(57)【要約】      （修正有）【課題】エンジンに提供された給気の搬送と、エンジンが生成したガスの排気とを扱うエアハンドリングシステムを提供する。【解決手段】ユニフロー掃気式、２ストロークサイクル対向ピストンエンジン４９のエアハンドリングシステム５１において、１つ以上のエンジン運転状態パラメータが感知され、第２パラメータに応答して、エンジン運転サイクルの最後のポートの閉鎖時に、エンジンの気筒内に捕集された状態に基づくエアハンドリングパラメータの数値が決定され、これらの数値が評価され、この評価に応答してこれらの数値の１つ以上が調整される。調整された数値を用いて、エアハンドリングシステム内での給気流およびＥＧＲ流の制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアハンドリングシステム（５１）を装備したユニフロー掃気式対向ピストンエンジンであって、
前記エアハンドリングシステム（５１）は、
ボア（５２）、軸方向に離間した排気ポート（５４）および吸気ポート（５６）、前記ボア内に対向配置され、エンジンの運転中に前記排気ポートおよび吸気ポートを開閉するように動作可能な１対のピストン（６０、６２）を設けた少なくとも１つの気筒（５０）と、
少なくとも１つの吸気ポートに給気を供給する給気チャネル（１２６）と、
少なくとも１つの排気ポートから排気を受容する排気チャネル（１２４）と、
給気チャネル内に給気を送り込むべく動作するスーパーチャージャ（１１０）と、を備え、
制御機械化部（１４９）は、エンジン運転状態に応答して第１の捕集されたエアハンドリングパラメータ（３０７）の値を決定するべく、また、前記決定した前記第１の捕集されたエアハンドリングパラメータの値に基づいて、給気チャネル（１２６）内の給気流を調整するべく動作することを特徴とする、ユニフロー掃気式対向ピストンエンジン。
【請求項２】
前記制御機械化部（１４９）は、前記スーパーチャージャ（１１０）の速度（５１４）を変更することと、給気流を前記スーパーチャージャ（１１０）の出力部から入力部へ分流させる第１弁（１３９）を動作させることとのうちの一方によって、前記第１の捕集されたエアハンドリングパラメータの前記決定した値に基づいて給気流を調整するように動作可能である、請求項１に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項３】
前記エンジンは、前記排気チャネル（１２４）に結合したループ入力部と、前記給気チャネル（１２６）に結合したループ出力部とを設けた排気再循環（ＥＧＲ）ループ（１３１）を含み、前記制御機構（１４９）は、さらに、前記エンジン運転状態に応答して、第２の捕集されたエアハンドリングパラメータ（３０８）の値を決定するように、また、前記第２の捕集されたエアハンドリングパラメータの前記決定した値に基づいて、前記ＥＧＲループ（１３１）内のＥＧＲ流を調整するように動作可能である、請求項１に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項４】
前記第１の捕集されたエアハンドリングパラメータは捕集ラムダ（λｔｒ）であり、前記第２の捕集されたエアハンドリングパラメータは捕集された既燃ガス割合（ＢＦｔｒ）であり、さらに、前記制御機械化部（１４９）は、
決定した捕集ラムダ（λｔｒ）の値に基づいて、前記スーパーチャージャ（１１０）の速度（５１４）を変更することと、第１弁（１３９）を、給気流を前記スーパーチャージャ（１１０）の出力部から入力部へ分流させるように操作することとのうちの一方により、給気流を調整するべく動作可能であり、
決定した捕集された既燃ガス割合（ＢＦｔｒ）の値に基づいて、前記ＥＧＲループ（１３１）を通る排気流を増減するように第２弁（１３８）を動作させることによってＥＧＲ流を調整するべく動作可能である、請求項３に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項５】
前記制御機械化部（１４９）は、
現在のエンジン運転状態に基づいて、実際の捕集ラムダパラメータ値（５０２）を決定するように動作可能であり、
前記現在のエンジン運転状態について、望ましい捕集ラムダパラメータ値（５０３）を決定するように動作可能であり、
前記実際のラムダパラメータ値と望ましいラムダパラメータ値との間の差異に基づいて、誤差値（ｅλｔｒ）を決定するように動作可能であり、
前記誤差値に応答して、給気チャネル内に入る新鮮な空気流を変更することと、給気マニホルド圧を変更することとのうちの一方により、給気流（５１２）を調整するように動作可能である、請求項４に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項６】
前記第１の捕集されたエアハンドリングパラメータは、捕集ラムダ（λｔｒ）であり、前記制御機械化部（１４９）は、
前記現在のエンジン運転状態に基づいて、実際の捕集ラムダパラメータ値（５０２）を決定するように動作可能であり、
前記現在のエンジン運転状態について、望ましい捕集ラムダパラメータ値（５０３）を決定するように動作可能であり、
前記実際のラムダパラメータ値と望ましいラムダパラメータ値との間の差異に基づいて、誤差値（ｅλｔｒ）を決定するように動作可能であり、
前記誤差値に応答して、新鮮な給気流を前記給気チャネル内に入るよう変更することと、吸気マニホルド圧を変更することとのうち一方によって、給気流（５１２）を調整するように動作可能である、請求項１に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項７】
前記制御機械化部（１４９）は、前記第１の捕集されたエアハンドリングパラメータの前記決定した値に基づいて、前記スーパーチャージャの入口に供給された空気の流れと、前記吸気ポートに送り込まれる給気の圧力とを調整する（５１２）ように動作可能である、請求項１に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項８】
前記第１の捕集されたエアハンドリングパラメータは捕集ラムダ（λｔｒ）であり、前記制御機械化部（１４９）は、
前記エンジン運転状態に基づいて、実際の捕集ラムダパラメータ値（５０２）を決定するように動作可能であり、
前記エンジン運転状態について、望ましい捕集ラムダパラメータ値（５０３）を決定するように動作可能であり、
前記実際のラムダパラメータ値と望ましいラムダパラメータ値との間の差異に基づいて、誤差値（ｅλｔｒ）を決定するように動作可能であり、
前記誤差値に応答して、前記スーパーチャージャ（１１０）の前記速度を調整するように動作可能であり、
前記スーパーチャージャの出力部を前記スーパーチャージャの入力部に結合する弁（１３９）の状態を調整するように動作可能である、請求項７に記載の対向ピストンエンジン
【請求項９】
前記給気チャネル（１２６）への排気の流れを規制するように動作可能な弁（１３８）をＥＧＲループ（１３１）内にさらに含み、前記制御機械化部（１４９）は、前記第２の捕集されたエアハンドリングパラメータの前記決定した値に基づいて、前記ＥＧＲループを通る排気の流れを調整するように動作可能である、請求項３に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項１０】
前記第２の捕集されたエアハンドリングパラメータは、捕集された既燃ガス割合（ＢＦｔｒ）であり、前記制御機械化部（１４９）は、
前記エンジン運転状態に基づいて、実際の捕集された既燃ガス割合パラメータ値（５０２）を決定するように動作可能であり、
前記エンジン運転状態について、望ましい捕集された既燃ガス割合パラメータ値（５０３）を決定するように動作可能であり、
前記実際のラムダ既燃ガス割合値と望ましいラムダ既燃ガス割合値との差異に基づいて、誤差値（ｅＢＦｔｒ）を決定するように動作可能であり、
前記誤差値に基づいて前記弁（１３８）の前記設定（５２３）を調整するように動作可能である、請求項９に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項１１】
請求項１に記載の対向ピストンエンジンを運転する方法であって、
前記エンジンの少なくとも１つのポート付き気筒（５０）内で排気を生成する工程と、
排気を前記ポート付き気筒の排気ポート（５４）から排気チャネル（１２４）を通って搬送する工程と、
前記排気の一部を、前記排気チャネルからＥＧＲループ（１３１）を通って再循環させる工程と、
新鮮な空気（１２２）を加圧する工程と、
再循環された前記ＥＧＲループからの排気を前記加圧した新鮮な空気と混合して、給気を形成する工程と、
前記給気をスーパーチャージャ（１１０）で加圧する工程と、
前記加圧給気を前記ポート付き気筒の吸気ポート（５６）に提供する工程と、
エンジン運転状態に応答して、捕集されたエアハンドリングパラメータの値を決定すること（３０７、３０８）と、
前記決定した値に基づいて、前記吸気ポートへの給気流を調整する（５１２）工程とを含む、方法。
【請求項１２】
給気流を調整する工程は、前記スーパーチャージャ（１１０）の速度を変更する工程と、給気流を前記スーパーチャージャの出力部から入力部へ分流させるように第１弁（１３９）を動作させる工程とのうち一方を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記決定した値に基づいて、前記ＥＧＲループ（１３１）内の排気ガス流を調整する（５２２）ことをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＥＧＲループ内の排気流を調整する工程は、前記ＥＧＲループ（１３１）を通る排気流を増減するように第２弁（１３８）を動作させることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１の対向ピストンエンジンを運転する方法であって、
新鮮な空気（１２２）を加圧して給気を形成する工程と、
前記給気を前記スーパーチャージャ（１１０）で加圧する工程と、
前記加圧給気を前記エンジンの吸気マニホルド（１３０）に供給する工程と、
エンジン運転状態に応答して、気筒（５０）の排気ポート（５４）と吸気ポート（５６）のうち一方の閉鎖に基づき、捕集ラムダパラメータの値を決定する工程と、
前記決定した値に基づいて、前記吸気マニホルドへの給気流を調整する（５１２）工程とを含む方法。
【請求項１６】
前記給気流を調整する工程は、前記スーパーチャージャ（１１０）の速度を変更する工程と、給気流を前記スーパーチャージャの出力部と入力部との間で分流するように第１弁（１３９）を動作させる工程とのうち一方を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記決定した値に基づいて、前記エンジンのＥＧＲループ内の排気流を調整する（５２２）ことをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＥＧＲループ内の排気流を調整する工程は、前記ＥＧＲループを通る排気流を増減するべく第２弁（１３８）を動作させることを含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、以下の共通譲渡された出願の主題に関連する主題を含む：米国特許出願公開第２０１１／０２８９９１６号として公開された米国特許出願第１３／０６８，６７９号、国際公開第２０１３／１２６３４７号として公開された国際出願ＵＳ２０１３／０２６７３７号、米国特許出願公開第２０１３／０１７４５４８号として公開された米国特許出願第１３／７８２，８０２号。
【０００２】
本発明の分野は２ストロークサイクル内燃エンジンに関する。特に、本発明の分野は、燃焼のための加圧給気を供給し、燃焼生成物を処理するエアハンドリングシステムを具備した、ユニフロー掃気式対向ピストンエンジンに関する。いくつかの態様において、このようなエアハンドリングシステムは、排気を再循環させ、加圧給気と混合することにより、燃焼温度を低減する。
【背景技術】
【０００３】
２ストロークサイクルエンジンは、クランクシャフトの完全な１回転と、クランクシャフトに連結したピストンの２ストロークとによってパワーサイクルが完了する内燃エンジンである。２ストロークサイクルエンジンの１例に、２つのピストンを、対向方向へ往復運動するよう気筒ボア内に対向配置した対向ピストンエンジンがある。気筒は、その両端の各々の付近に配置された、長手方向に離間した吸気ポートと排気ポートを設けている。対向ピストンの各々が、底部中央（ＢＣ）位置へ移動する際に各ポートを開放し、ＢＣから頂部中央（ＴＣ）位置へ移動する際に閉鎖することで、ポートの１つを制御する。ポートの一方は燃焼生成物をボアから排出させるための通路を提供し、他方は給気をボア内に流入させるよう働くことから、これらはそれぞれ「排気」ポート、「吸気」ポートと呼ばれる。ユニフロー掃気式対向ピストンエンジンでは、給気が気筒内にその吸気ポートから流入し、排気が排気ポートから排出されることで、ガスが吸気ポートから排気ポートへと気筒内を一方向（「ユニフロー」）に流れるようになっている。
【０００４】
図１では、ユニフロー掃気式の２ストロークサイクル内燃エンジンは、少なくとも１ポートタイプの気筒５０を設けた対向ピストンエンジン４９によって具現化されている。例えば、エンジンは１ポートタイプ気筒、２ポートタイプ気筒、３ポートタイプ気筒、４ポートまたはそれ以上のポートタイプの気筒であってよい。各ポートタイプの気筒５０はボア５２と、気筒壁の各端部に形成または機械加工された、長手方向に離間した排気ポート５４および吸気ポート５６とを設けている。排気ポート５４と吸気ポート５６の各々は、隣接する開口どうしが中実の架橋部によって離隔された、円周上の１列以上の開口列を含む。いくつかの記述では、各開口を「ポート」と呼んでいるが、このような「ポート」の円周列の構造は図１に示すポートの構造と変わらない。図示の実施例では、エンジン４９は２つのクランクシャフト７１、７２をさらに含む。ボア５２内には、排気ピストン６０と吸気ピストン６２が、それぞれの端面６１、６３が互いに対面した形で摺動可能に配置されている。排気ピストン６０はクランクシャフト７１に結合しており、吸気ピストンはクランクシャフト７２に結合している。
【０００５】
ピストン６０、６２がＴＣ付近にある時に、ボア５２内で、これらピストンの端面６１と６３との間に燃焼室が画定される。気筒５０の側壁に貫通している開口内に位置決めされた少なくとも１本の燃料噴射器ノズル１００を介して、燃料が燃料室に直接噴射される。燃料は、吸気ポート５６を介してボア内に入った給気と混合される。空燃混合気は、端面どうしの間で圧縮されると、燃焼を生じる温度に達する。
【０００６】
図１をさらに参照すると、エンジン４９は、エンジン４９に提供された給気の搬送と、エンジン４９が生成したガスの排気とを扱うエアハンドリングシステム５１を含む。エアハンドリングシステムの代表的な構造は、給気サブシステムと排気サブシステムを含んでいる。エアハンドリングシステム５１において、給気サブシステムは、新鮮な空気を受容および処理して給気を生成する給気源と、この給気源に結合し、給気をエンジンの少なくとも１つの吸気ポートへ搬送する給気チャネルと、エンジンの１つ以上の吸気ポートに送達される前の給気（または給気を含むガスの混合物）を受容および冷却するために給気チャネル内に結合している少なくとも１つの空気冷却器とを含んでいる。このような冷却器は、空気‐液体装置、および／または空気‐空気装置、あるいはその他の冷却装置を備えることができる。排気サブシステムは、排気生成物をエンジンの排気ポートから搬送して別の排気部品へ送達させるための排気チャネルを含む。
【０００７】
さらに図１を参照すると、エアハンドリングシステム５１は、共通のシャフト１２３上で回転するタービン１２１とコンプレッサ１２２を設けたターボチャージャ１２０を含む。タービン１２１は排気サブシステムに結合し、コンプレッサ１２２は給気サブシステムに結合している。ターボチャージャ１２０は、排気ポート５４から出てこの排気ポート５４から排気チャネル１２４内に直接流入する排気から、または、排気ポート５４を介して出力された排気を収集する排気マニホルド１２５から排出されて排気チャネル１２４内へ流入する排気から、エネルギーを抽出する。これに関連して、タービン１２１がその内部を通過する排気によって回転される。これによりコンプレッサ１２２が回転されることで、新鮮な空気が圧縮されて給気が生成される。給気サブシステムはスーパーチャージャ１１０を含む。コンプレッサ１２２により出力された給気は給気チャネル１２６を通って冷却器１２７へ流れ、そこからスーパーチャージャ１１０によって吸気ポートへ送り込まれる。スーパーチャージャ１１０によって圧縮された給気を、冷却器１２９を介して吸気マニホルド１３０へ出力することができる。吸気ポート５６は、スーパーチャージャ１１０により吸気マニホルド１３０を通って送り込まれた給気を受容する。多気筒式対向ピストンエンジンでは、吸気マニホルド１３０は、全ての気筒５０の吸気ポート５６と連通した吸気プレナムで構成されていることが好ましい。
【０００８】
いくつかの態様では、図１に示すエアハンドリングシステムは、排気をエンジンのポート付き気筒内で再循環させ、燃焼させることによって生じたＮＯｘ（窒素酸化物）排出を低減するように構成できる。再循環された排気は、ピーク燃焼温度を低減するために給気と混合され、これにより、ＮＯｘの生成が低減する。この工程は排気再循環（「ＥＧＲ」）と呼ばれる。図示のＥＧＲ構造は、掃気中にポート５４から流れてくる排気の一部を取り、これを、気筒の外部にあるＥＧＲループを介して、給気サブシステム内に進入する新鮮な吸気の流れの中へ搬送する。ＥＧＲループはＥＧＲチャネル１３１を含んでいることが好ましい。再循環された排気は、弁１３８（この弁は「ＥＧＲ弁」とも呼ばれる）の制御下で、ＥＧＲチャネル１３１を通って流れる。
【０００９】
多くの２ストロークエンジンにおいて、燃焼およびＥＧＲオペレーションは、エンジンに送達される給気量に関連した様々な測定に基づいて監視および最適化される。例えば、気筒内でのストイキ燃焼に要する給気の基準質量に対する、気筒に送達された給気の質量の比率（「ラムダ」）は、或る範囲のエンジン運転状態にわたってＮＯｘを制御するために使用される。しかし、ユニフロー掃気付きの２ストロークサイクル対向ピストンエンジンでは、各サイクルの一部についてポート開放回数が重複し、また、吸気ポートを介して気筒に送達された給気のいくらかが、排気ポートが閉鎖される前に気筒から流れ出す。掃気中に排気ポートから流れ出る給気は燃焼に利用することができない。そのため、ユニフロー掃気付き対向ピストンエンジンの気筒の吸気ポートに送達された給気に基づくラムダ値（「送達済ラムダ」）は、実際に燃焼に利用できる給気量を超える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、ユニフロー掃気式の対向ピストンエンジンにおけるエアハンドリング制御の精度を改善する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ユニフロー掃気付き２ストロークサイクル対向ピストンエンジンにおいて、最後のポートが閉鎖することにより気筒内に捕集された給気に基づいて、ラムダが推定または計算される。これに関連し、最後に閉鎖するポートは吸気ポートまたは排気ポートのいずれであってもよい。これに関連して、最後のポートが閉鎖すること（以降、「最後のポート閉鎖」、または「ＬＰＣ」）によって気筒内に捕集された給気質量の、気筒内でのストイキ燃焼に必要な基準の給気質量に対する比率を、「捕集ラムダ（ｔｒａｐｐｅｄ  ｌａｍｂｄａ）」と呼ぶ。燃焼に利用できるのは捕集された給気であるので、捕集ラムダ値は、エンジンの燃焼および排出の可能性を送達済みのラムダの値よりもより正確に表す。
【００１２】
いくつかの態様では、ユニフロー掃気付き２ストロークサイクル対向ピストンエンジンにおける燃焼およびＥＧＲ動作が、最も最近のエンジン運転状態中に、ＬＰＣ時における捕集された状態に基づいて監視および制御される。
【００１３】
いくつかの態様では、ユニフロー掃気付き２ストロークサイクル対向ピストンエンジンのエアハンドリングシステムの制御は、最後のポートの閉鎖によって気筒内に捕集された給気に基づいて行われる。
【００１４】
ユニフロー掃気式、２ストロークサイクル対向ピストンエンジンのエアハンドリングシステムを制御する方法は、１つ以上のエンジン運転状態変数を感知することと、前記感知ステップに応答し、ＬＰＣ時に捕集された状態に基づくエアハンドリングパラメータの数値を決定することと、これらの数値を評価することと、評価ステップに応答して、これらの数値の１つ以上を調整することとを含む。いくつかの態様では、エアハンドリングパラメータは捕集ラムダを含む。
【００１５】
いくつかのさらなる態様では、エアハンドリングパラメータは、掃気開始前における、燃焼後に気筒内に捕集されたガスの総質量に対する、燃焼の結果発生したガスの質量の比率として定義された、捕集された既燃ガス割合（ｔｒａｐｐｅｄ  ｂｕｒｎｅｄ  ｇａｓ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）をさらに含む。
【００１６】
ユニフロー掃気式２ストロークサイクル対向ピストンエンジンのエアハンドリングシステムを制御する方法は、１つ以上のエンジン運転状態変数を感知することと、この感知ステップに応答して、ＬＰＣ時にエンジンの気筒内に捕集された状態に基づくエアハンドリングパラメータの数値を決定することと、これらの数値を評価することと、評価ステップに応答して、エアハンドリングシステム装置の動作を調整することとを含む。いくつかの態様では、エアハンドリングパラメータは捕集ラムダを含む。いくつかの他の態様では、エアハンドリングパラメータは捕集された既燃ガス割合をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＥＧＲ付きのエアハンドリングシステムを装備した対向ピストンエンジンの線図であり、「従来技術」と正確に標記されている。
【００１８】
【図２】対向ピストンエンジンにおいてエアハンドリングシステムを規制するための制御機械化部を示す略図である。
【００１９】
【図３】エンジン運転中にエアハンドリング制御パラメータの数値を決定するためのループを示す制御フロー図である。
【００２０】
【図４】エアハンドリング制御パラメータの数値を評価および調整する工程を示す制御フロー図である。
【００２１】
【図５】図４の評価工程と調整工程を実現する制御機械化部を示す略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
エンジン運転状態の変動に応じた燃焼および排出の最適な制御を維持するために、ユニフロー掃気付き２ストロークサイクル対向ピストンエンジンの給気チャネルを通る給気の流れを制御することが望ましい。図１のエンジンを基準として用いると、図２は、このような対向ピストンエンジンの、本明細書によるエアハンドリングシステムを制御するために有用な改良および追加に基づいた制御の機械化を示す。
【００２３】
ユニフロー掃気付き２ストロークサイクル対向ピストンエンジンのための特定のＥＧＲループ構造の１例に、図２に示す高圧構成がある（限定を意図するものではない）。これに関して、高圧ＥＧＲループは、タービン１２１への入力部の上流にある源から得た排気を、コンプレッサ１２２の出力部の下流にある混合点へ循環させる。このＥＧＲループでは、ＥＧＲチャネル１３１とＥＧＲ弁１３８が、排気チャネル１２４からの排気の一部を給気チャネル１２６内へ分流させ、ここで、この排気の一部が、コンプレッサ１２２が出力した圧縮された新鮮な空気と混合される。アクチュエータ１４１は、ＥＧＲ制御信号に応じて弁１３８の動作を制御する。排気／空気の混合が不要な場合は、弁１３８が完全に閉鎖して、排気成分を含まない給気が気筒に送達される。弁１３８の開放が増大するに従い、給気中に混合される排気の量が増える。反対に、弁１３８が開放状態から段々閉鎖するに従い、給気中に混合される排気の量は減っていく。このループは、再循環される排気を２つの冷却器１２７、１２９の冷却効果に晒す。より少ない冷却で利点がある場合は、当該の排気部分を冷却器１２７周囲でスーパーチャージャ１１０の入力部へ分流させることができ、この代替策では、当該の排気部分が給気冷却器１２９のみによって冷却されるようにする。排気のみを冷却する専用のＥＧＲ冷却器を、弁１３８と整列させて、または、弁１３８の出力ポートおよびスーパーチャージャ１１０への入力ポートと整列させて、ＥＧＲチャネル１３１内に組み込むことができる。
【００２４】
図２のとおり、多くの態様では、スーパーチャージャ１１０は駆動機構１１１によりクランクシャフトに結合され、これによって駆動される。駆動機構１１１は、有段変速または連続可変変速（ＣＶＴ）装置を備えることができ、この場合、駆動機構に提供された速度制御信号に応答してスーパーチャージャ１１０の速度を変更することで、給気の流れを変化させることができる。あるいは、駆動機構１１１は固定ギア装置であってよく、この場合には、スーパーチャージャ１１０は固定速度にて連続駆動される。このような場合、給気の流れは、スーパーチャージャ１１０の出力部をその入力部に結合する分流チャネル１１２の方法によって変化させられる。分流チャネル１１２にバイパス弁１３９を設けると、スーパーチャージャ出力部の下流での給気圧の変調によって、給気の流れを変化させることができる。いくつかの態様では、弁１３９は、分流制御信号に応答したアクチュエータ１４０によって動作される。
【００２５】
図２に見られるように、ユニフロー掃気付き２ストロークサイクル対向ピストンエンジンのエアハンドリングシステムの制御の機械化はを含む。ＥＣＵ１４９は、特定のエンジン運転状態に応答して、給気流と、加圧給気に混合する排気量とを、弁１３８、１３９（さらに恐らくはその他の弁）、多速度装置または可変速度装置を使用の場合にはスーパーチャージャ１１０、可変ジオメトリ装置を使用の場合にはターボチャージャを自動運転することによって、制御する構造になっていることが好ましい。当然、ＥＧＲに使用される弁とこれに関連する要素の動作は、電気、空気圧、機械、液圧作動動作の任意の１つ以上を含むことができる。迅速かつ精密な自動運転を行うためには、弁を、連続可変設定を設けた高速の、コンピュータ制御された装置にすることが好ましい。各弁は、気体を流入させるために開放する状態（ＥＣＵ１４９が制御する設定に合わせて）と、気体の流入を阻止するために閉鎖する状態とを設けている。
【００２６】
ユニフロー掃気付き２ストロークサイクル対向ピストンエンジン（以降「エンジン」）のエアハンドリングシステムを制御する方法は、気筒の最後のポートの閉鎖によってエンジンの気筒内に捕獲された燃焼要素の大きさおよび比率を計算または推定するために、様々なパラメータを使用する。これに関して、「燃焼要素」は燃焼の構成成分および燃焼生成物の一方または両方を含む。これらの方法をより理解するために、これらの要素を表すべく使用された多数のエアハンドリングパラメータを、図２のエアハンドリング制御の機械化の様々な要素を参照しながら説明する。特に記載がない限り、以下の説明における全てのエアハンドリングパラメータはＳＩ単位を有する。
［エアハンドリングパラメータ］
Ｗａｉｒ ＝新鮮な空気の質量流量（ｋｇ／秒）
Ｗｅｇｒ ＝ＥＧＲガスの質量流量（ｋｇ／秒）
ＷＳＣ ＝気筒に送達された給気の質量流量（ｋｇ／秒）
Ｗｆ＝命令されたエンジン燃料噴射量（ｋｇ／秒）
Ｍｒｅｓ ＝気筒内の残留物の質量（ｋｇ）
Ｍｔｒ＝ＬＰＣにおいて気筒内に捕獲されたガスの質量（ｋｇ）
Ｍｒｅｔ＝気筒内に保持された送達済給気の質量（ｋｇ）
Ｍｄｅｌ＝気筒に送達された給気の質量（ｋｇ）
ｍＯ２＿ａｉｒ＝新鮮な空気中のＯ２の質量分率
ｍＯ２＿ｅｇｒ＝ＥＧＲ中のＯ２の質量分率
ｍＯ２＿ｒｅｓ＝気筒残留物中のＯ２の質量分率
ｍＯ２＿ｉｍ＝吸気マニホルド内のＯ２の質量分率
Ｔｃｏｍｐ＿ｏｕｔ＝コンプレッサ排出温度（Ｋ）
Ｔｅｇｒ＝冷却器を出た後のＥＧＲ温度（Ｋ）
Ｔｔｒ＝ＬＰＣにおいて気筒内に捕獲された給気の温度（Ｋ）
［Ｏ２］ｊｍ＝吸気マニホルド内のＯ２の容積濃度の割合
［Ｏ２］ｅｇｒ＝排気中のＯ２の容積濃度の割合
［Ｏ２］ａｉｒ＝新鮮な空気中のＯ２の容積濃度の割合
（Ｏ２／Ｆ）Ｓ＝化学量論的な酸素対燃料比率
（Ａ／Ｆ）Ｓ＝化学量論的な空気対燃料比率
γ＝特定の熱の比率
Ｎ＝気筒数
Ｖｄ＝気筒毎の置換容積（ｍ３）
Ｖｔｒ＝ＬＰＣにおける気筒毎の置換容積（ｍ３）
Ｒ＝空気のガス定数（Ｊ／Ｋｇ／ｋ）
ＲＯ２＝酸素のガス定数（Ｊ／Ｋｇ／ｋ）
ＡＦＲｓ＝ディーゼルの化学量論的な空気燃料比率
ＡＦＲｇ＝全体的な空気燃料比率（新鮮な空気と燃料の比率）
Ｐｅｘｈ＝排気圧
Ｐｉｍ＝吸気マニホルド圧
Ｐｒａｉｌ＝燃料レール圧力
Ｉｎｊ＿ｔｉｍｅ＝噴射タイミング
【００２７】
定常状態条件下で、給気質量流量（Ｗｓｃ）は次式の通り計算できる：
Ｗｓｃ＝Ｗａｉｒ＋Ｗｅｇｒ                                        数式１
【００２８】
ＥＧＲを装備していないエンジンの場合、給気質量流量は次式の通りになる：
Ｗｓｃ=Ｗａｉｒ                                                   数式２
【００２９】
給気質量流量、空気質量流量、ＥＧＲ質量流量は、エンジンに多数のアプローチを適用して求められる。
【００３０】
［空気質量流の測定／推定］
【００３１】
新鮮な空気の質量流量を測定するために簡単に利用できる一つの解決法は、熱線質量流センサ２０２の使用である。この場合、センサ２０２はリアルタイムで新鮮な空気の質量流量を直接出力する。このアプローチは非常に単純であるが、比較的高価である。
【００３２】
センサ２０２を省けばコストと複雑性を抑えることができる。その代わりに、新鮮な空気の質量流量を、エンジン排出ＮＯｘ（またはＯ２）センサ２０３で測定した排気燃料比率に基づいて計算、推定、または推量することができる。
2019060344.tif 000003
数式３
【００３３】
（Ａ／Ｆ）ｓは既知の燃料性質である。ＥＣＵ１４９は、命令された燃料噴射量としての燃料流量を推定することができる。
【００３４】
新鮮な空気の質量流を推定する別の方法に次式がある：
Ｗａｉｒ＝Ｗｓｃ−Ｗｅｇｒ                                              数式４
【００３５】
ここでは、給気質量流量に利用できる優れた測定／推定（以下の数式８または数式１０）と、ＥＧＲ質量流量に利用できる優れた測定／推定（以下の数式５または数式６）が存在すると仮定する。
【００３６】
［ＥＧＲ質量流の測定／推定］
【００３７】
ＥＧＲ流量を測定する１つのアプローチは、弁１３８の下流におけるＥＧＲ導管１３１内の排気が導管１２６内の新鮮な空気と混合する前に、ＥＧＲ導管１３１内にベンチュリを位置決めするというものである。この場合、ＥＧＲ流量は、ベンチュリにわたる圧力降下、上流圧および温度によって求められる。流量係数を決定し、負荷および速度と共に変動する圧力脈動に適応するべく、いくつかの較正が必要である。
2019060344.tif 000004
数式５
【００３８】
エンジン内のＥＧＲ流量を計算する別の方法に、吸気マニホルド１３０内の酸素と、排気とを測定するものがある。エンジン排出ガス中の酸素の測定は、ＮＯｘセンサ２０３から容易に利用可能である。また、排気流１２８内に広帯域Ｏ２センサを設定することによっても測定できる。吸気マニホルドの酸素も、広帯域Ｏ２センサ２０５を使用して類似の方法で測定できる。
【００３９】
吸気マニホルドＯ２センサは吸気マニホルド圧力を補填するものでなくてはならない。吸気Ｏ２濃度と排気Ｏ２濃度が得られたら、ＥＧＲガスの質量流量を次式の通り計算することができる：
2019060344.tif 000005
数式６
【００４０】
数式６は、新鮮な空気とのＥＧＲ混合の工程が断熱性および等圧性であり（この場合にはコンプレッサ１２２の排出圧力）、ＥＧＲおよび新鮮な空気のガス特性が同一であるという仮定に基づいたものである。空気中のＯ２濃度は、気圧および相対湿度と共に変化する既知数のものであるため、数式７に示すようなマップから取得できる。
【００４１】
ＥＧＲ温度は、温度センサ２１０で測定したタービン入口における排気の温度と同じであると仮定できる。また、ＥＧＲ温度は、ＥＧＲ弁１３８の前または後ろのＥＧＲ配管内に設置できる温度センサ（図示せず）からも取得できる。
［Ｏ２］ａｉｒ＝ｆ（Ｐａｔｍ，Ｈｕｍｒｅｌ）                                数式７
【００４２】
［吸気質量流量の推定］
【００４３】
ＥＧＲガスの質量流量と新鮮な空気の質量流量が決定すると、給気の質量流量を、エンジン構造に応じて数式１または数式２に基づいて決定することができる。
【００４４】
あるいは、給気の質量流量を、オリフィスとしてのエンジン気筒を数式８に示す関係に基づいてモデリングすることにより、数学的に決定することも可能である。
2019060344.tif 000006
数式８
【００４５】
エンジン速度（ＲＰＭ）、排出圧力（Ｐｅｘｈ）、給気マニホルド圧（Ｐｉｍ）によりインデックスされたルックアップテーブル（ＬＵＴ）を使用して、Ｃｄ（排出係数）を、エンジン全体にわたる各々の速度／圧力比について較正することができる。
Ｃｄ＝ＬＵＴ（ＲＰＭ，Ｐｅｘｈ，Ｐｉｍ）                                  数式９
【００４６】
効率的なオリフィス領域（Ａｅｆｆ）は、吸気ポートと排気ポートのポート数およびポートタイミングに基づいて計算できる。
【００４７】
吸気マニホルド圧は、差分吸気マニホルド圧センサ２０７から直接読み取ることができる。センサ２０７をスーパーチャージャ１１０よりも後ろに配置している場合は、吸気マニホルド圧は、スーパーチャージャ１１０の出口圧から、給気冷却器１２９の推定される圧力降下を減算することで計算できる。
【００４８】
排気マニホルド圧は、排気マニホルド１２５内に配置した圧力センサ２０９から直接読み取ることができる。いくつかの場合において、圧力センサを排気マニホルドの内部に直接配置できないことがある。その場合には、数式８の排気マニホルド圧の代わりに、タービン入口圧センサ２１０からの読み取り値を用いることができる。
【００４９】
給気質量流量を推定する別のアプローチは、スーパーチャージャ１１０にわたる圧力比、スーパーチャージャ速度、スーパーチャージャ効率に基づいている。
Ｗｓｃ＝ｆ（ｓｃ＿ｓｐｅｅｄ，ＰＲｓｃ）                              数式１０
【００５０】
スーパーチャージャ１１０が連続可変駆動部１１１によって駆動される場合は、速度センサを使用してスーパーチャージャ速度（ｓｃ＿ｓｐｅｅｄ）を測定できる。スーパーチャージャ圧力比（ＰＲｓｃ）は、吸気マニホルド圧をスーパーチャージャ入口圧で除算することで算出できる。スーパーチャージャ入口圧は、コンプレッサ出口で測定された圧力から、給気冷却器１２７にわたり推定される圧力降下を引くことで計算できる。あるいは、圧力センサ２１１を給気冷却器１２７より後方に配置して、スーパーチャージャ入口圧を直接報告できるようにしてもよい。この場合、コンプレッサの出口圧力は、給気冷却器１２７にわたって推定される圧力降下をスーパーチャージャ入口圧測定値に加算して算出できる。
【００５１】
給気冷却器１２７にわたる圧力降下は、給気流量を圧力降下に関連付けするルックアップテーブルから推定できる。あるいは、給気冷却器１２７に渡る圧力降下は差圧センサを使用して直接測定することもできる。
【００５２】
［給気比の推定］
【００５３】
上記の方法のいずれかによって給気質量流量を決定すると、給気比（Λ）を決定することができる。本開示の給気比の定義を数式１１に示す。
2019060344.tif 000007
数式１１
【００５４】
［掃気効率の推定］
【００５５】
次に、掃気効率を計算する。エアハンドリングシステム制御方法の目的のために、掃気効率は次式のとおり定義される。
2019060344.tif 000008
数式１２
【００５６】
掃気効率は、給気比およびエンジン速度を掃気効率と関連付ける経験モデルから算出できる。経験モデルは、マッピング工程中にエンジンから収集した掃気データより展開することができる。
ηｓｃ＝ｆ（ＲＰＭ，Λ*）                                              数式１３
【００５７】
エアハンドリングシステム制御方法では、算出した掃気効率を用いて、次式のとおり定義されるエンジン捕集効率を決定する：
2019060344.tif 000009
数式１４
【００５８】
数式１２と数式１４を組み合わせると次式が得られる：
2019060344.tif 000010
数式１５
【００５９】
気筒内に捕集されたガス塊の量は、次式の２領域非等温モデルに基づいて算出できる：
2019060344.tif 000011
数式１６
【００６０】
ここで、ρｄｅｌは最後に閉鎖するポートに送達された給気の密度であり、ρｒｅｓは最後に閉鎖する気筒内残留ガスの密度である。これらは次式の通りに算出できる：
2019060344.tif 000012
数式１７
2019060344.tif 000013
数式１８ａ
2019060344.tif 000014
数式１８ｂ
【００６１】
排気温度はセンサ２１０から取得できる。また、温度センサを排気マニホルド１２５内に配置することで直接取得することもできる。さらに、気筒内圧力を測定するためにセンサが設けられている場合には、数式１７、数式１８ａのＰｉｍを、最後に閉鎖するポート（ＰＬＰＣ）にて測定された気筒内圧力で置き換えることができる。
【００６２】
各サイクルにおいて１つの気筒に送達される空気塊を、給気質量流量およびエンジン速度から次式の通り算出できる：
2019060344.tif 000015
数式１９
【００６３】
数式１５のＭｔｒ、Ｍｄｅｌの値を置き換えることで、数式１７に示すとおりに捕集効率を計算できる：
2019060344.tif 000016
数式２０
【００６４】
［捕集ラムダの推定］
【００６５】
捕集ラムダを決定するには、気筒内に捕集された酸素質量の算出から開始する。数式２１では、気筒内に捕集された酸素質量が得られる。
2019060344.tif 000017
数式２１
【００６６】
ここで、ＭＯ２＿ａｉｒは気筒に送達された新鮮な空気中の酸素質量であり（数式２２）、次式の通りに算出することができる：
2019060344.tif 000018
数式２２
2019060344.tif 000019
数式２３
2019060344.tif 000020
数式２４
【００６７】
気筒に送達されたＥＧＲ中のＭＯ２＿ｅｇｒは酸素質量であり、数式２５に基づいて計算できる：
2019060344.tif 000021
数式２５
2019060344.tif 000022
数式２６
2019060344.tif 000023
数式２７
【００６８】
ＥＧＲ割合ｘ＝（ＥＧＲ／ＥＧＲ＋ＣＨＡＲＧＥ  ＡＩＲ）を用いれば、燃焼化学量論に基づいて、送達されたＥＧＲ中の酸素質量も次式の通り算出することができる。
2019060344.tif 000024
数式２８
【００６９】
ＭＯ２＿ｒｅｓは、掃気工程完了後に気筒内に残った残留ガス中の酸素質量である。これは、数式２５に示すように、掃気効率、前のサイクルからの捕集された酸素の質量、燃料噴射量の知識に基づいて計算できる。
2019060344.tif 000025
数式２９
【００７０】
エンジンに吸気マニホルド酸素センサが取り付けられている場合には、捕集された酸素を数式３０に示すとおりに計算することもできる。
ＭＯ２＿ｔｒ＝ηｔｒＭＯ２＿ｉｍ＋ＭＯ２＿ｒｅｓ                                数式３０
【００７１】
ここで、ＭＯ２＿ｓｃは、吸気マニホルド内に送達された酸素の総質量であり、次式の通り算出できる。
2019060344.tif 000026
数式３１
2019060344.tif 000027
数式３２
2019060344.tif 000028
数式３３
【００７２】
最後に、捕集ラムダを数式３４の通りに算出できる。
2019060344.tif 000029
数式３４
【００７３】
［捕集された既燃ガスの割合］
【００７４】
気筒内に捕集された既燃ガスの総質量は、エンジンの掃気および捕集効率の変化と共に変わる。このパラメータのために、既燃ガスが、燃焼の結果生成されたガス（すなわちＣＯ２（二酸化炭素）とＨ２Ｏ（水））として定義される。そのため、１の既燃ガスの割合はストイキ燃焼を表し、燃料（ＣｘＨｙ）をＣＯ２およびＨ２Ｏに変換するために空気中の全ての酸素が使い切られたことを意味する。
【００７５】
外部ＥＧＲがエンジンに供給されている状態で、捕集された既燃ガスの割合を次式の通りに算出できる：
2019060344.tif 000030
数式３５
【００７６】
ここで、Ｍｅｇｒは、数式３６に示す、吸気ポートを介して送達されたＥＧＲの質量である。
2019060344.tif 000031
数式３６
【００７７】
排気（ＢＦｅｘｈ）中の既燃ガスの質量割合は、燃焼化学量論に基づいて算出できる。
2019060344.tif 000032
数式３７
【００７８】
ＡＦＲｓは既知のディーゼル燃料量である。ＡＦＲｇは新鮮な空気の質量流量を燃料流量で割ることで得られる。
【００７９】
残留ガスの質量は、数式３８に示す通りηｓｃおよびＭｔｒから求められる。
Ｍｒｅｓ＝（１−ηｓｃ）Ｍｔｒ                                          数式３８
【００８０】
残留物（ＢＦｒｅｓ）中の既燃ガス質量割合は、既に推定されている捕集ラムダおよび捕集された質量に基づく。
2019060344.tif 000033
数式３９
【００８１】
ここで、Ｍｆは各気筒にサイクル毎に噴射される燃料の質量であり、数式４０に示す通りに計算できる。
2019060344.tif 000034
数式４０
【００８２】
数式４１は、捕集された既燃ガスの割合を決定するための代替方法を提供する。
2019060344.tif 000035
数式４１
【００８３】
［エンジン排出排気の推定］
【００８４】
捕集された空燃比と、捕集された既燃ガス質量の割合が推定されると、エンジンが排出する排気成分（「エンジン排出排気」）を推定するために、経験モデルが作成され得る。懸念される主要排出は、エンジン排出ＮＯｘおよびエンジン排出煤煙である。これらは次式のとおり算出できる：
［ＮＯｘ，Ｓｏｏｔ］＝ｆ（ＲＰＭ，Ｗｆ，λｔｒ，ＢＦｔｒ，Ｐｒａｉｌ，Ｉｎｊ＿ｔｉｍｅ，Ｔｔｒ）                                                              
【００８５】
ここで、Ｔｔｒは、サイクルの開始時において気筒内に捕集されていた質量の温度である。これは次式のとおり計算できる：
2019060344.tif 000036
数式４２
【００８６】
経験モデルは、複数のルックアップテーブル、または、神経回路網や基底関数のようなパラメータ化されていない数学機能に基づくものであってよい。
【００８７】
［エアハンドリング制御］
【００８８】
エアハンドリング制御は、図２に示すものに基づくエアハンドリング制御の機械化を使用して実現でき、ここで、ＥＣＵ１４９は、エアハンドリングシステムの運転を図３〜図５の図表で示す方法によって制御するようにプログラムできる。これに関連し、図３は、ＬＰＣにて、エンジンの気筒内に捕集された状態に基づく、エアハンドリング制御パラメータの数値を決定するためのループを示す。図４では、このエアハンドリング制御パラメータの数値を評価および調整する工程を示す。図５は、図４の評価および調整工程を実現する好ましい制御機械化部を概略的に示す。
【００８９】
図３を参照すると、ループ３００は、現在のエンジン運転状態におけるエアハンドリングパラメータの現在の数値を決定するために、３０２にて、利用可能なエンジンセンサを読み出す。ＥＣＵ１４９は、これらのセンサ値を用いて、トルク要求（負荷）およびＲＰＭに関して現在のエンジン運転状態を決定し、また、数式１〜３６に本質的に対応した一連の運転および計算を備えたルーチンを実行する。これに関連し、ルーチンは、まずステップ３０４で、新鮮な空気の値、ＥＧＲの値、給気流の値を求め、ステップ３０５で給気比を求め、ステップ３０６で掃気効率と捕集効率を決定する。次に、ルーチンは、ステップ３０４、３０５、３０６で決定したパラメータ値（パラメータの決定値）を使用して、捕集された状態を表すパラメータ値をステップ３０７、３０８で決定する。これは、これらの値が現在のエンジン運転状態を反映しているためであり、これらのパラメータ値に関連したパラメータを「実際の」と呼ぶ。ステップ３０７で、実際の捕集された質量（Ｍｔｒ）および実際の捕集ラムダ（λｔｒ）を計算する。ステップ３０８で、実際の捕集された既燃ガスの割合（ＢＦｔｒ）および実際の捕集された温度（Ｔｔｒ）を計算する。
【００９０】
ループ３００のステップ３０７、３０８で求めた実際の捕集パラメータ値が、図４に示す望ましい捕集気筒状態ルーチン４００に供給される。いくつかの態様においては、この望ましい捕集された気筒状態ルーチンはＥＣＵ１４９によって実行される。このルーチンは、ＬＰＣにおける望ましい捕集ラムダと、ＬＰＣにおける望ましい捕集された既燃ガス割合とを、負荷（エンジントルク）およびＲＰＭによってインデックスされたルックアップテーブル（マップ）に基づいて決定する。テーブルに格納されている所望のパラメータ値は、エンジントルクおよびＲＰＭで表されたエンジン運転状態に対する所望の性能目標および排出目標と合致する。これらのマップは、エンジン動力計テストに基づく経験データを事前に入力し、ＥＣＵ１４９内に、またはＥＣＵ１４９によって、格納することができる。
【００９１】
図４の通り、望ましい捕集された気筒状態ルーチン４００は、ステップ４０２で、現在のエンジン運転状態についての望ましい捕集ラムダおよび捕集された既燃ガスの割合値を決定するためにマップにアクセスし、次に、ステップ４０４で、実際の捕集ラムダ数値を、望ましい捕集ラムダの数値と比較することによって評価する。この比較工程は、実際の捕集された値から望ましい捕集された値を減算することを含むことが好ましい。この差分の絶対値が閾値よりも大きい場合には、ステップ４０５で、この差分を許容可能な限度内に留めるために、望ましい捕集された気筒状態ルーチン４００が新鮮な空気流と吸気マニホルド圧のいずれか一方（または両方）を調整する。図２を参照すると、この結果は、変速機と推測されるスーパーチャージャ駆動部１１１を制御することによって達成できる。スーパーチャージャ１１０の速度を変化させることで、新鮮な空気流または吸気マニホルド圧を調整することが可能である。あるいは、スーパーチャージャ駆動部１１１が固定型駆動装置である場合には、バイパス弁アクチュエータ１４０により、バイパス弁１３９の設定を、スーパーチャージャの出力をその入力部へ分流させるように変更することで、同じ結果が得られる。
【００９２】
図５に、実際の捕集ラムダを制御できる例示的な制御機械化部を示す。この制御機械化部は、フィードフォワード制御部５１０およびフィードバック制御部５１２を備えた、捕集ラムダ制御部を含む。捕集ラムダフィードフォワード制御部５１０は、エンジン負荷および速度によってインデックスされたマップに基づいて、スーパーチャージャアクチュエータ設定点Θを出力する。このマップには、エンジン動力計テストに基づいた経験データが事前に入力され、ＥＣＵ１４９内に、またはＥＣＵ１４９によって格納されている。捕集ラムダフィードバック制御部５１２は、加算器５１１で計算された（図４のステップ４０４）、望ましい捕集ラムダと実際の捕集ラムダとの間の誤差（ｅλｔｒ）を受信し、この誤差を新鮮な空気流（ΔＷａｉｒ）または過給圧（ΔＰｉｍ）に必要な変化に変換して、誤差を最小限にする。捕集ラムダフィードバック制御部５１２は、ＰＩＤ制御部、利得予定済みＰＩＤ制御部、または、スライディングモード制御部のようなその他の非線形制御部によって実現できる。スーパーチャージャアクチュエータ制御部５１３は、新鮮な空気流または過給圧に必要な変更を、使用のスーパーチャージャ駆動部１１１のタイプに応じて、バイパス弁位置または駆動比変化のいずれかに変換する。新鮮な空気流（または過給圧）の変化をスーパーチャージャ駆動部出力（ΔΘ）に変換するスーパーチャージャアクチュエータ制御部５１３は、スーパーチャージャ圧力比と速度と質量流量との間の関係を定義するスーパーチャージャモデル（物理的または経験的）と併用することで、ＰＩＤ制御部または利得予定済みＰＩＤ制御部として実現することができる。５１４で、アクチュエータ制御部５１３からのスーパーチャージャ出力が、フィードフォワード制御部５１０の出力に加算される（または、サインに従って減算される）。すると、ＥＣＵ１４９からスーパーチャージャアクチュエータに最後のスーパーチャージャアクチュエータ命令が送られる。スーパーチャージャ駆動部１１１の構造に応じて、スーパーチャージャ出力命令は、駆動部１１１への速度制御信号、またはバイパス弁アクチュエータ１４０への分流制御信号のいずれかとして提供される。
【００９３】
実際の捕集された既燃ガス割合と望ましい捕集された既燃ガス割合との間の誤差を最小化するために、ルーチンがＥＧＲ弁１３８を用いてＥＧＲ流量を変更する点を除き、捕集された既燃ガス割合の制御は捕集ラムダの場合と同じ方式で行われる。そのため、図４に示す通り、ステップ４０６では、望ましい捕集された気筒状態ルーチン４００は、実際の捕集された既燃ガス割合数値（捕集された既燃ガスの割合を示す数値）について、これを望ましい捕集された既燃ガス割合数値と比較することで評価する。この比較工程は、実際の捕集された値から望ましい捕集された値を減算することを含むことが好ましい。この差異の絶対値が閾値よりも大きい場合には、この差異を許容可能な限度内に抑えるべく、ルーチン４００が、ステップ４０７でＥＧＲ流量を調整する。図２を参照すると、この結果は、アクチュエータ１４１でＥＧＲ値１３８の設定を制御することにより達成できる。
【００９４】
図５に、実際の捕集された既燃ガス割合を制御できる例示的な制御機械化部を示す。この制御機械化部は、フィードフォワード制御部５２０およびフィードバック制御部５２２を具備した捕集された既燃ガス割合制御部を含む。捕集された既燃ガス割合フィードフォワード制御部５２０は、エンジン負荷および速度によってインデックスされたマップに基づいて、ＥＧＲ値設定点Θを出力する。このマップには、エンジン動力計テストに基づく経験データが事前に入力され、ＥＣＵ１４９内に、またはＥＣＵ１４９によって格納されている。捕集された既燃ガス割合フィードバック制御部５２２は、加算器５２１が計算した（図４のステップ４０６）、望ましい捕集された既燃ガス割合と実際の捕集された既燃ガス割合との間の誤差（ｅＢＦｔｒ）を受信し、この誤差を、誤差を最小化するためにＥＧＲ流（ΔＷＥＧＲ）に必要である変化に変換する。捕集された既燃ガス割合フィードバック制御部５２２は、ＰＩＤ制御部、利得予定済みＰＩＤ制御部、または、スライディングモード制御部のようなその他の非直線制御部によって実現できる。ＥＧＲバルブアクチュエータ制御部５２３は、ＥＧＲ流に必要な変更をＥＧＲ弁位置に変換する。ＥＧＲ流変更をＥＧＲアクチュエータ出力（ΔΘ）に変換するＥＧＲアクチュエータ制御部５２３は、ＥＧＲモデル（物理的または経験的）と併用することで、ＰＩＤ制御部または利得予定済みＰＩＤ制御部として実現することができる。５２４で、アクチュエータ制御部５２３からのＥＧＲアクチュエータ出力が、フィードフォワード制御部５２０の出力に加算される（または、サインに応じて減算される）。すると、ＥＣＵ１４９によって最後のＥＧＲ弁アクチュエータ命令がＥＧＲ弁アクチュエータへ送られる。ＥＧＲ弁アクチュエータ命令は、ＥＧＲ制御信号としてＥＧＲ弁アクチュエータ１４１に提供される。
【００９５】
再び図４を参照すると、捕集（トラップ）されたラムダと捕集された既燃ガス割合の誤差が最小化されると、望ましい捕集された気筒状態ルーチン４００は、次にステップ４０８で、実際の捕集された温度を事前定義された値と比較する。この事前定義された捕集された温度の値は、エンジン動力計テストに基づいて求められ、ＥＣＵ１４９内に、またはＥＣＵ１４９によって格納される。実際の捕集された温度がこの事前定義された温度よりも高いと分かった場合には、ステップ４０９で、ルーチン４００が望ましい捕集ラムダ設定点と望ましい捕集された既燃ガス割合設定点を調整して、捕集された温度が排出に与える影響が最小化されるようにする。再び図５を参照すると、望ましい捕集ラムダと捕集された既燃ガス割合への調整は、５０２にて（例えば数式４２により）推定した、捕集された温度でインデックスされたルックアップテーブル５１５、５２５に基づいて行われる。これらのルックアップテーブルのための値は、エンジン動力計テストによって求められ、ＥＣＵ１４９に、またはＥＣＵ１４９によって格納される。次に、ステップ４０９で、捕集されたおよび望ましいラムダ設定点（図５の５１６、５１１を介する）と、捕集されたおよび望ましい捕集された既燃ガス割合設定点（図５の５２６、５２１を介する）とのそれぞれの間の誤差を最小化するべく、ルーチン４００がスーパーチャージャアクチュエータ出力およびＥＧＲ弁位置を再調整する。
【００９６】
エンジンが或る運転点（エンジン負荷および速度）から別の運転点（エンジン負荷および速度）へ移行する際に、上で述べたループ３００およびルーチン４００が連続して繰り返される。
【００９７】
本明細書にて図示および説明したエアハンドリング制御の実施形態は、マニホルド１２５、１３０の状態に基づく実際のパラメータ値が、エンジン気筒に起因するとしているが、しかし、量産エンジンの１つ以上の気筒上に、関連するセンサを配置および運転することをコストとスペースが許容すると仮定すれば、関与する原理を個々の気筒自体に適用できることが当業者には明白なはずである。さらに、望ましいパラメータ値は、これらの値を、例えば動力計内で運転中のユニフロー掃気式２ストロークサイクル対向ピストンエンジンの１つの気筒のポートの閉鎖回数とマップまたは同期させる経験的方法から取得できる。
【００９８】
本明細書で図示および説明したエアハンドリング実施形態を、ユニフロー掃気付き、およびＥＧＲループ装備の、２ストロークサイクル対向ピストンエンジンを参照して図示および説明してきたが、当業者には、パラメータのうち特定のものが、ユニフロー掃気付きであるが、ＥＧＲを装備していない２ストロークサイクル対向ピストンエンジンにおけるエアハンドリングシステムでも役立つことが理解されるはずである。例えば、捕集ラムダは、上述のエンジンの排出を低減するべくエアハンドリング操作を最適化する上で有用なパラメータである。これについては数式２を参照されたい。
【００９９】
エアハンドリング制御方法を２つのクランクシャフトを具備した対向エンジンを参照して説明したが、これらの構造は１つ以上のクランクシャフトを具備した対向ピストンエンジンに適用可能であることが理解されるべきである。さらに、これらの構造の様々な態様は、対向配置された、および／または１つ以上のクランクシャフトのいずれかの側に配置された、ポート付き気筒を具備する対向ピストンエンジンに適用することができる。したがって、これらの構造に付与される保護は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
2019060344.tif 000037
【図２】
2019060344.tif 000038
【図３】
2019060344.tif 000039
【図４】
2019060344.tif 000040
【図５】
2019060344.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月12日(2018.12.12)
【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】
エアハンドリングシステム（５１）を装備したユニフロー掃気式の２ストロークサイクルの対向ピストンエンジンであって、
エアハンドリングシステム（５１）は、
ボア（５２）、軸方向に離間した排気ポート（５４）および吸気ポート（５６）、前記ボア内に対向配置され、エンジンの運転中に前記排気ポートおよび吸気ポートを開閉するように動作可能な１対のピストン（６０、６２）を設けた少なくとも１つの気筒（５０）と、
少なくとも１つの吸気ポートに給気を供給する給気チャネル（１２６）と、少なくとも１つの排気ポートから排気を受容する排気チャネル（１２４）と、
給気チャネル内に給気を送り込むべく動作するスーパーチャージャ（１１０）と、
エンジン運転状態に応答して、捕集ラムダパラメータ（３０７）の値を決定する制御機械化部（１４９）と、を備え、
前記捕集ラムダパラメータは、前記気筒内でのストイキ燃焼に要する給気の基準質量に対する、前記気筒の最後のポートが閉鎖することによって前記気筒内に捕集された給気の質量の比率であり、前記制御機械化部は、決定した捕集ラムダパラメータ（３０７）の値に基づいて前記給気チャネル（１２６）内の給気流を調整することを特徴とするユニフロー掃気式の２ストロークサイクルの対向ピストンエンジン。
【請求項２】
前記制御機械化部（１４９）は、前記スーパーチャージャ（１１０）の速度（５１４）を変更することと、給気流を前記スーパーチャージャ（１１０）の出力部から前記スーパーチャージャ（１１０）の入力部へ分流させる第１弁（１３９）を動作させることとのうちの一方によって、前記捕集ラムダパラメータの前記決定した値に基づいて給気流を調整する、請求項１に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項３】
前記対向ピストンエンジンは、また、前記排気チャネル（１２４）に結合したループ入力部と、前記給気チャネル（１２６）に結合したループ出力部とを設けた排気再循環（ＥＧＲ）ループ（１３１）を含み、前記制御機械化部（１４９）は、エンジン運転状態に応答して、掃気開始前における燃焼後に前記気筒内に捕集されたガスの総質量に対する、燃焼の結果発生したガスの質量の比率に対応する、捕集された既燃ガス割合パラメータの値を決定し、前記制御機械化部は、決定した捕集された既燃ガス割合パラメータの値に基づいて前記ＥＧＲループ（１３１）内のＥＧＲ流を調整する、請求項１に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項４】
前記制御機械化部（１４９）は、
前記決定した捕集ラムダ（λｔｒ）の値に基づいて、前記スーパーチャージャ（１１０）の速度（５１４）を変更することと、第１弁（１３９）を、給気流を前記スーパーチャージャ（１１０）の出力部から入力部へ分流させるように操作することとのうちの一方により、給気流を調整し、
前記決定した捕集された既燃ガス割合の値に基づいて、前記ＥＧＲループ（１３１）を通る排気流を増減するように第２弁（１３８）を動作させることによってＥＧＲ流を調整する、請求項３に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項５】
前記制御機械化部（１４９）は、
現在のエンジン運転状態に基づいて、実際の捕集ラムダパラメータ値（５０２）を決定し、
前記現在のエンジン運転状態について、エンジントルクおよびエンジン速度で表されたエンジン運転状態に対する所望の性能目標および排出目標を満たす捕集ラムダ値を含むルックアップテーブルから、望ましい捕集ラムダパラメータ値（５０３）を決定するように動作し、
前記実際の捕集ラムダパラメータ値と望ましい捕集ラムダパラメータ値との間の差異に基づいて、誤差値（ｅλｔｒ）を決定し、
前記誤差値に応答して、給気チャネル内に入る新鮮な空気流を変更することと、給気マニホルド圧を変更することとのうちの一方により、給気流（５１２）を調整する、請求項４に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項６】
前記制御機械化部（１４９）は、
前記エンジン運転状態に基づいて、実際の捕集された既燃ガス割合パラメータ値（５０２）を決定し、
前記エンジン運転状態について、エンジントルクおよびエンジン速度で表されたエンジン運転状態に対する所望の性能目標および排出目標を満たす捕集ラムダ値を含むルックアップテーブルから、望ましい捕集された既燃ガス割合パラメータ値（５０３）を決定し、
前記実際のラムダ既燃ガス割合値と望ましいラムダ既燃ガス割合値との差異に基づいて、誤差値（ｅＢＦｔｒ）を決定し、
前記誤差値に基づいて前記弁（１３８）の前記設定（５２３）を調整する、請求項４に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項７】
請求項３に記載の対向ピストンエンジンを運転する方法であって、
前記エンジンの少なくとも１つのポート付き気筒（５０）内で排気を生成する工程と、
排気を前記ポート付き気筒の排気ポート（５４）から排気チャネル（１２４）を通って搬送する工程と、
前記排気の一部を、前記排気チャネルからＥＧＲループ（１３１）を通って再循環させる工程と、
新鮮な空気（１２２）を加圧する工程と、
再循環された前記ＥＧＲループからの排気を前記加圧した新鮮な空気と混合して、給気を形成する工程と、
前記給気をスーパーチャージャ（１１０）で加圧する工程と、
前記加圧給気を前記ポート付き気筒の吸気ポート（５６）に提供する工程と、
エンジン運転状態に応答して、捕集されたエアハンドリングパラメータの値を決定すること（３０７、３０８）と、
前記決定した値に基づいて、前記吸気ポートへの給気流を調整する（５１２）工程とを含む、方法。
【請求項８】
給気流を調整する工程は、前記スーパーチャージャ（１１０）の速度を変更する工程と、給気流を前記スーパーチャージャの出力部から入力部へ分流させるように第１弁（１３９）を動作させる工程とのうち一方を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記決定した捕集された既燃ガス割合の値に基づいて、前記ＥＧＲループ（１３１）内の排気ガス流を調整する（５２２）ことをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＥＧＲループ内の排気流を調整する工程は、前記ＥＧＲループ（１３１）を通る排気流を増減するように第２弁（１３８）を動作させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
請求項３の対向ピストンエンジンを運転する方法であって、
新鮮な空気（１２２）を加圧して給気を形成する工程と、
前記給気を前記スーパーチャージャ（１１０）で加圧する工程と、
前記加圧給気を前記エンジンの吸気マニホルド（１３０）に供給する工程と、
エンジン運転状態に応答して、気筒（５０）の排気ポート（５４）と吸気ポート（５６）のうち一方の閉鎖に基づき、捕集ラムダパラメータの値を決定する工程と、
前記決定した捕集ラムダパラメータの値に基づいて、前記吸気マニホルドへの給気流を調整する（５１２）工程とを含む方法。
【請求項１２】
前記給気流を調整する工程は、前記スーパーチャージャ（１１０）の速度を変更する工程と、給気流を前記スーパーチャージャの出力部と入力部との間で分流するように第１弁（１３９）を動作させる工程とのうち一方を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記決定した捕集された既燃ガス割合パラメータの値に基づいて、前記エンジンのＥＧＲループ内の排気流を調整する（５２２）ことをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＥＧＲループ内の排気流を調整する工程は、前記ＥＧＲループを通る排気流を増減するべく第２弁（１３８）を動作させることを含む、請求項１３に記載の方法。
【外国語明細書】
2019060344000001.pdf