(57)【要約】  多シリンダ内燃機関に於いてこの機関の前向き出力運転中に排気ガス温度を制御するためのシステムおよび方法が開示してある。排気ガス温度の制御は、機関の排気ガス性能を改善するために望ましいことがあり、それは屡々排気ガス温度に依存する。機関が前向き出力モードで運転している間に、一つ以上の温度プローブを使ってその実際の排気ガス温度を初めて測定してもよい。次に、ＥＣＭまたは類似の装置を使ってこの実際の排気ガス温度と排気ガス性能のための所望の排気ガス温度の間の温度差を決定してもよい。この決定した温度差に基づいて、この機関の一つ以上のシリンダは、積極出力モードで作動し続けてもよく、一方この機関の一つ以上のシリンダを選択したエンジンブレーキモードで作動すべく切替える。幾つかのシリンダが前向き出力モードで作動し一方他のシリンダがエンジンブレーキモードで作動することは、実際の排気ガス温度を変え且つ所望の排気ガス温度により近づける。【特許請求の範囲】
【請求項１】
多シリンダ内燃機関に於いて該機関の積極出力運転中に排気ガス温度を制御する方法であって、
前記機関の一つ以上のシリンダを積極出力モードで作動させる工程、
前記機関の一つ以上のシリンダが積極出力モードで作動している間に前記機関の排気ガス温度を測定する工程、および
前記機関の一つ以上のシリンダが積極出力モードで作動し続ける間にエンジンブレーキモードで前記機関の一つ以上のシリンダを作動させる工程を含み、
エンジンブレーキモードで作動するための前記機関の一つ以上のシリンダの選択が前記測定した排気ガス温度に基づく方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
エンジンブレーキモードで作動させる前記機関の一つ以上のシリンダを選択するために前記測定した排気ガス温度を所望の排気ガス温度と比較する工程を含む方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法に於いて、前記エンジンブレーキモードが圧縮解放型エンジンブレーキモードである方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法に於いて、前記エンジンブレーキモードが２サイクル圧縮解放型エンジンブレーキモードである方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法に於いて、前記エンジンブレーキモードがブリーダ型ブレーキモードである方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法に於いて、前記エンジンブレーキモードが部分ブリーダ型ブレーキモードである方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記エンジンの前向き出力運転中に前記エンジンからの排気ガスの流れを前記測定した排気ガス温度に基づいて制限する工程を含む方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法に於いて、前記機関の前記シリンダの二つをエンジンブレーキモードで作動させ、前記二つのシリンダで行うエンジンブレーキの種類が互いに異なる方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法に於いて、前記異なる種類のエンジンブレーキモードが圧縮解放型エンジンブレーキとブリーダ型ブレーキである方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法に於いて、排気ガス温度を粒子状物質トラップ装置で測定する方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法に於いて、排気ガス温度を排気マニホルドで測定する方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法に於いて、排気ガス温度を前記機関の排気システムである一つ以上の位置で測定する方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記エンジンに設けたターボチャージャの運転を前記測定した排気ガス温度に基づいて修正する工程を含む方法。
【請求項１４】
多シリンダ内燃機関に於いて該機関の積極出力運転中に排気ガス温度を制御する方法であって、
前記機関の一つ以上のシリンダを積極出力モードで作動させる工程、
前記機関の一つ以上のシリンダが積極出力モードで作動している間に前記機関の排気ガス温度を測定する工程、
前記測定した排気ガス温度と所望の排気ガス温度の間の温度差を決定する工程、
前記機関の一つ以上のシリンダが積極出力モードで作動し続ける間に選択したエンジンブレーキモードで作動すべき前記機関の一つ以上のシリンダを前記決定した温度差に基づいて選択する工程、および
排気ガス温度を制御するために前記機関の一つ以上のシリンダが積極出力モードで作動し続ける間に前記機関の選択した一つ以上のシリンダを選択したエンジンブレーキモードで作動させる工程を含む方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法に於いて、前記エンジンブレーキモードを、圧縮解放型エンジンブレーキ、２サイクル圧縮解放型エンジンブレーキ、ブリーダ型ブレーキ、および部分ブリーダ型ブレーキから成るグループから選択する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス処理後の排気を改善するために内燃機関に於ける排気ガス温度を制御するためにエンジンブレーキ（即ち、エンジン制動）を使う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に於ける弁操作は、この機関がエンジンブレーキを掛けるためだけでなく、積極的な出力を生じるためにも必要である。積極的な出力中、吸気弁を開いて空気（および燃料噴射器がなければ燃料）をシリンダに入れて燃焼させてもよい。燃焼ガスをこのシリンダから逃すために排気弁を開いてもよい。
【０００３】
エンジンブレーキ作動中、排気弁を選択的に開いて、少なくとも一時的に、内燃機関を空気圧縮機に変換してもよい。この空気圧縮機効果は、圧縮解放型ブレーキに対してはピストンの上死点位置近くの一つ以上の排気弁を開くことによって、またはブリーダ型エンジンブレーキに対しては一つ以上の排気弁をピストン運動の多くまたは全てに対して半開位置に維持することによって達成してもよい。そうする際に、この機関の一つ以上のシリンダが車輌の減速を促進するために制動馬力を発生してもよい。これは、運転手に車輌をよく制御出来るようにし且つこの車輌の常用ブレーキの摩耗を実質的に減少できる。適切に設計し且つ調整したエンジンブレーキは、このエンジンが積極的な出力で発生する作動馬力の重要な部分である制動馬力を発生することが出来る。そのようなエンジンブレーキが有意な値であるために、トラックおよびバスのような、多くの大型商用車は、エンジンブレーキ、またはエンジンブレーキモードで前向き出力弁アクチュエータを作動させる部品を備える。
【０００４】
前向きの出力およびエンジンブレーキの両用途に対して、エンジンシリンダの吸気弁および排気弁をこの機関の固定輪郭カムによって、更に具体的には、これらのカムの各々の一体部品でもよい、一つ以上の固定ローブによって開閉してもよい。固定輪郭カムを使うことは、異なるエンジン速度のような、種々のエンジン運転条件に対して弁開放時間およびリフトを最適化するために必要なタイミングおよび／またはエンジン弁リフトの量を調整することを困難にする。
【０００５】
弁タイミングおよびリフトを調整する一つの方法は、固定カム輪郭が与えられたとすると、この弁とカムの間の弁系列リンク機構に“空動き”装置を組込むことであった。空動きとは、可変長の機械式、油圧式、またはその他のリンク機構手段で、カム輪郭が決める弁運動を修正するためのある種の技術的解決策に適用する用語である。可変弁作動空動きシステムでは、カムローブがエンジン運転条件の全範囲にわたって必要とされる“最大”（最長ドエルおよび最大リフト）運動を提供するかも知れない。それでこのカムが弁に伝える運動の一部または全部を引きまたは喪失するために、可変長システムを、作動すべき弁とこの最大運動をもたらすカムとの中間の弁系列リンク機構に含めてもよい。空動き運動システムは、エンジン運転の前向き出力モードと組合わせた運転のエンジンブレーキモードをもたらすために必ずしも必要ではなく、それはそうするための一つの周知の方法である。
【０００６】
そのような可変長システム（または空動きシステム）は、完全に伸したとき、カムの動きの全てを弁に伝え、および完全に縮めたとき、カムの動きを全く伝えないかあるいは一部しか伝えないかも知れない。このようなシステムおよび方法の例は、ボーリー外の米国特許第５，８２９，３９７号明細書（１９９８年１１月３日）、フーの米国特許第６，１２５，８２８号明細書、およびフーの米国特許第５，５３７，９７６号明細書に記載してあり、それらは本願出願と同一の譲受人に譲渡され、且つそれらを参考までにここに援用する。
【０００７】
幾つかの空動きシステムでは、機関のカムシャフトが、マスタピストンを駆動し、それが流体をその油圧チャンバからスレイブピストンの油圧チャンバへ移す。このスレイブピストンは、次に、エンジンの弁に作用し、それを開く。この空動きシステムは、マスタピストンおよびスレイブピストンのチャンバに接続した油圧回路に連通する電磁弁および逆止弁を含んでもよい。この電磁弁は、油圧流体をこの回路内に保持するために開または閉位置に保持してもよい。この油圧流体を保持する限り、このスレイブピストンおよびエンジンの弁はマスタピストンの動きに直接的に反応し、それが次にカムの動きに直接反応して油圧流体を移す。この電磁弁を一時的に切替えると、この回路は部分的に排油し、マスタピストンによって発生した油圧の一部または全てを、スレイブピストンを変位するために使用するのではなく、回路に吸収されるかも知れない。
【０００８】
上に説明したような空動きシステムは、機関に於けるシリンダの積極的な出力運転と組合わせたエンジンブレーキをもたらせるシステムの全ては含まない。そのような弁作動システムの他の例には、限定することを意図せずに、油圧コモンレール弁作動システム、完全に機械的な弁作動システム、電気機械的弁作動システム等がある。エンジン運転の積極出力モードとエンジンブレーキモードの両方に必要な弁作動をもたらせる全ての弁作動システムは、本発明に関連して使うことができる。
【０００９】
本発明に関連して関心のある一つの特別な種類の弁アクチュエータは、可変弁アクチュエータ（ＶＶＡ）である。内燃機関の吸気弁および排気弁の可変作動は、全ての可能性ある弁事象（前向きの出力およびエンジンブレーキ）に有用かも知れない。機関が積極出力モードにあるとき、吸気弁および排気弁の開閉時間の変動を、特定の機関および周囲条件に対して燃料効率、出力、排気清浄度、排気騒音等を最適化する試みで使ってもよい。エンジンブレーキを掛けているとき、可変弁の作動が弁作動を機関および周囲条件の関数として修正することによってブレーキ力を高め並びにエンジン応力および騒音を減らすかも知れない。その上、ＶＶＡは、運転のエンジンブレーキモードに対する積極出力モードについて多シリンダエンジンの個々のエンジンシリンダが選択されるようにするかも知れない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ボーリー外の米国特許第５，８２９，３９７号
【特許文献２】フーの米国特許第６，１２５，８２８号
【特許文献３】フーの米国特許第５，５３７，９７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
排気ガス制御が今日の内燃機関で益々重要になっている。機関が或る必要なレベルの排気ガス制御を提供できないことは、或る国、地域、または州でその機関を販売不適格にするかも知れない。従って、排気ガス制御を改善した内燃機関を提供する必要性がある。更に、多くの排気ガス制御装置は、所望のレベルの排気ガス制御を提供するために排気ガス温度レベルを持続しおよび／または周期的に達成することを要する。従って、改善した排気ガス制御を提供するために機関に所望のレベルの排気ガス温度を達成させまたはより近く接近させる、機関の運転方法が必要である。例えば、周期的に高い排気ガス温度が必要な、粒子状物質トラップ装置の再生を可能にするために、エンジン負荷が軽い期間中エンジン排気ガス温度を高められる必要性がある。
【発明の効果】
【００１２】
本出願人は、エンジンブレーキモードで一つ以上のエンジンシリンダを作動させ、一方積極出力モードで他の一つ以上のエンジンシリンダを作動させることによって、一つ以上のエンジンシリンダが負担する負荷を増し、それによってこれらのシリンダへの燃料供給を増し且つこの排気システム内の結果排気ガス温度を増すかも知れないと判断した。従って、本発明の必ずしも全てではないが幾つかの実施例の利点は、エンジンブレーキモードで一つ以上のエンジンシリンダを作動させ、一方積極出力モードで他のエンジンシリンダを作動させ続けるためにエンジン弁の作動を修正することによって排気ガス温度の制御を提供することである。本発明の必ずしも全てではないが幾つかの実施例の更なる利点は、一つ以上の個々のエンジンシリンダで選択した種類のエンジンブレーキを提供し、一方他のエンジンシリンダは、前向き出力モードで作動させて排気ガス温度制御を提供することである。
【００１３】
この発明の種々の実施例の付加的利点は、一部、以下の説明に示し、且つ一部は、この説明からおよび／またはこの発明を実施すれば当業者に明白となろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の難題に反応して、本出願人は、多シリンダ内燃機関に於いてこの機関の積極的な出力運転中に排気ガス温度を制御する方法であって、前記機関の一つ以上のシリンダを前向き出力モードで作動させる工程、前記機関の一つ以上のシリンダが前向き出力モードで作動している間に前記機関の排気ガス温度を測定する工程、および前記機関の一つ以上のシリンダが積極出力モードで作動し続ける間にエンジンブレーキモードで前記機関の一つ以上のシリンダを作動させる工程を含み、そこでエンジンブレーキモードで作動するための前記機関の一つ以上のシリンダの選択が上記の測定した排気ガス温度に基づく方法を開発した。
【００１５】
本出願人は、更に、多シリンダ内燃機関に於いてこの機関の積極出力運転中に排気ガス温度を制御する方法であって、前記機関の一つ以上のシリンダを積極出力モードで作動させる工程、前記機関の一つ以上のシリンダが積極出力モードで作動している間に前記機関の排気ガス温度を測定する工程、上記測定した排気ガス温度と所望の排気ガス温度の間の温度差を決定する工程、上記機関の一つ以上のシリンダが積極出力モードで作動し続ける間に選択したエンジンブレーキモードで作動すべき上記機関の一つ以上のシリンダを上記決定した温度差に基づいて選択する工程、および排気ガス温度を制御するために上記エンジンの一つ以上のシリンダが積極出力モードで作動し続ける間に上記機関の選択した一つ以上のシリンダを選択したエンジンブレーキモードで作動させる工程を含む方法を開発した。
【００１６】
前記の一般的説明と以下の詳細な説明の両方は、例示的且つ説明的に過ぎず、且つ請求するこの発明を限定しないことを理解すべきである。
【００１７】
この発明の理解を助けるために、次に添付の図面を参照し、そこで類似の参照文字は類似の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の方法の実施例を実行してもよい内燃機関の一部の概略図である。
【図２】本発明の方法の実施例に関連して実行してもよい、エンジン運転の前向き出力モード中の給気および排気弁作動の例のグラフである。
【図３】本発明の方法の実施例に関連して実行してもよい、エンジン運転の圧縮解放型エンジンブレーキモード中の排気弁作動例を示すグラフである。
【図４】本発明の方法の実施例に関連して実行してもよい、エンジン運転の２サイクル圧縮解放型エンジンブレーキモード中の排気弁作動例を示すグラフである。
【図５】本発明の方法の実施例に関連して実行してもよい、エンジン運転のブリーダ型エンジンブレーキモード中の排気弁作動例を示すグラフである。
【図６】本発明の方法の実施例に関連して実行してもよい、エンジン運転の部分ブリーダ型エンジンブレーキモード中の排気弁作動例を示すグラフである。
【図７】本発明の方法で実施してもよい、排気システムを含む、内燃機関の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、添付の図面に示す、本発明の第１実施例を詳細に参照する。図１を参照すると、内燃機関１０の一部が示してある。図１に示すような、機関は、本発明の方法の実施例を実行するために使ってもよい。機関１０は、シリンダブロック１２、クランクケース１４、およびシリンダヘッド１６を含んでもよい。複数のエンジンピストン１８を複数の対応するエンジンシリンダ２０、２２、２４および２６に設けてもよい。機関の四つのシリンダ部を例示目的のためだけに示す。本発明の実施例は、１より大きい任意数のシリンダを有する機関、例えば、４シリンダ、６シリンダ、Ｖ８等の機関で実行してもよいことが分るだろう。ピストン１８の各々は、クランクケース１４に設けたクランクシャフト２８に結合してもよい。
【００２０】
シリンダヘッド１６は、各エンジンシリンダに対して一つ以上の吸気弁３０および一つ以上の排気弁３２を含んでもよい。一つの吸気弁３０および一つの排気弁３２を例示目的のためだけに示し；それで各エンジンシリンダは、複数の吸気弁、複数の排気弁、およびもしかするとエンジンブレーキ操作専用の“第３”の弁を含んでもよいことが分るだろう。吸気および排気弁３０および３２の各々は、閉位置へ図面で上方にばねでバイアスが掛けてあってもよい。これらの吸気および排気弁３０および３２は、それぞれの吸気弁アクチュエータ３４および排気弁アクチュエータ３６を使ってそれらを押下げることによって開いてもよい。これらの吸気および排気弁アクチュエータ３４および３６は、それらが既知の種類の弁系列要素を使って既知の弁アクチュエータを幾つ含んでもよいことが分ることを示すためにブロック形で図示してある。図示する吸気および排気弁アクチュエータは、運転の前向き出力モード並びに圧縮解放型エンジンブレーキ、２サイクル圧縮解放型エンジンブレーキ、ブリーダ型エンジンブレーキ、および／または部分ブリーダ型ブレーキを含むがそれに限らない、運転の一つ以上のエンジンブレーキモードに対してエンジン弁を作動させることが出来るあらゆる弁作動システムを表すことを意図する。例えば、これらの吸気および排気弁アクチュエータは、押し管、カム、ロッカアーム、フインガフォロワ、コモンレール油圧アクチュエータ、電磁アクチュエータ、空動きアクチュエータ、および／または何か他の種類の油圧アクチュエータの一つまたは組合わせを含んでもよい。
【００２１】
吸気および排気弁アクチュエータ３４および３６が備えてもよい吸気および排気弁アクチュエータの例を図２ないし図６に示す。図２は、エンジン運転の前向き出力モード中にエンジンシリンダ内で生じるかも知れない、主排気弁作動（事象）１００および主吸気弁作動（事象）２００を示し、それらの排気弁３２は、排気サイクル中に開いてもよく且つ吸気弁３０は、吸気サイクル中に開いてもよい。図３は、運転のエンジンブレーキモード中の排気弁作動を示し、それらの排気弁３２は、主排気作動１００および圧縮サイクルの上死点近くの圧縮解放型エンジンブレーキ作動１１０のために開いてもよい。図４は、運転の第２エンジンブレーキモード中の排気弁作動を示し、それらの排気弁３２は、圧縮サイクルの上死点近くの第１圧縮解放型作動１１０および排気サイクルの上死点近くの第２圧縮開放型作動１２０のために開いてもよい。図５は、運転の第３エンジンブリーダ型エンジンブレーキモード中の排気弁作動を示し、それらの排気弁３２は、膨張、排気、吸気および圧縮サイクルの全体に亘って開いたままに維持してもよい。図６は、部分ブリーダ型ブレーキとして知られる、運転の第４エンジンブレーキモード中の排気弁作動を示し、それらの排気弁３２は、四つのエンジンサイクルの全部ではなく幾つかに亘って開いたままに維持してもよい。
【００２２】
図７を参照して、機関１０は、エンジンブレーキ３８を含んでもよい。このエンジンブレーキ３８は、排気弁アクチュエータ３６のエンジンブレーキ作動を行うために必要な部分を含んでもよい。或るエンジンでは、このエンジンブレーキ３８と排気弁アクチュエータ３６が同じ部品を含んでもよく、一方他の機関では、このエンジンブレーキ３８が排気弁アクチュエータのサブセットだけを含んでもよい。機関１０は、前向きの出力およびエンジンブレーキ作動中にこの機関から排気ガスを受ける排気マニホルド４０に結合してあってもよい。この排気マニホルドは、排気システム４２の残りに結合してあってもよく、そのシステムは、任意のターボチャージャ４４、任意の排気絞り弁または排気ブレーキ４６、並びに触媒コンバータおよび／または粒子状物質トラップのような、排気ガス制御装置４８を含んでもよい。実際の排気ガス温度を測定するために、一つ以上の温度プローブ５２を排気マニホルド４０および／または排気システム４２の残りに設けてもよい。この機関１０、エンジンブレーキ３８、ターボチャージャ４４、排気絞り弁４６、および温度プローブ５２をエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）５０または類似の装置に接続してもよい。
【００２３】
排気ガス温度の制御は、機関１０の前向きの出力運転中に本発明の方法の第１実施例で達成してもよい。排気ガス温度制御は、排気ガス制御装置４８の性能を改善するために望ましいことがある。例えば、高い排気ガス温度が粒子状物質トラップ装置の再生および／または他の排気ガス制御装置を作動するために必要かも知れない。
【００２４】
本発明の方法の第１実施例および図１ないし図７を続けて参照して、機関１０の一つ以上のシリンダを前向き出力モードで運転してもよい。積極出力モードでは、燃料を一つ以上のエンジンシリンダ２０、２２、２４および２６に供給し、燃焼プロセス中に燃焼して積極的な出力を創出する。このとき、温度プローブ５２およびＥＣＭ５０を使って排気マニホルド４０および／または排気ステム４２の一つ以上の位置で実際の排気ガス温度を測定してもよい。温度プローブ５２の位置には、排気マニホルド４０および排気ガス制御装置４８の近くまたはその中の位置があってもよい。ＥＣＭ５０は、問題の時間に機関１０に所望の排気ガス温度も測定するような方法でプログラムしてあってもよい。この所望の排気ガス温度は、エンジン運転履歴、現位置、現負荷、粒子状物質トラップ装置再生要件等のような、幾つのパラメータから決めてもよい。ＥＣＭ５０は、この実際の排気ガス温度を所望の排気ガス温度と比較し、温度差を決めてもよい。
【００２５】
もし、所望の排気ガス温度が実際の排気ガス温度より高いなら、ＥＣＭ５０は、一つ以上のエンジンシリンダ２０、２２、２４および２６の中の弁作動、およびそれらへの燃料供給を変えて排気ガス温度を上げるかも知れない。例えば、図１を参照して、もし、所望の排気ガス温度が実際の排気ガス温度より高いなら、ＥＣＭ５０は、シリンダ２０および２４に前向き出力モードでの運転を続けさせ、且つシリンダ２２および２６に前向き出力モードでの運転を止めさせて選択したエンジンブレーキモードでの運転を始めさせるかも知れない。特に、このＥＣＭ５０は、シリンダ２２および２６への燃料噴射を止め、且つシリンダ２２および２６の各々の排気弁３２に、圧縮解放型ブレーキ、ブリーダ型ブレーキ等のような、図３ないし図６に示す一つ以上のエンジンブレーキ弁作動に従って作動させ始めるかも知れない。その結果、シリンダ２０および２４が負担する負荷が増え、それによってこれらのシリンダへの燃料供給が増えて排気マニホルド４０および／または排気システム４２の中の結果排気ガス温度が上がるかも知れない。エンジンブレーキモードに対する前向き出力モードで作動するエンジンシリンダ２０、２２、２４および２６の選択、並びに幾つかのシリンダに選択するエンジンブレーキモードの種類（即ち、圧縮解放型、２サイクル圧縮解放型、ブリーダ型ブレーキ等）の選択は、エンジン運転履歴、エンジン位置（即ち、経度、緯度、および高度）、エンジン部品（即ち、ターボチャージャ４４および／または排気絞り弁４６の存在および作動）等のような、その他のパラメータに関連して、実際の排気ガス温度と所望の排気ガス温度の差に基づいてＥＣＭ５０によって行ってもよい。
【００２６】
この排気ガス温度は、監視し続けてもよく、および運転のエンジンブレーキモードに対する運転の前向き出力モードに付いてのエンジンシリンダの選択は、所望の排気ガス温度を維持するかまたは達成するかの必要に応じて変ってもよい。更に、任意のターボチャージャ４４および／または任意の排気絞り弁４６の作動は、機関１０に所望の排気ガス温度を達成させるような方法でＥＣＭ５０によって修正してもよい。例えば、排気絞り弁４６は、排気ガス温度を高めるためのエンジンブレーキモードでの一つ以上のシリンダを作動させることと組合わせて閉じるかまたは部分的に閉じてもよい。
【００２７】
本発明の変形および修正を、この発明の範囲または精神から逸脱することなく行えることは当業者に明白であろう。
【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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