JP2008511786A - 混合気圧縮型の内燃機関用の燃料供給兼混合気形成装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、混合気圧縮型の内燃機関用の燃料供給兼混合気形成装置（１０）であって、空気・燃料混合物を制御して形成しかつ燃焼室（２２）に供給する少なくとも１つの構成エレメント（１６，１８，２０）が設けられている形式のものに関する。このような形式の燃料供給兼混合気形成装置において本発明の構成では、前記構成エレメント（１６，１８，２０）が少なくとも部分的に、多孔性の表面（４４，５２）を備えて形成されており、該表面を通して空気を送ることができるようになっている。

Description

本発明は、混合気圧縮型の内燃機関用の燃料供給兼混合気形成装置であって、空気・燃料混合物を制御して形成しかつ燃焼室に供給する少なくとも１つの構成エレメントが設けられている形式のものに関する。

このような形式の燃料供給兼混合気形成装置は、例えば、吸気管噴射される内燃機関において使用される。通常流れ方向においてスロットルバルブの後ろで吸気管に液体燃料を噴射する装置では、運転中及び特に負荷交番中並びに冷機時始動中に、液体燃料が構成エレメントに付着することがある。例えば吸気管内壁には、閉鎖された燃料壁膜の発生することがあり、この燃料壁膜は特に後で蒸発して、内燃機関の本来望まれている制御に不都合な影響を及ぼすことがある。

このような不都合な燃料付着を可能な限り回避するために、ＤＥ２８３５８０７Ｃ２に基づいて公知の構成では、混合気流と接触する燃料供給兼混合気形成装置の部分は、液体に対して耐性がありかつ液体の付着を防止する層が設けられている。層としては、例えばポリテトラフルオロエチレンのようなプラスチックが設けられている。そしてこの層によって特に、混合気流と接触する部分の粗さが減じられ、ひいては迅速かつ均一な混合気搬送と混合気流の均一な分配の改善とが達成されるようになっている。

本発明は、冒頭に述べた形式の燃料供給兼混合気形成装置を改良して、該装置の構成エレメントの表面における燃料付着に基づく不都合な影響を、十分に回避できるようにすることである。

この課題を解決するために本発明の構成では、空気・燃料混合物を制御して形成しかつ燃焼室に供給する構成エレメントが少なくとも部分的に、多孔性の表面を備えて形成されており、該表面を通して空気を送ることができるようになっている。

本発明のように構成された燃料供給兼混合気形成装置の構成エレメントは、表面の通気部を備えており、この通気部において、面状の空気出口は、本発明のように構成された表面における燃料の付着を十分に阻止する。本発明によれば、制限された空気質量流が構成エレメントの表面を通して送られ、そして表面自体はそのために多孔性に、つまりガスが貫流可能な孔を備えて形成されている。このように構成されていると本発明によれば一種の空気クッション又は空気膜が、表面と、構成エレメントのところを擦過して流れる混合気との間に形成されている。この空気膜は同時に流れ層を形成しており、この流れ層の上を空気・燃料混合物の流れが滑るようになっている。この流れと共に、空気クッション上に形成された「燃料壁膜」もまた比較的迅速に、所属の内燃機関の燃焼室内に達する。この大きな壁膜ダイナミズムによって、迅速な負荷交番反応が得られ、本発明によれば冷機時始動時に空気・燃料混合物を比較的僅かにリッチにするだけでよくなる。さらに、本発明のように多孔性に形成された表面に「沈着した」燃料の全表面もまた大きくなる。それというのは、空気クッションと共に運動する液滴のすべての液滴表面の総和は、同じ燃料分の汎用の壁膜に比べて大きいからである。この大きな全表面によって、壁膜は素早く蒸発する。燃料の蒸発はさらに、本発明のように空気を面状に加えて混合することによってさらに促進される。流れる空気は燃料蒸気によって飽和されず、従って「沈着した」燃料は迅速かつ強力に蒸発させられる。また本発明のように多孔性に形成された表面は、連続的に流出する空気によって、ほとんど汚れが付着しない。そして付着が強く阻止される。しかも本発明による装置の可動の構成エレメントの潤滑は、表面に形成された多数の孔がいわば「潤滑ポケット」のように作用することに基づいて改善される。

本発明による燃料供給兼混合気形成装置の有利な構成では、構成エレメントは単に、空気・燃料混合物の形成及び供給時に燃料の沈着のおそれがある区分にだけ、多孔性の表面が設けられている。多孔性の表面のこのように制限された形成によって、多孔性の表面を通気するためにいずれにせよ比較的僅かである所要空気を、さらに減じることができる。さらに、多孔性の表面のこのように制限された区分は、良好にカプセル化することができ、つまり密な中実材料によって周囲に対して取り囲むことができる。炭化水素を含有するガスは、カプセル化された区分から周囲へとは逃げることができない。そしていずれにせよ、法律で求められる排ガス基準値は本発明による燃料供給兼混合気形成装置によって維持することができる。

本発明のように構成された多孔性の表面は、混合気の形成及び燃焼室への供給のための通路における表面が燃料によって濡らされることを減じるために、特に有利に使用することができる。このような通路は、既に述べたように、例えば内燃機関の吸気管である。吸気管には、本発明の解決策によって、吸気管噴射装置を設けることができ、しかも良好な冷機時始動及び迅速な負荷交番反応を保証することができる。

混合気を形成しかつ燃焼室に供給するための通路には、さらに、流れ方向において多孔性の表面の後ろに、通路の横断面を拡大する段部が設けられていると有利である。この段部において、表面を覆う空気クッションの上に移動させられた液滴は、表面から剥離されて、燃焼空気流内へと戻される。燃焼空気流内において液滴は、燃焼しやすく霧化された液滴として燃焼室内に運ばれる。

本発明のように形成された多孔性の表面はさらに有利には、燃焼室への混合気供給を制御する機構、特に吸気弁の代わりに設けることができる。このような調節機構はしばしば空気・燃料混合物によって直接擦過されるので、流れによって剥離連行された燃料液滴もまた調節機構に向かって加速されて衝突し、もし本発明による解決策が施されていないと、そこで強く付着することになる。従って本発明による多孔性の表面は、特に有利には、ディスクバルブもしくは皿形弁として形成された調節機構の弁頭に設けられている。この皿形の弁頭において多孔性の表面は、特に弁頭の吸気管側の表面にだけ形成されていると有利である。これにより本発明による作用は、燃料供給兼混合気形成装置の特に重要な領域に制限されている。しかしながらまた、調節機構が空気・燃料混合物によって擦過されない領域もしくは区分においても、本発明のように多孔性に形成された表面は有利である。このような多孔性の表面は例えば、シリンダヘッドの外側における領域においても、つまり弁シャフトのガイド孔にも形成されていると有利である。この領域において多孔性の表面は空気流入部として働き、かつ所定の区分へのガイド層として、つまり空気がそこで再び構成エレメントもしくは調節機構から流出して前記空気膜を形成する区分へのガイド層としても働く。

本発明のように多孔性に形成された表面において空気を流出させるために、該表面の内部で鉛直方向において圧力降下を生ぜしめる空気供給装置が設けられていると有利である。このような空気供給装置は、例えば吸気管内において多孔性に形成された表面のところに既に負圧が存在する場合には、燃料供給兼混合気形成装置の周囲に通じる空気接続部によって特に簡単に形成することができる。このような「自然な」圧力降下は、スロットルバルブが完全には開かれていない場合における吸気管においても生じる。択一的に又は付加的に空気ポンプが設けられていてもよく、この空気ポンプは特に内燃機関の出力需要が低い時に、本発明による多孔性に形成された表面における十分に強い空気膜を保証する。自然な圧力降下を十分に利用するために、例えば本発明による通気装置のための空気流入部を、流れ方向において吸気管のスロットルバルブの前に配置することができる。

さらに本発明の別の有利な構成では、多孔性に形成された表面が２つの層を備えて形成されていて、そのうちの表面に近い層が、その下に配置された表面から遠い層よりも微細な孔をもって形成されている。このように構成されていると、空気は、微細な層の下における粗い孔の層において貫流案内される。このようにして得られた空気ガイドは例えば、約３０μｍ未満の、特に約２５μｍ未満の孔径をもつ微細孔層を備えることができる。皿形弁では特に有利には、弁シャフトが全体として粗い孔をもつ層を備えて形成されており、この層は、既に述べたように、ガイド孔の上において空気流入部として働く。ガイド孔の軸方向高さの上において、粗い孔をもつ層が微細な孔をもつ層によって覆われていると有利である。

本発明による多孔性の表面が金属溶射法及び／又は焼結プロセスによって安価に製造することができる。プラスチック射出成形法におけるように、金属粉が接着性の物質において結合されて吹き付けられ、そして適宜に形成された型において所定の圧力及び温度下で焼結される。

このようにして製造された多孔性の表面はさらに機械式に後加工されると有利である。例えば多孔性の表面のストリッピング（Ueberdrehen）によって、皿形弁のシャフトにおけるガイド遊びを所望のように調節することができる。さらに機械的な加工によって付加的に表面において孔を開放することができる。このような表面においては乱流もしくは渦流が強く生ぜしめられるので、本発明のように多孔性に形成された表面に沿った流れの速度パターンは、表面の直ぐ近くまで完全かつ明瞭に生ぜしめられる。本発明のように構成された通路もしくは吸気管では、その横断面が燃焼空気の流量もしくは貫流のために流れ技術的に最大限利用される。

本発明による多孔性の表面を通気するための空気需要もしくは所要空気は、僅かであるが、それでもやはり、通気によって導入される空気は空気・燃料比を僅かではあっても劣化させる。このような劣化を回避するために、本発明の別の有利な構成では、本発明による燃料供給兼混合気形成装置に空気質量計が配置されていて、該空気質量計によって多孔性の表面に供給される空気も一緒に検出されるようになっている。通気のための空気質量流は、燃料供給兼混合気形成装置及び所属の内燃機関の制御に際して考慮される。

以下においては、図面を参照しながら、本発明による燃料供給兼混合気形成装置の１実施例を説明する。

図面中、
図１は、本発明による燃料供給兼混合気形成装置の１実施例を示す縦断面図であり、
図２は、図１に示された燃料供給兼混合気形成装置の一部を示す図であり、
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、
図４は、図１に示された燃料供給兼混合気形成装置の別の一部を示す図であり、
図５は、図４のＶで示された領域を拡大して示す図であり、
図６は、図４のＶＩで示された領域を拡大して示す図である。

図１には燃料供給兼混合気形成装置１０が詳しく示されている。燃料供給兼混合気形成装置１０はシリンダブロック１２に配置されており、このシリンダブロック１２にはシリンダ１４が摺動可能に支承されている。シリンダブロック１２にはシリンダヘッド１６が載設されている。

燃料供給兼混合気形成装置１０は主要なエレメントとして、自体公知の形式でシリンダヘッド１６に接続されている吸気管もしくは混合気供給管１８を有している。吸気管１８によって形成された混合気供給通路は、シリンダヘッド１６とシリンダブロック１２との間における移行部において吸気弁２０によって閉鎖可能である。吸気弁２０の下には燃焼室２２が位置しており、この燃焼室２２から、排気弁２４の配置された混合気排出通路が、排ガス管もしくは混合気排出管２６に通じている。

吸気管１８には燃料噴射ノズル２８が配置されており、この燃料噴射ノズル２８によって液体燃料が、燃料円錐３０の形で、吸気管１８を通して供給される燃焼空気流内に噴射され得る。吸気管１８内に液体燃料をこのように噴射する際に、領域３２においては、液体燃料が混合気供給通路の壁に沈着するおそれがある。このような燃料の沈着が望まれている混合気形成において不都合に作用しないようにするために、この領域３２にはブシュ３４が設けられており、このブシュ３４は吸気管１８とシリンダヘッド１６との間の移行部において、シリンダヘッド１６の孔３６に挿入されている。このブシュ３４は混合気供給通路の壁区分を形成していて、多孔性の焼結材料から製造されており、その結果混合気供給通路は領域３２において多孔性の表面４４を備えて構成されている。ブシュ３４は孔３６内においてさらにスペーサ３８を用いてセンタリングされて保持されており、これによってさらにまたブシュ３４は、リング状の空気通路４０によって取り囲まれている。この空気通路４０においては、空気接続部４２を通して空気が供給され、この空気はさらに、ブシュ３４の多孔性材料を通して、混合気供給通路の内側におけるブシュ３４の表面４４へと導入されることができる。導入された空気は表面４４において大面積で流出し、そこで空気クッションを形成し、この空気クッションは、液体燃料の「持続的な」沈着及び付着を阻止する。

ブシュ３４はさらに、該ブシュ３４に接続する混合気供給通路の区分における内径４８よりも小さな内径４６をもって形成されている。このようにしてブシュ３４と後続の混合気供給通路との間における移行部には段部５０が形成されており、この段部５０の縁部において、前記空気クッションに沿って滑動する燃料膜が、ブシュ３４の表面４４から剥離され、剥離した燃料膜は粒子の形で、ブシュ３４を貫流する混合気流によって受容される。

混合気供給通路に配置されていてディスクバルブの形で形成された吸気弁２０においても、燃料供給兼混合気形成装置１０の運転中に液体燃料が強く付着するおそれがある。このような燃料沈着を可能な限り阻止するために、吸気弁２０は、混合気供給通路に向けられた表面５２において、同様に多孔性材料から構成されている。この多孔性材料は２つの層、つまり外側に位置する層５４と内側に位置する層５６で、吸気弁２０の皿形の弁頭６０及びシャフト６２の多孔性でないコアに形成されている。この場合内側に位置する層５６は、外側に位置する層５４に比べて孔が粗く、かつシャフト６２に沿って、シリンダヘッド１６におけるガイド孔を貫いてさらに、シャフト６２の軸方向において、吸気弁２０が混合気流にさらされない高さに到るまで上に延びている。図４で見てシャフト６２の上部領域には、外側に位置する層５４は形成されておらず、従って内側に位置する層５６はこの実施例ではシャフト６２の表面にまで達している。その結果シャフト６２のこの領域においては、比較的粗い孔をもつ層５６に空気が流入し、そして空気は層５６を通ってシャフト６２に沿って吸気弁２０の弁頭６０に送られることができる。この送られた空気は、シャフト６２の下側部分及び弁頭６０において大面積で流出し、そして液体燃料の「持続的な」沈着を十分に阻止する。

ブシュ３４の表面４４及び吸気弁２０の層５４，５６を通して空気を流すためには、圧力降下が必要である。この圧力降下は、燃料供給兼混合気形成装置１０の図示の実施例では、単に吸気管１８内においては周囲に比べて低い負圧が存在することによって準備される。

本発明による燃料供給兼混合気形成装置の１実施例を示す縦断面図である。 図１に示された燃料供給兼混合気形成装置の一部を示す図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図１に示された燃料供給兼混合気形成装置の別の一部を示す図である。 図４のＶで示された領域を拡大して示す図である。 図４のＶＩで示された領域を拡大して示す図である。

Claims (12)

1. 混合気圧縮型の内燃機関用の燃料供給兼混合気形成装置（１０）であって、空気・燃料混合物を制御して形成しかつ燃焼室（２２）に供給する少なくとも１つの構成エレメント（１６，１８，２０）が設けられている形式のものにおいて、
   前記構成エレメント（１６，１８，２０）が少なくとも部分的に、多孔性の表面（４４，５２）を備えて形成されており、該表面を通して空気を送ることができることを特徴とする、混合気圧縮型の内燃機関用の燃料供給兼混合気形成装置。
2. 構成エレメント（１６，１８，２０）が、空気・燃料混合物の形成及び供給時に燃料が強く沈着するおそれのある区分（３２，６０，６２）に、多孔性の表面（４４，５２）を備えている、請求項１記載の燃料供給兼混合気形成装置。
3. 構成エレメント（１６，１８，２０）が、空気・燃料混合物の形成及び燃焼室への供給のための通路（１６，１８）、特に吸気管（１８）として形成された通路である、請求項１又は２記載の燃料供給兼混合気形成装置。
4. 通路（１６，１８）が流れ方向において多孔性の表面（４４）の後ろに、通路の横断面を拡大する段部（５０）を備えて構成されている、請求項３記載の燃料供給兼混合気形成装置。
5. 構成エレメント（１６，１８，２０）が、燃焼室（２２）への混合気供給を制御するための調節機構（２０，２４）、特に吸気弁（２０）として形成された調節機構である、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料供給兼混合気形成装置。
6. 調節機構（２０）が弁シャフト（６２）を有していて、該弁シャフト（６２）に多孔性の表面（５２）が設けられている、請求項５記載の燃料供給兼混合気形成装置。
7. 調節機構（２０）が皿形の弁頭（６０）を有していて、該弁頭（６０）に多孔性の表面（５２）が設けられている、請求項５又は６記載の燃料供給兼混合気形成装置。
8. 多孔性の表面（４４，５２）に空気供給装置（４０，４２，５６）が形成されており、該空気供給装置（４０，４２，５６）によって、多孔性の表面（４４，５２）を通して空気を送るために、多孔性の表面（４４，５２）によって画成された燃料供給兼混合気形成装置（１０）の内室と周囲との間において生じる、燃料供給兼混合気形成装置（１０）における圧力降下が利用される、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料供給兼混合気形成装置。
9. 多孔性の表面（５２）が２つの層（５４，５６）を備えて形成されていて、そのうちの表面に近い層（５４）が、その下に配置された表面から遠い層（５６）よりも微細な孔をもって形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料供給兼混合気形成装置。
10. 多孔性の表面（４４，５２）が金属溶射法及び／又は焼結プロセスによって製造されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料供給兼混合気形成装置。
11. 多孔性の表面（４４，５２）が機械的に後加工されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料供給兼混合気形成装置。
12. 多孔性の表面（４４，５２）への空気供給のために空気取出し部が設けられていて、該空気取出し部は、多孔性の表面（４４，５２）に供給される空気が燃料供給兼混合気形成装置（１０）の空気質量計によって一緒に検出されるように、配置されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の燃料供給兼混合気形成装置。

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