JPH05240121A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車の適用に使え、比較的、低いセタン価
の燃料で効率よく作動する多種類燃料による圧縮−着火
機関を提供するものである。 【構成】 低粘度一次燃料と高粘度二次燃料とが、ポン
プハウジングの孔の中で往復、回転するプランジャを有
する噴射ポンプに供給される。プランジャの上端は孔の
上端と共に混合室を形成する。混合室は、混合された燃
料を機関の燃焼室に噴射するため、逆止弁を経て燃料噴
射器に結合される。プランジャは混合室と連絡するらせ
ん溝をその上に持っている。一次燃料は混合室に直接供
給される。二次燃料は、プランジャ内に形成された通路
を経て混合室と連絡する環状溝の中に供給される。 【効果】 環状溝内の高粘度二次燃料はプランジャと孔
の壁との間にシールを形成し、低粘度一次燃料がシール
を越えて洩れるのを防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数種の燃料で作動する
ようにされた圧縮−着火内燃機関に関し、機関作動の一
定時期に燃料を互に選択的に混合の出来る新規な燃料噴
射ポンプが設けられている。

【０００２】

【従来の技術】現在の環境事情を考えて、将来の内燃機
関は空気中の汚染を減らすため化石燃料以外の燃料を使
うべきことが示唆されている。その上このような機関は
輸入油への依存を減らすべきである。アルコールはアル
コール製造の資源が容易に利用出来るから化石燃料に対
する良い代替物であることが示唆される。しかし、アル
コールなどの燃料の使用は機関始動が困難と言う特定の
実際上の問題を提起し、従って異なる燃料と共に使用、
又は異なる燃料の組合せで使用するための圧縮−着火機
関が設計されている。多種燃料機関は色々の高オクタン
価燃料で作動する軍隊で使うよう開発されている。これ
ら機関は点火特性の低い燃料の燃焼のおくれ時間を短か
くするため２０を越える極めて高い圧縮比を使ってい
る。

【０００３】多種燃料圧縮−着火機関はバスのために設
計され、バスではディーゼル油は機関の始動と軽荷重作
動時に主として使われ、一方アルコールは温度上昇后の
主燃料として使われる。機関はディーゼル油用の第１燃
料噴射装置と、アルコール用の別個の第２燃料噴射装置
とを使っている。

【０００４】圧縮−着火機関は又二重燃料噴射装置を有
するよう開発され、ここでディーゼル機関はアルコール
がディーゼル燃料と混合され、ディーゼル燃料の５０％
までアルコールと置換えが出来るよう修正されている。
噴射装置は、比較的低粘度のアルコールが燃料噴射ポン
プの下流側でディーゼル油と混合され、それによりアル
コールは燃料噴射ポンプを通して流れないように設計さ
れる。

【０００５】燃料噴射ポンプは長年、「ボッシュ」ポン
プとして知られる通常の構造が使われ、このポンプはハ
ウジングの中に形成された孔の中で往復するプランジャ
を有する。プランジャは孔に関して極めて小さい公差を
持ち、この密な適合は、燃料が高圧の時プランジャを過
ぎて燃料が逃れるのを防ぐシールを形成するよう使われ
る。この装置は比較的高粘度のディーゼル油のような燃
料では効果的に作動する。しかし、もしアルコールなど
より低粘度の燃料がポンプを通るならば。プランジャを
通る燃料の洩れはきびしい問題となる。プランジャと孔
との間の最小の隙間は作るのが極めて高価で、有効なシ
ールは極めて低粘度の燃料に関する時、実際的方法では
達成が出来ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の圧縮−着火
機関はセタン価の高い燃料を必要とする。添加剤はセタ
ン価を上げるため燃料に調合される。従って圧縮−着火
機関を有効に作動するため適切なセタン価の燃料を得る
ことは高価である。

【０００７】従って本発明の望ましい目的は、自動車の
適用に使うことが出来、且つ比較的低セタン価の燃料で
効率良く作動する多種燃料圧縮−着火機関を提供するこ
とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明はセタン価を上げ
るため燃料内に添加剤を調合する必要を排除している。
この手段は高セタン価の二次燃料を用意することで達成
され、二次燃料は、燃料がポンプから送出されるすぐ前
に燃料噴射ポンプ内の一次燃料と混合される。ポンプに
は混合室が設けられ、この室により一次、二次燃料は混
合物を得るよう混合され、一方２つの燃料はその固有の
品質を保持する。言いかえれば燃料は混合されるけれど
も一緒に調合はされない。

【０００９】

【作用】代表的例では、一次燃料はアルコール、二次燃
料はディーゼル油でよい。ディーゼル油は高い着火特性
を持つのにアルコールは、より低い着火特性を持ってい
る。混合されると、燃料は噴射ノズルを経て機関のシリ
ンダの燃焼室内に進み、ディーゼル油は燃焼室を通して
分布された多くの微細な粒子となり、これが着火体とし
て働らき、燃焼は極めて短かいおくれ時間で開始するこ
とが出来る。その他の燃料も一次、二次燃料に使うこと
が出来、従って一次燃料は又ケロシン、又はガソリンな
どでもよい。多くの場合、二次燃料は容易に利用出来る
のでディーゼル油である。どんな場合も二次燃料は一次
燃料よりかなり大きい粘性を持つべきである。

【００１０】二次燃料は主として機関始動時及び始めの
温度上昇時に機関の燃焼室内に噴射される。機関が高い
作動温度に達してから、機関は全部ではないが主として
一次燃料で作動する。機関には、燃料噴射ポンプ内で混
合される一次、二次燃料の量を制御するため適当なセン
サと制御装置とが設けられる。

【００１１】通常の「ボッシュ」燃料ポンプは、ポンプ
内に形成される混合室内で一次、二次燃料を混合するこ
との出来る独特の方法で修正され、低粘度の一次燃料が
ポンプのプランジャを通して不当に洩れるのを防ぐため
シールが設けられる。シールはプランジャ内に環状溝を
設けることにより達成され、溝はポンプ作動時に高粘度
の二次燃料で満たされる。この高粘度二次燃料の環状の
帯は、プランジャと孔との間にシールを形成し、これが
低粘度一次燃料がプランジャを経て洩れるのを効果的に
防ぐ。本発明による噴射燃料ポンプの新規な構造は通常
の「ボッシュ」ポンプのハウジングとプランジャとに僅
かな修正をして達成され、それにより本発明は所望の最
終結果を達成するための経済的構造を提供する。その
上、特定の低粘度一次燃料に対し、本発明のプランジャ
とその孔との間の許容隙間は通常の燃料噴射ポンプのも
のより大きく、それによりポンプの製作費を減少する。

【００１２】本発明では、機関の圧縮比はサイクル効率
と機関重量とを考えて決められ、一方滑らかな機関作動
は適切な二次燃料を使うことにより達成される。

【００１３】一次燃料として純粋な石油製品が使われる
時、も早高オクタンガソリンの必要は無く、それにより
製品のオクタン価を低から高に転換するためのクラッキ
ングを石油に受けさせる必要は排除される。この方法は
通常のクラッキング工程に必要とする設備、労力、廃棄
物を大きく節約する。

【００１４】

【実施例】図面で、同様な符号は対応する部品を示し、
図４には通常の従来技術の「ボッシュ」燃料噴射ポンプ
が示されている。本体１０はその中に形成された孔１２
を持っている。細長いプランジャ１４は孔の中で往復、
回転するよう装架される。プランジャの外面は本体内の
孔の中で密な適合を持ち、この適合は図面で下流方向に
プランジャを過ぎて燃料が洩れるのを防ぐためのシール
を得るよう期待されている。カム装置２０は軸１９上に
装架され、カム軸と同期して回転し、カム軸は既知のよ
うに機関のシリンダに関する入口、出口弁を作動する。
この事により、燃料が正しい時期に高圧で燃料噴射装置
に供給され、次にシリンダの燃焼室に供給されることを
確実にする。

【００１５】カム装置２０はプランジャの底部に置かれ
た従動体２２と係合してプランジャを孔の中で往復させ
る。一対の一体の腕２４はプランジャの半径方向外方に
延びる。本体は円筒部３０を有し、円筒形スリーブ３２
は部分３０のまわりで回転するよう装架される。スリー
ブは一対の直径方向に相対する溝３４を持ち、溝はプラ
ンジャの長手軸線に平行に延びる。プランジャの腕２４
は溝の中に具合よく受けられ、プランジャはスリーブに
関して自由に往復することが出来るけれどもこれと共に
回転することは制限される。

【００１６】周辺方向に延びるギヤー歯３６はスリーブ
の上端に設けられ、これらの歯はラック３８と噛合い、
紙面内に又はこれから出るラックの長手運動はスリーブ
を回転させる。ラック３８はポンプのプランジャの有効
ストロークを変えるよう既知のように作動する。

【００１７】プランジャは上端面４０を有し、プランジ
ャの外周のまわりに形成されたらせん溝４４は端面から
隔てられる。このらせん溝は、プランジャのほぼ周辺の
まわれに延びる下縁４６と、らせんの部分を形成する上
縁４８との間に形成される。長手に延びる溝４９はらせ
ん溝と端面４０との間の連絡を設ける。

【００１８】本体内の孔１２の上端は貫通して形成され
た出口装置５２を持つ端壁５０で閉じられる。室５６は
本体内の孔の中、端壁５０とプランジャの上端面４０と
の間に形成される。本体内の入口装置６０は室５６と連
絡するようにされ、且つ通常の燃料ポンプから低圧で提
供される適当な燃料源と管６２により結合される。

【００１９】図４はプランジャがその運動の下限にあっ
て、入口装置６０が室５６と連絡しているものを示して
いる。カム装置２０が回転し、その上に形成された葉形
２１が従動体２２と係合する時、プランジャは先ず上方
に動いて入口装置６０と室５６との間の連絡を遮断す
る。プランジャがさらに上昇すると、室５６内の燃料の
圧力が作り出される。室からの流体は溝４９を経てらせ
ん溝４４内に進むことが出来ることが注目される。

【００２０】プランジャが上昇する時、らせん溝４４が
入口装置６０と連絡すれば、らせん溝内の高圧の燃料は
入口装置６０を経て管６２内に戻ることが出来る。適当
なバイパス弁（図示せず）を管６２内に結合して、らせ
ん溝から管内に戻る燃料を燃料源に戻すことが出来る。

【００２１】ラック３８を作動してスリーブ３２を回転
するよう作動することにより、プランジャは孔１２の中
で回転し、同時にプランジャはカム装置２０の回転に応
じて往復することが明らかである。プランジャが回転す
る時、らせん溝の上縁の異なる部分が入口装置６０と整
合し、プランジャは、らせん溝が入口装置と連絡するよ
うもたらされる前に軸線方向に異なる距離を動き、それ
によりプランジャの有効なストロークを変える。らせん
溝が一度入口装置と連絡すれば室５６内の燃料は管６２
の中に流れ戻ることが出来る。

【００２２】小さいハウジング７０は端壁５０上に装架
され、出口装置５２を閉じるための円板状弁部材７２を
有する一方向弁７２部材を収容している。弁部材はコイ
ルばね７４により閉じ位置に押圧される。出口装置はコ
イルばねの作用で弁装置により通常閉じている。プラン
ジャが上昇する時室５６内に発生する高圧は弁部材をば
ねの力に抗して上昇させ、高圧の燃料は、弁部材を経
て、ハウジング７０内の出口開口７６を経て燃料管７８
の中に流れ、この管はあとで述べるよう機関のシリンダ
の燃料噴射装置に連なっている。

【００２３】図１及び図２を参照すれば、本発明により
改良された燃料噴射ポンプが示され、図４に示すポンプ
と同様な部品は同じ符号に「′」を付けて示されてい
る。プランジャはプランジャの周辺のまわりに延びる環
状溝又は凹所１００を有するよう改良されている。プラ
ンジャ内に形成された通路装置は環状溝と室５６′との
間の連絡を提供し、且つ長手の部分１０４と結合する半
径方向の部分１０２を有する。通路装置は相対する端部
と、環状溝の中に開く半径方向部分１０２の外端と、プ
ランジャの上端面４０′で室５６′内に開く長手部分１
０４の上端とを有する。本体には管１１２と連絡する第
２入口装置１１０が設けられる。

【００２４】図３に示すように、管６２′は通常の燃料
タンク１２０の型の一次燃料供給源に結合される。通常
の低圧燃料ポンプ１２２は、燃料を一次燃料タンクから
高圧燃料噴射ポンプ内に汲入れるため管６２′内に結合
される。制御弁１２４は燃料噴射ポンプへの一次燃料の
流れを制御するため管６２′内に結合される。

【００２５】管１１２は通常の燃料タンク１３０の型の
二次燃料供給源に結合され、このタンクは、機関により
消費される二次燃料の量が消費される一次燃料の量より
通常はより小さいからタンク１２０より小さい容量を持
っている。通常の低圧燃料ポンプ１３２は、二次燃料タ
ンクから高圧燃料噴射ポンプ内に燃料を汲入れるため管
１１２内に結合される。制御弁１３４は燃料噴射ポンプ
への二次燃料の流れを制御するため管１１２内に結合さ
れる。

【００２６】機関の残りの要素は普通の構造であり、代
表的シリンダ１４０はその中に往復可能に装架されたピ
ストン１４２を持ち、通常の結合棒１４４はピストンに
結合される。普通の入口弁１５０、出口弁１５２はピス
トンの上部に形成された燃焼室１５４と連絡する。噴射
ノズルの型の通常の燃料噴射装置１５６は、所定の位置
にその出口１５８が燃焼室と連絡するよう支持され、高
圧燃料を燃焼室に提供する。燃料噴射装置は燃料噴射ポ
ンプから高圧燃料を受けるよう燃料管７８に結合され
る。管１６０は噴射ノズルからの燃料の洩れを取去るよ
う設けられる。

【００２７】代表例では、一次燃料はアルコール、二次
燃料はディーゼル油から成る。制御弁１２４、１３４は
適当なセンサ（図示せず）で制御され、センサはシリン
ダの温度を測るためシリンダに支持される。これらセン
サは混合物内の燃料の割合を調節するよう特定のシリン
ダ温度に対し弁１２４、１３４の相対位置を調節するた
め適当な電子回路内に結合される。もちろん、本発明は
単数シリンダ又は複数シリンダ機関の何れにも使うこと
が出来、従って次の説明は複数シリンダ機関の各シリン
ダに等しく適用することが出来る。

【００２８】機関が始動する時、シリンダは比較的冷た
く、センサは制御弁を調節して二次燃料の、最大量が混
合物内に導入される。二次燃料の量は、シリンダが比較
的冷たい時に混合物を容易に燃焼させるのに十分でなけ
ればならない。シリンダ内の温度が上昇する時、弁は自
動的に、全混合物に比例して二次燃料の量が減少するよ
う調節される。しばらく機関を作動したあとでシリンダ
が高温に達した時、一次燃料の最大量と二次燃料の最小
量とが燃焼室に提供される。

【００２９】本発明では室５６′は混合室となり、ここ
で一次、二次燃料は互に混合されることが注目される。
混合室の断面積は、入口装置６０′とプランジャを通る
通路装置部分１０２、１０４の断面積より大きく、それ
により燃料は一緒に混合され、同時に燃料は一緒に調合
しないことが確保される。

【００３０】

【発明の効果】環状溝１００内に置かれるディーゼル油
は孔とプランジャとの間のシールを形成する。ディーゼ
ル油はアルコールより高い粘度を持っている。もし図示
のようにアルコールがらせん溝から下方に洩れるならば
溝１００内の高粘度ディーゼル燃料と接触する。ディー
ゼル油はアルコールがシールを越えて洩れるのを防ぎ、
それにより従来技術の燃料噴射ポンプで行きわたってい
るシールの問題を解決する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃料噴射ポンプの垂直断面図であ
る。

【図２】図１に示す構造の一部の拡大図である。

【図３】本発明による圧縮−着火内燃機関の部分の一部
断面化した図解図である。

【図４】従来技術の燃料噴射ポンプの垂直断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 本体 １２ 孔 １４ プランジャ １９ 軸 ２０ カム装置 ２１ 葉形 ２２ 従動体 ２４ 腕 ３０ 円筒部 ３２ スリーブ ３４ 溝 ３６ 歯 ３８ ラック ４０ 面 ４４ 溝 ４６ 縁 ４８ 縁 ４９ 溝 ５０ 壁 ５２ 出口装置 ５６ 室 ６０ 入口装置 ６２ 管 ７０ ハウジング ７２ 弁部材 ７４ ばね ７６ 開口 ７８ 管 １００ 凹所 １０２ 部分 １０４ 部分 １１０ 入口装置 １１２ 管 １２０ タンク １２２ ポンプ １２４ 弁 １３０ タンク １３２ ポンプ １３４ 弁 １４０ シリンダ １４２ ピストン １４４ 棒 １５０ 弁 １５２ 弁 １５４ 燃焼室 １５６ 噴射装置 １５８ 出口 １６０ 管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数種の燃料により圧縮−着火する内燃
   機関において、一次燃料の第１供給源と、二次燃料の第
   ２供給源と、孔を持つ本体装置を有する噴射ポンプ装置
   と、前記孔の中に可動装架されたプランジャ装置とを有
   し、前記プランジャ装置は前記孔の一部と共に混合室を
   形成する一端部を持ち、さらに前記一次燃料を前記第１
   供給源から前記混合室に供給する第１供給装置と、前記
   二次燃料を前記第２供給源から前記混合室に供給する第
   ２供給装置とを有して、前記一次、二次燃料は前記混合
   室内で混合されて前記一次、二次燃料の混合物を提供
   し、前記第２供給装置は前記孔と前記プランジャ装置と
   の間にシールを設けて前記一次燃料が前記シールを越え
   て洩れるのを防ぐため前記混合室から遠い方向に前記端
   部から隔てられた装置を有し、さらに、前記混合室から
   前記燃料が流れることが出来るが前記混合室内への燃料
   の流れ戻りをほぼ防ぐ弁装置と、中に往復可能に装架さ
   れたピストンを持ち、共に燃焼室を形成するシリンダ
   と、前記燃料噴射装置を前記弁装置に結合して前記噴射
   ポンプ装置が高圧の燃料を前記燃料噴射装置に設けた装
   置とを有する内燃機関。