JP6083615B2 - 内燃機関のための高圧火花点火および成層化装置 - Google Patents
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Description
本発明に係る高圧火花点火および成層化装置は、成層化圧縮器の出口を備える。成層化圧縮器の出口は、蓄圧器へと接続される。蓄圧器は、圧縮器によって事前加熱された雰囲気空気または気体混合物を保存する。蓄圧器はまた、ラインおよびプレチャンバを加圧下に保持するように、成層化ラインおよび成層化プレチャンバと直接的または間接的に連通する。
・化学量論的パイロット装入物の燃焼により、その後、外部冷却EGRおよび/または内部高温EGRで高希釈された化学量論的主要装入物が点火される。
Claims (22)
- 内燃機関(1)のための高圧火花点火および成層化装置であって、前記内燃機関(1)は、シリンダヘッド(8)と、排出管(10)とを備え、前記シリンダヘッド(8)は少なくとも1つの燃焼室(9)を有し、前記少なくとも1つの燃焼室(9)中には、吸入プレナム(19)と連通する吸入管(11)が開口し、前記排出管(10)は、排出マニホルド(18)と、前記汚染物質の後処理のための触媒コンバーター(75)と連通し、前記内燃機関(1)は、加圧潤滑回路(14)、冷却回路(17)およびECUコンピュータをさらに備える、高圧火花点火および成層化装置であり、前記内燃機関(1)は、
・前記内燃機関(1)のシリンダヘッド(8)中に収容された少なくとも1つの成層化弁(20)であって、前記弁は、少なくとも1つのバネ(22)によってシート(21)と接触した状態で保持され、前記弁は、少なくとも1つの成層化管(23)に含まれる第2の端部が成層化室(24)中に開口している状態で、成層化プレチャンバ(79)中に開口する前記成層化管(23)の第1の端部を閉鎖させ、前記成層化管(23)に含まれる第2の端部は、少なくとも1つの成層化噴射管(39)によって前記内燃機関(1)の燃焼室(9)へ接続され、前記噴射管(39)は、前記内燃機関(1)のシリンダヘッド(8)中に固定されたスパークプラグ(25)の突出電極(26)の近隣の燃焼室(9)中に開口し、前記電極は、前記内燃機関(1)の燃焼室(9)内に配置される、成層化弁(20)と、
・前記内燃機関(1)のECUコンピュータによって制御される少なくとも1つの成層化アクチュエータ(27)であって、前記アクチュエータは、前記成層化弁(20)を前記シート(21)からリフトさせ、開口状態で保持して、前記シート(21)へと戻す、成層化アクチュエータ(27)と、
・前記成層化プレチャンバ(79)を成層化圧縮器(29)の出口へと接続させる少なくとも1つの成層化ライン(28)であって、前記成層化圧縮器(29)の入口は、雰囲気成層化空気供給管(30)、前記供給管、前記圧縮器ならびにその入口および出口へ直接的または間接的に接続され、前記ライン、前記プレチャンバおよび前記成層化管(23)の組み合わせにより、前記成層化室(24)のための雰囲気空気供給回路(31)が形成され、前記成層化室(24)自体により、前記雰囲気空気供給回路(31)の一体部分が形成される、成層化ライン(28)と、
・前記内燃機関(1)のECUコンピュータによって制御される少なくとも1つの成層化燃料インジェクタ(33)であって、前記インジェクタは、燃料のジェットの生成を前記雰囲気空気供給回路(31)内の任意のポイントにある前記成層化室(24)のための雰囲気空気供給回路(31)内、または前記成層化噴射管(39)内、または前記雰囲気空気供給回路(31)および前記成層化噴射管(39)の両方の中において行うことができる、成層化燃料インジェクタ(33)と、
を備え、
前記成層化室(24)は、円筒型穴部(46)内に形成された環状空洞(45)からなり、前記円筒型穴部(46)において、前記スパークプラグ(25)に含まれる円筒型密封先端(44)が係合し、前記穴部(46)は、前記内燃機関(1)の燃焼室(9)中へ開口することを特徴とする、高圧火花点火および成層化装置。 - 前記高圧火花点火および成層化装置は、少なくとも先行冷却排ガスを往復させる手段を備え、前記手段は、「外部冷却EGR」手段(40)と呼ばれ、前記内燃機関(1)のECUコンピュータによって制御され、前記手段により、排ガスを前記内燃機関(1)の排出管(10)からタッピングした後、前記ガスを少なくとも1つの冷却器(41)によって冷却した後、前記ガスを前記内燃機関(1)の吸入側へ再度導入することができることを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化弁(20)のシート(21)は、前記弁を前記プレチャンバから離隔方向に移動させるだけで前記成層化アクチュエータ(27)が前記弁を前記シート(21)からリフトすることができるように、前記成層化プレチャンバの外側(79)に向けられた面を有することを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化アクチュエータ(27)は、前記内燃機関(1)のシリンダヘッド(8)へ固定された少なくとも1つのコイル導線(50)からなり、前記コイル中に電流が流れると、前記コイルが磁気コアまたはブレード(51)を引き寄せて、前記少なくとも1つのコアまたはブレードを長手方向に前記成層化弁(20)を移動させ、前記成層化弁(20)へは、前記1つのコアまたはブレードがコイル押圧または牽引手段(42)によって接続されることを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化アクチュエータ(27)は圧電層(52)の少なくとも1つのスタックからなり、前記スタックの厚さは、前記層内に電流が通過すると変動し、これにより、前記スタックが前記成層化弁(20)を長手方向に移動させ、前記成層化弁(20)には、前記スタックがスタック押圧または牽引手段(80)によって接続されることを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化アクチュエータ(27)は空気式成層化作動シリンダからなり、前記空気式成層化作動シリンダは、空気式成層化受容室および空気式成層化受容ピストンを備え、前記ピストンは、前記成層化弁(20)へ固定されるかまたは空気式ピストン押圧または牽引手段によって前記成層化弁(20)へ接続され、前記空気室は、少なくとも1つのソレノイド弁により高圧貯蔵空気または前記外気または低圧貯蔵空気と連通するように配置することができることを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化アクチュエータ(27)は油圧成層化作動シリンダ(36)からなり、前記油圧成層化作動シリンダ(36)は、油圧成層化受容室(37)および油圧成層化受容ピストン(38)を備え、前記ピストンは、前記成層化弁(20)へ固定されるかまたは前記成層化弁(20)へ油圧ピストン牽引または押圧手段(53)によって接続されることを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化燃料インジェクタ(33)は、加圧可燃ガスの貯蔵室(55)へ接続されることを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化室(24)のための雰囲気空気供給回路(31)は均質化サーキュレータ(56)を備え、前記サーキュレータは、前記回路の任意のポイントに配置され、前記空気または前記混合物を前記回路中に循環させることにより、雰囲気空気または前記回路中に含まれる気体混合物を撹拌することを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化室(24)のための雰囲気空気供給回路(31)は、前記供給回路(31)を加熱するための空気間熱交換器(57)を備え、前記供給回路(31)は、前記内燃機関(1)の排ガスから熱を抽出することにより、雰囲気空気または前記回路中に含まれる気体混合物を加熱する、前記空気または気体混合物および前記排ガスは、相互に混ざり合うことなく前記交換器(57)を同時に通過することを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化室(24)のための雰囲気空気供給回路(31)は、前記供給回路を加熱するための少なくとも1つの電気抵抗を備え、前記供給回路は、雰囲気空気または前記回路中に含まれる気体混合物を加熱することを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化室(24)のための雰囲気空気供給回路(31)は空気/冷却水熱交換器を備え、前記空気/冷却水熱交換器は前記供給回路(58)を冷却し、前記供給回路(58)は、前記雰囲気空気または気体混合物からの熱を前記内燃機関(1)の冷却回路(17)中に含まれる熱伝達流体へ移動させることにより、雰囲気空気または前記回路中に含まれる気体混合物を冷却することを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化室(24)は、接線方向にある少なくとも1つの入口および/または少なくとも1つの出口を備えることを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化室(24)のための雰囲気空気供給回路(31)は、少なくとも1つの撹拌室を備え、前記少なくとも1つの撹拌室により、乱流運動が気体混合物へ付与され、前記気体混合物は、前記回路中を移動しているかまたは前記ガス混合物において高速圧力変動を発生させることを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化ライン(28)は、少なくとも1つの放出弁(59)を備え、前記少なくとも1つの放出弁(59)は、前記ライン中における特定の圧力において開口することを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化ライン(28)および/または前記成層化圧縮器(29)の出口および/または前記成層化プレチャンバ(79)は、少なくとも1つの放出ソレノイド弁を備え、前記少なくとも1つの放出ソレノイド弁の出口は、前記内燃機関(1)の吸入側中またはキャニスター中または保存貯蔵室中へ開口することを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化圧縮器(29)の出口は、蓄圧器(60)へ接続され、前記蓄圧器(60)は、雰囲気空気または前記圧縮器によって先行加圧された気体混合物を保存し、前記蓄圧器はまた、前記成層化ライン(28)および前記成層化プレチャンバ(79)と直接的または間接的に連通して、前記ラインおよび前記プレチャンバを圧力下に保持することを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記先行冷却排ガスを往復させるための手段(40)は、「外部冷却EGR」手段と呼ばれ、少なくとも1つの比例リフトEGRタッピング弁(63)からなるかまたは少なくとも1つの比率回転EGRタッピングフラップ弁(64)からなるかまたは少なくとも1つの比率回転EGRタッピングスリーブ弁(65)からなり、前記少なくとも1つの比率回転EGRタッピングスリーブ弁(65)は、前記内燃機関(1)の排出マニホルド(18)上に配置され、前記弁または前記フラップ弁または前記スリーブ弁は、前記マニホルドを外部EGR供給管(66)と連通するように配置することができ、前記外部EGR供給管(66)において、前記マニホルド中へ開口する端部と反対側の端部は、前記内燃機関(1)の吸入プレナム(19)中へ開口することを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化噴射管(39)は、少なくとも1つの成層化噴射管(15)からなり、前記少なくとも1つの成層化噴射管(15)の第1の端部は、前記成層化室(24)と連通し、前記少なくとも1つの成層化噴射管(15)の第2の端部は、前記円筒型密封先端(44)の内側と、前記スパークプラグ(25)に含まれる中央絶縁コーン(43)との間に開口することを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化噴射管(39)は、少なくとも1つの成層化噴射毛細管(16)からなり、前記少なくとも1つの成層化噴射毛細管(16)は、前記スパークプラグ(25)に含まれる中央電極(47)の内側に形成され、これにより、前記毛細管の第1の端部が前記成層化室(24)と連通し、前記毛細管の第2の端部が前記中央電極(47)の端部において開口することを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 前記成層化噴射管(39)は、少なくとも1つの周辺成層化ノズル(48)からなり、前記少なくとも1つの周辺成層化ノズル(48)の第1の端部は前記成層化室(24)と連通し、前記少なくとも1つの周辺成層化ノズル(48)の第2の端部は、前記スパークプラグ(25)の周辺において開口し、前記第2の端部は、概して前記スパークプラグに含まれる前記電極(26)に向けられることを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
- 少なくとも前記成層化弁(20)、前記シート(21)、前記バネ(22)、前記成層化管(23)の全体または一部、前記成層化プレチャンバ(79)および前記成層化アクチュエータ(27)が組み合わせられて、少なくとも1つのカートリッジ中において採用され、前記少なくとも1つのカートリッジは、前記内燃機関(1)のシリンダヘッド(8)中へ固定されるかまたはねじ込まれることを特徴とする、請求項1に記載の高圧火花点火および成層化装置。
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