JP2000503366A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも１つの燃焼シリンダ（１０）に通じる吸気管（１５）を備えた、自動車のための内燃機関であって、前記吸気管（１５）内にスロットルバルブ（１６）が配置されていて、流れ方向でスロットルバルブ（１５）の後ろで、燃料蒸気と燃焼空気との混合が行われようになっている形式のものにおいて、燃料蒸気と燃焼空気とを十分に均一な混合気に集中的に混合するために、吸気管の外側で燃料気化器（１８）内において生ぜしめられた燃料蒸気を、供給装置（１９）を介して、吸気管（１５）内でスロットルバルブ（１６）の後ろで吸気管及び／又はスロットルバルブ幾何学形状に基づいて不可避的に形成される空気渦流通路内に送り込む。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関 従来技術 本発明は、請求項１の上位概念に記載した形式の内燃機関に関する。 このような内燃機関においては、排ガスに含有された炭化水素（ＨＣ−未燃焼 エミッションン）を減少させるために、始動時及びそれに続く暖気運転時に常温 の内燃機関の燃焼シリンダに、燃焼空気と混合された燃料蒸気を中央で吸気管を 介して供給するようになっている。これによって燃焼シリンダ内での燃焼は非常 に安定して均一に行われ、ＨＣ−排出が劇的に減少される。これに対して通常運 転時には、燃料蒸気混合は行われず、燃料は公知の形式で噴射弁を介して燃焼シ リンダに供給される。 内燃機関の中央の吸気管で燃料蒸気を燃焼空気に混合するための公知の方法［ Charles Aquino and Williams D．Plensdorf“An Evaluation of Local Heating as a Means of Fuel Evaporation for Gasoline Engines”，Int．Congress and Exposition，Detroit，Michigan，Febr．24-28.1985，SAE Technical Paper Se ries，860246，1986（チャールズ・アキノ、ウイリアムズ・Ｄ・プレンスドルフ “ガソリンエンジンのた めの燃料蒸発手段としての局部加熱の評価”国際会議及び展示会、デトロイト、 ミシガン、１９８５年２月２４日〜２８日、ＳＡＥテクニカル・ペーパー・シリ ーズ、８６０２４６，１９８６年］においては、吸気管内で流れ方向で見てスロ ットルバルツの後ろに配置されたいわゆるスワールベーン（Swirl Vane）によっ て、吸気管内に渦流通路が形成され、この渦流通路内に、スロットルバルブの手 前に配置された２つの噴射弁によって燃料が十分に接線方向で吸気管内に噴射さ れるようになっている。噴射された燃料スプレーは、渦によって、吸気管内でス ワールベーンに後置接続された加熱面に供給され、ここで気化される。発生した 燃料蒸気は、渦流にされた燃焼空気と集中的に混合されるので、十分に均一な燃 料・空気混合気が得られる。吸気管内に渦流を発生するために組み込まれたスワ ールベーンは、吸込み空気を明確に絞り、ひいては出力及び効率の減少を生ぜし める限りにおいて、欠点を有している。 発明の利点 これに対して、請求項１に記載した特徴を有する本発明による内燃機関、並び にこの内燃機関で使用された、請求項１０に記載した特徴を有する本発明による 方法は、燃料蒸気と燃焼空気とを集中的に混合するために、吸気管に出力及び効 率を減少させる組み込み構成部が設けられているのではなく、吸気管内に自然に 存在する渦流通路（別の理由によって制限された吸気管及び／又はスロットルバ ルブ幾何学的形状に基づいて不可避に形成される）が、吸気管の外側で生ぜしめ られた燃料蒸気の渦流のために利用される、という利点を有している。このよう な渦流通路は、構造的に制限された、吸気管壁部の非連続箇所及び特にスロット ルバルブ縁部において生じる。常温始動時及び暖気運転のための燃料蒸気混合気 無しの吸気管に対して、燃料蒸気混合気によって付加的な流れ抵抗が生じること はなく、また、公知の中央の燃料蒸気混合気に対して、出力及び効率の改善とい う利点と並んで、吸気管内の構造的な費用が減少されるという利点が得られる。 燃料スプレーを供給し次いで吸気管の加熱面で蒸発させる代わりに、吸気管の外 部で燃料蒸気を発生させることによって及び空気渦流内に燃料蒸気を供給するこ とによって、吸気管が個別の燃料シリンダに分岐する分岐部の手前でも非常に均 一な混合気形成が得られ、これによって各燃焼シリンダのための燃料・空気混合 気の正確に一様な質が確実に得られる。これによって、すべての燃焼シリンダの ために同じ運転条件が得られ、燃焼シリンダ内での壁面膜形成が避けられ、燃焼 シリンダ内に安定した燃焼が得られる。炭化水素と排ガスとの衝突は劇的に減少 され、触媒は、内燃機関の始動後にすでに非常に早期に変換開始することができ る。 従属請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した内燃機関の有利な改 善及び改良可能である。 燃料蒸気を吸気管内の“自然な”渦流通路内に導入することは、吸気管内で燃 料供給装置の開口部を相応に幾何学的にスタンピングすることによって得られる 。 本発明の有利な実施例によれば、このために、供給装置は、吸気管壁部の近く に配置された互いに直径方向で向き合う少なくとも２つの開口部を有しており、 その開口横断面がそれぞれ、吸気管軸線に対して約４５゜の角度で傾斜して流れ 方向に向いている。この場合、２つの開口部は、有利にはそれぞれ、直径方向で 互いに向き合う２つの開口スリーブの端面側に構成されており、この端面側は、 吸気管壁部から半径方向で突き出ていて、吸気管壁部に当接する半円弧状の円弧 形取り入れ部を介して、吸気管を貫通する、燃料気化器に接続された取り入れス リーブに接続されている。 本発明の選択的な実施例によれば、いわゆるレジスター式スロットルバルブ（ Registerdrosselklappen）構造において、供給装置が、レジスター開口間の分離 ウエブの領域内に配置された開口部を有しており、この開口部の開口横断面が流 れ方向で吸気管軸線に対して約４５゜の角度で傾斜して配置されている。この開 口部は、吸気管壁を貫通して分離領域内まで達する開口スリーブの端面側に構成 されていて、この開口スリー ブは燃料気化器に接続されている。 図面 以下に図示の実施例を用いて本発明を詳細に説明する。 第１図は、燃焼シリンダ及び吸気管を備えた内燃機関の一部の概略的な縦断面 図、 第２図は、第１図の部分１１の構造を示す拡大図、 第３図は、第２図のIII−III線に沿った断面図、 第４図は、いわゆるレジスター式スロットルバルブを備えた内燃機関の変化実 施例による吸気管の平面図、 第５図は第４図のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 実施例の説明 第１図に部分的かつ概略的な断面図で示された内燃機関は、多数の燃焼シリン ダを有しており、これらの燃焼シリンダのうちの、概略的に示された入口弁１１ 及び燃料噴射弁１２を備えた１つの燃焼シリンダ１０だけが部分的に示されてい る。燃焼シリンダ１０の入口弁１１には、いわゆる振動管１３が通じており、こ の振動管１３は、その他の燃焼シリンダ１０のその他の振動管１３と同様に、安 定化室（Beruhigunskammer）１４から分岐している。安定化室１４内には、内燃 機関の吸気管１５が開口しており、この吸気管１５は燃焼空気を吸込むために使 用される。吸い込まれた燃焼空気は各振動管１３を介して、燃焼シリンダ１０の 入口弁１１にガイドされる。吸い込まれた燃焼空気の必要な量は、スロットルバ ルブ１６によって制御され、このスロットルバルブ１６は、吸気管１５内で、流 れ方向に対して横方向に向けられた旋回軸１７で旋回可能に支承されていて、吸 気管１５の空気貫流横断面を覆う閉鎖位置から、吸気管の全横断面を開放する開 放位置へ、及びそれとは逆方向に旋回せしめられ、この際に、スロットルバルブ １６はそれぞれの中間位置を占めることができる。 内燃機関の常温始動時及びそれに続く暖機運転時に排ガス内の炭化水素エミッ ションを改善するために、内燃機関のこの運転段階において吸気管１５を介して 吸い込まれた燃焼空気に燃料蒸気が加えられるので、入口弁１１を介して燃焼シ リンダ１０に、できるだけ均一な燃料蒸気・空気混合気が供給される。このため に燃料気化器１８が設けられており、この燃料気化器１８は、供給通路１９を介 して吸気管１５の内部と接続している。燃料気化器１８は、対流性の加熱面２０ を有して、これらの加熱面２０の間に、横断面が小さい狭い貫流ギャップ２１が 設けられていて、また燃料気化器１８は、この貫流ギャップ２１内に燃料噴射す るための噴射弁２２を有している。この燃料噴射弁２２から前記加熱面２０間に 噴射された燃料は、貫流ギャップ２１を通って圧縮されてこの際に気化される。 これによって生じた燃料蒸気は、供給装置１９を介し て吸気管１５の、スロットルバルブ１６の直接下流側に存在する吸気管区分１５ １に供給される。この場合、燃料蒸気の供給は、吸気管区分１５１内において供 給装置１９の開口部を相応に次のように配置及び構成することによって、つまり 、燃料蒸気が吸気管１５１内で構造的に制限された吸気管及び／又はスロットル バルブの幾何学形状に基づいて不可避的に形成される、燃焼空気の渦流通路内に 侵入することによって、行われる。このような渦流通路は、例えば吸気管１５の 壁面における不連続箇所において、また特にスロットルバルブ１６の縁部におい て不可避的に形成される。 第２図及び第３図に示された吸気管区分１５１においては、燃料蒸気は、スロ ットルバルブ縁部に沿って不可避的に形成される渦流通路内に送り込まれる。こ の渦流通路は、図２では小さい流れ矢印によって示されていて、全体で符号２３ で記されている。渦流通路２３は、この実施例では円形に形成されたスロットル バルブ１６の全外周に亘って形成される。燃料気化器１８によって生ぜしめられ た燃料蒸気を渦流通路２３に送り込むために、供給装置１９は、吸気管壁の近く に位置する２つの開口２４，２５を有している。これらの開口の開口横断面は、 それぞれ、吸気管１５の軸線２６に対して約４５°の角度で傾斜されていて、燃 焼空気の流れ方向に向けられている。燃焼空気の流れ方向は、第１図及び第２図 では流れ方向矢印２７で示 されている。開口２４，２５はそれぞれ、吸気管壁から半径方向に突き出る開口 スリーブ２８若しくは２９の端面に形成されている。２つの開口スリーブ２８， ２９は、吸気管軸線２６において直径方向で互いに向き合っていて、２つの開口 スリーブ２８，２９間に延びる半円弧形のガイド円弧３０を介してガイドスリー ブ３１に接続されている。ガイド円弧３０に開口するガイドスリーブ３１は、吸 気管１５の壁部に半径方向で突き当たり、燃料気化器１８の出口に接続されてい る。ガイド円弧３０は、吸気管壁部に形成された半円弧状の切欠３２内に挿入さ れ、この切欠３２の端部に形成されたリングショルダ３３で支えられている。 第２図及び第３図に示した供給装置１９には、もちろんさらに別の開口を設け てもよい。これらの別の開口は、開口２４，２５と同じ形式で構成されるが、こ れらの開口２４，２５に対して所定の周方向角度だけずらして配置される。これ らの開口も、相応のガイド円弧を介してガイドスリーブ３１に接続されている開 口スリーブの自由端面側に構成されている。これらすべての開口は、開口２４， ２５に関連して記載されているのと同様に、これらの開口から流出する燃料蒸気 が、スロットルバルブ１６の円弧状の外周縁部に形成された渦流通路２３内に供 給されるように配置されている。 所定の場合、燃料蒸気を吸気管区分１５１内に送り 込む前に、燃料蒸気に空気が混合される。このために、第１図に概略的に示され ているように、供給装置１９が通路３４を介して、流れ方向で見てスロットルバ ルブ１６の直前に位置する吸気管区分１５２に接続されているので、少量の燃焼 空気が吸気管区分１５２内で吸気管１５から分岐していて、供給装置１９を介し て燃料蒸気と一緒に再び、吸気管区分１５１の吸気管１５に供給される。 通常の走行運転時つまり内燃機関の暖気運転終了後に、燃料蒸気発生及び混合 が調節され、燃焼シリンダ１０への燃料供給は、公知の形式で燃料噴射弁１２に よって行われる。 第４図及び第５図に示された、変化実施例による吸気管１５の吸気管区分１５ １においては、スロットルバルブはいわゆるレジスター式スロットルバルブ３５ として構成されている。レジスター式スロットルバルブ３５は、異なる直径を有 する円環状の２つのバルブ部分３６，３７を有しており、この場合上側のバルブ 部分３６がより大きい直径を有している。２つのバルブ部分３６，３７は、２つ のレジスター開口３８，３９を制御し、これらのレジスター開口３８，３９は、 吸気管壁部まで延びる仕切ウエブ４０によって互いに分離されている。各バルブ 部分３６，３７は、所属のレジスター開口３８若しくは３９を完全に又は部分的 に閉鎖するか、又は空気を貫流させるために完全に開 放する。 吸気管１５内で、以上のように構成されたレジスター式スロットルバルブ３５ においては、有利には燃料蒸気が場合によっては空気と混合されて、不可避的に 仕切りウエブ４０に形成される渦流通路４１（第４図）内に送り込まれる。この ために、供給装置１９′の開口４２は仕切ウエブ４０の領域内に配置されていて 、この場合やはりその開口横断面は、吸気管軸線２６に対して約４５°の角度で 傾斜して流れ方向（第５図の矢印２７）に向けられている。開口４２は、吸気管 壁部を半径方向で貫通する開口スリーブ４３の端面側に形成されており、この開 口スリーブ４３は、仕切ウエブ４０の領域内まで達していて、燃料気化器１８（ 第１図）に接続されている。 前記２つの実施例で記載した内燃機関においてもっぱら実現された、内燃機関 の常温始動時及びその暖気運転段階中に吸気管１５を介して吸い込まれた燃焼空 気に燃料蒸気を中央で混合するための方法は、吸気管１５の外で形成された燃料 蒸気が、吸気管１５内でスロットルバルブ１６若しくは３５の後ろで吸気管及び ／又はスロットルバルブの幾何学形状に従って不可避的に形成された空気渦流通 路２３若しくは４１内に送り込まれるという特徴を有している。この場合の主要 な利点は、吸込み空気流に高い流れ抵抗を対抗させ、吸込み空気流を絞ることに よって出力及び効率を減少 させるように作用する、吸気管１５内に空気渦流を生ぜしめるための付加的な手 段は必要ではなく、むしろ“自然に”生じる渦流通路２３若しくは４１に作用し て、この渦流内に、吸気管１５の外部で生ぜしめられる燃料蒸気が直接送り込ま れるようになっている点にある。この“自然な”空気渦流は、最良には傾けられ ていて、燃料蒸気及び吸込み空気が、集中的に混合され、これによって入口弁１ １に亘って燃焼シリンダ１０に、すべての燃焼シリンダ１０のために同じである 均一な燃料−空気混合気が供給される。これによって燃焼は、すべての燃焼シリ ンダ１０内で非常に安定的に、かつ、非常に均一に行われる。これによって、常 温状態の内燃機関のＨＣ−未燃焼エミッションが劇的に減少され、それと同時に 、始動後でしかも非常に早期に触媒が変換開始する、内燃機関のための運転条件 が実現される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンヴァール アビディン ドイツ連邦共和国 Ｄ―71229 レオンベ ルク アインシュタインシュトラーセ 27 (72)発明者 ゲオルク マレブライン ドイツ連邦共和国 Ｄ―78224 ジンゲン クニービスシュトラーセ 19 (72)発明者 イェルク ランゲ ドイツ連邦共和国 Ｄ―71735 エバーデ ィンゲン シラーシュトラーセ ９／３ (72)発明者 アンドレアス アイヒェンドルフ ドイツ連邦共和国 Ｄ―73614 ショルン ドルフ パウリーネンシュトラーセ 11 ／１ (72)発明者 クリストフ フォーゲル ドイツ連邦共和国 Ｄ―96120 ビッシュ ベルク ザントシュトラーセ 12 (72)発明者 ゲルハルト ベンツ ドイツ連邦共和国 Ｄ―71032 ベーブリ ンゲン ブルックナーシュトラーセ ８ (72)発明者 ニコラウス ジーモン ドイツ連邦共和国 Ｄ―82418 ムルナウ オーベラー ライテンヴェーク 20

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 自動車のための内燃機関であって、少なくとも１つの燃焼シリンダ（１ ０）に通じる、燃焼空気を吸込むための吸気管（１５）を備えており、該吸気管 （１５）内にスロットルバルブ（１６；３５）が配置されていて、流れ方向でス ロットルバルブ（１６；３５）の後ろで、燃焼空気と燃料蒸気との混合が行われ る形式のものにおいて、 燃料を気化させるために、吸気管（１５）の外側に燃料気化器（１８）が設け られていて、燃料蒸気が、供給装置（１９；１９′）を介して、スロットルバル ブ（１６；３５）のすぐ下流に存在する吸気管区分（１５１）内に送り込まれる ようになっており、燃料蒸気がこの吸気管区分（１５１）内でその構造的に制限 された吸気管及び／又はスロットルバルブの幾何学形状に基づいて不可避的に形 成される、燃焼空気の渦流通路（２３；４１）内に侵入するように、供給装置（ １９；１９′）の開口が吸気管（１５）内に配置され、構成されていることを特 徴とする、内燃機関。 ２．供給装置（１９）が、直径方向で吸気管壁部の近くに配置された少なくと も２つの開口（２４，２５）を有しており、これらの開口の開口横断面が、吸気 管軸線（２６）に対して約４５゜の角度で傾けて流れ方向（２７）に配置されて いる、請求項１記載の内燃 機関。 ３． 開口（２４，２５）がそれぞれ、直径方向に配置された２つの開口スリ ーブ（２４，２５）のうちの１つの端面側に形成されており、この端面側が、吸 気管壁部から突き出ていて、吸気管壁部に当接する半円弧状のガイド円弧（３０ ）を介して、吸気管壁部を貫通する、燃料気化器に接続されたガイドスリーブ（ ３１）に接続されている、請求項２記載の内燃機関。 ４． 吸気管壁部内に半円弧状の切欠（３２）が形成されていて、該切欠（３ ２）内にガイド円弧（３０）が挿入され、このガイド円弧に形成された半径方向 ショルダ（３３）で軸方向に支えられている、請求項３記載の内燃機関。 ５． ガイド円弧（３０）と開口スリーブ（２８，２９）とが互いに一体的に 構成されている、請求項３又は４記載の内燃機関。 ６． スロットルバルブが、互いに並んで又は上下に配置された少なくとも２ つのバルブ部分（３６，３７）を有するレジスター式スロットルバルブ（３５） として構成されており、前記バルブ部分（３６，３７）が、吸気管壁部まで延び る仕切ウエブ（４０）によって互いに分離された、吸気管（１５）内にもうけれ らた少なくとも２つのレジスター開口（３８，３９）を制御するようになってい る形式のものにおいて、 供給装置（１９′）が、仕切ウエブ（４０）の領域 内に配置された開口（４２）を有していて、該開口（４２）の開口横断面が、吸 気管軸線（２６）に対して約４５゜の角度で傾斜して流れ方向（２７）に向けら れている、請求項１記載の内燃機関。 ７． 開口（４２）が、吸気管壁部を貫通して仕切ウエブ領域まで達する開口 スリーブ（４３）の端面側に形成されており、該開口スリーブ（４３）が燃料気 化器（１８）に接続されている、請求項６記載の内燃機関。 ８．燃料気化器（１８）が、対流性の加熱面（２０）とこれらの加熱面の間に 設けられた横断面の小さい貫流ギャップ（２１）と、燃料を貫流ギャップ（２１ ）内に噴射するための噴射弁（２２）とを有している、請求項１から７までのい ずれか１項記載の内燃機関。 ９． 吸気管（１５）の後ろに、安定化室（１４）が接続されており、この安 定化室（１４）が振動管（１３）が、多数の燃焼シリンダ（１０）のうちのそれ ぞれ１つに通じている、請求項１から８までのいずれか１項記載の内燃機関。 １０． 燃焼空気と燃料蒸気とを、内燃機関の少なくとも１つの燃焼シリンダ （１０）に通じる、スロットルバルブ（１６；３５）を備えた吸気管（１５）内 で中央混合するための方法において、 燃料蒸気を吸気管（１５）の外側で発生させ、この 発生させた燃料蒸気を、吸気管（１５）内で流れ方向で見てスロットルバルブ（ １６；３５）の後ろに、吸気管及び／又はスロットルバルブの幾何学形状に基づ いて不可避的に形成される空気渦流通路（２３；４１）内に送り込むことを特徴 とする、燃焼空気と燃料蒸気とを吸気管内で中央混合するための方法。 １１．燃料蒸気が送り込まれる空気渦流通路（２３）として、スロットルバル ブ縁部に形成された空気渦流を使用する、請求項１０記載の方法。 １２． 燃料蒸気を吸気管内に送り込む前に、燃料蒸気に空気を混合する、請 求項１０又は１１記載の方法。