(57)【要約】【課題】  吸気行程中のシリンダの掃気行程中の、燃焼ガスの掃気が起きているシリンダと排気行程中のシリンダとの間の相互作用を、簡単で経済的な手法で防ぐことを可能にする。【解決手段】  本発明は、燃焼サイクル中、エンジンのあるシリンダは排気行程中であるが、他のシリンダは燃焼ガスの掃気行程を伴う過給気の吸気行程中である、少なくとも４つのシリンダ１０を有する過給式の４ストロークエンジン用の燃焼方法に関する。本発明によれば、排気行程中のシリンダの排気行程の開始点が、吸気行程中のシリンダの燃焼ガスの掃気行程の開始点に対してずれている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼サイクル中、エンジンのあるシリンダは排気行程中であるが、他のシリンダは燃焼ガスの掃気行程を伴う過給気の吸気行程中である、少なくとも４つのシリンダ（１０）を有する過給式４ストロークエンジン用の燃焼方法において、
前記排気行程中の前記シリンダの前記排気行程の開始点を、前記吸気行程中の前記シリンダの前記燃焼ガスの掃気行程の開始点に対してずらすことを特徴とする、過給式４ストロークエンジンの燃焼方法。
【請求項２】
前記シリンダの前記排気行程を、前記吸気行程中の前記シリンダの前記燃焼ガスの掃気行程の終了時に開始する、請求項１に記載のエンジンの燃焼方法。
【請求項３】
前記シリンダの前記排気行程を、前記吸気行程中の前記シリンダの前記燃焼ガスの掃気行程の開始前に開始する、請求項１に記載のエンジンの燃焼方法。
【請求項４】
前記排気行程の開始点を、前記排気行程中の前記シリンダの下死点（ＢＤＣ）に対してずらす、請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジンの燃焼方法。
【請求項５】
前記排気行程の開始点を、前記シリンダの下死点（ＢＤＣ）の前にずらす、請求項４に記載のエンジンの燃焼方法。
【請求項６】
前記排気行程の開始点を、前記シリンダの下死点（ＢＤＣ）の後にずらす、請求項４に記載のエンジンの燃焼方法。
【請求項７】
吸気手段（１２）と、排気手段（１８）と、クランクシャフト（４０）のクランクピン（４２，４４，４６，４８）にコネクティングロッド（３８）によって連結されたピストン（５０）とを有している、少なくとも４つのシリンダ（１０）を備えた過給式４ストローク内燃エンジンにおいて、
あるシリンダの排気の開始点を他のシリンダの吸気の開始点に対してずらす手段（４４，４６）を有していることを特徴とする、過給式４ストローク内燃エンジン。
【請求項８】
前記ずらす手段は、吸気行程中のシリンダのクランクピン（４２）を通る平面（Ｐ）に対する、排気行程中のシリンダのクランクピン（４６）の周角度のオフセット（Ｄ）を有している、請求項７に記載の過給式の４ストローク内燃エンジン。
【請求項９】
前記オフセット（Ｄ）は３０°から５０°の範囲である、請求項８に記載の過給式の４ストローク内燃エンジン。
【請求項１０】
前記オフセット（Ｄ）は前記平面（Ｐ）に対して反時計回りのオフセットである、請求項８または９に記載の過給式の４ストローク内燃エンジン。
【請求項１１】
前記オフセット（Ｄ）は前記平面（Ｐ）に対して時計回りのオフセットである、請求項８または９に記載の過給式の４ストローク内燃エンジン。
【請求項１２】
ターボ過給機が吸気を圧縮しており、過給機（３２）はシングルインレットを有している、請求項７から１１のいずれか１項に記載の過給式の４ストローク内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給式４ストロークエンジン内燃エンジン、特に火花点火式のエンジン用の燃焼方法、およびおよびそのような方法を用いるエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、内燃エンジンが発生する出力は燃焼室内に供給される空気の量と相関関係があり、その空気の量自体はこの空気の密度に比例する。
【０００３】
したがって、高出力が必要とされる場合には、より一般的には過給と呼ばれている、空気をエンジンシリンダ内に入れる前に空気を圧縮することによって、高出力を発生させることができる。
【０００４】
過給はターボ過給機によって実行することができる。排気ガス中に失われたエネルギーの一部は、燃焼ガス流れ中に配置されたタービンによって取り戻される。このエネルギーが、空気の充填を増加させる、吸気を圧縮するコンプレッサに用いられるのはもちろんであり、これによりエンジンの性能が向上する。
【０００５】
この空気充填をさらに増加させるために、本願出願人によって出願されている特許文献１にさらによく記載されているように、吸気行程中に、残存している燃焼ガスが燃焼室から排出されて、新鮮な過給気に置き換えられる。この段階は、一般に燃焼ガスの掃気と呼ばれている。
【０００６】
この掃気は、吸気行程中にシリンダの排気バルブと吸気バルブとを「オーバーラップ」させることによって、より詳細には、シリンダの排気バルブと吸気バルブとを、ピストンの上死点の近くで、約１０°のクランクシャフト回転角度にわたって同時に開くことによって実行される。
【０００７】
このような掃気を実行するために、吸気圧力と燃焼ガスの排気圧力との間の圧力差をピストンの上死点の近くで最適化する必要がある。より詳細には、燃焼室内に存在する燃焼ガスを排気バルブの方へ追いやり、かつその燃焼ガスを吸気バルブから入る新鮮な過給気に置き換えるために、吸気での流体の圧力が燃焼室内に存在する燃焼ガスの圧力よりも高くなくてはならない。
【特許文献１】仏国特許出願公開第２，７８１，０１１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、シングルインレットの排気ガス入口を備えている従来のターボ過給機は、わずかではない問題を有している。
【０００９】
実際上、各シリンダから排気手段を通って出る排気ガスは、排気マニフォールドによって全てのシリンダの全ての排気をタービン入口に直接または間接的に接続している管を通って、過給機のタービンのシングルインレットに送られる。
【００１０】
この構成では、タービン入口、すなわち排気マニフォールド内における各シリンダの排気圧力を概略的に示す図５から明確に理解できるように、その排気圧力はクランクシャフトの回転の関数として観測することができ、シリンダの各排気行程の開始時には、測定された排気圧力は、排気行程の開始時でのクランクシャフトのいくらかの回転角度の間は急激に増大する排気圧力に相当し、それから、その後の排気行程の残りの間は所定の値に安定させるように低下するこの圧力に相応するピーク形状を有している。
【００１１】
当業者に知られているように、４ストロークの４気筒エンジンは、燃焼サイクル中、あるシリンダは吸気バルブが開いている吸気行程中であり、他のシリンダは排気バルブが開いている、吸気行程と同時に開始する排気行程中である、各シリンダの燃焼サイクルで動作する。したがって、シリンダが燃焼ガスの掃気を伴う吸気行程中であるときには、排気行程中のシリンダからの排気ガスは、燃焼ガスの掃気を起こさせるために開いている排気バルブによって、吸気行程中のシリンダ内に連通している。排気行程の開始時に生じる排気圧力のピークは、燃焼ガスを吸気行程中のシリンダの排気バルブを通して排出することを遅らせ、または妨げさえする。
【００１２】
この問題を克服するために、一般にツインスクロール過給機と呼ばれている、特別なダブルインレットまたはダブルフローの過給機の技術を用いることが周知である。この種の過給機では、タービンの高さの排気ガスの入口は２つの部分に隔てられており、第１の部分は一部のシリンダの排気に直接またはマニフォールドによって接続され、第２の部分は他のシリンダの残りの排気に接続されている。この過給機の各入口部分は、シリンダの吸気行程と他のシリンダの排気行程とが同時に起こらないように、シリンダに接続されている。したがって、過給機の入口に接続されているシリンダの１つが燃焼ガスを掃気する吸気行程中であるが、他の過給機に接続されているシリンダの他の１つが燃焼ガスの排気行程中であるときには、排気ガス行程中のシリンダの排気ガスの圧力は、他のシリンダの吸気行程中の燃焼ガスの掃気と相互に作用することができない。
【００１３】
このツインスクロール過給機の技術は、満足できるものではあるが、従来のシングルインレットの過給機に比べてコストが比較的高い。
【００１４】
本発明は、シングルインレットの過給機を用いることによる上述の欠点を克服し、吸気行程中のシリンダの掃気行程中の、燃焼ガスの掃気が起きているシリンダと排気行程中のシリンダとの間の相互作用を、簡単で経済的な手法で防ぐことを可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
したがって、本発明は、燃焼サイクル中、エンジンのあるシリンダは排気行程中であるが、他のシリンダは燃焼ガスの掃気行程を伴う過給気の吸気行程中である、少なくとも４つのシリンダを有している過給式４ストロークエンジン用の燃焼方法において、排気行程中のシリンダの排気行程の開始点を、吸気行程中のシリンダの燃焼ガスの掃気行程の開始点に対してずらすことを特徴とする、過給式４ストロークエンジンの燃焼方法に関する。
【００１６】
有利なことに、シリンダの排気行程を、吸気行程中のシリンダの燃焼ガスの掃気行程の終了時に開始してもよい。
【００１７】
あるいは、シリンダの排気行程を、吸気行程中のシリンダの燃焼ガスの掃気行程の開始前に開始してもよい。
【００１８】
好ましくは、排気行程の開始点を、排気行程中のシリンダの下死点に対してずらしてもよい。
【００１９】
排気行程の開始点を、シリンダの下死点の前にずらしてもよい。
【００２０】
また、排気行程の開始点を、シリンダの下死点の後にずらしてもよい。
【００２１】
また、本発明は、吸気手段と、排気手段と、クランクシャフトのクランクピンにコネクティングロッドによって連結されたピストンとを有している、少なくとも４つのシリンダを備えた過給式４ストローク内燃エンジンにおいて、あるシリンダの排気の開始を他のシリンダの吸気の開始に対してずらす手段を有していることを特徴とする、過給式４ストローク内燃エンジンに関する。
【００２２】
前記のずらす手段は、吸気行程中のシリンダのクランクピンを通る平面に対する、排気行程中のシリンダのクランクピンの円周角のオフセットを有していてもよい。
【００２３】
このオフセットは、３０°から５０°の範囲であってもよく、さらに、平面に対して反時計回りのオフセットまたは平面に対して時計回りのオフセットであってもよい。
【００２４】
シングルインレットを有しているターボ過給機が、吸気を圧縮するために用いられていてもよい。
【００２５】
本発明のその他の特徴と利点は、添付図面を参照して、非限定的な例による以降の説明を読むことで明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１では、例えば火花点火式の４ストローク内燃エンジンが、４つのシリンダ１０、または８や１２等の４の倍数のストレート型またはＶ型のシリンダを有している。図１の例では、シリンダは、図２の最下部から順にシリンダＮｏ．１、シリンダＮｏ．２、シリンダＮｏ．３、およびシリンダＮｏ．４と表している。各々のシリンダは、ここでは吸気が２つであり、吸気バルブ１４と吸気管１６とを備えている少なくとも１つの吸気手段１２と、同じく排気が２つであり、排気バルブ２０と排気管２２とを備えている少なくとも１つの排気手段１８とを有している。吸気手段１２は吸気マニフォールド２４上に開口しているが、排気手段１８は排気マニフォールド２６上に開口している。吸気マニフォールド２４は、管２８によって、シングルインレット過給機３２の圧縮部３０の出口に接続されているが、排気マニフォールド２６は、管３４によって、過給機のタービン３６のシングルインレットに接続されている。
【００２７】
また、各々のシリンダは、クランクシャフト４０のクランクピンに連結されたコネクティングロッド３８によって往復運動の運動動作をするように駆動させられるピストン（不図示）を有しており、参照番号４２，４４，４６，４８のクランクピンはシリンダＮｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４のピストンをそれぞれ支持している。
【００２８】
この図に示されている例では、エンジンは１，３，４，２で表されるサイクルで動作し、燃焼サイクルの間、クランクシャフトの所定の回転角度において、シリンダＮｏ．１のシリンダは、燃焼室内に存在する燃焼ガスの、吸気バルブと排気バルブとを同時に開くことによる掃気行程を伴う吸気行程中であり、その隣のシリンダ（シリンダＮｏ．２）は、排気バルブと吸気バルブとが閉じた位置にある圧縮行程中であり、シリンダＮｏ．３は排気バルブが開いた排気行程中であり、最後のシリンダ（シリンダＮｏ．４）は排気バルブと吸気バルブとが閉じている膨張行程中である。
【００２９】
シリンダＮｏ．３からの排気ガスが、吸気行程中のシリンダＮｏ．１の燃焼ガスの掃気行程中に排気ガスの排出を妨げることを防ぐために、シリンダＮｏ．３の排気行程の開始点が、シリンダＮｏ．１の吸気行程の開始点に対してずれている。
【００３０】
より詳細には、この排気行程は、上述したように排気圧力のピークがシリンダの燃焼ガスの掃気行程中に吸気行程の開始時に生じないように行われるようになっている。
【００３１】
例として、この排気行程は、吸気行程中のシリンダＮｏ．１の排気バルブ２０をひとたび閉じることまたは実質的に閉じてこの吸気行程を開始すること、すなわち掃気行程を完了または実質的に完了することによって実行することができ、あるいは、シリンダＮｏ．３からの排気ガスによって生じた排気圧力のピークが終了または実質的に終了した後にシリンダＮｏ．１の吸気行程を開始すること、すなわちこのシリンダの排気圧力をマニフォールド内、すなわち過給機の入口においてひとたび安定または実質的に安定させることによって、実行することができる。
【００３２】
シリンダＮｏ．１の吸気行程とシリンダＮｏ．３の排気行程との間のこのずらしは、図２に示されているように、ここでは、シリンダＮｏ．２およびＮｏ．３のピストンを連結し、他の残りのクランクピン、すなわちシリンダＮｏ．１およびＮｏ．４のピストンを連結しているクランクピン４２および４８とは同じ平面Ｐ内に無いクランクピン４４および４６である、少なくとも２つのクランクピンを備えたクランクシャフトを用いて得られる。
【００３３】
シリンダＮｏ．２およびＮｏ．３のピストンに連結されるクランクピンは、平面Ｐに対して時計回りの周角度のオフセットＤあるいは反時計回りのオフセットＤを有していることが好ましい。
【００３４】
平面Ｐは、クランクピンとクランクシャフトの回転軸とを通常は通っている平面であると理解されている。説明した例では、平面Ｐは、クランクピン４２および４８とクランクシャフト４０の回転軸とを通っているとみなされる。
【００３５】
例として、このようなエンジンの動作を、燃焼ガスの掃気行程を伴う吸気行程の開始時であって、クランクピン４２がクランクシャフト４０の回転軸に交わっている垂直軸を通っている平面Ｐ内にあるシリンダＮｏ．１（図３（Ａ））と、クランクピン４４が平面Ｐに対して反時計方向にオフセットＤを有しているシリンダＮｏ．３（図３（Ｂ））とを示す図３（Ａ）〜（Ｄ）を参照して説明する。以下では説明を明確にするために他のシリンダを示しておらず、これらのシリンダは、シリンダＮｏ．２が圧縮行程中であり、シリンダＮｏ．４が膨張行程中である。
【００３６】
動作サイクルの間、吸気行程中のシリンダＮｏ．１とクランクピン４２、およびピストン５０は、その上死点（ＴＤＣ）の近くにある。この位置では、吸気バルブ１４と排気バルブ２０とが開いており、このシリンダの燃焼室内に存在する燃焼ガスを掃気している（図３（Ａ））。シリンダＮｏ．３のピストン５０が連結されているクランクピン４６が下死点（ＢＤＣ）に対して後方に設定されているため、このとき、シリンダＮｏ．３のピストン５０はその下死点に未だ到達していない。図３（Ｂ）に示した位置はシリンダＮｏ．３の膨張行程の終わりに実質的に対応しており、その間、吸気バルブ１４と排気バルブ２０は閉じている。クランクシャフト４０が時計回りにいくらかの角度回転した後、シリンダＮｏ．１のピストン５０は図３（Ｃ）に示す位置になり、クランクピン４２はその上死点（ＴＤＣ）の位置を過ぎて、図中にクランクシャフト４０の回転角度Ａで示された位置に到達する。この位置では、排気バルブ２０は閉じており、吸気バルブだけが、下死点（ＢＤＣ）に達するまで吸気行程を続けるように開いたままになっている。図３（Ｄ）に示すように、クランクシャフトのこの回転Ａの間、シリンダＮｏ．３のクランクピン４６は時計回りに移動して下死点（ＢＤＣ）の位置に到達する。ピストン５０が下死点の近くにあるこの位置は、このシリンダの排気行程の開始点に相当しており、排気バルブ２０が開き始め、あるいは既に開き始めている。
【００３７】
したがって、図３（Ａ）の位置と図３（Ｃ）の位置との間では、燃焼ガスの掃気がシリンダＮｏ．１内で行われているが、シリンダＮｏ．３の排気行程は未だ開始していないか、あるいはちょうど開始しようとしているところである。
【００３８】
シリンダＮｏ．３の排気行程の開始時には、上述したように、排気圧力のピークが生じるが、この圧力のピークは、このピークが排気マニフォールド２６内で発現したときにシリンダＮｏ．１内で完了または実質的に完了する燃焼ガスの掃気に何ら影響しない。
【００３９】
図４（Ａ）〜（Ｄ）に示されている本発明の変形例では、吸気行程中のシリンダＮｏ．１のクランクピン４２が図４（Ｃ）から分かるように上死点の近くにあるのに対して、平面Ｐに対するシリンダＮｏ．３のクランクピン４６のオフセットＤは図４（Ｄ）に示すように時計回りのオフセットである。
【００４０】
したがって、シリンダＮｏ．１が、燃焼ガスの掃気行程を行うために吸気バルブ１４と排気バルブ２０とを同時に開いている図４（Ｃ）に示すような吸気行程中であるときには、シリンダＮｏ．３は排気バルブ２０が下死点（ＢＤＣ）から開いていて、自身の排気行程を既に開始している。より詳細には、排気圧力のピークは、下死点と図４（Ｄ）に示すクランクピン４６の位置との間で既に生じている。
【００４１】
したがって、シリンダＮｏ．３のクランクピン４６が自身の排気行程の開始点に相当する下死点（図４（Ｂ））にあるときには、シリンダＮｏ．１のクランクピン４２は自身の吸気行程に相当する自身の上死点（図４（Ａ））に未だ到達していない。これらの位置では、シリンダＮｏ．３は自身の排気行程を開始して排気バルブ２０が開いており、シリンダＮｏ．１は自身の排気行程がほとんど完了して、排気バルブ２０が閉じかけている。
【００４２】
図４（Ａ）および（Ｂ）に示したこの位置から、クランクシャフトは時計回りにいくらかの角度（角度Ａ）回転駆動させられ、シリンダＮｏ．３のクランクピン４６が図４（Ｂ）の位置から図４（Ｄ）の位置へずらす。この進行の間、シリンダＮｏ．３の排気によって発生させられる排気圧力のピークが排気マニフォールド内で生じ、そして、圧力がこの排気マニフォールド内で安定する。圧力ピークの生成の終わりでは、シリンダＮｏ．１は、吸気バルブ１４を開くことによって、燃焼ガスの掃気を伴う自身の吸気行程を開始する。したがって、圧力のピークは、掃気行程中に燃焼ガスをシリンダＮｏ．１から排出させることを妨げない。
【００４３】
もちろん、上記の説明においてクランクピンの上死点または下死点についての言及がなされている場合、これは、クランクピンがコネクティングロッドで連結されているピストンの位置にも当てはまる。
【００４４】
同様に、ピストンまたはクランクピンが上死点または下死点の近くにあると言及されている場合には、ピストンまたはクランクピンが死点の前後にいくらかの角度、すなわち約１０°の位置にあるものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明による過給式４ストロークエンジンを示す図である。
【図２】本発明を実施する、エンジンクランクシャフトのような手段を示す図である。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、本発明によるエンジンの動作を示す図である。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、本発明の変形例によるエンジンの動作を示す図である。
【図５】タービン入口、すなわち排気マニフォールド内における各シリンダの排気圧力を概略的に示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
１０    シリンダ
１２    吸気手段
１４    吸気バルブ
１６    吸気管
１８    排気手段
２０    排気バルブ
２２    排気管
２４    吸気マニフォールド
２６    排気マニフォールド
３０    圧縮部
３２    シングルインレット過給機
３４    管
３６    タービン
３８    コネクティングロッド
４０    クランクシャフト
４２，４４，４６，４８    クランクピン
５０    ピストン
【図１】
2005009493.tif 000003
【図２】
2005009493.tif 000004
【図３】
2005009493.tif 000005
【図４】
2005009493.tif 000006
【図５】
2005009493.tif 000007