(57)【要約】  図１Ａを参照し、本発明は２サイクル内燃機関を提供し、シリンダ（２０）内部で往復可能な少なくとも１つのピストン（１９）と、ピストンの往復動作の間にピストンにより開放及び閉鎖され、排気通路（２４）をシリンダ（２０）と連通させる排気口（２３）と、シリンダ（２０）内のピストン（１９）の往復運動に時間的に関連して周期的に有効領域を変化させ、排気口（２３）の有効領域を変化させる可動シャッタ手段（１）と、シリンダ（２０）の圧縮比を変化させる移動可能なシャッタ手段（１）に付加され、及びシャッタ手段から離れた圧縮比変動機構（４１）と、１つ又はそれ以上のエンジンの動作特徴を計測し、それに対応する信号を発生するセンサ手段（１２，１４，３４）と、センサ手段により発生した信号を処理し、排気口（２５）の有効領域を制御するためにシャッタ手段の動作を制御し、シリンダ（２０）の圧縮比を変化させる圧縮比変動機構（４１）を制御する制御ユニット（１１）と、を備える。
2009523962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内部で往復可能な少なくとも１つのピストンと、
ピストンの前記往復動作の間に前記ピストンにより開放及び閉鎖され、排気通路をシリンダと連通させる排気口と、
前記シリンダ内の前記ピストンの前記往復運動に時間的に関連して周期的に有効領域を変動させ、前記排気口の前記有効領域を変動させる可動シャッタ手段と、
前記シリンダの圧縮比を変化させる移動可能なシャッタ手段に付加され、及びシャッタ手段から離間された圧縮比変動機構と、
１つ又はそれ以上の前記エンジンの動作特徴を計測し、それに対応する信号を発生するセンサ手段と、
前記センサ手段により発生した前記信号を処理し、前記排気口の前記有効領域を制御するために前記シャッタ手段の前記動作を制御し、前記シリンダの前記圧縮比を変動させる前記圧縮比変動機構を制御する制御ユニットと、を備える２サイクル内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の２サイクル内燃機関であって、前記エンジンは燃料としてガソリンを使用し、予混合圧縮着火、及びスパーク着火の双方で操作可能であり、前記制御ユニットは、前記エンジンの低速度及び／又は低負荷において前記圧縮比変動機構を制御し、前記シリンダ内の第１の圧縮比を適用し、前記シャッタ手段の操作を変動させて燃焼ガスの排出の間に前記排出口の前記有効領域を減少させ、予混合圧縮着火に適した混合体を作り出すために、前記シリンダ内の燃焼ガスを捕捉し、連続して導入される充填空気及び燃料と混合させる２サイクル内燃機関。
【請求項３】
請求項２に記載の２サイクル内燃機関であって、前記制御ユニットは、前記エンジンの高速度及び／又は高負荷において前記圧縮比変動機構を制御し、前記シリンダの第２のより低い圧縮比を適用し、前記シャッタ手段の操作を変動させ、望ましくない事前着火なしにスパーク着火を促進するために燃焼ガスの排出の間に前記排出口の前記有効領域を増加させる２サイクル内燃機関。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１に記載の２サイクル内燃機関であって、前記圧縮比変動機構は、前記シリンダ内で軸方向に摺動するジャンクヘッド、及び前記ジャンクヘッドを摺動させるアクチュエータを備える２サイクル内燃機関。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１に記載の２サイクル内燃機関であって、前記シャッタ手段は、前記シャッタと、前記排出口が第１の有効領域を有する第１の位置、及び前記排出口が第２のより小さな有効領域を有する第２の位置の間にシャッタを振動させる変速機構とを備え、前記変速機構は、前記エンジンの前記ピストンに接続するクランクシャフトに接続され、複数の相互に接続されるリンクを備える２サイクル内燃機関。
【請求項６】
請求項５に記載の２サイクル内燃機関であって、前記制御ユニットは、計測された操作特性により、前記排出通路の開口を進めるか、又は保持するために前記シャッタの前記第１の位置を変動させる２サイクル内燃機関。
【請求項７】
請求項６に記載の２サイクル内燃機関であって、前記ピストンが前記シャッタを通過して上死点から下死点まで移動すると、前記シャッタは前記第１の位置になるかそれに接近し、
前記制御ユニットは、前記第１及び第２の位置の間のシャッタ移動の前記振幅の大きさを変動させることで前記シャッタの前記第１の位置を変動させ、前記制御ユニットは、前記排出通路の開口を保持するために前記シャッタの動作を減少させ、
前記シャッタの前記第２の位置は全てのエンジン操作条件について一定であり、
電子機械機器は、相互に接続されるリンクの１つに接続され、前記電子機械機器は、前記制御ユニットにより制御され、前記シャッタの前記周期的な動作を変動させるために前記相互に接続されるリンクの前記構成を変える２サイクル内燃機関。
【請求項８】
請求項５，６又は７に記載の２サイクル内燃機関であって、前記ピストンにより前記吸気口が前記開放される時点、及び前記ピストンが前記下死点に到達する時点の前記間の前記シャッタの前記動作は、前記シャッタの前記第２の位置への動作であり、それにより、前記シリンダからの新鮮な充填のロスを減少するために前記排出口の前記有効領域が減少させる２サイクル内燃機関。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか１に記載の２サイクル内燃機関であって、前記変速機構は、第１のシャフトの回転による周期的な動作のために前記シャッタが搭載される前記第１のシャフトと、前記エンジンの前記出力クランクシャフトに接続するために滑車手段により接続される第２のシャフトとを備え、前記第１及び第２シャフトは、前記複数の相互に接続するリンクにより接続される２サイクル内燃機関。
【請求項１０】
請求項５乃至９のいずれか１に記載の２サイクル内燃機関であって、前記シャッタは、前記排出通路の凹部内に旋回可能に搭載され、前記変速機構は、前記シャッタが前記凹部内に完全に又は部分的に収納される前記第１の位置と、前記排出口の前記有効領域を減少させるために、前記シャッタが前記凹部から外れて延びる前記第２の位置との間に前記シャッタを振動させる２サイクル内燃機関。
【請求項１１】
請求項５乃至１０のいずれか１に記載の２サイクル内燃機関であって、前記変速機構は、前記シャッタに接続される第１のシャフトと、前記第１のシャフトの一端に固定され、第２のリンクの第１の端部に対して前記他の端部に旋回可能に接続される第１のリンクと、第３及び第４のリンクの第１の端部に対して第２の端部に旋回可能に接続される前記第２のリンクと、前記エンジンの前記作用クランクシャフトに接続され手同様に回転するクランクシャフトの第２の端部に旋回可能に接続される前記第３のリンクと、固定した軸回りに回転して搭載された第５のリンクの第２の端部に旋回可能に接続される前記第４のリンクと、を備え、前記第５のリンクの前記固定された軸回りの回転は、前記シャッタの前記第１の位置が変動するように、前記リンクの前記幾何学的な相互の接続を変化させる２サイクル内燃機関。
【請求項１２】
請求項１１に記載の２サイクル内燃機関において、前記第５のリンクは、前記電気機械装置により前記固定された軸周りに回転し、前記制御ユニットは、エンジン速度、及び／又は負荷及び／又は温度の変化により前記シャッタの前記第１の位置を変動させる２サイクル内燃機関。
【請求項１３】
請求項７又は１２に記載の２サイクル内燃機関であって、前記電気機械機器はサーボモータである２サイクル内燃機関。
【請求項１４】
請求項５乃至１３のいずれか1に記載の２サイクル内燃機関であって、前記シリンダ壁に排出口を有し、前記シャッタの前記第２の位置は、前記シャッタの前記最下部が前記シリンダ内にある前記最上の吸気口の前記最上位置よりも下部である２サイクル内燃機関。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１に記載の内燃機関であって、前記制御ユニットは、各サイクルで前記排出口の前記有効領域が変化されることで前記量を変える前記シャッタ手段を制御する内燃機関。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１に記載の内燃機関であって、前記センサ手段は、エンジン速度を計測し、それに相応する信号を発生する内燃機関。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか１に記載の内燃機関であって、前記センサ手段は、エンジンの負荷を計測し、それに相応する信号を発生する内燃機関。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか１に記載の内燃機関であって、前記センサ手段は、前記エンジンに使用される冷却液の前記温度を計測し、それに相応する信号を発信する内燃機関。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれか１に記載の内燃機関であって、前記センサ手段は、エンジン速度を計測するために前記エンジンの前記出力クランクシャフトの回転速度を計測し、エンジンの負荷を計測するために前記エンジンの排出口の前記ガスの前記圧力を計測する内燃機関。
【請求項２０】
実質的に前記添付した図面を参照して請求項１から請求項１９に記載され、図面に示された内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２サイクル内燃機関に関し、特に、その圧縮比、及びそのシリンダの排気口の面積を変動させる構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸排気口を備える２サイクル機関において、ピストンのスカートはシリンダのポートを閉鎖し、これらのポートのうちの１つ又はそれ以上は、シリンダに新鮮な空気の充填または燃料／空気混合体の注入のための通路を供給する役目を果たし、１つ又はそれ以上の他のポートは、外部への燃焼ガスの排出を提供する役目を果たす。吸気口及び排気口はシリンダ内に構成され、その結果、ピストンが下降するとまず排気口が開放され、シリンダ内のガスと大気中の圧力との高い差異により、燃焼ガスをシリンダから、ガスを大気中へと放出する排気管に導く排気通路へと流出させる。ピストンが更に下降すると、加圧された新鮮な燃料／空気混合体の充填が燃焼のためにシリンダに導入可能なように吸気口が開放される。ガスの加圧供給は、燃焼ガスをシリンダから強制排出する役目も果たし、これは掃気（ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ）として知られている。
【０００３】
従来の２サイクル機関において、吸気口及び排気口の双方が解放されるタイミングは、実際のピストン自体の動作によってのみ制御され、ピストンによってのみ開口が閉鎖されていた。ピストンがシリンダの上部に上昇すると、ピストンは第１に吸気口を閉鎖し、第２に排気口を閉鎖する。
【０００４】
特許文献１には、排気口の有効領域を変動させる可動シャッタを備えた２サイクル機関が記載されている。このシャッタは、シリンダ内のピストンの往復運動に連動するタイミングで周期的に有効領域を変動させる。センサ手段は、エンジンの運転特性を計測し、制御ユニットはセンサから発生した信号を処理し、それに従ってシャッタの動作を制御する。シャッタは、排気口が第１の有効領域を有する第１の位置と、排気口がより狭い第２の有効領域を有する第２の位置と間でシャッタを振動させる変速機構により操作される。変速機構は、エンジンのピストンに接続するクランクシャフトに接続され、相互に接続される複数のリンクを備える。ピストンがシャッタを通過して下死点から上死点まで移動すると、シャッタは第２の位置になるか、或いはそれに接近する。シャッタの第１の位置は、制御ユニットにより、計測されたエンジンの運転特性の変化に従って変動する。ピストンがシャッタを通過して上死点から下死点まで移動すると、シャッタは第１の位置になるか、或いはそれに接近する。制御ユニットは、排気通路の開放を進行させるか、又は保持させるために、シャッタの第１の位置を計測されたエンジンの運転特性の変化により変動させる。制御ユニットは、第１位置及び第２位置の間のシャッタ移動の振幅の大きさを変動させることでシャッタの第１位置を変化させる。制御ユニットは、排気通路の開放を保持するためにシャッタの動作を減少させる。シャッタの第２の位置は、全てのエンジンの操作条件につき一定である。電子機械機器は相互に接続するリンクのうちの１つに接続され、電子機械機器は、制御ユニットにより制御されてシャッタの周期的な動きを変動させるために相互に接続されたリンクの構成を変更する。
【０００５】
排気口の有効領域とは、ガスが排気通路へと通過する領域である。排気口自体は固定された領域であり、エンジンのシリンダの側面に機械加工された開口である。シャッタは排気口の有効領域を変動する役割を行う。
【０００６】
特許文献１のエンジンは、シャッタの第１の位置（すなわち、排出口が最大の有効領域を有する位置）を変えることで、各サイクルにおいて変動するエンジン特性とともに変化させるためにシリンダから燃焼ガスが流出可能なポイントを有効にする。
【０００７】
最近、クリーンな燃焼を達成するために、エンジンは予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）とともに運用される。これは、ガソリンを充填空気及び燃焼ガスの混合体に導入し、圧縮により着火する（スパークなしで）ほぼ同質な混合体の形成を許容することを含む。この燃焼プロセスにおいては、シリンダ内の熱及び燃焼ガスの保持が要求される。
【０００８】
【特許文献１】欧州特許第０５２６５３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１では、シャッタの使用の結果として、燃焼ガスを保持することが記載されているが、これは望ましくない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は２サイクル内燃機関を提供し、シリンダ内部で往復可能な少なくとも１つのピストンと、ピストンの往復動作の間にピストンにより開放及び閉鎖され、排気通路をシリンダと連通させる排気口と、シリンダ内のピストンの往復運動に時間的に関連して周期的に有効領域を変動させ、排気口の有効領域を変動させる可動シャッタ手段と、シリンダの圧縮比を変化させる移動可能なシャッタ手段に付加され、及びシャッタ手段から離間された圧縮比変動機構と、１つ又はそれ以上のエンジンの動作特徴を計測し、それに対応する信号を発生するセンサ手段と、センサ手段により発生した信号を処理し、排気口の有効領域を制御するためにシャッタ手段の動作を制御し、シリンダの圧縮比を変動させる圧縮比変動機構を制御する制御ユニットと、を備える。
【００１１】
本発明は、エンジンの操作マップ（アイドリング、低速、中程度の負荷、及び好ましくは、中間の高負荷及び高速の方向）の大きな領域にわたりＨＣＣＩ燃焼を可能とし、これにより、同等な４サイクルガソリンと比較して同時に排出物を低減（ＮＯｘ及びＨＣ）し、及び改善された燃料の効率性を享受する。
【００１２】
４サイクルガソリン機関（ＰＦＩ又はＤＧＩ）においては、ＨＣＣＩ操作範囲は低負荷から中程度の負荷であり、速度は４０００ｒｐｍに接近する値に制限され、これは、アイドリングの際には、駆動して完全なＨＣＣＩ燃焼を保持するには熱が十分でなく、高負荷の際には、熱の放出（燃焼速度）が高すぎてエンジンを損傷するからである。ガソリンに適用する場合には、捕捉された排出ガスがＨＣＣＩの反応を起こし、ＨＣＣＩ処理の抑制物として用いられるディーゼルに適用する場合と対照的である。従って、ガソリンＨＣＣＩに要求される温度を保持するために、排出ガスは、可変バルブのタイミングで要求されるように内部で捕捉される必要がある。４サイクル機関に対する最低限の要求は、ツインカムの位相を切り替えるカムの形状であろう。しかし、完全可変バルブの動きのほうがより良い。ＨＣＣＩ燃焼が劇的にＮＯｘを減少できることは疑いもないが、そのような減少が発生するエンジンの操作範囲はかなり狭く、自動着火自体の操作範囲よりもかなり小さい。また、ＨＣＣＩは、燃費を低減する潜在性を有する。圧縮時の最終温度は、燃焼処理を支配し、捕捉された排出ガスの熱がこれに影響する。軽い負荷の場合には、より低い燃料の要求によりガスの温度がより低く放出するため、爆発する／過剰な燃焼速度なしに、排出ガスをより多量に使用することは可能である。より高い負荷の場合には、熱がより高いため排出ガス量は減少する。可変圧縮比（ＣＲ）の使用により、圧縮の最終温度に対して第２の制御を行うオプションが与えられ、ＮＯｘを最小化して自動着火操作範囲を拡大するために排出ガス量のより良い最適化が許容される。しかし、変動するＣＲの設計及び実施は４サイクル機関では技術的に難しく、必然的にエンジンコストの上昇となる。
【００１３】
２サイクルガソリン機関では、２サイクル自体の性質、すなわち、短いガス交換処理及び大きな量の残留排出ガスにより、ＨＣＣＩの操作範囲はより広い。２サイクルガソリン機関は、アイドリングの際に実証されるが、この際に用いられる方法はエンジンの総合的な操作範囲に対しては適さない。より低い圧縮比を用いることは上側のＨＣＣＩ操作範囲を拡張するが、より高い圧縮比はこれを可能にする。最初の商用車への適用はおそらく「ハイブリッド車」のＨＣＣＩ−ＳＩエンジンであり、２サイクル操作は、そのガス交換処理により、ＨＣＣＩの操作モードとＳＩ（スパーク着火）との間において、４サイクルの場合と比較してより容易な切替を供給する。
【００１４】
２サイクルのポンプ作業は、軽い負荷の際に最も低く、負荷が増大するにつれて増加し（４サイクル機関ほど悪くはないが）、それにより車両の実際の操作を満足させることも述べるに値する。この場合、要求するよりもむしろ望む場合には、層をなす充填／燃焼を用いることができる。
【００１５】
ガソリン直接着火（ＧＤＩ）への動きは、この技術が排出量／燃費対策を達成するのに必須であることから２サイクル機関の導入を容易にする。ＨＣＣＩは、２サイクル機関において最初に発見され、４サイクル機関よりもより広範囲な操作範囲を有することが分かってきた。
【００１６】
ポートを備えた２サイクル機関の単純な燃焼チャンバにより、環状のジャンクヘッド（逆さまにしたピストンに類似する）の適用を通じてＣＲの変動を容易にする。自動着火を用いたＮＯｘの発生を極めて低くしなければならないため、この適用は、２方向の触媒の変換を現実化する。可変ＣＲは、ポンプ作業によりＣＲが増加する４サイクルとは異なり、２サイクルの吸気ポンプ作業に負の影響を有さない。
【００１７】
シャッタが排出口の開口の角度領域を変動させ、これにより、エンジンの速度範囲を通じて時間―領域の適切な要求を保持するために使用できる。負荷状態が変化しているときにシャッタが定速（又は変速）で変動する場合には、排気口の開口を変動させることは、捕捉される残留排出物の量を効果的に制御するために掃気の効率に影響する。これは、ＨＣＣＩの始動／制御に影響する。ＨＣＣＩ操作を更に改善する第２の制御システムは、ＣＲの広範囲な変動により供給される。これは、圧縮の最終充填温度に重要なバリエーションを提供し、操作範囲としてアイドリング時を含めることが可能なまで低下させるように増加させることを許容する。より高い速度／負荷により燃焼が強くなりすぎた場合は、可変ＣＲ機構は、操作サイクル及びガス交換処理により少なく妥協した、ＨＣＣＩ操作のより広くより最適な範囲を許容する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の好ましい実施形態は、添付した図面を参照して記載される。
【００１９】
図１から図４は、エンジンの高速／高圧な動作状態を示す。図１Ａには、ピストン１９、シリンダ２０、複数の吸気口２１、吸気通路２２、排気口２３、及び排気通路２４を示す。排気通路において排気口２３の有効領域を変化させるのに操作可能なのは、第１のリンク２、第２のリンク３、第３のリンク４、第４のリンク５、及びクランクシャフト７を含む機構により操作されるシャッタ１である。第４のリンク５は、第５のリンク６によりサーボモータ（図１には示されないが図５に示され、明細書の後半に記載される）に接続される。ピストン１９は、従来技術であるガジオンピン（ｇｕｄｇｅｏｎ  ｐｉｎ）及び接続ロッド（図示せず）を経由して出力クランクシャフト（図示せず）に接続される。出力クランクシャフトは、滑車ベルトによりクランクシャフト７に接続される。
【００２０】
シリンダ２０は、シリンダ２０に沿って軸方向に摺動可能な環状のジャンクヘッド（ｊｕｎｋ  ｈｅａｄ）４１により供給される可動端面４０により部分的に規定される。ジャンクヘッド４１は、シリンダ２０内で圧縮比を変動させるために可動である。ピストンリンク（図示せず）は、ジャンクヘッド及び周囲のシリンダ２０の間にシールを供給する。
【００２１】
図１Ａは、ピストン及びピストンスカート２５が丁度排気口２３を覆うポイントにあるときのピストン１９を示す。典型的には、これは出力クランクシャフトが上死点から８５度回転したときに発生する。ピストンスカート２５は完全に吸気口２１を覆う。シャッタ１は、排気通路２４の壁内に引っ込む。図１のシリンダ内部のガスは燃焼している。
【００２２】
図２Ａは、ピストン１９が、出力クランクシャフトが約２８度回転することで図１Ａの位置から下方に移動したポイントを示す。クランクシャフト７が出力クランクシャフト二接続していることからクランクシャフト７は同様の角度で回転し、４つのリンク２，３，４，５について同様の動作を引き起こす。しかし、この動作は、シャッタ１を排気通路２４に進入させるには十分ではない。排気口２３は、ピストン１９により覆われておらず、それによりシリンダ内に存在する高圧の燃焼ガスは排気口２３を通じてシリンダから流れ出す。
【００２３】
図３Ａは、ピストンが図３Ａの位置から下死点まで移動した場合を示す。ピストン１９は、吸気口２１を覆っておらず、加圧された燃料／空気の混合体は、吸気口２１を通じてシリンダ２０に侵入できる。加圧された燃料／空気の混合体は、残りの燃焼ガスをシリンダから排気通路２４に移動させる。加圧された燃料／空気の混合体は、残りの燃焼ガスをシリンダから排気通路２４に移動させる。しかし、シャッタ１により排気口２３の有効領域を減少させることで燃料／空気の混合体の余剰なロスが避けられる。この排気口の有効領域の減少は、図３Ａと図４Ａとの間のピストン１９の下方の動きを伴う出力クランクシャフトの動作が、上述した滑車及びベルト手段によりクランクシャフト７を動作させることにより生じる。クランクシャフト７の動作は、排気口２３の有効領域を減少させながらシャッタ１が排気通路２４へと回転するように、リンク２，３及び４の動作を生じさせる。
【００２４】
図４では、ピストン１９が上昇を開始し、ピストンスカート２５が吸気口２１を閉鎖する。典型的には、この状態は出力クランクシャフトが上死点から２４７度回転することで発生する。図５Ａ及び図４Ａの間のピストンの動作は出力クランクシャフトの回転を生じさせ、クランクシャフト７の対応する回転となる。リンク部材２，３及び４を経由したクランクシャフト７の回転により、シャッタ１は図４Ａに示される位置から回転し、排気口２３の有効領域をさらに減少させる。シャッタ１により排気口２３の有効領域が減少することで、ピストン１９が、他の方法に比べてその上昇のより早い段階で排気口２３を閉鎖することが可能となる。この排気口を早期に閉鎖することで、燃料／空気の混合体を圧縮するより長い期間が可能となり、より高い最高圧が達成され、エンジンの熱効率がより大きくなる。
【００２５】
図１Ａから図４Ａの全てにおいて、ジャンクヘッドは最上位置に保持され、その状態ではエンジンの圧縮比は最小値である。
【００２６】
図１Ｂから図４Ｂまでは、エンジンの低速／低圧な操作状態を示す。図１Ｂは、図１Ａのシリンダに関する位置と同様な位置でのピストンを示す。ジャンクヘッド４１は、シリンダ２０内の圧縮比を最高値に増加させるために最下位置まで下がる。また、図１Ｂのシャッタの位置は図１Ａの位置とは一致しない。制御システムは、エンジンの負荷及びエンジンの速度を考慮して動作させ、４つのリンクアーム２から５の配置を適応させるようにサーボモータに第５のリンクアーム６を回転させる。４つのリンクアーム２から５の幾何学的な配置を図１Ａの配置から図１Ｂの配置に調節することで、シャッタの移動範囲を減少させる。シャッタ１による排気口２３の面積を最大に減少することが第５のリンク６の制御の全ての位置について同様であるように、この幾何学的に配置される。しかし、第４のリンク５が図１Ｂから４Ｂに示される位置である場合、図１に示されるように、シャッタは決して排気通路の壁内に完全には納まらない。図１Ｂから図４Ｂのシャッタの移動の減少により、図１Ａから図４Ａの完全なシャッタの移動よりも燃焼せずに排出される燃料／空気の混合体が少なくなる。それはまた、通常の２サイクル機関、又は図１Ａから図５Ａの構成と比較して、シリンダの内部が大気中に開放される時間を遅延させる。これは、ＨＣＣＩを活性化させるために、シリンダ１０内の燃焼ガスの保持を可能にする。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態では、シャッタ１が最下レベルにある時のその最下部のレベルは、吸気口２１の最上位置の下の位置に合致する。シャッタは、ピストンがその上昇により吸気口２１を完全に閉鎖した直後にその最下位置となる。しかし、排気通路は、ピストンがその降下により吸気口を露出させる前にシリンダにより開放される。これにより、新たな燃料／空気の混合体が供給される前に燃焼ガスが排出される。従って、排気口の開放及び閉鎖のタイミングは、ピストンの位置に関して不均整（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）である。排気口は、ピストンがシリンダに対して下降し、排気口がその上昇により閉鎖されるピストンの位置よりもより高い位置であるときに開放される。本システムは、ピストンの位置に関し、シャッタの動きの不均整なタイミングを許容し、例えば、負荷、速度、温度などのエンジンの変動するパラメータに従って不均整さを変動させる。
【００２８】
図２から図４の配置は高速及び／又は高負荷に対して設計される。これらの条件では、エンジン内部の燃焼は、スパークの点火により時折行われる。望ましくない過早点火（又はノッキング）を避けるために圧縮比はその最低値に減少される。燃焼ガスの排出が可能な時間は、低速の場合よりも少なく、シャッタは、排出処理を妨害しないように引き込めなければならない。部分的負荷及び低負荷の操作では、エンジンはＨＣＣＩ燃焼が用いられる。これは、ＨＣＣＩに必要な条件を達成すべく新たに充填される空気及び燃料と混合させるため、シリンダ内の排出ガスを捕捉する（ｔｒａｐ）ことで促進する。また、圧縮比の上昇は、最終温度を上昇させることによりこれを補助する。部分的に閉鎖したシャッタは、すべての燃焼ガスが排出されることを回避するように働き、次に配給され充填される空気及び燃料と混合するためにシリンダ内の燃焼ガス効率的に捕捉（ｔｒａｐ）する。また、図２Ｂから図５Ｂの配置は、シリンダに対する排気通路の開放は遅くなり、これによりピストンに生じる燃焼ガスが膨張する期間が増加するため、低速においてエンジンから供給されるトルクを増加させる。また、ジャンクヘッド４１を動作させてより高い最終燃焼温度を達成させるために圧縮比が増加される。
【００２９】
図５は、シャッタ１、第１のリンク２、第２のリンク３、第３のリンク４、第４のリンク５、第５のリンク６、クランクシャフト７（リンク４は開口を有し、その開口はシャフト７と共に回転する偏心器を回転させる）、滑車８、エンジンの出力クランクシャフト（図示せず）により動作するベルト９、サーボモータ１０、制御ユニット１１、センサ１２及び１４、及び吸気連結管１３を示す。電気式センサ１４は、吸気連結管１３に配置されてその中のガス圧を計測する。このセンサは、配線１５を介して制御ユニット１１に信号を送信する。エンジン速度センサ１２は、配置されたエンジンの回転速度を計測する。エンジン速度センサ１２は、配線１６を介して制御ユニット１１に信号を送信する。制御ユニット１１は電子回路を備え、事前にプログラムされた指示に従って受信した信号を比較して結合する。制御ユニット１１は、配線１７を介してサーボモータ１０に指示信号を送信する。この信号は、サーボモータに任意に固定された参照１８に関する要求角度Φだけリンク６を回転させるよう指示する。
【００３０】
電子式制御ユニットは、事前にプログラムされた指示に従い、全ての速度及び負荷に対して圧縮比と効率的な排気口の領域との最善の組合せを決定する。
【００３１】
低いエンジン速度においては、減少されたシャッタの動きにより、ピストンが下降して排出口が部分的に閉じることでエンジンのサイクルのより大きな割合のパワーを供給するために、燃焼ガスの膨張によるピストンの圧力を許容する。サイクルにおいて、排出口がシリンダの内部に解放される瞬間は、シャッタのない構成と比較して約１４度の出力クランクシャフトの回転まで遅らせることができる。このことは、排出ガスを新鮮な充填燃料／空気混合体と混合するため保持することを許容し、これにより、ＨＣＣＩ操作を許可する。
【００３２】
制御ユニット１１の制御の概略は図７に示される。好ましい実施形態では、本発明の制御システムは、３つのセンサ１２，１４及び３４を内蔵する。センサ１２は、エンジン速度、典型的には、エンジンの作動ピストンにより回転されるクランクシャフトの回転速度を計測する。センサ１４は、例えば、吸気連結管（図１に示す）内のガスの圧力を計測するか、又はシリンダ内へのガスの流れを観測する空気流計測器によりエンジンの負荷を計測する。センサ３４は、エンジンの冷却液の温度を計測する。
【００３３】
制御ユニット１１は、シャッタが動作中のシリンダに排出通路を開放するポイントを変化させるためにサーボモータ１０を制御する。排気通路の開放ポイントは、ピストン下死点より前の角度により計算され、それは、計測されたエンジン速度におおむね比例し、最大のエンジン速度はシャッタの最大移動距離、及び排出口の最大開放時間を要求する。また、制御ユニット１１は、図面には示されていないがアクチュエータ（例えば、水圧アクチュエータ）を制御し、ジャンクヘッドを動作させてエンジン速度及び／又は負荷に関するシリンダ内の圧縮比を変動させる。
【００３４】
上述した好ましい実施形態では、リンク６を回転させるためにサーボモータを使用したが、要求される方法でリンク６を回転できるいずれかの電気機械的な機器を使用することができる。例えば、水圧アクチュエータを使用でき、そのアクチュエータのピストンはその長手方向に大まかに中途の位置で旋回するリンクに接続され、ピストンの動きによりリンクが旋回軸まわりに回転を起こす。
【００３５】
ここに開示された本発明の全ての有利な点を得るために、高速度の操作モードにおいて、シャッタが保持され、初期段階で排出口が開放され、ガスの速度が最高値となったときに、排出通路を通過する流れの障害が最小となるように、シャッタはその下方の縁の形状が排出通路の上部の形状に可能な限り接近して形成されなければならない。この方法により、エンジンの性能は、排出通路を通じた燃焼ガスの流れにより妨害されることで有害な影響を受けない。
【００３６】
シャッタの詳細な構成は図６に見ることができる。図６では、シャッタはポイント３０に関して旋回するように搭載され、それは、シャッタ１の最下端の縁のポイント３１から偏心している。シャッタ１は、排出通路の奥まった部分内の引っ込んだ位置、及び排出口の面積が減少した“１´”の第２の位置をみることができる。シャッタとハウジング３２との間のクリアランスは、シャッタがその最下ポイントに達するに従いオフセットにより減少する。これは、図６のＸ及びＹにおいてみることができ、Ｘは、オフセットがない場合に広がるクリアランスを示し、Ｙは、オフセットがある場合に広がるクリアランスを示す。これは、排出通路を通じた炭化水素の排出、及びパワーロスの源であるピストン及びシャッタの間に形成されたボリューム３３を減少させる有利さがある。
【００３７】
上記圧縮比の変動は、シリンダ内の環状のジャンクヘッドの動作により達成されるが、圧縮比を変化させる他の方法も代替して使用できるであろう（例えば、長さが変化するピストン、又は各ストロークにおいてピストン動作の最上部の限界を変化させるために、軸回りに旋回可能なシリンダブロックを有することにより）。
【００３８】
シャッタ機構は、滑車９により駆動されるクランクシャフトを有して記載されて図示されるが、エンジンの主要なクランクシャフトがその機構を駆動する偏心した駆動部により供給される場合には、クランクシャフト８及び滑車９は省略できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】本発明における、サイクルでの異なるステージでのピストンとシリンダとの構成の単純化されて図示された断面図である。
【図１Ｂ】本発明における、サイクルでの異なるステージでのピストンとシリンダとの構成の単純化されて図示された、図１Ａから図４Ａと同様な連続する図であるが、構成がエンジンの操作特性における違いを考慮して調節された断面図である。
【図２Ａ】本発明における、サイクルでの異なるステージでのピストンとシリンダとの構成の単純化されて図示された断面図である。
【図２Ｂ】本発明における、サイクルでの異なるステージでのピストンとシリンダとの構成の単純化されて図示された、図１Ａから図４Ａと同様な連続する図であるが、構成がエンジンの操作特性における違いを考慮して調節された断面図である。
【図３Ａ】本発明における、サイクルでの異なるステージでのピストンとシリンダとの構成の単純化されて図示された断面図である。
【図３Ｂ】本発明における、サイクルでの異なるステージでのピストンとシリンダとの構成の単純化されて図示された、図１Ａから図４Ａと同様な連続する図であるが、構成がエンジンの操作特性における違いを考慮して調節された断面図である。
【図４Ａ】本発明における、サイクルでの異なるステージでのピストンとシリンダとの構成の単純化されて図示された断面図である。
【図４Ｂ】本発明における、サイクルでの異なるステージでのピストンとシリンダとの構成の単純化されて図示された、図１Ａから図４Ａと同様な連続する図であるが、構成がエンジンの操作特性における違いを考慮して調節された断面図である。
【図５】本発明の１つの実施形態を示す概略の説明図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態を示す詳細図である。
【図７】本発明の実施形態の典型的な制御を示す概要図である。
【図１Ａ】
2009523962.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2009523962.tif 000006
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年11月26日(2007.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内部で往復可能な少なくとも１つのピストンと、
ピストンの前記往復動作の間に前記ピストンにより開放及び閉鎖され、排気通路をシリンダと連通させる排気口と、
前記シリンダ内の前記ピストンの前記往復運動に時間的に関連して周期的に有効領域を変動させ、前記排気口の前記有効領域を変動させる可動シャッタ手段と、
前記シリンダの圧縮比を変化させる移動可能なシャッタ手段に付加され、及びシャッタ手段から離間された圧縮比変動機構と、
１つ又はそれ以上の前記エンジンの動作特徴を計測し、それに対応する信号を発生するセンサ手段と、
前記センサ手段により発生した前記信号を処理し、前記排気口の前記有効領域を制御するために前記シャッタ手段の前記動作を制御し、前記シリンダの前記圧縮比を変動させる前記圧縮比変動機構を制御する制御ユニットと、を備え、
前記エンジンは燃料としてガソリンを使用し、予混合圧縮着火、及びスパーク着火の双方で操作可能であり、前記制御ユニットは、前記エンジンの低速度及び／又は低負荷において前記圧縮比変動機構を制御し、前記シリンダ内の第１の圧縮比を適用し、前記シャッタ手段の操作を変動させて燃焼ガスの排出の間に前記排出口の前記有効領域を減少させ、予混合圧縮着火に適した混合体を作り出すために、前記シリンダ内の燃焼ガスを捕捉前記制御ユニットは、前記エンジンの高速度及び／又は高負荷において前記圧縮比変動機構を制御し、前記シリンダの第２のより低い圧縮比を適用し、前記シャッタ手段の操作を変動させ、望ましくない事前着火なしにスパーク着火を促進するために燃焼ガスの排出の間に前記排出口の前記有効領域を増加させ、
前記シャッタ手段は、前記シャッタと、前記排出口が第１の有効領域を有する第１の位置、及び前記排出口が第２のより小さな有効領域を有する第２の位置の間にシャッタを振動させる変速機構とを備え、前記変速機構は、前記エンジンの前記ピストンに接続するクランクシャフトに接続され、複数の相互に接続されるリンクを備え、
前記制御ユニットは、計測された操作特性により、前記排出通路の開口を進めるか、又は保持するために前記シャッタの前記第１の位置を変動させ、
前記ピストンが前記シャッタを通過して上死点から下死点まで移動すると、前記シャッタは前記第１の位置になるかそれに接近し、
前記制御ユニットは、前記第１及び第２の位置の間のシャッタ移動の前記振幅の大きさを変動させることで前記シャッタの前記第１の位置を変動させ、前記制御ユニットは、前記排出通路の開口を保持するために前記シャッタの動作を減少させ、
前記シャッタの前記第２の位置は全てのエンジン操作条件について一定であり、
電子機械機器は、相互に接続されるリンクの１つに接続され、前記電子機械機器は、前記制御ユニットにより制御され、前記シャッタの前記周期的な動作を変動させるために前記相互に接続されるリンクの前記構成を変え
前記ピストンにより前記吸気口が前記開放される時点、及び前記ピストンが前記下死点に到達する時点の前記間の前記シャッタの前記動作は、前記シャッタの前記第２の位置への動作であり、それにより、前記シリンダからの新鮮な充填のロスを減少するために前記排出口の前記有効領域が減少させる２サイクル内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の２サイクル内燃機関であって、前記圧縮比変動機構は、前記シリンダの広範囲な圧縮比を提供する２サイクル内燃機関。
【請求項３】
請求項２に記載の２サイクル内燃機関であって、前記シリンダは、前記シリンダ内の前記圧縮比を変動させるために前記圧縮比変動機構により動かされる可動端部表面により一部が規定される２サイクル内燃機関。
【請求項４】
請求項３に記載の２サイクル内燃機関であって、前記可動端部表面は、前記シリンダ内で軸方向に摺動するジャンクヘッドにより供給され、前記圧縮比変動機構は、前記ジャンクヘッドを摺動させるアクチュエータを備える２サイクル内燃機関。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１に記載の２サイクル内燃機関であって、前記変速機構は、第１のシャフトの回転による周期的な動作のために前記シャッタが搭載される前記第１のシャフトと、前記エンジンの前記出力クランクシャフトに接続するために滑車手段により接続される第２のシャフトとを備え、前記第１及び第２シャフトは、前記複数の相互に接続するリンクにより接続される２サイクル内燃機関。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１に記載の２サイクル内燃機関であって、前記シャッタは、前記排出通路の凹部内に旋回可能に搭載され、前記変速機構は、前記シャッタが前記凹部内に完全に又は部分的に収納される前記第１の位置と、前記排出口の前記有効領域を減少させるために、前記シャッタが前記凹部から外れて延びる前記第２の位置との間に前記シャッタを振動させる２サイクル内燃機関。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１に記載の２サイクル内燃機関であって、前記変速機構は、前記シャッタに接続される第１のシャフトと、前記第１のシャフトの一端に固定され、第２のリンクの第１の端部に対して前記他の端部に旋回可能に接続される第１のリンクと、第３及び第４のリンクの第１の端部に対して第２の端部に旋回可能に接続される前記第２のリンクと、前記エンジンの前記作用クランクシャフトに接続されて同様に回転するクランクシャフトの第２の端部に旋回可能に接続される前記第３のリンクと、固定した軸回りに回転して搭載された第５のリンクの第２の端部に旋回可能に接続される前記第４のリンクと、を備え、前記第５のリンクの前記固定された軸回りの回転は、前記シャッタの前記第１の位置が変動するように、前記リンクの前記幾何学的な相互の接続を変化させる２サイクル内燃機関。
【請求項８】
請求項７に記載の２サイクル内燃機関において、前記第５のリンクは、前記電気機械装置により前記固定された軸周りに回転し、前記制御ユニットは、エンジン速度、及び／又は負荷及び／又は温度の変化により前記シャッタの前記第１の位置を変動させる２サイクル内燃機関。
【請求項９】
請求項１又は８に記載の２サイクル内燃機関であって、前記電気機械機器はサーボモータである２サイクル内燃機関。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか1に記載の２サイクル内燃機関であって、前記シリンダ壁に排出口を有し、前記シャッタの前記第２の位置は、前記シャッタの前記最下部が前記シリンダ内にある前記最上の吸気口の前記最上位置よりも下部である２サイクル内燃機関。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１に記載の内燃機関であって、前記制御ユニットは、各サイクルで前記排出口の前記有効領域が変化されることで前記量を変える前記シャッタ手段を制御する内燃機関。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１に記載の内燃機関であって、前記センサ手段は、エンジン速度を計測し、それに相応する信号を発生する内燃機関。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１に記載の内燃機関であって、前記センサ手段は、エンジンの負荷を計測し、それに相応する信号を発生する内燃機関。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１に記載の内燃機関であって、前記センサ手段は、前記エンジンに使用される冷却液の前記温度を計測し、それに相応する信号を発信する内燃機関。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１に記載の内燃機関であって、前記センサ手段は、エンジン速度を計測するために前記エンジンの前記出力クランクシャフトの回転速度を計測し、エンジンの負荷を計測するために前記エンジンの排出口の前記ガスの前記圧力を計測する内燃機関。
【請求項１６】
実質的に前記添付した図面を参照して請求項１から請求項１５に記載され、図面に示された内燃機関。
【国際調査報告】
2009523962.tif 000014
2009523962.tif 000015