JP2017508914A - 低反応性圧縮着火対向ピストンエンジン - Google Patents

Abstract

着火媒体として低反応性燃料を使用する圧縮着火対向ピストンエンジンは、エンジンの燃焼室の中に閉じ込められた温度および燃焼残余物ならびにエンジンの燃焼室の中に噴射された燃料を管理し、排気の減少だけでなく燃料消費効率の改善も実現するためにエンジンの圧縮比を制御する。【選択図】図４

Description

優先権
本出願は、本国際出願のために２０１４年２月１２日に出願した米国仮特許出願第６１／９３９，１７０号に対する優先権を主張するものである。
背景技術

本出願は、２ストロークサイクル対向ピストンエンジンの分野に関する。さらに詳細には、本出願は、低反応性圧縮着火（ＬＲＣＩ）対向ピストンエンジンに関する。

車両用の圧縮着火エンジンは、空気が圧縮されると、空気の中に噴射されて空気と混合された燃料を圧縮空気の熱で着火させる内燃エンジンである。２ストロークサイクルエンジンは、クランクシャフトが一回完全に回転し、クランクシャフトに接続されたピストンが２ストロークしてパワーサイクルを完成させるタイプの圧縮着火エンジンである。対向ピストンエンジンは、反対方向に往復運動するようにシリンダのボア（内腔）に２つのピストンが対向して配置された２ストロークサイクル圧縮着火内燃エンジンである。シリンダは、長手方向に間隔が置かれた吸気ポートと排気ポートとを有し、それらのポートは、シリンダの各端近くに配置されている。対向ピストンのそれぞれが、ポートのうちの一方を制御し、対向ピストンのそれぞれが、下死点（ＢＣ）位置に動くと、ポートを開き、対向ピストンのそれぞれが、ＢＣから上死点（ＴＣ）位置に動くと、ポートを閉じる。ポートのうちの一方が、ボアから燃焼生成物を出す通路を提供し、他方が、ボアに充填空気（給気）を入れる役割をし、これらはそれぞれ、「排気」ポートおよび「吸気」ポートと呼ばれる。ユニフロー掃気対向ピストンエンジンにおいて、排気ガスがシリンダの排気ポートから流れ出ると、充填空気がシリンダの吸気ポートを通ってシリンダに入るため、ガスは吸気ポートから排気ポートに向かって一方向（ユニフロー）でシリンダを通って流れる。

空気と排気生成物とは空気処理システムを経由してシリンダを通って流れる。燃料は燃料送達システムからの噴射によって送達される。エンジンが循環すると、制御機構が、エンジンの動作条件に応答して、空気処理システムと燃料送達システムとを動作させることによって燃焼を調節する。空気処理システムは、燃焼によって生成される望ましくない化合物を減らすために、排気ガス再循環システムを備えてもよい。

内燃エンジンの排出物と燃料消費とを減らすために継続的に行われていることは、既存の種類のエンジンに対する新たな燃焼計画の調査を推し進めることである。ガソリンなどの低反応性燃料の自着火が、４ストローク内燃エンジンで試された。燃料を添加するためのスパークプラグを用いることなく圧縮着火エンジンで低反応性燃料を利用したときには、ディーゼル燃料などの高反応性燃料を使用する内燃圧縮着火エンジンと比較して、後処理で、ＮＯｘの量の減少および、粒子状物質（ＰＭ）の減少が実現され得る。

低反応性燃料が２ストロークサイクル圧縮着火対向ピストンエンジンに利用される場合には、排出物がさらにまた減少するだけでなく、燃料消費効率が改善することも実現され得る。対向ピストンエンジンの体積比表面積が有する固有の利点は、費用のかかる後処理を必要とすることなく排出物を減少させながら、燃料消費を少なくすることである。したがって、ガソリンなどの低反応性燃料を用いた動作のために、２ストローク圧縮着火対向ピストンエンジンを備えることが望ましい目的であり、そのエンジンは、点火補助を用いることなく様々なエンジン動作条件において自着火するものである。

自着火低反応性燃料を使用する圧縮着火対向ピストンエンジンは、エンジンの燃焼室内に閉じ込められた温度や燃焼残留物を管理することにより、低負荷での不着火および高負荷での早期着火（ノッキング）を避けるように時間を合わせた燃料着火を確実なものにする。

一部の局面において、低反応性圧縮着火（ＬＲＣＩ）２ストロークサイクル対向ピストンエンジンは、各シリンダに対するマルチポイント燃料噴射を含む。一部の特定の局面において、一対の対向する噴射器が、噴霧の勢いを殺しシリンダボア壁に燃料が衝突するのを減らすように、燃焼室の中に、対向する噴霧パターンの燃料を噴射するように動作させることにより、シリンダボアのコークス化堆積物および残余堆積物を減少させる。

以下に記載される図面は、以下の記載において考察される原理および例を例示することを意図している。それらは必ずしも寸法を合わせていない。

圧縮着火のために構築された従来技術の２ストロークサイクル対向ピストンエンジンの概略図であり、適切に「従来技術」とラベルを付けている。

本開示に従った、圧縮着火対向ピストンエンジンのための空気処理システムの詳細を示す概略図である。

本開示に従った、圧縮着火対向ピストンエンジンのための燃料噴射システムの詳細を示す概略図である。 図３Ｂは、本開示に従った、圧縮着火対向ピストンエンジンのための代替の燃料噴射システムを示す概略図である。 図３Ｃは、本開示に従った、一対の対向ピストンの端面間に画定される燃焼室、および燃焼室の中への燃料噴射のパターンを示す概略図である。

本開示に従った、低反応性圧縮着火（ＬＲＣＩ）のために備えた２ストロークサイクル対向ピストンエンジンを例示する概略図である。

本開示において、「燃料」は、対向ピストンエンジンにおいて点火されてもよい物質である。燃料は、比較的に均質な組成物、混合物、燃料の混合物、異なる燃料を別個に噴射するものであってもよい。例えば、燃料は、液体燃料であってもよい。燃料は反応性で分類される。一部の局面において、低反応性燃料は、自着火に対して強い抵抗力を有し、それらは、オクタン価を使用して分類され、オクタン価が高いほど、自着火に対して高い抵抗力を有する。空気と低反応性燃料との混合物は、一般的には、スパークまたはパイロット噴射の助けを用いて燃焼室で点火される。低反応性燃料は、７０を超えるオクタン価を有する。これらの燃料の例は、ガソリンおよび天然ガスを含む。高反応性燃料は、低反応性燃料よりも非常に容易に着火し、それらは、セタン価と呼ばれる着火性で分類される。セタン価が高いほど、着火性が良い。この燃料と空気の混合物は、一般的には、その混合物を圧縮することによって着火し、圧縮空気の熱によって燃料を着火するようにして、点火補助を必要としない。高反応性燃料の例は、ディーゼル燃料である。高反応性燃料は３５を超えるセタン価を有する。

本開示に従って、低反応性燃料、または低反応性燃料と高反応性燃料との混合物は、ピストンがＴＣ位置またはその近くの位置にあるときに、対向ピストンの端面間に形成される燃焼室の中の圧縮空気の中に噴射される。他の局面において、噴射は、ポートの閉鎖に次いで、圧縮ストローク中に早めに生じてもよい。空気は、外気が好ましいが、排気ガスや他の希釈剤などの他の成分を含んでも良い。このようないかなる場合においても、空気は、「充填空気（給気）」と呼ばれる。

図１は、例えば、車両において使用されるような従来技術の２ストロークサイクル圧縮着火対向ピストンエンジン１０を例示する。エンジン１０は、少なくとも１つのポートシリンダ５０を有する。例えば、エンジンは、１つのポートシリンダ、２つのポートシリンダ、３つのポートシリンダ、または４つもしくはそれを超えるポートシリンダを有してもよい。各ポートシリンダ５０は、ボア５２を有し、長手方向に間隔を置かれた排気ポート５４と吸気ポート５６とが、シリンダ壁の各端に形成すなわち機械加工されている。排気ポート５４と吸気ポート５６とのそれぞれが、開口部の１つまたはそれを超える円周方向のアレイを含み、そのアレイにおいては、隣接する開口部は、硬いブリッジによって分離されている。一部の記載においては、各開口部が「ポート」と呼ばれるが、こうした「ポート」の円周方向のアレイの構造体は、図１に示されたポート構造体とは異ならない。ピストン６０および６２は、ボア５２に滑動可能に配置され、それらの端面６１および６３が互いに対向している。ピストン６０は、排気ポート５４を制御し、ピストン６２は吸気ポート５６を制御する。示された例において、エンジン１０はさらに、少なくとも１つのクランクシャフトを含み、好適には、エンジンは、２つのクランクシャフト７１および７２を含む。示された例において、エンジンの排気ピストン６０は、クランクシャフト７１に結合され、エンジンの吸気ピストン６２は、クランクシャフト７２に結合される。

ピストン６０と６２とがＴＣの近くに来ると、燃焼室が、ピストンの端面６１と６３との間でボア５２内に画定される。燃焼のタイミングは、圧縮サイクルにおいて燃焼室の容積が最も小さくなる時点を頻繁に参照し、この時点は、「最小容積」と呼ばれる。燃料は、端面６１と６３との間に位置決めされたシリンダの空間に直接噴射される。一部の例において、噴射は、最小容積またはその付近で生じ、他の例においては、噴射は最小容積の前に生じてもよい。燃料は、シリンダ５０の側壁を貫通した各開口部に配置された燃料噴射ノズル６８および７０を通って噴射される。好適には、燃料噴射ノズル６８および７０は、ボア５２の直径に沿って対向する方向で燃料の各噴霧を噴射するように配置される。燃料は、吸気ポート５６を通ってボア５２の中に入れられた充填空気と混合する。空気−燃料の混合物が端面６１と６３との間で圧縮されると、圧縮空気は、燃料を着火させる温度に到達する。続いて燃焼が生じる。

さらに図１を参照すると、エンジン１０は、空気処理システム８０を含み、空気処理システム８０は、エンジン１０に提供される給気（充填空気）およびエンジン１０によって生成される排気ガスの輸送を管理する。各空気処理システム構造体は、給気サブシステムと排気サブシステムとを含む。空気処理システム８０において、給気源は、新鮮な空気を受取り、その新鮮な空気を充填空気に加工する。給気サブシステムは、充填空気を受取り、その充填空気をエンジンの少なくとも１つの吸気ポートに輸送する。排気サブシステムは、他の排気構成要素に送達するためにエンジンの排気ポートから排気生成物を輸送する。

空気処理システム８０は、タービン１２１とコンプレッサ１２２とを有するターボチャージャ１２０を含み、タービン１２１とコンプレッサ１２２とは共通のシャフト１２３で回転する。タービン１２１は、排気サブシステムに結合され、コンプレッサ１２２は、給気サブシステムに結合される。ターボチャージャ１２０は、排気ガスからエネルギーを抽出し、その排気ガスは、排気ポート５４から出て、直接的に排気ポート５４から、または排気ポート５４を通って出された排気ガスを収集する排気マニホルド組立体１２５から排気チャネル１２４の中に流れるものである。これに関して、タービン１２１は、タービン１２１を通過して排気口１２８に入る排気ガスによって回転させられる。これにより、コンプレッサ１２２を回転させ、コンプレッサ１２２が新鮮な空気を圧縮することによって充填空気を発生させる。給気サブシステムは、スーパーチャージャ１１０と吸気マニホルド１３０とを含む。給気サブシステムはさらに、エンジンの吸気ポートに送達する前に、充填空気を受取り、かつ、冷却するように結合された少なくとも１つの空気冷却器を含む。コンプレッサ１２２によって出される充填空気は、給気チャネル１２６を通って冷却器１２７に流れ、そこから充填空気はスーパーチャージャ１１０によって吸気ポートにポンプで送られる。スーパーチャージャ１１０によって圧縮された充填空気は、吸気マニホルド１３０に出力される。吸気ポート５６は、吸気マニホルド１３０を通ってスーパーチャージャ１１０によってポンプで送られた充填空気を受取る。好適には、マルチシリンダ対向ピストンエンジンにおいて、吸気マニフホルド１３０は、全シリンダ５０の吸気ポート５６と連通する吸気プレナムで構成される。第２の冷却器１２９は、スーパーチャージャ１１０の出力部と吸気マニホルド１３０への入力部との間に提供される。

一部の局面において、空気処理システム８０は、エンジンのポートシリンダを通過して排気ガスを再循環させることによって、燃焼によって生成されるＮＯｘ排出物を減少させるように構成されてもよい。再循環させられる排気ガスは、ピーク燃焼温度を下げるために充填空気と混合され、それにより、ＮＯｘの生成を減少させる。このプロセスは、排気再循環（「ＥＧＲ」）と呼ばれる。示されたＥＧＲ構造体は、掃気の間にポート５４から流れる排気ガスの一部を取得し、給気サブシステムの中に入って来る新鮮な吸気空気の流れの中にシリンダの外側にあるＥＧＲチャネル１３１を経由して排気ガスを輸送する。再循環させられる排気ガスは、弁１３８（この弁もまた「ＥＧＲ弁」と呼ばれてもよい）の制御の下で、ＥＧＲチャネル１３１を通って流れる。

基本として図１のエンジンを使用して、図２は、空気処理システム８０が本明細書に従って低反応性燃焼動作を行うように構成されてもよい改変および追加を示す。これに関して、給気サブシステムは、空気フィルタ１５０を経由してコンプレッサ１２２に吸気空気を提供する。コンプレッサを回転すると、圧縮された吸気空気が、スーパーチャージャ１１０の吸気口１５１の中に冷却器１２７を通って流れる。スーパーチャージャ１１０によってポンプで送られた空気は、吸気マニホルド１３０の中にスーパーチャージャの排気口１５２を通って流れる。加圧された充填空気は、エンジンブロック１６０において支持されているシリンダ５０の吸気ポートに吸気マニホルド１３０から送達される。一部の例において、必ずというわけではないが、第２の冷却器１２９が、スーパーチャージャ１１０の出力部と吸気マニホルド１３０との間に直列で給気サブシステムに提供される。他の例において、給気サブシステムに第２の冷却器１２９が存在しなくてもよい。

シリンダ５０の排気ポートからの排気ガスは、タービン１２１の吸気口の中に排気マニホルド組立体１２５から流れ、および、排気口チャネル１２８の中にタービンの排気口から流れる。一部の例において、１つまたはそれを超える後処理デバイス１６２が、排気チャネル１２８に提供される。高圧ＥＧＲチャネル１３１を経由して排気を循環してもよく、高圧ＥＧＲチャネル１３１は、排気マニホルド１２５とタービン１２１への入力部との間の場所でチャネル１２４から排気を獲得し、コンプレッサ１２２の出力部とスーパーチャージャの入力部１５１との間の場所で新鮮な充填空気と混合するために排気を送達する。代替的に（または追加的に）、低圧ＥＧＲチャネル１３１_ＬＰを経由して排気を循環してもよく、その低圧ＥＧＲチャネル１３１_ＬＰは、排気口１２８とタービン１２１の出力部との間の場所で排気を取得し、コンプレッサ１２２に対する入力部の上流で新鮮な充填空気と混合するように排気を送達する。空気処理システムが高圧ＥＧＲチャネルを含むと仮定すると、マニホルド１２５から流れ出る排気の一部は、ＥＧＲ弁１３８の制御の下でＥＧＲチャネル１３１を通って再循環させられる。ＥＧＲチャネル１３１は、ＥＧＲ混合器１６３を経由して給気サブシステムに結合される。一部の例において、必ずしも必要なわけではないが、ＥＧＲ冷却器１６４が、ＥＧＲ弁１３８とＥＧＲ混合器１６３との間に直列でＥＧＲチャネル１３１に提供される。他の例においては、ＥＧＲチャネル１３１に冷却器が存在しなくてもよい。図２のように、低圧ＥＧＲチャネルは同様に構築されてもよい。

さらに図２を参照すると、空気処理システム８０は、給気サブシステムおよび排気サブシステムにおける別々の制御場所にガス流の制御のために備えられている。給気サブシステムにおいて、給気流と給気圧とがスーパーチャージャの入力部１５１にスーパーチャージャの出力部１５２を結合する再循環経路１６５の動作によって制御される。再循環経路１６５は、弁（「再循環弁」）１６６を含み、弁１６６は、吸気マニホルド１３０の中に入る充填空気の流れを調節し、したがって吸気マニホルド１３０の圧力を調節する。排気口１２８における弁（「背圧弁」）１７０は、排気サブシステムから出る排気の流れを調節し、したがって排気サブシステムの背圧を調節する。図２のように、背圧弁は、タービン１２１の出力部と後処理デバイス１６２との間で排気口１２８に配置される。

一部の例において、ガス流（および圧力）の追加的な制御は、可変速度スーパーチャージャおよび／または可変形状タービンによって提供される。このようにして、一部の局面において、スーパーチャージャ１１０は、クランクシャフトまたはエンジンの他の回転要素に駆動機構（図示せず）によって結合されることによって駆動される。駆動機構は、段階的変速デバイスまたは連続可変変速機（ＣＶＴ）を備えることができ、この場合、駆動機構に提供される速度制御信号に応答して、スーパーチャージャ１１０の速度を変えることによって、給気流と給気圧とが変えられてもよい。他の例において、スーパーチャージャは、単一速度デバイスであってもよい。他の局面において、タービン１２１は、エンジンの速度および負荷を変化させることに応答して変えられてもよい効果的なアスペクト比を有する可変形状デバイスであってもよい。

図３Ａは、燃焼室の中に所定の充填量の低反応性燃料を噴射することによって本明細書に従った低反応性燃焼動作を行うように構成されてもよい燃料噴射システムを示す。燃料噴射システム１８０は、シリンダの中への噴射によって各シリンダ５０に低反応性燃料を送達する。好適には、各シリンダ５０には、ピストンの端面間のシリンダの空間の中に直接噴射するように設置された複数の燃料噴射器が提供される。例えば、各シリンダ５０は、２つの燃料噴射器６８および７０を有する。好適には、燃料が燃料ポンプ１８３によってポンプで送られるレール／アキュムレータ機構を含む低反応性燃料源１８２から燃料噴射器６８および７０に燃料が供給される。燃料返送マニホルド１８４は、燃料がポンプで送り出される容器に戻すために、燃料噴射器６８および７０ならびに燃料源１８２から燃料を収集する。図３Ａは、１８０°未満の角度で配置された、各シリンダの燃料噴射器６８および７０を示すが、これは単に概略的な表示であり、噴射器の場所または噴射器が噴射する噴霧の方向に関して限定することを意図していない。図３Ｃにおいて最も良く見られる一好適な構成において、噴射器ノズル６８および７０は、噴射軸に沿って直径方向で対向する方向で燃料噴霧を噴射するように配置される。好適には、各燃料噴霧器６８および７０は、噴霧器を動作させる電動式アクチュエータ（例えば、ソレノイド）を含むか、またはそれに接続されている。好適には、アクチュエータは、電子マルチチャンネル噴射器ドライバ１８６によって生成される各駆動信号によって制御される。

図３Ｂは、燃料噴射システムの代替の実施形態を示し、その燃料噴射システムは、燃焼室に所定の充填量の低反応性燃料と高反応性燃料とを噴射することによって本明細書に従った低反応性燃焼動作を行うように構成されてもよい。燃料噴射システム１８０は、噴射器６８を通って各シリンダ５０の中に噴射することによって、レールアキュムレータ１８２ｄを経由してシリンダに低反応性燃料（「燃料１」）を送達する。燃料噴射システム１８０は、噴射器７０を通って各シリンダ５０に噴射することによって、レールアキュムレータ１８２ｈを経由してシリンダに高反応性燃料（「燃料２」）を送達する。この構造体に関して、各シリンダ５０は、２つの燃料噴射器６８および７０を有し、それらは、エンジンの動作条件に応答して成分の量を調節することによって、送達される燃料の反応性を動的に変える能力をＥＣＵ２００に与える。

図３Ｃを参照すると、一対の対向ピストンが、それらそれぞれのＴＣ位置を通って動くと、隣接する端面が、燃焼室２０２を形成し、燃焼室２０２は、燃焼室において１つまたはそれを超えるタンブル流の空気を発生させるように、加圧された充填空気の旋回流とスキッシュ流とを適切に相互作用させる形状を有する。好適には、燃焼室２０２は、噴射軸２０３を基準にした細長い相互に対称的な形状と、噴射軸２０３に位置決めされた一対の噴射ポート２０５とを有する。対向するパターンの燃料２０８、２０９が、軸２０３に沿って直径方向で対向する噴射器６８および７０を経由して燃焼室２０２の中にシリンダ５０の噴射ポートを通って噴射される。燃料の噴霧パターン２０８、２０９は、軸２０３に沿って対向する方向に移動し、燃焼室の中心部分２１１で出会い、そこで、燃料の噴霧パターン２０８、２０９は、旋回する充填空気の概ね球状の流動場と混合する。タンブル流は、米国特許出願第１３／０６６，５８９号、米国特許出願第１３／８４３，６８６号、および米国特許出願第１４／１１７，８３１号に記載されるように、旋回流とスキッシュ流との相互作用からもたらされるものである。タンブル流は、噴射軸２０３の周りを循環し、球状の流動場を作り出すように燃焼室の中心部分２１１において旋回流と共に作用する。噴射を続けると、空気と燃料とが旋回している混合物が、燃焼室においてさらに圧縮される。混合物が着火温度に到達したときに、燃料は燃焼室で着火する。一部の例において、燃料噴霧パターン２０８、２０９の両方が、低反応性燃料で構成される。他の例において、噴霧パターンのうちの一方が、低反応性燃料で構成され、他方が、高反応性燃料で構成される。

図４に見られるように、ＥＣＵ２００は、弁１３８、１６６、および１７０（ならびに可能であれば他の弁）を自動的に制御することによって、多速度すなわち可変速度デバイスが使用される場合には、スーパーチャージャ１１０を自動的に制御することによって、可変形状デバイスが使用される場合には、ターボチャージャ１２１を自動的に制御することによって、特定のエンジン動作条件に応答して、２ストロークサイクル対向ピストンエンジンで低反応性圧縮着火を制御するように構成されてもよい。当然、ＥＧＲに使用される弁および関連要素の動作は、電気式作動動作と、空気式作動動作と、機械式作動動作と、液圧式作動動作とのうちのいずれか１つまたはそれを超える作動動作を含むことができる。迅速で正確な自動動作のために、弁は、連続的に変更可能な設定を有する高速コンピュータ制御デバイスであることが好ましい。各弁は、ガスが弁を通って流れることができるように（ＥＣＵ２００によって制御される何らかの設定に対して）、弁が開いている状態と、ガスが流れることを防ぐように、弁が閉じている状態とを有する。一部の局面において、ＥＣＵ２００は、関連する米国特許出願第１４／０３９，８５６号の開示に基づいた方法で空気処理システムを制御し、かつ、動作するように構成されてもよい。

ＥＣＵ２００はさらに、燃焼室に閉じ込められ、加圧された充填空気および排気生成物の量を調節することによって燃焼を制御するように、空気処理システムおよびそのＥＧＲ構成要素を動作するように構成されてもよい。２ストロークサイクル圧縮着火対向ピストンエンジンのための空気処理および／または燃焼制御の例は、米国特許第８，５４９，８５４号、米国特許出願第１３／７８２，８０２号（米国特許出願公開第２０１３／０１７４５４８号として公開）、米国特許出願第１３／９２６，３６０号、米国特許出願第１３／９７４，８８３号、および米国特許出願第１３／９７４，９３５号に記載されている。これらの制御法の機能のうちの１つは、シリンダ内に閉じ込められた集合体の温度を決定し、かつ、調節することである。

図３Ａ、図３Ｂ、および図４のように、ＥＣＵ２００は、エンジンのセンサから取得された測定したパラメータの値に応答して燃料噴射制御計画に従って燃料噴射機構を制御するように構成されてもよい。これらの制御計画は、１つまたはそれを超える燃料容器、１つまたはそれを超える燃料ポンプ、および噴射ドライバと結び付けられる出力制御信号を生成させるものである。制御信号に応答して、噴射ドライバ１８６は、燃料噴射器を動作させるように、別々の専用チャンネルで駆動信号を生成する。一部の局面において、ＥＣＵ２００は、関連する米国特許出願第１３／６５４，３４０号の開示に基づいた方法で燃料噴射システムを制御し、かつ、動作させるように構成されてもよい。

図４のように、エンジンはまた、動作条件に応答してエンジンの圧縮比を変えるために可変圧縮比（ＶＣＲ）機構２２５を備えてもよい。必ず必要なわけではないが、好適には、機構２２５は、ＥＣＵ２００によって生成された信号に応答してクランクシャフト７１と７２との間の位相整合を変えることによって動作する。好適には、ＶＣＲ機構２２５は、少なくとも１つのクランクシャフトのクランク角を変えることによってクランクシャフトの位相整合を制御し、この場合、クランク角は、ピストンの滑動可能な動きの特定の場所でクランクシャフトに接続されたピストンを置く角度に対するクランクシャフトの回転角度である。例えば、特定の場所は、ピストンの上死点（ＴＣ）位置であることができる。こうした機構は、米国特許出願第１３／８５８，９４３号に開示されている。

各噴射器６８、７０は、エンジン動作の各サイクルにおいて合計の全負荷燃料流の要件を満たすことに寄与するので、各噴射器を噴射される全燃料の半分を提供するようなサイズにしてもよい。この構成は、噴射器が、１つの噴射器だけが全燃料負荷を供給しなければならない場合に必要とされる噴射流と比較して、少ない噴射量を制御することができる。各噴射器を別々に制御することによって、各噴射間の滞留時間は、一方の噴射器を参照して他方の噴射器を循環させることによって減らすことができる。２つの噴射器はまた、いかなる１つのサイクルにおいても多量の燃料を供給することができる多数の少量の噴射が、その噴射に大きな勢いをつけることなく行われることができることにより、燃焼室が、燃焼室のパラメータの範囲内で燃料と空気との混合物を含み、シリンダボアの壁に燃料が衝突することを回避することができる。

可変燃焼戦略を管理するように動作するイネーブラ（ｅｎａｂｌｅｒｓ）をエンジンに提供するために、ＥＧＲ制御を含む給気制御によって、シリンダ内に閉じ込められた燃料／空気の構成、燃料システムの融通性、および温度制御に対して可変クランク位相整合が加えられてもよい。可変クランク位相整合は、排気物の放出（掃気）のタイミングおよび持続時間、圧縮比の拡大だけでなく、圧縮比自体の動的制御も提供する。動的に圧縮比を増加させることが、低負荷および低速度での着火および良好な燃焼の安定性を確実にするための重要な方法を提供する。高負荷において、圧縮比は、エンジンにおいて激しいノッキングを生成し得る早期着火を回避するために下げられてもよい。クランク位相整合はまた、圧縮比と相乗的な方法で掃気プロセスを変更する。

図２の給気管理システムを有する２サイクル対向ピストン圧縮着火エンジンにおいて、低反応性燃料を使用することによって、非常に効率的で清潔な稼働動作において、閉じ込められた温度、閉じ込められた圧力、およびＥＧＲの内容を制御する可能性がもたらされる。低負荷において、スーパーチャージャ再循環ループが、閉じ込められた充填空気温度を増加させるように内部残留物の量を最大にするように、エンジンを通って流れる給気流の量を最小にするように動作されることが、正確で最も効率的な時に燃料が着火することを助ける。負荷が増加すると、ターボチャージャに運ばれるエネルギーの量が増加し、したがって加圧された吸気空気に対する与圧が増加する。ＥＧＲ速度は、再循環する冷却されたＥＧＲの量を制御することによって、閉じ込められた温度から個々に制御されることができる。可変形状ターボチャージャ（ＶＧＴ）もまた、所望の組み合わせの吸気マニホルドに対する加圧された空気の与圧と背圧とを得るよう、両者を変更するために使用することができる。３つの空気制御システム、ＥＧＲ速度、与圧、および空気流が、ＥＣＵの指示の下で３つのアクチュエータ（ＥＧＲ弁、スーパーチャージャ再循環弁、およびＶＧＴ）によって制御される。

ディーゼル燃料だけの圧縮着火を上回る改良が可能である。例えば、低反応性燃料の使用は、２ストロークサイクル圧縮着火対向ピストンエンジンにおいて低排気レベルを維持するために必要な後処理デバイス１６２の数を減らすことが可能であり得る。これに関して、低反応性燃料の使用は、ディーゼル粒子の濾過および／または選択的触媒還元デバイスを不要にはしないが、単純なものにすることができる。

図２に示された空気処理システムが好ましいが、この構造体の様々な変化形が考えられることが理解されるべきである。

本出願は、２ストロークサイクル圧縮着火対向ピストンエンジンのための燃料の選択として低反応性ガソリンを含むための特定のパラメータを記載したが、低反応性燃料を使用するための他のパラメータを含むことができるので、本出願は以下の特許請求の範囲によってのみ限定されることが理解されるべきである。

動作時の例：排気物を少なくするために構成されたマルチシリンダＬＲＣＩ対向ピストンエンジンの例は、低反応性液体燃料噴射のために１つのシリンダに２つの対向する噴射器を含み、さらに、一定の速度比、複数の速度比、または完全可変速度比を有するスーパーチャージャと、可変形状ターボチャージャと、可変クランク位相整合と、高速ＥＧＲチャンネル（外部ＥＧＲ）と、保持された燃料質量割合（「内部ＥＧＲ」）とを含む。ＬＲＣＩ条件を達成するための例として、エンジンの設定は以下の通りに調節されることができる。低負荷排気サイクルの負荷点に典型的な速度と負荷とに対応する３バールのＢＭＥＰを有する１３００ＲＰＭのエンジン速度に対して、主要なエンジン噴射システム動作パラメータは以下の通りに設定されてもよい。

１つのシリンダ当たりに噴射される燃料の質量：１３ｍｇ／回転／シリンダ
燃料噴射圧：５００バール
噴射１：８５度において４ｍｇの毎分換気量（ＢＭｉｎＶｏｌ）
噴射２：５５度において５ｍｇの毎分換気量（ＢＭｉｎＶｏｌ）
噴射１：１５度において４ｍｇの毎分換気量（ＢＭｉｎＶｏｌ）

この負荷点において燃焼を達成するための空気システム設定点は、

給気圧：１．１５バール
充填温度：３３０Ｋ
掃気速度：０．７
内部ＥＧＲ：３５％
外部ＥＧＲ：３０％
燃焼したガスの割合：６５％。
閉じ込められた充填の温度：４１５Ｋ
閉じ込められた空気燃料比：３０
に設定されてもよい。
これらの条件が、最小容積の２段階後に燃焼質量割合５０に到達するような低反応性燃料の添加を可能にし、低速度の圧力上昇を維持し、０．２ｇ／ｋＷｈ未満のＮＯｘレベルを達成しながら、８段階未満の燃焼持続時間を可能にし、煤の排気をわずかなものにすることを可能にする。

これは、必要な温度および必要な充填組成物を達成するために大きな融通性を有する内部ＥＧＲを管理する能力だけでなく、低負荷において、点火補助を用いることなく低反応性燃料を混合し、効率的かつ清潔に燃焼させる能力をも示す。

対向ピストンエンジンの低反応性圧縮着火動作の原理が、現在好適な実施形態を参照して記載されてきたが、記載された原理の趣旨を逸脱することなく様々な改変を行うことができることが理解されるべきである。したがって、これらの原理に合致する特許の保護は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (10)

1. 長手方向に分離された排気ポート（５４）及び吸気ポート（５６）を有する少なくとも１つのシリンダ（５０）と、前記シリンダのボア（５２）に互いに対向して配置された一対のピストン（６０、６２）と、前記ピストンの端面間で前記ボアの中に燃料を噴射するための燃料噴射システムとを備える２ストロークサイクル圧縮着火対向ピストンエンジンであって、
   前記燃料噴射システムは、前記ボアの中に燃料を噴射するために前記シリンダに設置された少なくとも２つの燃料噴射器（６８、７０）を備え、
   前記エンジンは、エンジンの条件に応答して所定の充填量の低反応性燃料と高反応性燃料とを噴射させることによって、燃料の反応性を変えることができるエンジン制御ユニットを備えることを特徴とする、エンジン。
2. 前記ピストンが前記ボアの各下死点位置から動くと、前記吸気ポートを通って前記ボアの中に充填空気を入れるステップと、
   前記充填空気が前記ボアに入れられると、前記充填空気を旋回させるステップと、
   前記ピストンが前記ボアの上死点位置に近づくと、前記ピストンの端面（６１、６３）間に燃焼室（２０２）を形成するステップと、
   前記燃焼室の中に低反応性燃料の１つまたはそれを超える噴霧パターン（２０８、２０９）を噴射するステップと、
   によって請求項１に記載の２ストロークサイクル圧縮着火対向ピストンエンジンを動作させる方法。
3. 前記低反応性燃料はガソリンである、請求項２に記載の方法。
4. 前記１以上の噴霧パターンを噴射するステップは、前記燃焼室の噴射軸（２０３）に沿って対向する方向で低反応性燃料の対向する噴霧パターン（２０８、２０９）を噴射することを包含する、請求項２に記載の方法。
5. 前記低反応性燃料はガソリンである、請求項４に記載の方法。
6. 前記１以上の噴霧パターンを噴射するステップは、前記燃料室の噴射軸（２０３）に沿って対向する方向で燃料の第１および第２の噴霧パターン（２０８、２０９）を噴射することを包含し、前記第１の噴霧パターンは、低反応性燃料を含み、前記第２の噴霧パターンは、高反応性燃料を含む、請求項２に記載の方法。
7. 前記低反応性燃料は、ガソリンであり、前記高反応性燃料は、ディーゼル燃料である、請求項６に記載の方法。
8. 前記燃焼室において旋回する充填空気内にタンブルを生成させることをさらに包含する、請求項２〜請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記エンジンは、可変圧力比機構（２２５）をさらに備え、前記方法は、エンジン速度に応答して前記エンジンの圧縮比を変えることをさらに包含する、請求項２〜請求項７のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記エンジンの前記圧縮比は、前記エンジンのクランクシャフト間の位相整合を変えることによって変えられる、請求項９に記載の方法。

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