JPH11514069A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 個別噴射に加えて付加的に燃料蒸発装置を有している公知の内燃機関の場合、燃料蒸発が行われたにもかかわらず、燃料蒸発装置によって送出された燃料蒸気が内燃機関の管路で再凝縮する恐れがあるので、極めて低い排ガス値を維持することは不可能である。本発明によれば、燃料蒸発装置（２０）に対して付加的に、後置された燃料分離器（２２）を有する内燃機関（１）が提案される。この燃料分離器は、燃料蒸気から難揮発性の燃料成分を分離するので、燃料蒸気を案内する管路における該燃料蒸気の再凝縮がほぼ完全に排除される。本発明による内燃機関は、自動車を駆動するために使用される。

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形式の内燃機関に関する。英国特許出 願公開第２２４８０８７号明細書に基づき既に公知の内燃機関の構成では、吸気 管が吸気マニホールドに移行していて、この吸気マニホールドからは、内燃機関 の個々の燃焼室若しくは個々のシリンダに通じた複数の個別吸気管が分岐してい る。これらの個別吸気管に燃焼室の吸気弁の上流側で配置された燃料噴射弁を介 して燃料をこれらの個別吸気管に送出し、これにより点火性の燃料・空気混合物 を調整することができる。この燃料・空気混合物は、吸気弁の開いている状態で 各燃焼室に流入する。この場合、内燃機関の電子制御装置により、内燃機関の吸 入された空気量並びにその他の機関運転パラメータに関連して、前記燃料噴射弁 によって送出される燃料の量が制御される。 個々の燃料噴射弁による噴射に加えて、この公知の内燃機関は付加的に別の噴 射弁を有している。この噴射弁は、中央の燃料蒸発装置の一部を成している。こ の燃料蒸発装置は燃料蒸気を準備することができ、この燃料蒸気はその後、例え ばスロットルバルブの形で 形成されたスロットル機構の上流側で吸気管に送出される。この場合、燃料蒸発 装置による燃料蒸気の供給は、内燃機関の下側の負荷領域、特にアイドリング領 域に限定されている。それに対して、上側の負荷領域、特に全負荷時においては 、燃焼室若しくはシリンダに直接に対応配置された燃料噴射弁だけが、所要の燃 料を供給する。この公知の構成では、蒸気状の燃料を吸気管に供給することによ り、内燃機関の始動段階及びこの始動段階に続く暖機運転段階の間に内燃機関の 冷たい壁に燃料蒸気が再凝縮することを十分に阻止し、これにより有害な排ガス 成分、特に炭化水素の放出量を著しく低減しようとしている。。 しかし、燃料蒸発装置の接続時には、燃料蒸発装置と各燃焼室との間に延びる 、燃料蒸気を案内する管路が、一般に燃料の難揮発性の成分の個々の露点よりも 低い温度を有している。その結果、燃料の蒸発が行われたにもかかわらず、内燃 機関の冷たい壁、特に内燃機関の個別吸気管の壁において難揮発性の燃料成分の 再凝縮が生じてしまう。この難揮発性の燃料成分は、内燃機関の冷たい壁に付着 し、コントロールされずにこの冷たい壁から剥離する恐れがあるので、その場合 、後続の燃焼時では、有害な排ガス成分の放出量が増加する。従って、極めて低 い排ガス値を維持することは不可能である。また、内燃機関の均一な運転を得る こともできない。 発明の利点 これに対して請求項１の特徴部に記載の構成を有する、本発明による内燃機関 は、燃料蒸気の再凝縮、若しくは内燃機関の、燃料蒸気を案内する管路における 、特に難揮発性の燃料成分の付着がほぼ完全に阻止されるので、内燃機関の低温 始動時及びこれに続く暖機運転段階において、有害な排ガス成分、特に炭化水素 の放出量を著しく低減することができる、という利点を持っている。 請求項２以下に記載の構成によって、請求項１に記載の内燃機関の有利な改良 が可能になる。 燃料分離器の他に付加的に混合装置、特に燃料分離器に前置された混合装置が 設けられていると特に有利である。この混合装置は、蒸発させられた燃料に空気 を混加する。これにより、燃料の個々の燃料成分の分圧が大幅に低下するので、 比較的低い温度でも、燃料蒸気を案内する管路内で蒸気状の燃料が再凝縮するこ とが回避されている。 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。 第１図は、燃料蒸発装置と混合装置と燃料分離器とを備えた本発明の第１実施 例による内燃機関を部分的に断面して示した図である。第２図は、燃料蒸発装置 と混合装置と燃料分離器とを備えた本発明の第２実施 例による内燃機関を部分的に断面して示した図である。第３図は、本発明の第３ 実施例による燃料分離器と混合装置とから成る構成ユニットを示した図である。 実施例の説明 第１図には、多シリンダ型の火花点火式の内燃機関１の部分的な断面図が示さ れている。この内燃機関１は、例えば４つのシリンダ若しくは４つの燃焼室２を 有している。第１図及び第２図には、１つの燃焼室２を有する１つの個別シリン ダしか図示されていない。各燃焼室２は、少なくとも１つの吸気弁３と、点火プ ラグ４と、少なくとも１つの排気弁（図示せず）とを有している。吸気弁３の上 流側には、少なくとも１つの燃料噴射弁５が設けられており、この燃料噴射弁５ は、吸気弁３の方向で燃料を内燃機関１の個別吸気管６に送出することができる 。例えば４シリンダ型の内燃機関１の４つの個別吸気管６は、例えば吸気マニホ ールド７から出発している。この吸気マニホールド７は、引き続き延びる、内燃 機関１に設けられた吸気管８の一部である。個別吸気管６と吸気マニホールド７ と吸気管８とは、内燃機関１の吸気装置の一部を形成している。吸気管８内には 、内燃機関１によって吸い込まれた空気量を制御するための絞り機構９が収納さ れている。この絞り機構９は、例えばスロットルバルブの形に形成されていて、 吸気管８内に回転可能に支承されている。内燃機関１によって周囲から吸い込ま れた空気は、エアフィルタ（図示せず）を介して、第１図及び第２図に書き込ま れた矢印１０の方向で吸気管８に流入する。この吸気管８内では、スロットルバ ルブ９が開放された状態で、空気は更に吸気マニホールド７に流入し、この吸気 マニホールド７から個別吸気管６を介して、内燃機関１の個々の燃焼室２に分配 される。 スロットルバルブ９の上流側では、アイドリング空気管路１２が吸気管８から 分岐しており、このアイドリング空気管路１２は、混合装置１５の混合室１４に 通じている。アイドリング空気管路１２内を流れる空気量を制御するためには、 例えば公知の構造のアイドリング調整器１６を設けることができる。このアイド リング調整器１６は、電子制御装置３２によって、適宜に制御することができる 。アイドリング調整器の構造は、例えばドイツ連邦共和国特許第３００１４７３ 号明細書に基づき当業者には十分に知られている。混合室１４にはアイドリング 空気管路１２の他に、比較的小さな横断面を有する燃料蒸発管路１７と接続管路 １８とが通じている。これら３つの仝ての管路、即ちアイドリング空気管路１２ と燃料蒸発管路１７と接続管路１８とは、例えば混合室１４に少しだけ突入した 、例えば管片状の端片１９を有している。燃料蒸発管路１７は、英国特許出願公 開第２２６３５０１号明細書及びドイツ連邦共和国特許出願公開第４４１２４４ ８号明細書に基づき公知の構造を有する燃料蒸発装置２０に接続している。この 燃料蒸発装置２０は、燃料蒸発管路１７内に送出される燃料蒸気を調整すること ができる。このためには燃料蒸発装置２０が、例えば中央の噴射弁（図示しない ）を有しており、この噴射弁には、例えばヒートアダプタ（Ｈｅｉｚｖｏｒｓａ ｔｚ）が装備されている。このヒートアダプタは液体燃料のための、例えばよく 知られているように電気的に加熱可能な蒸発構造体を有しており、このためにヒ ートアダプタは、抵抗加熱素子を備えている。この抵抗加熱素子は、例えば正の 温度係数（ＰＴＣ）又は負の温度係数（ＮＴＣ）を有していてよい。この抵抗加 熱素子を制御するためには、例えば電子制御装置３２が設けられていてよい。こ の抵抗加熱素子は、蒸発器ケーシング内に収納されており、例えばプレート状に 形成され且つ場合によっては多孔性の表面を有している。 燃料蒸発装置２０によって調整された燃料蒸気は、燃料蒸発管路１７を介して 、燃料蒸気の体積増大を可能にする混合装置１５の混合室１４内に持ち込まれる 。次いでこの燃料蒸気は混合室１４内で、アイドリング空気管路１２から混合室 １４に流入する空気と激しく混合されるので、個々の燃料成分の分圧の低下、延 いては燃料の蒸気温度の低下が生ぜしめられる。こうして空気と混合された燃料 蒸気は、混合されていない 状態よりも著しく低い温度においてしか再凝縮し得なくなるので有利である。そ れと云うのも、添加された空気が、新たに形成した混合物の凝縮温度を低下させ るからである。これによって内燃機関１の冷たい壁における液体燃料の付着は確 実に回避される。このように空気と混合された燃料蒸気は、次いで個々の微細な 液滴を混入された均質の燃料・空気混合物の形で混合室１４から流出する。この 燃料・空気混合物は、混合室１４から接続管路１８を介して燃料分離器２２に供 給される。混合室１４における燃料・空気混合物の形成を助成するために、混合 室１４を、例えば電気的な加熱装置を用いて外部から加熱することができる。第 １図に示したように燃料分離器２２は、燃料流を比較的大きく変向させるための 流れ変向部を有している。この流れ変向部は、揮発し難い、つまり難揮発性の燃 料成分をも含有する燃料・空気混合物から、比較的大きな個々の液滴を分離させ る。この流れ変向部は、例えば水平方向の接続管路１８に対して直角に、鉛直方 向に延びる分離管路２３が続き、これによりＴ字形の分岐箇所が形成されるよう に形成されている。この場合、鉛直方向に延びる分離管路２３の下端部２４は捕 集容器３０内に開口している。この捕集容器３０はこの場合、重力の影響を受け てこの捕集容器３０内に滴下する難揮発性の燃料成分を収容する。下端部２４の 反対側に位置する、分離管路２３の上端部２５には、 燃料分離器２２の、例えば水平方向に延びる管路区分２６が続いている。この管 路区分２６は、内燃機関１の管路システム２７に接続するために使用される。 管路システム２７は、例えば複数の個別管路から形成されている。これらの個 別管路は分岐して、燃料分離器２２から複数の個別吸気管６に通じているので、 吸気弁３の上流側では燃料蒸発装置２０と混合装置１５と燃料分離器２２とによ って調整された、主として揮発し易い、つまり易揮発性の燃料成分しか有しない 燃料・空気混合物が、内燃機関１の個々の燃焼室２に供給される。主として易揮 発性の燃料成分しか有しない燃料・空気混合物によって、低い温度においても、 管路システム２７における燃料・空気混合物の再凝縮が阻止される。 管路システム２７の管路は、低い熱伝導率を有する弾性的な材料、例えばプラ スチックから製作されている管又はホースから成っていると有利である。第１図 に示したように、管路システム２７の管路の接続若しくは個別吸気管６への燃料 ・空気混合物の導入は、内燃機関１の吸気弁３の比較的近傍で行われる。管路シ ステム２７は例えば、夫々点火順序で見て互いに直接隣接していない燃焼室２若 しくはシリンダだけが互いにペアになって接続され、そして各ペア毎に燃料分離 器２２に一緒に接続されるように分岐されている。 燃料蒸発装置２０の運転は、有利には内燃機関１の 下側の負荷領域、特にアイドリング領域に限定されている。しかし、燃料蒸発装 置２０の運転をアイドリング領域に続く部分負荷領域において、又はそれどころ か内燃機関１の全負荷に到達する直前にまで設定することも可能である。 第１図に示したように、捕集容器３０内に捕集された、主として難揮発性の燃 料成分の凝縮物から成る燃料を返送するためには、例えば電磁作動式の弁３５が 設けられている。この弁３５には、一般に既に存在する「タンク空気抜き弁」を 使用することができる。このタンク空気抜き弁は、例えばドイツ連邦共和国特許 出願公開第４０２３０４４号明細書に基づき、当業者には十分に知られている。 弁３５は、内燃機関１の燃料タンクのための燃料蒸発ガス抑止装置の一部であり 、燃料タンクから揮発させられた燃料蒸気を返送するために使用される。その場 合、この燃料蒸気は吸着フィルタに中間貯えされ、この吸着フイルタから弁３５ を介して吸気管８に送出される。捕集管路３６を介して捕集容器３０と吸気管８ とに接続された弁３５は、例えば燃料蒸発装置２０が遮断された状態において、 電子制御装置３２によって所定のタイミングで操作されるので、捕集容器３０に 集められた凝縮物は内燃機関１の特定の運転状態において、吸気管８内に形成さ れる負圧によって吸気管８に導入され、これによって後続の燃焼のために利用さ れる。 第２図に示した本発明の第２実施例では、第１図の第１実施例と同じ構成部分 又は同じ働きをする構成部分が、全て第１図と同じ符号で示されている。この第 ２実施例では、捕集容器３０に集められた凝縮物を導出するために、第１図の第 １実施例で使用された弁３５の代わりにポンプ装置４０を使用することも可能で ある。このポンプ装置４０は、ポンプ管路４１を介して捕集容器３０に接続され ているので、ポンプ装置４０の作動時に、捕集容器３０内に収容された凝縮物は 再び内燃機関１の燃料タンク４２に供給される。しかし、捕集容器３０を、内燃 機関１と良好に熱が伝導するように結合して配置することも考えられる。その場 合、内燃機関１の加熱時に捕集容器３０内の凝縮物が加熱されるので、この凝縮 物は蒸発することができる。これにより、弁３５又はポンプ装置４０を用いて手 間をかけて凝縮物を導出しなくても済むようになる。また、捕集容器３０を、例 えば電気的な加熱装置を用いて加熱することも可能である。 第２図に示した第２実施例の場合、燃料分離器２２は流れ変向若しくは難揮発 性の燃料成分の分離のために、バッフル状に形成された部分４５を有している。 この部分４５は室４６内で、直接の流路を直交方向で遮断するように、接続管路 １８と燃料分離器２２の管路区分２６との間に設けられている。燃料・空気混合 物は室４６を貫流する際、バッフル状の部分４５によ って変向され、この場合、特にバッフル状の部分４５の、接続管路１８に面した 壁面４７において、燃料・空気混合物から、液相状態にある難揮発性の燃料成分 が分離される。難揮発性の燃料成分は、壁面４７に液滴の形で沈着し、この液滴 は次いで重力の影響を受けて、その下方に位置する捕集容器３０内に滴下する。 接続管路１８から室４６内に流入する燃料・空気混合物は、バッフル状の部分４ ５によって下方へ向かって変向されて、下端部４８を巡って流れた後に初めて上 方に向かって、引き続き延びる管路区分２６に流入することができる。これによ りバッフル状の部分４５の下流側では、主として易揮発性の燃料成分しか有しな い燃料・空気混合物が得られる。この易揮発性の燃料成分の分圧は、冷めたい温 度においても、例えば内燃機関１のコールドスタート（低温始動）時においても 、内燃機関１の冷たい壁、特に管路システム２７の壁において燃料・空気混合物 の再凝縮が生じ得なくなる程高い。 しかし、本発明の別の実施例（図示しない）においては、混合装置１５と燃料 分離器２２の順序を入れ換えることも可能である。この場合には、燃料蒸発装置 ２０によって調整された燃料蒸気がまず、燃料分離器２２の分離管路２３に直接 に流入し、その後に燃料分離器２２から管路区分２６を介して、この管路区分２ ６に接続された、混合装置１５の燃料蒸発管路１７に 流入する。この燃料蒸発管路１７から燃料蒸気は引き続き混合装置１５の混合室 １４に流入する。この混合装置１５の下流側にはやはり、主として易揮発性の燃 料成分しか有しない燃料・空気混合物が存在する。この燃料・空気混合物は、接 続管路１８を介して、この実施例ではこの接続管路１８に接続されている、内燃 機関１の管路システム２７に送出される。 第３図に示した本発明の第３実施例では、第１図及び第２図に示した実施例の 場合と同じ構成部分又は同じ働きをする構成部分が、第１図及び第２図の場合と 同じ符号で示されている。第３図には燃料分離器２２と混合装置１５とが示され ており、両者は共通のケーシング５１に収納されていて、組込みスペース節約型 の構造を有する１つの構成ユニット５０を形成している。ケーシング５１は、例 えば５つの構成部分から構成されており、この場合、第１の端部分５５には、段 付けされた孔５２の形の開口が設けられている。この孔５２は、第１図及び第２ 図に示した燃料蒸発管路１７の一部を成しており、この燃料蒸発管路１７を介し て、燃料蒸発装置２０によって調整された燃料蒸気が構成ユニット５０に流入す る。燃料蒸気は、孔５２から開口片５３を介して、ケーシング５１の内部に例え ば円筒形に形成された混合室１４に流入する。開口片５３は、混合室１４の一部 に突入していて、混合室１４の反対側の壁の手前で間隔を置いて開口している。 混合室１４内にさらに設けられた、例えば円形に形成された開口５４を介して、 第３図には図示されていない、内燃機関１のアイドリング空気管路１２から送出 された空気が、混合室１４内に存在する燃料蒸気に添加される。開口５４は、空 気が燃料蒸気の流れ方向に対して直交する方向で、つまり開口片５３に対して直 交する方向で、但し開口片５３には向けられずに混合室１４に流入し、しかも混 合室１４の円筒形の構成に基づき旋回運動を付与されるように混合室１４内に開 口している。この空気供給によって、燃料蒸気との激しい混合が得られるので、 混合装置１５若しくは混合室１４の下流側には、個々の微滴を混入された燃料・ 空気混合物が生ぜしめられる。この燃料・空気混合物は、混合室１４から、開口 片５３に対して同軸的に位置する、例えば貫通孔の形で形成された接続管路１８ を介して、燃料分離器２２に流入する。 燃料分離器２２は、流れ変向部を有している。この流れ変向部は、バッフル状 の部分４５として形成されており、これにより第３図に示した矢印５９によって 特徴付けられているように、貫通孔として形成された接続管路１８を介して室４ ６に流入した燃料・空気混合物はＵ字形を描くように、まず下方に向かって、次 いで再び上方に向かって変向させられるので、この変向によって、燃料・空気混 合物から難揮発性の燃料成分が分離される。難揮発性の燃料成分は液滴の形で、 バッフル状の部分４５の、特に接続管路１８に面した壁面４７に付着し、これら の液滴は次いで重力の影響を受けて室４６の底部にまで滴下して、この底部から 鉛直に配置された捕集管片６２に流出する。この捕集管片６２は、第１図及び第 ２図に図示した、難揮発性の燃料成分を収容する捕集容器３０に通じている。バ ッフル状の部分４５の下流側で、難揮発性の燃料成分を除去された燃料・空気混 合物を燃料分離器２２の室４６から導出するためには、ケーシング５１の第２の 端部分６４に、捕集管片６２に対して直交する方向でほぼ水平方向に延びる別の 管片６６が設けられており、この管片６６は例えば接続管路１８の少しだけ下位 に位置している。この管片６６は、第１図及び第２図に示した実施例において設 けられた管路区分２６を成しており、この管片６６はこの構成ユニット５１を内 燃機関１の管路システム２７に接続するために使用される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲルハルト ベンツ ドイツ連邦共和国 Ｄ−71032 ベープリ ンゲン ブルックナーシュトラーセ ８ (72)発明者 ニコラウス ジモン ドイツ連邦共和国 Ｄ−82418 ムルナウ オーベラー ライテンヴェーク 20 (72)発明者 イェルク ランゲ ドイツ連邦共和国 Ｄ−71735 エバーデ ィンゲン シラーシュトラーセ ９／３ (72)発明者 アンヴァール アビディン ドイツ連邦共和国 Ｄ−71229 レオンベ ルク アインシュタインシュトラーセ 27 (72)発明者 アンドレアス アイヒェンドルフ ドイツ連邦共和国 Ｄ−73614 ショルン ドルフ パウリーネンシュトラーセ 11 ／１ (72)発明者 クリストフ フォーゲル ドイツ連邦共和国 Ｄ−96120 ビッシュ ベルク ザントシュトラーセ 12 (72)発明者 ゲオルク マレブライン ドイツ連邦共和国 Ｄ−78224 ジンゲン クニービスシュトラーセ 19

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．吸気装置と燃料蒸発装置とを備えた内燃機関であって、燃料蒸発装置が、 内燃機関の特定の運転領域、特に下側の負荷領域において、前記吸気装置に導入 する目的で燃料・空気混合物を準備する形式のものにおいて、 燃料蒸発装置（２０）の下流側に、該燃料蒸発装置（２０）によって調整され た燃料蒸気から液状の燃料成分を分離する燃料分離器（２２）が設けられている ことを特徴とする内燃機関。 ２．燃料蒸発装置（２０）と燃料分離器（２２）との間に混合装置（１５）が 設けられており、該混合装置が混合室（１４）を有しており、該混合室内に空気 が持ち込まれ、該空気が、燃料蒸発装置（２０）によって調整された燃料蒸気と 混合される、請求項１記載の内燃機関。 ３．燃料蒸発装置（２０）に接続された燃料分離器（２２）が混合装置（１５ ）に接続されており、該混合装置が混合室（１４）を有しており、該混合室内に 空気が持ち込まれ、該空気が、前記燃料分離器（２２）によって調整された燃料 蒸気と混合されて、燃料・空気混合物が形成されるようになっており、該燃料・ 空気混合物が、混合装置（１５）から内燃機関（１）の管路システム（２７）に 送出される、請求項１記載 の内燃機関。 ４．混合室（１４）に供給される空気が、吸気装置（８）から分岐した、内燃 機関（１）のアイドリング空気管路（１２）から導出される、請求項２又は３記 載の内燃機関。 ５．燃料分離器（２２）が、液状の燃料成分を分離するためのバッフル状の部 分（４５）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の内燃機関。 ６．燃料分離器（２２）が、液状の燃料成分を分離するためにＴ字形の形状を 有する分岐箇所（１８，２３）を有している、請求項１から３までのいずれか１ 項記載の内燃機関。 ７．燃料分離器（２２）内で分離された燃料成分を収容するための捕集容器（ ３０）が設けられている、請求項５又は６記載の内燃機関。 ８．捕集容器（３０）を加熱するための手段が設けられている、請求項７記載 の内燃機関。 ９．捕集容器（３０）内で分離された燃料成分を導出するために弁（３５）が 設けられており、該弁が開放位置において、前記捕集容器（３０）内に存在する 燃料成分を内燃機関（１）の吸気装置（８）に放出する、請求項７記載の内燃機 関。 10．弁（３５）が電磁作動式に形成されていて、電子制御装置（３２）から送 出された信号によって開かれるようになっている、請求項７記載の内燃機関。 11．捕集容器（３０）内で分離された燃料成分を導出するためにポンプ装置（ ４０）が設けられており、該ポンプ装置が、捕集容器（３０）内に存在する燃料 成分を内燃機関（１）の燃料タンク（４２）に圧送する、請求項７記載の内燃機 関。 12．捕集容器（３０）が、内燃機関（１）に対して良好に熱伝導結合されて配 置されている、請求項７記載の内燃機関。 13．燃料分離器（２２）と混合装置（１５）とが、１つの構成ユニット（５０ ）の形で形成されている、請求項２又は３記載の内燃機関。