(57)【要約】  エンジンが複数の燃焼シリンダを有し、該各燃焼シリンダに第１のピストンが従来のように往復運動可能に取り付けられている。エンジンヘッドが各燃焼シリンダと連通させられた円筒状の凹部を備え、該円筒状の凹部には第２のピストンが往復運動可能に取り付けられている。第２のピストンの燃焼室と反対の側には、第２のピストンの移動を制御するための入口及び出口を備えた制御チャンバが配設されている。第２のピストンは、膨張比を大幅に小さくすることなく圧縮比を高めるために使用される。または、第２のピストンを、制御チャンバから流体を送り出すポンプとして使用することができる。更に他の動作方法においては、第２のピストンを、円筒状の凹部内において出力要求に従って変化する量だけ外方に駆動することによって、出力要求に従って圧縮比を変化させることができる。
2005511946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃焼シリンダと、
該各燃焼シリンダに往復運動可能に取り付けられ、燃焼シリンダ内の燃焼室の第１の境界を画定する第１のピストン面を備えた第１のピストンと、
前記燃焼シリンダを覆い、対応する燃焼シリンダ内でそれぞれ開口する複数の円筒状の凹部を備えたヘッドと、
前記各凹部に往復運動可能に取り付けられ、前記燃焼室の第２の境界を画定する第２のピストン面を備えた第２のピストンと、
燃料空気混合気を燃焼室内に導入する手段と、
前記第１のピストンの各圧縮行程の終わり又は膨張行程の始めにおいて、前記第１のピストンが上死点近くの位置に達した後で、前記第２のピストンを前記円筒状の凹部内において後退位置から拡張位置まで外方に移動させて燃焼室の容積を小さくし、燃料空気混合気の自己着火を引き起こすレベルまで圧縮比を高める手段とを有することを特徴とするエンジン。
【請求項２】
出力要求を検出する手段と、
検出された出力要求に従って前記第２のピストンの拡張位置を制御することによって、圧縮比を制御する手段とを有する請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記第２のピストンは、前記ヘッド内の円筒状の凹部と協力して制御チャンバを画定する第３のピストン面を備えた両面ピストンである請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記第１のピストンの連続的な圧縮行程の間に、前記第２のピストンを後退位置に戻す再位置決め手段を有する請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記再位置決め手段は、前記制御チャンバと連通させられた排出管と、該排出管に配設された制御弁とを有する請求項４に記載のエンジン。
【請求項６】
前記制御チャンバと連通させられた吸入管と、該吸入管に配設された制御弁とを有する請求項５に記載のエンジン。
【請求項７】
前記制御弁の両側において排出管路及び吸入管路に接続されたバイパス管路と、該各バイパス管路に配設された逆止弁とを有する請求項６に記載のエンジン。
【請求項８】
前記ヘッド内の吸気ポート及び排気ポート、並びに吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ開閉するポペット弁を有する請求項１に記載のエンジン。
【請求項９】
前記第１のピストン面は前記ヘッド内の円筒状の凹部と対向する円筒状の凹部を備える請求項１に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記第１のピストン面の前記凹部と前記ヘッド内の前記凹部とは同じ直径を有する請求項９に記載のエンジン。
【請求項１１】
複数の燃焼シリンダ、該各燃焼シリンダに往復運動可能に取り付けられ、燃焼シリンダ内の燃焼室の第１の境界を画定する第１のピストン面を備えた第１のピストン、燃焼シリンダを覆い、排気ポート及び対応する燃焼シリンダ内でそれぞれ開口する複数の円筒状の凹部を備えたヘッド、前記各凹部に往復運動可能に取り付けられた第２のピストン、並びに各排気ポートを開閉するエンジン排気弁を有するとともに、前記第２のピストンに、燃焼室の第２の境界を画定する第２のピストン面を備えたエンジンを動作させる方法において、
前記燃焼室に燃料空気混合気を導入する工程と、
前記第１のピストンの圧縮行程によって燃料空気混合気を圧縮する工程と、
前記第１のピストンの各圧縮行程の終わり又は膨張行程の始めにおいて第１のピストンが上死点近くの位置に達した後で、前記第２のピストンをヘッド内の円筒状の凹部内において後退位置から拡張位置まで外方に移動させ、燃焼室の容積を小さくし、燃料空気混合気の自己着火を引き起こすレベルまで圧縮比を高める工程とを有する方法。
【請求項１２】
エンジンの出力要求を検出する段階と、
検出した出力要求に従って前記第２のピストンの拡張位置を制御することによって、圧縮比を制御する段階とを有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２のピストンは、ヘッド内の円筒状の凹部と互いに作用して制御チャンバを画定する第３のピストン面を備えた両面ピストンであり、前記第２のピストンを移動させる工程は、制御チャンバ内に高圧で流体を導入して第２のピストンを拡張位置まで移動させる工程を有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記後退位置は、燃焼室の容積が、化学量論条件及び最大予想初期予圧温度における特定の均等な燃料空気混合気の自己着火を防ぐのに十分な容積になるように設定される請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のピストンは、ヘッド内の円筒状の凹部と互いに作用して制御チャンバを画定する第３のピストン面を備え、エンジンは、制御チャンバを低圧流体リザーバに接続する低圧管路、及び該低圧管路内に配置された開閉弁を備え、
前記第１のピストンが下死点に達する前で、かつ、第１のピストンの動力行程の終わりでエンジン排気弁が開かれる前に開閉弁を開き、それにより、流体を制御チャンバから低圧リザーバに排出し、第２のピストンを、膨張燃焼ガスの力によって後退位置まで戻す工程を有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
エンジンの出力要求を検出する工程と、
検出された出力要求に従って開閉弁を閉じるタイミングを制御して、前記第２のピストンの拡張位置及び最大圧縮比を制御する工程とを有する請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と粒状物質（ＰＭ）の放出を減少させるために、ディーゼルサイクルエンジンにおいて幅広い負荷にわたって均質充填（てん）混合圧縮着火（ＨＣＣＩ：ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ−ｃｈａｒｇｅ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ−ｉｇｎｉｔｉｏｎ）の開始を制御するための方法及び装置に関するものである。なお、応用分野として、自動車用内燃機関等がある。
【背景技術】
【０００２】
自動車におけるディーゼルサイクルエンジンの利用の増大によって、大気中において窒素酸化物、粒状物質等の汚染物質が大幅に増えている。従来のディーゼルサイクルエンジンは、オットーサイクル（例えば、ガソリン均質混合気）エンジンで達成可能なレベルを実質的に超える窒素酸化物（ＮＯｘ）及び粒状物質（ＰＭ）を放出し、かつ、実質的に高い燃料経済性を達成する。そして、前記ディーゼルサイクルエンジンは、大型トラック市場、オフロード商用車市場等で優位に立っており、また、小型トラック市場にも浸透しつつある。したがって、ディーゼルサイクルエンジンにおいて、高い費用効果と高い効率でＮＯｘとＰＭの放出を実質的に減少させることができる技術が大いに望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一連の従来技術は、均質充填混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）エンジンの動作について述べている。燃料及び空気（酸素）の均質充填混合気（ｈｏｍｏｇｅｎｏｕｓ−ｃｈａｒｇｅ）は、圧縮中に、主に（１）燃料の性質（例えば、オクタンレベル）、（２）反応物（すなわち、燃料及び酸素）の濃度、及び（３）燃料と空気との充填混合気（再循環した排気ガスを含む）の初期温度によって、特定の圧縮レベル（例えば、圧縮比）で自己着火する。前記充填混合気を圧縮すると、反応物の温度及び濃度の両方が高くなり、また、圧力も高くなる。所定の開始条件に対して自己着火（すなわち、圧縮着火）が起こる一つの圧縮比が存在する。仮に、該圧縮比がエンジンの機械圧縮比と同じ場合、「適正な」時期、すなわち、ピストン上死点（ＴＤＣ）で燃焼が始まり、一般に、シリンダ圧力が１０度以内のクランク角度（エンジン速度によって変化する。）でピークに達し、しかも、排出物が少なく、効率が高い。しかしながら、自己着火圧縮比がエンジンの圧縮比より低い場合、燃焼はピストン上死点（ＴＤＣ）より前に起こり、エンジンは、容認できないほどのノッキングを起こす。自己着火圧縮比がエンジンの圧縮比より高い場合は、ミスファイヤが起き、エンジンは動作しない。したがって、従来技術の主な問題点（及び、この燃焼プロセスの商業化の限界）は、実際のエンジンに必要な動作条件（例えば、周囲温度及び負荷）の範囲にわたって、ＨＣＣＩの開始を制御する受け入れ可能な手段がないことである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、エンジンの動作中に、エンジンの圧縮比を機械的に制御することによってＨＣＣＩの開始を制御し、これによって、特定の動作条件に対して、ＨＣＣＩが最適条件で開始するようにする。ＨＣＣＩの開始は、ピストンがＴＤＣ近くに達したときに、エンジンの速度によって変化するＴＤＣ前のクランク角度５度からＴＤＣ後のクランク角度１０度の範囲内で一般に起こる。エンジンの圧縮比を制御する一つの方法は、（１）クランクシャフトの中心線を上昇又は下降させる、（２）ピストンとクランクシャフトとの間のコネクティングロッドの有効長を変化させる、又は（３）ピストン／ロッド取り付け位置より上方のピストンの有効長（及びそれにより排出容積）を変化させる等の手段によって、ピストンの行程を変化させることである。エンジンの圧縮比を制御する他の方法は、ピストンのＴＤＣ位置から上方のエンジンヘッドの高さを変化させることである。
【０００５】
残念ながら、これらの手段の何れかによって圧縮比を変更すると、エンジンの膨張比も変化し、それに伴って、熱効率も変化する。例えば、ピストンＴＤＣ前のＨＣＣＩを回避することによってノッキングを回避するために、エンジンの燃焼比を、例えば、６に下げると、エンジン効率が犠牲になる。また、圧縮比を変化させるそのような手段では、ピストンＴＤＣにおいて圧縮が最大になる。ＨＣＣＩと関連した極めて高速な燃焼が行われる場合、ピーク燃焼圧は、一般にＴＤＣを基準としてクランク角度１０度以内に生じ、エンジン負荷が大きい場合は、望ましくない高いピークシリンダ圧力が発生し、それに伴ってノイズが増加する。
【０００６】
したがって、本発明は、複数の燃焼シリンダと、該各燃焼シリンダ内に往復運動可能に取り付けられた第１のピストンとを有する（ガソリン、ディーゼル油等の様々な燃料で動作可能な）ディーゼルサイクルエンジンを提供する。ピストンには、燃焼シリンダ内で燃焼室の第１の境界を画定する第１の面が配設され、燃焼シリンダを覆うヘッドには複数の円筒状の凹部が配設され、該各円筒状の凹部は対応する燃焼シリンダ内で開口する。前記ヘッド内の各円筒形凹部に第２のピストンが往復運動可能に取り付けられ、燃焼室の第２の境界を画定する第２のピストン面が配設されている。均質混合気を得るための従来の方法で燃料空気混合気が作られ、従来のディーゼルエンジンより早く充填空気に燃料が注入される。前記燃料空気混合気は、従来のガソリンエンジンで実施されているように、ヘッド内に形成された複数の吸気ポートのうちの選択されたものを介して順次各シリンダ内に導入されるか、又は、空気吸入又は圧縮中において充填空気に燃料が加えられるかする。
【０００７】
前記ピストンの各圧縮行程の終わり（一般に、ピストンＴＤＣ前のクランク角度５度以内）又は膨張行程の始め（一般に、ピストンＴＤＣ後のクランク角度１０度以内）において、第２のピストンをヘッド内の円筒状の凹部内において後退位置から拡張位置に移動させて燃焼室の容積を小さくし、燃料空気混合気の自己着火を引き起こすレベルまで圧縮比を高めるためのコントローラが提供される。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、エンジンは、さらに、エンジンの出力要求を判定するセンサと、検出した出力要求に従って第２のピストンの拡張位置を制御することによって圧縮比を変化させるコントローラとを備える。
【０００９】
本発明の他の好ましい特徴においては、第１のピストンは、燃焼室の第１の境界を画定する面と、エンジンヘッド内の円筒状の凹部と軸方向に位置合わせされて形成され、好ましくはエンジンヘッド内の円筒状の凹部と同じ直径の円筒状の凹部とを有する。
【００１０】
本発明の他の好ましい特徴によれば、前記第２のピストンは、燃焼室の第２の境界を画定する一つの面と、エンジンヘッド内の円筒状の凹部と協力して制御チャンバを画定する第３の面とを有するとともに、自由に動く両面ピストンである。また、作動油を制御チャンバに導入したり、作動油を制御チャンバから排出したりするための入口ポート及び出口ポートが配設される。これらの各ポートは、内部に開閉制御弁を備えた管路に接続されることによって、高圧流体を制御チャンバに導入することにより、第２のピストンを拡張位置に移動させることができ、他の実施の形態においては、動力行程における膨張燃焼ガスの力によって第２のピストンを後退位置に戻すことができる。
【００１１】
本発明の他の態様においては、前述されたエンジンを動作させる方法を提供し、該方法は、第１のピストンがその上死点近くの位置に達した後で、第２のピストンをヘッド内の円筒状の凹部内において後退位置から拡張位置に移動させ、前記第１のピストンの各燃焼行程を開始し、燃焼室の容積を小さくし、燃焼室内の燃料空気混合気の自己着火を引き起こすレベルまで圧縮比を高める。本発明の方法は、例えば、アクセルペダルを踏み込むことによってエンジンの出力要求を検出し、検出した出力要求に従って第２のピストンの拡張位置を制御することによって圧縮比を制御することが好ましい。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、ピストンが既にＴＤＣの近くに達しているときに、最終的な充填混合気の圧縮を行うための動作方法及び手段を提供することによって、高い膨張比を維持して高い効率を維持する。これにより、エンジンのノッキングが回避され、同時に充填混合気の温度が低い場合でも低濃度燃料（軽負荷）を自己着火させるのに十分な圧縮が提供される。
【００１３】
例えば、高負荷（最大燃料濃度）及び最大予想初期充填混合気温度の条件下において圧縮比６で自己着火する燃料は、それより低い負荷又は温度では自己着火しないので、そのような条件下では圧縮比を高める手段が必要になる。この場合、本発明の好ましい実施の形態は、従来の方法で圧縮比を６にした従来のピストン及びクランクシャフト機構を提供しているが、燃焼室のための可動面、例えば、ヘッド内に取り付けられた第２のピストンを提供するようにしている。これにより、ピストンがＴＤＣ近くに達した後で燃焼室の容積を迅速に、更に小さくする（したがって、圧縮比を高める）ことができる。したがって、本発明は、ピストンＴＤＣ又はその近くにおいてＨＣＣＩを制御し、同時にある範囲の動作条件にわたって高いエンジン効率を維持するために必要な高い圧縮膨張比を維持する動作方法及び手段を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１を参照すると、４ストロークサイクルで動作するか２ストロークサイクルで動作するかに関係なく、従来のように、吸入空気と燃料（均質混合気）がエンジンの吸気ポート１１を介して入り、排気ガスが排気ポート１２を介してエンジンから出る。ピストン１３は、従来のように、クランクシャフト（図示されない）を駆動するために往復運動される。しかしながら、ピストン１３の頂部、すなわち、「第１の面」は、第１の凹部である中央凹部（以下、「ピストンボウル（ｐｉｓｔｏｎ  ｂｏｗｌ）」という。）１４を備える。該ピストンボウル１４の容積は、従来の平坦（たん）なエンジンヘッドを使用した場合、従来のディーゼルサイクルエンジンの高い圧縮膨張比（例えば、１９）を実現するように大きさが決められる。しかしながら、図に示されるように、可動面１６を有する第２の凹部（円筒形チャンバ）１５が、ピストン１７の燃焼室側、すなわち、ヘッド内に形成される。凹部１５の有効容積を、零まで減少させることができ、又は、化学量論条件及び最大予想初期予圧温度における特定の均等な燃料空気混合気の自己着火を防ぐのに十分な容積（例えば、ピストンＴＤＣ圧縮比７を実現する容積）まで膨張させることができる。
【００１５】
前記可動面１６（「第２の面」）は、別のピストン１８に取り付けられたピストン１７上に配設される。高圧流体（本明細書で使用される「流体」という語は、作動油（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｆｌｕｉｄ）を指す。）が、開閉弁２０を介して、ピストン１８の上側の密閉されたチャンバ１９内に、前記ピストン１３が圧縮行程のＴＤＣの近くにある最適時に、一般にクランク角度５度前からＴＤＣ間に導入される。前記ピストン１７、１８は、図に示されるように、最上位置（「後退位置」）に配設される。ピストン１８（「第３の面」）上の高圧流体の力は、接続されたピストン１７、１８を「拡張位置」の方に加速し、凹部１５の容積をその最大容積から零容積まで急速に減少させ、ピストンボウル１４及び凹部１５にあらかじめ収容されている均質な燃料空気充填混合気の最終的な圧縮を実現する。最終的に圧縮された容積は、所望の燃料空気比の範囲及び初期の均質混合気温度の予想範囲にわたって、使用される燃料を自己着火させるのに十分な圧縮比を提供する。オプションの逆止弁２１を使用することによって、燃焼が起こってピストン１７の圧力が大幅に上昇したときにおける流体の逆流を阻止することができる。次に、ピストン１３が燃焼ガスの膨張によって押し下げられて、エンジントルクが発生される。接続されたピストン１７、１８は、前記可動面１６に作用する高圧燃焼ガスの力によって上方に加速されるようにしてもよい。これは、逆止弁２１を省くとともに開閉弁２０を開いたままにするか、又は最適な効率となるように開放のタイミングが決められた開閉弁２２を備えた、高圧流体源に接続された第２の管路を追加することによって行われる。接続されたピストン１７、１８を上方に加速できる場合は、米国特許第５，６１１，３００号に記載されているように、高圧流体の流れが流体動力を作り出す。なお、前記米国特許の記載を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。逆止弁３２を追加して高圧流体の逆流を防ぐことができる。
【００１６】
接続されたピストン１７、１８を上方に加速させることができず、流体動力を作り出させない場合は、次の圧縮行程の前に、接続されたピストン１７、１８を、最上位置（「後退位置」）に再位置決めしなければならない。この再位置決めは開閉弁２３によって達成することができる。該開閉弁２３は、前記チャンバ１９（「制御チャンバ」）を低圧流体の図示されない容器に接続する管路内に取り付けられ、ピストン１３が下死点（ＢＤＣ）位置に達する前で、かつ、エンジン排気弁２４が開かれる前、一般に膨張行程におけるピストンＴＤＣ後のクランク角度１５０度から１６０度の間に開かれる。可動面１６の下方の燃焼室内の残圧は、接続されたピストン１７、１８を上昇させ、チャンバ１９内の流体を低圧流体の容器に排出する。代替として、ばね２５を使用して、開閉弁２３が開かれるときに、前記組み合わされたピストン１７、１８を強制的に上昇させることもできる。前記ばね２５が使用される場合、前記開閉弁２３は、排気弁が開くとき、一般に膨張行程のＴＤＣ後のクランク角度１７０度あたりで開かれ、組み合わされたピストン１７、１８が、排気行程の終わりまでに最上位置に戻される。従来のように、膨張した燃焼ガスが排気ポート１２から排出され、燃料と空気の新しい充填混合気が吸気ポート１１及び吸気弁２６を介して導入される。次に、ピストン１３は、その圧縮行程で上昇し、前記プロセスが繰り返される。オプションの逆止弁２７を、低圧流体貯蔵容器とチャンバ１９との間の並列管路に取り付けることができる。この場合、接続されたピストン１７、１８の運動エネルギーによってピストン１７、１８が最下位置まで移動して、低圧流体が逆止弁２７を通ってチャンバ１９を充満できるので、前記逆止弁２７は、迅速に自己着火しなかった混合気に対してのシステム効率を高くすることができ、また、接続されたピストン１７、１８が最下位置（「拡張位置」）に達する前に開閉弁２０を閉じることができる。したがって、前記開閉弁２０を通る高圧流体の流れが減少するので、流体動力が節約される。
【００１７】
本発明の他の実施の形態は、（１）クランクシャフト駆動式カム等の機械的手段（好ましい実施の形態における流体手段の代わり）を利用して、図１の接続されたピストン１７、１８を最下位置（「拡張位置」）まで迅速に移動させ、（２）可動面１６をエンジンヘッドの燃焼側の別の位置に再位置決めすることを含む。
【００１８】
次に、図１を参照して、本発明の動作方法の他の実施の形態について説明する。本実施の形態は、凹部１５の容積が零になるために必要な時間より短い期間、開閉弁２０を開いたままにすることができる点以外は、前述された実施の形態の方法と同じように動作する。接続されたピストン１７、１８が最下位置に達する前に開閉弁２０を閉じることによって、エンジンの最終圧縮比は、組み合わされたピストン１７、１８が最下位置に達するときに達成される最大圧縮比より小さくなる。したがって、本実施形態において、「拡張位置」は、「最下位置」まで達しない可変位置である。この動作方法は、制御された可変圧縮比のエンジンを実現する。エンジンは、エンジンの構造設計及び出力要求によって決まる最適圧縮比を提供するように制御される。なお、前記出力要求は、例えば、アクセルペダルの位置によって決定される。開閉弁２０は、決定された圧縮比を達成するために必要な時間だけ制御され（すなわち、開いた状態にされ）、該時間は、エンジン開発／較正の際の実験測定値から決定される。例えば、アクセルペダルによって出力の増大が指示された場合、開閉弁２０は、組み合わされたピストン１７、１８が、最下位置までの距離の半分までしか到達せず、チャンバ１９が最大体積の半分まで縮小するような時間に、コントローラ３０によって閉じられる。最終圧縮比は、例えば、１２になる。該最終圧縮比は、燃料及び空気の均質充填混合気を自己着火させるのにまだ十分に高い値である。高い出力を達成するために、取り入れた充填混合気は（ターボチャージング又はスーパーチャージングによって）圧縮され、その結果、より大量の空気（及び酸素）がエンジンに導入されるように（例えば、酸素が５０％増える。）酸素が多いと、より多くの燃料を加えることができ、これに比例してより高い出力を発生させることができる。圧縮比が通常の最大値より小さくされるので、ピークシリンダ圧力（エンジンの設計上の構造的限界）は、効率を最大にするためにエンジンを通常の高圧縮比設定で動作させるときに得られる最大シリンダ圧力を超えることはない。
【００１９】
したがって、本発明は、エンジンピストンＴＤＣ又はその近くでＨＣＣＩを制御すると同時に、高い効率を維持するために必要な高い圧縮膨張比を維持し、かつ、広範囲のエンジン動作条件にわたってエンジンノッキングを回避するための動作方法及び手段を提供する。制御されたＨＣＣＩは、ディーゼルサイクルエンジンにおいて高効率及び低排気を実現する。また、本発明は、エンジンピストンＴＤＣ又はその近くでＨＣＣＩを制御すると同時に可変圧縮比を達成する手段も提供する動作方法及び手段を提供する。
【００２０】
本発明は、本発明の精神又は本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施することができる。したがって、これらの実施の形態はすべての点において限定的でなく例示的であると解釈されるべきであり、本発明の範囲は、前記の記述によってではなく添付した特許請求の範囲によって示され、したがって、特許請求の範囲の意味と均等の範囲に含まれるすべての変更は本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好ましい実施の形態におけるエンジンの一つの燃焼室の概略図である。
【符号の説明】
【００２２】
１１    吸気ポート
１２    排気ポート
１３、１７、１８    ピストン
１４    ピストンボウル
１５    第２の凹部
１６    可動面
１９    チャンバ
２０、２２、２３    開閉弁
２１、２７、３２    逆止弁
２４    エンジン排気弁
２６    吸気弁
【図１】
2005511946.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成15年4月30日(2003.4.30)
【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】
複数の燃焼シリンダと、
該各燃焼シリンダに往復運動可能に取り付けられ、燃焼シリンダ内の燃焼室の第１の境界を画定する第１のピストン面を備えた第１のピストンと、
前記燃焼シリンダを覆い、対応する燃焼シリンダ内でそれぞれ開口する複数の円筒状の凹部を備えたヘッドと、
前記各凹部に往復運動可能に取り付けられ、前記燃焼室の第２の境界を画定する第２のピストン面を備えた第２のピストンと、
燃料空気混合気を燃焼室内に導入する手段と、
前記第１のピストンの膨張行程の始めにおいて、前記第１のピストンが上死点近くの位置に達した後で、前記第２のピストンを前記円筒状の凹部内において後退位置から拡張位置まで外方に移動させて燃焼室の容積を小さくし、燃料空気混合気の自己着火を引き起こすレベルまで圧縮比を高める手段とを有することを特徴とするエンジン。
【請求項２】
出力要求を検出する手段と、
検出された出力要求に従って前記第２のピストンの拡張位置を制御することによって、圧縮比を制御する手段とを有する請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記第２のピストンは、前記ヘッド内の円筒状の凹部と協力して制御チャンバを画定する第３のピストン面を備えた両面ピストンである請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記第１のピストンの連続的な圧縮行程の間に、前記第２のピストンを後退位置に戻す再位置決め手段を有する請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記再位置決め手段は、前記制御チャンバと連通させられた排出管と、該排出管に配設された制御弁とを有する請求項４に記載のエンジン。
【請求項６】
前記制御チャンバと連通させられた吸入管と、該吸入管に配設された制御弁とを有する請求項５に記載のエンジン。
【請求項７】
前記制御弁の両側において排出管路及び吸入管路に接続されたバイパス管路と、該各バイパス管路に設けられた逆止弁とを有する請求項６に記載のエンジン。
【請求項８】
前記ヘッド内の吸気ポート及び排気ポート、並びに吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ開閉するポペット弁を有する請求項１に記載のエンジン。
【請求項９】
前記第１のピストン面は、前記ヘッド内の円筒状の凹部と対向する円筒状の凹部を備える請求項１に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記第１のピストン面の前記凹部と前記ヘッド内の前記凹部とは同じ直径を有する請求項９に記載のエンジン。
【請求項１１】
複数の燃焼シリンダ、該各燃焼シリンダに往復運動可能に取り付けられ、燃焼シリンダ内の燃焼室の第１の境界を画定する第１のピストン面を備えた第１のピストン、燃焼シリンダを覆い、排気ポート及び対応する燃焼シリンダ内でそれぞれ開口する複数の円筒状の凹部を備えたヘッド、前記各凹部に往復運動可能に取り付けられた第２のピストン、並びに各排気ポートを開閉するエンジン排気弁を有するとともに、前記第２のピストンに、燃焼室の第２の境界を画定する第２のピストン面を備えたディーゼルサイクルエンジンを動作させる方法において、
前記燃焼室に燃料空気混合気を導入する工程と、
前記第１のピストンの圧縮行程によって燃料空気混合気を圧縮する工程と、
前記第１のピストンの膨張行程の始めにおいて第１のピストンが上死点に達した後で、前記第２のピストンをヘッド内の円筒状の凹部内において後退位置から拡張位置まで外方に移動させ、燃焼室の容積を小さくし、燃料空気混合気の自己着火を引き起こすレベルまで圧縮比を高める工程とを有する方法。
【請求項１２】
エンジンの出力要求を検出する段階と、
検出した出力要求に従って前記第２のピストンの拡張位置を制御することによって、圧縮比を制御する段階とを有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２のピストンは、ヘッド内の円筒状の凹部と互いに作用して制御チャンバを画定する第３のピストン面を備えた両面ピストンであり、前記第２のピストンを移動させる工程は、制御チャンバ内に高圧で流体を導入して第２のピストンを拡張位置まで移動させる工程を有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記後退位置は、燃焼室の容積が、化学量論条件及び最大予想初期予圧温度における特定の均等な燃料空気混合気の自己着火を防ぐのに十分な容積になるように設定される請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のピストンは、ヘッド内の円筒状の凹部と互いに作用して制御チャンバを画定する第３のピストン面を備え、エンジンは、制御チャンバを低圧流体リザーバに接続する低圧管路、及び該低圧管路内に配置された開閉弁を備え、
前記第１のピストンが下死点に達する前で、かつ、第１のピストンの動力行程の終わりでエンジン排気弁が開かれる前に開閉弁を開き、それにより、流体を制御チャンバから低圧リザーバに排出し、第２のピストンを、膨張燃焼ガスの力によって後退位置まで戻す工程を有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
エンジンの出力要求を検出する工程と、
検出された出力要求に従って開閉弁を閉じるタイミングを制御して、前記第２のピストンの拡張位置及び最大圧縮比を制御する工程とを有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
複数の燃焼シリンダと、
該各燃焼シリンダに往復運動可能に取り付けられ、前記燃焼シリンダ内の燃焼室の第１の境界を画定する第１のピストン面を備えた第１のピストンと、
前記燃焼シリンダを覆い、対応する燃焼シリンダ内でそれぞれ開口する複数の円筒状の凹部を備えたヘッドと、
前記各凹部に往復運動可能に取り付けられ、燃焼室の第２の境界を画定する第２のピストン面、及び前記ヘッド内の円筒状の凹部と互いに作用して制御チャンバを画定する第３のピストン面を備えた両面ピストンである第２のピストンと、
前記第１のピストンの連続的な圧縮行程の間に、前記第２のピストンを後退位置まで戻すために、前記制御チャンバと連通させられた排出管、及び該排出管に配設された制御弁を備えた再位置決め手段と、
前記燃焼室に燃料空気混合気を導入する手段と、
前記第１のピストンの膨張行程の始めにおいて、前記第１のピストンが上死点に達した後で、前記第２のピストンを前記円筒状の凹部内において後退位置から拡張位置に外方に移動させ、燃焼室の容積を小さくし、燃料空気混合気の自己着火を引き起こすレベルまで圧縮比を高める手段とを有するディーゼルサイクルエンジン。
【請求項１８】
出力要求を検出する手段と、
検出された出力要求に従って前記第２のピストンの拡張位置を制御することによって、圧縮比を制御する手段とを有する請求項１７に記載のエンジン。
【請求項１９】
前記制御チャンバと連通させられた吸入管と、該吸入管に配設された制御弁とを有する請求項１７に記載のエンジン。
【請求項２０】
前記制御弁の両側において排出管路及び吸入管路に接続されたバイパス管路と、該各バイパス管路に設けられた逆止弁とを有する請求項１９に記載のエンジン。
【請求項２１】
前記ヘッド内の吸気ポート及び排気ポート、並びに吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ開閉するポペット弁を有する請求項１７に記載のエンジン。
【請求項２２】
前記第１のピストン面は、前記ヘッド内の円筒状の凹部と対向する円筒状の凹部を備える請求項１７に記載のエンジン。
【請求項２３】
前記第１のピストン面の前記凹部と前記ヘッド内の前記凹部とは同じ直径を有する請求項２２に記載のエンジン。
【請求項２４】
複数の燃焼シリンダ、該各燃焼シリンダに往復運動可能に取り付けられ、燃焼シリンダ内の燃焼室の第１の境界を画定する第１のピストン面を備えた第１のピストン、燃焼シリンダを覆い、排気ポート及び対応する燃焼シリンダ内でそれぞれ開口する複数の円筒状の凹部を有するヘッド、前記各凹部に往復運動可能に取り付けられた両面式の第２ピストン、並びに各排気ポートを開閉するエンジン排気弁を有するとともに、前記第２のピストンは、燃焼室の第２の境界を画定する第２のピストン面、及びヘッド内の円筒状の凹部と互いに作用して制御チャンバを画定する第３のピストン面を備えるディーゼルサイクルエンジンを動作させる方法において、
前記燃焼室に燃料空気混合気を導入する工程と、
前記第１のピストンの圧縮行程によって燃料空気混合気を圧縮する工程と、
前記第１のピストンが前記第１のピストンの膨張行程の始めにおいて上死点に達した後で、制御チャンバに高圧で流体を導入し、第２のピストンをヘッド内の円筒状の凹部内において後退位置から拡張位置に外方に駆動して、燃焼室の容積を小さくし、燃料空気混合気の自己着火を引き起こすレベルまで圧縮比を高める工程とを有する方法。
【請求項２５】
エンジンの出力要求を検出する工程と、
検出した出力要求に従って前記第２のピストンの拡張位置を制御することによって、圧縮比を制御する工程とを有する請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記後退位置は、燃焼室の容積が、化学量論条件及び最大予想初期予圧温度における特定の均質燃料空気混合気の自己着火を防ぐのに十分な容積になるように設定される請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２のピストンは、ヘッド内の円筒状の凹部と互いに作用して制御チャンバを画定する第３のピストン面を備え、エンジンは、制御チャンバを低圧流体リザーバに接続する低圧管路、及び該低圧管路内に配置された開閉弁を備え、
前記第１のピストンが下死点に達する前で、かつ、第１のピストンの動力行程の終わりでエンジン排気弁が開かれる前に開閉弁を開き、それにより、流体を制御チャンバから低圧リザーバに排出し、第２のピストンを、膨張する燃焼ガスの力によって後退位置に戻す工程を有する請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
エンジンの出力要求を検出する工程と、
検出した出力要求に従って開閉弁を閉じるタイミングを制御して、第２のピストンの拡張位置と最大圧縮比とを制御する工程とを有する請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記移動する手段が、前記第１のピストンのＴＤＣ後のクランク角度１０度以内に前記第２のピストンを拡張位置まで移動させる請求項１に記載のエンジン。
【請求項３０】
前記第２のピストンは、第１のピストンのＴＤＣ後のクランク角度１０度以内に拡張位置まで移動させられる請求項１１に記載の方法。
【国際調査報告】
2005511946.tif 000004