JP2015155695A - 内燃機関の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】窒素酸化物の排出低減を目的として、機関に供給される混合気の空燃比を調整する方法を提供する。
【解決手段】特にガスエンジンを運転する方法であって、給気が可変チャージ圧力ｐ_ａで供給される、及び／又は可変量の給気が供給される少なくとも１つの燃焼チャンバー２を含んでおり、シリンダー圧力値ｐ_ｉは少なくとも１つの燃焼チャンバー２内に設置されたセンサーの少なくとも１つの測定値ｐ_ｃから確定されるものであり、シリンダー圧力値ｐ_ｉは、シリンダー圧力目標値ｐ_ｓに対する設定値としてチャージ圧力ｐ_ａを変更すること、及び／又は給気の量を変更することで調整され、シリンダー圧力目標値ｐ_ｓは内燃機関１の出力Ｐに対応して選択される。
【選択図】図７

Description

本発明は内燃機関、特にガスエンジンの運転方法に関し、本発明の方法が対象とする内燃機関は、給気（チャージエア）が可変チャージ圧力と共に供給され、及び／又は可変量の給気が供給される少なくとも１つの燃焼チャンバーを含んでおり、シリンダー圧力値は、その少なくとも１つの燃焼チャンバー内に設置されたシリンダー圧力センサーの少なくとも１つの測定値から確定され、そのシリンダー圧力値は、シリンダー圧力目標値に合わせて、チャージ圧力を変化させることによって及び／又は給気量を変化させることによって調整され、そのシリンダー圧力目標値は、内燃機関の出力に応じて選択されるものであり、さらに調整装置と、内燃機関とを含んだものである。

内燃機関の窒素酸化物排出物（ＮＯ_ｘ排出物）を決定する１つの主要な要因は、空気と燃料との比であり、これはラムダ値としても知られている。

内燃機関のチャージ圧力と出力との間には実質的に比例関係が存在することが知られており、実質的に一定なＮＯ_ｘ排出の達成が要求されている。よって、ＥＰ０２５９３８２Ｂ１は、実質的に一定であるＮＯ_ｘ排出を目的に、内燃機関の出力に応じて、内燃機関の出力に対応するチャージ圧力の目標値を予め設定し、実際のチャージ圧力が所定の目標値に一致するまで、燃料空気比を変化させることで、内燃機関に供給される燃料空気混合気の空気と燃料との比またはそのラムダ値を調整する方法を開示する。

その種の調整によって、燃料空気比を確定するためのラムダプローブを省略することは確かに可能ではあるが、この点に関して、ＮＯ_ｘ排出の実際の主要因は内燃機関に供給される給気のチャージ圧力ではなく、内燃機関での燃焼に利用できる空気量であるという事実は考慮されていない。この点に関して、燃焼チャンバー内に存在する空気量は、内燃機関の運転中に、例えば、燃焼チャンバーの入口バルブまたは排出バルブにおける磨耗現象によって引き起こされる可能性がある変動によって影響を受けるであろう。

内燃機関に供給される空気量を調整する取り組みは従来から知られている。ＥＰ１６６２１２１は、内燃機関を制御する方法を説明する。そこでは、予測されるガスの総量が、内燃機関の制御装置のための入力パラメータとして作用する。この目的で、例えば、ガスの供給量は燃焼チャンバー圧力から計算され、その予測値は給気システムの制御手段に送られる。

ＥＰ１１６２３５７は、燃焼チャンバー圧力を検出し、そこから内燃機関のチャージ圧力または排出ガス背圧を推定する方法を説明する。その明細書の目的は、燃焼チャンバー圧力およびチャージ圧力または排出ガス背圧の関係によって、チャージ圧力センサーまたは排出ガス背圧センサーを省略できるようにすることである。

ＥＰ２６９８５２１は、個別のシリンダーの差異を考慮する方法を解説する。この場合、シリンダーのシリンダー信号は、共通目標値に設定されてはいないが、好適なシリンダー目標値が各シリンダーに設定され、その目標値によって、シリンダーパラメータのシリンダー毎の差異が考察可能になる。

ＤＥ１０２０１２０２１７７８は、混合気が供給されるガスエンジンにおける配送の程度の偏差（差異）を補正する方法を開示する。そこでは個別のプレチャンバーに供給される燃焼ガス量が、シリンダーまたはシリンダーバンクに個別な配送の程度の偏差が補正されるようにデザインされている。

ＥＰ０２５９３８２Ｂ１ ＥＰ１６６２１２１ ＥＰ１１６２３５７ ＥＰ２６９８５２１ ＤＥ１０２０１２０２１７７８

本発明の目的は、上述の弱点を回避し、従来のものに勝る内燃機関の運転方法を提供することであり、さらに、対応的に改良された調整装置および内燃機関を提供することである。特に、本発明の方法は燃焼チャンバー内での空気量の変化を考慮することを可能にする。

本発明の１方法では、この目的は請求項１記載の特徴で達成される。本発明の有利な特徴は従属請求項において記載されている。

本発明によれば、チャージ圧力を変更することによって、及び／又は給気量を変更することによって、内燃機関の出力に対応して、シリンダー圧力値がシリンダー圧力目標値に一致するように調節される。

燃焼チャンバーまたはシリンダーのシリンダー圧力は、その燃焼チャンバー内の空気量またはシリンダー充填量を表わす。従って燃焼チャンバー内のシリンダー圧力を確定することにより燃焼チャンバー内に存在する空気量に関する結論を導き出すことが可能である。

本願で説明されている方法に適したセンサーは、圧縮曲線の特徴を記録できなければならない。すなわち、点火前の圧縮パターンを記録できなければならず、単にピーク圧だけではない。

なぜなら、当然ながら、混合気の点火と燃焼とによって追加の影響が圧縮曲線に及ぶからである。燃焼チャンバー内に存在する空気量を妥当に推定できるためには、燃焼前の圧縮曲線の特徴が検出される必要がある。

燃焼チャンバーのシリンダー圧力は様々な方法で確定できる。一般的に運転中に圧電性または圧電抵抗型であるシリンダー圧力センサー以外にも、他のセンサーの利用が基本的に考慮できる。

以降“シリンダー圧力測定”に言及するときは、それは、シリンダー圧力を直接的に決定しないが、例えば、シリンダー圧力に特徴的な信号または計算によってシリンダー圧力に変換できる信号を発生させるセンサーによる測定も含む。従って、本願で使用される用語“センサー”は、説明されている要求に従ってシリンダー圧力を決定するのに好適な全てのセンサーを含む概念である。

本発明の特定の利点は、調整のための目標パラメータがシリンダー圧力であり（例えば、チャージ圧力ではない）、シリンダー圧力目標値は内燃機関の出力から導かれることである。そうすることで、ガス交換およびバルブ制御の異なる通気係数（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｆｌｏｗ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ）のために、内燃機関の調整は、従来の方法よりも実質的に改善された結果を伴って実行され、チャージ圧力およびシリンダー圧力は無視可能であるとして相互変換されない。

出力に応じて選択されるシリンダー圧力を調整することで、それら影響を及ぼすパラメータは別々に考察される必要はないが、調整は排出物質にとって重要なパラメータに正確に影響を及ぼす。

空気量またはシリンダー充填量を決定するための多数の可能な選択肢が存在する。

従って、シリンダー充填は、特定の位置（例えば、燃焼チャンバーを画定するピストンの上死点（ＴＤＣ）前のクランクシャフト角５０°）での点火前シリンダー圧力の圧縮（曲）線からの１つの値から決定できる。複数の値（例えば、クランクシャフト角０．１°の分解能でのピストン上死点前のクランクシャフト角５０°とクランクシャフト角４８°との間の範囲から２１個の値）を平均することも可能である。

シリンダー充填は、以下のポリトロープ計算式による圧縮線の下死点または別点へのポリトロープ（ｐｏｌｙｔｒｏｐｉｃ）推定によっても決定することができる。

式中、ｎは、シリンダー内の熱移動条件およびガス組成物から決定され、一定に保たれるポリトロープ指数であり、Ｖ_１は第１の瞬間（例えば、エンジンの幾何形状状態から知られる下死点）におけるシリンダー内の体積であり、Ｖ_２は第２の瞬間（例えば、エンジンの幾何形状状態から知られるＴＤＣ前のクランクシャフト角５０°）におけるシリンダー内の体積であり、ｐ_２は第２の瞬間（例えば、ＴＤＣ前のクランクシャフト角５０°、またはＴＤＣ前のクランクシャフト角５０°とクランクシャフト角４０°の間の範囲の測定点の平均）におけるシリンダー内圧力であり、ｐ_１は第１の瞬間におけるシリンダーの計算圧力である。

ポリトロープ推定は圧縮線上の複数の点においても実行できる。この場合、ｐ_１の値のメジアン値または平均値がシリンダー充填の測定値として使用できる。

この方法は、ウィンドー（ｗｉｎｄｏｗ）において、または圧縮相全体にわたって、不連続点における計算されたシリンダー圧力曲線と測定されたシリンダー圧力曲線の間の偏差が最小化されるように適用される。可能な１方法では、第１の点（例えば下死点）における開始値が第２の点（例えば、ＴＤＣ前のクランクシャフト角５０°）から計算される。続いて、定義されたウィンドー（例えば、ＴＤＣ前のクランクシャフト角９０°から３０°の間）においては、そのウィンドーにおけるｐ_２の値がポリトロープ計算式から計算され、測定値に対する偏差がそれぞれの値に対して決定される。その定義されたウィンドー（例えば、ＴＣＤ前のクランクシャフト角９０°から３０°の間）における測定値と計算値との偏差を最小化するために、第１の点（例えば下死点）における開始値は最良化アルゴリズムにより変えられることになる。最小偏差が関与するｐ_１のための値はシリンダー充填の特徴値として利用できる。

シリンダー充填を決定する可能な別方法はプロセス計算によって提供される。この場合、シリンダー内の空気量はシリンダー内で解放されるエネルギー（例えば集積加熱法則）から、および燃料空気比（燃料と空気との比）の特徴値から計算できる。

内燃機関の出力に応じ、実質的に一定なＮＯ_ｘ排出の達成が目的であり、シリンダー圧力目標値と内燃機関の出力との間には実質的に比例関係が存在する。

内燃機関の各出力に対して決定可能なシリンダー圧力目標値は、例えば、新内燃機関において適用され、内燃機関の試運転で、好適にキャリブレーション処理され、例えば、運転特性に保存できる。

しかしながら、シリンダー圧力のそれぞれの現在一般的な値は磨耗現象によって内燃機関の運転期間中に変化するであろう。シリンダー圧力目標値とシリンダー圧力値との間に偏差が発生すると、内燃機関のそれぞれの出力点に応じたシリンダー圧力目標値およびＮＯ_ｘ排出のためのそれぞれのデフォルト値に合わせるように給気のチャージ圧力を変えることによって、及び／又は給気量を変えることによって、磨耗現象にも拘わらず、内燃機関の運転点（内燃機関の出力およびＮＯ_ｘ排出）が維持されるように、それぞれのシリンダー圧力値は調節できる。

燃焼チャンバーへ供給される給気のチャージ圧力を増加させることで、さらに多量の空気が圧縮および燃焼に関与し、シリンダー圧力はさらに高い値に到達する。

もし燃焼チャンバーに供給される給気量が増加すると、さらに多量の空気が圧縮と燃焼に関与し、シリンダー圧力はさらに高い値に到達する。

ここで使用する用語“給気（ｃｈａｒｇｅ ａｉｒ）”は本発明では広い意味で使用されており、例えば、空気燃料混合気（例えば、混合気が供給される内燃機関用）または実質的に空気のみ（例えば、空気が供給される内燃機関用）を表わす。

特に好適な実施形態では、少なくとも１つの測定値は、燃焼チャンバー内での点火前に確定される。好適には、燃焼チャンバーを画定するピストンの上死点前のクランクシャフト角約３０°から５５°の範囲で、特に好適には、ピストンの上死点前のクランクシャフト角約３５°またはクランクシャフト角約４９°で確定される。燃焼サイクル中のシリンダー圧力の時間に対する変動全般もシリンダー圧力値の確定に利用できる。シリンダー圧力のための複数の不連続測定点が燃焼サイクル中に確定され、シリンダー圧力値がそこから確定される。本発明の１好適実施形態に従って、ピストンの上死点前の実質的にクランクシャフト角４９°の領域で、シリンダー圧力測定が燃焼プロセスのモニタリングのために頻繁に実施されるので、それらシリンダー圧力測定はシリンダー圧力値の確定のために利用される。

本発明のその実施形態は特に有利である。なぜなら、内燃機関の少なくとも２つの燃焼チャンバー、好適には全ての燃焼チャンバーが、シリンダー圧力を決定するためのセンサーをそれぞれ備えているからである。ここで、課題の燃焼チャンバーのそれぞれのシリンダー個別圧力値は、センサーの少なくとも１つの測定値から確定され、シリンダー圧力値は燃焼チャンバーのシリンダー個別圧力値から確定される。この場合、燃焼チャンバーの確定されたシリンダー個別圧力値のメジアン値または算術平均値は、好適にはシリンダー圧力値として確定される。このように、燃焼チャンバー内に存在する空気量に対する内燃機関の全燃焼チャンバー内の変化を考慮することが可能である。

特に好適な実施形態においては、それぞれのシリンダー圧力目標値は、実質的に一定である窒素酸化物排出の値のために、内燃機関の出力に応じて内燃機関の出力とのシリンダー圧力目標値の関連性を含んだ運転特性から予め決定される。運転特性または出力に応じたシリンダー圧力目標値曲線は、例えば、内燃機関の出力に関し、それぞれ異なる値における実質的に一定なＮＯ_ｘ排出の値を達成する目的で、エンジンの試運転にてキャリブレーション処理のために実験的に確定できる。

シリンダー圧力を決定する運転は、好適には、それぞれの圧縮サイクルで実行されるが、測定は、例えば１０回目毎等の間隔で実行することもできる

この点に関して、上述した内燃機関のシリンダー圧力目標値と出力との実質的な比例関係は、実質的に一定なＮＯ_ｘ排出（運転特性）を伴って、例えば、給気温度、空気湿気、または点火時間等の一定な境界条件のためのみに適用される。従って、複数のそのような運転特性は様々な境界条件、例えば異なる給気温度、湿気レベルまたは異なる点火時間（例えば補正関数も伴う）に対して確定でき、保存される。運転特性はそれぞれの境界条件に合わせるように適した補正関数に従って設計することもできる。

内燃機関の出力または出力等価量は、例えば、内燃機関に接続された発電機の配送された電力から決定できる。それは、内燃機関の回転速度とトルクから、あるいは発電機の電力および効率レベルから機械的出力の形態でも確定できる。もし消費者の出力消費量が内燃機関または発電機の回転速度から知られたら、それも回転速度から確定できる。内燃機関の出力または出力等価量は、シリンダー個別出力寄与度（例えば、内燃機関の燃焼チャンバーの表示圧力または実効平均圧力）のメジアン値または平均値からも、それ自体知られた手法で決定できる。全シリンダーに対して平均された出力は出力寄与度から計算でき、目標シリンダー圧力はそこから決定できる。もし、その目標シリンダー圧力に対する偏差が存在すれば、チャージ圧力は変化させることができ、目標値から実際のシリンダー圧力までの増分が最小化できる。

あるいは、シリンダー個別目標シリンダー圧力は、個別のシリンダーに対して決定された出力寄与度から決定できる。それを土台に実際のシリンダー圧力に対する目標値の増分はシリンダー個別形態に最小化される。その変動は、例えば可変バルブギアの場合のように、シリンダー圧力がシリンダー個別形態で調整できるなら出現する。

本発明のその実施形態は特に有利である。なぜなら、給気は空気供給導路を介して少なくとも１つの燃焼チャンバーに供給され、チャージ圧力は、空気供給導路内に設置された少なくとも１つの調節装置の調節によって、好適にはコンプレッサーバイパスバルブ及び／又はスロットルフラップの調節によって変動できるからである。この場合、コンプレッサーをバイパスするコンプレッサーバイパスバルブは、コンプレッサー入口をコンプレッサー出口に接続しているコンプレッサーバイパス導路内に配置できる。

別実施形態においては、少なくとも１つの燃焼チャンバーに供給される給気量は可変バルブギアによって変動できる。可変バルブギアで、バルブの開放時間、及び／又はバルブリフト曲線、及び／又は入口バルブおよび排出バルブのローブ分離が変動できる。例えば、もしシリンダー圧力が増加されるなら、可変バルブギアは、予定される充填プロセスにおいて、さらに多量の空気が少なくとも１つのシリンダーに供給されるように影響を受けることができる。

さらに別な実施形態によれば、給気は、コンプレッサーを備えた空気供給導路を介して少なくとも１つの燃焼チャンバーに供給でき、コンプレッサーは内燃機関の排出ガス導路内の排出ガスタービンに接続されており、チャージ圧力は、排出ガスタービンのタービンブレードを変位するか、排出ガス導路内の排出ガスタービンバイパスバルブを調節することで変動され、排出ガスタービンバイパスバルブは、排出ガスタービン入口を排出ガスタービン出口に直接的に接続している排出ガスバイパス導路内の排出ガスタービンをバイパスするように配置されている。排出ガスタービンとコンプレッサーとの機械的な接続によって、排出ガスタービンの回転速度が関与する変化は、コンプレッサーの回転速度に対しても作用し、よってチャージ圧力に対しても作用する。この場合には、排出ガスタービンの調節可能なタービンブレードは、所謂可変タービン幾何図形形態でよい。所謂ウェイストゲート（ｗａｓｔｅ ｇａｔｅ）が排出ガスタービンバイパスバルブとして提供できる。

特に好適な実施形態によれば、給気を含んだ燃料空気混合気（燃料と空気との混合気）が少なくとも１つの燃焼チャンバー内に導入でき、チャージ圧力は、燃料空気混合気の燃料空気比の調節によって、及び／又は内燃機関の出力に応じて調節されている給気のチャージ圧力によって、及び／又は燃料空気混合気の燃料空気比の変更後に変更できる。

この場合、シリンダー圧力目標値とシリンダー圧力値との間に偏差が存在すると、燃料空気混合気の燃料空気比が変動される。燃料空気比のその変動によって、内燃機関の変動した出力を、さらなる干渉なく設定することが可能である。出力のそのような不都合な変化は、内燃機関の出力を実質的一定に保つために、内燃機関の出力に対応して変動している給気のチャージ圧力によって対抗作用を受ける。シリンダー圧力値は、給気のチャージ圧力のそのような変化によってシリンダー圧力目標値と一致するように調節される。内燃機関の出力に応じたチャージ圧力、または給気の空気量の変化は、この場合、従来から知られた出力調節器によって実行される。

特に混合気が供給される内燃機関では、燃料空気混合気として、ミキサーを備えた空気供給導路を介して給気がその少なくとも１つの燃焼チャンバーに供給され、燃料の導入のための燃料導路と、空気の導入のための空気導路とはミキサー内に開いており、ミキサーのミキサー出口は空気供給導路内に開いており、給気の燃料と空気の比はミキサーバイパスバルブの調節によって変動され、ミキサーをバイパスするためのミキサーバイパスバルブは、空気導路をミキサー出口に直接的に接続しているミキサーバイパス導路内に配置されるようにすることが可能である。

給気の燃料空気比は、燃料導路内に配置された燃料バルブの調節によって変更され、燃料導路を介してミキサーに供給される燃料の量が燃料バルブの位置の変化によって変動されるようにできる。

特に、空気が供給される内燃機関に関しては、燃料空気混合気は給気と燃料とを含み、給気は空気供給導路を介して少なくとも１つの燃焼チャンバーに供給され、燃料は少なくとも１つの燃料測定バルブを備えた燃料供給導路を介してその少なくとも１つの燃焼チャンバーに供給され、燃料空気混合気の燃料空気比は、その少なくとも１つの燃料測定バルブの位置（姿勢を含む）の変化によって変動されるようにできる。この場合には、その少なくとも１つの燃料測定バルブは、所謂ポート噴射バルブでよい。

特許保護は、請求項１３に記載のごとく、少なくとも１つの燃焼チャンバーを備えた内燃機関のシリンダー圧力値を調節する調整装置にも求められる。

さらに、特許保護は、請求項１４に記載のごとき内燃機関にも求められる。内燃機関の有利な形態は、それら請求項の従属請求項において記載されている。

少なくとも１つの燃焼チャンバーを備えた内燃機関のシリンダー圧力値を調整するための本発明の調整装置において、内燃機関の空気供給導路を介して可変チャージ圧力によって給気が、その少なくとも１つの燃焼チャンバーに導入でき、その少なくとも１つの燃焼チャンバーはシリンダー圧力を決定するためのセンサーを備えており、そのセンサーの少なくとも１つの測定値は信号線を介して調整装置に送信でき、内燃機関の出力を確定するための出力測定装置が提供され、その出力は別の信号線を介して調整装置に送信でき、調整装置はセンサーのその少なくとも１つの測定値からシリンダー圧力値を確定させ、内燃機関の出力に応じたシリンダー圧力目標値とシリンダー圧力値との間に偏差が存在すれば、チャージ圧力を変化させる調節装置は、シリンダー圧力値とシリンダー圧力目標値とが一致するまで制御線を介して調節信号を少なくとも１つの調節装置に送信し、好適には、その少なくとも１つの調節装置は内燃機関の空気供給導路内に設置されており、あるいは排出ガス導路内に設置されている。

本発明の内燃機関は、シリンダー圧力センサーと本発明の調整装置とを備えた少なくとも１つの燃焼チャンバーを有している。スロットルフラップまたはコンプレッサーバイパスバルブは、例えば、空気供給導路内に調節装置として設置できる。

あるいは、または追加的に、空気供給導路内に設置され、調節可能なタービンブレード及び／又は排出ガスタービンをバイパスするための排出ガスタービンバイパスバルブを有したコンプレッサーに接続された排出ガスタービンが、調節装置として内燃機関の排出ガス導路内に設置できる。

特に、空気供給導路内にミキサーを備えた混合気が供給される内燃機関の場合には、ミキサーをバイパスするミキサーバイパスバルブまたはミキサー内に開いている燃料導路内の燃料バルブが調節装置として設置できる。

特に、燃料供給導路を介して、少なくとも１つの燃焼チャンバー内に燃料が導入できる空気が供給される内燃機関の場合には、少なくとも１つの燃料測定バルブ（例えばポート噴射バルブ）が調節装置として燃料供給導路内に設置できる。

本発明の別な詳細と利点は、以下の特定の説明によって解説されている。

図１は、内燃機関の出力に対応するシリンダー圧力目標値を予め設定するための運転特性の１実施例である。 図２から図８は、本発明の内燃機関の様々な実施例の概略ブロック回路図である。 図９は、クランクシャフト角に対する燃焼チャンバー圧力のグラフとして内燃機関のシリンダー圧力パターンを概略的に示す。

図１は、例示として、内燃機関１からの実質的に一定であるＮＯ_ｘ排出を仮定した、内燃機関１（ここでは非図示）のシリンダー圧力目標値Ｐ_ｓと出力Ｐとの関係を示す。図示されているように、内燃機関１のシリンダー圧力目標値Ｐ_ｓと出力Ｐとには略比例関係が存在する。発電機に接続された定置式ガスエンジンの形態でよい内燃機関の出力Ｐの割合は、内燃機関１の公称出力（ｎｏｍｉｎａｌ ｐｏｗｅｒ）に関係する。

図２は、従来式に発電機２４に接続された内燃機関１を示す概略ブロック回路図であり、発電機２４は、発電機２４に接続された電力供給網（ここでは非図示）に電気エネルギーを配送することができる。この例では、内燃機関１は、シリンダー圧力を決定するのに適したセンサー３をそれぞれ装備した４つの燃焼チャンバー２を備える。燃焼チャンバー２には空気供給導路５を介して給気Ａが供給される。図示の例では、空気供給導路５は、ターボチャージャーシャフト２５によって従来式に内燃機関１の排出ガス導路１０内の排出ガスタービン９に接続されたコンプレッサー８を有する。

この実施例では、空気Ｌが空気供給導路５内に導入され、コンプレッサー８によって圧縮され、チャージ圧力Ｐ_ａによって給気Ａとして燃焼チャンバー２に供給される。図示の内燃機関１は空気が供給されるエンジンであり、給気Ａに加えて、燃焼ガス形態の燃料Ｇが燃料供給導路３１を介して燃焼チャンバー２に供給される。それは、例えば、それぞれの燃焼チャンバー２のために所望量の燃料を個別に測定可能な、適した燃料測定バルブ２８（例えば、ポート噴射バルブ）によって可能である。

センサー３のデータｐ_ｃは適した信号線２０を介して調整装置１９に送信される。この実施例では、調整装置１９は、送信されたデータｐ_ｃからシリンダー圧力値ｐ_ｉを確定する実際値確定手段２６を有する。その確定は、例えば、センサー３からのデータｐ_ｃから確定されている燃焼チャンバー２のそれぞれのシリンダー個別圧力値およびシリンダー圧力値ｐ_ｉとして確定されている燃焼チャンバー２の確定されたシリンダー個別圧力値のメジアン値または算術平均値によって実行される。

この実施例では、内燃機関１の出力Ｐは、出力測定装置２１により確定されている発電機２４によって配送される電力により確定され、信号線２０を介して調整装置１９に送信される。発電機２４の電力は内燃機関１により配送される出力Ｐに実質的に一致（対応）する。

対応する出力点Ｐのために提供されたシリンダー圧力目標値ｐ_ｓは、調整装置１９に保存された運転特徴４によって確定される。調整装置１９の調整器２７は、シリンダー圧力目標値ｐ_ｓに対するシリンダー圧力値ｐ_ｉの偏差が存在するか否かを確定する。もし、そのような偏差が存在するなら、対応する調節信号が制御線２２を介して対応する調節装置に送信され、チャージ圧力ｐ_ａは、シリンダー圧力値ｐ_ｉがシリンダー圧力目標値ｐ_ｓと一致するまで調節装置の設定によって変更される。

図示の実施例では、第１の調節装置が、空気供給導路５内にスロットルフラップ７の形態で設置され、調整装置１９から制御線２２を介して送信される対応する調節信号によって作動される。別な調節装置として、ターボチャージャーの排出ガスタービン９は可変タービン幾何形状が関与し、適した調節信号は、制御線２２を介して調整装置１９から排出ガスタービン９に送信できる。従って、スロットルフラップ７の位置を変更することによって及び／又は排出ガスタービン９のタービン幾何形状を変更することによって、シリンダー圧力値ｐ_ｉとシリンダー圧力目標値ｐ_ｓとが一致するまで、チャージ圧力ｐ_ａの対応する変化を達成することが可能である。

図３は、本発明の内燃機関１の別実施例を示す。この実施例では、内燃機関１の出力Ｐは、内燃機関１に設置された出力測定装置２によって内燃機関で直接的に確定され、信号線２０を介して調整装置１９に送信される。この実施例では、空気供給導路５はスロットルフラップ７を有していないが、コンプレッサー入口８ａをコンプレッサー出口８ｂに直接的に接続するコンプレッサーバイパス導路２３内に調節装置としてコンプレッサー８をバイパスするためのコンプレッサーバイパスバルブ６が設置されている。コンプレッサーバイパスバルブ６のバルブ位置を変えるため、制御線２２を介して調整正装置１９からコンプレッサーバイパスバルブ６に調節信号が送信できる。この実施例では、排出ガスタービン入口９ａを排出ガスタービン出口９ｂに直接的に接続する排出ガスバイパス導路１２内で排出ガスタービン９をバイパスするため、別な調節装置として排出ガス側には排出ガスタービンバイパスバルブ１１が設置され、排出ガスタービンバイパスバルブ１１のバルブ位置を変えるため、調節信号が、制御線２２を介して調整装置１９から排出ガスタービンバイパスバルブ１１に送信できる。

図４は、本発明の内燃機関１の別実施例の概略回路図である。この実施例では、内燃機関１は混合気が供給されるガスエンジンであり、空気供給導路５にはミキサー１３が設置されている。燃料Ｇを導入するための燃料導路１４と空気Ｌを導入するための空気導路１５とはミキサー１３内に開いている。ミキサー１３のミキサー出口１３ａは空気供給導路５内に開いており、ミキサー出口１３ａから送り出される燃料空気混合気は給気Ａの形態で燃焼チャンバー２内に導入される。この実施例では、調節装置として、ミキサー１３をバイパスするためのミキサーバイパスバルブ１６が、ミキサー出口１３ａに空気導路１５を直接的に接続するミキサーバイパス導路１７内に設置されており、ミキサーバイパスバルブ１６のバルブ位置を変更するため、調節信号が、制御線２２を介して調整装置１９によりミキサーバイパスバルブ１６に送信できる。さらに、別な調節装置として、スロットルフラップ１７が空気供給導路５内に設置され、スロットルフラップ７の位置を変えるため、調節信号が制御線２２を介して調整装置１９からスロットルフラップ７に送信できる。

図５は内燃機関１の別実施例を示しており、混合気が供給されるガスエンジンの形態であり、空気供給導路５はミキサー１３を備えている。この実施例では、燃料バルブ１８は燃料導路１４内に調節装置として設置されており、燃料バルブ１８のバルブ位置を変えるため、制御線２２を介して調節信号が調整装置１９によって燃料バルブ１８に送信できる。

図６は、空気が供給される内燃機関１の別実施例を示す。内燃機関１の燃焼チャンバー２には、空気供給導路５を介した圧縮空気Ｌの形態の給気Ａと、燃料供給導路３１を介した燃料Ｇとが供給される。燃料Ｇの測定のため、燃料供給導路３１には少なくとも１つの燃料測定バルブ２８が設置される。好適には、それぞれの燃料測定バルブ２８は、シリンダー個別の燃料測定を実行するよう、それぞれの燃焼チャンバー２に設置されている。

図面は、通常には、少なくとも１つのそのような燃料測定バルブが各シリンダーと関連しているが、図を単純化するため、ここでは１つのみの燃料測定バルブ２８を示す。

従って、給気Ａと燃料Ｇとを含んだ燃料空気混合気が燃焼チャンバー２に供給される。この実施例では、少なくとも１つの燃料測定バルブ２８は調節装置であり、その少なくとも１つの燃料測定バルブ２８の位置を変更するため、調整装置１９によって調節信号がその少なくとも１つの燃料測定バルブ２８に制御線２２を介して送信できる。

シリンダー圧力目標値ｐ_ｓからのシリンダー圧力値ｐ_ｉの偏差の存在で、燃料空気混合気の燃料空気比はその調節装置によって変更される。燃料空気比のその変化によって、内燃機関１の変化した出力Ｐがさらなる干渉を介さずに発生するであろう。この実施例で提供される出力調整器２９は内燃機関１の出力Ｐを検出し、信号線２０を介して出力測定装置２１によって送信され、調節信号を適した信号線３０を介して、コンプレッサーバイパスバルブ６及び／又は排出ガスタービンバイパスバルブ１１に送信することによって出力の変化に対抗する。給気Ａのチャージ圧力ｐ_ａは、コンプレッサーバイパスバルブ６及び／又はガスタービンバイパスバルブ１１のバルブ位置の変化によって変更される。シリンダー圧力バルブｐ_ａは給気Ａのチャージ圧力ｐ_ａのそのような変化によってシリンダー圧力目標値ｐ_ｓに調節される。

図７は、図６の内燃機関に類似し、出力調整器２９を備えた混合気が供給される内燃機関１の別実施例を示す。

この例では、空気供給導路５を介して燃焼チャンバー２に供給される給気Ａはミキサー１３で形成される燃料空気混合気であり、空気Ｌと燃料Ｇとを含む。ミキサー１３は空気供給導路５内に配置され、燃料Ｇを導入するための燃料導路１４と空気Ｌを導入するための空気導路１５はミキサー１３内に開いており、ミキサー１３のミキサー出口１３ａは空気供給導路５内に開いている。

図６で示す原理と同様に、シリンダー圧力目標値ｐ_ｓからのシリンダー圧力値ｐ_ｉの偏差が存在すると、給気Ａの形態である燃料空気混合気の燃料空気比が変更される。この場合、そのことは、ミキサー１３をバイパスするために空気導路１５をミキサー出口１３ａに直接的に接続するミキサーバイパス導路１７に設置されたミキサーパスバルブ１６のバルブ位置の変更によって実行される。

給気Ａの燃料空気比のその変更によって、内燃機関１の変化した出力Ｐがさらなる干渉なしに発生するであろう。この実施例では、出力調整器２９は、対応線３０を介して空気供給導路５内に設置されたスロットルフラップ７に調節信号を送信することでそのような出力の変化に対抗する。スロットルフラップ７の位置の変化のため、給気Ａの量または給気Ａのチャージ圧力ｐ_ａが変更される。チャージ圧力ｐ_ａのそのような変化によって、シリンダー圧力値ｐ_ｉはシリンダー圧力目標値ｐ_ｓに調節される。

調整装置１９からの調節装置への調節信号の形態である調節装置の上述制御干渉によって、シリンダー圧力値ｐ_ｉとシリンダー圧力目標値ｐ_ｓが一致するまでチャージ圧力ｐ_ａは、そのような方法で一時的に変更され、内燃機関１の部材の磨耗現象による燃焼チャンバー２の空気量に関する偏差にも拘わらず、出力ＰとＮＯ_ｘ排出に関する内燃機関１の所望運動点を保持することが可能である。

図８は、図７の内燃機関１と同様に、出力調整器２９を備えた混合気が供給される内燃機関１の別実施例を示す。この実施例では、調節装置は可変バルブギア３２の形態であり、これによって、少なくとも１つの燃焼チャンバーに供給される空気量は変更できる。

出力調整器２９は内燃機関１の出力Ｐを検出する。それは出力測定装置２１によって信号線２０を介して送信され、信号線３０を介して可変バルブギア３２に調節信号を送信することで出力の変動に対抗する。可変バルブギア３２により、バルブ開放時間、及び／又はバルブリフト曲線、及び／又は入口バルブと排出バルブとのローブ分離は変更でき、燃焼チャンバーに進入する給気Ａの量は変更できる。もし、例えば、内燃機関１によって配送される出力の増加が必要であれば、出力調整器２９は信号を可変バルブギア３２に送信し、少なくとも１つの燃焼チャンバー２に入れられる給気Ａの量は増加しなければならない。

もし、燃焼チャンバーに供給される給気量が増加すれば、さらに多量の空気が圧縮と燃焼とに関与し、シリンダー圧力ｐ_ｉはさらに高くなる。

可変バルブギア３２の設定は、シリンダー圧力値ｐ_ｉがシリンダー圧力目標値ｐ_ｓと一致するまで変更される。可変バルブギア３２は全ての上述形態で提供できる。図８は１つの可能な変形形態だけを示す。有利には、可変バルブギア３２を使用するとき、スロットルフラップは省略することができる。

図９は、エンジンのシリンダー圧力の変化を、クランクシャフト角を横座標に、燃焼チャンバー圧を縦座標にしたグラフで示す。角位置および圧力変動は必ずしも実際の諸条件には一致しておらず、シリンダー充填を確定する上述の方法の説明のみが意図されている。この点に関して、使用符号は以下の意味を有する。
ｐ シリンダー圧力の変動
ＴＤＣ 上死点におけるクランクシャフト角
Ｐ_ＴＤＣ 上死点におけるシリンダー圧力
ｐ_α 第１のクランクシャフト角ＣＳ_αにおけるシリンダー圧力
ＰＥＸ ポリトロープ推定の例示による形態

破線ＰＥＸは、例示としてポリトロープ推定の１形態を示す。明細書の初頭で説明したように、ポリトロープ推定を介したクランクシャフト角範囲から圧縮曲線の任意点まで、１つのシリンダー圧力値または複数のシリンダー圧力値の平均に関して測定値から計算することが可能である。曲線ＰＥＸは、向上した明確性のため、シリンダー圧力形態から幾分か離れているように意図的に図示されているが、当然ながらそれはシリンダー圧力形態と一致する関係で延伸する。

Claims (23)

1. 内燃機関（１）、特にガスエンジンを運転する方法であって、
   前記内燃機関（１）は、給気（Ａ）が可変チャージ圧力（ｐ_ａ）で供給される、及び／又は可変量の給気が供給される少なくとも１つの燃焼チャンバー（２）を含んでおり、
   シリンダー圧力値（ｐ_ｉ）は前記少なくとも１つの燃焼チャンバー（２）内に設置されたセンサーの少なくとも１つの測定値（ｐ_ｃ）から確定されるものであり、
   前記シリンダー圧力値（ｐ_ｉ）は、シリンダー圧力目標値（ｐ_ｓ）に対する設定値として前記チャージ圧力（ｐ_ａ）を変更することによって、及び／又は前記給気の量を変更することによって調整され、
   前記シリンダー圧力目標値（ｐ_ｓ）は前記内燃機関（１）の出力（Ｐ）に対応して選択される、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記少なくとも１つの測定値（ｐ_ｃ）は、燃焼チャンバー（２）内の点火前に確定され、好適には、前記燃焼チャンバー（２）の境界を画定するピストンの上死点前のクランクシャフト角約３０°と５５°の間の範囲で、特に好適にはピストンの上死点前のクランクシャフト角約３５°で、またはピストンの上死点前のクランクシャフト角約４９°で確定される、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記内燃機関（１）の少なくとも２つ、好適には全ての燃焼チャンバー（２）はシリンダー圧力を決定するためにそれぞれセンサー（３）を備えており、
   対象である前記燃焼チャンバー（２）のそれぞれのシリンダー個別圧力値はセンサー（３）の少なくとも１つの測定値（ｐ_ｃ）から確定され、
   前記シリンダー圧力値（ｐ_ｉ）は前記燃焼チャンバー（２）の前記シリンダー個別圧力値から確定される、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 前記燃焼チャンバー（２）の前記確定されたシリンダー個別圧力値のメジアン値または算術平均値が前記シリンダー圧力値（ｐ_ｉ）として確定される、
   ことを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 実質的に一定な値の窒素酸化物排出のために、それぞれの前記シリンダー圧力目標値（ｐ_ｓ）は、前記内燃機関（１）の出力（Ｐ）に対応した、前記内燃機関（１）の出力（Ｐ）とシリンダー圧力目標値（ｐ_ｓ）との関連性を含んだ運動特性（４）から予め決定される、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記給気（Ａ）は空気供給導路（５）を介して前記少なくとも１つの燃焼チャンバー（２）に供給され、
   前記チャージ圧力（ｐ_ａ）は、前記空気供給導路（５）内に設置された少なくとも１つの調節装置（６、７）の調節によって、好適には、コンプレッサーバイパスバルブ（６）及び／又はスロットルフラップ（７）の調節によって変化される、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記給気（Ａ）は空気供給導路（５）を介して前記少なくとも１つの燃焼チャンバー（２）に供給され、
   前記給気の量は可変バルブギア（３２）の調節によって変化される、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記給気（Ａ）はコンプレッサー（８）を備えた空気供給導路（５）を介して前記少なくとも１つの燃焼チャンバー（２）に供給され、
   前記コンプレッサー（８）は前記内燃機関（１）の排気ガス導路（１０）内の排気ガスタービン（９）に接続されており、
   前記チャージ圧力（ｐ_ａ）は、前記排気ガスタービン（９）のタービンブレードの変位によって、または、前記排気ガス導路（１０）内の排気ガスタービンバイパスバルブ（１１）の調節によって変化され、
   前記排気ガスタービンバイパスバルブ（１１）は、前記排気ガスタービン（９）をバイパスするために、排気ガスタービン入口（９ａ）を排気ガスタービン出口（９ｂ）に直接的に接続する排気ガスバイパス導路（１２）内に設置されている、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記給気（Ａ）を含んだ燃料空気混合気は前記少なくとも１つの燃焼チャンバー（２）内に導入され、
   前記チャージ圧力（ｐ_ａ）は前記燃料空気混合気の燃料空気比の調節によって変化され、前記給気（Ａ）の前記チャージ圧力（ｐ_ａ）は、前記燃料空気混合気の燃料空気比の変動で、及び／又は変動後に、前記内燃機関（１）の出力（Ｐ）に対応して調節される、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 燃料空気混合気として前記給気（Ａ）は、ミキサー（１３）を備えた空気供給導路（５）を介して前記少なくとも１つの燃焼チャンバー（２）に供給され、
    燃料（Ｇ）の導入のための燃料導路（１４）と空気（Ｌ）の導入のための空気導路（１５）とは前記ミキサー（１３）内に開いており、前記ミキサー（１３）のミキサー出口（１３ａ）は前記空気供給導路（５）内に開いており、
    前記給気（Ａ）の燃料空気比はミキサーバイパスバルブ（１６）の調節によって変動され、
    前記ミキサー（１３）をバイパスするため、前記ミキサーバイパスバルブ（１６）は、前記空気導路（１５）を前記ミキサー出口（１３ａ）に直接的に接続するミキサーバイパス導路（１７）内に設置されている、
    ことを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 燃料空気混合気として前記給気（Ａ）は、ミキサー（１３）を備えた空気供給導路（５）を介して前記少なくとも１つの燃焼チャンバー（２）に供給され、
    燃料（Ｇ）の導入のための燃料導路（１４）と空気（Ｌ）の導入のための空気導路（１５）は前記ミキサー（１３）内に開いており、前記ミキサー（１３）のミキサー出口（１３ａ）は前記空気供給導路（５）内に開いており、
    前記給気（Ａ）の燃料空気比は前記燃料導路（１４）内に設置された燃料バルブ（１８）の調節によって変動され、
    前記燃料導路（１４）を介して前記ミキサー（１３）に供給される燃料の量は前記燃料バルブ（１８）の位置の変化によって変動される、
    ことを特徴とする請求項９または１０記載の方法。
12. 前記燃料空気混合気は前記給気（Ａ）と前記燃料（Ｇ）を含んでおり、
    前記給気（Ａ）は空気供給導路（５）を介して前記少なくとも１つの燃焼チャンバー（２）に供給され、前記燃料（Ｇ）は少なくとも１つの燃料測定バルブ（２８）を備えた燃料供給導路（３１）を介して前記少なくとも１つの燃焼チャンバー（２）に供給され、
    前記燃料空気混合気の燃料空気比は前記少なくとも１つの燃料測定バルブ（２８）の位置を変えることで変動される、
    ことを特徴とする請求項９記載の方法。
13. 少なくとも１つの燃焼チャンバー（２）を備えた内燃機関（１）のシリンダー圧力値（ｐ_ｉ）を調整するための調整装置（１９）であって、
    給気（Ａ）は、可変チャージ圧力（ｐ_ａ）及び／又は可変量の給気で、前記内燃機関（１）の空気供給導路（５）を介して前記少なくとも１つの燃焼チャンバー（２）内に導入でき、
    前記少なくとも１つの燃焼チャンバー（２）はシリンダー圧力を決定するためのセンサー（３）を備えており、
    前記センサーの少なくとも１つの測定値（ｐ_ｃ）は、信号線（２０）を介して前記調整装置（１９）に送信でき、
    前記内燃機関（１）の出力（Ｐ）を確定するために出力測定装置（２１）が設置されており、
    前記出力（Ｐ）は別信号線（２０）を介して前記調整装置（１９）に送信できるものであり、
    前記調整装置（１９）は前記センサー（３）の前記少なくとも１つの測定値（ｐ_ｃ）から前記シリンダー圧力値（ｐ_ｉ）を確定し、
    前記シリンダー圧力値（ｐ_ｉ）とシリンダー圧力目標値（ｐ_ｓ）との間に偏差が発生したとき、前記内燃機関（１）の出力（Ｐ）に対応して、前記調整装置（１９）は、
    前記チャージ圧力（ｐ_ａ）を変更するために、前記シリンダー圧力値（ｐ_ｉ）と前記シリンダー圧力目標値（ｐ_ｓ）とが一致するまで制御線（２２）を介して調節信号を少なくとも１つの調節装置（６、７、１１、１６、１８、２８）に送信し、好適には、前記少なくとも１つの調節装置（６、７、１１、１６、１８、２８）は前記内燃機関（１）の前記空気供給導路（５）内または排出ガス導路（１０）内に設置されており、及び／又は、
    給気量を変更するために、前記シリンダー圧力値（ｐ_ｉ）と前記シリンダー圧力目標値（ｐ_ｓ）とが一致するまで制御線（２２）を介して調節信号を可変バルブギア（３２）に送信する、
    ことを特徴とする調整装置。
14. 内燃機関（１）、特にガスエンジンであって、
    シリンダー圧力を決定するためのセンサー（３）を備えた少なくとも１つの燃焼チャンバー（２）と、
    請求項１３記載の調整装置（１９）と、
    を含んでいる、
    ことを特徴とする内燃機関。
15. 前記空気供給導路（５）内には前記調節装置としてスロットルフラップ（７）が設置されており、
    前記スロットルフラップ（７）の位置を変更するため、制御線（２２）を介して調節信号が前記調整装置（１９）によって前記スロットルフラップ（７）に送信される、
    ことを特徴とする請求項１４記載の内燃機関。
16. 前記給気（Ａ）を圧縮するためにコンプレッサー（８）が前記空気供給導路（５）内に設置されており、
    前記コンプレッサー（８）は、前記内燃機関（１）の排出ガス導路（１０）内の排出ガスタービン（９）に接続されている、
    ことを特徴とする請求項１４または１５記載の内燃機関。
17. 前記コンプレッサー（８）をバイパスするため、コンプレッサー入口（８ａ）をコンプレッサー出口（８ｂ）に直接的に接続するコンプレッサーバイパス導路（２３）内にコンプレッサーバイパスバルブ（６）が設置されており、
    前記コンプレッサーバイパスバルブ（６）のバルブ位置を変更するため、前記調整装置（１９）によって調節信号が制御線（２２）を介して前記コンプレッサーバルブ（６）に送信できる、
    ことを特徴とする請求項１６記載の内燃機関。
18. 前記排出ガスタービン（９）は調節装置として調節可能なタービンブレードを有しており、
    前記タービンブレードの幾何形状を変えるため、前記調整装置（１９）によって調節信号が制御線（２２）を介して前記排出ガスタービン（９）に送信できる、
    ことを特徴とする請求項１６または１７記載の内燃機関。
19. 排出ガスタービン入口（９ａ）を排出ガスタービン出口（９ｂ）に直接的に接続する前記排出ガスバイパス導路（１２）内で前記排出ガスタービン（９）をバイパスするため、排出ガスタービンバイパスバルブ（１１）が前記調節装置として設置されており、
    前記排出ガスタービンバイパスバルブ（１１）のバルブ位置を変えるため、前記調整装置（１９）によって調節信号が制御線（２２）を介して前記排出ガスタービンバイパスバルブ（１１）に送信できる、
    ことを特徴とする請求項１６から１８のいずれか１項に記載の内燃機関。
20. ミキサー（１３）が前記空気供給導路（５）内に設置されており、
    燃料（Ｇ）を導入するための燃料導路（１４）と空気（Ｌ）を導入するための空気導路（１５）とは前記ミキサー（１３）内に開いており、前記ミキサー（１３）のミキサー出口（１３ａ）は前記空気導路（５）内に開いている、
    ことを特徴とする請求項１４から１９のいずれか１項に記載の内燃機関。
21. 前記空気導路（１５）を前記ミキサー出口（１３ａ）に直接的に接続するミキサーバイパス導路（１７）内に、前記ミキサー（１３）をバイパスするため、前記調節装置としてミキサーバイパスバルブ（１６）が設置されており、
    前記ミキサーバルブ（１６）のバルブ位置を変えるため、前記調整装置（１９）によって調節信号が制御線（２２）を介して前記ミキサーバイパスバルブ（１６）に送信できる、
    ことを特徴とする請求項２０記載の内燃機関。
22. 前記燃料導路（１４）内には前記調節装置として燃料バルブ（１８）が設置されており、
    前記燃料バルブ（１８）のバルブ位置を変えるため、前記調整装置（１９）によって調節信号が制御線（２２）を介して前記燃料バルブ（１８）に送信できる、
    ことを特徴とする請求項２０または２１記載の内燃機関。
23. 燃料（Ｇ）が燃料供給導路（３１）を介して前記少なくとも１つの燃焼チャンバー（２）に導入でき、
    少なくとも１つの燃料測定バルブ（２８）が前記調節装置として前記燃料供給導路（３１）内に設置され、
    前記少なくとも１つの燃料測定バルブ（２８）のバルブ位置を変えるため、前記調整装置（１９）によって調節信号が制御線（２２）を介して前記少なくとも１つの燃料測定バルブ（２８）に送信できる、
    ことを特徴とする請求項１４から１９のいずれか１項に記載の内燃機関。

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