(57)【要約】【課題】排気成分についての様々な量のリブリーズを可能にし、排気成分のリブリーズを必要に応じて停止させ、排気成分のリブリーズを吸気行程の終了時近くで生じさせる動弁装置を提供する。【解決手段】内燃機関用の動弁装置は、排気閉位置と排気開位置との間を移動可能な排気弁を含む。カムシャフトは、排気弁を排気閉位置と排気開位置との間を移動させて燃焼室から排気成分を排出する主排気ローブと、排気弁を排気閉位置と排気開位置との間を移動させて排気成分を燃焼室内に送り込む排気リブリーズローブとを含む。２段階装置は、カムシャフトから排気弁に動きを伝達し、動き伝達位置では排気リブリーズローブから排気弁に動きを伝達させ、動き阻止位置では排気リブリーズローブから排気弁に動きが伝達されるのを妨げるように、動き伝達位置と動き阻止位置との間で切り替え可能である。【選択図】図１
2012180832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を有する内燃機関用の動弁装置であって、ピストンが前記燃焼室内部の上死点位置と下死点位置との間を往復可能であり、
吸気閉位置と吸気開位置との間を移動可能であり、前記吸気開位置で少なくとも空気の前記燃焼室への供給を許容し、前記吸気閉位置で吸気弁座に着座し、かつ前記吸気開位置で前記吸気弁座から離間する吸気弁と、
排気閉位置と排気開位置との間を移動可能であり、前記排気開位置で、前記燃焼室から排気成分を排出するかまたは排気成分を前記燃焼室内に選択的に供給し、前記排気閉位置で第１の排気弁座に着座し、かつ前記排気開位置で前記第１の排気弁座から離間する第１の排気弁と、
前記第１の排気弁を前記排気閉位置と前記排気開位置との間を移動させて前記燃焼室から排気成分を排出する第１の主排気ローブ、および前記第１の排気弁を前記排気閉位置と前記排気開位置との間を移動させて排気成分を前記燃焼室内に供給する第１の排気リブリーズローブを含むカムシャフトと、
前記カムシャフトから前記第１の排気弁に動きを伝達し、前記第１の排気リブリーズローブから前記第１の排気弁に動きを伝達する動き伝達位置と、前記第１の排気リブリーズローブから前記第１の排気弁に動きが伝達されるのを妨げる動き阻止位置との間で切り替え可能である第１の２段階装置とを備える動弁装置。
【請求項２】
前記第１の排気リブリーズローブは、前記吸気弁が前記吸気開位置にあるときおよび前記第１の２段階装置が前記動き伝達位置にあるときに前記第１の排気弁を前記第１の排気弁座から離れる方向へ移動させる、請求項１に記載の動弁装置。
【請求項３】
排気閉位置と排気開位置との間を移動可能であり、前記燃焼室から排気成分を排出するかまたは排気成分を前記燃焼室に選択的に供給し、前記排気閉位置で第２の排気弁座に着座し、かつ前記排気開位置で前記第２の排気弁座から離間する第２の排気弁であって、前記カムシャフトが、前記第２の排気弁を前記排気閉位置と前記排気開位置との間を移動させて前記燃焼室から排気成分を排出する第２の主排気ローブ、および前記第２の排気弁を前記排気閉位置と前記排気開位置との間を移動させて排気成分を前記燃焼室内に供給する第２の排気リブリーズローブを有する、第２の排気弁と、
前記カムシャフトから前記第２の排気弁に動きを伝達し、前記第２の排気リブリーズローブから前記第２の排気弁に動きを伝達する動き伝達位置と前記第２の排気リブリーズローブから前記第２の排気弁に動きが伝達されるのを妨げる動き阻止位置との間で切り替え可能である第２の２段階装置とをさらに備える、請求項１に記載の動弁装置。
【請求項４】
前記第２の排気リブリーズローブは、前記吸気弁が前記吸気開位置にあるときおよび前記第２の２段階装置が前記動き伝達位置にあるときに前記第２の排気弁を前記第２の排気弁座から離れる方向へ移動させる、請求項３に記載の動弁装置。
【請求項５】
前記第１および第２の２段階装置は、前記第１および第２の２段階装置の一方が前記動き伝達位置に位置し、一方、前記第１および第２の２段階装置の他方が前記動き阻止位置に位置することが可能になるように、前記動き伝達位置と前記動き阻止位置との間で互いに独立に切り替えられる、請求項３に記載の動弁装置。
【請求項６】
前記第１の排気リブリーズローブは、前記吸気弁が前記吸気弁座から離れる方向へ移動し、前記ピストンが前記下死点位置の方へ移動するときに、前記第１の排気弁を前記第１の排気弁座から離れる方向へ移動させる、請求項１に記載の動弁装置。
【請求項７】
前記第１の排気リブリーズローブの前記ピストンとの位相関係は、前記ピストンが前記下死点位置の方へ移動している間前記第１の排気弁が開いている時間を変更し、それによって、前記燃焼室に供給される排気成分の量を変更するように、変更可能である、請求項６に記載の動弁装置。
【請求項８】
前記第１の排気リブリーズローブは、前記吸気弁が前記吸気弁座の方へ移動し、前記ピストンが前記下死点位置の方へ移動するときに、前記第１の排気弁を前記第１の排気弁座から離れる方向へ移動させる、請求項１に記載の動弁装置。
【請求項９】
前記第１の排気リブリーズローブの前記ピストンとの位相関係は、前記ピストンが前記下死点位置の方へ移動している間前記第１の排気弁が開いている時間を変更し、それによって、前記燃焼室に供給される排気成分の量を変更するように、変更可能である、請求項８に記載の動弁装置。
【請求項１０】
前記第１の排気リブリーズローブは、前記第２の排気リブリーズローブとは異なる輪郭を有する、請求項３に記載の動弁装置。
【請求項１１】
前記第１の排気リブリーズローブは、前記第１の排気弁を第１の高さまで開き、前記第２の排気リブリーズローブは、前記第２の排気弁を前記第１の高さとは異なる第２の高さまで開く、請求項１０に記載の動弁装置。
【請求項１２】
前記第１の排気リブリーズローブは、前記第１の排気弁を第１の持続時間にわたって開き、前記第２の排気リブリーズローブは、前記第２の排気弁を前記第１の持続時間とは異なる第２の持続時間にわたって開く、請求項１０に記載の動弁装置。
【請求項１３】
前記内燃機関の吸気行程の間前記第１の排気弁が開いている時間を変更し、それによって、前記吸気行程の後前記第１の排気弁が開いている時間を変更するように、前記第１の排気リブリーズローブの前記ピストンとの位相関係を変更するカムシャフト位相器をさらに備える、請求項１に記載の動弁装置。
【請求項１４】
前記動き伝達位置は、前記第１の２段階装置のデフォルト位置である、請求項１に記載の動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発に関する記載
[0001]本発明は、ＤＯＥから授与された契約番号ＤＥ−ＥＥ０００３２５８の下で米国政府の支援を受けてなされたものである。米国政府は、本発明における一定の権利を有する。
【０００２】
[0002]本発明は、内燃機関用の動弁装置に関し、特に、ガソリン直噴圧縮着火（ＧＤＣＩ）内燃機関用の動弁装置に関し、さらに、排気成分を排気弁を介して内燃機関の燃焼室に進入させるＧＤＣＩ内燃機関用の動弁装置に関し、さらに、選択的に排気成分を排気弁を介して燃焼室に進入させ、排気弁を介して燃焼室に進入する排気成分の量を変更することのできるそのような動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]絶えず厳しくなる燃料経済性要件ならびにＣＯ２、ＮＯｘ、ＣＯ、炭化水素、および粒状物質などの排出物に関する制限を順守するために高度な燃焼プロセスを使用する内燃機関が開発されている。高度な燃焼プロセスを使用する１つのそのような内燃機関は、レギュラー無鉛ガソリンを燃料として使用しつつディーゼル内燃機関の効率を高めるガソリン直噴圧縮着火（ＧＤＣＩ）内燃機関として知られている。ＧＤＣＩプロセスは、圧縮着火機関におけるガソリン燃料の制御された自己着火に依存するプロセスである。ＧＤＣＩプロセスでは、吸気行程中にガソリンが燃焼室内に噴射されることはない。その代わりに、ガソリンは、後の圧縮行程において燃焼室内に噴射される。ガソリンと空気が急速に混合し、圧縮によって、制御された熱発生プロセスにおいて混合物が着火される。
【０００４】
[0004]ＧＤＣＩ内燃機関において最高の燃料効率を実現するには、広範囲の運転荷重、速度、および温度にわたって自己着火が生じなければならない。これには、ガソリンを使用した自己着火を維持するのが非常に困難な冷間始動、暖機時間、および軽負荷時にＧＤＣＩを使用することが含まれる。ＧＤＣＩ内燃機関においてこれらの条件の下で自己着火を生じさせるには、圧力、温度、空燃比、既燃ガス希釈、および筒内ガス流動を含む燃焼室内の条件を調節する特殊なエンジンサブシステムが必要である。燃焼室内の温度を自己着火を実現するのに十分な温度にするには燃焼室に追加的な熱を加える必要がある。燃焼室に熱を導入する１つの方法は、負のバルブオーバーラップを使用する方法である。負のバルブオーバーラップを使用するときには、大きな角変位を有するカムシャフト位相器が使用され、排気行程が終了する前に排気弁を閉じることによって燃焼室内に排気成分を閉じ込めるように吸気弁および排気弁のタイミングを調整する。吸気弁および排気弁に対する従来の２段階作動を同時に使用して負のバルブオーバーラップ時の動作向けに最適化されたバルブリフトプロファイル（換言すれば、輪郭）を実現してもよい。しかし、このようなカムシャフト位相器ならびに吸気弁および排気弁の２段階作動は、動弁装置のコストを著しく増大させ、かつ動弁装置を顕著に複雑にする可能性がある。また、負のバルブオーバーラップを使用すると、内燃機関のポンピング動作が悪影響を受け、閉じ込められた排気成分の熱が燃焼室の壁に奪われる可能性がある。
【０００５】
[0005]燃焼室に熱を導入する他の方法は、排気行程中に吸気弁を開く方法である。これによって、高温の排気成分が内燃機関の吸気系に導かれ、次に、その後の吸気行程中に燃焼室に再導入される。この方法は、大量の高温残留ガスを生成して混合物を加熱することができるが、吸気口およびランナーの壁を加熱するという欠点を有する。
【０００６】
[0006]負のバルブオーバーラップを使用することまたは排気行程中に吸気弁を開くことよりも有利であると考えられる、燃焼室に熱を導入する他の方法は、排気リブリーズ（ｒｅｂｒｅａｔｈ）を使用する方法である。排気リブリーズを使用すると、吸気行程中に高温排気成分が排気弁を介して燃焼室に導入される。吸気行程中に気筒に進入する排気成分が燃焼室内の圧力を高め、それによってポンピングループが小さくなるため、排気リブリーズがエンジン効率を損なうことはない。冷間始動時に排気リブリーズ法を使用すると、排気処理装置内の触媒が排気種をより害の少ない成分に転換させるのに十分な、この触媒の温度を上昇させるのに要する時間を短縮することもできる。これは、排気リブリーズ中には吸気流量が少なくなるため排気温度が高くなるからである。排気リブリーズ法は、燃料が遮断される減速条件時および低負荷条件時に触媒の温度を維持するうえでも有用である。これらの条件の各々において、触媒の温度が、触媒が排気種をより害の少ない成分に転換するのに必要なしきい値よりも低くなることがある。
【０００７】
[0007]本出願人に譲渡され参照によって本明細書に全体的に組み込まれる米国特許第７３０８８７２号は、予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）内燃機関において有用な動弁装置を教示している。ＨＣＣＩ内燃機関は、吸気行程中に空気と燃料を混合し、この混合物が圧縮行程中に圧縮されると自己着火が生じる。米国特許第７３０８８７２号は、動弁装置の排気ローブを開閉して燃焼室から排気成分を排出する排気カムシャフトローブを教示している。排気ローブの輪郭の一部では、排気ローブが、吸気行程の、少量の排気リブリーズを生じさせる短い期間の間開いたままにされる。このようにして、排気成分は、排気弁を介して燃焼室に進入することができる。これをカムシャフト位相器と一緒に使用すると、吸気行程中に排気弁が開いている持続時間を変更することができる。しかし、排気ローブプロファイルの、排気リブリーズを生じさせる部分は、主排気ローブの、燃焼室から排気成分を排出させる部分であるため、排気成分には常にある量のリブリーズが生じる。また、リブリーズ事象は吸気行程の開始時に生じ、一方、内燃機関の中には、リブリーズ事象が吸気行程の終了時近くに生じると有利である内燃機関もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７３０８８７２号
【特許文献２】米国特許第６６６８７７９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
[0008]排気成分についての様々な量のリブリーズを可能にする動弁装置が必要である。排気成分のリブリーズを必要に応じて中止する動弁装置も必要である。排気成分のリブリーズを吸気行程の終了時近くで生じさせる動弁装置も必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
[0009]簡単に説明すると、内部の上死点位置と下死点位置との間を往復可能なピストンを含む燃焼室を有する内燃機関用の動弁装置が提供される。この動弁装置は、吸気閉位置と吸気開位置との間を移動可能であり、吸気開位置で少なくとも空気を燃焼室に供給する吸気弁を含む。吸気弁は、吸気閉位置で吸気弁座に着座し、吸気開位置で吸気弁座から離間する。動弁装置は、排気閉位置と排気開位置との間を移動可能であり、排気開位置で、燃焼室から排気成分を排出するかまたは排気成分を燃焼室内に選択的に供給する第１の排気弁も含む。第１の排気弁は、排気閉位置で第１の排気弁座に着座し、排気開位置で第１の排気弁座から離間する。カムシャフトは、第１の排気弁を排気閉位置と排気開位置との間を移動させて燃焼室から排気成分を排出する第１の主排気ローブと、第１の排気弁を排気閉位置と排気開位置との間を移動させて排気成分を燃焼室内に送り込む第１の排気リブリーズローブとを含む。カムシャフトから第１の排気弁に動きを伝達する第１の２段階装置が設けられ、第１の２段階装置は、第１の排気リブリーズローブから第１の排気ローブに動きを伝達する動き伝達位置と、第１の排気リブリーズローブから第１の排気弁に動きが伝達されるのを妨げる動き阻止位置との間で切り替え可能である。
【００１１】
[0010]本発明の他の特徴および利点は、非制限的な例のみを介し添付の図面を参照して加えられる、本発明の好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を読んだときにより明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
[0011]本発明について添付の図面を参照して詳しく説明する。
【図１】[0012]本発明による４気筒ＧＤＣＩ内燃機関の概略図である。
【図２】[0013]断面線２−２に沿った図１のＧＤＣＩ内燃機関の立面断面図である。
【図２Ａ】[0014]吸気閉位置で示されている図２の吸気弁および吸気弁座の拡大図である。
【図２Ｂ】[0015]吸気開位置で示されている図２の吸気弁および吸気弁座の拡大図である。
【図２Ｃ】[0016]排気閉位置で示されている図２の排気弁および排気弁座の拡大図である。
【図２Ｄ】[0017]排気開位置で示されている図２の排気弁および排気弁座の拡大図である。
【図３】[0018]図１のＧＤＣＩ内燃機関の吸気弁列の等角図である。
【図４】[0019]ハイリフト吸気ローブおよびローリフト吸気ローブによって実現された吸気弁リフト高さを示すグラフである。
【図５】[0020]図１のＧＤＣＩ内燃機関の排気弁列の等角図である。
【図６】[0021]２段階排気装置が動き伝達位置にあるときの排気弁リフト高さを示すグラフである。
【図７】[0022]２段階排気装置が動き阻止位置にあるときの排気弁リフト高さを示すグラフである。
【図８】[0023]２段階排気装置が動き伝達位置にあり、排気リブリーズローブが吸気弁と実質的に同じ時間に排気弁を開くように配置されたときの排気弁リフト高さおよび吸気弁リフト高さを示すグラフである。
【図９】[0024]２段階排気装置が動き伝達位置にあり、排気リブリーズローブが吸気弁と実質的に同じ時間に排気弁を閉じるように配置されたときの排気弁リフト高さおよび吸気弁リフト高さを示すグラフである。
【図１０】[0025]様々なリブリーズローブの輪郭を有する燃焼室の２つの排気弁の排気弁リフト高さを示すグラフである。
【図１１】[0026]吸気行程の後で排気弁を開いたままにしておくようにカムシャフト位相器を使用してクランクシャフトと排気カムシャフトとの位相関係を変更したときの排気弁リフト高さおよび吸気弁リフト高さローブを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[0027]本発明の好ましい実施形態について説明する。図１および２を参照すると、少なくとも空気の供給を燃焼室１４内に送り込み、燃焼室１４に対する排気成分の出し入れを行う動弁装置１２を含むＧＤＣＩ内燃機関１０が示されている。ピストン１６が、燃焼室１４内に配置されており、上死点（ＴＤＣ）位置（図２に実線として示されている）と下死点（ＢＤＣ）位置（図２に仮想線として示されている）との間を往復可能である。ピストン１６の下端は、ピストン１６の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフト１８に取り付けられている。
【００１４】
[0028]次に、図１、２、２Ａ、２Ｂ、３を参照すると、動弁装置１２は、図２Ｂに示されており、少なくとも空気の供給を燃焼室１４内に送り込むのを可能にする吸気開位置と、図２および図２Ａに示されており、第１および第２の吸気弁２０、２２を介して燃焼室１４との流体連通を実質的に妨げる吸気閉位置との間を移動可能である第１および第２の吸気弁２０、２２を含む。第１および第２の吸気弁２０、２２は、吸気閉位置にあるとき、それぞれ第１および第２の吸気弁座２４、２６に着座する。
【００１５】
[0029]次に、図１、２、２Ｃ、２Ｄ、および５を参照すると、動弁装置１２は、図２Ｄに示されている排気開位置と図２および２Ｃに示されている排気閉位置との間を移動可能である第１および第２の排気弁２８、３０も含む。排気開位置は、排気成分を燃焼室１４から排出するのを可能にし、また、排気成分を燃焼室１４に選択的に送り込むのを可能にする。排気閉位置は、第１および第２の排気弁２８、３０を介して燃焼室１４との流体連通を実質的に妨げる。第１および第２の排気弁２８、３０は、排気閉位置にあるとき、それぞれ第１および第２の排気弁座３２、３４に着座する。
【００１６】
[0030]次に、図１、２、および３を参照すると、第１および第２の吸気弁２０、２２を吸気開位置と吸気閉位置との間を移動させる吸気カムシャフト３６が動弁装置１２に設けられている。吸気カムシャフト３６は、第１の中央ハイリフト吸気ローブ３８が第１の吸気弁２０と組み合わされ、かつ第２の中央ハイリフト吸気ローブ４０が第２の吸気弁２２と組み合わされるように第１の中央ハイリフト（ｈｉｇｈ  ｌｉｆｔ）吸気ローブ３８および第２の中央ハイリフト吸気ローブ４０を含んでよい。吸気カムシャフト３６は、第１の中央ハイリフト吸気ローブ３８が第１の外側ローリフト（ｌｏｗ  ｌｉｆｔ）吸気ローブ対４２の吸気ローブ同士の間に配置され第１の吸気弁２０と組み合わされ、かつ第２の中央ハイリフト吸気ローブ４０が第２の外側ローリフト吸気ローブ対４４の吸気ローブ同士の間に配置され第２の吸気弁２２と組み合わされるように第１および第２の外側ローリフト吸気ローブ対４２、４４も含んでよい。
【００１７】
[0031]吸気カムシャフト３６からそれぞれ第１および第２の吸気弁２０、２２に動きを伝達する第１および第２の２段階吸気装置４６、４８を設けてよい。このような第１および第２の２段階吸気装置の一例は、参照によって本明細書に全体的に組み込まれる米国特許第６６６８７７９号に開示されたような２段階ローラフィンガ従動子である。第１および第２の２段階装置４６、４８は、ロック位置とロック解除位置との間で切り替え可能である。ロック位置では、中央吸気従動子５０が、その各側に配置された外側吸気従動子５２に対して一定の高さに保持される。このように、第１および第２の中央ハイリフト吸気ローブ３８、４０はそのそれぞれの中央吸気従動子５０に作用する。吸気カムシャフト３６が回転すると、中央吸気従動子５０がそのそれぞれの中央ハイリフト吸気ローブ３８、４０の輪郭に追従する。中央吸気従動子５０がその中央ハイリフト吸気ローブ３８、４０の弁リフト部に追従すると、２段階吸気装置が、吸気ラッシュ（ｌａｓｈ）調整装置５４の周りを回動し、それによって、そのそれぞれの吸気弁２０、２２をそのそれぞれの吸気弁座２４、２６から持ち上げる。
【００１８】
[0032]ロック解除位置では、中央吸気従動子５０は外側吸気従動子５２に対して一定の高さに保持されない。中央吸気従動子５０がその中央ハイリフト吸気ローブ３８、４０の弁リフト部に追従すると、中央吸気従動子５０は圧縮されることができ、当技術分野ではこれを空動（ｌｏｓｔ  ｍｏｔｉｏｎ）と呼ぶ。このように、中央吸気従動子５０は、２段階吸気装置を吸気ラッシュ調整装置５４の周りを回動させず、したがって、そのそれぞれの吸気弁２０、２２に動きを加えることはない。中央吸気従動子５０が圧縮されることができるため、外側吸気従動子５２はそのそれぞれの外側ローリフト吸気ローブ対４２、４４の輪郭に追従することができる。吸気カムシャフト３６が回転すると、外側吸気従動子５２はそのそれぞれの外側ローリフト吸気ローブ対４２、４４の輪郭に追従する。このように、第１および第２の吸気弁２０、２２は、そのそれぞれの中央ハイリフト吸気ローブ３８、４０ではなくそのそれぞれの外側ローリフト吸気ローブ対４２、４４によって吸気開位置と吸気閉位置との間を移動させられる。
【００１９】
[0033]ロック位置では、第１および第２の外側ローリフト吸気ローブ対４２、４４がそのそれぞれの吸気弁２０、２２の位置に影響を及ぼさないことに留意されたい。これは、第１および第２の中央ハイリフト吸気ローブ３８、４０が第１および第２の外側ローリフト吸気ローブ対４２、４４よりも大きな弁リフトを生じさせ、また、第１および第２の中央ハイリフト吸気ローブ３８、４０の弁リフト部が、吸気カムシャフト３６上の、第１および第２の外側ローリフト吸気ローブ対４２、４４と実質的に同じ位置（同じクランク角度位置）に方位角的に配置されるからである。図４は、第１および第２の吸気弁が、吸気行程中にロック位置とロック解除位置の両方においてそのそれぞれの吸気弁座２４、２６から持ち上げられる（換言すれば、リフトされる）高さを示すグラフである。
【００２０】
[0034]第１および第２の２段階吸気装置４６、４８はそれぞれ、吸気ロック機構（不図示）を備える。第１および第２の２段階装置４６、４８は、ＧＤＣＩ内燃機関１０からの加圧されたオイルが吸気ロック機構に供給されるときにロック解除位置に配置される。従って、中央吸気従動子５０は、外側吸気従動子５２に対して一定の高さに保持されない。第１および第２の２段階吸気装置４６、４８は、加圧されたオイルが吸気ロック機構から排出されるときにロック位置に配置される。各２段階吸気装置４６、４８の吸気ロック機構への加圧されたオイルの供給はそれぞれ、どちらもオイル供給源６２から加圧されたオイルを受け取る第１および第２の吸気油量制御弁５８、６０によって制御することができる。このように、第１の２段階吸気装置４６と第２の２段階吸気装置４８の両方を同時にロック位置またはロック解除位置に配置してもよいし、あるいは第１および第２の２段階吸気装置４６、４８の一方をロック位置に配置し、同時に第１および第２の２段階吸気装置４６、４８の他方をロック解除位置に配置してもよく、これは、たとえば、ＧＤＣＩ内燃機関１０の吸気行程中に燃焼室１４にスワールを導入するうえで有用であると考えられる。
【００２１】
[0035]吸気カムシャフト３６は、吸気カムシャフト３６とクランクシャフト１８の位相関係を変更する吸気カムシャフト位相器６４を備えてよい。吸気カムシャフト位相器６４は、吸気位相調整油量制御弁６６によって制御されるオイル供給源６２からの加圧されたオイルによって作動させることができる。あるいは、図示されていないが、吸気カムシャフト位相器６４を加圧されたオイルではなく電気モータによって作動させてもよい。
【００２２】
[0036]次に、図１、２、および５を参照すると、第１および第２の排気弁２８、３０を排気開位置と排気閉位置との間を移動させる排気カムシャフト６８が動弁装置１２に設けられる。排気カムシャフト６８は、第１の中央排気リブリーズ（ｒｅｂｒｅａｔｈ）ローブ７０が第１の排気弁２８と組み合わされ、かつ第２の中央排気リブリーズローブ７２が第２の排気弁３０と組み合わされるように第１および第２の中央排気リブリーズローブ７０、７２を含む。排気カムシャフト６８は、第１の中央排気リブリーズローブ７０が第１の主排気ローブ対７４の排気ローブ同士の間に配置され第１の排気弁２８と組み合わされ、かつ第２の中央排気リブリーズローブ７２が第２の主排気ローブ対７６の排気ローブ同士の間に配置され第２の排気弁３０と組み合わされるように第１および第２の外側主排気ローブ対７４、７６も含む。
【００２３】
[0037]排気カムシャフト６８からそれぞれ第１および第２の排気弁２８、３０に動きを伝達する第１および第２の２段階排気装置７８、８０が設けられている。このような第１および第２の２段階排気装置の一例には、参照によって本明細書に全体的に組み込まれる米国特許第６６６８７７９号に開示されたような２段階ローラフィンガ従動子がある。第１および第２の２段階排気装置７８、８０は、動き伝達位置と動き阻止位置との間で切り替え可能である。動き伝達位置では、中央排気リブリーズ従動子８２が、その各側に配置された外側主排気従動子８４に対して一定の高さに保持される。こうして、第１および第２の中央排気リブリーズローブ７０、７２はそのそれぞれの中央排気リブリーズ従動子８２に作用する。排気カムシャフト６８が回転すると、中央排気リブリーズ従動子８２がそのそれぞれの中央排気リブリーズローブ７０、７２の輪郭に追従する。中央排気リブリーズ従動子８２がそのそれぞれの中央排気リブリーズローブ７０、７２の弁リフト部に追従すると、２段階排気装置が、排気ラッシュ調整装置８６の周りを回動し、それによって、そのそれぞれの排気弁２８、３０をそのそれぞれの排気弁座３２、３４から持ち上げる。しかし、中央吸気従動子５０が外側吸気従動子５２に対して一定の高さに保持されるときに第１および第２の外側ローリフト吸気ローブ対４２、４４がそのそれぞれの吸気弁２０、２２の位置に影響を及ぼさない第１および第２の２段階吸気装置４６、４８とは異なり、第１および第２の２段階排気装置７８、８０の外側主排気従動子８４はそのそれぞれの排気弁２８、３０の位置に影響を及ぼす。これは、第１および第２の中央排気リブリーズローブ７０、７２が第１および第２の外側主排気ローブ対７４、７６よりも小さな弁リフトを生じさせ、また、以下に詳しく論じるように、第１および第２の中央排気リブリーズローブ７０、７２の弁リフト部が、排気カムシャフト６８上の、第１および第２の外側主排気ローブ対７４、７６の弁リフト部と実質的に異なる位置（異なるクランク角度位置）に方位角的に配置されるからである。図６は、第１および第２の排気弁２８、３０が、動き伝達位置においてそのそれぞれの排気弁座３２、３４から持ち上げられる高さを示すグラフである。
【００２４】
[0038]動き阻止位置において、中央排気リブリーズ従動子８２は外側主排気従動子８４に対して一定の高さに保持されない。中央排気リブリーズ従動子８２がそのそれぞれの中央排気リブリーズローブ７０、７２の弁リフト部に追従すると、中央排気リブリーズ従動子８２は圧縮されることができ、当技術分野ではこれを空動と呼ぶ。このように、中央排気リブリーズ従動子８２は、２段階排気装置を排気ラッシュ調整装置８６の周りを回動させず、したがって、そのそれぞれの排気弁２８、３０に動きを加えることはない。排気カムシャフト６８が回転すると、外側主排気従動子８４はそのそれぞれの外側主排気ローブ対７４、７６の輪郭に追従する。こうして、第１および第２の排気弁２８、３０は、そのそれぞれの外側主排気ローブ対７４、７６によってのみ排気開位置と排気閉位置との間を移動させられる。図７は、第１および第２の弁２８、３０が、動き阻止位置においてそのそれぞれの排気弁座３２、３４から持ち上げられる高さを示すグラフである。
【００２５】
[0039]
第１および第２の２段階吸気装置７８、８０はそれぞれ、排気ロック機構（不図示）を備える。第１および第２の２段階排気装置７８、８０は、ＧＤＣＩ内燃機関１０からの加圧されたオイルが排気ロック機構に供給されるときに動き阻止位置に配置される。従って、中央排気リブリーズ従動子８２は、外側主排気従動子８４に対して一定の高さに保持されない。第１および第２の２段階排気装置７８、８０は、加圧されたオイルが排気ロック機構から排出されるときに動き伝達位置に配置され、このことは、動き伝達位置が第１および第２の２段階排気装置７８、８０のデフォルト位置であってよいため望ましい場合がある。このため、排気リブリーズはＧＤＣＩ内燃機関１０の始動時にただちに開始し、このことは冷間時のエンジンを運転するうえで望ましい場合がある。各２段階排気装置７８、８０の排気ロック機構への加圧されたオイルの供給はそれぞれ、どちらもオイル供給源６２から加圧されたオイルを受け取る第１および第２の排気油量制御弁９０、９２によって制御することができる。このように、第１の２段階排気装置７８と第２の２段階排気装置８０の両方を同時に動き伝達位置または動き阻止位置に配置してもよく、あるいは第１および第２の２段階排気装置７８、８０の一方を動き伝達位置に配置し、同時に第１および第２の２段階排気装置７８、８０の他方を動き阻止位置に配置してもよく、これは、たとえば、燃焼室１４に対する排気リブリーズの量を変更するうえで有用である場合がある。具体的には、リブリーズの量を少なくすることが望ましい場合、第１および第２の２段階排気装置７８、８０の一方を動き伝達位置に配置し、一方、第１および第２の２段階排気装置７８、８０の他方を動き阻止位置に配置することができる。吸気行程中には第１および第２の排気弁２８、３０の一方しか開かれないので、第１の２段階排気装置７８と第２の２段階排気装置８０の両方を動き伝達位置に配置するときに燃焼室１４に導入される排気成分の量と比べて燃焼室１４に導入される排気成分が少なくなる。
【００２６】
[0040]前述のように、第１および第２の中央排気リブリーズローブ７０、７２の弁リフト部は、第１および第２の外側主排気ローブ対７４、７６の弁リフト部とは実質的に異なる位置に方位角的に配置される。第１および第２の外側主排気ローブ対７４、７６の弁リフト部は、従来の排気ローブであり、したがって、燃焼室１４の排気行程中にピストン１６が下死点から上死点まで移動するときに第１および第２の排気弁２８、３０が排気開位置に来るように排気カムシャフト６８上に方位角的に位置決めされる。しかし、第１および第２の中央排気リブリーズローブ７０、７２の弁リフト部は、第１および第２の排気弁２８、３０をピストン１６の異なる位置で排気開位置に移動させるように方位角的に位置決めされる。具体的には、第１および第２の中央排気リブリーズローブ７０、７２は、ピストン１６がその吸気行程中に上死点から下死点まで移動するときに、第１および第２の排気弁２８、３０を排気開位置に移動させる。このように、排気成分が第１および第２の排気弁２８、３０を介して燃焼室１４に導入され、燃焼室１４に熱が加えられ、自己着火の助けになる。
【００２７】
[0041]第１および第２の２段階排気装置７８、８０が動き伝達位置に配置されるときに主排気事象を生じさせる追加的な輪郭を第１および第２の中央排気リブリーズローブ７０、７２に与えないことによって摩擦に関する利点を実現することができることを留意されたい。これは、主排気事象が、ローラである外側主排気従動子８４に追従される第１および第２の外側主排気ローブ対７４、７６によって生じるからである。このローラは、第１および第２の中央排気リブリーズローブ７０、７２と、これに追従する中央排気リブリーズ従動子８２によって形成されるような滑り界面よりも動作時摩擦が少ない。
【００２８】
[0042]内燃機関の技術分野で公知のように、ピストンの吸気行程は、少なくとも空気の供給が吸気弁を介して燃焼室に導入される行程である。やはり内燃機関の技術分野で公知のように、吸気行程の一部の間に第１および第２の吸気弁２０、２２がそのそれぞれの吸気弁座２４、２６から離れる方向へ移動し、吸気行程の他の部分の間に第１および第２の吸気弁２０、２２がそのそれぞれの吸気弁座２４、２６の方へ移動する。好ましい一実施形態では、第１および第２の中央排気リブリーズローブ７０、７２の弁リフト部は、第１および第２の吸気弁２０、２２がそのそれぞれの吸気弁座２４、２６から持ち上げられるのと実質的に同時に第１および第２の排気弁２８、３０をそのそれぞれの排気弁座３２、３４から持ち上げるように排気カムシャフト６８上に方位角的に位置決めされうる。このように、第１および第２の排気弁２８、３０が排気弁座３２、３４から離れる方向へ移動し、一方、第１および第２の吸気弁２０、２２が吸気弁座２４、２６から離れる方向へ移動する。また、第１および第２の中央排気リブリーズローブ７０、７２の弁リフト部は、第１および第２の吸気弁２０、２２をそのそれぞれの吸気弁座２４、２６に接触させる前に第１および第２の排気弁２８、３０をそのそれぞれの排気弁座３２、３４に接触させるように方位角的に位置決めされうる。図８は、この実施形態の構成における第１および第２の吸気弁２０、２２ならびに第１および第２の排気弁２８、３０の弁リフト高さを示すグラフである。
【００２９】
[0043]他の好ましい実施形態では、第１および第２の中央排気リブリーズローブ７０、７２の弁リフト部は、第１および第２の吸気弁２０、２２をそのそれぞれの吸気弁座２４、２６に接触させるのと実質的に同時に第１および第２の排気弁２８、３０をそのそれぞれの排気弁座３２、３４に接触させるように排気カムシャフト６８上に方位角的に位置決めされうる。このように、第１および第２の排気弁２８、３０が排気弁座３２、３４の方へ移動し、一方、第１および第２の吸気弁２０、２２が吸気弁座２４、２６の方へ移動する。また、第１および第２の中央排気リブリーズローブ７０、７２の弁リフト部は、第１および第２の吸気弁２０、２２をそのそれぞれの吸気弁座２４、２６から実質的に持ち上げた後に第１および第２の排気弁２８、３０をそのそれぞれの排気弁座３２、３４から持ち上げるように方位角的に位置決めされうる。図９は、この実施形態の構成における第１および第２の吸気弁２０、２２ならびに第１および第２の排気弁２８、３０の弁リフト高さを示すグラフである。
【００３０】
[0044]第１の中央排気リブリーズローブ７０と第２の中央排気リブリーズローブ７２は、第１の排気弁２８と第２の排気弁３０が、同じ持続時間にわたって開位置に位置し、そのそれぞれの排気弁座３２、３４から同じ高さまで開き、かつそれぞれの排気弁座３２、３４に同時に接触するように、実質的に同じであってよい。しかし、第１の中央排気リブリーズローブ７０と第２の中央排気リブリーズローブ７２は実質的に異なっている方が好ましい場合もある。具体的には、第１の中央排気リブリーズローブ７０と第２の中央排気リブリーズローブ７２は、第１および第２の排気弁２８、３０の一方を第１および第２の排気弁２８、３０の他方よりも長い持続時間にわたって排気開位置に位置させるという点で互いに異なっていてよい。これに加えて、あるいはこの代わりに、第１の中央排気リブリーズローブ７０と第２の中央排気リブリーズローブ７２は、第１および第２の排気弁２８、３０の一方を、第１および第２の排気弁２８、３０の他方がそれぞれの排気弁座３２、３４から開く高さとは異なる、そのそれぞれの排気弁座３２、３４からの高さまで開かせるという点で異なっていてよい。さらに、これに加えて、あるいはこの代わりに、第１の中央排気リブリーズローブ７０と第２の中央排気リブリーズローブ７２は、第１および第２の排気弁２８、３０の一方を、第１および第２の排気弁２８、３０の他方がそのそれぞれの排気弁座３２、３４と接触するのと異なるときにそのそれぞれの排気弁座３２、３４と接触させるという点で異なっていてよい。図１０は、この実施形態の構成における第１および第２の排気弁２８、３０の弁リフト高さを示すグラフである。
【００３１】
[0045]ここで明らかなように、互いに実質的に異なる第１および第２の中央排気リブリーズローブ７０、７２を設けることと共に第１および第２の２段階排気装置７８、８０を互いに独立に動き伝達位置および動く阻止位置に配置することができれば、離散した４つのレベルの排気リブリーズが可能になる。第１に、第１の２段階排気装置７８と第２の２段階排気装置８０の両方を動き阻止位置に配置すると、排気リブリーズは生じない。これが第１のレベルの排気リブリーズである。第２に、第１の排気２段階排気装置７８が動き伝達位置に配置され、一方、第２の排気２段階装置８０が動き阻止位置に配置されると、第１のレベルの排気リブリーズよりも多い第２のレベルの排気リブリーズが生じる。第３に、第１の排気２段階装置７８が動き阻止位置に配置され、一方、第２の排気２段階装置８０が動き伝達位置に配置されると、同じく第１のレベルの排気リブリーズよりも多い第３のレベルの排気リブリーズが生じる。第３のレベルの排気リブリーズは、中央排気リブリーズローブ７０、７２のどちらがより多くの排気成分を燃焼室１４内に送り込むかに応じて第２のレベルのリブリーズよりも多くてもあるいは少なくてもよい。第４に、第１の２段階排気装置７８と第２の２段階排気装置８０の両方を動き伝達位置に配置すると、第４のレベルのリブリーズが生じる。第４のレベルのリブリーズは、第２または第３のレベルが個々に実現するリブリーズよりも多い。
【００３２】
[0046]排気カムシャフト６８は、排気カムシャフト６８とクランクシャフト１８との位相関係を変更する排気カムシャフト位相器９４を備えてよい。排気カムシャフト位相器９４は、排気位相調整油量制御弁９６によって制御されるオイル供給源６２からの加圧されたオイルによって作動することができる。あるいは、図示されていないが、加圧されたオイルではなく電気モータによって排気カムシャフト位相器９４を作動させてもよい。排気カムシャフト位相器９４を使用して排気カムシャフト６８とクランクシャフト１８との位相関係を変更すると、第１および第２の排気弁２８、３０を介して様々な量の排気成分を燃焼室１４に導入することができる。これは、第１および第２の排気弁２８、３０が、吸気行程が完了した後で排気開位置にとどまるように、排気カムシャフト６８とクランクシャフト１８との位相関係を調整することによって実現される。言い換えれば、ピストン１６が、吸気行程が完了した後で上死点位置の方へ移動するときに、第１および第２の排気弁２８、３０は排気開位置にとどまる。このように、ピストン１６の移動が第１および第２の排気弁２８、３０から燃焼室１４の内容物を押し出す働きをするため、もはや排気成分を燃焼室１４に導入することはできない。図１１は、この実施形態の構成における第１および第２の排気弁２８、３０ならびに第１および第２の吸気弁２０、２２の弁リフト高さを示すグラフである。排気カムシャフト位相器９４を使用して、吸気行程中に第１および第２の排気弁２８、３０が開いている時間を調整すると、第１および第２の２段階排気装置７８、８０のみを使用するときに実行される離散ステップ（第１の排気弁２８のみによるリブリーズ、第２の排気弁３０のみによるリブリーズ、または第１の排気弁２８と第２の排気弁３０の両方によるリブリーズ）と比べて、燃焼室１４に導入される排気成分の量に対するより強力な制御を実現することができる。
【００３３】
[0047]排気カムシャフト位相器９４をＧＤＣＩ内燃機関１０の冷間始動時に使用して、第１および第２の排気弁２８、３０が第１および第２の外側主排気ローブ対７４、７６によって開かれる時間を同時に早めることもできる。これによって、気筒の中身が早い時期に放出され、冷間始動時の排気温度が高くなり、排気系の触媒を急速に加熱することができる。排気カムシャフト位相器９４が進んだ位置に来ると、第１および第２の中央排気リブリーズローブ７０、７２は、最大量の排気リブリーズが得られるように位置する。これによって、最低温条件に対する自己着火が推進され、同時に最高排気温度が実現される。ＧＤＣＩ内燃機関１０が暖機するにつれて、排気カムシャフト位相器９４が遅れていき、排気リブリーズレベルが低くなっていく。この方式には、電気モータを使用して作動する排気カムシャフト位相器が好ましい。というのは、このようなカムシャフト位相器は、加圧されたオイルによって作動する排気カムシャフト位相器と比べて低温で高位相速度性能を発揮するからである。
【００３４】
[0048]ＧＤＣＩ内燃機関１０は、気筒当たり２つの吸気弁および２つの排気弁を有する直列４気筒エンジンとして例示されているが、ここで他の構成も可能であることを理解されたい。たとえば、他の数の気筒を有する内燃機関や、一般に「Ｖ」字形構成と呼ばれる２つの気筒群を含む内燃機関も可能である。ここで、気筒ごとに他の数の吸気弁および排気弁を使用してもよく、たとえば気筒ごとの吸気弁および排気弁はそれぞれ１つずつであってもよいことも理解されたい。また、本発明は、ＧＤＣＩ燃焼方式を使用しない内燃機関、たとえば、限定するわけではないが、燃料にディーゼルを使用する内燃機関、および予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）によって動作するガソリンエンジンに使用してもよい。
【００３５】
[0049]本発明をその好ましい実施形態に関して説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるのではなく、下記の特許請求の範囲に記載された範囲にのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００３６】
１０  内燃機関
１２  動弁装置
１４  燃焼室
１６  ピストン
２０  第１の吸気弁
２２  第２の吸気弁
２４  第１の吸気弁座
２６  第２の吸気弁座
２８  第１の排気弁
３０  第２の排気弁
３２  第１の排気弁座
３４  第２の排気弁座
３６  吸気カムシャフト
３８  第１の中央ハイリフト吸気ローブ
４０  第２の中央ハイリフト吸気ローブ
４２  第１の外側ローリフト吸気ローブ
４４  第２の外側ローリフト吸気ローブ
４６  第１の２段階吸気装置
４８  第２の２段階吸気装置
５０  中央吸気従動子
５２  外側吸気従動子
５４  吸気ラッシュ調整装置
５８  第１の吸気油量制御弁
６０  第２の吸気油量制御弁
６２  オイル供給源
６６  吸気位相調整油量制御弁
６８  排気カムシャフト
７０  第１の中央排気リブリーズローブ
７２  第２の中央排気リブリーズローブ
７４  第１の外側主排気ローブ対
７６  第２の外側主排気ローブ対
７８  第１の２段階排気装置
８０  第２の２段階排気装置
８２  中央排気リブリーズ従動子
８４  外側主排気従動子
８６  排気ラッシュ調整装置
９０  第１の排気油量制御弁
９２  第２の排気油量制御弁
９４  排気カムシャフト位相器
９６  排気位相調整油量制御弁
【図１】
2012180832.tif 000003
【図２】
2012180832.tif 000004
【図２Ａ】
2012180832.tif 000005
【図２Ｂ】
2012180832.tif 000006
【図２Ｃ】
2012180832.tif 000007
【図２Ｄ】
2012180832.tif 000008
【図３】
2012180832.tif 000009
【図４】
2012180832.tif 000010
【図５】
2012180832.tif 000011
【図６】
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【図７】
2012180832.tif 000013
【図８】
2012180832.tif 000014
【図９】
2012180832.tif 000015
【図１０】
2012180832.tif 000016
【図１１】
2012180832.tif 000017
【外国語明細書】
2012180832000001.pdf