(57)【要約】【課題】  本発明は、冬季あるいは寒冷地等の環境であっても短時間で始動させることのできるディーゼル式発動機を提供することにある。【解決手段】    シリンダ３と、シリンダ３の内部で吸気と燃料の混合ガスを圧縮して燃焼するピストン４と、シリンダ３の内部に外気を取り込む吸気口５と、燃焼後の排気ガスをシリンダ３の内部から排出する排気口６とを備えるディーゼル式発動機であって、シリンダ３の吸気口５に通じる外気加温部２を有しており、外気加温部２は、外気取入口２１と暖気送り口２２と加温空間Ｓを有しており、加温空間Ｓには熱源１７を配置しており、外気取入口２１から取り入れた外気を加温空間Ｓの熱源１７で温め、暖気送り口２２からシリンダ３の吸気口５に送り込むことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、シリンダの内部で吸気と燃料の混合ガスを圧縮して燃焼するピストンと、シリンダの内部に外気を取り込む吸気口と、燃焼後の排気ガスをシリンダの内部から排出する排気口とを備えるディーゼル式発動機であって、
シリンダの吸気口に通じる外気加温部を有しており、外気加温部は、外気取入口と暖気送り口と加温空間を有しており、加温空間には熱源を配置しており、外気取入口から取り入れた外気を加温空間の熱源で温め、暖気送り口からシリンダの吸気口に送り込むことを特徴とするディーゼル式発動機。
【請求項２】
シリンダと、シリンダの内部で吸気と燃料の混合ガスを圧縮して燃焼するピストンと、シリンダの内部に外気を取り込む吸気口と、燃焼後の排気ガスをシリンダの内部から排出する排気口とを備えるディーゼル式発動機であって、
シリンダの周壁にはシリンダ内と通じる送風口が設けてあり、送風口の外周側には、熱源が配置してあり、送風口が設けてある箇所の周壁外周部に、周壁の周方向に沿って回転するリング状の開閉切替部が取り付けてあり、開閉切替部は、周壁の周方向に回転した位置によって送風口を開放または閉塞するものであり、送風口を開放したときには、熱源からの熱をシリンダ内に送り込む、送風口を閉塞したときには、シリンダ内を密封することを特徴とするディーゼル式発動機。
【請求項３】
シリンダと、シリンダの内部で吸気と燃料の混合ガスを圧縮して燃焼するピストンと、シリンダの内部に外気を取り込む吸気口と、燃焼後の排気ガスをシリンダの内部から排出する排気口とを備えるディーゼル式発動機であって、
シリンダの周壁には、シリンダの内部に通じる送風口が設けてあり、送風口の外周部には熱源が配置してあり、熱源と送風口との間にはシリンダの周壁外周部に沿って上下に摺動して送風口の開閉を切り替える開閉切替部材を配置してあることを特徴とするディーゼル式発動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両や船、発電装置などのディーゼル式発動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル式原動機は、車両や船舶、発電装置等に広く利用されている。さらに、原動機は、吸気口から取り入れた外気をシリンダ内で圧縮し、ガソリンや軽油などの混合油を噴霧して燃焼させてピストンロッドを押し出し、その押し出される力を動力や電力その他のエネルギーに替える装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２３１４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記にディーゼル式発動機を利用する手段として挙げた車両や船舶、発電装置等は、ピストン内に送り込んだ外気を圧縮し、さらに、燃料を混合して爆発させ、その爆発力をシリンダロッドに伝えて種々の目的の動力とするものであった。ところが、ディーゼル式発動機は、シリンダの内部で外気を圧縮して点火するものであることから、外気温の低い特に冬季や寒冷地においては、シリンダの内部に吸気された外気が非常に冷たく、しかも、金属製であることからシリンダの内部そのものも相当冷えた状態となっている。このような状態ではシリンダの内部に送り込まれた外気を圧縮し、さらに、燃料を噴霧しても燃焼可能温度になかなか到達せず、発動機の始動が遅れる不都合があった。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、冬季あるいは寒冷地等の環境であっても短時間で始動させることのできるディーゼル式発動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のうち請求項１記載の発明は、シリンダと、シリンダの内部で吸気と燃料の混合ガスを圧縮して燃焼するピストンと、シリンダの内部に外気を取り込む吸気口と、燃焼後の排気ガスをシリンダの内部から排出する排気口とを備えるディーゼル式発動機であって、
シリンダの吸気口に通じる外気加温部を有しており、外気加温部は、外気取入口と暖気送り口と加温空間を有しており、加温空間には熱源を配置しており、外気取入口から取り入れた外気を加温空間の熱源で温め、暖気送り口からシリンダの吸気口に送り込むことを特徴とする。
【０００６】
本発明のうち請求項２記載の発明は、シリンダと、シリンダの内部で吸気と燃料の混合ガスを圧縮して燃焼するピストンと、シリンダの内部に外気を取り込む吸気口と、燃焼後の排気ガスをシリンダの内部から排出する排気口とを備えるディーゼル式発動機であって、
シリンダの周壁にはシリンダ内と通じる送風口が設けてあり、送風口の外周側には、熱源が配置してあり、送風口が設けてある箇所の周壁外周部に、周壁の周方向に沿って回転するリング状の開閉切替部が取り付けてあり、開閉切替部は、周壁の周方向に回転した位置によって送風口を開放または閉塞するものであり、送風口を開放したときには、熱源からの熱をシリンダ内に送り込む、送風口を閉塞したときには、シリンダ内を密封することを特徴とする。
【０００７】
本発明のうち請求項３記載の発明は、シリンダと、シリンダの内部で吸気と燃料の混合ガスを圧縮して燃焼するピストンと、シリンダの内部に外気を取り込む吸気口と、燃焼後の排気ガスをシリンダの内部から排出する排気口とを備えるディーゼル式発動機であって、シリンダの周壁には、シリンダの内部に通じる送風口が設けてあり、送風口の外周部には熱源が配置してあり、熱源と送風口との間にはシリンダの周壁外周部に沿って上下に摺動して送風口の開閉を切り替える開閉切替部材を配置してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の請求項１記載によれば、シリンダケース内に送り込む前の外気を温めることにより、シリンダの内部では、外気よりも高温となった暖気を圧縮して燃焼させることから、発動機を短時間で始動することができる。これにより、冬季や寒冷地などの気温が著しく低い環境においても、外気加温部で外気を温めてからシリンダの内部に暖気を送り込めることで、シリンダの内部に取り入れた外気を燃焼可能な温度まで容易に到達させることができる。したがって、即座に発動機を始動させることが可能となる。
【０００９】
本発明の請求項２記載の発明によれば、シリンダの外周部に設けたリング状をなす開閉切替部により、開閉切替部の回転によって吸気の温めと暖気の圧縮の切り替えが行える。これにより、吸気口から取り入れた外気を温めて発動機を即座に始動できるとともに、開閉切替部がシリンダの外周部に沿った形状をなしていることから、発動機本体をコンパクトに形成できる。
【００１０】
本発明の請求項３記載の発明によれば、開閉切替部材をシリンダの周壁外周部の上下に配置することにより、回転切替部材の上下動によって吸気の温めと暖気の圧縮の切り替えが行える。これにより、吸気口から取り入れた外気を温めて発動機を即座に始動できるとともに、開閉切替部材は、開閉方向がシリンダのピストンの摺動方向に沿うので、送風口の設けてある箇所のみに開閉切替部材を配置することも可能となるので、発動機本体を一層コンパクトに形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一実施形態のディーゼル式発動機の要部を示す縦断面図である。
【図２】図１の一部を拡大し、吸気加温部の作動状態を示す縦断面図である。
【図３】（ａ）乃至（ｄ）は、第一実施形態の作動状態を示す縦断面図である。
【図４】第一実施形態のディーゼル式発動機の全体を示す正面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は、本発明の第二実施形態のディーゼル式発動機の作動状態を示す縦断面図である。
【図６】第二実施形態の作動状態を示す（ａ）は、図５中Ａ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は、図５中Ｂ−Ｂ線断面図である。
【図７】本発明の第三実施形態のディーゼル式発動機の要部を示す（ａ）は、気密弁閉塞時の縦断面図であり、（ｂ）は、気密弁開放時の縦断面図である。
【図８】本発明の第三実施形態のディーゼル式発動機の開閉切替部材の作動状態を示す（ａ）は、図７中Ｃを拡大した縦断面図であり、（ｂ）は、図７中Ｄを拡大した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、各図面に基づいて本発明のディーゼル式発動機について詳細に示す。
本発明の第一実施形態として、発動機本体１の吸気口５に外気加温部２を取り付けたものである。発動機本体１は、図１と図４のように、シリンダ３と、ピストン４とから構成されている。シリンダ３は、上部に吸気口５と排気口６を有しており、さらに、吸気口５と排気口６には、シリンダ３内部を開放または閉塞する開閉制御弁７，７がそれぞれ設けてある。また、吸気口５と排気口６の間には、燃料噴霧ノズル８が配置してある。燃料噴霧ノズル８は、燃料タンク３５（図４参照）から供給される所定量の燃料をシリンダ３内に噴霧するものである。ピストン４は、シリンダ３内を上下動するものであり、ヘッド９とピストンロッド１０とから構成されている。ヘッド９は、シリンダ周壁の内周部の全周と接触しており、密閉性を保ちながら周壁との間に塗布された潤滑油が介在して上下に摺動可能に配置してある。ピストンロッド１０は、ロッド長手方向の一方側の端部に上記のヘッド９を回転自在に取り付けている。さらに、ロッド長手方向の他方側の端部は、シリンダ３内の下部に軸支されたローター１１に回転可能な状態で軸支されている。ローター１１は、シリンダ３内でクランシャフト１２に水平軸回りに回転しており、クランシャフト１２から外れた位置にピストンロッド１０を水平軸回りに回転自在に軸支している。これにより、ピストンロッド１０とそのピストンロッド１０に軸支してあるヘッド９がクランシャフト１２から偏心して回転し、ヘッド９がシリンダ３内を上下に往復運動することになる。また、ローター１１は、図４に示すように、本実施形態ではクランシャフト１２を通してシリンダ３の外部に配置するフライホイール１３と連動しており、そのフライホイール１３に取り付けられたハンドル１４を回して手動で始動させることも可能である。さらに、シリンダ３の外部には、ローター１１の回転力を利用して発電する発電装置１５が取り付けてある。この発電装置１５からの電力は、外気加温部２の下部に設置されたバッテリー１６に充電され、後述する外気加温部２のセラミックヒーター（熱源）１７等に電力を供給している。また、吸気口５のシリンダ３の外部側には、エアクリーナーが取り付けてあり、外気中の塵を除去してシリンダ３内に清浄な外気を送り込むようにしてある。さらに、排気口６のシリンダ３の外部には、図示は省略するがマフラーが取り付けてあり、触媒によって排気ガス中の不純物を除去するとともに、本実施によるディーゼル式発動機の排気音や振動を抑制している。
【００１３】
外気加温部２は、図２のように、取り入れた外気を収容する加温空間Ｓを有する中空のボックス型をなしている。また、外気加温部２は、収容部２０と、外気取入口２１と、暖気送り口２２とからなっている。収容部２０は、取り入れた外気を留める加温空間Ｓを内部に有しており、その加温空間Ｓと接する内周部のほぼ全面には、送風ファン（図示省略）を内蔵した面状のセラミックヒーター１７が配置してある。各セラミックヒーター１７は、収容部２０の外部に設けてあるスイッチ２３を入れることにより起動し、その起動後は、収容部２０内に取り入れた外気を温める。また、セラミックヒーター１７を起動する電源は、収容部２０の下部にバッテリー１６が配置してある。このバッテリー１６の充電については、本実施によるディーゼル式発動機が始動したときに、上記した発電装置１５における発電によって確保される。また、バッテリー１６とは別途に乾電池を取り付ける電池ボックス３４も有している。この電池ボックス３４は、バッテリー１６に充電がされていない等の緊急時の電源として使用するものである。外気取入口２１は、収容部２０の周壁に設けてあり、本実施によるディーゼル式発動機の始動から始動開始後において加温空間Ｓに外気を連続的に取り入れることから、エアフィルターを介するが常に外部に開放した状態となっている。暖気送り口２２は、上記の外気取入口２１と同じく、収容部２０の周壁に設けてあり、シリンダ３側の吸気口５と連通するジョイント管２４が設けてある。
【００１４】
上記のように形成した外気加温部２は、図３（ａ）のように、外気取入口２１から外気を加温空間Ｓに取り入れ、その加温空間Ｓにて各セラミックヒーター１７からの放熱で温められる。ここで得られた暖気は、暖気送り口２２からシリンダ３の吸気口５に送り込まれる。これにより、シリンダ３の内部に送り込まれる暖気は、冬季や寒冷地等の気温の極端に低い環境にある外気と比較しても、相当に暖められていることから、図３（ｂ）のように、シリンダ３の内部にて上記の暖気をピストン４で圧縮したときには、噴霧した燃料の燃焼可能温度に到達しやすくなる。したがって、外気温に左右されずに本実施によるディーゼル式発動機の始動が短時間で行われることになる。さらに、図３（ｃ）のように、燃焼後にシリンダの内部で生成された排気ガスは、図３（ｄ）のように、排気口６から排出される。
【００１５】
本発明のディーゼル式発動機の第二実施形態として、図５（ａ）（ｂ）のように、シリンダ３の周壁にハロゲンヒーター（熱源）１８を設けたものである。本実施のハロゲンヒーター１８は、シリンダ３の周壁上部に設けてあり、送風ファン１９で熱を送り込む構造となっている。さらに、シリンダ３の周壁の複数箇所には、その周壁をシリンダ３の内外に貫通する送風口２５が設けてある。また、シリンダ３の周壁外周部には、図６（ａ）（ｂ）のように、その外周に沿ってリング状をなす開閉切替部２６が設けてある。開閉切替部２６は、リング状の周方向に沿って複数の開放口３６が設けてあり、各開放口３６は、シリンダ３の各送風口２５と一致する箇所に配置してある。その開閉切替部２６をシリンダ３の周壁に沿って摺動することにより、上記の各送風口２５を開放または閉塞することになる。そして、開閉切替部２６を摺動してシリンダ３周壁の各送風口２５を開放したときに、ハロゲンヒーター１８の放熱がシリンダ３の内部を温めることにより、ピストン４のヘッド９の上昇に伴い、シリンダ３の内部で圧縮された暖気の温度が急激に高まり、燃料噴霧ノズル８からの燃料の噴霧時には燃焼しやすくなる。また、開閉切替部２６の開閉の制御については、ピストン４の往復運動と連動しており、ローター１１のクランシャフト１２と同軸であるとともにシリンダ３の周壁外部に配置されたフライホイール１３を手動で回転することで行われるものである。具体的には、第一の手順として、本実施によるディーゼル式発動機を始動させる前に、フライホイール１３を回してピストンロッド１０と連動するヘッド９の上端を送風口２５の下端位置とほぼ面一となるように位置させる。このときに、ピストン４の動きと連動した開閉切替部２６が摺動して送風口２５が開放する。第二の手順として、シリンダ３の周壁の外部側に配置してあるハロゲンヒーター１８の熱が送風ファン１９で送風口２５を通してシリンダ３の内部に送り込まれる。第三の手順として、フライホイール１３をさらに回すことにより、ピストン４のヘッド９が上がってシリンダ３の内部の暖気を圧縮する。このときに、シリンダ３の内部には燃料噴霧ノズル８から燃料が噴霧され、圧縮されて高温となった暖気に引火して燃焼する。この動作の繰り返しにより、本実施によるディーゼル式発動機が始動する。尚、始動後にピストン４がシリンダ３内の往復運動を所定回数行えば、シリンダ３が温まることで暖気の送り込みが不要となることから、外気加温部２におけるハロゲンヒーター１８は停止する。
【００１６】
また、上記の開閉切替部２６の送風口２５の開閉の切り替え制御は、シリンダ３の内部のピストン４の動きに対応して行われている。ピストン４のヘッド９の位置が下方にあるときは、図６（ａ）のように、送風口２５を開放する位置にあり、シリンダ３の内部とハロゲンヒーター１８が通じることにより、ハロゲンヒーター１８の熱でシリンダ３の内部にある外気を温める。そして、ピストン４のヘッド９の上端が送風口２５の下端または下端に近い位置まで上がり、さらに、シリンダ３の内部の温度があらかじめ設定された温度まで高まったときに、図６（ｂ）のように、開閉切替部２６がシリンダ３の周壁外周部に沿って回転して送風口２５を閉塞する。これにより、シリンダ３の内部でピストン４によって圧縮されて高温になった暖気は、燃料噴霧ノズル８からの燃料の噴霧によって即座に燃焼し、ピストン４のヘッド９を押し出すための爆発力を得ることになる。また、ハロゲンヒーター１８のスイッチ２３のＯＮとＯＦＦの切り替えについては、手動の他、シリンダ３の内部に設けてある温度センサー（図示省略）でも行われる。これにより、シリンダ３の内部が設定温度以下であればハロゲンヒーター１８を起動し、設定温度以上であれば自動的に停止することも可能である。
【００１７】
本発明のディーゼル式発動機の第三の実施形態として、図７（ａ）（ｂ）のように、ハロゲンヒーター１８を有する開閉切替部材２７が、送風口２５の設けてあるシリンダ３の周壁外周部に沿って配置するものである。本実施のものは第二実施形態と同様に、フライホイール１３を手動で回してローター１１を回転し、シリンダ３の内部に取り込んだ暖気を圧縮させる方式をとっている。そして、開閉切替部材２７の構造は、図８（ａ）（ｂ）のように、気密弁２８と、気密弁２８を周壁外周部の上下方向に摺動する加熱路２９とから構成されている。加熱路２９は、シリンダ３の周壁外周部に配置してあり、加熱路２９の内部には、上下に長い気密弁摺動空間３０を有している。気密弁摺動空間３０は、シリンダ３の周壁とガイドレール３１との間で気密弁２８を内外にガイドしながら、気密弁２８を上下方向に安定して摺動するものである。さらに、気密弁摺動空間３０は、シリンダ３の周壁に設けてある送風口２５に連通している。気密弁２８は、耐熱性に優れたセラミック製の板体であり、その内周部がシリンダ３の周壁外周部に沿って彎曲した形状をなしている。また、気密弁２８の内周部は、シリンダ３の周壁外周部と常に接触しており、気密弁２８の摺動時においてもシリンダ３の周壁外周部とは隙間のできない状態となっている。さらに、気密弁２８の上下の摺動は、その気密弁２８の上部に配置した切替制御部３３によって行われる。切替制御部３３は、筒状をなしており、その筒孔に磁力を発生する構造である。気密弁２８から上方に伸びる棒状部３２を筒孔で発生する磁力によって吸着したときには、気密弁２８が気密弁摺動空間３０の上方に持ち上がるので、送風口２５と加熱路２９を通じるようにし、ハロゲンヒーター１８の熱を送り込むことができる。このときに、ハロゲンヒーター１８からの熱が加熱路２９を通ってシリンダ３の内部に送り込まれた吸気を温めることで、圧縮する前の段階で吸気の温度が高まる。さらに、暖気に対して燃料噴霧ノズル８から燃料を噴霧することにより、即座に燃焼することから本実施によるディーゼル式発動機の円滑な始動を行えるようになる。
【００１８】
本発明のディーゼル式発動機は、上記各実施形態のように、吸気口５の外からシリンダ３の内部に暖気を取り込む構造のものや、あるいは、吸気口５以外の箇所からシリンダ３の内部に熱を送って吸気を温める構造のいずれのものあってもよい。また、本発明のディーゼル式発動機は、船舶や車両の動力の他、発電装置など用途を限定するものではない。
さらに、セル等による機械的な始動方式や、あるいは、ローター１１を手動で回転して始動させる始動方式のいずれにも対応している。また、熱源については、本実施のものでは、第一実施形態がセラミックヒーター１７を使用し、第二及び第三実施形態では送風ファン１９を有するハロゲンヒーター１８を使用しているが、シリンダ３の周壁外周に取り付けられるものであれば手段は限定されない。
【符号の説明】
【００１９】
１  発動機本体
２  外気加温器
３  シリンダ
４  ピストン
５  吸気口
６  排気口
７  開閉制御弁
８  燃料噴霧ノズル
９  ヘッド
１０  ピストンロッド
１１  ローター
１２  クランシャフト
１３  フライホイール
１４  ハンドル
１５  発電装置
１６  バッテリー
１７  セラミックヒーター（熱源）
１８  ハロゲンヒーター（熱源）
１９  送風ファン
２０  収容部
２１  外気取入口
２２  暖気送り口
２３  スイッチ
２４  ジョイント管
２５  送風口
２６  開閉切替部
２７  開閉切替部材
２８  気密弁
２９  加熱路
３０  気密弁摺動空間
３１  ガイドレール
３２  棒状部
３３  切替制御部
３４  電池ボックス
３５  燃料タンク  
３６  開放口
Ｓ  加温空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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