JP4688388B2 - 内燃機関における燃焼過程を制御する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特許請求の範囲の請求項１における前半部に記載された内燃機関における燃焼過程を制御する方法に関する。本発明は、特に、燃料／シリンダガスの混合気がシリンダ内で発生される圧縮熱によって点火されるように構成された内燃機関で形成されるススの発散と窒素酸化物（ＮＯ_X）の発散とを低減するような方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒素酸化物（ＮＯ_X）は、強い温度依存性を有すると共に、加熱を受ける容積サイズと加熱処理期間とに左右される加熱プロセスにおいて空気中の窒素成分から形成される。
【０００３】
スス粒子は、燃焼中に、形成される生成物であると共に実質的に二酸化炭素（ＣＯ₂）へと酸化される。排気ガス中で計測されるスス粒子の量は、形成されたススと酸化されたススとの間の正味の差となっている。その過程は非常に複雑である。高温での不十分な混合による多過燃料の、即ち、濃い燃料／空気の混合気での燃焼は、多くのススを形成する。もし、形成されたスス粒子が、良好な酸化率のために十分に高い温度で酸素原子（Ｏ）、酸素分子（Ｏ₂）及び炭化水素（ＯＨ）等の酸化物質と共に接触されれば、その場合、スス粒子のより大量な部分が酸化されることになる。ディーゼルエンジンでは、酸化過程は、形成と同じオーダの規模であると考えられており、それは、正味のスス生成がススの形成された量とススの酸化された量との間の差であることを意味している。従って、ススの正味の発散量は、第一にススの形成を低減し、第二にススの酸化を高めることで影響を受けることになる。一酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）の発散は、通常ディーゼルエンジンからは非常に低いものとなっている。それでも、もし未然燃料が比較的冷たい領域で行き止まれば、そのパーセンテージは高くなる。そのような領域は、特に、シリンダ壁に接近して位置した強い冷却を行うゾーンとなっている。もう一つ別の態様としては、ピストンとシリンダライニングの間の腔所がある。
【０００４】
燃料がシリンダ内に直接噴射されて、シリンダ内で高められた温度と圧力によって点火される燃焼過程は、一般にディーゼルプロセスと称されている。燃料がシリンダ内で点火される時に、シリンダに存在している燃焼ガスと燃焼している燃料とは乱流による混合が行われ、その結果、混合気で制御される拡散炎が形成される。シリンダ内での燃料／ガスの混合気の燃焼は、熱発生を高め、それでシリンダ内のガスを膨張させ、それでシリンダ内でピストンを作動させる。燃料の噴射圧力、シリンダへ再循環される排気ガス量、燃料の噴射時間及びシリンダ内に起きている乱流等の幾つかのパラメータに応じて、異なった効率とエンジン発散の値が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ディーゼルプロセスに従って作動する従来の燃焼機関は、窒素酸化物やスス粒子等の排出される発散物の観点からすると比較的高い値を示している。
【０００６】
膨張行程において又はそれに先立って早く燃料を噴射することでスス粒子の形成を低減することは以前から知られており、他方で同時に、燃料がシリンダに存在しているガスによって点火される前に、燃料が蒸発されて混合される時間を取るような点火遅れが捜し求められている。従って、在来のエンジンから放出される発散物の含有量を減らす方法が在る。
【０００７】
スス発散を具体的に更に低減するために、燃焼室に配置された噴射装置によって比較的高い噴射圧力（２０００バールまでテストされている）の下で燃料が直接的に燃焼室内に噴射されるようにした公知の方法が提案されたことがある。その高い噴射圧力は、結果的に噴射装置とシリンダガスに対して燃料に高い流速を与えることになる。燃料の高い流速は、燃料とシリンダガスとの間の混合過程にエネルギーを供給し、このことでこれらの間で高い混合率を生むことになる。混合率が十分に高い場合、燃焼に至る燃料とシリンダガスの間の化学反応が起きる時間が無く、その結果燃焼は燃焼室内に更に深く入って起きることになる。
【０００８】
大きな、所謂『離昇（lift-off）』が得られ、即ち、噴射装置の口部と燃料／シリンダガスの混合気が反応するスプレー内の下流領域との間に比較的大きな距離が得られることになる。大きな距離は、より多くのシリンダガスと、それで酸素とがスプレーの中央部分へと吸入される機会を与えるものである。燃焼が更に深く燃焼室内に入って起きて行く結果、燃料とシリンダガスとは燃焼に先立ってより高度に混合されることになる。混合率と混合の程度とが十分な場合、燃料／シリンダガスの混合気の燃焼が十分な量の酸素によって行われ、スプレー中におけるスス粒子の形成を低減する。燃料の流速がより低くなると、シリンダガス中の酸素は、燃焼に先立って燃料と十分に良く混合されず、燃焼の多くがかなりの酸素不足で行われると言う結果を伴う。これは、大量のスス粒子を作り出す。この方法に依れば、燃料とシリンダガスの間の混合過程は、主としてスプレー中で局部的に行われる。この方法に関する欠点は、主として、窒素酸化物の発散が十分に低くなく、更にスス粒子の発散も幾分高くなっている点である。排気ガスの再循環を行わなければ、得られる窒素酸化物の発散の最小レベルに対して下限値が存在している。
【０００９】
窒素酸化物の発散の低減は、燃焼サイクル中の噴射開始のタイミングを延ばすことで最も一般的に達成される。燃焼がピストンの上死点後において遅くなればなる程圧縮温度はより低くなる。そのような場合、燃焼はより低い温度で実施され、それによって窒素酸化物の発散の発生を低下させる。しかし、噴射の開始を延ばすと燃焼の完了のために利用できる時間に影響する。ススの酸化に利用できる時間は、同じ理由で短縮される。その結果は、エンジンからのスス発散は、燃焼が遅く行われば行われる程更に増大することになる。従って、このことで排気ガスの再循環を行わずに実際に達成される窒素酸化物の発散の最小レベルを制限することになる。
【００１０】
スス発散を低減する大多数の対策は、窒素酸化物の発散を増大するものである。スス発散と窒素酸化物発散との間について、『トレードオフ』と呼ばれており、ディーゼルエンジンについては典型的である。『トレードオフ』に影響を及ぼすのは困難である。
【００１１】
更に、発散を低減させるために、例えば吸入行程の早期部分等の或る一定の時間窓（a certain time window）中にエンジンの充填空気システム内に低圧で燃料を噴射させることも合わせて行うようにした公知の方法が提案されたことがある。噴射行程中に、大量の排気ガスも更にシリンダに再循環されるが、これは、窒素酸化物が形成されるのを防ぐために燃焼過程をクールダウンするためのものである。窒素酸化物の形成は、高い燃焼温度で起きる。再循環された排気ガスは、燃焼室のかなりの割合が再導入された排気ガスによって占拠されると言う事実によって、燃焼室内での酸素濃度を低下させる。酸素量を少なくすることで、燃焼過程の温度をより低くするが、しかし、同時に更に、局部的な酸素不足と言うより大きなリスクによって、より多くのスス発散を形成することになる。従って、残っている酸素量は、より効果的に燃料との反応に利用されなければならない。
【００１２】
これに対する解決策は、より多くの混合エネルギーを供給することであり、その結果、酸素は燃料を『狙い打ちする』ことになる。このことは、再循環された排気ガスと新たに供給された空気流とを一般にスワール（swirl）と称されている渦流運動させることで行われ、その結果、燃料とシリンダガスとのほぼ均質な混合気が、シリンダ内で形成されることになる。ピストンがその際に上死点位置に近づくと、均質な燃料／ガスの混合気は、シリンダ内で発生される圧縮熱によって加熱されることになる。燃料は、吸入行程中にエンジンの充填空気システム内へと供給されるので、燃料／ガスの混合気は、燃料の全体量がシリンダ内に一旦導入されると、また一旦シリンダ内が点火温度に到達すると点火されることになる。この燃焼過程は、通常一般的にＨＣＣＩ（均質圧縮燃焼点火）と称されているものである。その結果、スス発散と窒素酸化物発散の両方を非常に低い含有量とすることになる。しかし、この方法に関する欠点は、エンジンはただ低負荷で運転されるだけである。その理由は、均質な燃料／シリンダガスの混合気中の燃料の全量が、余りにも急速に燃焼されて、即ち、比較的小さなクランク角度に渡って燃焼されて、それによってシリンダ内に余りにも急速な、又は突然の強度を限定する圧力形成が行われると共に最大レベルの圧力が発生される。もう一つ別の欠点は、シリンダ壁に最も近く位置している燃料／ガスの混合気は、冷却される時間が有って、それで圧縮熱によっては点火されないか、又はその代わりに制御壁に接近して燃焼している燃料は、壁に接近した冷却効果によって消火されてしまう点である。このことは、結果的に、幾分かの燃料はシリンダ壁上で凝縮し、ピストン脇を通過して行くことになる。引き続いて、その燃料はエンジンのクランク部分へと流れ落ち、エンジンの潤滑油と混合され、潤滑油の潤滑性能を悪化させることになる。この方法に関する更に別の欠点は、燃料／シリンダガスの混合気に対する点火タイミングの制御が、特に負荷とエンジン速度が変動している場合には困難な点である。未燃の燃料／ガスの混合気は、更に、炭化水素の形成を高める。この公知方法に係る燃焼過程は、比較的低い温度で実施されるので、排気ガスの温度も低くなる。このことは、低い排気ガス温度は、必ずしも排気システムに配置された触媒装置を活性化させることができるとは限らないので、排気ガスの後処理をより難しくする作用を有している。
【００１３】
上記方法を改善し、また代わりに燃料を圧縮行程中の後段階か、又は早い膨張行程においてシリンダ内に直接噴射するようにしたもう一つ別の公知の方法があるが、それに依れば、燃料／シリンダガスの混合気が、一旦燃料の全量がシリンダ内に噴射された時にのみ確実に点火されるように考慮されている。ここでは、再循環された排気ガスと新たに供給された空気とは、非常に早い渦流運動で流動させられるが、このことは、第一に酸素が効果的に利用されるように燃料との均質な混合を達成するためのものであり、第二にシリンダ壁上での燃料の凝縮を防ぐためのものである。混合が十分に行われるようにするために、点火遅れが、即ち、燃料噴射の開始から燃料／シリンダガスの混合気の点火までの時間が延長される。ここでも、その結果は、発散物含有量を非常に低く抑えられる。この方法に関する欠点は、主として、均質な燃料／シリンダガスの混合気における燃料の全量の燃焼過程が余りにも急速に実施されて、エンジンの強度上の問題を惹起すると言う事実によって、エンジンがただ低負荷で運転されるに過ぎない点である。ここでも、排気ガスが比較的低温になり、それによって触媒の補助による排気ガスの後処理を更に難しくする。
【００１４】
従って、本発明の目的は、上記に鑑みてエンジンの全作動範囲に渡って、即ち、あらゆる負荷において、また例えば加速等の変遷過程中でもスス発散と窒素酸化物発散を非常に少なく抑えるように燃焼過程を制御するものである。本発明は、更に、スス発散と窒素酸化物発散の間の一般的な『トレードオフ』（上述した）を壊して、窒素酸化物の発散がススの発散を増やさずに低下されるようにするものである。本発明は、更に、確実に高い効率が達成されるようにすると共に、シリンダ圧力が許容できる低いレベルに保たれるようにするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る方法に関して、本発明に係る目的を達成する技術については、特許請求の範囲の請求項１に記載されている。他の特許請求の範囲の請求項は、本発明に係る方法の好適な形態と改善について説明している（請求項２から１５）。
【００１６】
本発明に係る方法は、噴射過程中にスプレーは、大量の運動エネルギーを供給し、スプレー内部の混合過程を制御すると共に、運動エネルギーを大規模な全体の混合過程に供給する。同時に、ピストンの運動及び設計の成果として、運動エネルギーがスプレー内部と全体の混合過程とに供給される。
これに関する長所は、主としてスス発散と窒素酸化物の発散とを低減できることである。
【００１７】
本発明に係る方法の第一の有利な態様では、燃焼過程中に発生されるスス発散と窒素酸化物（ＮＯ_X）発散とエンジンの効率とは、スス発散が主として供給された混合エネルギーの量によって制御されると共に窒素酸化物発散が主としてそれより先の燃焼過程からの排気ガス量によって制御され且つ効率が主として燃焼室における熱放出の期間と重心によって制御されるように、実質的に互いに独立して制御されるようになっている。これに関する長所は、発散物の含有量とエンジンの効率とは、原則的に自由に選択される点である。
【００１８】
本発明に係る方法の第二の有利な態様では、燃料とシリンダガスとは、燃焼が起きるスプレー内の領域の上流側領域で混合されるので、また噴射が点火実現後も続くので、混合は局部的に実施される、即ちスプレー制御の燃焼が実施される。これに関する長所は、極めて低い発散レベルが達成されると同時に、全ての負荷領域を扱うことができるようなより強健な燃焼が行われる点である。
【００１９】
本発明に係る方法の第三の有利な態様では、一つの燃焼サイクルに相当した燃料のほぼ全量が、点火と燃焼の行われる以前にシリンダ内で噴射されて、混合されるので、混合が全体的に実施される点にある。この態様の長所も、極めて低い発散レベルが達成されると同時に、全ての負荷領域を扱うことができる点である。この態様は、ＨＣＣＩと共通した多くの特徴を有している。基本的な相違は、噴射方法自身が必要な混合を創造する点である。従来技術と相違して、この態様は、極めて低い発散レベルを、シリンダ内に極めて急速な、強度限定の圧力形成を行わずに達成すると同時に、更に、高いエンジン負荷領域を扱うことができる。その圧力形成を制限することができる理由は、十分に大量なＥＧＲと、十分に低い温度と、十分に低い圧力とをシリンダ内において組合わせているからであり、それで点火と燃焼に至る化学反応の速度を制限している。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る方法の更に別の有利な実施形態は、添付された特許請求の範囲から収集されるものである。
また、本発明の更に好適な実施形態を図解目的のために示している添付図面を参照にして、本発明は、以下により詳しく説明される。
【００２１】
図１には、ディーゼルプロセスに従って作動するように設計された内燃機関１の線図が示されている。エンジン１は、シリンダ２とピストン３とを有しており、そのピストン３は、シリンダ２内において往復動すると共に、ピストンが上死点と下死点とでシリンダ２内において反転するようにクランク軸４に連接されている。ピストン３には、その上面５に燃焼室７を形成する窪み６が設けられている。ピストン３の上部は、ピストン頂部８と称されている。シリンダ２には、一つ以上の吸入孔９が結合されている。各吸入孔９とシリンダ２との間の接続部は、各吸入孔９に配置された吸入弁１０によって開閉される。シリンダ２には、更に一つ以上の排気孔１１が結合されている。各排気孔１１とシリンダ２との間の接続部は、各排気孔１１に配置された排気弁１２によって開閉される。
【００２２】
シリンダ２には、少なくとも一つの燃料噴射器ノズル１３が配置されており、それを通して燃料がシリンダ２内に噴射され、燃料はシリンダ２内で圧縮されたガスと混合されて燃料／ガスの混合気を形成する。混合気は、シリンダ２内で発生される圧縮熱によって点火される。
【００２３】
図１に示されている内燃機関１は、シリンダ２を有しており、４行程の原理に従って作動する。エンジン１は、好ましくは、各々にピストン３が設けられている複数のシリンダ２を有しており、その場合、各ピストン３は、共通のクランク軸４に接続されている。各シリンダ２は、二つのピストン３を有することができその結果エンジン１は、燃焼室（図示されていない）がピストン３の間に形成される対向ピストンエンジンとして設計されている。
【００２４】
図２は、燃料を従来技術に従ってスプレーする噴射ノズル１３を線図で示している。図２では、線図で示された噴射ノズル１３にはただ一つの開口１４が設けられている。開口１４を通して、燃料はエンジン１のシリンダ２内へ噴射される。噴射された燃料は、ジェット１５（液相）を形成し、そのジェット１５の形状と広がりは、なかんずく、噴射器ノズル１３の開口１４の寸法と形状と、燃料の瞬間噴射圧力と、シリンダ２内における瞬間シリンダ圧力とに左右される。燃料ジェット１５の下流側には、濃い燃料／ガスの混合気を形成するために燃料とシリンダガスとが最初に混合される第一領域１６が形成されている。この第一領域１６の縁１７では、非常に燃料の濃い混合炎が発生される。その燃料の濃い炎を貫通した後に、その噴射ノズル１３から離れる運動中に、燃料は酸素の不足した周囲と反応を継続し、その結果、スス粒子が燃焼中に形成されることになる。この酸素不足を特色とした燃焼は、燃料ジェット１５の下流側で、且つ更に第一領域１６の下流側でもある第二領域１８で起きる。燃えている燃料は、引き続き、化学量論的な燃料／ガスの割合が勝っている第二領域１８の外側の縁１９に向かって移動する。この燃料／ガスの割合で、主な熱放出が生じ、最高の燃焼温度が生じるのもここであり、その結果、第二領域１８での燃焼で形成されるスス粒子の幾分かは、それらが第二領域１８の上記外側の縁１９に到達すると燃焼されることになる。参照符号１５、１６、１７、１８、１９は、全てそれらの段階を備えていて、一般にスプレーと称されている。
【００２５】
スス粒子の含有量を低減するために、図３、４、５ａ、５ｂとの関連で説明される本発明に係る方法によって燃料は噴射される。図３は、本発明に従って燃料を噴射する噴射器ノズル１３を線図で示している。図２と同様に、線図で示されている噴射器ノズル１３には、ただ一つの開口１４が設けられている。図２と図３において、噴射器ノズル１３は、ほぼ同じ尺度で図示されている。本発明の特徴は、スプレーは、噴射過程中に大量の運動エネルギーを供給され、スプレー内部での混合過程を制御し、運動エネルギーを大規模な全体の混合過程に供給する。ピストンの運動と形状の成果として、運動エネルギーが、更にスプレー内部にも、また全体の混合過程にも供給されることになる。このことは、第二領域１８が相対的により小さくなると同時にスプレー内の第一領域１６が拡大され、またスス粒子の後酸化が最大化されると言う効果を有している。
【００２６】
燃料は、本方法を実現するために、好ましくは３００バールより高い、好ましくは１０００バールと３０００バールの間の噴射圧力で噴射される。噴射圧力レベルの選択は、エンジン速度とトルク出力と共に大きく変化し、また再循環される排気ガスの所望量の選択は、今度は、窒素酸化物の発散を制御する。シリンダ２内へ噴射される燃料の流速と燃料ジェット１５の形状も、噴射ノズル１３と燃焼が起きる第二領域１８の外側縁１９の部分との間の距離Ｄが増大されると言う効果を有している。この距離Ｄは、『離昇』と称されている。この距離Ｄが大きくなると、より大きな割合のシリンダガスが、燃料ジェットによって第一領域１６の方向においてその領域１６内部に移送され、燃料と混合されるようになる。従って、燃料／ガスの比率の低下は、第一領域１６で行われる。このことは、スス形成を削減することになり、その場合に、スス形成が起きる領域１８がより小さくなっていて、またその場合に、スス形成は、噴射器ノズル１３からより遠いより燃料濃度が低いゾーンで起きている。燃料噴射によってまたピストンの運動を介して供給されるより大きな運動エネルギーは、更に、燃料とシリンダガスとの効果的な全体的な混合をもたらすものであり、結果として、それでも形成されるそれらスス粒子を効果的に酸化することになる。
【００２７】
本発明に依れば、燃料噴射圧力がシリンダ２内への燃料の噴射中に変化するようにその燃料噴射圧力を制御することが可能である。もし、燃料が噴射開始時に、噴射中に発生される最大圧力で噴射されれば、特に良好な結果が得られる。この圧力は、燃料噴射器ノズル１３がシリンダ２への燃料の噴射のために開放されると発生されるので、この圧力は、開孔圧力と称されている。好ましくは、燃料噴射中に発生される最大圧力に達する開孔圧力を与えるように適合した噴射システム（図示されていない）が選択される。好ましくは、噴射システムは、更に、シリンダ２内への燃料の噴射中に燃料噴射圧力変動が行われるべく燃料噴射圧力が制御されるように設計されている。それによって、エンジン効率とスス粒子形成とに影響する可能性が達成されるが、それについては、以下により詳しく説明する。燃料が噴射される際の燃料量と燃料流速とは、更に、噴射システムの補助によっても制御される。
【００２８】
シリンダ２内へ噴射される燃料の流速と、噴射器ノズル１３からの燃料ジェットの形状とは、なかんずく、噴射圧力に左右されるが、しかし、更に噴射ノズル１３の開口１４の寸法と形状と、シリンダ２内に普及している圧縮にも左右される。開口１４の数も、燃焼過程に作用を及ぼす。噴射は、シリンダガスの状態と調和して実行されなければならない。ディーゼルエンジンでは、ガスは、エンジン構造に応じて約１０−２５倍に圧縮されていた。このことは、非常に高いガス密度を与えてくれ、その分子密度は、高圧と高速にも拘わらずスプレーが激しく影響を受けるようなものとなっている。例えば、或る一定のスワールに関しては、余りにも簡単でもなく、また余りにも困難を伴うこともなくスプレーがガス質量を貫いて、所謂スプレー透過を行うときには最適数の孔が存在することが知られている。
【００２９】
一つの開口１４を有した、又は多数の開口１４を有した噴射器ノズル１３が使用される。例えば、噴射器ノズル１３には、非常に多数の開口１４を提供する多孔材が設けられている。好ましくは、開口１４の数は、燃焼室７の利用可能な容積と形状について最大限活用するように選択される。燃焼室７の利用可能な容積と形状を最適に利用することで、燃料の空中での燃焼が最大限可能な割合で行われる。かくして、壁面近くでの燃料の燃焼は、実際のところ回避され、それで燃焼過程中での熱損失を最少にし、炭化水素（ＨＣ）と一酸化炭素（ＣＯ）の生成を低減する。低減された熱損失は、エンジン１の熱効率を最適化する。燃焼ガスと燃焼室壁との間の接触を慎重に利用して全体に渡る混合エネルギーを発生するようにした異なった戦略についても以下に説明する。噴射器ノズル１３における開口１４の方向も、燃焼室７の利用可能な容積の利用度合にとって重要である。噴射器ノズル１３において、二重列の開口１４を配列することが考えられる。好ましくは、開口１４は、その場合、色々な開口１４からの燃料ジェット１５が互いに邪魔するように配列される。我々は、スプレーの内での、またその周りでの酸素と燃料との局部的な混合を増強している。各列の開口１４は、更に、異なった措置のために設計される。例えば、開口１４の列の内の一列は、燃料に対する点火遅れに特に影響するようになっている。開口１４は、分岐するように設計されていて、その結果、円錐状燃料ジェット１５がつくり出されることになる。開口１４は、更に、レリーフやキャビテーションが開口１４に造られるように設計され、結果として乱流エネルギーを増大することになる。本発明に係る方法は、更に、空気を燃料ジェット１５中に混合する燃料噴射器ノズル１３によって実施される。噴射された燃料の流速と形状に影響する別のファクターには、シリンダ２内に普及している全体的なガス運動と、それらがシリンダガスにつくり出す乱流とがあり、それらについては以下により詳しく説明する。
【００３０】
燃料ジェット１５中における、従ってスプレー中における噴射燃料の流速と形状は、結果として、燃料とシリンダガスの間の混合速度が第一領域１６において高くなるように、燃料／ガスの混合気の方向に燃料ジェット１５によってシリンダガスを移送することになる。それで、混合過程が、スプレーで制御され増強されることになり、それで燃料とシリンダガスの連続した強化されたスプレー内部混合を行う。それで、第一領域１６は、図３に示されているように、拡大されている。高い混合速度は、燃料が着火できないと言う作用を有している。燃料が点火されるのは、ただの一回混合速度が低下した時のみに行われ、それは第一領域１６の外側縁１７で起きる。本発明に依れば、第一領域１６の外側縁１７における燃料／ガスの比率は、図２に示されているように、従来技術に係る第一領域１６の外側縁１７で普及している燃料／ガスの比率よりも希薄になっている。第一領域１６の外側縁１７は、かくして、より希薄になっている燃料／ガスの比率が普及している第二領域１８における燃料ジェット１５の下流側方向に移動されることになる。このことは、結果として、点火された燃料が、第二領域内において第二領域１８の外側縁１９に向かって移動している時に、より小さな割合のスス粒子が形成されることになるが、これで、形成されたスス粒子の大きな割合を第二領域１８の外側縁１９で燃焼し尽きることになる。
【００３１】
シリンダ２内の高温によって、第二領域１８の外側縁１９で燃え尽きない或る割合のスス粒子は、第二領域１８の外側で、又はススの酸化条件が存在しているシリンダ２内の恣意的位置での噴射終了後の遅い段階で、シリンダ２内において燃え尽きることになる。スス粒子のこの種の燃焼は、後酸化と称されている。後酸化は、より多くの混合エネルギーの供給を通して促進され、その結果、残っている酸素がスス粒子を『狙い打ちする』ことになる。全体の大規模な混合のための混合エネルギーは、幾つかの方法で供給される。ピストン３の運動と形状は、シリンダガスの運動を設定する。吸入孔９の形状は、供給される新気／排気ガスの混合気が比較的高速度で導入されると言う事実と共に、シリンダガスの渦流運動（スワール）を設定する。燃焼室における他の部分も、それらが或る一定の方法でシリンダガスの運動を制御するように設計される。更に、可能な限り後燃えまで存続する全体の混合作用を達成するための噴射特性が利用される。これにとって重要なのは、各スプレーがシリンダガスに供給する運動エネルギーの量である。噴霧器に或る必要流量が与えられれば、噴射期間の終了後に依然存続する最適なガス運動をピストン３の形状と共に達成するために、各孔に対する運動エネルギーを変えるように孔の数が選択される。例えば、流量や他のハードウェアや設定が等しくなっている場合、孔の数が少ない方が、１つの孔当りより大きな質量流を発生し、かくして１つのスプレー当りより大きな運動エネルギーを発生する。ピストンの幾何学的形状、スプレー方向、噴射特性及びシステムのガス状態を最適にするという手助けによって、このことは、ピストン３の壁面に沿った燃焼ガスの制御された運動を行わせ、噴射期間の終了後にしばらく存続する潜在力を持った大規模な全体的運動を獲得するために活用される。シリンダ壁に沿ったガス運動は、シリンダ壁がガス流を強制的に方向転換させるので、それは乱流を作りだすという長所を有している。しかし、欠点は、かなりの熱損失があって、効率を悪化させる。更に、後酸化を強めるために、付加的な多数の燃料噴射が実施される。一つ以上の噴射が、燃焼過程中において遅れて実施される。燃焼過程において遅くれて非常に高い圧力の下で少量の燃料を噴射することで、追加の運動エネルギーが燃焼過程中に遅くれて供給され、それが、燃焼している燃料とシリンダガスとの乱流へと変換される。燃焼している燃料とシリンダガスとの増強された乱流は、スス粒子の後酸化を促進する。
【００３２】
ピストンの幾何学的形状が第一領域１６内へのガス移送を高めるようにする方法の一例は、ピストン３とシリンダ２との間で起こされるガス運動２０が、シリンダ２内のガスを燃料噴射器ノズル１３の方向に導いて、次にノズル１３において、燃焼している燃料／ガスの混合気に向かって燃料によって移送されるようにするものである。図４は、ピストン３が上死点位置にあるときに、シリンダ２内に存在しているガスがピストン頂部８の周囲とシリンダ２の端部との間の隙間２１を通して力を加えられ放出されることで、どのようにガス運動２０が起こされるかを図解している。このガス運動２０は、『圧搾』と称されている。図５（ａ）と図５（ｂ）は、更に、ピストン３の運動２６と設計２９とによってつくり出されるシリンダガスの運動２５によって、上死点直前と上死点直後にどのようにしてスプレー２７、２８が影響を受けるかを線図表現で示している。図５（ａ）では、噴射とスプレー制御された混合とが進行中で、ピストンが上昇途中２６になっている。ピストン頂部８とシリンダ２の端部との間の隙間２１の内部へと圧搾されるシリンダガスは、強制的にスプレーの『離昇』領域に向かって移動される。図５（ｂ）では、噴射が完了されていて、燃料噴射によって供給された残留運動エネルギーは、ピストン３の設計２９によってスプレー２８を上方向へスィング旋回させる。その上方へ向かう途中では、この場合、スプレー２８は、ピストン３の下降運動２６によって作り出される所謂『バック・スクイッシュ（戻し圧搾）』と言う反対のシリンダガス流２５と遭遇する。スプレー２８とシリンダガス流２５とが遭遇する場所では、後酸化を高める大量の乱流が発生される。明瞭化する目的のために、弁構成は図５（ａ）と図５（ｂ）には図解されていない。
【００３３】
シリンダ２内には渦流（図示されていない）を発生することも可能であり、その回転軸線はシリンダの中心軸線２２と一致しており、そのような渦流は『スワール』と称されている。この渦流は、吸入行程中にシリンダガスの運動エネルギーによって、及び／若しくはシリンダ２内でのピストン３の運動によって発生される。この渦流内での乱流を増大させるために、大規模なスワールは、ピストン３上に配列された特別の突起かフラップ（図示されていない）を使用して乱流に分解される。スワールは、点火遅れを延ばし、また燃料がシリンダ壁２３に達するのを防ぎ、それによって炭化水素ＨＣの形成を防止している。好ましくは、もし可能であれば、最低の可能なスワール数は、例えば、０−０．５の範囲以内で選択されるが、しかし、０．５−１０の範囲以内のレベルもふさわしい。壁に接近した弱い空気運動は、熱移送が少ないと言う事実によって、弱いスワールは、点火前に熱損失をより少なくし、それで効率を改善するものと考えられている。弱いスワールは、流動工学の観点からもエネルギー需要が少ないと見られており、即ち、吸入行程中のエンジンの容積作業はより低調であって、それも全体の効率を高める。本発明に係る方法は、シリンダ２内にスワールを発生させない場合でも適用可能であることを指摘するべきである。
【００３４】
スプレー内部の混合過程に対する条件と大規模な全体の混合過程に対する条件を最適化することで、一方で、領域１８は、即ちススが形成される領域は、スプレー内で大幅に縮小され、他方で、同時に残留ススの後酸化が増強される。全体として、このことで、スス発散物を正味で劇的に削減することになる。
【００３５】
図４には、燃料がシリンダ２内に噴射される方法の例が示されている。噴射器ノズル１３の開口１４は、実質的に空中での燃料燃焼が行われるように配置されており、このことは、燃料がピストン頂部８やシリンダ２の壁２３に到達するのが防止されるように燃料が噴射されることを意味している。しかし、上述したように、部分的な壁面近くでのガス運動と燃焼も、全体的な混合と乱流の発生とを促進するために選択される。図４では、噴射器ノズル１３には二つの開口１４が設けられている。簡明化する目的のために、吸入孔と排気孔は図から省かれている。
【００３６】
エンジン１から放出される窒素酸化物（ＮＯ_X）の発散を低減するために、先の燃焼過程からの排気ガスがシリンダ２に再循環される。再循環された排気ガスは、更に、燃料の点火に至る化学反応の速度を確実に下げて、結果的に長い点火遅れをもたらす手助けをする。燃料とシリンダガスとの間の混合過程のためにより多くの時間が存在するので、長い点火遅れは好ましい。在来のディーゼルエンジンでは、シリンダガスにおける酸素濃度がより低いので、より多くの排気ガスを混入させることは、結果的にスス発散物の増加をもたらすことになる。しかし、上述のように、もし、確実に残留酸素が効果的に使用されるようにするために多くの混合エネルギーが供給されれば、その場合、酸素濃度の低下はスス発散にとって実質的な意味を持たない。別言すれば、窒素酸化物の発散は、かくして広くスス発散から独立して、主として再循環される排気ガスの量によって制御されることになる。窒素酸化物の発散量は、制御目的のための圧縮されたシリンダガス中の再循環排気ガス量を使用することで自由に選択される。圧縮されたシリンダガス中の再循環排気ガス量は、一般に０−７０％（容積百分率）の間で変えられる。窒素酸化物の発散を非常に少なくするために、再循環排気ガスの量は、好ましくは、４０−５０％（容積百分率）の範囲以内で選択される。範囲の０−７０％は、中程度から高いエンジンの負荷から最大負荷までに関連している。低い負荷領域では、依然としてより大きな再循環排気ガス含有量を見出すことができる。再循環排気ガスの含有量は、約２１％から約１５％（容積百分率）の酸素含有量の変動に対応するように選択される。窒素酸化物の発散を非常に低くするには、１５％に近づけるのが好ましい。
【００３７】
高い含有量の再循環排気ガスは、確実にスス粒子の形成を減らす間接的な手助けをする。上述のように、高強度の乱流が燃焼過程中に発生され、それで、次に、もし局部的な燃料／ガスの混合気の燃料余剰が十分に少なければ、スス形成が行われ得ないような燃料とシリンダガス間の高い混合速度をもたらす。高い混合速度の作用は、燃焼過程中に行われる化学反応速度に左右される。スス粒子の形成の際の高い混合速度の作用は、化学反応が遅ければ遅い程より強まり、それでスス粒子の形成を低下させることになる。
【００３８】
点火遅れを強めるための他の方法は、上死点位置に対して遅く燃料を噴射することである。燃料がこのように遅く噴射されると、圧縮温度は低下し、シリンダ２内の圧力は下がり、これらは、点火タイミングを遅らせる上で寄与する。シリンダ２内への導入前にシリンダガスを冷却することで点火遅れを強めることもできる。圧縮比を下げることで、点火遅れも増強される。燃焼過程を最も良く安定化させて強健にするには、しかし、混合強度を高めることが好ましく、点火遅れを延ばすことになる。一つの理由は、点火遅れを強めることで、偶然にシリンダガスと混合される燃料割合を益々増大させるからである。ピストンエンジン１の燃焼は、必然的に乱流状態で行われるが、そのことは、従って異なった過程での変動見込みが高いと言う事を意味している。スプレーで制御される燃焼は、経験からすると比較的安定している。もう一つ別の理由は、点火遅れを強めることは、最悪の場合には、点火過程において全体に渡って点火不能になり得る不安定リスクを指数関数的に増大することを意味している。点火遅れに対する臨界期間は、点火遅れにおける自然変動が自発的なミスファイアが起きる程大きくなる時である。
【００３９】
スプレー内部の混合過程は、主としてスプレーの流速と形状とによって制御されるが、しかし更に、先の燃焼過程からシリンダ（２）に再循環される排気ガスのシリンダ（２）内でのガス状態と含有量とによっても制御される。
【００４０】
本発明に係る方法によって、低負荷から高負荷までのエンジンの作動領域に渡って、また更に加速等の変遷過程中でも発散を低くする燃焼過程が達成される。その理由は、燃焼がスプレーで制御されて連続的に実施され、それで最大シリンダ圧力と圧力勾配の良好な制御を可能にするからである。実際の試行では、スプレー制御の拡散燃焼を行う在来のディーゼルエンジンについて最も期待されているものの１／１０程度の窒素酸化物含有量とスス粒子含有量しか達成されていない。達成され計測された窒素酸化物含有量とスス粒子含有量の例としては、各々０．０５−０．６ｇ／ｋｗｈと０−０．０７ｇ／ｋｗｈとが挙げられる。
【００４１】
本発明に係る方法は、スス発散と窒素酸化物発散を極めて低くできるようにする二つの異なった方法を提供する。このことは、図６に図解されている。図６のチャートは、スス発散と窒素酸化物発散とがどのように互いに依存しているかを線図で示している。ｘ軸はスス発散の量を示しており、またｙ軸は窒素酸化物発散の量を示している。参照符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは、スス発散と窒素酸化物（ＮＯ_X）の発散に関して、対応した現在と将来の法的必要条件がチャート上の何処で見出されるかを示している。
−Ａ は、今日のディーゼルエンジンの発散レベルと法的必要条件とに対応している。
−Ｂ は、ｕｓ０２に、即ちＮＯ_Xが半分にされ、他方でススレベルが維持されている場合に対応している。
−Ｃ は、ｅｕｒｏ４に、すなわちＮＯ_Xが維持されていて、ススがｕｓ０２と比較して１／４に低減された場合に対応している。
−Ｄ は、予想されるｅｕｒｏ５に、即ちＮＯ_Xがｅｕｒｏ４と比較して半分にされた場合に対応している。
−Ｅ は、予想されるｅｕｒｏ５＋に、即ちＮＯ_Xがｅｕｒｏ５と比較して再び半分にされた場合に対応している。
−Ｆ は、ｕｓ０７に、即ちＮＯ_Xがｅｕｒｏ５＋と比較して１０の因数だけ低減された場合に対応している。
【００４２】
図６におけるチャートの一番下で左側の矩形状の領域は、将来の極めて低い発散の必要条件、即ちＦについて図解している。チャートにおける参照符号Ｄ１からＤ７は、異なった発散条件を達成するためにディーゼルエンジンにおける燃焼過程を制御する異なった方法を図解している。チャートにおいて『エンジン措置』のラベル付きの大きな矢印は、どのようにしてススの出っ張り部が、色々な技術ステップによって極めて低いレベルまで押し下げられるかを示している。
−Ｄ１ は、現在の技術に対応している。スス発散は比較的低く、窒素酸化物の発散は中高程度である。
−Ｄ２ ここでは、排気ガスの再循環が増強されている。エンジン構成は、Ｄ１における場合と同じである。窒素酸化物の発散は、排気ガスの再循環を増強するに従って低下するが、他方でスス発散は酸素濃度が低いためにレベルが上昇している。Ｂに対するスス発散の必要条件を通り越している。
−Ｄ３ ここでは、排気ガスの再循環は、更に増強されていて、及び／若しくは点火の開始が延長されている。両者は、全て燃料が点火前に噴射される時間を有するように十分に全体の点火遅延を延ばす。これで、十分な混合を行って、極めて発散を低くし、即ちＦを達成する。これは、Ｆを達成する第一方法を示している。
−Ｄ４ 噴射圧力をより高くした型式のエンジン措置によって、スモークの出つ張り部をより低くしている。窒素酸化物の発散は、Ｃまで低下させられる。全体の点火遅延を延ばすことは、即ち全からく燃料が点火前に噴射される場合は、ここでは採用されていない。
−Ｄ５ 乱流を増強する更に別の措置によって、ススの出っ張り部を実質的に最小化している。窒素酸化物の発散は、今度はＥまで低下される。ここでも、全体の点火遅延を延ばすのは採用されていない。
−Ｄ６ 最終目的として、ススの出っ張り部がエンジン措置を使って全体的に弱められるべきである。ここで必要とされているエンジン措置は、より進歩しており、高い噴射圧力とは別に、更に可変バルブタイミングや、可変圧縮や、ピストンの幾何学的形状及び噴射システム等の燃焼構想の他の設計パラメータの再最適化を採用している。スス発散が極めて低いレベルまで低下されると、窒素酸化物の発散レベルは、ススのレベルを低いままにして全体的に自由に選択される。このことは、チャートにおける最低の破線に沿って、ｘ軸線と平行に移動する場合に相当している。Ｄ６では、延長された全体的な点火遅延が利用されていないが、むしろ発散が単なるスプレー制御の燃焼によって連続して極めて低く抑制されている。
−Ｄ７ ここでは、発散は、スプレー制御の燃焼によって、また比較的早い噴射開始によって極めて低く抑制されている。良好な効率と強健性が達成されている。これは、Ｆを達成する第二の方法を示している。
【００４３】
本発明に係る方法は、更に、燃焼過程中に発生される窒素酸化物の含有量と、スス粒子の含有量と、エントジン１の効率とが、基本的に互いに独立して制御されると言う効果を有している。これは、確実にエンジンがその全ての作動範囲に渡って運転され、確実に極めて少ない発散がエンジンの全ての作動範囲に渡って達成されるのを手助けしている。燃焼過程中に発生される窒素酸化物の含有量は、主として、シリンダ２へ再循環される排気ガスの割合に左右される。それによって、上述のように、排気ガスの再循環の手助けによって窒素酸化物の含有量は制御され、基本的に任意の窒素酸化物の含有量が得られると言う結果を伴っている。
【００４４】
燃焼過程中に発生されるスス粒子含有量は、燃料噴射器ノズル１３を介して噴射された燃料の流速及び形状に左右されると共に、燃料の流速及び形状がシリンダ２内で生み出す、全体的と局部的の両方における燃料とシリンダガスの間の混合過程にも左右される。燃料噴射器ノズル１３を通して噴射される燃料の流速と形状は、次に、燃料がシリンダ２内に噴射される圧力と、燃料噴射器ノズル１３における開口１４の形状に左右される。上述したスキッシュ（圧搾）とスワール（渦流）も燃料とシリンダガスの間の混合過程に影響する。スス粒子の含有量は、かくして、噴射された燃料の圧力や、噴射器ノズル１３における開口１４の数、方向及び形状や、シリンダ内で発生される大規模な全体のシリンダガス運動、即ちスキッシュとスワールとそれらの組合わせ等によって制御される。ここで、開口１４の形状を変化させることは、更に、開口１４の寸法が変えられることを意味している。
【００４５】
エンジン１の効率は、熱放出の期間と重心によって制御される。このことは、燃料の噴射パターンと、とりわけ噴射開始のタイミングの両方によって、またシリンダガスの組成と状態によって、更に孔の数やスプレーの方向や燃焼室の幾何学的形状によるシステムの幾何学的形状によって影響される。熱放出の期間は、シリンダ２内の燃焼過程中に熱が放出される時間間隔を意味している。更に、エンジンの効率は、周囲のシリンダ壁へのシステムの熱損失によって影響を受ける。熱損失は、上述したのと同じパラメータによって影響を受ける。燃料は、従って、或る一定のタイミングで或る一定の時間間隔に渡ってシリンダ２内に噴射され、その結果、エンジン１の効率はそれによって制御される。シリンダ（２）内への燃料噴射を開始する適当なタイミングは、上死点位置の前２０度からその後２０度までのクランク軸角度となっている。
【００４６】
本発明に係る方法は、パラメータの窒素酸化物の発散やスス発散や効率が互いに大いに独立して制御されるようにするものであり、即ち
・窒素酸化物の発散は、再循環される排気ガスの量によって主として制御されるようにし、
・スス発散は、噴射圧力を使用して主として制御されるようにし、
・効率は、燃焼サイクル中に噴射が始まるタイミングを使って主として制御されるようにする。
【００４７】
このことは、或るエンジン構造に当てはまる。もし、可変圧縮及び／若しくは可変のバルブタイミングが付加されれば、シリンダガスの状態が操作されて、それによって、基本的なエンジンとして見られる場合と、上述のようなパラメータによって実際走行で運転する場合の両方で、改善のための新しい予想を行う。本発明に係る方法に依れば、上述の三つの主要なパラメータから独立して、最高の効率のために圧縮比を最適化することが同時に可能となる。そのような方法に関する長所として、強健性と制御性と効率に関しては、効率の観点から今日の公知のディーゼルプロセス（混合気で制御されるディーゼル炎）に再度近付いており、即ち４５％より優れた効率と、燃焼サイクルから燃焼サイクルへかけての完全な制御性に近付いている。
【００４８】
本発明に係る方法は、点火のタイミングが非常に正確に制御され、また例えば加速中等の変遷過程が発散を低く抑制するために制御されると言う効果を有している。燃料が点火されて、既に噴射期間中に燃焼を開始し、噴射期間の終了後でも燃焼し続けることで、噴射サイクル中に噴射された燃料は、全て一度に燃焼されるとは限らない（従来技術と対比される）。許容可能なピーク圧力でもって、より滑らかで且つ十分にゆったりした圧力増大がシリンダ内で行われ、それによって強度上の問題を回避している。
【００４９】
排気ガスターボか、又はコンプレッサー（図示されていない）を燃焼機関１に接続することで、本発明に係る方法を実現することも可能である。上記では、４行程の原理に従って作動する燃焼機関１について説明してきた。本発明に係る方法は、更に、２行程や６行程や、または８行程の原理に従う等の別の原理に従って作動する燃焼機関にも適用可能である。６行程と８行程は、例えば、燃料をシリンダ内に噴射せずに一つ以上の追加の圧縮サイクルによって達成され、それによってシリンダ２内に供給されるガス混合気に対して特別の特性を得るものである。本発明に係る方法が、例えば、クランク軸を有していないフリーピストンエンジンに適用される場合、この書類に引用されているクランク角度は、この種のエンジンにおいて相当した距離に変換される。
【００５０】
燃焼機関１には、更に、弁１０、１２の開閉タイミングが変えられるように制御される吸入弁１０と排気弁１２が設けられている。シリンダ２内におけるガス状態と乱流についての熱力学的操作は、かくして、弁１０、１２を適切に開閉することで達成される。吸入弁１０と排気弁１２の可変の開閉タイミングによって有効な圧縮比に影響を与えることが可能である。
【００５１】
可変の圧縮比は、強力にガス状態に影響し、またエンジン速度とトルクの範囲に渡ってきっちりと最適化される技術である。そのようなエンジンは、最良の可能な効率に対して、また例えば発散に関する本発明の他の特性に対して効果的に最適化される。
【００５２】
本発明に係る方法を実現するために使用される燃料の種類は、在来のデイーゼル油によって代表される。他の種類の燃料も使用可能である。低いエンタルピーを有した種類の燃料か、エンタルピーを下げる添加物を有した在来のディーゼル油を使用することで、比較的より多くの燃料をシリンダ２内へ噴射しなければならないと言う結果になって、噴射された燃料内に増強された乱流を発生させることになる。気化曲線や酸素含有量やセタン価（cetane number）等の他の燃料特性も燃焼過程を最適化するために利用される。更に、例えば、水や他の物質を燃料と混合することも可能である。水を燃料に混合することで非常に急速な気化プロセスが与えられ、それでスプレーの急速な均質化が行われる。より早い気化プロセスは、燃料中の水分が噴射の直後に気化されて、それによって燃料の霧化プロセスをスピードアップする局部圧力波を発生する。同時に、気化熱が周囲から奪われて、それによって炎の温度を低下させている。酸素を含んだ水は、この場合に、燃料に直近して燃焼室内に移送されるが、これは更に、スス形成を低下させ及び／若しくは効果的にススを酸化する潜在力を与えてくれる。シリンダに別体の噴霧器を使うことで水噴射を用意でき、制御性を高め、混合過程と点火遅れに影響を与える。
【００５３】
噴射器ノズル１３における多数の小さな噴射孔は、良好な局部混合を行うが、しかし燃料／シリンダガスの全体的な混合は悪い。他方で、小数の大きな孔は、局部混合を悪化するが、しかし良好な全体的混合を行う。
【００５４】
更に、燃焼機関から排出される発散物を低減するために、エンジンの排気ガスは触媒装置によって後処理される。もし、エンジンが、燃焼過程中に極めて低いレベルの窒素酸化物とスス粒子が形成されるように制御されれば、エンジンから排出される炭化水素化合物と一酸化炭素を低減するために、酸化作用をする酸化触媒装置が排気系に結合される。
【００５５】
本発明に係る方法は、圧縮点火の他に、燃料を点火する装置と組み合わされ得る。例えば、或る実施形態では、極超短波か、プラズマジェットによって燃料／シリンダガスの混合気を点火することができるが、このことは、燃料／シリンダガスの混合気が圧縮熱によって事前に点火されないと言う条件がある。
【００５６】
吸入空気をより冷たくすると、圧縮温度をより低くするが、即ちこのことは、なかんずく、点火タイミングにとって重要である。従って、吸入空気を、即ち更に、再循環された排気ガスを混入した吸入空気を冷却して調節する色々な方法は、本発明に係る方法を使用する場合に有利である。
【００５７】
この発明の限度以内で実施される各技術工程に対して、エンジンのガス交換システムは、所望の充填圧力、排気の対向圧力（counter-pressure）、充填温度、再循環されるガスの量及び全体の燃料／空気の比率を達成するために合同して最適化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 燃焼機関の概略図である。
【図２】 従来技術に係る燃料をスプレーする噴射器ノズルの概略図である。
【図３】 本発明に係る燃料をスプレーする噴射器ノズルの概略図である。
【図４】 複数の開口が設けられていて、燃料を本発明に従ってシリンダ内に噴射する噴射ノズルの概略図である。
【図５】 （ａ）、（ｂ）は、シリンダ内におけるスプレーとシリンダガスの運動の概略図である。
【図６】 パラメータの色々な組合わせに対して窒素酸化物の発散を関数としたスス発散のチャートである。

Claims (24)

1. 少なくとも一つのシリンダ（２）と、シリンダ（２）の内部で往復動し且つシリンダ（２）の内部で上死点と下死点の位置で反転するように設定されている少なくとも一つのピストン（３）と、シリンダ（２）に配置された少なくとも一つの燃料供給装置（１３）と、を有する内燃機関（１）における燃焼過程を制御する方法において、
   燃料がシリンダ内へのその途上でスプレーを形成し且つシリンダ（２）内で圧縮されたシリンダガスと混合されて燃料／ガスの混合気を形成するように、少なくとも一つの燃料供給装置（１３）を通って燃料ジェットをシリンダ（２）内に直接噴射し、燃料が十分に高い運動エネルギーを有するように、該燃料が１０００〜３０００バールの燃料噴射圧力で噴射され、燃料とシリンダガスの間のスプレー内部での混合過程が制御されるように、スプレーの運動エネルギーを供給し、そして、大規模な全体の混合過程が制御されるように、該運動エネルギーを供給し、
   スプレー内部の混合過程及び全体の混合過程においてさらに運動エネルギーを供給する為にピストンの運動及び形状を利用し、
   窒素酸化物の排出が選択されたレベルより下に保たれるように、再循環排気ガスの割合を選択し、
   窒素酸化物の排出の選択されたレベルにより１００〜３００ＭＰａの間で噴射圧力を選択し、ススの発散が選択されたレベルより下に保たれることを特徴とする内燃機関における燃焼過程を制御する方法。
2. 大規模な全体の混合過程がシリンダで制御されるように、大規模な全体の混合過程への燃料への運動エネルギーの供給がシリンダガスへの運動エネルギーの供給であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. シリンダに再循環される、先の燃焼サイクルからの排気ガスの割合は、約２１％から約１５％までのシリンダガスの酸素含有量の変動に対応するように選択されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. シリンダに再循環される、先の燃焼サイクルからの排気ガスの割合は、シリンダガス中の再循環排気ガスの容積において７０％より下であり、４０〜５０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
5. 燃料供給装置が燃料噴射器ノズルを有し、スス含有量を制御する為に当該スプレーの運動エネルギーの供給量が、燃料噴射器ノズルを介して噴射される燃料の流速と形状によって、並びに、燃料の流速と形状がシリンダ内で生み出す、全体的と局部的の両方における燃料とシリンダガスの間の混合過程によって、さらに制御されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
6. 燃料噴射器ノズルを介して噴射される燃料の流速と形状が、燃料がシリンダ内に噴射される圧力と、燃料噴射器ノズルにおける開口の形状とによって制御されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. エンジンの効率を制御する為の熱放出の期間及び重心が、燃料の噴射パターン、主に噴射開始の時間によって、また、シリンダガスの組成と状態によって、そして、孔の数やスプレーの方向や燃焼室の幾何学的形状によるシリンダ及び燃料供給装置の幾何学的形状によって制御されることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
8. 噴射圧力は、それがシリンダ（２）内への燃料の噴射中に変動するように制御されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
9. 燃料が、噴射開始時に噴射全体の中で発生される最大圧力で噴射されることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。
10. 燃料は、０．０５−０．４０ｍｍの、好ましくは約０．１０−０．２５ｍｍのサイズで、円形、楕円形又は他の適当な形状のノズルを通して噴射されることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法。
11. 内燃機関がクランク軸を備えており、シリンダ（２）内への燃料の噴射は、上死点前約２０度から上死点後約２０度のクランク軸角度で開始されることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の方法。
12. 燃料とシリンダガスとは燃焼が起きるスプレー内領域の上流側領域で混合され、そして噴射は着火が実現された後も続くように、局部的混合だけの後に着火が起こることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載の方法。
13. 燃料供給装置が噴射器ノズルを有し、噴射期間中の局部的混合は、燃料噴射器ノズルと燃料／ガスの混合気が主として燃焼する箇所との間の距離によって制御されると共に、この距離は、燃料の運動エネルギーとスプレー中の乱流と燃料噴射器ノズル（１３）を離れるスプレーの形状とによって、また先の燃焼過程からシリンダ（２）へ再循環されるシリンダ（２）内の排気ガス量によって制御されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 燃料噴射器ノズルと燃料／ガスの混合気が主として燃焼する箇所との間の距離は、化学量論的な燃料／ガスの比率が優勢な外側縁と噴射器ノズルの間の距離であり、該外側縁が、燃焼が起こる領域を包囲しており、主熱放出の縁になっていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. 実質的に一つの燃焼サイクルに相当した燃料の全量が、着火と燃焼とが実現される前に、シリンダ（２）内に噴射されて混合されるように、全体的混合の後に着火が起こることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一つに記載の方法。
16. ガス運動は、ピストン（３）が上死点位置に在るときに、シリンダ（２）内に存在しているガスがピストン頂部（８）の周囲とシリンダ（２）の一端部との間の隙間（２１）を通って力を加えられ放出されることで形成されることを特徴とする請求項１から１５までのいずれか一つに記載の方法。
17. スワール運動は、シリンダ（２）内において発生されることを特徴とする請求項１から１６までのいずれか一つに記載の方法。
18. スワール運動のスワール数が０．５よりも上であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. シリンダ内においてスワール運動が発生しないことを特徴とする請求項１から１６のいずれか一つに記載の方法。
20. スワール運動のスワール数が０．５〜１０の範囲内であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
21. 混合気への更に別の運動エネルギーが、後噴射によって供給されることを特徴とする請求項１から２０までのいずれか一つに記載の方法。
22. 内燃機関が吸入弁と排気弁を有し、該吸入弁と排気弁が、弁の開閉タイミングが変えられ、それにより、シリンダ内のガス状態と乱流を熱力学的に操作するように、制御されることを特徴とする請求項１から２１までのいずれか一つに記載の方法。
23. 燃料供給装置が二重列の開口を備えた噴射器ノズルを有し、該二重列の開口が、開口からの燃料ジェットの噴射の際に、開口の色々な列からの燃料ジェットが互いに邪魔するように配列されることを特徴とする請求項１から２２までのいずれか一つに記載の方法。
24. エンジンの効率が実質的にススと窒素酸化物の排出とは独立して制御され、該エンジンの効率が主に熱放出の期間及び重心により制御されることを特徴とする請求項１から２３までのいずれか一つに記載の方法。

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