JPH06510584A - 低セタン価燃料圧縮点火式内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 メタノール燃料ディーゼルサイクル内燃機関技術分野 本発明はメタノール燃料内燃機関（エンジン）に関し、より詳しくは２サイクル 圧縮点火内燃機関に関する。

背景技術 現在、車両用及び他の産業用途に使用されている慣用的な圧縮点火（ｃｏｍｐｒ ｅｓ−ｓｉｏｎ−ｉｇｎｉｔｉｏｎ　、　ＣＩ）機関は、「第１種又は第２種」 及び「ディーゼル燃料」として知られている高等級の重油を燃料としている。石 油を基礎とする高炭化水素燃料は、該燃料が燃焼室内に導入される前に燃料に曝 される噴射装置及び他の可動部品の潤滑を助ける優れた潤滑特性を有し、且つグ ロープラグの補助を受け（又は受けないで）、１９：１程度までの比較的低い圧 縮比で点火できる。しかしながら、周囲環境への窒素酸化物、微粒子、高反応性 炭化水素、及び他の燃焼副生物の排出低減についての関心が高まるにつれ、この 燃料の排出特性を最高にするための設計的努力が増大している。成る設計的努力 はコスト有効性がある（すなわち、高性能且つ高熱効率である）けれとも、他の 設計的努力はコスト有効性がない（すなわち、微粒子トラップの付加を要する） 。

これらの排出についての関心と共に、石油をベースとする燃料の不足についての 関心及び代替燃料源の必要性についての関心が生じている。考えられている代替 燃料源として、メタノール及びエタノール等の低セタン液体燃料及び天然ガス等 の低セタンガスがある。

メタノールは液体燃料であり、従って既知の液体燃料装置との相容性があるため 、特に魅力的な代替燃料である。また、メタノールは、豊富なエネルギ資源であ る天然ガスの副生物である。しかしながら、メタノールの特殊な性質のため、エ ンジン設計及び空気供給及び燃料装置その他の設計に大きな技術的変更を要する 。

本発明の譲受人に諌渡されたＴｏｅｐｅｌの米国特許第４．５３９．９４８号に は、メタノール燃料を使用する２サイクル圧縮点火形内燃機関であって、掃気（ すなわち燃焼直後に燃焼室から排気ガスを排除する行程）を制御して、次の動力 サイクル中でのメタノール燃料の自動点火を支持し且つ促進させるべく、成る量 の熱い残留ガスを燃焼室内に滞留できるようにした２サイクル圧縮点火形内燃機 関が開示されている。

本発明の譲受人に誼渡されたＷａｎｄｅｌの米国特許第４．５０２．２８３号に は、特定の空気圧力を検出すると、エンジンのブロワ吐出空気を、燃焼室−シリ ンダライナの空気ボックスのバイパスを通して流すための自動弁構造が開示され ている。かくして、ブロワの全空気供給能力が燃焼プロセスの補助に完全に利用 されるか、燃焼プロセスから完全に排除される。

Ｔａｔｅｎｏの米国特許第４．７３８．１１０号には、機械的に駆動される過給 機（チャージャ）を備えたディーゼルエンジンが開示されている。このエンジン は、排気ガス駆動形ターボチャージャ（ターボ過給機）、エンジンの吸気通路内 に配置された機械的に駆動される過給機（機械側動形過給機）、該機械側動形過 給機とエンジンとの間の機械的連結を制御するための制御手段、過給機の下流側 の吸気通路に連結されたバイパス通路、及び該バイパス通路内のバイパス空気流 を制御する手段を存している。また、このエンジンは、連結制御手段を制御する ための制御手段と、エンジンの始動及び作動を検出するための複数の検出手段か らの出力信号に応答する弁手段とを有している。

Ｍｅｚｇｅｒの米国特許第４．３９４．８１２号には、自動車用の過給機付内燃 機関が開示されている。このエンジンは、排気ガス駆動形過給ブロワ、排気ガス をタービンの周囲にそらせることにより排気ガスタービンを調節するための排気 ガスバイパス、及びブロワから供給される給気（ｃｈａｒｇｉｎｇ　ａｉｒ）を 循環させるための吹出し弁制御給気バイパスを有している。また、このエンジン は、過大給気圧力に対する保護を与えるべく、少なくとも１つのエンジン作動パ ラメータに応答して、ブロワにより供給される空気の一部をブロワの周囲に循環 させるための第２給気バイパスを存している。少なくとも１つのエンジンパラメ ータとしてエンジン回転数及び／又は給気圧力がある。第２バイパスの開閉を制 御するのに、安全スイッチにより制御されるソレノイド弁を使用できる。

従来技術によるこれらの努力にも係わらず、本発明までは、メタノール又は任意 の他の低セタン液体燃料を燃料とする２サイクルＣＩ（圧縮点火）エンジンは使 用されていない。上記従来技術により代表される知識及び当該技術分野における 他の専門知識があるにも係わらず、満足できる耐久性及び性能をもち且つ好結果 が得られる理想的なＣＩエンジンのためには、解決すべき多くの問題がある。

発明の要約 従って本発明の目的は、あらゆるエンジン負荷状態及びエンジンの全回転数範囲 に亘るエンジンの作動中に、ブロワから燃焼空気ボックスに流入する吸気の量を 自動的に調整する手段を備えた、ターボ過給、給気冷却及びブロワ補助形２スト ローク爆発点火エンジンを提供することにある。

本発明の他の目的は、調整を行う一部フイードバックパラメータとしてターボチ ャージャのブースト圧力、スロットル位置及びエンジン回転数を用い、二次フィ ードバックパラメータとしてエンジン冷却液温度及びバロメータ温度を用いて上 記目的を達成することにある。

本発明の他の目的は、あらゆる作動回転数及び負荷条件で、圧縮された混合気の 自動点火を確実に行うと同時に、ディーゼル燃料エンジンと同等の出力を発生す るのに要する比較的大きな体積のメタノール燃料の冷却作用を吸収できる充分に 高温の残留排気ガスを、燃焼サイクルから次のサイクルまで、燃焼室内に維持す る手段として使用できる手段を提供することにある。

本発明の他の目的は、自動的且つ連続的に調整されるバイパスブロワ制御装置と 、２３：ｌ程度の非常に高い幾何学的圧縮比とを組み合わせて、あらゆるエンジ ン回転数及び負荷条件で燃料／空気混合物の圧縮給気の自動点火を確実にし且つ 始動及び暖機（ウオーミングアツプ）に制限される使用率へのグロープラグ点火 増強手段の使用を制限し且つ燃料ペース形点火促進剤の必要性をなくすことにあ る。

上記目的を達成するため、本発明によれば、給気冷却器（アフタークーラ）及び 給気取入れ口及び排気ガス排出口を備えたシリンダを有する内燃機関と吸気供給 装置との組合せが提供される。吸気供給装置は、入口手段及び出口手段を備えた 、エンジンで駆動される容積式ブロワと、該ブロワと直列に連結された、排気ガ スで駆動されるターボ圧縮機とを有している。圧縮機はブロワ入口に吐出し且つ ブロワ出口は給気冷却器及びエンジンの給気取入れ口に吐出する。吸気供給装置 は更に、ブロワ入口とブロワ出口とを連結するバイパス通路と、バイパスを通る 流体の流れを制御するための、バイパス通路内の制御弁手段とを有している。

該制御弁手段は、連続的に検出したエンジン作動パラメータに応答してバイパス 通路の完全開放及び完全閉鎖を行い且つ同じエンジン作動パラメータに応答して 前記通路の流れ面積を調整すへく作動し、これにより、前記制御弁手段の完全開 放位置と完全閉鎖位置との間で流れ面積を無段階に変化させる。制御弁手段は、 エンジンのアイドル時に、バイパス通路を部分開放状態に作動的に維持するよう に調整され、これにより、制御弁手段は、バイパス流れが、（ａ）空気流をブロ ワ出口から入口に循環してブロワに吸収されるエンジン出力を低下すなわち制限 できるようにするか、（ｂ）ブロワ回りの付加的空気流を直接的にターボ圧縮機 からエンジンの空気取入れ口に導いて、ブロワが大きな給気流を与えることを制 限しないようにする。かくして、単一の弁手段で二重機能を得ることができる。

本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は、添付図面に関連して述へる本発明 を実施するための最良の形態についての以下の詳細な説明から当業者には容易に 理解されよう。

図面の簡単な説明 第１ａ図〜第１ｄ図は、従来技術の一部である慣用的な手法を採用した２サイク ル圧縮点火エンジンの種々の作動サイクルを示す概略図である。

第２図は、本発明によるメタノール作動に適した２サイクルデイーセルエンジン を示す横断面図である。

第３図は、本発明によるバイパスブロワの入口ハウジング（「エアホーン」とし て従来知られている）を示す分解斜視図である。

第４図は、本発明によるバイパスブロワ制御装置に関連するハードウェアを示す ブロック図である。

第５ａ図は、本発明に使用する燃料制御構想を示すブロック図である。

第５ｂ図は、本発明に使用するバイパスブロワ制御装置のブロック図である。

第６図は、本発明によるバイパスブロワの制御方法を示すフローチャートである 。

第７図は、本発明による給気比と、掃気効率と、給気効率との間の関係を示すグ ラフである。

発明を実施するための最良の形態 既知のように、メタノールを燃料とする２サイクル圧縮点火（ＣＩ）エンジンは 、メタノールのエネルギを仕事に変換する内燃機関である。このメタノールエン ジンでは、シリンダ内で空気のみが圧縮される。空気が圧縮された後、計量され た燃料がシリンダ内に噴射され、且つ圧縮熱により点火が行われる。始動及びエ ンジンの暖機を助けるのにグロープラグが使用される。

２サイクルの原理 第１ａ図〜第１ｄ図には、ターボチャージャと給気冷却器とを備えた２サイクル エンジンの経時連続作動が示されている。エンジンの作動中、圧縮行程及び爆発 行程の一部の間に、吸気及び排気が行われる。

吸入空気（吸気）は、ターボチャージャの圧縮機を通ってブロワ３７に導かれる ときに圧力及び温度が上昇される。ブロワ３７は、空気を給気冷却器を通してシ リンダ１６内に押し込み、排気ガスを追い出して燃焼用の新鮮な空気を得るのに 使用される。シリンダライナには１列のポート３ｏが設けられており、これらの ポート３０は、ピストン１７がそのストロークの底部にあるときにピストン１７ の上方に位置するように配置されている。これらのポーｈ３０は、ピストン１７ の下降ストローク中にピストン１７により露出されるやいなや、空気を空気ボッ クスからシリンダ１６内に導入する。

空気は全体として排気弁の方向に流れて、前の行程がらの大部分の燃焼排気ガス を排除し、これにより、第１ａ図に最も良く示すように、ピストン１７がその上 昇移動中に再びポート３０を覆うと、シリンダ１６内には新鮮な空気と燃焼排気 ガスとの混合物が残される。ビストンストロークのこの部分は、一般に掃気部分 と呼ばれている。

しかしながら、幾分量の燃焼ガスがシリンダ内に残留し、流入する次の給気を加 熱することに留意することが重要である。これは、最初は不充分であると思われ るが、メタノール燃料での適正エンジン作動にとって必要なことである。また、 ブロワ３７の直ぐ下流側の給気冷却器５２の加熱効果又は冷却効果に留意するこ とも重要である。給気冷却器５２を出る給気が低温であれば、エンジンの高負荷 性能及び耐久性が向上する。逆に、低負荷では、メタノール燃料の自動点火にと って給気冷却器５２の加熱効果か重要である。

ピストン１７がその上昇ストロークを続けると、第ｔｂ図に最も良く示すように 、排気弁が閉して混合物が圧縮され、熱が発生する。ビストンストロークのこの 部分は、一般に圧縮部分と呼ばれている。

ピストン１７が「上死点」に到達する僅か前に、燃料噴射装置３６により、計量 された燃料をシリンダ１６内に噴射するのが好ましい。第１ｃ図に最も良（示す ように、圧縮中に発生した熱により燃料か点火され、爆発を引き起こし、ピスト ン１７を下方に押圧して動力を発生する。ビストンストロークのこの部分は、一 般に爆発部分と呼ばれている。爆発行程でピストン１７が下降移動するとき、シ リンダ１６内に噴射された全ての燃料が燃焼されるまで爆発が続く。

ピストン１７がほぼ半ストロークだけ下降すると、排気弁が開かれ、燃焼ガスが 排気マニホルド内に逃散できるようになる。この僅か後に、ピストン１７が吸気 ボート３０を露出し、第１ｄ図に最も良く示すように、ブロワ３７からの新鮮な 空気が再びシリンダ１６内に導入される。ビストンストロークのこの部分は、一 般にストロークの排気部分と呼ばれている。

既知のように、上記全燃焼サイクルはクランクシャフトの１回転（すなわち２ス トローク）毎に各シリンダ内で完了される。従ってこのエンジンは［２ストロー クサイクル」エンジンである。

本発明 第２図には、全体を参照番号ｌＯで示す多気筒２サイクルデイ一ゼル形式のエン ジンか示されている。エンジン１０は、「■」形に配置された１対のシリンダ列 １３．１４を備えた鋳造シリンダブロック及びクランクケース１２を有している 。各シリンダ列１３．１４には、長手方向に整合した複数のシリンダ１６が設け られている。各シリンダ１６内に１つずつ、複数のピストン１７が往復動できる ように配置されている。これらのピストン１７はコネクティングロッド１８を介 してクランクシャフト２ｏに連結されており、該クランクシャフト２ｏは、シリ ンダブロック１２の下方のクランクケース部分内で、慣用的な方法により回転可 能に支持されている。

シリンダブロック１２は更に、上下の冷却液ジャケット２１，２２を形成してい る。該冷却液ジャケット２１，２２は、それぞれ、シリンダ１６の上下の部分の 周囲に配置され且つこれらの上下部分の間を冷却液が流れ得るように相互連結さ れている。下方の冷却液ジャケット２２の中央部分はシリンダ列１３．１４０間 に延びており、上壁２５により閉鎖され且つ長手方向に延びた中央チャンバ２４ を形成している。シリンダブロック１２は更に、吸気チャンバすなわち空気ボッ クス２６を形成しており、該空気ボックス２６の外側部分は、上下の冷却液ジャ ケット２１．２２の間で各シリンダ１６の中央部の周囲に延びている。上壁２５ の上方には開放した中央ブレナム２８が延びており、該中央ブレナム２８は、空 気ボックス２６の外側部分を、両シリンダ列１３．１４の間のシリンダブロック １２の頂部の開口２９に連結している。シリンダ１６の中央部の周囲にはボート ３０が設けられており、前述のようにピストン１７の運動により制御されて、空 気が空気ボックス２６からシリンダ１６内に流入できるようにしている。

各シリンダ列１３．１４には、それぞれの列のシリンダ１６の上端部を閉じるた めのシリンダヘッド３２を設けるのが好ましく、該シリンダヘッド３２は、複数 の排気弁３３、該排気弁３３により制御される排気通路３４、及び各シリンダ１ ６についての燃料噴射装置３６を存している。弁及び噴射装置の作動は、エンジ ンのクランクシャフト２０とのタイミング関係をなして作動する弁ギアにより慣 用的に制御される。

好ましい実施例では、グロープラグ６ｏがエンジンの各シリンダヘッド３２に取 り付けられている。このグロープラグ６ｏは慣用的構造を有し且つ先端部６６を 備えており、該先端部６６は、関連するピストン１７の頭部（該ピストン１７の 上死点位置で）に形成されたボウル（特別には図示せず）内で且つ関連する燃料 噴射装置３６の先端部６９の近くて、エンジンの各シリンダ１６内に延入してい る。グロープラグ６０は、電気接点７０を介して、必要に応してグロープラグを 付勢し且つグロープラグの作動を制御するための慣用的手段（特別には図示せず ）に接続される。

エンジンの両シリンダヘッド３２の間の中央で、シリンダブロック１２にはルー ツ形容積式ブロワ３７（バイパスブロワと呼ばれることもある）を取り付けるの が好ましい。ブロワ３７は、そのハウジングの上部に設けられた入口開口３８と 、大きな中央部内で作動する複数の葉形インペラ３９と、ハウジングの下部に設 けられた出口開口４０とを有しており、シリンダブロック１２の空気ボックス入 口開口２９内には給気冷却器５２が配置されている。

引き続き第２図を参照すると、既知の方法でエンジンＩＯに取り付けられたター ボチャージャ４Ｉか示されており、該ターボチャージャ４１はダイナミック圧縮 機部分４２及びタービン部分４４を有、している。圧縮機部分４２は、空気源に 連結される空気入口（特別には図示せず）と、エアホーン４６を介してブロワ３ ７の入口３８に連結される空気出口４５とを有している。タービン部分４４は出 口（特別には図示せず）と、エンジン１０のシリンダヘッド３２に取り付けられ 且つエンジン１０の排気通路３４に連結された排気マニホルド５０に適当な導管 を介して連結された入口４８とを有している。

給気冷却器５２は、エンジン１０の空気ボックス２６の中央ブレナム２８内に受 け入れられている。好ましくは、給気冷却器５２は、空気ボックス２６の開口２ ９の縁部の回りに設けられた凹部５７内に固定されるフランジ５６によりシリン ダブロック１２内に支持される。給気冷却器５２は、ブロワ３７により供給され る空気を、垂直通路（特別には図示せず）を通し、熱交換関係をなしてエンジン ｌＯの冷却液に導き、且つ直接的に空気ボックス２６の中央ブレナム２８内に導 入する。

上記のことは、米国特許第４．５３９．９４８号（その要旨を本願に援用する） に更に詳細に説明されている。

好ましい実施例では、ルーツブロワ３７には、インペラ３９を収容する中央部の 両側の回りでブロワハウジング内に配置された複数のバイパス通路５８が設けら れている。かくして、バイパス通路５８は、ターボチャージャ４１の圧縮機に連 結されたエアホーン４６から給気冷却器５２に至るインペラ３９０回りの別の流 路を形成する。

第３図に最も良く示すように、ブレード形制御弁すなわちバイパス弁５４が、エ アホーン４６内の各バイパス通路５８を通る空気流を制御すべく、各バイパス通 路５８の入口に全体的に配置されている。各バイパス弁５４は、空気入口ハウジ ングすなわちエアホーン４６により回転可能に支持された共通制御軸６２に固定 するのが好ましい。ロッカーアーム６４は、バイパス通路５８がそれぞれの制御 弁５４の揺動により開閉されるように、軸６２を回転させるべく機能する。

第４図を参照すれば、バイパスアクチュエータ７４が空気圧装置で駆動されるこ とか理解されよう。好ましくは、アクチュエータ７４が可撓性ダイアフラム８１ を有し、該ダイアフラム８１は半径方向外方がハウジング部材７６にシールされ ていて、アクチュエータ７４を全体として２つのチャンバ７８．８ｏに分割して いる。ダイアフラム８１の中央部にはピストン軸８２が取り付けられている。

チャンバ８０は大気に開放されており、チャンバ７８はソレノイド弁８６（該ソ レノイド弁８６は、加圧空気源（特別には図示せず）からレギュレータ８８及び 空気ホースすなわちライン９０．９２を介してバイパスアクチュエータ７４へと 流れる空気の量を制御する）からの変化する量の加圧空気を受け入れる。

第３図に最も良（示すように、ピストン軸８２には、制御弁５４０ロツカーアー ム６４に枢着されるボール／ソケット端８４を設けるのが好ましい。ボール／ソ ケット端８４は更に、ピストン軸８２を常時ハウジング部材７６の方向に押圧（ 従って、バイパス通路５８を完全閉鎖する位置にバイパス弁５４を押圧）すべく 作用するばね部材（特別には図示せず）を有している。

引き続き第４図に示すように、ソレノイド弁８６は、ライン９６を介して電子制 御モジュール（ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｏｄｕｌｅ　、　ＥＣＭ ）　１００により制御するのが好ましい。かくして、ソレノイド弁８６が付勢さ れると、空気がアクチュエータ７４に流入してチャンバフ８か充満され、可撓性 ダイアフラム８１が外方に押圧される。これにより、ピストン軸８２がアクチュ エータ７４から外方に移動して、ロッカーアーム６４従ってバイパス弁５４を回 転させる。アクチュエータ７４は、アクチュエータ７４（すなわちピストン軸８ ２）の実位置を検出し且つフィードバック信号（該信号はライン８３を介してＥ ＣＭｌｏｏに供給される）を発生して正確なフィードバックバイパスブロワ制御 を行うためのポテンショメータ７５を存している。

第２図に示すように、ＥＣＭｌｏｏは、ターボチャージャ４１の空気出口４５内 に配置されたターボチャージャの圧縮機の出口圧力センサ９８からの入力を受け 入れるのが好ましい。もちろん、空気入口の給気装置に対するターボチャージャ のブーストの測定は、検出され且つＥＣＭｌｏｏに供給される多数のエンジンパ ラメータのうちの１つに過ぎない。ＥＣＭｌｏｏはまた、センサ（特別には図示 せず）からのスロットル位置及びエンジン回転数に関する検出入力を受け入れる 。

好ましい実施例では、ＥＣＭｌｏｏはデトロイトディーゼル電子制御装置（Ｄ− ｅｔｒｏｉｔ　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　、　 ＤＤＥＣ）であり、マイクロプロセッサ、ＲＡＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、及 びアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路を存している。既知のように、マイク ロプロセッサは計算をし、ＲＡＭメモリはデータ等の記憶に有効であり、ＥＰＲ ＯＭはエンジン及びバイパスブロワの作動を制御するソフトウェアの記憶に有効 であり、且つＡ／Ｄ変換回路はセンサからのアナログ信号を対応するデジタルデ ータに変換する。

第５ａ図には、ＥＣＭｌｏｏによるエンジンＩＯへの燃料供給の制御が示されて いる。スロットル位置及びエンジン回転数に基づき、マイクロプロセッサは、Ｅ ＰＲＯＭに記憶されたトルクテーブルから対応する「要求トルク」を検索し、且 つ同しくＥＰＲＯＭに記憶されたタイミングテーブルから噴射開始タイミングを 検索する。同様に、マイクロプロセッサは、エンジン回転数及びマニホルド圧力 のデータを利用して、これもＥＰＲＯＭに記憶された別のテーブルから対応する 「許容トルクＪを検索する。次に、要求トルクと許容トルクとを比較し、これら のうちの低い方を［所望トルクＪとして選択する。

次にマイクロプロセッサは、何らかの制御機能を遂行する必要があるか否かを決 定する。これらの制御機能として、アイドル回転数制御及び高速回転数制御等か あり、所望トルクを、ＲＡＭに記憶された［最終所望トルクＪに修正する。

次に、マイクロプロセッサは、ＥＰＲＯＭに記憶された変換テーブルから、最終 所望トルクとエンジン回転数との関数として、燃料噴射装置のための適正パルス 幅を決定する。次に、マイクロプロセッサは、補助噴射装置のタイミングテーブ ルを利用して、個々の噴射装置の立上がり時間に基づく出力補正を行なう（立上 がり時間はＥＣＭｌｏｏにフィードバックされる）。

第５ｂ図は、バイパスブロワ制御装置のブロック図である。上記のようなエンジ ンへの燃料供給の制御に加え、ＥＣＭｌｏｏは、第６図に示すフローチャートに 従ってバイパスブロワの制御をも行う。

ステップ１１０ては、ＥＰＲＯＭに記憶されたテーブルから、所望空気圧力（Ｄ ＥＳＫＰＡ）がマイクロプロセッサにより検索される。ＤＥＳＫＰＡの値は、エ ンジン回転数と最終所望トルクとの関数であるのが好ましい。次に、ステップ１ １２において、圧縮機圧力の誤差（ＥＲＲＫＰＡ）か次のようにして計算される 。

ＥＲＲＫＰＡ＝ＤＥＳＫＰＡ−ＡＣＴＫＰＡここで、ＡＣＴＫＰＡはターボチャ ージャの圧縮機ブーストセンサ９８により検出された実マニホルド圧力である。

ステップ１１４では、バイパス弁５４の所望位置（ＤＥＳＰＯＳ）が、マイクロ プロセッサにより次のように決定される。

ＤＥＳＰＯＳ　＝　ＢＹＰＧＡＮ　＊　ＥＲＲＫＰＡここで、ＢＹＰＧＡＮは弁 位置ゲイン（利得）に対する空気圧力を表す。

ステップ１１６では、次にマイクロプロセッサが、次式に従って弁位置誤差（Ｅ ＲＲＰＯ３）を決定する。

ＥＲＲＰＯ３＝ＤＢＳＰＯＳ−ＢＹＰＰＯＳここで、ＢＹＰＰＯＳは測定したバ イパス弁位置である。前述のように、バイパス弁位置は位置フィードバックを用 いて決定するのが好ましい。

所望弁位置が計算され且っ実弁位置が決定されたならば、次にマイクロプロセッ サは、前に詳細に説明したように、次式に従って、ステップ１１８でソレノイド 弁８６のパルス幅調整を調節することにより、所望位置方向へのバイパス弁位置 を制御する。

％ＰＷＭ　Ｎ＊、　＝％ＰＷＭ　、Ｌ、＋ＣＬＢＹＰＧ＊　［ＢＹＰ［ＮＴ＊Ｅ ＲＲＰＯ３＋ＢＹＰＲＯＰ＊　（ＥＲＲＰＯ３−ＥＲＲＰＯＳＩ）］ここで、％ ＰＷＭＮｉ−は（上限と下限との間の）ソレノイドの調節された使用率（％）を 表し、％Ｐｗ１１１ｏＬＤはソレノイドの前の使用率（％）を表し、ＣＬＢＹＰ Ｇは弁５４の位置ループゲインを表し、ＢＹＰＩＮＴは弁位置の総ゲインを表し 、ＢＹＰＲＯＰは位置比例ゲインを表し、ＥＲＲＰＯＳＩは前の位置誤差を表す 。

本発明によれば、上記制御構想を用いることにより、バイパス弁５４が通路５８ 内て無段階の位置を占めることが可能になり、これにより、以下に詳細に説明す るように、ＥＣＭｌｏｏは、エンジン作動中に、給気比、掃気効率及び給気効率 を所定限度内に維持することができる。

給気比（ＳＣａＶｅｎｇｅ　ｒａｔｉｏ）は、２ストロークエンジンの技術分野 で一般的に使用されている用語であり、且つ空気ボックス条件でシリンダを充填 すべく理想空気マスに供給される全新鮮空気マスの比率として定義されている。

所与のエンジン排気量について、給気比は、単位サイクル当たりの全空気流量を 空気ボックス内の空気の密度で割った値に比例する。給気比は、空気流量、エン ジン回転数、空気ボックスの温度及び圧力等の幾つかのパラメータを、実験室内 で直接得られるデータから容易に計算される１つの用語に結合する。

掃気効率（ｓｃａｖｅｎｇｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）は、（供給及び給気され る新鮮空気）／（供給及び給気される新鮮空気士残留ガス）の比率として定義で きる。換言すれば、重要なことは、新鮮な流入空気が燃焼室から排気ガスを完全 に掃気せず、燃焼室内に成る量の排気ガスが残されるため、これらの排気ガスの 残留熱は、噴射される燃料の気化効果に耐え且つグロープラグ６０又は他の点火 促進装置の補助なくしてメタノール燃料の給気を自動点火するのに充分な最終圧 縮温度まで圧縮される全空気混合物を加熱する。

また、給気効率（ｔｒａｐｐｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）も、一般的に使用 されテいル用語テアリ、且つ（供給され且つ給気される新鮮空気）／（供給され る新鮮空気）の比率として定義できる。本発明によるそれぞれ、給気比、給気効 率、及びピークトルク及びピーク負荷における掃気効率についての一般的範囲及 び好ましい値が、表■及び表ＩＩに示されている。

第７図を参照すると、好ましい実施例のメタノールエンジンの給気比、掃気効率 及び給気効率が示されている。第７図に示すように、エンジン回転数が増大する と、給気効率が全体的に増大する一方、掃気効率及び給気比は全体的に減少する 。

上記所定のエンジン作動パラメータは、定常状態のエンジン回転数及び負荷条件 時に開放しなければならないバイパス弁５４の度合いについての好ましい開発ス ケジュールを用いることにより作られる。このスケジュールが下記の表ＩＩＩに 示されている。

上記表ＩＩＩには、通路内での弁５４の閉鎖角度位置の比率（％）が示されてる 。かくして、表中の数値ｒ　ｌ　ＯＯＪは通路内でのほぼ水平な弁位置を表し、 数値「０」は通路内でのほぼ垂直な弁位置を表し、数値「５ｏ」は通路内でのほ ぼ４５°の弁位置を表す。弁位置は、下記の一般式に従って、ＥＣＭｌｏｏによ り、性能、耐久性及び過渡排出サイクルについて連続的にモニタリング、調節及 び最適化される。

弁位置（ＶＡＬＶＥ　、。５）＝（表ＩＶの値−ブースト圧力）＊ゲイン表１■ は、上記ＶＡＬＶＥ　、。５の式（該式において、ブースト圧力はエンジンの全 回転数範囲に亘る種々の負荷について測定した）から計算した定常実験室条件に 基づく制御パラメータである。「ゲイン」は、ＥＣＭｌｏｏに記憶された固定値 であるのが好ましい。「ブースト圧力」は、前述のようにして、ターボチャージ ャの圧縮機出口における空気圧力をセンサ９８で測定したものであり、全弁位置 及び時間範囲に亘るエンジン回転数及び負荷の関数である。このようにして、ノ くイパスキャリブレーションは、あらゆる特定エンジン形態について微調整する ことができる。好ましいエンジンについて得られた結果の表を下記に示す。

表−土ｙ バ（バス表Ω結果値 ｒｐｍ　Ｏ１２，５２５，０３７，５５０，０６２，５７５，０８７，５１００ −％Ｍａｘ　ＴＱまた、本発明によれば、幾何学的圧縮比は２０：ｌ〜２５・ｌ との間に維持される。幾何学的圧縮比とは、ピストンの下死点位置におけるシリ ンダ内容積を、ピストンの上死点位置におけるシリンダ内容積で割った比率とし て定義されている。好ましい実施例では、幾何学的圧縮比は２３：ｌである。

流入し及び給気される空気の最も効率の良い残留熱効果を維持すべく、）くイノ くスブロワが所定パラメータ内に入るように常時モニタリング及び制御すると同 時に高い幾何学的圧縮比を維持する結果、始動時及び暖機運転時のみにグロープ ラグ点火を用いる極めて効率の良いメタノール燃料の爆発点火エンジンが得られ る。

１９８６年８月４〜７日にカリフォルニア州ユニバーサルシティで開催されたＷ ｅｓｔ　Ｃｏａｓｔ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｍｅｅｔｉｎｇに関連して 発行されたＲ、　Ｊ、　Ｈａｍｅｓ　１Ｄ、　Ｌ。

Ｈａｒｔ、　Ｇ、　Ｖ、　Ｇｉｌｌｈａｍ　、　Ｓ、　Ｍ、　Ｗｅｉｓｍａｎ及 びＢ、　Ｅ、　Ｐｅ１ｔｓｃｈ等による５ＡＥＴｅ−ｃｈｉｎｉｃａｌ　Ｐａｐ ｅｒ　８６１１０の論文「ディーゼルエンジンの最新ＤＤＥＣＩ［電子制御（Ｄ ＤＥＣＩｆ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｃｏｎ ｔｒｏｌ）Ｊの一読を推奨する。尚、この論文は、ＤＤＥＣＩ！電子制御モジュ ールに関する付加詳細を開示するものとして本願に援用する。また、１９８３年 ＩＯ月３１日〜１１月３１日にカリフォルニア州すンフランシスコて開催された Ｆｕｅｌｓ　ａｎｄ　Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ　Ｍｅｅｔｉｎｇに関連して発行さ れたＲ、　Ｒ，Ｔｏｅｐｅｌ、Ｊ、　Ｅ、　ＢｅｎｎｅｔｈｕｍＨｌ及びＲ，Ｅ 、　Ｈｅｒｕｔｈ等によるＳＡＥ　Ｐａｐｅｒ　８３１７４４の論文「メタノー ル燃料の大型バス用エンジン”Ｄｅｔｒｏｉｔ　Ｄｉｅｓ−ｅｌ　Ａ１１ｉｓｏ ｎ　６−Ｖ９２ＴＡ”の開発（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｄｅｔｒｏｉｔ 　Ｄｉｅｓｅｌ　Ａ１１ｉｓｏｎ　６−u９２Ｔ Ａ　Ｍｅｔｈａｎｏｌ　Ｆｕｅｌ　Ｃｏａｃｈ　Ｅｎｇｉｎｅ）Ｊの一読も推奨 する。この論文も本願に援用する。

１９９０年９月ｌＯ日〜１３日にウィスコンシン州ミルウォーキで開催されたＩ ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｏｆｆ−Ｈｉｇｔｎｖａｙ　＆　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌ ａｎｔ　Ｃｏｎｇｒｅｓｓ　ａｎｄ　Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏ獅■■Aし て発行されたＳ、　Ｐ、　Ｍｉｌｌｅｒ及びＣ，Ｌ、　５ａｖｏｎｅｎ等による ＳＡＥ　Ｐａｐｅｒ　９０１５６４の論文［デトロイトディーゼル社のメタノー ルエンジンの開発状況（ＤｅＶｅｌＯｐｍｅｎｔＳｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　 Ｄｅｔｒｏｉｔ　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈａｎｏｌ　 Ｅｎｇｉｎｅ）Ｊには、本発■ による運転中の実施例の背景、開発、特徴及び用途についての広範囲の討論が開 示されている。本発明の主題について詳細な討論かなされているこれらの論文の 参照を推奨する。尚、これらの論文の開示は本願に援用する。

以上、本発明を実施する最良の形態について詳細に説明したが、当業者には、本 発明を実施するための設計及び実施例の変更が可能であろう。本願に使用した用 語は説明のための用語であって制限的なものではないこと、及び本発明の精神及 び範囲から逸脱することなく種々の変更をなし得ることを理解すべきである。

従って、上記好ましい実施例は、請求の範囲内で変更できる本発明の例示である 。

平成　年　月　日

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. １．給気冷却器及び給気取入れ口及び排気ガス排出口を備えたシリンダを有する 内燃機関と、吸気供給装置との組合せにおいて、前記吸気供給装置が、入口手段 及び出口手段を備えた、エンジンで駆動される容積式ブロワと、該ブロワと直列 に連結された、排気ガスで駆動されるターボ圧縮機とを有し、これにより、圧縮 機がブロワ入口に吐出し且つブロワ出口が給気冷却器及びエンジンの給気取入れ 口に吐出し、 ブロワ入口とブロワ出口とを連結するバイパス通路と、バイパスを通る流体の流 れを制御するための、バイパス通路内の制御弁手段とを有し、 該制御弁手段が、連続的に検出したエンジン作動パラメータに応答して前記バイ パス通路の完全開放及び完全閉鎖を行い且つ同じエンジン作動パラメータに応答 して前記通路の流れ面積を調整すべく作動し、これにより、前記制御弁手段の完 全開放位置と完全閉鎖位置との間で流れ面積を無段階に変化させ、前記制御弁手 段が、エンジンのアイドル時に、前記バイパス通路を部分開放状態に作動的に維 持するように調整され、これにより、前記制御弁手段は、単一で、バイパス流れ が、（ａ）空気流をブロワ出口から入口に循環してブロワに吸収されるエンジン 出力を低下すなわち制限できるようにするか、（ｂ）ブロワ回りの付加的空気流 を直接的にターボ圧縮機からエンジンの空気取入れ口に導いて、ブロワが大きな 給気流を与えることを制限しないようにする二重機能を与えることを特徴とする 組合せ。
2. ２．前記制御弁手段が、（１）エンジンがアイドル時にあり且つ低負荷及び低回 転数状態において前記通路を部分閉鎖状態に維持し、（２）低回転数及び高負荷 状態において前記通路を完全閉鎖状態に維持し、（３）高回転数及び高負荷状態 において前記通路を完全開放状態に維持するための電子制御手段を備えているこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の組合せ。
3. ３．前記制御弁手段が、（１）エンジンがアイドル時にあり且つ低負荷及び低回 転数状態において前記通路を４０〜７０％閉鎖状態に維持し、（２）低回転数及 び高負荷状態において前記通路を完全閉鎖状態に維持し、（３）高回転数及び高 負荷状態において前記通路を完全開放状態に維持するための電子制御手段を備え ていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の組合せ。
4. ４．前記電子制御手段は、ターボ圧縮機の吐出圧力が許容空気／燃料比を維持す るには不充分であるときに、エンジンが強く加速されると、前記通路を完全閉鎖 状態に維持することを特徴とする請求の範囲第２項又は第３項に記載の組合せ。
5. ５．前記ブロワが第２の前記バイパス通路を有し、これにより１対のバイパス通 路を形成し、 前記ブロワが、圧縮機、給気冷却器及びエンジンの空気取入れ口にそれぞれ連結 される入口ゾーン及び出口ゾーンを備えた閉鎖チャンバ内に１対の協働インペラ を回転可能に支持する主ハウジングと、前記入口ゾーンに直接導かれた主空気入 口部分及び１対の出口ポートを備えた空気入口ハウジングとを有し、前記出口ポ ート各々が前記バイパス通路のそれぞれ１つに直接導かれ、各出口ポートに設け られ且つ共通の作動部材に取り付けられた弁を有し、各弁が、前記出口ポートを 完全に閉鎖する位置から完全に開放する位置まで作動されることを特徴とする請 求の範囲第１項に記載の組合せ。
6. ６．前記内燃機関が、少なくとも１つのピストンシリンダ及び関連する圧縮チャ ンバを備え且つメタノールを含む低オクタン液体燃料での圧縮点火作動ができる ２サイクル圧縮点火エンジンであり、該エンジンが、約２０：１〜２５：１の範 囲の、燃焼室内の幾何学的圧縮比を有することを特徴とする請求の範囲第１項に 記載の組合せ。
7. ７．前記燃焼室内の幾何学的圧縮比が約２３：１であることを特徴とする請求の 範囲第６項に記載の組合せ。
8. ８．液体燃料で圧縮点火作動できる２ストロークサイクル圧縮点火エンジンにお いて、 圧縮行程と出力部材に動力を供給する爆発行程とを有する２ストロークサイクル で作動できるピストンを備え且つ各爆発行程の終時に貫流シリンダ掃気が可能な 複数のシリンダと、 該シリンダに掃気空気を供給すべくシリンダに連結されたブロワを備えた吸気供 給装置と、 圧縮された給気の燃料を圧縮点火し且つ燃焼させるべく、ピストンの圧縮行程の 終時近くで各シリンダ内に液体燃料を噴射する噴射手段とを有し、エンジンの幾 何学的圧縮比が、約２０：１〜２５：１の範囲内にあり且つ通常の作動範囲のア イドル時で低回転数且つ最小負荷部分において大気の全シリンダ給気を、該シリ ンダ給気の実質的な予熱又は予圧縮を行わずに液体燃料の信頼性ある点火が可能 な温度に上昇させるには不充分であり、エンジン作動範囲の前記部分におけるシ リンダ内への掃気空気の流入を制限する手段を更に有し、該制限手段が、１．０ より充分に小さいシリンダ給気比を形成して、圧縮されたシリンダ給気内への燃 料のほぼ噴射時に、燃料の信頼性ある自己点火が生じる温度まで給気温度を上昇 させる、シリンダ内の残留排気ガスの加熱効果を生じさせることを特徴とする２ ストロークサイクル圧縮点火エンジン。
9. ９．前記吸気供給装置が、入口手段及び出口手段を備えた、エンジンにより駆動 される容積式ブロワと、該ブロワと直列に連結された、排気ガスにより駆動され るターボ圧縮機とを有し、これにより、圧縮機がブロワ入口に吐出し、ブロワ出 口が給気冷却形エンジンの空気取入れ口に吐出し、ブロワ入口とブロワ出口とを 連結する少なくとも１つのバイパス通路を有し、シリンダヘの掃気空気の流れを 制限するための前記手段が、バイパスを通る流体の流れを制御すべくバイパス通 路内に設けられた制御弁手段を備え、該制御弁手段が、連続的に検出したエンジ ン作動パラメータに応答して前記バイパス通路の完全開放及び完全閉鎖を行い且 つ同じエンジン作動パラメータに応答して前記通路の流れ面積を調整すべく作動 し、これにより、前記制御弁手段の完全開放位置と完全閉鎖位置との間で流れ面 積を無段階に変化させ、前記制御弁手段が、エンジンのアイドル時に、前記バイ パス通路を部分開放状態に作動的に維持するように調整され、これにより、前記 制御弁手段は、単一で、バイパス流れが、（ａ）空気流をブロワ出口から入口に 循環してブロワに吸収されるエンジン出力を低下すなわち制限できるようにする か、（ｂ）ブロワ回りの付加的空気流を直接的にターボ圧縮機からエンジンの空 気取入れ口に導いて、ブロワが大きな給気流を与えることを制限しないようにす る二重機能を与えることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の組合せ。
10. １０．前記制御弁手段が、（１）エンジンがアイドル時にあり且つ低負荷及び低 回転数状態において前記通路を部分閉鎖状態に維持し、（２）低回転数及び高負 荷状態において前記通路を完全閉鎖状態に維持し、（３）高回転数及び高負荷状 態において前記通路を完全開放状態に維持するための電子制御手段を備えている ことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の組合せ。
11. １１．前記制御弁手段が、（１）エンジンがアイドル時にあり且つ低負荷及び低 回転数状態において前記通路を４０〜７０％閉鎖状態に維持し、（２）低回転数 及び高負荷状態において前記通路を完全閉鎖状態に維持し、（３）高回転数及び 高負荷状態において前記通路を完全開放状態に維持するための電子制御手段を備 えていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の組合せ。
12. １２．前記電子制御手段は、ターボ圧縮機の吐出圧力が許容空気／燃料比を維持 するには不充分であるときに、エンジンが強く加速されると、前記通路を完全閉 鎖状態に維持することを特徴とする請求の範囲第１０項又は第１１項に記載の組 合せ。
13. １３．前記ブロワが第２の前記バイパス通路を有し、これにより１対のバイパス 通路を形成し、 前記ブロワが、圧縮機及びエンジンの空気取入れ口にそれぞれ連結される入口ゾ ーン及び出口ゾーンを備えた閉鎖チャンバ内に１対の協働インベラを回転可能に 支持する主ハウジングと、前記入口ゾーンに直接導かれた主空気入口部分及び１ 対の出口ポートを備えた空気入口ハウジングとを有し、前記出口ポート各々が前 記バイパス通路のそれぞれ１つに直接導かれ、各出口ポートに設けられ且つ共通 の作動部材に取り付けられた弁を有し、各弁が、前記出口ポートを完全に閉鎖す る位置から完全に開放する位置まで作動されることを特徴とする請求の範囲第９ 項に記載の組合せ。
14. １４．容積式ブロワ及び該ブロワと直列に連結されたターボ圧縮機を有し、ブロ ワがバイパス通路及び該通路内に支持された弁手段を形成し、該弁手段がソレノ イドで駆動されるアクチュエータにより作動される内燃機関に使用する吸気供給 装置の前記通路の流れ面積を連続的に調整すべく、前記弁手段の角度位置を制御 する方法において、 エンジン回転数、空気圧力及び運転者の要求に基づいて弁手段の角度位置を計算 する工程を有することを特徴とする制御方法。
15. １５．前記弁手段の角度位置を計算する工程が、エンジン回転数及び運転者の要 求に基づいて所望の空気圧力を決定する工程を有することを特徴とする請求の範 囲第１４項に記載の制御方法。
16. １６．実空気圧力を検出し、この実空気圧力と所望の空気圧力とを比較して第１ 誤差信号を得る工程を更に有することを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の 制御方法。
17. １７．前記第１誤差信号及び所望の空気圧力に関連する乗数に基づいて所望の弁 手段位置を計算する工程を更に有することを特徴とする請求の範囲第１６項に記 載の制御方法。
18. １８．実弁位置を表すフィードバック信号を発生し、実弁手段位置と所望の弁手 段位置とを比較して第２誤差信号を得る工程を更に有することを特徴とする請求 の範囲第１７項に記載の制御方法。
19. １９．前記第２誤差信号に基づいて使用率を計算する工程を更に有することを特 徴とする請求の範囲第１８項に記載の制御方法。
20. ２０．前記使用率に基づいてソレノイドを付勢し、これにより通路内の弁手段の 角度位置を制御して前記通路の流れ面積を無段階に変化させる工程を更に有する ことを特徴とする請求の範囲第１９項に記載の制御方法。
21. ２１．前記使用率が差分方程式を用いて計算されることを特徴とする請求の範囲 第１９項に記載の制御方法。
22. ２２．前記差分方程式が、％ＰＷＭＯＬＤ＝％ＰＷＭＮＥＷ＋ＣＬＢＹＧ＊［Ｂ ＹＰＩＮＴ＊ＥＲＲＰＯＳ＋ＢＹＰＲＯＰ＊（ＥＲＲＰＯＳ−ＥＲＲＰＯＳ１） ］であり、ここで、％ＰＷＭＯＬＤは前に計算されたソレノイドの使用率（％） の値、％ＰＷＭＮＥＷは調節されたソレノイドの使用率（％）の値、ＣＬＢＹＰ Ｇは弁手段の位置ループゲインの値、ＢＹＰＩＮＴは弁手段位置の総ゲインの値 、ＢＹＰＲＯＰは弁手段位置の比例ゲインの値、ＥＲＲＰＯＳ１は前に計算した 弁手段位置の誤差の値であることを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の制御 方法。
23. ２３．容積式ブロワ及び該ブロワと直列に連結されたターボ圧縮機を有し、ブロ ワがバイパス通路及び該通路内に支持された弁手段を形成し、該弁手段がソレノ イドで駆動されるアクチュエータにより作動され、前記通路の流れ面積を連続的 に調整すべく、前記弁手段の角度位置を制御する制御装置を更に有する内燃機関 に使用する吸気供給装置において、前記制御装置が、エンジン回転数、空気圧力 及び運転者の要求に基づいて入力制御信号を発生する手段と、 弁手段の実角度位置を表すフィードバック信号を入力制御信号を発生する手段に 供給する手段とを有することを特徴とする吸気供給装置。
24. ２４．前記入力制御信号に応答して弁手段の角度位置を制御する作動手段を更に 有することを特徴とする請求の範囲第２３項に記載の制御装置。
25. ２５．前記フィードバック信号を発生する手段がポテンショメータであることを 特徴とする請求の範囲第２３項に記載の制御装置。
26. ２６．前記ポテンショメータがリニアポテンショメータであることを特徴とする 請求の範囲第２５項に記載の制御装置。