(57)【要約】  本発明は、燃焼室およびピストンを有するシリンダを備える内燃機関のシリンダアセンブリに関する。ピストンが上死点位置から下死点位置へ移動する間、吸気弁は作動流体を燃焼室に供給する。予燃焼室はスーダー弁を介して燃焼室に連通可能に接続され、スーダー弁がほぼ開いている間、作動流体の一部分を予燃焼室に搬送する。スーダー弁は吸気弁とほぼ同時に開き、吸気工程中にピストンが上死点位置から下死点位置へ移動する間、ほぼ開いたままであり、圧縮工程中にピストンが上死点位置に戻る間、ほぼ閉じる。【選択図】  図１【その他】  段落番号は、日本書式に対応させたため国際公開公報に記載のものとは異なりますが、翻訳の内容に変更はございません。
2007513291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部に燃焼室を有するシリンダと、
該シリンダ内に摺動可能に配置されたピストンであって、前記燃焼室にほぼ近接する上死点位置及び前記燃焼室からほぼ遠位にある下死点位置を有するピストンと、
吸気弁を介して前記燃焼室に連通可能に接続された吸気ランナであって、前記吸気弁がほぼ開放位置にあり、かつ前記ピストンが前記上死点位置から前記下死点位置へ移動する間、前記燃焼室に作動流体を供給する吸気ランナと、
スーダー弁を介して前記燃焼室に連通可能に接続された予燃焼室であって、前記スーダー弁がほぼ開いている間、前記燃焼室は前記作動流体の一部分を該予燃焼室に搬送する、予燃焼室と、
を有する内燃機関のシリンダアセンブリであって、
前記スーダー弁は、前記吸気弁とほぼ同時に開き、吸気行程中に前記ピストンが前記上死点位置から前記下死点位置へ移動する間、前記スーダー弁はほぼ開いたままであり、圧縮行程中に前記ピストンが前記上死点位置に戻る間、前記スーダー弁はほぼ閉じる、内燃機関のシリンダアセンブリ。
【請求項２】
前記シリンダヘッド内に配置されて、燃料を前記燃焼室に導入する燃料噴射器であって、前記圧縮行程中に前記ピストンが前記上死点に戻るかなり前に、パイロット量の燃料を導入する、燃料噴射器をさらに有する、請求項１に記載の内燃機関のシリンダアセンブリ。
【請求項３】
前記スーダー弁は、前記圧縮行程中にクランク角の前記上死点位置の手前約１１０度及び前記上死点位置の手前５０度の間でほぼ閉じる、請求項１に記載の内燃機関のシリンダアセンブリ。
【請求項４】
前記スーダー弁は、
ゲート弁、
回転弁、
スライド弁、
スプール弁、
スリーブ弁、及び
ポペット弁、
からなる群から選択される、請求項１に記載の内燃機関のシリンダアセンブリ。
【請求項５】
前記スーダー弁は、
カムローブ、
油圧アクチュエータ、
圧電モータ、
ボイスコイル、及び
ソレノイド、
からなる群から選択されたアクチュエータによって作動させられる、請求項１に記載の内燃機関のシリンダアセンブリ。
【請求項６】
前記ピストンが前記上死点位置にあるとき、前記予燃焼室の容積は、前記燃焼室の容積の約３分の１である、請求項１に記載の内燃機関のシリンダアセンブリ。
【請求項７】
前記燃焼室内の圧力を監視するトランスデューサをさらに有しており、
前記圧力が所定圧力より大きい場合、前記スーダー弁の閉鎖を遅らせる、請求項１に記載の内燃機関のシリンダアセンブリ。
【請求項８】
前記所定圧力は、燃焼の開始を表す、請求項７に記載の内燃機関のシリンダアセンブリ。
【請求項９】
圧縮行程中に前記ピストンが前記上死点位置に戻る間、前記スーダー弁がほぼ閉じた後、前記予燃焼室内の前記作動流体は相当に圧縮される、請求項１に記載の内燃機関のシリンダアセンブリ。
【請求項１０】
圧縮行程中に前記ピストンが前記上死点位置に戻る間、前記スーダー弁がほぼ閉じた後、前記予燃焼室内の前記作動流体内の燃料が自己点火する、請求項９に記載の内燃機関のシリンダアセンブリ。
【請求項１１】
内燃機関での燃焼を制御する方法であって、
予燃焼室を燃焼室に接続すること、
作動流体を前記燃焼室内の吸気ランナを介してシリンダに引き込むこと、
前記吸気ランナを吸気弁で閉じること、
前記作動流体を前記燃焼室及び前記予燃焼室内で圧縮すること、
前記作動流体を圧縮している間、パイロット量の燃料を前記作動流体に添加すること、
前記圧縮が完了する前に、前記予燃焼室を前記燃焼室から切り離すこと、
前記作動流体を前記燃焼室内でさらに圧縮すること、及び
前記作動流体の圧縮によって発生した熱で前記燃料に点火すること
を含む、内燃機関での燃焼を制御する方法。
【請求項１２】
前記燃焼室内の圧力を監視すること、及び
前記圧力が所定圧力より高い場合、前記予燃焼室の前記燃焼室からの切り離しを遅らせること、
をさらに含む、請求項１１に記載の内燃機関での燃焼を制御する方法。
【請求項１３】
前記作動流体を前記予燃焼室内でさらに圧縮することをさらに含む、請求項１１に記載の内燃機関での燃焼を制御する方法。
【請求項１４】
前記予燃焼室内の前記作動流体内の燃料に点火することをさらに含む、請求項１３に記載の内燃機関での燃焼を制御する方法。
【請求項１５】
内燃機関での燃焼を制御するシステムであって、
予燃焼室を燃焼室に接続する手段と、
作動流体を前記燃焼室内の吸気ランナを介してシリンダに引き込む手段と、
前記吸気ランナを吸気弁で閉じる手段と、
前記作動流体を前記燃焼室及び前記予燃焼室内で圧縮する手段と、
前記作動流体を圧縮している間、パイロット量の燃料を前記作動流体に添加する手段と、
前記圧縮が完了する前に、前記予燃焼室を前記燃焼室から切り離す手段と、
前記作動流体を前記燃焼室内でさらに圧縮する手段と、
前記作動流体の圧縮によって発生した熱で前記燃料に点火する手段と、
を有する、内燃機関での燃焼を制御するシステム。
【請求項１６】
前記燃焼室内の圧力を監視する手段と、
前記圧力が所定圧力より高い場合、前記予燃焼室の前記燃焼室からの切り離しを遅らせる手段と、
をさらに有する、請求項１５に記載の内燃機関での燃焼を制御するシステム。
【請求項１７】
前記作動流体を前記予燃焼室内でさらに圧縮する手段をさらに有する、請求項１５に記載の内燃機関での燃焼を制御するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に、特に均質給気圧縮点火（ＨＣＣＩ）エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用の排気ガス規制基準は、次第により厳しくなる傾向にある。規制すべき排気ガスの種類は、少なくとも４つの大きな分類、すなわち未燃炭化水素、一酸化炭素、粒子状物質及び窒素酸化物（ＮＯｘ）に分けられる傾向がある。
【０００３】
未燃炭化水素及び一酸化炭素は、炭化水素燃料の不完全燃焼の生成物でありがちである。燃料内の炭素の各原子は、完全燃焼するために結合すべき２つの酸素原子を必要とする。各炭素原子が、結合すべき２つの酸素原子を見つける場合、二酸化炭素が形成される。残った水素原子は、各々２つの酸素原子と結合して水を形成する。
【０００４】
他方、炭素原子と結合するために１つの酸素原子だけが得られる場合、一酸化炭素が形成される。酸素がまったく得られない場合、炭化水素は未燃焼のままである。このため、未燃炭化水素及び一酸化炭素の減少は、炭素原子を完全に酸化するために燃焼中に十分な酸素を供給することに依存する。
【０００５】
圧縮点火エンジンは一般的に、燃焼用に十分な酸素供給量が確実に得られるようにするため、理論比を上回る過剰空気で運転される。粒子状物質は、同様に理論比に近い反応によって生成されがちであり、そのため、理論比を上回る過剰酸素が得られれば、それらも同様に減少するであろう。
【０００６】
窒素は、空気の主成分である。窒素は、標準的な温度及び圧力では不活性である。しかしながら、高い温度及び圧力では、窒素は反応性になる。このため、高温に伴う熱が窒素のための触媒として働く。燃焼は発熱性であるので、高温は完全燃焼を伴う傾向がある。したがって、完全燃焼に伴う高温は、窒素を酸素と反応させて、窒素酸化物を形成するであろう。
【０００７】
窒素酸化物の生成を抑制する１つの方法は、燃焼中に達する燃焼室温度を制限することである。高い燃焼温度に伴う熱は窒素のための触媒として働くので、ピーク燃焼室温度の低下は、窒素の反応性を低下させるであろう。ピーク温度の低下は、窒素酸化物の生成に必要な条件の１つを軽減するので、生成される窒素酸化物の量を必然的に減少させるであろう。
【０００８】
燃料は、平均して従来型圧縮点火エンジン内の燃焼室の中心に噴射される。流入給気が燃料に点火するのに十分なほど圧縮された後、燃料が噴射され、したがって、燃料はほぼ即座に燃焼する。燃料がほぼ即座に燃焼するので、燃料自体が燃焼室のまわりに均一に分散する時間が比較的短い。燃料は燃焼中に均一に分散されないで、むしろ局在化するので、燃焼を支援するために大量の燃料が小さい容積内に得られる。燃焼を支援するために大量の燃料が得られるので、燃焼は比較的長時間にわたって進行し、高い燃焼温度を発生することができる。
【０００９】
他方、ＨＣＣＩエンジンでは、圧縮行程中で流入給気が圧縮されている間に、燃料が噴射される。給気が、その温度を燃料の発火温度まで上昇させるのに十分なほど圧縮されると、燃焼事象が起きる。そのため、燃焼が起きる前に、燃料が燃焼室の容積全体に広がるためにある程度の時間がある。さらに、圧縮中の給気の渦流及びタンブリングは、燃焼事象が起きる前に燃料の分散を促進するであろう。
【００１０】
燃料には、点火が起きる前に燃焼室容積全体に広がる時間があるので、点火は燃焼室容積全体で同時に起きるであろう。これにより、たとえば燃料を燃焼させるために燃焼プロセスが火炎前線の伝播に依存する程度を、従来型圧縮点火の場合より抑えることができるであろう。
【００１１】
火炎前線が燃焼室全体に進むのを待つことに伴う遅れがまったくないので、結果的に燃焼速度がより高くなるであろう。これにより、より希釈された空気及び燃料の混合気を使用することができるであろう。これにより、ピーク温度を低下させることもでき、それにより、燃料は、比較的局在化した燃焼の場合より短い時間内に完全燃焼するので、窒素酸化物の形成が減少するであろう。
【００１２】
ＨＣＣＩエンジンでは、給気が、その温度を燃料の発火温度まで上昇させるのに十分なほど圧縮されると、燃焼事象が起きるので、燃焼事象のタイミングはサイクル毎に幾分異なるであろう。したがって、ＨＣＣＩエンジンにおける燃焼事象のタイミングは、従来型圧縮点火エンジンでの燃焼事象のタイミングより制御するのが比較的難しいであろう。燃焼タイミングのばらつきは、「ノッキング」としても知られる荒さ又はプレデトネーションとして現れるであろう。ＨＣＣＩエンジンにおける燃焼事象のタイミングがより正確に制御可能であることが望ましいであろう。
【発明の開示】
【００１３】
本発明の第１態様では、内燃機関のシリンダアセンブリは、一端部に燃焼室を有するシリンダと、シリンダ内に摺動可能に配置されたピストンであって、燃焼室に近接する上死点位置及び燃焼室から遠位にある下死点位置を有するピストンと、吸気弁を介して燃焼室に連通可能に接続された吸気ランナであって、吸気弁がほぼ開放位置にあり、かつピストンが上死点位置から下死点位置へ移動するとき、燃焼室に作動流体を供給する吸気ランナと、スーダー弁を介して燃焼室に連通可能に接続された予燃焼室であって、スーダー弁がほぼ開いているとき、燃焼室は作動流体のランナイオンを予燃焼室に搬送する、予燃焼室とを有しており、スーダー弁は、吸気弁とほぼ同時に開き、吸気行程中にピストンが上死点位置から下死点位置へ移動する間、スーダー弁はほぼ開いたままであり、圧縮行程中にピストンが前記上死点位置に戻る間、スーダー弁はほぼ閉じる。
【００１４】
本発明の第２態様では、内燃機関での燃焼を制御する方法は、予燃焼室を燃焼室に接続すること、作動流体を燃焼室内の吸気ランナを介してシリンダに引き込むこと、吸気ランナを吸気弁で閉じること、作動流体を燃焼室及び予燃焼室内で圧縮すること、作動流体を圧縮している間、パイロット量の燃料を作動流体に添加すること、圧縮が完了する前に、予燃焼室を燃焼室から切り離すこと、作動流体を燃焼室内でさらに圧縮すること、及び作動流体の圧縮によって発生した熱で燃料に点火することを含む。
【００１５】
本発明の第３態様では、内燃機関での燃焼を制御するシステムは、予燃焼室を燃焼室に接続する手段と、作動流体を燃焼室内の吸気ランナを介してシリンダに引き込む手段と、吸気ランナを吸気弁で閉じる手段と、作動流体を燃焼室及び予燃焼室内で圧縮する手段と、作動流体を圧縮している間、パイロット量の燃料を作動流体に添加する手段と、圧縮が完了する前に、予燃焼室を燃焼室から切り離す手段と、作動流体を燃焼室内でさらに圧縮する手段と、作動流体の圧縮によって発生した熱で燃料に点火する手段とを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
給気が燃料の発火温度に達すると、ＨＣＣＩエンジンでの燃焼事象が起きるので、燃焼事象のタイミングは、特に給気の初期温度及び圧力、エンジンの圧縮比、ピストン速度、及び燃焼室を取り囲んでいる材料の熱伝達特性によって決まるであろう。
【００１７】
初期圧力は、大気などの静圧であるとともに、たとえば流入給気がシリンダに入る際の運動量による動圧であろう。給気の初期温度及び静圧は、エンジンが動作しているときの天候及び高度によって異なるであろう。
【００１８】
動圧は、エンジンの容積効率によっても異なるであろう。容積効率の方は、エンジン速度とともに、過給機又はターボ過給機の速度によって異なるであろう。たとえば、ラギングターボ過給機は、より低い初期シリンダ内圧力を生じるであろう。
【００１９】
ピストン速度も、エンジンの容積効率に影響を与えるであろう。ピストン速度は、アイドリング速度とレッドライン又は規制速度との間のエンジンの速度によって異なる。ピストン速度が高いほど、それだけ大きい運動量が流入給気に与えられ、結果的に、シリンダの充填がより良好になり、かつシリンダ内圧力がより高くなる。
【００２０】
燃焼室を取り囲む材料の熱伝達特性は、材料間の温度差、たとえば、燃焼室とエンジン冷却剤との間の温度差によって異なるであろう。したがって、燃焼事象のタイミングは、エンジンの動作状態によって異なるであろう。
【００２１】
これらのパラメータのうちで、圧縮比だけが一定である。給気の初期温度及び圧力、ピストン速度、及び燃焼室を取り囲んでいる材料の熱伝達特性はすべて、エンジンの動作状態によって異なる。エンジンの圧縮比が、その他のパラメータの変動を補償できるように変更可能であることが望ましいであろう。
【００２２】
本明細書に記載する本発明の実施形態は、ＨＣＣＩエンジンの状況で説明されているが、本発明の概念は、他のタイプの点火、たとえば従来の圧縮点火エンジン又は火花、ホットバルブ又はグロープラグ点火エンジンにも適用されることができるであろう。さらに、本発明の実施形態は４サイクルエンジンの状況で説明されているが、本発明の原理は２行程エンジンにも同様に適用されるであろう。
【００２３】
図１及び図２には、本発明の第１実施形態による内燃機関のシリンダアセンブリ１００が示されている。シリンダアセンブリ１００は、燃焼室１０４を一端部１０６に有するシリンダ１０２と、シリンダ１０２内に摺動可能に配置されたピストン１０８とを有する。ピストン１０８は、燃焼室１０４に近接する上死点位置１１０と、燃焼室１０４から遠位の下死点位置１１２とを有する。
【００２４】
吸気ランナー１１４が、吸気弁１１８を介して燃焼室１０４に連通可能に接続されているであろう。吸気弁１１８がほぼ開いており、かつピストン１０８が上死点位置１１０から下死点位置１１２へ移動するとき、吸気ランナー１１４は作動流体１１６を燃焼室１０４に供給する。作動流体１１６は、たとえば窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気及びアルゴンなどの微量元素の混合物などの空気でよい。
【００２５】
シリンダ１０２の圧縮比（ＣＲ）は、ピストン１０８が下死点位置１１２にあるときのシリンダ１０２の容積（Ｖ１）と、ピストン１０８が上死点位置１１０にあるときのシリンダ１０２の容積（Ｖ２）との比として定義される。一実施形態では、ＣＲが２０：１の場合、Ｖ１はＶ２の大きさの２０倍であろう。ピストン１０８は上死点位置１１０では燃焼室１０４に近接しているので、燃焼室１０４の容積はほぼＶ２である。
【００２６】
予燃焼室１２０が、スーダー弁１２２を介して燃焼室１０４に連通可能に接続されているであろう。燃焼室１０４は、スーダー弁１２２がほぼ開いているとき、作動流体１１６の一部分を予燃焼室１２０に搬送することができる。幾つかの実施形態では、スーダー弁１２２は、図３に示されているように、カムローブ、油圧アクチュエータ、圧電モータ、ボイスコイル又はソレノイドなどのアクチュエータによって作動させられるであろう。幾つかの実施形態では、スーダー弁１２２は、図４に示されているように、ゲート弁、回転弁、スリーブ弁又はポペット弁でもよい。
【００２７】
スーダー弁１２２がほぼ開いているとき、燃焼室１０４は予燃焼室１２０に接続されるので、スーダー弁１２２がほぼ開いているとき、予燃焼室１２０及び燃焼室１２０の容積は加算される。ピストン１０８が上死点位置１１０にあるときと同様に、ピストン１０８が下死点位置１１２にあるときも、スーダー弁１２２が開いている場合、そのＣＲは、スーダー弁１２２が、ピストン１０８が下死点位置１１２にあるときに開いているが、それが上死点位置１１０にあるときに閉じる場合より、低いであろう。したがって、スーダー弁１２２を利用して、エンジンのＣＲを変更することができる。
【００２８】
さらに、圧縮後に作動流体１１６が達する温度は、それの圧縮量と関係があるので、ＣＲを上下させることにより、温度を上下させることができる。したがって、圧縮行程中にスーダー弁１２２が開いたままであれば、作動流体１１６の温度は燃料の発火温度より低いままであるが、圧縮行程中にスーダー弁１２２が閉じれば、その温度が燃料の発火温度より高く上昇する場合、圧縮行程中にスーダー弁１２２を閉じることにより、燃焼の開始を制御することができるであろう。
【００２９】
一実施形態では、完全圧縮状態の作動流体の温度は、圧縮行程中にスーダー弁１２２が開いたままであるとき、スーダー弁１２２が閉鎖されるときより上死点位置１１０で２５％だけ低い。ピストン１０８が上死点位置１１０にあるときの作動流体１１６の温度はＣＲにほぼ比例するので、ＣＲを２５％だけ下げることによって、作動流体１１６の温度が２５％だけ下げられるであろう。
【００３０】
たとえば、シリンダ１０２が１２リッターエンジンの６つのシリンダのうちの１つである場合、シリンダ１０２の容積Ｖ１は２リッターである。エンジンのＣＲが２０である場合、容積Ｖ２は２リッターの２０分の１、すなわち０．１リッターである。追加の０．０３リッターを容積Ｖ２に加えることにより、２リッター／（０．１リッター＋０．０３リッター）＝１５であるので、ＣＲは２５％だけ減少して１５になるであろう。逆も同様に真であるので、圧縮行程中にスーダー弁１２２を閉じて予燃焼室１２０を締め切ることにより、作動流体１１６の温度は２５％だけ上昇するであろう。したがって、圧縮行程中にスーダー弁１２２を閉じることによって作動流体１１６の温度を２５％だけ上昇させることが、温度を燃料の発火温度を超えるまで上昇させるのに十分であれば、燃焼の開始をスーダー弁１２２で制御することができるであろう。
【００３１】
一実施形態では、図５に示されているように、スーダー弁１２２は吸気弁１１８とほぼ同時に開き、吸気行程中にピストン１０８が上死点位置１１０から下死点位置１１２まで移動する間、スーダー弁１２２はほぼ開いたままであり、圧縮行程中にピストン１０８が上死点位置１１０に戻る間、スーダー弁１２２はほぼ閉じる。一実施形態では、スーダー弁１２２は、圧縮行程中にクランク角の上死点位置１１０の手前約１１０度及び上死点位置１１０の手前５０度の間でほぼ閉じる。
【００３２】
この実施形態では、図６及び図８に示されているように、ピストン１０８が上死点位置１１０にある間、又はその後、シリンダの温度及び圧力はピークに達するであろう。さらに、図７に示されているように、シリンダ内圧力は、容積の関数としてより高くなるであろう。
【００３３】
一実施形態では、燃焼室１０４の容積１３０、すなわちＶ２が０．１リッターである一方、予燃焼室１２０の容積１２８が０．０３リッターでよい。別の実施形態では、容積１２８が容積１３０の約３分の１でもよい。これらは例示的な実施形態に過ぎず、２つの容積の実際の大きさは、エンジン特性によって異なるであろう。
【００３４】
予燃焼室１２０の容積１２８が０．０３リッターであれば、その容積１２８を、燃焼室１０４を含むシリンダヘッド内に組み込むことができるであろう。一実施形態では、図１及び図２に示されているように、予燃焼室１２０をシリンダヘッド１３８から芯抜きされてもよい。
【００３５】
スーダー弁１２２を、シリンダヘッド１３８内の、燃焼室１０４と予燃焼室１２０との間の通路１４０内に組み込んでもよい。通路１４０は、芯抜き又は機械加工されるであろう。一実施形態では、通路１４０は、通路１４０を横切る作動流体１１６に伴うポンプ損失を最小限に抑えるようにチークされ、かつ輪郭が定められる。
【００３６】
第２実施形態では、図９及び図１０に示されているように、予燃焼室２２０を回転軸２０２内に回転弁のように組み込むことができる。回転軸２０２は、カム軸のように、シリンダヘッド１３８内においてクランク軸速度の半分で軸受け内を回転することができる。したがって、予燃焼室２２０は、各圧縮行程の大部分の間、燃焼室１０４に面するが、ピストン１０８が上死点位置１１０に達する直前にそれをブロックするような輪郭を有することができる。ブロックが起きる時点は、クランク軸又はカム軸に対する回転軸２０２の位相の変化によって異なることができるであろう。
【００３７】
シリンダアセンブリ１００は、図１及び図２に示されているように、燃料１２６を燃焼室１０４内に導入するために、シリンダ１０２のヘッド内に配置された燃料噴射器１２４も有するであろう。一実施形態では、燃料噴射器１２４は、圧縮行程中にピストン１０８が上死点に戻るかなり前にパイロット量の燃料１２６を導入する。ピストン１０８が上死点に戻るかなり前にパイロット量の燃料１２６が導入されるので、燃料１２６は、圧縮行程の残りの間に燃焼室１０４全体にほぼ均一に分散することができるであろう。
【００３８】
第３実施形態では、シリンダアセンブリ１００は、燃焼室１０４から発する音響出力分布１４２を監視するための、図１及び図２に示されたトランスデューサ１３２も有する。一実施形態では、トランスデューサ１３２は、加速度計などの圧電素子であることができる。別の実施形態では、トランスデューサ１３２はノックセンサである。
【００３９】
音響出力分布１４２は、シリンダ１０２内の圧力、たとえば振動数スペクトル全体での圧力範囲、又は差圧、たとえば圧力上昇に似ているであろう。幾つかの代替実施形態では、音響出力分布１４２は、図１４Ａに示されているような、音圧又は音響出力、加速度、又は振動数範囲全体での振幅などの変位幅の分布であることができる。
【００４０】
図１４Ｂに示された一実施形態では、トランスデューサ１３２のある位置に対して、自己点火又はプレデトネーションにほぼ特徴的な音響出力分布１４４が決定される。音響出力分布１４４は、シリンダ内の所定圧力１４２、たとえば自己点火の開始にほぼ関連することが既知である所定範囲の圧力又は圧力上昇に似ているであろう。
【００４１】
次に、圧縮中に燃焼室１０４のトランスジューサ１３２の位置から発生又は発散される音響出力分布１４２を音響出力分布１４４と比較することができる。ピストン１０８がほぼ上死点位置１１０にある前に音響出力分布１４２が音響出力分布１４４とほぼ一致する場合、自己点火が早期に始まっているであろう。
【００４２】
一実施形態では、自己点火が早期に始まる場合、スーダー弁１２２を閉じる時期を遅らせ、それにより、自己点火の開始を遅らせることができる。別の実施形態では、音響出力分布１４２が音響出力分布１４４とほぼ一致して、自動点火の開始を表すまで、スーダー弁１２２が閉じる時期を進め、次にわずかに遅らせることができる。
【００４３】
トランスジューサ１３２は、音響出力分布１４２を直接的に、又はヘッドボルトひずみ又は燃焼室１０４付近の振動特性などを代用して監視するであろう。一実施形態では、トランスジューサ１３２は、プレデトネーションに対してほぼ一定の反応を示す。本実施形態では、所定圧力が、既知の反応と一致した反応であろう。
【００４４】
第４実施形態では、スーダー弁３２２が、図１２及び図１３に示されているように、予燃焼室３２０内を移動するスライド弁又はスプール弁であることができる。スーダー弁３２２は、吸気弁３１８とほぼ同時に開くであろう。吸気行程中にピストン１０８が上死点位置１１０から下死点位置１１２へ移動する間、スーダー弁３２２はほぼ開いたままであろう。圧縮行程中にピストン１０８が上死点位置１１０に戻る間、スーダー弁３２２はほぼ閉じるであろう。
【００４５】
閉鎖後、スーダー弁３２２は、その弁座に着座しているだけでなく、予燃焼室３２０内へさらに摺動して、予燃焼室３２０内で作動流体３１６及び燃料３２６を圧縮するであろう。その結果、予燃焼室３２０の内部の圧力及び温度が上昇するであろう。予燃焼室３２０の内部の温度が燃料３２６の自己点火誘発温度に達すると、予燃焼室３２０の内部の燃料３２６が自己点火するであろう。
【００４６】
燃料３２６の燃焼により、予燃焼室３２０の内部の圧力がさらに上昇して、スーダー弁３２２を予燃焼室３２０の外へ押し戻し、スーダー弁３２２を開くであろう。予燃焼室３２０が主燃焼室に開かれると、主燃焼室内の均質な混合気も点火する。
【００４７】
エンジン動力行程が完了した後、エンジン排気行程中にスーダー弁３２２は比較的ゆっくり予燃焼室３２０内へ摺動して戻り、予燃焼室３２０内の排気ガスをすべて追い出す。次に、スーダー弁３２２は次の吸気又は圧縮行程で再度開いて、新しい混合気を予燃焼室３２０内へ再び流入させる。
【００４８】
第５実施形態では、内燃機関での燃焼を制御する方法は、予燃焼室１２０を燃焼室１０４に接続すること、作動流体１１６を燃焼室１０４内の吸気ランナを介してシリンダ１０２に引き込むこと、吸気ランナを吸気弁１１８で閉じること、作動流体１１６を燃焼室１０４及び予燃焼室１２０内で圧縮すること、作動流体１１６を圧縮している間、パイロット量の燃料１２６を作動流体１１６に添加すること、圧縮が完了する前に予燃焼室１２０を燃焼室１０４から切り離すこと、作動流体１１６を燃焼室１０４内でさらに圧縮すること、及び作動流体１１６の圧縮によって発生した熱で燃料１２６に点火することを含む。
【００４９】
第６実施形態では、内燃機関での燃焼を制御する方法は、燃焼室１０４内の圧力１３４を監視すること、及び圧力１３４が所定圧力より高い場合、予燃焼室１２０を燃焼室１０４から切り離す時期を遅らせることをさらに含む。
【００５０】
図１０には、本発明の第６実施形態による内燃機関１０００が示されている。図１０では、複数のシリンダアセンブリ１００を組み合わせてエンジン１０００を形成することができる。本実施形態では、エンジン１０００を形成するために６つのシリンダアセンブリ１００が組み合わされている。代替実施形態では、エンジン１０００を形成するために４つのシリンダアセンブリ１００が組み合わされる。さらなる代替実施形態では、エンジン１０００を形成するために８つのシリンダアセンブリ１００が組み合わされる。
【００５１】
本発明の精神から逸脱しない限り、さまざまな数のシリンダアセンブリ１００を、たとえば直線状、Ｖ字形、放射状、対向形又は平面構造に配置することができる。幾つかの実施形態では、本発明を、たとえばトラック、トラクタ、据え置き型用途、船舶用途、農機具、土工器具、機関車、又は軽航空機を含めた航空機に使用されることができる。
【００５２】
以上に本発明を詳細に説明してきたが、本発明は、上記の特定の実施形態に制限されるものではない。当業者であれば、本発明の概念から逸脱することなく、上記の特定の実施形態をさまざまに利用し、かつ変更を加え、さらにそれから発展することができることは、明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１乃至第３実施形態による内燃機関のシリンダアセンブリの断面図である。
【図２】図１に示された実施形態の断面図である。
【図３Ａ】スーダー弁で使用されるさまざまなアクチュエータの概略図である。
【図３Ｂ】スーダー弁で使用されるさまざまなアクチュエータの概略図である。
【図３Ｃ】スーダー弁で使用されるさまざまなアクチュエータの概略図である。
【図３Ｄ】スーダー弁で使用されるさまざまなアクチュエータの概略図である。
【図３Ｅ】スーダー弁で使用されるさまざまなアクチュエータの概略図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態で使用されるさまざまなスーダー弁の概略図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態で使用されるさまざまなスーダー弁の概略図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態で使用されるさまざまなスーダー弁の概略図である。
【図４Ｄ】本発明の実施形態で使用されるさまざまなスーダー弁の概略図である。
【図５】本発明の実施形態による内燃機関におけるスーダー弁揚程対クランク角のグラフである。
【図６】本発明の実施形態による内燃機関におけるシリンダ温度対クランク角のグラフである。
【図７】本発明の実施形態による内燃機関におけるシリンダ圧力対シリンダ容積のグラフである。
【図８】本発明の実施形態による内燃機関におけるシリンダ圧力対クランク角のグラフである。
【図９】本発明の第２実施形態による内燃機関のシリンダアセンブリの断面図である。
【図１０】図９に示された実施形態の断面図である。
【図１１】本発明の実施形態で使用されるエンジンを示す。
【図１２】本発明の第４実施形態による内燃機関のシリンダアセンブリの断面図である。
【図１３】図１２に示された実施形態の断面図である。
【図１４Ａ】本発明の実施形態に使用される音響出力分布を示す。
【図１４Ｂ】本発明の実施形態に使用される音響出力分布を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年7月12日(2006.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
図１１には、本発明の第６実施形態による内燃機関１０００が示されている。図１１では、複数のシリンダアセンブリ１００を組み合わせてエンジン１０００を形成することができる。本実施形態では、エンジン１０００を形成するために６つのシリンダアセンブリ１００が組み合わされている。代替実施形態では、エンジン１０００を形成するために４つのシリンダアセンブリ１００が組み合わされる。さらなる代替実施形態では、エンジン１０００を形成するために８つのシリンダアセンブリ１００が組み合わされる。
【国際調査報告】
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