JP3819475B2 - 多シリンダ型の内燃機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復動ピストン構造形式の多シリンダ型の内燃機関であって、１シリンダ当たり少なくとも２つの吸気弁と１つの排気弁とが設けられており、さらに、シリンダの上方のシリンダヘッド内に配置された、可変の制御時期によって作業する弁を操作する２つのカムシャフトと、各吸気弁に通じる別個の吸気通路を備えた吸気装置とが設けられており、これらの吸気通路のうち少なくとも１つの吸気通路に制御フラップが設けられている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような形式の公知の内燃機関（ＤＥ３６００４０８）の場合、３つの吸気弁が設けられている。これらの吸気弁にはそれぞれ１つの吸気通路が通じている。これらの吸気通路は異なる直径および長さを有している。各吸気通路は制御フラップを備えている。さらに、吸気弁の制御時期が可変に構成されている。このような構成の場合、多数の制御フラップや異なる吸気通路にかかる手間が著しく大きく、吸気弁の制御時期の変化形式も極めて複雑である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、特に排ガスエミッション、燃料消費量、出力およびトルクに関連して内燃機関の運転が最適化されるように、許容できる範囲内で諸手段を使用して、吸気通路内の制御フラップを極めて有効に操作し、かつ吸気弁の制御時期を極めて有効に調整することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、弁の制御時期と吸気通路の通流とが、トルク・回転数線図の規定された特性曲線群範囲に関連して影響されるようになっており、第１の特性曲線群範囲では、第１の吸気通路が開かれて第２の吸気通路が閉じられており、吸気弁の制御時期が早めの方向に調整されており、第２の特性曲線群範囲では、第１の吸気通路が開かれて第２の吸気通路が閉じられており、吸気弁の制御時期が遅めの方向に調整されており、第３の特性曲線群範囲では、両吸気通路が開かれており、吸気弁の制御時期が早めの方向に調整されており、第４の特性曲線群範囲では、両吸気通路が開かれており、吸気弁の制御時期が遅めの方向に調整されているようにした。
【０００５】
【発明の効果】
本発明により主に得られる利点は、内燃機関の運転が作業範囲全体にわたって最適化されることである。このことは、最適なアイドリング、排ガスエミッション、燃料消費量、ならびに上記内燃機関の出力およびトルクに対して有利に作用する。本発明のように構成されていると、１つの吸気通路の制御フラップの制御と、吸気弁の制御時期を早めるかまたは遅めるような調整とが、トルク・回転数線図の容易に実現可能な特性曲線群全範囲にわたって行われる。吸気通路の制御のための手段は簡単に講じることができる。それというのは、１シリンダ当たり唯２つの吸気通路と唯１つの制御フラップが必要となるにすぎないからである。同様のことが吸気弁の制御時期の調整にも当てはまる。このためには、汎用の調整装置が使用可能である。このような調整装置は、例えば欧州特許出願公開第１４７２０９号明細書に記載されているように、「軸方向調整器(Axialversteller)」という概念においても公知である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に本発明を、図面に示した実施の形態について説明する。
【０００７】
４サイクル構造形式の、例えば８００〜１１００ｃｍ３の行程室を有する内燃機関は４つのシリンダ２，３，４，５を有しており、これらのシリンダの上方に、吸気側のカムシャフト７と排気側のカムシャフト８とを備えたシリンダヘッド６を有している。１シリンダ当たり、２つの吸気弁９，１０と２つの排気弁１１，１２とが設けられている。これらのカムシャフト７，８は吸気弁９，１０および排気弁１１，１２をローラ付きロッカアーム１３，１４介在下で操作する。符号１５でフードが示されている。このフードはシリンダヘッド６をカバーしている。
【０００８】
吸気弁９，１０には、それぞれ２つの別個の吸気通路１６，１７が通じている。この実施例の場合、一方の吸気通路、例えば吸気通路１６にだけ制御フラップ１８が設けられている。しかしながら内燃機関の特別な機能を満たすために、両吸気通路に制御フラップを設けることも考えられる。燃料供給は噴射ノズル１９によって行われる。吸気弁９，１０を介して燃焼室内に達し、この燃焼室で中央に配置された点火プラグ２１によって点火された燃料・空気混合物は、排気弁１１，１２の開放時に排ガスとして、排気通路２２を介して内燃機関１の排気マニホルド（図示せず）内に流出する。
【０００９】
吸気弁９，１０の制御時期が、排気弁１１，１２の制御時期に対して相対的に調整可能に形成されている。このことは図３に示されている。この図３においては、弁リフト曲線ＶＫａは排気弁１１，１２の制御時期を示し、弁リフト曲線ＶＫｅは吸気弁９，１０の制御時期を示している。符号ＶＨは弁行程を示している。この図面から判るように弁リフト曲線ＶＫｅの制御時期が調整可能である。破線で示した弁リフト曲線ＶＫｅＩは早めの方向に調整されている。これに対して実線で示した弁リフト曲線ＶＫｅＩＩは遅めの方向に調整されている。この場合、「早め」とは早めの吸気開口および閉鎖を意味しており、「遅め」とは遅めの吸気開口および閉鎖を意味している。
【００１０】
吸気弁９，１０の制御時期の調整は、排気側のカムシャフト８に対する吸気側のカムシャフト７の相対回動位置を変えることによって行われる。このためには、例えば欧州特許出願公開第１４７２０９号明細書に記載されているような調整装置２３が役立つ。この調整装置２３はシリンダヘッド６の外側で吸気側のカムシャフト７の一方の端面２４に配置されている。
【００１１】
図４には内燃機関のトルク・回転数線図が示されている。この線図においては縦座標軸ＯにトルクＭｄがプロットされ、横座標軸Ａに回転数ｎがプロットされている。符号２５で全負荷ラインが示されている。この全負荷ラインの下側には特性曲線群範囲Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶが延在している。特性曲線群範囲Ｉは全負荷ライン２５の一部と縦座標軸Ｏとアングル状の分離ラインＴＬＩとによって仕切られている。この分離ラインは、第１の切り換え点ＳｐＩにおいて全負荷ライン２５に突き当たる。特性曲線群範囲ＩＩは、分離ラインＴＬＩと横座標軸Ａと全負荷ライン２５の一部と分離ラインＴＬＩＩとによって仕切られている。この分離ラインは部分的に両吸気通路１６，１７の間の絞りライン２６を部分的に再現している。第２の切り換え点は符号ＳｐＩＩによって示されている。特性曲線群範囲ＩＩＩは全負荷ライン２５の一部と第３の分離ラインＴＬＩＩＩとによって仕切られている。この分離ラインは切り換え点ＳｐＩＩで始まり、部分的に絞りライン２６に沿って延び、次いで第３の切り換え点ＳｐＩＩＩにおいて全負荷ライン２５に突き当たる。最後に特性曲線群範囲ＩＶは、全負荷ライン２５の一部と分離ラインＴＬＩＩＩの一部と絞りライン２６の一部とによって規定される。切り換え点ＳｐＩ，ＳｐＩＩ，ＳｐＩＩＩならびに分離ラインＴＬＩ，ＴＬＩＩ，ＴＬＩＩＩの形は経験的にまたはコンピュータによって算出される。
【００１２】
制御フラップの制御機能および吸気弁９，１０の制御時期をこのトルク・回転数線図に明確に示すために各特性曲線群範囲Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶには対応するハッチングを付してある。これらのハッチングは図５に示したようにそれぞれ次の意味を有している。
【００１３】
垂直のハッチング（Ｓｅ Ｓｃｈｒ）は、一方の吸気通路が閉じられていることを意味している。
【００１４】
水平のハッチング（Ｈｏ Ｓｃｈｒ）は、両吸気通路が開かれていることを意味している。
【００１５】
上方左側から下方右側に向かって延びる斜めのハッチング（ＳｃｈｒＬ）は、吸気側のカムシャフトが早めの方向に調整されていることを意味する。
【００１６】
上方右側から下方左側に向かって延びる斜めのハッチング（ＳｃｈｒＲ）は、吸気側のカムシャフトが遅めの方向に調整されていることを意味する。
【００１７】
内燃機関１の運転時には、規定された特性曲線群範囲Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶに関連して次のような機能が生ぜしめられる。
【００１８】
（イ）第１の特性曲線群範囲Ｉにおいては、第１の吸気通路１７が開かれており、第２の吸気通路１６が閉じられている。この場合、吸気弁９，１０の制御時期は早めの方向に調整されている。
【００１９】
（ロ）第２の特性曲線群範囲ＩＩにおいては、第１の吸気通路１７が開かれており、第２の吸気通路１６が閉じられている。この場合、吸気弁９，１０の制御時期は遅めの方向に調整されている。
【００２０】
（ハ）第３の特性曲線群範囲ＩＩＩにおいては、両吸気通路１６，１７が開かれている。この場合、吸気弁９，１０の制御時期は早めの方向に調整されている。
【００２１】
（ニ）第４の特性曲線群範囲ＩＶにおいては、両吸気通路１６，１７が開かれている。この場合、吸気弁９，１０の制御時期は遅めの方向に調整されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリンダヘッドの領域における内燃機関の部分断面図である。
【図２】図１の矢印方向Ｙで示す図である。
【図３】内燃機関の吸気弁の制御時期および排気弁の制御時期を示す線図である。
【図４】内燃機関のトルク・回転数線図である。
【図５】図４の線図を説明する図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関、 ２〜５ シリンダ、 ６ シリンダヘッド、 ７，８ カムシャフト、 ９，１０ 吸気弁、 １１，１２ 排気弁、 １３，１４ ローラ付きロッカアーム、 １５ フード、 １６，１７ 吸気通路、 １８ 制御フラップ、 １９ 噴射ノズル、 ２１ 点火プラグ、 ２２ 排気通路、 ２３調整装置、 ２４ 端面、 ２５ 全負荷ライン、 ２６ 絞りライン、 Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ 特性曲線群範囲、 ＴＬＩ，ＴＬＩＩ，ＴＬＩＩＩ 分離ライン、 ＳｐＩ，ＳｐＩＩ，ＳｐＩＩＩ 切り換え点、 ＶＫａ，ＶＫｅ，ＶＫｅＩ，ＶＫｅＩＩ 弁リフト曲線、 ＶＨ 弁行程、 Ｏ 縦座標軸、 Ａ横座標軸、 Ｍｄ トルク、 ｎ 回転数
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復動ピストン構造形式の多シリンダ型の内燃機関であって、１シリンダ当たり少なくとも２つの吸気弁と１つの排気弁とが設けられており、さらに、シリンダの上方のシリンダヘッド内に配置された、可変の制御時期によって作業する弁を操作する２つのカムシャフトと、各吸気弁に通じる別個の吸気通路を備えた吸気装置とが設けられており、これらの吸気通路のうち少なくとも１つの吸気通路に制御フラップが設けられている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような形式の公知の内燃機関（ＤＥ３６００４０８）の場合、３つの吸気弁が設けられている。これらの吸気弁にはそれぞれ１つの吸気通路が通じている。これらの吸気通路は異なる直径および長さを有している。各吸気通路は制御フラップを備えている。さらに、吸気弁の制御時期が可変に構成されている。このような構成の場合、多数の制御フラップや異なる吸気通路にかかる手間が著しく大きく、吸気弁の制御時期の変化形式も極めて複雑である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、特に排ガスエミッション、燃料消費量、出力およびトルクに関連して内燃機関の運転が最適化されるように、許容できる範囲内で諸手段を使用して、吸気通路内の制御フラップを極めて有効に操作し、かつ吸気弁の制御時期を極めて有効に調整することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、弁の制御時期と吸気通路の通流とが、トルク・回転数線図の規定された特性曲線群範囲に関連して影響されるようになっており、第１の特性曲線群範囲では、第１の吸気通路が開かれて第２の吸気通路が閉じられており、吸気弁の制御時期が早めの方向に調整されており、第２の特性曲線群範囲では、第１の吸気通路が開かれて第２の吸気通路が閉じられており、吸気弁の制御時期が遅めの方向に調整されており、第３の特性曲線群範囲では、両吸気通路が開かれており、吸気弁の制御時期が早めの方向に調整されており、第４の特性曲線群範囲では、両吸気通路が開かれており、吸気弁の制御時期が遅めの方向に調整されているようにした。
【０００５】
【発明の効果】
本発明により主に得られる利点は、内燃機関の運転が作業範囲全体にわたって最適化されることである。このことは、最適なアイドリング、排ガスエミッション、燃料消費量、ならびに上記内燃機関の出力およびトルクに対して有利に作用する。本発明のように構成されていると、１つの吸気通路の制御フラップの制御と、吸気弁の制御時期を早めるかまたは遅めるような調整とが、トルク・回転数線図の容易に実現可能な特性曲線群全範囲にわたって行われる。吸気通路の制御のための手段は簡単に講じることができる。それというのは、１シリンダ当たり唯２つの吸気通路と唯１つの制御フラップが必要となるにすぎないからである。同様のことが吸気弁の制御時期の調整にも当てはまる。このためには、汎用の調整装置が使用可能である。このような調整装置は、例えば欧州特許出願公開第１４７２０９号明細書に記載されているように、「軸方向調整器(Axialversteller)」という概念においても公知である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に本発明を、図面に示した実施の形態について説明する。
【０００７】
４サイクル構造形式の、例えば８００〜１１００ｃｍ３の行程室を有する内燃機関は４つのシリンダ２，３，４，５を有しており、これらのシリンダの上方に、吸気側のカムシャフト７と排気側のカムシャフト８とを備えたシリンダヘッド６を有している。１シリンダ当たり、２つの吸気弁９，１０と２つの排気弁１１，１２とが設けられている。これらのカムシャフト７，８は吸気弁９，１０および排気弁１１，１２をローラ付きロッカアーム１３，１４介在下で操作する。符号１５でフードが示されている。このフードはシリンダヘッド６をカバーしている。
【０００８】
吸気弁９，１０には、それぞれ２つの別個の吸気通路１６，１７が通じている。この実施例の場合、一方の吸気通路、例えば吸気通路１６にだけ制御フラップ１８が設けられている。しかしながら内燃機関の特別な機能を満たすために、両吸気通路に制御フラップを設けることも考えられる。燃料供給は噴射ノズル１９によって行われる。吸気弁９，１０を介して燃焼室内に達し、この燃焼室で中央に配置された点火プラグ２１によって点火された燃料・空気混合物は、排気弁１１，１２の開放時に排ガスとして、排気通路２２を介して内燃機関１の排気マニホルド（図示せず）内に流出する。
【０００９】
吸気弁９，１０の制御時期が、排気弁１１，１２の制御時期に対して相対的に調整可能に形成されている。このことは図３に示されている。この図３においては、弁リフト曲線ＶＫａは排気弁１１，１２の制御時期を示し、弁リフト曲線ＶＫｅは吸気弁９，１０の制御時期を示している。符号ＶＨは弁行程を示している。この図面から判るように弁リフト曲線ＶＫｅの制御時期が調整可能である。破線で示した弁リフト曲線ＶＫｅＩは早めの方向に調整されている。これに対して実線で示した弁リフト曲線ＶＫｅＩＩは遅めの方向に調整されている。この場合、「早め」とは早めの吸気開口および閉鎖を意味しており、「遅め」とは遅めの吸気開口および閉鎖を意味している。
【００１０】
吸気弁９，１０の制御時期の調整は、排気側のカムシャフト８に対する吸気側のカムシャフト７の相対回動位置を変えることによって行われる。このためには、例えば欧州特許出願公開第１４７２０９号明細書に記載されているような調整装置２３が役立つ。この調整装置２３はシリンダヘッド６の外側で吸気側のカムシャフト７の一方の端面２４に配置されている。
【００１１】
図４には内燃機関のトルク・回転数線図が示されている。この線図においては縦座標軸ＯにトルクＭｄがプロットされ、横座標軸Ａに回転数ｎがプロットされている。符号２５で全負荷ラインが示されている。この全負荷ラインの下側には特性曲線群範囲Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶが延在している。特性曲線群範囲Ｉは全負荷ライン２５の一部と縦座標軸Ｏとアングル状の分離ラインＴＬＩとによって仕切られている。この分離ラインは、第１の切り換え点ＳｐＩにおいて全負荷ライン２５に突き当たる。特性曲線群範囲ＩＩは、分離ラインＴＬＩと横座標軸Ａと全負荷ライン２５の一部と分離ラインＴＬＩＩとによって仕切られている。この分離ラインは部分的に両吸気通路１６，１７の間の絞りライン２６を部分的に再現している。第２の切り換え点は符号ＳｐＩＩによって示されている。特性曲線群範囲ＩＩＩは全負荷ライン２５の一部と第３の分離ラインＴＬＩＩＩとによって仕切られている。この分離ラインは切り換え点ＳｐＩＩで始まり、部分的に絞りライン２６に沿って延び、次いで第３の切り換え点ＳｐＩＩＩにおいて全負荷ライン２５に突き当たる。最後に特性曲線群範囲ＩＶは、全負荷ライン２５の一部と分離ラインＴＬＩＩＩの一部と絞りライン２６の一部とによって規定される。切り換え点ＳｐＩ，ＳｐＩＩ，ＳｐＩＩＩならびに分離ラインＴＬＩ，ＴＬＩＩ，ＴＬＩＩＩの形は経験的にまたはコンピュータによって算出される。
【００１２】
制御フラップの制御機能および吸気弁９，１０の制御時期をこのトルク・回転数線図に明確に示すために各特性曲線群範囲Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶには対応するハッチングを付してある。これらのハッチングは図５に示したようにそれぞれ次の意味を有している。
【００１３】
垂直のハッチング（Ｓｅ Ｓｃｈｒ）は、一方の吸気通路が閉じられていることを意味している。
【００１４】
水平のハッチング（Ｈｏ Ｓｃｈｒ）は、両吸気通路が開かれていることを意味している。
【００１５】
上方左側から下方右側に向かって延びる斜めのハッチング（ＳｃｈｒＬ）は、吸気側のカムシャフトが早めの方向に調整されていることを意味する。
【００１６】
上方右側から下方左側に向かって延びる斜めのハッチング（ＳｃｈｒＲ）は、吸気側のカムシャフトが遅めの方向に調整されていることを意味する。
【００１７】
内燃機関１の運転時には、規定された特性曲線群範囲Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶに関連して次のような機能が生ぜしめられる。
【００１８】
（イ）第１の特性曲線群範囲Ｉにおいては、第１の吸気通路１７が開かれており、第２の吸気通路１６が閉じられている。この場合、吸気弁９，１０の制御時期は早めの方向に調整されている。
【００１９】
（ロ）第２の特性曲線群範囲ＩＩにおいては、第１の吸気通路１７が開かれており、第２の吸気通路１６が閉じられている。この場合、吸気弁９，１０の制御時期は遅めの方向に調整されている。
【００２０】
（ハ）第３の特性曲線群範囲ＩＩＩにおいては、両吸気通路１６，１７が開かれている。この場合、吸気弁９，１０の制御時期は早めの方向に調整されている。
【００２１】
（ニ）第４の特性曲線群範囲ＩＶにおいては、両吸気通路１６，１７が開かれている。この場合、吸気弁９，１０の制御時期は遅めの方向に調整されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリンダヘッドの領域における内燃機関の部分断面図である。
【図２】図１の矢印方向Ｙで示す図である。
【図３】内燃機関の吸気弁の制御時期および排気弁の制御時期を示す線図である。
【図４】内燃機関のトルク・回転数線図である。
【図５】図４の線図を説明する図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関、 ２〜５ シリンダ、 ６ シリンダヘッド、 ７，８ カムシャフト、 ９，１０ 吸気弁、 １１，１２ 排気弁、 １３，１４ ローラ付きロッカアーム、 １５ フード、 １６，１７ 吸気通路、 １８ 制御フラップ、 １９ 噴射ノズル、 ２１ 点火プラグ、 ２２ 排気通路、 ２３調整装置、 ２４ 端面、 ２５ 全負荷ライン、 ２６ 絞りライン、 Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ 特性曲線群範囲、 ＴＬＩ，ＴＬＩＩ，ＴＬＩＩＩ 分離ライン、 ＳｐＩ，ＳｐＩＩ，ＳｐＩＩＩ 切り換え点、 ＶＫａ，ＶＫｅ，ＶＫｅＩ，ＶＫｅＩＩ 弁リフト曲線、 ＶＨ 弁行程、 Ｏ 縦座標軸、 Ａ横座標軸、 Ｍｄ トルク、 ｎ 回転数
Claims (5)
- 往復動ピストン構造形式の多シリンダ型の内燃機関であって、１シリンダ当たり少なくとも２つの吸気弁と１つの排気弁とが設けられており、さらに、シリンダの上方のシリンダヘッド内に配置された、可変の制御時期によって作業する弁を操作する２つのカムシャフトと、各吸気弁に通じる別個の吸気通路を備えた吸気装置とが設けられており、これらの吸気通路のうち少なくとも１つの吸気通路に制御フラップが設けられている形式のものにおいて、
弁（９，１０，１１，１２）の制御時期と吸気通路（１６，１７）の通流とが、トルク・回転数線図の規定された特性曲線群範囲（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ）に関連して影響されるようになっており、
（イ）第１の特性曲線群範囲（Ｉ）では、第１の吸気通路（１７）が開かれて第２の吸気通路（１６）が閉じられており、吸気弁（９，１０）の制御時期が早めの方向に調整されており、
（ロ）第２の特性曲線群範囲（ＩＩ）では、第１の吸気通路（１７）が開かれて第２の吸気通路（１６）が閉じられており、吸気弁（９，１０）の制御時期が遅めの方向に調整されており、
（ハ）第３の特性曲線群範囲（ＩＩＩ）では、両吸気通路（１６，１７）が開かれており、吸気弁（９，１０）の制御時期が早めの方向に調整されており、
（ニ）第４の特性曲線群範囲（ＩＶ）では、両吸気通路（１６，１７）が開かれており、吸気弁（９，１０）の制御時期が遅めの方向に調整されていることを特徴とする、多シリンダ型の内燃機関。 - 吸気弁(９，１０)の制御時期の調整が、排気側のカムシャフト（８）に対する吸気側のカムシャフト（７）の相対回転位置を変化させることにより行われるようになっている、請求項１記載の多シリンダ型の内燃機関。
- １つの吸気通路（１６）にだけ制御フラップ（１８）が配置されている、請求項１記載の多シリンダ型の内燃機関。
- 吸気側のカムシャフト（７）が、相対回転位置を変化させるために、調整装置（２３）と協働する、請求項２記載の多シリンダ型の内燃機関。
- 調整装置（２３）が、吸気側のカムシャフト（７）の一方の端面（２４）に配置されている、請求項４記載の多シリンダ型の内燃機関。
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