JP6000129B2 - 多モード高効率内燃機関及びその運転方法 - Google Patents
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Claims (20)
- 第1の目標温度以下の流入空気を含む流体を内燃機関の燃焼室に供給し、前記供給は、少なくとも閾値の乱流を前記燃焼室の中に発生させるのに十分な運動を前記流体に与え、前記燃焼室は、少なくともシリンダ壁と第1のピストンによって画定されており、
前記混合気が完全燃焼する前に前記流入空気と燃料の混合気と接触する前記燃焼室の中の内壁面を第2の目標温度以下で保持し、
前記第1の目標温度は前記第2の目標温度よりも低く、
ゼロと切替出力レベルとの間の第1の出力範囲を提供する効率モードで前記内燃機関を運転し、前記効率モードは、少なくとも1つの第1の火花点火時期と少なくとも1つの前記混合気の第1の空燃比を利用し、前記少なくとも1つの第1の火花点火時期と前記少なくとも1つの混合気の前記第1の空燃比は、前記混合気の過早自着火が生じないように制御され、前記燃料のオクタン価と約13:1を超える前記内燃機関の圧縮比に従って前記第1の出力範囲を提供するように点火可能であり、
前記切替出力レベルと該切替出力レベルより大きな最大出力レベルとの間の第2の出力範囲を提供する出力モードで前記内燃機関を運転し、前記出力モードは、少なくとも1つの第2の火花点火時期と少なくとも1つの前記混合気の第2の空燃比を利用し、前記少なくとも1つの第2の火花点火時期と前記少なくとも1つの第2の空燃比の一方または両方は、前記少なくとも1つの第1の火花点火時期と前記少なくとも1つの前記混合気の第1の空燃比とそれぞれ異なり、前記混合気の過早自着火が生じないように制御され、前記燃料の前記オクタン価と約13:1を超える前記内燃機関の前記圧縮比に従って前記第2の出力範囲を提供し、
前記少なくとも1つの第1の空燃比は、前記燃料の理論空燃比に対する第1の実空燃比の第1の比率(λ1)として定義され、前記効率モードで略1または1より大きく前記燃料の前記少なくとも1つの第2の空燃比は、前記出力モードで理論空燃比に近づく及び/またはこれを越えるよりリッチな混合気まで徐々に増加し、
また、前記少なくとも1つの第2の火花点火時期は、前記出力モードで前記最大出力レベルに近づくにつれて最大ブレーキトルクから徐々に遅れ、
前記少なくとも1つの第1の火花点火時期は、a)前記効率モードで略最大ブレーキトルクである、または、b)前記効率モードで前記切替出力レベルに近づくにつれて略最大ブレーキトルクから徐々に遅れる
ことを特徴とする方法。 - 第1の目標温度以下の流入空気を含む流体を内燃機関の燃焼室に供給し、前記供給は、少なくとも閾値の乱流を前記燃焼室の中に発生させるのに十分な運動を前記流体に与え、前記燃焼室は、少なくともシリンダ壁と第1のピストンによって画定されており、
前記混合気が完全燃焼する前に前記流入空気と燃料の混合気と接触する前記燃焼室の中の内壁面を第2の目標温度以下で保持し、
前記第1の目標温度は前記第2の目標温度よりも低く、
ゼロと切替出力レベルとの間の第1の出力範囲を提供する効率モードで前記内燃機関を運転し、前記効率モードは、少なくとも1つの第1の火花点火時期と少なくとも1つの前記混合気の第1の空燃比を利用し、前記少なくとも1つの第1の火花点火時期と前記少なくとも1つの混合気の前記第1の空燃比は、前記混合気の過早自着火が生じないように制御され、前記燃料のオクタン価と約13:1を超える前記内燃機関の圧縮比に従って前記第1の出力範囲を提供するように点火可能であり、
前記切替出力レベルと該切替出力レベルより大きな最大出力レベルとの間の第2の出力範囲を提供する出力モードで前記内燃機関を運転し、前記出力モードは、少なくとも1つの第2の火花点火時期と少なくとも1つの前記混合気の第2の空燃比を利用し、前記少なくとも1つの第2の火花点火時期と前記少なくとも1つの第2の空燃比の一方または両方は、前記少なくとも1つの第1の火花点火時期と前記少なくとも1つの前記混合気の第1の空燃比とそれぞれ異なり、前記混合気の過早自着火が生じないように制御され、前記燃料の前記オクタン価と約13:1を超える前記内燃機関の前記圧縮比に従って前記第2の
出力範囲を提供し、
前記少なくとも1つの第1の空燃比は、前記燃料の理論空燃比に対する第1の実空燃比の第1の比率(λ1)として定義され、前記効率モードで前記切替出力レベルに近づくにつれて約1.3より大きいものから徐々に減少し、
前記燃料の前記少なくとも1つの第2の空燃比は、前記出力モードで理論空燃比に近づく及び/またはこれを越えるよりリッチな混合気まで徐々に増加し、
また、前記少なくとも1つの第1の火花点火時期は、前記効率モードで前記切替出力レベルに近づくにつれて最大ブレーキトルクから徐々に遅れ、
前記少なくとも1つの第2の火花点火時期は、前記出力モードで前記最大出力レベルに近づくにつれて最大ブレーキトルクから徐々に遅れ、
さらにまた、前記効率モードは、前記内燃機関のスロットル全開状態を含む
ことを特徴とする方法。 - さらに、前記流体の前記燃焼室への供給は、前記流入空気が前記第1の目標温度以下のままとなるように、吸気路を介して前記流入空気を吸気口から吸気ポートまで送ることを含む
ことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。 - 前記流体の前記燃焼室への供給は、前記流体が前記燃焼室に入る際、前記流体内にa)スワール運動またはb)タンブル運動のいずれか一方を導くことを含む
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。 - 前記内燃機関の圧縮工程の間、前記第1のピストンのピストン冠の一部とシリンダヘッドまたは対向する第2のピストンのピストン冠を近接させる一方で、前記第1のピストンのピストン冠の他の部分はそのように近接させず、そのため、前記混合気は、近接した領域から前記燃焼室内の大容積の中へ押し出され、前記大容積の中に乱流を発生させる
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。 - さらに、少なくとも1つのバルブを前記第2の目標温度よりも低温に保持するため、吸気ポートまたは排気ポートと関連する少なくとも1つのバルブを積極的に冷却することを含む
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。 - さらに、前記混合気の燃焼期間を短縮するため、前記燃焼室の中の複数箇所で火花点火させる
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。 - 内燃機関は、
流入空気を含む流体を燃焼室に供給するように構成された吸気ポートと、
前記流入空気と燃料が接触するように構成され、前記流入空気と燃料の混合気の完全燃焼前に第2の目標温度以下で保持されるように構成された前記燃焼室の1または複数の内壁面と、
ゼロと切替出力レベルとの間の第1の出力範囲を備える効率モードと、前記切替出力レベルと最大出力レベルとの間の第2の出力範囲を備える出力モードで、前記内燃機関が運転されるようにする1または複数の制御デバイスと、を有しており、
前記流体は、前記燃焼室内に少なくとも閾値の乱流を生み出すのに十分な付与量の運動をしながら供給され、
前記1または複数の内壁面は、シリンダのシリンダ壁、シリンダ内の第1のピストン、および、前記吸気ポートまたは排気ポートと関連する少なくとも1つのバルブを有し、
前記効率モードは、少なくとも1つの第1の火花点火時期と前記少なくとも1つの混合気の第1の空燃比を利用し、前記少なくとも1つの第1の火花点火時期と前記混合気の前記少なくとも1つの第1の空燃比は、前記混合気の過早自着火が生じないように制御され、前記燃料のオクタン価と約13:1を超える前記内燃機関の圧縮比に従って前記第1の出力範囲を提供するように点火可能であり、
前記出力モードは、少なくとも1つの第2の火花点火時期と前記混合気の少なくとも1つの第2の空燃比を利用し、前記少なくとも1つの第2の火花点火時期と前記少なくとも1つの第2の空燃比の一方または両方は、前記少なくとも1つの第1の火花点火時期と前記少なくとも1つの前記混合気の第1の空燃比とそれぞれ異なり、前記混合気の過早自着火が生じないように制御され、前記燃料の前記オクタン価と約13:1を超える前記内燃機関の前記圧縮比に従って前記第2の出力範囲を提供し、
前記少なくとも1つの第1の空燃比は、前記燃料の理論空燃比に対する第1の実空燃比の第1の比率(λ1)として定義され、前記効率モードで略1または1より大きく、
前記燃料の前記少なくとも1つの第2の空燃比は、前記出力モードで理論空燃比に近づく及び/またはこれを越えるよりリッチな混合気まで徐々に増加し、
また、前記少なくとも1つの第2の火花点火時期は、前記出力モードで前記最大出力レベルに近づくにつれて最大ブレーキトルクから徐々に遅れ、
前記少なくとも1つの第1の火花点火時期は、a)前記効率モードで略最大ブレーキトルクである、または、b)前記効率モードで前記切替出力レベルに近づくにつれて略最大ブレーキトルクから徐々に遅れる
ことを特徴とする内燃機関。 - 内燃機関は、
流入空気を含む流体を燃焼室に供給するように構成された吸気ポートと、
前記流入空気と燃料が接触するように構成され、前記流入空気と燃料の混合気の完全燃焼前に第2の目標温度以下で保持されるように構成された前記燃焼室の1または複数の内壁面と、
ゼロと切替出力レベルとの間の第1の出力範囲を備える効率モードと、前記切替出力レベルと最大出力レベルとの間の第2の出力範囲を備える出力モードで、前記内燃機関が運転されるようにする1または複数の制御デバイスと、を有しており、
前記流体は、前記燃焼室内に少なくとも閾値の乱流を生み出すのに十分な付与量の運動をしながら供給され、
前記1または複数の内壁面は、シリンダのシリンダ壁、シリンダ内の第1のピストン、および、前記吸気ポートまたは排気ポートと関連する少なくとも1つのバルブを有し、
前記効率モードは、少なくとも1つの第1の火花点火時期と前記少なくとも1つの混合気の第1の空燃比を利用し、前記少なくとも1つの第1の火花点火時期と前記混合気の前記少なくとも1つの第1の空燃比は、前記混合気の過早自着火が生じないように制御され、前記燃料のオクタン価と約13:1を超える前記内燃機関の圧縮比に従って前記第1の出力範囲を提供するように点火可能であり、
前記出力モードは、少なくとも1つの第2の火花点火時期と前記混合気の少なくとも1つの第2の空燃比を利用し、前記少なくとも1つの第2の火花点火時期と前記少なくとも1つの第2の空燃比の一方または両方は、前記少なくとも1つの第1の火花点火時期と前記少なくとも1つの前記混合気の第1の空燃比とそれぞれ異なり、前記混合気の過早自着火が生じないように制御され、前記燃料の前記オクタン価と約13:1を超える前記内燃機関の前記圧縮比に従って前記第2の出力範囲を提供し、
前記少なくとも1つの第1の空燃比は、前記燃料の理論空燃比に対する第1の実空燃比の第1の比率(λ1)として定義され、前記効率モードで前記切替出力レベルに近づくにつれて約1.3より大きいものから徐々に減少し、
前記燃料の前記少なくとも1つの第2の空燃比は、前記出力モードで理論空燃比に近づく及び/またはこれを越えるよりリッチな混合気まで徐々に増加し、
また、前記少なくとも1つの第1の火花点火時期は、前記効率モードで前記切替出力レベルに近づくにつれて最大ブレーキトルクから徐々に遅れ、
前記少なくとも1つの第2の火花点火時期は、前記出力モードで前記最大出力レベルに近づくにつれて最大ブレーキトルクから徐々に遅れ、
さらにまた、前記効率モードは、前記内燃機関のスロットル全開状態を含む
ことを特徴とする内燃機関。 - さらに、前記流入空気が第1の目標温度以下のままとなるように、吸気路を介して前記流入空気を前記吸気ポートに送るように構成された吸気口を有する
ことを特徴とする請求項8または9に記載の内燃機関。 - 前記吸気ポートは、スリーブ弁とポペット弁のうちの少なくとも1つを開けて前記流体を前記燃焼室に供給する際、流体が前記燃焼室に入りながらa)スワール運動またはb)タンブル運動を得るように構成された前記スリーブ弁と前記ポペット弁のうちの少なくとも1つに前記流体を供給するダクトを有する
ことを特徴とする請求項8から10のいずれか1項に記載の内燃機関。 - 前記吸気ポートは、前記燃焼室の中に供給された前記流体のタンブル運動を与えるように構成された衝立を有する
ことを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載の内燃機関。 - 前記内燃機関の圧縮工程の間、前記第1のピストンのピストン冠の一部とシリンダヘッドまたは対向する第2のピストンのピストン冠は近接している一方で、前記第1のピストンのピストン冠の他の部分は近接しておらず、そのため、前記混合気は、近接した領域から前記燃焼室内の大容積の中へ押し出され、前記大容積の中に乱流を発生させる
ことを特徴とする請求項8から12のいずれか1項に記載の内燃機関。 - さらに、少なくとも1つのバルブを前記第2の目標温度よりも低温に保持するため、前記吸気ポートまたは前記排気ポートと関連する前記少なくとも1つのバルブを冷却するように構成された冷却システムを有する
ことを特徴とする請求項8から13のいずれか1項に記載の内燃機関。 - 前記混合気の燃焼期間を短縮するため、前記燃焼室の中の複数箇所で火花点火させることを特徴とする請求項8から14のいずれか1項に記載の内燃機関。
- 10%から90%の前記混合気の燃焼期間が前記ピストンの上死点位置から約35°後より前にあり、
また、前記燃焼室内の圧力が前記ピストンの上死点位置から約10°から35°後の範囲でピークに達するような前記閾値の乱流である
ことを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載の方法または内燃機関。 - 前記燃料の前記オクタン価は、約87であり、前記圧縮比は、約14:1より大きいことを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載の方法または内燃機関。
- 前記出力モードにおける前記圧縮比は、前記効率モードにおける前記圧縮比に対してa)小さいまたはb)略等しい
ことを特徴とする請求項1から17のいずれか1項に記載の方法または内燃機関。 - 前記切替出力レベルは、前記最大出力レベルにおける正味平均有効圧力のa)約70%またはb)約60%にある
ことを特徴とする請求項1から18のいずれか1項に記載の方法または内燃機関。 - 前記第2の目標温度は、前記内燃機関の運転状態におけるピストン冠の温度よりも低いことを特徴とする請求項1から19のいずれか1項に記載の方法または内燃機関。
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