(57)【要約】【課題】複雑で高価な制御手段を必要とすることなく、炭素を加えられた空気の吸気手段と、炭素を加えられていない空気の吸気手段とを適切に動作させることができる機関を提供する。【解決手段】機関のシリンダ１０には、燃料噴射ノズル２６が配置された吸気パイプ１８に接続された吸気弁２２と、吸気パイプ２０に接続された吸気弁２４と、排気パイプ３０に接続された排気弁３２が設けられている。排気弁３２は、排気カムシャフト３８に取り付けられたカム４０によって制御され、吸気弁２２は、排気カムシャフト３８に取り付けられたカム６０と弁レバー５４とを介して制御される。吸気弁２４は、別のカムシャフト４６に取り付けられたカム４８によって制御され、機関の動作状態に応じて、燃焼ガスの掃気を伴う動作と、掃気を伴わない動作とをする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室（１２）を含む少なくとも１つのシリンダ（１０）と、
吸気弁（２４）を備える吸気手段（１６）と、
炭素を加えられた空気の吸気弁（２２）を備える、炭素を加えられた空気の吸気手段（１４）と、
排気弁（３２）を備える、燃焼ガスの排気手段（２８）と、
前記排気手段（２８）の制御手段（３６）と、
を有し、燃焼ガスの掃気工程を伴って動作することができる内燃機関、特に、間接噴射式の過給機関において、
前記吸気手段（１６）の制御手段（４４）と、
前記炭素を加えられた空気の吸気手段（１４）のための追加の制御手段と、
を有することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記追加の制御手段は、前記排気手段（２８）の前記制御手段（３６）によって制御される、前記炭素を加えられた空気の吸気弁（２２）の駆動手段（５２）を有する、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記駆動手段（５２）は、前記炭素を加えられた空気の吸気弁（２２）を動作させる弁レバー（５４）を有する、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記排気手段（２８）の前記制御手段（３６）は、前記弁レバー（５４）の駆動装置を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記排気手段（２８）の前記制御手段（３６）はカムシャフト（３８）を有し、該カムシャフトは、前記弁レバー（５４）の動作を制御するカム（６０）を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記カムシャフト（３８）は、前記排気弁（３２）を制御するカム（４０）を有する、請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記追加の制御手段はカムシャフトを有する、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記吸気手段（１６）の前記制御手段（４４）は、前記吸気弁（２４）のリフトの仕方を変化させる手段を有する、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項９】
燃料噴射制御式吸気手段が得られるように、前記吸気手段（１６）のための燃料噴射ノズルを有する、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記燃料噴射制御式吸気手段への燃料噴射を許可し、または禁止する制御ユニットを有する、請求項９に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、残留燃焼ガスの掃気工程を実行するための、少なくとも２つの吸気手段を有する間接噴射式の内燃機関に関する。
【０００２】
より具体的には、本発明は、過給機関、特に火花点火式の機関に関する。
【背景技術】
【０００３】
よく知られているように、内燃機関によって発生する力は、この機関の燃焼室内に送られる空気の量に左右され、この空気の量は、この空気の密度に比例する。
【０００４】
機関に高い力が要求される場合、この空気の量は、空気が燃焼室内に送られる前に、過給装置（ターボ過給機、またはスクリュー圧縮機のような駆動される圧縮機）により空気を圧縮することによって増やされる。
【０００５】
シリンダ内に通すことができるこの圧縮空気の量を増やすために、燃焼室内に存在している残留燃焼ガスの掃気工程が行われる。この掃気工程によって、機関の排気サイクルが終わる前に、燃焼室内に存在する燃料ガスを放出し、それを圧縮空気（すなわち過給空気）によって置き換えることができる。
【０００６】
特許文献１に記載されているように、この掃気工程は、シリンダの排気サイクルの最後と吸気サイクルの最初に、このシリンダの排気弁と吸気弁の動作をオーバーラップさせることによって行われる。このオーバーラップは、クランクシャフトの回転角の数度から数十度の間、これらの排気弁と吸気弁を同時に開いておくことによって得られる。
【０００７】
間接燃料噴射式の過給機関の、特許文献１に記載された例では、排気パイプを制御する排気弁を備える、燃焼ガスの排気手段と、２つの吸気手段と、が設けられている。吸気手段の１つは、パイプと弁とを備える、炭素を加えられていない(non-carbureted)過給空気の吸気手段であり、他方の吸気手段は、燃料噴射ノズルを支持するパイプと弁とからなる、炭素を加えられた(carbureted)空気の吸気手段である。
【０００８】
燃焼ガスの掃気は、一方で、炭素を加えられた空気の吸気弁を閉じたままで、排気弁と、炭素を加えられていない過給空気の吸気弁との動作をオーバーラップさせることによって、他方で、開いた吸気弁の所の空気の圧力が、燃焼室内にまだ存在している排気ガスの圧力よりも高いために、行われる。燃焼室内に入ることができる、炭素を加えられていない過給空気によって、この排気ガスが掃気され、排気弁を通して排出される。したがって、炭素を加えられていない過給空気によって、この排気ガスが除去された体積が占められ、それによって、機関の吸気サイクルの間に導入される空気の量を大幅に増やすことができる。掃気工程の終わりの近傍で、排気弁が閉じ、炭素を加えられた過給空気の吸気弁が開き、燃料噴射ノズルが動作させられ、炭素を加えられた過給空気が、燃焼室内に入ることができる、炭素を加えられていない過給空気の補完物として、他の吸気手段を通して燃焼室内に送られる。
【特許文献１】米国特許第４２１７８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような種類の機関は、申し分なく動作するが、決して些細なものではない欠点を含んでいる。
【００１０】
実際、燃焼ガスの掃気工程の間、２つの吸気弁のリフトの仕方を、特に、その開／閉のタイミングを変化させることができるＶＶＴ（Variable Valve Timing）として知られているような、２つの吸気弁を制御する単一の制御手段を用いる必要がある。
【００１１】
非常に正確な外形をそれぞれ有し、互いに対して角度がずれている複数の作動カムを備え、それによって、掃気工程を伴う動作と、掃気工程を伴わない、特に、機関のアイドル回転速度の状態での動作を可能とするカムシャフトが設けられている。
【００１２】
そのような種類のカムシャフトを得るのには困難を伴い、適切な外形と角度のずれを得るために多くの試行が必要である。さらに、このようなカムシャフトは、比較的大きな見かけ幅を有している。
【００１３】
加えて、掃気工程外で、互いにずらされたカムによって、機関の動作、特に、速度が高い時の充填に不利益が生じる。さらに、このカムのずれを得るには、掃気工程を伴う機関動作モードと、掃気工程を伴わない動作モードとの間の折り合いを付ける必要がある。
【００１４】
本発明の目的は、複雑で高価な制御手段を必要とすることなく複数の弁を動作させることができる複数の装置を備える機関によって、上述の欠点を克服することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
したがって、本発明は、燃焼室を含む少なくとも１つのシリンダと、吸気弁を備える吸気手段と、炭素を加えられた空気の吸気弁を備える、炭素を加えられた空気の吸気手段と、排気弁を備える、燃焼ガスの排気手段と、排気手段の制御手段と、を有し、燃焼ガスの掃気工程を伴って動作することができる内燃機関、特に、間接燃料噴射式の過給機関において、吸気手段のための制御手段と、炭素を加えられた空気の吸気手段のための追加の制御手段と、を有することを特徴とする内燃機関に関する。
【００１６】
この追加の制御手段は、排気手段の制御手段によって制御される、炭素を加えられた空気の吸気弁の駆動手段を有することができる。
【００１７】
この駆動手段は、炭素を加えられた空気の吸気弁を動作させる弁レバーを含むことができる。
【００１８】
排気手段の制御手段は弁レバーの駆動装置を有することができる。
【００１９】
排気手段の制御手段はカムシャフトを有することができ、このカムシャフトは、弁レバーの運動を制御することができるカムを有することができる。
【００２０】
カムシャフトは、排気弁を制御することができるカムを有することができる。
【００２１】
追加の制御手段はカムシャフトを有することができる。
【００２２】
吸気手段の制御手段は、吸気弁のリフトの仕方を変化させる手段を有することができる。
【００２３】
内燃機関は、燃料噴射制御式吸気手段を得ることができるようにする、吸気手段のための燃料噴射ノズルを有することができる。
【００２４】
内燃機関は、燃料噴射制御式吸気手段への燃料噴射を許可し、または禁止する制御ユニットを有することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２６】
図１は、過給式の内燃機関、特に間接燃料噴射式の、特に火花点火式の機関を示している。
【００２７】
この機関は、少なくとも１つのシリンダ１０を有しており、シリンダ１０内をピストン（不図示）がスライド運動して、上死点（図中のＰＭＨ）と呼ばれる第１の位置と、下死点（ＰＭＢ）と呼ばれる第２の位置との間を直進往復運動する。このシリンダ１０は燃焼室１２を有しており、燃焼室１２内で、空気または過給空気と燃料との混合物、または、再循環排気ガス（ＥＧＲ）を加えられた過給空気（または非過給空気）と燃料の混合物の燃焼が起こる。
【００２８】
このシリンダ１０は、炭素を加えられた過給空気（または炭素を加えられた空気）の吸気手段１４と、過給空気（または空気）の吸気手段１６であって、この空気は、図示の例では、炭素を加えられていない空気である、吸気手段１６と、を有している。
【００２９】
通常、これらの吸気手段１４，１６は、この機関に備えられているのが普通であるシリンダヘッド内に設けられたオリフィスと、このオリフィスに通じている吸気パイプ１８，２０と、吸気弁２２，２４のようなオリフィスを遮断する手段からなっている。ジェットナッペノズル(jet nappe nozzle)のような燃料噴射手段、すなわち燃料噴射ノズル２６によって、燃料が、吸気パイプ１８内を循環する空気と混合し、燃焼室内に送り込まれる混合ガスを形成するように、燃料を吸気パイプ１８内に送り込むことができる。このように、炭素を加えられた空気の吸気手段１４は、吸気パイプ１８と、吸気弁２２と、燃料噴射ノズル２６と、を有し、一方、炭素を加えられていない空気の吸気手段１６は、吸気パイプ２０と、吸気弁２４と、を有している。
【００３０】
このシリンダ１０は、排気パイプ３０と、例えば排気弁３２のような遮断手段と、を含む、燃焼ガスの排気手段２８も有している。
【００３１】
シリンダ１０は、点火プラグ３４のような点火手段も有しており、点火手段によって、燃焼室１２内に収容された混合ガスの燃焼を開始させることができる。
【００３２】
排気弁３２の、シリンダヘッド内に設けられたオリフィスを開き／遮断するための動作は、排気弁３２のロッド４２に作用するカム４０が設けられた排気カムシャフト３８と呼ばれる回転式のカムシャフトを有する制御手段３６によって制御される。
【００３３】
炭素を加えられていない空気の吸気弁２４の、オリフィスを開き／遮断するための動作は、制御手段４４によって制御され、この制御手段４４は、吸気弁２４のリフトの仕方を、より具体的には、開閉のタイミングを変えることができ、これは、より一般的には、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）と呼ばれている。このＶＶＴ型の手段は、基本的に、吸気弁２４のロッド５０に作用するカム４８が設けられた吸気カムシャフト４６と呼ばれる回転式のカムシャフトからなっているのが有利である。
【００３４】
もちろん、これら２つのカムシャフト、すなわち排気カムシャフト３８と吸気カムシャフト４６を、どの機関にも取り付けられているタイミングチェーンまたはタイミングベルトのような任意の公知の手段によって同期させて駆動することもできる。
【００３５】
炭素を加えられた空気の吸気弁２２の制御は、吸気カムシャフト４６とは独立した追加の制御手段によって行われる。
【００３６】
この追加の手段を、前述のタイミングチェーンまたはタイミングベルトのような任意の公知の手段によって、吸気カムシャフト４６および排気カムシャフト３８と同期して駆動される第３のカムシャフトとすることができる。
【００３７】
この追加の手段は、以下の記載においてより詳細に説明するように、排気カムシャフト３８によって制御される、炭素を加えられた空気の吸気弁２２の駆動手段５２を有しているのが有利である。
【００３８】
この駆動手段５２は、機関に、より具体的には、シリンダヘッドの、吸気弁２２と排気カムシャフト３８との間の部分に固定されたピボット５６に回転するように取り付けられたロッドを備える弁レバー５４を含んでいる。したがって、この弁レバー５４は、ピボット５６とこの弁レバー５４の、吸気弁２２のロッド５８上に載っている端部との間の１つのレバーアームと、このピボット５６と、排気カムシャフト３８によって支持されたカム６０上に載っている他端との間の他のレバーアームとの、２つのレバーアームを有している。
【００３９】
ＶＶＴ型の吸気カムシャフト４６は、どの機関にも設けられているのが普通である機関計算機のような制御ユニット（不図示）によって制御される。この機関計算機は、燃焼室内の残留燃焼ガスの掃気の工程、および、所定のタイミングでの、および選択された期間の間の燃料噴射の工程を、機関の動作状態に応じて実行し、または実行しないようにすることができる複数のマッピングまたは複数のチャートを有している。
【００４０】
排気弁３２が閉じた時点の近傍で吸気弁２２が開き始めるように、排気カムシャフト３８によって支持されたカム４０と６０、および、弁レバー５４の各端部とピボット５６との間の各レバーアームの外形および角度のずれが、当業者によって導き出される。
【００４１】
このようにして、動作中、かつ、機関によって力の変化が必要とされる場合に、または、この機関の、機関が低速度または中速度で、かつ高負荷である動作形態の時に、機関は過給空気を供給され、燃焼ガスの掃気工程が、この機関の排気サイクルの最後と吸気サイクルの最初に、弁の動作をオーバーラップさせることによって実行される。
【００４２】
この場合、図２（Ｂ部分）と関連して、排気弁３２は、排気カムシャフト３８によって支持されたカム４０の動作によって、従来、排気下死点（ＰＭＢｅ）の近傍で開き、吸気上死点（ＰＭＨａ）の近傍で閉じる。機関計算機によって、ＰＭＨａの近傍で、炭素を加えられていない空気の吸気弁２４を制御するＶＶＴ型の吸気カムシャフト４６は、この吸気弁２４がＰＭＨａの十分前のクランク角Ａ１の所で早期に開き、圧縮下死点（ＰＭＢｃ）の前に閉じるように、制御される。炭素を加えられた過給空気の吸気手段１４の吸気弁２２は、排気カムシャフト３８によって支持されたカム６０の動作によって、ＰＭＨａの近傍で開き、ＰＭＢｃの近傍で閉じる。
【００４３】
したがって、角Ａ１とＰＭＨａの間では、炭素を加えられていない空気の吸気弁２４と排気弁３２が開かれており、一方、炭素を加えられた空気の吸気弁２２は閉じられている。この形態では、炭素を加えられていない過給吸気の、吸気弁２４の位置の所での圧力は、燃焼室１２内に存在する残留排気ガスの、排気弁３２の位置の所での圧力よりも高い。したがって、過給空気の圧力と残留排気ガスの圧力との間に圧力差が生じている。この圧力差によって、燃焼室１２内に存在する燃焼ガスの掃気を行うことができ、燃焼ガスは、圧力差の作用によって、この燃焼室１２から排気弁３２を通して追い出される。
【００４４】
これによって、燃焼室１２内に存在する残留燃焼ガスを掃気し、燃料を含まない過給空気によって置き換えることができる。
【００４５】
ＰＭＨａの近傍で燃焼ガスの掃気工程が完了すると直ぐに、排気弁３２が、カム４０の作用によって閉じ、吸気弁２４は開いたままとなり、炭素を加えられた過給空気の吸気弁２２が、弁レバー５４の、カム６０上に載っている端部の動作による弁レバー５４の、ピン、すなわちピボット５６を中心とした揺動動作によって開く。同時に、燃料が吸気パイプ１８内に送られ、燃焼室１２内に送られる混合ガスが得られるように、燃料噴射ノズル２６の動作が機関計算機によって制御される。その後、この混合ガスが燃焼し、続いて膨張するように、この混合ガスは圧縮され、次に点火プラグ３４によって点火される。
【００４６】
この燃焼室１２内への、炭素を加えられた空気の導入を改善するために、サイクルに対して早期に、燃料を吸気パイプ１８内に噴射することができる。これは、吸気弁２２がまだ閉じられている間で、かつ排気弁３２が閉じる前に行われる。したがって、吸気弁２２が開く前に、混合ガスが吸気パイプ１８に収容される。この混合ガスは、排気弁３２が閉じ、炭素を加えられた空気の吸気弁２２が開くと、燃焼室１２内に送られる。
【００４７】
アイドル回転速度の時の場合のような、従来の機関動作状態の場合、機関は、周囲の圧力の空気を供給され、燃焼ガスの掃気工程を必要としない。
【００４８】
この形態では、吸気カムシャフト４６は、吸気弁２４を早期に開くことのない従来のカムシャフトのように働く。
【００４９】
図２のＣ部分に示すように、ＰＭＨａの近傍において、排気弁３２が閉じ、排気弁３２が閉じると吸気弁２２および２４が開く。上述のように、燃料が吸気パイプ１８内に噴射され、燃焼室１２内で混合ガスが得られるように、燃料噴射ノズル２６の動作が機関計算機によって制御される。
【００５０】
燃料は、燃空比が１に近い混合ガスが燃焼室内で得られるようにできる割合で吸気パイプ１８内に噴射されるのが好ましい。
【００５１】
本発明によって、炭素を加えられた空気の吸気弁２２の動作に不利益を生じさせることなく、炭素を加えられていない空気の吸気弁２４のリフトの仕方および／または制御に関して、最大限の自由度が得られる。
【００５２】
したがって、炭素を加えられていない空気の吸気弁２４を、ＰＭＨａの近傍での、燃焼ガスの掃気工程の終了時に閉じることができる。この場合、機関は、この掃気工程の終了時に、吸気弁２２と排気弁３２との２つの弁を備える機関のように動作することができる。
【００５３】
吸気カムシャフト４６を、切り離し可能にすることもできる。これによって、従来の機関動作状態の間、吸気カムシャフト４６が動作しないようにすることができ、この機関も、この場合、従来の２バルブの機関のように動作する。
【００５４】
本発明は、記載した例に制限されることはなく、あらゆる変形例および等価例を含む。
【００５５】
特に、上述では、掃気工程の間に、炭素を加えられていない空気を、炭素を加えられていない空気の吸気手段によって燃焼室内に送ることができると説明した。
【００５６】
炭素を加えられた過給空気または炭素を加えられていない過給空気のいずれかとすることができる過給空気（または空気）を燃焼室内に導入することができる燃料噴射制御式吸気手段(controlled fuel injection intake means)と呼ばれる特別な吸気手段を用いることもできる。これは、本出願人が提出した仏国特許出願第０５／０５２３７号明細書に詳細に記載されているように、吸気パイプ２０内に位置する燃料噴射ノズルによって行われ、燃焼ガスの掃気工程以外の時には燃料をこの吸気パイプ２０内に噴射するように機関計算機によって制御される。
【００５７】
このようにして、燃焼ガスの掃気工程の間に、上述のように、吸気弁２４と排気弁３２の動作のオーバーラップが実現される。この弁動作のオーバーラップの間、機関計算機によって、吸気手段１６の燃料噴射ノズルが、動作しないように制御される。燃焼ガスの掃気工程が完了すると直ぐに、排気弁３２が閉じられ、燃料噴射制御式の吸気手段１６は開いたままにされ、炭素を加えられた空気の吸気手段１４の吸気弁２２が開く。同時に、燃料が吸気パイプ１８内に噴射され、混合ガスが燃焼室１２内に送られるように、機関計算機によって燃料噴射ノズル２６の動作が制御される。
【００５８】
従来の機関動作状態の場合には、すなわち、燃焼ガスの掃気工程を伴わない吸気モードの時には、排気弁３２が閉じ、排気弁３２が閉じると、炭素を加えられた空気の吸気手段１４の吸気弁２２と燃料噴射制御式の吸気手段１６の吸気弁２４が開く。同時に、燃料を吸気パイプ１８および２０内に噴射し、各吸気パイプ１８，２０内で混合ガスが得られるように、機関計算機によって２つの燃料噴射ノズルの動作が制御される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明による過給式の内燃機関の部分図である。
【図２】燃焼ガスを掃気している状態で機関が動作している時（Ｂ）、および従来の状態で機関が動作している時（Ｃ）の、吸気弁と排気弁の動作を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１０    シリンダ
１２    燃焼室
１４，１６    吸気手段
１８，２０    吸気パイプ
２２，２４    吸気弁
２６    燃料噴射ノズル
２８    排気手段
３０    排気パイプ
３２    排気弁
３４    点火プラグ
３６，４４    制御手段
３８    排気カムシャフト
４６    吸気カムシャフト
４０，４８，６０    カム
４２，５０，５８    ロッド
５２    駆動手段
５４    弁レバー
５６    ピボット
【図１】
2008002463.tif 000003
【図２】
2008002463.tif 000004