JP2004530068A

JP2004530068A - 均質給気圧縮点火式バレルエンジン

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Publication number: JP2004530068A
Application number: JP2002539674A
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Inventors: チャールズラッセルトーマス
Original assignee: チャールズラッセルトーマス
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: AU2002230876A1; WO2002036949A1; EP1337746A1; JP4148773B2

Abstract

均質給気圧縮点火式バレル（５０）エンジンが、第１の端部及び第２の端部を備えたエンジンハウジングを有する。細長いパワーシャフト（５２）が、エンジンのエンジンハウジング内に長手方向に設けられ、エンジンの長手方向軸線を定めている。複数のシリンダ（５４）が、その長手方向軸線を包囲していて、各シリンダ（５４）は、閉鎖端部及び開放端部を備えている。各シリンダ（５４）は、中心軸線を有している。シリンダ（５４）の開放端部は各々、空気と燃料の可燃性混合気を全体としてシリンダの各々の中へ差し向ける。軌道（５６）が、ハウジングの第１の端部とシリンダ（５４）の開放端部との間に設けられていて、軌道（５６）の一部が全体としてシリンダ（５４）の各々の中心軸線と整列した状態に配置されるようになっている。軌道（５６）は、シリンダ（５４）の開放端部に対して長手方向に波状に起伏したカム面（５８）を有する。カム面（５８）の一部は、シリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置される。各シリンダ（５４）は、可燃性混合気が自動的に着火するまで、火花をもたらさずに可燃性混合気を圧縮するよう動作できる。

Description

【０００１】
〔発明の分野〕
本発明は、一般に、内燃機関に関し、特に、均質給気圧縮点火式エンジン及びバレルエンジンに関する。
【０００２】
〔発明の背景〕
内燃機関の構造
内燃機関（以下、単に「エンジン」という場合がある）は、移動動力発生用途と静止動力発生用途の両方で広く利用されている。最も普及したタイプの内燃機関は、クランク駆動式往復ピストンエンジンである。この種のエンジンは、位置が変わるピストンを収納したシリンダを有し、シリンダの閉鎖端部とピストンとの間に燃焼室を構成している。ロッドが、ピストンと回転自在なクランクシャフトに取り付けられたオフセットジャーナルとを相互に連結し、クランクシャフトの回転により、ピストンがシリンダ内で上下に往復動するようになっている。従来型クランク駆動式エンジンは、最も普及しているものであるが、多くの他のエンジン構造が提案されて用いられている。一例は、ヴァンケル（Ｗａｎｋｅｌ）ロータリーエンジンであり、かかるエンジンでは、ローブ形ロータがエンジン内で回転して燃焼室の拡縮を生じさせるようになっている。
【０００３】
別の内燃機関構造が図１に示されている。このエンジン構造は、種々の名称で呼ばれており、かかる名称としてはとりわけ、バレルエンジン、軸方向エンジン、軸方向ピストン又はシリンダエンジン、カムエンジン、スワッシュリング又は斜板エンジン、クランクプレートエンジン、カム又はウェーブカムエンジン、回転斜板エンジン、及びラジアル又はロータリーエンジンが挙げられる。本明細書では、便宜上、これらタイプのエンジンをバレルエンジンと称する。しかしながら、本明細書で用いる「バレルエンジン」という用語は、図示の特定の構造に限定されるものでなく、類似したエンジンを含むものと理解されるべきである。
【０００４】
図１のエンジン１０は、本明細書においてバレルエンジンと称されるエンジンの全体構造の単なる代表例である。このエンジンは、クランクシャフト又はパワーシャフト１２を有し、複数のシリンダがパワーシャフト１２の周りに配置されている。ただし、変形例としての単一のシリンダの採用も可能である。シリンダ１４の各々の中心軸線は全体としてパワーシャフト１２と平行であるのがよい。変形例として、シリンダ１４の軸線をパワーシャフト１２に対し外方又は内方に傾けてもよい。カムプレート又は軌道１６が好ましくは、パワーシャフト１２に連結されて、これら２つが一斉に回転するようになっている。軌道１６は、パワーシャフト１２を包囲した状態でこれから外方に延びていて、波状に起伏したカム面１８を有している。パワーシャフト１２をその長手方向軸線の回りに回転させると、軌道１６のカム面１８は、シリンダ１４に近づいたり遠ざかるように波動する。ピストン２０は、シリンダ１４内に可動的に設けられており、各ピストンとこれと対応関係にあるシリンダ１４の上端部との間に燃焼室２２を構成する。ピストン２０は軌道１６に相互連結されていて、軌道が回転すると、ピストンがシリンダ１４内で往復動するようになっている。図示の例では、連接棒（以下、単に「ロッド」という場合がある）２４が、ピストン２０と相互連結された上端部及びローラ２６を備えた下端部を有し、これらローラ２６は、軌道１６のカム面上に載っている。変形例として、かかるエンジンのピストンを軌道と直接相互連結してもよく、例えば、ローラ又はスライダをピストンに直に連結してもよい。
【０００５】
当業者には明らかなように、パワーシャフト１２が回転し、ピストン２０がそれぞれ対応関係にあるシリンダ内で往復動すると、燃焼サイクルの種々の行程を定めることができる。典型的には、軌道１６のカム面１８は、全体として正弦波の形を有し、それにより、クランク駆動ピストンの代表的な往復運動に対応している。また、軌道は全体として、パワーシャフトに垂直な平面内に設けられ、カム面は全体として、パワーシャフトの軸線から一定距離を置いたところに設けられる。
【０００６】
バレルエンジンは、シングルエンデッド設計又はダブルエンデッド設計のものであってよい。シングルエンデッド設計では、シリンダ及びピストンは、軌道の一方の側で、例えば、図１に示すように軌道の上方でエンジンの端部内に設けられる。ダブルエンデッド設計では、シリンダ及びピストンは、エンジンの両端部上に設けられる（図１に示すように配置された場合、軌道の上方と下方の両方）。別の構造は、エンジンの両端部のところに設けられた軌道及び２つの軌道から互いに向かって延びる対抗したピストンを有する。軌道は、典型的には、一斉に回転し、それにより、２つのピストンが共通シリンダ内で互いに近づいたり遠ざかるように往復動する。
【０００７】
本出願の先の出願（これは、関連出願の説明の部分に言及されており、かかる開示内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する）は、一般に逆蠕動エンジンと呼ばれている種々の設計のエンジンを記載している。本出願には、バレルエンジンをこれら出願に開示されているように逆蠕動エンジンの全等級に属する一変形例であると考えている。逆蠕動エンジンに関する他の変形例は、本願に開示するようにバレルエンジンに関する或る機能的な属性を共有している。本発明の幾つかの特徴を図示の又は説明する特定の形態ではなくエンジン形態に利用できることは注目されるべきである。
【０００８】
これまで説明したようにバレルエンジンに対して或る幾つかの機能上及び（又は）構造上の類似性を持つ別の設計のエンジンは、回転斜板エンジンと呼ばれることが多いエンジンのタイプである。図２Ａは、回転斜板エンジン３０の一部の略図である。バレルエンジン１０では、軌道１６は、圧縮エンジンの完全な１つの組を成す４つの行程（４サイクル）に相当する２つの低点及び２つの高点を有するものとして示されている。回転斜板エンジンでは、プレート３２は、長手方向パワーシャフト３４に相互連結されている。プレート３２は全体が平らであるが、パワーシャフト３４に対して傾斜しており、従って高い部分及び低い部分を有するようになっている。すなわち、プレート３２はパワーシャフト３４に垂直ではなく、幾分傾斜している。ピストン３６，３８が、図１と類似した態様でプレート３２と機械的に繋がっている。しかしながら、プレート３２は例えば軌道１６のように複雑な形状ではなく全体的に平らなので、プレート３２の一回転で定められる行程は２つだけである。すなわち、シャフト３４をまる一回転回転させる場合、ピストン３６，３８はそれぞれ、上死点及び下死点を１回だけ経験する。他方、図１のバレルエンジンでは、軌道１６の一回転により、ピストン２０は各々上死点に２回、下死点に２回それぞれ進む。エンジン３０に類似した設計は、回転斜板コンプレッサに用いられている。これらコンプレッサでは、回転斜板の角度を調節するとコンプレッサの圧縮比を調節することができる。典型的には、かかるコンプレッサは、ピストンと回転斜板を相互に連結する球形ローラを有している。これと同様にエンジンを構成することができる。図２Ａの設計及びコンプレッサのような変形例は、本明細書における定義によればバレルエンジンであると考えられる。
【０００９】
次に、図２Ｂを参照すると、エンジン４０の別の変形例が示されている。このエンジン４０では、短い長手方向パワーシャフト４２が、傾斜カム４４に連結されており、この傾斜カムは、断面が全体として三角形である。パワーシャフト４２及び傾斜カム４４は一斉に回転する。回転斜板又はピストン支持プレート４６は、傾斜カム４４の上面に載っているが、これと共に回転はしない。したがって、傾斜カム４４が回転すると、ピストン支持プレート４６は前後に傾動する。ピストンは、ピストン支持プレート４６に連結されていて、プレート４６の運動により、ピストンの往復運動が生じるようになっている。これは、この場合も又本明細書の定義によればバレルエンジンの１タイプであると考えられる。この設計は、ピストン支持プレート４６がカム４４とピストンとの相対運動を連係させるためにローラに取って代わっている点において２つの先に説明した設計とは異なっている。
【００１０】
本明細書の定義によれば、バレルエンジンの他の変形例としては、旋回エンジン（ｎｕｔａｔｉｎｇｅｎｇｉｎｅ）と呼ばれているエンジンの１タイプが挙げられる。これらの例は、米国特許第５，９９２，３５７号明細書及び第６，０１９，０７３号明細書に示されており、これら両方の米国特許明細書の記載内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。斜軸エンジンと呼ばれることがある別の設計のバレルエンジンが、デュビィに付与された米国特許第１，２９３，７３３号明細書に示されており、この米国特許明細書の記載内容全体も又本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【００１１】
内燃機関の燃焼方式
内燃機関について種々の燃焼方式が提案されると共に（或いは）試験された。最もありふれた方式（これは、本明細書では火花点火（ＳＩ）という）が図３に示されている。空気と燃料を、燃焼室内への吸引に先立って互いに混合する。混合気を燃焼室内で圧縮させ、次に火花を生じさせて圧縮混合気に着火させる。このプロセスは、大抵のガソリン燃料内燃機関で用いられている。火花点火式内燃機関は、２サイクル往復動ピストン設計と４サイクル往復動ピストン設計並びに周知の度合いの低い幾つかの変形例を含む。空気と燃料は典型的には、キャブレタ又は燃料噴射器を用いてシリンダの上流側で混合される。多シリンダの空燃混合気を例えば典型的なキャブレタ及び出口胴体燃料噴射装置を用いて一箇所で得ることができ、或いは、燃料と空気を個々のシリンダについて別個独立に混合することができ、例えば、ポート燃料噴射で生じる。普及度の低い方式は、圧縮行程以前又は圧縮行程中に燃料を直接シリンダ内に噴射することである。変形のいかんに関わらず、火花点火エンジンは、燃焼が圧縮状態の空燃混合気に火花をもたらすことによって開始されるという特徴を有している。火花点火エンジンは、燃焼のタイミング（これは、燃焼フェイジングと呼ばれることもある）が容易に制御されるという利点を備えている。燃焼は火花を生じさせることにより開始されるので、燃焼のタイミングを火花のタイミングを制御することにより制御できる。火花点火エンジンは又、他の幾つかのタイプのエンジンよりも比較的コンパクトであり且つ安価である傾向がある。火花点火エンジンの欠点は、他の幾つかのタイプのエンジンよりも燃焼効率が低いということである。
【００１２】
別の周知の燃焼方式は、図４に示すディーゼルエンジンで用いられる方式である。ディーゼルでは、燃料を伴わない空気を燃焼室内へ引き込んで圧縮する。空気をいったん部分的又は完全に圧縮すると、燃料、典型的にはディーゼル燃料を圧縮空気中へ噴射する。適当な条件下で圧縮空気中に燃料を導入することにより、燃料と空気の混合気が燃焼する。ディーゼル方式の変形例は、いわゆる層状給気ディーゼルエンジンにおける２以上のステージでの燃料の導入を含む。層状給気ディーゼルエンジンでは、空燃混合気は、燃料濃度の高い（燃料が濃いめ）領域及び燃料濃度が低い（燃料が薄め）の領域を生じさせるよう意図的に操作される。これは、当初希薄混合気を圧縮し、次に、追加の燃料を与えて局所濃厚領域を生じさせると共に燃焼を開始させることにより達成される場合が多い。層状給気又は希薄燃焼方式も又、火花点火エンジンで利用されている。燃焼フェイジングも又、ディーゼルエンジンでは制御が容易である。というのは、燃料噴射のタイミングが、燃焼のタイミングを定めるからである。ディーゼルエンジンは、火花点火式エンジンと比較して優れた燃料効率をもたらすと共に安価なタイプの燃料を燃焼させる機能を提供する。しかしながら、ディーゼルエンジンは、火花点火式エンジンよりも重く、高価でありしかも騒音が大きくなりがちである。また、ディーゼルは、高レベルの窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）及び粒子排出物を生じさせる。
【００１３】
別の燃焼方式（本明細書では、均質給気圧縮点火（ＨＣＣＩ）という）が、図５に示されている。ＨＣＣＩでは、空気と燃料の混合気を燃焼シリンダ内へ引き込む。次に、混合気を圧縮してついには混合気が火花の導入なく自己着火するようにする。ＨＣＣＩの変形例は、実質的に予備混合された給気を促進するよう圧縮行程中の或る点でのシリンダ内への燃料の直接的な噴射を含む。ＨＣＣＩ燃焼方式は、種々の呼び方で知られており、かかる呼び方としては、制御自己着火燃焼（フォード）、予備混合給気圧縮点火（トヨタ及びＶＷ）、アクティブラジカル燃焼（ホンダ）、流体動的制御燃焼（仏国石油協会）及びアクティブサーモ燃焼（日本エンジン）が挙げられる。
【００１４】
ＨＣＣＩは、火花点火及びディーゼル方式と比較して幾つかの利点を備えている。第１に、ＨＣＣＩは、著しく向上した燃料効率の可能性をもたらす。第２に、ＨＣＣＩからの排出ガス成分は、他の方式の場合よりも管理が容易である。ＨＣＣＩ燃焼は、従来型燃焼方式と比べて著しく低温であり、従って、ＮＯ_Ｘ排出量が著しく低い。ＨＣＣＩは又、ディーゼルエンジンよりも粒子放出物が少ない。加うるに、従来型ディーゼルエンジンでは局所的に濃いめの領域が見られないので、粒子放出物及び煙が少なく又は生じない。ＨＣＣＩに関する利点及び欠点並びにＨＣＣＩの制御方式は、ＳＡＥ論文番号１９９９−０１−３６８２に大々的に記載されており、かかる論文の記載内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【００１５】
ＨＣＣＩの欠点は、燃焼フェイジングの制御が非常に困難であるということにある。空気と燃料の圧縮混合気が自己着火するかどうかは、多くの要因で決まり、かかる要因としては、燃料の正確な補給、混合気の温度、シリンダの温度、燃焼室内に存在する任意他の成分の補給及び反応度、燃焼室の形状、エンジンの動作速度、エンジンの動作負荷及び多くの他の要因が挙げられる。従来、負荷及びＲＰＭの通常の過渡事象を受けるエンジンではＨＣＣＩ燃焼を効果的に制御する実用的な方法は存在しなかった。燃焼のフェイジングが燃料を噴射するとき又は火花を導入するときのタイミングによって制御できるディーゼルエンジン及び火花点火式エンジンとは異なり、ＨＣＣＩエンジンでは、燃焼の開始時を制御する直接的な方法がなかった。
【００１６】
ＨＣＣＩに関する別の課題は、燃焼速度に関している。ＨＣＣＩエンジンでの燃焼は、燃焼室内での多くの点火点で生じ、燃焼速度が燃料ジェットと酸化剤の混合速度で制御されるディーゼルエンジンとは異なり、ＨＣＣＩにおける圧力上昇は、もし超希薄空燃混合気が用いられなければ、極めて迅速且つ破壊的に大きな速度で生じる場合がある。希薄空燃混合気の要件は、ＨＣＣＩエンジンの最大動力出力を均等なディーゼル及びオットーサイクルエンジンのものの５０〜７５％に制限し、ＨＣＣＩエンジンを利用できる市場に制限を課している。
【００１７】
ＨＣＣＩの制御方式
ＨＣＣＩエンジンにおいて燃焼フェイジングを制御する多くの方式が提案された。ＨＣＣＩエンジンの燃焼フェイジングを制御する一方式は、エンジンの圧縮比を調節することである。空気と燃料の混合気は、十分に圧縮されると自己着火することになる。しかしながら、燃焼を開始させるのに必要な圧縮の量は、多くの要因で左右される。圧縮比を変化させることにより、燃焼フェイジングを制御することができる。圧縮比が高いと、その結果として燃焼が早まり、圧縮比が低いと、その結果として燃焼が遅くなり又は燃焼が生じない。幾つかの可変圧縮比設計のエンジンが提案され、場合によっては製作された。これらエンジンは、機械的に複雑であること及びコストが増大するという欠点がある。加うるに、エンジンの圧縮比を変化させるのに用いられる方法に応じて、ＨＣＣＩエンジンにおける燃焼フェイジングを適度に制御するのに足るほど迅速には変化をつけることができない。また、設計の中には、弁の配置場所を制限したり、燃焼室内に隙間領域を生じさせるものがあり、それにより、効率の低下及び放出物の増大を招く。かかる設計は、ＳＡＥ論文１９９９−０１−３６７９に開示されており、かかるＳＡＥ論文の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【００１８】
ＨＣＣＩエンジンにおいて燃焼フェイジングを制御する別の方法は、吸入空気の温度を制御することにある。吸入空気温度が増大すると、他の全ての条件を一定に保った状態では、燃焼は早期に生じることになる。吸入空気の温度を減少させると、燃焼が遅れる。したがって、吸入空気温度を制御することにより、燃焼フェイジングをある程度制御することができる。この方式の欠点は、吸入空気温度が増大すると容積効率が減少すること及び過熱吸入空気の提供と関連した複雑さが挙げられる。燃焼室での吸入空気温度の正確な制御も又困難であり、この方式で行える調節範囲は極めて限られている。
【００１９】
燃料配合は、ＨＣＣＩ燃焼フェイジングを制御するもう１つの方法である。互いに異なるタイプの燃料が、互いに異なる条件下において自己着火する。したがって、自己着火する互いに異なる性質を備えた２以上の燃料を配合することにより、燃焼フェイジングを調節することができる。この方式は、典型的には静止用途に限られる。明らかな欠点として、冗長式燃料システムと関連した複雑さ及び本質的に性質が異なり且つ特殊な燃料の分布状態を保つインフラストラクチャが必要であるということにある。
【００２０】
ＳＡＥ論文２０００−０１−０２５１（この記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する）は、ＨＣＣＩ燃焼フェイジングの制御方法として残留排ガスの使用を記載している。燃焼室に導入される排ガスの量を増大させると、燃焼が早く生じる。この方式の欠点は、制御範囲が制限されること、高残留レベルでの出力及び効率が低いこと、及び或る特定の条件下における高残留レベルの要件が厳しいことである。
【００２１】
ディッキーに付与された米国特許第５，８３２，８８０号明細書及び第５，８７５，７４３号明細書は、燃焼フェイジングを制御する水噴射の利用を提案している。水を吸気マニホルドに導入し又は燃焼室に直接導入する。可燃性混合気中への水の導入により、燃焼の開始時期が遅れる。この方式では、非常に制御しやすい水噴射システムを設けることが必要であり、可燃性混合気中への水の噴射により、エンジンの摩耗の度合いが増大する場合があるという懸念がある。また、この方式は、当該技術分野における研究者によれば適当な制御をもたらしてはいない。
【００２２】
ＨＣＣＩ燃焼フェイジングの制御の更に別の方式は、バン・レザーフォードに付与された米国特許第６，２６０，５２０号明細書に提案されている（かかる米国特許明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する）。この米国特許は、燃焼室内での混合気の追加の圧縮をもたらすよう設計された補助圧縮装置を提供することを提案している。この米国特許では、補助ブーストピストンがシリンダヘッド内に設けられ、ピストンの運動により、燃焼室の容積が増減するようになっている。作用を説明すると、まず最初に、空気と燃料の混合気を主ピストンで圧縮する。次に、補助ピストンを動かして混合気が自己着火するまで燃焼室内の圧縮の度合いを更に増大させる。補助ピストンの運動のタイミングは、燃焼の開始時期を制御し、それにより、燃焼のフェイジングの制御を可能にする。この設計は、機械的に見て複雑であり、燃焼室内の隙間容積を増大させる。
【００２３】
可変バルブタイミング（弁調時）方式も又、燃焼フェイジングを制御する方法として提案された。エンジンのバルブタイミングを制御することにより、有効圧縮比を幾分変えることができる。
多くの当業者による相当な努力にもかかわらず、ＨＣＣＩ燃焼フェイジングを調節する上で特に効果的であると判明した制御方式は存在しない。これは、ＨＣＣＩエンジンが速度及び負荷において迅速な変化を受ける場合に特に当てはまる。
【００２４】
〔発明の概要〕
本発明は、バレルエンジン及び（又は）均質給気圧縮点火式エンジンに適応可能な多くの特徴並びに広範な利用可能性に関する特徴により従来技術を改良している。本発明の一実施形態では、均質給気圧縮点火式バレルエンジンが、第１の端部及び第２の端部を備えたエンジンハウジングを有する。細長いパワーシャフトが、エンジンハウジング内に長手方向に設けられ、エンジンの長手方向軸線を定めている。複数のシリンダが、長手方向軸線を包囲していて、各々が閉鎖端部及び開放端部を備えている。各シリンダは、中心軸線を有する。シリンダの開放端部は各々、全体としてハウジングの第１の端部に差し向けられている。吸気系統が、空気と燃料の可燃性混合気をシリンダの各々の中に導入するよう動作できる。一部がシリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置されるようにハウジングの第１の端部とシリンダの開放端部との間に位置するように軌道が設けられている。軌道は、シリンダの開放端部に対して長手方向に波状に起伏したカム面を有する。カム面の一部は、シリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置されている。軌道とシリンダは、互いに対して回転自在であって、波状に起伏したカム面がシリンダの開放端部に対して動くようになっている。ピストンが、燃焼室をシリンダの閉鎖端部との間に形成するようシリンダの各々の中に可動的に設けられている。各ピストンは、シリンダと軌道が互いに対して動くと、ピストンがシリンダ内で往復動するよう軌道のカム面と機械的な連係状態にある。各シリンダは、火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで可燃性混合気を圧縮するよう動作できる。
【００２５】
均質給気圧縮点火式エンジンは、シリンダの開放端部に対する軌道の長手方向位置を調節してエンジンの圧縮比が調節されるように動作できる可変圧縮比装置を更に有するのがよい。幾つかの実施形態では、シリンダの各々の中心軸線は、エンジンの長手方向軸線に平行である。軌道は、全体としてエンジンの長手方向軸線に垂直な平面内に設けられ、カム面は、エンジンの長手方向軸線からほぼ一定の距離を置いたところに設けられている。
【００２６】
エンジンの一形態では、軌道は、シャフトと軌道がシリンダに対して一斉に回転するようパワーシャフトと機械的な連係状態にある。別の形態では、軌道は、軌道とエンジンハウジングが互いに対して回転しないようエンジンハウジングと機械的な連係状態にある。この実施形態では、シリンダとパワーシャフトは、シリンダとパワーシャフトがエンジンハウジングに対して一斉に回転するよう機械的な連係状態にある。
【００２７】
本発明の幾つかの実施形態では、波状に起伏したカム面は、全体として正弦波の形状をしている。他の実施形態では、波状に起伏したカム面は、非正弦波の形状をしている。非正弦波の形状をしたカム面の形態では、カム面は、少なくとも１つの上死点部分を定めるのがよく、上死点部分は、カム面が正弦波の形状をしている場合よりも直線で見て短い。変形例として、非正弦波の形をしたカム面は、少なくとも１つの圧縮行程及び少なくとも１つの膨張行程を定め、カム面が正弦波の形状をしている場合よりも、圧縮行程は遅いが膨張行程は早い。
【００２８】
本発明の幾つかの実施形態では、吸気システムは、吸気弁及び排気弁を有し、更に、弁の開放時期及び（又は）閉鎖時期及び（又は）揚程を調節自在に制御できるようにする可変バルブタイミング（弁調時）システムを有している。
【００２９】
本発明のダブルエンデッド形態では、第２の組をなすシリンダが軌道とエンジンの第１の端部との間に設けられる。可動ピストンが、第２の組をなすシリンダ内に設けられ、これらも又、軌道と機械的に繋がっていて、これらピストンが第２の組をなすシリンダ内で往復動するようになっている。第２の組をなすシリンダを燃焼シリンダとして又は他のシリンダの吸気システムのための空気を圧縮するスーパーチャージャの一部として用いることができる。
【００３０】
本発明は又、燃料と空気を回転エネルギに変換する方法に関する。この方法によれば、上述したような均質給気圧縮点火式バレルエンジンを準備し、軌道を回転させてピストンのうちの１つを上方位置に位置決めする。次に、軌道を引き続き回転させて１つのピストンを上方位置と下方位置との間で移動させ、空気と燃料の可燃性混合気を燃焼室内へ導入する。次に、軌道を回転させてピストンを上方に動かし、混合気を圧縮する。可燃性混合気を火花が導入されることなくこれが自己着火するまで圧縮して混合気が燃焼するようにする。燃焼により、ピストンが下方に動き、それにより軌道が回転するようにする。
【００３１】
上述したように、本発明の均質給気圧縮点火式バレルエンジンは、可変圧縮比装置を有するのがよい。これら実施形態では、本発明は、自己着火を確立すると共に（或いは）維持するために圧縮比を調節する方法を提供する。圧縮比を調節して早期着火を回避する方法も又提供される。
【００３２】
本発明の別の特徴によれば、コロナ放電装置を用いるとラジカル及びイオンをエンジンの燃焼室に導入して燃焼室内の可燃性混合物の混合気反応度を変えることができる。これにより、エンジンの燃焼フェイジングが変わる。コロナ放電装置は好ましくは、エンジンの吸気システム内に設けられるが、変形例として、燃焼室内に設けてもよい。本発明は、コロナ放電装置を用いて混合気の反応度を調節する方法を提供する。コロナ放電装置を上述したように均質給気圧縮点火式バレルエンジンに用いることができる。コロナ放電装置も又、混合気反応度を調節して燃焼フェイジングを調節することにより均質給気圧縮点火式エンジンを制御する方法の一部として利用することができる。
【００３３】
本発明は別の特徴として、ピストンが少なくとも部分的に混合気を圧縮した後、燃焼室のうちの１つの中の圧縮レベルを迅速に増大させ、可燃性混合気が火花の導入なく自己着火するようにすることができる迅速圧縮装置を更に備えた上述した均質給気圧縮点火式バレルエンジンを提供する。
【００３４】
本発明は又、種々の新規な迅速圧縮装置に関する。一実施形態では、迅速圧縮装置は、高温ガスを燃焼室及び内燃機関中に導入するよう設計されている。迅速圧縮装置は、室と連通状態にある開口部を備えた室が構成されている本体を有している。点火装置は、補助室内で可燃性混合気に点火することができ、ガス浸透性スパークアレスタが室の開口部内に設けられていて、室内の点火された可燃性混合気は、これがアレスタを通って押し込まれると、消えるようになっている。幾つかの実施形態では、点火器は室内では不要であり、その代わり、室内の可燃性混合気は、圧縮による自己着火によって点火される。今説明した迅速圧縮装置は、均質給気圧縮点火式エンジンに用いることができ、或いは、他の用途を有している。本発明は、上述した迅速圧縮装置を用いて内燃機関内の迅速な圧縮をもたらす方法を提供する。
【００３５】
迅速圧縮方法の変形実施形態は、燃焼室を備えた内燃機関を準備する段階と、空気と燃料の混合気を燃焼室中に導入する段階とを有している。次に、混合気を圧縮して燃焼させ、それにより加圧状態のガス状燃焼生成物を生じさせる。次に、加圧ガス状燃焼生成物の一部を補足し、ガス状燃焼生成物の残部の実質的に全てを燃焼室から排気する。次に、空気と燃料の新鮮な混合気を燃焼室内に導入し、圧縮する。次に、加圧ガス状燃焼生成物の保持部分を燃焼室内に放出して圧縮レベルを迅速に上げる。
【００３６】
本発明は更に、ＨＣＣＩエンジンにおけるシリンダ毎の燃焼フェイジングのばらつきを均等にする方法を更に提供する。一方式では、第１のコロナ放電装置が、イオン及びフリーラジカルを第１のシリンダ内の可燃性混合気中に導入するよう選択的に作動可能であり、第２のコロナ放電装置が、イオン及びフリーラジカルを第２のシリンダの可燃性混合気中に導入するよう選択的に作動可能である。制御装置が、第１及び第２のコロナ放電装置を制御して第１及び第２のシリンダの相対的な燃焼フェイジングを選択的に調節する。変形例として、第１及び第２の水噴射器を設けて水を第１及び第２のシリンダにそれぞれ選択的に導入するようにしてもよい。この場合も又、制御装置が、第１及び第２の水噴射器を制御して相対的な燃焼フェイジングを選択的に調節する。別の変形例として、個々のシリンダの温度を別々に制御して相対的な燃焼フェイジングを調節することができる。同じことは、相対的な燃焼フェイジングを調節するため、シリンダ毎に空燃比又は吸入空気温度又は排ガス再循環量を個々に調節することによって実施できる。
【００３７】
〔好ましい実施形態の詳細な説明〕
ＨＣＣＩバレルエンジン
本発明は、本明細書においてバレルエンジンと呼ぶ内燃機関の等級の改良及び均質給気圧縮点火（ＨＣＣＩ）エンジンの改良（これらは、組み合わせて又は別々に用いられる）に関する。加うるに、本発明の種々の特徴は、バレルエンジン以外のエンジン構造及びＨＣＣＩ以外の圧縮方式にも適用できる。発明の背景の項に記載したように、バレルエンジンは、シリンダ内でピストンを往復動させる従来のクランクシャフトを備えていない内燃機関のタイプである。これとは異なり、バレルエンジンでは、１以上のピストンが通常は、エンジンが回転するとシリンダに近づいたりこれから遠ざかるよう波動するカム面を備えた軌道又はプレートと機械的に連係している。ピストンとカム面の機械的な連係により、ピストンは、軌道又はプレートがシリンダに対して回転するとシリンダ内で往復動する。
【００３８】
再び図１を参照すると、バレルエンジンの一般された構造が全体を符号１０で示されている。全体として垂直のパワーシャフト１２が、多数のシリンダ２２によって包囲されている。ただし、単一シリンダ形態を使用することができる。軌道１６が、パワーシャフト１２に取り付けられており、この軌道は、全体として正弦波状のカム面１８を有している。ピストン２０は、連接棒によりこのカム面１８と機械的に連係しており、この連接棒は、ピストン２０と一体であるのがよい。本明細書で用いる方向を表す用語、例えば、垂直、水平、上方、下方及び側という用語は、便宜上のものであり、種々の構成要素の実際の配置状態又は向きを限定するものではないことは注目されるべきである。
【００３９】
本発明の第１の特徴によれば、改良型ＨＣＣＩエンジンをバレルエンジン構造を用いて構成することができる。本明細書の残部を参照すると一層理解されるように、バレルエンジン設計は、特にＨＣＣＩ燃焼方式と共に用いられると顕著な利点をもたらす。ＨＣＣＩバレルエンジンでは、空気と燃料の可燃性混合気が好ましくはエンジンの吸気システム内での混合により得られる。変形例として、燃料を好ましくは圧縮行程の早期において燃焼室内へ直接噴射してもよい。吸気弁又は燃焼室との連絡状態を制御する他の手段が、特定のシリンダについての吸気行程中開く。吸気行程中、ピストン２０は、シリンダ１４内で下方に移動し、それにより、燃焼室２２を拡張させ、空気又は空気と燃料の混合気を引き込む。ピストンを下方に移動させるため、軌道１６は、軌道のカム面１８が下方に且つシリンダ１４の上端部から遠ざかるように波動するよう回転する。次に、吸気弁を閉じ、そして圧縮行程が始まる。圧縮行程中、ピストン２０を、軌道１６が回転し続け、カム面１８がシリンダ１４に向かって波動するときにシリンダ１４内で上方に押圧する。ＨＣＣＩの場合、可燃性混合気をこれが自己着火するまで圧縮する。自己着火の際、可燃性混合気は、劇的に膨張し、下向きの大きな力をピストン２０に及ぼす。燃焼が正しくフェイジングされると、軌道１６のカム面１８は、上死点（ＴＤＣ）、即ち、カム面１８がシリンダに最も近く位置し、且つピストンがその行程のその最も上の箇所にある点のところ又はその近傍にある。次に、ピストンを下方に押圧し、軌道が回転するようにし、それによりパワーシャフト１２を駆動する。これは、ピストンが下死点（ＢＤＣ）、即ち、ピストン２０がシリンダ１４の頂部から最も遠くに位置すると共にカム面１８がその行程についてシリンダ１４からその最も遠くの箇所にある点に達するまで続く。次に、排気弁又は燃焼室２２からの燃焼生成物の放出を制御する他の装置を開き、燃焼生成物が燃焼室２２から出始める。それと同時に、ピストン２０は、軌道１６が引き続き回転し、カム面１８がシリンダ１４に向かって波動しているとき、上方に動き始める。排気弁は、ピストンが燃焼生成物を燃焼室２２から押し出すことができる期間の間、開放状態のままである。ピストン２０が再び上死点に達すると、排気弁は閉じられ、吸気弁が開かれ、ピストン２０が再びその下方運動を開始すると、空気と燃料の新鮮な可燃性混合気を燃焼室２２内へ引き込むことができる。このプロセスは、エンジンの運転中繰り返される。当業者には知られているように、弁の開閉事象は、上死点及び下死点で正確には起こらない場合があるが、この事象に先立って又はその後にフェイジングされ、開閉事象は、互いにオーバーラップする場合がある。上述したような弁動作のタイミングは、説明を分かり易くするために単純化されている。
【００４０】
図１では、２つのシリンダ１４がパワーシャフト１２の互いに反対側の側部に配置されていることが理解できる。軌道１６の形状は、ピストン２０とシリンダ１４が一斉に動くようなものである。すなわち、軌道１６は、一回転につき２つの上死点及び２つの下死点を持つ全体として正弦波の形をしている。追加のシリンダをパワーシャフトの周りの他の位置に設けてもよく、これらシリンダを２つの図示のシリンダと位相外れの状態にあるのがよい。また、軌道１６は、例えばプレートが一回転につき上死点及び下死点をそれぞれ１つしか有していない図示の回転斜板エンジンでは、図１に示す形状以外の形状を有していてもよい。ある設計では、特に、これらの多い数のシリンダを備えるエンジンの場合、軌道は、３以上の上死点及び下死点を有する場合がある。これら他の設計は、本発明の目的上、バレルエンジンであると考えられ、回転斜板又は他の装置は、ピストンを移動させるカム面を備えた軌道であると考えられる。カム面１８は、上面、下面又はピストンを上下に押圧することができる他の構造であってもよい。例えば、軌道１６は、連接棒及びピストンと嵌合する円周方向溝を有していてもよい。これも又、カム面と考えられる。
【００４１】
バレルエンジンの変形例としては、例えば本明細書に記載したダブルエンデッド設計及び対抗ピストン設計が挙げられる。本発明によれば、バレルエンジンのこれら変形例はどれもＨＣＣＩ燃焼方式と共に用いることができる。例えば、追加の組をなすシリンダを、図示の組をなすシリンダが設けられている場所から見てエンジンの他端部に設けてもよい。第２の組をなすピストンをこれらシリンダ内に軌道と機械的な連係関係をなして可動的に設けるのがよい。
【００４２】
本発明によれば、発電機を本出願の引用により組み込んだ優先権書類中に記載されているようにバレルエンジンに組み込むのがよい。「ロータ」は、バレルエンジンの回転可能な部分に形成され、「ステータ」は、静止部分に形成される。これにより、コンパクトなパッケージが得られる。
【００４３】
可変圧縮比装置を備えたバレルエンジン
次に、図６を参照すると、本発明の改良型バレルエンジンが、全体を符号５０で示されている。バレルエンジン５０は、軌道５６とシリンダ５４との間の距離を変えるよう動作できる可変圧縮比装置を有している。バレルエンジン５０は、図示の例では垂直方向に配置された長手方向パワーシャフト５２を有している。１対のシリンダ５４が、パワーシャフト５２の互いに反対側の側部に配置されている。ただし、単一のシリンダ及び広範な多シリンダエンジンを本発明に従って構成できる。図示のように、シリンダ５４は全体として互いに且つ長手方向パワーシャフト５２に平行である。変形例として、シリンダ５４をシャフト５２に対し内方に又は外方に傾斜させてもよい。軌道５６は、パワーシャフト５２の周りに設けられ、この軌道は、シリンダ５４に対して長手方向に波動するカム面５８を有している。本明細書で用いる「シリンダ」という用語は、幾何学的な円筒形以外の形状を意味している。例えば、本明細書で用いられる燃焼「シリンダ」は、純粋な幾何学的円筒形ではない形状を有する場合がある。燃焼シリンダという用語は又、一般に、例えばロータリーエンジンで用いられる非従来設計を含む内燃機関にも当てはまる。これらの場合、ピストンという用語は、燃焼室を形成する「シリンダ」と共に用いられる圧縮装置であるものとして同様に広義に定義される。
【００４４】
図１のバレルエンジンとは異なり、軌道５６は、シャフト５２に剛結されてはいない。その代わりに、エンジン５０の軌道５６は、シャフト５２に対して長手方向に動くことができる。しかしながら、シャフト５２と軌道５８はこれらが一斉に回転するよう互いに係合している。図示の実施形態では、パワーシャフト５２には長手方向スプライン６０が設けられており、これらスプラインは、軌道５６がシャフト５２と交わるその内側スリーブ部分内に設けられた対応関係をなす長手方向歯又はスプライン６２と噛み合っている。パワーシャフト５２と軌道５６を回転自在に相互連結する他の方式は、当業者には明らかであろう。インターロック関係にあるスプライン６０，６２により、軌道５６はシャフト５２に対して長手方向に動いて軌道５６とシャフト５２が依然として一斉に回転している間、可変圧縮比に対応できる。スラスト軸受６４が、軌道５６がスラスト軸受６４の下方部分に対し回転している状態で、軌道５６を長手方向に支持している。
【００４５】
ピストン６６が、これらとそれぞれ対応関係にあるシリンダ５４内に設けられ、これらピストンは、ピストン６６の上面とシリンダ５４の閉鎖上端部との間に燃焼室６８を構成する。ピストン６６は、軌道５６のカム面５８と機械的に連携して軌道５６が回転すると、ピストン６６がこれらとそれぞれ対応関係にあるシリンダ５４内で往復動するようになっている。図示の実施形態では、ピストン６６は、下方に延びる連接棒（以下、「ロッド」という場合がある）７０を有し、これら連接棒は、プレート５６の上面及び下面に載ったローラ７２を有している。変形例として、ピストン６６は、ローラがピストンの一部をなすような寸法形状であってもよい。別の変形例として、ローラ７２をピストンと軌道相互の運動を可能にするスライダ又は他の設計物で置き換えてもよい。各組をなすホイルの下方ホイルは、上方ホイルとは異なるサイズに設定され、この下方ホイルは、引っ込められ又は上方ホイルの真下に配置しないのがよい。一方又は両方のホイルは又、例えば符号７３で示すように溝に嵌っている。これら変形例は、ピストンが回転するのを阻止し、軌道５６の肉厚を必要に応じて厚くするのに役立つ場合がある。当業者には明らかなように、ピストン６６及びロッド７０は好ましくは、側から側へ又は前後に傾動させないでシリンダ５４内において軸方向に動く。図示の実施形態では、ロッド７０をその正しい向きに保持するのに役立つロッド案内７４が示されている。
【００４６】
可変圧縮比機能を備えたバレルエンジン５０を準備するため、スラスト軸受６４が、シリンダ５４に対し長手方向に動くことができる。これは、種々の方法で達成できる。図示の実施形態では、スラスト軸受６４は、ねじ山付き内周部７６を有し、このねじ山付き内周部７６は、エンジン５０の底部プレート８２の一部として形成されたハブ８０のねじ山付き外周部７８と噛み合っている。プレート８２は、エンジンケース８４によってエンジンのシリンダ及びヘッドに剛結されている。スラスト軸受６４をハブ８０に対して回転させることにより、スラスト軸受６４と軌道５６との間の接触面が長手方向に動く。これにより、エンジンの圧縮比が直接変わる。これは又、連続可変圧縮比ユニットとしての役目も果たす。というのは、スラスト軸受６４を回転させることにより、圧縮比を連続して変化させることができるからである。スラスト軸受６４を当業者には明らかなように種々の方法のうちどれを用いてもプレート８２に対して回転させることができる。軌道５６をスラスト軸受６４と接触した状態に保持するための手段も又設けられている。というのは、ある特定の条件下においては、エンジンの慣性力が軌道５６を持ち上げて軸受６４との接触状態から離脱させようとする場合があるからである。停止プレート８６を、パワーシャフト５２と相互連結した状態で軌道５６の上方に設けるのがよい。ブッシュ８８を停止プレート８６と軌道５６との間に設けるのがよい。停止プレート８６とブッシュ８８は一緒になって下向きの力を軌道５６に及ぼして軸受６４とのその接触状態を維持する。別法として、第２の可変圧縮比装置を軌道の上方に設けてこれをホールドダウンするのがよい。次に、２つの可変圧縮比装置を一斉に調節して軌道を定位置に調節固定することができる。
【００４７】
圧縮比を連続的に変化させることができるので、内燃機関において顕著な利点が得られる。加うるに、本発明の設計は、非常に簡単且つ効果的である。内燃機関における連続可変圧縮比装置の使用法について以下に詳細に説明する。
【００４８】
エンジン５０の作動中、燃焼室６８に出入りするガスの流量を制御することが必要である。これは、バレルエンジンについて従来知られ又は内燃機関の他のタイプから改造した種々の公知の弁装置のうち任意のものを用いて達成できる。また、ポート設計を利用してもよい。図６に示す実施形態では、弁９０が、ヘッド９２内に設けられていて、吸入ガス及び排出ガスを燃焼室６８に流入させたり流出させることができるようになっている。本発明によれば、パワーシャフト５２の上端部は、ヘッド９２内へ延びるのがよく、この上端部には弁作動プレート９４が連結されている。弁作動プレート９４は、シャフト５２から弁９０の上端部の上方の位置まで半径方向外方に延びている。弁作動プレート９４に輪郭付けすることにより、このプレートは弁９０の開閉を選択的に引き起こすことができる。プレート９４は、弁９０のうちの１つを押して開き状態にする下方に延びる隆起部９６を備えた全体として平らなものとして示されている。
【００４９】
本発明の範囲又は教示から逸脱することなく、図６に示すバレルエンジン５０の多くの改造を行うことができる。第１の例として、軌道５６をシャフト５２に剛結してもよい。この場合、可変圧縮比装置、例えば、可動スラスト軸受６４がパワーシャフト５２とプレート５６の両方をシリンダ５４に向かって押圧して圧縮比を調節するのがよい。明らかなこととして、この場合、パワーシャフト５２の或る程度の改造が必要である。例えば、弁作動プレート９４を用いる場合、パワーシャフト５２の位置の変化の補償を行わなければならない。一例として、上方パワーシャフトをスプライン付き相互連結部により下方パワーシャフトに連結して上方シャフトが長手方向位置を変えないが、上方シャフトと下方シャフトが一斉に回転するようにすることができる。
【００５０】
図６の設計に関する別の変形例として、ダブルエンデッド型バレルエンジンを提供してもよい。ダブルエンデッド設計では、シリンダがエンジンの他端部にも設けられる。図６に示す向きでは、エンジン５０の底部プレート８２は、シリンダ５４及びヘッド９２に類似したシリンダ及びヘッドで置き換えられる。この場合、ピストン６６は、下方シリンダ及び上方シリンダ内にピストンを構成する下方に延びる部分を有するのがよい。すなわち、ピストンを、上方シリンダと下方シリンダの両方内に設けるのがよく、ピストンは、直接又は連接棒を介して互いに連結される。一例が、パラトフに付与された米国特許第５，７４９，３３７号明細書に示されており、かかる米国特許明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。ダブルエンデッド設計の利点は、ピストンが非軸方向運動を回避するよう協働することにある。
【００５１】
図７を参照すると、別の可変圧縮比装置が示されている。この実施形態では、厚さの調節可能なカラー１００が、軌道１０２とパワーシャフト１０６に設けられたフランジ１０４との間に配置されている。カラー１００の厚さを変えることにより、シリンダ（図示せず）に対する軌道１０２の位置を調節でき、それにより、エンジンの圧縮比が調節される。厚さの調節可能なカラー１００を油圧引き上げ装置と同様に油圧の作用で調節し、パワーシャフト１０６を介して送られた油圧により調節するのがよい。変形例として、機械的な設計、例えば、相互に作用する傾斜プレート又はウェッジを用いてもよい。この場合も又、軌道１０２をカラー１００及びフランジ１０４と接触状態に保つ或る種のリテーナ又は第２の可調式装置を設けるのがよい。別法として、厚さの調節可能なカラー１００は、図６の設計と同様に、エンジンの底部プレート１０８と軌道１０２との間に延びてもよい。更に別の方法として、厚さの調節可能なカラーを軌道１０２がシャフト１０６に剛結された状態でパワーシャフト１０６に設けられたフランジとエンジンの底部プレート１０８又は他の部分との間に設けてもよい。カラーの厚さを変えることにより、シャフトの一部と軌道が共に動く。これらの実施形態のうち幾つかにおいて、厚さの調節可能なカラーは、スラスト軸受を更に有するのがよい。
【００５２】
次に、図８を参照すると、軌道１１０をスラスト軸受１１２に接触状態に維持する別の方式が示されている。保持カラー１１４が、軌道１１０の下端部に設けられたフランジ１１６に係合して軌道１１０をスラスト軸受１１２と接触状態に維持している。これに類似した方式を上述の全ての変形例と同様、図７に示す厚さの調節可能なカラーと共に用いることができる。バレルエンジンのこの実施形態及び他の上述の実施形態の種々の特徴を図示のものとは異なる組み合わせで利用できることは注目されるべきである。また、当業者には知られているように、種々の設計の可変容量形コンプレッサが従来技術において提案されている。これら設計のうちの幾つかは、本発明に用いられる可変圧縮エンジンとして働くよう改造できる。
【００５３】
次に、図９を参照すると、本発明のバレルエンジンの変形実施形態が全体を符号１２０で示されている。このバレルエンジン１２０は、先の実施形態のものとは幾つかの点で異なっている。この場合も又、長手方向パワーシャフト１２２が設けられるが、このパワーシャフトは、シリンダ１２４に対して回転しない。それとは異なり、パワーシャフト１２２は、回転自在なシリンダ組立体を構成するようシリンダ１２４と相互連結されている。エンジンハウジング１２６が、パワーシャフト１２２及びシリンダ１２４を包囲している。軌道１２８が、ケース１２６から内方に延び、シリンダ１２４に対し長手方向に波動するカム面１３０を構成している。軌道１２８は好ましくは、ケース１２６に対し長手方向に可動であるが、ケース１２６と軌道１２８が共に静止状態のままであるようにケースと相互連結されている。相対回転運動を生じさせずに長手方向運動を可能にするスプライン、歯又は他の手段を用いることができる。可変圧縮比装置１３４が、ケース１２６の底部プレート１３６と軌道１２８との間に設けられていて、この装置１３４は軌道１２８と底部プレート１３６との間の距離を変えることができるようになっている。これにより、軌道１２８とシリンダ１２４との間の距離を変えてエンジン１２０の圧縮比を変えることができる。
【００５４】
作用を説明すると、軌道１２８及びケース１２６は、静止状態のままであり、シリンダ組立体は回転する。エンジン１２０のヘッド１３８をケース１２６に相互連結してこれ又静止状態のままであるようにするのがよい。このバレルエンジンエンジンも又、先の実施形態に示したポケット弁を用いることを回避したポート設計のものである。ヘッド１３８に設けられた全体として球形の凹み１４０が、シリンダ組立体の頂部に形成された対応関係をなす球形表面１４２と嵌合している。シリンダがヘッド１３８に対して回転すると、表面１４２及び凹み１４０に設けられた開口部が互いに整列してシリンダ１２４への吸気及びシリンダ１２４からの排気を可能にする。エンジンは、ヘッド１３８の凹み１４０の開口部１４４が主表面１４２の開口部１４６と整列して燃焼室１４８と吸気ランナ又は排気ランナ１５０との間のガス連通状態を可能にする位置で示されている。当業者には明らかなように、ヘッド１３８とシリンダ組立体を、エンジンが回転するときにポートが開閉して正しくフェイジングされた吸気及び排気をもたらすように設計するのがよい。また、凹み１４０と表面１４２のこの球形インタフェースは、或る程度の密封上の利点をもたらす。基本的に、表面１４２の開口部１４６内に支持されたシールは、球形インタフェースによって定位置に保持される。種々の構造のエンジンでは、点火プラグ、燃料噴射器及び（又は）グロープラグ１５２をシリンダ１２４の上端部内に設けるのがよい。
【００５５】
エンジン１２０内に示された可変圧縮比装置１３４は、本明細書において説明する任意の設計のものであってよく、かかる設計としては、油圧カラー、機械式カラー、又は軌道１２８の位置の調節を可能にする任意他の装置が挙げられる。１つの別法は、軌道１２８に対しエンジン周りの種々の位置で上方に押し上げる多数の別個独立の油圧引き上げ装置を設けることである。
【００５６】
エンジン１２０について今説明した作用の別法として、ケース１２６及び軌道１２８は回転自在であってよく、シリンダ組立体はシリンダ１２４とパワーシャフト１２２とから成り、ケース及び軌道に対し静止したものであってよい。本発明のバレルエンジンの各実施形態の共通の特徴は、カム面及びシリンダが互いに対して回転することにある。軌道をシリンダが回転している状態では静止状態に保ち、或いは、シリンダを軌道が回転している状態では静止状態に保つのがよい。各変形例は、それ自体の組をなす利点と欠点をもたらし、これらを特定の用途の要件に基づいて選択するのがよい。
【００５７】
次に、図１０を参照すると、本発明のバレルエンジンの別の変形実施形態が全体を符号１６０で示されている。この設計例も又、シリンダ１６２及びパワーシャフト１６４が一斉に回転する回転自在なシリンダエンジンとして構成できるようなものである。この変形例では、全体として平らなプレートヘッド１６６が、ケース１６８と相互連結されていて、シリンダ１６２がヘッド１６６に対して回転するようになっている。燃焼室と吸気又は排気ランナとの間のガス連通を可能にするポート開口部１７０がヘッド１６６に設けられた状態で示されている。変形例としての機械式可変圧縮比装置が、全体を１７２で示されている。可変圧縮比装置１７２は、軌道１７６の下側に係合し、軌道１７６をシリンダ１６２に近づけ又はこれから遠ざける複数のパワーねじ１７４を有している。幾つかの実施形態では、軌道１７６は、ケースの底部プレート１７８に対して回転するのがよい。この場合、スラスト軸受又はスラストカラー１８０がパワーねじ１７４の上方に設けられる。パワーねじ１７４に個々に動力供給してもよく、或いは、パワーねじをチェーン１８２によってチェーン駆動してもよく、このチェーンは、モータ（図示せず）によって駆動される。モータは、任意タイプの油圧式、電気式又は機械式であってよい。また、ケース１６８に設けられた開口部１８６内に設けられていて、冷却用空気をシリンダ１６２に当てるよう差し向けるエンジン冷却ファン１８４が示されている。これは、特にシリンダ１６２がケースに対して回転する場合、冷却作用をエンジンに与え、それによりシリンダ周りでのそれ自体の空気のかき混ぜを可能にする１つの別法である。液体を利用する冷却システムも又設けることができ、これは当業者には明らかであろう。
【００５８】
本明細書において説明する可変圧縮バレルエンジンの種々の設計を当業者には明らかなように種々のやり方で変更することができる。例えば、種々の弁又はポート設計をシリンダに吸気及び排気作用を与えるために用いることができる。本発明のバレルエンジン設計は、事実上任意のポート又は従来弁設計を利用することができ、弁又はポートを種々の方法のうちの任意の方法で動かし又は作動させ、かかる方法としては、引用により組み込んだ従来技術文献に記載された方法が挙げられる。また、パワーシャフトに対するシリンダの角度を変えることにより、バレルエンジンを設計変更できる。種々の本出願人の先行出願は、所謂逆蠕動エンジンを記載しており、これら先行出願明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。これらエンジンの種々の特徴をバレルエンジンに組み込むことができる。また、本明細書において定義したようなバレルエンジンは、カム面がシリンダに対して動いてピストンをシリンダ内で往復動させる限り、逆蠕動エンジンについての本出願人の他の設計例を含むものと考えられるべきである。可変圧縮比をもたらすよう使用することができる追加のエンジン設計は、旋回エンジンと呼ばれることがある。旋回エンジンの例は、サンダーソンに付与された米国特許第６，０１９，０７３号明細書及びタシに付与された米国特許第５，９９２，３５７号明細書に示されている。旋回エンジン設計の中には、可変圧縮比に対応し、本発明の種々の特徴に従って使用することができるものがある。
【００５９】
本明細書において定義したようにバレルエンジンに可変圧縮比装置を設けることにより、多くの利点が得られる。圧縮比を種々の要因に応じて調節することができ、かかる要因としては、エンジン速度、エンジン負荷、燃料品質及びタイプ並びに他の要因が挙げられる。可変圧縮比バレルエンジンを空冷方式、液冷方式、４サイクル方式、２サイクル方式、火花点火方式及び（又は）ディーゼル方式並びに本明細書においては説明しない方式と共に用いることができる。本発明の可変圧縮比バレルエンジンは、ＨＣＣＩとの併用に特に適用できる。本明細書において説明する方式以外の可変圧縮比方式も又、ＨＣＣＩ燃焼方式と併用できる。例えば、エンジンのヘッド又はシリンダ内に設けられた或る形式のプランジャを有し、プランジャの運動によりエンジンの圧縮比が変わる可変圧縮比装置を提供できる。ＳＡＥ論文１９９９−０１−３６７９（このＳＡＥ論文の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する）は、かかる可変圧縮比装置を記載している。本発明によれば、かかるプランジャをＨＣＣＩとの併用のためにバレルエンジン内に設けるのがよい。別の可変圧縮比設計が、以下の特許文献及び公開公報、即ちドランゲル等に付与された米国特許第５，３２９，８９３号明細書、ニルソン等に付与された米国特許第５，４４３，０４３号明細書及び国際公開ＷＯ９２／０９７９８号パンフレット（発明者：ドランゲル等）に記されており、これら技術文献の記載内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。内燃機関用のこの可変圧縮比設計を本出願人の米国仮特許出願第６０／２６７，５９８号明細書に記載されているように本発明のＨＣＣＩと併用することができる。バレルエンジンも又、引用特許文献及び公開公報に提案された方式と類似した可変圧縮比方式を利用するよう改造されるのがよい。本出願人の通常の知識によれば、引用技術文献に開示された可変圧縮比設計とＨＣＣＩ燃焼方式を併用することは、新規な組み合わせである。
【００６０】
ＨＣＣＩエンジンの制御のための可変圧縮比装置の使用
特に本明細書において開示すると共に（或いは）請求対象である可変圧縮比装置は、特に良好なＨＣＣＩの制御方法をもたらす。圧縮比が増大すると、空気と燃料の可燃性混合気の自己着火が早く起こる。逆に、圧縮比が減少すると、自己着火が遅れて起こり、又は全く生じない。可変圧縮比装置では、エンジンの圧縮比をまず最初に幾分低く設定するのがよい。始動の際、空気と燃料の混合気をシリンダ内へ引き込み、エンジンによって圧縮する。圧縮比を、自己着火が上死点のところ又はその近傍でシリンダのうちの幾つか又は全てで生じるまでゆっくりと増大させる。好ましくは、初期圧縮比を迅速な始動を可能にすると共に過剰の排ガス成分の放出を回避するよう設定する。次に、エンジンが作動し、圧縮比を燃焼フェイジングが最適化されるまで引き続き増大させるのがよい。燃焼が余りに早すぎて生じ始める場合、圧縮比をこの条件が改善されるまで下げるのがよい。エンジンを一定負荷及び一定ＲＰＭで作動させる用途では、圧縮比を、最適条件に達するまで調節し、次に、負荷、速度又は他の要因が変えられるまでこの設定値のままにするのがよい。調節は又、燃料のタイプ又は他の変化について行うのがよい。速度又は負荷のばらつきを生じるエンジン、例えば、自動車用エンジンでは、より複雑精巧な制御が必要である。この状況においては、エンジン制御装置は、圧縮比を正確且つ迅速に制御して燃焼を維持すると共に燃焼フェイジングを最適化する必要がある。時間の経過につれて、エンジン制御装置は、種々の条件の特定の組み合わせの下でどの設定値が適当であるかを「学習」することができる。この条件の組み合わせを繰り返すと、エンジン制御装置は、可変圧縮比をこれらの条件について先にうまくいっていたこの設定値に戻すことができる。
【００６１】
エンジン制御装置は燃焼フェイジングを最適化することができるようにするため、シリンダのうちの全て又は幾つかで燃焼が生じている時点をどうにかして求めることが必要である。本発明において開示される新規な方法は、ノックセンサ、例えば、燃焼をモニタするよう多くのエンジン用途で見受けられるノックセンサを用いる。ＨＣＣＩ燃焼をモニタする標準方法は、シリンダ、ヘッドボルト、点火プラグ又はエンジン内の圧力条件のモニタを可能にする他の場所に配置できる種々のタイプの圧力変換器、例えば、歪ゲージ及び圧電装置などを利用する。
【００６２】
任意の圧縮点火式エンジンの場合と同様、ＨＣＣＩは、ノッキング音（従来型ディーゼルエンジンによって生じたノッキング音と類似している）を出す場合がある。このノッキング音は、燃焼をモニタする効果的な方法に役立つはずである。ノックセンサ又は他形式の振動又は音検出装置を用いてこのノッキング音を検出し、データをエンジン制御ユニットに中継することができる。
【００６３】
ＨＣＣＩ燃焼をモニタするより標準的な方法は、シリンダ、ヘッドボルト、点火プラグ又はシリンダ内の圧力条件のモニタを可能にする他の場所に配置できる種々のタイプの圧力変換器、例えば、歪ゲージや圧電装置などを利用する。また、種々の形式の光又は電磁放射線センサを用いることができる場合がある。
【００６４】
エンジンがノック型センサを用いようと圧力変換器を用いようと又は他の装置を用いようといずれにせよ、検出装置からのフィードバックを制御ユニットに送り、その時点におけるピストンの機械的位置と比較する。燃焼が早すぎて起こった場合、制御ユニットは、信号を可変圧縮比装置に送ってエンジンの圧縮比を下げる。圧縮比を下げることにより、ピストンが上死点の近くに位置したとき、空燃混合気に点火するのに必要な圧力／温度に達する。エンジンが多量の燃料を受け入れ、燃焼が常時最適時点で起こるようにすることができるようにするため、制御ユニットは、燃焼センサにより燃焼が余りに早すぎて生じていることが指示されるまでエンジンの圧縮比を安定的に増大させる。エンジンが変化している負荷及びＲＰＭ範囲をナビゲートすることができる速度を増大させるため、制御ユニットは、種々の普通に生じる状況下において理想的な圧縮比が何であるかをマップするよう学習することができる。かかるマップは、幾分一般的であってよい。というのは、任意所与の期間からの変数により、マップは連続的に更新されて上書きされる必要があるからである。従来の必要な要素に加えて、エンジンシステムは、燃料タンクのところに、燃料タンクが開かれて異なる燃料を収容できることを制御ユニットに指示するセンサを有するのがよい。燃料のタイプ及び品質を決定する他の方式も用いることができ、かかる方式としては、手動入力、種々の燃料センサの利用及び他の方式が挙げられる。この場合、予防的措置として、制御ユニットは、エンジンを低圧縮比で始動させて燃焼が早すぎて生じる（早すぎて生じると、エンジンの損傷が生じる場合がある）ことがないようにし、次に、理想的な燃焼に達するまで圧縮比をゆっくりと増大させる。この種の追加の予防的措置は、起伏のある軌道の勾配を操ってこれがＴＤＣの近くで緩やかな圧縮行程を有し、ＴＤＣの近くで急峻なパワー行程を有するようにすることにより取ることができる。かかる構造は、燃焼がもし万が一早すぎて生じた場合、ピストンが受ける機械的な利点を最小限にする。
【００６５】
非ＨＣＣＩ用途でどのノックセンサを用いるかの方針に沿ったノックセンサを用いる追加の選択肢は、ノックセンサを用いてノックを検出することである。このシステムでは、クランク角、エンジン速度、エンジン負荷、エンジン温度及び他のパラメータを測定するセンサからのフィードバックを、エンジンの種々の動作パラメータについての正確な可変圧縮比又は他のフェイジング調整値を指示する包括的な対照マップと比較する。対照マップを辿っている間、ノックが或る許容限度を超えると、エンジンの制御ユニットは、圧縮比を直接小さくし、次に対照マップを更新し、或いは、通常別の燃料について用いられている別の対照マップに切り換え、或いは、現在の対照マップを更新し、小さくなった圧縮比を恐らくは推奨する新たな指示に従う。対照マップを更新状態に常に保ち、最適効率及び最適パワーを維持するため、制御ユニットは、エンジンがノックし始めるまで時々エンジンの圧縮比を次第に増大させる。この自己誘発されるノックが起き始めると、制御ユニットはノックがおさまるまで圧縮比を次第に減少させ又は任意他のフェイジング器具を次第に抑制する。このノックが起き始めた時点又はおさまった時点についての記録及びこの時点におけるエンジンの動作条件を記録し、対照マップを連続して更新状態に保つために用いる。
【００６６】
図３９は、エンジン制御装置と連絡状態にある複数のセンサ及び制御装置を備えた制御システムを示している。図示の要素の種々の組み合わせを用いると適正なエンジン制御を行うことができる。
【００６７】
燃焼フェイジングの制御
ＨＣＣＩエンジンにおいては、燃焼フェイジングを制御することが非常に重要である。時期尚早な自己着火は、エンジンの効率を下げるだけでなくエンジンに対して破壊的な作用を及ぼす場合がある。燃焼が遅すぎる時点で起こると、エンジンの効率が低下する。条件が最適条件からかけ離れていると、燃焼は全く生じない場合がある。高負荷では、ＨＣＣＩエンジンにおける燃焼のフェイジングは、次第に困難になり、デトネーション（爆発的燃焼）又は早期着火（過早点火）が生じないようにするためには非常に正確でなければならない。現在、高負荷ＨＣＣＩは、ＴＤＣに先立つデトネーション及び（又は）早期着火に関する問題なく、通常のピストン速度で達成することは非常に困難又は不可能である。
【００６８】
従来、高負荷ＨＣＣＩ燃焼方式は、非常に高いピストン速度でしか達成することができなかった。この理由は、エンジンのＲＰＭとは無関係に、ＨＣＣＩ燃焼の持続時間がクランク角ではなく時間によって決定されるからである。したがって、高ピストン速度では、着火がＴＤＣの前に起こると、混合気はピストンがＴＤＣを通過するまで完全に燃える時間が依然としてない。残念なことに、高ピストン速度は、信頼性のある動作を得る上では受け入れることができず、従って、ＨＣＣＩ燃焼はプロセスを良好に制御できる低負荷に制限されている。
【００６９】
通常のピストン速度では、早期着火を生じさせずにＴＤＣを通過するのに十分長く空燃混合気を安定化させることは困難である。エンジンの圧縮比を小さくし又は他の手段を用いて混合気がＴＤＣの近くになるまで自己着火運動に達するクランク角又はクランク角均等物を遅らせる場合、燃料が幾つかのサイクル中に着火しない恐れがある。一方における早期着火と他方における着火の失敗との間には微妙なバランスが存在する。
【００７０】
上記に照らして、特に種々の速度及び負荷を受けるエンジンでは、燃焼フェイジングを制御する方法を提供することが重要である。上述のように、可変圧縮比により、燃焼フェイジングの制御が可能になる。しかしながら、燃焼フェイジングを制御する他の方式も又、単独で又は１以上の他の方法と組み合わせて利用できる。燃焼フェイジングを制御するこれら方法の中には、ＨＣＣＩではない燃焼方式に適用できるものがある。
【００７１】
コロナ放電装置
燃焼フェイジングを制御する一方式は、吸気系統中にコロナ放電装置を用いてオゾン（Ｏ_３）を含むラジカルを空燃混合気中に導入して混合気の反応度を変えることである。コロナ放電装置（ＣＤＤ）（これは又、プラズマ発生器又は非熱的プラズマ発生器と通称されている）は、交流又は直流を利用することができ、かかるコロナ放電装置をエンジンの吸気マニホルド内に配置してオゾン（Ｏ_３）、イオン及びラジカルを吸入空気又は混合気中に導入し又は発生させるのがよい。コロナ放電器具を何が最も好ましい結果をもたらすか又は何が燃料噴射器の配設場所と最も適合するかに応じて燃料噴射器の前又は後に配置するのがよい。
【００７２】
定義の目的上、コロナ放電装置は、ガスをその近くでイオン化するために高電圧を用いる装置である。大気中の酸素（Ｏ_２）をイオン化すると、原子は再結合してＯ_３（オゾン）を生じることができる。Ｏ_３は、においを自動車や住宅から除くのに用いられるよう商業的に製造される場合も多い強力な低温酸化体である。コロナ放電装置は、幾つかの設計のものであってよく、熱的又は非熱的プラズマを生じさせることができる。イオンを生じさせるために自動車の排気系統内で用いられている一設計例は、ＳＡＥ論文番号２０００−０１−３０８８に記載されており、かかるＳＡＥ論文の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。かかる引用論文中に記載された設計例を本発明の一部として用いることができ、或いは、本発明の一部として用いるために変更することができる。他の設計は当業者には明らかであろう。本発明の目的上、コロナ放電装置は、ガスをイオン化し又はラジカルを生じさせる任意の器具であると定義できる。ラジカルを吸入空気中に導入することにより、混合気の反応度を変えることができる。混合気の反応度を変えることにより、燃焼のフェイジング又は開始を或る限度内で制御することができる。空燃混合気中のラジカルを増やし又は空燃混合気中にラジカルを発生させることにより、混合気の反応度を変えることができる。ラジカルの量を増加させることにより、ＨＣＣＩエンジンにおける燃焼フェイジングが進み、ラジカルの量を減少させることにより、燃焼が遅れると考えられる。生じるラジカルの量及びかくして混合気の反応度を、コロナ放電装置の電圧又はデューティサイクルを変化させることにより変えることができる。また、電流を調節することができる場合がある。生じるラジカルの量は又、多数の要素（コロナワイヤ、誘電体又は類似のコンポーネント）を備えたコロナ放電装置を採用することにより、或いは、多数のコロナ放電装置を用いることによっても変えることができる。多数の要素を備えたコロナ放電装置では、種々の数の要素を一同に動作状態にし又は非動作状態にすることにより、ラジカルの生成量が制御される。多数のコロナ放電装置を用いる場合、種々の数のコロナ放電装置を別々の時期に動作状態にすることにより、ラジカルの生成量が制御される。どのようなタイプのコロナ放電装置を用いるかとは無関係に、エンジン制御ユニットがコロナ放電装置と連絡状態にあってこれを制御して燃焼フェイジングを最適化することが好ましい。
【００７３】
燃焼フェイジングの調節のためにコロナ放電装置を用いることは、単独で又は本発明の任意他の特徴と組み合わせて実施できる。また、コロナ放電装置は、ＨＣＣＩエンジン以外に用途を有する場合がある。ラジカルを圧縮点火エンジン、例えば、ＨＣＣＩ、ディーゼル、圧縮点火式天然ガスエンジン及び他のタイプのエンジン内に導入することは、燃焼の具合を向上させるのに役立つ場合があり、圧縮点火を達成するために必要な圧縮比を小さくする。また、火花点火式エンジンにおける燃焼具合を向上させる用途も又存在する。
【００７４】
１つの組合せ例においては、１以上のコロナ放電装置をＨＣＣＩエンジンの制御の向上のために連続可変圧縮比装置と組み合わせて用いられる。コロナ放電装置は、混合気の反応度及び燃焼フェイジングを変化させ、それにより連続可変圧縮比装置に課される需要を減少させる迅速且つ効果的な手段となるはずである。或る特定の用途では、連続可変圧縮比装置を全く不要にし、コロナ放電装置による燃焼のフェイジングを制御することが可能である。しかしながら、大抵の場合、コロナ放電装置は、連続可変圧縮比装置及び（又は）他のフェイジング装置又は技術と併用される。その目的は、負荷及び速度の変化並びに異種燃料に応動するエンジンの性能を一段と高めることにある。
【００７５】
図１１は、ピストン１９２を収納した燃焼シリンダ１９０の略図である。燃焼室１９４が、ピストン１９２とシリンダ１９０の閉鎖上端部との間に形成されている。吸気ランナ１９６が、燃焼室１９４と連通状態で示されている。吸気弁は吸気ランナ１９６を燃焼室１９４から選択的に閉鎖する。排気ランナ及び弁（図示せず）も又、作動エンジン内に設けられる。燃焼室が図示の例の多くにおいては往復動ピストンを収納したシリンダ内に構成されるが、本発明は、この形態には限定されず、他の形態に利用できることは注目されるべきである。また、本発明の範囲から逸脱することなく、図示の従来型弁に代えてポート設計例又は別の弁設計例を利用できる。
【００７６】
図１１には、コロナ放電装置２００が、シリンダ１９０の閉鎖上端部内に設けられた状態で示されている。第２のコロナ放電装置２０２が、吸気ランナ１９６内に設けられた状態で示されている。燃料の追加前又は追加後にコロナ放電装置を吸気系統内に位置決めすることが現在では好ましい。しかしながら、追加例として又は変形例として、ラジカルを燃焼室内に直接導入するよう配置されたコロナ放電装置を設けてもよい。一実施形態では、コロナ放電装置は、ラジカルを多数のシリンダにもたらすよう主吸気系統中に設けられる。また、追加のシリンダ専用コロナ放電装置を特に以下に説明するようにシリンダ毎のばらつきを平均化する際に用いるため、エンジンの個々のシリンダの各々のそれぞれの吸気部内に設けるのがよい。
【００７７】
未燃焼炭化水素（ＨＣ）排出ガス成分を最小限に抑えるため、１以上のコロナ放電装置、例えば、コロナ放電装置２００を各シリンダのヘッド領域又は壁内に設けると有利な場合がある。その目的は、シリンダの内面の近くの空気又は空燃混合気をイオン化することにある。コロナ放電装置の実際の要素としてシリンダ及び（又は）ヘッド及び（又は）ピストンを用いることが可能である。かかる構成により、これら領域の近くに位置すると共に（或いは）これらと接触している空気又は空燃混合気の完全なイオン化が行われる。恐らくは、これを行う最善の方法は、セラミック被覆シリンダ又はシリンダライナを誘電体として用いることである。イオン化は、ピストンクラウンとシリンダとの間の隙間領域及びヘッドがシリンダに隣接している領域で集中度が最も高い。大抵の炭化水素排出が起こり、最も大きな改良結果を実現できるのはこれらの領域である。
【００７８】
燃焼効率を向上させる別の方法は、マイクロ波発生装置をシリンダ内に配置することである。マイクロ波は、これらが当たる表面近くの空燃混合気をイオン化する。マイクロ波は又、水を用いて湿潤表面の蒸発速度を加速することによる急冷を防止する効率を高める場合がある。シリンダ内に配置されたガンマ又はＸ線、赤外又は他の電磁装置も又、これに類似した効果をもたらすことができる。ただし、水に対するこれらの影響は同一ではない。また、カソードを用いて電子をシリンダ内に生じさせてイオン化を助けることも可能である。
【００７９】
迅速圧縮装置
ＨＣＣＩ燃焼フェイジングを制御する別の方法は、迅速圧縮装置を用いることである。本発明の目的上、迅速圧縮装置は、燃焼室内の圧縮レベルを特定の時期に迅速に増大させる補助装置（即ち、主圧縮装置、例えば、往復ピストンエンジンのプライマリピストン以外の装置）である。ＨＣＣＩエンジンでは、迅速圧縮装置が燃焼の開始のために用いられる。例えば、ＨＣＣＩエンジンの圧縮比を、燃焼室内の可燃性混合気が自己着火を引き起こすほどには圧縮されないように設定するのがよい。この場合、ほぼ上死点のところでは、迅速圧縮装置を利用して燃焼室内の圧縮圧力を自己着火を開始するのに十分なほど増大させることができる。迅速圧縮装置を用いて着火を助ける場合、空燃混合気の反応度又は時間温度履歴は、圧縮比の減少又は任意他の手段により、混合気が安定状態のままであることができ、しかも、着火が起こるのが望ましいクランク角又はクランク角均等物に至るまでずっと又はこれを超えるまでデトネーション又は早期着火を生じないようにするほど変更される（連続的に又は永続的に）可能性が高い。エンジンが正確な機械的位置に到達すると、混合気をこれが自己着火するまで迅速に圧縮することにより燃焼が開始される。この迅速な圧縮はピストンによって直接容易には行われないので、ＴＤＣのところ又はその後に混合気を自己着火させて上首尾のＨＣＣＩ燃焼を開始させることが可能である。迅速圧縮をこれが燃焼を正しくフェイジングすることが困難になった時点、ＨＣＣＩ燃焼の負荷範囲を拡張するのに用いることができる時点、及びエンジン内の振動及び（又は）圧力上昇を低下させるのに用いることができる時点で採用するのがよい。迅速圧縮装置を用いることは、特に高負荷におけるＨＣＣＩ早期着火を回避する見込みが高い。ＴＤＣのところ又はその近くで迅速圧縮を生じさせることにより（その目的は、自己着火に足るほど高い温度及び圧力に到達させることにある）、圧縮フェイジングを許容限度を超えるほどのピストン速度を必要としないで制御することができる。
【００８０】
迅速圧縮は、多数の機械的手段、即ち、プランジャ、圧縮ガスインジェクタ、高温ガスインジェクタ等、又は、間接燃焼室、層状給気法、パイロット給気の使用及び他の手段により達成できる。また、これに類似した効果を光、音波、振動、種々のタイプの放射線、磁界及び他の手段を用いて達成することが可能である。しかしながら、可能な限り最も低い排出ガス量及び製造費を維持するため、迅速圧縮装置及び以下に説明する方法の利用が好ましい見込みである。
【００８１】
機械式迅速圧縮装置が図１２に示されており、これらは、バン・レザーフォードに付与された米国特許第６，２６０，５２０号明細書に開示されている（なお、かかる米国特許明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する）。図１２は、ピストン２１４の上端部とシリンダ２１２の閉鎖上端部との間に形成された燃焼室２１２の略図である。エンジンに必要な他のコンポーネント、例えば、吸気ランナ、排気ランナ及び弁又はポートは、図面を分かり易くするため省かれている。機械式迅速圧縮装置は、シリンダの閉鎖上端部内に設けられている。この装置は、室又は通路２１８内に配置された可動プランジャ２１６を有している。プランジャ２１６を燃焼室２１０に向かって移動させることにより、燃焼室２１０内の圧縮レベルを迅速に上げることができる。例えば、プランジャをピストンの圧縮行程中、シリンダ２１２の閉鎖上端部に対して幾分引っ込めるのがよい。次に、上死点又はその近傍では、プランジャを迅速に下方に移動させる。その目的は、燃焼室２１０内の圧縮レベルを迅速に上げて自己着火を容易にするのを助けることにある。
【００８２】
次に、図１３を参照して迅速圧縮装置を準備する別の方法を説明する。この場合も又、燃焼室２２０の略図が、ピストン２２２とシリンダ２２４の閉鎖上端部との間に形成された状態で示されている。この例では、吸気弁及び通路も又示されている。ただし、他の弁並びに他のポート設計も利用できる。補助室２２６が主燃焼室２２０と気体連通状態で示されている。点火プラグ２２８は、火花を補助室２２６内に導入するために補助室２２６内へ延びる電極を有している。スパークアレスタ又はフレームアレスタ２３０が、主燃焼室２２０と補助室２２６との間に配置されていて、２つの室の間を通るガスがアレスタ２３０を通過するようになっている。この設計の迅速圧縮装置を用いるエンジンの作動中、空気と燃料の可燃性混合気を主燃焼室２２０に導入する。この混合気の何割かは、自然にアレスタ２３０を通って補助室２２６に流入するであろう。ピストン２２２が上方に動いて混合気を圧縮すると、それ以上の割合の可燃性混合気が補助室２２６内へ押し込まれることになる。ほぼ上死点のところでは、火花が点火プラグ２２８によって補助室２２６内へ導入される。火花は、補助室２２６内の混合気の一部を燃焼させ、それにより、高温のガス状燃焼生成物を生じさせる。燃焼に起因して、この燃焼生成物は、非常に迅速に膨張してアレスタ２３０を通って押し戻されるようになる。これがアレスタ２３０を通過すると、火炎及び火花が消え、従って、火炎がない状態で高温ガス生成物だけが主燃焼室２２０に入るようになる。これにより、主燃焼室２２０内の圧縮レベルが迅速に上昇する。好ましくは、補助室２２６内の燃焼は、上死点近くで起こり、主燃焼室２２０内で後で引き起こされる迅速にレベル上昇する圧縮は、主燃焼室２２０内の混合気の自己着火を引き起こすのに十分である。点火プラグ２２８の従来設計が示されているが、他の設計並びに補助室内の混合気を着火させる他の装置を使用できる。可燃性混合気を上述した方法以外の方法で補助室に導入することができる。例えば、可燃性混合気をインジェクタ又は或る形式の弁を介して補助室に注入し又は引き込むことができる。また、補助室内の混合気は、主燃焼室内の混合気と異なっていてもよい。追加の燃料を補助室に注入して濃いめの混合気を生じさせることができる。別の燃料も又使用可能である。
【００８３】
本発明の目的上、スパークアレスタ又はフレームアレスタは、ガスの通過を可能にするが、ガス中の火炎又は火花の全て又は大部分を遮断し又は消す任意の装置である。フレームアレスタは、多数の異種材料から成る場合があると共に多種多様な態様で構成できる。フレームアレスタがオーバーヒートしないようにすることが重要な場合がある。オーバーヒートに関して考えられる問題は、アレスタを高温に耐えることができる材料、例えば、セラミックス又はタングステンニッケルと鉄の合金又は他の耐熱材料で構成することにより、又はアレスタを冷却する方法を提供することにより解決できる。アレスタの冷却のため、迅速圧縮装置のアレスタ側端部をエンジンのヘッド内に単に引っ込めるだけでよい場合がある。アレスタをヘッド内に引っ込めることにより、エンジンの冷却剤が迅速圧縮装置と直に接触しているかどうかを問わず、又は迅速圧縮装置の近くの金属がかかる迅速圧縮装置から十分な熱を奪い取るほど十分冷却されたままの状態にあるかどうかを問わず、冷却がエンジンによって得られることになる。フレームアレスタは、多数の有孔プレート、単一の有孔プレート、メッシュ状マトリックス、長尺管、互いに平行又は直列に配置された一連の長尺管、一連のバッフルプレート又はガスから熱を余り多すぎるほど奪わないで火炎を消すことができる任意他の手段から成るのがよい。また、ＥＧＲ（再循環式排ガス）の注意深い配置又は層状化、或いは迅速圧縮装置又はエンジンの主燃焼室内の空気により火炎を消すことも可能である。
【００８４】
本発明の火花点火式燃焼方式を利用した迅速圧縮装置は、高温給気を主燃焼室内に導入するという副次的効果を有し、更に、自己着火を誘発し又は容易にするのに役立つ追加のラジカル又は燃焼副生物を生じさせることができる。圧力が迅速圧縮装置の室内で増大すると、燃焼中の給気の大部分が、フレームアレスタ中へ押し込まれるので完全な燃焼に先立って消える。したがって、多くの場合、未燃燃料よりも反応度の高い部分燃焼燃料が、エンジンの主燃焼室内に注入される。これは、混合気の反応度を高め、自己着火の開始を助ける場合がある。
【００８５】
次に、図１４及び図１５を参照すると、燃焼を利用した迅速圧縮装置の追加の実施形態が、全体を符号２３２で示されている。図１５は、迅速圧縮装置２３２それ自体を示し、図１４は、装置２３２を燃焼室２３４と連通したエンジンの頂部内に設けられた状態で示している。図１３の実施形態では、補助室が、エンジン内、例えば、エンジンのヘッド内に設けられていた。これにより、ヘッド又はブロック内に補助室を形成する必要がある。図１４及び図１５の形態は、エンジンのヘッドに設けられたねじ穴にねじ込まれ、燃焼室２３４内へ延びる点火プラグ状装置を提供している。
【００８６】
装置２３２は、室２３８が形成された本体２３６を有している。本体２３６の外側部分は、室２３８を燃焼室２３４と気体連通状態をなして本体２３６内に配置するようエンジンに設けられた開口部に係合するようねじ穴が設けられ又は他のやり方で構成されている。室２３８は、ガス浸透性スパークアレスタ２４０によって充填された開口部を有し、室２３８と燃焼室２３４との間に流れるガスがアレスタ２４０を通過するようになっている。電極２４２が、火花を導入するために本体２３６の室２３８内へ延びている。この迅速圧縮装置２３２は、図１３を参照して説明したのと同一の段階に従って動作する。図示のように、電極２４２は、室２３８内への上方開口部にねじ込まれた点火プラグ２４４の一部である。しかしながら、火花発生電極を装置２３２から取り外し可能な点火プラグの一部としてではなく、装置２３２全体の一部として形成してもよい。また、他形式の火花発生装置並びに室２３８内の混合気を着火させる他の方式を利用できる。装置２３２は、本体２３６を交換又はクリーニングのためにエンジンから取り外せるという利点がある。例えば、エンジンの作動中、スパークアレスタ２４０を定期的に交換することが必要な場合がある。点火プラグを用いる形態では、点火プラグも又交換できる。
【００８７】
図１６〜図２５は、上述のものと類似した火花点火燃焼方式を利用した迅速圧縮装置の変形実施形態を示している。これら装置の各々の種々の特徴は、図示のものとは異なる状態で組み合わせることができる。図１６の実施形態では、装置２５０は、室の底部の近くに設けられていて、室内及び室から出る燃焼生成物中に乱流及び（又は）渦流の発生を容易にするバッフルプレート２５２を有している。図１７は、タービンタイプのブレード２５４が渦流の発生を容易にするよう室内に設けられた迅速圧縮装置の別の形態を示している。図１８の形態では、本体２５６は、アレスタ２５８を超えて下方に延び、この本体は、側部にノズル２６０を備えた端カバー２６２を有している。これにより、渦流の発生を容易にする室２６４に出入りする回旋状経路が作られる。また、ノズル２６０は、迅速圧縮装置から流出する高温ガスを所望に応じて燃焼室内に差し向けることができるよう種々の方法で差し向け可能である。また、ノズル２６０を傾斜させて渦流の発生を容易にしてもよい。端プレート２６２も又、フレームアレスタ２５８の何らかの保護手段となることができ、それにより、主燃焼室内の圧力波がフレームアレスタ２５８に直接当たるのが回避される。種々の設計のノズル並びに今説明した他の特徴を図１３の実施形態にも利用できる。
【００８８】
図１９は、本体２７０が非常にコンパクトであり、フレームアレスタ２７２が本体２７０の側部内に設けられた別の変形実施形態を示している。フレームアレスタ２７２は、円周方向リングであってもよく、或いは、本体２７０の側部に設けられた個々の窓内に位置してもよい。
【００８９】
図２０〜図２３は、迅速圧縮装置として動作するよう改造された点火プラグの種々の図である。図２０は、従来型点火プラグ２７４を示している。図２１では、点火プラグ２７４は、中心電極２７８上にアーチをなす改造型接地電極２７６を有している。図２２は、中心電極上に十字の形態で交差した接地電極を示す端面図である。図２３では、フレームアレスタ２８０が、十字形電極２８２に取り付けられ又はこれと一体になっている。スパークアレスタ２８０は、中心電極と電極２８２又はスパークアレスタ２８０との間で電気が発弧することにより火花が導入される室を構成するよう中心電極の周りの領域を包囲している。これにより、フレームアレスタ２８０の内側に燃焼火炎が生じ、この燃焼火炎は、アレスタ２８０を通過する際に消える。
【００９０】
図２４及び図２５は、典型的な点火プラグのように形成されているが、接地電極に代えて成形スパークアレスタ２８４を備えた迅速圧縮装置を示している。スパークアレスタは、中心電極上にドームを形成している。
【００９１】
図２６は、上述の迅速圧縮装置のうち幾つかによって得られる一般概念を概略的に示している。基本的に、大きな燃焼室２９０が、フレームアレスタ２９４によって補助室２９２から分離されている。点火源２９６（補助室２９２内の可燃性混合気を着火させる任意の方法であってよい）も又設けられている。
【００９２】
次に、図２７を参照して、迅速圧縮装置の別の設計例を説明する。火花点火燃焼方式を利用した迅速圧縮装置の種々の形態について説明したように、燃焼室内の圧縮レベルを加圧ガスの注入により高めることができる。図２７の迅速圧縮装置は、燃焼室３０２と連通したガスインジェクタ３００を有している。ガスインジェクタ３００は、加圧ガスを燃焼室に送り込んで燃焼室３０２内の圧縮レベルを迅速に上げるよう動作できる。図示の実施形態では、加圧ガス源３０４が、ガスインジェクタへのガスの流量を制御する制御装置３０６と一緒に設けられている。
【００９３】
燃焼室内への高温ガスの注入を可能にする他の方式を利用できる。例えば、一室からの高温高圧排ガスを、第２の燃焼室が上死点の近くにあるとき第２の燃焼室内へ差し向けて高温排出ガスの追加により迅速な圧縮レベルへの影響をもたらし、それにより自己着火をトリガするようにしてもよい。図２８は、迅速圧縮目的で後で使用される燃焼からの排ガスを使用する一形態を提供している。図２８では、燃焼室３１０が、ピストン３１２とシリンダ３１４の閉鎖上端部との間に形成されている。補助室３１６が、弁３１８によって主燃焼室３１０から分離されていて、弁３１８が開かれると、補助室３１６が主燃焼室３１０と気体連通し、弁３１８が閉じられると、２つの室が互いに分離されるようになっている。図示のように、補助室３１６は、主燃焼室３１０から直接分離された状態で構成されている。しかしながら、補助室を２つの室相互間の気体連通を可能にする他の方法で設けてもよい。また、これら室を選択的に相互に連結したり分離することができる任意設計の弁を用いてもよい。例えば、回転弁が用途によっては好ましい場合がある。さらに別の手法として、補助室３１６は又、エンジンの他の部分、例えば、吸気ランナ３２０又は排気ランナ３２２と連通してもよい。
【００９４】
作用を説明すると、燃焼は、主燃焼室３０１内で起こり、それにより、加圧ガス状燃焼生成物が生じる。次に、この生成物の一部を補助室３１６内に捕捉し、補助室３１６内に保持する。一例として、弁３１８を主燃焼室３１０内における燃焼事象中、部分開放状態に保持するのがよい。変形例として、弁３１８を、燃焼の初期化又は開始後、例えば、膨張行程又は排気行程中の或る時点で開放してもよい。次に、弁３１８を閉じて加圧ガス状燃焼生成物の一部が補助室３１６内に保持されるようにする。次の燃焼サイクル中、空気と燃料の混合気を燃焼室３１０内で圧縮する。上死点のところ又はその近くで、弁３１８を開いて加圧ガス状燃焼生成物を補助室３１６から主燃焼室３１０内へ放出する。これは好ましくは、自己着火を開始させるのに十分燃焼室３１０内の圧縮レベルを迅速に増大させる。次に、このプロセスを繰り返すのがよい。
【００９５】
別法として、ガス状燃焼生成物を一室から捕捉し、別の室で用いて、迅速な圧縮及び自己着火を開始させてもよい。今説明した例として、２つの燃焼室が位相において９０°離れている場合、ガス状燃焼生成物の一部を上死点での燃焼後９０°進んだところで第１の燃焼室から上死点のところ又はその近くの第２の燃焼室内へ差し向けるのがよい。加圧ガス状燃焼生成物のこの方向転換は、補助燃焼室内での自己着火を開始させるのに十分である。この方式の他の変形例は、当業者には明らかであろう。
【００９６】
本明細書において説明しているような迅速圧縮装置を用いると、任意設計又は任意形態のＨＣＣＩエンジンの燃焼フェイジングを制御することができ、かかる迅速圧縮装置を単独で又は本発明の任意他の特徴と組み合わせて使用できる。これら迅速圧縮装置を図示のようにエンジンのヘッド内又はどこか他の場所に配置することができる。また、２以上の迅速圧縮装置を各室について用いることができ、或いは、２以上のタイプを単一のエンジン内に設けてもよい。好ましい実施形態は、バレルエンジン形態に迅速圧縮装置を使用しており、このバレルエンジン形態は、例えば上述したような可変圧縮比装置を更に有する場合がある。可変圧縮比装置と迅速圧縮装置を組み合わせたＨＣＣＩエンジンでは、早期着火及び（又は）デトネーションが生じ始める点に達すると又は達する場合、エンジンの圧縮比を小さくするのがよい。小さくした後の圧縮比がＨＣＣＩ燃焼を維持するのに十分でなければ、迅速圧縮装置を用いて燃焼を開始させるのがよい。迅速圧縮方式は、他のエンジン形態にも利用できる場合がある。本明細書において説明した火花点火燃焼方式を利用した迅速圧縮装置は、用途が広く、かかる用途としては、内燃機関以外の用途が挙げられる。
【００９７】
好ましい迅速圧縮の別の方法は、図１３に示す補助室と類似しており、内部において、ＨＣＣＩ又は自己着火が主燃焼室の迅速な圧縮を可能にする補助室を用いることである。急冷を防止すると共に補助室内の温度が自己着火をまず最初にここで生じさせるほど高い状態のままであるようにするため、或る形態の断熱材、例えば或るタイプのセラミック被膜を補助室内に設けることが恐らくは必要であろう。また、セラミック複合材の補助室を構成し又はセラミックインサートを用いてもよい。
【００９８】
ＨＣＣＩ動力式迅速圧縮装置を用いるＨＣＣＩエンジンでは、空燃混合気の反応度又は時間温度履歴は、圧縮比の減少又は任意他の手段により、主燃焼室内の混合気が上死点前にデトネーション又は早期着火を起こさないほど安定のままであることができるほど変更される（連続的に又は永続的に）。もし迅速圧縮装置が設けられていない場合、エンジンが混合気に着火させることなく上死点を通過する場合、かかる反応度を十分に低いレベルに調節することが必要な場合がある。エンジンが上死点に近づくと、幅の狭い補助室内に残存している残留排ガス中の高い温度及びラジカルにより、ＨＣＣＩ燃焼は主燃焼室前の補助室内で起こる。補助室内でのＨＣＣＩ燃焼から生じる圧力及び熱は、主燃焼室を加圧し、ＨＣＣＩ燃焼を容易にする。小さな補助室内の条件が主燃焼室内の条件よりもＨＣＣＩ燃焼により有利であったので、燃焼が補助室内で生じ始める時点から補助室が主燃焼室内での燃焼を開始させるほどの圧力を提供する時点まで遅れがある。この遅れは、主給気が自己着火する前に上死点に非常に近く位置し又はこれを通過することができるほど十分であることが必要である。
【００９９】
補助室はＨＣＣＩ燃焼方式を利用しているので、フレームアレスタが必要な場合があれば必要でない場合もある。補助室がフレームアレスタを必要とせず、点火プラグがこの室内に設けられている場合、点火プラグからの火炎は、補助室から主燃焼室内へ伝播することができる。これにより、エンジンは、補助室の外部に点火プラグを設ける必要なく、火花点火モードとＨＣＣＩモードの両方で機能することができる。これにより、エンジンのヘッド内により広い空間が残ることになる。また、これにより、形態において図１５、図１６、図１７、図１８及び図１９に示すものと類似した装置内のコンパクトな一体ねじを用いることができる。
【０１００】
この装置の好ましい実施形態は、図１５に示す実施形態と非常に類似しているが、フレームアレスタを有していない。上述したように、補助室の内部に徹底した断熱を施すことが重要である。理想的には、エンジンは火花点火モードで始動し、ＨＣＣＩ自己着火が主燃焼室内で生じる前に補助室内で生じるほど高い温度に補助室が達するまで火花点火モードのままである。この時点において、エンジンは、ＨＣＣＩモードに戻り、補助室内でのＨＣＣＩ燃焼からの圧縮が、主燃焼室内でのＨＣＣＩ燃焼を容易にする。
【０１０１】
あるタイプのコロナ放電装置を補助室内に設けてこの領域内に高い混合気反応度を生じさせ、かくして、自己着火がまず最初にここで生じるようにすると有利である。点火プラグがコロナ放電装置を兼ねるよう改造することが可能である。また、加熱手段を設けると有利な場合がある。
この迅速圧縮装置（又は、上述の迅速圧縮装置のうちの任意のもの）によって得られる燃焼安定性が十分に高い場合、事前設定点火点を用い、調節可能なフェイジングを全く無しで済ますことが可能である。しかしながら、この装置では、一つにはこの装置がＨＣＣＩを二段法でのみ用いるという理由で、ＨＣＣＩエンジンのどのタイプとも同一の仕方でフェイジングを制御することが可能であろう。燃料の融通性を維持するため、この装置をフェイジング法で補うことが最もよいであろう。
【０１０２】
上述した火花点火式迅速圧縮装置の場合と同様、補助室内の混合気は、主燃焼室内の混合気とは異なる場合がある。追加の燃料を補助室内に注入して濃いめの混合気を生じさせるのがよい。異なる燃料も使用できる。
この場合も又、他形式の圧縮点火エンジン及び希薄燃焼エンジン、例えば、希薄天然ガスエンジンにおいてこの装置に関し用途がある。
【０１０３】
迅速圧縮装置を提供する別の方式は、クランク駆動式エンジン設計又はバレルエンジン設計において対向ピストン設計を設けることによってである。対向ピストン設計では、２つのピストンが同一シリンダ内で往復動し、これらピストン相互間には燃焼室が形成されている。ＨＣＣＩ対向ピストンエンジンでは、空気と燃料の可燃性混合気を２つのピストン相互間に導入し、次に、ピストンを動かして混合気をこれが自己着火するまで圧縮する。ピストンは、完全に同相であるのがよく、即ち、同時に又は幾分異相で上死点に到達する。例えば、一方のピストンが他方のピストンよりも幾分位相が遅いと、第１のピストンは、第２のピストンが上死点に到達したときには僅かに上死点を通過している場合がある。すると、第２のピストンは、迅速圧縮装置として働いて自己着火を引き起こす。これは、エンジン全体が上死点で一時停止する時間を効果的に短くすることができる。バレルエンジン設計では、中心の組をなすシリンダを中心パワーシャフトの周りに配置することにより、対向ピストン設計を提供できる。シリンダは、エンジンの互いに反対側の端部に差し向けられた２つの開放端部を有する。第１の組をなすピストンが、シリンダの第１の端部内に設けられ、第２の組をなすピストンが、シリンダの第２の端部内に設けられる。軌道が、エンジンの各端部のところに設けられ、この軌道は、ピストンの組のうちの一方と機械的連絡関係にある。軌道が回転すると、ピストンは、シリンダ内で往復動して燃焼サイクルの種々の行程をもたらす。また、種々の設計をクランク駆動エンジンに関して施すことができる。一例では、逆“Ｖ”設計は、シリンダの常閉端部のところで“Ｖ”の状態で交わる２列のシリンダを有する。この場合、２つのクランクがピストンを“Ｖ”の互いに反対側の側部で作動させるために設けられる。
【０１０４】
上述の迅速圧縮法に加えて、ＴＤＣの近く、ＴＤＣのところ又はＴＤＣの後で混合気を迅速に圧縮する別の方法は、残りの給気を迅速に圧縮し、ＨＣＣＩ燃焼を容易にするために或る種の火炎核（小さければ小さいほど良好である）を生じさせることにある。給気の僅かな部分を希薄燃焼法、従来型燃焼法又は或る種のパイロット給気を用いて着火させることにより、局所領域の迅速な加熱が、燃焼室全体の内部圧力を上昇させ、自己着火を開始させる。
【０１０５】
定義の目的上、希薄燃焼は一般に、代表的なＳＩ燃焼のサイクルと類似しているが、超希薄空燃比で生じるサイクルと説明できる。一般に、希薄条件下において信頼性があって完全な着火を得るには特別な方法を実施する必要がある。希薄燃焼は多くの点においてＳＩサイクルのものと類似しているが、燃焼は必ずしも火花で開始されるとは限られない。希薄燃焼は、従来型点火プラグ、希薄燃焼向きに特別に設計されたプラグ、コロナ注入法、パイロット給気及び他の多くの手段で開始でき、これらのうち大抵のものは、当該技術分野において知られている。
【０１０６】
燃焼のフェイジングが他の手段で制御するのが困難又は不可能になった時点又は早期着火と信頼性のない不完全な燃焼との間に適当な妥協点を見出すことができない時点で、迅速な圧縮を利用するのがよい。可変圧縮比エンジンの場合、圧縮比を小さくして早期着火及びデトネーションを軽減し又はなくすのがよい。この時点では、圧縮比は恐らくは、信頼性のある自己着火を行わせるほど高くはない。混合気を自己着火させるためには、例えば点火プラグによって小さな希薄燃焼火炎核を生じさせるのがよい。火炎核は、局所領域の迅速加熱を引き起こし、それにより、火炎核が膨張して残りの未燃給気を迅速に圧縮することになる。この追加の圧縮（但し、これは重要というわけではない）は、信頼性のある自己着火を容易にするのに十分な場合がある。火花のタイミングを火炎核が混合気を所望の時点で自己着火させるほど大きくなる場合に合わせて調節する。火炎核を上死点のところに作ることにより、早期着火が決して起こらないようになるが、この着火点を種々の条件下では進め又は遅らせることが望ましい場合がある。希薄火炎核を用いてＨＣＣＩの範囲を拡張する場合、この範囲を十分すぎるほど拡張できる場合、この火炎核は、もはや希薄とは考えられず、事実理論レベルである。
【０１０７】
別の迅速圧縮法は、希薄燃焼を導かないシリンダ内環境を作り、希薄燃焼点火装置を用いてその点火装置のすぐ近くを越えて伝播することができない火炎核を生じさせることである。かかる方法は、火花を広い領域にわたって広げることができる高出力火花点火装置を含む場合がある。この装置からの火花が混合気を通過すると、火花の経路中に直に存在し又は火花の非常に近くに位置する混合気だけが点火され、残りの混合気を通って伝播することができない。しかしながら、この領域の迅速な加熱は、依然として自己着火を開始させるのに十分な場合がある。また、渦流室点火プラグ、プラズマインジェクタ、本願の最初の方に提案したフレームアレスタを用いない装置のうちの幾つか、パイロット給気及び同様な効果を達成する他の手段を用いることが可能である。本発明で用いることができる自己着火を開始させる更に別の方法は、プラズマインジェクタを用いることである。
高温ガス注入及び点火プラグ迅速圧縮装置を説明した先の明細書部分に示した理由により、本願は又、火炎核が室全体を通って伝播可能になる前に火炎核を消すのに十分な層状化を追加の迅速圧縮法として提供するため、燃料及び（又は）空気及び（又は）ＥＧＲ（再循環排ガス）について注意深く組織化されたシリンダ内流体力学又は新規な注入方式を用いることを提案している。注意深く組織化された層状化方式では、火炎が室全体を通って伝播するようにしないで、残りの混合気の自己着火を開始させるのに十分、従来型又は非従来型点火手段によりエンジンの燃焼室の一部内に火炎核を生じさせることが可能である。これは、点火プラグ、パイロット給気又は他の点火装置の周りの領域に点火のための良好な条件を促進すると共に残りの混合気の自己着火のための良好な条件を促進することによって達成できる。これら２つの準備された領域相互間には、不活性ガス又は希薄ガスのバリアが設けられる。このバリアは、ＥＧＲ、空気又は他のガスから成るのがよく、このバリアは、火炎が伝播するには希薄すぎる。しかしながら、このバリアは、これを越えて位置する調製混合気を火炎核からの圧縮により自己着火できるようにする。
【０１０８】
デュアルモードエンジン
用途によっては、時々ＨＣＣＩモードで、別なときには火花点火又はディーゼルエンジンとして作動するエンジンを提供することが望ましい場合がある。可変圧縮比装置はこの用途に特に有用である。デュアルモードエンジンにおいて、ＨＣＣＩと火花点火又はディーゼルモードのクロスオーバーを助ける中間モードとして部分時間又は全時間希薄燃焼を採用することが有利な場合がある。
【０１０９】
本願の最初の方に説明したように、ＨＣＣＩエンジンは、同等のディーゼル又はＳＩエンジンの動力出力の５０〜７５％である動力出力を有する。この問題の改善策として、エンジンが最高７５％負荷ではＨＣＣＩモードで働き、次に、これよりも高い動力が必要な場合、ＳＩ又はディーゼルモードに戻るデュアルモード方式を採用することが可能である。
【０１１０】
また、ＨＣＣＩエンジンの始動を容易にするためにデュアルモード設計を利用することができる。上述のように、可変圧縮比ＨＣＣＩエンジンの圧縮比は、始動条件を確立するために調節されることが必要である。これにより、始動時において過剰の排出ガス成分が生じる場合がある。変形例として、エンジンを火花点火式エンジンとして始動させ、次に、いったん稼動すると、ＨＣＣＩに切り換えてもよい。これにより、迅速な触媒暖機運転が可能になると共にエンジンがＨＣＣＩモードに戻る前に安定動作温度に達することができるようになる。
【０１１１】
モード切り換えの一方法は、次第に希薄燃焼火炎核が残りの給気の自己着火前に燃焼室内へ更に遠くに伝播することができるようにすることにある。最終的に、火炎は、給気全体を通って伝播するようになり、そしてエンジンは希薄燃焼モードで稼動することになる。一例として、エンジンの圧縮比をゆっくりと減少させると共に（或いは）その点火タイミングを調節する。圧縮比を減少させているとき、火炎核は、残りの給気を自己着火させる前に燃焼室内の更に奥に伝播するようになる（そして、自己着火が起こる前に伝播しなければならない）。最終的に、火炎は、給気の全体を通って伝播し、エンジンは希薄燃焼モードで稼動することになる。負荷が増大すると、空燃比は、濃いめになり、エンジンは、従来の理論火花点火モードになる。これは動作条件に応じて１秒の何分の１かで起こるが、かかる漸次クロスオーバーは、エンジンがＨＣＣＩから火花点火モードに直接変わる場合とは異なり、圧縮比又はエンジンのスロットル位置の急激な変化を必要としない。
【０１１２】
別の方法は、ＨＣＣＩモードから中間希薄燃焼モードに直接切り換えることである。これは、希薄燃焼核を用いてＨＣＣＩモードの範囲を拡張しようとしまいと利用できる。一例として、エンジンは、その圧縮比を信頼性のある希薄燃焼にとって許容できる圧縮比まで迅速に減少させる。それと同時に、又はその直後に、エンジンは、希薄燃焼モードで稼動することになる。ＨＣＣＩモードの上端と希薄燃焼モードの下端の空燃比はそれほど異ならないので、エンジンは恐らくは、スロットルが広く開いた状態で依然として作動する。希薄燃焼モードの間の動力出力は、ＨＣＣＩモードの場合と同様、混合気の濃厚さを調節することによって制御されることは確実である。負荷を増大させると、混合気は濃いめになるであろう。
【０１１３】
上述の方法の両方に関し、必要な空燃比に応じて、希薄燃焼モード中のＮＯ_ｘ排出量は、エンジンが或る期間このモードのままである場合、受け入れることができない場合がある。このような場合、希薄燃焼モードは、変換プロセスを円滑にするためだけに用いられ、制御ユニットは、ＨＣＣＩモードの範囲を僅かに拡張させ、又は火花点火モードの負荷範囲をエンジンが長期間にわたって変換閾値で又はその近傍で作動している時点で減少させることによりエンジンがこのモードで作動する時間を最小限に抑えるようプログラムされる。
【０１１４】
水噴射
ＨＣＣＩエンジンで燃焼フェイジングを制御する別の方法は、水噴射を用いることである。燃焼室及び水噴射システムの略図が、図２９に示されている。燃焼室３５０は、ピストン３５２とシリンダ３５４の閉鎖上端部との間に形成されている。水噴射ノズル３５６が、燃焼室３５０と連通状態で示されていて、水のスプレーを燃焼室３５０にもたらすことができるようになっている。第２の水噴射器が、吸気ランナ３６０と連通した状態で示されている。水噴射手段をいずれか一方の箇所又は両方の箇所に設けて水又は水蒸気を、燃焼室３５０内で圧縮されている可燃性混合気中に導入するのがよい。水蒸気の導入により、自己着火に起因する燃焼が遅れる傾向がある。したがって、可燃性混合気中に導入される水の量を制御することにより、燃焼フェイジングを幾分制御することができる。システムは、シリンダと吸気ランナの両方に設けられた水噴射器を有するものとして示されているが、必要な噴射器は１つだけである場合がある。このシステムは、制御装置３６２及び水源３６３を更に有するものとして示されている。
【０１１５】
混合気が或る領域では完全には燃焼しない程度までの混合気の急冷又は冷却を軽減する別の方法は、水を燃焼室の最も影響を受けやすい内面又は隙間領域に吹き付けて当て又はこれらを水で濡らすことである。水がかかる表面に当たり又はこれを濡らすと、水は水蒸気になり、空燃混合気を隙間領域又は急冷領域から持ち上げてこれがより完全に燃焼するシリンダの領域内へ入れる。この目的のため、スプレーを隙間領域に差し向ける水噴射器を設けるのがよい。急冷表面の近くの水蒸気も又、或る種の断熱手段となる。水噴射手段がシリンダを一様にする目的で又はＣＶＣＲ装置の補助手段又は交換手段として用いられる場合、スプレーを急冷の影響を受け易い領域中へ差し向けてその目的が二重であるようにすることが有利である。しかしながら、決して急冷を阻止しないよう水を用いるには、水を混合気の反応度の制御のためにも用いることが必要である。さらに別法として、水又は他の物質を燃料と混ぜ合わせてこれら物質を間接的に可燃性混合気中へ導入してもよい。水噴射システムは又、水以外の物質を噴射して燃焼フェイジング又は隙間容積に影響を及ぼすようにする場合がある。
本発明によれば、水噴射方式をそれ自体で又は他の燃焼フェイジング制御方式、例えば、可変圧縮比装置及び（又は）コロナ放電装置及び（又は）迅速圧縮装置と共にＨＣＣＩバレルエンジンに用いるのがよい。
【０１１６】
非正弦波軌道を備えたＨＣＣＩバレルエンジン
上述したように、バレルエンジンは代表的には、全体として正弦波の形をした軌道をもつことによりクランク駆動エンジンの全体として正弦波のピストン運動を模したものである。従来型クランク駆動エンジンでは、ピストン運動は必然的に正弦波である。というのは、正弦波の形からの変更はクランクの形状に起因して可能ではないからである。しかしながら、バレルエンジンでは、設計者は正弦波以外の形状を選択することができる。本発明によれば、或る特定の非正弦波ピストン運動プロフィールが従来型正弦波ピストン運動プロフィールと比べて利点をもたらすことが発見された。図３０は、非正弦波のピストン運動プロフィール３６４を示している。このプロフィールは、燃焼シリンダの閉鎖端部及び燃焼室の拡張から遠ざかるピストンの移動に対応した下向き吸気勾配３６５を有する。傾斜勾配は、「吸気下死点」３６６を通る移行部で終端する。このあと、上向き圧縮勾配３６７が続き、この上向き圧縮勾配３６７は、「圧縮上死点」３６８を通る移行部で終端する。適正な条件下においては、燃焼は、圧縮上死点３６８で又はその近傍で起こり、ピストンは燃焼又は膨張勾配３６９によって示されるように下方に移動する。ピストンは次に、「膨張下死点」３７０を通って移行し、そして排気勾配３７１で指示されるように上向き運動を開始する。排気行程は、「排気上死点」３７２を通る移行部で終端し、吸気行程３６５が繰り返される。
【０１１７】
ＨＣＣＩエンジンの動力出力及び燃焼安定性は、上死点近くの速いピストン速度による圧力上昇率に対抗することにより向上させることができる。圧縮上死点３６８は、正弦波プロフィールで生じる場合よりも迅速な移行部として示されている。ＨＣＣＩ燃焼方式の結果として、非常に高い圧力上昇率が得られる。バレルエンジンの軌道の輪郭上の性質に起因して、上死点近くのピストン速度を従来型クランク駆動エンジンの場合よりもかなり早くすることができる。増大した下降速度は、混合気を速い速度で減圧する。これは、燃焼行程３６９の急勾配に示されている。もし燃焼のタイミングを取って燃焼がＴＤＣに又はその直後に生じるようにする場合、増大した減圧速度は、圧力の上昇速度に対抗する。燃焼圧力の上昇速度を減少させることにより、エンジンに加わる機械的応力が減少し、それにより濃いめの燃空混合気を使用することができ、従って、エンジンの動力出力が増大する。圧縮側での上死点近くの速いピストン運動により、エンジンは、速い速度で自己着火閾値を通り、早期着火及びデトネーションが生じにくくする。非正弦波運動の結果としてのこの燃焼安定性の向上は、バレルエンジンが従来型エンジンよりもＨＣＣＩにより適しているもう１つの理由である。
【０１１８】
クランク駆動エンジンでは、上死点近くの領域で一時停止期間があり、この間、ピストンの速度は、サイクル中の他の時期と比較してかなり低速である。この低い下降速度は、点火された混合気が最も高温であり且つ最も密度の高い時点で生じる。この時点におけるゆっくりとした減圧は、高温ガスとエンジンの冷却材との間で生じる熱交換を最大に高め、その結果、熱効率の喪失が著しく高くなる。非正弦波ピストン運動プロフィールを用いるバレルエンジンでは、上死点近くの下降速度を比較の上では迅速であり、それにより、ガスの熱エネルギを迅速に機械的エネルギに変換することができ、従って、ガスが高温状態及び高密度状態のままである時間が最小限に抑えられる。ガスが高温及び高密度状態のままである時間を最小限に抑えることにより、エンジンの熱効率が著しく高められる。
【０１１９】
プロフィール３６４は又、吸気３６５と圧縮３６７との間のゆっくりとした移行部を示している。これは、吸気給気を最大にすると共に効率的な弁閉鎖速度を速めるために提供されている。また、これにより、ピストン及びローラに加わる慣性力が減少する。圧縮行程３６７は、燃焼行程３６９よりも長い期間にわたって生じるものとして示されている。
プロフィール３６４では、燃焼行程３６９は、圧縮行程３６７よりも変位量が大きいものとして示されている。これは、バレルエンジンにとってのもう一つの利点である。燃焼エネルギの多くを捕捉すると共に図示のように排気までの移行を長くするために長い膨張行程を設けるのがよい。クランク駆動エンジンでは、種々の行程は、変位が必然的に同一であり、それにより効率が制限される。
【０１２０】
可変バルブタイミング（弁調時）
ＨＣＣＩエンジンにおいて燃焼フェイジングを制御する別の方法は、可変バルブタイミングを利用することである。可変バルブタイミングとしては、弁フェイジング、弁揚程及び（又は）全弁開放時間の変更が挙げられる。代表的な内燃機関では、吸気弁及び排気弁の開放は、弁を機械的に作動させるローブを備えたカムによって制御される。カムは、エンジン内のクランクシャフト又は駆動コンポーネントと機械的連絡関係にあり、カムとエンジンの他のコンポーネントの関係は設定状態のままであるようになっている。最近、相当な研究が可変バルブタイミングに対して行われた。可変バルブタイミングの最も簡単な形態では、吸気及び（又は）排気カムが、エンジンのクランクシャフト又は他の主駆動コンポーネントに対し調節可能な関係を持つ。すなわち、弁を早めに開放し又は後で開放するようカムを調節できる。しかしながら、可変バルブタイミングに対する最も簡単な方法では、全弁揚程及び弁が開いている時間の長さは、相対的なフェイジングの変化にもかかわらず、同一のままである。可変バルブタイミングのより新しい方式は、可変弁揚程及び弁が開いている全時間のばらつきに対応している。最も新しい形態では、電気機械式アクチュエータが、個々の弁の開閉を直接制御し、バルブタイミング及び揚程の全ての面を非常に正確に制御できるようになっている。かかるシステムは、ＳＡＥ論文２０００−０１−０２５１に開示されており、かかるＳＡＥ論文の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【０１２１】
可変バルブタイミングに対する公知の又は開発予定の方式のうち任意のものを本発明のＨＣＣＩエンジンに、別個独立に又は本発明の任意他の特徴と組み合わせて用いることができる。好ましい一実施形態では、可変バルブタイミングは、ＨＣＣＩバレルエンジンに用いられる。新方式バルブタイミング（弁揚程を正確に制御できる）を用いることは、燃焼室内に引き込まれる空燃混合気の量を制御するスロットルを用いることに部分的に取って代わることができる。すなわち、弁の開きを少なくすると、動力は、燃焼室内への吸気の流れが減少するので幾分制限される。
【０１２２】
可変バルブタイミングを或る程度利用すると、本発明のＨＣＣＩエンジンの燃焼フェイジングを制御することができる。吸気弁の開放を遅らせることにより、又は、全揚程又は開放時間を減少させることにより、エンジンの燃焼室に導入された空気と燃料の可燃性混合気の量が幾分減少する。これは、エンジンの圧縮比を減少させるのと同様な効果を持っている。すなわち、吸気弁の開きを減少させ又は吸気弁の開放を遅らせることは、自己着火を遅らせ又は阻止する。これとは逆に、弁を早めに開放し（或る限度内において）又は揚程を大きくし或いは全開放時間を長くすると、燃焼室内に引き込まれる可燃性混合気の量が増加し、或る条件が満たされると自己着火が早期に起こることになる。
【０１２３】
可変排気バルブタイミングも又、燃焼フェイジングに影響を及ぼすよう或る方法で利用できる。例えば、排気弁が上死点を越えたところで開放状態のままであれば、ピストンが下方に戻り始めると、幾つかの排気コンポーネントが燃焼室内へ引き戻される場合がある。これは、以下に説明するように排気ガス再循環（ＥＧＲ）と同様な効果を持つことになる。変形例として、排気弁を早めに閉じてもよく、或いは、より多くの排ガスがシリンダ内に残存するよう利用する揚程を小さくしてもよい。
【０１２４】
燃料配合
燃焼フェイジングは、自己着火する上で互いに異なる傾向をもつ２つの燃料の混合気を変えることによっても制御できる。例えば、非常に容易に自己着火する第１の燃料を準備し、自己着火に抵抗する第２の燃料を選択すると、これら２つの燃料の混合気は、空気と一緒になって、２つの燃料の割合に基づいて自己着火する上で異なる傾向をもつであろう。燃料配合は、図３１に概略的に示されている。第１の燃料供給源が、符号３７４で示され、第２の燃料供給源が、符号３７５で示され、混合制御装置が、符号３７６で示されている。混合制御装置は、燃焼噴射器３７７に送られる第１の燃料と第２の燃料の割合を変化させる。他の方法は、各燃料についての個々の燃料噴射器及び（又は）完全に別々の燃料システムを含む。燃料配合は、それ自体ＨＣＣＩ燃焼フェイジングの制御方法として利用でき、又は、本発明の他の特徴のうちの任意のものと組み合わせることができる。
【０１２５】
ＥＧＲ制御
図３２を参照すると、排気ガス再循環（ＥＧＲ）の使用法が概略的に示されている。ＥＧＲは、排ガスを排気ランナ３８０から吸気ランナ３８２に再循環させて燃焼室３８４内に導入される残留排ガスの量を増加させるようにする。当業者には知られているように、何割かの残留排ガスは、燃焼室３８４を空にするのは不完全なので、排気行程後燃焼室３８４内に残存する。燃焼室３８４内に再循環される排ガスの量は、例えば図示のＥＧＲシステムを利用すると増大させることができる。図示の実施形態では、ＥＧＲ管３８６が排気ランナと吸気ランナとの間に延びている。制御弁３８８が、吸気ランナ３８２内への排ガスの流量を制御する。これは単一のシリンダについて図示されているが、ＥＧＲをひとまとまりとしての排気通路からの排ガスを個々の吸気通路又は共通吸気プレナムに導かれるように構成できる。上述のように、排気弁開閉時期、揚程及び開放間隔を制御して燃焼室内に残存し又は燃焼室内に引き戻される排ガスの量に影響を及ぼすことによって上記と類似の効果を達成できる。或る限度内で、排気ガス再循環の量を増加させると、ＨＣＣＩエンジンにおける燃焼フェイジングが進み、ＥＧＲの量を減少させると、ＨＣＣＩエンジンにおける燃焼フェイジングが遅れる。ＨＣＣＩ燃焼フェイジングのＥＧＲを利用した制御方式を単独で又は本発明の任意他の特徴と組み合わせて利用できる。ＥＧＲは又、ＨＣＣＩ以外の燃焼サイクルに利用できる。
【０１２６】
吸入空気（吸気）温度
吸入空気、空燃混合気又は燃料の温度を変化させることによりＨＣＣＩ燃焼フェイジングを幾分制御できる。図３３及び図３４は、燃焼室に与えられる吸入空気の温度を調節するシステムを示している。図３３では、高温空気源３９０及び低温空気源３９２が、混合制御装置３９４を用いて互いに混合され、この混合制御装置は、空気をエンジンの吸気系統３９６に与える。図３４では、吸気系統３９６に与えられる空気の温度を変えるための温度制御装置が空気入口３９９内に設けられている。温度制御装置３９８は、加熱装置又は冷却装置、或いはこれら両方であってよい。一般に、吸入空気温度を上げることにより、燃焼フェイジングが進み、この温度を下げることにより、燃焼フェイジングが遅れる。空気温度制御装置を種々の方法で達成でき、かかる方法としては、排気流又は排気マニホルドを利用して吸入空気と混合させてその温度を上昇させることが挙げられる。冷却装置、例えば、中間冷却器又は圧縮機を利用した冷却システムを、吸入空気の冷却のために用いることができる。これと同様な方法を用いて可燃性混合気の温度並びに燃料の温度を調節することができる。空気温度を利用したＨＣＣＩ燃焼フェイジングの制御を単独で又は本発明の任意他の特徴と組み合わせて用いることができる。また、空気温度制御装置は、他の燃焼方式を用いるエンジンに或る程度利用できる。
【０１２７】
過給
図３５は、過給、即ち、ＨＣＣＩエンジンにおける燃焼フェイジングを制御するもう１つの方法の使用法を概略的に示している。スーパーチャージャ４００が、燃焼室４０４に提供される加圧吸入空気又は燃料と空気の混合気を生じさせる。好ましくは、ブースト制御装置４０２が、吸気系統に送り出される圧力のレベルを制御する。吸気系統に提供される空気の圧力を増大させることにより、燃焼フェイジングを進ませることができる。圧力を減少させると、燃焼が遅れる。ブーストレベルを制御する種々の設計を利用することができ、かかる設計としては、上流側又は下流側制御装置及び排気逃がし弁が挙げられる。種々の変形例としては、スーパーチャージャに代えてターボチャージャを用いること、並びに吸気を加圧する他の方法が挙げられる。スーパーチャージャ又はターボチャージャは、任意設計のものであってよく、かかる設計としては、本出願人のＰＣＴ優先権書類に記載されているような一体形スーパーチャージャが挙げられ、かかるＰＣＴ優先権書類の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。ダブルエンデッド形態のバレルエンジンを構成してもよい。ダブルエンデッド形態では、バレルエンジン内の軌道は、エンジンの互いに反対側の端部のピストンと連絡関係にある。例えば、単一ピストン組立体は、エンジンの一端部に設けられたピストン、中間が軌道と連絡関係にある部分及び他端部に設けられた別のピストンを有するのがよい。エンジンの互いに反対側の端部に設けられたシリンダボアが、ピストン組立体の２つの端部を受け入れる。エンジンの一端部に設けたピストン及びシリンダを用いることにより一体形スーパーチャージャを設けてエンジンの他端部で燃焼室に与えられる空気を圧縮することができる。変形例として、燃焼室及び圧縮室をエンジンの各端部のところでミックスしてもよい。
【０１２８】
過給をそれ自体又はＨＣＣＩ及びエンジンの他の設計についての本発明の任意他の特徴と組み合わせて使用できる。過給は、或る時点でＨＣＣＩモードで動作し、別の時点においては火花点火又はディーゼルモードで動作するエンジンに特に適している。これは、可変圧縮比と組み合わせた場合に特に有利である。これにより、燃焼方式、燃料使用量及び他の変数において融通性を高くすることができる。
【０１２９】
シリンダタイミング均等化
背景
マルチシリンダエンジンでは、一般に、例えば、燃焼比、燃焼室の形状、吸気及び排気の効率、温度及びその他の要因にはシリンダ毎に僅かなばらつきがある。これらばらつきが原因となって、燃焼特性の僅かなばらつきが生じる。これはあらゆるタイプの内燃機関に当てはまるが、シリンダ毎のばらつきはＨＣＣＩエンジンでは特に関心のあるものである。燃焼事象を点火プラグ又は燃料噴射器でトリガできる火花点火式又はディーゼルエンジンの場合とは異なり、ＨＣＣＩエンジンは、燃料と空気の圧縮混合気の自己着火を利用している。したがって、僅かなシリンダ毎のばらつきが、燃焼フェイジングのばらつきを招く。これは、エンジンが経年劣化し、燃焼残留物が個々のシリンダ内に堆積すると特に言えることである。ＨＣＣＩ燃焼フェイジングを制御する上述の方法では、エンジン全体の燃焼フェイジングを考慮した。すなわち、エンジンの燃焼フェイジング全体を進ませ又は遅らせるために或る種の制御方法が用いられている。或るシリンダが他のものよりも僅かに早く又は遅く発火すると、エンジン制御装置は、「最も弱いリンク」に最適な燃焼フェイジングを選択するようになる。換言すると、一シリンダが各シリンダのそれぞれの上死点に関して他のシリンダよりも早く発火すると、エンジン制御装置は一般に、全てのシリンダについて燃焼フェイジングを調節することが強いられ、先に発火したシリンダが時期尚早には発火しないようになり、このためにエンジンが損傷する。変形例として、エンジン制御装置は、早めに発火するシリンダと遅く発火するシリンダ相互間の「差を分割する」ことができる。いずれの方法も、最適ではない。本発明によれば、燃焼フェイジングにおけるシリンダ毎のばらつきを均す幾つかの方法が提供される。本発明のＨＣＣＩエンジンには不要であるが、これら方法のうち１以上を必要に応じて用いてエンジンの総合効率及び性能を最適化することが好ましい。ＨＣＣＩには特に有利であるが、以下の制御方法のうち幾つか又は全ては、他のエンジン形態及び燃焼方式にも利用できる。
【０１３０】
コロナ放電装置
図３６は、ピストンと燃焼シリンダの閉鎖上端部との間に燃焼室４２０，４２２が形成されたマルチシリンダエンジンを概略的に示している。設計上、往復動ピストンとして示されているが、本発明の多くの特徴を、シリンダ内に往復動ピストンを備えていない他の内燃機関の形態、例えば、ロータリ形態及び他の形態に使用できることは理解されるべきである。一対の吸気ランナ４２４，４２６が、それぞれ対応関係にある燃焼シリンダ４２０，４２２に燃料混合気を供給する状態で示されている。コロナ放電装置４２８，４３０が、それぞれ吸気ランナ４２４，４２６内に設けられている。上述したように、コロナ放電装置は、ＨＣＣＩエンジンにおける燃焼フェイジングを調節するのに用いることができる。マルチシリンダエンジンの各シリンダについて個々のコロナ放電装置を設けることにより、個々のシリンダの燃焼フェイジングを制御することができる。好ましくは、コロナ放電装置４２８，４３０は、エンジン制御装置４３２と連絡状態にあって、その制御下にある。変形例として又は追加例として、コロナ放電装置を符号４３４，４３６のところにそれぞれ示すように燃焼室４２０，４２２内に設けてもよい。各シリンダについてコロナ放電装置のいずれか一方又は両方を設けてもよく、各々設けられたコロナ放電装置は好ましくは、エンジン制御装置４３２と連絡状態にある。燃焼のピークを進めることが必要なシリンダでは、コロナ放電装置の電圧、デューティサイクル又は構成部品の数を増大させ、これに対し、燃焼のピークをシャフトの角度に対して遅らせることが必要なシリンダでは、電圧又は構成部品の数を減少させ又は完全に遮断する。また、これと反対のことが或る状況下で当てはまる場合がある。
【０１３１】
コロナ放電装置をエンジン内にそれだけで又は本発明の任意他の特徴と組み合わせて用いることができる。１つの別法として、ラジカルを全てのシリンダの吸入空気に追加するよう主コロナ放電装置を設けると共に追加のコロナ放電装置を個々のシリンダに割り当ててもよい。また、コロナ放電装置は、他形式のエンジンに利用できる。
【０１３２】
水噴射
次に、図３７を参照すると、マルチシリンダエンジンが再び概略的に示されている。水噴射器４４０が、水を吸気経路又はシリンダ毎にシリンダに直接導入するために示されている。上述したように、水噴射を用いると燃焼フェイジングを調節することができる。エンジン制御装置４４２を用いることにより個々のシリンダの水噴射器を協調させることにより、燃焼フェイジングを調節してエンジン性能を最適化することができる。
【０１３３】
シリンダ温度制御
次に図３８を参照すると、シリンダ毎に燃焼フェイジングを調節する別の方法が記載されている。２つの燃焼室４５０，４５２がマルチシリンダエンジンについて概略的に示されている。燃焼室２５０，２５２をそれぞれ冷却するための冷却剤ジャケット２５４，２５６が示されている。当業者には明らかなように、個々のシリンダを冷却するために用いることができる方法は数多くあり、かかる方法としては、液冷、油冷却、空冷及び他の方法が挙げられる。また、或る用途では、補助冷却は不要な場合がある。しかしながら、シリンダ毎にシリンダ温度を調節することにより、相対的な燃焼フェイジングを或る程度調節することができる。高温状態のシリンダは、幾分時期を早めて燃焼を行う傾向があり、低温状態のシリンダは、幾分時期を遅らせて燃焼を行う傾向がある。代表的には、エンジン冷却システムは、エンジンの或る特定の部分の温度を個々に制御することなく、エンジンの全ての部分に冷却剤を提供する。図３８に示すように、冷却システムは、シリンダ毎にシリンダの温度制御を行うよう設計されている。冷却剤源２５８が、冷却剤を冷却剤ジャケット２５４，２５６に与える。個々の出口制御装置２６０，２６２は、個々のシリンダを通る冷却剤の流量を制御し、それによりシリンダの冷却具合を制御する。温度センサ２６４，２６６をモニタ目的のために各シリンダについて設けるのがよい。出口制御装置及び温度センサは全て、エンジン制御装置２６８と連絡状態にあって、その制御下にあるのがよい。個々のシリンダ冷却を他の方法、例えば、各シリンダへの冷却剤の入口を制御し又は個々のシリンダに提供される冷却剤の温度を調節することにより達成できる。例えば、エンジンは、高温冷却剤とこれよりも低温の冷却剤の源を有するのがよく、２つの冷却剤を混合して温度制御を行うことができる。また、個々の温度センサは或る特定の制御方式の下では不要な場合がある。エンジン制御装置は、種々の方法を用いて相対的な燃焼フェイジングをモニタし、次に、シリンダ毎の温度又は温度と関連した要因、例えば、冷却剤流量を調節してシリンダの燃焼フェイジングを一様にすることができる。一方式では、複数のサーモスタット又は冷却剤流量制御装置が、それぞれが冷却剤を個々のシリンダにもたらす状態で或る特定の箇所に設けられる。これは、冷却剤を分配するマニホルドとして役立つことができる。流量制御装置の各々を中央に配置することにより、制御装置の点検整備を単純化できる。
別の方法としては、油による冷却又は空気による冷却を用いることが挙げられ、各シリンダについて個々の制御装置が設けられる。
【０１３４】
空燃比の変化
シリンダのばらつきを均すもう一つの方法は、各シリンダの個々の空燃比を変化させることである。濃いめの空燃混合気は一般に、希薄空燃混合気よりも低圧且つ低温で自己着火する。したがって、空燃比を変えることにより、シリンダのばらつきを均す手段が得られることになる。不均一な冷却性能に起因して他よりも僅かに高温のシリンダ及び炭素の堆積又は製造中に用いられる公差が甘いことにより他よりも圧縮比が僅かに高いシリンダでは、空燃比は、他のシリンダの空燃比よりも薄めに保たれる。その目的は、燃焼の開始を遅らせて燃焼が理想的なシャフト角度で生じるようにすることにある。他よりも低温のシリンダ及び摩耗に起因して他よりも圧力の低いシリンダでは、空燃比を、他のシリンダの空燃比よりも濃いめにして燃焼の開始を進ませて燃焼が理想的なシャフト角度で起こるようにする。別の方法として、空気をシリンダの吸気管の各々又はシリンダそれ自体の中に注入して混合気を薄めてもよい。
【０１３５】
空気の温度調節
シリンダのばらつきを均す別の方法は、各シリンダにその吸入空気の温度を変えるモードを与えることである。吸入空気の温度を変化させることは、価格の理由で空燃比調節にとって有利な場合がある。というのは、エンジンが主吸気管中に１以上の噴射器を有することが必要なだけだからである。選択肢としてであるが、各シリンダの吸気温度を測定する手段を提供することは不要である。その代わり、吸入温度を燃焼センサからのフィードバックによって調節し、これら燃焼センサは、全ての必要な情報を提供するものとする。空燃比を調節する場合と同様、吸気温度の大きな差は、互いに異なるシリンダの動力出力の大きなばらつきを引き起こす。
【０１３６】
ＥＧＲ制御
シリンダのばらつきを均す別の方法は、シリンダの各々について排出ガス再循環（ＥＧＲ）の互いに異なる量を用いることである。この方法は、もし排出ガスが比較的低温であれば混合気の反応度を減少させる場合があり、或いは、温度を上げることにより混合気の反応度を増大させることができる。ＥＧＲの欠点は、運転条件の変化に対する応答性が一般に、ガスの慣性に起因して遅いということにある。ただし、この問題を解決することができる。空燃調節及び温度調節の場合と同様、ＥＧＲの量が多いと、動力出力が減少する場合がある。
【０１３７】
制御方式
エンジン全体について又はシリンダ毎に燃焼フェイジングを正しく制御するために、各シリンダは、それ自体のコロナ放電装置又は他の制御機構を有するのがよい。加うるに、制御ユニットは、制御ユニットが信号を正しいコンポーネントに送って燃焼フェイジングを調節することができるように各シリンダ内における燃焼の開始又はピークをモニタする或る方法を必要とする。中央の１つの音又は圧力検出装置を制御ユニットに接続し、その信号をエンジンの機械的位置に対して比較して燃焼の状態をモニタすることができる場合がある。しかしながら、各シリンダは恐らくは、それ自体の音、圧力、熱又は光検出装置を必要とし、その信号は、エンジンの制御ユニットに送られ、エンジンの機械的位置に対して比較されて燃料噴射器又はＣＤＤをそれに応じて調節できるようにする。
上述したように、シリンダのばらつきを均す全ての方法を単独で又は組み合わせて用いることができる。また、シリンダのばらつきを均す方法は全てを単独で又は組み合わせて用いると、可変圧縮比装置を補完し、又は或る用途では場合によってはこれに取って代わることができることは注目されるべきである。
【０１３８】
当業者には明らかなように、本発明の種々の特徴を本発明の範囲又は教示から逸脱することなく図示し又は説明した態様以外の種々の態様で変更し又は組み合わせることができる。図示の実施形態は、説明の目的で提供され、多くの変形例を想到できることは理解されるべきである。本明細書で用いた用語は、これらの最も広い意味で解釈されるべきである。場合によっては、本出願人は、説明をし易くするために用語を特定の仕方で定義した。また、明細書全体にわたって用いられた項目名は、本発明をいかなる意味においても限定するものと解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本明細書においてバレルエンジンと称する内燃機関の一般化された実施形態の断面正面図である。
【図２Ａ】
本明細書において回転斜板エンジンと称する内燃機関の一般化された実施形態の略図である。
【図２Ｂ】
本明細書においてバレルエンジンと定義されるエンジンの別の形態の断面図である。
【図３】
火花点火エンジンで行われる段階を示すブロック図である。
【図４】
ディーゼルエンジンで行われる段階を示すブロック図である。
【図５】
均質給気圧縮点火（ＨＣＣＩ）エンジンで生じる段階を示すブロック図である。
【図６】
本発明の可変圧縮比バレルエンジンの一実施形態の断面図である。
【図７】
本発明による可変圧縮比装置の第２の実施形態を備えたバレルエンジンの一部の断面図である。
【図８】
本発明の可変圧縮装置の第３の実施形態を備えたバレルエンジンの一部の断面図である。
【図９】
可変圧縮装置を備えたバレルエンジンの別の実施形態の断面図である。
【図１０】
可変圧縮比装置を備えたバレルエンジンの更に別の実施形態の断面図である。
【図１１】
本発明のコロナ放電装置を備えたシリンダ及びピストンの略図である。
【図１２】
機械式迅速圧縮装置がシリンダの上端部内に設けられたシリンダ及びピストンの略図である。
【図１３】
補助室がスパークアレスタにより主燃焼室から分離された状態のシリンダ及びピストンの略図である。
【図１４】
火花点火式迅速圧縮装置がシリンダの上端部内に設けられたシリンダ及びピストンの略図である。
【図１５】
本発明の火花点火式迅速圧縮装置の変形例の断面図である。
【図１６】
本発明の火花点火式迅速圧縮装置の別の変形例の断面図である。
【図１７】
本発明の火花点火式迅速圧縮装置の更に別の変形例の断面図である。
【図１８】
本発明の火花点火式迅速圧縮装置の追加の実施形態の断面図である。
【図１９】
本発明の迅速圧縮装置の更に別の実施形態の断面図である。
【図２０】
点火プラグの正面図である。
【図２１】
接地電極が中心電極の上に延びる点火プラグの変形例の正面図である。
【図２２】
点火プラグに用いられる接地電極の別の形態の端面図である。
【図２３】
スパークアレスタを有するよう改造が施された図２２の接地電極の端面図である。
【図２４】
接地電極に代えてスパークアレスタが用いられ、スパークアレスタが断面で示されている改造型点火プラグの側面図である。
【図２５】
図２４の改造型点火プラグの側面図である。
【図２６】
本発明の火花点火式迅速圧縮装置の全体構造を示すブロック図である。
【図２７】
迅速圧縮装置に用いられるガス噴射システムを備えたシステム及びピストンの略図である。
【図２８】
補助室が補助弁により主燃焼室から分離された状態のシリンダ及びピストンの略図である。
【図２９】
概略的に示された水噴射システムを備えるシリンダ及びピストンの略図である。
【図３０】
本発明のエンジンに用いられるピストンの非正弦運動プロフィールのグラフ図である。
【図３１】
本発明に用いられる燃料配合システムを示す略図である。
【図３２】
排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムを備えたシリンダ及びピストンの略図である。
【図３３】
本発明に用いられる吸入空気温度制御システムを示すブロック図である。
【図３４】
本発明に用いられる吸入空気温度制御装置の変形実施形態を示すブロック図である。
【図３５】
本発明のエンジンの過給の利用の仕方を示すブロック図である。
【図３６】
２つのコロナ放電装置を用いて２つの燃焼室内の燃焼フェイジングを制御するエンジン制御装置の略図である。
【図３７】
多数の水噴射器を制御して２つの燃焼室内での燃焼フェイジングを制御するエンジン制御装置の略図である。
【図３８】
２つの燃焼室内の燃焼フェイジングを制御するエンジン制御装置及びシリンダ温度制御装置の略図である。
【図３９】
複数のセンサ及びこれと連絡関係にある制御装置を備えたエンジン制御装置の略図である。

Claims

均質給気圧縮点火式バレルエンジンであって、
第１の端部及び第２の端部を備えたエンジンハウジングを有し、
エンジンハウジング内に長手方向に設けられ、エンジンの長手方向軸線を定める細長いパワーシャフトを有し、
前記長手方向軸線を包囲していて、各々が閉鎖端部及び開放端部を備えた複数のシリンダを有し、各シリンダは、中心軸線を有し、シリンダの開放端部は各々、全体としてハウジングの第１の端部に差し向けられており、
空気と燃料の可燃性混合気をシリンダの各々の中に導入するよう動作できる吸気系統を有し、
一部がシリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置されるようにハウジングの第１の端部とシリンダの開放端部との間に設けられた軌道を有し、軌道は、シリンダの開放端部に対して長手方向に波状に起伏したカム面を有し、カム面の一部は、シリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置され、軌道とシリンダは、互いに対して回転自在であって、波状に起伏したカム面がシリンダの開放端部に対して動くようになっており、
燃焼室をシリンダの閉鎖端部との間に形成するようシリンダの各々の中に可動的に設けられたピストンを有し、各ピストンは、シリンダと軌道が互いに対して動くと、ピストンがシリンダ内で往復動するよう軌道のカム面と機械的な連係状態にあり、各ピストンは、火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで可燃性混合気を圧縮するよう動作できることを特徴とするエンジン。
シリンダの開放端部に対する軌道の長手方向位置を調節してエンジンの圧縮比が調節されるように動作できる可変圧縮比装置を更に有していることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
シリンダの各々の中心軸線は、エンジンの長手方向軸線に平行であることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
軌道は、全体としてエンジンの長手方向軸線に垂直な平面内に設けられ、カム面は、エンジンの長手方向軸線からほぼ一定の距離を置いたところに設けられていることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
軌道は、シャフトと軌道がシリンダに対して一斉に回転するようパワーシャフトと機械的な連係状態にあることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
軌道は、軌道とエンジンハウジングが互いに対して回転しないようエンジンハウジングと機械的な連係状態にあり、シリンダとパワーシャフトは、シリンダとパワーシャフトがエンジンハウジングに対して一斉に回転するよう機械的な連係状態にあることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
水を選択的にシリンダ内に導入し、それによりシリンダの燃焼フェイジングを変更するよう動作できる水噴射システムを更に有していることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
水噴射システムは、互いに異なる量の水を互いに異なるシリンダに選択的に導入し、それにより互いに異なるシリンダの相対的な燃焼フェイジングを変更する別々の水噴射器から成ることを特徴とする請求項７記載のエンジン。
波状に起伏したカム面は、全体として正弦波の形状をしていることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
波状に起伏したカム面は、非正弦波の形状をしていることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
カム面は、少なくとも１つの上死点部分を有し、上死点部分は、カム面が正弦波の形状をしている場合よりも直線で見て短いことを特徴とする請求項１０記載のエンジン。
カム面は、少なくとも１つの圧縮行程及び少なくとも１つの膨張行程を定め、カム面が正弦波の形状をしている場合よりも、圧縮行程は遅いが膨張行程は早いことを特徴とする請求項１０記載のエンジン。
吸気系統は、吸気及び排気が制御自在にシリンダに入ったり出たりすることができるよう開閉できる吸気弁及び排気弁を有し、吸排気弁の開閉時期は、シリンダに対する軌道の回転位置に対して制御自在に調節できることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
軌道とハウジングの第１の端部との間に設けられた第２の複数のシリンダを更に有し、シリンダの各々は、閉鎖端部及び解放端部を有し、シリンダの開放端部は各々、全体としてハウジングの第２の端部に差し向けられており、
燃焼室をシリンダの閉鎖端部との間に形成するよう第２の複数のシリンダの各々の中に可動的に設けられたピストンを更に有し、各ピストンは、シリンダと軌道が互いに対して動くと、ピストンがシリンダ内で往復動するよう軌道のカム面と機械的な連係状態にあることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
第２の複数のシリンダ及びこれらの中に設けられたピストンは、空気を圧縮してこれを可燃性混合気に使えるようにするスーパーチャージャを構成していることを特徴とする請求項１４記載のエンジン。
空気と燃料の可燃性混合気を第２の複数のシリンダの各々の中に導入するよう動作できる吸気系統を更に有し、第２の複数のシリンダ内に設けられたピストンは各々、火花が導入されなくても、可燃性混合気が自己着火するまで可燃性混合気を圧縮するよう動作できることを特徴とする請求項１４記載のエンジン。
燃料と空気を回転エネルギに変換する方法であって、
均質給気圧縮点火式バレルエンジンを準備する段階を有し、前記均質給気圧縮点火式バレルエンジンは、
第１の端部及び第２の端部を備えたエンジンハウジングを有し、
エンジンハウジング内に長手方向に設けられ、エンジンの長手方向軸線を定める細長いパワーシャフトを有し、
前記長手方向軸線を包囲していて、各々が閉鎖端部及び開放端部を備えた複数のシリンダを有し、各シリンダは、中心軸線を有し、シリンダの開放端部は各々、全体としてハウジングの第１の端部に差し向けられており、
一部がシリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置されるようにハウジングの第１の端部とシリンダの開放端部との間に設けられた軌道を有し、軌道は、シリンダの開放端部に対して長手方向に波状に起伏したカム面を有し、カム面の一部は、シリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置され、軌道とシリンダは、互いに対して回転自在であって、波状に起伏したカム面がシリンダの開放端部に対して動くようになっており、
燃焼室をシリンダの閉鎖端部との間に形成するようシリンダの各々の中に可動的に設けられたピストンを有し、各ピストンは、シリンダと軌道が互いに対して動くと、ピストンがシリンダ内において上方位置と下方位置との間で往復動するよう軌道のカム面と機械的な連係状態にあり、
軌道を回転させてピストンのうちの１つを上方位置に位置決めする段階を有し、
軌道を引き続き回転させて前記１つのピストンが上方位置と下方位置との間で動くようにする段階を有し、
空気と燃料の可燃性混合気をピストンが上方位置と下方位置との間で動いているときに燃焼室内へ導入する段階を有し、
軌道を引き続き回転させて前記１つのピストンが下方位置と上方位置との間で動くと共に可燃性混合気が圧縮されるようにする段階を有し、
可燃性混合気を火花が導入されることなくこれが自己着火するまで圧縮して混合気が燃焼するようにする段階を有し、
可燃性混合気の燃焼を利用してピストンを上方位置と下方位置との間で動かし、それにより軌道が回転するようにする段階を有することを特徴とする方法。
可変圧縮比均質給気圧縮点火式バレルエンジンであって、
第１の端部及び第２の端部を備えたエンジンハウジングを有し、
エンジンハウジング内に長手方向に設けられ、エンジンの長手方向軸線を定める細長いパワーシャフトを有し、
前記長手方向軸線を包囲していて、各々が閉鎖端部及び開放端部を備えた複数のシリンダを有し、各シリンダは、中心軸線を有し、シリンダの開放端部は各々、全体としてハウジングの第１の端部に差し向けられており、
空気と燃料の可燃性混合気をシリンダの各々の中に導入するよう動作できる吸気系統を有し、
一部がシリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置されるようにハウジングの第１の端部とシリンダの開放端部との間に設けられた軌道を有し、軌道は、シリンダの開放端部に対して長手方向に波状に起伏したカム面を有し、カム面の一部は、シリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置され、軌道とシリンダは、互いに対して回転自在であって、波状に起伏したカム面がシリンダの開放端部に対して動くようになっており、
燃焼室をシリンダの閉鎖端部との間に形成するようシリンダの各々の中に可動的に設けられたピストンを有し、各ピストンは、シリンダと軌道が互いに対して動くと、ピストンがシリンダ内で往復動するよう軌道のカム面と機械的な連係状態にあり、各ピストンは、火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで可燃性混合気を圧縮するよう動作でき、
シリンダの開放端部に対する軌道の長手方向位置を調節してエンジンの圧縮比が調節されるように動作できる可変圧縮比装置を有することを特徴とするエンジン。
シリンダの各々の中心軸線は、エンジンの長手方向軸線に平行であることを特徴とする請求項１８記載のエンジン。
軌道は、全体としてエンジンの長手方向軸線に垂直な平面内に設けられ、カム面は、エンジンの長手方向軸線からほぼ一定の距離を置いたところに設けられていることを特徴とする請求項１８記載のエンジン。
軌道は、シャフトと軌道がシリンダに対して一斉に回転するようパワーシャフトと機械的な連係状態にあることを特徴とする請求項１８記載のエンジン。
軌道は、軌道とエンジンハウジングが互いに対して回転しないようエンジンハウジングと機械的な連係状態にあり、シリンダとパワーシャフトは、シリンダとパワーシャフトがエンジンハウジングに対して一斉に回転するよう機械的な連係状態にあることを特徴とする請求項１８記載のエンジン。
水を選択的にシリンダ内に導入し、それによりシリンダの燃焼フェイジングを変更するよう動作できる水噴射システムを更に有していることを特徴とする請求項１８記載のエンジン。
水噴射システムは、互いに異なる量の水を互いに異なるシリンダに選択的に導入し、それにより互いに異なるシリンダの相対的な燃焼フェイジングを変更する別々の水噴射器から成ることを特徴とする請求項２３記載のエンジン。
波状に起伏したカム面は、全体として正弦波の形状をしていることを特徴とする請求項１８記載のエンジン。
波状に起伏したカム面は、非正弦波の形状をしていることを特徴とする請求項１８記載のエンジン。
カム面は、少なくとも１つの上死点部分を有し、上死点部分は、カム面が正弦波の形状をしている場合よりも直線で見て短いことを特徴とする請求項２６記載のエンジン。
カム面は、少なくとも１つの圧縮行程及び少なくとも１つの膨張行程を定め、カム面が正弦波の形状をしている場合よりも、圧縮行程は遅いが膨張行程は早いことを特徴とする請求項２６記載のエンジン。
吸気系統は、吸気及び排気が制御自在にシリンダに入ったり出たりすることができるよう開閉できる吸気弁及び排気弁を有し、吸排気弁の開閉時期は、シリンダに対する軌道の回転位置に対して制御自在に調節できることを特徴とする請求項１８記載のエンジン。
燃料と空気を回転エネルギに変換する方法であって、
可変圧縮比均質給気圧縮点火式バレルエンジンを準備する段階を有し、前記可変圧縮比均質給気圧縮点火式バレルエンジンは、
第１の端部及び第２の端部を備えたエンジンハウジングを有し、
エンジンハウジング内に長手方向に設けられ、エンジンの長手方向軸線を定める細長いパワーシャフトを有し、
前記長手方向軸線を包囲していて、各々が閉鎖端部及び開放端部を備えた複数のシリンダを有し、各シリンダは、中心軸線を有し、シリンダの開放端部は各々、全体としてハウジングの第１の端部に差し向けられており、
一部がシリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置されるようにハウジングの第１の端部とシリンダの開放端部との間に設けられた軌道を有し、軌道は、シリンダの開放端部に対して長手方向に波状に起伏したカム面を有し、カム面の一部は、シリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置され、軌道とシリンダは、互いに対して回転自在であって、波状に起伏したカム面がシリンダの開放端部に対して動くようになっており、
燃焼室をシリンダの閉鎖端部との間に形成するようシリンダの各々の中に可動的に設けられたピストンを有し、各ピストンは、シリンダと軌道が互いに対して動くと、ピストンがシリンダ内において上方位置と下方位置との間で往復動するよう軌道のカム面と機械的な連係状態にあり、
シリンダの開放端部に対する軌道の長手方向位置を調節してエンジンの圧縮比が調節されるように動作できる可変圧縮比装置を有し、
軌道を回転させてピストンのうちの１つを上方位置に位置決めする段階を有し、
軌道を引き続き回転させて前記１つのピストンが上方位置と下方位置との間で動くようにする段階を有し、
空気と燃料の可燃性混合気をピストンが上方位置と下方位置との間で動いているときに燃焼室内へ導入する段階を有し、
軌道を引き続き回転させて前記１つのピストンが下方位置と上方位置との間で動くと共に可燃性混合気が圧縮されるようにする段階を有し、
可燃性混合気の圧縮が、火花を導入しないで可燃性混合気が自己着火するのに十分になるまで圧縮比を調節して混合気が燃焼するようにする段階を有し、
可燃性混合気の燃焼を利用してピストンを上方位置と下方位置との間で動かし、それにより軌道が回転するようにする段階を有することを特徴とする方法。
軌道の回転を続行して前記導入段階を繰り返す段階と、ピストンが上方位置に達する前に燃焼が生じるのを回避するよう圧縮比を調節する段階とを更に有することを特徴とする請求項３０記載の方法。
内燃機関用のコロナ放電装置であって、内燃機関の吸気系統内に設けらるよう構成されたコロナ放電要素を有し、コロナ放電要素は、空気中に設けられた状態で通電されると、空気中のガスの何割かをイオン化してフリーラジカルを生じさせるよう動作できることを特徴とするコロナ放電装置。
コロナ放電装置を備えた内燃機関であって、エンジンハウジングと、ハウジング内に形成された燃焼室と、空気を燃焼室内に導入するよう動作できる吸気系統と、吸気系統内に設けられたコロナ放電装置とを有し、コロナ放電装置は、吸気系統中のガスをイオン化し、フリーラジカルを生じさせるよう動作できることを特徴とする内燃機関。
内燃機関の燃焼室内の混合気の反応度を調節する方法であって、ガス中に設けられた状態で付勢されると、ガスをイオン化してフリーラジカルを生じさせるよう動作できるコロナ放電装置を準備する段階と、コロナ放電装置を空気中に配置する段階と、コロナ放電装置に通電して空気中のガスのうち何割かをイオン化してフリーラジカルを生じさせる段階と、イオン化されたガス及びフリーラジカルのうちの何割かを燃焼室に導入して燃焼室内の混合気の反応度を調節する段階とを有していることを特徴とする方法。
均質給気圧縮点火式バレルエンジンであって、
第１の端部及び第２の端部を備えたエンジンハウジングを有し、
エンジンハウジング内に長手方向に設けられ、エンジンの長手方向軸線を定める細長いパワーシャフトを有し、
前記長手方向軸線を包囲していて、各々が閉鎖端部及び開放端部を備えた複数のシリンダを有し、各シリンダは、中心軸線を有し、シリンダの開放端部は各々、全体としてハウジングの第１の端部に差し向けられており、
空気と燃料の可燃性混合気をシリンダの各々の中に導入するよう動作できる吸気系統を有し、
シリンダ内へ導入された空気又は可燃性混合気のうち何割かを選択的にイオン化してフリーラジカルを生じさせ、それにより可燃性混合気の反応度を調節するよう動作できるコロナ放電装置を有し、
一部がシリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置されるようにハウジングの第１の端部とシリンダの開放端部との間に設けられた軌道を有し、軌道は、シリンダの開放端部に対して長手方向に波状に起伏したカム面を有し、カム面の一部は、シリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置され、軌道とシリンダは、互いに対して回転自在であって、波状に起伏したカム面がシリンダの開放端部に対して動くようになっており、
燃焼室をシリンダの閉鎖端部との間に形成するようシリンダの各々の中に可動的に設けられたピストンを有し、各ピストンは、シリンダと軌道が互いに対して動くと、ピストンがシリンダ内で往復動するよう軌道のカム面と機械的な連係状態にあり、各ピストンは、火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで可燃性混合気を圧縮するよう動作できることを特徴とするエンジン。
コロナ放電装置は、吸気系統中に設けられていることを特徴とする請求項３５記載のエンジン。
コロナ放電装置は、シリンダの少なくとも一部の中に設けられていることを特徴とする請求項３５記載のエンジン。
均質給気圧縮エンジンの燃焼フェイジングを制御する方法であって、燃料と空気の可燃性混合気を火花が導入されることなく前記混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できるタイプのものであって、少なくとも１つの燃焼室を備えた均質給気圧縮エンジンを準備する段階と、ガス中に設けられた状態で付勢されると、ガスをイオン化してフリーラジカルを生じさせるよう動作できるコロナ放電装置を準備する段階と、コロナ放電装置を空気中に配置する段階と、コロナ放電装置に選択的に通電してフリーラジカルを生じさせると共に空気中のガスのうち何割かをイオン化する段階と、フリーラジカル及びイオン化されたガスのうち何割かを可燃性混合気中に導入して可燃性混合気の反応度を変更すると共にエンジンの燃焼フェイジングを調節する段階と、コロナ放電装置の通電状態を調節してエンジンの燃焼フェイジングを制御する段階とを有することを特徴とする方法。
エンジンは、可燃性混合気を導入するよう動作できる吸気系統を有し、コロナ放電装置は、吸気系統内に設けられていることを特徴とする請求項３９記載の方法。
コロナ放電装置を空気中に設ける段階は、コロナ放電装置を空気と燃料の可燃性混合気中に配置する段階から成ることを特徴とする請求項３８記載の方法。
均質給気圧縮点火式バレルエンジンであって、
第１の端部及び第２の端部を備えたエンジンハウジングを有し、
エンジンハウジング内に長手方向に設けられ、エンジンの長手方向軸線を定める細長いパワーシャフトを有し、
前記長手方向軸線を包囲していて、各々が閉鎖端部及び開放端部を備えた複数のシリンダを有し、各シリンダは、中心軸線を有し、シリンダの開放端部は各々、全体としてハウジングの第１の端部に差し向けられており、
空気と燃料の可燃性混合気をシリンダの各々の中に導入するよう動作できる吸気系統を有し、
一部がシリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置されるようにハウジングの第１の端部とシリンダの開放端部との間に設けられた軌道を有し、軌道は、シリンダの開放端部に対して長手方向に波状に起伏したカム面を有し、カム面の一部は、シリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置され、軌道とシリンダは、互いに対して回転自在であって、波状に起伏したカム面がシリンダの開放端部に対して動くようになっており、
燃焼室をシリンダの閉鎖端部との間に形成するようシリンダの各々の中に可動的に設けられたピストンを有し、各ピストンは、シリンダと軌道が互いに対して動くと、ピストンがシリンダ内で往復動するよう軌道のカム面と機械的な連係状態にあり、各ピストンは、可燃性混合気を圧縮するよう動作でき、
ピストンが少なくとも部分的に混合気を圧縮した後、燃焼室のうちの１つの中の圧縮レベルを迅速に増大させると共に可燃性混合気を火花が導入されることなく自己着火させるよう動作できる迅速圧縮装置を有していることを特徴とするエンジン。
迅速圧縮装置は、燃焼室の容積を変化させるよう動作できる可動部材を有していることを特徴とする請求項４１記載のエンジン。
可動部材は、シリンダの閉鎖上端部内に設けられた補助ピストンであることを特徴とする請求項４２記載のエンジン。
迅速圧縮装置は、補助室が形成されていて、補助室と燃焼室とを連通させる開口部を備えた本体と、補助室内の可燃性混合気に点火するよう動作できる点火装置と、ガス透過性スパークアレスタとを有し、該スパークアレスタは、補助室内の点火された可燃性混合気が該混合気をアレスタ中に押し込むと消えるよう開口部内に設けられていることを特徴とする請求項４１記載のエンジン。
点火装置は、点火プラグであることを特徴とする請求項４４記載のエンジン。
迅速圧縮装置は、高温ガスを燃焼室内に噴射するよう動作できるシステムを有していることを特徴とする請求項４４記載のエンジン。
迅速圧縮装置は、可燃性混合気の最初の自己着火により生じる燃焼生成物の一部を捕捉し、捕捉した一部を次に圧縮される可燃性混合気中に放出して自己着火を生じさせるよう動作できるシステムを有していることを特徴とする請求項４１記載のエンジン。
高温ガスを内燃機関の燃焼室内へ導入する迅速圧縮装置であって、補助室が形成されていて、補助室と燃焼室とを連通させる開口部を備えた本体と、補助室内の可燃性混合気に点火するよう動作できる点火装置と、ガス透過性スパークアレスタとを有し、該スパークアレスタは、補助室内の点火された可燃性混合気が該混合気をアレスタ中に押し込むと消えるよう開口部内に設けられていることを特徴とする迅速圧縮装置。
開口部が形成された主燃焼室と、主燃焼室の開口部と気体連通状態にある補助燃焼室と、補助燃焼室と連絡していて、補助燃焼室内の可燃性混合気に点火する点火装置と、主燃焼室の開口部内に設けられたスパークアレスタとを有し、スパークアレスタは、ガスを通過させ、開口部を通過したガスの燃焼を消滅させるよう動作できることを特徴とする内燃機関。
高温ガスを内燃機関の燃焼室内へ導入する方法であって、燃焼室が形成された内燃機関を準備する段階と、燃焼室と気体連通状態にある補助室を準備する段階と、空気と燃料の可燃性混合気を補助室内に導入する段階と、補助室内の空気と燃料の混合気を燃焼させて高温ガス状燃焼生成物を生じさせる段階と、補助室からの燃焼生成物を燃焼室に送る段階と、燃焼生成物を消火して燃焼生成物が補助室から燃焼室に流れるときに高温ガスを生じさせる段階とを有し、高温ガスは、燃焼室内に導入されることを特徴とする方法。
補助室内に火花点火装置を準備する段階を更に有し、火花点火装置は、火花を補助室内に導入するよう動作でき、前記燃焼段階は、火花点火装置からの火花を導入して混合気を燃焼させる段階から成ることを特徴とする請求項５０記載の方法。
フレームアレスタを準備する段階を更に有し、前記消火段階は、燃焼生成物をフレームアレスタ中に送る段階から成ることを特徴とする請求項５０記載の方法。
前記燃焼段階は、補助室内の混合気を、火花が導入されることなく混合気が自己着火するまで圧縮する段階から成ることを特徴とする請求項５０記載の方法。
加圧ガスを燃焼室内に導入する方法であって、燃焼室を備えた内燃機関を準備する段階と、空気と燃料の混合気を燃焼室内に導入する段階と、燃焼室内の空気と燃料の混合気を圧縮する段階と、燃焼室内の燃料と空気の混合気を燃焼させて加圧ガス状燃焼生成物を生じさせる段階と、加圧ガス状燃焼生成物の一部を捕捉して保持する段階と、ガス状燃焼生成物の残部を実質的に全て燃焼室から排出する段階と、空気と燃料の新たな混合気を燃焼室内に導入する段階と、燃焼室内の新たな混合気を圧縮する段階と、加圧ガス状燃焼生成物の保持部分の少なくとも何割かを燃焼室内の圧縮状態の新たな混合気中に放出する段階とを有することを特徴とする方法。
ＨＣＣＩ燃焼方式を利用する内燃機関であって、エンジンハウジングと、エンジンハウジング内に設けられた第１及び第２のシリンダと、空気と燃料の可燃性混合気をシリンダ内に導入するよう動作できる吸気系統と、第１のシリンダ内に設けられていて、第１のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第１のピストンと、第２のシリンダ内に設けられていて、第２のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第２のピストンと、イオン及びフリーラジカルを第１のシリンダ内に導入された可燃性混合気中に導入し、それにより第１のシリンダ内の可燃性混合気の反応度及び第１のシリンダの燃焼フェイジングを変更するよう選択的に動作できる第１のコロナ放電装置と、イオン及びフリーラジカルを第２のシリンダ内に導入された可燃性混合気中に導入し、それにより第２のシリンダ内の可燃性混合気の反応度及び第２のシリンダの燃焼フェイジングを変更するよう選択的に動作できる第２のコロナ放電装置と、第１及び第２のコロナ放電装置を制御して第１及び第２のシリンダの相対的な燃焼フェイジングを選択的に調節するよう動作できるコントローラとを有していることを特徴とする内燃機関。
吸気系統は、混合気を第１のシリンダ内に導入する第１のランナと、混合気を第２のシリンダ内へ導入する第２のランナとを有し、第１のコロナ放電装置は、第１のランナ内に設けられ、第２のコロナ放電装置は、第２のランナ内に設けられていることを特徴とする請求項５５記載のエンジン。
均質給気圧縮点火式エンジンを制御する方法であって、エンジンハウジングと、エンジンハウジング内に設けられた第１及び第２のシリンダと、空気と燃料の可燃性混合気をシリンダ内に導入するよう動作できる吸気系統と、第１のシリンダ内に設けられていて、第１のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第１のピストンと、第２のシリンダ内に設けられていて、第２のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第２のピストンとを有する均質給気圧縮点火式エンジンを準備する段階と、イオン及びフリーラジカルを第１のシリンダ内の可燃性混合気中に選択的に導入して可燃性混合気の反応度及び第１のシリンダの燃焼フェイジングを調節する段階と、イオン及びフリーラジカルを第２のシリンダ内の可燃性混合気中に選択的に導入して可燃性混合気の反応度及び第２のシリンダの燃焼フェイジングを調節する段階と、第１及び第２のシリンダ内へのイオン及びフリーラジカルの導入を制御して第１及び第２のシリンダの相対的な燃焼フェイジングを選択的に調節する段階とを有することを特徴とする方法。
ＨＣＣＩ燃焼方式を利用する内燃機関であって、エンジンハウジングと、エンジンハウジング内に設けられた第１及び第２のシリンダと、空気と燃料の可燃性混合気をシリンダ内に導入するよう動作できる吸気系統と、第１のシリンダ内に設けられていて、第１のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第１のピストンと、第２のシリンダ内に設けられていて、第２のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第２のピストンと、水を第１のシリンダ内へ選択的に導入し、それにより第１のシリンダの燃焼フェイジングを変更するよう動作できる第１の水噴射器と、水を第２のシリンダ内へ選択的に導入し、それにより第２のシリンダの燃焼フェイジングを変更するよう動作できる第２の水噴射器と、第１及び第２の水噴射器を制御して第１及び第２のシリンダの相対的な燃焼フェイジングを選択的に調節するよう動作できるコントローラとを有していることを特徴とする内燃機関。
均質給気圧縮点火式エンジンを制御する方法であって、エンジンハウジングと、エンジンハウジング内に設けられた第１及び第２のシリンダと、空気と燃料の可燃性混合気をシリンダ内に導入するよう動作できる吸気系統と、第１のシリンダ内に設けられていて、第１のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第１のピストンと、第２のシリンダ内に設けられていて、第２のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第２のピストンとを有する均質給気圧縮点火式エンジンを準備する段階と、水を第１のシリンダ内に選択的に導入して第１のシリンダの燃焼フェイジングを調節する段階と、水を第２のシリンダ内に選択的に導入して第２のシリンダの燃焼フェイジングを調節する段階と、第１及び第２のシリンダ内への水の導入を制御して第１及び第２のシリンダの相対的な燃焼フェイジングを選択的に調節する段階とを有することを特徴とする方法。
ＨＣＣＩ燃焼方式を利用する内燃機関であって、エンジンハウジングと、エンジンハウジング内に設けられた第１及び第２のシリンダと、空気と燃料の可燃性混合気をシリンダ内に導入するよう動作できる吸気系統と、第１のシリンダ内に設けられていて、第１のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第１のピストンと、第２のシリンダ内に設けられていて、第２のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第２のピストンと、第１のシリンダを選択的に冷却し、それにより第１のシリンダの燃焼フェイジングを変更するよう動作できる第１の冷却システムと、第２のシリンダを選択的に冷却し、それにより第２のシリンダの燃焼フェイジングを変更するよう動作できる第２の冷却システムと、第１及び第２の冷却システムを制御して第１及び第２のシリンダの相対的な燃焼フェイジングを選択的に調節するよう動作できるコントローラとを有していることを特徴とする内燃機関。
第１の冷却システムは、第１の冷却剤供給源と、第１のシリンダを少なくとも部分的に包囲する第１の冷却剤ジャケットと、第１の冷却剤ジャケットを通る第１の冷却剤供給源からの冷却剤の流れを制御する第１の冷却剤制御弁とから成り、第２の冷却システムは、第２の冷却剤供給源と、第２のシリンダを少なくとも部分的に包囲する第２の冷却剤ジャケットと、第２の冷却剤ジャケットを通る第２の冷却剤供給源からの冷却剤の流れを制御する第２の冷却剤制御弁とから成ることを特徴とする請求項６０記載の内燃機関。
均質給気圧縮点火式エンジンを制御する方法であって、エンジンハウジングと、エンジンハウジング内に設けられた第１及び第２のシリンダと、空気と燃料の可燃性混合気をシリンダ内に導入するよう動作できる吸気系統と、第１のシリンダ内に設けられていて、第１のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第１のピストンと、第２のシリンダ内に設けられていて、第２のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第２のピストンとを有する均質給気圧縮点火式エンジンを準備する段階と、第１のシリンダを選択的に冷却して第１のシリンダの燃焼フェイジングを調節する段階と、第２のシリンダを選択的に冷却して第２のシリンダの燃焼フェイジングを調節する段階と、第１及び第２のシリンダの冷却を制御して第１及び第２のシリンダの相対的な燃焼フェイジングを選択的に調節する段階とを有することを特徴とする方法。
ＨＣＣＩ燃焼方式を利用する内燃機関であって、エンジンハウジングと、エンジンハウジング内に設けられた第１及び第２のシリンダと、空気と燃料の可燃性混合気をシリンダ内に導入するよう動作できる吸気系統とを有し、吸気系統は、第１のシリンダの可燃性混合気のための燃料を提供する第１の燃料噴射器及び第２のシリンダの可燃性混合気のための燃料を提供する第２の燃料噴射器を有し、第１のシリンダの可燃性混合気は、第１の空燃比を有し、第２のシリンダの可燃性混合気は、第２の空燃比を有し、前記内燃機関は、第１のシリンダ内に設けられていて、第１のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第１のピストンと、第２のシリンダ内に設けられていて、第２のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第２のピストンと、第１及び第２の燃料噴射器を制御して第１及び第２のシリンダの相対的な燃焼フェイジングを選択的に調節するよう動作できるコントローラとを更に有していることを特徴とする内燃機関。
均質給気圧縮点火式エンジンを制御する方法であって、均質給気圧縮点火式エンジンを準備する段階を有し、均質給気圧縮点火式エンジンは、エンジンハウジングと、エンジンハウジング内に設けられた第１及び第２のシリンダと、空気と燃料の可燃性混合気をシリンダ内に導入するよう動作できる吸気系統とを有し、吸気系統は、第１のシリンダの可燃性混合気のための燃料を提供する第１の燃料噴射器及び第２のシリンダの可燃性混合気のための燃料を提供する第２の燃料噴射器を有し、第１のシリンダの可燃性混合気は、第１の空燃比を有し、第２のシリンダの可燃性混合気は、第２の空燃比を有し、前記均質給気圧縮点火式エンジンは、第１のシリンダ内に設けられていて、第１のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第１のピストンと、第２のシリンダ内に設けられていて、第２のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第２のピストンとを更に有し、前記方法は、第１及び第２の燃料噴射器を制御して第１及び第２のシリンダの相対的な燃焼フェイジングを選択的に調節する段階を更に有することを特徴とする方法。
均質給気圧縮点火式エンジンを制御する方法であって、エンジンハウジングと、エンジンハウジング内に設けられた第１及び第２のシリンダと、空気と燃料の可燃性混合気をシリンダ内に導入するよう動作できる吸気系統と、第１のシリンダ内に設けられていて、第１のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第１のピストンと、第２のシリンダ内に設けられていて、第２のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第２のピストンとを有する均質給気圧縮点火式エンジンを準備する段階と、第１及び第２のシリンダ内に導入される可燃性混合気の温度を制御して第１及び第２のシリンダの相対的な燃焼フェイジングを調節する段階とを有することを特徴とする方法。
温度制御段階は、可燃性混合気中の空気を選択的に暖める段階から成ることを特徴とする請求項６５記載の方法。
温度制御段階は、可燃性混合気のための暖かい空気と冷たい空気を選択的に混合する段階から成ることを特徴とする請求項６５記載の方法。
均質給気圧縮点火式エンジンを制御する方法であって、エンジンハウジングと、エンジンハウジング内に設けられた第１及び第２のシリンダと、空気と燃料の可燃性混合気をシリンダ内に導入するよう動作できる吸気系統と、第１のシリンダ内に設けられていて、第１のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第１のピストンと、第２のシリンダ内に設けられていて、第２のシリンダ内の可燃性混合気を火花が導入されることなく可燃性混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できる第２のピストンとを有する均質給気圧縮点火式エンジンを準備する段階と、排出ガスを第１及び第２のシリンダ内に導入された可燃性混合気中に選択的に導入するよう動作できる排出ガス再循環システムを準備する段階と、排出ガス再循環システムを制御してどれほど多量の排出ガスを第１及び第２のシリンダ内に導入された可燃性混合気中に導入するかを選択的に制御して第１及び第２のシリンダの相対的な燃焼フェイジングを調節する段階とを有していることを特徴とする方法。
均質給気圧縮点火式バレルエンジンであって、
第１の端部及び第２の端部を備えたエンジンハウジングを有し、
エンジンハウジング内に長手方向に設けられ、エンジンの長手方向軸線を定める細長いパワーシャフトを有し、
前記長手方向軸線を包囲していて、各々が閉鎖端部及び開放端部を備えた複数のシリンダを有し、各シリンダは、中心軸線を有し、シリンダの開放端部は各々、全体としてハウジングの第１の端部に差し向けられており、
空気と燃料の可燃性混合気をシリンダの各々の中に導入するよう動作できる吸気系統を有し、
一部がシリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置されるようにハウジングの第１の端部とシリンダの開放端部との間に設けられた第１の軌道を有し、第１の軌道は、シリンダの開放端部に対して長手方向に波状に起伏したカム面を有し、カム面の一部は、シリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置され、第１の軌道とシリンダは、互いに対して回転自在であって、波状に起伏したカム面がシリンダの開放端部に対して動くようになっており、
一部がシリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置されるようにハウジングの第２の端部とシリンダの開放端部との間に設けられた第２の軌道を有し、第２の軌道は、シリンダの開放端部に対して長手方向に波状に起伏したカム面を有し、カム面の一部は、シリンダの各々の中心軸線と全体として整列した状態に配置され、第２の軌道とシリンダは、互いに対して回転自在であって、波状に起伏したカム面がシリンダの開放端部に対して動くようになっており、
第１及び第２のピストンとを有し、前記第１及び第２のピストンは、燃焼室を第１のピストンと第２のピストンとの間に形成するようシリンダの各々の中に可動的に設けられ、第１のピストンは各々、シリンダと第１の軌道が互いに対して動くと、第１のピストンがシリンダ内で往復動するよう第１の軌道のカム面と機械的な連係状態にあり、第２のピストンは各々、シリンダと第２の軌道が互いに対して動くと、第２のピストンがシリンダ内で往復動するよう第２の軌道のカム面と機械的な連係状態にあり、ピストンは、可燃性混合気を、火花が導入されることなく前記混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できることを特徴とするエンジン。
均質給気圧縮点火式エンジンであって、エンジンハウジングと、各々が第１及び第２の開放端部を備えた複数の室と、空気と燃料の可燃性混合気を室の各々の中へ導入するよう動作できる吸気系統と、第１及び第２のピストンとを有し、前記第１及び第２のピストンは、燃焼室を第１のピストンと第２のピストンとの間に形成するようシリンダの各々の中に可動的に設けられ、ピストンは、可燃性混合気を、火花が導入されることなく前記混合気が自己着火するまで圧縮するよう動作できることを特徴とするエンジン。
均質給気圧縮点火式エンジンの燃焼フェイジングを検出する方法であって、エンジンからの音及び（又は）振動を表す信号を出力するノックセンサを準備する段階と、ノックセンサからの信号とエンジンの燃焼フェイジングを相関させる段階と、相関関係にある信号を用いてエンジンの燃焼フェイジングを決定する段階とを有することを特徴とする方法。