JP2002523679A - 多気筒内燃機関とその作動方法 - Google Patents

多気筒内燃機関とその作動方法

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Abstract

(57)【要約】 第一シリンダ（２−６）と少なくとも一個の第二シリンダ（７）から成る内燃機関（１）とその内燃機関（１）を運転する方法とが記載されている。この場合に、第二シリンダ（７）がディスペンサ−シリンダとして役立ち、排ガスの一部が排ガス戻し装置（１４）を介して新鮮ガスに供給されている。本発明によると、第二シリンダ（７）に供給される燃料量が第一シリンダ（２−６）に供給される燃料量と無関係に制御されることが意図されている。これにより酸素部分圧が影響されるので、内燃機関（１）の酸化窒素の排出の低下が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は多気筒内燃機関とそのような内燃機関を運転する方法とに関する。
【０００２】 内燃機関における酸化窒素の排出を下げる有効な処置は排ガス帰還を実体とす
る。これは供給される新鮮ガス中の酸素部分圧の降下により達成される。この種
のシステムは例えば欧州特許第０４４２９８１号明細書から知られている。この
明細書に提示された内燃機関には、排出シリンダの排ガスが共通吸込み集中管に
供給される。それで、総てのシリンダは吸込み空気と戻される排ガスとから成る
混合気を供給される。
【０００３】 同様に出願人が出したドイツ特許第４３３１５０９号明細書から排ガス帰還シ
ステムを備える分割されたエンジンは知られている。その分割されたエンジンは
引き続き第一シリンダと呼ばれる受容シリンダと引き続き第二シリンダと呼ばれ
る少なくとも一つの排出シリンダとから成る。この場合に吸込みシステムは二つ
に分割されている。第一シリンダは吸込み空気と第二シリンダから戻される排ガ
スとから成る混合気を含有する。第二シリンダは専ら吸込み空気を含有する。
【０００４】 前記された従来技術から出発して、本発明の課題は酸化窒素の排出の更なる降
下を考慮してこの吸込みシステムを開発することである。
【０００５】 この課題は、一方で、請求項１に挙げられているように、多気筒内燃機関を運
転する方法によって、他方で、請求項１２に挙げられた特徴部分を備える多気筒
内燃機関によって解決される。
【０００６】 本発明による方法は、この種の内燃機関用の請求項１により、第二シリンダ（
７）に噴射される燃料量の制御が第一シリンダ（２−６）に噴射される燃料量の
制御と無関係に行われることを意味する。
【０００７】 本発明の方法の本質的利点は、広い運転範囲にわたる独立した制御によって酸
化窒素の排出の降下を可能とし、同時に内燃機関がその出力量を考慮して最適に
運転できる。
【０００８】 本発明の構成では、第一シリンダと第二シリンダ用の燃料噴射の噴射開始及び
／又は噴射期間は互いに無関係に調整されることが提案されている。
【０００９】 これに対して、第一シリンダに供給される新鮮ガスの酸素部分圧を降下するた
めに第二シリンダに噴射された燃料量が減少される。同時に第二シリンダに噴射
された燃料量の減少と共に第一シリンダに噴射された燃料量が増加される。この
利点は、ディスペンサ−シリンダ（第二シリンダ）用の燃料投入の減少が総ての
シリンダ用の燃料投入の減少を伴う従来の排ガス帰還におけるのとは違って燃焼
最高圧の減少と関連されていることにある。これは特に負荷を受けたエンジンに
おいて好ましく、エンジンではほんの僅かなディスペンサ−シリンダにおける燃
料投入の減少が過給圧にほんの僅かに影響を与えて、第一シリンダ（受容シリン
ダ）に噴射された燃料量の増加によって内燃機関の全出力が維持されている。他
の利点は、内燃機関のクランク軸の応力がシリンダ内の異なる燃焼最高圧による
一様でない負荷によってほんの僅かに増加することにある。
【００１０】 構成には、第一シリンダに供給される新鮮ガスの酸素部分圧を降下するために
第二シリンダに噴射された燃料量が増加されることが意図されている。さらに構
成では、第二シリンダに噴射された燃料量の増加と共に、第二シリンダにおける
燃料量の噴射開始が後に遅れて延期されている。それで、ディスペンサ−シリン
ダ（第二シリンダ）の燃焼最高圧の上昇は噴射された燃料量の増加にもかかわら
ず回避される。
【００１１】 本発明の方法の好ましい態様によると、内燃機関の加速過程では第二シリンダ
に噴射された燃料量が減少されるか或いは第二シリンダへの燃料噴射が完全に遮
断されることが意図されている。これにより排ガス帰還による加速過程での煤発
生がもっと追加的に激しくならない。
【００１２】 本発明の方法の他の好ましい態様によると、内燃機関の無負荷運転では第二シ
リンダへの燃料噴射が遮断されることが意図されている。これによって無負荷運
転では帰還ストラングの露点下の排ガス流の過冷却に基づく内壁通気悪化を回避
することを可能とする。
【００１３】 請求項９によると、第一シリンダに供給される新鮮ガスの酸素部分圧の制御が
内燃機関運転の特性；即ちシリンダ圧、排ガス成分、特にＮＯx,ＨＣ，ＣＯの濃
度、排ガス温度、エンジン回転モ−メント、燃料投入、過給圧、エンジン回転数
の一つ或いは複数の連続した値に依存して行われる。
【００１４】 本発明の方法を実施するために、請求項１０によると、燃料の噴射が一つのコ
モンレ−ル噴射システムによって行われることが提案されている。この噴射シス
テムは高圧下で生じる燃料を維持する共通補助蓄積器を有する。その共通補助蓄
積器は噴射導管を介して内燃機関のシリンダに燃料を噴射する燃料噴射器と接続
されている。供給される燃料量を制御するために制御ユニットが設けられている
。
【００１５】 これと代えて、各燃料噴射器に一個の単一蓄積器が付属されている噴射システ
ムが設けられている。この単一蓄積器がさらに分配導管を介して共通供給導管か
ら燃料を供給する。噴射の制御はこの場合にも制御ユニットより開始される。
【００１６】 本発明は図示された実施例に基づいて説明される。図１は分割された新鮮空気
供給を備える内燃機関のシステム線図を示し、図２は共通新鮮空気供給を備える
内燃機関のシステム線図を示し、図３は分割された新鮮空気供給と単一蓄積器を
備える内燃機関のシステム線図を示す。
【００１７】 図１は内燃機関のシステム線図を示す。内燃機関１は５個の第一シリンダ２−
６（受容シリンダ）と少なくとも一個のシリンダ７（ディスペンサ−シリンダ）
を所持する。第一シリンダ２−６はその入口側に吸込み集中管９と接続されてい
て、その集中管を介してシリンダが新鮮空気を供給される。第二シリンダ７はそ
の入口側に吸込み集中管９により分離された第二吸込み管１０と接続されている
。吸込み集中管９と吸込み管１０にはガスタ−ビン１３と接続された排ガスタ−
ビン式過給機の吸込み空気圧縮機８から濃縮された空気が供給される。出口側で
は第一シリンダ２−６が排ガスシステム１１と接続され、その排ガスシステムが
煤フィルタ１２を介して排ガスタ−ビン式過給機のガスタ−ビン１３に接続され
ている。第二シリンダ７はその出口側には同様に煤フィルタ１５が接続している
排ガス帰還装置１４を介して第一シリンダ２−６の吸込み集中管９と接続されて
いる。排ガス帰還装置１４の接合点の下流で吸込み集中管９及び吸込み管１０に
過給空気冷却機１６が切り換えられる。
【００１８】 内燃機関１の各シリンダ２−７は一個の噴射器２２を備えていて、その噴射器
はそれぞれに噴射導管２１を介してコモンレ−ル噴射システムの共通補助蓄積器
１７と接続されている。この補助蓄積器１７には高圧下に生じる燃料が維持され
ていて、この燃料は高圧ポンプ１９により燃料導管１８から高圧導管２０を介し
てちょうどこの共通補助蓄積器１７まで供給される。制御ユニット２３は噴射間
隔、即ち噴射器２２の噴射開始、噴射期間、噴射終了を制御するのに用いられ、
この噴射器２２はそれぞれに制御導管２４を介して制御ユニット２３に接続され
ている。
【００１９】 制御ユニット２３は運転状態に一致して内燃機関１の各シリンダ２−７用の噴
射された燃料量を制御する。特に制御ユニット２３は制御ユニットが第二シリン
ダ７に噴射される燃料量を第一シリンダ２−６に噴射される燃料量と無関係に制
御するように形成される。その際に第一シリンダ２−６と第二シリンダ７用の噴
射開始及び／又は噴射期間とそれを伴う燃料噴射の噴射終了が互いに無関係に調
整される。第一シリンダ２−６（受容シリンダ）に供給された新鮮空気の酸素部
分圧を上昇するために、第二シリンダ７（ディスペンサ−シリンダ）に噴射され
る燃料量が減少されるので、第二シリンダ７から排出されて、排ガス帰還装置１
４を介して吸込み集中管９まで帰還される排ガス量がより少なくなる。第二シリ
ンダ７に噴射して供給される燃料量の減少と同時に、第一シリンダ２−６に噴射
される燃料量が増加されるので、内燃機関の全出力が維持されている。特にそれ
により内燃機関の燃焼最高圧と排ガスタ−ビン式過給機における圧力は実質的に
一定に維持される。内燃機関のクランク軸はシリンダ内の異なる燃焼最高圧によ
る一様でない負荷によってほんの僅かに追加的に負荷される。
【００２０】 その他方において、第一シリンダ２−６（受容シリンダ）に供給される新鮮空
気の酸素部分圧を下降するために、第二シリンダ７（ディスペンサ−シリンダ）
に噴射される燃料量が増加されて、それにより第二シリンダ７の出口側から排ガ
ス帰還装置１４を介して吸込み集中管９に帰還される排ガス量が増加する。第二
シリンダ７に噴射される燃料量の増加と共に後に遅れた第二シリンダ７への燃料
量の噴射開始の移動によってディスペンサ−シリンダの燃焼最高圧の上昇が補償
され得る。
【００２１】 煤発生を減少するために、内燃機関の加速過程において第二シリンダ７に噴射
される燃料量が減少されるか或いは完全に遮断される。無負荷運転では第二シリ
ンダ７への燃料噴射は同様に、露点下の排ガス流の過冷却によって煤フィルタ１
５を含める排ガス帰還装置１４の内壁通気悪化を回避するために、遮断され得る
。
【００２２】 図２は本発明の方法を実施するために共通新鮮空気供給を備える内燃機関のシ
ステム線図を示す。図１と同じ構成部材は同じ引用符号を備えている。図１との
相違は、第一シリンダ２−６及び第二シリンダ７が吸込み集中管９を介して新鮮
空気を供給されることにある。第二シリンダ７と連続された排ガス帰還装置１４
は煤フィルタ１５を介してこの吸込み集中管９に連通する。図１で述べられたこ
とは方法の経過のために適する。
【００２３】 図３は分割された新鮮空気供給と単一蓄積器を備える内燃機関のシステム線図
を示す。図１と図２と同じ構成部材は同様に同じ引用符号を備えている。高圧ポ
ンプ１９により共通供給導管２７が供給される。共通供給導管２７から分配導管
２６が燃料噴射器２２へ分岐する。この分配導管２６には単一蓄積器２８が設け
られている。図３には吸込み集中管９と吸込み管１０から成る分割された混合気
供給手段が図示されている。無論、共通供給導管２７、分配導管２６と単一蓄積
器２８から成る噴射システムは図２に図示されたシステムに共通集中管を加えて
いる。図１で述べられたことは方法の経過や機能のために適する。
【００２４】 第二シリンダ７に供給される燃料量の制御による第一シリンダ２−６への酸素
部分圧の制御は、定常及び非定常エンジン運転の際に関連したエンジン運転値に
依存した特性で行われる。このためにシリンダ圧（シリンダ内の圧力センサ−に
よる測定）及び／又は、排ガス成分、特にＮＯx,ＨＣ，ＣＯ等の濃度（ガス濃度
センサ−による測定）及び／又は、排ガス温度（排ガスストランド内の温度セン
サ−による測定）及び／又は、エンジン回転モ−メント（回転モ−メントセンサ
−による測定）及び／又は、燃料投入（燃料質量流量センサ−による測定）及び
／又は、過給圧（圧力センサ−による測定）及び／又は、エンジン回転数（クラ
ンク軸における回転数センサ−による測定）及び／又は過給空気温度（新鮮空気
ストランド内の温度センサ−）が提供されている。
【００２５】 非定常エンジン運転の際に噴射される燃料量は前記値に依存して制御され得る
。この入口値２５は制御ユニット２３で検出される。この制御ユニットから内燃
機関１の運転用の制御ユニット２５は必要なパラメ−タを求める。
【図面の簡単な説明】
【図１】 分割された新鮮空気供給を備える内燃機関のシステム線図を示す。
【図２】 共通新鮮空気供給を備える内燃機関のシステム線図を示す。
【図３】 分割された新鮮空気供給と単一蓄積器を備える内燃機関のシステム線図を示す
。
【符号の説明】
１．．．．．内燃機関 ２−６．．．第一シリンダ ７．．．．．第二シリンダ ８．．．．．吸込み圧縮機 ９．．．．．吸込み集中管 １０．．．．吸込み管 １１．．．．排ガスシステム １２．．．．煤フィルタ １３．．．．排ガスタ−ビン １４．．．．排ガス帰還装置 １５．．．．煤フィルタ １６．．．．過給空気冷却機 １７．．．．共通補助蓄積器 １８．．．．燃料導管 １９．．．．高圧ポンプ ２０．．．．高圧導管 ２１．．．．噴射導管 ２２．．．．燃料噴射器 ２３．．．．制御ユニット ２４．．．．制御導管 ２５．．．．入口値 ２６．．．．分配導管 ２７．．．．共通供給導管 ２８．．．．単一蓄積器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｅ 41/02 ３８０ 41/02 ３８０Ｅ 41/04 ３８０ 41/04 ３８０Ｇ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ ３０１Ｎ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｆ ５７０Ｇ ５７０Ｍ ５７０Ｐ Ｆターム(参考） 3G005 DA02 EA16 GD02 GD12 HA05 HA12 HA13 HA18 JA16 JA22 JA24 JA35 JA39 JA42 3G062 AA01 AA03 AA05 BA04 CA03 CA04 CA06 DA01 DA02 ED01 ED04 ED09 ED10 GA06 GA09 GA12 GA14 GA15 GA17 GA18 3G084 AA01 AA03 BA13 BA20 CA03 CA04 DA10 EA04 EA11 EC01 EC03 FA02 FA12 FA13 FA21 FA27 FA28 FA33 3G092 AA02 AA06 AA13 AA17 AA18 BB01 BB10 DB03 DE03S DE06S DF03 EA02 EB05 FA17 FA18 GA03 GA12 HA04Z HA16Z HB01Z HC01Z HD01Z HD04Z HE01Z 3G301 HA02 HA04 HA06 HA11 HA13 JA24 JA25 KA06 KA12 LB11 LB13 MA11 MA24 NB03 NE01 NE06 PA10Z PA16Z PB03Z PC01Z PD01Z PD11Z PE01Z

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第一シリンダ（２−６）と少なくとも一個の第二シリンダ（７）
    を有し、第二シリンダ（７）がディスペンサ−シリンダとして役立ち、排ガスの
    一部が排ガス戻し装置（１４）を介して新鮮ガスを供給されていて、内燃機関（
    １）の第一シリンダ（２−６）と第二シリンダ（７）へ燃料を噴射する噴射シス
    テムを備える内燃機関（１）を運転する方法において、第二シリンダ（７）の噴
    射される燃料量の制御が第一シリンダ（２−６）の噴射される燃料量の制御と独
    立して行われることを特徴とする運転方法。
  2. 【請求項２】 第一シリンダ（２−６）と第二シリンダ（７）用の燃料噴射の噴
    射開始と噴射期間が互いに独立して調整されることを特徴とする請求項１に記載
    された方法。
  3. 【請求項３】 第一シリンダ（２−６）に供給される新鮮ガスの酸素部分圧を上
    げるために第二シリンダ（７）に噴射される燃料量が減少されることを特徴とす
    る請求項１或いは請求項２に記載された方法。
  4. 【請求項４】 第二シリンダ（７）に噴射される燃料量の減少と共に、第一シリ
    ンダ（２−６）に噴射される燃料量が上昇されることを特徴とする請求項２に記
    載された方法。
  5. 【請求項５】 第一シリンダ（２−６）に供給される新鮮ガスの酸素部分圧を降
    下するために第二シリンダ（７）に噴射される燃料量が増加されることを特徴と
    する請求項１或いは請求項２に記載された方法。
  6. 【請求項６】 第二シリンダ（７）に噴射される燃料量の増加と共に、第二シリ
    ンダ（７）における燃料量の噴射開始が後に遅れて延期されることを特徴とする
    請求項５に記載された方法。
  7. 【請求項７】 内燃機関の加速過程において第二シリンダ（７）に噴射される燃
    料量が減少されるか或いは第二シリンダ（７）における燃料の噴射が完全に遮断
    されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載された方法
    。
  8. 【請求項８】 内燃機関（１）の無負荷運転において第二シリンダ（７）の燃料
    噴射が遮断されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載
    された方法。
  9. 【請求項９】 第一シリンダ（２−６）に供給される新鮮ガスの酸素部分圧の制
    御は内燃機関運転の特性；シリンダ圧、排ガス成分、特にＮＯx,ＨＣ，ＣＯの濃
    度、排ガス温度、エンジン回転モ−メント、燃料投入、過給圧、エンジン回転数
    の一つ或いは複数の連続した値に依存して行われることを特徴とする請求項３乃
    至請求項８のいずれか一項に記載された方法。
  10. 【請求項１０】 燃料の噴射が一つのコモンレ−ル噴射システムによって行われ
    、その噴射システムは高圧下で生じる燃料を維持する共通補助蓄積器（１７）と
    、噴射導管（２１）を介して共通補助蓄積器（１７）と接続されていて内燃機関
    （１）のシリンダ（２−７）に燃料を噴射する燃料噴射器（２２）と、シリンダ
    （２−７）に噴射して供給される燃料量を制御する制御ユニット（２３）とを有
    し、第二シリンダ（７）に供給される燃料量の噴射の制御が第一シリンダ（２−
    ６）に供給される燃料量の噴射と無関係に開始されることを特徴とする請求項１
    乃至請求項９のいずれか一項に記載された方法。
  11. 【請求項１１】 燃料の噴射が一つのコモンレ−ル噴射システムによって行われ
    、その噴射システムは各燃料噴射器（２２）のために高圧下で生じる燃料を維持
    する単一蓄積器（２８）を有し、その単一蓄積器（２８）が分配導管（２６）を
    介して共通供給導管（２７）と接続されていて、そしてシリンダ（２−７）に噴
    射して供給される燃料量を制御する制御ユニット（２３）を有し、制御ユニット
    （２３）による第二シリンダ（７）に供給される燃料量の噴射の制御が第一シリ
    ンダ（２−６）に供給される燃料量の噴射と無関係に開始されることを特徴とす
    る請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載された方法。
  12. 【請求項１２】 第一シリンダ（２−６）と少なくとも一個の第二シリンダ（７
    ）を有し、第二シリンダ（７）がディスペンサ−シリンダとして役立ち、排ガス
    の一部が排ガス戻し装置（１４）を介して新鮮ガスを供給されている内燃機関（
    １）において、噴射システムは内燃機関の第一シリンダ（２−６）と第二シリン
    ダ（７）とに燃料を噴射するように設けられており、噴射システムが第一シリン
    ダ（２−６）と第二シリンダ（７）の噴射される燃料量の相互に無関係な制御を
    許容することを特徴とする内燃機関。
  13. 【請求項１３】 内燃機関の噴射システムはコモンレ−ル噴射システムとして形
    成されていて、その噴射システムは高圧下で生じる燃料を維持する共通補助蓄積
    器（１７）と、噴射導管（２１）を介して共通補助蓄積器（１７）と接続されて
    いて内燃機関のシリンダに燃料を噴射する燃料噴射器（２２）と、シリンダ（２
    −７）に噴射して供給される燃料量を制御する制御ユニット（２３）とを有し、
    その制御ユニット（２３）は第一シリンダ（２−６）に供給される燃料量の噴射
    と無関係に第二シリンダ（７）に供給される燃料量の噴射を制御するように形成
    されていることを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関。
  14. 【請求項１４】 噴射システムは燃料噴射器（２２）、高圧下で生じる燃料を維
    持する単一蓄積器（２８）、分配導管（２６）と共通供給導管（２７）と、制御
    ユニット（２３）から成り、各燃料噴射器（２２）には一つの単一蓄積器（２８
    ）が付属されており、単一蓄積器（２８）が分配導管（２６）を介して共通供給
    導管（２７）と接続され、制御ユニット（２３）は第二シリンダ（７）に供給さ
    れる燃料量の噴射の制御が第一シリンダ（２−６）に供給される燃料量の噴射と
    無関係に行われるように形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の内
    燃機関（１）。
  15. 【請求項１５】 第二シリンダ（７）に噴射される燃料量の噴射及び／又は第一
    シリンダ（２−６）に噴射される燃料量の噴射を制御するために、一つ或いは複
    数の連続したセンサ−；即ちシリンダ中の圧力センサ−、排ガス成分用ガス濃度
    センサ−、排ガスストラングの温度センサ−、回転モ−メントセンサ−、燃料質
    量流量センサ−、過給圧用圧力センサ−、クランク軸における回転数センサ−が
    設けられ、そのセンサ−はその出力信号を供給するために制御ユニット（３６）
    と接続されていることを特徴とする請求項１２、１３或いは１４に記載の内燃機
    関。
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