(57)【要約】【課題】自動車の異なる運転動作をの最適作動によって支援するべくピストン内燃機関の可変動弁機構を改善すること。【解決手段】本発明は、サイクル同期して火花点火から制御下の自己点火およびその逆へと切換えるための制御装置を備えた自動車のピストン内燃機関であって、１つのシリンダの１弁群が複数の吸気弁および排気弁を備えており、弁群の開弁期間が吸気弁および／または排気弁にさまざまに配分されている。さらに、サイクル同期して切換えるための方法が提案される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイクル同期して主にシリンダ選択的に火花点火から制御下の自己点火およびその逆へと切換えるための制御装置を備えた自動車のピストン内燃機関（１）であって、１つのシリンダの１弁群（８）が複数の吸気弁および排気弁を有し、弁群（８）の開弁期間が吸気弁および／または排気弁にさまざまに配分されているピストン内燃機関。
【請求項２】
弁重なり時に弁群（８）の開弁期間が吸気弁および／または排気弁にさまざまに配分されて存在することを特徴とする、請求項１記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項３】
弁群（８）の吸気弁がそれぞれ異なる開弁期間を有することを特徴とする、請求項１記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項４】
弁群（８）の排気弁がそれぞれ異なる開弁期間を有することを特徴とする、請求項１記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項５】
弁群（８）の第１吸気弁の開弁時期が弁群（８）の第２吸気弁の開弁時期とは異なり、弁群（８）の第１排気弁の開弁時期が弁群（８）の第２排気弁の開弁時期とは異なることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項６】
弁群（８）の第１排気弁および／または第１吸気弁が内部排気再循環システムに開閉可能に組み込まれる一方、第２排気弁および／または第２吸気弁が燃焼サイクルに連結されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項７】
ピストン内燃機関が多部分構成の少なくとも１つのカム軸（１４）を有し、このカム軸が少なくとも１つの軸（１４）を備えた内軸（１７）を有し、このカム軸が少なくとも１つのカムプロフィールを備えた内軸（１７）を有し、この内軸が調整可能にカム軸（１４）の外軸（１５）内に配置されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項８】
１つの弁用にカム軸（１４）の複数のカムが調整可能であることを特徴とする、請求項７記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項９】
内軸（１７）と外軸（１５）が一緒に調整可能であり、また互いに調整可能でもあることを特徴とする、請求項７記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項１０】
各シリンダ（６）に少なくとも１つの機械式開閉要素が付設されており、この開閉要素が操作時に弁遮断を引き起こし、および／またはさまざまな燃焼方式の間でサイクル同期した切換を引き起こすことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項１１】
弁群（８）が電磁式または電気機械式の動弁機構（７）と連結されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項１２】
少なくとも１つの吸気弁の開弁期間とシリンダ充填量とを同時に調整して低い残留ガス含有量から高い残留ガス含有量へとサイクル同期して切換えるための方法であって、複数の吸気弁および排気弁を備えた１つのシリンダ（６）の１弁群（８）の開弁期間を弁群（８）の吸気弁および／または排気弁にさまざまに配分する方法。
【請求項１３】
自動車のピストン内燃機関（１）を作動させるための方法であって、火花点火から制御下の自己点火およびその逆へとサイクル同期した切換が制御され、複数の吸気弁および排気弁を備えた１つのシリンダ（６）の１弁群（８）の開弁期間を弁群（８）の吸気弁および／または排気弁にさまざまに配分する方法。
【請求項１４】
切換がシリンダ選択的に行われることを特徴とする、請求項１２または１３記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも複数のクランク軸回転の間、少なくとも１つの第１シリンダが制御下の自己点火で作動される一方、同じ時間内に少なくとも１つの第２シリンダが火花点火されることを特徴とする、請求項１２または１３記載の方法。
【請求項１６】
クランク軸の数回転の間、第１シリンダと第２シリンダが同時に切換えられることを特徴とする、請求項１２または１３記載の方法。
【請求項１７】
切換のとき、１弁群（８）のすべての弁が、１つの排気弁および少なくとも１つの吸気弁を含め、遮断されることを特徴とする、請求項１５または１６記載の方法。
【請求項１８】
定格負荷の０％〜６０％の低負荷のとき、特に２０％〜４０％の負荷のとき、１燃焼過程時に生成される体積の少なくとも２０％〜約８０％の値の残留ガスが少なくとも１つの排気弁の開弁期間短縮によって燃焼室内に保持されることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
定格負荷の０％〜８０％または７５％〜１００％の範囲内の高負荷のとき、１つの排気弁の開弁期間は燃焼室から押し出される残留ガスの逆吸引が起きるように適合されることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の方法。
【請求項２０】
ピストンの下降運動中、第１ガス交換終了後に１つの排気弁が再度開弁することを特徴とする、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
ディーゼルエンジンにおいて残留ガスの制御が１つの排気弁の再開弁によって行われ、弁座ポケットなしで間に合う排気弁と協動してディーゼルエンジン内で特に１つのピストン形状が使用されることを特徴とする、請求項１３〜２０のいずれか１項記載の方法。
【請求項２２】
１つのシリンダの少なくとも１つの弁で機械式可変動弁機構によってサイクル同期した切換が行われることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の方法。
【請求項２３】
早め吸気閉弁および／または遅れ吸気閉弁が機械式可変動弁機構によって設定されることを特徴とする、請求項２２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイクル同期して火花点火から制御下の自己点火およびその逆へと切換えるための制御装置を備えた自動車のピストン内燃機関に関する。さらに、低い残留ガス含有量から高い残留ガス含有量へとサイクル同期して切換えるための方法、そして火花点火から制御下の自己点火およびその逆へとサイクル同期して切換える自動車のピストン内燃機関を作動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のピストン内燃機関に可変動弁機構を装備することは知られている。これは、特に、自動車のその都度の運転状態に応じた弁動作を可能とすることに役立つ。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、自動車の異なる運転状態をピストン内燃機関の最適作動によって支援するべく可変動弁機構を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、請求項１の特徴を有する自動車のピストン内燃機関、サイクル同期を切り換えるための請求項１２の特徴を有する方法、そして、自動車のピストン内燃機関を作動させるための請求項１３の特徴を有する方法で解決される。有利な諸構成、諸提要は各従属請求項に明示されている。
【０００５】
本発明により提案されるのは、サイクル同期して火花点火から制御下の自己点火およびその逆へと切換えるための制御装置を備えた自動車のピストン内燃機関であって、１つのシリンダの１弁群が複数の吸気弁および排気弁を備えており、弁群の開弁期間が吸気弁および／または排気弁にさまざまに配分されている。さらに、少なくとも１つの吸気弁の開弁期間とシリンダ充填量とを同時に調整して低い残留ガス含有量から高い残留ガス含有量へとサイクル同期して切換えるための方法が提案されており、複数の吸気弁および排気弁を備えた１つのシリンダの１弁群の開弁期間が弁群の吸気弁および／または排気弁にさまざまに配分される。自動車のピストン内燃機関を作動させるための他の提案された方法では、火花点火から制御下の自己点火およびその逆へとサイクル同期した切換が制御され、複数の吸気弁および排気弁を備えた１つのシリンダの１弁群の開弁期間が弁群の吸気弁および／または排気弁にさまざまに配分される。
【０００６】
提案されたピストン内燃機関や提案された方法であれば、高い排気再循環率において制御下の自己点火での燃焼法を提供し得ることが特に可能となる。主に、オットー原理に従って作動されるピストン内燃機関は点火機構、特に点火プラグを作動させることなく、高い温度と相応する圧力も利用して自己点火へと移される。このため、特に、シリンダの弁群において、１つの弁は部分負荷のとき燃焼サイクルに相応して通常に制御される。一方、別の１つの弁は、特に内部排気再循環に利用されるようにしておくことができる。それゆえに、この弁は別の弁とは異なる制御時間を有する。提案されたピストン内燃機関も、提案された方法も、主にエンジン制御装置に格納された相応する開閉手順の枠内で、オットー原理に従って作動するピストン内燃機関の点火火花を頼りに点火機構が利用される通常動作から自己点火動作およびその逆へとサイクル同期した切換を特に可能とする。主に、制御下の自己点火は少なくとも４０℃の冷却水温度以降にはじめて実施されるようになっている。
【０００７】
これに関連して、機械式可変動弁機構は、例えば、電磁式もしくは電気機械式の動弁機構を利用可能である。これらは、単数または複数のシリンダにおいて、単数または複数の弁群の枠内で一緒にもまた別々にも利用可能である。さらに可変動弁機構は、カム軸位相調整によって達成することもでき、特にそれを介して支援することができる。開示の範囲内で、例示的に独国特許発明第１０２９００１７号明細書、独国特許発明第１００３８９１７号明細書、独国特許発明第１０３３７４３０号明細書、独国特許発明第１０２００４００５５９４号明細書、独国特許発明第１０２００４００５５８８号明細書、独国特許発明第１００１９７３９号明細書、独国特許発明第１０１３６４９７号明細書、独国特許発明第１９７３１３７３号明細書、独国特許発明第１００１８７３９号明細書、独国特許発明第１００３１２３３号明細書を参照するように指示する。それらからさまざまな動弁機構、それらの配置および制御・調節装置が明らかとなり、それらはここで同様に一緒に利用可能である。
【０００８】
例えば、第１コンセプトは機械式可変動弁機構を予定している。排気側にも吸気側にも各弁用に複数の開閉可能なカムプロフィールが設けられている。そのことは、主に、内部に第２カム軸が配置された構成のカム軸を介して実現される。両方の軸は、互いに回動することができる。この相対回動は、主に、カム軸のカム位相角１００°までの範囲で可能となっている。主に、吸気カム軸用の第１位相調節器と排気カム軸用の第２位相調節器が設けられている。吸気弁用にも排気弁用にも単一のカム軸が設けられている場合、単一の位相調節器を利用することができる。弁は主に可変バケットリフタもしくは開閉レバーを介して作動される。一構成例によれば、さらに、個々の弁用に、しかしすべての弁用にも、弁遮断が予定されている。この機械式可変動弁機構でもってさまざまな残留ガス制御もしくは充填量制御を達成することができる。このため、例えば、「早め吸気閉弁」（ＦＥＳ）、制御下の自己点火（ＫＳＺ）で排気通路再循環（ＡＫＲ）、および／または制御下の自己点火での燃焼室再循環（ＢＲＲ）が実施される。そのことから、特に、制御下の自己点火において機械式可変動弁機構を利用することが可能となり、負荷制御は絞りなしに行うことができる。
【０００９】
機械式可変動弁機構の第２コンセプトでは、例えば、排気側で相応に制御される部分リフトカムによって排気事象の連続的延長が行われる。別の構成例によれば、例えば第２排気弁において付加的に短い排気事象が可能とされる。このため、例えば、特に３つのカムプロフィールが弁ごとに設けられている。吸気側には、主に、第１コンセプトにおいても必要とされる制御装置が設けられる。第２コンセプトでもって、特に、考えられる残留ガスもしくは充填量び制御を可能とすることができ、そこでは、例えば、「早め吸気閉弁」（ＦＥＳ）、制御下の自己点火（ＫＳＺ）で排気通路再循環（ＡＫＲ）、燃焼室再循環（ＢＲＲ）が、第１、第２排気弁用のさまざまな部分リフトプロフィールにおいて予定され、もしくは３つ以上のカムプロフィールを弁ごとに設けた弁群において燃焼室再循環が予定されている。
【００１０】
提案された解決手段でもって、特に、従来のガソリンの制御下の自己点火において酸化窒素排出量を低下させるとともに、部分負荷効率の改善を達成することができる。内部排気再循環によって、自動車のピストン内燃機関の燃焼室の複数の個所で自己点火を引き起こすことができる。吸気弁および／または排気弁にさまざまに配分される弁群開弁期間、特に弁重なりでもって、燃焼室内で混合気の空間的分布が生じ、ノッキングのない迅速な切換を可能となるように、残留ガス割合と協動してシリンダ充填量、またさらに空気比を制御することが可能とされる。そのことから、特に、利用されるガソリンの自己点火時に理想的定容積燃焼に近い燃焼推移が可能となる。
【００１１】
一構成例によれば、火花点火を利用したオットー原理でのピストン内燃機関の従来の作動から均一な自己点火への切換がサイクル同期して行われるだけでなく、シリンダ選択的にも行われるようになっている。それゆえに、主に、均一な自己点火は部分負荷範囲内でのみ応用されるようになっている。この範囲内では、均一な自己点火を可能とする高い残留ガス含有量を入手可能である。負荷要求が厳しくなると火花点火への切換が行われる。
【００１２】
他の構成例では、ピストン内燃機関が所定の温度範囲、特に、特定のエンジン温度を有するときにはじめて、ピストン内燃機関の火花点火動作から自己点火動作への切換が行われる。このため、ピストン内燃機関で温度測定が直接的または間接的のいずれかで行われる。この温度測定は、例えば、燃焼室近傍の温度センサを介しても排出ガス流中の温度センサを介しても行うことができる。
【００１３】
主に、均一な自己点火用に燃焼室内に高い温度を達成するために、少なくとも２０％〜８０％の範囲内で残留ガスを燃焼室内で保持する内部排気再循環が予定されている。この保持は、例えば、単数または複数の排気弁の短い開弁期間によって達成することができる。これは特に低負荷範囲において実施される。残留ガスの圧縮と膨張時の圧力補償実行後に単数または複数の吸気弁の短い開弁のみが行われ、この開弁時に新鮮混合気もしくは空気が吸い込まれる。それに対して高負荷範囲では排気通路再循環を介して、既に押し出された残留ガスは排気弁が上死点を越えて開いているので再び燃焼室内に吸い戻される。一構成例によれば、同様に、単数または複数の排気弁が上死点で閉じられ、ピストンの下降段階のとき少なくとも１つの排気弁を再度開くことによって、残留ガスが吸い込まれるようにすることができる。特に、これら変更態様の組合せも行うことができる。
【００１４】
他の構成例によれば、弁重なりのとき、弁群の開弁期間は、吸気弁および／または排気弁にさまざまに配分されて存在する。主に、弁群の吸気弁は、それぞれ異なる開弁期間を有する。開弁期間はさまざまな負荷範囲にわたって変更することができる。また、弁群の排気弁が、それぞれ、異なる開弁期間を有していてもよい。この開弁期間も、異なる負荷範囲内でさまざまに調整可能である。一構成例によれば、弁群の１つの第１吸気弁の開弁時期はこの弁群への１つの第２吸気弁の開弁時期とは異なり、弁群の１つの第１排気弁の開弁時期はこの弁群への１つの第２排気弁の開弁時期とは異なる。これにより、押し出された残留ガスの燃焼室への所望の再循環も新鮮ガスの供給も可能となる。例えば、弁群の第１排気弁および／または第１吸気弁が内部排気再循環システムに開閉可能に組み込まれる一方、第２排気弁および／または第２吸気弁はオットー原理による通常の燃焼サイクルに連結されている。第１負荷範囲において第１吸気弁と第２吸気弁もしくは第１排気弁と第２排気弁は同期して開閉することができる。しかし、特定負荷範囲において、特に火花点火から制御下の自己点火へとサイクル同期して切換えるとき、さまざまな排気弁もしくは吸気弁の開閉サイクルがあり、従って開弁期間は相違する。主に、少なくとも第２排気弁および／または第２吸気弁が所要の燃焼サイクルに相応して開弁もしくは閉弁することは確保される。
【００１５】
火花点火から制御下の自己点火およびその逆へと切換えるときに生じる中間状態では、中間状態が制御不能であるためミスファイアが起こり得るが、これらの中間状態を避けるために、シリンダ同期したカム切換が重要である。例えば、吸気弁もしくは排気弁の実現可能な調整速度がやはり重要である。その際、大きな弁横断面の極力迅速な開弁閉弁を達成するように努められる。例えば、ピストンの最大死点を越えて最大リフトを可能とするために、弁に完全に自由な動きが与えられるように排気カムを設けることができる。例えば、迅速な開弁もしくは閉弁時に、１つの弁群の効率的開弁期間を複数の吸気弁または排気弁に分配することを行うことができる。一構成例によれば、内軸を備えた外カム軸を使用する場合、第１カムプロフィールが外軸と結合されている。それに対して、複数の他のカムプロフィールは内軸と結合されており、外側にある軸に対して回動することができる。変更されたこの開弁期間は、さらに、弁を完全に遮断するとともに例えばさまざまなカムプロフィールによってさまざまな運動力を作用させることもできる開閉要素が１つのシリンダの各弁用に設けられていることによって支援することができる。これにより、例えば燃焼室内の残留ガス含有量の変更、もしくは燃焼室内のシリンダ充填量の調節が可能である。
【００１６】
カムフォロアの場合、例えば２つまたは３つの異なるカムプロフィールはローラ型カムフォロアを介して弁に作用することができる。これは、この弁の開弁の基本事象の連続的延長を可能とする。このため、例えば、外側にあるカム軸に、大きなリフトを有する従来の基本プロフィールが設けられる。それに対して、内側にあるカム軸にはリフトを低減したプロフィールが配置されており、このプロフィールは外側プロフィールの窪み内に設けることができる。次に相応する回動によって、リフトを縮小して完全リフト事象の延長を可能とすることができる。縮小されたリフトは、例えば、大きなカムリフトの４０％〜５０％の範囲内である。特に、大きなカムリフトを行う場合、全リフトカムに傾斜面が配置されており、この傾斜面はプロフィールを低減されたカムに移行する。これにより、動弁機構内で中間レバーの速度低下が生じる。そのことからさらに、或るカムプロフィールから別のカムプロフィールへのカムフォロアの降下が低騒音で付加的に可能となる。
【００１７】
内側にある軸と外側にある軸とを備えたカム軸は、例えば、カムを棒材から作製することによって可能となる。こうして作製されたカムは引き続きカム軸に圧着されおよび／または嵌合結合される。その際、一構成例によれば、２つの固定カムプロフィールが弁ごとに設けられ、ＫＳＺ動作時には第１弁が閉弁される。
【００１８】
例えば、制御下の自己点火のときクランク軸の少なくとも２回転中に少なくとも１サイクルが作動される一方、同じ時間内に少なくとも１つの第２シリンダが火花点火されるように、サイクル同期した切換が実施される。別の構成例によれば、クランク軸の数回転中に第１シリンダと第２シリンダが同時に切換えられる。同様にこれらの構成において、主に、切換時に１弁群のすべての弁が、それぞれ１つの排気弁および少なくとも１つの吸気弁を含め、遮断されるようになっている。
【００１９】
特にＢＲＲ動作時に定格負荷の０％〜６０％の低負荷、主に２０％〜４０％の負荷のとき、１燃焼過程時に生成される体積の少なくとも２０％〜約８０％、特に少なくとも４０％の値の残留ガスが少なくとも１つの排気弁の開弁期間短縮によって燃焼室内に保持されるとき、特別燃料節約的な動作態様が得られた。０％とは内燃機関の無負荷運転のことである。他の構成例では、特にＡＫＲ動作のとき定格負荷の２０％〜８０％または７５％〜１００％の範囲内の高負荷のとき、排気弁の開弁期間は燃焼室から押し出される残留ガスの逆吸引が起きるように適合される。ここでは主に排気事象と吸気事象との重なりが生じることがある。
【００２０】
次掲の表は、オットー原理に従って作動されるピストン内燃機関の例示的構成における切換手順を示す。表１には４弁エンジンについて、火花点火（ＳＩ）から出発して、制御下の自己点火（ＫＳＺ）が生じるまで排気弁もしくは吸気弁がどのように開閉されるのかが示されている。そのことは見出しの「モード」の欄に明示されている。「サイクル」欄にはクランク軸回転に関する調整が明示されている。出発位置のサイクル＝０では吸気弁、排気弁のすべてが作動しており、それぞれ全リフトを有する。この時点に、特殊な動作範囲に達したことに基づいて、排気通路再循環（ＡＫＲ）で制御下の自己点火（ＫＳＺ）を調整すべきとのエンジン制御装置の側からの要求が出される。そのことに基づいて、サイクル１において弁が遮断される。その際、１つの排気弁と１つの吸気弁が作動停止される。この実施例によれば、サイクル２においてカム軸の１回転が行われる。これは「吸気・排気位相調整ＮＷ」と称される。作動中の弁は引き続き相応する位置に留まる一方、遮断された弁に付設されたカム軸は排気通路再循環用に予め定められた位相位置へと回動する。この位相は、例えば、第３サイクルを通過することができ、第４サイクルでは制御下の自己点火へと本来の切換が行われる。その際、特に、燃焼室自体内で主に多重点火が可能となるほど多くの残留ガスが排気通路再循環を介して再び燃焼室内に吸い戻される。このため、例えば作動停止中の排気弁が低減されたリフトで作動され、この排気弁は遅れて閉弁される。それに対して、事前に作動されて全リフトで開閉された第１吸気弁は作動停止され、第２吸気弁がやはり作動され、但し部分リフトでのみ開閉される。第２吸気弁は主に遅れの方に調整される。従って、表１から読み取ることができるように、入れ子式に支承された２つのカム軸の相対回動が終了した時点に本来の切換が行われる。そのことから、火花点火から制御下の自己点火およびその逆へとサイクル同期した切換が可能となる。後者は、表１に続く表２から明らかとなる。例えば、位相調整器の調整速度は約１００〜２００°ＫＷ／ｓで行うことができる。
【００２１】
【表１】
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【表２】
2008545084.tif 000004
【００２２】
その他の有利な諸構成、諸態様は以下の図面において詳しく説明される。しかし、各図に示され或いは説明された特徴は個々の構成に限定されるものでない。むしろ、それらは改良のため図面もしくは上記説明からの別の特徴および諸構成と組合せることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、例えばオットー原理に従って作動する車両用のピストン内燃機関１を略図で示す。クランク軸２に複数のピストン３がコンロッド４を介して接続されている。ピストン内燃機関１は、直列型エンジンとして、水平対向型エンジンとして、ＶＲ型エンジンとして、またはＶ型エンジンとしても実施することができる。シリンダごとにさまざまな弁コンセプトがあり、主にシリンダごとに４つ以上の弁を設けることができる。しかし、シリンダごとに３つの弁が設けられた弁コンセプトを実現することもできる。２つの弁からなる弁コンセプトでは、ＢＲＲ原理の実現がなお可能である。各ピストン３とこれに対向するシリンダもしくはシリンダヘッドの壁とによって形成される詳しくは図示しない燃焼室内で点火機構５によって火花点火を開始することができる。このため、弁群８を有する動弁機構７が各シリンダ６に付設されている。動弁機構は機械式、電磁式および／または電気機械式のものとすることができる。弁群８は、それ自体、それぞれ少なくとも２つの吸気弁９と２つの排気弁１０とを含む。吸気弁９も、排気弁１０も、制御装置１１を介して少なくとも部分的にその開弁期間を調整することができる。制御装置１１は、主に動弁機構７用の制御器である。制御装置１１はさらに、主にエンジン制御装置１２と接続されている。エンジン制御装置は例えばクランク軸に由来する信号を検出し、これらの信号を評価し、それについて相応する信号を制御装置１１に転送することができる。これにより、火花点火から制御下の自己点火およびその逆へとサイクル同期した切換が可能となるように、クランク軸２と協動して弁９、１０の開閉動作を同期化することが可能となる。主に、少なくとも制御装置１１はＣＡＮバスシステムを介してエンジン制御装置１２と連結されている。特に、制御装置１１もしくはエンジン制御装置１２用の別の信号もＣＡＮバスを介して伝送することができる。これは大きなデータ幅も、特にサイクル同期した切換に関して有利に利用可能な迅速な伝送も可能とする。しかし、同等のデータ伝送が可能な別のバスシステムも利用可能である。エンジン制御装置１２および／または制御装置１１は単数または複数の特性線図を有する。これらの特性線図から決定することのできる目標値は個々の弁９、１０の制御もしくは調節時に利用することができる。特に、単数または複数の弁の相応する位置検出を介して弁９、１０の所望する開弁期間の調節もしくは制御を実現する可能性がある。このため、例えば、制御装置１１および／またはエンジン制御装置１２は好適なタイマ回路を付加的に備えることができる。軌道制御装置もしくは軌道制御装置に嵌着される調節装置の他に、弁群７の開弁期間を吸気弁９もしくは排気弁１０にさまざまな分配を行うために適応調節を行う構成を用いることも可能である。
【００２４】
図２は、機械式開閉要素１３の第１例を示す。機械式開閉要素１３は機械式可変動弁機構の構成要素であり、バケットタペットまたはカムフォロアを介して操作可能である。このため、図示したカム軸１４は外カムプロフィール１６を備えた外軸１５と内カムプロフィール１８を備えた内軸１７とを有する。内軸１７は回動可能に外軸１５の内部で支承されている。主に、調整範囲は少なくとも１５０°クランク軸の範囲を有する。主に、調整可能な領域は少なくとも２００°クランク軸である。こうして、相対位相角φは０〜１００°カム軸の範囲である。
【００２５】
図３は、図２の機械式開閉要素１３の縦断面図である。この実施例によれば、外軸１５は多部分構成のカム軸１４の構成要素である。２つの外カムプロフィール１６．１、１６．２は内カムプロフィール１８を包み込んでいる。外カムプロフィール１６．１、１６．２が全リフトカムを形成する。一方、内カムプロフィール１８は部分リフトカムを形成する。開閉装置１９を介して伝達要素２０に作用することができる。開閉装置１９の位置に応じて外カムプロフィール１６もしくは内カムプロフィール１８は伝達要素２０に作用する。開閉装置１９が例えば係止され、カム軸１４が位相角を有する場合、一方で外カムプロフィール１６は、しかし内カムプロフィール１８も、伝達要素２０を介して、詳しくは図示しない弁に対して相応する運動力を伝達する。この運動力に相応して弁が開弁もしくは閉弁される。伝達要素２０は、例えばカムフォロアまたはバケットタペットとすることができる。
【００２６】
図４は、第２カム軸２１を示す。第２カム軸２１は、機械式可変動弁機構のやはり構成要素である。このカム軸も外軸１５と内軸１７との間に相対位相角を有する。主に、調整範囲はここでも、２００°ＫＷとすることのできるオーダーであり、相対位相角は０〜１００°の範囲内で設定することができる。第２カム軸２１は、図２の第１カム軸とは別の構造を有し、そのことは後続の図から詳しく明らかとなる。
【００２７】
図５は、図４の第２カム軸２１の縦断面図である。第２カム軸２１は、外軸１５上に、第１弁用の全リフトカム２２と第２弁用の部分リフトカム２３とを有する。内軸１７は外軸１５に対して相対的に摺動可能もしくは回動可能に配置されている。このような機械式開閉要素は、例えば、カム軸を備えたエンジン用の位相調整器として利用可能である。さらに、両方の弁を操作するカムフォロアまたはロッカアームを利用して全リフトから部分リフトに切換えることができる。従って、機械式開閉要素のこの構成は可変バケットリフタもしくは開閉装置なしで間に合う。
【００２８】
図６は、「早め吸気閉弁」（ＦＥＳ）を可能とするための特に上記多種多様な動弁機構の弁制御を例示的に示す。Ｙ軸には弁リフトがミリメートル単位で明示してある。Ｘ軸には下死点後のクランク角が「°クランク軸（°ＫＷ）」単位で明示されている。２つの吸気弁ＡＶ１、ＡＶ２は同期して開弁され、少なくとも３６０°〜５４０°ＫＷを含む範囲内で同期して閉弁する。両方の排気弁ＡＶ１、ＡＶ２は全リフトで開閉されている。さらに、第１吸気弁ＥＶ１と第２吸気弁ＥＶ２はその都度の動作曲線で書き込まれている。ここでは、両方の吸気弁ＥＶ１、ＥＶ２は部分リフトにおいて開閉されている。部分リフトは、主に、弁リフトが全リフトよりも少なくとも３０％低く、特に全リフトの４０％〜６０％の範囲内にあることを意味する。第１吸気弁ＥＶ１が主に４５０°ＫＷ〜５４０°ＫＷの範囲内で開弁される。一方、第２吸気弁ＥＶ２は、有利には、５１０°ＫＷ〜５８０°ＫＷの範囲内で開弁される。その都度の開弁期間は互いにずらされている。一方で、第１吸気弁ＥＶ１の開弁時期もしくは閉弁時期の制御を介して、排気弁ＡＶ１、ＡＶ２の適合された開弁もしくは閉弁と協動して残留ガス制御を行うことができる。このため、特に、矢印で示されたように、第１吸気弁ＥＶ１の開弁期間をずらすことができる。第２吸気弁ＥＶ２の開弁時期および閉弁時期をずらすことによって、燃焼室内での新鮮空気の充填量制御を行うことが可能である。こうして、特に、１つの弁群について生じる開弁期間は、この場合、吸気弁にさまざまに配分されている。
【００２９】
２つの吸気弁と２つの排気弁とを備えたオットー機関においては、図７及び図８が例示的に示す弁の制御時間でもって、制御下の自己点火が実行可能である。
【００３０】
図７は、制御時間を略図で示しており、Ｙ軸には弁リフトがミリメートル単位でプロットされ、Ｘ軸には下死点後のクランク軸角がプロットされている。第２排気弁ＡＶ２および第１吸気弁ＥＶ１の弁制御を介して開弁期間が決定される。第１排気弁ＡＶ１と第２吸気弁ＥＶ２はそれぞれ作動停止されている。第２排気弁ＡＶ２の開弁範囲は３６０°ＫＷ〜４３０°ＫＷの範囲を含む。それに対して第１吸気弁ＥＶ１の開弁範囲は少なくとも６３０°ＫＷ〜７００°ＫＷの範囲を含む。しかし、両方の開弁期間はこの範囲の周りでずらすこともできる。燃焼室再循環は、単数または複数の排気弁の短い開弁期間によって高い割合の残留ガスをシリンダ内に保持できることを意味する。それに対して、吸気弁はやはり短時間のみ開弁されており、またオットー原動機の別の動作条件に対して一層僅かな新鮮混合気もしくは空気のみが流入できる。燃焼室再循環は特に低負荷のとき可能となる。
【００３１】
図８はオットー内燃機関の制御下の自己点火を達成するための制御時間の他の構成を示す。その際、排気通路再循環原理が使用される。図８において、Ｙ軸にはやはり弁リフトがミリメートル単位で明示されている。一方、Ｘ軸にはやはり下死点後のクランク角が「°クランク軸（°ＫＷ）」単位で明示されている。図７の燃焼室再循環とは異なり、図８による排気通路再循環が実施される負荷範囲は比較的高い。このため、例えば第１吸気弁ＥＶ１の開弁期間はそのままにされる。しかし、それに対して第２排気弁ＡＶ２の開弁期間は変更されている。これは、例えば、上で述べたようにカム軸の調整範囲によって可能となる。図８から読み取ることができるように、約２００°ＫＷの調整が行われる。さらに、第２排気弁ＡＶ２の他に、付加的に、第１排気弁ＡＶ１も投入されている。第１排気弁が全リフトで作動される一方、第２排気弁ＡＶ２と第１吸気弁ＥＶ１はそれぞれ部分リフト内でのみ作動される。主に、部分リフトは、全リフトの４０％〜６０％である。吸気弁と排気弁との間の弁重なりは、この排気通路再循環の場合、主に、第２排気弁ＡＶ２と第１吸気弁ＥＶ１との間でのみ生じ、しかし第１排気弁ＡＶ１と第１吸気弁ＥＶ１との間では生じない。
【００３２】
図９、図１０、図１１は、選択されたシリンダの開閉手順を再度明らかとするものである。シリンダは４つの弁を備えた動弁機構を有する。図９は、個々の弁と他の部材とを備えたシリンダを略図で示す。一方、図１０は、第１排気弁ＡＶ１と第１吸気弁ＥＶ１との開弁期間を示す。これらの弁は図９の半分領域で互いに隣り合せて設けられている。図１１は、図９の別の半分領域に配置された第２排気弁ＡＶ２の開弁期間をやはり示す。図９の両方の半分領域は破線で明確にしてある。第１排気弁ＡＶ１は動弁機構を介して全リフトで動作可能である。特に、第１排気弁ＡＶ１は遮断可能である。それに対して第１吸気弁ＥＶ１は動弁機構を介して全リフトでも部分リフトでも開閉可能である。さらに、第１吸気弁は付加的に遮断可能である。第２排気弁ＡＶ２は動弁機構を介して全リフトでも部分リフトでも動作可能である。第２吸気弁ＥＶ２は同様に一方で遮断可能、他方で動弁機構を介して全リフトもしくは部分リフトで動作可能である。１シリンダの１弁群がこのシステム要求を満たすと、図８から明らかとなり、かつ、図１０と図１１とに分割図示した排気通路再循環を相応する制御において実現することが可能である。
【００３３】
図１２は、切換可能なカムフォロア２４を介して２つのカムプロフィールについて可能となる機械式調整可能性を例示的構成で示す。カムフォロア２４の設定位置に応じて全リフトでも部分リフトでも設定することができる。このため、カム軸は２つの異なるカム軸外輪郭を有し、例えば、切換可能なカムフォロア２４の異なる傾斜輪郭によって調整可能である。特に、その都度作動された弁用に連続的に調整可能な開弁範囲が生じるようにカムフォロア２４は切換可能である。
【００３４】
図１３は、例えば図１２から明らかとなるような機械式開閉要素での「早め吸気閉弁」動作用の制御時間を例示的構成で示す。その際、第１、第２吸気弁ＥＶ１、ＥＶ２は異なる時間にそれぞれ開弁もしくは閉弁され、弁群の開弁期間は個々の吸気弁に配分して得られる。さらに、第１排気弁ＡＶ１は全リフトで動作される。これに利用されるのは、主にカム軸の外軸のカム輪郭である。図１３中に示された移動経路２５は、第１排気弁ＡＶ１が作動している限り部分リフトカムを介してこの排気弁で開始されるであろうものである。しかし第１排気弁ＡＶ１が部分リフトカムを介して制御される位置に部分リフトカムがあるので、第１排気弁ＡＶ１の開弁もしくは閉弁に変化は生じない。しかし、例えば、カム軸の内軸と外軸との位相角によって第１排気弁ＡＶ１の開閉を変化させることが可能である。さらに、例えば、図１２の開閉可能なカムフォロアの開閉によって第１排気弁ＡＶ１の開弁期間および開弁ストロークの連続的変化を設定することができる。
【００３５】
図１４は、例えば図１２による装置で達成することのできる排気通路再循環での連続的自己点火動作用の制御時間を略図で示す。第１、第２吸気弁ＥＶ１、ＥＶ２の開弁時間は、図１３に比べてそれぞれ少なくとも１００°ＫＷずれている。特に、両方の吸気弁の開弁時間は相互にずらすこともできる。さらに、排気弁ＡＶ１は一方で全リフトカムで作動し、他方で部分リフトカムで作動する。部分リフトカムの可能な調整範囲は、両方向矢印で示されている。全リフトカムと部分リフトカムとの間に生じる傾斜面２５は、丸印で囲まれた部分である。傾斜面２５によってカムフォロアは全リフトカムから部分リフトカムへと移され、カムフォロアがカム軸から持ち上がることはない。傾斜面２５は、特に、部分リフトカムの全調整範囲にわたって全リフトカムにおけるカムフォロアの当接が維持されるように構成されている。従って、図１３と比較して、全リフトカムは開弁期間に関してほぼ変化なしに形成される。一方、部分リフトカムの作動は、シリンダから排気通路に流入した残留ガスが再循環して燃焼室に戻るのを可能とする。第１排気弁ＡＶ１の開弁期間と第１、第２吸気弁ＥＶ１、ＥＶ２の開弁時間との重なりによって、高負荷範囲における燃焼室内の高い温度状況にとって不可欠な再循環された残留ガスも得られ、また、十分に供給される空気流も得られ、これら残留ガスと空気流は弁重なりに基づいて互いに混合される。
【００３６】
図１５は、第１排気弁ＡＶと第１吸気弁ＥＶ１と第２吸気弁ＥＶ２とを備えたシリンダの３弁システムの原理を略図で示す。弁相互の配置は図の左側領域から明らかとなり、個々の弁の動作経過は図の右側領域から明らかとなる。吸気弁は主に部分リフトで作動し、第１吸気弁の動作は第２吸気弁の動作とは別の時点で行われる。しかし、両方の吸気弁はそれらの開、弁位相の点で重なることができる。第２吸気弁と排気弁との協動を介して燃焼室再循環（ＢＲＲ）も早め吸気閉弁（ＦＥＳ）も実行される。ＢＲＲでは主に排気弁が開弁しており、排気弁の開弁位相の間第２吸気弁は同様に開弁する。第２吸気弁の開弁運動が閉弁運動に反転することは、主に、排気弁が開弁運動中である間に起きる。ＦＥＳでは、第１吸気弁がなおその開弁運動中である間に第２吸気弁は閉弁運動中にある。主に、第２吸気弁の閉弁運動が終了するとき開弁運動はまだ完了していない。
【００３７】
図１６は、吸気弁ＥＶと第１排気弁ＡＶ１と第２排気弁ＡＶ２とを備えたシリンダの３弁システムの他の原理を略図で示す。その際、排気弁は主に部分リフトで動作される。その際、第１排気弁がＢＲＲ用に利用される。一方、第２排気弁は、吸気弁がまだ閉弁していないとき開弁するように開閉され、第１排気弁は吸気弁の閉弁運動中にとっくに閉弁している。第２排気弁は主に第１排気弁が再び開弁されるとき閉弁し、このことは主に吸気弁の開弁位相中に起きる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】内燃機関の原理回路図を略図で示す。
【図２】多部分構成の第１カム軸を示す。
【図３】図２のカム軸の縦断面図である。
【図４】第２カム軸を示す。
【図５】図４のカム軸の縦断面図である。
【図６】早め吸気閉弁（ＦＥＳ）の略図である。
【図７】低負荷と燃焼室再循環の場合の第２排気弁および第１吸気弁の制御時間を示す。
【図８】排気通路再循環で高負荷範囲における第１、第２排気弁および第１吸気弁の制御時間の略図である。
【図９】吸気弁および排気弁を備えたシリンダの略平面図である。
【図１０】排気通路再循環用の第１排気弁および第１吸気弁の開閉手順を示す。
【図１１】排気通路再循環を転換するための第２排気弁の開閉手順を示す。
【図１２】２つのカムプロフィール用の開閉可能なカムフォロアを、特に連続的に調整可能な排気事象について略図で示す。
【図１３】早め吸気閉弁（ＦＥＳ）動作用制御時間の略図である。
【図１４】制御下の自己点火（ＫＳＺ）と排気通路再循環（ＡＫＲ）で内燃機関を作動させるための弁制御時間の略図である。
【図１５】３弁システム用の第１原理の略図である。
【図１６】３弁システム用の第２原理の略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・ピストン内燃機関
２・・・クランク軸
３・・・ピストン
４・・・コンロッド
５・・・点火機構
６・・・シリンダ
７・・・動弁機構
８・・・弁群
９・・・吸気弁
１０・・・排気弁
１１・・・制御装置
１２・・・エンジン制御装置
１３・・・機械式開閉要素
１４・・・カム軸
１５・・・外軸
１６・・・外カムプロフィール
１７・・・内軸
１８・・・内カムプロフィール
１９・・・開閉装置
２１・・・第２カム軸
２２・・・全リフトカム
２３・・・部分リフトカム
２４・・・カムフォロア
２５・・・移動経路
２５・・・傾斜面
【図１】
2008545084.tif 000005
【図２】
2008545084.tif 000006
【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】
2008545084.tif 000011
【図８】
2008545084.tif 000012
【図９】
2008545084.tif 000013
【図１０】
2008545084.tif 000014
【図１１】
2008545084.tif 000015
【図１２】
2008545084.tif 000016
【図１３】
2008545084.tif 000017
【図１４】
2008545084.tif 000018
【図１５】
2008545084.tif 000019
【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年4月30日(2007.4.30)
【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】
サイクル同期してシリンダ選択的に火花点火から制御下の自己点火およびその逆へと切換えるための制御装置を備えた自動車のピストン内燃機関（１）であって、１つのシリンダの１弁群（８）が複数の吸気弁および排気弁を有し、弁群（８）の開弁期間が吸気弁および／または排気弁にさまざまに配分されているピストン内燃機関。
【請求項２】
弁重なり時に弁群（８）の開弁期間が吸気弁および／または排気弁にさまざまに配分されて存在することを特徴とする、請求項１記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項３】
弁群（８）の吸気弁がそれぞれ異なる開弁期間を有することを特徴とする、請求項１記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項４】
弁群（８）の排気弁がそれぞれ異なる開弁期間を有することを特徴とする、請求項１記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項５】
弁群（８）の第１吸気弁の開弁時期が弁群（８）の第２吸気弁の開弁時期とは異なり、弁群（８）の第１排気弁の開弁時期が弁群（８）の第２排気弁の開弁時期とは異なることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項６】
弁群（８）の第１排気弁および／または第１吸気弁が内部排気再循環システムに開閉可能に組み込まれる一方、第２排気弁および／または第２吸気弁が燃焼サイクルに連結されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項７】
ピストン内燃機関が多部分構成の少なくとも１つのカム軸（１４）を有し、このカム軸が少なくとも１つのカムプロフィールを備えた内軸（１７）を有し、この内軸が調整可能にカム軸（１４）の外軸（１５）内に配置されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項８】
１つの弁用にカム軸（１４）の複数のカムが調整可能であることを特徴とする、請求項７記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項９】
内軸（１７）と外軸（１５）が一緒に調整可能であり、また互いに調整可能でもあることを特徴とする、請求項７記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項１０】
各シリンダ（６）に少なくとも１つの機械式開閉要素が付設されており、この開閉要素が操作時に弁遮断を引き起こし、および／またはさまざまな燃焼方式の間でサイクル同期した切換を引き起こすことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項１１】
弁群（８）が電磁式または電気機械式の動弁機構（７）と連結されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項記載のピストン内燃機関（１）。
【請求項１２】
少なくとも１つの吸気弁の開弁期間とシリンダ充填量とを同時に調整して低い残留ガス含有量から高い残留ガス含有量へとサイクル同期して切換えるための方法であって、複数の吸気弁および排気弁を備えた１つのシリンダ（６）の１弁群（８）の開弁期間を弁群（８）の吸気弁および／または排気弁にさまざまに配分し、定格負荷の０％〜６０％の低負荷のとき、特に２０％〜４０％の負荷のとき、１燃焼過程時に生成される体積の少なくとも２０％〜約８０％の値の残留ガスを少なくとも１つの排気弁の開弁期間短縮によって燃焼室内に保持する方法。
【請求項１３】
自動車のピストン内燃機関（１）を作動させるための方法であって、火花点火から、シリンダ選択的に、制御下の自己点火およびその逆へのサイクル同期した切換が制御され、複数の吸気弁および排気弁を備えた１つのシリンダ（６）の１弁群（８）の開弁期間を弁群（８）の吸気弁および／または排気弁にさまざまに配分する方法。
【請求項１４】
切換がシリンダ選択的に行われることを特徴とする、請求項１２または１３記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも複数のクランク軸回転の間、少なくとも１つの第１シリンダが制御下の自己点火で作動される一方、同じ時間内に少なくとも１つの第２シリンダが火花点火されることを特徴とする、請求項１２または１３記載の方法。
【請求項１６】
クランク軸の数回転の間、第１シリンダと第２シリンダが同時に切換えられることを特徴とする、請求項１２または１３記載の方法。
【請求項１７】
切換のとき、１弁群（８）のすべての弁が、１つの排気弁および少なくとも１つの吸気弁を含め、遮断されることを特徴とする、請求項１５または１６記載の方法。
【請求項１８】
定格負荷の０％〜８０％または７５％〜１００％の範囲内の高負荷のとき、１つの排気弁の開弁期間は燃焼室から押し出される残留ガスの逆吸引が起きるように適合されることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
ピストンの下降運動中、第１ガス交換終了後に１つの排気弁が再度開弁することを特徴とする、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
ディーゼルエンジンにおいて残留ガスの制御が１つの排気弁の再開弁によって行われ、弁座ポケットなしで間に合う排気弁と協動してディーゼルエンジン内で特に１つのピストン形状が使用されることを特徴とする、請求項１３〜１９のいずれか１項記載の方法。
【請求項２１】
１つのシリンダの少なくとも１つの弁で機械式可変動弁機構によってサイクル同期した切換が行われることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の方法。
【請求項２２】
早め吸気閉弁および／または遅れ吸気閉弁が機械式可変動弁機構によって設定されることを特徴とする、請求項２１記載の方法。
【国際調査報告】
2008545084.tif 000021
2008545084.tif 000022
2008545084.tif 000023
2008545084.tif 000024
2008545084.tif 000025
2008545084.tif 000026