今，機関の空転状態を含む部分負荷域（特に低負荷域）
を考えると，制御弁６は全閉（又は僅かに開く），閉鎖
弁２２は全開しており，吸入通路１７から過給機７内へ
流入した給気は吐出通路１９，２０，２１を経て機関へ
供給され，これにより機関へ供給される給気の少なくと
き大半を占る如く（制御弁６が全閉の場合は全部を占る
如く，制御弁６が僅かに開いている場合は大半を占る如
く）給気を過給機７内へ流入させる様にし，かくして過
給機７の吸入側の圧力（大気圧）は吐出側の圧力（負圧
）よりも十分に大となり，過給機７には動力が発生する
様になるのである。

この様に本発明によれば，機関へ供給される給気の量を
過給機７により制限しているので，作動室２内の熱容量
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，機関の極低負荷域に
おける失火も減少して燃費を改善させる一因となり（か
つ着火遅れ期間が短縮され，燃焼騒音も低減される），
更には圧縮端圧力は減少するので機関の摩擦損失が減り
，燃費は改善される。

かくして機関へ供給される給気の量を過給機７により制
限して機関のポンプ損失が増大するにもかかわらず，前
述の様な燃費改善効果があるので燃費の悪化はなく，少
なくとも過給機７に発生する動力に相当する分は燃費が
改善されるのである。

以上により本発明の目的は達成される。

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は，制御弁６を徐々に又は急激に開
く様にすれば良く，これにより過給機７の吐出側の圧力
が高まり，機関の出力は増大し（燃料噴射量の増大と相
まつて），遂には機関に過給が行なわれる様になる。

機関の過給時には，閉鎖弁２２を全閉させる事は言うま
でもない。

ここで，制御弁６が全閉又は僅かに開いた機関の空転状
態を含む部分負荷域を考えると，過給機７の吐出側には
強い負圧が発生しているから，二点鎖線示の如く適当な
流量制御装置３１を有する排ガス導入通路３０を形成す
れば排ガスを過給機７の吐出側へ多量に導入させる事が
でき，これにより圧縮端温度を更に上昇せしめる利点を
生ずると共に，排ガス中のＮＯｘを低減させる事ができ
る。

尚，第４図においては過給機７を第３図に示す過給機７
′に代えても良い（この場合，最高過給圧力の設定如何
によつては逃し通路２７を介してポンプ室１１内の給気
を吸入側へ逃すと，機関へ供給される給気の不足を来す
事が考えられるから，逃し通路２７を過給機の吐出側へ
連絡させなければならない事が起る）。

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を大幅に改善する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１・４図は本発明による過給機付内燃機関の図，第２
図はＰ−Ｖ線図，第３図は過給機の断面図である。 １はロータリピストン，２は作動室，３はロータリ弁，
４は閉鎖部，５は給気通路，６・１８は制御弁，７・７
′は過給機，８は羽根，９は雌ローター，１０は外周部
，１１はポンプ室，１２は陥没部，１３は欠円体，１４
は欠円部，１５はローターケーシング，１６は密接面，
１７は吸入通路，１９・２０・２１は吐出通路，２２は
閉鎖弁，２３は燃料噴射弁，２４は連通路，２５は放出
通路，２６は逃し弁，２７は逃し通路，２８は吸気弁，
２９は副吸気弁，３０は排ガス導入通路，３１は流量制
御装置，８′は羽根外周部，８′′は羽根支持体，ｔ１
・ｔ２は鋭角部である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つのローターが非接触状態で同期的に互いに反
   対方向へ回転し合う過給機を備え、機関の作動室内へ連
   絡する給気通路に制御弁を設置し、この制御弁をバイパ
   スして機関へ給気を供給する前記過給機を機関の出力軸
   へ連結させ、前記給気通路から機関の作動室内へ充填さ
   れた給気に追加する如く前記過給機から圧送されてくる
   給気を機関の作動室内へ圧入して過給を行う内燃機関に
   おいて、機関へ供給される給気の少なくとも大半を占る
   如く給気を前記過給機へ流入させ、かつ前記過給機の吐
   出側が機関の作動室の吸気過程の全域又は広い範囲にわ
   たって作動室内の負圧を受ける様にすると共に前記過給
   機の吸入側の圧力が吐出側の圧力よりも十分に大である
   様にし、これにより過給機に動力を発生せしめ、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
   は給気を更に機関へ供給しつつ、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. （２）過給機が雄ローター及び雌ローターを有する過給
   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
   。
3. （３）過給機のある１つのポンプ室に注目し、同ポンプ
   室内の給気を所定量過給機の吸入側へ逃した後に同ポン
   プ室内の給気を過給機の吐出側へ吐出せしめ、かくして
   過給機に動力を発生せしめ、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機関へ
   供給しつつ、遂には過給を行う様にし、機関の過給時に
   は同ポンプ室内の給気が同ポンプ室の容積の縮小によっ
   て圧縮された後に過給機の吐出側へ吐出される様に構成
   した特許請求の範囲第２項記載の過給機付内燃機関。
4. （４）機関がオットー機関である特許請求の範囲第１項
   ないし第３項のいずれかに記載の過給機付内燃機関。
5. （５）機関がディービル機関である特許請求の範囲第１
   項ないし第３項のいずれかに記載の過給機付内燃機関。
6. （６）過給機から送られてくる給気の速い噴流によって
   機関の作動室内に形成される給気の乱れを強化する様に
   した特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記
   載の過給機付内燃機関。
7. （７）過給機から送られてくる給気の速い噴流に燃料を
   衝突させ、燃料の霧仕・気仕を促進させる様にした特許
   請求の範囲第４項記載の過給機付内燃機関。
8. （８）過給機の吐出側へ排ガスを導入する様にした特許
   請求の範囲第５項記載の過給機付内燃機関。
9. （９）過給機の吸入側を流れる給気を絞る様にした特許
   請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の過給
   機付内燃機関。