JP2007537388A - 内燃機関を運転する方法およびその方法を実施する内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図5
Description
吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ位相角の間に掃気されずにシリンダに残る残留ガスの部分と、
吸気バルブが開いた後、シリンダとエンジンの吸入域の間の負の掃気傾斜のためシリンダから吸入域に移動し、吸入工程で再度シリンダに入ってくる残留ガスの部分と、
排気バルブを閉じる前にエンジンの排気域からシリンダ内に再度押し戻されてくる残留ガスの部分とからなる。
発明による内燃機関を運転する新しい方法では、吸気バルブおよび排気バルブを有する少なくとも2つのシリンダを備え、低回転数域で新混合気のシリンダ充填を増やすため、少なくとも1つのシリンダのガス交換の際に吸気期間と排気期間のオーバーラップ位相角および排気期間を選択して、排気側の圧力が吸入側の圧力を上回る前に排気バルブを閉じることによって、少なくとも1つのシリンダのガス交換の際に排気期間を短縮し、かつ吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ位相角を延長する。
低回転数域、好ましくは2500/min未満で単にオーバーラップ位相角の延長および排気期間の短縮を行うと、高回転数の場合の増加した充填交換作業に基づくこのような方法の欠点および効率の悪化は避けられる。エンジンは通常、中回転数域から高回転数域までの運転域において最適化されるので、特に低回転数域のトルク増加を考慮することが望ましい。
排気期間は個々のシリンダの点火間隔、例えばR4エンジンの場合は約180°KWよりも長くしないことが好ましい。シリンダバンク上の点火間隔が等しくないV型エンジンの場合は記載した規則から外れ、シリンダ個々の排気制御期間の作動角長さおよびオーバーラップが互いに必要となる。
さらに、新混合気比率部分を増加することによって温度は圧縮工程の終わりに下がり、したがって内燃機関のノッキング限界に有利に影響を及ぼす。残留ガス量の減少は同様に作用し、それによって点火遅延時間が短くなり、燃焼速度は大きくなる。
低回転数の全負荷でオーバーラップ位相角を延長するため吸気バルブの開き始め時期の適切な値は従来の方法に対して30±5°KWだけ早くなっている。
このような点火順序による点火分離はR4エンジンの場合、特に作動角が180°KWで達成される。
図6に示すように、発明による内燃機関にバルブ切り替えシステムを備えることができ、そのシステムを使用して発明による制御期間の変更を行うことができる。図6にカムシャフト40の一部および発明による段付き排気カム41および42(2つの排気バルブ付きシリンダ)を示す。低回転数においては、大きいリフト輪郭を有するカム41aおよび42aから、小さいリフト輪郭を有するカム41bおよび42bに切り替えられる。ロッカーアーム43を介してそれぞれのカムによってそれに対応するバルブが作動する。発明によるカム41aおよび41bあるいは42aおよび42bはリフト輪郭を備え、それらは相互に交差するが、相互に入り込んではいない。それによって発明による排気期間の必要な変形は排気側の位相調節装置を追加することなしに達成できる。
高回転数におけるアイドル運転および全負荷運転の欠点が避けられるので、バルブ切り替えシステムは排気期間の短縮および吸入期間と排気期間のオーバーラップ位相角の延長のあらゆる可能性の利用が可能となる。
2 シリンダ燃焼室
3 シリンダ
4 燃料供給装置
5a 吸気バルブ
5b 排気バルブ
6 混合気供給装置
7 圧縮装置
8 排気ガス装置
9 排気ガスタービン
10 触媒
11 排気ガス戻り供給装置
12 エンジン制御装置
13 センサ
14 制御モジュール
20 圧力−排気側(従来)
21 圧力−吸入側(従来)
22 排気期間(従来)
30 圧力−排気側(発明)
31 圧力−吸入側(発明)
32 排気期間(発明)
40 カムシャフト
41 排気カム(発明)
41a 排気カム(発明)
41b 排気カム(発明)
42 排気カム(発明)
42a 排気カム(発明)
42b 排気カム(発明)
43 ロッカーアーム
50 吸入−制御期間(従来)
51 吸入−制御期間(発明)
52 排気−制御期間(従来)
53 排気−制御期間(発明)
Claims (17)
- それぞれ吸気バルブおよび排気バルブを有する少なくとも2つのシリンダを備えた内燃機関を運転する方法において、
少なくとも1つのシリンダ(3)のガス交換の際に新混合気のシリンダ充填を増加するために、吸気期間と排気期間のオーバーラップ位相角および排気期間を選択し、排気側の圧力が吸入側の圧力を上回る前に排気バルブを閉じる
ことを特徴とする方法。 - 特に2500/min未満の低回転数域において排気期間を短縮し、オーバーラップ位相角を延長することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 排気期間の短縮によってシリンダの点火順序による点火分離を実現することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- シリンダ(3)とシリンダ(3)の吸入側の間に正の掃気傾斜があるときに排気バルブを閉じるように排気期間を決めることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の方法。
- 内燃機関(1)に排気ガスターボチャージャーを装備することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の方法。
- シリンダ(3)の排気側に高い排気ガス圧力を備えることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の方法。
- 排気ガスターボチャージャー(7,9)から生じた吸入側の過給圧力を高めるために、少なくとも排気バルブ(5b)を閉じた後で現れるシリンダ(3)の排気側の高い圧力を
引き出すことを特徴とする請求項5または6に記載の方法。 - R4エンジンの場合、排気期間は180°KW±10°KWのクランク角とすることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の方法。
- バルブリフト量が1mmのときオーバーラップ位相角は5°KWから30°KWまでのクランク角にすることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の方法。
- ゼロ負荷と低負荷運転の間の部分負荷域において吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ期間を長くすることによって内部の排気ガス戻しの増加を実現することを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の方法。
- 新混合気のシリンダ充填を増加することによって内燃機関を約50K減少した負荷温度で駆動することを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の方法。
- 残留ガス量を下げることによって燃焼速度を上げることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の方法。
- 負荷温度を減少させることによってエンジンのノッキング限界に有利に影響を及ぼすことを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1項に記載の方法。
- 排気バルブ(5b)を制御するためカムシャフトを設け、配属された排気カムシャフトのプロフィールを使用して排気期間の短縮およびオーバーラップ位相角の延長を行うことを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項に記載の方法。
- 制御モジュール(14)を設け、ガス交換の間に新混合気のシリンダ充填を高めるため排気期間を短縮し、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ位相角を延長することを特徴とする、吸気バルブおよび排気バルブを有する少なくとも2つのシリンダを備えた内燃機関。
- 排気バルブ(5b)を制御するためカムシャフト(40)を設け、配属された排気カムシャフトプロフィールを使用して排気期間を短縮し、オーバーラップ位相角を延長することを特徴とする請求項15に記載の内燃機関。
- 吸気バルブ(5a)を制御するためカムシャフトを設け、オーバーラップ位相角を延長するため吸気バルブ(5a)の開き始めを従来のシステムより30°±5°KW早くなるよう位相角を移動することを特徴とする請求項15または16に記載の内燃機関。
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