JPH07501117A - 内燃機関の作動方法 - 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】 内燃機関の作動 発明の技術分野 本発明は炭素と水素とを含むガラ１ル、ディーゼル燃料またはアルコール等の燃 ト１を燃焼させる内燃機関の作動方法に係わる。

発明の背景 周知のように、排気触媒コンバータはそれの温度か摂氏３００度と４００度との 間にあるライトオフ（Ｉ　ｉｇｈｔ−ｏｆｆ）温度と呼はれる臨界温度に達した 時に排気中の未燃焼炭化水素、−酸化炭素および窒素酸化物を減少させる働きを するのみである。軽負荷運転状態において非常に薄い混合気か燃焼される内燃機 関の場合には、余剰空気か触媒コンバータを冷却して、特にアイドル運転のごと きある状態中に、コンバータかライトオフ温度以上に維持されるのを難しくする 傾向かある。コンバータを機関の近くに配置する（クロースカップリング）こと によってこの問題をある程度までは低減することはできるが、このようにすると コンバータは全負荷運転中の温度に耐えらねなくなるであろう。したかつて、理 想的には、コンバータを機関から十分能して配置して安全な全負荷運転を可能に するのか良いが、触媒かそれのライトオフ温度以下に温度降下するおそれかある 時に触媒を加熱する手段か必要となる。

ディーセル機関はその排出ガス中に煤を発生する傾向かあるので、機関からの存 置排出物を減少させるための規則に適合させるためにフィルタトラップを有する ことか必要である。そのようなフィルタトラップはある時間の後には煤の粒子て 詰まってしまう傾向かあるのて、フィルタトラップを再生するための種々の提案 か行われている。その１つの方法は煤を燃焼させてしまう方法であるか、この燃 焼をフィルタトラップの前面において外部熱源により開始させる場合には、発熱 反応自体か、巻きたばこを通して空気を吸い込んだ時に起こる燃焼に似た態様で 、トラップの長さに沿って広がる。

したかって、ディーゼル機関とガソリン機関との両方において、排気系統内にお いである時に熱を発生させることか可能であることか好ましく、本発明は選択さ れた条件下においてそのような熱源を作り出す機関作動方法を提供せんとする本 発明は、炭素と水素とを含むガソリン、ディーゼル燃料あるいはアルコールなと の燃料を燃焼させる内燃機関の作動方法であって、減速モードにて機関が作動し ている時期を決定する段階と、機関への空気吸込口のスロットル開度を減速モー ト時にのみ定常速度のアイドリンク用スロットル開度以下に絞って、機関がオー バーランしながら燃焼室への燃料を受入れ続けている時に、各燃焼充填中の空気 量を少なくともその燃焼充填の一領域にて過剰に濃い燃焼を生しるように減らし 、これにより燃焼性ガスを排気ガス流中に生しせしめる段階と、ＩＪＦ気ガス流 中に外部源から（＝１加した空気或いは機関からの未使用空気の存在を確保し、 この空気を前記燃焼性ガスと混合して、減速モート時に燃焼性ガスおよび酸素が 十分に高濃度である発火可能なＩＪＦ気混気気合気成する段階と、前記混合気を 点化して、触媒コンバータやフィルタトラップなどの排気系統の部品の上流に配 置した再燃焼室内で、減速モート時に該部品を加熱するために火炎として燃焼さ せる段階とを含む内燃機関の作動方法を提供する。

１）Ｆ気気合気の点火を確実にするため、減速モードの間、燃焼室に供給される 燃料か少量ても濃いｔ昆合気を作り出すことかできるように、本発明の機関の作 動は定常速度アイドリングよりもより絞った状態で行われる。この混合気は不完 全燃焼して、十分に高い濃度の燃焼可能ガス、特に水素および一酸化炭素を含む 排気ガスを生じる。この燃焼可能ガスは容易に発火する。

本発明は種々の機関に適用可能である。充填準備は同質（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕ ｓ）にまたは階層化して行うこと、また点火は火花または圧縮により行うこと、 さらに２ストロークまたは４ストロ一ク機関とすることかてきる。

階層化充填のガソリンまたはディーセル機関では、アフターバーナての点火を確 実にするため、機関は十分な濃度の燃焼可能ガス、特に水素および一酸化炭素を 、未使用空気のその池の局所域からの十分な濃度の酸素と混合された不完全燃焼 の局所域（ポケット）から排気系統に容易に発火する混合気を形成するように、 作動されなければならない。

必要ならば、高水素濃度状態を作り出すため、吸入空気を完全燃焼に必要な最低 空気供給量よりさらに絞っても良く、追加の空気は排気系統に導入され、機関か らの未使用空気を補足してアフターバーナにおける完全燃焼を可能にする。

追加の空気は、種々の供給源から供給することができる。もし連続駆動の空気圧 縮機か利用可能であれば、その圧縮機からの空気を、減速モードにおいて解放さ れる分離弁により、排気系統に送ることもできる。機関においてターボチャージ ャーか用いられている場合、減速モードにおいて減速走行中にターボチャージャ ーか作り出す空気圧を吸入系統から排気系統に送ることかできる。最後に、車両 走行時には、エアースクープを用いて正圧を発生させても良い。そのようなラム 圧縮空気は、圧縮機やターボチャージャーにより作られた圧縮空気より圧力は低 くなるが、排気背圧は減速モートにおいては最小であるので、この程度の圧力で 十分である。さらに、別の手段としては、いくつかの機関シリンダのみに余剰燃 料を供給し、その他の機関シリンダへの燃料の供給を止めてもよい。燃料供給の 無いシリンダはたた単に空気ポンプして作用し、空気を１ノ［気系統に供給して 余剰燃料を燃焼させているシリンダから出た燃焼ガスと混合させる。

連続駆動圧縮機は、例えば、空気による燃料噴射系統に用いられている改良され た燃料準備を与える。この様な圧縮機からの空気供給は減速中排気系統に対して 行われ、燃料は燃料噴射装置から供給され続ける。このモートにおいて、噴射装 置を意図的に空気の粒子化かあまり行われていない状態で作動して、チャージの 階層化の効果を誇張したり、噴射燃料の量を排気系統で発生する熱量およびアフ ターバーナーでの完全燃焼のための空気量と無関係に制御したりする。

インテークマニホールドを介しての中心点燃料噴射またはインテークポートへの 多点燃料噴射を用いたホモジーニアスチャージ機関においては、減速はホモジー ニアスチャージの高濃度不完全燃焼を伴う。これは、蓄えられた燃料かインテー クマニホールドやインテークボートの壁を濡らすことにより引き起こされたヒス テリシスの結果である。減速モードにおいて、たとえ燃料噴射か完全に止まって も、排気ガスの放出の急激な往復動は依然として起こる、なぜならは蓄えられた 燃料は燃焼室で不十分な空気と燃焼するか、蓄えられた燃料の量は限られていて 一度使われており往復動の時間は短いからであり。炭化水素の放出は抑えられる 。インテークのスロットル開度を次第に増加させることにより、燃焼室に入る燃 料量の減少に空気量を適合させることができ、過濃度混合気を確実にすることが できる。

減速時の吸気のスロットル開度の調節を厳格にし、水素や一酸化炭素といった未 燃ガスの濃度を高めることが可能である。減速時の短期間に排気装置に空気が追 加供給されると、発火可能な混合物か製造され、この混合物が、点火プラグによ って発火され触媒コンバータの上流の火炎として燃焼することかできる。そのよ うな火炎は、短期間のものであり、吸気装置からの蓄積燃料が使われるときに流 出する。この燃焼可能な供給物かなくなってしまうと、追加の空気か止められつ る。

フィルタトラップを有する公知のディーゼルエンジンの場合には、フィルタトラ ップは、塞かれたことを検出した後一般に再生されるだけである。この事は、エ ンジン性能か部分的に閉鎖されたフィルターによってすてに減じられているため 、欠点である。さらに、塞かれた程度によっては、再生には著しい時間を必要と する。本発明においては、通常走行において車両が減速する度に起こる減速モー ト時に、フィルタトラップのすすを燃やすために使われ、そして定期的に行われ るのでたまったすすかまず除去される。

ガソリンとディーゼルエンジンの両方に適用される、触媒コンバータを備えた稀 薄燃焼エンジンの場合には、アイドリング状部を繰り返す部会のドライブや負荷 の軽い作動は一般に、コンバータを燃焼状態に保つ問題を有している。しかし、 部会のドライブはまた減速モートの頻度も多く、本発明の作動方法が触媒コンバ ータの再加熱に役立つことになる。

小さなエンジンを備えた重量車両の場合には、高速でのエンジンの重負荷が、例 え触媒かエンジンからある程度離れていたとしても触媒コンバータの安全限界に 対してｆＪ１気ガス温度の過度の上昇を引き起こしてしまう。本発明によれば、 コンバータの高温を維持するために減速モート時における周期的な再加熱を提供 することによって、触媒コンバータをエンジンからさらに離して配置することが 可能となる。

吸入空気を厳格に調節することによって、望ましいエンジンブレーキを発生させ 、時としてこの目的のために行われる排気調節の必要性をなくすことかできる。

減速モード時のスロットル調節のさらに別の利点は、燃焼室における過度にリッ チな混合によって起きる、エンジン運転の結果として起こる反対効果か一般に気 付かれないということである。

運転の効果か減速モート時に気付かれないという事実は、エンジンシリンダーの 幾つかにリッチ混合物か供給され池のシリンダーに燃料の供給か停止された時に もまた有利である。このことは、出力かエンジンから取り除かれると、他の作動 モードでは我慢できる不安定さを自然に引き起こす。燃料供給モードの間の切り 換えは、スムーズな移行となるように慎重に制御されるへきである。

各減速モート時または減速モード全体での再燃焼装置の点火は基本的なことでは ないということか記載されている。もし、触媒コンバータか十分に熱いとされる ならば、吸気量を減らす調節によって燃焼混合物を作る必要はなく、また再燃焼 装置を点火する必要もない。

図面の簡単な説明 本発明は、例として、付属する図面を参照して、更に記述される。

第１図は、本発明の方法を実行するための制御システムを有する、ターボチャー ジャーて過給されるエンジンのブロック図であり、第２図は、マニホールドの圧 力低下に応答することによりエンジンか減速モー１〜で運転中である時を、自動 的に検出することを可能にする、バタフライ・スロットル弁を概略的に示し、 第３図は、減速モード中にバイパス空気を減少するように制御されるバイパス流 路を存する、バタフライ・スロットル弁を概略的に示す。

好適実施例の詳細な説明 エンジン１２は、調圧装置２２と適合したバタフライ・スロットル弁２４を備え る吸気マニホールド２０を有し、減速モート中にエンジン吸気を減少させる。

エンジンは、排気システムにより駆動されるターボチャージャー２８を有するか 、圧縮器だけか図面に示されている。排気管１４は周期的な過熱を要する要素４ ０を含んでおり、要素４０は、エンジンかディーゼルエンジンであるならフィル ター補集器であり、触媒コンバーターであっても良い。

スパーク点火器１８を有するアフターバーナー室１６は、要素４０の上流端に配 置され、発振器４２は、アフターバーナーか点火されるべき時に、点火器１８を 励起させる。

記載されるエンジンは、ＩＪＦ気システムのための幾つかの追加空気源を有する か、実際には、これら追加空気源すべてか同エンジンに設けられないだろうし、 これら追加空気源か交互に設けられても良いことが、明瞭にされるへきである。

成る空気源の一つは、ターボチャージャー２８を有し、それ自身か減速モード中 に減速するか、しかしなお、正の空気圧を発生する。これは、バイパス３９と絶 縁弁３８を通って直接に排気システムに供給されても良い。

追加の空気をｆＪ［気管１４内に導入するための第二の選択は、連続的に駆動さ れる空気圧縮器３０と絶縁あるいは調圧弁３２とから構成される。

排気システムへ空気を加えるための記載される最後の選択は、絶縁弁３６により 排気システムに接続されて、車両がある速度で移動している時に押し込み（ｒａ ｍ）空気を供給する、空気量は口３４を存する。

様々な調圧弁や絶縁弁か、減速モードを検知する電子制御ユニット４８により作 動され得る。制御ユニットはまた、アフターバーナー室１６内のスパーク点火器 Ｉ８を制御したり、調節器２２を介してスロットル２４を位置決めするのに役立 っても良い。

もし追加空気が幾つかのエンジン気筒を燃料切れにすることにより供給されるな ら、燃料システムへの制御信号はまた制御ユニット４８により提供される。

電子制御ユニット４日は、図面には示されず、且つエンジンか減速モードにある 時なのか規定速度以上の程度である時なのかを検出することを可能にする、複数 のセンサー（エンジン速度とマニホールドの圧力低下）に接続される。マニホー ルドの圧力低下かエンジン速度に対して非常に高い時、エンジンへの空気の質量 流量は吸気を絞ることにより減少させられ、且つ発振器４２はアフターバーナー 室１６内の点火器１８でスパークを発生することを可能にする。

もし過熱によって触媒コンバータに損傷の危険かあるならは、電子制御ユニツト ４８は、ある条件即ち例えば長い下り走行の間に触媒コンバータかあまりに高温 であると判明したとかあるいはアフタバーナか長い時間作動しているとかの条件 のもとて本発明の方法の導入をおこなわないように設計してもよい。

エンジンが絞られている間の燃料供給は、従来型エンジンでおこなわれているよ うに、される。絞りの結果としてエンジン燃焼室での混合物は、排ガスか高濃度 の可燃焼ガス特に水素と一酸化炭素を含む点まで濃化され、それは、もし更に酸 素か利用可能であるようにされるならばアフタバーナ内で点火できるほどになる 。この更なる酸素は、ある場合にはＩＪＦ気系統に存在するかもしれない。しか し外部供給源が必要なときは、上記供給源の１つあるいはそれ以上が使用されて もよい。

燃料タンクから放出される蒸気をとじ込めるのに使用されカニスタールターか飽 和する危険かある。たまった蒸気か、通常の作動下でエンジンインテーク（ｉｎ ｔａｋｅ）に再循環されると、それらはエンジン較正を混乱させる傾向かあり、 一方減速モート間に過剰の蒸気を燃焼することは運転性にかなりの影響を及ぼす 。

−Ｉ−記した隔離弁のそれぞれは逆止め弁と連続的に連結させて、隔離弁か開い たときてもコンプレッサー、ターボチャージャあるいは空気取入れ装置を通る排 ガスの逆流の危険を確実になくするようにしてもよい。もちろんこのような逆流 は、減速中に俳裏圧（ｅｘｈａｕｓ　ｔ　ｂａｃｋ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ）は最少 なので、正しい運転Ｉｔ＋ｌよ生じないが、隔離弁のいずれかが損傷したときは 防止されなけれはならない。

第２図はディーゼルエンソンてときとき見られるスロットル弁の構成を示す。

圧縮点火エンジンでは、荷重は燃料の調整によって制御され且つ取入れ空気は通 常絞られいない。しかし、非常に小さな負荷で非常に稀薄な混合物となるのを防 ぐため、小さな負荷のあいたインテークマニホールド（ｉｎｔａｋｅｍａｎｉｆ ｏｌｄ）２０’を部分的に閉じる二位置ちょう形スロットルを設置プることか知 られている。このちょう形スロットルの高負荷及び軽負荷位置はそれぞれ２４′ ａと２４′ｂて示されている。本発明の方法では、このスロットリング（ｔｈｒ ｏｔ　ｔ　Ｉ　ｉｎｇ）はいぜんとしてより苛酷であり、このちょう型スロット ルは２４′ｃて示される位置をとるとみなされる。

第２図に示されるちょう形プレート２４′は、そのスピンドルかこのプレートの 中央にない点て第１図のものと異なる。この結果は、ちょう形プレートかマニホ ールドの抑制に関連した小ｉ・ルクになることである。もしスプリングがこのち ょう形プレートか位置２４′ｂを保持するように作動すると、定常アイドリンク の間てそれはその位置に留まったままである。しかしオーバーラン（ｏｖｅｒ− ｒｕｎ）の間でよりいっそうマニホールドを抑制することは、スプリングのもど り力に抗してこのプレートか２４′Ｃの位置に動くようにする。この場合、スロ ワ１−ルの作動は自動的であり、外部電子制御は不要である。更に、このプレー トはスイッチを閉し、オスシレータ（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）４２とスイッチと を作動させて追加の空気を供給するようにてきる。

従来型スパーク点火エンジンなとのエンジンでは、アイドリング時の空気流はち ょう形プレートでは制御されていない。というのはこうすると不安定になるから である。代りにちょう形プレート２４″は完全に閉じられ、空気は第３図に示さ れているようにバイパス通路２６を介して供給される。このような場合、本発明 の必要とされるスロットリング（ｔｈｒｏｔｔ目ｎｇ）は、電子制御ユニット４ ８によって制御される調整弁２２″の助けによってバイパス通路２６内でおこな オ）れる。

手続補正書（自発） １、事件の表示 平成５年特許願第５０９０５４号 ＰＣＴ／ＧＢ９２１０２０１２ ２、発明の名称 内燃棚間の作動 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ５、補正命令の日付 ６、補正により増加する請求項の数 ７、補正の対象 明細書、請求の範囲及び要約書翻訳文 国際調査報告　。ｒＴ／ｌ！。。、７．、つ。、。

１□１゜＾―、、Ｎ＠ＰＣＴ／ＧＢ　９２１０２０１２

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．炭素と水素を含むガソリン、ディーゼル燃料やアルコールなどの燃料を燃焼 する内燃機関の作動方法にして、 ａ）機関が減速モードで作動している時期を決定し、ｂ）機関への空気吸込口の スロットル開度を減速モード時にのみ定常速度のアイドリング用スロットル開度 以下に絞って、機関がオーバーランしながら燃焼室への燃料を受入れ続けている 時に端燃焼充填中の空気量を少なくともその燃焼充填の一領域に過剰に濃い燃焼 を生じるように減らし、これにより燃焼性ガスを排気ガス流に生じせしめ、 ｃ）排気ガス流中に外部源から付加した空気或いは機関からの未使用空気の存在 を確保し、前記燃焼性ガスと混合して、減速モード時に発火可能な燃焼性ガスと 酸素が十分に高濃度である排気混合気を達成し、ｄ）前記混合気に点火して、触 媒コンバータやフィルタトラップなどの排気系統の部品の上流に配置した再燃焼 室内で、減速モード時に該部品を加熱するために火炎として燃焼させる端段階を 含む内燃機関の作動方法。
2. ２．請求項１記載の方法において、機関が減速モードである時期を決定する前記 段階が、マニホールド減圧を、現在の機関速度を参照して決定した基準値と比較 することを含む内燃機関の作動方法。
3. ３．請求項１または２記載の方法において、スロットル開度を定常速度のアイド リル位置以下に絞る前記段階が、バタフライバルブのバタフライ板を、定常アイ ドリング時の通常位置以上に空気流を妨げる位置へ動かすことを含む内燃機関の 作動方法。
4. ４．請求項１または２記載の方法において、スロットル開度を定常速度のアイド リル位置以下に絞る前記段階が、バタフライスロットルバルブを迂回して設けた 通路を少なくとも部分的に閉じることを含む内燃機関の作動方法。
5. ５．前記いずれかの請求項記載の方法において、排気ガス流中に付加空気の存在 を確保する前記段階が、減速モード時に圧縮機から空気を排気系統に流すことを 含む内燃機関の作動方法。
6. ６．請求項１から請求項４までのいずれか一項記載の方法において、排気ガス流 中に付加空気の存在を確保する前記段階が、吸気系統を加圧するターボチャージ ャから空気を排気系統へ流すことを含む内燃機関の作動方法。
7. ７．請求項１から請求項４までのいずれか一項記載の方法において、排気ガス流 中に付加空気の存在を確保する前記段階が、車両移動により正の空気圧を生じる エアースクープからラムエアーを排気系統へ導くことを含む内燃機関の作動方法 。
8. ８．請求項１から請求項４までのいずれか一項記載の方法において、排気ガス流 中に付加空気の存在を確保する前記段階が、機関のいずれかのシリンダヘの燃料 供給を遮断する一方で他のシリンダヘ過剰に濃い混合気を供給することを含む内 燃機関の作動方法。
9. ９．前記いずれかの請求項記載の方法において、混合気に点火する前記段階が、 前記再燃焼室内に火花を発生させることを含む内燃機関の作動方法。