JP2002534633A - 多気筒形内燃機関のシリンダ運転を再開する方法 - Google Patents

多気筒形内燃機関のシリンダ運転を再開する方法

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JP2002534633A JP2000592530A JP2000592530A JP2002534633A JP 2002534633 A JP2002534633 A JP 2002534633A JP 2000592530 A JP2000592530 A JP 2000592530A JP 2000592530 A JP2000592530 A JP 2000592530A JP 2002534633 A JP2002534633 A JP 2002534633A
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Abstract

(57)【要約】 1つの内燃機関は複数本のシリンダを有し、該シリンダには、電気機械式に作動されるガス交換弁が配設されている。シリンダ(1)の少なくとも1つのガス交換弁(2,3)の作動中断後、当該シリンダは、ガス交換弁作動の再開後に先ず低下された負荷で、かつ適合された制御パラメータでもって運転される。こうして少なくとも1つのガス交換弁(2,3)の作動中断後、電気機械式に作動されるガス交換弁(2,3)の確実な機能が保証されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、請求項1又は請求項2に発明の上位概念として規定したように、少
なくとも1つのガス交換弁の電気機械式作動を中断した後、或いは複数の作業サ
イクルのための少なくとも1本のシリンダにおいて燃焼を中断した後に、多気筒
形内燃機関のシリンダ運転を再開する方法に関する。
【0002】 電気機械式に作動されるガス交換弁を備えた内燃機関は公知である。カム軸作
動式の弁とは異なって、該ガス交換弁は開弁及び閉弁のために制御器によって、
クランク軸の回転位置に関連して作動制御される。この場合クランク軸との機械
的な固定結合は存在していない。
【0003】 前記のようなガス交換弁は、例えば欧州特許出願公開第0 724 067号明
細書に基づいて公知になっており、この公知技術が本発明の請求項1及び請求項
2の上位概念では出発点となっている。該ガス交換弁は夫々、閉弁位置と開弁位
置との間に1つの休止位置を有し、該休止位置からガス交換弁は電磁式に偏位す
ることができる。休止位置ではガス交換弁は半開位置にある。内燃機関において
電気機械式に作動される弁を運転する場合、電気機械式に作動される弁の1つ又
は複数に一時的に異常が発生することがある。このような異常発生の場合、弁は
静止状態の半開位置へ自動的に移動する。その場合に噴射されてシリンダ内で燃
焼されなかった燃料が排気管へ逃げて、有害汚染ガスが増大したり、或いは排ガ
ス後処理装置が損傷したりするのを防止するために、弁異常が確認されると即座
に、このシリンダへの燃料供給が中断される。前掲の欧州特許出願公開第0 7
24 067号明細書によれば、このような場合には、電気機械式に作動される
当該ガス交換弁を即座に閉弁し、次いで運転を再開することが公知になっている
【0004】 またドイツ連邦共和国特許出願公開第196 06 585号明細書に基づいて
、遮断されたガス交換弁を再び接続し、かつ当該シリンダを移行期の間、適当に
修正された運転パラメータで運転することが公知になっている。その場合当該ガ
ス交換弁はカム軸によって運転され、かつ液力的に遮断もしくは接続される。前
記移行期に内燃機関は、やや濃厚にされた混合気で運転され、かつ、運転を再開
されるシリンダには、一時的に比較的多量の燃料量が供給される。
【0005】 しかしながらフルに働く電気機械式駆動装置の場合にも、ガス交換弁の作動再
開後に往々にしてその直後に、改めて異常が発生することが判った。
【0006】 これは、推力遮断(Schubabschaltung)時、殊に、推力遮断後に内燃機関の高
い負荷が要求される場合に行われるように、少なくとも1本のシリンダ内の燃焼
を計画に即して中断した後にも確認される。
【0007】 そこで本発明の課題は、少なくとも1つのガス交換弁の電気機械式作動を中断
した後、或いは少なくとも1本のシリンダ内の燃焼を中断した後に、多気筒形内
燃機関のシリンダ運転を再開する方法を改良して、当該シリンダの運転再開を異
常無く導入できるようにすることである。
【0008】 前記課題は、本発明によれば請求項1及び請求項2の特徴部に記載した構成手
段によって解決される。
【0009】 本発明は、ガス交換弁が作動されず、かつ例えば休止位置にあったため、かつ
/又は燃焼が行われなかったために、シリンダが動作しなかった持続時間に関連
して燃焼室が多かれ少なかれ強く冷却されているという認識を出発点とするもの
である。この冷却作用は殊に、比較的冷たい空気又は排ガスがピストンのストロ
ーク運動によって「ポンピング」されることによって生じる。ところでこのガソ
リン内燃機関又はディーゼル内燃機関のシリンダの運転を再開するために、運転
の続行されるその他のシリンダと同一の制御パラメータ(例えば燃料量、弁制御
時間、点火時点もしくは噴射時点など)が選ばれると、運転されていなかったシ
リンダの運転再開時に、当該シリンダにおいて強い周期的な燃焼変動、更にはま
た燃焼停止が生じる。その場合殊に、低下された燃焼室温度が燃焼速度にネガテ
ィブに作用して燃焼が著しく遅れることになる。その場合燃焼の重心位置は、通
常のように上死点から8゜〜12゜のクランク角には位置せず、約30゜〜50
゜の所に位置している。この燃焼遅れに加えて、運転再開のために元々より多量
の燃料質量を必要としたシリンダ内には、往々にして高い新混合気成分が残留し
ている場合がある。
【0010】 これに基づいて、排気弁が開弁すべき時点における燃焼室内の圧力は、他のシ
リンダに比して著しく高い。その結果、排気弁の電気機械式作動は、著しく大き
な力に抗して行われねばならなくなる。この力が、電気機械式作動によってガス
交換弁を開弁できないほど大きいと、電気機械式作動の欠落が生じる。
【0011】 それ故に本発明は、ガス交換弁の作動中断後又はシリンダの燃焼中断後に当該
シリンダの運転を再開する場合に、他のシリンダとは異なった制御パラメータで
もって当該シリンダを運転するようにした。その場合当該シリンダの運転負荷は
、或る所定の負荷限界値を超えてはならない。これによって燃焼室内の圧力は、
排気弁の開弁すべき時点に、遅れ燃焼にも拘わらず、もはや著しく高められるこ
とはない。これによってガス交換弁の電気機械式作動の欠落は回避される。
【0012】 その場合シリンダの運転再開前に当該シリンダは、先ず少なくとも1サイクル
にわたって全負荷制御時間で運転され、勿論その場合燃料が噴射されたり点火が
行われたりすることはない。これによってシリンダ内に主として空気を存在させ
ることが保証される。さもなければ、基本的にこの状態から出発することはでき
ない。それというのは、例えば排気弁の運転が中断された場合、新混合気もしく
は新気が膨張時に吸込まれるばかりでなく、排ガスも半開きの排気弁を通して吸
込まれるからである。
【0013】 本発明の有利な構成は、従属請求項に記載した通りである。
【0014】 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
【0015】 図1は、電気機械式に作動されるガス交換弁の概略縦断面図である。
【0016】 図2は、電気機械式に作動されるガス交換弁を備えた内燃機関の1本のシリン
ダの概略断面図である。
【0017】 図3は、クランク角を関数として燃焼中のシリンダ内の圧力経過を示す線図で
ある。
【0018】 シリンダの運転を再開する方法は、電気機械式に作動されるガス交換弁を備え
た多気筒形内燃機関のために勘案されたものである。このようなシリンダは図2
において概略的に図示されている。該シリンダ1は、電気機械式に作動される少
なくとも1つの吸気弁2と少なくとも1つの排気弁3を有している。シリンダ1
の吸気管内へ噴射弁8′によって燃料が噴射される。本実施例では、電気機械式
に作動される吸気弁2と排気弁3が使用されており、前記の吸気弁及び排気弁の
休止位置は、開弁位置と閉弁位置との間の中立的な中間位置にある。このような
電気機械式に作動される弁は図1において、より詳細に図示されている。
【0019】 電気機械式に駆動される吸気/排気弁2,3は、弁皿と弁座を備えた弁軸を駆
動する磁極子軸10から成っている。前記弁皿は2つの終端位置間を可動である
。上位終端位置において吸気/排気弁2,3は閉鎖されており、また下位終端位
置において開放されている。アクチュエータばね9が、上位ばね受け皿5と蓋1
1との間に締め込まれており、かつ磁極子軸10を、弁皿の開弁位置の方向に負
荷している。ケーシングと、磁極子軸10の周面に装着された下位ばね受け皿7
との間に配置された弁ばね8は弁皿を閉弁位置へ負荷している。電気機械式駆動
装置は、上位コイルコア17と下位コイルコア18とから成り、上位コイルコア
17の周面に沿って巻線19が、また下位コイルコア18の周面に沿って巻線2
0が配置されている。上下の両コイルコア17,18内を磁極子軸10がシフト
可能である。上位コイルコア17と下位コイルコア18との間に磁極子6が配置
されている。両コイルコア17,18の、磁極子6に対面した方の端面21,2
2は、磁極子6のためのストッパを形成しており、従って開弁状態もしくは閉弁
状態になる吸気/排気弁2,3の上位/下位終端位置を規定する。巻線19,2
0が付勢されない限り、磁極子6は弁ばね8とアクチュエータばね9とによって
、図1に図示したように両端面21,22間の休止位置に保持される。両巻線1
9,20は、制御器4(図2参照)によって作動制御されるドライバ回路によっ
て給電される。巻線19,20に電流が流れると、巻線19,20及びコイルコ
ア17,18によって形成される電磁石には、磁極子6をコイルコア17,18
へ引張る磁界が発生し、これによって磁極子軸10、ひいては弁が駆動される。
【0020】 このように電気機械式に作動される弁2,3を休止位置から一方の終端位置へ
動かすためには2つの操作方式が可能である。共振周波数の作動振動が出力最小
限の場合、第1の操作方式によれば巻線19,20が、機械的なばね−質量−振
動子の固有周波数で交互に励振される。これによって、磁極子6の振動振幅、ひ
いては該磁極子に結合された磁極子軸10の振動振幅を、磁極子6が両端面21
,22の一方に受け止められるまで、高めることが可能である。この受け止め位
置に磁極子は、相当巻線19,20への適当な給電によって僅かなエネルギー消
費でもって保持される。このような振動作動動作時間は、典型的には100ms
未満であり、かつ巻線19,20を通る所要電流は比較的僅かでしかない。第2
の操作方式は、巻線19,20とコイルコア17,18とから成る電磁石による
磁極子6の引き付けが1回限りである点にあり、しかもこの場合、巻線19,2
0は、磁極子軸10の磁極子6が端面21もしくは22に引き付けられるまで、
著しく高い電流で短時間負荷される。この動作は、著しく迅速に、典型的には1
0ms未満の速さで行われるが、但し比較的高い電力が必要になる。
【0021】 予知できない事象、例えば燃焼経過の強い周期的な変動に基づいて、或いは磁
極子軸10のガイドにおいて推計学的に発生する異常に高い摩擦力によって、1
本のシリンダ1の単数又は複数のガス交換弁2,3に異常が発生する場合、この
異常を適当なセンサによって、例えばガス交換弁2,3の弁行程位置を検知する
行程センサによって検知し、次いで当該シリンダ1への燃料供給を中断する必要
があり、ひいては、燃料が噴射されはしたが当該シリンダ内では不燃焼に終わっ
たことに基づいて排気汚染が高まったり、或いは排ガス後処理装置が損傷したり
するような事態が防止されねばならない。
【0022】 次いで、巻線19,20のいずれか又はドライバ回路に電気的な故障が存在し
ないことを確認するために、制御器4によって電気系統の検査が行われる。電気
的な故障がなければ、ガス交換弁の電気機械式作動が再開される。これは前記の
両操作方式のいずれかによって実施することができる。
【0023】 その際、一方の終端位置への引き付けが選ばれる場合、相当巻線19,20へ
の給電の時間制御を選択して、終端位置へのガス交換弁2,3の運動をピストン
運動によって助成するようにするのが有利である。ガス交換弁2,3を例えば閉
弁位置へもたらされねばならない場合、巻線19への給電は、シリンダ1のピス
トンの下死点の領域で該ピストンの上向運動時に始まるように行われねばならな
い。その場合、当該ガス交換弁に沿って流れるガス流及び、当該シリンダ内に増
成する圧力が、ガス交換弁2,3の運動を支援する。終端位置へ磁極子6を引き
寄せる時間はほぼ一定であるので、巻線19,20への給電開始時点は、回転数
に関連して可変に選択されねばならない。いずれにしてもガス交換弁2,3は、
当該ピストンが上死点後、下向運動を開始する以前に終端位置に到達することが
保証されていなければならない。
【0024】 ガス交換弁2,3が休止位置に位置していた時間のあいだ、シリンダ1内で燃
焼は行われていないので、燃焼室は、シリンダ1の欠落時間に関連して多かれ少
なかれ冷却されている。これは、例えば推力遮断時に燃焼が計画に即して中断さ
れた場合も同等である。この冷却は殊に、比較的冷たい空気又は排ガスがこのシ
リンダ1によって「ポンピング」されたことによって生じる。ピストンのストロ
ーク運動に伴って流入・流出するガスによって、ピストンボトム、燃焼室ヘッド
、シリンダ周壁及びガス交換弁2,3の温度は低下されるのである。この冷却を
最低限に抑えるためには、ガス交換弁2,3のいずれかが休止位置に停留したこ
とが検知された場合、シリンダを通る排ガスが吸気管内へ流入できないように配
慮されねばならない。
【0025】 この低下した燃焼室温度は、図3において圧力曲線24で図示したように、燃
焼を著しく遅める要因となる。この線図から判るように、上死点の前で点火した
後の燃焼が、ノーマルな負荷運転の場合に、著しく遅らされており、従って排気
弁3の開弁時に下死点前でシリンダ1内には、増強された圧力が支配している。
ノーマルな燃焼の場合の圧力経過は圧力曲線23で例示されている。両圧力曲線
23,24を比較すれば判るように、遅らされた燃焼によって、燃焼室内の圧力
は、排気弁3の開弁時点にΔだけ高められている。
【0026】 燃焼室温度の低下以外に、運転再開前にシリンダ1内に存在するガス組成は未
知であるので、主として新気がシリンダ1内に位置することを保証するためにシ
リンダ1は先ず1サイクルのあいだ全負荷制御時間で運転される。このようなサ
イクルは原則として吸気弁2の開弁をもって始まるが、ネガティブな弁重なりの
場合、排気弁3の閉弁をもって始めることもできる。該サイクルは、排気弁3の
開弁をもって終わる。択一的にシリンダ1を先ず複数回サイクルにわたって、全
負荷制御時間で運転することも可能である。
【0027】 それに続く運転再開の最初のサイクルのための混合気調製を改善するために、
ガソリン機関の場合には、燃焼室への燃料−空気混合気の流入条件を改善するよ
うに弁制御時間を選択するのが有利である。このために先ず上死点の領域で排気
弁が閉弁される。次いでピストンが再び下向運動すると、シリンダ1内には負圧
が増成される。こうして吸気弁2を開弁すると、圧力勾配に基づいて燃焼室への
流入速度は著しく大になり、これによって著しく良好な混合気調製が得られる。
【0028】 いまやシリンダ1内に噴射弁8′を介して燃料が噴射されて点火される。ガス
交換弁2,3が休止位置に改めて止まるのを防止するために、当該シリンダ1を
他のシリンダとは別の制御パラメータで運転するように制御パラメータが選ばれ
る。その場合、当該シリンダ1の運転を確実に再開させるために、踏み越えては
ならない負荷限界が与えられている。噴射なしに当該シリンダに新気を充填し、
運転再開後の最初のサイクルのために吸い込まれる新気ガス質量を減少し、かつ
運転再開のための制御パラメータを適合させることによって、前記の燃焼遅れ時
の圧力レベルが低下され、こうして排気弁の開弁時点には、ノーマル燃焼圧が得
られる。排気弁3の開弁時点における増強された圧力はこれによって回避され、
ひいてはガス交換弁2,3を異常なく作動させることが可能になる。
【0029】 他のシリンダは、運転再開されたシリンダ1の、場合によっては低下される負
荷を補償するために、一時的に負荷を高めて運転することもできる。
【0030】 上記の構成手段は、単数又は複数のガス交換弁の作動を中断した後に、また推
力遮断時に少なくとも1本のシリンダ内における燃焼を中断した後に、1本又は
複数本のシリンダ1の運転を再始動する場合にも使用することができる。それと
いうのはこの場合も同等の現象が生じるからである。つまり特に推力遮断から高
負荷へ移行する場合に、排気弁の開弁時にシリンダ内には、増強した圧力が生じ
るので、従って弁異常の危険が示唆されている。本発明はこの場合の対策手段を
提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 電気機械式に作動されるガス交換弁の概略縦断面図である。
【図2】 電気機械式に作動されるガス交換弁を備えた内燃機関の1本のシリンダの概略
断面図である。
【図3】 クランク角を関数として燃焼中のシリンダ内の圧力経過を示す線図である。
【符号の説明】 1 シリンダ、 2 吸気弁、 3 排気弁、 4 制御器、 5
上位ばね受け皿、 6 磁極子、 7 下位ばね受け皿、 8 弁ばね
、 8′ 噴射弁、 9 アクチュエータばね、 10 磁極子軸、 1
1 蓋、 17 上位コイルコア、 18 下位コイルコア、 19,2
0 巻線、 21,22 端面、 23 ノーマル燃焼時の圧力曲線、
24 燃焼遅れ時の圧力曲線
───────────────────────────────────────────────────── 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 41/02 330 41/02 330C 335 335 41/04 320 41/04 320 330 330B 335 335B 43/00 301 43/00 301A 301B 301H 301J 301Z F02P 5/15 F02P 11/04 302A 11/04 302 5/15 B Fターム(参考) 3G019 AB01 AB03 AC04 AC08 CB17 3G022 CA04 CA09 DA01 3G084 AA00 BA13 BA15 BA16 BA17 BA23 CA04 DA33 FA18 3G092 AA01 AA05 AA14 AB02 BA09 BA10 BB06 BB10 CA09 CB02 CB04 CB05 DA07 DA11 DE01S DG09 EA03 EA12 EB04 FA09 FB03 GA12 GA14 HA13Y HA13Z HB01X HB02X HC08X HC09X 3G301 HA01 HA07 JA14 JB02 KA12 LA07 LB02 LC01 MA11 MA18 MA24 MA25 NE11

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気機械式に作動されるガス交換弁(2,3)を備えた多気
    筒形内燃機関の1本又は複数本のシリンダの運転を、少なくとも1つのガス交換
    弁(2,3)の作動中断後に再開するために、先ず前記ガス交換弁(2,3)の
    作動を再開するようにして行う形式の、多気筒形内燃機関のシリンダ運転を再開
    する方法において、シリンダ(1)を先ず少なくとも1回のサイクルにわたって
    、燃料供給なし・点火なしで全負荷制御時間でもって運転し、次いで当該シリン
    ダ(1)を加熱のためにその他のシリンダ(1)とは別の制御パラメータでもっ
    て一時的に運転し、しかも当該シリンダ(1)の負荷を、規定の負荷限界値以下
    に保ち、かつその他のシリンダ(1)を、より高い負荷で運転することを特徴と
    する、多気筒形内燃機関のシリンダ運転を再開する方法。
  2. 【請求項2】 電気機械式に作動されるガス交換弁(2,3)を備えた多気
    筒形内燃機関の1本又は複数本のシリンダ(1)の運転を、少なくとも1本のシ
    リンダ(1)における複数回の作業サイクルにわたる燃焼中断後に再開するため
    に、先ず当該シリンダ(1)における燃焼を再開するようにして行う形式の、多
    気筒形内燃機関のシリンダ運転を再開する方法において、シリンダ(1)を先ず
    少なくとも1回のサイクルにわたって、燃料供給なし・点火なしで全負荷制御時
    間でもって運転し、次いで当該シリンダ(1)を加熱のためにその他のシリンダ
    (1)とは別の制御パラメータでもって一時的に運転し、しかも当該シリンダ(
    1)の負荷を、規定の負荷限界値以下に保ち、かつその他のシリンダ(1)を、
    より高い負荷で運転することを特徴とする、多気筒形内燃機関のシリンダ運転を
    再開する方法。
  3. 【請求項3】 別の制御パラメータで運転するために次の単数又は複数の手
    段、すなわち: 当該シリンダ(1)に供給される燃料量を減少すること、 点火時点及び/又は噴射時点を早め方向に調整すること、及び/又は 当該シリンダ(1)のピストン吸気運動をすでに行うと共に排気弁(3)の閉
    弁後に吸気弁(2)を開弁することによって充填均質化を向上すること を講じる、請求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 僅かな負荷でシリンダ(1)を運転するために、規定の空気
    過剰率(λ値)から偏差値を有するように当該シリンダ(1)の運転パラメータ
    を選択し、かつ、前記偏差値によってその他のシリンダの空気過剰率の逆向きの
    偏差を生ぜしめるようにその他のシリンダの運転パラメータを選択し、しかも前
    記の偏差によって全てのシリンダの合流排ガスが再び規定の空気過剰率に相当す
    るようにする、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. 【請求項5】 運転再開に先立つ当該シリンダ(1)の運転パラメータの選
    択時に、吸気弁(2)又は排気弁(3)の作動が中断されているか否かを考慮す
    る、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 ガス交換弁(2,3)の作動中断時に当該シリンダ(1)の
    他のガス交換弁(2,3)を適当な位置に位置させることよって、排ガスが当該
    シリンダ(1)を通って吸気管内へ流入するのを阻止するように配慮する、請求
    項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 電気機械式に作動されるガス交換弁(2,3)が、2つの終
    端位置つまり閉弁位置と開弁位置との間を可動であり、かつ、電気機械式作動な
    しに前記の両終端位置間の中立位置において休止位置を占めるようになっており
    、少なくとも1つのガス交換弁(2,3)の作動中断を、不都合な作動異常によ
    って生ぜしめ、該作動中断時に当該ガス交換弁(2,3)を休止位置に停留させ
    る、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
  8. 【請求項8】 ピストン運動が一方の終端位置へのガス交換弁(2,3)の
    運動を支援するようにして作動再開を行う、請求項7記載の方法。
  9. 【請求項9】 少なくとも1つのガス交換弁(2,3)の作動中断又は燃焼
    中断を推力遮断時に行う、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
  10. 【請求項10】 当該シリンダ(1)を僅かな負荷で運転する限り、その他
    のシリンダを増強された負荷で運転する、請求項1から9までのいずれか1項記
    載の方法。
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