(57)【要約】  本発明は、具体的には複数の燃焼室を持つ直接噴射の内燃機関エンジンのための、具体的には自動車のような少なくとも部分的な低ＮＯｘ燃焼（ＮＡＶ）および複数の部分操作方法を持つ直接噴射ガソリンエンジンのための操作方法に関し、制御された自己点火（ＲＺＶ）を備えた少なくとも１つの部分操作方法は、制御された自己点火（ＲＺＶ）を備えた少なくとも１つの部分操作方法において、各燃焼室に再循環される排気ガスの反応性の低下はその再循環に先立ち外部排気ガス再循環装置により実行される。各部分操作方法の操作安定性は当該反応性の減少の結果上昇する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接噴射ガソリンエンジン用等の排気ガス再循環装置を備えた直接噴射の内燃機関エンジン等のための操作方法であり、ＲＺＶ部分操作方法が低位から中位の速度および／または低位から中位の負荷を持つ前記エンジン特性マップの領域内で実行され、前記ＲＺＶ部分操作方法では希薄な燃料／排気ガス／空気混合気は圧縮着火により点火し制御された自己点火（ＲＺＶ）により燃焼し、圧縮着火を備えた前記エンジン特性マップの前記領域は高負荷時に、ＮＡＶ部分操作方法が実行される別の前記エンジン特性マップの領域に隣接し、そこでは発火点（ＺＺＰ）で前記内燃機関エンジンの中の所定の燃焼室内で燃焼空気比λ≧１を持つ均一で希薄な／燃料／排気ガス空気混合気が点火装置により火花点火し、前記火花点火により発生した火炎面燃焼（ＦＦＶ）が制御された自己点火（ＲＺＶ）に移行する操作方法であり、
制御された自己点火（ＲＺＶ）を持つ少なくとも１つの前記部分操作方法で、各燃焼室の中へ再循環された排気ガスの反応性の低下がその各燃焼室への注入に先立ち外部排気ガス再循環装置により実行されることを特徴とする操作方法。
【請求項２】
実質的に純粋な制御された自己点火（ＲＺＶ）を持つＲＺＶ部分操作方法が、少なくとも部分的に制御された自己点火（ＲＺＶ）を持つ部分操作方法として実行されることを特徴とする、請求項１に記載の操作方法。
【請求項３】
前記ＲＺＶ部分操作方法が、前記内燃機関エンジンの最大エンジン速度の５％から７０％の間のエンジン速度、および／または、前記内燃機関エンジンの最大エンジン負荷の２％から３０％の間のエンジン負荷で実行されることを特徴とする、請求項２に記載の操作方法。
【請求項４】
ＮＡＶ部分操作方法は少なくとも部分的に制御された自己点火（ＲＺＶ）を持つ部分操作方法として実行され、発火点（ＺＺＰ）で燃焼空気比λ≧１を備えた概ね均一で希薄な燃料／排気ガス／空気混合気が点火装置により火花点火され、点火装置により開始される前記火炎面燃焼（ＦＦＶ）が制御された自己点火（ＲＺＶ）へと移行されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の操作方法。
【請求項５】
前記ＮＡＶ部分操作方法は前記内燃機関エンジンの最大エンジン速度の５％から７０％の間のエンジン速度および／または前記内燃機関エンジンの最大エンジン負荷の１０％から７０％の間のエンジン負荷で実行されることを特徴とする、請求項４に記載の操作方法。
【請求項６】
排気ガスの中に存在する未燃炭化水素および／または一酸化炭素の反応性の低下が酸化によって実行されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の操作方法。
【請求項７】
前記反応性の低下が、酸化触媒の下流排気ガスの流れの方向にある排気装置からの排気ガスの、少なくとも部分再循環によって実行されることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の操作方法。
【請求項８】
前記反応性の低下が、排気ガス再循環ラインに配置された個別の酸化触媒によって実行されることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の操作方法。
【請求項９】
前記ＲＺＶ部分操作方法から前記ＮＡＶ部分操作方法に切り替えるとき圧縮率εは低くなり、前記ＮＡＶ部分操作方法から前記ＲＺＶ部分操作方法に切り替えるとき前記圧縮率εは上昇することを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の操作方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項の操作方法に従い操作可能な内燃機関エンジン。
【請求項１１】
個別の酸化触媒（３６）が、排気ガス再循環ライン（３５）に、特に排気ガス再循環冷却装置（３７）の排気ガスの流れの方向の上流に配置されることを特徴とする、請求項１０に記載の内燃機関エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関エンジンのための、具体的にはレシプロピストンエンジンのための、例えば自動車に直接噴射を備え低ＮＯｘ燃焼（ＮＡＶ）を備えたガソリンエンジンのための、操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型化は、ＣＯ２排出量を減らすために他の手段に加えて自動車工学の分野で使用され得る。ここで小型化とは、大型ピストンエンジンと比較した場合に運転挙動に関して同等かそれ以上の順位を達成するような方法で小型のピストンエンジンを構築し、採用し、操作することを意味する。小型化は燃費を減らしそれによってＣＯ２排出量を低下させる。加えて、より小型のピストンエンジンは絶対的な摩耗損失を低下させる。
【０００３】
しかし、より小型のピストンエンジンは、より低いトルクを持つことが特徴で、特に低速ではダイナミック応答の乏しさにつながり従って柔軟性が減少する。ガソリンエンジンの小型化に関係する不利益は、適切な操作方法によってその多くを補償することが可能である。
【０００４】
特許文献１（ＥＰ１５４３２２８Ｂ１）から、例えば、内燃機関エンジンの燃焼室内の希薄な燃料／排気ガス／空気混合気が自己点火させられる操作方法が公知となっている。圧縮着火を好ましい時間に発生させるために、燃料は、火花点火する直前の適切な圧縮で燃焼室の希薄で均一な燃料／排気ガス／空気混合気に導入され、よって濃い燃料−空気混合気が形成される。希薄で均一な燃料／排気ガス／空気混合気に包囲されることで、この濃縮した燃料−空気混合気は燃焼室の圧縮着火燃焼のためのイニシエータとして機能する。
【０００５】
特許文献２（ＤＥ１０２００６０４１４６７Ａ１）は、均一な圧縮着火燃焼を持つガソリンエンジンのための操作方法の記載を含む。希薄な混合気である均一な燃料／排気ガス／空気混合気がオットーサイクルの操作方法と比べて圧縮されている場合、発火点から起こる火炎面のために燃焼は燃焼室に広がらない。しかし代わりに適切な圧縮レベルで、これを開始するために、各燃焼室のいくつかのポイントで均一な燃料／排気ガス／空気混合気はほぼ同時に点火する。制御された自己点火（ＲＺＶ）は、火花点火式オットーサイクル方法に比べて燃費の面で高い効率性と共に窒素酸化物の排出を著しく低下させる。制御された自己点火を備えたこの低排出の効率的なＲＺＶ操作方法は、しかし、充填希釈度の減少に伴いノッキングは増えるため、より低くかつ恐らくは中レベルのエンジン負荷／エンジン速度範囲でのみで使用でき、従ってより高いエンジン負荷範囲でのＲＺＶ操作方法の有用な応用範囲は限定的である。
【０００６】
非特許文献１（雑誌ＳＡＥインターナショナルジャーナル、燃料潤油第２巻第１号の記事「CARE - Catalytic Reformated Exhaust Gases in turbocharged DISI Engines」（Henrik Hoffmeyer、Emanuela Montefrancesco、Linda Beck、Juergen Willand、 Florian Ziebart））からは、火花点火される直接噴射のガソリンエンジンの操作方法に似て実行される、複数の燃焼室を備えた直接噴射の内燃機関エンジンのための操作方法が公知となっている。前述した操作方法で改善した操作安定性を達成するために、酸化触媒が外部排気ガス再循環ラインに配置され、各燃焼室に再循環された排気ガスから炭化水素および／または一酸化炭素のような任意の反応成分を取り除く。この方法では、各燃焼室に再循環された排気ガスには酸化触媒によって反応成分が実質的に無いため、各燃焼室に供給される燃料の量を、より正確に測ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＥＰ１５４３２２８Ｂ１
【特許文献２】ＤＥ１０２００６０４１４６７Ａ１
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】雑誌ＳＡＥインターナショナルジャーナル、燃料潤油第２巻第１号の記事「CARE - Catalytic Reformated Exhaust Gases in turbocharged DISI Engines」 (Henrik Hoffmeyer、Emanuela Montefrancesco、Linda Beck、Juergen Willand、 Florian Ziebart）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、直接噴射の内燃機関エンジン、具体的には確実な操作安定性で同時により高いエンジン負荷範囲をもつ低ＮＯｘ燃料を持つことを特徴とするエンジンのための、改善された、または、少なくとも代替の操作方法を特定する問題に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、本問題は独立請求項の主題により解決される。有利な実施形態は従属項の主題である。
【００１１】
本発明は内燃機関エンジンのための操作方法のための一般概念にもとづく。具体的には複数の燃焼室を特徴とする直接噴射の内燃機関エンジン、例えば、少なくとも部分的な低ＮＯｘ燃焼（ＮＡＶ）および複数の部分操作方法を備える自動車のためのものであり、制御された自己点火（ＲＺＶ）が発生する少なくとも１つの部分操作方法であり、外部の排気ガス再循環装置によって再循環された排気ガスの反応性の低下が実行され、反応性の低下は各燃焼室に再循環された排気ガスが導入されることに先行して先に実行される。
【００１２】
排気ガス再循環は、ＲＺＶおよびＮＡＶの部分操作方法の間に実行可能である。前回の操作サイクルからのフリーラジカルは再循環された排気ガス中に存在しうる。これらは燃焼プロセスだけではなくエンジンのノッキングへの感応性にも影響を与える。酸化触媒を介した排気ガスの再循環は、フリーラジカルが触媒コンバータに変換されるため、帰還排気ガスの反応性に影響する。このように燃焼の中心は影響され操作安定性は改善され得る。
【００１３】
内燃機関エンジン、具体的には複数の燃焼室を持つ直接噴射の内燃機関エンジンは、異なる操作方法または異なる部分操作方法に従って操作できる。つまり、多くのオットーサイクル部分操作方法が可能である。化学量論的組成のオットーサイクルの部分操作方法は燃焼空気比または空燃比λ＝１を持ち、点火装置により火花点火し、火炎面燃焼（ＦＦＶ）が起こる。オットーサイクルの化学量論的組成の部分操作方法はエンジン負荷全体および／またはエンジン速度範囲全体を通じて適用され得る。これは、高いエンジン負荷またはエンジン速度範囲の他の部分操作方法で実行されることが好ましい。
【００１４】
オットーサイクルの部分操作方法はたとえ空気過剰でも火花点火が可能であり、従って燃焼空気比λ＞１で実行可能である。この部分操作方法はまた、一般にＤＥＳ部分操作方法（成層直接噴射）と呼ばれ、成層は、全希薄な燃料／排気ガス／空気混合気中に複数の直接燃料噴射により各燃焼室で形成される。成層の組成に従い、少なくとも理想的なシステムの中では、各燃焼室は異なる燃焼空気比λを有する２つの領域を持つ。この成層化は一般に複数の燃料噴射を通して生成される。第１に、希薄で均一な燃料／排気ガス／空気混合気は１回かそれ以上の噴射により各燃焼室に導入される。この希薄で均一な領域の中に、希薄で均一な領域よりは濃い燃料／空気混合気が、点火装置の領域に、複数噴射の形式をとることもできる燃料の最終噴射を通して配置される。この方法は通常ＨＯＳ（均質成層燃焼）と呼ばれる。燃焼室内の全体に希薄な燃料／排気ガス／空気混合気は、点火装置の領域内の濃い燃料／空気混合気による火炎面燃焼（ＦＦＶ）を通して点火され反応され得る。ＤＥＳおよびＨＯＳの部分操作方法は、低エンジン負荷および／または低エンジン速度範囲のための好ましい選択である。
【００１５】
ＤＥＳおよびＨＯＳの部分操作方法はまた、圧縮点火できるが、そのときは通常はＤＥＳまたはＨＯＳ部分操作方法と呼ばれない。
【００１６】
低エンジン負荷および／または低エンジン速度範囲時、ＲＺＶ部分操作方法は同様に実行されることができ、各燃焼室の中の希薄で均一な燃料／排気ガス／空気混合気は制御された自己点火により作動し、従って圧縮着火される。火炎面燃焼（ＦＦＶ）が火花点火を通して発生するオットーサイクル部分操作方法と比べて、ＲＺＶ部分操作方法では、各燃焼室の中の燃料／排気ガス／空気混合気は制御された自己点火の発生のために各燃焼室の中でほぼ同時に複数の領域で点火する。ＲＺＶ部分操作方法は、オットーサイクル部分操作方法と比べてＮＯｘ排出量が著しく低いことを特徴とし、一方で同時に低燃費を特徴とする。
【００１７】
本発明の対象であるＮＡＶ部分操作方法は、火花点火式オットーサイクルの部分操作方法およびＲＺＶ部分操作方法の組み合わせであると考え得る。したがって、ＮＡＶ部分操作方法には、点火装置によって火花点火される均一で希薄な燃料／排気ガス／空気混合気がある。ＮＡＶ部分操作方法の間、初期火炎面燃焼（ＦＦＶ）に続き均一な燃料／排気ガス／空気混合気の燃焼は、制御された自己点火（ＲＺＶ）に変化する。結果、ＮＡＶ部分操作方法は低い燃費を示し、オットーサイクル部分操作方法と比べたとき制御された自己点火（ＲＺＶ）によりＮＯｘ排出を減少させる。
【００１８】
ＲＺＶ部分操作方法に対し、ＮＡＶ部分操作方法燃焼は点火装置によって火花点火される。この理由から、とりわけ、混合点火および／または燃焼の操作安定性は、特にエンジン負荷またはエンジン速度範囲の最高位において、著しく向上している。従って、均一で希薄な燃料／排気ガス／空気混合気は、その時点で制御された自己点火（ＲＺＶ）に移行する一種のオットーサイクル火炎面燃焼（ＦＦＶ）と共に燃焼を開始する。このようにＮＡＶ部分操作方法は、制御された自己点火（ＲＺＶ）の利点を、燃料／排気ガス／空気混合気の火花点火式の操作的に安定した点火と結合する。本発明の対象である本ＮＡＶ部分操作方法は、点火装置を使った正しい時間の点火同様に、適切な燃料／排気ガス／空気混合気を各燃焼室に供給することで実現可能である。
【００１９】
ＮＡＶ部分操作方法は、低い圧力勾配と減少したノッキングが特徴である。その結果、ＮＡＶ部分操作方法は、圧力勾配の増加と不規則な燃焼条件、具体的にはノッキングの増加により純粋なＲＺＶ部分操作方法が操作的に十分に安定ではない高エンジン負荷範囲での、制御された自己点火（ＲＺＶ）を可能にする。
【００２０】
部分操作方法の比較から次の結果が導き出される。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
結果、制御された自己点火（ＲＺＶ）を備えた部分操作方法は、化学量論的組成のオットーサイクル燃焼方法と比べたとき低い燃費と減少したＮＯｘ排出の値の両方を示す。さらに、ＮＡＶ部分操作方法により、作動範囲は効率的な制御された自己点火方法を含むところまで拡張される。ＮＡＶ燃焼プロセスを伴うエンジン円滑性は、圧縮着火を伴う部分操作方法と比べても、改善している。
【００２３】
少なくとも部分的に制御された自己点火（ＲＺＶ）を持つような部分操作方法の好ましい実施形態は、実質的に純粋な制御された自己点火（ＲＺＶ）を備えたＲＺＶ部分操作方法である。この実質的に純粋な制御された自己点火（ＲＺＶ）は、専らに制御された自己点火が発生する場所でのＲＺＶ部分操作方法であると理想的には理解される。別の種類の燃焼の特定の割合はそれにもかかわらず障害の結果起こり得、そのような不測の事態は「実質的に純粋な制御された自己点火（ＲＺＶ）」の定義に含まれる。本定義の主因は、ＲＺＶ部分操作方法が主に純粋な制御された自己点火（ＲＺＶ）が起こるためであり、部分操作方法の中断は純粋な制御された自己点火（ＲＺＶ）を主要としないまたは部分操作方法の重要な一部となる他の燃焼プロセスの発生につながる。
【００２４】
ＲＺＶ部分操作方法は、内燃機関エンジンの最大速度が５％から７０％の間のエンジン速度か、または内燃機関エンジンの最大負荷が２％から３０％の間のエンジン負荷で実行されることが好ましい。
【００２５】
各燃焼室の中へ再循環された排気ガスの反応性の減少のために、少なくとも各部分操作方法の操作安定性に関して、有利な別の部分操作方法は、ＮＡＶ部分方法であり、発火点（ＺＺＰ）で概ね均一で希薄な燃料／排気ガス／空気混合気は各燃焼室内の燃料空気比λ≧１で点火装置によって火花点火され、点火装置（ＦＦＶ）により点火される火炎面燃焼が制御された自己点火（ＲＺＶ）に移行する。各燃焼室の中へ再循環された排気ガスの反応性の減少は、ＮＡＶ部分方法が制御された自己点火（ＲＺＶ）が発生する局面を持つためのみならず、点火挙動に関しても有利である。エンジンのノッキングはこのように減少する。
【００２６】
ＮＡＶ部分操作方法は、内燃機関エンジンの最大速度が５％から７０％の間のエンジン速度、および／または内燃機関エンジンの最大負荷が１０％から７０％の間のエンジン負荷で実行されることが好ましい。
【００２７】
希薄な燃料／排気ガス／空気混合気は、燃焼空気比λ＞１であり、よって過剰の空気を持つ燃料／排気ガス／空気混合気であり、これに対し濃い燃料／排気ガス／空気混合気は燃焼空気比λ＜１を持つ。化学量論的組成比はλ＝１である。
【００２８】
燃焼空気比は無次元の物理量であり、燃料／排気ガス／空気混合気の組成を説明するために使用される。燃焼空気比λは、燃焼に利用できる実際の空気質量、および利用可能な燃料の完全な燃焼のために必要な最小の化学量論的組成の空気質量の比率として計算される。従って、もしλ＝１の場合、化学量論的組成の燃焼空気比または燃料／排気ガス／空気混合気を意味し、λ＞１のときは希薄な空気燃焼比率または燃料／排気ガス／空気混合気を意味する。さらに、もしλ＝１またはλ＜１の場合、濃い燃焼空気比または燃料／排気ガス／空気混合気を意味する。
【００２９】
好ましい実施形態では、発火点（ＺＺＰ）でのＮＡＶ部分操作方法の燃焼空気比λは１から２の間である。
【００３０】
さらに、燃料／排気ガス／空気混合気の組成は充填希釈度により特定できる。希薄か、濃いか、または化学量論的組成の燃料／排気ガス／空気混合気であるかどうかに関わらず、充填希釈度は燃料／排気ガス／空気混合気のその他の成分に対して燃料がどれだけ燃焼室に注入されたかを表す。充填希釈度は、燃料の質量と、各燃焼室内に存在する燃料／排気ガス／空気混合気の総質量の比率である。
【００３１】
ＮＡＶ部分操作方法の好ましい実施形態では、理想の充填希釈度は０．０３から０．０５の間に設定される。
【００３２】
ＮＡＶ部分操作方法では点火時期が決定的な役割を担うため、好ましい実施形態では発火点はクランク角（ＫＷＷ）が−４５°と−１０°ＫＷＷの間で発生するよう設定する。
【００３３】
クランク角は、シリンダーまたは燃焼室内のピストンの動きと関連するクランクシャフトの角度の位置である。４行程周期の場合、吸入行程の後に圧縮行程が続き、そして膨張行程、排気行程が続き、圧縮行程と膨張行程の間の各燃焼室またはシリンダーにおける引っ込んだピストンの上死点の位置は通常クランク角（ＫＷＷ）０°に割当てられる。この上死点０°ＫＷＷから始まり、クランク角は膨張行程および排気行程まで増加し、圧縮行程と吸入行程まで減少する。前述の段階システムを使用すると、吸入行程は−３６０°ＫＷＷおよび−１８０°ＫＷＷの間、圧縮行程は−１８０°ＫＷＷおよび０°ＫＷＷの間、膨張行程は０°ＫＷＷおよび１８０°ＫＷＷの間、排気行程は１８０°ＫＷＷおよび３６０°ＫＷＷの間で生じる。
【００３４】
概ね均一で希薄な燃料／排気ガス／空気混合気が言及されるとき、これは均一で希薄な燃料／排気ガス／空気混合気であると理解され、本質的には一律に各燃焼室に配分されている。理想的な状況においては完全に均一な配分となる。しかし一方現実的な状況では、微量の不均衡が存在しうるが、それらは各部分操作方法にいかなる著しい影響も与えない。この種の均一で希薄な燃料／排気ガス／空気混合気は、単一または多点の燃料噴射により生成される。好ましい実施形態では、燃料の複数噴射または多点噴射は負荷および／またはエンジン速度に依存して実行される。
【００３５】
加えて、内部排気ガス再循環は、各燃焼室の燃料／排気ガス／空気混合気を予熱するために、ＮＡＶ部分操作方法の一部として実行され得る。この排気ガス再循環は、排気ガス再導入または排気ガス保持として実行され得る。排気ガス再導入では、排気ガスは、吸入および／または排気のセクションの中への排気ガスの排出及び後に続く再導入を通じて、各燃焼室に注入される。排気ガス再導入の代替または追加として、排気ガスの保持による内部排気ガス再循環は実行され、排気ガスの一部は各燃焼室内に保持される。燃料／排気ガス／空気混合気を冷却するために、外部排気ガス再循環を実行することは可能であり、外部で再循環された排気ガスは追加的に冷却され、その反応成分に関する反応性の減少を経る。
【００３６】
各燃焼室内に再循環された排気ガスの反応性の減少は、排気ガスの中に存在する未燃炭化水素および／または一酸化炭素の酸化により実行され得る。
【００３７】
好ましい実施形態におけるかかる反応性の減少はまた、酸化触媒の排出システムの下流からの、少なくとも部分的な排気ガスの再循環を通じて行われ得る。酸化触媒は一般に排出システムの中に存在するため、この場合酸化触媒の流れる方向の下流側に排気ガスを抽出し減少した反応成分のレベルを持つこの排気ガスを内燃機関エンジンの各燃焼室の中へ再循環することは理に適っている。この場合、排気ガスが大きな距離を移動する必要があるため、各燃焼室の中へ再循環された排気ガスの、高い冷却度を期待することも有利である。
【００３８】
特に好ましい実施形態では、各燃焼室に再循環された排気ガスの反応性の減少は、排気ガス再循環ラインの中に配置された酸化触媒により実行される。酸化触媒は、各排気ガス再循環ラインの中に存在するであろう排気ガス再循環冷却装置の前に設置されると都合が良く、この状況では、排気ガスは酸化触媒が操作温度に保たれていることを確保できる。
【００３９】
ＮＡＶ部分操作方法は火花点火式成層ＤＥＳ部分操作方法と組み合わせて、および／または追加して、実行することが可能である。
【００４０】
この場合、好ましい実施形態は、発火点（ＺＺＰ）および／または燃焼の中心を、火花点火式成層ＤＥＳ部分操作方法の発火点（ＺＺＰ）および／または燃焼の中心のクランク角に対応した、クランク角に設定することができる。
【００４１】
この場合、好ましい実施形態は、火花点火式成層ＤＥＳ部分操作方法も同じく可能なエンジン速度範囲および／またはエンジン負荷範囲で実行されるＮＡＶ部分操作方法を含む。
【００４２】
特に好ましい実施形態では、ＮＡＶ部分操作方法は、純粋な制御された自己点火（ＲＺＶ）を備えたＲＺＶ部分操作方法と組み合わせて、および／または、追加して実行する。２つの部分操作方法は、一方の部分操作方法が低い操作安定性を示した場合にもう一方に切換えられる。
【００４３】
同様に本発明の対象は、少なくとも部分制御された自己点火を備えたかかる方法に従って実行される内燃機関エンジンである。かかる内燃機関エンジンの有利な実施形態は、排気ガス再循環ラインにある個別の酸化触媒であり、具体的には排気ガスの流れる方向に排気ガス再循環冷却装置の上流を配置することである。
【００４４】
本発明のさらなる重要な特徴および利点は従属請求項、図表、図表に基づく説明に起因する。
【００４５】
上記で述べられた機能および以下でこれから説明する機能は、それぞれの場合に指定された組み合わせで使用されるだけではなく、本発明の範囲を超えずに、その他の組み合わせまたは個別に使用することができる。
【００４６】
本発明の好ましい代表的実施形態は図で示され、さらなる詳細は以下の記述で説明され、同一参照番号は同一かまたは類似のまたは機能的に同一の部分に言及するものである。
図は、それぞれに概略的に描かれている。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ＮＡＶの操作方法の燃焼曲線を図で示す。
【図２】ＲＺＶ、ＮＡＶ、ＤＥＳ操作方法のバルブリフトの高さの比較を示す。
【図３】ＲＺＶおよびＮＡＶの操作方法のエンジン特性マップを図で示す。
【図４】ＲＺＶおよびＮＡＶ操作方法の設定条件。
【図５】外部排気ガス再循環ラインに配置された酸化触媒と内燃機関エンジン。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１はＮＡＶ部分操作方法の燃焼曲線図１を示し、クランク角ＫＷＷは横軸２（度）、燃焼曲線ＢＶは縦軸３（ジュール）に示されている。ＮＡＶ部分操作方法の燃焼プロセスは曲線４で示す。各燃焼室に導入された燃料／排気ガス／空気混合気は発火点５においてクランク角−３０°＋／−５°ＫＷＷで火花点火する。境界線６までの各燃焼室に導入された燃料／排気ガス／空気混合気はオットーサイクル火炎面燃焼（ＦＦＶ）で燃焼する。境界線６の後、燃料／排気ガス／空気混合気は、火炎面燃焼（ＦＦＶ）によってさらに熱せられ圧上昇にさらされ、制御された自己点火（ＲＺＶ）への移行を開始する。圧縮着火に必要な充分に高い圧力と温度は、火炎面燃焼（ＦＦＶ）の上昇により強められる。このようにしてＮＡＶ部分操作方法は、均一な火炎面燃焼（ＦＦＶ）を持つ領域Ｉと制御された自己点火（ＲＺＶ）を持つ領域IIに分かれ、両領域Ｉ、IIは境界線６で分かれる。
【００４９】
図２はシリンダー圧力／バルブリフト図７を示し、クランク角ＫＷＷは横軸８（度）に、シリンダー圧力Ｐ（ｂａｒ）（左）とバルブリフトＶＨ（ミリメートル）（右）は縦軸９，９’に示されている。曲線１０，１０’，１０”はそれぞれＤＥＳ、ＲＺＶ、ＮＡＶ部分操作方法のシリンダー圧力曲線を参照している。左の縦軸９のシリンダー圧力段階はこれら曲線に適用される。さらに、ＤＥＳバルブリフト曲線１１，１１’、ＲＺＶバルブリフト曲線１２，１２’、およびＮＡＶバルブリフト曲線１３，１３’はシリンダー圧力／バルブリフト図７に示されている。右の縦軸９’のバルブリフト段階はこれらの曲線に適用される。バルブリフト曲線１１，１１’、１２，１２’、１３，１３’を比較すると、ＮＡＶバルブリフト曲線１３，１３’はＤＥＳバルブリフト曲線１１，１１’よりかなり小さいことに気付く。ＤＥＳバルブリフト曲線１１，１１’はまた、ＮＡＶバルブリフト曲線１３，１３’に比べてクランク角がより広い範囲に及ぶ。結果、排気ガス保持または内部排気ガス再循環はこの種類のＤＥＳバルブリフト曲線１１，１１’ではほとんど不可能である。これに対し、１３，１３’のようなＮＡＶバルブリフト曲線では内部排気ガス再循環および／または排気ガス保持の実行が可能である。
【００５０】
ＲＺＶバルブリフト曲線１２，１２’とＮＡＶバルブリフト曲線１３，１３’を比較した場合、ＮＡＶバルブリフト曲線１３，１３’は少し大きいかそれ以上のバルブリフトを示していることがわかる。それらはＲＺＶバルブリフト曲線１２，１２’よりクランク角がより広い範囲に及んでいる。従って、そのようなＲＺＶバルブリフト曲線１２，１２’はより大きな排気保持または内部排気ガス再循環に特徴づけられ、結果として、燃焼室で高い温度が設定できる。しかし、少量の上昇と短い開放時間により、空気の流れは大幅に制限される。結果として、そのようなＲＺＶバルブリフト曲線１２，１２’は高エンジン負荷範囲では限定された使用のみとなる。これは図示されたＮＡＶバルブリフト曲線１３，１３’で改善される。一方で高バルブリフトが設定でき、他方でバルブはクランク角の広い範囲を通して開放されたままとなるためである。このように、ＮＡＶバルブリフト曲線１３，１３’を使用すると特定の燃焼室を低い温度に設定でき、吸入空気量は図２で示すＲＺＶバルブリフト曲線１２，１２’よりも多くなる。
【００５１】
図３は、エンジン負荷／エンジン速度図１４を示し、ＲＺＶ部分操作方法のエンジン特性マップ１５とＮＡＶ部分操作方法のエンジン特性マップ１６が示されている。エンジン負荷／エンジン速度図１４では、エンジン速度ｎは横軸１７に、エンジン負荷Ｍは縦軸１８に示されている。境界曲線１９は、内燃機関エンジンが操作可能な範囲内でエンジン負荷とエンジン速度範囲の境界を定めている。エンジン負荷／エンジン速度範囲２０は、ＲＺＶ部分操作方法のエンジン特性マップ１５またはＮＡＶ部分操作方法のエンジン特性マップ１６に包含されず、オットーサイクル部分操作方法が実行される。
【００５２】
図４の設定条件図２１は、ＲＺＶ部分操作方法およびＮＡＶ部分操作方法の設定条件を概略的に示す。充填希釈度は横軸２２に示され、テーパー線３０によって示されるように横軸２２の方向に減少している。それに対応して、エンジン負荷は横軸２２に沿って上昇している。発火点（ＺＺＰ）のクランク角（ＫＷＷ）は縦軸２３に示され、当該クランク角はテーパー線３０’によって示されるように縦軸２３の方向に同様に減少している。操作範囲２４，２５，２６，２７，２８，２９は図２１の設定条件にマッピングされている。操作範囲２４はＲＺＶ部分操作方法の可能な操作範囲を示している。この非常に高い充填希釈度範囲では、相応に希釈した燃料／排気ガス／空気混合気に点火装置で火花点火することは不可能である。ＲＺＶ部分操作方法は当該操作範囲２４で有利に実行可能である。充填希釈度の減少によって、ＮＡＶ部分操作方法のみならずＲＺＶ部分操作方法もともに、操作範囲２５で有利に実行可能である。ＮＡＶ部分操作方法を使用することで、燃焼の中心は点火時期により初期クランク角で発生するように移行させることが可能である。
【００５３】
充填希釈度をさらに低めた場合、操作範囲２６に入る。操作範囲２６ではＲＺＶ部分操作方法が実行可能な一方で、この充填希釈度範囲では、ＲＺＶ部分操作方法はノッキングの上昇を示し、相応に大きな圧力上昇が特徴づけられる。従って充填希釈度範囲でのＲＺＶ部分操作方法は操作の不安定性の上昇を招き、それは、例えば、外部排気ガス再循環装置によって緩和できる。この操作範囲２６はＮＡＶ部分操作方法により回避可能であり、この場合燃焼の中心は同様に発火点（ＺＺＰ）の適切な選択によってより低いクランク角で発生するよう移行させることができる。
【００５４】
ＮＡＶ部分操作方法は操作範囲２７で優先的に実行される。オットーサイクル部分操作方法は、操作範囲２８で実行可能である。通常は操作範囲２９ではＲＺＶ、ＮＡＶまたはＤＥＳの部分操作方法は実行できない。
【００５５】
図５は外部排気ガス再循環装置３２を備えた内燃機関エンジン３１を示す。排気ガスの反応性を減らすために、当該排気ガスは排気ガス再循環ライン３５を介して排出流３３から吸入流３４に再循環され、酸化触媒３６は排気ガス再循環ライン３５に配置される。好ましい実施形態では、酸化触媒３６は、排気ガス再循環冷却装置３７から排気ガスが流れる方向の上流に配置される。同様に好ましい実施形態では、酸化触媒３６は排気ガス再循環装置バルブ３８から排気ガスが流れる方向の下流に配置されるが、これは排気ガス帰還率を制御する目的で排気ガス再循環ライン３５に存在するものである。
【００５６】
内燃機関エンジン３１の操作をさらに改善するために、内燃機関エンジン３１の圧縮率は有利に計算する必要がある。具体的には、ＮＡＶ部分操作方法は１０から１３の間の圧縮率εで実行される。
【００５７】
圧縮率εは、ピストンが上死点にあるときの燃焼室の圧縮容積と、ピストンが下死点の位置にあるときの燃焼室の圧縮容積および移動容積の合計との比率である。
【００５８】
ＲＺＶ部分操作方法からＮＡＶ部分操作方法に切り替えるとき、圧縮率εは低下する。低圧縮率εの結果ノッキングは著しく減少し、初期燃焼の中心がＮＡＶ部分操作方法の操作安定性における結果の増加同様に生じる。
【００５９】
ＮＡＶ部分操作方法からＲＺＶ部分操作方法に切り替えるとき、圧縮率εは上昇する。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成25年7月25日(2013.7.25)
【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】
直接噴射ガソリンエンジン用等の排気ガス再循環装置を備えた直接噴射の内燃機関エンジン等のための操作方法であり、ＲＺＶ部分操作方法は低から中速度および／または低から中負荷を持つエンジン特性マップの領域において実行され、圧縮着火により点火され制御された自己点火（ＲＺＶ）により燃焼する希薄な燃料／排気ガス／空気混合気を持つ当該ＲＺＶ部分操作方法であり、
圧縮着火を備えた前記エンジン特性マップの領域は高い負荷において、低ＮＯｘ燃焼（ＮＡＶ）が実行される別のエンジン特性マップの領域と隣接し、発火点（ＺＺＰ）において内燃機関エンジンの所定の燃焼室内の燃焼空気比λ≧１を備えた均一で希薄な燃料／排気ガス／空気混合気が点火装置により火花点火され、前記火花点火により発生した火炎面燃焼（ＦＦＶ）は制御された自己点火（ＲＺＶ）に移行し、
制御された自己点火（ＲＺＶ）を備えた少なくとも１つの部分操作方法では、外部排気ガス再循環装置により各燃焼室の中へ再循環された排気ガスの反応性の低下が、各燃焼室へのその導入より先に実行されることを特徴とする操作方法。
【請求項２】
実質的に純粋な制御された自己点火を持つＲＺＶ部分操作方法が、少なくとも部分的に制御された自己点火（ＲＺＶ）を持つ部分操作方法として実行されることを特徴とする、請求項１に記載の操作方法。
【請求項３】
前記ＲＺＶ部分操作方法が、前記内燃機関エンジンの最大エンジン速度の５％から７０％の間のエンジン速度、および／または、前記内燃機関エンジンの最大エンジン負荷の２％から３０％の間のエンジン負荷で実行されることを特徴とする、請求項２に記載の操作方法。
【請求項４】
少なくとも部分的な制御された自己点火（ＲＺＶ）を持つ部分操作方法として、低ＮＯｘ燃焼（ＮＡＶ）が実行され、前記発火点（ＺＺＰ）において燃焼空気比λ≧１を備えた概ね均一で希薄な燃料／排気ガス／空気混合気が点火装置により火花点火され、前記点火装置により開始される前記火炎面燃焼（ＦＦＶ）が制御された自己点火（ＲＺＶ）へと移行されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の操作方法。
【請求項５】
前記ＮＡＶ部分操作方法が、前記内燃機関エンジンの最大エンジン速度の５％から７０％の間、および／または、前記内燃機関エンジンの最大エンジン負荷の２％から３０％の間で実行されることを特徴とする、請求項４に記載の操作方法。
【請求項６】
排気ガスの中に存在する未燃炭化水素および／または一酸化炭素の反応性の低下が酸化によって実行されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の操作方法。
【請求項７】
前記反応性の低下が、酸化触媒の排気ガスの流れの方向にある排気装置の下流からの排気ガスの、少なくとも部分再循環によって実行されることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の操作方法。
【請求項８】
前記反応性の低下が、排気ガス再循環ラインに配置された個別の酸化触媒によって実行されることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の操作方法。
【請求項９】
前記ＲＺＶ部分操作方法から前記ＮＡＶ部分操作方法に切り替えるとき、圧縮比εは低くなり、前記ＮＡＶ部分操作方法から前記ＲＺＶ部分操作方法に切り替えるとき、前記圧縮比εは上昇することを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の操作方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の操作方法に従い操作可能な内燃機関エンジン。
【請求項１１】
個別の酸化触媒（３６）が、排気ガス再循環ライン（３５）に、特に排気ガス再循環冷却装置（３７）の排気ガスの流れの方向の上流に配置されることを特徴とする、請求項１０に記載の内燃機関エンジン。
【国際調査報告】
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