(57)【要約】      （修正有）【課題】排気ガスの再循環におけるシリンダ間のばらつきを軽減するための種々の方法およびシステムを提供する。【解決手段】システム３００が、第１の数のシリンダを有するエンジン３０２の第１のシリンダ群３０３と、第１の数のシリンダの整数倍ではない第２の数のシリンダを有するエンジンの第２のシリンダ群３０４と、第１のシリンダ群および第２のシリンダ群に接続された排気系３２０とを備える。動作の少なくとも１つの態様においては、排気系が、エンジンの吸気系３２１に連通した第１のシリンダ群の排気ポートと、吸気系に連通していない第２のシリンダ群の排気ポートとを有し、第１のシリンダ群からの排気ガスを含む給気をエンジンへの分配に先立って収集するための減衰空間３５０を吸気系に備える。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の数のシリンダを有するエンジン（３０２）の第１のシリンダ群（３０３）と、
前記第１の数のシリンダの整数倍ではない第２の数のシリンダを有する前記エンジン（３０２）の第２のシリンダ群（３０４）と、
前記第１のシリンダ群（３０３）および前記第２のシリンダ群（３０４）に接続された排気系と
を備え、
少なくとも１つの動作モードにおいて、前記排気系が、前記エンジンの吸気系に連通した前記第１のシリンダ群（３０３）の排気ポートと、前記吸気系に連通していない前記第２のシリンダ群（３０４）の排気ポートとを有するシステム（３００）。
【請求項２】
前記吸気系に配置された減衰空間（３５０）
をさらに備え、
前記減衰空間（３５０）は、吸気または前記第１のシリンダ群（３０３）からの排気ガスのうちの１つ以上を含む給気を前記エンジン（３０２）への分配に先立って収集するための膨張領域（３５４ｂ）を備える請求項１に記載のシステム（３００）。
【請求項３】
前記第１の数のシリンダが、３つのシリンダであり、前記第２の数のシリンダが、５つのシリンダである請求項１に記載のシステム（３００）。
【請求項４】
前記排気系が、前記第１のシリンダ群（３０３）に接続された第１の排気マニホールド（３０８）と、前記第２のシリンダ群（３０４）に接続された第２の排気マニホールド（３１０）とを備え、前記第１の排気マニホールド（３０８）が前記吸気系に連通し、前記第２の排気マニホールド（３１０）が排気系に連通している請求項１に記載のシステム（３００）。
【請求項５】
前記吸気系ならびに前記第１のシリンダ群（３０３）および前記第２のシリンダ群（３０４）に連通した吸気マニホールド（３２２）をさらに備える請求項１に記載のシステム（３００）。
【請求項６】
前記第１のシリンダ群（３０３）および前記第２のシリンダ群（３０４）の各シリンダが、それぞれの吸気弁およびそれぞれの排気弁を備え、
前記システム（３００）が、各々のそれぞれの吸気弁および排気弁の開きのタイミングおよび閉じのタイミングを設定するように構成された可変カムシャフトタイミングシステムをさらに備える請求項１に記載のシステム（３００）。
【請求項７】
前記第２のシリンダ群（３０４）の各々の排気弁の排気弁閉じタイミングが、前記第１のシリンダ群（３０３）の各々の排気弁の排気弁閉じタイミングよりも早い請求項６に記載のシステム（３００）。
【請求項８】
移動のための推進システムと、
請求項１に記載のシステム（３００）と
を備え、
前記エンジン（３０２）が、前記推進システムに動力をもたらすために前記推進システムに接続されている輸送手段（１００）。
【請求項９】
前記第１の数のシリンダおよび前記第２の数のシリンダの組み合わせが、前記エンジン（３０２）のすべてのシリンダを構成する請求項１に記載のシステム（３００）。
【請求項１０】
エンジンのための方法（５００）であって、
エンジンの複数の非ドナーシリンダからの排気ガスをもっぱら大気に導くステップ（５０８）と、
前記エンジンの複数のドナーシリンダからの再循環の排気ガスをエンジンの吸気系に導くステップ（５０２）と、
新鮮な空気と前記再循環の排気ガスとの混合物を前記複数の非ドナーシリンダおよび前記複数のドナーシリンダにおける燃焼のためにもたらすステップ（５１４）と
を含み、
燃焼時の排気残留物のシリンダ間のばらつきが、所定のしきい値未満であり、前記排気残留物は、もたらされる再循環の排気ガスまたは捕捉される排気ガスのうちの１つ以上を含む方法（５００）。
【請求項１１】
排気残留物のシリンダ間のばらつきの前記所定のしきい値が、１％以下である請求項１０に記載の方法（５００）。
【請求項１２】
前記エンジンが、８つのシリンダを備える直列エンジンであり、
前記複数の非ドナーシリンダからの排気ガスをもっぱら大気に導くステップ（５０８）が、５つの非ドナーシリンダからの排気ガスをもっぱら大気に導くステップ（５１２）を含み、
前記複数のドナーシリンダからの再循環の排気ガスをエンジンの吸気系に導くステップ（５０２）が、３つのドナーシリンダからの再循環の排気ガスをエンジンの吸気系に導くステップ（５０６）を含む請求項１１に記載の方法（５００）。
【請求項１３】
前記複数のドナーシリンダからの再循環の排気ガスを吸気系に導くステップ（５０２）が、前記複数のドナーシリンダに接続された第１の排気マニホールド（３０８）によって再循環の排気ガスを導くステップ（５０４）を含み、
前記複数の非ドナーシリンダからの排気ガスをもっぱら大気に導くステップ（５０８）が、前記複数の非ドナーシリンダに接続された第２の排気マニホールド（３１０）によって排気ガスを導くステップ（５１０）を含む請求項１２に記載の方法（５００）。
【請求項１４】
前記新鮮な空気と再循環の排気ガスとの混合物を複数の非ドナーシリンダおよび複数のドナーシリンダにおける燃焼のためにもたらすステップ（５１４）が、新鮮な空気と再循環の排気ガスとの混合物を前記複数の非ドナーシリンダおよび前記複数のドナーシリンダへの到達の前に減衰空間（３５０）を通ってもたらすステップ（５１８）を含み、
前記減衰空間（３５０）は、前記吸気マニホールドの上流の吸気路の円筒形の膨張領域を備える請求項１２に記載の方法（５００）。
【請求項１５】
吸気系および排気系に接続された直列８気筒エンジン（３０２）を備えるシステム（３００）であって、
前記エンジン（３０２）が、
排気ガスを前記吸気系に導くように構成された３つのシリンダを含むドナーシリンダ群（３０３）と、
排気ガスをもっぱら大気に導くように構成された５つのシリンダを含む非ドナーシリンダ群（３０４）と
を備えるシステム（３００）。
【請求項１６】
前記ドナーシリンダ群（３０３）の各シリンダが、第１の排気弁閉じタイミングを有するそれぞれの排気弁を有しており、前記非ドナーシリンダ群（３０４）の各シリンダが、前記第１の排気弁閉じタイミングよりも早い第２の排気弁閉じタイミングを有するそれぞれの排気弁を有する請求項１５に記載のシステム（３００）。
【請求項１７】
燃焼時の前記エンジン（３０２）の各シリンダにおける捕捉ＥＧＲの量のシリンダ間のばらつきが、１％以下である請求項１５に記載のシステム（３００）。
【請求項１８】
前記ドナーシリンダ群（３０３）の各シリンダが、６５０ｋＰａ以下の最大排気マニホールド圧力および２００ｋＰａ以下の排気マニホールド圧力振幅を有する請求項１５に記載のシステム（３００）。
【請求項１９】
前記非ドナーシリンダ群（３０４）の各シリンダが、５００ｋＰａ以下の最大排気マニホールド圧力および２２０ｋＰａ以下の排気マニホールド圧力振幅を有する請求項１５に記載のシステム（３００）。
【請求項２０】
エンジンの第１の端部から該エンジンの第２の方向に延びる該エンジンの方向において、前記ドナーシリンダ群（３０３）の前記３つのシリンダが、前記第１の端部から始まって連続的に第１、第２、および第３のシリンダ位置にそれぞれ並べられ、前記非ドナーシリンダ群（３０４）の前記５つのシリンダが、前記第３のシリンダ位置の隣の第４のシリンダ位置から出発して連続的に並べられ、前記第２の端部に延びている請求項１５に記載のシステム（３００）。
【請求項２１】
吸気マニホールドの上流において前記吸気系の吸気路に配置された減衰空間をさらに備え、前記吸気マニホールドが、前記ドナーシリンダ群（３０３）の各シリンダおよび前記非ドナーシリンダ群（３０４）の各シリンダに連通している請求項１５に記載のシステム（３００）。
【請求項２２】
前記減衰空間（３５０）が、膨張領域（３５４ｂ）、収集領域（３５２）、および収縮領域（３５４ａ）を備え、前記収集領域の第１の直径が、前記膨張領域の第２の直径よりも大きく、前記膨張領域の前記第２の直径が、前記吸気路の第３の直径よりも大きい請求項２１に記載のシステム（３００）。
【請求項２３】
前記減衰空間（３５０）が、直線管を備える請求項２１に記載のシステム（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題の実施形態は、内燃機関における排気ガスの再循環に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンは、規制されるＮＯｘ排出物を減らすために、エンジンの排気系からエンジンの吸気系への排気ガスの再循環、すなわち排気ガス再循環（ＥＧＲ）と称されるプロセスを利用することができる。ＥＧＲを伴うシリンダにおいて生成される粒子状物質は、ＥＧＲの量に大きく依存し、ＥＧＲが制御されないならば指数関数的に増加する。ますます厳しくなる規制を順守しつつ、燃料の消費、構成部品の信頼性、および制御方法の複雑さを最適にするために、多気筒エンジンにおいてシリンダ間の排出物のばらつきを最小限にすることが望ましい。これは、すべてのシリンダに一様かつ制御された量のＥＧＲをもたらすことによって達成することができる。
【０００３】
一部のエンジンシステムにおいては、１つ以上のシリンダからなる群が、このシリンダ群が少なくとも或る条件下においてＥＧＲ用の排気ガスの生成に専念するように、エンジンの吸気路に排他的に接続された排気マニホールドを有することができる。そのようなシリンダを、「ドナーシリンダ」と称することができる。他のシリンダは、エンジンの排気路に排他的に接続された排気マニホールドを有することができ、「非ドナーシリンダ」と称される。典型的には、同数のドナーおよび非ドナーシリンダがエンジンに存在でき、例えばＶ１２エンジンにおいては、一方のシリンダバンク（６つのシリンダ）をドナーシリンダで構成できる一方で、他方のシリンダバンク（やはり、６つのシリンダ）を非ドナーシリンダで構成することができる。この種の配置は、もたらされる外部ＥＧＲの量のシリンダ間のばらつき、ならびに捕捉されるシリンダ内ＥＧＲの量のシリンダ間のばらつきにつながる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０１４６００４号明細書
【発明の概要】
【０００５】
一実施形態においては、システムが、第１の数のシリンダを有するエンジンの第１のシリンダ群と、第１の数のシリンダの整数倍ではない第２の数のシリンダを有するエンジンの第２のシリンダ群と、第１のシリンダ群および第２のシリンダ群に接続された排気系とを備える。動作の少なくとも１つの態様においては、排気系が、エンジンの吸気系に連通した第１のシリンダ群の排気ポートと、吸気系に連通していない第２のシリンダ群の排気ポートとを有する。
【０００６】
このやり方で、第２のシリンダ群（例えば、エンジンの吸気系に接続されることがない非ドナーシリンダ）のシリンダ数が、第１のシリンダ群（例えば、エンジンの吸気系に接続されるドナーシリンダ）のシリンダ数によって等分されることがない。例えば、第１の数のシリンダが、３つのシリンダを含むことができる一方で、第２の数のシリンダが、５つのシリンダを含むことができる。そのようにすることで、シリンダごとの排気ガス再循環（ＥＧＲ）量のばらつきを、１％以下など、比較的低いレベルにすることができ、したがって輸送手段の排出物を望ましく保つことができる。
【０００７】
以上の簡単な説明が、詳細な説明においてさらに説明される考え方の選択を簡略化した形態で紹介するために提示されていることを、理解すべきである。以上の簡単な説明は、請求される主題の重要または不可欠な特徴を特定しようとするものではなく、請求される主題の技術的範囲は、詳細な説明に続く特許請求の範囲によってのみ定められる。さらに、請求される主題は、上述され、あるいは本明細書のいずれかの部分において述べられるいずれかの不都合を解消する実施例に限られない。
【０００８】
本発明を、実施形態（ただし、これらに限られるわけではない）についての以下の説明を、添付の図面を参照しつつ検討することによって、よりよく理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】エンジンシステムを備える船舶の実施形態の概略図を示している。
【図２】本発明の実施形態によるエンジンの１シリンダの概略図を示している。
【図３Ａ】本発明の実施形態による複数のドナーシリンダおよび複数の非ドナーシリンダを有するエンジンの概略図を示している。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による複数のドナーシリンダおよび複数の非ドナーシリンダを有するエンジンの概略図を示している。
【図４】本発明の実施形態によるドナーシリンダの構成を有するエンジンについて、シリンダパラメータの例を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態による排気ガスの案内方法を説明するフロー図である。
【図６】本発明の実施形態によるドナーシリンダの構成を有するエンジンについて、シリンダパラメータのさらなる例を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態によるドナーシリンダの構成を有するエンジンについて、シリンダパラメータのさらなる例を説明する図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態によるドナーシリンダの構成を有するエンジンについて、シリンダパラメータのさらなる例を説明する図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態によるドナーシリンダの構成を有するエンジンについて、シリンダパラメータのさらなる例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の説明は、エンジンに排気ガス再循環（ＥＧＲ）をもたらす種々の実施形態に関し、ここでエンジンは、一様でない数のドナーおよび非ドナーシリンダを有する。ドナーおよび非ドナーシリンダの数が一様でないことで、ピーク排気マニホールド圧力および排気マニホールドにおける圧力振幅のばらつきを小さくすることができ、したがって燃焼時に存在する排気残留物（例えば、外部ＥＧＲおよび内部ＥＧＲ）のシリンダ間の量のばらつきが小さくなる。一例においては、直列８気筒エンジンにおいて、１〜５番シリンダが非ドナーシリンダシリンダであってよく、６〜８番シリンダがドナーシリンダであってよい。この構成は、排気の配管の複雑さを最小限にする一方で、各シリンダにもたらされる外部ＥＧＲの量のばらつきが１％以下である。さらに、特定のカムプロフィルを使用することによって、各シリンダに存在する内部ＥＧＲの量のばらつきも、１％以下にすることができる。さらに、いくつかの実施形態においては、シリンダにもたらされる給気（ＥＧＲを含む）の圧力変動を減らすために、減衰空間を使用することができる。したがって、粒子状物質および／またはＮＯｘの排出を、減らすことができる。
【００１１】
本明細書に記載される手法は、さまざまな種類のエンジンおよびエンジンによって駆動されるさまざまなシステムにおいて使用可能である。そのようなシステムの一部は、据え置きであってよく、残りは、半移動または移動するプラットフォーム上に位置することができる。半移動のプラットフォームは、平台トレーラに搭載されるなど、稼働期間の間で位置変更が可能である。可動のプラットフォームは、自ら推進する輸送手段を含む。そのような輸送手段として、採掘装置、船舶、路上運輸車両、オフロード車両（ＯＨＶ）、および鉄道車両を挙げることができる。説明を分かりやすくするために、船舶が、本発明の実施形態を取り入れるシステムを支持する典型的な可動のプラットフォームとして提示される。
【００１２】
ドナーシリンダの構成をさらに説明する前に、船舶などの輸送手段におけるエンジンについてＥＧＲシステムを設定することができるプラットフォームの例を開示する。例えば、図１が、ここでは水域１０１において働くように構成された船などの船舶１００として描かれたシステムの実施形態のブロックである。船舶１００は、エンジン１０４を有する推進システム１０２を備える。しかしながら、他の例では、エンジン１０４が、発電の用途などにおける据え置きのエンジン、または鉄道車両の推進システムにおけるエンジンであってよい。図１の実施形態においては、プロペラ１０６が、エンジン１０４によって回転させられるようにエンジン１０４に機械的に接続されている。他の例では、推進システム１０２が、エンジンによって駆動される発電機を備えることができ、この発電機が、例えばプロペラを回転させるモータを駆動することができる。
【００１３】
エンジン１０４は、吸気路１１４を含む吸気系統１０８を介して燃焼のための吸気を受け取る。吸気路１１４は、船舶１００の外部から外気を受け取る。エンジン１０４における燃焼からもたらされる排気ガスが、排気路１１６に供給される。排気ガスは、排気路１１６を通過し、船舶１００の排気筒１１８から外に流れる。一例においては、エンジン１０４が、空気およびディーゼル燃料を圧縮点火によって燃焼させるディーゼルエンジンである。他の実施形態（ただし、これらに限られるわけではない）においては、エンジン１０４が、ガソリン、ケロシン、バイオディーゼル、または同様の密度の他の石油蒸留物を、圧縮点火（および／または火花点火）によって燃焼させることができる。
【００１４】
船舶１００は、推進システム１０２に関する種々の構成要素を制御するためのコントローラ１４８をさらに備える。一例においては、コントローラ１４８が、コンピュータ制御システムを備える。コントローラ１４８は、船舶の動作の船上での監視および制御を可能にするためのコードを含むコンピュータにとって読み取り可能な記憶媒体（図示されていない）をさらに含む。コントローラ１４８を、推進システム１０２の制御および管理を監督する一方で、本明細書においてさらに詳述されるように、種々のエンジンセンサ１５０から信号を受け取って動作パラメータおよび動作条件を明らかにし、船舶１００の動作を制御すべく種々のエンジンアクチュエータ１５２を相応に調節するように構成することができる。例えば、コントローラ１４８は、これらに限られるわけではないが、エンジン回転数、エンジン負荷、給気圧、排気圧、周囲の圧力、周囲の温度などの種々のエンジンセンサ１５０からの信号を受け取ることができる。これに対応して、コントローラ１４８は、シリンダ弁、スロットルなどの種々の構成要素に指令を送信することによって、推進システム１０２を制御することができる。
【００１５】
図２が、図１に関連して上述したエンジン１０４などの多気筒の内燃機関の燃焼室またはシリンダ２００の実施形態を示している。エンジンを、図１に関連して上述した輸送手段システム１００などの輸送手段システムとさらに通信することができるコントローラ２０２を含む制御システムによって少なくとも部分的に制御することができる。一例においては、コントローラ２０２が、コンピュータ制御システムを備える。コントローラ２０２は、輸送手段の動作の輸送手段上での監視および制御を可能にするためのコードを含むコンピュータにとって読み取り可能な記憶媒体（図示されていない）をさらに含むことができる。コントローラ２０２は、輸送手段システム１００の制御および管理を監督する一方で、種々のエンジンセンサから信号を受け取って動作パラメータおよび動作条件を明らかにし、輸送手段システムの動作を制御すべく種々のエンジンアクチュエータを相応に調節するように構成することができる。コントローラ２０２は、これらに限られるわけではないが、エンジン回転数、エンジン負荷、給気圧、排気圧、周囲の圧力、ＣＯ2レベル、排気温、ＮＯx排出、冷却スリーブ２２８に組み合わせられた温度センサ２３０からのエンジン冷却水温（ＥＣＴ）などの種々のエンジンセンサからの信号をさらに受け取ることができる。これに対応して、コントローラ２０２は、オルタネータ、シリンダ弁、スロットル、燃料インジェクタなどの種々の構成要素に指令を送信することによって、輸送手段システムを制御することができる。一例においては、コントローラ２０２が、図１のコントローラ１４８と同じコントローラであってよい。
【００１６】
シリンダ（すなわち、燃焼室）２００が、ピストン２０６が内部に配置された燃焼室の壁２０４を備えることができる。ピストン２０６を、ピストンの往復運動がクランクシャフトの回転運動に変換されるように、クランクシャフト２０８に接続することができる。いくつかの実施形態においては、エンジンが、各々のシリンダがクランクシャフト２０８の２回転の間に或る点火順序で点火する４ストロークエンジンであってよい。他の実施形態においては、エンジンが、各々のシリンダがクランクシャフト２０８の１回転の間に或る点火順序で点火する２ストロークエンジンであってよい。
【００１７】
シリンダ２００は、吸気路２１０を含む吸気系から燃焼のための吸気を受け取る。吸気路２１０は、エンジンが配置された車両の外部からの空気をフィルタ処理するエアフィルタ（図示されていない）から外気を受け取る。吸気路２１０は、例えばシリンダ２００に加えてエンジンの他のシリンダに連絡することができる。
【００１８】
エンジンにおける燃焼からもたらされる排気ガスが、排気路２１２を含む排気系に供給される。排気ガスが、排気路２１２を通り、いくつかの実施形態においてはターボチャージャ（図２には示されていない）に流れ、大気に流れる。排気路２１２は、例えばシリンダ２００に加えてエンジンの他のシリンダからの排気ガスをさらに受け取ることができる。
【００１９】
いくつかの実施形態においては、図３Ａおよび３Ｂに関連してさらに詳しく後述されるように、輸送手段システムが、２つ以上の排気路を備えることができる。例えば、ドナーシリンダ群を、第１の排気マニホールドに接続することができ、非ドナーシリンダ群を、第２の排気マニホールドに接続することができる。このやり方で、シリンダ群のうちの１つを、所定の動作条件下で吸気路２１０に排気ガスを再循環させるドナーシリンダでもっぱら構成することができる。
【００２０】
さらに図２を参照すると、エンジンの各シリンダは、１つ以上の吸気弁および１つ以上の排気弁を備えることができる。例えば、シリンダ２００は、シリンダ２００の上部領域に位置する少なくとも１つの吸気ポペット弁２１４および少なくとも１つの排気ポペット弁２１６を備えて図示されている。いくつかの実施形態においては、シリンダ２００を含むエンジンの各シリンダが、シリンダヘッドに位置する少なくとも２つの吸気ポペット弁および少なくとも２つの排気ポペット弁を備えることができる。
【００２１】
吸気弁２１４を、アクチュエータ２１８を介してコントローラ２０２によって制御することができる。同様に、排気弁２１６を、アクチュエータ２２０を介してコントローラ２０２によって制御することができる。いくつかの状況においては、コントローラ２０２が、吸気および排気のそれぞれの弁の開閉を制御するために、アクチュエータ２１８および２２０にもたらされる信号を変化させることができる。吸気弁２１４および排気弁２１６の位置を、それぞれの弁位置センサ２２２および２２４によってそれぞれ割り出すことができる。弁アクチュエータは、例えば電気弁駆動式、またはカム駆動式、あるいはこれらの組み合わせであってよい。
【００２２】
吸気弁および排気弁のタイミングを、同時に制御することができ、あるいは可変吸気カムタイミング、可変排気カムタイミング、二者独立の可変カムタイミング、または固定のカムタイミングの可能性のいずれかを、使用することができる。他の実施形態においては、吸気弁および排気弁を、共通の弁アクチュエータまたは駆動システム、あるいは可変の弁タイミングのアクチュエータまたは駆動システムによって制御することができる。さらに、吸気弁および排気弁を、動作状況に基づいてコントローラによって可変のリフトを有するように制御することができる。
【００２３】
いくつかの実施形態においては、エンジンの各シリンダを、シリンダに燃料をもたらすための１つ以上の燃料インジェクタを備えて構成することができる。一例（ただし、これに限られるわけではない）として、図２は、燃料インジェクタ２２６を備えるシリンダ２００を示している。燃料インジェクタ２２６は、シリンダ内に直接燃料を噴射するためにシリンダ２００に直接的に組み合わせられて図示されている。このやり方で、燃料インジェクタ２２６は、燃焼シリンダ２００への燃料のいわゆる直噴をもたらす。燃料を、燃料タンク、燃料ポンプ、および燃料レールを含む高圧燃料系統（図示されていない）から燃料インジェクタ２２６にもたらすことができる。一例においては、燃料が、圧縮点火によってエンジンにおいて燃やされるディーゼル燃料である。他の実施形態（ただし、これらに限られるわけではない）においては、第２の燃料が、圧縮点火（および／または火花点火）によるガソリン、ケロシン、バイオディーゼル、または同様の密度の他の石油蒸留物であってよい。
【００２４】
図３Ａおよび３Ｂは、複数のドナーシリンダ３０３および複数の非ドナーシリンダ３０４を有する図１に関連して上述したエンジン１０４などのエンジン３０２を有するシステム３００の実施形態を示している。図３Ａおよび３Ｂの実施形態においては、エンジン３０２が、８つのシリンダを有する直８エンジンである。他の例では、エンジンが、Ｖ６、Ｖ８、Ｖ１０、Ｖ１２、Ｖ１６、直４、直６、対向４、または他のエンジン形式であってよい。エンジン３０２は、さらに詳しく後述される排気系３２０および吸気系３２１に組み合わせられる。
【００２５】
図３Ａおよび３Ｂの実施形態においては、ドナーシリンダ３０３が、３つのシリンダ（例えば、図３Ａにおいて６、７、および８と標記されているシリンダ）を含む第１のシリンダ群として示されている。非ドナーシリンダ３０４が、５つのシリンダ（例えば、図３Ａにおいて１、２、３、４、および５と標記されているシリンダ）を含む非ドナーシリンダ群として示されている。他の実施形態においては、エンジンが、少なくとも１つのドナーシリンダおよび少なくとも１つの非ドナーシリンダを備えることができる。例えば、エンジンは、５つのドナーシリンダおよび７つの非ドナーシリンダを有することができ、あるいは他のドナーおよび非ドナーの構成を有することができる。いくつかの例では、エンジンが、同数のドナーおよび非ドナーシリンダを有することができる一方で、他の例では、エンジンにおいてドナーシリンダおよび非ドナーシリンダの数が等しくなくてもよい。さらに、エンジンにおいてドナーシリンダおよび非ドナーシリンダの数が等しくないいくつかの例においては、非ドナーシリンダの数が、ドナーシリンダの数の整数倍でなくてもよい（例えば、３つのドナーシリンダおよび５つの非ドナーシリンダ）。エンジンが、任意の所望の数のドナーシリンダおよび非ドナーシリンダを有してよく、典型的にはドナーシリンダの数が非ドナーシリンダの数以下であることを、理解すべきである。
【００２６】
図３Ａおよび３Ｂに示されるとおり、ドナーシリンダ３０３は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム３０９の一部である第１の排気マニホールド３０８に接続されている。第１の排気マニホールド３０８が、ドナーシリンダの排気ポートに接続されている。したがって、この例では、ドナーシリンダ３０３が、第１の排気マニホールド３０８にもっぱら組み合わせられている。各々のドナーシリンダ３０３からの排気ガスが、大気に導かれるのではなく、ＥＧＲシステム３０９のＥＧＲ路３１４を通って吸気路３０６の排気ガス導入口３１８に導かれる。ドナーシリンダからＥＧＲ路３１４を通って吸気路３０６に流れる排気ガスは、吸気路に戻る前にＥＧＲ冷却器３１６を通って冷却される。ＥＧＲ冷却器３１６は、ドナーシリンダ３０３からの排気ガスを冷却するために、液体冷却剤または他の冷却剤に連通している。いくつかの実施形態においては、液体冷却剤が、例えば図２に示した冷却スリーブ２２８などの各シリンダを囲んでいる冷却スリーブを通って流れている冷却剤と同じ冷却剤であってよい。吸気路３０６（例えば、再循環の排気ガスの入口よりも上流）に配置される１つ以上の給気冷却器３３８および３４０を、給気および排気ガスの混合の温度が所望の温度に保たれるよう、給気の冷却をさらに強めるように調節することができる。
【００２７】
図３Ａおよび３Ｂに示される実施形態においては、非ドナーシリンダ３０４が、第２の排気マニホールド３１０に接続される。第２の排気マニホールド３１０は、少なくとも非ドナーシリンダの排気ポートに接続され、いくつかの実施形態においては、ドナーシリンダの排気ポートに接続されてもよい。例えば、ドナーシリンダのうちの１つ以上からの排気ガスを、例えばＥＧＲの量を所望に応じて減らすことができるように、ＥＧＲ流通弁３１１などの制御要素を介して第２の排気マニホールド３１０に案内することができる。このように、いくつかの例では、非ドナーシリンダ３０４が、もっぱら第２の排気マニホールド３１０に接続される。非ドナーシリンダ３０４からの排気ガスは、排気系３２０に流れ、次いで（排気ガス処理システム１３０ならびに第１および第２のターボチャージャ３２５および３２７を通過した後で）大気に流れる。排気系は、第２の排気マニホールド３１０に接続された排気路３１２を備え、上述のように、例えばディーゼル酸化触媒、粒子状物質の捕捉装置、炭化水素の捕捉装置、ＳＣＲ触媒などの排気ガス処理用の装置、要素、および構成部品を備えることができる。さらに、いくつかの例では、非ドナーシリンダ３０４からの排気ガスが、ターボチャージャ（第１および第２のターボチャージャ３２５および３２７など）のタービンを駆動することができる。
【００２８】
いくつかの実施形態は、第１の排気マニホールド３０８と第２の排気マニホールド３１０との間（あるいは、ＥＧＲ路３１４と排気路３１２との間）の連絡路を備えることができる。いくつかの例では、この連絡が、弁（例えば、ＥＧＲ流通弁３１１）を含むことができ、コントローラが、ドナーシリンダと非ドナーシリンダとの間の連絡を制御するために弁を動作させることができる。そのような例では、ドナーシリンダからの排気ガスの流れを、吸気路の代わりに大気に導くことができ、あるいは非ドナーシリンダからの排気ガスの流れを、吸気路に導くことができる。
【００２９】
エンジンがＶ型エンジンである実施形態においては、排気マニホールド３０８および３１０が、内側の排気マニホールドであってよい。例えば、各々のシリンダの排気ポートが、Ｖ字の内側に並ぶ。他の実施形態においては、排気マニホールド３０８および３１０が、外側の排気マニホールドであってよい。例えば、各々のシリンダの排気ポートが、Ｖ字の外側に並ぶ。
【００３０】
ドナーシリンダ３０３および非ドナーシリンダ３０４の各々は、ただ１つの吸気マニホールド３２２を備える吸気系３２１に接続されている。吸気マニホールド３２２を、エンジン３０２の各々のシリンダの吸気ポートに接続することができる。吸気マニホールド３２２は、吸気路３０６からの新鮮な空気および／またはドナーシリンダ３０３によって吸気路３０６に導かれた排気ガスを受け取ることができる。
【００３１】
ＥＧＲの量を、ＥＧＲ流通弁３１１およびＥＧＲ背圧弁３１３によって制御することができる。すでに説明したように、ＥＧＲ流通弁３１１は、大気に導かれるドナーシリンダからの排気の量を調節することができる。ＥＧＲ背圧弁は、ＥＧＲ路３１４を流れる排気の圧力を調節でき、さらには／あるいはＥＧＲ路３１４による吸気および排気のドナーシリンダ３０３へと逆流を防止することができる。ＥＧＲ流通弁３１１およびＥＧＲ背圧弁３１３を、図２のコントローラ２０２または図１のコントローラ１４８などのコントローラから送信される信号に基づいて調節することができる。
【００３２】
図３Ａに示されるとおり、システム３００は、直列に配置された第１のターボチャージャ３２５および第２のターボチャージャ３２７による２段ターボチャージャをさらに備え、ターボチャージャ３２５および３２７の各々は、吸気路３０６と排気路３１２との間に配置されている。２段ターボチャージャは、出力および／またはエンジンの動作効率を高めるべく、燃焼時の給気密度をより高くするために、吸気路３０６に吸い込まれる外気の量を増加させる。第１のターボチャージャ３２５が、比較的低い圧力で働き、第１の圧縮機３３２を駆動する第１のタービン３３０を備える。第１のタービン３３０および第１の圧縮機３３２は、第１のシャフト３３１によって機械的に接続されている。第１のターボチャージャを、ターボチャージャの「低圧段」と称することができる。第２のターボチャージャ３２７は、比較的高い圧力で働き、第２の圧縮機３３６を駆動する第２のタービン３３４を備える。第２のターボチャージャを、ターボチャージャの「高圧段」と称することができる。第２のタービンおよび第２の圧縮機は、第２のシャフト３３３によって機械的に接続されている。
【００３３】
上述のように、用語「高圧」および「低圧」は相対的であり、「高」圧は「低」圧よりも高い圧力であることを意味する。反対に、「低」圧は、「高」圧よりも低い圧力である。
【００３４】
本明細書において使用されるとき、「２段ターボチャージャ」は、一般に、２つ以上のターボチャージャを含む多段のターボチャージャの構成を指すことができる。例えば、２段ターボチャージャは、直列に配置された高圧ターボチャージャおよび低圧ターボチャージャ、直列に配置された３つのターボチャージャ、高圧ターボチャージャに給気する２つの低圧ターボチャージャ、２つの高圧ターボチャージャに給気する１つの低圧ターボチャージャなどを含むことができる。一例においては、３つのターボチャージャが直列に使用される。別の例では、ターボチャージャが２つだけ、直列に使用される。
【００３５】
図３Ａに示される実施形態においては、第２のターボチャージャ３２７に、排気ガスを第２のターボチャージャ３２７を通らぬように迂回させることができるタービンバイパス弁３３５が設けられる。タービンバイパス弁３３５を、例えば排気ガスの流れを第２のタービン３３４からそらすために開くことができる。このやり方で、圧縮機３３６の回転速度、したがってターボチャージャ３２５、３２７によってエンジン３０２にもたらされる過給を、定常状態条件において調節することができる。さらに、第１のターボチャージャ３２５も、タービンバイパス弁を備えることができる。他の実施形態においては、第１のターボチャージャ３２５だけが、タービンバイパス弁を備えることができ、あるいは第２のターボチャージャ３２７だけが、タービンバイパス弁を備えることができる。さらに、第２のターボチャージャは、例えば圧縮機のサージを回避するために、ガスを第２の圧縮機３３６を通らぬように迂回させることができる圧縮機バイパス弁を備えることができる。いくつかの実施形態において、第１のターボチャージャ３２５も圧縮機バイパス弁を備えることができる一方で、他の実施形態においては、第１のターボチャージャ３２５だけが圧縮機バイパス弁を備えることができる。
【００３６】
このように、システム３００に進入する吸気は、吸気路３０６を通って移動することができ、吸気路３０６において吸気を第１の圧縮機３３２および第２の圧縮機３３６によって圧縮することができる。吸気を、第１および第２の圧縮機３３２、３２６の間に配置される給気冷却器３３８ならびに第２の圧縮機３３６の下流に配置される給気冷却器３４０によって冷却することができる。ドナーシリンダ３０３からのＥＧＲは、ＥＧＲ入り口３１８において吸気路３０６に進入することができる。いくつかの例では、ＥＧＲおよび新鮮な吸気を、ミキサによって混合することができる。
【００３７】
図３Ａに示される例では、減衰空間３５０が、新鮮な空気とＥＧＲとの混合物が吸気マニホールド３２２に達する前に減衰空間３５０を通過するように、ＥＧＲ入り口３１８の下流に配置されている。しかしながら、いくつかの実施形態においては、減衰空間３５０を、ＥＧＲだけが減衰空間３５０を通過するように、ＥＧＲ入り口３１８の上流のＥＧＲ路３１４に配置することができる。
【００３８】
減衰空間３５０は、到来する気体の波動力学を変化させる大きな体積（減衰空間の上流および／または下流の吸気路の単位長さ当たりの体積と比べて）を定めるダクト部材／構造を備える。この大きな体積は、到来する流れの変動を減衰させ、したがって出て行く流れの変動を小さくする。減衰空間の利益は、減衰空間の形状に依存すると考えられる。
【００３９】
一例においては、減衰空間３５０を、直線管（例えば、真っ直ぐな円筒）として形作ることができる。別の例では、減衰空間３５０を、中央の円筒領域を吸気路に接続する２つのテーパ領域を備える円筒として形作ることができる。図３Ａに示されるとおり、減衰空間３５０は、収集領域３５２（減衰空間３５０の拡大図において破線によって区切られている）を備える。収集領域３５２は、吸気路３０６に向かって各々の方向に先細りであってよく、すなわち第１のテーパ領域３５４ａおよび第２のテーパ領域３５４ｂを備える。各々のテーパ領域を、フランジによって吸気路３０６に接続することができる。すなわち、第１のフランジ３５６ａが、第１のテーパ領域３５４ａを吸気路３０６に接続し、第２のフランジ３５６ｂが、第２のテーパ領域３５４ｂを吸気路３０６に接続している。
【００４０】
気体の流れ（例えば、吸気および／またはＥＧＲ）が、第２のテーパ領域３５４ｂを通って減衰空間３５０に進入できる。収集領域３５２に向かうテーパゆえに、気体の流れが膨張することができる。したがって、第２のテーパ領域３５４ｂを、膨張領域と称することができる。次いで、気体の流れは、第１のテーパ領域３５４ａを通って減衰空間３５０を出る。吸気路３０６に向かうテーパゆえに、第１のテーパ領域３５４ａを、収縮領域と称することができる。
【００４１】
収集領域３５２は、第１の直径３５８を有することができる。第１の直径３５８は、減衰空間３５０の最大の直径または幅であってよい。第１のテーパ領域３５４ａおよび第２のテーパ領域３５４ｂの両方は、吸気路３０６に向かって収集領域３５２の側壁に対して角度３６４で先細りになるテーパ状の側壁を有することができる。しかしながら、これらの側壁は、それぞれのテーパ領域の一部分においてのみテーパ状であってよく、その地点から、側壁は、吸気路３０６／気体の流れの方向に平行に延びることができる。テーパ領域のこの部分は、第１の直径３５８よりも小さい第２の直径３６０を有することができる。さらに、吸気路３０６は、第１の直径３５８および第２の直径３６０のどちらよりも小さい第３の直径３６２を有することができる。
【００４２】
このように、一例においては、減衰空間３５０を、吸気および／またはＥＧＲが減衰空間に進入して中央の収集領域に向かって膨張する膨張領域を有する円筒として形作ることができる。気体は、収集領域を通って流れるときに、減衰空間から流出する前に気体の流れの体積を収縮させる収縮領域に進入する。膨張領域および収集領域の各々は、収集領域の直径よりも小さい直径を有することができる。吸気路の直径は、減衰空間の膨張、収集、および収縮領域の直径よりも小さくてよい。
【００４３】
図示のとおり、減衰空間の側壁は、収集領域と減衰空間の各々の端部（例えば、各々のフランジが減衰空間を吸気路に接続している場所）との間でテーパ状であってよい。側壁は、膨張および収縮領域の一部分においてテーパ状であってよい（例えば、膨張および収縮領域の全長の半分において先細りであってよい）。しかしながら、他の実施形態においては、側壁が、膨張および収縮領域の全長にわたって連続的に先細りであってよい。さらに、図３Ａに示されるとおりの減衰空間３５０は、フランジを介して吸気路に接続される別途の構成部品であってよい。いくつかの実施形態においては、減衰空間が、吸気路とは別の構成部品であるよりもむしろ、単に吸気路の拡大された一部分であってよい。またさらに、図３Ａの減衰空間３５０は円筒として形作られているが、減衰空間が、矩形、円形など、他の適切な形状を有することができることを、理解すべきである。減衰空間は、６３リットルなどの適切なサイズを有することができる。別の例では、減衰空間が、５０リットルまたは６０リットルなどの他の体積を有することができる。減衰空間を、一例においてはエンジンのシリンダの総体積以上の体積の給気（例えば、新鮮な吸気および／またはＥＧＲ）を保持するようなサイズにすることができる。
【００４４】
減衰空間は、シリンダに分配される給気（例えば、新鮮な吸気および／またはＥＧＲ）の圧力変動を吸収するように作用することができる。そのようにすることで、ＥＧＲの流れおよびシリンダの圧力を、すべてのシリンダの間で等しくし、シリンダ間のＥＧＲのばらつきを小さくすることができる。図６および７が、上述のように３つのドナーシリンダを有するエンジンに減衰体積を備えることの典型的な効果を示している。
【００４５】
図６が、減衰空間のサイズ（例えば、体積）が、シリンダ間の外部および内部ＥＧＲの割合のばらつきに、どのように影響するのかを示している図６００である。減衰空間の体積が、水平軸に沿って示されており、シリンダ間のＥＧＲのばらつき（％ＥＧＲ範囲）が、垂直軸に沿って示されている。点線６０２によって示されている内部ＥＧＲ（％捕捉ＥＧＲ）および実線の曲線６０４によって示されている外部ＥＧＲ（％ＥＧＲ）の両方について、減衰空間の体積が大きくなるにつれて、シリンダ間のＥＧＲ％のばらつきが小さくなる。
【００４６】
図７が、捕捉ＥＧＲのシリンダ間のばらつきへの減衰空間の影響を説明する図７００である。捕捉ＥＧＲ％が、垂直軸に示されており、３つのドナーおよび５つの非ドナーシリンダを有する直列８気筒エンジンの各々のシリンダが、水平軸に示されている。実線の曲線７０２によって示されるとおり、エンジンシステムに減衰空間を備えることで、減衰空間を備えないエンジンシステム（点線７０４によって示されている）と比べて、捕捉ＥＧＲ％のシリンダ間のばらつきが小さくなる。例えば、減衰空間を備える場合、捕捉ＥＧＲ％は、約３５％という最高値（２番シリンダ）〜約３４．２％という最低値（３番シリンダ）の範囲である。対照的に、減衰空間を備えない場合、捕捉ＥＧＲ％は、約３５．３％という最高値（８番シリンダ）〜約３３．８％という最低値（１番シリンダ）の範囲である。このように、減衰空間を備えることで、シリンダ間の捕捉ＥＧＲ％のばらつきが小さくなる。
【００４７】
図３Ｂに戻ると、ドナーシリンダ群３０３の各シリンダおよび非ドナーシリンダ群３０４の各シリンダが、シリンダブロック３２６に接続されたシリンダヘッド３２４で構成されている。シリンダヘッド３２４は、エンジン３０２の一部として含まれる複数のシリンダヘッドのうちの１つである。したがって、エンジン３０２は、エンジンの各々のシリンダに１つずつ、複数のシリンダヘッドをエンジンブロックに接続して備える。各々のシリンダヘッドは、少なくとも１つの吸気ポートおよび少なくとも１つの排気ポートを備える。各々の吸気ポートは、吸気マニホールド３２２に接続されている。さらに、ドナーシリンダ群３０３の各々の排気ポートが、第１の排気マニホールド３０８に接続され、非ドナーシリンダ群３０４の各々の排気ポートが、第２の排気マニホールド３１０に接続されている。
【００４８】
このように、システム３００は、第１の排気マニホールド３０８に接続された複数のドナーシリンダを含む第１のシリンダ群３０３を有するエンジン３０２を備える。第１の排気マニホールドは、ＥＧＲ路に連通し、ＥＧＲ路が、エンジン吸気系の吸気路に連通している。したがって、ドナーシリンダから生成された排気ガスが、燃焼のための給気の一部として使用されるべく、吸気系に戻される。エンジン３０２は、第２の排気マニホールドに連通した複数の非ドナーシリンダを含む第２のシリンダ群３０４を有する。第２の排気マニホールドは、ターボチャージャに続く排気路に連通している。排気が、最初に高圧タービンを通って流れる。一部の排気の流れは、タービンバイパス弁３３５によって高圧タービンを迂回することができる。高圧タービンを出る排気の流れは、タービンバイパス弁３３５を通る流れ（あれば）と合流し、低圧タービンに進入する。低圧タービンを出る排気の流れは、大気に導かれる。したがって、非ドナーシリンダから生成される排気ガスは、大気に導かれる。
【００４９】
図示の例では、第１のドナーシリンダ群が３つのシリンダを含み、第２の非ドナーシリンダ群が５つのシリンダを含む。したがって、第２のシリンダ群３０４のシリンダの数（例えば、シリンダ５つ）は、第１のシリンダ群３０３のシリンダの数（例えば、シリンダ３つ）の整数倍でない。一例においては、システム３００のエンジン３０２が、３つのドナーシリンダおよび５つの非ドナーシリンダだけを有する。ドナーシリンダが、エンジン３０２の第１の端部に配置される一方で、非ドナーシリンダは、エンジンのドナーシリンダとは反対側の第２の端部に配置されている。したがって、第１のドナーシリンダ群は、連続しており、第２の非ドナーシリンダ群は、連続している。換言すると、ドナーシリンダ群は、介在の非ドナーシリンダを含んでおらず、非ドナーシリンダ群は、介在のドナーシリンダを含んでいない。ドナーシリンダをエンジンの一端に位置する１つのグループとして設け、非ドナーシリンダをエンジンの他端に位置するもう１つのグループとして設けることによって、排気のマニホールドおよび通路ならびにＥＧＲシステムの配置および引き回しの複雑さを、軽減することができる。しかしながら、他の例では、ドナーおよび非ドナーシリンダを、ドナーシリンダが３〜５番シリンダを含み、非ドナーシリンダが１番、２番、および６〜８番シリンダを含むなど、他の構成にて配置してもよい。
【００５０】
図３Ａ〜図３Ｂに示されるとおり、ドナーシリンダおよび非ドナーシリンダの各々は、１つの吸気マニホールドに接続される。新鮮な空気が、最初に低圧圧縮機に取り付けられた空気フィルタ（図示されていない）を通過する。新鮮な空気は、低圧圧縮機を通って流れ、第１段の冷却器（給気冷却器３３８）において冷却される。この実施形態においては、第１段の冷却器が、例えば冷却剤容器からの冷却剤として水を利用する液体−空気の冷却器である。次に、新鮮な空気は、高圧圧縮機を通って流れ、第２段の冷却器（第２の給気冷却器３４０）において冷却される。この実施形態においては、第２段の冷却器も、水を冷却剤として利用する。第２段の冷却器の後で、新鮮な空気は、減衰空間に流れ、減衰空間においてＥＧＲの排気と混ざり合い、吸気マニホールドに進入する。
【００５１】
３つのドナーシリンダおよび５つの非ドナーシリンダを備えることによって、ドナーおよび非ドナーの両方のシリンダにおけるピークシリンダ圧力および圧力波の振幅を、４つのドナーシリンダおよび４つの非ドナーシリンダを有する同様のエンジンと比べて小さくすることができ（表１を参照）、ＥＧＲのシリンダ間の分配をより一様にすることができる。
【００５２】
【表１】
2015152007.tif 000003
したがって、もたらされる外部ＥＧＲの量のシリンダ間のばらつきを、一例においては１％以下に減らすことができる。さらに、各々のシリンダの吸気および／または排気弁の開閉のタイミングを最適化されたプロフィルに設定することによって、内部ＥＧＲ（例えば、シリンダ内で捕捉される排気ガス）のばらつきも減らすことができる。一例においては、ドナーシリンダおよび非ドナーシリンダのすべてが、同じカムプロフィルを有することができ、すなわち各々のシリンダが同時に自身のそれぞれの吸気弁および排気弁を開閉することができる。一例においては、ドナーおよび非ドナーシリンダが、４２°のバルブオーバーラップ期間を含むカムプロフィルを有することができる。別の例では、ドナーおよび非ドナーシリンダが、異なる排気弁の閉じタイミングを有することができる。例えば、非ドナーシリンダの排気弁が、例えば３２°のバルブオーバーラップ期間を有するなど、ドナーシリンダの排気弁よりも早く閉じることができる。
【００５３】
排気弁の閉じタイミングを、シリンダ間の燃焼に使用される捕捉排気のばらつきが最小になるように変更することができる。シリンダ内の全体としての捕捉排気は、ドナーシリンダの排気からの外部ＥＧＲと、燃焼生成物のシリンダからの排出が完全でないことに起因する内部ＥＧＲとの組み合わせである。同じ排気弁の閉じタイミングにおいて、シリンダの排気の背圧が高くなると、排気行程においてシリンダから出る排気が少なくなり、結果として内部ＥＧＲが多くなる。排気弁の閉じタイミングを遅らせることによって、排気行程においてシリンダから出る排気が多くなり、結果として内部ＥＧＲが少なくなる。ドナーシリンダは、ドナーシリンダによって実行されるポンピングの仕事ゆえ、非ドナーシリンダと比べて高い排気の背圧を有するため、排気弁の閉じタイミングを、ドナーおよび／または非ドナーシリンダについて、シリンダ内捕捉排気をシリンダ間でより一様に分配するために調節する必要があるかもしれない。一例においては、ドナーシリンダが、或る排気弁閉じタイミングを使用し、非ドナーシリンダが、第２の排気弁閉じタイミングを使用する。外部ＥＧＲのばらつきおよび／またはシリンダ間の捕捉排気のばらつきについての要件に応じて、各々のシリンダについて異なる排気弁閉じタイミングを選択することが望ましいかもしれない。
【００５４】
図８Ａおよび８Ｂが、捕捉（例えば、内部）ＥＧＲのばらつきへの排気弁の閉じタイミングの影響を示している。図８Ａが、ドナーシリンダおよび非ドナーシリンダが類似のカムプロフィルを有するように設定された可変カムシャフトタイミングシステムを備えるエンジンについての捕捉ＥＧＲの範囲を、ドナーおよび非ドナーシリンダが異なるカムプロフィルを有するように設定されたタイミングシステムに対して示した図８００である。具体的には、無地のバー８０２が、ドナーシリンダおよび非ドナーシリンダの両方の−１０°ＴＤＣという排気弁閉じタイミングについて約１．８という比較的高い捕捉ＥＧＲ％範囲を示している。対照的に、破線のバー８０４によって示されるとおり、非ドナーシリンダの排気弁閉じタイミングをドナーシリンダよりも早くなるように設定（例えば、非ドナーシリンダについて３２°のバルブオーバーラップ、およびドナーシリンダについて４２°のバルブオーバーラップ）することによって、ばらつきが１以下に減らされる。さらに、図８Ｂの図８５０に示されるように、非ドナーシリンダの排気弁をドナーシリンダの排気弁よりも早く閉じる（破線の曲線８５４によって示されるとおり）ことによって、非ドナーシリンダ（１〜５番シリンダ）の捕捉ＥＧＲ％が、非ドナーシリンダの排気弁閉じタイミングがドナーシリンダと同じである場合の非ドナーシリンダの捕捉ＥＧＲ％（実線８５２によって示されるとおり）と比べて大きくなる。
【００５５】
このように、同数でないドナーおよび非ドナーシリンダ（３つのドナーおよび５つの非ドナーシリンダなど）が存在するようにエンジン、排気系、および吸気系を設定するとともに、減衰空間を備え、さらには／あるいは非ドナーシリンダの排気弁をドナーシリンダの排気弁よりも早期に閉じることによって、外部および内部の両方のＥＧＲのシリンダ間のばらつきを、１％以下など、所与のしきい値を下回るように減らすことができる。表２が、エンジン３０２などのドナーシリンダが３つのエンジンにおけるすべてのシリンダについての平均の外部および内部ＥＧＲおよび範囲を示している。示されるとおり、内部ＥＧＲ（例えば、捕捉ＥＧＲ）および外部ＥＧＲの両方が、１％未満の範囲（例えば、シリンダ間のばらつき）を有することができる。
【００５６】
【表２】
2015152007.tif 000004
図４が、図３のエンジン３０２などの３つのドナーシリンダ（６〜８番シリンダ）および５つの非ドナーシリンダ（１〜５番シリンダ）を有する直列８気筒エンジンの各シリンダについてＥＧＲの割合および空燃比（ＡＦＲ）を示す図４００である。実線４０２によって示されるとおり、各シリンダにおける捕捉ＥＧＲの量が、約３４．５％〜約３５．５％の範囲である一方で、各シリンダにおける外部ＥＧＲ（例えば、ドナーシリンダから由来する排気ガス）の量は、破線４０４によって示されるとおり、約３３％〜約３５．５％の範囲である。さらに、各シリンダにおける捕捉ＡＦＲは、一点鎖線４０６によって示されるとおり、約２３．４〜約２３．６の範囲である。
【００５７】
このように、一実施形態においては、本明細書に記載のシステムが、第１の数のシリンダを有するエンジンの第１のシリンダ群と、第１の数のシリンダの整数倍ではないエンジンの第２のシリンダ群と、第１のシリンダ群および第２のシリンダ群に接続された排気系とを備えるシステムを提供する。動作の少なくとも１つの態様においては、排気系が、エンジンの吸気系に連通した第１のシリンダ群の排気ポートと、吸気系に連通していない第２のシリンダ群の排気ポートとを有する。
【００５８】
第１の数のシリンダおよび第２の数のシリンダの組み合わせが、エンジンのすべてのシリンダを構成することができる。すなわち、エンジンが、第１のシリンダ群のシリンダ（例えば、ドナーシリンダ）および第２のシリンダ群のシリンダ（例えば、非ドナーシリンダ）以外のシリンダを有さない。本発明の一態様においては、エンジンのドナーシリンダは、第１のシリンダ群のシリンダだけであり、エンジンの非ドナーシリンダは、第２のシリンダ群のシリンダだけである。別の態様においては、第１のシリンダ群のシリンダが、第２群のシリンダの排他であり、すなわち第１群のいずれのシリンダも、第２群のシリンダであることがなく、逆もまた然りである。
【００５９】
本システムは、吸気系に配置された減衰空間をさらに備えることができ、減衰空間は、給気をエンジンへの分配に先立って集めるための膨張領域を備え、給気は、吸気および第１のシリンダ群からの排気ガスのうちの１つ以上を含む。
【００６０】
一例においては、エンジンが、直列８気筒エンジンであり、第１の数のシリンダが、３つのシリンダであり、第２の数のシリンダが、５つのシリンダである。第１の排気マニホールドを、第１のシリンダ群に接続することができ、第２の排気マニホールドを、第２のシリンダ群に接続することができ、第１の排気マニホールドは、吸気系に連通し、第２の排気マニホールドは、排気系に連通する。吸気マニホールドは、吸気系ならびに第１のシリンダ群および第２のシリンダ群に連通できる。
【００６１】
第１のシリンダ群および第２のシリンダ群の各々のシリンダは、それぞれの吸気弁およびそれぞれの排気弁を備えることができ、本システムは、各々のそれぞれの吸気弁および排気弁の開きのタイミングおよび閉じのタイミングを設定するように構成された可変カムシャフトタイミングシステムをさらに備えることができる。一例においては、第１のシリンダ群の各々のシリンダおよび第２のシリンダ群の各々のシリンダが、同じ吸気および／または排気弁の閉じタイミングを有することができる。別の例では、第２のシリンダ群の各々の排気弁の排気弁閉じタイミングが、第１のシリンダ群の各々の排気弁の排気弁閉じタイミングよりも早い。
【００６２】
本システムは、輸送手段の一部として含まれてよく、輸送手段は、この輸送手段を動かすための推進システムをさらに備えることができる。エンジンを、推進システムに動力をもたらすために推進システムに接続することができる。
【００６３】
一実施形態においては、システムが、吸気系および排気系に接続された直列８気筒エンジンを備える（すなわち、エンジンが８つのシリンダを有し、８つのシリンダしか有さない）。エンジンは、排気ガスを吸気系に導くように構成された３つのシリンダを有するドナーシリンダ群を備える。システムは、排気ガスをもっぱら大気に導くように構成された５つのシリンダを有する非ドナーシリンダ群をさらに備える。一態様によれば、ドナーシリンダ群および非ドナーシリンダ群が排他的であり、すなわちドナーシリンダ群のいずれのシリンダも非ドナーシリンダではなく、逆もまた然りである。
【００６４】
別の実施形態においては、システムが、吸気系および排気系に接続された直列８気筒エンジンを備える。エンジンは、排気ガスを吸気系に導くように構成された３つのシリンダを備えるドナーシリンダ群を備える。ドナーシリンダ群の各々のシリンダが、第１の排気弁閉じタイミングを有するそれぞれの排気弁を有することができる。さらに本システムは、排気ガスをもっぱら大気に導くように構成された５つのシリンダを備える非ドナーシリンダ群をさらに備える。非ドナーシリンダ群の各々のシリンダが、第１の排気弁閉じタイミングよりも早い第２の排気弁閉じタイミングを有するそれぞれの排気弁を有することができる。いくつかの例では、燃焼の際のエンジンの各シリンダにおける排気残留物の量のシリンダ間のばらつきが、１％未満であってよい。排気残留物は、ドナーシリンダ群からの排気ガス再循環（ＥＧＲ）および捕捉排気ガスを含むことができる。いくつかの例では、燃焼の際のエンジンの各シリンダにおける捕捉排気の量のシリンダ間のばらつきが、１％未満である。
【００６５】
一例においては、ドナーシリンダ群の各々のシリンダが、６５０ｋＰａ以下の最大排気マニホールド圧力および２００ｋＰａ以下の排気マニホールド圧力振幅を有することができる。非ドナー排気マニホールド群の各々のシリンダが、５００ｋＰａ以下の最大排気マニホールド圧力および２２０ｋＰａ以下の排気マニホールド圧力振幅を有することができる。ドナーシリンダ群を、エンジンの第１の端部に配置することができ、非ドナーシリンダ群を、エンジンの第２の反対側の端部に配置することができる。換言すると、エンジンの第１の端部からエンジンの第２の端部に延びるエンジンの方向において、ドナーシリンダ群の３つのシリンダが、第１の端部から始まって連続的に第１、第２、および第３のシリンダ位置に並べられ、非ドナーシリンダ群の５つのシリンダが、第３のシリンダ位置の隣の第４のシリンダ位置から始まって連続的に並べられ、第２の端部に延びている。
【００６６】
本システムは、吸気系の吸気マニホールドの上流の吸気路に配置される減衰空間をさらに備えることができ、吸気マニホールドが、ドナーシリンダ群の各々のシリンダおよび非ドナーシリンダ群の各々のシリンダに連通している。減衰空間は、膨張領域、収集領域、および収縮領域を備えることができ、ここで収集領域の第１の直径は、膨張領域の第２の直径よりも大きく、膨張領域の第２の直径は、吸気路の第３の直径よりも大きい。
【００６７】
図５が、図３のエンジン３０２などの等しくないドナー／非ドナーシリンダの構成を有するエンジンにおいて排気ガスを案内するための方法５００を説明するフロー図である。方法５００は、５０２において、ドナーシリンダ群からの排気ガスをエンジンの吸気系に案内するステップを含む。例えば、上述したように、ドナーシリンダ群を、第１の排気マニホールドを介してエンジンの吸気系に連通させることができる。ドナーシリンダ群からの排気ガスを、後の燃焼のために新鮮な空気と組み合わせられるように、吸気系を介してエンジンに再循環させることができる。したがって、５０４に示されるとおり、ドナーシリンダからの排気を案内するステップは、排気をドナーシリンダおよび吸気系に連通した第１の排気マニホールドによって案内するステップを含むことができる。シリンダにもたらされる排気ガスの量のシリンダ間のばらつきを所望のしきい値（例えば、１％）未満に保つために、エンジンを、等しくない数のドナーおよび非ドナーシリンダを有するように構成でき、特にドナーシリンダの数の整数倍でない数の非ドナーシリンダを有するように構成することができる。一例においては、５０６に示されるとおり、ドナーシリンダからの排気を案内するステップが、３つのドナーシリンダから排気を案内するステップを含むことができる。
【００６８】
方法５００は、５０８において、非ドナーシリンダ群からの排気ガスを大気に案内するステップを含む。いくつかの例では、非ドナーシリンダ群からの排気を、もっぱら大気に案内することができ、すなわち吸気系に案内しなくてよい。５１０に示されるとおり、非ドナーシリンダからの排気を案内するステップは、排気を非ドナーシリンダおよび大気に連通した第２の排気マニホールドによって案内するステップを含むことができる。第２の排気マニホールドは、第１の排気マニホールドとは別であってよい。さらに、５１２に示されるとおり、非ドナーシリンダからの排気を案内するステップが、５つの非ドナーシリンダからの排気ガスを案内するステップを含むことができる。
【００６９】
５１４において、新鮮な空気と（ドナーシリンダからの）排気ガスとの混合物が、吸気系ならびにドナーおよび非ドナーの両方のシリンダ群の各シリンダに連通した吸気マニホールドを介して、燃焼のためにシリンダに案内される。５１６に示されるとおり、ドナーおよび非ドナーシリンダ（例えば、３つのドナーおよび５つの非ドナーシリンダ）の構成ゆえに、燃焼時の各シリンダにおける排気残留物の量のシリンダ間のばらつきを、１％などのしきい値量未満のばらつきにすることができる。排気残留物は、ドナーシリンダから由来する外部ＥＧＲ、ならびに吸気弁および排気弁のタイミングゆえにシリンダ内に捕捉されたシリンダ内排気を含むことができる。いくつかの実施形態において、新鮮な空気と排気ガスとの混合物をシリンダに案内するステップは、５１８において、新鮮な空気および／または排気ガスを吸気マニホールドの上流の吸気路に配置された減衰空間を通って案内するステップを含むことができる。すでに述べたように、減衰空間は、シリンダにもたらされる新鮮な空気および／または排気ガスの量の変動を減衰させることができる。
【００７０】
５２０において、方法５００は、非ドナーシリンダの排気弁をドナーシリンダの排気弁よりも早く閉じるステップを含むことができる。そのようにすると、非ドナーシリンダの捕捉ＥＧＲの量が、非ドナーシリンダの排気弁がドナーシリンダの排気弁と同じタイミングで閉じられる場合と比べて、増加すると考えられる。非ドナーシリンダの捕捉ＥＧＲの量を増加させることによって、すべてのシリンダの間の捕捉ＥＧＲの量のばらつきが小さくなると考えられる。
【００７１】
一実施形態においては、エンジンのための方法が、エンジンの複数の非ドナーシリンダからの排気ガスをもっぱら大気に案内するステップと、エンジンの複数のドナーシリンダからの再循環の排気ガスをエンジンの吸気系に導くステップと、新鮮な空気と再循環の排気ガスとの混合物を複数の非ドナーシリンダおよび複数のドナーシリンダにおける燃焼のためにもたらすステップとを含む。燃焼の際の排気残留物のシリンダ間のばらつきは、所定のしきい値よりも小さくてよく、排気残留物は、もたらされる再循環の排気ガス（例えば、ドナーシリンダから）および捕捉排気ガス（例えば、内部ＥＧＲ）のうちの１つ以上を含むことができる。
【００７２】
一例においては、排気残留物のシリンダ間のばらつきの所定のしきい値が、１％以下である。エンジンは、８つのシリンダを備える直列エンジンであってよく、複数の非ドナーシリンダからの排気ガスをもっぱら大気に案内するステップは、５つの非ドナーシリンダからの排気ガスをもっぱら大気に案内するステップを含み、複数のドナーシリンダからの再循環の排気ガスをエンジンの吸気系に導くステップは、３つのドナーシリンダからの再循環の排気ガスをエンジンの吸気系に導くステップを含む。
【００７３】
複数のドナーシリンダからの再循環の排気ガスを吸気系に導くステップは、複数のドナーシリンダに接続された第１の排気マニホールドを通じて再循環の排気ガスを導くステップを含むことができ、複数の非ドナーシリンダからの排気ガスをもっぱら大気に案内するステップは、複数の非ドナーシリンダに接続された第２の排気マニホールドを通じて排気ガスを案内するステップを含むことができる。
【００７４】
新鮮な空気と再循環の排気ガスとの混合物を複数の非ドナーシリンダおよび複数のドナーシリンダにおける燃焼のためにもたらすステップは、新鮮な空気と再循環の排気ガスとの混合物を複数の非ドナーシリンダおよび複数のドナーシリンダに接続された吸気マニホールドに達する前に減衰空間を通ってもたらすステップを含むことができる。減衰空間は、吸気マニホールドの上流の吸気路の円筒形の膨張領域を備えることができる。一実施形態においては、減衰空間が、約６３リットルの体積を有する真っ直ぐな管を備えることができる。
【００７５】
本明細書において使用されるとき、単数形にて言及され、単語「ａ」または「ａｎ」の後ろに続く要素またはステップは、特に明示的に述べられない限りは、それらの要素またはステップが複数であることを排除しないと理解すべきである。さらに、本発明の「一実施形態」への言及を、そこで述べられている特徴をやはり備える他の実施形態の存在を排除するものと解釈してはならない。さらに、特に明示的に述べられない限りは、特定の性質を有する或る構成要素または複数の構成要素を「備え」、「含み」、あるいは「有する」実施形態は、その特性を有さない追加のそのような構成要素を含むことができる。用語「・・・を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「そこで（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」は、それぞれの用語「・・・を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「その点で（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の平易な同等物として使用されている。さらに、用語「第１」、「第２」、および「第３」などは、標識として使用されているにすぎず、それらの対象に数値的な要件または特定の配置の順序を課そうとするものではない。
【００７６】
本明細書においては、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を使用している。本発明の特許可能な技術的範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者にとって想到される他の実施例も含むことができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有しており、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の構造要素を含むならば、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００７７】
１００  輸送手段システム／船舶
１０１  水域
１０２  推進システム
１０４  エンジン
１０６  プロペラ
１０８  吸気系統
１１４  吸気路
１１６  排気路
１１８  排気筒
１３０  排気ガス処理システム
１４８  コントローラ
１５０  エンジンセンサ
１５２  エンジンアクチュエータ
２００  シリンダ
２０２  コントローラ
２０４  壁
２０６  ピストン
２０８  クランクシャフト
２１０  吸気路
２１２  排気路
２１４  吸気弁
２１６  排気弁
２１８  アクチュエータ
２２０  アクチュエータ
２２２  弁位置センサ
２２４  弁位置センサ
２２６  燃料インジェクタ
２２８  冷却スリーブ
２３０  温度センサ
３００  システム
３０２  エンジン
３０３  ドナーシリンダ（群）／第１のシリンダ群
３０４  非ドナーシリンダ（群）／第２のシリンダ群
３０６  吸気路
３０８  第１の排気マニホールド
３０９  ＥＧＲシステム
３１０  第２の排気マニホールド
３１１  ＥＧＲ流通弁
３１２  排気路
３１３  ＥＧＲ背圧弁
３１４  ＥＧＲ路
３１６  ＥＧＲ冷却器
３１８  ＥＧＲ入り口
３２０  排気系
３２１  吸気系
３２２  吸気マニホールド
３２４  シリンダヘッド
３２５  第１のターボチャージャ
３２６  第２の圧縮機
３２７  第２のターボチャージャ
３２７  ターボチャージャ
３３０  第１のタービン
３３１  第１のシャフト
３３２  第１の圧縮機
３３３  第２のシャフト
３３４  第２のタービン
３３５  タービンバイパス弁
３３６  第２の圧縮機／シリンダブロック
３３８  第１段の給気冷却器
３４０  第２段の給気冷却器
３５０  減衰空間
３５２  収集領域
３５４ａ  第１のテーパ領域／収縮領域
３５４ｂ  第２のテーパ領域／膨張領域
３５６ａ  第１のフランジ
３５６ｂ  第２のフランジ
３５８  第１の直径
３６０  第２の直径
３６２  第３の直径
３６４  角度
４０２  実線
４０４  破線
４０６  一点鎖線
５００  方法
６０２  点線
７０４  点線
８０２  バー
８０４  バー
８５２  実線
【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４】
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【図５】
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【図６】
2015152007.tif 000011
【図７】
2015152007.tif 000012
【図８Ａ】
2015152007.tif 000013
【図８Ｂ】
2015152007.tif 000014
【外国語明細書】
2015152007000001.pdf