JP2007513285A - 過給エンジン、特に間接噴射エンジンの制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つのシリンダ（１０）と、少なくとも１つの、燃料を含有した過給空気用の吸気弁（２０）と、燃料を含有しない過給空気用の吸気弁（２８）と、少なくとも１つの排気弁（３６）とを備えている過給エンジンの制御方法に関する。本発明の方法は、シリンダからの排気段階が終了する前に、燃料を含有しない吸気弁（２８）と排気弁（３６）のオーバーラップを実現することと、残留燃焼ガスの掃気を行うために、シリンダ（１０）内に、燃料を含有しない過給空気を導入するように追加の閉塞手段（３０）を制御することと、燃料を含有しない過給空気の圧力が排気ガスの圧力よりも低い場合に、燃料を含有しない過給空気の吸気弁を閉じるよう追加の閉塞手段を制御することを含む。

Description

本発明は、過給内燃エンジン、特に間接噴射エンジンの制御方法、ならびにそのような方法を用いるエンジンに関する。

通常、内燃エンジンによって発生する出力は、このエンジンの燃焼室内に導入される空気量によって変わり、さらに空気量自体もこの空気の密度に比例する。既に公知である通り、この空気は、エンジンのシリンダへの過給が得られるように、ターボコンプレッサなどあらゆる圧縮手段により圧縮した後、このシリンダ内に導入することができる。

この空気の充填をさらに改善する目的で、エンジンの排気段階が終了する前に、燃焼室から残留燃焼ガスを排出して、これらのガスを過給空気に置き換えるようになっており、この段階は一般に燃焼ガスの掃気と呼ばれている。

米国特許第４２１７８６６号においてより詳しく記載されているように、この掃気は、排気段階の終了時に、あるシリンダの排気弁と吸気弁のオーバーラップ（交差）段階を実行することにより行われる。より詳細には、クランクシャフトの数度から数十度の回転角度の間、上死点（ＰＭＨ）の近傍において排気弁および吸気弁を同時に開くことによりこのオーバーラップが行われる。そのために、１つのマニホールドおよび１つの弁からなり、燃料を含有した過給空気を燃焼室に導入するようになっている従来の吸気手段を補完するものとして、燃料を含有しない過給空気用の１つのマニホールドおよび１つの弁からなる専用の吸気手段が設けられる。したがってこの燃焼ガスの掃気は、排気弁と、燃料を含有しない過給空気用の吸気弁とのオーバーラップを行うことにより行われる。このオーバーラップの間、排気弁は開いたままであり、燃料を含有しない過給空気が燃焼室内に導入される。この燃料を含有しない過給空気は燃焼ガスの圧力よりも高い圧力であり、燃焼ガスを掃気してこれを複数または単数の排気弁から排出し、その結果、この燃料を含有しない過給空気は、これらの燃焼ガスから開放された体積を占める。掃気が終了すると排気弁が閉じ、マルチポイント燃料噴射の場合、燃料噴射装置を備えている他の吸気手段により、燃料を含有した過給空気が燃焼室内に導入される。

このタイプのエンジンは満足を与えるものではあるものの、無視できない欠点を有する。

実際、多気筒エンジンのいくつかの動作モード、特に高速回転かつ最大負荷の場合、残留燃焼ガスの排気を妨げる反転掃気現象がシリンダ内に生じる。通常、この反転掃気は、排気段階の開始時のシリンダからの排気ガスの噴流が、最終の排気段階にあり掃気が行われるシリンダに逆行することによるものである。この場合、掃気時に、燃料を含有しない過給空気用の吸気弁は開き、排気ガスの噴流の圧力は過給空気の圧力よりも高いため、吸気空気の取り込みがブロックされ、燃料を含有しない空気用の吸気マニホールド内を残留排気ガスが通過する。次に、マニホールド内に含まれているこれらのガスは、エンジンの吸気段階で燃焼室内に再度導入される。

このことは、燃焼室内に含まれている残留ガスの割合を無制御な状態で変え、次いで発生する燃焼を妨害するという欠点を有する。

前記したことを解消するために、カムシャフトのような吸気弁の移動駆動手段は、エンジンの排気段階が終了するまで、燃料を含有しない空気用の吸気手段の弁が常に閉じたままになるようにし、燃料を含有しない過給空気用の吸気弁と排気弁との間のオーバーラップ段階をなくすようになっている。これを行うために、このカムシャフトは、排気弁の閉動作時にしか、燃料を含有しない空気用の吸気弁が開かないようにすることができる移相器を含む。

このような移相器は構成が複雑であり、正確な調整を必要とし、吸気弁の駆動手段についてのコスト高をもたらす。

本発明は前記した欠点を解消することを目的とする。

そこで、本発明は、１つの燃焼室を含む少なくとも１つのシリンダと、燃料を含有した過給空気用の吸気弁を有する少なくとも１つの、燃料を含有した過給空気用の吸気手段と、燃料を含有しない過給空気用の吸気弁を有する、燃料を含有しない過給空気用の吸気手段と、排気弁を有する少なくとも１つの燃焼ガス排気手段と、を備えている過給内燃エンジン、特に間接噴射エンジンの制御方法であって、
エンジンのある１つのシリンダからの排気段階が終了する前に、上死点の近傍において、燃料を含有しない過給空気用の吸気弁を開きかつ排気弁を開くことにより、弁のオーバーラップを実現することと、
燃料を含有しない過給空気の圧力が排気ガスの圧力よりも高い場合に、残留燃焼ガスの掃気を行うために、燃焼室内に過給空気を導入するように、燃料を含有しない過給空気用の吸気手段の追加の閉塞手段を制御することと、
燃料を含有しない過給空気の圧力が排気ガスの圧力よりも低い場合に、燃料を含有しない過給空気用の吸気手段を閉じるように、追加の閉塞手段を制御することと
を含むことを特徴とする方法に関する。

この方法は、少なくとも掃気動作中に、燃料を含有しない空気用の吸気弁を開位置に保持することを含んでもよい。

この方法は、エンジンの吸気段階終了時に、燃料を含有しない空気用の吸気弁を閉じることを含んでもよい。

有利には、この方法は、排気弁を閉じる時に、燃料を含有した過給空気用の吸気弁を開くことを含んでもよい。

好ましくは、この方法は、燃料を含有しない過給空気の圧力が排気ガスの圧力を超えている限り、追加の閉塞手段を開位置に保持することを含んでもよい。

またこの方法は、燃料を含有しない過給空気の圧力が排気ガスの圧力より低い限り、追加の閉塞手段を閉位置に保持することを含んでもよい。

本発明は、燃焼室を含む少なくとも１つのシリンダと、閉塞手段を有する１つの、燃料を含有した過給空気用の吸気手段と、閉塞手段を有する、燃料を含有しない過給空気用の吸気手段と、少なくとも１つの燃焼ガス排気手段と、を備えている過給内燃エンジン、特に間接噴射エンジンであって、燃料を含有しない過給空気用の吸気手段の追加の閉塞手段を備えていることを特徴とするエンジンにも関する。

追加の閉塞手段は、連結式のシャッタまたはバタフライ弁を含んでいてもよい。

追加の閉塞手段は制御手段により制御されてもよい。

制御手段は、エンジンの吸気および排気における圧力の評価手段を備えていてもよい。

閉塞手段は、移相器を持たないカムシャフトにより制御されてもよい。

本発明のその他の特徴および利点は、限定的なものではない例として示し、添付の図面を参照しながら行う以下の説明を読むことにより、よりよく理解されよう。

図１は本発明によるエンジンの概略図である。 図２はバルブのリフト（Ｌ）曲線を示すグラフであり、本発明によるエンジンのピストンの位置の変化にともなう追加の閉塞手段の位置（Ｐ）を示す。

図１は、過給空気と燃料との混合気の燃焼が行われる燃焼室１４をシリンダの上部とともに画定するピストン１２が内部をスライドする、少なくとも１つのシリンダ１０を備えている、特にガソリン間接噴射方式、とりわけ点火制御方式の過給内燃エンジンを示す。

シリンダ１０は、従来、このエンジンが通常有するシリンダヘッド内に設けられたオリフィスにより形成されている、燃料を含有した過給空気用の吸気手段１６と、このオリフィスと連通しているマニホールド１８と、燃料を含有した過給空気用の吸気弁のような通路の閉塞手段２０とを備えている。燃料噴射手段２２により燃料をマニホールド１８に導入することができ、その結果、燃料はマニホールド内を循環する過給空気と混合される。このシリンダは、シリンダヘッド内に配設されたオリフィスにより構成されている、燃料を含有しない過給空気用の吸気手段２４と、このオリフィスと連通しているマニホールド２６と、燃料を含有しない過給空気用の吸気弁のような通路の閉塞手段２８も備えている。マニホールドは、このマニホールド内を、燃料を含有しない過給空気が循環するのを可能にする、または禁止することができる追加の閉塞手段を有する。有利には、この閉塞手段は、軸の周囲に関節で連なったシャッタであるが、バタフライ弁コックなど他のあらゆる手段を用いることも可能である。自明のように、エンジンは、たとえば排気弁３６などの閉塞手段により制御される少なくも１つの燃焼ガス排気手段、ここでは２つの排気手段３４も備えている。

シャッタ３０は弁２８の上流側に配置され、マイクロモータ、油圧、電気油圧、電気アクチュエータなどのあらゆる駆動手段３２により、その軸を中心として回転駆動される。この駆動手段は、通常、エンジンが含むエンジンコンピュータであるＣＰＵ（図示せず）などからの指示を受け取る。このコンピュータは、特に、このエンジンの回転速度および／または負荷に応じて変化する吸気手段１６，２４および排気手段３４内の圧力を常時評価することを可能にするマッピング、すなわちテーブルを備えている。このコンピュータは、これらの吸気および排気手段内の圧力を知ることができる圧力センサ（図示せず）の信号を受け取ることもできる。

弁２８および２０は、移相器は持たないが、燃料を含有しない過給空気用の吸気弁２８を駆動するためのオフセットカムを通常含むカムシャフトにより移動させられる一方、排気弁３６は別の従来のカムシャフトにより駆動される。

エンジンの回転が低速および中速であって特に負荷が高い場合、弁２８における、燃料を含有しない過給吸気の圧力は、排気弁３６のレベルにおける排気ガスの圧力よりも高い。したがってこの差圧により、燃焼室１４内に存在する残留燃焼ガスの掃気が可能になる。この場合、この掃気を行うために、排気弁３６は開いており、燃料を含有しない過給空気だけがこの燃焼室内の上死点（ＰＭＨ）の近傍で吸気される。この吸気は吸気手段２４により、燃料を含有しない空気用の吸気弁２８を開き、このマニホールド内を、燃料を含有しない過給空気が通過するように、シャッタ３０を全開位置に移動させるようにアクチュエータ３２を駆動することにより実現される。シャッタ３０が既に全開位置にある場合には、このシャッタがその全開位置に留まるようにするために、アクチュエータ３２による動作は何ら行われない。

残留燃焼ガスは、過給空気の圧力と残留燃焼ガスの圧力の間の差圧の作用により、燃焼室１４から排気され、弁３６を通って排出される。これにより、これらの燃焼ガスが占めていた体積は、燃料を含有しない過給空気に置き換えられる。

燃焼ガスの掃気が終了すると、排気弁３６は閉じられるが、吸気弁２８およびシャッタ３０は開位置で保持される。次に、燃料を含有した過給空気は吸気手段１６の弁２０の開動作により、エンジンの吸気段階が終了するまで燃焼室１４に導入される。

このような構成をさらに詳細に記載するために、排気弁３６、燃料を含有しない過給空気用の吸気弁２８、および燃料を含有した過給空気用の吸気弁２０のリフト線図と、マニホールド２６の閉位置（Ｆ）と開位置（Ｏ）の間のシャッタ３０の位置とを示す図２を参照する。

エンジンの排気段階が終了する前、上死点（ＰＭＨ）の近傍のクランクシャフト角θ１においては、排気弁３６はまだ閉じておらず、燃焼室内に存在する残留燃焼ガスの掃気が行われる。これを行うには、燃料を含有しない空気用の吸気弁２８が開き、燃料を含有しない過給空気が燃焼室内に導入される。この角度θ１でシャッタ３０が既に開位置（Ｏ）にある場合には、エンジンサイクル中、燃料を含有しない過給空気の圧力が排気ガスの圧力より高い限り、この位置が保持される。反対に、角度θ１においてシャッタ３０が閉位置（Ｆ）にある場合には、このシャッタはマニホールド２６の全開位置（Ｏ）に移され（矢印ＯＴ）、同じく、燃料を含有しない過給空気の圧力が排気ガスの圧力より高い限り、この位置に保持される。この構成においては、残留排気ガスの圧力よりも高い圧力において、燃料を含有しない過給空気が燃焼室に導入され、これらの排気ガスは排気手段を通して排出され、燃料を含有しない過給空気に置き換えられる。この掃気は、上死点（ＰＭＨ）後、上死点の近傍のクランクシャフト角θ２において排気弁３６が完全に閉じるまで行われる。

これらの排気弁が閉じると、燃料を含有しない過給空気用の吸気弁２８は開位置に保持され、次に下死点（ＰＭＢ）の近傍までリフト曲線に従い、シャッタ３０は開位置に保持され、燃料を含有した過給空気用の吸気弁２０が開き、下死点（ＰＭＢ）の近傍でこの弁が閉じるまで、燃料を含有した過給空気が燃焼室１４内に導入される。

エンジンの回転が高速である場合、排気弁３６のレベルで排気ガスの対圧が生じ、それにより燃焼室内で反転掃気が生じる。この反転掃気により、排気弁３６のレベルにおける排気ガスの圧力は、弁２８のレベルにおける、燃料を含有しない過給吸気の圧力よりも高くなり、燃焼室内に存在する残留燃焼ガスの掃気の実行を禁止する。この場合、燃料を含有しない空気用の吸気弁２８は開いており、排気ガスが、燃料を含有しない過給空気用の吸気マニホールドに入るのを防止するために、シャッタ３０は、マニホールド２６内の、燃料を含有しない過給空気の通過を遮断する。

図２を参照すると、上死点（ＰＭＨ）の近傍のクランクシャフト角θ１では、排気弁３６はまだ閉じておらず、燃料を含有しない空気用の吸気弁２８が開く。反転掃気現象を防止するために、シャッタ３０がマニホールド２６の閉位置に設定され、その結果、任意の流体（吸気空気または排気ガス）の循環を禁止する。この角度θ１でシャッタ３０が既に閉位置（Ｆ）にある場合には、排気ガスの圧力が、燃料を含有しない過給空気の圧力より高い期間中、常にシャッタはこの位置に保持される。反対に、角度θ１においてシャッタ３０が開位置（０）にある場合には、このシャッタはマニホールド２６の全閉位置（Ｆ）に移され（矢印ＦＴ）、同様にこの位置に保持される。この構成では、燃料を含有しない過給空気が燃焼室１４に導入されることは許されず、また、排気ガスはマニホールド２６内に入ることができない。

前記した場合と同様に、排気弁が閉じると、燃料を含有しない過給空気用の弁２８は開位置に保持され、次に下死点（ＰＭＢ）の近傍までリフト曲線に従い、シャッタ３０はマニホールド２６の全閉位置に保持され、このマニホールド内では流体の循環は一切行われない。燃料を含有した過給空気用の吸気弁２０が開き、下死点（ＰＭＢ）の近傍でこの弁が閉じるまで、燃料を含有した過給空気が燃焼室１４内に導入される。

したがって本発明により弁のオーバーラップが常時行われ、移相装置を使わずに、本技術分野で通常使われているあらゆる単純な装置により従来の方法で、燃料を含有しない過給空気用の吸気弁および燃料を含有した過給空気用の吸気弁が駆動され、その際にも、シャッタ３０により、燃料を含有しない過給空気用のマニホールド内への排気ガスの逆流が防止される。

本発明は、前記した例に限定されるものではなく、あらゆる変形例およびあらゆる均等物を包含するものである。

Claims (12)

1. 燃焼室（１４）を含む少なくとも１つのシリンダ（１０）と、燃料を含有した過給空気用の吸気弁（２０）を有する少なくとも１つの、燃料を含有した過給空気用の吸気手段（１６）と、燃料を含有しない過給空気用の吸気弁（２８）を有する、燃料を含有しない過給空気用の吸気手段（２４）と、排気弁（３６）を有する少なくとも１つの燃焼ガス排気手段（３４）と、を備えている過給内燃エンジン、特に間接噴射エンジンの制御方法であって、
   前記エンジンの１つのシリンダからの排気段階が終了する前に、上死点（ＰＭＨ）の近傍において、前記吸気弁（２８）を開きかつ前記排気弁（３６）を開くことにより、前記弁のオーバーラップを実現することと、
   燃料を含有しない過給空気の圧力が排気ガスの圧力よりも高い場合に、残留燃焼ガスの掃気を行うために、前記燃焼室（１４）内に過給空気を導入するように、前記燃料を含有しない過給空気用の吸気手段（２４）の追加の閉塞手段（３０）を制御することと、
   燃料を含有しない過給空気の圧力が排気ガスの圧力よりも低い場合に、前記燃料を含有しない過給空気用の吸気手段（２４）を閉じるように、前記追加の閉塞手段を制御することと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 少なくとも掃気動作中に、前記燃料を含有しない過給空気用の吸気弁（２８）を開位置に保持することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記エンジンの吸気段階終了時に、前記燃料を含有しない過給空気用の吸気弁（２８）を閉じることを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記排気弁（３６）を閉じる時に、前記燃料を含有した過給空気用の吸気弁（２０）を開くことを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
5. 燃料を含有しない過給空気の圧力が排気ガスの圧力を超えている限り、前記追加の閉塞手段（３０）を開位置に保持することを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
6. 燃料を含有しない過給空気の圧力が排気ガスの圧力より低い限り、前記追加の閉塞手段（３０）を閉位置に保持することを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
7. 燃焼室（１４）を含む少なくとも１つのシリンダ（１０）と、閉塞手段（２０）を有する、燃料を含有した過給空気用の吸気手段（１６）と、閉塞手段（２８）を有する、燃料を含有しない過給空気用の吸気手段（２４）と、少なくとも１つの燃焼ガス排気手段（３４）と、を備えている過給内燃エンジン、特に間接噴射エンジンであって、前記燃料を含有しない過給空気用の吸気手段（２４）の追加の閉塞手段（３０）を備えていることを特徴とする、エンジン。
8. 前記追加の閉塞手段が、連結式のシャッタ（３０）を含む、請求項７に記載のエンジン。
9. 前記追加の閉塞手段がバタフライ弁を含む、請求項７に記載のエンジン。
10. 前記追加の閉塞手段（３０）が制御手段（３２）により制御される、請求項７から９のいずれか１項に記載のエンジン。
11. 前記制御手段が前記エンジンの吸気および排気における圧力の評価手段を備えている、請求項１０に記載のエンジン。
12. 前記閉塞手段（２８）は、移相器を持たないカムシャフトにより制御される、請求項７から１０のいずれか１項に記載のエンジン。

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