JP2001159376A - 制御された自己点火燃焼方法、および排気管と吸気管との間に移送管が組み合わされた４サイクルエンジン - Google Patents

制御された自己点火燃焼方法、および排気管と吸気管との間に移送管が組み合わされた４サイクルエンジン

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JP2001159376A
JP2001159376A JP2000326854A JP2000326854A JP2001159376A JP 2001159376 A JP2001159376 A JP 2001159376A JP 2000326854 A JP2000326854 A JP 2000326854A JP 2000326854 A JP2000326854 A JP 2000326854A JP 2001159376 A JP2001159376 A JP 2001159376A
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pipe
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gas
cylinder
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Jean Charles Dabadie
ダバディ ジァン−シャルル
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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    • F02B1/12—Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ４サイクルエンジンにおける自己点火燃焼を
制御しかつ推進する。 【解決手段】 ４サイクルエンジンは、吸気管を有する
少なくとも１つの吸気手段２と排気管を有する少なくと
も１つの排気手段３とを各々が持つ複数のシリンダ１を
有している。エンジンの部分負荷動作時に、ある量の排
気ガスがあるシリンダ１の排気管から取り出され、ある
量の燃焼ガスが少なくとも１つの他のシリンダ１の吸気
管に移送される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御式自己点火４
サイクル内燃エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】制御された自己点火は、２サイクルエン
ジンにおいて公知の現象である。この種の燃焼は排出ガ
スに関して、特に炭化水素および酸化窒素が少ない排出
ガスが得られるという利点を有している。さらに、自己
点火燃焼中に顕著なサイクル規則性が得られる。
【０００３】自己点火は、燃焼後に燃焼室内に残ってい
る残留燃焼ガスによって燃焼を引き起こすことを可能に
する現象である。
【０００４】自己点火は、残留ガスの量を制御し、残留
ガスと（まだ燃焼されていない）新鮮なガスとを混合す
ることによって行われる。残留ガス（高温の燃焼ガス）
は、温度と活性種の存在とが組み合わさることによって
新鮮なガスの燃焼を引き起こす。
【０００５】２サイクルエンジンにおいて、残留ガスの
存在は燃焼に「必須」である。実際、エンジンの負荷が
低減すると、新鮮なガスの量が少なくなり、それによっ
て残留ガス（シリンダから出ていない、前のサイクルの
燃焼ガス）の量が増加する。したがって、２サイクルエ
ンジンは、部分負荷時に燃焼ガスの内部循環（すなわち
内部ＥＧＲ）によって動作する。しかしながら、この内
部ＥＧＲがあっても、所望の自己点火動作を得るのに十
分ではない。研究者によって、この内部ＥＧＲと新鮮な
ガスの混合を制御しかつ制限する必要があることも分か
っている。
【０００６】４サイクルエンジンに適用される制御式自
己点火技術は、燃料空気比が非常に低く、したがって排
出ガスの酸化窒素が極めて少ない、極めて希釈度の高い
混合燃料を用いてこの種のエンジンを動作できるように
するので、特に有益である。
【０００７】しかし、この技術は、２サイクルエンジン
の内部ＥＧＲの作用によらずその利益を得るために、エ
ンジンの圧縮比を大幅に大きくするか（高負荷時にノッ
キング問題が起こる）、あるいは導入された新鮮なガス
をかなり高温にする（数百℃）か、あるいはこの２つの
現象を組み合わせる必要が生じるという、重大な技術的
問題を伴う。
【０００８】特に、燃料に添加される適切な添加物を使
用することによって、４サイクルエンジンの圧力および
温度レベルの要件を低減できるようにする解決策があ
る。仏国特許出願第２，７３８，５９４号はこの種の解
決策を示している。
【０００９】４サイクルエンジンに関し、吸気口で可変
弁タイミングを逆止装置と組み合わせて部分負荷時にポ
ンプ損失を削減することが、特に国際特許出願第９３／
１６，２７６号から公知である。この解決策は、吸気ス
ロットルをできるだけ広く開いた状態で動作させること
ができる。
【００１０】本願出願人によって出願された仏国特許出
願第９７／０２，８２２号は、４サイクルエンジンにお
ける自己点火制御を説明している。より詳しくは、この
文献は、部分負荷時に、排気の終了時に動作させること
によって、新鮮なガスと燃焼室に閉じ込められている燃
焼ガスとの混合を最小限にすることを推奨している。し
たがって、この解決策は、ガスを燃焼室内で層化できる
ようにする「内部」再循環技術に近い。
【００１１】本願出願人によって出願された仏国特許出
願第９７／１１，２７９号も、部分負荷時に、新鮮なガ
スと燃焼室に閉じ込められている燃焼ガスとの混合を最
小限にして、自己点火燃焼を制御しかつ推進することを
目的としている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この文
献（仏国特許出願第９７／１１，２７９号）は、燃焼ガ
スをシリンダの排気口から同じシリンダの吸気口に移送
することを提案している。この解決策では、空気によっ
て非常に希釈度の高い再循環された燃焼ガスが生成さ
れ、その後この燃焼ガスが燃焼室に入り、そのため問題
が生じるおそれがある。
【００１３】本発明は、実施するのが容易であり、かつ
燃焼室内での燃焼ガスの層化を最大にする多気筒４サイ
クルエンジンにおける、非常に簡素であり、したがって
信頼性がある制御された自己点火を実現することを目的
としている。さらに、本発明によれば、燃焼ガスの温度
が維持されるか、場合によっては高められ、それによっ
て自己点火が推進される。
【００１４】したがって、本発明の目的は、少なくとも
１つの吸気ポートおよび少なくとも１つの排気ポートを
各々が持つ複数のシリンダを有しており、これらのポー
トおよび開閉制御手段が従来型である、すなわち当業者
に公知である、４サイクルエンジンの自己点火燃焼を制
御する方法である。本発明は、直噴エンジン（ＤＩＥ）
または非直噴エンジンに適用できる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この方
法は、部分負荷動作時に、適切な移送手段を介して、排
気ガスを概ね排気行程中のあるシリンダから概ね吸気行
程中の他のシリンダに移送することを含む。排気ガス
は、排気手段の後段に配置された特定の弁を介して移送
手段に送られる。このように移送された排気ガスは、第
２の弁によって、吸気手段の上流側の吸気管に到達す
る。より高い効率を得るには、新鮮なガスと燃焼ガスと
の混合を低減させるために、排気ガスをシリンダ内に流
入させる専用の吸気手段を有する（この場合、少なくと
も２つの吸気手段が必要である）ことが望ましい。
【００１６】したがって、膨張行程の終了時に排気ガス
をあるシリンダから回収することができる。また、圧縮
行程の開始時に排気ガスを他のシリンダに送り込むこと
もできる。
【００１７】本発明による方法はまた、排気装置と移送
手段との間の排気ガスの流量の分配を制御することにあ
る。さらに、この方法は、自己点火を向上させるため
に、適切な移送手段に移送された排気ガスを断熱し、お
よび／または加熱することを含むことができる。
【００１８】移送手段を流れる燃焼ガスを加熱するため
に、移送手段内に触媒手段を配置することができる。触
媒の位置は、燃焼ガスがシリンダに流入する際により高
い温度を有するようにするシリンダの吸気弁に近い位置
と、冷えた状態で始動した場合に触媒の始動を容易にす
る排気弁に近い位置との間で兼ね合いが図られる。この
触媒の第１の機能が制御された自己点火を容易にするた
めに燃焼ガスを加熱することに加えて、この触媒は、冷
えた状態で始動した場合に、触媒が始動した直後に変換
器の主触媒がほとんど完全に始動されていない段階で排
出物を低減させる働きをする。触媒手段は、触媒の塊、
または触媒で被覆された壁を有することができる。これ
に対して、全負荷時には、触媒は燃焼ガスを受け入れ
ず、したがって、早い時期に劣化が起こる可能性が低く
なり、さらなる圧力降下が抑制される。
【００１９】実際、移送手段は、全負荷時には、シリン
ダの排気口および吸気口が組み合わされた配管にもはや
連通しない。全負荷時には、エンジンの構成は従来の構
成になる。
【００２０】部分負荷時での排気ガスの温度を上げるた
めに、特に直接噴射エンジンの場合に、排気ガスの混合
強度を高めることが可能である。この場合、排気行程の
終了時に燃料を噴射すると、触媒を反応させることによ
って排気ガスの温度を上昇させることができる。触媒手
段の上流側に特定の燃料噴射器を配置することが考えら
れる。
【００２１】本発明の一実施態様によれば、排気ガスの
移送に共通配管が用いられる。
【００２２】本発明の他の実施態様によれば、排気ガス
の移送は、特定の排気管を特定の吸気管に２対２の関係
で接続している一連の配管によって行われる。
【００２３】本発明はまた、少なくとも１つの吸気ポー
トおよび少なくとも１つの排気ポートを各々が持つ複数
のシリンダを有する制御式自己点火４サイクル内燃エン
ジンに関する。
【００２４】本発明によれば、各シリンダはまた、排気
ガスを概ね排気行程中のあるシリンダの排気口から概ね
吸気行程中の少なくとも１つの他のシリンダに通すこと
を可能にする特定の手段に加えて、これに組み合わされ
た、部分負荷動作中に移送を行う移送手段を有してい
る。
【００２５】本発明の範囲から逸脱せずに、移送手段の
断熱および／または加熱のための手段を設けることもで
きる。
【００２６】このエンジンは、部分負荷時に排気ガスを
排気装置と移送手段との間で分配させる手段も有してい
るのが有利である。
【００２７】排気ガス分配手段は、排気ガスを（完全ま
たは部分的に）移送手段の方へ向ける特定の弁に加え
て、排気手段の近傍に配置されたスロットル手段を有す
ることができる。
【００２８】一実施態様によれば、前記の移送手段は共
通配管を有している。
【００２９】本発明の他の実施態様によれば、移送手段
は、特定の排気管および弁を特定の吸気管および弁に２
対２の関係で接続している一連の配管を有している。
【００３０】本発明の他の特徴、詳細、および利点は、
添付の図面を参照しながら、非制限的な例を介して与え
られている以下の説明を読んだときに明らかになろう。
【００３１】
【発明の実施の形態】図１は、４つのシリンダ１を備え
たエンジンの場合を示している。本発明は、実際には、
少なくとも２つのシリンダを有するあらゆるエンジンに
適用される。文字Ａはシリンダの吸気口を表しており、
文字Ｅは同じシリンダの排気口を表している。
【００３２】各シリンダ１は、供給ガス用の少なくとも
１つの吸気ポート２を有している。本発明は（図示され
ているように）２つの吸気ポートを有することが好まし
い。供給ガス吸気手段は、ここでは、弁が組み合わされ
た吸気ポート、およびこのポートに組み合わされた配管
であると理解されたい。排気手段の用語にも同じ定義が
適用される。
【００３３】各シリンダはまた、関連する配管および関
連する弁を従来通りに備えている排気ポート３を有して
いる。
【００３４】さらに、各シリンダ１は、排気管内の、も
ちろん排気ポートの下流側に配置された、弁４のタイプ
の分配手段を有している。この弁、またはそれに相当す
る装置は、排気ポートから流出した燃焼ガスが移送手段
５に進入するのを可能にする。この例では、移送手段５
は、シリンダのすべての排気管およびすべての吸気管に
連通する配管である。このような分配手段は、排気口と
吸気口との間のガス移送率を調節することを可能にす
る。全負荷時には、これらの弁４は配管５との連通を遮
断する。
【００３５】各シリンダ１は、吸気口内の吸気ポート２
の近傍に配置された弁７も有している。この弁７によっ
て、燃焼ガスは移送手段５から分配弁７および吸気ポー
ト２を経てシリンダ１に流れることができる。全負荷時
には、これらの弁７は閉じていることが好ましい。
【００３６】各シリンダには、排気手段３の近傍にスロ
ットル手段６が配置されている。調節された適切な制御
手段が、各スロットル手段４，６，７を開くように制御
し、従来の排気口と移送手段５との間のガスの流量を調
節しかつ分配させることを可能にする。
【００３７】本発明の範囲から逸脱することなく、スロ
ットル手段６は備えられていなくてもよい。
【００３８】部分負荷時には、排気ガスは、概ね排気行
程中のあるシリンダから、概ね吸気行程中の他のシリン
ダに移送される。
【００３９】以下の表は、４サイクルエンジンの１サイ
クル中にこのように行われる移送を示している。
【００４０】
【表１】
【００４１】本発明は、排気弁および吸気弁をすべて開
くための標準的な弁機構を使用することができる。この
場合、部分負荷時には、吸気行程中に燃焼ガスと新鮮な
ガスが共にシリンダに進入する。
【００４２】公知の可変弁開閉装置が使用できる場合、
いくつかの方策を本発明と共に効率的に使用することが
できる。
【００４３】排気については、少なくとも２つの排気手
段（３および３’）の場合、新鮮なガス用のポート３を
排気行程の開始時にわずかに開くことができ、この時、
弁４に組み合わされた通常は開いているポート３’が燃
焼ガスを強制的に移送手段５に流入させる。この方策で
は、吸気行程中により多くの量の燃焼ガスを移送手段５
に送り込み、したがって、他のシリンダ内に送り込むこ
とができる。わずかに開くということは、弁リフト高さ
または弁リフト時間、あるいはその両方に作用すること
を意味する。この場合、スロットル手段６は必要ない。
ポート３’を開くことを、加圧された非常に高温の燃焼
ガスを回収するように膨張サイクルの終期中に開始さ
せ、および／または行うこともできる。これを用いて、
冷えた状態で始動させる時に触媒１０を素早く加熱する
ことができる。
【００４４】吸気については、少なくとも２つの吸気手
段の場合、ポート２を吸気行程の開始時に開き、ただち
に再び閉じることができる。この時、ポート２’が吸気
行程の終期に開き、したがって、燃焼ガスと新鮮なガス
との混合を制限するように弁２と弁２’との重複が制限
される。この構成では、適切な排気弁管理方策を用い
て、新鮮な供給ガスが流入した後に燃焼ガスを強制的に
進入させることによって、シリンダ内の圧力を高めるこ
とができる。燃焼ガスの量を増加させるために、（移送
手段で得られる圧力で可能であれば）燃焼ガスの流入を
圧縮サイクルの開始時に終了させることもできる。
【００４５】他の考えられる方策は、燃焼ガスが新鮮な
ガスと混合することを制限するために弁の重複を少なく
した状態で、まず最初に燃焼ガスをポート２’を介して
シリンダ内に流入させ、次に供給ガスをポート２を介し
てこのシリンダに流入させることである。新鮮なガス
は、本発明の範囲から逸脱することなく、たとえば圧縮
機によって圧縮することができる。
【００４６】図１に示した本発明の一実施形態によれ
ば、移送手段は、すべての特定の弁４および７に通じて
いる共通配管を有している。
【００４７】本発明の範囲から逸脱することなく、たと
えば４サイクルエンジンが図２に示されているように上
記の表に従った移送を行うことを可能にする、特定の排
気管および弁を特定の吸気管および弁に２対２の関係で
接続する一連の配管等の移送手段を設けることも考えら
れる。
【００４８】移送管、すなわち管５は、たとえばセラミ
ック８によって有利に断熱できる。移送管は特定の手段
８’によって加熱することもできる。したがって、移送
管５を通過したガスは、シリンダに到達したときに熱量
を失うことはなく、場合によっては熱量を高めることが
できる。再循環されたガスの温度が自己点火を推進する
重要なパラメータであることが知られているので、自己
点火はこうして向上する。触媒１０を使用して燃焼ガス
を加熱することができ、同時に、移送手段５を通過する
燃焼ガスに存在する汚染物質の量を有利に少なくするこ
とができる。
【００４９】図３は、排気口が１つのポートのみを有す
る変形例である。吸気手段および排気手段が２つの排気
口および２つの吸気口に限られないことは明らかであ
る。
【００５０】本発明は、検討した４サイクルエンジンの
従来の吸気管および排気管を使用するので、特定の移送
ポートを必要としないという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態の断面図である。
【図３】前述の２つの実施形態の変形例を示す図であ
る。
【符号の説明】
１ シリンダ ２ 吸気ポート ２’，３’ ポート ３ 排気ポート ４，７ 弁 ５ 移送管 ６ スロットル手段 ８ セラミック １０ 触媒 Ａ 吸気口 Ｅ 排気口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｈ ３０１Ｄ

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気管を有する少なくとも１つの吸気手
    段（２）と排気管を有する少なくとも１つの排気手段
    （３）とを各々が有している複数のシリンダ（１）を有
    する４サイクルエンジンの自己点火燃焼を制御する方法
    において、 前記エンジンの部分負荷動作時に、ある量の排気ガスが
    あるシリンダの前記排気管から取り出され、ある量の燃
    焼ガスが少なくとも１つの他のシリンダの前記吸気管に
    移送されることを特徴とする、４サイクルエンジンの自
    己点火燃焼を制御する方法。
  2. 【請求項２】 前記移送される排気ガスは断熱され、お
    よび／または加熱される、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記ガスは前記移送管内の触媒によって
    加熱される、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記移送されるガスの流量が制御され
    る、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 共通配管（５）が前記排気ガスの移送に
    用いられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 全負荷時および高負荷時に、排気ガスが
    取り出されることも、あるいは移送されることもない、
    請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 特定の前記排気管を特定の前記吸気管に
    ２対２の関係で接続している一連の配管が前記排気ガス
    の移送に用いられる、請求項１から４のいずれか１項に
    記載の方法。
  8. 【請求項８】 吸気管を有する少なくとも１つの吸気手
    段（２）と排気管を有する少なくとも１つの排気手段
    （３）とを各々が有している複数のシリンダ（１）を有
    する制御式自己点火４サイクル内燃エンジンにおいて、 各シリンダは、排気ガスをあるシリンダの前記排気管か
    ら少なくとも１つの他のシリンダの吸気管に移送する移
    送手段（５）を有していることを特徴とする制御式自己
    点火４サイクル内燃エンジン。
  9. 【請求項９】 前記移送手段はまた、前記移送されるガ
    スを断熱および／または加熱する手段をも有している、
    請求項８に記載の内燃エンジン。
  10. 【請求項１０】 前記排気手段（３）は前記排気管と前
    記移送手段の配管（５）との間の連通を制御する制御手
    段（４）を有している、請求項８または９に記載の内燃
    エンジン。
  11. 【請求項１１】 前記吸気手段（２）は前記吸気管と前
    記移送手段の配管（５）との間の連通を制御する制御手
    段（７）を有している、請求項１０に記載の内燃エンジ
    ン。
  12. 【請求項１２】 前記移送手段は各シリンダの前記吸気
    管および前記排気管に連通している共通配管（５）を有
    している、請求項８から１１のいずれか１項に記載の内
    燃エンジン。
  13. 【請求項１３】 前記移送手段は触媒手段（１０）を有
    している、請求項８から１２のいずれか１項に記載の内
    燃エンジン。
  14. 【請求項１４】 前記移送手段は特定の前記排気弁を特
    定の前記吸気弁に２対２の関係で接続している一連の配
    管を有している、請求項８から１１のいずれか１項に記
    載の内燃エンジン。
  15. 【請求項１５】 排気ポートを１つだけ有している、請
    求項８から１４のいずれか１項に記載の内燃エンジン。
JP2000326854A 1999-10-26 2000-10-26 制御された自己点火燃焼方法、および排気管と吸気管との間に移送管が組み合わされた４サイクルエンジン Pending JP2001159376A (ja)

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FR9914022 1999-10-26

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