制御された自己着火燃焼方法および燃焼方法に関連する、残留ガスの貯留容積および専用の弁を有する４ストロ―クエンジン

【課題】部分負荷時に４ストロークエンジンの自己着火を効果的に得る。
【解決手段】本発明は、少なくとも第１の吸気手段２と少なくとも第１の排気手段３とを有する少なくとも１つのシリンダ１を含む４ストローク内燃エンジンにおける自己着火燃焼方法に関する。本発明によるこの方法は、部分負荷時に、特定のポートおよび特定の管路９によってシリンダ１に接続されている、シリンダ１から独立した外部の容積１０を燃焼ガスで満たすことと、前記容積１０内の前記燃焼ガスの流量および圧力の少なくとも一方を、弁８のような前記特定のポートを選択的に閉じることを可能にする手段と関連づけられたスロットル手段１１によって制御することとにある。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御された自己着火の４ストローク内燃エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】制御された自己着火は、２ストロークエンジンにおいて良く知られている現象である。この燃焼方式は、排出ガスに関して、炭化水素および窒素酸化物の排出が著しく低下されるという利点を有する。さらに、サイクルの著しい規則性が自己着火燃焼中に達成される。
【０００３】自己着火は、燃焼後に燃焼室に残っている残留既燃ガスによって燃焼を開始させることを可能にする現象である。
【０００４】自己着火は、残留ガスの量を制御することと、残留ガスを（未燃焼の）新鮮なガスと混合することとにより達成される。残留ガス（高温既燃ガス）は、温度と活性種（ラジカル）の存在との組合せによって新鮮なガスの燃焼を開始する。
【０００５】２ストロークエンジンでは、燃焼において残留ガスは「本質的」に存在する。実際、エンジンの負荷が減少すると、新鮮なガスの量は減少し、これは残留ガス（前の行程、すなわちシリンダがまだ掃気されていない行程からの既燃ガス）の量が増加することにつながる。このように、２ストロークエンジンは、部分負荷時の既燃ガスの内部再循環（すなわち内部排気ガス再循環（ＥＧＲ））によって作動する。しかしながら、この内部ＥＧＲの存在は、所望の自己着火作動を得るためには十分でない。また、研究報告により、内部ＥＧＲと新鮮なガスとの間の調和が制御されかつ制限されなくてはならないことが示されている。
【０００６】４ストロークエンジンに適用された、制御された自己着火技術は、非常に稀薄な混合気を用いて、非常に低い燃料／空気比でかつ極めて低い窒素酸化物の排出でエンジンを運転させることを可能にするため、特に興味深い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この技術は、制御された自己着火を４ストロークエンジンにおいて得るために、エンジンの圧縮比をかなり増加させること（高負荷でのノッキングの問題を伴う）、収容された新鮮なガスをかなり熱すること（数百℃）、またはこれらの２つの現象を組み合わせることが必要である限りにおいて、かなりの技術的な困難に直面する。
【０００８】４ストロークエンジンの圧力および温度レベルの必要条件を低下させることを可能にする解決策は、好適な添加剤を燃料に加えることによって部分的にもたらされうる。仏国特許出願第２，７３８，５９４号は、このタイプの解決策を例示している。
【０００９】４ストロークエンジン用に、部分負荷時のポンプ損失を低減するために可変分布調節装置を吸気におけるノンリターンシステムと組み合わせることが、例えば国際特許出願第９３／１６，２７６号によりよく知られている。そして、この解決策は、吸気スロットルが可能な限り広く開く動作を可能にする。
【００１０】本出願人による仏国特許出願第９７／０２，８２２号は、４ストロークエンジンにおいて自己着火を制御する他の方法を記載している。より詳細には、この文献は、部分負荷時に、燃焼室内に閉じこめられる新鮮なガスと既燃ガスとの混合を、排気の終了を可能な限り遅らせることにより最小化することを推奨している。これは、燃焼室内においてガスを成層化させることを可能にする「内部」再循環である。
【００１１】本出願人による仏国特許出願第９７／１１，２７９号もまた、自己着火燃焼を制御しかつ容易にするために、部分負荷時に、燃焼室内に含まれる新鮮なガスと既燃ガスとの混合を最小化することを目的としている。しかしながら、この先行技術は、再循環された既燃ガスを、燃焼室のちょうど上流にある空気供給管路に開口している特定の管路の開口部を介して移送することを提案している。新鮮な空気と燃料との各供給物が、別々にかつ遅れて第２の管路を介して導入される。これらの供給物の連続する供給は、このようにしてなされる。しかしながら、この解決策は、燃焼室に入る前に空気による既燃ガスの実質的な稀釈を引き起こす。
【００１２】本発明は、部分負荷時に４ストロークエンジンにおける自己着火を効果的に達成するためのより簡便な方法を提示する。
【００１３】さらに、本発明は、より良好な既燃ガス供給の確信と、新鮮なガスによる既燃ガスのより少ない稀釈とによって、より高い信頼性を与える。
【００１４】したがって、本発明の目的は、少なくとも１つの第１の吸気手段と少なくとも１つの排気手段を有する少なくとも１つのシリンダを含む４ストローク内燃エンジンにおける自己着火燃焼方法にある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、前記の方法は、部分負荷時に、特定のポートおよび特定の管路を介してシリンダに接続されている、シリンダから独立した外部容積を既燃ガスで満たすことと、前記の燃焼室内において既燃ガスと新鮮なガスとの成層を達成するために、前記容積内の前記既燃ガスの流量および圧力の少なくとも一方を、弁のような、特定のポートを選択的に閉じることを可能にする手段と関連づけられたスロットル手段によって制御することとにある。
【００１６】本発明によれば、特定の弁の持ち上がりの規則が、特定の弁が吸気工程の終点付近に開くようなものである。
【００１７】さらに、前記の容積と特定の管路とは断熱されている。
【００１８】本発明の１つの実施態様によれば、容積には前記のシリンダからのみ入る既燃ガスが供給される。
【００１９】本発明の他の実施態様によれば、容積には、排気管路が前記の容積に接続された補助エンジンによって既燃ガスが供給される。
【００２０】本発明のこの実施態様によれば、特定の弁の持ち上がりの規則が、前記の容積を既燃ガスで満たすことを可能にするために特定の弁が膨張行程中に開くようなものである。
【００２１】より詳細には、前記の方法は共通の排気マニホールドを有する多気筒エンジンにおいて用いることができる。
【００２２】本発明は、また、制御された自己着火原理で作動し、かつ、少なくとも第１の吸気手段と少なくとも第１の排気手段とを有する少なくとも１つのシリンダを含む４ストローク内燃エンジンに関する。
【００２３】前記のシリンダは、具体的には、特定のポートとシリンダの外部にありかつ部分負荷時に既燃ガスで満たされるようにされた容積に接続された特定の管路とを含む。また、前記の燃焼室内における既燃ガスと新鮮なガスとの成層を達成するために、前記の容積内のガスの流量および圧力の少なくとも一方を制御するスロットル手段も備えられている。
【００２４】本発明によるエンジンは、また、特定の管路および既燃ガスで満たされる容積の断熱および加熱の少なくとも一方のための手段を含むことができる。
【００２５】本発明の範囲から逸脱せずに、エンジンは、排気管路が既燃ガスで満たされる前記の容積に接続された補助エンジンをさらに含むことができる。これにより、共通の排気マニホールドを有するいくつかのシリンダが提供される。
【００２６】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２７】図１は、４ストロークエンジンの燃焼室１の上部の概略断面図である。
【００２８】燃焼室１は、吸気手段２と排気手段３とを従来と同様に有している。用語「吸気手段２」は、吸気ポート自体と、吸気ポートを断続的に閉じる関連する弁を指す。
【００２９】同様に、用語「排気手段３」は、排気ポートと、関連する弁とを指す。
【００３０】もちろん、吸気パイプ４は、吸気手段２を介して吸気パイプ４が内部に開口している燃焼室１内に供給物が導入されることを可能にする。
【００３１】排気パイプ５は、既燃ガスが燃焼室１から排出されることを可能にする。
【００３２】第１のスロットル手段６は、ガス流量を制御するために、吸気手段２に近接して吸気パイプ４内に配置することができ、同様に、第２のスロットル手段７は排気パイプ５内に配置することができる。
【００３３】本発明によれば、特定のポート８が、シリンダ内またはシリンダヘッド内に設けられている。ポート８は、特定の弁（参照番号なし）と関連し、かつその他端において容積１０の内部に開口している管路９の第１の端部を構成している。
【００３４】管路９は、スロットル手段１１を備えることができる。
【００３５】本発明は以下のように動作する。最初に、特定の弁が膨張行程中に開き、これにより容積１０を既燃ガスで満たすことを可能にする。次に、弁は、所望の量のガスが容積１０に閉じこめられると閉じる。
【００３６】その後、吸気または圧縮行程中に、シリンダ内の圧力が容積１０内の圧力よりも低いときに特定の弁が再び開く。これは、既燃ガスが容積１０からシリンダ１に移送されることを可能にする。
【００３７】図２は、種々の弁の持ち上がりの規則を示す。曲線Ｅは排気弁３の持ち上がりであり、曲線Ａは吸気弁２の持ち上がりであり、一方、曲線Ｓは上述したように２つの連続した持ち上がりＳ₁およびＳ₂を示す。
【００３８】既燃ガスは、新鮮なガスとの混合を制限するために、サイクル中において燃焼室１内に可能な限り遅く再導入されることが好ましい。実際、このような成層は、燃焼方法を容易にするため常に要求される。
【００３９】同様に、カム（または特定の弁の運動を制御する他の何らかの手段）が、容積１０内に閉じこめられた既燃ガスを最良に制御するために、（振幅、長さ、位相において）可変の分布を有していなければならない。
【００４０】このため、弁の持ち上がりの規則がこのような流量調節を可能にしない場合には、スロットル羽根部１１のようなスロットル手段が管路９内に配置されている。
【００４１】高負荷時には、特定の弁は開かない。
【００４２】さらに、容積１０および管路９の少なくとも一方は、新鮮な供給物の自己着火のための既燃ガスの初期の温度を利用するために、手段１２によって断熱されている。同様に、例えば巻き抵抗器のような加熱装置を、管路９および容積１０の少なくとも一方の付近に配置することができる。しかしながら、加熱装置による解決策はエネルギー消費量が多いため、その解決策は時折にのみしか実行されないであろう。
【００４３】上記の本発明の実施形態は単気筒エンジンに関するが、本実施態様は、各シリンダが容積１０と協働する特定の弁８を有する多気筒エンジンにおいても実施されることができる。
【００４４】図３は、むしろ多気筒エンジンに適用可能な一実施形態に関する。この実施形態は、容積１０がいくつかのシリンダ１Ａ，１Ｂに「共通」であるという点で、先に述べた実施形態と異なる。実際に、いくつかの管路９ａおよび９ｂが、共通の容積１０で終わっている。
【００４５】さらに、容積１０は補助エンジン１３の出口に接続されており、それにより容積１０に既燃ガスが供給される。
【００４６】また、種々のシリンダを迂回する追加の管路１５を備えることができる。管路１５は、第１の端部によって容積１０に開口し、第２の端部によって例えば全てのシリンダ１Ａ，１Ｂ，...に共通の排気マニホールド１６に開口している。
【００４７】スロットル手段１４は、容積１０内の圧力、したがって特に圧縮サイクルにおいて、各特定の弁８ａ，８ｂ，...が開いている間、主エンジンのシリンダに導入される既燃ガスの量を制御するために、管路１５の第１の端部の付近に配置されていることが好ましい。
【００４８】先の実施形態と同様に、各々の弁８ａ，８ｂは、流量および圧力をより良好に制御するために、可変の（持ち上がり，位相）分布装置を備えていることが好ましい。高負荷時に、既燃ガスの導入が必要でないときには、既燃ガス専用の弁は開いていてはならない。
【００４９】図４は、種々の弁の持ち上がりの規則を示す。排気弁は曲線Ｅを辿り、すなわち排気弁は従来と同じく下死点（ＢＤＣ）と上死点（ＴＤＣ）との間で開き、一方、吸気弁は上死点と下死点との間で開く。特定の弁に関して、弁は、吸気行程の終点付近に、下死点が過ぎた後に開く。
【００５０】断熱および／または加熱手段１２を、また、容積１０、管路２０、および特定の管路９ａ，９ｂの周りに備えることができる。
【００５１】補助エンジン１３によって与えられる機械動力は、補助機械、コンプレッサを運転するために用いるのが有利であろうし、かつ／または主エンジンに再伝達されることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概略断面図である。
【図２】図１のエンジンの弁の持ち上がりの規則に関する図である。
【図３】本発明の他の実施形態の簡略化された概略図である。
【図４】図３のエンジンの弁の持ち上がりの規則に関する図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ燃焼室
２吸気手段
３排気手段
４吸気パイプ
５排気パイプ
６，７，１１，１４スロットル手段
８，８ａ，８ｂ弁
９，９ａ，９ｂ，１５，２０管路
１０容積
１１スロットル羽根部
１２断熱および／または加熱手段
１３補助エンジン
１６排気マニホールド

【特許請求の範囲】
【請求項１】少なくとも第１の吸気手段（２）と少なくとも第１の排気手段（３）とを有する少なくとも１つのシリンダ（１）を含む４ストローク内燃エンジンにおける自己着火燃焼方法において、部分負荷時に、特定のポートおよび特定の管路（９）を介してシリンダ（１）に接続されている、シリンダ（１）から独立した外部の容積（１０）を既燃ガスで満たすことと、前記燃焼室内において前記既燃ガスと新鮮なガスとの成層を達成するために、前記容積（１０）内の前記既燃ガスの流量および圧力の少なくとも一方を、弁（８）のような、前記特定のポートを選択的に閉じることを可能にする手段に関連づけられたスロットル手段（１１；１４）によって制御することとを特徴とする自己着火燃焼方法。
【請求項２】特定の弁（８）の持ち上がりの規則が、前記特定の弁が前記吸気行程の終点付近に開くようなものである請求項１に記載の燃焼方法。
【請求項３】前記容積（１０）と特定の管路（９）とが断熱されている請求項１または２に記載の燃焼方法。
【請求項４】前記容積（１０）に、前記シリンダからのみ入る既燃ガスが供給される請求項１から３のいずれか１項に記載の燃焼方法。
【請求項５】前記容積（１０）に、排気管路（２０）が前記容積（１０）に接続された補助エンジン（１３）によって既燃ガスが供給される請求項１から３のいずれか１項に記載の燃焼方法。
【請求項６】特定の弁（８）の持ち上がりの規則が、前記容積（１０）を既燃ガスで満たすことを可能にするために前記特定の弁が膨張行程中に開くようなものである請求項５に記載の燃焼方法。
【請求項７】共通の排気マニホールド（１６）を有する多気筒エンジンにおいて用いられる請求項１から３，５，６のいずれか１項に記載の燃焼方法。
【請求項８】制御された自己着火で作動し、かつ、少なくとも第１の吸気手段（２）と少なくとも第１の排気手段（３）とを有する少なくとも１つのシリンダ（１）を含む４ストローク内燃エンジンにおいて、前記シリンダ（ｓ）が、特定のポートとシリンダ（１）の外部にありかつ部分負荷時に既燃ガスで満たされるようにされた容積（１０）に接続された特定の管路とを有し、前記燃焼室内における前記既燃ガスと新鮮なガスとの成層を達成するために、前記容積（１０）内の前記ガスの流量および圧力の少なくとも一方を制御するスロットル手段（１１）もまた設けられていることを特徴とする４ストローク内燃エンジン。
【請求項９】特定の管路（９）および既燃ガスで満たされた前記容積の、断熱および加熱の少なくとも一方のための手段（１２）をさらに有する請求項８に記載の内燃エンジン。
【請求項１０】排気管路（２０）が既燃ガスで満たされた前記容積（１０）に接続された補助エンジン（１３）をさらに有する請求項８または９に記載の内燃エンジン。
【請求項１１】共通の排気マニホールド（１６）を有するいくつかのシリンダを含む請求項８から１０のいずれか１項に記載の内燃エンジン。

【図１】