JP2002532651A - 内燃機関の燃焼室において混合気を生成する方法 - Google Patents

内燃機関の燃焼室において混合気を生成する方法

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Abstract

(57)【要約】 １．内燃機関の燃焼室において混合気を生成する方法。２．１．本発明は、内燃機関の作動サイクル中に、燃料が、変化する燃料質量流量で燃焼室内に噴射される、内燃機関の燃焼室において混合気を生成する方法に関するものである。２．２．第１の方法では、本発明に従って、第１噴射段階において主燃料量が噴射され、第２噴射段階において追加燃料量が噴射され、第３噴射段階において点火燃料量が噴射されるように、少なくとも特定のエンジン作動条件下で、上記３段階の燃料噴射が圧縮フェーズ中に行われ、第２の方法では、燃料量が、最大初期値からゼロまで着実に下降するように減少する燃料質量流量で噴射され、第３の方法では、燃料量が、少なくとも時々、空気質量流量に比例する燃料質量流量で吸入フェーズ中に噴射される。２．３．例えば、往復ピストン、火花点火エンジンの燃焼室中における混合気生成のために使用。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、内燃機関の作動サイクル中に、燃料が、変化する燃料質量流量で燃
焼室内に噴射される、内燃機関の燃焼室において混合気を生成する方法に関する
ものである。
【０００２】 直接噴射内燃機関のシリンダーにおける点火可能な燃料／空気混合気の生成方
法は、ＤＥ１９６４２９５３Ｃ１公報により知られている。この方法において、
可変調整可能な開放リフトを有する噴射弁により、燃料は各燃焼室内に噴射され
る。この構成において、弁リフトの調整は、エンジン作動条件の関数として、特
に、エンジン速度、吸入質量流量、過給、排気および／または内燃機関の円滑な
運転の関数として行われる。この公報には、噴射弁の開放リフトが、事実、噴射
期間の中心領域における開放リフトが短時間増加することによって、または、開
放リフトの動的減少が、燃料噴射の開始時における高初期値から燃料噴射の最後
におけるゼロではない減少した最終値まで動的に減少することによって、噴射手
順の間変化され得ることも開示されている。開放リフトの動的減少は、逆の指数
関数により生じ、大部分の測定された燃料量は、噴射期間の開始時において高燃
料質量流量で燃焼室内に噴射される。
【０００３】 内燃機関の作動方法は、ＤＥ１９６０２０６５Ａ１公報により知られており、
この方法において、主燃料量は各圧縮行程段階中にピストン燃焼室に噴射され、
固定可能期間の噴射休止後に、点火燃料量がピストン燃焼室内に噴射される。こ
のことは、噴射される燃料チャージの層状化を達成し、２つの混合気クラウドは
点火時に互いに重なるか、または結びつけられる。
【０００４】 ＤＥ１９５３００７２Ａ１公報により知られた内燃機関は、エンジン燃料が２
つの部分量に分けられて燃焼室内に噴射され、その結果得られる第１のより多い
混合気量が、点火時に得られる第２のより少ない混合気量から分離される。第１
の部分燃料量の噴射は、吸入行程中に行われ、第２の部分燃料量は、膨張フェー
ズに別の燃焼室部分に噴射され、点火される。
【０００５】 本発明の目的は、噴射手順の特別な形態により内燃機関の改良された運転動作
を達成する、内燃機関の燃焼室における混合気の生成方法を提供可能とすること
にある。
【０００６】 この目的は、本発明によれば、請求項１、３または５記載の特徴を有する方法
により達成される。
【０００７】 請求項１の方法は、主燃料量が追加燃料量によって点火燃料量に結合される３
段階燃料噴射を提供するものである。主燃料噴射と点火燃料噴射の間に噴射され
る追加燃料量により、主燃料量と点火燃料量の噴射の開始と終了の時間を、より
柔軟な方法で選択することができる。比較的低い燃料質量流量で、すなわち噴射
弁の小さな開口で、少ない燃料量が、追加的な燃料量として燃焼室内に噴射され
ることが好ましい。主燃料量と点火燃料量は、主燃料量の確かな点火が生じるよ
うに互いに結合される。
【０００８】 請求項２による本発明の変形例において、主流量と点火燃料量は、大量で、実
質的に同じ量の、すなわち噴射弁の同じ開口位置の、燃料質量流量で燃焼室内に
噴射される。この構成では、噴射弁制御装置は、噴射弁を２つの異なる開口位置
でのみ駆動する。従って、この方法は、特に簡単な方法で効果を得ることができ
る。
【０００９】 請求項３による方法は、作動サイクル中に、燃料質量流量がゼロとは異なる最
大初期値からゼロまで安定的に低下するような燃料噴射を提供する。この構成で
は、噴射弁は連続的または段階的にゆっくり閉鎖され、混合気クラウドにおける
空気／燃料比率の高値から低値への変化が達成される。これにより、好ましい燃
料分布を有する点火混合気が、ある特定の時間に、混合気クラウドのある位置に
おいて存在することを確実にする。
【００１０】 請求項４による本発明のその他の変形例では、噴射弁は、連続的または好まし
くは同じ大きさで段階的に、開位置から閉位置まで変えられ、燃料質量流量は対
応してゼロまで減少する。
【００１１】 請求項５による方法では、燃料は、燃焼室内に流入する燃焼空気の質量流量の
関数として噴射される。この構成において、燃料質量流量は、概ね一定の空気／
燃料比率が燃焼室領域において達成されるように、少なくとも時々、空気質量流
量に比例している。この目的のために、噴射弁のニードルリフトは、特に、空気
吸入弁の動きと調和する。本発明の有利な具体例を図面に示し、以下説明する。
【００１２】 往復ピストン、火花点火エンジン形態の典型的な内燃機関は、複数の作動シリ
ンダーを有しており、それぞれが、少なくとも１つの空気吸入弁、少なくとも１
つの排気弁、燃焼室に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁、および噴射された
燃料を点火するための点火プラグと結びついた燃焼室を備えている。往復ピスト
ンの吸入および／または圧縮行程中に、微細な霧状の燃料が、噴射弁により、吸
入された燃焼空気中に噴射され、それによって空気／燃料混合気を生成する（い
わゆる内部混合気生成）。特に、いわゆるジェット−制御の燃焼方法の場合にお
いて、点火可能な空気／燃料混合気は、点火時に点火プラグの領域に存在するこ
とが必要である；圧縮行程への噴射の場合には、これは、噴射弁の噴射ジェット
領域における点火プラグの適当な配置によって確保される。
【００１３】 噴射燃料の最適燃焼のための本質的基準は、噴射燃料の点火安定性と完全燃焼
であり、それにより燃焼室における炭化、サイクル変動および汚染物排気の増加
が避けられる。以下説明する燃焼室における混合気の生成方法の具体例は、この
目的に適うものであり、これらの例は、例えば、エンジンの負荷条件の関数とし
て、内燃機関の作動中、代替的に使用することができる。
【００１４】 本発明による方法の第１の例により、作動サイクル中にシリンダーの燃焼室に
噴射される燃料量は、３つの部分量、主燃料量、点火燃料量および追加燃料量に
細分される。主燃料量は、第１噴射段階において燃焼室内に噴射され、第１混合
気クラウドを生成する。この噴射段階は、作動シリンダー内に案内された往復ピ
ストンの圧縮フェーズの開始時に実施されることが好ましい。上記噴射段階の開
始は、変形方法においては、吸入フェーズ中に既に与えておくことができる。
【００１５】 第２噴射段階では、それが第１段階に直接すなわち噴射の中断なしに続くもの
であり、追加燃料量が、第１噴射段階において与えられる燃料質量流量より少な
い燃料質量流量で、燃焼室内に噴射される。
【００１６】 最後に、第３噴射段階では、それも第２段階に直接続くものであり、点火燃料
量が、第２噴射段階において与えられる燃料質量流量より多い燃料質量流量で、
燃焼室内に噴射される。点火燃料量は、第２混合気クラウドを生成し、それが、
点火プラグにより点火され、燃焼過程を開始させる。この目的のために、第２混
合気クラウドは、概ね化学量論的な空気／燃料混合気を有する。
【００１７】 追加燃料量は、その大きさが第１混合気クラウドと第２混合気クラウド間の時
間的および空間的間隔に依存するものであるが、これらの２つの混合気クラウド
を一緒に結合させるものであり、それによって、それらは互いに無関係に燃焼室
中に噴射され得る。追加燃料量は、点火燃料量から主燃料量への点火の確かな移
行を確保し、その他はできる限り少なくなるように選択される。
【００１８】 提案された３段階の燃料噴射は、混合気生成および燃焼位置の最適化のために
増加された形状領域を与える。例えば、図１ａは、上記第１の方法を実施すると
きの、内燃機関の電磁的に駆動される噴射弁の駆動電圧Ｕ１の時間ｔに対する変
化を示しており、この電圧Ｕ１は、噴射弁の理想的なニードルリフトＨｉ１に比
例している。図１ｂは、関連する噴射手順におけるニードルリフトＨｒ１の実際
の変化を示す。
【００１９】 内燃機関の燃焼室内で混合気を生成するための本発明による方法の第２の例で
は、燃料は、内燃機関の作動サイクルにおいて燃料質量流量の安定な下降を伴い
ながら、噴射弁を用いて燃焼室内に噴射される。燃料は、圧縮フェーズの開始後
に噴射されることが好ましく、その燃料質量流量は最大初期値から減少してゼロ
まで下降する。燃料質量流量の減少は、噴射弁をゆっくり閉じることにより達成
される。この時点において、１つの例として、時間ｔに対する、内燃機関の電磁
的に駆動される噴射弁の駆動電圧Ｕ２を図２ａに示す。この電圧Ｕ２は、噴射弁
のニードルリフトの理想的変化Ｈｉ２に概ね比例している。関連する噴射手順に
おける時間ｔに対する噴射弁のニードルリフトの実際の変化Ｈｒ２を図２ｂに示
す。図２ａおよび図２ｂから明らかなように、噴射弁の慣性および駆動電圧Ｕ２ の段階的減少によるその駆動のために、噴射弁の概ね連続的な閉鎖を達成するこ
とができる。噴射弁のゆっくりとした閉鎖のために、高値から低値へ連続的に変
化する空気／燃料比率が、生成された混合気クラウドにおいて生じる。これは、
特に高負荷要求の場合に、混合気クラウドの位置で所望の点火時間に、点火可能
な空気／燃料混合気が存在することを確実にすることを可能とする。
【００２０】 内燃機関の燃焼室における混合気を生成するための本発明の方法による第３の
例では、吸入フェーズ中において燃焼室に導入される空気質量流量は、測定器に
より検出され、少なくとも時々、空気質量流量に比例する燃料質量流量が、噴射
弁により燃焼室内に噴射される。空気質量流量と燃焼質量流量との比例的な関係
は、この構成においては、エンジンに与えられる負荷の関数として選択され得る
。この方法の変形具体例において、ニードルリフトは空気質量流量に比例するよ
うに選択され、それが、噴射弁の開放特性に依存する燃料質量流量を与える。
【００２１】 本方法による第３の例は、均質な空気／燃料混合気の生成を可能にするが、そ
れは、例えば、全負荷運転において、チャージの層状化のないエンジンの作動の
場合に特に望ましい。本発明による方法の第３の例は、上記方法における他の２
つの例の１つより優先することができ、またはそれらと組み合わせることができ
る。本方法のすべての例は、内部混合気生成を伴う内燃機関の効率の最適化、点
火安定性の改良、サイクル変動および汚染物排気の減少、および燃焼室内の炭化
の減少による高レベルの長期安定性を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１ａは、時間ダイヤグラムにおいて、本発明による方法の第１の例における
内燃機関の噴射弁の、駆動電圧の要求値の変化またはそれに比例する理想的なニ
ードルリフト変化を示す。 図１ｂは、時間ダイヤグラムにおいて、図１ａによる方法における実際のニー
ドルリフト変化を示す。
【図２】 図２ａは、時間ダイヤグラムにおいて、本発明による方法の第２の例における
内燃機関の噴射弁の、駆動電圧の要求値の変化またはそれに比例する理想的なニ
ードルリフト変化を示す。 図２ｂは、時間ダイヤグラムにおいて、図２ａによる方法における実際のニー
ドルリフト変化を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｅｐｐｌｅｓｔｒａｓｓｅ 225 Ｓｔｕ ｔｔｇａｒｔ Ｇｅｒｍａｎｙ (72)発明者 モウル，デボラー ドイツ国 エスリンゲン ヘルダーリンヴ ェーク 37 (72)発明者 レスラー，クラウス ドイツ国 アルトバッハ ハルトヴェーク ７ (72)発明者 ベント，グイード ドイツ国 オッペンヴァイラー ドルンブ ルガーシュトラーセ ５ Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AA05 AB02 AD12 BA03 CC06U CE22 DA01 DA04 DA09 3G301 HA01 HA04 HA16 JA00 LB04 LC01 MA12 MA18 MA23 MA27

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の作動サイクル中に、燃料が、変化する燃料質量流
    量で燃焼室内に噴射される、内燃機関の燃焼室において混合気を生成する方法で
    あって、 第１噴射段階において、内燃機関の負荷条件に依存する主燃料量が、第１混合
    気クラウド生成のために噴射され、 第１段階に直接続く第２噴射段階において、追加燃料量が、第１噴射段階にお
    いて提供される燃料質量流量より少ない燃料質量流量で噴射され、 第２段階に直接続く第３噴射段階において、点火燃料量が、第２噴射段階にお
    いて提供される燃料質量流量より多い燃料質量流量で、第２混合気クラウド生成
    のために噴射されるように、 少なくとも特定のエンジン作動条件下で、上記３段階の燃料噴射が圧縮フェー
    ズ中に行われ、 前記追加燃料量の噴射が、それによって第２混合気クラウドが第１混合気クラ
    ウドに結合されるように選択されることを特徴とする上記方法。
  2. 【請求項２】 第１および第３噴射段階における燃料質量流量が、実質的に
    等しい大きさであることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 内燃機関の作動サイクル中に、燃料が、変化する燃料質量流
    量で燃焼室内に噴射される、特に請求項１または２記載の、内燃機関の燃焼室に
    おいて混合気を生成する方法であって、 少なくとも特定のエンジン作動条件下で、燃料が、最大初期値からゼロまで着
    実に下降するように減少する燃料質量流量で、圧縮フェーズ中に噴射されること
    を特徴とする前記方法。
  4. 【請求項４】 燃料質量流量が、最大初期値からゼロまで連続的にまたは少
    なくとも３段階で減少することを特徴とする請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 内燃機関の作動サイクル中に、燃料が、変化する燃料質量流
    量で燃焼室内に噴射される、特に請求項１〜４のいずれかに記載の、内燃機関の
    燃焼室において混合気を生成する方法であって、 少なくとも特定のエンジン作動条件下で、燃料量が、少なくとも時々、空気質
    量流量に比例する燃料質量流量で、吸入フェーズ中に噴射されることを特徴とす
    る前記方法。
JP2000588505A 1998-12-15 1999-11-03 内燃機関の燃焼室において混合気を生成する方法 Pending JP2002532651A (ja)

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