JPH01503722A - 内燃機関、特にオツト機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関、特にオツド機関 背景技術 本発明は、請求の範囲第１項の上位概念に規定した形式の内燃機関、特にオツド 機関に関する。

排ガス戻し機構は内燃機関、特に所謂オツド機関において排ガスと一緒に放出さ れる有害物質、特に酸化窒素のエミッションを減少させるために設けられる。

酸化窒素の発生は、温度及び燃焼シリンダの燃焼室内の酸素濃度に関連している 。排ガスを燃料・空気・混合気に混入することによって両方が低下せしめられ、 ヒイテは有害物質エミッションが減少せしめられる。

気化器を備えたオツド機関のための公知の排ガス戻し機構においては、第２の調 量機構がリング間隙絞りとして構成されており、リング間隙絞りが排ガス戻し導 管と気化器の後方に接続された吸込マニホルドをつないでいる。このようなリン グ間隙絞りを介して、過圧下の排ガスが吸込マニホルド内のガソリン・空気混合 気に供給される。排ガス戻り流の方向で第２の調量機構の上流側に配置された第 １の調量機構が絞りフラップとして構成されており、絞りフラップがロッドを介 して気化器絞りフラップに連結されている。この場合、気化器絞りフラップ位置 によって規定された低い吸気管圧力においては吸込マニホルドに供給される排ガ ス戻し割合が排、ガス戻し導管内の絞りフラップの位置によって規定されるのに 対して、所定の吸気管圧力からは絞りフラップは作用しなくなり、排ガス戻し割 合はもっばらリング間隙絞りによって規定されていて、吸気管圧力の増大と共に 低下する。

発明の利点 請求の範囲第１項にお載の特徴を有する本発明に基づく内燃機関は公知技術に対 し、高い流動速度で排ガス戻し導管から流出する熱い排ガスを個々の入口弁へ直 接に供給することにより各燃焼シリンダの混合気形成が、特に所謂ジェットロニ ツタを用いて燃料を入口室に噴射する場合に著しく改善されるという利点を有し ている。さらにその上に、渦流ノズルが著しく強い過給運動を生ぜしめる。これ によって総じて、燃焼室内の燃料・空気・混合気の燃焼が著しく改善され、従っ て同じ出力で排ガス戻し割合がより高められ、結果として各シリンダ充填の際の 燃料が節減される。内燃機関がよりわずかな燃料しか必要とせず、このことはす でに有害物質放出量を減少させることになり、有害物質放出量は付加的に排ガス 戻し機構でさらに減少せしめられる。渦流ノズルは公知であって、バイパス空気 を燃焼シリンダの燃焼室内へ供給するために用いられる。

別の請求項に記載の手段によって、請求の範囲第１項に記載の回路装置の有利な 改良構成が可能である。

請求の範囲第２項記載の構成によって、戻そうとする排ガスがそのつど吸い込も うとする燃焼シリンダに所属する渦流ノズルを介してのみ供給される。このこと は渦流ノズルからの排ガスの流出速度を高め、ひいては内燃機関のそれぞれの燃 焼室内へ供給される混合気の過給運動への作用を強める。

請求の範囲第４項記載の構成は同じく請求の範囲第２項記載の構成について述べ た利点を有している。この場合ざらに有利には、空気供給が吸気管を介して決し て妨げられず、かつ請求の範囲第２項記載の構成に比べ燃焼室の充填量が改善さ れ、排ガス戻し量の極めて正確な制御が行なわれる。このことは、それぞれの燃 焼シリンダが吸い込みのために吸気管に接続されない間は排ガスがこの吸気管内 に達することはなく若しくはそこに制御されることなしに蓄えられることはない という状態に基づいている。

排ガスマニホルド、ひいては温度の高い範囲に第１の調量機構を移動させたこと によって、低温の排ガスにおいては第１の調量機構内に生じていた汚れ並びに煤 及び凝結物堆積が避けられる。従って、調節機構、例えば絞りフラップ若しくは 調量弁として構成された第１の調量機構はより高い耐用年数を有することになり 、排ガス戻し割合の偏流が小さくなる。

排ガス戻し導管内に排ガスマニホルドからの排ガス戻し導管の分岐点のすぐ近く に温度制御されるフラップ、有利にはバイメタルフラップを設けることによって 、内燃機関の低温状態での排ガス戻しが避けられる。それというのはフラップが 内燃機関の暖機運転中は排ガス戻し導管を閉じているからである。

排ガス戻し割合を程度の差こそあれ大きくすることは燃焼室の混合気の着火を遅 らせ、このことは点火時点、即ち点火角度σＺの相応の進めによって補賀される 。調量機構内の汚れ及び堆積に基づき、不変の調量機構における排ガス戻し割合 の低下は少なくとも長期的には避けられない。このことは一定な早期の点火角度 においては早期着火、過熱及び最終的には燃焼ピストン破損を生ぜしめる。この ようなことは本発明の別の構成に基づき点火時点を燃焼室内の最適な燃焼状態に 電子的な制御装置によって調節することに基づき避けられ、制御装置には噴射機 構において点火角度及び噴射時間を制御するための別のパラメータ、例えば絞り フラップ位置、回転数及び温度の他に、燃焼室内の燃焼経過も供給される。この ような燃焼経過は公知の形式で光学的に、組み込まれた光透過性のロッドを備え た点火プラグによって燃焼室内の光経過を測定することに基づき検出される。最 適な点火時点は、所定の点火時点に対する最大光度が生じＩ；場合に得られる。

燃焼経過を燃焼室内の圧力の測定によって検出することも可能であり、ここでは 点火時点は最大圧力の時点によって示されている。

本発明の別の構成では、電子的な制御装置にはラムダゾンデを用いて排ガスマニ ホルド内で測定された空気数λも供給される。従って、電子的な制御装置はλ− １になるように点火角度ａｚ及び噴射時間【ｉを調節する。排ガスマニホルドの 後方に接続された触媒を用いて、できるだけ低い有害物質エミッション値が得ら れる。

次に、本発明を図示の実施例に基づき詳細に説明する。

第１図及び第２図は排ガス戻し機構を備えた内燃機関の縦断面図、 第３図は第１図及び第２図に設けられ分配器と組み合わされだ捕集容器の断面図 、及び 笥４図は分配器を備えた捕集容器の別の実施形の断面図である。

実施例の説明 第１図に断面して概略的に示す内燃機関の燃焼シリンダヘッドでは燃焼室１１が 一方では行程ピストン１２によってかつ他方では燃焼シリンダ１０の端面を閉鎖 するシリンダヘッド１３によって制限されている。

シリンダヘッド１３は流入室１４を有していて、この流入室は燃焼室１１に対し て入口弁１５によって閉じられており、かつ流出室１６を有していて、この流出 室は燃焼室１１に対して出口弁１７によって閉じられている。流入室１４は一場 合によっては出口接続片を介在して一排ガスマニホルド１９に接続されている。

シリンダへラド１３内にはさらに、燃焼室１１内へ突入する点火プラグ２０がね じ込まれている。点火プラグ２０は特殊プラグとして構成されており、特殊プラ グの中央電極内には光透過性のロッドが組み込まれており、このロンドを通して 燃焼室１１内のライトエミッション及びその経過が検出される。点火プラグ２０ は高電圧点火装置２２に接続されており、この高電圧点火装置は概略的に示しで ある。さらにシリンダへラド１３内には、流入室１４へ突入する噴射ノズル２１ が配置されており、この噴射ノズルを介して符号２３で示された分配型燃料噴射 ポンプによって調量された燃料量が流入室１４内へ噴射される。４気筒の内燃機 関においては、シリンダへラド１３を備え同じに構成された総じて４つの燃焼シ リンダｌＯが設けられており、燃焼シリンダはすべて吸気マニホルド１８及び排 ガスマニホルド１９に接続されている。

有害エミッンヨンをわずかにするために、内燃機関は排ガス戻し機構２４を備え ている。この排ガス戻し機構は、排ガスマニホルド１９かも分岐して例えば高級 鋼ホースとして構成されていてよい排ガス戻し導管２５、排ガス戻し導管２５に 接続されだ捕集容器２６、及び捕集容器２６から各燃焼／リンダ１０に通じる排 ガス供給導管２７を有している。排ガス供給導管２７は燃焼シリンダ１０の７リ ンダヘソド１３の流入室１４内まで延びかつそこでそれぞれ所謂渦流ノズル２８ 内で終わっており、渦流ノズルの開口は直接に大口弁１５に配置されている。こ のような渦流ノズル２８は公知であり、内燃機関においてバイパス空気を燃焼シ リンダの燃焼室へ供給するために使用されている。

渦流ノズルは絞りとして作用する開口を備えた曲げられた管片から成っている。

捕集容器２６内への排ガス戻し導管２５の開口箇所に絞りフラップ２９が排ガス 戻し量のためのＭｌの調量機構として配置されている。絞ｒ）　７　ラップ２９ は連結ロンド３０を介して空気絞りフラップ３１に結合されており、空気絞りフ ラップは通常の形式で排ガスマニホルド１８の前に接続された空気吸込接続部３ ２に配置されていてかつアクセルペダルを介して調節される。ガソリン機関にお いては空気絞フラップ３１はこの箇所に位置する気化器に配置されていて、気化 器絞りフラップと呼ばれる。空気絞りフラップ３１の調節と一緒に絞りフラップ ２９も同期的に調節され、この場合吸気マニホルド１８内の低い圧力範囲では捕 集容器２６内、ひいては渦流ノズル２８を介してそれぞれの燃焼シリンダ１０に 供給される戻し量は吸気管圧力の増大と共に零からまず急激に上昇する。空気絞 りフラップ３１の所定の位置から絞りフラップ２９が完全に開かれ、これによて 調量機構として作用しなくなる。調量された排ガス戻し量は今やもっばら第２の 調量機構を成す渦流ノズル２８によって規定され、この場合調量量は吸気管圧力 の増大と共に連続的に低下する。

点火角度ａｚ及び噴射ノズル２１を介して噴射されかつ噴射時間ｔｉによて規定 される燃料量の最適な調節のために、電子的な制御装置３３を設けてあり、この 制御装置は内燃機関の運転パラメータから前記両方の値を生ぜしめる。運転パラ メータは空気絞りフラップ３１の位置σＤＫ、内燃機関の回転数、シリンダへラ ド１３を貫流する冷却水の温度ｖＷによて検出される燃焼室温度、燃焼室ｌｌ内 の光経過、及び排ガスマニホルド１９内に配置されたラムダゾンデ３４によって 測定される空気数λである。噴射時間【ｉ及び点火角度ｔｚ、即ちクランク角度 に関連した点火時点が制御装置３３によって次のように調節され、つまり燃焼状 態が最適であり、即ち最大のエネルギ変換が得られ、排ガスの空気数がλ−１に なる。従って、排ガスマニホルド１９に接続された触媒によってできるだけ低い エミッション値が達成される。

第２図に示した実施例においては、排ガス戻し機構２４が幾つかの部分で変更さ れている。同じく断面で示した内燃機関は変わっていない。従って同じ構成部材 は同じ符号を付けてあり、しかしながら排ガス戻し機構に関する符号は１００を 加えである。

第２図の排ガス戻し機構１２４においては、第１図の排ガス戻し機構に対する違 いとして第１の調量機構が絞りフラッグとしてではなく、調量弁１３５として構 成されており、この調量弁は吸気マニホルド１８がらの排ガス戻し導管１２５の 分岐箇所の近くに配置されており、排ガス戻し導管は排ガスマニホルド１９への 著しく短い導管区分＋３６と捕集容器１２６への長い導管区分１３７とに分割さ れている。捕集容器１２６からは、さらに短い導管区分１２７が個々の渦流ノズ ル２８に通じており、渦流ノズルは第１図と同じ形式で直接に各流入弁１５に配 置されている。

調量弁１３５は２つの弁接続部１３８及び１３９を有しており、このうちの弁接 続部１３８が導管区分１３６にかつ弁接続部１３９が導管区分１３７に接続され ている。両方の弁接続部１３８及び１３９は弁開口１４０を介して互いに接続さ れており、弁開口は弁部材１４１によって制御され、弁部材は弁開口１４０を取 り囲む弁座１４２と協働する。弁座１４２はリング状に構成されており、この弁 座に弁部材１４１の閉鎖体１４３が弁閉鎖ばね１４４の作用下で作動せしめられ ない基準位置に装着されている。弁部材１４１はボーデンワイヤ１４５を介して 空気絞りフラップ３Ｉに若しくは直接に二重矢印４８で示したアクセルペダルに 結合されている。調量弁１３５は笥１図の絞り７ラツズ２９と同じように作動す る。調量弁１３５を直接に排ガスマニホルド１９の高温範囲に移しに二とによっ て、調量弁は第１図の絞りフラップ２９よりも熱い排ガスによって罠通され、そ の結果ここでは煤及び凝結物堆積がわずかになる。これによって、同じ弁部材位 置で調量されＩ；排ガス戻し量の前記堆積に基づき生じる変化が著しく小さくな る。

調量弁１３５と排ガスマニホルド１９との間の４９区分１３６内にはフラップ１ ４６が配置されており、このフラップを用いて排ガス戻し導管１２５の入口が閉 じられ若しくは開かれる。フラップ１４６はバイメタル１４７によって次のよう に制御され、即ちフラップが排ガス戻し導管１２５を排ガス流の所定の温度の下 側で閉じたままにしかつ所定の温度の上側で闘く。

これによって排ガス戻しが内燃機関の暖機運転中は阻止される。

第２図においてさらに、吸気マニホルド１８から内燃機関の個々の燃焼シリンダ 、有利には燃焼室１１に通じる各吸気管５０内に、燃焼室＋１の方向に開く逆止 弁５１を配置してあり、逆止弁は７ラソタ弁若しくはダイヤフラム弁として構成 されている。逆止弁はそれぞれ噴射ノズルの上流側に位置して、戻された排ガス がちょうど人口弁１５を介して所属の燃焼室Ｉｌｌこ接続されていない吸気管５ ０からちょうど吸い込もうとしている燃焼シリンダへ導かれないように阻止して いる。従って、渦流ノズルから流出する排ガスの吸気マニホルド１８へ、ひいて は別の吸気管５０への逆流を阻止する。これによって、戻そうとする排ガスがも っばら常に、そのつと吸い込もうとする燃焼シリンダに所属する渦流ノズルを介 して導かれる。このことは流出速度、噴射ノズル２１を介して吸い込まれた空気 流内へ噴射される燃料の渦流形成及び混合気形成を高める。このような構成はも ちろん第１図の実施例にも若しくは気化器・内燃機関にも類似の利点を伴って使 用される。

前述のＷ、成に対する変化例として第３図に基づさ捕集容器２２６を設置すてあ り、この捕集客器は第１図及び第２図の実施例の捕集容器２５若しくは１２６の 代わりになる。捕集客器２２６は閉じられた円形シリンダから成っており、この 円形シリンダの一方の端面５３には排ガス戻し導管２５若しくは１２５が通じ、 円形シリンダの他方の端面５４から個々の排ガス供給導管２７．１２７が延びて いる。この排ガス供給導管は規則的な間隔で所属の燃焼室の吸込順序で円形に配 置されている。駆動軸５５が捕集容器２２６を軸線方向に貫いていて一方の端面 ５３で外側へ突出し、そこに内燃機関のクランク軸若しくはカム軸を介して駆動 されるようになっていて、かつ他方で他方の端面５４内に支承されている。他方 の端面５４の内面に密接して駆動軸は弁プレート５６を有しており、この弁プレ ートは他方の端面５４の内面全体を被っていてかつ１つの制御孔５７を何してお り、この制御孔を介して駆動軸５５の回転に際し順次に各排ガス供給導管２７が 捕集容器２２６の内室と接続される。弁プレート５６は駆動軸５５と一緒に分配 装置５８を形成しており、この分配装置を介して弁グレートの回転位置に応じて 排ガス戻し導管２５によって供給された排ガス流が、そのつとちょうど吸い込も うとする燃焼シリンダに通じる排ガス供給導管２７，１２７内へ導かれる。

第３図に対する選択的な構成では第４図ｊこ基づき、そこに示した捕集容器３２ ６は同じく円形シリンダ状ｊ：構成されている。そこに排ガス戻し導管２５，１ ２５が同軸的に開口しており、排ガス戻し導管２７，１２７が捕集容器３２６の 周壁５９から延びている。弁プレート１５６としてここでは小鉢状の部材を設け てあり、この部材は周壁６０で以て捕集容器の周壁５９の内面を被っていてかつ １つの制御孔１５７で以て第３図の構成に類似して個々の排ガス戻し導管２５， １２５を制御する。このために小鉢状の弁プレート１５６が一方の端面で、捕集 容器壁を通して案内された駆動軸によって内燃機関回転数に対して同期的に運動 される。

このような構成によって、調量しようとする排ガス戻し量がもっばらそのつど吸 込サイクルにある燃焼シリンダに所属する渦流ノズル２８．１２８に正確に供給 される。渦流ノズルに対する最適な排ガス流入速度が生ぜしめられ、かつちょう ど吸込サイクルにない別の燃焼シリンダにおける調量ミス若しくは排ガス戻し量 蓄えが避けられる。さらに、燃焼室にそのつど供給されるガス量が妨げられなく 流れ、これによって燃焼室の充填度が第２図の構成に対して改善される。

へ 国際調査報告 一一鴫−＾−−−舗−ＰＣＴ／ＤＥ　６８１００３１４国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関、特にオッド機関であって、複数の燃焼シリンダを備えており、燃 焼シリンダの燃焼室がそれぞれ少なくとも１つの入口弁及び１つの入口室を介し て、絞りフラップを有する吸気マニホルドに、かつ少なくとも１つの出口室及び 出口室を介して排ガスマニホルドに接続されており、排ガス戻し機構を備えてお り、排ガス戻し横前が排ガスマニホルドから分岐する排ガス戻し導管及び排ガス 戻し導管に接続された排ガス調量装置を有しており、排ガス調量装置が排ガス戻 し流の方向で前後に配置された２つの調量機構を備えており、上流側の調量機構 が絞りフラップと一緒に操作されるようになっている形式のものにおいて、排ガ ス戻し流の方向で下流側に位置する第２の調量機構が燃焼シリンダの数と対応す る数の渦流ノズル（２８；１２８）によって形成されており、それぞれ１つの渦 流ノズルが１つの燃焼シリンダ（１０）に配属されかつ直接に入口弁（１５）に 配置されており、第１の調量機構（２９；１３５）の後方に排ガス戻し流の捕集 容器（２６；１２６）が配置されており、捕集容器から別個の排ガス供給導管（ ２７；１２７）が渦流ノズル（２８１２８）に通じていることを特徴とする内燃 機関。 ２．内燃機関のそれぞれの燃焼シリンダに通じる吸気管（５０）内に各渦流ノズ ルの開口の上流側に、燃焼シリンダの方向に開く逆止弁（５１）が設けられてい る請求の範囲第１項記載の内燃機関。 ３．逆止弁（５１）がダイヤアラム弁である請求の範囲第２項記載の内燃機関。 ４．排ガス戻し導管が分配装置（５８）を介して捕集容器（２２６，３２６）に 接続されており、分配装置が内燃機関に対して同期的に内燃機関によって駆動さ れるようになっており、分配装置によって内燃機関の燃焼シリンダ（１０）の吸 込順序で、そのつど吸い込もうとする燃焼シリンダに所属する排ガス供給導管（ ２７，１２７）のみが捕集容器（２２６，３２６）に接続可能である請求の範囲 第１項記載の内燃機関。 ５．分配装置（５８）が捕集容器（２２６）の一方の円形の端面（５４）を被っ てかつ制御孔（５７）を備え回転駆動される弁プレート（５６）から成っており 、排ガス供給導管（２７，１２７）が端面（５４）から制御孔（５７）の作動円 形内でかつ所属の燃焼シリンダの吸込順序で順次に連通するようになる請求の範 囲第４項記載の内燃機関。 ６．分配装置が内燃機関に対して同期的に回転駆動される小鉢状の弁プレート（ １５６）から成っており、弁プレートが周壁（６０）で以て円形シリンダ状の捕 集容器（３２６）の対応する周壁（５９）に接触していてかつそこに制御孔（１ ５７）を有しており、制御孔が捕集容器（３２６）の周壁（５９）から内燃機関 の所属の燃焼シリンダの吸込順序に応じて連適する排ガス供給導管（２７，１２ ７）と協働するようになっている請求の範囲第４項記載の内燃機関。 ７．第１の調量機構（１３５）が排ガスマニホルド（１９）のすぐ近くに配置さ れている請求の範囲第１項から第６項のいずれか１項記載の内燃機関。 ８．第１の調量機構が絞りフラップ（２９）として構成されており、吸気マニホ ルド（１８）内に配置された絞りフラップ（３１）と機械的に連結されている請 求の範囲第１項から第７項のいずれか１項記載の内燃機関。 ９．第１の調量機構が機械的に操作可能な絞り弁（１３５）として構成されてお り、絞り弁がボーデンワイヤ（１４５）を介して吸気マニホルド（１８）内に配 置された絞りフラップ（３１）と若しくは絞りフラップ（３１）に連結されたア クセルペダル（４８）と結合されている請求の範囲第１項から第７項のいずれか １項記載の内燃機関。 １０．絞り弁（１３５）が２つの弁接続部（１３８，１３９）を介して排ガス戻 し導管（１２５）の２つの導管区分（１３６，１３７）間に接続されており、一 方の導管区分（１３６）が排ガスマニホルド（１９）から分岐してかつ他方の導 管区分が捕集容器（１２６）に開口しており、弁接続部（１３８．１３９）が弁 開口（１４０）を介して互いに接続されており、弁ばね（１４４）で弁閉鎖位置 へ負荷されている弁部材（１４１）が弁開口（１４０）の閉鎖及び開放のために 、弁開口（１４０）を取り囲む升座（１４２）と連続的に増大する開放断面で協 働するようになっていてかつ弁開放方向に作用するボーデンワイヤ（１４５）に 結合されている請求の範囲第９項記載の内燃機関。 １１．弁部材（１４１）が円錐形に構成された閉鎖体（１４３）を有しており、 この閉鎖体で以て弁部材（１４１）がリング状の升座（１４２）に座着している 請求の範囲第１０項記載の内燃機関。 １２．調量弁（１３５）が排ガス戻し導管（１２５）の著しく短い第１の導管区 分（１３６）を介して排ガスマニホルド（１９）に、かつ捕集容器（１２６）が 著しく短い排ガス供給導管（１２７）を介して渦流ノズル（１２８）に接続され ている請求の範囲第９項から第１１項のいずれか１項記載の内燃機関。 １３．排ガス戻し導管（１２５）内で直接に排ガスマニホルド（１９）の分岐点 に、導管断面を所定温度の下側で閉鎖しかつ所定温度の上側で開放するフラップ （１４６）、有利にはバイメタル制御されるフラップが配置されている接続請求 の範囲第１項から第１２項のいずれか１項記載の内燃機関。 １４．燃焼シリンダ（１０）の燃焼室（１１）内で点火される燃焼混合気の点火 時期が、有利にはシリンダ個々に最適な燃焼状態に調節されている接続請求の範 囲第１項から第１３項のいずれか１項記載の内燃機関。 １５．電子的な制御装置（３３）が設けられており、この制御装置に入力パラメ ークとして吸気マニホルド（１８）内に配置された絞りフラップ（３１）の位置 （αＤＫ）、内燃機関の回転数（ｎ）、排ガスマニホルド（１９）内に配置され たラムダゾンデ（３４）によって測定された空気数（λ）、シリンダヘッド（１ ０）内で測定された冷却水温度（νｗ）及び燃焼シリンダ（１０）の燃焼室（１ １）内で検出される燃焼経過が供給されるようになっており、入力パラメークか ら噴射ノズル（２１）を介して噴射される燃料量の点火角度（αＺ）及び噴射時 間（ｔｉ）のための調節値が形成されるようになっている接続請求の範囲第１４ 項記載の内燃機関。 １６．燃焼経過が公知の形式で燃焼シリンダ（１０）の燃焼室（１１）内の光経 過の光学的な検出によって捕らえられるようになっている請求の範囲第１５項記 載の内燃機関。 １７．排ガスマニホルド（１９）に触媒が接続されており、電子的な制御装置（ ３３）が点火角度（σｚ）及び気化器若しくは噴射ノズルを用いて形成される燃 料・空気・混合気を調節して、空気数（λ）が“１”に調整されるようになって いる請求の範囲第１５項又は第１６項記載の内燃機関。