JP3859727B2 - 多シリンダ型の火花点火式の内燃機関 - Google Patents
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Description
本発明は、請求項1の上位概念に記載された形式の、多シリンダ型の火花点火式の内燃機関から出発する。既に公知の内燃機関(英国特許出願公開第2248087号明細書)に設けられた吸気管は、吸気マニホルドに移行しており、この吸気マニホルドからは個別吸気管が内燃機関の個々の燃焼室もしくは個々のシリンダに通じるように分岐している。個別吸気管に燃焼室の吸気弁の上流側で配置された燃料噴射弁によって、燃料を個別吸気管内に放出することができる。これにより、点火可能な燃料・空気混合物が調製され、この混合物は吸気弁開放時に燃焼室内に流入する。この場合、エンジン電子制御装置が、内燃機関の吸い込まれた空気質量、ならびに他のエンジン運転パラメータに関連して、燃料噴射弁によって放出される燃料量を制御する。
個々の燃料噴射弁による噴射に加えて、この内燃機関は別の噴射弁を有している。この別の噴射弁は、燃料蒸気を提供することができる燃料蒸発装置の一部である。この燃料蒸気は、次いで例えばスロットルバルブの形で形成された絞り機構の上流側で、吸込管に放出される。燃料蒸発装置による燃料蒸気の供給は、内燃機関の低負荷範囲、特にアイドル運転範囲に制限される。これに対して高負荷範囲、特に全負荷時には、専ら燃焼室もしくはシリンダに配属された燃料噴射弁が、必要となる燃料を供給する。蒸気状の燃料を吸気管に供給することにより、そうでなければ内燃機関の始動段階中に内燃機関の冷たい壁で燃料蒸気が再凝結してしまうことを十分に阻止しようとしている。これにより、有害な排ガス成分、特に炭化水素のエミッションを著しく低減することができる。
しかしながら、この場合問題となるのは、個々のシリンダの点火順序もしくはシリンダの吸気順序に関連して、燃料蒸発装置により調製された燃料蒸気が吸い込まれるときには、吸気管の振動に基づきシリンダが相互に影響し合うことにより、燃料蒸気はシリンダの個々の燃焼室に不均一にしか分配されないことである。このことは有害な排ガス成分のエミッションを高めることになるので、極めて低い排ガス値を得ることができず、内燃機関をスムーズに運転することもできない。
発明の利点
これに対して請求項1の特徴を有する本発明による内燃機関の利点は、燃料蒸発装置によって調製された燃料蒸気もしくは燃料・空気混合物が、内燃機関の個々の燃焼室にほぼ均一に分配されるので、極めて低い排ガス値ならびに内燃機関のスムーズな運転の維持が可能であることである。
請求項2以下に記載した手段によって、請求項1に記載した有利な構成が得られる。
図面
本発明の実施例を、簡単に示した図面につき以下に詳しく説明する。第1図は、本発明による内燃機関の一部を示す断面図である。第2図は、内燃機関のための導管系の本発明による第1の実施例を示す図である。第3図は、内燃機関のための導管系の本発明による第2の実施例を示す図である。
実施例の説明
第1図には、内燃機関10の一部が断面図で示されている。この内燃機関は4つのシリンダ1,2,3,4、つまり4つの燃焼室13を有している。第1図には、1つの燃焼室13を備えた唯1つのシリンダ1だけを示している。各燃焼室13は、少なくとも1つの吸気弁14と点火プラグ19とを有している。吸気弁14の上流側には、少なくとも1つの燃料噴射弁12が、内燃機関10の個別吸気管15に設けられている。この燃料噴射弁は、燃料を個別吸気管15内に、吸気弁14の方向に放出することができる。4つの個別吸気管15は、例えば1つの吸気マニホルド16を起点にして延びている。この吸気マニホルドは、内燃機関10の、更に延びる吸気管17の一部である。この吸気管17には、内燃機関10によって吸い込まれる空気量を制御するための絞り機構18が収納されている。この絞り機構18は、例えばスロットルバルブの形で形成されており、吸込管17内で旋回可能に収納されている。内燃機関10によって環境周囲から吸い込まれた空気は、図示していない空気フィルタを介して、第1図において矢印20で示した方向で、吸気管17内に流入する。この吸気管において、空気はスロットルバルブ18の開放時に、吸気マニホルド16内にさらに流入する。これにより、この吸気マニホルドから、個別吸気管15を介して、内燃機関10の個々の燃焼室13に空気が分配される。
スロットルバルブ18の上流側には、アイドル運転空気導管24が吸込管17から分岐している。このアイドル運転空気導管は、燃料蒸発装置26の混合室25に通じている。このアイドル運転空気導管24には、絞り32が例えばオリフィスの形で設けられていてよい。このオリフィスは、アイドル運転空気導管24内を流れる空気量を、絞ることによって制限する。燃料蒸発装置26は、例えば中央の噴射弁27を有している。この噴射弁は、熱アダプタ28を備えている。この熱アダプタ28は、例えば公知のように、液体燃料のための電気的に加熱可能な蒸発器構造29を有しており、このために抵抗・熱エレメント31を有している。これらの抵抗・熱エレメント31は、例えば正の温度係数(PTC)または負の温度係数(NTC)を有していてよい。抵抗・熱エレメント31を制御するために、例えば、図示しない電子制御装置が設けられていてよい。この抵抗・熱エレメント31は蒸発器ケーシング30内に収納されていて例えばプレート状に形成されており、場合によっては有孔性の表面を有している。燃料蒸発装置26の混合室25を起点として、中央導管35が延びている。この中央導管は、複数の導管に分岐させられた導管系36に移行している。この導管系は、内燃機関10の個々の燃焼室13と混合室25との流れ接続部を形成している。この導管系36は内燃機関10の個別吸気管15に向かって、個々の導管に分岐させられるように形成されていて、本発明によれば、作動時に所定の点火順序で見て直接互いに連続しないそれぞれ2つの燃焼室13もしくはシリンダ1,2,3,4だけが対を成して互いに接続され、さらに、中央導管35を介して一緒に燃料蒸発装置26もしくは混合室25に接続されるようになっている。
第1図および第2図には、4シリンダ型の火花点火式の内燃機関10のための、本発明に基づく導管系36が詳しく示されている。第2図に一点鎖線で示した内燃機関10は、4つのシリンダ1,2,3,4を有している。これらのシリンダは第2図に示したものとは異なり、実際はシリンダ1,2,3,4の順で互いに配置されており、例えば、1−3−4−2の点火順序で運転される。燃料蒸発装置26から離反する方向で延びる中央導管35は、第1のシリンダ対導管38と、第2のシリンダ対導管39とに分岐させられている。第1のシリンダ対導管38は、さらに第1のシリンダ1のための第1のシリンダ導管41と、第4のシリンダ4のための第2のシリンダ導管42とに分岐させられている。同様に、第2のシリンダ対導管39も第3のシリンダ3のための第3のシリンダ導管43と第2のシリンダ2のための第4のシリンダ導管44とに分岐させられている。中央導管35とシリンダ対導管38,39とに形成された分岐個所、シリンダ対導管38とシリンダ導管41,42とに形成された分岐個所、およびシリンダ対導管39とシリンダ導管43,44とに形成された分岐個所は、Y字形状を有している。この場合このY字形状の脚部は、導出側のシリンダ導管41,42の間、もしくは導出側のシリンダ導管43,44の間で、できる限り鋭角の角度を成していると有利である。これにより、高められた流れ抵抗によって、対を成して互いに接続されたシリンダが互いに影響を及ぼし合うことが最小限に抑えられる。完全を期すため、念のために述べるならば、T字形状の分岐個所を形成することも可能である。第1のシリンダ導管41が第1のシリンダ1に接続され、第2のシリンダ導管42が第4のシリンダ4に接続され、第3のシリンダ導管43が第3のシリンダ3に接続されており、第4のシリンダ導管44が第2のシリンダ2に接続されているので、シリンダ1−3−4−2の点火順序が設定されている場合、つまり、点火プラグ19による点火が先ずシリンダ1、次いでシリンダ3、次いでシリンダ4、最後にシリンダ2の順で行われる場合、作動時に点火順序で見て直接互いに連続しないそれぞれ2つの燃焼室もしくはシリンダだけが対を成して互いに接続されており、さらにシリンダ対導管38,39と中央導管35とを介して燃料蒸発装置26に接続されている。
導管系36の中央導管35、シリンダ対導管38,39およびシリンダ導管41〜44が、小さな熱伝導性を備えた弾性材料、例えばプラスチックから成る管またはホースの形で形成されていると有利である。個別吸気管15へのシリンダ導管41〜44の接続つまり燃料蒸気の導入は、第1図に示したように、内燃機関10の吸気弁14の比較的近くで行われる。
燃料蒸気装置26の運転は、内燃機関10の低負荷範囲、特にアイドル運転範囲に限定されると有利である。しかしながら、燃料蒸発装置26の運転を、内燃機関のアイドル運転範囲に続く部分負荷範囲にも、さらには全負荷範囲に達する直前の範囲においてさえ行うことも可能である。特に高部分負荷範囲においては、濃厚すぎる燃料・空気混合物が中央導管35、シリンダ対導管38,39およびシリンダ導管41,42,43,44内に生ぜしめられるおそれがある。つまりこの混合物に占める燃料の比率は、点火プラグ19によって点火されるにはあまりにも高い。空気の比率を高めることはできない。それというのは、混合室25に供給された空気量が、例えば、アイドル運転空気導管24内に設けられた固定絞り32によって一定に保たれるからである。しかしながらこのことがシリンダ1〜4の燃焼室13における燃焼に影響をもたらすことはない。それというのは、この過度に濃厚な燃料・空気混合物がシリンダ導管41〜44を介して供給されたのちには、個別吸気管15内で吸い込まれた空気と混合されることにより、再び点火可能な燃料・空気混合物が生ぜしめられるからである。燃料・空気混合物を燃料蒸発装置26によって導入したときには、燃料噴射弁12は非作動状態のままであり、言い換えれば燃料を噴射しない状態のままである。燃料蒸発装置26の中央の噴射弁27だけが燃料を液体の形で放出する。この燃料は次いで、電気的に加熱された蒸発器構造29内に達する。これにより、この蒸発器構造内で燃料は加熱され、少なくとも部分的に蒸発する。加熱時に生じた液体燃料の容積変化に基づき、蒸気相への移行時に、この燃料は混合室25内に供給される。これと同時に、混合室25内には、アイドル運転空気導管24を介して空気が導入される。これにより、混合室25内ではアイドル運転範囲において、点火可能な燃料・空気混合物がλ=1で得られ、この混合物は次いで、中央導管35を介して導管系36内に放出される。燃料・空気混合物における燃料の比率は、燃料蒸発装置26の中央の噴射弁27の噴射量によって制御することができる。混合室25に供給された空気量は、内燃機関のアイドル運転時に通常必要とされるアイドル運転空気量にほぼ相当することが望ましい。しかしながら、第1図に破線で示したアイドル運転制御装置46をアイドル運転空気導管24に設けて、混合室25に供給される空気量を制御可能にすることもできる。ウォームアップ運転過程終了後、または、より多量の燃料が必要とされる時、例えば、急加速時、登坂時等に、燃料蒸発装置26による混合物調製に加えて、またはこれの代わりに、燃料噴射弁12による従来の個別噴射に切り換えることができる。
既に述べたように、第2図に示した導管系36は、作動時に所定の点火順序もしくは吸気順序で見て直接互いに連続しないそれぞれ2つのシリンダだけが互いに接続されて、さらに燃料蒸発装置26に接続されているので、1−3−4−2の順序で順次吸気を行うシリンダ1,2,3,4のために、混合室25に対してそれぞれ異なる長さを有する蒸気案内路が生ぜしめられる。この場合、シリンダ対導管38,39およびシリンダ導管41〜44が適宜に長さ選択されていることにより、シリンダの吸気時における吸気管の振動に基づくシリンダの相互の影響がほぼ完全に回避されるので、混合室25内で形成された燃料・空気混合物は、内燃機関10の個々のシリンダ1,2,3,4もしくは燃焼室13に対して均一に分配される。
第3図には、内燃機関の本発明による第2の実施例が示されている。この実施例においては、同一または同じ作用を有する部分は第1図および第2図のものと同じ符号を有している。第3図には、一点鎖線によって内燃機関10′が示されている。この内燃機関は6つのシリンダ1,2,3,4,5,6を有している。これらのシリンダは第3図に示したものとは異なり、実際はシリンダ1,2,3,4,5,6の順で互いに配置されていて例えばシリンダ1−5−3−6−2−4の点火順序で運転される。燃料蒸発装置26から離反する方向に延びる中央導管35′は、第1のシリンダ対導管48と第2のシリンダ対導管49と第3のシリンダ対導管50とに分岐させられている。第1のシリンダ対導管48は、第1のシリンダ1のための第1のシリンダ導管51と第6のシリンダ6のための第2のシリンダ導管52とにさらに分岐させられている。第2のシリンダ対導管49はさらに第5のシリンダ5のための第3のシリンダ導管53と第2のシリンダ2のための第4のシリンダ導管54とに分岐させられている。第3のシリンダ対導管50は、第3のシリンダ3のための第5のシリンダ導管55と、第4のシリンダ4のための第6のシリンダ導管56とに分岐させられる。この場合形成される、導管系36′のシリンダ対導管48とシリンダ導管51,52との分岐個所、シリンダ対導管49とシリンダ導管53,54との分岐個所、およびシリンダ対導管50とシリンダ導管55,56との分岐個所は、Y字形状を有している。このY字形状の脚部は、シリンダ導管51,52の間、シリンダ導管53,54の間、もしくはシリンダ導管55,56の間でできる限り鋭角の角度を成していると有利である。第1のシリンダ導管51は第1のシリンダ1に、第2のシリンダ導管52は第6のシリンダ6に、第3のシリンダ導管53は第5のシリンダ5に、第4のシリンダ導管54は第2のシリンダ2に、第5のシリンダ導管55は第3のシリンダ3に、第6のシリンダ導管56は第4のシリンダ4にそれぞれ接続されているので、シリンダ1〜6の1−5−3−6−2−4の点火順序が設定されている場合、作動時に点火順序で見て直接互いに連続しないそれぞれの2つの燃焼室もしくはシリンダだけが対を成して互いに接続され、さらに共通のシリンダ対導管48,49,50と中央導管35′とを介して燃料蒸発装置16に接続されている。これにより、1−5−3−6−2−4の順序で順次吸気を行うシリンダ1〜6のために、混合室25に対してそれぞれ異なる長さを有する蒸気案内路が形成されるので、個々の燃焼室13に対する燃料・空気混合物の均一な分配が、シリンダ1〜6の相互の影響なしに行われる。
Claims (7)
- 多シリンダ型の火花点火式の内燃機関であって、該内燃機関が吸気装置を有しており、該吸気装置から、個別吸気管(15)が内燃機関の燃焼室(13)もしくはシリンダに向かって分岐しており、1燃焼室(13)につき少なくとも1つの吸気弁(14)が設けられており、該吸気弁(14)の上流側に燃料噴射弁(12)が設けられており、該燃料噴射弁が燃料を個別吸気管(15)に放出するようになっており、さらに燃料蒸発装置(26)が設けられており、該燃料蒸発装置が、内燃機関の規定された運転範囲において燃料・空気混合物を提供するようになっており、しかも、燃料蒸発装置(26)が、導管(38,39,41〜44;48,49,50,51〜56)を介して、内燃機関(10)の個別吸気管(15)に接続されている形式のものにおいて、
それぞれ2つの燃焼室(13)もしくはシリンダ(1〜4;1〜6)が対を成して、シリンダ導管(41〜44;51〜56)を介して互いに接続され、さらに燃料蒸発装置(26)に接続されるように、前記導管(38,39,41〜44;48,49,50,51〜56)が、燃料蒸発装置(26)の下流側で分岐させられており、この場合、対を成すシリンダ導管(41〜44;51〜56)が、それぞれ作動時に所定の点火順序(1−3−4−2;1−5−3−6−2−4)で見て連続しないシリンダだけに開口していることを特徴とする、多シリンダ型の火花点火式の内燃機関。 - 点火順序で見て互いに最も大きな時間的な間隔を有する燃焼室(13)もしくはシリンダ(1,2,3,4)だけが対を成して、シリンダ導管を介して互いに接続されている、請求項1記載の内燃機関。
- 4つのシリンダ(1,2,3,4)を有する内燃機関(10)において、燃料蒸発装置(26)を起点にして延びる中央導管(35)から2つのシリンダ対導管(38,39)が分岐しており、各シリンダ対導管(38;39)が2つのシリンダ導管(41,42;43,44)にさらに分岐しており、該2つのシリンダ導管が、作動時に所定の点火順序(1−3−4−2)で見て直接互いに連続しない各シリンダ(1,4;2,3)の個別吸気管(15)内に開口している、請求項1記載の内燃機関。
- 6つのシリンダ(1,2,3,4,5,6)を有する内燃機関(10′)において、燃料蒸発装置(26)を起点にして延びる中央導管(35′)から3つのシリンダ対導管(48,49,50)が分岐しており、各シリンダ対導管(48;49;50)が2つのシリンダ導管(51,52;53,54;55,56)にさらに分岐しており、該2つのシリンダ導管が、作動時に所定の点火順序(1−5−3−6−2−4)で見て直接互いに連続しない各シリンダ(1,6;5,2;3,4)の個別吸気管(15)内に開口している、請求項1記載の内燃機関。
- シリンダ導管(41〜44;51〜56)が吸気弁(14)の近くで、個別吸気管(15)内に開口している、請求項3または4記載の内燃機関。
- 3つの導管(38,41,42;39,43,44;48,51,52;49,53,54;50,55,56)の分岐個所がY字形状を有している、請求項5記載の内燃機関。
- 3つの導管(38,41,42;39,43,44;48,51,52;49,53,54;50,55,56)の分岐個所が、導管(41,42;43,44;51,52;53,54;55,56)相互間で鋭角の角度を成している、請求項5または6記載の内燃機関。
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