(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つのシリンダを有する液化石油ガス（ＬＰＧ）直接噴射式エンジン（１００）に関し、少なくとも１つのシリンダは、スパークプラグ（２）を備えた燃焼チャンバ（１）と、１つ又は２つ以上の吸気弁（４）と、１つ又は２つ以上の排気弁（５）とを有する。ＬＰＧ直接噴射式エンジン（１００）は、液化石油ガスを液体の状態で燃焼チャンバ中に直接噴射する少なくとも１つの噴射器（６）を更に有し、液化石油ガスは、あらかじめ定められた圧力値で噴射され、ＬＰＧ直接噴射式エンジン（１００）は更に、加圧液化石油ガスを少なくとも１つの噴射器（６）に供給する高圧ポンプ（９）と、既定の標的質量の液化石油ガスが噴射されるよう特定の噴射期間にわたり且つエンジンサイクルの３６０oＢＴＤＣ〜６０oＢＴＤＣの間で少なくとも１つの噴射器（６）を作動させるよう構成された電子制御ユニット（１３）を有する。本発明は又、液化石油ガス直接噴射式エンジン（１００）の制御方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのシリンダを有する液化石油ガス（ＬＰＧ）直接噴射式エンジン（１００）であって、各シリンダは、
‐スパークプラグ（２）を備えた燃焼チャンバ（１）と、
‐空気を前記燃焼チャンバ内に入れる１つ又は２つ以上の吸気弁（４）と、
‐排ガスを前記燃焼チャンバから出す１つ又は２つ以上の排気弁（５）とを有し、
前記ＬＰＧ直接噴射式エンジン（１００）は、更に、
‐液化石油ガスを液体の状態で前記燃焼チャンバ中に直接噴射する少なくとも１つの噴射器（６）を有し、前記液化石油ガスは、あらかじめ定められた圧力値で噴射され、
‐加圧液化石油ガスを少なくとも１つの噴射器（６）に供給する高圧ポンプ（９）を有し、
‐前記液化石油ガスを噴射するために、
‐既定の標的質量の液化石油ガスが噴射されるよう特定の噴射期間にわたり、且つ
‐エンジンサイクルの３６０oＢＴＤＣ〜６０oＢＴＤＣの間、前記少なくとも１つの噴射器（６）を作動させるよう構成された電子制御ユニット（１３）を有する、液化石油ガス直接噴射式エンジン（１００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの噴射器により噴射されるべき液化石油ガスの既定の標的質量は、前記少なくとも１つの噴射器の出力のところのＬＰＧ密度の補正モデルによって定められる、請求項１記載の液化石油ガス直接噴射式エンジン（１００）。
【請求項３】
前記液化石油ガス密度の前記推定モデルは、前記液化石油ガスの物理的性質に基づく密度マップを用いると共に入力としてノズル（６１）内の前記液化石油ガスの測定圧力及び前記ノズル（６１）内の前記液化石油ガスの算定された温度を用いる、請求項２記載の液化石油ガス直接噴射式エンジン（１００）。
【請求項４】
前記ノズル（６１）内の前記液化石油ガスの温度を算定するため、前記エンジンの１組のパラメータが用いられる、請求項３記載の液化石油ガス直接噴射式エンジン（１００）。
【請求項５】
前記電子制御ユニット（１３）は、弁オーバーラップが同一負荷及び同一速度条件下で作動するガソリン直接噴射式エンジンの場合よりも２〜１０クランク角度大きいように前記１つ又は２つ以上の吸気弁（４）及び前記１つ又は２つ以上の排気弁（５）を作動させるよう構成されている、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の液化石油ガス直接噴射式エンジン（１００）。
【請求項６】
前記電子制御ユニット（１３）は、空気と液化石油ガスの混合気に点火するために前記スパークプラグ（２）を作動させるよう構成されており、燃焼の中心は、前記エンジンのマップ全体にわたって６〜１０°ＡＴＤＣである、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の液化石油ガス直接噴射式エンジン（１００）。
【請求項７】
前記電子制御ユニット（１３）は、前記エンジンがその最大燃焼圧力の状態にあるとき、空気と液化石油ガスの混合物に点火するために前記スパークプラグ（２）を作動させるよう構成されており、点火時期は、これ又最大燃焼圧力状態にあるガソリン直接噴射式エンジンに対して５〜８クランク角度進められる、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の液化石油ガス直接噴射式エンジン（１００）。
【請求項８】
前記シリンダの全てを同時に用いるか前記シリンダの半分を用いるかのいずれかで作動するシリンダ作動停止システムを更に有する、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の液化石油ガス直接噴射式エンジン（１００）。
【請求項９】
前記あらかじめ定められた圧力値は、２００ｂａｒ未満である、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の液化石油ガス直接噴射式エンジン（１００）。
【請求項１０】
液化石油ガス直接噴射式エンジン（１００）の制御方法であって、
‐液化石油ガスを液体の状態で前記エンジンの燃焼チャンバ（１）中に直接噴射するよう前記直接噴射式エンジンの少なくとも１つの噴射器（６）を作動させるステップを含み、前記液化石油ガスは、あらかじめ定められた圧力値で噴射され、
‐前記液化石油ガスを前記エンジンサイクルの３６０oＢＴＤＣ〜６０oＢＴＤＣで噴射するよう前記少なくとも１つの噴射器（６）を作動させるステップを含み、
‐既定の標的質量の液化石油ガスが噴射されるよう前記液化石油ガスを特定の期間にわたって噴射するよう前記少なくとも１つの噴射器（６）を作動させるステップを含む、制御方法。
【請求項１１】
少なくとも１つのシリンダを有する液化石油ガス（ＬＰＧ）直接噴射式エンジン（１００）であって、各シリンダは、
‐スパークプラグ（２）を備えた燃焼チャンバ（１）と、
‐空気を前記燃焼チャンバ（１）内に入れる１つ又は複数の吸気弁（４）と、
‐排ガスを前記燃焼チャンバ（１）から出す１つ又は複数の排気弁（５）とを有し、
前記ＬＰＧ直接噴射式エンジン（１００）は、更に、
‐液化石油ガスを液体の状態で前記燃焼チャンバ中に直接噴射する少なくとも１つの噴射器（６）を有し、前記液化石油ガスは、あらかじめ定められた圧力値で噴射され、
‐加圧液化石油ガスを少なくとも１つの噴射器（６）に供給する高圧ポンプ（９）を有し、
‐弁オーバーラップが同一負荷及び同一速度条件下で作動するガソリン直接噴射式エンジンの場合よりも２〜１０クランク角度大きいように前記１つ又は複数の吸気弁（４）及び前記１つ又は複数の排気弁（５）を作動させるよう構成された電子制御ユニット（１３）を有する、液化石油ガス直接噴射式エンジン（１００）。
【請求項１２】
液化石油ガス直接噴射式エンジン（１００）の制御方法であって、
‐液化石油ガスを液体の状態で前記エンジンの燃焼チャンバ（１）中に直接噴射するよう前記直接噴射式エンジン（１００）の少なくとも１つの噴射器（６）を作動させるステップを含み、前記液化石油ガスは、あらかじめ定められた圧力値で噴射され、
‐弁オーバーラップが同一負荷及び同一速度条件下で作動するガソリン直接噴射式エンジンの場合よりも２〜１０クランク角度大きいように前記直接噴射式エンジン（１００）の１つ又は２つ以上の吸気弁（４）及び１つ又は２つ以上の排気弁（５）を作動させるステップを含む、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接噴射式エンジンの分野に関し、特に、液化石油ガス（ＬＰＧ、オートガス（AutoGas）、プロパン、ブタン）を用いた直接噴射式エンジンの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリン直接噴射式（ＧＤＩ）エンジンは、２ストローク及び４ストロークガソリンエンジンで用いられている燃料噴射方式の一形式であり、空気とガソリンは、シリンダの外部ではあらかじめ混合されず、空気は、吸気マニホルドを経て入り、ガソリンは、シリンダ及び／又は燃焼チャンバ中に直接噴射される。
【０００３】
ガソリン直接噴射技術における問題のうちの１つは、燃焼中に粒子が生じることである。これら粒子は、燃焼が起こったときに完全には蒸発しなかった燃料液滴に由来する。
【０００４】
この問題を回避するためには、通常、効率における最適状態を示してはいない最も低い粒子エミッションについて噴射時期を最適化することが必要であり、それにより、直接噴射式の魅力のうちの一部が失われる。また、燃料としてガソリンを用いることにより、極めて高い燃料噴射圧力（最新式のシステムでは最高２５０ｂａｒに及ぶ）が小さな液滴を生じさせ、このようにして十分な一次混合気形成を可能にすることが必要である。ガソリン直接噴射パラメータ（圧力及び時期）の最適化により粒子生成を減少させることができるが、粒子生成を完全に回避することはできず、これにより、将来の排ガス規制に関する法律によって定められた規制を特に大型車両内のダウンサイズされた小型エンジン及びかくして高い負荷と両立させることは難題である。具体的に説明すると、コールドスタート（冷間始動）状態の際及びウォームアップ（暖機運転）状態の間、ガソリンを含む粒子エミッションは、将来の排ガス規制基準を満たす上での問題となる。このことに照らして、粒子フィルタの導入が必要になる可能性がある。
【０００５】
ガソリン車両を液化石油ガス（ＬＰＧ）で作動する車両に変換するためのキットが存在する。最近まで、これらキットは、ＬＰＧを吸気ダクト中に噴射する方式（間接式噴射方式、ポート燃料噴射方式ＰＦＩ又はマルチポート噴射方式ＭＰＩ）のものであった。多くの場合、これらキットは、車両製造業者に関連してない会社によって設計され、販売されると共に設置されており、このことは、とりわけ、車両製造業者の保証がなくなることを意味している。
【０００６】
これらキットは、これらの作動中、ガソリンエンジンの幾つかの元々の設定項目、例えば噴射時期、点火時期、ラムダ（空／燃比）制御を利用し、これらキットは、幾つかの追加の設定項目、例えば噴射圧力及び噴射期間を必要とする。
【０００７】
これらＬＰＧキットの大きな欠点のうちの１つは、過渡的状態中におけるエンジンの制御が不良であり、従って、改造型エンジンの汚染物質エミッション（一酸化炭素ＣＯ、全炭化水素ＴＨＣ、及び一酸化窒素ＮＯx）が元のガソリンエンジンで測定された汚染物質エミッションよりも通常高いということにある。
【０００８】
車両（ＬＰＧ直接噴射式）の元の燃料噴射器を用いてＬＰＧを噴射するキットが最近開発された。この目的のため、かかるキットは、元の車両の高圧システム全体を用い、そしてかかるキットは、ＬＰＧを高圧ポンプに至らせるための幾つかの追加のコンポーネント、例えばタンク、電気式移送ポンプ及び燃料セレクタ弁の設置を必要とする。これらキットは、これら追加のＬＰＧコンポーネントを調節する電子制御ユニットＥＣＵを更に含むが、このＥＣＵは、ガソリンエンジンの元の設定項目を変更しない。したがって、その結果得られる車両の性能が最適化されることがない。
【０００９】
この最適化がなされていない取り上げるべき重要な一例は、ガソリンとＬＰＧがエネルギー密度（ＭＪ／ｍ3）の面で大幅に異なるということに由来している。かくして、ＬＰＧのための燃料噴射制御は、適正な量の燃料を噴射するために調節されなければならない。これは、噴射中の一時停止（燃料カットオフ）後における燃焼の開始（燃料経路予備制御）にとって特に重要であり、例えば、かかる一時的停止は、エンジンの減速段階の際に起こる。と言うのは、燃料の量が正確ではない場合に汚染物質エミッションが劇的に増加するからである。
【００１０】
加うるに、燃料密度の温度及び圧力に対する敏感性がガソリンの場合よりもＬＰＧについて著しく高く、それにより燃料経路予備制御に関して問題が生じる。これは、十分に高精度の燃料計量を保証するためにＥＣＵに特別な補償機能を必要とする。
【００１１】
これらＬＰＧキットの別の欠点は、当初ガソリン用に設計されると共にＬＰＧ作動の認可を受けていない場合にＬＰＧで作動されるコンポーネントのうちの幾つかについて潜在的な問題が生じることがあり、例えば噴射弁のスティッキング又は高圧ポンプの損傷が生じる場合があるということにある。
【００１２】
別の問題は、ガソリンとＬＰＧの燃料密度の差に起因して、フローキャパシティに関するガソリンコンポーネントの設計がＬＰＧで作動するためには十分ではない可能性があるということにある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、ハードウェア及び作動がＬＰＧの使用向きに改造されて最適化された直接噴射式エンジンが要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、ＬＰＧ直接噴射式エンジンに関し、かかるエンジンのシリンダは、
‐スパークプラグを備えた燃焼チャンバと、
‐空気を燃焼チャンバ内に入れる１つ又は幾つかの吸気弁と、
‐排ガスを燃焼チャンバから出す１つ又は幾つかの排気弁とを有する。
【００１５】
本発明の第１の観点によれば、ＬＰＧ直接噴射式エンジンは、更に、
‐液化石油ガスを液体の状態で燃焼チャンバ中に直接噴射する少なくとも１つの噴射器を有し、液化石油ガスは、あらかじめ定められた圧力値で噴射され、
‐加圧液化石油ガスを少なくとも１つの噴射器に供給する高圧ポンプを有し、
‐液化石油ガスを噴射するために、
‐既定の標的質量の液化石油ガスが噴射されるよう特定の噴射期間にわたり、且つ
‐エンジンサイクルの３６０oＢＴＤＣ〜６０oＢＴＤＣの間、少なくとも１つの噴射器を作動させるよう構成された電子制御ユニットを有する。
【００１６】
すなわち、本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンでは、燃焼チャンバ内における液化石油ガスＬＰＧの遅れ噴射が起こるが、燃焼中における粒子の生成が回避される。と言うのは、ＬＰＧが、エンジンサイクルの３６０oＢＴＤＣ〜６０oＢＴＤＣとの間で噴射された場合であっても、十分に蒸発するからである。
【００１７】
加うるに、ＬＰＧ噴射の持続時間は、エンジンの下流側に設けられた三元触媒中の汚染物質エミッション（ＣＯ、ＴＨＣ及びＮＯx）の減少に影響を及ぼすＬＰＧの既定の標的質量に達するよう設定される。
【００１８】
高圧ポンプは、ＬＰＧがＬＰＧ直接噴射式エンジンのあらゆる作動条件において液体の状態で噴射されるようにするよう５０ｂａｒを超え、好ましくは７５ｂａｒを超える作業圧力を有するポンプであればどのようなポンプであっても良い。
【００１９】
この特定の１つ又は複数の期間は、好ましくは、かかる少なくとも１つの噴射器のノズルのところのＬＰＧ密度の推定モデルによって計算される。
【００２０】
液化石油ガス密度の推定モデルは、好ましくは、液化石油ガスの物理的性質に基づく密度マップを用いると共に入力としてノズル内の液化石油ガスの測定圧力及びノズル内の液化石油ガスの算定された温度を用いる。
【００２１】
ＬＰＧ直接噴射式エンジンは、好ましくは、高圧ポンプと少なくとも１つの噴射器との間の接続部中に設けられていて液化石油ガスの圧力を測定する圧力センサを更に有し、ＬＰＧ密度の推定モデルは、とりわけ、かかる測定圧力値に基づいている。ＬＰＧ直接噴射式エンジンは、好ましくは、高圧ポンプと少なくとも１つの噴射器との間の接続部中の或る点での液化石油ガスの温度を直接測定し又は他のコンポーネント、例えば噴射器の壁又はコイルの温度を測定し、補正モデルによってＬＰＧの温度を推定する温度センサを更に有する。ノズル中の液化石油ガスの温度は、好ましくは、エンジンの１組のパラメータを用いて算定される。
【００２２】
本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンでは、あらかじめ定められた圧力値は、好ましくは、２００ｂａｒ未満であり、これは、良好な粒子エミッションレベルを損なわない。事実、ＬＰＧの望ましい蒸発特性に起因して、粒子エミッションを生じさせないで、典型的なガソリン作動と比較して噴射圧力を著しく減少させることができる。これにより、エンジンの一層の効率上の最適化が可能であり、その理由は、高圧ポンプによって必要とされるエンジンから取り出される動力を減少させることができるからである。
【００２３】
好ましい実施形態によれば、エンジンは、吸気弁及び／又は排気弁開閉イベントが起こるタイミングの最適化を可能にする可変弁システムを有する。この可変弁システムは、電子制御ユニットによって制御される。
【００２４】
弁オーバーラップは、排気弁の閉じが吸気弁の開きとオーバーラップする時間を意味するものと理解され、即ち、弁オーバーラップは、吸気弁と排気弁が同時に部分的に開いている時間を意味している。
【００２５】
好ましい実施形態によれば、電子制御ユニットは、弁オーバーラップが同一負荷及び同一速度条件下で作動するガソリン直接噴射式エンジンの場合よりも２〜１０クランク角度大きいように１つ又は２つ以上の吸気弁及び１つ又は２つ以上の排気弁を作動させるよう構成されている。吸気弁及び排気弁のこの作動は、ＬＰＧが燃焼室内における残留ガスの存在に対してガソリンよりも高い許容度を有しているので可能であり、かくして長い弁オーバーラップが可能である。これにより、エンジンの良好なエネルギー効率の実現が可能であり、その理由は、シリンダ中への排気ガスの再吸引により吸気ストローク中、エンジンにより消費される仕事が減少するからである。
【００２６】
好ましい実施形態によれば、電子制御ユニットは、空気と液化石油ガスの混合気に点火するためにスパークプラグを作動させるよう構成されており、燃焼の中心（噴射される燃料の５０％が燃やされた時間）は、エンジンのマップ全体にわたって６〜１０°ＡＴＤＣである。変形例として、エンジンがその最大燃焼圧力又はノッキング燃焼条件に達した場合、ＬＰＧの点火時期をガソリン作動と同様に遅らせることができる。それにもかかわらず、その結果得られる点火時期をガソリンと比較して数度のクランク角度早く、好ましくは５〜８クランク角度早く保つことができ、しかも高い負荷で著しく良好なエンジン効率でこのようにすることができる。ＬＰＧの固有の特性（高いオクタン価）に基づき、燃料消費量を最小限に抑えるための最適設定項目の使用にもかかわらず異常な燃焼（ノッキング）を招くことなくエンジンの作動点の著しく大きな領域全体を通じてコンポーネントの保護のための空／燃混合気を濃厚にする必要なくスパークプラグを作動させることが可能である。これにより、特にエンジンがノッキングしがちである高い負荷範囲内において燃料使用量を最小限にすることができる。
【００２７】
好ましい実施形態によれば、本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンは、シリンダの全てを同時に用いるかシリンダの半分を用いるかのいずれかで作動することができるようにするシリンダ作動停止システムを更に有する。シリンダの半分を低エンジン負荷で作動させることによりポンプ損失が減少するのでエンジンの効率が高められる。シリンダ作動停止システムは、電子制御ユニットによって制御され、かかるシリンダ作動停止システムは、特定の可変弁システムを利用する。この場合、可変弁システムは、弁を閉じ状態に保つようにするために作動停止システムの吸気弁及び排気弁に作用するカムのプロフィールを変化させる。この好ましい実施形態では、電子制御ユニットは、作動停止状態のシリンダ中の噴射及び点火をなくす。
【００２８】
本発明の第２の観点は、液化石油ガス直接噴射式エンジンを制御する方法であって、
‐液化石油ガスを液体の状態でエンジンの燃焼チャンバ中に直接噴射するよう直接噴射式エンジンの少なくとも１つの噴射器を作動させるステップを含み、液化石油ガスは、あらかじめ定められた圧力値で噴射され、
‐液化石油ガスをエンジンサイクルの３６０oＢＴＤＣ〜６０oＢＴＤＣで噴射するよう少なくとも１つの噴射器を作動させるステップを含み
‐既定の標的質量の液化石油ガスが噴射されるよう液化石油ガスを特定の期間にわたって噴射するよう少なくとも１つの噴射器を作動させるステップを含むことを特徴とする制御方法に関する。
【００２９】
本発明は又、少なくとも１つのシリンダを有するＬＰＧ直接噴射式エンジンであって、各シリンダは、
‐スパークプラグを備えた燃焼チャンバと、
‐空気を燃焼チャンバ内に入れる１つ又は複数の吸気弁と、
‐排ガスを燃焼チャンバから出す１つ又は複数の排気弁とを有し、
ＬＰＧ直接噴射式エンジンは、更に、
‐液化石油ガスを液体の状態で燃焼チャンバ中に直接噴射する少なくとも１つの噴射器を有し、液化石油ガスは、あらかじめ定められた圧力値で噴射され、
‐加圧液化石油ガスを少なくとも１つの噴射器に供給する高圧ポンプを有し、
‐弁オーバーラップが同一負荷及び同一速度条件下で作動するガソリン直接噴射式エンジンの場合よりも２〜１０クランク角度大きいように１つ又は複数の吸気弁及び１つ又は複数の排気弁を作動させるよう構成された電子制御ユニットを有することを特徴とする液化石油ガス直接噴射式エンジンに関する。
【００３０】
本発明の追加の観点は、液化石油ガス直接噴射式エンジンの制御方法であって、
‐液化石油ガスを液体の状態でエンジンの燃焼チャンバ中に直接噴射するよう直接噴射式エンジンの少なくとも１つの噴射器を作動させるステップを含み、液化石油ガスは、あらかじめ定められた圧力値で噴射され、
‐弁オーバーラップが同一負荷及び同一速度条件下で作動するガソリン直接噴射式エンジンの場合よりも２〜５クランク角度大きいように直接噴射式エンジンの１つ又は２つ以上の吸気弁及び１つ又は２つ以上の排気弁を作動させるステップを含むことを特徴とする制御方法に関する。
【００３１】
上記において説明した本発明の互いに異なる観点及び実施形態をこれらが互いに適合する限り、互いに組み合わせることができる。
【００３２】
本発明の追加の利点及び追加の特徴は、以下の詳細な説明から明らかになると共に特許請求の範囲において具体的に指摘される。
【００３３】
明細書を完全にすると共に本発明の良好な理解を提供するため、１組の図面が提供されている。これら図面は、本明細書の一体部をなしていて、本発明の実施形態を図示しており、かかる実施形態は、本発明の範囲を限定するものと解されてはならず、本発明をどのように実施することができるかについての一例としてだけ解されるべきである。図面は、以下の図を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンを概略的に示す図である。
【図２】高圧噴射ポンプを概略的に示す図である。
【図３】高圧噴射ポンプの作動段階を示す図である。
【図４】直接噴射のためにソレノイド噴射器を作動させるために用いられる代表的な電流プロフィールを示す図である。
【図５】２０００ｒｐｍ及び２ｂａｒ平均有効圧力を得るためにエンジンの性能及びエミッションに対するガソリン及びＬＰＧに関する噴射時期の作用効果を示す図である。
【図６】ガソリン、ＬＰＧ及び純粋プロパンに関する温度及び圧力につれての密度の変化状態を示す図である。
【図７】噴射器のノズル内におけるＬＰＧの密度を評価するために提案された実験モデルの論理を示す図である。
【図８】噴射器内における熱及び質量移動の物理的モデルを示す図である。
【図９】三元触媒の正確な動作を得るための代表的なラムダプロフィールを示す図である。
【図１０】絞り弁を備えたエンジンの吸気側のレイアウトを概略的に示す図である。
【図１１】火花点火エンジンのガス排出段階に関する代表的な圧力‐体積線図である。
【図１２】排気弁及び吸気弁の弁リフト（揚程）‐クランク角度線図である。
【図１３】全負荷条件における燃焼の段階的実施に関してガソリンと比較した場合のＬＰＧの利点を示す図である。
【図１４】全負荷条件におけるＬＰＧ及びガソリンに関するラムダ値の比較を示す図である。
【図１５】全負荷条件におけるＬＰＧ及びガソリンに関する熱効率値の比較を示す図である。
【図１６】ＢＭＥＰ＝２ｂａｒでのガソリンエンジンとＬＰＧエンジンとの弁オーバーラップにおける差を示す図である。
【図１７】ガソリンに関する燃焼中心のエンジンマップを示す図である。
【図１８】ＬＰＧに関する燃焼中心のエンジンマップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下の説明は、限定的な意味で解されてはならず、本発明の広い原理を説明する目的でのみ与えられている。次に、本発明の要素及び結果を示す上述の図面を参照して本発明の実施形態を例示によって説明する。
【００３６】
図１に示されているように、本発明の液化石油ガス（ＬＰＧ）直接噴射式エンジンは、  ‐スパークプラグ２を備えた燃焼チャンバ１を有し、
‐ピストン３を有し、
‐空気を燃焼チャンバ内に入れる吸気弁４を有し、
‐排ガスを燃焼チャンバから出す排気弁５を有し、
‐液化石油ガスを液体の状態で燃焼チャンバ中に直接噴射する１つ又は２つ以上の噴射器６を有し、液化石油ガスは、最高２００ｂａｒまで圧力で噴射され、
‐加圧液化石油ガスを噴射器に供給する高圧ポンプ９を有し、
‐直接噴射式エンジンの作動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１３を有する。
【００３７】
全体的な物理的説明
【００３８】
エンジンの作動中、吸気弁４が開かれ、空気がピストンの下方運動によってシリンダ内に導入される。吸気及び／又は圧縮ストローク中、ＬＰＧが噴射器６を通って燃焼チャンバ内に直接噴射され、そしてシリンダ内に存在している空気との混合を行う。上死点（ＴＤＣ）付近では、スパークプラグ２は、空気とＬＰＧの混合気に点火する火花を放出する。燃焼により生じた圧力の増大により、ピストン３が押され、それにより機械的動力が生じる。最後に、排気弁５が開かれ、燃焼ガスが排気系統に放出される。
【００３９】
制御システム
【００４０】
説明する実施形態では、電子制御ユニット１３は、プロセス全体を管理する。具体的に説明すると、ＥＣＵは、以下の特徴を管理する。
・吸気弁を開く時期
・排気弁を開く時期
・高圧ポンプがＬＰＧを噴射器に送り出す圧力
・噴射器がエンジンへのＬＰＧの送り出しを開始する時期
・噴射器がエンジンへのＬＰＧの送り出しを停止させる時期
・スパークプラグが火花を放出する時期
【００４１】
以下の段落において、ＥＣＵが本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンにおけるこの制御を実現する仕方についての概要説明を提供する。
【００４２】
吸気弁及び排気弁の作動は、弁１つ当たり１つのカムを用いて機械的に行われる。これらカムは、１本又は複数本のカムシャフトの一部であり、カムシャフトは、チェーン又はベルト及びカムシャフトの一端部のところに位置するプーリによって動かされるエンジンのクランクシャフトと同期して回転する。電気又は電気油圧式アクチュエータによって、ＥＣＵは、チェーン又はベルトによって動かされるプーリに対してカムシャフトを回転させる場合がある。この回転により、エンジンサイクルに対する弁の開閉イベントのタイミング（時期）が変わる。ＥＣＵがクランクシャフトとカムシャフトの相対位置を常時監視するため、これらシャフトの各々によってタイミング信号が生じ、このタイミング信号は、ＥＣＵによって読み取られる。通常、これらタイミング信号は、磁気又はホール効果センサの近くを通過するときにシャフトに取り付けられた歯車の歯によって生じるパルス列である。ＥＣＵは又、タイミング信号を用いて以下の段落で説明する時限制御装置の残部を制御する。
【００４３】
また、図１に示されているように、最新式の高圧噴射システムは、典型的には、低圧ポンプ１１がタンク１２内に浸漬された低圧燃料供給ライン１０、流量制御弁及びオプションとしてタンク１２に通じる戻しライン１５が設けられた高圧ポンプ９、圧力センサ８が一端に設けられた高圧レール７及び高圧直接噴射式噴射器６を含む。
【００４４】
図２には、高圧ポンプ９の細部が示されている。これらポンプは、
・高圧チャンバ９１、
・高圧チャンバ９１に出入りするプランジャ９２、
・吸気側に設けられていて低圧側への逆流を回避する第１の逆止弁９３、
・高圧レール７からの逆流を回避する第２の逆止弁９４、
・高圧ポンプ９内の過剰圧力を回避する安全逆止弁９５、
・以下に説明するように燃料質量流量を制御するために第１の逆止弁９３を開いたままにすることができるソレノイド９６（ソレノイド９６は、第１の逆止弁９３と一緒になって、流量制御弁を形成する）を有する。
【００４５】
高圧ポンプ９によって送り出される圧力の制御は、圧力センサ８によって読み取られるレール７中の実際の圧力に基づく。エンジンの作動中、ＬＰＧは、高圧ポンプ９から来ているレール中に流入し、そして噴射器６を通ってこのレールから流出する。図３に概略的に示されているように、ポンプ９からレール７に移送される燃料の量を制御することによって、レール７中の圧力を制御することが可能である。この目的のため、エンジンの作動中、プランジャ９２は、代表的には一方のエンジンカムシャフトのカムによって作動されて高圧チャンバ９１に出入りする。外方ストローク中、ＬＰＧは、低圧側から高圧チャンバ９１に流れ、この高圧チャンバ９１を燃料で満たす。内方ストローク中、燃料が第２の逆止弁９４を通って高圧レール７に送り込まれ、他方、第１の逆止弁９３は、低圧側へのＬＰＧの流れを阻止する。レール７へのＬＰＧの正確な量を伝えて所望の圧力を達成するため、ソレノイド９６は、ＥＣＵ１３（ｓ１０）によって作動されて第１の逆止弁９３を内方ストロークの一部の間開き状態に保つ。第１の逆止弁９３が開いている間、ＬＰＧの流れは低圧側に行き、高圧ポンプ９には行かず、送り出すＬＰＧの量は、第１の逆止弁９３の閉じ時間で決まる。代表的には、ソレノイド９６を制御するための電気信号が一方のカムから来たタイミング信号によってポンプストロークに同期される。
【００４６】
この場合、高圧ポンプは、ポンプの低圧側から燃料タンクへのＬＰＧの戻し連結部を有するよう改造されたボッシュ（Bosch （登録商標））により提供されている高圧ポンプＨＤＰ５であるのが良い。
【００４７】
最新式の高圧噴射器は、代表的には、噴射器の開閉を制御するためのソレノイドを備えている。これらソレノイドは、電子制御ユニットによって作動される。通常、作動は、図４に示されているような３つの段階を含む固有の電気信号‐時間プロフィールに基づいており、開きは、ピーク電流によって達成され、噴射器は、保持電流で開き状態に保たれ、最後に、噴射器は、電流がなくなると、閉じられる。他の変形例では、ピーク電流の長い期間が必要になる場合がある。
【００４８】
最新式のエンジンでは、燃焼のための火花は、スパークプラグ２によって発生する。この装置は、高電圧（例えば、２０ｋＶを超える）が２本の電極相互間に印加されたときにこれら２本の電極相互間に放電を生じさせる。代表的には、高電圧は、バッテリから電力供給された点火コイルによって生じる。ＥＣＵは、ソリッドステートデバイスがデジタル信号によって作動された状態で点火コイルの一次回路の電流をオンオフに切り替えることによって火花の放出のタイミングを制御することができる。
【００４９】
オプションとしての特徴として、考慮対象の実施形態は、エンジンのシリンダのうちの幾つかを作動停止させることができる。作動停止プロセスは、或る特定の道筋のイベントを含む。第１に、作動を停止されるべきシリンダの排気弁を開いてガスを先の燃焼から放出する。第２に、吸気弁を閉じ状態に保つ。第３に、燃料噴射及び火花を抑制しなければならない。最後に、排気弁を閉じ状態に保つ。プロセス全体は、ＥＣＵによって制御される。燃料噴射及び火花を抑制するため、ＥＣＵは、信号を噴射器のソレノイド又は点火システムのソリッドステートスイッチに送ることはない。吸気弁及び排気弁を閉じ状態に保つためには、カムシャフトは、この目的のために特別に設計されなければならない。これらカムシャフトは、作動停止状態のシリンダの弁を作動させるために２つのカムを有し、一方のカムは、弁を開閉する通常のプロフィールを有し、他方のカムは、弁を決して開くことがない丸形プロフィールを有する。エンジンのカムシャフトの次に設置された電気アクチュエータは、カムシャフトを長手方向に動かして一方又は他方のカムに係合させる。アクチュエータは、必要な場合にＥＣＵによって作動される。
【００５０】
上述の弁作動システムの代替手段として、吸気弁及び排気弁は、カムによる機械的作動に代えて、ソレノイドによって直接作動される場合がある。この場合、ＥＣＵは、ソレノイドを作動させる電流を生じさせないことによって弁の開きを抑制することができる。
【００５１】
粒子エミッションと比較した場合の利点
【００５２】
ＥＣＵの互いに異なる設定項目がいったん確立されると、技術の現状と比較した場合の本実施形態の利点を理解することができる。第１の利点は、粒子生成を招くことなく噴射を遅らせることができるということにある。ガソリン直接噴射式エンジンは、粒子エミッションを生じさせがちである。この理由は、シリンダ内の空気と噴射器から来たガソリンの徹底的な混合を達成するうえでの困難性に見受けることができる。これにより、燃焼が始まったときにガソリンの小さな液滴が存在し、これら小さな液滴は、不完全燃焼に起因してスート（すす状物質）を生じさせがちである。この効果に対抗するため、３つの主要な方式が存在し、次の通りである。
・噴射をエンジンサイクルに対して進めて燃料と空気の均一混合気を達成するのに十分な時間を与えること。
・噴射圧力を増大させると共に噴射器のノズルの穴を減少させて容易に蒸発可能な燃料のより小さな液滴を生じさせること。
・燃料噴射を幾つかの部分（代表的には、２つ又は３つ）に分割すると共に吸気ストローク及び圧縮ストローク中、噴射イベントに間隔をとってシリンダ内の空気の運動が新鮮な空気（燃料を含まない）を噴射器の近くにもたらすようにする。
【００５３】
本発明の直接噴射式エンジンにＬＰＧを用いた場合、これら方式は、もはや必要ではなく、噴射を劇的に遅らせることができる。燃料の揮発性は、混合気の生成を大幅に向上させ、ＬＰＧを１回の噴射で噴射することがＬＰＧを単一の噴射で中程度の圧力（２００ｂａｒ未満）及びエンジンサイクルを比較的遅らせた状態（単一の噴射イベントに関し上死点よりも最大２００クランク角度前で）で噴射することが可能である。事実、粒子生成は、もはや問題とはならず、エンジンの他の設計上の問題点、例えば燃料消費量の増加を伴う不規則な燃焼（サイクル間変動）への取り組みが行われる。
【００５４】
図５は、２０００ｒｐｍ及び２ｂａｒという平均有効圧力の場合に、エンジンの燃焼及びエミッションに対する噴射開始時期の作用効果の比較結果を示している。ガソリンの場合、噴射のための粒子生成に関する唯一の好都合な窓は、３５０°ＢＴＤＣ〜３１０°ＢＴＤＣに進む。噴射が更に遅延されると、粒子エミッションは、３倍になる。ＬＰＧについて考慮すると、この負荷点に関する好都合な噴射窓は、３６０°ＢＴＤＣ〜２００°ＢＴＤＣに進む。事実、粒子を生じさせることなく噴射を更に一層遅延させることができるが、他のエンジンパラメータ、例えばサイクル間変動（表示平均有効圧力ＩＭＥＰの変化計数として測定される）及び燃料消費量が許容できないレベルまで劣化する。
【００５５】
本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンに関する粒子生成におけるこの減少の全体的結果として、エンジンが車両内に設置されたとき、エンジンは、粒子フィルタが排気部内に設置されることなく、最も厳格な排気物質制限、例えばＥｕｒｏ  ６ｃに適合する。
【００５６】
上述したように、本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンでは、噴射圧力は、良好な粒子エミッションレベルを損なわないで好ましくは２００ｂａｒ未満に設定される。事実、ＬＰＧの望ましい蒸発特性に起因して、粒子エミッションを生じさせないで、典型的なガソリン作動と比較して噴射圧力を著しく減少させることができる。負荷及び速度条件に応じて、ガソリンを最大噴射圧力（最新式のエンジンでは最高２５０ｂａｒ）に設定されなければならない領域に関してＬＰＧについて噴射圧力を７５〜１５０ｂａｒに設定することができる。高圧ポンプがエンジンによって動かされ、それによりプロセス中のエネルギーを消費する（エンジンの内部損失）ので、噴射圧力のこの減少は、エンジンの全体的効率を高め、しかも等価な又は良好な性能及びエミッションレベルを得るうえで必要とする燃料は少ない。
【００５７】
噴射質量制御と比較した場合の利点
【００５８】
ガソリンエンジンでは、噴射圧力制御（高圧ポンプの流量制御弁による）と噴射時期制御の組み合わせにより、ＥＣＵは、エンジンに送り出される燃料の体積を計量することができる。エンジンの燃焼に対して正確な制御をもたらすためには、燃料の質量（体積ではない）を計量しなければならない。かくして、上述の制御システムは、燃料の密度が適度に一定のままである限り、正確である。ＬＰＧを用いた場合にはこれはそうではなく、その理由は、温度につれた密度の変化が図６に示されているようにガソリンの場合よりも極めて顕著だからである。噴射器内で示される温度範囲内において、通常のガソリンは、圧力及び温度に応じてその密度を４〜６％変化させる場合があるが、ＬＰＧは、圧力、温度及びその組成に応じてその密度を８〜２８％変化させる場合がある。本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンでは、ＥＣＵは、噴射器内のＬＰＧの密度を推定し、そして所定の標的質量に達するために噴射される燃料の体積を調節する。
【００５９】
燃料密度の推定は、実験モデルによって行われる。このモデルの論理の概要が図７に示されており、このモデルの物理学的原理が図８に示されている。
【００６０】
図８は、燃料レール７、シリンダヘッド３１、燃焼チャンバ１、噴射器６の本体及び噴射器のノズル６１を示している。ノズル６１中の燃料の温度は、燃焼チャンバ１から来た熱Ｈ１、シリンダヘッド３１から来た熱Ｈ３１及びレールから来た燃料の流量Ｆ７によって影響を受ける。かくして、図７に示されているように、ＬＰＧ密度の推定モデルへの入力は、エンジン速度、エンジン負荷、燃料レール内の燃料温度、燃料質量流量、エンジン冷却剤温度及びレール内の燃料圧力である。エンジン速度及びエンジン負荷は、燃焼チャンバ１から噴射器ノズル６１への熱伝達量Ｈ１を推定するために用いられる。レール７内の燃料温度及び燃料質量流量は、噴射器６内の燃料流量の冷却効果を推定するために用いられる。エンジン冷却剤温度は、シリンダヘッド３１から噴射器本体６への熱伝達量Ｈ３１を推定するために用いられる。これらのデータにより、噴射器ノズル６１内のＬＰＧの温度を計算する。この温度及び測定燃料圧力（圧力センサを用いる）により、ＬＰＧの物理的性質に基づく密度マップによってＬＰＧ燃料密度の推定が行われる。ＥＣＵは、計算された燃料密度及び既定の標的質量を用いて、噴射持続時間に関する補正係数を計算する。これと並行してＥＣＵは、そのメモリ内に、或る特定の温度でＬＰＧについて較正されたエンジンの各条件（負荷及び速度）に関する基本噴射持続時間値を有する。補正係数を基本噴射持続時間に適応すると、ＥＣＵは、正確な既定の標的質量のＬＰＧを燃焼チャンバ１内に噴射することができる。
【００６１】
ＣＯ、ＨＣ及びＮＯx制御と比較した場合の利点
【００６２】
自動車用途向けの最新式の火花点火エンジンでは、排気物質量が三元触媒によって制御される。この装置は、エンジンから排出された一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を酸化してこれらを二酸化炭素（ＣＯ2）にし、そして窒素酸化物（ＮＯx）を還元してこれらを窒素（Ｎ2）にする。これらの化学反応が高い効率で行われるための前提条件は、エンジンが化学量論的条件の近傍で動作し、図９に示されているように、燃料が過剰な段階と空気が過剰な段階が交互に並ぶということである。空気が過剰な段階の間、エンジンから来た酸素は、一部触媒中に蓄えられ、一部がＣＯ及びＨＣを酸化するために用いられる。燃料が過剰な段階中、炭化水素は、一部が触媒中に蓄えられ、一部がＮＯxを還元するために用いられる。全体的結果として、触媒は、酸化と還元を同時に行うことができる。
【００６３】
空気と燃料の空燃質量比を制御するため、１つ又は２つのラムダセンサが通常、排気系統中に設けられる。これらセンサの信号を用いると、次の燃焼に必要な燃料の量の閉ループ制御を確立することが可能である。しかしながら、燃料の噴射が停止したとき（例えば、車両の運転手がアクセルペダルから足を放したために）、そして再始動しなければならないとき（アクセルペダルを再び踏んだとき）臨界状況が生じる。燃料カットオフ中、新鮮な空気がエンジンのシリンダを通過して三元触媒を通って流れている。このことは、三元触媒が貯蔵酸素でいっぱいであることを意味している。かくして、噴射を再始動するとき、燃料が過剰な段階を用いて触媒の交番シーケンスを開始してエミッションを制御下に保たなければならない。過剰空気の段階が用いられる場合、エンジンから来たＮＯxは、反応しないで触媒を通過するので、エミッションが制御されないことになる。他方、燃料過剰分が多すぎる場合、幾分かのＣＯ及びＨＣが触媒を通過する可能性があり、エミッションは、制御されないことになる。したがって、非常に正確な質量の燃料を噴射しなければならない。この問題は、噴射を開始するとき、閉ループを閉鎖するための信号がラムダセンサから生じず、ＥＣＵは、燃料の初期量を推測しなければならない。上述の実験モデルを用いると、ＥＣＵは、燃料の噴射質量の極めて正確な推測を行ってエミッションを制御下に維持することが可能である。
【００６４】
背景技術の項で説明したように、市場にはガソリン直接噴射式エンジンをＬＰＧ直接噴射式エンジンに変換するためのキットが存在する。これらキットは、ＬＰＧに関する噴射設定項目を計算するためにガソリンに関する元の噴射設定項目を用いる。上述のＬＰＧ密度の偏差及び燃料密度の温度敏感性に起因して、これらキットは、噴射の再始動時、燃料の噴射質量の予備制御値を正確に調節することができない。したがって、幾つかの場合、これにより、高エミッション期間及び最も厳格な排ガス規制、例えばＥｕｒｏ  ６ｂ及びＥｕｒｏ  ６ｃに対する非準拠という事態が生じる。
【００６５】
弁オーバーラップと比較した場合の利点
【００６６】
任意所与のエンジン速度の場合、火花点火エンジンは、シリンダ内に導入される空気の質量を調節することによってクランクシャフトに送り出されるトルク、及びその結果としての動力を制御することができる。この制御を実現するのに種々のやり方が存在するが、最も普及している一手法は、吸気ダクト内に挿入され、通常、絞り弁と呼ばれる蝶形弁によって取り入れ空気流量の可変絞りである。図１０に示されているように、絞り弁１４が部分的に閉じられると、ピストン３は、空気を吸引し、絞り前後の圧力降下が下流側に或る特定の真空を生じさせる。かくして、シリンダの容積が所与の場合、エンジン内に導入される空気の出量は、圧力の減少につれて減少する。絞りを通って空気を押し込むため、エンジンは、幾分かのエネルギーを消費し、このエネルギーは、後で回収されることがない。図１１は、火花点火エンジンの排気ストローク及び吸気ストロークの典型的な圧力‐体積線図を示している。陰影を施した領域は、エンジンの内部エネルギー損失（ポンプ損失と呼ばれる）を表している。これら損失のためにエネルギーを提供するため、エンジンは、幾分かの燃料を消費しなければならない。かくして、エンジンの性能が所与の場合、ポンプ損失を減少させると、その結果として、燃料消費量の改善が得られる。
【００６７】
上述したように、吸気弁及び排気弁の作動は、カムシャフト内に挿入されてエンジンのクランクシャフトと同期して回転するカムによって行われる。ＥＣＵは、同期性を数度だけ変えてカムシャフトの端のところに位置した電気又は電気油圧式アクチュエータを作動させる場合がある。図１２は、弁リフトとクランク角度の関係及び弁リフトの段階的実行の考えられる変更の典型的な線図である。弁オーバーラップの持続時間は、エンジンのポンプ損失に対して強い影響を及ぼす。ピストンがシリンダ内にガスを引き込むと共に排気弁が開き状態のままである時間間隔の間、大抵の場合、排気ガスは、シリンダ内の排気弁を通って再導入される。これがそうである理由は、絞り弁が吸気側に絞りをもたらし、他方、シリンダに戻る排気ガスの流れについてはかかる絞りが存在しないからである。このプロセスは、通常、内部排気ガス再循環（ＥＧＲ）と呼ばれる。所与の質量の新鮮な空気が所与の動力の場合にシリンダ内に吸い込まれなければならないので、内部ＥＧＲにより、典型的には、絞り弁が開かれ、それによりエンジンのポンプ損失が減少する。内部ＥＧＲの使用に関しては制限があり、その理由は、再導入された排気ガスが燃焼の不安定性をもたらすからである。
【００６８】
本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンでは、燃料の揮発性が混合気の生成を大幅に改善し、それにより燃焼の安定性を高める。かくして、ＬＰＧは、安定性を得るための設計上の限度に達する前に多量の再循環排気ガスを許容する。エンジンの作動条件に応じて、本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンにおける弁オーバーラップを同一の作動条件下において、ガソリン直接噴射式エンジンに対して２〜１０°のクランク角度だけ増大させることができる。これは、図１６で理解でき、図１６は、エンジンがガソリンエンジンでは極めて典型的なベースラインである２ｂａｒのブレーキ有効平均圧力（ＢＭＥＰ）にある場合におけるＬＰＧに有利なように弁オーバーラップの差を示している。これにより、性能及びエミッションレベルが等しい場合、負荷及び速度条件に応じて、エンジンにより消費されるエネルギーを１〜４％減少させることができる。この作用効果は、絞り弁が比較的閉じられると共に自動車用途向けのエンジンが大々的に用いられる低負荷において特に魅力的である。
【００６９】
点火時期に関する利点
【００７０】
効率上の観点から、火花点火エンジンの理想的な燃焼の段階的実施は、燃焼の中心（燃料質量の５０％が燃やされる時間）を上死点のよりも約８°後に設定することである。この目的のため、点火時期をそれに応じて設定しなければならない。しかしながら、この理想的な状況には幾つかの制約が存在する。典型的には、点火時期を設定する際に２つの設計限度を考慮に入れなければならない。一方において、負荷が増大すると、火花点火エンジンは、異常燃焼（ノッキング）を起こす恐れが高い。これは、破壊的プロセスなので、エンジンをこのようにならないよう保護しなければならない。通常、これは、点火の遅延によって実現されるが、それによりエンジンの効率が低下する。他方、エンジンは、そのコンポーネントの機械的制約に起因して或る特定の最大燃焼圧力に耐えるよう設計されている。負荷が増大すると、最大燃焼圧力が高くなる。最大燃焼圧力に達した場合、負荷を増大させることができるだけであり、それにより燃焼によって生じる熱放出が長時間にわたって続く。この場合も又、これは、エンジン効率の低下を伴う点火時期の遅延によって達成可能である。
【００７１】
ＬＰＧがガソリンよりも高いオクタン価（リサーチオクタン価ＲＯＮとモータオクタン価ＭＯＮの両方）を有するので、本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンをより望ましい燃焼の段階的実施が等価なガソリンエンジンの場合よりも広い領域で行われる状態で作動させることができる。図１３は、ガソリン及びＬＰＧを用いて全負荷で作動され、両方の燃料について同一の動力を生じさせるエンジンの燃焼の段階的実施状態を示している。２０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍの範囲内において、図１７及び図１８にそれぞれ示されたガソリン及びＬＰＧエンジンに関するエンジンマップを互いに比較することによって理解できるように、燃焼をＬＰＧについて５〜８クランク角度だけ進めることができる。
【００７２】
点火が遅延されると、排気運動は増大する傾向がある。しかしながら、排気系統内のコンポーネントについては設計上の温度に関して或る限度が存在するので、排気温度を制御しなければならない。これは、通常、余分な量の燃料を噴射してエンジンをリッチ混合気（燃料過剰）で作動させることによって達成される。必然的に、これにより、燃料消費量が増加する。ＬＰＧで得られる望ましい燃焼の段階的実施に起因して、本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンは、全負荷まで化学量論的条件で作動することができ、これは、図１４に示されているようにガソリンを用いた作動よりも有利である。
【００７３】
最後に、望ましい燃焼の段階的実施と化学量論的条件におけるエンジンの作動の組み合わせにより、本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンにおいてエンジンの熱的効率が向上する。図１５は、全負荷及び等しい動力に関し本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンとガソリン直接噴射式エンジンとのエンジンの効率上の比較結果を示している。２０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍの範囲内において、ＬＰＧ直接噴射式エンジンに有利なように２％ポイントから９％ポイントまでの範囲にわたる差が存在する。これらの差により、性能が同一である場合、本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンは、燃料により提供されるエネルギーの消費量が少ないことがわかる。
【００７４】
ＣＯ2エミッションに関する利点
【００７５】
上述したように、本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンは、燃料の望ましい特性に起因して、ガソリンエンジンと比較してその熱効率を向上させる。特に、混合気を高負荷で濃厚にする必要のない理想的な点火時期（約８°ＡＴＤＣ近傍の燃焼中心）と広い弁オーバーラップが一緒になって、ＬＰＧ直接噴射式エンジンのエネルギー要求量を減少させると共にガソリンエンジンを用いた場合と同一又はこれよりも良好な性能及びエミッションを得るのに貢献する。かくして、ＣＯ2エミッションは、エンジンのエネルギー要求量の減少の結果として減少する。
【００７６】
加うるに、ＬＰＧは、ガソリンよりも望ましい水素と炭素の比を有する。このことは、燃焼中に放出されるエネルギーが同量の場合、ＬＰＧが生じさせるＣＯ2が少ないことを意味している。ＬＰＧ及びガソリンの組成が典型的である場合、ＣＯ2の減少率は、基準としてガソリンを取り上げると１０％から１２％のばらつきがある。
【００７７】
したがって、エンジンの効率の増大の作用効果とＬＰＧの望ましい水素と炭素の比が追加されることにより、エンジンの使用及びＬＰＧ組成に応じて、１３％から１６％までの範囲においてＣＯ2エミッションの平均的な減少が得られる。ガソリンが排気温度を減少させるために混合気を濃厚にしなければならない高負荷領域では、ＣＯ2エミッションの減少分は、ＬＰＧに有利なように３３％まで増大する可能性がある。
【００７８】
コールドスタートに関する利点
【００７９】
歴史的に、ＬＰＧエンジンは、燃料を気相で用いている。このことは、ＬＰＧエンジンがガソリンで始動し、或る時間が経つと、ＬＰＧエンジンがＬＰＧに切り替えられることを意味している。これがこのようにして行われる理由は、ＬＰＧがタンク内に液相の状態で蓄えられているからであり、ＬＰＧを気相で発生させるために蒸発器と呼ばれる熱交換器を通って燃料を循環させ、蒸発器では、エンジンの冷却剤が液体ＬＰＧを蒸発させる。冷却剤温度がエンジンのコールドスタート中、低いので、蒸発器は、冷却剤が或る特定の温度（代表的には８０℃）に達するまでＬＰＧを気相で発生させることができない。本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンでは、ＬＰＧは、液相で直接噴射される。かくして、燃料は、エンジンの始動以後、噴射のために利用できる。
【００８０】
ガソリンを用いた火花点火式エンジンのコールドスタート段階は、空燃比の制御に特別な注意を払わなければならない期間である。エンジンが低温（５０℃未満の冷却剤温度）である場合、噴射されるガソリンの一部は、蒸発せず、シリンダの壁に達する。また、ミスファイヤなしの安定した燃焼を得るためには、ガソリンが多いリッチ空燃比が用いられる。したがって、高温条件で必要な場合よりも多量のガソリンがコールドスタート段階中に噴射され、それにより燃料消費量の増加が生じる。
【００８１】
本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンの利用により、混合気を濃厚にする必要がない。ガソリン及び比較的高い噴射圧力（妥当な条件に関しては約７０ｂａｒ）と比較してＬＰＧの揮発性が高いので、空気と燃料の混合気の生成は、高温条件で発生される結果とほぼ同じである。したがって、ＬＰＧの単一の噴射を用いると共に触媒の最適加熱のための点火時期を設定することによってコールドスタートのための比較的簡単な方式を利用することができる。
【００８２】
この利点の全体的な結果として、本発明のＬＰＧ直接噴射式エンジンは、車両内に設置されると、最も厳格な排ガス規制、例えば欧州におけるＥｕｒｏ  ６ｃに準拠することができる。さらに、コールドスタート中における安定した燃焼を維持するために空燃比を濃厚にする必要性をなしで済ますと共に三元触媒を好都合な仕方で昇温する方式を用いるとコールドスタート段階へのためのエンジンのエネルギー要求量の減少が得られる。これにより、ＣＯ2エミッションのそれ以上の減少が得られる。
【００８３】
英文明細書における“comprises”（翻訳文では「〜を有する」又は「〜を含む」として場合が多い）という用語及びその活用形（例えば、“comprising”等）は、排他的な意味で理解されてはならず、即ち、これらの用語は、説明されると共に定義されている内容がそれ以上の要素、ステップ等を含むことができるという可能性を排除するものとして解されてはならない。
【００８４】
他方、本発明は、本明細書において説明した特定の実施形態に限定されないのは明らかであり、本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の一般的範囲内に含まれる当業者により想到できる任意の変形例（例えば、材料、寸法、コンポーネント、形態等の選択に関する）を含む。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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