JP2005282574A - 内燃エンジンの制御された始動及び制動法 - Google Patents

Abstract

【課題】
内燃エンジンは、独立に制御可能である、バルブ、燃料インジェクタ及び点火要素が備え付けられており、これらは例えば電気スターターモーター等の別個の補助装置無しにエンジンを始動させるため使用することができる方法を提供する。
【解決手段】
エンジンは、始動モードから通常の作動モードへの移行を滑らかにするため、制御の始動モード下でシリンダーを点火し、これと同時に、制御の通常モード下でシリンダーを点火することができる。更には、内燃エンジンは、エンジンを停止させ、１つ以上のピストンがエンジンを再始動するため使用することを可能とする位置で静止するようになることを確実にするため、独立に制御可能なバルブを使用することができる。
【選択図】 図１Ｂ

Description

本発明は、内燃エンジンに係り、より詳しくは、そのようなエンジンを始動及び停止させる方法に関する。

従来の内燃エンジンでは、往復式エンジン又は回転式エンジンのいずれにしろ、例えばスターターモーターや大型のバッテリー等、別個の補助装置がエンジンを始動させるためしばしば提供されている。そのようなエンジンでは、スターターモーターは、はずみ車を回転させてエンジンのクランクシャフトを回転させるため、バッテリーから電力を引き出している。４ストロークエンジンでは、スターターモーターは、圧縮ストロークを完了するために十分な電力をクランクシャフトを回転させるために提供しなければならない。一旦、圧縮ストロークが完了されたならば、エンジンは、圧縮されたチャージを点火し、かくして、通常のエンジン作動を開始する。

内燃エンジンがオペレータによりオフにされているとき（例えば、キースイッチが解除されるか、又は、チョークバルブが閉鎖されている）、エンジンは、燃焼チャンバーへの燃料及び／又は空気の分配を単に終わりにし、そのチャンバー内の燃焼を停止させることにより停止する。チャンバー内で燃焼されない状態では、クランクシャフトは回転を停止し、エンジンが停止する。しかし、そのようなエンジンでは、クランクシャフト（よってピストンも）が休止するようになる制御は存在しない。

一態様では、本発明は、内燃エンジンを始動させる方法を特徴とし、該方法は、シリンダーのピストンがそのストロークに沿って所定の位置に配置されたことに基づいて所期点火のためのシリンダーを選択し、圧縮されていない燃料と空気の混合物を形成するため、選択されたシリンダー内に燃料を注入し、圧縮されていない燃料と空気の混合物を選択されたシリンダー内で点火する、各工程を備える。シリンダーは、通常の点火順序に依らずに、シリンダーピストンの位置の関数として点火のために連続的に選択され、圧縮されていない燃料と空気の混合物を形成するため燃料が注入され、シリンダーのうち少なくとも１つで圧縮ストロークを完了するのに十分な運動エネルギーが存在するようになるまで点火される。圧縮ストロークの完了後に、シリンダーは、所定の通常の点火順序に従って点火される。

本態様の様々な実施例は、次の特徴のうち１つ以上を含むことができる。
本方法は、シリンダーの所定の通常の点火順序に従ってシリンダーを点火する前に、シリンダーのバルブ事象パラメータ（例えば、バルブリフト及びタイミング）を調整することにより、該選択されたシリンダーの動的圧縮比率を調整する工程を更に備えることができる。

初期点火するため選択されたシリンダーの所定のピストン位置は、該最初に選択されたシリンダー内の混合物を点火することに応答してクランクシャフトが少なくとも１８０度に亘って（反時計回り又は時計回りのいずれかの方向に）回転するのに十分な機械的利点を有するところの位置とすることができる。初期点火するため選択されたシリンダーの所定のピストン位置は、上死点の後、２５度乃至１５５度のクランクシャフト角度の範囲とすることができる。

選択されたシリンダー内で圧縮されていない燃料と空気の混合物を点火する前、吸気バルブは、選択されたシリンダー内に新鮮なチャージを導入するため開放されてもよい（後に閉じられる）。初期点火するため選択されたシリンダーを点火した後、排気バルブは、ピストンが下死点から上死点に向かって移動するとき、閉じられてもよい。排気バルブは、前記ピストンが略上死点に到達するまで開放したままであってもよい。

本方法は、初期点火するための複数のシリンダーを選択する工程を更に備えることができる。該シリンダーの各々の選択は、夫々のシリンダーのピストンがそのストロークに沿って所定の位置に配置されていることに基づいている。本方法は、初期点火するため選択されたシリンダーを点火する前に、吸気バルブ及び／又は排気バルブを閉じる工程を更に備えていてもよい。

燃料は、燃料インジェクタを経由して注入され、燃料／空気比率が略化学量論通りの燃焼可能混合物を形成するように注入されてもよい。通常の点火順序に依らずにシリンダーピストン位置に基づいた、選択工程、注入工程及び点火工程は、シリンダーが所定の通常の点火順序に従って点火される間に起こる。これにより、始動モードからエンジンの通常の点火順序への遷移が滑らかとなる。

別の態様では、本発明は、エンジンの第１の速度を決定することにより、内燃エンジンの速度を減少させる方法を特徴とし、本方法は、エンジンの速度を第２の速度に減少させるため十分なポンプ仕事の量を推定し、エンジン内の推定された量のポンプ仕事の少なくとも一部分を生成するため、１つ以上のエンジンシリンダーと連係した１つ以上のバルブを作動させる、各工程を備える。

本態様の様々な実施例は、次の特徴のうち１つ以上を含むことができる。
第１の速度は、所定範囲の速度であり、該所定範囲の速度に対して、クランクシャフトが所望範囲のクランクシャフト角度で停止するようにポンプ仕事を使用することによりエンジンを１つのブレーキストロークで停止することができると判定され、該ポンプ仕事を、エンジンを所望の範囲内で停止させるため適用することができる。本方法は、エンジン速度を所定の速度に減少させることもでき、該所定の速度に対して、クランクシャフトが所望範囲のクランクシャフト角度で停止するようにポンプ仕事を使用することによりエンジンを１つのブレーキストロークで停止することができると判定されている。所望の範囲は、ピストンが、クランクシャフトを上死点を通して（２５度乃至１５５度のクランクシャフト角度）回転させるため機械的利点を有するところの位置とすることができる。ポンプ仕事は、シリンダー内で吸気バルブ及び／又は排気バルブを作動させることにより発生させることができ、バルブ作動は、吸気バルブ及び排気バルブが同時に開閉し、シリンダーが適切に脱ガスされるように連続的になされる（例えば、吸気バルブを通して新鮮なチャージを引き入れるため排気バルブを開放する前に吸気バルブを開放し、排気バルブを通して燃焼残留物を排出するため排気バルブを閉じる前に吸気バルブを閉じることにより、なされる）。

所望量のポンプ仕事は、シリンダー内でピストンの位置を決定し、ピストンが第１の位置にあるときバルブを開放し、ピストンが第２の位置にあるときバルブを閉じることにより達成することができる。第１及び第２の位置は、エンジンの入口速度に依存している。

本方法は、エンジンの速度を第１の速度から第２の速度まで減少させるのに十分なピストンストロークの数を決定し、エンジンの速度を前記第１の速度から前記第２の速度まで減少させるため各々決定されたストロークの数に対して要求されるポンプ仕事の量を決定する、各工程を更に備えることもできる。

本方法は、推定された量のポンプ仕事を生成するため、バルブのタイミング、リフト及びシーケンス等の様々なバルブ事象パラメータを決定する工程を更に備える。バルブ事象パラメータは、動的に決定されてもよく（即ち、実時間で決定される）、又は、予め蓄えられたデータをアクセスすることにより決定されてもよい。

本方法は、エンジンの１つ以上のシリンダーにおける摩擦仕事の量を推定し、該摩擦仕事の推定量を使用してポンプ仕事の推定量を決定することができる。
本発明の別の態様は、内燃エンジンを停止する方法を特徴とする。本方法は、クランクシャフトが所望の範囲のクランクシャフト角度内で停止するようにポンプ仕事を使用することにより、１つのブレーキストロークでエンジンを停止することができる速度範囲を決定し、エンジンの速度が決定された速度範囲内にある目標速度に達したとき１つのブレーキストロークでエンジンを停止するためシリンダー内でポンプ仕事を生成するようにバルブ作動システムを作動させる、各工程を備える。

本態様の様々な実施例は、次の特徴のうち１つ以上を含むことができる。
クランクシャフトが所望の範囲のクランクシャフト角度内で停止するように１つのブレーキストロークでエンジンを停止することができる速度範囲を決定する工程は、シミュレーション又は実際のエンジンテストを介して予め定めておくことができる。クランクシャフト角度の所望の範囲は、少なくとも１つのピストンがクランクシャフトを時計回り又は反時計回りの方向に回転させるのに十分な機械的てこ作用を有する位置の範囲である。

エンジンを停止させるためバルブ作動システムを作動させる前に、エンジンの速度を第１の速度から目標速度まで減少させるため要求されるポンプ仕事の量及びストロークの数を決定することができる。本方法は、エンジンの速度を第１の速度から目標速度まで減少させるため要求される推定ポンプ仕事を生成するようにバルブ作動システムを作動させ、入口速度を目標速度に減少させるため幾つかのストロークの間で均等に推定ポンプ仕事を分配することができる。エンジンが停止した後、エンジンの最終的なクランクシャフト角度を調整するため、シリンダー内の蓄えられた流体（例えば、圧縮空気又は真空引き空気）から圧力エネルギーを使用するためバルブを作動することができる。

本方法は、１つ以上のシリンダーにおける摩擦仕事の量を推定する工程を更に備える。 摩擦仕事の量を推定する一つの方法は、バルブ作動システムを作動する前に、エンジンの残余の速度を予測し、バルブ作動システムを作動した後に、予測された残余速度を実際の残余速度と比較することである。摩擦仕事の量を推定する別の方法は、ストローク当たりで最小量のポンプ仕事をシリンダーに印加し、エンジン速度を該ストロークの間にサンプリングし、該ストロークの間のエンジン速度における変化に基づいて前記摩擦仕事の量を推定することである。

本発明の別の態様は、内燃エンジンを特徴とする。本内燃エンジンは、クランクシャフトに取り付けられたピストンを収容するシリンダーと、シリンダー内への空気の吸引を制御する吸気バルブ及びそのアクチュエータと、シリンダーからの空気の排出を制御する排気バルブ及びそのアクチュエータと、エンジンを停止させるコマンドを受け取ったとき、クランクシャフトが所望範囲のクランク角度範囲内で停止するようにエンジンを停止させるポンプ仕事を生成するため、吸気バルブアクチュエータ及び排気バルブアクチュエータを適応的に制御する、バルブ制御モジュールと、を備える。

本態様の様々な実施例は、次の特徴のうち１つ以上を含むことができる。
バルブ制御モジュールは、エンジンを停止させるコマンドを受け取ったとき、エンジン速度を第１の速度から第２の速度まで減少させるポンプ仕事を生成するため、吸気バルブアクチュエータ及び／又は排気バルブアクチュエータを適応的に制御し、第２の速度は所定範囲の速度であり、該所定範囲の速度に対して、クランクシャフトが所望範囲のクランクシャフト角度で停止するようにポンプ仕事を使用することによりエンジンを１つのブレーキストロークで停止することができると判定されている。

エンジンは、シリンダー内で燃料を点火させる、該シリンダー内に少なくとも部分的に配置された点火要素と、適切な量の燃料をシリンダー内に注入する、該シリンダー内に少なくとも部分的に配置された燃料注入要素と、エンジンを停止させるためのコマンドを受け取ったとき、燃料の注入及び点火を停止させる、点火及び燃料注入の制御モジュールと、を更に備える。

別の態様では、本発明は、クランクシャフトに取り付けられたピストンを収容するシリンダーと、シリンダー内への空気の吸引を制御する吸気バルブ及びそのアクチュエータと、シリンダーからの空気の排出を制御する排気バルブ及びそのアクチュエータと、所定の位置範囲にあるピストンを備えた１つ以上のシリンダーを同定し、該同定したシリンダーをそれらの通常の作動ストロークサイクルから独立に選択し、該同定したシリンダーを点火する、始動モジュールと、を備える、内燃エンジンを特徴とする。

別の態様では、本発明は、４ストローク内燃エンジンを静止状態から始動させる方法を特徴とする。本方法は、複数のシリンダーのうち第１の数のシリンダーを、燃焼前に燃料と空気の混合物を圧縮しない２ストロークサイクルで作動させ、圧縮ストロークを完了するためエンジン内で十分な運動エネルギーが蓄積された後、複数のシリンダーのうち第２の数のシリンダーを、通常の４ストロークサイクルで同時に作動させる、各工程を備える。

本態様の様々な実施例は、次の特徴のうち１つ以上を含むことができる。シリンダーを通常の４ストロークサイクルで作動させ続けている間に、２ストロークサイクルにおけるシリンダーの作動を終了させることができる。２ストロークサイクルの第１のストロークは、新鮮なチャージをチャンバー内に導入し、第２のストロークは燃焼残留物を解放することができる。

本発明の他の様々な態様は、エンジンをスターターモーターの援助無しに始動させるため、バルブ、燃料インジェクタ、及び／又は、点火源を独立に制御する工程を含んでいる。別の態様は、逆方向ギアを無くすため、逆方向に回転するエンジンを始動させる工程を含む。追加の態様は、１つ以上のピストンが、シリンダー内の所望の位置又は所望の位置範囲で静止するようにエンジンの回転を停止させる工程を含む。ここで、所望の位置は、シリンダー内の燃料の燃焼が開始された場合にピストンがエンジンを再始動するのに十分な機械的てこ作用を持つであろう位置である。

本発明の様々な教えに従って設計されたエンジンの一つの利点は、別個のスターターモーターや大型の高出力バッテリーの援助無しに当該エンジンを始動させることができるということである。

当該エンジンの別の利点は、逆方向ギアを無くすことができるということである。
当該エンジンの別の利点は、エンジンを、静止時にアイドリングというよりも停止することができ、よって、排気物や燃料消費を軽減することができるということである。

当該エンジンの別の利点は、エンジンが再始動されるときクランクシャフトを回転させるのに十分な機械的てこ作用を提供する位置に１つ以上のエンジンピストンが配置されることを確実にするようにエンジンを停止することができるということである。

本発明の１つ以上の実施例の詳細な事項は、添付図面並びに次の説明に記載されている。本発明の他の特徴、目的及び利点は、次の説明、図面及び請求の範囲から明らかとなろう。
様々な図面を通して同様の参照番号は、同様の要素を示している。

図１Ａに示されるように、内燃エンジン１０は、例えば１４ａ〜１４ｂのピストンを各々収容する、例えば１２ａ〜１２ｂ等の８シリンダーを備える。ピストンの各々は、例えば１８ａ〜１８ｂ等のロッドを用いて、クランクシャフト１６に機械的に接続されている。なお、図１Ａに表されたエンジンがＶ８エンジンであるが、以下で説明された様々な特徴は、Ｖ８エンジンには限定されず、例えば、任意数のシリンダーを備えた、直列エンジン又は水平対向エンジン等の任意の内燃エンジンに適用することができる。

図１Ｂに示されるように、例えば１２ａ等の各々のシリンダーは、吸気バルブ２０、排気２２、スパークプラグ２４及び燃料インジェクタ要素を備え、各々がシリンダー内に少なくとも部分的に配置されている。簡単さのため、シリンダーのための一つだけの吸気バルブ及び排気バルブが示されているが、他の実施例では、各々のシリンダーのため一つより多い吸気及び／又は排気バルブが存在してもよい。制御ユニット（図示せず）は、スパークプラグ２４と、各シリンダーに対してシリンダーチャンバー内に燃料を分配する燃料インジェクタ２６と、の作動を個々に且つ可変に制御する。制御ユニットは、バルブ事象パラメータを変動させるためバルブアクチュエータ機構３０，３２を制御することにより、吸気バルブ２０及び排気バルブ２２を独立に且つ可変に制御する。バルブ事象パラメータには、バルブリフト（即ち、バルブが開いた度合い）及びバルブタイミング（即ち、クランクシャフト位置に関して、吸気バルブ及び排気バルブの開閉時刻）が含まれている。吸気バルブ２０及び排気バルブ２２は、例えば、液圧、空気圧、電磁若しくは圧電、又は、当該技術分野で知られている他の任意の作動機構等、様々なバルブアクチュエータ機構を用いることができる。例えば、本出願と同時に出願された、トーマス・Ａ・フロエシュル、ローガー・マーク、トーマス・Ｃ・シュローダー、リチャード・トッカー・カールマーク、デイブ・ハンソン、及び、ジュン・マによる「電磁アクチュエータとその制御法」と題された、現在係属中の米国特許出願が、シリンダー内への流れ及びシリンダーからの流れを制御するための統合化されたバルブ及びアクチュエータ機構を記載している。この機構は、エンジン１０内で、吸気バルブ２０及びアクチュエータ３０、並びに、排気バルブ２２及びアクチュエータ３２として使用することができる。その開示内容は、ここで参照したことで本願に組み込まれる。

より詳細に後述されるように、制御ユニットは、補助モーター（例えばスターターモーター）の援助無しにエンジンを始動させ、始動モードの作動から通常作動モードの作動へとエンジンを遷移させるため、エンジンのシリンダー１２ａ、１２ｂの各々と連係した機能的要素（即ち、バルブ、燃料インジェクタ、点火源等）を制御する。かくして、エンジン１０は、少なくとも２つのモード、即ち、始動モード及び通常の作動モードで作動するように構成されている。

通常の作動モードでは、全てのシリンダーは、吸気、圧縮、燃焼及び膨張、並びに、排気の各ストロークを備えた従来の４ストロークサイクル等の通常の多ストロークサイクルで作動する。図２Ａ乃至図２Ｂに示される、その上死点（ＴＤＣ）からその下死点（ＢＤＣ）へと、或いは、そのＢＤＣからそのＴＤＣへと、移動することができるとき、ストロークが生じる。ピストンがシリンダー内で上下に移動するとき、それらはクランクシャフト１６を回転させる。一例としてのエンジン１０は、クランクシャフト１６が２ストローク毎に循環を完了するように構成されている。かくして、各ストロークは、長さにして１８０度のクランク角度（ＣＡ）である。

始動モードでは、少なくとも１つのシリンダーが、（ｉ）吸気、燃焼及び膨張ストローク、名阿鼻に、（ｉｉ）排気ストロークを有する、２ストロークサイクルで作動する。吸気、燃焼及び膨張ストロークは、シリンダーピストンがＴＤＣからＢＤＣへと移動するときに発生する。このストロークの間、シリンダーの吸気バルブは、シリンダー内に新鮮なチャージを導入するため、ＴＤＣ前の所定の早め角度で開放する。吸気バルブは、ピストンがＴＤＣから離れて移動するとき、例えば、ピストンが、半サイクルより僅かに小さいストロークを移動したとき、閉じる。燃料インジェクタは、所定量の燃料を注入する。該所定量の燃料は、捕捉した新鮮な空気で化学量論通りの比率に近い燃料／空気比率で燃焼可能な混合物を形成することができる。これと同時に、スパークプラグは、燃焼可能な混合物を点火させ、ピストンをそのＢＤＣ位置へと押し下げる。この燃焼プロセスでは、発生した運動エネルギーが、エンジンのピストン接続ロッドクランクシャフト機構に蓄えられる。２ストロークサイクルの第２のストローク、即ち排気ストロークは、第１のストロークの直後に、ピストンがそのＢＤＣからそのＴＤＣへと移動するとき、発生する。シリンダーの排気バルブは、ＢＤＣの直前に所定の早め角度で開放され、ピストンがそのＴＤＣ（プラス所定のバルブ閉鎖遅延角度）に達するまで開放状態のままである。この第２のストロークの間、燃焼残留物が解放され、排気システムへと放出される。

シリンダーがこの２つのストロークサイクルの第１のストロークを実行することができるようにするため、シリンダーは、ピストンがクランクシャフトを回転させるのに十分な機械的利点を有するピストンの範囲内の位置にそのピストンをもってくるようにするべきである。この説明中では、ポストンがクランクシャフトを回転させるのに十分な機械的利点を有する位置が、ＴＤＣの後のαクランク角度として表されている。ピストンがそのＴＤＣの後にαクランク角度にあることの別の利点は、シリンダーが、シリンダー中に既に捕捉された新鮮なチャージを持っており、かくして、燃料を、燃焼のためシリンダー内に直ちに注入することができる、ということである。ピストンが始動モードの開始前に角度αにあるので、始動モードの第１のストロークは、ＢＤＣに到達するためには（１８０−α）度のクランク角度を通してクランクシャフトを回転させなければならない。

角度αの所望の範囲は、主として、接続ロッドの長さと、クランクシャフトの半径との間の幾何学的比率により決定されるが、ピストンとシリンダー壁との間の摩擦特性によっても影響を及ぼされる。Ｖ８ ３５１スパーク点火エンジンでは、角度αは、ＴＤＣの後、約２５°ＣＡ乃至約１５５°ＣＡの範囲にあり、ＴＤＣの後、約７６°ＣＡであるのが好ましい。

始動モードの間、シリンダー（エンジンのシリンダーの一部又は全てであり得る）は、エンジンをその通常の４ストロークサイクル（即ち、エンジンの通常の作動モード）へと遷移させるのに十分な運動エネルギーを蓄積するため特殊な２ストロークサイクルで作動する。エンジンのピストン接続ロッドクランクシャフト機構が、通常の４ストロークサイクルで作動するのに十分である、少なくとも１つのシリンダーに対する運動エネルギーを首尾良く蓄積した後、エンジンは、特殊な２ストロークサイクルから通常の４ストロークサイクルへとその遷移を開始することができる。始動モードの特殊な２ストロークサイクルが燃焼前に燃料と空気の混合物を圧縮しないので、それは低い熱力学的効率を持っている。従って、始動モードから通常の４サイクルモードまで可能な限り迅速に遷移することが好ましい。

エンジンがその始動モードからその通常のモードに遷移するとき、幾つかのシリンダーが始動モードの２ストロークサイクルで作動し続け、他のシリンダーが幾つかのストロークに対して通常の４ストロークサイクルで作動するようにシリンダーが制御されるのが好ましい。２ストロークサイクルと、幾つかのストロークに対する通常の４ストロークサイクルとの重なり合いは、２つの作動モードの間を滑らかに遷移することを援助する。

エンジン速度は、容易に測定され、エンジン内の運動エネルギー量に直接関連しているので、好ましい実施例では、通常の作動モードに遷移するのに十分な運動エネルギーが何時存在するかを判定するため始動モードの間にエンジン速度を監視する。圧縮ストロークを開始するのに必要となるエンジン速度（再び、エンジンの運動エネルギーのために代用となる）を、シミュレーション又は実験により、特定のエンジンに対して予め決定することができる。例えば、図２Ｃに示されるように、一例としてのＶ８ ３５１スパーク点火エンジンの最終速度（即ち、圧縮ストロークの完了後のエンジンの速度）は、エンジンが４００ｒｐｍ以上の初期速度を有する任意の時刻で圧縮ストロークの間に非ゼロの値へと降下する。換言すれば、エンジンは、エンジンが４００ｒｐｍの最小速度に到達する前に圧縮ストロークが試行されるならば、失速する。かくして、このエンジンは、それが全出力圧縮ストロークを首尾良く完了することができる前に、最低でも４００ｒｐｍの初期速度を必要としている。

圧縮ストロークのために必要とされるエネルギーは、バルブ事象パラメータを調整することにより調整することができる、ストロークの効率的な圧縮比率（動的圧縮比率）によっても決定することができる。例えば、当該技術分野で知られている、早期の吸気バルブの閉鎖（ＥＩＶＣ）又は遅い空気バルブ閉鎖（ＬＩＶＣ）の制御枠組みは、圧縮ストロークの有効圧縮比率を減少するため使用することができ、これは閾値運動エネルギーも減少することができる（即ち、少なくとも１つのシリンダーの動作を保障するため要求される最小量の運動エネルギーは、圧縮ストロークを仕上げ、それに追随する燃焼ストロークを開始することができる）。

通常の作動モードでは、エンジン１０は、適切な点火インターバルで、Ｖ８エンジンのための従来の点火順（例えば、１−８−４−３−６−５−７−２）でシリンダーを点火する。エンジンのための点火インターバルは、ストロークの数とストローク当たりのクランク角度とを乗算した値をシリンダーの数により割った値である。かくして、図１Ａに示されたＶ８エンジンに対して、点火インターバルは、９０度クランク角度毎に発生する（即ち、４ストローク×１８０度÷８シリンダー＝９０ＣＡ度）。始動モードでは、ＴＤＣの後、約２５°ＣＡ乃至約１５５°ＣＡの範囲内に落ちるピストンを有する任意のシリンダー（ピストンがクランクシャフトを回転させるため押し出すのに十分な機械的利点を有する場合）を、始動プロセスに関与させるため選択することができるので、点火順序を可変にすることができる。特殊な２ストロークサイクルで作動するシリンダーのための可変の点火順序は、通常の点火順序と大きく異なり得る。

エンジン１０の始動作動モードを示すフローチャート（図１に示される）は、図３に示されている。
始動作動モードは、制御ユニットがエンジンを始動させるための信号を受信するとき、開始する（１００）。エンジンを始動させるため信号を受信した後、制御ユニットは、始動プロセスを開始するため１つ以上のシリンダーを選択する。制御ユニットは、上死点（ＴＤＣ）に対して所定の範囲に配置されたピストンを有するシリンダーを選択する（１１０）。この実施例では、所定の範囲が、ピストンがＴＤＣの後の約２５°〜１５５°クランクシャフト角度（ＣＡ）であるクランクシャフトを回転させるため十分な機械的利点を有する。ここで好ましい位置は、ＴＤＣの後、約７６°ＣＡである。多重シリンダーが所定範囲のピストンを有する場合、それらのシリンダーの一部又は全てを、始動プロセスを促進させるため始動プロセスに参加するシリンダーとして使用することができる。例えば、現在のクランクシャフト角度を追跡するため位置エンコーダーを使用すること等によって、任意の既知の技術によりピストン位置情報を同定することができる（１１０）。

点火するべきシリンダーを選択した後、制御ユニットは、吸気及び排気バルブを閉鎖し、適切な量の燃料を燃料インジェクタ２６（図１Ｂに示される）を介して注入し、同定されたシリンダーをスパークプラグ２４を介して点火することにより、選択されたシリンダーを点火する（１２０）。なお、選択されたシリンダー内に空気の新鮮なチャージが存在するべきである。その理由は、エンジンが停止されたとき、制御されたエンジンブレーキプロセス（後述される）は、新鮮なチャージを備えた少なくとも１つのシリンダーが、所定のクランクシャフト角度範囲で配置されるということを確実にするからである。更に、捕捉された新鮮な空気との化学量論比率に近い燃料／空気比率の燃焼混合物を形成するため所定量の燃料をチャンバー内に注入することができる、様々な燃料注入機構を用いることができる。

初期に参加した点火シリンダーは、他のシリンダーの１つ以上のピストンが所定の範囲内で移動され、それらが始動プロセスに参加することを可能にするように、クランクシャフトを回転させるのに十分な運動エネルギーを生成するべきである。なお、初期の始動モードでは、初期の点火シリンダーのバルブ事象パラメータは、初期の点火シリンダーが通常の４ストロークサイクルに続かず、その代わりに始動の２ストロークサイクルに続くように制御される。エンジン１０は、初期点火シリンダーのための燃焼前に燃料−空気混合物を圧縮しない。

選択されたシリンダーの初期点火の後、制御ユニットは、圧縮ストロークを完了するため、ピストン接続ロッドクランクシャフト機構に十分な運動エネルギー（前述したような）が存在するか否かを判定する（１３０）。十分なエネルギーが存在しない場合、制御ユニットは、ピストンが所定のクランクシャフト角度内にあるシリンダーを選択し、該シリンダーを点火する、各工程を繰り返す（１１０、１２０）。

一旦、圧縮ストロークを完了するためシリンダー内に十分なエネルギーが存在するならば、制御ユニットは、通常の作動モードへとエンジンを遷移させ始める（１４０）。始動モードから通常のモードへと遷移する間に、制御ユニットは、通常の４ストロークサイクルの下の幾つかのシリンダーと、特殊な始動２ストロークサイクルの下の幾つかのシリンダーとを作動させる。そうすることにより、エンジン１０は、始動モードから通常の作動モードまで滑らかに遷移する。始動プロセスは、通常の作動サイクルが完全に進行中である後の任意の時刻に終了する（１５０）。

エンジン１０は、選択されたシリンダーが、反時計方向にクランクシャフトを回転させるのに十分な機械的利点を有するように上死点に対して所定の範囲（例えば、ＴＤＣ前の２５°〜１５５°ＣＡ度）にピストンが配置されているシリンダーを選択し、エンジンが時計回り方向にクランクシャフトを回転させることにより始動された後、それらの通常の点火順序の逆にシリンダーを点火することにより、逆転で始動されてもよい。かくして、制御ユニットは、ピストン接続ロッドクランクシャフトアッセンブリがクランクシャフトを、時計回り（即ち前方向）又は反時計回り（即ち逆方向）に回転させるように、シリンダーを点火することにより、前方向又は逆方向のいずれかに始動するように構成されてもよい。制御ユニットが前方向又は逆方向にエンジンを始動させることを可能にすることにより、逆転ギアを無くすことが可能となる。制御ユニットがエンジンを逆転させるコマンドを受け取るとき、制御ユニットは、最初に、少なくとも１つのピストンが反時計方向にクランクシャフトを回転させるのに十分な機械的てこ作用を提供するための所定の範囲に配置されるようにエンジンの制御された停止をもたらし、次に、上述したプロセスに従ってエンジンを自動始動させることができる。

図４は、１−８−４−３−６−５−７−２の従来の前方ギア点火順序を有し、１つ以上のピストンがＴＤＣの後の２５〜１５５ＣＡ度の所定のクランクシャフト角度範囲内にあることを要求する、３５１立方インチのＶ８スパーク点火４ストロークサイクルエンジンの始動プロセスを示している。制御ユニット（図示せず）がモーターを始動するため信号を受け取るとき、それは、エンジンを始動モードで作動させ始める。始動モードの開始時点では、制御ユニットは、シリンダー１及び６を、ＴＤＣの後に２５〜１５５ＣＡの所定のクランクシャフト角度範囲にある９０ＣＡ度であるものとして同定し、これら２つのシリンダーを点火するために選択する。かくして、この例では、αは９０ＣＡ度に等しい。しかし、選択されたシリンダーは所定の範囲内の任意の角度であってもよいことが理解されるべきである。なお、シリンダー１及び６（２００−１、２００−１）のためのまさに第１のストロークはＴＤＣから開始せず、受容可能な位置の所定範囲内に含まれる所定の位置（αクランク角度）から開始する。開始サイクルの次のストロークは、１つ以上のピストンがＴＤＣへと移動するとき開始し、かくして、まさに第１のストロークは、少なくとも１つのピストンがＴＤＣへと移動するようにクランクシャフトを回転させるのに十分な運動エネルギーを生成するべきである。シリンダー１及び６が９０度クランク角度にあるので、それらは、シリンダー５を適所に移動させるためクランクシャフトを９０ＣＡ度回転させなければならない。シリンダー１及び６は、エンジンが停止される前に、捕捉プロセス（詳しくは後述される）により捕捉された新鮮なチャージを持ち、かくして、新鮮なチャージを引き込むため吸気ストロークを必要としない。

点火のためシリンダー１及び６を選択した後、制御ユニットは、シリンダー１及び６の各々に適切な量の燃料を注入し、シリンダー内で発火させるためスパークプラグを点火する。かくして、シリンダー１及び６は、予備燃焼無しに、始動燃焼ストローク及び膨張ストローク（ＣＥＳ）（２３０−１、２３０−２）を開始し、発生された運動エネルギーは、ピストンを押し、クランクシャフトを回転させる。前述したように、シリンダー１及び６のため約９０°（１８０°−α）クランク角度が採用され、それらのまさに第１の特殊な２ストロークサイクルの第１のストロークを完了する。

シリンダー１及び６の排気バルブは、シリンダー１及び６のピストンが、それらの各々の下死点（ＢＤＣ）に押されるやいなや、開放される。シリンダー１及び６のために約１８０度のクランク角度が、それらのピストンがそれらの各々のＴＤＣ（２３１−１、２３１−２、２３１−３、２３１−４）へと押されて戻るまで採用され、それらの始動排気プロセスを完了する。なお、シリンダー１及び６は、両方とも始動プロセスを同時に開始するため使用することができる。それらのバルブは、クランクシャフト位置から独立に制御されるからである。

シリンダー１及び６の燃焼及び膨張ストローク（２３０−１、２３０−２）の間、シリンダー５及び８の吸気バルブは、吸気マニホルド（２１０−１、２１０−２）から新鮮なチャージを吸い込むため開放したままとなっている。クランクシャフトは、シリンダー５及び８が、クランクシャフトを押すため十分に機械的に有利な角度を持つ位置まで回転された後（なお、簡単さのため、図４は、約９０°のクランクシャフトの回転を示す）、制御ユニットは、シリンダー８の吸気バルブを閉じ、適切な量の燃料をシリンダー８に注入し、燃料と空気の混合物を点火してシリンダー８（２３０−３）内を発火させる。なお、シリンダー５が、シリンダー８の代わりに又はそれに加えて、発火されてもよい。代わりに、本実施例では、シリンダー５は、そのピストンがそのＢＤＣ（２３０−４）まで下方に移動するまでその通常の吸気ストロークを続行する。完全にチャージされたシリンダー５は、第１の通常の燃焼ストローク（ＣＥ４、２５０）となるその追跡ストローク（ＣＳ４、２４１−１、２４１−２）で圧縮工程を受ける。

特殊な２ストロークサイクルは、圧縮しないので、燃料と空気の混合物は、燃料と空気の混合物が圧縮される従来の４ストロークサイクルよりも低い熱力学的効率しか持たない。従って、エンジンのピストン接続ロッドクランクシャフト機構が、シリンダー（この例ではシリンダー５）が通常の４ストロークサイクルで首尾良く作動するのに十分な運動エネルギーを提供することができることが判定されるやいなや遷移プロセスを開始することが好ましい。例えば低温天気環境等の幾つかの状況では、エンジンは始動するのがより困難となり、制御ユニットは、単一の圧縮ストロークを完了するため、より暖かい環境で通常要求されるものよりも多くの運動エネルギーを生成する必要があり得る。

再び図４を参照すると、シリンダー８が、その始動サイクル（２３０−３）で燃焼、膨張するとき、それは、ピストン接続ロッドクランクシャフト機構により多くの運動エネルギーを追加する。これと同時に、制御ユニットは、シリンダー４（２２１−１）内で始動吸気ストロークを開始し、シリンダー７（２２１−２）で吸気ストロークを開始する。シリンダー８（２３０−３）の燃焼及び膨張ストローク（ＣＥＳ）には、シリンダー４（２３０−４）の始動の燃焼及び膨張ストロークが続き、更にシリンダー３（２３０−５）の始動の燃焼／膨張プロセス（ＣＥＳ）が続き、更に、シリンダー６（２３０−６）の始動の燃焼／膨張プロセス（ＣＥＳ）が続いていく。これらの始動の燃焼及び膨張ストローク（ＣＥＳ）の全ては、ピストン接続ロッドクランクシャフト機構によりいっそうの運動エネルギーを追加し、エンジンを、始動モードから通常の４サイクル作動モードへと遷移させる。

約２７０度クランク角度では、シリンダー１及び６は、始動排気ストロークを続行し、シリンダー８は、始動排気ストロークを開始し、シリンダー２は通常の吸気ストロークを開始し、シリンダー３は、特殊な吸気ストロークを開始し、シリンダー７は、吸気ストロークを続行し、シリンダー４は、始動燃焼及び膨張ストロークを開始する。更に、シリンダー５が圧縮ストロークを開始する（２４１−１）ように十分な運動エネルギーがエンジン内で蓄積された。シリンダー５がその圧縮ストロークを開始したとき、エンジンは、始動モードから通常の作動モードへとその遷移を開始する。

約３６０度のクランク角度では、シリンダー１及び６は、別の吸気ストロークを開始し、シリンダー２が吸気ストロークを続行し、シリンダー３が始動燃焼及び膨張ストロークを開始し、シリンダー４が始動排気ストロークを開始し、シリンダー５が圧縮ストロークを続行し、シリンダー７が圧縮ストローク（２４０−１）を開始し、シリンダー８がその始動排気ストロークを続行する。

約４５０度クランク角度では、シリンダー１は、その吸気ストロークを開始し、シリンダー２は、その圧縮ストローク（２４０−２）を続行し、シリンダー３はその始動排気ストロークを始動し、シリンダー４はその始動排気ストロークを続行し、シリンダー５及び６は、燃焼及び膨張ストローク（シリンダー６に対して始動ＣＥＳ２３０−６、シリンダー５に対して通常の燃焼及び膨張ストロークＣＥ４ ２５０）を開始し、シリンダー７は、圧縮ストロークを開始し、シリンダー８は吸気ストロークを開始する。なお、シリンダー５は、圧縮ストロークに続いて発火され、かくして、通常の作動モードの一部として発火される。これに対して、シリンダー６の発火は、圧縮ストロークには続かず、かくして、始動モードの一部として発火される。

約５４０度のクランク角度では、シリンダー１は、圧縮ストローク（２４０−３）を開始し、シリンダー２は、圧縮ストロークを続行し、シリンダー３は、始動排気ストロークを続行し、シリンダー４は吸気ストロークを開始し、シリンダー５は、燃焼及び膨張ストロークを続行し、シリンダー６は、始動排気ストロークを開始し、シリンダー７は、燃焼及び膨張ストロークを開始し、シリンダー８は、吸気ストロークを続行する。

約６３０度のクランク角度では、シリンダー１は、圧縮ストロークを続行し、シリンダー２は、燃焼及び膨張ストロークを開始し、シリンダー３は、吸気ストロークを開始し、シリンダー４は、吸気ストロークを続行し、シリンダー５は、排気ストロークを開始し、シリンダー６は、始動排気ストロークを続行し、シリンダー７は、燃焼及び膨張ストロークを続行し、シリンダー８は、圧縮ストロークを開始する（２４０−４）。

図４に示されるように、７つの点火インターバルが存在し、該インターバル中には、始動サイクル及び通常の４サイクルプロセスが重なり合う。この重なり合いは、始動モードから通常の作動モードへの遷移を滑らかにさせる。約７２０度のクランク角度では、制御ユニット７０は、エンジンをその通常の４ストローク作動モードで完全に作動させ始め、かくして、始動モードの終了が示される。

前述したように、自動開始プロセスを始めるため、シリンダー内の少なくとも１つのピストンは、シリンダーが点火されたとき適切な方向にクランクシャフトを回転する能力を提供するため所定のクランクシャフトの角度範囲になければならない。更には、シリンダー内には、燃焼残留物とは異なる新鮮なチャージが捕捉されて存在するべきである。

３５１立方インチのＶ８スパーク点火エンジン等の典型的な８気筒エンジンでは、エンジンは、所定範囲に２つのシリンダーを常に有する。しかし、４又は数個のシリンダーのエンジンでは、エンジンが停止したとき、ピストンが、所定範囲に配置されないことがあり得る。従って、制御ユニットは、少なくとも１つのピストンが所定のＣＡ範囲内で停止し、対応するシリンダー内に新鮮なチャージを提供するようにエンジンを停止する制御式ブレーキプロセスで係合するように構成することができる。

２つの因子が、エンジンを停止させることに寄与する。即ち、（ｉ）エンジン内の摩擦力により引き起こされ、制御が不可能である摩擦仕事と、（ｉｉ）作業媒体（即ち燃料及び／又は空気）内に引き入れるためシリンダーにより消費された仕事であるポンプ仕事と、が作業媒体を圧縮し、該作業媒体をシリンダーから追い出す。エンジンブレーキプロセスの間、全てのシリンダーは、ピストンがＢＤＣからＴＤＣへと移動するとき（圧縮ストローク）作業媒体を圧縮し、次に該媒体を追い出すか、又は、ピストンがＴＤＣからＢＤＣへと移動するとき（真空ストローク）作業媒体を真空吸引し、次に内部に新しいチャージを吸い込むかのいずれかである。個々のシリンダーの圧縮ストロークから寄与されるポンプ仕事は、当該シリンダーの有効な圧縮比率を変化させることにより調整することができ、これは、当該シリンダーの吸気及び排気バルブの事象パラメータ（主要には例えばバルブ事象角度等のバルブタイミングパラメータ）を操作することにより更に達成することができる。同様に、個々のシリンダーの真空ストロークから寄与されるポンプ仕事も、より詳細を後述するように、吸気及び排気バルブ事象パラメータを操作することによって、調整することができる。

エンジンブレーキプロセスの間に、シリンダーが、圧縮ストロークと真空ストロークとを交互に実行する。圧縮ストロークの間のポンプ仕事を増大させるため、シリンダーは、圧縮プロセスが始まる前に、より大きい量の空気を捕捉する。同様に、真空ストロークの間にポンプ仕事を増大させるため、シリンダーは、真空プロセスが始める前により大きい量の空気を追い出す。従って、シリンダーは、呼吸プロセスを実行し、該プロセスの間にシリンダーは、追跡ストロークで大きいポンプ仕事を生成するためその圧力を周囲圧力に等しくさせるためＴＤＣ及びＢＤＣの回りでその一つのバルブ（又は複数のバルブ）を短い間に開放する。一実施例では、シリンダー内の全てのバルブ（即ち、吸気バルブ及び排気バルブの両方）は、空気を吸引し（ＴＤＣ付近）又は空気を追い出す（ＢＤＣ付近）ため、幅広く開放され（即ち最大バルブリフト）、次に、ＢＤＣ及びＴＤＣ付近で閉じられる。しかし、本実施例では、シリンダーは、徹底的には脱ガスされそうにもない。脱ガスは、排気バルブを通して燃焼ガスを追い出させるため、吸気バルブを通して新鮮なチャージを導入するプロセスに言及している。シリンダーを徹底的に脱ガスすることにより、エンジンを再始動するため必要となる新鮮なチャージをシリンダー内に提供することができる。

図５Ａ乃至図５Ｃに示される別の実施例では、吸気バルブ及び排気バルブは、制御されたレベルのポンプ仕事を提供するため制御されると共に、シリンダーの徹底的な脱ガスを確実にする。

図５Ａは、最大量のポンプ仕事を生成すると共にシリンダーの適切な脱ガスを確実にするブレーキプロセスの間のバルブタイミング事象を示している。このシリンダーの排気バルブは、ピストンがそのＴＤＣに到達する直前、即ち、ＴＤＣよりφ_１クランク角度前の角度で、幅広く（即ち、最大バルブリフト）開放され、最後のブレーキストロークから排気システムへと圧縮チャージを解放する。最大バルブリフトを必ずしも常に持つ必要はないが、バルブリフトパラメータを、所望のポンプ仕事及びエンジン速度等の他の因子に応じて調整することができる。排気バルブは、ピストンがそのＴＤＣの直後、即ちＴＤＣよりφ_２クランク角度前の角度で閉じられる。排気バルブの閉鎖時には、シリンダーは、少量のチャージを捕捉する。ピストンがＴＤＣからそのＢＤＣに向かって移動するとき、シリンダーは、吸気マニホルドから新鮮なチャージを導入するため、吸気バルブが幅広く開放されるそのＢＤＣに十分近いところ、即ち、ＢＤＣよりω１クランク角度前の角度までピストンが移動するまで、真空引きされ、高いポンプ仕事が発生される。吸気バルブは、ピストンがそのＢＤＣを通過した直後、即ちＢＤＣよりω_２クランク角度後の角度で閉じられる。吸気バルブが閉鎖したとき、シリンダーは、吸気マニホルドから十分に新鮮なチャージを捕捉する。ピストンがＢＤＣからそのＴＤＣに向かって戻るとき、捕捉された新鮮なチャージが圧縮され、かくして、高いポンプ仕事を発生する。

シリンダーからのポンプ仕事を減少させるため、図５Ｂに示されるように、吸気バルブ開放早め角度ω_１及び排気バルブ開放早め角度φ_１を増大させることができる。極端な状況では、吸気バルブは、排気バルブが閉鎖された正にその直後に開放され、排気バルブは、吸気バルブが閉鎖された正にその直後に開放され、これにより、シリンダーのポンプ仕事を最小にする。図５Ｃは、シリンダーの適切な脱ガスを確保しつつ最小量のポンプ仕事を生成する、バルブタイミング事象を示している。

シリンダーの適切な脱ガスを確保しつつポンプ仕事を最大にする望ましいバルブ事象パラメータは、特定のエンジンの設計に応じて変化し得る。そのようなパラメータは、シミュレーション、エンジンテスト、又は、当該技術分野で知られている他の技術により決定することができる。エンジン全体に関して、ポンプ仕事の総合量は、シリンダーの各々により発生されたポンプ仕事により制御することができる。なお、必ずしも、あらゆる単一のシリンダー毎により発生されたポンプ仕事を調整する必要はない。

図６Ａ乃至図６Ｂに示されるように、制御されたエンジンブレーキプロセス６００は、エンジンのピストンの少なくとも１つが所定位置で停止するようにエンジンを停止させるためポンプ仕事の調整手段を使用する。図６Ａに示されるように、制御ユニットは、最初に、エンジンを停止させるためのコマンドを受け取り（６０２）、これに応答して、制御湯ニットは、エンジンを、通常の４ストローク作動モードから、制御されたブレーキモードへと移行させる（６０４）。

制御されたブレーキモードに移行したとき、制御ユニットは、シリンダー内への燃料の注入を停止させる（６０６）。エンジンがブレーキモードに遷移する前に、燃料と空気との混合物がシリンダー内にある場合、制御ユニットは、当該混合物を燃焼し、最後の通常燃焼ストロークを終了するため、このシリンダーを点火することができる。一実施例では、既にそれらの最後の排気ストロークを収容したシリンダーは、ブレーキモードに直ちに入り、ポンプ仕事は、これらのシリンダーに関して調整され、他のシリンダーはなおも発火されている状態とすることができる。別の実施例では、シリンダーは、全てのシリンダーが最後の通常の燃焼ストロークを終了した後にブレーキモードに入る。更に別の実施例では、制御ユニットは、エンジンが通常の４ストローク作動モードから制御されたブレーキモードへと移行する前に全てのシリンダーが発火を停止するまで待機する。

ブレーキモードに入った後、制御ユニットは、第１のブレーキ段階（６０８）に移行し、該段階では、それは、移行速度（図６ＢでポイントＡにおける速度として示された）から、所望の目標速度の範囲（図６Ｂで影付領域６１２として示された）内にある目標速度（図６ＢでポイントＤにおける速度として示された）へとエンジンの速度を減少させるため１つ以上のブレーキストロークに亘ってポンプ仕事を生成するように１つ以上のシリンダーのバルブを作動させる。

目標速度は、実際の速度を所望の目標速度の範囲内に維持しつつ第１のステージのブレーキ速度を完了した後、目標速度と実際の速度との間の最大差異を提供するため所望の目標速度の範囲内の中央ポイントであるように選択されるのが好ましい。

所望の目標速度の範囲は、エンジン速度の範囲であり、該範囲に対して、シミュレーション又は実際のエンジンテストを通して決定されたバルブパラメータは、エンジンの直前のストローク（この間、エンジンが停止している）の角度が、所望のクランクシャフト角度の範囲内に落ちるように、単一のストロークでエンジンを停止するため十分なポンプ仕事を生成する。所望範囲のクランクシャフト角度は、ピストンがクランクシャフトを回転させるため十分な機械的利点を有する上死点に対して所定のＣＡ範囲内に位置する少なくとも１つのピストンを有するクランクシャフトの角度である（例えば、ＴＤＣの後２５〜１５５クランクシャフト角度）。目標速度範囲の上側境界は、最大の入口速度（即ち、直前のブレーキストロークに入る前のエンジンの速度）であり、該速度では、最大のポンプ仕事を使用して所望のクランクシャフト範囲内でエンジンを停止させることができる。目標速度範囲の下側境界は、最小のポンプ仕事を使用して所望のクランクシャフト範囲内でエンジンを停止させることができる最小の入口速度である。

所望の目標速度の範囲を更に示すため、最大量のポンプ仕事のエンジンへの適用により、エンジンが１００〜５００ＲＰＭの入口速度を有するとき直前のストローク角度が所望のクランクシャフト角度範囲内に落ちるということをシミュレーションを通して判定されたエンジンをここで考慮する。更に、最小量のポンプ仕事のエンジンへの適用により、エンジンが５０〜２００ＲＰＭの入口速度を有するとき直前のストローク角度が同じ所望のクランクシャフト角度範囲内に落ちるということをシミュレーションを通して判定されたことをここで考慮する。この例では、所望の目標速度の範囲は、５０〜５００ＰＲＭであり、ポンプ仕事は、クランクシャフトを所望の位置に停止させるためこの範囲内の任意の速度で適用され得る。この範囲のエンジン速度に対して要求される量のポンプ仕事を生成するためバルブ事象パラメータを、閉鎖形態の計算により動的に、又は、ルックアップテーブル若しくは様々に異なる量のポンプ仕事に対応するバルブパラメータが統計的に計算され、メモリ中に記憶される他のデータ構成を通して統計的に判定することができる。代替手段として、エンジン速度を減少させるため、エンジン速度監視及び所定のフィードバック制御則に基づいて、バルブ事象パラメータを、実時間で動的に調整することができる。

再び図６Ａを参照すると、第１の段階のブレーキ作動モード（６０８）の間に、制御ユニットは、ブレーキストロークに入る前のエンジンの速度（例えばエンジンの毎分当たりの回転数）であるエンジンの入口速度を最初に測定する。制御ユニットは、入口速度から目標速度へエンジン速度を減少させるため要求された総合量のポンプ仕事を計算する。入口速度から目標速度へエンジン速度を減少させるように要求された総合量のポンプ仕事を計算した後、制御ユニットは、入口速度を目標速度範囲内の速度に減少させるため要求されるブレーキストロークの数を判定する。なお、要求されたポンプ仕事の総合量及び要求されたレーキストロークの数は、バルブ事象パラメータに依存する。例えば、各々のブレーキストロークの最大のポンプ仕事が使用された場合、要求されたブレーキストロークの数は、各々のブレーキストロークの最小のポンプ仕事が使用されるときよりも小さくなる。摩擦変動の効果を最小にするため、総合のポンプ仕事は、判定された数のブレーキストロークの間で、均一に分布されるのが好ましい。例えば、図６Ｂに示されるように、エンジン速度を入口速度（即ち、ポイントＡにおける速度）から目標速度（即ち、ポイントＤにおける速度）へエンジン速度を減少させるため要求されるポンプ仕事は、３つのブレーキストロークの間で等しく分割される。

制御ユニットは、３つのブレーキストロークの各々一つに対して要求される計算されたポンプ仕事に基づいて、各ブレーキストロークの間にエンジンを低速にするため所望量のポンプ仕事を生成するバルブ事象パラメータを判定する。計算された量のポンプ仕事を生成するため要求されるバルブ事象パラメータの判定は、動的な閉鎖形態のコンピュータ計算、又は、様々に異なる量のポンプ仕事に対応するバルブ事象パラメータが統計的に計算され、メモリ中に記憶されるルックアップテーブルを介して、なすことができる。最終的に、制御ユニットは、エンジン速度を目標速度へと減少させるためブレーキストロークに亘って不可欠のポンプ仕事を適用する。

１つ以上のブレーキストロークを通してエンジン速度を入口速度から目標速度へと減少させた後、制御されたエンジンブレーキプロセス（６００）は、第２のブレーキ段階（６１０）へと移行する。第２の段階では、第１のブレーキ段階からの残余の速度に基づいて、制御ユニットは、所望のクランクシャフト角度の範囲内にエンジンを停止させるため適切な量のポンプ仕事を適用するためバルブ事象パラメータを制御する。制御ユニットは、バルブ事象パラメータマップを通して、適切なバルブ事象パラメータを判定することができる。このマップは、様々なバルブ事象パラメータに関して、入口速度を直前のストローク角度に対応付けたものである。

エンジン摩擦条件は、時間の経過に従って変化し得るので、ブレーキプロセスの第１の段階の間に摩擦条件を推定し、それにより、摩擦条件を適応的に補償することができる。様々なバルブ事象及び他のパラメータに応答して、測定されたクランクシャフト速度に基づいて、ブレーキプロセスの第１の段階の間にエンジン内で発生する摩擦仕事の量を推定するように制御ユニットを構成することができる。推定された摩擦仕事に基づいてバルブ事象パラメータを調整するため更に制御ユニットを構成することができる。

一実施例では、エンジンは、ブレーキストロークの入口速度と、ブレーキストロークの間に予測されたポンプ仕事とに基づいて、ブレーキストロークの残余の速度を最初に予測することにより、エンジン内の摩擦のばらつきを適応的に補償するプロセスを用いている。次に、ブレーキストロークの終了時には、プロセスは、実際の残余の速度を、予測された残余の速度と比較して、摩擦のばらつきを推定する。このとき、両者の間の偏差は、シリンダー内に存在する摩擦仕事の過大評価又は過小評価に起因していると仮定している。推定された摩擦仕事がその通常の値よりも高いか又は低い場合、ブレーキプロセスは、次のブレーキストロークの間に、印加されたポンプ仕事の量を（バルブパラメータを調整することにより）適応的に増減することができる。

別の実施例では、エンジンは、エンジン摩擦がブレーキストロークを支配するように、ブレーキ作動モードの第１の段階の正にその第１のブレーキストロークで最小のポンプ仕事を最初に印加することにより、エンジン内の摩擦のばらつきを適応的に補償するプロセスを用いている。このブレーキストロークの間に、当該プロセスは、エンジンの速度をサンプルし、サンプルされた速度から、エンジンの加速度及び慣性を導出する。エンジンの摩擦は、エンジンの慣性及び加速度に基づいて推定される。推定されたエンジン摩擦は、通常の摩擦値と比較され、各々次のブレーキストロークに印加されたポンプ仕事は、摩擦のばらつきを補償するためバルブパラメータを調整することにより調整される。例えば、実際の摩擦が通常値よりも低い場合、当該プロセスは、予期された残余速度を達成するためブレーキストロークのためのポンプ仕事を増大することができる。

更に別の実施例では、エンジンは、予測された直前のストローク角度を実際の直前のストローク角度に比較し、次に次のブレーキプロセスにおける摩擦ばらつきを補償するためバルブパラメータを調整することにより、エンジン内の摩擦ばらつきを調整するプロセスを用いることができる。

エンジンは、エンジンのクランク角度をそれが停止した後に調整するため、シリンダー内の流体の圧力エネルギー等の蓄えられたエネルギーを使用するプロセスが備えられていてもよい。この蓄えられたエネルギーは、直前のストローク角度が１８０ＣＡより小さい場合、エンジンを後方に回転させ、直前のストローク角度が１８０ＣＡより大きく、エンジンを前方に回転させるように、エンジンを押す。これらの条件は、エンジンの配置をＴＤＣ又はＢＤＣで不安定にさせるからである。かくして、当該プロセスは、直前のストローク角度が所定の範囲内となるようにエンジンを押すか、及び／又は、直前のストローク角度を最適な角度付近に調整することにより、この蓄えられたエネルギーを使用して直前のストローク角度を細かく調整する。

自動開始プロセスを制御されたブレーキプロセスと共に使用することができる。この制御されたブレーキプロセスは、少なくとも１つのピストンを所定の範囲に設定し、新鮮なチャージを自動開始プロセスを準備するため対応するシリンダーに提供する。

本発明の幾つかの実施例が説明された。しかし、本発明の精神及び範囲から逸脱すること無く、様々な変更をなすことができることが理解されよう。例えば、８シリンダーを有する４ストロークエンジンが前述の実施例で説明されたが、本願の様々な発明態様は、４ストロークエンジンに限定されるものではなく、任意数のシリンダーを有する、２ストローク又は６ストロークエンジン等の他の形式の多ストロークエンジンに適用することができる。従って、他の実施例も請求の範囲内に含まれている。

図１Ａは、独立のバルブ作動機構、プログラム可能な燃料注入システム及びプログラム可能な点火システムを備える８気筒内燃エンジンを示す。 図１Ｂは、図１Ａに示された８気筒内燃エンジンの一つのシリンダーを示す。 図２Ａは、上死点（ＴＤＣ）のピストン位置を示す。 図２Ｂは、下死点（ＢＤＣ）のピストン位置を示す。 図２Ｃは、一例としてのＶ８エンジンに関して、圧縮ストローク前のエンジン初期速度、対、圧縮ストローク後のエンジン最終速度を示す。 図３は、自動スタートプロセスを示すフローチャートである。 図４は、４ストロークサイクルで作動する３５１立方インチのＶ８スパーク点火エンジンのための始動プロセスを示すチャートである。 図５Ａは、シリンダー内の最大ポンプ仕事を生成するためのバルブタイミングを示す。 図５Ｂは、シリンダー内のポンプ仕事の最大量よりも小さいポンプ作用を生成するためのバルブタイミングを示す。 図５Ｃは、シリンダー内の最小ポンプ仕事を生成するためのバルブタイミングを示す。 図６Ａは、２段階の制御されたブレーキプロセスを示すフローチャートである。 図６Ｂは、図６Ａに示された制御ブレーキプロセスの一例としての用途の間の、エンジン速度対クランクシャフト角度を示すグラフである。

Claims (52)

1. 内燃エンジンを始動させる方法であって、
   前記エンジンは、複数のシリンダーを備え、該シリンダーの各々は、クランクシャフトに機械的に接続されたピストンを備え、該エンジンは、所定の通常の点火順序で作動するように構成されており、
   前記方法は、
   初期点火するためのシリンダーを選択する工程であって、該シリンダーの選択は、該シリンダーのピストンがそのストロークに沿って所定の位置に配置されていることに基づいている、前記工程と、
   圧縮されていない燃料と空気の混合物を生成するように前記選択されたシリンダーに燃料を注入する工程と、
   前記圧縮されていない燃料と空気の混合物を前記選択されたシリンダー内で点火する工程と、
   シリンダーのうち少なくとも１つで圧縮ストロークを完了するのに十分な運動エネルギーが存在するようになるまで、前記選択工程、前記注入工程及び前記点火工程を繰り返す工程であって、該選択工程は、通常の点火順序に依らずに、シリンダーピストンの位置の関数としてなされる、前記工程と、
   圧縮ストロークの完了後に、前記所定の通常の点火順序に従って、前記シリンダーを点火する、工程と、
   を備える、方法。
2. 前記所定の通常の点火順序に従ってシリンダーを点火する前に、前記選択されたシリンダーのバルブ事象パラメータを調整することにより、該選択されたシリンダーの動的圧縮比率を調整する工程を更に備える、請求項１に記載の方法。
3. 初期点火するため選択された前記シリンダーの前記所定のピストン位置は、該最初に選択されたシリンダー内の混合物を点火することに応答して前記クランクシャフトが少なくとも１８０度に亘って回転するのに十分な機械的利点を有するところの位置である、請求項１に記載の方法。
4. 初期点火するため選択された前記シリンダーの前記所定のピストン位置は、前記クランクシャフトを反時計回りに回転させるのに十分な機械的利点を有するように選択された位置である、請求項３に記載の方法。
5. 初期点火するため選択された前記シリンダーの前記所定のピストン位置は、前記クランクシャフトを時計回りに回転させるのに十分な機械的利点を有するように選択された位置である、請求項３に記載の方法。
6. 初期点火するため選択された前記シリンダーの前記所定のピストン位置は、上死点の後、２５度乃至１５５度のクランクシャフト角度の範囲にある、請求項３に記載の方法。
7. 初期点火するため選択された前記シリンダーを点火した後、該選択されたシリンダーのピストンは、下死点に向かって移動する、請求項１に記載の方法。
8. ピストンが下死点から上死点に向かって移動するとき、排気バルブを開放する工程を更に備える、請求項７に記載の方法。
9. 前記排気バルブは、前記ピストンが略上死点に到達するまで開放したままである、請求項８に記載の方法。
10. 初期点火するための複数のシリンダーを選択する工程であって、該シリンダーの各々の選択は、夫々のシリンダーのピストンがそのストロークに沿って所定の位置に配置されていることに基づいている、前記工程を更に備える、請求項１に記載の方法。
11. 初期点火するため選択されたシリンダーを点火する前に、吸気バルブを閉じる工程を更に備える、請求項１に記載の方法。
12. 初期点火するため選択されたシリンダーを点火する前に、排気バルブを閉じる工程を更に備える、請求項１１に記載の方法。
13. 前記燃料は、燃料／空気比率が略化学量論通りの燃焼可能混合物を形成するように注入される、請求項１に記載の方法。
14. 前記燃料は、前記選択されたシリンダー内に、これと連係したインジェクタから直接注入の形態を介して注入される、請求項１に記載の方法。
15. 前記エンジンは、通常、４ストローク燃焼サイクルで作動するように構成されている、請求項１に記載の方法。
16. 前記圧縮されていない燃料と空気の混合物を選択されたシリンダー内で点火する前に、新鮮なチャージを該選択されたシリンダー内に導入するため吸気バルブを開放する工程を更に備える、請求項１に記載の方法。
17. 前記選択工程、前記注入工程及び前記点火工程は、前記シリンダーが前記所定の通常の点火順序に従って点火される間に起こる、請求項１に記載の方法。
18. 複数のシリンダーを有する内燃エンジンの速度を減少させる方法であって、
    前記シリンダーの各々は、ピストンを収容すると共に、吸気バルブ及び排気バルブを有し、該吸気バルブ及び該排気バルブは、エンジン回転から独立に各々制御可能であり、
    前記方法は、
    前記エンジンの第１の速度を決定し、
    前記エンジンの前記速度を第２の速度に減少させるため十分なポンプ仕事の量を推定し、
    前記エンジン内の前記推定された量のポンプ仕事の少なくとも一部分を生成するため１つ以上のバルブを作動し、
    前記エンジンの速度を前記第２の速度に減少させる、各工程を備える、方法。
19. 前記エンジンの速度を前記第１の速度から前記第２の速度まで減少させるのに十分なピストンストロークの数を決定する工程を更に備える、請求項１８に記載の方法。
20. 前記決定されたピストンストロークの数は、前記エンジンの速度を前記第１の速度から前記第２の速度まで減少させるのに要求されるストロークの最小数である、請求項１９に記載の方法。
21. 前記エンジンの速度を前記第１の速度から前記第２の速度まで減少させるため各々決定されたストロークの数に対して要求されるポンプ仕事の量を決定する工程を更に備える、請求項１９に記載の方法。
22. 前記推定された量のポンプ仕事を生成するため前記バルブの所望のタイミングを決定する工程を更に備える、請求項１８に記載の方法。
23. 前記推定された量のポンプ仕事を生成するため前記バルブのリフトの所望量を決定する工程を更に備える、請求項１８に記載の方法。
24. 前記所望のバルブタイミングを決定する工程は、
    前記推定された量のポンプ仕事を生成するため要求される所望のバルブタイミングを動的に決定する工程を備える、請求項２２に記載の方法。
25. 前記所望のバルブタイミングを決定する工程は、
    前記推定された量のポンプ仕事を生成するため要求される所望のバルブタイミングを示す予め蓄えられたデータにアクセスする工程を備える、請求項２２に記載の方法。
26. 前記エンジンの１つ以上のシリンダーにおける摩擦仕事の量を推定し、前記ポンプ仕事の前記推定量は、前記摩擦仕事の推定量の関数である、請求項１８に記載の方法。
27. 前記第２の速度はゼロであり、前記第１の速度は、所定範囲の速度であり、該所定範囲の速度に対して、前記クランクシャフトが所望範囲のクランクシャフト角度で停止するようにポンプ仕事を使用することにより前記エンジンを１つのブレーキストロークで停止することができると判定されている、請求項１８に記載の方法。
28. 前記第２の速度はゼロより大きく、
    前記方法は、
    １つのブレーキストロークで前記第２の速度をゼロにまで減少させるのに十分なポンプ仕事の第２の量を推定し、
    前記エンジンの速度を前記第２の速度まで減少させた後、前記エンジン内で前記第２の量のポンプ仕事の少なくとも一部分を生成するため１つ以上のバルブを作動させ、前記エンジン速度をゼロにまで減少させる、各工程を備える、請求項１８に記載の方法。
29. 前記作動されたバルブには、吸気バルブ及び排気バルブの両方が含まれている、請求項１８に記載の方法。
30. 略下死点及び略上死点で、前記作動されたバルブの全てを開放し、次に閉鎖する、請求項２９に記載の方法。
31. 前記推定された量のポンプ仕事を生成するため１つ以上のバルブを作動させる工程は、
    シリンダー内のピストンの位置を決定し、
    前記ピストンが第１の位置にあるとき前記バルブを開放し、
    前記ピストンが第２の位置にあるとき前記バルブを閉鎖し、
    前記第１及び第２の位置は、前記エンジンの入口速度に依存する、請求項１８に記載の方法。
32. 前記エンジンの速度を第１の速度から第２の速度まで減少させるため要求されるポンプ仕事の量を推定する工程は、
    少なくとも１つのピストンが所定の位置で停止するようにゼロの第２の速度まで前記エンジン速度を減少させるため要求されるポンプ仕事を推定する工程を備える、請求項１８に記載の方法。
33. 前記所定の位置は、上死点の後、２５度乃至１５５度の任意位置である、請求項３２に記載の方法。
34. 内燃エンジンを停止する方法であって、
    前記エンジンは、複数のシリンダーを備え、該シリンダーの各々は、該シリンダーの１つ以上のバルブを作動させるため制御可能なバルブ作動システムを備えており、
    前記方法は、
    前記クランクシャフトが所望の範囲のクランクシャフト角度内で停止するようにポンプ仕事を使用することにより、１つのブレーキストロークで前記エンジンを停止することができる速度範囲を決定し、
    前記エンジンの速度が前記決定された速度範囲内にある目標速度に達したとき１つのブレーキストロークで前記エンジンを停止するため前記シリンダー内でポンプ仕事を生成するように前記バルブ作動システムを作動させる、各工程を備える、方法。
35. 前記クランクシャフト角度の所望の範囲は、少なくとも１つのピストンが前記クランクシャフトを時計回りに回転させるのに十分な機械的てこ作用を有する位置の範囲である、請求項３４に記載の方法。
36. 前記クランクシャフト角度の所望の範囲は、少なくとも１つのピストンが前記クランクシャフトを反時計回りに回転させるのに十分な機械的てこ作用を有する位置の範囲である、請求項３４に記載の方法。
37. 前記エンジンを停止させるため前記バルブ作動システムを作動させる前に、前記エンジンの速度を第１の速度から目標速度まで減少させるため要求されるポンプ仕事の量を推定する工程を更に備える、請求項３４に記載の方法。
38. 前記エンジンの速度を第１の速度から目標速度まで減少させるため十分なストロークの数を決定する工程を更に備える、請求項３７に記載の方法。
39. 前記エンジンの速度を第１の速度から目標速度まで減少させるため要求される前記推定ポンプ仕事を生成するように前記バルブ作動システムを作動させる工程を更に備える、請求項３８に記載の方法。
40. 前記入口速度を前記目標速度に減少させるため要求された、前記決定された数のストロークの間で均等に前記推定ポンプ仕事を分配する工程を更に備える、請求項３８に記載の方法。
41. １つ以上のシリンダーにおける摩擦仕事の量を推定する工程を更に備える、請求項３４に記載の方法。
42. 摩擦仕事の量を推定する工程は、
    前記バルブ作動システムを作動する前に、前記エンジンの残余の速度を予測し、
    前記バルブ作動システムを作動した後に、前記予測された残余速度を実際の残余速度と比較し、
    前記実際の残余速度と前記予測された残余速度との間の差異に基づいて前記摩擦仕事の量を推定する、各工程を備える、請求項４１に記載の方法。
43. 摩擦仕事の量を推定する工程は、
    ストローク当たりで最小量のポンプ仕事をシリンダーに印加し、
    前記エンジン速度を前記ストロークの間にサンプリングし、
    前記ストロークの間の前記エンジン速度における変化に基づいて前記摩擦仕事の量を推定する、各工程を備える、請求項４１に記載の方法。
44. 前記エンジンが停止した後、圧縮又は真空引きされたシリンダーを解放するように前記バルブ作動システムを作動させることにより、前記エンジンのクランク角度を調整する工程を更に備える、請求項３４に記載の方法。
45. 内燃エンジンであって、
    クランクシャフトに取り付けられたピストンを収容するシリンダーと、
    前記シリンダー内への空気の吸引を制御する吸気バルブと、
    前記シリンダーからの空気の排出を制御する排気バルブと、
    前記吸気バルブの作動を制御する吸気バルブアクチュエータと、
    前記排気バルブの作動を制御する排気バルブアクチュエータと、
    前記エンジンを停止させるコマンドを受け取ったとき、前記クランクシャフトが所望範囲のクランク角度範囲内で停止するように前記エンジンを停止させるポンプ仕事を生成するため、前記吸気バルブアクチュエータ及び前記排気バルブアクチュエータを適応的に制御する、バルブ制御モジュールと、
    を備える、内燃エンジン。
46. 前記バルブ制御モジュールは、前記エンジンを停止させるコマンドを受け取ったとき、エンジン速度を第１の速度から第２の速度まで減少させるポンプ仕事を生成するため、前記吸気バルブアクチュエータ及び前記排気バルブアクチュエータを適応的に制御し、前記第２の速度は所定範囲の速度であり、該所定範囲の速度に対して、前記クランクシャフトが所望範囲のクランクシャフト角度で停止するようにポンプ仕事を使用することにより前記エンジンを１つのブレーキストロークで停止することができると判定されている、請求項４５に記載のエンジン。
47. 前記シリンダー内で燃料を点火させる、該シリンダー内に少なくとも部分的に配置された点火要素と、
    適切な量の燃料を前記シリンダー内に注入する、該シリンダー内に少なくとも部分的に配置された燃料注入要素と、
    前記エンジンを停止させるためのコマンドを受け取ったとき、前記燃料の注入及び点火を停止させる、点火及び燃料注入の制御モジュールと、
    を更に備える、請求項４５に記載のエンジン。
48. 内燃エンジンであって、
    クランクシャフトに取り付けられたピストンを収容するシリンダーと、
    前記シリンダー内への空気の吸引を制御する吸気バルブと、
    前記シリンダーからの空気の排出を制御する排気バルブと、
    前記吸気バルブの作動を制御する吸気バルブアクチュエータと、
    前記排気バルブの作動を制御する排気バルブアクチュエータと、
    所定の位置範囲にあるピストンを備えた１つ以上のシリンダーを同定し、該同定したシリンダーをそれらの通常の作動ストロークサイクルから独立に選択し、該同定したシリンダーを点火する、始動モジュールと、
    を備える、内燃エンジン。
49. 前記始動モジュールは、前記エンジンを前方又は逆方向に始動させるように構成される、請求項４８に記載のエンジン。
50. ４ストローク内燃エンジンを静止状態から始動させる方法であって、
    前記エンジンは複数のシリンダーを備え、該シリンダーの各々はピストンを収容しており、
    前記方法は、
    前記複数のシリンダーのうち第１の数のシリンダーを、燃焼前に燃料と空気の混合物を圧縮しない２ストロークサイクルで作動させ、
    圧縮ストロークを完了するため前記エンジン内で十分な運動エネルギーが蓄積された後、前記複数のシリンダーのうち第２の数のシリンダーを、通常の４ストロークサイクルで同時に作動させる、各工程を備える、方法。
51. 第２の数のシリンダーを通常の４ストロークサイクルで作動させ続けている間に、第１の数のシリンダーの２ストロークサイクルにおける作動を終了させる工程を更に備える、請求項５０に記載の方法。
52. 前記２ストロークサイクルは、新鮮なチャージを導入する第１のストロークと、燃焼残留物を解放する第２のストロークと、を備える、請求項５０に記載の方法。

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