JP2014227999A - 可変作動および遅延閉鎖型の吸気弁を備えた火花点火内燃エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷で運転する過給型の火花点火エンジンの効率を最適にする。【解決手段】特に過給型であり、好ましくはガソリンエンジンである火花点火内燃エンジンであって、吸気弁とそれぞれの制御カムの間に設定した加圧流体室を含む吸気弁の可変作動用のシステムと、電気作動弁を備え、電気作動弁の開口が前述の加圧流体室を解放して、それぞれのカムが弁を開放状態に保つ傾向にあっても、それぞれの弾性戻り手段により、吸気弁を迅速に閉鎖させる。前述の可変弁作動システムは、略一定の揚力のブート部（Ｃ２）を含む吸気弁の揚力プロファイルを生成するような形状を有する、吸気弁制御カムと組み合わせて使用する。前述のブート部は、吸気弁の開放サイクルの最終部分のＢＤＣの後に設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、多気筒内燃エンジンに関する。このタイプの多気筒内燃エンジンは、それぞれのシリンダに設けられた少なくとも１個の吸気弁および少なくとも１個の排気弁とを備え、それぞれが、対応する吸気管および排気管を制御するために弁を閉鎖位置に付勢する弾性戻り手段を備え、エンジンシリンダの吸気弁および排気弁をそれぞれのタペットで動作させるための少なくとも１本のカムシャフトとを備え、少なくともそれぞれの吸気弁は、加圧流体室を含む油圧手段の介在によって、前述の弾性戻り手段の動作に抗してそれぞれのタペットによって制御される、可変作動弁であり、弁のタペットに接続されたポンピングピストンが加圧流体室に対向しており、前記加圧流体室は、可変作動弁をそれぞれのタペットから切り離し、それぞれの弾性戻り手段により弁を迅速に閉鎖するため、電気作動弁によって、排気通路に接続され、可変作動弁の開放の時間と長さをエンジンの１つ以上の運転パラメータの関数として可変するようにそれぞれの電気作動弁を制御するための電子制御手段を備え、エンジンは火花点火エンジン、特に過給火花点火エンジンであり、特にガソリンエンジンである。

本出願人は、これまでかなりの期間、エンジン弁の可変作動のための上記のタイプの電子制御油圧装置を開発してきた。本出願人は、この種のシステムを搭載したエンジンに関する数多くの特許および特許出願の所有者である。即時に参照できるよう、添付の図面の図１に、本出願人の名のもとに出願された特許文献１に記載の技術に従ったエンジンの断面図を示す。

上記図１を参照すると、記載のエンジンは多気筒エンジンであり、例えば、シリンダヘッド１を備えた直列４気筒エンジンである。

シリンダヘッド１は、それぞれのシリンダにシリンダヘッド１のベース面３によって形成され、２本の吸気管４、５と２本の排気管６が開口する燃焼室を形成するキャビティ２を備える。２本の吸気管４、５の燃焼室２との連通は、シリンダヘッド１の本体に摺動可能に取り付けられたステム８をそれぞれ備える、２個の従来のきのこ型の吸気弁７によって制御される。

それぞれの弁７は、シリンダヘッド１の内面と弁のエンドカップ１０との間に設けたスプリング９によって閉鎖位置に向かって付勢される。２本の排気管６の燃焼室との連通は、同様に、閉鎖位置に向けて戻すスプリング９を付随した従来のタイプの２個の弁７０で制御される。

それぞれの吸気弁７の開放は、下記に説明するように、シリンダヘッド１の支持範囲内の軸１２を中心として回転可能に取り付けられるとともに吸気弁７を作動させるための複数のカム１４を備えたカムシャフト１１によって制御される。

吸気弁７を制御するカム１４はそれぞれ、上記の特許文献１で説明した例の場合では、弁７の軸に対して略９０°をなす軸１７に沿って摺動可能に取り付けられたタペット１６のプレート１５と協働する。プレート１５は、それに付随のスプリングによってカム１４に対して付勢されている。タペット１６は、後に詳しく説明するように、吸気弁の作動に付随する電気装置および油圧装置すべてが組み込まれた組立済みユニット２０の本体１９が支える軸受筒１８の内部に摺動可能に取り付けられたポンピングピストンを構成する。

ポンピングピストン１６は、弁７のステム８に力を伝達して、ポンピングピストン１６が対向する圧力室Ｃの中にある加圧流体（好ましくはエンジンの潤滑油回路から供給されるオイル）によって、また、やはり組立済みユニット２０の本体１９が支える軸受筒２２が構成する円筒形本体内に摺動可能に取り付けたピストン２１によって、弾性手段９の動作に抗して弁７を開放させる。

再び図１に示した周知のソリューションを参照する。それぞれの吸気弁７に付随する加圧流体室Ｃは、電気作動弁２４を介して排気通路２３と連通するように設定可能である。電気作動弁２４は、周知のタイプの弁、特に、ソレノイド弁でよく、ここで示す機能に適したものでよく、全体を参照符号２５で表わす電子制御手段によって、アクセルの位置やエンジンの回転速度など、エンジンの運転パラメータを示す信号Ｓの関数として、制御される。

ソレノイド弁２４が開放されると、室Ｃが通路２３と連通し、室Ｃの中にある加圧された流体が前述の通路に流れ込み、カム１４及びそれぞれのタペット１６によって吸気弁７から切り離され、これにより、戻りスプリング９の動作によって即座に閉鎖位置に戻る。室Ｃと排気通路２３との間の連通を制御することによって、それぞれの吸気弁７の開放の時間とストロークを所望の値に変更することが可能となる。

各種のソレノイド弁２４の排気通路２３は、すべて蓄圧器２７と連通する同一の縦の通路２６に繋がっており、そのうちの１つが図１に示されている。

軸受筒１８が付随するタペット１６、軸受筒２２が付随するピストン２１、ソレノイド弁２４、およびそれに対応する通路２３、２６はすべて組立済みユニット２０の前記本体１９によって支持されるとともに形成されているため、迅速に、かつ容易にエンジンを組み立てることができるという利点を有する。

原則的に、参照した先行出願の文書の場合は、例外なく、油圧作動システムの排気弁の制御に対しても適用するものであるが、それぞれのシリンダに付随する排気弁７０は、図１に示す実施形態では、それぞれのカムシャフト２８によって、それぞれのタペット２９を介して従来の方法で制御される。

再び図１を参照する。軸受筒２２内に形成され、ピストン２１に対向する容量可変室（図１では最小容量の状態を示しており、ピストン２１が上死点位置にある）が軸受筒２２の端壁に設けた開口３０を介して加圧流体室Ｃと連通する。前述の開口３０には、閉鎖段階においてピストン２１の端部の突起３１が係合して、弁７の動作を油圧で制動する。弁が閉鎖位置近傍にある場合、容量可変室の中にあるオイルが、端部の突起３１とそれが係合する開口３０の壁の間に存在する隙間を通って加圧流体室Ｃ内に流れ込む。開口３０によって形成される連通に加え、加圧流体室Ｃとピストン２１の容量可変室とが、ピストン２１の本体に設けられ非戻り弁３２によって制御される内部通路を介して、互いに連通することによって、加圧流体室Ｃのみからの流体をピストン２１の容量可変室へと通すことが可能となる。

図１に示す周知のエンジンの通常の運転中、ソレノイド弁２４が加圧流体室Ｃの排気通路２３との連通を遮断すると、前述の室内にあるオイルが、カム１４により与えられるポンピングピストン１６の動作を、弁７の開放を司るピストン２１へと伝達する。弁の開放動作の初期段階において、室Ｃからの流体が、非戻り弁３２を通過するピストン２１の容量可変室と、さらに筒型の形態を有するピストン２１の内部のキャビティを容量可変室と連通させる通路とに到達する。ピストン２１の最初の変位の後、突起３１が開口３０から脱出し、これによって開放された開口３０を通って室Ｃからの流体が直接に容量可変室に流入できるようになる。

弁の閉鎖の逆の動作では、すでに説明したように、最終段階中に突出部３１が開口３０に進入し、例えば、弁７を閉鎖位置に即座に戻すソレノイド弁２４の開放に呼応して、弁に油圧制動をかけて弁体の弁座への接触を防止する。

図１に示す油圧ブレーキ装置の代替例として、本出願人は、吸気エンジン弁を制御するためのピストン２１には端部の突起がなく、ピストン２１の本体に設ける代わりに、非戻り弁３２が固定部に設けられている構成を有する異なるソリューションを提案している。（特許文献２参照）。さらに、ピストン２１が摺動可能に取り付けられた軸受筒の壁には、１または複数の通路が圧力室Ｃと直接連通している。前記の通路は、流体の流動領域を制限し、その結果として油圧ブレーキ効果を発生させるべく、エンジン弁の閉鎖の最終段階においてピストン２１によって漸進的に遮断されるような形状を持つと共にそのような位置に設けられている。さらに、特許文献２で提案されたソリューションでは、エンジン弁を制御するピストン２１とエンジン弁のステムとの間に補助油圧タペットが設けられている。

本出願人がすでに提案した適用方法の別の重要な例を説明するため、添付の図面の図２に、本出願人の名で出願された特許文献３の主題を形成する実施形態を示している。この場合、エンジンは、吸気弁と排気弁の両者を制御するための単一のカムシャフトを備える。

図２を参照すると、電子制御油圧装置の部材はすべて単一のブリック構造２００によって支持されており、ブリック構造２００は、取り付けた状態で、２本の軸１１，２８の軸線を通る面に相当する底面を有する。軸１１は、エンジンの唯一のカムシャフトであり、結果として、吸気弁の制御カムと、エンジンの排気弁の制御カムとの両方を備える。一方、軸２８は、一端が、いずれかの補助システムの作動に利用され得る動力取出装置を支持するシリンダヘッドから突出しているカムレス軸である。

従来のエンジンのように、２本の軸１１，２８は、エンジンの軸から軸１１，２８に動作を伝達する伝達チェーンと係合するように設計されているキャリーギヤ２０２、２０３およびシリンダベッドの外部に位置する端部を備える。

軸１１は、すでに説明したように、エンジン吸気弁の作動のためのカムと、排気弁の作動のためのカムとの両者を備える。本出願人の名のもとに出願された特許文献４ですでに提案されたソリューションによると、吸気弁を制御するカムが、図１で説明したものと類似したタイプの電子制御油圧装置によって吸気弁を制御する。図２では、前述の装置の構成要素を図１で使用したものと同じ参照符号で表している。代わりに、排気弁は、軸１１のそれぞれのカムによって機械的に制御される。図２に明確に示されているように、排気弁はロッカー２０４を介して制御され、そのロッカーはそれぞれシリンダヘッドの構造上で旋回する一端２０５と、それぞれのカムと接する中間ローラと、それぞれの排気弁７０を制御する反対側端部２０６とを有する。そして、それぞれの吸気弁に対応付けられているポンピング要素１６は、ブリック２００の構造に向かって旋回するロッカー２０７によって制御され、それぞれ軸１１が支持する制御カムとポンピング要素１６とに係合する部分を有する。また、図２は、エンジンシリンダに付随する点火プラグ２０８（およびそれに対応するコイル２０９）を示す。すでに説明したように、ブリックは、前述の装置に付随する油圧システムのすべてのチャネルと同様、電子制御油圧装置を形成するすべての要素を支持し、吸気弁７を可変作動させる。

本出願人の名のもとで出願された特許文献５から、先に述べた周知のシステムに対し更なる改良がなされていることは周知である。主たる特徴は、それぞれの吸気弁の制御カムは、略一定の揚力のブート部を含む弁揚力プロファイルを生成するような形状であることにある。

特許文献５に記載の通り、前述の特徴を有する吸気弁の制御用カムと上記のようなタイプの可変弁作動システムとを組み合わせることにより、ガソリン火花点火エンジンの場合およびディーゼル圧縮点火エンジンの場合の両方において、一連の重要な改良と運転上の利点への道が開かれる。

しかし、特許文献５では、ガソリンエンジンの場合、前述の吸気弁の揚力プロファイルが略一定のブート部が、吸気弁の揚力サイクルの初期の部分に、またそれぞれのシリンダのピストンの上死点（ＴＤＣ）より前に設けられている。さらに、前述の適用方法の場合、吸気弁を作動させるためのシステムの電子制御手段は、エンジンの回転速度が所定の値を下回ったときに前述のソレノイド弁を閉鎖した状態に保つようにプログラム化されている。

このように、エンジンの回転速度が比較的低い場合には、また、前述の所定の値より低い場合は、吸気弁の揚力プロファイルはその制御カムのプロファイルによって一意的に決定する。図示のごとく、前述のカムのプロファイルは、弁揚力プロファイルにおいて、上死点に対して先立って、略一定の揚力を有するブート部を形成するようになっている。これにより、エンジンの排気位相の、その後の吸気位相との重なりが決定する。吸気弁であれば、上死点に先立って開くことによって、前の排気位相の最終部分ですでに開いていることになる。

排気位相の最終部分において吸気弁が開くことにより、吸気マニホールドの中の圧力の方が排気マニホールドの中の圧力より高ければ（特に、過給機関の場合）、燃焼室の掃気が決定し、シリンダに導入される空気の量の増加が決定する。

再び、前述の適用方法の場合を検証する。エンジンの回転速度が高いと、ソレノイド弁の電子制御手段は、カムのプロファイルの最初の部分が無効となり、ＴＤＣまでは吸気弁が略閉じた状態となるようにして、ソレノイド弁をＴＤＣに先行する位相で開いた状態を保つように設計されている。実際のところ、このように高い回転速度では、吸気位相および排気位相の交差が大きいというのは、エンジンの性能にとって好ましいことではない。

しかし、特許文献５で提案されているソリューションは、高負荷（例えば全負荷）での運転中の火花点火エンジン、特に、過給機関の運転の最適化については記載がない。

典型的には、過給火花点火エンジンは、高負荷での運転中は、エンジンノックの現象によってその状態が左右され、一般的に設計および／または較正レベルでの選択肢はすべてエンジンノックへの傾向を低減することに向けたものである。

火花点火内燃エンジンのエンジンノックに対する耐性は、一般的に次のような要素に依存する。
−燃焼室の形状。
−点火時の混合気の圧力と温度。これは、吸気熱交換器（インタークーラ）の下流の空気の温度、燃焼室（ＥＧＲ）内の残留燃焼ガス、および有効圧縮比に依存する。
−燃料の自然点火の傾向（ＲＯＮまたはＭＯＮオクタン価）、および
−混合気の濃縮度（λが相対空燃比、すなわち有効空燃比αと化学量論的空燃比α_ＳＴの間の比α／α_ＳＴの場合、λ＜１は、チャージに対する冷却効果を有する過燃料と等しい）。

典型的に過給火花点火エンジンは、高負荷での運転のために、次の運転パラメータで調整される。
−エンジンノックの傾向を最低限に保ち、排気ガスの十分な温度を保つための、燃料消費への影響を抑えた混合の最低濃縮度。
−エンジンノックを防止するための遅延点火タイミング（負の方向への前進）。

しかし、実験レベルでは、燃料消費に関する最適条件は、通常エンジンノックを防止するために必要な条件とは相容れない運転パラメータで得ることができる。さらに詳しく説明すると、燃料消費に関する最適な条件は、１に等しい相対空燃比（化学量論的空燃比）と、最適値に可及的に近い点火進角、典型的には燃焼上死点の後のクランク角が約１４°での燃焼室内が最大圧力値となる、あるいは燃焼の上死点の後のクランク角が約７°で５０％（ＭＢＦ５０）の燃焼質量割合に到達する点火進角と等しい点火進角によって確立する。

高負荷での運転に典型的な高空燃比は相対空燃比が１に等しい場合には対応できないし、遅延点火タイミングが上記の二つの条件（ＭＢＦ５０か圧力ピーク）のうちの一つを満たすこともできないことが明白である。

本発明者らはいずれの場合も、特許文献５で開示された火花点火エンジンのソリューションが高負荷において適用できない（が、その代わり、中負荷での運転は基本的に可能）ということを発見した。

欧州特許Ｎｏ．ＥＰ ０ ８０３ ６４２ Ｂ１ 欧州特許出願Ｎｏ．ＥＰ １ ３４４ ９００ Ａ２ 欧州特許出願Ｎｏ．ＥＰ １ ６５３ ０５７ Ａ１ 欧州特許出願Ｎｏ．ＥＰ １ ５５５ ３９８ Ａ１ 欧州特許Ｎｏ．ＥＰ １ ９３６ １３２ Ｂ１

本発明の目的は、上記の技術的問題点を解決することである。特に、本発明の目的は、高負荷で運転する過給型の火花点火エンジンの効率を最適にすることにある。

本発明の目的は、本説明の最初に指定した特徴をすべて有する多気筒内燃エンジンによって達成され、さらに上記の略一定の揚力を有するブート部は吸気弁の揚力サイクルの最終部分に構想され、ＢＤＣの後に終了することと、上記電子制御手段は前述のソレノイド弁を制御し、前記略一定の揚力を有するブート部は、ソレノイド弁を吸気弁より短い閉鎖遅延で運転する必要がある場合には、ソレノイド弁を開放することによってその長さを縮小するように構成されていることを特徴とする。

よって、ここで発明者らが明確にしたソリューションは、特許文献５で解決されていない技術問題に対応するため、また同じ特許文献５で発見した技術的不利益を克服するように構成されている。

実際、特許文献５において、略一定の揚力を有するブート部を含む弁揚力プロファイルを生成するよう成形されたそれぞれの吸気弁の制御カムを設けることにある主な特徴は、もっぱら圧縮点火エンジン、特にディーゼルエンジンについて考えられた別の実施形態に好適に適用される。本実施形態では、略一定の揚力を有するブート部は、吸気弁揚力サイクルの最終部分の、下死点（ＢＤＣ）の後に設けられる。

本発明者らは、その代わりとして、前述のソリューションを、特許文献５で教示された内容とは逆の火花点火エンジンに対して適用することにより、高負荷での運転中に特定の燃料消費に関して、明らかに、例えば先に述べたタイプの可変弁揚力作動のためのシステムと組み合わせることによって、いかに明白かつ相当に有益な効果をもたらすかを発見した。

特に、注目すべきは、本発明の前述の第２の実施形態による吸気弁の制御カムのプロファイルは、従来の弁制御と組み合わせると、エンジンの運転における深刻な欠点につながる可能性があることである。実際、通常、かなりの確率で起きる吸気管の中の空気の大量の逆流のせいで、エンジン始動が難しくなるとともに、エンジンの性能が大幅に低くなり、排気において、汚染物質排出が許容できないレベルにまで増加する。上記に定義したプロファイルを有するカムと、やはり上記に定義した可変弁作動システムとを組み合わせることによって、下死点の後の吸気弁の開放のサイクルにおいて一定の揚力を有する前述のブートの時間の長さをゼロから最大に変更することができる。

本発明の実施形態のさらなる特徴や利点は、説明を限定することのない単なる例示を目的として添付の図面に基づく説明を確認することによって明らかとなろう。

例えば、本出願人の名のもとに出願した特許文献１に記載されたタイプの従来のエンジンの断面図であり、本出願人によってすでに提案されたタイプの可変弁作動システムの基本的原理を示すための図である。 図２は、特許文献３に例示したように本出願人によってすでに提案されているシステムのさらなる適用方法の断面図であり、主に吸気弁と排気弁を制御するための単一カムシャフトを示す図である。 図３は、本発明の各実施形態で構想した、吸気弁の制御カムのプロファイルの模式図である。 図４は、図３による発明の実施形態の動作原理を示す図である。 図５は、エンジン速度（２０００ｒ．ｐ．ｍ）における、吸気弁の閉鎖角度の変化に伴う、本発明による過給火花点火内燃エンジンの異なるさまざまな運転パラメータを示す図である。 図６は、エンジン速度（３０００ｒ．ｐ．ｍ）における、吸気弁の閉鎖角度の変化に伴う、本発明による過給火花点火内燃エンジンの異なるさまざまな運転パラメータを示す図である。 図７は、エンジン速度（４０００ｒ．ｐ．ｍ）における、吸気弁の閉鎖角度の変化に伴う、本発明による過給火花点火内燃エンジンの異なるさまざまな運転パラメータを示す図である。

図３を参照すると、火花点火エンジン、特に、過給エンジン、および好ましくはガソリンエンジンに適用することを目的とする本発明の好ましい実施形態では、吸気弁の制御カムは図３に模式的に示したプロファイルを有しており（カムシャフトの回転方向が時計回り方向となるように示した）、図４に示すタイプの吸気弁の揚力プロファイルを生成する。この図において、プロファイルはカムの回転が時計回り方向になるように図示している。

前述の実施形態によると、カムは、吸気弁の揚力を決定する最初の部分であるプロファイルＣ１と、略一定の揚力であるブート部Ｃ２を弁揚力サイクルの最終部分に有し、それぞれのシリンダのピストンの下死点（ＢＤＣ）に対してかなりの遅延で吸気弁を閉鎖させる。

このように、ピストンの上昇中は、空気の一部（いわゆる「ガソリン直噴射−ＧＤＩ」エンジン）または吸気位相中に導入される混合気（ガソリン噴射を吸気弁の上流に備えたいわゆる「ポートフューエル噴射−ＰＦＩ」エンジンの場合）の一部の逆流が同じ吸気管の中に戻る。

上記したように、カムは、任意のクランク角の角度範囲において、揚力を所定の値に実質的に一定に保つことによって吸気弁の閉鎖を遅らせる。

さらに、注意すべきは、本説明、また、それに付随するクレームにおいて、「略一定の揚力を有するブート」という表現を使っているが、これは、弁揚力が厳密に一定に保たれる弁揚力サイクルの一部の場合と、前述の揚力が、０．２ｍｍ／ｒａｄより大きく変動しない場合の両方を含むものとする点である。

吸気弁の閉鎖の遅延による中間的効果として、有効圧縮比が低下し、燃焼室におけるチャージのノッキングの傾向が低減する。実際、吸気弁の閉鎖の遅延の結果として、シリンダの内部の残留空気（ＧＤＩエンジンの場合）、または混合気（ＰＦＩエンジンの場合）が、前述の閉鎖後のみに有効に圧縮され始める。よって、有効圧縮比の低下は、従来のエンジンで認められた値と比較すると、燃料がＧＤＩエンジン内の室に噴射される瞬間に圧力を低下させるとともに、温度を低下させ、一方、ＰＦＩエンジンでは、これが、圧縮位相から燃焼サイクル全体の完了までに影響を受ける初期のチャージとなる。

これにより、実行するべきエンジン管理のレベルでの少なくとも３つの主要な介入が可能となる。
−点火進角の増加。点火のタイミングの遅延が少なく、上記のような最適値に近い位置に設定が可能となる（ピーク圧力またはＭＢＦ５０の基準を基に選択）。
−燃料濃縮度の減少。圧縮比とエンジンノックの傾向の減少により、チャージの冷却に関する要件が無効となる傾向にあり、相対空燃比が統一されたエンジンマップの領域を広げることができるようになる。
−過給圧力の増加。吸気系統への逆流に起因する充填（体積効率）の低下による性能の損失を補うことができる。過給圧の増加は、ウェイストゲートバルブの（電子）制御によって得られるとともに調整することができる。

図４において、線図ＶＡは、弁作動システムのソレノイド弁が閉鎖した状態に保たれている時に、図３に示すようなタイプの形状を有するカムにより得られる吸気弁の揚力のプロファイル（ＶＳは、排気弁の揚力線図である）を示す。

エンジンの動作条件は変わるので、一定の揚力を有するブートＣ２を構成する線図の一部は、適当なタイミングで作動システムのソレノイド弁を開放することにより、長さを減少させることができる（プロファイルＶＡ'，ＶＡ''，後者を特徴づける吸気弁の閉鎖遅延は前者を特徴付ける遅延より短い）。あるいは作動システムのソレノイド弁を、ブート部Ｃ２とタペットが接触し始めるときのクランク角で開放することによって、すべて（線図ＶＡ'''）除去することができる。よって、線図ＶＡ'''は、線図ＶＡ''と比較して、作動システムのソレノイド弁の早め開放が特徴となる。一方、線図ＶＡ''は、線図ＶＡ'と比較して、作動システムのソレノイド弁の早め開放が特徴となる。

吸気弁の閉鎖遅延の低減または除去について今述べた場合のそれぞれにおいて、後者の閉鎖は弾道型（作動システムのソレノイド弁が閉鎖されているとき（線図ＶＡ）では、明らかに起こらない）である。

弁の閉鎖が遅れれば遅れるほど、吸気弁の閉鎖の遅れが大きくなり、得られる有効圧縮比が低くなるので、ＧＤＩエンジンの空気またはＰＦＩエンジンにおける混合気の逆流が大きくなる。しかしながら、可変弁作動システムにより、吸気弁の閉鎖遅延を短くして運転する必要がある場合には、従来のカムで生成されるものと一致する揚力プロファイルＶＡに戻るまで前述の効果の調整が可能となる。

図３に示すようなカムは、従来の弁作動システムを設けたエンジンに使用することができないことは注意すべき点である。この場合、実際のところ、常に最大限存在する空気または混合気の逆流が多いため、エンジン始動が難しい場合には、エンジンの性能の大幅な低下や汚染物質排出の許容できない増加などといった深刻な不都合がエンジンの運転で起こる。

その代わりとして図３に示したタイプのカムと、上記のタイプの可変弁作動システムとを組み合わせることによって、エンジンの動作条件に適合させることができる逆流効果の調整を可能とすることができる。

最後に、図５から図７には、過給、火花点火、間接噴射ガソリンエンジンに典型的な運転パラメータの変化を示している。図５から図７に示すそれぞれの線図は、そのプロットが表す物理量または運転パラメータによってラベル付けされている。これら３つの図の違いは、文字ｎで示す内燃エンジンの速度であり、図５の場合は２０００ｒ．ｐ．ｍ、図６の場合は３０００ｒ．ｐ．ｍ、図７の場合は４０００ｒ．ｐ．ｍである。図５から図７の線図は、さらに、内燃エンジンの負荷をまったく同一としてプロットし、ブレーキ平均有効圧力（ｂ．ｍ．ｅ．ｐ．）の値で示し、図中ＢＭＥＰで表し、２０ｂａｒとした。

対象としたクランク角の範囲は、図５〜図７に明確に示すように、すべての線図について同じである。

目下の論点において、図５〜図７は次の図を含む。
−吸気弁閉鎖（ＩＶＣ）角度の関数として正味燃料消費率ＢＳＦＣ（ｇ／ｋＷｈ）のプロットを表す第１の線図。ＩＶＣ角は上死点後のクランク角（°クランク角ＡＴＤＣ）で表し、基準上死点は、内燃エンジンの基準上死点である。
−ＩＶＣ角の変化に伴う内燃エンジンの過給圧力ＢＰ（ミリバールで表す）のプロットを表す第２の線図。
−ＩＶＣ角の変化に伴うエンジンの体積効率ＶＯＬ＿ＥＦＦのプロットを表す第３の線図。
−ＩＶＣ角の変化に伴うターボチャージャのタービンの吸気口におけるガスの温度Ｔ＿ＴＵＲＢ＿ＩＮ（℃で表す）のプロットを表す第４の線図。
−ＩＶＣ角の変化に伴うターボチャージャのウェイストゲートバルブの開放パーセンテージ（ＷＧ％）のプロットを表わす第５の線図。
−ＩＶＣ角の変化に伴う相対空燃比λのプロットを表わす第６の線図。
−ＩＶＣ角の変化に伴う点火進角ＳＡのプロットを表す第７の線図。点火進角は、上死点前のクランク角（°クランク角ＢＴＤＣ）で表し、この場合も、明らかに燃焼の上死点である。

図５〜図７の線図により、先に述べた説明が視覚的に理解できるようになる。まず、吸気弁の閉鎖遅延の増加に伴い（ＩＶＣ角の増加に伴い）、吸気弁の閉鎖の前に燃焼室によって放出された質量の割合が最大となる限り、エンジンの体積効率が明らかに低下する様子がわかる。その効果は回転速度が上がるとさらに顕著になる（これに関係して、２０００から４０００ｒ．ｐ．ｍ．までの低下の違いに注意のこと）。

図５の右側のコラムでは、上記の３つの介入の組み合わせがさらに視覚的に理解できる。
ｉ）点火進角は、図５〜図７についてのそれぞれ３つの運転点において、クランク角が約１０°ずつ増加し（３０００および４０００ｒ．ｐ．ｍ．では、点火はＴＤＣにだいぶ先立って起き、一方、２０００ｒ．ｐ．ｍ．では、増加は同じで、最大進角は実質的にはＴＤＣに位置する）、結果として燃焼と性能が改善される。
ｉｉ) 相対空燃比λは１より少し低い値から燃料節約につながる最大閉鎖遅延に相当する１の値までの範囲内で変動する。しかし、４０００ｒ．ｐ．ｍ．、２０バールｂ．ｍ．ｅ．ｐ．では、（図７、他の運転ポイントでも発生の可能性あり）、最大相対空燃比は、１のわずか下でちょうど安定するため、一般的に実行される介入は、吸気弁の閉鎖遅延が増加するにしたがって相対空燃比を漸進的に増加させる。前述の介入の間に相対空燃比が低下する優先的範囲は０．９−１（終点を含む）である。
ｉｉｉ) 閉鎖遅延が最大値で、ウェイストゲートバルブを完全に（あるいは、４０００ｒ．ｐ．ｍ．、２０バールｂ．ｍ．ｅ．ｐ．の運転ポイントに関して言えば実質的に完全に）閉鎖するまで分流化することにより、吸気弁の閉鎖遅延が単に増加するに伴って過給圧力が増加する。

その結果、先に述べたタイプの可変弁作動システムを備え、さらに、吸気弁の制御カムが図３のカムのように作成された、高負荷運転範囲において過給火花点火内燃エンジンを制御する方法を定義することができる。目下の論点では、前述の方法は、下記のような段階を含む。
−対応する制御カムによって生成された弁揚力プロファイルのブート部Ｃ２の少なくとも一部を介して吸気弁を動作させるように電気作動弁２４を制御することによって、吸気弁の閉鎖を遅延させ、それぞれのシリンダの圧縮比を低下させること。
−吸気弁７の閉鎖遅延が増加するに伴い、点火進角ＳＡを漸進的に増加させること。
−吸気弁７の閉鎖遅延が増加するに伴い、漸進的に増加する相対空燃比λを有する混合気をエンジンに供給すること。
−吸気弁７の閉鎖遅延が増加するに伴い、過給器のウェイストゲートバルブの漸進的な分流化により過給圧力ＢＰを増加すること。

上記の説明から、閉鎖遅延の調整は、単にソレノイド弁２４の閉鎖間隔を変化させることにより、すなわち、効果的に吸気弁を揚力させるブートＣ２の部分を変化させることにより、起こることは明らかである。

点火進角ＳＡは、この推測においてどのような基準を選ぼうと、先に述べた最適値につながるように、吸気弁の閉鎖遅延はないものとする。ただし、高負荷での運転条件に対して増加する。

正味燃料消費率ＢＳＦＣに関しては、図５〜図７のデータ取得で考えられる運転ポイントにおいて、吸気弁の閉鎖角度の範囲を見ただけでも１５％〜１６％（図５及び図７）から約２５％（図６）までの範囲の最大減少値が見られる。

図５〜図７の線図からわかることは、ある一定の範囲のクランク角では、遅延が大きくなるに伴い、吸気弁の閉鎖遅延の効果がより有益になるということである。

そのため、最大の閉鎖遅延がブートＣ２の角度拡張（物理的な意味と、クランク角の角度という意味との両方で）に依存するという事実を鑑み、本発明者らは吸気行程の下死点（ＢＤＣ）の後、０°以上１５０°以下のエンジン軸の回転角度を含むようにブートＣ２の寸法を設定することによってシステムの調整の可能性及び効率において最良の結果を得ることができることに気づいた。

それでも、本発明者らは、特に、ブートＣ２の拡張に関して上述したような範囲の選択と、ブートＣ２の略一定の揚力Ｈ（図４の長さ"ｂ"に相当）と吸気弁の最大揚力（図４において"ａ"で表わす）の間の、０．５から１の間である、比の選択とを組み合わせることによって、これが特に有利であることを発見した。

明らかに、可変弁作動システムのソレノイド弁２４を介せば、それぞれの吸気弁の有効な閉鎖角度を、任意の運転ポイントにおいて必要とされる値により、上記の範囲内で調整することができる。

発明の原理を損なうことなく、構造の詳細と実施形態は、これまでの説明および単純に例示の目的で示してきた内容に対し、本発明の範囲から逸脱することなく、さらに広範囲に変更が可能であることはもちろんである。

７ 吸気弁、９ スプリング、１６ タペット、２４ 電気作動弁

Claims (7)

1. 多気筒内燃エンジンであって、
   各シリンダに設けられた少なくとも１個の吸気弁および少なくとも１個の排気弁を備え、それぞれが、対応する吸気管および排気管を制御するために前記吸気弁を閉鎖位置に付勢する弾性戻り手段を有し、
   前記多気筒内燃エンジンの前記シリンダの前記吸気弁および前記排気弁をそれぞれのタペットで動作させるための少なくとも１本のカムシャフトを備え、
   少なくともそれぞれの前記吸気弁は、加圧流体室を含む油圧手段を介在させることによって、前記弾性戻り手段の動作に抗してそれぞれの前記タペットによって制御される、可変作動弁であり、前記弁の前記タペットに接続されたポンピングピストンが前記加圧流体室に対向しており、
   前記加圧流体室は、前記可変作動弁をそれぞれの前記タペットから切り離し、それぞれの前記弾性戻り手段により前記吸気弁を迅速に閉鎖するため、電気作動弁によって、排気通路に接続され、
   前記可変作動弁の開放の時間と長さを前記多気筒内燃エンジンの１つ以上の運転パラメータの関数として可変とするようにそれぞれの前記電気作動弁を制御するための電子制御手段を備え、
   それぞれの前記吸気弁の制御カムは、略一定の揚力のブート部を含む弁揚力プロファイルを生成するような形状とされ、
   前記多気筒内燃エンジンは火花点火エンジン、特に過給火花点火エンジンであり、好ましくはガソリンエンジンであり、
   前記多気筒内燃エンジンは、
   略一定の揚力の前記ブート部が、前記吸気弁の上昇サイクルの最終部分に設けられ、ＢＤＣの後に終了し、
   前記電子制御手段は、前記吸気弁の閉鎖遅延を短くして運転する必要がある場合には、前記電気作動弁を開放することによって、略一定の揚力の前記ブート部の長さを減少させるよう前記電気作動弁を制御する多気筒内燃エンジン。
2. 前記ブート部は、ＢＤＣ後、０°以上１５０°以下のエンジン軸の回転角度を含む請求項１に記載の多気筒内燃エンジン。
3. 前記ブート部の一定の揚力と前記吸気弁の最大揚力の比は０．５と１との間である請求項１または２に記載の多気筒内燃エンジン。
4. 前記ブート部は０．２ｍｍ／ｒａｄ以下の揚力の変化を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の多気筒内燃エンジン。
5. 高負荷運転範囲で、さらにターボチャージャによって過給されるタイプの請求項１から４のいずれか一項に記載の多気筒内燃エンジンを制御するための方法であって、
   対応する前記制御カムによって生成された前記弁揚力プロファイルの前記ブート部の少なくとも一部を介して前記吸気弁を作動させるように前記電気作動弁を制御して前記吸気弁を遅延閉鎖させるとともに各シリンダの圧縮比を減少させることと、
   前記吸気弁の閉鎖遅延の増加に伴い点火進角を漸進的に増加させることと、
   前記内燃エンジンに、前記吸気弁の閉鎖遅延の増加に伴い漸進的に増加する相対空燃比の混合気を供給することと、
   前記吸気弁の閉鎖遅延の増加に伴いターボチャージャのウェイストゲートバルブの漸進的な分流化によって過給圧を増加させることとを含む方法。
6. 燃焼の上死点後のクランク角が約１４°で燃焼室内の圧力が最大値となる点火進角の値、あるいは
   燃焼の上死点後のクランク角が約７°で燃焼質量割合が５０％に到達することができる点火進角の値
   から二者択一的に選択した最適値となるように点火進角を増加させる請求項５に記載の方法。
7. 前記ターボチャージャの前記ウェイストゲートバルブは、前記吸気弁の閉鎖遅延が最大値のときに閉鎖位置となる請求項５または６に記載の方法。

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