JP2007285299A - 燃焼室弁を備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】空圧支援されたダイレクトスタートのために必要となる圧縮ガスが準備される、内燃機関を備えた装置、特に自動車を提供する。
【解決手段】内燃機関（１）の少なくとも一つのシリンダ（３）が圧力発生ユニット（１７）と接続された燃焼室弁（１４）を有する、内燃機関（１）を備えた装置において、前記圧力発生ユニット（１７）が圧力発生手段（１６）を含む。内燃機関（1）をスタートするために、先ず車のドアの動きによってコンプレッサが操作され内燃機関（1）のスタートのための圧力が生成され、蓄圧器が再スタートのために圧力ガスで満たされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の少なくとも一つのシリンダが圧力発生ユニットと接続された燃焼室弁を有する、内燃機関を備えた装置、特に自動車に関する。

ＤＥ ３１１７１４４ 並びにＤＥ １９９５５８５７から、内燃機関、特にガソリン直接噴射式のエンジンのスタート方法が知られているが、その方法は、スタートを電気的なスタータ無しに、単に目的に合わせた噴射と点火とによって可能にするものである。空圧支援（エアサポート）されたダイレクトスタートの場合には、燃焼室内で弁が用いられ、この弁は特に、対応するシリンダに空気を充填してダイレクトスタートのスタート確実性を高めるという役目を担っている。

空圧支援されたダイレクトスタートの場合には、必要となる圧縮ガスを準備するという問題がある。

本発明の課題は、空圧支援されたダイレクトスタートのために必要となる圧縮ガスを準備することである。

本発明によれば、内燃機関の少なくとも一つのシリンダが圧力発生ユニットと接続された燃焼室弁を有する、内燃機関を備えた装置、特に自動車において、圧力発生ユニットが圧力発生手段を含む。

この燃焼室弁は、とりわけ圧力発生ユニットから内燃機関の燃焼室内への圧縮空気の供給に用いられる。更に、この燃焼室弁は、圧力発生ユニットを内燃機関の燃焼室からの圧縮ガスを用いて、例えば作動行程の間又は後に、圧縮ガスで満たすために用いられる。ここで、圧力発生ユニットとは一般に、圧力を加えられたガスを準備することのできる装置を意味している。圧力発生手段とは、ガスを圧縮することのできる、従って圧力を高めることのできる装置を意味している。圧力発生ユニットは蓄圧器を含んでいることが好ましい。この蓄圧器は、とりわけ容器或いはそれと同等のものとすることができる。圧力発生ユニットは、本発明の一つの実施例では装置（自動車）のエアサスペンションの部分とすることができる。ニューマチックサスペンションを備えた自動車があり、その際、そのニューマチックサスペンションは、蓄圧器と圧力発生手段とを含んでいる。自動車に既に存在しているこれ等の要素を、内燃機関のダイレクトスタートのために利用することができる。圧力発生ユニットがニューマチック・シートサスペンションの部分であるということもあり得る。圧力発生手段はコンプレッサを含んでいることが好ましい。このコンプレッサは、例えば電気的に自動車の車載電源によって、或いは機械的に、例えば内燃機関自身のカムシャフトによって、駆動することができる。コンプレッサは二次エアポンプとすることができる。またコンプレッサは電気的に作動されるか、或いは又コンプレッサは手操作で操作されることもできる。その際、例えばコンプレッサは車のドアの動きによって操作されることができる。

冒頭に述べられた課題は又、車のドアの動きによって操作されるコンプレッサを備えた内燃機関の始動のための方法によっても解決され、その際には、先ず車のドアの動きによって内燃機関のスタートのための圧力が生成され、且つ蓄圧器が再スタートのために圧縮ガスで満たされる。それ故、十分に長い停止時間の後の内燃機関の最初のスタートのために、手操作で車のドアの動きによって内燃機関のスタートのために十分な圧力が生成される。次いで、作動している内燃機関によって、例えば渋滞の際の或いは交通信号の前での短時間のエンジン停止時間の後の再スタートのために、内燃機関の再スタートを支援する蓄圧器が充填される。

圧縮空気の発生或いは圧縮空気の蓄積によって、本発明によれば、各々のスタート時点で燃焼室弁を通じて充填を行うことができ、又それによって効果的なダイレクトスタートを可能にすることが保証される。もう一つの利点は、本発明の実現のために少なくとも部分的に、既に車の中に存在していて、自動車の中で別の用途のために用いられているコンポーネントを利用することができるということである。これによって、追加のコストや重量を節約することができる。

図1には、ピストン２がシリンダ３の中で往復運動をするように配置されている内燃機関１が示されている。シリンダ３は燃焼室４を含んでおり、この燃焼室には、ガス交換弁５を介して吸気管６と排気管７が接続されている。更に、燃焼室４には信号ＴＩによって制御可能な噴射弁８と信号ＺＷによって制御可能な点火プラグ９が割り当てられている。

内燃機関１の第一の運転様態、成層運転の際には、噴射弁８からの燃料がピストン２によって生成される圧縮行程の間に、それも場所的には点火プラグ９の直ぐ周辺に、又時間的にはピストン２の上死点ＯＴ或いは点火時点の直前に、燃焼室４の中へ噴射される。次いで点火プラグ９によって燃料が点火されるので、ピストン２は今や次の作動工程で、点火された燃料空気混合気の膨張によって駆動される。

内燃機関１の第二の運転様態、均質運転の際には、噴射弁８からの燃料がピストン２によって生成される給気行程の間に内燃機関４の中へ噴射される。同時に吸入された空気によって、次いで噴射された燃料は渦流状態となり且つこれによって燃焼室４の中に本質的に一様に（均一に）分布される。燃料空気混合気は圧縮段階の間に圧縮され、次いで点火プラグ９によって点火される。点火された燃料空気混合気の膨張によってピストン２が駆動される。

成層運転の際にも又均質運転の際にも、駆動されたピストン２によってクランクシャフト１０が回転運動され、これによって最終的に、例えばクラッチとギヤを介して、自動車の車輪が駆動される。クランクシャフト１０には回転数センサ１１が割り当てられており、古のセンサがクランクシャフト１０の回転運動に応じて信号Ｎを生成する。

成層運転或いは均質運転の際に、噴射弁８によって燃焼室４内へ噴射された燃料量は制御装置１２、とりわけ燃料消費を少なくするようにおよび／または有害物質の排出を少なくするように、制御される。この目的のために、マイクロプロセッサを備えた制御装置１２が備えられており、このマイクロプロセッサが制御エレメント、特に読出し専用記憶装置（ＲＯＭ）にプログラムを格納しており、このプログラムが、上述の制御の際に実行される。

制御装置１２には、センサを用いて測定された内燃機関１の運転パラメータを表している入力信号が送り込まれる。例えば、制御装置１２は吸気管６の中に配置されているエアマスセンサ、排気管７の中に配置されているラムダセンサおよび／または回転数センサ１１と接続されている。制御装置１２は更に、ドライバーによって操作されるアクセルペダルの位置を知らせる信号ＦＰ（FahrPedal）を生成するアクセルペダルセンサ１３と接続されている。

制御装置１２は幾つかの出力信号を生成し、それ等の出力信号を用い、アクチュエータを介して内燃機関１の挙動に希望する制御に応じて影響を与えることができる。例えば、制御装置１２は、噴射弁８及び点火プラグ９と接続されており、それ等の制御のために必要な信号ＴＩ及びＺＷを生成する。

燃焼室４の上には更に、燃焼室４と接続されている燃焼室弁１４が配置されている。この燃焼室弁１４を通じてガス、例えば空気或いは燃焼された燃料空気混合気を燃焼室４内へ送り込み、および／またはガスを燃焼室から外へ導くことができる。この燃焼室弁１４は、内燃機関の一つ又は複数のシリンダに組み込むことができる。燃焼室弁１４は、蓄圧器１５と接続されており、この蓄圧器１５は更に圧力発生手段１６と接続されている。圧力発生手段１６は、圧縮ガスを蓄圧器１５の中へ送り込むために用いられる。蓄圧器１５と圧力発生手段１６は、圧力発生ユニット１７を構成している。蓄圧器１５は圧力発生手段１６の設計によっては省略することができるので、その場合には圧力発生ユニット１７は唯一圧力発生手段１６だけから構成されることになる。

圧力発生ユニット１７は様々な手法で実現することができる。以下にこの圧力発生ユニット１７の幾つかの実施例が示される。
多くの車、特にいわゆるスポーツユーティリティー・ビークル（ＳＵＶ）と呼ばれる上級クラスの車では、又もっと小型の乗用車でも、徐々にエアサスペンションが用いられるようになって来ている。エアサスペンションのコンポーネントにはとりわけ、エンジンのエアフィルタのクリーン側から空気を吸入してこの空気をエアサスペンションのシステムの中へ送り込むエア供給ユニット（一般に電動コンプレッサが用いられる）が含まれている。エアサスペンションの全体のエア圧縮システムは、同時に内燃機関の空圧支援スタートのための圧力発生ユニットとして用いられる。その際には、このエア供給ユニットが圧力発生手段となり、エアサスペンションのシリンダ、空圧パイプ、及び蓄圧器が蓄圧器１５を構成する。エアサスペンションは、設計によっては１０〜２０バールの最大圧力を生成することができる。その様な圧力の場合には、空圧支援スタートの目的のための内燃機関の充填は、蓄圧器１５による中間蓄圧無しでも可能である。この様にすることによって、既に存在しているエアサスペンションのコンポーネントを内燃機関の空圧スタートのためのシリンダの充填のために用いることができる。

別の実施例では、追加の電動コンプレッサが圧縮空気発生のために用いられる。この追加の電動コンプレッサが圧力発生手段１６となっている。その様なコンプレッサは、例えば自動車のタイヤのエア充填のためのバッテリー駆動の空気圧力コンプレッサとして組み込まれる。設計や出力に応じて、このコンプレッサは蓄圧器１５付きで或いは無しで用いることができる。本発明の別の実施例では、電動の追加圧縮器が用いられる。この追加圧縮器は、この例ではターボコンプレッサであり、好ましくは機械的に、例えば電動駆動装置によって駆動される。前記の追加圧縮器は従来の圧縮器と同じ様に働くけれども、駆動のために何らの流体も必要としない。この駆動は電気的に実現され、それによって、排気ガスターボチャージャーによって知られているように、充填（過給）圧力が到達される。

本発明の別の実施例では、ニューマチック式のシート調整装置が圧力発生ユニット１７として用いられる。車の快適システムを実現するためのニューマチックシステムの利用は、ますます大きな意味を持つようになって来ている。ここでは、その例としてニューマチック式のシート調整装置を挙げることにする。このシステムは、センター・ツイン圧力ポンプを含んでおり、このポンプが今度は又ダイレクトスタートのための充填のためにも利用される。このツイン圧力ポンプは、圧力発生手段１６として蓄圧器１５と接続されている。今日用いられているシステムは、体積流量約１０リットル／分でおよそ３バールの最高充填圧力を実現することができ、これによって蓄圧器１５の容認可能の充填時間を達成することができる。

別の実施例では、多くの車で排気ガスの質の改善のために用いられている二次エアポンプが、圧力発生ユニット１７の圧力発生手段１６として利用される。ここでも又蓄圧器１５が備えられていることがある。

別の実施例では、マニュアルで操作されるエアポンプが圧力発生手段１６として用いられる。このエアポンプはマニュアルで、例えば車のドライバーによって操作される。その際、このエアポンプは、例えば車のドア、特に運転手席側のドアの開閉によって操作される。ドアの閉扉システムの中に、例えばピストンポンプが組み込まれている。ここではピストンポンプの代わりに別の形態のポンプ、例えばエアバッグ等に類似したポンプを用いることもできる。このピストンポンプは、ドアの開閉時に充填圧力を生成し、この圧力で蓄圧器１５が充填される。蓄圧器１５の中に蓄えられた圧縮空気は、内燃機関の最初のダイレクトスタートのために利用され、この場合に、内燃機関の最初のダイレクトスタートの後で蓄圧器１５が内燃機関自身によって再び圧縮ガスを充填される。このようにすることによって、内燃機関の最初のスタートの後の更なるダイレクトスタートのために十分なガス圧力を利用することができる。

空圧支援ダイレクトスタートのための圧力発生ユニットを備えた内燃機関の概略図を示す。

符号の説明

１…内燃機関
２…ピストン
３…シリンダ
４…燃焼室
５…ガス交換弁
６…吸気管
７…排気
８…噴射弁
９…点火プラグ
１０…クランクシャフト
１１…回転数センサ
１２…制御装置
１３…アクセルペダルセンサ
１４…燃焼室弁
１５…蓄圧器
１６…圧力発生手段
１７…圧力発生ユニット
ＦＰ…アクセルペダル位置信号
Ｎ…クランクシャフト回転数信号
ＴＩ…噴射弁制御信号
ＺＷ…点火制御信号

Claims (10)

1. 内燃機関（１）の少なくとも一つのシリンダ（３）が圧力発生ユニット（１７）と接続された燃焼室弁（１４）を有する、内燃機関（１）を備えた装置において、
   前記圧力発生ユニット（１７）が圧力発生手段（１６）を含むことを特徴とする内燃機関を備えた装置。
2. 前記圧力発生ユニット（１７）が蓄圧器（１５）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記圧力発生ユニット（１７）が前記装置のエアスプリングの部分であることを特徴とする請求項1又は２に記載の装置。
4. 前記圧力発生ユニット（１７）がニューマチック・シートスプリングの部分であることを特徴とする請求項1又は２に記載の装置。
5. 前記圧力発生手段（１６）がコンプレッサを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
6. 前記コンプレッサが二次エアポンプであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の装置。
7. 前記コンプレッサが電気的に作動されることを特徴とする請求項５又は６に記載の装置。
8. 前記コンプレッサが手動で操作されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。
9. 前記コンプレッサが車のドアの動きによって操作されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 車のドアの動きによって操作されるコンプレッサによる内燃機関（1）のスタート方法において、
    先ず車のドアの動きによって内燃機関のスタートのための圧力が生成され、蓄圧器が再スタートのために圧力ガスで満たされることを特徴とする内燃機関のスタート方法。

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