JP4358992B2 - 多気筒内燃機関とその作動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は多気筒内燃機関とそのような内燃機関を運転する方法とに関する。
【０００２】
内燃機関における酸化窒素の排出を下げる有効な処置は排ガス帰還を実体とする。これは供給される新鮮ガス中の酸素部分圧の降下により達成される。この種のシステムは例えば欧州特許第０４４２９８１号明細書から知られている。この明細書に提示された内燃機関には、排出シリンダの排ガスが共通吸込み集中管に供給される。それで、総てのシリンダは吸込み空気と戻される排ガスとから成る混合気を供給される。
【０００３】
同様に出願人が出したドイツ特許第４３３１５０９号明細書から排ガス帰還システムを備える分割されたエンジンは知られている。その分割されたエンジンは引き続き第一シリンダと呼ばれる受容シリンダと引き続き第二シリンダと呼ばれる少なくとも一つの排出シリンダとから成る。この場合に吸込みシステムは二つに分割されている。第一シリンダは吸込み空気と第二シリンダから戻される排ガスとから成る混合気を含有する。第二シリンダは専ら吸込み空気を含有する。
【０００４】
前記された従来技術から出発して、本発明の課題は酸化窒素の排出の更なる降下を考慮してこの吸込みシステムを開発することである。
【０００５】
この課題は、一方で、請求項１に挙げられているように、多気筒内燃機関を運転する方法によって、他方で、請求項１２に挙げられた特徴部分を備える多気筒内燃機関によって解決される。
【０００６】
本発明による方法は、この種の内燃機関用の請求項１により、第二シリンダ（７）に噴射される燃料量の制御が第一シリンダ（２−６）に噴射される燃料量の制御と無関係に行われることを意味する。
【０００７】
本発明の方法の本質的利点は、広い運転範囲にわたる独立した制御によって酸化窒素の排出の降下を可能とし、同時に内燃機関がその出力量を考慮して最適に運転できる。
【０００８】
本発明の構成では、第一シリンダと第二シリンダ用の燃料噴射の噴射開始及び／又は噴射期間は互いに無関係に調整されることが提案されている。
【０００９】
これに対して、第一シリンダに供給される新鮮ガスの酸素部分圧を降下するために第二シリンダに噴射された燃料量が減少される。同時に第二シリンダに噴射された燃料量の減少と共に第一シリンダに噴射された燃料量が増加される。この利点は、ディスペンサ−シリンダ（第二シリンダ）用の燃料投入の減少が総てのシリンダ用の燃料投入の減少を伴う従来の排ガス帰還におけるのとは違って燃焼最高圧の減少と関連されていることにある。これは特に負荷を受けたエンジンにおいて好ましく、エンジンではほんの僅かなディスペンサ−シリンダにおける燃料投入の減少が過給圧にほんの僅かに影響を与えて、第一シリンダ（受容シリンダ）に噴射された燃料量の増加によって内燃機関の全出力が維持されている。他の利点は、内燃機関のクランク軸の応力がシリンダ内の異なる燃焼最高圧による一様でない負荷によってほんの僅かに増加することにある。
【００１０】
構成には、第一シリンダに供給される新鮮ガスの酸素部分圧を降下するために第二シリンダに噴射された燃料量が増加されることが意図されている。さらに構成では、第二シリンダに噴射された燃料量の増加と共に、第二シリンダにおける燃料量の噴射開始が後に遅れて延期されている。それで、ディスペンサ−シリンダ（第二シリンダ）の燃焼最高圧の上昇は噴射された燃料量の増加にもかかわらず回避される。
【００１１】
本発明の方法の好ましい態様によると、内燃機関の加速過程では第二シリンダに噴射された燃料量が減少されるか或いは第二シリンダへの燃料噴射が完全に遮断されることが意図されている。これにより排ガス帰還による加速過程での煤発生がもっと追加的に激しくならない。
【００１２】
本発明の方法の他の好ましい態様によると、内燃機関の無負荷運転では第二シリンダへの燃料噴射が遮断されることが意図されている。これによって無負荷運転では帰還ストラングの露点下の排ガス流の過冷却に基づく内壁通気悪化を回避することを可能とする。
【００１３】
請求項９によると、第一シリンダに供給される新鮮ガスの酸素部分圧の制御が内燃機関運転の特性；即ちシリンダ圧、排ガス成分、特にＮＯx,ＨＣ，ＣＯの濃度、排ガス温度、エンジン回転モ−メント、燃料投入、過給圧、エンジン回転数の一つ或いは複数の連続した値に依存して行われる。
【００１４】
本発明の方法を実施するために、請求項１０によると、燃料の噴射が一つのコモンレ−ル噴射システムによって行われることが提案されている。この噴射システムは高圧下で生じる燃料を維持する共通補助蓄積器を有する。その共通補助蓄積器は噴射導管を介して内燃機関のシリンダに燃料を噴射する燃料噴射器と接続されている。供給される燃料量を制御するために制御ユニットが設けられている。
【００１５】
これと代えて、各燃料噴射器に一個の単一蓄積器が付属されている噴射システムが設けられている。この単一蓄積器がさらに分配導管を介して共通供給導管から燃料を供給する。噴射の制御はこの場合にも制御ユニットより開始される。
【００１６】
本発明は図示された実施例に基づいて説明される。図１は分割された新鮮空気供給を備える内燃機関のシステム線図を示し、図２は共通新鮮空気供給を備える内燃機関のシステム線図を示し、図３は分割された新鮮空気供給と単一蓄積器を備える内燃機関のシステム線図を示す。
【００１７】
図１は内燃機関のシステム線図を示す。内燃機関１は５個の第一シリンダ２−６（受容シリンダ）と少なくとも一個のシリンダ７（ディスペンサ−シリンダ）を所持する。第一シリンダ２−６はその入口側に吸込み集中管９と接続されていて、その集中管を介してシリンダが新鮮空気を供給される。第二シリンダ７はその入口側に吸込み集中管９により分離された第二吸込み管１０と接続されている。吸込み集中管９と吸込み管１０にはガスタ−ビン１３と接続された排ガスタ−ビン式過給機の吸込み空気圧縮機８から濃縮された空気が供給される。出口側では第一シリンダ２−６が排ガスシステム１１と接続され、その排ガスシステムが煤フィルタ１２を介して排ガスタ−ビン式過給機のガスタ−ビン１３に接続されている。第二シリンダ７はその出口側には同様に煤フィルタ１５が接続している排ガス帰還装置１４を介して第一シリンダ２−６の吸込み集中管９と接続されている。排ガス帰還装置１４の接合点の下流で吸込み集中管９及び吸込み管１０に過給空気冷却機１６が切り換えられる。
【００１８】
内燃機関１の各シリンダ２−７は一個の噴射器２２を備えていて、その噴射器はそれぞれに噴射導管２１を介してコモンレ−ル噴射システムの共通補助蓄積器１７と接続されている。この補助蓄積器１７には高圧下に生じる燃料が維持されていて、この燃料は高圧ポンプ１９により燃料導管１８から高圧導管２０を介してちょうどこの共通補助蓄積器１７まで供給される。制御ユニット２３は噴射間隔、即ち噴射器２２の噴射開始、噴射期間、噴射終了を制御するのに用いられ、この噴射器２２はそれぞれに制御導管２４を介して制御ユニット２３に接続されている。
【００１９】
制御ユニット２３は運転状態に一致して内燃機関１の各シリンダ２−７用の噴射された燃料量を制御する。特に制御ユニット２３は制御ユニットが第二シリンダ７に噴射される燃料量を第一シリンダ２−６に噴射される燃料量と無関係に制御するように形成される。その際に第一シリンダ２−６と第二シリンダ７用の噴射開始及び／又は噴射期間とそれを伴う燃料噴射の噴射終了が互いに無関係に調整される。第一シリンダ２−６（受容シリンダ）に供給された新鮮空気の酸素部分圧を上昇するために、第二シリンダ７（ディスペンサ−シリンダ）に噴射される燃料量が減少されるので、第二シリンダ７から排出されて、排ガス帰還装置１４を介して吸込み集中管９まで帰還される排ガス量がより少なくなる。第二シリンダ７に噴射して供給される燃料量の減少と同時に、第一シリンダ２−６に噴射される燃料量が増加されるので、内燃機関の全出力が維持されている。特にそれにより内燃機関の燃焼最高圧と排ガスタ−ビン式過給機における圧力は実質的に一定に維持される。内燃機関のクランク軸はシリンダ内の異なる燃焼最高圧による一様でない負荷によってほんの僅かに追加的に負荷される。
【００２０】
その他方において、第一シリンダ２−６（受容シリンダ）に供給される新鮮空気の酸素部分圧を下降するために、第二シリンダ７（ディスペンサ−シリンダ）に噴射される燃料量が増加されて、それにより第二シリンダ７の出口側から排ガス帰還装置１４を介して吸込み集中管９に帰還される排ガス量が増加する。第二シリンダ７に噴射される燃料量の増加と共に後に遅れた第二シリンダ７への燃料量の噴射開始の移動によってディスペンサ−シリンダの燃焼最高圧の上昇が補償され得る。
【００２１】
煤発生を減少するために、内燃機関の加速過程において第二シリンダ７に噴射される燃料量が減少されるか或いは完全に遮断される。無負荷運転では第二シリンダ７への燃料噴射は同様に、露点下の排ガス流の過冷却によって煤フィルタ１５を含める排ガス帰還装置１４の内壁通気悪化を回避するために、遮断され得る。
【００２２】
図２は本発明の方法を実施するために共通新鮮空気供給を備える内燃機関のシステム線図を示す。図１と同じ構成部材は同じ引用符号を備えている。図１との相違は、第一シリンダ２−６及び第二シリンダ７が吸込み集中管９を介して新鮮空気を供給されることにある。第二シリンダ７と連続された排ガス帰還装置１４は煤フィルタ１５を介してこの吸込み集中管９に連通する。図１で述べられたことは方法の経過のために適する。
【００２３】
図３は分割された新鮮空気供給と単一蓄積器を備える内燃機関のシステム線図を示す。図１と図２と同じ構成部材は同様に同じ引用符号を備えている。高圧ポンプ１９により共通供給導管２７が供給される。共通供給導管２７から分配導管２６が燃料噴射器２２へ分岐する。この分配導管２６には単一蓄積器２８が設けられている。図３には吸込み集中管９と吸込み管１０から成る分割された混合気供給手段が図示されている。無論、共通供給導管２７、分配導管２６と単一蓄積器２８から成る噴射システムは図２に図示されたシステムに共通集中管を加えている。図１で述べられたことは方法の経過や機能のために適する。
【００２４】
第二シリンダ７に供給される燃料量の制御による第一シリンダ２−６への酸素部分圧の制御は、定常及び非定常エンジン運転の際に関連したエンジン運転値に依存した特性で行われる。このためにシリンダ圧（シリンダ内の圧力センサ−による測定）及び／又は、排ガス成分、特にＮＯx,ＨＣ，ＣＯ等の濃度（ガス濃度センサ−による測定）及び／又は、排ガス温度（排ガスストランド内の温度センサ−による測定）及び／又は、エンジン回転モ−メント（回転モ−メントセンサ−による測定）及び／又は、燃料投入（燃料質量流量センサ−による測定）及び／又は、過給圧（圧力センサ−による測定）及び／又は、エンジン回転数（クランク軸における回転数センサ−による測定）及び／又は過給空気温度（新鮮空気ストランド内の温度センサ−）が提供されている。
【００２５】
非定常エンジン運転の際に噴射される燃料量は前記値に依存して制御され得る。この入口値２５は制御ユニット２３で検出される。この制御ユニットから内燃機関１の運転用の制御ユニット２５は必要なパラメ−タを求める。
【図面の簡単な説明】
【図１】 分割された新鮮空気供給を備える内燃機関のシステム線図を示す。
【図２】 共通新鮮空気供給を備える内燃機関のシステム線図を示す。
【図３】 分割された新鮮空気供給と単一蓄積器を備える内燃機関のシステム線図を示す。
【符号の説明】
１．．．．．内燃機関
２−６．．．第一シリンダ
７．．．．．第二シリンダ
８．．．．．吸込み圧縮機
９．．．．．吸込み集中管
１０．．．．吸込み管
１１．．．．排ガスシステム
１２．．．．煤フィルタ
１３．．．．排ガスタ−ビン
１４．．．．排ガス帰還装置
１５．．．．煤フィルタ
１６．．．．過給空気冷却機
１７．．．．共通補助蓄積器
１８．．．．燃料導管
１９．．．．高圧ポンプ
２０．．．．高圧導管
２１．．．．噴射導管
２２．．．．燃料噴射器
２３．．．．制御ユニット
２４．．．．制御導管
２５．．．．入口値
２６．．．．分配導管
２７．．．．共通供給導管
２８．．．．単一蓄積器

Claims (11)

1. 第一シリンダ（２−６）と少なくとも一個の第二シリンダ（７）を有し、第二シリンダ（７）が一作動分量取出しシリンダとして役立ち、排ガスの一部が排ガス戻し装置（１４）を介して新鮮ガスを供給されていて、内燃機関（１）の第一シリンダ（２−６）と第二シリンダ（７）へ燃料を噴射する噴射システムを備える内燃機関（１）を運転する方法において、第二シリンダ（７）の噴射される燃料量の制御が第一シリンダ（２−６）の噴射される燃料量の制御と独立して行われ、第一シリンダ（２−６）に供給される新鮮ガスの酸素の分圧を上げるために第二シリンダ（７）に噴射される燃料量が減少され、同時に第一シリンダ（２−６）に噴射される燃料量が上昇され、第一シリンダ（２−６）に供給される新鮮ガスの酸素の分圧を降下するために第二シリンダ（７）に噴射される燃料量が増加され、同時に第二シリンダ（７）における燃料量の噴射開始が後に遅れて延期されることを特徴とする運転方法。
2. 第一シリンダ（２−６）と第二シリンダ（７）用の燃料噴射の噴射開始と噴射期間が互いに独立して調整されることを特徴とする請求項１に記載された方法。
3. 内燃機関の加速過程において第二シリンダ（７）に噴射される燃料量が減少されるか或いは第二シリンダ（７）における燃料の噴射が完全に遮断されることを特徴とする請求項１或いは２に記載された方法。
4. 内燃機関（１）の無負荷運転において第二シリンダ（７）の燃料噴射が遮断されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載された方法。
5. 第一シリンダ（２−６）に供給される新鮮ガスの酸素部分圧の制御は内燃機関運転の特性、即ちシリンダ圧、排ガス成分、ＮＯx,ＨＣ，ＣＯの濃度、排ガス温度、エンジン回転モ−メント、燃料投入、過給圧、エンジン回転数の一つ或いは複数の連続した値に依存して行われることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載された方法。
6. 燃料の噴射が一つのコモンレ−ル噴射システムによって行われ、その噴射システムは高圧下で生じる燃料を維持する共通補助蓄積器（１７）と、噴射導管（２１）を介して共通補助蓄積器（１７）と接続されていて内燃機関（１）のシリンダ（２−７）に燃料を噴射する燃料噴射器（２２）と、シリンダ（２−７）に噴射して供給される燃料量を制御する制御ユニット（２３）とを有し、第二シリンダ（７）に供給される燃料量の噴射の制御が第一シリンダ（２−６）に供給される燃料量の噴射と無関係に開始されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載された方法。
7. 燃料の噴射が一つのコモンレ−ル噴射システムによって行われ、その噴射システムは各燃料噴射器（２２）のために高圧下で生じる燃料を維持する単一蓄積器（２８）を有し、その単一蓄積器（２８）が分配導管（２６）を介して共通供給導管（２７）と接続されていて、そしてシリンダ（２−７）に噴射して供給される燃料量を制御する制御ユニット（２３）を有し、制御ユニット（２３）による第二シリンダ（７）に供給される燃料量の噴射の制御が第一シリンダ（２−６）に供給される燃料量の噴射と無関係に開始されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載された方法。
8. 第一シリンダ（２−６）と少なくとも一個の第二シリンダ（７）を有し、第二シリンダ（７）が一作動分量取出しシリンダとして役立ち、排ガスの一部が排ガス戻し装置（１４）を介して新鮮ガスを供給されている内燃機関（１）において、噴射システムは内燃機関の第一シリンダ（２−６）と第二シリンダ（７）とに燃料を噴射するように設けられており、噴射システムが第一シリンダ（２−６）と第二シリンダ（７）の噴射される燃料量の相互に無関係な制御を許容することを特徴とする内燃機関。
9. 内燃機関の噴射システムはコモンレ−ル噴射システムとして形成されていて、その噴射システムは高圧下で生じる燃料を維持する共通補助蓄積器（１７）と、噴射導管（２１）を介して共通補助蓄積器（１７）と接続されていて内燃機関のシリンダに燃料を噴射する燃料噴射器（２２）と、シリンダ（２−７）に噴射して供給される燃料量を制御する制御ユニット（２３）とを有し、その制御ユニット（２３）は第一シリンダ（２−６）に供給される燃料量の噴射と無関係に第二シリンダ（７）に供給される燃料量の噴射を制御するように形成されていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
10. 噴射システムは燃料噴射器（２２）、高圧下で生じる燃料を維持する単一蓄積器（２８）、分配導管（２６）と共通供給導管（２７）と、制御ユニット（２３）から成り、各燃料噴射器（２２）には一つの単一蓄積器（２８）が付属されており、単一蓄積器（２８）が分配導管（２６）を介して共通供給導管（２７）と接続され、制御ユニット（２３）は第二シリンダ（７）に供給される燃料量の噴射の制御が第一シリンダ（２−６）に供給される燃料量の噴射と無関係に行われるように形成されていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関（１）。
11. 第二シリンダ（７）に噴射される燃料量の噴射及び／又は第一シリンダ（２−６）に噴射される燃料量の噴射を制御するために、一つ或いは複数の連続したセンサ−、即ちシリンダ中の圧力センサ−、排ガス成分用ガス濃度センサ−、排ガスストラングの温度センサ−、回転モ−メントセンサ−、燃料質量流量センサ−、過給圧用圧力センサ−、クランク軸における回転数センサ−が設けられ、そのセンサ−はその出力信号を供給するために制御ユニット（３６）と接続されていることを特徴とする請求項８、９或いは１０に記載の内燃機関。

Images