(57)【要約】  本発明は、自動車の内燃機関の作動方法に関し、この方法では、少なくとも１つの噴射装置によって、少なくとも１つの燃料噴射が、内燃機関の少なくとも１つの燃焼室内に直接実行され、燃料と空気から成る混合気の点火が、点火装置によって燃焼室内で実行され、内燃機関は、燃焼室に配置されている内燃機関の少なくとも１つのガス交換バルブの少なくとも１つの第１のバルブリフトによる少なくとも１つの第１の作動モードか、又は第１のバルブリフトよりも小さい少なくとも１つの第２のバルブリフトによる少なくとも１つの第２の作動モードかの、どちらか一方を選択して作動し、第２の作動モードにおける混合気の吸気移動を支援するため、少なくとももう１つの燃料噴射が、時間的には点火の前に、直接燃焼室内に実行される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの噴射装置によって、少なくとも１つの燃料噴射が、前記内燃機関の少なくとも１つの燃焼室内に直接実行され、燃料と空気から成る混合気の点火が、点火装置によって前記燃焼室内で実行され、前記内燃機関は、前記燃焼室に配置されている、前記内燃機関の少なくとも１つのガス交換バルブの少なくとも１つの第１のバルブリフトによる少なくとも１つの第１の作動モードか、又は前記第１のバルブリフトよりも小さい少なくとも１つの第２のバルブリフトによる少なくとも１つの第２の作動モードかの、どちらか一方を選択して作動する、自動車の内燃機関の作動方法であって、
前記第２の作動モードにおける前記混合気の吸気移動を支援するため、少なくとももう１つの燃料噴射が、時間的には前記点火の前に、直接、前記燃焼室内に実行されることを特徴とする、方法。 
【請求項２】
もう１つの噴射が、時間的には前記少なくとも１つの第１の噴射後に実行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の作動モードにおいて、前記点火としてマルチスパーク点火が実行されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記内燃機関が、前記第２の作動モードにおいて、均質燃焼モードで作動することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の作動モードにおける前記内燃機関の負荷設定が、選択的に及び／又は前記内燃機関の回転数−負荷ポイントに応じて、前記内燃機関のインテークマニホールド内に配置されている少なくとも１つのスロットルバルブによって、及び／又はガス交換バルブを作動するカムシャフトの位相調整によって、及び／又は前記内燃機関に割り当てられている少なくとも１つのエグゾーストターボチャージャの過給レベルによって実行されることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記内燃機関の少なくとも１つの温度を特徴づける少なくとも１つの値が設定可能なしきい値を超えた場合、前記内燃機関が前記第２の作動モードで作動することを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段に基づく内燃機関の作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、直噴式インジェクションシステムを備える外部点火式内燃機関の燃焼室内における、引火性の燃料−空気混合気の形成方法を開示しており、ここでは、少なくとも１つの吸気ポートを介して燃焼室に燃焼用空気が供給される。燃料は、燃焼室内に配置されている燃料インジェクタによって燃焼室内に噴射される。形成された燃料−空気混合気は、燃焼室に配置されている少なくとも１つの点火プラグによって点火されるが、このとき、燃料噴射は複数の部分量に分けて行われる。この場合、内燃機関の均質燃焼モードにおいては、第１及び第２の部分量が吸気行程において運び込まれ、第３の部分量は圧縮工程において運び込まれるように燃料噴射を設定しており、形成される燃料−空気混合気の点火は、クランク角０°〜１００°の間で間隔をあけて、第３の部分量の噴射終了後に行われるようになっている。
【０００３】
さらに、内燃機関の層状給気モードにおいては、第１、第２及び第３の部分量が内燃機関の圧縮工程の中で燃焼室に運び込まれるように燃料噴射を設定しており、このとき、第２の部分量の燃料噴射は、形成された燃料−空気混合気の点火前のクランク角１５°から、形成された燃料−空気混合気の点火後のクランク角４°までの範囲にあるクランク角において終了する。
【０００４】
特許文献２から、内燃機関の制御方法を、周知のものとして参照することができる。この内燃機関は、ガス交換バルブの有効なバルブリフト曲線の切換え装置、コントロールユニットによって制御可能なスロットルバルブ、ならびに少なくとも１つの制御可能な噴射エレメントを有し、バルブリフト曲線が切り換わる前に切換え要求の検知が行われ、バルブリフト曲線が切り換わる前に予測的にスロットルバルブ位置が変更される。この場合、少なくとも、切換え要求によってスロットルバルブ位置が予測的に修正された後で、引き続き、望ましい規定トルクと実測トルクが検出され、有効なバルブリフト曲線の切換えが、切換要求に遅れて行われるようになっており、このとき、切換え時点は、規定トルクと実測トルクとの偏差の変化から求められる。
【０００５】
内燃機関、特にガソリンエンジンの作動において、内燃機関の燃焼室に配置されている、少なくとも１つのガス交換バルブ、特に吸気バルブのバルブリフトが比較的小さいと、バルブリフトがより大きい場合と比較して、燃焼室内の燃料−空気混合気の吸気移動に関して欠点を生じる可能性のあることが明らかとなった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２ ４２ ２２６ Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０ ２００４ ０６１ １４２Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の課題は、吸気移動の欠点が少なくとも非常に小さいか、又は回避される、内燃機関の作動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１の特徴を備える内燃機関の作動方法によって解決される。本発明の適切かつ重要な発展形態を備える有利な実施形態は、従属請求項に示されている。
【０００９】
自動車の内燃機関のそのような作動方法の場合、少なくとも１つの噴射装置によって、少なくとも１つの燃料噴射が、内燃機関の少なくとも１つの燃焼室内に直接実行される。さらに、燃料と空気から成る混合気の点火が、点火装置によって燃焼室内で実行される。
【００１０】
この場合、内燃機関は、燃焼室に配置されている内燃機関の少なくとも１つのガス交換バルブの少なくとも１つの第１のバルブリフトによる少なくとも１つの第１の作動モードか、又は第１のバルブリフトよりも小さい少なくとも１つの第２のバルブリフトによる少なくとも１つの第２の作動モードかの、どちらか一方を選択して作動する。言い換えると、両方の作動モードにおいて噴射と点火が実行され、ガス交換バルブが開閉する際、このガス交換バルブは、第１の作動モードでは第１のバルブリフトを実行し、第２の作動モードでは第２のバルブリフトを実行する。この場合、第２のバルブリフトは、第１のバルブリフトよりも小さい。
【００１１】
より大きな第１のバルブリフトによる第１の作動モードに比べて混合気が少ない第２のバルブリフトによる第２の作動モードでの吸気移動の欠点を補正することを目的として、第２の作動モードにおける吸気移動を支援するために、少なくとももう１つの燃料噴射が、時間的には点火の前に、直接燃焼室内に実行される。このもう１つの噴射の結果として吸気移動が支援されることにより、第２の作動モードにおいて、第１の作動モードに比べてゆっくりとした燃焼が回避され、このことにより、燃料消費とＣＯ２排出とが極めて少ない効率的な作動が内燃機関にもたらされる。従って、本発明に基づく方法により、非常に少ないガス交換作業の結果として燃料消費を大幅に少なくする、第２の作動モードにおけるガス交換バルブの制御時間、又はガス交換バルブを操作する内燃機関の少なくとも１つのカムシャフトを作り出すことが可能になる。
【００１２】
好ましくは、もう１つの噴射が、点火直前に実行される。このことは、特に有利な吸気移動の支援につながり、それによって特に点火時点において特に有利な混合気の渦が発生することで、結果的に非常に高い燃焼安定性が生じる。このことは、内燃機関の効率的な作動に有利に働く。
【００１３】
非常に良好な吸気移動と、それによって非常に良好かつ燃焼安定性にポジティブに作用する渦とを発生させるため、好ましくは、もう１つの噴射が、時間的には少なくとも１つの第１の噴射後に実行されるようになっている。
【００１４】
本発明のもう１つの有利な実施形態では、少なくとも第２の作動モードにおいて、点火としてマルチスパーク点火が実行されるようになっている。これによって特に高い燃焼安定性が実現されることから、結果的に、例えば往復動内燃機関として形成されている内燃機関の非常に効率的な作動が生じる。
【００１５】
もう１つの有利な実施形態では、内燃機関が、第２の作動モードにおいて、少なくともほとんど均質燃焼モードで作動する。均質燃焼モードにおける混合気は、とりわけ、場合によって内燃機関で生じる層状給気モードに比べ特に均質であることから、内燃機関の極めて効率的な作動が可能である。
【００１６】
内燃機関は、第１の作動モードにおいても、少なくともほとんど均質燃焼モードで作動することができる。 
【００１７】
第２の作動モードにおける内燃機関の負荷設定が、内燃機関のインテークマニホールド内に配置されている少なくとも１つのスロットルバルブによって、及び／又は内燃機関に割り当てられている少なくとも１つのエグゾーストターボチャージャの過給レベルによって、及び／又はカムシャフトの位相調整によって、すなわち、特に吸気バルブとして形成されているガス交換バルブの制御時間の変更によって実行される場合、特に内燃機関の燃料消費及びそれに伴うＣＯ２排出を低く抑えることができる。
【００１８】
もう１つの有利な実施形態では、内燃機関の少なくとも１つの温度を特徴づける少なくとも１つの値が設定可能なしきい値を超えた場合、内燃機関が第２の作動モードで作動する。このしきい値は、例えば５０℃である。これにより、内燃機関の効率的かつ燃料消費の少ない作動が保証される。
【００１９】
ガス交換バルブは、好ましくは吸気バルブであり、この吸気バルブの少なくとも１つの開位置において、空気が内燃機関のインテークマニホールドから燃焼室に流入可能である。
【００２０】
本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、好ましい実施形態及び図に基づく以下の説明に示されている。ここまでの説明で述べた特徴及び特徴の組合せ、並びに以下の図の説明で述べられている、及び／又は図の中にのみ示されている特徴及び特徴の組合せは、それぞれに示された特徴の組合せだけではなく、本発明の範囲から出ることなく、その他の組合せ又は単独でも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】自動車用ガソリンエンジンの特性曲線図であり、この特性曲線は、内燃機関の吸気バルブのバルブリフトが大きい内燃機関の第１の作動範囲と、吸気バルブのバルブリフトが小さい第２の作動範囲とを有しており、この図は、内燃機関のバルブリフト方策を示すために用いられる。
【図２】図１による特性曲線のもう１つの図であり、この図は、ガソリンエンジンの負荷調整方策を示すために用いられる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１はグラフ１０を示し、その横座標１２はガソリンエンジンの回転数であり、回転数は方向矢印１４に従って増加する。グラフ１０の縦座標１６はガソリンエンジンの負荷であり、負荷は方向矢印１８に従って増加する。グラフ１０には、ガソリンエンジンの特性曲線２０が記入されており、この特性曲線はガソリンエンジンの作動方法を示すために用いられる。
【００２３】
図１から分かるように、特性曲線２０は、第１の特性曲線範囲２２及び第２の特性曲線範囲２４を有している。第１の特性曲線範囲２２は、ガソリンエンジンの第１の作動モードに対応し、このモードでは、ガソリンエンジンが、少なくとも１つの第１のバルブリフト曲線によって作動する。ここで、第１のバルブリフト曲線は、それぞれ、ガソリンエンジンの吸気バルブの第１のバルブリフトを生じる。
【００２４】
第２の特性曲線範囲２４は、ガソリンエンジンの第２の作動モードに対応し、このモードでは、ガソリンエンジンが少なくとも１つの第２のバルブリフト曲線によって作動する。第２のバルブリフト曲線は、それぞれ、吸気バルブの第２のバルブリフトを生じる。ここで、第２のバルブリフトは、第１のバルブリフトよりも小さい。
【００２５】
ガソリンエンジンの吸気バルブは、例えば少なくとも１つのカムシャフトによって作動される。このことは、カムシャフトが吸気バルブと相互作用することで、吸気バルブが作動モードに応じてその都度のバルブリフトを実行し、対応して開閉することを意味している。
【００２６】
異なるバルブリフトを作り出すため、カムシャフトは、例えばそれぞれ第１のバルブリフトに割り当てられている第１のカム、及びそれぞれ第２のバルブリフトに割り当てられている第２のカムを備えている。ここで、カムシャフトは、それらのカムを介して吸気バルブと相互作用する。
【００２７】
ガソリンエンジンは、第１の作動モード（第１の特性曲線範囲２２）又は第２の作動モード（第２の特性曲線範囲２４）のいずれかを選択して作動することができる。ガソリンエンジンのいわゆる発火運転においては、両方の作動モードにおいて、ガソリンエンジンの燃料が、燃焼室内に、特にガソリンエンジンのシリンダ内に、それぞれ直接噴射される。このために、各燃焼室には、少なくとも１つの噴射バルブが配置されており、この噴射バルブによって、該当する燃焼室内に燃料が直接噴射される。
【００２８】
さらに、燃焼室には、それぞれ少なくとも１つの吸気バルブが割り当てられている。吸気バルブが開位置にある場合、ガソリンエンジンのインテークマニホールドを流れる空気は、これらの吸気バルブを介して、それぞれの燃焼室に流入し、直接燃焼室内に噴射される燃料と混ざり合う。これにより、燃料−空気混合気が発生し、この混合気は、点火された後で燃焼する。
【００２９】
燃焼室内のそれぞれの燃料−空気混合気を点火するため、各燃焼室には、例えば少なくとも１つの点火プラグが割り当てられており、この点火プラグによって、点火スパークを発生させることができる。点火スパークを発生させ、それによって燃料−空気混合気に点火する時点を、点火時点と呼ぶ。燃料が直接それぞれの燃焼室内に噴射される時点は、噴射時点と呼ぶ。
【００３０】
ガソリンエンジンが第２の作動モードで作動する場合、吸気バルブは、第１の作動モードにおけるよりも小さく開くが、それは、この吸気バルブがより小さな第２のバルブリフトを実行するからである。言い換えると、第２の作動モードにおける吸気バルブは、それぞれの燃焼室に空気を流入させる開口部断面を、第１の作動モードにおけるよりも小さく開放する。図１から分かるように、第２の作動モードにおけるガソリンエンジンは、設定可能な負荷及び／又は回転数で作動し、一方、第１の作動モード中は、これに対してより高い負荷及び／又は回転数に設定される。このことは、回転数及び／又は負荷が比較的小さい場合、ガソリンエンジンは第２の作動モードで作動し、これに対して回転数及び／又は負荷がより高い場合は、第１の作動モードで作動することを意味している。回転数及び／又は負荷が少なくとも１つの設定可能なしきい値を超えた場合は、第２の作動モードから第１の作動モードに切り換えられ、その逆も行われる。
【００３１】
ガソリンエンジンは、第２の作動モードではほとんど均質燃焼モードで作動し、第２の特性曲線範囲２４は、負荷及び回転数に関してヒステリシス範囲２６を有している。
【００３２】
第２のバルブリフトがより小さいことにより、第２の作動モードにおける燃料−空気混合気の吸気移動が第１の作動モードに比べ小さくなるのを補正又は回避するため、燃焼室への少なくとももう１つの燃料噴射を点火直前に実施することで、第２の作動モードにおける燃料−空気混合気の吸気移動が支援される。これにより、燃料−空気混合気の燃焼安定性を大幅に高める非常に有利な吸気移動又は渦が実現される。これにより、非常に少ないガス交換作業の結果として燃料消費が非常に少なくなり、それによってガソリンエンジンのＣＯ２排出量も少なくなるような、少なくとも１つのカムシャフトの制御時間を実現することができる。 
【００３３】
ここでは、特性曲線範囲２４が部分範囲２８を有しており、この部分範囲では、内燃機関が負荷及び／又は回転数に応じて作動し、少なくとももう１つの燃料噴射が、時間的には燃料−空気混合気の点火前に、特に点火直前に（点火近くで）それぞれの燃焼室内に直接実施される。言い換えると、この場合、いわゆる点火インジェクションが行われる。部分範囲２８も、負荷及び回転数に関してヒステリシス範囲２９を有している。 
【００３４】
第２の作動モードのその他に考えられる移行条件は、例えば、ガソリンエンジンの温度、特にエンジンの潤滑剤及び／又は冷却剤の温度が５０℃より高いことである。さらに、例えば、ガソリンエンジンの触媒を加熱するための加熱プロセス及びガソリンエンジンの暖機運転が終了している場合だけ、第２の作動モードへの切換えが行われる。アイドリングモード及びスタート−ストップモードは、この場合、第２の作動モードにおいても、より小さなバルブリフトで実施される。
【００３５】
ガソリンエンジンには、好ましくは、少なくとも１つのエグゾーストターボチャージャが割り当てられており、これを使って、ガソリンエンジンに圧縮空気を供給する、すなわち過給することができる。これにより、ガソリンエンジンの作動が特に効率的になる。
【００３６】
特に図２から明らかなように、ガソリンエンジンの負荷調整、すなわち、第１の特性曲線範囲２２、つまり第１の作動モードにおけるガソリンエンジンの負荷の設定は、ガソリンエンジンのインテークマニホールドに配置されているスロットルバルブ又はエグゾーストターボチャージャの過給によって行われる。負荷を設定するため、それぞれの燃焼室内に流入する空気の量又は質量が設定される。
【００３７】
より小さな第２のバルブリフトによる第２の特性曲線範囲２４では、負荷の設定が、第２の特性曲線範囲２４の部分範囲３０においてスロットルバルブにより行われる。第２の特性曲線範囲２４の部分範囲３２においては、負荷の設定が、吸気バルブに割り当てられている、吸気カムシャフトと呼ばれるカムシャフトによって行われる。第２の特性曲線範囲２４の部分範囲３４では、負荷の設定（負荷調整）が過給範囲のウェイストゲート制御によって行われる。ここで、このウェイストゲート制御は、エグゾーストターボチャージャのバイパス装置のバルブエレメントの開閉に関係しており、このバルブエレメントがウェイストゲートと呼ばれる。このバイパス装置は、エグゾーストターボチャージャのタービンに割り当てられ、バイパスポートを備えており、タービンを流れるガソリンエンジンの排気ガスはこのバイパスポートを介してタービンのタービンホイールを迂回することから、排気ガスはタービンホイールを駆動することができない。
【００３８】
バイパスポートは、バルブエレメント（ウェイストゲート）によって流体的に閉鎖可能であり、流体的に開放可能である。バルブエレメントの閉位置においてバイパスポートが閉鎖されている場合、排気ガスはバイパスポートを通過できない。このことは、少なくとも実質的にすべての排気ガスがタービンホイールを駆動すること意味している。バルブエレメントが少なくとも１つの開位置にある場合、バイパスポートは流体的に開放されているため、排気ガスは、少なくとも部分的にタービンホイールを迂回することができ、タービンホイールを迂回する排気ガスはタービンホイールを駆動しない。バルブエレメントのこの開閉により（ウェイストゲート制御）、タービンの出力が調整され、それにより、圧縮されてガソリンエンジンに供給される空気の圧力（チャージ圧）が調整され、それによって次にガソリンエンジンに供給される空気量又は質量が調整される。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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