JP2000500207A - 燃料噴射型エンジンの動作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＥＣＵ(66)と、入力／論理マルチプレクサ(70)と、ＤＣ−ＤＣ変換器(74)と、点火トリガ(78)と、点火分配システム(86)とを備え、点火は高速で時間ベースで制御される２行程のスパーク点火内燃エンジンの動作方法が提供されている。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料噴射型エンジンの動作方法 発明の背景 本発明は、燃料噴射型内燃エンジンの動作方法に関し、特に、燃料噴射型の２ 工程のエンジンの動作方法に関する。さらに、本発明は、そのような方法を使用 する水中推進装置に関する。 発明の概要 本発明は、燃焼室を定め、そこにおいて上部死点位置と下部死点位置との間で 運動可能なピストンを有しているシリンダと、燃焼室と連通し、ソレノイドで動 作される単一の燃料ポンプおよびノズル構造体とを含む２行程のスパーク点火さ れる内燃エンジンの動作方法を提供し、その方法は、基本的に燃料と混合されて いない空気を燃焼室に供給し、それによって上部死点に向かうピストンにより加 圧し、基本的に空気と混合されていない液体燃料を燃料ポンプおよびノズル構造 体に低圧力で供給し、燃焼室中で良好に原子化された層状のチャージを得るため に、エンジン速度が低い期間中に燃料ポンプおよびノズル構造体を動作して、基 本的に空気と混合されていない液体燃料を、低い燃料圧力よりも実質的に上の、 上部死点に向かうピストンによる空気の加圧により生じた燃焼室中の空気圧より も高い圧力で燃焼室に直接送り、エンジン速度が低い期間中に所定のスパークエ ネルギレベルで上部死点位置の前に時間間隔を有する第１のタイミングで燃料を 点火し、燃焼室中で均一のチャージを得るために、エンジン速度が高い期間中に 燃料ポンプおよびノズル構造体を動作して、基本的に空気と混合されていない燃 料を、低い燃料圧力よりも実質的に上の、上部死点に向かうピストンに付随する 空気の加圧によって生じた燃焼室中の空気圧よりも高い圧力で燃焼室に直接送り 、エンジン速度が高い期間中に、所定のスパークエネルギレベルよりも低いスパ ークエネルギレベルで、第１のタイミングよりも大きい間隔で上部死点位置の前 に時間間隔を有する第２のタイミングで燃料を点火するステップを含んでいる。 本発明はまた、燃焼室を定め、そこにおいて上部死点位置と下部死点位置との 間で運動可能なピストンを有しているシリンダと、燃焼室と連通し、ソレノイド で動作される単一の燃料ポンプおよびノズル構造体とを含む２行程のスパーク点 火内燃エンジンの動作方法を提供し、その方法は、基本的に燃料と混合されてい ない空気を燃焼室に供給して上部死点に向かうピストンにより加圧し、基本的に 空気と混合されていない液体燃料を燃料ポンプおよびノズル構造体に低圧力で供 給し、燃焼室中で良好に原子化された層状のチャージを得るために、エンジン速 度が低い期間中に燃料ポンプおよびノズル構造体を動作して、基本的に空気と混 合されていない燃料を、低い燃料圧力よりも実質的に上の、上部死点に向かうピ ストンによる空気の加圧に応じて生じた燃焼室中の空気圧力よりも高い圧力で燃 焼室に直接送り、エンジン速度が低い期間中に所定のスパークエネルギレベルで 、燃料噴射後のある時間間隔に基づいたタイミングで燃料を点火し、燃焼室中で 均一のチャージを得るために、エンジン速度が高い期間中に燃料ポンプおよびノ ズル構造体を動作して、基本的に空気と混合されていない液体燃料を、低い燃料 圧力よりも実質的に上の、上部死点に向かうピストンによる空気の加圧に応じて 生じた燃焼室中の加圧された空気よりも高い圧力で燃焼室に直接送り、エンジン 速度が高い期間中に、所定のスパークエネルギレベルよりも低いスパークエネル ギレベルで、クランク角度に基づいたタイミングで燃料を点火するステップを含 んでいる。 本発明はまた、燃焼室を定め、そこにおいて上部死点位置と下部死点位置との 間で運動可能なピストンを有しているシリンダと、燃焼室と連通し、ソレノイド で動作される単一の燃料ポンプおよびノズル構造体とを含む２行程のスパーク点 火内燃エンジンの動作方法を提供し、その方法は、基本的に燃料と混合されてい ない空気を燃焼室に供給し、それによって上部死点に向かうピストンにより加圧 し、基本的に空気と混合されていない液体燃料を燃料ポンプおよびノズル構造体 に低圧力で供給し、燃焼室中で良好に原子化された層状のチャージを得るために 、エンジンスロットルが約１５パーセント以下の開度に設定されているときに燃 料ポンプおよびノズル構造体を動作して、基本的に空気と混合されていない燃料 を、低い燃料圧力よりも実質的に上の、上部死点に向かうピストンによる空気の 圧力に応じて生じた燃焼室中の空気圧よりも高い圧力で燃焼室に直接送り、 エンジンスロットルが約１５パーセント以下の開度に設定されているときに、 所定のスパークエネルギレベルで、燃料噴射後の時間間隔に基づいたタイミング で燃料を点火し、燃焼室中で均一のチャージを得るために、エンジンスロットル が約１５パーセントの開度に設定されているときに燃料ポンプおよびノズル構造 体を動作して、基本的に空気と混合されていない液体燃料を、低い燃料圧力より も実質的に上の、上部死点に向かうピストンに付随する空気の圧力に応じて生じ た燃焼室中の加圧された空気よりも高い圧力で燃焼室に直接送り、エンジンスロ ットルが約１５パーセントの開度に設定されているときに、所定のスパークエネ ルギレベルよりも低いスパークエネルギレベルで、クランク角度に基づいたタイ ミングで燃料を点火するステップを含んでいる。 本発明はまた、燃焼室を定め、そこにおいて上部死点位置と下部死点位置との 間で運動可能なピストンを有しているシリンダと、燃焼室と連通し、ソレノイド で動作される単一の燃料ポンプおよびノズル構造体とを含む２行程のスパーク点 火内燃エンジンの動作方法を提供し、その方法は、基本的に燃料と混合されてい ない空気を燃焼室に供給して上部死点に向かうピストンに付随して加圧し、基本 的に空気と混合されていない液体燃料を燃料ポンプおよびノズル構造体に低圧力 で供給し、燃焼室中で良好に原子化された層状のチャージを得るために、エンジ ンスロットルが約１５パーセント以下の開度で設定されているときに燃料ポンプ およびノズル構造体を動作して、基本的に空気と混合されていない燃料を、低燃 圧よりも実質的に上の、上部死点に向かうピストンによる空気の加圧に反応して 生じた燃焼室中の空気圧よりも高い圧力で燃焼室に直接送り、エンジンスロット ルが約１５パーセント以下の開度に設定されているときに、所定のスパークエネ ルギレベルよりも低い所定のスパークエネルギレベルで、燃料噴射後の時間間隔 に基づいたタイミングで燃料を点火し、燃焼室中で均一のチャージを得るために 、エンジンスロットルが約１５乃至１００パーセントの開度に設定されていると きに、燃料ポンプおよびノズル構造体を動作して、基本的に空気と混合されてい ない液体燃料を、低い燃料圧力よりも実質的に上のレベルで加圧され、上部死点 に向かうピストンによる空気の加圧に応じて生じた燃焼室中の空気圧よりも高い 圧力で燃焼室に直接送り、エンジンスロットルが約１５乃至１００パーセントの 開 度に設定されているときに、第１のスパークエネルギレベルで、クランク角度に 基づいたタイミングで燃料を点火するステップを含んでいる。 本発明はまた、内燃エンジンの動作方法を提供し、その方法は、燃焼室を定め 、そこにおいて上部死点位置と下部死点位置との間で運動可能なピストンを有し ているシリンダと、燃焼室と連通し、ソレノイドで動作される単一の燃料ポンプ およびノズル構造体とを含む２行程のスパーク点火内燃エンジンを形成し、基本 的に燃料と混合されていない空気を燃焼室に供給して上部死点に向かうピストン により加圧し、基本的に空気と混合されていない液体燃料を燃料ポンプおよびノ ズル構造体に低圧力で供給し、燃焼室全体を通して、ｃｃが均一な比較的大きい サイズの燃料の液滴を得るために、スロットルが大きく開かれ、エンジン速度が 最大である期間中に燃料ポンプおよびノズル構造体を動作して、基本的に空気と 混合されていない燃料を、低燃圧よりも実質的に上の、上部死点に向かうピスト ンに付随する空気の加圧に応じて生じた燃焼室中の空気圧よりも高い圧力で、ピ ストンが約２１５°だけ上部死点位置の前の位置にされたときに開始し、ピスト ンが約１３０°だけ上部死点位置の前に位置されるまで続くシリンダ軸の方向に 対して小さい角度で燃焼室に直接送り、スロットルが大きく開かれ、エンジン速 度が最大である期間中に、ピストンが上部死点位置の前で約２８°の位置で開始 し、ピストンが上部死点位置の前で約７°の位置まで続行する１乃至３回のスパ ークの発生で燃料を点火し、燃焼室の上部付近で、チャージが均一な大きいサイ ズの燃料の液滴よりもサイズが小さい、チャージが層状である良好に原子化され た燃料の液滴を得るために、スロットルのオープンの状態が約１５％であり、エ ンジン速度が約２００ＲＰＭである期間中に、燃料ポンプおよびノズル構造体を 動作して、基本的に空気と混合されていない液体燃料を、低燃圧よりも実質的に 上のレベルで、上部死点に向かうピストンに付随する空気の加圧に反応して生じ る燃焼室中の空気圧よりも高い圧力で、ピストンが約５６．４°だけ上部死点位 置の前の位置となったときに開始し、ピストンか約１４°だけ上部死点位置の前 の位置になるまで続くシリンダ軸の方向に対する小さい角度で燃焼室に直接送り 、スロットルのオープンの状態が約１５％であり、エンジン速度が約２００ＲＰ Ｍである期間中に、ピストンが約５１．９°だけ上部死点位置の前になったとき に開 始し、ピストンが約１４°だけ上部死点位置の前になるまで続く約１０乃至１５ 回のスパークの発生で燃料を点火するステップを含んでいる。 本発明の別の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面を考慮して当業 者に明らかとなる。 図面の簡単な説明 本発明のこれらおよびその他の特徴は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明 に関連して十分に開示されており、そこにおいて、同一の参照番号は同一の素子 を示している。 図１は、本発明を実施する水中推進装置の側面図である。 図２は、内燃エンジンの部分的断面図である。 図３は、内燃エンジンのための点火システムのブロック図である。 図４は、点火システムの入力／論理マルチプレクサの詳細な概略図である。 図５は、点火システムのＤＣ−ＤＣ変換器の詳細な概略図である。 図６は、点火システムの点火トリガ回路の詳細な概略図である。 図７は、点火システムの点火分配回路の詳細な概略図である。 図８は、図１に示された水中推進装置中に含まれた内燃エンジンのための時間 遅延点火回路の電気的概略図である。 図９は、時間遅延点火回路中の種々の電気信号間の時間ベースの関係を示すタ イムチャート図である。 図１０は、６個のシリンダを有する内燃エンジンと接続して使用される時間遅 延点火回路を示す電気的概略図である。 図１１は、上部死点（ＤＢＴＤＣ）の前に度数の単位で測定され、エンジン速 度とスロットル位置の関数として示された図１０のエンジンの噴射タイミングを 示すチャート図である。 図１２は、ＤＢＴＤＣにおいて測定され、エンジン速度とスロットル位置の関 数として示された図１０のエンジンの噴射タイミング図である。 図１３は、オン時間の点火コイルをエンジン速度とスロットル位置の関数とし て示したチャート図である。 図１４は、ミリ秒（ｍｓ）の単位で測定され、エンジン速度とスロットル位置 の関数として示された図１０のエンジンのオン時間の点火コイルを示すチャート 図である。 図１５は、ミリ秒（ｍｓ）の単位で測定され、エンジン速度とスロットル位置 の関数として示された図１０のエンジンの噴射パルス時間を示すチャート図であ る。 図１６は、図１０のエンジンにおける時間ベースの点火からクランク角度ベー スの点火への移行を示すグラフ図である。 本発明の一実施形態が説明される前に、本発明は、以下の説明および図面に示 された素子の構造および構成への適用に制限されないことは理解される。本発明 は別の実施形態においても可能であり、種々の方法で実行することができる。ま た、本明細書において使用された用語および術語は説明のためのものであり、制 限と見なされないことは理解される。 実施例 本発明を実施する水中推進装置が図１に示されており、それは、ほぼ水平なテ ィルト軸8 に関する旋回運動ならびにほぼ垂直なステアリング軸11に関する旋回 ステアリング運動のためにボートのトランサム上に取付けられた船外駆動装置、 すなわち推進ユニット5 を含んでいる。駆動装置、すなわち推進ユニット5 は、 スクリューシャフト13を含み、それにスクリュー15が固定されている。駆動装置 あるいは推進ユニット5 はまた、通常の駆動トレイン17によってスクリューシャ フト13に動力伝達的に接続された燃料噴射式の２行程内燃エンジン10を含んでい る。本発明の好ましい実施形態において、エンジン10は、６気筒のＶ型エンジン である。しかしながら、本発明は、任意の数のシリンダを有する別のタイプのエ ンジンにも適用できることが理解されるべきである。 内燃エンジン10は、図２において部分的にやや詳細に示されている。任意の内 燃エンジンが適切であるが、好ましい実施形態の内燃エンジン10は、６気筒の、 直接噴射の２行程内燃エンジンである（そのシリンダは図７において概略的に示 され、参照番号1 乃至6 で示されている）。エンジン10のシリンダの典型的な１ つが図２に詳細に示されている。 特に、エンジン10は、クランクケース室18を定め、その中で回転可能なクラン クシャフト22を有するクランクケース14を含んでいる。エンジンブロック26は、 複数のシリンダ7（その１つが図示されている）を定め、そのそれぞれは軸9 を 有している。エンジンブロック26はまた、伝達路34を介してシリンダ7 とクラン クケース室18との間を連絡している入口ポート30を定めている。エンジンブロッ ク26はまた、出口ポート38を定めている。ピストン42は、上部死点位置と下部死 点位置との間でシリンダ1 中において往復運動可能であり、クランクピン46によ ってクランクシャフト22に動力伝達的に結合されている。シリンダヘッド50は、 燃焼室54を定めるようにシリンダ7 の上端部を閉じている。スパークプラグ58は シリンダヘッド50上に設置され、燃焼室54中に突出する。 エンジン10はまた、燃焼室54の上端部内に燃料を噴射するためにシリンダヘッ ド50上に設置された燃料噴射器60を含んでいる。好ましい燃料噴射器60は、ソレ ノイドで動作される燃料噴射器とノズル装置の結合体であり、それは米国特許出 願第08/506,534号明細書“Combined Pressure Surgr Fuel Pump and Nozzle Ass embly”（1995年7 月25日出願）に開示され、本明細書において参照文献とされ ている。 燃料噴射器60は、基本的に空気と混合されていない燃料を燃焼室54中にスプレ ーし、多量の燃料蒸気によって囲まれた燃料スプレーコーン61を生成し、コーン 61はシリンダ軸9 上に中心を定められている。燃料スプレーコーン61のほぼ全体 は、任意の別の表面に衝突する前にピストン42に衝突することが好ましい。燃料 スプレーコーン61は、シリンダあるいはコーン軸9 を含む平面（図の紙面）中に 線65を定める外側面を有しており、線65とシリンダあるいはコーン軸9 とは、好 ましい構造において約１５°である鋭角を成している。 エンジン38はまた、燃料ソース、すなわち燃料タンク（図示されていない）と 、本質的に空気と混合されていない燃料をエンジン10の種々の燃料噴射器60に供 給するための燃料供給システムとを含んでいる。燃料供給システムは、空気と混 合されていない燃料を比較的低い圧力で燃料噴射器60に供給するために燃料タン クと燃料噴射器との間で連絡している燃料ポンプ（図示されていない）を含んで いる。所望であるならば、本質的に空気と混合されていない液体燃料は、１％以 下の潤滑油を含んでいてもよい。好ましい燃料供給システムは、米国特許出願第 08 /507,135号明細書“Combined Fuel and Oil Pump for Internal Combustion Eng ine”（1995年7 月25日出願）に開示され、本明細書において参照文献とされて いる。 内燃エンジン10はまた、図３に概略的に示されているように、シリンダ１乃至 6 中で燃料を点火するために点火スパークをスパークプラグ58に与える点火シス テム62を含んでいる。図３に示されている点火システム62は、任意の数のシリン ダを有する内燃エンジン中で使用されることができる。本発明の実施形態におい て、点火システム62は、シリンダ中に噴射された燃料チャージが層状にされたと きには（シリンダ毎にサイクル毎に）複数の点火スパークを発生し、シリンダ中 に噴射された燃料チャージが均一である場合には（シリンダ毎にサイクル毎に） より少ないスパークを発生する。 一般的に、点火システム62は、電子制御回路（ＥＣＵ）66と、入力／論理マル チプレクサ70（図４に詳細に図示されている）と、直流−直流（ＤＣ−ＤＣ）変 換器74（図５に詳細に図示されている）と、点火トリガー回路78（図６に詳細に 図示されている）と、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）82と、点火分配回路86（図 ７に詳細に図示されている）とを含んでいる。 内燃エンジンのための任意のＥＣＵは、点火システム62を動作させるために使 用することができる。ＥＣＵ66は、エンジンの各シリンダに対する点火制御信号 を発生する。図面に示されたエンジンの実施形態において、エンジンは６気筒の エンジンであり、従って、ＥＣＵ66は６個の点火制御信号を発生し、すなわち、 ６個のシリンダのそれぞれに対して１エンジンサイクル毎に１つの点火制御信号 を発生する。スパーク点火のタイミングは、電子制御装置66中に含まれた任意の 適切な構成によって制御される。 図４は、点火システム62の入力／論理マルチプレクサ70を示している。図４に 示されているように、（シリンダ1 乃至6 に対する）ＥＣＵ66からの点火制御信 号は、入力ライン90,94,98,102,106,110上で入力／論理マルチプレクサ70に入力 される。入力ライン90,94,98,102,106,110は、インバータ114,118,122,126,130, 134 にそれぞれ接続されている。インバータ114,118,122,126,130,134 は、出力 138,142,146,150,154,158 をそれぞれ有している。出力138,142,146 はＯＲゲー ト162 に接続され、出力150,154,158 はＯＲゲート166 に接続されている。ＯＲ ゲート162 および166 の出力170 および174 は、それぞれＯＲゲート178 および ＯＲゲート182 に接続されている。入力／論理マルチプレクサ70はまた、ＯＲゲ ート178 の出力194 に接続された遅延回路190 を含んでいる。遅延回路190 は、 抵抗R24,ダイオードD10,キャパシタC1および抵抗R1を含んでいる。遅延回路の出 力は、ＯＲゲート182 の入力に接続され、それによって、ＥＣＵ66からの点火制 御信号と完全に結合され、あるいは多重化される。ＯＲゲート182 の出力はＮＡ ＮＤゲート186 に接続されている。 図５は、点火システム62のＤＣ−ＤＣ変換器74を示している。ＤＣ−ＤＣ変換 器74は、パルス幅変換器206 を含んでいる。パルス幅変換器206 は、多数の製造 業者により市販されている通常の素子である。好ましい実施形態において、パル ス幅変換器206 はナショナルセミコンダクタ社(National Semiconductor,Inc)に よって製造され、部品番号ＬＭ２５７８で販売されている。図５に示されている ように、ＮＡＮＤゲート186 の出力198 は、抵抗R2,R14,R15と、キャパシタC6,C 7 と、ダイオードD11 とを具備しているＲＣ回路を通してパルス幅変調器206 の 発振入力202（ＬＭ２５７８チップパッケージのピン3）にノードＢを介して接続 される。パルス幅変調器206 はまた、反転された入力208（ＬＭ２５７８チップ パッケージのピン1）を含んでいる。好ましい実施形態において、ＬＭ２５７８ チップパッケージのピン5 および7 は接地されている。パルス幅変調器206 はま た、ＮＡＮＤゲート214 と、抵抗R13,R53,R17 およびダイオードD18 を含む抵抗 ネットワークとを通して、並列に接続された一群の絶縁ゲートバイポーラトラン ジスタ（ＩＧＢＴ）Q1,Q2,Q3に接続されている。 図面に示されているように、ＩＧＢＴQ1,Q2,Q3は、ゲート218,222,226 と、ド レイン230,234,238 と、ソース242,246,250 とをそれぞれ含んでいる。ゲート21 8,222,226 は、抵抗ネットワークを通してＮＡＮＤゲート214 の出力に接続され 、ドレイン230,234,238 は、抵抗R20,R21,R22 をそれぞれ通してマトリックス変 成器262 の１次巻線258 の一端254 に接続されている。ソース242,246,250 は、 直列に接続された抵抗R11,R10 を介して接地され、また、パルス幅変調器206 の 反転入力208 に接続されている。 １次巻線258 の反対側の端部264 は、電圧源＋Ｖに接続されている。本発明の 好ましい実施形態において、電圧源＋Ｖは内燃エンジンの交流発電機（図示され ていない）の出力である。マトリックス変成器262 はまた、一方の端部270 が接 地され、他方の端部274 がダイオード8 を通してダイオード9 および点火キャパ シタC10 に接続されている２次巻線266 を含んでいる。点火キャパシタＣ10は、 ＳＣＲ82の陽極278 に接続されている。好ましい実施形態において、変成器は１ ：２のステップアップ・マトリックス変成器である。マトリックス変成器は技術 においてよく知られており、本明細書において参照文献とされている米国特許第 4,665,357 号明細書および第4,845,606 号明細書に図示および説明されている。 図６は、点火システム62の点火トリガー回路78を示している。点火トリガー回 路78は、ノードＡを介してＯＲゲート178 の出力に接続された入力286 および29 0 を有するＯＲゲート282 を含んでいる。ＯＲゲート282 の出力294 は、キャパ シタC28 および抵抗R16 を含むＲＣ回路を通してＯＲゲート302 の第１の入力29 8 に接続されている。ＯＲゲート302 の第２の入力306 は、ＯＲゲート310 と、 キャパシタC29 および抵抗R48 を含むＲＣ回路と、ＮＡＮＤゲート314 と、抵抗 R49、キャパシタC30 および抵抗R50 で構成されているＲＣ回路とを通してパル ス幅変調器206 の出力210（図５）に接続されている。ＯＲゲート302 の出力318 は、ＮＡＮＤゲート326 の１つの入力322 に接続されている。ＮＡＮＤゲート3 26 の他方の入力330 は、ノードＡを介して入力／論理マルチプレクサ70のＯＲ ゲート178 の出力に接続されている。ＮＡＮＤゲート326 の出力334 は、抵抗R5 2,R51およびキャパシタC31 を含むＲＣ回路を通して（図４および図５に示され た）分離用変成器342 の１次巻線338（図５にのみ示されている）に接続されて いる。分離用変成器342 の２次巻線346（図４にのみ示されている）は、ダイオ ードD31 およびＳＣＲ82のトリガーゲート350 に並列に接続されている。ＳＣＲ 82の陰極354 は、ノードＤを介して点火システム62の点火分配回路86に接続され ている。 図７は、点火システム62の点火分配回路86を示している。点火分配回路86は、 内燃エンジンシリンダ1,2,3,4,5,6 のそれぞれに対する点火トリガーモジュール 358,362,366,370,374,378 を含んでいる。モジュールのそれぞれは同一であり、 従って、モジュール358 だけが詳細に説明される。ＳＣＲ82の陰極354 は、ＳＣ Ｒ386 の陽極382 に接続されている。モジュール358 への入力390 はＥＣＵ66に 接続され、シリンダ1 に対するＥＣＵ点火制御信号を受信する。入力390 は、抵 抗R45 およびキャパシタC12 を含むＲＣ回路を通してトランジスタQ4のベース39 4 に接続されている。トランジスタQ4は、電圧源402 に接続されたエミッタ398 と、抵抗R46 を通して接地されているコレクタ406 とを含んでいる。コレクタ40 6 はまた、抵抗R47、ダイオードD6、キャパシタC22、および抵抗R12 を含むＲＣ 回路を通してＳＣＲ386 のゲート410 に接続されている。ＳＣＲ362 は、キャパ シタC22 および抵抗R12 と、シリンダ1 中のスパークプラグ58とに接続された陰 極414 を含んでいる。 別の素子および別の素子の配置が可能であるが、好ましい実施形態において使 用された抵抗およびキャパシタは次の値を有している。 R1 ５１０キロオーム、１／８ワット； R2乃至R8,R14,R18,R24 １キロオーム、１／８ワット； R10,R11,R20 乃至R22 ０．０１オーム、２ワット； R12,R28,R32,R36,R40,R44 １００オーム、１／８ワット； R13,R53 ４７オーム、１／４ワット； R15,R17 ２４オーム、１／８ワット； R16 ８２キロオーム、１／８ワット； R19,R26,R30,R34,R38,R42,R46 １０キロオーム、１／８ワット； R25,R29,R33,R37,R41,R45 ３．３キロオーム、１／８ワット； R27,R31,R35,R39,R43,R47 ５６オーム、１／８ワット； R48 ２４９キロオーム、１／８ワット； R49 ５．１キロオーム、１／８ワット； R50 ７５０キロオーム； R51,R52 １５０オーム、１／８ワット； C1,C28乃至C30 ０．００１マイクロファラッド； C2,C4,C5 １００ピコファラッド； C3 ３３０マイクロファラッド； C6 ４７００ピコファラッド； C7,C8,C9,C11乃至C13,C15 ０．０２２マイクロファラッド； C10 ０．６８マイクロファラッド C14,C17 乃至C24,C31 乃至C36 ０．１マイクロファラッド； C16,C25 １００マイクロファラッド； 特定のゲート、ダイオード、ＳＣＲ、トランジスタおよび（点火システム62に おいて使用されている）他の素子の選択は、通常技術の１つの領域内で行われる 。 動作において、入力90,94,98,102,106,110は通常、高い電圧レベルである（典 型的に５ボルトであり、“高レベル”あるいは“論理的１”等とも呼ばれる）。 特定の入力90,94,98,102,106,110において点火制御信号を発生するために、ＥＣ Ｕ66は入力を低電圧レベル（典型的にゼロボルトであり、“低レベル”あるいは “論理的０”等とも呼ばれる）に“引下げる”。入力90,94,98,102,106,110はそ れぞれインバータによって反転され、インバータの出力は、ＯＲゲート162,166, 178,183 によって“結合”あるいは多重化され、ＤＣ−ＤＣ変換器74に入力する ためにＮＡＮＤゲート186 によってバッファされる。ＯＲゲート178 の出力は、 遅延回路190 を通して点火トリガー回路78と、ＯＲゲート182 にも入力される。 遅延回路190 は、先のサイクルに起因する点火制御信号がハイ状態に戻った後で さえパルス幅変調器206 が動作し続けるようにする時間遅延を生成する。これに よって、点火キャパシタC10 は、電流サイクルの開始のとき、すなわち、ＥＣＵ 66からの次の点火制御信号が“低くなる”ときに充電された状態のままであるこ とが確実にされる。 （ＮＡＮＤゲート186 からの）入力／論理マルチプレクサ70の出力に応答して 、パルス幅変調器206 は、出力210 において、約３５００ヘルツ（Ｈｚ）の周波 数を有する発振信号を発生する。発振信号は、３５００Ｈｚの周波数でトランジ スタQ1,Q2,Q3を駆動させ、それによって交流発電機からの電流がマトリックス変 成器262 の１次巻線258 を通って流れるようにする。 マトリックス変成器262 を通る電流を迅速に切り換えることによってフライバ ック電圧が生成され、それは増倍され、マトリックス変成器262 の相互インダク タンスを通してマトリックス変成器262 の２次巻線266 に送られる。２次巻線26 6 で生じる電圧は約２００乃至３００ボルトである。この電圧は、ＳＣＲ82をト リガーすることによって点火キャパシタC10 が放電されるまで点火キャパシタC1 0 によって一時的に記憶される。 マトリックス変成器262 の１次巻線258 を通る電流は、電流路中に電流感知抵 抗R10 およびR11 を配置し、抵抗R10 およびR11 を横切ってパルス幅変調器206 の反転された入力208 に電圧を入力することによって監視される。パルス幅変調 器の出力210 のパルス幅は、この電圧に応答して変化あるいは変調され、それに よって、点火システム62は広範囲の交流発電機電圧にわたって有効であり、好ま しい実施形態において、有効な電圧の範囲は約８乃至３０ボルトである。基本的 には、低い交流発電機電圧においては、パルス幅変調器206 の出力210 のパルス 幅は、点火キャパシタに対して十分な充電電圧を確実にするために増加される。 交流発電機電圧が上昇すると、パルス幅変調器206 の出力210 のパルス幅が減少 する。サイクルの開始において、ＳＣＲ82の最初のトリガーは点火トリガー回路 78によって行われ、それは、ＳＣＲ82をトリガーするためのパルス幅変調器206 からの出力210 がないからである。最初のトリガーの後、点火トリガー回路78を 通してＳＣＲ82に接続されたパルス幅変調器出力210 は、点火キャパシタC10 の 放電をトリガーするために使用される。 ＥＣＵ66からの点火制御信号は、点火分配回路86の適切な点火分配モジュール に入力される。特定の点火制御信号がＥＣＵ66によって発生されたとき、点火制 御信号はそれぞれの点火分配モジュールのＳＣＲをトリガーし、そのＳＣＲは、 点火制御信号がＥＣＵ66によってオフにされるまで開路状態にされたままである 。点火分配モジュールＳＣＲが開路にされたままである限り、点火キャパシタC1 0 から放電されたエネルギは、点火コイル59（図２参照）に直接送られるか、あ るいは点火分配モジュールに接続されたスパークプラグ58（図１参照）に送られ る。 点火システムは、エンジン速度、エンジン負荷、スロットル位置等の種々のエ ンジン動作条件にしたがって合計スパーク持続時間を増加または減少させるよう にスパークプラグにおいて変化する数の点火スパークを生成することができる。 状況に応じた所望の合計スパーク持続期間のエンジン動作条件の関数としての種 々の組合せが適切であるが、好ましい実施形態では、所望の合計スパーク持続期 間をエンジン速度とスロットル位置の両者の関数として決定することができる。 さらに、本発明は、層状(stratified)のエンジン動作条件下における多数のスパ ークの生成に関して記載されているが、さらに高いエネルギレベルもまた、層状 エンジン動作条件下において長いスパーク持続時間または高いスパーク電圧、あ るいは長いスパーク持続時間と高いスパーク電圧と多数のスパークとを組合せた 形態で適用可能である。 内燃エンジン10はまた、燃料が燃焼室54中に噴射された後、シリンダ7 中で予 め定められた瞬間にスパークを発生させる時間遅延点火回路426 を含んでいる（ 図８参照）。図８に示されているように、時間遅延点火回路426 は、データ出力 434 を有するマイクロプロセッサ430 と、注入インジケータ出力438 と、スパー ク生成出力442 とを備えている。以下に説明するように、マイクロプロセッサ43 0 は、出力442 でスパーク信号を発生する。しかしながら、ＥＣＵのような別の 適当な素子によってスパーク信号が発生されてもよいことを理解すべきである。 回路426 はまたタイマー446 を備えており、このタイマー446 は、マイクロプロ セッサ430 のデータ出力434 からタイミング情報を受信するためのデータ入力45 0 の８ビットレジスタを有する。タイマー446 はまたトリガー入力454 を有して おり、この入力454 は、マイクロプロセッサ430 の注入インジケータ出力438 に 接続されており、噴射注入がマイクロプロセッサ430 によって何時開始されたの かを示す信号をマイクロプロセッサ430 から受信する。タイマー446はまた、タ イミングパルス出力458 を含んでいる。 時間遅延点火回路426 はまた、２つの入力466 および470 と出力474 とを有す るアンドゲート462 を備えている。アンドゲート462 の入力466 は、タイマー44 6 の出力458 に接続される。アンドゲート426 の入力470 は、マイクロプロセッ サ430 に接続されており、スパーク生成出力442 からのスパーク生成信号をこの マイクロプロセッサ430 から受信する。アンドゲート462 の出力474 は、点火コ イル59に接続されており（図２に概略的に示されている）、シリンダ7 中でスパ ークを生成し、シリンダ7 中で燃料を点火する。 動作の際に、燃料注入事象が発生した場合、タイマー446 は、タイマー446 の トリガー入力454 においてマイクロプロセッサ430 の出力438 から注入制御信号 （図９の参照符号478 を参照）を受信し、この注入制御信号に応答して、マイク ロプロセッサクロック信号からのクロックパルスをカウントし始める。タイマー カウントの期限が終わらない限り、タイマー446 は、高い信号またはタイミング 信号（図９の参照符号482 参照）を出力458 で発生する。マイクロプロセッサ43 0 が出力442 でスパーク信号（図９の参照符号486 参照）を発生し、このスパー ク信号がアンドゲート462 への入力470 で受信される場合、このアンドゲート46 2 は、出力または点火信号あるいは点火コイル59に伝送される電流（図９の参照 符号490 参照）を出力474 で発生する。出力458 が低レベルになった（図９の参 照符号498 参照）とき、出力474 は低くなる（図９の参照符号494 参照）。出力 474 が高いあいだ、点火コイルを流れる電流が上昇する。マイクロプロセッサか ら受信されたタイマーカウントの期限が切れて、出力474 を低下させたとき、す なわち、マイクロプロセッサ430 が注入事象から所望の時間が経過したことを示 したときに、出力458 は低くなる。インジケータまたは点火コイル中の電流は瞬 時に変化することができない（Ｖ＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ））ため、点火コイルに対す る電流供給を急激に変化させることにより、この点火コイル上の電圧を急上昇さ せ、それによってスパークを発生させてシリンダ7 中の燃料に点火する。種々の 個数のシリンダを有する種々の大きさのエンジンに適合するように、図８の時間 遅延点火回路426 は、存在するシリンダの個数と同じ数だけ複製することができ る。 点火回路426 は任意の速度で使用されてよいが、低速度またはアイドル速度、 すなわち２００乃至２０００クランクシャフト回転／分（ＲＰＭ）の速度で使用 されることが好ましく、特に２００ＲＰＭの低速度で良好に動作することが証明 されている。２０００ＲＰＭを越える速度では、通常のクランク軸角ベースの点 火システムを使用してエンジンを制御することが好ましい。通常の内燃エンジン および図面に示されている内燃エンジン10の両者において、このような速度にお けるスパーク生成信号のタイミングは、クランク軸のクランク角度だけに基づい ている。しかしながら、従来技術において、スパーク生成信号は点火コイルに直 接接続され、点火スパークを直接的かつ付加的な信号を全く必要とせずに生じさ せる。その結果、従来技術の点火事象のタイミングは、固定した時点から計算さ れた絶対時間ではなく、クランク角度に依存している。対照的に、点火回路426 は、点火事象の発生後、点火を予め定められた時間の量だけ常に発生させ、この 予め定められた時間の量はクランク軸のクランク角度に基づいていない。燃料注 入事象とは、マイクロプロセッサ430 の出力442 における燃料注入信号の発生の ことである。これは、燃料インジケータの付勢時、またはシリンダ7 中への燃料 の実際の注入時のいずれかで発生してもよい。 図１０は、６気筒エンジン用の時間遅延点火回路200 を示す。同じ部品は同じ 参照符号を使用して示されている。図１０に示されている実施形態では、図８の 回路426 が６回反復して複製されているのではなく、種々の信号が結合(多重化) され、それによって電子部品の経済的な使用が実現される。 図１０に示されているように、回路500 はタイマー504 を含んでおり、このタ イマー504 は、８ビットデータ入力レジスタ508 と、シリンダの１および４，２ および５、ならびに３および６にそれぞれ対応した３つのトリガー入力512，216 および520 と、クロック入力524 と、トリガー入力512，516 および520 にそれ ぞれ対応した３つの出力528，532 および536 とを有している。回路500 はまた 、出力552，556 および560 をそれぞれ有するＯＲゲート540，544 および548 を 備えており、これらの出力はトリガー入力512，516 および520 にそれぞれ接続 されている。ＯＲゲート540，544 および548 はまた入力564 および568，572 お よび576、ならびに580 および584 をそれぞれ備えており、これらの入力はマイ クロプロセッサ430 に接続されており、注入事象が所定のシリンダ中で発生した ことを示す注入出力信号を受信する。すなわち、マイクロプロセッサは、出力58 8，592，596，600，604 および608 において出力信号を発生して、シリンダ１， ４，２，５，３および６中で注入がそれぞれ発生したことを示す。 時間遅延点火回路500 はまた、各入力対624，628 および632 と各出力636, 640 および644 とを有するアンドゲート612，616 および620 を備えており、こ れらの入力対はタイマー出力528，532 および536 にそれぞれ接続されている。 時間遅延点火回路500 はまたアンドゲート648，664，680 および696 を備えてお り、アンドゲート648 は入力652,656 および出力660 を有し、その入力652 がア ンドゲート612 の出力636 に接続され、アンドゲート664 は入力668、672 およ び出力676 を有し、その入力668 がアンドゲート616 の出力640 に接続され、ア ンドゲート680 は入力684、688 および出力692 を有し、その入力684 がアンド ゲート620 の出力644 に接続され、アンドゲート696 は入力700、704 および出 力708 を有し、その入力700 がアンドゲート620 の出力644 に接続されている。 アンドゲート648 および664 の入力656 および672 は、マイクロプロセッサ430 にそれぞれ接続されており、マイクロプロセッサ430 の出力712 および716 から スパーク信号をそれぞれ受信する。時間遅延点火回路500 において、マイクロプ ロセッサからのシリンダ１および４に対するスパーク信号は多重化、すなわち出 力712 で結合され、シリンダ２および５に対するスパーク信号は出力716 で多重 化される。アンドゲート680 および696 の各入力688 および704 は、マイクロプ ロセッサ430 に接続され、マイクロプロセッサ430 の出力720 および724 からス パーク信号をそれぞれ受信する。出力720 はシリンダ３に対するスパーク信号を 発生し、一方出力724 はシリンダ６に対するスパーク信号を発生する。アンドゲ ート680 および696 の各出力692 および708 は、シリンダ３および６の点火コイ ルに点火制御信号をそれぞれ供給する。その代りに、シリンダ３および６に対す る点火制御信号は、マイクロプロセッサ430 によって多重化された形態で発生さ れ、出力644 で結合されたタイミング出力信号と結合され、ＤＭＵＸ728 に類似 した回路によってデマルチプレクスされることが可能である。アンドゲート648 および664 の各出力660 および676 は、シリンダ１および４、ならびに２および ５の点火コイルに多重化された点火制御信号をそれぞれ供給する。 時間遅延点火制御回路500 はまた、デマルチプレクサ（ＤＭＵＸ）728 を備え ている。ＤＭＵＸ728 は、アンドゲート732 および736 とアンドゲート740，744 ，748 および752 を備えている。ＤＭＵＸ728 は、アンドゲート648 および664 の各出力660 および676 と、マイクロプロセッサ430 の制御出力756 および76 0 とを入力として受信して、出力660 および676 でそれぞれ発生されたシリンダ １および４、ならびに２および５に対する多重化された点火制御信号をデマルチ プレクスする。ＤＭＵＸは、シリンダ１，４，２および５のそれぞれに対する出 力764，768，772 および776 においてデマルチプレクスされた点火制御信号を発 生する。 動作の際に、時間遅延点火回路500 は低速で、すなわち２００乃至２０００ク ランク軸回転／分（ＲＰＭ）の速度で使用され、特に２００ＲＰＭの低速度で良 好に動作することが証明されている。２０００ＲＰＭを越える速度では、通常の クランク軸角度ベースのタイミングシステムを使用して点火を制御することが好 ましい。マイクロプロセッサは、ＯＲゲート540 の入力564 でシリンダ１に、Ｏ Ｒゲート540 の入力568 でシリンダ４に注入信号を供給する。したがって、シリ ンダ１および４に対する注入信号は、ＯＲゲート540 の出力552 において結合さ れる。同様に、シリンダ２および５に対する注入信号は、ＯＲゲート544 の出力 556 において結合され、シリンダ３および６に対する注入信号は、ＯＲゲート54 8 の出力560 において結合される。注入信号は、タイマーのトリガー入力512， 516 および520 にそれぞれ入力される。マイクロプロセッサからデータ入力508 を介して受信された多重化されたタイミングデータに基づいて、結合されたタイ ミング信号が、シリンダ１および４に対して出力528 において発生され、シリン ダ２および５に対して出力532 において発生され、シリンダ３および６に対して 出力536 において発生される。結合されたタイミング信号はそれぞれ、シリンダ １および４、ならびにシリンダ２および５に対して、結合されたスパーク制御信 号と結合され、シリンダ１および４、ならびシリンダ２および５に対して、１対 の結合された点火信号を生成する。ＤＭＵＸ728 は、結合された点火信号をデマ ルチプレクスして、シリンダ１，４，２および５に対する絶対時間ベースの点火 信号を生成する。 マイクロプロセッサはまた、マイクロプロセッサ出力720 および724 でシリン ダ３および６に対する分離したスパーク制御信号をそれぞれ生成する。スパーク 制御信号は、アンドゲート680 および696 に入力され、シリンダ３および６に対 して出力692 および708 のそれぞれにおいて絶対時間ベースの点火信号を発生す る。 上述の実施形態は、エンジン速度だけに基づいた時間ベースの点火とクランク 角度ベースの点火との間で変化するが、１以上の種々の他のエンジンパラメータ を単独でまたは組合せて使用し、時間ベースの点火とクランク角度ベースの点火 とを切替える時点を決定してもよい。他の適切なエンジンパラメータの例には、 エンジン負荷、スロットル位置またはその他いくつかの適切なパラメータが含ま れる。また、回路500 が点火システム62と共に使用され、内燃エンジン用の多数 のスパークの、絶対時間ベースの点火回路を生成することができる。たとえば、 回路500 の出力692，708，764，768，772 および776 は、点火システム62の入力 90，94，98，102，106 および110 をそれぞれ制御するために接続可能となる。 図１１乃至１５は、点火システム62と結合された点火回路500 の制御方式の注 入タイミング、点火タイミング、絶対最大点火コイルのオン時間、好ましい点火 コイルのオン時間、および注入パルス時間をチャート形態で示している。図１１ 乃至１５において、エンジンは、低い割合いの広く開いたスロットル（ほぼ１５ ％以下の広く開いたスロットル）における時間ベースの点火と、高い割合の広く 開いたスロットル（ほぼ１５％以上の広く開いたスロットル）におけるクランク 角度ベースの点火とにより動作している。すなわち、時間ベースの点火からクラ ンク角度ベースの点火への変化は、広く開いたスロットルの割合として測定され たスロットル位置だけに基づいている。 図１１に示された注入タイミングは、上部死点の前において度数で測定される 。点火回路500 が時間ベースモードで動作しているとき、すなわち、スロットル 位置が１５０以下のとき、図１１中の注入タイミング番号は、電流が燃料インジ ェクタコイル中を流れ始める上部死点の前の度数を表わしている。点火回路500 がクランク角度ベースモードで動作しているとき、すなわち、スロットル位置が １５０より大きいとき、図１１中の注入タイミング番号は、燃焼室中への燃料噴 射が開始する上部死点の前の度数を表わしている。 図１６は、点火回路500 の別の代りの制御方式に対する時間ベースの点火とク ランク角度ベースの点火との間の間の変化をグラフで示す。図１６に示されてい るように、エンジンは、低い割合いのスロットル位置および低速での時間ベース の点火により動作し、また高い割合いスロットル位置または高速度のいずれかに おいてクランク角度ベースの点火とにより動作する。図１６に示されているよう に、エンジン速度が１０００ＲＰＭより低く、かつオペレータスロットル要求が ２０％より低い（すなわち、図１６において“２００Ｔ．Ｐ．Ｓ．”と示されて いる最大の２０％より低いスロットル位置をスロットル位置センサが検出した） 場合、点火は時間ベースである。エンジン速度が１０００ＲＰＭより高く、ある いはオペレータスロットル要求が２０％より高い場合、点火はクランク角度ベー スである。これは、上述のようにＥＣＵによって制御される。時間ベース点火か らクランク角度ベースの点火への転移のこの“二重戦略”により、クロスオーバ ーとエンジン速度の積によって搭載されているモータの走行品質が良好になり、 クロスオーバーとスロットル位置との積によって加速特性が優れたものとなるこ とが認められている。好ましい点火システムは、ここにおいて参考文献とされて いる米国特許出願第 60/020,033 号明細書（1996年 6月21日出願、'Miltiple Sp ark Capacitive Discharge Ignition System for an Internal Combustion Engi ne'）に記載されている。 本発明による方法の１実施形態において、液体燃料は、約１％未満の潤滑油を 含んでいる。 ここに記載されている２行程のスパーク点火内燃エンジン10（シリンダ7 と、 単一のソレノイド動作される結合された燃料ポンプおよびノズル構造体60とを含 んでおり、このシリンダ7 は燃焼室54を部分的に規定し、上部死点位置と下部死 点位置との間を移動できるピストンをその中に有し、また燃料ポンプおよびノズ ル構造体60は、各シリンダ7 と関連しており、適用可能な燃焼室54と連絡してい る）は、１実施形態において、上部死点位置方向へのピストンの前進による加圧 のために燃料と本質的に混合されていない状態で空気を燃焼室54に供給し、低い 圧力の下で、本質的に空気と混合されていない状態で、結合された燃料ポンプお よびノズル構造体60に液体燃料を供給し、燃焼室中で原子化された、層状のチャ ージが得られるように、実質的に低い燃料圧力より高くかつ上部死点位置方向へ のピストンの前進による空気の加圧に応答して生じる燃焼室中の空気圧より高い 圧力で、本質的に空気と混合されていない状態で燃料を直接燃焼室54に送るよう に低いエンジン速度でこの結合された燃料ポンプおよびノズル構造体60を動作し 、低いエンジン速度中に、所定のスパークエンジンレベルで、上部死点位置の前 に間隔を有する第１のタイミングで燃料に点火し、燃焼室中において均一なチャ ージが得られるように、高いエンジン速度中に、低い燃料圧力より実質的に高く かつ上部死点位置方向へのピストンの前進による空気の加圧に応答して生じる燃 焼室中の空気圧より高い圧力で、本質的に空気と混合されていない状態で燃料を 直接燃焼室54中に送るように結合された燃料ポンプおよびノズル構造体を動作し 、高いエンジン速度中に、所定のスパークエンジンレベルより低いスパークエン ジンレベルで、上部死点位置の前に第１のタイミングより大きい間隔を有する第 ２のタイミングで燃料に点火するステップを含む方法で使用することができる。 上述の方法で使用される増加されたまたは大きいスパークエネルギレベルとは 、スパーク電位の増加、スパーク持続時間の増加、およびサイクル当たりのディ スクリートなスパークの発生数の増加の１つ以上を指している。高いエンジン速 度の動作に対して点火サイクル当たり２回のスパークの発生数を使用することが 好ましく、また低いエンジン速度の動作について点火サイクル当たり１０乃至１ ５回のスパーク発生数を使用することが好ましい。 本発明による方法の別の実施形態は、上部死点位置方向へのピストンの進行に よる加圧のために本質的に燃料と混合されていない状態で空気を燃焼室に供給し 、低い圧力下でかつ本質的に空気と混合されていない状態で液体燃料を結合され た燃料ポンプおよびノズル構造体に供給し、低いエンジン速度中に、燃焼室中で 細かい霧状にされた（原子状の）層状のチャージを得るように、低い燃料圧力よ り実質的に高くかつ上部死点方向へのピストン進行による空気加圧に応答して発 生する燃焼室中の空気圧より高い圧力で本質的に空気と混合されていない状態で 燃料を燃焼室中に直接送るために、結合された燃料ポンプおよびノズル構造体を 動作し、低いエンジン速度中に、所定のエネルギレベルで、燃料注入後の時間イ ンターバルに基づいたタイミングで燃料に点火し、高いエンジン速度において、 燃焼室中で均一のチャージを実現するように、低い燃料圧力より実質的に高くか つ上部死点方向へのピストン前進による空気の加圧に応答して発生した燃焼室中 の 空気圧より高い圧力で、本質的に空気と混合されていない状態で燃料を燃焼室中 に直接送るために、結合された燃料ポンプおよびノズル構造体を動作し、高いエ ンジン速度中に、所定のスパークエネルギレベルより低いスパークエネルギレベ ルで、クランク角度に基づいたタイミングで燃料に点火するステップを含んでい る。 本発明による方法の別の実施形態は、上部死点位置方向へのピストン前進によ る加圧のために本質的に燃料と混合されていない状態で空気を燃焼室に供給し、 低い圧力下でかつ本質的に空気と混合されていない状態で液体燃料を結合された 燃料ポンプおよびノズル構造体に供給し、エンジンスロットルが全開状態の約１ ５％以下に設定されているときに、燃焼室中で細かい霧状にされた層状のチャー ジを実現するように、低い燃料圧力より実質的に高くかつ上部死点方向へのピス トン進行に付随する空気加圧に応答して発生する燃焼室中の空気圧より高い圧力 で本質的に空気と混合されていない状態で燃料を燃焼室中に直接送るために、結 合された燃料ポンプおよびノズル構造体を動作し、エンジンスロットルが全開状 態の約１５％以下に設定されているときに、所定のスパークエネルギレベルで、 燃料注入後の時間インターバルに基づいたタイミングで燃料に点火し、エンジン スロットルが全開状態の約１５％以上に設定されているときに、燃焼室中で均一 のチャージを実現するように、低い燃料圧力より実質的に高くかつ上部死点方向 へのピストン前進による空気加圧に応答して発生した燃焼室中の空気圧より高い 圧力で、本質的に空気と混合されていない状態で燃料を燃焼室中に直接送るため に、結合された燃料ポンプおよびノズル構造体を動作し、エンジンスロットルが 全開状態の約１５％以上に設定されているときに、所定のスパークエネルギレベ ルより低いスパークエネルギレベルで、クランク角度に基づいたタイミングで燃 料に点火するステップを含んでいる。 本発明による方法のさらに別の実施形態は、上部死点位置方向へのピストン前 進による加圧のために本質的に燃料と混合されていない状態で空気を燃焼室に供 給し、低い圧力下でかつ本質的に空気と混合されていない状態で液体燃料を結合 された燃料ポンプおよびノズル構造体に供給し、エンジンスロットルが全開状態 の約１５％以下に設定されているときに、燃焼室中で細かい霧状にされた層状の チャージを実現するように、低い燃料圧力より実質的に高くかつ上部死点方向へ のピストン進行に付随する空気加圧に応答して発生する燃焼室中の空気圧より高 い圧力で本質的に空気と混合されていない状態で燃料を燃焼室中に直接送るため に、結合された燃料ポンプおよびノズル構造体を動作し、エンジンスロットルが 全開状態の約１５％以下に設定されているときに、所定のスパークエネルギレベ ルで、燃料注入後の時間インターバルに基づいたタイミングで燃料に点火し、エ ンジンスロットルが全開状態の約１５％乃至１００％に設定されているときに、 燃焼室中で均質のチャージを実現するように、低い燃料圧力より実質的に高くか つ上部死点方向へのピストン進行による空気加圧に応答して発生した燃焼室中の 空気圧より高い圧力で、本質的に空気と混合されていない状態で燃料を燃焼室中 に直接送るために、結合された燃料ポンプおよびノズル構造体を動作し、エンジ ンスロットルが全開状態の約１５％乃至１００％に設定されているときに、所定 のスパークエネルギレベルより低いスパークエネルギレベルで、クランク角度に 基づいたタイミングで燃料に点火するステップを含んでいる。 ここに記載されている内燃エンジン10はまた、１実施形態において、シリンダ と単一のソレノイド動作される結合された燃料ポンプおよびノズル構造体とを含 み、このシリンダが燃焼室を規定すると共に、上部死点位置と下部死点位置との 間を移動できるピストンをその中に有し、また燃料ポンプおよびノズル構造体が 燃焼室と連通している２行程のスパーク点火内燃エンジンを形成し、上部死点位 置方向へのピストン進行に付随する加圧のために燃料と本質的に混合されていな い状態で空気を燃焼室に供給し、低い圧力の下で、本質的に空気と混合されてい ない液体燃料を結合された燃料ポンプおよびノズル構造体に供給し、スロットル が広く開いているあいだに最大エンジン速度で、実質的に低い燃料圧力より高く かつ上部死点位置方向へのピストンの進行に付随した空気加圧に応答して生じる 燃焼室中の空気圧より高い圧力で、およびピストンが上部死点位置の前において 約２１５°だけ間隔を置かれたときに始まり、ピストンが上部死点位置の前にお いて約１３０°だけ間隔を置かれ、それによって比較的大きいサイズの燃料液滴 の均一のチャージが燃焼室中において実現されるまで連続するシリンダ軸の方向 に対する小さい角度で、本質的に空気と混合されていない燃料を直接燃焼室中に 送るために、結合された燃料ポンプおよびノズル構造体を動作し、スロットルが 広く開いているあいだに最大エンジン速度で、ピストンが上部死点位置の前にお いて約２８°だけ間隔を有するときに始まり、ピストンが上部死点位置の前にお いて約７°の位置になるまで連続する１乃至３回のスパーク発生数で燃料に点火 し、約５０％のスロットル全開中に約２００ＲＰＭのエンジン速度で、実質的に 低い燃料圧力より高くかつ上部死点位置方向へのピストンの進行に付随した空気 加圧に応答して生じる燃焼室中の空気圧より高い圧力で、およびピストンが上部 死点位置の前において約２１°だけ間隔を置かれたときに始まり、ピストンが上 部死点位置の前において約１４°だけ間隔を置かれ、それによって均質のチャー ジの大きいサイズの燃料液滴より小さいサイズを有する細かい霧状にされた燃料 液滴の層状のチャージを燃焼室の上部の近くで実現するまで連続するシリンダ軸 の方向に対する小さい角度で、本質的に空気と混合されていない燃料を直接燃焼 室中に注入するために、結合された燃料ポンプおよびノズル構造体を動作し、約 １５％のスロットル全開中に約２００ＲＰＭのエンジン速度で、ピストンが上部 死点位置の前において約５６．４°だけ間隔を置かれたときに始まり、ピストン が上部死点位置の前において約５１．９°だけ間隔を置かれるまで連続する約１ ０乃至１５回のスパーク発生数で燃料に点火するステップを含む方法で使用でき る。 燃料チャージは、約１５％より低いスロットル位置においてほぼ層状であり、 また約１５％より高いスロットル設定では、燃料チャージは層状というより、む しろ均質になり始め、またこの燃料チャージは、１５％より高いあるスロット設 定で完全に均質であることが認められている。 また、約１５％より低いスロットル位置において、燃料注入の開始後の所定の 時間インターバルで点火が発生し、約１５％より高いスロットル位置では、点火 がクランク角度に基づいたタイミングで発生することが認められている。その他 の特定のスロットル開度もまた使用できる。 この説明では、ひとつには、点火の時期がスロットル設定度に基づくものにつ いて説明しているが、点火の時期は速度だけに基づくことも可能であり、あるい はスロットル設定と速度の組合せに基づくこともできる。 さらに、この説明では、スパークの強度すなわちスパークのエネルギレベルが スロットル設定度、すなわち、エンジンが低速度あるいは高速度で動作している かどうかに基づくことを引用しているが、スパーク強度すなわちスパークエネル ギレベルは速度だけに基づくことも可能であり、あるいはスロットル設定と速度 の組合わせに基づくこともできる。（さらに、スロットル開度および速度は両方 ともエンジンの動作から直接測定することができるが、負荷は速度あるいはスロ ットル設定だけから直接決定されない。） また、燃焼室中の空気圧に対して上述の方法で燃料が注入され、そのような空 気圧は、ピストンが上部死点位置に近付くにつれて漸次高レベルに増加すること が注目される。 上述の実施形態は、エンジン速度のみに基づいて時間ベースの点火とクランク 角度ベースの点火との間で変化するが、時間ベースの点火とクランク角度ベース の点火との間でいつ切換えるかを決定するために、１以上の様々な別のエンジン パラメータがそれのみであるいは組合わされて使用される。その他の適切なエン ジンパラメータの例は、エンジン負荷、スロットル位置、あるいは幾つかの別の 適切なパラメータを含んでいる。 以下の請求の範囲中の全ての手段あるいはステップ、および機能素子に対応す る構造、材料、動作およびそれに対応するものは、以下の請求の範囲に記載され たような別の素子と組合わせて機能を実行する任意の構造、材料あるいは動作を 含んでいることが意図されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＥＥ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，Ｌ Ｃ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ｗ (72)発明者 クラフト、トッド・ディー アメリカ合衆国、ウィスコンシン州 53142、ケノシャ、ワンハンドレッドトゥ エンティーフィフス・ストリート 3608 (72)発明者 イルジェンス、クリストファー・アール アメリカ合衆国、ウィスコンシン州 53122、エルム・グローブ、マウント・キ スコ・ドライブ 2180 (72)発明者 ハイムベルグ、ボルフガング ドイツ連邦共和国、デー―85560 エバー スベルグ、ベーマーバルトシュトラーセ 72 (72)発明者 ビンバーシー、グレゴリー・ジェイ アメリカ合衆国、イリノイ州 60030、グ レイスレイク、プレーリービュー・アベニ ュー 162

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．燃焼室を定め、そこにおいて上部死点位置と下部死点位置との間で運動可能 なピストンを有しているシリンダと、燃焼室と連通し、ソレノイドで動作される 単一の燃料ポンプおよびノズル構造体とを含む２行程のスパーク点火される内燃 エンジンの動作方法において、 基本的に燃料と混合されていない空気を燃焼室に供給し、上部死点に向かうピ ストンにより加圧し、 基本的に空気と混合されていない液体燃料を燃料ポンプおよびノズル構造体に 低圧力で供給し、 燃焼室中で良好に原子化された層状のチャージを得るために、エンジン速度が 低い期間中に燃料ポンプおよびノズル構造体を動作して、基本的に空気と混合さ れていない燃料を、低い燃料圧力よりも実質的に上であり、燃焼室中の加圧され た空気よりも高い圧力で燃焼室に直接送り、 エンジン速度が低い期間中に所定のスパークエネルギレベルで上部死点位置の 前の第１のタイミングで燃料を点火し、 燃焼室中で均一のチャージを得るために、エンジン速度が高い期間中に燃料ポ ンプおよびノズル構造体を動作して、基本的に空気と混合されていない燃料を、 燃焼室中と、低い燃料圧力よりも実質的に上のレベルで加圧され、燃焼室中の加 圧された空気よりも高い圧力の加圧された空気中とに直接送り、 エンジン速度が高い期間中に、所定のスパークエネルギレベルよりも低いスパ ークエネルギレベルで、上部死点位置の前の第１のタイミングよりも大きい時間 間隔の第２のタイミングで燃料を点火するステップを含んでいる動作方法。 ２．燃焼室を定め、そこにおいて上部死点位置と下部死点位置との間で運動可能 なピストンを有しているシリンダと、燃焼室と連通し、ソレノイドで動作される 単一の燃料ポンプおよびノズル構造体とを含む２行程のスパーク点火内燃エンジ ンの動作方法において、 基本的に燃料と混合されていない空気を燃焼室に供給して上部死点に向かうピ ストンにより加圧し、 基本的に空気と混合されていない液体燃料を燃料ポンプおよびノズル構造体に 低圧力で供給し、 燃焼室中で良好に原子化された層状のチャージを得るために、エンジン速度が 低い期間中に燃料ポンプおよびノズル構造体を動作して、基本的に空気と混合さ れていない燃料を、低燃料圧力よりも実質的に上のレベルの、燃焼室中の加圧さ れた空気よりも高い圧力で燃焼室に直接送り、 エンジン速度が低い期間中に所定のスパークエネルギレベルで、燃料噴射後の ある時間間隔に基づいたタイミングで燃料を点火し、 燃焼室中で均一のチャージを得るために、エンジン速度が高い期間中に燃料ポ ンプおよびノズル構造体を動作し、それによって、基本的に空気と混合されてい ない液体燃料を、低燃料圧力よりも実質的に上のレベルの、燃焼室中の加圧され た空気よりも高い圧力で燃焼室に直接送り、 エンジン速度が高い期間中に、所定のスパークエネルギレベルよりも低いスパ ークエネルギレベルで、クランク角度に基づいたタイミングで燃料を点火するス テップを含んでいる動作方法。 ３．燃焼室を定め、そこにおいて上部死点位置と下部死点位置との間で運動可能 なピストンを有しているシリンダと、燃焼室と連通し、ソレノイドで動作される 単一の燃料ポンプおよびノズル構造体とを含む２行程のスパーク点火される内燃 エンジンの動作方法において、 基本的に燃料と混合されていない空気を燃焼室に供給して上部死点に向かうピ ストンに付随して加圧し、 基本的に空気と混合されていない液体燃料を燃料ポンプおよびノズル構造体に 低圧力で供給し、 燃焼室中で良好に原子化された層状のチャージを得るために、エンジンスロッ トルが約１５パーセント以下の開度に設定されているときに燃料ポンプおよびノ ズル構造体を動作して、基本的に空気と混合されていない燃料を、低燃料圧力よ りも実質的に上の、燃焼室中の加圧された空気よりも高い圧力で燃焼室に直接送 り、 エンジンスロットルが約１５パーセントよりも少ない開度に設定されていると きに、所定のスパークエネルギレベルで、燃料噴射後の時間間隔に基づいたタイ ミングで燃料を点火し、 燃焼室中で均一のチャージを得るために、エンジンスロットルが約１５パーセ ント以上の開度に設定されているときに燃料ポンプおよびノズル構造体を動作し て、基本的に空気と混合されていない液体燃料を、低燃料圧力よりも実質的に上 の、燃焼室中の加圧された空気よりも高い圧力で燃焼室に直接送り、 エンジンスロットルが約１５パーセントの開度に設定されているときに、所定 のスパークエネルギレベルよりも低いスパークエネルギレベルで、クランク角度 に基づいたタイミングで燃料を点火するステップを含んでいる動作方法。 ４．燃焼室を定め、そこにおいて上部死点位置と下部死点位置との間で運動可能 なピストンを有しているシリンダと、燃焼室と連通し、ソレノイドで動作される 単一の燃料ポンプおよびノズル構造体とを含む２行程のスパーク点火内燃エンジ ンの動作方法において、 基本的に燃料と混合されていない空気を燃焼室に供給し、それによって上部死 点に向かうピストンにより加圧し、 基本的に空気と混合されていない液体燃料を燃料ポンプおよびノズル構造体に 低圧力で供給し、 燃焼室中で良好に原子化された層状のチャージを得るために、エンジンスロッ トルが約１５パーセント以下の開度に設定されているときに燃料ポンプおよびノ ズル構造体を動作して、基本的に空気と混合されていない燃料を、低い燃料圧力 よりも実質的に上の、燃焼室中の加圧された空気よりも高い圧力で燃焼室に直接 送り、 エンジンスロットルが約１５パーセント以下の開度に設定されているときに、 所定のスパークエネルギレベルで、燃料噴射後の時間間隔に基づいたタイミング で燃料を点火し、 燃焼室中で均一のチャージを得るために、エンジンスロットルが約１５乃至１ ００パーセントの開度に設定されているときに、燃料ポンプおよびノズル構造体 を動作して、基本的に空気と混合されていない液体燃料を、燃焼室中と、低い燃 料圧力よりも実質的に上のレベルに加圧され、燃焼室中の加圧された空気よりも 高い圧力である空気中とに直接送り、 エンジンスロットルが約１５乃至１００パーセントの開度に設定されていると きに、所定のスパークエネルギレベルよりも低いスパークエネルギレベルで、ク ランク角度に基づいたタイミングで燃料を点火するステップを含んでいる動作方 法。 ５．燃焼室を定め、そこにおいて上部死点位置と下部死点位置との間で運動可能 なピストンを有しているシリンダと、燃焼室と連絡し、ソレノイドで動作される 単一の燃料ポンプおよびノズル構造体とを含む２行程のスパーク点火内燃エンジ ンを形成し、 基本的に燃料と混合されていない空気を燃焼室に供給して上部死点に向かうピ ストンにより加圧し、 基本的に空気と混合されていない液体燃料を燃料ポンプおよびノズル構造体に 低圧力で供給し、 燃焼室全体を通して、チャージが均一な比較的大きいサイズの燃料の液滴を得 るために、スロットルが大きく開かれ、エンジン速度が最大である期間中に燃料 ポンプおよびノズル構造体を動作して、基本的に空気と混合されていない燃料を 、低い燃料圧力よりも実質的に上で、燃焼室中の空気圧力よりも高い圧力で燃焼 室に直接送り、 スロットルが大きく開かれ、エンジン速度が最大である期間中に、ピストンが 上部死点位置の前で約２８°の位置にあるときに開始し、ピストンが上部死点位 置の前の約７°の位置まで続行する１乃至３回のスパークの発生によって燃料を 点火し、 燃焼室の上部付近で、チャージが均一な大きいサイズの燃料の液滴よりもサイ ズが小さい、チャージが層状の良好に原子化された燃料の液滴を得るために、ス ロットルの開度が約５％乃至５０％の範囲であり、エンジン速度が約２００ＲＰ Ｍである期間中に、燃料ポンプおよびノズル構造体を動作して、基本的に空気と 混合されていない液体燃料を、低い燃料圧力よりも実質的に上のレベルで、上部 死点に向かうピストンによる空気の加圧に応答して生じる燃焼室中の加圧された 空気よりも高い圧力で、シリンダ軸の方向に対して小さい角度で燃焼室に直接送 り、 スロットルの開度が約５％乃至５０％の範囲であり、エンジン速度が約２００ ＲＰＭである期間中に、約１０乃至１５回のスパークの発生で燃料を点火するス テップを含んでいる内燃エンジン動作方法。