JP2004197745A - 可変圧縮比を有する多シリンダ式の内燃機関を運転するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ジオメトリ的な圧縮比が制御されて可変となる内燃機関のスタート特性を改善する。
【解決手段】内燃機関１０のスタートを、内燃機関１０の標準運転での圧縮比に比べて低減された圧縮比を用いて行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変圧縮比を有する多シリンダ式の内燃機関を運転するための方法に関する。さらに本発明は、多シリンダ式の内燃機関の少なくとも圧縮比を制御する制御装置に関する。

このような方法およびこのような制御装置は、それぞれドイツ連邦共和国特許第１００５１２７１号明細書に基づき公知である。

上記ドイツ連邦共和国特許明細書に開示されている内燃機関のクランクシャフトは直接にエンジンブロックには支承されていない。その代わりに、クランクシャフトは複数の偏心リングに支承されており、これらの偏心リング自体はエンジンブロックに設けられた支持軸受けに回転可能に支承されている。調節機構を用いて、これらの偏心リングを制御して回転させることができる。偏心リングが回転させられると、エンジンブロックに対して相対的なクランクシャフトの位置が変化する。内燃機関のシリンダはエンジンブロックに結合されており、内燃機関の、シリンダ内に可動に案内されたピストンは、一定の長さの連接棒もしくはコネクティングロッドを介してクランクシャフトに結合されている。したがって、エンジンブロックに対して相対的なクランクシャフトの位置の変化は、内燃機関のシリンダ内でのピストンの位置の変化をも生ぜしめる結果となる。特に、シリンダ内でのピストンの上死点（ＯＴ）の位置も変化する。その結果、ピストンの上死点位置でピストンの上方に封入された圧縮容積ＶＣも変化する。ピストンの上死点位置と同じ分だけピストンの下死点位置も変化するので、エンジンブロックに対して相対的なクランクシャフト位置が変化しても内燃機関の行程容積（排気容積）ＶＨは変わらない。行程容積ＶＨが一定の場合に圧縮容積ＶＣを変化させることは、圧縮比_ε＝（ＶＨ＋ＶＣ）／ＶＣを変化させること意味する。

クランクシャフト支承部とシリンダとの間の距離を制御して変化させる、このような調節機構に対して択一的に、クランクシャフト支承部に対してエンジンブロックを傾動させるか、またはエンジンブロックに対してシリンダヘッドを傾動させるか、またはエンジンブロックに対して相対的にシリンダヘッドを昇降させることによって圧縮比を制御して変化させるシステムも知られている。これら全ての方法に共通していることは、圧縮容積ＶＣを制御して変化させることによってジオメトリ的な圧縮比_ε＝（ＶＨ＋ＶＣ）／ＶＣを変えることができることである。

燃焼室のジオメトリ、つまり幾何学的形状により決定された、固定に設定された圧縮比_εを有する慣用の内燃機関に比べて、可変圧縮比を用いると、部分負荷領域における内燃機関の熱力学的な効率を向上させることができる。その結果、消費量に関する利点を得ることができる。これによって、ＣＯ_２エミッションの削減も得られる。圧縮比が高くなればなるほど、圧縮最終温度もますます高くなる。圧縮最終温度が増大するにつれて、オットエンジンにおける燃焼室充填物が自己着火する（ノッキング）危険が増大するので、最大可能となる圧縮比は燃料のノッキング傾向により制限されている。固定圧縮比を有する慣用の内燃機関では、最大の燃焼室充填度（全負荷）においてもノッキングが生じなくなるように最大圧縮比が構造的に規定されなければならない。その結果、構造的に固定設定された圧縮比では、燃焼室充填度が最大可能な値よりも下にある場合（部分負荷）には、圧縮最終温度が臨界的な圧縮最終温度には遠く及ばなくなる。その場合、燃焼効率は最適な効率よりも劣ったままとなる。可変圧縮比を用いると、このような効率損失を阻止することができる。したがって、通常では、可変圧縮比を有する内燃機関のジオメトリ的な圧縮比は負荷（燃焼室充填度）が減少するにつれて増大される。

上で説明した可変圧縮比のコンセプトとは別個に、電気スタータの使用をできるだけ十分に回避して内燃機関のダイレクトスタートを可能にしようとする開発が続けられている。これに関連して、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１１１９２８号明細書に基づき、スタート前に内燃機関の１つのシリンダ内でのピストンの位置を求めることが知られている。こうして、内燃機関の、ピストンが作業行程（Arbeitstakt）もしくは燃焼行程に位置しているシリンダが識別される。引き続き、当該シリンダの燃焼室内に燃料が直接に噴射され、噴射直後に燃焼室充填物が点火され、これにより内燃機関のセルフスタートまたはダイレクトスタートがリリースされる。

このようなセルフスタートコンセプトを、可変圧縮比を有する内燃機関に転用すると、定圧縮比と相まって実施されるダイレクトスタートコンセプトの場合よりもスタート特性が劣ることが判った。
ドイツ連邦共和国特許第１００５１２７１号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１１１９２８号明細書

このような背景に基づき、本発明の課題は、ジオメトリ的な圧縮比が制御されて可変となる内燃機関のスタート特性を改善する方法を提供することにある。

さらに本発明の課題は、このような内燃機関のスタート特性を改善する制御装置を提供することにある。

この課題を解決するために本発明の方法では、内燃機関のスタートを、内燃機関の標準運転での圧縮比に比べて低減された圧縮比を用いて行うようにした。

さらに上記課題を解決するために本発明の制御装置の構成では、当該制御装置が、内燃機関のスタートのために圧縮比を、内燃機関の標準運転での圧縮比の値に比べて低減された値に調節するようにした。

既に述べたように、ダイレクトスタート時では、スタートのために必要となる燃焼エネルギが、ちょうど作業行程に位置しているピストンを有するシリンダ内での燃料噴射および点火によってしか形成されない。ダイレクトスタートを成功させるための基本前提条件としては、この燃焼エネルギが、点火順序で見て最初に点火するシリンダに続いたシリンダ内での圧縮仕事を付与するために十分な大きさになれなければならない。ジオメトリ的な圧縮比の本発明による低減は、上記圧縮仕事を低減するので有利である。これにより、低減された圧縮仕事を付与するためには、ダイレクトスタート時における最初の燃焼室充填物の点火時に放出される比較的小さな燃焼エネルギだけでも十分となり得る。

これによって、本発明による方法は次のような認識に基づいている。すなわち、内燃機関のスタート特性は、付与されるべき圧縮仕事に著しく関連しており、そしてこの付与されるべき圧縮仕事は前記ジオメトリ的な圧縮比_ε＝（ＶＨ＋ＶＣ）／ＶＣに著しく関連しているという認識に基づいている。

さらに本発明は次のような認識にも基づいている。すなわち、可変のジオメトリ的な圧縮比を有する内燃機関の場合に部分負荷領域において通常高められるジオメトリ的な圧縮比はダイレクトスタートコンセプトとの関係では不都合になり得るという認識に基づいている。

本発明はこのような不都合を取り除き、そして可変のジオメトリ的な圧縮比を有する内燃機関においてもダイレクトスタートを可能にする。これらの利点は、可変のジオメトリ的な圧縮比の汎用の制御のそれ自体不都合な効果が、内燃機関のスタートのためのジオメトリ的な圧縮比の本発明による低減によって回避されるだけでなく、ダイレクトスタートコンセプトと可変のジオメトリ的な圧縮比のコンセプトとの統合における相乗効果が生じることにより達成される。

内燃機関のスタートを、最小に調節可能な圧縮比、つまり調節可能となる最小圧縮比を用いて行うことが有利である。

通常、ジオメトリ的な圧縮比は値８と値１４との間で変えられる。試験において、できるだけ小さな圧縮比が最良のスタート特性を生ぜしめることが判った。

さらに、圧縮比を内燃機関のスタート終了後に徐々に増大させることが有利である。

スタート終了は内燃機関において通常では、増大する機関回転数が数百ｒ．ｐ．ｍ．の予め設定された閾値を超過することによって定義されている。このような回転数閾値が超過されると、内燃機関は既に多くの回転エネルギを有しているので、後続の圧縮行程における後続の圧縮仕事は問題なく付与され得る。さらに、機関回転数の増大時では、点火されたシリンダの作業行程におけるそれぞれ先行した燃焼から、より大きな駆動モーメントも提供される。スタート終了後の圧縮比の増大はスタート後に極めて迅速に、熱力学的な効率および／または排ガスエミッションを最適化するために有利となるジオメトリ的な圧縮比の調節を可能にする。

ジオメトリ的（幾何学的）な圧縮比は圧縮容積ＶＣと行程容積ＶＨとに関連している。この場合、圧縮容積とは周知のように、ピストンが上死点位置に位置しているときにピストンの上方に形成される燃焼室容積である。行程容積ＶＨは周知のように、ピストンの上死点位置と下死点位置との間でシリンダ内に形成される容積である。したがって、理論的にはピストン行程を変え、かつ／または圧縮容積ＶＣを変えることによってジオメトリ的な圧縮比を変えることができる。

行程容積ＶＨを減少させるか、または圧縮容積ＶＣを増大させることにより、ε＝１＋ＶＨ／ＶＣの低減を達成することができる。ＶＣの増大はＶＨの低減に比べて、内燃機関の停止状態において作業行程位置に位置しているシリンダ内の点火させたい燃焼室充填物が増大するという利点を有している。これにより、この燃焼室充填物の燃焼から得られるエネルギ放出も増大されるので有利である。このことはセルフスタートを容易にする。

言い換えれば、圧縮容積ＶＣの増大によるジオメトリ的な圧縮比の低減により、点火順序で見てその都度後続のシリンダにおける圧縮仕事が著しく低減されるだけではなく、エンジン停止状態において、ちょうど作業行程に位置しているシリンダ内で燃焼室内に一層多くの空気質量が提供されるようにもなる（燃焼室内の空気圧＝周辺圧）。

それゆえに、予め規定された混合気組成（空気過剰率λ＝１、λ＜１またはλ＞１）を有するスタート時では、固定圧縮比を有する慣用のスタートの場合よりも多くの燃料を噴射することができる。これによって、慣用のスタートの場合よりも高い燃焼エネルギを発生させることができる。達成可能な燃焼エネルギの増大と同時に、付与されるべき圧縮仕事の低減が得られることに基づき、内燃機関がセルフスタートする確実性もしくは信頼性は著しく向上される。さらに別の利点としては、セルフスタート時での内燃機関の一層迅速な回転数上昇が挙げられる。

さらに、圧縮比を内燃機関の停止時に最後の圧縮行程および膨張行程において、内燃機関のピストンが予め規定された位置に停止するように制御して変えることが有利である。この場合、最後の圧縮行程および膨張行程における圧縮比の制御された増大および／または低減により、ピストンの往復運動停止時におけるシリンダ内の圧力、ひいてはシリンダ内に封入された空気柱のガスばねモーメントが意図的に変えられるので、予め規定されたピストン位置が得られる。これによって制御装置では、後続のセルフスタートのために、ピストンが作業位置に位置しているシリンダが既知となる。その結果、制御装置は後続のセルフスタート時にこのシリンダを確実に識別することができ、そしてこのシリンダのための燃料調量および対応する点火を適宜に制御することができる。

このような手段はスタートストップ運転（アイドリングストップ運転）、つまり停止段階と作動段階とが比較的迅速に連続して行われるような内燃機関の運転の実現を容易にする。このことは、たとえば自動車が市街地交通で駆動される場合に燃料を節約することができる。

さらに、内燃機関のスタート時に最初に点火される少なくとも１つのシリンダを、内燃機関の停止状態におけるピストンの予め規定された位置に関連して選び出すことが有利である。

本発明のさらに別の有利な実施態様は、内燃機関の停止状態で内燃機関の少なくとも１つの燃焼室内に燃料を噴射することによって、まず該燃焼室内に可燃性の燃焼室充填物を形成し、かつ直接に引き続いて該燃焼室充填物に点火することを特徴としている。

特に燃焼室への燃料の直接噴射は低減された圧縮比と相まって信頼性の良いダイレクトスタートと、スタートストップ運転における迅速なエンジン増速運転とを可能にすることが判った。

本発明のさらに別の有利な実施態様は、内燃機関のスタートを、別個のスタータのアシストなしにダイレクトスタート（Direktstart）またはセルフスタート（Selbststart）として行うことを特徴としている。

この実施態様には、内燃機関をスタートストップ運転でスタートさせるために、バッテリ作動式の電気スタータの作動が必要となる頻度が著しく減じられるという利点がある。スタータノイズが消滅したことにより得られるノイズ利点の他に、別の利点としては、より小型のバッテリ、つまりより小さな容量のバッテリを使用することが可能になる。これにより、自動車の最初の製造時にコストが節約されるだけでなく、引き続き自動車が使用されてゆく中でもコストが節約される。なぜならば、小型のバッテリは重量も軽く、そしていかなる重量利点も消費量利点をもたらすからである。

本発明のさらに別の利点は、本発明を実施するための最良の形態および添付図面から明らかとなる。もちろん、上で挙げた特徴も、以下に説明する特徴も、それぞれ記載した組合せの形でのみ使用されるわけではなく、本発明の枠から逸脱することなしに別の組合せの形でも、あるいはそれぞれ単独の形でも使用可能となる。

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。

図１には、内燃機関１０が著しく簡略化された形で図示されている。内燃機関１０はエンジンブロック１２を有しており、このエンジンブロック１２内には複数のシリンダ１４が配置されている。図１には、多シリンダ式の内燃機関の１つのシリンダ１４が示されている。その他のシリンダは、たとえば図示のシリンダ１４の背後に配置されているので、図１は多シリンダ式の直列型エンジンの概略化された正面図に相当する。シリンダ１４内では、シリンダ１４内に案内されたピストン１８によって燃焼室１６が可動にシールされる。ピストン１８は連接棒もしくはコネクティングロッド２０を介して、クランクシャフト２２に設けられたコネクティングロッドベアリング２６に枢着されている。クランクシャフト２２はメインベアリング２４に回転可能に支承されている。矢印２８はクランクシャフト２２の回転方向を表している。可変圧縮比を実現するためには、クランクシャフト２２のメインベアリング２４が直接にエンジンブロック１２に支持されていない。

その代わりに、メインベアリング２４は偏心リング３０に支承されており、そしてこの偏心リング３０がエンジンブロック１２に回転可能に支承されている。クランクシャフト２２のメインベアリング２４は偏心リング３０に偏心的に取り付けられている。したがって、クランクシャフト２２のメインベアリング２４は偏心リング３０が回転させられると、エンジンブロック１２に対して相対的に移動する。図１に示した状態では、クランクシャフト２２のメインベアリング２４が最も低い位置、つまり最低位の位置に位置している。さらに、クランクシャフト２２とコネクティングロッド２０とから成るクランク伝動装置は、シリンダ１４内でのピストン１８の上死点ＯＴを規定する位置に位置している。シリンダ１４内でのピストン１８の上死点ＯＴにおいてピストン１８の上方に残った容積は、コンプレッションボリュームまたは圧縮容積ＶＣとみなされる。

図１に示した状態では、エンジンブロック１２内でクランクシャフト２２が最低位の位置を占めていることに基づき、比較的大きな圧縮容積ＶＣが生ぜしめられる。内燃機関１０のシリンダ１４の行程容積ＶＨは、ピストン１８が上死点ＯＴから下死点ＵＴへ運動する際にピストン１８により解放される容積に相当している。偏心リング３０の回転に基づいて可能となるクランクシャフトシフトによってもこの行程容積ＶＨには影響が与えられない。したがって、行程容積ＶＨはクランクシャフト２２のシフトに対して不変となる。

内燃機関のジオメトリ的な圧縮比ε、つまり実圧縮比ではなく幾何学的条件からのみ算出された圧縮比εは周知のように、行程容積ＶＨと圧縮容積ＶＣとを合算した総和を圧縮容積ＶＣに関して正規化した値、すなわち行程容積ＶＨと圧縮容積ＶＣとの総和（「シリンダ容積」）を圧縮容積ＶＣで割った値である。図１において符号３２は作動部材もしくはアクチュエータを示している。このアクチュエータ３２によって偏心リング３０の回転位置は、制御装置３４により設定された通りに可変となる。アクチュエータ３２は、たとえば電動モータ式の駆動装置であってよい。その場合、この駆動装置は歯車駆動装置またはウォーム駆動装置を介して偏心リング３０と作用連結されている。既に説明したように、クランクシャフト２２は図１に示した状態ではエンジンブロック１２に対して相対的に最低位の位置に位置している。クランクシャフト２２のこの最低位の位置に対しては、必然的に最大可能となる圧縮容積ＶＣ１が生ぜしめられる。したがって、図１は、可変圧縮比を有する内燃機関１０を、最も低い圧縮比の状態で示している。

図２には、図１に示した可変圧縮比を有する内燃機関１０を、最も高い圧縮比の状態で示している。図１の状態とは異なり、図２の状態ではクランクシャフト２２のメインベアリング２４がエンジンブロック１２に対して最も高い位置、つまり最高位の位置に位置している。これにより、必然的に圧縮容積ＶＣは最小値ＶＣ２にまで縮小する。

エンジンブロック１２に対するクランクシャフト２２のメインベアリング２４の相対位置は、図１では矢印３６の長さにより表されている。図２では、矢印３８の長さにより、エンジンブロック１２内でのクランクシャフト２２のメインベアリング２４の相対位置が表されている。矢印４０は矢印３６の長さと矢印３８の長さとの差として、図１のクランクシャフト位置と図２のクランクシャフト位置との間でのクランクシャフトシフト量を表している。この矢印４０の長さの分だけ、シリンダ１４内でのピストン１８の運動の下死点ＵＴおよび上死点ＯＴも移動する。この理由から、シリンダ１４内で取り囲まれた圧縮容積ＶＣはクランクシャフト２２のシフト量に対して比例して変化する。

図３には、４シリンダ式の内燃機関の４つのピストンと、作動サイクルの４つの行程との対応関係が概略的に示されている。言い換えれば、図３は種々のシリンダにおけるピストン位置を瞬間撮影した状態を示している。この場合、４つのシリンダは図３で見て左側から右側へ向かって４シリンダ式の内燃機関の典型的な点火順序で配置されている。したがって、矢印４２は、たとえばシリンダ１を表し、矢印４４はシリンダ３を表し、矢印４６はシリンダ４を表し、矢印４８はシリンダ２を表す。

符号５０は、それぞれシリンダの吸気弁を示しており、符号５２はそれぞれシリンダの排気弁を示している。シリンダ１では、ピストン１８の下降運動時に吸気弁５０も排気弁５２も閉じられている。したがって、シリンダ１は作業行程（燃焼行程、膨張行程または動力行程とも呼ばれる）に位置している。点火順序に相応して、かつ吸気弁５０および排気弁５２の図示の開放状態と一致して、シリンダ３（矢印４４）は圧縮行程に位置しており、シリンダ４（矢印４６）は吸気行程に位置しており、シリンダ２（矢印４８）は排気行程に位置している。４つの全ての行程において、ピストン１８にはガス力が作用する。燃焼行程では、比較的強力な燃焼力がピストン１８に作用する。圧縮行程では、やはりピストンに比較的強力なガス力が作用するが、この場合には上昇運動中のピストン１８に制動作用を加える。それに対して、吸気行程と排気行程とにおいてやはりピストン１８に制動作用を加えるガス力は比較的小さい。これらの力を、ピストン１８の各死点、つまり上死点ＯＴと下死点ＵＴとの間でのピストン１８のその都度の移動経路に関して積分することにより、ガス力によりそれぞれ実行された仕事が得られる。

ダイレクトスタート（直接スタート）のためには、これらの仕事の総和、つまり仕事収支もしくは仕事勘定（Arbeitsbilanz）が、スタートさせたい内燃機関の最初の作業行程において直接に正となることが極めて重要となる。この場合、付加的にさらに摩擦損失も考慮されなければならない。作業行程で実行された仕事をＷ＿Ｖｅｒｂで、圧縮行程で付与されるべき仕事をＷ＿Ｋｏｍｐで、吸気行程で付与されるべき仕事をＷ＿Ｅｉｎで、排気行程で付与されるべき仕事をＷ＿Ａｕｓで、かつ摩擦を克服するために付与されるべき仕事をＷ＿Ｒｅｉｂでそれぞれ表すとすると、最初の作業行程で内燃機関により有効に実行される仕事Ｗ＿ｅｆｆはＷ＿ｅｆｆ＝Ｗ＿Ｖｅｒｂ−Ｗ＿Ｋｏｍｐ−Ｗ＿Ｅｉｎ−Ｗ＿Ａｕｓ−Ｗ＿Ｒｅｉｂにより算出される。ダイレクトスタートのための前提条件はＷ＿ｅｆｆが既に最初の作業行程においてゼロよりも大きくなることである。Ｗ＿ＶｅｒｂおよびＷ＿ｋｏｍｐは一般にＷ＿Ｅｉｎ、Ｗ＿ＡｕｓおよびＷ＿Ｒｅｉｂに比べて比較的大きいので、Ｗ＿ｅｆｆの値はＷ＿ＶｅｒｂおよびＷ＿ｋｏｍｐの値に大きく依存している。

これに関連して、内燃機関１０のジオメトリ的な圧縮比の本発明による低減は、次のことを生ぜしめる：第１に圧縮仕事Ｗ＿ｋｏｍｐが減じられる。既にこの効果だけでも、内燃機関１０のダイレクトスタートが促進される。さらに、ジオメトリ的な圧縮比の低減が圧縮容積ＶＣの増大により生ぜしめられる場合には、いずれにせよこれによって、作業行程に位置するピストン１８の上方に位置する燃焼室１６の充填量が増大されることになる。増大された燃焼室充填量に基づき、最初の作業行程でピストン１８における燃焼仕事Ｗ＿ｖｅｒｂを実行する燃焼エネルギの潜在的な増大が生ぜしめられる。

図４には、作動部材もしくはアクチュエータ６６，６８と、センサ５８，６４と、本実施例で提案される方法の実施を制御する制御装置３４とを備えた内燃機関１０の燃焼室１６が概略的に図示されている。図４において符号５４は、マーキング５６を有するカムシャフト発信器ホイールを示している。カムシャフト発信器ホイール５４が回転すると、カムシャフトセンサ５８によりマーキング５６が検出され、カムシャフトセンサ５８は制御装置３４に信号を供給する。制御装置３４はこの信号から、カムシャフトの角度位置に関する情報を取得する。カムシャフトセンサ５８は、たとえば光センサまたは誘導ピックアップであってよい。相応して、マーキング５６はカムシャフトセンサ５８として光センサが使用される場合には、その他の範囲とは異なる反射能力および／または透過能力を有する範囲として形成されていてよい。カムシャフトセンサ５８として誘導ピックアップが使用される場合には、マーキング５６は、たとえば強磁性のマーキング、たとえば歯として形成されていてよい。

４サイクルの場合には、４つの行程における全てのピストン位置をカムシャフトの角度位置に一対一で対応させることができる。これによって、マーキング５６を有するカムシャフト発信器ホイール５４とカムシャフトセンサ５８とから成るセンサ装置が十分な分解能を有していると、ピストンが作業行程位置に位置しているシリンダを一義的に識別することができる。

カムシャフトセンサ装置５４，５６，５８に対して補足的に、クランクシャフト発信器ホイール６０とマーキング６２とクランクシャフトセンサ６４とから成るクランクシャフトセンサ装置を使用することもできる。この場合には、カムシャフトセンサ装置５４，５６，５８により、内燃機関が４サイクルの第１の半部に位置しているのか、または第２の半部に位置しているのかを表す信号を提供することが考えられる。この場合には、４サイクルの第１の半部または第２の半部内での正確な位置に関する一層精細な分解能がクランクシャフトセンサ６４によって提供される。この場合、クランクシャフトセンサ６４の信号は同じく制御装置３４に伝送される。

絶対角度センサ装置が使用されると有利である。この絶対角度センサ装置はクランクシャフト２２が停止している場合でも、クランクシャフトおよび／またはカムシャフトの角度位置に関する信号を供給する。絶対角度センサとしては、特に光学的なセンサ装置または磁気抵抗型のセンサ装置が挙げられる。誘導ピックアップ式センサ装置が使用される場合には、内燃機関の停止時に、内燃機関１０もしくはそのクランクシャフト２２が停止したときの角度位置が検出されるので有利である。このことは停止時に実施され得る。なぜならば、内燃機関１０の運転中にセンサ装置は作業行程にあるシリンダを確実に識別することができるからである。

電気スタータを備えた内燃機関１０の通常スタート時では、誘導ピックアップ式センサ装置により提供される信号がクランクシャフトの実際の角度位置と一対一で対応するように同期化されるまで、誘導ピックアップ式センサ装置は通常、クランクシャフトの最大２回転を必要とする。機関停止後にダイレクトスタート時において、ピストンが作業位置に位置しているシリンダを確実に識別できるようにするためには、当該ピストンが内燃機関の停止時に識別され、そして相応する情報が内燃機関１０の次のスタート時まで制御装置３４に記憶され、そしてこの制御装置３４において前記情報は次のスタート時に利用される。

絶対角度センサ装置が使用される場合には、ピストンが作業位置に位置しているシリンダを、内燃機関のスタート時にでもまだ確実に識別することができる。いずれにしても重要となるのは、当該シリンダが、計画されたセルフスタートのために確実に識別されることである。

計画されたセルフスタート時では、当該シリンダの燃焼室１６の充填物が点火装置６８の制御によって点火される。燃焼のためには、燃焼室１６が可燃性の混合気で充填されていることが必要となる。図４に概略的に図示したようなガソリン直接噴射式の内燃機関では、点火の前にまず、制御装置３４による燃料調量装置６６の制御によって燃焼室１６内への燃料の噴射が行われる。

しかし、本発明は直接噴射式の内燃機関における使用に限定されるものではない。吸気管噴射式の内燃機関、つまり燃料が内燃機関の吸気弁５０の手前で内燃機関の吸気管７０内に調量されるような内燃機関では、当該シリンダが停止時に最後にもう１回だけ燃料と空気とから成る混合気を吸い込む。この混合気は両弁が閉鎖された状態で燃焼室１６内に封入される。したがって、後続のダイレクトスタート時にこの混合気に直接に点火を行うことができる。

図５には、フローチャートの形で本発明による方法の１実施例が示されている。ステップ７２でまず内燃機関の圧縮容積ＶＣが、低い圧縮に相当する値ＶＣ１に調節される（図１に示したＶＣ１およびＶＣ２参照）。図１および図２に示した実施例では、このことは、偏心リング３０がたとえば図２に示した位置から図１に示した位置へ回転するように制御装置３４がアクチュエータ３２を制御することによって行われる。

このステップ７２はダイレクトスタート自体のときに実施されるのではなく、内燃機関１０の先行した停止の際に実施されると有利である。その理由は、圧縮容積ＶＣの増大は、まだ開いている吸気弁を通じて当該シリンダ内に空気が吸い込まれ得るときに行われることが望ましいからである。これらの状況下でのみ、比較的大きな圧縮容積ＶＣ１が完全に空気または混合気で充填されることが確保されている。既にさらに上で述べたように、増大された充填量は、セルフスタートまたはダイレクトスタートの実施をし得る信頼性もしくは確実性を向上させるために役立つ。なぜならば、これによって作業行程において放出されるエネルギが増大されるからである。

引き続き、ステップ７４において、内燃機関１０のクランクシャフト２２の停止状態で作業行程位置に位置しているシリンダｎの識別が行われる。既にさらに上で述べたように、この決定は、使用されるセンサ装置の種類に応じて内燃機関の先行した停止時に、内燃機関の停止状態でセルフスタートの前に実施され得る。当該シリンダが既に前もって燃料と空気とから成る混合気を吸気管７０から吸い込んでいる吸気管噴射式の内燃機関の場合には、引き続きステップ７６においてこの燃焼室充填物の点火を行うことができる。このことは所望のセルフスタートをリリースする。それに対して、内燃機関１０が直接噴射式の内燃機関である場合には、いずれにせよステップ７４とステップ７６との間でさらに燃料調量装置６６の制御が行われ、この燃料調量装置６６によって、燃焼室１６内に封入された空気に燃料が調量される。

言い換えれば、セルフスタートを容易にするために、本来のスタート過程の前にジオメトリ的な圧縮比ができるだけ大きく減じられる。これにより、スタート時では内燃機関の、点火順序で見てその都度後続のシリンダ内での圧縮仕事が著しく減じられる。それと同時に、圧縮比の低減に基づき、内燃機関の全てのシリンダ内の圧縮容積は高められる。このことは、まさに作業行程に位置しているシリンダからのスタート過程のためには、エンジン停止状態において、より多くの空気質量が燃焼室内に提供されている（燃焼室内の空気圧＝周辺圧）ことを意味する。それゆえに、予め規定された混合気組成を用いたスタート時では、固定圧縮比を用いる慣用のスタート時よりも多くの燃料が調量され得る。これによって、より高い燃焼エネルギを発生させることができる。達成可能な燃焼エネルギの増大と同時に、付与されるべき圧縮仕事の低減が得られることに基づき、内燃機関のスタートおよび増速運転を一層迅速に行うことができる。さらに前記方法により、セルフスタート時またはダイレクトスタート時におけるスタート確実性を著しく向上させることができる。

前で述べた方法は特にセルフスタート機能を備えた直接噴射式の内燃機関において、高温スタート時および低温スタート時に使用され得る。付加的に前記方法は別の手段、たとえば多重噴射、特殊なスタート燃料の使用、燃焼室の予熱、エンジンオイルの予熱、燃料の予熱等と組み合わせることもできる。内燃機関の停止時では、圧縮比の変更を別の手段、たとえばスロットルバルブの意図的な制御、排ガス再循環弁の意図的な制御、タンク空気抜き弁（パージバルブ）の意図的な制御、シリンダ内への空気吹込みならびに連結可能な補機（たとえばスタータジェネレータ）によるブレーキ干渉と組み合わせることもできる。

前記セルフスタート機能に対して付加的にまたは択一的に、本発明による低減された圧縮を、外部スタータと相まって使用することもできる。これにより内燃機関１０のスタート特性をコールドスタート、つまり低温スタートの点でも改善することができる。

可変圧縮比を有する内燃機関を低い圧縮比の状態で示す概略図である。

可変圧縮比を有する内燃機関を高い圧縮比の状態で示す概略図である。

４シリンダ式の内燃機関の４つのピストンを、低い圧縮比の状態における内燃機関の作業サイクルの種々の行程に対する対応関係で示す概略図である。

アクチュエータとセンサと制御装置とを備えた内燃機関の燃焼室を示す概略図である。

本発明による方法の１実施例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ エンジンブロック
１４ シリンダ
１６ 燃焼室
１８ ピストン
２０ コネクティングロッド
２２ クランクシャフト
２４ メインベアリング
２６ コネクティングロッドベアリング
３０ 偏心リング
３２ アクチュエータ
３４ 制御装置
５０ 吸気弁
５２ 排気弁
５４ カムシャウト発信器ホイール
５６ マーキング
５８ カムシャウトセンサ
６０ カムシャウト発信器ホイール
６２ マーキング
６４ クランクシャフトセンサ
６６ 燃料調量装置
６８ 点火装置
７０ 吸気管
ＯＴ 上死点
ＵＴ 下死点
ＶＣ 圧縮容積
ＶＨ 行程容積

Claims (10)

1. 可変圧縮比を有する多シリンダ式の内燃機関（１０）を運転するための方法において、内燃機関（１０）のスタートを、内燃機関（１０）の標準運転での圧縮比に比べて低減された圧縮比を用いて行うことを特徴とする、可変圧縮比を有する多シリンダ式の内燃機関を運転するための方法。
2. 内燃機関（１０）のスタートを、最小に調節可能な圧縮比を用いて行う、請求項１記載の方法。
3. 圧縮比をスタート終了後に徐々に増大させる、請求項１または２記載の方法。
4. 圧縮比を内燃機関（１０）の停止時に最後の圧縮行程および膨張行程において、内燃機関（１０）のピストン（１８）が予め規定された位置に停止するように制御して変える、請求項１記載の方法。
5. 内燃機関（１０）のスタート時に最初に点火される少なくとも１つのシリンダ（１４；４２，４４，４６，４８）を、内燃機関（１０）の停止状態におけるピストン（１８）の予め規定された位置に関連して選び出す、請求項４記載の方法。
6. 以下のステップ；
   −内燃機関（１０）の停止状態で内燃機関（１０）の少なくとも１つの燃焼室（１６）内に燃料を噴射することによって該燃焼室（１６）内に可燃性の燃焼室充填物を形成し、
   −該燃焼室充填物に点火する、
   を実施する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 内燃機関（１０）のスタートを、別個のスタータのアシストなしにダイレクトスタートとして行う、請求項６記載の方法。
8. 内燃機関（１０）のスタートを、別個のスタータのアシストによって行う、請求項６記載の方法。
9. 多シリンダ式の内燃機関（１０）の少なくとも圧縮比を制御する制御装置（３４）において、当該制御装置（３４）が、内燃機関（１０）のスタートのために圧縮比を、内燃機関（１０）の標準運転での圧縮比の値に比べて低減された値に調節するようになっていることを特徴とする、多シリンダ式の内燃機関の少なくとも圧縮比を制御する制御装置。
10. 当該制御装置（３４）が、請求項２から８までのいずれか１項記載の方法の実施を制御するようになっている、請求項９記載の制御装置。

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