JP2012526229A - 内燃機関、および関連する運転方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に自動車の内燃機関の運転方法に関し、内燃機関（１）は、フレッシュエアを内燃機関（１）の燃焼室（４）に供給するためのフレッシュエアシステム（７）を有し、内燃機関（１）は、排気ガスを燃焼室（４）から運び去るための排気ガスシステム（１０）を有し、内燃機関（１）は、排気ガスシステム（１０）から燃焼室（４）への排気ガスの再循環のための排気ガス再循環システム（１３）を有し、内燃機関（１）は、フレッシュエアシステム（７）における、関連する燃焼室（４）の吸気バルブ（５）の上流に配置された少なくとも１つの追加バルブ（２８）を有し、内燃機関１の現在の運転ポイントにおける上記少なくとも１つの追加バルブ２８の作動が、排気ガス中の例えば窒素酸化物含有量、排気ガス中の微小粒子含有量、および内燃機関１の燃料消費などの内燃機関１の環境的パラメータのために、最適化が行われ、または少なくとも２つのこれらの環境的パラメータのために最適な妥協が行われることを特徴とする。

Description

本発明は、特に自動車の内燃機関の運転方法に関するものである。本発明は、さらに、内燃機関に関するものである。

自動車、特に建設車両やオフロード車などの実用車（utility vehicles）に用いられる近代的な内燃機関は、通常、フレッシュエアを内燃機関の燃焼室に供給するためのフレッシュエアシステム、および排気ガスを燃焼室から排出させる排気ガスシステムを有している。加えて、排気ガスシステムからフレッシュエアシステムに排気ガスを再循環させ、汚染物質の排出を抑制するために用いられる内燃機関に排気ガス再循環システムを設けることが知られている。さらに、特に乗用車（passenger vehicles）の内燃機関のために、燃焼室に結合された吸気バルブの上流に、少なくとも１つの追加バルブを設けることが知られている。これらの追加バルブは、例えばインパルスチャージを実現するために用い得る。また、さらに、基本的に、所望の排気ガス再循環レートを設定することが可能になり、それは、排気ガス再循環システムにより、少なくとも１つの追加バルブの相応の操作によって実現される。ここで、圧力変動（pressure oscillations）を発生させ、またはそれぞれ強めるために、フレッシュエアフローにおいてフローダイナミック効果が利用される。その際に、これらの圧力変動は、その振幅に関して、負圧の振幅を通して、圧力低下（pressure drop）が排気ガスシステムに接続される排気ガス再循環システムの吸入口と、排気ガスシステムに接続される排気ガス再循環システムの排出口との間で設定され得るように、定められ得る（positioned）。排気ガス再循環レートは、この圧力低下を通して設定され得る。

本発明は、導入部で、または個々に示されたタイプの運転方法、または内燃機関のための改良された実施例を指摘する問題を扱い、それは、例えば汚染物質の排出、および燃料消費のような、特に環境的に関係のあるパラメータにおいて区別される。

この問題は、独立請求項の主題による発明にしたがって解決される。有利な実施例は、従属請求項の主題である。

本発明は、内燃機関の個々の運転ポイントでの内燃機関の環境的パラメータを最適化するために、または内燃機関の少なくとも２つの環境的パラメータの最適化された妥協を設定するために、少なくとも１つの追加バルブを用いるという概略のアイデアに基づく。例えば、現在の負荷要求、および現在の回転数によって決定される内燃機関の運転ポイントのために、最小の燃料消費、または最小の窒素酸化物含有量、または最小の微小粒子含有量が設定され得る。同様に、少なくとも２つのそのような環境的負荷のための妥協が実現される。その利点は明白である。

本発明は、内燃機関のクランクシャフトの回転に相対的に、またはまたはそのクランクシャフト角度に相対的に、少なくとも１つの追加バルブのフェージングを変化させることによって、そのフェージングに依存した異なる効果が、少なくとも上記環境的パラメータに示されるという知見を利用する。それは、したがって、少なくとも１つの追加バルブのフェージングは、排気ガス再循環レートに対してだけではく、他のパラメータ、すなわち特に少なくとも上記３つの環境的パラメータに対しても影響を有することが見出された。。少なくとも１つの追加バルブのフェージングに対して個々のパラメータが明白に異なる依存性を有するという知見は、ここでは重要である。例えば、窒素酸化物含有量の最小化は、微小粒子含有量の最大化に一致し、このフェ−尽具での燃料消費は概ね中立である。フェージングと各環境パラメータとの依存性の個々のパターンは、加えて、非対称的なので、例えば、明らかに低減された窒素酸化物、およびわずかにだけ増加する微量粒子含有量と伴に、大幅に低減された燃料消費によって識別される、少なくとも２つのパラメータの妥協が今や見出される。この例では、確かに、やや増加した微小粒子含有量が生じるが、しかし、それは近年の排気ガスシステムにおいては制御可能である。

排気ガス再循環レートが、そのような追加のバルブによって実現されるのではなく、むしろ、例えば排気ガス再循環システムが排気ガスシステムから分岐するブランチオフポイントの下流の排気ガスシステム内のバックプレッシャーの増大によって実現される従来の内燃機関、および運転方法では、対応するテスト、および／または計算によって、それぞれの排気ガス再循環レートを内燃機関の個々の運転ポイントに関連付ける特性マップが作られ、その結果、関連する環境的パラメータの最適な妥協に帰着する。本発明の方法に従えば、今や、単に、個々の運転ポイントでのそれぞれの排気ガス再循環レートを設定するために、この排気ガス再循環レートに関連する特性マップが、特性マップに従った少なくとも１つの追加バルブの相応の作動によって請け負われる（undertaken）だけでなく、むしろ、本発明の手順では、各追加バルブの作動を介して、またはフェージングの設定を介して、排気ガス再循環レートが直接設定されるのではなく、しかし、むしろ各追加バルブの作動、またはフェージングを介して、環境的パラメータの目標の設定、またはそれぞれの最適化が行われる。しかし、各追加バルブの作動、または各フェージングは、また、排気ガス再循環レートに影響を及ぼすので、この手順によって、また、各追加バルブのダイナミックな効果との関連において上記環境的パラメータの設定のために究極的に信頼がおける、排気ガス再循環レートの間接的な設定が行われる。

そこで、本発明は従来の排気ガス再循環レートの設定手順と異なるため、非常に大幅に改良された環境的パラメータが実現され得る。

有利な実施例に従えば、各追加バルブは、その作動において、それが、燃焼室に導くフレッシュエアシステムのフレッシュエア流路を交互に開き、閉じるように構成される。したがって、これは、それによって、それを通して流れることが可能な異なる横断面の開口幅が固定的に設定可能なプロポーショナルバルブではなく、しかし、むしろそのスイッチング頻度、すなわちその開放時間によって、または２つの相前後する閉止位置の間の時間によって、フレッシュエア流路のフレッシュエアの流れに影響を及ぼすバルブである。これによって、例えば圧力変動のようなダイナミックな流れが強められ、または生成される。

さらなる発展は、特に、各追加バルブが、固定された作動によってフレッシュエア流路を内燃機関のクランクシャフトの回転数に対する一定の相互関係で、すなわちクランクシャフトのクランクシャフト角に対する一定の相互関係で開閉するように構成されることが有利である。少なくとも１つの追加バルブの作動の設定のために、次に、各追加バルブと、クランクシャフトまたは、そのクランクシャフト角とのフェージングが設定され得る。例えば、各追加バルブのフェージングは、クランクシャフト角（ＣＳＡ）に関して、追加バルブの閉止時間が０°ＣＳＡから例えば２４０°ＣＳＡまで自由に変更可能なように調整され得る。０°ＣＳＡでは、交差位置は、その閉止動作の最終フェーズに位置する排気バルブと、関連する燃焼室の、その開放動作の最初のフェーズに位置する、吸気バルブとの間に位置する。この手順は、各追加バルブの起動、またはそれぞれの作動を単純化する。なぜならば、単にスイッチング頻度は常にそれぞれクランクシャフトの回転数と同じ関係であるか比例し、すなわち、クランクシャフトの回転数と同じ関係で同期して増加または減少し、フェージングが適合されるだけでよいからである。

本発明のさらに重要な特徴および利点は、従属請求項から、図面から、および図面の補助を伴う関連する例示的記述から明らかである。

以上で述べられた特徴、およびさらに以下に説明される特徴は、それぞれ示された組み合わせだけでなく、しかし、また、本発明の範囲を離れることなく、他の組み合わせで、または独立して、用いられることは理解されるべきである。

本発明の好ましい実施例は、以下の記述において図中に例示され、さらに詳細に説明され、同じ参照番号は、同じか、類似するか、または機能的に同じ構成要素を指し示す。

内燃機関の、循環系統の形の大幅に単純化した概略図である。 ２つの追加バルブの配置の大幅に単純化した部分断面斜視図である。 図２の１つの追加バルブを見た図である。 追加バルブ、クランクシャフト間の位相シフトを示す大幅に単純化した図である。 追加バルブの位相シフトと、内燃機関のいくつかのパラメータとの間の関係を示す大幅に単純化された図である。 内燃機関の固定的運転ポイント（fixed operating point）における２つの環境的パラメータの関係を示す単純化された図である。 追加バルブの同調（phasing）と、固定的運転ポイントにおける内燃機関のさらなるパラメータとの関係を示す図である。 ゆっくり、または小さな変化での過渡運転状態（transient operating state）を示す図である。 急速、または大きな変化での図８と同様の図である。

図１によれば、自動車に用いられ得る内燃機関１は、例えば、それぞれ燃焼室４を囲み、内部に、さらには示さないピストンがストロークに関して調節可能に配置される、いくつかのシリンダ３を含むエンジンブロック２を有している。この例では、純粋に例示によって、一般性を失うことなく、まさに６つのそのようなシリンダ３が直列に配置されている。ガス交換バルブ、すなわち吸気バルブ５、および排気バルブ６は、エンジンブロック２に配置され、各燃焼室４に結び付けられている。この例では、１つの吸気バルブ５、および１つの排気バルブ６が燃焼室４ごとに設けられている。それぞれ２つ以上の吸気バルブ５または２つ以上の排気バルブ６も、また設けられ得ることは明らかである。上記内燃機関１は、好ましくは、実用車、および乗用車、すなわち、例えば建設車両やオフロード車などの好適に重量的な実用車（expediently heavy utility vehicles）のための車両駆動としての使用に適している。

内燃機関１は、フレッシュエアを燃焼室４に供給するために働くフレッシュエアシステム７を有している。このために、フレッシュエアシステム７は、図１に矢印で示されるフレッシュエア流路９を含むフレッシュエアダクト８を有している。さらに、内燃機関１は、排気ガスを燃焼室４から排出させるために働く排気ガスシステム１０を備えている。このために、それは、矢印で示される排気ガス流路を含む排気ガスダクト１１を有している。さらに、内燃機関１は、排気ガスを排気ガスシステム１０からフレッシュエアシステム７に再循環させることが可能な排気ガス再循環システム１３を備えている。このために、排気ガス再循環システム１３は、少なくとも１つの再循環ダクト１４を有している。この例では、そのような２つの再循環ダクト１４が設けられている。各再循環ダクト１４は、分岐ポイント１５から合流ポイント１６に通じている。各分岐ポイント１５では、それぞれの再循環ダクト１４が、流入側において排気ガスダクト１１に接続されている。各合流ポイント１６では、それぞれの再循環ダクト１４は、フレッシュエアダクト８に接続されている。

この例では、フレッシュエアシステム７は、少なくとも燃焼室４に近接する部分でダブルフローに構成され、この領域のフレッシュエアダクト８は、第１の３つの燃焼室４に供給する第１のフロー８’と、第２の３つの燃焼室４に供給するのに働く第２のフロー８”とを有している。同様に、排気ガスシステム１０は、少なくとも燃焼室４に近接する部分でダブルフローに構成され、少なくとも４に近接する部分の排気ガスダクト１１は、第１の燃焼室４に結合された第１のフロー１１’と、第２の燃焼室４とを有している。２つの再循環ダクト１４は、したがって、それぞれこれらのフロー８’，８”、またはそれぞれ１１’，１１”に結合されている。例えば各再循環ダクト１４は、排気ガス再循環クーラー１７を備えている。

さらに、図示された例の内燃機関１は、少なくとも１つのチャージ装置を備えてチャージがなされる。例えば、２つのチャージ装置、すなわち、第１のチャージ装置１８、および第２のチャージ装置１９が備えられている。双方のチャージ装置１８，１９は、例えば排気ガスターボチャージャーとして構成されている。したがって、第１のチャージ装置１８は、第１のコンプレッサ２０を備え、それは、フレッシュエアダクト８中に配置され、排気ガスダクト１１中に配置された第１のタービン２２に第１のドライブシャフト２１を介して駆動接続（driving connection）されている。第２のチャージ装置１９は、したがって、第２のコンプレッサ２３を備え、それは、フレッシュエアダクト８中に配置され、排気ガスダクト１１中に配置された第２のタービン２５に第２のドライブシャフト２４を介して駆動接続されている。ここで、上記第２のコンプレッサ２３は、第１のコンプレッサ２０の下流に配置され、第２のタービン２５は、第１のタービン２２の上流に配置されている。第１のコンプレッサ２０と、第２のコンプレッサ２３との間では、フレッシュエアダクト８中に第１のチャージエアクーラー２６が配置されている。第２のコンプレッサ２３と、燃焼室４との間では、フレッシュエアダクト８中に第２のチャージエアクーラー２７が配置されている。

内燃機関１は、さらに、少なくとも１つの追加バルブ２８を備えている。図１の例では、２つのそのような追加バルブ２８が設けられている。各追加バルブ２８は、吸気バルブ５の上流のフレッシュエアシステム７内に配置されている。例えば、フロー８’，８”中には、それぞれ、１つのそのような追加バルブ８が配置されている。各追加バルブ２８は、よって、それぞれ３つの燃焼室４に関連付けられている。

図２は、追加バルブ装置２９の例を示し、これは、共用のドライブ３０によって作動され得る２つの追加バルブ２８を有している。図示のように、追加バルブ装置２９は、互いに機密的に分離された２つのダクト部３１を含み、それによって、追加バルブ装置２９は、フレッシュエアシステム７の２つのフロー８’，８”に連結され得る。各追加バルブ２８は、それぞれ対応するチャネル部３１内に、例えば、特にバタフライフラップとも称されるフラップによって形成されたバルブメンバー３２を有している。バルブメンバー３２は、ドライブ３０に駆動接続された共用のシャフト３３にトルクプルーフに（torque-proof manner）配置されている。ドライブ３０は、好ましくは、バルブメンバー３２を回転させ得るように構成されている。ドライブ３０または各バルブメンバー３２の回転数は、好ましくは、図１に示す内燃機関１のクランクシャフト３４の回転数の正確に半分に対応している。

図３は、そのような追加バルブ装置２９のさらなる実施例を示し、それは、図２に示す実施例と異なり、１つの追加バルブ２８だけを有している。したがって、この実施例は、また、１つのチャネル部３１と、チャネル部３１内に配置されてシャフト３３を介してドライブ３０に駆動接続されたバルブメンバー３２とを含んでいる。

図２および図３に示す実施例は、好ましい追加バルブ２８の例を示し、それは、それらの作動によって、それぞれのフレッシュエア流路９を交互に開き、閉じ得る。例えば、各バルブメンバー３２は、内燃機関１の運転中に回転し、全ての完全な回転において（ every complete revolution）、それは閉位置を２回通過し、２つの相前後する閉位置の間で開く。相前後する２つの閉位置または閉止フェーズの間の時間的距離（chronological distance）は、各追加バルブ２８の切り替え頻度を決定する。適切には、少なくとも各追加バルブ２８の固定的な作動によってクランクシャフト３４の回転数と追加バルブ２８の切り替え頻度との一定の相互関係が実現されるように、各追加バルブ２８がクランクシャフト３４に同期して作動される。

上記のようなクランクシャフト３４と追加バルブ２８との間の相互関係は、図４のダイアグラムを参照して、より詳細に説明される。ダイアグラム中、横軸は、°で表され（in angle degrees）、°ＣＳＡと略記されるクランクシャフト角度を示す。縦軸は、ガス交換バルブのストロークを示す。排気バルブリフティングカーブ３５、および吸気バルブリフティングカーブ３６が、このダイアグラムに示されている。上記２つのバルブリフティングカーブ３５，３６は、微小な領域で互いに交差している。関連する交差位置は、目標として（in a targeted manner）０°ＣＳＡに設定され、さらに、着目される燃焼室に関連するピストンのピストン動作の上死点に一致する。

さらに、図４のダイアグラムは、垂直線の形で、着目される燃焼室４に関連する追加バルブ２８の閉止時間３７を含み、それは図４において同様に図示のために象徴的に表されている。この閉止時間３７は、追加バルブ２８の固定的な作動によって、常にクランクシャフト３４に対して同じ関係になされ、すなわち、常に同じクランクシャフト角度になる。例えば、閉止時間３７は、約１５０°ＣＳＡに位置される。クランクシャフト３４のクランクシャフト角度に対する閉止時間３７の相対的位置は、追加バルブ２８とクランクシャフト３４との間のフェージング（phasing）を決定する。このフェージングは、双方向矢印３８に従って調整可能である。追加バルブ２８とクランクシャフト３４とのフェージングをこのように変化させるために、閉止時間３７は、クランクシャフト角度の減少方向、およびクランクシャフト角度の増大方向の両方向に調整可能である。矢印３９は、閉止時間３７が０°ＣＳＡにある、すなわち縦軸に一致する（runs congruent）初期フェージングの例の閉止時間３７が、その閉止時間３７が約１５０°ＣＳＡにある示された位置まで移動可能であることを示す。基本的に、閉止時間３７のために、より大きなクランクシャフト角度も設定可能であることは明らかであり、例えば２４０°ＣＳＡまで調整可能になされ得る。

図５のダイアグラムでは、閉止時間３７のフェージングが、°ＣＳＡまたはそれぞれの°ＣＡにおける横軸上に再現されている。縦軸は、下方から上方にかけて、排気ガスの微粒子含有量の値（PM：particle content）、排気ガスの窒素酸化物含有量の値（NOx）、内燃機関の燃料消費量の値（BSFC）、および排気ガス再循環レートの値（EGR）を含んでいる。したがって、図５のダイアグラムは、追加バルブ２８のフェージング上の排気ガス中の微小粒子含有量の依存性を示す推移４０、追加バルブ２８のフェージング上の窒素酸化物含有量の依存性を示す推移４１、追加バルブ２８のフェージング上の燃料消費量の依存性を示す推移４２、および追加バルブ２８のフェージング上の排気ガス再循環レートの依存性を示す推移４３を含んでいる。これらの相互関係は、固定された負荷および固定された回転数によって定められる、内燃機関１の固定された運転ポイントについて、ここで適用する。

示されるように、推移４０〜４３は、全く異なり、部分的に逆向きである。例として、閉止時間３７のための図５のダイアグラムでは、第１のフェージングと、第２のフェージングとが示されている。それぞれの閉止時間は、そこで、それぞれ３７ａまたは３７ｂによって示されている。第１の閉止時間３７ａでは、推移４０に従った微粒子含有量は、最大値４４を有し、推移４１に従った窒素酸化物含有量は、最小値４５を有している。同時に、推移４２に従った、破線で示される基準値（ basis）に比べた燃料消費量については、実質的に変化が生じず、推移４３に従った排気ガス再循環レートは、比較的大きな値が想定される。そのようなフェージングは、ますます生じるすすの微粒子を受ける微粒子フィルタの十分な再生が高温な排気ガスのために永続的に実現され得るならば、全負荷運転、または高回転数に対して有利となり得る。

第２の閉止時間３７ｂに従った第２のフェージングｂは、微小粒子含有量、窒素酸化物含有量、および燃料消費量について最適化された妥協（compromise）を象徴している。上記パラメータは、環境に対して増大した意義を有しているので、それらは、また、以下で環境的パラメータとして示される。３つの述べられた環境的パラメータに加えて、さらなる環境的パラメータも、また、追加バルブ２８のフェージングの助けに影響され得ることは明らかである。

基本的に、内燃機関１は、図１に単純化して描かれる制御装置４６によって運転され得、所望の排気ガス再循環レートが、上記制御装置４７によって設定され、したがって、それぞれの追加バルブ２８が作動される。図５で説明される相互関係は、推移４３に従った所望の排気ガス再循環レートの設定のためには、関連する追加バルブ２８のフェージングだけが設定されなければならないことを示している。この調整または設定の目標値は、そこで、排気ガス再循環レートである。これは、内燃機関１の特定の運転状態、または運転ポイントに対して好都合であり得る。ここで示される内燃機関１、またはここで示されるその運転方法は、しかし、異なるパス（path）を採る。各追加バルブ２８の作動の目標値は、ここでは、排気ガス再循環レートではなく、むしろ、上記の例によって述べられた内燃機関１の環境的パラメータの少なくとも１つである。例えば、窒素酸化物含有量の最小値が生じるように、それぞれの運転ポイントにおける追加バルブ２８の作動またはそのフェージングを設定するために措置がなされ得る。これは、図５中の第１のフェージングａに合致する。

同様に、排気ガスの微小粒子含有量を所定の閾値より少なく保たれることが望まれ得る。そこで、図５によれば、それぞれの追加バルブ２８のために異なるフェージングが設定されることになる。同様に、燃料消費の格別の低減を実現することが望まれ得、それは、図５に従えば、今度は、それぞれの追加バルブ２８の閉止時間３７の異なるタイミング、すなわち異なるフェージングを必要とする。しかし、それぞれの現在の運転ポイントに対して、環境的パラメータの少なくとも２つのための最適な妥協が生じるように、各追加バルブ２８の作動またはフェージングが設定される実施例が望まれる。図５では、そのような最適な妥協の設定は、第２のフェージングｂによって示される。対応する排気ガス再循環レートは、そこで、自動的に生じる。

そのような、各追加バルブ２８のフェージングのシフトは、例えばクランクシャフト３４に対するバルブメンバー３２のフェージングの、相応の進みまたは遅れを実現するために、関連するドライブ３０が、しばらくの間増加し、または減少するスピードで作動されて、実現され得る。同様に、それによってフェージングを変化させるために、ロータリードライブ３０とシャフト３２の角度位置を変化させ得る高度な位相調整（phase adjusters）がなされ得る。フェージングの変化の間、各追加バルブ２８は、固定されない形で動作する。ここでは、すなわち内燃機関１の運転中に、フェージングの適合はダイナミックになされ得る。フェージングの適合は、ここでは非常に迅速に、すなわち非常に短時間内になされ得る。例えば、位相変化は、３６０°ＣＳＡ、すなわち、クランクシャフト３４の１回転よりも短い時間内に行われ得る。

図６は、ダイアグラム中に、内燃機関１の固定された運転における窒素酸化物含有量ＮＯｘ（横軸）と、燃料消費量ｂｅと、微小粒子含有量ＰＭ（縦軸）との相互関係を示す。追加バルブ２８を用いない推移４７または４８は、破線によって示されている。示されるように、窒素酸化物の値の減少は、必然的に燃料消費をもたらす。同時に、微小粒子（particle load）も増大する。一方、各追加バルブ２８が相応のフェージングで作動される場合に実現される推移４７’または４８’は、実線で示される。示されるように、窒素酸化物の排出は、このように燃料消費が増加することなく低減され得る。同時に、ここでは微小粒子含有量の増加が低減される。

特に内燃機関１の全負荷範囲外では、この相互関係は、汚染物質排出の低減に用いられ得る。各運転ポイントでエンジン負荷および回転数を一定に保ち得るためには、
例えばインジェクション時間およびインジェクション量、および個々のインジェクションの数などのインジェクションパラメータが変化させられ、それによって、大幅な窒素酸化物排出の大幅な低減が実現され得る。適応されたインジェクションパラメータに関連する微小粒子排出、および燃料消費の増加が、低減され、または排除されるように、相応して適応される各追加バルブ２８の作動が行われる。

さらに有利な実施例に従って、内燃機関１のコールドスタート、または低回転での軽負荷運転のために、それによって排気ガス温度の上昇が実現されるように、追加バルブ２８の作動を設定するために、措置がなされ得る。図７は、排気ガス温度ＴＡｂｇ（縦軸）と、フェージング（横軸）との相互関係を示し、それは図７中でフェーズＳＬＶによって示される。したがって、推移４９は、各追加バルブ２８のフェージング上の排気ガス温度の依存関係を示し、それは、同一の、または一定の運転ポイントから進む。矢印５０は、各追加バルブ２８での相応するフェージングの設定によって排気ガスに実現され得る温度上昇を示す。例えば、これによって約５０°またはより多くの温度上昇が、負荷を保持するために、燃料消費に生じる大幅な増加をもたらすことなく実現され得る。この処置は、また、内燃機関１の通常の運転においても、各運転ポイントが、排気ガス浄化装置（微小粒子フィルタ、触媒コンバータ）の適切な運転には低すぎる排気ガス温度に通じる（leads to exhaust gas temperatures）場合に、引き起こされ得る。

図８は、第１の運転ポイントＢＰ１から、第２の運転ポイントＢＰ２を経由して第３の運転ポイントＢＰ３への遷移が生じる内燃機関１の非固定運転（non-fixed operation）を示す。運転ポイントＢＰは、負荷Ｍｄ、および回転数ｎによって異なる。図８の例では、運転状態の変化は、比較的小さな負荷変化スピード、および／または比較的小さな回転数変化スピードと伴に生じる。各変化スピードは、ここでは、あらかじめ定められた閾値より小さく留まる。この場合には、連続する運転ポイントＢＰ１〜ＢＰ３は、実際上、固定運転ポイントの連続のように固定した形にみなされる。ここで、それぞれの個々の固定運転ポイントのために、各環境的パラメータのために、またはこれらの環境的パラメータの少なくとも２つのための各最適な妥協のために、それぞれ最適条件が、設定される。これは、ここで用いられる追加バルブ２８の助けによって可能である。なぜならば、これらは非常にダイナミックに作動し、クランクシャフト３４の１回転以内に新たなフェージングを設定し得るからである。

図９は、同様に内燃機関１の非固定運転を示す。しかし、負荷変化スピード、または回転数変化スピードは、比較的大きく、したがって、上記あらかじめ設定された閾値よりも大きい。そのような負荷変化、または回転数変化は、また、負荷ステップ、または回転数ステップとして示される。この場合には、各追加バルブ２８の作動は、この運転状態ステップのために、最小排気ガス再循環レートになるように、一時的に設定され得る。その結果、最大の空気量が燃焼室４にとって利用可能であり、それは内燃機関１の点火能力を助ける。内燃機関１の加速パワーを付加的に増大させ得るために、図１の排気ガス再循環システム１３は、少なくとも１つのブロッキングバルブ５１を備え得、その助けによって、各再循環ダクト１４に導かれ、矢印によって示される再循環流路５２がブロックされる。これによって排気ガス再循環を介した圧力の均一化が生じないので、より多くの空気が再度利用可能になる。さらに、基本的に、燃焼室４のインパルスチャージが引き起こされるように、各追加バルブ２８を最適に起動することが可能になる。ここで、燃焼室４内の空気量を増大させるためには、フローダイナミック効果が利用される。

各追加バルブ２８の相応の起動の助けによって、および適用可能ならば、付加的に示された任意の分量（additionally named optional measures）との結合によって低減される排気ガス再循環レートを通じて、内燃機関１が従来のように運転される場合に、そのような負荷ステップで生じる、いわゆるスートブローオフ（soot blow-off）が低減される。図９では、したがって、運転状態の第１の運転ポイントＢＰ１から第２の運転状態ＢＰ２への運転状態の跳躍的な変化が、大変ダイナミックに、しかし、このように通常のスートブローオフを生じることなく、実現され得る。

上記の手順は、好ましくは、内燃機関１の部分負荷運転から変化する負荷ステップ、または回転数ステップが生じるときに適用される。しかし、内燃機関１が、すでに、依然、回転数ステップを許す高負荷範囲にあり、および／または依然、負荷ステップを許す高回転範囲にあるならば、以下に述べられる運転方法が好まれ得る。この場合には、酸化窒素含有量の最小値が生じるように、各追加バルブ２８が起動され、またはそれぞれ、その位相に関して設定される。実際、そのような図５のダイアグラムに従ったフェージングの設定によって、微小粒子排出の集中的な上昇が生じる。しかし、これは、全負荷範囲では容易に許容され得る。なぜならば、近年の排気ガス処理システムは、結果的に微小粒子を受ける微小粒子フィルタと伴に作動するからである。微粒子フィルタの急速な目詰まりは、ここでは期待されない。なぜならば、この高い負荷範囲または回転数範囲では、比較的高い温度が排気ガス中に存在し、特に、すすの蓄積の燃焼中で微粒子フィルタの受動的な再生が永続的に生じるからである。

タービン２２，２５の少なくとも１つは、図１に従って可変に構成され得る。ここでは、ウェイストゲートを有するタービン、または可変タービンジオメトリ５３が用いられ得る。例えば、第２のタービン２５だけが、そのような可変タービンジオメトリ５３を備え得る。可変タービンジオメトリ５３は、各タービン２５の流入横断面の変化を可能にする。このようにして、第１に、いわゆるターボラグ、すなわち負荷の要求の場合に排気ガスターボチャージ１９の反応時間を低減するために、回転数が増加するときに、低減された排気ガス量の流れに各タービン２５が保たれる。第２に、可変タービンジオメトリ２１の助けによって、排気ガス中のバックプレッシャーが各タービン２５の上流で増加し得、それによって、分岐ポイント１５と、合流ポイント１６との間の圧力低下が、排気ガス再循環システム１３の効率のために増加され得る。ここで、しかし、内燃機関１が抗して動作する排気ガスのカウンタープレッシャーは増加する。その結果、同じエンジン負荷で、燃料消費は増加する。

減少した負荷および／または回転数での運転ポイントでの比較的大きな流入断面積（cross-section）を設定するためにも可変タービンジオメトリ５３を作動させる運転方法も好ましい。その結果、排気ガスカウンタープレッシャーは減少する。通常関連する排気ガス再循環レートの減少は、図５に従った各追加バルブ２８の対応するフェージングによって一様にされる。その結果、各運転ポイントで、十分大きな排気ガス再循環レートも、また、可変タービンジオメトリ５３を介したガスカウンタープレッシャーの増加なく実現され得る。それゆえ、内燃機関１の燃料消費は低減され得る。同様の関係は、ウェイストゲートを有するタービンに適用する。なぜならば、ウェイストゲートによって十分影響される排気ガスカウンタープレッシャーは、排気ガス再循環レートに対して制御を行い、またはそれぞれ影響を及ぼすからである。例示による図１において、第１のタービン２２はバイパス５５を制御するために、少なくとも部分的にタービン２２を迂回（circumventing）するためにウェイストゲート５４を備えている。ウェイストゲート５４を閉じることによって、排気ガスの圧力が上昇し、排気ガス再循環レートが増大する。

少なくとも部分的にタービン２２を迂回する、バイパス５５を制御するためのウェイストゲート５４を備えた、少なくとも１つのタービン２２を排気ガスシステム１０に有する過給される内燃機関１によって、各ウェイストゲート５４は、比較的大きな流れの横断面がバイパス５５に生じる一方、少なくとも１つの追加バルブ２８が、所望の排気ガス再循環レートが生じるように作動されるように、縮小された負荷および／または回転数で作動され得る。

Claims (13)

1. 特に自動車の内燃機関（１）を運転するための方法であって、
   内燃機関（１）は、フレッシュエアを内燃機関（１）の燃焼室（４）に供給するためのフレッシュエアシステム（７）を有し、
   内燃機関（１）は、排気ガスを燃焼室（４）から運び去るための排気ガスシステム（１０）を有し、
   内燃機関（１）は、排気ガスシステム（１０）から燃焼室（４）への排気ガスの再循環のための排気ガス再循環システム（１３）を有し、
   内燃機関（１）は、フレッシュエアシステム（７）における、関連する燃焼室（４）の吸気バルブ（５）の上流に配置された少なくとも１つの追加バルブ（２８）を有し、
   内燃機関１の現在の運転ポイントにおける上記少なくとも１つの追加バルブ２８の作動が、排気ガス中の例えば窒素酸化物含有量、排気ガス中の微小粒子含有量、および内燃機関１の燃料消費などの内燃機関１の環境的パラメータのために、最適化が行われ、または少なくとも２つのこれらの環境的パラメータのために最適な妥協が行われることを特徴とする方法。
2. 請求項１の方法であって、
   少なくとも１つの追加バルブ２８は、その動作において、フレッシュエアを燃焼室４に導くフレッシュエアシステム７のフレッシュエア流路９を交互に開き、および閉じることを特徴とする方法。
3. 請求項２の方法であって、
   少なくとも１つの追加バルブ２８は、
   固定した作動によって、
   内燃機関１のクランクシャフト３４の回転数に対して
   一定の関係で、
   フレッシュエア流路９を開き、および閉じ、
   少なくとも１つの追加バルブ２８の作動を設定するために、少なくとも１５７の追加バルブ２８とクランクシャフト３４とのフェージングが設定されることを特徴とする方法。
4. 請求項１から請求項３のうち何れか１項の方法であって、
   燃焼室４に燃料を導入するためのインジェクションパラメータが、窒素酸化物の減少が生じるように適合され、
   少なくとも１つの追加バルブ２８の作動が、微小粒子の含有量、および／または燃料消費の増大が低減され、または除去されるように設定されることを特徴とする方法。
5. 請求項１から請求項４のうち何れか１項の方法であって、
   内燃機関１のコールドスタート中、または排気ガスの後処理のためには低すぎる排気ガス温度での運転中に、少なくとも１つの追加バルブ２８の作動が、排気ガスの温度の上昇が生じるように設定されることを特徴とする方法。
6. 請求項１から請求項５のうち何れか１項の方法であって、
   負荷変化スピード、および／または回転数変化スピードが、あらかじめ定められた閾値よりも低くとどまる内燃機関１の非固定運転において、
   後続する運転ポイントが、固定運転ポイントのシーケンスとみなされ、
   それぞれ、各環境的パラメータの最適化、またはそれぞれ少なくとも２つの環境的パラメータが設定される最適な妥協が設定されることを特徴とする方法。
7. 請求項１から請求項６のうち何れか１項の方法であって、
   負荷変化スピード、および／または回転数変化スピードが、あらかじめ定められた閾値よりも高い内燃機関１の非固定運転において、
   少なくとも１つの追加バルブ２８の作動が、最小の排気ガス再循環レートが生じるように設定されることを特徴とする方法。
8. 請求項７の方法であって、
   さらに、排気ガス再循環システム１３の少なくとも１つのブロッキングバルブ５１が
   排気ガスを排気ガスシステム１０からフレッシュエアシステム７に導く再循環流路５２をブロックするために作動されることを特徴とする方法。
9. 請求項７および請求項８のうち何れか１項の方法であって、
   少なくとも１つの追加バルブ２８が、さらにインパルスチャージが生じるように設定されることを特徴とする方法。
10. 請求項１から請求項６のうち何れか１項の方法であって、
    負荷変化スピード、および／または回転数変化スピードが、あらかじめ定められた閾値よりも高く、既に高い負荷範囲、および／または他界回転数が存在する、内燃機関１の非固定運転において、
    少なくとも１つの追加バルブ２８の作動が、窒素酸化物含有量が最小になるように設定されることを特徴とする方法。
11. 請求項１から請求項１０のうち何れか１項の方法であって、
    排気ガスシステム１０に少なくとも１つの可変タービンジオメトリ５３のタービン２５を有して過給される内燃機関１により、
    減少された負荷および／または回転数の運転ポイントにおいて、
    可変タービンジオメトリ５３が、比較的大きな流入横断面がタービン２５に生じるように作動され、
    少なくとも１つの追加バルブ２８は、所望の排気ガス再循環レートが生じるように設定されることを特徴とする方法。
12. 請求項１から請求項１１のうち何れか１項の方法であって、
    少なくとも部分的にタービン２２を迂回するバイパス５５を制御するためのウェイストゲート５４を備えた少なくとも１つのタービン（２２，２５）を排気ガスシステム１０に有して過給される内燃機関１により、
    減少された負荷および／または回転数の運転ポイントにおいて、
    各ウェイストゲート５４が、バイパス５５に比較的大きな流れの横断面が生じるように作動され、
    少なくとも１５７の追加バルブ２８は、所望の排気ガス再循環レートが生じるように作動されることを特徴とする方法。
13. 特に自動車の内燃機関（１）であって、
    フレッシュエアを内燃機関（１）の燃焼室（４）に供給するためのフレッシュエアシステム（７）を有し、
    排気ガスを燃焼室（４）から運び去るための排気ガスシステム（１０）を有し、
    排気ガスシステム（１０）から燃焼室（４）への排気ガスの再循環のための排気ガス再循環システム（１３）を有し、
    フレッシュエアシステム（７）の関連する燃焼室（４）における吸気バルブ（５）の上流に配置された少なくとも１つの追加バルブ（２８）を有し、
    内燃機関１およびその構成要素をを運転するための制御装置４６を備え、、請求項１から請求項１２のうち何れか１項の方法を実現するために内燃機関１を運転するように、構成され、またはプログラムされたことを特徴とする内燃機関。

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