JP2003074386A - 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

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

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 有害な排ガスを低減するとともに、低温始動
後のいわゆるウォームアップ過程において“ブルースモ
ーク”が発生するという低温始動時の問題を克服する。
さらに、パフォーマンスの改善や燃費向上を達成する。 【解決手段】 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、という事実に基いている。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。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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、1
7：１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ＥＧ
Ｒ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(Hom
ogeneous 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(h
omogenisation)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、Ｈ
ＣＣＩ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Ｉ ２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(exh
aust 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 pl
ane)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ＨＣＣ
Ｉ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
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｒ ３Ｇ０９２ Ｆ０２Ｂ 1/12 Ｆ０２Ｂ 1/12 ３Ｇ３０１ 17/00 17/00 Ｄ 23/00 23/00 Ｗ 31/02 31/02 Ｌ Ｆ０２Ｄ 17/02 Ｆ０２Ｄ 17/02 Ｂ Ｍ 41/02 ３８０ 41/02 ３８０Ｇ 41/06 ３７０ 41/06 ３７０ ３８５ ３８５Ｓ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ｃ ３１０Ｎ 41/38 41/38 Ｂ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｇ ３０１Ｗ 45/00 ３０１ 45/00 ３０１Ａ ３１２ ３１２Ｂ ３１２Ｇ ３２４ ３２４ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５１０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５１０Ｂ ５７０ ５７０Ｊ (72)発明者 アンドレア・ペコリ イタリア10100トリノ、コルソ・セバスト ポリ33番 (72)発明者 ロレンティーノ・マコール イタリア10092ベイナスコ（トリノ）、ヴ ィア・ジャコモ・プッチーニ３番 (72)発明者 ラウラ・ジャノリーオ イタリア10095グルリアスコ（トリノ）、 ヴィア・ミラノ78／エ番 (72)発明者 フランチェスコ・ヴァッタネオ イタリア10060パンカリエリ（トリノ）、 ヴィア・ジャルディーニ・デッラ・レシー ガ13番 Ｆターム(参考） 3G018 AA11 AB12 AB17 BA02 CA19 DA03 DA51 DA58 EA21 EA22 FA01 FA06 FA07 FA12 FA16 FA25 GA09 GA11 3G023 AA04 AA08 AB05 AC04 AD06 AD12 AG01 AG02 AG03 AG05 3G062 AA01 AA03 AA10 BA04 BA09 CA01 CA02 CA07 DA01 DA02 EB01 ED02 ED06 ED13 GA06 3G084 AA01 AA03 BA11 BA23 CA01 CA02 CA07 DA02 DA09 DA10 EB12 EC01 EC03 FA29 FA36 3G091 AA02 AA11 AA18 AA28 BA00 BA03 BA15 CB02 CB03 CB08 DA01 DA02 DB10 EA26 FA02 FA04 FA12 FB02 FC07 3G092 AA02 AA06 AA10 AA11 AA14 BB12 BB13 CA01 CA04 CB02 DA01 DA02 DA06 DA14 DG05 EA22 EC01 FA18 GA01 GA02 HD05Z HF19Z HF20Z 3G301 HA02 HA04 HA07 HA09 HA17 HA19 JA02 JA24 KA01 KA05 KA28 MA23 MA27 ND02 PD02A PF16Z

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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(Ｖ Ｅ)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(Ｖ Ｉ)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
    燃焼に使用される、ことを特徴とするエンジン。
  2. 【請求項２】 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。
  3. 【請求項３】 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。
  4. 【請求項４】 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。
  5. 【請求項５】 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。
  6. 【請求項６】 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、燃料を小パケットでシリンダ内
    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、請求項１記載のエンジン。
  7. 【請求項７】 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。
  8. 【請求項８】 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。
  9. 【請求項９】 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(ＶＩ)および
    (または)排気バルブ(ＶＥ)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。
  10. 【請求項１０】 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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