(57)【要約】  本発明は、内燃機関の給気システムの吸気分配装置に関する。このシステムは、新鮮な空気の吸込みマニホールド（１）と再循環される排気ガスの吸込みマニホールド（２）とを備える。内燃機関は、シリンダごとに、シリンダ上部に蓋部をなすシリンダヘッドと、シリンダヘッド内に取り付けられた、少なくとも１つの吸気弁（３、４）および少なくとも１つの排気弁（５）とを備えている。複数のシリンダをもつエンジンの場合には、分配管（７）が少なくとも新鮮な空気の吸込みマニホールド（１）をシリンダに連結する。この装置では、新鮮な空気の吸込みマニホールド（１）と再循環される排気ガスの吸込みマニホールド（２）とが、互いに独立に、それぞれ（１、２）に割り当ての吸気弁（３、４）を通して、シリンダのそれぞれに連結される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１または複数のシリンダ（Ｃ１、Ｃ２）を具備した内燃機関の給気システムの吸気分配装置であって、
前記システムが、新鮮な空気の吸込みマニホールド（１）と再循環される排気ガスの吸込みマニホールド（２）とを備え、
前記内燃機関が、それぞれのシリンダごとに、前記シリンダ上部に蓋部をなすシリンダヘッドと、前記シリンダヘッド内に取り付けられた、少なくとも１つの吸気弁（３、４）および少なくとも１つの排気弁（５）とを備え、
前記排気弁（５）が、再循環される排気ガスの吸込みマニホールドがそこから分岐される排気マニホールド（１１）と組み合わされており、
複数のシリンダを具備したエンジンの場合に、分配管（７）が少なくとも新鮮な空気の吸込みマニホールド（１）を前記シリンダに連結する装置において、
前記新鮮な空気の吸込みマニホールド（１）と前記再循環される排気ガスの吸込みマニホールド（２）とが、互いに独立に、それぞれ（１、２）に割り当てられた吸込み弁（３、４）を介して、単一の前記シリンダに、または、複数のシリンダそれぞれに連結されることを特徴とする装置。
【請求項２】
少なくとも２つのシリンダを具備した内燃機関に適用される請求項１に記載の装置であって、２つの分配管（７、８）を備え、そのうちの一方（７）が、第１の吸込み弁（３）によって新鮮な空気の吸込みマニホールド（１）を前記シリンダに連結し、他方（８）が、第２の吸込み弁（４）によって前記再循環される排気ガスの吸込みマニホールド（２）を前記シリンダに連結することを特徴とする装置。
【請求項３】
前記再循環される排気ガスの吸込みマニホールド（２）が、前記新鮮な空気の吸込みマニホールド（１）と前記再循環される排気ガスの吸込みマニホールド（２）との間の通路を制御するための第１の絞り弁（６）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記新鮮な空気の吸込みマニホールド（１）が、前記再循環される排気ガスの吸込みマニホールド（２）の前記第１の絞り弁（６）の上流側に配設された第２の絞り弁（９）を備えることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記エンジンの動作モードが新鮮な空気＋再循環される排気ガスの混合供給から新鮮な空気のみに切り替わるときに、前記第１の絞り弁（６）が全開するように前記第１の絞り弁（６）を制御することができる制御手段を備えることを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
前記２つの分配管（７、８）が少なくともほぼ同じ容積を有することを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記エンジンが全開、激しい部分開放、または高回転となるよう要求されると、前記第１の絞り弁（６）が多少開くように前記第１の絞り弁（６）を制御することができる制御手段を備えることを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
【請求項８】
新鮮な空気および再循環される排気ガスそれぞれの流量を各シリンダに対して制御可能な、各弁に対する可変分配システムを備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の装置を備えることを特徴とする自動車。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、２００６年４月２１日出願の仏国特許出願第０６５１３９８号の優先権を主張するものであり、それに基づき詳細な説明、特許請求の範囲、図面の内容が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、排気ガスの再循環を伴う、１または複数のシリンダを具備した内燃機関の給気システムにおける吸気分配装置に関する。
【０００３】
本発明は、圧縮着火エンジンにも、制御式点火エンジンにも適用される。
【０００４】
ディーゼルエンジンとも称される圧縮着火エンジンの動作においては、排気ガスを再循環させると、排出限度が標準化された気体である窒素酸化物を始めとする汚染ガスの排出を減らすことが可能になる。
【０００５】
排気ガスの再循環、すなわち、排気ガスの一部を新鮮な空気とともに再導入すると、汚染ガスの排出を減らすことが可能になる。ますます厳しい排出規制が敷かれると、ディーゼル型のモータリゼーションでは排気ガス再循環方式の利用が体系的となる。５０％程度の再循環率は普通に見られ、それは、内燃機関のシリンダから吸込まれるガスの半分が再循環された排気ガスであることを意味する。
【０００６】
１または複数のシリンダを具備した内燃機関または熱機関は、それぞれのシリンダごとに、シリンダ上部に蓋部をなすシリンダヘッドと、シリンダヘッド内に取り付けられた少なくとも１つの新鮮な空気の吸込み弁および少なくとも１つの排気弁とを備える。新鮮な空気は、プレナム(Plenum)または分配管と呼ばれる空間を介して弁へと導かれる。分配管は、一般に弁またはバルブを介して排気側と連通する。これをＥＧＲ（英語の「ｅｘｈａｕｓｔ  ｇａｓ  ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ」という用語）回路と言う。ＥＧＲの採用は、制御式点火方式のモータリゼーションではまだ体系的でなく、再循環率も一般的には、ディーゼルのモータリゼーションほど高い水準にはないが、将来的には、とりわけ、混合気の制御式点火でなく、自然着火をベースとした燃焼モード向けに、その大規模な採用が真剣に検討されている。ＥＧＲの採用によって期待される利点は、主として、希薄混合気の燃焼を可能にする燃料の消費削減に結びつく。
【０００７】
排気ガスの再循環技術はこのように広く認められており、一般に満足できるものであると思われる。しかし、「空気＋再循環される排気ガス」の運転に関して内燃機関の動作をさらに深く研究すると、燃焼は、その混合物の不均質性や、シリンダ内に吸い込まれるガスの質量に占めるＥＧＲの比率変化の影響を非常に受けやすいということがわかる。
【０００８】
「空気＋排気ガス」混合物の均質性を向上させるために、ますます複雑なシステムが開発されている。例えば、ＵＳ−Ａ−６３０１８８８号公報に記載されたディーゼルエンジンに利用されているもののように、一部のシステムでは、新鮮な空気内への再循環ガスの導入は、システムの反応性を高めるためにエンジンの吸気弁のできるだけ近傍で実施される。
【０００９】
しかし、排気ガスの再循環を伴う給気システムには、エンジンから再循環される排気ガスの供給に必要な条件に関していくつかの不都合がある。
【００１０】
空気が圧力Ｐでエンジン内に吸い込まれ、排気ガスが圧力Ｐ’で排出される場合、排気側から吸気側へ再循環される排気ガスの供給はＰ’がＰよりも高い場合にしか起こらない。勿論、気体の音響効果を利用することは可能だが、それでは、大量に再循環される排気ガスの流れをもたらすことはできない。従って、再循環される排気ガスのレベルの増大は、圧力差（Ｐ’−Ｐ）を大きくすることによってしか果たし得ない。
【００１１】
一方、差（Ｐ’−Ｐ）は、エンジンサイクルの低圧ループの仕事の計算、すなわち、その効率にかかわるものであることから、燃料の消費に影響する。
【特許文献１】ＵＳ−Ａ−第６３０１８８８号公報
【００１２】
本発明の目的は、排気の再循環を伴う内燃エンジンの給気について、今日利用されているものよりも単純な手段を提案することにある。
【００１３】
本発明の目的は、１または複数のシリンダを具備した内燃機関の給気システムにおける吸気の分配装置であって、給気システムが新鮮な空気の吸込みマニホールドと再循環される排気ガスの吸込みマニホールドとを備え、内燃機関がそれぞれのシリンダごとに、シリンダ上部に蓋部をなすシリンダヘッドと、シリンダヘッド内に取り付けられた少なくとも１つの吸気弁および少なくとも１つの排気弁とを備え、複数のシリンダを具備したエンジンの場合には、分配管が少なくとも新鮮な空気の吸込みマニホールドをシリンダに連結する、分配装置によって達成される。本発明によれば、新鮮な空気の吸込みマニホールドと再循環される排気ガスの吸込みマニホールドとは、互いに独立して、それぞれに割り当てられた吸込み弁を介して、単一のシリンダに、または、複数のシリンダそれぞれに連結される。
【００１４】
本発明は、より具体的には、排気ガスの再循環率を増大、すなわち、汚染物質の排出を低減させることができる。このような再循環率の増大は、排気ガスの流れを生じさせるために一般に必要とされる差（Ｐ’−Ｐ）に関連する燃料の大幅な過剰消費をもたらさずに実現することができる。また、本発明は、圧縮着火または制御式点火の内燃機関が空気＋再循環される排気ガスの混合物を伴って吸気を行う場合に、その内燃機関の機能および性能を向上させることができる。最後に、本発明は、再循環される排気ガスを使用する動作点から再循環される排気ガスを使用しない動作点への移行時、さらに一般的には、圧力差（Ｐ’−Ｐ）の大幅な変動時にエンジンの過渡的挙動を改善することができる。
【００１５】
本発明の装置は、原則的に、新鮮な空気の流量が圧力Ｐを介してのみ規定され、再循環される排気ガスの流量が圧力Ｐ’を介してのみ規定されるという原理に基づき動作するように構成される。
【００１６】
この装置構成は、Ｐ’とＰの圧力が等しいのに、再循環される排気ガスを伴って動作させることができ、これは、燃料消費の視点から関心深い。なぜなら、エンジンサイクルの低圧ループの仕事が最小限に抑えられるからである。さらに、この装置構成では、再循環される排気ガスの流れが圧力差（Ｐ’−Ｐ）ではなく、圧力Ｐ’のみによってもたらされるため、シリンダ内の再循環される排気ガスの比率を増大させることができる。
【００１７】
本発明の装置は、また、新鮮な空気と再循環される排気ガスという２つの気体の流れを均質化するための複雑なツールに頼らず、各シリンダに対する吸気配合の均質性を向上させる。
【００１８】
さらに、本発明の装置は、内燃機関のシリンダそれぞれに割り当てられる再循環される排気ガスの配分が保証される。排気弁は、分配管がある場合はそれを除けば、再循環されるガスの吸込み弁に直結される。
【００１９】
そのため、本発明では、複数のシリンダを具備したエンジンにおいて、それぞれの流れについて、１つの吸込み分配管を使用することを提案する。同時に、本発明のこの思想により、過渡的局面で、再循環される排気ガスの分配管の入口に配設した絞り弁の制御方式を利用することができる。
【００２０】
２つの分配管の一方は、従来型の再循環排気回路、すなわち、気体／水の交換器具備、または、不具備の弁またはバルブを介して排気側と連通される。
【００２１】
従って、シリンダ内に再循環される排気ガスの流れは、以下の条件によって直接生じる。
（Ｐ’−Ｐｃｙｌ）−ｄＰ。
ただし、
・  Ｐ’は排気マニホールド内の平均圧力であり、
・  Ｐｃｙｌはシリンダ内の圧力であり、
・  ｄＰは、上述の弁またはバルブによって調節可能な再循環排気回路内の圧力損失である。
【００２２】
よって、この装置により、再循環される排気ガスの注入は、シリンダの連結端の間に生じる圧力差（Ｐ’−Ｐ）ではなく、（Ｐ’−Ｐｃｙｌ）に依存するようになる。
【００２３】
再循環される排気ガスの使用範囲の大半を閉じた状態の絞り弁を用いて、この分配管を新鮮な空気と連通させることもできる。このように、再循環される排気ガスを伴う動作を所望しないときに、この分配管は、この分配管に割り当てられた吸込み弁に空気を導入するように機能させることができる。
【００２４】
本発明の一変形形態では、空気＋再循環される排気ガスから空気のみへのエンジンモード切り換え時に絞り弁を制御することができる。
【００２５】
他方の分配管は、新鮮な空気の吸込みラインに連結される。そこには絞り弁の追加が可能だが、その配置は２つの分配管の上流側であることが好ましい。その場合、絞り弁は、停止期におけるエンジンのダンパとして、または、新鮮な空気流の圧力Ｐ調整器として機能する。
【００２６】
この分かれた分配装置により、空気の注入は、再循環される排気ガスの流量によって乱されることなく、（Ｐ−Ｐｃｙｌ）の条件の下で実現される。
【００２７】
この２つに分かれた分配装置により、再循環される排気ガスは、その割り当ての分配管を介して弁に直接到達し、均質化のための複雑な装置の支援を受けず、シリンダごとに空気と再循環される排気ガスとの適正な分配が保証される。「空気」と「再循環される排気ガス」との混合および均質化という２つの機能は、シリンダ自体によって果たされる。
【００２８】
再循環される排気ガスに割り当てられた分配管は、エンジンの使用範囲全域で再循環される排気ガスの流量要求に応えるのに適切な容積を有し、その容積は典型的にはａＣ／Ｎの形で表される。
ただし、
・  Ｃはエンジンの総排気量であり、
・  Ｎはシリンダ数であり、
・  ａは０．３〜３の範囲から選択され、好ましくは１．５前後である。一次管路のレベル、すなわち弁と分配管との間にある容積に関連した感度である。
【００２９】
第２の分配管はほぼ同じ容積を有し、１または複数のシリンダへの新鮮な空気の供給に割り当てられる。
【００３０】
上述したように、本発明の一変形形態では、再循環される排気ガスの分配管の上流側にある絞り弁（図中符号６で示す）によって、多少絞り弁を開きながら動作させることができる。これは、とりわけ、シリンダの空気要求量が空気に割り当てられた分配管を通る流量だけではすまないような場合であり、典型的には、全開もしくはきわめて厳格な部分開放の場合、または高回転の場合である。
【００３１】
本発明の別の変形形態では、再循環されるガスの比率が重要なだけにいっそう重要となる利得を活発的に獲得するために、（空気＋再循環される排気ガスから空気のみへの）エンジンの吸気モード切り換え時に絞り弁を制御することができる。
【００３２】
空気＋再循環される排気ガスから空気のみへの移行時には、絞り弁は、空気の分配管がその動作の限界条件に近いときに、すなわち、その体積流量が飽和するまでは、閉じたままとなる。その後、再循環される排気ガスに初期的に割り当てられた分配管を新鮮な空気に対して開くことができる。これにより、割り当てられた分配管の再循環される排気ガスの抜け効果（ｅｆｆｅｔ  ｖｉｄａｎｇｅ）が最小限に抑えることによって、空気ループの反応性を増すことができる。
【００３３】
再循環される排気ガス絞り弁の動力学に従って、飽和を予期する必要があろう。その場合には、ｄＱ／ｄｔ＞０のテストはｄＱ／ｄｔ＞ｎで置き換えられる。ただし、ｎは、快適さの必要性を表すものとして較正された設定値である。
【００３４】
最後に、上述のシステムは、有利には、空気の流量および再循環される排気ガスの流量、および、シリンダ内に再循環される排気ガスの比率も同様に最適に制御可能な各弁に対する可変分配システムと連係することができる。
【００３５】
添付の図面に、本発明の主要な特徴を示す。
【００３６】
本発明による吸気分配装置は、図１および２に、２つのシリンダＣ１およびＣ２を具備したエンジンについて示されている。システムは、新鮮な空気の吸込みマニホールド１と、再循環される排気ガスの吸込みマニホールド２と、該再循環される排気ガスの吸込みマニホールドがそこから分岐される排気マニホールド１１とを備える。エンジンは、そのほか、それぞれのシリンダごとに、シリンダ上部に蓋部をなすシリンダヘッドと、シリンダヘッド内に取り付けられた２つの吸気弁３、４および１つの排気弁５とを備える。新鮮な空気の吸込みマニホールド１は分配管７によってシリンダＣ１、Ｃ２に連結され、同様に、再循環される排気ガスの吸込みマニホールド２は分配管８によってシリンダＣ１、Ｃ２に連結される。
【００３７】
本発明によれば、新鮮な空気の吸込みマニホールド１は、２つの分岐管７Ａ、７Ｂを有する分配管７とともに、割り当ての吸気弁３によってシリンダＣ１、Ｃ２に連結される。同様に、再循環される排気の吸込みマニホールド２は、２つの分岐管８Ａ、８Ｂを有する分配管８とともに、割り当ての弁４によってシリンダＣ１、Ｃ２に連結される。そのため、２つの分配管７および８の２つの分岐管それぞれは、第１の吸込み弁３または第２の吸込み弁４によってそれぞれ対応するシリンダＣ１またはＣ２に連結される。
【００３８】
有利には、図１および２に示されるように、再循環される排気ガスの吸込みマニホールド２は、新鮮な空気の吸込みマニホールド１と再循環される排気ガスのマニホールド２との間の通路を制御するための第１の絞り弁６を備える。第１の絞り弁６は、例えば、車載コンピュータ、または、エンジンの良好な動作に必要な各種調節機能を操作するように構成された車載コンピュータの一部によって制御される。
【００３９】
図１および２からわかるように、本発明のシステムは、新鮮な空気の吸込みマニホールド１内で、再循環される排気ガスのマニホールド２の吸込みマニホールドの第１の絞り弁６の上流側に配設した第２の絞り弁９を装備することができる。第２の絞り弁９は、例えば、エンジンの停止期に作動させるためのものである。
【００４０】
排気のうち、再循環される部分の流れはＥＧＲ弁１０によって制御される。
【００４１】
エンジンが排気ガスの再循環を伴って通常に動作するとき、ＥＧＲ弁１０は、シリンダ内に到達すべき排気ガス／新鮮な空気の混合気のうち、排気ガスのパーセンテージに応じて開かれる。
【００４２】
エンジンが新鮮な空気だけで給気しなければならないときには、新鮮な空気が第２の絞り弁９を通過した後、新鮮な空気の吸込み分配管７と再循環されるガスの吸込み分配管８とに分配されうるように、ＥＧＲ弁１０が閉じられ、第１の絞り弁６が完全に開かれる。
【００４３】
図３は、４気筒エンジン用の吸込みアセンブリを非常に図式的に示したものである。この図では、とりわけ、新鮮な空気の吸込み分配管７および再循環されるガスの吸込み分配管８が見られ、新鮮な空気の分配管についてはその分岐管にそれぞれ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄの符号が付され、排気ガスの吸込み分配管８についてはその分岐管に８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄの符号が付されている。
【００４４】
図４は、「空気＋再循環される排気ガス」の領域から「空気のみ」の領域への移行動作の場合におけるＥＧＲ絞り弁の制御論理図を示したものである。この論理図は、上述したようにｄＱ／ｄｔ＞ｎ（ただし、ｎは快適さの必要性を表すものとして較正された設定値）によって置き換え可能なテストｄＱ／ｄｔ＞０を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】再循環される排気ガスを伴う動作状況にある本発明による装置を概略的に示した図である。
【図２】新鮮な空気のみで動作する図１の装置を示した図である。
【図３】本発明による装置の一実施例である。
【図４】ＥＧＲ絞り弁の制御論理図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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