JPS6020582B2 - 圧縮点火エンジン用空気加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧縮点火エンジン用空気加熱装置に関するもの
である。

圧縮点火エンジンの始動性を良好にするため、エンジン
を加熱するのである。

加熱手段として最も簡単な方法はエンジンへの空気取入
口に設けた燃焼チャンバ内で燃料を燃やすことであろう
。正確に熱量を供給するため、注意深く制御して燃料を
燃焼チャンバへ供給する必要がある。更に、過給圧縮点
火エンジンの場合にはエンジンの燃焼室内に噴射された
燃料が適正に燃焼されることを保証するためにエンジン
の走行中加熱状態を維持する必要がある。走行中エンジ
ンに加えられる熱量は注意深く制御されなければならな
い。燃焼チャンバへの燃料の供給を制御する際に生じる
問題点の一つは燃料供給源からの燃料の圧力が変動する
ということである。例えば燃料供給源がバッテリ動力の
電気式ポンプの場合、バツテリの電圧が変動するとポン
プの供給燃料圧力が影響を受ける。例えば、バッテリ動
力のエンジンスター夕の動作時に電圧変動が著しい。本
発明の目的は簡便な圧縮点火エンジン用の空気加熱装置
を提供することである。

本発明に係る圧縮点火エンジン用空気加熱装置は、燃焼
器を含み、この燃焼器を通して燃料が供給される燃焼チ
ャンバと、該燃焼器に燃料を供給するための２段燃料ポ
ンプにして、第２段の出力がノズルに接続されており、
第２段の入力は第１段の出力に接続されており、該第１
段の入力は使用時において加圧燃料源に接続されており
、燃料送給速度はポンプが駆動される速度に依存してい
る２段燃料ポンプと、該ポンプを駆動するための第１の
モータ装置と、使用時においてポンプの第２段を介して
実質的な圧力降下が発生するのを防止する如く作動可能
な弁装置と、ポンプの作動速度を制御するための制御装
置とを有している。

付図を参照して本発明に係る空気加熱装置の実施例を説
明する。付図の第１図についてまず説明すると、吸入マ
ニホールド１１，１２を有するＶ型圧縮点火エンジン１
０が示されている。

空気吸入マニホールドの取入口端部は連結部材１３を介
して燃焼チヤンバ１４の敬出口と蓬通しており、燃焼チ
ャンバ１４の取入口端部はパイプ１５を経てターボ週給
機（図示せず）のコンブレツサ部分取出口と蓬適してい
る。ターボ週給機のタービンはエンジンの排気ガスによ
り駆動される。燃焼チャンバ１４は燃焼器を内蔵してお
り、燃銃器に取入口１６を経て液体燃料が、取入口１７
を経て加圧空気が供給される。

加圧空気は符号１８で示される空気ポンプを介して供給
されており、空気ポンプは燃焼チャンバの上流側におい
て空気をパイプ１５から取入れている。燃焼チヤンバ１
４は、点火栓などの点火装置を内臓しており、ユニット
１９から点火装置に電気エネルギーが供給されている。
符号２０で示される燃料ポンプの取出口に取入口１６が
接続されており、このポンプ取出口と取入口１６との間
に電気作動弁２１が設けられている。

燃料ポンプ２０の非作動時、過給機の作動による燃焼チ
ャンバ１４内の空気圧が燃料をポンプ中へ逆流させるの
を、この弁２１によって防止している。燃料ポンプの取
入口は加圧燃料源に接続され、この燃料源は適宜車両の
燃料タンク内に設けたポンプ２２として示している。ポ
ンプ２２は電気的に駆動されすなわち、車両のバッテリ
から電力が供給される。第１図に示される如く、ポンプ
２０‘ま２段ポンプであり、第１の段は符号２３で示さ
れており、第２の段は符号２４で示されている。

これらの２段構造は図示せぬ電気モータより駆動された
容積型ポンプである。第１段の吐出量は第２段の吐出量
の２倍とすると都合が良い。更に、ポンプ２０の第２段
２４の取入口及び取出口の間に圧力低下が発生しないよ
うにするため符号２５で示される弁が設けられている。
従ってポンプ２０の出力はそれが駆動される速度に比例
しており、燃焼チャンバへの燃料送給量は駆動モ−夕の
速度を変更することにより容易に制御することが出来る
。ポンプ２０及び弁２５の構造については後に詳細な説
明を行なう。しかしながらこの時点で、燃料流量を広範
囲に変化させて燃焼チャンバに燃料供給する必要がある
ということを述べておく。即ち、一例によれば１時間当
り１．３５〜１８．０リットルの燃料流量変化が必要で
ある。モータの速度を変化することにより流量変化が与
えられる。実験の結果によれば、モータが比較的低速度
のモータの運転時燃焼器への燃料流量が４・さくなるが
この場合においてもポンプ２２の出力圧力が顕著に変化
したとしても、流量変化が生じることはないことが判明
した。特定の例においては、エンジン１０‘ま１２個の
シリンダを備えており、燃料は燃料噴射ノズルを介して
エンジンの燃焼領域へと供給される。

この噴射ノズルの一つを符号２６で示す。実際には、こ
のような噴射ノズルが１２個設けられているものと理解
されたい。燃料はポンプ機器２７を介して適切な時期に
ノズルに供給される。ここにポンプ機器２７はカムシャ
フトを備えており、このカムシャフト上には１２個のカ
ムが装着されておりこれらのカムによりノズル２６と関
連する個々の噴射ポンプがそれぞれ作動されている。ポ
ンプ機器２７のカムシヤフトは継手２８を介してエンジ
ン１０により駆動される。ポンプ機器によってエンジン
に供給される燃料の量は調節式制御ロッドを介して周知
の如く行なわれる。制御ロッドのセッテイングは特定の
例によれば機器２７のボデーに取付けられたハウジング
２９内に配置された電磁アクチュェータを介して行われ
る。前述のハウジング内には又制御ロッドの実際の位置
の電気信号を発生するトランスデューサが設けられてい
る。制御ロッドのセッティングを決定する電磁アクチュ
ェータへの電流の供給は全体として符号３０で示される
制御回路により制御されている。制御回路はスロットル
ベダル３２と接続されたトランスデューサ３１からの要
求信号を受取るだけでなく、エンジン作動状態を示す種
々の信号を受取っている。このような種々の信号の一つ
はエンジンに供給される空気圧を指示するトランスデュ
ーサ３３によって与えられている。更に別の信号は温度
検出子３４によって与えられており、検出子３４はエン
ジン構造体の金属部分の温度を示している。更に別の検
出子３５が設けられており、これによりエンジンの排気
ガスの温度が示されている。又ハウジング２９内にはポ
ンプ機器の速度、従ってエンジンの速度を示す信号を与
えるトランスデューサが設けられている。種々の部品に
よって与えられる種々の信号は制御回路３０内において
処理されており、運転者の望む通りにエンジンが作動す
るように、電磁ァクチュェータが制御ロッドをセットす
るように、信号がこの電磁アクチュェータに送られる。
この要求が例えばエンジンの過回転を招くようなもので
ある場合には制御回路はエンジン速度を安全値に保持す
るよう供給燃料量を規制することになる。検出子３４及
び３５によって与えられる信号は又ある種の状況下にお
し、てエンジンに供給される燃料量を制御するのにも用
いられる。エンジン１０は過給式であるから、このエン
ジンの圧縮比はエンジンが週給されていない場合に〈ら
べて低くなる。

従ってエンジンを始動させる場合エンジンに供給される
空気を加熱しなければならない。何故ならば過給機は、
エンジンが始動速度にある場合などの軽負荷状態の場合
には、加圧空気を供給することが出来ないからである。
燃焼チャンバ１４はそれが燃料及び空気を供給されてい
る時にエンジンに流入する空気を加熱してエンジンの急
速始動を促進するとともに、エンジンが軽負荷の期間中
は、ポンプ機器２７によりエンジンに供給される燃料の
燃焼を良好にする。第２図について説明する。この図に
は燃焼チャンバ１４と関連し、これを介しての熱の発生
を制御するための電子部品を含んだ種々の部品をブロッ
ク線図で示している。燃焼チャンバの下流側において、
すなわち空気吸入マニホールド１１，１２の取入口内に
温度検出子３６が装着されている。この検出子は燃焼チ
ャンバに供聯合される燃料の量に応じて変動する吸入マ
ニホールドへの供給空気の温度を検出している。第２図
には又燃料ポンプ２０‘こ対する駆動モータ３７がトラ
ンスデューサ３８とともに示されている。ここにトラン
スデューサ３８はモータ３７の回転速度を示す信号を発
生している。エンジンの始動時、燃焼チャンバへの燃料
の供給は一定量で行なう必要がある。

かくて吸収マニホールド中を流れる空気の温度はエンジ
ンのクランク速度に依存することになる。エンジンがい
ったんそのアィドリング速度に到達すると、エンジンの
軽負荷運転時、燃焼チャンバへの燃料の制御は、検出子
３６により検出される空気の温度によって行なわれる。
この期間中には温度の閉鎖ループ制御が行なわれる。も
し何らかの理由でエンジンが停止した場合燃焼チャンバ
への燃料供給は防止されねばならないし、又エンジン速
度が予め定められた速度値を超過したならばやはり燃焼
室への燃料供給は防止せねばならないことは明白であろ
う。更には、週給機によって送給される空気の圧力が予
め定められた値に到達した時にはエンジンによる燃料の
燃焼作用はエンジンに供給される空気を子熱することな
く満足な状態で進行する筈である。前述の種々の部品に
対する制御システムは論理ユニット３９を含んでいる。
ユニットは端子４０‘こおいて第１の入力を受取るが、
入力は過給機により送給された空気の圧力を指示してお
り、この入力はトランスデューサ３３から引出すのが便
利である。論理ユニットは又入力部分４１において、エ
ンジン速度が所定の値以下であることを示す信号を、入
力部分４２において実際のエンジン速度を示す別の信号
をそれぞれ受取る。モータ３７の速度は制御部材４３に
より決定され、都材４３は温度検出子３６からの入力信
号を受取るとともに、エンジン始動時入力部分４４より
エンジンに供給される空気の必要温度に相応する基準信
号を受取る。しかしながら前述せる如く、エンジンの始
動中燃料は一定の流量で燃焼チャンバに供総合されてお
り、燃料及び空気の供ｖ給は、クランク動作中エンジン
速度が例えば６比ｐｍの如き予め設定された最低値を超
過した時に始めて開始される。エンジン速度がこの値に
到達すると空気ポンプ１８、点火装置供給部材１９及び
モータ３７が励起され、燃焼室内には炎が発生する。も
し何らかの理由で炎（検出子３６により探知）が所定の
時間内に発生しない場合にはシステム全体が遮断され、
エンジン速度が一たん前述の最低値以下に蕗込む迄では
システムの再作動が出来ないようになっている。エンジ
ンが始動してその速度が第２の値（例えば４０仇ｐｍ）
に到達すると、ユニット１９は除励され、論理回路は制
御部材４３をして燃料の閉鎖ループ制御をなさしめる如
く作動させる。端子４４に加えられる基準信号によりマ
ニホールド内を流れる空気の温度値がセットされ、制御
部材４３によりモータの速度はこの温度値が得られるよ
う調節される。燃料の供給作用は続行され、エンジン速
度が所定の値を超過するか、あるいは過給機によって供
給される空気の圧力が所定の値を超過する迄制御を続行
させる。即ちこれらの値のどちらかが達成されると、シ
ステムは遮断されエンジンは燃焼チャンバへの燃料の供
給無いこ作動することが可能となる。もしエンジンが負
荷状態をある期間経過して、負荷無しで走行可能となっ
たならば、エンジン速度及びエンジンへの供給空気圧力
が前述の値以下に蕗込んだ時燃焼チャンバへの燃料の供
給が再開される。ユニット１９はマニホールド内を流れ
る空気の温度が所定の値以下にある時はいつでもエネル
ギーを点火栓へと供給するようにされているのが便利で
ある。かくて燃焼チヤソバへ供給される燃料の点火が迅
速に行なわれることになる。しかしながら、検出子３６
によって検出された温度が炎の発生を示す時及びエンジ
ンがアィドリング速度以上の所定のエンジン速度内で作
動している時にはユニット１９によるエネルギーの供給
は防止される。これ迄の記載により燃焼チャンバ１４は
ガスタービンェソジンの燃焼チャンバと類似の特性を有
することが理解されよう。

従って又燃焼チャンバへの燃料供給制御は多過ぎる燃料
を供給したためあるいは少な過ぎる燃料を供給したため
炎が消滅するということのないように慎重に行なわねば
ならないことが理解されよう。しかしながらエンジン速
度が増大するにつれてエンジンが供孫台する空気の温度
を所望の値に維持するため、燃焼チャンバに、より多く
の燃料を供Ｖ給せねばならないことは明白である。燃料
を燃焼チャンバに送り込む必要のある時はいつでも第１
図に示される弁２１は開いていなければならない。しか
しながら空気が燃料を燃料ポンプ中に押し戻すのを防止
し、従って燃焼室が次の動作時に燃焼室内に炎が急速に
誘起されるのを防止するために、燃料を必要としなくな
った時には弁２１は直ちに閉じる必要がある。次にポン
プユニット２０の実際的な構造を示す付図の第３図及び
第４図について説明する。

第３図及び第４図を参照するとポンプユニット２０は３
つの部品４６，４７，４８で形成されているハウジング
４５を備えている。部品４６及び４７は円筒孔４９を規
定しており、部品４８はこの孔４９に対する端部閉鎖部
材を形成している。孔４９の池端部は部品４６により規
定された端部壁５０によって部分的に閉鎖されており、
この端部壁内には関口５１が形成されている。ハウジン
グ部品４６及び４７間の結合部材は孔４９の軸線を横断
して延びており、加えるに部品４６及び４７は弁２５を
収納する横方向延長部分を備えている。孔４９内には、
部品４６及び４７をボルト５２により互いに結合した後
孔内に挿入可能なポンプが設けられている。このポンプ
が孔４９内に配置されると部品４７がハウジングにボル
ト５３によって取付けられ、かくてポンプの組立ては終
了する。次にポンプの構造を説明するに、該ポンプは一
対の外側ステータ部分５４，５５と中間ステータ部分５
６とを有している。

これらのステータ部分はダウェルピン５７を介して互い
に角度方向に定置されている。前述のステ−タ部分には
中心方向に配置された孔が設けられており、これらの孔
を通って駆動シャフト５８が延びている、尚該シャフト
５８はそれぞれステータ部分５４，５５によって担持さ
れている環状カーボン軸受５９内に鞠支されている。

シャフト５８は端部壁５０１こ近接するその端部におい
てフランジ６０を備えておりＬ池端部においてはサーク
リツプによりシャフト上に保持されたスラスト部材６１
が装着されている。更にステータ部分５４はオイルシー
ル６２を装着しており、該オイルシールはフランジ６０
と端部壁５０との中間位置においてシャフトと係合して
いる。前記シャフトは孔５１中を延びており、シャフト
を露気モ−夕へと接続している継手を迫持している。ス
テ−タ部分５５及び５６の間にはポンプの第１段２３の
部品が配置されており、ステータ部分５４及び５６の間
にはポンプの第２段２４の部品が配置されている。

各段はジャィロ ポンプである。これら２つの毅ポンプ
は同一の構造を有しており、異なる所は第１段２３の寸
法が第２段２４によってポンプ送給可能な燃料の２倍の
量を送給可能なるよう選ばれているという点だけである
。これら段部材の構造についての簡単な説明を段２３に
ついてのみ行なう。

段２３は外側環状部材６３を有しており、部材６３はそ
の内部にダウェルピン５７が通過する穴を有している。

かくて部材６３は角度方向の移動を防止されている。部
材６３内に規定された円筒状穴はシャフト５８の回転軸
線に関して偏心的に配設されている。穴内には内側環状
部材６４が配設されており、部材６４は歯車が形成され
ている外側及び内側円筒状表面を有している。尚段２３
は歯車６５を含んでおり、歯車はシャフト５８のまわり
に装着されるとともに回転可能なる様談シャフトにキー
止めされている。シャフトが回転するにつれて都材６４
も又回転するがこのような回転作用はジャィロ運動の形
態をとる。ステータ部分５５内には弧状の燃料取入口簿
６６（第４図）が設けられており、ステータ部分５６内
には弧状燃料取出口６７が設けられている。

取出口６７は段２４に対する手入口６８と蓮通しており
、段２４１こはステータ部分５４内に形成された取出口
６７及び取入口６８はステータ部分５６内に形成された
通路により内部連結されている。この通路はステータ部
分５６中を実質的に前記シャフト回転軸線と平行な方向
に延びており、このことを可能ならしめるため前記２つ
のポンプ段はシャフトのまわりにおいて互いに１８００
をなして配談されている。取入口６６はステータ部分５
５の周辺内に形成された円周方向溝７０と蓮通しており
、一方取出口６９はステータ部分５４内に形成された溝
７１と運通している。礎７０，７１の各側において、そ
れぞれのステータ部分はシールリングを収納する溝を豚
えており、これらの配設の仕方はポンプが絹付けられた
時にこれを軸線方向に孔４９内へと押し込んで、ステー
タ部分５４の端部表面がハウジングの部分４６の端部壁
５０と係合する付図に示された位置へと定置可能なるよ
う行なわれている。ポンプはステータ部分５５内に形成
された内側凹み内に配置された一対の皿ばね７２を介し
て定位鷹に保持されている。皿ばね７２はハウジング部
品４８上に形成された突起と係合している。ステータ部
分５５の端部とハウジングの部品４８との間には小さな
間隙が設けられており、かくて特定の例においては異な
る金属から形成されているハウジング及びポンプ（例え
ばハウジングはアルミ合金から形成され、ポンプは通常
鋼材で形成されている）の膨脹差を許容出来るようにさ
れている。孔４９の種々の部分にはポンプを孔内に押込
む時にシール部材を損傷しないようテーパが設けられて
いることに注目されたい。第３図に目を向けると、弁２
５は２つのハウジング部分４６及び４７の間に規定され
た弁チャンバ７３を含んでいる。

ダイヤフラム７４はチヤンバ７３中を延びてこのチャン
バを２つの部分７５，７６へと分割している。チャンバ
部分７５は通路７７を経て円周方向溝７１と蓮通してお
り、通路７７は通路７８を経てハウジング部分４６上の
図示せぬ敬出口へと延びている。但しこの図示せぬ取出
口は使用状態において弁２１を経て燃焼器へと接縦され
ている。孔４９には礎７１と符合する溝が設けられてお
り、更にこの孔はこの溝に向けて煩斜をすることにより
ポンプを孔４９内に挿入する時シ−ルの損傷を防止する
ようになっていることを注意されたい。チャンバ部分７
６はステータ部分５６の周辺表面内に形成された更に別
の溝７８へと接続されている。この溝７８はポ−ト６７
及び６８と蓮適している。チャンバ部分７６内には又ハ
ウジング部分４７内にねじ込まれた部材７９内に規定さ
れた取出口が配置されている。

この取出口は使用状態において排出口と蓮通せる取出口
８０と運通している。取出口８川ま又ポンプとハウジン
グの部分４８との間に規定されたスペースと連適してい
る。ポンプ上に形成された溝７０は使用状態においては
ポンプ２２に接続されている図示せぬ取入口と蓮適して
いる。ダイヤフラム７４はその一つの側面がポンプの２
つの段中間における圧力にさらされており、他の側面が
第２段の取出口における圧力にさらされている。

既に述べた如く、ポンプの第１段は第２段と比較して実
質的に２倍の燃料をポンプ送給することが出来、従って
殆んどの使用状態においてダイヤフラム７４は余分な燃
料が取出口１８へと流れる如く変位することになる。こ
のダイヤフラムの効果はポンプの第２段にわたって実質
的な圧力降下が生じないようにすることであり、従って
ポンプの出力がシャフト５８の回転する速度に直接比例
するようにさせることである。第３図に示される如く、
前記ダイヤフラムはその周辺部がハウジングの２つの部
分４６，４７の間に挿入されており、ダイヤフラムの相
対する側上には環状のシールリングが配設されている。

尚これらのシールリングは環状構内に配談されている。
ダイヤフラムはべりリウム鋼合金により好ましくはプレ
ス成形品として構成されており、特定の例においては中
央円板８１が設けられて、この円板が部材７９と協働し
て敬出口中の燃料の流れを制御するようになっている。
しかしながらダイヤフラムは円板を必要としない適当な
形状のものとすることも可能であり、又例えば合成ゴム
の如き他の材料から形成することも可能である。実験の
結果によれば部材７９の藤線方向位置を調節出来るよう
にする必要は実際上無いことが判明している。しかしな
がら場合によってはこの調節を行なうことが望ましい場
合もあるであろう。このような場合には都材７９はハウ
ジングの周辺に迄延長されるとともに「角度方向の調節
作用（ねじの効果によりこの調節作用は又藤線方向の調
節作用をも兼ねる）を行なうための装置を備えることに
なる。以上説明した構成により、本発明は燃料ポンプの
第１段において過剰量の燃料を送出させると共にその第
２段の間の圧力降下をゼロにさせるように燃料をスピル
させて燃焼器へ流れる燃料の量をポンプの回転速度に正
確に比例させて制御することができ、また従釆の装置に
おけるように精密に作られたオリフィス及び弁及びそれ
を制御する複雑な構造の制御機構を必要とせず、定客式
のポンプと比較的簡単な構造のダイヤフラム弁によって
簡単にかつ容易に作られることができ、更にこの装置を
往復ピストン式エンジンに組込んでもエンジンの振動に
充分耐え得るなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧縮点火エンジンに応用した本装置の図止的配
置図、第２図は第１図の装置の一部のブロックダイヤグ
ラム図、第３図は第１図に示されるポンプの実際的構造
に関する断側立面図、第４図は第３図を直角方向に眺め
た図をそれぞれ示す。 １０：圧縮点火エンジン、１１，１２：吸入マニホール
ド、１４：燃焼チヤンバ、２０：燃料ポンプ、２２：加
圧燃料源、２３：ポンプの第１の段、２４：ポンプの第
２の段、２５：弁装置、２６：ノズル、３０：制御装置
、３４，３５，３６：温度検出装置、１７：第１のモー
夕装置、３９：論理ユニット、７４：ダイヤフラム、１
８：空気ポンプ。 ＦＩＧ，ｌ， ＦＩＧ．３． Ｎ ９ 山 寸 ｇ Ｕ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼器を含み、該燃焼器を介して燃料が供給される
   燃焼チヤンバと、該燃焼チヤンバに燃料供給を行う第１
   段と第２段の各段が入口と出口を有する固定容量式の２
   段燃料ポンプと、該第２段の出口を該燃焼器に連通する
   第１流路装置と、該第２段の入口を第１段の出口に連通
   させる第２流路装置と、前記ポンプを駆動する第１のモ
   ータ装置と、前記第２の流路装置に接続されたスピルポ
   ートの開度を制御するため、該ポンプの第２段の入口と
   出口の圧力に応動する弁素子を含む弁装置と、該ポンプ
   の速度を制御する制御装置とを有する構成の圧縮点火エ
   ンジン用空気加熱装置にして、該第１段の入口は、動作
   時燃料源に接続され、該ポンプの燃料供給装置は、該ポ
   ンプが駆動される速度に依存し、該弁装置は、作動時該
   スピルポートを通して燃料をスピルさせるべく動作し、
   もつて該ポンプの第２段を介しての圧力降下をゼロにし
   、該ポンプの第１段は、該第２段より以上の燃料を送給
   するようになつている圧縮点火エンジン用空気加熱装置
   。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の空気加熱装置におい
   て、加圧空気を前記燃焼器に供給して燃料の噴霧化を助
   成するための空気ポンプと、該空気ポンプを駆動するた
   めの第２のモータ装置とが含まれている構成の圧縮点火
   エンジン用空気加熱装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の空気加熱装置におい
   て、該制御装置は、エンジンの始動モード中において該
   第１のモータ装置の速度を実質的に一定に保持して前記
   燃料器への燃焼供給速度を実質的に一定となす様作動す
   る構成の圧縮点火エンジン用空気加熱装置。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の空気加熱装置におい
   て、前記燃焼チヤンバの下流地点における空気の温度を
   検出して該制御装置に対して該第１のモータ装置の速度
   調整を可能ならしめる信号を与え、かくてエンジンの走
   行モード中においてエンジンに供給される空気の温度を
   実質的に一定に保持せしめるための温度検出装置が含ま
   れていることを特徴とする圧縮点火エンジン用空気加熱
   装置。