JPH094528A - 燃料・空気混合物を形成するための方法および内燃機関に用いられる燃料供給装置 - Google Patents

燃料・空気混合物を形成するための方法および内燃機関に用いられる燃料供給装置

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JPH094528A
JPH094528A JP8110984A JP11098496A JPH094528A JP H094528 A JPH094528 A JP H094528A JP 8110984 A JP8110984 A JP 8110984A JP 11098496 A JP11098496 A JP 11098496A JP H094528 A JPH094528 A JP H094528A
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ラング エルンスト−ヴァルター
Klaus Joos
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の始動後の暖機運転段階において、
有害物質の放出を低減する。 【解決手段】 燃料の蒸発を比較的低い温度で実施する
ので、形成された燃料蒸気は易揮発性の燃料成分からし
か成っておらず、この場合、燃料蒸発器19によって蒸
発範囲30で形成された燃料蒸気は、スロットルバルブ
16の下流側で、燃料・空気混合物を形成する目的で、
燃焼室10によって吸い込まれた空気に供給可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に始動後の内燃
機関の暖機運転段階時に燃料・空気混合物を形成する目
的で、内燃機関に供給したい燃料を蒸発させ、形成され
た燃料蒸気を、内燃機関によって吸い込まれた空気に供
給して、内燃機関のための燃料・空気混合物を形成する
ための方法に関する。
【0002】さらに本発明は、このような方法を実施す
るための、内燃機関に用いられる燃料供給装置であっ
て、吸気マニホルドが設けられており、該吸気マニホル
ドに、空気吸込管が開口していて、該空気吸込管に吸込
空気調量装置が配置されており、前記吸気マニホルド
に、個々の燃焼室に通じた吸気管が接続されており、多
数の燃料噴射弁が設けられており、各燃料噴射弁がそれ
ぞれ1つの燃焼室に対応しており、中央の燃料蒸発器が
設けられており、該燃料蒸発器に燃料調量装置によって
燃料が供給可能である形式のものに関する。
【0003】
【従来の技術】公知の燃料供給装置(ドイツ連邦共和国
特許出願公開第4119206号明細書)では、内燃機
関の各燃焼室の流入範囲の近くに燃料噴射弁が設けられ
ており、この燃料噴射弁は燃料・空気混合物を形成する
目的で、各吸気管もしくは燃焼室の流入範囲に燃料を噴
射する。付加的に、空気供給通路と、この空気供給通路
に配置された制御弁とが設けられている。空気供給通路
は入口側では、空気吸込管の、スロットルバルブの上流
側に設置された区分に接続されており、出口側では各燃
料噴射弁の燃料流出範囲に開口している。
【0004】内燃機関の暖機運転段階では、この空気供
給通路を通じて、燃料噴射弁の燃料流出範囲に空気を吹
き込むことができ、これによって燃料噴霧が促進され
る。空気供給通路による空気供給は、機関回転数、吸込
負圧、機関温度および/または別の機関運転パラメータ
に関連して制御弁によって制御される。
【0005】このような慣用の燃料供給装置では、始動
後の低温の内燃機関において、特に炭化水素放出量を触
媒の有効な作動の開始時にまで低く保持し、低温の内燃
機関における排ガス品質を、将来の一層低い排ガス限界
値も維持され得るように改善することが困難である。
【0006】この場合に問題となるのは、低温の内燃機
関において、燃焼室で規定含量の蒸気状燃料を有する点
火性の燃料・空気混合物を得るために、高温の内燃機関
におけるよりも大きな燃料量が供給されなければならな
いことである。噴射された燃料の大部分は吸気管や燃焼
室の冷たい壁に沈積して、壁膜を形成してしまう。この
壁膜の一部は燃焼には寄与せず、特に過剰炭化水素とし
て排ガスと一緒に放出される。これによって、内燃機関
の暖機運転段階における炭化水素放出量が高められるの
で望ましくない。
【0007】別の公知の燃料供給装置(英国特許第22
48087号明細書)は空気吸込導管と、この空気吸込
導管に配置されたスロットルバルブとを有している。こ
の空気吸込導管は吸気マニホルドに開口しており、この
吸気マニホルドからは内燃機関の個々の燃焼室に通じた
複数の吸気管が分岐している。個々の燃焼室の流入範囲
の近くには、燃料噴射弁が配置されており、この燃料噴
射弁によって、燃料は燃料・空気混合物を形成する目的
で各吸気管に噴射される。機関制御装置は、空気吸込導
管によって吸い込まれた空気量と別の機関運転パラメー
タとに関連して燃料噴射を制御する。
【0008】さらに、機関制御装置は対応する燃料蒸発
器を有する中央の燃料噴射弁を負荷する。この中央の燃
料噴射弁はスロットルバルブの上流側で空気吸込導管に
配置されており、これにより吸い込まれた空気に、蒸発
された燃料が供給される。
【0009】この公知の燃料供給装置では、燃料・空気
混合物の形成が内燃機関のアイドリング運転時および部
分負荷運転時に、中央の燃料噴射弁によって行なわれ、
それに対して高負荷運転時では、専ら個々の燃料噴射弁
が燃料供給のために使用される。
【0010】このような公知の燃料供給装置では、場合
によっては蒸発器内に噴射された全燃料量が蒸発させら
れる。その結果、暖機運転段階では、蒸発させられた燃
料の大部分が内燃機関による吸込時に、内燃機関の低温
区域で凝縮し、望ましくない壁膜を形成してしまう。こ
の壁膜は特に炭化水素放出物の増大を招く。
【0011】しかも、炭化水素放出物を内燃機関の始動
から触媒の有効作動の開始時にまでの時間で大きく低減
することができた場合にしか、内燃機関のための、将来
的にますます厳格となる排ガス限界値を維持することが
できない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた方法を改良して、内燃機関の始動後の暖機運転
段階において、有害物質の放出を低減することのできる
方法を提供することである。
【0013】さらに本発明の課題は、このような方法を
実施するための有利な装置を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の方法では、燃料の蒸発を比較的低い温度で実
施するようにした。
【0015】さらに上記課題を解決するために本発明の
装置の構成では、燃料蒸発器によって蒸発範囲に形成さ
れた燃料蒸気が、燃料・空気混合物を形成する目的で、
吸込空気調量装置の下流側で、燃焼室によって吸い込ま
れた空気に供給可能であるようにした。
【0016】
【発明の効果】本発明による方法は、従来のものに比べ
て次のような利点を有している。すなわち、易揮発性の
燃料成分が特に低温の内燃機関においても吸気管の管壁
または燃焼室の室壁にほとんど沈積しないか、または全
く沈積しない。吸込範囲および燃焼室において壁膜形成
が生じないので、燃料・空気混合物を形成するためには
少量の燃料量しか必要とされない。それと同時に、本発
明により蒸発させられた燃料により、低温の内燃機関に
おける燃料の最大調整品質が得られる。したがって、特
に炭化水素放出物を機関の始動後に暖機運転段階中に著
しく低減させることができるので、将来の厳格な排ガス
限界値をも維持することができる。
【0017】本発明による燃料供給装置は次のような利
点を有している。すなわち、燃料蒸気が、燃焼室によっ
て吸い込まれた空気に供給可能であり、この場合、各燃
焼室への燃料蒸気の供給路が短縮されて、壁膜形成の危
険を大きく減少させることができる。
【0018】請求項2以下および請求項7以下に記載の
手段により、請求項1に記載の方法および請求項6に記
載の燃料供給装置の有利な改良が可能となる。
【0019】燃料蒸発器で形成された燃料蒸気が燃料蒸
気導管装置を介して、燃焼室の流入範囲にまで案内され
ると特に有利である。なぜならば、燃料蒸気導管装置が
著しく小さな表面と、小さな容量しか有していないの
で、蒸発させられた燃料の凝縮の可能性が一層減じられ
るからである。
【0020】燃料蒸発器は、内燃機関によって吸い込ま
れた空気の一部が燃料蒸発器を通って流れるように配置
されていると有利である。これによって、蒸発させられ
た燃料の搬送が改善されると同時に、空気による燃料蒸
発器の掃気も得られる。これによって、燃料蒸発器の燃
料搬出特性も改善される。
【0021】燃料蒸発器では、易揮発性の成分だけが燃
料から流出し、その他の燃料成分は戻し導管を介して燃
料タンクに再び供給されるので、燃料タンク中の燃料か
らは易揮発性の成分しか取り出されない。したがって、
タンク排気システムは少しだけ負荷軽減される。特に燃
料タンク中の燃料は、タンク排気システムに過剰要求を
することなしに比較的高い温度に到達することができ
る。加熱された戻り燃料によるタンク加熱は、内燃機関
の暖機運転段階における燃料蒸発器の比較的短い作動時
間や、少量の燃料流に基づき、あまり問題にならない。
【0022】本発明のさらに別の利点は、燃料・空気混
合物の良好に制御可能な調量を達成することができる点
にある。さらに別の利点は、本発明による燃料供給装置
が診断可能なシステムを成していることにある。このよ
うなシステムでは、故障時、たとえば燃料蒸発器の故障
時に、直ちに燃料噴射弁による噴射を開始することがで
きる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。
【0024】図1には、内燃機関9のための燃料供給装
置が示されている。内燃機関9の燃焼室10には、各1
つの燃料噴射弁11が対応しており、この場合、燃料噴
射弁11に供給された燃料は、燃焼室10に通じた吸気
管13の流入範囲12に噴射される。吸気管13は入口
側で吸気マニホルド14に接続されており、この吸気マ
ニホルド14は空気吸込管15に接続されている。空気
吸込管15には、吸込空気調量装置としてスロットルバ
ルブ16が配置されている。このスロットルバルブ16
の範囲には、アイドリング調整装置18を備えたアイド
リング空気導管17が設けられている。
【0025】アイドリング調整装置18に対して平行
に、燃料蒸発システムが設けられている。この燃料蒸発
システムは主として掃気導管40′′と、逆止弁35
と、燃料蒸発器19と、燃料蒸気調整装置41を備えた
燃料蒸気導管40とから成っている。
【0026】燃料蒸発器19には、燃料タンク25から
燃料ポンプ26によって燃料フィルタ27と、燃料調量
装置28とを介して燃料が供給される。燃料調量装置2
8は有利には電磁作動式の、タイミング制御される切換
弁として形成されているが、しかし別の適当な形式で、
たとえば絞り弁またはこれに類するものとして形成され
ていてもよい。燃料蒸発器19に供給された燃料は、電
気的に加熱された蒸発構造体29を介して蒸発させられ
る。この蒸発構造体29は蒸発範囲30に対応してい
る。蒸発されなかった燃料、特に燃料の難揮発性成分は
戻し導管31,32を介して燃料タンク25に再び戻さ
れる。
【0027】蒸発構造体29は加熱面であってよい。こ
の加熱面に沿って、蒸発させたい燃料は液膜として通過
するか、または前記加熱面に、燃料がノズル(図示しな
い)を介して微細に噴霧される。燃料蒸発器19の最大
加熱出力は、最大に必要となる燃料供給量に関連してい
る。
【0028】燃料蒸発器19への燃料供給は、燃料調量
装置28によって機関制御装置(図示しない)により、
暖機段階時の機関運転に合わせて制御される。加熱出力
は燃料供給量に関連して、有利には燃料供給量に対して
比例的に機関制御装置によって制御される。
【0029】燃料フィルタ27に接続された燃料導管装
置33における燃料圧を適当な圧力に調節するために
は、圧力制限器34が設けられている。この圧力制限器
34は戻し導管32を介して、やはり燃料タンク25に
接続されている。
【0030】燃料が燃料蒸発器19から掃気導管4
0′′を介して、空気吸込管15の、スロットルバルブ
16の上流側に設置された範囲に逆流することを確実に
排除するためには、逆止弁35が設けられている。
【0031】前記燃料供給装置では、内燃機関9の始動
後に暖機運転段階において、まず燃料蒸発器19だけに
少量の燃料流、たとえば1〜10l/hの燃料流が、燃
料調量装置28を介して供給され、これによって適当な
燃料蒸気・空気混合物の形成のために必要となる燃料蒸
気が準備される。空気吸込管15における、スロットル
バルブ16による圧力差に基づき、掃気導管40′′を
介して、燃料蒸発器19には所要の掃気空気は供給され
るので、吸い込まれた空気は燃料蒸発器19の蒸発範囲
30から燃料蒸気を連行する。すなわち、スロットルバ
ルブ16の前後における圧力差を利用して燃料蒸発器1
9の掃気が行なわれる訳である。
【0032】内燃機関によって必要とされる空気質量は
スロットルバルブ16と、特にアイドリング調整器のア
イドリング調整装置18とを介して調節される。内燃機
関によって必要とされる燃料質量は、たとえば電磁作動
式の作動部材の形で形成された燃料蒸気調整装置41に
よって調量される。燃料蒸気調整装置41の作動時で
は、燃料噴射弁11は非作動状態となる。
【0033】燃料蒸発器19で形成されたガス状の燃料
・空気混合物はスロットルバルブ16の下流側で、空気
吸込管15に導入されるか、または吸気マニホルド14
に導入される(図示しない)。この場所からさらに燃料
・空気混合物は吸気管13を介して内燃機関9の個々の
燃焼室10に流入する。
【0034】燃料の蒸発は有利には燃料蒸発器19にお
いて、60〜80℃の領域の比較的低い温度、有利には
65〜75℃、特に70℃で行なわれるので、燃料の易
揮発性成分(ブタン、ペンタン、ヘキサン)だけが燃料
・空気混合物の形成のために使用される。燃料・空気混
合物には、再凝縮しないか、または極めて僅かにしか再
凝縮しない燃料蒸気しか添加されないので、点火性の燃
料・空気混合物を得るためには、暖機運転段階において
慣用の燃料供給法や燃料供給装置と比較して少量の燃料
量で十分となる。したがって、暖機運転段階における炭
化水素放出量を著しく低減させることができる。
【0035】暖機運転段階後では、燃料調量装置28と
燃料蒸気調整装置41とが閉鎖状態に保持され、内燃機
関9に対する燃料供給は、引き続き燃料噴射弁11によ
って行なわれる。燃料蒸発器19および/または燃料調
量装置28が故障した場合には、本発明による燃料供給
装置では、直ちに燃料噴射を開始することができる。
【0036】図2に示した燃料供給装置は中央の燃料蒸
発器19を有している。この燃料蒸発器19は燃料供給
導管と燃料戻し導管とに接続されている(図示しな
い)。燃料蒸気導管40には、燃料蒸気を中央で調量す
るための燃料蒸気調整装置41が配置されている。燃料
蒸気導管40は燃料蒸発器19の出口を燃料蒸気分配導
管42に接続している。この燃料蒸気分配導管42は燃
料噴射弁11にわたって延びていて、流出開口43を介
して燃料噴射弁11の燃料流出範囲44に開口してい
る。
【0037】図2につき説明した燃料供給装置では、内
燃機関の始動後に暖機運転段階において燃料蒸発器19
から燃料蒸気が、所要の燃料蒸気量を調量するための燃
料蒸気調整装置41と、燃料蒸気導管40と、燃料蒸気
導管装置の燃料蒸気分配導管42とを介して、吸気管1
3の流入範囲12に案内され、これによりこの場所か
ら、吸い込まれた空気と共に燃焼室10に流入する。
【0038】すなわちこの実施例では、燃料蒸気が各シ
リンダに対して、吸気管13の流入範囲12にまで別個
の管路で案内され、これによって導管壁における燃料蒸
気の凝縮を十分に阻止することができる。
【0039】この場合、図1に示した実施例の場合と同
様に、燃料蒸発器19を比較的低い温度、つまり60〜
80℃の範囲で、特に70℃で作動させることが有利で
ある。したがって、暖機運転段階中に燃料・空気混合物
の形成のために、易揮発性の燃料成分から成る燃料蒸気
しか使用されないので、比較的少量の燃料で十分とな
り、炭化水素放出量を著しく低減させることができる。
【0040】暖機運転段階の終了後では、燃料供給が燃
料噴射弁11によって行なわれる。この場合、燃料蒸気
供給のために別個の管路が設けられていることが好都合
となる。なぜならば、このような別個の管路は標準の運
転時に吸気管動力性に影響を与えないからである。
【0041】図3には、ハウジング50に配置された燃
料噴射弁11の燃料流出範囲44へ燃料蒸気を直接に導
入するための別の実施例が示されている。ハウジング5
0は接続管片51で吸気管11の開口52に密に挿入さ
れて保持されている。ハウジングはガス供給管片53を
有しており、このガス供給管片53を通じて、空気、燃
料蒸気または燃料蒸気・空気混合物が燃料蒸気導管4
0′を介して供給可能となる。燃料噴射弁11の燃料流
出範囲44の前方では、ハウジング50の接続管片51
にガス案内・燃料噴霧手段54が挿入されている(概略
的にしか図示しない)。
【0042】燃料蒸気導管40′は所要の燃料蒸気量を
調量するための中央の燃料蒸気調整装置41を介して、
燃料蒸発器19(図3には図示しない)に接続されてい
てよい。しかしこのような配置形式では、図3に示した
ように燃料噴射弁11の燃料流出範囲44に通じた各燃
料蒸気導管40′に、所要の燃料蒸気量を調量するため
の、燃焼室固有の燃料蒸気調整装置41′が設けられて
いると有利である。この燃料蒸気調整装置41′は中央
の燃料蒸発器19に接続されている。
【0043】この場合、燃料蒸発器19で形成された燃
料蒸気はまず燃料蒸気導管40′に分配され(図示しな
い)、これによって個々の燃焼室10に供給したい燃料
蒸気は個々の燃料蒸気調整装置41′によって各燃焼室
10に個別に調量される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による燃料供給装置の概略
図である。
【図2】本発明の第2実施例による燃料供給装置の概略
図である。
【図3】本発明による燃料供給装置に用いられる燃料蒸
気供給接続部を備えた燃料噴射弁の部分断面図である。
【符号の説明】
9 内燃機関、 10 燃焼室、 11 燃料噴射弁、
12 流入範囲、13 吸気管、 14 吸気マニホ
ルド、 15 空気吸込管、 16 スロットルバル
ブ、 17 アイドリング空気導管、 18 アイドリ
ング調整装置、19 燃料蒸発器、 25 燃料タン
ク、 26 燃料ポンプ、 27 燃料フィルタ、 2
8 燃料調量装置、 29 蒸発構造体、 30 蒸発
範囲、31,32 戻し導管、 33 燃料導管装置、
34 圧力制限器、 35逆止弁、 40,40′
燃料蒸気導管、 40′′ 掃気導管、 41,41′
燃料蒸気調整装置、 42 燃料蒸気分配導管、 4
3 流出開口、 44燃料流出範囲、 50 ケーシン
グ、 51 接続管片、 52 開口、 53 ガス供
給管片、 54 燃料案内・燃料噴霧手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02M 69/00 F02M 69/00 350P (72)発明者 クラウス ヨース ドイツ連邦共和国 ヴァールハイム イン デア アイヒヘルデ 3

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関に供給したい燃料を蒸発させ、
    形成された燃料蒸気を、内燃機関によって吸い込まれた
    空気に供給して、内燃機関のための燃料・空気混合物を
    形成するための方法において、燃料の蒸発を比較的低い
    温度で実施することを特徴とする、燃料・空気混合物を
    形成するための方法。
  2. 【請求項2】 燃料を60〜80℃の温度で蒸発させ
    る、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 少量の燃料流を約1〜10l/時間の範
    囲で蒸発させる、請求項1または2記載の方法。
  4. 【請求項4】 蒸発されなかった燃料成分を燃料タンク
    (25)に戻す、請求項1から3までのいずれか1項記
    載の方法。
  5. 【請求項5】 燃料蒸気を各燃焼室(10)の流入範囲
    (12)に案内して、燃焼室個別に調量する、請求項1
    から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 請求項1から5までのいずれか1項記載
    の方法を実施するための、内燃機関に用いられる燃料供
    給装置であって、吸気マニホルド(14)が設けられて
    おり、該吸気マニホルド(14)に、空気吸込管(1
    5)が開口していて、該空気吸込管(15)に吸込空気
    調量装置(16)が配置されており、前記吸気マニホル
    ド(14)に、個々の燃焼室(10)に通じた吸気管
    (13)が接続されており、多数の燃料噴射弁(11)
    が設けられており、各燃料噴射弁(11)がそれぞれ1
    つの燃焼室(10)に対応しており、中央の燃料蒸発器
    (19)が設けられており、該燃料蒸発器(19)に燃
    料調量装置(28)によって燃料が供給可能である形式
    のものにおいて、燃料蒸発器(19)によって蒸発範囲
    (30)に形成された燃料蒸気が、燃料・空気混合物を
    形成する目的で、吸込空気調量装置(16)の下流側
    で、燃焼室(10)によって吸い込まれた空気に供給可
    能であることを特徴とする、内燃機関に用いられる燃料
    供給装置。
  7. 【請求項7】 燃料蒸発器(19)が、燃料蒸気導管
    (40)に配置されていて、出口側で空気吸込管(1
    5)または吸気マニホルド(14)に接続されており、
    燃料蒸発器(19)の燃料蒸気流が、燃料蒸気調整装置
    (41)によって制御可能である、請求項6記載の燃料
    供給装置。
  8. 【請求項8】 燃料蒸発器(19)の蒸発範囲(30)
    が、掃気導管(40′′)を介して燃料蒸発器(19)
    に供給された空気によって貫流されている、請求項6ま
    たは7記載の燃料供給装置。
  9. 【請求項9】 燃料蒸発器(19)が、出口側で燃料蒸
    気導管装置(40,41,42;40′,41′)を介
    して個々の吸気管(13)に接続されている、請求項6
    記載の燃料供給装置。
  10. 【請求項10】 前記燃料蒸気導管装置(40,41,
    42)が燃料蒸気分配通路(42)を有しており、該燃
    料蒸気分配通路(42)が、燃料噴射弁(11)の範囲
    で各吸気管(13)に接続されている、請求項9記載の
    燃料供給装置。
  11. 【請求項11】 前記燃料蒸気導管装置が多数の燃料蒸
    気導管(40′)を有しており、各燃料蒸気導管(4
    0′)が、それぞれ1つの燃焼室(10)に対応してい
    て、燃料噴射弁(11)の範囲で、対応する吸気管(1
    3)に開口しており、さらに各燃料蒸気導管(40′)
    が、個々の燃焼室(10)に対する燃料蒸気の供給を個
    別に制御する目的で、燃料蒸気調整装置(41′)を有
    している、請求項9記載の燃料供給装置。
  12. 【請求項12】 前記燃料蒸気調整装置(41′)が、
    電磁作動式の切換弁(28)として形成されている、請
    求項11記載の燃料供給装置。
  13. 【請求項13】 燃料調量装置として電磁作動式の切換
    弁(28)が設けられており、該切換弁(28)によっ
    て燃料が燃料蒸発器(19)に所定のタイミングで供給
    可能である、請求項6から12までのいずれか1項記載
    の燃料供給装置。
  14. 【請求項14】 燃料蒸発器(19)が、戻し導管(3
    1,32)を介して燃料タンク(25)に接続されてい
    る、請求項6から13までのいずれか1項記載の燃料供
    給装置。
  15. 【請求項15】 燃料蒸発器(19)が、蒸発範囲(3
    0)に対応する少なくとも1つの加熱面を有しており、
    該加熱面に、蒸発させたい燃料が供給可能である、請求
    項6から14までのいずれか1項記載の燃料供給装置。
  16. 【請求項16】 燃料蒸発器(19)の加熱出力が、電
    子制御装置によって制御可能である、請求項6から15
    までのいずれか1項記載の燃料供給装置。
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