JP3859727B2 - 多シリンダ型の火花点火式の内燃機関 - Google Patents

Description

背景技術
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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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