JP2005517115A - 停止状態にできるシリンダを備える内燃機関 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数のシリンダを具備する内燃機関に関し、このシリンダの少なくともいくつかは、運転中に停止状態にすることができる。運転中に停止状態にされるシリンダは、高負荷を有する運転点用に設計され、残りのシリンダは、低負荷を有する運転点用に設計される。

Description

本発明は、複数のシリンダを有し、そのシリンダの少なくともいくつかは運転中に停止状態にすることができる内燃機関に関する。

一般タイプの内燃機関は、特許文献１または特許文献２から既知である。いくつかのシリンダを停止状態にすると、内燃機関の一部の負荷範囲において燃料を節約できる。

独国特許発明第１９６ １１ ３６３ Ｃ１号明細書 独国特許発明第１９８ １２ ０９０ Ｃ２号明細書

本発明の目的は、運転中に一層大きな利点を実現できるように従来の内燃機関を改良することである。

本目的は、本発明に従って、請求項１に記載の特徴により達成される。

運転中に停止状態にすることができるシリンダは、高負荷運転点用に構成されるという事実の結果として、低負荷運転点において少ない数のシリンダだけで運転することが可能であり、それまで停止状態にされているシリンダは、最大負荷時または少なくともより高い負荷に対する要求がある場合にのみ回路に接続され、このようにして、所望の負荷要求を満足させることができる。比較的高い負荷領域では、ある状況下において、低負荷用に構成されるシリンダの方をパワーダウンさせることも可能である。

少ない数のシリンダは低負荷運転点用に構成されるので、前記シリンダは、排気ガスの排出量を低減するすべてのシステムを、前記システムが部分的にパワー低減効果を有している場合においても、装備することができる。高負荷運転点用に構成されるシリンダの場合は、そのような対応策を省くことができ、内燃機関の一層の高出力が可能となり、具体的には、高負荷運転点用のシリンダを停止状態にすることにより、適切でより低い燃料消費量およびより低い汚染物質排出量がもたらされる。

本発明の１つの有利な開発は、高負荷運転点用に構成されるシリンダが、低負荷運転点用に構成されるシリンダより低い圧縮比を有することである。低負荷運転点用に構成されるこれらのシリンダのそのようなより高い圧縮比は、炭化水素および一酸化炭素の低排出量という結果をもたらすことができる。特に、コールドスタートモードでは、そうである。一方、高負荷運転点用に構成されるシリンダの低圧縮比は、内燃機関が運転により温まっているときに、窒素酸化物排出量を確実に減少させ、その結果すべての運転点において汚染物質の濃度を低下させることができ、同時にパワー、トルクが増加する。

また、高負荷運転点用に構成されるシリンダのパワーの増加は、低負荷運転点用に構成されるシリンダの噴射ノズルより高い燃料流量を有する噴射ノズルを、高負荷運転点用に構成されるシリンダに設けることにより達成することもできる。

高負荷運転点用に構成されるシリンダと低負荷運転点用に構成されるシリンダとを分類する実際に満足できる可能性のある１つの方法は、２列のシリンダが設けられ、高負荷運転点用に構成されるシリンダがシリンダの一方の列に配置され、低負荷運転点用に構成されるシリンダが他方の列に配置される。特に、排気ガスの排出量を低減するための高価な対策が、低負荷運転点用に構成されるシリンダに設けられ、前記対策が、高負荷運転点用に構成されるシリンダでは省略することができる場合は、これは、構造的に互いに独立している２列のシリンダの場合、非常に有利に実施でき、また、それに相応しいコストが節約できる。

本発明のさらなる有利な改良点と開発は、残りの従属請求項および図面による基本形で以下に説明する例示的な実施形態とから明らかになる。

本件では、内燃機関１は、Ｖ型に配置されている２つのシリンダ列２、３を、それ自体既知の方法で有する。２つのシリンダ列２、３の各列には、それぞれ、４つのシリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、および３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄがある。もちろん、各シリンダ列２、３は他のシリンダ数であってもよく、同様にシリンダ列の数も他の数であってもよい。

吸気配管４、５は、それぞれ、２つのシリンダ列２、３に通じ、吸気配管に連結する吸入ダクト４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、および５a、５ｂ、５ｃ、５ｄをそれぞれ通じて、それぞれのシリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄおよび３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに、それぞれ吸気を供給する。燃焼中にシリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄおよび３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ内で発生する排気ガスは、排気ガス配管６および７を通して排出され、これらの配管６、７は、それぞれ排気ダクト６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄおよび７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを通じて、それぞれシリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄおよび３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに連結される。

シリンダ列３のシリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、内燃機関１が運転中に停止状態にすることができ、高負荷運転点用に構成されるシリンダである。対照的に、シリンダ列２のシリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、低負荷運転点用に構成されるシリンダであり、シリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄも、ある状況下、たとえば、高いが最大ではない負荷要求のある運転時点において停止状態にできるように構成しても良い。このように、シリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、排気ガスに関して最適化され、低燃料消費及び低汚染物質排出のために構成されるかまたは最適化される。一方、停止状態にすることができるシリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、高負荷に関して最適化され、高出力、または高トルクを出力するために構成される。

シリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを、比較的高い負荷の運転点用に組込むために、前記シリンダは、たとえば、シリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄより低い圧縮比εを有すると良い。そのような低圧縮比εは、たとえば、他のピストンまたはコネクティングロッドを使用することによりもたらすことができるが、内燃機関１が温まっているときに、内燃機関１の窒素酸化物排出量が減少するという状況をもたらす。一方、低負荷運転点用に構成されるシリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが高い圧縮比εであると、炭化水素および一酸化炭素の排出量が低減されるが、これは、特にコールドスタートモードにおいて、問題を引き起こすことがある。さらに、より低い圧縮比εの結果生じるより低いピーク圧力により、シリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ側により高い負荷を掛けることが可能である。

噴射ノズル８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが、シリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの吸入ダクト４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ内に配置され、前記噴射ノズル８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、シリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの吸入ダクト５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ内に配置される噴射ノズル９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄより低い燃料流量を有する。その結果、シリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄより、シリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに多くの燃料流量が供給でき、その結果、前記シリンダは、より高いトルクを発生できる。噴射ノズル９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄのより高い燃料流量は、たとえば、より大きなノズル孔または噴射器の変更によりもたらすことができる。

さらに、本例示的実施形態のシリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、シリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄより少ない数、具体的には、各２個の摺動バルブ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを有し、本件では、シリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄには、それぞれ４個の摺動バルブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが設けられる。また、これは、シリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに比較して、シリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄがより高いパワーを発生することに貢献する。

給気は、排気ガスターボチャージャ１２によりシリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに、さらなる排気ガスターボチャージャ１３によりシリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに、それ自体既知の方法で供給される。シリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのパワーをさらに増加させることができるように、排気ガスターボチャージャ１３は、低負荷運転点用に構成されるシリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの排気ガスターボチャージャ１２より高い空気流量を有する。これは、シリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのより高いパワーによる高回転速度における内燃機関１の比較的高いパワーレベルをもたらす。一方、シリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄによる比較的高いトルクは、排気ガスターボチャージャ１２のより低い空気流量による低回転速度においても可能である。さらに、排気ガスターボチャージャ１３には、それ自体既知のいわゆるウェイストゲートを装備することもでき、ある状況下では、調節可能なタービン構造を装備することもできる。

内燃機関１の汚染物質排出量をできるだけ低く維持するために、シリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、それ自体既知の方法で動作可能な排気ガス再循環装置１４を装備する。適切である場合は、排気ガス再循環装置１４に排気ガス循環冷却器（図示せず）を装備することもできる。

さらに、また、それ自体既知の吸入ダクトを停止状態にする装置１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが、たとえば、バルブなどの形で吸入ダクト４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ内に設けられる。また、この対策は、シリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの排気を減少させるためにも使用されるが、そのような対策は、シリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄには省略でき、また、上記の排気ガス循環装置１４も省略できる。

高負荷運転点用に構成されるシリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにおける、排気ガスの後処理または混合物の調整に使用される様々な対策の省略の結果として、内燃機関１のコスト削減のかなりの可能性が出てくる。たとえば、これに関連して、シリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄには、シリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとは異なった排気ガスシステムが使用できる。

内燃機関１は、ディーゼルエンジンとしてまたは火花点火機関として実施でき、電子制御装置（図示せず）により、それぞれのシリンダが確実に静かに作動および停止状態になる。シリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄおよび３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの２グループの熱管理が、それ相応に組込まれている場合は、内燃機関１のより早い加熱をもたらすこともできる。

Ｖ型の内燃機関１は、特に、汚染物質を削減するための各構成部品の異なる用途の結果として、図示された形が適切であるが、直列型（図示せず）内燃機関１において高負荷運転点用の各シリンダおよび低負荷運転点用のその他のシリンダを組込むことも可能である。

さらに、高負荷運転点用に組込まれ、運転中に停止状態にすることのできるシリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの数を、低負荷運転点用に構成されるシリンダ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの数と違えることも可能であり、これは、具体的には、シリンダ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが、高負荷運転点用に構成される結果としてのパワーの増加がどのくらい大きいか、またはどの排気ガス制限値が適合し得るかによって決まる。

本発明による内燃機関の略図。

Claims (10)

1. 複数のシリンダを有し、そのシリンダの少なくともいくつかは、運転中に停止状態にすることができる内燃機関において、
   運転中に停止状態にできる前記シリンダ（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）が、高負荷運転点用に構成され、残りの前記シリンダ（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）が、低負荷運転点用に構成されることを特徴とする内燃機関。
2. 高負荷運転点用に構成されるシリンダ（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）が、低負荷運転点用に構成されるシリンダ（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）より低い圧縮比（ε）を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 高負荷運転点用に構成される前記シリンダ（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）に、低負荷運転点用に構成されるシリンダ（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）の噴射ノズル（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）より、高い燃料流量を有する噴射ノズル（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）が設けられることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の内燃機関。
4. 高負荷運転点用に構成される前記シリンダ（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）に、充填空気を排気ガスターボチャージャ（１３）から供給できることを特徴とする請求項１、２あるいは３のいずれか１項に記載の内燃機関。
5. 低負荷運転点用に構成される前記シリンダ（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）に、充填空気を排気ガスターボチャージャ（１２）から供給することができ、高負荷運転点用に構成されるシリンダ（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）の前記排気ガスターボチャージャ（１３）は、低負荷運転点用に構成されるシリンダ（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）の排気ガスターボチャージャ（１２）より高い空気流量を有することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
6. 低負荷運転点用に構成される前記シリンダ（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）に、排気ガス循環装置（１４）を設けることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
7. 高負荷運転点用に構成される前記シリンダ（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）が、低負荷運転点用に構成されるシリンダ（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）より多数の摺動バルブ（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関。
8. 低負荷運転点用に構成される前記シリンダ（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）に、吸入ダクトを停止状態にするための装置（１５）を設けることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関。
9. ２列（２、３）のシリンダが設けられ、高負荷運転点用に構成される前記シリンダ（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）が、前記シリンダの１つの列（３）に配置され、低負荷運転点用に構成される前記シリンダ（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）が、前記シリンダの他の列（２）に配置されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関。
10. 高負荷運転点用に構成される前記シリンダ（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）の数が、低負荷運転点用に構成される前記シリンダ（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）の数に対応することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関。

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