(57)【要約】【課題】燃焼のノッキング傾向ないしは過早点火を低下させる内燃機関の運転方法を提供する。【解決手段】本発明は、内燃機関（１）が、燃焼室（２）と、それらの開放時間が可変の少なくとも１つの吸気弁（ＥＶ）および少なくとも１つの排気弁（ＡＶ）とを含み、および吸気行程（ＡＮ）内において燃焼室（２）内にフレッシュ・ガスが供給され、および燃料の供給により燃焼室（２）内に点火性ガス混合物が形成され且つ圧縮行程（Ｖ）内において圧縮され、圧縮行程（Ｖ）の終了付近においてガス混合物が点火される、内燃機関（１）の運転方法に関するものであり、この場合、フレッシュ・ガスが、圧縮装置（６）により、吸気行程（ＡＮ）の間に燃焼室（２）内に供給され、および幾何学的圧縮が圧縮に最適な閉鎖角に対して低下されるように吸気弁が閉鎖されることを特徴とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）が、燃焼室（２）と、開放時間が可変の少なくとも１つの吸気弁（ＥＶ）および少なくとも１つの排気弁（ＡＶ）とを含み、および吸気行程（ＡＮ）内において燃焼室（２）内にフレッシュ・ガスが供給され、および燃料の供給により燃焼室（２）内に点火性ガス混合物が形成され且つ圧縮行程（Ｖ）内において圧縮され、圧縮行程（Ｖ）の終了付近においてガス混合物が点火される、内燃機関（１）の運転方法において、
フレッシュ・ガスが、圧縮装置（６）により、吸気行程（ＡＮ）の間に燃焼室（２）内に供給されることと、および
幾何学的圧縮が圧縮に最適な閉鎖角に対して低下されるように吸気弁が閉鎖されることと、
を特徴とする、内燃機関（１）の運転方法。
【請求項２】
吸気弁が圧縮に最適な閉鎖角の時点よりも早く閉鎖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】
吸気弁が圧縮に最適な閉鎖角の時点よりも遅く閉鎖されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
圧縮装置（６）が、ターボチャージャであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
圧縮装置（６）が圧縮機であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
燃焼室（２）内のガス混合物のλ値が少なくとも圧縮装置の給気圧力により制御されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法を実行するように設計されている装置、特に内燃機関（１）または内燃機関のための制御装置（９）。
【請求項８】
プログラムがコンピュータ内において実行されるときに請求項１ないし６のいずれか一項に記載の全てのステップを実行するためのプログラム・コードを有するコンピュータ・プログラム。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法を実行するための、吸気管内に圧縮装置（６）を有する内燃機関（１）の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の内燃機関の運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オットー・サイクル・エンジンの場合、特に高負荷において、ノッキング燃焼または過早点火の問題が発生する。過早点火即ち点火時期前の熱の放出またはノッキング燃焼即ち点火時期後の末端ガス内の熱の放出は、温度で操作される現象である。両方とも、たいてい排気弁における例えば高温の燃焼室位置のような二次点火位置、クランク・ハウジングからのブローバイ（オイル・ミスト）、点火プラグの不良熱値並びにフレーム正面前の末端ガス内混合物の自己点火によってもたらされることがある。過早点火およびノッキング燃焼は、しばしばオットー・サイクル・エンジンの出力および圧縮比を制限する。最新のオットー・サイクル・エンジンにおいては、ガソリン直接噴射（ＢＤＥ）、可変弁操作および例えばターボチャージャによる過給が一般に使用されている。これらは、高い過給による通常の外部点火均質燃焼方法を示し、これにより、きわめて高い比出力を達成する可能性を提供する。このようなオットー・サイクル・エンジンにおいてもまた、ノッキング燃焼は、全負荷において制限効果となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、燃焼のノッキング傾向ないしは過早点火を低下させる内燃機関の運転方法を提供することが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、内燃機関が、燃焼室と、開放時間が可変の少なくとも１つの吸気弁および少なくとも１つの排気弁とを含み、および吸気行程内において燃焼室内にフレッシュ・ガス（外気）が供給され、および燃料の供給により燃焼室内に点火性ガス混合物が形成され且つ圧縮行程内において圧縮され、圧縮行程の終了付近においてガス混合物が点火される、内燃機関の運転方法において、フレッシュ・ガスが、圧縮装置により、吸気行程の間に燃焼室内に供給され、および幾何学的圧縮が圧縮に最適な閉鎖角に対して低下されるように吸気弁が閉鎖される、内燃機関の運転方法により解決される。圧縮に最適な閉鎖角は吸気行程の下死点の範囲内の閉鎖角である。例えば吸い込まれる気柱の慣性または吸気管内の共鳴効果を利用するために、通常、閉鎖角は、吸気行程の終端において下死点からわずかに偏位される。下死点からのこのきわめてわずかな偏位に関して、本発明によれば、吸気弁が圧縮に最適な閉鎖角の時点よりも早くまたは圧縮に最適な閉鎖角の時点よりも遅く閉鎖するように設計されている。ここで、より早くまたはより遅くとは、圧縮に最適な閉鎖角に対して最適なシリンダ充填が達成されないように明らかにより早く、または「吸気弁が遅く閉鎖」したときにシリンダ充填の一部が再び吸気管内に排出されるように明らかにより遅くということを意味する。圧縮装置がターボチャージャまたは圧縮機であるように設計されていることが好ましい。燃焼室内のガス混合物のλ値（過剰空気係数）が少なくとも圧縮装置の給気圧力により（例えば開ループで）制御されることが好ましい。燃焼室内のガス混合物は、フレッシュ・エア、残留ガス並びに噴射燃料からなる混合物である。給気圧力によるλ値の（例えば閉ループでの）制御は、この方法が出力に基づいて行われるものであり、即ちこの制御過程は内燃機関の放出トルクに影響を与えないか、またはきわめてわずかに影響を与えるにすぎないという利点を有している。
【０００５】
冒頭記載の課題は、本発明によるいずれかの方法を実行するように設計されている装置、特に内燃機関または内燃機関のための制御装置により、並びにプログラムがコンピュータ内において実行されるときに本発明によるいずれかの方法に記載の全てのステップを実行するためのプログラム・コードを有するコンピュータ・プログラムによってもまた解決される。
【０００６】
以下に本発明の実施例を添付図面により詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１−３により、はじめに、本発明の技術的周辺を説明する。図１に、そのほかに関しては詳細に説明されていない、一般に複数のシリンダからなる内燃機関のシリンダ１が示されている。シリンダ１は燃焼室２を含み、燃焼室２内に連接棒４を有するピストン３が移動可能に配置されている。連接棒４は、図示されていないクランク軸と結合されている。燃焼室２内に、吸気弁ＥＶを有する吸気管５が開口している。さらに、燃焼室２内に、排気弁ＡＶを有する排気管７が開口している。吸気弁ＥＶのみならず排気弁ＡＶもまた電気油圧式で操作され、即ち、内燃機関はいわゆる電気油圧式弁制御（ＥＨＶＳ）を備えている。電気油圧式弁制御はカム軸位置とは独立に弁の操作を可能にする。吸気管５を介して周囲から燃焼室２内に空気が吸い込まれる。燃焼排気ガスは排気管７を介して再び周囲に排出される。排気弁ＡＶの適切な開放時間例えば内燃機関の吸気行程の間における排気弁ＡＶの開放により、即ちシリンダ１の吸気行程内において排気管７から燃焼室２内に排気ガスが逆流ないしは逆に吸い込まれることにより、いわゆる内部排気ガス再循環が形成可能である。
【０００８】
燃焼室２内に、既知のように、点火プラグ１１並びにインジェクタ１２が入り込んでいる。インジェクタ１２は圧電式インジェクタまたは電気油圧式インジェクタであることが好ましい。インジェクタ１２は、高圧配管１０を介して、図示されていない内燃機関の高圧レールと結合されている。高圧配管１０は燃料をインジェクタ１２に供給する。インジェクタ１２は制御装置９により電気的に操作され、これに対応して、制御装置９により、点火プラグ１１並びに吸気弁ＥＶおよび排気弁ＡＶもまた（例えば開ループで）制御される。ここで、１つの吸気弁ＥＶおよび１つの排気弁ＡＶの代わりに、複数の吸気弁ＥＶおよび複数の排気弁ＡＶが設けられていてもよい。
【０００９】
例えばドイツ特許第１０１２７２０５号およびドイツ特許第１０１３４６４４号から既知のような、カム軸のない電気油圧式弁制御（ＥＨＶＳ）においては、内燃機関ガス交換弁のリフト時間および制御時間は基本的に自由にプログラミング可能である。ガス交換弁は、ここでは、１つまたは複数の吸気弁ＥＶおよび１つまたは複数の排気弁ＡＶである。
【００１０】
内燃機関１は、さらに、図１においては単に略図として示されているターボチャージャ６を含む。ターボチャージャ６は、それ自身既知のように、チャージャ（コンプレッサー）１３を駆動するタービン８を含む。内燃機関の吸気管内における給気圧力ｐＬは、ターボチャージャ回転速度を介して（例えば開ループで）制御可能であり、ターボチャージャ回転速度は制御可能なバイパス１４により制御され、バイパス１４は排気タービン８をバイパス可能であり且つその容積流量は制御可能な絞り弁１５を介して制御される。バイパスを有するターボチャージャのほかに、給気圧力ｐＬを（例えば閉ループで）制御するための他の装置、例えば、タービン形状が可変の、例えば羽根の勾配が可変のタービン段を有するターボチャージャ等が既知である。給気圧力ｐＬは、図１の実施例においては、制御装置９からバイパス弁１５の位置により（例えば開ループで）制御される。
【００１１】
図２は、内燃機関の作業行程の線図を示す。横軸に−１８０°から５４０°までのクランク軸角度がクランク軸度（°ＫＷ）で示され、縦軸にバールで表わされた燃焼室圧力ｐが目盛られている。ここで、任意に、０°によりチャージ交換における上死点Ｌ−ＯＴが選択され、１８０°ＫＷにおいてチャージ交換の下死点Ｌ−ＵＴが到達されている。チャージ交換（換言すれば、ガス交換）は、既知のように、燃焼排気ガスの排出と、およびフレッシュな周囲空気ないしは燃料／空気混合物の吸込みとを行い、燃焼排気ガスの排出は、ここでは、−１８０°および０°のクランク軸角度間において行われ、およびフレッシュな周囲空気ないしは燃料／空気混合物の吸込みは、ここでは、０−１８０°のクランク軸角度範囲内において行われる。クランク軸がさらに回転し、３６０°のクランク軸角度において、点火上死点（Ｚ−ＯＴ）が到達される。１８０°および３６０°のクランク軸角度間において圧縮行程Ｖが行われ、３６０°および５４０°のクランク軸角度間において燃焼ガスの膨張Ｅが行われる。個々の行程は、図２において、−１８０°から０°までの排気行程ＡＵ、０°から１８０°までの吸気行程ＡＮ、１８０°から３６０°までの圧縮行程（圧縮）Ｖおよび３６０°から５４０°までの膨張行程（燃焼）Ｅで表わされている。圧縮行程Ｖ内において、空気混合物ないしは燃料／空気混合物または燃料／空気／排気ガス混合物が圧縮され且つこのときに加熱される。混合物は、一般に、点火上死点Ｚ−ＯＴの直前において点火される。混合物の点火は、既知のように圧力を上昇させ、この圧力上昇はそれに続く膨張の作業行程Ｅ内において機械エネルギーに変換される。
【００１２】
図３はクランク軸角度°ＫＷに対する吸気弁ＥＶの開閉線図を示す。開閉特性は線により示され、この場合、１８０°クランク軸角度と一致する線Ｃは閉鎖された吸気弁ＥＶを表わし、それから偏位している線Ｏは開放された吸気弁ＥＶを表わす。開放および閉鎖は慣性質量により急激には行われないので、開放された弁と閉鎖された弁との間の移行ないしはその逆への移行は傾斜をなして行われる。図３は吸気弁ＥＶの最適な閉鎖を示し、吸気弁の閉鎖はほぼ１８０°クランク軸角度において、したがってチャージ交換における下死点Ｌ−ＵＴにおいて行われる。
【００１３】
図４は本発明の第１の実施例を示し、この実施例においては、吸気弁ＥＶは、図３に示す圧縮に最適な過程においてよりも明らかに遅く閉鎖される。即ち、吸気弁は圧縮行程Ｖ内に入り込むまで開放されたままであるので、吸い込まれた空気ないしは燃料／空気混合物の吸気曲管内への逆流が行われる（アトキンソン過程）。これにより、有効圧縮比εは低下される。混合物を吸気管内に排出することによる質量損失を補償するために、ターボチャージャ６により給気圧力が上昇され、この場合、燃料／空気混合物の入口温度は例えば給気冷却により一定に保持される。この結果、本発明による方法のこの実施例における充填度はほぼ従来技術と同じであるが、この場合、有効圧縮比εは低下されている。
【００１４】
図５は本発明による方法の第２の実施例を示し、この実施例においては、図３に示されている圧縮に最適な過程ないしは圧縮に最適な閉鎖角度に比較して、吸気弁ＥＶは、明らかにチャージ交換の下死点Ｌ−ＵＴの手前で閉鎖される。即ち、吸気弁ＥＶは、吸気行程が終了される前に閉鎖される（ミラー過程）。この場合もまた、有効圧縮比εは低下される。前に示した実施例と同様に、より低い圧縮比はより高い給気圧力により補償されるので、全シリンダ充填量は従来技術による過程に対してほぼ一定のままである。図４に示す「吸気弁が遅く閉鎖すること」（アトキンソン過程）ないしは図５に示す「吸気弁が早く閉鎖すること」（ミラー過程）と、より高い給気圧力との組み合わせは、圧縮比の低下を可能にし、これによりノッキング傾向の低下を可能にする。より高い給気圧力に対するエネルギー必要量は、改善された燃焼効率により補償される。ガソリン直接噴射および可変弁操作を有するオットー・サイクル・エンジンにおける過早点火またはノッキング燃焼を回避させるためのより良好な燃焼効率および手段は、最適な燃焼位置、即ち通常ノッキングを回避するために使用される遅い点火角においてよりも早い燃焼位置を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】内燃機関シリンダの略示図である。
【図２】燃焼室圧力のクランク軸角度に対する線図である。
【図３】従来技術による吸気弁の開閉時間線図である。
【図４】本発明の第１の実施例による吸気弁の開閉時間線図である。
【図５】本発明の第２の実施例による吸気弁の開閉時間線図である。
【符号の説明】
【００１６】
１    内燃機関（シリンダ）
２    燃焼室
３    ピストン
４    連接棒
５    吸気管
６    圧縮装置（ターボチャージャ）
７    排気管
８    排気タービン
９    制御装置
１０    高圧配管
１１    点火プラグ
１２    インジェクタ
１３    チャージャ
１４    バイパス
１５    絞り弁（バイパス弁）
ＡＮ    吸気行程
ＡＵ    排気行程
ＡＶ    排気弁
Ｃ    閉鎖された吸気弁を表わす線
Ｅ    膨張行程
ＥＶ    吸気弁
°ＫＷ    クランク軸度
Ｌ−ＯＴ    チャージ交換内上死点
Ｌ−ＵＴ    チャージ交換内下死点
Ｏ    開放された吸気弁を表わす線
ｐ    燃焼室圧力
ｐＬ    給気圧力
Ｖ    圧縮行程
Ｚ−ＯＴ    点火上死点
【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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