(57)【要約】  シリンダヘッド（１）を有するシリンダ（２）と、シリンダヘッド内に配置される吸気弁（３）とを備える往復動型の内燃機関について述べる。吸気管路（４）が吸気弁（３）に接続されており、吸気管路（４）を介して燃焼空気（５）がシリンダ（２）に供給可能である。付加的に圧縮空気アキュムレータ（６）が設けられており、圧縮空気アキュムレータ（６）は、制御可能な弁（７）を介して吸気管路（４）に接続されており、吸気管路（４）は、その通流横断面に関して遮断要素（８）により閉鎖することができる。弁（７）は、制御信号に基づいて圧縮空気アキュムレータ（６）からの圧縮空気（９）を吸気管路の吸気弁（３）直前の領域に供給するように制御可能であり、遮断要素（８）は、密にシリンダヘッド（１）に配置されており、吸気管路（４）の横断面を閉鎖する。吸気弁（３）は、制御要素（２４）により、圧縮行程中、短時間再度開放され、この短時間の再開放中、圧縮空気アキュムレータ（６）からの圧縮空気（９）は、遮断要素（８）がその閉鎖されたポジションに保持されているとき、シリンダ（２）内に供給される。第２の態様によれば、圧縮空気アキュムレータ（６）は、すべての燃焼空気を吸気弁（３）直前の吸気リザーバ（２５）を介してシリンダ（２）に供給するために使用されてもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動型の内燃機関であって、
前記内燃機関は、シリンダ（２）のシリンダヘッド（１）内に配置される少なくとも１つの吸気弁（３）を備え、前記吸気弁（３）には、吸気管路（４）が接続されており、前記吸気管路（４）を介して燃焼空気（５）が前記シリンダ（２）に供給可能であり、
前記内燃機関は、制御可能な弁（７）を介して圧縮空気を前記内燃機関の前記シリンダ（２）内に導入可能な圧縮空気アキュムレータ（６）を備える、
内燃機関において、
前記内燃機関は、前記吸気管路（４）の通流横断面を遮断する遮断要素（８）を前記吸気管路（４）内に備え、
前記弁（７）は、制御信号に基づいて前記圧縮空気アキュムレータ（６）からの圧縮空気（９）を、前記吸気管路（４）の、前記吸気弁（３）が配置されている領域であって、遮断要素（８）が閉鎖されたポジションにあるとき、実質的に前記シリンダヘッド（１）に限られている領域内に供給することができるように制御可能であり、
前記吸気弁（３）は、前記吸気弁（３）の運動を規定する制御要素により、圧縮行程中、短時間再度開放位置にもたらされることができ、その間、前記圧縮空気アキュムレータ（６）からの前記圧縮空気（９）を、制御される前記弁（７）を介して前記シリンダ（２）内に導入可能であり、かつ前記遮断要素（８）は、閉鎖されたポジションにある、
ことを特徴とする、往復動型の内燃機関。
【請求項２】
前記遮断要素（８）は、圧縮空気により制御される、２つのポジション間において可動なフラップ弁であり、
前記遮断要素（８）は、制御可能な弁（７）が開放されているとき、前記吸気管路（４）に比して高い圧力を有する前記圧力アキュムレータ（６）からの前記圧縮空気（９）の運動エネルギにより、前記吸気管路（４）を遮断するポジションへ移動可能であり、前記吸気管路（４）を遮断するポジションにとどまり、
制御される弁（７）が閉鎖されているとき、前記燃焼空気（５）の、前記吸気管路（４）内に存在する運動エネルギは、前記フラップ弁を、前記吸気管路（４）を空けるように開放されたポジションへ移動させることができる、
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記フラップ弁は、制御可能なアクチュエータ（２７）により、前記フラップ弁の開放されたポジションから、遮断するポジションへ、そして反対に、遮断するポジションから、開放されたポジションへ移動可能、特に旋回可能であることを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関。
【請求項４】
前記アクチュエータ（２７）は、電気式、磁気式またはこれらの駆動形態の少なくとも２つの組み合わせとして駆動可能であることを特徴とする、請求項３記載の内燃機関。
【請求項５】
前記吸気弁（３）は、前記遮断要素（８）が、閉鎖されたポジションに移動された後に初めて開き、前記遮断要素（８）が、開放されたポジションに移動される前に閉じるように制御可能であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項６】
前記吸気弁（３）を制御する前記制御要素は、カム軸のカム（２４）として形成され、前記制御要素には、前記吸気弁（３）の再開放用の付加的な開放ランプ（２６）が設けられていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項７】
前記カム軸に、前記吸気弁（３）の再開放用の別体のカムが設けられていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項８】
前記遮断要素（８）は、前記シリンダヘッド（１）内への前記吸気管路（４）の入口領域に配置されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項９】
前記圧縮空気アキュムレータ（６）内は、１０ないし１５ｂａｒの圧力が支配していることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記吸気管路内への圧縮空気（９）の供給を制御する前記弁（７）は、前記遮断要素（８）と前記吸気弁（３）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項１１】
制御可能な前記弁（７）により、原動機運転パラメータに応じて圧縮空気（９）を前記吸気管路（４）内に供給可能であることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の特徴を備える往復動内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
往復動内燃機関であって、シリンダのシリンダヘッド内に配置される吸気弁を介して燃焼空気をシリンダ内に導くことができ（これは、往復動内燃機関の原理的な構造形式に相当する）、付加的に、内燃機関のトルクを増大させる装置を備え、この装置は、付加的な圧縮空気アキュムレータとして形成され、付加的な燃焼空気を、シリンダヘッド内に配置される吸気管路内に存在する吸気弁を介してシリンダに同じく供給することができる、往復動内燃機関が、原理的に公知である。付加的な圧力容器からシリンダに供給される付加的な燃焼空気は、公知の装置によれば、ダイレクトにシリンダ内に、シリンダヘッドと、シリンダヘッド内に配置される付加的な空気吸気弁とを介して供給されるか、またはシリンダヘッド内の吸気弁手前の吸気管路を介してシリンダに供給される。
【０００３】
ＤＥ１１２００７０００９４４Ｔ５によれば、付加的な燃焼空気の吹き込みは、圧縮行程中、具体的には、特に圧縮行程の開始中に実施される。付加的な燃焼空気は、圧縮空気容器内で約２００ｂａｒの圧力下に保たれる。これにより、エミッションに対して、そして多気筒機関の場合には、内燃機関の全体の運転挙動に対しても、ポジティブな影響を及ぼすことが可能である。しかし、圧力容器内のこのような高い圧力のためには、十分に大きな空気量をこのような比較的高い圧力下に保っておくために、かなりの量の付加的なエネルギが必要である。
【０００４】
独国特許出願公開第１０２０１００３３５９１号明細書には、改善されたコールドスタート挙動を示す内燃機関が記載されており、この内燃機関の場合、シリンダ内に燃料−空気−混合物を吸い込んだまたは吸気した後、本来の着火プロセス前に、この混合物が圧縮され、その後、付加的に空気アキュムレータから、圧縮された圧縮空気がシリンダ内に導入される。これにより、この種のエンジンのコールドスタート挙動を改善することができ、付加的な圧縮空気の導入は、コールドスタートの目的でのみ予定されている。
【０００５】
内燃機関のエミッションおよび出力にポジティブな影響を及ぼすことができるように、ロシア国特許発明第２４３５０６５号明細書には、内燃機関のシリンダ内で付加的な空気吸気を予定した装置が記載されており、これを介して、着火の終了後、圧力アキュムレータから圧縮空気がシリンダ内に押し込まれ、付加的な酸素により、燃焼挙動、ひいては原動機の出力を改善することができる。
【０００６】
独国特許出願公開第１０２００４０４７９７５号明細書には、圧力アキュムレータからの圧縮空気の形態の付加空気が、吸い込み期間中、タイミング制御されてシリンダに供給され、このとき、圧力容器として圧縮空気式ブレーキ設備の圧縮空気容器が使用されることが記載されている。量および吹き込み持続時間に関して内燃機関の運転パラメータに合わせて設定される付加空気をタイミング制御して吹き込むことで、内燃機関の全体の出力挙動を改善することができる。その際、付加空気は、吸い込み期間中、吸い込み管路に供給される。それゆえ、吹き込みサイクルの度に、比較的大量の空気を圧力容器から提供する必要がある。
【０００７】
さらに、独国特許発明第１０２０１２０１４２０４号明細書および独国特許発明第１０２０１２０１４２０５号明細書には、シリンダに付加的な燃焼空気を、付加的に設けられた圧力容器から、２つの部分系統に分割された吸い込み通路に、これらの両部分通路の一方の部分通路の流動横断面を変化させる制御可能な遮断部材を介して供給するようにした内燃機関が記載されている。その際、圧力容器は、制御可能な遮断部材の下流で、対応する部分通路に接続されており、その結果、この部分通路内の容積にのみ、加圧された付加的な燃焼空気を付与すればよく、両方の吸い込み部分通路の容積に付与せずに済む。しかし、吸い込み通路を複数の部分通路に分割することは、比較的複雑であり、この種の公知の内燃機関に要するコストを上昇させてしまう。
【０００８】
さらに、独国特許出願公開第１０２００８０００３２６号明細書には、過給式の内燃機関が記載されており、この内燃機関には、付加的な圧縮空気を、設けられたターボチャージャ、すなわちターボチャージャの圧縮機と、内燃機関の吸気弁との間において空気吸い込み系内に吹き込む付加的な装置が設けられている。付加的な圧縮空気は、吸い込み系内に永続的に導かれるのではなく、そうすることが、ドライバの安全性、燃費および走行快適性ならびにクラッチ摩耗を考慮の上、車両の目下の運転状況に応じて、車両の有利な運転挙動につながるときだけ、導かれる。この公知の方法の場合も、比較的大量の付加的な圧縮空気を吸い込み系内に吹き込まなければならない。それというのも、吸い込み系は、比較的大容積であるからであり、これは、付加的な圧縮空気アキュムレータ内に蓄えられる燃焼空気の急速な消費につながってしまう。
【０００９】
独国特許発明第１０２２４７１９号明細書には、同じく圧力アキュムレータが設けられており、圧力アキュムレータから、タイミング制御してエンジンの吸入系に付加的な燃焼空気を付与するために、原動機制御器を介して弁が制御される内燃機関が記載されている。その際、加圧された付加的な燃焼空気を吸気系全体に付与することは、吸い込み系の容積の大きさゆえに、不都合と見なされる。それというのも、このために、かなり大容積の圧力溜めが必要となってしまうからである。しかし、この問題を回避すべく、付加的な、より小さく寸法設定される吸い込み管路が企図される。この付加的な吸い込み管路を介して、付加的な燃焼空気は、本来の吸い込み系に、シリンダ内へ吸気が行われるところの直前で供給される。而るに圧力アキュムレータは、この付加的な吸い込み系管路に接続されている。これにより、エンジンのために必要な管路システム全体が複雑になってしまい、このことは、例えば乗用車においてこの種のエンジンに求められる高いコンパクト性に反するとともに、構造の複雑性、ひいてはこの種のエンジンのコストを付加的に高めてしまう。
【００１０】
さらに、独国特許発明第３９０６３１２号明細書において、排ガスターボ過給式の内燃機関に用いられる加速補助が公知である。この加速補助は、付加的な圧縮空気容器が設けられており、この圧縮空気容器から、加圧された燃焼空気が、それぞれのシリンダ内に吹き込まれることにある。この圧縮空気容器内の圧力は、５ｂａｒの範囲内にあり、空気吹き込みは、例えばアクセルペダルが踏まれたとき、即座に付加的な燃料がシリンダ内に送り込まれるのではなく、まず付加空気の吹き込みが行われ、その後で初めて燃料量が増加されるようにタイミング制御される。このために、内燃機関の吸入管に付加的な補助給気を供給すべく、自動弁が設けられている。その際、存在する付加的な自動弁は、吸気空気集合管路内への入口に配置されているが、それぞれのシリンダの近傍に配置されているわけではなく、その結果、吸気集合管路内の圧力を上昇させるには、比較的大きな空気体積が必要である。
【００１１】
独国特許出願公開第１０２００８０００３２４号明細書にも、付加的な圧縮空気を空気吸い込み系内に、ターボチャージャ、すなわちターボチャージャの圧縮機と、エンジンのシリンダヘッド内に設けられた吸気弁の領域において直接的に吸気が行われるところとの間において吹き込む装置を備える内燃機関が記載されている。空気吸い込み系内に付加的に吹き込まれる圧縮空気は、時点、持続時間、圧力および／または体積に関して、内燃機関の必要な出力、その負荷状態、車両速度およびトランスミッションの変速比変化の過程に応じて制御される。圧縮空気は、吸い込み管路内に吹き込まれるので、比較的大きな空気量が必要である。精々のところ、空気吹き込みの持続時間が、スロットルフラップ位置に応じて調整されるのみである。
【００１２】
そして最後に、米国特許第３６７３７９６号明細書において、ターボ過給式の原動機の空気吸気システムを備える内燃機関が公知であり、この公知の内燃機関には、排ガスターボチャージャの圧縮機と、シリンダ内へ吸気が行われるところとの間に空気フラップが設けられており、空気フラップにより、排ガスターボチャージャの圧縮機に向かって、吸い込み管路のいわばある種の封止が実現されるはずである。このフラップは、圧縮機の近傍に存在するので、吸い込み系の、フラップと吸気弁との間に存在する容積は、いまだにかなり大きく、その結果、この種の装置は、付加的に提供すべき燃焼空気のために大容積の圧力溜めを必要としてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
公知の装置に対して本発明の課題は、トルクが増大された往復動内燃機関であって、簡単な構造を備え、シリンダへの付加的な燃焼空気の信頼性の高い供給を保証し、それにもかかわらず、高度なコンパクト性を備え、その寸法に関して精々僅かしかより多くのスペースを取らない往復動内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題は、請求項１記載の特徴を備える往復動型の内燃機関により解決される。合目的な発展形は、従属請求項に規定されている。
【００１５】
本発明によると、往復動型の内燃機関は、シリンダのシリンダヘッド内に配置される少なくとも１つの吸気弁を備え、吸気弁には、吸気管路が接続されている。吸気管路を介して燃焼空気がシリンダに供給される。自然吸気機関の場合、燃焼空気は、吸気管路を介して吸い込まれるのに対し、過給式の機関の場合、燃焼空気は、過給機構、大抵の場合、排ガスタービンにより駆動される圧縮機の形態の過給機構を介してシリンダに供給される。制御可能な弁を介して吸気管路の少なくとも一部に接続された圧縮空気アキュムレータが、付加的に設けられている。圧縮空気アキュムレータから吸気管路に、ひいては吸気管路を介してシリンダに供給される圧縮空気が、吸気管路の比較的大きな容積全体を満たさなくてもいいように、吸気管路内には、吸気管路の通流横断面を遮断し得る遮断要素が設けられている。これにより、吸気管路の、圧縮空気アキュムレータからの圧縮空気が供給される容積は、吸気管路全体に比べてかなり減じられる。圧縮空気アキュムレータからの圧縮空気により、吸気管路の少なくとも一部において、そこに支配する圧力は、さもなければ例えば排ガスターボチャージャの、チャージ機構として機能する圧縮機により存在している圧力を超えて上昇される。付加的に供給される圧縮空気により高められるこの吸気管路内の圧力は、給気の密度を高め、ひいてはシリンダの燃焼室内の酸素供給量を高める。
【００１６】
圧縮空気アキュムレータからの圧縮空気の供給に介在している弁は、制御装置により制御信号に基づいて圧縮空気アキュムレータからの圧縮空気を、吸気管路の、吸気弁が配置されている領域に供給するように制御可能である。このことは、圧縮空気がシリンダのできる限り近傍において圧縮空気アキュムレータから供給されることを意味している。而るに遮断要素は、吸気管路の、圧縮空気アキュムレータからの圧縮空気が供給される領域が、遮断要素の閉鎖時、すなわち吸気管路の通流横断面の遮断時、実質的にシリンダヘッド内の吸気管路の一部のみに限られているように配置されている。つまり、遮断要素は、吸気弁に対してできる限り小さな間隔を置いて存在している。好ましくは、遮断要素は、吸気管路の、吸気管路自体がシリンダヘッドに接続されている箇所に配置されている。通常、吸気弁は、制御要素、好ましくは、カム軸に配置されるカムにより、その運動に関して制御される。本発明によると、カム形状は、吸気弁が、圧縮行程中、短時間再度開放位置にもたらされることができ、その間、燃焼空気として使用される圧縮空気アキュムレータからの圧縮空気を、制御される弁を介してシリンダ内に付加的に導入可能であり、かつ遮断要素が、吸気管路の通流横断面を遮断する閉鎖されたポジションにあるように適合されている。
【００１７】
付加的な遮断要素により、圧縮空気アキュムレータからの付加的な圧縮空気は、吸気管路の比較的小さな容積内に導入されるにすぎないので、圧縮空気アキュムレータ内に保たれた圧縮空気を、シリンダ内のできる限り多数の燃焼プロセスに提供できることが達成される。比較的小さいまたは減じられた空間は、圧縮性の媒体としての圧縮空気であっても、時間的により迅速にシリンダ内に入れられ、この理由から、シリンダの充填に対して有利な影響を及ぼす。その際、遮断要素および弁は、相応に互いに調整されて制御装置により制御される。その際、遮断要素は、好ましくは能動的に制御され得るが、流動する燃焼空気の運動エネルギによって少なくとも部分的に制御されてもよい。
【００１８】
好ましくは、遮断要素は、圧縮空気により制御される、２つのポジション間において可動なフラップ弁として形成されている。この種のフラップ弁は、制御可能な弁が開放されているとき、燃焼空気、あるいは吸気管路内にさもなければ存在する圧力に比して高い圧力を有する圧力アキュムレータからの圧縮空気の運動エネルギにより、吸気管路を遮断するポジションへ移動可能である。遮断要素が、吸気管路の通流横断面を遮断するこのポジションに移動されているとき、弁の開放時に供給される圧縮空気に基づいて、遮断要素は、吸気管路の遮断された部分内への、付加的な圧縮空気の供給が中断されるまで、この閉鎖されたポジションに保持され、これにより、後続の吸気サイクルまたは吸い込みサイクルが始まれば、燃焼空気の運動エネルギは、フラップ弁を再び、吸気管路を空けるように開放されたポジションへ移動させる。燃焼空気の運動エネルギが十分でなければ、遮断要素を付加的に能動的な操作装置により、その開放されたポジションと、遮断するポジションとの間で移動、特に旋回させるようにしてもよい。
【００１９】
好ましくは、このようなアクチュエータは、電気式、磁気式またはこれらの駆動形態の少なくとも２つの組み合わせとして形成されている。
【００２０】
好ましくは、吸気弁は、好ましくはカムにより制御される吸気弁の駆動に基づいて、フラップ弁の運動に応じて、具体的には、フラップ弁がその閉鎖されたポジションに移動された後に初めて開き、かつフラップ弁が再びその開放されたポジションに移動される前に閉じるように制御されている。
【００２１】
カム軸に設けられた、吸気弁を好ましく制御するカムは、吸気弁を圧縮行程中再度開放する付加的な開放ランプを有している。その際、吸気弁のこの開放は、当然、圧縮行程中の、シリンダ内の圧力が圧縮空気アキュムレータ内の圧縮空気の圧力より低い期間だけ開くように制御されている。
【００２２】
しかし、吸気弁を再度開放するように制御するのに、付加的なカムがカム軸に設けられていてもよい。好ましくは、このカムは、傾斜カムとして形成されていてもよく、その結果、原動機のその都度の負荷に応じて、吸気弁を圧縮行程中に再度開放する開放時点および閉鎖時点を変更可能である。
【００２３】
好ましくは、圧縮空気アキュムレータ内の付加的な圧縮空気は、１０ないし１５ｂａｒの範囲の圧力を有しているが、より高い値、特に１０ないし３０ｂａｒの範囲の値を有していてもよい。
【００２４】
フラップ弁として形成される遮断要素と、吸気弁との間に配置される、吸気管路の吸気弁直前の領域内への圧縮空気を制御する弁は、好ましくは、圧縮空気が原動機運転パラメータ、例えば原動機負荷に応じて吸気管路内に供給可能であるように制御可能である。
【００２５】
本発明の第２の態様によれば、往復動型の内燃機関であって、同じくシリンダのシリンダヘッド内に配置される少なくとも１つの吸気弁を備え、吸気弁には、吸気リザーバが接続されている内燃機関が提供される。吸気リザーバを介して燃焼空気がシリンダに供給される。具体的には、吸気リザーバに直接的に、制御可能な弁を介して接続されている圧縮空気アキュムレータから供給される。その際、この吸気リザーバは、従来の内燃機関では、燃焼空気を十分に具体的にはエンジンの負荷状態に応じてそれぞれのシリンダに供給することができるように十分な大きさを有している吸気管路全体の、通常存在している容積と比較して、小さい容積で構成されている。本発明によると、弁は、制御信号に基づいて燃焼空気を圧縮空気アキュムレータから、吸気弁が配置されているシリンダヘッド内に設けられた吸気リザーバの領域内に供給することができるように制御可能である。すなわち弁は、シリンダヘッド内に設けられた吸気弁の直接的な近傍に配置されているものの、シリンダヘッド自体内には配置されていない。この構造により、従来の構造のシリンダヘッドを使用し、場合によっては、既存の原動機を、完全に新しく原動機設計を行う必要なく、圧縮空気アキュムレータから燃焼空気の送給を行うこの種の構造形式に転換することが可能である。吸気弁は、制御要素、好ましくはカム軸の好ましくはカムにより、その必要な運動に関して制御される。制御要素は、吸気弁を、内燃機関の圧縮行程中、再度開放位置にもたらすことができ、その間、もう一度、燃焼空気を圧力アキュムレータから、制御される弁を介してシリンダ内に導入可能であり、圧縮行程の終了前に吸気弁を再び閉鎖し、その結果、シリンダ内を支配する圧力がまだ、圧縮空気アキュムレータ内を支配する圧力を超えないように、構成されている。
【００２６】
内燃機関について、カム軸を介した弁制御を例にとって説明してある。しかし、弁制御は、カム軸に限定されるものではない。むしろ、その他の弁制御、例えば電気式、電磁式または液圧式の弁制御も可能である。
【００２７】
本発明に係る内燃機関のさらなる利点、詳細および構成について、以下に図面を参照しながら詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明により圧縮空気アキュムレータから付加的な圧縮空気を供給する制御可能な弁を吸気管路内に備える内燃機関のシリンダの原理的な横断面図である。
【図２】吸気弁および排気弁がバルブオーバラップ期間にあり、圧縮空気アキュムレータから圧縮空気を供給する制御可能な弁がその開放されたポジションにある状態を示す図１と同様の図である。
【図３】圧縮空気アキュムレータから圧縮空気を供給すべく、吸気弁が再度開放され、吸気管路が遮断されている状態を示す図１と同様の図である。
【図４】排ガスターボチャージャにより過給されるエンジンであって、付加的な圧縮空気アキュムレータを備え、この圧縮空気アキュムレータは、付加的な燃焼空気として使用される圧縮空気を内燃機関の吸気管路内に供給するようになっているエンジンの原理回路図である。
【図５】内燃機関の吸気管路の吸気弁直前の領域を、吸気弁へと通じる吸気管路を通して燃焼空気を供給するために遮断要素が開放されている状態で示す図である。
【図６】閉鎖された吸気弁を含み、内燃機関の過給システムからの燃焼空気または圧縮空気アキュムレータからの圧縮空気の供給流動を略示する、内燃機関のシリンダヘッドの一部区間を示す図である。
【図７】すべての燃焼空気が圧縮空気アキュムレータからシリンダまたは燃焼室に供給される、本発明に係る内燃機関の原理横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、内燃機関の１つのシリンダ２を、シリンダヘッド１とともに原理横断面図で示しており、シリンダ２内に設けられたピストン１２と、シリンダヘッド１内に設けられた吸気弁３、排気弁１０および噴射ノズル１１とを略示している。吸気弁３は、シリンダ２の燃焼室１５を吸気管路４に対して封止したポジションで示してある。同じく排気弁１０は、排ガス管路１７をシリンダ２の燃焼室１５に対して封止したポジションで示してある。トランクピストンとして形成され、コンロッド１３にピストンピン１４のところで結合されたピストン１２は、通常のように下死点ポジションと上死点ポジションとの間で運動する。この運動は、ピストン１２内に示す双方向矢印により略示してある。吸気管路４内には、制御可能な弁７が配置されており、弁７は、遮断弁１８が配置されている管路を介して、図１には示さない圧縮空気アキュムレータに接続されている。制御可能な弁７は、図１に、閉鎖されたポジションで示してある。
【００３０】
吸気管路４内に示す矢印は、過給システムにより吸気管路４内に圧送される燃焼空気５を示している。燃焼空気５の運動エネルギの結果、フラップ弁の形態の遮断要素８は、図１に示す吸気管路４の横断面を閉鎖した位置から、破線で示す開放したポジションへ移動される。吸気管路内に流動する燃焼空気５の運動エネルギ次第では、このフラップ弁は、実質的に完全に開放され、吸気管路４の横断面を完全に空けることもできる。
【００３１】
図１には、吸気弁３と排気弁１０とが閉鎖されている仕事行程中のピストン１２を示してある。仕事行程中、予め噴射ノズル１１を介して噴射された燃料が燃焼され、その結果、ピストン１２は、その仕事行程を実施し、その際、上死点から下死点に向かって運動することができる。
【００３２】
図２には、図１に示す内燃機関のシリンダヘッド１とともにシリンダ２の原理図を示してあり、このときピストン１２は、下死点から上死点に向かって少し移動しており、この圧縮行程の開始は、吸気弁３が開放され、かつ排気弁１０がまだ開放されているバルブオーバラップ期間を特徴としている。それゆえ、燃焼空気５は、吸気管路４から燃焼室１５内に流入して、燃焼済みの空気を、燃焼室１５から、開放された排気弁１０を介して排気管路１７内に排ガス１６として流出させることを促進し、これにより、燃焼済みのガスを燃焼室１５からできる限り完全に除去することを実現できる。
【００３３】
同じ構成要素およびパーツには、同じ符号を使用したため、ここでは、それらの意味について繰り返し述べることは、いずれにしても省略する。遮断弁１８が開放されているとき、図示しない圧縮空気アキュムレータから、圧縮空気９が、弁７を介して吸気管路４の吸気弁３直前の領域に供給される。圧縮空気アキュムレータ内の圧力は、通例、燃焼空気５の、過給機構によって吸気管路４内に発生する圧力よりも明らかに高い。それゆえ、圧縮空気９が弁７を介して吸気管路４の吸気弁３直前の領域に供給されると、遮断要素８は閉じる。具体的には、流動する燃焼空気５の運動エネルギの作用にも抗して閉じる。つまり、この付加的な圧縮空気９により、シリンダまたは燃焼室１５の少なからぬ再過給効果が達成される。その際、吸気弁３、弁７および排気弁１０の制御は、高められた圧力下で吸気管路４内に、そして吸気弁３を介して燃焼室１５内に付加的に供給された圧縮空気が、排気弁１０を介して逃げてしまうことなく、この再過給効果が生じるように、互いに調整されている。つまり、排気弁１０は、シリンダ２に新気を強めて給気すべく、適時に、具体的には吸気弁３が再び閉じる前に、閉鎖される。
【００３４】
この種の配置の利点は、例えば過給機構が失陥したとき、好ましくは能動的に操作される遮断要素８が、その閉鎖されたポジションにあれば、シリンダに燃焼空気を圧縮空気アキュムレータからの圧縮空気９単独で充填するのに、吸気管路４の吸気弁３近傍に存在するこの部分の、圧縮空気アキュムレータからの圧縮空気で満たさなければならない容積を、比較的小さく維持できる点にもある。
【００３５】
本発明によるこの構成は、過給器が機能しているとき、それにもかかわらず所望される再過給効果のために付加的に、圧縮空気アキュムレータ６（図４参照）からの圧縮空気９が、弁７を介して付加的に吸気管路４内、ひいてはシリンダ２、すなわち燃焼室１５内に供給される場合も、特に有利である。その際、弁７の制御は、内燃機関のその都度の負荷状況に応じて行うことができる。
【００３６】
図３には、同じく図１に示す内燃機関、すなわちそのシリンダ２とシリンダヘッド１とを示してあり、このとき、圧縮、すなわち下死点から上死点に向かうピストン１２の上昇運動の開始期間が、排気弁１０が既に閉鎖されていて、燃焼室１５内の圧力が、圧縮空気アキュムレータ６内に存在している圧力をまだ下回っている程度まで、始まっており、実現されている。この状態では、吸気弁３は、燃焼室１５に新気を普通に充填すべく、過給器から来る燃焼空気５を介して既に充填した後、短時間再度開放される。この短時間の開放ポジションは、図３に示してあり、その結果、同時に弁７が開放され、遮断要素８が閉鎖されているとき、付加的に圧縮空気９を、再過給効果の意味で圧縮空気アキュムレータ６からシリンダ２内に送り込むことができる。付加的な圧縮空気９は、より高い割合の酸素が燃焼のために存在することを保証し、その結果、噴射量を相応に適合してやれば、内燃機関のトルク、ひいては出力を高めることができる。
【００３７】
図４には、エンジンを、排ガスターボチャージャ１９，２０と、給気冷却器２１と、本発明に係る内燃機関のシリンダ２の再過給用の、付加的に存在する圧縮空気アキュムレータ６とともに配置したものを、原理図で示してある。その際、圧縮機１９と排ガスタービン２０とからなる排ガスターボチャージャのこの圧縮機１９により、新気が燃焼空気５として吸い込まれ、圧縮機１９内で圧縮され、吸気管路４内に配置された給気冷却器２１により、燃焼空気５の密度を高めるべく冷却される。燃焼空気５は、その後、遮断要素８を経てさらに、図示しない吸気弁へと向かい、シリンダ２の燃焼室１５内に流入する。燃焼室１５は、下方においてピストン１２により画定され、ピストン１２は、ピストンピン１４に枢設されるコンロッド１３を介して、図示しないクランク軸に結合されている。付加的に圧縮空気アキュムレータ６を示してあり、圧縮空気アキュムレータ６は、中間管路を介して、遮断弁１８を経て吸気管路４に接続されている。制御装置２２が、制御可能な弁７および遮断要素８を制御している。その制御は、付加的な圧縮空気９を圧縮空気アキュムレータ６から吸気管路４、ひいてはシリンダ内の燃焼室１５内に再過給効果の意味で供給することができ、その結果、噴射量を相応に高めれば、内燃機関のトルクを高めることができるように、または遮断要素８が吸気管路４の横断面を閉鎖しているとき、すべての燃焼空気を圧縮空気アキュムレータ６からシリンダ２に供給するように行われる。後者は、とりわけ、例えば排ガスターボチャージャ１９，２０が運転を停止している場合に適用することができる。これは、事故に起因して例えば圧縮機１９が完全に失陥してしまっている場合に該当し得る。このような場合、それにもかかわらず排ガスタービンは作業することができ、そのエネルギは、例えば図示しない付加的な圧縮機を介して、圧縮空気アキュムレータ６の給圧のために利用可能である。つまり、制御装置２２は、制御可能な弁７および遮断要素８を、互いに関連付けて、かつ内燃機関の要求されるまたは所望される出力に応じて制御する。
【００３８】
図５には、吸気弁３のすぐ横に配置された吸気管路４の領域を原理図で示してある。吸気弁３のうち、弁傘部を示してある。吸気弁３の直前には、遮断要素８が配置されており、遮断要素８は、図５に示す状態では、吸気管路４の横断面を空けるように開放されたポジションに配置されている。このポジションでは、例えば過給器により圧送される燃焼空気を、吸気管路４と吸気弁３とを介してシリンダ内に、燃焼室に新気を充填すべく圧送することができる。遮断要素８は、例えば供給流動する燃焼空気の運動エネルギが、フラップ弁として形成される遮断要素８を変位させ、ひいてはシリンダに向かう燃焼空気のための流動横断面を空けるように形成されていてもよい。
【００３９】
本発明によれば、吸気弁３の領域において、制御可能な弁７を介して圧縮空気９が圧縮空気アキュムレータ６から付加的に供給される。この制御可能な弁７は、簡明性のために図５には示していない。圧縮空気アキュムレータ６内の圧力は、いずれにせよ、燃焼空気の、過給器によって吸気管路４内に発生する圧力よりも高い。これにより、制御可能な弁７が開放されているとき、遮断要素８は、流動する燃焼空気５の運動エネルギにも抗して閉鎖位置へと旋回され、閉鎖位置において、吸気管路４の開口横断面は、実質的に完全に閉鎖される。しかし、遮断要素８が能動的にアクチュエータ２７により操作され得るようにしても構わない。アクチュエータ２７が、遮断要素８をその閉鎖ポジションにもたらしたとき、または圧縮空気アキュムレータ６からの圧縮空気９の高められた圧力が、遮断要素８をその閉鎖ポジションに旋回させたとき、シリンダ２を、圧縮空気アキュムレータ６からの圧縮空気９で完全に充填することができるか、またはピストン１２の圧縮期間中に、再過給効果のために吸気弁３が再度開放されたとき、シリンダ２内への圧縮空気９の付加的な送給を実現することができる。
【００４０】
図６は、シリンダヘッド１内の吸気弁３を、吸気管路４から来る燃焼空気５または圧縮空気アキュムレータ６（図示せず）から来る圧縮空気９とともに示している。図６には、吸気管路４の最後の部分、すなわち直接的に吸気弁３に至る領域の屈曲部のみを示してある。本発明によれば、シリンダヘッド１内のこの吸気屈曲部には、内燃機関のシリンダ２内での燃焼プロセスのためのすべての燃焼空気を提供する圧縮空気容器６が直接的に接続されていてもよい。
【００４１】
図７には、この種の実施例を、本発明に係る内燃機関のための原理断面図で示してある。通常のように、ピストンピン１４を有する、燃焼室１５を下方で封止するピストン１２を示しており、燃焼室１５を上方で閉鎖するシリンダヘッド内には、吸気弁３も、排気弁１０も、それぞれ閉鎖された位置で示してある。排ガス管路１７を介して、仕事行程の終了後、排気弁１０が開放されているとき、燃焼排ガスは、シリンダ２を後にすることができる。このことは、矢印１６により示してある。吸気弁３の領域には直接的に、圧縮空気アキュムレータ６を示してあり、圧縮空気アキュムレータ６は、吸気弁３直前の吸気リザーバ２５に圧縮空気９を供給する。それゆえ、吸気弁３が開放されているとき、圧縮空気９を内燃機関のシリンダ２内に導くことができる。このことは、ガス交換の全期間中にも、圧縮行程中に吸気弁３を再度開放したときの再過給期間中にも、実現可能である。吸気弁３は、図示しないカム軸に設置されたカム２４を介して制御される。このカムは、付加的に、圧縮期間中の再開放を実現する開放ランプを有している。しかし、原理的には、再開放用に別体のカムをカム軸に設けることも可能である。しかし、このことは、図７には示していない。
【符号の説明】
【００４２】
１  シリンダヘッド
２  シリンダ
３  吸気弁
４  吸気管路
５  燃焼空気
６  圧縮空気アキュムレータ
７  弁
８  遮断要素／フラップ弁
９  圧縮空気
１０  排気弁
１１  噴射ノズル
１２  ピストン
１３  コンロッド
１４  ピストンピン
１５  燃焼室
１６  排ガス
１７  排ガス管路
１８  遮断弁
１９  圧縮機
２０  タービン
１９，２０  排ガスターボチャージャ
２１  給気冷却器
２２  制御装置
２３  遮断要素のストッパ
２４  吸気弁のカム
２５  吸気リザーバ
２６  開放ランプ
２７  遮断要素のアクチュエータ
【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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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月26日(2018.7.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動型の内燃機関であって、
前記内燃機関は、シリンダ（２）のシリンダヘッド（１）内に配置される１つの吸気弁（３）を備え、前記吸気弁（３）には、吸気管路（４）が接続されており、前記吸気管路（４）を介して燃焼空気（５）が前記シリンダ（２）に供給可能であり、
前記内燃機関は、制御可能な弁（７）を介して圧縮空気を前記内燃機関の前記シリンダ（２）内に導入可能な圧縮空気アキュムレータ（６）を備える、
内燃機関において、
前記内燃機関は、前記吸気管路（４）の通流横断面を遮断する遮断要素（８）を前記吸気管路（４）内に備え、
前記弁（７）および前記遮断要素（８）は、互いに関連付けてかつ前記内燃機関の要求される出力に応じて制御可能であり、制御信号に基づいて前記圧縮空気アキュムレータ（６）からの付加的な圧縮空気（９）を、前記吸気管路（４）の、前記吸気弁（３）が配置されている領域であって、遮断要素（８）が閉鎖されたポジションにあるとき、実質的に前記シリンダヘッド（１）に限られている領域内に供給することができ、かつ噴射量を高めれば、トルクを高めることができるようにし、
前記吸気弁（３）は、前記吸気弁（３）の運動を規定する制御要素により、圧縮行程中、短時間再度開放位置にもたらされることができ、その間、前記圧縮空気アキュムレータ（６）からの前記圧縮空気（９）を、制御される前記弁（７）を介して前記シリンダ（２）内に導入可能であり、かつ前記遮断要素（８）は、閉鎖されたポジションにあるか、または圧縮機と排ガスタービンとを有する排ガスターボチャージャの前記圧縮機が失陥してしまったときには、すべての燃焼空気を前記圧縮空気アキュムレータ（６）から前記シリンダ（２）に供給することができるようにし、前記排ガスタービンは、この場合、付加的な圧縮機を前記圧縮空気アキュムレータ（６）の給圧のために駆動する、
ことを特徴とする、往復動型の内燃機関。
【請求項２】
前記遮断要素（８）は、圧縮空気により制御される、２つのポジション間において可動なフラップ弁であり、
前記遮断要素（８）は、制御可能な弁（７）が開放されているとき、前記吸気管路（４）に比して高い圧力を有する前記圧力アキュムレータ（６）からの前記圧縮空気（９）の運動エネルギにより、前記吸気管路（４）を遮断するポジションへ移動可能であり、前記吸気管路（４）を遮断するポジションにとどまり、
制御される弁（７）が閉鎖されているとき、前記燃焼空気（５）の、前記吸気管路（４）内に存在する運動エネルギは、前記フラップ弁を、前記吸気管路（４）を空けるように開放されたポジションへ移動させることができる、
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記フラップ弁は、制御可能なアクチュエータ（２７）により、前記フラップ弁の開放されたポジションから、遮断するポジションへ、そして反対に、遮断するポジションから、開放されたポジションへ移動可能、特に旋回可能であることを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関。
【請求項４】
前記アクチュエータ（２７）は、電気式、磁気式またはこれらの駆動形態の少なくとも２つの組み合わせとして駆動可能であることを特徴とする、請求項３記載の内燃機関。
【請求項５】
前記吸気弁（３）は、前記遮断要素（８）が、閉鎖されたポジションに移動された後に初めて開き、前記遮断要素（８）が、開放されたポジションに移動される前に閉じるように制御可能であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項６】
前記吸気弁（３）を制御する前記制御要素は、カム軸のカム（２４）として形成され、前記制御要素には、前記吸気弁（３）の再開放用の付加的な開放ランプ（２６）が設けられていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項７】
前記カム軸に、前記吸気弁（３）の再開放用の別体のカムが設けられていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項８】
前記遮断要素（８）は、前記シリンダヘッド（１）内への前記吸気管路（４）の入口領域に配置されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項９】
前記圧縮空気アキュムレータ（６）内は、１０ないし１５ｂａｒの圧力が支配していることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記吸気管路内への圧縮空気（９）の供給を制御する前記弁（７）は、前記遮断要素（８）と前記吸気弁（３）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項１１】
制御可能な前記弁（７）により、原動機運転パラメータに応じて圧縮空気（９）を前記吸気管路（４）内に供給可能であることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の内燃機関。
【国際調査報告】
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2019534415.tif 000011
2019534415.tif 000012
2019534415.tif 000013
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