(57)【要約】  本発明は、燃焼室と少なくとも１つの吸気バルブ（２７）と少なくとも１つの排気バルブ（２８）を含み、前記バルブの開放時間が可変である内燃機関（１）、特に燃料直接噴射装置を備えたオットエンジンを、コントロールされた自己着火で作動するための方法であって、燃料−空気混合気を燃焼室（２６）内に導入して圧縮行程（Ｖ）で圧縮し、当該圧縮行程（Ｖ）の最後で燃料−空気混合気を自己着火させる形式の方法に関する。本発明により、前記吸気バルブ（２７）と排気バルブ（２８）の開放時間を負荷に依存して変更することによって広範囲な負荷領域で、コントロールされた自己着火が可能となる。
2009511808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と少なくとも１つの吸気バルブ（２７）と少なくとも１つの排気バルブ（２８）を含み、前記バルブの開弁期間が可変である内燃機関（１）、特に燃料直接噴射機構を備えたオットエンジンを、コントロールされた自己着火で作動するための方法であって、
燃料−空気混合気を燃焼室（２６）内に導入して圧縮行程（Ｖ）で圧縮し、当該圧縮行程（Ｖ）の最後で燃料−空気混合気を自己着火させる形式の方法において、
前記吸気バルブ（２７）と排気バルブ（２８）の開弁期間を負荷に依存して変更するようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２】
内燃機関の低負荷時に、残留ガスの滞留が行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記残留ガスの滞留を吸気弁（２７）と排気弁（２８）の間のマイナスのバルブオーバーラップによって生じさせるようにした、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
高負荷時に吸気弁（２７）と排気弁（２８）の間でプラスのバルブオーバーラップが生じる、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
【請求項５】
プラスのバルブオーバーラップは、排気管（３３）及び／又は吸気マニホールド（３６）からの残留ガスが燃焼室内へフィードバックされるように生じる、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
【請求項６】
燃料を複数の部分噴射量（ＶＥ，ＨＥ，ＮＥ，ＺＥ）で燃焼室（２６）内又は吸気マニホールド（３６）に噴射させる、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
【請求項７】
１つの部分噴射量が排気行程（ＡＵ）において燃焼室（２６）内に噴射される、請求項１から６いずれか１項記載の方法。
【請求項８】
１つの部分噴射量が吸気行程（ＡＮ）において燃焼室（２６）内または吸気マニホールド（３６）に噴射される、請求項１から７いずれか１項記載の方法。
【請求項９】
１つの部分噴射量が圧縮行程（Ｖ）中の１つまたは複数の燃料噴射において燃焼室（２６）内に噴射される、請求項１から８いずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
燃焼室（２６）と少なくとも１つの吸気バルブ（２７）と少なくとも１つの排気バルブ（２８）を含み、前記バルブの開弁期間が可変である内燃機関（１）、特にコントロールされた自己着火を伴う作動モードで作動が可能な、燃料直噴機構を備えたオットエンジンにおいて、
前記吸気バルブ（２７）と排気バルブ（２８）の開弁期間が負荷に依存して変更されるように構成されていることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブを含み、前記バルブの開弁期間が可変である内燃機関、特に燃料直接噴射機構を備えたオットエンジンを、コントロールされた自己着火で作動するための方法であって、燃料−空気混合気を燃焼室内に導入して圧縮行程で圧縮し、当該圧縮行程の最後で燃料−空気混合気を自己着火させる、内燃機関の作動方法に関している。
【０００２】
背景技術
ＨＣＣＩ（Homogenous Charge Compression Ignition）モード（このモードは場合によってはＣＡＩ（Controlled Auto Ignition）モード、ＡＴＡＣ（Active Thermo Atmospher Combustion）モード、またはＴＳ（Toyota Soken）モードとも称される）においては、燃料−空気混合気の着火が火花点火方式によってではなく、コントロールされた自己着火方式によって行われる。このＨＣＣＩ燃焼過程は例えば高温残留ガス成分の高い割合によって、及び／又は高い圧縮によって、及び／又は高温の吸入空気温度によって引き起こされ得る。この自己着火の前提条件は、シリンダー内のエネルギーレベルの十分な高さである。ＨＣＣＩモードでの作動が可能な内燃機関としては、例えばUS 6,260,520明細書、US 6,390,054明細書、DE 199 27 479 明細書、WO 98/10179 パンフレットに記載のものが公知である。
【０００３】
ＨＣＣＩ燃焼は、従来の火花点火式による燃焼に比べて、低減された燃料消費と僅かな有害物質排出の点で優れている。いずれにせよ燃焼行程の閉ループ制御と特に混合気の自己着火のコントロールは複雑である。
【０００４】
従来技術における問題点と本発明の課題
現在のところは低負荷時においてのみＨＣＣＩモードが達成できる。それ故に本発明の課題はコントロールされた自己着火を他の負荷領域にも展開してゆけるように改善を行うことである。
【０００５】
前記課題は本発明により、燃焼室と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブを含み、前記バルブの開弁期間が可変である内燃機関、特に燃料直接噴射機構を備えたオットエンジンを、コントロールされた自己着火で作動するための方法であって、燃料−空気混合気を燃焼室内に導入して圧縮行程で圧縮し、当該圧縮行程の最後で燃料−空気混合気を自己着火させる形式の方法において、前記吸気バルブと排気バルブの開弁期間を負荷に依存して変更するようにして解決される。燃料−空気混合気は有利にはさらに排気ガスも含んでいるため、厳密には燃料−空気−排ガス混合気が生じ得る。この燃料−空気−排ガス混合気は、例えば先行時点の燃焼行程において生じた残留ガスと、吸気マニホールドから燃焼室内へ導入される新気によって生成され得る。ここでの燃料は燃焼室内または吸気マニホールドに直接噴射される。有利には燃料は燃焼室内へ直接噴射される（燃料直噴機構；ＢＤＥ）。自己着火とは点火プラグなどの点火手段による点火なしで行われるものである。本発明による方法を用いれば、コントロールされた自己着火が広範囲に亘る負荷領域で可能となる。
【０００６】
本発明の別の有利な実施例によれば、内燃機関の低負荷時に、残留ガスの滞留が行われる。さらに有利には、前記残留ガスの滞留が吸気弁と排気弁の間のマイナスのバルブオーバーラップによって生じる。この場合先行時点の燃焼行程から生じた残留ガスは燃焼室内に滞留する。
【０００７】
別の有利な実施例によれば、高負荷時に吸気弁と排気弁の間でプラスのバルブオーバーラップが生じる。有利にはプラスのバルブオーバーラップは、排気管及び／又は吸気マニホールドからの残留ガスが燃焼室内へフィードバックされるように生じる。
【０００８】
別の有利な実施例によれば、燃料が複数の部分噴射量で燃焼室内又は吸気マニホールドに噴射される。また有利には１つの部分噴射量が排気行程において燃焼室内に噴射される。さらに有利には、１つの部分噴射量が吸気行程において燃焼室内または吸気マニホールドに噴射され得る。また有利には、１つの部分噴射量が圧縮行程中の１つまたは複数の燃料噴射において燃焼室内に噴射される。これらの手段を用いれば、燃料−空気−排ガス−混合気の温度が広範囲な領域でコントロールできる。
【０００９】
冒頭に述べた問題点はさらに本発明により、燃焼室と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブを含み、前記バルブの開弁期間が可変である内燃機関、特にコントロールされた自己着火を伴う作動モードで作動が可能な、燃料直噴機構を備えたオットエンジンにおいて、前記吸気バルブと排気バルブの開弁期間が負荷に依存して変更されるように構成されて解決される。
【００１０】
図面
以下の明細書では本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。この場合、
図１は、燃料供給システムを備えた内燃機関の１つのシリンダを概略的に表した図であり、
図２は、電気油圧式バルブ制御機構の概略図であり、
図３は、燃焼室の圧力経過をクランク軸角度に亘って示した線図であり、
図４は、開弁経過をクランク軸角度に亘って示した線図であり
図５は、本発明による方法のフローチャートである。
【実施例】
【００１１】
図１には、燃料供給システムの所属の構成要素を備えた内燃機関の１つの気筒（シリンダ）の概略図が示してある。ここでは例示的に燃料直接噴射方式の内燃機関（ガソリン直接噴射式のオットエンジン（ＢＤＥ））が図示してある。この内燃機関は燃料タンク１１を備えている。この燃料タンク１１には、電動式燃料ポンプ（ＥＫＰ）１２と、燃料フィルタ１３と、低圧調整器１４とが配置されている。燃料タンク１１からは、燃料管路１５が高圧ポンプ１６に通じている。この高圧ポンプ１６には、蓄圧室１７が続いている。この蓄圧室１７には、噴射弁１８が配置されており、この噴射弁１８は、有利には直接内燃機関の燃焼室２６に対応配置されている。直接噴射式の内燃機関では、各燃焼室２６に少なくとも１つの噴射弁１８が対応配置されている。しかし、ここでは、複数の噴射弁１８が各燃焼室２６に対して設けられていてもよい。燃料は、電動式燃料ポンプ１２によって燃料タンク１１から燃料フィルタ１３と燃料管路１５とを介して高圧ポンプ１６に圧送される。燃料フィルタ１３は、異物粒子を燃料から除去する役割を有している。低圧調整器１４によって、燃料供給システムの低圧領域における燃料圧が予め規定された値に調整される。この値はたいていは約４〜５ｂａｒのオーダである。有利には内燃機関によって直接駆動される高圧ポンプ１６が燃料を圧縮し、この燃料を蓄圧室１７に圧送する。この場合、燃料圧は最大約１５０ｂａｒの値に到達する。図１には例示的に直接噴射方式の内燃機関の燃焼室２６が示してある。一般的に、内燃機関は、それぞれ１つの燃焼室２６を備えた複数の気筒を有している。燃焼室２６には、少なくとも１つの噴射弁１８と、少なくとも１つの点火プラグ２４と、少なくとも１つの吸気弁２７と、少なくとも１つの排気弁２８とが配置されている。燃焼室は、気筒内で昇降滑動することができるピストン２９によって仕切られる。吸気弁２７を介して、新気が吸気システム３６から燃焼室２６内に吸い込まれる。噴射弁１８によって、燃料が内燃機関の燃焼室２６内に直接噴射される。点火プラグ２４によって、燃料が点火される。点火された燃料の膨張によって、ピストン２９が駆動される。このピストン２９の運動はコネクティングロッド３７を介してクランクシャフト３５に伝達される。このクランクシャフト３５には、セグメントディスク３４が配置されている。このセグメントディスク３４は回転数センサ３０によって走査される。この回転数センサ３０は、クランクシャフト３５の回転運動を特徴付ける信号を発生させる。
【００１２】
燃焼室にはさらなる点火装置４０が配設されていてもよい。このさらなる点火装置４０はここでは点火プラグ２４に対して付加的なさらなる点火プラグ、あるいはレーザーなどであり得る。このさらなる点火装置４０若しくは点火プラグを用いることにより、後述する自己着火誘起のための火花点火がトリガされる。このさらなる点火装置４０は制御機器２５によって制御され、それゆえこの制御機器と電気的に接続されている。
【００１３】
燃焼時に発生する排ガスは排気弁２８を介して燃焼室２６から排ガス管３３に到達する。この排ガス管３３内には、温度センサ３１とラムダセンサ３２とが配置されている。温度センサ３１によって、排ガスの温度が検出され、ラムダセンサ３２によって、排ガス中の酸素含量が検出される。
【００１４】
圧力センサ２１と圧力制御弁１９とが蓄圧室１７に接続されている。圧力制御弁１９は入口側で蓄圧室１７に接続されている。出口側では、戻し管路２０が燃料管路１５に通じている。
【００１５】
圧力制御弁１９の代わりに、量制御弁が燃料供給システム１０に使用されてもよい。圧力センサ２１によって、蓄圧室１７内の燃料圧の実際値が検出され、制御装置２５に供給される。この制御装置２５によって、燃料圧の、検出された実際値をベースとして、圧力制御弁を制御する駆動制御信号が形成される。噴射弁１８は、図には示されていない電気的な出力段を介して制御される。この出力段は制御装置２５の内部にまたは外部に配置されていてよい。制御信号線路２２を介して、種々異なるアクチュエータとセンサとが制御装置２５に接続されている。この制御装置２５では、内燃機関を制御するために用いられる種々異なる機能が実行されている。最近の制御装置では、これらの機能がコンピュータにプログラミングされ、次いで、制御装置２５のメモリにファイルされる。このメモリにファイルされた機能は、内燃機関に対する要求に関連して作動される。この場合、制御装置２５の実時間能に特に厳しい要求が課せられる。原理的には、内燃機関の制御の純粋なハードウェアによる実現がソフトウェアによる実現に対して択一的に可能である。
【００１６】
吸気システム３６内には、スロットルバルブ３８が配置されている。このスロットルバルブ３８の回動位置は信号線路３９と所属の電気的なアクチュエータ（図示せず）とを介して制御装置２５によって調整可能である。
【００１７】
図２に基づいてまず本発明による方法に対して使用される油圧式バルブ制御機構の原理が示される。但しこれとは別の油圧式バルブ制御の実現方法もあるいはその他の形式の可変のバルブ制御も利用可能であることを理解されたい。このバルブ制御機構は昇降型ピストンを備えた内燃機関の一部であり、この場合はガス交換がそれ自体公知のガス交換バルブ（吸気バルブと排気バルブ）を介して行われている。ガス交換バルブの開閉は例えば図２に示されているような油圧式バルブ制御機構を介した運動を伝達するためのタペットまたはカムシャフト及びロッカレバーを介して行われる。
【００１８】
基本的な原理形態で示されている油圧式バルブ制御機構４１は、実質的にデュアルピストン４２を含んでおり、これは下方の圧力室４３並びに上方の圧力室４４と協働している。このデュアルピストン４２は貫通型プランジャ４５と接続されている。このプランジャ４５も下方のプランジャ部分４６と上方のプランジャ部分４７に分割されている。下方のプランジャ部分４６は、詳細には示されていないガス交換バルブ４８（これは吸／排気バルブであり得る）と機械的に接続されている。ガス交換バルブ４８の操作方向に応じてこのバルブは上方のプランジャ４７とも接続され得る。ここに示されているガス交換バルブ４８のための油圧系は基本的には吸気バルブの油圧系と同じものである。下方の圧力室４３はデュアルピストン４２及び下方のプランジャ部分４６と共に下方側ピストン５１を形成している。同じように上方の圧力室４４もデュアルピストン４２及び上方のプランジャ部分４７と共に上方側ピストン５２を形成している。
【００１９】
デュアルピストン４２は下方の圧力室４４並びに上方の圧力室４４と共に２つの方向で作用するないしは使用可能なピストン／シリンダ装置を形成している。油圧径路並びに機能形式及び少なくともピストンエンジンのエンジン管理を包含する経過は以下で説明する。高圧レール４９は第１の逆止弁ＲＶ１を介して下方の圧力室４３と油圧的につながる。この高圧レール４９は内燃機関の全てのバルブ制御を結び付ける油圧系の一次管路であり、これはエンジンの作動状態に応じて、すなわち例えば回転数、負荷、あるいは噴射圧などのパラメータに応じて、所定の圧力レベルに維持される。第１の逆止弁ＲＶ１は、高圧レール４９から下方の圧力室４３への油圧媒体の通流のみが行われるように作用している。それにより下方の圧力室４３内の圧力が比較的高い場合でも高圧レール４９に対する環流は阻止される。この下方の圧力室４３は上方の圧力室４４と第１の電磁弁ＭＶ１を介して接続している。第１の電磁弁ＭＶ１は、閉鎖位置と開弁位置を有しており、図２の位置は開弁位置を表している。ここでは電磁弁の代わりに外部から制御が可能なその他のバルブも適用可能である。第１の電磁弁ＭＶ１の開弁位置においては下方の圧力室４３と上方の圧力室４４との間で圧力補償調整が行われれ得る。上方の圧力室４４は付加的に第２の逆止弁ＲＶ２を介して高圧レール４９と接続している。例えば上方の圧力室４４における圧力が高圧レール４９の圧力よりも高くなった場合には、ここにおいて圧力の補償調整が行われる。作動中に高圧レールの圧力をかけることのできる油圧系の管路とバルブは、概念的に高圧レール分配器５３として包括される。このことは図２の概略図において波線の枠によって表されており、この枠は高圧レール分配器５３を部分システムとしてデュアルピストン４２と所属の圧力室４３，４４並びに環流レール５０から描画的に区切っている。上方の圧力室４４は第２の電磁弁ＭＶ２を介して環流レール５０と接続されている。この環流レール５０内では運転中に１〜２barのオーダーの圧力が生じる。環流レール５０は、高圧レール４９に高圧の油圧媒体を供給するポンプに対する油圧式バルブ制御機構４１を通って流れる油圧媒体の供給に用いられる。そのかぎりではシステム全体が閉成されている。図２では油圧式バルブ制御部４１のここにおいて重要な部分のみをガス交換バルブ４８の操作のためのデュアルピストン４２に基づいて表している。内燃機関の場合には、１つまたはそれ以上のガス交換バルブ４８が存在していてもよい。これらはそれぞれ同じデュアルピストン４２か又はそのつど個別に対応付けられたデュアルピストン４２によって制御される。
【００２０】
電磁弁ＭＶ１，ＭＶ２はバルブ制御機器を電気的に操作する。このバルブ制御機器は、出力段と論理制御部を含み、さらに電子制御ユニットＥＣＵの一部かまたはこの制御ユニット自体とデータ交換すべく接続されている。
【００２１】
図２ではそれぞれコントロールが可能なバルブのバルブ位置が表されている。このバルブは第１の電磁弁ＭＶ１と第２の電磁弁ＭＶ２であり、ガス交換バルブ４８の閉じられた位置である。この場合第１の電磁弁ＭＶ１は閉じられ、第２の電磁弁ＭＶ２は開弁されている。このことは下方の圧力室４３は高圧レール４９の圧力レベルに、上方の圧力室４４は環流レール５０の圧力レベルにしている。それにより下方の圧力室４３の圧力は上方の圧力室４４の圧力よりも高くなっている。それ故にデュアルピストン４２は上方の圧力室４４方向に押圧される。それによってガス交換バルブ４８が閉じられる。
【００２２】
ガス交換バルブ４８の開弁のためにはまず第２の電磁弁ＭＶ２が閉じられる。それと同時に第１の電磁弁ＭＶ１は開かれる。つまり油圧媒体はもはや上方の圧力室４４から環流レール５０に通流しなくなる。しかしながらここにおいては下方の圧力室４３と上方の圧力室４４との間の油圧媒体の交換が第１の電磁弁ＭＶ１を介して可能である。図２の描写からわかるように下方のピストン５１は上方のピストン５２よりも油圧的に効果の少ない表面しか有していない。この下方のピストン５１の油圧的効果のある面積は、上方のピストン５２の油圧的効果のある面積よりも小さい。ここでの油圧的に効果のある面積とは次のような面積部分を指す。すなわちそれぞれの圧力室の圧力印加のもとでピストンの運動方向にて圧力が印加される面積部分である。種々異なる油圧的効果のある面積は図２の描写において上方のプランジャ部分４７に対する下方のプランジャ部分４６の種々異なる直径によって表される。
【００２３】
下方のプランジャ部分４６は上方のプランジャ部分４７よりも大きな直径を有しており、そのため下方のピストン５１の油圧的に効果のある面積は上方のピストン５２のものよりも小さい。
【００２４】
図３には、内燃機関の燃焼室２６内の燃焼室圧力と、クランクシャフト角度（゜ＫＷ）との関係を示す線図が示されてある。横軸には、−１８０゜〜５４０゜のクランクシャフト角度が示してあり、縦軸には、燃焼室圧（ｂａｒ）が示してある。ここでは０゜によって、負荷交番における上死点Ｌ−ＯＴが任意に選択されている。この負荷交番は、公知の形式で、燃焼された排ガスの排出（このことは、ここでは、−１８０゜〜０゜の間のクランクシャフト角度で行われる）および新鮮な雰囲気の吸気もしくは燃料・空気混合気の吸入（これはここでは、０゜〜１８０゜のクランクシャフト角度範囲で行われる）のために用いられる。後続のクランクシャフト１回転の３６０゜のクランクシャフト角度では、点火もしくは着火の上死点（Ｚ−ＯＴ）が達成されている。図２に示されているように、１８０゜〜３６０゜のクランク軸角度の間では圧縮行程が行われ、３６０゜〜５４０゜のクランク軸角度の間では、燃焼するガスの爆発が行われる。図２では個々の行程が、−１８０゜〜０゜の排気行程ＡＵ、０゜〜１８０゜の吸入行程ＡＮ、１８０゜〜３６０゜の圧縮行程（コンプレッション）Ｖおよび３６０゜〜５４０゜の爆発行程（燃焼行程）Ｅで示してある。圧縮行程Ｖでは、空気もしくは燃料・空気混合気または燃料・空気・排ガス混合気が圧縮され、それによって加熱される。この混合気は通常は点火ないし着火上死点Ｚ−ＯＴへの到達直前に点火される。このことは、オットエンジンにおいて慣用のように、火花点火によって行われてもよいし、本発明による作動モードにより、コントロールされた自己着火によって行われてもよい。混合気の点火は既知の形式で増圧に繋がる。この増圧は、圧縮行程に続く燃焼・膨張行程で機械的なエネルギに変換される。
【００２５】
図３にはさらに複数の燃料噴射がクランク軸角度に亘って分散するように示されている。異なる燃料噴射はそれぞれ図中の下向きの垂直な矢印によって表されている。プレ噴射ＶＥはヒーティングインジェクションとも称され、これはまだ排気行程の期間中にクランク軸角度０度の上死点前に開始される。このプレ噴射の目的は、燃焼室２６内の燃料−空気−排ガス混合気の加熱のために、シリンダ内で例えば壁部かまたは排出される排気ガス中に存在する残留熱の有効利用である。
【００２６】
それに続くクランク軸角０〜１８０°の間の吸気行程ではメイン噴射ＨＥが行われる。これは例えば図３において噴射ＨＥ１とＨＥ２によって表されているように多段であってもよい。クランク軸角１８０°〜３６０°の間の吸気行程においてはまず後噴射ＮＥが行われ、これはクーリングインジェクションとも称されている。この場合噴射された燃料の蒸発エンタルピーは燃焼室２６内の燃料−空気−排ガス混合気を冷却する。圧縮行程のさらなる経過においてはクランク軸角３６０°の上死点に達する直前において補助噴射（層状給気）が行われる。これは燃焼室２６内でコントロールされた自己着火を開始させる。
【００２７】
図４にはそのつどの吸気バルブＩＶと排気バルブＥＶの開閉が表されている。排気バルブＥＶは４サイクルエンジンの場合通常はクランク軸角−１８０°〜０°の間の排気行程において開弁される。相応に吸気バルブＩＶはクランク軸角０°〜１８０°の間の吸気行程領域において開弁される。図４においては４つのケースが示されており、これらはそれぞれ異なるバルブ開弁パターンを表している。図４．１では通常のバルブ開弁パターンが示されており、ここでは排気バルブＥＶが下死点ＵＴに達する直前に開弁され、ほぼ−９０°のクランク軸角まで開弁し続ける。それにより燃焼された排気ガスの一部が燃焼室２６内に残留する。吸気バルブＩＶは最初に約９０°のクランク軸角において開弁され、それと同時に燃焼室２６と吸気間にホールの間で圧力補償調整が行われ、ほぼ下死点に到達するまで開弁し続ける。このような形式でいわゆるマイナスのバルブオーバーラップが引き起こされる。これは次のようなことを考慮するためのものである。すなわち燃焼した排気ガスの一部を燃焼室２６内に滞留させ、吸気マニホールドから燃焼室２６に導入される燃料−空気混合気の加熱に利用するためである。このような形式で燃焼室２６内には燃料−空気混合気が生成される。
【００２８】
図４．２には吸排気バルブに対する代替的な制御パターンが示されている。このケースでは排気バルブＥＶが下死点ＵＴと上死点ＯＴの間で開弁され、吸気バルブは上死点と下死点の間で相応に開弁し続ける。ここでは非常に短いバルブオーバーラップが上死点の領域において発生している。吸気バルブＩＶの開弁期間中は付加的に約９０°のクランク軸角領域から下死点ＵＴに達する直前まで排気バルブＥＶがさらに開弁する。それによりこの領域においては吸気バルブも排気バルブも開弁する。そのため排気バルブを介して排出される排気ガスの一部が再び燃焼室内に環流される。
【００２９】
図４．３にはさらなるバルブ制御パターンが示されており、ここでは排気バルブＥＶが下死点ＵＴから上死点ＯＴを超えてほぼ１８０°のクランク軸角の下死点まで開弁される。さらに付加的に吸気バルブもほぼ９０°のクランク軸角と１８０°のクランク軸角の下死点の間に開弁される。それにより−１８０°のクランク軸角の下死点から０°のクランク軸角の上死点到達までの間、燃焼した排気ガスが燃焼室２６から排出され、その後で０°のクランク軸角から約１２０°のクランク軸角における排気バルブＥＶ１の閉弁までの間に再び排気ガスが排気装置から燃焼室２６内に吸入される。吸気バルブＩＶはここでは約９０°のクランク軸角から１８０°のクランク軸角の下死点到達までの間、開弁されており、そのためこの期間中は新気が吸入可能である。またここではバルブオーバーラップも生じており、このオーバーラップは当該ケースでは約９０°のクランク軸と１２０°のクランク軸角の間で起こっている。
【００３０】
図４．４にはバルブ制御パターンのさらなる変化例が示されており、このケースでは排気バルブＥＶが−１８０°のクランク軸角の下死点と１８０°のクランク軸角の上死点との間で開弁されている。吸気バルブＩＶはここではほぼ−６０°のクランク軸角から０°のクランク軸角の上死点を超えて１８０°のクランク軸角の下死点までの間、開弁されている。つまりここではバルブオーバーラップがほぼ−６０°のクランク軸角から０°のクランク軸角の上死点の到達までの間に発生している。それにより排気ガスの一部が吸気マニホールド内で圧縮され、０°のクランク軸角の上死点と１８０°のクランク軸角の下死点との間の吸気バルブの開弁期間中に再び燃焼室２６内に環流される。
【００３１】
図４．１の実施例におけるバルブ制御は燃焼室２６に高温の残留ガス量を発生させ、層状の噴射を可能にさせる。このバルブ制御パターンは層状燃焼モードにとって理想的である。それに対して暖かい残留ガス量が残される図４．４に基づいて示されたバルブ制御は燃焼室２６の均質な充填を可能にさせ、それ故内燃機関の均質燃焼モードに適している。図４．２と図４．３による実施例に相応するバルブ制御はそれぞれ図４．１と図４．４に示された極端なケースの間の過渡手段として適している。異なる負荷点においては異なるバルブパターンと噴射パターンが必要である。非常に低い負荷の場合に所要の自己着火温度を準備するためには高い残留ガスレートが必要となる。この作動点では図４．１による燃焼室２６内の残留ガスの蓄積が利用される。この場合排気バルブはガス交換−上死点前に閉弁される。シリンダ内に存在する残留ガス量の圧縮は、さらなる温度上昇を引き起こす。燃料噴射が行われると同時にピストンはガス交換−上死点の領域に存する。高温に基づいて反応性中間生成物における燃料の崩壊反応が引き起こされ、これは自己着火時点に大きく影響を及ぼし、ここでは自己着火時点が少なくなる。吸気バルブが開弁され、それと同時に吸気管と燃焼室との間で通流損失を避けるために圧力補償調整が引き起こされる。
【００３２】
負荷が高まると共に、シリンダ充填物が高温に基づいて早期に点火される危険性が生じ、それに続いて非常に早まった燃焼がノッキングの引き金となる。なぜならここでは少量の残留ガスが存在しているからである。それ故に図４．２，４．３，４．４によるバルブ制御のための実施例において示されたように、負荷の上昇と共にプラスのバルブオーバーラップが開始される。その際所要の残留ガス量は排ガス管路又は吸気管路から戻される。その後で燃料噴射が吸気マニホールドにて行われ、この場合は噴射の時期がシリンダ充填の均質性に影響する。この場合はさらなる噴射を圧縮行程において開始する手段も可能である。ここでは燃料の蒸発エンタルピーがシリンダ充填物の冷却を引き起こし、このことは早すぎる自己着火とノッキング燃焼に反作用する。圧縮行程中の燃料噴射は、図４．１による残留ガス蓄積のバルブ制御パターンが利用される限りは、圧縮された残留ガス量への噴射と組み合わせることができる。その場合にはガス交換−上死点から始まって吸気行程を超えて圧縮行程までの間に図３に示されているように複数の噴射の組み合わせも可能である。
【００３３】
図５には本発明による方法のフローチャートが示されている。まずステップ１０１においてどの負荷点において内燃機関がちょうど運転されているかが検査される。ステップ１０２においては図４に示されているパターンに応じて異なるバルブ制御パターンへ分岐される。このことは図５においては見易くする理由から図４の表示に従ってそれぞれ４．１，４．２，４．３，４．４で表している。例えば４．３は図４．２の前に示されているバルブ制御パターンに基づくものである。さらにステップ１０３では相応にプレ噴射、メイン噴射、後噴射、補助噴射が開始される。その後で当該方法はステップ１０１において新たに開始される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】燃料供給システムを備えた内燃機関の１つのシリンダの概略図
【図２】電気油圧式バルブ制御機構の概略図
【図３】クランク軸角度に亘って示された燃焼室圧力の線図
【図４】クランク軸角度に亘って示された開弁線図
【図５】本発明による方法のフローチャート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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