(57)【要約】  少なくとも幾つかの点火機会が低温ガソリン燃焼（ＬＴＧＣ）を利用する、内燃機関を動作させるための方法、装置、コントローラ及びアルゴリズムが説明される。他の点火機会は、スキップされるか、又は火花点火等の他の種類の燃焼を利用し得る。任意の特定の点火機会の性質は、多くの場合に点火機会ごとに基づいて、エンジン動作中に動的に特定される。ＬＴＧＣを利用する点火は、排気流にたとえあったとしても僅かな亜酸化窒素のみを生成し、従って幾つかの実装形態ではそれらを排気流から除去するための後処理システムを必要としないことができる。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の作動チャンバを有する内燃機関の動作を制御して、所望の出力を発揮する方法において、
選択された低出力作動サイクルを低トルク出力で点火させ、且つ選択された高出力作動サイクルを高トルク出力で点火させる動的点火レベル変調モードで前記内燃機関を動作させることを含み、異なる種類の作動サイクルは、前記低及び高トルク出力作動サイクルのためにそれぞれ利用され、
前記高又は低トルク出力の一方は、低温ガソリン燃焼作動サイクルを利用することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
選択されたスキップ作動サイクル中、スキップされた作動チャンバを休止させ、それにより、前記選択されたスキップ作動サイクル中、前記スキップされた作動チャンバを通る空気のポンピングを防ぐこと
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
各点火について、前記点火が高又は低トルク出力を用いることを伴うかどうかを示すスキップファイア点火シーケンスを生成することと、
前記スキップファイア点火シーケンスに基づいて前記内燃機関を動作させることと
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、吸気バルブは、カム駆動されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法において、前記吸気バルブ及び排気バルブの全ては、カム駆動されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法において、前記高トルク及び低トルク出力の両方は、低温ガソリン燃焼作動サイクルを利用することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法において、前記低トルク出力は、予混合圧縮着火作動サイクルを利用することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記予混合圧縮着火作動サイクルは、作動チャンバ内に閉じ込められた排気ガスの再圧縮及び再膨張を利用することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法において、前記予混合圧縮着火作動サイクルは、吸気ストローク中に前記少なくとも１つの排気バルブの開放を利用することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法において、前記内燃機関制御は、高負荷ＨＣＣＩ境界よりも大きい負荷について全気筒火花点火動作に戻ることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の方法において、前記内燃機関制御は、高負荷ＨＣＣＩ境界よりも大きい負荷について高トルク及び低トルク混合気点火を用いることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の方法において、前記点火された作動チャンバのための給気は、前記高又は低トルク出力が前記点火された作動チャンバで選択されたかどうかに応じて変化することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか１項に記載の方法において、前記給気は、カム駆動式吸気バルブ及びカム駆動式排気バルブによって制御されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか１項に記載の方法において、前記選択された稼働中の作動サイクルは、ガソリン、天然ガス、エタノール、プロパノール、他のアルコール、合成燃料及び水素からなる群から選択される燃料を燃焼させることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか１項に記載の方法において、高又は低トルク出力を用いるかどうかの決定は、点火機会ごとに基づいて前記内燃機関の動作中に動的に特定されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
複数の作動チャンバを有する内燃機関の動作を制御するためのエンジンコントローラにおいて、各作動チャンバは、概して、連続した作動サイクルで動作するように構成され、前記エンジンコントローラは、選択された稼働中の作動サイクルを点火し、且つ選択された非稼働中の作動サイクルを点火させない点火パターンを動的に特定するように構成され、選択された稼働中の作動サイクルのための前記点火パターンは、低温ガソリン燃焼作動サイクルを利用する幾つかの点火を含むことを特徴とするエンジンコントローラ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のエンジンコントローラにおいて、前記選択された稼働中の作動サイクルは、低温ガソリン燃焼作動サイクル及び幾つかの他の種類の作動サイクルの組み合わせを用いることを特徴とするエンジンコントローラ。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載のエンジンコントローラにおいて、前記低温燃焼作動サイクルは、予混合圧縮着火作動サイクルであることを特徴とするエンジンコントローラ。
【請求項１９】
請求項１７に記載のエンジンコントローラにおいて、前記他の種類の作動サイクルは、火花点火作動サイクルであることを特徴とするエンジンコントローラ。
【請求項２０】
請求項１７に記載のエンジンコントローラにおいて、前記他の種類の作動サイクルは、予混合圧縮着火作動サイクルと異なる低温ガソリン燃焼作動サイクルであることを特徴とするエンジンコントローラ。
【請求項２１】
請求項１６乃至２０の何れか１項に記載のエンジンコントローラにおいて、前記点火パターンは、点火機会ごとに基づいて特定されることを特徴とするエンジンコントローラ。
【請求項２２】
内燃機関において、
複数の作動チャンバチャンバのそれぞれに関連する吸気バルブのリフトプロファイルを制御するカムローブを有するカムシャフトであって、前記関連する吸気バルブのそれぞれは、少なくとも２つの異なる非ゼロリフトプロファイルで動作することができる、カムシャフトと、
請求項１乃至１６の何れか１項に記載のエンジンコントローラであって、前記少なくとも２つの異なる非ゼロリフトプロファイルの何れが前記稼働中の作動チャンバによって用いられるかを指示するエンジンコントローラと
を含むことを特徴とする内燃機関。
【請求項２３】
動的点火レベル変調エンジン動作を用いて内燃機関を動作させる方法において、幾つかの点火機会は、低温ガソリン燃焼を利用することを特徴とする方法。
【請求項２４】
車両において、
理論混合モード又はリーンバーンモードの何れかで選択的に動作するように構成される少なくとも１つのシリンダを有する内燃機関と、
前記理論混合モードで動作している場合、前記少なくとも１つのシリンダからの排気を処理するための第１の後処理システムと、
前記リーンバーンモードで動作している場合、前記少なくとも１つのシリンダからの排気を処理するための第２の後処理システムと
を含むことを特徴とする車両。
【請求項２５】
請求項２４に記載の車両において、前記少なくとも１つのシリンダは、前記第１の後処理システムへの通路を提供するように構成される第１の排気バルブと、前記第２の後処理システムへの第２の通路を提供するように構成される第２の排気バルブとを更に含むことを特徴とする車両。
【請求項２６】
請求項２５に記載の車両において、前記少なくとも１つのシリンダが前記理論混合モード又は前記リーンバーンモードでそれぞれ動作しているかどうかに応じて、前記第１の排気バルブ又は前記第２の排気バルブの何れかを選択的に開放するエンジンコントローラを更に含むことを特徴とする車両。
【請求項２７】
請求項２４乃至２６の何れか１項に記載の車両において、前記少なくとも１つのシリンダの前記動作を制御するように構成されるエンジンコントローラを更に含み、前記エンジンコントローラは、前記少なくとも１つのシリンダが、作動サイクルごとに基づいて理論混合モード又は前記リーンバーンモードで動作するべきであるかどうかを特定するように構成されることを特徴とする車両。
【請求項２８】
請求項２４乃至２７の何れか１項に記載の車両において、前記少なくとも１つのシリンダの前記動作を制御するように構成されるエンジンコントローラを更に含み、前記エンジンコントローラは、前記少なくとも１つのシリンダが、作動サイクルごとに基づいて点火又はスキップされるべきであるかどうかを特定するように構成されることを特徴とする車両。
【請求項２９】
請求項２４乃至２８の何れか１項に記載の車両において、前記第１の後処理システムは、三元触媒コンバータを含むことを特徴とする車両。
【請求項３０】
請求項２９に記載の車両において、前記第１の後処理システムは、前記内燃機関の前記少なくとも１つのシリンダと前記三元触媒コンバータとの間に提供される着火触媒コンバータを更に含むことを特徴とする車両。
【請求項３１】
請求項２９に記載の車両において、前記第１の後処理システムは、粒子フィルタを更に含むことを特徴とする車両。
【請求項３２】
請求項２４乃至３１の何れか１項に記載の車両において、前記第２の後処理システムは、
（ａ）ＮＯｘトラップ、
（ｂ）選択接触還元（ＳＣＲ）システム、
（ｃ）酸化触媒、
（ｄ）三元触媒（ＴＷＣ）、
（ｅ）着火触媒コンバータ、
（ｆ）粒子フィルタ、又は
（ｇ）（ａ）〜（ｆ）の任意の組み合わせ若しくは上記の何れもなし
の１つを含むことを特徴とする車両。
【請求項３３】
請求項２４乃至３２の何れか１項に記載の車両において、前記内燃機関は、前記少なくとも１つのシリンダを含む複数のシリンダを含むことを特徴とする車両。
【請求項３４】
請求項３３に記載の車両において、前記複数のシリンダのそれぞれは、前記理論混合モード又は前記リーンバーンモードの何れかでそれぞれ動作することができることを特徴とする車両。
【請求項３５】
請求項３３に記載の車両において、前記複数のシリンダは、
前記理論混合モードでのみ動作することができるシリンダの第１の群と、
前記リーンバーンモードでのみ動作することができるシリンダの第２の群と、
前記理論混合モード又は前記リーンバーンモードの両方で動作することができる、前記少なくとも１つのシリンダを含むシリンダの第３の群と
に更に編成されることを特徴とする車両。
【請求項３６】
請求項３３に記載の車両において、前記複数のシリンダは、それぞれがそれぞれの点火順序で点火されるように構成されることを特徴とする車両。
【請求項３７】
請求項２４乃至３６の何れか１項に記載の車両において、各点火機会前に、前記点火順序において次の前記シリンダをスキップするか又は点火するかを決定するように構成されるエンジンコントローラを更に含むことを特徴とする車両。
【請求項３８】
請求項３６に記載の車両において、前記エンジンコントローラは、各点火機会前に、前記理論混合モード又は前記リーンバーンモードの何れかで前記点火順序において次の前記シリンダを動作させることを決定するように更に構成されることを特徴とする車両。
【請求項３９】
請求項２４乃至３８の何れか１項に記載の車両において、前記リーンバーンモードは、
（ａ）予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）モードと、
（ｂ）低温ガソリン燃焼（ＬＴＧＣ）と、
（ｃ）ガソリン直接圧縮着火（ＧＤＣＩ）と、
（ｄ）火花支援圧縮着火（ＳＡＣＩ）と、
（ｅ）ディーゼルサイクルモードと、
（ｆ）ミラーサイクルモードと、
（ｇ）オットーサイクルモードと、
（ｇ）アトキンソンサイクルモードと
の１つ以上を含むことを特徴とする車両。
【請求項４０】
請求項２４乃至３９の何れか１項に記載の車両において、前記理論混合モードは、
（ａ）火花点火モードと、
（ｂ）圧縮点火モードと、
（ｅ）ディーゼルサイクルと、
（ｆ）オットーサイクルモードと、
（ｆ）アトキンソンサイクルモードと、
（ｇ）ミラーサイクルモードと
の１つ以上を含むことを特徴とする車両。
【請求項４１】
車両において、
複数のシリンダを有する内燃機関と、
リーンバーンモード又は理論混合モードの何れかで前記複数のシリンダの１つ以上の動作を選択的に制御するように構成されるエンジンコントローラと、
前記理論混合モードで動作している場合、前記１つ以上のシリンダからの排気を処理するための第１の後処理システムと、
前記リーンバーンモードで動作している場合、前記１つ以上のシリンダからの排気を処理するための第２の後処理システムと
を含むことを特徴とする車両。
【請求項４２】
請求項４１に記載の車両において、前記理論混合モードで動作する前記１つ以上のシリンダのそれぞれについて、前記エンジンコントローラは、
前記第１の後処理システムへの前記１つ以上のシリンダのための通路をそれぞれ提供する第１の排気バルブを開放することと、
前記第２の後処理システムへの前記１つ以上のシリンダのための第２の通路をそれぞれ閉鎖する第２の排気バルブを閉鎖することと
を行うように構成されることを特徴とする車両。
【請求項４３】
請求項４１又は４２に記載の車両において、前記リーンバーンモードで動作する前記１つ以上のシリンダのそれぞれについて、前記エンジンコントローラは、
前記第２の後処理システムへの前記１つ以上のシリンダのための第２の通路をそれぞれ提供する第２の排気バルブを開放することと、
前記第１の後処理システムへの前記１つ以上のシリンダからの第１の通路をそれぞれ閉鎖する第１の排気バルブを閉鎖することと
を行うように構成されることを特徴とする車両。
【請求項４４】
請求項４１乃至４３の何れか１項に記載の車両において、前記複数のシリンダのそれぞれは、前記理論混合モード及び前記リーンバーンモードで動作することができることを特徴とする車両。
【請求項４５】
請求項４１乃至４４の何れか１項に記載の車両において、前記複数のシリンダの第１の群は、前記理論混合モードでのみ動作することができ、前記複数のシリンダの第２の群は、前記リーンバーンモードでのみ動作することができ、及び前記複数のシリンダの第３の群は、前記理論混合モード及び前記リーンバーンモードの両方で動作することができることを特徴とする車両。
【請求項４６】
請求項４１乃至４５の何れか１項に記載の車両において、前記複数のシリンダは、点火順序シーケンスにおいて点火されるように構成されることを特徴とする車両。
【請求項４７】
請求項４６に記載の車両において、前記エンジンコントローラは、各点火機会前に、点火順序において次の前記シリンダについて、前記理論混合モード又は前記リーンバーンモードの何れかで次の作動サイクルを動作させることを決定するように更に構成されることを特徴とする車両。
【請求項４８】
請求項４６に記載の車両において、前記エンジンコントローラは、各点火機会前に、点火順序において次の前記シリンダを点火するか又はその点火をスキップするかの何れかを行うように更に構成されることを特徴とする車両。
【請求項４９】
請求項４１乃至４８の何れか１項に記載の車両において、前記第１の後処理システムは、三元触媒コンバータを含むことを特徴とする車両。
【請求項５０】
請求項４９に記載の車両において、前記第１の後処理システムは、前記内燃機関と前記三元触媒コンバータとの間に提供される着火触媒コンバータを更に含むことを特徴とする車両。
【請求項５１】
請求項４９に記載の車両において、前記第１の後処理システムは、前記三元触媒コンバータの後に粒子フィルタを更に含むことを特徴とする車両。
【請求項５２】
請求項４１乃至５１の何れか１項に記載の車両において、前記第２の後処理システムは、
（ａ）ＮＯｘトラップ、
（ｂ）選択接触還元（ＳＣＲ）システム、
（ｃ）酸化触媒、
（ｄ）三元触媒（ＴＷＣ）、
（ｅ）着火触媒コンバータ、
（ｆ）粒子フィルタ、又は
（ｇ）（ａ）〜（ｆ）の任意の組み合わせ及び上記の何れもなし
の１つを含むことを特徴とする車両。
【請求項５３】
請求項４１乃至５２の何れか１項に記載の車両において、前記リーンバーンモードは、
（ａ）予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）モードと、
（ｂ）低温ガソリン燃焼（ＬＴＧＣ）と、
（ｃ）ガソリン直接圧縮着火（ＧＤＣＩ）と、
（ｄ）火花支援圧縮着火（ＳＡＣＩ）と、
（ｅ）ディーゼルサイクルモードと、
（ｆ）ミラーサイクルモードと、
（ｇ）オットーサイクルモードと、
（ｇ）アトキンソンサイクルモードと
の１つ以上を含むことを特徴とする車両。
【請求項５４】
請求項４１乃至５２の何れか１項に記載の車両において、前記理論混合モードは、
（ａ）火花点火モードと、
（ｂ）圧縮点火モードと、
（ｅ）ディーゼルサイクルと、
（ｆ）オットーサイクルモードと、
（ｆ）アトキンソンサイクルモードと、
（ｇ）ミラーサイクルモードと
の１つ以上を含むことを特徴とする車両。
【請求項５５】
請求項４１乃至４４の何れか１項に記載の車両において、前記エンジンコントローラは、作動サイクルごとに基づいて、前記複数のシリンダのそれぞれを選択的に点火するか又はその点火をスキップするように更に構成されることを特徴とする車両。
【請求項５６】
請求項４１乃至５５の何れか１項に記載の車両において、前記エンジンコントローラは、作動サイクルごとに基づいて、前記リーンバーンモード又は前記理論混合モードの何れかで前記複数のシリンダのそれぞれを選択的に動作させるように更に構成されることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる、「Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ」という名称の２０１７年７月３日出願の米国特許出願第６２／５２８，３５２号明細書の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、概して、幾つかの点火機会がリーンバーン低温ガソリン燃焼を利用し、他の点火機会が標準的な理論混合火花点火燃焼を利用する、動的点火レベル変調エンジン動作に関する。本発明は、一方がリーンバーン動作のために最適化され、及び他方が理論混合動作のために最適化される２つの後処理システムの使用にも関する。
【背景技術】
【０００３】
本願は、２０１７年４月１１日出願の米国特許出願公開第１５／４８５，０００号明細書に関連する。米国特許出願公開第１５／４８５，０００号明細書は、２０１６年６月１３日出願の米国特許出願公開第１５／１８０，３３２号明細書（現在、米国特許第９，４７６，３７３号明細書）の分割出願である２０１６年９月２３日出願の米国特許出願公開第１５／２７４，０２９号明細書（現在、米国特許第９，６８９，３２８号明細書）の継続出願である。米国特許出願公開第１５／１８０，３３２号明細書は、２０１５年１０月２１日出願の米国特許出願公開第１４／９１９，０１１号明細書（現在、米国特許第９，３９９，９６４号明細書）の分割出願であり、「Ｍｕｌｔｉ  Ｌｅｖｅｌ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｋｉｐ  Ｆｉｒｅ」という名称の２０１４年１１月１０日出願の米国仮特許出願第６２／０７７，４３９号明細書、「Ｍｕｌｔｉ  Ｌｅｖｅｌ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｋｉｐ  Ｆｉｒｅ」という名称の２０１５年２月１７日出願の同第６２／１１７，４２６号明細書及び「Ｕｓｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉ−Ｌｅｖｅｌ  Ｓｋｉｐ  Ｆｉｒｅ」という名称の２０１５年２月２６日出願の同第６２／１２１，３７４号明細書に対する優先権を主張する。これらの関連出願の全ては、あらゆる目的のためにその全てが本明細書に組み込まれる。
【０００４】
現在稼働中のほとんどの車両（及び他の多くの装置）は、内燃（ＩＣ）機関により駆動されている。内燃機関は、通常、シリンダ内で周期揺動する往復ピストンを有する。燃焼がシリンダ内で生じ、結果として生じるトルクは、ピストンによってコネクティングロッドを介してクランクシャフトに伝達される。４ストロークエンジンに対して、空気、場合により燃料が吸気バルブを介してシリンダに吸入され、排気燃焼ガスが排気バルブから排出される。典型的なエンジンの動作において、シリンダの状態は、周期的に変化し、繰り返されるパターンで吸気、圧縮、膨張、排気のストロークに順番に遭遇する。各繰り返しパターンは、シリンダの作動サイクルと称される場合がある。様々なエンジンシリンダに関連付けられる作動サイクルは、一時的に交互に配置されるため、様々なシリンダに関連付けられる膨張ストロークは、略等間隔であり、最もスムーズなエンジン動作を発揮する。膨張ストロークにおいて生じる燃焼は、所望のトルク及び様々な排気ガスを生成する。
【０００５】
内燃機関の燃料効率は、要求されるトルクに応じてエンジンの排気量を変えることによって大幅に改善することができる。完全な排気量は、必要に応じて全トルクを利用できることを可能にしながら、全トルクを必要としない場合により小さい排気量を用いることにより、ポンプ損失を大幅に低減し、熱効率を向上させることができる。可変排気量エンジンを実装する最も一般的な現在の方法は、シリンダの群を略同時に動作を休止させることである。このアプローチにおいて、休止されたシリンダに関連付けられる吸気及び排気バルブは、閉じたままにされ、燃料は、燃焼イベントをスキップすることが望まれる場合に噴射されない。例えば、８気筒可変排気量エンジンは、シリンダの半分（すなわち４気筒）の動作を休止させ、残りの４気筒のみを用いて動作されるようにし得る。今日利用可能な市販の可変排気量エンジンは、通常、２つ又は最大３つの排気量のみに対応している。
【０００６】
エンジンの有効排気量を変化させる別のエンジン制御アプローチは、「スキップファイア」エンジン制御と称される。一般に、スキップファイアエンジン制御は、選択された点火機会中に特定のシリンダの点火を選択的にスキップすることを想定している。従って、特定のシリンダは、１エンジンサイクル中に点火又はアクティブになり、次いで次のエンジンサイクル中にスキップ又は受動的になり、次いで、次のエンジンサイクル中に選択的にスキップ又は点火され得る。スキップファイアエンジンの動作は、指定されたシリンダセットが略同時に動作を休止し、エンジンが同じ可変排気量モードのままである限り動作を休止したままである従来の可変排気量エンジン制御と区別される。従って、特定のシリンダの点火順序は、可変排気量モードにおける動作中に各エンジンサイクルで常に同じである（エンジンが同じ排気量モードのままである限り）のに対して、スキップファイア動作中には多くの場合にそれが当てはまらない。例えば、１／３の点火割合で動作する８気筒スキップファイア制御エンジンは、その後、連続するエンジンサイクルで異なるパターンのシリンダ点火及びスキップを行う。
【０００７】
一般に、スキップファイアエンジン動作は、従来の可変排気量アプローチを用いて可能であるものよりも効果的なエンジン排気量のより精細な制御を容易にする。例えば、４気筒エンジンで３つのシリンダにつき１つのシリンダの割合で点火すると、エンジン全排気量の１／３の有効排気量が得られ、これは、シリンダセットを単に休止することによって得ることができない部分排気量である。概念的に、実質上いかなる有効排気量もスキップファイア制御を用いて得ることができるが、実際には、ほとんどの実装形態は、動作を一連の利用可能な点火部分、順序又はパターンに制限する。本出願人は、スキップファイア制御に対する様々なアプローチを説明する多くの特許を申請している。一例として、米国特許第８，０９９，２２４号明細書、同第８，４６４，６９０号明細書、同第８，６５１，０９１号明細書、同第８，８３９，７６６号明細書、同第８，８６９，７７３号明細書、同第９，０２０，７３５号明細書、同第９，０８６，０２０号明細書、同第９，１２０，４７８号明細書、同第９，１７５，６１３号明細書、同第９，２００，５７５号明細書、同第９，２００，５８７号明細書、同第９，２９１，１０６号明細書、同第９，３９９，９６４号明細書等は、動的スキップファイア（ＤＳＦ）動作モードで多様な内燃機関を動作させるように実用に供される様々なエンジンコントローラを説明している。これらの特許のそれぞれは、参照により本明細書に組み込まれる。これらの特許の多くは、特定の作動サイクル中に特定のシリンダをスキップ又は点火するかどうかに関する点火決定が、リアルタイムで、多くの場合に作動サイクルが開始する少し前であり、且つ多くの場合に個々のシリンダ点火機会ごとに基づいて行われるＤＳＦ制御に関する。
【０００８】
多段動的スキップファイア（ｍＤＳＦ）と称される幾つかの応用において、点火される個々の作動サイクルは、異なるシリンダ出力レベルで意図的に動作され、すなわち意図的に異なる給気及び対応する燃料供給レベルを用いる可能性がある。一例として、米国特許第９，３９９，９６４号明細書は、幾つかのかかるアプローチを説明している。動的スキップファイアで用いられる個々のシリンダ制御の概念は、全てのシリンダが点火される動的多充填レベルエンジン動作にも適用することができるが、個々の作動サイクルは、異なるシリンダ出力レベルで意図的に動作される。動的スキップファイア及び動的多充填レベルエンジンの動作は、各作動サイクルの出力（例えば、スキップ／点火、高／低、スキップ／高／低等）が、エンジンの動作中、通常、作動サイクル（点火機会毎）に基づくことによって個々のシリンダの作動サイクルで動的に特定される異なる種類の動的点火レベル変調エンジン動作を集合的に考慮し得る。動的点火レベルエンジン動作は、エンジンが低排気量動作状態になると、エンジンが異なる動作状態に移行するまで、定義されたシリンダセットが略同じ方法で動作する従来の可変排気量と異なることを正しく認識するべきである。
【０００９】
内燃機関は、通常、一連の繰り返し動作サイクルで動作して、エンジントルクを生成する。作動サイクルは、用いられる熱力学サイクルによって特徴付けられる。熱力学サイクルは、圧力容積線図に示され得、多くの形態を取り得る。幾つかの例示的な熱力学サイクルは、オットーサイクル、ミラーサイクル、アトキンソンサイクル及びディーゼルサイクルを含む。用いられる熱力学サイクルに加えて、作動サイクルは、他の方法、例えば作動中のチャンバ温度、燃料／空気の理論混合又は燃焼開始方法によって特徴付けられ得る。幾つかの作動サイクルは、電気火花を用いて燃焼を開始し、火花点火（ＳＩ）作動サイクルと称される。これらのＳＩ作動サイクルは、ミラー又はアトキンソンサイクル及びリーンバーンＳＩ又は火花点火を用いる任意の種類の作動サイクルを含む。幾つかの作動サイクルは、圧縮ストローク中に作動チャンバに閉じ込められたガスの自己加熱を用いて燃焼を開始する。幾つかの作動サイクルは、空気及び燃料の不均一混合気を燃焼させる一方、他の作動サイクルは、均一充填を利用する。幾つかの作動サイクルは、等しい膨張及び圧縮比を有する一方、他の作動サイクルは、物理的に異なる膨張及び圧縮比を有するか、又は早期若しくは遅延した吸気バルブ閉鎖を介して吸入された給気を変更することにより効果的に異なる比率を達成する。多くの異なる作動サイクルは、燃料効率及び動作負荷範囲等の様々な特性を有する。異なる作動サイクルはまた、異なる燃焼温度を生成し、それらの排気流に異なるレベル及び種類の有害排出物を生成し、異なる空燃比で動作し得る。
【００１０】
引用された先行技術に記載されたエンジンは、良好に動作するが、動的点火レベル変調制御下で動作するエンジンの燃料経済性を更に改善する努力が続けられている。本願は、様々な用途においてエンジン性能を向上させることができる追加の機能及び拡張機能を説明する。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、動的スキップファイア、多段動的スキップファイア及び動的複数給気レベルエンジンの両方を含む動的点火レベル変調制御に関する。一態様において、エンジンを制御するための方法が説明される。選択された作動サイクルは、スキップされ、選択された稼働中の作動サイクルは、所望のエンジン出力を発揮するように点火される。１つ以上の作動チャンバは、例えば、同じカム位相器及び／又はＭＡＰ（吸気マニホールド絶対圧力）設定に対して、複数の可能性のあるレベルのトルク出力を生成可能である。特定レベルのトルク出力（例えば、高又は低トルク出力）は、点火される作動チャンバのそれぞれに対して選択される。低トルクレベル出力は、低温ガソリン燃焼（ＬＴＧＣ）作動サイクルを利用する。ＬＴＧＣは、予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）作動サイクル、部分予混合圧縮着火（ＰＰＣＩ）作動サイクル又は他の種類のＬＴＧＣ作動サイクルであり得る。様々な実施形態は、上記の方法の実施を支援するエンジンコントローラ、ソフトウェア及びシステムに関する。
【００１２】
幾つかの実施形態において、ＬＴＧＣ作動サイクルは、予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）作動サイクルである。ＨＣＣＩ動作は、作動チャンバ内に閉じ込められたガスの再圧縮及び再膨張により、又はその吸気ストローク中に排気ガスを作動チャンバに吸入することにより生じ得る。ＨＣＣＩ作動サイクルは、要求されるエンジントルクを発揮するようにスキップ及び／又は他の種類の作動サイクルと一時的に交互配置される。
【００１３】
他の実施形態において、高及び低トルクレベル点火の両方は、ＬＴＧＣ作動サイクルを利用する。中間トルク出力レベルは、要求されるトルクを発揮するように低及び高トルク出力点火を一時的に交互配置することによって得ることができる。
【００１４】
動的点火レベル変調制御は、多様な方法で実行され得る。幾つかの実施形態において、例えば、各作動サイクルを点火若しくはスキップするかどうかに関する決定及び／又は点火された作動チャンバに対する特定レベルのトルク出力を選択するかどうかの決定は、点火機会ごとに基づいて実行される。
【００１５】
更に別の実施形態において、２つの後処理システムは、理論混合及びリーンバーンモードの両方で動作することができる内燃機関と共に用いられ得る。１つの後処理システムは、理論混合作動サイクルに用いられる一方、第２のものは、リーンバーン作動サイクルに用いられる。
【００１６】
上で説明した様々な態様及び特徴は、個別に又は任意の組み合わせで実装され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明及びその利点は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することによって最良に理解され得る。
【００１８】
【図１】図１は、自然吸気のスロットル制御される火花点火（ＳＩ）動作エンジンのための動作領域に重ねられたＨＣＣＩ動作エンジンのための動作領域を示す。
【図２】図２は、ＨＣＣＩ動作において再圧縮を用いるＳＩ及びＨＣＣＩ作動サイクルを実行するために必要とされる代表的な吸気及び排気バルブリフトプロファイルを示す。
【図３】図３は、排気ガスを「再吸込み」することによって得られるＨＣＣＩ作動サイクルのバルブリフトプロファイルを示す。
【図４】図４は、ＳＩ及びＨＣＣＩエンジン動作のためのそれらそれぞれの動作範囲内での代表的な燃料消費率を示す。
【図５】図５は、本発明の非排他的な実施形態による動的給気圧縮点火（ＤＣＣＩ）を用いる拡張された低負荷、高効率動作領域を示す。
【図６】図６は、本発明の非排他的な実施形態による低負荷ＤＣＣＩ動作の効率の利点を示す。
【図７】図７は、本発明の非排他的な実施形態によるＤＣＣＩ動作により可能となる拡張された中高負荷動作範囲を示す。
【図８】図８は、本発明の非排他的な実施形態によるエンジンの全負荷範囲にわたるＤＣＣＩ動作に関連する燃料節約を示す。
【図９】図９は、２つの別個の高効率低温ガソリン燃焼（ＬＴＧＣ）領域に対する動作範囲を示す。
【図１０】図１０は、低負荷及び高負荷のＬＴＧＣ作動サイクルに対する燃料消費率を示す。
【図１１】図１１は、本発明の非排他的な実施形態による全負荷範囲にわたって動作するために用いられるＤＣＣＩを示す。
【図１２】図１２は、本発明の非排他的な実施形態による全負荷範囲にわたるＤＣＣＩ燃料消費の利点を示す。
【図１３】図１３は、本発明による均質リーンバーン燃焼及び動的スキップファイアエンジン制御の両方を有する内燃機関を動作させることの燃料効率の利点を示すプロットである。
【図１４】図１４は、本発明の非排他的な実施形態による内燃機関の動的スキップファイア制御による均質なリーンバーン燃焼から生じる改善された排気温度制御を示す棒グラフである。
【図１５】図１５は、内燃機関及び２つの後処理システムを示す。
【図１６】図１６は、本発明の非排他的な実施形態による理論混合及びリーンバーンモードの両方でエンジンを動作させるための複数の実施形態を列挙する表を示す。
【図１７】図１７は、本発明による内燃機関のシリンダ並びに第１及び第２の後処理システムを示す。
【図１８】図１８は、本発明による内燃機関のシリンダ並びに第１及び第２の後処理システムの別の実施形態を示す。
【図１９】図１９は、本発明の非排他的な実施形態による理論混合又はリーンバーンモードでの内燃機関の動作を制御するためのフロー図を示す。
【００１９】
図面において、同様の参照番号は、場合により同様の構造要素を指定するために用いられる。図面内の描写は、図示したものであり、一定の縮尺で描かれていないことも正しく認識するべきである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、動的点火レベル変調制御エンジンにおける幾つかの点火機会が低温ガソリン燃焼（ＬＴＧＣ）を利用する、内燃機関を動作させるための方法及びシステムに関する。他の点火機会は、スキップされるか、又は火花点火等の他の種類の燃焼を利用し得る。任意の特定の点火機会の性質は、多くの場合に点火機会ごとに基づいて、エンジン動作中に動的に特定される。ＬＴＧＣを利用する点火は、燃焼においてたとえあったとしても僅かな亜酸化窒素（ＮＯｘ）のみを生成し、従ってそれらを燃焼排気流から除去するための後処理システムを必要としない。ＬＴＧＣの１つのタイプは、均質な燃料混合気が自己着火する予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）である。通常、ＨＣＣＩは、リーン空燃比を用いる。他の種類のＬＴＧＣは、ガソリン直接圧縮着火（ＧＤＣＩ）、火花支援圧縮着火（ＳＡＣＩ）及び部分予混合圧縮着火（ＰＰＣＩ）を含む。ＧＤＣＩ及びＰＰＣＩにおいて、燃料は、吸入された給気の圧縮によって生じる高温の給気内に噴射されると自己着火する。ＳＡＣＩにおいて、自己着火に依存するのではなく、火花が点火タイミングを制御するために用いられる。ＰＰＣＩにおいて、層状給気が燃料燃焼率を管理するために用いられる。
【００２１】
ＬＴＧＣ作動サイクルでエンジンを動作させることは、多くの場合、有利である。例えば、ＨＣＣＩモードでの動作は、少なくとも２つの理由で有利である。第１に、ＨＣＣＩは、特定のシリンダ負荷に対して火花点火（ＳＩ）燃焼よりも燃料効率が高い。ＨＣＣＩは、１〜４バールの正味平均有効圧力（ＢＭＥＰ）のシリンダ負荷等の低いシリンダ負荷に対して１０〜１８％の範囲で燃料効率が改善されている。燃料消費量の改善は、バルク自己着火及びスロットル未開放動作から生じる急速な放熱率によるものである。ＨＣＣＩの第２の有利な特徴は、極めて低いレベルの有害排出物を生じることである。ＨＣＣＩは、通常、極端にリーンな又は希釈された混合気を利用し、結果として生じる燃焼は、低い燃焼温度及び完全又は略完全な燃料酸化をもたらす。リーン動作にもかかわらず、排気ガスのＮＯｘレベルは、高価な排気後処理システムなしで無理なく認証基準を満たす。ＨＣＣＩは、カム作動式吸気及び排気バルブに基づく可変バルブ作動により比較的安価に実装及び制御することもでき、必然的に高圧燃料噴射装置又は特別な点火システムを必要とする。
【００２２】
残念ながら、ＨＣＣＩは、その最も単純で最も効率的な形式において、高負荷に対する高い圧力上昇率及び燃焼ノイズ並びに低負荷に対する希薄可燃限界近くの燃焼安定性によって制限される。高負荷に対して、ＮＯｘ排出量は、リーンバーン後処理システムを用いずに規制レベルを超える可能性もある。典型的なＨＣＣＩ動作領域１１０は、一般に、図１に示すように、８００〜４０００ｒｐｍのエンジン速度間の１〜４バールＢＭＥＰ範囲に限定される。この範囲は、代表的なもののみであり、ＨＣＣＩは、エンジン設計の詳細に応じてこの範囲外で動作され得る。ＨＣＣＩ動作領域は、燃焼安定性により低エンジン負荷並びに圧力上昇率、燃焼ノイズにより高エンジン負荷に制限され、広範な研究努力が、吸気ブースト、多段噴射戦略、火花支援及び複式燃料動作等を含めて、この領域を拡大しようとして費やされている。しかし、これらの概念は、概して、特殊な新しいハードウェア及び複雑な較正を必要とし、それは、技術を法外に高価にする可能性がある。
【００２３】
また、図１に示すのは、ＨＣＣＩ動作領域１１０を対象として含み、より高い及びより低いエンジン負荷まで延在することの両方である自然吸気、スロットル制御、火花点火燃焼エンジンのための動作領域１２０である。ＳＩ動作の望ましい特性は、その広い動作範囲であり、これは、一般的な自動車動作において遭遇する様々なトルク及び速度要件を満たす。ＳＩ動作の望ましくない態様は、ＨＣＣＩ動作と比較して有害排出物及び比較的低い効率を削減するように三元触媒（ＴＷＣ）後処理システムのための要件を含む。本発明は、ＳＩ（又は他の何らかの種類の作動サイクル）及びＨＣＣＩ（又は他の何らかの種類のＬＴＧＣ作動サイクル）動作を動的に組み合わせて、場合により作動サイクルごとに基づいて、ＨＣＣＩのみを用いて達成できるよりも広い動作範囲にわたり、高い燃料効率で要求されたエンジン出力トルクを提供する混合モード動作を提供する。
【００２４】
図２は、ＳＩ及びＨＣＣＩ動作の代表的な吸気及び排気バルブのリフトプロファイルを示す。図２において、ＨＣＣＩ動作は、閉じ込められた排気ガスの再圧縮及び再膨張によって維持される。バルブリフトプロファイル２０２及び２０４は、ＳＩ作動サイクルに関連する排気及び吸気バルブプロファイルをそれぞれ示す。バルブリフトプロファイル２１２及び２１４は、ＨＣＣＩ作動サイクルに関連する排気及び吸気バルブプロファイルをそれぞれ示す。ＳＩ作動サイクルにおいて、バルブは、高いリフトプロファイルを有し、ＨＣＣＩ作動サイクルにおけるよりも長く開放状態を保つ。ＳＩ作動サイクルにおいて、吸気及び排気バルブの両方は、通常、シリンダ（又はより一般的には作動チャンバ）内のピストンの上死点（ＴＤＣ）位置に対応する０度のクランク角で開放される。対照的に、再圧縮及び再膨張を伴うＨＣＣＩ中、排気バルブは、極めて早期に閉じて大量の高温残留物を保持し、ＨＣＣＩ燃焼のための自己着火を促進することを支援する。吸気バルブが遅延して開くと、結果的に、ＳＩ動作における正のバルブオーバーラップとは対照的に、ＨＣＣＩ動作において負のバルブオーバーラップが生じる。排気及び吸気バルブの両方が閉じている時間間隔中、閉じ込められた排気ガスは、再圧縮され、次いで再膨張し、ガススプリングとして機能する。再圧縮及び再膨張領域は、ポンピング損失を最小限に抑えるようにＴＤＣを中心として略対称であり得る。ＳＩ及びＨＣＣＩ動作の両方のための幾つかの実施形態において、吸気及び排気バルブのタイミングは、独立して制御され得、すなわち、吸気及び排気バルブ開閉の位相は、カム位相器を用いて独立して調整することができる。作動チャンバは、異なるカムプロファイルを用いることにより、ＳＩ及びＨＣＣＩ動作間でシフトさせ得、結果として２種類の作動サイクルに対して異なる非ゼロバルブリフトプロファイルを生じる。ＨＣＣＩで動作させる場合、排気及び吸気ストロークの一部中のシリンダ内の排気ガス閉じ込めのため、ＳＩ及びＨＣＣＩ作動サイクルに関連する給気は、概して異なることを正しく認識するべきである。
【００２５】
図３は、「再吸込み」と呼ばれる別のＨＣＣＩ制御戦略を示す。火花点火動作に関連するバルブプロファイル２０２及び２０４は、図２に示す通りである。再吸込みを伴うＨＣＣＩにおいて、排気バルブは、ＳＩ動作中に行うようなプロファイル２０２の排気ストロークにおいて排気する。後続の吸気ストローク中、排気バルブは、再度、プロファイル３１２に従って開く。吸気ストローク中に排気バルブを再度開くと、高温の排気ガスがシリンダに吸入され、ＨＣＣＩ燃焼のための自己着火を促進することを支援する。再圧縮を伴うＨＣＣＩの場合と同様に、吸気及び排気バルブ両方のタイミングは、個別に段階的に実行されて、シリンダに流入及び流出するガスに対する正確な制御を提供し得る。ＳＩ及び再吸込みを伴うＨＣＣＩに関連する給気は、ＨＣＣＩ動作中の吸気ストローク中にシリンダ内への排気ガスの吸入のために概して異なる。本発明は、再圧縮を伴うＨＣＣＩ若しくは再吸込みを伴うＨＣＣＩを用い得るか、又は両方の制御戦略により動作し得る。
【００２６】
上で説明した両方の種類のＨＣＣＩ又は同様のＬＴＧＣ動作戦略に対して、排気流内の過剰酸素は、シリンダ吸入の高レベルの残留希釈を採用することにより、及び／又はエンジンのシリンダに空気を供給する吸気マニホールドへ排気ガスを導入する外部排気ガス再循環システムを用いることにより、最小化又は排除され得る。すなわち、シリンダ吸入の構成は、排気ガスに残留酸素がほとんどないか又は全くないように制御され得る。ＨＣＣＩがかかる方法で動作する場合、三元触媒が、ＨＣＣＩ点火と交互配置され得るＳＩ着火から生じる排気流内の有害排出物を低減させるために用いられ得る。
【００２７】
図４は、ＳＩ及びＨＣＣＩ動作のためのそれらそれぞれの動作範囲内での代表的な燃料消費率を示す。曲線４０２は、全負荷範囲にわたるＳＩ動作のための燃料消費率を示す。曲線４０４は、ＨＣＣＩ動作のための典型的な負荷範囲にわたる燃料消費率を示す。この動作範囲にわたり、ＨＣＣＩ動作の燃料効率の利益は、領域４０６によって示される。先行技術のデュアルモードＳＩ−ＨＣＣＩエンジンにおいて、エンジンは、その動作範囲にある場合にＨＣＣＩモードで動作し、エンジン負荷がＨＣＣＩ範囲より上又は下にある場合にＳＩモードで動作した。低及び高負荷両方のＨＣＣＩ限度において、ＳＩ及びＨＣＣＩ動作間にエンジン動作モードの離散的な転換が存在した。これら先行技術のデュアルモード動作エンジンは、燃料効率をある程度改善したが、燃料効率の増加は、比較的狭いＨＣＣＩ動作ウィンドウにより制限されていた。明確にするために、ＳＩ負荷曲線４０２は、ゼロ負荷まで拡張されず、定義により、燃料消費率は、漸近的に無限に近づくが、しかし、実際には、ＳＩエンジンは、吸気を大きく絞ることにより、ゼロ及び低負荷条件下で安定して動作することができる。
【００２８】
参照により本明細書に組み込まれる本出願人の米国特許第９，３９９，９６４号明細書に記載されているように、動的スキップファイア（ＤＳＦ）制御の拡張は、多段動的スキップファイア（ｍＤＳＦ）制御である。一般に、多段動的スキップファイアは、異なる散在点火作動サイクルが異なるトルク出力を生成する可能性があるように、１つ以上の中間（下位）点火状態の使用を想定している。例えば、幾つかの実施形態において、中間点火の出力は、完全点火給気の６０〜８０％程度であり得る。幾つか特定のｍＤＳＦシステムにおいて、点火機会は、３つの異なる状態、高給気点火、低給気点火又はスキップで実行され得、複数の個別点火レベルを有していない標準ＤＳＦよりもエンジントルク波形にわたるより精細な制御を提供する。
【００２９】
ｍＤＳＦ又はより一般的な動的点火レベル変調を用いることの１つの潜在的な利点は、良好な燃料効率を達成する可能性である。しかし、効率の増加を実現するために、低又は中間出力の作動サイクルは、高出力作動サイクルよりも効率的に動作する必要がある。米国特許第９，３９９，９６４号明細書に記載されている実施形態の幾つかにおいて、より高い効率の作動サイクルは、アトキンソンサイクル又はミラー過膨張サイクルを含む。例えば、早期吸気バルブ閉鎖（ＥＩＶＣ）及び遅延吸気バルブ閉鎖（ＬＩＶＣ）戦略は、吸気ストロークと比較して効果的に長い膨張ストロークを達成するために採用され得る。これは、所定のシリンダ給気サイズに対する作業抽出を強化し、ＳＩ作動サイクルと比較して効率を５％超向上させる。連邦試験プロトコル（ＦＴＰ）駆動サイクルに基づき、標準ＤＳＦに対するｍＤＳＦの推定燃料経済性増加は、数パーセントである。
【００３０】
動的給気圧縮点火（ＤＣＣＩ）は、ｍＤＳＦの拡張である。ＤＣＣＩにおいて、少なくとも１つのｍＤＳＦ点火レベルがＨＣＣＩ等の低温ガソリン燃焼作動サイクルで動作する。ＨＣＣＩは、本質的に低負荷に制限されているため、低レベル又は部分給気に対する理想的な候補である。ＨＣＣＩ作動サイクルの大幅に高い効率のため、ＤＣＣＩの潜在的な燃料経済性増加が大きい。図５は、低負荷動的給気圧縮点火（ＤＣＣＩ）を用いる、拡張された低負荷、高効率動作領域を示す。ＤＣＣＩを用いることにより、ＨＣＣＩ動作は、燃焼安定性を維持するように特別な制御戦略を用いずに、ゼロ負荷を含む領域５２０に拡張することができる。必要とするエンジントルクは、必要とするトルクを発揮するようにスキップされる点火機会と組み合わされるＨＣＣＩ点火の点火密度を指定するエンジンコントローラによって得ることができる。ＨＣＣＩ点火は、組み込まれる米国特許第９，３９９，９６４号明細書及び前に引用した本出願人の他の先行特許の幾つかに記載されているようなシグマデルタコントローラ又は他の制御戦略を用いて均等に分配され得る。スキップされる作動サイクルは、シリンダを休止させ、その結果、空気がシリンダを介して全く圧送されないか、又は引き続き空気を圧送しながら、シリンダに燃料を供給することを単にスキップすることの何れかであり得る。後者の戦略は、バルブ休止ハードウェアを必要としないため、実装に対するコストが低くなる可能性がある。作動サイクルは、スキップされるか、又は低温燃焼を用いるかの何れかであるため、特別な後処理は、幾つかの実施形態において必要されなくてもよい。エンジンコントローラは、ＨＣＣＩ点火に関連する給気及び点火密度を変更して、燃料効率を最大化し、許容可能なノイズ、振動及びハーシュネス（ＮＶＨ）性能を得ることができる。
【００３１】
ＤＣＣＩ動作によって可能となり得る動作点は、エンジンアイドル状態であり、これは、概して、８００ｒｐｍ付近のエンジン速度で生じ、出力エンジントルクを全く必要としない。ＨＣＣＩモードで全てのシリンダを駆動することは、特別で潜在的に非効率的な燃焼制御戦略を用いることなく、アイドルに必要なものよりも多くのトルクを生成する。ＤＣＣＩを用いることにより、幾つかのシリンダが効率的なＨＣＣＩ体制で動作することを可能にする一方、他のシリンダがスキップされ、その結果、全体のエンジントルクがアイドル要件に一致する。
【００３２】
図６は、低負荷ＤＣＣＩ動作の効率の利点を示す。領域４０６は、図４に示すものと同じであり、デュアルモードのＳＩ／ＨＣＣＩ動作の利点を示す。ＤＣＣＩを用いることにより、追加の燃料経済性は、ＨＣＣＩ及びＤＣＣＩ曲線間にある領域６０４によって示されるように得られる。図６に示していないが、領域６０４は、ゼロ負荷まで延在し、純粋なＨＣＣＩ動作負荷範囲未満の負荷範囲におけるＳＩ動作にわたって燃料節約を提供する。この実施形態において、エンジン制御は、高負荷ＨＣＣＩ境界よりも大きい負荷に対して全気筒ＳＩ動作に戻り得る。低負荷ＤＣＣＩでの動作は、有害排出物がほとんど又は全く生じないため、後処理システムは、このモードでの動作中に不要である。従来の三元触媒は、幾つか又は全てのシリンダが、ＨＣＣＩ負荷範囲よりも上の負荷に対して行われる可能性があるＳＩモードで動作している場合に排気ガスを浄化することができる。リッチ空燃比で動作させるか又は触媒に炭化水素を噴射することによる、三元触媒における酸化／還元バランスの再調整は、ＳＩ動作に移行する場合に必要となる可能性がある。
【００３３】
図７は、中高負荷領域７０２を含むフルＤＣＣＩにより可能となる拡張高効率動作範囲を示す。この中高負荷領域７０２において、フルＤＣＣＩは、ＳＩ作動サイクル、ＨＣＣＩ作動サイクル及び潜在的にスキップされる作動サイクル間で切り替わる。ＳＩ作動サイクルは、高いＮＯｘ排出を潜在的に生成し、後処理がこの動作領域において必要となる。リーン排気流中のＮＯｘを除去可能な特別な後処理システムが必要となる可能性がある。他の実施形態において、ＨＣＣＩ作動サイクルは、理論混合空燃比に近い高い希釈レベルで動作し得、従って標準的な三元触媒が用いられ得る。
【００３４】
図８は、中高負荷領域７０２においてＤＣＣＩを動作させることに関連する燃料消費率の利点を示す。ＨＣＣＩ動作限界より上の負荷領域においてＳＩ曲線とＤＣＣＩ曲線との間にある領域８０４は、この動作モードに関連する燃料経済性増加を示す。この実施形態において、ＤＣＣＩは、標準ＳＩ、ＨＣＣＩ及び潜在的シリンダスキップを融合させて、高効率動作の拡張領域及び平滑なＳＩ−ＨＣＣＩモード遷移を提供する。ＨＣＣＩ負荷範囲内及びそれよりも小さい負荷に対する低負荷領域での動作は、図５及び図６に関連して前で説明した通りであり得る。この領域における負荷は、ＳＩ、ＨＣＣＩ及びスキップされる作動サイクルを組み合わせることで得られ得る。これは、結果として生じる点火パターンが、ＨＣＣＩのみの動作と比較して、許容可能なＮＶＨを有して改善された燃料効率を提供する場合に有利であり得る。
【００３５】
モデリングは、代表的な駆動サイクルで動作する２．０Ｌ４気筒エンジンのための標準ＤＳＦに比べて、低レベルの点火としてミラー又はアトキンソンサイクルを用いて、フルＤＣＣＩがｍＤＳＦの燃費効率の利益を潜在的に２倍にすることができる。フルＤＣＣＩは、比較的狭い動作範囲、図１に示すベース範囲１１０又は更に小さい範囲にわたってＨＣＣＩを採用し得、ここで、ＨＣＣＩは、エンジンハードウェアの最小限の変更で堅牢に動作する。その実装コストは、現在調査中の他の高度な燃焼戦略よりも大幅に低くなる可能性がある。従来の三元触媒による後処理は、混合排気流が希薄燃料になる可能性が高い混合モードＨＣＣＩ／ＳＩを実行する場合の課題となる可能性がある。幾つかの実施形態は、ＮＯｘトラップ又は選択的触媒還元を利用して、酸素リッチ排気中のＮＯｘ排出量を低減し得る。他の実施形態において、ＨＣＣＩは、排気流中の過剰酸素レベルが最小化されるように、適切な排気ガス希釈により、より限定された範囲にわたって動作され得る。何れの場合においても、ＤＣＣＩシステムは、燃料経済性を改善する費用効果の高い道筋を提供する。
【００３６】
図９は、２つの異なるＬＴＧＣ動作領域のための動作範囲を示す。中低負荷領域ＬＴＧＣ＃１は、領域９１０として示されている。中高負荷領域ＬＴＧＣ＃２は、領域９２０として示されている。ＨＣＣＩは、ＬＴＧＣのサブセットであり、ＬＴＧＣ＃１の領域９１０に対応する。他の種類の低温ガソリン燃焼作動サイクルは、中高負荷領域９２０で動作し得る。これらのサイクルは、火花支援圧縮点火（ＳＡＣＩ）、部分予混合圧縮点火（ＰＰＣＩ）及びブーストＨＣＣＩを含むが、これらに限定されない。サイクルが過給される場合、すなわち吸気マニホールドの空気圧が大気圧を超える場合、空気圧ブーストは、ターボチャージャ又はスーパーチャージャの何れかを用いて達成され得る。ＬＴＧＣ＃１及びＬＴＧＣ＃２の両方は、特定の制約された動作範囲、領域９１０及び９２０のそれぞれにおいてのみ実行可能であり、従って自動車の動作に必要な完全な動的有効範囲を提供しない。２つの領域間で点火を組み合わせることにより、中間負荷領域９３０が範囲に含まれ得る。領域９１０及びおそらく領域９２０からの点火をスキップと組み合わせることにより、低負荷領域９４０が範囲に含まれ得る。
【００３７】
図１０は、ＬＴＧＣ＃１及びＬＴＧＣ＃２作動サイクルの代表的な燃料消費率を示す。曲線１０１０は、ＨＣＣＩ動作のための燃料消費率対負荷であり得る。曲線１０２０は、曲線１０１０よりも高いシリンダ負荷で動作する幾つかの形式のＬＴＣＧ作動サイクルのための燃料消費率である。これらの作動サイクルの両方は、ＳＩ作動サイクル動作と比較して、燃料経済性の改善及びＮＯｘ排出量の削減等の重要な利点を提供し得る。各作動サイクル単体を範囲に含むことができない領域が存在する。
【００３８】
ＬＴＧＣ＃１、ＬＴＧＣ＃２及びスキップされる作動サイクルを組み合わせることにより、エンジン負荷範囲全体にわたる完全な有効範囲が図３に示すように得られ得る。図１１は、高効率のＬＴＧＣ＃１領域をゼロ負荷に拡張し、また図１０に示す２つのＬＴＧＣ動作戦略間の間隙を埋める両方のために用いられるＤＣＣＩを示す。各シリンダは、所望のトルクレベルに基づいて潜在的にＬＴＧＣ＃１、ＬＴＧＣ＃２及びスキップ間を切り替える可能性がある。
【００３９】
図１２は、拡張される低負荷範囲及び元々有効範囲がなかった埋められた間隙を含むＤＣＣＩ燃料消費の利点を示す。ＬＴＧＣ＃１、ＬＴＧＣ＃２及びスキップ間を切り替えることにより、有効範囲空隙を埋めることができ、ＬＴＧＣ＃１単体による動作と比較して更に大きい燃料消費削減を提供することができる。
【００４０】
ＤＣＣＩ動作中に何れの作動サイクルをスキップするか、高出力レベルで点火するか、及び低又は中間レベルで点火するかを特定するのに適した動的点火レベル変調コントローラは、米国特許第９，６８９，３２８号明細書、同第９，４７６，３７３号明細書、同第８，０９９，２２４号明細書（これらのそれぞれが参照により本明細書に組み込まれる）並びに本出願人の他の特許及び特許出願に記載されている。
【００４１】
幾つかの好ましい実施形態において、点火レベルの特定は、点火機会ごとに基づいて行われるが、それは、要件ではない。幾つかの実施形態において、例えば、次に現在所望の有効点火割合の特定及び次に特定される作動サイクルのための適切な点火レベル（例えば、高、低、スキップ等）の特定は、点火機会ごとに基づいて行われる。点火機会ごとの制御の利点は、エンジンが変更された入力及び／又は条件に直ちに応答することである。点火シーケンスの点火機会ごとに基づく特定は、極めて効果的であるが、点火特定がよりゆっくりと更新される一方、引き続き良好な制御を提供することができる（例えば、点火割合／シーケンス特定は、クランクシャフトの回転ごと、２回以上の点火機会ごと等に実行され得る）ことを正しく認識するべきである。
【００４２】
本発明の様々な実装形態は、点火の特定が点火機会ごとに基づいて行われ得るように、アキュムレータ又は他の機構が、要求されたが、提供されていないか又は提供されたが、要求されていない点火の一部を追跡する動的点火レベル変調動作と共に用いるために極めて良好に適している。しかし、説明した技術は、固定点火パターン又は点火シーケンスを用いる動作を含む、実質的にあらゆる点火レベル変調用途において用いるために等しく良好に適している。同様の技術は、各作動サイクルにおけるストローク数を変更してエンジンの排気量を効果的に変える可変ストロークエンジン制御と共にも用いられ得る。
【００４３】
説明したアプローチは、幾つかの点火機会が低温燃焼を利用する動的点火レベル変調エンジン動作において用いるために特に良好に適している。低温燃焼は、他の多くの種類の作動サイクルよりも効率的であるという利点を有する。また、略完全な燃料酸化及び少ないＮＯｘ生成を生じるという利点もあるため、場合により後処理システムを必要としない。
【００４４】
シミュレート試験結果
動的スキップファイア（ＤＳＦ）を有するリーンバーンモードで内燃機関を動作させるシミュレート試験結果は、多くの相乗効果を示す。
【００４５】
１つのかかる利点は、リーンバーンの有用な動作範囲が、単純なリーンバーンで可能な他の場合よりもＤＳＦにより低いトルクレベルに拡大することである。この利点は、図５に対して図１に示すエンジンマップの比較で強調されている。
【００４６】
図１において、リーンバーン（例えば、基本ＨＣＣＩ）動作モードは、広範囲のエンジン速度にわたって狭いトルク（エンジン負荷）帯域幅１１０に制限されている。要求されたトルクがこの範囲を上回るか又は下回るかの何れかである場合、標準ＳＩ燃焼が必要である。
【００４７】
対照的に、エンジンは、ＤＳＦにより低トルク要求においてリーンバーンモードで動作し得る。図５は、標準ＳＩ燃焼に取って代わる低トルク負荷での拡張されたリーンバーン（例えば、低負荷ＤＣＣＩ）領域を示す。ＤＳＦ及びリーンバーン燃焼が組み合わされる場合、１．０を超える空燃比は、以前に可能であったものよりも低い正規化トルク値で用いることができる。その結果、改善された燃料消費率が低トルク条件下で実現される。
【００４８】
図１３を参照すると、リーンバーン燃焼及びＤＳＦの両方を用いて内燃機関を動作させることの相乗効果を更に示すプロット１３００が示されている。このプロットにおいて、正味燃料消費率（ＮＳＦＣ）値が垂直軸に沿って提供される一方、正規化トルク値（ＮＭＥＰ）が水平軸に沿って提供されている。プロット１３００は、４つの曲線を有する。曲線１３１０は、全てのシリンダで動作する理論混合的に燃料供給されたエンジンのベースライン動作を表す。トルク生成は、吸入される給気を低減するエンジンに空気を供給する吸気マニホールド内の空気圧を下げることができるスロットルによって制御される。曲線１３１２は、動的スキップファイア制御による理論混合気燃焼を表す。ここで、トルク制御は、主に、エンジンのシリンダの点火密度を変更することにより達成される。曲線１３１４は、全てのエンジンシリンダでの均質リーンバーン燃焼を表す。この曲線は、低トルク及び高トルク領域における曲線１３１０と一致する。低トルクにおいて、燃焼は、燃焼安定性を維持するように理論混合である必要があるため、オーバーラップが発生する。高トルクにおいて、理論混合気燃焼が必要な出力を生成するために必要とされる。約３〜１４バールのＮＭＥＰの介在領域において、均質リーンバーン燃焼による動作は、理論混合動作と比較して大幅な燃料節約を提供する。曲線１３１６は、動的スキップファイア制御による均質リーンバーン燃焼を表す。この曲線は、約５バールＮＭＥＰ未満の低トルクを除いて、曲線１３１４とオーバーラップする。ここで、低トルクは、点火機会をスキップすることによって実現されるため、燃焼安定性が点火シリンダで維持され得る。
【００４９】
領域１３０２は、理論混合気燃焼による全てのシリンダ動作と比較して、理論混合気燃焼及びＤＳＦ制御により得られる改善された燃料効率を示す。領域１３０４は、全気筒の理論混合気燃焼と比較して、全気筒の均質リーンバーン燃焼により得られる改善された燃料効率を示す。領域１３０６は、理論混合と比較して、均質リーンバーン燃焼を伴うＤＳＦ制御によって得られる改善された燃料効率を示す。ＤＳＦ制御と均質リーンバーン燃焼を組み合わせることは、低トルク出力に対する燃料経済性を最大化する。
【００５０】
ＤＳＦ制御と均質リーンバーン燃焼とを組み合わせることの別の利点は、エンジン排気ガス温度が上昇され、より良好に制御できることである。図１４を参照すると、改善された排気温度制御を実証する試験結果を示すグラフ１４００が示されている。水平軸に沿って、上流ＴＷＣ温度は、排気ガス温度計で測定されるような摂氏（Ｃ）で提供されている。縦軸は、消費空気−燃料質量値の範囲を提供する。
【００５１】
グラフ１４００において、中程度の陰影付き棒グラフ１４０２は、全気筒均質リーンバーン動作（図においてリーンと示す）に対する様々な消費空気−燃料質量値で排気温度を提供している。
【００５２】
薄い陰影付き棒グラフ１４０４は、ＤＳＦ制御（図においてλＤＳＦと示す）による均質リーンバーン燃焼に対する様々な消費空気−燃料質量値で排気温度を提供している。
【００５３】
暗い陰影付き棒グラフ１４０６は、棒グラフ１４０２、１４０４がオーバーラップする箇所に提供されている。薄い陰影付き棒グラフ１４０４が対応する暗い陰影付き棒グラフ１４０６よりも高い場合、暗い陰影付き棒グラフの高さは、中程度の陰影付き棒グラフ１４０２と等しい（すなわち、λＤＳＦのための上流ＴＷＣ温度は、全気筒リーンバーンよりも大きい）。中程度の影付き棒グラフ１４０２が暗い陰影付き棒グラフ１４０６よりも高い場合、暗い陰影付き棒グラフ１４０６の高さは、薄い陰影付き棒グラフ１４０４と等しい（例えば、全気筒リーンバーンのための上流ＴＷＣ温度は、λＤＳＦよりも大きい）。
【００５４】
グラフ１４００は、従って、λＤＳＦのための排気温度分布が全気筒動作よりも狭く且つ高いことを示し、これは、概して、有害排出物を低減させる後処理システムの有効性を改善する。
【００５５】
異なる燃焼モードのための複数の後処理システム
上記の様々なモードのエンジン動作は、長所及び短所を有する。例えば、
（１）スロットル制御、火花点火、すなわち「ＳＩ」燃焼エンジンは、広範囲の高トルク及びエンジン速度要求にわたって動作することができる。これらのエンジンは、自然吸気され得るか、又は大気圧を超える吸気により過給され得る。ＳＩタイプの燃焼エンジンは、理論混合空燃比においてこの広い範囲にわたって動作することができる。理論混合空燃比で動作させる場合、三元触媒コンバータ型の後処理システムが用いられ得る。リーン空気／燃料理論混合に対して、他の種類の後処理システムが概して必要とされる。三元触媒コンバータ後処理の制限は、それらが平均して理論混合空燃比を必要とし、従ってＳＩエンジンとの使用に限定されることである。
（２）低負荷ＤＣＣＩ動作（例えば、図５）に対して、有害排出物は、ほとんど又は全く生成されず、その結果、後処理システムは、必要とされなくてもよい。しかし、拡張された高負荷ＤＣＣＩ動作（例えば、図７）において、高レベルのＮＯｘが生成する可能性があり、ＮＯｘ排出量を削減可能な後処理システムを必要とする。
（３）低トルク負荷でのＨＣＣＩは、高い燃料効率及び低いレベルの有害吸気の利点を提供する。しかし、高トルク負荷において、ＮＯｘ排出量が過剰になり、ＮＯｘ排出量を削減可能な後処理システムを必要とする。
【００５６】
複数のモードで動作可能な内燃機関により、単一の後処理システムは、不十分である可能性がある。一方がＳＩ理論混合動作のためであり、他方がリーンバーン動作のためである２つの後処理システムを用いると有利である。
【００５７】
図１５を参照すると、内燃機関２０００、第１の後処理システム２００２を有する第１の排気システム２０２０及び第２の後処理システム２００４を有する第２の排気システム２０２２が示されている。内燃機関２０００は、４つのシリンダ２００６を含む。様々な実施形態において、４つのシリンダ２００６のそれぞれは、（ａ）理論混合モードのみ、（ｂ）リーンバーンモードのみ、又は（ｃ）理論混合及びリーンバーンモードの両方で選択的に動作するように構成することができる。
【００５８】
シリンダの構成に応じて、第１の排気システム２０２０、第２の排気システム２０２２又は第１及び第２の排気システム２０２０及び２０２２の両方に排出する。２つの排気システム２０２０、２０２０の出力は、排気がそれぞれ第１の後処理システム２００２又は第２の後処理システム２００４の何れかを通過した後に大気に排出する。２つの排気システム２０２０及び２０２２の出力は、図１５に示すように、大気に到達する前に合流させ得るか、又は個々に大気に排出し得る。
【００５９】
理論混合モードは、従来の火花点火（ＳＩ）動作及び特定の動作条件下でＬＴＧＣ動作も同様に含み得る。ＬＴＧＣにより、理論混合気動作は、シリンダ内への空気の代わりに、排気ガス再循環（ＥＧＲ）によって生成されるような大量の酸素欠乏排気又は残留ガスを置き換えることによって実現することができる。結果として、Ｏ２レベルは、ＴＷＣ後処理システムに対して十分に低いままであり、理論混合モードにおいてＬＴＧＣを可能にする。加えて、オットー、ミラー及びアトキンソンのそれぞれは、排他的ではないが、概して、理論混合気ＳＩ燃焼を用いる熱力学サイクルの例である。
【００６０】
リーンバーンモードは、ＨＣＣＩ動作、ＬＴＧＣ動作、ＧＤＣＩ動作、ＳＡＣＩ動作、ＰＰＣＩ動作及びディーゼル動作を含み得る。リーンバーンディーゼル動作により、特定のシリンダを予混合及び／又は部分予混合燃焼で動作させることができ、結果として低負荷においてより清浄で効率的な動作を生じる。加えて、ミラー及びアトキンソンサイクルのリーンバーン変形例もリーンバーンモードの動作例と見なされる。
【００６１】
特定の負荷及び速度範囲において上で説明したように、エンジンの幾つかのシリンダは、理論混合モードで動作し得る一方、他のシリンダは、リーンバーンモードで動作する。他の状況において、幾つかのシリンダも同様にスキップされ得る。
【００６２】
図１６を参照すると、理論混合（「Ｓ」）及びリーンバーン（「Ｌ」）モードの様々な組み合わせで４気筒内燃機関２０００を動作させる様々な非排他的実施形態を示す表１６００が示されている。各実施形態は、左の列にＡ〜Ｅで示されている。各実施形態のための行内において、４つのシリンダ（ＣＹＬ１、ＣＹＬ２、ＣＹＬ３及びＣＹＬ４）のそれぞれに対する「Ｓ」又は「Ｌ」動作モードが提供されている。例えば、
実施形態Ａでは、４つのシリンダＣＹＬ１、ＣＹＬ２、ＣＹＬ３及びＣＹＬ４は、それぞれＬ、Ｓ、Ｓ及びＬモードで動作するように指定されている。
実施形態Ｂでは、４つのシリンダＣＹＬ１、ＣＹＬ２、ＣＹＬ３及びＣＹＬ４は、それぞれＳ、Ｓ＋Ｌ、Ｓ＋Ｌ及びＳモードで動作するように指定されている。
実施形態Ｃでは、４つのシリンダＣＹＬ１、ＣＹＬ２、ＣＹＬ３及びＣＹＬ４は、それぞれＳ＋Ｌ、Ｓ＋Ｌ、Ｓ＋Ｌ及びＳ＋Ｌモードで動作するように指定されている。
実施形態Ｄでは、４つのシリンダＣＹＬ１、ＣＹＬ２、ＣＹＬ３及びＣＹＬ４は、それぞれＳ＋Ｌ、Ｓ、Ｓ及びＳ＋Ｌモードで動作するように指定されている。
実施形態Ｅでは、４つのシリンダＣＹＬ１、ＣＹＬ２、ＣＹＬ３及びＣＹＬ４は、それぞれＬ＋Ｓ、Ｌ、Ｌ及びＬ＋Ｓモードで動作するように指定されている。
【００６３】
幾つかの実施形態において、シリンダは、２つの群に編成され、一方は、理論混合気動作のみのためであり、他方は、リーンバーン動作のみのためである（例えば、実施形態Ａ）。
【００６４】
他の実施形態において、全てのシリンダは、理論混合及びリーンバーンモードの両方で動作することができる（例えば、実施形態Ｃ）。
【００６５】
更に他の実施形態において、シリンダは、特定モード（リーンバーン又は理論混合）で動作するシリンダの一方の群と、両方のモードで動作可能な他方の群（例えば、実施形態Ｂ、Ｄ及びＥ）とに編成される。
【００６６】
図１６に提供される実施形態は、単に例示的なものであり、決して限定と見なされるべきではないことが理解されるべきである。むしろ、理論混合及びリーンバーンの任意の可能性のある組み合わせは、シリンダの数に関係なく、内燃機関によって用いられ得る。例えば、１、２、４、６、８、１２気筒以上を有する内燃機関では、１つ以上のシリンダは、（ａ）理論混合モードのみ、（ｂ）リーンバーンモードのみ、又は（ｃ）両方のモードで動作するように構成することができる。このため、可能な組み合わせの数が多すぎるため、本明細書に網羅的に列挙できない。
【００６７】
図１７を参照すると、内燃機関２０００の代表的なシリンダ２００６の排気を選択的に結合するエンジンコントローラ２１０２を示す図１７００が示されている。図１６の実施形態の多くと同様に、１つのシリンダ２００６は、理論混合モード又はリーンバーンモードの何れかで動作可能である。シリンダ２００６は、２つの排気バルブ２１０４Ａ及び２１０４Ｂを含む。第１の排気バルブ２１０４Ａは、開かれると、第１の後処理システム２００２を通して排気ガスを導く第１の排気システム２０２０への通路を提供する。第２の排気バルブ２１０４Ｂは、開かれると、第２の後処理システム２００４を通して排気ガスを導く第２の排気システム２０２２への通路を提供する。
【００６８】
示した非排他的な実施形態において、第１の後処理システム２００２は、第１の動作モードのために構成されている。第２の後処理システム２００４は、第２の動作モードのために構成されている。例えば、第１の後処理システム２００２は、理論混合気動作のために最適化され得る一方、第２の後処理システム２００４は、リーンバーン動作のために最適化され得る。他の実施形態において、第１の後処理システム２００２は、理論混合気動作のために構成され得、第２の後処理システム２００４は、理論混合気及びリーンバーン動作のために構成され得る。
【００６９】
内燃機関２０００の動作中、エンジンコントローラ２１０２は、各シリンダ２００６の２つの排気バルブ２１０４Ａ及び２１０４Ｂを制御する。シリンダの作動サイクルが理論混合である場合、エンジンコントローラ２１０２は、その排気バルブ２１０４Ａを開く一方、排気バルブ２１０４Ｂを閉じる。結果として、燃焼ガス及び何れかの燃焼粒子は、第１の後処理システム２００２への経路を提供され、それを介して排出される。代替として、シリンダ２００６の作動サイクルがリーンバーンである場合、エンジンコントローラ２１０２は、排気バルブ２１０４Ｂを開く一方、排気バルブ２１０４Ａを閉じる。結果として、燃焼ガス及び何れかの燃焼粒子は、第２の後処理システム２００４を通過し、それを介して排出される。
【００７０】
図１７は、両方の排気システムに排気可能である全てのシリンダを示すが、これは、要件ではないことが理解されるべきである。内燃機関２０００の幾つかの実施形態において、特定のシリンダは、理論混合又はリーンバーンモードの何れかでのみ動作可能であり得、従ってその燃焼モードに適した排気システムにのみ排出し得る。これらの場合、単一の排気バルブのみが必要とされるが、しかし、共通の後処理システムに排出する２つの排気バルブを提供することが依然として有利であり得る。
【００７１】
図１８を参照すると、線図１８００は、２つの別体の後処理システムを有するエンジンの実施形態の追加の詳細を示す。この実施形態において、第１の後処理システム２００２は、名目上、理論混合気燃焼からの排気生成物で動作するために構成され得る一方、第２の後処理システム２００４は、名目上、理論混合及びリーンバーン燃焼の両方のために用いられる。
【００７２】
シリンダ２００６が理論混合気燃焼モードで動作する場合、燃焼排気生成物は、排気バルブ２１０４Ａ及び第１の排気システム２０２０を介して第１の後処理システム２００２に排出される。第１の後処理システム２００２は、任意選択的な着火触媒システム２１１０、ＴＷＣ２１０６及び任意選択的な粒子フィルタ２１１２を含む。
【００７３】
シリンダ２００６がリーンバーン燃焼モードで動作する場合、燃焼排気生成物は、排気バルブ２１０４Ｂ及び第２の排気システム２０２２を介して第２の後処理システム２００４に排出される。第２の後処理システム２００４は、（ａ）任意選択的な着火触媒コンバータシステム２１１０、（ｂ）ＴＷＣ２１０６、（ｃ）酸化触媒２１１４、（ｄ）ＮＯｘトラップ及び／又は選択接触還元（ＳＣＲ）システム、（ｅ）粒子フィルタ又は（ａ）〜（ｅ）の任意の組み合わせを含み、リーンバーン燃焼及び理論混合気燃焼の両方のために構成され得る。全ての要素（ａ）〜（ｅ）が後処理システムに必要というわけではない。例えば、第２の後処理システムがＬＴＧＣからの燃焼排気ガスのみを受け入れる場合、ＮＯｘは、ほとんど生成されず、ＮＯｘトラップ及びＳＣＲは、不要であり得る。実際、状況により、後処理要素は、第２の排気システム２０２２に必要とされなくてもよい。第１及び第２の後処理システム内の様々な構成要素の大きさ及び構成が異なり得ることを正しく認識するべきである。例えば、ＴＷＣ２１０６は、第１及び第２の後処理システムにおいて異なる大きさであり得る。
【００７４】
任意選択的な着火触媒コンバータ２１１０は、内燃機関２０００に近接する他の後処理システム要素の上流に設けられ得る。着火触媒コンバータ２１１０は、エンジン２０００に近接しているため、それは、常温始動後に急速に加熱される。結果として、着火触媒コンバータ２１１０は、他の後処理要素よりも早く常温始動後に有害排気ガスをより無害のガスに変換することが可能である。着火触媒コンバータ２１１０は、しかし、通常、小さく、持続的な動作に対して不十分な変換能力を有する。結果として、他の後処理要素は、エンジン及び排気システムが加熱されると、排気ガス変換の大部分を処理する。
【００７５】
任意選択的な粒子フィルタ２１１２は、燃料燃焼の副産物として生じる煤煙等の有害粒子を除去するために設けられる。様々な実施形態において、粒子フィルタは、ウォールフローフィルタ、炭化ケイ素フィルタ、セラミック繊維フィルタ、金属繊維フロースルーフィルタ、ペーパーフィルタ又は微粒子を除去するのに適した他の種類のフィルタであり得る。
【００７６】
リーンバーン動作モードにより、結果として生じるシリンダ排気は、比較的高レベルの酸素（Ｏ２）を含む。理論混合気動作に用いられる従来のＴＷＣは、それらが急速に酸素で飽和し、それ以上ＮＯｘを還元しないため、高レベルの酸素の存在下で窒素酸化物を窒素に変換することにおいてそれほど良好に機能しない。結果として、ＮＯｘトラップ又はＳＣＲが、ＮＯｘレベルを低減するために第２の後処理システム２００４において用いられる。
【００７７】
図１８は、理論混合気燃焼のために構成された第１の後処理システム２００２と、理論混合気及びリーンバーン燃焼の両方のために構成された第２の後処理システム２００４とを示す一方、他の構成が可能であることを正しく認識するべきである。例えば、第２の後処理システム２００４は、単にリーンバーン燃焼のために構成され得る。この場合、ＴＷＣ２１０６は、取り外され得る。
【００７８】
図１９を参照すると、２つの後処理システムを有する内燃機関を動作させるためにエンジンコントローラ２１０２によって実施されるステップを示すフロー図１９００が示されている。
【００７９】
ステップ１９０２において、エンジンコントローラ２１０２は、内燃機関２０００の点火順序における次のシリンダを選択する。
【００８０】
決定ステップ１９０４において、エンジンコントローラ２１０２は、シリンダのための次の作動サイクルの開始前に次のシリンダを点火するか又はしないかを決定する。決定は、点火機会ごとに基づいて行われ得るが、これは、要件ではない。
【００８１】
スキップ決定により、フロー図は、開始に戻り、点火順序における次のシリンダがステップ１９０２において選択される。
【００８２】
選択されたシリンダを点火することが決定された場合、決定ステップ１９０６において、理論混合気又はリーンバーン動作の何れかが選択される。この決定を行うことにおいて、エンジンコントローラ２１０２は、現在のエンジン負荷又はトルク、エンジン速度等のような広範な要因を用いることができる。また、幾つかのシリンダが表１６００（図１６を参照されたい）内のケースＡ、Ｂ、Ｄ及びＥ等の全てのモードで動作できない場合、取られる決定は、選択した作動サイクルモード、すなわち理論混合気燃焼又はリーンバーンと互換性がなければならない。
【００８３】
ステップ１９０６における決定が理論混合気点火である場合、フロー図１９００は、ステップ１９０８に進む。ステップ１９０８及び１９１０において、エンジンコントローラ２１０２は、シリンダを理論混合モードで動作させ、作動サイクルの排気ストローク中に排気バルブ２１０４Ａを開く一方、他方の排気バルブ２１０４Ｂは、閉じられる。結果として、排気は、第１の後処理システム２００２（図１８を参照されたい）を通過する。
【００８４】
代替として、ステップ１９０６における決定がリーンバーン点火である場合、フロー図１９００は、ステップ１９１２に進む。ステップ１９１２及び１９１４において、エンジンコントローラ２１０２は、シリンダをリーンバーンモードで動作させ、作動サイクルの排気ストローク中に排気バルブ２１０４Ｂを開く一方、他方のバルブ２１０４Ａは、閉じられる。結果として、排気は、図１８の実施形態に示すような第２の後処理システム２００４を通過する。
【００８５】
また、本明細書で説明する制御動作の何れも、適切なコンピュータ読取可能媒体に格納される実行可能なコンピュータコードを用いて実装され得ることも正しく認識するべきである。動作は、プロセッサがコンピュータコードを実行すると行われる。コンピュータコードは、動的点火レベル変調エンジン動作を実行するエンジンコントローラに組み込まれ得る。本発明は、主に、自動車における使用に適したガソリン駆動の４ストロークピストンエンジンに関連して説明されてきた。しかし、説明した方法及び装置は、多様な内燃機関における使用に極めて良好に適していることを正しく認識するべきである。これらは、車、トラック、ボート、航空機、オートバイ、スクーター等を含む実質的にあらゆる種類の車両及び実質上、作動チャンバの点火に関与し、内燃機関を利用する任意の他の用途のためのエンジンを含む。説明されている様々なアプローチは、実質的にあらゆる種類のオットーサイクルエンジン、ミラーサイクルエンジン、アトキンソンサイクルエンジン、ディーゼルサイクルエンジン、ヴァンケルエンジン及び他の種類のロータリーエンジン、ハイブリッドエンジン、星形エンジン等を含む、多様な異なる熱力学サイクル下で動作するエンジンで機能する。また、記載されているアプローチは、現在公知の又は今後開発される熱力学サイクルを利用して動作するかどうかに関係なく、新しく開発される内燃機関でも良好に機能すると考えられている。
【００８６】
上記の実施形態の幾つかは、スキップされる作動サイクル中の作動チャンバの休止を検討している。様々な実装形態において、作動チャンバの休止は、１つ以上の選択されたスキップ作動サイクル中、スキップされた作動チャンバを通る空気のポンピングを防ぐことを伴う。作動チャンバは、様々な方法でスキップ又は休止され得る。様々なアプローチにおいて、低圧バネが作動チャンバ内に形成され、すなわち排気ガスが前の作動サイクルにおいて作動チャンバから放出された後、吸気バルブ又は排気バルブの何れも後続の作動サイクルで開放されず、従って作動チャンバ内に低圧真空を形成する。更に他の実施形態において、高圧バネがスキップされた作動チャンバ内に形成され、すなわち空気及び／又は排気ガスが作動チャンバから逃げることが防止される。作動チャンバは、作動チャンバがその動力ストローク中に正味動力をほとんど又は全く寄与しないように、任意の適切な方法で休止され得る。
【００８７】
本発明の幾つかの実施形態のみを詳細に説明してきたが、本発明は、本発明の趣旨又は適用範囲から逸脱することなく他の多くの形態で実施され得ることを正しく認識するべきである。例えば、本明細書で説明する制御戦略は、バルブイベントタイミングのためにカムシャフトに依存しない完全に柔軟なバルブトレインにより実装することができる。本発明は、概して、吸気及び排気バルブを用いてシリンダの吸気及び排気を制御するものとして説明されてきたが、シリンダは、複数の吸気及び／又は排気バルブを有し得、制御戦略は、それらの運動を集合的に制御し得る。本発明は、概して、ガソリンを燃料として用いるものとして説明されてきたが、ガソリンタイプの燃焼品質を有する他の多くの種類の燃料が、単独で、混合気として、又は異なる種類の作業サイクルに異なる燃料を用いる複式燃料システムの何れかで用いられ得る。かかる燃料は、水素、エタノール、プロパノール、他のアルコール、合成燃料及び天然ガスを含むが、これらに限定されない。従って、本実施形態は、例示的であり、限定的ではないと見なされるべきであり、本発明は、本明細書で与えられる詳細に限定されるべきではない。
【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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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年2月28日(2020.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の作動チャンバを有する内燃機関の動作を制御して、所望の出力を発揮する方法において、
選択された低出力作動サイクルを低トルク出力で点火させ、且つ選択された高出力作動サイクルを高トルク出力で点火させる動的点火レベル変調モードで前記内燃機関を動作させることを含み、異なる種類の作動サイクルは、前記低及び高トルク出力作動サイクルのためにそれぞれ利用され、
前記高又は低トルク出力の一方は、低温ガソリン燃焼作動サイクルを利用することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
選択されたスキップ作動サイクル中、スキップされた作動チャンバを休止させ、それにより、前記選択されたスキップ作動サイクル中、前記スキップされた作動チャンバを通る空気のポンピングを防ぐこと
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
各点火について、前記点火が高又は低トルク出力を用いることを伴うかどうかを示すスキップファイア点火シーケンスを生成することと、
前記スキップファイア点火シーケンスに基づいて前記内燃機関を動作させることと
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、吸気バルブは、カム駆動されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法において、前記吸気バルブ及び排気バルブの全ては、カム駆動されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法において、前記高トルク及び低トルク出力の両方は、低温ガソリン燃焼作動サイクルを利用することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法において、前記低トルク出力は、予混合圧縮着火作動サイクルを利用することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記予混合圧縮着火作動サイクルは、作動チャンバ内に閉じ込められた排気ガスの再圧縮及び再膨張を利用することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法において、前記予混合圧縮着火作動サイクルは、吸気ストローク中に前記少なくとも１つの排気バルブの開放を利用することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法において、前記内燃機関制御は、高負荷ＨＣＣＩ境界よりも大きい負荷について全気筒火花点火動作に戻ることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の方法において、前記内燃機関制御は、高負荷ＨＣＣＩ境界よりも大きい負荷について高トルク及び低トルク混合気点火を用いることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の方法において、前記点火された作動チャンバのための給気は、前記高又は低トルク出力が前記点火された作動チャンバで選択されたかどうかに応じて変化することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか１項に記載の方法において、前記給気は、カム駆動式吸気バルブ及びカム駆動式排気バルブによって制御されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか１項に記載の方法において、前記選択された稼働中の作動サイクルは、ガソリン、天然ガス、エタノール、プロパノール、他のアルコール、合成燃料及び水素からなる群から選択される燃料を燃焼させることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか１項に記載の方法において、高又は低トルク出力を用いるかどうかの決定は、点火機会ごとに基づいて前記内燃機関の動作中に動的に特定されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
複数の作動チャンバを有する内燃機関の動作を制御するためのエンジンコントローラにおいて、各作動チャンバは、概して、連続した作動サイクルで動作するように構成され、前記エンジンコントローラは、選択された稼働中の作動サイクルを点火し、且つ選択された非稼働中の作動サイクルを点火させない点火パターンを動的に特定するように構成され、選択された稼働中の作動サイクルのための前記点火パターンは、低温ガソリン燃焼作動サイクルを利用する幾つかの点火を含むことを特徴とするエンジンコントローラ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のエンジンコントローラにおいて、前記選択された稼働中の作動サイクルは、低温ガソリン燃焼作動サイクル及び幾つかの他の種類の作動サイクルの組み合わせを用いることを特徴とするエンジンコントローラ。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載のエンジンコントローラにおいて、前記低温燃焼作動サイクルは、予混合圧縮着火作動サイクルであることを特徴とするエンジンコントローラ。
【請求項１９】
請求項１７に記載のエンジンコントローラにおいて、前記他の種類の作動サイクルは、火花点火作動サイクルであることを特徴とするエンジンコントローラ。
【請求項２０】
請求項１７に記載のエンジンコントローラにおいて、前記他の種類の作動サイクルは、予混合圧縮着火作動サイクルと異なる低温ガソリン燃焼作動サイクルであることを特徴とするエンジンコントローラ。
【請求項２１】
請求項１６乃至２０の何れか１項に記載のエンジンコントローラにおいて、前記点火パターンは、点火機会ごとに基づいて特定されることを特徴とするエンジンコントローラ。
【請求項２２】
内燃機関において、
複数の作動チャンバチャンバのそれぞれに関連する吸気バルブのリフトプロファイルを制御するカムローブを有するカムシャフトであって、前記関連する吸気バルブのそれぞれは、少なくとも２つの異なる非ゼロリフトプロファイルで動作することができる、カムシャフトと、
請求項１乃至１６の何れか１項に記載のエンジンコントローラであって、前記少なくとも２つの異なる非ゼロリフトプロファイルの何れが前記稼働中の作動チャンバによって用いられるかを指示するエンジンコントローラと
を含むことを特徴とする内燃機関。
【請求項２３】
動的点火レベル変調エンジン動作を用いて内燃機関を動作させる方法において、幾つかの点火機会は、低温ガソリン燃焼を利用することを特徴とする方法。
【請求項２４】
車両において、
理論混合モード又はリーンバーンモードの何れかで選択的に動作するように構成される少なくとも１つのシリンダを有する内燃機関と、
前記理論混合モードで動作している場合、前記少なくとも１つのシリンダからの排気を処理するための第１の後処理システムと、
前記リーンバーンモードで動作している場合、前記少なくとも１つのシリンダからの排気を処理するための第２の後処理システムと
を含むことを特徴とする車両。
【請求項２５】
請求項２４に記載の車両において、前記少なくとも１つのシリンダは、前記第１の後処理システムへの通路を提供するように構成される第１の排気バルブと、前記第２の後処理システムへの第２の通路を提供するように構成される第２の排気バルブとを更に含むことを特徴とする車両。
【請求項２６】
請求項２５に記載の車両において、前記少なくとも１つのシリンダが前記理論混合モード又は前記リーンバーンモードでそれぞれ動作しているかどうかに応じて、前記第１の排気バルブ又は前記第２の排気バルブの何れかを選択的に開放するエンジンコントローラを更に含むことを特徴とする車両。
【請求項２７】
請求項２４乃至２６の何れか１項に記載の車両において、前記少なくとも１つのシリンダの前記動作を制御するように構成されるエンジンコントローラを更に含み、前記エンジンコントローラは、前記少なくとも１つのシリンダが、作動サイクルごとに基づいて理論混合モード又は前記リーンバーンモードで動作するべきであるかどうかを特定するように構成されることを特徴とする車両。
【請求項２８】
請求項２４乃至２７の何れか１項に記載の車両において、前記少なくとも１つのシリンダの前記動作を制御するように構成されるエンジンコントローラを更に含み、前記エンジンコントローラは、前記少なくとも１つのシリンダが、作動サイクルごとに基づいて点火又はスキップされるべきであるかどうかを特定するように構成されることを特徴とする車両。
【請求項２９】
請求項２４乃至２８の何れか１項に記載の車両において、前記第１の後処理システムは、三元触媒コンバータを含むことを特徴とする車両。
【請求項３０】
請求項２９に記載の車両において、前記第１の後処理システムは、前記内燃機関の前記少なくとも１つのシリンダと前記三元触媒コンバータとの間に提供される着火触媒コンバータを更に含むことを特徴とする車両。
【請求項３１】
請求項２９に記載の車両において、前記第１の後処理システムは、粒子フィルタを更に含むことを特徴とする車両。
【請求項３２】
請求項２４乃至３１の何れか１項に記載の車両において、前記第２の後処理システムは、
（ａ）ＮＯｘトラップ、
（ｂ）選択接触還元（ＳＣＲ）システム、
（ｃ）酸化触媒、
（ｄ）三元触媒（ＴＷＣ）、
（ｅ）着火触媒コンバータ、
（ｆ）粒子フィルタ、又は
（ｇ）（ａ）〜（ｆ）の任意の組み合わせ若しくは上記の何れもなし
の１つを含むことを特徴とする車両。
【請求項３３】
請求項２４乃至３２の何れか１項に記載の車両において、前記内燃機関は、前記少なくとも１つのシリンダを含む複数のシリンダを含むことを特徴とする車両。
【請求項３４】
請求項３３に記載の車両において、前記複数のシリンダのそれぞれは、前記理論混合モード又は前記リーンバーンモードの何れかでそれぞれ動作することができることを特徴とする車両。
【請求項３５】
請求項３３に記載の車両において、前記複数のシリンダは、
前記理論混合モードでのみ動作することができるシリンダの第１の群と、
前記リーンバーンモードでのみ動作することができるシリンダの第２の群と、
前記理論混合モード又は前記リーンバーンモードの両方で動作することができる、前記少なくとも１つのシリンダを含むシリンダの第３の群と
に更に編成されることを特徴とする車両。
【請求項３６】
請求項３３に記載の車両において、前記複数のシリンダは、それぞれがそれぞれの点火順序で点火されるように構成されることを特徴とする車両。
【請求項３７】
請求項２４乃至３６の何れか１項に記載の車両において、各点火機会前に、前記点火順序において次の前記シリンダをスキップするか又は点火するかを決定するように構成されるエンジンコントローラを更に含むことを特徴とする車両。
【請求項３８】
請求項３６に記載の車両において、前記エンジンコントローラは、各点火機会前に、前記理論混合モード又は前記リーンバーンモードの何れかで前記点火順序において次の前記シリンダを動作させることを決定するように更に構成されることを特徴とする車両。
【請求項３９】
請求項２４乃至３８の何れか１項に記載の車両において、前記リーンバーンモードは、
（ａ）予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）モードと、
（ｂ）低温ガソリン燃焼（ＬＴＧＣ）と、
（ｃ）ガソリン直接圧縮着火（ＧＤＣＩ）と、
（ｄ）火花支援圧縮着火（ＳＡＣＩ）と、
（ｅ）ディーゼルサイクルモードと、
（ｆ）ミラーサイクルモードと、
（ｇ）オットーサイクルモードと、
（ｇ）アトキンソンサイクルモードと
の１つ以上を含むことを特徴とする車両。
【請求項４０】
請求項２４乃至３９の何れか１項に記載の車両において、前記理論混合モードは、
（ａ）火花点火モードと、
（ｂ）圧縮点火モードと、
（ｅ）ディーゼルサイクルと、
（ｆ）オットーサイクルモードと、
（ｆ）アトキンソンサイクルモードと、
（ｇ）ミラーサイクルモードと
の１つ以上を含むことを特徴とする車両。
【請求項４１】
車両において、
複数のシリンダを有する内燃機関と、
リーンバーンモード又は理論混合モードの何れかで前記複数のシリンダの１つ以上の動作を選択的に制御するように構成されるエンジンコントローラと、
前記理論混合モードで動作している場合、前記１つ以上のシリンダからの排気を処理するための第１の後処理システムと、
前記リーンバーンモードで動作している場合、前記１つ以上のシリンダからの排気を処理するための第２の後処理システムと
を含むことを特徴とする車両。
【請求項４２】
請求項４１に記載の車両において、前記理論混合モードで動作する前記１つ以上のシリンダのそれぞれについて、前記エンジンコントローラは、
前記第１の後処理システムへの前記１つ以上のシリンダのための通路をそれぞれ提供する第１の排気バルブを開放することと、
前記第２の後処理システムへの前記１つ以上のシリンダのための第２の通路をそれぞれ閉鎖する第２の排気バルブを閉鎖することと
を行うように構成されることを特徴とする車両。
【請求項４３】
請求項４１又は４２に記載の車両において、前記リーンバーンモードで動作する前記１つ以上のシリンダのそれぞれについて、前記エンジンコントローラは、
前記第２の後処理システムへの前記１つ以上のシリンダのための第２の通路をそれぞれ提供する第２の排気バルブを開放することと、
前記第１の後処理システムへの前記１つ以上のシリンダからの第１の通路をそれぞれ閉鎖する第１の排気バルブを閉鎖することと
を行うように構成されることを特徴とする車両。
【請求項４４】
請求項４１乃至４３の何れか１項に記載の車両において、前記複数のシリンダのそれぞれは、前記理論混合モード及び前記リーンバーンモードで動作することができることを特徴とする車両。
【請求項４５】
請求項４１乃至４４の何れか１項に記載の車両において、前記複数のシリンダの第１の群は、前記理論混合モードでのみ動作することができ、前記複数のシリンダの第２の群は、前記リーンバーンモードでのみ動作することができ、及び前記複数のシリンダの第３の群は、前記理論混合モード及び前記リーンバーンモードの両方で動作することができることを特徴とする車両。
【請求項４６】
請求項４１乃至４５の何れか１項に記載の車両において、前記複数のシリンダは、点火順序シーケンスにおいて点火されるように構成されることを特徴とする車両。
【請求項４７】
請求項４６に記載の車両において、前記エンジンコントローラは、各点火機会前に、点火順序において次の前記シリンダについて、前記理論混合モード又は前記リーンバーンモードの何れかで次の作動サイクルを動作させることを決定するように更に構成されることを特徴とする車両。
【請求項４８】
請求項４６に記載の車両において、前記エンジンコントローラは、各点火機会前に、点火順序において次の前記シリンダを点火するか又はその点火をスキップするかの何れかを行うように更に構成されることを特徴とする車両。
【請求項４９】
請求項４１乃至４８の何れか１項に記載の車両において、前記第１の後処理システムは、三元触媒コンバータを含むことを特徴とする車両。
【請求項５０】
請求項４９に記載の車両において、前記第１の後処理システムは、前記内燃機関と前記三元触媒コンバータとの間に提供される着火触媒コンバータを更に含むことを特徴とする車両。
【請求項５１】
請求項４９に記載の車両において、前記第１の後処理システムは、前記三元触媒コンバータの後に粒子フィルタを更に含むことを特徴とする車両。
【請求項５２】
請求項４１乃至５１の何れか１項に記載の車両において、前記第２の後処理システムは、
（ａ）ＮＯｘトラップ、
（ｂ）選択接触還元（ＳＣＲ）システム、
（ｃ）酸化触媒、
（ｄ）三元触媒（ＴＷＣ）、
（ｅ）着火触媒コンバータ、
（ｆ）粒子フィルタ、又は
（ｇ）（ａ）〜（ｆ）の任意の組み合わせ及び上記の何れもなし
の１つを含むことを特徴とする車両。
【請求項５３】
請求項４１乃至５２の何れか１項に記載の車両において、前記リーンバーンモードは、
（ａ）予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）モードと、
（ｂ）低温ガソリン燃焼（ＬＴＧＣ）と、
（ｃ）ガソリン直接圧縮着火（ＧＤＣＩ）と、
（ｄ）火花支援圧縮着火（ＳＡＣＩ）と、
（ｅ）ディーゼルサイクルモードと、
（ｆ）ミラーサイクルモードと、
（ｇ）オットーサイクルモードと、
（ｇ）アトキンソンサイクルモードと
の１つ以上を含むことを特徴とする車両。
【請求項５４】
請求項４１乃至５２の何れか１項に記載の車両において、前記理論混合モードは、
（ａ）火花点火モードと、
（ｂ）圧縮点火モードと、
（ｅ）ディーゼルサイクルと、
（ｆ）オットーサイクルモードと、
（ｆ）アトキンソンサイクルモードと、
（ｇ）ミラーサイクルモードと
の１つ以上を含むことを特徴とする車両。
【請求項５５】
請求項４１乃至４４の何れか１項に記載の車両において、前記エンジンコントローラは、作動サイクルごとに基づいて、前記複数のシリンダのそれぞれを選択的に点火するか又はその点火をスキップするように更に構成されることを特徴とする車両。
【請求項５６】
請求項４１乃至５５の何れか１項に記載の車両において、前記エンジンコントローラは、作動サイクルごとに基づいて、前記リーンバーンモード又は前記理論混合モードの何れかで前記複数のシリンダのそれぞれを選択的に動作させるように更に構成されることを特徴とする車両。
【請求項５７】
内燃機関を動作させる方法において、
内燃機関の作動チャンバの作動サイクルを選択的に点火又はスキップすることによって前記内燃機関を動作させることと、
前記点火作動サイクルについて、幾つかの作動サイクル中に理論空気燃料混合気を用いて、且つ他の作動サイクル中に希薄空気燃料混合気を用いて前記作動チャンバを選択的に点火することと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５８】
請求項５７に記載の方法において、
前記内燃機関に対するトルク要求を確認することと、
前記確認されたトルク要求に基づいて、スキップ又は点火される前記作動チャンバの前記作動サイクルを選択することと、
前記点火作動サイクルについて、前記確認されたトルクが、前記希薄空気燃料混合気の燃焼に適したトルク値の範囲内にある場合、空気燃料混合気がリーンであるべきかどうかを特定することと
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項５９】
請求項５７又は５８に記載の方法において、前記トルク値の範囲は、前記作動チャンバの全ての作動サイクルが点火される場合と比較して、前記作動チャンバの前記作動サイクルの１つ以上がスキップされる場合に拡大されることを特徴とする方法。
【請求項６０】
請求項５７乃至５９の何れか１項に記載の方法において、
前記内燃機関に対するトルク要求を確認することと、
前記確認されたトルク要求が閾値未満であるかどうかを特定することと、
前記確認されたトルク要求が前記閾値未満である場合、他の点火作動サイクル中に前記希薄空気燃料混合気の燃焼を維持するために前記作動チャンバの１つ以上の作動サイクルの前記点火を選択的にスキップすることと
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項６１】
請求項５７乃至６０の何れか１項に記載の方法において、前記内燃機関をスキップファイアモードで動作させることを更に含み、前記内燃機関の全排気量未満である所定の低下有効排気量について、少なくとも１つの作動チャンバは、点火され、スキップされ、且つ連続した点火機会にわたって点火されるか又はスキップされるかの何れかであることを特徴とする方法。
【請求項６２】
請求項５７乃至６１の何れか１項に記載の方法において、前記作動チャンバのそれぞれを点火するか又はスキップするかの何れかの決定が点火機会ごとに基づいて行われる動的スキップファイアモードで前記内燃機関を動作させることを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項６３】
請求項５７乃至６２の何れか１項に記載の方法において、点火される前記作動チャンバの前記作動サイクルについて、トルク出力を高トルク出力又は低トルク出力の何れかに選択的に調整することを特徴とする方法。
【請求項６４】
請求項５７乃至６０の何れか１項に記載の方法において、低下排気量モードで前記内燃機関を動作させることを更に含み、前記内燃機関が前記低下排気量モードで動作している期間中、作動チャンバの第１の群は、連続的に点火され、及び作動チャンバの第２の群は、連続的にスキップされることを特徴とする方法。
【請求項６５】
請求項５７乃至６４の何れか１項に記載の方法において、前記希薄空気燃料混合気を用いる前記点火作動チャンバの前記作動サイクルは、
予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）モード、
ガソリン直接圧縮着火（ＧＤＣＩ）モード、
火花支援圧縮着火モード（ＳＡＣＩ）モード、又は
動的給気圧縮着火（ＤＣＣＩ）モード
の１つで動作することを特徴とする方法。
【請求項６６】
請求項５７乃至６５の何れか１項に記載の方法において、高温排気ガスを前記点火作動チャンバに導入することにより、前記希薄空気燃料混合気を用いる前記作動サイクル中に前記希薄空気燃料混合気の自己着火を促進することを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項６７】
請求項６６に記載の方法において、前記高温排気ガスは、
（ａ）排気システムから前記作動チャンバへの前記高温排気ガスの再循環、
（ｂ）前記作動チャンバの吸気ストローク中に排気バルブを開放することにより、前記高温排気ガスを前記作動チャンバに導入すること、
（ｃ）以前に点火された作動サイクルから前記作動チャンバに前記高温排気ガスの残りを保持すること、又は
（ｄ）（ａ）〜（ｃ）の任意の組み合わせ
の１つによって導入されることを特徴とする方法。
【請求項６８】
請求項５７乃至６７の何れか１項に記載の方法において、（ａ）燃料を供給しないこと、及び（ｂ）前記選択されたスキップされた作動サイクル中に空気が前記作動チャンバを通してポンピングすることを防ぐことにより、前記作動チャンバのスキップされた作動サイクルを選択的に休止させることを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項６９】
請求項５７乃至６８の何れか１項に記載の方法において、選択的に、前記作動チャンバの選択されたスキップされた作動サイクルを通して空気がポンピングすることを可能にするが、燃料供給を可能にしないことを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項７０】
請求項５７乃至６９の何れか１項に記載の方法において、前記内燃機関に対するトルク要求が変化するにつれて、
（ａ）前記変化するトルク要求を満たす必要に応じて、前記作動チャンバの前記作動サイクルをスキップするか又は点火するかの何れかを繰り返し決定することと、
（ｂ）前記作動チャンバの前記点火作動サイクルについて、燃焼のために前記理論空気燃料混合気又は前記希薄空気燃料混合気の何れかを用いることを繰り返し決定することと
によって前記内燃機関の前記作動チャンバを動作させることを更に含み、それにより、前記繰り返される決定（ａ）及び（ｂ）の結果は、前記変化するトルク要求を満たし且つ燃料経済性を改善するように少なくとも部分的に行われる一方、許容可能なレベルのノイズ、振動及びハーシュネス（ＮＶＨ）を提供することを特徴とする方法。
【請求項７１】
請求項５７乃至７０の何れか１項に記載の方法において、前記理論混合気を用いて点火される前記作動サイクルの数を増加させることにより、前記内燃機関からの排気ガスの温度を選択的に上昇させることを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項７２】
請求項５７乃至７１の何れか１項に記載の方法において、前記希薄空気燃料混合気を用いて点火される前記作動サイクルの数を増加させることにより、前記内燃機関からの排気ガスの温度を選択的に低下させることを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項７３】
請求項５７乃至７２の何れか１項に記載の方法において、前記希薄空気燃料混合気の燃焼から生じる排気ガスを、以下の後処理システム：
着火触媒システム、
三元触媒、
酸化触媒、
ＮＯｘトラップ、
選択接触還元（ＳＣＲ）システム、又は
粒子フィルタ
の１つ以上に通過させることを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項７４】
請求項５７乃至７３の何れか１項に記載の方法において、前記理論空気燃料混合気の燃焼から生じる排気ガスを、以下の後処理システム：
着火触媒システム、
三元触媒、又は
粒子フィルタ
の１つ以上に通過させることを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項７５】
複数の作動チャンバを有する内燃機関の動作を制御する方法において、
前記複数の作動チャンバの１つ以上の作動サイクルが選択的に点火されるか又はスキップされるかの何れかであるモードで前記内燃機関を動作させることと、
幾つかの作動サイクル中に点火される作動チャンバについて、
予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）モード、
ガソリン直接圧縮着火（ＧＤＣＩ）モード、
火花支援圧縮着火モード（ＳＡＣＩ）モード、又は
動的給気圧縮着火（ＤＣＣＩ）モード
の１つで前記作動チャンバを動作させることと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７６】
請求項７５に記載の方法において、他の作動サイクル中に点火される作動チャンバについて、理論混合モードで前記作動チャンバを動作させることを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項７７】
請求項７６に記載の方法において、（ａ）トルク要求、（ｂ）燃料消費量、並びに（ｃ）ノイズ、振動及びハーシュネス（ＮＶ）を含む要因に基づいて、前記理論混合モード又はＨＣＣＩ、ＧＤＣＩ  ＳＡＣＩ若しくはＤＣＣＩモードの１つの何れかで前記作動チャンバの前記作動サイクルを個別に動作させることを決定することを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項７８】
請求項７５乃至７７の何れか１項に記載の方法において、
トルク要求を確認することと、
前記確認されたトルク要求が、希薄空気燃料混合気を用いる燃焼に適したトルク値の範囲内にあるかどうかを特定することと、
前記確認されたトルク要求が、前記希薄空気燃料混合気を用いる燃焼に適した前記トルク値の範囲内にある場合、前記ＨＣＣＩ、ＧＤＣＩ、ＳＡＣＩ又はＤＣＣＩモードの１つで前記点火作動チャンバを動作させることと
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項７９】
請求項７８に記載の方法において、前記トルク要求が、前記希薄空気燃料混合気を用いる燃焼に適した前記トルク値の範囲外である場合、理論混合モードで前記作動チャンバの他の点火作動サイクルを動作させることを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項８０】
請求項７８に記載の方法において、前記トルク値の範囲は、前記作動チャンバの全ての作動サイクルが点火される場合と比較して、前記作動チャンバの前記作動サイクルの１つ以上がスキップされる場合に拡大されることを特徴とする方法。
【請求項８１】
請求項７５乃至８０の何れか１項に記載の方法において、
前記内燃機関に対するトルク要求を確認することと、
前記確認されたトルク要求が閾値未満であるかどうかを特定することと、
前記確認されたトルク要求が前記閾値未満である場合、他の点火作動サイクル中に前記ＨＣＣＩ、ＧＤＣＩ、ＳＡＣＩ又はＤＣＣＩモードの１つで燃焼を維持するために前記作動チャンバの１つ以上の作動サイクルの前記点火を選択的にスキップすることと
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項８２】
請求項７５乃至８１の何れか１項に記載の方法において、前記内燃機関をスキップファイアモードで動作させることを更に含み、前記内燃機関の全排気量未満である所定の低下有効排気量について、少なくとも１つの作動チャンバは、点火され、スキップされ、且つ連続した点火機会にわたって点火されるか又はスキップされるかの何れかであることを特徴とする方法。
【請求項８３】
請求項７５乃至８２の何れか１項に記載の方法において、前記作動チャンバを点火するか又はスキップするかの何れかの決定が点火機会ごとに基づいて行われる動的スキップファイアモードで前記内燃機関を動作させることを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項８４】
請求項７５乃至８３の何れか１項に記載の方法において、点火される前記作動チャンバの前記作動サイクルについて、トルク出力を高トルク出力又は低トルク出力の何れかに選択的に調整することを特徴とする方法。
【請求項８５】
請求項７５乃至８１の何れか１項に記載の方法において、低下排気量モードで前記内燃機関を動作させることを更に含み、前記内燃機関が前記低下排気量モードで動作している期間中、作動チャンバの第１の群は、連続的に点火され、及び作動チャンバの第２の群は、連続的にスキップされることを特徴とする方法。
【請求項８６】
複数の作動チャンバを有する内燃機関の動作を制御する方法において、
前記複数の作動チャンバの作動サイクルが選択的に点火されるか又はスキップされるかの何れかであるモードで前記内燃機関を動作させることと、
作動サイクル中に点火される作動チャンバについて、
前記作動チャンバ内に希薄空気燃料混合気を提供することと、
前記作動チャンバ内で前記希薄空気燃料混合気を圧縮することと、
前記空気燃料混合気が前記作動チャンバ内で圧縮されている間、前記作動チャンバ内でトリガされる燃焼イベントを引き起こすことと、
前記トリガされた燃焼イベントに応じて、前記作動チャンバ内で前記圧縮された希薄空気燃料混合気を燃焼させることと
によって前記点火作動サイクル中に前記作動チャンバを動作させることと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８７】
請求項８６に記載の方法において、前記作動チャンバ内で前記トリガされる燃焼イベントを引き起こすことは、
燃料を前記作動チャンバに直接噴射すること、
火花を用いて前記直接噴射された燃料に点火すること
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項８８】
請求項８６又は８７に記載の方法において、
前記作動チャンバに対するトルク負荷を確認することと、
前記確認されたトルク負荷が前記希薄空気燃料混合気の燃焼のためのトルク範囲内にあるかどうかを特定することと、
前記希薄空気燃料混合気を前記作動チャンバに導入することと、
前記作動サイクル中に前記作動チャンバ内で前記希薄空気燃料混合気を燃焼させることと
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項８９】
請求項８８に記載の方法において、前記トルク範囲は、前記作動チャンバの全ての作動サイクルが点火される場合と比較して、前記作動チャンバの前記作動サイクルの１つ以上がスキップされる場合に拡大されることを特徴とする方法。
【請求項９０】
請求項８６乃至８９の何れか１項に記載の方法において、
選択された作動チャンバの選択された作動サイクルに対するトルク負荷を確認することと、
前記確認されたトルク負荷が前記希薄空気燃料混合気のためのトルク範囲外にあるかどうかを特定することと、
前記確認されたトルクが前記トルク範囲外である場合、理論空気燃料混合気を前記選択された作動チャンバに導入することと、
前記選択された作動サイクル中に前記選択された作動チャンバ内で前記理論空気燃料混合気を燃焼させることと
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項９１】
請求項８６乃至９０の何れか１項に記載の方法において、
前記内燃機関に対するトルク要求を確認することと、
前記確認されたトルク要求が閾値未満であるかどうかを特定することと、
前記確認されたトルク要求が前記閾値未満である場合、前記希薄空気燃料混合気を用いる前記作動チャンバの他の点火作動サイクルの燃焼を維持するために前記作動チャンバの１つ以上の作動サイクルの前記点火を選択的にスキップすることと
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項９２】
請求項８６乃至９１の何れか１項に記載の方法において、前記内燃機関をスキップファイアモードで動作させることを更に含み、前記内燃機関の全排気量未満である所定の低下有効排気量について、少なくとも１つの作動チャンバは、点火され、スキップされ、且つ連続した点火機会にわたって点火されるか又はスキップされるかの何れかであることを特徴とする方法。
【請求項９３】
請求項８６乃至９２の何れか１項に記載の方法において、前記作動チャンバのそれぞれを点火するか又はスキップするかの何れかの決定が点火機会ごとに基づいて行われる動的スキップファイアモードで前記内燃機関を動作させることを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項９４】
請求項８６乃至９３の何れか１項に記載の方法において、点火される前記作動チャンバの前記作動サイクルについて、トルク出力を高トルク出力又は低トルク出力の何れかに選択的に調整することを特徴とする方法。
【請求項９５】
請求項８６乃至９１の何れか１項に記載の方法において、低下排気量モードで前記内燃機関を動作させることを更に含み、前記内燃機関が前記低下排気量モードで動作している期間中、作動チャンバの第１の群は、連続的に点火され、及び作動チャンバの第２の群は、連続的にスキップされることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
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