JP2007537392A - 予燃焼室内の絞り調整、外部点火と燃料直接噴射を備える高圧縮オット内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】
部分負荷運転でディーゼルエンジンと同様な高い圧縮比により運転されて僅かな圧縮作業ですむオット内燃機関を提供することである。
【解決手段】
オットー燃焼機関は溢流通路（６）を介して主燃焼室（１５）と接続されている予燃焼室（５）内の１５対１より大きいεの高い構造的圧縮比、絞り調整、外部点火と燃料直接噴射を備えて、燃料が圧縮行程中に予燃焼室（５）内に噴射され、そこで出来るだけ中央に配置された点火プラグ（８）によって点火される。

Description

この発明は、特許請求項１の上位概念に基づくオット内燃機関に関する。

現在に製造されて提供されたオット内燃機関は、特に部分負荷運転においてディーゼルエンジンに比べて比較的低い圧縮と、それ故により高い燃料消費とを有する。それに対して、このディーゼルエンジンは高いピーク圧のために比較的頑丈で重い構成様式を必要とし、通常には純粋に且つ粗く作動し、多くの酸化窒素を発生し、しかし、かっては健康障害煤粒子を発生させた。

オット内燃機関の高い部分負荷消費は主として部分負荷運転で奏し、それ故にそれは平日運転では非常に否定的であり、というのは、我々の自動車は混雑した交通のためにほぼ部分負荷領域で運転され得るからである。

オット内燃機関における燃料消費を低下させるために、従来の種々の措置が知られていた；燃料空気混合気の旋回と渦による燃焼の改良、混合気減量、負荷安全、複数倍点火など。ディーゼルエンジンでは人は予燃焼室や副燃焼室における燃料直接噴射、操縦された噴射放射及びその他多数のことによって改良を試みた。しかし、すべての公知になった措置は、特にオット内燃機関では燃料消費の実質的低下をもたらさなかった。

オット内燃機関では燃料消費をかっては部分負荷領域にて知覚可能に低下させるために、圧縮比が有効に上昇されなければならない、というのは、熱効率が知覚可能に上昇されるからである。現在のオット内燃機関は公知のようにおよそε＝１０対１の構造的圧縮比により作動する。この値が実質的に超過されるならば、完全負荷運転ではベル鳴り或いは完全ノッキング燃焼を伴う自己点火の危機が生じ、それは公知のように回転モーメントと出力の驚異的低下、いやそればかりか内燃機関の破壊を生じ得る。ディーゼルエンジンはε＝１８〜２５対１の構造的圧縮比により作動し、ディーゼルエンジンがオット内燃機関と違ってほとんど完全シリンダ充填を圧縮されなければならないから、必要な自己点火温度を得るために、これを部分負荷領域にて作動する。それ故に、ディーゼルエンジンが特に部分負荷運転で作動し、オット内燃機関より実質的により高い熱効率を備えて、その絞り調整のためにそれぞれに部分充填を圧縮し、それ故に部分的にε＝３対１より僅かな非常に低い有効な圧縮比にて作動する。空転では、オット内燃機関はおよそ２０〜２５パーセントの充填のみを有する。

この場合には、しかし、ディーゼルエンジンの欠点は、ディーゼルエンジンが高い圧縮のためにほとんど完全シリンダに高い圧縮作業を実行しなければならないことである。それ故に、専門家の世界では、部分負荷運転でディーゼルエンジンと同様な高い圧縮比により運転されたオット内燃機関が僅かな圧縮作業のためにディーゼルエンジンに優っていることが公知である。

オット内燃機関用の次に記載されたこの発明の燃焼方法は、オット燃焼方法の利点をディーゼルエンジンの利点（高い圧縮）と結合され、自己点火の危機を支配する。この発明のオット内燃機関はそのためにε＝１５〜２５対１の構造的圧縮比を有し、それにより部分負荷領域にて対応する低い燃料消費を得る。それを可能とするために、この発明のオット内燃機関は行程ピストンエンジンにおけるピストン床とシリンダヘッドの間の空間である主燃焼室の外部に、シリンダヘッドに配置され且つ主燃焼室と溢流通路によって接続された予燃焼室を有し、予燃焼室には燃料が圧縮行程中に直接に噴射され、同様にこの予燃焼室に配置された点火プラグにより点火される。この予燃焼室は出来るだけコンパクトであり、球状に或いは半球状に形成されており、それにより燃焼通路と焼き切れ時間が出来るだけ短くなる；この理由から点火プラグが出来るだけ中心に配置されている。この内燃機関は良い冷却にもかかわらずに比較的に熱くなるので、噴射された燃料放射は燃焼室の内壁に沿って摺動して、これを冷却し、この際に燃料を気化させ、最適時間に比較的に近く上死点（ＯＴ）にて点火される。燃焼は短い燃焼通路のために非常に迅速に行われる、それは十分に完全な燃焼を高い熱効率でも与える。この実施例では、この発明のオット内燃機関は所謂絞りエンジンとしてのみ運転され得る；そのために絞りフラップの開放は、自己点火が行われないように幅広く限定されなければならない。それ故に、人はまず最初に回転モーメントと出力における高ピーク値を与えて、しかし、そのために非常に経済的な絞りエンジンを得て、この発明のオット内燃機関が非常に高い圧縮比により作動するから、この絞りエンジンは出力とε＝１０対１の圧縮比を備える出力エンジンの回転モーメントにおいて絶対に同等である。

この発明のオット内燃機関では、真実の完全負荷運転を可能とするために、次の噴射制御部が配置されており；すでに上部分負荷運転から、つまり予燃焼室において完全燃焼に必要な燃料の一部のみ（およそ三分の二）が噴射され、それによって燃料と一緒に生じる燃料空気混合気（ベンジン空気混合気）がまず最初に点火能力がない。相対的に狭い混合比においてのみ燃料としてベンジンの使用の際の燃料空気混合気が主として点火能力をもつことが公知であり、しかもおよそλ＝０．５〜１．２の領域において；この際にλ＝１. ０が化学量論的空気燃料比に対応する。予燃焼室に予め混合された燃料空気混合気に点火能力を得るために、人は部分負荷領域から知られた最適点火時点の直前に必要な燃料（およそ三分の一）の残りを後噴射して点火能力を得る。この後噴射は同一の噴射ノズルにより行われる。しかし、この後噴射は１つの第二噴射ノズルにより行われるので、第二燃料噴射は溢流通路軸線の方向に進行し、それで災がより良く主燃焼室に運ばれる。 燃焼室における本来の燃焼が迅速に進行するので、そこでノッキング燃焼が決して生じなく、つまり点火から発生する圧力波が溢流通路を介してまず最初に緩和され得て；主燃焼室自体には、 自動点火が生じない、 というのは、そこでは圧縮された空気のみが燃料なしに存在するからである。

それ故に人はこの発明のオット内燃機関の真実の完全負荷運転をも支配できる。無論、この種のオット内燃機関はその高圧縮比のためにトルクモーメントと出力における比較的高い値を達成し、それ故に機械的強化を必要とする。

最後に記載された実施態様では、高出力エンジンが非常に低い部分負荷消費を備えるこの発明のオット内燃機関である。この際に、残留空気が主燃焼室内に後燃焼のように作用し、それ故に固有の触媒が無用であった。

この発明のオット内燃機関から最終出力貯えをも繰り返すために、人は主燃焼室内に存在する残留空気を燃料噴射に備えて、第二点火プラグによって点火できる。しかし、このときに人は再び十分な排ガス値を得る固有の触媒を必要とする。

この発明のオット内燃機関内の燃焼をより有効にするために、人は予燃焼室への空気吹出しによって流出行程の終了に対して予燃焼室を残りの排ガスにより清掃して、新鮮な空気を充填できる。

この発明のオット内燃機関の比較的簡単な態様は、予燃焼室が流入弁と主燃焼室の間に配置され、この主燃焼室から循環する隆起部によって燃焼されなかった燃料が主燃焼室に到達しないように幅広く分離されるよう見えた。この異なった見解では、予燃焼室は吸込行程中に自動的に新鮮な空気により洗浄されて充填される。

前記この発明の燃焼方法にはヴァンケル円ピストンエンジンが特に適している、というのは、ヴァンケル円ピストンエンジンはスライド内の三つのピストンに対して公知であるように燃焼室のみを必要とするからである。この円ピストンエンジンにより従来は、超過した燃料消費、悪い回転状況（下部分領域における二工程）と高過ぎる排ガス温度が知られていた。あらゆるこれら欠点はこの発明の燃焼方法によって克服された：ここでは所謂トロコロイドの外部にあり且つ主燃焼室と溢流通路を介して接続されているコンパクトな予燃焼室によって、燃焼は本質的に改良されている；所謂漏れガスに関する燃料損失を包含し、というのは、主燃焼室内には燃焼されなかった燃料が到達しないからである。この漏れガスは空気のみ或いは既に燃焼した排ガスを包含する。予燃焼室のために、ピストン表面において従来必要とした燃焼窪みが省略され；それにより所謂共通領域−ＯＴには，有利な周辺入口と出口でも、従来通常の短絡損失が除去される。この際に、溢流通路は、予 焼室をより良く洗浄するために、点火−ＯＴの領域或いは後の回転方向におけるトロコロイドに連通する；溢流通路が溢流通路軸線に延びていて回転方向を横切って配置された中間壁を得るならば、これはさらに改良される。即ち、急追するピストン燃焼室内の過圧はまず第一に空気を予燃焼室に押圧し、この際に排ガスが前もって導くピストン燃焼室へ推し進め、その時初めて予燃焼室は新鮮な空気により更なる圧縮行程中に充填する。あらゆるこれら措置はきれいなガス交換を与えて、それにより丸いエンジン回転、低い燃料消費と通常の排ガス温度を与える。

図面には、この発明の実施例が図示されている。

この発明の行程ピストンエンジンのシリンダを示す。 この発明の円ピストンエンジンを示す。 予燃焼室が入口弁と主燃焼室の間に配置されている請求項７に基づく行程ピストンエンジンのシリンダを立面図で示す。 予燃焼室が入口弁と主燃焼室の間に配置されている請求項７に基づく行程ピストンエンジンのシリンダを平面図で示す。

符号の説明

記録された数字はすべての図において同じ部材を示す。
１．．．．．ピストン
２．．．．．シリンダ壁或いはトロコロイド
３．．．．．シリンダヘッド
４．．．．．出口弁
５．．．．．予燃焼室
６．．．．．溢流通路
７．．．．．主噴射ノズル
８．．．．．点火プラグ
９．．．．．第二噴射ノズル
１０．．．．入口通路
１１．．．．出口通路
１２．．．．入口通路
１３．．．．円ピストンエンジンの溢流通路内の中間壁
１４．．．．循環する隆起部
１５．．．．主燃焼室
１６．．．．点火−ＯＴ
１７．．．．円ピストンエンジンの共通領域

Claims (10)

1. 溢流通路（６）を介して主燃焼室（１５）と接続されている予燃焼室（５）内の１５対１より大きいεの高い構造的圧縮比、絞り調整、外部点火と燃料直接噴射を備えるオットー燃焼機関において、燃料が圧縮行程中に予燃焼室（５）内に噴射され、そこで出来るだけ中央に配置された点火プラグ（８）によって点火されることを特徴とするオット内燃機関。
2. このオット内燃機関は制御されていない自己点火を生じないように絞られていることを特徴とする請求項１に記載のオット内燃機関。
3. 噴射された燃料噴射は予燃焼室の内側に溢流通路の軸線に対して直角に沿って案内されることを特徴とする請求項１或いは請求項２に記載のオット内燃機関。
4. 上部分負荷領域と完全負荷領域には、まず第一に、完全燃焼に必要な燃料の一部（およそ２／３）のみが噴射されて、噴射量の第二部分（およそ１／３）は最適点火時点直前に初めて後噴射されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のオット内燃機関。
5. 噴射された噴射量の第二の少ない部分が第二噴射ノズル（９）によって行われ、その噴射が溢流通路（６）の軸線方向に進行することを特徴とする請求項１、３或いは４のいずれか一項に記載のオット内燃機関。
6. 予燃焼室（５）内には流出行程の終りに対応して追加的新鮮空気が吹き出されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のオット内燃機関。
7. 予燃焼室（５）は流入弁（１２）と主燃焼室（１５）の間に配置されて、この予燃焼室が主燃焼室から循環する隆起部（１４）によって部分的に分離されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のオット内燃機関。
8. 他の構成様式の内燃機関、特に円ピストンエンジンに適用し、円ピストンエンジンのピストン（１）が燃焼容器を有しなく、予燃焼室（５）がトロコロイドの外部に（ピストンエンジンのシリンダ壁（２）に一致して配置されて、溢流通路（６）によって主燃焼室（１５）に接続されており、溢流通路（６）がトロコロイドにて所謂点火−ＯＴ（１６）の領域に或いは回転方向に後で連通することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のオット内燃機関。
9. 追加的燃料量が主燃焼室（１５）に噴射されて、そこで第二点火プラグにより点火されることを特徴とする請求項１、３或いは７のいずれか一項に記載のオット内燃機関。
10. 円ピストンエンジンの溢流通路（６）内には溢流通路軸線に延びていて回転方向を横切って配置された中間壁（１３）が存在することを特徴とする請求項８に記載のオット内燃機関。

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