JP4037702B2 - 可変駆動バルブを備えたマルチシリンダディーゼルエンジン - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変駆動バルブを採用するタイプのマルチシリンダ・ディーゼル・エンジンに関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
本件出願人は、既に米国特許第6、237、551号明細書において、上記タイプのエンジンを開示している。そのエンジンは、各シリンダに対して、2つの吸気バルブと2つの排気バルブとを備えている。各バルブは、自身を閉止位置へと戻すための弾性手段(復帰用弾性手段)を備えていて、各シリンダに係る吸気ポートおよび排気ポートを制御する。
当該エンジンは、さらに、少なくとも1つのカムシャフトを備えていて、このカムシャフトが、エンジンシリンダの吸気バルブおよび排気バルブを、バルブリフタを介して作動させる。各吸気バルブおよび排気バルブは、上記カムシャフト上の各カムによって制御される。
上記バルブリフタのそれぞれは、流体圧手段(加圧流体チャンバを含む)を介在して、上記復帰用弾性手段の作用に抗して、各吸気バルブまたは排気バルブを制御する。
各吸気バルブまたは2つの排気バルブに関連する上記加圧流体チャンバは、ソレノイドバルブを介して、排気流路に接続するのに適している。その接続は、バルブをバルブリフタから離脱させて、復帰用弾性手段によってバルブを迅速に閉止させることを目的として行なわれる。
当該エンジンは、電子制御手段をさらに備えている。電子制御手段は、1または2以上のエンジンの作動パラメータに従って、各ソレノイドバルブを制御して、各吸気バルブまたは排気バルブのタイミングや移動を変更する。
エンジンのカムシャフト上の各カムは特定のプロファイルを有していて、当該プロファイルにより、各吸気バルブまたは排気バルブが開口し、それは、エンジンの通常の作動サイクルの通常の開口過程だけでなく、ある別の追加的なサイクルにおいても制御を行なう。
上記復帰用弾性手段によって、各ソレノイドバルブが開かれて、上記通常の過程、および(または)1または2以上の追加の過程において、吸気バルブまたは各排気バルブが閉止状態に維持される。そのとき、各カムによって、バルブが開かれる。その結果、エンジンは、ソレノイドバルブにより制御される異なるモードに従って選択的に作動できる。
排気バルブを制御するカムのプロファイルにより、吸気過程の実質的最終段階において、排気バルブが追加的に開口される。これにより、いわゆる“ポストチャージ(post-charging)”タイプの作動サイクルが実現される。そこでは、吸気ポート内の過剰な圧力に起因して、吸気過程の最終段階において排気バルブが開くことにより、新鮮な空気が吸気ポートから排気ポートへと直接かつ迅速に流れる。引き続き、排気ポート内の圧力上昇の後に、この上昇した圧力を利用して、空気の一部が排気ポートから戻って、シリンダ内に入る。こうして、シリンダへの再充填が改善される。
【0003】
本発明の目的は、上述のエンジンをさらに完全にして、次のような一連の利益を得ることである。すなわち、有害な排ガスを低減することや、低温始動後のいわゆるウォームアップ過程において、いわゆる“ブルースモーク(blue smoke)”が発生するという、低温始動時の問題を克服することや、パフォーマンスを改善することや、燃費を向上させること等である。
【0004】
【発明の開示】
本発明は、これらの目的を達成するために創案されたものであり、以下の特徴を備える内燃機関を提供する。
【0005】
本発明の内燃機関は、前述の特徴を全て備えるとともに、さらに次の特徴を備える。すなわち、各吸気バルブを制御するカムは特定の形状をしていて、その形状により、エンジンの通常の排気過程において、各吸気バルブが開かれて、エンジン内側での排気ガスの再循環(EGR)が実現される。それは、通常の排気過程においては、排気ガスの一部がシリンダから吸気ポート内に移動し、その後、次の吸気過程でシリンダ内に戻り、その一方において、既に排気ポート内に移動していた排気ガスの一部が、上述の追加的な排気バルブの開口により、この吸気過程中にシリンダ内に戻る、という事実に基く。その結果、シリンダに戻り再充填された排気ガスが、次のサイクルでの燃焼に使用される。
【0006】
内部EGRの利益により、低温下の低回転および低負荷時において、燃料消費および排気ガスを実質的に低減できる。前述の“ポストチャージ”サイクルおよび内部EGRの両方を実現するためには、吸気過程における排気バルブの追加的な開口が必要であることが理解できるであろう。しかしながら、2つのケースにおける最大効率は、排気バルブに対する、異なる規律およびリフトタイミングによって成される。可変駆動バルブを使用する利益によって、両方の目的を達成できる所定の幾何学形状を有するカムを採用することが可能になる。それは、エンジンが備える上述の電子制御手段により、カムの所定の幾何学形状に対して、排気バルブの異なるリフティング(lift geometries)を実現できるからである。
【0007】
従来のエンジンでは、内部EGRは、限られた条件下でしか実現されなかった。それ以外の場合には、燃焼したガスの塊が、殆ど角度移動せずに、または少しの角度移動あるいは反対方向の角度移動を伴なって導入されることに起因して、シリンダ内に導入されたエア・チャージの“渦(swirl)”内の過剰な減少があるからである。
【0008】
本発明の他の特徴によれば、内部EGRの許容性(tolerability)の向上を介して、排ガスを著しく減少させるために、各シリンダに関連する2つの吸気ポートの端部部分は、一方のポート端部は、エアをほぼ正接方向にシリンダ内に送り込む一方、螺旋形状をした他方のポート端部は、シリンダ軸と実質的に平行な軸回りに回転する渦を生じさせるように、形成されている。前述の電子制御手段は、これらのポートに関連する2つの吸気バルブを異なる方式で制御して、シリンダ内の“渦”レベルを調整する。
【0009】
実際のところ、正接方向の出口を有する第1の吸気ポートは、吸気バルブ開口の初期段階から、かなりの“渦”を生成するのに適している。そして、第2の吸気ポートは、“補充(replenishment)”機能を有していて、第1ポートとの協働においてのみ“渦”を生成する。このようにして、大きな渦を維持しつつ、チョーク・エアの導入を可能とし、EGRが過剰のとき生じ得るエンストの危険を回避する。
【0010】
第1ポートを開口させ、第2ポートのチョークバルブを持ち上げたままに維持することで、サージ効果に起因し、燃料消費に悪影響を与える損失を最小限とすることができる。
【0011】
適切な圧縮比の下に制御されているので、本発明のエンジンは、既に知られている既存のエンジンと同じやり方で、比較的低い幾何学的圧縮比(例えば、17:1のオーダー、またはそれ以下)を実現することも可能である。前述の電子制御手段は、回転数および負荷が最大である場合には、下死点の後で吸気バルブを閉じるようにセットアップすることができるし、それに代えて、始動時には、下死点に達する前に吸気バルブを閉じるようにセットアップすることもできる。このようにして、始動時には、シリンダの全容積を利用して、失火(ミスファイヤ)が生じる危険、および低温低圧に起因して“ブルー・スモーク(blue smoke)”が発生する危険を回避できる。それは、回転数および負荷が最大の場合には、従来と同じようにバルブのリフト量を小さくしつつも、エンジンの幾何学的圧縮比をすべて利用しているからである。
【0012】
本発明の他の特徴によれば、エンジン内を流れる空気量を減じるために、電子制御手段は、吸気バルブの閉止が先行するように、および(または)低温始動時に排気バルブの開口が先行するように、セットアップされる。その結果、排ガスに伝達される所定の熱量に対して、排ガスの温度が高まり、同じ結果が得られる。これらの特徴の利益により、ウォームアップ時における排ガス温度を高めることができ、これは、排ガスの前処理システム(触媒およびトラップ)を起動させるのに有益である。知られているある種のエンジンにおいては、吸気ポートに挿入されたバタフライ・バルブを用いて同様の結果が達成されるが、それは、動的レスポンスが限られているという欠点がある。
【0013】
本来的に、本発明のエンジンがエンジン内部のEGRシステムを利用しているという事実は、外部EGRも使用する可能性を排除するものではない。一般的には、酸化窒素を減じる上で、内部EGR(高温)は、外部EGR(低温)ほどには有効ではない。いずれの場合でも、内部EGR(高温)は、低温であるために外部EGRの量を最大化できないエンジンのウォームアップの初期段階において、酸化窒素を減じるために使用することができる。その結果、カーボンおよびハイドロカーボン・オキサイドの排出レベルが過剰となる。
【0014】
本発明のエンジンの他の重要な利点は、内部EGRを使用できる可能性に由来して、HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)タイプの燃焼を実現できるということである。実際のところ、可変バルブ駆動システムは、高い内部EGR注入を正確に制御し、チャージを希釈してほぼストイキ(stoichiometric)な状態とすることができる。そしてこれと同時に、外部EGR(低温)との混合によって、その温度を制御できる。チャージの温度は混合気体が大きく希釈化されることに起因する点火遅れに影響を与えるので、このことは、極めて重要である。高温EGR内にアクティブなラジカルが存在することによって、燃焼速度を加速することができる。
【0015】
このシステムにより、チャージの均一性(homogenisation)および層状性(stratification)を向上することができる。異なる方式による吸気バルブおよび排気バルブの制御は、エンジンの作動状態に従って調整することができ、それによって、空気の層状化および内部EGRを制御可能な方式で行なうことができる。自己点火および燃焼を制御するという観点から、このようにガスを層状化することに、小パケットでの燃料導入(マルチ・インジェクション)の可能性を組み合わせることで、吸気のまさに最初の段階の直後から、燃料/空気/残留ガスの均一性および(または)層状性が許容される。さらに、圧縮過程の最終段階で、少量の燃料のインジェクション(パイロット)を行なうことで、チャージが局所的に濃厚になって、点火および燃焼が確実となる。
【0016】
エンジンの排気中に適切に配置された酸素センサを使用すると、バルブ駆動および(または)燃料噴射を連続的に補正して、その結果、各サイクル毎に、各シリンダの有効混合強度を補正することが可能となる。
【0017】
最後に、可変バルブ駆動システムを用いてサイクル毎に空気および内部EGRを制御することにより、車両の走行性に何の問題も生じさせることなく、HCCI燃焼から通常のディーゼル燃焼へと移行することが可能となる。
【0018】
スイッチ・オフ状態にあるエンジンにおいては、吸気バルブおよび(または)排気バルブのリフト量を調整して、シリンダ内の圧縮圧力が最小とされる。またその結果、エンジンシャフトのトルク変動も最小となる。このような方法で、エンジン/車体の揺れを著しく減少させることができ、現在同じ目的をもって吸気ラインに挿入されているバタフライ装置の代わりとできる。
【0019】
さらに、いずれかのシリンダの吸気バルブおよび排気バルブの両方を選択的に閉止できるので、走行中であっても、高いチャージをもって他のシリンダを作動させることができる。これは、燃料消費という観点から、より有効な方法である(モジュラリティ)。
【0020】
本発明のさらに別の特徴および利点は、以下の実施形態の説明および添付の図面から明らかになるであろう。それらは、本発明を限定するものではなく、単なる例示である。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。図1は、ある内燃機関における可変バルブ駆動システムの原理を概略的に示している。全体を参照数字1で示したバルブ(このバルブは、吸気バルブであっても、排気バルブであってもよい)は、内燃機関のシリンダヘッド3の内側に形成された各ポート(吸気用または排気用)2に関連している。
【0022】
バルブ1は、バルブステムの上端に作用するピストン5により開位置へと付勢されているが、スプリング4によって、図1中上方に向かって、その閉止位置まで引き戻される。ピストン5はさらに、チャンバ6内に存在する加圧オイルを介して、ピストン7によって制御される。ピストン7は、カムシャフト10上のカム9と協働するスプリングカップ8を支持している。スプリングカップ8は、スプリング11によって、カム9とスライド接触状態で保持されている。
【0023】
圧力チャンバ6は、圧力アキュームレータ13に接続されたポート12に接続されてもよい。ポート12は、ソレノイドバルブ15のシャッタ14を介して圧力アキュームレータ13に接続されている。ソレノイドバルブ15は、エンジンの作動状態に従い、不図示の電子制御手段によって制御される。ソレノイドバルブ15が開いているとき、チャンバ6内の加圧オイルが排出され、バルブ1は、スプリング4によって迅速に閉じられる。
【0024】
ソレノイドバルブ15が閉じられているとき、チャンバ6内のオイル圧は、ピストン7の移動をピストン5へと伝達し、したがって、バルブ1が移動する。その結果、バルブ1の位置は、カム9によって定められる。言い換えると、通常、カム9は、カム自身のプロファイルに依存するサイクルに従って、バルブ1が開くのを制御する。しかしながら、そのような制御は、ソレノイドバルブ15を開いてピストン7とピストン5との連結を断つことで、いつでも“不能”にできる。
【0025】
実施形態の説明では、上述の可変バルブ駆動システムをマルチシリンダーディーゼルエンジン(特に、自動車に利用するのに適したもの)に適用することについて言及するが、本発明は、同じ特徴または類似の特徴を有する他のタイプの可変バルブ駆動システムに対して適用することも可能である。
【0026】
図2および図3は、そのようなエンジンのシリンダヘッドを概略的に示している。このシリンダヘッドは、各シリンダに対して、2つの吸気バルブVIと2つの排気バルブVEを備えている。排気バルブVEの各ペアは、クロスピース16を介して、1つのアクチュエータピストンで制御される。一方、各シリンダに係る2つの吸気バルブVIは、別々のアクチュエータピストンで制御される。
【0027】
図4および図5を参照すると、参照符号Eは、1つのシリンダに係る2つの排気ポートを示している。参照符号I1、I2は、吸気ポートを示している。
【0028】
図5に明瞭に示されているように、第1吸気ポートI1は、シリンダに入る空気流を、矢印F1の方向(この方向は、シリンダ軸17に対して、実質的に正接方向である)に向けるような形状とされている。それに対して、第2吸気ポートI2は、その端部が螺旋形状をしいて、空気の渦流F2を発生させる。渦流F2は、シリンダへの入口において、シリンダ軸17と実質的に平行な軸を中心として回転する。
【0029】
図6および図7は、エンジンの吸気バルブおよび排気バルブのリフト量を示すグラフである。吸気バルブのリフト量は“A”で、排気バルブのリフト量は“S”で、それぞれ示している。吸気バルブおよび排気バルブのリフト量は、“ポストチャージ”(既に、図示して説明済)を実現するのに適した作動状態、および内部EGRを実現するのに適した作動状態に対応している。
【0030】
この目的のため、吸気バルブ制御カムおよび排気バルブ制御カムは、主プロチュベランスと、副プロチュベランスとを有する。主プロチュベランスは、ディーゼルサイクルの通常の吸気過程および排気過程において、バルブの通常のリフト量を実現する。副プロチュベランスは、通常の吸気過程において、排気バルブの補足的なリフト量を実現する(図6および図7参照)とともに、通常の排気過程において、吸気バルブの補足的なリフト量を実現する(図7参照)。
【0031】
制御カムの幾何学形状が固定的であるという事実にも拘わらず、図6および図7のバルブのリフト量を示すグラフは相違している。その理由は、可変バルブ駆動システムがチャンバ圧を空にすることで、吸気バルブの閉止が“通常の”閉止よりも先行しているからであり(図6参照)、また、バルブの可変駆動の結果、吸気過程における排気バルブの補足的な開口過程がリフト量および開口時間について変動し得るからである(図6および図7において、曲線“S”を右側のものと比較すると、理解できる)。
【0032】
上述のように、図6に描いたバルブのリフトにより実現される作動モードにおいては、“ポストシャージ”タイプのサイクルが行なわれる。このサイクルでは、吸気の最終段階で排気バルブが追加的に開口することで、吸気過程でシリンダに進入する空気の部分が入口ポートから出口ポートへと直接通過する。空気は、圧力波によって、そこから強制的にシリンダ内に押し返される。圧力波は、排気マニホルド内に発生するものであり、別のエンジンシリンダが排気過程中に存在することに起因している。この結果、エンジンのブリージングが改善され、低速トルクが向上するというメリットがある。可変バルブ駆動システムにより、吸気バルブは、排気内に発生する圧力波を最大限利用する目的で、種々の方法で閉じられることができる。
【0033】
図7に示したバルブリフト量のグラフに対応する作動モードでは、吸気過程の最終段階において、排気バルブの補足的なリフトが常に存在する。しかし、図6に示した補足的なリフトの場合に関連して、開口のタイミングおよび開口時間は異なる。さらに、このケースでは、排気過程の最初の部分において、吸気バルブの補足的なリフトが行なわれる。この作動モードは、図8(A)〜(G)にも示している。
【0034】
図8(A)は、燃焼過程にあるシリンダを示していて、吸気バルブおよび排気バルブは共に閉じている。
図8(B)は、排気過程の最初の部分を示していて、吸気バルブは閉じているが、排気バルブは開いている。この過程では、ピストンが上方に移動して、燃焼ガス“B”を排気ポートから押し出す。
図8(C)は、排気過程に続く状態を示している。吸気バルブが開くと、それに続いて、燃焼ガスの一部分BAが吸気ポートおよび吸気マニホルドに入る。
図8(D)は、排気過程において吸気バルブが閉じた直後の状態を示している。この過程では、排気バルブが常に開いて燃焼ガスの排出を許容しているが、燃焼ガスBAは吸気ポートに捕獲されたままである。
図8(E)は、後続する通常の吸気過程を示していて、排気バルブが閉じられ、吸気バルブが開いている。この過程において、吸気ポートに捕獲されていた燃焼ガスBAがシリンダ内にサイド進入する。排気バルブは閉じられている。通常の吸気過程の最終部分において、排気バルブが補足的に開き(図8(F)参照)、既に排気ポートに存在していた燃焼ガスBSは、シリンダ内の減圧効果によってシリンダ内に再度進入する(第2充填)。
図8(G)は、吸気バルブが閉止した後であって、排気バルブの補足的な開口が終了した状態を示している。この過程では、排気ガスBAおよびBSは、シリンダ内に閉じ込められていて、そこに新しい空気が充填される。
このように、燃焼ガスBAおよびBSは、次の燃焼過程にも関与し、これによって、エンジン内での排気ガス循環(exhaust gas recirculation、EGR)が実現される。
【0035】
本発明によれば、上述したような両方のバルブの駆動、または一方のみのバルブの駆動を、選択的に行なうことができる。
【0036】
さらに、排気バルブの閉止、およびそれによって残余ガスがシリンダ内に捕獲されることが予見される。
【0037】
EGRによって、低回転および低負荷での低温走行時における、燃料消費および排気を減じることができる。上述の説明から理解できるように、システムの最大効率は、排気バルブを補足的にリフトすることで達成できる。リフトのタイミングおよびリフト時間は、ポストチャージの場合(図6)とEGRの場合(図7)とでは異なる。しかしながら、本出願人による研究の結果、1つのカムプロファイルを利用して両方の駆動を行ない得る可能性が出てきた。それは、バルブを可変駆動することで、排気バルブの補足的な開口のタイミングおよび開口時間に加えて、排気バルブの閉止を調整できるからである。
【0038】
本発明に係るエンジンにおいては、図7の作動モードにおける内部EGRの実現は、図4および図5に示した形状の吸気ポートと組み合わせて使用すると、極めて有益であることが分かった。実際のところ、排気バルブの再開口を介した内部EGRを導入すると、燃焼ガスの塊が導入される際の角度移動は、ほとんど無に等しいか、低いか、あるいは反対方向であるため、シリンダ内の渦が減じられる。
【0039】
2つの吸気バルブを別々の方式で駆動することの可能性は、吸気ポートI1およびI2の幾何学的形状が異なることと相俟って、詳述の消極的効果を打ち消すか、または無くすことで、渦が大きくなることを許容する。実際のところ、吸気ポートI1は、吸気過程における開口の最初の段階から大きな渦を発生させるが、吸気ポートI2は、補充作用を有していて、第1ポートI1との協働においてのみ渦を発生させる。
【0040】
このように、2つの吸気バルブを異なる方式で駆動すると、EGRの許容性が高まるので、渦を調整することができ、特に有害な排ガスを低減することができる。このような解決法は、吸気ポートにバタフライ・バルブ・チョークを使用していた従来の解決法よりも明らかに優れている。この従来方法では、完全なシールを保証することができず、閉じたポートとシリンダとの間に二次的な流れが生じてしまう。
【0041】
一方、2つの吸気バルブの一方が閉止し、サージ効果に起因して、燃料消費に対する悪影響を伴なう損失が生じた場合、可変バルブ駆動システムは、第2の吸気バルブを部分的に開口させることで、この消極的効果を最小限に抑える。既に説明したように、この駆動においては、適切にタイミングをとって制御を行なうので、サージ効果に起因する損失を小さくして、シリンダ内に大きな渦を確保でき、良好な消費/排気交換を与える。
【0042】
代わりに、図6に示した作動モードにより実現される“ポストチャージ”効果では、可変バルブ駆動システムにより、エンジンの広範な有効回転域において、この効果が達成され、最大限利用される。吸気バルブの閉止を調整することで、クォーテッド面(quoted plane)におけるより広い領域におけるパフォーマンスを一貫して向上させることができる。さらに、可変バルブ制御装置は、媒体が勢いよく流れている状態において、排気バルブのポスト・リフト(post lift)を排除できる可能性を与える。ポスト・リフトの発生は、望ましくなく、逆効果を生じさせ得る。
【0043】
既に説明したように、可変バルブ駆動システムは、有効圧縮比を制御できるので、低い幾何学的圧縮比(geometric compression ratio、GCR)が受け入れられることを許容し、パフォーマンスに関して対応する利益を実現する。このことは、図9のグラフから明らかである。図9は、幾何学的圧縮比が17:1(上側の曲線)の場合と、18:1(下側の曲線)の場合とにおける、エンジン速度に対する平均有効圧力を示すグラフである。
【0044】
上に完全に説明したように、可変バルブ駆動システムによって、吸気バルブが下死点で閉じた状態でエンジンスタートが可能になるという利益が得られる。それにより、すべての幾何学的圧縮比を利用することが可能となり、低い圧力および温度レベルに起因するエンスト(stall)および青煙(blue smoke)の問題を回避することができる。最大の回転数および負荷において、吸気バルブの閉止は、下死点の後にまで遅らされる。一方、中速域においては、点火を保証し、温度を最小にし、有害な排気を減じるために、吸気バルブの閉止が調整される。
【0045】
既に説明したように、本発明の別の特徴によれば、低温始動時のポスト・トリートメント・システム(触媒およびトラップ)を起動させるための排ガス温度が上昇するように、エンジンは制御される。このことは、吸気バルブを早目に閉止して、エンジン内部を流れる空気流を減じ、さらには、排ガスへと運ばれる一定の熱量に対する排気温を高めることで達成される。排気バルブの開口を早めることによっても、同様の効果が達成される。
【0046】
既に説明したように、本発明によれば常に、エンジンの制御は、内部EGRを導入することによるHCCIタイプの燃焼を実現する目的で行なわれる。さらに、既に説明したように、システムを制御して、車両の運行性能に何の問題を生じさせることもなく、同時性と階層化、排ガスにさらされるよう配置された酸素センサを利用したエンジンの閉ループ制御、およびHCCIタイプの燃焼から通常の燃焼への変遷を得ることができる。さらに、既に説明したように、シリンダ内の圧縮圧力を最小として、その結果、切換過程におけるエンジンシャフトのトルク変動が最小となるように、エンジンを制御することができる。
【0047】
さらに、内部EGRを達成する作動モードを参照すると、内部EGR(高温)は、一般的には、酸化窒素を減じる上で、エンジンの外側に実現されたガスの冷却を許容するシステムほど有効ではない、ということに留意すべきである。しかしながら、始動後のエンジンのウォームアップの第1段階(そこでは、温度が低く、外部EGRを使用することができない)において、内部EGR(高温)を使用して、酸化窒素を低減することができ、その結果、カーボンおよびハイドロカーボン・オキサイドが過剰に排出される。
【0048】
以上の説明で、本発明の原理は理解できる。単なる例示として以上に説明したものに対して、実施形態の詳細や態様を拡張的に変更することができ、また、そのようにしたとしても、本発明の範囲から逸脱することはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 内燃機関における可変駆動バルブシステムの原理を説明する概略図である。
【図2】 本発明に係る4気筒ディーゼルエンジンにおける、シリンダヘッドのシリンダ軸と垂直な面における部分断面図である。
【図3】 本発明に係る4気筒ディーゼルエンジンにおける、シリンダヘッドのシリンダ軸に平行な面における部分断面図である。
【図4】 図2および図3に示したエンジン中の1つのシリンダに係る吸気ポートおよび排気ポートの形状を示す概略斜視図である。
【図5】 図2および図3に示したエンジン中の1つのシリンダに係る吸気ポートおよび排気ポートの形状を示す概略平面図である。
【図6】 可変バルブ駆動システムを備えた本発明に係るエンジンにおける、異なる作動状態での、吸気バルブおよび排気バルブのリフト量を示すグラフである。
【図7】 可変バルブ駆動システムを備えた本発明に係るエンジンにおける、異なる作動状態での、吸気バルブおよび排気バルブのリフト量を示すグラフである。
【図8】 内部EGRを得る目的で実現される、本発明に係るエンジンの作動サイクルを示す概略図である。
【図9】 本発明による低い幾何学的圧縮比を受け入れる可能性から得られる利益を示すグラフである。
【符号の説明】
1 バルブ
2 ポート
3 シリンダヘッド
4 スプリング
5 ピストン
6 チャンバ
7 ピストン
8 スプリングカップ
9 カム
10 カムシャフト
12 ポート
13 圧力アキュームレータ
14 シャッタ
15 ソレノイドバルブ
17 シリンダ軸
18 軸17と平行な軸
Claims (9)
- 複数のシリンダを備えるディーゼルエンジンであって、当該エンジンは、
各シリンダに対して、2つの吸気バルブ(VI)と2つの排気バルブ(VE)とを備え、各バルブは、自身を閉止位置へと戻すための復帰用弾性手段を備え、各シリンダに係る吸気ポート(I)および排気ポート(E)を制御し、
さらに当該エンジンは、少なくとも1つのカムシャフト(10)を備えていて、このカムシャフトが、シリンダの吸気バルブおよび排気バルブを、バルブリフタ(7)を介して作動させ、各吸気バルブおよび2つの排気バルブは、カムシャフト(10)上の各カム(9)によって制御され、
上記バルブリフタ(7)のそれぞれは、加圧流体チャンバ(6)を含む流体圧手段を介在して、上記復帰用弾性手段(4)の作用に抗して、各吸気バルブ(VI)または排気バルブ(VE)を制御し、
各吸気バルブ(VI)または2つの排気バルブ(VE)に関連する上記加圧流体チャンバ(6)は、ソレノイドバルブ(15)を介して排気流路(12)に接続するのに適していて、当該接続は、バルブをバルブリフタから離脱させて、上記復帰用弾性手段(4)によってバルブを迅速に閉止させることを目的として行なわれ、
当該エンジンは、電子制御手段をさらに備え、電子制御手段は、1または2以上のエンジンの作動パラメータに従って、各ソレノイドバルブ(15)を制御して、各吸気バルブ(VI)または排気バルブ(VE)のタイミングや移動を変更し、
当該エンジンのカムシャフト(10)上の各カム(9)は、特定のプロファイルを有していて、当該プロファイルにより、各吸気バルブ(VI)または排気バルブ(VE)が開口し、それは、エンジンの通常の作動サイクルの通常の開口過程だけでなく、ある別の追加的なサイクルにおいても制御を行ない、
上記復帰用弾性手段によって、各ソレノイドバルブ(15)が開かれて、上記通常の過程、および(または)1または2以上の追加の過程において、吸気バルブ(VI)または各排気バルブ(VE)が閉止状態に維持され、そこでは、各カムによってバルブが開かれる結果、エンジンは、ソレノイドバルブ(15)により制御される異なるモードに従って選択的に作動でき、
排気バルブを制御する上記カム(9)のプロファイルにより、吸気過程の実質的最終段階において、排気バルブ(VE)が追加的に開口され、これにより、いわゆる“ポストチャージ”タイプの作動サイクルが実現され、そこでは、吸気ポート内の過剰な圧力に起因して、吸気過程の最終段階において排気バルブ(VE)が開くことにより、新鮮な空気が吸気ポートから排気ポートへと直接かつ迅速に流れ、それに続いて、吸気バルブが閉じられ排気ポート内の圧力上昇の後に、この上昇した圧力を利用して、空気の一部が排気ポートから戻ってシリンダ内に入り、それにより、シリンダへの再充填が改善され、
当該エンジンのさらなる特徴は、
各吸気バルブ(VI)を制御するカム(9)は特定の形状をしていて、その形状により、エンジンの通常の排気過程において、各吸気バルブ(VI)が開かれてエンジン内側での排気ガスの再循環(EGR)が実現され、
それは、通常の排気過程においては、排気ガスの一部がシリンダから吸気ポート内に移動し、その後、次の吸気過程でシリンダ内に戻り、その一方において、既に排気ポート内に移動していた排気ガスの一部が、上述の追加的な排気バルブの開口により、この吸気過程中にシリンダ内に戻る、という事実に基いていて、その結果、シリンダに戻り再充填された排気ガスが、次のサイクルでの燃焼に使用され、
吸気過程の初期段階からのマルチ・インジェクションを介して、燃料を断続的にシリンダ内に導入する手段を備え、
内部EGR機構による、燃料/空気/残留ガスチャージの層状化を実現して、それにより、自己点火および燃焼を許容する、ことを特徴とするエンジン。 - 各シリンダに関連する2つの吸気ポート(I)の端部部分は、一方のポート端部は、エアをほぼ正接方向(F1)にシリンダ内に送り込む一方、螺旋形状をした他方のポート端部は、シリンダ軸(17)と実質的に平行な軸(18)回りに回転する渦(F2)を生じさせるように、形成されていて、
前記電子制御手段は、これらのポート(I)に関連する2つの吸気バルブ(VI)を異なる方式で制御して、シリンダ内の“渦”レベルを調整することを特徴とする、請求項1記載のエンジン。 - 前記電子制御手段は、回転数および負荷が最大である場合には、下死点の後で吸気バルブ(VI)を閉じるようにセットアップすることができるし、それに代えて、始動時には、下死点に達する前に吸気バルブを閉じるようにセットアップすることもできることを特徴とする、請求項1記載のエンジン。
- 幾何学的圧縮比(GCR)が17:1またはそれ以下のシリンダを備えたことを特徴とする、請求項3記載のエンジン。
- 上記電子制御手段は、エンジン内を流れる空気量を減じるために、吸気バルブの閉止が先行するように、および(または)低温始動時に排気バルブの開口が先行するようにセットアップされ、その結果、
排ガスに伝達される所定の熱量に対して、排ガスの温度が高まり、触媒および粒子トラップ等の排ガスの前処理システムが起動することを特徴とする、請求項1記載のエンジン。 - 圧縮過程の最終段階で少量の燃料インジェクション ( パイロット ) を行なう手段を備え、チャージを局所的に濃厚にして点火および燃焼を確実とすることを特徴とする、請求項1記載のエンジン。
- エンジンの排気上に配置された酸素センサを含んでおり、
前記電子制御手段は、酸素センサからの信号に基いて、バルブ駆動の連続的な補正、および ( または ) 燃料噴射の制御を、閉ループ方式で行ない、各サイクル毎に各シリンダの有効混合強度を補正するようにセットアップされていることを特徴とする、請求項1記載のエンジン。 - 前記電子制御手段は、エンジンがスイッチ・オフ状態にある場合には、吸気バルブ ( V I ) および ( または ) 排気バルブ ( V E ) のリフト量を調整するようセットアップされていて、その結果、シリンダ内の圧縮圧力が最小となり、エンジンシャフトのトルク変動も最小となることを特徴とする、請求項1記載のエンジン。
- 前記電子制御手段は、いずれかのシリンダを選択的に排斥して、他のシリンダの負荷を増加させて熱効率を高めるようにセットアップされており、それによって燃料消費を最小限に抑えることを特徴とする、請求項1記載のエンジン。
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