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JP2000064876A - 内燃機関の運転方法及びこの方法を実施する内燃機関 - Google Patents

内燃機関の運転方法及びこの方法を実施する内燃機関

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JP2000064876A
JP2000064876A JP11171829A JP17182999A JP2000064876A JP 2000064876 A JP2000064876 A JP 2000064876A JP 11171829 A JP11171829 A JP 11171829A JP 17182999 A JP17182999 A JP 17182999A JP 2000064876 A JP2000064876 A JP 2000064876A
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JP
Japan
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ignition
internal combustion
fuel
combustion engine
self
Prior art date
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Pending
Application number
JP11171829A
Other languages
English (en)
Inventor
Franz Chmela
フランツ・クメラ
Peter Meurer
ペーター・モイラー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=3489764&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP2000064876(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by AVL List GmbH filed Critical AVL List GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部点火及び自己点火可能な燃料で動作
する内燃機関において高い効率で排気ガス品質を改善す
る技術を提供することである。 【解決手段】 ガソリンなどの外部点火及び自己点火可
能な燃料で動作し、エンジン運転領域に自己点火領域Ｃ
Ｉと外部点火領域ＳＩを割り当て、自己点火領域ＣＩに
おいて燃料の自己点火のために適した高い圧縮比が与え
られれ、自己点火領域ＣＩでの燃焼が自己点火によって
引き起こされるとともに外部点火領域での燃焼が燃料／
空気混合気の外部点火によって引き起こされる内燃機
関。その際部分負荷領域ＳＩでは自己点火領域ＣＩが割
り当てられ、全負荷領域や高エンジン負荷のエンジン運
転状態及び冷間始動では外部点火領域が割り当てられ、
自己点火領域ＣＩにおいて均一な燃料／空気混合気を燃
焼室内に生じさせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガソリンなどの外
部点火及び自己点火可能な燃料で動作する内燃機関の運
転方法であって、エンジン運転領域に自己点火領域と外
部点火領域を割り当て、少なくとも自己点火領域におい
て燃料の自己点火のために適した高い圧縮比が与えられ
れ、自己点火領域での燃焼が自己点火によって引き起こ
されるとともに外部点火領域での燃焼が燃料／空気混合
気の外部点火によって引き起こされ、その際部分負荷領
域では自己点火領域が割り当てられ、全負荷領域又は高
エンジン負荷のエンジン運転状態あるいはその両方及び
冷間始動では外部点火領域が割り当てられるもの、及び
この方法を実施する内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】出版物“ディーゼル燃料の均一な吸気圧
縮点火（ＨＣＣＩ）”アレンＷ．グレイほか、ＳＡＥ９
７１６７６から、自己点火により引火した希薄燃料／空
気混合気の燃焼時に圧力と温度が均一に分布するため、
ＮＯxおよび煤に対し非常に低いエミッション値が達成
されることが知られている。この方法は英語圏ではＨＣ
ＣＩ法（Homogeneous Charge Compression Ignition ＝
均一吸気圧縮点火）と呼ばれている。さらにディーゼル
燃料が前記燃焼方式において、該燃料の着火品質が高い
ため、引火時期が、低い圧縮比と低い有効平均圧力での
み望ましい方法で上死点の手前に指定できるので問題を
起こすことが知られている。必要とされる約１０の低い
圧縮比は、それ自体非常にエミッションに好ましい前記
燃焼方式の広範な利用がこれまで妨げられていた従来の
ディーゼル方式に比べ、比燃費と達成できる出力収率と
に関し著しい欠点をもたらしている。蒸発と、それによ
りシリンダ吸気の均一化に妨げとなる約１７０〜３６０
℃の範囲の沸騰領域の状態は、ＮＯx、煤および不燃炭
化水素の高いエミッションを生ぜしめる可能性があり、
かつ、潤滑油中のディーゼル燃料が濃縮する危険を伴な
うディーゼル燃料に特有の別の問題と見なされている。
【０００３】ガソリンは、ＨＣＣＩ方式では自己点火品
質が非常に低く、沸騰領域が約３０〜１９０℃の範囲と
低いために大きな長所をもっている。この場合の圧縮比
は、ディーゼルエンジンの場合と同じように、約１５〜
１７の値に上げることができる。ただし出版物“予混合
吸気圧縮点火ガソリンエンジンの実験研究”青山太郎ほ
か（“An Experimental Study on Premixed-Charge Com
pression Ignition Gasoline Engine”, Taro Aoyama e
t al.）、ＳＡＥ９６００８１から明らかなように、こ
の場合にも達成できる有効平均圧力は不都合に部分負荷
領域に制限されてしまう。
【０００４】さらにドイツ特許第３６３２５７９号Ｃ２
公報から外部点火式の空気を圧縮するディーゼルエンジ
ンと類似の高い圧縮比で作動する内燃機関が知られてお
り、この内燃機関では空気燃料混合気の引火を保証する
ために吸気層が作られる。この層状吸気燃焼方式はＳＣ
ＳＩ法（Stratified Charge Spark Ignition＝層状吸気
火花点火）と呼ぶこともできる。この層状吸気方式によ
り、混合気の組成が点火源の領域でフラッシュオーバ中
に、シリンダ吸気の連続燃焼にとり十分に大きい火炎を
作るため、十分に長く点火限度内におくことが達成され
る。ただし外部点火による前述のような層状吸気燃焼方
式は、部分負荷領域においてＨＣＣＩ法ほどエミッショ
ンに好ましくならないが、非常に高い平均圧力で駆動さ
せることができ、煤エミッションに関してはディーゼル
エンジンよりも良好である。
【０００５】ドイツ特許第２８５１５０４号Ａ１公報か
ら可変圧縮比による内燃機関で駆動するための冒頭に述
べた形式の方法が知られており、この内燃機関は外部点
火性および自己点火性の燃料で駆動される。この内燃機
関の場合、部分負荷領域において自己点火を実施するた
めの圧縮比が拡大され、かつ、全負荷領域においては外
部点火駆動のために縮小される。主燃焼室または予燃焼
室に合流する噴射ノズルを介して燃料がディーゼル駆動
のために供給され、それにより不均一な燃料／空気混合
気が燃焼室内に発生する。このためＨＣＣＩ駆動にはな
い。外部点火駆動のための燃料の供給は、気化器を介し
た実施態様と、副燃焼室に合流する別の噴射ノズルを介
した別の実施態様とで行われる。この燃焼は外部点火運
転では副燃焼室に合流するスパークプラグを介して開始
される。全負荷運転において燃料噴射と吸気とによる外
部点火の場合、副燃焼室内の吸気濃度が主燃焼室と相対
的になる。この公知の方法は、安定した駆動挙動と良好
な効率とを可能にする。しかしＨＣＣＩ法から知られて
いる非常に低いエミッション値は達成することができな
い。
【０００６】また米国特許第４１２６１０６号Ａ公報
は、オットー方式によってもディーゼル方式によっても
駆動できる内燃機関が記述されている。この内燃機関に
おいては、始動段階および部分負荷運転中に燃焼室に直
接燃料を噴射して層状吸気が作られ、この層状吸気の外
部点火により燃焼が開始される。これに対し全負荷で
は、高温の燃焼室壁に向って燃料が直接燃焼室に噴射さ
れ、その際、燃料が蒸発し、かつ、ディーゼル方式によ
る圧縮により点火される。このときエンジンは、１６：
１以下の圧縮比で駆動される。ただしエンジン負荷がそ
れ以上高くなると、噴射開始と自己点火時期との間の時
間が良好な混合気処理にとりもはや十分ではなく、この
ため燃焼経過とエミッションが悪化する。
【０００７】さらに米国特許第３１２５０７９号Ａ公報
から、自己点火でも外部点火でも１５：１の一定の圧縮
比で駆動できる多目的用内燃機関が知られている。この
場合では、燃料が多噴孔ノズルを介して放射状に直接燃
焼室に噴射される。これは高効率の吸気層の発生には適
していない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記実状に鑑み、本発
明の課題は、本発明の課題は、上述の欠点を回避し、外
部点火及び自己点火可能な燃料で動作する内燃機関にお
いて同時に高い効率で排気ガス品質を改善する方法とそ
の方法を実施する内燃機関を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、冒頭部で述べたタイプの内燃機関運転
技術において、自己点火領域において少なくとも近似的
に均一な燃料／空気混合気を燃焼室内に生じさせること
ことにより達成される。このため本発明に基づく方法
は、ＨＣＣＩ法の全ての長所を有し、かつ、外部点火に
切換えることによりエンジン負荷が高い時の前記方式の
欠点を回避している。また少なくともある外部点火領域
において均一な燃料／空気混合気が燃焼室内に発生させ
ることができる。均一な燃料／空気混合気は化学量論的
にまたは希薄にすることができる。ただし特に低燃費と
低エミッションは、外部点火領域において層状吸気が燃
焼室に作られる場合に達成することができる。これによ
り本発明に基づく方法は、ＨＣＣＩ法の長所をＳＣＳＩ
法の長所と一体化させている。
【００１０】エンジン負荷がより高くなると、ＨＣＣＩ
法では噴射開始と自己点火の時期との間の時間が良好な
混合気処理のためにもはや十分でなくなるので、このた
め自己点火では燃焼経過とエミッションの悪化が生じる
おそれがある。全負荷領域又は高いエンジン負荷を有す
るエンジン運転領域あるいはその両方で外部点火が行わ
れるので、この欠点が回避される。これにより部分負荷
領域でも全負荷領域でも明らかにエミッションを改善す
ることができる。
【００１１】ＳＣＳＩ法は、たしかにＨＣＣＩ法ほどエ
ミッションに好ましくならないが、エミッションの形成
に関しては従来のディーゼルエンジンのＤＩ（直噴）法
に比べ、以下の２つの長所を提供する。１つはガソリン
の煤形成傾向が、主としてより小さい分子サイズと、前
記分子サイズに関連するより高い混合気形成に好ましい
蒸気圧のため、ディーゼル燃料よりも明らかに小さくな
ることである。もう１つは、外部点火方式の特徴は、デ
ィーゼルエンジンに比べ、噴射開始と点火時期との間の
間隔を選択することにより、噴射開始と引火との間の時
間間隔を大幅に拡大できる付加的な自由度を付与し、こ
れにより混合気処理に提供される時間が明らかに延長さ
れる。
【００１２】燃焼室内を均一な燃料／空気混合気にした
エンジン運転において、燃料／空気混合気の均一化は、
好ましくは外部混合形成によって、好ましくは吸気管へ
の燃料の噴射により、行うことができる。逆に、燃焼室
内を層状吸気にしたエンジン運転においては、燃料が常
に直接燃焼室に噴射される。
【００１３】しかしまた自己点火領域における燃料／空
気混合気の均一化は、燃料を直接燃焼室に噴射すること
によってもできる。このためには、可変噴射特性を有す
る噴射装置で構成するとよい。可変噴射特性はストロー
ク可変式噴射ノズルまたはツインニードル噴射ノズルで
達成することができる。燃料／空気混合気の均一化は、
直接噴射式の噴射装置の異なる噴射圧力により実現する
こともできる。その際には、少なくとも２つの圧力レベ
ル間の噴射圧力がエンジン運転に応じて変更されるよう
に構成され、燃料噴射装置は部分負荷領域では全負荷領
域よりも高い噴射圧力で動作する。混合気形成を噴射品
質を維持しながらも制御できるようにするためには、空
気支援式噴射装置を採用すると良い。
【００１４】提示平均中心圧の所定しきい値で自己点火
と外部点火の切り換えが行われる。その際、所定しきい
値以下が自己点火領域となるとともに所定しきい値以上
が外部点火領域となる。このしきい値が有効平均圧の範
囲で設定されるが、提示平均圧は約４〜９バール、好ま
しくは約６〜９バール、特に好ましくは７〜８. ５バー
ルであり、その際好ましくはシリンダ圧：Ｐの圧力上昇
速度はクランク角：φ当たり５バール以下とする。
【００１５】この方法を実施するために１シリンダにつ
き１ピストン燃焼室を有する内燃機関が適しており、こ
の内燃機関で少なくとも１つの噴射装置が燃料を直接噴
射させるために、エンジン運転領域に依存して作動可能
もしくは非作動可能な点火装置がシリンダに臨んでい
る。さらにこの内燃機関は、好ましくは吸気路噴射装置
により形成された外部の混合気形成装置を有し、この装
置により自己点火エンジン運転中均一燃料／空気混合気
が燃焼室に形成される。圧縮比が１５：１と２０：１の
間、好ましくは１７：１と１８：１の間とし、 自己点
火と外部点火の切り換えのために、各エンジン運転状態
の実際のエンジン運転パラメータを検出する制御ユニッ
トが備えられいる。燃焼室が少なくとも主たる部分はピ
ストン凹部によって形成され、シリンダ毎に少なくとも
１つの吸気路がスワールを形成するように構成されてい
る。燃料噴射又は吸気流あるいはその両方を制御するこ
とにより自己点火運転の際の均一燃料／空気混合気、又
は外部点火運転の際の層状燃料／空気混合気を選択的に
生じさせることができる。これにより内燃機関は、部分
負荷ではＨＣＣＩ法により、それより高い負荷領域では
ＳＣＳＩ法により、動作できるようにするため、必要な
全ての装置を備えなければならない。
【００１６】その際に部分負荷において噴射流の良好な
分解能を得るために、噴射装置のノズルが良好な噴流分
解能（必要がある場合には空気支援を含む）を有するシ
ングルノズルまたはツインノズルであることが好まし
い。直接噴射する場合には、その際に噴射装置の噴流方
向が、好ましくはＳＣＳＩ法のために最適化される。す
なわち噴流衝突点がピストンの上死点で引込んだ回転体
形状のピストン凹部の周辺部におかれる。
【００１７】シリンダヘッドに配置された１つの吸気路
または複数の吸気路は、比較的高い吸気スワール比、す
なわち２以上のスワール比、で形成されなければならな
い。高圧火花点火として作動する点火装置は、燃料を確
実に引火させる点で利点がある。
【００１８】さらに、前記点火装置又は噴射装置あるい
はその両方が燃焼室の周辺部に対応する位置に配置され
ると、全負荷領域における外部点火のために好ましく、
その際好ましくはシリンダヘッドの火炎壁を通る点火装
置と噴射装置の軸芯の突き抜け合致点が、シリンダ軸か
ら見て、シリンダ軸周りで約９０〜２００゜、好ましく
は約１２０゜の中心角を有し、その際、点火装置がスワ
ール方向に前記角度分だけスワール方向で下流側に配置
される。
【００１９】本発明の好ましい実施形態の１つでは、少
なくとも１つの着火検出器が燃焼室に臨んでおり、燃料
噴射及び排気還流システムの量制御又は温度制御あるい
はその両方の制御が、少なくとも部分負荷時にそして燃
料／空気混合気の着火時点に応じて行われる。これによ
りＨＣＣＩ運転における噴射時期を最適に指定すること
ができる。温度を調節できる冷却式排気還流システムで
は、還流排気ガスの温度が部分負荷では全負荷よりも高
く設定される。
【００２０】部分負荷領域では全負荷領域よりも高い圧
縮比を設定することが好ましいとみなすことができるの
で、さらに実際の圧縮比を変更させる装置を備えること
ができ、その際好ましくは圧縮比を変更させるための装
置が可変バルブ制御装置により構成され、この制御装置
によって少なくとも１つの吸気弁の閉鎖時期を変化させ
ることができる。部分負荷領域で吸気温度を上昇させる
内部排気還流システムの意味で、残留ガスの量を制御で
きるようにするため、さらに可変バルブ制御装置によっ
て少なくとも１つの排気弁の制御時間をエンジン運転パ
ラメータに応じて変化させることができる。
【００２１】これに対し特に簡単な実施態様において、
本発明の枠組の中で、圧縮比を変化させないことも提案
される。一定の圧縮比は、目的に応じて、自己点火およ
び外部点火の要求事項を最適化することにより生じる。
【００２２】特に好ましいのは、内燃機関が内部式又は
外部式あるいはその両方での排気還流のための排気還流
システムを有する場合である。自己点火によるエンジン
運転中に、排気還流は点火遅れもしくは燃焼時期を制御
するために使用することができる。これに対し外部点火
運転中の排気還流は、公知の方法で、燃焼温度を下げる
ことによりＮＯxエミッションの低減に利用される。本
発明によるその他の特徴及び利点は、以下図面を用いた
実施例の説明により明らかになるだろう。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明は、以下に図面を利用して
より詳しく説明する。各図面は次のとおりである。図１
に、往復するピストン２が上死点の位置にきた状態のシ
リンダ１示されている。図２には、さらにシリンダヘッ
ド２５に配置されている本発明の重要な部材が点線で示
されている。ピストン２は燃焼室３を形成するピストン
凹部４を備えている。シリンダヘッド２５に吸気路５、
６が配置され、図２に点線で暗示したように、前記吸気
路のうち少なくとも１つの吸気路６がスワールを発生さ
せるように形成されている。各々の吸気路５、６は、そ
れぞれ吸気弁７、８につながっている。シリンダヘッド
には、さらに排気路９、１０が配置され、この排気路が
排気弁１１、１２を介して燃焼室３に開口している。
【００２４】シリンダヘッド２５には、燃焼室３に燃料
を直接噴射させるための噴射装置１３と、点火装置を形
成する高圧スパークプラグ１４とが備えられ、前記噴射
装置１３も前記スパークプラグ１４も引っ込んだ回転体
形状のピストン凹部４の周辺部１５に対応する領域に配
置されている。
【００２５】噴射装置１３のノズル１８は、噴流を良好
に分解するシングル流ノズルまたはツイン流ノズルと、
詳しく図示しない空気支援用の空気接続管とを有する。
噴射装置１３は、同様に詳しく図示しない、少なくとも
２種類の圧力レベルを実現できる噴射システムに接続さ
れる。
【００２６】シリンダヘッドの火炎壁を通るスパークプ
ラグ１４の軸１４ａと噴射装置１３の軸１３ａとが延長
線上で合致する点は−平面視で−互いに約９０゜〜２０
０゜、好ましくは１２０゜、の中心角αを有することに
なる。その際スパークプラグは、スワール方向で前記角
度だけ下流側に配置される。
【００２７】少なくとも１つの吸気路５、６は、排気還
流機構１６ａを有する排気還流システム１６に接続さ
れ、このシステムにより排気ガスを吸気流の中に取込む
ことができる。
【００２８】着火時期を検出するために適切なセンサ１
７が備えられ、このセンサは、たとえばスパークプラグ
１４の中に組込むことができる。センサ１７は、電子制
御装置ＥＣＵに接続され、この制御装置は、着火時期に
応じて、噴射装置１３の噴射時期と、排気還流システム
１６の温度および排気還流量とを制御する。両方の吸気
路５、６の少なくとも１つに、燃焼室３でのスワールを
変化させるようにするため、吸気制御機構５ａもしくは
６ａが配置される。
【００２９】さらに内燃機関は吸気弁７、８と排気弁１
１、１２のための可変バルブ制御装置１９を有し、この
制御装置により少なくとも１つの吸気弁７、８の閉鎖時
期と、少なくとも１つの排気弁１１、１２の開放時期又
は閉鎖時期あるいはその両方の時期を変化させることが
できる。この可変バルブ制御装置１９は、制御時間を変
化させるために公知の電気式、油圧式、空気式または機
械式のバルブ制御装置によって構成することができる。
バルブ制御は、同様に電子制御装置ＥＣＵを介して行わ
れる。
【００３０】内燃機関は、冷間始動段階では外部点火に
よる均一な混合気により駆動される。運転温度まで上昇
した内燃機関では、部分負荷領域で圧縮比がガソリンの
自己点火に必要な値１４：１〜約１８：１に引き上げら
れる。この運転状態で、燃料は比較的高圧下で噴射装置
１３に供給される。噴射装置１３のノズル１８により、
燃料の噴流の良好な噴流分解が達成される。排気還流シ
ステム１６を介した排気還流は比較的高い温度で行わ
れ、非常に速く上死点の手前で燃料の自己点火温度に達
する。噴射装置１３の噴射時期は、制御装置ＥＣＵを介
して、着火検出センサ１７で検出される着火時期に応じ
て設定される。自己点火領域ＣＩの範囲で特に良好な燃
料／空気混合気の均一化は、また公知の外部の混合気形
成装置により、たとえば図２に点線で暗示したような吸
気管噴射装置２６または気化器によって達成することが
できる。これにより混合気がまだ燃焼室３の外部で前処
理および均一化される。吸気弁７、８の開放開始は、比
較的高い圧縮比が達成できるように制御される。吸気温
度を上昇させるために、さらに排気弁１１、１２の制御
時間は内部排気還流を達成させるように変更される。
【００３１】ただし負荷の上昇に伴ない着火の時期が早
まる方向にずらされ、これが燃焼プロセスにそしてその
結果比燃費と出力に悪影響を及ぼす可能性がある。従っ
てより高い負荷領域では内燃機関がもはやＨＣＣＩ法に
よらず−冷間始動段階中と同様に−ＳＣＳＩ法により駆
動される。その際点火装置１４が再び制御装置ＥＣＵを
介して作動され、噴射装置１３は、詳しく図示していな
い噴射システムにより、比較的低圧下で燃料が供給さ
れ、吸気流に冷却された排気ガスが供給され、かつ、圧
縮比がバルブ制御の調整により低減される。外部点火領
域ＳＩの噴射では、燃料が燃焼室３の壁に堆積する。燃
焼室３の壁で燃料が蒸発することにより、壁付近の混合
気形成と、これにより燃焼室３の吸気層とが生じる。外
部点火領域ＳＩでは燃料／空気混合気の均一化が不要に
なるので、噴射時期は、自己点火領域ＣＩの噴射時期に
比べて、比較的遅く設定することができる。
【００３２】自己点火運転と外部点火運転との間の切換
は、図３に具体的に示したように、好ましくは有効平均
圧力Ｐeに応じて行われる。図３には、有効平均圧力Ｐe
をエンジン回転域にわたり記載している。その際、提示
平均圧力が４〜９ｂａｒ（バール）の範囲に、好ましく
は６〜９ｂａｒの範囲に、特に好ましくは７〜８．５ｂ
ａｒの範囲におかれる有効平均圧力Ｐeの事前指定され
たしきい値Ｐeoの下方に自己点火領域ＣＩがあり、この
しきい値Ｐeoの上方に外部点火領域ＳＩがある。その
際、クランク角φに関するシリンダ圧力Ｐの圧力上昇速
度ｄｐ／ｄφは、騒音上の理由から、クランク角φ１度
につき５ｂａｒ以下である。エンジンコントロールシス
テムは、制御量として計算された噴射量を利用してい
る。
【００３３】内部排気還流（排気利用）または外部の排
気還流を利用して、点火タイミングのずらし、もしくは
燃焼時期を自己点火領域ＣＩの間で制御することができ
る。その際シリンダ吸気中の比較的高い排気ガス分は５
０％を越えるまで使用される。外部点火領域ＳＩの範囲
内で排気還流は、公知の方法で、窒素酸化物エミッショ
ンの低減に利用される。
【００３４】上述した内燃機関と、方法では、１種類の
燃料タイプのみが使用されているが、この燃料タイプは
ガソリンのほかにガスまたはアルコールもしくは前記成
分を組合せた混合気とすることもできる。
【００３５】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２の線Ｉ−Ｉに記載した本発明に基づく内燃
機関の縦断面図
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに記載したシリンダの平面
図
【図３】平均有効圧力を回転域にわたり記載した線図
【符号の説明】
ＣＩ 自己点火領域 ＳＩ 外部点火領域 ＥＣＵ 制御ユニット ３ 燃焼室 ４ ピストン ５ 吸気路 ６ 排気路 １３ 噴射装置 １４ 点火装置
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｊ 15/00 15/00 Ｅ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｇ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１Ａ (71)出願人 597083976 ＨＡＮＳ−ＬＩＳＴ−ＰＬＡＴＺ １，Ａ −8020 ＧＲＡＺ，ＡＵＳＴＲＩＡ (72)発明者 ペーター・モイラー オーストリア アー‐8045 グラーツ プ ファングホーフヴェーク 30

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガソリンなどの外部点火及び自己点火可
    能な燃料で動作する内燃機関の運転方法であって、エン
    ジン運転領域に自己点火領域（ＣＩ）と外部点火領域
    （ＳＩ）を割り当て、少なくとも自己点火領域（ＣＩ）
    において燃料の自己点火のために適した高い圧縮比が与
    えられれ、自己点火領域（ＣＩ）での燃焼が自己点火に
    よって引き起こされるとともに外部点火領域（ＳＩ）で
    の燃焼が燃料／空気混合気の外部点火によって引き起こ
    され、その際部分負荷領域では自己点火領域（ＣＩ）が
    割り当てられ、全負荷領域又は高エンジン負荷のエンジ
    ン運転状態あるいはその両方及び冷間始動では外部点火
    領域（ＳＩ）が割り当てられるものにおいて、 自己点火領域（ＣＩ）において少なくとも近似的に均一
    な燃料／空気混合気を燃焼室内に生じさせることを特徴
    とする内燃機関の運転方法。
  2. 【請求項２】 少なくともある外部点火領域（ＳＩ）に
    おいて層状吸気を燃焼室内に生じさせることを特徴とす
    る請求項１に記載の内燃機関の運転方法。
  3. 【請求項３】 少なくともある外部点火領域（ＳＩ）に
    おいて均一な燃料／空気混合気を燃焼室内に生じさせる
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の運
    転方法。
  4. 【請求項４】 燃焼室内を均一な燃料／空気混合気にし
    たエンジン運転において、燃料／空気混合気の均一化が
    吸気路への燃料噴射などによる外部混合形成によって行
    われることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
    の内燃機関の運転方法。
  5. 【請求項５】 燃焼室内を均一な燃料／空気混合気にし
    たエンジン運転において、燃料／空気混合気の均一化が
    内部混合形成によって行われることを特徴とする請求項
    １〜３のいずれかに記載の内燃機関の運転方法。
  6. 【請求項６】 燃焼室内を層状吸気にしたエンジン運転
    において、燃料が直接燃焼室に噴射されることを特徴と
    する請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の運転方
    法。
  7. 【請求項７】 燃焼室内を均一な燃料／空気混合気にし
    たエンジン運転では、燃焼室内を層状吸気にしたエンジ
    ン運転に比べて高圧で燃料噴射されることを特徴とする
    請求項５又は６に記載の内燃機関の運転方法。
  8. 【請求項８】 提示平均中心圧：Ｐeの所定しきい値Ｐe
    oで自己点火と外部点火の切り換えが行われるが、所定
    しきい値：Ｐeo以下が自己点火領域（ＣＩ）となるとと
    もに所定しきい値：Ｐeo以上が外部点火領域（ＳＩ）と
    なることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の
    内燃機関の運転方法。
  9. 【請求項９】 前記しきい値：Ｐeoが有効平均圧：Ｐe
    の範囲で設定されるが、そこでは提示平均圧は約４〜９
    バール、好ましくは約６〜９バール、特に好ましくは７
    〜８. ５バールに位置し、その際好ましくはシリンダ
    圧：Ｐの圧力上昇速度はクランク角：φ当たり５バール
    以下であることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関
    の運転方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかに記載の方法
    を実施する内燃機関であって、部分負荷領域では自己点
    火で運転され、全負荷領域又は高エンジン負荷あるいは
    その両方及び冷間始動では外部点火で運転され、各シリ
    ンダ毎に１つの燃焼室（３）が備えられ、この燃焼室に
    少なくとも１つの、燃料を直接噴射する噴射装置（１
    ３）とエンジン運転状態に応じて作動・非作動制御され
    る点火装置（１４）が臨んでいるものにおいて、 自己点火エンジン運転中均一燃料／空気混合気が燃焼室
    （３）に形成され、かつ実圧縮比が１５：１と２０：１
    の間、好ましくは１７：１と１８：１の間とし、かつ自
    己点火と外部点火の切り換えのために、各エンジン運転
    状態の実際のエンジン運転パラメータを検出する制御ユ
    ニット（ＥＣＵ）が備えられ、その際燃焼室（３）が少
    なくとも主たる部分はピストン凹部（４）によって形成
    され、シリンダ毎に少なくとも１つの吸気路（５）がス
    ワールを形成するように構成されていることを特徴とす
    る内燃機関。
  11. 【請求項１１】 燃料噴射又は吸気流あるいはその両方
    を制御することにより自己点火運転の際の均一燃料／空
    気混合気、又は外部点火運転の際の層状燃料／空気混合
    気を選択的に生じさせることを特徴とする請求項１０に
    記載の内燃機関。
  12. 【請求項１２】 均一燃料／空気混合気が外部混合気形
    成装置によって形成されることを特徴とする請求項１０
    又は１１に記載の内燃機関。
  13. 【請求項１３】 外部混合気形成装置が吸気路噴射装置
    （２６）によって構成されていることを特徴とする請求
    項１２に記載の内燃機関。
  14. 【請求項１４】 均一燃料／空気混合気が内部混合気形
    成装置によって形成されることを特徴とする請求項１０
    又は１１に記載の内燃機関。
  15. 【請求項１５】 内部混合気形成装置が燃料を直噴式の
    噴射装置によって構成されていることを特徴とする請求
    項１４に記載の内燃機関。
  16. 【請求項１６】 噴射装置（１３）のノズル（１８）が
    シングル又はダブル流のノズルであることを特徴とする
    請求項１０〜１５のいずれかに記載の内燃機関。
  17. 【請求項１７】 噴射装置（１３）が変更可能な噴射特
    性を備えていることを特徴とする請求項１５に記載の内
    燃機関。
  18. 【請求項１８】 噴射装置（１３）がツインニードル噴
    射ノズルによって構成されていることを特徴とする請求
    項１７に記載の内燃機関。
  19. 【請求項１９】 噴射装置（１３）が変更可能なニード
    ルストロークを有する噴射ノズルによって構成されてい
    ることを特徴とする請求項１７に記載の内燃機関。
  20. 【請求項２０】 点火装置（１４）と噴射装置（１３）
    が燃焼室周辺部（１５）に対応するように配置され、そ
    の際好ましくはシリンダヘッドの火炎壁を通る点火装置
    （１４）と噴射装置（１３）の軸芯の突き抜け合致点
    が、シリンダ軸から見て、約９０〜２００°、好ましく
    は１２０°のシリンダ軸周りの中心角をもち、この角
    度：α分スワール方向で下流側に点火装置（１４）が位
    置していることを特徴とする請求項１０〜１９のいずれ
    かに記載の内燃機関。
  21. 【請求項２１】 少なくとも１つの着火検出器（１７）
    が燃焼室（３）に臨んでおり、燃料噴射が少なくとも部
    分負荷時にそして好ましくは排気還流システムの量制御
    又は温度制御あるいはその両方の制御が燃料／空気混合
    気の着火時点に応じて行われることを特徴とする請求項
    １０〜２０に記載の内燃機関。
  22. 【請求項２２】 実際の圧縮比を変更するための装置が
    備えられていることを特徴とする請求項１０〜２１のい
    ずれかに記載の内燃機関。
  23. 【請求項２３】 実際の圧縮比を変更するための装置が
    可変バルブ制御装置（１９）により構成され、この制御
    装置により、好ましくは、少なくとも１つの吸気弁
    （７、８）の閉鎖時期が変更できることを特徴とする請
    求項２２に記載の内燃機関。
  24. 【請求項２４】 可変バルブ制御装置（１９）により少
    なくとも１つの排気弁（１１、１２）の制御時間がエン
    ジン運転パラメータに依存して変更されることを特徴と
    する請求項２３に記載の内燃機関。
  25. 【請求項２５】 実際の圧縮比が変更されないことを特
    徴とする請求項１０〜２１のいずれかに記載の内燃機
    関。
  26. 【請求項２６】 噴射装置（１３）が空気支援を備えて
    構成されていることを特徴とする請求項１０〜２５のい
    ずれかに記載の内燃機関。
  27. 【請求項２７】 噴射圧力が少なくとも２つの圧力レベ
    ルの間でエンジン運転状態に応じて変更され、その際、
    部分負荷領域における噴射が全負荷領域におけるよりも
    高い噴射圧力で行われることを特徴とする請求項１０〜
    ２６のいずれかに記載の内燃機関。
  28. 【請求項２８】 内部または外部の排気還流のための排
    気還流システムが備えられていることをを特徴とする請
    求項１０〜２７のいずれかに記載の内燃機関。
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