JPH04501595A - 内燃機関 - 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 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３０１１５ ８０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７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パルプの直 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故出量が著しく減じられる。

高過給式の実用草月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。その理由は、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。

インレットパルプ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パルプの手前に排ガスの前貯えが行われる。イン レットパルプの開放時には、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パルプ 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〜ｌＯ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 配器の汚染はく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太き（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Ｃｏ１含量、ひいては同じくシリンダ装入物のｃｏ、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、青白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ポ一ト２位置弁によって実施され得る。この３ポ一ト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 アウトレットパルプを設けることができる。この別のアウトレットパルプに設け 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 パルプ１２とアウトレットパルプ１３とを有している。シリンダ１０のインレッ トパルプ１２とアウトレットパルプ１３は符号１４で示したカム軸を介して制御 される。インレットパルプ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。各アウトレットパルプ 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ｌＯに通じている。各端管２２はインレットパルプ１２の すぐ手前で、しかもインレットパルプ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ｌ Ｏ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１ ０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ｌＯ％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１ｏ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ボ一ト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ポ一ト２位置弁２３は制御される３つの接続部２４，２ ５．２６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ポ一ト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、第一６番目のシリンダ１ ０が第２のアウトレットパルプ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 。

両アウトレットパルプ１３．２７は公知のハイドロリッタ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１両アウトレットパルプ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。

国際調査報告 国際調査報告 ：：Ｉ＝四ＬＴｍ＝、＝：＋：：＝二？ＬＴ：Ｉ＝：１ｍ　Ｉｓ　ｔｌｍ　ｍ　 １ｍｇ％ｉ７ｒ　１Ｔｈｅ　−−ｍ　Ｐａｍ１ｌ　ａ＃Ｉｌ＃　ｉｇ　ｉｎ　＋ ｗ　ｗｅｙ　ｌｌａｍａ　＋＃　ｌ１ｗｔ−−−・１−醗律虐ｆｉ　＋＋＋ｓｖ {ｙ　＠ｈｓａｍ　１ｍ　ｌＴｗ　％−・−一一一亀

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関、特にディーゼル内燃機関であって、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 おリ、該吸込管がインレットバルブの入口関口の範囲に開口しておリ、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リ、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（２１）を有しておリ、 該排ガス分配器から、シリンダ数に相当する数の端管（２２）が分岐しておリ、 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、有利に は入口開口に対して接線方向で開口しておリ、所定の１つのシリンダ（１０）の 排気管（１８）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）に接続されていることを特徴とする、内燃機関。 ２．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、請求項１記載の内燃機関。 ３．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（１ ５）が構成されている、請求項１または２記載の内燃機関。 ４．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から３までのいずれか１項記載の内燃機関。 ５．排気管（１８）と排ガス分配器（２１）との関に排ガス浄化装置（３０）、 特に静電すす方向切換器が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項 記載の内燃機関。 ６．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（３４）が排ガス分配器 （２１）と接続されておリ、前記第２の出口（３４）と排ガス分配器（２１）と の間に絞リ（３５）が配置されている、請求項５記載の内燃機関。 ７．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６までのいずれか１項記載の内燃機関。 ８．排気管（１８）と排ガス分配器（２１）との関に３ボート２位置弁（２３） が配置されていて、該３ボート２位置弁が制御される３つの接続部を備えておリ 、第１の接続部（２４）が前記排気管（１８）と接続されておリ、第２の接続部 （２６）が前記排ガス分配器（２１）と接続されておリ、第３の接続部（２５） が排気マニホルド（１９）と接続されておリ、前記３ボート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７記載の内燃機関。 ９．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関 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７記載の内燃機関。 １０．冷機運転のためのシリンダ遮断装置が設けられておリ、排ガス分配器（２ １）と接続されたシリンダ（１０）が、遮断可能なシリンダ（１０）のグルーブ に配属されている、請求項１記載の内燃機関。