JP2006511753A - 内燃機関の運転方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの制御可能なインテークバルブ（５）と少なくとも１つの制御可能なエキゾーストバルブ（６）とを備えている内燃機関の運転方法であって、内燃機関をスタート運転モードにおいてダイレクトスタートしかつスタート後に少なくとも１つの別の運転モード（１１０）において作動するという形式の方法に関する。
前記スタート運転モード（１００）の間に使用される、内燃機関（１）のエキゾーストバルブのスタートエキゾースト時期が標準エキゾースト時期に比して時間的に遅延されて、内燃機関（１）のダイレクトスタート特性が改善されるようにする。
付加的に内燃機関のさらなる改善のために、スタート運転モード（１００）の間に使用される、インテークバルブの閉時期を標準閉時期に比して時間的に遅延することが可能である。

Description

従来の技術
本発明は、少なくとも１つの制御可能なインテークバルブと少なくとも１つの制御可能なエキゾーストバルブとを備えている内燃機関の運転方法であって、内燃機関をスタート運転モードにおいてダイレクトスタートしかつスタート後に少なくとも１つの別の運転モードにおいて運転するという形式の方法に関する。

本発明は更に、少なくとも１つの制御可能なインテークバルブと少なくとも１つの制御可能なエキゾーストバルブとを備えている内燃機関であって、内燃機関はスタート運転モードにおいてダイレクトスタートされかつスタート後に少なくとも１つの別の運転モードにおいて運転されるという形式のものに関する。

更に本発明は、上に述べた形式の内燃機関に対する制御装置並びに制御装置に対するコンピュータプログラムに関する。

内燃機関のダイレクトスタートの原理、すなわち電気的なスタータまたはそれに類するものなしでの内燃機関のスタートは既に従来技術から公知である。

内燃機関の、停止状態からの確実なダイレクトスタートを可能にするために、ちょうど働き行程にある内燃機関のシリンダの燃焼室に燃料を噴射することが必要である。噴射された燃料の引き続く点火の際に、シリンダにおける圧力が上昇しかつシリンダのピストンを駆動し、ピストンがクランク軸を介して仕事を出力する。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の運転方法並びに内燃機関およびこのための制御装置を内燃機関のより簡単でかつより確実なダイレクトスタートが保証されているように改良することである。

この課題は、冒頭に述べた形式の運転方法において本発明によれば、スタート運転モードの間に使用される、内燃機関の排気ガスを排出するための、エキゾーストバルブのスタートエキゾースト時期を別の運転モードの期間に使用される標準エキゾースト時期に比して時間的に遅延しおよび／またはスタート運転モードの間に使用される、新気を吸入するためのインテークバルブの閉時期を別の運転モードの期間に使用される標準閉時期に比して時間的に遅延することによって解決される。

スタート時エキゾースト時期を標準時エキゾースト時期に比して本発明により遅らせることによって、内燃機関のダイレクトスタートの際の最初の燃焼の期間に放出される燃焼エネルギーの、内燃機関のスタートのために利用可能である機械的な仕事へのより良好な変換が生じる。このようにして、燃焼エネルギーのできる限り最大の部分が内燃機関のスタートのために使用されることが保証されている。

本発明の運転方法において生じる別の有利な効果は、内燃機関のそれぞれのシリンダの燃焼室における圧縮圧力の低減である。この低減はスタート運転モードにおけるインテークバルブの閉時期を遅らせることに基づいているより僅かな空気消費によって生じる。

スタート時エキゾースト時期の本発明による遅延は、スタート運転モードにおける閉時期の遅延と組み合わされて使用することができる。スタート時エキゾースト時期の遅延またはスタート運転モードにおける閉時期の遅延のどちらかだけを行うようにすることも可能である。

カムシャフトを有するバルブドライブシステムの場合、本発明によれば、遅延を、エキゾーストバルブを制御するエキゾーストカムシャフトおよび／またはインテークバルブを制御するインテークカムシャフトの位置調整によって行うことが提案される。殊に本発明の運転方法の別の実施形態によれば、カムシャフトの位置調整のために位相コントローラが使用される。その際インテークカムシャフトおよびエキゾーストカムシャフトを同時に制御することも考えられる。

本発明の別の実施形態では、位相コントローラに対して択一的にまたはこれと並列に、インテークバルブ／エキゾーストバルブの開時期に作用する、インテークカムシャフトおよび／またはエキゾーストカムシャフトの位置調整のためのバルブドライブシステムを使用するようになっている。

別の、非常に有利な本発明の実施形態によれば、インテークカムシャフトおよび／またはエキゾーストカムシャフトを、内燃機関の非活動化の際に既に次のスタートのためにスタート運転モードに位置調整するようにしている。これによりカムシャフトを次のスタートの直前に位置調整する必要性がなくなる。

本発明の方法の別の実施形態によれば、インテークバルブおよび／またはエキゾーストバルブはカムシャフトフリーバルブドライブシステムによって、すなわち電磁式またはハイドロリックに制御される。これをもってしても本発明による、スタート時エキゾースト時期および閉時期の遅延は同様に可能でありしかもこの場合には比較的僅かな機械的コストで実現することができる。

本発明の方法の別の、非常に有利な形態によれば、インテークバルブまたはエキゾーストバルブのバルブストロークを変化するようになっており、これにより内燃機関のダイレクトスタート特性を一層改善することができる。

内燃機関の回転数が増加するに従って遅延を段階的に低減するという本発明の別の実施形態も非常に有利である。内燃機関の回転数が予め定めた最小回転数を上回ると遅延を非活性化する、すなわち段階的な低減は行わないようにすることも可能である。

本発明の課題の別の解決法として、冒頭に述べた形式の内燃機関および冒頭に述べた形式の制御装置において、スタート運転モードの間に使用される、内燃機関の排気ガスを排出するための、エキゾーストバルブのスタートエキゾースト時期は前記別の運転モードの期間に使用される標準エキゾースト時期に比して時間的に遅延可能でありおよび／またはスタート運転モードの間に使用される、新気を吸入するためのインテークバルブの閉時期を別の運転モードの期間に使用される標準閉時期に比して時間的に遅延可能であるようにしたことが提案される。

本発明の課題の更に別の解決法として、冒頭に述べた形式の制御装置に対するコンピュータプログラムが挙げられる。

本発明の別の特徴、使用可能性および利点は、図面の各図に示されている本発明の実施例の以下の説明から明らかである。その際説明されるまたは図示されている特徴はすべてそれ自体でまたは任意の組み合わせにおいて、特許請求の範囲におけるまとめ方またはその係り方に無関係に並びに明細書もしくは図面における表し方もしくは表示の仕方に無関係に発明の対象をなすものである。

図１〜８はそれぞれ、本発明の実施例のバルブコントロール線図を示し、
図９は本発明の方法の実施例の状態線図を示し、かつ
図１０は本発明の内燃機関を略示している。

図１０には、ピストン２がシリンダ３内で往復運動可能である自動車の内燃機関１が示されている。シリンダ３は燃焼室４に接続されており、燃焼室はとりわけ、ピストン２、制御可能なインテークバルブ５および制御可能なエキゾーストバルブ６によって形成されている。インテークバルブ５およびエキゾーストバルブ６の制御は、図１０には図示されておらずかつインテークおよびエキゾースト時期のフレキシブルな調整を可能にする電磁的な調整操作部材を介して行われる。インテークバルブ５には吸気管７が接続されておりかつエキゾーストバルブ６には排気管８が接続されている。

インテークバルブ５およびエキゾーストバルブ６の領域において噴射弁９および点火プラグ１０が燃焼室４内に突出している。噴射弁９を介して燃料を燃焼室４に噴射することができる。点火プラグ１０によって燃焼室４における燃料を点火することができる。

吸気管７に回転可能な絞り弁１１が収容されていて、これを介して吸気管７に空気が供給可能である。供給される空気の量は絞り弁１１の角度位置に依存している。排気管８には、燃料の燃焼によって生じる排気ガスの浄化のために用いられる触媒器１２が収容されている。

噴射弁９は圧力導管を介して燃料蓄積器１３に接続されている。相応の仕方で内燃機関１の別のシリンダの噴射弁も燃料蓄積器１３に接続されている。燃料蓄積器１３には供給導管を介して燃料が供給される。このために、燃料蓄積器１３に所望の圧力を形成するのに適している燃料ポンプが設けられている。

更に、燃料蓄積器１３に圧力センサ１４が配置されており、これによって燃料蓄積器１３の圧力が測定可能である。この圧力は、燃料に及ぼされる圧力であり、かつそれ故に燃料は噴射弁９を介して内燃機関１の燃料室３に噴射される。

内燃機関１の作動中、燃料は燃料蓄積器１３に搬送される。この燃料は個々のシリンダ３の噴射弁９を介して所属の燃料室４に噴射される。その際噴射される燃料量は実質的に噴射時間および燃料蓄積器１３における燃料圧力に依存している。

点火プラグ１０を用いて、燃焼室３において燃焼が生成され、該燃焼によりピストン２が上下往復運動に変換される。これら運動は図示されていないクランク軸に伝達されかつこれにトルクを及ぼす。

制御装置１５には入力信号が印加される。これら入力信号は内燃機関１のセンサを用いて測定された作動量である。例えば制御装置１５は圧力センサ１４、空気質量センサ、回転数センサおよびこのようなものに接続されている。更に制御装置１５は走行ペダルセンサに接続されている。走行ペダルセンサは、運転者によって操作可能な走行ペダル位置、従って要求されるトルクを指示している信号を生成する。制御装置１５は出力信号１７を生成し、これらによってアクチュエータもしくは調整ユニットを介して内燃機関１の特性に影響を及ぼすことができる。例えば制御装置１５は噴射弁９、点火プラグ１０および類似のものに接続されておりかつそのドライブ制御のために必要である信号を生成する。

とりわけ、制御装置１５は、内燃機関１の作動量を制御（開ループ制御）しおよび／または調整（閉ループ制御）するために設けられている。例えば噴射弁９から燃焼室４に噴射される燃料質量は制御装置１５によって殊に僅かな燃料消費量および／または僅かな有害物質発生を考慮して制御（開ループ制御）および／または調整（閉ループ制御）される。この目的のために制御装置１５は、メモリ媒体、殊にフラッシュメモリに、上述の制御および／または調整を実施するのに適しているコンピュータプログラムを記憶しているマイクロプロセッサを備えている。

制御装置１５はインテークバルブ５およびエキゾーストバルブ６もしくはこれらの電磁調整操作部材も制御して、シリンダ３の吸入行程に新気が燃焼室４に吸い込まれもしくは排気行程において燃焼室４から排気ガスが排出されるようにする。本発明においてインテークバルブ５およびエキゾーストバルブ６の特別なドライブ制御が設定されていて、内燃機関１（図１０）が直接、すなわち駆動なしに電気的なスタータまたは類似のものによってスタートされる。

このために、内燃機関１は図９の状態図から明らかであるように、スタートのために停止状態９９からまず、スタート運転モード１００に置かれ、そこから内燃機関は所定の時間後無負荷運転モード１１０に移行する。鎖線で示されている、図９の矢印１２０は状態図の右半分における４つの点と一緒に、内燃機関１（図１０）が無負荷運転モード１１０後に、ステップ１９９において場合によっては内燃機関が非活動化される前に、更に別の運転モードをとってもいいことを示している。

インテークバルブ５およびエキゾーストバルブ６のドライブ制御の時間的な経過は、°ＫＷで示されているクランク角にわたって表されるように示すことができる。このような表示はバルブコントロール線図またはバルブリフト曲線とも称される。

図１には本発明の第１の実施例に対するこの形式のバルブコントロール線図が示されているが、ここでは約１７０°ＫＷおよび３７０°ＫＷの間に延在している実線の曲線の左側の部分がエキゾーストバルブ６に対応しており、一方役３５０°ＫＷおよび５６０°ＫＷの間に延在している実線の曲線の右側の部分がインテークバルブ５に対応している。図２ないし図８の別のバルブコントロール線図においてもすべて、それぞれのバルブコントロール線図の曲線の左側の部分はエキゾーストバルブ６に対応しておりかつ曲線の右側の部分はインテークバルブ５に対応している。このことはシリンダ３（図１０）の燃焼室における燃料空気混合気の燃焼後（図示されていない）エキゾーストバルブ６を通って排気ガスが排出されかつ引き続いて新気がインテークバルブ５を通って吸入される、内燃機関１（図１０）の規定通りの作業サイクルの一部に相応する。

図１の実線は、例えば無負荷運転モード１１０（図９）において行われるような、エキゾーストバルブ６およびインテークバルブ５の従来のドライブ制御を表している。

従来のドライブ制御とは異なって、本発明は図１の第１の実施例においてエキゾースト時期を遅らせるようにしている。このことは図１に鎖線で示されている曲線によって象徴的に示されている。この曲線はエキゾーストバルブ６の本発明のドライブ制御を示しかつ従来のドライブ制御に対して約２０°ＫＷないし３０°ＫＷだけずらされており、すなわち遅延されている。本発明の遅延は付加的に図１に示されている２つの矢印によって明らかにされている。

本発明の遅延に対するクランクシャフト角の上に挙げた値は、内燃機関、環境条件などに応じて著しく変化する可能性がある、例示しただけの値である。このことは、一般的に制限することなく別の挙げられるまたは表示されるクランクシャフト角値に対しても当てはまる。

この本発明の遅延によって、内燃機関１のダイレクトスタートの際の第１の燃焼の期間に放出される燃焼エネルギーの、内燃機関１のスタートのために利用することができる機械的な仕事への一層良好な変換が生じる。

類似の効果は本発明の別の実施形態によればエキゾーストフェーズの短縮によっても実現することができる。この場合エキゾーストバルブ６（図１０）は例えば無負荷運転モード１１０（図９）に比べて比較的短い時間間隔の間開放される。より短縮されたエキゾーストフェーズのために必要なドライブ制御は、従来のドライブ制御に属している曲線がここでも実線で示されている図２の鎖線から分かる。この場合本発明の上に述べた実施例に比べて、本発明により短縮されたエキゾーストフェーズの終わりは従来のエキゾーストフェーズと時間的に終了と合致する。この方法の変形形態は、インテーク／エキゾーストバルブ５，６の開放持続時間の変化のみを許容する内燃機関においても適用可能である。

インテークバルブ５の閉時期が例えば無負荷運転モード１１０において使用される標準閉時期に比べて遅延される別の方法変形形態が図３に示されている。閉時期の本発明による遅延は図３においてここでも鎖線で示されているインテークバルブ５のドライブ制御の、右に向かって示されている矢印によってシンボライズされているシフトによって生じる。

インテークバルブ５の閉鎖時期の本発明によるシフトによって、燃焼室４に生じる、内燃機関１の圧縮圧力の低減が生じ、この結果これによっても内燃機関１のより確実なダイレクトスタートが効果的に実現される。

インテークバルブ５の閉時期の遅延が生じる別の本発明による方法変形形態が図４に示されておりかつ例えば無負荷運転モード１１０に比べて延長されている開放持続時間によって特徴付けられている。この方法の変形形態はこの場合も、インテーク／エキゾーストバルブ５，６の開放持続時間の変化だけを許容し、インテーク／エキゾーストバルブ５，６のドライブ制御の位相の位置調整を許容しない内燃機関にも適用可能である。

図５には、エキゾーストバルブ５６のドライブ制御もインテークバルブ５のドライブ制御も例えば無負荷運転モード１１０に対して時間的に遅延されている別の有利な方法の変形形態が図示されている。

それぞれこれまで説明してきた方法の変形形態の別の組み合わせである、図６ないし図８の本発明の変形形態においても同じ効果が生じる。

この場合図６のバルブコントロール線図は図２および図４の方法変形形態の組み合わせを示しており、すなわち図６のバルブコントロール線図によるドライブ制御では、エキゾーストバルブ６（図１０）は例えば無負荷運転モード１１０（図９）に比べて一層短い時間の間開放されかつ同時にインテークバルブ５の開放持続時間は例えば無負荷運転モード１１０（図９）に比べて延長される。

図７に図示の変形形態は、エキゾーストバルブ６のドライブ制御が従来のドライブ制御に比べて約２０°ＫＷないし３０°ＫＷだけシフトされている、すなわち遅延されており、かつ同時にインテークバルブ５の開放持続時間が無負荷運転モードに対して延長されていることによって特徴付けられている。

図８のバルブコントロール線図は更に、エキゾーストフェーズが短縮されており、かつ同時にインテークバルブ５の閉時点が無負荷運転モードに対して、インテークバルブ５のドライブ制御を従来のドライブ制御に比してシフトすることによって遅延されるという本発明の別の実施形態が示されている。

図６ないし図８のバルブドライブ制御の最後に述べた３つの変形形態によっても、内燃機関１の確実なダイレクトスタートの好適化が実現される。

一般的には、スタート時エキゾースト時期および／またはスタート運転モード１００の期間に使用される閉時期の本発明の遅延はカムシャフトフリーのバルブドライブが行われるすべての内燃機関において実現可能である。

更に本発明の遅延はカムシャフトに基づいているバルブドライブシステムにおいても、例えばその都度インテークカムシャフトないしエキゾーストカムシャフトを位置調整することができる位相コントローラの使用によって実現可能である。

本発明の別の実施形態では、インテークカムシャフトおよびエキゾーストカムシャフトを同時に位置調整する１つの位相コントローラが必要なだけである。この場合に生じるバルブリフト曲線は例えば図５に示されている。

カムシャフトの位置調整に基づいている本発明の別の実施形態では、インテークカムシャフトおよび／またはエキゾーストカムシャフトは内燃機関１の非活動化（図９参照）の際に既に内燃機関１の次のスタートのためにスタート運転モード１００に位置調整されるので、スタートエキゾースト時期および／またはスタート運転モード１００の間に使用される、インテークバルブ５の閉時期の本発明による遅延は内燃機関１の次のスタートにおいて行われる必要はない。

本発明の遅延を実現するために使用される手段に応じて、内燃機関１の増大する回転数とともに低下していく遅延が調整設定可能であるまたは内燃機関１の予め定めた最小回転数を上回った後での遅延の突然の非活性化が調整設定可能である。

同じまたは種々の位相コントローラ、例えば従来技術から公知のベーン型位相コントローラと同様に公知のチェーン式タイミングコントローラとの組み合わせもその都度のシステムに対して必要である位置調整領域の実現のために考えられる。

更に本発明の別の実施形態において、これまで説明した方法の１つまたは複数とインテークバルブ５および／またはエキゾーストバルブ６のバルブリフトの変化との組み合わせが設定されており、これにより内燃機関１のダイレクトスタート特性の一層の改善が計られる。

本発明の方法は直接噴射が行われる内燃機関に使用されるのに特別適しているが、別の噴射システムを有する内燃機関に本発明のバルブドライブ制御を使用することも考えられる。

本発明の実施例のバルブコントロール線図 本発明の実施例のバルブコントロール線図 本発明の実施例のバルブコントロール線図 本発明の実施例のバルブコントロール線図 本発明の実施例のバルブコントロール線図 本発明の実施例のバルブコントロール線図 本発明の実施例のバルブコントロール線図 本発明の実施例のバルブコントロール線図 本発明の方法の実施例の状態線図 本発明の内燃機関の略図

Claims (14)

1. 少なくとも１つの制御可能なインテークバルブと少なくとも１つの制御可能なエキゾーストバルブとを備えている内燃機関の運転方法であって、内燃機関をスタート運転モードにおいてダイレクトスタートさせかつスタート後に少なくとも１つの別の運転モード（１１０）において運転するという形式の方法において、
   前記スタート運転モード（１００）の間に使用される、内燃機関（１）の排気ガスを排出するための、エキゾーストバルブのスタートエキゾースト時期を前記別の運転モード（１１０）の期間に使用される標準エキゾースト時期に比して時間的に遅延しおよび／または前記スタート運転モード（１００）の間に使用される、新気を吸入するためのインテークバルブの閉時期を前記別の運転モード（１１０）の期間に使用される標準閉時期に比して時間的に遅延する
   ことを特徴とする方法。
2. 前記遅延を、エキゾーストバルブ（６）を制御するエキゾーストカムシャフトおよび／またはインテークバルブ（５）を制御するインテークカムシャフトの位置調整によって行う
   請求項１記載の方法。
3. インテークカムシャフトもしくはエキゾーストカムシャフトの位置調整のためにそれぞれ位相コントローラを使用する
   請求項２記載の方法。
4. インテークカムシャフトもしくはエキゾーストカムシャフトの同時の位置調整のために１つの位相コントローラを使用する
   請求項２記載の方法。
5. インテークバルブ（５）／エキゾーストバルブ（６）の開時期に作用する、インテークカムシャフトおよび／またはエキゾーストカムシャフトの位置調整のためのバルブドライブシステムを使用する
   請求項２から４までのいずれか１項記載の方法。
6. インテークカムシャフトおよび／またはエキゾーストカムシャフトを、内燃機関（１）の非活動化（１９９）の際に既に次のスタートのためにスタート運転モード（１００）に位置調整する
   請求項２から５までのいずれか１項記載の方法。
7. インテークバルブ（５）および／またはエキゾーストバルブ（６）をカムシャフトフリーバルブドライブシステムによって制御する
   請求項１記載の方法。
8. インテークバルブ（５）またはエキゾーストバルブ（６）のバルブストロークを変化する
9. 前記遅延を、内燃機関（１）の回転数が増加するに従って段階的に低減する
   請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 前記遅延を、内燃機関（１）の回転数が予め定めた最小回転数を上回ると非活性化する
    請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
11. 少なくとも１つの制御可能なインテークバルブ（５）と少なくとも１つの制御可能なエキゾーストバルブ（６）とを備えている内燃機関（１）であって、内燃機関はスタート運転モードにおいてダイレクトスタートされかつスタート後に少なくとも１つの別の運転モード（１１０）において運転されるという形式のものにおいて、
    前記スタート運転モード（１００）の間に使用される、内燃機関（１）の排気ガスを排出するための、エキゾーストバルブのスタートエキゾースト時期は前記別の運転モード（１１０）の期間に使用される標準エキゾースト時期に比して時間的に遅延可能でありおよび／または前記スタート運転モード（１００）の間に使用される、新気を吸入するためのインテークバルブの閉時期を前記別の運転モード（１１０）の期間に使用される標準閉時期に比して時間的に遅延可能である
    ことを特徴とする内燃機関。
12. 少なくとも１つの制御可能なインテークバルブ（５）と少なくとも１つの制御可能なエキゾーストバルブ（６）とを備えている内燃機関（１）用制御装置であって、内燃機関はスタート運転モードにおいてダイレクトスタートされかつスタート後に少なくとも１つの別の運転モード（１１０）において運転されるという形式のものにおいて、
    前記スタート運転モード（１００）の間に使用される、内燃機関（１）の排気ガスを排出するための、エキゾーストバルブのスタートエキゾースト時期は前記別の運転モード（１１０）の期間に使用される標準エキゾースト時期に比して時間的に遅延可能でありおよび／または前記スタート運転モード（１００）の間に使用される、新気を吸入するためのインテークバルブの閉時期を前記別の運転モード（１１０）の期間に使用される標準閉時期に比して時間的に遅延可能である
    ことを特徴とする制御装置。
13. 少なくとも１つの制御可能なインテークバルブ（５）と少なくとも１つの制御可能なエキゾーストバルブ（６）とを備えている内燃機関（１）の制御装置（１５）用コンピュータプログラムであって、内燃機関はスタート運転モードにおいてダイレクトスタートされかつスタート後に少なくとも１つの別の運転モード（１１０）において運転されるという形式のものにおいて、
    前記スタート運転モード（１００）の間に使用される、内燃機関（１）の排気ガスを排出するための、エキゾーストバルブのスタートエキゾースト時期は前記別の運転モード（１１０）の期間に使用される標準エキゾースト時期に比して時間的に遅延可能でありおよび／または前記スタート運転モード（１００）の間に使用される、新気を吸入するためのインテークバルブの閉時期を前記別の運転モード（１１０）の期間に使用される標準閉時期に比して時間的に遅延可能である
    ことを特徴とするコンピュータプログラム。
14. コンピュータプログラムは電気的なメモリ媒体、例えばフラッシュメモリまたはリード・オンリー・メモリに記憶されている
    請求項１３記載のコンピュータプログラム。

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