(57)【要約】【課題】火花点火式の内燃機関において、１回の燃料供給遮断段階後のＣＡＩ運転モードの直接的な再開が、ＳＩ運転モードへの変換なしに可能となるような方法を提供する。【解決手段】要求信号（ＴＲ）に対して、燃料供給遮断段階の終了時に排気行程に位置するシリンダ（Ｃ１）の排気弁（ＥＶ１）の閉鎖時点（ｔＳ）後、燃焼室内に燃料副噴射量（ＦＵＶ）を噴射し、これにより形成された混合気を排気行程の中間圧縮段階（ＩＣ）で火花点火しかつ燃焼し、これによって、高温の排ガスを燃焼室内に形成し、吸気行程で新空気（ＦＡ）を燃焼室内に吸い込み、圧縮行程で燃料主噴射量（ＦＵＨ）を燃焼室内に主圧縮段階で噴射し、副噴射に基づき生ぜしめられた排ガス容量を、主噴射に対して供給された混合気と混合し、これによって、ＣＡＩ自己着火可能な均質の新空気／排ガス／燃料混合気を形成するようにした。【選択図】図１
2009133314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１回の燃料供給遮断段階（ＦＣＯ）に続いて内燃機関（ＣＥ）のＣＡＩ運転モード（ＭＣＡＩ）に直接的に再入するための方法において、ＣＡＩ特有の弁ストロークを、内燃機関（ＣＥ）のシリンダ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）の排気弁（ＥＶ１，ＥＶ２，ＥＶ３，ＥＶ４）に対して内燃機関の燃料供給遮断段階の間に維持し、ＣＡＩ運転モード（ＭＣＡＩ）に再入するための要求信号（ＴＲ）に対して、その都度の燃料供給遮断段階の終了時に燃焼サイクルの排気行程に位置するシリンダ（Ｃ１）の１つまたはそれ以上の排気弁（ＥＶ１）の閉鎖時点（ｔＳ）後、前記シリンダ（Ｃ１）の燃焼室内に、点火可能な空気／燃料混合気を形成するための燃料副噴射としての燃料前噴射量（ＦＵＶ）を噴射し、前もって形成された空気／燃料混合気を、前記シリンダ（Ｃ１）の排気行程の後続のＣＡＩ中間圧縮段階（ＩＣ）で点火装置（ＳＰ１）によって火花点火しかつ燃焼し、これによって、高温の排ガスを、前記シリンダ（Ｃ１）の燃焼室内に形成し、前記シリンダ（Ｃ１）の続く吸気行程において、新空気（ＦＡ）を、１つまたはそれ以上の吸気弁（ＩＶ１）を介して前記シリンダ（Ｃ１）の燃焼室内に吸い込み、前記シリンダ（Ｃ１）の後続の圧縮行程において、燃料主噴射量（ＦＵＨ）を、前記シリンダ（Ｃ１）の燃焼室内に主圧縮段階で噴射し、前記シリンダ（Ｃ１）の、早期の燃料副噴射に基づき生ぜしめられた排ガス容量を、主噴射に対して新規に供給された空気／燃料混合気と混合し、これによって、ＣＡＩ自己着火可能な均質の新空気／排ガス／燃料混合気を形成することを特徴とする、１回の燃料供給遮断段階に続いて内燃機関のＣＡＩ運転モードに直接的に再入するための方法。
【請求項２】
主噴射後の内燃機関（ＣＥ）のＣＡＩ運転モード（ＭＣＡＩ）への再入時に、この場合に供給された燃料主噴射量（ＦＵＨ）と一緒に、ほぼなだらかなトルク経過を生ぜしめるように、燃料副噴射に対する燃料前噴射量（ＦＵＶ）を、燃料供給遮断段階の終了時に燃焼サイクルの排気行程に位置する各シリンダ（Ｃ１）の中間圧縮段階で前記シリンダ（Ｃ１）の燃焼室内に調量する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
その都度の燃料供給遮断段階（ＦＣＯ）に続いて、シリンダ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）の出口側のかつ／または入口側のガス交換弁（ＥＶ１，ＥＶ２，ＥＶ３，ＥＶ４）に対するＣＡＩ特有の弁ストロークとして、内燃機関（ＣＥ）のＳＩ運転モードよりも小さな弁ストロークを選択する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
燃料供給遮断段階（ＦＣＯ）の間にも、入口側でかつ／または出口側で、内燃機関（ＣＥ）のＳＩ運転モードよりもＣＡＩ特有に小さな弁ストロークを、ガス交換弁（ＥＶ１，ＥＶ２，ＥＶ３，ＥＶ４）に対して維持する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
内燃機関（ＣＥ）の回転数（Ｎ）が、ＣＡＩ運転モード（ＭＣＡＩ）を不可能にする設定された閾値（Ｎ＿ＣＡＩ＿ＭＩＮ）未満に低下するやいなや、内燃機関（ＣＥ）の、火花点火されるＳＩ運転モードへの切換を行う、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
燃料供給遮断段階の終了時に燃焼サイクルの排気行程に位置するシリンダ（Ｃ１）の中間圧縮での燃料前噴射量（ＦＵＶ）の副噴射を、内燃機関（ＣＥ）の目標機関運転点（ＴＱＩ＿ＳＰ）が、燃焼過程の復帰後にＣＡＩ運転モード（ＭＣＡＩ）を許容する場合にしか導入しない、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
燃料供給遮断段階（ＦＣＯ）の間、内燃機関（ＣＥ）の吸気系統（ＩＳ）に設けられたスロットルバルブ（ＴＨ）を、可能な限り十分に開放する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
１回の燃料供給遮断段階（ＦＣＯ）に続いてＣＡＩ運転モード（ＭＣＡＩ）に再入するための要求信号（ＴＲ）を、運転者のトルク要求または内燃機関（ＣＥ）の機関制御装置（ＥＣＵ）によって発生させる、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
制御装置において、請求項１から８までのいずれか１項記載の、１回の燃料供給遮断段階（ＦＣＯ）に続いて内燃機関（ＣＥ）のＣＡＩ運転モード（ＭＣＡＩ）に直接的に再入するための制御処理ロジック（ＬＯ）が設けられていることを特徴とする、制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１回の燃料供給遮断段階に続いて内燃機関のＣＡＩ運転モードに直接的に再入するための方法に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、制御装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
いわゆる「ＣＡＩ（コントロールド・オート・イグニッション：制御された自己着火）燃焼プロセスは、火花点火式の内燃機関の運転モードとして、制限された運転範囲でしか可能とならない。なぜならば、１つに、機関回転数が過度に高い場合に、内燃機関に損傷を与える過度に高い圧力勾配が内燃機関のシリンダの燃焼室内に各燃焼プロセスにおいて生ぜしめられ得ることによって、ＣＡＩ燃焼運転に対して、内燃機関の機関回転数範囲が上方に制限されているからである。もう１つには、内燃機関のシリンダの燃焼室内の、ＣＡＩ燃焼運転に対して要求された高い残ガス割合が、新空気による燃焼室のシリンダ充填ひいては獲得可能なエンジントルクを制限している。さらに、過度に低い給気温度と、これに基づき生ぜしめられる、ＣＡＩ燃焼運転における後期の燃焼開始とに基づく各シリンダにおける引きずられた燃焼または燃焼失火の危険が、回転数運転範囲を下方に制限しており、これによって、一般的にＣＡＩ燃焼モードでは、アイドリング運転を実現することができない。機関回転数、エンジントルク、各シリンダの燃焼室内の燃焼された空気／燃料混合気の残ガス割合または火花点火式の内燃機関のＣＡＩ運転モードに対するＣＡＩ典型的なその他のパラメータに関する前提条件が満たされていない場合には、内燃機関が、実際には、いわゆる「ＳＩ（スパーク・イグニッション：火花点火）運転モード」で火花点火される。各内燃機関を主としてＣＡＩ運転モードにもたらすことができるようにするためには、ＳＩ燃焼運転から出発して、燃焼された空気／燃料混合気の残ガスが、各シリンダの燃焼室内に、このシリンダの排気行程の間、特にカムシャフトストローク切換によって、このシリンダの各排気弁のより小さな弁ストロークへの切換が行われることによって引き止められる。
【０００４】
内燃機関がＣＡＩ運転モードに位置していて、１回の燃料供給遮断が行われる、すなわち、燃料の噴射が少なくとも１回の燃焼サイクルにわたって停止される場合には、専ら新空気が内燃機関を通して圧送される。これは、たとえば二段式の弁ストローク切換に相俟ったカムシャフトストローク切換によって、排気行程に位置する各シリンダの燃焼室内に引き止められる、ＣＡＩ燃焼の開始に対して前提条件を成す高温の残ガスが不足していることを意味している。したがって、ＣＡＩ燃焼モードの、燃料供給される燃焼運転への復帰が、直接的にＣＡＩ運転モードで行われず、火花点火されるＳＩ運転モードを介した迂回が必要となる。１回の燃料供給遮断段階後のＣＡＩ運転モードからＳＩ運転モードへのこのような変換もしくはこのような切換は、制御技術的に手間を要し、切換リスクをはらんでいて、非効率的である。特に有効なＣＡＩポテンシャル、すなわち、ＣＡＩ運転モードに随伴した高い燃料効率と同時に僅かなＮＯｘエミッションが失われていく。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、火花点火式の内燃機関において、１回の燃料供給遮断段階後のＣＡＩ運転モードの直接的な再開が、ＳＩ運転モードへの変換なしに可能となるような方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために本発明の方法では、１回の燃料供給遮断段階に続いて内燃機関のＣＡＩ運転モードに直接的に再入するための方法において、ＣＡＩ特有の弁ストロークを、内燃機関のシリンダの排気弁に対して内燃機関の燃料供給遮断段階の間に維持し、ＣＡＩ運転モードに再入するための要求信号に対して、その都度の燃料供給遮断段階の終了時に燃焼サイクルの排気行程に位置するシリンダの１つまたはそれ以上の排気弁の閉鎖時点後、前記シリンダの燃焼室内に、点火可能な空気／燃料混合気を形成するための燃料副噴射としての燃料前噴射量を噴射し、前もって形成された空気／燃料混合気を、前記シリンダの排気行程の後続のＣＡＩ中間圧縮段階で点火装置によって火花点火しかつ燃焼し、これによって、高温の排ガスを、前記シリンダの燃焼室内に形成し、前記シリンダの続く吸気行程において、新空気を、１つまたはそれ以上の吸気弁を介して前記シリンダの燃焼室内に吸い込み、前記シリンダの後続の圧縮行程において、燃料主噴射量を、前記シリンダの燃焼室内に主圧縮段階で噴射し、前記シリンダの、早期の燃料副噴射に基づき生ぜしめられた排ガス容量を、主噴射に対して新規に供給された空気／燃料混合気と混合し、これによって、ＣＡＩ自己着火可能な均質の新空気／排ガス／燃料混合気を形成するようにした。
【０００７】
本発明の方法の有利な実施態様によれば、主噴射後の内燃機関のＣＡＩ運転モードへの再入時に、この場合に供給された燃料主噴射量と一緒に、ほぼなだらかなトルク経過を生ぜしめるように、燃料副噴射に対する燃料前噴射量を、燃料供給遮断段階の終了時に燃焼サイクルの排気行程に位置する各シリンダの中間圧縮段階で前記シリンダの燃焼室内に調量する。
【０００８】
本発明の方法の有利な実施態様によれば、その都度の燃料供給遮断段階に続いて、シリンダの出口側のかつ／または入口側のガス交換弁に対するＣＡＩ特有の弁ストロークとして、内燃機関のＳＩ運転モードよりも小さな弁ストロークを選択する。
【０００９】
本発明の方法の有利な実施態様によれば、燃料供給遮断段階の間にも、入口側でかつ／または出口側で、内燃機関のＳＩ運転モードよりもＣＡＩ特有に小さな弁ストロークを、ガス交換弁に対して維持する。
【００１０】
本発明の方法の有利な実施態様によれば、内燃機関の回転数が、ＣＡＩ運転モードを不可能にする設定された閾値未満に低下するやいなや、内燃機関の、火花点火されるＳＩ運転モードへの切換を行う。
【００１１】
本発明の方法の有利な実施態様によれば、燃料供給遮断段階の終了時に燃焼サイクルの排気行程に位置するシリンダの中間圧縮での燃料前噴射量の副噴射を、内燃機関の目標機関運転点が、燃焼過程の復帰後にＣＡＩ運転モードを許容する場合にしか導入しない。
【００１２】
本発明の方法の有利な実施態様によれば、燃料供給遮断段階の間、内燃機関の吸気系統に設けられたスロットルバルブを、可能な限り十分に開放する。
【００１３】
本発明の方法の有利な実施態様によれば、１回の燃料供給遮断段階に続いてＣＡＩ運転モードに再入するための要求信号を、運転者のトルク要求または内燃機関の機関制御装置によって発生させる。
【００１４】
さらに、前述した課題を解決するために本発明の制御装置では、前述した、１回の燃料供給遮断段階に続いて内燃機関のＣＡＩ運転モードに直接的に再入するための制御処理ロジックが設けられているようにした。
【発明の効果】
【００１５】
こうして、燃料供給遮断段階前にすでにＣＡＩ運転モードで運転されていた火花点火式の内燃機関の１回の燃料供給遮断段階後、ＣＡＩ運転を再び直接的に開始することができる。迂回、すなわち、相応の弁ストローク切換を伴う火花点火されるＳＩ運転への変換が不要となる。このことは、特に弁ストローク切換装置の切換ミスと、これに随伴した内燃機関のジャークとの危険を回避する。内燃機関は、その都度の燃料供給遮断段階後でも引き続き、予め燃料供給遮断段階前のように、一貫して、すなわち、中断されずにＣＡＩ運転モードのままである得るので、全体的に、改善されたＮＯｘエミッション特性が、このように運転される内燃機関に対して得られる。ＣＡＩ運転モードの負荷制御は、第１に、燃料量と噴射位相調整とを介して行われるので、スロットルバルブを介した絞りも要求されない。したがって、スロットルバルブを、有利には開放し続けることができる。このことは、燃料供給遮断段階の間、走行挙動に有利に影響を与える。なぜならば、エンジンブレーキモーメントが極めて僅かとなり、このようにコントロールされる内燃機関を備えた車両が、燃料要求なしに相応に長くほんの僅かな回転数低下で継続走行するかもしくは惰性走行するからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１７】
同じ機能および作用形式を備えたエレメントには、図１〜図３において、それぞれ同一の符号が付してある。
【００１８】
図３には、火花点火式の内燃機関ＣＥの主構成要素が概略図で示してある。この内燃機関ＣＥは、ここでは、本実施例において、４つのシリンダＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を有している。火花点火機関ＣＥの燃焼運転では、新空気ＦＡがエアフィルタＡＦを介して火花点火機関ＣＥの吸気系統ＩＳ内に吸い込まれる。スロットル装置ＴＨによって、吸気系統ＩＳのエンジンブロック入口側の吸気管ＩＭに供給される空気質量ＡＭを調整することができる。吸気管ＩＭは、流入した空気質量流ＡＭをシリンダ固有の分配管ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３，ＩＭ４を介してシリンダＣ１〜Ｃ４に分配する。この場合、吸気系統ＩＳの入口区分に設けられたスロットル装置ＴＨによって、吸い込まれた新空気流ＦＡに対して開放される開放横断面は、機関制御装置ＥＣＵからコントロールされる。このことは、図３に制御矢印ＳＬ１によって示してある。場合により、空気流入方向で見てスロットル装置ＴＨの前方に付加的にコンプレッサ装置が設けられていてよい。このコンプレッサ装置によって、流入した空気質量流ＦＡの空気圧縮が実施される。図３には、コンプレッサ装置ＣＯＭが一点鎖線で示してある。この場合、コンプレッサ装置もしくは圧縮装置ＣＯＭの圧縮度も同じく制御装置ＥＣＵから制御されるかもしくは調整される。このことは、一点鎖線の作用矢印ＳＬ２によって示してある。
【００１９】
各シリンダＣ１〜Ｃ４は入口側に少なくとも１つの吸気弁ＡＩ１，ＡＩ２，ＡＩ３，ＡＩ４を有している。この吸気弁ＡＩ１〜ＡＩ４は機関制御装置ＥＣＵによってシリンダ個別にアクチュエータ装置ＣＡＭを介して開閉することができる。このことは、固有に割り当てられた作用矢印Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４によって図３に示してある。アクチュエータ装置ＣＡＭは、有利には、内燃機関ＣＥのカムシャフトに設けられたカムを有している。このカムによって、吸気弁ＡＩ１〜ＡＩ４の弁タペットが操作される。類似して、シリンダＣ１〜Ｃ４の排気弁ＥＶ１，ＥＶ２，ＥＶ３，ＥＶ４がアクチュエータ装置ＣＡＭによって開閉される。この場合、シリンダＣ１〜Ｃ４の排気弁ＥＶ１〜ＥＶ４の操作は、それぞれ作用矢印ＥＬ１，ＥＬ２，ＥＬ３，ＥＬ４によって示してある。
【００２０】
燃料ＦＵをシリンダＣ１〜Ｃ４の燃焼室内に調量するためには、このシリンダＣ１〜Ｃ４にそれぞれ１つまたはそれ以上のインジェクタもしくは噴射弁ＩＶ１，ＩＶ２，ＩＶ３，ＩＶ４が対応配置されている。この噴射弁ＩＶ１〜ＩＶ４は機関制御装置ＥＣＵから制御され、これによって、その都度規定された調量したい燃料量が各シリンダＣ１〜Ｃ４の燃焼室内に到達し、これによって、所望の燃料プロセスが開始される。機関制御装置ＥＣＵによる個々のインジェクタＩＶ１〜ＩＶ４のシリンダ固有の制御は、図３に作用矢印ＳＩＶ１，ＳＩＶ２，ＳＩＶ３，ＳＩＶ４によってシンボリックに示してある。インジェクタＩＶ１〜ＩＶ４は、ここでは、本実施例において、共通の燃料管路に接続されている。この燃料管路内には、燃料ＦＵが高圧ポンプＰＶによって高圧下で圧送される。この場合、燃料ＦＵは高圧ポンプＰＶによって燃料タンクもしくはリザーバＦＣから取り出される。各シリンダＣ１〜Ｃ４には、点火装置ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ４が対応配置されている。この点火装置ＳＰ１〜ＳＰ４は、内燃機関の、いわゆる「ＳＩ運転モード」において、各シリンダＣ１〜Ｃ４の燃焼室内に供給された空気／燃料混合気に火花点火するために働く。この場合、点火装置ＳＰ１〜ＳＰ４も同じく機関制御装置ＥＣＵによって操作される、すなわち、作動させられる。点火装置ＳＰ１〜ＳＰ４のこの個別制御は、図３に作用矢印ＷＩ１，ＷＩ２，ＷＩ３，ＷＩ４によって特徴付けてある。図示の４シリンダ型の内燃機関ＣＥでは、各シリンダＣ１〜Ｃ４が、火花点火されるＳＩ運転モードにおいて、周期的な順序：すなわち、
−シリンダＣ１〜Ｃ４の各吸気弁が、設定可能な期間の間、新空気の吸込みのために開放される吸気行程と、
−シリンダＣ１〜Ｃ４の各吸気弁と各排気弁とが閉鎖されていて、主燃料量がインジェクタによって燃焼室内に噴射され、最終的に、形成された主空気／燃料混合気が点火装置によって点火される、吸気行程に後置された圧縮行程と、
−供給された主空気／燃料混合気の本来の燃焼が行われる、圧縮行程に後続する作業行程と、
−規定された期間の間、各排気弁が開放される、作業行程に後置された排気行程と
を経過する。
【００２１】
その都度の作業行程の間、各シリンダのピストンによって、その都度所定のトルクが内燃機関ＣＥのクランクシャフトＣＳに加えられ、これによって、このクランクシャフトＣＳが回転させられる。各シリンダの燃焼サイクルの各行程には、それぞれ約１８０゜のクランク角ＣＡが割り当てられている。個々のシリンダＣ１〜Ｃ４からその都度の排気行程の間に排出される燃焼された排ガスＥＳは、シリンダＣ１〜Ｃ４の排気マニホールドを介して共通の排気系統ＥＴ内に到達する。空気過剰率（λ）センサＬＰによって、排ガス流ＥＳ内の空気量、特に残酸素量と、完全に燃焼されていない燃料量との比が測定され、これを表す測定信号ＭＳが機関制御装置ＥＣＵに測定線路ＭＬを介して伝送される。機関制御装置ＥＣＵは種々異なる調整量、たとえばスロットル装置ＴＨの開き角、調量される主燃料量等を介して、各シリンダの燃焼室内に調量される空気／燃料混合気を入力調整し、これによって、可能な限りλ＝１が生ぜしめられるようになっている。すなわち、各シリンダの燃焼室を充填するために、供給される空気量と燃料との間の化学量論的な比が生ぜしめられ、これによって、調量された燃料が可能な限り完全に燃焼するようになっている。最終的に、排ガスＥＳが排ガス浄化のための触媒ＣＡＴを介して案内され、浄化され、排気系統ＥＴの排出管ＥＰから放出される。
【００２２】
火花点火式の内燃機関ＣＥは、いま、ＳＩ（「スパーク・イグニッション：火花点火」）燃焼運転のほかに、いわゆる「ＣＡＩ（「コントロールド・オート・イグニッション：制御される自己着火」）」運転モードでも燃焼技術的に運転することができる。このＣＡＩ運転モードは、各シリンダの燃焼室内に供給された空気／燃料混合気の自己着火によって特徴付けられている。これに対する前提条件は、特に燃焼された空気／燃料混合気の十分に高い残量である。この残量は、燃焼サイクルのその都度の排気行程後、各シリンダの燃焼室内に残されていて、燃料主噴射時の次回の圧縮行程において、全体的に各シリンダの室内に供給された空気／燃料混合気の自己着火を圧縮行程中に開始するために働く。高温の残ガスのこの引止めは、１つには、アクチュエータ装置ＣＡＭによって、吸気弁ＡＩ１〜ＡＩ４に対して、予めＳＩ運転モードよりも小さな弁ストロークが生ぜしめられることによって達成される。このためには、アクチュエータ装置ＣＡＭが、特にいわゆる「カムシャフトストローク切換装置」を有している。もう１つには、これに類似して、アクチュエータ装置ＣＡＭによって、特に（ＳＩ運転時のより大きな弁ストロークに比べて）より小さな弁ストロークへの排気弁ＥＶ１〜ＥＶ４の変換が生ぜしめられる。これによって、高温の残ガス量が各シリンダの燃焼室内にシリンダのその都度の排気行程後に引き止められ、そのうちの一部が、後続の吸気行程の間にシリンダの燃焼室内に保持され、後置された圧縮行程の間、新規供給された空気／燃料混合気の自己着火のために使用される。アクチュエータ装置ＣＡＭは、特に二段式のカムシャフトストローク切換装置を有している。このカムシャフトストローク切換装置は、ＣＡＩ運転モードの間、排気弁と吸気弁とにＳＩ運転モードよりも小さな弁ストロークを割り当てる。ＳＩ運転からＣＡＩ運転への移行時の大きな弁ストロークから小さな弁ストロークへの変換は、有利には、アクチュエータ装置ＣＡＭへの機関制御装置ＥＣＵによる制御信号ＣＳＳによって生ぜしめられる。逆に、機関制御装置ＥＣＵが、ＣＡＩ運転時の排気弁と吸気弁とに対する小さな弁ストロークからＳＩ運転に対する大きな弁ストロークに変換することをアクチュエータ装置ＣＡＭに指令することにより、相応の制御信号によって、ＣＡＩ運転からＳＩ運転に戻される変換が行われる。
【００２３】
いま、内燃機関ＣＥが、すでにＣＡＩ運転モードに位置していて、この場合、ＣＡＩ運転の間、要求信号ＴＲに対して機関制御装置ＥＣＵによって１回の燃料供給遮断が内燃機関ＣＥに対して行われる、すなわち、燃料ＦＵの噴射が、少なくとも１回の燃焼サイクルまたは有利には１回よりも多くの回数の燃焼サイクルの期間にわたって停止される場合には、専ら新空気が内燃機関ＣＥの全てのシリンダＣ１〜Ｃ４を通して圧送される。
【００２４】
これは、排気行程に位置していて、次回の燃焼プロセスが計画されているシリンダの燃焼室内に、ＣＡＩ燃焼の開始に対して前提条件を成す高温の残ガスが不足していることを意味している。これによって、ＣＡＩ燃焼モードの、燃料供給される燃焼運転への復帰が直接的に可能とならず、火花点火されるＳＩ運転モードを介した迂回が必要となる。しかし、１回の燃料供給遮断段階後のＣＡＩ運転モードからＳＩ運転モードへのこのような変換もしくはこのような切換は、制御技術的に手間を要し、切換ミスをはらんでいて、非効率的である。特にＣＡＩ運転モードの利点、たとえば高い燃焼効率と同時に僅かなＮＯｘエミッションが失われていく。
【００２５】
いま、火花点火式の内燃機関に対して、１回の燃料供給遮断段階後のＣＡＩ運転モードの直接的な再開をＳＩ運転モードへの戻りなしに可能にするためには、
−内燃機関のシリンダの排気弁に対するＣＡＩ特有の弁ストロークが、シリンダの燃料供給遮断段階の間にも維持され、
−ＣＡＩ運転モードへの再入のための要求信号に対して、その都度の燃料供給遮断段階の終了時に燃焼サイクルの排気行程に位置するシリンダの１つまたはそれ以上の排気弁の閉鎖時点後、シリンダの燃焼室内に、点火可能な空気／燃料混合気を形成するための燃料副噴射としての燃料前噴射量が噴射され、
−前もって形成された空気／燃料混合気が、このシリンダの排気行程の後続のＣＡＩ中間圧縮段階で点火装置によって火花点火され、燃焼され、これによって、高温の排ガスが、このシリンダの燃焼室内に形成され、
−このシリンダの続く吸気行程で新空気が、１つまたはそれ以上の吸気弁を介して、このシリンダの燃焼室内に吸い込まれ、
−このシリンダの後続の圧縮行程で燃料主噴射量が、このシリンダの燃焼室内に主圧縮段階で噴射され、
−このシリンダの、早期の燃料副噴射に基づき生ぜしめられた排ガス容量が、主噴射に対して新規に供給された空気／燃料混合気と混合され、これによって、ＣＡＩ自己着火可能な均質の新空気／排ガス／燃料混合気が形成される。
【００２６】
１回の燃料供給遮断段階後のＣＡＩ運転モードへの直接的な復帰のためのこの方策を図１の例示的なシリンダ内圧線図によって詳しく説明する。横軸に沿って、クランク角ＣＡが［°］で示してある。この線図の縦軸には、シリンダ内圧ＣＰが単位ｂａｒで割り当ててある。この場合、連続するクランク角ＣＡは、連続する時間ｔに相当している（図２参照）。
【００２７】
内燃機関ＣＥがＣＡＩ運転モードに期間ＶＣＡＩの間にもたらされた後、時点ｔＳＡで内燃機関ＣＥに対する１回の燃料供給遮断が行われる。これは、もはや燃料がインジェクタＩＶ１〜ＩＶ４によってシリンダＣ１〜Ｃ４の燃焼室内に直接噴射されないことを意味している。各シリンダ、ここでは、たとえばシリンダＣ１の少なくとも１回の行程サイクルに対するこの燃料供給遮断段階ＦＣＯの間、シリンダＣ１の燃焼室内に専ら新空気が吸気弁を介して圧送され、排気行程で排出される。これは、各シリンダの燃焼室が新空気によって掃気され、ＣＡＩ燃焼を開始するために必要となる残ガスが、いま、各シリンダの燃焼室内に不足していることを意味している。図１には、内燃機関ＣＥの、燃料供給遮断段階ＦＣＯの終了時に１回の作業サイクルの排気行程に位置するシリンダに対するシリンダ内圧経過が、２回の行程サイクルにわたって示してある。ここでは、本実施例において、これが、たとえばシリンダＣ１である。第１の作業サイクルＣＹ１の間、クランク角ＣＡ＝−３６０゜〜−１８０゜の間でこの作業サイクルの吸気行程が実施される。この場合、このシリンダのピストンの上死点後に幾分時間的にずらされて、このシリンダの吸気弁が開放され、このシリンダのピストンの下死点後に幾分時間的にずらされて、再び閉鎖される。吸気弁ＡＩ１のこの弁リフト曲線は、図１にＩＶＬ１で示してある。シリンダＣ１のピストンの下死点後、吸気弁ＡＩ１の閉鎖により、このシリンダの内圧がクランク角ＣＡ＝０゜まで圧縮行程で高められる。クランク角ＣＡ＝−１８０゜〜０゜の間のこの圧縮行程の間、このシリンダのピストンが、下死点から上死点に運動させられ、これによって、このシリンダの燃焼室内に位置する空気の主圧縮を生ぜしめる。なぜならば、このシリンダの吸気弁も排気弁も閉鎖されているからである。この場合、燃料供給遮断段階ＦＣＯの間、燃焼は生ぜしめられない。なぜならば、このシリンダの燃焼室内に専ら空気が位置しているかまたはＣＡＩ燃焼過程に対して過度に僅かな残ガス割合が位置しているからである。クランク角ＣＡ＝０゜〜１８０゜の間の後続の作業行程では、このシリンダのピストンがその上死点から下死点に運動させられ、この場合、内部に閉じ込められた空気量を膨張させる。最終的に、まだＣＡ＝１８０゜における下死点前に、このシリンダの排気弁が開放され、クランク角ＣＡ＝１８０゜後の後続の排気行程（クランク角範囲ＣＡ＝１８０゜〜３６０゜）で空気がこのシリンダから押し出される。燃料供給遮断段階の間、このシリンダの排気弁と吸気弁とに対するＣＡＩ特有の小さな弁ストロークが維持される。これによって、このシリンダのピストンがその上死点にＣＡ＝３６０゜で到達する前に、このシリンダの排気弁が閉鎖する。これによって、排気行程における、ＣＡＩ運転モードに対して典型的な中間圧縮が生ぜしめられる。
【００２８】
いま、時点ｔＤＣで内燃機関ＣＥの制御装置ＥＣＵの要求信号ＴＲによってＣＡＩ燃焼運転ＭＣＡＩへの再入が要求されると、その都度の燃料供給遮断段階ＦＣＯの終了時に燃焼サイクルの排気行程に位置するシリンダ、ここでは、たとえばシリンダＣ１の１つまたはそれ以上の排気弁の閉鎖時点ｔＳ後、このシリンダＣ１の燃焼室内に、点火可能な補助空気／燃料混合気を形成するための燃料副噴射ＡＩとしての燃料前噴射量ＦＵＶが噴射され、このシリンダの排気行程の後続のＣＡＩ中間圧縮段階ＩＣで点火装置、ここでは、たとえば点火装置ＳＰ１によって火花点火され、燃焼される。シリンダＣ１の１つまたはそれ以上の排気弁ＥＶ１の閉鎖時点ｔＳと、ＣＡ＝３６０゜でのシリンダＣ１の排気行程の終了との間の期間における中間圧縮段階ＩＣでの補助噴射が、火花点火可能な補助空気／燃料混合気を生ぜしめる。この補助空気／燃料混合気の火花点火によって、高温の排ガスが、このシリンダＣ１の燃焼室内に提供される。
【００２９】
中間圧縮段階ＩＣの終了時のこのシリンダの燃焼室内のピストンの上死点ＣＯＴには、次回の作業サイクルＣＹ２のクランク角度ＣＡ＝−３６０゜〜−１８０゜の間の次回の吸気行程が続いている。この場合、上死点ＣＯＴに対して時間的にずらされて、同じくこのシリンダＣ１の吸気弁ＡＩ１が新空気の吸込みのために開放される。吸気弁の吸気弁リフト曲線は、同じくＩＶＬ１で示してある。この吸気弁リフト曲線ＩＶＬ１は、ＣＡＩの小さな弁ストロークに相当している。クランク角度ＣＡ＝−１８０゜〜０゜の間の後続の圧縮行程の間、シリンダＣ１のインジェクタＩＶ１によって、このシリンダＣ１の燃焼室内への燃料主噴射量ＦＵＨの主噴射ＭＩが行われる。すなわち、主圧縮段階、たとえば正規のＣＡＩ燃焼運転において、燃料主量ＦＵＨがインジェクタＩＶ１によってシリンダＣ１の燃焼室内に噴射される。この場合、早期の燃料副噴射に基づき生ぜしめられた、このシリンダの燃焼室内の排ガス容量が、主噴射に対して新規に供給された空気／燃料混合気と混合され、これによって、ＣＡＩ自己着火可能な均質の新空気／排ガス燃料混合気が形成される。すなわち、主圧縮段階の終了に向かって、全体的にこのシリンダの燃焼室内に存在する空気／燃料混合気の自己着火が生ぜしめられ、これによって、ＣＡＩ運転を再び開始することができる。このＣＡＩ運転の再開は、図１に時間半直線ＲＥで特徴付けてある。
【００３０】
有利には、主噴射後の内燃機関ＣＥのＣＡＩ運転モードＭＣＡＩへの再入時に、この場合に供給された燃料主噴射量ＦＵＨと一緒に、ほぼなだらかなトルク経過が生ぜしめられるように、燃料副噴射に対する燃料前噴射量ＦＵＶが、燃料供給遮断段階ＦＣＯの終了時に燃焼サイクルの排気行程に位置する各シリンダ、ここでは、たとえばシリンダＣ１の中間圧縮段階ＩＣで、このシリンダＣ１の燃焼室内に調量される。これによって、機関のクランクシャフトの望ましくないジャークが十分に回避されている。
【００３１】
場合により、その都度の燃料供給遮断段階ＦＣＯに続いて、シリンダの排気弁にだけ、ＣＡＩ特有の小さな弁ストロークが維持されるのに対して、吸気弁には、大きな弁ストロークが選択されれば、すでに十分であり得る。これに対して択一的には、ＣＡＩ運転に対して、シリンダの吸気弁にだけ、小さな弁ストロークを割り当てるのに対して、排気弁には、大きな弁ストロークが生ぜしめられことも十分であり得る。
【００３２】
すなわち、まとめてみると、有利には、その都度の燃料供給遮断ＦＣＯに続いて、シリンダＣ１〜Ｃ４の出口側のかつ／または入口側のガス交換弁に対するＣＡＩ特有の弁ストロークとして、内燃機関のＳＩ運転モードよりも小さな弁ストロークが選択される。本来の燃料供給遮断段階ＦＣＯの間にも、有利には、入口側のかつ／または出口側のガス交換弁に対して、前もって正規のＣＡＩ機関運転と同一のＣＡＩ特有に小さな弁ストロークが維持される。
【００３３】
図２には、フローチャートにつき、１回の燃料供給遮断段階後にＣＡＩ運転に直接的に復帰するための有利な方策が示してある。この方策は、図３の機関制御装置ＥＣＵの制御処理ロジックＬＯ（図３参照）で有利に実施される。ステップＣＭでは、制御処理ロジックＬＯが、ＣＡＩ運転モードＣＡＩ＿ＭＯＤから１回の燃料供給遮断段階ＰＵＣ（「Ｐｕｌｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｕｔ  ＯＦＦ」＝「燃料供給停止」）への移行もしくは変換を確認する。引き続き、制御処理ロジックＬＯがステップＴＤにおいて、クランクシャフトＣＳの回転数Ｎが閾値もしくは下限値Ｎ＿ＣＡＩ＿ＭＩＮを下回っているかどうかをチェックする。この下限値Ｎ＿ＣＡＩ＿ＭＩＮ未満では、ＣＡＩ運転範囲から逸脱し、このＣＡＩ運転範囲がもはや不可能となる。回転数Ｎに対するこのＣＡＩ閾値が下回られると、制御処理ロジックＬＯがＳＩモード（「ｓｐａｒｋ  ｉｇｎｉｔｅｄ」＝火花点火される運転）を作動させる。場合により、吸気弁の早期の入口閉鎖がステップＥＩＣで生ぜしめられる。これによって、スロットル装置ＴＨを低い回転数に対して十分に開放しておくことができ、これによって、スロットル損失が十分に回避されている。早期の入口閉鎖への変換は、ステップＥＩＣに「ｓｗｉｔｃｈ  ｔｏ  ＥＩＣ＿ＭＯＤＥ」によって示してある。これは、「ｓｗｉｔｃｈ  ｔｏ  ｅａｒｌｙ  ｉｎｌｅｔ  ｃｌｏｓｉｎｇ  ｍｏｄｅ」に対する頭字語である。その後、制御処理ロジックＬＯが、アイドリング運転もしくは部分負荷運転への移行をステップＴＩで作動させる。すなわち、制御処理ロジックＬＯが、機関運転状態をアイドリング運転機関状態ＥＮＧ＿ＳＴＡＴＥ＿ＩＳまたは部分負荷運転状態ＥＮＧ＿ＳＴＡＴＥ＿ＰＬに移行する。
【００３４】
ＣＡＩモードから燃料供給遮断段階への移行時には、制御処理ロジックＬＯが、ステップＥＳにおいて、燃料供給遮断に対する論理的な変数ＬＶ＿ＥＳ＿ＰＵＣに１の代わりに論理的な０を割り当てる。逆に、制御処理ロジックＬＯは、論理的な変数ＬＶ＿ＥＳ＿ＰＬを論理的な０から、アイドリング運転または部分負荷運転を特徴付ける論理的な１に調整する。
【００３５】
いま、内燃機関ＣＥを備えた自動車の運転者が、燃料供給遮断段階における時間的に後期に、規定されたエンジントルクをガス付与、特にアクセルペダルＰＥＶ（図３参照）の操作によって要求すると、引き続き、機関制御装置ＥＣＵに制御信号ＴＲによって、燃料供給遮断段階前に付与されたＣＡＩ運転モードへの再入が所望されることが伝送される。図２では、ステップＴＲＩにおいて、目下のペダル値が、これに相当するトルク要求値に換算され、目下のトルク要求がＣＡＩ運転モードを許容するかどうかがチェックされる。これが当てはまる場合には、燃料前噴射量ＦＵＶが、燃料供給遮断段階の終了時に燃焼サイクルの排気行程に位置するシリンダの中間圧縮において、このシリンダの排気弁の閉鎖時点後にインジェクタによって噴射される。このことは、図２にステップＡＩによって特徴付けてある。そこには、頭字語で「Ｉｎｊｅｃｔ  ＭＦＦ＿ＣＡＩ＿ＩＮＴＥＲＩＭ  ａｆｔｅｒ  ＡＳ」と記載してある。これは、１回の副噴射において、燃料前噴射量ＭＦＦ（「ｍａｓｓ  ｆｕｅｌ  ｆｌｏｗ」）が、出口閉鎖（ＡＳ）後の「ＣＡＩ＿ＩＮＴＥＲＩＭ」（ＣＡＩ中間圧縮）の間に実施されることを意味している。その後、中間圧縮でステップＩＧにおいて、燃焼室内に存在する空気と混合された前噴射量ＦＵＶが点火装置によって火花点火される。このことは、図２にステップＩＧにおいて頭字語「Ｉｇｎｉｔｅ  ａｉｒ／ｆｕｅｌ  ｍｉｘｔｕｒｅ  ａｔ  ＣＡ＿ＣＡＩ＿ＩＮＴＥＲＩＭ」で特徴付けてある。これは、中間圧縮の上死点の直前に、このシリンダの燃焼室内に存在する空気／燃料前噴射量混合気の火花点火が生ぜしめられることを意味している。これによって、燃焼された空気／燃料混合気の残ガスが、排気行程後にこのシリンダの燃焼室内に残され、正規のＣＡＩ運転モードに移行することができる。このためには、後続の圧縮行程において、もはや燃料の主噴射量（ステップＭＩにおける「Ｉｎｊｅｃｔ  ＭＦＦ＿ＣＡＩ」）しか少なくとも１つのインジェクタによって、このシリンダの燃焼室内に噴射されない。すなわち、このシリンダの、早期の燃料副噴射に基づき生ぜしめられた排ガス容量が、主噴射に対して新規に供給された空気／燃料混合気と混合され、これによって、ＣＡＩ自己着火可能な均質の新空気／排ガス混合気が形成される。このことは、図２にステップＭＩによって特徴付けてある。次いで、制御命令「Ａｃｔｉｖａｔｅ  ＣＡＩ＿Ｍｏｄｅ」によるＣＡＩ運転モードＭＣＡＩへの変換が続いている。
【００３６】
１回の燃料供給遮断段階後、この燃料供給遮断段階前に付与されたＣＡＩ運転モードへの戻りを、火花点火されるＳＩ運転モードを介した迂回なしに可能にするためには、燃料供給遮断段階の終了時に燃焼サイクルの排気行程に位置するシリンダの燃焼室内に、このシリンダの排気弁の閉鎖終了直後に排気行程における中間圧縮段階で、燃焼室内に位置する新空気量に対して、規定された燃料前噴射量が噴射され、これによって、火花点火可能な空気／燃料混合気が形成されるようになっている。この空気／燃料混合気は、続く中間圧縮段階、すなわち、本来の負荷変換死点で点火装置、特に点火プラグによって火花点火され、燃焼することができる。このシリンダの続く吸気行程では、新空気が、このシリンダの吸気弁を介して燃焼室内に流入し、中間圧縮段階での差し挟まれた火花点火に基づく高温の排ガスと混合され、主燃料量の供給によって、最終的にＣＡＩ可能な均質の空気／燃料混合気を形成する。この空気／燃料混合気は、続く主圧縮段階で直接的に自己着火にもたらされる。こうして、燃料供給遮断後のＣＡＩ運転モードへの直接的な再入が行われる。有利には、副噴射として燃料前噴射量の一時的なかつ量的な供給と、主噴射としての燃料主噴射量とが互いに調和され、これによって、トルク急激変化が十分に回避されている、すなわち、十分になだらかなトルク経過が生ぜしめられるようになっている。これによって、１回の燃料供給遮断後、燃料供給されるＣＡＩ運転へのほぼジャークなしの十分に柔軟な戻りもしくは再開を生ぜしめることができる。１回の燃料供給遮断後のＣＡＩ運転への直接的な復帰は、当然ながら、復帰後に生ぜしめられる機関運転点が負荷および回転数に関してＣＡＩモードで図示可能となる場合にだけ実現されてよい。たとえばアイドリング運転が見込まれ得るかもしくはＣＡＩ運転がもはや不可能となるほど、回転数が燃料供給遮断によって低下する場合には、有利には、火花点火されるＳＩ運転モードへの切換が行われる。
【００３７】
特に１回の燃料供給遮断後のＣＡＩ運転モードへの直接的な復帰のためのこの方策では、燃料供給遮断後にＣＡＩ運転を再び直接開始することができ、相応の弁ストローク切換を伴う火花点火されるＳＩ運転を介した迂回が不要となることが有利である。つまり、このような弁ストローク切換は、制御技術的に手間を要し、切換ミスの危険を自体はらんでいる。このことは、ジャークを招き、ＣＡＩポテンシャルが、より狭域になる。ＣＡＩ運転モードの負荷制御は、第１に、燃料量と噴射位相調整とを介して行われるので、スロットルバルブを介した絞りは要求されない。したがって、このスロットルバルブを、有利には燃料供給遮断の間に開放したままにすることができる。このことは、燃料供給遮断段階の間、走行挙動に有利に影響を与える。なぜならば、エンジンブレーキモーメントが極めて僅かとなり、車両が燃料要求なしに相応に長くほんの僅かな回転数低下で惰性走行することができるからである。
【００３８】
さらに、１回の燃料供給遮断後のＣＡＩ運転モードへのこの復帰方策は、場合により、ＣＡＩ運転類似の機関運転を有するその他の内燃機関にも転用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】概略的なシリンダ内圧線図につき、本発明の原理による１回の燃料供給遮断段階後の内燃機関のＣＡＩ運転モードへの直接的な復帰のための火花点火燃料内燃機関の各シリンダに対する有利な燃料噴射方策を示す図である。
【図２】図１の噴射方策による火花点火燃料内燃機関のＣＡＩ運転モードへの直接的な再入のための制御装置における概略的なフローチャートである。
【図３】図１および図２に示した制御方策によるＣＡＩ運転モードへの直接的な再入を可能にする制御装置を備えた、火花点火原理による内燃機関を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
ＡＩ  燃料副噴射、  ＡＩ１，ＡＩ２，ＡＩ３，ＡＩ４  吸気弁、  Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４  シリンダ、  ＣＡ  クランク角、  ＣＥ  内燃機関、  ＣＯＴ  上死点、  ＣＰ  シリンダ内圧、  ＣＹ１，ＣＹ２  作業サイクル、  ＥＣＵ  機関制御装置、  ＥＶ１，ＥＶ２，ＥＶ３，ＥＶ４  排気弁、  ＦＣＯ  燃料供給遮断段階、  ＦＵＨ  燃料主噴射量、  ＦＵＶ  燃料前噴射量、  ＩＣ  中間圧縮段階、  ＩＳ  吸気系統、  ＩＶ１，ＩＶ２，ＩＶ３，ＩＶ４  インジェクタ、  ＩＶＬ１  弁リフト曲線、  ＬＯ  制御処理ロジック、  ＭＣＡＩ  ＣＡＩ燃焼運転、  ＭＩ  主噴射、  Ｎ  回転数、  Ｎ＿ＣＡＩ＿ＭＩＮ  閾値、  ＲＥ  時間半直線、  ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ４  点火装置、  ＴＨ  スロットルバルブ、  ＴＱＩ＿ＳＰ  目標機関運転点、  ＴＲ  要求信号、  ｔＤＣ  時点、  ｔＳ  閉鎖時点、  ｔＳＡ  時点、  ＶＣＡＩ  期間
【図１】
2009133314.tif 000003
【図２】
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【図３】
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