JP2009216084A - 特にディーゼル型の直接噴射過給内燃機関における二重吸気弁リフトによる残留燃焼ガス掃気方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料混合物の燃料／空気比を制限し、燃焼室の形状を悪化させずに燃焼室の過給および充填を向上させるのを可能にする簡素な構成の掃気方法によって従来技術の欠点を解消する。
【解決手段】燃焼室１２を含む少なくとも１つの気筒と、排気制御手段４２によって制御される排気手段１４と、吸気制御手段４０によって制御される吸気手段２４と、処理ユニット４４とを有する、特にディーゼル型の直接噴射内燃機関の残留燃焼ガスを掃気する方法に関する。この方法は、機関が低速および高負荷条件で作動する際、機関の排気フェーズ中に排気弁１８を開閉するシーケンスを実行することと、この排気弁開閉シーケンス中に、吸気弁２８の少なくとも１回の開閉シーケンスを、残留燃焼ガスの掃気を実現するように実行することと、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、特にディーゼル型の直接噴射過給内燃機関の残留燃焼ガスを掃気する方法に関する。

一般に、内燃機関によって与えられる出力は、燃焼室に送り込まれる空気の量によって決まり、この量自体がこの空気の密度に比例する。

公知のように、高出力が必要である場合、この空気量の増大は、空気がこの燃焼室に送り込まれる前に空気を圧縮することによって実現される。この動作は、過給と呼ばれ、ターボ圧縮機やスクリュー圧縮機などの被駆動圧縮機のような任意の手段を使用して実行することができる。

さらに、気筒内のこの空気量をさらに増やすために、燃焼室の死体積に最初に含まれている残留燃焼ガスは、機関排気フェーズが終了する前に排出され、過給空気と置き換えられる。この段階は一般に、燃焼ガス掃気と呼ばれる。

フランス特許第２８８６３４２号に記載されているように、この掃気は、機関排気フェーズの終了時および吸気フェーズの開始時に、気筒の排気弁と吸気弁を重ね合わせることで構成することができる。この重ね合わせは、これらの排気弁と吸気弁を同時に、クランク回転角度で数度から数十度開くことによって行われる。

したがって、吸気は、燃焼室に入っている排気ガスを排出することによって、排気フェーズが終了する前に燃焼室に送り込まれる。したがって、このガスは、排気弁を通して排出され、吸気と置き換えられる。

フランス特許第２８８６３４２号

この種の機関は満足行くものであるが、欠点を有し、このような欠点は深刻なものである。

実際、このような掃気では、ピストンに深さの大きいくぼみを設ける必要があり、したがって、燃焼室の形状および燃料混合燃焼を悪化させる。さらに、この種の機関では同時に、排気弁の開角度および吸気弁の閉角度を修正する必要がある。

本発明の目的は、燃料混合物の限界空燃比を改善し、燃焼室の形状を悪化させずに燃焼室の過給および充填を向上させるのを可能にする簡素な構成の掃気方法によって上述の欠点を解消することである。さらに、粒子放出が抑えられ、機関出力が増大される。

したがって、本発明は、燃焼室を含む少なくとも１つの気筒と、排気制御手段によって制御される排気弁を備えた少なくとも１つの排気手段と、吸気制御手段によって制御される吸気弁を備えた少なくとも１つの吸気手段と、機関の吸気圧および排気圧に関する値を受け取る処理ユニットとを有する特にディーゼル型の直接噴射内燃機関の残留燃焼ガスを掃気する方法であって、機関が低速および高負荷条件で作動する際、
機関の排気フェーズ中に排気弁を開閉するシーケンスを実行することと、
この排気弁開閉シーケンス中に、残留燃焼ガスの掃気を実現するように吸気弁の少なくとも１回の開閉シーケンスを実行することと、を含むことを特徴とする機関の残留燃焼ガスを掃気する方法に関する。

この方法は、吸気圧が排気圧より高いときに吸気弁開閉シーケンスを開始することを含むことができる。

この方法は、排気フェーズの終了時に吸気弁を閉じることを含むことができる。

この方法は、排気フェーズの、吸気圧と排気圧との圧力差が最高であるゾーンにおいて、少なくとも１回の吸気弁開閉シーケンスを実行することを含むことができる。

この方法は、吸気弁リフトの高さが排気弁リフトの高さより低くなるように排気フェーズ中に吸気弁の高さを低くすることを含むことができる。

この方法は、吸気弁リフトの広がりが排気弁リフトの広がりより小さくなるように排気フェーズ中に吸気弁リフトの広がりを小さくすることを含むことができる。

本発明の他の特徴および利点は、非制限的な例として与えられる以下の説明を、添付の図を参照して読むことによって明らかになろう。

本発明による方法を使用する内燃過給機関を示す図である。 吸気弁および排気弁の様々なリフト法則（Ｌ）を、本発明による方法を使用する機関のクランク角（クランク度°Ｖ単位）の関数として表わす曲線を示す図である。 燃焼ガス掃気フェーズにおける気筒の吸気（Ｐａ）および排気（Ｐｅ）時の圧力（Ｐ、バール単位）をクランク回転（度単位）の関数として表わす曲線を有するグラフである。

図１では、図示の内燃機関は、吸気フェーズＡ、圧縮フェーズＣ、膨張フェーズＤ、および排気フェーズＥを含む４気筒モードで動作する、特にディーゼル機関の自己点火型の過給内燃機関である。

この機関は、ピストン（不図示）が、上死点（図ではＰＭＨ）と下死点（ＰＭＢ）との間を直線往復運動で滑り、燃料混合物の燃焼が生じる燃焼室を区画する、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。

広く知られているように、この燃料混合物は、再循環排気ガス（またはＥＧＲ）を混合された過給空気と燃料の混合物、または過給空気と燃料の混合物であってよい。

気筒は、排気弁１８などの遮断手段と組み合わされた排気管１６を含む、少なくとも１つの排気手段１４、ここでは２つの排気手段を有している。

排気管１６は燃焼室から燃焼ガスを排出するのを可能にする排気マニフォルド２０まで延び、このマニフォルドは、排気配管２２に連結されている。

この気筒は、吸気弁２８などの遮断手段によって制御される吸気管２６を含む、少なくとも１つの吸気手段２４、ここでは２つの吸気手段も有している。

通常、吸気マニフォルド３０は、吸気管２６に連結され、新たな空気（一般に、再循環排気ガスが混合されることも混合されないこともある過給空気）を燃焼室１２内で分散させるのを可能にし、このマニフォルドは、供給配管３２にも連結されている。

吸気マニフォルドは、ターボ圧縮機３６の圧縮部３４の出口に配管３２によって連結され、排気マニフォルド２０は、このターボ圧縮機のタービン３８の入口に配管２２によって連結されている。

吸気弁２８の開閉は、特に低機関速度で高機関出力を必要とする作動条件時にこのような弁の二重リフトを実現し、または中間機関速度および高機関速度での通常の機関作動条件の下で単一リフトを実現するのを可能にする任意の公知の手段によって制御される。

したがって、これらの弁の２つのリフト法則を実現するのを可能にするＶＶＡ（可変弁作動）カムシャフト型の制御手段４０が使用されている。第１の法則は、機関の排気フェーズＥ中に吸気弁２８の少なくとも１回の開閉シーケンスを実行し、その後、吸気フェーズＡ中にこれらの弁の通常の開閉シーケンスを実行するのを可能にする。他のリフト法則は、機関の吸気フェーズ中に吸気弁の開閉シーケンスのみを実行するのを可能にする。

非制限的な例として、このカムシャフトは、第２のカムと組み合わされ、機関の排気フェーズＥおよび吸気フェーズＡ中にこれらの吸気弁の二重リフト法則を実現するのを可能にするカムと、一方のカム、たとえば第２のカムを動作不能にして吸気フェーズ中に吸気弁の１回のリフトを実現する取り外し装置とを有している。

もちろん、本発明の範囲から逸脱せずに、これらの制御手段は、弁ロッドに直接作用する電磁、電空アクチュエータのような、各弁の特定の制御手段であってよい。

用語「リフト」は、弁が管のオリフィスをオリフィス全開位置まで開くのを開始する瞬間からこのオリフィスを閉じるのを終了する瞬間までの、弁の運動の（２つの軸に沿った）グラフィックな表現に相当することに留意されたい。

排気弁１８の開閉は、回転が、歯付きベルトのような、この機関のクランクシャフトに連結された駆動手段によって制御される、従来のカムシャフト４２のような任意の公知の手段によって制御される。

この機関は、吸気マニフォルド３０内の吸気圧および排気マニフォルド２０内の排気圧、機関速度または荷重のような、データ回線４６４によって送信される機関パラメータの値に応じて、運転者の要求を満たすように、この機関によって生成すべき出力を見積もるのを可能にするマッピングまたはデータチャートを含む機関計算機と呼ばれる処理ユニット４４も有している。

より厳密に言えば、この機関計算機は、これらの値に応じて、これらの値の単一または二重リフトを可能にするように、手段４０に作用する制御配線４８を通して、特に吸気弁２８のリフト法則を制御するのを可能にする。

したがって、機関が、特に低機関速度のための高出力要求に対応する条件の下で動作する必要があるとき、機関計算機は、吸気マニフォルドで記録された圧力Ｐａが排気マニフォルド内で有効な圧力Ｐｅより高いときに、この機関が燃焼室に存在する残留燃焼ガスを掃気することと連動するようにこの機関を制御する。

開位置（Ｏ）と閉位置（Ｆ）との間の吸気弁２８および排気弁１８についての様々なリフト法則をクランク回転角（°Ｖ）の関数として示し、このようなクランク回転角を示す図３に関する図２に関連して、計算機４４は特に、吸気弁２８の二重リフトを実現して出力要件を満たすように回線４８を通して制御手段４０を制御する。

より厳密に言えば、図２に最も良く示されているように、機関の排気フェーズＥ中に、排気弁１８は通常、ピストンの排気下死点（ＰＭＢｅ）と吸気上死点（ＰＭＨａ）との間の開閉シーケンスに従い、燃焼室に入っている排気ガスを排気マニフォルド２０の方へ排出する。

この排気弁開閉シーケンスと共に、制御手段４０は、この排気フェーズ中および排気弁開閉シーケンス中に吸気弁２８の少なくとも１回の開閉シーケンスを実行するように機関計算機によって制御される。このシーケンスは特に、吸気弁２８のレベルで考えられる圧力Ｐａが排気弁１８のレベルで記録された圧力Ｐｅより高いことを示す情報を計算機が受信したときに実行される。

特に、これらの吸気弁は、排気下死点ＰＭＢｅのとき、またはＰＭＢｅのときより後に開き、吸気上死点ＰＭＨａのときに閉じる。吸気圧にとって全体的に正である吸気圧Ｐａと排気圧Ｐｅとの圧力差（図３参照）のために、燃焼室１２に入っている排気ガスは、排気配管２２に送られる前に排気弁１８を通って排気マニフォルド２０の方へ排出される。したがって、この排気ガスは、機関の吸気フェーズＡの終了時に燃焼室に存在する空気の量を全体的に増やすことを可能にする過給空気で置き換えられる。

図２に太い線で示されているように、吸気弁２８のリフトの広がりを排気弁１８のリフトの広がりより小さくすることができることが好ましい。したがって、これらの吸気弁は、ＰＭＢｅの後のクランク角Ｖａ１のときに開き、ＰＭＨａに近い角度Ｖａ２のときに閉じる。角度Ｖａ１と角度Ｖａ２との間での吸気弁のリフトは、吸気圧Ｐａと排気圧Ｐｅとの圧力差が、吸気圧にとって正である間に考慮される排気フェーズにおいて全体的に最高である（図３参照）、排気フェーズのゾーンに相当する。

有利なことに、吸気弁のリフト高さは、排気弁のリフト高さにほぼ等しいが、図２に点線で示されているように、これらの吸気弁のリフト高さは、残留燃焼ガスの排出を制御することができるように、たとえば全開位置Ｏと３分の１開位置Ｏ／３とで変えることができる。

同様に、吸気弁リフトの広がりは、開閉シーケンスを角度Ｖａ１の後の角度Ｖａ３のときに開始し、角度Ｖａ２の前の角度Ｖａ４のときに終了するように変更することができる。

排気フェーズ中のこれらの吸気弁の最大リフトおよび最大広がりは、排気弁の最大リフトおよび最大広がりより低いことが好ましい。

この機関の、この排気フェーズの後に続く吸気フェーズＡ中には、計算機４４は、手段４０を制御し、これらの吸気弁２８が通常どおりにＰＭＨａの近くで開き、圧縮下死点ＰＭＢｃの近くで閉じるようにこれらの吸気弁２８を制御する。

したがって、吸気弁のこの第２のリフトの間、掃気動作の後に燃焼室１２にすでに存在する過給空気に過給空気がさらに追加され、吸気フェーズＡの終了時により多くの空気を得られる。

燃焼ガス掃気を行わない通常の機関作動条件の下では、機関計算機４４はそのとき、排気フェーズＥ中に吸気弁２８のリフトが実現されないように、上述のカムシャフトの第２のカムを動作不能にし、これらの吸気弁を閉位置に維持するのを可能にすることによって、回線４８を通じて制御手段４０を制御する。この排気フェーズ中には、排気弁１８のみがＰＭＢｅとＰＭＨａの間で通常どおりに開閉シーケンスに従う。

この排気フェーズの後に、吸気弁２８がＰＭＨａとＰＭＢｃの間で通常の開閉シーケンスに従う吸気フェーズＡが続く。

したがって、本発明は、排気フェーズ中の吸気弁のリフト法則に従うことによって掃気パラメータを調整するのが可能な機関作動条件（排出される燃焼ガスの量、燃焼ガス排出時間など）から、通常の機関作動条件への変更、およびその逆の変更を容易に可能にする。さらに、吸気法則のモジュラリティによって、吸気圧と排気圧との圧力差に応じて残留燃焼ガスの掃気を制御するのが可能になる。

本発明は、上述の例に限定されず、任意の変形実施形態または等価実施形態を包含する。

Claims (7)

1. 燃焼室（１２）を含む少なくとも１つの気筒（１０）と、排気制御手段（４２）によって制御される排気弁（１８）を備えた少なくとも１つの排気手段（１４）と、吸気制御手段（４０）によって制御される吸気弁（２８）を備えた少なくとも１つの吸気手段（２４）と、機関の吸気圧（Ｐａ）および排気圧（Ｐｅ）に関する値を受け取る処理ユニット（４４）とを有する、特にディーゼル型の直接噴射内燃機関の残留燃焼ガスを掃気する方法において、前記機関が低速および高負荷条件で作動する際、
   前記機関の排気フェーズ中に排気弁（１８）を開閉するシーケンスを実行することと、
   この排気弁開閉シーケンス中に、吸気弁（２８）の少なくとも１回の開閉シーケンスを、前記残留燃焼ガスの掃気を実現するように実行することと、を含むことを特徴とする機関の残留燃焼ガスを掃気する方法。
2. 吸気圧（Ｐａ）が排気圧（Ｐｅ）より高いときに吸気弁（２８）の開閉シーケンスを開始することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の機関の残留燃焼ガスを掃気する方法。
3. 少なくとも前記排気フェーズが終了する前に吸気弁（２８）を閉じることを含むことを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の機関の残留燃焼ガスを掃気する方法。
4. 前記排気フェーズの終了時に吸気弁（２８）を閉じることを含むことを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の機関の残留燃焼ガスを掃気する方法。
5. 前記排気フェーズの、吸気圧（Ｐａ）と排気圧（Ｐｅ）との圧力差が最高であるゾーン（Ｖａ１−Ｖａ２）において、吸気弁（２８）の少なくとも１回の開閉シーケンスを実行することを含むことを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の機関の残留燃焼ガスを掃気する方法。
6. 吸気弁（２８）のリフトの高さが排気弁リフトの高さより低くなるように前記排気フェーズ中に吸気弁（２８）の前記リフトの前記高さを低くすることを含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の機関の残留燃焼ガスを掃気する方法。
7. 吸気弁（２８）のリフトの広がりが排気弁リフトの広がりより小さくなるように前記排気フェーズ中に吸気弁（２８）の前記リフトの前記広がりを小さくすることを含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の機関の残留燃焼ガスを掃気する方法。

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