(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各シリンダ内の少なくても１つの吸入バルブ３と少なくとも１つの排気バルブ５と、各シリンダに対し、該バルブを作動するためのロッカアームシャフト１に軸支された少なくとも２つのロッカアーム２、４と、エンジン吸入工程中に上記排気バルブ５を選択的に開きエンジン吸入工程中にシリンダ３０内に排気を引き込むように配置された伝達手段と、を有する内燃エンジンのバルブ機構において、上記伝達手段が吸入バルブ３と排気バルブ５のロッカアーム２、４と相互作用する第２シャフト１５、第１ピボットアーム１７、及び第２ピボットアーム１８を具備し、該伝達手段により吸入バルブ３のロッカアーム２によるロッキング運動の一部が排気バルブ５のロッカアーム４に伝達されることを特徴とする内燃エンジンのバルブ機構。
【請求項２】
上記伝達手段が上記排気バルブ５の開いている時間及びバルブリフトとを変える手段２１を具備することを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジンのバルブ機構。
【請求項３】
上記伝達手段が上記吸入バルブ３のロッカアーム２と同期し、上記排気バルブ５の最大バルブリフトが上記吸入バルブ３の最大バルブリフトと一致することを特徴とする請求項２に記載の内燃エンジンのバルブ機構。
【請求項４】
上記伝達手段がロッカアームシャフト１に平行に回転可能に軸支された第２シャフト１５を具備し、且つ該第２シャフト１５に非回転的に軸支された第１と第２ピボットアーム１７、１８を有し、第１ピボットアーム１７は上記吸入バルブ３のロッカアーム２と相互作用し吸入バルブ３のロッカアーム２のロッキング運動を上記第２シャフト１５の回転運動に変え、第２ピボットアーム１８は排気バルブ５のロッカアーム４と相互作用し上記第２シャフト１５の回転運動を排気バルブ５のロッカアーム４のロッキング運動に変えることを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジンのバルブ機構。
【請求項５】
第１ピボットアーム１７がその端末にローラ１９を有し、これが吸入バルブ３のロッカアーム２のカムローラ８と接触していることを特徴とする請求項４に記載の内燃エンジンのバルブ機構。
【請求項６】
上記第２シャフト１５が軸方向に変位可能であり、第２ピボットアーム１８が排気バルブ５のロッカアーム４の一端の協働する面２１と対面する面２０を有し、該面２０、２１の一方がカム面を有し、吸入工程中に排気バルブ５のリフトが第２シャフト１５の所定軸位置における０リフトから、該所定位置からの第２シャフト１５のある程度の変位における最大リフトまで変えられることを特徴とする請求項４或は５に記載の内燃エンジンのバルブ機構。
【請求項７】
上記第２シャフト１５がスプリング５０により所定位置に向かう方向に常に付勢され、且つその反対方向には圧力媒体で付勢されており、制御ユニット５３が配置され、該制御ユニット５３に供給される値、少なくともエンジンｒｐｍとエンジン作動負荷と、位置センサ５８で検知された第２シャフト１５の位置と、に基づき、上記媒体の圧力を調節する様に構成されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃エンジンのバルブ機構。
【請求項８】
多シリンダエンジンにおける上記第２シャフト１５が個々のシリンダの別々なシャフト部分１５ａに分割され、該シャフト部分１５ａが軸方向変位する様に構成され、各シリンダの第１、第２ピボットアーム１７、１８が他のシリンダのピボットアームと関連してピボットできる様にされていることを特徴とする請求項４乃至７の何れかに記載の内燃エンジンのバルブ機構。
【請求項９】
シャフト部分１５ａが共通トーションバーに固定されていることを特徴とする請求項８に記載の内燃エンジンのバルブ機構。
【発明の詳細な説明】
本発明は内燃エンジンのバルブ機構にかかり、各シリンダに対し少なくても１つの吸入バルブと少なくても１つの排気バルブ、各シリンダに対し、該バルブを作動するためロッカアームシャフトに軸支された少なくとも２つのロッカアームとを有する内燃エンジンのバルブ機構にかかる。
他の方法によるのと同じ程度にエンジン効率及び媒塵レベルに悪影響を与えず排気再循環によりヂーゼル排気中の有害物質の減少を達成することは大きな利益である。
最初に冷却された排気を再循環することは特に高負荷時に効果的であるがこの冷却に要する力は極めて大きく、冷却装置はエンジンのインタクーラの冷却力の半分にも達する程必要とする。排気は有毒で高温であるからこの様な装置に実際上の問題もある。冷却なしの排気再循環はエンジン負荷が低い時は実効があるがエンジン負荷が高い時はまったく実効がない。
排気戻しの従来システムは排気及び吸気系にシャッタやバルブ装置を必要とする。ターボチャージエンジンにこのようなシステムを用いるときは吸入側の圧力が排気側の圧力よりも高いことに基づく問題が起こる。従ってターボコンプレッサの圧力側に排気を得る為の何らかの形式のポンプ装置が必要となる。あるいは排気をインタクーラの前でターボコンプレッサの吸入側へと導くこともできるが熱い排気がすぐにインタクーラを破損することになるので実際的でない。
本発明の目的は冒頭で説明したように従来型バルブ機構から発し、排気が排気側にも吸入側にも特別なシャッタやバルブ系を必要とすることなく排気が吸入空気に戻せる構成に達することである。
この構成は本発明によるとエンジンの吸入行程中に排気バルブを選択的に開いて吸入行程中に排気をシリンダに引き込む伝達手段をもったバルブ機構によって達成される。
このような構成は排気が吸入側に導入されて汚染物や沈着物の問題を起こすのを避ける。本発明はスーパーチャージエンジンであったとしても吸入サイクル中最初の吸入行程後のシリンダの圧力は吸入バルブにおける圧力降下により排気圧力より低いということを利用する。これは排気戻しにポンプ装置を特設する必要性を排除する。
本発明好ましい実施例によるバルブ機構によれば、伝達機構は、ロッカアームシャフトに平行に回転軸支された第２シャフトにして、該シャフトに非回転的に軸支された第１、第２のピボットアームを持った第２シャフトを具備し、第１ピボットアームは吸入ロッカアームと作用してそのロッキング運動を上記第２シャフトの回転運動に変換し、第２ピボットアームは排気ロッカアームと作用して該第２シャフトの回転運動を排気ロッカアームのロッキング運動に変換する。面の一方はカム面とされ、吸入行程中の排気バルブのリフトは上記第２シャフトの予め定めた軸方向位置における完全０から該予め定めた軸方向位置からの第２シャフトのある程度の変位の後における最大リフトまで可変である。
吸入行程中排気バルブの開いている時間の長さを変えることにより、再循環排気の量を調節し燃焼ガス内の排気のパーセンテージを決定することが出来る。排気バルブの開放は各シリンダ毎に行われ迅速に制御されるので排気の混合は良く規制され例えばエンジン作動負荷とかｒｐｍとかの関数として変えられる。例えば従来システムのように吸入マニホールド内に残っている残留ガスによる影響はない。第２シャフトの各軸位置従って第２ピボットアームの位置は排気バルブの所与のリフト高さ及び時間を決定する。
次に本発明実施例を添付図面についてより詳細に説明する。
図１は本発明１実施例の概略斜視図である。
図２は駆動手段の組み込まれた吸入ロッカアームの側面図である。
図３は駆動手段の組み込まれた排気ロッカアームの側面図である。
図４は図２、３の詳細図である。
図５は圧力とバルブリフトとのグラフである。
図６はピストンとバルブを持ったシリンダチェンバの縦断面図である。
図７は６気筒エンジンのバルブ機構と制御システムの概略を示した平面図である。
図１において１はロッカアームシャフトを示しこれに吸入バルブ３用のロッカアーム２と排気バルブ５用のロッカアーム４とが軸支される。所謂ユニットインジェクタ７用のロッカアーム６も該ロッカアーム１に軸支される。ロッカアーム２、４、６各々は各々カムローラ８、９、１０を有し、従動カム１１、１２、１３夫々がカムシャフト１４に軸支される。
本発明によれば第２シャフト１５がベアリング１６（図７）でロッカアーム１に平行に回転軸支される。このシャフト１５は図７について詳述するように軸方向に変位可能にとりつけられる。ピボットアーム１７と第２のピボットアーム１８がシャフト１５に固定される。ピボットアーム１７は回転軸支されたローラ１９を有しこれは吸入ロッカアーム２のカムローラ８と接触する。ローラ１９はローラ８より幅が狭くシャフト１５が軸方向に変位した時ローラ８と接触を保ちながら軸方向に変位できる。このような構成から吸入ロッカアーム２のロッキング運動がシャフト１５の往復動回転運動に変換される。第２のピボットアーム１８は傾斜カム面２０を有し、この高部と低部は図３で線２０ａと２０ｂで示される。カム面２０は排気ロッカアーム４の１端における１対の指２２（一本でも良い）で対抗面２１と対面する。シャフト１５の軸方向設定をしてシャフト１５を回転しカム面２０を排気ロッカアーム４の面２１に接触させるとピボットアーム１８はロッカアーム４を揺動し排気バルブ５をそのシートから持ち上げることになる。
シャフト１５の軸方向限界においてはカム面２０と、排気ロッカアーム４の面２１との間に接触がなく排気バルブ５が吸入行程中完全に閉じられたままになる。他方の軸方向限界においては面２１の外面部分がカム面２０の頂部２０ａに接触し、排気バルブ５が吸入行程中最大に開くことになる。ある実例においては排気行程中の排気バルブの最大リフトは略１３mmで、吸入行程の最大リフトは略４mmである。図６のグラフにおいてカーブＰは圧縮及び膨張時のシリンダ内圧力を示す。カーブＡは排気行程中の排気バルブ５のリフト運動を示し、カーブＩは吸入行程中の吸入バルブのリフト運動を示す。吸入行程中の排気バルブ５のリフト運動はカーブＥＧＲで示し、１番上のカーブは最大リフト、下の方のカーブはランダムに選んだより低いバルブリフトを示す。実際には排気戻しの制御は排気バルブリフト０と最大排気バルブリフトとの間で連続的に変わる。グラフより分かるように排気と吸入バルブ５、３夫々は吸入行程中同期され最大リフトの値は同時に得られる。
図６はシリンダ３０と吸入行程中の上、下死点間にあるピストン３１とを概略的に示す。吸入バルブ３と排気バルブ５とは最大に持ち上げられている。吸入バルブ３のマニホルド３２内のチャージ圧力が約1.6バールのときは排気マニホルド３３内の排気圧力は約1.4バールである。スロットル作用に基づく吸入バルブ３における圧力降下によりシリンダ３０内圧力が1.0バールとなり、これはシリンダへ排気が吸入空気と共に引き込まれる事を意味する。
本発明によるバルブ機構は単一シリンダについて構造、作用を説明した。多シリンダエンジンではシリンダの数に応じて相互接続された伝達機構手段を有するが、これは図７に概略的に示す６シリンダエンジンのような形式となる。この場合、シャフト１５は共に連結された６本のシャフト部分１５ａよりなるが、この１本を図４に示す。１５ａはＵ字型をした中央部分４０よりなり、これから２本のシャフト延長部４１、４２が延びる。シャフト延長部４１は中央ボア４３を有しこの長さと内径はシャフト延長部４２の長さと外径と一致する。シャフト部分１５ａのシャフト延長部４２は次のシャフト部分１５ａのボア４３の中に延びシャフト１５が例示の６シリンダにおいては互いに軸方向に固定されるが互いに回転可能な６本のシャフト部分よりなる。
（図示はしないが）他の実施例としては個々のシャフト部分１５ａが軸方向にスロットを設けたパイプであるトーションロッドに固定されてもよい。
各シャフト部分１５ａは第１ピボットアーム１７を形成する長い張り出し部を有し、これはピン１９ａでローラ１９が軸支され、更にカム面２０を持った第２ピボットアーム１８を形成する短い張り出し部をも有する。各シャフト部分１５ａには中央潤滑コンジット４４が設けられるが、これは複合シャフト１５の１端から他端まで形成されて全潤滑コンジットを完成する。
図７は複合シャフト１５とこれの軸方向変位の制御システムとを示す。カム面２０は説明上、９０°回して見えるようにして示す。図７ではシャフト１５はスプリング５０により左に偏っており、ここではカム面２０が排気ロッカアーム４の面２１に達していない位置をとり排気は戻されない。シャフト１５の左端は液圧シリンダ５２内にピストン５１が形成される。シリンダ５２の圧力はシャフト１５の軸方向設定を決め、この圧力は矢印５４、５５、５６で示すｒｐｍ，負荷、温度等の読みが供給されるエンジン中央制御ユニット５３により調節される。エンジン中央制御ユニット５３は調節バルブ５７を調節し、エンジンのｒｐｍ，負荷、温度の関数として所望の排気再循環値がプログラムされる。軸方向位置の指令値はシャフト１５の誘導性位置センサ５８からの実際の値と比較され制御ユニット５３が得られた値に基づく信号を調節バルブに与え、シリンダ５１の圧力を調節し、シャフト１５を所望の排気再循環を与える位置に動かす。本発明による構成は既知の環境で既知のエンジン部品を利用するのであるから非常に信頼性が高い。排気システムにはポンプもスロットルも不要である。吸入空気への排気の混合は良く規制される。この混合規制は遅れなく迅速になされ、シリンダ間の実質上の差異もなく変えられる。エンジン制御ユニットの予めのプログラムは他のパラメータに関係なく、エンジンの全作動レンジ内での混合が単純な制御で出来る。更に同様な調節機能を持った従来システムと比較しても低コストである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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