| 【発明の名称】 |
エンジンのＥＧＲ用回転ポンプの構造 |
| 【発明者】 |
【氏名】河村 英男
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| 【要約】 |
【課題】このＥＧＲ用回転ポンプの構造は，回転ベーンの先端にシールローラを回転自在に配設し，固定ケーシングとの摺動抵抗を低減し，摩耗を低減する。
【解決手段】このＥＧＲ用回転ポンプは，回転軸４に固定された回転ケーシング３が固定ケーシング２に偏心して配置され，回転ケーシング３の溝孔９に回転ベーン５が往復動可能に配置され，回転ベーン５の両端面に固定したサイドプレート８に回転自在にシールローラ７が支持されている。シールローラ７は回転ベーン５の回転に追従して固定ケーシング２の内周面２４上を摺動回転移動する。回転ベーン７を固定ケーシング２の内周面２４に向かって弾性的に押圧するため回転ケーシング３の溝孔９にスプリング６が配置されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ガス入口とガス出口とを備えた外側ケースの内壁面に配置された固定ケーシング，前記固定ケーシングの軸心から回転軸心がオフセットして前記外側ケースに対して回転可能に支持された回転軸，前記回転軸に固定された回転ケーシング，前記回転ケーシングに放射方向に延びる周方向に隔置して形成された複数の溝孔にガイドされて前記固定ケーシングの内周面に向かって往復動可能な回転ベーン，前記回転ケーシングと前記固定ケーシングとの間で隣接する前記回転ベーン間に形成されたポンプ室，前記回転ベーンの両端面に固定されたサイドプレート，及び前記回転ベーンの先端部に形成された溝部に非接触状態に配置され且つ前記固定ケーシングの前記内周面に接触して前記サイドプレートに回転自在に支持されたシールローラ，から成るエンジンのＥＧＲ用回転ポンプの構造。
【請求項２】 前記回転ベーンの前記溝部と前記シールローラとの摺動面は，前記回転ベーンの通孔に設けた多孔材を通じて微小量ずつ供給される潤滑剤によって潤滑されることから成る請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ用回転ポンプの構造。
【請求項３】 前記回転ベーンを前記固定ケーシングの前記内周面に向かって弾性的に押圧するため前記溝孔に配置されたスプリングを有し，前記スプリングは一端が前記回転ベーンに形成された切込み溝に他端が前記回転軸に当接して配置されていることから成る請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ用回転ポンプの構造。
【請求項４】 前記回転軸の回転に伴って前記回転ベーンと前記シールローラに発生する遠心力によって前記シールローラが前記固定ケーシングの前記内周面に押し付けられることから成る請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ用回転ポンプの構造。
【請求項５】 前記回転ベーンは，樹脂製本体と該樹脂製本体の外面に被覆された耐熱性の金属層又は樹脂層から構成されていることから成る請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ用回転ポンプの構造。
【請求項６】 前記回転ベーンは，アルミニウム製本体と該アルミニウム製本体の摺動部に被覆されたアルミナ層，又は鉄鋼中空部材と軸受部補強材とから構成されていることから成る請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ用回転ポンプの構造。
【請求項７】 非透磁性材で形成された前記回転ベーンに形成された切込み溝に永久磁石部材が取り付けられ，前記回転ベーン，前記回転軸及び前記回転ケーシングの前記溝孔に鉄片がそれぞれ埋設され，前記永久磁石部材，前記鉄片，透磁性材の前記固定ケーシング及び透磁性材の前記シールローラに磁路が形成されることから成る請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ用回転ポンプの構造。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，エンジンのＥＧＲ用回転ポンプの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，ディーゼルエンジンにおいて，燃焼室から排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして燃焼室に再循環させ，燃焼時の酸素濃度（Ｏ2 濃度）を低下せしめ，窒素酸化物（ＮＯX ）の発生を抑制するという技術開発が盛んに開発されている。ＥＧＲガスを多量に燃焼室に送り込むことによってＯ2 濃度を低減させることができるが，燃焼室に多量のＥＧＲガスを供給するためには，ＥＧＲ用回転ポンプが必要になる。また，ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる浮遊粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタでは，フィルタに捕集されたパティキュレート物質を燃焼させてフィルタを再生させる時，排気ガス送付ポンプを設ける必要がある。
【０００３】上記のようなポンプ用として，回転ベーンがリング内を回転するベーンポンプは知られている。ベーンポンプは，ベーンの摩擦抵抗によりベーンポンプを作動させる強力なモータが必要だが，エンジンの出力を大きく消費し，動力損失が大きいので，それを防止するため，ベーンの先端にクロムと窒素とを主体とした硬質セラミック皮膜を設けたものが知られている。該ベーンポンプにおけるベーンの先端に設けた硬質セラミック皮膜は，カムリングの内壁面に対するベーンの動摩擦係数を低減させることができる（例えば，特開平７−３１０６７５号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，ＥＧＲ用回転ポンプには，ＥＧＲガスにパティキュレート物質，ＳＯX ，ＮＯX 等の物質が多量に含有されており，また，ＥＧＲガス自体が高温であるため，耐久性，耐腐食性，耐摩耗性，耐熱性等の条件が要求される。即ち，ＥＧＲ用回転ポンプについて，固定ケーシング内で回転ベーンを高速で回転させると，固定ケーシングの壁面や回転ベーンの先端部に摩耗等が発生し，その摩耗屑がＥＧＲガス中に混入したり，或いは早期摩耗によってＥＧＲ用回転ポンプが損傷し，使用不能になってしまう。ＥＧＲガスに潤滑油が混入すると，燃料の燃焼によってＨＣ等が生成し，環境汚染を引き起こすことになり，また，エンジン等に吸入する吸気に潤滑油ガスが混入すると，作動状態を悪化させる原因になる。従って，このような回転ポンプには潤滑油を使用しないことが好ましいが，回転摺動部に潤滑油を使用しないと，摺動面の摩耗が発生し，回転部の耐久性が著しく低下することになる。
【０００５】そこで，本発明者は，固定ケーシングの内周面とその固定ケーシングの内周面上を摺動する回転ベーンとを，多孔質セラミックスとその多孔部に含浸させたポリフッ化エチレンや油脂等の硬質グリースから成る複合材から作製し，潤滑油の使用を避けて圧縮されるガス体に潤滑油が混入することを防止した回転ポンプを開発し，先に出願した（特開平１０−１９３４１４号参照）。
【０００６】また，本発明者は，ディーゼルエンジンにおいて，多量のＥＧＲガスを燃焼室に送り込むシステムを開発した。該ＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジンは，多量のＥＧＲを実行してＯ2 濃度を薄く調整してノッキングを防止すると共にＮＯX の発生を抑制するため，ターボチャージャによって圧縮空気を燃焼室へ供給する吸気ポートとＥＧＲ用の排気ガスを燃焼室へ供給するＥＧＲポートとの二系統から構成し，吸入行程でＥＧＲポートから燃焼室へ多量のＥＧＲ排気ガスを供給し，次いで，吸気ポートから燃焼室へ圧縮空気を供給すると共に燃料噴射ノズルから燃料の一部を燃焼室へ噴射して良好な予混合気を生成し，ＨＣ，ＮＯX 等の発生を防止して熱効率を向上させるものである（特開平１１−１３５６８５号参照）。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，固定ケーシングの内周面とその固定ケーシングの内周面上を摺動する回転ベーンとの間に円柱部材から成るシールローラを介在させ，固定ケーシングと回転ベーンとの間の摺動抵抗を低減すると共に，良好なシール状態を確保し，ＥＧＲガス中への潤滑油や摩耗屑等の混入を防止し，燃料の燃焼によってＨＣ等が発生するを防止することができるエンジンのＥＧＲ用回転ポンプの構造を提供することである。
【０００８】この発明は，ガス入口とガス出口とを備えた外側ケースの内壁面に配置された固定ケーシング，前記固定ケーシングの軸心から回転軸心がオフセットして前記外側ケースに対して回転可能に支持された回転軸，前記回転軸に固定された回転ケーシング，前記回転ケーシングに放射方向に延びる周方向に隔置して形成された複数の溝孔にガイドされて前記固定ケーシングの内周面に向かって往復動可能な回転ベーン，前記回転ケーシングと前記固定ケーシングとの間で隣接する前記回転ベーン間に形成されたポンプ室，前記回転ベーンの両端面に固定されたサイドプレート，及び前記回転ベーンの先端部に形成された溝部に非接触状態に配置され且つ前記固定ケーシングの前記内周面に接触して前記サイドプレートに回転自在に支持されたシールローラ，から成るエンジンのＥＧＲ用回転ポンプの構造に関する。
【０００９】前記回転ベーンの前記溝部と前記シールローラとの摺動面は，前記回転ベーンの通孔に設けた多孔材を通じて微小量ずつ供給される潤滑剤によって潤滑される。
【００１０】このＥＧＲ用回転ポンプの構造は，前記回転ベーンを前記固定ケーシングの前記内周面に向かって弾性的に押圧するため前記溝孔に配置されたスプリングを有し，前記スプリングは一端が前記回転ベーンに形成された切込み溝に他端が前記回転軸に当接して配置されている。
【００１１】このＥＧＲ用回転ポンプの構造は，前記回転軸の回転に伴って前記回転ベーンと前記シールローラに発生する遠心力によって前記シールローラが前記固定ケーシングの前記内周面に押し付けられる。従って，前記ポンプ室で圧縮されるＥＧＲガスは，シールローラの最外周と固定ケーシングとの間から漏洩する可能性があるが，前記シールローラは，前記スプリングと上記遠心力によって固定ケーシングの内周面に強く押し付けられ，ＥＧＲガスの後流へのポンプ室へ漏洩することが低減される。
【００１２】前記回転ベーンは，樹脂製本体と該樹脂製本体の外面に被覆された耐熱性の金属層又は樹脂層から構成されている。或いは，前記回転ベーンは，アルミニウム製本体と該アルミニウム製本体の摺動部に被覆されたアルミナ層，又は鉄鋼中空部材と軸受部補強材とから構成されている。
【００１３】又は，このＥＧＲ用回転ポンプの構造は，非透磁性材で形成された前記回転ベーンに形成された切込み溝に永久磁石部材が取り付けられ，前記回転ベーン，前記回転軸及び前記回転ケーシングの前記溝孔に鉄片がそれぞれ埋設され，前記永久磁石部材，前記鉄片，透磁性材の前記固定ケーシング及び透磁性材の前記シールローラに磁路が形成されるものである。
【００１４】このＥＧＲ用回転ポンプは，回転ベーンの先端部にシールローラが回転自在に取り付けられており，シールローラが回転軸の回転に従って固定ケーシングに押し付けられ，ポンプ室を密封できると共に回転ベーンと固定ケーシングとの間の摩擦抵抗を低減し，摩耗を低減できる。即ち，回転ベーンの先端に配置されたシールローラが固定ケーシングの内周面に沿って回転しつつ摺動するので，その摩擦係数は，例えば，μ＝０．０１以下にすることができ，従来の非回転の鉄製摺動体同士での摺動摩擦（μ＝０．１２）に比較して大幅に低減できる。また，回転ベーンに永久磁石部材を設けると共にシールローラを透磁性材で形成すると，シールローラは回転ベーンの先端の一点に吸着され，吸着点で摺動自在になり，極めて良好なシール状態を形成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明によるエンジンのＥＧＲ用回転ポンプの構造の実施例を説明する。このＥＧＲ用回転ポンプは，軽油，ガソリン，天然ガス等を燃料とするエンジンに適用して好ましいものである。図１はこの発明によるＥＧＲ用回転ポンプの一実施例を示す断面図，図２は図１のＥＧＲ用回転ポンプの長手方向断面図，図３は図１のＥＧＲ用回転ポンプの回転ベーンを示す斜視図，図４は図３の回転ベーンを示す断面図，及び図５はこの発明によるＥＧＲ用回転ポンプの別の実施例の回転ベーンの部分を示す断面図である。
【００１６】このエンジンのＥＧＲ用回転ポンプの構造は，特に，固定ケーシング２と回転ベーン５との間の摺動摩擦を低くして摺動面の摩耗量を低減し，ＥＧＲガスへの異物の混入を低減するため，回転ベーン５の先端部に摺動面を構成するシールローラ７を配設したことを特徴とする。
【００１７】このＥＧＲ用回転ポンプは，ガス入口１１を形成する取付部２６と，ガス入口１１と径方向の反対側に位置するガス出口１２を形成する取付部２７とを備えた外側ケース１の内壁面に固定ケーシング２が固定されている。外側ケース１は，円筒部１Ｂとその両端の平板部１Ａとをボルト２８で固定することによって形成されている。回転軸４は，固定ケーシング２の軸心から回転軸心がオフセットした位置に外側ケース１の平板部１Ａに軸受２２を介して回転可能に支持されている。回転ケーシング３は，回転軸４と一体に回転するように回転軸４に固定されている。回転ケーシング３には，放射方向に延びる周方向に隔置して形成された複数（図１では４個）の溝孔９が形成されている。回転ベーン５は，溝孔９にガイドされて固定ケーシング２の内周面２４に対して往復移動するように設置されている。回転ベーン５は，溝孔９に配置されたスプリング６によって固定ケーシング２の内周面に向かって往復動可能に弾性的に押圧状態に設置されている。
【００１８】このＥＧＲ用回転ポンプは，特に，回転ベーン５の両端面に固定されたサイドプレート８，及び回転ベーン５の先端部に形成されたＶ字型の溝部１７に非接触状態に配置され且つ固定ケーシング２の内周面２４に接触してサイドプレート８に両端がそれぞれ回転自在に支持されたシールローラ７を有することを特徴とする。サイドプレート８は，回転ベーン５の側端面にねじ１６，溶着等で固定されている。また，シールローラ７は，その両端のシールローラ支持軸１４を介してサイドプレート８に回転自在に支持されている。シールローラ７は，固定ケーシング２の内周面２４に対して往復移動する回転ベーン５の回転移動に追従して固定ケーシング２の内周面２４上を遠心力とスプリング６のばね力で密接した状態で摺動回転移動する。
【００１９】このＥＧＲ用回転ポンプは，回転ケーシング３と固定ケーシング２との間で，互いに隣接する回転ベーン５間に区画されて形成される空間部に可変容積の圧縮室即ちポンプ室１０が形成されている。ポンプ室１０は，固定ケーシング２に対する回転ケーシング３の偏心配置によって，その容積がガス入口１１側が大きく，ガス出口１２側が小さく形成されている。また，固定ケーシング２は，ガス入口１１とガス出口１２との領域において，僅かに切り込まれた逃げ部（図示せず）が形成され，回転ベーン５のスムースな摺動を可能にすると共に，ＥＧＲガスがガス入口１１からポンプ室１０へスムースに導入され，また，圧縮されたＥＧＲガスがポンプ室１０からガス出口１２へ送り出されるように構成されている。即ち，このＥＧＲ用回転ポンプは，固定ケーシング２と回転ケーシング３とが互いに偏心しているので，ガス入口１１からポンプ室１０へ吸入されたＥＧＲガスは，回転軸４の回転に伴って圧縮され，ガス出口１２から送り出される。
【００２０】このＥＧＲ用回転ポンプでは，回転ベーン５の溝部１７とシールローラ７との摺動面は，溝部１７をＶ字型溝に形成することによってシールローラ７と溝部１７との接触は線接触を形成することになる。また，シールローラ７は，回転ベーン５に形成された通孔２３に設けられた多孔材１５を通じて微小量ずつ供給される潤滑剤によって潤滑され，Ｖ字型溝の溝部１７と固定ケーシング２の内周面２４に対して低抵抗で摺動回転することになる。多孔材１５の多孔部に含浸した潤滑剤は，例えば，１００℃以下で硬化状態の硬質グリース等の油脂から構成されている。多孔材１５は，例えば，炭化ケイ素，窒化ケイ素，アルミナで構成されている。
【００２１】スプリング６は，一端が回転ベーン５に形成された切込み溝１３に，他端が回転軸４の外周面２５に当接して配置されている。また，回転ベーン５は，回転軸４の回転に追従して回転ベーン５とシールローラ７に発生する遠心力によってシールローラ７が固定ケーシング２の内周面２４に押し付けられるようになり，シール性が向上する。
【００２２】また，回転ベーン５は，例えば，樹脂製本体と該樹脂製本体の外側を耐熱性の金属層，又は耐熱性のポリフッ化エチレン等の樹脂層で被覆した構造に形成することができる。或いは，回転ベーン５は，アルミニウム製本体と該アルミニウム製本体の摺動部をアルミナイズ化してアルミナ層で被覆した構造に形成することができる。回転ベーン５は，鉄鋼中空部材と軸受部補強材とによって形成することもできる。
【００２３】次に，図５を参照して，この発明によるエンジンのＥＧＲ用回転ポンプの構造の別の実施例を説明する。この実施例は，永久磁石部材２０を用いてシールローラ７と回転ベーン５との間のシール性を向上させたものである。このＥＧＲ用回転ポンプは，回転ベーン５を非透磁性材で形成し，回転ベーン５に形成された切込み溝１３に永久磁石部材２０が取り付けられている。この実施例では，回転ベーン５には径方向に延びる鉄片１８が埋設され，回転軸４にはその外周面２５に延びる鉄片２１が埋設され，更に，回転ケーシング３にはその溝孔９に鉄片１９が埋設されている。回転ベーン５の溝部１７とシールローラ７との摺動面は，溝部１７をＶ字型溝に形成することによってシールローラ７と溝部１７との接触は，永久磁石部材２０の磁力に吸着されて確実に長手方向に線接触を形成することになり，シール性能をアップできる。
【００２４】このＥＧＲ用回転ポンプは，上記の構成によって，回転ベーン５の切込み溝１３内の永久磁石部材２０→回転ベーン５内の鉄片１８→透磁性材のシールローラ７→透磁性材の固定ケーシング２→隣接するシールローラ７→隣接する回転ベーン５内の鉄片１８→隣接する永久磁石部材２０→隣接する回転ベーン５内の鉄片１８→回転ケーシング３の隣接する溝孔９の鉄片１９→回転軸４の外周面２５に延びる鉄片２１→回転ケーシング３の隣接する溝孔９の鉄片１９→回転ベーン５内の最初の鉄片１８に磁路が形成されることになる。従って，このＥＧＲ用回転ポンプは，シールローラ７と固定ケーシング２との接触力，及びシールローラ７と回転ベーン５の溝部１７との接触力が高められると共に，シールローラ７のスムーズな回転摺動によって摩擦，摩耗が低減される。
【００２５】
【発明の効果】この発明によるエンジンのＥＧＲ用回転ポンプの構造は，上記のように構成されているので，回転ベーンと固定ケーシングとの間に回転自在に配置されたシールローラによってスムーズな回転ベーンの回転を確保でき，摩擦係数を低減し，摩耗量を低減できると共に，圧縮されるガス中に潤滑油が混入することを避けることができ，耐久性を向上させることができる。従って，このＥＧＲ用回転ポンプを組み込んだエンジンでは，回転ポンプによってある程度昇圧されたＥＧＲガスを燃焼室に多量に供給でき，多量のＥＧＲガスの存在によってＯ2 濃度を低減した燃焼を進展させるため，ＮＯX ，ＨＣ等の発生を低減し，熱効率を向上させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９８１５０９５０
【氏名又は名称】河村 英男
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月４日（１９９９．１１．４） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１３２６６２（Ｐ２００１−１３２６６２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月１８日（２００１．５．１８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３１３６７５ |
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