(57)【要約】  本発明は、２ストローク内燃機関に関し、より具体的には圧縮比およびシリンダの排気ポートの面積を変える構成に関する。シリンダ（２０）内で往復移動可能な少なくとも１個のピストン（１９）と、シリンダ（２０）を排気管路（２４）と連通可能にすると共に、ピストンが往復運動する間、当該ピストン（１９）により開閉される排気ポート（２３）と、排気ポート（２３）の有効面積を変化させる可動シャッター手段（１）であって、シリンダ（２０）内におけるピストン（１９）の往復運動との同期的関係において有効面積を周期的に変化させるシャッター手段（１）と、シリンダ（２０）の圧縮比を変更する圧縮比変更機構と、エンジンの１個以上の動作特性を測定すると共に、それに対応する信号を生成するセンサー手段（１２）と、センサー手段（１２）により生成された信号を処理してシャッター手段（１）の運動を適宜制御すると共に、シリンダ（２０）の圧縮比を変更すべく圧縮比変動機構を制御する制御装置とを含む２ストローク内燃機関であって、エンジンが３０：１〜５０：１の範囲の圧縮比で動作可能な２ストローク内燃機関を記述する。
2013510261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内で往復移動可能な少なくとも１個のピストンと、
前記シリンダを排気管路と連通可能にすると共に、前記ピストンが往復運動する間、前記ピストンにより開閉される排気ポートと、
前記排気ポートの有効面積を変化させる可動シャッター手段であって、前記シリンダ内における前記ピストンの往復運動との同期的関係において前記有効面積を周期的に変化させるシャッター手段と、
前記シリンダの圧縮比を変更する圧縮比変更機構と、
前記エンジンの１個以上の動作特性を測定すると共に、それに対応する信号を生成するセンサー手段と、
前記センサー手段により生成された信号を処理して前記シャッター手段の運動を適宜制御すると共に、前記シリンダの圧縮比を変更すべく前記圧縮比変動機構を制御する制御装置とを含む２ストローク内燃機関であって、
前記エンジンが、前記シリンダ内で予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）により燃料に着火し、前記シリンダ内の圧縮比を３０：１〜４０：１の範囲内で変更するアイドリング時動作モードを有する２ストローク内燃機関。
【請求項２】
前記エンジンが、前記エンジンの始動時にＨＣＣＩにより燃料に着火し、前記シリンダ内の圧縮比を４０：１以上に変更する始動モードを有する、請求項１に記載の２ストローク内燃機関。
【請求項３】
前記始動モードにおいて、周辺気温の低下に伴い前記圧縮比が増大し、前記周辺気温が−３０°Ｃ以下のとき前記圧縮比が５０：１以上に増大する、請求項２に記載の２ストローク内燃機関。
【請求項４】
前記エンジンが、ＨＣＣＩにより燃料に着火し、前記シリンダ内の圧縮比を１８:１〜２５：１の範囲内で変更する部分負荷動作モードを有する、請求項１に記載の２ストローク内燃機関。
【請求項５】
前記エンジンが、異なる燃料に対して異なる動作モードを有し、その各動作モードにおいて、ＨＣＣＩにより前記燃料に着火し、前記シリンダ内の圧縮比が前記燃料に適合すべく前記制御装置により変更される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の２ストローク内燃機関。
【請求項６】
前記エンジンが、ガソリン、ガソリンとエタノールの混合物、およびディーゼルの各々について異なる動作モードを有する、請求項５に記載の２ストローク内燃機関。
【請求項７】
３〜４バールのＢＭＥＰで動作する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の２ストローク内燃機関。
【請求項８】
前記エンジンの始動時に、且つあらゆるエンジン速度および／または負荷において、常にＨＣＣＩにより燃料に着火する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の２ストローク内燃機関。
【請求項９】
前記制御装置が、前記エンジンの低速および／または低負荷時に、燃焼ガスの排気中に前記排気ポートの有効面積を減らして前記シリンダ内に燃焼ガスを閉じ込め、その後に導入された給気と燃料を混合して予混合圧縮着火に適した混合気を生成すべくシャッター手段の動作を変える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の２ストローク内燃機関。
【請求項１０】
前記制御装置が、前記エンジンの高速および／または高負荷時に、燃焼ガスの排気中に前記排気ポートの有効面積を増やすべく前記シャッター手段の動作を変える、請求項９に記載の２ストローク内燃機関。
【請求項１１】
前記圧縮比変動機構が、前記シリンダの直径に等しい直径を有して前記シリンダ内で軸方向にスライド可能なジャンクヘッド、および前記ジャンクヘッドをスライドさせるアクチュエータを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の２ストローク内燃機関。
【請求項１２】
前記シャッター手段が、シャッター、および前記シャッターを前記排気ポートが第１の有効面積を有する第１の位置と、前記排気ポートがより小さい第２の有効面積を有する第２の位置との間で振動させるトランスミッション機構を含み、前記トランスミッション機構が、前記エンジンのピストンに接続されたクランクシャフトに接続されていて、複数の相互接続されたリンクを含んでいる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の２ストローク内燃機関。
【請求項１３】
前記制御装置が、検出された動作特性の変化に伴い前記シャッターの前記第１の位置を変えて前記排気管路の開放を拡大または縮小する、請求項１２に記載の２ストローク内燃機関。
【請求項１４】
前記制御装置が、前記排気ポートの有効面積が各サイクルにおいて変化する量を変えるために前記シャッター手段を制御する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１５】
シリンダ内で往復移動可能な少なくとも１個のピストンと、
前記シリンダを排気管路と連通可能にすると共に、前記ピストンが往復運動する間、前記ピストンにより開閉される排気ポートと、
前記排気ポートの有効面積を変化させる可動シャッター手段であって、前記シリンダ内における前記ピストンの往復運動との同期的関係において前記有効面積を周期的に変化させるシャッター手段と、
前記シリンダの圧縮比を変更する圧縮比変更機構と、
前記エンジンの１個以上の動作特性を測定すると共に、それに対応する信号を生成するセンサー手段とを含む２ストローク内燃機関を動作させる方法であって、
前記エンジンの動作において燃焼ガスの排気中に利用可能な前記排気ポートの有効面積を変更すべく前記シャッター手段の運動を制御するステップと、
前記シリンダ内の圧縮比を変更すべく前記圧縮比変動機構を制御するステップと、
前記エンジンを、アイドリング時に前記シリンダ内の圧縮比を３０：１〜４０：１の範囲内で、且つ予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）により前記シリンダ内の燃料に着火すべく動作させるステップとを含む方法。
【請求項１６】
ＨＣＣＩにより前記シリンダ内の燃料に着火することにより前記エンジンを始動するステップ、および前記シリンダ内の圧縮比が少なくとも４０：１の状態で前記エンジンを動作させるステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記エンジンが、周辺気温が−３０°Ｃ以下のとき、前記シリンダ内の圧縮比が少なくとも４０：１の状態で動作される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記エンジンが、部分負荷条件でＨＣＣＩにより前記シリンダ内の燃料に着火され、且つ前記シリンダ内の圧縮比が１８:１〜２５：１範囲にある状態で動作される、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記シリンダ内で着火される前記燃料が、ガソリン、ガソリンおよびエタノールの混合物、またはディーゼルのうち一つである、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記エンジンが、３〜４バールのＢＭＥＰにより、且つ一切排気ガスのＮＯｘ後処理なしに動作される、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
始動時、およびあらゆるエンジン速度および負荷において、常にＨＣＣＩにより前記シリンダ内の燃料に着火する、請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２ストローク内燃機関に関し、より具体的には圧縮比およびシリンダの排気ポートの面積を変える構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポート付き２ストロークエンジンにおいて、ピストンのスカート部は、シリンダのポートを閉じる働きをし、これらの１個以上のポートが新鮮な給気または燃料／空気の混合気をシリンダに噴射する際の通路として機能し、他の１個以上のポートが燃焼ガスの排気口として機能する。吸気および排気ポートは、ピストンが下方に移動したならば最初に排気ポートが開いて、シリンダ内のガスと大気圧の間の高い圧力差により燃焼ガスがシリンダからガスを大気中に逃がす排気管に至る排気管路に流出すべく配置されている。ピストンが更に下方に動いたならば、吸気ポートが開くことにより、加圧された燃料と空気の混合気を燃焼のため新たにシリンダに送り込むことが可能になる。加圧ガスの噴射もまたシリンダから燃焼ガスを強制排出する働きをし、これは掃気として知られるプロセスである。
【０００３】
従来のループ掃気式２ストロークエンジンにおいて、吸気ポートと排気ポートが共に開いている時間は、実際のピストン自身の運動だけにより制御され、開口を閉じる唯一の手段は当該ピストンにより提供される。ピストンがシリンダ上方へ動いた際に、最初に吸気ポート、次いで排気ポートを閉じる。
【０００４】
特許文献１に、排気ポートの有効面積を変化させる可動シャッターを含む２ストロークエンジンが記述されている。当該シャッターは、シリンダ内におけるピストンの往復運動との同期的関係において有効面積を周期的に変化させる。センサーがエンジンの動作特性を測定し、制御装置がセンサーにより生成された信号を処理してシャッターの動作を適宜制御する。シャッターは、排気ポートが第１の有効面積を有する第１の位置と、排気ポートが第２のより小さい有効面積を有する第２の位置との間でシャッターを振動させるトランスミッション機構により動作される。トランスミッション機構は、エンジンのピストンに接続されたクランクシャフトに接続されていて、複数の相互接続されたリンクを含んでいる。ピストンが下死点位置から上死点位置まで移動する際にシャッターを通り過ぎるとき、シャッターは第２の位置またはその近傍にある。シャッターの第１の位置は制御装置により、検出されたエンジンの動作特性に応じて変動する。ピストンが上死点位置から下死点位置まで移動する際にシャッターを通り過ぎるとき、シャッターは第１の位置またはその近傍にある。制御装置は、検出された動作特性の変化に応じてシャッターの第１の位置を変えて、排気管路の開口を拡大または縮小する。制御装置は、第１と第２の位置の間におけるシャッターの移動の幅を変えることにより、シャッターの第１の位置を変える。制御装置は、シャッターの移動を減らして排気管路の開口を縮小する。シャッターの第２の位置は、あらゆるエンジン動作条件に対して一定である。相互接続されたリンクの1個に電子機械装置が接続されていて、当該電子機械装置は、相互接続されたリンクの構成を変更すべく制御装置により制御されてシャッターの周期的な移動を変化させる。
【０００５】
排気ポートの「有効面積」とは、ガスが排気管路へ向かって通過する面積である。エンジンのシリンダ側面に機械加工された開口である排気ポート自体の面積は一定である。シャッターは、排気ポートの有効面積を変化させる役割を果たす。
【０００６】
特許文献１に記述されたエンジンは、各サイクルにおいて混合ガスがシリンダから流出できる位置を、シャッターの第１の位置（すなわち、排気ポートの有効面積が最大である位置）の変更により変化するエンジン特性に応じて変動させることができる。
【０００７】
昨今、よりクリーンな燃焼を実現すべく、エンジンは予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）により動作している。これは、ガソリンを給気および燃焼ガスの混合気に導入し、次いで圧縮時に着火する（スパーク無しで）概ね均一な混合気の形成を可能にすることを含んでいる。燃焼プロセスは、シリンダ内における熱および／または燃焼ガスの保持を必要とする。
【０００８】
特許文献１において、シャッターを使用する結果、燃焼ガスの保持について懸念が表明された。これは、望ましくないと思われた。
【０００９】
特許文献２に、シリンダ内で往復移動可能な少なくとも１個のピストン、シリンダを排気管路と連通可能にすると共に、ピストンが往復運動する間、当該ピストンにより開閉される排気ポート、排気ポートの有効面積を変化させる可動シャッター手段であって、シリンダ内におけるピストンの往復運動との同期的関係において有効面積を周期的に変化させるシャッター手段、シリンダの圧縮比を変更する圧縮比変更機構、エンジンの１個以上の動作特性を測定すると共に、それに対応する信号を生成するセンサー手段、および当該センサー手段により生成された信号を処理してシャッター手段の運動を適宜制御すると共に、シリンダの圧縮比を変更すべく圧縮比変動機構を制御する制御装置を含む２ストローク内燃機関を記述している。
【００１０】
特許文献２に記述されたエンジンは、広範なエンジン動作マップ（アイドル、低、中負荷、および好適には中高負荷で高速度へ向かう）にわたりＨＣＣＩ燃焼を可能にし、従って、４ストロークガソリンエンジンと比較して（ＮＯｘとＨＣの）同時排出が減少して燃費が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許第０５２６５３８号明細書
【特許文献２】英国特許第２４３８２０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
４ストロークガソリンエンジン（ＰＦＩまたはＧＤＩ）において、アイドリング時には完全なＨＣＣＩ燃焼を開始および維持するのに十分な熱が無いのに対し、高負荷では放熱率（燃焼速度）が高過ぎてエンジンに損傷を与える恐れがあるため、ＨＣＣＩの動作範囲は低〜中負荷および４０００ｒｐｍに近づく速度に限られる。ガソリン車において、閉じ込められた排気ガスはＨＣＣＩに対する開始剤であり、ＨＣＣＩプロセスに対する阻害剤として用いられるディーゼル車における用途とは対照的にある。従って、ガソリンＨＣＣＩに必要な温度を維持するために、排気ガスを内部に閉じ込める必要があり、これは可変バルブタイミングを必要とする。４ストロークガソリンエンジンの最低要件は、カム輪郭がツインカムフェーザーと共に切り替わることである。しかし、弁が完全に可変である方が望ましい。ＨＣＣＩ燃焼がＮＯｘを大幅に減らせることは疑いない。しかし、そのような減少のためにエンジンの動作範囲は極めて小さく、自身の自動着火の動作範囲よりもはるかに小さい。ＨＣＣＩはまた、潜在的に燃料消費を減らす可能性がある。圧縮端温度が燃焼プロセスを支配するため、閉じ込められた排気ガスの熱はこれに影響する。軽負荷では、要求される燃料が低いことからガスの温度がより低いため、はるかに大量の排気ガスをデトネーション／過剰燃焼率の問題無しに使用することが可能である。より高負荷では、熱容量がより高いため、排気ガス量を減らさなければならない。可変圧縮比（ＣＲ）の使用は、ＮＯｘを最小限に抑えて自動着火動作範囲を広げるために、排気ガス量のより良い最適化が可能になる圧縮端温度に対する第２の制御オプションを与える。しかし、可変ＣＲの設計および実装は、４ストロークエンジンでは技術的に困難であり、必然的にエンジンコストの増大につながる。
【００１３】
２ストロークガソリンエンジンにおいて、２ストロークサイクル自体の性質、すなわちサイクル時間が短縮されて残留排気ガスの量が減少することに起因してＨＣＣＩ動作範囲が大きい。２ストロークガソリンエンジンがアイドリング時にＨＣＣＩは顕著であるが、このために用いる方法はエンジンの全動作範囲には適していない。圧縮比を高くすればこれを可能にできる一方で、より低い圧縮比を用いれば高ＨＣＣＩ動作範囲が拡がる。恐らくは「ハイブリッド」ＨＣＣＩ−ＳＩエンジンである第１の市販用途において、２ストローク動作は、そのガス交換プロセスに起因して、４ストロークと比較してＨＣＣＩとＳＩ（スパーク着火）の動作モード間の切り替えが容易になる。
【００１４】
また、２ストロークのポンプ動作は軽負荷で最小であって負荷が増加するにつれて増大する（但し４ストロークエンジンほど悪くない）ため、４ストロークエンジンよりも車両の現実世界での動作に適合している。この場合、必要というよりも所望であれば層化給気／燃焼を利用することができる。
【００１５】
ガソリン直接着火（ＧＤＩ）へのシフトは、当該技術が放出／燃費法令の実現に必須であるため、２ストロークエンジンの導入を容易にする。ＨＣＣＩは当初２ストロークエンジンで発見され、４ストロークエンジンよりも広い動作範囲を有することがわかっている。
【００１６】
ポート付き２ストロークエンジンの簡素な燃焼室により、リング付きジャンクヘッド（上下反転ピストンと同様の）の適用を通じてＣＲのバリエーションを実現することが容易になる。この適用により、自動着火を用いたＮＯｘ生成が極めて低いため、二元触媒転換の実現が可能になる。可変ＣＲは、ＣＲの増大に伴いポンプ動作が増大する４ストロークとは異なり、２ストロークにおける吸気ポンプ動作に対して悪影響を及ぼさない。
【００１７】
シャッターは、排気ポート開口の角度−面積を変化させるため、エンジンの全速度範囲を通じて適切な時間−面積要件を維持するために用いることができる。負荷条件を変化させながら、シャッターを一定の（または変化する）速度で変動させた場合、排気ポート開口を変動させることは、閉じ込められた排気残留物の質量を効果的に制御するように掃気効率に影響を及ぼす。これはＨＣＣＩの開始／制御に影響を及ぼす。ＨＣＣＩ動作を更に向上させる第２の制御システムが広範なＣＲにより提供される。これにより、圧縮端給気温度を大幅に変化させ、軽負荷で変動を増大させて動作範囲をアイドリング状態を含み得るレベルまで低下させることができる。より高い速度／負荷において燃焼が強くなり過ぎた場合、可変ＣＲ機構により、動作サイクルおよびガス交換プロセスへの悪影響を少なくしながら、より広く且つより最適化されたＨＣＣＩ動作範囲が可能になる。
【００１８】
本発明は、請求項１に記載の２ストローク内燃機関、および請求項１５に記載の２ストローク内燃機関を動作させる方法を提供する。
【００１９】
特許文献２に記載のエンジンを開発して以来、出願人はいくつかの驚くべき発見をした。第一に、シリンダの圧縮比を変更する圧縮比変更機構およびシャッター手段の構成により、エンジンがアイドリング時に３０：１〜４０：１、始動時に４０：１を上回る、またはガソリンエンジンの通常の動作範囲外である周辺気温が−３０°Ｃ以上での始動時に５０：１を上回る極めて異常な圧縮比でも首尾よく動作可能になる。従来、２１:１がガソリンエンジンにおけるＨＣＣＩに使用された公知の最高圧縮比であり、その場合も吸気空気の加熱が必要であった。メタノールを使用するエンジンのＨＣＣＩでは２７：１の圧縮比が知られていた。従来の２ストロークエンジンでは１０:１〜１２:１の圧縮比が典型的である。
【００２０】
特許文献２に記載のエンジンの開発は、アイドリング時におけるエンジンの驚異的に良好且つ安定したＨＣＣＩ動作を可能にするだけでなく、エンジンが冷えている場合でもＨＣＣＩ動作モードで始動可能にさえする。これにより、エンジンに点火プラグが不要になる。これはまた、スパーク着火燃焼を考慮して点火プラグを収容したり燃焼室の設計で妥協する必要がないため、シリンダーヘッド設計を大幅に簡素化することができることを意味する。例えば、シリンダと同じ直径の可動パックを用意して、加圧エンジン油を使用するシステムにより、またはこれらの機構の組合せにより、この巨大な直径のパックを機械的に、電子的に、または油圧により移動させることができる。
【００２１】
極めて高い圧縮比で走行するエンジンのＮＯｘ排出量が最も少なく、アイドリング時にバックグラウンドレベルまで下がることがわかった。より高い負荷でも、ＮＯｘ排出量は、２０００ｒｐｍ、３バールＩＭＥＰまで２桁前半の百万分率（ｐｐｍ）（例えば２．３バールＩＭＥＰ（２ストローク）で約２０ｐｐｍ））である。２ストロークエンジンのＨＣおよびＣＯ排出量は、同様の４ストロークエンジンに匹敵する。圧縮比が高いことにより、ＨＣ→ＨＣＯ→ＣＯ→ＣＯ2の反応を強制的に終了させる顕著な圧縮加熱が生じる。また、ガソリンの代わりにＥ８５を使用することでガソリンよりも若干良好なＮＯｘ排出量が得られ、ディーゼルを使用することでガソリンより若干高いＮＯｘおよび同様のＨＣ排出量が得られることがわかっている。
【００２２】
本発明のエンジンにより、エンジンのＮＯｘ後処理を省略することができ、またスプレーガイデッドエンジンよりも燃費が向上する。
【００２３】
低温始動からＨＣＣＩを動作できるため、酸化触媒の低温始動排出、従って堆積を大幅に減らすことができる。
【００２４】
後処理の必要性が減少したエンジンはターボチャージ直噴スパーク着火４ストロークエンジン（現時点で好適な方式）よりも安価に製造できるため、燃費の向上およびパワートレインコストの削減に「大型化」の概念が最適であろう。
【００２５】
４ストロークエンジンにおける現行トレンドは、エンジンが排出量規制（「法定サイクル」）を満たすか否かの判定試験におけるエンジン走行の間に生じるエンジン動作用のエンジンのポンプ動作を減らすべく「小型化」する（エンジン容量を下げる）ことである。
【００２６】
ポンプ動作は、ガス交換プロセスの間になされる動作として定義され、従って、排気行程の間に排気ガスを放出し、吸気行程の間に新鮮な空気／給気を取り込むためになされる動作である。典型的には駆動サイクルに見られる低負荷運転において、スロットルは実質的に閉じており、従って４ストロークエンジンではシリンダ内を下方に移動するピストンの高い拡張率によりシリンダ内の圧力が大幅に下がる結果、強い吸気ポンプ動作が生じる。スロットルが更に開くと、シリンダ内の圧力が高まるため、吸気ポンプ動作および全エンジン摩擦レベルが弱まる。この点で、４ストロークエンジンの場合、吸気ポンプ動作はスロットルが閉じたとき（生じた出力に相対的に）最も強く、スロットルが開くにつれて次第に弱まることがわかる。圧縮比を高めれば吸気中の拡張度合が大きくなり、４ストロークにおけるポンプ動作が更に強まる。排気ポンプ動作に関して、シリンダからポンプ排出される排気ガスの量は、負荷の増大に伴い増加し、従って吸気時の企図と矛盾する。しかし、排気ポンプ動作は部分負荷条件で吸気より大幅に低く、従って全エンジン摩擦のレベルが低下した結果として正味の向上が認められる。その結果、エンジンの小型化は、より大型のエンジンと同じ出力を得るためにはスロットルを更に開かなければならず、ポンプ動作が弱まることを意味する。
【００２７】
２ストロークエンジンにおけるポンプ損失は、４ストロークエンジンのものとは全く異なる。２ストロークエンジンへの空気流入は、クランク室内へ、または外部掃気が採用がされている場合はブロワーを通って空気を吸い込むことから始まる（一次ポンプ動作）。いずれの場合も、両系統の拡張は少なく、その結果あらゆる動作速度および負荷条件においてスロットル両端での圧力低下が最小になる。ここから、より高い負荷に対してより多くの給気が必要であるため、給気が移送ポートを経てシリンダ内に入ることにより第２のポンプ動作が強まる。これは、４ストロークエンジンで生じていることの正反対であり、２ストロークエンジンに現実世界における動作により適した動作特性を与える。ブローダウンの間、排気ガスの大部分が自然に排出されるため、実質的には排気ポンプ動作は行われない。掃気の間、残留排気損失が生じ、従って移送ポートを通って第２のポンプ動作に含まれる。シリンダの圧縮比は、２ストロークのポンプ動作には影響を及ぼさない。
【００２８】
４ストロークエンジンでポンプ動作を減らすことにより燃費を向上させる小型化の合理性は、２ストロークの場合には成り立たない。２ストロークを小型化することで得られる利点は、動作負荷を燃費がより高い領域まで増大させることであろう。しかし、ＮＯｘの観点から、２ストロークエンジンの大型化（容量増大）することは極めて有益であろう。出力とは仕事率であり、２ストロークエンジンは４ストロークエンジンの２倍多く着火するため、その仕事率は４ストロークエンジンの２倍である。そのため、２ストロークエンジンと同一サイズおよび速度の４ストロークエンジンは、同じ出力を出すために２倍の負荷で走行しなければならない。同一速度を維持しながら４ストロークエンジンの容量が２倍になったならば、より小型の２ストロークエンジンと同一負荷で同一出力が得られるが、その場合容量の増大により上述のようにポンプ損失が悪化し、従って燃費を悪化する。２ストロークエンジンの容量が４ストロークエンジンの２倍になれば、着火頻度が２倍になって容量が２倍になったことに起因して、その負荷は、同一出力を得るために大きさが半分の４ストロークエンジンの１／２となろう。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
試験を通じて、出願人は、本発明によるエンジンを用いて２．３バールＩＭＥＰ（図示平均有効圧）で極めて低いＮＯｘ排出量（２０ｐｐｍ）を実現した。この負荷は、等価な大きさの４ストロークエンジンの場合は４．６バールであって、全負荷動作の約４０％を表す。１．６ｌｔｒの２ストロークエンジンを典型的な例に取れば、容量が１００／４０の率で増大した場合、これは４ｌｔｒｓを与え、その結果大幅な大型化となるであろう。しかし、１．６ｌｔｒの２ストロークエンジンが達成したのと同じ全負荷／出力でエンジンから排出されるＮＯｘは２０ｐｐｍとなるであろう。法定サイクルだけでなく、エンジンの全動作範囲にわたり、ＮＯｘの触媒処理は不要となろう。
【００３０】
その結果、２ストロークエンジンの大型化は、ＨＣおよびＣＯ用の二元触媒を使用しながら、法定ＮＯｘを達成する可能性を提供する。燃費は（自身と比較して）極めて軽い負荷で僅かに悪化するが、本発明によるエンジンは、最良動作領域における最高の同質なＧＤＩ４ストロークエンジンを凌駕する無負荷動作までの極端に低い燃費を示す。本発明のエンジンの大型化はまた、低負荷スロットルレスポンスを向上させ、より低いギア比を可能にして更に燃費を向上させる。
【００３１】
本発明のエンジンは、４５０未満の回転速度で完全ＨＣＣＩ動作においてアイドリングする。これは従来無かったものである。当該エンジンはＨＣＣＩによる始動スタートから動作し、且つスパーク着火システムを必要としない。当該エンジンの低排出量特性は従って、低温始動から利用可能である。最高の効率は、高オクタン燃料を用いて得られる。
【００３２】
本発明の好適な実施形態について、添付の図面を参照しながら以下に記述する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】本発明に係るエンジンの高速／高負荷の場合のピストンおよびシリンダ配置の概略断面図である。
【図１Ｂ】本発明に係るエンジンの低速／低負荷の場合のピストンおよびシリンダ配置の概略断面図である。
【図２Ａ】図１Ａと異なる段階における配置を示す図である。
【図２Ｂ】図１Ｂと異なる段階における配置を示す図である。
【図３Ａ】図１Ａ、図２Ａと異なる段階における配置を示す図である。
【図３Ｂ】図１Ｂ、図２Ｂと異なる段階における配置を示す図である。
【図４Ａ】図１Ａ、図２Ａ、図３Ａと異なる段階における配置を示す図である。
【図４Ｂ】図１Ｂ、図２Ｂ、図３Ｂと異なる段階における配置を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態の模式図である。
【図６】本発明の好適な実施形態の詳細図である。
【図７】本発明の一実施形態の典型的な制御方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
［実施例］
図１Ａ、図２Ａ、図３Ａ、図４Ａに、エンジンの高速／高負荷動作条件を示す。図１Ａに、ピストン１９、シリンダ２０、複数の吸気ポート２１、吸気管路２２、排気ポート２３、および排気管路２４を示す。排気ポート２３の有効面積を変化させるべくシャッター１が排気管路内で動作可能であって、第１のリンク２、第２のリンク３、第３のリンク４、第４のリンク５、およびクランクシャフト７を含む機構により動作される。第４のリンク５は、第５のリンク６によりサーボモーター（図１に示さないが図５に示しており、本明細書にて後述）に接続されている。ピストン１９は、従来型のガジオンピンおよびコネクティングロッド（図示せず）を介して出力クランクシャフト（図示せず）に接続されている。出力クランクシャフトは、プーリーベルトを介してクランクシャフト７に接続されている。
【００３５】
シリンダ２０は、リング付きジャンクヘッド４１により提供される可動終端面４０、またはシリンダ２０に沿って軸方向にスライド可能なパックにより、部分的に画定される。ジャンクヘッド４１は、シリンダ２０の圧縮比を変更すべく移動可能である。ピストンリング（図示せず）は、ジャンクヘッド４１と周囲のシリンダ２０との間を封止する。２個のピストンリングを用いてもよいが、高い圧縮比を考慮すれば、パックからの漏出を最小限にすべく３個以上が好適であろう。「パック」の直径は５８ｍｍであって、水冷式である。その面積はボア孔面積の４５．５％であって、全行程長は１５．８５ｍｍである。シリンダーヘッドはポペット弁を有していないため、例えば１０:１〜４０：１の極めて高い圧縮比変動が可能である。
【００３６】
図１Ａに、ピストンおよびピストンスカート部２５が排気ポート２３をぴったり覆う位置におけるピストン１９を示す。通常、これは出力クランクシャフトが上死点から８５°を回転したときに生じる。ピストンスカート部２５は、吸気ポート２１を完全に覆っている。シャッター１は、排気通路２４の壁の内側に収納されている。図１のシリンダ内のガスは燃焼してしまっている。
【００３７】
図２Ａに、図１Ａにおける位置から、出力クランクシャフトが概ね２８°回転したときに下方へ移動した位置におけるピストン１９を示す。クランクシャフト７は出力クランクシャフトに接続されているため、クランクシャフト７は相応の程度回転し、４個のリンク２〜５を相応に移動させる。しかし、この移動はシャッター１を排気ポート２４内に挿入するには十分ではない。排気ポート２３はピストン１９により開かれており、従ってシリンダ内に高圧で存在する燃焼ガスが排気ポート２３を通ってシリンダから流出する。
【００３８】
図３Ａに、図３Ａにおける位置から下死点まで下方に移動したピストンを示す。ピストン１９は、吸気ポート２１を開いており、加圧された燃料／空気混合気が吸気ポート２１を通ってシリンダ２０内に入ることができる。加圧された燃料／空気混合気は、残留燃焼ガスをシリンダから排気管路２４内に送り出す。しかし、シャッター１による排気ポート２３の有効面積の減少により、燃料／空気混合気の過剰な損失が防止される。排気ポートの有効面積の減少が生じるのは、図３Ａ、４Ａ間のピストン１９の下方移動に伴う出力クランクシャフトの移動が、クランクシャフト７を上述のプーリーおよびベルト手段により移動させるためである。クランクシャフト７の移動により、シャッター１が排気管路２４内に旋回収納されるように、リンク２，３、および４を移動させて、排気ポート２３の有効面積を減らす。
【００３９】
図４Ａにおいて、ピストン１９は上方への移動を開始しており、ピストンスカート部２５は吸気ポート２１を閉じている。通常、これは出力クランクシャフトが上死点から２４７°回転した後で生じる。図３Ａとび図４Ａの間のピストンの移動により出力クランクシャフトの回転が生じ、その結果クランクシャフト７が相応に回転する。リンク部材２、３および４を介したクランクシャフト７の回転により、シャッター１が図４Ａに示す位置から回転され、排気ポート２３の有効面積が更に減少する。シャッター１による排気ポート２３の有効面積の減少により、有効面積が減少しなかった場合に比べて、ピストン１９がその上方への移動のより早い段階でポート２３を閉じることが可能になる。ポートが早めに閉じることにより、燃料／空気混合気をより長期間圧縮することが可能になるため、ピーク圧力をより高くすると共に、エンジン熱効率を向上させることができる。
【００４０】
図１Ａ、図２Ａ、図３Ａ、図４Ａの全体を通じて、ジャンクヘッドは、エンジンの圧縮比が最小値である最高の位置に保持されている。
【００４１】
図１Ｂ、図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂに、エンジンの低速／低負荷動作条件を示す。図１Ｂに、ピストンをシリンダに対して図１Ａと同じ位置に示す。ジャンクヘッド４１は、シリンダ２０内の圧縮比を最大値まで上げるべく、最低位置まで下げられている。また、図１Ｂのシャッター位置は、図１Ａの位置に対応していない。制御システムは、エンジン負荷およびエンジン速度を考慮すべく機能しており、４本のリンクアーム２〜５の構成が調整されるようにサーボモーターに第５のリンクアーム６を回転させている。４本のリンクアーム２〜５幾何学的配置を、図１Ａの配置から図１Ｂの配置に調整することで、シャッターの移動距離が短くなる。幾何学的配置は、シャッター１による排気ポート２３の面積の最大減少幅が、制御を司る第５のリンク６のあらゆる位置において同一であるようにされている。しかし、第４のリンク５が図１Ｂ、図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂに示す位置にある場合、シャッターは図１Ａに示すように完全には排気通路の壁の内側に収納されない。図１Ｂ、図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂのようにシャッターの移動距離が短縮されることで、燃焼されずに排出される燃料／空気混合気の量が図１Ａ〜４Ａのようなシャッターの全距離移動の場合よりも少なくて済む。また、通常の２ストロークエンジンとの比較、および図１Ａ〜５Ａの配置との比較の両方において、シリンダ内部が外気に対して開いている時間を短縮することができる。これにより、シリンダ１０内での燃焼ガスの保持によりＨＣＣＩを実行可能にする。リンケージの上方は面積の最大減少幅を一定に保つよう配置されているが、いくつかの実施形態においてシャッター最低位置は、シャッターの移動距離と直接的な関係を以て変動でき、これはＨＣＣＩ走行する低比出力エンジンで望ましいであろう。
【００４２】
本発明の実施形態において、シャッター１が最低レベルにあるときの最も低い部分のレベルは、吸気ポート２１の最も高い位置の下の位置に対応する。シャッターは、ピストンがアップストローク時に吸気ポート２１を完全に閉じた直後に最も低い位置にある。しかし、排気管路は、ピストンがダウンストローク時に吸気ポートを開く前に、シリンダに対して開いている。これにより、燃料／空気混合気が新たに給気される前に、燃焼ガスの排気が可能になる。従って、排気ポートの開閉タイミングは、ピストン位置に関して「非対称」である。ピストンがダウンストローク時にシリンダに対して、アップストローク時に排気ポートが閉じたときのピストンの位置よりも高い位置にあるときに、排気ポートが開く。当該システムでは、ピストンの位置に関するシャッターの移動のタイミングが非対称であってよく、負荷、速度、および温度等のエンジンパラメータの変動に応じて非対称性が変動する。
【００４３】
図１Ａ、図２Ａ、図３Ａ、図４Ａの構成は、高速および／または高負荷向けに設計されている。燃焼ガスの排気に利用できる時間は低速時より短いため、排気プロセスを妨げないようにシャッターを完全に格納しなければならない。部分負荷および低負荷動作では、エンジンは、後述するようにこの目的では公知でないレベルまで圧縮比を上げることによりＨＣＣＩ燃焼を用いて動作されている。圧縮端温度を上げることにより、圧縮比の上昇がこれを可能にする。これはまた、新鮮な給気との混合のためシリンダ内に排気ガスを閉じ込めることが役立つ。部分的に閉じたシャッターは、燃焼ガスの全量が排出されることを防止して、給気と次に送り込まれた燃料を混合すべく燃焼ガスをシリンダ内に効果的に「閉じ込める」役割を果たす。図１Ｂ、図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂの配置はまた、シリンダに対する排気管路の開放が遅れ、従って膨張する燃焼ガスがピストンに作用する時間が長くなるため、低速でエンジンが発するトルクを増大させる。また、圧縮比は、燃焼温度の上限をより高くすべくジャンクヘッド４１を動かすことにより増大する。
【００４４】
図５に、シャッター１、第１のリンク２、第２のリンク３、第３のリンク４、第４のリンク５、第５のリンク６、クランクシャフト７（リンク４は、軸７と共に回転する偏心器が内部で回転する開口を有する）、プーリー８、エンジン出力クランクシャフト（図示せず）により駆動されるベルト９、サーボモーター１０、制御装置１１、センサー１２、１４、および吸気マニホルド１３を示す。吸気マニホルド内に電気センサー１４が配置されていて、内部のガス圧を測定する。センサーは、ライン１５を介して制御装置１１に信号を送る。エンジン速度センサー１２は、当該構成があるエンジンの回転速度を測定する。エンジン速度センサー１２は、ライン１６を介して制御装置１１に信号を送信する。制御装置１１は、受信した信号を予めプログラムされた命令に従って比較および結合する電子回路を含んでいる。制御装置１１は、ライン１７を介してサーボモーター１０に命令信号を送信する。当該信号は、第５のリンク６を任意の固定参照値１８に関して要求される角度Φだけ回転させるようサーボモーターに命令する。
【００４５】
電子制御装置は、予めプログラムされた命令に従い、あらゆる速度および負荷について圧縮比および有効ポート面積の最適な組合せを決定する。
【００４６】
低エンジン速度において、シャッターの移動が減少すれば、ピストンの下方移動時に排気ポートが部分的に閉じることにより、燃焼ガスの拡張によりピストンにかかる圧力が、エンジンサイクル内でより長時間にわたり出力を発生することができる。サイクル内で排気ポートがシリンダ内部に対して開いている瞬間を、シャッターが無い装置と比較して出力クランクシャフトが約１４°回転するまで遅延させることができる。これにより、燃料／空気混合気を新鮮な給気と混ざるべく排気ガスの保持を可能にし、従ってＨＣＣＩ動作を行えるようにする。ＨＣＣＩ動作のために出力クランクシャフトの回転を１４°を超えて排気ポートの開放を遅延させることが望ましいであろう。
【００４７】
制御装置１１の模式的な制御を図７に示す。好適な実施形態において、本発明の制御システムは、３個のセンサー１２、１４および３４を組み込んでいる。センサー１２は通常、エンジンの動作ピストンにより回転するクランクシャフトの回転速度を測定することによりエンジン速度を測定する。センサー１４は例えば、吸気マニホルド（図１に示すように）内のガスの圧力を測定することにより、またはシリンダ内へのガスの流入を監視する気流メーターによりエンジン負荷を測定する。センサー３４は、エンジンの冷却剤の温度の測定、および、周辺気温の測定をする。
【００４８】
制御装置１１は、シャッターが排気管路を動作シリンダに対して開く位置を変更すべくサーボモーター１０を制御する。排気管路が開く位置は、ピストン下死点前の角度（または上死点後の角度）として計算され、概ね検出されたエンジン速度と比例しており、最高エンジン速度はシャッター１の最大移動距離および排気開口のための最長開放時間を要する。制御装置１１はまた、図示しないアクチュエータ（例えば、油圧アクチュエータ）を制御して、エンジン速度および／または負荷に関してシリンダ内の圧縮比を変更すべくジャンクヘッドを移動させる。
【００４９】
上述の好適な実施形態ではサーボモーターを用いてリンク６を回転させるが、求められる仕方でリンク６を回転可能な任意の電子機械装置と用いてもよい。例えば、油圧アクチュエータが用いてもよく、そのようなアクチュエータのピストンが、長さ方向に概ね中央まで旋回したリンクに接続されていて、ピストンの移動によりリンクが自身の旋回軸の回りに回転する。
【００５０】
本明細書に開示する本発明の最大の効用を得るために、シャッターが格納されていて排気開口が最初に高速動作モードで開いたときに、ガス速度が最高であって、排気管路を通る流れに対する外乱が最小限であるように、シャッターは、その下側エッジの形状が排気管路の最上部の形状に可能な限り合致するように形成されなければならない。このように、エンジンの性能は排気管路を通る燃焼ガスの流れに対する妨害による影響を受けない。
【００５１】
シャッター構成の詳細を図６に見ることができる。図６において、シャッターは、シャッター１の最も低いエッジの位置３１から偏心した位置３０の回りに旋回するように取り付けられている。シャッター１は、排気管路の凹部内の収納位置、および排気ポートの面積を減らす第２の位置にもあることがわかる。シャッターとハウジング３２の間隔は、このずれのためシャッターが最低位置に近づくにつれて減少する。これは図６のＸおよびＹに見ることができ、Ｘはずれ無しに広がった間隔を示し、Ｙはずれにより広がった間隔を示す。これは、排気管路を通る炭化水素排出および出力損失の要因となる、ピストンとシャッターの間に形成される容積３３を減らす効果がある。これはまた、シャッターと動作ピストンの間の漏出経路を減らす効果がある。
【００５２】
上述の圧縮比の変動はシリンダ内のリング付きジャンクヘッドの移動により生じるが、圧縮比を変更する他の方法を代わりに用いてもよい（例えば、各行程におけるピストン運動の最上限を変動させるべく可変長のピストンまたは軸の回りに旋回可能なシリンダーブロックを備える等）。
【００５３】
上ではシャッター機構がプーリー９により駆動されるクランクシャフト７を有しているものとして記述および図示（図５に）されているが、エンジンの主クランクシャフトが当該機構を駆動する偏心ドライブを備えていれば、クランクシャフト８およびプーリー９を省略することができる。
【００５４】
アイドリング時および低温始動時（または任意の動作速度負荷条件）におけるＨＨＣＩ動作に必須なものは、給気に着火する圧縮端行程に向かうのに十分な温度である。
【００５５】
固定圧縮比エンジンにおける通常の方法は、前段サイクルからの排気ガスを閉じ込めて、自己発火に十分な程度まで温度を上げるために、これと次の圧縮行程から得られる熱エネルギーを使用することである。固定速度／負荷条件の場合、より多くのガスを閉じ込めることで温度が上昇して燃焼を促進させるのに対し、閉じ込められる排気ガスが少ないと逆効果になる。より低負荷動作による燃料含有量の減少は、閉じ込め可能な排気ガスの最大量であっても、圧縮後は給気に自動着火するには熱が足りないほど、排気ガス内で利用可能な熱エネルギーが減少していることを意味している。これは、低速／負荷動作の場合である。従って、アイドリングまで低い状態でＨＣＣＩを維持するのは現時点でも困難であることがわかっている。この問題に取り組むアプローチとしては通常、エンジンへの給気を予熱するか、または主自動着火燃焼に先立って予備燃焼を行なうかであった。各々の目的は、低速／低負荷、例えばエンジンがアイドリング状態、で利用可能な熱エネルギーを増大させることである。
【００５６】
本発明は、可変圧縮比を有することにより、且つ最大負荷を除くあらゆる条件で常に顕著な内部ＥＧＲ（閉じ込られた排気ガス）を有する２ストロークスパーク着火エンジンとして構成されて動作することにより、自己着火用の圧縮端温度を提供する。閉じ込められた排気ガスの量は必然的に最低負荷運転時に最大になり、従って自動着火動作に大いに適している。圧縮比を変更することにより、圧縮端温度を最適化してトルクを最大化および／または燃料消費／排出を最小化すべく燃焼プロセスを段階的に実行することができる。
【００５７】
上述のエンジンは、予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）を用いてあらゆる条件で動作する。周辺気温が氷点を上回る場合、３０：１〜４０：１の圧縮比を選択することによりエンジンがＨＣＣＩにより始動される。周辺気温が−３０°Ｃ以下である場合、５０：１以上の圧縮比を選択することによりエンジンがＨＣＣＩにより始動される。エンジンは、アイドリング時に３０：１〜４０：１の圧縮比でＨＣＣＩにより動作する。他の動作条件（例：部分負荷および完全負荷）において、エンジンは１８:１〜２５：１の範囲の圧縮比で動作する。
【００５８】
始動（高温または低温始動）状態の場合、そもそもエンジンは排気ガスを生成するために動作しなければならないため、給気温度の上昇に利用できる排気ガスは存在しない。この場合、依然としてエンジンが容易に始動できるように圧縮比は最大値まで上げられる。エンジンがＨＣＣＩ動作で始動可能になったならば、着火システムは必要なく、特に点火プラグの必要がない。これは、シリンダーヘッドの設計を簡素化し、且つ可動パックの直径をシリンダの直径に合わせるように拡大できることを意味する。これにより、油圧動作が選択された場合に、油圧でパックを動かすための圧力要件が低くて済む。エンジン油が用いることができ、且つエンジン油は位置の制御だけでなくパックの冷却を行なうことができる。２ストロークエンジンは、第１の燃焼サイクルの後で必然的に排気ガスが閉じ込められるため、特にＨＣＣＩ始動に適している。
【００５９】
出願人は、圧縮比３２：１を用いた冷温条件（２９°Ｃの冷却剤および２５°Ｃに設定された空気供給）下で、スパーク無しガソリンエンジン（９８ＲＯＮ  ＵＬＧを使用）を始動した。圧縮比４０：１、周囲温度約２５°Ｃにおいて１０００°Ｃ超の圧縮端温度が達成された。これは天然ガスの自動着火に十分である。気温−３０度において圧縮端温度が同じである場合、少なくとも５０：１の圧縮比が必要である。Ｅ８５燃料はガソリンより僅かに高い圧縮比を要するが、依然として上述の範囲内である。ディーゼル燃料はガソリンより低い圧縮比を要するが、依然として上述の範囲内である。
【００６０】
出願人は、３６：１の圧縮比および４５０ｒｐｍ未満の回転速度において燃料ＨＣＣＩにより無鉛９８ＲＯＮガソリンで走行するガソリンエンジンを走行させた。
【００６１】
出願人は、圧縮比３７：１でＨＣＣＩ動作するＥ８５燃料でアイドリング時６８０ｒｐｍ回転するエンジンを走行させた。
【００６２】
同じく低圧、すなわち例えば８．５バールでディーゼルを空気中に送り出す６バールの燃料圧力でのブラスト燃料噴射を用いてディーゼル燃料でＨＣＣＩ燃焼によりエンジンを走行させることも可能である。
【００６３】
２ストローク動作は本質的に部分負荷で排気ガスを閉じ込めるが、上述のトラッピングバルブは、閉じ込める量を更に制御するものであり、すなわちＨＣＣＩ動作用の第２の制御媒体である。閉じ込められた排気ガスはまた、エンジンの損傷および過剰なＮＯｘ排出を防止すべくＨＣＣＩ燃焼を減速するために必要である。トラッピングバルブと可変圧縮比が協働して、閉じ込められた給気条件を最適化して自動着火における最小のＮＯｘ排出達成することができる。
【００６４】
５０：１の圧縮比は後述するように低温始動で機能するが、その後エンジンが暖まるにつれて、燃焼プロセスを最適化すべくアイドリング時に圧縮比が例えば３７：１に下がる。Ｅ８５燃料は、アイドリング速度で４または５倍高い圧縮比を必要とする。
【００６５】
９８ＵＬＧ燃料の場合、３７：１の圧縮比により４４４ｒｐｍでの高温アイドリング状態で完全なＨＣＣＩ動作が可能になった。エンジンは、３７：１の圧縮比で完全なＨＣＣＩによりＥ８５燃料を用いてアイドリングした。
【００６６】
エンジンが低ＢＭＥＰ（正味平均有効圧力）で走行する前提で、極めて高い圧縮比で走行するエンジンのＮＯｘ排出量が最も少なく、アイドリング時にバックグラウンドレベルまで下がることがわかった。いくつかの実施形態におけるエンジンは、３〜４バールのＢＭＥＰ（これは、典型的な４ストロークエンジンの１２バールまたは典型的な公知の２ストロークエンジンの６．５バールに匹敵する）で走行された。より高い負荷であっても、ＮＯｘ排出量は低く、２０００ｒｐｍ、３バールＩＭＥＰまで２桁前半のｐｐｍ程度（例えば２．３バールＩＭＥＰで約２０ｐｐｍ）である。従って、ＮＯｘ後処理が不要である。２ストロークエンジンのＨＣおよびＣＯ排出量は、同様の４ストロークエンジンに匹敵する。圧縮比が高いことにより、ＨＣ→ＨＣＯ→ＣＯ→ＣＯ2の反応を強制的に終了させる顕著な圧縮加熱が生じる。また、ガソリンの代わりにＥ８５を使用することでガソリンよりも若干良好なＮＯｘ排出量が得られ、ディーゼルを使用することでガソリンより若干高いＮＯｘおよび同様のＨＣ排出量が得られることがわかっている。
【００６７】
本発明のエンジンにより、エンジンのＮＯｘ後処理を省略することができ、また４ストロークのスプレーガイデッドエンジンよりも燃費が向上する。
【００６８】
低温始動からＨＣＣＩを動作できるため、低温始動エミッション、ひいては酸化触媒の負荷を大幅に減らすことができる。エンジンは、周囲空気温度２５°Ｃで９８ＲＯＮ無鉛ガソリン、および３２：１の圧縮比を用いて２９°Ｃの冷却剤温度で、スパークの必要無しに始動された。
【００６９】
いくつかの実施形態においてエンジンは３〜４バールの低いＢＭＥＰで動作するため、低ＮＯｘ排出を達成するために、エンジンは、依然として燃費を向上させ、且つパワートレインコストを減らしながら、求められる全出力を提供すべく「大型化」されるだろう。これは、後処理の必要性が減少したそのようなエンジンは、例えばターボチャージ直噴スパーク着火４ストロークエンジン（現時点で好適な方法）よりも安価に製造できるためである。３〜４バールＢＭＥＰを有し、上述のようにＨＣＣＩおよび高い圧縮比で動作する容量３〜４リッターの２ストロークエンジンは、フルパワー（４ストロークエンジンはフルパワー時にＮＯｘ排出が高い）を含む全動作範囲にわたりＮＯｘ排出量を低く抑えながら、容量１．６リッターの４ストロークエンジンに匹敵する出力を出せる。
【００７０】
本発明のエンジンは、４５０未満の回転速度で完全ＨＣＣＩ動作においてアイドリングする。これは従来無かったものである。当該エンジンはＨＣＣＩによる始動スタートから動作し、且つスパーク着火システムを必要としない。当該エンジンの低排出量特性は従って、低温始動から利用可能である。最高の効率は、高オクタン燃料を用いて得られる。
最高の効率は、より高いオクタン燃料により見られる。
【００７１】
本発明によるエンジンは、その可変圧縮比およびトラッピングバルブにより、圧縮比およびトラッピングバルブ設定が変えるだけでハードウェアを一切変更することなくガソリン、Ｅ８５、またはディーゼルで走行できる。他の燃料および／または燃料混合気もまた、効果的に使用できる。
【００７２】
多シリンダエンジンにおいて、各々シリンダに対して別々に圧縮比を制御して、シリンダの圧縮比を順次変更することが可能である。
【００７３】
本発明は、「周期的に動作する高速圧縮機」（「ＲＣＭ」）を提供する。この可変性により、エンジンは、ハードウェアの変更なしに、異なる種類の燃料、例えばガソリン、Ｅ８５、およびディーゼルで容易に動作可能になる。本概念は、「周期的動作ＲＣＭ」の一つである。本概念は、２ストロークサイクルを利用し、これらを他の発想と組み合わせて量産可能なＶＣＲエンジンを実現する。ＶＣＲは４ストロークエンジンでは実現が極めて困難であり、ポペットバルブに適合されている場合、そのようなエンジンで１０:１〜５０：１の範囲の圧縮比を実現することは実質的に不可能であろう。
【００７４】
本明細書全体を通じて圧縮比に言及しているが、これはピストンの下死点（ＢＤＣ）におけるシリンダの容積の、ピストンの上死点（ＴＤＣ）におけるシリンダの容積に対する比率を意味する標準的な幾何圧縮比を指している。ここでは一切の漏出は無視しており、且つポートが閉じるまで圧縮が生じないため、シリンダ内にポートが存在することで有効圧縮比が低下する事実も無視している。
【図１Ａ】
2013510261.tif 000003
【図１Ｂ】
2013510261.tif 000004
【図２Ａ】
2013510261.tif 000005
【図２Ｂ】
2013510261.tif 000006
【図３Ａ】
2013510261.tif 000007
【図３Ｂ】
2013510261.tif 000008
【図４Ａ】
2013510261.tif 000009
【図４Ｂ】
2013510261.tif 000010
【図５】
2013510261.tif 000011
【図６】
2013510261.tif 000012
【図７】
2013510261.tif 000013
【国際調査報告】
2013510261.tif 000014
2013510261.tif 000015
2013510261.tif 000016