JP5888651B2 - 過給機を備えた内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の効率と性能を高めるために内燃機関の要件に合うように内燃機関に空気を供給するための過給機を備えた内燃機関に関する。

内燃機関に空気と燃料の供給を増やして馬力を高めるために空気置換装置が開発され、用いられている。このような空気置換装置の一例として、Ｐ．Ｈ．Ｒｏｏｔｓの米国特許第３０，１５７号とＧ．Ｓｃｈｅｅｒｅｒの米国特許第２，２０１，０１４号に紹介された“Ｒｏｏｔｓ Ｂｌｏｗｅｒ”がある。これらの装置は２個のロータを駆動するのにベルト駆動軸を利用する。ロータが１回転するごとに所定の空気量を内燃機関のような圧縮機に送る。ロータの回転速度はアンスロットルド（ｕｎｔｈｒｏｔｔｌｅｄ）空気量を決める決定的な要素である。

Ｃ．Ｎ．ＨａｎｓｅｎとＰ．Ｃ．Ｃｒｏｓｓの米国特許第６，２４１，４９８号に紹介された過給機のロータは内燃機関に連結して、燃料／空気混合物を燃焼室に供給する。このロータには半円筒形のポケットと突出部が備えられていて、空気が連続的に過給機を通過する。過給機によって排出されるアンスロットルド空気量は、過給機を駆動する内燃機関の作動速度によって左右される。一定速度で動作する過給機によって排出されるアンスロットルド空気量はほとんど変わらない。この装置には、過給機を出入する空気を調節するための制御装置がない。

Ｊ．Ｅ．Ｗｈｉｔｆｉｅｌｄの米国特許第３，１５１，８０６号は、ハウジング内で一対のロータが回転するスクリュー型圧縮機を紹介する。固定されたバルブスペーサ（ｓｐａｃｅｒ）の入口側に体積調節バルブが位置する。固定されたバルブスペーサの出口側に位置する圧縮調節バルブが出口の大きさと長さを調節する。バルブに連結したスクリューを利用してバルブの位置を調節し、流体供給量と内部圧縮比を所望のとおり調節する。

Ｆ．ＳｏｄｅｒｌｕｎｄとＫ．Ｋａｒｌｓｓｏｎの米国特許第４，５９７，７２６号は、ハウジング内で互いに噛み合って一対のロータが回転するスクリュー型圧縮機を紹介する。圧縮機の圧力比と容量は、互いに独立して動くように設置された２個のスライドで調節する。一方のスライドは圧縮機の容量を調節し、他方のスライドは圧縮機の体積比を調節する。

Ｎ．Ｔｓｕｂｏｌの米国特許第４，９５１，６３８号は、一対の雌雄ロータが備えられたスクリュー型過給機を紹介する。それぞれのロータの一端部に設置されたギアによって、ロータが同期的に回転するが、互いに接触はしない。一方のロータは内燃機関に連結して、内燃機関が過給機に動力を供給する。内燃機関の吸気マニホールドに排出される空気量を調節する吸気空気量制御装置がこの過給機にはない。

Ｊ．Ｏｓｃａｒｓｓｏｎの米国特許第４，８０２，４５７号は、過給機の圧縮室内にロータが配置された内燃機関を紹介する。内燃機関に負荷がかかって、ロータチャンバに入る空気が制限されると、過給機の入口に連結した空気スロットル装置がアクセレータによって作動する。

Ａ．Ｂ．Ｒｉａｃｈの米国特許第５，７９１，３１５号は、過給機に供給される空気を制御する制御装置を備えたスパーク点火内燃機関を紹介する。この制御装置の入口バルブは、最大エンジン負荷で開き、エンジン負荷が低くなりながら次第に閉じて、スロットルバルブは最大エンジン負荷で開き、負荷が低くなる時、順次閉じる。

Ｇ．Ｋｉｒｓｔｅｎの米国特許第６，０２２，２０３号は、可変置換スクリュー型圧縮機を紹介する。ここでは一対のロータが入口チャネルから出口チャネルに圧縮空気を送る。ロータと関連したハウジングが圧縮機の内部圧縮比を制御する。ステッパモータによって回転する制御カムによって、ハウジングがスプーリングに対して動く。

４行程ディーゼルエンジンは、始動と連続動作のために圧縮空気を供給する送風機や過給機を必要としない。最初の行程では、ピストンが下がりながら、シリンダに空気が入る。シリンダの空気は上昇行程によって圧縮されながら、燃料の点火温度以上に上昇される。ピストンの上端部からシリンダ内に燃料が噴射されながら、高温の圧縮空気によって、自動点火が起こる。燃料の急速燃焼による急激な気体圧縮比上昇でピストンが下降する。続く上昇行程では、気体と粒子が排気バルブを通して排気マニホールドに排出される。４行程ディーゼルエンジンの出力トルクはシリンダ内に噴射されて燃焼する燃料量に制御される。それぞれの吸気行程の間、ディーゼルエンジンシリンダに自然に吸入される空気量は、エンジンの速度やトルクによってほとんど変わらないが、毎サイクルごとに噴射される燃料の最大量を制限する。

米国特許第３０，１５７号 米国特許第２，２０１，０１４号 米国特許第６，２４１，４９８号 米国特許第３，１５１，８０６号 米国特許第４，５９７，７２６号 米国特許第４，９５１，６３８号 米国特許第４，８０２，４５７号 米国特許第５，７９１，３１５号 米国特許第６，０２２，２０３号

本発明は、ディーゼルエンジンとディーゼル型エンジンの動力対重量比を改善することを目的とする。本発明は、過給機と４行程ディーゼルエンジンやディーゼル型エンジンを結合して、エンジンの最大動力に対してもエンジンの携帯性を改善して、エンジンの大きさと重量は減らすことを他の目的とする。本発明は、エンジンに供給される空気の圧力と空気量をエンジン作動範囲以上に効率的に調節して、エンジンの燃料効率を上げて、エンジンの排気量を変化させる性能を有する空気置換過給機をディーゼルエンジンやディーゼル型エンジンと結合することをまた他の目的とする。

本発明は、大気圧以上で空気を受け入れる吸気マニホールドを備えて、自動車駆動装置やポンプや発電機のような負荷に連結した内燃機関に関し、内燃機関に空気量を可変的に供給するために内部圧縮比と空気量が可変的な過給機を利用する。このような内燃機関の例としては、ディーゼルエンジンやスパーク点火エンジンがある。一般的にスロットル式吸気マニホールドなしで動作する他のエンジンもディーゼルエンジンの範疇に含まれ、本発明の内燃機関に属するといえる。過給機は、エンジンの出力が負荷条件を満たすほどに適切な時、吸気マニホールドで何の空気圧上昇も起こらないように、エンジンに吸入された空気量とエンジンに伝達された空気量を一致させる作用をする。また、過給機は、エンジンの昇圧した吸気マニホールドの空気圧に比例する空気量を圧縮して吸気マニホールドに送る作用もする。その結果、圧力を高める昇圧機なしでもエンジンを最も効率的に作動させられる。過給機は、エンジンによって作動する空気置換機構であったり気体圧縮機であり、エンジンの重量比に合うように動力を高める。電動機のような他の動力機も空気置換機構を作動させることができる。気体圧縮機は、第１気体量は第１の場所に、第２気体量は第２の場所に選択的に送る作用をする。速度が一定の場合、過給機の空気量制御装置は過給機に圧縮された空気の空気量と圧力を調節して、エンジンの速度を一定に維持するようにする。過給機は、エンジンの動力条件に合うようにシリンダに入る空気量を高めて、全般的なエンジン効率を改善する。ねじ山と螺旋溝が形成されて互いに協力しながら、定圧空気量を生成する一対の雌雄ロータによって過給機を通し、エンジンまで空気が移動する。これらのロータは、コンパクト且つ効率的な空気圧縮機の部品であり、エンジンに空気を供給し、必要な性能を得る。過給機が排出する空気量はロータの間に閉じ込められた有効空気の長さを調節して、制御される。ロータに連結した一つ以上のスライドアセンブリが過給機の空気移動／圧縮動作を制御する。ロータの片方の近くに配置された長いスライド部材を備えた過給機が回転中のロータに閉じ込められた空気量を調節しながら、余剰空気は大気に排出するので、ロータと付近のハウジングが冷却されて過給機のポンピング効率も改善される。スライド部材に連結したアクチュエータはスライド部材をロータに対する最大バイパス位置、中間バイパス位置および最小バイパス位置の間に動かす役割をする。この部材が最大バイパス位置にある時は、自然に吸入される空気量の分だけ過給機によって、エンジンのシリンダにポンピングされる。過給機によって、エンジンに供給される空気量は、スライド部材を前記３個の位置の間に徐々に動かしながら調節される。アクチュエータはコントローラの制御を受けて、エンジンの速度と負荷条件に合うようにエンジンに供給される空気量を制御する。エンジンの速度と負荷を示す信号に応答するプロセッサは、噴射開始タイミングとシリンダに噴射される燃料量を調節せよとの命令信号をコントローラに送る。手動で作動するコントローラを利用して、プロセッサに入力信号を送ってアクチュエータでもってスライド部材の動作位置を調節するようにする。過給機がエンジンに送る空気量に応答する空気量センサは、シリンダに対する燃料の供給と過給機の動作を制御する追加の入力信号をプロセッサに送る。可変圧縮比過給機は過給機の圧縮荷重を最小化して、エンジンの現在の動力条件を満たし、システムの損失動力を最小化する。過給機は吸入空気を利用して、過給機で生じる熱を除去するが、この時、冷却用余剰空気は大気にバイパスさせる。バイパスされた空気は過給機に再び戻す必要がない。この場合、大気に排出された余剰空気のため、過給機の内部が冷却されてエンジンに供給される圧縮空気の温度が下降する。このような冷却効果のため、冷却器を小型化して、吸気室の温度を低くし、与えられた空気量に対する空気圧力を低くし、排出量に合うように空気量を調節することができる。

本発明は、自動車、ポンプ、発電機のような負荷に動力を供給する方法を含む。ディーゼルエンジンや圧縮点火エンジンのような空気圧縮燃料点火エンジンは、負荷に連結する。過給機の空気はエンジンの動力条件に合うように量を変化させながら、エンジンに向かう。エンジンに供給される空気量はエンジンに自然に吸入される空気量と同じに、またはそれ以上に調節される。エンジンの動力条件や負荷条件を満たす適切な時点に燃焼室内の空気に誘導される燃料の燃料量は適切な燃焼性能と排気性能を出すように制御される。過給機で生成された圧縮されていない第１空気量は大気に排出されて、過給機で生成された第２空気量はエンジンに向かう。大気に排出された第１空気量はエンジンに向かう第２空気量を選択的に変化させるように調節される。第１空気量はロータによる空気圧縮で生じた熱を伝達して、ロータとハウジングを冷却する。このため、エンジンに向かう第２空気量の温度が下降する。過給機で生じたすべての空気が燃焼室へ向かう時、エンジンに供給される空気の圧力を高めて（昇圧して）エンジンの冷却始動を促進することができる。

本発明の負荷と過給機に連結された内燃機関の概略図である。 本発明の過給機と発電機に連結された内燃機関の概略図である。 図１の過給機の斜視図である。 図１の４−４線断面図である。 図３の過給機の背面図である。 図１の６−６線断面図である。 スライドアセンブリが最大バイパス位置において最小空気量が過給機からエンジンに供給される状態を示す図６の７−７線断面図である。 スライドアセンブリが中間バイパス位置において選択された空気量が過給機からエンジンに供給される状態を示す図７と同一の断面図である。 スライドアセンブリが最小バイパス位置において最大空気量が過給機からエンジンに供給される状態を示す図７と同一の断面図である。 最大バイパス位置のスライドアセンブリとロータを示す過給機の一部の斜視断面図である。 は、中間バイパス位置のスライドアセンブリとロータを示す過給機の一部の斜視断面図である。 最小バイパス位置のスライドアセンブリとロータを示す過給機の一部の斜視断面図である。 図２の過給機の一部の上面斜視断面図である。 本発明の他の例の過給機と負荷に連結した内燃機関を示す概略図である。 図１４の過給機の拡大斜視図である。 ロータが見える状態の図１５の過給機の斜視図である。 ロータ、最大バイパス位置にある空気制御スライドアセンブリおよび体積比制御スライドアセンブリを示す図１５の過給機の部分断面上面斜視図である。 ロータ、中間バイパス位置にある空気制御スライドアセンブリおよび体積比制御スライドアセンブリを示す図１５の過給機の部分斜視断面図である。 ロータ、最小バイパス位置にある空気制御スライドアセンブリおよび体積比制御スライドアセンブリを示す図１５の過給機の部分斜視断面図である。 図１５の過給機の部分斜視断面図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明について詳しく説明する。

図１は、本発明の過給機と負荷に連結した内燃機関１１の概略図である。図１の内燃機関１１は、吸気マニホールド１２と駆動軸１４を有し、この駆動軸は負荷１５に連結する。この内燃機関１１は、従来のディーゼルエンジンのような圧縮点火機関であり、インジェクタ１３が燃焼室内に燃料を適時噴射する。この機関１１は、燃焼室内に噴射された燃料を最終圧縮行程の間、圧縮気体の熱で点火して燃焼させる内燃機関である。内燃機関１１には、吸気マニホールド内で大気圧付近やそれ以上で動作するエンジンと空気圧縮スパーク補助エンジンが含まれる。このようなエンジンをディーゼルエンジンともいう。負荷１５は自動車駆動システム、ポンプ、発電機、駆動軸１４に連結した機械などを含む。内燃機関１１の前方駆動軸１６はベルト−プーリパワートランスミッション１７を過給機１８に連結して、過給機は空気を圧縮して、エアクーラーやインタークーラー１９に送る。トランスミッション１７はチェーン−スプロケット（ｃｈａｉｎ−ｓｐｒｏｃｋｅｔ）やギアドライブ（ｇｅａｒ ｄｒｉｖｅ）でありうる。過給機１８を動かすのに電動機のような他の種類の装置を使ったりもする。換気機２１によって空気はエアクーラー１９を通過しながら膨張して、温度が下降した後、吸気マニホールド１２に連結した配管２０に排出される。配管２０に連結した空気質量センサ２５は、プロセッサ２６に電気信号を送る。過給機１８は図７〜９に示された空気量制御スライドアセンブリ２２を含み、このアセンブリはリニア軸と見られるアクチュエータ２３を有するが、このアクチュエータはスライドアセンブリ２２の最大空気バイパス、中間空気バイパスおよび最小空気バイパス位置を調整して、吸気マニホールド１２に対する空気の供給と大気中にバイパスされる空気を調節する。回転式サーボモータやリニアアクチュエータのようなコントローラ２４は、アクチュエータ２３に連結して、スライドアセンブリ２２を開放位置、閉鎖位置および中間位置の間に動かすようにアクチュエータ２３を作動させて、エンジンの作動条件に応じて大気中にバイパスされる空気量と過給機１８によってエンジン１１の燃焼室に送られる残りの空気量を変化させる。開放位置、閉鎖位置および中間位置は各々最大、最小および中間バイパス位置に対応する。スライドアセンブリ２２が最小空気バイパス位置にある時、エンジンの冷却始動をして、最大の空気膨張量が燃焼室に供給されるようにする。空気膨張は冷却始動を助ける。コントロールプロセッサまたはマイクロプロセッサ２６は、コントローラ２４、空気質量センサ２５およびセンサ２７に連結して、センサ２７は、エンジン１１の駆動軸１４の回転速度に合う電気信号を送る。フットペダル８１（ｆｏｏｔ ｐｅｄａｌ）に連結したオペレーターコントローラ８０は、エンジン１１のオペレーターによるフットペダル８１の作動に応答した電気信号をプロセッサ２６に送るのに用いられる。フットペダル８１を手動で動かし、コントローラ８０が作動すればエンジン１１の作動速度と動力を高めよとの電気信号が生じて、プロセッサ２６に送られる。コントローラ８０を作動させるのに他の方式を用いることもできる。センサ２７で生じた信号をプロセッサ２６の電子素子が処理し、コントローラ２４を作動させる制御信号や命令信号を生成して、コントローラはスライドアセンブリ２２の位置を変えるようにアクチュエータ２３を作動させて、過給機１８によって圧縮されて、エンジン１１に供給される空気量を調節する。プロセッサ２６はシリンダに噴射される燃料量と噴射タイミングを調節する制御モジュールでもあり、負荷条件を満たす最適の経済性でエンジンのＲＰＭと空気量を決めることができる。

図２は、過給された内燃機関動力部１１０の第１変形例の概略図であり、従来のディーゼルエンジン１１１の駆動軸１１４は発電機１１５に連結して、発電機１１５は電気負荷１２５に連結する。エンジン１１１によって駆動する過給機１１８は、プロセッサ１２６とコントローラ１２４の制御を受け、コントローラ１２４は発電機１１５に連結した電気負荷が変わる間、エンジン１１１を一定速度に維持する機能をする。エンジン１１１は、発電機１１５を作動させるために可変的な速度で動作することもできる。過給機１８に対応する過給機１１８の部分は、図１と同じ番号で表わす。

図６〜７に示された過給機１８のハウジング２８には、第１円筒チャンバ３１を囲む第１円筒壁２９と第２円筒チャンバ３３を囲む第２円筒壁３２がある。チャンバ３１，３３は軸線が互いに平行であり、隣接の円弧区間を互いに共有する。チャンバ３３の長さに応じて雌ねじ型ロータ３４が配置され、チャンバ３１の長さに応じて雄ねじ型ロータ３６が配置される。図４、７〜９および１１に示されたベアリング３７，３８が端部部材３９，４１でロータ３４，３６を支持する。ロータ３４に備えられた８個の螺旋溝４２はロータ３６と噛み合う。図６に示すように、ロータ３６の円筒形壁面には複数個のねじ山４３が放射状に突出している。それぞれのねじ山の凸側壁は螺旋溝４２の壁面と一致する形状を有する。螺旋溝４２とねじ山４３の大きさ、個数、形状、螺旋構造および長さは変わりうる。図６のように、ロータ３６の６個のねじ山４３は、ロータ３４の８個の螺旋溝４２と協力して、チャンバ３１，３３内の空気を圧縮させて動く。ロータ３４，３６の螺旋溝とねじ山の個数と大きさを異にすることもできる。図７〜９によれば、ロータ軸４７，４８に連結した同期ギア４４，４６は、２個のロータ３４，３６を同時に反対方向に回転させる。軸４７はエンジン１１を過給機１８に結合するパワートランスミッション１７のベルトと噛み合うプーリやスプロケットホイール４９（ｓｐｒｏｃｋｅｔ ｗｈｅｅｌ）に結合され、エンジンの駆動軸１６の回転速度と関連した速度で２個のロータ３４，３６を互いに反対に回転させる。

図３、４、７によれば、管状端部５２が備えられた引込端部板５１が締結具５３で端部部材３９に固定される。管状端部５２はロータ３４，３６の吸気孔に通じる吸気口５４を囲む。図１のエアフィルター５６は管状端部５２に設置され、矢印５７で表された周辺空気から異物を取り除いて清潔な空気を吸気口５４を通じて、ロータ３４，３６内に送る。

図３〜６によれば、ハウジング２８の上端に設置されたボックス５９（ｂｏｘ）の内部チャンバ６１の空気は、開口部５８と大気連通しており、矢印６３方向に沿ってスリーブ６２を通じてエアクーラー１９内に入る。スリーブ６２はエアクーラー１９が使われない時、エンジン１１に空気を供給するために吸気マニホールド１２に直接連結できる。

図７〜９に示された空気量調節スライドアセンブリ２２は、ピン６６でハウジング２８に固定された部材６４を有する。この部材６４は、部材７１の長さと動きによっては不要でありうる。この部材６４の傾斜面６７は、ハウジング２８側の空気バイパス通路６８とロータ３６の間に配置される。部材６４はないこともあり、空気量移動の最大化のためや、製造上の必要に応じてスライド部材７１の走行要件を最小化する役割だけをする。傾斜面６７は、ロータ３６のねじ山のヘリカル角度に一致する。アクチュエータ２３のロッド６９は、第２スライド部材７１に連結する。ロッド６９が部材７１に締められれば、ロッド６９が回転する時、部材７１はハウジング２８の通路７３に沿ってリニア運動する。サーボモータ、リニアアクチュエータ、ソレノイド、フットペダルなどの他の装置とコントローラは、ロータ３６の長さに対する部材７１の位置を調節するのに用いられる。部材７１のせん断部の傾斜面７２は、部材６４の後端部の傾斜面６７に平行である。部材６４，７１の傾斜面６７，７２は矢印７５方向にロータ３６からバイパス通路６８に向かう空気の流れを促進する。バイパス通路６８上にハウジング２８に設置されたマニホールドキャップ７４は、曲線チューブ７７に空気を案内する通路７６を有し、図１の矢印７８方向に空気を大気中に排出することができる。チューブ７７は騒音を減らすためのマフラーでもありうる。ロータ３４，３６によって動く空気によって、ロータの表面とハウジング２８が冷たく維持されるが、これはスライドアセンブリ２２が最大、中間または最小バイパス位置にある時、エンジン１１に向かわない空気がバイパス通路６８を通じて大気中に排出されるためである。余剰高温空気はロータ３４，３６の吸気口に戻らない。このため、エンジンに供給される圧縮空気の温度が下降する。

ロータ３６に対するスライドアセンブリ２２の位置を調節すると、過給機１８が分配する空気量を変更して、エンジン１１の動力条件を満たすことができる。エンジン１１によって駆動される過給機１８は、エンジンの回転速度であるＲＰＭに反応して、エンジン１１に供給される空気量をエンジンが使う空気量に一致させる。過給機１８は大気中にバイパスされる空気量を変化させたり、吸気マニホールド１２に入る空気量を増加させたり、エンジンの燃焼シリンダに入る空気量と空気圧を増加させる。スライドアセンブリ２２は、大気中に排出される空気量と過給機１８によってエンジン１１に供給される空気量を調節するために、図７〜１２に示すように、最大、中間、最小バイパス位置の間でコントローラ２４で作動する。図７、１０に示すように、スライドアセンブリ２２の可動部材７１が最大バイパス位置にあれば、最小の空気量がエンジン１１に供給され、余剰空気はバイパス通路６８を通じて大気中に排出される。ロータ３４，３６が回転すれば、スライド部材７１によって空気が閉じ込められる時まで引込まれた余剰空気がバイパス通路６８を経て大気へ出て行く。最大バイパス位置では閉じ込められた空気がチャンバ６１に入って、マニホールド１２に向かう前までは全く圧縮されない。図８と１１のスライドアセンブリ２２が中間バイパス位置にあれば、選択された空気量がロータ３４，３６によって圧縮されて、エンジン１１に供給される。図９、１２は、ロータ３４，３６によって最大空気量が圧縮され、エンジン１１に供給される最小バイパス位置にある空気制御スライドアセンブリ２２を示す。空気制御スライドアセンブリ２２は、大気に排出される空気量と圧力とロータ３４，３６で圧縮する空気量を変化させるために最大、中間および最小バイパス位置の間を動く。ロータ３４，３６で圧縮されて、バイパス通路６８を通じて、大気へ向かう余剰空気は、ロータ３４，３６とハウジング２８を冷却するが、これは余剰空気がロータ３４，３６による圧縮過程で生じた熱を伝達するためである。余剰空気は再びロータ３４，３６に戻る必要がない。このため、エンジン１１に向かった圧縮空気の温度が下降する。一方、余剰空気がエアクーラー（図示されていない）を通して過給機１８の吸気口５４に戻ることもできる。

過給機１８は最小膨張や膨張率を変化させて、内燃機関１１を効率的に作動させるために内燃機関に供給される空気量を変化させる。ロータ３４，３６の同期回転によって、空気が連続的に供給される。生成された空気量中の余剰部分である第１空気量は、過給機１８から大気に送り出される。この空気は大気圧に近いバイパス空気である。生成された空気量中の残りの第２空気量は、動力に必要な分だけ内燃機関１１に供給される。大気に送り出された第１空気量は、スライドアセンブリ２２によって調節されながら、内燃機関１１に供給される第２空気量を選択的に変化させる。第２空気量は内燃機関に入る前にエアクーラー１９によって冷却されることができ、エアクーラー１９が使われなければマニホールド１２に直接送られることもできる。

図１４〜２０に示されたものは、本発明の過給機２１８の他の変形例であり、吸気マニホールド２１２、インジェクタ２１３および出力駆動軸２１４を備えた内燃機関２１１で駆動される。駆動軸２１４は、負荷２１５に連結する。負荷２１５は発電機、ポンプ、エンジン２１１で動力を受ける自動車駆動装置などを含む。エンジン２１１の前方駆動軸２１６は過給機２１８を駆動するパワートランスミッション２１７に連結する。エンジン２１１はディーゼルエンジンである。空気は過給機２１８から配管２２０が備えられたマニホールド２１２に連結されたエアクーラー２１９に排出される。エアクーラー２１９に設置された自動車換気機２２１によって空気がエアクーラーを通過すると、エアクーラーを通過する空気がさらに冷却される。エアクーラー２１９が使われなければ、空気をエンジン２１１に供給するために過給機２１８が吸気マニホールド２１２に直接連結することができる。配管２２０に連結した空気量センサ２２５は、プロセッサ２２６に電気信号を送る。

大気にバイパスされる空気量と過給機によって、内燃機関２１１に供給される空気量は、過給機２１８内に配置された空気制御スライドアセンブリ２２２によって調節される。スライドアセンブリ２２２は、アクチュエータ２２３によって最大、中間および最小バイパス位置の間を動くスライド部材２７１を有する。アクチュエータ２２３に連結したコントローラ２２４によって部材２７１が最大、中間および最小バイパス位置の間を動きながら、過給機２１８で内燃機関２１１に供給される空気量を調節する。

アクチュエータ２２３に連結したコントローラ２２４はプロセッサ２２６に連結して、プロセッサは、コントローラ２２４の動作を指示する。プロセッサ２２６は空気量センサ２２５にも連結して、センサ２２７は駆動軸２１４の回転速度に応じた信号をプロセッサ２２６に送って、プロセッサはこの信号を処理して、コントローラ２２４に命令信号を送り、コントローラ２２４はアクチュエータ２２３を作動させて、スライドアセンブリ２２２の位置を調節することによって、過給機２１８によって圧縮され、エンジン２１１に供給される空気量と大気にバイパスされる空気量を調節する。手動式装置２８０がプロセッサ２２６に手動入力をすると、スライドアセンブリ２２２の位置が変わりながら大気にバイパスされ、エンジン２１１に供給される空気量が調節される。空気量センサ２２５はスライドアセンブリ２２２を調節し、エンジンの燃焼室に供給される燃料を調節するようにプロセッサ２２６に電気信号を提供したりもする。

図１５〜１９に示された過給機２１８のハウジング２２８には、円筒形チャンバ２３１，２３３の各々を囲む一対の平行な円筒壁２２９，２３２が備えられている。チャンバ２３１，２３３は、隣接の円弧区間を共有する。チャンバ２３１に沿って延びた雌ねじ型ロータ２３４は、チャンバ２３３内に位置した雄ねじ型ロータ２３６と協力して、ロータ２３４，２３６の長さに沿って空気を移動させる。ロータ２３４，２３６にもロータ３４，３６と同様に螺旋溝とねじ山が形成されている。このようなロータのサイズ、形状および長さを異にして過給機２１８に用いることもできる。ロータ２３４，２３６は、スパーギア２４４、２４６（ｓｐｕｒ ｇｅａｒ）と結合したパワートランスミッション２１７を有するエンジン２１１によって同期的に回転して、スパーギアは、ハウジング２４０によって囲まれたロータの軸２４７，２４８に連結する。ロータ２３４，２３６は、エンジンの駆動軸２１６の回転速度と関連した回転速度で回転する。電動機のような別途の駆動装置を用いてロータ２３４，２３６を回転させることもできる。

図１９によれば、ハウジング２２８の両端部に固定された端部部材２３９，２４１に支持されるベアリング２３７，２３８にロータ駆動軸が挟まれる。管状端部２５２が備えられた吸気板２５１は、締結具２５３で端部部材２３９に固定される。管状端部２５２の吸気口２５４はロータ２３４，２３６の吸気端部に連結して、空気は矢印２５７方向に沿って過給機２１８に入る。図１４に示され、管状端部２５２に設置されたエアフィルター２５６は吸気口２５４に入る空気から異物を取り除く。過給機２１８に入る空気から異物を取り除くのに他の種類のエアクリーナーを使うこともできる。

図１５、１６、２０に示すように、ハウジング２２８上に設置されたボックス２５９の内部通路２６１は、チャンバ２３１，２３３の後端部に連結して、ロータ２３４，２３６で圧縮された空気を受け取る。空気は矢印２６３方向に沿ってスリーブ２６２の通路２５８を通じて、エアクーラー２１９を経てエンジン２１１に入る。スリーブ２６２はエンジン２１１のマニホールド２１２に直接連結して、過給機２１８からエンジン２１１に空気を供給する。エアクーラー２１９の空気は配管２２０に設置された空気量センサ２２５を通過して、このセンサ２２５は、プロセッサ２２６に電気信号を供給し、プロセッサは、エンジン２１１の燃焼室に供給された燃料と過給機２１８を制御する。

図１７〜１９に示された空気制御スライドアセンブリ２２２は、ピン２６６でハウジング２２８に固定された第１スライド部材２６４と、第１部材２６４と軸方向に整列した第２スライド部材２７１を有する。これらの部材２６４，２７１は、上述したスライド部材６４，７１と構造が同じである。部材２７１はロータ２３６に近いハウジング２２２の孔２７３中で軸方向に動く。部材２６４を通じて延びたロッド２６９は部材２７１に連結され、これにより部材２７１が部材２６４に対して最大、中間、最小バイパス位置まで動くが（図１７〜１９参照）、これらの３個の位置は、空気バイパス通路２６８に対する位置であり、この通路は大気と連結する。図１７のように部材２７１が最大バイパス位置にあれば、ロータ２３４，２３６によって動いた第１空気量が矢印２７８方向に通路２６８を通じて大気に排出される。第２空気量は圧縮されずエンジンの燃焼室に移動する。バイパスされた空気は、ロータ２３４，２３６に戻らない。一方、余剰空気は、エアクーラーを通して過給機２１８の吸気口２５４に戻ることができる。ロータ２３４，２３６によってバイパス通路２６８を通過した空気は、ロータ２３４，２３６と近隣ハウジング２２８を冷却する。このため、エンジン２１１の燃焼室へ向かう空気の温度が下降する。図１９のスライドアセンブリ２２２は、最小バイパス位置にあるので、この時、最大空気量がロータ２３４，２３６によってエンジン２１１に供給される。図１７のようにスライドアセンブリ２２２が最大バイパス位置にあれば、最小量の空気がエンジン２１１に供給されて、最大量の余剰空気は、矢印２７５に沿ってバイパス通路２６８を通じて大気に排出される。図１６〜１９に示すように、バイパス通路２６８は、スリーブに連結したキャップ２７４で覆われ、スリーブは矢印２７８で表されたとおり空気を曲線チューブ２７７を通じて大気に送る。チューブ２２７は騒音を減らすマフラーを含む。空気制御スライドアセンブリ２２２の部材２７１は、アクチュエータ２２３によって最大、中間、最小バイパス位置の間を動きながら、部材２６４，２７１の間の開口を変化させて、バイパス通路２６８を通じて大気に排出される空気量とエンジンの燃焼室へ向かう空気量を調節する。このように部材２７１を調節して過給機２１８によって圧縮され、エンジン２１１に供給される空気量をエンジン２１１の動力条件に合うように選択的に増減することができる。

チャンバ２３１，２３３の交差点の凹部上にあるハウジング２２８のチャネル２８４に第２スライドアセンブリ２８３が軸方向に動きながら、過給機２１８で圧縮されて、エンジン２１１に供給される空気の圧力を調節する。スライドアセンブリ２８３の長い本体２８６は、上面が凸曲面で下面がＶ型に突出して、ロータ２３４，２３６の間の凹部に位置する。スライドアセンブリの後側排気端部の壁２８７は、ボックス２５９の通路２６１と向かい合って後側に行きながら、下方へ傾斜して、ロータ２３４，２３６から通路２６１に空気が流れるようにする。本体２８６の両面と協力するガイドレール２８８，２８９のため、本体２８６は、ハウジング２２８に支持されたままロータ２３４，２３６に対して線形に動くことができる。ロッド２９１を通じてアクチュエータ２９２に連結した本体２８６がロータ２３４，２３６に対して動きながら、過給機２１８によって圧縮され、エンジン２１１に供給される空気の体積比を変化させる。図１４によれば、プロセッサ２２６に連結したコントローラ２９３は、プロセッサ２２６の専用プログラムと、配管２２０内の空気量センサ２２５とマニホールドの圧力センサ２３０からの信号に応答して、アクチュエータ２９２を作動させる。空気量センサは、スリーブ２６２の空気通路２５８に配置することができる。エンジン２１１に向かってバイパス通路２６８を通じて大気に排出される空気量は、エンジン２１１の動力条件に合わせて、スライドアセンブリ２２２によって調節される。

図７〜９に示された過給機１８は、一つのスライドアセンブリ２２がアクチュエータ２３に連結して、最大、中間および最小バイパス位置を占めながら、第１空気量は大気に送り戻して、第２空気量はエンジンの吸気マニホールドに供給して、負荷条件を満たす。第２空気量制御スライドアセンブリがアクチュエータに連結した過給機に設置されて、最小、中間および最大バイパス位置を調節することができる。第２スライドアセンブリは、ロータ３４付近に位置しながら、チャンバ３３に連結して、空気を大気に送ることができる。第２スライドアセンブリは、スライドアセンブリ２２のような構造と機能を有する。プロセッサ２６は、コントローラを通してアクチュエータを作動させ、スライドアセンブリの最大、中間および最小バイパス位置を調節する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、これはあくまでも例を挙げただけであり、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ決まる。

Claims (25)

1. 過給機を備えた内燃機関であって、
   前記内燃機関は、少なくとも一つの燃焼室を備えたディーゼル内燃機関本体と前記内燃機関の燃焼室に空気を供給するための過給機を備え、
   前記過給機は、ハウジング、一対のロータ、空気量調節装置、アクチュエータ、パワートランスミッション、燃料供給装置、センサおよび制御プロセッサを含み、
   前記ハウジングは一対のチャンバと前記一対のチャンバのうちの一方に隣接する軸方向の通路を備え、前記軸方向の通路は前記一対のチャンバのうちの一方と大気に通じる空気バイパス通路を備え、前記空気バイパス通路の一部分は前記ハウジングに設置された可動部材と固定部材との間に位置し、
   前記ロータは前記チャンバ内に位置し、互いに平行な軸に沿って回転し、ハウジングを通じて大気と前記燃焼室に空気を送り、
   前記空気量調節装置は前記内燃機関の動力条件に対応するように前記燃焼室に供給される空気の量と圧力を変化させ、燃焼室に供給される空気量を燃焼室に自然に吸収される空気量以上に高め、
   前記空気量調節装置は、前記ハウジングに設置され、前記ロータと空気バイパス通路に対して、最大バイパス位置、中間バイパス位置および最小バイパス位置の間を動くスライドアセンブリを構成する前記可動部材を含み、前記スライドアセンブリが最大および中間バイパス位置にある時、前記ロータによって移動した第１空気量は圧縮されないまま大気に向かい、前記ロータによって移動した第２空気量は前記内燃機関の前記燃焼室へ向かい、
   前記アクチュエータは前記スライドアセンブリに連結して、最大バイパス位置、中間バイパス位置および最小バイパス位置の間に前記スライドアセンブリを選択的に動かして前記燃焼室に向かう前記第２空気量を変化させることによって、前記ロータによって前記内燃機関の前記燃焼室へ送り出される空気量と関連空気圧縮比を選択的に増減することができ、
   前記パワートランスミッションは前記過給機のロータに前記内燃機関を連結して、前記過給機が空気を供給するようにし、
   前記燃料供給装置は前記過給機によって前記燃焼室に供給された空気量に対応する燃料を前記燃焼室内の空気に供給し、
   前記センサは前記内燃機関の負荷条件を示す信号を提供し、
   前記制御プロセッサは前記センサの信号に応答して前記アクチュエータを作動させる命令信号を提供し、前記燃料供給装置を制御して前記燃焼室内部への燃料噴射タイミングと燃料供給量を調節することを特徴とする内燃機関。
2. 前記ロータが雌ねじロータと雄ねじロータを含み、前記空気バイパス通路は雄ねじロータを収納するチャンバの側面部分に連結されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記スライドアセンブリが前記可動部材と前記固定部材を含み、
   前記空気バイパス通路の一部分が前記可動部材と前記固定部材の間に位置し、
   前記アクチュエータは前記固定部材に対して前記可動部材を最大バイパス位置、中間バイパス位置および最小バイパス位置に動かすように前記可動部材に連結したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
4. ロータによってハウジングを通して送り出された空気の圧縮比を調節するための第２の空気制御スライドアセンブリをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
5. 前記ハウジングが一対のチャンバを有し、
   前記ロータは前記チャンバ内に位置し、
   前記ハウジング内のチャネルが前記チャンバに連結して、
   前記ロータによってハウジングを通して送り出された空気の圧縮比を調節するための第２の空気制御スライドアセンブリが前記チャネル内に移動可能に配置され、
   前記第２の空気制御スライドアセンブリを前記ロータに対して動かすための第２のアクチュエータが前記第２の空気制御スライドアセンブリに連結され、前記第２のアクチュエータは前記制御プロセッサに連結し、前記制御プロセッサの命令信号が前記第２のアクチュエータの動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
6. 前記ロータが雌ねじロータと雄ねじロータを含むことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
7. 前記過給機と前記燃焼室の間に空気冷却装置をさらに配置することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
8. 前記過給機から前記燃焼室に流れる空気の空気量信号を生成する空気量センサをさらに含み、前記空気量信号は前記制御プロセッサに送られ、前記制御プロセッサは前記燃料供給装置を制御して前記燃焼室に噴射される燃料量を調節することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
9. 燃焼室に空気を供給する過給機を備えた内燃機関であって、前記内燃機関は、圧縮空気と燃料が同時に入る少なくとも一つの燃焼室を備えた内燃機関本体と前記内燃機関の負荷条件に合うように前記燃焼室に空気を供給する過給機を備え、
   前記過給機は、ハウジング、ロータ、空気量調節装置、アクチュエータ、同期ギア、燃料供給装置、および制御プロセッサを含み、
   前記ハウジングは一つのチャンバと前記チャンバに隣接する軸方向の通路を備え、
   前記ロータは前記ハウジングの前記チャンバ内に配置され、前記ハウジングを通じて大気と前記燃焼室に空気を送り出し、
   前記ハウジング内の前記軸方向の通路は前記チャンバと大気に通じる空気バイパス通路を備え、前記空気バイパス通路の一部分は前記ハウジングに設置された可動部材と固定部材との間に位置し、
   前記空気量調節装置は、前記ロータと前記空気バイパス通路に対して最大バイパス位置、中間バイパス位置および最小バイパス位置の間を軸方向に動くようにハウジングに設置されたスライドアセンブリを構成する前記可動部材を含み、前記スライドアセンブリが最大および中間バイパス位置にある時は前記ロータによって送り出された第１空気量は圧縮されることなくバイパス通路を通じて大気に排出され、前記ロータによって送り出された第２空気量は前記燃焼室へ向かい、
   前記アクチュエータは前記スライドアセンブリに連結して、最大バイパス位置、中間バイパス位置および最小バイパス位置の間に前記スライドアセンブリを選択的に動かして前記燃焼室に向かう前記第２空気量を変化させることによって、前記ロータによって前記燃焼室へ送り出される空気の空気量と関連空気圧縮比を選択的に増減することができ、
   前記同期ギアはロータを回転させて空気を供給し、
   前記燃料供給装置は前記過給機によって前記燃焼室に向かう空気量に合うように前記燃焼室内の空気に燃料を供給し、
   前記制御プロセッサは前記内燃機関の負荷条件に対応するように前記アクチュエータを作動させて前記スライドアセンブリの位置を調節し、前記燃焼室へ向かう空気量を調節する一方、前記燃料供給装置を制御して前記燃焼室に供給される燃料の量を調節することを特徴とする内燃機関。
10. 前記ロータが雌ねじロータと雄ねじロータを含み、
    前記空気バイパス通路は前記雄ねじロータを収納するチャンバの側面部分に開かれていることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
11. 前記スライドアセンブリが前記可動部材と前記固定部材を有し、
    前記空気バイパス通路の一部分が前記可動部材と前記固定部材の間に位置し、
    前記アクチュエータは前記固定部材に対して前記可動部材を最大バイパス位置、中間バイパス位置および最小バイパス位置に動かすように前記可動部材に連結したことを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
12. 前記ロータによって前記ハウジングを通して移動した空気の圧縮比を調節するための第２の空気制御スライドアセンブリをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
13. 前記ハウジングが前記チャンバに通じるチャネルを有し、
    第２の空気制御スライドアセンブリが前記チャネル内に動けるように位置して、前記ロータによって前記ハウジングを通して移動した空気の圧縮比を調節し、
    前記第２の空気制御スライドアセンブリを前記ロータに対して動かすための第２のアクチュエータが前記第２の空気制御スライドアセンブリに連結され、前記第２のアクチュエータは前記制御プロセッサに連結し、前記制御プロセッサの命令信号が前記第２のアクチュエータの動作を制御することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
14. 前記ロータが雌ねじロータと雄ねじロータを含むことを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関。
15. 前記過給機と前記燃焼室の間に空気冷却装置をさらに配置することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
16. 前記過給機から前記燃焼室に流れる空気の空気量信号を生成する空気量センサをさらに含み、前記空気量信号は前記制御プロセッサに送られ、前記制御プロセッサは前記燃料供給装置を制御して前記燃焼室に噴射される燃料量を調節することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
17. 過給機を備えた内燃機関であって、前記内燃機関は大気圧以上の圧力で空気を吸入するための吸気マニホールドおよび少なくとも１つの燃焼室を備える内燃機関本体、前記内燃機関の燃焼室に空気を送り込む過給機、および前記内燃機関を前記過給機に連結し前記内燃機関が前記過給機を駆動して空気を供給するためのパワートランスミッションを備え、
    前記過給機は、空気量調節装置、ロータ、アクチュエータ、および燃料供給装置を備え、
    前記空気量調節装置は、前記内燃機関の負荷条件に対応するように前記燃焼室に供給される空気の圧力と空気量を変化させ、前記燃焼室に自然に吸入される空気量より多い空気量が前記燃焼室に供給されるようにし
    前記過給機は吸気口、排気口、および吸気口と排気口の間の、空気バイパス通路を有する通路を備えるチャンバを有し、前記排気口は前記内燃機関の燃焼室と空気の流れとしてつながっており、前記空気バイパス通路は空気の流れとして大気とつながっており、前記空気バイパス通路の一部分は前記ハウジングに設置された可動部材と固定部材との間に位置し、
    前記ロータは前記内部チャンバの中に位置して前記吸気口から前記排気口および前記空気バイパス通路に空気を送り出し、
    前記空気量制御装置は、前記ロータと前記空気バイパス通路に対して、最大バイパス位置、中間バイパス位置および最小バイパス位置の間を動くようにハウジングに設置されたスライドアセンブリを構成する前記可動部材を含み、前記スライドアセンブリが最大および中間バイパス位置にある時、前記ロータによって送り出された第１空気量は圧縮されないまま大気に向かい、前記ロータによって送り出された第２空気量は前記燃焼室へ向かい、
    前記アクチュエータは前記スライドアセンブリに連結して、最大バイパス位置、中間バイパス位置および最小バイパス位置の間で前記スライドアセンブリを選択的に動かして前記燃焼室に向かう前記第２空気量を変化させ、
    前記燃料供給装置は前記過給機によって前記燃焼室に供給された空気量に対応する燃料を前記燃焼室内の空気に供給することを特徴とする内燃機関。
18. 前記過給機が、一対のチャンバを備えたハウジング、前記チャンバのうちの一つおよび大気に通じる前記通路と前記空気バイパス通路、および前記チャンバ内に位置する一対の前記ロータを含むことを特徴とする請求項１７に記載の内燃機関。
19. 前記過給機と燃焼室の間に空気冷却装置をさらに配置することを特徴とする請求項１７に記載の内燃機関。
20. 前記内燃機関の動力条件を示す信号を出すセンサ、および
    前記センサの信号に応答してアクチュエータを作動させる命令信号を提供し、前記燃焼室に噴射される燃料量と前記燃焼室内の空気に供給される燃料のタイミングを制御する制御プロセッサをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の内燃機関。
21. 前記過給機が、一対のチャンバと、前記一対のチャンバに通じるチャネルを備えるハウジング、前記チャンバ内に位置する一対のロータ、スライドアセンブリ、およびアクチュエータを含み、
    前記スライドアセンブリは、前記ロータによって、前記ハウジングを通して送り出される空気の圧縮比を調節するように前記チャネル内で動かすことができるように配置され、
    前記アクチュエータは、前記スライドアセンブリに連結され、前記ロータに対して前記スライドアセンブリを動かすことによって、前記ロータによって送り出された空気の圧縮比を調節することを特徴とする請求項１７に記載の内燃機関。
22. 過給機を備えた内燃機関であって、前記内燃機関は、大気圧以上の圧力で空気を吸入するための吸気マニホールドと、負荷に連結する少なくとも１つの燃焼室とを備える内燃機関本体、前記内燃機関に空気を供給する過給機、および前記過給機が前記内燃機関の速度に反応するように前記内燃機関を前記過給機に連結するパワートランスミッション、を含み、
    前記過給機は、ハウジング、一対のロータ、スライドアセンブリ、および制御装置を備え、
    前記制御装置はセンサ、アクチュエータ、および制御プロセッサを含み、
    前記ハウジングは互いに平行な複数のチャンバと、大気に通じる空気バイパス通路を備え、
    前記空気バイパス通路の一部分は前記ハウジングに設置された可動部材と固定部材との間に位置し、
    前記一対のロータは、前記チャンバ内部に配置されて、前記内燃機関に空気を供給するように、前記パワートランスミッションに連結されて回転し、
    前記スライドアセンブリは、前記ロータに隣接する通路に位置する前記可動部材を具備して、前記可動部材は前記空気バイパス通路に対して最大バイパス位置、中間バイパス位置および最小バイパス位置の間を動いて、前記ロータによって圧縮されないまま前記空気バイパス通路を通じて大気に排出される空気量と、前記ロータによって圧縮され、前記燃焼室へ向かう空気量のバランスを制御し、
    前記センサは前記内燃機関の動力条件を示す信号を出力し、
    前記アクチュエータは前記可動部材に連結して、前記ロータのうちの一つに平行な通路内を最大バイパス位置、中間バイパス位置および最小バイパス位置の間に前記可動部材を動かし、
    前記制御プロセッサは前記センサの信号に応答して前記アクチュエータを作動させる命令信号を提供し、前記可動部材を前記空気バイパス通路に対して最大バイパス位置、中間バイパス位置および最小バイパス位置の間で動かすとともに、前記燃焼室への燃料噴射のタイミングの開始と燃焼室に噴射された燃料量を制御するモジュールを備えたことを特徴とする内燃機関。
23. 前記過給機から前記内燃機関に流れる空気を冷却するために前記過給機と前記内燃機関に連結されたエアクーラーをさらに配置することを特徴とする請求項２２に記載の内燃機関。
24. 前記ロータが雌ねじロータと雄ねじロータを含み、
    前記スライドアセンブリの前記可動部材が一方の前記ロータの側面と前記空気バイパス通路に連結される前記ハウジング内の通路内に位置し、前記可動部材が最大バイパス位置や中間バイパス位置にある時は、前記ロータによってポンピングされた余剰空気が前記空気バイパス通路を通じて大気に排出されることを特徴とする請求項２２に記載の内燃機関。
25. 前記ハウジングが前記チャンバに連結するチャネルを有し、
    前記ロータによって、前記ハウジングを通して前記燃焼室に供給される空気の圧縮比を調節するための前記スライドアセンブリが前記チャネル内に動けるように配置され、
    前記ロータに対して空気制御スライド部材を動かすアクチュエータが前記スライドアセンブリに連結していて、前記ロータによって送り出される空気の圧縮比を調節できることを特徴とする請求項２２に記載の内燃機関。