(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス交換の正の効果を利用でき高圧効率度合を改善できる内燃エンジンを提供する。【解決手段】本発明は少なくとも１つのシリンダを有する自動車用内燃エンジンに関する。シリンダは、第１のガス交換吸気弁、第２のガス交換吸気弁、第１のガス交換排気弁、第２のガス交換排気弁、複数のバルブシート・ポケット30,32,34,36を有するピストンクラウン26を有する往復運動可能ピストンを有する。各１つのバルブシートポケット30,32,34,36が、第１のガス交換吸気弁、第２のガス交換吸気弁、第１のガス交換排気弁、第２のガス交換吸気弁に対し設けられ、バルブシートポケット30,32,34,36は少なくとも部分的に異なる深さを有する。又は、各１のバルブシートポケット30,34が第１のガス交換吸気弁と第１のガス交換排気弁に対し設けられ、第２ガス交換吸気弁及び/又は第２ガス交換排気弁にポケットがない。【選択図】図３
2019070385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのシリンダ（１２）を有する自動車用の内燃エンジン（１０）であって、
第１のガス交換吸気弁（１４Ａ）および第２のガス交換吸気弁（１４Ｂ）と、
第1のガス交換排気弁（１６Ａ）および第２のガス交換排気弁（１６Ｂ）と、
複数のバルブシート・ポケット（３０、３２、３４、３６）を有するピストンクラウン（２６、１２６、２２６）を有する往復運動可能なピストン（２０）と、
を有し、
ａ）前記第１のガス交換吸気弁（１４Ａ）、前記第２のガス交換吸気弁（１４Ｂ）、前記第１のガス交換排気弁（１６Ａ）および前記第２のガス交換排気弁（１６Ｂ）にそれぞれ１つのバルブシート・ポケット（３０、３２、３４、３６）が設けられ、また、前記複数のバルブシート・ポケット（３０、３２、３４、３６）は少なくとも部分的に異なる深さを有し、または
ｂ）前記第１のガス交換吸気弁（１４Ａ）および前記第１のガス交換排気弁（１６Ａ）にそれぞれ１つのバルブシート・ポケット（３０、３４）が設けられ、また、前記第２のガス交換吸気弁（１４Ｂ）および／または前記第２のガス交換排気弁（１６Ｂ）にはバルブシート・ポケットが設けられないものである、
内燃エンジン。
【請求項２】
前記第１のガス交換排気弁（１６Ａ）は、前記第２のガス交換排気弁（１６Ｂ）より遅く閉じるものまたは閉じることができるものであり、および／または
前記第１のガス交換吸気弁（１４Ａ）は、前記第２のガス交換吸気弁（１４Ｂ）より早くまたは前記第２のガス交換吸気弁（１４Ｂ）と同時に開くものまたは開くことができるものである、
請求項１に記載の内燃エンジン（１０）。
【請求項３】
前記第１のガス交換排気弁（１６Ａ）および前記第１のガス交換吸気弁（１４Ａ）は、バルブ・オーバラップで作動させられまたは作動させることができるものである、請求項１または２に記載の内燃エンジン（１０）。
【請求項４】
前記第１のガス交換排気弁（１６Ａ）および前記第１のガス交換吸気弁（１４Ａ）は、前記第２のガス交換排気弁（１６Ｂ）と前記第２のガス交換吸気弁（１４Ｂ）の間のバルブ・オーバラップより大きいバルブ・オーバラップで作動させられまたは作動させることができるものであり、または
前記第１のガス交換排気弁（１６Ａ）および前記第１のガス交換吸気弁（１４Ａ）は、バルブ・オーバラップで作動させられまたは作動させることができ、また、前記第２のガス交換排気弁（１６Ｂ）および前記第２のガス交換吸気弁（１４Ｂ）は、バルブ・オーバラップなしで作動させられまたは作動させることができるものである、
請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃エンジン（１０）。
【請求項５】
前記第１のガス交換排気弁（１６Ａ）と前記第１のガス交換吸気弁（１４Ａ）の間のバルブ・オーバラップは、３０°ＣＡ乃至５０°ＣＡの範囲に、特に約４０°ＣＡに、位置し、
前記第２のガス交換排気弁（１６Ｂ）と前記第２のガス交換吸気弁（１４Ｂ）の間のバルブ・オーバラップは、０°ＣＡ乃至３０°ＣＡの範囲に、特に約２０°ＣＡに、位置するものである、
請求項４に記載の内燃エンジン（１０）。
【請求項６】
前記バルブ・オーバラップ期間中に前記シリンダ（１２）のフラッシュ動作が生じるのは、
実質的に、前記第１のガス交換吸気弁（１４Ａ）と前記第１のガス交換排気弁（１６Ａ）の間においてであり、特に互いに直接対向してまたは斜めに対向して位置する前記第１のガス交換吸気弁（１４Ａ）と前記第１のガス交換排気弁（１６Ａ）の間においてであり、または
実質的に、前記第１のガス交換吸気弁（１４Ａ）、前記第２のガス交換吸気弁（１４Ｂ）と、前記第１のガス交換排気弁（１６Ａ）との間においてである、
請求項３乃至５のいずれかに記載の内燃エンジン（１０）。
【請求項７】
前記第１のガス交換排気弁（１６Ａ）および前記第２のガス交換排気弁（１６Ｂ）は、互いに独立に作動させられまたは作動させることができるものであり、および／または
前記第１のガス交換吸気弁（１４Ａ）および前記第２のガス交換吸気弁（１４Ｂ）は、互いに独立に作動させられまたは作動させることができるものである、
請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃エンジン（１０）。
【請求項８】
前記ピストン（２０）のピストン運動の上死点における前記第１のガス交換排気弁（１６Ａ）のバルブ・リフトは、前記上死点における前記第２のガス交換排気弁（１６Ｂ）のバルブ・リフトより大きい、および／または
前記ピストン（２０）のピストン運動の前記上死点における前記第１のガス交換吸気弁（１４Ａ）のバルブ・リフトは、前記上死点における前記第２のガス交換吸気弁（１４Ｂ）のバルブ・リフト以上である、
請求項１乃至７のいずれかに記載の内燃エンジン（１０）。
【請求項９】
前記ピストンクラウン（２６、１２６、２２６）はピストンクラウン凹部（２８、１２８、２２８）を有するものである、請求項１乃至８のいずれかに記載の内燃エンジン（１０）。
【請求項１０】
前記第１のガス交換排気弁（１６Ａ）に対して設けられた前記複数のバルブシート・ポケットの中の第１の排気弁バルブシート・ポケット（３４）の最大の深さは、前記第２のガス交換排気弁（１６Ｂ）に対して設けられた前記複数のバルブシート・ポケットの中の第２の排気弁バルブシート・ポケット（３６）の最大の深さより大きいものである、請求項１乃至９のいずれかに記載の内燃エンジン（１０）。
【請求項１１】
前記第１の排気弁バルブシート・ポケット（３４）の前記最大の深さは最大４ｍｍの範囲に位置し、前記第２の排気弁バルブシート・ポケット（３６）の前記最大の深さは最大２ｍｍの範囲に位置するものである、請求項１０に記載の内燃エンジン（１０）。
【請求項１２】
前記第１のガス交換吸気弁（１４Ａ）に対して設けられた前記複数のバルブシート・ポケットの中の第１の吸気弁バルブシート・ポケット（３０）の最大の深さは、前記第２のガス交換吸気弁（１４Ｂ）に対して設けられた前記複数のバルブシート・ポケットの中の第２の吸気弁バルブシート・ポケット（３２）の最大の深さ以上のものである、請求項１乃至１１のいずれかに記載の内燃エンジン（１０）。
【請求項１３】
前記第１の吸気弁バルブシート・ポケット（３０）の前記最大の深さは、０ｍｍより大きくかつ２ｍｍ以下の範囲に位置するものであり、
前記第２の吸気弁バルブシート・ポケット（３２）の前記最大の深さは、０ｍｍより大きくかつ２ｍｍ以下の範囲に位置するものである、
請求項１乃至１２のいずれかに記載の内燃エンジン（１０）。
【請求項１４】
前記複数のバルブシート・ポケット（３０、３２、３４、３６）の深さは、それぞれ前記ピストン（２０）のピストン運動の上死点におけるそれぞれ前記ガス交換吸気弁（１４Ａ、１４Ｂ）およびガス交換排気弁（１６Ａ、１６Ｂ）のバルブ・リフトに適合化されるものである、請求項１乃至１３のいずれかに記載の内燃エンジン（１０）。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の内燃エンジン（１０）を有する自動車、特にユティリティ・ビークル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のバルブシート（弁座）ポケット（窪み、凹所）を有するピストンを有する内燃エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃エンジン（機関）のピストンのピストンクラウン（冠部）（Kolbenboden）にガス交換バルブ用のバルブシート・ポケット（Ventiltaschen：バルブ・ポケット）を設けることが知られている。
【０００３】
例えば、独国特許出願公開第１０２００７０２７７８７号には、内燃エンジンが開示されており、この場合、ガス交換バルブと対向して（の向い側に）位置するバルブシート・ポケットがピストンの一端面に形成される。
【０００４】
さらに、バルブ・オーバラップで各ガス交換吸気弁（吸入弁）と各ガス交換排気弁（排出弁）を作動させることが知られている。バルブ・オーバラップとは、ガス交換吸気弁の開放の開始とガス交換排気弁の閉鎖の終了の間の時間期間（時間的範囲）に関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０２７７８７号
【発明の開示】
【０００６】
例えば、ディーゼル・エンジンの場合に大きいバルブ・オーバラップの実現を可能にするためには、ピストンに複数のバルブシート・ポケットを設けなければならない。バルブ・オーバラップは、ガス交換（Ladungswechsels）を最適化するのに役立ち、従ってエンジンの全体的な効率の度合（程度）を最適化するのに役立つ。吸気側と排気側の間に正の圧力勾配がある場合、ピストンのピストン運動の上死点の領域においてガス交換におけるバルブ・オーバラップ期間中に燃焼室を通して空気がフラッシュされる（フラッシング、洗浄される、流される）。その結果、燃焼室および排出ガスの温度が低下し、その空気スループット（処理能力、流量）の増大の結果としてターボチャージャの効率の度合が向上する。
【０００７】
ガス交換の正の（良い）効果は、高圧効率の度合（程度）の低下によって妨害されまたは相殺される。必要とされるバルブシート・ポケットのせいで、例えば圧縮比が低下し、それが熱効率の度合（程度）に悪影響を及ぼす。さらに、例えば、燃焼パターン、従って燃焼効率も、バルブシート・ポケットによって大きく影響される。それらのバルブシート・ポケットによって、例えば、燃焼最適化されたピストン凹部の上側凹部輪郭（外面）の大部分を除去する（なくす）ことができる。
【０００８】
本発明の基礎的な目的は、内燃エンジンによってガス交換の正の効果を利用でき高圧効率の度合を改善することができる、バルブシート・ポケットを有する内燃エンジン、を実現することである。
【０００９】
発明の概要
その目的は、独立請求項に記載の内燃エンジンによって達成することができる。有利な展開形態は、従属請求項および説明に記載される。
【００１０】
内燃エンジンは、自動車に適している。内燃エンジンは、少なくとも１つのシリンダを有する。そのシリンダは、第１のガス交換吸気弁および第２のガス交換吸気弁を有する。そのシリンダは、第１のガス交換排気弁および第２のガス交換排気弁を有する。そのシリンダは、往復移動可能なピストンを有し、複数のバルブシート・ポケットを有するピストンクラウンを有する。第１のガス交換吸気弁、第２のガス交換吸気弁、第１のガス交換排気弁および第２のガス交換排気弁に対して、それぞれ１つのバルブシート・ポケットが設けられ、その複数のバルブシート・ポケットは、（相互の比較で）少なくとも部分的に異なる深さを有する。代替形態では、第１のガス交換吸気弁および第１のガス交換排気弁に対してそれぞれ１つのバルブシート・ポケットが設けられ、第２のガス交換吸気弁および／または第２のガス交換排気弁に対してはバルブシート・ポケットが設けられない。
【００１１】
内燃エンジンの高圧効率の度合は、例えば１つまたは２つのバルブシート・ポケットの省略またはサイズ減少（平坦化）によって、改善することができる。とりわけ、燃焼最適化された凹部輪郭（外形）は、省略されまたはサイズ減少されたそれらのバルブシート・ポケットによって、より小さいまたは顕著でない程度に損なわれ得る。例えば、残りのまたは平坦化されないバルブシート・ポケットに割り当てられたガス交換バルブは、（大きい）バルブ・オーバラップに利用することができる。このようにして、バルブ・オーバラップによって最適化されたガス交換の利点は、継続して達成することができる。
【００１２】
さらに、可能な限り満足できるガス交換による高圧効率の改善度合に関して本開示内容によって得られる効果は、吸気側のバルブシート・ポケットを変更する場合よりも排気側のバルブシート・ポケットを変更する場合の方が、結局大きくできることが、確認されている。従って、特に、ガス交換排気弁に対して、バルブシート・ポケットを設けないかまたは単に平坦なバルブシート・ポケットを設けることが、適切である。
【００１３】
例えば、合計で、２つのバルブシート・ポケット、３つのバルブシート・ポケットまたは４つのバルブシート・ポケットを設けることができる。２つのバルブシート・ポケットの場合、第１のガス交換吸気弁に対して１つのバルブシート・ポケットを設けることができ、第１のガス交換排気弁に対して別の１つのバルブシート・ポケットを設けることができる。３つのバルブシート・ポケットの場合、第１のガス交換吸気弁に対して１つのバルブシート・ポケットを設けることができ、第１のガス交換排気弁に対して別の１つのバルブシート・ポケットを設けることができ、第２のガス交換吸気弁または第２のガス交換排気弁に対して最後の１つのバルブシート・ポケットを設けることができる。
【００１４】
１つの例示的な実施形態において、第１のガス交換排気弁は第２のガス交換排気弁よりも後に（遅く）閉じるか、または、第１のガス交換排気弁は第２のガス交換排気弁よりも後に（遅く）閉じることができる（能力がある）。代替的にまたは追加的に、第１のガス交換吸気弁は第２のガス交換吸気弁よりも早く（先に）または第２のガス交換吸気弁と同時に開くか、または、第１のガス交換吸気弁は第２のガス交換吸気弁よりも早くまたは第２のガス交換吸気弁と同時に開くことができる（能力がある）。このように、特に、第１のガス交換排気弁と第１のガス交換吸気弁の間に大きいバルブ・オーバラップ（例えば、約４０°ＣＡ（クランク角度））を形成することを可能にできる。それとは対照的に、第２のガス交換排気弁と第２のガス交換吸気弁の間に小さいバルブ・オーバラップ（例えば、約２０°ＣＡ）を生じさせるかまたはバルブ・オーバラップを全く生じさせないようにすることができる。また、第１のガス交換排気弁と第１および第２のガス交換吸気弁の間に大きいバルブ・オーバラップを形成し、一方、第２のガス交換排気弁が、第１および第２のガス交換吸気弁との間にほんの小さい（僅かな）バルブ・オーバラップしかまたは全くバルブ・オーバラップを有しないようにすることも可能である。
【００１５】
特に好ましい１つの例示的な実施形態において、第１のガス交換排気弁および第１のガス交換吸気弁は、バルブ・オーバラップで作動させられるか、またはそれに従って作動させることができる（能力がある）。このようにして、ガス交換、従ってエンジン効率の度合を最適化することができる。
【００１６】
別の例示的な実施形態において、第１のガス交換排気弁および第１のガス交換吸気弁は、バルブ・オーバラップで作動させられるかまたはそれに従って作動させることができ、そのバルブ・オーバラップは、第２のガス交換排気弁と第２のガス交換吸気弁の間のバルブ・オーバラップよりも大きい。このようにして、第１のガス交換吸気弁および第１のガス交換排気弁に対してバルブシート・ポケットを設けるほうが、第２のガス交換吸気弁および第２のガス交換排気弁に対して設けるよりも、より深いバルブシート・ポケットを設けることができる。第１のガス交換吸気弁および第１のガス交換排気弁に対してより深いバルブシート・ポケットを設けることによって、バルブ・オーバラップがより大きくなり、従ってガス交換の改善が可能になる。より小さいまたはより浅い深さの（平坦化された）バルブシート・ポケットは、燃焼最適化されたピストン凹部に与える影響、従ってその燃焼に与える影響が、より小さい。
【００１７】
代替的に、第１のガス交換排気弁および第１のガス交換吸気弁は、バルブ・オーバラップで作動させられるようにすることができるかまたは作動させることができる（能力がある）ようにすることができ、第２のガス交換排気弁および第２のガス交換吸気弁は、バルブ・オーバラップなしで作動させられるようにすることができるかまたは作動させることができる（能力がある）ようにすることができる。このようにして、第１のガス交換吸気弁および第１のガス交換排気弁に対してバルブシート・ポケットを設けることができる。それとは対照的に、第２のガス交換吸気弁および第２のガス交換排気弁に対しては、バルブシート・ポケットが設けられない。第１のガス交換吸気弁および第１のガス交換排気弁用の（に対する）各バルブシート・ポケットによって、バルブ・オーバラップが形成され、従ってガス交換の改善が可能になる。第２のガス交換排気弁および第２のガス交換吸気弁用の（に対する）バルブシート・ポケットを省略することによって、燃焼に対する燃焼最適化されたピストン凹部の影響を増大させることができる。
【００１８】
一実施形態において、第１のガス交換排気弁と第１のガス交換吸気弁の間のバルブ・オーバラップは、３０°ＣＡ乃至５０°ＣＡの範囲に、特に約４０°ＣＡに位置する。代替的または追加的に、第２のガス交換排気弁と第２のガス交換吸気弁の間のバルブ・オーバラップは、０°ＣＡ乃至３０°ＣＡの範囲に、特に約２０°ＣＡに位置する。
【００１９】
１つの展開形態では、特に互いに直接対向してまたは斜めに対向して位置する、実質的に第１のガス交換吸気弁と第１のガス交換排気弁の間で、バルブ・オーバラップ期間中にシリンダのフラッシュ（洗浄）動作が生じる（行われる）。このようにして、可能な限り満足できるフラッシュ動作および残留ガス低減が、互いに斜めに対向して位置するガス交換バルブの場合に達成することができ、または、可能な限り大きい質量流量が、互いに直接対向して位置するガス交換バルブの場合に達成することができる。代替的に、実質的に、第１のガス交換吸気弁、第２のガス交換吸気弁と、第１のガス交換排気弁との間で、フラッシュ動作が行われる。このようにして、満足できるフラッシュ動作と残留ガスの低減の双方、および可能な限り大きい質量流量を、達成することができる。
【００２０】
１つの好ましい実施形態において、第１のガス交換排気弁および第２のガス交換排気弁は、互いに独立して作動させられるかまたはそれに従って作動させることができる。代替的または追加的に、第１のガス交換吸気弁および第２のガス交換吸気弁は、互いに独立に作動させられるかまたはそれに従って作動させることができる。このようにして、複数のガス交換バルブは、互いに独立した異なるバルブ制御曲線を有することができる。
【００２１】
特に、可変動バルブ・トレイン（variabler Ventiltrieb：可変動弁駆動装置、可変動弁機構）、例えば摺動カム・システムを、第１のガス交換排気弁、第２のガス交換排気弁、第１のガス交換吸気弁、および／または第２のガス交換吸気弁を作動させるために設けることができる。
【００２２】
例えば、第１のガス交換排気弁、第２のガス交換排気弁、第１のガス交換吸気弁および／または第２のガス交換吸気弁は、専用のロッカ・アーム（rocker arm、Kipphebels）またはフィンガ・フォロワ若しくはドラッグ・レバー（Schlepphebels、finger folower、drag lever：カム・フォロワ）によって作動させることができる。
【００２３】
別の実施形態において、ピストンのピストン運動の上死点（top dead centre）（ＴＤＣ）（oberen Totpunkt）（ＯＴ）において、第１のガス交換排気弁のバルブ・リフトは、上死点における第２のガス交換排気弁のバルブ・リフトより大きい。代替的または追加的に、ピストンのピストン運動の上死点において、第１のガス交換吸気弁のバルブ・リフトは、上死点における第２のガス交換吸気弁のバルブ・リフト以上である（より大きくまたはそれと等しい）。このようにして、要求に応じて、特に第２のガス交換排気弁に対して、平坦なバルブシート・ポケットを設けることができまたはバルブシート・ポケットを全く設けないようにすることもできる。さらに、要求に応じて、第２のガス交換吸気弁に対して、深いバルブシート・ポケットまたは平坦なバルブシート・ポケットを設けることができ、または全くバルブシート・ポケットを設けないようにすることもできる。
【００２４】
１つの特に好ましい設計変形例において、ピストンクラウンはピストンクラウン凹部を有する。特に、ピストンクラウン凹部は、燃焼最適化された構成のものとすることができる。
【００２５】
別の設計変形例において、第１のガス交換排気弁に対して（用に）設けられた複数のバルブシート・ポケット中の第１の排気弁バルブシート・ポケットの最大の深さは、第２のガス交換排気弁に対して（用に）設けられた複数のバルブシート・ポケット中の第２の排気弁バルブシート・ポケットの最大の深さよりも大きい。このようにして、より小さい（浅い）深さの第２の排気弁バルブシート・ポケットは、高圧効率の度合に対して正の（良好な）影響を有することができる。
【００２６】
１つの展開形態において、第１の排気弁バルブシート・ポケットの最大の深さは、最大４ｍｍまでの範囲に位置する。代替的または追加的に、第２の排気弁バルブシート・ポケットの最大の深さは、最大２ｍｍまでの範囲に位置する。
【００２７】
別の設計変形例において、第１のガス交換吸気弁に対して設けられた複数のバルブシート・ポケット中の第１の吸気弁バルブシート・ポケットの最大の深さは、第２のガス交換吸気弁に対して設けられた複数のバルブシート・ポケット中の第２の吸気弁バルブシート・ポケットの最大の深さ以上である（よりも大きいまたはそれと等しい）。このようにして、要求に応じて、より小さい（浅い）深さの第２の吸気弁バルブシート・ポケットは、高圧効率の度合に対して正の（良好な）影響を有することができる。代替的に、２つのより小さい（浅い）深さの吸気弁バルブシート・ポケットを設けて、高圧効率の度合に対して正の影響を与えるようにすることができる。
【００２８】
１つの展開形態において、第１の吸気弁バルブシート・ポケットの最大の深さは、０ｍｍより大きくかつ２ｍｍ以下（０ｍｍ（０ｍｍを含まず）乃至２ｍｍ（２ｍｍを含む））の範囲に位置する。代替的または追加的に、第２の吸気弁バルブシート・ポケットの最大の深さは、０ｍｍより大きくかつ２ｍｍ以下（０ｍｍ（０ｍｍを含まず）乃至２ｍｍ（２ｍｍを含む））の範囲に位置する。
【００２９】
別の例示的な実施形態において、複数のバルブシート・ポケットの深さは、ピストンのピストン運動の上死点におけるそれぞれのガス交換吸気弁およびガス交換排気弁のバルブ・リフトにそれぞれ適合化される。
【００３０】
幾つかまたは複数のバルブシート・ポケットを、互いに接続（連結）させおよび／または互いに合体させることが可能である。
【００３１】
それらのバルブシート・ポケットは、それぞれのガス交換バルブに対向して（の向い側に）位置することが、好ましい。例えば、第１の排気弁バルブシート・ポケットは第１のガス交換排気弁に対向して位置することができ、第１の吸気弁バルブシート・ポケットは、第１のガス交換吸気弁に対向して（の向い側に）位置することができる。
【００３２】
例えば、第１のガス交換吸気弁および第２のガス交換吸気弁は、空気または空気／燃料混合物をシリンダの燃焼室内に供給または給送するよう構成され、および／または、第１のガス交換排気弁および第２のガス交換排気弁は、シリンダの燃焼室からの排気ガスを排気ガス部（セクション）に排出するよう構成される。特に、ピストンクラウンはシリンダの燃焼室の範囲または境界を定める（区切る）ことができる。
【００３３】
また、本発明は、ここに開示された内燃エンジンを有する自動車、特にユティリティ・ビークルまたは商用車（例えば、貨物自動車（トラック）またはバス）に関する。
【００３４】
しかし、乗用車、大型エンジン、全地形型車両（gelaendegaengige Fahrzeuge：オール・テライン・ビークル、オフロード・カー）、固定式エンジン、船舶用エンジン、等に、ここに開示される装置を使用することも可能である。
【００３５】
本発明の上述の好ましい実施形態および特徴は、任意の所望の形態で互いに組み合わせることができる。本発明の他の詳細および利点は、図面を参照して以下の記載で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、内燃エンジンのシリンダの概略図を示している。
【図２】図２は、内燃エンジンのシリンダの４つのガス交換バルブの底面図を示している。
【図３】図３は、本開示による４つのバルブシート・ポケットを有するピストンクラウンの斜視図を示している。
【図４】図４は、本開示による２つのガス交換吸気弁および２つのガス交換排気弁に関するバルブ制御図を示している。
【図５】図５は、複数のガス交換バルブの相異なるバルブ・オーバラップに関するシリンダ圧力図を示している。
【図６】図６は、本開示による３つのバルブシート・ポケットを有するピストンクラウンを示している。
【図７】図７は、本開示による２つのバルブシート・ポケットを有するピストンクラウンを示している。
【図８】図８は、本開示による、内燃エンジンのシリンダの４つのガス交換バルブの底面図、およびガス交換の場合の例示的なフラッシュ動作を示している。
【図９】図９は、本開示による、内燃エンジンのシリンダの４つのガス交換バルブの底面図、およびガス交換の場合の別の例示的なフラッシュ動作を示している。
【図１０】図１０は、本開示による、内燃エンジンのシリンダの４つのガス交換バルブの底面図、およびガス交換の場合の別の異なる例示的なフラッシュ動作を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
各図に示されている実施形態は少なくとも部分的に互いに一致しており、その結果、類似のまたは同様の部分には同じ参照番号が付され、また、繰り返しを避けるように説明するために他の実施形態および／または図の説明が参照される。
【００３８】
図１は、内燃エンジン１０のシリンダ１２を示している。内燃エンジン１０は、４ストローク（４行程）内燃エンジン、特に４ストローク・ディーゼル内燃エンジンまたは４ストローク・ガソリン内燃エンジンである。内燃エンジン１０は、ユティリティ・ビークルまたは商用車を駆動するために、ユティリティ・ビークルまたは商用車に、例えば貨物自動車（トラック）またはバスに、含まれることが、好ましい。
【００３９】
シリンダ１２は、複数のガス交換吸気弁１４（図１には１つだけ示されている）、複数のガス交換排気弁１６（図１には１つだけ示されている）、燃焼室１８およびピストン２０を有する。
【００４０】
複数のガス交換吸気弁１４は、燃焼室１８を内燃エンジン１０の空気供給システムに接続して、燃焼空気または空気／燃料混合物を内燃室１８内に供給するようにする。複数のガス交換排気弁１６は、燃焼室１８を内燃エンジン１０の排気ガス部（セクション）に接続して、排気ガスを排出するようにする。例えば、１つのシリンダ１２当り２つのガス交換吸気弁１４および２つのガス交換排気弁１６と、複数のシリンダ１２とを設けることができる。
【００４１】
複数のガス交換吸気弁１４および複数のガス交換排気弁１６は、それぞれ個々におよびそれぞれ互いに独立に作動させることができる。例えば、各ガス交換吸気弁１４および各ガス交換排気弁１６に、可変動バルブ・トレイン２２の１つの専用のロッカ・アーム（rocker arm、Kipphebels）またはフィンガ・フォロワ若しくはドラッグ・レバー（Schlepphebel、finger folower、drag lever：カム・フォロワ）を設けることができる。可変動バルブ・トレイン２２は、例えば、摺動（スライド）カム・システムとして構成することができる。摺動カム・システムは、複数のカムを有する複数のカム・キャリア（支持体）を有することができる。カム・キャリアは、カムシャフト上に固定的に配置されて、それと共に軸方向に変位可能な形態で回転するようにすることができる。複数のガス交換吸気弁１４および複数のガス交換排気弁１６は、カム・キャリアの軸方向の位置に依存する形態で、カム・キャリアの相異なるカムによって作動させられる。また、例えば、複数のガス交換吸気弁１４は、個々におよび互いに独立して作動させることができないようにすることも、可能である。
【００４２】
ピストン２０は、既知の形態で往復運動できるようにシリンダ１２内に配置され、クランクシャフト２４に連結される。ピストン２０は、燃焼室１８に向けて方向付けられたピストンクラウン２６を有する。
【００４３】
図２は、燃焼室１８を覆うシリンダ・ヘッドの部分（セクション）の底面図を示している（図１参照）。４つのガス交換バルブがポペット・バルブ（弁）（poppet valves、Tellerventile）として設けられていることが、分かる。詳しくは、第１のガス交換吸気弁１４Ａ、第２のガス交換吸気弁１４Ｂ、第１のガス交換排気弁１６Ａおよび第２のガス交換排気弁１６Ｂが、設けられる。
【００４４】
図３は、ピストンクラウン２６の斜視図を示している。ピストンクラウン２６は、燃焼最適化されたピストンクラウン凹部（凹所）２８、および４つのバルブシート・ポケット３０、３２、３４および３６を有する（図２参照）。詳しくは、第１の吸気弁バルブシート・ポケット３０が、第１のガス交換吸気弁１４Ａ（図２参照）に対して設けられる。第２の吸気弁バルブシート・ポケット３２が、第２のガス交換吸気弁１４Ｂ（図２参照）に対して設けられる。第１の排気弁バルブシート・ポケット３４が、第１のガス交換排気弁１６Ａ（図２参照）に対して設けられる。第２の排気弁バルブシート・ポケット３６が、第２のガス交換排気弁１６Ｂ（図２参照）に対して設けられる。
【００４５】
本開示内容は、ピストンクラウンに複数のバルブシート・ポケットを設けると、とりわけ、燃焼最適化されたピストンクラウン凹部２８を変更することによって、高圧効率の度合が減少し（害され）得る、という知見に基づいている。従って、シリンダをフラッシュ（洗浄）するために複数のバルブシート・ポケットによって可能になるバルブ・オーバラップを犠牲にする（無くす）ことなく、高圧効率の度合に対するバルブシート・ポケットの影響を低減することが、提案される。詳しくは、複数のバルブシート・ポケットの中の１つ乃至（または）２つを省略する（無しで済ます）こと、または、ガス交換における不利益を受ける（経験する）ことなくそれら（２つ）／それ（１つ）をより小さい（浅い）深さに構成することが、提案される。例えば、燃焼効率の増大が、１つ乃至（または）２つのバルブシート・ポケットを省略することおよび／または１つ乃至（または）２つのバルブシート・ポケットの最大深さを減少させることによって、ピストンクラウン凹部２８の燃焼最適化された形状に与える影響の程度がより少なくなるので、可能になる。
【００４６】
例えば、バルブシート・ポケット３０、３２、３４および３６は、相異なる最大の深さを有することができる。例えば、第１の吸気弁バルブシート・ポケット３０および第１の排気弁バルブシート・ポケット３４には、第２の吸気弁バルブシート・ポケット３２および第２の排気弁バルブシート・ポケット３６より大きい最大の深さを与えることができる。例えば、第１の排気弁バルブシート・ポケット３４は、２ｍｍ乃至４ｍｍの範囲の最大の深さを有することができる。第２の排気弁バルブシート・ポケット３４（３６）、第１の吸気弁バルブシート・ポケット３０、および第２の吸気弁バルブシート・ポケット（３２）は、例えば０ｍｍ乃至２ｍｍの範囲の深さを有することができる。
【００４７】
バルブシート・ポケット３０〜３６の各深さは、ピストンのピストン運動の上死点においてガス交換バルブが開くことができる度合に影響を与える。バルブシート・ポケットが深ければ深いほど、ガス交換バルブ（弁）が、ピストンクラウンに接触することなく、上死点においてより大きく開くことができる。バルブシート・ポケット３０、３４がより深くなるほど、第１のガス交換吸気弁１４Ａと第１のガス交換排気弁１６Ａの間に、より大きいバルブ・オーバラップを形成することが可能になる。
【００４８】
図４は、一例としてのバルブ制御図を示している。バルブ制御図は、ガス交換バルブ１４Ａ、１４Ｂ、１６Ａ、１６Ｂのバルブ・リフト（Ventilhuebe：バルブ・ストローク）を示している。一点鎖線の曲線Ａは、第１のガス交換吸気弁１４Ａに関するバルブ・リフトを示している。点線の曲線Ｂは、第２のガス交換吸気弁１４Ｂに関するバルブ・リフトを示している。破線の曲線Ｃは、第１のガス交換排気弁１６Ａに関するバルブ・リフトを示している。連続曲線Ｄは、第２のガス交換排気弁１６Ｂに関するバルブ・リフトを示している。
【００４９】
第１のガス交換排気弁１６Ａ（曲線Ｃ）は、第２のガス交換排気弁１６Ｂ（曲線Ｄ）よりも遅く閉じることが、分かる。さらに、第１のガス交換吸気弁１４Ａ（曲線Ａ）は、第２のガス交換吸気弁１４Ｂよりも早く開く（曲線Ｂ）。このようにして、第１のガス交換排気弁１６Ａ（曲線Ｃ）と第１のガス交換吸気弁１４Ａ（曲線Ａ）の間に約４０°ＣＡ（クランク角）の範囲で大きいバルブ・オーバラップが存在する。第２のガス交換排気弁１６Ｂ（曲線Ｄ）と第２のガス交換吸気弁１４Ｂ（曲線Ｂ）の間には約２０°ＣＡの範囲で小さいバルブ・オーバラップが存在する。
【００５０】
１つのガス交換吸気弁と１つのガス交換排気弁の間に大きいバルブ・オーバラップがある場合、２つのガス交換吸気弁と２つのガス交換排気弁の間の大きいバルブ・オーバラップの場合に達成される燃焼室のフラッシュ動作に近似的に対応するフラッシュ動作を達成することができることが、確認された。この関係が図５に示されている。
【００５１】
図５は、３つの異なる構成に関する燃焼室の容積に依存する形態のシリンダ圧力勾配（曲線）を示している。曲線Ｅは、４０°ＣＡのバルブ・オーバラップで全てが作動させられる２つのガス交換吸気弁および２つのガス交換排気弁の場合のシリンダ圧力勾配を示している。曲線Ｆは、図４によるバルブ作動の場合のシリンダ圧力勾配を示している（１つのガス交換吸気弁および１つのガス交換排気弁が、４０°ＣＡのバルブ・オーバラップを有し、別のガス交換吸気弁および別のガス交換排気弁が、２０°ＣＡのバルブ・オーバラップを有する）。曲線Ｇは、２つのガス交換吸気弁および２つのガス交換排気弁が全て２０°ＣＡのバルブ・オーバラップで作動させられる場合におけるシリンダ圧力勾配を示している。
【００５２】
曲線ＥとＦは互いに僅かしか相違せず、一方、曲線Ｇは曲線ＥおよびＦからのより大きい（顕著な）差異を示していること、が分かる。曲線ＥおよびＦの類似するシリンダ圧力勾配は、バルブ・オーバラップ期間中のフラッシュ動作が曲線ＥおよびＦの場合に同様に大きい（顕著な）ことを表す指標である。このようにして、図４によるバルブ作動によってフラッシュ動作およびガス交換に関して、全ての４つのガス交換バルブが大きいバルブ・オーバラップで作動させられる通常の技術の場合とほぼ同じ効果を達成することができる。その結果、１つのガス交換吸気弁および１つのガス交換排気弁だけが同時に開かれれば、バルブ・オーバラップの期間中の燃焼室のフラッシュ動作に、充分であり得る。これは、特に、持続（滞留）時間がより長い低い回転速度において、適合する（当てはまる）。他のガス交換バルブのバルブ・リフト曲線は、オーバラップなしで、またはほんの小さい（僅かな）オーバラップで、設計することができる。従って、極端な場合には、他のガス交換バルブには、バルブシート・ポケットが全く必要ない。
【００５３】
例えば独国特許出願公開第１０２０１３０１９１８３号に開示されているように、例えば通常の作動形態から逸脱して圧縮ストローク（行程）の終了時にガス交換排気弁が開かれるような、現代の圧縮開放エンジン・ブレーキを適用する場合に、原則として排気弁バルブシート・ポケットが必要である。従って、上述したそれらのバルブシート・ポケットおよびその関連する１つのガス交換排気弁は、追加のデッドスペースの形成を必要とすることなく、バルブ・オーバラップに用いることができる。吸気側では、バルブ・オーバラップの目標を達成するために、１つのより深いバルブシート・ポケットまたは（と）２つのより浅い（より小さい深さの）バルブシート・ポケットの間に、最良の妥協点を見出されなければならない。
【００５４】
このようにして、本開示の概念は、相異なるピストンクラウンおよび相異なるバルブ作動手段の場合において、使用することができる。
【００５５】
図６は、ピストンクラウン１２６がほんの３つのバルブシート・ポケット３０、３２、３４および燃焼最適化されたピストンクラウン凹部１２８を有する例示的な実施形態を示している。詳しくは、第１の吸気弁バルブシート・ポケット３０が、第１のガス交換吸気弁１４Ａ（図２参照）に対して（用に）設けられる。第２の吸気弁バルブシート・ポケット３２が、第２のガス交換吸気弁１４Ｂ（図２参照）に対して設けられる。第１の排気弁バルブシート・ポケット３４が、第１のガス交換排気弁１６Ａ（図２参照）に対して設けられる。第２のガス交換排気弁１６Ｂ（図２参照）には、バルブシート・ポケットが設けられない。第１の吸気弁バルブシート・ポケット３０および第２の吸気弁バルブシート・ポケット３２は、例えば、同じ深さまたは異なる深さのものとすることができる。
【００５６】
このようにして、例えば、一方の第１および／または第２のガス交換吸気弁１４Ａ、１４Ｂと他方の第１のガス交換排気弁１６Ａの間で、大きいバルブ・オーバラップを実現することができる。第２のガス交換排気弁１６Ｂは、排気ストローク（行程）の終了時に正確（時間通り）にまたは終了直後に閉じることができる。
【００５７】
図７は、ピストンクラウン２２６が唯２つのバルブシート・ポケット３２、３４および燃焼最適化されたピストンクラウン凹部２２８を有する例示的な実施形態を示している。バルブシート・ポケット３２はガス交換吸気弁に割り当てられ、バルブシート・ポケット３４はガス交換排気弁に割り当てられる。それとは対照的に、それぞれの他のガス交換吸気弁およびガス交換排気弁は、バルブシート・ポケットを有していない。
【００５８】
このようにして、例えば、ガス交換吸気弁とガス交換排気弁の間に、大きいバルブ・オーバラップを実現することができる。それぞれの他のガス交換吸気弁とガス交換排気弁の間には、バルブ・オーバラップが生じずまたはただ非常に小さい（僅かな）バルブ・オーバラップしか生じない。
【００５９】
図８乃至１０は、本開示内容に従って、排気ストローク（行程）と吸気ストローク（行程）の間の移行（遷移）においてフラッシュ動作をどのように実現できるかに関する相異なる例を示している。フラッシュ動作は、実質的に、互いに大きいバルブ・オーバラップを有するそれらのガス交換バルブの間で生じる。
【００６０】
図８によれば、例えば、フラッシュ動作（矢印Ｓ１）は、互いに斜めに対向して位置する実質的にガス交換吸気弁１４Ａとガス交換排気弁１６Ａの間で生じさせることができる。その結果、可能な限り満足できるフラッシュ動作および／または燃焼室の残留ガスの低減および冷却を達成することができる。ガス交換バルブ１４Ａと１６Ａの間には大きなバルブ・オーバラップがある。ガス交換バルブ１４Ｂと１６Ｂの間には、小さいバルブ・オーバラップがあるかまたはバルブ・オーバラップが全くない。
【００６１】
図９によれば、フラッシュ動作（矢印Ｓ２およびＳ３）は、実質的に、２つのガス交換吸気弁１４Ａ、１４Ｂと１つのガス交換排気弁１６Ａの間で生じさせることができる。ガス交換バルブ１４Ａ、１４Ｂと１６Ａの間には大きいバルブ・オーバラップがある。その結果、満足できるフラッシュ動作と残留ガス低減の双方、並びに可能な限り大きい質量流量を、達成することができる。
【００６２】
図１０によれば、例えば、フラッシュ動作（矢印Ｓ４）は、互いに直接対向して位置する実質的にガス交換吸気弁１４Ｂとガス交換排気弁１６Ａの間で生じさせることができる。その結果、バルブ・オーバラップの期間中に、可能な限り大きい質量流量を達成することができる。ガス交換バルブ１４Ｂと１６Ａの間には大きいバルブ・オーバラップがある。ガス交換バルブ１４Ａと１６Ｂの間には、小さいバルブ・オーバラップがあるかまたはバルブ・オーバラップが全くない。
【００６３】
本発明は、上述の好ましい例示的な実施形態に限定されない。むしろ、本発明の概念を同様に利用し、従って保護の範囲内に入る多数の変形例および変更が可能である。特に、本発明は、引用する請求項とは関係なく、従属請求項の構成および特徴の保護も請求する。特に、独立請求項1の複数の特徴は、互いに独立して開示される。さらに、従属請求項の特徴は、独立請求項１の全ての特徴と関係なくも開示され、例えば、独立請求項１の、シリンダ、第１のガス交換排気弁、第２のガス交換排気弁、第１のガス交換吸気弁、第２のガス交吸気気弁、ピストン、ピストンクラウンおよび複数のバルブシート・ポケットの存在および構成に関する複数の特徴とは関係なく、開示される。
【符号の説明】
【００６４】
１０  内燃エンジン
１２  シリンダ
１４  ガス交換吸気弁
１４Ａ  第１のガス交換吸気弁
１４Ｂ  第２のガス交換吸気弁
１６  ガス交換排気弁
１６Ａ  第１のガス交換排気弁
１６Ｂ  第２のガス交換排気弁
１８  燃焼室
２０  ピストン
２２  可変動バルブ・トレイン（弁駆動装置、弁機構）
２４  クランクシャフト
２６  ピストンクラウン
２８  ピストンクラウン凹部（凹所）
３０  第１の吸気弁バルブシート・ポケット
３２  第２の吸気弁バルブシート・ポケット
３４  第１の排気弁バルブシート・ポケット
３６  第２の排気弁バルブシート・ポケット
１２６  ピストンクラウン
１２８  ピストンクラウン凹部（凹所）
２２６  ピストンクラウン
２２８  ピストンクラウン凹部
Ａ〜Ｄ  バルブ制御曲線
Ｅ〜Ｇ  シリンダ圧力勾配（曲線）
Ｓ１〜Ｓ４  フラッシュ（洗浄、流れ）方向
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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