(57)【要約】本発明は、多気筒４行程内燃機関においてＥＧＲガスを燃焼空間に送給する装置に関する。この装置は、付随するピストンを有する各シリンダに関して、それぞれ該シリンダ内の燃焼空間と吸気装置および排気装置との間における接続を制御する少なくとも１個の吸気弁と少なくとも１個の排気弁（１０）とを有する。カム湾曲部（２３）を有する回転カム軸（１８）は、カムフォロア（１７）と相互作用して、第１の開弁および閉弁段階において排気弁（１０）を動作させるように設計される。カム湾曲部（２３）は、さらにまた、前記第１の開弁および閉弁段階に対して位相偏倚する第２の開弁および閉弁段階において第２のカムフォロア（２０）と相互作用するように設計される。これにより、シリンダは、一旦排気行程が終了すると、吸気行程において排気装置に接続されうる。
2005517116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒４行程内燃機関においてＥＧＲガスを燃焼空間に送給する装置であって、付随するピストンを有する各シリンダに関して、それぞれ該シリンダの前記燃焼空間と吸気装置および排気装置との間における接続を制御する少なくとも１個の吸気弁と少なくとも１個の排気弁（１０）とを有し、カム湾曲部（２３）を有する回転カム軸（１８）は、カムフォロア（１７）と相互作用して、第１の開弁および閉弁段階において前記排気弁（１０）を動作させるように設計される装置において、
前記カム湾曲部（２３）は、さらにまた前記第１の開弁および閉弁段階に対して位相偏倚するとともに、前記シリンダが、一旦排気行程が終了すると、吸気行程において前記排気装置に接続されうる第２の開弁および閉弁段階において第２のカムフォロア（２０）と相互作用するように設計されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記カム湾曲部は、前記排気弁の前記第１の開弁段階において前記第１のカムフォロア（１７）と相互作用する第１の上り勾配（２３ａ）と、前記排気弁（１０）の両方の開弁段階において両方のカムフォロア（１７、２０）と相互作用する第２の上り勾配（２３ｂ）とを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記カム湾曲部（２３）は、前記上り勾配（２３ａ、２３ｂ）に本質的に対応する第１および第２の下り勾配（２３ｃ、２３ｄ）を有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記カムフォロア（１７、２０）は、旋回アーム（１３；３６）上において取り付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記アームは、シリンダヘッドの下に配置されるとともに、プッシュロッド（３８）とロッカーアーム（３９）とを介して間接的に前記排気弁（１０）に作用するように設計されるカムフォロア（３６）を形成することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記アームは、シリンダヘッド内に配置されるとともに、前記排気弁（１０）に直接的に作用するように設計されるロッカーアーム（１３）を形成することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記アーム（１３；１６）は、非作動位置と作動位置との間において移動しうるとともに、前記第２のカムフォロアを支持する、旋回可能に支持される第２のアーム（１９）を備えることを特徴とする請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
前記第２のアーム（１９）は、油圧ピストン（２１）によって２つの位置間において油圧的に移動せしめられうることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記油圧ピストン（２１）は、油圧油ダクト（２６、２７）と制御可能な逆止め弁（２８）とを介して油圧油源に接続されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御可能な逆止め弁（２８）は、一方の動作位置において、前記油圧油がいずれの方向にも流動し得、油圧油がある特定の値を超えると、前記逆止め弁が、油圧油のリターンフローを防ぐ第２の動作位置に切り替わって、前記第２のアーム（１９）が前記アーム（１３；３６）に対して固定されるように設計されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒４行程内燃機関においてＥＧＲガスを燃焼空間に送給する装置において、付随するピストンを有する各シリンダに関して、それぞれ該シリンダの燃焼空間と吸気装置および排気装置との間における接続を制御する少なくとも１個の吸気弁と少なくとも１個の排気弁とを有し、カム湾曲部を有する回転カム軸がカムフォロアと相互作用して、第１の開弁および閉弁段階において前記排気弁を動作させるように設計される装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス再循環、いわゆるＥＧＲは、エンジンからの全排気ガス流の一部分が再循環されて、エンジンシリンダへの吸気と混合される周知の方法である。これにより、排気ガス中の窒素酸化物の量を減らすことが可能になる。
【０００３】
この再循環は、一般に、シャント弁とエンジンの外側において排気ガス側から吸気側へと延在する管路とを介して行なわれる。空間的な理由により、こうした機構を用いることなしにＥＧＲの混合が達成されることが望ましい場合もある。この目的のために、通常のエンジン吸気および排気弁をエンジン排気マニホルドからシリンダへの排気ガスのリターンフローに用いることによってＥＧＲの混合、いわゆる内部ＥＧＲ（ＩＥＧＲ）を達成することが提案された。このリターンフローは、この場合は、エンジン動作サイクルにおいて、弁、たとえば排気弁を追加的に開くことによって達成されうる。
【０００４】
しかし、過給ディーゼル機関の場合は、ＥＧＲガスをコンプレッサの下流の吸気側に送ることができるだけの十分な過剰圧力をターボ過給機の上流の排気ガス側において供給することが困難な場合もある。しかしながら、排気ガス側において圧力の脈動が起こる一方で、吸入圧ははるかに均一であり、このことは、排気ガス側におけるピーク圧力が、たとえ平均値は低くても、吸入圧より高くなりうることを意味する。エンジン吸気行程において、このようなピーク圧力時に排気弁が開くと、排気ガス流は、シリンダへと逆流する。
【０００５】
たとえば正のエンジン出力とエンジンブレーキ（減圧ブレーキ）との間において切り替えられて、エンジンの動作状況にしたがって作動状態／非作動状態にされうる２位置弁すきま、たとえば機械的に調節される弁すきまと油圧的に調節されるゼロクリアランスとを組み合わせたものを用いることは、すでに周知である。この場合、そのときに作動状態／非作動状態となる追加的な弁行程は、機械的に調節される弁すきまによって隠されるが、ゼロクリアランスが作動状態になると現れることになる。この方法を用いて、追加の弁行程を作動状態／非作動状態にしてＥＧＲを達成することも考えられうる。その場合、機械的弁すきまは、たとえばより大型の路上走行車およびトラック用のエンジンにおいて１〜３ｍｍ程度である。しかし、その結果として、主要な弁行程は、少なくとも機械的弁すきまと略等しい大きさの長い上昇および下り勾配を有することが必要になる。こうした長い勾配は、弁行程の開始時点において機構内でのノッキングを防止するためと、ゼロクリアランス調節が作動状態および非作動状態のいずれの場合も弁行程の終了時点において弁が過度に高い速度で着座することを防ぐためとに必要とされる。このことは、さらにまた、ゼロクリアランス調節が作動状態／非作動状態にあるときに主要な弁行程が変わらないままに維持されることを意味する。たとえば、主要な弁リフトをＥＧＲの作動状態（ゼロクリアランス作動状態）で動作させるのに最適化すると、その主要な弁リフトは、ＥＧＲが非作動状態（大きい機械的すきま）になるともはや最適ではなくなり、このことは、ターボ過給機が重大な動作状況においてエンジンに給気を供給する能力に悪影響を及ぼす。前記の長い勾配では、ゼロクリアランスの場合にも、排気弁行程が最大シリンダ圧力の発生直後に開始され、その結果として高いシリンダ圧力に抗して弁を開くために弁機構における応力が極度に高くなるため、問題が起こる。
【０００６】
追加的な開弁を達成する装置は、エンジンの弁機構に用いることができる空間内において長手方向に有意に延在しないことが望ましい。たとえば、近代のディーゼル機関において見られる高圧縮比は、弁機構が非常に高い接触圧を対象として設計されなければならないことを意味する。さらにまた、この種のエンジンは、作動装置のための空間を必要とする何らかの形態の圧力ブレーキを備えうる。したがって、排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置は、いかなる圧力ブレーキ装置をも侵害してはならない。この機能を容易に係合および係合解除させることができる設備も望ましい。
【発明の開示】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、前記の機能的制約事項の範囲内において内燃機関における排気ガス再循環（ＥＧＲ）を可能にする装置を提供することにある。この目的は、請求項１の主要部にしたがった装置によって達成される。
【０００８】
カム湾曲部が、さらにまた前記第１の開弁および閉弁段階に対して位相偏倚する第２の開弁および閉弁段階において第２のカムフォロアと相互作用するように設計されることは、シリンダが、一旦排気行程が終了すると、吸気行程において単純な手段により排気装置に接続されうることを意味する。その結果として、第２のカムフォロアがカム軸のカムに追随するときに全カムリフトが繰り返される必要はなくなり、カム軸のカムの上側部分がＥＧＲガス流に必要とされる追加のリフトを行なうことが可能になる。
【０００９】
本発明のひとつの例証的な実施例において、カム湾曲部は、有利な点として、排気弁の第１の開弁段階において第１のカムフォロアと相互作用する第１の上り勾配と、排気弁の両方の開弁段階において両方のカムフォロアと相互作用する第２の上り勾配とを有する。カム湾曲部は、さらにまた、有利な点として、前記上り勾配に本質的に対応する第１および第２の下り勾配を有する。
【００１０】
本発明のさらに他の例証的な実施例において、２個のカムフォロアは、旋回アームに取り付けられる。この場合、前記アームは、シリンダヘッドの下に配置されるとともに、排気弁に間接的に作用するように設計されるカムフォロアを形成しうる。これに代わる方法として、前記アームは、シリンダヘッドに配置されるとともに、排気弁に直接的に作用するように設計されるロッカーアームを形成しうる。
【００１１】
これらのいずれの態様においても、前記アームは、非作動位置と作動位置との間において移動せしめられうるとともに第２のカムフォロアを支持する、旋回可能に支持される第２のアームを備える。前記第２のアームは、この場合は、油圧ピストンによって２つの位置間において油圧的に移動せしめられうる。第２のカムフォロアが作動状態／非作動状態にあるとき、カム軸カムの方へと向かう第１のカムフォロアの動きは、弁の主要なリフトに関して変化しないままに維持されるのに対して、作動位置においてカム軸のカムと接触する第２のカムフォロアは、弁に追加の行程を行なわせる。
【００１２】
本発明の有利な例証的な実施例によれば、油圧ピストンは、油圧油源に制御可能な逆止め弁を介して接続される。この弁は、一方の動作位置においては、油圧油がいずれの方向にも流動し得、油圧が所定の値を超えると、逆止め弁が、油圧油のリターンフローを防ぐ第２の動作位置に切り替えられて、第２のアームが前記アームに対して固定されるように適切に設計される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、添付図面に示される例証的な実施例を参照して、本発明をより詳細に説明する。
【００１４】
図１に示されているグラフに、４行程ディーゼル機関の動作サイクルにおけるエンジンのシリンダ内の圧力変動が、曲線Ａにより示されている。曲線Ｂは、６気筒エンジンの吸気側における圧力変動を示す。曲線Ｃは、圧力が動作サイクル（分割排気マニホルド）において同じエンジンの排気ガス側でどのように変動するかを示す。曲線Ｄは、動作サイクルにおける吸気弁のリフト曲線を示し、曲線Ｅは、動作サイクルにおける排気弁のリフト曲線を示す。曲線Ａのｙ軸は、グラフの左端に配置されていることに注意されたい。曲線Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥのｙ軸は、グラフの右側部分に配置されている。
【００１５】
前記グラフから、約１１０°〜約３７０°の範囲内の角度間隔において通常のリフト動作を行なう排気弁は、約３９０°〜約４５０°の範囲内の間隔において行なわれる追加的なリフト動作も行なうことが明らかになろう。排気ガス側における圧力（曲線Ｃ）は、この間隔において最大圧力値を示す。この圧力の脈動は、エンジン点火順序の次のシリンダから排出される排気ガスに由来し、したがって、排気ガスが排出されたばかりの前記シリンダ内にＥＧＲガスを強制的に戻すのに用いられる。
【００１６】
図２において略図に示される弁機構は、シリンダヘッド内に配置されるとともに、弁ばね１１と共通ヨーク１２とを有する二重排気弁１０からなる。前記ヨークは、ロッカーアーム軸１４上において旋回可能に支持されるロッカーアーム１３の作用を受ける。ロッカーアーム１３は、軸１４の一方の側において弁加圧アーム１５を、そして他方の側において、通常的にカム軸１８と相互作用するロッカーアームローラ１７の形態をとる第１のカムフォロアを備えるカムフォロアアーム１６を有する。カムフォロアアーム１６は、さらにまた、前記アームの外端部において旋回可能に支持されるとともに、第２のロッカーアームローラ２０の形態をとる第２のカムフォロアを具備する第２のアーム１９を備える。
【００１７】
前記第２のアーム１９は、非動作位置と動作位置との間において、ロッカーアームに配置される油圧ピストン２１によって、図３を参照して以下により詳細に説明されるように移動せしめられうる。
【００１８】
非動作位置（図２において図示せず）において、カム軸１８のカム２３は、ロッカーアームローラ１７を介してのみロッカーアーム１３に作用する。動作位置（図２に図示）において、カム軸のカム２３は、さらにまた第２のロッカーアームローラ２０を介してロッカーアーム１３に作用する。形状寸法、すなわち第２のアーム１９の長さおよび角度は、動作位置において、前記ロッカーアームがカム軸カム２３により所望の位相角において、すなわちカム軸１８の回転方向に約８０〜１１０度遅れて作動せしめられるように設計される。第２のアーム１９の作動位置の角度は、ストッパ２４によって調節されうる。圧縮ばね２５は、前記カムフォロアアームと第２のアームとの間において挿入されて、第２のアームを油圧ピストンの端部に当接させる。
【００１９】
２つの別個のリフト動作を経済的態様で１個の同じカム軸カム２３を用いて生じしめるために、後者（図１の曲線Ｅ参照）は、排気弁の第１の開弁段階において第１の圧力ローラ１７と相互作用する第１の上り勾配２３ａと、排気弁１０の両方の開弁段階において両方の圧力ローラ１７、２０と相互作用する第２の上り勾配２３ｂとを有する。加えて、カム湾曲部２３は、本質的に上り勾配２３ａ、２３ｂに対応する第１および第２の下り勾配２３ｃ、２３ｄを有する。
【００２０】
前記リフト曲線は、リフト速度が第１の上り勾配２３ａの後に顕著に増加して、然る後に低下し、第２の上り勾配２３ｂが中程度のリフト速度を有することを特徴とする。上側の上り勾配２３ｂの後に、リフト速度は再び増加し、その後は低下して、最大弁リフトにおいて零となる。リフト曲線の下降過程に関しては、閉弁速度は、最大弁リフト後に初めて増加し、然る後に上側下り勾配２３ｃにおけるより低い閉弁速度まで低下する。前記下り勾配２３ｃの後に、閉弁速度は再び増加した後に、再びより低い下り勾配２３ｄまで低下して、最終的にこの第２の勾配が終わる時点で零に達する。上り勾配は、差し迫った開弁と関連してカム湾曲部と弁との間における機構の間隙が零に減じられるときに用いられる。下り勾配は、弁座上への弁の着座に関連して用いられる。
【００２１】
油圧ピストン２１の制御部材は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおけるロッカーアーム１３の断面図である図３に示されている。この軸は、ロッカーアームのダクト２７と接続されるとともに、油圧ピストンの圧力シリンダ２１に制御可能な逆止め弁２８を介して油圧を供給するダクト２６を備える。
【００２２】
前記逆止め弁２８は、制御可能な逆止め弁として動作する。ばね３４は、球体３１を弁座３０に圧接する。第２のばね２９は操作ピストン３３を押圧し、ばね２９のばね力は、ばね３４の場合より大きく、このことは、低い油圧においては、ばね２９とくちばし状の端部３５を有する操作ピストン３３とが球体３１を弁座３０から離れる方向に押圧して、油圧油は、いずれの方向にも流動しうることを意味する。油圧がある特定の値を超えると、この操作ピストン３３に作用する圧力がばね２９の力を上回り、操作ピストン３３は、自身の停止部３２に圧接せしめられる。油圧は、さらにまた、球体３１をうまく弁座３０から離れる方向に押圧するとともに、油圧ピストン２１へと通過して、該ピストンをその外側位置に移動させるようにする。油圧ピストン２１が、ストップスクリュ２４によって定められる自身の外側位置に到達し終えると、球体３１を通過した油圧流が停止し、次にばね３４が前記球体を弁座３０に圧接し、球体３１と弁座３０との間における密封により、油圧油のあらゆるリターンフローが防がれる。第２のアーム１９は、これにより、カムフォロアアーム１６に対して固定される。
【００２３】
したがって、逆止め弁２８は、前記油圧油ダクト２６、２７内における油圧油の圧力が特定の値を下回ると非作動状態となる（いずれの方向の流動も可能にする）ように設計されるとともに、前記油圧油ダクト内における油圧油の圧力が前記特定の値を超えると作動状態となる（一方の方向の流動だけを可能にする）ように設計される。このことは、油圧ピストン２１は、第２のロッカーアーム１９がカム軸カム２３と接触していないときには油圧によって外方に押圧されるが、前記カム軸カムが第２のロッカーアーム１９と接触状態にあるときには逆止め弁と反対の方向への移動を阻止されうることを意味する。ダクト２６内における圧力を制御することによって、第２のアームは、油圧ピストン２１により然るべく、ロッカーアーム１３と第２のアームとが互いに油圧固定される作動位置につけられうる。圧力が再び増加すると、油圧油は、油圧ピストン２１から放出されてダクト２６に戻されうる。
【００２４】
前記の排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置と、たとえばスウェーデン国公開特許出願第４７０３６３号に記載の種類の従来式圧力ブレーキとの両方を備えるエンジンにおいては、２つの別個の滑油供給が、前記のような２個の異なる逆止め弁２８を有するロッカーアームに必要となる。
【００２５】
図４に、カムフォロア３６が軸３７上においてシリンダヘッドの下に取り付けられる弁機構の変形態様が示されている。弁ヨーク１２は、プッシュロッド３８とロッカーアーム３９とを介して作用を受ける。図２にしたがった例証的な実施例におけるロッカーアーム１３と同じ態様で、カムフォロア３６は、圧力ローラ２０を有する第２のアーム１９を備える。第２のアーム１９は、前記の態様で、油圧ピストン２１の作用下で非作動位置と作動位置との間において移動しうる。
【００２６】
本発明は、前記の例証的な実施例に制限されると見なされてはならず、数多くのさらに他の変形態様および改変が以下の特許請求の範囲内において実施可能である。たとえば、第２のカムフォロア２０は、旋回アーム１９を介する以外の何らかの方法で、たとえば線形動作によって操作され得、この動作は、油圧的に行なわれなくてもよく、電気的または機械的手段によって達成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明にしたがったＥＧＲを有する内燃機関における弁の機能と圧力比とを示すグラフである。
【図２】図１にしたがった排気ガス再循環を行なうための本発明の第１の態様にしたがった弁機構の略図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。
【図４】本発明の第２の態様にしたがった弁機構の略図である。
【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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