JPS6131619A - 過給機付の内燃機関 - Google Patents

過給機付の内燃機関

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JPS6131619A
JPS6131619A JP15347684A JP15347684A JPS6131619A JP S6131619 A JPS6131619 A JP S6131619A JP 15347684 A JP15347684 A JP 15347684A JP 15347684 A JP15347684 A JP 15347684A JP S6131619 A JPS6131619 A JP S6131619A
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internal combustion
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敬介 笠原
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Mayekawa Manufacturing Co
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    • F02D23/00Controlling engines characterised by their being supercharged
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • F02B33/34Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps
    • F02B33/36Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of positive-displacement type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04Injectors peculiar thereto
    • F02M69/042Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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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〕 本発明は省エネルギーで無公害な過給機付の内燃機関に
関する。
〔従来の技術〕  ! 従来の内燃機関において過給機としてはスーパーチャー
ジャーとターボチャージャーを用いることが一般的に行
なわれ、何れも吸入空気の増加を計るのであるが、小型
とするために速度型である調型のターボ圧縮機が使用さ
れている。また排ガスによる膨脹機も熱効率を上げるた
めに排熱温度を上げる傾向にある。
第5図はエンジン1に過給1112と排気翼型の膨張タ
ービン3とが複合に連動されている従来技術であって、
フィルタ6を通った空気は導管5から過給機2に吸入さ
れ昇圧され吐出管8を経てエンジン1に流入しここで燃
aS入管4から供給された燃料と混合し燃焼爆発した後
、排気管12に流出し次いで排気翼型の膨張タービン3
で膨張仕事を行なう。過給機2は伝動軸13により、ま
た排気翼型の膨張タービン3は伝動軸16により、それ
ぞれエンジン1に連結されている。
過給機2は翼壁ターボ圧縮機であり、膨張タービン3は
翼型タービンである。翼壁ターボでは圧縮比が大となら
ず、容積型と異なり、スタート時は容量はすくなく、回
転が出ないときは圧力も上らない。一方翼型タービンは
遠心型であり、起動時は回転は出ないし、排気温度が低
いときは効率が出ない、また排気ガスの変動に対して遠
心型、速度型であるのでタービン効率は安定しない。
従って動力回収の効率は悪い。
(発明が解決しようとする問題点) 前記従来技術では、過給機が速度型であるために回転温
度が出ない内は風量も上らず、回転′S度が上るときの
みその効果が出る。又圧力は上らない。したがって低速
時と起動時には効果が出ないためNOxや黒煙が生じ公
害を除去することは困難であり、更に遠心型であるため
高い空気圧力が得られない欠点がある。
また、排ガス膨脹機も熱効率を上げるために排熱温度を
上げようとしているため、翼型タービンは材料的にコス
ト高となり、仲々適当なものが得難い欠点がある。また
起動時に排気ガス温度は低くガス口は少く、このために
圧縮機側に十分な量と圧力の空気を与える足る出力を出
すことができない。又負荷変動に呼応できないというよ
うな欠点がある。
更に、内燃機関の爆発圧力の上昇は温度を上げるため、
振動、騒音等が特有のものとなり益々高くなる傾向にあ
る。
本発明はこのような従来技術の問題点を解決し、省エネ
ルギーとNOxを減少による無公害と騒音のすくない静
粛運転のできる内燃機関を得るこ′とを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の過給機付の内燃機関は、内燃機関に連結する過
給機を容積型の空気圧縮機とし、この空気圧縮機の圧縮
空気中に前記内燃機関に供給する燃料の一部又は全部を
噴射混入し、引火点以下の圧縮比で圧縮した後、前記内
燃機関に゛吸入させるような構成からなる(第1の発明
)。
第1の発明において、容積型の空気圧縮機をスクリュー
式圧縮機とし、この圧縮機のロータのガス閉じ込み後の
圧縮工程中に、内燃機関に供給する燃料の一部又は全部
を必然的に圧縮工程中に噴射混合させる構成とすること
ができる。
また、本発明の過給機付の内燃機関は、内燃機関と直結
する容積型の空気圧縮機の圧縮空気中に前記内燃機関に
供給する燃料の一部又は全部を噴射混入し引火点以下の
圧縮比で圧縮させる構成、遂行した後、排気ガスを前記
内燃機関と直結した容積型の膨脹機に流入させるに際し
、前記排気ガス中に水又は液体を噴霧して水蒸気又はガ
スを発生させこれを前記排気ガスと共に前記膨脹機内に
流入させるような構成からなる(第2の発明)。
第2の発明において、容積型の膨脹機をスクリュー式膨
脹機とすることができる。
〔作用〕
本発明は、内燃機関に連結する容積型の空気圧縮機によ
り圧縮される圧縮空気中に供給燃料の一部又は全部を噴
射混入して引火点以下の圧縮比で圧縮した後、内燃機関
に吸入させて仕事をさせることにより経済的で能率のよ
い原動機が得られる。
また本発明は、前記の作用を奏せしめる内燃機関におい
て更に仕事を遂行した排気ガス中に水又は適宜の液体を
噴霧して水蒸気又はガスを発生させた上、これらを排気
ガスと共に内燃機関と直結する容積型の膨脹機に流入さ
せることにより更に経済的で能率のよい原動機が得られ
る。
r 中位al) 第1図及び第2図は本発明の一実施例である。
この実施例が第5図の従来技術と相違する点は次のとお
りである。すなわち第1図において、スクリュー式空気
圧縮機2aのロータのガス閉じ込み後の圧縮工程に燃料
噴射口9が設けられ、燃料導入管4に流量調整弁20を
介して連結した送油管10が燃料噴射口9に連通してい
る。燃料導入管4は流量調整弁20を介して分岐管11
にも連結されている。
2aはスクリュー式空気圧縮機である。燃料例えば燈油
の発火点までの断熱圧縮温度を約250℃とすれば、そ
のときの断熱圧縮圧力は略8 K’j / cIllで
あるから、この圧力まで以下の圧ノコ少くとも2〜5 
Kg/ cmまで昇圧される。燃料はクスリュ一式空気
圧縮機2aの燃料噴射口9より圧縮工程中に一部又は全
部を混入され(流量調整弁20.20の制御による)、
空気と混合してミストとなり、吐出管8を経てエンジン
1内に燃料混合空気となって吸引される。
スクリュー式空気圧縮112aは回転数を早くすれば小
型で大容量を圧縮することができ、しかも高圧空気を作
ることができる。
第4図は前記実施例(燃゛料を全部、圧縮機中に噴射し
た場合)のPV指圧線図であって、容積型の圧縮機によ
り引火点以下2〜3気圧までの空気をエンジンに吸入す
ることにより、a位置はa′位置になり、その侭だと最
大圧力はC1−cl ’になり、サイクルはa’  b
’ clCI ’  c’ d’となるが、圧力は従来
と同じcc’ とすると(トップクリアランスの調整に
より)、CC1C1′C′分はC′C″d′の面積と同
じとすれば、もとのabcc’  dはa′ b′ C
C″d″となり、従来よりのピストンを動かす有効仕事
の面積abcc’dよりもa’ b’ cc″d’ の
方が有効仕事が増加するものである。
なお、第4図において、面積fcc’ dgはシリンダ
内に発生したガスの膨張力がピストンを動かす仕事量を
示し、面積abfgは圧縮に要する仕事量であるから、
その面積差がビンスンを動かす有効な仕事となり、面積
abcc’ daで示される。
第2図において、エンジン1と直結する容積型(スクリ
ュー式)の膨脹機3aに対して排気ガス管12が連結さ
れ、この排気管12のエジェクタ部21を通じて水又は
液体噴射管14から水又は液体が混入される。排気ガス
温度はエンジンでは約500℃前後で更にセラミックエ
ンジンでは約600℃前後にもなる。この高温度をもつ
排気ガス中に水等を噴射することにより蒸気を発生させ
、排気ガス温度は低下するが、その分だけ水蒸気となっ
て排出するガスの体積を増やすことになり、これを容積
型の膨脹機3aに導入させることにより回転力を増加さ
せることができることになる。仕事をした排気ガスは導
管15から排出される。
第3図は第1図と第2図とを結合した状態を示すもので
ある。同一符号の部分はそれぞれ均等な構造と機能を有
している。容積型の空気圧縮機2aをスクリュー式圧縮
機とすれば、ロータのガス閉じ込み後の圧縮工程中に燃
料を燃料噴射口9より噴射混合し、混合気体としてエン
ジン1に導入する。一方排気管12の排気ガス中に水等
を噴射し蒸気ガス混合体として容積を増加し、容積型の
膨脹機3aの効率を上げるようにする。
スクリュー式の空気圧縮機は高速回転で吸入ガスも大容
量圧縮できるので高圧縮比に向いており、エンジン指圧
線図(第4図)のa位置をa′位置まで圧力上昇させる
ことができる。
また、燃料噴射口9から燃料の一部又は全部を霧状に混
合し、高い圧力でエンジン1に吸引されるのでエンジン
1の爆発圧力を低くすることができる。また閉じ込み後
の圧縮工程中に燃料を噴射するので、空気を吸入する量
を減少することがなく、また燃料噴射量も僅少で閉じ込
み後であるので軸動力を余計に必要としない。
〔発明の効果〕
本発明は内燃機関に連結する過給機に容積型好ましくは
スクリュー式空気圧縮機を用いたので内燃機関の起動時
にも高圧力の空気が吸気できるので燃焼も良好でNOx
の減少が計れると同時に燃料を圧縮工程中に燃料の全量
を噴射し高圧空気と混合できるため燃料噴射機構が簡単
になる。
また、燃料の一部を圧縮工程中に噴射混合するときは空
気と燃料との混合割合が良好になる。
容積型であるためスタート時より空気圧縮温度が高くな
り、また燃料が加熱されて吸引されるため、起動が良好
となる。
高圧力で空気がエンジンに吸気されるので爆発圧力は低
く抑えることができ高圧縮比をとらないですみ、低圧縮
比とするために最高爆発温度も圧力も低下してよく、振
動、騒音が減り、静粛な運転ができる。またNOxが少
なくなるため無公害エンジンとなる。
一方、膨脹機に容積型好ましくはスクリュー式の膨脹機
を用い、排気ガス中に水等を噴霧して排気ガス温度を利
用して蒸発させ、排気ガス容積を増やしたために膨脹機
の効率を上げることができる。更には排出ガス湿度を低
くとれるので低温度爆発でもよく、騒音、振動も低くな
り低温度燃焼によるN0xの減少になる。また水をフラ
ッシュするために排気ガス中の黒煙も減少する。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図はそれぞれ本発明の実施例のフロー
シートダイヤグラム、第4図は本発明の実施例のエンジ
ン指圧線図(PV線図)、第5図は従来公知のエンジン
のフローシートダイヤグラムである。 1・・内燃機関としてのエンジン、2a・・容積型の空
気圧縮機としてのスクリュー式空気圧縮機、3a・・容
積型の膨脹機としてのスクリュー式膨脹機、4・・燃料
導入管、9・・燃料噴射口、10・・送油管。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)内燃機関に連結する過給機を容積型の空気圧縮機
    とし、この空気圧縮機の圧縮空気中に前記内燃機関に供
    給する燃料の一部又は全部を噴射混入し、引火点以下の
    圧縮比で圧縮した後、前記内燃機関に吸入させるように
    したことを特徴とする過給機付の内燃機関。
  2. (2)容積型の空気圧縮機がスクリュー式圧縮機であり
    、内燃機関に供給する燃料の一部又は全部を前記スクリ
    ュー式圧縮機のロータのガス閉じ込み後の圧縮工程中に
    噴射混合させることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の過給機付の内燃機関。
  3. (3)内燃機関と直結する容積型の空気圧縮機の圧縮空
    気中に前記内燃機関に供給する燃料の一部又は全部を噴
    射混入し引火点以下の圧縮比で圧縮した後、前記内燃機
    関に吸入させ仕事を遂行した後の排気ガスを前記内燃機
    関と直結する容積型の膨脹機に流入させるに際し、前記
    排気ガス中に水又は、液体を噴霧して水蒸気又はガスを
    発生させ前記排気ガスと共に前記膨脹機内に流入させる
    ようにしたことを特徴とする過給機付の内燃機関。
  4. (4)容積型の膨脹機がスクリュー式膨脹機であること
    を特徴とする特許請求の範囲第3項記載の過給機付の内
    燃機関。
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