(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ毎に少なくとも二つの排気バルブ（２、３）を有する内燃機関であり、各シリンダの少なくとも一つの第１排気バルブ（２）が第１触媒（１０）へ接続され、各シリンダの少なくとも一つの第２排気バルブ（３）が前記第１触媒の上流に配置された第２触媒（１３）を介して前記第１触媒（１０）へ接続され、前記第１排気バルブ（２）又はそれらの出口が、前記機関がまだ低温である間に始動することに関連して、前記機関の運転の選択された期間の間、閉じられたままとされ得るように構成され、この運転の期間の間の全ての排気ガスの放出が前記第２排気バルブ（３）を介して果たされる、内燃機関であって、
前記第２排気バルブ（３）が、運転の前記選択された期間の間において、その他の運転の間よりも、大きな開弁量を有するように構成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記第２排気バルブ（３）が、運転の前記選択された期間の間において、その他の運転の間よりも、早期に開くように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記第１排気バルブ（２）が、前記その他の運転の間において、前記第２排気バルブ（３）よりも、早期に開き、早期に閉じるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記第１排気バルブ（２）が、前記その他の運転の間において、ピストンがその下死点に到達する前に開くように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記第１排気バルブ（２）が、第１排気マニホールド（４）を介して、前記機関に過給するためのターボ圧縮機の排気ガスタービン（１４）へ接続されることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、請求項１の特徴部分の前の節に記載されたような内燃機関に関する。
【０００２】
従来の技術
内燃機関においては、今や、シリンダ毎に少なくとも二つの排気バルブが有るのが普通であり、排気バルブが一つだけのものよりシリンダ内のガス交換をより良好に行うことが出来るようにしている。各排気バルブは通常、同期的に作動するが、例えば英国特許第2105286号(GB2105286)により、特別な方法で排気ガス流を分けるように各排気バルブを所定の相互タイムラグをもって開かせることも又知られている。上記明細書によれば、排気ガスは、ピストンがその下死点にある時に排気ガスの高圧力を利用するように排気バルブの一つを介して排気ガスタービンに供給される一方で、別の排気バルブは遅れて開き、圧力の低くなった残りの排気ガスを排気ガスタービンを越して導く。
【０００３】
しかしながら、常温起動(cold-starting)に関連し、排気ガスタービンが、排出物質(emissions)を制御する触媒の加熱を遅らせる温度低下をもたらすという問題がある。
【０００４】
本発明の目的
本発明の目的は、特に常温起動の時に、改善された排出制御(emission control)を可能にする内燃機関を製造することである。本発明の他の目的は、その他の点については良好な機関性能を維持することである。
【０００５】
発明の説明
本発明の目的は、請求項１に述べた特徴を有する、導入部分(introduction)に示したような内燃機関によって達成される。
【０００６】
運転の選択された期間の間、所定の排気バルブを閉じたままにすることが可能であることによって、通常とは異なるように分けられた排気ガス流を制御し、それが少なくとも周期的に通常とは異なる経路に導かれるようにすることが可能である。これは、有利には、機関がまだ低温である間に始動することに関連して利用され得る。この方法では、始動時において、小さい触媒に全ての排気ガスを供給することができ、それ故に急速に加熱され、効力を生ずる。機関が高温である時には、以前に閉じられていたバルブが開かれて、排気ガス流の通常の分配(normal division)が得られるようにする。
【０００７】
他の排気バルブが閉じられたままである間に開くことが可能な排気バルブが排気ガス流を処理することが可能であるように、これら開くことが可能な排気バルブは、運転のこの期間の間においてその他の運転の間よりも大きな開度を有することができ、それらは更に、運転のこの期間の間においてその他の運転の間よりも早期に開くことが可能である。
【０００８】
本発明に従った解決策の更なる特徴及び利点が、説明及び他の請求項から明らかになる。
【０００９】
本発明は、図面に示された例示的実施形態を参照し、以下でより詳細に説明される。
【００１０】
例示的実施形態の説明
図１は、本発明に従った多シリンダ内燃機関１を線図的に示している。機関の各シリンダは少なくとも二つの排気バルブ２及び３を有している。排気ガスは、シリンダの第１排気バルブ２から各シリンダに対して共通の第１排気マニホールド４へ導き出される。シリンダの第２排気バルブ３からは、排気ガスが各シリンダに対して共通の第２排気マニホールド５へ導き出される。第１排気マニホールド４は、第１排気パイプ１１を介して第１触媒１０へ接続され、第２排気マニホールド５は、第２触媒１３がある第２排気パイプ１２を介して第１触媒１０へ接続される。通常の方法で、一つ以上のサイレンサ（図示無し）が第１触媒１０の下流に配置される。
【００１１】
図２は、排気駆動タービンによって駆動されるコンプレッサーによって過給するように装備された、図１の機関を示す。この場合には、排気ガスタービン１４が排気パイプ１１に接続され、従ってこのタービン１４は第１排気マニホールド４及び第１排気バルブ２から排気ガスを供給される。排気ガスタービン１４によって駆動されるコンプレッサー１５は、機関に過給空気(charge air)を供給するが、この空気は、通常の方法で機関に供給される前にインタークーラー１６で冷却される（詳細には示されていない）。
【００１２】
機関１が始動される時、そしてそれがまだ低温である間は、第１バルブ２は閉じたままであり、全ての排気ガスの放出は第２バルブ３を介してなされ、この第２バルブ３は全ての排気ガスを第２触媒１３に第２排気マニホールド５を介して供給する。始動に関して、機関からピークパワーは必要とされず、この理由のために、第２触媒１３は、比較的少ない排気ガス流量に対して寸法決定されることが可能であり、機関に接近して又は非常に接近して配置されることが出来る。このようにして、この触媒は急速に加熱され、良好に作用することが達成され得るので、始動時に大変素早く効果的な排出制御が達成される。第２触媒１３が作用している間に、第１触媒１０が加熱される。それは通常、始動から約３０秒後に使用可能となる。第１触媒１０がこのようにして高温になった時、第１排気バルブ２が排気ガスを第１排気マニホールド４へ排出し、続いてそこから第１触媒１０へ供給することが出来るように、各第１排気バルブ２が作用状態にセットされる。排気ガス流量の所定の割合は、第１触媒１０への経路の途中で第２触媒１３を通過し続けることが可能である。
【００１３】
図２に従った例では、排気ガスエネルギーが排気ガスタービン１４を作動するのに使用されるが、その他の点における機能(functioning)は、図１の機関に対するのと同じである。
【００１４】
各シリンダにおける排気バルブの制御は、所望の機能を達成するために、及び異なる排気ガス流量の間で所望の比率を達成するために、多くの異なる方法で達成され得る。所定の期間、第１排気バルブを閉じたままにしておくことの不都合は、この期間、機関パワーが制限されることである。しかしながら、通常この不都合は、改善される排出制御に関する利益と比較して小さい。
【００１５】
図２に従った実施形態に適する排気バルブ２及び３の制御が、機関が低温の場合に関して図３に示され、機関が高温の場合に関して図４に示されている。各図において、左側の線図ａ）は第１排気バルブ２を表し、右側の線図ｂ）は第２排気バルブ３を表す。各線図において、Ａはピストンの上死点、Ｂはピストンの下死点、Ｃは排気バルブの開位置、Ｄは排気バルブの閉位置を示し、Ｅは排気バルブの開放時間を示す。
【００１６】
図３によってわかるように、機関が低温の場合には、第１排気バルブ２（図３ａ）は閉じられたままであり、その一方、第２排気バルブ３（図３ｂ）は、下死点Ｂの手前約３０°のＣにおいて開き、上死点Ａの後約１５°のＤまで開いたままである。それ故、全ての排気ガスの放出は、約２２５°の長い開放時間Ｅの間に、第２排気バルブ３を介して果たされる。
【００１７】
図４によると、機関が高温の場合には、第１排気バルブ２（図４ａ）が機能し始めて、下死点Ｂの手前約４５°のＣにおいて開き、上死点Ａの手前約３０°のＤまで開いたままである。従って、開放時間Ｅは、この場合には約１９５°であるが、これは排気マニホールドへ接続されるシリンダの数に依存する。ここで示された角度で測った値は、４シリンダ機関に対する単なる一例である。第２排気バルブ３（図４ｂ）は、今度は前の場合よりも僅かに遅れて、実際には、下死点Ｂの後約３０°のＣにおいて開き、前の場合と同じ点まで、即ち、上死点Ａの後約１５°のＤまで開いたままである。バルブ２とバルブ３との間のこの開放時間の分配(division)により、タービン１４への効果的な圧力供給が提供され、同時に、低圧の排気ガスはタービンを越して一つ以上の触媒及びサイレンサを介して大気へ導かれる。
【００１８】
図２に従った実施形態の特別な利点は、始動時において、低温のタービン１４によって引き起こされる大きな温度低下が防止され、急速に活性化された第２触媒１３が、通常の第１触媒１０が加熱される間、初めに使用され得ることである。排気行程の分配(the division of the exhaust stroke)は又、例えば、シリンダをより上手く空にする(improved emptying of the cylinder)等、他の利点を有する。
【００１９】
機関が低温である時に、十分に大きな排気ガス流量を処理することが出来るように、機関が高温である時よりも機関が低温である時に、第２排気バルブがより大きく開くことが可能であれば、即ち、より大きな上昇移動量(lifting movement)を有すれば、適当である。
【００２０】
高パワーレベルにおいては、排気ガスの大部分はメイン触媒(main catalyst)を通過するので、第２触媒１３は、機関の全負荷(full load)における最大排気ガス流量の約２０〜２５％を処理することが可能であるように適切に設計され得る。第２触媒は、それでもやはり、急速な加熱を受けるように出来るだけ機関に接近して配置されるべきである。
【００２１】
通常の機関においては、普通、各バルブに対するバルブリフター(valve lifter)によって排気バルブ２及び３の両方を作動させるように、共通のカムシャフト上の別体の単一カム(separate, single cams)が使用される。そしてこれらのバルブは固定されたバルブタイミングを有する。排気バルブ２及び３の調節可能性(adjustability)は、この目的のための公知の装置によって異なる多くの方法で達成され得る。調節可能性のための可能な実施形態の例が、図５及び図６に示されている。
【００２２】
図５は、調節可能バルブリフター３０がカムシャフト３８上のカム部材３５によって作用される構成を示している。バルブリフター３０は、内側部分３１と外側部分３２とを有し、これらは、互いに対して軸方向に固定され得る（図５ａ及び図５ｃ）、又は互いに対して軸方向に移動可能である（図５ｂ）。カム部材３５は、中央カム３６と、その中央カム３６の各側に一つ配置された二つの外側カム３７とから構成される。
【００２３】
機能は以下の通りである。
図５aにおいて、排気バルブ２は、全てのカム３６、３７の頂部がバルブリフター３０から離れて、上方へ回されることによって閉位置に保持される。図５ｂにおいては、カムシャフト３８は半回転回転され、カム３６、３７の頂部が、バルブリフター３０に作用するように、下方に回される。これは、ここで調節位置に配置され、そこにおいて外側部分３２は、バルブ３に接続された内側部分３１に対して変位可能である。結果として、外側カム３７は、中央カム３６だけによって作用される内側部分３１に対して外側部分３２を変位させることが可能で、この場合にはバルブ２を僅かに開く。
【００２４】
図５ｃにおいては、カムシャフト３８とカム部材３５は、図５ｂと同じ回転位置に配置されるが、バルブリフター３０の内側部分３１及び外側部分３２は、この場合には、互いに対して固定される。結果として、カム部材３５は、外側カム３７及びバルブリフター３０の外側部分３２を介して、バルブリフター３０を
押し下げ、バルブ２が開かれるようにする。
【００２５】
バルブリフター３０の内側部分３１と外側部分３２との間の相互固定は、バルブリフターと結合されたオイル導管(oil ducts)（図示無し）を介して、バルブリフターにおいて液圧式に調整される。カム形状の選択や異なるカム間の相互変位によって、バルブは要求通りに制御され得る。
【００２６】
図６は、別のタイプの構成を示しており、ここでは、（詳細には示されていない）カムシャフト上のカム４０が接触アーム４１を介して排気バルブ２に作用し、この接触アーム４１の一方の端部は、シリンダヘッドに配置された作動デバイス４３によって異なる高さの位置に調節され得る。
【００２７】
図６ａにおいては、接触アーム４１の端部４２はその最低位置に配置され、この位置はカム４０の頂部が接触アーム４１を圧迫する時にバルブ２が閉じられたままであるように選択される。一方、図６ｂにおいては、端部４２は作動デバイス４３によって、カム４０の頂部が接触アーム４１を圧迫する時にバルブ２が開く位置へ上昇させられる。バルブ２の開きの度合い（開度）は、端部４２を異なる高さの位置へ液圧式に調節することによって変化され得る。又、カム４０の形状及び位置を変化させることによって、バルブ２の開放時間及び閉鎖時間を必要及び所望に応じて変化させることが可能である。
【００２８】
図５及び図６に示された装置は、ドイツの会社のＩＮＡモートレンエレメンテシャエフラーＫＧ(INA Motorenelemente Schaeffler KG)によって販売されており、それ故、概略のみを説明した。本発明に従って求められるバルブ機能を達成するために他の実施形態も又可能である。
【００２９】
始動の後の所定の時間の間、排気バルブ２を閉じたままにする代わりに、それらの出口、即ち第１排気パイプ１１を、排気ガス流量の所望の分配を達成するように開閉され得るバルブによって閉じることも又可能である。このような構成の例が図１及び図２に示されており、そこでは、バルブ３０が第１排気パイプ１１に取付けられている。図２の構成においては、バルブ３０は排気ガスタービン１４の上流に適切に取付けられ得るが、排気ガスタービン１４の下流の３０′に配置することも又可能である。示されたバルブ３０は、有利には電気制御され、当然のことながら、機関の運転の大部分の間において開位置にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明に従った内燃機関を線図的に示している。
【図２】  図２は、ターボチャージャで過給するように構成された機関を示している。
【図３】  図３は、低温状態(cold state)における、図１及び図２に従った機関のための排気バルブに関するバルブ線図(valve diagram)を示す。
【図４】  図４は、図３に対応するが、代わりに高温の機関の場合を示している。
【図５】  図５は、バルブ動作(valve actuation)のための構成を示している。
【図６】  図６は、バルブ動作のための異なる構成を示している。
【図１】
0004319353.tif 000002
【図２】
0004319353.tif 000003
【図３】
0004319353.tif 000004
【図４】
0004319353.tif 000005
【図５】
0004319353.tif 000006
【図６】
0004319353.tif 000007