JP2008095690A - 内燃機関制御方法および内燃機関制御方法を使用する内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】ハーフカムレス機関が低負荷および中負荷の場合にフルカムレス機関と同様に動作するのを可能にする。
【解決手段】本発明は、開閉が排気弁制御手段２２によって制御される排気弁１６、および排気配管１８、２０に連結された排気管１４を含む少なくとも１つの燃焼ガス排気手段１２と、開閉が専用作動手段４６、４８によって制御される弁３２、３６および管３０、３４をそれぞれ有する少なくとも２つの吸気手段２６、２８とを含む少なくとも１つの気筒１０を有する内燃機関を制御する方法に関する。本発明によれば、この方法は、機関の低負荷または中負荷動作時に、排気弁１６の閉位置を制御することと、吸気弁の一方３６を燃焼ガス吐出弁として動作させるように制御することとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関制御方法およびそのような方法を使用する内燃機関に関する。

吸気弁の開閉が可変タイミング制御手段によって制御される公知の機関がある。この種のタイミングでは、従来のカムシャフトは、直接的または間接的に弁ロッドに作用する電磁アクチュエータや油圧アクチュエータや電気油圧アクチュエータや空気圧アクチュエータや電空アクチュエータのような、各弁専用の作動手段と交換される。これによって、吸気弁の開角度および時間と、吸気弁の引き上げ動作規則または吸気弁の開頻度を変更することができ、一方、この機関の単一の動作サイクル中の多重開動作が可能になる。一方、排気弁の開閉は、機関クランクシャフトに連結されたベルト（またはタイミングチェーン）によって回転駆動されるカムシャフトのような任意の従来のタイミング手段によって制御される。２つのタイミング構造を有するこの機関タイプはより一般的には「ハーフカムレス」と呼ばれている。

同様に、吸気弁の場合でも排気弁の場合でもカムシャフトを有さない「フルカムレス」と呼ばれる機関がある。この場合、機関は、吸気弁および排気弁の弁ロッドに直接的または間接的に作用する電磁アクチュエータや油圧アクチュエータや電気油圧アクチュエータや空気圧アクチュエータや電空アクチュエータなどの各弁専用の作動手段を有する。

どちらの機関タイプでも、たとえば、低負荷および中負荷の場合、制御自動点火による燃焼に関する本出願人によって出願された特許文献１に記載されたように、燃焼ガスを燃焼室に導入または保持することによって吸気弁および排気弁の開閉を可能にする吸気弁および排気弁の位相調整による、制御自動点火（ＣＡＩ）による燃焼や均質充填圧縮点火（ＨＣＣＩ）による燃焼のような特定の燃焼を有することが可能である。

ハーフカムレス機関の場合、排気弁がカムシャフトによって制御されることを考えると、これらの排気弁の引き上げ動作規則は動作時に修正するのが困難であるかまたは非常に限られた範囲でしか修正できないため、有効機関動作範囲にわたってそのような燃焼を得ることは困難である。

フルカムレス機関の場合、前述の欠点を解消することができるが、吸気弁および排気弁のそれぞれのアクチュエータを設置した場合、これらのアクチュエータの非常に高度の制御に関連してこのエンジンの生産コストが過度に高くなるという欠点がある。

さらに、高機関負荷の場合、排気時の高い背圧によって課される応力を考えると排気弁を作動させることは困難である。
仏国特許出願第２７６０４８７号明細書

本発明の目的は、ハーフカムレス機関が低負荷および中負荷の場合にフルカムレス機関と同様に動作するのを可能にする方法によって前述の欠点を解消することである。

本発明は、開閉が排気弁制御手段によって制御される排気弁、および排気配管に連結された排気管を含む少なくとも１つの燃焼ガス排気手段と、開閉が専用作動手段によって制御される弁および管をそれぞれ有する少なくとも２つの吸気手段とを含む少なくとも１つの気筒を有する内燃機関を制御する方法であって、機関の低負荷または中負荷動作時に、
排気弁の閉位置を制御することと、
吸気弁の一方を燃焼ガス吐出弁として動作させるように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、燃焼ガスを導管を介して排気配管内に排出することを含んでよい。

この方法は、吐出弁を有する管の口部を遮断することを含んでもよい。

本発明は、開閉が排気弁制御手段によって制御される排気弁、および排気管、排気配管を含む少なくとも１つの燃焼ガス排気手段と、管、および開閉が専用作動手段によって制御される弁をそれぞれ有する少なくとも２つの吸気手段とを備えた少なくとも１つの気筒を有する内燃機関であって、排気弁制御手段を制御する手段と、吸気手段の弁の一方をこの弁が燃焼ガス吐出弁として働くように弁の開動作規則を変更するように制御する手段とを有することを特徴とする内燃機関にも関する。

この機関は、吐出弁を有する吸気手段の管を排気配管に連結する導管を有してよい。

吐出弁を有する吸気手段の管は、管の口部を遮断する手段を有してよい。

吐出弁制御手段は、制御手段を作動させるかまたは停止させることのできる連結解除手段を有する。

本発明は、機関の制御自動点火による燃焼における上記の方法の使用に関する。

有利なことに、本発明は、多重時間機関動作または機関制動を伴う機関の動作に使用することができる。

この方法の他の用途は、排気量を低減させるためのコールドスタート条件の下での機関動作に関するものであってよい。

本発明の他の特徴および利点は、本発明による方法を使用するハーフカムレス機関を示す唯一の添付の図を参照して、非制限的な例を介した以下の説明を読むことによって明らかになろう。

以下の説明は、場合によっては過給式のディーゼル型内燃機関に適用可能であるが、特に火花点火型の、他の種類の内燃機関を除外するものではない。

唯一の図では、内燃機関は、燃料混合物の燃焼が行われる燃焼室を含む少なくとも１つの気筒１０、ここでは４つの気筒を有している。

この気筒は、排気管１４と排気弁１６などの遮断手段とを含む少なくとも１つ、ここでは２つの燃焼ガス排気手段１２を有している。排気管１４は、燃焼ガスを燃焼室から排出し、場合によってはその汚染除去処理を行うのを可能にするテールパイプ２０に連結された排気マニホールド１８を有する排気配管に開放している。排気弁１６の開閉は、タイミングベルトまたはチェーン（不図示）によってクランクシャフトと同期して回転駆動されるカムシャフト２２のような任意の公知の手段によって制御される。このカムシャフトは、たとえば、タイミングベルト（またはチェーン）からカムシャフトを取り外すのを可能にする手段のような、排気弁の開口部を連結解除する手段２４を保持している。このような連結解除手段は、カムシャフトの回転を停止させ、したがって、カムシャフトを排気弁に対して無効化し、排気弁が閉位置に留まるようにすることができる。

たとえば、より一般的には弁開動作無効化として知られている、カム作動部材の油圧連結解除手段のような他の手段を使用することができる。

この気筒は、少なくとも２つの吸気手段２６、２８も有しており、一方の吸気手段２８は、以下の説明で詳しく説明するように、機関が低負荷条件または中負荷条件の下で動作するときに燃焼ガス吐出し手段として使用される。

吸気手段２６は、従来の吸気手段と呼ばれ、吸気弁３２などの遮断手段に関連する吸気管３０を有している。

吸気手段２８は、吸気／吐出し手段と呼ばれ、吸気／吐出し管３４と吸気／吐出弁３６とを有している。吸気／吐出し管３４は、好ましくは双安定位置（完全開位置または完全閉位置）を有し、この管の口部４０から上流側に配置され、管内の、この口部からのあらゆる流体循環および口部に向かうあらゆる流体循環を制御するのを可能にする、シャッタ３８を保持している。導管４２は、吸気／吐出弁３６とシャッタ３８との間の吸気／吐出し管３４から始まり、排気マニホールド１８、または図示の例ではテールパイプ２０上に開放される。この導管は、導管４２の始点と、導管４２とテールパイプ２０の合流点との間に配置され、この導管内の流体連通を制御するのを可能にする、可変開型の弁４４を有することが好ましい。

各吸気弁３２および吸気／吐出弁３６の開閉は、それぞれ専用作動手段４６および４８によって制御され、完全に可変のタイミングを実現するのを可能にするか、または少なくとも、これらの弁および弁の開閉時間を変化させるのを可能にする。したがって、制御すべき弁に作用する電磁アクチュエータ、または油圧、電気油圧、空気圧、もしくは電空アクチュエータを使用することが可能である。説明を簡単にするために、以下の説明では、吸気弁および吸気／吐出弁の制御に関して電磁アクチュエータについて述べる。

もちろん、本発明の範囲から逸脱せずに、吸気濾過や機関過給のような機関の様々な作動要素を利用するように吸気弁３０および吸気／吐出弁４０の口部を単一の吸気マニホールド（不図示）に連結することができる。

この機関は、機関計算機と呼ばれ、機関速度、機関の負荷、または吸気圧および排気圧、運転者の要求を満たすようにこの機関によって生成する必要のある出力などの機関パラメータに従って評価を行い、したがって低負荷から中負荷までまたは高負荷から超高負荷までこの機関の所望の動作条件を管理するのを可能にするマッピングまたはデータテーブルを含む処理ユニット５０も有している。

より厳密には、この機関計算機は、動作条件に従って、電磁アクチュエータ４６および４８に作用する制御配管５２によって吸気弁３２および吸気／吐出弁３６の引き上げ動作規則を制御し、制御配管５４によって連結解除手段に作用することによって排気カムシャフト２２を作動または停止させ、配管５６によってシャッタ３８の完全開動作または完全閉動作を制御すると共に配管５８を通して弁４４を制御するのを可能にする。

したがって、機関が、一般に高負荷から超高負荷を有する従来のモードで動作する際、機関は、排気弁１６用のカムシャフト２２を使用し、吸気弁３２および吸気／吐出弁３６には電磁アクチュエータ４６および４８を使用しつつハーフカムレス機関として働く。

より厳密には、機関計算機５０は、連結解除手段２４に作用する配管５４を通じて、従来機関排気中に排気弁の開閉を制御しているカムシャフト２２を動作可能にする（動作可能のままにしておく）。この機関計算機はまた、吸気弁３２、および／または従来吸気弁として働いている吸気／吐出弁３６の開閉が行われるように、配管５２を通してアクチュエータ４６および４８を制御する。同様に、機関計算機５０は、シャッタ３８を吸気／吐出し管３４の口部４０を完全に開く構成にするように配管５６を通してシャッタ３８を制御する。最後に、この機関計算機は、燃焼ガスを吸気弁に再噴射する動作、すなわち、当業者にはＥＧＲ（排気ガス再循環）としてよく知られている動作が必要な場合に、弁４４に作用する。

この構成では、吸気／吐出し手段２８は吸気手段として使用され、弁４４を有する導管４２をＥＧＲ配管として使用して、排気配管内を循環する燃焼ガスの一部を吸気と混合し、各気筒の燃焼室内の燃焼混合物の燃焼を推進し排気量を低減させる空気／高温ガス混合物を得ることができる。

したがって、空気が管３０および３４を通って進入し、場合によってはある割合の燃焼ガスも配管４２を通して進入して、気筒１０の燃焼室に入り、次に、燃料の噴射および燃料混合物の圧縮の後に燃焼が行われる。この燃焼の結果として得られる燃焼ガスは次に、従来は、カムシャフト２２の動作の下で排気弁１６が開いたときに燃焼室から排出されている。

低負荷（または中負荷まで）動作中および機関空転速度中には、機関計算機は、様々な機関装置（連結解除手段２４、電磁アクチュエータ、シャッタ３８、および弁４４）を制御してハーフカムレス機関による動作条件から、アクチュエータ４６および４８のみが使用されるフルカムレス機関による動作条件に変更する。このことは、燃料消費量および排気量を低減させるという利点を有し、機関制動能力のみを向上させることができる。

したがって、機関計算装置５０は、カムシャフト２２を回転駆動するタイミングベルトまたはチェーンからカムシャフト２２を連結解除することによって連結解除手段２４を通じてカムシャフト２２を停止させる。この場合、排気弁１６は、閉じられたままである（他の方法は、カムシャフトを回転させたままにしておくことと、油圧制御によって弁の開動作を停止させることとを含む。）同時に、機関計算機は、図に実線で示されているように、シャッタ３８の完全閉位置を通じて吸気／吐出し管３４の口部の閉動作を制御し、この口部４０に向かうあらゆる循環を遮断し、かつ機関計算機は弁４４を開いて導管４２内の流体循環を可能にする。

この構成では、機関は、弁３２および３６によってのみ動作させられる。吸気弁３２は、空気を管３０の燃焼室に送り込むのを可能にし、吸気／吐出弁３６は、気筒の燃焼室内の燃料混合物の燃焼によって生じる燃焼ガス用の吐出（または排気）弁として使用される。このような燃焼ガスは、この弁を通して排出され、管２８の、シャッタ３８によって遮断された部分を循環し、次に、最終的にテールパイプ２０に送り込まれる前に導管４２内を循環し、すなわち、この導管をＥＧＲ導管として使用するときには従来のモードの方向とは逆方向に循環する。

したがって、機関のこのフルカムレス構成によって、燃焼ガスを燃焼室内に再導入または保持することによってこれらの弁の開閉を可能にするすべての吸気弁および排気弁位相調整可能性を考慮することができる。これによって、制御自動点火（ＣＡＩ）または均質充填圧縮点火（ＨＣＣＩ）燃焼の場合、燃焼ガスを再び吸引し、後で圧縮するように燃焼室内に保持することができる。

有利なことに、本発明による方法を使用して多重時間モードに従って機関を操作するかまたはこの機関の機関制動を実現することも可能である。

２行程サイクルによるこの機関の動作は、たとえば、適切な開動作規則によって弁３２および３６の開頻度を２倍にすることによって得ることができる。このことは、各機関サイクルに発生する示された出力を低減させるという利点を有し、したがって、ＣＡＩまたはＨＣＣＩ条件の下での動作を得ることができる負荷ゾーンを増大させることができる。

機関制動を実現するために、弁３２および３６の開引き上げ動作規則は、燃焼室に導入されたガス混合物を下死点まで圧縮するのを可能にするように構成されている。この構成から、圧縮端の所で弁３６を開き、ガス混合物の圧縮に使用されたエネルギーを放出する必要があり、その結果、機関制動として働く負のガス圧縮仕事が得られる。

本発明による方法を機関のコールドスタート時に使用することを検討することもできる。

したがって、専用弁開動作規則により、保持される残留燃焼ガスの比率を増やし、したがって、燃焼室内に閉じ込められ圧縮される原料の温度を上昇させることによって、排気量を低減させることが可能である。

本発明は、上述の実施例に限定されず、任意の変形実施形態および均等実施形態を包含する。

本発明の内燃機関の実施形態の一例を示す模式図である。

符号の説明

１２ 燃焼ガス排気手段
１４ 排気管
１６ 排気弁
１８ 排気管（排気マニホールド）
２０ 排気管（テールパイプ）
２２ 制御手段（カムシャフト）
２４ 連結解除手段
２６、２８ 吸気手段
３０ 管（吸気管）
３２ 弁（吸気弁）
３４ 管（吸気／吐出管）
３６ 弁（吸気／吐出弁）
３８ シャッタ
４０ 口部
４２ 導管
４４ 弁
４６、４８ 作動手段
５０ 処理ユニット
５２、５４ 制御配管
５６、５８ 配管

Claims (11)

1. 開閉が排気弁制御手段（２２）によって制御される排気弁（１６）、および排気配管（１８、２０）に連結された排気管（１４）を含む少なくとも１つの燃焼ガス排気手段（１２）と、開閉が専用作動手段（４６、４８）によって制御される弁（３２、３６）および管（３０、３４）をそれぞれ有する少なくとも２つの吸気手段（２６、２８）とを含む少なくとも１つの気筒（１０）を有する内燃機関を制御する方法であって、前記機関の低負荷または中負荷動作時に、
   前記排気弁（１６）の閉位置を制御することと、
   前記吸気弁の一方（３６）を燃焼ガス吐出弁として動作させるように制御することとを含むことを特徴とする機関制御方法。
2. 燃焼ガスを導管（４２）によって前記排気配管（１８、２０）の方へ排出することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の機関制御方法。
3. 燃焼ガス吐出弁として動作する前記弁（３６）を有する管（３４）の口部（４０）を遮断することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の機関制御方法。
4. 開閉が排気弁制御手段（２２）によって制御される排気弁（１６）、および排気管（１４）、排気配管（１８、２０）を含む少なくとも１つの燃焼ガス排気手段（１２）と、管（３０、３４）、および開閉が専用作動手段（４６、４８）によって制御される弁（３２、３６）をそれぞれ有する少なくとも２つの吸気手段（２６、２８）とを備えた少なくとも１つの気筒（１０）を有する内燃機関であって、排気弁制御手段（２２）を制御する手段（５０）と、前記吸気手段の前記弁の一方（３６）を燃焼ガス吐出弁として働くように前記弁の開動作規則を変更するように制御する手段（４８）とを有することを特徴とする内燃機関。
5. 燃焼ガス吐出弁として働く前記弁（３６）を有する吸気手段（２８）の管を前記排気配管（１８、２０）に連結する導管（４２）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. 燃焼ガス吐出弁として働く前記弁（３６）を有する前記吸気手段（２８）の前記管（３４）は、前記管（３４）の口部（４０）を遮断する手段（３８）を有することを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の内燃機関。
7. 前記排気弁（１６）を制御する前記排気弁制御手段（２２）は、該排気弁制御手段（２２）を作動または停止させるのを可能にする連結解除手段（２４）を有することを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関。
8. 内燃機関を制御自動点火によって動作させる手段を有することを特徴とする、請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の内燃機関。
9. 内燃機関を均質充填圧縮点火によって動作させる手段を有することを特徴とする、請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の内燃機関。
10. 内燃機関を多重時間動作させる手段を有することを特徴とする、請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の内燃機関。
11. 内燃機関を機関制動を伴って動作させる手段を有することを特徴とする、請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の内燃機関。

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