(57)【要約】【課題】  内燃機関の低中負荷時の燃焼効率を高め有害な排出ガスを低減する。また排出ガス温度を高温にして後処理装置を活性化させ有害な排出ガスを低減する。【解決の手段】  内燃機関の中低負荷運転時に吸入空気の温度を上昇させ、その空気に気化した燃料をある程度混ぜ燃焼室に送り込むことで燃焼を促進し完全燃焼させる。そのため、排気温度も上昇し後処理装置を活性化する。また、吸入空気密度が低くなるので空燃比を低くすることができ排出ガス中の酸素濃度も下がるので三元触媒を使用してＮＯＸを低減できる。さらに、ポンピングロスを減らし燃料消費が減るのでＣＯ２を減らすことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸入空気の温度を調節するためにメイン吸入空気導入管と熱交換器側導入管をバルブによって温度を調整する。
【請求項２】
温度調整された空気をメイン空気導入管と燃料気化器側導入管のバルブによって空気中の気化した燃料の量を調整する。
【請求項３】
熱交換器は内燃機関の排気ガスや冷却水等の熱を利用した熱交換器、または、電気式等の熱交換器を使用する。
【請求項４】
燃料気化器は気化式、超音波式または加熱式等の気化器を使用し気化した燃料が水滴にならないように制御する。
【請求項５】
熱交換器、燃料気化器および各バルブを制御し内燃機関の運転状態あわせた最適な吸入空気の温度と気化した燃料を供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、内燃機関の吸入空気導入管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来の内燃機関の吸入空気導入管には、冷間時に吸入空気を暖めて内燃機関の燃焼を促進させるものがある。【０００３】  ディーゼルエンジンの排出ガス成分ＰＭを低減する装置としてＤＰＦ装置がある。これは、排出ガス中のＰＭを触媒やフィルターを使い、捕集したり燃焼することによりＰＭを低減させる装置である。【０００４】  ディーゼルエンジンの排出ガス対策は、エンジンの燃焼効率を高めればＰＭが減りＮＯＸが増えるという相関関係がある。【０００５】  空気の温度が高くなると空気密度は低くなる。【０００６】  自動車の内燃機関は回転数や負荷によって吸入空気量や燃料供給量を変化させる。【０００７】  ガソリン自動車の吸入空気量はスロットルバルブによって調整される。【０００８】  予混合圧縮着火というもの燃焼技術がある。これはあらかじめ空気とよく混ぜた燃料を燃焼室に送り込み、燃焼を均一化させ燃焼効率を上げ排出ガスの低減するものでる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  吸入空気を暖めると燃焼が促進されるが、熱い空気は空気密度が低くなり、燃焼室に入る空気量が減るため出力が低下する。【００１０】  ガソリンエンジンの吸入空気量はスロットルバルブによって調整されるがスロットルバルブが閉じているときはポンピングロスが発生し燃料消費量増える。【００１１】  ディーゼルエンジンの低負荷低回転時の空気と燃料の比は吸入空気量が多すぎるため排気ガスの温度は低く多くの酸素が含まれている。【００１２】排出ガス浄化装置の三元触媒の浄化率は触媒の温度が低いと低下する、また、排出ガス中の酸素濃度高いと排出ガス中のＮＯＸは浄化できない。【００１３】  ＤＰＦ装置は排出ガス中のＰＭを触媒やフィルターを使い、捕集したり燃焼することによりＰＭを低減させる装置だが、排出ガス温度が低いとＰＭを燃焼することができないため装置にＰＭが蓄積され目詰まりをおこしエンジンの出力が低下する。【００１４】  また、ディーゼルエンジンの低負荷運転時は排気ガス温度が低いためＤＰＦ装置の性能が発揮できない。そのため、渋滞時や都内のノロノロ運転ではＤＰＦ装置は目詰まりしてエンジンが不調になる。【００１５】  ディーゼルエンジンを予混合圧縮着火技術で吸入気管に軽油を吹いて空気と混ぜるとさまざまな支障が起き、いまだに実用化されていない。【００１６】  本発明は、以上のようないろいろな問題を解決するのが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】  本発明は上述の目的を達成するために内燃機関の運転状態によって、吸入空気の温度と吸入空気中の気化した燃料量を変化させ、ＮＯＸ低減し、低負荷運転時の排出ガス温度を高くしＤＰＦ装置の性能を発揮させ、ＰＭ・ＣＯ・ＨＣ・ＣＯ２を低減する。【００１８】  また、内燃機関の運転状態にあわせて吸入空気の温度と吸入空気中の気化した燃料量を調整することにより有害な排出ガスを低減する。【００１９】  まず、低負荷運転時に吸入空気を熱交換器によって高温にする。そして、吸入空気が高温になることによって燃焼が促進され排出ガス温度が高くなり、触媒やＤＰＦ装置の性能が向上する。そのため、触媒やＤＰＦ装置によってＰＭ・ＣＯ・ＨＣ・ＣＯ２が低減される。【００２０】  また、吸入空気が高温になるので空気密度は低くなり必要な酸素が低下するため、スロットルバルブを開くことになり、吸入行程時のポンピングロスが減るため燃料消費量を減らすことができる。【００２１】  燃料気化器の気化した燃料量は、吸入空気導入管等に水滴として付着しない量を供給する。また、バルブ等によって調節し、供給が必要ないときは気化した燃料量が漏れたり逆流しないようにする。【００２２】  吸入空気温度高いと吸入空気中に多くの気化した燃料が含まれることとなる。そこで、低負荷低回転時には、吸入空気温度を上げ気化した燃料をある程度含ませ燃焼させるとで、完全燃焼させる。また、排出ガスの温度が上昇し排出ガス中の酸素を低減するので三元触媒でＮＯＸ・ＣＯ・ＨＣを低減することができる。【００２３】  高負荷運転時には高出力が必要なため吸入空気は原則的には加熱しない。なぜなら、吸入空気が高温だと空気密度が低くなり空気中の酸素が低下し出力が低下するためである。【００２４】  高負荷運転時は排気温度が高いのでＤＰＦ装置の性能が発揮され、ＰＭ・ＣＯ・ＨＣが低減される。【００２５】  低中負荷運転時には、通常の吸入空気と過熱した吸入空気を混合し、その空気の一部または全部を燃料気化器に通して気化した燃料を供給する。また、吸入空気導入管内で水滴にならないようにする。【００２６】  内燃機関の種類・構造・運転状態等によって、吸入空気の温度と吸入空気中の気化した燃料量を制御し有害な排出ガス低減する。【００２７】  燃料気化器は気化式燃料気化器、超音波式燃料気化器および加熱式燃料気化等を使用し、吸入空気導入管等に水滴の付着しない範囲で供給し、内燃機関の運転状態によって制御する。また、気化燃料が必要ないときは燃料気化器側バルブにより気化燃料が漏れたり逆流しないようにする。【００２８】  熱交換器は排気ガスや冷却水等の内燃機関の熱を利用した熱交換器や電気式等を使用し内燃機関の運転状態によって制御する。また加熱空気が必要ないときは加熱空気用バルブにより、加熱空気が漏れたり逆流しないようにする。【００２９】  空気温度が低いとその空気中に含むことのできる気化燃料は少ないので空気温度を上昇させその空気中にある程度の気化燃料を混ぜる。そして、その混合気を燃焼室に送ることで完全燃焼し排気温度の上昇と排出ガスが低減する。また、排出ガス中の酸素濃度が低下するので三元触媒を使用することで、さらに排出ガス中のＮＯＸを浄化できる。【００���０】  内燃機関の運転状態にあわせて温度調節した空気の一部または全部を燃料気化器に通すことによって吸入空気に燃料を混合することができるので、内燃機関の燃焼効率を高め有害な排気ガスの低減することができる。
【発明の効果】
【００３１】  上述したように本発明を内燃機関に使用することで、低負荷運転時の燃焼効率の向上と有害な排出ガスＣＯ・ＨＣ・ＮＯＸ・ＰＭ・ＣＯ２が低減できます。また、排出ガス温度の高温化することができるので、触媒やＤＰＦ装置を使用すれば相乗効果として、さらに有害な排出ガスＣＯ・ＨＣ・ＮＯＸ・ＰＭ・が低減できます。【００３２】  ディーゼルエンジンの排出ガス対策に三元触媒が使用できるのでＮＯＸを低減できる。【００３３】  リンバーンエンジンは燃料消費率の低減やＣＯ２削減のために希薄燃焼だが、希薄燃焼はＮＯＸが大量に発生する。しかし、本発明を使用し吸入空気温度と吸入空気中の気化燃料量を調整することでＮＯＸを低減し、さらに燃料消費率の低減やＣＯ２削減をすることができる。【００３４】  ＮＯＸを低減するためのＥＧＲ装置は吸入空気導入管や燃焼室に排出ガスを再循環させるので、燃焼室や吸入空気導入管にススやＰＭが蓄積するためエンジンに悪影響を与える。また、エンジンオイルも汚れるためさらに悪影響を与えるが、本発明は燃焼室や吸入空気導入管にススやＰＭが蓄積されないため、エンジンに悪影響を与えずエンジン寿命を延ばすことができる。【００３５】  地球温暖化抑制のためのＣＯ２削減問題や自動車ＮＯＸ・ＰＭ法規制等内燃機関から排出されるガスをできるだけ低減し無害化するために、本発明は非常に有効である。【００３６】  本発明は内燃機関の運転状態にあわせて温度調節した空気の一部または全部を燃料気化器に通すことによって吸入空気に燃料を混合することができるので、内燃機関の燃焼効率を高め有害な排気ガスの低減することができる。
【発明の実施するための最良の形態】
【００３７】  以下、本発明の実施の形態を図１〜図９に基づいて説明する。
【００３８】  図１は内燃機関が低負荷運転時の状態で、エアフィルタ１ＡＦを通った外気１Ａが、熱交換器３Ｈを通り加熱された空気が燃料気化器４Ｗを通り高温で気化燃料量が多い空気となって内燃機関に送られる。
【００３９】  高温の吸入空気は燃焼を促進させるので、有害な排出ガスを低減する。また、排気温度が上昇する。
【００４０】  そのため従来では低負荷運転ではＤＰＦ装置や触媒装置の反応が悪いが、本発明により排気温度が上昇するのでＤＰＦ装置や触媒装置の反応が良くなり、排気ガスの浄化率が向上する。
【００４１】  各バルブ（１ＭＶ１、１ＭＶ２、１ＭＶ３，１ＭＶ４、３ＨＶ１、３ＨＶ２，４ＷＶ１、４ＷＶ２）・熱交換器３Ｈおよび燃料気化器４Ｗは内燃機関の運転状態によって最適に制御される。
【００４２】  熱交換器３Ｈは排気ガスや冷却水等の内燃機関の熱を利用した熱交換器や電気式等を使用し、内燃機関の運転状態によって制御する。
【００４３】  燃料気化器４Ｗは気化式、超音波式または加熱式等の気化器を使用し吸入空気導入管内で水滴にならないように制御し、内燃機関の運転状態によって制御する。また、気化燃料が漏れたり逆流しないようにする。
【００４４】  図５は、中温で気化燃料量が中程度の空気を内燃機関に送る場合で各バルブはすべて開いている状態です。
【００４５】  図３は高負荷運転時で外気１Ａをそのまま燃料気化器４Ｗに通して低温で気化燃料量が多い空気を内燃機関に送る。
【００４６】  各バルブ（１ＭＶ１、１ＭＶ２、１ＭＶ３，１ＭＶ４、３ＨＶ１、３ＨＶ２，４ＷＶ１、４ＷＶ２）と熱交換器３Ｈと燃料気化器４Ｗを制御し内燃機関に最適な空気を送ることによって燃焼効率を高め、有害な排出ガスを低減し燃料消費量を減らす。
【００４７】  調整空気５Ａは内燃機関に送る空気のことを指す。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】  調整空気５Ａが高温で気化燃料量が多い状態
【図２】  調整空気５Ａが中温で気化燃料量が多い状態
【図３】  調整空気５Ａが低温で気化燃料量が多い状態
【図４】  調整空気５Ａが高温で気化燃料量が中程度の状態
【図５】  調整空気５Ａが中温で気化燃料量が中程度の状態
【図６】  調整空気５Ａが低温で気化燃料量が中程度の状態
【図７】  調整空気５Ａが高温で気化燃料量が無い状態
【図８】  調整空気５Ａが中温で気化燃料量が無い状態
【図９】  調整空気５Ａが低温で気化燃料量が無い状態
【符号の説明】
【００４９】  １Ａ        外気
１ＡＦ      エアフィルタ
１ＭＶ１    メインバルブ１
１ＭＶ２    メインバルブ２
１ＭＶ３    メインバルブ３
１ＭＶ４    メインバルブ４
３Ｈ        熱交換器
３ＨＶ１    熱交換器側バルブ１
３ＨＶ２    熱交換器側バルブ１
４Ｗ        燃料気化器
４ＷＶ１    燃料気化器側バルブ１
４ＷＶ２    燃料気化器側バルブ１
５Ａ        調整空気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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