(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の始動性を改善する。【解決手段】内燃機関１の始動方法は、主燃焼室２１を画定するように、少なくとも１個のシリンダ２と、繰り返し往復運動のためにクランクシャフト５の位置でシリンダ２内に支持されるピストン３とを有する内燃機関を提供するステップであって、内燃機関１が、前記シリンダ２内に配置されるとともに、イグナイタ部４２と燃料インジェクタ４３とを備える点火装置４をさらに有し、イグナイタ部４２と燃料インジェクタ４３の両方が、予燃室４１に配置され、予燃室４１が、前記予燃室４１と主燃焼室２１との間の流体連通を提供するための複数個のオリフィス４４を有するステップと、予燃室４１に燃料を注入するステップと、主燃焼室２１に注入された燃料を燃焼するために主燃焼室２１に燃料を注入する前に、予燃室４１を予熱するために予燃室４１に注入された燃料を点火するステップと、を備える。【選択図】図１
2018003831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）の始動方法であって、
主燃焼室（２１）を画定するように、少なくとも１個のシリンダ（２）と、繰り返し往復運動のためにクランクシャフト（５）の位置でシリンダ（２）内に支持されるピストン（３）とを有する内燃機関（１）を提供するステップであって、前記内燃機関（１）が、前記シリンダ（２）内に配置されるとともに、イグナイタ部（４２）と燃料インジェクタ（４３）とを備える点火装置（４）をさらに有し、前記イグナイタ部（４２）と前記燃料インジェクタ（４３）の両方が、予燃室（４１）に配置され、前記予燃室（４１）が、前記予燃室（４１）と主燃焼室（２１）との間の流体連通を提供するための複数個のオリフィス（４４）を有するステップと、
前記予燃室（４１）に燃料を注入するステップと
前記主燃焼室（２１）に注入された燃料を燃焼するために前記主燃焼室（２１）に燃料を注入する前に、前記予燃室（４１）を予熱するために前記予燃室（４１）に注入された燃料を点火するステップと、を備える、
内燃機関（１）の始動方法。
【請求項２】
前記燃料を注入するステップは、前記予燃室（４１）だけに燃料を注入することを備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記予燃室（４１）に燃料を注入するステップは、燃料インジェクタ（４３）を介して前記予燃室（４１）に燃料を複数回注入することを備える、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記注入された燃料を点火するステップは、前記予燃室（４１）における複数回の燃料注入のうちの連続する同数の注入の間に実行される、
請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記予燃室（４１）における燃料注入および注入された燃料の点火は、前記燃料注入から開始する所定の期間Ｔの後に実行される、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記予燃室（４１）における燃料注入および注入された燃料の点火は、回転するエンジン部品の所定の角度移動の後に実行される、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記予燃室（４１）における燃料注入および注入された燃料の点火は、前記シリンダ（２１）における前記ピストン（３）の圧縮運動前に実行される、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記予燃室（４１）における燃料注入および注入された燃料の点火は、所定の時間間隔ｔの間に、回転するエンジン部品（２）の種々の個々の角度位置で実行される、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記予燃室（４１）における燃料注入および注入された燃料の点火は、前記クランクシャフト（２）の角度位置の連続する範囲αにおいて実行される、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記予燃室（４１）における燃料注入および注入された燃料の点火は、前記クランクシャフト（５）の移動前に実行される、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記予燃室（４１）に注入される燃料の量は、前記予燃室（４１）におけるラムダ値が１と等しくなるように選ばれる、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記予燃室（４１）に注入される燃料の量は、空気／燃料比λが１未満になるように選ばれる、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記予燃室（４１）に燃料を注入するステップが、前記主燃焼室（２１）に燃料を同時に注入するステップをさらに備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記主燃焼室（２１）に注入される燃料の量は、前記主燃焼室（２１）における空気／燃料比λが１．６未満となるように選ばれる、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記主燃焼室（２１）に注入される燃料の量は、前記主燃焼室（２１）における空気／燃料比λが１未満となるように選ばれる、
請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立項に係る内燃機関の始動方法に関する。
【０００２】
本発明は、乱流噴流点火の使用による燃焼室の点火のための予燃室を有する内燃機関の技術分野に由来するものであり、特に、冷間始動方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
乱流噴流点火のための点火システムを用いた従来技術の内燃機関が、特許文献１に開示されている。該内燃機関は、シリンダを備えるエンジンブロックを有する。各シリンダは、主空気燃料原料（ｃｈａｒｇｅ）が点火される主燃焼室と隣接するシリンダヘッドを有する。ピストンは、クランクシャフトの位置でロッドを介して接続されて、往復運動を可能にする燃焼室と隣接して配置される。各シリンダヘッドは、吸気開口と排気開口とを画定する。前記吸気および排気開口は、カム駆動弁によって開閉され、これにより、前記シリンダと吸気マニホールドおよび排気マニホールドとの間に流体連通が提供される。前記内燃機関はまた、前記吸気ポートを通じて主燃料空気原料を前記燃焼室内に導入する手段として、前記吸気マニホールドに取り付けられた燃料インジェクタを含む。前記点火装置は、予燃室の内容積に面するように配されたイグナイタ部とインジェクタとを有する。
【０００４】
前記予燃室は、互いに間隔を空けて配置されるとともに、前記予燃室と前記燃焼室との間に流体連通を提供する複数個のオリフィスを有するノズルを形成するようになっている。前記イグナイタ部は、前記予燃室内の燃料を点火する。前記オリフィス直径は、前記燃焼生成物が前記予燃室を出て前記主燃焼室内に入るときに、消炎を促進するような小ささに維持される。消炎は、一部が燃焼された予燃室生成物が前記予燃室の小さなオリフィスを通過されることを意味する。前記燃焼生成物は消炎されるが、前記主燃焼室の至る所に分散された後、主燃料と反応し、化学的、熱的、および乱流効果によって、前記予燃室ノズルから幾分離れた複数の場所で前記主燃焼室内での燃焼を開始する。
【０００５】
より効果的な反応性噴流を作り出すことができる改良された点火装置が、特許文献２に開示されている。この点火装置の予燃室は、前記予燃室容積と前記主室容積との間に流体連通を提供するのに有利な設計（つまり、直径の大きさ）の複数個のオリフィスを含んでいる。
【０００６】
点火性に乏しい超希薄空燃比の混合物を内燃機関において取り扱う上述の技術は、乱流噴流点火のために、高エネルギー点火源に関するものである。
【０００７】
ラムダ（λ）は、燃料に依存しない、燃焼室内に存在する燃料に対する空気の質量比（空燃比／化学量論空燃比）である。丁度十分な量の空気が提供されて、前記燃料の全てを完全に燃焼させる場合、前記比は化学量論比であり、λは１となる。化学量論比より比が低いと、「濃厚」（λ＜１）とみなされるが、化学量論比より比が高いと、「希薄」（λ＞１）と呼ばれる。本発明では、前記予燃室におけるλと前記主燃焼室におけるλとが区別される。
【０００８】
通常、λ＞１．６の範囲は、超希薄空燃比である。λ＞１．６の超希薄燃焼によって、正味熱効率を向上させること、およびＮＯｘ排出を顕著に低減させることの両方が可能であることが示されてきた。超希薄燃焼システムにおいて主に制約となるのは、混合物の点火性が乏しさである。混合物の点火性が乏しいので、λの値が、それを超えると前記内燃機関が点火しなくなる「リーンリミット」になる。
【０００９】
乱流噴流点火によって、前記エンジンを均質な超希薄燃焼モードで運転することが可能になる。この燃焼モードは、典型的には、１．６よりも大きいλ値を意味する。ここに記載された技術によれば、２．３よりも大きいラムダ値を伴う混合物の点火を可能にすることが示されている。従来の火花点火エンジンは、概して、従来の点火プラグに存在する点火エネルギーが限られているために、超希薄運転をすることができなかった。噴流イグナイタは、従来の点火プラグの点火エネルギーを増幅することによって、前記エンジンに、超希薄運転を実現させることができる。前記点火プラグからの電気エネルギーが使用されて、前記予燃室内の少量の燃料および空気が、予燃室燃焼によって化学エネルギーに変換される。その結果、前記予燃室内で圧力が上昇するようになるので、この化学エネルギーは、内容物が予燃室ノズルオリフィスを通過するときに形成される噴流の形態で、前記主燃焼室内へと迅速に移動させられることとなる。したがって、点火プラグの点火エネルギーは、前記主燃焼室内で増幅され分散され、これにより、点火性に乏しい燃料空気混合物と称されるものの燃焼が可能となる。本明細書に含まれる請求項は、特に、前記エンジンを超希薄運転に移行させる前の、噴流点火エンジンを始動させる動作に関する。
【００１０】
冷間始動方策は、内燃機関が通常の運転温度に比べて低温のときに、例えば、エンジンまたは車両が運転されていない長期間の後であって、エンジン温度が周囲環境温度になった後、または周囲環境温度近くになった後に、前記エンジンまたは車両が始動されるときに、内燃機関を始動させる方法を提供することを目的とする。例えば、エンジン停止後の既定期間によって、または通常の運転温度と比較した温度差によって、冷間始動を定義するための多くの方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／１０３３０２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１５／００６８４８９号明細書
【発明の概要】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、希薄および超希薄な空気燃料混合物の状態での運転に迅速に移行することができるように、かつ排気触媒を活性化するために、該触媒内に迅速に熱を流入させることができるように、乱流噴流点火によって点火される内燃機関を始動させる方法を提供することである。本明細書に記載されている方法は、エンジンの「冷間始動」の全ての定義に関連する。
【００１３】
この目的は、以下のステップを含む内燃機関の始動方法によって実現される。すなわち、第１に、燃焼室を画定するように、少なくとも１個のシリンダと、繰り返し往復運動のためにクランクシャフトの位置で前記シリンダ内に支持されるピストンとを有する内燃機関を提供するステップ。該内燃機関は、前記シリンダ内に配置されるとともに、イグナイタ部と燃料インジェクタとを備える点火装置を有し、イグナイタ部と燃料インジェクタの両方は、予燃室に配置されている。前記予燃室は、前記予燃室と前記燃焼室との間の流体連通を提供するための複数個のオリフィスを有する。第２に、前記予燃室に燃料を注入するステップ。第３に、前記主燃焼室に注入された燃料を燃焼するために前記主燃焼室内に燃焼を注入する前に、予燃室容積および表面を予熱するために予燃室内に注入された燃料を点火するステップ。
【００１４】
この方法は、冷間始動の間、特に、低温のために空気密度が高いときに、低可燃性の空燃比のものを点火することができる。前記予燃室の予熱によって、エンジン（内燃機関）が通常の運転温度に比べて低温となる際の条件で空気燃料混合物が点火され得るように、乱流噴流点火によって点火される内燃機関の始動が改良される。前記予燃室の予熱によって、低いエンジン回転数の範囲内で、安定で繰り返し可能な燃焼を迅速に生じさせることができ、したがって、排ガスを低減するために排気生成物に触媒作用を及ぼす、および／またはこれを捕捉する排気触媒の熱活性化に要求される排ガス温度の急速な上昇によって、排ガスを低減することができる。
【００１５】
具体的には、燃料を注入するステップは、前記予燃室だけに燃料を注入することを備える。このことは、前記燃料注入は、予燃室において燃料インジェクタによって実行されることができるが、一方で、前記主燃焼室に燃料を供給するための燃料インジェクタは動作しないことを意味する。これにより、予燃室内において混合物を別個に制御することができる。
【００１６】
有利な態様によれば、予燃室内に燃料を注入するステップは、燃料インジェクタを介して、予燃室に燃料を複数回注入すること（だけ）を含む。これにより、より多くの燃料を加えることができ、従って、予燃室で点火される濃厚な混合物が提供され、燃料空気混合物の可燃性が改善される。
【００１７】
予燃室における複数回の燃料注入のうちの２つの連続する注入毎の間に、注入された燃料の点火が実行される場合が特に好ましい。この種の運転によって、予燃室の混合物が濃厚な条件において、複数の点火事象が可能になる。
【００１８】
好ましくは、注入された燃料を点火するステップは、予燃室における複数回の燃料注入のうちの連続する同数の注入の間に実行される。この態様によって、（例えば、２回注入での予燃室内の混合物が、３回注入に比べて希薄である場合）予燃室内において濃厚の程度が均等になった混合物を点火するように、点火のタイミングを調整することができる。
【００１９】
別の態様によれば、予燃室における燃料の注入および注入された燃料の点火は、燃料の注入から開始する所定の期間Ｔの後に実行される。これにより、回転するエンジン部品（例えば、クランクシャフト）の角度位置と無関係に、つまり、時間基準のスケジュール通りに、注入された燃料を点火することができ、それによって、予燃室における燃料の相対的な注入タイミングおよび点火事象が、期間Ｔに基づいて特定される。
【００２０】
代わりの態様は、予燃室における燃料注入および注入された燃料の点火が、回転するエンジン部品（例えば、クランクシャフト）の所定の角度移動の後に実行されることに関する。これにより、時間基準の制御ユニットを要さずに、予燃室に注入された燃料を点火することができ、回転角位置基準のスケジュールどおりに運転を制御することができる。つまり、予燃室における燃料の相対的な注入タイミングおよび点火事象は、回転するエンジン部品の角度位置に基づいて特定される。
【００２１】
別の好ましい態様によれば、予燃室における燃料の注入および注入された燃料の点火は、シリンダにおけるピストンの圧縮運動前に実行される。この態様によれば、迅速な冷間始動運転が可能になる。該運転においては、予燃室容積および表面は、まず圧縮し、次に主燃焼室において点火を行う前に予熱される。
【００２２】
有利には、予燃室における燃料の注入および注入された燃料の点火は、所定の時間間隔ｔでの間に、回転するエンジン部品（例えば、クランクシャフト）の種々の個々の角度位置で実行される。これにより、選択された時間間隔ｔに基づいて、予燃室混合物を制御することができる。
【００２３】
代わりの態様によれば、予燃室における燃料の注入および注入された燃料の点火は、回転するエンジン部品（例えば、クランクシャフト）の角度位置の連続する範囲αにおいて実行される。これにより、選択されたクランクシャフトの角度位置の連続する範囲αに基づいて、予燃室混合物を制御することができる。つまり、範囲αが広いほど、予燃室混合物は濃厚になる。
【００２４】
予燃室における燃料の注入および注入された燃料の点火は、回転するエンジン部品（例えば、クランクシャフト）の移動前に実行されることが特に好ましい。これにより、主燃焼室における燃料前と同程度の長い期間に渡って予熱を実行することができる。このことは、周囲温度が低い場合に特に有利であり得る。
【００２５】
別の好ましい態様によれば、予燃室内に注入される燃料の量は、予燃室におけるラムダ値λが１と等しくなるように選ばれる。予燃室における燃料注入事象後の予燃室における全体のラムダは、以下の等式に従って見積もることができる。
【００２６】
【数１】
2018003831.tif 000003
【００２７】
別の好ましい態様は、予燃室に注入された燃料の量が、λが１未満になるように選ばれることに関する。予燃室における混合物の可燃性を向上させるために、濃厚な混合物が考慮される。
【００２８】
代替例によれば、本発明は、燃料が予燃室内だけに注入されることと、前記方法がさらに、予燃室に燃料を注入すると同時に、主燃焼室に燃料を注入するステップを備えることに関する。これにより、主燃焼室における混合物の、改良された同時に行う制御が可能になる。このことは、主燃焼室に面するように、または吸気弁によって主燃焼室に向かって開口され得る吸気路に面するように提供される直噴インジェクタによって実行され得る。
【００２９】
主燃焼室に注入される燃料の量が、主燃焼室におけるλが１．６未満となるように選ばれるのであれば、特に好ましい。この希薄混合物は、超希薄混合物と称されるものと同程度の濃さである。該混合物は、本明細書に開示された冷間始動方法が実行され、安定な燃焼が得られた後に、超希薄に変えられ得る。
【００３０】
特に好ましい態様は、主燃焼室に注入される燃料の量が、主燃焼室におけるλが１未満となるように選ばれることに関する。この混合物は、標準的な燃焼エンジン運転の全般に比べて濃厚であり、エンジンが低温環境において運転される場合に有利であり得る。
【００３１】
本発明の利点は、図面と合わせて以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、乱流噴流点火のための点火装置を有する内燃機関の垂直断面図である。
【図２】図２は、内燃機関を運転する方法のステップを説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１には、内燃機関１の一例が提供される。この図では、１個のシリンダ２と、繰り返し往復運動のために、クランクシャフト５の位置でシリンダ２内に支持されるピストン３とが示されている。シリンダ２およびピストン３は、主燃焼室２１を画定する。内燃機関１は、燃焼室２１に面して配置される点火装置４を有する。点火装置４は、イグナイタ部４２および燃料インジェクタ４３を有し、イグナイタ部４２と燃料インジェクタ４３の両方は、予燃室４１の内容積の一部を形成するように、予燃室４１の位置に配置される。予燃室４１は、予燃室４１の内容積と主燃焼室２１の内容積との間の流体連通を提供するための複数個のオリフィス４４を有する。
【００３４】
本発明によれば、燃料は予燃室４１に注入される。該注入は、燃料インジェクタ４３の使用によって実現され得る。続いて、注入された燃料は、イグナイタ部４２によって予燃室４１で点火される。生成された燃焼熱によって、予燃室４１の予熱が可能になる。該予熱は、注入された燃料を主燃焼室２１で燃焼するために直噴インジェクタ６によって主燃焼室２１に燃料を注入する前に実行される。
【００３５】
冷間始動の間、特に、燃料空気混合物および燃焼室表面が低温のときに、予燃室４１の予熱によって熱移動の程度が高くなり、これにより、燃焼反応機構が完了することが阻害されるようになり、特に、超希薄な空気燃料混合物を伴った運転時または運転前において、乱流噴流点火によって点火される内燃機関１の始動が改良される。予燃室４１の予熱によって、少数のクランクシャフト５の回転中に、安定で、繰り返し可能な燃焼を迅速に生じさせることができ、したがって、排出物を低減するために排気生成物を捕捉する／排気生成物に触媒作用を及ぼす排気触媒の熱活性化に要求される排ガス温度の急速な上昇によって、排ガスを低減することができる。
【００３６】
（図１に示されるような）内燃機関を運転する方法は、図２のブロック図によって示される。図１および図２の参照番号は、以下において、図１に示された参照番号が図２の説明のために使用されているように、互いに対応している。
【００３７】
ステップＡは、予燃室４１における燃料注入に関する。好ましくは、燃料を注入するステップは、予燃室４１だけに燃料を注入することによって実行される。この例においては、予燃室４１に燃料を注入するステップは、燃料インジェクタ４３を介した、予燃室４１における複数回の燃料注入（ステップＡ、ステップＡ、ステップＡ、…）を備えることができる。
【００３８】
ステップＢにおいて、予燃室４１に注入された燃料は、主燃焼室２１に注入された燃料を燃焼するために直噴インジェクタ６を介して主燃焼室２１に燃料を注入する前に、予燃室４１（容積）の予熱のためにイグナイタ部４３によって点火される。
【００３９】
複数回の燃料注入（ステップＡ、ステップＡ、ステップＡ、…）の場合、予燃室４１内において濃厚の程度が均等になった混合物を点火するような点火のタイミング（ステップＢ）のために、注入された燃料を点火するステップ（ステップＢ）は、予燃室４１における複数回の燃料注入のうちの連続する同数の注入の間に実行される（ステップＡ、ステップＡ、ステップＢ、ステップＡ、ステップＡ、ステップＢ、…）。
【００４０】
時間基準のスケジュールで運転を可能にするために、予燃室４１における燃料注入の相対的なタイミングと点火事象は、期間ｔに基づいて特定され、予燃室４１における燃料注入（ステップＡ）および注入された燃料の点火（ステップＢ）は、燃料注入から開始する所定の期間ｔの後に実行される。この代わりとして、予燃室４１における燃料注入および注入された燃料の点火は、回転するエンジン部品（例えば、クランクシャフト５）の所定の角度移動の後に実行される。
【００４１】
ステップＡＡは、代替例によれば、予燃室４１に燃料を注入するステップ、および直噴インジェクタ６によって主燃焼室２１に燃料を注入するステップが、同時に実行されることに関する。これにより、主燃焼室２１および予燃室における混合物の改良された制御が可能になる。
【００４２】
冷間始動運転の間、予燃室４１における混合物は、λが１未満の濃さであることが好ましい。冷間始動が実行された後、主燃焼室２１における混合物は、λが１．６を上回る超希薄となるように、特に、１．６〜２．３の範囲となる超希薄となるように選ばれる。
【図１】
2018003831.tif 000004
【図２】
2018003831.tif 000005
【外国語明細書】
2018003831.tif 000006
2018003831.tif 000007
2018003831.tif 000008
2018003831.tif 000009
2018003831.tif 000010
2018003831.tif 000011
2018003831.tif 000012
2018003831.tif 000013
2018003831.tif 000014
2018003831.tif 000015
2018003831.tif 000016
2018003831.tif 000017
2018003831.tif 000018
【Ｆｉｇ１】
2018003831.tif 000019
【Ｆｉｇ２】
2018003831.tif 000020