(57)【要約】エンジンはクランクシャフト軸回りに回転可能なクランクシャフトを含む。圧縮ピストンは圧縮シリンダー内に摺動可能に収容され、クランクシャフトに作用可能に連結されている。膨張ピストンは膨張シリンダー内に摺動可能に収容され、クランクシャフトに作用可能に連結されている。クロスオーバー通路は圧縮及び膨張シリンダーを互いに連結している。クロスオーバー通路はそこに配置されたクロスオーバー膨張(XovrE)バルブを含む。エンジンのエンジン点火燃焼（ＥＦ)モード、点火燃焼及び充填（ＦＣ)モード、及び空気膨張機及び点火燃焼（ＡＥＦ）モードの少なくとも１つにおいて、当該XovrEバルブの閉じるタイミングがエンジン負荷を制御するために可変であり、そしてエンジンは１４対１以上の大きさの、XovrEバルブが閉じるときの残りの膨張比を有している。
2013502534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフト軸回りに回転可能なクランクシャフト、
当該クランクシャフトの単一の回転中の吸入ストローク及び圧縮ストロークを通して往復するように圧縮シリンダー内に摺動可能に収容されると共に、当該クランクシャフトに作用可能に連結された圧縮ピストン、
当該クランクシャフトの単一の回転中の膨張ストローク及び排気ストロークを通して往復するように膨張シリンダー内に摺動可能に収容されると共に、当該クランクシャフトに作用可能に連結された膨張ピストン、及び
圧縮及び膨張シリンダーを相互に連結するクロスオーバー通路であって、そこに配置されたクロスオーバー膨張(XovrE)バルブを含んでいるクロスオーバー通路、
を備えるエンジンであって、
当該XovrEバルブの閉じるタイミングはエンジン負荷を制御すべく可変であり、そして当該エンジンは１４対１以上の大きさの、XovrEバルブが閉じるときの残りの膨張比を有していることを特徴とするエンジン。
【請求項２】
XovrEバルブが閉じるときの残りの膨張比は２０対１以上の大きさであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
当該XovrEバルブは膨張ピストンの上死点後（ＡＴＤＣe）おおよそ２７度以下で閉じられることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
当該XovrEバルブは外方に開くバルブであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項５】
当該XovrEバルブは可変バルブ作動（ＶＶＡ）が可能な可変作動バルブであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項６】
圧縮及び膨張シリンダーの組み合わされた全容積は、クロスオーバー通路の容積よりも少なくとも８倍大きいことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項７】
圧縮シリンダーの全容積は、クロスオーバー通路の容積よりも少なくとも２倍大きいことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項８】
膨張シリンダーの全容積は、クロスオーバー通路の容積よりも少なくとも２倍大きいことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項９】
有効上死点において、圧縮シリンダー、膨張シリンダー、及びクロスオーバー通路の最小全容積は、クロスオーバー通路の容積の４倍よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１０】
当該クロスオーバー通路はそこに配置されたクロスオーバー圧縮(XovrC)バルブを含み、クロスオーバー圧縮(XovrC)バルブ及びクロスオーバー膨張(XovrE)バルブはその両者間に圧力室を画成し、
空気貯留器が、空気貯留器ポートを介して当該クロスオーバー通路に作用可能に連結され、そして圧縮シリンダーからの圧縮空気を蓄え、及び圧縮空気を膨張シリンダーに配送すべく選択的に作動可能であり、及び
空気貯留器バルブが、当該空気貯留器への、及びそれからの空気の流れを選択的に制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１１】
当該エンジンはエンジン点火燃焼（ＥＦ）モードで運転可能であり、当該ＥＦモードにおいて、空気貯留器バルブは閉じられて保たれ、圧縮ピストンが膨張シリンダーでの使用のために入口空気を引き込みそして圧縮し、膨張ストロークの始めにおいて、圧縮空気が燃料と共に膨張シリンダー内に導入され、膨張ピストンの同じ膨張ストロークで、着火され、燃焼され、そして膨張され、クランクシャフトに動力を伝達し、そして燃焼生成物は排気ストロークで排出されることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン。
【請求項１２】
当該エンジンはエンジン点火燃焼及び充填（ＦＣ）モードで運転可能であり、当該ＦＣモードにおいて、
空気貯留器バルブは選択的に開閉され、クランクシャフトの単一の回転の間に圧縮ピストンが膨張シリンダーでの使用のために入口空気を引き込み、そして圧縮し、かつ、膨張ストロークの始めにおいて圧縮空気が燃料と共に膨張シリンダーに導入され、膨張ピストンの同じ膨張ストロークで着火され、燃焼され、そして膨張され、クランクシャフトに動力を伝達し、そして燃焼生成物は排気ストロークで排出され、かつ、空気貯留器はクランクシャフトの同じ単一の回転の間に当該圧縮空気で充填されることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン。
【請求項１３】
当該エンジンは空気膨張機及び点火燃焼（ＡＥＦ）モードで運転可能であり、当該ＡＥＦモードにおいて、
空気貯留器バルブは開かれて保たれ、膨張ストロークの始めにおいて空気貯留器からの圧縮空気が燃料と共に膨張シリンダーに導入され、膨張ピストンの同じ膨張ストロークで着火され、燃焼され、そして膨張され、クランクシャフトに動力を伝達し、そして燃焼生成物は排気ストロークで排出されることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン。
【請求項１４】
クランクシャフト軸回りに回転可能なクランクシャフト、
当該クランクシャフトの単一の回転中の吸入ストローク及び圧縮ストロークを通して往復するように圧縮シリンダー内に摺動可能に収容されると共に、当該クランクシャフトに作用可能に連結された圧縮ピストン、
当該クランクシャフトの単一の回転中の膨張ストローク及び排気ストロークを通して往復するように膨張シリンダー内に摺動可能に収容されると共に、当該クランクシャフトに作用可能に連結された膨張ピストン、及び
圧縮及び膨張シリンダーを相互に連結するクロスオーバー通路であって、そこに配置されたクロスオーバー膨張(XovrE)バルブを含んでいるクロスオーバー通路、
を含むエンジンを作動させる方法であって、
当該XovrEバルブの閉じるタイミングを変更することによってエンジン負荷を制御するステップ、及び
XovrEバルブが閉じるときの残りの膨張比を１４対１以上に維持するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
XovrEバルブが閉じるときの残りの膨張比を２０対１以上に維持するステップ、
を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
当該XovrEバルブを膨張ピストンの上死点後（ＡＴＤＣe）おおよそ２７度以下で閉じるステップを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
当該エンジンは、クロスオーバー通路内に配置され、クロスオーバー膨張(XovrE)バルブとの間に圧力室を画成するクロスオーバー圧縮(XovrC)バルブ、空気貯留器ポートを介して当該クロスオーバー通路に作用可能に連結され、そして圧縮シリンダーからの圧縮空気を蓄えかつ膨張シリンダーへ圧縮空気を配送すべく選択的に作動可能な空気貯留器、及び当該空気貯留器への及びそれからの空気の流れを選択的に制御する空気貯留器バルブ、を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
当該エンジンをエンジン点火燃焼（ＥＦ）モードで運転するステップ、
空気貯留器バルブを閉じて保つステップ、
圧縮ピストンで入口空気を吸い入れ圧縮するステップ、及び
膨張ストロークの始めにおいて、圧縮シリンダーからの圧縮空気を燃料と共に膨張シリンダー内に導入し、当該燃料が膨張ピストンの同じ膨張ストロークで着火され、燃焼され、そして膨張されてクランクシャフトに動力を伝達し、かつ燃焼生成物が排気ストロークで排出されるステップ、
を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
当該エンジンを点火燃焼及び充填（ＦＣ）モードで運転するステップ、
クランクシャフトの単一の回転中に圧縮ピストンで入口空気を吸い入れ圧縮するステップ、
膨張ストロークの始めにおいて、圧縮シリンダーからの圧縮空気を燃料と共に膨張シリンダー内に導入し、当該燃料が膨張ピストンの同じ膨張ストロークで着火され、燃焼され、そして膨張されてクランクシャフトに動力を伝達し、かつ燃焼生成物を排気ストロークで排出するステップ、及び
クランクシャフトの前記単一の回転中に空気貯留器を圧縮空気で充填するステップ、
を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
当該エンジンを空気膨張機及び点火燃焼（ＡＥＦ）モードで運転するステップ、及び
膨張ストロークの始めにおいて、空気貯留器からの圧縮空気を燃料と共に膨張シリンダー内に導入し、それが膨張ピストンの同じ膨張ストロークで着火され、燃焼され、そして膨張されてクランクシャフトに動力を伝達し、かつ燃焼生成物を排気ストロークで排出するステップ、
を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
クランクシャフト軸回りに回転可能なクランクシャフト、
当該クランクシャフトの単一の回転中の吸入ストローク及び圧縮ストロークを通して往復するように圧縮シリンダー内に摺動可能に収容されると共に、当該クランクシャフトに作用可能に連結された圧縮ピストン、
当該クランクシャフトの単一の回転中の膨張ストローク及び排気ストロークを通して往復するように膨張シリンダー内に摺動可能に収容されると共に、当該クランクシャフトに作用可能に連結された膨張ピストン、及び
圧縮及び膨張シリンダーを相互に連結するクロスオーバー通路であって、両者間に圧力室を画成するクロスオーバー圧縮(XovrC)バルブ及びクロスオーバー膨張(XovrE)バルブを含んでいるクロスオーバー通路、
を備えるエンジンであって、
当該XovrEバルブの閉じるタイミングはエンジン負荷を制御すべく可変であり、そして圧縮及び膨張シリンダーの組み合わされた全容積はクロスオーバー通路の容積よりも少なくとも８倍大きく、そして有効上死点での圧縮シリンダー、膨張シリンダー及びクロスオーバー通路の最小全容積はクロスオーバー通路の容積の４倍よりも小さいことを特徴とするエンジン。
【請求項２２】
第１のサイクルにおいて第１のトルクを生じさせるのに要求される第１の質量の空気、及び第２のサイクルにおいて第２のトルクを生じさせるのに要求される第２の質量の空気をもたらすために、エンジン運転の第１のサイクルからエンジン運転の第２のサイクルに変えるべく作動可能な当該XovrEバルブの閉じるタイミングを含むことを特徴とする請求項２１に記載のエンジン。
【請求項２３】
クロスオーバー通路はそこに配置されたクロスオーバー圧縮(XovrC)バルブを含み、クロスオーバー圧縮(XovrC)バルブ及びクロスオーバー膨張(XovrE)バルブは両者間に圧力室を画成し、
空気貯留器が、空気貯留器ポートを介してクロスオーバー通路に作動可能に連結され、そして圧縮シリンダーからの圧縮空気を蓄え、かつ膨張シリンダーへ圧縮空気を配送すべく選択的に作動可能であり、
空気貯留器バルブが、空気貯留器への及びそれからの空気の流れを選択的に制御し、
エンジンは、ＥＦモード、ＦＣモード、ＡＥモード及びＡＥＦモードのいずれか１つで運転可能であり、及び
当該XovrEバルブの閉じるタイミングは、ＥＦ、ＦＣ、ＡＥ及びＡＥＦモードの少なくとも１つの間でのエンジン運転のサイクルのために要求される量のトルクを生じさせる質量の空気を膨張シリンダーに計量し捕捉すべく、変えられることを特徴とする請求項２２のエンジン。
【請求項２４】
当該XovrEバルブの閉じるタイミングは、ＥＦ、ＦＣ、ＡＥ及びＡＥＦモードの各々の間のエンジン運転のサイクルのために要求される量のトルクを生じさせるための質量の空気を膨張シリンダーに計量し捕捉すべく変えられることを特徴とする請求項２３のエンジン。
【請求項２５】
圧縮シリンダーの全容積は、クロスオーバー通路の容積よりも少なくとも２倍以上大きいことを特徴とする請求項２２のエンジン。
【請求項２６】
膨張シリンダーの全容積は、クロスオーバー通路の容積よりも少なくとも２倍以上大きいことを特徴とする請求項２２のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、分割サイクルエンジン、より詳しくは、負荷制御用のクロスオーバー膨張バルブを有し、そして空気ハイブリッドシステムを選択肢として組み入れたかかるエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
明瞭化の目的のために、本出願に用いられている用語「従来のエンジン」は、周知のオットーサイクルの４つのストロークの全て(すなわち、吸入(又は入口)、圧縮、膨張(又は動力)及び排気のストローク)がエンジンの各ピストン/シリンダーの組合せ内に包含されている内燃機関を意味する。各ストロークはクランクシャフトの半回転(１８０度クランク角（ＣＡ))を要し、そして、従来のエンジンの各シリンダー内で全体のオットーサイクルを完了するためには、クランクシャフトの完全な２回転(７２０度ＣＡ)が必要である。
【０００３】
また、明瞭化の目的のために、先行技術に開示されたエンジンに適用され得、かつ本出願で言及されるように、用語「分割サイクルエンジン」について、次の定義が提供される。
【０００４】
ここに言及される分割サイクルエンジンは、
クランクシャフト軸回りに回転可能なクランクシャフト、
当該クランクシャフトの単一の回転中の吸入ストローク及び圧縮ストロークを通して往復するように圧縮シリンダー内に摺動可能に収容されると共に、当該クランクシャフトに作用可能に連結された圧縮ピストン、
当該クランクシャフトの単一の回転中の膨張ストローク及び排気ストロークを通して往復するように膨張シリンダーに摺動可能に収容されると共に、当該クランクシャフトに作用可能に連結された膨張(動力)ピストン、及び
圧縮シリンダー及び膨張シリンダーを相互に連結するクロスオーバー通路(ポート)であって、内部に配置された少なくともクロスオーバー膨張バルブ(XovrE)を含み、より好ましくは、両者間に圧力室を画成するクロスオーバー圧縮バルブ(XovrC)及びクロスオーバー膨張バルブ(XovrE)を含むクロスオーバー通路、を備えている。
【０００５】
２００３年４月８日にScuderiに許可された特許文献１（United States Patent No. ６,５４３,２２５ ）及び２００５年１０月１１日にBranyon et alに許可された特許文献２（United States Patent No. ６,９５２,９２３）の両者は、参照によってここに組み入れられるが、分割サイクル及び類似のタイプのエンジンの広範囲に亘る議論を包含している。加えて、これらの特許は、本開示がさらなる展開を詳述する、エンジンの先行バージョンの詳細を開示している。
【０００６】
分割サイクル空気ハイブリッドエンジンは、分割サイクルエンジンと空気貯留器及び種々の制御装置を組み合わせている。この組合せは、分割サイクル空気ハイブリッドエンジンが圧縮空気の形で空気貯留器内にエネルギーを蓄えることを可能にしている。空気貯留器内の圧縮空気は、後で、クランクシャフトに動力を与えるべく膨張シリンダーで用いられる。
【０００７】
ここに言及される分割サイクル空気ハイブリッドエンジンは、
クランクシャフト軸回りに回転可能なクランクシャフト、
当該クランクシャフトの単一の回転中の吸入ストローク及び圧縮ストロークを通して往復するように圧縮シリンダー内に摺動可能に収容されると共に、当該クランクシャフトに作用可能に連結された圧縮ピストン、
当該クランクシャフトの単一の回転中の膨張ストローク及び排気ストロークを通して往復するように膨張シリンダーに摺動可能に収容されると共に、当該クランクシャフトに作用可能に連結された膨張(動力)ピストン、
圧縮シリンダー及び膨張シリンダーを相互に連結するクロスオーバー通路(ポート)であって、内部に配置された少なくともクロスオーバー膨張バルブ(XovrE)を含み、より好ましくは、両者間に圧力室を画成するクロスオーバー圧縮バルブ(XovrC)及びクロスオーバー膨張バルブ(XovrE)を含むクロスオーバー通路、及び
クロスオーバー通路に作用可能に連結され、圧縮シリンダーからの圧縮空気を蓄え、及び圧縮空気を膨張シリンダーに配送すべく選択的に作動可能である空気貯留器、を備えている。
【０００８】
２００８年４月８日にScuderiその他に許可された特許文献３（United States Patent No. ７,３５３,７８６）は、参照によってここに組み入れられるが、分割サイクル空気ハイブリッド及び類似のタイプのエンジンの広範囲に亘る議論を包含している。加えて、この特許は本開示がさらなる展開を詳述する先行するハイブリッドシステムの詳細を開示している。
【０００９】
分割サイクル空気ハイブリッドエンジンは、通常の運転すなわち点火燃焼（ＮＦ)モード(一般に、エンジン点火燃焼(ＥＦ)モードとも呼ばれている)及び４つの基本的な空気ハイブリッドモードで走行され得る。ＥＦモードでは、エンジンは空気貯留器の使用を伴わずに作動する非空気ハイブリッド分割サイクルエンジンとして機能する。ＥＦモードでは、クロスオーバー通路を空気貯留器に作用可能に連結するタンクバルブが、基本の分割サイクルエンジンから空気貯留器を隔離すべく閉じられたままである。
【００１０】
分割サイクル空気ハイブリッドエンジンは、その空気貯留器の使用と共に４つのハイブリッドモードで作動する。当該４つのハイブリッドモードは、
１)燃焼を伴わずに空気貯留器からの圧縮空気エネルギーを用いる空気膨張機（ＡＥ）モード、
２)燃焼を伴わずに空気貯留器に圧縮空気エネルギーを蓄える空気圧縮機（ＡＣ）モード、
３)燃焼を伴って空気貯留器からの圧縮空気エネルギーを用いる空気膨張機及び点火燃焼（ＡＥＦ）モード、及び
４)燃焼を伴って空気貯留器に圧縮空気エネルギーを蓄える点火燃焼及び充填（ＦＣ）モードである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６,５４３,２２５号明細書
【特許文献２】米国特許第６,９５２,９２３号明細書
【特許文献３】米国特許第７,３５３,７８６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、これらのモード、ＥＦ、ＡＥ、ＡＣ、ＡＥＦ、及びＦＣのさらなる最適化が、効率及びエミッションの低減を増進するために望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、点火燃焼（ＥＦ）モード、点火燃焼及び充填（ＦＣ）モード、空気膨張機及び点火燃焼（ＡＥＦ）モードの少なくとも一つの使用が、改善された効率のために、如何なる駆動サイクルにおいても潜在的に全ての車両に対して最適化される分割サイクル空気ハイブリッドエンジンを提供する。
【００１４】
より詳しくは、本発明に従うエンジンの模範的実施形態は、クランクシャフト軸回りに回転可能なクランクシャフトを含む。圧縮ピストンは、当該クランクシャフトの単一の回転中の吸入ストローク及び圧縮ストロークを通して往復するように圧縮シリンダー内に摺動可能に収容されると共に、当該クランクシャフトに作用可能に連結されている。膨張ピストンは、当該クランクシャフトの単一の回転中の膨張ストローク及び排気ストロークを通して往復するように膨張シリンダーに摺動可能に収容されると共に、当該クランクシャフトに作用可能に連結されている。クロスオーバー通路が圧縮シリンダー及び膨張シリンダーを相互に連結している。当該クロスオーバー通路は、そこに配置されたクロスオーバー膨張バルブ(XovrE)を含んでいる。当該クロスオーバー膨張バルブ(XovrE)の閉じるタイミングはエンジン負荷を制御すべく変更可能であり、そして当該エンジンは、クロスオーバー膨張バルブ(XovrE)が閉じるときに１４対１以上の残りの膨張比を有している。
【００１５】
エンジンを運転する方法もまた、開示されている。当該エンジンは、クランクシャフト軸回りに回転可能なクランクシャフトを含む。圧縮ピストンは、当該クランクシャフトの単一の回転中の吸入ストローク及び圧縮ストロークを通して往復するように圧縮シリンダー内に摺動可能に収容されると共に、当該クランクシャフトに作用可能に連結されている。膨張ピストンは、当該クランクシャフトの単一の回転中の膨張ストローク及び排気ストロークを通して往復するように膨張シリンダーに摺動可能に収容されると共に、当該クランクシャフトに作用可能に連結されている。クロスオーバー通路が圧縮シリンダー及び膨張シリンダーを相互に連結している。当該クロスオーバー通路は、そこに配置されたクロスオーバー膨張バルブ(XovrE)を含んでいる。本発明による方法は以下のステップを含む。すなわち、クロスオーバー膨張バルブ(XovrE)の閉じるタイミングを変更することによりエンジン負荷を制御すること、及びクロスオーバー膨張バルブ(XovrE)が閉じるときの残りの膨張比を１４対１以上に維持することである。
【００１６】
本発明のこれらの及び他の特徴及び有利な点は、添付図面をもとになされる以下の本発明の詳細な説明からより十分に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による模範的な分割サイクル空気ハイブリッドエンジンの側断面図である。
【図２】種々のエンジン負荷においてのエンジン速度に応じ、本発明に従うクロスオーバー膨張(XovrE)バルブが閉じる角度(タイミング)のグラフ図である。
【図３】本発明に従う、当該XovrEバルブが閉じる角度に対しての、残りの膨張比(すなわち、有効容積膨張比)の好ましい模範的範囲のグラフ図である。
【図４】膨張ピストンのクランク角に応じての、圧縮シリンダー、膨張シリンダー、及びクロスオーバー通路の容積のグラフ図である。
【図５】固定のXovrEバルブの閉じタイミング対エンジン速度及びエンジン負荷に応じて可変のXovrEバルブの閉じタイミングについてクロスオーバー通路圧力を比較したグラフ図である。
【図６】最適化されたXovrEバルブの閉じタイミング対エンジン速度及びエンジン負荷の範囲に亘り固定のXovrEバルブの閉じタイミングについての燃料消費量の改善のグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の頭辞語の用語解説及びここに用いられる用語の定義が参照用に提供される。
【００１９】
一般
他に特に規定のない限り、全てのバルブの開及び閉のタイミングは膨張ピストンの上死点後（ＡＴＤＣe）のクランク角度で測定されている。
【００２０】
他に特に規定のない限り、全てのバルブの期間はクランク角度(ＣＡ)である。
【００２１】
空気タンク(又は空気貯留タンク):圧縮空気の貯留タンクである。
【００２２】
ＡＴＤＣe:膨張ピストンの上死点後である。
【００２３】
Bar:圧力の単位であり、１ bar = １０5 N/m2である。
【００２４】
ＢＭＥＰ:ブレーキ平均有効圧力である。用語「ブレーキ」は、摩擦損失（ＦＭＥＰ）が考慮された後のクランクシャフト(すなわち、出力シャフト)にもたらされる出力を意味する。ブレーキ平均有効圧力(ＢＭＥＰ)は、平均有効圧力（ＭＥＰ）値に関して表現されるエンジンのブレーキトルク出力である。ＢＭＥＰはエンジン排気量で除したブレーキトルクに等しい。これは摩擦による損失後に取られる性能パラメーターである。従って、ＢＭＥＰ=ＩＭＥＰ−摩擦である。この場合、摩擦はまた、通常、摩擦平均有効圧力(すなわち、ＦＭＥＰ)として知られているＭＥＰ値に関して表現されている。
【００２５】
圧縮機:分割サイクルエンジンの圧縮シリンダー及びその関連する圧縮ピストンである。
【００２６】
有効上死点：圧縮シリンダー、膨張シリンダー、及びクロスオーバー通路の全部が組合わされた容積が最小である、クランク角度におけるタイミングである。
【００２７】
排気（又はＥＸＨ）バルブ：膨張シリンダーからのガスの出口を制御するバルブである。
【００２８】
膨張機:分割サイクルエンジンの膨張シリンダー及びその関連する膨張ピストンである。
【００２９】
ＦＭＥＰ:摩擦平均有効圧力である。
【００３０】
ＩＭＥＰ:図示平均有効圧力である。用語「図示」は、摩擦損失（ＦＭＥＰ）が考慮される前にピストンの頂面にもたらされる出力を意味する。
【００３１】
入口:入口バルブである。
【００３２】
入口バルブ:圧縮シリンダーへのガスの吸入を制御するバルブである。
【００３３】
ポンプ仕事(又は、ポンプ損失):ここでの目的のために、ポンプ仕事(しばしば負のＩＭＥＰとして表現される)は、エンジン内への燃料及び空気充填物の誘導及び燃焼ガスの排出に費やされるエンジン動力のその部分に関連する。
【００３４】
プッシュプル方法:ほぼ等しいガスの質量（マス）をクロスオーバー通路へ、及びそれから同時に移送させるために、膨張ピストンがＴＤＣから降下し、そして圧縮ピストンがＴＤＣに向けて上昇している間に、クロスオーバー圧縮（XovrC）バルブ及びクロスオーバー膨張（XovrE）バルブを開く方法である。
【００３５】
ＲＰＭ:１分間当りの回転数である。
【００３６】
音速流(速度):空気の速度が音の速さに到達している空気の流れである。
【００３７】
音速流期間:膨張シリンダーへの空気の流れが音速である継続期間である。
【００３８】
音速流比:音速流に達するために必要である、膨張シリンダー内の圧力に対するクロスオーバー通路内の圧力の比である。空気については、音速流比は1.894である。
【００３９】
Ｔ連結部:Xovrポートにおいて空気タンクに連結するための連結部である。
【００４０】
タンクバルブ:Xovr通路を圧縮空気貯留タンクに連結しているバルブである。
【００４１】
バルブ期間：バルブの開成の開始とバルブの閉成の終了との間のクランク角度での期間である。
【００４２】
ＶＶＡ:可変バルブ作動である。バルブのリフト曲線の形状又はタイミングを変更すべく作動可能な機構又は方法である。
【００４３】
Xovr(又はXover)バルブ、通路又はポート:圧縮及び膨張シリンダーを連結し、圧縮シリンダーから膨張シリンダーへガスを流すクロスオーバーバルブ、通路、及び／又はポートである。
【００４４】
XovrC(又はXoverC)バルブ:Xovr通路の圧縮機端部におけるバルブである。
【００４５】
XovrE(又はXoverE)バルブ:クロスオーバー(Xovr)通路の膨張機端部におけるバルブである。
【００４６】
図１を参照するに、模範的分割サイクル空気ハイブリッドエンジンが概略的に符号１０で示されている。当該分割サイクル空気ハイブリッドエンジン１０は、従来のエンジンの２つの隣り合うシリンダーを１つの圧縮シリンダー１２及び１つの膨張シリンダー１４の組合せに置き換えている。シリンダーヘッド３３が、シリンダーを覆いそしてシールすべく膨張シリンダー１２及び圧縮シリンダー１４の開口端上に典型的に配置されている。
【００４７】
オットーサイクルの４つのストロークは、圧縮シリンダー１２がその関連する圧縮ピストン２０と共に吸入及び圧縮ストロークを実行し、そして膨張シリンダー１４がその関連する膨張ピストン３０と共に膨張及び排気ストロークを実行するように、２つのシリンダー１２及び１４に亘って「分割」されている。それ故に、オットーサイクルは、クランクシャフト軸１７の回りにクランクシャフト１６が１回転(３６０度ＣＡ)すると、これらの２つのシリンダー１２、１４内で完成される。
【００４８】
吸入ストローク中に、吸入空気はシリンダーヘッド３３に配置されている吸入ポート１９を介して圧縮シリンダー１２内に吸い込まれる。内開きの(シリンダーの内方にピストンに向かって開く)ポペット吸入バルブ１８が、吸入ポート１９と圧縮シリンダー１２との間の流体の連通を制御する。
【００４９】
圧縮ストローク中に、圧縮ピストン２０は空気充填物を圧縮し、そして該空気充填物を典型的にはシリンダーヘッド３３に配置されているクロスオーバー通路(又はポート)２２に押し出す。このことは、圧縮シリンダー１２及び圧縮ピストン２０が膨張シリンダー１４に対して吸入通路として作用するクロスオーバー通路２２への高圧ガス源であることを意味する。ある実施形態においては、２つ以上のクロスオーバー通路２２が圧縮シリンダー１２及び膨張シリンダー１４を互いに連結している。
【００５０】
分割サイクルエンジン１０(及び一般に分割サイクルエンジン)の圧縮シリンダー１２の幾何学的な(すなわち、容積的な)圧縮比は、ここで一般に、分割サイクルエンジンの「圧縮比」と称される。分割サイクルエンジン１０(及び一般に分割サイクルエンジン)の膨張シリンダー１４の幾何学的な(すなわち、容積的な)圧縮比は、ここで一般に、分割サイクルエンジンの「膨張比」と称される。シリンダーの当該幾何学的な圧縮比は、前記ピストンがその上死点（ＴＤＣ)位置のときにシリンダー内に囲われる容積(すなわち、クリアランス容積)に対する、シリンダー内で往復するピストンがその下死点（ＢＤＣ)位置のときに(全てのリセスを含んで)シリンダー内に囲われる(すなわち、捕捉される)容積の比として、この技術分野において周知である。特に、分割サイクルエンジンのために、ここに定義されるように、圧縮シリンダーの圧縮比は当該XovrCバルブが閉じられるときに決定される。また、特に、分割サイクルエンジンのために、ここに定義されるように、膨張シリンダーの膨張比は当該XovrEバルブが閉じられるときに決定される。
【００５１】
圧縮シリンダー１２内での極めて高い圧縮比(例えば、２０対１、３０対１、４０対１又はそれ以上)のせいで、クロスオーバー通路入口２５において、外開きの（シリンダー及びピストンから離れて外方に開く)ポペットのクロスオーバー圧縮バルブ(XovrC)２４が、圧縮シリンダー１２からクロスオーバー通路２２への流れを制御するために用いられている。膨張シリンダー１４内での極めて高い膨張比(例えば、２０対１、３０対１、４０対１又はそれ以上)のせいで、クロスオーバー通路２２の出口２７において、外開きのポペットのクロスオーバー膨張バルブ(XovrE)２６が、クロスオーバー通路２２から膨張シリンダー１４への流れを制御している。XovrC及びXovrEバルブ２４、２６の作動速度及び位相付けは、オットーサイクルの４つのストロークの全ての間にクロスオーバー通路２２の圧力を高い最小圧力(典型的には全負荷時に２０bar以上)に維持するようにタイミング付けられている。
【００５２】
少なくとも１つの燃料噴射器２８が、クロスオーバー通路２２の出口端において、膨張ピストン３０がその上死点位置に到達する直前に起こる当該XovrEバルブ２６の開きに対応させて、加圧された空気内に燃料を噴射する。空気/燃料の充填物は、膨張ピストン３０がその上死点位置に近付いたとき、膨張シリンダー１４に入る。ピストン３０がその上死点位置から下降し始め、当該XovrEバルブ２６がまだ開いている間に、シリンダー１４内に突出している点火栓先端３９を含んでいる点火栓３２が点火され、点火栓先端３９の周りの領域で燃焼を開始する。燃焼は、膨張ピストンがその上死点（ＴＤＣ)位置通過後の１及び３０度ＣＡの間にある間に開始されてもよい。より好ましくは、燃焼は膨張ピストンがその上死点（ＴＤＣ)位置通過後の５及び２５度ＣＡの間にある間に開始されてもよい。最も好ましくは、燃焼は膨張ピストンがその上死点（ＴＤＣ)位置通過後の１０及び２０度ＣＡの間にある間に開始されてもよい。加えて、燃焼は、他の点火装置及び／又は方法によって、例えば、グロープラグ、マイクロ波点火装置、又は圧縮着火方法によって開始されてもよい。
【００５３】
排気ストロークの間に、排気ガスはシリンダーヘッド３３に配置されている排気ポート３５を介して膨張シリンダー１４の外に送出される。排気ポート３５の入口３１に配置されている内開きのポペット排気バルブ３４は、膨張シリンダー１４と排気ポート３５との間の流体の連通を制御する。排気バルブ３４及び排気ポート３５はクロスオーバー通路２２から分離されている。すなわち、排気バルブ３４及び排気ポート３５はクロスオーバー通路２２に接触せず、すなわち、クロスオーバー通路２２内に配置されていない。
【００５４】
分割サイクルエンジンのコンセプトによれば、圧縮シリンダー１２及び膨張シリンダー１４の幾何学的なエンジンパラメータ(すなわち、ボア、ストローク、コネクティングロッド長さ、容積測定の圧縮比、その他)は概ね互いから独立である。例えば、圧縮シリンダー１２及び膨張シリンダー１４についてのクランクスロー３６、３８は、それぞれ、異なる半径を有してもよく、そして膨張ピストン３０の上死点（ＴＤＣ)が圧縮ピストン２０のＴＤＣの前に起こるように互いから離れて位相付けられてもよい。この独立性は、分割サイクルエンジン１０が一般の４ストロークエンジンよりもより高い効率レベル及びより大きなトルクを潜在的に達成すること可能にしている。
【００５５】
分割サイクルエンジン１０におけるエンジンパラメータの幾何学的な独立性はまた、前に述べたように、クロスオーバー通路２２内に圧力が維持され得る主な理由の一つである。詳しくは、膨張ピストン３０はその上死点位置に、圧縮ピストンがその上死点位置に到達する僅かな位相角(典型的には１０ないし３０の間のクランク角度)だけ前に、到達する。この位相角は、XovrCバルブ２４及びXovrEバルブ２６の適切なタイミングと伴って、分割サイクルエンジン１０がその圧力／容積サイクルの全４つのストロークの間にクロスオーバー通路２２内を高い最小圧力(典型的には、全負荷運転中に絶対圧で２０bar以上)に維持することを可能にしている。すなわち、分割サイクルエンジン１０は、XovrC及びXovrEバルブの両者が膨張ピストン３０がそのＴＤＣ位置からそのＢＤＣ位置に降下し、そして圧縮ピストン２０が同時にそのＢＤＣ位置からそのＴＤＣ位置に向けて上昇する間のかなりの期間(すなわち、クランクシャフトの回転期間)開くように、XovrCバルブ２４及びXovrEバルブ２６をタイミング付けて作動可能である。クロスオーバーバルブ２４、２６の両者が開いている期間(すなわち、クランクシャフトの回転)中、(１)圧縮シリンダー１２からクロスオーバー通路２２へ、及び(２)クロスオーバー通路２２から膨張シリンダー１４へほぼ等しい空気質量（マス）が移送される。従って、この期間中、クロスオーバー通路内の圧力は所定の最小圧力(典型的には、全負荷運転中に絶対圧で２０、３０又は４０bar)より低く低下するのが防がれる。さらに、エンジンサイクルの実質的な部分(典型的には、全エンジンサイクルの８０％以上)の間、XovrCバルブ２４及びXovrEバルブ２６の両者は、クロスオーバー通路２２内に捕捉されているガスの質量（マス）をほぼ一定のレベルに維持するために、閉じられている。結果として、クロスオーバー通路２２内の圧力は、エンジンの圧力／容積サイクルの全４つのストロークの間、所定の最小圧力に維持される。
【００５６】
ここでの目的のため、ほぼ等しいガスの質量（マス）をクロスオーバー通路２２へ、又はそれから同時に移送させるために、膨張ピストン３０がＴＤＣから降下し、そして圧縮ピストン２０がＴＤＣに向けて上昇している間にXovrCバルブ２４及びXovrEバルブ２６を開く方法が、ここでガス移送のプッシュプル方法と称される。分割サイクルエンジン１０のクロスオーバー通路２２内の圧力が、エンジンが全負荷で運転しているとき、エンジンのサイクルの全４つのストロークの間に典型的には、２０bar以上に維持されるのを可能にしているのがプッシュプル方法である。
【００５７】
前に述べたように、排気バルブ３４は、クロスオーバー通路２２から別けられてシリンダーヘッド３３の排気ポート３５内に配置されている。排気バルブ３４がクロスオーバー通路２２内に配置されていない、そしてそれ故に、排気ポート３５がクロスオーバー通路２２と共通部分を共有していないという排気バルブ３４の構造的配列は、排気ストロークの間にクロスオーバー通路２２内に捕捉されているガスの質量（マス）を維持するためには好ましい。従って、クロスオーバー通路内の圧力を所定の最小圧力以下に低下させるかもしれない大きな周期的な圧力低下が防止される。
【００５８】
XovrEバルブ２６は膨張ピストン３０がその上死点位置に到達する直前に開く。このとき、膨張シリンダー１４内の圧力に対するクロスオーバー通路２２内の圧力の圧力比は、クロスオーバー通路内の最小圧力が典型的には絶対圧で２０bar以上であり、膨張シリンダー内の圧力は排気ストロークの間に絶対圧で約１ないし２barであるという事実の理由で、高い。換言すると、XovrEバルブ２６が開くとき、クロスオーバー通路２２内の圧力は実質的に膨張シリンダー１４内の圧力よりも(典型的には、２０対１のオーダーで)高い。この高い圧力比は、空気及び／又は燃料充填物の初期流れが高速度で膨張シリンダー１４内に流れるのを生じさせる。これらの高速流れは音速に到達し、音速流と称される。この音速流は分割サイクルエンジン１０にとって特に有利である。というのも、それは、膨張ピストン３０がその上死点位置から降下している間に着火が開始されたとしても、分割サイクルエンジン１０が高い燃焼圧力を維持することを可能にする急速燃焼事象を生じさせるからである。
【００５９】
当該分割サイクル空気ハイブリッドエンジン１０はまた、空気貯留器(タンク)バルブ４２によってクロスオーバー通路２２に作用可能に連結されている空気貯留器(タンク)４０を含んでいる。２つ以上のクロスオーバー通路２２を備える実施形態は、クロスオーバー通路２２の各々に共通の空気貯留器４０に連結させるタンクバルブ４２を含んでもよく、又は代わりに、各クロスオーバー通路２２が別々の空気貯留器４０に作用可能に連結してもよい。
【００６０】
タンクバルブ４２は、典型的には、クロスオーバー通路２２から空気タンク４０まで延在する空気貯留器（タンク）ポート４４に配置されている。当該空気タンクポート４４は、第１の空気貯留器(タンク)ポート区分４６及び第２の空気貯留器(タンク)ポート区分４８に分けられている。第１の空気タンクポート区分４６は空気タンクバルブ４２をクロスオーバー通路２２に連結し、そして第２の空気タンクポート区分４８は空気タンクバルブ４２を空気タンク４０に連結している。第１の空気タンクポート区分４６の容積は、タンクバルブ４２が閉じられているとき、タンクバルブ４２をクロスオーバー通路２２に連結する追加のポート及びリセスの全ての容積を含む。
【００６１】
当該タンクバルブ４２は、適切なバルブ装置又はシステムであってもよい。例えば、当該タンクバルブ４２は、種々のバルブ作動装置(例えば、空圧、液圧、カム、電気式など)によって動作される能動バルブであってもよい。加えて、当該タンクバルブ４２は、２つ以上の作動装置でもって動作される２つ以上のバルブを備えるタンクバルブシステムを備えてもよい。
【００６２】
空気タンク４０は、前述の特許文献３に記載されたように、圧縮空気の形でエネルギーを蓄え、そしてクランクシャフト１６に動力を与えるためにその圧縮空気を後で用いるべく利用されている。この潜在的なエネルギーを蓄える機械式の手段は、現在の技術水準に対して多数の潜在的有利性を提供している。例えば、当該分割サイクルエンジン１０は、ディーゼルエンジン及び電気ハイブリッドシステムのような市場における他の技術に対して、比較的低い製造及び廃棄物処理コストで、燃料効率利得及びＮＯｘエミッション低減での多くの有利性を潜在的に提供することができる。
【００６３】
空気タンクバルブ４２の開成及び／又は閉成の選択的な制御、そしてそれによる空気タンク４０とクロスオーバー通路２２との連通の制御によって、当該分割サイクル空気ハイブリッドエンジン１０は、エンジン点火燃焼(ＥＦ)モード、空気膨張機（ＡＥ）モード、空気圧縮機（ＡＣ）モード、空気膨張機及び点火燃焼（ＡＥＦ）モード、及び点火燃焼及び充填（ＦＣ）モードにおいて作動可能である。当該ＥＦモードは、上述のように空気タンク４０の使用無しでエンジンが作動する非ハイブリッドモードである。当該ＡＣ及びＦＣモードは、エネルギー貯蔵モードである。当該ＡＣモードは、制動中のエンジンを含み、車両の運動学的エネルギーを利用することによるような、膨張シリンダー１４内で起こる燃焼を伴わずに(すなわち、燃料の費消無く)圧縮空気が空気タンク４０に蓄えられる空気ハイブリッド運転モードである。当該ＦＣモードは、エンジン全負荷より小さい(例えば、エンジンのアイドル、定速度での車両の惰航)のときのような、燃焼のためには必要でない余剰の圧縮空気が空気タンク４０に蓄えられる空気ハイブリッド運転モードである。当該ＦＣモードでは、圧縮空気の貯蔵がエネルギーのコスト（ペナルティ）を有している。それ故に、その後になって圧縮空気が用いられるときに正味の利得を有するのが望ましい。当該ＡＥ及びＡＥＦモードは、貯蔵されたエネルギーの使用モードである。当該ＡＥモードは、膨張シリンダー１４内で起こる燃焼を伴わずに(すなわち、燃料の費消無く)、空気タンク４０に貯蔵された圧縮空気が膨張ピストン３０を駆動するために用いられる空気ハイブリッド運転モードである。当該ＡＥＦモードは、空気タンク４０に貯蔵された圧縮空気が膨張シリンダー１４内で燃焼のために利用される空気ハイブリッド運転モードである。
【００６４】
ＥＦモードにおいて、圧縮ピストン２０は入口空気を引き入れ、膨張シリンダー１４で用いるためにそれを圧縮する。圧縮シリンダー１２からの圧縮空気は、膨張ストロークの始まりにおいて、燃料と共に膨張シリンダー１４に導入され、それは 当該膨張ピストン３０の同じ膨張ストロークで、着火され、燃焼され、そして膨張され、当該膨張ピストンのクランクシャフト１６に動力を伝達し、そして燃焼生成物が排気ストロークで排出される。当該ＥＦモードにおいては、圧縮空気は空気タンク４０に蓄えられないばかりか、それから解放されないので、空気タンクバルブ４２は閉じられている。
【００６５】
ＦＣモードにおいて、圧縮ピストン２０はクランクシャフト１６の単一の回転の間に、膨張シリンダー１４での使用のために入口空気を引き込みそして圧縮する。圧縮シリンダー１２からの圧縮空気のいくらかは膨張ストロークの始めにおいて燃料と共に膨張シリンダー１４に導入され、膨張ピストンの同じ膨張ストロークで着火され、燃焼され、膨張され、クランクシャフトに動力を伝達し、そして燃焼生成物が排気ストロークで排出される。空気タンク４０はまた、クランクシャフト１６の同じ単一の回転の間に、空気タンクバルブ４２を選択的に開きその後閉じることによって圧縮空気で充填される。
【００６６】
ＡＥＦモードにおいて、空気タンク４０に蓄えられている圧縮空気が膨張ストロークの始めに、クランクシャフトの回転の少なくとも一部の間において空気タンクバルブ４２を開いて保つことによって、燃料と共に膨張シリンダー１４に導入される。空気/燃料の混合気が膨張ピストン３０の同じ膨張ストロークで着火され、燃焼され、膨張され、クランクシャフト１６に動力を伝達し、そして燃焼生成物は排気ストロークで排出される。
【００６７】
ＡＥモードにおいて、空気タンク４０に蓄えられている圧縮空気が膨張ストロークの始めに、膨張シリンダー１４に導入される。このモードにおいては、空気タンクバルブ４２がクランクシャフトの回転の少なくとも一部の間において開いて保たれているので、膨張シリンダー１４への空気の流れはXovrEバルブ２６によって制御される。空気は膨張ピストン３０の同じ膨張ストロークで膨張され、クランクシャフト１６に動力を伝達し、そして（膨張された）空気は排気ストロークで排出される。
【００６８】
XovrEバルブ２６は、１つのエンジンサイクルからもう１つのエンジンサイクルにかけて、当該XovrEバルブの(クランク角度での)開き及び／又は閉じのタイミングが変更されるように、可変バルブ作動（ＶＶＡ）が可能な可変作動できるバルブであってもよい。ＥＦモード、ＦＣモード、ＡＥモード、及びＡＥＦモードの少なくとも１つにおいて、当該XovrEバルブの閉じるタイミングがエンジン負荷(典型的にはＮＭの単位ではトルクとして、またはBａｒの単位ではＩＭＥＰ又はＢＭＥＰとして表わされる）を制御すべく変えられる。すなわち、ＥＦモード、ＦＣモード、ＡＥモード、及びＡＥＦモードの少なくとも１つの間、当該XovrEバルブの閉じタイミングは、第１のサイクルにおいて第１のトルクを生じさせるのに要求される第１の質量（マス）の空気、及び第２のサイクルにおいて第２のトルクを生じさせるのに要求される第２の質量（マス）の空気を提供すべく、エンジン１０の運転の少なくとも第１のサイクルからエンジン１０の運転の第２のサイクルまでに変えられる。
【００６９】
さらに、当該XovrEバルブ２６の閉じるタイミングは、ＥＦ、ＦＣ、ＡＥ、及びＡＥＦの全ての運転モード中でのエンジン１０の全ての運転サイクルについて要求される大きさのトルクを生じさせるために必要な質量（マス）の空気を計量し、そして膨張シリンダー１４内に捕捉すべく、変えられ得る。要求されたトルクは、ＥＦ、ＦＣ、ＡＥ、及びＡＥＦのモードにおけるような燃焼事象の間に着火され、燃焼され、そして膨張されるべく、計量された空気と要求された量の燃料とを組み合わせることによって生じさせられる。代わりに、要求されたトルクは、ＡＥモードにおいては、膨張されるべき膨張シリンダーへの空気を単に計量することによって生じさせられる。図２及び３の例によって示されるように、ＥＦ及びＡＥＦモードにおいて、当該XovrEバルブ２６が負荷を制御するために膨張シリンダーへの空気を計量するとき、それは、好ましくはＡＴＤＣe３０度以下で閉じられ、より好ましくはおおよそＡＴＤＣe２７度以下で閉じられ、さらに好ましくはおおよそＡＴＤＣe２２度以下で閉じられるべきである。しかしながら、図２に示されている範囲はＥＦモードに特有の唯一の模範的実施形態であり、他の実施形態及び他のエンジンモードは他の範囲のXovrEバルブ２６の閉じ位置を有するかもしれない。また、図２に示されている範囲はエンジン負荷に依存している。例えば、２barＩＭＥＰのエンジン負荷においては、当該XovrEバルブ２６はおおよそＡＴＤＣe２５度以下で閉じられるべきであり、一方、３barＩＭＥＰのエンジン負荷においては、当該XovrEバルブ２６はおおよそＡＴＤＣe２２度以下で閉じられるべきである。
【００７０】
さらに、図３に描かれたＥＦ及びＡＥＦ範囲内の例によって示されるように、本発明に従うエンジン１０は、その運転領域の大部分の間で、XovrEバルブ２６が閉じるとき、おおよそ１０対１以上の残りの膨張比を有し、好ましくはおおよそ１４対１以上の残りの膨張比を有し、より好ましくは,おおよそ１５．７対１以上の残りの膨張比を有し、そして最も好ましくはおおよそ２０対１以上の残りの膨張比を有する。当該XovrEバルブ２６が早く閉じれば閉じるほど（ＡＴＤＣe）、残りの膨張比は大きくなり、残りの膨張比は(a/b)の比として定義される。(a)は、膨張ピストン３０が下死点にあるときに、膨張シリンダー１４内に捕捉される容積(すなわち、シリンダー１４の壁、膨張ピストン３０の頂面及びシリンダーヘッド３３の底面によって概して画成されるチャンバーの容積)、(b)は当該XovrEバルブ２６が閉じた丁度の時点での膨張シリンダー１４内に捕捉される容積である。膨張ピストン３０の膨張ストローク中に当該XovrEバルブ２６が一旦閉じられると、膨張する捕捉質量（マス）が膨張シリンダー１４内に単に存在し、質量（マス）が膨張するにつれ、仕事がなされる。明らかに、当該XovrEバルブ２６が早く閉じれば閉じるほど、膨張ピストン３０は上死点により近く、かくて残りの膨張比もより大きく、膨張ストローク中により多くの仕事がなされる。
【００７１】
高い残りの膨張比は、エンジン負荷が当該XovrEバルブ２６でもって制御されるときに起こる。というのもエンジン運転状態の大部分の間に膨張シリンダー１４に入る充填空気は音速であるからである。膨張シリンダー１４内に流れる空気は高速であるので、所与の運転サイクル中に所与のトルクを生じさせるのに必要な質量（マス）の空気を計量し、そして膨張シリンダー１４に捕捉するためには、当該XovrEバルブ２６が膨張ピストン３０の上死点後速やかに閉じねばならない。上述のように、当該XovrEバルブ２６が早く(すなわち、より速く)閉じれば閉じるほど、本発明の場合に典型的には、１０対１以上、好ましくは１４対１以上である、残りの膨張比はより高くなる。
【００７２】
当該XovrEバルブ２６が最初に開かれたときに膨張シリンダー１４に入る空気の音速は、クロスオーバー通路２２内の圧力を排気ストローク中の膨張シリンダー内の圧力の1.894倍より高く(すなわち、空気についての音速圧力比以上)に維持することによって達成される。当該エンジンのＥＦ及びＦＣモードにおいては、クロスオーバー通路２２内の高い圧力が上述のガス移送のプッシュプル法を用いることによって維持される。ＡＥＦモードのみならずＡＥモードにおいては、クロスオーバー通路２２内の高い圧力が空気タンク４０の圧力を５bar以上、好ましくは７bar以上、より好ましくは１０bar以上に保つことによって維持される。
【００７３】
さらに、圧縮シリンダー１２から膨張シリンダー１４へとクロスオーバー通路２２を通って移動する空気の圧力を高い圧力に維持するためには、クロスオーバー通路の容積が、それぞれの圧縮及び膨張ピストン２０，３０が下死点（ＢＤＣ）にあるときの圧縮及び膨張シリンダー１２，１４の全容積(「全シリンダー容積」)に比べて小さくなければならない。当該全シリンダー容積は重要である。なぜなら、プッシュプル法においては、ある質量（マス）の空気がクロスオーバー通路２２を通って移送されるとき、XovrCバルブ２４及びXovrEバルブ２６の両者が開かれているからである。したがって、圧縮シリンダー１２及び膨張シリンダー１４の両者の容積は、プッシュプル法の間、クロスオーバー通路２２に同時に連通する。図４に示されるように、分割サイクルエンジン１０の模範的実施形態において、(膨張ピストン３０のＢＤＣにおける)膨張シリンダー１４の最大容積は５１０立法センチメートル(cc)よりも大きく、(圧縮ピストン２０のＢＤＣにおける)圧縮シリンダー１２の最大容積は５７０ccよりも大きく、全クロスオーバー通路２２の容積は一定で７０ccより小さく、そして最大の全シリンダー容積(すなわち、ＢＤＣにおける膨張シリンダー１４の容積プラスＢＤＣにおける圧縮シリンダー１２の容積)は１０８０ccよりも大きい。それ故に、クロスオーバー通路２２内に高い圧力を維持するためには、全シリンダー容積が、クロスオーバー通路２２の容積の少なくとも８倍、好ましくはクロスオーバー通路の容積の少なくとも１０倍、より好ましくはクロスオーバー通路の容積の少なくとも１５倍大きくあるべきである。
【００７４】
加えて、図４に示されるように、クロスオーバー通路２２内に高い圧力を維持するためには、(圧縮ピストン２０の下死点における)圧縮シリンダー１２の最大容積が、クロスオーバー通路２２の容積の少なくとも２倍、好ましくはクロスオーバー通路の容積の少なくとも４倍、より好ましくはクロスオーバー通路の容積の少なくとも６倍、そして最も好ましくはクロスオーバー通路の容積の少なくとも８倍より大きくあるべきである。さらに、クロスオーバー通路２２内に高い圧力を維持するためには、(膨張ピストン３０の下死点における)膨張シリンダー１４の最大容積が、クロスオーバー通路２２の容積の少なくとも２倍、クロスオーバー通路の容積の好ましくは少なくとも４倍、そしてより好ましくはクロスオーバー通路の容積の少なくとも６倍大きくあるべきである。
【００７５】
また、クロスオーバー通路２２内に高い圧力を維持するためには、「有効な」ＴＤＣ(すなわち、圧縮シリンダー、膨張シリンダー及びクロスオーバー通路の組み合わされた全容積が最小となる、クランク角度でのタイミング)における、圧縮シリンダー１２、膨張シリンダー１４及びクロスオーバー通路２２の最小全容積が、クロスオーバー通路の全容積の４倍より小さく、好ましくはクロスオーバー通路の容積の３倍より小さく、より好ましくはクロスオーバー通路の容積の２倍より小さくあるべきである。例えば、図４の模範的実施形態においては、クロスオーバー通路はおおよそ６２ccの一定の全容積を有し、そして「有効な」ＴＤＣ(この場合にはＡＴＤＣe１０．８度で起こる)における最小全容積はおおよそ１００ccである。「有効な」ＴＤＣにおける最小全容積はクロスオーバー通路２２の固定した容積に近い。なぜなら、圧縮及び膨張ピストン２０，３０の実際の上死点では、圧縮及び膨張シリンダー１２，１４の容積は極めて小さいからである。換言すると、圧縮シリンダー１２の幾何学的圧縮比はおおよそ９５対１、及び膨張シリンダー１４の幾何学的膨張比はおおよそ５０対１であり、圧縮及び膨張ピストン２０，３０のそれぞれの上死点位置における圧縮及び膨張ピストン２０，３０とシリンダーヘッド３３(厳密に言えば、ヘッドのファイヤデッキ)との間に小さく、狭いクリアランスが存することを意味している。
【００７６】
エンジン負荷を制御すべく当該XovrEバルブ２６の閉じるタイミングを変えることは、固定されたXovrEバルブの閉じタイミングでもって運転するのに比べて、より高いクロスオーバー通路２２の圧力をもたらす。図５の例で示されるように、ＥＦモードにおいては、固定されたバルブタイミングの作動配列よりも当該XovrEバルブ２６のためにＶＶＡが用いられたときの方が所与のエンジン負荷でクロスオーバー通路２２内の圧力はより高い。例えば、２５００rpmのエンジン速度で２barＩＭＥＰのエンジン負荷では、クロスオーバー通路２２の圧力は、XovrEバルブ２６の閉じる角度(タイミング)が固定されているとき、おおよそ６barである一方、当該XovrEバルブの閉じる角度が可変のときはおおよそ１３barである。
【００７７】
クロスオーバー通路２２の圧力の増大は、膨張シリンダー１４に入る空気質量（マス）の音速流期間の増大をもたらし、それによりエンジン１０の効率を高める。図６の例によって示されるように、ＥＦモードにおいて、XovrEバルブ２６の閉じタイミングが可変で、かつ当該XovrEバルブ２６の閉じタイミングが固定されているときに比べて最適化されているとき、燃料効率でおおよそ１ないし１０％の利得が得られている。
【００７８】
本発明が特定の実施形態を参照して説明されたが、説明された発明のコンセプトの趣旨及び範囲内で多数の変更がなされ得ることが理解されるべきである。従って、本発明は説明された実施形態に限定されず、それは以下の請求項の語句によって定められる全部の範囲を有することが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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