(57)【要約】本発明は、特定量の燃料が各作業サイクルのために燃焼室（２）に供給され、ＥＧＲガスが燃焼室（２）に戻される、圧縮点火によるピストン・シリンダ形式の４サイクル燃焼機関（１）における燃料噴射方法を提供する。前記燃料量の少なくとも第１部分は、燃焼室（２）への供給のために高温ＥＧＲガスと組み合わせられる。本発明はまた、この方法にしたがって動作する燃焼機関にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指定された量の燃料が各作業サイクルのために燃焼室（２）に供給され、ＥＧＲガスが燃焼室（２）に戻される、圧縮点火によるピストン・シリンダ形式の４サイクル燃焼機関（１）における燃料噴射方法であって、前記燃料量の少なくとも第１部分が燃焼室（２）への供給のために高温ＥＧＲガスと組み合わせられることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１部分が、燃焼室（２）の前の空間（６）において高温ＥＧＲガスと組み合わせられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
高温ＥＧＲガスの第１部分と冷却されたＥＧＲガスの第２部分が、燃焼室（２）に供給されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１および第２ＥＧＲガス部分間の比率が、エンジン速度、負荷、エンジン温度、加速器の位置、および／または排気ガス組成などの動作パラメータに基づいて調整されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
エタノール、メタノール、ガソリン、またはディーゼル油が燃料として使用されることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記燃料量の第２部分が燃焼室（２）へ直接供給されることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記燃料量の第１および第２部分間の比率が、エンジン速度、負荷、エンジン温度、加速器の位置、および／または排気ガス組成などの動作パラメータに基づいて調整されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
特定量の燃料を各作業サイクルのために燃焼室（２）に供給するための供給装置と、ＥＧＲガスを燃焼室（２）に戻すための帰還手段とを含む、圧縮点火によるピストン・シリンダ形式の燃焼機関であって、前記燃料量の少なくとも第１部分を燃焼室（２）への供給のために高温ＥＧＲガスと組み合わせるための手段（６、７）を特徴とする機関。
【請求項９】
前記指定された量の燃料の前記部分を、燃焼機関室（２）の前の空間（６）において高温ＥＧＲガスと組み合わせるようにすることを特徴とする請求項８に記載の機関。
【請求項１０】
前記空間（６）が渦室であることを特徴とする請求項９に記載の機関。
【請求項１１】
高温ＥＧＲガスの第１部分と冷却されたＥＧＲガスの第２部分とを燃焼室に供給するための手段（１４、１５、１６、１８）を特徴とする請求項８、請求項９または請求項１０に記載の機関。
【請求項１２】
燃料の第２部分を燃焼室（２）へ直接噴射するための装置（２３）を特徴とする請求項８から請求項１１までのいずれか一項に記載の機関。
【請求項１３】
動作パラメータに基づいて噴射を調整するために配設された制御装置（１９）を特徴とする請求項８から請求項１２までのいずれか一項に記載の機関。
【請求項１４】
動作パラメータに基づいて高温ＥＧＲガスの供給を調整するために配設された制御装置（１９）を特徴とする請求項８から請求項１３までのいずれか一項に記載の機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載のピストンおよびシリンダ形式の燃焼機関における燃料噴射方法、および請求項８の前文に記載の燃焼機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来型のディーゼル・エンジンに関する１つの問題点は、高ＮＯｘ排気を生じさせることである。これは、燃料噴射後に燃焼が燃焼室の中央部において始まり、その後フロントに沿って燃焼室の他の部分に伝播することに起因する。高いＮＯｘ排出の理由は、非常に高い燃焼温度が燃焼フロントにおいて局部的に発生するためである。
【０００３】
この問題を解消しようとする観点から、ＨＣＣＩと呼ばれる燃焼過程が開発された。これは、点火の瞬間の前の適切な時に燃料が噴射されて、実質的に均質の燃料混合気の形成を可能にし、次いで燃料混合気はピストンがその上死点の近くにあるときに燃焼室の中で圧縮によって点火されることを特徴とする。この状況では、燃焼は、フロントに沿って発生するのではなく、同時に比較的一様に燃焼室全体にわたって発生する。これによって、燃焼フロントに沿って優勢な高温と高い燃焼温度から生じる関連問題は回避される。
【０００４】
ＨＣＣＩエンジンは、ＮＯｘの放出がほとんど、または全く無いばかりでなく、ディーゼル・エンジンの能率に近い高い能率も有するという大きな利点を提供する。ＨＣＣＩエンジンは、均質の混合気（高いλ点を有する）が、燃焼室の広くなった領域内部で燃焼がほぼ同時に始まるために、結果的に燃焼温度がより低くなるため、前記の問題を克服する。全体的な結果は、シリンダ内にＮＯｘを生じさせる温度の発生がないさらに均一な温度分布である。
【０００５】
こうして均質な予備混合された燃料／空気混合気の燃焼を適用する種類の燃焼機関において、有害汚染物に属する排出の問題を克服できることがわかった。しかしながら、この種のエンジンは、実際に均質の空気／燃料混合気を達成する際の難点などの、多くの固有の欠点を有する。
【０００６】
これは特に、ディーゼル油などのより重油燃料で動作するときに適用される。この理由は、今日の技術では重油燃料の気化を達成するのが困難であるためである。これにより、ＨＣＣＩエンジン開発作業の多くが今まで、例えばエタノールなどのより軽い燃料による動作を対象としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の１つの目的は、現況技術の欠点が解消されるかまたは少なくとも低減される方法と燃焼機関を示すことである。
【０００８】
本発明の特定の目的は、よりすぐれた燃料の気化を達成し、よってさらに均質な燃料混合気を圧縮することを可能にする、方法と燃焼機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴部分による導入部に述べられた種類の燃料噴射法によって、および請求項８の特徴による燃焼機関を設計することによって達成される。
【００１０】
これは、移送される高温ＥＧＲ（排ガス・リサイクル）ガスにおけるエネルギーが、燃料が燃焼室に入る前に燃料を気化させるために使用されることを意味する。その結果、均質性のより強い混合気のみならず、ディーゼル油などの気化がより困難な燃料によるエンジン動作の可能性でもある。それでも、本発明を、気化は容易であるが点火は困難なエタノールと共に、応用することもできるという可能性は、この種類の燃料は利点も有するので、排除されない。
【００１１】
本発明の好ましい一態様によれば、燃料は、燃焼室に供給される前にＥＧＲガスと混合され、それによってすぐれた気化を達成するための良好な条件を作り出し、高価な直接噴射装置を不必要にすることを可能にする。
【００１２】
エンジンの動作を、負荷に応じて、第１および第２ＥＧＲ部分の間の関係を変えることによって最適化することができる。
【００１３】
さらなる利点は他の従属請求項に記載の特徴によって達成される。
【００１４】
次に添付の図面を参照しながら例示的な実施形態に基づいて本発明についてより詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は、６本のシリンダのシリンダ列９を有する本発明による燃焼機関１を示す。参照番号２は、これらのシリンダの１つに属する燃焼室を示す。この図はまた、吸気マニホールド８と排気マニホールド１１も示す。排気マニホールド１１の出口１２はターボ・ユニット１３に連結されている。第１ＥＧＲバルブ１５がダクト１４の中に配設され、ダクト１４を介して冷却されたＥＧＲガスが導かれて、空気と共にそれぞれの燃焼室へ吸気マニホールド８から入口ダクト８’を介して供給される。前記第１ＥＧＲバルブ１５は、冷却された排気ガスの量を調整するために使用することができ、排気ガスはダクト１４を介して戻され、これによってＥＧＲ冷却器１７を通過する。
【００１６】
さらに第２ＥＧＲバルブ１６が設けられて、別のダクト１８の中に配設され、冷却されていないＥＧＲガス用のマニホールド５へ、またそれによりそれぞれの燃焼室２につながる個別ダクト５’へ導かれる冷却されていないＥＧＲガスの量を調整する。
【００１７】
本発明によれば、燃焼室へ供給される燃料を気化させるために使用されるのは、この冷却されていない部分である。
【００１８】
参照番号２０は、ターボ・ユニット１３から来る装入空気用の管路を示し、吸気マニホールド８に入る前に装入空気冷却器２１を従来の様式で通過させることを目的とする。
【００１９】
ＥＧＲバルブ１５、１６は制御装置１９によって制御され、制御装置１９には、従来の様式で、破線２２で示す電線を介して、エンジン速度、負荷、エンジン温度、加速器の位置、排気ガス組成などのエンジン動作パラメータに関する信号が供給される。
【００２０】
図２に概略的に示す図１の燃焼機関１の細部は、シリンダの１つを示しており、この中で移動可能なピストン３を有し、燃焼室２の輪郭を描く。燃焼室２は、吸気および冷却されたＥＧＲガスのための入口ダクト８’をその中に導く。燃焼室２から、図示されていない出口ダクトも通じている。これらのダクトは従来の様式で適切なバルブを備えている。
【００２１】
この実施例では、シリンダ・ヘッドはまた、燃料を燃焼室２に直接噴射するための第１燃料ノズル２３も組み込んでいる。
【００２２】
本発明によれば、ダクト５’には第２燃料ノズル７も組み込まれて、混合空間６の中に燃料の一部を噴射する。この混合空間６は、ダクト５’の単純な直線部分、広くなった部分、または図２に示すように渦流室であってもよい。ダクト５’を通って導かれる高温ＥＧＲガスの流れは、燃料／気体混合気を確立するために、ノズル７を介して供給される燃料が気化することを可能にするために使用される。
【００２３】
この混合気は、燃焼室２の中で確立されるべき実質的に均質の燃料／空気混合気を作り出すために、燃焼室２の中に導入される。
【００２４】
制御装置１９はまた、図２における両ノズル７、２３を介して燃料を供給するために、エンジンに属する機器を制御するように設計されている。制御装置１９は、これらのノズル７、２３を介して噴射される燃料の量の比率のみでなく、噴射される燃料の総量、およびおそらくはエンジンのクランク軸角度に対するそれぞれの噴射のタイミングも最適化するようにプログラムされていることが好ましい。この最適化は、検出された動作パラメータに基づいて実施され、前記バルブ１５、１６の調整による冷却および非冷却両方のＥＧＲ量の制御も含む。
【００２５】
本発明は、特許請求の範囲内で変えられることができ、特にさまざまなＥＧＲ部分間、すなわち上に示すような燃料量の比率としての、冷却されたＥＧＲ部分と非冷却ＥＧＲ部分との比率を、さまざまな動作条件に適合することもできる。それでも動作範囲全体にわたって、原則として固定されている燃料量の比率を適用することは可能である。本発明によれば、特に均質化することが困難な重油燃料の場合に、高温ＥＧＲガスと共に完全に噴射させることも可能で、したがってこの場合、直接噴射ノズル２３は省略される。
【００２６】
可能であるが好ましくはない一実施例においては、ダンパなどによる調整はない。
【００２７】
それでも調整は、上記以外の多くの方法で、例えば負荷とエンジン速度に基づいてターボ装置への入口流を調整することによって達成することもできる。
【００２８】
ＥＧＲガスは、例えばターボ装置の前後で、さまざまなバルブ系、ベンチュリ系、ポンプ、長径路または短径路などを介して従来のさまざまな方法で引き出し、戻すこともできる。
【００２９】
しかしながら、好ましい形式の動作を達成するために、エンジンからのＥＧＲ流を調整する必要がある。これはとりわけ、高温ＥＧＲガスが実際に燃料を適切に気化するためのみならず、入口系の壁上またはシリンダ内または混合気が冷却されたガス流に遭遇した直後の燃料凝結を防止するためにも十分なエネルギーを確実に含むことを必要とする。本発明はもちろん、ＥＧＲの量が従来の動作理由のためにも調整されるという可能性を排除しない。
【００３０】
第１および第２ＥＧＲガス部分間の比率が、エンジン速度、負荷、エンジン温度、加速器の位置、および／または排気ガス組成などの動作パラメータに基づいて調整されることは好ましい。
【００３１】
混合気の全量がバルブを介して燃焼室に導入される前に、燃料の全量がＥＧＲダクトの中に、またはＥＧＲダクトに関連して噴射されるという大きな利点は、こうして燃料をシリンダの中に直接噴射するための高価な装置が不必要になることである。ポート噴射のための装置は実質的に低価格であり、あまり複雑でない。本発明は、重油燃料の有効なポート噴射も可能にする。
【００３２】
しかしながら、高温ＥＧＲガスと組み合わせた燃料量をシリンダ内への実際の噴射段階においてＥＧＲガスと接触させることもできるという可能性は排除されない。これは、燃料噴射をＥＧＲガス流の中に実施することによって達成されよう。
【００３３】
燃料を気化させるために高温ＥＧＲガスを提供するための別の可能性は、さまざまなシリンダにおける燃焼から入口ダクトの中へ高温排気ガスを放出するために、排気バルブが開く前の時点でシリンダへの入口バルブを一時的に開くことである。こうして、燃料をこの高温ガスの中へ噴射して、吸入段階中に燃焼室に戻すことができる。
【００３４】
「高温」ＥＧＲガスとは適切な「非冷却」を意味すること、しかし本発明はこのガスがわずかな度合いの冷却を受けているという可能性は排除しないことに留意されたい。
【００３５】
本発明はさまざまな燃料に適用することができ、これは、例えばエタノール、メタノール、ガソリン、またはディーゼル油が使用できることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による燃焼機関を制御システムと共に示す概略図である。
【図２】図１の燃焼機関の細部を概略的に示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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