JP2008518144A

JP2008518144A - 弁揚程制御による乗り物のエンジンの制御方法

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Publication number: JP2008518144A
Application number: JP2007537359A
Authority: JP
Inventors: ジャキィゲゼ; スィールヴァンサヴィ; ローラーンクレプス
Original assignee: ルノー・エス・アー・エス
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2008-05-29
Also published as: FR2877047A1; WO2006045982A3; US20080121210A1; EP1807617A2; WO2006045982A2

Abstract

本発明は乗り物のエンジンの制御方法に関するものであり、排気行程において、排気弁の少なくとも１つに開動作が与えられている間に、排気弁が設けられたシリンダの吸気弁の少なくとも１つに開動作を与え、これらの開動作を同時に始めることにより、高圧吸気に燃焼ガスの一部を貯め、その燃焼ガスを次の吸気の間にシリンダに再導入する。この場合、吸気弁の弁揚程量を排気弁の弁揚程量よりも小さくし、吸気弁の閉動作の完了後に排気弁の閉動作が完了するようにする。

Description

本発明は乗り物のエンジンに関するものである。

乗り物の内燃エンジンにおいては、従来排気ガス再循環すなわちＥＧＲが行なわれている。この場合、たとえば、圧縮点火ディーゼルエンジンにおいて、ある動作点において、不燃焼ガスを再循環する。ディーゼルエンジンにおいてＥＧＲガスの量を多くすると、大気への酸化窒素すなわちＮＯｘの排出がはっきりと減少する。

再循環排気ガス温度も汚染物質の排出、特にエンジンが低負荷のときの不燃焼ガスの排出に大きな影響を与える。特に、低負荷において不燃焼ガスの排出を減少させる試みがなされた。このように、ＮＯｘの排出を制限するために、ディーゼルエンジンにおいてはＥＧＲガス冷却システムが用いられている。しかし、エンジンが冷たく、酸化触媒が作用したときには、この冷却によってエンジン負荷が小さいときの不燃焼ガスの増加をもたらす。

低い負荷点のときすなわちエンジンの温度が低いときの不燃焼ガスの排出を制限するために、排気ガス熱交換器に再循環させる迂回路を設けることができる。これにより、暖かいＥＧＲガスが得られ、暖かいＥＧＲガスは不燃焼ガスの排出の減少には望ましい。この解決方法は、Ｅｕｒｏ４標準に矛盾しないが、制限される。将来のＥｕｒｏ５（すなわちＳｕｌｅｖ）標準においては煙、ＮＯｘ、不燃焼ガスの排出条件が非常に厳しくなる。ＮＯｘの排出の目標を達成するために、特にエンジンに大量のＥＧＲガスを供給することが検討されており、それによれば不燃焼ガスの排出の減少効果は明らかである。このような状況で、ＥＧＲガス冷却器の迂回は、エンジン排気において将来のＥｕｒｏ５標準に矛盾しない不燃焼ガスの量を得るのにもはや十分ではない。
米国特許第６１７０４７４号明細書米国特許第５８０９９６４号明細書国際公開第００／６１９３０号パンフレット

本発明は汚染物質の制御基準に関するエンジン性能のさらなる改良を目的とする。

この目的のため、本発明は、排気弁の少なくとも１つに開動作が与えられている間に、上記排気弁が設けられたシリンダの吸気弁の少なくとも１つに開動作を与える乗り物のエンジンの制御方法を提供する。

本発明の方法は以下の特徴の少なくとも１つを有する：
−上記２つの開動作を同時に始めること；
−上記吸気弁の開動作が始まった後に、上記排気弁の開動作を開始すること；
−上記２つの開動作の弁揚程量（amplitude）が異なること；そして
−上記排気弁に閉動作が与えられている間に、上記吸気弁に閉動作を与えること。

本発明はまた、排気弁の少なくとも１つに閉動作が与えられている間に、上記排気弁が設けられたシリンダの吸気弁の少なくとも１つに閉動作を与える乗り物のエンジンの制御方法を提供する。

本発明の方法は以下の特徴の少なくとも１つを有する：
−上記排気弁の閉動作が完了する前に、上記吸気弁の閉動作が完了すること；
−上記２つの閉動作が同時に始まること；
−上記２つの閉動作の弁揚程量が異なること；そして
−上記排気弁に開動作が与えられている間に、上記吸気弁に開動作を与えること。

これらの２つの方法は以下の特徴の少なくとも１つを有する：
−上記排気弁が閉を保ち、この間に上記吸気弁が開となったのち閉となること；
−エンジンサイクルの間、上記吸気弁が２回開となり、上記排気弁が１回開となること；
−上記２つの開動作の弁揚程量が異なること；
−上記吸気弁が閉を保ち、この間に上記排気弁が開となったのち閉となること；
−エンジンサイクルの間、上記排気弁が２回開となり、上記吸気弁が１回開となること；
−上記排気弁の上記２つの開動作の弁揚程量が異なること；
−エンジン負荷があらかじめ定められた値よりも小さいときに、実行されること；そして
−エンジンが直接噴射ディーゼルエンジンであること。

本発明はまた：
−少なくとも１つのシリンダ；並びに
−上記シリンダに設けられた吸気弁および排気弁を有し、
上記排気弁に開動作が与えられている間に、上記吸気弁に開動作を与えるようにする制御手段を有する乗り物のエンジンを提供する。

最後に、本発明は、：
−少なくとも１つのシリンダ；並びに
−上記シリンダに設けられた吸気弁および排気弁を有し、
上記排気弁に閉動作が与えられている間に、上記吸気弁に閉動作を与えるようにする制御手段を有する乗り物のエンジンを提供する。

本発明の他の特徴および効果は、非限定的な例として示された、本発明の２つの望ましい実施の形態の以下の記述と添付の図面によってより明らかになるであろう。添付の図面において、
−図１は本発明の望ましい実施の形態によるエンジンの概略図、
−図２は本発明方法の２つの典型的な実施の形態における弁揚程曲線を示す図、
−図３は従来技術のエンジンと図２に示した２つの典型的な実施の形態との比較実験結果を示すグラフで、コラムおよび左のＹ軸は炭化水素の排出量を示し、線および右のＹ軸は燃料消費量を示し、そして
−図４は図３と同様の炭化水素の排出量および排気温度を示すグラフである。

図１は本発明の望ましい実施の形態によるエンジン２を示す概略図である。このエンジンは、ターボチャージャ８のコンプレッサ６と接続された空気フィルタ４を有する。配管１０は間接的にコンプレッサを吸気ディストリビュータ１２に接続しており、吸気ディストリビュータ１２はエンジンのシリンダヘッド１４に設けられたシリンダ１５に吸込まれる気体を制御する。各シリンダ内にはピストン（図示せず）が設けられている。さらに、各シリンダには少なくとも１つの吸気弁および少なくとも１つの排気弁が設けられ、吸気弁および排気弁は２つが望ましい。排気弁の動作は排気ディストリビュータ１６によって制御される。エンジンは排気ガスを再循環するための外部の回路１８を有しており、回路１８はシリンダヘッドから出た排気ガスの一部を取り込み、ディストリビュータ１２の上流の吸気回路に排気ガスの一部を再注入する。回路１８により再循環される排気ガスの量は弁２０によって通常の方法により制御される。回路１８は図示しない冷却器および迂回路を有する。排気ガスの一部は再循環されず、ターボチャージャ８のタービン２２を循環し、特に酸化触媒２６を有する排気装置２４に送られる。

エンジン負荷が中程度および大きい動作点において、外部ＥＧＲ回路１８は吸気回路にしっかり冷した燃焼ガスを供給する。事実、これらの動作点において、主にＮＯｘの排出が少なくなる。不燃焼ガスの排出は比較的少なくなり、酸化触媒はすでに作用している。

この場合、再循環する排気ガスの量を増加する試みがなされ、負荷が小さいときあるいはエンジン温度が低いときのエンジン動作点において燃料消費量の過度の増加をなくすことができる。この目的のために、ディストリビュータ１２および１６を使用した吸気弁および排気弁の適切な制御を行なうことにより、排気ガスは回路１８を通すことなく内部で再循環される。

このように、内部ＥＧＲガスの量を増加するために、弁揚程制御はディストリビュータ１２および１６によって修正される。

本発明方法の２つの望ましい実施の形態は内部ＥＧＲの量を増加する。

図２を参照して、実施の形態１について説明する。要約すると、通常のエンジンサイクルを完全にするために、排気のために排気弁を開としている間に、吸気弁を開とすることを行なう。

図２のグラフはＸ軸にエンジンのクランク軸角を示し、Ｙ軸に各弁のハウジングの外側への移動量を示す。

さらに正確には、実施の形態１において、シリンダ内のガスを移動させるために排気弁の開動作が開始される（曲線２）と同時に、吸気弁の開動作が開始される（曲線１）。しかし、２つの開動作は異なる弁揚程量を有し、吸気弁の弁揚程量は排気弁の弁揚程量よりも小さい。全ての弁が同じ速度で動き、指定された開位置に達してから各弁の閉動作が始まるから、排気弁の開動作が完成しないうちに、吸気弁の閉動作が開始するということになる。吸気弁の閉動作の進行中に、排気弁の閉動作が開始し、続く。最後に、排気弁の閉動作が完了する前に時間的にずれて、たとえばクランク軸角が８０°ずれて、吸気弁の閉動作が完了する。ピストンがシリンダ内の上死点に達したとき、後の動作は周知のように完了する。

サイクルの第２の部分において、従来と同様に２つの吸気弁は開となったのち閉となって吸気を行なう。この場合、弁揚程量は通常のものである。正確には、ピストンが上死点に達したとき、吸気弁の開動作が始まる。

したがって、図２に示すように、エンジンサイクルの間に、各吸気弁が２度開となり、各排気弁が１度開となる。さらに、各吸気弁の２つの連続する開は互いに異なる弁揚程量を有しており、弁揚程量は吸気の間より排気の間の方が小さい。

図２を参照して、実施の形態２について述べる。

この場合、吸気と排気の通常のサイクルに加えて、吸気弁により吸気している間に、排気弁が開となる。

さらに正確には、以下のようなサイクルが起こる。排気弁が通常の排気を行なうために閉となったのちに開となる間（曲線２）に、吸気弁がまず閉を保持する（曲線１）。ピストンが上死点に達したとき、排気弁の閉により排気は完了する。このとき、吸気弁の開動作が始まり、その後例えばクランク軸角が約６０°になったとき、排気弁の開動作が始まる。したがって、ある期間の間は、排気弁と吸気弁の開動作が同時に起こる。排気弁の動作が完了する前に、吸気弁がその軌道の端に到達する。したがって、排気弁の開動作がまだ完了しない間に、吸気弁の閉動作が始まる。排気弁の開動作が完了すると、サイクルのあるポイントにおいて、排気弁と吸気弁の閉動作が同時に起こる。サイクルのこの時期において、排気弁の軌道は吸気弁の軌道よりも長くなく、サイクルは２つの閉動作が同時に完了するように調整されている。さらに、吸気弁の動作の間の排気弁の弁揚程量は通常の排気行程の間の弁揚程量よりも小さい。

したがって、このサイクルの間に、各排気弁が２度開となり、各吸気弁が１度開となることが明らかである。さらに、各排気弁の連続する２つの開は互いに異なる弁揚程量を有し、弁揚程量は排気の間よりも吸気の間の方が小さい。

これらの制御を行なうディストリビュータ１２および１６として従来技術のディストリビュータを使用することができる。

実施の形態１において、排気行程の間の２つの吸気弁の開は高圧吸気に燃焼ガスの一部を貯めるのに役立ち、その燃焼ガスは次の吸気の間にシリンダに再導入される。すなわち、このＥＧＲガスの短いループは従来回路の場合よりも高温の排気ガスが入るようにしている。

実施の形態２において、吸気行程の間に２つの排気弁が開となり、シリンダに新鮮な空気が入ると同時に高温の燃焼ガスが入る。この実施の形態において、燃焼ガスは特に高温である。

これらの２つの戦略のそれぞれは、燃料消費量の増加なしに不燃焼ガスの排出を十分に減少させる。

事実、エンジンの回転数が１分間に１５００回転であり、ＴＤＣが１０^５Ｐａである動作点で、実施の形態１を適切に適用するならば、この方法により、図３に示すように、余計な燃料消費なしに炭化水素の排出を４０％まで減少することができる。この実施の形態において、図４に示すように、排気温度の上昇はない。実施の形態２とは逆に、実際に標準法則に関しては、エンジンを満たすことができ、内部ＥＧＲガスの温度は低い。

実施の形態２の場合において、もしエンジンの回転数が１分間に１５００回転であり、ＴＤＣが１０^５Ｐａである同じ動作点を考慮するならば、余計な燃料消費なしに、炭化水素の排出を７０％減少することができる。図４に示すように、排気温度を約３５℃だけ高くすることができる。この増加は標準法則に関しては、エンジンを満たすことがないためである。吸気行程の間の排気弁の開は、高温の（低い密度の）燃焼ガスによってシリンダを満たすことを引き起こし、燃焼ガスは外部ＥＧＲの同じ量よりも大きなスペースを占有する。

実施の形態２は不燃焼ガスの排出を大きく減少することができ、排気温度を高くすることができる。実施の形態２の効果は明らかであるが、実施の形態１の効果も明らかである。

本発明は全てのエンジンに適用することができ、シリンダの弁の数（１または２の排気弁、１または２の吸気弁）にかかわらず、また弁のパターンすなわち弁が０°か９０°にかかわらず、本発明を適用することができる。

実施の形態１において、吸気弁は排気行程の間に開き、高圧吸気に燃焼ガスの一部を貯め、その燃焼ガスは次の吸気の間にシリンダに再導入される。このＥＧＲガスの短いループにより従来回路の場合よりも高温の排気ガスが入る。

実施の形態２において、吸気の間に２つの排気弁が開き、高温の燃焼ガスが新鮮な空気と同時に導入される。したがって、燃焼ガスは非常に高温である。

これらの２つの戦略は多くの効果を奏する。これらは特にディーゼルエンジンに好適である。排気弁と吸気弁の同時の開は、ピストンと弁の間の衝撃を起こすことなく、内部ＥＧＲの増加をはっきりともたらす。さらに、特別の燃料消費を伴わない。排気弁と吸気弁の同時の開は、ＢＤＣのネガティブループに衝撃を与えない。

本発明は、エンジンの負荷が小さいときの動作点において、あるいはエンジン温度が低いときに、燃料消費量の増加なしに、内部ＥＧＲガスの量を増加することができる。負荷が中程度および大きい動作点において、外部ＥＧＲ回路はしっかり冷えた燃焼ガスをエンジンに供給する。事実、これらの動作点において、ＮＯｘの排出を減少することができ、不燃焼ガスの排出を少なくすることができ、酸化触媒を作用させるとができる。

明らかに、本発明にその範囲を越えることなく多くの変形を与えることができる。このように、実施の形態１および２にたくさんの態様を考えることができる。

まず、排気弁の開動作の後に吸気弁の開動作が始まるようにしてもよい。同様に、同時に全ての弁が閉じるようにしてもよい。これらの軌道は同行程である。

実施の形態２において、吸気弁の閉動作が完了する前に排気弁の閉動作が完了するようにしてもよい。同様に、排気弁および吸気弁の開動作が同時に始まるようにしてもよい。これらの軌道には同じスパンが与えられる。

本発明の望ましい実施の形態によるエンジンの概略図である。本発明方法の２つの典型的な実施の形態における弁揚程曲線を示す図である。従来技術のエンジンと図２に示した２つの典型的な実施の形態との比較実験結果を示すグラフで、コラムおよび左のＹ軸は炭化水素の排出量を示し、線および右のＹ軸は燃料消費量を示す。図３と同様の炭化水素の排出量および排気温度を示すグラフである。

Claims

排気行程において、排気弁の少なくとも１つに開動作が与えられている間に、上記排気弁が設けられたシリンダ（１５）の吸気弁の少なくとも１つに開動作を与え、これらの開動作を同時に始めることを特徴とする乗り物のエンジン（２）の制御方法。
上記２つの開動作の弁揚程量が異なることを特徴とする請求項１に記載の方法。
上記排気弁に閉動作が与えられている間に、上記吸気弁に閉動作が与えられることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
吸気行程において、排気弁の少なくとも１つに閉動作が与えられている間に、上記排気弁が設けられたシリンダ（１５）の吸気弁の少なくとも１つに閉動作を与え、これらの閉動作を同時に始めることを特徴とする乗り物のエンジン（２）の制御方法。
上記２つの閉動作の弁揚程量が異なることを特徴とする請求項４に記載の方法。
上記排気弁に開動作が与えられている間に、上記吸気弁に開動作が与えられることを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
上記排気弁が閉を保ち、この間に上記吸気弁が開となったのち閉となることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
エンジンサイクルの間、上記吸気弁が２回開となり、上記排気弁が１回開となることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
上記吸気弁の２つの開の弁揚程量が異なることを特徴とする請求項８に記載の方法。
上記吸気弁が閉を保ち、この間に上記排気弁が開となったのち閉となることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
エンジンサイクルの間、上記排気弁が２回開となり、上記吸気弁が１回開となることを特徴とする請求項１乃至６、１０のいずれかに記載の方法。
上記排気弁の２つの開の弁揚程量が異なることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
エンジン負荷があらかじめ定められた値よりも小さいときに、実行されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法。
エンジンが直接噴射ディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法。
−少なくとも１つのシリンダ（１５）；並びに
−上記シリンダに設けられた吸気弁および排気弁を有し、
上記排気弁に開動作が与えられている間に、上記吸気弁に開動作を与え、これらの２つの開動作を同時に始めるようにする制御手段を有することを特徴とする乗り物のエンジン（２）。
−少なくとも１つのシリンダ（１５）；並びに
−上記シリンダに設けられた吸気弁および排気弁を有し、
上記排気弁に閉動作が与えられている間に、上記吸気弁に閉動作を与え、これらの２つの閉動作が同時に完了するようにする制御手段を有することを特徴とする乗り物のエンジン（２）。