(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
給気システムと燃料供給システムとを備え、
前記給気システムは、
第１の位置でエンジンシリンダーにアクセス可能であり、閉鎖状態に付勢されているポペットバルブと、
該ポペットバルブと流体連通して結合された圧縮空気タンクと、
該圧縮空気タンクの圧力が限界条件に達するまで前記ポペットバルブを開閉し、エンジンがクランキングを開始するときの前記エンジンシリンダーから前記圧縮空気タンクへの圧縮空気の流れを制御する制御部と、を備え、
前記燃料供給システムは、前記圧縮空気タンクの圧力が前記限界条件に達した後、燃料及び空気の混合物を第２の位置で前記エンジンシリンダーに供給するように構成されており、前記燃料供給システムには、圧縮空気が前記圧縮空気タンクから供給される、システム。
【請求項２】
請求項１のシステムであって、
前記圧縮空気タンクは貯蔵タンクを備えるシステム。
【請求項３】
請求項１のシステムであって、
前記圧縮空気タンクはエンジンの点火シーケンスが少なくとも一順するのに十分な量の圧縮空気を保持することを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１のシステムであって、
前記給気システムは、前記シリンダーの前記第１の位置に、外側開口として形成されているポペットバルブ開口を含むことを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１のシステムであって、
前記ポペットバルブが開放位置及び閉鎖位置の間を移動するように構成されたソレノイドをさらに備えるシステム。
【請求項６】
エンジンシリンダーからの圧縮空気を除去する方法であって、
バルブと圧縮空気タンクと燃料供給システムとを用い、該バルブは第１の位置で前記エンジンシリンダーにアクセス可能であって、前記圧縮空気タンクは前記バルブと流体連通して結合されており、
エンジンの圧縮ストロークの間に前記バルブを開放し、
前記圧縮空気タンクの圧力が限界条件に達するまで前記バルブが開放されているとき前記シリンダーからの圧縮空気を前記圧縮空気タンクで収集し、
前記燃料供給システムで使用するために前記圧縮空気を前記圧縮空気タンクに貯蔵し、
前記エンジンを始動するために燃料及び前記圧縮空気の混合物を前記燃料供給システムから第２の位置で前記シリンダーに供給する、工程を含む、方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、
前記圧縮空気タンクの圧力が前記限界条件に達した後すぐに前記バルブを閉鎖する工程をさらに含む、方法。
【請求項８】
請求項６記載の方法であって、
前記エンジンの圧縮ストロークが完了した後すぐに前記バルブを閉鎖する工程をさらに含む、方法。
【請求項９】
請求項６記載の方法であって、
前記第１の位置には、前記シリンダー内に直接通じるバルブ開口と、前記シリンダー内に位置を定められたバルブシートと、が形成されており、
前記バルブは、該バルブシートと封止接触し及び該バルブシートから離れる可動式のポペットバルブを含むことを特徴とする、方法。
【請求項１０】
請求項６記載の方法であって、
前記バルブを閉鎖位置に付勢する工程をさらに含む、方法。
【請求項１１】
エンジンを始動する方法であって、
給気システムと、燃料供給システムと、を用い、給気システムは前記エンジンのパワーシリンダーにアクセスするように構成されたバルブと、該バルブ及び前記燃料供給システムと流体連通して結合された圧縮空気タンクと、を備えるものとし、
前記エンジンの圧縮サイクルの間に前記バルブを開放し、
前記シリンダーからの圧縮空気を前記圧縮空気タンクで収集し、
前記圧縮空気タンクから前記燃料供給システムへ圧縮空気を供給し、
前記エンジンを始動するために前記燃料供給システムから前記シリンダーに燃料を供給し、
前記エンジンが始動した後に、前記圧縮空気タンクから前記燃料供給システムへ流れる前記圧縮空気を遮断する、工程を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法であって、
前記エンジンの前記圧縮サイクルが完了した後に前記バルブを閉鎖する工程をさらに含む、方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の方法であって、
前記圧縮空気タンクの圧力が予め設定された条件に達した後に前記バルブを閉鎖する工程をさらに含む、方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の方法であって、
前記圧縮空気タンクの圧力が予め設定された条件に達した後にのみ前記圧縮空気を前記燃料供給システムに提供する工程をさらに含む、方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法であって、
前記圧縮空気タンクの圧力が前記予め設定された条件に達するように複数のエンジンの圧縮サイクルを使用する工程をさらに含む、方法。
【請求項１６】
請求項１１記載の方法であって、
前記シリンダーの圧縮サイクル及び前記圧縮空気タンクの圧力条件に基づいて、開放位置及び閉鎖位置の間で前記バルブを作動するソレノイドを用いる工程をさらに含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は燃料システムを対象とし、特に、圧縮ガスをエンジンに燃料を供給する複数の流体を使用する燃料供給装置に提供する工程を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
液体をエアロゾルまたは気体状態に容易に変化する微粒子に変換する目的で、長年にわたり多くの種類の装置が開発されてきた。例えば、内燃エンジンで使用する燃料を準備する装置が多く開発されてきた。エンジンの燃焼室で燃料の酸化作用を最適化するためには、燃料が気化し、空気と均一化し、そして化学的な理論空燃比を満たす気相混合物になければならない。理想的に燃料を微粒化しおよび気化することにより、もっと完全な燃焼がなされ、その結果としてエンジンの低汚染化を可能にする。水中または高度の状況でエンジンを作動する場合、酸化体は他の流体（気体または液体）より有効に使用される。特別なサービスアプリケーションでは、酸化体はコストに無関係の燃焼効率に基づいて選択される。酸化体を選択する他の要素は酸化性ユニット当たりの質量（例えば、過酸化水素）である。
【０００３】
さらに特に、内燃エンジンと関連して、理論空燃比が満たされている状態とは、与えられた量の燃料を完全に燃焼するために必要な量の酸素が調和された混合物に供給され、結果、不完全または非効率な酸化作用からの残存物がなく最適で適切に燃焼する状態のことである。理想的には、燃料は、完全に気化され、空気と混合され、及び適切な酸化作用の燃焼に先立って均一化されるべきである。気化されていない燃料の小滴は、従来式の内部および外部の燃焼エンジンでは、点火せず、また完全に燃焼もしない。燃料の効率を下げ、エンジンの汚染を増加させる。
【０００４】
温度及び圧力を調整することによって排気の副産物を低減しまたは制御する試みは、典型的にはＮＯｘ副産物に影響を与える。排気基準に合わせるために、これらの残存物は典型的には触媒式ガス浄化装置またはガス洗浄機での処理後に必要とする処置がなされなければならない。これらの残存物に対するそのような処理により、触媒式ガス浄化装置またはガス洗浄機を作動させるため、結果、追加的な燃料コストに繋がり、また実装及び質量関係と同様に追加的な部品コストを必要とする。従って、不完全な燃焼の結果生じるエンジンの残存物を任意的に削減することは経済的かつ環境的に有益である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記で考察した問題は別として、化学的な理論空燃比を満たす空気／燃料混合物中の完全に気化していない燃料は、燃焼エンジンがピーク効率より低い効率で実行する原因となる。燃料が完全に燃焼しないときは、燃料の化学的エネルギーが力学的エネルギーに変換される割合はより少ない。燃料エネルギーは無駄にされ、不要な汚染が生み出される。このように、燃料−空気混合物をさらに分解し、及びさらに完全に気化することによって、さらによい燃料効率が得られる。
【０００６】
燃料気化及び不完全燃料燃焼に関する上述の問題を軽減するために、多くの試みがなされてきた。自動車エンジンでは、例えば、注入ポートまたは直接的燃料注入は、広く、燃料供給のキャブレターに代わってきている。燃料注入器は直接的に燃料を注入ポートまたはエンジンのシリンダーに吹きかけ、そして電子的に制御される。注入器は、キャブレターに対して独立した各々のシリンダーに供給された燃料の量をさらに正確に調量及び制御することを容易にする。これより、瞬間的に最適な作動を促進する電荷の移動時間が短縮しまたは削減される。しかし、燃料注入のスプレーの燃料小滴の大きさは最適ではなく、燃料が燃焼に先立って空気と混合する時間がほとんどない。
【０００７】
いくつかの種類の燃料供給システムは燃焼用のシリンダーに燃料を適切に供給するために、圧縮空気の空気源を必要とする。圧縮空気は一般的にはエンジン、エンジンで作動する圧縮器の要素またはエンジンから電気的に切り離された部分よって供給される。圧縮器が作動する前にエンジンを始動する場合には、燃料供給システムに圧縮空気の空気原を提供することに関連した難題が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書で説明される原理は、上述した課題及びその他の課題のうちのいくつかに取り組むものである。一態様は、エンジンシリンダーにアクセス可能なバルブと、該バルブと流体連通して結合された圧縮空気タンクと、該圧縮空気タンクの圧力が限界条件に達するまで前記バルブを開閉する制御部と、を備えた給気システムを提供する。
【０００９】
バルブはポペットバルブであってもよい。ポペットバルブは閉鎖位置に付勢されていてもよい。制御部はエンジンの始動サイクルの間における圧縮サイクルの間にバルブを開放してもよい。制御部は圧縮空気タンクに貯蔵された圧縮空気の燃料供給システムへの流れを制御するよう作動してもよい。圧縮空気タンクは貯蔵タンクを備えてもよい。圧縮空気タンクはエンジンの点火シーケンスが少なくとも一順するのに十分な量の圧縮空気を保持してもよい。バルブは開口の外側に配置されているシリンダー内にポペットバルブ開口を形成してもよい。給気システムはバルブを開放位置及び閉鎖位置の間で移動するように構成されたソレノイドを備えてもよい。
【００１０】
本開示の別の態様はエンジンシリンダーからの圧縮空気を除去する方法に関する。この方法はバルブと圧縮空気タンクとを用いる工程を含み、バルブはエンジンシリンダーにアクセス可能であって、圧縮空気タンクはバルブと流体連通して結合される。また、この方法は、エンジンの圧縮ストロークの間にバルブを開放し、該バルブが開放されているときシリンダーからの圧縮空気を圧縮空気タンクで収集し、燃料供給システムで使用するために圧縮空気を圧縮空気タンクに貯蔵する、工程を含んでもよい。
【００１１】
また、この方法は、圧縮空気タンクの圧力が予め設定された条件に達した後すぐにバルブを閉鎖する工程を含んでもよい。この方法は、エンジンの圧縮ストロークが完了した後すぐにバルブを閉鎖する工程を含んでもよい。バルブはシリンダーに直接通じるバルブ開口を形成してもよく、シリンダー内に位置を定められたバルブシートと、該バルブシートと封止接触し及び該バルブシートから離れる可動式のポペットバルブと、を備えてもよい。この方法は、バルブを閉鎖位置に付勢する工程を含んでもよい。
【００１２】
本開示による他の方法はエンジンを始動する方法に関する。この方法は、給気システムと、燃料供給システムとを用いる工程を含み、給気システムはエンジンのパワーシリンダーにアクセスするように構成されたバルブと、該バルブ及び燃料供給システムと流体連通して結合された圧縮空気タンクと、を備える。この方法は、エンジンの圧縮サイクルの間バルブを開放し、シリンダーからの圧縮空気を圧縮空気タンクで収集し、圧縮空気タンクから燃料供給システムへ圧縮空気を供給し、エンジンを始動するために燃料供給システムからシリンダーに燃料を供給する、工程を含む。
【００１３】
この方法は、エンジンの圧縮サイクルが完了した後にバルブを閉鎖する工程を含んでもよい。この方法は圧縮空気タンクの圧力が予め設定された条件に達した後にバルブを閉鎖する工程を含んでもよい。この方法は圧縮空気タンクの圧力が予め設定された条件に達した後にのみ圧縮空気を燃料供給システムに提供する工程を含んでもよい。この方法はエンジンが始動した後に圧縮空気タンクから燃料供給システムへ流れる圧縮空気を遮断する工程を含んでもよい。この方法はさらに、圧縮空気タンクの圧力が予め設定された条件に達するように複数のエンジンの圧縮サイクルを使用する工程を含んでもよい。この方法は、シリンダーの圧縮サイクル及び圧縮空気タンクの圧力条件に基づいて、開放位置及び閉鎖位置の間でバルブを作動するソレノイドを用いる工程を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
添付図面は以下で考察される特定の実施形態を示し、明細書の一部となる。
【図１】本開示による給気システムの例を示す模式図である。
【図２】本開示による別の給気システムの例を示す模式図である。
【図３】本開示による別の給気システムの例を示す模式図である。
【図４Ａ】本開示による給気システムの車両用パッケージの例を示す斜視図である。
【図４Ｂ】本開示による給気システムの車両用パッケージの例を示す斜視図である。
【図５Ａ】閉鎖位置に配置された本開示によるバルブ組立品の例を示す横断面図である。
【図５Ｂ】開放位置に配置された本開示によるバルブ組立品の例を示す横断面図である。
【図６】本開示による機能の手順の例を示すフロー図である。
【図７】本開示による機能の別の手順の例を示すフロー図である。
【００１５】
図面において、同一の参照を付した符号及び記述は同じものであることを示すが、必ずしも同一の要素とは限らない。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を用いた実施形態及び態様を以下で説明する。当然ながら、そのような任意の実際の実施形態の開発において、開発の特定の目的を実現するためには、例えば、システムと関連する法順守及びビジネスと関連する制約のような、一実装から別の実装に変更する、数多くの実装時の固有の決定がなされなければならない、ことは言うまでもない。さらに、そのような開発が複雑で努力と時間を要する場合もあるが、そうであってもこの発明の有益性を有する技術分野の当業者であれば容易に成しうるものであることは言うまでもない。
【００１７】
本開示は、燃料準備システム及びその方法並びに燃料準備システムで使用される給気用の空気を作り出すのに関連するシステム及び方法を対象とするものである。燃料準備システムの一つのタイプは二つの液体の流入があり、流体の一つは気体（例えば、空気）、もう一方の流体は液体（例えば、ガソリンのような液体燃料）である。燃料準備システムの作動を開始するには、エンジンを始動するため準備された供給燃料をエンジンに供給するために、気体の補給が必要である。一度エンジンが運転を始めると、機械的または電気的に駆動された圧縮器は、燃料準備システムに圧縮ガスの空気源を提供する作業があることを前提として作動してもよい。例えば、圧縮空気タンクの給気タンク、変換器、改質器、またはその他の給気補給装置を使用するため、エンジンの始動に先立って圧縮気体が補給されてもよい。
【００１８】
本開示による給気システムの例では、エンジンの始動のためのクランキングの間、最初のエンジン回転の圧縮ストロークの間にエンジンのシリンダーから圧縮空気が収集される。燃料準備システムを作動するため十分な空気量を提供するために圧縮空気は圧縮空気タンクに貯蔵される。エンジンを始動するのに必要な空気量を提供するためには、給気システムに十分に給気をするため、少なくとも１サイクル以上の圧縮サイクルが必要である。点火シーケンスをいつ開始するか決定するために、エンジンを始動するクランキングの間、圧縮空気タンクの空気圧をモニターしてもよい（例えば、燃料準備システムからの燃料の供給）。エンジンは点火を開始し、エンジンにより駆動する、またはエンジンスイッチの切られた圧縮器は、燃料準備システムに圧縮空気を提供する役割を担う。一例では、気筒休止エンジンの圧縮器が過渡エンジンの要求容量で適用されてもよく、このようにすれば少ない容量で寄生損失を低減できる。
【００１９】
本明細書で開示される給気システムの例では、エンジン始動のクラックングの間、気体（例えば、空気）をエンジンのパワーシリンダーから除去するよう作動してもよい。除去された圧縮空気は、例えばエンジンを始動する二つの流体注入システムのような、燃料準備システムに使用してもよい。二つの流体注入システムの例及び関連する方法は、米国特許Ｎｏ．２０１１／０２８４６５２に開示されており、この参照によって本明細書にそのまま組入れられる。
【００２０】
本開示による給気システムの例は、給気バルブ組立品と、圧縮空気タンクと、制御バルブと、制御部（例えば、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ））を備える。給気バルブ組立品は、エンジンのパワーシリンダーの燃焼室へのアクセスを可能にするバルブ部材（例えば、ポペットバルブ）を備えてもよい。エンジンの圧縮サイクルの間、圧縮空気は給気バルブ組立品を通って、エンジンのパワーシリンダーから抜き取られる。圧縮空気は圧縮空気タンクに貯蔵される。給気バルブ組立品は、エンジンパワーシリンダーからの圧縮空気を収集するために、開放位置及び閉鎖位置の間で作動する。空気は、圧縮空気タンクの圧力が限界に達するまで、パワーシリンダーの圧縮ストロークから複数のサイクルで収集されてもよい。そして制御部は、圧縮空気を燃料供給装置に補給する空気調量装置に、圧縮空気タンクからの圧縮空気が供給されるエンジン始動シーケンスを開始させ、燃料がエンジンに供給される。一度エンジンが始動すると、圧縮空気を空気調量装置に補給するため、機械的または電気的に、制御バルブが、圧縮空気タンクから、エンジンの動力で作動する圧縮器、に切り替わる。
【００２１】
次に図１を参照して、給気バルブ組立品１２と、圧縮空気タンク１４と、制御バルブ１６と、圧縮器１８と、一方バルブ２０と、制御部２２と、空気調量装置２４と、を備える給気システム１０の概略図を示す。給気バルブ組立品１２はエンジンシリンダー３０からの気体の流れを提供する。給気バルブ組立品１２を使用してアクセスされる気体は一方バルブ２０を通り制御バルブ１６まで進行する。制御バルブ１６は圧縮空気タンク１４への気体の流れを制御する。圧縮空気タンク１４は空気調量装置２４と結合されている。空気調量装置２４は、燃料供給装置２６に提供される空気の流量と圧力を制御する。空気調量装置２４は、調整バルブ（例えば、固定バルブまたは可変バルブ）を備えてもよい。調整バルブは、例えば、システムパラメータまたはデューティー比／デューティー値に基づいて、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）によって、可変としてもよい。燃料供給装置２６は、供給燃料を生成し及び供給燃料をエンジン２８に供給するために、空気調量装置２４からの圧縮空気を使用する。制御バルブ１６は気体が給気バルブ組立品１２から空気調量装置２４に流れる位置と、空気が圧縮器１８から空気調量装置２４に流れる位置と、の間で作動してもよい。
【００２２】
制御部２２は複数の構成要素での給気システム１０の作動を制御してもよい。例えば、制御部２２は、いつ給気バルブ組立品１２が開放位置及び閉鎖位置の間で作動する必要があるかを決定するのに役立てるため、エンジンシリンダー３０のピストンの位置に関連するエンジン２８からセンサー信号を受け取ってもよい。また、空気システム（例えば、空気補給レール上のセンサー３２９、連結管または図４Ａに示すようなシステムの他のピストンから、直接空気システムの情報と通信する）からのセンサー信号、例えば、圧縮空気タンク１４及び制御バルブ１６の作動位置内の圧力条件に関連する信号は、例えば、いつ空気調量装置２４から燃料供給装置２６へ圧縮空気を提供することによって燃焼サイクルを開始するか、ということを決定するのに役立てるため、制御部２２で使用されてもよい。典型的には、制御バルブ１６は、エンジン２８が始動し圧縮器１８が圧縮空気を生成するよう作動した後にのみ、圧縮空気タンク１４と圧縮器１８との間で通信する流れを提供するよう作動する。
【００２３】
図５Ａ及び５Ｂを参照して、給気バルブ組立品１２の例を示し更なる詳細を説明する。給気バルブ組立品１２は、バルブ部材４０と、バルブシート４２と、バルブ開口４４と、ソレノイド４６と、付勢部材４８と、を備える。バルブ部材４０は、ステム５０と、ヘッド５２と、を備える。ヘッド５２は、図５Ａに示すように、給気バルブ組立品１２が閉鎖位置にあるときバルブシート４２に寄せて密閉している。図５Ｂに示すように、ソレノイド４６を作動させることで、ヘッド５２がバルブシート４２から離れ、バルブ開口４４を通しての気体（例えば、空気）の流れが可能となる。付勢部材４８はヘッド５２を図５Ａの閉鎖位置に付勢する。
【００２４】
図５Ａ及び５Ｂに示す給気バルブ組立品１２は、典型的にはポペットバルブまたはポペットバルブ組立品と呼ばれる。ポペットバルブの代わりに、例えば回転バルブのような、他の種類のバルブが使用されてもよい。典型的に、ポペットバルブには、最軽量化の要求に応えられるということ、ヘッド５２及びバルブシート４２の境界面で一般的に確実に密閉できること、並びに故障モードで付勢部材４８の作動により閉鎖位置になること、の利点がある。さらに、ポペットバルブは燃焼室構造を変形する必要がない。ポペットバルブは、燃焼室に外向きの方向に向かって開放し、それにより給気システム１０で使用するための最大限の空気がバルブ開口４４を通してバルブ部材４０の周りを流れることができる。さらに、ヘッド５２がバルブシート４２に押し戻されるため、ポペットバルブはエンジンが点火しピストンが動いているとき比較的しっかりと密封を保つことができる。
【００２５】
上述したように、エンジンシリンダー３０のピストン作動の位置を決定するため、センサーを使用してもよい。制御部２２は、エンジンシリンダー３０内で作動するピストンの位置（例えば、クランク位置）に基づいて、閉鎖位置及び開放位置で給気バルブ組立品１２を作動する。センサーを複数使用してもよく、一センサーはクランク位置を示し、一方で別のセンサーは、シリンダーがどのサイクルにあるかを決定する。典型的には、給気バルブ組立品１２は、圧縮ストロークの間、開放位置に向けて作動し、その他のクランク位置にある間は閉鎖する。燃料供給装置２６を作動するのに必要な量の圧縮空気を圧縮空気タンク１４に得るために、給気バルブ組立品１２は数回（例えば、開放サイクル）開放及び閉鎖してもよい。
【００２６】
圧縮空気タンク１４は任意の望ましい形状、サイズ及び体積であってもよい。圧縮空気タンク１４は、エンジン２８の外側に据えられ、分離して形成された構造であってもよい。別の構成では、例えばエンジンブロックまたはヘッドの一部に形成されているような形で（例えば、鋳造で）、圧縮空気タンク１４はエンジン２８に統合される。他の配置では、圧縮空気タンク１４は別々の要素として提供される。圧縮空気タンク１４内の圧力条件を決定するために少なくとも１個のセンサーを圧縮空気タンク１４に関連させてもよい。圧縮空気タンク１４の例は、略１Ｌから略３Ｌの範囲の体積であってもよく、より好ましくは４個のシリンダーで複数のエンジンを持ち略２Ｌである。
【００２７】
制御バルブ１６は、以下に限定されるものではないが、一例として三方バルブまたはシャトルバルブであってもよい。制御バルブ１６は、気体が給気バルブ組立品１２から圧縮空気タンク１４に流れる第１の位置と、給気バルブ組立品１２から圧縮空気タンク１４への流れの経路が閉鎖され圧縮器１８と圧縮空気タンク１４の間の別の流れの経路が開放されている第２の位置と、の間で作動する。制御バルブ１６は、例えば、圧縮空気タンク１４内で感知される圧力条件、圧縮器１８の作動状態及びエンジン２８の作動条件、に基づく第１及び第２の位置の間で作動してもよい。
【００２８】
圧縮器１８は機械的または電気的に駆動する圧縮器であってもよい。機械的に駆動する圧縮器１８は典型的にはエンジン２８が始動しエンジン２８により動力が供給された後、作動する。電気的圧縮器はエンジン２８により生成された動力を使用して作動してもよい。また、例えばエンジン作動とは独立するバッテリーのような異なる動力源から動力を引いてもよい。機械的に駆動する圧縮器１８を使用することにより、低コスト、軽量、燃料供給装置２６のため圧縮空気に対する最低限の要求事項を提供するための容易な選択肢が提供される。
【００２９】
一方バルブ２０は給気バルブ組立品１２と圧縮空気タンク１４または制御バルブ１６との間の流線に位置を定められている。一方バルブ２０は給気バルブ組立品１２から収集した圧縮空気の逆流を防ぐのに役立つ。
【００３０】
制御部２２は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）の一部であってもよい。制御部２２は、給気システム１０及びエンジン２８の多様なセンサーからの入力を受信してもよく、給気システム１０、燃料供給装置２６及びエンジン２８の多様な要素の作動に関わるフィードバックを受信してもよい。最低限、制御部２２は典型的には、開放位置及び閉鎖位置の間で給気バルブ組立品１２の作動を制御し、第１及び第２の位置で制御バルブ１６の作動を制御し、圧縮空気タンク１４に貯蔵または圧縮器１８から空気調量装置２４へ供給された圧縮空気の供給を制御する。制御部２２は給気システム１０にその他の作動及び関連する方法を提供してもよい。
【００３１】
空気調量装置２４は、燃料供給装置２６に供給され圧縮空気タンク１４に貯蔵された圧縮空気の流量と圧力条件を調整してもよい。一例では、空気調量装置２４は、圧力略４Ｂａｒ／５８ｐｓｉから略６Ｂａｒ／８７ｐｓｉ、流量略２．２ｋｇ／ｈｒから２２ｋｇ／ｈｒで空気の流れを提供する。
【００３２】
図１に示す配置で、圧縮空気タンク１４は給気バルブ組立品１２または圧縮器１８から空気調量装置２４に供給されている圧縮空気のバッファとして動作してもよい。一例では、給気バルブ組立品１２により補給される圧縮空気は、圧縮空気タンク１４の圧力が限界条件に達するまでエンジンの圧縮サイクルの間収集されて一気に圧縮空気タンク１４に供給されてもよい。圧縮器１８には、例えばエンジン２８の作動状態に基づいて調節される圧縮空気の流出があってもよい。圧縮空気タンク１４は空気圧の空気源（例えばエンジンシリンダー３０または圧縮器１８）から供給された圧力の最大値及び最小値を調整してもまたは緩和してもよく、結果として空気調量装置２４へ供給される圧縮空気の条件が相対的に整合性を保つようにする。
【００３３】
次に図２を参照して、別の給気システム１００について説明する。給気システム１００は、制御バルブ１６に対する圧縮空気タンク１４の配置が異なる。図２は給気バルブ組立品１２及び制御バルブ１６の間の補給ライン上に圧縮空気タンク１４が存在する例を示している。制御バルブ１６は、圧縮空気タンク１４または圧縮器１８からの空気の流れを受け取り、圧縮空気を空気調量装置２４に供給するように作動する。制御バルブ１６は、圧縮空気の空気源としての圧縮空気タンク１４及び圧縮器１８の間を切り替える。
【００３４】
上述したように、図３は圧縮空気タンク１４がエンジン２８の要素または一部として統合された給気システム２００を示す。他の配置で、給気システム２００の他の構成要素または要素がエンジン２８に統合されてもよく、または、お互いを結合して例えば部品が少なくさらにコンパクトで複雑性の低いシステムを提供するようにしてもよい。
【００３５】
図４Ａ及び４Ｂは他の給気システム３００の例を示している。給気システム２００は、図１を参照して上述したように、給気システム１０の概略に関していくつか共通点がある。給気システム３００は、第１及び第２の給気バルブ組立品３１２Ａ及び３１２Ｂと、圧縮空気タンク３１４と、制御バルブ３１６と、圧縮器３１８と、空気調量装置３２４と、圧力センサー３３４と、を備える。給気システム３００は、エンジン３２８に据えられて第１及び第２の燃料供給装置３２６Ａ及び３２６Ｂと接続してもよい。圧縮器３１８は、エンジン３２８が作動した後に圧縮空気を提供するよう作動する機械的なエンジン駆動の圧縮器であってもよい。給気システム３００は、さらにまたはそれに代えて、エンジンが圧縮空気タンクの給気を開始するのに先立ってバッテリーの動力を使用して圧縮空気を生成するのに使用できる電気圧縮器３３２を備えてもよい。または、圧縮器３１８または第１及び第２の給気バルブ組立品３１２Ａ及び３１２Ｂが適切に作動していない場合に、エンジンが始動した後に、圧縮空気の代わりの空気源として電気圧縮器３３２を使用してもよい。
【００３６】
圧縮空気タンク３１４は制御バルブ１６と、第１及び第２の燃料供給装置３２６Ａ及び３２６Ｂと、の間のラインに位置を定められる。第１及び第２の給気バルブ組立品３１２Ａ及び３１２Ｂは、制御バルブ３１６と流体連通して結合される。
【００３７】
図６を参照して、本明細書で記述した給気システム１０、１００及び２００の一つを作動する機能の手順または方法４００の例を示す。この方法の初めの工程４０２は、圧縮空気タンク１４内の初期圧力をチェックする工程である。圧縮空気タンクの圧力が先述した限界レベルを超えている場合、空気調量装置を通して圧縮空気を圧縮空気タンクから燃料供給装置に供給することによって、システムは自動的にエンジンを始動する工程４１８に移ることができる。圧縮空気タンクの圧力条件が限界レベルより低い場合、工程４０４でエンジンの位置センサーを読み、工程４０６でエンジンの位置とサイクルを決定する。工程４０８で、エンジンの圧縮サイクルの間、給気バルブが開放されている。工程４１０で、バルブが開放されている間、空気が燃焼室を出て圧縮空気タンクに移動する。工程４１２で、システムは圧縮空気タンクの圧力条件をモニターする。工程４１４で、エンジンが燃焼サイクルでないとき給気バルブが閉鎖する。工程４１６で圧縮空気タンク１４の圧力がエンジンを始動する（例えば、燃料供給装置を作動する）のに要求される限界に達すると、工程４１８で燃料供給装置を作動してエンジンを始動する。圧縮空気タンクの圧力が限界値に達しない場合、システムは工程４０６に戻り給気バルブを再び開放し、燃焼室からの空気を圧縮空気タンクで追加収集する。
【００３８】
方法４００のさらなる工程として、エンジンが圧縮器（機械的または電気的圧縮器）から圧縮空気を受け取る動作を開始した後に、制御バルブを作動する工程を含んでもよく、圧縮器はエンジンの動力を使用して作動する。圧縮器により提供される圧縮空気はエンジンの作動を継続するように燃料供給装置を作動するのに使用してもよい。
【００３９】
本明細書で開示される給気システムは、エンジン始動後の圧縮器のバックアップシステムとして使用してもよい。例えば、圧縮器はエンジンを作動している間、故障するかもしれない。給気システムは圧縮器が故障したことを確認することができ（例えば、空気調量装置により燃料供給装置に補給される圧力の低下を感知する）、エンジンの作動を継続するため制御バルブ１６を切り替え給気バルブ組立品からの圧縮空気を受け取ることができる。
【００４０】
一例では、圧縮空気タンク１４は、燃料供給装置２６を作動するのに必要な量（例えば、圧力レベル）を超える量の圧縮空気を給気することができる。圧縮空気タンク１４で追加収集された気体は、エンジンが始動した後、圧縮器１８が完全に作動し燃料供給装置２６を作動するための圧縮空気を十分に生成する前に、一時的な期間エンジンを作動するのに使用することができる。圧縮空気タンク１４に設定された圧力の限界条件がエンジン２８の始動サイクルを開始する前に、エンジンを始動し、及びまたは、初めに燃料供給装置を作動するのに必要な最低量の空気圧を超えてもよい。
【００４１】
次に図７を参照して、本開示による別の機能の手順または方法５００を示す。この方法５００は、バルブ及び圧縮空気タンクを用いる第１の作動工程５０２を含み、バルブはエンジンシリンダーへのアクセスを可能にし、圧縮空気タンクはバルブと流体連通して結合する。工程５０４はエンジンの圧縮ストロークの間バルブを開放する工程を含む。工程５０６はバルブが開放されている間エンジンシリンダーからの圧縮空気を圧縮空気タンク１４で収集する工程を含む。工程５０８で、圧縮空気は、エンジンに燃料を供給するために燃料供給システムで後に使用できるよう圧縮空気タンクに貯蔵される。
【００４２】
また、方法５００は圧縮空気の空気源としての圧縮空気タンクと、例えばエンジンが始動した後にエンジンにより動力が供給される機械的圧縮器のような圧縮器と、の間で切り替わる工程を含むことができる。代わりに、圧縮空気タンクは、制御バルブが作動する位置に依存して、エンジンシリンダーまたは圧縮器から圧縮空気を収集するのに使用することができる。エンジンシリンダーまたは圧縮器エンジンから提供される圧縮空気の量はエンジンの始動に先立ちおよび後に変動するので、圧縮空気タンクはバッファとして動作することができる。
【００４３】
シリンダー内の給気バルブ及び圧縮空気タンクは、エンジンが停止している間に、圧縮された空気を貯蔵することにより、“回生制動”の動力を提供するために使用することができる。圧縮空気タンクでの圧縮中に圧力が増加することによりエンジンが停止し、車両をさらに効果的に停止できる。そして、貯蔵した気体（例えば、空気）は、空気モーターまたは他の空気作動駆動系要素に向けられ、車両を起動し、または高いトルクが要求されるモードの間トルクを補助し、燃料消費を低減する。
【００４４】
本開示による方法の別の例は、給気システムにエンジンを追加導入することに関わる。この方法は、バルブ開口とエンジンシリンダーが形成されるハウジング内にバルブシートとを形成する工程（例えば、ドリル加工）を含むことができる。バルブ部材はエンジンに据えられ、バルブ開口でエンジンシリンダー３０から圧縮空気タンク１４への気体の流れを制御する。圧縮空気タンク１４は空気調量装置２４と流体連通して結合し、空気調量装置２４は燃料供給装置２６と流体連通して結合する。また、圧縮器１８は空気調量装置２４と流体連通して結合することができる。図１及び図２を参照して上述したように、制御バルブは、給気バルブ及び圧縮空気タンクとの間のラインまたは圧縮空気タンクと空気調量装置との間に位置を定められる。
【００４５】
本明細書で開示される給気システムを使用することに関連する一利点は、エンジンのクランキングの間、空気ポンプとしてエンジンを使用してエンジンの始動を促進することである。こうして、エンジンの始動の間、空気源に別々に動力を供給する必要性が排除される。
【００４６】
別の潜在的な利点は、エンジンの始動の間、燃料供給装置で使用する圧縮空気を貯蔵することに関連するリスクの低減策に関する。貯蔵装置の浸水性またはエンジンが運転されていないときに起こるシステムの漏れにより、貯蔵した空気の消失が生じる。貯蔵した給気用の空気の消失により、他に二つの燃料供給装置の作動が抑制される。本明細書で開示される給気システムは、エンジンを始動している間または丁度直前にエンジンをクランキングする間、大量の圧縮空気を収集することにより貯蔵した圧縮空気に依存することを回避する。
【００４７】
他の潜在的な利点は、圧縮空気タンクの給気または他の方法でエンジンの始動に先立って圧縮空気を燃料供給装置に補給する電気的ポンプの必要性を排除することに関わる。電気的ポンプの使用を回避することにより、その他の方法ではエンジンと、例えばエンジンを運ぶ車体の要素のようなその他の要素と、の作動に必要となるバッテリーの容量を節約できる。
【００４８】
更なる潜在的な利点は、エンジンが始動した後の圧縮空気の空気源を提供する機械的なエンジン駆動圧縮ポンプの実装に関する。機械的圧縮ポンプを使用することで、利用できる電荷が限られた環境で利点がある。
【００４９】
更なる潜在的な利点は給気システムにより往復質量、所内動力または慣性の増加を最小限にしまたは増加させずに提供される追加機能に関わる。
【００５０】
特定の役目を果たすよう仕立てられた多様な酸化体及び混合物を用いるには二つのシステムが理想である。
【００５１】
上述の説明は、以下の請求項で述べる原理の一定の態様、実施形態、及び例を記述し説明するためのみに示されたものである。網羅的であるように意図されたものでなく、また説明された原理を開示された任意の精密な形態に制限するように意図されるものでもない。上記の発明を踏まえると、多くの変更例及び変型例が可能である。そのような変更例は発明者により請求項の範囲内であると熟慮される。説明した原理の範囲は以下の請求項で明確にされる。
【符号の説明】
【００５２】
１０、１００、２００、３００：給気システム
１２：給気バルブ組立品
１４、３１４：圧縮空気タンク
１６、３１６：制御バルブ
１８、３１８：圧縮器
２０：一方バルブ
２２：制御部
２４、３２４：空気調量装置
２６：燃料供給装置
２８、３２８：エンジン
３０：エンジンシリンダー
４０：バルブ部材
４２：バルブシート
４４：バルブ開口
４６：ソレノイド
４８：付勢部材
５０：ステム
５２：ヘッド
３１２Ａ：第１の給気バルブ組立品
３１２Ｂ：第２の給気バルブ組立品
３２６Ａ：第１の燃料供給装置
３２６Ｂ：第２の燃料供給装置
３２９：センサー
３３２：電気圧縮器
３３４：圧力センサー
４００：機能の手順または方法
４０２、４０４、４０６、４０８、４１０、４１２、４１４、４１６、４１８：工程
５００：別の機能の手順または方法
５０２、５０４、５０６、５０８：工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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