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JPH0791271A - 直接噴射燃焼エンジンとこのエンジンの駆動方法 - Google Patents

直接噴射燃焼エンジンとこのエンジンの駆動方法

Info

Publication number
JPH0791271A
JPH0791271A JP6111446A JP11144694A JPH0791271A JP H0791271 A JPH0791271 A JP H0791271A JP 6111446 A JP6111446 A JP 6111446A JP 11144694 A JP11144694 A JP 11144694A JP H0791271 A JPH0791271 A JP H0791271A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cylinder
exhaust gas
engine
fuel
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP6111446A
Other languages
English (en)
Inventor
Winfried Oppermann
ウインフリート・オペルマン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of JPH0791271A publication Critical patent/JPH0791271A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/04—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being other than water or steam only
    • F02B47/08—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being other than water or steam only the substances including exhaust gas
    • F02B47/10—Circulation of exhaust gas in closed or semi-closed circuits, e.g. with simultaneous addition of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B17/005—Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders having direct injection in the combustion chamber
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 燃費がデーゼルエンジンの燃費のレベルまで
低減でき、どんな出力領域でも排気ガス放出値を著しく
低減できる、燃焼室の層状ガス添加を伴う直接噴射燃焼
エンジンとこのようなエンジンを駆動する方法を提示す
る。 【構成】 エンジンのシリンダ２がシリンダの排気ガス
量で制御して層状に充填され、ピストン５が同じクラン
ク直角部分のクランクピンの上に配設されている。シリ
ンダ内で回転する渦状の排気ガス集中部が形成され、そ
の内部空間にシリンダの残りの充填を行うため新鮮な空
気が吸引されるように排気ガスの層状化が行われる。導
入された排気ガス量、吸引すべき新鮮な空気の残量およ
び噴射すべき燃料の量は、エンジンの出力点に無関係に
恒久的にλ＝１の値を維持するように配量導入される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ピストンの圧縮上昇
ストロークの前に、一つの装置によりエンジン・シリン
ダで戻し排気ガスと新鮮な空気の回転する層形成を行
い、エンジン出力に応じて排気ガスを異なった量でエン
ジン・シリンダに制御して導入し、他方のシリンダの排
気ガスの排出周期から一方のエンジンのシリンダを満た
すために排気ガスを取り出し、前記シリンダのピストン
が同じクランク直角部分のクランクピンの上に配設され
ていて、他方のシリンダからの排気ガスの取り出しが付
属するピストンの下死点の領域で行われる、多気筒燃焼
エンジンを排気ガスと燃費に関して最適に駆動する方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】"Motortechnischen Zeitschrift" Nr. 5
0, 1989, Seite 426 - 430（「エンジン技術雑誌」第 5
0 号、1989年、第 426〜430 頁) により直接噴射オット
ー４サククルエンジン（スパーク点火４サイクルエンジ
ン）が知られている。このエンジンでは、燃焼空気がエ
ンジン・シリンダ内でエンジン・ピストンにより圧縮さ
れ、このエンジン・ピストンが点火プラグ側の中央にピ
ストンの窪みを有する。このピストンの窪みには噴射ノ
ズルによってピストンの上死点の近くで燃料が噴射され
る。この燃料はシリンダ中に急激な渦を形成して吸引さ
れる燃料空気と混ざり、点火性の混合物となる。この混
合物はピストンの窪みの上にある点火プラグによって点
火する。
【０００３】この燃焼室の構成により、 80 年代の終わ
りに、実験的なエンジンで対応する比較エンジンに比べ
て燃料消費を 25 ％まで低減することができた。この燃
焼室の構想では、エンジンから NOX の放出が比較的大
きく、当時の触媒で規制されている限界値に低減させる
ことができないのが不利であった。
【０００４】その外、ドイツ特許第 32 48 918号明細書
により気化と排気ガスの戻しを行う燃焼エンジンおよび
このエンジンの駆動方法が知られている。このエンジン
では、エンジンの排気ガスの一部を選択的にシリンダに
導入している。排気ガス戻し通路を用いて、排気ガスが
多数の導入開口を介してエンジン・ピストンの下死点で
エンジン・シリンダに接線方向に吸引され、排気ガスが
各エンジン・シリンダの内壁に沿って渦を巻き、予め吸
引されている燃料混合物がシリンダの中心部分の点火プ
ラグの下で濃縮される。
【０００５】ピストンが点火プラグの方向への上昇運動
で、リング状の排気ガス円柱とその中に閉じ込められて
いる円筒状の燃焼・空気の円柱が圧縮される。ピストン
の上死点では、燃焼と空気の混合物が点火プラグで点火
され、上昇した燃焼圧によってピストンが周知のように
下の方に移動し、排気ガス排出弁が開く。ピストンは降
下運動で戻す排気ガスの導入口を通過すると、先行する
燃焼過程からの排気ガスの流れの一部がエンジンの他の
シリンダに導入され、接線方向に配置されている説明し
た導入口を介して圧縮される。このようにして、上に説
明したようにこの他のシリンダでも同じように円筒状の
排気ガス円柱が生じ、この円柱の中心で燃料と空気の混
合物が集中する。
【０００６】個々のエンジン・シリンダへの排気ガスが
導入は、ピストン運動の下死点でエンジン・シリンダに
流入する多数の排気ガス導入口を介して行われる。これ
等の排気ガス導入口は、シリンダが 360°の点火順の間
隔で互いに接続するように排気ガス戻し導管に連通す
る。即ち、第一シリンダが第三シリンダと、また第四シ
リンダが第二エンジン・シリンダと排気ガスを相互に交
換できる。
【０００７】この燃焼エンジンを駆動するには、第一工
程で燃焼可能な燃料と空気の混合物あるいは空気の流れ
が吸引ストロークの間にエンジン・シリンダ中で渦巻く
ように吸引される。次いで、排気ガスがシリンダの中に
接線方向に導入され、排気ガスがシリンダからエンジン
点火順の 360°の間隔で洩れ、空気あるいは燃料空気混
合物と排気ガスを層状に充填する。これに続く層状の充
填の圧縮には、上向きのピストン運動によって燃焼性の
燃料と空気の混合物の点火と膨張するシリンダの充填が
続く。最後の工程では、シリンダが排気ガスによって排
気ガス排出弁と排気ガス排出口を介して換気される。
【０００８】この燃焼エンジンとこの種のエンジンを駆
動する方法の欠点は、このエンジンで今日要求される燃
費値が達成できず、排気ガス放出値が今日の法規制に合
わない点にある。更に、エンジンの低出力走行やアイド
リング走行の領域で、吸引シリンダに充分多くの排気ガ
スを流し込むためには排気ガスの圧力が低すぎることが
分かる。更に、エンジンの高出力で、排気ガスが予めシ
リンダに導入された新鮮なガスに戻されると、排気ガス
と新鮮なガス用の吸入管の新鮮なガスが混合する恐れが
生じる。
【０００９】最後に、ドイツ特許第 35 16 038号明細書
によれば、気化エンジンが知られている。このエンジン
では、エンジンの各シリンダのシリンダヘッドの種々の
導入弁によって新鮮な空気あるいは新鮮な空気と排気ガ
スの混合物の層が得られる。この層は一実施例にあっ
て、シリンダの底部やシリンダの壁部で希薄混合物で、
点火プラグの下の中央で燃焼性の燃料と空気の混合物が
集中するように構成されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、燃
費がデーゼルエンジンの燃費のレベルまで低減でき、ど
んな出力領域でも排気ガス放出値を著しく低減できる、
燃焼室の層状ガス添加を伴う直接噴射燃焼エンジンとこ
のようなエンジンを駆動する方法を提示することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、冒頭に述べた種類の方法にあって、エンジン・
シリンダを充填するため、先ず出力に応じた排気ガスの
量を少なくとも一つの排気ガス調整弁でエンジン・シリ
ンダにほぼ接線方向に配量導入し、次いで、シリンダを
完全に充填するため、新鮮な空気の残量を吸引し、その
場合、予め導入された排気ガスと噴射すべき燃料の量と
共に導入弁を開放して、吸引された新鮮な空気の量を配
量導入し、エンジンの出力に無関係に常時値λ＝１に調
節し、次いで、層状にされたシリンダの充填がシリンダ
のピストンにより圧縮され、次いで、シリンダの中にあ
る新鮮な空気に燃料を直接噴射し、次に発生した燃料と
空気の混合物を点火し、次続く膨張期間で、他方のシリ
ンダを充填するのに必要な排気ガス量を排気できる程度
に、シリンダの内圧が高くなると、シリンダの排気ガス
の排出弁が出力に応じて初めて開く、ことによって解決
されている。
【００１２】更に、上記の課題は、この発明により、エ
ンジン・ブロック１にエンジン・シリンダ２，２６，２
７，２８が配設され、これ等のシリンダ内でクランク軸
７に連結するピストン５が周期的に往復運動でき、各シ
リンダ２，２６，２７，２８が上端部でシリンダヘッド
３によって遮断され、各シリンダ２，２６，２７，２８
に対してシリンダヘッド３にそれぞれ少なくとも一つの
空気導入弁１８と排気ガス排出弁１９および燃料噴射弁
１０ならびに点火プラグ１１が配設され、各シリンダ
２，２６，２７，２８がピストン運動の下死点ＵＴの領
域でシリンダの周囲に対して接線方向にずらして配設さ
れた少なくとも二つの排気ガス戻し通路３０，３０′用
の排気ガス導入口２０，２０′を有し、これ等の導入口
が他方のシリンダに接続し、更に、各シリンダ２，２
６，２７，２８がシリンダの周囲で半径方向にずらして
配設された少なくとも二つの他の排気ガス導入口２１，
２１′，２２，２２′を有し、シリンダに流入する戻し
排気ガスにより、境界線１７を有する主に回転するほぼ
鍋状の排気ガスの集合部が形成され、これ等の集合部の
内部空間に空気導入弁１８で配量導入される新鮮な空気
１５が集中するように、排気ガス導入口２０，２０′，
２１，２１′が相互に配設され、燃料噴射弁１０を介し
て燃料がシリンダに直接導入でき、点火プラグ１１によ
って点火できる、燃焼エンジンによって解決されてい
る。
【００１３】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【００１４】
【作用】ここに提唱するエンジンの構想は、低出力領域
で吸引を絞り弁で絞らなくてもλ＝１制御が可能である
直接噴射式の多気筒燃焼エンジンを実現させる。これに
は、燃焼エンジンの各シリンダに充填する場合、シリン
ダ室に回転し鍋状の濃度の戻し排気ガスが形成されるよ
うに、シリンダ室に吸引される。次いで、この鍋状ガス
形成物の内部空間に新鮮な空気の残量が吸引される。こ
の残量中では、ピストン運動の上死点の領域で、エンジ
ンの負荷に無関係に燃焼室でλ＝１の値が常時設定され
るように、圧縮された新鮮な空気の中に燃料が直接噴射
される。出力点「アイドリング走行」から「全出力」ま
で、導入すべき排気ガスの量は調整弁によってλ＝１制
御を介して連続的に低減される。それ故、燃焼室は何時
もガスで完全に満たされているので、シリンダの燃焼室
に最適な圧縮圧と最適な圧縮温度がエンジンの全動作範
囲にわたって生じる。こうして、熱効率と燃料消費が改
善され、このことは特にアイドリング走行や低出力の領
域で顕著になる。
【００１５】特にアイドリング走行に近い低出力の領域
で絞り弁を使用しない運転により、燃費が著しく低減さ
れてるため、放出される CO2の量が著しく低減する。一
方のシリンダから他方のシリンダに「短絡」的に排気ガ
スを戻すことにより、特に NOX の生の放出が低出力領
域で従来の技術のエンジンに比べて低減する。更に、恒
久的なλ＝１制御によって、この層状に添加される燃焼
エンジンでは、低出力やアイドリン走行領域でも実証済
の３路触媒を使用ができるので、生の放出を低減した場
合、将来の排気ガス限界値を達成できる。
【００１６】
【実施例】以下では、図１と図２に模式的に示す好適実
施例に基づき、この発明を更に詳しく説明する。
【００１７】図１に示す多気筒燃焼エンジンの模式断面
図にあって、エンジン・ブロックに符号１が、またエン
ジン・シリンダに符号２が付けてある。エンジン・シリ
ンダは上向きにシリンダヘッド３によって圧縮される。
このシリンダヘッド３によって導入弁１８で遮断される
新鮮な空気用導入管８および排出弁１９で遮断される排
気ガス導管９が通じる。更に、シリンダヘッド３を通し
て、燃料を直接噴射する噴射弁１０と点火プラグ１１が
シリンダ室２に突き出ている。導入弁１８と排出弁１９
の制御は、この発明により排気ガスの層をシリンダに形
成するため、主に可変制御時間を用いて行われる。
【００１８】シリンダ２はこのシリンダ内を往復運動す
るするように配設されたピストン５によって下向きに封
止されている。このピストン５はピストン連接棒６を介
してエンジンのクランク軸７に連結している。
【００１９】ピストンの運動の下死点ＵＴの領域では、
エンジン・シリンダ２に流入している排気ガス戻し通路
３０，３０′が示してある。これ等の通路を経由して、
ピストン５が排気ガス戻し通路３０，３０′の排気ガス
導入口を開くと、排気ガスが燃焼エンジンの他方のシリ
ンダから直接短絡駆動でエンジン・シリンダ２に導入さ
れる。排気ガス導入口２０，２０′，２１，２１′，２
２，２２′は、エンジンの有利な動作状態で回転する鍋
状の排気ガス集中部が生じるように、エンジン・シリン
ダに配設されている。この集中部の境界線には符号１７
が付けてある。従って、エンジン・シリンダ２を完全に
充填するのに必要な新鮮な空気１５が噴射ノズル１０と
点火プラグ１１の真下にある。
【００２０】ピストン５が矢印１４の方向にピストン運
動の上死点ＯＴに移動すると、ピストンが上死点ＯＴの
領域に位置する場合、燃料が燃料噴射ノズル１０を介し
て直接新鮮な空気の集中部１５に噴射でき、次いで点火
プラグ１１によって点火できるように、層状にされたシ
リンダの充填物が圧縮される。次いで、ピストン５が降
下運動すると、導入口を排気ガス戻し通路３０，３１，
３２に合わせて、排気ガスが直接短絡駆動で燃焼エンジ
ンの他のシリンダに導入され、そのピストンが同じクラ
ンク直角部分を有するクランク軸のクランクピンの上に
配設されている。これに続いて、先ず排気ガスの残りが
排気ガス排出弁１９を開にして管９に導入される。
【００２１】４気筒燃焼エンジンでは、排気ガス戻し通
路を介してエンジンの第一シリンダがエンジンの第四シ
リンダに、またエンジンの第二シリンダがエンジンの第
三シリンダに接続している。これ等の通路を介して、排
気ガスが例えば第一シリンダから第四シリンダに直接流
れたり、この逆が行われる。これは、どのシリンダが膨
張期間あるいは排気期間にあるかに依存する。他のシリ
ンダが説明したように回転して鍋状の排気ガスの集中部
が生じるように戻し排気ガスで充填された後には、そこ
でも新鮮な空気の導入弁１８を経由してシリンダを完全
に充填するのに必要な新鮮な空気が導入されるので、上
に説明したように他のシリンダの圧縮工程が行われる。
【００２２】図２はピストン５の下死点ＵＴの領域で縦
方向に切断されたエンジン・シリンダを示す。このシリ
ンダの場合、この発明の好適実施例で排気ガスの戻し通
路用の全部で６個の導入口が設けてある。この断面図で
は、全体で３個の排気ヴァス導入口２０，２１，２２が
見えるが、幾何学的に同じように形成された他の排気導
入口２０′，２１′，２２′が見えない他のシリンダの
半分割部の上に主に 180°ほどずらして配設されてい
る。排気ガス導入口をシリンダに配置することが図３に
より分かる。この図面には図２の断面 IIIが示してあ
る。この図面では、この実施例で全体で６つの排気ガス
戻し通路３０，３０′，３１，３１′，３２，３２′が
エンジン・シリンダ２に通じていることが分かる。この
場合、排気ガスの導入口と同じ断面でシリンダに流入す
る排気ガス通路がそれぞれ互いに 180°ずらして配設さ
れている。
【００２３】排気ガス導入口２０あるいは 180°ほどず
らして配設されている排気ガスを用いてシリンダに層状
添加を形成するための対向片２０′（図示せず）の形状
は特に重要であるので、図４に図２の断面 IV を示す。
この断面で分かることは、シリンダ室を排気ガスで満た
すと、対向する二つの排気ガス導入口２０，２０′から
コイル状に重なった排気ガス流Ａ，Ｂが生じるように、
排気ガス戻し通路３０，３０′が接線方向に上に切り出
した状態でシリンダ室に流入する。排気ガス流Ａ，Ｂは
従来の技術で知られている接線方向の排気ガス口とは異
なり相互に渦を発生しない。こうして、戻し排気ガスと
新鮮な空気のシリンダ室内での早めの混合を有利に排除
できる。
【００２４】図５ａ〜７ｂには、エンジン・シリンダ内
での戻し排気ガス１６と新鮮なガス１７の異なった層状
態とが示してある。この場合、「ａ」を付けた図面はピ
ストン５によって圧縮過程の初めでのシリンダの層の状
態を示す。これに対して、「ｂ」を付けた図面はピスト
ン５の運動の上死点位置でのシリンダの層の状態を示
す。
【００２５】排気ガスと新鮮な空気のシリンダ室内の種
々の層状態は各シリンダに導入するここで６つの排気ガ
ス戻し通路３０，３０′，３１，３１′，３２，３２′
によって設定できる。これ等の排気ガス戻し通路は、図
８に単に示すように、それぞれ排気ガス調整弁２９，２
９′を備えた排気ガス集合通路３４，３５，３６にまと
めて導入される。これ等の調整弁を用いて、開放時点や
通過させるべき排気ガス戻し量を調整できる。
【００２６】従って、図５ａあるいは５ｂの排気ガスと
新鮮な空気の層を発生させるため、上に向けて切り出し
た状態でシリンダ室に接線方向に流入する二つの排気ガ
ス戻し通路３０，３０′によって導入されるので、既に
説明したように、シリンダの内壁にラセン状の排気ガス
流Ａ，Ｂが生じる。これ等の排気ガス流はシリンダの壁
に対して垂直方向に更に相互に戻された排気ガスに層を
形成する。戻し排気ガス１６と新鮮な空気１５の間にこ
のようにして生じる層は、 180°ほどずらして配設さ
れ、切り出した二つの排気ガス導入口による導入が乱れ
ていないため、従来の技術で周知の層より非常に安定で
ある。こうして、新鮮な空気区域と排気ガス区域の間の
縁部分での早めの混合が防止されるので、ピストン運動
の上死点ＯＴの領域で従来よりもっと改善された新鮮な
ガスの集中が燃料噴射ノズル１０と点火プラグ１１の下
部で生じる。この圧縮した新鮮な空気の気圧の谷２３に
は、主にアイドリング走行および低負荷領域で燃料が直
接噴射され、次いで点火プラグで点火される。
【００２７】ピストンの運動の上死点位置で、シリンダ
の直径全体にわたって延びる新鮮さ空気の円板２４が生
じるようにシリンダの層が望ましいのであれば、排気ガ
スの調整弁２９，２９′を介して排気ガスの戻し通路３
０，３０′，３１，３１′が開くので、シリンダには第
一吸引期間でほぼ水平な排気ガス集中部１６が生じるよ
うに、排気ガスが導入される。ピストンの運動の他の経
過では、必要な新鮮な空気量が負荷に応じてその都度最
適な時点で吸引される。
【００２８】この発明の好適実施例では、図７ａ，７ｂ
により排気ガス戻し通路３０，３０′および３１，３
１′が排気ガス調整弁により開放される。こうして、第
一吸引期間に戻される排気ガス１６が排気ガス導入口２
０，２０′，２１，２１′を経由してシリンダ室に入
り、シリンダ室内に回転するほぼ鍋状に形成される濃度
境界線１７を有する排気ガス集中部が生じる。この排気
ガス集中部の内部空間には以下の吸引過程の経過で新鮮
な空気１５が満たされる。ピストン５による圧縮過程の
終わりで、圧縮された新鮮な空気のレンズ部分１５が生
じ、このレンズ部分を介して噴射弁１０によって燃料が
直接噴射され、発生した混合物を点火プラグ１１によっ
て点火できる。
【００２９】エンジン・ブロックの排気ガス戻し通路３
０，３０′，３１，３１′，３２，３２′およびシリン
ダ２６，２７，２８，２の配置を説明するため、図８に
この発明の燃焼エンジンの断面が示してある。この図面
で分かることは、エンジン・シリンダ２６，２あるいは
２７，２８が排気ガス通路を介して相互に連通し、それ
等のピストンが同じクランク角の曲がり部分のクランク
軸のピンの上に配設されている。
【００３０】更に、この図面から分かるように、各排気
ガス通路には排気ガス調整弁２９，２９′が設けてあ
る。これ等の調整弁によって各排気ガス戻し通路を遮断
でき、この弁を通過する排気ガス量を調節できる。こう
して、出力に応じたλ＝１制御に必要なような多くの排
気ガスのみを各シリンダに戻すことが可能である。即
ち、低出力では戻し排気ガスの比較的強力なシリンダへ
の充填が行われ、全出力の領域では、主に排気ガスの戻
しが行われない。こうして、戻すことのできる排気ガス
が出力点「アイドリング走行」から「全出力」まで排気
ガス調整弁を介して連続的に低減される。従って、燃焼
室は絶えず完全に充填されているので、絞り弁を働かせ
ないで低出力でもエンジンを駆動できる。この場合、エ
ンジンの出力に無関係に常時λ＝１の値を調整するよう
に、燃焼室に直接噴射される燃料が配量され、噴射の開
始が制御される。
【００３１】この種の燃焼エンジンの駆動は、例えばエ
ンジンの第一および第四シリンダのシリンダの対の制御
の変化と流れの変化に関して示されている。アイドリン
グ走行領域では、第一シリンダの点火後膨張期間とな
る。このシリンダの排気弁１９は下死点ＵＴを通過する
までピストン５によって遮断されたままである。これに
反し、第一と第四シリンダの間の排気ガス戻し通路の排
気ガス調整弁は完全に開いている。
【００３２】ＵＴ方向に更に下に移動するピストン５に
より、排気ガス導入口２０，２０′，２１，２１′，２
２，２２′の断面が開放される。排気ガスは排気ガス戻
し通路を経由して第四シリンダに流入する。何故なら、
第四シリダンのピストンが同期運動するために、そこに
ある排気ガス導入口も同じ方に開くからである。特に出
力領域「アイドリング走行」で排気ガス通路が開くと、
膨張圧力が低いので、吸引する第四シリンダの導入弁１
８を開く時点と第一シリンダの排出弁１９を開く時点
は、充分多くの排気ガスが第四シリンダに溢れて流入す
るように設計される。つまり、排出弁１９はＵＴ後に 6
0°で初めて開く。
【００３３】溢れる時間は下死点を通過した後に再び上
昇する第一と第四シリンダのピストン５によって規定さ
れる。何故なら、排気ガス戻し通路の排気ガス導入口の
上端部を通過すると、排気ガスが一方のシリンダから他
方のシリンダへ溢れることがないからである。溢れる排
気ガスの量はエンジン出力に応じて排気ガスの調整弁に
よって可変できる。第一および第四シリンダのピストン
が排気ガスの導入口の上端部を通過した後には、第一シ
リンダでは排気ガス排出弁が開き、第四シリンダでは導
入弁１８がシリンダに新鮮な空気を満たすためにＵＴの
近くで開く。シリンダを新鮮な空気で満たすには、導入
弁の前のスロットル弁でも制御できる。
【００３４】全出力運転では、エンジンが通常のオット
ーエンジンのように駆動される。これは、排気ガス戻し
通路の排気ガスの調整弁を諸シリンダ間で完全に閉じて
達成される。これ等の二つの極端な出力点「アイドリン
グ走行」と「全出力」の間の移行では、λ＝１制御は排
気ガス調整弁を駆動して、絶えず僅かなガス量が溢れる
ようにして達成される。これは、例えば排気ガスの調整
弁の漸次小さくなる弁のストロークあるいは絶えず短く
なる開口期間によって行われる。
【００３５】このように設定され、排気ガスの導入口の
幾何学形状と配置によって可変できる新鮮な空気と戻し
排気ガスの間の層は上死点の方向に移動するピストン５
によって圧縮されて、「アイドリング走行」の出力範囲
にあって上死点ＯＴの近くで燃焼が直接噴射される。こ
の方法によって、燃料の一部が早い噴射時点で排気ガス
層に拡散して不完全燃焼をすることが防止される。
【００３６】出力範囲「全出力」では、排気ガスの排出
が排出弁１９によって完了する時点で燃料が直接噴射さ
れる。こうして、直接噴射された燃料との流入する新鮮
なガスの均一性が達成され、これによってエンジンの
「全出力領域」に対する高能率性が達成できる。極端な
出力値、アイドリング走行と全出力の間の噴射時点は上
に述べた時点の間にある。
【００３７】この発明の有利な構成では、噴射弁１０が
それ自体周知の空気支援による燃料噴射弁として構成さ
れている。この場合、燃料は空気の流れによって捕捉さ
れ、噴射ノズルによって駆動される。ここで燃料と共に
輸送される空気の量は、この種の噴射弁を使用する場
合、例えば点火プラグのところのλ＝１を制御するため
低出力領域でシリンダに導入すべき全空気量を制御する
ために使用される。
【００３８】説明したエンジンの構想により、層状にさ
れた燃焼室に直接ガソリン噴射を使用することによっ
て、排気ガス、特にスタート開始時や暖気運転時での有
害物質を著しく低減することが初めて可能になる。この
場合、直接噴射すべき燃料は従来の技術の直接噴射エン
ジンの場合のようにピストンやシリンダの冷えた壁を利
用しない。このとこは、炭化水素の放出範囲で特に排気
ガスの値を改善する。
【００３９】更に、特にアイドリング走行の近くの低出
力領域で絞り弁を使用しない運転により、従来の技術の
エンジンに比べて燃料消費が著しく低下するので、放出
される CO2の量が低減する。説明したシリンダの間で短
絡する排気ガスの戻しにより、 低出力領域での特に N
OX の生の放出が更に低減される。これに加えて、恒久
的なλ＝１制御は「層状に添加される低出力領域」でも
実証済の３路触媒の使用を可能にする。その結果、生の
放出が低減されている場合、将来の排気ガス限界値も達
成できる。
【００４０】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明による
エンジン駆動方法により、燃焼室の層状ガス添加を行
い、燃費がデーゼルエンジンの燃費のレベルまで低減で
き、どんな出力領域でも排気ガス放出値を著しく低減で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン・シリンダのところの多気筒エンジン
のエンジン・ブロックの断面図である。
【図２】排気ガス導入通路を見るため切り出したエンジ
ン・シリンダの図面である。
【図３】領域 IIIでの図２の横断面図である。
【図４】領域 IV での図２の縦断面図である。
【図５】それぞれ圧縮過程の初め（Ａ）と上死点位置
（Ｂ）の状態で層状に添加されたエンジン・シリンダの
横断面図である。
【図６】それぞれ圧縮過程の初め（Ａ）と上死点位置
（Ｂ）の状態で層状に添加されたエンジン・シリンダの
横断面図である。
【図７】それぞれ圧縮過程の初め（Ａ）と上死点位置
（Ｂ）の状態で層状に添加されたエンジン・シリンダの
横断面図である。
【図８】４気筒燃焼エンジンのシリダン間の排気ガス戻
し通路の配置の模式図である。
【符号の説明】
１ エンジン・ブロック ２ エンジン・シリンダ ３ シリンダヘッド ５ ピストン ６ ピストン連接棒 ７ クランク軸 ８ 空気導入導管 ９ 排気ガス導管 １０ 燃料噴射弁 １１ 点火プラグ １４ 運動方向 １５ 新鮮の空気 １６ 戻し排気ガス １７ 境界層 １８，１９ 弁 ２０，２０′，２１，２１′，２２，２２′ 排気ガ
ス導入口 ２３ 圧縮された新鮮な空気の谷間 ２４ 圧縮された新鮮な空気の円板 ２５ 圧縮された新鮮な空気のレンズ部分 ２６，２７，２８ エンジン・シリンダ ２９，２９′ 排気ガスの調整弁 ３０，３０′，３１，３１′，３２，３２′ 排気ガ
スの戻し通路 ３４，２５，３６ 排気ガスの集合通路 Ａ，Ｂ 排気ガスの流れ ＯＴ 上死点 ＵＴ 下死点
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年７月２９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 25/07 ＺＡＢ ５８０ Ｃ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピストンの圧縮上昇ストロークの前に、
    一つの装置によりエンジン・シリンダで戻し排気ガスと
    新鮮な空気の回転する層形成を行い、 エンジン出力に応じて排気ガスを異なった量でエンジン
    ・シリンダに制御して導入し、 他方のシリンダの排気ガスの排出周期から一方のエンジ
    ンのシリンダを満たすために排気ガスを取り出し、前記
    シリンダのピストンが同じクランク直角部分のクランク
    ピンの上に配設されていて、 他方のシリンダからの排気ガスの取り出しが付属するピ
    ストンの下死点の領域で行われる、 多気筒燃焼エンジンを排気ガスと燃費に関して最適に駆
    動する方法において、 エンジン・シリンダを充填するため、先ず出力に応じた
    排気ガスの量を少なくとも一つの排気ガス調整弁でエン
    ジン・シリンダにほぼ接線方向に配量導入し、 次いで、シリンダを完全に充填するため、新鮮な空気の
    残量を吸引し、 その場合、予め導入された排気ガスと噴射すべき燃料の
    量と共に導入弁を開放して、吸引された新鮮な空気の量
    を配量導入し、エンジンの出力に無関係に常時値λ＝１
    に調節し、 次いで、層状にされたシリンダの充填がシリンダのピス
    トンにより圧縮され、 次いで、シリンダの中にある新鮮な空気に燃料を直接噴
    射し、次に発生した燃料と空気の混合物を点火し、 次続く膨張期間で、他方のシリンダを充填するのに必要
    な排気ガス量を排気できる程度に、シリンダの内圧が高
    くなると、シリンダの排気ガスの排出弁が出力に応じて
    初めて開く、ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 戻し排気ガスはピストンの下死点ＵＴの
    領域で接線方向および／またはシリンダに半径方向にず
    らして導入され、主に鍋状の排気ガスの濃度がシリンダ
    に発生し、この中心で新鮮な空気が重なることを特徴と
    する請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 シリンダに接線方向に導入される排気ガ
    スは排気ガスの分割流Ａ，Ｂとなってシリンダの内壁で
    層をなすことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 エンジン・シリンダは各出力領域で絞り
    弁で絞られていなく、完全に充填されたシリンダ室で駆
    動されることを特徴とする請求項１または２に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 エンジン・ブロック（１）にエンジン・
    シリンダ（２，２６，２７，２８）が配設され、これ等
    のシリンダ内でクランク軸（７）に連結するピストン
    （５）が周期的に往復運動でき、 各シリンダ（２，２６，２７，２８）が上端部でシリン
    ダヘッド（３）によって遮断され、 各シリンダ（２，２６，２７，２８）に対してシリンダ
    ヘッド（３）にそれぞれ少なくとも一つの空気導入弁
    （１８）と排気ガス排出弁（１９）および燃料噴射弁
    （１０）ならびに点火プラグ（１１）が配設され、 各シリンダ（２，２６，２７，２８）がピストン運動の
    下死点ＵＴの領域でシリンダの周囲に対して接線方向に
    ずらして配設された少なくとも二つの排気ガス戻し通路
    （３０，３０′）用の排気ガス導入口（２０，２０′）
    を有し、これ等の導入口が他方のシリンダに接続し、 更に、各シリンダ（２，２６，２７，２８）がシリンダ
    の周囲で半径方向にずらして配設された少なくとも二つ
    の他の排気ガス導入口（２１，２１′，２２，２２′）
    を有し、 シリンダに流入する戻し排気ガスにより、境界線（１
    ７）を有する主に回転するほぼ鍋状の排気ガスの集合部
    が形成され、これ等の集合部の内部空間に空気導入弁
    （１８）で配量導入される新鮮な空気（１５）が集中す
    るように、排気ガス導入口（２０，２０′，２１，２
    １′）が相互に配設され、 燃料噴射弁（１０）を介して燃料がシリンダに直接導入
    でき、点火プラグ（１１）によって点火できることを特
    徴とする燃焼エンジン。
  6. 【請求項６】 個々のシリンダの排気ガス導入口（２
    ０，２０′，２１，２１′，２２，２２′）は排気ガス
    戻し通路（３０，３０′，３１，３１′，３２，３
    ２′）を介して相互に連通していることを特徴とする請
    求項５に記載の燃焼エンジン。
  7. 【請求項７】 少なくとも二つのシリンダのそれぞれの
    排気ガス戻し通路（３０，３０′，３１，３１′，３
    ２，３２′）は相互に連通し、シリンダのピストンは同
    じクランク直角部分のクランクピン上に配設され、４サ
    イクル４気筒エンジンの場合、第一シリンダ（２６）が
    第四シリンダ（２）に、また第二シリンダ（２７）が第
    三シリンダ（２８）に上記排気ガス戻し通路を介して連
    通していることを特徴とする請求項５または６に記載の
    燃焼エンジン。
  8. 【請求項８】 排気ガス戻し通路（３０，３０′，３
    １，３１′，３２，３２′）の中、あるいは排気ガス集
    合通路（３４，３５，３６）の中には、それぞれ少なく
    とも一つの排気ガス調整弁（２９，２９′）が配設され
    ていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に
    記載の燃焼エンジン。
  9. 【請求項９】 同じ幾何学形状の排気ガス戻し通路とシ
    リンダの導入位置はそれぞれ主に約 180°互いにずらし
    てシリンダの周囲に配設されていることを特徴とする請
    求項５〜８のいずれか１項に記載の燃焼エンジン。
  10. 【請求項１０】 シリンダの周囲で接線方向に配設され
    ている排気ガス導入口（２０，２０′）は、シリンダの
    内壁のところで互いに重なって層となるコイル状の排気
    ガス流（Ａ，Ｂ）となるように垂直に上向きの切り口と
    なってシリンダ室（２）に流入することを特徴とする請
    求項５〜９のいずれか１項に記載の燃焼エンジン。
  11. 【請求項１１】 燃料噴射弁（１０）は空気に支援され
    る噴射弁として構成され、燃料がキャリヤ空気流によっ
    て弁の中で捕捉され、弁の開口に合わせて非常に微量の
    燃料粒子になることを特徴とする請求項５〜１０のいず
    れか１項に記載の燃焼エンジン。
JP6111446A 1993-05-27 1994-05-25 直接噴射燃焼エンジンとこのエンジンの駆動方法 Withdrawn JPH0791271A (ja)

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