JP5562386B2 - 多気筒ディーゼル機関 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒ディーゼル機関に関し、特に、吸気通路を制御する少なくとも一つの吸気弁と排気通路を制御する少なくとも一つの排気弁とを各気筒に備えると共に、前記吸気弁及び排気弁をそれぞれ閉位置に付勢する付勢ばね手段を備え、前記吸気弁と前記排気弁とをそれぞれタペットを介して作動させる少なくとも一つのカム軸を備え、少なくとも各吸気弁は、油圧手段を介して前記各タペットに連結され、前記付勢ばね手段の付勢力に抗して各タペットにより前記油圧手段を介して作動される可変駆動型であり、前記油圧手段は、前記タペットに連結されたポンピングピストンに対向する圧力流体室を含んでおり、該圧力流体室は、前記各タペットから前記可変駆動型の吸気弁への動力伝達を切断して前記各付勢ばね手段の付勢作用により前記吸気弁を急速に閉じるために、電磁弁を介して放出路に接続され、前記内燃機関の１つ以上の作動パラメータの関数として前記可変駆動型の吸気弁の開弁時期および開弁期間を変更させるように各電磁弁を制御する電子制御手段を備えており、各吸気弁を作動させる前記カム軸のカムは、略一定のリフトのブート部分（Ｃ２）を含む弁リフトプロファイルを生成するように形成されている、多気筒ディーゼル機関に関する。

本出願人は、長期間に渡って、機関弁の可変駆動を行うために特定された形式の電子制御式油圧装置の開発を行ってきた。本出願人は、また、このような形式のシステムを備える内燃機関に関連する種々の特許および特許出願を所有している。ここで、参照のために、添付図の図１は、本出願人に属する特許文献１に記載された本技術による内燃機関を断面図で示している。

図１を参照して、この図１に示されている内燃機関は、多気筒内燃機関、例えばシリンダヘッド１を含む４本のシリンダが並設されている内燃機関である。

シリンダヘッド１はシリンダ毎にキャビティ（燃料室）２を備えており、該キャビティ２は、２つの吸気通路４、５と２つの排気通路が開口する燃焼室を画定するシリンダヘッド１の下端面３に形成されている。２つの吸気通路４、５と燃焼室２との間の連通は、シリンダヘッド１の本体に摺動自在に支持された軸８を有する従来のきのこ形の２つの吸気弁７によって開閉制御される。

各吸気弁７は、シリンダヘッド１の内面と弁カップ１０との間に介装されたばね９によって閉位置に向けて付勢されている。２つの排気通路６と燃焼室２との間の連通は、吸気弁７と同様に、ばね９により閉位置に向けて付勢された従来タイプの２つの排気弁７０によって制御される。

シリンダヘッド１の支持体内には軸芯１２回り回転自在にカム軸１１が設けられ、該カム軸１１には、吸気弁７を作動するための複数のカム１４が設けられており、各吸気弁７の開動作は、上記カム軸１１によって、以下で記述するように制御される。

吸気弁７を制御する各カム１４は、上記引用文献に示された例の場合、吸気弁７の軸８に対して略９０°の角度の軸芯１７に沿った方向に摺動自在に設けられたタペット１５のプレートに当接し、これを作動させる。タペット１５は、対応するばねによってカム１４に当接するように付勢されている。タペット１５はポンピングピストン１６を備えており、このポンピングピストン１６は、予め組み立てられたユニット２０の本体１９に支持されたブッシュ１８内に摺動自在に配置されている。上記ユニット２０は、以下で詳細に説明するように、吸気弁の動作に関連するすべての電気・油圧装置を組み込んだ状態で予め組み立てられている。

タペット１５は、ポンピングピストン１６に対向する圧力流体室Ｃ内の加圧流体（好ましくは、機関潤滑回路からの潤滑油）によって、さらに同様に上記サブユニット２０の本体１９で保持されるブッシュ２２を備える円筒体内に摺動自在に設けられるピストン２１によって、ばね手段９の付勢力に抗して吸気弁７を開くように吸気弁７の軸に力を伝達できる。

図１に示される公知の解決手段において、各吸気弁７に連結する圧力流体室Ｃが、電磁弁２４を介して放出路２３に連通可能に設けられる場合もある。ここで示される機能に適した何らかの公知の形式の電磁弁２４は、アクセルの位置および機関回転数のような機関の作動パラメータを示す信号Ｓに基づき、図中に符号２５で示された電子制御手段によって制御される。

電磁弁２４が開いているときは、圧力流体室Ｃが放出路２３に連通しているので、圧力流体室Ｃ内の加圧流体は放出路２３に流出し、カム１４および各タペット１５と吸気弁７との間の動力伝達は切断される。これにより、この吸気弁７は付勢ばね９の付勢作用により、閉位置に急速に戻る。圧力流体室Ｃと放出路２３との間の連通を制御することで、各吸気弁７の開弁時期および開弁期間（リフト）を自由に変化させることができるようになる。

幾つか存在する電磁弁２４の放出路２３は、すべて、アキュームレータ２７に連通する同一の縦長の放出路２６に連通しているが、図１では、一つのアキュームレータ２７のみを示している。

関連するブッシュ１８を有する全タペット１５と、関連するブッシュ２２を有するピストン２１と、電磁弁２４および各放出路２３、２６とは、機関の組み立ての速さおよび簡略性の点で有利になるように、予め組み立てられたユニット２０の前記本体１９に支持されるか、あるいは前記本体１９に形成される。

各シリンダに配置された排気弁７０は、図１で示される実施形態において、各タペット２９を介して各カム軸２８によって従来方式で制御されるが、前記特定の文献において、吸気弁の制御と同じく油圧作動システムを利用することも可能である。

再び図１を参照すると、ブッシュ２２内で画定されると共にピストン２１に対向する可変容積室（図１では最小容積状態で示され、ピストン２１は行程上端位置にある）は、ブッシュ２２の１つの端壁に形成された開口３０を通して加圧流体室Ｃに連通している。吸気弁７が閉位置で停止されると、可変容積室内にあるオイルが、先端突起３１とこれに嵌合する開口３０の壁との間の遊び隙間を通して加圧流体室Ｃ内に流されるため、開口３０は、閉弁行程での吸気弁７の動きを制動するようにピストン２１の先端突起３１に嵌合する。開口３０により構成される連通と同様に、圧力流体室Ｃとピストン２１の可変容量室とは、圧力流体室Ｃからピストン２１の可変容量室への流体の流通のみを可能にする一方向弁３２を含む内部通路を介して互いに連通している。

図１で示される公知の内燃機関の通常運転中、電磁弁２４により圧力流体室Ｃと放出路２３との間の連通を遮断すると、前記圧力流体室Ｃ内にあるオイルは、カム１４により与えられるポンピングピストン１６の動きを、吸気弁７の開動作を制御するピストン２１に伝達する。吸気弁の開弁動作の初期行程において、圧力流体室Ｃから流れる流体は、一方向弁３２と、これに加え、可変容積室と連通する管形状のピストン２１の内キャビティを有する流路と、を通ってピストン２１の可変容量室に達する。ピストン２１の初期の移動後は、先端突起３１は開口３０から離れるため、圧力流体室Ｃから流れる流体は、この時点で自由開放状態になった開口３０を通って可変容量室内に直接通過することができる。

上述のような吸気弁の開弁動作と逆の閉弁動作において、最終行程中、先端突起３１が開口３０に入り、これによって吸気弁に対する油圧による制動が生じる。例えば電磁弁２４の開口に続いて吸気弁の本体が急速に閉位置に戻って弁座に衝突することを、前記制動により避けることができる。

図１で示される油圧制動装置の代わりに、出願人は、内燃機関の吸気弁を制御するピストン２１が先端突起を有さず、かつ、一方向弁３２をピストン２１の本体内に配置する代わりに固定部に配置する別の解決手段を既に提案している（特許文献２参照）。さらに、圧力流体圧室Ｃに直接連通する１つ以上の通路は、ピストン２１が摺動自在に設けられたブッシュの壁に出口を有している。これらの通路は、その後の油圧制動効果で流体通路の選択の制限を行うために、機関弁の閉弁動作の最終行程でピストン２１により徐々に遮られるように成形され、位置決めされる。さらに、特許文献２で提案されている解決手段においては、補助油圧タペットが、機関弁を制御するピストン２１と機関弁の軸との間に配置されている。

同一出願人により既に提案されている出願の他の顕著な例を示すために、添付図の図２は、同一出願人による特許文献３の主題を構成する実施形態を示している。この場合、内燃機関は、吸気弁と排気弁の両方を制御する単一のカム軸を備えている。

図２を参照すると、電子制御される油圧装置の全ての部材は、組み立て状態において、２つの軸１１、２８の軸を通る面に対応する下面を有する単一「ブリック」構造体２００によって支持されている。軸１１は内燃機関の唯一のカム軸であり、このため、該軸１１は吸気弁を制御するためのカムと排気弁を制御するためのカムとの両方を備えており、一方、軸２８はカムを有しない軸であり、該軸２８の一端部から、何らかの補助系統を作動させるのに利用される動力を取り出することができる。

従来型機関と同様に、２本の軸１１、２８は、シリンダヘッドの外端部において、駆動軸から、伝動チェーン及び該伝動チェーンに係合すると共にシリンダヘッドに保持された歯車２０２，２０３により、駆動軸の動力が伝達される。

軸１１は、上述のように、機関の吸気弁を作動させるカムと排気弁を作動させるカムとの両方を備えている。同一出願人により欧州特許出願公開第１５５５３９８ Ａ１号ですでに提案されている解決手段により、吸気弁を制御するカムは、図１において説明したものと同様の形式の電子制御油圧装置を介して制御される。図２において、前記装置の部品は図１で用いられたものと同じ符号で示されている。排気弁も同様に、軸１１の各カムによって機械的に作動される。図２で明らかなように、排気弁は、ロッカ・アーム２０４によってそれぞれ作動させられる構成である。各ロッカ・アーム２０４は、シリンダヘッド構造体に枢支された一端部２０５と、それぞれカムに当接する中間ローラと、それぞれ排気弁７０に当接してこれを作動させる他端部２０６とを備えている。一方、各吸気弁７に関連するポンピング要素１６は、「ブリック」構造体２００に枢支されたロッカ・アーム２０７によって制御される。該ロッカ・アーム２０７は、軸１１に設けられたカムに当接する部分と、ポンピング要素１６に当接する部分とを有している。図２はまた、機関のシリンダに対応するスパーク点火プラグ２０８（および対応するコイル２０９）を示している。前述のとおり、「ブリック」は、電子制御油圧装置に装備される油圧システムの全てのダクトと同様に、吸気弁７の可変動作のために、この装置を構成する全ての要素を支持している。
欧州特許第０ ８０３ ６４２ Ｂ１号 欧州特許出願公開第１ ３４４ ９００ Ａ２号 欧州特許出願公開第１ ６５３ ０５７ Ａ１号

本発明の目的は、内燃機関の運転に関し、特に、ディーゼル機関の運転に関し、良好な性能、低燃費、排気中の汚染物質の低減を達成できるようにするために、同一出願人により以前提案された動弁機構をさらに改良することである。

本発明の主たる特徴は、各吸気弁を制御するカムが、略一定のリフトのブート部分を含む吸気弁のリフトプロファイルを生成するように形成されるということにある。

上記特徴を有する吸気弁を制御するカムに対して上述の形式の可変動弁システムを組み合わせることで、ディーゼル機関において、一連の顕著な改善および作動上の利点が得られる。すなわち、本願発明の構成は、吸気通路を制御する少なくとも一つの吸気弁と排気通路を制御する少なくとも一つの排気弁とを各気筒に備えると共に、前記吸気弁及び排気弁をそれぞれ閉位置に付勢する付勢ばね手段を備え、前記吸気弁と前記排気弁とをそれぞれタペットを介して作動させる少なくとも一つのカム軸を備え、少なくとも各吸気弁は、油圧手段を介して前記各タペットに連結されると共に、前記付勢ばね手段の付勢力に抗して各タペットにより前記油圧手段を介して作動される可変駆動型であり、前記油圧手段は、前記タペットに連結されたポンピングピストンに対向する圧力流体室を含んでおり、該圧力流体室は、前記各タペットから前記可変駆動型の吸気弁への動力伝達を切断して前記各付勢ばね手段の付勢作用により前記吸気弁を急速に閉じるために、電磁弁を介して放出路に接続されており、前記内燃機関の１つ以上の作動パラメータの関数として前記可変駆動型の吸気弁の開弁時期および開弁期間（リフト）を変更させるように前記各電磁弁を制御する電子制御手段を備えており、各吸気弁を作動させる前記カム軸のカムは、略一定のリフトのブート部分を含む弁リフトプロファイルを生成するように形成されている、多気筒ディーゼル機関において、略一定のリフトの前記ブート部分は、下死点の後であって、吸気弁リフトサイクルの最終部分に設定されており、前記電子制御手段は、より高い圧縮比で作動させることが必要な時に、電磁弁を開くことによって、一定リフトの前記ブート部分が減少するように、電磁弁を制御するようになっており、さらに、前記電磁弁を開く時期は、略一定リフト前記ブート部分の持続時間が変更可能となるように、変更可能となっている。

本発明に係るディーゼル機関の特徴を詳しく説明する前に、参考として、ガソリン機関に応用した場合における改良内容を説明する。ガソリン機関の場合、略一定のリフトの前記ブート部分は、前記各シリンダのピストンの上死点（ＴＤＣ）より前であって、吸気弁リフトプロファイルの初期部分に設定されている。さらに、この適用の場合、吸気弁の作動システムの制御の電子手段は、機関の回転速度が設定値（閾値）より小さいとき、前記電磁弁を閉状態に維持するようにプログラムされる。

このように、機関の回転速度が比較的低い場合であって、前記設定値未満のいかなる場合においても、吸気弁のリフト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められる。示されるように、このカムプロファイルは、上死点の前において、弁リフトプロファイルの略一定のリフトブート部分を生成するものである。これにより、上死点の前で開口する吸気弁は、前の排気行程の最終部分で既に開いているため、排気行程が機関の次の吸気行程と重なることになる。

排気行程の最終部分で吸気弁を開くと、排気マニホルド内の圧力に対して吸気マニホルド（特に過給機関の場合）が高圧であることにより、シリンダに吸入される空気質量が増加し、燃焼室の「掃気」作用を引き起こす。

上記の適用は、シリンダ内に燃料を直接噴射する過給機付き直噴式内燃機関の場合において、特に好ましい。その理由は、直噴方式は、吸気弁および排気弁が同時に開いている間に、未燃焼ガソリンが排気マニホルド中に直接送り込まれる危険性を避けることができ、この危険性は逆に、吸気マニホルドへガソリンが直接噴射される場合においては無視できないものだからである。

再び上述の適用の場合、高い機関回転速度において、電磁弁を制御する電子手段は、カムプロファイルの最初の部分が無効になり、吸気弁が上死点（ＴＤＣ）まで実質的に閉じられた状態に維持されるように、上死点（ＴＤＣ）の前の行程で電磁弁を開いた状態にすることができる。実際、このような高速度において、吸気行程と排気行程とが大きく重なり合うことは、機関性能にとって好ましくない。

吸気弁を制御する第１カム軸と排気弁を制御する第２カム軸とを有する機関が既に提案されており、ここで、機関速度の関数として排気行程および吸気行程が重なる程度を変化させることができるように、駆動軸に対して各カム軸の角度行程を変動するための手段が設けられることも同じく指摘されなくてはならない。これらのシステムに関して、図２で示されるもののように、吸気弁および排気弁を制御するための単一カム軸を有する機関と同じ結果を得るという利点を確実なものにする。

再びガソリン機関に適用可能な形態の場合、吸気弁リフトプロファイルの初期部分における一定のリフトのブート部分は、吸気弁の最大リフトの４分の１を超えない高さを有する。さらに、この一定のリフトのブート部分は、上死点（ＴＤＣ）の前で機関軸の回転角度の４０°以上の角度に亘って延びる。

本明細書において、「略一定のリフトブート」という表現は、弁の高さが厳密に一定に保たれる弁リフトサイクルの部分の場合と、弁の高さがいかなる場合でも０．２ｍｍ／ｒａｄを超えて変動しない場合との両方を含むように意図して用いられていることがさらに指摘されなくてはならない。

ガソリン機関に適用するための形態のさらなる特性および利点については以下で示される。

ディーゼル機関に適用される本発明の実施形態において、略一定のリフトの前記ブート部分が下死点（ＢＤＣ）の後の吸気弁リフトサイクルの最終部分に設定され、駆動軸の回転角度で４０°以上かつ１００°以下の範囲に設定される。

好ましくは、この一定のリフトのブート部分は弁の最大リフトの３分の１を超えない高さを有する。

同じく本発明の上記実施形態の場合、電子制御手段は、機関の特定の運転条件において吸気弁を制御する電磁弁を閉状態に維持するようにプログラムされるため、こういった条件下で、吸気弁はその制御カムプロファイルに対応するリフトプロファイルを有し、前記一定のリフトブート部分は開弁サイクルの最終部分に設定される。機関の他の作動条件において、逆に、制御電子手段は吸気弁を制御する電磁弁を開いた状態に維持するため、一定のリフトブート部分の前記最終部分は時間とともに減少するか、あるいは完全になくなるが、この場合、機関は従来型機関のように作動する。

機関の部分負荷状態において、中速から低速で、ＢＤＣの後、機関の回転角度で４０°と１００°との間で、一定リフトのブートが変動する期間を有し、この場合、汚染物質の放出が機関の実際の利用において大きな重量になるように、電磁弁が調節される。

高い機関負荷において、電磁弁は、シリンダの充填を最大にするために、一定のリフトブート部分をなくすように調節される。

一定のリフトのブートが駆動されると、機関の排気における汚染物質の減少という点で利点がある。実際、一定のリフトのブートである吸気弁開弁サイクルの最終部分を延ばすことで、各シリンダのピストンの下死点（ＢＤＣ）に対して吸気弁の閉止を大きく遅らせ、これにより、ピストンを上昇させている間に、吸気行程中に吸引された空気の一部が吸気通路を通って押し出される。これにより、実効圧縮率の低下を押し上げ、その結果、排気における煙および窒素酸化物の放出が減る。

本発明の実施形態による吸気弁を制御するカムのプロファイルは、従来の弁制御と組み合わされると、機関の運転において深刻な不具合を生じさせることを指摘しておくことは特に重要である。実際、最大限常に存在する吸気通路内への空気の高還流のために、機関性能の大幅な低下および排気における汚染物質の放出の受け入れがたい増加と合わせて、機関の始動においても困難が生じるであろう。上記規定されたプロファイルを有するカムと同様に、上述の可変弁作動システムとを組み合わせることで、下死点に続く吸気弁の開弁サイクルにおける一定のリフトブートの時間経過をゼロから最大値まで増やすことができるようになる。

さらに、上述の参考のガソリン機関と同様に、本発明の実施形態の特性および利点は、限定することを意図するのではなく、単なる例として与えられる添付図を参照しながら以下の記述で明らかになるであろう。

本出願人によりすでに提案された形式の可変駆動弁の基本原理を示す本出願人の例えば欧州特許第０ ８０３ ６４２ Ｂ１号において記述されたタイプの機関の断面図である。 吸気弁と排気弁とを制御するための単一カム軸が設けられていることを主な特徴とする、欧州特許出願公開第１ ６５３ ０５７ Ａ１号において記述された、同一出願人により以前提案された系統のさらなる適用例の断面図である。 位相可変装置を備え、吸気弁と排気弁とを制御するための２つのカム軸をもつ従来型機関における吸気弁および排気弁のリフトの変動を線図形式で示す図である。 参考例の形態によるガソリン機関に設けられる吸気カムの例を示す図である。 前記参考例の形態の作動原理を線図で示す図である。 本発明の実施形態で提供されるものによるディーゼル機関の吸気弁を制御するカムのプロファイルを線図である。 本発明の実施形態の作動原理を示す図である。

添付図の図３は、例として、吸気弁を制御するための第１カム軸と、排気弁を制御するための第２カム軸と、吸気行程と排気行程との間の重なりの程度が、機関の速度が変動するのに応じて変動できるようにする２つのカム軸の位相可変装置と、を含む形式の従来技術による機関における吸気および排気弁のリフト線図を示す。スパーク点火機関、特に過給機付き機関と燃焼室内にガソリンの直接噴射を必要とする機関において、低機関回転速度および高負荷において、シリンダに吸引される空気の質量を増加させて、吸気マニホルドと排気マニホルドとの間の好ましい差圧を用いるために、すなわち掃気効果を得るために過給によって好ましい条件にするために、排気弁のリフトと吸気弁のリフトとの間の重なりの範囲拡大が利用される（図３における線図Ｓ１およびＡ１）ことが既に知られている。既に示されているように、この作動方式は、吸気マニホルド内への噴射の場合に起こり得る未燃焼ガソリンが排気マニホルド中に送られることを防ぐことから、シリンダ内へのガソリンの直接噴射を行う機関で特に用いられる。

排気弁および吸気弁の大きな重なりが性能にとって好ましくない高機関速度で、弁リフトの重なりを減らすように（図３の線図Ｓ２、Ａ２）、位相可変装置が駆動される（カム軸の角度位置が駆動軸の同一位置に対して調整できるようにする装置）。

［参考例の形態］
ガソリン機関の参考例において、従来型機関でもすでに得ることができている前記「掃気」効果は、上述の形式の可変弁駆動系統を図４の線図形式で示されるプロファイルを有する吸気弁を制御するカムの利用と組み合わせることで得られる。図４において、プロファイルはカムの表示の左回りで示される。ここで示されるように、吸気弁リフトを生成するカムのプロファイルの部分Ｃ１は、弁リフトサイクルの初期部分において略一定のリフトのブート部分Ｃ２を有するプロファイルである。

添付図の図５は、符号Ａを附することにより、図４で示されるカムにより生成される吸気弁リフトプロファイルを示す。本発明によれば、このカムは、図５においてＳで示される排気弁に対する従来型リフトプロファイルを生成する排気弁を作動するための従来型カムと組み合せて用いられる。

図５で明らかなように、ガソリン機関の参考例の場合、吸気弁のリフトプロファイルＡはその初期部分において、その各シリンダにおけるピストンの上死点（ＴＤＣ）に対応する機関角度位置の前の角度Ｄに対応して延びるブート部分Ｃ２を示している。

既に示したように、過給による吸気と排気との間の好ましい差圧が用いられる低機関速度と高負荷において、吸気弁を制御する電磁弁は閉じ状態に維持されるため、カムのブートＣ２が有効にされ、これにより排気弁との間で広く位相の重なりを生じ、上述の「掃気」効果が得られ、結果的にシリンダ内に導入される空気の質量が大きくなる。ブートＣ２の駆動は、図５における線図のポイントＰの前で弁作動系統の電磁弁を閉止することで行われる。

当然ながら、可変弁作動システムにより、吸気弁開弁サイクルの最終部分は線図Ａで示されるものであるか、あるいはラインＢで示されるように前段階で終了される（吸気弁を制御する電磁弁の適切な制御により、ＡとＢとの間に含まれるすべてのプロファイルが可能である）。

排気弁と吸気弁との間の過度の重なりが非生産的になる高機関速度において、Ｃで示される吸気弁のリフトが駆動される。したがって、この場合、電磁弁は、一定のリフトブートＣ２を無くすように、ＴＤＣより前の角度部分を通して開いた状態に維持される。

さらに、図５におけるポイントＰに続く、ある角度範囲にわたって電磁弁を開いた状態に維持しておき、次に、ＴＤＣの前のいかなる場合でも電磁弁を閉じ、例えば、図５のＡ１で示されるようにリフトプロファイルを高めることも可能である。

当然ながら、図５で示されるブートのリフトＨおよび持続期間Ｄを決めるのは、図４で示されるカムの幾何学的配置である。この幾何学的配置は、当然ながら用途に応じて最適化される。いかなる場合でも、好ましくは、高機関回転速度において一定のリフト範囲で電磁弁が閉じるのに十分な時期となるように、Ｈは最大吸気弁リフト（図２におけるＨ_ｍａｘ）の４分の１より大きくなく、Ｄは機関回転角度の９０°以上でなければならない。

既に述べたとおり、ブートＣ２は厳密に一定のリフトＨであるか、あるいは、いかなる場合でも０．２ｍｍ／ｒａｄ以下のリフト変動である。

上述の機関制御において、その他の高速の場合では、弁制御システムの圧力流体室内の流体（典型的には機関潤滑油）の大きな圧力ピークがあるため、プロファイルＡの急峻部分の前に電磁弁が確実に閉じられることがやはり重要である。これらのピーク（水撃）は前記系統に損傷を与え、弁の制御を危うくする場合もある。

図５においてＲで示されるアプローチランプが次の２つの理由で２ｍｍ／ｒａｄ未満の傾きであることも同様に重要である。

連続するリフトＣの規則性を確実にするために、持続期間Ｄの一定リフト部分で電磁弁が閉じられるときに、弁作動システムの圧力流体室について高速で慣性をなくすことを制限する。

高負荷で掃気中に捕集された空気量と部分負荷により内部で再循環された燃焼ガス量との両方を低機関速度で連続的に制御する（例えば図５におけるポイントＱおよびそれに続くリフトＡ_１における電磁弁の閉止を参照）。

［本発明の実施形態］
ディーゼル機関に適用される本発明の実施形態において、吸気弁を制御するカムは図６で示される線図形式で示されるプロファイルを示し（カム軸の右回りの回転を参照）、図７で示さるタイプの吸気弁リフトプロファイルを生成する。

近代的な圧縮着火機関において、最も顕著な課題の１つは、ますます厳しくなっている汚染物質の放出を制限する欧州規則（ＥＵＲＯ ＩＶ、ＥＵＲＯ Ｖ）に合致することである。これらの標準は、試験サイクル中に放出される煤塵（煤煙）および窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）の最大許可量を厳しく制限している。ディーゼル機関で用いられる燃料（軽油）はガソリンよりもはるかに揮発性が低く、圧縮行程の終了時点近傍で燃焼室内に入り込む。そのため、蒸発して吸引された空気と混合する時間がほとんどない。煤煙の生成は、ある燃料液滴（最大液滴）が燃焼中に完全に気化して炭素の微小粒子の形態で排気中に入り込むか、あるいは空気とディーゼル燃料との混合気の状態が蒸気の形態で局所的に多すぎる場合に起こる。ＮＯ_ｘの生成は、燃焼が非常に高温度で起こる場合に高くなる。

こういったタイプの汚染物質放出を減らすために、燃料の良好な微小化を保証するために非常に高い噴射圧力を用いること、燃焼温度を低下させるための排気ガス再循環（ＥＧＲ）、粒子トラップの利用、幾何学的圧縮比の低下といった種々の方法が研究されている。これらの系統は良好な結果をもたらしたが、将来的には規制がさらに厳しくなるため、さらに放出を減らすための新たな戦略を立案することが必要である。

本発明の実施形態はこの観点から開発され、煤煙およびＮ０_ｘの発生の制限とディーゼル機関における大幅な改善を可能にするものである。この概念は、本出願人により既に提案されている形式の可変作動システムと組み合わせて、図６で示されるタイプのカムを用いることで実効圧縮比を下げることに基づいている。

本発明の実施形態によると、吸気弁を制御するカムは、弁リフトサイクル（図７）の最終部分において略一定のリフトブートを生成させるためのものであって、各シリンダにおけるピストンの下死点（ＢＤＣ）よりも大きく遅れて吸気弁を閉じさせるためのものである。この方式において、ピストンが上昇すると、吸気行程中に吸引された空気の一部が押し出され、吸気通路中に戻される。ここで示されるように、カムは、４０°の機関回転角度から１００°の機関回転角度の最大値までの最小持続時間にわたって、ある設定量でリフトをほぼ一定に保ち、吸気弁の閉弁を遅らせる。本出願人による研究および実験により、１００°を超える持続時間ではさらなる利益をもたらさないということが示されている。

図７において、線図Ａは、弁作動システムの電磁弁が閉じ状態に維持されているときに、図６で示される幾何学的配置を有するカムによって生成される弁リフトプロファイルを示す。機関作動条件が変動すると、一定リフトのブートＣ２を含む線図部分は、必要な時間に作動システムの電磁弁を開く持続時間（プロファイルＡ１、Ａ２、Ａ３）が短くされるか、あるいは完全になくされる（線図Ａ４）。

閉弁の遅れが長くなるほど、得られる実行圧縮比が小さくなり、空気の環流が大きくなる。しかし、可変弁作動システムにより、高圧縮比で作動する必要がある場合に、この効果を高め、従来型プロファイルＡ４に戻すことも可能である。

図６で示されたようなカムが従来型弁作動システムを備える機関で用いられないことを指摘することは重要である。実際、機関の運転に対して深刻な不具合があるような場合、最大範囲で常に存在する空気の高還流により機関の始動が困難になるため、機関性能が大幅に低下し、汚染物質の放出量が受け入れがたいほど多くなる。逆に、図６で示されるタイプのカムと上述のタイプの可変弁作動系統と組み合わせることで、還流効果を機関作動条件に適用するように適切に規制することができるようになる。

既に示したとおり、吸気弁の閉弁を遅らせることによって、シリンダ内に残る空気がこの閉弁後になって初めて効果的に圧縮され始める。これによって従来型機関で得られる値に対して、燃料が噴射される瞬間の圧力低下と温度低下とにつながる実効圧縮比の低下が得られる。圧力および温度の値の低下によって、点火の遅れを延ばすが、これは、燃料が噴射される時期と燃焼を始める時期との間の時間経過が延びることである。したがって、燃料にとって、蒸発して空気と混合するのに利用可能な時間が長くなり、排気中の煤煙の放出量が減る。

（機関の「煤限界」を上げる）煤塵の放出を減らすことで、窒素酸化物を減らすように排気ガス再循環（ＥＧＲ）の程度を上げることが可能になる。ＥＧＲ系統で再循環される気体は、燃焼に寄与しない追加質量となり、燃焼圧をあげる効果があるが、燃料の燃焼により生成される熱が増加質量で共有されることから、平均温度を下げてしまう。このように燃焼の平均温度が低下すると、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）の生成量も減る。結論として、可変弁作動システムと組み合わせて図６で示されるプロファイルを有するカムを用いることで、機関の運転条件が変わるのに応じて、最適の方式で上述の利益ある効果を規制し、煤煙および窒素酸化物の放出量を最大限低下させることが可能になる。

当然ながら、本発明の原理は同一のままで、単純な例として記述され例示されているものに対して、本発明の適用範囲から逸脱することなく、構成の詳細および実施形態が大きく変えられることもある。

７ 吸気弁
９ 付勢ばね手段
１１ カム軸
１４ カム
１５ タペット
１６ ポンピングピストン
２３ 放出路
２４ 電磁弁
７０ 排気弁
Ｃ 圧力流体室
Ｃ２ ブート部分
Ｈ リフト

Claims (4)

1. 吸気通路を制御する少なくとも一つの吸気弁（７）と排気通路を制御する少なくとも一つの排気弁とを各気筒に備えると共に、前記吸気弁（７）及び排気弁をそれぞれ閉位置に付勢する付勢ばね手段（９）を備え、
   前記吸気弁（７）と前記排気弁とをそれぞれタペット（１５）を介して作動させる少なくとも一つのカム軸を備え、
   少なくとも各吸気弁（７）は、油圧手段を介して前記各タペット（１５）に連結されると共に、前記付勢ばね手段（９）の付勢力に抗して各タペット（１５）により前記油圧手段を介して作動される可変駆動型であり、前記油圧手段は、前記タペット（１５）に連結されたポンピングピストン（１６）に対向する圧力流体室（Ｃ）を含んでおり、
   該圧力流体室（Ｃ）は、前記各タペット（１５）から前記可変駆動型の吸気弁（７）への動力伝達を切断して前記各付勢ばね手段（９）の付勢作用により前記吸気弁（７）を急速に閉じるために、電磁弁（２４）を介して放出路に接続されており、
   前記内燃機関の１つ以上の作動パラメータの関数として前記可変駆動型の吸気弁（７）の開弁時期および開弁期間（リフト）を変更させるように前記各電磁弁（２４）を制御する電子制御手段（２５）を備えており、
   各吸気弁（７）を作動させる前記カム軸のカムは、略一定のリフト（Ｈ）のブート部分（Ｃ２）を含む弁リフトプロファイルを生成するように形成されている、多気筒ディーゼル機関において、
   略一定のリフト（Ｈ）の前記ブート部分（Ｃ２）は、下死点（ＢＤＣ）の後であって、吸気弁リフトサイクルの最終部分に設定されており、
   前記電子制御手段は、より高い圧縮比で作動させることが必要な時に、電磁弁を開くことによって、一定リフトの前記ブート部分（Ｃ２）が減少するように、電磁弁(24)を制御するようになっており、
   さらに、前記電磁弁（２４）を開く時期は、略一定リフト（Ｈ）の前記ブート部分（Ｃ２）の持続時間が変更可能となるように、変更可能となっている、ことを特徴とする多気筒ディーゼル機関。
2. 請求項１に記載の多気筒ディーゼル機関において、
   前記ブート部分（Ｃ２）は、下死点（ＢＤＣ）の後、駆動軸の回転角度で４０°以上かつ１００°以下の範囲に設定されていることを特徴とする多気筒ディーゼル機関。
3. 請求項１に記載の多気筒ディーゼル機関において、
   前記ブート部分（Ｃ２）の前記略一定のリフト（Ｈ）は、前記吸気弁の最大リフトの３分の１以下であることを特徴とする多気筒ディーゼル機関。
4. 請求項１に記載の多気筒ディーゼル機関において、
   前記ブート部分（Ｃ２）のリフト変動範囲は、０．２ｍｍ／ｒａｄ以下であることを特徴とする多気筒ディーゼル機関。

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