JP3260363B2 - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関

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Description

【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は請求項１の上位概念に記載の内燃機関、特に
ディーゼル内燃機関から出発する。
このような形式の公知の内燃機関（ドイツ連邦共和国
特許出願公開第3011580号明細書）においては、排ガス
戻しの目的で、シリンダから離れる方向に延びる各排気
管に排ガス戻し導管が接続されており、この排ガス戻し
導管には、この排ガス戻し導管の自由横断面積を変える
ための排気スロットルバルブが配置されている。この排
気スロットルバルブの下流側には排気マニホルドが設け
られており、この排気マニホルドからは部分導管が各吸
込管に通じている。各部分導管には、通流制御機構が配
置されており、この通流制御機構は内燃機関の回転数に
対して同期的に駆動される。前記部分導管が吸込管に開
口している開口部において、この吸込管にはガイド管が
挿入されており、このガイド管は吸込管と共に環状通路
を形成している。この環状通路に前記部分導管が開口し
ている。ガイド管はインレットバルブの直前で終わって
いる。このような排ガス戻し装置を用いると、排ガス量
と燃料−空気混合気との良好な混合時に排ガス中の窒素
酸化物放出量が著しく減じられる。
高過給式の実用車用エンジンにおいては、これまで排
ガス戻し装置の使用が断念されていた。この理由は、汚
れに基づき機関摩耗が増加し、また高負荷時の排ガス対
圧が過給気圧縮器の過給圧よりも小さくなってしまうか
らである。なぜならば、過給気冷却器と圧縮器とが汚染
されてしまい、これによってその効率が明らかに減少し
てしまうからである。この場合に、窒素酸化物放出量に
関して要求される排ガス限界値を維持することは、過給
気冷却と高過給と燃料噴射ポンプの極めて遅めの噴射開
始とによって達成される。しかしながら、遅めの噴射開
始に基づき、約10〜20％の燃料消費量の増大を甘受しな
ければならなくなる。
発明の利点 請求項１の特徴部に記載の本発明による内燃機関は次
のような利点を有している。すなわち、シリンダの吸込
空気に流入する排ガスを供給される前記排ガス戻し装置
の表面積が比較的小さく形成されていて、これによって
耐汚れ性および耐食性に構成され得る。過給気冷却器お
よび過給気圧縮器には排ガスが供給されないので、これ
らの部分は汚染され得ない。したがって、排ガス戻しに
基づく汚れの危険が生じることなく内燃機関を実用車用
エンジンとして構成することができるようになる。排ガ
ス戻しによって得られる有害物質放出量減少に基づき、
燃料噴射ポンプの噴射開始時機を再び早めの時機に調節
することができるので、同じ低さの窒素酸化物放出量に
おいて、極めて遅い噴射開始時機を有する従来の実用車
用エンジンに比べて燃料消費量が明らかに減少する。
排ガス戻しは排気管と吸込管との間の圧力差とは無関
係である。排ガス分配器への排ガス搬出は常に確保され
ている。これによって、排気ターボチャージャは熱力学
的に、つまり排ガス対圧に比べて高い過給圧で設定され
得る。
インレットバルブに排ガスを接線方向で供給すること
により、排ガス量の断続的な発生時においてもインレッ
トバルブの手前に排ガスの前貯えが行われる。インレッ
トバルブの開放時には、まず排ガスが、次いで新しい空
気が燃料と共に吸い込まれる。混合はシリンダ内で行わ
れる。したがって、均一な分配と良好な燃焼とが確実に
行われる。
請求項２以下に記載した手段により、請求項１に記載
した内燃機関の有利な改良が可能となる。
排ガス分配器内の排ガス量は、この排ガス分配器が内
燃機関のたんに１つのシリンダとしか接続されていない
ので、断続的に発生する。全てのシリンダに排ガス量を
均一に分配するために、本発明の別の構成では、各吸込
管に等量の排ガスが流入するように端管が寸法設定され
ており、吸込マニホルドとインレットバルブとの間に存
在する容積が、最大に供給された排ガス量の約５〜10倍
に相当するように吸込管が構成されている。
排ガス分配器が耐食性の材料から断熱性に構成されて
いることにより、排ガス分配器の汚染は（僅かなすす層
を除いて）回避される。
本発明の有利な構成では、排気管と排ガス分配器との
間に排ガス浄化装置が配置されている。静電すす方向切
換器と、この静電すす方向切換器に後置された遠心分離
器とが設けられていると、排ガス分配器には十分に粒子
を除去された中心部流だけが流入し、排気マニホルドに
は粒子を負荷された排ガス部分流が流入する。これによ
って、排ガス分配器における僅かなすす堆積さえも阻止
される。
内燃機関の運転条件に応じて大きく異なる排ガス中の
CO2含量を制御するために、本発明の別の構成では、排
ガス分配器に供給される排ガス量が制御可能であって、
しかも完全に遮断可能である。排ガス戻し率を変える可
能性は、排ガス中のCO2含量、ひいては同じくシリンダ
装入物のCO2含量が高過ぎるか、または低く過ぎる場合
に排ガス分配器と接続されたシリンダの噴射量を変化さ
せることにある。低負荷時やアイドリング運転時では、
約15％の排ガス率が設定される。高負荷時では、この割
合では高過ぎるので、燃料噴射量の低減によって調整さ
れる。しかしながら、約５％の出力損失を甘受しなけれ
ばならなくなる。噴射量調整は燃料噴射ポンプの適宜な
制御によって行われる。
冷機状態のエンジンや低負荷時においては、青色煙や
高い炭化水素放出量を回避するために排ガス戻しが中断
される。
このことは、本発明の別の構成により、排気管と排ガ
ス分配器との間に配置された３ポート２位置弁によって
実施され得る。この３ポート２位置弁は一方の切換位置
において排気管と排ガス分配器とを接続し、他方の切換
位置において排気管と排気マニホルドとを接続する。
内燃機関が冷機時始動のためのシリンダ遮断と低負荷
とで運転される場合に、本発明のさらに別の構成では、
排ガス分配器と接続されたシリンダが遮断可能なシリン
ダのグループに配属されることによって排ガス戻しの中
断が有利に行われる。
本発明のさらに別の有利な構成では、排ガス分配器と
接続されたシリンダに別のアウトレットバルブを設ける
ことができる。この別のアウトレットバルブに設けられ
た出口開口は別個の排気管を介して排気マニホルドと接
続されている。前記両アウトレットバルブは公知の形式
のハイドロリック式弁遮断装置を介して必要に応じて接
続されるか、または遮断され得る。こうして全負荷時、
または内燃機関が短時間で極めて高いトルクを送出した
い場合に、排ガス戻しを中断することができる。弁が適
宜に行程制御されると、排ガス戻し率をも制御すること
ができる。したがって冷機運転時には、それ自体では必
要であるシリンダ遮断を不要にすることができる。
要約すると、実用車用エンジンとして構成された内燃
機関においては、本発明による排ガス戻しによって次の
ような利点が得られる： 低い窒素酸化物放出量における燃料消費量の改善、 小さい噴射調節範囲、 高い公称出力を得るための排気ターボチャージャの設
計可能性。
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。
第１図は吸排気システムを備えた６シリンダ式の内燃
機関を示しており、 第２図〜第４図はそれぞれ第１図と同様の内燃機関の
別の実施例を部分的に示している。
実施例の説明 第１図に原理的に示した内燃機関は６つのシリンダ10
を有しており、これらのシリンダは機関ブロック11にま
とめられている。各シリンダ10はインレットバルブ12と
アウトレットバルブ13とを有している。シリンダ10のイ
ンレットバルブ12とアウトレットバルブ13は符号14で示
したカム軸を介して制御される。インレットバルブ12の
入口開口は吸込管15を介して吸込マニホルド16と接続さ
れている。吸込マニホルド16はターボチャージャまたは
過給空気圧縮機（図示しない）によって空気を供給され
る。前記吸込マニホルドは過給空気冷却器17を備えてい
る。各アウトレットバルブ13の出口開口からは、排気管
18が排気マニホルド19に通じている。
窒素酸化物放出量を低減させるために、排ガス戻し装
置20が設けられており、この排ガス戻し装置は排ガス分
配器21を有している。排ガス分配器21からは、シリンダ
10の数に相応した数の端管22が分岐しており、これらの
端管はそれぞれ１つのシリンダ10に通じている。各端管
22はインレットバルブ12のすぐ手前で、しかもインレッ
トバルブ12の入口開口に対して接線方向で、シリンダ10
に配属された吸込管15に開口している。最後のシリンダ
10の排気管18は排気マニホルド19と分断されていて、排
ガス分配器21の入口と接続されている。排ガス分配器21
は耐食性の材料から製造されていて、断熱されて構成さ
れている。端管22の寸法は、各吸込管15に排ガス分配器
21から等量の排ガスが流入するように設定されている。
排ガス分配器21に１つのシリンダ10しか接続されていな
いので、排ガス分配器21には排ガスが断続的に生じる。
それにもかかわらず排ガスを全てのシリンダ10に均一に
分配するためには、インレットバルブ12と吸込マニホル
ド16との間に存在する吸込管15の容量が、この吸込管15
に供給される排ガス量の約５〜10倍の量に相当するよう
に吸込管15の寸法が設定されている。端管22がインレッ
トバルブ12のすぐ手前に開口していることに基づき、供
給される排ガス量は、吸込行程時で行われない断続的な
供給においてもインレットバルブ12の手前に貯えられ
る。シリンダ10の吸込行程時にインレットバルブが開放
されると、まず排ガス量が吸い込まれて、それから新し
い空気が吸い込まれる。混合はシリンダ10内で行われる
ので、燃焼室での均一な分配が確保されている。
排ガス分配器21に供給される排ガス量は制御可能であ
って、また内燃機関の特定の運転条件に対しては完全に
遮断可能である。低負荷時やアイドリング運転時には、
排ガス戻し率が排ガス量の約15％に設定される。この排
ガス戻し率は高負荷時では大き過ぎる。したがってこの
排ガス戻し率を減少させるためには、燃料噴射ポンプに
よって調量される第６番目のシリンダ10の燃料噴射量が
適宜に減じられ、その結果、排ガス戻し率は約10％にま
で低下する。しかしこの場合には、約５％の出力損失を
甘受しなければならない。他の５つのシリンダ10に比べ
て変化させられた噴射量は当然ながら第６番目のシリン
ダ10のトルク送出をも減少させる。しかしこのことは、
高負荷時では大きな障害をもたらさない。
冷機状態の内燃機関や低負荷時においては、戻される
排ガス量が遮断される。このような場合のために内燃機
関がもともとシリンダ遮断装置を有していると、第６番
目のシリンダを遮断可能なシリンダ群に配属させること
によって排ガス戻し量の遮断を行うことができる。内燃
機関がこのようなシリンダ遮断装置を有していない場合
には、燃料噴射を遮断することによっても第６番目のシ
リンダを遮断することができる。
第３図に示した内燃機関の別の実施例では、冷機状態
の内燃機関や低負荷において排ガス戻し量の遮断が３ポ
ート２位置弁23によって達成される。たとえば、電磁弁
として構成された３ポート２位置弁23は制御される３つ
の接続部24,25,26を有しており、これらの接続部のう
ち、接続部24は第６番目のシリンダの排気管18と接続さ
れており、接続部26は排ガス分配器21の入口と接続され
ており、接続部25は排気マニホルド19と接続されてい
る。３ポート２位置弁23の切換位置に応じて、排気管18
は排ガス分配器21か、または排気マニホルド19と接続さ
れる。
第４図に示した内燃機関は排ガス戻し量を制御する
か、もしくは排ガス戻しを遮断するための別の可能性を
有している。この場合には、第６番目のシリンダ10が第
２のアウトレットバルブ27を備えており、この第２のア
ウトレットバルブの出口開口は別個の排気管28を介して
排気マニホルド19に接続されている。両アウトレットバ
ルブ13,27は公知のハイドロリック式弁遮断装置を介し
て必要に応じて接続されるか、または遮断される。これ
によって、内燃機関の全負荷時、または内燃機関が短時
間で極めて高いトルクを送出したいような場合に、排ガ
ス戻しを遮断することができる。両アウトレットバルブ
13,27の適宜な行程制御時には、戻される排ガス量の戻
し率をも制御することができる。
第２図に部分的に示した内燃機関では、第６番目のシ
リンダ10の前記排ガス分配器21に通じた排気管18と、排
ガス分配器21との間に排ガス浄化装置30が設けられてい
る。この場合、この排ガス浄化装置は静電すす方向切換
器として構成されている。このような静電すす方向切換
器はたとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第3502448
号明細書に記載されている。この静電すす方向切換器は
電気フィルタ31と、この電気フィルタに後置された遠心
分離器32（サイクロンとも呼ばれる）とから成ってい
る。電気フィルタ31において、排ガス中に含まれている
粒子が凝集して大きな凝集物を形成し、この凝集物は次
いで遠心分離器32で遠心力の作用を受けて周壁に析出さ
れて、出口33に向かって移動する。遠心分離器32の中心
部に位置する排ガスは十分に粒子を除去された排ガス流
として、中心の侵入管34を介して排ガス分配器21に流入
する。析出された凝集物は排ガス部分流によって出口33
を介して持ち出される。この出口は排気マニホルド19と
接続されている。遠心分離器32の作用に必要となる圧力
特性は固定調節された絞り35によって保証される。この
絞り35は侵入管34と排ガス分配器21との間の接続部に配
置されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グリースハーバー，ヘルマン ドイツ連邦共和国 Ｄ―7447 アイヒタ ール―アイヒ ハルデンシュトラーセ 69 (72)発明者 ポラッハ，ヴィルヘルム ドイツ連邦共和国 Ｄ―7141 メークリ ンゲン シュトロームベルクシュトラー セ 18 (56)参考文献 特開 昭55−75559（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−77827（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−176333（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−8201（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−126515（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−34434（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−4847（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭51−137024（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−86352（ＪＰ，Ｕ)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】高過給式の内燃機関であって、それぞれ１
    つのインレットバルブとアウトレットバルブとを有する
    少なくとも４つのシリンダと、吸込マニホルドと、該吸
    込マニホルドから各１つのシリンダに通じた吸込管とが
    設けられており、該吸込管がインレットバルブの入口開
    口の範囲に開口しており、排気マニホルドと、該排気マ
    ニホルドから各１つのシリンダに通じた排気管とが設け
    られていて、該排気管がアウトレットバルブの出口開口
    から出発しており、さらに、有害物質放出量を減少させ
    るための排ガス戻し装置が設けられている形式のものに
    おいて、前記排ガス戻し装置（20）が排ガス分配器（2
    1）を有しており、該排ガス分配器から、シリンダ数に
    相当する数の端管（22）が分岐しており、該端管がイン
    レットバルブ（12）の直前で各１つの吸込管（15）に開
    口しており、所定の１つのシリンダ（10）の排気管（1
    8）が排気マニホルド（19）と分断されていて、前記排
    ガス分配器（21）に接続されており、各吸込管（15）に
    等量の排ガスが流入するように排ガス分配器（21）の端
    管（22）が寸法設定されていることを特徴とする、高過
    給式の内燃機関。
  2. 【請求項２】吸込マニホルド（16）とインレットバルブ
    （12）との間に存在する管容積が、最大に供給される排
    ガス量の約５〜10倍に相当するように各吸込管（15）が
    構成されている、請求項１記載の高過給式の内燃機関。
  3. 【請求項３】排ガス分配器（21）が耐食性の材料から製
    造されていて、断熱されて構成されている、請求項１ま
    たは２記載の高過給式の内燃機関。
  4. 【請求項４】排気管（18）と排ガス分配器（21）との間
    に排ガス浄化装置（30）が配置されている、請求項１か
    ら３までのいずれか１項記載の高過給式の内燃機関。
  5. 【請求項５】前記排ガス浄化装置（30）の粒子含量の増
    加した排ガス流を案内する第１の出口（33）が排気マニ
    ホルド（19）と接続されていて、前記排ガス浄化装置
    （30）の浄化された排ガス流を案内する第２の出口（3
    4）が排ガス分配器（21）と接続されており、前記第２
    の出口（34）と排ガス分配器（21）との間に絞り（35）
    が配置されている、請求項４記載の高過給式の内燃機
    関。
  6. 【請求項６】排ガス分配器（21）に供給される排ガス量
    が制御可能でかつ／または遮断可能である、請求項１か
    ら５までのいずれか１項記載の高過給式の内燃機関。
  7. 【請求項７】排気管（18）と排ガス分配器（21）との間
    に３ポート２位置弁（23）が配置されていて、該３ポー
    ト２位置弁が制御される３つの接続部を備えており、第
    １の接続部（24）が前記排気管（18）と接続されてお
    り、第２の接続部（26）が前記排ガス分配器（21）と接
    続されており、第３の接続部（25）が排気マニホルド
    （19）と接続されており、前記３ポート２位置弁（23）
    が前記第１の接続部（24）を一方の切換位置で前記第２
    の接続部（26）と接続させ、他方の切換位置で前記第３
    の接続部（25）と接続させるようになっている、請求項
    ６記載の高過給式の内燃機関。
  8. 【請求項８】排ガス分配器（21）と接続されているシリ
    ンダ（10）に、第２のアウトレットバルブ（27）が設け
    られていて、該第２のアウトレットバルブの出口開口
    が、第２の排気管（28）を介して排気マニホルド（19）
    と接続されている、請求項６記載の高過給式の内燃機
    関。
  9. 【請求項９】冷機運転のためのシリンダ遮断装置が設け
    られており、排ガス分配器（21）と接続されたシリンダ
    （10）が、遮断可能なシリンダ（10）のグループに配属
    されている、請求項１記載の高過給式の内燃機関。
JP51065390A 1989-09-11 1990-07-28 内燃機関 Expired - Fee Related JP3260363B2 (ja)

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