(57)【要約】内燃エンジン（１０）は、シリンダ（１１）内に収容されたピストン（１３）によって画定される少なくとも１つの燃焼室（１５）を有する。エンジン（１０）を運転する方法は、燃焼室（１５）が拡大するときに燃焼室（１５）から流体を排出するように排気手段（３０）を開くステップと、燃焼室が拡大を続けるときに燃焼室（１５）に吸気を流入させるように吸気手段（２０）を開くステップと、燃焼室がさらに拡大を続けるときに燃焼室（１５）からの流体の排出を中断するように排気手段（３０）を閉じるステップと、燃焼室（１５）への吸気の流入を中断するように吸気手段（２０）を閉じるステップとを含む。この操作シーケンスでは、燃焼室（１５）の掃気が不完全であるので、比較的多くの残留流体が燃焼室内に存在する。
2009506243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大容積状態と最小容積状態との間を拡大および縮小するように構成された少なくとも１つの燃焼室と、該燃焼室に吸気流体を流入させるための吸気手段と、該燃焼室から流体を排出するための排気手段とを有する内燃エンジンの運転方法であって、
該燃焼室が拡大するときに該燃焼室から流体を排出するように該排気手段を開くステップと、
該燃焼室が拡大を続けるときに該燃焼室に該吸気流体を流入させるように該吸気手段を開くステップと、
該燃焼室がさらに拡大を続けるときに該燃焼室からの排気流体の排出を中断し、それによって一部の排気流体を該燃焼室内に保持するように該排気手段を閉じるステップと、
該燃焼室への該吸気流体の流入を中断するように該吸気手段を閉じるステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記吸気手段は、前記燃焼室がその最大容積状態に到達した後の続く該燃焼室の縮小中に閉じられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記吸気流体はガスを含み、該ガスは酸化剤を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記燃焼室への燃料の直接噴射をさらに含む、請求項１、２、または３に記載の方法。
【請求項５】
前記吸気流体は、空気−燃料混合気を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
燃料は、前記燃焼室の縮小中に供給される、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記燃料は、前記排気手段を閉じた後に供給される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記燃料は、前記燃焼室への供給のために加圧空気に混入される、請求項４に記載の方法、または請求項４に従属するときには請求項６もしくは７に記載の方法。
【請求項９】
前記吸気流体の流入は、前記空気中の未燃酸素が前記排気手段を介して流出しないようにタイミングが合わせられる、請求項３〜８のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記吸気流体の流入は、前記排気手段が閉じられる間際またはその後に行われる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記吸気手段は給気開口段階中に開き、前記排気手段は排気開口段階中に開き、該給気開口段階と該排気開口段階とはオーバーラップしない、請求項３〜８のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記吸気手段は給気開口段階中に開き、前記排気手段は排気開口段階中に開き、該給気開口段階と該排気開口段階とは一部オーバーラップする、請求項３〜８のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
燃焼時は、前記燃焼室内が理論空燃比である、請求項４〜１２のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
ＮＯｘおよびＨＣを同時に処理するために、前記排気流体を三元排気ガス触媒に通すステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記エンジンは、２ストロークの燃焼サイクルで運転され、前記方法は、該エンジンの燃焼サイクルを該２ストロークサイクルと４ストロークサイクルとに切り替えるステップをさらに含む、請求項１〜１４のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記エンジンをスパーク点火によって運転するステップをさらに含む、請求項１〜１５のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記エンジンを予混合圧縮点火によって運転するステップをさらに含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
スパーク点火と予混合圧縮点火とを選択的に切り替えて前記エンジンの運転を行うステップをさらに含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１〜１８のうちのいずれか１項に基づいた方法で運転するエンジン。
【請求項２０】
最大容積状態と最小容積状態との間を拡大および縮小するように構成された少なくとも１つの燃焼室と、該燃焼室に吸気流体を流入させるための吸気手段と、該燃焼室から流体を排出するための排気手段とを有する内燃エンジンのための制御システムであって、
該燃焼室が拡大するときに該燃焼室から流体を排出するように該排気手段を開くステップと、
該燃焼室が拡大を続けるときに該燃焼室に吸気流体を流入させるように該吸気手段を開くステップと、
該燃焼室がさらに拡大を続けるときに該燃焼室からの流体の排出を中断するように該排気手段を閉じるステップと、
該燃焼室への吸気流体の流入を中断するように該排気手段を閉じた後に該吸気手段を閉じるステップと
を含む、燃焼サイクルで該エンジンを運転するように構成された制御システム。
【請求項２１】
前記制御システムは、２ストローク燃焼サイクルと４ストローク燃焼サイクルとを切り替えて運転するように構成される、請求項２０に記載の制御システム。
【請求項２２】
前記２ストロークと４ストローク燃焼サイクルとの切り替えは、弁タイミングおよび弁の開口継続時間を変化させることによって達成される、請求項２１に記載の制御システム。
【請求項２３】
エンジンであって、
最大容積状態と最小容積状態との間を拡大および縮小するように構成された少なくとも１つの燃焼室と、
該燃焼室に吸気流体を流入させるための吸気手段と、
該燃焼室から流体を排出するための排気手段と、
該吸気手段および該排気手段の運転を制御するための制御システムであって、
該燃焼室が拡大するときに該燃焼室から流体を排出するように該排気手段を開き、
該燃焼室が拡大を続けるときに該燃焼室に吸気流体を流入させるように該吸気手段を開き、
該燃焼室がさらに拡大を続けるときに該燃焼室からの流体の排出を中断するように該排気手段を閉じ、
該排気手段を閉じた後に該吸気手段を閉じる、
１つの運転モードで構成された、制御システムと
を備える、エンジン。
【請求項２４】
前記燃焼室がその中に画定され、往復運動ピストンをその中に収容するシリンダをさらに備え、該燃焼室の前記最大容積状態が該ピストンの下死点位置に対応し、前記最小容積状態が該ピストンの上死点位置に対応する、請求項２３に記載のエンジン。
【請求項２５】
排気手段は、少なくとも１つの排気ポートと、該少なくとも１つの排気ポートを開閉するための排気弁とを備える、請求項２３または２４に記載のエンジン。
【請求項２６】
前記吸気手段は、少なくとも１つの吸気ポートと、該少なくとも１つの吸気ポートを開閉するための吸気弁とを備える、請求項２３、２４、または２５に記載のエンジン。
【請求項２７】
前記吸気流体はガスを含み、該ガスは酸化剤を含む、請求項２３〜２６のうちのいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項２８】
前記ガスは空気を含み、前記酸化剤は該空気中の酸素を含む、請求項２７に記載のエンジン。
【請求項２９】
前記吸気流体は、空気−燃料混合気を含む、請求項２８に記載のエンジン。
【請求項３０】
前記ガスは加圧ガスを含み、前記燃料はガス−燃料混合気を前記燃焼室に供給するために該加圧ガスに晒される、請求項２７または２８に記載のエンジン。
【請求項３１】
調量された前記燃料を、ガス体に混入させて燃焼室に供給するための燃料噴射システムをさらに備える、請求項２９に記載のエンジン。
【請求項３２】
前記燃料噴射システムは、燃料調量噴射器と、混合気供給噴射器とを備え、該混合器供給噴射器は保持室を有し、該燃料調量噴射器は該保持室の中に前記燃料を供給し、該保持室は、前記ガス−燃料混合気を前記燃焼室に供給するために前記加圧ガスに晒される、請求項３１に記載のエンジン。
【請求項３３】
前記燃料噴射システムに加圧ガスを供給するための圧縮器をさらに備える、請求項３２に記載のエンジン。
【請求項３４】
燃焼時は、前記燃焼室内が理論酸化剤燃料比である、請求項２７〜３３のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
三元触媒コンバータを含む排気システムをさらに備える、請求項２３〜３４のうちのいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項３６】
前記制御システムは、前記エンジンを２ストロークの燃焼サイクルで運転するように構成される、請求項２３〜３５のうちのいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項３７】
前記制御システムは、前記エンジンを４ストロークの燃焼サイクルで運転するように構成される、請求項２３〜３５のうちのいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項３８】
前記制御システムは、２ストロークの燃焼サイクルと４ストロークの燃焼サイクルとを切り替えて運転するように構成される、請求項２３〜３５のうちのいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項３９】
前記２ストロークの燃焼サイクルと４ストロークの燃焼サイクルとを切り替えるように、前記吸気手段および排気手段の運転のタイミングおよび運転の継続期間を変化させるための手段をさらに備える、請求項３８に記載のエンジン。
【請求項４０】
前記エンジンは、スパーク点火によって運転するように構成される、請求項２３〜３９のうちのいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項４１】
前記エンジンは、予混合圧縮点火によって運転するように構成される、請求項２３〜３９のうちのいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項４２】
前記エンジンは、スパーク点火によって、または予混合圧縮点火によって、およびそれらを切り替えて運転するように構成される、請求項２３〜３９のうちのいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項４３】
前記排気手段は、前記燃焼室の容積縮小中に閉じられる、請求項２３〜４２のうちのいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項４４】
前記排気手段の開閉は、前記燃焼室の前記最大容積状態に対して略対称である、請求項２３〜４３のうちのいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項４５】
前記ガスに混入された調量された燃料は、前記排気手段が閉じられる間際またはその後、かつ前記燃焼室の容積縮小中に該燃焼室に供給される、請求項２３〜４４のうちのいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項４６】
前記吸気手段は、前記排気手段が閉じた後、かつ前記燃焼室が拡大を続けている間に、前記吸気流体を該燃焼室に流入させるように開かれる、請求項２３〜４５のうちのいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項４７】
燃料は、前記排気手段が閉じられる直前に前記燃焼室に供給される、請求項２３〜４６のうちのいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項４８】
燃料は、前記排気手段が閉じられた後に前記燃焼室に供給される、請求項２３〜４７のうちのいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項４９】
本願明細書に実質的に詳述された内燃エンジンを運転する方法。
【請求項５０】
本願明細書に実質的に詳述された内燃エンジンのための制御システム。
【請求項５１】
添付図面を参照して本願明細書に実質的に詳述された内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジンのエンジン制御方法に関する。特定の用途において、本発明は、２サイクルまたは４サイクルのいずれにおいても運転することができ、２ストロークおよび４ストロークの燃焼サイクルを切り替えることができるエンジンへの適用が可能である。
【背景技術】
【０００２】
２ストロークの燃焼サイクルで運転する往復動内燃エンジンは、ポート付ピストンとするか、別様には、吸気および排気プロセスを制御する弁を有することが可能である。ポート付ピストンデザインの場合、ポートの動作は、一般的にピストンの下死点（ｂｏｔｔｏｍ−ｄｅａｄ−ｃｅｎｔｒｅ：ＢＤＣ）位置に対称である。すなわち、ＢＤＣ位置の前に吸気ポートを開くタイミングは、ＢＤＣの後に吸気ポートを閉じるタイミングにほぼ等しく、ＢＤＣの前に排気ポートを開くタイミングは、ＢＤＣの後に排気ポートを開くタイミングにほぼ等しい。一般的に、部分的なオーバーラップがあり、それによって、吸気および排気ポートが同時に開かれ、吸気した空気が燃焼室内の排気ガスの除去（掃気）を助長し得る。
【０００３】
２ストロークサイクルで運転するエンジンの更なる問題点は、吸気ポートから排気ポートへの新しいチャージが短絡し、燃料消費量が増加し、未燃焼炭化水素が排出されることである。
【０００４】
自動車用のガソリンエンジンは、広範囲の運転条件にわたる良好なエンジン効率、低排出、高レベルの改良点（ノイズおよび振動）、および高信頼性といった長所の組み合わせにより、ほぼ４サイクルの燃焼サイクルだけを用いている。２ストロークの燃焼サイクルは、４サイクルの燃焼サイクルと比較して、特定の分野においていくつかの利点を提供する。その利点には、低速エンジン性能、低エンジン速度での振動が少ない、また、吸気および排気段階の制御と組み合わせたときに、２ストロークと４ストローク運転とを切り替えることができるエンジンに対する燃料消費量を減じる可能性、が挙げられる。
【０００５】
大部分の世界の自動車メーカーの（圧倒的にヨーロッパが直面する）課題は、法定の試験方法に対してだけでなく、実社会での運転に対しても、車両の燃料消費量を減じることである。現在の技術の多くは、これらの分野のうちの１つ（すなわち、法定の試験方法か、実社会での運転のいずれか）にしか対処していない。
【０００６】
ガソリンエンジンの希薄燃焼技術は、この１０年で大きく発展した１つの分野であり、所与のエンジンの排気量に対する燃料消費量を大きく減少させている。しかし、希薄燃焼エンジンは、市場への浸透には成功しておらず、実際には出力が低下し、多くのメーカーが、現在の希薄燃焼エンジンを、理論（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ）空燃比で運転するエンジンに置き換えている。これは、主に、希薄運転中の排気物の後処理に関連する非常に高いコストに起因する。また、希薄運転には限界があることが見出されており、多くの運転条件に対して達成される利益が減じられるか、または利益が全く達成されず、現在生産中の理論燃焼システムにはほとんど利点がもたらされない。
【０００７】
現在では、後処理システムのシンプルと低コストから、理論運転燃焼システムにより多くの重点が置かれている。理論燃焼システムを保持し、エンジンの運転効率を向上するために、燃料消費量を削減するための新しい技術が、小型化およびターボ過給（より高い特定出力のより小型のエンジンに採用されている）を含めて研究されている。また、既存の三元触媒技術（理論運転用）を用いた燃焼システムを採用しているが、この技術は、米国、日本、および中国を含む先進国の全ての自動車市場に好適である。燃料消費量を大幅に削減するための理論燃焼システムのエンジン効率をさらに向上させるために、部分負荷運転での吸気ポンピング作業（吸気をスロットルを過ぎてシリンダに引き込むのに必要な作業）を減じる必要がある。現在、シリンダの吸気量を増加させて吸気ポンピング損失を減じるために、ＥＧＲ（ｅｘｈａｕｓｔ  ｇａｓ  ｒｅｓｉｄｕａｌｓ：残留排気ガス）の導入を用いて、部分負荷運転での吸気の希薄化を高めている。この技術は、一般的に、代表的な車両の運転条件に対して、２〜５％の燃料消費量の削減をもたらしている。
【０００８】
この背景を受けて本発明は開発された。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第一の側面によれば、最大容積状態と最小容積状態との間を拡大および縮小するように構成された少なくとも１つの燃焼室と、前記燃焼室に吸気流体を流入させるための吸気手段と、前記燃焼室から流体を排出するための排気手段とを有する内燃エンジンの運転方法であって、前記燃焼室が拡大するときに前記燃焼室から流体を排出するように前記排気手段を開くステップと、前記燃焼室が拡大を続けるときに前記燃焼室に前記吸気流体を流入させるように前記吸気手段を開くステップと、前記燃焼室がさらに拡大を続けるときに前記燃焼室からの流体の排出を中断するように前記排気手段を閉じるステップと、前記燃焼室への前記吸気流体の流入を中断するように前記吸気手段を閉じるステップと、を含む方法が提供される。
【００１０】
前記吸気手段は、前記燃焼室がその最大容積状態に到達した後の縮小中に閉じられることが好ましい。
【００１１】
前記吸気流体はガスを含み、前記ガスは酸化剤を含むことが好ましい。
【００１２】
前記吸気流体は、空気または空気−燃料混合気のいずれかを含み得る。
【００１３】
前記吸気流体が空気−燃料混合気を含む場合、前記燃料は、例えば従来のマニホールドまたはポート燃料噴射のような、あらゆる適切な方法で空気に導入され得る。
【００１４】
燃焼時は、前記燃焼室内が理論酸化剤燃料比であることが好ましい。
【００１５】
前記エンジンは、ＮＯｘおよびＨＣを同時に処理するために、三元排気ガス触媒を備えることが好ましい。
【００１６】
前記方法は、前記燃焼室への燃料の直接噴射をさらに含み得る。これは、前記吸気流体が、その中に混入される燃料の無い空気を含む場合に必要である。
【００１７】
前記燃料は、前記排気手段を介して未燃の燃料が流出しないように、前記燃焼室の縮小中に供給されることが好ましい。
【００１８】
前記燃料は、前記排気手段を閉じた後に供給されることが好ましい。
【００１９】
前記燃料は、デュアル流体噴射システムを使用して供給することが可能である。
【００２０】
前記デュアル流体噴射システムが推進体として空気を使用して前記燃料を前記エンジンに供給する場合、燃料噴射イベントは、前記空気中の未燃酸素が前記排気手段を介して流出しないようにタイミングが合わせられることが好ましい。一般的に、前記燃料供給イベントのタイミング合わせは、前記排気手段が閉じられる間際またはその後に行われる。前記燃料噴射システムは、燃料調量噴射器と、混合気供給噴射器とを備え、前記混合器供給噴射器は、前記燃料調量噴射器がその中に前記燃料を供給する保持室を有し、前記保持室は、ガス−燃料混合器を前記燃焼室に供給するために加圧ガスに晒されることが好ましい。
【００２１】
一般的に、前記エンジンは、前記燃焼室がその中に画定され、往復運動ピストンをその中に収容するシリンダ備えた往復動エンジンを備え、前記燃焼室の前記最大容積状態が前記ピストンの下死点（ｂｏｔｔｏｍ−ｄｅａｄ−ｃｅｎｔｒｅ：ＢＤＣ）位置に対応し、前記最小容積状態が前記ピストンの上死点（ｔｏｐ−ｄｅａｄ−ｃｅｎｔｒｅ：ＴＤＣ）位置に対応する。
【００２２】
前記吸気手段は、一般的に、少なくとも１つの吸気ポートと、前記吸気ポートを開閉するための吸気弁とを備える。さらに、前記排気手段は、一般的に、少なくとも１つの排気ポートと、前記排気ポートを開閉するための排気弁とを備える。
【００２３】
前記弁は、それぞれの開閉状態間の動作をあらゆる適切な方法で制御することが可能である。前記弁は、例えば、機械的に、電気機械的に、流体力学的に、電気油圧的に、または空気作用により運転することが可能である。
【００２４】
本発明によるエンジンの運転によって、前記燃焼室の容積が拡大している間に、前記排気ポートが開閉され、前記燃焼室内の流体圧力を利用して前記燃焼室から排気ガスを排出させる。このように、排気プロセスに関連するポンピング損失は生じない。
【００２５】
従来技術のアプリケーションでは、前記吸気弁の開口段階と前記排気弁の開口段階との間に極めて大きなオーバーラップ（一般的に、弁オーバーラップと称する）を許容することが知られている。このような従来技術の場合、このオーバーラップは、流体の動的効果を可能にするので、良好な掃気および容積効率に関して利益を提供することができる。当該の極めて大きな弁オーバーラップによって、吸気から排気への直接的な短絡を生じる可能性がある。
【００２６】
本発明では、吸気から排気へのあらゆる短絡を排除または少なくとも最小にすることが望ましい。これは、前記吸気弁の開口段階と前記排気弁の開口段階との間のオーバーラップをゼロにすることによって行うことができる。
【００２７】
より好適な機構は、ピストンが閉じた燃焼室に対して膨張ストロークを継続することによって負圧（別名、「過膨張」）が生じると、ポンピング損失をもたらすので、前記燃焼室が完全に密封されたピストンの膨張ストローク中にはステージが無いように、オーバーラップを少なくしたものであることが分かっている。このような場合、弁オーバーラップの程度は、ポンピング損失を最小にするように制御される。
【００２８】
前記燃焼室から前記排気ガスを除去する意図的な機会がほとんど無いので、結果的に、一部の排気ガスが前記燃焼室内に保持される。さらに、前記燃焼室を冷却するために新気を利用できる時間がほとんど無い。
【００２９】
点火時における前記燃焼室内のより高い初期温度を達成するので、前記燃焼室内の残留排気ガスの存在が有用であることがわかる。また、前記残留排気ガスは、導入される空気の量が減じられるので、導入プロセスにおけるポンピングおよびスロットリング損失の削減にも寄与する。前記残留物排気ガスは、導入された空気の希薄化も行い、理論状態での燃焼プロセスの動作を支援することが可能である。
【００３０】
三元触媒コンバータのような従来の触媒コンバータを使用するだけでよいような前記エンジンの運転が望ましい。これは、希薄ＮＯｘトラップ（一般的に、希薄燃料−空気混合気を用いた場合に生じる、排気ガス内に存在する過剰な酸素によって運転するエンジンから排出されるＮＯｘガスの吸収に必要である）の必要性を回避する、理論運転（一般的に理論空燃比に関連する）が必要となる。
【００３１】
前記エンジンは、２ストロークの燃焼サイクルまたは４ストロークの燃焼サイクルに従って運転することが可能である。
【００３２】
本発明による方法は、前記エンジンの燃焼サイクルを前記２ストロークサイクルと前記４ストロークサイクルとに切り替えるステップをさらに含むことが可能である。
【００３３】
前記方法は、前記エンジンをスパーク点火によって運転するステップを含むことが可能である。別様には、前記方法は、前記エンジンを予混合圧縮点火（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｉｇｎｉｔｉｏｎ：ＨＣＣＩ）によって運転するステップを含むことが可能である。
【００３４】
選択的に２ストロークと４ストロークの運転とを切り替えるステップに加えて、前記方法は、スパーク点火とＨＣＣＩとを切り替えて運転を行うステップを伴うことが可能である。
【００３５】
本発明に基づく方法によるエンジンの運転は、許容可能な運転安定性を提供しながら、特定の排出目標を満たすために、エンジンの小型化に関連する問題点のいくつかに対処することが可能である。
【００３６】
本発明に基づく方法によって運転されるエンジンは、ハイブリッドシステムへの統合にも好適となりうる。
【００３７】
本発明の第二の側面によれば、最大容積状態と最小容積状態との間を拡大および縮小するように構成された少なくとも１つの燃焼室と、前記燃焼室に吸気流体を流入させるための吸気手段と、前記燃焼室から流体を排出するための排気手段とを有する内燃エンジンのための制御システムであって、前記燃焼室が拡大するときに前記燃焼室から流体を排出するように前記排気手段を開くステップと、前記燃焼室が拡大を続けるときに燃焼室に吸気流体を流入させるように前記吸気手段を開くステップと、前記燃焼室がさらに拡大を続けるときに燃焼室からの流体の排出を中断するように前記排気手段を閉じるステップと、前記燃焼室への吸気流体の流入を中断するように前記排気手段を閉じた後に前記吸気手段を閉じるステップと、を含む燃焼サイクルで前記エンジンを運転するように構成された制御システムが提供される。
【００３８】
前記制御システムは、２ストロークから４サイクルの燃焼サイクルに切り替えて運転するように構成され、前記２ストロークと４ストロークの燃焼サイクルとを選択的に切り替えるように構成されることが好ましい。
【００３９】
前記２ストロークと４ストローク燃焼サイクルとの切り替えは、弁タイミングおよび弁の開口継続時間を変化させることによって達成することが可能である。
【００４０】
本発明の第三の側面によれば、エンジンであって、最大容積状態と最小容積状態との間を拡大および縮小するように構成された少なくとも１つの燃焼室と、前記燃焼室に吸気流体を流入させるための吸気手段と、前記燃焼室から流体を排出するための排気手段と、前記吸気手段および前記排気手段の運転を制御するための制御システムであって、前記燃焼室が拡大するときに前記燃焼室から流体を排出するように前記排気手段を開き、前記燃焼室が拡大を続けるときに前記燃焼室に吸気流体を流入させるように前記吸気手段を開き、前記燃焼室がさらに拡大を続けるときに前記燃焼室からの流体の排出を中断するように前記排気手段を閉じ、前記排気手段を閉じた後に前記吸気手段を閉じる１つの動作モードで構成された制御システムと、を備えるエンジンが提供される。
【００４１】
前記エンジンは、２ストロークの燃焼サイクルまたは４ストロークの燃焼サイクルで運転することが可能である。さらに、前記エンジンは、前記２ストロークの燃焼サイクルと前記４ストロークの燃焼サイクルとを選択的に切り替えることが可能である。
【００４２】
前記エンジンは、三元触媒コンバータを含む排気システムをさらに備えることが可能である。
【００４３】
前記排気システムは、酸素リッチ（すなわち希薄）環境においてＮＯｘを吸収または処理することができる触媒を備えないことが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明は、添付図面に示されるような１つの特定の実施態様の以下の説明を参照することによってより適切に理解されよう。
【００４５】
本実施態様は、選択的に切り替える２ストロークまたは４ストロークのサイクルで運転することができる往復動内燃エンジン１０を対象としたものである。
【００４６】
エンジン１０は、シリンダ１１と、シリンダ内に収容されるピストン１３とを備える。シリンダ１１およびピストン１３は、協働して燃焼室１５を画定する。燃焼室１５は、シリンダ１１内の上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）との間を、ピストン１３が往復運動するときに、容量が拡大および縮小する。
【００４７】
吸気手段２０は、混合気を燃焼室に導入するために提供され、排気手段３０は排気ガスを燃焼室から排出するために提供される。
【００４８】
吸気手段２０は、供給ダクト２３の末端部において燃焼室１５の上で開く吸気ポート２１と、吸気ポート２１を開閉するための吸気弁２５とを備える。制御手段２７は、吸入弁２５を開閉させる動作を制御するために提供される。排気手段３０は、排出ダクト３３の入口端部において燃焼室１５の上で開く排気ポート３１と、排気ポートを開閉するための排気弁３５とを備える。制御手段３７は、排気弁３５を開閉させる動作を制御するために提供される。
【００４９】
吸気弁および排気弁の開閉を制御するための制御手段２７および３７は、あらゆる適切な形態を取ることが可能である。弁制御手段２７および３７は、例えば、カム軸上のカムのような機械的制御機構を含むことが可能である。
【００５０】
燃料噴射システム４０は、燃料を燃焼室へ直接噴射するために提供される。本実施態様では、燃料噴射システムは、米国特許ＲＥ３６７６８号、および国際出願ＷＯ９９１２８６２１に開示されているタイプのデュアル流体燃料噴射システムを備え、これらの内容は参照することにより本願明細書に組み込まれる。空気のような含酸素ガスを使用して燃料を燃焼室に供給することは、大量の内部ＥＧＲが使用される場合に、本発明で生じうるような、特に有益な効果を有し得る。
【００５１】
点火プラグのような点火デバイス（図示せず）は、適切なタイミングで、燃焼室１５内に充填された燃焼混合気に点火するために提供される。
【００５２】
排気ダクト３３は、従来の三元触媒コンバータの形態の触媒コンバータを組み込んだ排気システム（図示せず）に連通する。
【００５３】
エンジンは、２ストロークの燃焼サイクルまたは４ストロークの燃焼サイクルで運転することができ、これらはエンジンに対する運転要求に従って切り替えることができる。
【００５４】
４ストロークのサイクルでのエンジンの運転は、広範囲の運転条件にわたる良好なエンジン効率、低排出、高レベルの改良点（ノイズおよび振動）、および高信頼性といった長所の組み合わせを提供することができる。２ストロークの燃焼サイクルは、４サイクルの燃焼サイクルと比較して、特定の領域においていくつかの利点を提供する。その利点には、低速エンジン性能、低エンジン速度での振動の低減、また、吸気および排気段階の制御と組み合わせたときの燃料消費量を減じる可能性、が挙げられる。４ストロークおよび２ストロークの燃焼サイクルの利益を活用するために、エンジンは、これらの２つの運転モードを切り替えることができる。切り替えは、当該のエンジンのオペレータまたはユーザーに認識されない方法で制御される。
【００５５】
エンジンを２ストロークのサイクルで運転するのか、または４ストロークのサイクルで運転するのかを決定する因子は、吸気弁２５および排気弁３５の動作のタイミング、および弁の開口継続時間である。
【００５６】
吸気弁２５および排気弁３５は、２ストロークのサイクルでは、４ストロークのサイクルに比較して２倍の作動頻度で動作する。特に、吸気弁および排気弁のリフトを示す比較図である図２から明らかなように、吸気弁２５および排気弁３５は、２ストロークのサイクルでは、エンジンのクランク軸の回転（すなわち、３６０°）ごとに１回作動し、一方で、これらの弁は、４ストロークのサイクルでは、エンジンのクランク軸の２回転（すなわち、７２０°）ごとに１回作動する。当然、弁制御手段２７および３７は、サイクルの切り替えに対応する必要がある。
【００５７】
さらに、エンジン１０は、２ストロークの燃焼サイクルで運転するときに、エンジンサイクルごとに燃焼ストロークを行わない場合がある。エンジン１０は、例えば、特定の運転条件での燃料消費量を向上させるために、間隔を置いて（１つおきのサイクルなどで）燃焼ストロークを行う場合がある。同様に、エンジン１０は、４ストロークの燃焼サイクルで運転するときに、１つおきのエンジンサイクルごとに燃焼ストロークを行わない場合がある。
【００５８】
２ストロークのサイクルと４ストロークのサイクルとの運転の切り替えに加えて、本発明によるエンジンは、低エンジン速度および低負荷状態に対して、２ストロークのサイクルにおいて特定の制御方法で運転することができる。特定の制御方法を図３および４に示すが、これらは、吸気弁２５および排気弁３５の動作の相対的なタイミングを示すサイクル図である。
【００５９】
本方法は、
（１）パワーストローク中に排気弁３５を開く（各サイクル図上のポイントＥＶＯで示す）ステップと、
（２）排気弁３５を閉じ終わるころに（別様には、図示していないが、排気弁を閉じた後に吸気弁を開く）、吸気弁２５を開く（ポイントＩＶＯで示す）ステップと、
（３）ＢＤＣの前のパワーストローク中に排気弁３５を閉じる（ポイントＥＶＣで示す）ステップと、
（４）続く圧縮ストローク中に吸気弁２５を閉じる（ポイントＩＶＣで示す）ステップと、を伴う。
【００６０】
この制御方法では、排気ポート３１はＢＤＣの前に開閉し、燃焼室１５と排気システムとの間の圧力差を利用して、燃焼室内から排気ガスを排出させる（一般的に「ブローダウン（ｂｌｏｗ−ｄｏｗｎ）」と称する）。吸気ポート２１および排気ポート３１を開いているときのオーバーラップ（サイクル図におけるＩＶＯとＥＶＣとの間のインターバル）がほとんど無いかまたは全く無いので、残存する排気ガスの掃気はほとんどまたは全く生じない。このように、吸気ポート２１の開口と排気ポート３１の開口との間の短絡はほとんど無い。
【００６１】
弁を開いているオーバーラップ期間が限られるので、燃焼室１５の掃気は不完全であり、よって燃焼室内には比較的多くの排気ガスが残留する。燃焼室１５内の残留排気ガスの存在は、点火時における燃焼室内のより高い初期温度を達成するので、それが有用であることがわかる。また、残留排気ガスは、吸気手段２０を介して導入される空気の量が減るので、導入プロセスにおけるポンピングおよびスロットリング損失の削減にも寄与する。残留排気ガスは、導入された空気の希薄化も行い、理論状態での燃焼プロセスの動作を支援し得る。理論運転によって、希薄ＮＯｘトラップ（排気ガス内に存在する過剰な酸素によって運転するエンジンから排出されるＮＯｘガスの吸収に必要である）を必要とせずに、三元触媒コンバータを使用することができる。
【００６２】
加えて、保持されたＥＧＲの温度がより高いので、初期の燃焼段階中の温度がより高くなる。これは、サイクルの継続時間を通じた２ストロークおよび４ストロークのサイクルのバルクシリンダの運転温度を比較した、図５のグラフから明らかである。このグラフから、２ストロークのサイクルに対するＴＤＣ（グラフにおけるクランク角度が０°）でのバルクシリンダの温度が、４ストロークのサイクルと比較して著しく高いことが分かる。２ストロークのサイクルでのバルクシリンダのより高いガス温度は、燃焼室１５内の可燃混合気（残留排気ガスを含む）の燃焼特性を支援し得る。また、図５から、燃焼前の初期温度はより高いが、本発明のモードで運転するとき、ピークの燃焼温度は、通常の４ストロークのサイクル運転よりも低い。これによって、ＮＯｘの生成が少なくなる。
【００６３】
エンジン１０の２ストロークのサイクルでの運転中の温度が高いことおよび希薄化レベルが高いことによって、層状チャージ点火システム（ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ  ｃｈａｒｇｅ  ｉｇｎｉｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ）、予室点火システム（ｐｒｅ−ｃｈａｍｂｅｒ  ｉｇｎｉｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ）、および予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）は、チャージの適切な点火の確保に対して特に適用性を有し得る。
【００６４】
２ストロークのサイクルにおける点火時の比較的高いバルクシリンダ温度は、エンジンの特定の運転条件でのＨＣＣＩの実装に有利な条件を生じさせ得る。
【００６５】
吸気弁２５が閉じられるときを利用して、エンジン１０の特定の運転特性を制御することができる。一例として、図３のサイクル図に示されるように、吸気弁２５を早期に閉じることによって、最適なトルク供給のための新しくトラップされるチャージ（ｔｒａｐｐｅｄ  ｃｈａｒｇｅ）の量の最大化に寄与するエンジンの運転条件を提供する。これに対して、図４のサイクル図に示されるように、吸気弁２５を遅れて閉じることは、最適な燃料消費量に寄与するエンジンの運転条件を提供する。吸気弁を遅れて閉じるには、一般的に、負荷要求に対して十分なトラップされたチャージ得るために、加圧された吸気条件が必要である。吸気弁を遅れて閉じることは、最高のトラップされたチャージ状態を達成するタイミングに関連され得る圧縮損失を最小にし、よって、燃料消費量をより少なくし得る。
【００６６】
上述のことから、本発明は、ポンピング損失を低減し、同時に２ストロークのサイクルでの運転によって生じる特定の利益を引き出すために、特定の負荷状態にある２ストロークの燃焼サイクルでエンジンを運転するための、単純かつ非常に有効な方法を提供することは明らかである。また、本実施態様によって、２ストロークと４ストロークのサイクルとに燃焼プロセスを切り替えることもできる。したがって、本実施態様は、許容可能な運転安定性を提供しながら、特定の排出目標を満たすために、エンジンの小型化に関連する問題点のいくつかに対処している。
【００６７】
本発明の範囲から逸脱することなく、変更および改良を行うことが可能である。
【００６８】
本明細書を通じて、文脈上異なる解釈を要する場合を除き、用語「含む（備える）」、または「（１つを）含む（備える）」あるいは「含んでいる（備えている）」のような変形は、示された完全体、または完全体群の混在を包含するものであって、任意の他の完全体または完全体群を排除するものではないと理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１は、本実施態様に従って運転されるエンジンの概略図であり、エンジンは２ストロークと４ストロークの燃焼サイクルとを切り替えることができる。
【図２】図２は、２ストロークおよび４ストローク両方のサイクルにおけるエンジンの運転中の吸気弁および排気弁のリフトを示す比較図である。
【図３】図３は、最適なトルクを供給する条件において２ストロークの燃焼サイクルで運転したときの、エンジンの吸気弁および排気弁の動作の相対的なタイミングを示すサイクル図である。
【図４】図４は、最適な燃料消費量の条件において２ストロークの燃焼サイクルで運転したときの、エンジンの吸気弁および排気弁の動作の相対的なタイミングを示す更なるサイクル図である。
【図５】図５は、２ストロークおよび４ストロークの両方のサイクルでの、エンジン運転中のバルクシリンダガス温度を示す比較グラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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