JP2010516544A - 内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムは、駆動可能な部材と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブを有する少なくとも１つのチャンバと、前記吸気バルブおよび前記排気バルブのうち少なくとも１つを介して前記チャンバに接続されたリザーバとを備える。前記システムは、さらにエア・コンプレッサの運転モードでエア・コンプレッサの効率を計算し、エア・コンプレッサの効率を最大にするために吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを選択するコンピュータ、及び／又はエアモータ運転モードでエアモータの効率を計算し、エアモータの効率を最大にするために吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを選択するコンピュータを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムおよび方法に関し、より詳細には、エアモータ運転モードまたはエア・コンプレッサ運転モード中の吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスが、エアモータの効率またはエア・コンプレッサの効率を最大にするように選択される、かかるシステムおよび方法に関する。

車両の典型的な都市ドライビングパターンは、数多くの加速と減速を含む。燃料エネルギーのかなりの部分が、車両の加速に費やされる。このエネルギーは、その後の減速中無駄になる。圧縮空気ハイブリッド・エンジンは、このエネルギーの一部を取り込み、再使用する。このエンジンは、ブレーキ中、ブレーキ・エネルギーを利用してコンプレッサとして機能し、圧縮空気を車載タンク内に送ることができる。その後、加速中は、エンジンはディーゼル燃料を燃焼するしないに関係なく、速度に達するか、圧縮空気を使い果たすまで、蓄積した圧縮空気によって動力供給することができる。圧縮空気によって行われるこの追加機能によって、必要なエンジン出力の達成に必要な燃料の量を低減することができる。このようにして、エンジン効率を向上させることができ、車両燃料の経済性を改善することができる。

かかる圧縮空気ハイブリッド車両のエア・コンプレッサ・モードおよびエアモータ・モードにおける空気の流れを制御する方法を提供することが望まれる。かかるエア・ハイブリッド・システムのエア・コンプレッサ・モードおよびエアモータ・モードにおける空気の流れを制御するように構成されたシステムを提供することも望まれる。

エンジントルクの変化を最小限にする形でエアモータ・モードから内燃エンジン・モードへ移行する方法を提供することも望まれる。エンジントルクの変化を最小限にする形でエアモータ・モードから内燃エンジン・モードへ移行するように構成されたシステムを提供することも望まれる。

本発明の態様によると、駆動可能な部材と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブを有する少なくとも１つのチャンバと、上記吸気バルブおよび上記排気バルブのうち少なくとも１つを介して上記チャンバに接続されたリザーバとを備える、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法が提供される。上記方法は、エア・コンプレッサ運転モードでは、以下の等式：
ηＡＣ＝エア・コンプレッサの効率＝−ｄＡ／ｄＷ
により、エア・コンプレッサの効率を計算するステップを含む。
ここで
Ａ＝リザーバの熱力学的有効エネルギー＝（Ｅ−Ｅ_０）＋Ｐ_０・（Ｖ−Ｖ_０）−Ｔ_０・（Ｓ−Ｓ_０）
Ｅ＝リザーバ内の空気の内部エネルギー＝ｆ（ｍ，Ｔ_ｔ）
ｍ＝リザーバ内の空気の質量＝Ｐ_ｔ・Ｖ／（Ｒ・Ｔ_ｔ）
Ｔ_ｔ＝リザーバ内の空気の温度
Ｐ_ｔ＝リザーバ内の空気の圧力
Ｖ＝Ｐ_ｔ、Ｔ_ｔでのリザーバの体積
Ｒ＝気体定数
Ｅ_０＝周囲圧力、周囲温度でのリザーバ内の空気の内部エネルギー
Ｐ_０＝周囲圧力
Ｖ_０＝周囲圧力、周囲温度でのリザーバ内の空気の体積
Ｔ_０＝周囲空気の温度
Ｓ＝リザーバ内の空気のエントロピー＝ｆ（Ｐ_ｔ，Ｔ_ｔ）
Ｓ_０＝周囲圧力、周囲温度でのリザーバ内の空気のエントロピー
Ｗ＝エンジンブレーキの仕事率＝Ｎ・Ｔ_ｂ
Ｎ＝エンジン回転数（回／時間）
Ｔ_ｂ＝エンジンブレーキのトルク
である。
エア・コンプレッサの効率を最大にするための吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスが、

かつ、

のように選択される。

本発明の他の態様によると、駆動可能な部材と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブとを有する少なくとも１つのチャンバと、上記排気バルブを介して上記チャンバに接続されたリザーバとを備える、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法が提供される。上記方法は、エアモータ運転モードでは、以下の等式：

ηＡＭ＝エアモータの効率＝−ｄＷ／ｄＡ
により、エアモータの効率を計算するステップを含む。
ここで、
Ａ＝リザーバの熱力学的有効エネルギー
＝（Ｅ−Ｅ_０）＋Ｐ_０・（Ｖ−Ｖ_０）−Ｔ_０・（Ｓ−Ｓ_０）
Ｅ＝リザーバ内の空気の内部エネルギー＝ｆ（ｍ，Ｔ_ｔ）
ｍ＝リザーバ内の空気の質量＝Ｐ_ｔ・Ｖ／（Ｒ・Ｔ_ｔ）
Ｔ_ｔ＝リザーバ内の空気の温度
Ｐ_ｔ＝リザーバ内の空気の圧力
Ｖ＝Ｐ_ｔ、Ｔ_ｔでのリザーバの体積
Ｒ＝気体定数
Ｅ_０＝周囲圧力、周囲温度でのリザーバ内の空気の内部エネルギー
Ｐ_０＝周囲圧力
Ｖ_０＝周囲圧力、周囲温度でのリザーバ内の空気の体積
Ｔ_０＝周囲空気の温度
Ｓ＝リザーバ内の空気のエントロピー＝ｆ（Ｐ_ｔ，Ｔ_ｔ）
Ｓ_０＝周囲圧力、周囲温度でのリザーバ内の空気のエントロピー
Ｗ＝エンジンブレーキの仕事率＝Ｎ・Ｔ_ｂ
Ｎ＝エンジン回転数（回／時間）
Ｔ_ｂ＝エンジンブレーキのトルク
である。
エアモータの効率を最大にするための吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスが、

かつ、

のように選択される。

本発明の他の態様によると、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムで、エアモータ運転から内部燃焼運転への移行を制御する方法が提供される。上記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムは、（ａ）少なくとも１つの吸気バルブと、少なくとも１つの出口バルブと、駆動可能な部材とを含んだチャンバと、（ｂ）少なくとも１つの吸気バルブの上流に、空気吸入口ライン・バルブを含んだ、空気吸入口ラインと、（ｃ）少なくとも１つの排気バルブの下流に、内燃エンジン・モードの排気ライン・バルブを含んだ、内燃エンジン・モードの排気ラインと、（ｄ）少なくとも１つの排気バルブの下流でリザーバの上流に、圧縮空気ライン・バルブを含んだ、圧縮空気ラインと、（ｅ）少なくとも１つの吸気バルブと空気吸入口ライン・バルブの下流に、エアモータ・モードの排気バルブを含んだ、エアモータ・モードの排気ラインとを備える。上記方法は、ａ）内燃エンジン・モードの排気ライン・バルブを部分的に開くステップと、ｂ）エアモータの排気ライン・バルブを部分的に閉じるステップと、ｃ）圧縮空気ライン・バルブを部分的に閉じるステップと、ｄ）ステップａ）、ｂ）、およびｃ）を実行した後に、空気吸入口ライン・バルブを完全に開けるステップと、ｅ）吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを、エアモータのタイミング・シーケンスから内燃エンジンのタイミング・シーケンスへ変更するステップとを実行することによって、エアモータ・モード運転から内燃エンジン・モード運転へ移行するステップを含む。

本発明の他の態様によると、駆動可能な部材と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブを有する少なくとも１つのチャンバと、上記吸気バルブおよび上記排気バルブのうち少なくとも１つを介して上記チャンバに接続されたリザーバとを備える、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法が提供される。上記方法によると、エア・コンプレッサ運転モードでは、エア・コンプレッサの効率（ηＡＣ）が計算され、エア・コンプレッサの効率を最大にするための吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスが、

かつ、

のように選択される。

本発明の他の態様によると、駆動可能な部材と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブを有する少なくとも１つのチャンバと、上記排気バルブ介して上記チャンバに接続されたリザーバとを備える、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法が提供される。上記方法によると、エアモータ運転モードでは、エアモータの効率（ηＡＭ）が計算され、エアモータの効率を最大にするための吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスが、

かつ、

のように選択される。

本発明の他の態様によると、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムが提供され、上記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムは、駆動可能な部材と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブを有する少なくとも１つのチャンバと、上記吸気バルブおよび上記排気バルブのうち少なくとも１つを介して上記チャンバに接続されたリザーバとを備える。上記システムはさらに、エア・コンプレッサ運転モード中、エア・コンプレッサの効率（ηＡＣ）を計算し、エア・コンプレッサの効率を最大にするための吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを、

かつ、

のように選択するように構成されたコンピュータを備える。

本発明の他の態様によると、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムが提供され、上記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムは、駆動可能な部材と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブを有する少なくとも１つのチャンバと、上記吸気バルブおよび上記排気バルブのうち少なくとも１つを介して上記チャンバに接続されたリザーバとを備える。上記システムはさらにエアモータ運転モード中、エアモータの効率（ηＡＭ）を計算し、エアモータの効率を最大にするための吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを、

かつ、

のように選択するように構成されたコンピュータを備える。

本発明の特徴および利点は、以下の詳細な説明を添付図面と併せて読み取ることにより、よく理解されるであろう。添付図面の同じ番号は、同様の要素を示す。

本発明の実施形態によるシステムの、システム運転サイクルの一段階における気筒を示す図である。 エア・コンプレッサ・モードで動作する、本発明の実施形態によるシステムの概略図である。 エアモータ・モードで動作する、本発明の実施形態によるシステムの概略図である。 内燃エンジン・モードで動作する、本発明の実施形態によるシステムの概略図である。 内燃エンジン・モードとエアモータ・モードの両方で動作する、本発明の実施形態によるシステムの概略図である。 内燃エンジン・モードとエア・コンプレッサ・モードの両方で動作する、本発明の実施形態によるシステムの概略図である。 本発明の実施形態による６気筒エンジンの、エアモータ運転モードから内燃エンジン運転モードへ移行中の、吸気バルブおよび排気バルブの開／閉シーケンスを示すグラフである。

内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システム２１（本明細書では「システム」、「エンジン」、または「モータ」と一般に呼ばれる）が、図２〜図６に示されている。システム２１は、様々な機械を駆動するために使用することができ、現在は、特に自動車などの機械にに適用できると見なされている。システム２１は典型的に、気筒２３などの、図１Ａ〜図１Ｄに示されているタイプのものであってよい少なくとも１つのチャンバを含み、チャンバは、ピストン２５などのピストンと、少なくとも１つの吸気バルブ２７と少なくとも１つの排気バルブ２９とを有する。本発明は、主として気筒２５の形をした気筒とピストン２５の形をしたピストンを備えるシステム２１に関して説明するが、ロータリ・エンジン（図示せず）などのその他のタイプのチャンバ／ピストン構成で使用するように適合されることも理解されよう。本発明は、複数のチャンバまたは気筒を有するシステムを含むことができることも理解されよう。一般に、気筒２３は、２３ａ〜２３ｆなどの複数の気筒を備え、それぞれのピストンと、少なくとも１つ、多くの場合２つのそれぞれの吸気バルブ２７ａ〜２７ｆと、少なくとも１つ、多くの場合２つのそれぞれの排気バルブ２９ａ〜２９ｆとを有する。

システム２１はさらに、吸気バルブ２７と排気バルブ２９の少なくとも一方を介して気筒２３に接続されるリザーバ３１を備える。システム２１はまた、給気冷却器のバルブ３７を備える第１の枝管３５と、ターボ過給機４３のコンプレッサ４１を備える第２の枝管３９とを並列して含むことができる、空気吸入口ライン３３と、第１および第２の枝管の下流で少なくとも１つの吸気バルブ２７の上流に、給気冷却器４５および空気吸入口ライン・バルブ４７とを備えることができる。給気冷却器のバルブ３７があることによって、この給気冷却器のバルブ３７が開いているときは、空気の流れがコンプレッサ４１および給気冷却器４５をほぼバイパスできるようになり、給気冷却器のバルブ３７が閉じているときは、空気がコンプレッサおよび給気冷却器を通過できるようになる。

システム２１はまた、ＩＣモードの排気ライン４９も備えることができ、このＩＣモードの排気ライン４９は、少なくとも１つの排気バルブ２９の下流でターボ過給機４３のタービン５５の上流に、ＩＣモードの排気ライン・バルブ５１を備えることができる。システム２１はまたは、圧縮空気ライン５７を備えることができ、この圧縮空気ライン５７は、少なくとも１つの排気バルブ２９の下流でリザーバ３１の上流に、圧縮空気ライン・バルブ５９を備えることができる。システム２１はまた、ＡＭモードの排気ライン６１を備えることができ、このＡＭモードの排気ライン６１は、少なくとも１つの吸気バルブ２７と空気吸入口ライン・バルブ４７の下流に、ＡＭモード排気バルブ６３を備えることができる。

システム２１は、ほぼ任意のタイプの内燃エンジンの構成を含むことができるが、ディーゼル・エンジンの構成に関してシステム２１を説明する。例示する実施形態では、ディーゼル・エンジンは、ＩＣモードの排気ライン４９と空気吸入口ライン３３の間に、排気再循環（ＥＧＲ）ライン６５を備えることができる。ＥＧＲライン６５は、典型的には空気吸入口ライン・バルブ４７の上流で空気吸入口ラインと合流する。ＥＧＲライン６１は、ＥＧＲバルブ６７およびＥＧＲ冷却器６９を備えることができる。ＩＣモードの排気ライン４９は、ディーゼル微粒子フィルタ７１などの後処理装置を備えることができる。

システム２１は、エア・コンプレッサ（ＡＣ）モード（図２）、エアモータ（ＡＭ）モード（図３）、内燃エンジン（ＩＣ）モード（図４）と呼ばれるモードのうちの１つまたは複数で動作可能である。ＡＭモードかＩＣモードで動作する時は、車両に動力を供給するためなど、エネルギーを出力するために、システム２１は主に使用される。ＡＣモードで動作する時は、エンジンブレーキ中などに運動エネルギーを吸収し、そのエネルギーを圧縮空気の形で蓄えるために、システム２１は主に使用される。システム２１は各種モードで同時に動作させることも可能である。例えば、ピストンの第１の下降行程では圧縮空気を気筒内に噴射し（ＡＭモード）、第２の下降行程ではＩＣモードで動作させたり、多気筒エンジンで、いくつかの気筒をＡＭモードで動作させ、いくつかの気筒をＩＣモードで動作させたり、いくつかの気筒をＩＣモードで動作させ、その他はＡＣモードで動作させたりする。

ＡＣモードでは、吸気バルブ２７と排気バルブ２９の開／閉タイミング・シーケンスを、エア・コンプレッサの効率（ηＡＣ）を最大にするように選択することができる。すなわち、

かつ、

となるように選択することができる。
同様に、ＡＭモードでは、吸気バルブ２７と排気バルブ２９の開／閉タイミング・シーケンスを、エアモータの効率（ηＡＭ）を最大にするように選択することができる。すなわち、

かつ、

となるように選択することができる。

各吸気／排気バルブのタイミング・シーケンスにおけるエア・コンプレッサの効率は、以下の等式により計算することができる。

ηＡＣ＝エア・コンプレッサの効率＝−ｄＡ／ｄＷ
ここで、
Ａ＝リザーバの熱力学的有効エネルギー
＝（Ｅ−Ｅ_０）＋Ｐ_０・（Ｖ−Ｖ_０）−Ｔ_０・（Ｓ−Ｓ_０）
Ｅ＝リザーバ内の空気の内部エネルギー＝ｆ（ｍ，Ｔ_ｔ）
ｍ＝リザーバ内の空気の質量＝Ｐ_ｔ・Ｖ／（Ｒ・Ｔ_ｔ）
Ｔ_ｔ＝リザーバ内の空気の温度
Ｐ_ｔ＝リザーバ内の空気の圧力
Ｖ＝Ｐ_ｔ、Ｔ_ｔでのリザーバの体積
Ｒ＝気体定数
Ｅ_０＝周囲圧力、周囲温度でのリザーバ内の空気の内部エネルギー
Ｐ_０＝周囲圧力
Ｖ_０＝周囲圧力、周囲温度でのリザーバ内の空気の体積
Ｔ_０＝周囲空気の温度
Ｓ＝リザーバ内の空気のエントロピー＝ｆ（Ｐ_ｔ，Ｔ_ｔ）
Ｓ_０＝周囲圧力、周囲温度でのリザーバ内の空気のエントロピー
Ｗ＝エンジンブレーキの仕事率＝Ｎ・Ｔ_ｂ
Ｎ＝エンジン回転数（回／時間）
Ｔ_ｂ＝エンジンブレーキのトルク
同様に、ＡＭモード運転モードの各吸気／排気バルブのタイミング・シーケンスにおけるエアモータの効率は、以下の等式により計算することができる。
ηＡＭ＝エアモータの効率＝−ｄＷ／ｄＡ
様々な条件（例えば、エンジン回転数、リザーバ圧力、周囲温度など）における最大のエア・コンプレッサの効率とエアモータの効率を確かめるために、、試験システムを構成することができる。例えば、ＡＣモードでは、図２に示されているように、気筒２３の容積が増加している間（ピストン２５が下降行程）と、気筒が空気吸入口ライン３３を介してフィルタ処理された外気を取得する間、吸気バルブ２７を開くことができる。ＩＣエンジンモードの排気ライン・バルブ５１は閉じることができ、圧縮空気ライン・バルブ５９は開くことができる。気筒内で圧縮された空気は、排気バルブ２９から排出し、圧縮空気ライン５７を介してリザーバ３１に送る。ＡＣモードでは、システム２１の制動を行うことができる。制動の大きさは、熱力学的有効エネルギーを消失させ、その結果エンジンの効率を低下させる規制によっては制御されない。その代わり、制動の大きさは、吸気バルブと排気バルブの開／閉のタイミングを慎重に選択することによって制御される。

例えば、所与のシステム２１の速度および所与のリザーバ３１の圧力における目標制動仕事率を得るために、保存されたテーブルまたはデータベースから、バルブタイミングのセットを取り込むことができる。こういったテーブルまたはデータベースは、適当な最適化処理によって事前に決定することができる。ある適当な形の最適化処理では、動力計試験セル（図示せず）内でシステム２１をセットアップすることができる。燃料噴射は停止させることができる。リザーバ３１の圧力は、一定の圧力に調整することができる。システム２１は、ＡＣモードで動作するよう動力計で駆動することができる。制御システム（図示せず）が、一定の吸気バルブ閉（ＩＶＣ）のタイミングおよび一定のシステム速度（Ｎ）を維持しながら、排気バルブ２９開（ＥＶＯ）のタイミング、排気バルブ閉（ＥＶＣ）のタイミング、および吸気バルブ２７開（ＩＶＯ）のタイミングを全体にわたって掃引するようにセットアップを行う。その間、データ収集システム（図示せず）が、周囲空気の圧力（Ｐ_０）、周囲空気の温度（Ｔ_０）、リザーバの圧力（Ｐ_ｔ）、リザーバの温度（Ｔ_ｔ）、システムの速度（Ｎ）およびシステムのブレーキ・トルク（Ｔ_ｂ）を収集する。各システムサイクル内で収集されたデータを使用して、システムの制動仕事率（Ｗ）を計算することができる：Ｗ＝Ｎ・Ｔ_ｂ。

また、Ｐ_ｔおよびＴ_ｔを計測すると、リザーバ内の空気の内部エネルギー（Ｅ）を計算することができる。Ｖは、Ｐ_ｔ、Ｔ_ｔにおけるリザーバの体積であり、通常は一定で、周囲条件におけるリザーバ３１の体積（Ｖ_０）は通例Ｖと等しい。Ｓは、タンク内の空気のエントロピーであり、Ｐ_ｔおよびＴ_ｔの関数である。Ｅ_０およびＳ_０は、それに対応する、周囲条件における特性である。体積Ｖが一定のリザーバ３１では、空気の質量（ｍ）を周知の等式：ｍ＝Ｐ・Ｖ／（Ｒ・Ｔ）によって計算することができる。リザーバ３１内の気体のエネルギー（Ｅ）は、リザーバ内の空気の質量（ｍ）と温度（Ｔ_ｔ）の関数である。リザーバ内の熱力学的有効エネルギー（Ａ）は、（Ｅ−Ｅ_０）＋Ｐ_０・（Ｖ−Ｖ_０）−Ｔ_０・（Ｓ−Ｓ_０）に等しい。

ＡＣモードにおけるシステムの効率（ηＡＣ）は、等式−ｄＡ／ｄＷにより決定することができる。ここで、ｄＡは、リザーバ内に収集された空気の熱力学的有効エネルギーの変化率であり、ｄＷは、システムの制動仕事率の変化率である。

次に、ＡＣモードにおけるシステム２１の効率の変化を、様々なバルブタイミングで決定することができる。ｄ（ηＡＣ）／ｄ（バルブタイミング）＝０のとき、特定のバルブタイミングが、検査下の条件に対する最適なバルブタイミングであるとみなされる。例えば、バルブタイミングがＥＶＯのときは、ｄ（ηＡＣ）／ｄ（ＥＶＯ）が十分に小さい、好ましくは０に等しい場合、ＥＶＯが最適なタイミングとして選択される。最適なタイミングは、ＥＶＯに対する全ての可能な値全体にわたって調べることによって決定することができる。あるいは、タイミングを、解析的等式ηＡＣ＝ｆ（ＥＶＯ）を使用して最適化することができる。この式は、計測された値を使用して立てることができる。最適なＥＶＯは、ｄｆ／ｄ（ＥＶＯ）＝０のときに計算することができる。

例示のため、試験の第１段階中、ＥＶＯを、クランク角度（ＣＡ）３３０°に設定する。システム２１を動作させ、効率（ηＡＣ_３３０）＝０．７が得られる。試験の第２段階中、ＥＶＯをＣＡ３３１°に設定し、システムを動作させ、効率ηＡＣ_３３１＝０．７１が得られる。ＥＶＯは、離散的な値をとるので、この場合、ｄ（ηＡＣ）／ｄ（ＥＶＯ）＝Δ（ηＡＣ）／Δ（ＥＶＯ）＝０．０１である。以上は、ＥＶＯに対して可能な値を全てにわたって求める、幾分網羅的な方法の例示である。

別の手法を例示すると、３つ以上のＥＶＯタイミング、すなわちＥＶＯ＝３３０°、３３１°、３３２°、３３３°ＣＡでシステム２１を動作させることができる。これらのＥＶＯ値において、効率はそれぞれηＡＣ＝０．７、０．７１、０．７２、０．７１５であると仮定される。等式は、ηＡＣ＝Ｃ０＋Ｃ１・ＥＶＯ＋Ｃ２・ＥＶＯ＾２と立てることができる。この等式は、効率曲線の形状を２次多項式として近似できると仮定する。この仮定は、選択した点の範囲内に最適値がある限り、かなり妥当なものであると考えられる。上記４対のデータをこの等式に当てはめることによって、Ｃ０、ＣｌおよびＣ２を計算することができる。３セットの値を上記等式に入れると、次式が得られる。
ηＡＣ_１＝Ｃ０＋Ｃｌ・ＥＶＯ_１＋Ｃ２・ＥＶＯ_１＾２
ηＡＣ_２＝Ｃ０＋Ｃｌ・ＥＶＯ_２＋Ｃ２・ＥＶＯ_２＾２
ηＡＣ_３＝Ｃ０＋Ｃｌ・ＥＶＯ_３＋Ｃ２・ＥＶＯ_３＾２
このとき、以下の定義が与えられる。
Ｂ＝［ηＡＣ_１，ηＡＣ_２，ηＡＣ_３］
Ａ＝［１ ＥＶＯ_１ ＥＶＯ_１＾２
１ ＥＶＯ_２ ＥＶＯ_２＾２
１ ＥＶＯ_３ ＥＶＯ_３＾２］
Ｘ＝［Ｃ０ Ｃ１ Ｃ２］
このとき、ＡＸ＝Ｂ
したがって、Ｘ＝Ａ^−１Ｂ
このとき、上記２次等式の微分は、ｄ（ηＡＣ）／ｄ（ＥＶＯ）＝Ｃ１＋２・Ｃ２・ＥＶＯである。
ｄ（ηＡＣ）／ｄ（ＥＶＯ）＝０の場合、−Ｃ１＝２・Ｃ２・ＥＶＯであり、最適なＥＶＯ＝−Ｃ１／（２・Ｃ２）となる。

ＥＶＯの最適値が第１のＩＶＣにおいて計算されると、全てのＩＶＣタイミング、エンジン回転数およびリザーバ圧力が試験されるまで、次のＩＶＣタイミング、システム速度、およびリザーバ圧力点で試験が繰り返される。反復過程では、複数の変数が効率に影響を及ぼす場合、変数（例えばＩＶＣ、ＩＶＯ、ＥＶＣなど）は１つ（ＥＶＯなど）を除き全て固定することができ、その１つの変数を変化させることによって試験を実行することができる。次に、変数（例えばＩＶＯ、ＥＶＣ、ＥＶＯなど）を別の１つ（ＩＶＣなど）を除き全て固定することができ、その１つの変数を変化させることによって試験を実行することができる。全ての変数に対して試験が実行されるまで繰り返される。このとき、例えば、１つの変数に対して、別の変数の最適値が選択された場合に、最適値が何であるか決定するために、追加の試験を実行することもできる。次いで、所与のシステム速度およびリザーバ圧力における最適なタイミング（ＩＶＣ、ＩＶＯ、ＥＶＯ、ＥＶＯ）がコンピュータなどのエンジン制御ユニットに保存され、それをＡＣモードにおけるシステム制御に使用することができる。

図３から分かるように、ＡＭモード運転では、気筒２３の容積が増加している間、吸気バルブ２５は開く。気筒２３は、圧縮空気ライン５７を介してリザーバ３１から空気を受け取る。この圧縮空気ライン５７は、例示の実施形態では気筒の排気バルブ２９に接続されている。気筒２３の容積が減少している間、ＡＭモードの排気バルブ６３が開く。気筒からの排出空気は、この実施形態では気筒の吸気バルブ２７を通ってＡＭモードの排気ライン６１へ出る。システム２１の加速は、慎重に設定されたバルブタイミングによって制御することができる。所与のシステム速度における目標加速出力を得るために、バルブタイミングのセットが保存されたテーブルから取り込まれる。このテーブルは、目的が、ηＡＭ＝−ｄＷ／ｄＡとして定義されるエアモータの効率（ηＡＭ）を最大にすることであること以外は、ＡＣモードの効率の最適化について説明したものと同様の最適化処理によって、事前に決定することができる。

図４から分かるように、ＩＣモードにおける通常運転中は、新しい給気が、通常はエア・フィルタ７５を通過した後に、空気吸入口ライン３３を通って入る。通常、空気吸入口ラインの第１の枝管３５にあるＣＡＣバルブ３７は閉じられ、給気は、第２の枝管３９からターボ過給機４３のコンプレッサ４１を通って、ＣＡＣ４５へと方向付けられる。次いで、給気は、空気吸入口ライン・バルブ４７を通過し、気筒の吸気バルブに向かう。図４から分かるように、複数の気筒２３ａ〜２３ｆの各吸気バルブ２７ａ〜２７ｆに通じる吸気マニホルド７７がしばしば存在する。

図４に示されている実施形態では、吸気マニホルド７７はまた、ＡＭモード運転中も、ＡＭモードの排気ライン６１として部分的に機能する。ただし、ＩＣモード運転中は、図５に示されているようにいくつかの気筒がＩＣモードで動作し、その他の気筒がＡＭモードで動作する場合など、システムがＩＣモードとＡＭモードで同時に動作するよう構成されている場合を除き、ＡＭモード排気バルブ６３は典型的に閉じている。

図４に示されているＩＣモード運転では、ＩＣモードの排気ライン・バルブ５１は典型的に開き、圧縮空気ライン・バルブ５９は典型的に閉じている。内部燃焼の排気は、ＩＣモードの排気ライン４９を通って、通常はターボ過給機４３のタービン５５を通過する。排気ガスの一部は、ＥＧＲバルブ６７を開くことによって、ＥＧＲライン６５およびＥＧＲ冷却器６９を通して向きを変え、通常は吸気マニホルド７７の上流で空気吸入口ライン３３に再び入れることができる。タービン５５の下流の排気ガスは典型的に、ＤＰＦ７１などの排気後処理装置へ方向付けられる。

図３に示されているＡＭモード運転の実施形態では、空気吸入口ライン・バルブ４７は典型的に閉じ、ＩＣモードの排気ライン・バルブ５１も同様である。圧縮空気ライン・バルブ５９およびＡＭモード排気バルブ６３は典型的に開いている。リザーバ３１からの圧縮空気が、圧縮空気ライン５７を通って、排気マニホルド７９へ流れる。この排気マニホルド７９は、この実施形態のＡＭモードでは、吸気マニホルドとして機能する。気筒２３ａ〜２３ｆの排気バルブ２９ａ〜２９ｆ（この実施形態では吸気バルブとして機能する）が開くと、その気筒２３ａ〜２３ｆのピストンを押し下げるために、この排気マニホルド７９からその気筒２３ａ〜２３ｆへ圧縮空気が流れる。気筒の排気バルブが閉じると、吸気バルブ（この実施形態では排気バルブとして機能する）がその後開き、気筒内の空気は、吸気バルブを通って吸気マニホルド（この実施形態では排気マニホルドとして機能する）に排出され、ＡＭモードの排気ライン（通常はタービン５５の下流でＩＣモードの排気ラインに接続できる）を通って、ＤＰＦ７１などの後処理装置に流れる。

図２に示されているＡＣモード運転の実施形態では、ＣＡＣバルブ３７および空気吸入口ライン・バルブ４７は典型的に開き、ＩＣモードの排気ライン・バルブ５１およびＡＭモード排気バルブ６３は典型的に閉じている。さらに、圧縮空気ライン・バルブ５９が開いている。例えばエンジンブレーキ中など、気筒２３ａ〜２３ｆのピストンは典型的に往復運動しているが、図６に示されているように、いくつかの気筒をＩＣエンジンモードで動作させ、その他の気筒をＡＣモードで動作させることができ、ＡＣモードの気筒のピストンは、その他のピストンを運動させている気筒がＩＣモードで運転した結果動く。

空気は、空気吸入口ライン３３を通って吸気マニホルド７７へ流れ、吸気バルブ２７ａ〜２７ｆが開いていると、気筒２３ａ〜２３ｆ内にそれぞれ空気が流れる。気筒２３ａ〜２３ｆのそれぞれのピストンの下降行程中、バルブ２３ａ〜２３ｆは一定期間開き、気筒は新しい空気で充填される。バルブ２７ａ〜２７ｆは閉じ、気筒２３ａ〜２３ｆのピストンは上向きに動く。気筒２３ａ〜２３ｆのピストンが上向きに動くと、排気バルブ２９ａ〜２９ｆが開き、気筒内の空気は、圧縮空気ライン５７を介してリザーバ３１に接続される排気マニホルド７９内に押し出され、それによってリザーバは加圧される。

図５に、いくつかの気筒２３ａ〜２３ｄがＩＣエンジンモードで動作し、その他の気筒２３ｅ〜２３ｆがＡＭモードで動作する、システム２１の実施形態が示されている。この実施形態では、吸気マニホルドのバルブ８１を閉じて、吸気マニホルドを２つのセクションに分割、つまり、気筒２３ａ〜２３ｄと関連付けられ、ＩＣエンジンモードの従来の形で吸気マニホルドとして機能する第１のセクションと、気筒２３ｅ〜２３ｆと関連付けられ、ＡＭモードの形で排気マニホルドとして機能する第２のセクションとに分割することができる。排気マニホルドのバルブ８３を閉じると、排気マニホルド７９を２つのセクションに分割、つまり、気筒２３ａ〜２３ｄと関連付けられた第１のセクションと、気筒２３ｅ〜２３ｆと関連付けられた第２のセクションとに分割することができる。気筒２３ａ〜２３ｄは、排気マニホルド７９を介して、ＩＣモード運転の従来の形で、すなわちＩＣモードの排気ライン４９へ排出を行い、気筒２３ｅ〜２３ｆは、吸気マニホルド７７を介してＡＭモードの排気ライン６１へ排出を行う。このＡＭモードの排気ライン６１は、ＩＣモードの排気ラインに接続することができる。

図６に、いくつかの気筒２３ａ〜２３ｄがＩＣエンジンモードで動作し、その他の気筒２３ｅ〜２３ｆがＡＣモードで動作する、システム２１の実施形態が示されている。この実施形態では、ＩＣモード運転またはＡＣモード運転の従来の形で、空気が吸気バルブ２７ａ〜２７ｆを通って気筒２３ａ〜２３ｆに入るように、吸気マニホルドのバルブ８１を開くことができる。気筒２３ａ〜２３ｄでは、ＩＣモード運転の従来の形で燃料噴射が行われ、気筒２３ｅ〜２３ｆでは燃料噴射は行われない。排気マニホルドのバルブ８３を閉じて、排気マニホルド７９を２つのセクションに分割、つまり、気筒２３ａ〜２３ｄと関連付けられた第１のセクションと、気筒２３ｅ〜２３ｆと関連付けられた第２のセクションとに分割することができる。気筒２３ａ〜２３ｄは、排気マニホルド７９を介して、ＩＣモード運転の従来の形で、すなわちＩＣモードの排気ライン４９へ排出を行い、気筒２３ｅ〜２３ｆは、排気マニホルド７９を介して圧縮空気ライン５７へ排出を行う。この圧縮空気ライン５７は、リザーバ３１を加圧するために、そのリザーバ３１に接続される。

図２〜図６に示されているシステム２１の実施形態では、気筒２３ａ〜２３ｆを通る流体の流れ方向が逆転する、ＡＭモードの運転（図３）からＩＣモードの運転（図４）への移行中は、トルク低下を最小限にし、出力なしの期間を回避することが望ましい。本発明の態様によると、このことは、タービン５５を通る空気の流れにより、コンプレッサ４１を通る空気の取り入れが推進されるように、ＩＣモードの排気ライン・バルブ５１を部分的に開くステップを含む一連のステップを実行することによって実現する。これによって排気マニホルド７９に圧力降下が生じる可能性があるので、通常はバルブタイミングをそれに従って、ブレーキ平均有効圧力（ＢＭＥＰ）を維持するように調節する必要がある。バルブタイミングは典型的に、通常は可変バルブタイミング機構（図示せず）を使用して、事前に計算されたマップに基づいて調節される。

通常は、ＩＣモードの排気ライン・バルブ５１を部分的に開くのとほぼ同時に、吸気マニホルド７７で圧力を高めるために、ＡＭ排気ライン・バルブ６３を部分的に閉じる。これを行うのに数システム・サイクルかかる場合は、バルブタイミングをそれに従って、ＢＭＥＰを維持するように調節する必要がある。また、通常はそれとほぼ同時に、圧縮空気ライン・バルブ５９を部分的に閉じる。ＩＣモードの排気ライン・バルブ５１は部分的に開くことができ、ＡＭ排気ライン・バルブ６３は部分的に閉じることができ、圧縮空気ライン・バルブ５９は同時に、またはほぼ同時に、部分的に閉じることができる。

通常は、ＩＣモードの排気ラインを部分的に開いた後に初めて、ＡＭ排気ライン・バルブ６３を部分的に閉じ、圧縮空気ライン・バルブ５９を部分的に閉じ、次いで、空気吸入口ライン・バルブ４７を完全に開き、ＣＡＣバルブ３７を完全に閉じる。ターボ・サージの可能性が生じないように、ＣＡＣバルブ３７を完全に閉じる前に、空気吸入口ライン・バルブ４７を開けることが、通常は望ましい。ターボ・サージの可能性が生じないように、ＡＭモード中に空気吸入口ライン・バルブ４７を閉じるときは、ＣＡＣバルブ３７は通常最初に開状態に保たれる。ただし、ターボ過給機が吸気マニホルドの圧力を昇圧するには、ＣＡＣバルブ３７は通常完全に閉じるべきである。したがって、通常は、空気吸入口ライン・バルブ４７が開き始めてから、ＣＡＣバルブ３７を完全に閉じる。ＣＡＣバルブ３７が完全に閉じた後、空気吸入口バルブ４７が部分的または完全に開いた状態で、吸気マニホルドの圧力が高まり始める。

次に、圧縮空気ライン・バルブ５９を完全に閉じることができる。通常は、圧縮空気ライン・バルブ５９が完全に閉じた後に初めて、図７に示されているように、吸気２７ａ〜２７ｆおよび排気バルブ２９ａ〜２９ｆの開／閉タイミング・シーケンスを、エアモータのタイミング・シーケンスから内燃エンジンのタイミング・シーケンスへ変更することができる。通常は、タイミング・シーケンスが変更された後に初めて、ＡＭ排気ライン・バルブ６３を完全に閉じることができ、ＩＣモードの排気ライン・バルブ４１を完全に開くことができる。

以下の条件のいずれかの最初のものが満たされたときは、圧縮空気ライン・バルブ５９を通常完全に閉じる：（ａ）ターボ過給機４３の速度が、所定のターボ過給機速度レベルに達する。この状態は、ほぼ同時に空気吸入口ライン・バルブ４７が部分的に開いているかどうかに関係なく、ＩＣモードの排気ライン・バルブ５１が部分的に開いた結果として生じる場合がある。（ｂ）ＩＣモードの排気ライン４９の圧力が、所定のＩＣモードの排気ライン圧力まで下がる。（ｃ）リザーバ内の圧力が、所定のリザーバ圧力レベルまで低下する。

ＩＣモードからＡＭモードへの移行中は、ＩＣモードの排気ライン・バルブ５１が閉じ、圧縮空気ライン・バルブ５９が開くと、システム２１は典型的に、少なくとも短時間ＡＣモードで動作する。圧縮空気ライン・バルブが開く前、かつ／または全ての気筒の燃焼が完了する前に、排気ライン・バルブを閉じる場合など、バルブ５１および５９の閉のタイミングに応じて、排気マニホルド７９内の一部の燃焼ガスをリザーバへ方向付けることもできるが、燃焼ガスが、腐食などリザーバ内で望ましくない影響を有する場合があるので、この状態は回避することが、通常は望ましい。

図１Ａ〜図１Ｄに、気筒２３の従来のＩＣモード運転の各段階が示されている。図１Ａに示されている吸気段階中は、気筒２３のピストン２５が下向きに動き、その気筒に給気が入るので、吸気バルブ２７が開き、排気バルブ２９が閉じる。図１Ｂに示されている圧縮段階中は、空気を圧縮するために、気筒２３のピストン２５が上向きに動くので、吸気バルブ２７および排気バルブ２９が閉じる。燃料噴射と燃焼後、図１Ｃに示されている膨張段階が行われる。この段階中は、燃料を燃焼させることによって、気筒２３のピストン２５が下向きに押されるので、吸気バルブ２７および排気バルブ２９は閉じたままである。図１Ｄに示されている排気段階中は、吸気バルブ２７が閉じたまま、排気バルブ２９が開き、ピストン２５の上向きの動きによって排気ガスが気筒２３の外へ押し出される。

図２〜図６に示されているシステムのように構成された実施形態では、ＡＭモード運転中、図１Ａ〜図１Ｄに示されている気筒で、ピストン２５を押し下げるために、リザーバ３１からの圧縮空気が、図１Ａの想像線で示されているように、排気バルブ２９を通って気筒２３に入ることができる。一般に、ピストン２５が最下点に達するまで、または最下点に達する前に、排気バルブ２９は閉じる。気筒のピストン２５が上昇するときは、図１Ｄの想像線で示されているように、気筒２３内の空気を排気できるように吸気バルブ２７が開き、その後、その吸気バルブ２７は閉じる。

図２〜図６に示されているシステムのように構成された実施形態では、ＡＣモード運転中、図１Ａ〜図１Ｄに示されている気筒で、気筒のピストンが下降すると、空気が、図１Ａに示されている吸気バルブ２７を通って気筒２３に入ることができる。気筒２３のピストン２５の最下点となる点またはその付近で、吸気バルブ２７は閉じ、排気バルブ２９が開く。気筒２３のピストン２５が上昇するときは、気筒内の空気は排気バルブ２９の外へ押し出され、リザーバ３１内に保管することができる。

圧縮空気補助運転モードでは、図１Ａに示されているピストン２５の第１の下降行程中、吸気バルブ２７も開いているかどうかに関係なく、空気をリザーバ３１から排気バルブ２９を通って気筒２３に引き込むステップを含むことができる。図１Ｃに示されているピストンの第２の下降行程中、噴射された燃料を気筒２３で燃焼して、ピストン２５を下向きに推進することができる。このようにして、リザーバ内の圧縮空気が、ターボ過給機のコンプレッサと同様の形で機能することができる。

本願では、「含む」などの語は非限定的に使用され、「備える」などの語と同じ意味を有することを意図しており、その他の構造、材料、または行為の存在を除外するものではない。同様に、「できる」または「してよい」などの語は、非限定的に使用されることを意図しており、構造、材料、または行為が不可欠ではないことを表すためのものであるが、かかる語を使用しないことが、構造、材料、または行為が不可欠であることを表すことは意図していない。構造、材料、または行為は、現在不可欠であるとみなされている範囲内で、そのようなものであると認識される。

本発明を好ましい実施形態に基づいて例示し、説明したが、特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲から逸脱することなしに、変形および変更を行うことができることが理解されよう。

２１ システム
２３ 気筒
２５ ピストン
２７ 吸気バルブ
２９ 排気バルブ
３１ リザーバ
３３ 空気吸入口ライン
３５ 第１の枝管
３７ 給気冷却器のバルブ
４１ コンプレッサ
４３ ターボ過給機
４５ 給気冷却器
４７ 空気吸入口ライン・バルブ
４９ ＩＣモードの排気ライン
５１ ＩＣモードの排気ライン・バルブ
５５ タービン
５７ 圧縮空気ライン
５９ 圧縮空気ライン・バルブ
６１ ＡＭモードの排気ライン
６３ ＡＭモード排気バルブ
６５ 排気再循環（ＥＧＲ）ライン
６７ ＥＧＲバルブ
６９ ＥＧＲ冷却器
７１ ディーゼル微粒子フィルタ
７７ 吸気マニホルド
７９ 排気マニホルド
８１ 吸気マニホルドのバルブ
８３ 排気マニホルドのバルブ

Claims (27)

1. 駆動可能な部材と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブを有する少なくとも１つのチャンバと、前記吸気バルブおよび前記排気バルブのうち少なくとも１つを介して前記チャンバに接続されたリザーバとを備える、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法であって、
   エア・コンプレッサ運転モードで、以下の等式：
   ηＡＣ＝エア・コンプレッサの効率＝−ｄＡ／ｄＷ
   により、エア・コンプレッサの効率を計算するステップと、
   ここで
   Ａ＝リザーバの熱力学的有効エネルギー
   ＝（Ｅ−Ｅ_０）＋Ｐ_０・（Ｖ−Ｖ_０）−Ｔ_０・（Ｓ−Ｓ_０）
   Ｅ＝リザーバ内の空気の内部エネルギー＝ｆ（ｍ，Ｔ_ｔ）
   ｍ＝リザーバ内の空気の質量＝Ｐ_ｔ・Ｖ／（Ｒ・Ｔ_ｔ）
   Ｔ_ｔ＝リザーバ内の空気の温度
   Ｐ_ｔ＝リザーバ内の空気の圧力
   Ｖ＝Ｐ_ｔ、Ｔ_ｔでのリザーバの体積
   Ｒ＝気体定数
   Ｅ_０＝周囲圧力、周囲温度でのリザーバ内の空気の内部エネルギー
   Ｐ_０＝周囲圧力
   Ｖ_０＝周囲圧力、周囲温度でのリザーバ内の空気の体積
   Ｔ_０＝周囲空気の温度
   Ｓ＝リザーバ内の空気のエントロピー＝ｆ（Ｐ_ｔ，Ｔ_ｔ）
   Ｓ_０＝周囲圧力、周囲温度でのリザーバ内の空気のエントロピー
   Ｗ＝エンジンブレーキの仕事率＝Ｎ・Ｔ_ｂ
   Ｎ＝エンジン回転数（回／時間）
   Ｔ_ｂ＝エンジンブレーキのトルク
   であり、
   エア・コンプレッサの効率を最大にするための吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを、
   

   

   かつ、
   

   

   のように選択するステップとを含む、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
2. エアモータ運転モードで、以下の等式：
   ηＡＭ＝エアモータの効率＝−ｄＷ／ｄＡ
   により、エアモータの効率を計算するステップと、
   エアモータの効率を最大にするための吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを、
   

   

   かつ、
   

   

   のように選択するステップとを含む、請求項１に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
3. エアモータ・モードで、エネルギーを出力するように、前記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させるステップを含む、請求項２に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
4. エア・コンプレッサ・モードで、運動エネルギーを吸収するように、前記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させるステップを含む、請求項３に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
5. 前記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを、内燃エンジン・モードで動作させながら、選択的にエネルギーを出力し、運動エネルギーを吸収するステップを含む、請求項４に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
6. 前記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを、前記コンプレッサ・モードと前記内燃エンジン・モードで同時に動作させるステップを含む、請求項５に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
7. 前記内燃エンジン・モードで、前記コンプレッサ・モードでさらに動作させることなく、前記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させるステップを含む、請求項６に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
8. 前記排気バルブから出る気体を、エンジン排気管と前記リザーバのうちの少なくとも一方へ方向付けるステップを含んだ、内燃エンジン・モードで前記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させるステップを含む、請求項５に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
9. 前記駆動可能な部材を用いて前記チャンバ内の空気を圧縮し、前記リザーバに貯蓄することによって、運動エネルギーが吸収される、請求項４に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
10. 前記エア・コンプレッサ・モード、エアモータ・モード、および内燃エンジン・モードのうちの少なくとも１つで、前記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを選択的に動作させるステップを含む、請求項１に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
11. 前記エア・コンプレッサ・モードと前記内燃エンジン・モードで同時に、前記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させるステップを含む、請求項１０に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
12. 前記内燃エンジン・モードから前記エアモータ・モードへ移行中の間、前記エア・コンプレッサ・モードで、前記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させるステップを含む、請求項１０に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
13. 前記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムが、（ａ）前記少なくとも１つの吸気バルブの上流に、給気冷却器および空気吸入口ライン・バルブを含んだ、空気吸入口ラインと、（ｂ）前記少なくとも１つの排気バルブの下流に、内燃エンジン・モードの排気ライン・バルブを含んだ、内燃エンジン・モードの排気ラインと、（ｃ）前記少なくとも１つの排気バルブの下流で前記リザーバの上流に、圧縮空気ライン・バルブを含んだ、圧縮空気ラインと、（ｄ）前記少なくとも１つの吸気バルブと前記空気吸入口ライン・バルブの下流に、エアモータ・モードの排気バルブを含んだ、エアモータ・モードの排気ラインとを備え、
    ａ）前記内燃エンジン・モードの排気ライン・バルブを部分的に開くステップと、
    ｂ）前記エアモータの排気ライン・バルブを部分的に閉じるステップと、
    ｃ）前記圧縮空気ライン・バルブを部分的に閉じるステップと、
    ｄ）前記ステップａ）、ｂ）、およびｃ）を実行した後、前記空気吸入口ライン・バルブを完全に開けるステップと、
    ｅ）吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを、エアモータ・タイミング・シーケンスから内燃エンジンタイミング・シーケンスへ変更するステップとを実行することによって、前記エアモータ・モード運転から前記内燃エンジン・モード運転へ移行するステップを含む、請求項１０に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
14. 前記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムが、前記給気冷却器の上流にターボ過給機コンプレッサと、該ターボ過給機コンプレッサおよび前記給気冷却器をバイパスするためのバイパスラインとを備え、該バイパスラインがバイパス・バルブを備え、ステップｄ）を実行するときまでに、前記空気吸入口ライン・バルブを少なくとも部分的に開き、前記バイパス・バルブを完全に閉じるステップを含む、請求項１３に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
15. 前記空気吸入口ラインが、前記空気吸入口ライン・バルブの上流に、ターボ過給機のコンプレッサを備え、前記内燃エンジン・モードの排気ラインが、該内燃エンジン・モードの排気ラインの下流に、前記ターボ過給機のタービンを備え、前記空気吸入口ライン・バルブを部分的に開き、ほぼ同時に前記内燃エンジン・モードの排気ライン・バルブを部分的に開くステップと、前記空気吸入口ライン・バルブを部分的に開き、ほぼ同時に前記内燃エンジン・モードの排気ライン・バルブを部分的に開いた結果、前記ターボ過給機の速度が所定のターボ過給機速度レベルに達するか、前記内燃エンジン・モードの排気ラインの圧力が所定の内燃エンジン・モードの排気ライン圧力まで下がるか、前記リザーバ内の圧力が所定のリザーバ圧力レベルまで低下するかのうち、いずれかが最初に生じたときに、前記圧縮空気ライン・バルブを完全に閉じるステップとを含む、請求項１４に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
16. 前記内燃エンジン・モードから前記エアモータ・モードへ移行中、前記エア・コンプレッサ・モードで前記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させるステップを含む、請求項１３に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
17. 前記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムのチャンバが、複数の気筒を備え、前記駆動可能な部材が、各気筒ごとにピストンを備え、前記複数の気筒のうちの少なくとも１つを前記内燃エンジン・モードで動作させ、同時に、前記複数の気筒のうちの少なくとも１つを前記エアモータ・モードで動作させるステップを含む、請求項１３に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
18. 前記チャンバが気筒であり、前記駆動可能な部材が前記気筒内のピストンである、請求項１に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
19. 前記ピストンの第１の下降行程中、前記リザーバから空気を前記気筒に引き込むステップと、前記気筒内に燃料を噴射するステップと、前記ピストンの第２の下降行程中、前記ピストンを下向きに推進するために、前記噴射した燃料を燃焼するステップとを含む、請求項１８に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
20. 駆動可能な部材と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブを有する少なくとも１つのチャンバと、前記排気バルブを介して前記チャンバに接続されたリザーバとを備える、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法であって、
    エアモータ運転モードで、以下の等式：
    ηＡＭ＝エアモータの効率＝−ｄＷ／ｄＡ
    により、エアモータの効率を計算するステップと、
    ここで
    Ａ＝リザーバの熱力学的有効エネルギー＝（Ｅ−Ｅ_０）＋Ｐ_０・（Ｖ−Ｖ_０）−Ｔ_０・（Ｓ−Ｓ_０）
    Ｅ＝リザーバ内の空気の内部エネルギー＝ｆ（ｍ，Ｔ_ｔ）
    ｍ＝リザーバ内の空気の質量＝Ｐ_ｔ・Ｖ／（Ｒ・Ｔ_ｔ）
    Ｔ_ｔ＝リザーバ内の空気の温度
    Ｐ_ｔ＝リザーバ内の空気の圧力
    Ｖ＝Ｐ_ｔ、Ｔ_ｔでのリザーバの体積
    Ｒ＝気体定数
    Ｅ_０＝周囲圧力、周囲温度でのリザーバ内の空気の内部エネルギー
    Ｐ_０＝周囲圧力
    Ｖ_０＝周囲圧力、周囲温度でのリザーバ内の空気の体積
    Ｔ_０＝周囲空気の温度
    Ｓ＝リザーバ内の空気のエントロピー＝ｆ（Ｐ_ｔ，Ｔ_ｔ）
    Ｓ_０＝周囲圧力、周囲温度でのリザーバ内の空気のエントロピー
    Ｗ＝エンジンブレーキの仕事率＝Ｎ・Ｔ_ｂ
    Ｎ＝エンジン回転数（回／時間）
    Ｔ_ｂ＝エンジンブレーキのトルク
    であり、
    エアモータの効率を最大にするための吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを、
    

    

    かつ、
    

    

    のように選択するステップとを含む、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
21. 内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムで、エアモータ運転から内部燃焼運転への移行を制御する方法であって、前記内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムが、（ａ）少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの出口バルブと駆動可能な部材を含んだチャンバと、（ｂ）前記少なくとも１つの吸気バルブの上流に、空気吸入口ライン・バルブを含んだ、空気吸入口ラインと、（ｃ）前記少なくとも１つの排気バルブの下流に、内燃エンジン・モードの排気ライン・バルブを含んだ、内燃エンジン・モードの排気ラインと、（ｄ）前記少なくとも１つの排気バルブの下流でリザーバの上流に、圧縮空気ライン・バルブを含んだ、圧縮空気ラインと、（ｅ）前記少なくとも１つの吸気バルブと前記空気吸入口ライン・バルブの下流に、エアモータ・モードの排気バルブを含んだ、エアモータ・モードの排気ラインとを備え、
    ａ）前記内燃エンジン・モードの排気ライン・バルブを部分的に開くステップと、
    ｂ）前記エアモータの排気ライン・バルブを部分的に閉じるステップと、
    ｃ）前記圧縮空気ライン・バルブを部分的に閉じるステップと、
    ｄ）前記ステップａ）、ｂ）、およびｃ）を実行した後、前記空気吸入口ライン・バルブを完全に開けるステップと、
    ｅ）吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを、エアモータ・タイミング・シーケンスから内燃エンジンタイミング・シーケンスへ変更するステップとを順に実行することによって、前記エアモータ・モード運転から前記内燃エンジン・モード運転へ移行するステップを含む方法。
22. 駆動可能な部材と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブを有する少なくとも１つのチャンバと、前記吸気バルブおよび前記排気バルブのうち少なくとも１つを介して前記チャンバに接続されたリザーバとを備える、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法であって、
    エア・コンプレッサ運転モードで、エア・コンプレッサの効率（ηＡＣ）を計算するステップと、
    エア・コンプレッサの効率を最大にするための吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを、
    

    

    かつ、
    

    

    のように選択するステップとを含む、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
23. エアモータ運転モードで、エアモータの効率（ηＡＭ）を計算するステップと、エアモータの効率を最大にするための吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを、
    

    

    かつ、
    

    

    のように選択するステップとを含む、請求項２２に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
24. 駆動可能な部材と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブを有する少なくとも１つのチャンバと、前記排気バルブを介して前記チャンバに接続されたリザーバとを備える、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法であって、
    エアモータ運転モードで、エアモータの効率（ηＡＭ）を計算するステップと、エアモータの効率を最大にするための吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを、
    

    

    かつ、
    

    

    のように選択するステップとを含む、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
25. 駆動可能な部材と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブを有する少なくとも１つのチャンバと、
    前記吸気バルブおよび前記排気バルブのうち少なくとも１つを介して前記チャンバに接続されたリザーバと、
    エア・コンプレッサ運転モード中エア・コンプレッサの効率（ηＡＣ）を計算し、エア・コンプレッサの効率を最大にするための吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを、
    

    

    かつ、
    

    

    のように選択するように構成されたコンピュータとを備える、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システム。
26. 前記コンピュータが、エアモータ運転モード中エアモータの効率（ηＡＭ）を計算し、エアモータの効率を最大にするための吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを、
    

    

    かつ、
    

    

    のように選択するように構成される、請求項２５に記載の内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システムを動作させる方法。
27. 駆動可能な部材と少なくとも１つの吸気バルブと少なくとも１つの排気バルブを有する少なくとも１つのチャンバと、
    前記吸気バルブおよび前記排気バルブのうち少なくとも１つを介して前記チャンバに接続されたリザーバと、
    エアモータ運転モード中エアモータの効率（ηＡＭ）を計算し、エアモータの効率を最大にするための吸気バルブおよび排気バルブの開／閉タイミング・シーケンスを、
    

    

    かつ、
    

    

    のように選択するように構成されたコンピュータとを備える、内燃エンジンとエアモータのハイブリッド・システム。

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