JP3094026U - 火花点火可能な燃料で運転される内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 できるだけ簡単な方法で低温燃焼システ
ムにおける燃焼プロセス制御の向上を可能にする内燃機
関を提供する。 【解決手段】 内燃機関のシリンダ毎に吸気弁１と排気
弁３とを有し、火花点火可能な燃料で運転されるととも
に予混合自己着火によって運転される運転域を有し、吸
気弁と排気弁とは１つのエンジン運転域において伝動手
段１１を介して連結される。吸気行程の間に少なくとも
１つの前記排気弁３を操作する伝動手段は少なくとも１
つの機械的な第１伝動部材１２を備え、かつ伝動手段が
機械的な作動機構１４によって作動状態にされ、前記作
動機構は第１伝動部材１２に作用する１つの偏心部材１
５を備えている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、シリンダ毎に少なくとも１つの吸気弁と１つの排気弁とを有し、火 花点火可能な燃料で運転されるとともに予混合自己着火によって運転される少な くとも１つの運転域を有する内燃機関であって、前記吸気弁と前記排気弁とは少 なくとも１つのエンジン運転域において伝動手段を介して連結されるものに関す る。

【０００２】

【従来の技術】

ここで称する火花点火可能な燃料とは相対的に高いオクタン価を有した従来の 燃料、たとえばガソリンを意味している。内燃機関の燃焼プロセスを決定する最 も重要な要素は燃焼プロセスないし燃焼開始の位相位置、シリンダ内圧力の最大 上昇速度ならびにピーク圧力である。均質な燃料・空気−混合気の自己着火によ って燃焼が基本的に実現される内燃機関において前記の決定要素は給気組成と給 気温度推移との制御によって決定される。これら２つのパラメータはまたも多数 の影響因子、たとえば回転数、燃料量、吸気温度、チャージ圧、実効圧縮比、シ リンダ給気の不活性ガス分およびエンジン部材温度等によって決定される。

【０００３】 着火遅れ位相および燃焼自体の間に自然に進行する化学現象の速度の制御には 給気温度に特に重要な役割が帰せられることが判明している。給気温度を高める ための非常に効果的な手段は残留ガス分を引き上げること、すなわち、次のサイ クルのためのシリンダ給気中における、先の燃焼サイクルで掃気されずに残った 排気の割合を高めることである。

【０００４】 オーストリア実用新案公報第００３１３５Ｕ１号明細書には、少なくとも１つ の運転モードにおいて均質な燃料・空気−混合気を、火花点火も自己着火も可能 な燃料、特にガソリンの自己着火によって燃焼させる内燃機関が記載されている 。これにより部分負荷運転域においてエミッションの点で特に好適な運転を達成 することができる。前記内燃機関は、部分負荷運転域における給気温度を引き上 げるために内部排気リサイクルを趣旨として残留ガス量を制御し得るようにする ため、可変弁制御装置により少なくとも１つの排気弁の閉時点をエンジン運転パ ラメータに応じて可変化し得るように構成されている。しかしながら内部排気リ サイクルないし燃焼室内残留ガス分の制御は不活性ガス分の増加をも結果するこ ととなる。だが、燃焼開始と最大燃焼率とを互いに独立に制御し得るためには、 不活性ガス分を温度需要とは関係なくコントロールすることが必要であろう。

【０００５】 米国特許第５５４６９１４号明細書からディーゼルエンジンの排気リサイクル 装置が公知であり、該装置は排気の一部を吸気系に返送するため排気行程中に少 なくとも１つの吸気弁を作動状態にする補助装置を有している。この場合、弁制 御装置は油圧式とされ、１つのポンプピストンならびに１つの作業ピストンを有 し、これらのピストンは１つの油圧チャンバを介して互いに連結されている。ポ ンプピストンは排気弁のロッカアームと、作業ピストンは吸気弁のロッカアーム とそれぞれ連結されており、排気弁ロッカによって作動されるポンプピストンは 油圧によって作業ピストンに作用し、作業ピストンは吸気弁に作用してそれを開 方向に運動させる。この補助装置を形成する１つの電磁弁を経て油圧チャンバの 油圧は安定的に保たれ、これにより吸気弁は排気行程の間開放位置に保たれるこ ととなる。これによって内部排気リサイクルが達成され、その際、吸気路内の排 気は吸気相に至るまで冷却される。この公知のシステムにおいて排気の冷却は体 積効率とNOxエミッションとを改善するために望ましい。

【０００６】 ただし、低温燃焼システム、たとえば、いわゆるHCCI方式（Homogenous Charg e Compression Ignition[予混合圧縮着火]：燃焼室で均質な薄い混合気を自己着 火で燃焼させる方式）で運転される内燃機関では内部排気リサイクルは給気温度 コントロールによる着火時点の制御に利用されるため、この場合にはリサイクル 排気は高温であるのが望ましい。

【０００７】 米国特許第５６０３２９２号明細書から少なくとも１つの吸気弁と１つの排気 弁とを有した内燃機関用の弁作動機構が公知である。吸気弁と排気弁とはそれぞ れ１つのロッカアームを介してカムシャフトによって駆動される。排気弁は１つ の機械式伝動手段を経て吸気弁の開行程中に共に開放可能である。この伝動手段 は吸気弁ロッカならびに排気弁ロッカの領域にそれぞれ１本の回転式アームを有 した１本の軸で構成されている。吸気弁のロッカアームはこの軸を介して排気弁 のロッカアームに作用し、それを開方向に運動させる。このようにして排気路と 吸気路との間の圧力比が不適な場合にも内部排気リサイクルを達成することがで きる。この伝動手段は前記の軸を軸方向に移動させることにより油圧式作動機構 によって作動状態又は非作動状態に切り替えられる。ただしこの油圧式作動には 構造ならびに制御技術的に見て相対的に高いコストが要される。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

そこで本考案の目的はできるだけ簡単な方法で低温燃焼システムにおける燃焼 プロセス制御の向上を可能にする内燃機関を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するため、シリンダ毎に少なくとも１つの吸気弁と１つの排気 弁とを有し、火花点火可能な燃料で運転されるとともに予混合自己着火によって 運転される少なくとも１つの運転域を有し、前記吸気弁と前記排気弁とは少なく とも１つのエンジン運転域において伝動手段を介して連結される、本考案による 内燃機関では、前記伝動手段は少なくとも１つの機械的な第１伝動部材を備え、 吸気行程の間に少なくとも１つの前記排気弁が前記伝動手段によって操作され、 かつ前記伝動手段が機械的な作動機構によって作動状態にされ、前記作動機構は 前記第１伝動部材に作用する１つの偏心部材を備えている。

【００１０】 前記伝動手段により吸気行程の間、少なくとも１つの排気弁と１つの吸気弁と が連結されて同時に作動させられることになり、所定量の高温排気が排気系から シリンダ内に戻され、これにより給気温度は所望通りに引き上げられる。前記伝 動手段の作動状態又は非作動状態の選択は、好ましくは１つの伝動部材に作用す る偏心部材を備えた１つの機械式作動機構を介して行われる。

【００１１】 特に簡単な１つの実施形態では、前記第１伝動部材は両アーム状第１揺動レバ ーによって形成され、前記揺動レバーの第１レバーアームは前記吸気弁の吸気弁 操作機構と、前記揺動レバーの第２レバーアームは排気弁の排気弁操作機構とそ れぞれ直接もしくは間接に機械的に連結可能とされ、この連結により、前記吸気 弁操作機構によって作動させられる前記第１揺動レバーは排気弁操作機構に機械 的作用を及ぼして前記排気弁操作機構を排気弁が開放する方向に操作させる。特 にカムシャフトが下側に配されている場合には前記伝動部材は前記吸気弁操作機 構および前記排気弁操作機構と直接的に連係することが可能である。

【００１２】 他方、カムシャフトがオーバーヘッド式に配置された内燃機関では、吸気弁操 作機構は機械的な第２伝動部材を介して前記第１伝動部材に間接的に作用し、前 記第２伝動部材は好ましくは両アーム状揺動レバーとして形成される構成が好適 である。

【００１３】 またこれに代えて、前記第１伝動部材は機械的な第２伝動部材を介して前記排 気弁操作機構に間接的に作用し、前記第２伝動部材は好ましくは両アーム状揺動 レバーとして形成されるように構成することも可能である。

【００１４】 前記伝動手段を作動させるため、１つの好適な実施形態では、前記第１・第２ 伝動部材は偏心部材によって前記吸気弁操作機構または排気弁操作機構あるいは その両方と機械的に接触させられる。また、特に簡単な実施形態では、前記偏心 部材はレバー回転軸を経て前記の第１レバーに作用し、好ましくは、第１レバー は偏心部材に配された前記レバー回転軸を中心に回転する。

【００１５】

【考案の実施の形態】

以下、本考案を図面に基づいて詳細に説明する。実施例において機能的に同一 の部品には同一符号を付してある。

【００１６】 吸気弁１は吸気弁操作機構２を介して、排気弁３は排気弁操作機構４を介して それぞれ操作させられる。図１および２に示した１つの実施形態において、吸気 弁操作機構２は吸気弁ロッカ５、吸気弁タペット６および吸気弁・カムシャフト ７によって構成され、排気弁操作機構４は排気弁ロッカ８、排気弁タペット９お よび排気弁・カムシャフト１０によって構成されている。図３および４は吸気弁 ロッカ５ないし排気弁ロッカ８に直接作用するオーバーヘッド式に配置された吸 気弁・カムシャフトないし排気弁・カムシャフト７、１０を有した他の実施形態 を示したものである。中間部品２１ないし２２は吸気弁ロッカ５ないし排気弁ロ ッカ８と固定結合されている。弁ロッカ５、８はロッカアームまたはドラグレバ ーとして形成されていてよい。

【００１７】 均質なガソリン・空気−混合気の燃焼が自己着火によって開始される少なくと も１つのエンジン運転域において、吸気相の間、吸気弁１と排気弁３とは伝動手 段１１によって互いに連結されている結果、吸気行程の間、排気弁３は吸気弁１ と同時に開放される。排気弁３の開放により所定の量の高温排気が排気系からシ リンダ内に戻される。これによって生じるシリンダ給気の温度上昇により着火時 点と燃焼プロセスとを制御することができる。

【００１８】 伝動手段１１は第１機械的伝動部材１２を有し、この伝動部材は第１レバーア ーム１３ａと第２のレバーアーム１３ｂとを有した第１両アーム状揺動レバー１ ３によって構成されている。伝動手段１１を作動状態と非作動状態の間で切り換 えるため、軸２０を中心に回転し得る１つの偏心部材（ここでは偏心輪）１５を 備えた作動機構１４が設けられ、この偏心輪１５によって第１レバー１３は吸気 弁操作機構２と機械的に接触させられる。これは第１伝動部材１２が吸気弁操作 機構２と排気弁操作機構４との方向に移動させられることによって行われる。伝 動手段１１が作動状態にされると第１レバー１３は中間部品２１ないし２２上に 載置され、その結果、中間部品２１のいずれの動きも第１レバー１３に直接伝達 され、さらにこのレバーを介して中間部品２２に伝達されるが、その際第１レバ ー１３は偏心輪１５に配されたレバー回転軸１６周りで回転することになる。図 １は作動状態となった伝動手段１１を示しており、図２は非作動状態となった伝 動手段１１を示している。

【００１９】 図３および４に示した実施形態では、吸気弁操作機構２は機械的な第２伝動部 材１７を介して第１伝動部材１２に間接的に作用する。この第２の伝動部材はレ バー回転軸１８を中心に揺動する両アーム状第２揺動レバー１９によって形成さ れており、第２揺動レバー１９の第１レバーアーム１９ａは中間部品２１と機械 的に連結され、第２レバーアーム１９ｂは第１レバー１３の第１レバーアーム１ ３ａと機械的に連結される。したがって第１と第２の伝動部材１２、１７は直列 接続することができる。図３に図示された第１伝動部材１２（伝動手段１１）の 作動状態において、吸気弁ロッカ５は中間部品２１を経て第２のレバー１９に作 用し、これを運動させる。第２のレバー１９はこの動きを第１レバー１３に伝達 し、このレバーはさらに中間部品２２と排気弁ロッカ８を経て前記の運動を排気 弁３に伝達する。図４は、偏心部材１５の駆動によって、非作動状態となった第 １伝動部材１２（伝動手段１１）を示している。

【００２０】 なお、図示されていないが、前記第１伝動部材１２は機械的な第２伝動部材を 介して前記排気弁操作機構４に間接的に作用するように構成してもよく、その際 前記第２伝動部材は好ましくは両アーム状揺動レバーとして形成される。

【００２１】 図５は吸気弁１と排気弁３の弁ストロークｈとクランク角度CAの関係を示すグ ラムである。吸気弁１の弁ストローク曲線は図番１Ａで、排気弁３の弁ストロー ク曲線は図番３Ａで示されている。排気相は図番Ｏで、吸気相は図番Ｉで印して いる。吸気相Ｉの間、排気弁３は与活開始点Ａと与活終了点Ｂとの間で吸気弁１ と基本的に同期して開放される。同図において点線で示してあるのは伝動手段１ １が作動していない場合の排気弁３の弁ストローク曲線である。曲線３ａは吸気 相Ｉの過程における排気弁３の第２の開放弁ストローク曲線を例示したものであ る。

【００２２】 伝動手段１１により、簡単で且つ外部エネルギー装置を要さずに、フレキシブ ルな制御が行える排気系からの内部排気還流を達成することができる。

【００２３】 尚、実用新案登録請求の範囲の欄において、図面との対称を便利にするために 符号を記入するが、該記入により本考案は添付図面の構造に限定されるものでは ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による内燃機関の第１実施形態における
作動状態の弁制御装置を示す模式図

【図２】図１と比較して非作動状態の弁制御装置を示す
模式図

【図３】本考案による内燃機関の第２実施形態における
作動状態の弁制御装置を示す模式図である

【図４】図３と比較して非作動状態の弁制御装置を示す
模式図

【図５】弁ストローク-クランク角度の関係を示すグラ
フ図

【符号の説明】

１ 吸気弁 ２ 吸気弁操作機構 ３ 排気弁 ４ 排気弁操作機構 １１ 伝動手段 １２ 第１伝動部材 １３ 第１揺動レバー １３ａ 第１レバーアーム １３ｂ 第２レバーアーム １４ 作動機構 １５ 偏心部材（偏心輪）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｌ (72)考案者 フランツ・クメラ オーストリア アー‐8043 アム・リンデ ンホーフ 36／17

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ毎に少なくとも１つの吸気弁
   （１）と１つの排気弁（３）とを有し、火花点火可能な
   燃料で運転されるとともに予混合自己着火によって運転
   される少なくとも１つの運転域を有する内燃機関であっ
   て、前記吸気弁と前記排気弁（１、３）とは少なくとも
   １つのエンジン運転域において伝動手段（１１）を介し
   て連結されるものにおいて、 前記伝動手段（１１）は少なくとも１つの機械的な第１
   伝動部材（１２）を備え、吸気行程の間に少なくとも１
   つの前記排気弁（３）が前記伝動手段（１１）によって
   操作され、かつ前記伝動手段（１１）が機械的な作動機
   構（１４）によって作動状態にされ、前記作動機構（１
   ４）は前記第１伝動部材（１２）に作用する１つの偏心
   部材（１５）を備えていることを特徴とする内燃機関。
2. 【請求項２】 前記第１伝動部材（１２）は両アーム状
   第１揺動レバー（１３）によって形成され、前記揺動レ
   バー（１３）の第１レバーアーム（１３ａ）は前記吸気
   弁（１）の吸気弁操作機構（２）と、前記揺動レバー
   （１３）の第２レバーアーム（１３ｂ）は排気弁（３）
   の排気弁操作機構（４）とそれぞれ直接もしくは間接に
   機械的に連結可能とされ、この連結により、前記吸気弁
   操作機構（２）によって作動させられる前記第１揺動レ
   バー（１３）は排気弁操作機構（４）に機械的作用を及
   ぼして前記排気弁操作機構（４）を排気弁（３）が開放
   する方向に操作させることを特徴とする請求項１に記載
   の内燃機関。
3. 【請求項３】 吸気弁操作機構（２）は機械的な第２伝
   動部材（１７）を介して前記第１伝動部材（１２）に間
   接的に作用し、前記第２伝動部材は好ましくは両アーム
   状揺動レバー（１９）として形成されていることを特徴
   とする請求項２に記載の内燃機関。
4. 【請求項４】 前記第１伝動部材（１２）は機械的な第
   ２伝動部材を介して前記排気弁操作機構（４）に間接的
   に作用し、前記第２伝動部材は好ましくは両アーム状揺
   動レバーとして形成されていることを特徴とする請求項
   １または２に記載の内燃機関。
5. 【請求項５】 前記第１・第２伝動部材（１２,１７）
   は偏心部材（１５）によって前記吸気弁操作機構（２）
   または排気弁操作機構（４）あるいはその両方と機械的
   に接触させられることを特徴とする請求項３または４に
   記載の内燃機関。
6. 【請求項６】 前記偏心部材（１５）はレバー揺動軸
   （１６）の領域で前記第１揺動レバー（１３）に作用
   し、その際好ましくは前記第１揺動レバー（１３）は前
   記偏心部材（１５）に設けられたレバー揺動軸（１６）
   周りで回転す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。