JP2003515028A - 制御可能な排気ターボ過給器を備えたピストン式内燃機関を運転する方法とこの方法を実施するためのピストン式内燃機関 - Google Patents

制御可能な排気ターボ過給器を備えたピストン式内燃機関を運転する方法とこの方法を実施するためのピストン式内燃機関

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、排気ターボ過給器（８，９）を備えたピストン式内燃機関を運転する方法に関する。請求項１記載の方法を実施するために、ピストン式内燃機関は、シリンダ（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ）あたり１個の第１の排気弁（３．１）と少なくとも１個の他の排気弁（３．２）を備え、排気弁（３）がそれぞれエンジン制御装置（６）を介して制御可能な固有の動弁機構（５）に連結され、第１の排気弁（３．１）によって、過給器タービン（８）を駆動する第１の排気ガス流が発生し、他の排気弁（３．２）によって第２の排気ガス流が発生し、この第２の排気ガス流が流れ方向に見て過給器タービン（８）の前方で第１の排気ガス流と合流し、それによって第１の排気弁およびまたは第２の排気弁を選択的に制御することにより、第１の排気ガス流およびまたは第２の排気ガス流が、少なくとも一部が触媒作用する排気ガス浄化装置に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 ピストン式内燃機関は、少なくとも自動車で使用する場合、排気ガス浄化装置
を備えている。このようなピストン式内燃機関が排気ターボ過給器を備えている
と、排気ターボ過給器のために、負荷要求にほぼ適合する制御を或る程度行う必
要がある。すなわち、要求される負荷が小さい場合には排気ターボ過給器を介し
ての過給も低減することが望まれる。
【０００２】 高温の排気ガス流を、一方では過給器タービンに、他方では排気ガス浄化装置
に制御可能に分配することを可能にする制御装置の配置は、ターボ過給器の手前
の範囲の排気ガス温度が非常に高いので、構造的にきわめて困難である。
【０００３】 過給器タービン自体と、過給器タービンに供給される排気ガス流を変更するた
めの手前に接続配置された制御装置を備えた、過給器タービンに至るバイパスは
、少なくとも一部が触媒作用する排気ガス浄化装置と関連して、特に低温スター
ト時に問題がある。
【０００４】 基本的には、燃焼プロセスの適当な管理によっておよびまたは排気通路への燃
料と空気の付加的な供給によって、排気ガス浄化装置をできるだけ迅速に運転温
度にもたらし、エンジンスタートに続いて短時間で充分な排気ガス浄化作用を生
じることが行われる。しかし、過給器タービンとバイパス分岐部が無視できない
“低温物質”である。この低温物質は排気ガズ浄化装置の手前に接続配置され、
スタート過程で排気ガスから熱量を奪うので、排気ガス浄化装置は大幅に遅れて
その作動温度に達し、従って長い時間にわたってピストン式内燃機関は排気ガス
によって有害物質を周囲に放出する。
【０００５】 この欠点は、排気ターボ過給器を備えたピストン式内燃機関を運転するための
本発明の方法によって除去可能である。本発明の方法では、シリンダあたり１個
の第１の排気弁と少なくとも１個の他の排気弁を備え、排気弁がそれぞれエンジ
ン制御装置を介して制御可能な固有の動弁機構に連結され、第１の排気弁によっ
て、過給器タービンを駆動する第１の排気ガス流が発生し、他の排気弁によって
第２の排気ガス流が発生し、この第２の排気ガス流が流れ方向に見て過給器ター
ビンの前方で第１の排気ガス流と合流し、それによって第１の排気弁およびまた
は第２の排気弁を選択的に制御することにより、第１の排気ガス流およびまたは
第２の排気ガス流が、少なくとも一部が触媒作用する排気ガス浄化装置に供給さ
れる。制御可能な動弁機構、特に独立して制御可能な動弁機構を備えたピストン
式内燃機関の場合には、エンジン制御装置を介して、吸排気弁の少なくとも開放
時間と、クランク軸角度に対する吸排気弁の開放時間の位相角度を自由に操作す
ることができる。それによって、エンジン運転中１個、複数またはすべてのシリ
ンダの１つまたは複数の作動サイクルにわたって少なくとも第１の排気弁を制御
し、この第１の排気弁を完全に閉鎖するかまたは作動サイクル毎に短時間の開放
から完全開放まで制御するように、エンジン制御装置を調整することができる。
本発明に従って排気ガス流を、過給器タービンに供給される第１の排気ガス流と
、過給器タービンをバイパスする第２の排気ガス流に分割したことにより、第１
の排気弁の制御装置を介して、過給器タービンを経て案内される排気ガス流の量
を、量“０”から排気ガスの全量まで段階的にまたは無段階に調節することがで
きる。
【０００６】 これは低温スタートにとって次のことを意味する。すなわち、スタート回転の
間第１の排気弁が完全に閉じたままであり、スタート過程で要求される負荷が低
減されるので、全部の排気ガス流が排気ガス浄化装置を通って案内され、排気ガ
ス浄化装置がきわめて迅速に作動温度に加熱されることを意味する。暖機運転相
が終了した後で、あるいはピストン式内燃機関が適当な運転負荷を要求するとき
に、エンジン制御装置を介して第１の排気弁が少なくとも部分的に操作されるの
で、負荷要求に基づいて益々増える排気ガス量が、過給器タービンにも供給され
、これに応じて過給器圧縮機が燃焼空気を供給する。これによって、運転中、排
気ガス浄化装置の運転温度が有効温度範囲よりも低下することなく、過給器ター
ビンも加熱される。
【０００７】 適当な制御プログラムの場合、エンジン制御装置を介して第１の排気弁を完全
に開放し、そしてスタート過程に関して説明したように、第２の排気弁の開放を
小さくすることもできる。それによって、強い過給が所望される部分負荷範囲の
加速過程で、ピストン式内燃機関は第２の排気弁の開放を小さくして少なくとも
短時間運転可能であり、それに伴い全部の排気ガス量または少なくとも増量した
排気ガス量が過給器タービンを経て案内され、それによって過給器タービンを経
て増大した流量が供される。
【０００８】 過給作用を高めたり、弱めたりする制御は、両排気弁の開閉時間を個別的に制
御することによって行うことができる。弁タイミングにこのように影響を及ぼす
ことにより、排気ガス量のほかに、両排気通路内の圧力変化にも影響を及ぼすこ
とができる。それによって、タービンを制御することができる。例えばシリンダ
内部圧力が高い場合に第１の排気弁を開放することによって、過給作用を高める
ために過給器タービンによって利用可能な圧力波が発生させられる。それによっ
て、過給器タービンに付設された第１の排気弁を第２の排気弁の前に開放するこ
とによって過給作用を高めることができ、あるいは第２の排気弁を開放した後で
第１の排気弁を開放することにより過給作用を低下させることができる。排気弁
の閉鎖は個々の排気通路内の排気ガス量を制御する。過早の閉鎖は、それぞれの
排気通路の排気ガス量を低減する。従って、第１の排気弁が第２の排気弁の前に
閉鎖されることにより、タービン出力が低下するかあるいは第２の排気弁の後で
第１の排気弁を閉鎖することにより、タービン出力が高められる。
【０００９】 本発明に従って形成されたピストン式内燃機関の概略的な図に基づいて、本発
明を詳しく説明する。
【００１０】 ４個のシリンダＩ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶを備えたピストン式内燃機関１は、シ
リンダＩに基づいて詳しく示すように、シリンダ毎に、２個の吸気弁２．１，２
．２と２個の排気弁３．１，３．２を備えている。吸気弁２．１，２．２と排気
弁３．１，３．２はエンジン制御装置６によって独立して制御可能な動弁機構４
．１，４．２または５．１，５．２を備えている。動弁機構４，５は例えば電磁
式動弁機構、油圧式動弁機構または機械式動弁機構として形成可能である。この
動弁機構は始動および停止と、場合によってはバルブタイミングの変更を可能に
する。この場合、エンジン制御装置６は、負荷要求（ペダル６．１）に相応して
および測定されたおよびまたは統合された特性曲線を考慮して、設定された運転
データによって所属の動弁機構４，５を介して吸排気弁（ガス交換弁）２，３を
制御することができる。
【００１１】 “独立した制御”は、各々の吸排気弁がそれ自体異なるように、しかもシリン
ダ毎に異なるように制御可能であることを意味する。従って、本発明の対象では
、１個、複数個または全部のシリンダＩ〜ＩＶの少なくとも排気弁が適当な設定
値を用いてエンジン制御装置６によって制御可能である。
【００１２】 運転中に発生する排気ガスのために、第１の排気弁３．１は第１の排気通路７
．１に接続され、第２の排気弁３．２は第２の排気通路７．２に接続されている
。
【００１３】 第１の排気通路７．１内の排気ガスはターボ圧縮機９を駆動する過給器タービ
ン８に供給される。このターボ圧縮機によって、燃焼空気または新気混合気が空
気供給通路１０内に圧力下で供給される。
【００１４】 第２の排気通路７．２は流れ方向に見て過給器タービン８の前方で第１の排気
通路７．１と集合して主通路７．３を形成する。この主通路は排気ガス浄化装置
１１に接続されている。
【００１５】 低温スタート時にエンジン制御装置６を介して第１の排気弁３．１が閉鎖保持
され、全部の排気ガス流が第２の排気通路７．２を経て案内されると、過給器タ
ービン８とターボ圧縮機９によって形成された排気ターボ過給器は機能を発揮し
ないので、発生する全部の排気ガス流が排気ガス浄化装置１１に直接案内され、
エンジンプロセスの適当な制御によって、場合によっては点火時期およびまたは
バルブタイミングの調節によって、排気ガスが適当な調整されると共に、低温ス
タート中の排気系内の排気ガスの温度が適切に高められる。それによって、排気
ガス浄化装置１１が数秒の時間で非常に迅速に加熱される。
【００１６】 排気ガス浄化装置１１がその運転温度に達するや否や、第１の排気弁３．１が
一緒に開閉制御されるので、排気ガス流が過給器タービン８を経て案内され、過
給器圧縮機が駆動される。この相において、第２の排気通路７．２を経て案内さ
れる高温の排気ガス流は、排気ガス浄化装置を運転温度に保つために充分である
。一方、第１の排気ガス通路７．１を経て案内される高温の排気ガス流によって
過給器タービン８が加熱され、これによって生じる温度低下が排気ガス浄化装置
の機能を損なうことはない。
【００１７】 スタート相の間および場合によっては暖機運転相において少数のシリンダだけ
が運転されると、すなわち点火の停止、ガス交換弁の停止および燃料供給特に燃
料噴射の停止によってシリンダの一部が停止されると、通常のごとくシリンダは
、点火順序に従って交代して燃料を燃焼し、エンジンを均一に暖める。更に、周
期的に交代して１個のシリンダの運転を停止し、残りのシリンダで燃焼を行うこ
とができる。しかし、あらゆる場合、スタートの過程のために、すべての排気ガ
ス流を先ず最初に排気浄化装置１１を経て案内するために、第１の排気弁３．１
が閉鎖保持される。
【００１８】 本発明は、任意の数のシリンダを備えたピストン式内燃機関に適用可能であり
、上記実施の形態の場合のようにシリンダあたり吸気弁と排気弁を２個ずつ備え
たピストン式内燃機関に限定されるものではない。他の弁配置構造も可能である
。しかし、シリンダあたり少なくとも２個の排気弁が設けられ、この排気弁が排
気ガス浄化装置１１まで、上述の分割された排気ガス案内を可能にすることが重
要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従って形成されたピストン式内燃機関を概略的に示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピッシンガー・マルティーン ドイツ連邦共和国、ミュンヘン、ジルバー パッペルストラーセ、１ (72)発明者 エッシュ・トーマス ドイツ連邦共和国、アーヘン、ゼルザー・ ヴィンケル、35 Ｆターム(参考） 3G005 EA04 EA16 FA35 HA08 HA18 3G091 AA10 AB01 BA03 CB07 HB06 3G092 AA11 AA14 AA18 CA03 CB02 CB04 CB05 DA02 DA03 DA11 DA14 DF02 EA11 EA13 FA15 GA01 GA02 HD10X

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダ（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ）あたり１個の第１の排
    気弁（３．１）と少なくとも１個の他の排気弁（３．２）を備え、排気弁（３）
    がそれぞれエンジン制御装置（６）を介して制御可能な固有の動弁機構（５）に
    連結され、第１の排気弁（３．１）によって、過給器タービン（８）を駆動する
    第１の排気ガス流が発生し、他の排気弁（３．２）によって第２の排気ガス流が
    発生し、この第２の排気ガス流が流れ方向に見て過給器タービン（８）の前方で
    第１の排気ガス流と合流し、それによって第１の排気弁およびまたは第２の排気
    弁を選択的に制御することにより、第１の排気ガス流およびまたは第２の排気ガ
    ス流が、少なくとも一部が触媒作用する排気ガス浄化装置に供給される、排気タ
    ーボ過給器（８，９）を備えたピストン式内燃機関を運転する方法。
  2. 【請求項２】 シリンダ（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ）あたり１個の第１の排
    気弁（３．１）と少なくとも１個の他の排気弁（３．２）を備え、排気弁（３）
    がそれぞれエンジン制御装置（６）を介して独立制御可能な固有の動弁機構（５
    ）に連結され、第１の排気弁（３．１）が排気ガスを過給器タービン（８）に供
    給する第１の排気通路（７．１）に接続され、他の排気弁（３．２）が第２の排
    気通路（７．２）に接続され、この第２の排気通路が流れ方向に見て過給器ター
    ビン（８）の前方で第１の排気通路（７．１）と合流して主通路（７．３）を形
    成し、この主通路が、少なくとも一部が触媒作用する排気ガス浄化装置（１１）
    に接続されている、請求項１記載の方法を実施するための、排気ターボ過給器（
    ８，９）を備えたピストン式内燃機関。
JP2001538655A 1999-11-15 2000-11-09 制御可能な排気ターボ過給器を備えたピストン式内燃機関を運転する方法とこの方法を実施するためのピストン式内燃機関 Withdrawn JP2003515028A (ja)

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