JP2000505174A - ガソリンエンジンのための点火システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 従来の内燃機関においては順次続くサイクルでまず酸素含有混合物が圧縮され、それによって加熱され、次に点火され、続いて燃焼ガスが膨張する。ここでは、使用する燃料の少なくとも一部をプロセスに導入する前に少なくとも発火温度に加熱し、次に燃焼過程を支配する法則に従ってガス状の状態で酸素含有混合物に噴射する。この方法及び対応して構成された内燃機関は高額な製作費を必要とし、従って実現に費用がかかり、しかも点火制御又は混合物の点火が依然として変動をこうむる。本発明では、燃焼室（７）に配置された点火室（２１）に点火装置が配置され、新たに燃焼室（７）に供給された作動媒質の点火のために前記点火室（２１）を密閉するバルブ（１２）が開く。これにより、作動媒質の点火が極めて正確に制御可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 ガソリンエンジンのための点火システム 本発明はクランク軸が回転可能に支持されたクランクケースを有し、ピストン を保持する少なくとも１個の連接棒がクランク軸に枢着され、シリンダヘッドで 覆われたシリンダの中でピストンが燃焼室を形成しつつ移動することができ、燃 焼室に作動媒質が供給される内燃機関及びこのような内燃機関の運転方法に関す る。 このような内燃機関はドイツ特許出願公開第２８２６８０７号明細書により知 られている。その場合この内燃機関においては順次続くサイクルでまず酸素含有 混合物が圧縮され、それによって加熱され、次に点火され、続いて燃焼ガスが膨 張する。使用する燃料の少なくとも一部をプロセスに導入する前に少なくとも発 火温度に加熱し、次に燃焼過程を支配する法則に従ってガス状の状態で酸素含有 混合物に噴射することによって、この運転方法が改良される。この方法及びそれ に適するよう構成された内燃機関は高額な製作費を必要とし、従って実現に費用 がかかり、しかも点火制御又は混合物の点火が依然として変動する。 本発明の根底にあるのは、作動媒質の極めて厳密かつ確実な点火制御を可能に する内燃機関及び内燃機関の運転方法を提供する課題である。 この課題は内燃機関の運転方法に基づき、燃焼室に配置された遮断可能な点火 室に点火装置を配設し、新たに供給された作動媒質の点火のために点火室と燃焼 室を連通可能とすることによって解決される。この方法のために設計された内燃 機関は、点火装置を収容する点火室が燃焼室に配置され、その燃焼室側を密閉で きることを特徴とする。この方法及びこの構造によって、燃料空気混合物の状態 で供給された作動媒質の確実な着火と安定な燃焼が保証される。なおこの燃料空 気混合物は特にガソリン空気混合物であるから、本発明は特に定置式ガソリンエ ンジンに適用することができる。オットーエンジンのための公知の火花点火は、 炎心の形成及びその結果生じる燃焼が激しい周期的変動をこうむる欠点がある。 同じく公知の予熱プラグ点火法では可燃性のガソリン空気混合物が燃焼室で高い 表面温度の予熱プラグで点火され、それによって安定な点火が可能であるが、点 火時期が変動する。予熱プラグ式点火は発熱体に対する温度調整付き及びなしで 構成することができる。温度調整を備えた型は着火時間が小さいが、依然として 着火時間が比較的再現性に欠ける。これらの欠点と問題は本発明に基づく構造に より回避される。即ち点火室内で遮断可能な点火装置によって新たに供給される 作動媒質を確実に点火又は着火することができることが判明したのである。決定 的なのは、点火室が所定の点火の時期（点火時期）に燃焼室と連通されるので、 おおむね点火時期まで点火装置が定常状態に制御されることである。点火される 混合物と発熱体の白熱する表面のあいだの接触面が比較的大きいので、火花点火 によって開始される場合と比較して何倍も大きな炎心が形成されるから、着火時 間の極めて良好な再現性が生じる。この極めて大きな炎心はそこで進行する化学 的燃焼反応によって、熱損失により炎心から外界へ搬出されるエネルギーより遥 かに多くのエネルギーを放出する。従って炎心は初めから安定である。これによ って火花点火式オットーエンジンで典型的な周期的変動がほとんどない。また点 火装置に供給するエネルギーを公知の点火装置に比して減少させることができる から、点火装置の寿命が増加する。前記で使用した着火時間の概念について説明 すれば、これは一般的定義により点火時期と、混合物の１％が反応した時期との あいだの時間間隔である。従来の火花点火では点火時期を厳密に定義することが でき、高い再現性で確定することができるから、確実な点火制御が可能である。 ところが従来の火花点火の着火時間は再現性が不良である（１％反応時間の変動 ）。本発明に基づく点火装置によって再現性良好な点火時期を維持するとともに 再現性良好な着火時間を実現することが可能である。 本発明の改良として、点火室を燃焼室に対して遮断するバルブが点火の開始の ために開放される。内燃機関の構造に応じて点火室は燃焼室に直接隣接し又は燃 焼室に接続される予備燃焼室の中にある。 本発明の改良として、バルブは点火が行なわれた後に閉鎖される。このために 作動媒質の完全な着火に関連して、消費と排気ガス放出についてそれぞれの要求 に応じて最適化された時期が選択される。燃焼室でも予備燃焼室でも同じ圧力が 働くから、大きなバルブ閉鎖力又はバルブ開放力が生じない。 本発明の改良として、点火室の内壁が熱絶縁されている。それによって一方で は順次続く２つのサイクルのあいだの点火装置の放射損失が極めて小さく、他方 では隣接する部品、特にシリンダヘッドの付加的熱負荷がが起こらないようにす ることができる。 本発明の改良として、点火室をバルブで予備燃焼室又は燃焼室に対して遮断す ることができ、バルブは液圧及び／又は電気操作式制御素子によって操作される 。この場合液圧及び／又は電気操作の選択はそれぞれの内燃機関の条件に従って 行なわれ、その際特にバルブの大きさ及び液圧装置が利用可能であることで決定 される。 本発明の改良として、液圧系統が高圧系統であり、その際制御素子への供給及 び／又は排出管に電磁弁が配置されている。なお電磁弁は、高圧管が低圧管に切 換えられるように高圧管を操作する制御すべり弁を有する。場合によっては電磁 弁は噴射技術で燃料高圧系統の噴射の制御のために使用される噴射技術で公知の 実証済の弁とする。その場合制御すべり弁は電磁石によって操作され、供給管及 び／又は排出管と交差して当該の弁体に配設され、閉じた状態で弁体の環状室を 経て高圧管の自由な流れを解放する。制御すべり弁の開放状態でこの高圧管は制 御すべり弁の絞り部を介して、高圧管の横に並置された低圧管と連通する。その 場合開放状態でも若干の最低圧が全系統に維持される。 本発明に基づく制御においては発熱体のデジタル温度調整−ＤＳＰ（Digital Signal Processor［デジタル信号プロセッサ］）によって実現される−が使用さ れることに注目しなければならない。それによって極めて正確な制御が可能にな る。 本発明のその他の有利な実施態様は、図面の説明で詳述した実施例を示す図面 で明らかである。 内燃機関はクランクケース１を有し、その中にクランク軸２が回転可能に支持 される。シリンダライナ５の中で移動し得るピストン４を保持する連接棒３がク ランク軸２に固定されている。シリンダライナ５又はクランクケース１の上側は シリンダヘッド６によって閉鎖され、ピストン４とシリンダヘッド６のあいだに 燃焼室７が形成されている。 ガソリン及び空気の形の作動媒質の吸入及び排出はカム軸８、バルブ装置９（ 一部を図示）及び吸排気管１０（一部を図示）を有する慣用の吸排気装置によっ て行なわれる。 シリンダヘッド６に予備燃焼室１１が埋め込まれており、ここに点火室２１が 配置されている。点火室２１に点火プラグ又は予熱プラグの形の点火装置２２が 挿入され、内燃機関の運転時に制御され操作される。また点火室２１は予備燃焼 室１１に対してバルブ１２で閉鎖することができる。バルブ１２は制御素子１３ により操作され、一方制御素子１３は電磁弁１４によって制御される。電磁弁１ ４は電子制御装置１５によって制御される。その場合、制御装置１５は他のすべ てのエンジン機能、特に点火装置も制御することができる。電磁弁１４は作動流 体、特に油を蓄圧器１７から制御素子１３へ導く高圧管１６ａ、１６ｂを制御す る。蓄圧器１７は例えば電動機１９により運転されるポンプ１８によってタンク ２０から作動液が充填される。この構造では電磁弁１４は二重の切換動作を行う 。点火を開始する切換過程では蓄圧器１７と制御素子１３にある圧力シリンダと のあいだの連通路を開放し、圧力シリンダとタンク帰路のあいだの連通路を遮断 する。この切換状態で圧力シリンダ内にあるピストンが点火室２１と燃焼室７の あいだの連通路を開放する（切換状態１）。点火を終了する切換過程では蓄圧器 １７と制御素子１３にある圧力シリンダとの連通路が遮断され、圧力シリンダと タンク帰路のあいだの連通路が開放される。ピストンはもどしばねによって押し 戻され、こうして点火室２１と燃焼室７のあいだの連通路を閉じる。 本発明に基づく内燃機関の機能は次のとおりである。まずこの内燃機関は、複 数個のシリンダユニットを有し４サイクルで動作するガソリンエンジンである。 燃焼室７に供給された空気ガソリン混合物の形の作動媒質はピストン４によって 圧縮され、上死点領域で点火されなければならない。これは点火室２１の中に配 設された点火装置２２によって行なわれる。燃焼室７（及び予備燃焼室１１）の 中にある新しい混合物の所定の点火の直前の領域でバルブ１２が開放されるから 、新しい混合物が点火室２１に到達し、点火装置によって点火される。点火が行 なわれた後、バルブ１２が再び閉鎖され、こうして点火装置は次のサイクルまで 燃焼室から隔離される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年７月１６日（１９９８．７．１６） 【補正内容】 請求の範囲 １．クランク軸を回転可能に支持したクランクケースを有し、ピストンを保持 する少なくとも１個の連接棒がクランク軸に枢着され、ピストンがシリンダヘッ ドで覆われたシリンダの中で燃焼室を形成するとともに移動可能であり、作動媒 質が燃焼室に供給され、即ちシリンダヘッドの吸排気管を経て燃焼室に供給され 、シリンダヘッドに予備燃焼室が埋め込まれ、かつ点火装置がある内燃機関の運 転方法において、作動媒質が空気ガソリン混合物であり、燃焼室（７）に配置さ れ遮断することができる点火室（２１）が予備燃焼室（１１）に内蔵され、点火 室（２１）が点火装置（２２）を有し、燃焼室（７）に新たに供給された作動媒 質の点火のために点火室（２１）が予備燃焼室（１１）を介してと燃焼室（７） を連通されることを特徴とする方法。 ２．点火室（２１）を燃焼室（７）に対して遮断するバルブ（１２）が点火の 開始のために開放されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．点火を行なった後にバルブ（１２）が閉鎖されることを特徴とする上記請 求項のいずれか１項に記載の方法。 ４．予熱プラグ点火式点火装置（２２）が制御装置（１５）でソフトウエアに よって実現された定温制御を有することを特徴とする上記請求項のいずれか１項 に記載の方法。 ５．クランク軸を回転可能に支持したクランクケースを有し、ピストンを保持 する少なくとも１個の連接棒がクランク軸に枢着され、ピストンがシリンダヘッ ドで覆われたシリンダの中で燃焼室を形成するとともに移動可能であり、空気ガ ソリン混合物が燃焼室に供給され、即ちシリンダヘッドの吸排気管を経て燃焼室 に供給され、シリンダヘッドに予備燃焼室が埋め込まれ、かつ点火装置がある内 燃機関において、燃焼室（７）に配置された点火室（２１）が予備燃焼室（１１ ）に内蔵され、予備燃焼室（１１）を経て燃焼室（７）に通じる側を密閉するこ とができ、点火室（２１）が点火装置（２２）を有することを特徴とする内燃機 関。 ６．点火室（２１）の内壁が熱絶縁されていることを特徴とする請求項５に記 載の内燃機関。 ７．制御素子（１３）により操作されるバルブ（１２）で点火室（２１）が予 備燃焼室（１１）及び／又は燃焼室（７）から遮断され、制御素子（１３）が液 圧により及び／又は電気的に操作されることを特徴とする請求項５又は６に記載 の内燃機関。 ８．液圧系統が高圧系統であり、制御素子（１３）への供給及び／又は排出管 に電磁弁（１４）が挿置されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１ 項に記載の内燃機関。 ９．電磁弁（１４）が制御すべり弁を有し、高圧管（１６ａ、１６ｂ）が低圧 管に切換えられるように制御すべり弁が高圧管（１６ａ、１６ｂ）を制御するこ とを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の内燃機関。 【手続補正書】 【提出日】１９９９年５月１４日（１９９９．５．１４） 【補正内容】 請求の範囲 １．クランク軸を回転可能に支持したクランクケースを有し、ピストンを保持 する少なくとも１個の連接棒がクランク軸に枢着され、ピストンがシリンダヘッ ドで覆われたシリンダの中で燃焼室を形成するとともに移動可能であり、燃焼室 に空気ガス混合物がシリンダヘッドの給排気路を経て供給され、シリンダヘッド に予備燃焼室が埋め込まれて点火装置を備える内燃機関の運転方法において、燃 焼室（７）に配置された遮断可能な点火室（２１）が前記予備燃焼室（１１）内 に配置され、前記点火室（２１）の中に点火装置（２２）が配置され、新たに供 給された作動媒質の点火のために前記点火室（２１）を前記予備燃焼室（１１） を介して燃焼室（７）と連通することを特徴とする方法。 ２．点火室（２１）を燃焼室（７）に対して遮断するバルブ（１２）が点火の 開始のために開放されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．点火を行なった後にバルブ（１２）が閉鎖されることを特徴とする請求項 １または２に記載の方法。 ４．予熱プラグ式点火装置（２２）が制御装置（１５）でソフトウエアによっ て実現された定温制御を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に 記載の方法。 ５．クランク軸を回転可能に支持したクランクケースを有し、ピストンを保持 する少なくとも１個の連接棒がクランク軸に枢着され、ピストンがシリンダヘッ ドで覆われたシリンダの中で燃焼室を形成するとともに移動可能であり、燃焼室 に作動媒質がシリンダヘッドの給排気路を経て供給され、シリンダヘッドに予備 燃焼室が埋め込まれて点火装置を備える内燃機関において、前記作動媒質が空気 ガソリン混合物であり、前記燃焼室（７）に配置された点火室（２１）が前記予 備燃焼室（１１）内に配置され、前記点火室（２１）の前記予備燃焼室（１１） を経て前記燃焼室（７）に通じる側が密閉可能であり、点火室（２１）が点火装 置（２２）を備えることを特徴とする内燃機関。 ６．点火室（２１）の内壁が熱絶縁されていることを特徴とする請求項５に記 載の内燃機関。 ７．制御素子（１３）により操作されるバルブ（１２）で点火室（２１）を予 備燃焼室（１１）及び／又は燃焼室（７）から遮断することができ、制御素子（ １３）が液圧及び／又は電気的に操作されることを特徴とする請求項５又は６に 記載の内燃機関。 ８．液圧系統が高圧系統であり、制御素子（１３）への供給及び／又は排出管 に電磁弁（１４）が配置されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１ 項に記載の内燃機関。 ９．電磁弁（１４）が制御すべり弁を有し、高圧管（１６ａ、１６ｂ）が低圧 管に切換えられるように制御すべり弁が高圧管（１６ａ、１６ｂ）を制御するこ とを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の内燃機関。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．クランク軸を回転可能に支持したクランクケースを有し、ピストンを保持 する少なくとも１個の連接棒がクランク軸に枢着され、ピストンがシリンダヘッ ドで覆われたシリンダの中で燃焼室を形成するとともに移動可能であり、燃焼室 に作動媒質が供給される内燃機関の運転方法において、燃焼室（７）に配置され た遮断可能な点火室（２１）の中に点火装置（２２）が配置され、新たに供給さ れた燃料の点火のために点火室（２１）と燃焼室（７）とを連通可能であること を特徴とする方法。 ２．点火室（２１）を燃焼室（７）に対して遮断するバルブ（１２）が点火の 開始のために開放されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．点火を行なった後にバルブ（１２）が閉鎖されることを特徴とする上記請 求項のいずれか１つに記載の方法。 ４．予熱プラグ式点火装置（２２）が制御装置（１５）でソフトウエアによっ て実現された定温制御を有することを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記 載の方法。 ５．クランク軸を回転可能に支持したクランクケースを有し、ピストンを保持 する少なくとも１個の連接棒がクランク軸に枢着され、ピストンがシリンダヘッ ドで覆われたシリンダの中で燃焼室を形成するとともに移動可能であり、燃焼室 に燃料が供給される内燃機関において、点火装置（２２）を収容する点火室（２ １）が燃焼室（７）に配置され、その燃焼室（７）側が密閉可能であることを特 徴とする内燃機関。 ６．点火室（２１）の内壁が熱絶縁されていることを特徴とする請求項５に記 載の内燃機関。 ７．制御素子（１３）により操作されるバルブ（１２）で点火室（２１）を予 備燃焼室（１１）及び／又は燃焼室（７）から遮断することができ、制御素子（ １３）が液圧及び／又は電気的に操作されることを特徴とする請求項５又は６に 記載の内燃機関。 ８．液圧系統が高圧系統であり、制御素子（１３）への供給及び／又は排出管 に電磁弁（１４）が配置されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１ 項に記載の内燃機関。 ９．電磁弁（１４）が制御すべり弁を有し、高圧管（１６ａ、１６ｂ）が低圧 管に切換えられるように制御すべり弁が高圧管（１６ａ、１６ｂ）を制御するこ とを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の内燃機関。