JPH10510029A - 内燃機関のための燃料噴射装置および燃料を噴射する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、少なくとも１つの燃焼室（４）と、該燃焼室に通じた少なくとも１つの吸気管（３）とを有する内燃機関のための燃料噴射装置に関する。この燃料噴射装置では、燃焼室（４）に設けられた少なくとも１つの吸気弁（５）の上流側で、２つの燃料噴射弁（１ａ，１ｂ）が吸気管（３）に開口している。この場合、一方の燃料噴射弁（１ｂ）はヒータアダプタ（１４）を有しており、内燃機関のコールドスタート時やウォーミングアップ段階の間には、このヒータアダプタ（１４）を備えた方の燃料噴射弁（１ｂ）しか作動させられず、ヒータアダプタを備えていない方の燃料噴射弁（１ａ）は作動しない。種々の運転パラメータの特性量に基づき規定可能な時機に、燃料噴射弁（１ａ，１ｂ）の切換えが行われる。この燃料噴射装置は特に、混合気圧縮型の火花点火式の内燃機関において使用するために適している。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関のための燃料噴射装置 および燃料を噴射する方法 背景技術 本発明は請求項１の上位概念部に記載の形式の、内燃機関のための燃料噴射装 置もしくは請求項７の上位概念部に記載の、燃料を噴射する方法から出発する。 欧州特許第０３３７７６３号明細書に基づき公知の、内燃機関のための燃料噴射 装置では、１つの共通のケーシングに複数の貫通孔が設けられており、これらの 貫通孔にはそれぞれ１つ、合計で２つ以上の電磁作動式の燃料噴射弁装置が配置 されている。それぞれ２つの隣接した燃料噴射弁装置の間には磁気シールドを形 成するための装置が形成されている。この燃料噴射装置は、１つのケーシング内 に配置された複数の燃料噴射弁装置を用いて、２方向に、つまり内燃機関のシリ ンダに設けられた２つの吸気弁の方向に燃料を噴射することができるように構成 されている。それぞれ１つのシリンダに向かって延びている吸気管は、端部に２ つの分岐通路を有しており、両分岐通路の、シリンダに通じた供給路は吸気弁に よって開閉される。一方の分岐通路は吸気弁の上流側に配置された閉鎖装置によ って閉鎖することができる。すなわち、内燃機関の負 荷の状態に応じて、たとえば一方の分岐通路だけに燃料が供給されるので、やは り一方の吸気弁だけを介して、燃料がシリンダ内に噴射される。両吸気弁は、内 燃機関のクランク軸の回転運動に対応して同期的に開閉する。共通のケーシング 内に配置された燃料噴射弁装置は全く同じ構造で形成されている。 米国特許第５１４６８９７号明細書に基づき、複数のシリンダを有する内燃機 関に燃料を噴射するための、複数の燃料噴射弁を用いたマルチポイント噴射装置 が公知である。しかしこの公知の燃料噴射装置の構成では、最大２つの燃料噴射 弁を用いて、複数のシリンダの方向に延びている４つの吸気通路に燃料が噴射さ れる。したがって、数の点で見ると、内燃機関の１つのシリンダには最大１つの 燃料噴射弁が対応している。このような燃料噴射弁装置を用いると、内燃機関の 種々様々な負荷状態に反応することができない。なぜなら、燃料噴射弁の励起が 同期的に行われるからである。 燃料の蒸発もしくは霧化が行われるような、燃料噴射弁のためのヒータアダプ タ（Ｈｅｉｚｖｏｒｓａｔｚ）がドイツ連邦共和国特許出願公開第４４１２４４ ８号明細書によって既に公知である。この公知のヒータアダプタは、燃料噴射弁 のノズルヘッドに圧力密に装着可能である。ヒータアダプタの構造は、いわゆる 細隙型ヒータ（Ｓｐａｌｔｅｎｈｅｉｚｅｒ）である 。この細隙型ヒータは、異形成形された蒸発器コンタクト薄板とＰＴＣ加熱エレ メントとがサンドイッチ状に配置されているので、多数の蒸発室（細隙）が形成 されている。良好な熱伝達性を有する開いた細隙型ヒータとして形成されている このようなヒータアダプタが燃料噴射弁に取り付けられていると、内燃機関のコ ールドスタートおよびウォーミングアップ段階における未燃焼の炭化水素の放出 量は、ヒータ作動状態において、ヒータアダプタを有しない燃料噴射弁に比べて 著しく低減されるようになる。このことは特に、米国および欧州において近い将 来実現される、より厳格な排ガス規制値を考慮すると極めて重要となる。 ヒータアダプタが接続されているかぎり、極めて良好な燃料調整が行われ、そ の結果、有利には低いＨＣ値が達成される。しかし、ヒータアダプタが遮断され ると、不十分な燃料調整（悪い送出特性）しか行われない。このような燃料調整 は公知の燃料噴射弁の調整品質にも及ばない。細隙型ヒータのジオメトリに基づ き、もはや加熱され得ない燃料にとっては、いわばラビリンスが形成されてしま い、このラビリンスはその貯え特性に基づき、均等な霧化を不可能にする。特に 不都合となるのは、不均一な液滴の大きさが生じることである。なぜならば燃料 が合流して比較的大きな液滴を形成するからである。他方において、ヒータを常 時作動させると、車両の搭載電源の負荷が極端に大き くなってしまう。車両の発電機は、ヒータアダプタを作動させるためだけに、た とえば約２ＫＷで法外な出力を発揮しなければならなくなる。このことは実際に は実現不可能であるので、このようなヒータアダプタを常時使用するという可能 性は全く考えられない。 欧州特許出願公開第０６６１４４５号明細書に基づき公知の燃料噴射装置は、 特に１つの燃料噴射弁と１つの燃料加熱エレメントとによって形成される。この 場合、燃料噴射弁は前置された加熱エレメントを使用しても、使用しなくても作 動させることができる。燃料噴射弁の燃料出口を、所望の時機に、加熱エレメン トとの適当な接触位置にもたらすためには、手間のかかる機構もしくは付加的な 機械式のシフト装置が必要となる。特にこの機構が、腐食作用を有する吸気管雰 囲気と常時接触するという理由により、堆積物（プラッギング、硫酸鉛）の大き な危険が生じるので、このシフト機構は極めて故障し易いと思われる。特に、こ のシフト機構が長時間使用されなかった場合には、この堆積物がシフト機構をロ ックしてしまう恐れがある。シフト機構の可動部分は、燃料噴射装置の所望の長 い寿命という点でみても、極めて高い摩耗を受ける。 発明の利点 請求項１の特徴部に記載の構成を有する本発明による燃料噴射装置は次のよう な利点を持っている。すなわち内燃機関のコールドスタート時やウォーミングア ップ段階において、蒸発装置、つまりヒータの使用により、低い排ガス値を有す る極めて良好な燃料調整が行われると同時に、内燃機関のその他の運転状況にお いても引き続き燃料調整の極めて良好な品質が維持されるような燃料噴射装置が 簡単に提供される。しかもこの場合、内燃機関の付加的な負荷は生じない。この ことは本発明によれば、２つの燃料噴射弁が、１つの燃焼室に通じた１つの吸気 管に配置されていて、しかも両燃料噴射弁のうちの一方が、蒸発装置、特にヒー タアダプタとして形成された細隙型ヒータを有していることによって達成される 。 請求項２以下に記載の構成によって、請求項１に記載の燃料噴射装置の有利な 改良が可能となる。 ヒータアダプタが、内部に形成された多数の蒸発室を有する細隙型ヒータ（Ｓ ｐａｌｔｅｎｈｅｉｔｚｅｒ）の形で形成されていると、特に有利である。細隙 型ヒータは、サンドイッチ状に配置されている、異形成形されたコンタクト薄板 と加熱エレメントとを有していると有利である。加熱エレメントとしては、ＰＴ ＣエレメントまたはＮＴＣエレメントも、多孔性材料もしくはウィスカ材料また はセラミック支持体に設けられた加熱層も、使用され得る。 さらに、送出された燃料蒸気もしくは噴射された燃料が、直接に吸気弁に向け られ、ひいては吸気管の壁の、望ましくない湿らしが回避されるように燃料噴射 弁が位置調整されていると有利である。 本発明の別の利点としては、ヒータを接続するための、手間がかかりしかも故 障し易い機構が必要とならず、極めて長い寿命を有し、かつ試験により十分に実 証済みの燃料噴射弁が使用されることが挙げられる。 請求項７の特徴部に記載の燃料を噴射する本発明による方法は、内燃機関の全 ての運転状態において極めて良好な燃料調整が保証されているという利点を持っ ている。内燃機関のコールドスタート時およびウォーミングアップ段階の間では 、蒸発装置もしくはヒータアダプタを備えた方の燃料噴射弁が作動させられて、 ヒータアダプタを有しない方の燃料噴射弁は例外として全負荷の場合にのみ作動 させられ、それ以外の場合には作動しない。内燃機関の種々の運転パラメータの 特性量に基づいて規定可能な時機に、両燃料噴射弁の切換えが行われる。つまり 両燃料噴射弁は通常、時間的に相前後して作動させられるが、ただし非定常の負 荷変化のために、ヒータアダプタを備えた方の燃料噴射弁が遮断されるまで、両 燃料噴射弁を同時に作動させるという例外も生じ得る。 図面 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。図面には、内燃機関の 吸気管およびシリンダヘッドの範囲に設けられた、内燃機関のための燃料噴射装 置の概略図が示されている。 実施例の説明 本発明は内燃機関、特に混合気圧縮型の火花点火式の内燃機関に設けられた、 燃焼室１つ当たり２つの燃料噴射弁１を備えた燃料噴射装置に関するものである 。図面には、対応する燃料噴射装置が部分的に簡略化されて示されている。燃料 噴射弁１の詳細な図示は省略する。なぜならば、このような燃料噴射装置のため には、既に公知の燃料噴射弁、特にいわゆる電磁作動式のトップ・フィード型燃 料噴射弁の種々様々な構造を使用することができるからである。 本発明による燃料噴射装置は、主として２つの燃料噴射弁１ａ，１ｂを有して いる。両燃料噴射弁１ａ，１ｂは、個別吸気管３として形成された、内燃機関の 燃焼室４に通じた吸気管において、この燃焼室４に設けられた少なくとも１つの 吸気弁５のすぐ手前に配置されている。たとえば円形の横断面を有する個別吸気 管３を介して、内燃機関のための吸入空気が供給され、この場合、空気量の制御 は、燃料噴射弁１の上流側で個別吸気管３内に設けられたスロットル機構（図示 せず）を介して行われる。両燃料噴射弁１ａ，１ｂは、噴射したい燃料が、ほぼ 直接に吸気弁５に向けられるように個別吸気管３に位置調整されて取り付けられ ており、すなわち両燃料噴射弁１ａ，１ｂは、噴射したい燃料が、個別吸気管３ の壁もしくは吸気弁５の配置された、個別吸気管３に固く結合されているシリン ダヘッド７の壁には向けられないように位置調整されて取り付けられている。ま たシリンダヘッド７内に燃焼室４ひとつ当たり１つの吸気弁５を設けるのではな く、２つの吸気弁５を設けることも考えられる。その場合、燃料噴射弁１として はいわゆる２噴流式の燃料噴射弁が使用される。個別吸気管３には、両燃料噴射 弁１ａ，１ｂを確実に取り付けるために、貫通開口１０を備えた管片９が加工成 形されている。貫通開口１０には燃料噴射弁１ａ，１ｂが突入している。両燃料 噴射弁１ａ，１ｂと管片９との間の有効なシールを得るためには、シールリング １２、例えばＯリングが設けられている。 両燃料噴射弁１ａ，１ｂの差異は、主として次の点に認められる。つまり、両 燃料噴射弁のうちの一方の燃料噴射弁１ｂは蒸発装置として形成されたヒータア ダプタ１４を有しており、このヒータアダプタ１４はたとえばこの燃料噴射弁１ ｂの下流側の端部に固定されている。ヒータアダプタ１４は少なくとも部分的に 個別吸気管３に突入しているので、個別吸気管３におけるシールリング１２によ るシールは、ヒータアダプタ１４よりも上方で行うことができる。蒸発装置とし て形成されたヒータアダプタ１４は、燃料噴射弁１ｂの図示されていない別の個 所でも問題なく収納することができる。その他の点では、両燃料噴射弁１ａ，１ ｂは同じ構造で形成されていてよい。 図面では、ヒータアダプタを有しない方の燃料噴射弁１ａが、シリンダヘッド ７に近い側、つまり吸気弁５に近い側に設けられている。しかし、ヒータアダプ タ１４を備えた方の燃料噴射弁１ｂが吸気弁５に近い側に取り付けられていて、 ヒータアダプタを有しない方の燃料噴射弁１ａが吸気弁５から遠い側に取り付け られているような配置も考えられる。しかし燃料噴射は、ほとんど専ら、ヒータ アダプタを有しない方の燃料噴射弁１ａを介して行われるので、図示の配置が特 に好適でかつ有効となる。ヒータアダプタ１４を備えた燃料噴射弁１ｂのための 組込みスペースに対しては、あまり高い要求は課せられていない。適切な材料選 択または肉厚さの適切な設定によって、ヒータアダプタ１４を備えた燃料噴射弁 １ｂは、個別吸気管３に対して熱分離されていると望ましい。 一方の燃料噴射弁１ｂのヒータアダプタ１４は概略的にしか図示されていない 。またヒータアダプタ１４に関する詳しい説明も省略する。なぜなら、ヒータア ダプタ１４に関しては、たとえばドイツ連邦共和国特許公開第４４１２４４８号 明細書に記載されているような、既に公知の装置が使用可能であるからである。 ヒータアダプタ１４のこのような構造は、異形成形された蒸発器コンタクト薄板 と加熱エレメントとがサンドイッチ状に配置されている、いわゆる細隙型ヒータ である。ヒータアダプタ内に形成された多数の蒸発室 は、極めて良好な熱伝達と、燃料の蒸発による、極めて良好な燃料調整とを可能 にする。この蒸発器構造体は、たとえばＰＴＣエレメントまたはＮＴＣエレメン ト、つまり正の温度係数もしくは負の温度係数を備えた抵抗加熱エレメントを有 している。この蒸発器構造体は１つのケーシングに収納されている。また加熱エ レメントは、多孔性材料、ウィスカ材料または焼結材料の使用によって、線材コ イルまたは加熱層の形でセラミック支持体に形成されていてもよい。 前述の燃料噴射装置の場合、内燃機関のコールドスタートおよびウォーミング アップ段階の間は、ほとんど専ら、ヒータアダプタ１４を備えた燃料噴射弁１ｂ しか制御されない。この場合、液体燃料の供給が行われて、この液体燃料は対応 して迅速にヒータアダプタ１４に流入することができる。ヒータアダプタ１４で は液体燃料が蒸発させられて、蒸気相への転移時に生じる体積変化に基づきヒー タアダプタ１４の蒸発範囲から駆出されるか、もしくは吹き出され、そして燃焼 室４のすぐ手前で個別吸気管３に導入され、これによりこの場所から、吸入され た空気と共に燃焼室４に流入する。 こうして特に、コールドスタートおよびウォーミングアップ段階の間、未燃焼 の炭化水素の放出を著しく低減させることができ、この場合、極めて低い排ガス 値を達成することができる。すなわち、米国もしくは 欧州において近い将来実現され得る、より厳格な排気ガス規制値（ＵＬＥＶ；Ｍ ＶＥＧ III）を維持するか、もしくはこの規制値を下回ることが可能となる。 ウォーミングアップ段階の終了後に、ヒータアダプタ１４を有する燃料噴射弁１ ｂによる燃料噴射は中断されて、ヒータアダプタを有しない燃料噴射弁１ａに切 り換えられる。一般に、両燃料噴射弁１ａ，１ｂを同時に作動させることは意図 されていない。それどころか、電磁作動式の両燃料噴射弁１の制御は、電子制御 装置１６を介して時間的に相前後して行われる。しかし例外的なケース、つまり 、極端に短い時間で内燃機関の最大出力に到達しようとする場合や、スロットル 機構の極めて迅速な変化が行われるような場合に非定常の負荷変化が生じたよう な場合には、両燃料噴射弁１ａ，１ｂを同時に作動させることもできる。この場 合、対応する制御はやはり電子制御装置１６によって行われる。つまり、大量の 燃料が必要とされる場合には、燃料噴射弁１ｂを介して大きな基本量が噴射され ると共に、燃料噴射弁１ａを介して、小さな残余量も噴射されるわけである。 すなわち、ヒータアダプタ１４を有しない燃料噴射弁１ａを介して吸気弁５の 方向へ燃料を噴射することは、通常では、ヒータアダプタ１４を有する燃料噴射 弁１ｂが遮断された直後にしか開始しない。通常、ヒータアダプタ１４を有する 燃料噴射弁１ｂの制御時間 、すなわち内燃機関のコールドスタート時における燃料噴射弁１ｂ内での燃料蒸 発時間は、６０〜９０秒である。その後には、ヒータアダプタ１４を有しない燃 料噴射弁１ａを介して、まだ加熱されていない燃料しか噴射されない。両燃料噴 射弁１の作動切換は、種々異なる判断基準に基づいて行うことができる。この場 合、たとえば、排気ガスの後処理のために働く触媒（図示せず）がその転換温度 に到達したときに、切換時点が達成されたと判断することができる。電子制御装 置１６には、内燃機関の運転特性量の、電気信号に変換された無数の測定値、た とえば回転数、スロットル機構の旋回角度に応じた負荷、排ガス管路内の酸素濃 度、触媒の転換温度等が供給される。これらの測定値は極めて迅速に評価されて 、対応する制御により燃料噴射弁１の所望の切換えをもたらす。切換え後にも、 ヒータアダプタを有しない燃料噴射弁１ａを介して噴射させたい燃料の最適な調 整を保証するためには、この燃料噴射弁１ａが付加的な手段、たとえば良く知ら れているようにエアシュラウド機構または前置された霧化スクリーンを備えてい てもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｎ 17/08 Ｆ０２Ｍ 69/00 ３２０Ｆ ３２０Ｂ (72)発明者 イェルク ランゲ ドイツ連邦共和国 Ｄ−71735 エーバー ディンゲン シラーシュトラーセ ９／３ (72)発明者 クリストフ フォーゲル ドイツ連邦共和国 Ｄ−96120 ビシュベ ルク ザントシュトラーセ 12

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つの燃焼室と、該燃焼室に通じる少なくとも１つの吸気管と 、この燃焼室と吸気管との間に配置された少なくとも１つの吸気弁とを有する内 燃機関のための燃料噴射装置であって、前記吸気管に開口している少なくとも１ つの燃料噴射弁が設けられている形式のものにおいて、各燃焼室（４）に、吸気 弁（５）の数とは関係なく２つの燃料噴射弁（１ａ，１ｂ）が配属されており、 両燃料噴射弁（１ａ，１ｂ）のうちのいずれか一方の燃料噴射弁が蒸発装置（１ ４）を備えていて、燃料蒸気を噴射するか、もしくは吹き出すことを特徴とする 、内燃機関のための燃料噴射装置。 ２．蒸発装置が、一方の燃料噴射弁（１ｂ）の下流側の端部に配置されたヒー タアダプタ（１４）として形成されている、請求項１記載の燃料噴射装置。 ３．ヒータアダプタ（１４）が、内部に多数の蒸発室を有する細隙型ヒータの 構造を有している、請求項２記載の燃料噴射装置。 ４．蒸発装置を有しない方の燃料噴射弁（１ａ）が、蒸発装置（１４）を備え た方の燃料噴射弁（１ｂ）よりもさらに下流側で吸入管（３）に配置されている 、請求項１または２記載の燃料噴射装置。 ５．送出された燃料蒸気もしくは噴射された燃料が 吸気管（３）の壁にではなく、前記吸気弁（５）に直接向けられるように、両燃 料噴射弁（１ａ，１ｂ）が位置調整されている、請求項１または４記載の燃料噴 射装置。 ６．両燃料噴射弁（１ａ，１ｂ）のその都度の作動が、内燃機関の運転パラメ ータに関連して電子制御装置（１６）によって制御可能である、請求項１記載の 燃料噴射装置。 ７．少なくとも１つの燃焼室と、該燃焼室に通じている少なくとも１つの吸気 管とを有していて、該吸気管内に少なくとも１つの燃料噴射弁が開口している、 内燃機関のための燃料噴射装置、特に請求項１から６までのいずれか１項記載の 燃料噴射装置を用いて燃料を噴射する方法において、それぞれ個々の燃焼室（４ ）に対する燃料噴射を、２つの燃料噴射弁（１ａ，１ｂ）を介して行い、しかも この場合、両燃料噴射弁のうちの一方の燃料噴射弁（１ｂ）を、該燃料噴射弁（ １ｂ）が、燃料蒸気を噴射するか、もしくは吹き出すように形成することを特徴 とする、燃料を噴射する方法。 ８．燃料蒸気を発生させる方の燃料噴射弁（１ｂ）を、内燃機関のコールドス タート時に６０〜９０秒間作動させて、その後に両燃料噴射弁（１ａ，１ｂ）の 切換えを行い、しかもこの場合、両燃料噴射弁（１ａ，１ｂ）の制御を、内燃機 関の種々様々な運転パラメ ータを処理する電子制御装置（１６）を使用して行い、次いで蒸発装置を有しな い方の燃料噴射弁（１ａ）だけを作動させる、請求項７記載の方法。 ９．一方の燃料噴射弁（１ｂ）から他方の燃料噴射弁（１ａ）への作動切換え を、排気ガスの後処理のために働く触媒がその転換温度に到達したときに行う、 請求項７または８記載の方法。 10．燃料蒸気を発生させる方の燃料噴射弁（１ｂ）を内燃機関のコールドスタ ート時に６０〜９０秒間作動させ、さらに多量の燃料が必要となる場合には、燃 料噴射弁（１ａ）をも同時に作動させ、この場合、両燃料噴射弁（１ａ，１ｂ） の制御を、内燃機関の種々様々な運転パラメータを処理する電子制御装置（１６ ）を使って行い、次いで蒸発装置を有しない方の燃料噴射弁（１ａ）だけを作動 させる、請求項７記載の方法。 11．燃料蒸気を発生させる方の燃料噴射弁（１ｂ）を介して、燃料蒸気を発生 させない燃料噴射弁（１ａ）よりも多い量の燃料を噴射させる、請求項１０記載 の方法。