(57)【要約】【課題】  新鮮空気／排気気体の混合気の質に関わらず混合気の事後燃焼を達成する。【解決手段】  膨張行程Ｄが圧縮行程Ｃよりもストロークが大きいサイクルで動作する内燃エンジンであって、燃焼室１８を備えた少なくとも１つのシリンダ１０と、ピストン１６と、吸気管２６に付属している吸気弁２８を備えた少なくとも１つの吸気手段２４と、排気管３２に付属している排気弁３４を備えた少なくとも１つの排気手段３０と、排気系統に設けられた新鮮空気の噴射手段４８と、少なくとも１つの排気ガス浄化手段４６を有する排気ライン４０と、を含む内燃エンジンの排気系統への空気噴射を制御する方法に関する。エンジンの冷間始動期間中かつエンジンの膨張行程Ｄ中に排気系統内に新鮮空気を噴射し、燃焼室１８内の圧力が排気系統に行き渡っている圧力よりも低いときに排気弁３４を開いて、燃焼室１８内に存在する排気ガスに排気系統からの新鮮空気を供給する。【選択図】  図３
2011236910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車両用の、膨張行程（Ｄ）が圧縮行程（Ｃ）よりもストロークが大きいサイクルで動作する内燃エンジンであって、燃焼室（１８）を備えた少なくとも１つのシリンダ（１０）と、上死点と下死点との間を往復運動で摺動するピストン（１６）と、吸気管（２６）に付属している吸気弁（２８）を備えた少なくとも１つの吸気手段（２４）と、排気管（３２）に付属している排気弁（３４）を備えた少なくとも１つの排気手段（３０）と、排気系統に設けられた新鮮空気の噴射手段（４８）と、少なくとも１つの排気ガス浄化手段（４６）を有する排気ライン（４０）と、を含む内燃エンジンの前記排気系統への空気噴射を制御する方法であって、
前記内燃エンジンの冷間始動期間中かつ前記内燃エンジンの前記膨張行程（Ｄ）中に前記排気系統内に新鮮空気を噴射し、前記燃焼室（１８）内の圧力が前記排気系統に行き渡っている圧力よりも低いときに前記排気弁（３４）を開いて、前記燃焼室（１８）内に存在する排気ガスに該排気系統からの新鮮空気を供給することを特徴とする、制御方法。
【請求項２】
前記排気弁（３４）を、前記燃焼室（１８）内の圧力が前記排気系統に行き渡っている圧力よりも低いクランク角度（Ｖｅ）で開くことを特徴とする、請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
新鮮空気を前記排気管（３２）内に噴射することを特徴とする、請求項１または２に記載の制御方法。
【請求項４】
新鮮空気を前記排気ライン（４０）の排気マニフォールド（４２）内に噴射することを特徴とする、請求項１または２に記載の制御方法。
【請求項５】
新鮮空気を、前記排気弁（３４）が開く前に前記排気系統内に噴射することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の制御方法。
【請求項６】
新鮮空気を、前記排気弁（３４）が開いた後に前記排気系統内に噴射することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の制御方法。
【請求項７】
前記排気系統からの新鮮空気を前記燃焼室（１８）に供給するために前記排気弁（３４）を連続して開いて閉じるサイクルを実行することを特徴とする、請求項１または２に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新鮮空気を内燃エンジン、特に自動車両のエンジンの排気系統内に噴射する方法に関する。
【０００２】
本発明は特に、ミラーサイクルのように膨張行程が圧縮行程よりも長いサイクルで動作しているエンジンに適用される、前述の方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に知られているように、内燃エンジン、特に火花点火エンジンの冷間始動中に排出される汚染物質は車製造者にとって課題である。
【０００４】
実際に、この冷間始動時には、触媒といった、これらのエンジンが通常備えている排気ガス浄化手段は、これらの汚染物質を効果的に処理できる活性化温度と呼ばれる十分に高い動作温度にはない。
【０００５】
そのため、未燃焼炭化水素（ＨＣ）および／または一酸化炭素（ＣＯ）のようなこの排気ガスに含まれている汚染物質の大部分は事前に処理されずに大気に排出され、それは非常に顕著な問題である。
【０００６】
この触媒が素早くその動作温度に到達するように、排気ラインとこの触媒の上流に新鮮空気を噴射することによってその早期活性化を実現することが知られている。
【０００７】
より具体的には、排気ガスに含まれている未燃焼ＨＣを伴った燃焼を達成するために、排気管内を循環している排気ガスに酸素を供給するように、この新鮮空気を排気弁の下流に噴射することが特に知られている。
【０００８】
このような事後燃焼によって、一方ではＨＣおよびＣＯを部分的に直接減少させることが可能であり、他方ではその後触媒の温度を上昇させながら触媒を通って流れる排気ガスの温度を上昇させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この事後燃焼を達成するには、排気ガス温度が最も高い場所である、排気弁のできるだけ近くに新鮮空気を供給することが必要であることが観察されている。しかしながら、非常に高温の燃焼ガスに比べて供給される空気が冷たい。そのため、混合率がこの事後燃焼の決定的要因である。実際に、大量の冷たい空気が存在すると、化学反応が停止する。他方、この空気の量が不十分な場合、その混合気の反応により発生する放熱は、この混合気の燃焼を開始するには十分ではない。
【００１０】
そのため、これには、適切な混合気を得るために新鮮空気の量と排気系統内に存在する排気ガスの量との非常に正確な調整が必要であり、それができないと、新鮮空気／排気ガスの混合気の事後燃焼を達成することはできない。
【００１１】
本発明は、新鮮空気／排気ガスの混合気の質にかかわらず当該混合気の事後燃焼を達成することができる、新鮮空気を排気系統内へ噴射する方法によって前述の欠点を克服することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そのため、本発明は、内燃エンジン、特に、自動車両用の、膨張行程が圧縮行程よりもストロークが大きいサイクルで動作する内燃エンジンであって、燃焼室を備えた少なくとも１つのシリンダと、上死点と下死点との間を往復運動で摺動するピストンと、吸気管に付属している吸気弁を備えた少なくとも１つの吸気手段と、排気管に付属している排気弁を備えた少なくとも１つの排気手段と、排気系統に設けられた新鮮空気の噴射手段と、少なくとも１つの排気ガス浄化手段を有する排気ラインと、を含む内燃エンジンの排気系統への空気噴射を制御する方法であって、エンジンの冷間始動期間中かつエンジンの膨張行程中に排気系統内に新鮮空気を噴射し、燃焼室内の圧力が排気系統に行き渡っている圧力よりも低いときに排気弁を開いて、燃焼室内に存在する排気ガスに排気系統からの新鮮空気を供給することを特徴とする方法に関する。
【００１３】
本方法は、排気弁を、燃焼室内の圧力が排気系統に行き渡っている圧力よりも低いクランク角度で開いてもよい。
【００１４】
本方法は、新鮮空気を排気管内に噴射してもよい。
【００１５】
本方法は、新鮮空気を排気ラインの排気マニフォールド内に噴射してもよい。
【００１６】
本方法は、新鮮空気を、排気弁が開く前に排気系統内に噴射してもよい。
【００１７】
本方法は、新鮮空気を、排気弁が開いた後に排気系統内に噴射してもよい。
【００１８】
本方法は、排気系統からの新鮮空気を燃焼室に供給するために排気弁を連続して開いたり閉じたりするサイクルを実行してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る方法を使用する内燃エンジンの、さまざまな運転工程のうちの吸気行程を示す図である。
【図２】本発明に係る方法を使用する内燃エンジンの、さまざまな運転状況のうちの圧縮行程を示す図である。
【図３】本発明に係る方法を使用する内燃エンジンの、さまざまな運転状況のうちの膨張行程を示す図である。
【図４】本発明に係る方法を使用する内燃エンジンの、さまざまな運転状況のうちの排気行程を示す図である。
【図５】クランク角度（Ｖ）の関数として開いている位置（Ｏ）と閉じている位置（Ｆ）との間の図１から４のさまざまなエンジン弁リフト規則を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明のその他の特徴と利点は、添付の図面を参照して、非限定的な例による以降の説明を読むことで明らかになろう。
【００２１】
図１〜４において、図示のエンジンは、間接噴射式の内燃エンジン、特にガソリンエンジン、好ましくは火花点火エンジンである。この例は、限定的ではなく、以降で説明する発明は、直噴内燃エンジン、好ましくは自己着火エンジン、特にディーゼル式自己着火エンジンにも適用可能である。
【００２２】
その記載されたエンジンは、以降の明細書に記載されているように、ミラーサイクルといった、膨張行程が圧縮行程よりもストロークが長い特定のサイクルで動く特定の機能を有している。
【００２３】
このエンジンは、シリンダヘッド１４によって閉じられたシリンダ本体１２を備えた少なくとも１つのシリンダ１０を有している。ピストン１６は、クランク軸（不図示）によって制御された連接棒の影響を受けて直線上の往復運動でシリンダ本体１２内を摺動し、燃焼室１８を構成している。したがって、燃焼室１８は、シリンダヘッド１４と、シリンダ本体１２の側壁２０と、ピストン１６の上側部分２２と、によって定められている。
【００２４】
ピストン１６は、ピストン１６の上側部分２２がシリンダヘッド１４に最も接近する位置である上死点位置（図１ないし４のＰＭＨ）と、上側部分２２がシリンダヘッド１４から最も遠く離れる位置である下死点位置（ＰＭＢ）との間を移動する。
【００２５】
シリンダヘッド１４は、吸気弁２８によって燃焼室１８への到達が制御されている吸気管２６を備えた少なくとも１つの吸気手段２４を支持している。シリンダヘッド１４は、燃焼室１８との連通のための排気弁３４に付随した排気管３２を備えた少なくとも１つの排気手段３０も支持している。
【００２６】
吸気弁２８と排気弁３４の開閉は、特定の手段によって制御されている。当該手段は、これらの吸気弁２８、排気弁３４のリフト規則を、互いに独立してまたは互いに協働して、開閉の時間ばかりではなくそれらの開く高さについても可変にできる必要がある。例えば、これらの手段はカムシャフトタイプのものであり、ＶＶＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ：可変バルブタイミング機構）、ＶＶＬ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｌｉｆｔ：可変バルブリフト機構）、またはＶＶＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ａｃｔｕａｔｉｏｎ：可変バルブ作動機構）としてより一般に知られている。
【００２７】
図１から４に関連して描写されている例においては、吸気弁２８と排気弁３４にはＶＶＡ形式の制御手段３６，３８がそれぞれ設けられており、それらのリフト規則を可変にしている。
【００２８】
記載されたエンジンは、シリンダヘッド１４によって支持されており、吸気管２６内の循環している吸入空気との燃料混合気を得るように燃料を吸気管２６に噴霧する燃料噴射手段（不図示）を備えた間接噴射式のエンジンである。それからこの燃料混合気は燃焼室１８内に吸気弁２８を通して供給される。
【００２９】
この種類の燃料噴射は、火花プラグ点火（不図示）といった、燃焼室１８内に存在している燃料混合気に点火する手段に関連付けることができる利点がある。
【００３０】
排気手段３０は、排気管３２の出口に接続されている排気マニフォールド４２と、排気チューブ４４と、触媒４６、より好ましくは３元触媒といった、循環している気体の浄化手段と、を基本的に有する排気ライン４０に接続されている。
【００３１】
このエンジンは排気系統に空気噴射手段４８も有している。空気噴射手段４８は、任意の公知の手段によって空気ポンプ５２に接続されている空気噴射機（図では一点鎖線５０によって表されている）を含んでいる。空気噴射機５０は、空気噴射機５０から生じる空気噴射が排気管３２の内部に有利に到達するように、排気弁３４のできるだけ近くにかつ排気弁３４の下流に、燃焼室１８から排気マニフォールド４２への排気ガスの循環の方向を考慮して、排気管３２に配置されている。
【００３２】
吸気弁２８および排気弁３４を制御する制御手段３６，３８、燃料噴射手段、並びに空気噴射手段４８は、より一般的にはエンジン計算機と呼ばれる、エンジンが通常備えている計算ユニット（不図示）によって制御されている。
【００３３】
この計算機の目的は、特に吸気弁２８および排気弁３４の開閉、エンジンサイクル中の噴射時刻および／または燃料噴射期間といった燃料噴射パラメータ、並びに排気管３２内に噴射される空気の噴射パラメータを制御することである。
【００３４】
以降のこの方法の説明では、吸気弁２８および排気弁３４のリフト規則を示している図５に関連した図１から４の火花点火式の間接噴射エンジンに関連して述べる。
【００３５】
図１の例では、エンジンは、上死点ＰＭＨから下死点ＰＭＢまでのピストン１６のストロークＣａに対して、吸気行程Ａの状態にある。
【００３６】
したがって、上死点ＰＭＨの近傍において、制御手段３６は、吸気管２６内に存在している燃料混合気を燃焼室１８内に供給するために、ピストン１６がその下死点ＰＭＢに到達するまで吸気弁２８を開けるように制御する。制御手段３８はこの吸気行程Ａを通して排気弁３４の閉位置を保持するように制御する。
【００３７】
下死点ＰＭＢからは、ピストン１６は、圧縮行程Ｃと呼ばれる行程を達成するときの逆のストロークを有しており、下死点ＰＭＢから上死点ＰＭＨに移動する。ピストン１６の変位は、以降で詳細に説明される排出ストロークＣｒおよび圧縮ストロークＣｐの２つの部分に分割されている。
【００３８】
図２ないし５に示しているように、排出ストロークＣｒ中は吸気弁２８が開いており、ピストン１６は、下死点ＰＭＢと、クランク角度Ｖａとの間の排出ストロークＣｒを実行する。クランク角度Ｖａでは、吸気弁２８はその閉位置に向かって移動する。排出ストロークＣｒ中に、燃焼室１８内に存在している燃料混合気の一部は吸気管２６を通って燃焼室１８を出ていく。
【００３９】
もちろん、エンジン出力要求を満たせるようなクランク角度Ｖａを求めることは当業者の能力の範囲内である。
【００４０】
さらに、この当業者は、吸気管２６内に存在している燃料混合気がエンジンから排出されず、吸気管２６（または最悪でもこのエンジンが通常有している吸気マニフォールド）に閉じ込められたままになるように、吸気弁２８を確実に閉じようとするであろう。
【００４１】
クランク角度Ｖａからは、クランク角度Ｖａと、圧縮上死点と呼ばれる上死点ＰＭＨと、の間で燃料混合気の圧縮ストロークＣｐを実現するように、吸気弁２８および排気弁３４は閉じてピストン１６は上死点ＰＭＨに到達するまで移動を続ける。
【００４２】
この圧縮の上死点ＰＭＨから、燃焼室１８内に存在している燃料混合気は、燃焼ガス（または排気ガス）を生成することによって燃焼する。この燃焼後、エンジンは図３に示しているように、この上死点ＰＭＨと下死点ＰＭＢとの間の、膨脹ストロークＣｄおよび空気噴射ストロークＣｉを含む膨脹行程Ｄを達成する。
【００４３】
この膨脹行程Ｄ中に、そして、エンジンが冷間始動状態にある場合、特に触媒４６がその活性化温度に到達しておらず、排気ガスの温度が触媒４６の早期加熱を実現するほど十分に高くない場合、排気ガスの温度を上昇させるために新鮮空気が排気系統に噴射される。
【００４４】
より的確には、最も高温で、局所的に燃料混合気がリッチ（わずかな隙間に放出される燃料等）で、圧力の高い領域が燃焼室１８内に存在しているため、新鮮空気は主に燃焼室１８内に噴射される。
【００４５】
図３と５に示しているように、膨脹工程Ｄの間に、ピストン１６は、ピストン１６が上死点ＰＭＨから下死点ＰＭＢの前のクランク角度Ｖｅに移動する膨脹ストロークＣｄをたどる。
【００４６】
それから制御手段３８はこのクランク角度Ｖｅで排気弁３４を開く制御を行う。このクランク角度Ｖｅは、燃焼室１８内の圧力が、排気マニフォールド４２または排気管３２の圧力レベルと概ねみなされるエンジンの排気系統に行き渡っている圧力よりも低い時に定められていることが好ましい。
【００４７】
これらの様々な圧力は、計算機内に含まれた、エンジンの様々な動作点に関連して確立されたグラフから評価可能である。これらの圧力は、例えば燃焼室１８内および排気マニフォールド４２／排気管３２内に配置された複数の圧力検出器によっても計測可能である。
【００４８】
排気弁３４が開くのと同時に、またはほぼ同時に、空気ポンプ５２も起動され、新鮮空気が空気噴射機５０を通って排気管３２および排気弁３４の近傍に供給される。もちろん、排気ガスが既に排気管３２内に存在しており、したがって、これによって新鮮空気と排気ガスとの混合が行われる。
【００４９】
前述のように、燃焼室１８内に行き渡っている高い温度および燃焼室１８の隙間内の未燃焼の炭化水素の存在のために、燃焼室１８内の状態は燃焼に最も好ましい。
【００５０】
したがって、排気弁３４が開かれ、クランク角度ＶｅからＰＭＢの近傍までのストロークＣｉの間に、新鮮空気は、開いている排気弁３４を通して燃焼室１８内に吸入される。これによって、残留燃焼ガスと、燃焼室１８内に供給された新鮮空気とを使用して燃焼室１８内で反応混合気をより容易に得ることができる。
【００５１】
このように、残留燃焼ガスの事後燃焼は、エンジンが吸気弁２８を閉じて膨脹ＰＭＢと呼ばれる上死点で膨脹行程を完了するまで、熱の放出を伴って燃焼室１８内で行われる。
【００５２】
あるいは、排気マニフォールド４２に新鮮空気を噴射することが可能で、これによって空気噴射手段４８を簡素化することができる。
【００５３】
この説明においては、排気系統への空気の噴射について説明しており、それはこの空気を排気管３２または排気マニフォールド４２に供給することを含む。
【００５４】
公知のように、エンジンの動作モードは図４と５に示しているように、排気行程Ｅ、および、膨脹ＰＭＢとＰＭＨとの間のピストン１６のストロークＣｅを継続する。
【００５５】
この排気行程Ｅ中、燃焼室１８内に含まれている高温の気体は、開位置にある排気弁３４を通して、また、上死点ＰＭＨに向かうピストン１６の変位の衝撃の下で、この燃焼室１８から排気管３２に向けて排出される。
【００５６】
それから、この気体は排気ライン４０に送られ、そこで熱交換によって触媒４６の温度上昇を速めながら触媒４６を通して流れる。
【００５７】
ピストン１６のＰＭＨの近傍において、排気弁３４は閉じられ、エンジンの動作サイクルは、図１から再開されて触媒４６がその動作温度に到達するまで継続される。
【００５８】
したがって、排気ライン４０を循環している排気ガスを浄化するのに必要な時間は非常に短縮される。
【００５９】
本発明は、前述の実施形態の例に限定されておらず、任意の変形例と等効物とを含む。
【００６０】
特に、図３の排気弁３４が開く前に空気ポンプ５２を動作状態にすることができる。これによって、排気弁３４が開いたときに、排気弁３４の近傍に既に存在している新鮮空気の吸入を可能にする利点がもたらされる。
【００６１】
クランク角度Ｖｅから、ピストン１６がＰＭＢ位置に到達するまで、空気噴射に関連した排気弁３４の連続した開閉サイクルを実施することも可能である。これには、燃焼室１８内で空気と燃焼気体との混合を促進する効果がある。
【符号の説明】
【００６２】
１０  シリンダ
１２  シリンダ本体
１４  シリンダヘッド
１６  ピストン
１８  燃焼室
２０  側壁
２２  上側部分
２４  吸気手段
２６  吸気管
２８  吸気弁
３０  排気手段
３２  排気管
３４  排気弁
３６  制御手段
３８  制御手段
４０  排気ライン
４２  排気マニフォールド
５０  空気噴射機
５２  空気ポンプ
【図１】
2011236910.tif 000003
【図２】
2011236910.tif 000004
【図３】
2011236910.tif 000005
【図４】
2011236910.tif 000006
【図５】
2011236910.tif 000007