(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022166843
(43)【公開日】2022-11-02
(54)【発明の名称】内燃機関システム
(51)【国際特許分類】
F02M 26/71 20160101AFI20221026BHJP
F02D 17/02 20060101ALI20221026BHJP
F02D 9/02 20060101ALI20221026BHJP
F02M 26/05 20160101ALI20221026BHJP
F02M 26/17 20160101ALI20221026BHJP
【ＦＩ】
F02M26/71
F02D17/02 L
F02D9/02 S
F02M26/05
F02M26/17
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022069558
(22)【出願日】2022-04-20
(31)【優先権主張番号】21169650.5
(32)【優先日】2021-04-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(71)【出願人】
【識別番号】512272672
【氏名又は名称】ボルボトラックコーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(74)【代理人】
【識別番号】100168642
【弁理士】
【氏名又は名称】関谷 充司
(74)【代理人】
【識別番号】100169018
【弁理士】
【氏名又は名称】網屋 美湖
(74)【代理人】
【識別番号】100217076
【弁理士】
【氏名又は名称】宅間 邦俊
(72)【発明者】
【氏名】ローラン・ブヴィル
(72)【発明者】
【氏名】リオネル・シモン
【テーマコード（参考）】
3G062
3G065
3G092
【Ｆターム（参考）】
3G062AA01
3G062AA04
3G062BA06
3G062CA01
3G062EC01
3G062ED10
3G065AA01
3G065AA04
3G065EA01
3G065HA05
3G065HA06
3G092AA02
3G092AA17
3G092AA18
3G092AC01
3G092AC08
3G092AC10
3G092CA07
3G092DC05
3G092DC09
3G092DF01
3G092EA28
3G092FA17
3G092GA01
3G092HD07Z
(57)【要約】 （修正有）
【課題】通常の動作モード及び２つの気筒休止モードをのそれぞれで動作可能な内燃機関システムを提供する。
【解決手段】吸気ライン１０に接続された第１の入口３１、ＥＧＲライン２０に接続された第２の入口３２、第１の吸気マニホールド６ａに接続された第１の出口３３、第２の吸気マニホールド６ｂに接続された第２の出口３４を有する４方向弁である混合ユニット３０を備え、第１の入口、第２の入口、第１の出口及び第２の出口が実質的にＸ型を形成し、第１の入口及び第２の入口が同軸に配置され、かつ第１の出口及び第２の出口が同軸に配置されて、第１の入口が第２の入口に対して斜めに対面し、かつ第１の出口が第２の出口に対して斜めに対面することを特徴とする。
【選択図】図２
【解決手段】吸気ライン１０に接続された第１の入口３１、ＥＧＲライン２０に接続された第２の入口３２、第１の吸気マニホールド６ａに接続された第１の出口３３、第２の吸気マニホールド６ｂに接続された第２の出口３４を有する４方向弁である混合ユニット３０を備え、第１の入口、第２の入口、第１の出口及び第２の出口が実質的にＸ型を形成し、第１の入口及び第２の入口が同軸に配置され、かつ第１の出口及び第２の出口が同軸に配置されて、第１の入口が第２の入口に対して斜めに対面し、かつ第１の出口が第２の出口に対して斜めに対面することを特徴とする。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のシリンダ（４）を収容するシリンダブロック（３）、第１のグループのシリンダ（４ａ）に接続された第１の吸気マニホールド（６ａ）、第２のグループのシリンダ（４ｂ）に接続された異なる第２の吸気マニホールド（６ｂ）、並びに前記第１及び第２のグループのシリンダ（４ａ，４ｂ）のそれぞれから排出された排気をそれぞれ受ける第１及び第２の排気マニホールド（８ａ，８ｂ）を含んだ内燃機関（２）と、
吸気ライン（１０）と、
前記第１及び第２の排気マニホールド（８ａ，８ｂ）に接続されたＥＧＲライン（２０）と、
前記吸気ライン（１０）に接続された第１の入口（３１）、前記ＥＧＲライン（２０）に接続された第２の入口（３２）、前記第１の吸気マニホールド（６ａ）に接続された第１の出口（３３）、並びに前記第２の吸気マニホールド（６ｂ）に接続された第２の出口（３４）を有する４方向弁を含んだ混合ユニット（３０）と、
を備え、
前記吸気ライン（１０）に接続された前記第１の入口（３１）、前記ＥＧＲライン（２０）に接続された前記第２の入口（３２）、前記第１の出口（３３）及び前記第２の出口（３４）が実質的にＸ型を形成し、
前記吸気ライン（１０）に接続された前記第１の入口（３１）、及び前記ＥＧＲライン（２０）に接続された前記第２の入口（３２）が同軸に配置され、かつ前記第１の出口（３３）及び前記第２の出口（３４）が同軸に配置されて、前記吸気ライン（１０）に接続された前記第１の入口（３１）が前記ＥＧＲライン（２０）に接続された前記第２の入口（３２）に対して斜めに対面するとともに、前記第１の出口（３３）が前記第２の出口（３４）に対して斜めに対面することを特徴とする、
内燃機関システム（１００）。
吸気ライン（１０）と、
前記第１及び第２の排気マニホールド（８ａ，８ｂ）に接続されたＥＧＲライン（２０）と、
前記吸気ライン（１０）に接続された第１の入口（３１）、前記ＥＧＲライン（２０）に接続された第２の入口（３２）、前記第１の吸気マニホールド（６ａ）に接続された第１の出口（３３）、並びに前記第２の吸気マニホールド（６ｂ）に接続された第２の出口（３４）を有する４方向弁を含んだ混合ユニット（３０）と、
を備え、
前記吸気ライン（１０）に接続された前記第１の入口（３１）、前記ＥＧＲライン（２０）に接続された前記第２の入口（３２）、前記第１の出口（３３）及び前記第２の出口（３４）が実質的にＸ型を形成し、
前記吸気ライン（１０）に接続された前記第１の入口（３１）、及び前記ＥＧＲライン（２０）に接続された前記第２の入口（３２）が同軸に配置され、かつ前記第１の出口（３３）及び前記第２の出口（３４）が同軸に配置されて、前記吸気ライン（１０）に接続された前記第１の入口（３１）が前記ＥＧＲライン（２０）に接続された前記第２の入口（３２）に対して斜めに対面するとともに、前記第１の出口（３３）が前記第２の出口（３４）に対して斜めに対面することを特徴とする、
内燃機関システム（１００）。
【請求項2】
前記４方向弁（３０）は、前記４方向弁の前記第１の入口（３１）及び第１の出口（３３）と流体接続された第１の部分（３８ａ）と、前記４方向弁の前記第２の入口（３２）及び前記第２の出口（３４）と流体接続された第２の部分（３８ｂ）と、を有し、前記第１及び第２の部分（３８ａ，３８ｂ）が中央開口（３８ｃ）によって分けられ、前記中央開口（３８ｃ）がフラップ（３９）によって選択的に閉じられる内室（３８）を画定するハウジング（３７）を備えた、
請求項１に記載の内燃機関システム（１００）。
請求項１に記載の内燃機関システム（１００）。
【請求項3】
前記フラップ（３９）が、前記内室（３８）の内部で回転可能に動く、
請求項２に記載の内燃機関システム（１００）。
請求項２に記載の内燃機関システム（１００）。
【請求項4】
前記フラップ（３９）は、対称的な第１及び第２の羽根（３９ａ，３９ｂ）に連結された中央ハブ（３９ｃ）を備えた、
請求項２又は３に記載の内燃機関システム（１００）。
請求項２又は３に記載の内燃機関システム（１００）。
【請求項5】
前記フラップ（３９）が、フラップ軸（３９ｄ）の周りを回転するように構成され、
前記フラップ軸（３９ｄ）が、前記４方向弁のハウジング（３７）の中央に配置されたハウジング軸（３７ｃ）と同軸に配置された、
請求項２～４のいずれか１つに記載の内燃機関システム（１００）。
前記フラップ軸（３９ｄ）が、前記４方向弁のハウジング（３７）の中央に配置されたハウジング軸（３７ｃ）と同軸に配置された、
請求項２～４のいずれか１つに記載の内燃機関システム（１００）。
【請求項6】
前記羽根（３９ａ，３９ｂ）が、前記フラップ軸（３９ｄ）からオフセットされた平面に延びる、
請求項４を引用する請求項５に記載の内燃機関システム（１００）。
請求項４を引用する請求項５に記載の内燃機関システム（１００）。
【請求項7】
前記４方向弁（３０）を制御するコントローラ（４０）を備えた、
請求項１～６のいずれか１つに記載の内燃機関システム（１００）。
請求項１～６のいずれか１つに記載の内燃機関システム（１００）。
【請求項8】
請求項１～７のいずれか１つに記載の内燃機関システム（１００）を備えた車両（１）。
【請求項9】
請求項１～７のいずれか１つに記載の内燃機関システム（１００）を動作させる方法であって、
Ａ．以下の中から前記内燃機関システム（１００）の動作モードを選択するステップと、
ｉ．すべてのシリンダ（４ａ，４ｂ）に燃料が供給される通常動作モード、
ｉｉ．前記第１のグループのシリンダ（４ａ）のシリンダに燃料が供給されないシリンダ休止モード、及び
ｉｉｉ．前記第２のグループのシリンダ（４ｂ）のシリンダに燃料が供給されないシリンダ休止モード、
Ｂ．ステップＡ）において選択された動作モードに応じて、前記４方向弁（３０）を制御するステップと、
を含んだ方法。
Ａ．以下の中から前記内燃機関システム（１００）の動作モードを選択するステップと、
ｉ．すべてのシリンダ（４ａ，４ｂ）に燃料が供給される通常動作モード、
ｉｉ．前記第１のグループのシリンダ（４ａ）のシリンダに燃料が供給されないシリンダ休止モード、及び
ｉｉｉ．前記第２のグループのシリンダ（４ｂ）のシリンダに燃料が供給されないシリンダ休止モード、
Ｂ．ステップＡ）において選択された動作モードに応じて、前記４方向弁（３０）を制御するステップと、
を含んだ方法。
【請求項10】
前記通常動作モードｉ）では、前記第１の吸気マニホールド（６ａ）及び前記第２の吸気マニホールド（６ｂ）に供給される吸気が、排気の同じ割合と空気の同じ割合を有している、
請求項９に記載の方法。
請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記シリンダ休止モードｉｉ）では、前記第２の吸気マニホールド（６ｂ）に供給される吸気が新気を含んでいる、
請求項９又は１０に記載の方法。
請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項12】
前記第１の吸気マニホールド（６ａ）に供給される吸気が排気を含んでいる、
請求項１１に記載の方法。
請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記シリンダ休止モードｉｉｉ）では、前記第１の吸気マニホールド（６ａ）に供給される吸気が新気を含んでいる、
請求項９～１２のいずれか１つに記載の方法。
請求項９～１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項14】
前記第２の吸気マニホールド（６ｂ）に供給される吸気が排気を含んでいる、
請求項１３に記載の方法。
請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
ステップＢ）において、前記４方向弁（３０）が、
１．前記通常動作モードｉ）に対応する前記４方向弁の第１の構成、
２．前記シリンダ休止モードｉｉ）に対応する前記４方向弁の第２の構成、及び
３．前記シリンダ休止モードｉｉｉ）に対応する前記４方向弁の第３の構成、
の中から選択された構成を達成するように制御される、
請求項９～１４のいずれか１つに記載の方法。
１．前記通常動作モードｉ）に対応する前記４方向弁の第１の構成、
２．前記シリンダ休止モードｉｉ）に対応する前記４方向弁の第２の構成、及び
３．前記シリンダ休止モードｉｉｉ）に対応する前記４方向弁の第３の構成、
の中から選択された構成を達成するように制御される、
請求項９～１４のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも３つの動作モード、即ち、通常の動作モード及び２つの気筒休止モードのそれぞれで動作可能な内燃機関に関する。
【0002】
本発明は、トラック、バス及び建設機械などの大型車両に適用することができる。トラックについて本発明を説明するが、本発明は、この特定車両に限定されず、バス、建設機械及び乗用車などの他の車両でも使用することができる。本発明は、船舶やボートなどの他の輸送手段でも使用することができる。最後に、本発明は、発電機（genset)やすべての産業機械の形態のような、エンジンの非推進適用例で使用することができる。
【背景技術】
【0003】
大型車両のディーゼル形式のエンジンなどの車両の内燃機関のために、排気後処理システム（ＥＡＴＳ）が通常備えられて、例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出を低減する。選択型触媒還元（ＳＣＲ）コンバータなどのユニットを含むことができるそのようなシステムは、効率的に放出を低減するために比較的高い排気温度を必要とする。
【0004】
しかしながら、燃料消費を低減する手段は、エンジンからＥＡＴＳへの熱損失を低減する可能性がある。従って、特に低負荷運転、低温の周囲温度、及び／又はコールドスタートにおいて、ＥＡＴＳは効率的に動作するのに十分な熱を得られない可能性がある。特に、ＳＣＲ触媒は、通常、排気温度が高いときにより有効である。従って、排気温度を上昇させることは、ＮＯｘ低減を向上してＮＯｘ放出を低減することを促進する。
【0005】
エンジンの排気温度を上昇させるために、既知の解決策は、一部のエンジンシリンダを休止、即ち、一部のエンジンシリンダにおける燃料供給及び空気吸入を遮断する。その結果、休止されたシリンダはもはや新気を吸引せず、（容積ポンプとして機能する）エンジンブロックに吸引される空気量はより小さくなる。副作用は、ターボチャージャの損失効率であるかもしれない。従って、動作中の各シリンダへと供給される質量空気流量は、通常の動作モードと比較して低下する可能性がある。これと同時に、エンジンシリンダへと噴射される全体の燃料流量は同じままであり、エンジンが同じ出力を伝達することを保証する。一部のシリンダが休止して燃料をもはや受け取らないので、残りのシリンダ、即ち、動作中のシリンダに噴射される燃料流量は数学的に多くなる。これらの条件下では、動作中のシリンダの内部の空気燃料比（ＡＦＲ）が低く、排気温度が上昇する。
【0006】
排気温度を上昇させると、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）のクリーニング、及びＮＯｘ放出低減などのいくつかの利点を持つことができる。
【0007】
排気温度の上昇に加えて、シリンダ休止は、燃料節約（特に、ガソリンエンジンの場合）などの他の有利な結果を持つことができる。
【0008】
しかしながら、従来の解決策は、エンジン構造がより複雑になるとともにエンジン周りの空き空間が少なくなり、エンジン組み立て、又はメンテナンス作業中の大きな欠点となる。
【0009】
特許出願ＥＰ／０７８９０６は、ＥＧＲラインに接続された第１の入口、吸気ラインに接続された第２の入口、第１の吸気マニホールドに接続された第１の出口、及び第２の吸気マニホールドに接続された第２の出口を持つ４方向弁を備えた混合ユニットを含む内燃機関システムを開示している。第１の入口はＥＧＲラインに接続され、第２の出口は同軸に配置され、第２の入口は吸気ラインに接続され、かつ第１の入口は同軸に配置されて、ＥＧＲラインに接続された第１の入口が第２の出口に対して斜めに対面し、吸気ラインに接続された第２の入口が第１の出口に対して斜めに対面する。
【0010】
それにもかかわらず、この内燃機関システムのデザインは、理論的な計算に基づいている。この内燃機関システムは、エンジンに関して比較的簡単な構造を維持しつつ、エンジンシリンダに供給される新気及び排気の流れを制御することを可能にするとともに、システム全体寸法への影響を少なくするが、実際には、新気及び排気の流れを更に最適化することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明の目的は、少なくとも３つの動作モード、即ち、通常の動作モード、及び一部のエンジンシリンダが休止して既知の解決策の欠点が回避された２つの気筒休止モードのそれぞれで動作可能な内燃機関システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
この目的は、以下の内燃機関システムによって達成される。内燃機関システムは、
複数のシリンダを収容するシリンダブロック、第１のグループのシリンダに接続された第１の吸気マニホールド、第２のグループのシリンダに接続された異なる第２の吸気マニホールド、並びに第１及び第２のグループのシリンダのそれぞれから排出された排気をそれぞれ受ける第１及び第２の排気マニホールドを含んだ内燃機関と、
吸気ラインと、
第１及び第２の排気マニホールドに接続されたＥＧＲラインと、
吸気ラインに接続された第１の入口、ＥＧＲラインに接続された第２の入口、第１の吸気マニホールドに接続された第１の出口、及び第２の吸気マニホールドに接続された第２の出口を持つ４方向弁を含んだ混合ユニットと、
を備え、
吸気ラインに接続された第１の入口、ＥＧＲラインに接続された第２の入口、第１の出口、及び第２の出口が実質的にＸ型を形成し、
吸気ラインに接続された第１の入口、及びＥＧＲラインに接続された第２の入口が同軸に配置されるとともに、第１の出口及び第２の出口が同軸に配置されて、吸気ラインに接続された第１の入口が、ＥＧＲラインに接続された第２の入口に対して斜めに対面し、第１の出口が第２の出口に対して斜めに対面することを特徴とする。
複数のシリンダを収容するシリンダブロック、第１のグループのシリンダに接続された第１の吸気マニホールド、第２のグループのシリンダに接続された異なる第２の吸気マニホールド、並びに第１及び第２のグループのシリンダのそれぞれから排出された排気をそれぞれ受ける第１及び第２の排気マニホールドを含んだ内燃機関と、
吸気ラインと、
第１及び第２の排気マニホールドに接続されたＥＧＲラインと、
吸気ラインに接続された第１の入口、ＥＧＲラインに接続された第２の入口、第１の吸気マニホールドに接続された第１の出口、及び第２の吸気マニホールドに接続された第２の出口を持つ４方向弁を含んだ混合ユニットと、
を備え、
吸気ラインに接続された第１の入口、ＥＧＲラインに接続された第２の入口、第１の出口、及び第２の出口が実質的にＸ型を形成し、
吸気ラインに接続された第１の入口、及びＥＧＲラインに接続された第２の入口が同軸に配置されるとともに、第１の出口及び第２の出口が同軸に配置されて、吸気ラインに接続された第１の入口が、ＥＧＲラインに接続された第２の入口に対して斜めに対面し、第１の出口が第２の出口に対して斜めに対面することを特徴とする。
【0013】
特定のデザインを持つ４方向弁を含んだ混合ユニットを備えた内燃機関システムを提供することによって、その利点は、エンジンシリンダに供給される新気及び排気の流れの制御が改善されるということである。本当に、本発明者らは、実際のところ、４方向弁のデザインが新気及び排気の流れパターンに重要な影響を及ぼすことを発見した。吸気ラインに接続された第１の入口、及びＥＧＲラインに接続された第２の入口が同軸に配置され、かつ第１の出口及び第２の出口が同軸に配置されているので、吸気ラインに接続された第１の入口がＥＧＲラインに接続された第２の入口に対して斜めに対面し、第１の出口が第２の出口に対して斜めに対面して、新気及び排気の圧力低下の釣り合い、並びに新気及び排気の混合が、より等しい割合で実行される。４方向弁の特定のデザインは、すべての使用事例要件を保証しつつ、特定の新気及び排気の流れ特性の重要な利点を結合する。最後に、混合ユニットは、エンジンに関して比較的単純な構造を維持するとともに、システム全体の寸法に及ぼす影響を少なくする。
【0014】
一実施形態によれば、４方向弁は、内室を区画するハウジングを備えている。内室は、４方向弁の第１の入口及び第１の出口と流体接続する第１の部分と、４方向弁の第２の入口及び第２の出口と流体接続する第２の部分と、を有し、第１及び第２の部分は、中央の開口によって分けられ、中央の開口はフラップによって選択的に閉じられる。
【0015】
第１の部分及び第２の部分が、フラップの位置とは無関係に流体接続が定義される幾何学的な部分であると理解されたい。中央開口は、第１の部分と第２の部分との間で延びている平面、又は第１の部分と第２の部分とを互いに幾何学的に分ける平面であると考えることができる。第１の部分及び第２の部分は、フラップの位置に応じて、中央の開口を介して流体接続されている。例えば、中央の開口がフラップによって閉じられると、第１の入口が第１の出口とのみ流体接続することができ、第２の入口が第２の出口のみと流体接続することができる。フラップの位置に応じて、第１の入口が第１の出口のみと流体接続することができ、第２の入口が第２の出口のみと流体接続することができ、第１の入口が第２の出口のみと流体接続することができ、第２の入口が第１の出口のみと流体接続することができ、又は第１の入口が第１及び第２の出口の両方と流体接続することができ、かつ第２の入口が第１及び第２の出口の両方と流体接続することができる。
【0016】
一実施形態によれば、フラップは、内室の内部で回転可能に動かすことができる。好ましくは、フラップは、内室に配置されたシートと接触した状態で入り込んで構成に達することができる。この実施形態では、最小限の漏出を保証することができる。
【0017】
一実施形態によれば、フラップは、対称的な第１及び第２の羽根に接続された中央ハブを備えている。この実施形態では、フラップの対称性が新気及び／又は排気のよりよい配分を可能にすると考えられる。
【0018】
一実施形態によれば、フラップは、フラップ軸の周りを回転するように構成されている。このフラップ軸は、４方向弁のハウジングの中央に配置されたハウジング軸と同軸に配置されている。
【0019】
一実施形態によれば、羽根は、フラップ軸から離れて位置する平面に延びている。この実施形態では、フラップの平面の上方の流れ領域、即ち、新気の流れを含む領域が、フラップの平面の下方の流れ領域、即ち、特に通常の動作モードでの排気を含む領域よりも重要であると考えられる。従って、この利点は、特に新気の流れが排気よりも重要であるとき、低減された気流抵抗を提供することである。そして、フラップの平面から離れて位置させることによって、平面の接触で乱気流及び損失が低減する。流れは、第１又は第２の出口に入るフラップの形状とうまく結合する。
【0020】
一実施形態によれば、このシステムは、４方向弁を制御するコントローラを備えている。
【0021】
一実施形態によれば、ＥＧＲバルブが、ＥＧＲラインに向かって流れる排気経路の第１及び第２の排気マニホールドのそれぞれの下流に配置されている。このＥＧＲバルブは、ＥＧＲラインを通る排気の流れを制御する。
【0022】
一実施形態によれば、第１及び第２の排気マニホールドは、単一の排気マニホールドを共同して形成する。
【0023】
一実施形態によれば、このシステムは、エアコンプレッサ、及びコンプレッサを駆動するタービンを含んだターボチャージャを備えている。タービンは、第１及び第２の排気マニホールドから排気後処理システムへと流れる排気によって駆動されるように配置されている。エアコンプレッサは、吸気ラインに圧縮空気を供給するように配置されている。
【0024】
本発明の他の態様によれば、この目的は、先行する任意の請求項による内燃機関システムを備えた車両によって達成される。
【0025】
本発明の他の態様によれば、この目的は、本発明による内燃機関システムを動作させる方法によって達成される。この方法は、
Ａ．内燃機関システムの動作モードを選択するステップであって、この動作モードは、
ｉ．すべてのシリンダに燃料が供給される通常動作モード、
ｉｉ．第１のグループのシリンダに燃料が供給されないシリンダ休止モード、及び
ｉｉｉ．第２のグループのシリンダに燃料が供給されないシリンダ休止モード
の中から選択され、
Ｂ．ステップＡ）で選択された動作モードに応じて４方向弁を制御するステップと、
を含んでいる。
Ａ．内燃機関システムの動作モードを選択するステップであって、この動作モードは、
ｉ．すべてのシリンダに燃料が供給される通常動作モード、
ｉｉ．第１のグループのシリンダに燃料が供給されないシリンダ休止モード、及び
ｉｉｉ．第２のグループのシリンダに燃料が供給されないシリンダ休止モード
の中から選択され、
Ｂ．ステップＡ）で選択された動作モードに応じて４方向弁を制御するステップと、
を含んでいる。
【0026】
一実施形態によれば、通常動作モードｉ）では、第１の吸気マニホールド及び第２の吸気マニホールドに供給される吸気は、排気の同じ割合と空気の同じ割合を持っている。
【0027】
一実施形態によれば、シリンダ休止モードｉｉ）では、第２の吸気マニホールドに供給される吸気は、新気を含んでいる。
【0028】
一実施形態によれば、第１の吸気マニホールドに供給される吸気は、（例えば、単独で）排気を含んでいる。
【0029】
一実施形態によれば、シリンダ休止モードｉｉｉ）では、第１の吸気マニホールドに供給される吸気は、新気を含んでいる。
【0030】
一実施形態によれば、第２の吸気マニホールドに供給される吸気は、（例えば、単独で）排気を含んでいる。
【0031】
一実施形態によれば、ステップＢ）では、４方向弁が制御されて、以下の中から選択された構成が達成される。
１．通常動作モードｉ）に対応する第１のバルブ構成、
２．シリンダ休止モードｉｉ）に対応する第２のバルブ構成、及び
３．シリンダ休止モードｉｉｉ）に対応する第３のバルブ構成。
１．通常動作モードｉ）に対応する第１のバルブ構成、
２．シリンダ休止モードｉｉ）に対応する第２のバルブ構成、及び
３．シリンダ休止モードｉｉｉ）に対応する第３のバルブ構成。
【0032】
本発明のさらなる利点及び有利な特徴は、以下の説明、及び従属請求項に開示されている。
【0033】
添付の図面を参照し、以下、例として挙げられる本発明の実施形態をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】内燃機関を備えたトラックの側面図である。
【図3】本発明の第１の実施形態による内燃機関システムの４方向弁を含んだ混合ユニットの概略図である。
【図4】本発明の第１の実施形態による内燃機関システムの４方向弁を含んだ混合ユニットの概略図である。
【図5】本発明の第２の実施形態による内燃機関システムの４方向弁を含んだ混合ユニットの概略図である。
【図6】本発明の第２の実施形態による内燃機関システムの４方向弁を含んだ混合ユニットの概略図である。
【図7】本発明の第３の実施形態による内燃機関システムの４方向弁を含んだ混合ユニットの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0035】
図１は、トラックの形態をとる車両１を部分的に切り取られた側面図で示している。車両１は、車両を推進する内燃機関２を有している。
【0036】
図２を参照すると、図１の車両１、又は内燃機関を備えた任意の他の車両で使用される内燃機関システム１００が示されている。このシステム１００は、複数のシリンダ４、例えば、直列構成の６つのシリンダを持つシリンダブロック３を有する内燃機関２を備えている。シリンダ４は、第１のグループのシリンダ４ａと、第２のグループのシリンダ４ｂと、に分けられる。図示の例では、第１のグループのシリンダ４ａに３つのシリンダ４があり、第２のグループのシリンダ４ｂに３つのシリンダ４がある。本発明は、異なる数のシリンダ、例えば、２つ、３つ、４つなどのシリンダを持つエンジンにも同様に適用可能であることに留意されたい。また、第１及び第２のグループのシリンダ４ａ，４ｂにおけるシリンダの数は、互いに異なっていてもよい。さらに、シリンダは、直列構成とは異なる構成、例えば、Ｖ型の構成を持っていてもよい。
【0037】
内燃機関は、好ましくは、ディーゼルエンジンである。しかしながら、内燃機関はまた、ガソリンエンジン、又はエタノールで動くエンジンなど、任意の他の燃料で動作するエンジンであってもよい。
【0038】
また、内燃機関２は、第１のグループのシリンダ４ａに気体を供給する第１の吸気マニホールド６ａと、第２のグループのシリンダ４ｂに気体を供給する第２の吸気マニホールド６ｂと、を有している。内燃機関２はまた、第１のグループのシリンダ４ａから排出された排気を受ける第１の排気マニホールド８ａと、第２のグループのシリンダ４ｂから排出された排気を受ける第２の排気マニホールド８ｂと、を有している。代替的な実施形態（図示せず）では、第１及び第２の排気マニホールド８ａ，８ｂは、単一の排気マニホールドを共同して形成してもよい。
【0039】
排気の一部は、タービン１６及びエアコンプレッサ１８を備えたターボチャージャ１４、及びその前方にある排気後処理システム２２へと導かれる。ターボチャージャ１４を使用して、以下の段落で詳細に説明する混合ユニット３０を経て、吸気ライン１０を通って第１及び第２の吸気マニホールド６ａ，６ｂへと供給される新気を圧縮することができる。新気は、その圧縮前にエアフィルタ２４で濾過されてもよく、その圧縮後にインタークーラ２６で冷却されてもよい。
【0040】
排気後処理システム２２は、通常、例えば、ディーゼル酸化触媒、パティキュレートフィルタ、及び選択型触媒反応器（ＳＣＲ）などの複数の排気後処理ユニットを備えている。
【0041】
ＳＣＲユニットは、従来では、触媒によって窒素酸化物を窒素及び水に変える手段である。これらの反応のための最適な温度範囲は、一般的に、約２５０℃～約４５０℃の間にある。この最適な動作温度は、エンジンの通常（運転）動作モードの間、容易に維持することができる。
【0042】
しかしながら、内燃機関２のアイドリング中やモータエンジン動作モード中に、排気温度が低下する。その理由は、（アイドリングエンジン動作モードのように）燃焼がかなり減るか、（モータエンジン動作モードのように）燃焼がまったく起こらなくても、周囲温度の新気が吸気マニホールド６ａ，６ｂへと導かれるためである。これは、内燃機関２が排気マニホールド８ａ，８ｂ、及びその前方の排気後処理システム２２へと新しい冷たい空気を単純に送り込むことを意味している。この冷たい空気によって、排気後処理システム２２がその最適動作温度未満に急速に冷却されて、排気浄化が不十分又はなくなって、必要なＮＯｘ排出レベルが達成できなくなってしまう。
【0043】
排気後処理システム２２を通過する排気温度を上昇させるために、本発明では、２つのシリンダ休止モードｉｉ）及びｉｉｉ）（文献において「ＣＤＡモード」又は「Ｎｏｘ低減モード」として知られている）でシステム１００を動作させることを提案する。
【0044】
シリンダ休止モードｉｉ）では、第１のグループのシリンダ４ａのシリンダ４が非動作状態に制御される。これは、第１のグループのシリンダ４ａのシリンダ４に燃料が噴射されず、これとは対照的にその間、第２のグループのシリンダ４ｂのシリンダ４が動作状態に制御されることを意味している。それは、シリンダ休止モードでエンジンを動作させるのに必要な負荷が、第２のグループのシリンダ４ｂによってのみ供給されることを意味している。上記の導入で説明したように、これは、休止されたシリンダ４ａがもはや新気を吸入せず、（容積ポンプとして機能する）エンジンブロックによって吸入される空気量が少ないことを意味している。副作用は、ターボチャージャ１４の損失効率であるかもしれない。従って、動作中の各シリンダへと供給される質量空気流量は、通常の動作モードと比較して低下する可能性がある。これと同時に、エンジンシリンダへと噴射される燃料流量は同じままであり、エンジンが同じ出力を伝達することを保証する。一部のシリンダ４ａが休止して燃料をもはや受け取らないので、残りのシリンダに噴射される燃料流量、即ち、動作中のシリンダ４ｂに噴射される燃料流量は数学的により多くなる。これらの条件下では、動作中のシリンダ４ｂの内部の空気燃料比（ＡＦＲ）が低く、排気温度が上昇する。
【0045】
シリンダ休止モードｉｉｉ）では、第２のグループのシリンダ４ｂのシリンダ４が休止状態に制御される。これは、第２のグループのシリンダ４ｂのシリンダ４に燃料が噴射されず、これとは対照的に、第１のグループのシリンダ４ａのシリンダ４が作動状態に制御されることを意味している。それは、シリンダ休止モードでエンジンを動作させるのに必要な負荷が、第１のグループのシリンダ４ａによってのみ供給されることを意味している。上記の導入で説明したように、これは、休止されたシリンダ４ｂがもはや新気を吸引せず、（容積ポンプとして機能する）エンジンブロックによって吸引される空気量が少ないことを意味している。副作用は、ターボチャージャ１４の損失効率であるかもしれない。従って、動作中の各シリンダに供給される質量空気流量が、通常の動作モードと比較して減少する可能性がある。これと同時に、エンジンシリンダに噴射される燃料流量は同じままであり、エンジンが同じ出力を伝達することを保証する。一部のシリンダ４ｂが休止して燃料をもはや受け取らないので、残りのシリンダに噴射される燃料流量、即ち、動作中のシリンダ４ａに噴射される燃料流量は数学的により多くなる。これらの条件下では、動作中のシリンダ４ａの内部の空気燃料比（ＡＦＲ）が低く、排気温度が上昇する。
【0046】
実際には、シリンダ休止モードの間、排気温度は、２５０℃まで上昇、好ましくは３００℃まで上昇することができる。
【0047】
動作中のシリンダ４ａ又は動作中のシリンダ４ｂに導入される質量空気流量が減少したとしても、質量空気流量は燃料の完全燃焼を保証するために十分多いので、燃焼シリンダ４ｂに導入されるすべての燃料が燃焼されて排気中に燃料が存在しないことを付け加えることができる。そして、シリンダ休止モードは、少量の燃料が排気の流れに直接噴射されてその温度を上昇させる、標準的な再生動作モードとは異なっている。シリンダ休止モードは、熱損失を増やして燃費を低下させる、他の排気温度加熱手段とも異なっている。
【0048】
また、システム１００は、第１の排気マニホールド８ａ及び第２の排気マニホールド８ｂのそれぞれにおいて分岐するＥＧＲライン２０を備えている。ＥＧＲライン２０は、混合ユニット３０に対して流体接続されている。従って、ＥＧＲライン２０は、内燃機関２によって発生した再循環排気を混合ユニット３０へと供給するように適合されている。第１の排気マニホールド８ａ及び第２の排気マニホールド８ｂのそれぞれの下流に配置された第１のＥＧＲバルブ５ａ及び第２のＥＧＲバルブ５ｂのそれぞれが、有利には設けられて、ＥＧＲライン２０へと供給される再循環排気量を調整する。
【0049】
混合ユニット３０は、吸気ライン１０に流体接続された第１の入口３１と、ＥＧＲライン２０に流体接続された第２の入口３２と、第１のパイプ３５によって第１の吸気マニホールド６ａに流体接続された第１の出口３３と、第２のパイプ３６によって第２の吸気マニホールド６ｂに流体接続された第２の出口３４と、を備えている。混合ユニット３０は、吸気ライン１０及びＥＧＲライン２０によって第１及び第２の吸気マニホールド６ａ，６ｂに供給される新気及び排気の流量を制御するように適合されている。混合ユニット３０は、吸気ライン１０に接続された第１の入口３１、ＥＧＲライン２０に接続された第２の入口３２、第１の出口３３及び第２の出口３４が実質的にＸ型を形成する４方向弁を有している。また、吸気ライン１０に接続された第１の入口３１、及びＥＧＲライン２０に接続された第２の出口３４が同軸に配置され、かつ第１の出口３３及び第２の出口３４が同軸に配置されて、吸気ライン１０に接続された第１の入口３１がＥＧＲライン２０に接続された第２の入口３２と斜めに対面し、第１の出口３３が第２の出口３４と斜めに対面する。
【0050】
特に、システム１００の通常動作モードｉ）では、混合ユニット３０は、第１及び第２の吸気マニホールド６ａ，６ｂの両方への新気及び排気の混合気の流れを許可するように適合されている。これは、４方向弁３０の第１の構成、即ち、混合ユニット３０の全開構成に対応している。また、混合ユニット３０の部分的に開弁された構成では、混合ユニット３０は、第１の吸気マニホールド６ａへの新気の流れを妨げることができるが、第１及び第２の吸気マニホールド６ａ，６ｂの両方への排気の流れを許可することができる。
【0051】
システム１００のシリンダ休止モードｉｉ）では、混合ユニット３０は、第１の吸気マニホールド６ａへの新気の流れ、及び第２の吸気マニホールド６ｂへの排気の流れを妨げる一方、第１の吸気マニホールド６ａへの排気の流れ、及び第２の吸気マニホールド６ｂへの新気の流れを許可するように適合されている。これは、混合ユニット３０の閉弁構成に対応している。
【0052】
システム１００のシリンダ休止モードｉｉｉ）では、混合ユニット３０は、第２の吸気マニホールド６ｂへの新気の流れ、及び第１の吸気マニホールド６ａへの排気の流れを妨げる一方、第２の吸気マニホールド６ｂへの排気の流れ、及び第１の吸気マニホールド６ａへの新気の流れを許可するように適合されている。これは、混合ユニット３０の閉弁構成に対応している。
【0053】
システム１００は、有利なことには、システム１００の動作モードに応じて、混合ユニット３０の開弁、閉弁及び／又は部分的な開弁を制御するコントローラ４０を備えていてもよい。
【0054】
図３及び図４は、本発明の第１の実施形態において、図２に示される内燃機関システム１００の上部を例示している。この実施形態では、混合ユニット３０は、内室３８を区画するハウジング３７を含んだ４方向弁を備えている。内室３８は、４方向弁３０の第１の入口３１及び第１の出口３３と流体接続された第１の部分３８ａと、４方向弁３０の第２の入口３２及び第２の出口３４と流体接続された第２の部分３８ｂと、を有している。第１及び第２の部分３８ａ，３８ｂは、中央開口３８ｃによって分けられている。４方向弁３０は、対称的な第１及び第２の羽根３９ａ，３９ｂに連結された中央ハブ３９ｃを含んだフラップ３９を更に備えている。フラップ３９は、中央開口３８ｃと実質的に位置合わせされたフラップ軸３９ｄの周りに、ハウジング３７に対して枢動可能に連結されている。フラップ軸３９ｄは、４方向弁のハウジング３７の中央に配置されたハウジング軸３７ｃと同軸に配置されている。羽根３９ａ，３９ｂは、フラップ軸３９ｄからオフセットされた平面上に延びている。
【0055】
図３及び図４を参照すると、４方向弁３０の第１の構成が図示されている。この構成では、フラップ３９の羽根３９ａ，３９ｂがシート３７ａ，３７ｂとそれぞれ接触し、内室３８の底部及び上部の両方において、第１及び第２の部分３８ａ，３８ｂの間で無制限の気体の流れを許可することができる。その代わりに、フラップ３９の羽根３９ａ，３９ｂは、シートを必要とせずに、内室３８の底部及び上部の両方において、第１及び第２の部分３８ａ，３８ｂの間で無制限の気体の流れを許可する位置に到達するように制御される。４方向弁３０のこの構成は、排気及び新気の混合気が第１及び第２のグループのシリンダ４ａ，４ｂのシリンダ４に供給される、システム１００の通常動作モードｉ）に対応している。
【0056】
図５及び図６に示されるように、フラップ３９の羽根３９ａ，３９ｂは、シート３７ｃ，３７ｄとそれぞれ接触する。４方向弁３０のこの第２の構成では、吸気ライン１０によって供給される新気は、第１のグループのシリンダ４ａのみによってガイドされる。従って、第２のグループのシリンダ４ｂへの新気の吸入は、０又は略０に制御される。これと同時に、ＥＧＲライン２０によって供給される排気の全流量は、第２のグループのシリンダ４ｂのみによってガイドされる（図６参照）。従って、第１のグループのシリンダ４ａのシリンダ４が動作状態に制御され、かつ第２のグループのシリンダ４ｂのシリンダ４が休止状態に制御されたとき、４方向弁３０のこの第２の構成は、全体的な排気温度を上昇させることとなる。その代わりに、ＥＧＲライン２０によって供給される排気の流れは、第１のグループのシリンダ４ａによってガイドされない（図５参照）。この例では、エンジン動作が簡略化されて、排気温度が最大になって休止したグループのシリンダを通過する吸気流量が最小になることを保証する。
【0057】
フラップ３９は、フラップ軸３９ｃの周りを数度回転して、第１及び／第２のグループのシリンダ４ａ，４ｂによってガイドされる新気及び排気の流量を制御する中間位置に到達することができる。
【0058】
図７に示されるように、その代わりに、フラップ３９の羽根３９ａ，３９ｂは、シート３８ａ，３８ｂ，３７ｃ，３９ｄと接触していない。この例では、図５及び図６と比較すると、フラップ３９がフラップ軸３９ｃの周りを時計回りに４５度の角度回転している。この例は、吸気ライン１０によって供給される新気が第２のグループのシリンダ４ｂのみによってガイドされる、４方向弁３０の第３の構成に対応している。従って、第１のグループのシリンダ４ａへの新気の吸入は、０又は略０に制御される。これと同時に、排気の主流は、ＥＧＲライン２０によって供給されて、第１のグループのシリンダ４ａによってガイドされることができる。従って、４方向弁３０のこの第３の構成は、第２のグループのシリンダ４ｂのシリンダ４が動作状態に制御され、かつ第１のグループのシリンダ４ａのシリンダ４が休止状態に制御されたとき、全体的な排気温度を上昇させることとなる。
【0059】
すべての実施形態では、フラップ３９がエンジン動作条件に応じてフラップ軸３９ｃの周りを数度の角度だけ回転して、吸入新気の脈動、及び／又は排気の脈動を低減することができる。
【0060】
本発明によれば、本発明による内燃機関システムを動作させる方法は、内燃機関システムの動作モードを選択するステップＡ）を含んでいる。この動作モードは、以下の中から選択される。
ｉ．すべてのシリンダ４ａ，４ｂに燃料が供給される通常動作モード、
ｉｉ．第１のグループのシリンダ４ａに燃料が供給されないシリンダ休止モード、及び
ｉｉｉ．第２のグループのシリンダ４ｂに燃料が供給されないシリンダ休止モード。
ｉ．すべてのシリンダ４ａ，４ｂに燃料が供給される通常動作モード、
ｉｉ．第１のグループのシリンダ４ａに燃料が供給されないシリンダ休止モード、及び
ｉｉｉ．第２のグループのシリンダ４ｂに燃料が供給されないシリンダ休止モード。
【0061】
好ましくは、コントローラ４０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）を介して選択された動作モードを受信する。そして、ステップＢ）では、ステップＡ）で選択された動作モードに応じて、コントローラ４０が４方向弁３０を制御して、以下の中から選択された構成に到達する。
１．通常動作モードｉ）に対応する４方向弁３０の第１の構成、
２．シリンダ休止モードｉｉ）に対応する４方向弁３０の第２の構成、及び
３．シリンダ休止モードｉｉｉ）に対応する４方向弁３０の第３の構成。
１．通常動作モードｉ）に対応する４方向弁３０の第１の構成、
２．シリンダ休止モードｉｉ）に対応する４方向弁３０の第２の構成、及び
３．シリンダ休止モードｉｉｉ）に対応する４方向弁３０の第３の構成。
【0062】
本発明による内燃機関システムは、エンジンシリンダに供給する新気及び排気の流れの制御を改善する。特に、新気及び排気の圧力低下の釣り合い、並びに新気及び排気の混合がより均等な割合で実行される。従来の解決策とは反対に、本発明は特別なデザインの４方向弁を提供して、新気及び排気の流れパターンのよりよい制御を保証する。
【0063】
本発明は、上述及び図示の実施形態に限定されないと理解されたい。むしろ、当業者であれば、添付の特許請求の範囲内で、多くの変更及び修正がなし得ることを容易に認識するであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【外国語明細書】