特表 2022-531863 ディーゼルエンジンアーキテクチャにおける高オクタン価燃料の冷間始動

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-12

(54)【発明の名称】ディーゼルエンジンアーキテクチャにおける高オクタン価燃料の冷間始動

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/00 20060101AFI20220705BHJP

   F02D 13/02 20060101ALI20220705BHJP

   F02D 15/00 20060101ALI20220705BHJP

   F02D 19/06 20060101ALI20220705BHJP

   F02D 23/02 20060101ALI20220705BHJP

   F02D 41/38 20060101ALI20220705BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20220705BHJP

   F02B 37/00 20060101ALI20220705BHJP

   F02B 11/00 20060101ALI20220705BHJP

【ＦＩ】

F02D41/00

F02D13/02 J

F02D15/00

F02D19/06

F02D23/02 J

F02D13/02 H

F02D41/38

F02D43/00 301C

F02D43/00 301A

F02D43/00 301N

F02D43/00 301W

F02D43/00 301Z

F02B37/00 301

F02B11/00 B

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021565711

(86)(22)【出願日】2020-05-14

(85)【翻訳文提出日】2021-12-17

(86)【国際出願番号】 US2020032961

(87)【国際公開番号】W WO2020232287

(87)【国際公開日】2020-11-19

(31)【優先権主張番号】62/848,087

(32)【優先日】2019-05-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521479301

【氏名又は名称】クリアフレーム エンジンズ，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】ブルムライター，ジュリー

(72)【発明者】

【氏名】ジョンソン，バーナード

【テーマコード（参考）】

3G005

3G023

3G092

3G301

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G005DA02

3G005DA07

3G005EA04

3G005EA16

3G005HA02

3G005HA07

3G005HA12

3G023AA08

3G023AB08

3G023AF03

3G023AG03

3G092AA02

3G092AA06

3G092AA11

3G092AA12

3G092AA17

3G092AA18

3G092AB03

3G092AC01

3G092BA08

3G092BB01

3G092BB08

3G092DA01

3G092DA02

3G092DA08

3G092DB03

3G092DC08

3G301HA02

3G301HA11

3G301HA13

3G301HA19

3G301KA01

3G301KA05

3G301LA07

3G301LB11

3G301MA28

3G301NE11

3G301NE12

3G384AA03

3G384AA06

3G384BA15

3G384BA22

3G384BA25

3G384BA27

3G384CA01

3G384CA03

3G384DA13

3G384EB03

3G384EB04

(57)【要約】

本明細書に開示される実施形態は、概して内燃（ＩＣ）エンジンを動作させるシステム及び方法に関し、より具体的には、周囲環境がエンジンの通常の動作温度よりも有意に寒冷であるときに圧縮着火（ＣＩ）エンジンを始動する（すなわち「冷間始動する」）システム及び方法に関する。いくつかの実施形態においては、ＣＩエンジンは着火補助装置を含み得る。いくつかの実施形態においては、冷間始動時にＣＩエンジンを動作させる方法は、ある量の空気を燃焼室内に吸い込むために吸気バルブを開弁することと、燃焼室内の下死点位置から上死点位置まで約１５と約２５との間の圧縮比でピストンを移動させることと、燃料が約３０未満のセタン数を有するところ、ある量の燃料を噴射することと、吸気バルブを閉弁することと、ある量の燃料の実質的に全てを燃焼させることと、を含み得る。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮着火エンジンを動作させる方法であって、
前記圧縮着火エンジンは、エンジンシリンダであって、内面と、ヘッド面と、前記エンジンシリンダ内で移動するように配設及び構成されたピストンと、吸気バルブと、排気バルブと、着火補助装置と、を有する、エンジンシリンダを含み、前記エンジンシリンダの前記内面と、前記ピストンと、前記ヘッド面と、前記吸気バルブと、前記排気バルブと、は燃焼室を定義し、前記ピストンと前記ヘッド面とは、前記燃焼室のボール領域を定義し、
前記方法は、
ある量の空気を前記燃焼室内に吸い込むために前記吸気バルブを開弁するステップであって、前記ある量の空気は、前記ある量の空気が前記吸気バルブを通過する瞬間に、約１５０℃未満の質量平均温度を有するステップと、
前記ピストンを前記燃焼室内の下死点（ＢＤＣ）位置から上死点（ＴＤＣ）位置まで約１５と約２５との間の圧縮比で移動させるステップと、
ある量の燃料を０度と３６０度との間のエンジンクランク角度で噴射するステップであって、前記燃料は約３０未満のセタン数を有し、前記ある量の燃料と前記ある量の空気とは空気燃料混合を形成するステップと、
前記吸気バルブを閉弁するステップと、
前記ある量の燃料の実質的に全てを燃焼させるステップと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記着火補助装置は、グロープラグ、スパークプラグ、及び／又は、プラズマ点火装置を含む、請求項１の方法。

【請求項3】

前記燃料は、第１の燃料であり、
第２の燃料が約３０よりも大きいセタン数を有するところ、前記第２の燃料を燃焼室内に噴射することを更に含む、請求項１の方法。

【請求項4】

前記吸気バルブを閉弁することは、第１のエンジンサイクルにおいて第１のエンジンクランク角度で行われ、
前記方法は更に、第２のエンジンサイクルにおいて第２のエンジンクランク角度で前記吸気バルブを閉弁することを含み、
前記第２のエンジンクランク角度は、前記第１のエンジンクランク角度よりも、４０度よりも大きいエンジンクランク角度だけ早いか又は４０度よりも大きいエンジンクランク角度だけ遅く、
前記第２のエンジンサイクルは、前記第１のエンジンサイクルよりも後で発生する、請求項１の方法。

【請求項5】

前記吸気バルブ及び前記排気バルブのバルブタイミングがＴＤＣについて非対称になるように前記排気バルブの閉弁を調整することを更に含む、請求項４の方法。

【請求項6】

前記空気燃料混合が３３０度のエンジンクランク角度で約４００℃よりも高い質量平均温度を有するように、ある期間にわたって前記圧縮着火エンジンを動作させることを更に含む、請求項５の方法。

【請求項7】

前記排気バルブを閉弁することは、第１のエンジンサイクルにおいて第１のエンジンクランク角度で行われ、
前記方法は、第２のエンジンサイクルにおいて第２のエンジンクランク角度で前記排気バルブを閉弁することを更に含み、
前記第２のエンジンクランク角度は、前記第１のエンジンクランク角度より、４０度よりも大きいエンジンクランク角度だけ早いか又は４０度よりも大きいエンジンクランク角度だけ遅く、
前記第２のエンジンサイクルは、前記第１のエンジンサイクルよりも後で発生する、請求項６の方法。

【請求項8】

前記空気燃料混合が３３０度のエンジンクランク角度で約５００℃よりも高い質量平均温度を有するように、ある期間にわたって前記内燃エンジンを動作させることを更に含む、請求項７の方法。

【請求項9】

１７５度と２５５度との間のエンジンクランク角度で前記吸気バルブを閉弁することを更に含む、請求項８の方法。

【請求項10】

前記排気バルブからの排気の一部を、前記吸気バルブを介して前記燃焼室に再循環させることを更に含む、請求項１の方法。

【請求項11】

前記着火補助装置は、前記燃焼室内に設置されている、請求項１の方法。

【請求項12】

前記着火補助装置は、前記燃焼室の前記ボール領域に設置されている、請求項１１の方法。

【請求項13】

前記圧縮着火エンジンは、ターボチャージャ、スーパーチャージャ、及び／又はターボコンパウンディングデバイスを更に備える、請求項１の方法。

【請求項14】

前記ある量の空気を前記燃焼室内に吸い込む前に、前記ある量の空気に前記ターボチャージャ、前記スーパーチャージャ、及び／又は、前記ターボコンパウンディングデバイスを通過させることを更に含む、請求項１３の方法。

【請求項15】

前記ある量の燃料を噴射することは、少なくとも約１，０００バールの噴射圧力で行われる、請求項１４の方法。

【請求項16】

ある量の排気のうち少なくとも一部が前記燃焼室を出ていくのを規制することを更に含む、請求項１３の方法。

【請求項17】

前記空気燃料混合が３３０度のエンジンクランク角度で約５００℃よりも高い質量平均温度を有するように、ある期間にわたって前記内燃エンジンを動作させることを更に含む、請求項１の方法。

【請求項18】

１７５度と２５５度との間のエンジンクランク角度で前記吸気バルブを閉弁することを更に含む、請求項１７の方法。

【請求項19】

冷間始動時に圧縮着火エンジンを動作させる方法であって、
前記圧縮着火エンジンは、エンジンシリンダであって、内面と、ヘッド面と、前記エンジンシリンダ内で移動するように配設及び構成されたピストンと、吸気バルブと、排気バルブと、着火補助装置と、を有するエンジンシリンダを含み、前記エンジンシリンダの前記内面と、前記ピストンと、前記ヘッド面と、前記吸気バルブと、前記排気バルブと、は燃焼室を定義し、前記圧縮着火エンジンは、ターボチャージャ、スーパーチャージャ、及び／又は、ターボコンパウンディングデバイスを更に備え、
前記方法は、
ある量の空気に前記ターボチャージャ、前記スーパーチャージャ、及び／又は前記ターボコンパウンディングデバイスを通過させるステップと、
前記ある量の空気を前記燃焼室内に吸い込むために前記吸気バルブを開弁するステップと、
前記ピストンを前記燃焼室内の下死点（ＢＤＣ）位置から上死点（ＴＤＣ）位置まで約１５と約２５との間の圧縮比で移動させるステップと、
前記吸気バルブが開弁している間に前記燃焼室内にある量の燃料の約２５％以下を噴射するステップであって、前記燃料は約３０未満のセタン数を有するステップと、
前記吸気バルブを閉弁するステップと、
前記吸気バルブが閉弁している間に少なくとも約１，０００バールの噴射圧力で前記燃焼室内に前記ある量の燃料の少なくとも約７５％を噴射するステップであって、前記ある量の燃料と前記ある量の空気とは燃料空気混合を形成するステップと、
前記ある量の燃料の一部に着火するステップと、
前記ある量の燃料の実質的に全てを燃焼させるステップと、
を含む、方法。

【請求項20】

前記ある量の空気は、前記ある量の空気が前記吸気バルブを通過する瞬間に、約１５０℃未満の質量平均温度を有する、請求項１９の方法。

【請求項21】

前記着火補助装置は、グロープラグ及び／又はカートリッジヒータを含む、請求項１９の方法。

【請求項22】

前記着火補助装置は、前記ある量の燃料の一部に接触する、請求項１９の方法。

【請求項23】

前記着火補助装置は、グロープラグ、スパークプラグ、及び／又は、プラズマ点火装置を含む、請求項１９の方法。

【請求項24】

前記着火補助装置は、前記燃焼室内に設置されている、請求項２３の方法。

【請求項25】

前記着火補助装置は、前記燃焼室のボール領域に設置されている、請求項２４の方法。

【請求項26】

第２の燃料を前記燃焼室内に噴射することを更に含み、
前記第２の燃料は、約３０よりも大きいセタン数を有する、請求項１９の方法。

【請求項27】

前記燃料は、約２０未満のセタン数を有する、請求項１９の方法。

【請求項28】

前記燃料は、約１０未満のセタン数を有する、請求項２７の方法。

【請求項29】

前記排気バルブからの排気の一部を、前記吸気バルブを介して前記燃焼室に再循環させることを更に含む、請求項１９の方法。

【請求項30】

ある量の排気のうち少なくとも一部が前記燃焼室を出ていくのを規制することを更に含む、請求項１９の方法。

【請求項31】

圧縮着火エンジンを動作させる方法であって、
前記圧縮着火エンジンは、エンジンシリンダであって、内面と、ヘッド面と、前記エンジンシリンダ内で移動するように配設及び構成されたピストンと、吸気バルブと、排気バルブと、着火補助装置と、を有するエンジンシリンダを含み、前記エンジンシリンダの前記内面と、前記ピストンと、前記ヘッド面と、前記吸気バルブと、前記排気バルブと、は燃焼室を定義し、
前記方法は、
第１の期間にある量の空気を前記燃焼室内に吸い込むために前記吸気バルブを開弁するステップであって、前記ある量の空気は、前記ある量の空気が前記吸気バルブを通過する前記瞬間に、約１５０℃未満の質量平均温度を有するステップと、
前記ピストンを前記燃焼室内の下死点（ＢＤＣ）位置から上死点（ＴＤＣ）位置まで約１５と約２５との間の圧縮比で移動させるステップと、
ある量の燃料を前記燃焼室内に噴射するステップであって、前記燃料は約２０未満のセタン数を有し、前記ある量の燃料と前記ある量の空気とは空気燃料混合を形成するステップと、
前記吸気バルブを閉弁するステップと、
前記ある量の燃料の実質的に全てを燃焼させるステップと、を含み、
前記ある量の燃料の少なくとも２０％は、着火の直前に前記ある量の空気と予混合される、方法。

【請求項32】

前記着火補助装置は、前記燃焼室のボール領域に設置されている、請求項３１の方法。

【請求項33】

前記着火補助装置は、グロープラグ、スパークプラグ、プラズマ点火装置、及び／又は、カートリッジヒータを含む、請求項３２の方法。

【請求項34】

前記燃料は、第１の燃料であり、
第２の燃料を前記燃焼室内に噴射することを更に含み、
前記第２の燃料は、約３０よりも大きいセタン数を有する、請求項３２の方法。

【請求項35】

前記ある量の燃料の少なくとも５０％は、着火の直前に前記ある量の空気と予混合される、請求項３１の方法。

【請求項36】

前記ある量の燃料の少なくとも７５％は、着火の直前に前記ある量の空気と予混合される、請求項３５の方法。

【請求項37】

前記第１の期間に前記吸気バルブを閉弁することは、１７５度と２５５度との間のエンジンクランク角度で行われ、
第２の期間に前記燃焼室内に空気を吸い込むために１７５度未満又は２５５度よりも大きいエンジンクランク角度で前記吸気バルブを閉弁することを更に含む、請求項３１の方法。

【請求項38】

第３の期間に約１７５度と約２５５度との間のエンジンクランク角度で前記吸気バルブを閉弁することを更に含む、請求項３７の方法。

【請求項39】

前記燃料は、約１０未満のセタン数を有する、請求項３１の方法。

【請求項40】

前記圧縮着火エンジンは、ターボチャージャ、スーパーチャージャ、及び／又は、ターボコンパウンディングデバイスを更に備える、請求項３１の方法。

【請求項41】

前記ある量の空気を前記燃焼室内に吸い込む前に、前記ある量の空気に前記ターボチャージャ、前記スーパーチャージャ、及び／又は、ターボコンパウンディングデバイスを通過させることを更に含む、請求項４０の方法。

【請求項42】

前記ある量の燃料を噴射することは、少なくとも約１，０００バールの噴射圧力で行われる、請求項４１の方法。

【請求項43】

ある量の排気のうち少なくとも一部が前記燃焼室を出ていくのを規制することを更に含む、請求項４１の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
[0001] 本願は、２０１９年５月１５日に提出され「Cold-Start for High-Octane Fuels in a Diesel Engine Architecture」と題された米国仮出願第６２／８４８，０８７号の優先権及び利益を主張するものであり、同出願の全開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

[0002] 混合制御圧縮着火（ＭＣＣＩ，又はＣＩ）エンジンとしても知られるディーゼルエンジンは、従来のガソリン車両において用いられる火花点火（ＳＩ）エンジンに対していくつかの利点のある、エネルギ地形の重要な要素である。ディーゼルエンジンのＣＩ設計は高い効率及び良好なトルク／パワー密度をもたらす。同時に、設計のロバスト性はこうしたエンジンの高信頼性と低保守を可能にし、路上用途において、多くの場合１００万マイルを超えて駆動することができる。したがって、ディーゼルエンジンは長距離及び短休止時間のシナリオに最適である。もっとも、ディーゼルエンジンに欠点がない訳ではない。従来のＳＩエンジンよりも高い初期費用に加え、ディーゼルエンジンは、ＭＣＣＩ動作の熱的要件に起因して、特に低セタン価燃料では、寒冷な気候での始動が困難である。

【発明の概要】

【0003】

[0003] 本明細書に開示される実施形態は、概して内燃（ＩＣ）エンジンを動作させるシステム及び方法に係り、より具体的には周囲環境がエンジンの通常の動作温度よりも有意に寒冷であるときに圧縮着火（ＣＩ）エンジンを始動する（すなわち「冷間始動する」）システム及び方法に関する。いくつかの実施形態においては、冷間始動の際にエンジンが自己着火の発生する温度に達するまで、グロープラグ、スパークプラグ、又はプラズマ点火装置（plasma ignition device）などの補助装置が用いられ得る。いくつかの実施形態においては、ＣＩエンジンは、内面と、ヘッド面と、エンジンシリンダ内で移動するように配設及び構成されたピストンと、吸気バルブと、排気バルブと、着火補助装置とを有するエンジンシリンダを含む。いくつかの実施形態においては、エンジンシリンダの内面と、ピストンと、ヘッド面と、吸気バルブと、排気バルブとは、燃焼室を定義し得る。いくつかの実施形態においては、ピストンとヘッド面とは、燃焼室のボール領域を定義し得る。いくつかの実施形態においては、着火補助装置は、燃焼室のボール領域内に位置し得る。いくつかの実施形態においては、ＣＩエンジンを動作させる方法は、ある量の空気を燃焼室内に吸い込むために吸気バルブを開弁することを含み得る。いくつかの実施形態においては、ある量の空気は、ある量の空気が吸気バルブを通過する瞬間に、約１５０℃未満の質量平均温度を有し得る。ＣＩエンジンを動作させる方法は更に、ピストンを燃焼室内の下死点（ＢＤＣ）位置から上死点（ＴＤＣ）位置まで約１５と約２５との間の圧縮比で移動させて、ある量の燃料を０度と３６０度との間のエンジンクランク角度で噴射することを含み得る。いくつかの実施形態においては、燃料は約３０未満のセタン数を有し得る。ある量の燃料及びある量の空気は空気燃料混合を形成し得る。ＣＩエンジンを動作させる方法は更に、吸気バルブを閉弁すること及びある量の燃料の実質的に全てを燃焼させることを含み得る。いくつかの実施形態においては、ある量の燃料の少なくとも５０％は、着火の直前に、ある量の空気と予混合され得る。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】[0004] 一実施形態による、圧縮着火アーキテクチャの概略図である。

【図2】[0005] 一実施形態による、燃焼室におけるグロープラグ又はスパークプラグの配置の概略図である。

【図3】[0006] 一実施形態による、燃焼室におけるグロープラグ又はスパークプラグの配置の概略図である。

【図4】[0007] 一実施形態による、燃焼室におけるグロープラグ又はスパークプラグの配置の概略図である。

【図5】[0008] 一実施形態による、ＳＡＣＩからＨＣＣＩ及びＨＣＣＩからＭＣＣＩへの移行を示す図表である。

【図6】[0009] 一実施形態による、ＳＡＣＩからＨＣＣＩ及びＨＣＣＩからＭＣＣＩへの移行に対するバルブタイミングの影響を示す図表である。

【発明を実施するための形態】

【0005】

[0010] 化学燃料（石油、アルコール類、バイオディーゼルなど）は重荷重道路輸送にとって引き続き重要である。化学燃料の高いエネルギ密度は、長距離を移動し素早く燃料補給する必要のあるユーザにとって重要である。その結果として、化学燃料ディーゼルエンジンの需要は数十年にわたって持続するであろう。しかしながら、ディーゼル燃料価格は過去３０年にわたって実質的に上昇しており、また、ディーゼル燃料は温室効果ガス排出の大きな一因である。更に、二酸化窒素及び一酸化窒素（まとめてＮＯｘと称される）並びに煤の排出基準は益々厳しくなりつつある。

【0006】

[0011] メタノール、エタノール、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、及び天然ガスなどのよりクリーンな低炭素代替燃料の使用は、過去２０年にわたり、合衆国のエネルギ地形において着実に普及してきた。２０００年から２０１８年までの間、合衆国におけるエタノールの生産は１６億ガロンから１６１億ガロンまで毎年上昇し、十倍の増加となっている。同じ期間に、合衆国における天然ガスの生産はおよそ３０％増加しており、メタノールの生産も有意な増加を経験している。石油系燃料が依然として運輸部門における合衆国のエネルギ需要のおよそ８５～９０％を提供している一方で、代替燃料（例えばメタノール、エタノール、バイオディーゼル）及び天然ガスの市場シェアは、今後数十年にわたり一貫して成長することが期待されている。これらの代替燃料は、エネルギ需要を満たすべく石油産業の供給を補足する手段としてのみならず、運輸部門に関連する温室効果ガス、煤、及びＮＯ_ｘの排出を低減させる手法としても魅力的である。およそ８０～８５ｗｔ％のエタノールを有する燃料は、１マイル当たり従来の石油系燃料の４０％未満の二酸化炭素を排出する。他の代替燃料は、従来の石油系燃料と比較すると、温室効果ガスの排出に関して同様の削減を経験する。また、一酸化炭素、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、及びＮＯ_ｘの排出は、これらの代替燃料が用いられると、有意に削減され得る。

【0007】

[0012] ＣＩアーキテクチャにおけるメタノール及びエタノールなどのクリーンな低炭素代替燃料の使用は、エネルギ需要の充足及び有害排出物質の削減における重要な革新的ステップであるが、これらの燃料は低セタン価特性を有しており、つまり、長鎖炭化水素（すなわち６個以上の炭素分子の鎖）と比較すると、自己着火を実現するのにより高い温度を必要とする。セタン数は、ＣＩエンジンにおける燃料の着火性の指標であり、自己着火が発生するための温度閾値である。自己着火温度がより高いので、これらの燃料タイプは、低温度における着火に関して、従来のディーゼル燃料よりも更に大きな困難を有する。

【0008】

[0013] 本明細書に開示される実施形態は、概して内燃（ＩＣ）エンジンを動作させるシステム及び方法に係り、より具体的には周囲環境がエンジンの通常の動作温度よりも有意に寒冷であるときにＩＣエンジンを始動する（すなわち「冷間始動する」）システム及び方法に関する。換言すれば、周囲の低い温度に起因してエンジンブロックが非常に冷たいとき、エンジンを始動させることは、最近（典型的には９０分と２時間との間）駆動されていたエンジンを始動させることよりも困難である。冷間始動は、次の点を含む複数の理由で、より困難となる。（１）熱不足が燃料の着火をより困難にする、（２）低温がエンジンオイルを増粘させて、循環させるのをより困難にする、及び（３）空燃比が冷たい空気の影響を受け、ひいては混合物の燃焼性に影響を及ぼす。

【0009】

[0014] 車両において最も一般的に使用されるエンジンには２つのタイプがある。ガソリンエンジンに最も一般的に使用される火花点火（ＳＩ）と、ディーゼルエンジンに最も一般的に使用される圧縮着火（ＣＩ）と、である。標準的な４ストロークＳＩエンジンアーキテクチャでは、燃料（例えばガソリン）中の化学エネルギが燃焼室内での燃料の着火によって機械的エネルギに変換される。燃焼室の外部境界は、エンジンシリンダと、シリンダ内で移動するように構成されたピストンと、ヘッド面と、１つ（又は複数）の吸気バルブと、１つ（又は複数）の排気バルブと、によって画成されている。動作時、ピストンは、クランクシャフトを回転させながら４つの別個のストロークを完了する。まず、吸気又は吸入行程において、ピストンは燃焼室の頂部の位置（すなわち上死点（ＴＤＣ））から燃焼室の底部の位置（すなわち下死点（ＢＤＣ））まで移動する。クランクシャフトは燃焼室の下で中心軸回りに回転しているので、「死点」という用語は、横移動に関するクランクシャフトの相対位置を示す。吸気行程の際には、吸気バルブが開弁され、ガスが吸気バルブを通じて吸い込まれる。ガスは、空気燃料混合物であってもよいし、又は単純に空気であってもよく、その場合には混合のために燃料が室内に直接噴射される。吸気バルブはその後、第２のストロークの前に閉弁され、燃焼室内に密閉環境を作り出す。第２のストロークは圧縮行程であり、この行程ではピストンはＢＤＣからＴＤＣに戻る移動をする。この行程において、ピストンは、着火に備えて空気燃料混合物を圧縮する。この行程の終わりまでに、クランクシャフトは３６０度の丸一回転を完了している。第３のストロークは燃焼行程であり、この行程ではスパークプラグが圧縮された空気燃料混合物に点火する。点火された混合物は、膨張してピストンをＢＤＣに押し戻し、クランクシャフトへの機械的作用を生み出す。第４のストロークにおいては、ピストンは、排気バルブが開弁された状態でＢＤＣからＴＤＣに戻る移動をし、排気ガス（すなわち燃焼生成物）を排出する。

【0010】

[0015] ＣＩエンジンの動作はＳＩエンジンの動作によく似ている。標準的な４ストロークＣＩエンジンはＳＩエンジンと同じ４ストロークを採用しており、圧縮及び着火行程に重要な相違を有する。圧縮行程において、圧縮比（ＢＤＣにおける燃焼室容積とＴＤＣにおける燃焼室容積との比）はＳＩエンジンのそれよりも実質的に高く、１７：１又はそれよりも高い値に達する。この有意な圧縮が温度及び圧力の劇的な上昇を引き起こして、空気燃料混合を（予混合されていれば）自己着火温度にするか、又は（混合が限定的であれば）既に必要とされる自己着火温度を上回っている空気中に燃料を噴射するので、火花を採用することなく着火行程が発生する。このタイプのエンジンアーキテクチャは、概して、ＳＩエンジンアーキテクチャよりも高いトルク出力を生み出すと共に堅牢になるように施工される。したがって、ＣＩエンジン設計は、比較的長い時間枠で信頼性の高い性能をもたらす。

【0011】

[0016] クリーンな低炭素燃料の恩恵がしっかりと確立されている一方で、そうした燃料の欠点の１つは、ガソリンと比較すると相対的に低い蒸気圧及び自己着火能力を有するということである。寒冷時期には、Ｅ８５燃料は、冬季の燃料揮発性要件を満たすために、温暖時期よりも大量の石油系ガソリンを補充されることが多い。夏のブレンドの８３％に対し、冬のブレンドのＥ８５は、典型的には７０％しかエタノールを含まない。Ｅ８５燃料が十分な揮発性を有する限り、ＳＩエンジンの冷間始動システム及びプロセスは、純粋な石油系燃料に関するものと実質的に同一である。燃焼室内で適切な量の揮発性燃料が気化することで、着火は温度に関係なく発生する。しかしながら、ＣＩアーキテクチャは着火の実現の困難性を増す。上述したように、クリーンな低炭素燃料は典型的には低いセタン価を有しており、これがディーゼルエンジンにおけるニートメタノール又はエタノールでの自己着火の実現をより困難にしている。これらのアルコール類は約１から１５のセタン数を有するので、セタン数が約４５の従来のディーゼル燃料と比較して、ＴＤＣにおける空気及びひいては空気燃料混合物の温度は、典型的には、いずれのアルコールの着火性要件を満たすにも不十分である。

【0012】

[0017] 低セタン価燃料でＣＩエンジンを動作させるシステム及び方法の例は、「化学量論的高温直接噴射式圧縮着火エンジン」と題され２０１５年４月６日に提出された米国特許第９，９０３，２６２号明細書（「‘２６２特許」）に記載されている。同特許の開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。これらの方法は、短い着火遅れと、これらの燃料に関しておよそ８００℃の噴射前温度（噴射前温度）を必要とする混合制御燃焼とを含む。‘２６２特許に記載されているように、高温条件下で低炭素燃料で動作するエンジンには多くの恩恵がある。具体的には、煤の排出が従来のディーゼル燃料の使用によるよりも実質的に低い。

【0013】

[0018] 燃料タイプに関係なく、ＣＩエンジンアーキテクチャは、ＳＩエンジンにおいては一般的でないいくつかの問題を経験する。ＣＩエンジンにおいては、自己着火が発生するためには十分な熱エネルギが必要であるが、火花補助着火の場合はそうではない。‘２６２特許には定常状態動作のための熱エネルギを提供するべく排気を保持することが記載されているが、排気は最初のエンジン始動には利用することができず、低いシリンダ壁温度が、吸気チャージがＣＩ低セタン価燃料自己着火に適したおよそ８００℃の空気温度に達するのを妨げる。また、寒冷な環境でＣＩエンジンを始動することは、燃焼室内で自己着火が発生するために利用可能な熱エネルギの相対的な欠如を踏まえると、一層困難であり得る。燃焼室の周囲環境が低温である場合には、その周囲環境が圧縮行程で生成された大量の熱エネルギを燃焼室から引き離し、自己着火を非常に難しくする。

【0014】

[0019] 低セタン価燃料はディーゼルよりも更に高い自己着火温度を有するため、低セタン価燃料（例えばメタノール、エタノール、又は天然ガス）による冷間始動は困難性を増す。低セタン価燃料を使用するＣＩエンジンは高い着火温度及び排気の利用に依存しているので、熱エネルギが不十分であるときに定常状態動作に達するために低セタン価燃料の着火を始める又は持続させることに関する冷間始動ストラテジの開発は挑戦的なことであり得る。とはいえ、ほとんどの低炭素燃料の高オクタン性は、エンジンの冷間始動のためのまたとない機会を提供する。

【0015】

[0020] 本明細書に開示される実施形態は、低セタン価燃料で駆動するＣＩエンジンを冷間始動するシステム及び方法に関する。図１は、シリンダ１１０と、シリンダ１１０内で移動するように構成されたピストン１２０と、吸気バルブ１３０と、排気バルブ１４０とを含む圧縮着火（ＣＩ）エンジン１００を示す。シリンダ１１０、ピストン１２０、ヘッドデッキ１２５、吸気バルブ１３０、及び排気バルブ１４０は、集合的に燃焼室１５０を定義する。吸気バルブ１４０及び排気バルブ１５０はいずれも、所望の吸気を実現するのに必要なタイミング及び距離に従って吸気バルブ１４０及び排気バルブ１５０を開弁及び閉弁するように回転するカムシャフト（図示しない）と接触し得る。ばねが吸気バルブ又は排気バルブを閉位置で保持する間、カムの長円形状がカムシャフトの中心軸に対して様々な長さでバルブに押し当たり、バルブの開位置及び閉位置を作り出す。別の言い方をすれば、長円形のカムの（カムシャフトの中心軸からの距離に関して）長い側がバルブに接触すると、バルブは開位置に押し込まれる。カムの短い側がバルブに接触すると、ばねがバルブを閉位置へと押す。場合によっては、エンジンは複数のカムシャフトを採用し、それによって、１つのカムシャフトが１つ又は複数の吸気バルブを制御するのと同時に別の１つのカムシャフトが１つ又は複数の排気バルブを制御する。カムシャフトは、可変バルブタイミング（ＶＶＴ）スキームを介してバルブの開弁及び閉弁のタイミングをしばしば変更することができる。ＶＶＴの最も簡単な形はカム整相（cam-phasing）であり、それによってカムシャフトの位相角はクランクシャフトに対して前方又は後方に回転する。これはバルブの開弁のタイミングを変化させるが、カムシャフトによって提供されるリフトの量又は開弁期間は変化させない。リフト及び開弁期間が修正され得る及び／又は吸気バルブ１３０のタイミング調整が排気バルブ１４０のタイミング調整と異なり得る、より複雑又は「非対称的な」ＶＶＴも実装することができる。いくつかの実施形態においては、吸気バルブ１３０及び排気バルブ１４０は、カムシャフトを介してではなく、油圧作動、電子作動、又は他の手段を介して開弁及び閉弁する。

【0016】

[0021] ＣＩエンジン１００は、燃焼室１５０内に燃料を噴射する燃料噴射装置１７０に流体結合された燃料１６０の供給源も含む。燃料１６０は、ガソリンもしくはディーゼル燃料のような従来の燃料、又はメタノール、エタノール、もしくは天然ガスのような低炭素／低セタン価燃料、又は低炭素／高セタン価ジメチルエーテルを含み得る。

【0017】

[0022] いくつかの実施形態においては、ＣＩエンジン１００は、層状混合制御圧縮着火（ＭＣＣＩ）ストラテジに従って動作し得る。標準的なＭＣＣＩ動作では、燃料噴射装置１７０は、一定量の微細霧化された燃料１６０を、ピストン１２０がＴＤＣに到達する時点の付近（～１５度のクランク角度以内）で燃焼室１５０内に噴霧する。燃料１６０は、均一にではないが、燃焼室１５０内で急速に気化して着火する。噴霧流の前方の燃料１６０は燃焼室内の熱及び酸素と最初に接触し、前方の燃料１６０は最初に着火する。これにより燃料１６０と圧縮空気との間の接触点で火炎前面が作り出される。この不均質炎及び燃料濃度勾配に関しては欠点及び利点がある。欠点の１つは、燃料１６０の不完全燃焼の可能性、並びに煤、一酸化炭素（ＣＯ）、及びＮＯ_ｘなどの望ましくない燃焼生成物の生成である。これらの有害排出物質を化学量論的な燃料供給の排気から削減するために、典型的には三元触媒１６５が用いられる。三元触媒１６５は、排気バルブ１４０の下流に配置されることが多く、ロジウム、白金、パラジウムなどの貴金属及びいくつかの金属酸化物を含む。三元触媒１６５は、ＣＯとＮＯ_ｘとの間の反応を促進してＣＯ_２及び窒素ガスを生成するので、化学量論的な燃料１６０の供給において最も有効である。燃料リッチ混合物はより多くのＣＯを触媒に接触させ、ＣＯは未反応のままである。空気過剰な燃料希薄混合物はより多くのＮＯ_ｘを触媒に接触させ、ＮＯ_ｘは未反応のままである。

【0018】

[0023] 層状ＭＣＣＩエンジン動作に関連する１つの利点は、エンジンノックを最小化するということである。エンジンノックは、時期外れの燃料燃焼に起因して、具体的には予混合された燃料空気チャージが所望のタイミングよりも前に圧縮により自己着火するときに発生する。ＭＣＣＩ動作では、圧縮行程において空気のみ（又は空気と少量の燃料及び／又は排気）が圧縮され、これにより燃料が欠乏した場合のノックの可能性が排除される。噴射の後、燃料噴射装置１７０を通じた燃料１６０の層状チャージが、適時に且つ短い着火遅れで燃焼することのできる燃料１６０の局所的にリッチな点を作り出し、ノックを回避する。換言すれば、燃料燃焼のタイミング及び割合は燃料噴射のタイミング及び割合によって限定される。燃焼室１５０内に噴射される際の燃料１６０の流れにおける乱流は、燃焼室内の利用可能な限り多くの酸素分子を燃料１６０の霧状化された液滴と接触させるのを援助する。これにより、燃料液滴の気化と燃焼との間の物理的遅延が低減される。燃焼室１５０内の空気燃料混合を遅延させること及び均質性を低減させることにより、結局はノックの可能性を低減させることができる。

【0019】

[0024] いくつかの実施形態においては、ＣＩエンジン１００は、均質チャージ圧縮着火（ＨＣＣＩ）ストラテジに従って動作し得る。ＨＣＣＩがＭＣＣＩと異なるのは、ＨＣＣＩは実質的に均質な空気燃料混合物を燃焼させることを伴うという点である。いくつかの実施形態においては、ＨＣＣＩ動作は、吸気行程においてピストン１２０がＴＤＣからＢＤＣへと移動している間に燃料噴射装置１７０を通じて燃料１６０を送出することによって実現される。いくつかの実施形態においては、燃料噴射装置は、燃焼室１５０への進入の前に燃料１６０と空気との予混合を更に促進して圧縮及び着火の際に実質的に均質な空気燃料混合物をもたらすために、燃焼室１５０のすぐ外側の、吸気バルブ１３０の付近に配置され得る。ＨＣＣＩ動作にはいくつかの利点がある。第一に、ＨＣＣＩ機構における燃料１６０の燃焼は、より完全且つ効率的になる傾向がある。これは、燃費を向上させるだけでなく、水及びＣＯ_２という予想される燃焼生成物をより選択的に生成する傾向もある。換言すれば、ＨＣＣＩ機構においてはＮＯ_ｘ及びＣＯ排出が低減される。しかしながら、ＨＣＣＩ動作は一般に、それが最適な燃焼ストラテジである動作範囲が狭い。燃焼室１５０内の温度が低すぎれば、燃焼室１５０全体で燃焼事象を作り出すのに適切な量の熱エネルギが供給され得ないため、着火性能が単純にサポートされない。ＭＣＣＩ動作とは対照的に、燃焼室１５０内の温度が高すぎるときには、燃料１６０の時期外れの（早い）燃焼事象に起因してノックが発生し得る。

【0020】

[0025] いくつかの実施形態においては、排気は、流入する燃料１６０への伝熱を促進するために、流入する燃料１６０を搬送するラインを通過して流れてもよく、それによって着火前気化冷却に関連する燃料１６０からの熱エネルギ喪失が低減される。同様に、熱エネルギは、排気から吸入空気流へと伝達されて、自己着火のための温度を高め得る。また、ＥＧＲクーラ１９５に接触するガス流が、ＥＧＲクーラ１９５と接触しているクーラントの温度を高め得る。一般に、クーラントリザーバ（図示しない）がエンジン１００全体に配設されて各シリンダ１１０を包囲し、燃焼による熱はそこでリザーバ内のクーラント液に伝わる。クーラントはその後ラジエータ（図示しない）へ流れ、そこでは送風機がクーラントから周囲空気への熱の伝達を援助する。いくつかの実施形態においては、エンジン１００全体でのクーラントの循環は、燃焼室１５０内の温度が迅速に上昇するように低減又は制御され得る。各シリンダ１１０を通過して流れるクーラントの量を低減させると燃焼室１５０から出て伝達される熱エネルギの量が効果的に低減され、これにより燃焼室内の温度はクーラント流体の完全循環によるよりも速く高まり得る。

【0021】

[0026] いくつかの実施形態においては、上述の方法と連携して、エンジン１００の吸気圧を下げることにより、ノックを軽減することができる。吸気圧を下げると、適切な空燃比を維持するのに必要な燃料の量を低減させることができると同時に、燃焼室１５０内の圧力が低減される。このより低い圧力は、自己着火の全体的な確率を効果的に下げる。

【0022】

[0027] いくつかの実施形態においては、ＣＩエンジン１００は、燃焼のための高い温度を維持するべく燃焼室１５０内の熱エネルギを保持するのに役立つ遮熱コーティング１５５を含み得る。‘２６２特許に記載されているように、遮熱コーティング１５５は、シリンダ１１０のライナ、ピストン１２０の面、吸気バルブ１３０及び排気バルブ１５０の表面、燃焼室１５０の内部、及びシリンダヘッド（図示しない）に施され得る。いくつかの実施形態においては、遮熱コーティング１５５は、再循環ポート１９０及びＥＧＲクーラ１９５を含め、エンジン１００の吸気及び排気システム全体に施され得る。

【0023】

[0028] いくつかの実施形態においては、冷間始動を援助するために、吸気予熱システムが用いられ得る。吸気ヒータカートリッジシステムが吸気バルブ１３０のすぐ上流に設置されてもよく、ヒータとエンジンとの間の伝熱喪失を低減させる。このシステム構成は、多くの商用ディーゼルエンジンにおいて利用されている冷間始動アシストに類似している。しかしながら、低セタン価燃料の高い自己着火耐性のために、更に高いレベルの予熱が必要とされる。けれどもその必要は、追加的な排気保持又は他の形態の燃焼補助を提供することによって減らすことができる。同様に、低い周囲温度での着火を援助するために、ブロックヒータ（図示しない）がエンジン１００内又はエンジン１００の外部に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態においては、ブロックヒータは、シリンダブロック内に取り付けられてシリンダ１００を加熱し得る。いくつかの実施形態においては、ブロックヒータは、始動時のオイル粘度を低減させるために、クランクシャフト１８０の付近のオイルリザーバ（図示しない）を加熱し得る。いくつかの実施形態においては、複数のブロックヒータがエンジン１００の中及び周囲に取り付けられ得る。いくつかの実施形態においては、１つのブロックヒータがエンジン１００の中及び周囲に永久的に取り付けられ得る。いくつかの実施形態においては、ブロックヒータが、その使用を季節に合わせられるように、取り外し可能であってもよい。

【0024】

[0029] いくつかの実施形態においては、エンジン１００は、冷間始動の際に燃焼室１５０内に高セタン価燃料を噴射するパイロット燃料噴射装置（図示しない）を含み得る。自己着火に対して低遮熱の燃料は、冷間始動の際にエンジンの着火を援助し得ると共に、定常状態ＭＣＣＩ動作への移行の際にゆっくりと段階的に停止され得る。いくつかの実施形態においては、高セタン価燃料は、燃料１６０とは別個のタンクに保管され得る。いくつかの実施形態においては、高セタン価燃料を保持するタンクは、燃料１６０を保持するタンクよりも実質的に小さくてもよい。いくつかの実施形態においては、高セタン価燃料はディーゼルであってもよい。いくつかの実施形態においては、高セタン価燃料はジメチルエーテルであってもよい。

【0025】

[0030] エンジン冷間始動の中心的な課題は安定したアイドリング回転数（およそ７５０ＲＰＭ）に達することであるが、始動時の排気の排出を規制限度内に維持することも等しく重要である。三元触媒１６５は一般的に少なくともおよそ２５０℃の動作温度を有する。この高い温度は不完全燃焼生成物の発熱酸化の実現において重要な性質であり、その点で、反応の発熱性は、触媒ライトオフとして知られるプロセスにおいて触媒作用を持続させるために用いられ得る。ライトオフが実現される前に、未処理の未燃炭化水素、ＣＯ、及びＮＯ_ｘがエンジン１００から排出され得る。エンジン１００が規則遵守を維持するために満たさなければならない低い排出閾値を考えると、冷間始動期間は、有害な汚染物質が積極的に軽減されるべき重要な期間である。よって、触媒ライトオフが迅速に実現されることを保証し、且つ触媒ライトオフに達する前に排出される汚染物質が最小レベルになるのが重要である。いくつかの実施形態においては、本明細書に記載される冷間始動方法は、６０秒未満でライトオフ温度に達することにより、汚染物質の形成を最小化することができる。いくつかの実施形態においては、エンジン１００の吸気ポート及び排気ポート全体での遮熱コーティング１５５の使用は、三元触媒１６５がライトオフ温度を実現するのを援助するべく可能な限り多くの熱エネルギを保持するのに重要なコンポーネントであり得る。いくつかの実施形態においては、ライトオフ温度を実現するのに必要な時間を短縮するために、三元触媒に加熱要素が追加され得る。いくつかの実施形態においては、前述の冷間始動方法の各々が触媒ライトオフの実現を援助する役に立ち得る。

【0026】

[0031] 安定したアイドル運転を実現することはどんな冷間始動ストラテジにとっても重要であるが、あるストラテジを元々の設備の製造業者によって採用するのに適したものにすることは必ずしも十分ではない。排出が規則を満たすために冷間始動時に十分に低い状態を保つべきであるのと同様に、燃焼は、信頼性並びに冷間始動時の騒音、振動、及びハーシュネス（ＮＶＨ）に関するユーザの期待を満たすように十分に安定しているべきである。低い温度では、異なるサイクル間で燃焼に有意な変動が存在するかもしれない。本明細書に記載される方法を介する冷間始動のいくつかの実施形態においては、これらの変動を最小化することが、許容可能なレベルの燃焼安定性を実現するのに役立ち得る。具体的には、サイクル間の図示平均有効圧力（運転サイクルの際に燃焼室において生み出される正規化された仕事量（volume-normalized work））の変動係数は約５％未満であるべきである。

【0027】

[0032] いくつかの実施形態においては、エンジン１００は、周囲空気を十分に加熱することによって又は表面着火のための熱面を提供することによって自己着火を実現するべく燃料１６０に所望の熱エネルギを提供するためのグロープラグ（図示しない）を含み得る。いくつかの実施形態においては、エンジン１００は、火花補助圧縮着火を容易にするためのスパークプラグ（図示しない）を含み得る。いくつかの実施形態においては、エンジン１００は、冷間始動を援助するために、スパークプラグに類似しているが高エネルギプラズマの境界に対する空間的制約の少ないプラズマ点火タイプの装置（図示しない）を含み得る。

【0028】

[0033] 前述の方法の実施形態の属性は、遮熱コーティング有りでは、遮熱コーティング無しの実施形態と比較して異なるであろう。遮熱コーティングは、冷間始動着火及び早期触媒ライトオフの両方と共に、ＳＡＣＩ及びＨＣＣＩなどの移行ストラテジのＣＩ態様も容易にする。

【0029】

[0034] 図２は、一実施形態によるＣＩエンジン２００を示す。ＣＩエンジン２００は、シリンダ２１０と、シリンダ２１０内で移動するように構成されたピストン２２０と、ヘッドデッキ２２５と、吸気バルブ２３０と、排気バルブ２４０とを含む。シリンダ２１０、ピストン２２０、吸気バルブ２３０、及び排気バルブ２４０は、集合的に燃焼室２５０を定義する。ＣＩエンジン２００、シリンダ２１０、ピストン２２０、ヘッドデッキ２２５、吸気バルブ２３０、排気バルブ２４０、及び燃焼室２５０は、図１を参照して上述したエンジン１００、シリンダ１１０、ピストン１２０、ヘッドデッキ１２５、吸気バルブ１３０、排気バルブ１４０、及び燃焼室１５０と実質的に類似し得るか又は同じであり得る。したがって、ＣＩエンジン２００のコンポーネントの特定の態様の詳細は、本明細書においては更には詳述されず、記載が明確に異ならない限り、エンジン１００に関して上述した対応するコンポーネントと形状又は機能が同一又は実質的に類似していると考えられるべきである。

【0030】

[0035] 図２に示されるように、燃料噴射装置２７０は、ピストン２２０がＴＤＣ位置にある間に又はピストン２２０がＴＤＣ位置に近づくにつれ、線Ａに沿って補助装置２７５に向けて燃料を噴霧する。換言すれば、補助装置２７５は、燃焼室２５０のボール領域２５１に且つ燃料噴射装置２７０の直接噴霧経路内に位置している。いくつかの実施形態においては、補助装置２７５をボール領域２５１に配置することは、表面着火（すなわち補助装置２７５の表面上での燃料又は燃料空気混合の着火）の誘発を援助し得る。いくつかの実施形態においては、補助装置２７５はグロープラグであってもよい。典型的なディーゼル燃料運転では、グロープラグが燃焼室２５０内の空気を加熱して、冷間始動時の燃焼を可能にする。しかしながら、低セタン価燃料ＣＩエンジン２００のいくつかの実施形態においては、グロープラグを介して空気に提供される熱は、空気を自己着火が発生するのに適した温度にしないかもしれない。線Ａに沿って燃料噴射装置２７０の直接噴霧経路内にグロープラグを配置することの利点は、燃料とグロープラグの表面との直接接触を容易にし得るということである。この直接接触は、グロープラグの表面における燃料の着火を可能にし得る。換言すれば、燃料噴射装置２７０は、グロープラグの熱固体表面上に、その熱固体表面上での燃焼を直接的に促進するための酸化性分子が付近にある状態で、燃料を噴霧することができる。付近の空気の熱容量と比べてグロープラグの熱固体表面の熱容量が高いことを考えると、より多量の熱エネルギがグロープラグから燃料に伝達し、それによって着火が容易になる。熱固体表面におけるこの初期着火事象は、グロープラグの熱固体表面から離れた後続の着火事象を容易にし得る。いくつかの実施形態においては、グロープラグは、遷移金属を含むが遷移金属に限られない、アルコール、天然ガス、及び／又はジメチルエーテル燃焼を触媒的に補助する材料で被覆されていてもよい。図示するように、燃料噴射装置２７０は燃焼室２５０内に燃料を噴射する。いくつかの実施形態においては、燃料噴射装置２７０は、燃料噴射装置２７０が燃料を燃焼室２５０の外部の吸気ポート（図示しない）内に噴射するように位置していてもよい。

【0031】

[0036] 上述の利点に加え、線Ａに沿って燃料噴射装置２７０の直接噴霧経路内にグロープラグを配置することには、他の考えられる配置位置と比べ、追加的な固有の利点があり得る。グロープラグが燃料噴射装置２７０に近接していることを考えると、空気燃料がグロープラグと接触するとき、空気燃料混合物は実質的に不均質である。この高レベルの不均質性は、適時の燃焼の確率を高くすると共に、時期外れの燃焼及びノックの確率を低くする。しかしながら、燃料噴射におけるこのレベルの層状化は、最終的には排気流中のより多くの未燃燃料と望ましくないＣＯ及びＮＯ_ｘ排出とをもたらし得る。

【0032】

[0037] グロープラグを補助装置２７５として使用してＣＩエンジン２００を動作させる場合、低セタン価燃料でのＣＩエンジンの冷間始動を容易にするときに考慮すべき２つの時間遅延がある。第１の時間遅延は、グロープラグの作動とＣＩエンジン２００の最初の始動との間の時間の量である。第１の時間遅延は、熱が電源からグロープラグに、及び最終的には燃焼室２５０内に伝達される割合の関数である。第２の時間遅延は、ＣＩエンジン２００の最初の始動とＣＩエンジン２００の定常状態ＭＣＣＩ動作への移行の完了との間の時間の量である。第２の時間遅延は、燃焼室２５０内での燃料の燃焼の発熱性の関数である。いくつかの実施形態においては、第１の時間遅延は、約１秒未満、約５秒未満、約１０秒未満、約２０秒未満、又は約３０秒未満であり得る。いくつかの実施形態においては、第２の時間遅延は、約３０秒未満、約４５秒未満、約６０秒未満、約９０秒未満、又は約１２０秒未満であり得る。

【0033】

[0038] いくつかの実施形態においては、補助装置２７５はスパークプラグであってもよく、火花補助圧縮着火（ＳＡＣＩ）又は火花補助ＭＣＣＩ燃焼と称されるプロセスを容易にする。換言すれば、燃焼室２５０における補助装置２７５としてのスパークプラグの使用は、熱エネルギが従来の圧縮着火に不十分であるときに燃焼を開始させるのに役立つ局所的な火花を提供し得る。線Ａに沿って燃料噴射装置２７０の直接噴霧経路内にスパークプラグを配置することには、グロープラグで遭遇するものに似た、固有の利点及び欠点がある。燃料がスパークプラグに接触する際の燃料の不均質性の度合いは、適時の燃焼の確率を高くすると共に、時期外れの燃焼及びノックの確率を低くする。しかしながら、燃料噴射におけるこのレベルの層状化は、最終的には排気流中のより多くの未燃燃料と望ましくないＣＯ及びＮＯ_ｘ排出とをもたらし得る。

【0034】

[0039] 上述したように、典型的なＳＩエンジンにおけるアルコール系燃料の使用は、冷間始動にとっての課題を作り出し得る。しかしながら、ＣＩアーキテクチャは有意に高い圧縮比（すなわち、およそ１７：１）を利用し、これが火花補助冷間始動の障壁を低減させる。本明細書に記載される低セタン価燃料の高い気化性及び迅速な気化を考えると、空気と燃料とは、低い温度でも良好に混合され得ると共に着火可能となり得るであろう。

【0035】

[0040] いくつかの実施形態においては、本明細書に記載されるエンジンの圧縮比は、少なくとも約１５、少なくとも約１６、少なくとも約１７、少なくとも約１８、少なくとも約１９、少なくとも約２０、少なくとも約２１、少なくとも約２２、少なくとも約２３、又は少なくとも約２４であり得る。いくつかの実施形態においては、本明細書に記載されるエンジンの圧縮比は、約２５以下、約２４以下、約２３以下、約２２以下、約２１以下、約２０以下、約１９以下、約１８以下、約１７以下、又は約１６以下であり得る。上記で参照した圧縮比範囲の組み合わせ（例えば少なくとも約１５と約２５以下又は少なくとも約１５と約２０以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、本明細書に記載されるエンジンの圧縮比は、約１５、約１６、約１７、約１８、約１９、約２０、約２１、約２２、約２３、約２４、又は約２５であり得る。

【0036】

[0041] いくつかの実施形態においては、本明細書に記載される低セタン価燃料は、少なくとも約１、少なくとも約５、少なくとも約１０、少なくとも約１５、少なくとも約２０、又は少なくとも約２５のセタン数を有し得る。いくつかの実施形態においては、本明細書に記載される低セタン価燃料は、約３０以下、約２５以下、約２０以下、約１５以下、約１０以下、又は約５以下のセタン数を有し得る。上記で参照したセタン数範囲の組み合わせ（例えば少なくとも約１と約３０以下又は少なくとも約１０と約２０以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、本明細書に記載される低セタン価燃料は、約１、約５、約１０、約１５、約２０、約２５、又は約３０のセタン数を有し得る。

【0037】

[0042] いくつかの実施形態においては、燃料は、サイクルにおいて、ＭＣＣＩ動作で典型的であるよりも早い段階で噴射され得る。典型的なガソリンＳＩエンジンにおいては、燃料は、サイクルにおいて、ＣＩエンジンにおけるよりも早く噴射される。この早い噴射は、より均質な空気燃料混合物をもたらす。スパークプラグが提供する高信頼性の点火源を考えると、空気燃料混合物は、標準的なＭＣＣＩ動作の場合ほど不均質であることを要さない。更に、ＣＩエンジンの高い圧縮比は、気化、混合、及び火花補助火炎伝播を促進し得る。しかしながら、完全に均質な空気燃料混合物は、冷間始動においては望ましくないかもしれない。本明細書に記載されるように、完全に均質な空気燃料混合物は、低い温度での着火に困難を有するであろう。これは、空気燃料混合物における燃料リッチな点の欠如及び／又は空気燃料混合物における熱エネルギの欠如に起因し得る。逆に、完全に均質な空気燃料混合物は、温度が急速に十分高くなる場合、ノックを経験し得る。

【0038】

[0043] いくつかの実施形態においては、燃焼室２５０内の温度が高まるにつれて、ＳＡＣＩ実装のパラメータの微調整が効率的なエンジン性能の実現及びノックの軽減を援助し得る。ＳＡＣＩレジームの進行中に噴射タイミング及び空気燃料混合物の均質性の度合いを変更することは、この効果を実現するための潜在的なストラテジである。これらの変更は、時期外れの自己着火（すなわちノック）を制限するための層状化の度合いを様々に変化させることによって、（スパークプラグではなく圧縮によって燃焼が開始される）ＨＣＣＩタイプの燃焼ストラテジへの移行も可能にし得る。また、燃料のより大きい均質性が、より効率的で完全な燃料燃焼をもたらし得る。いくつかの実施形態においては、スパークプラグのタイミングは、燃焼室２５０が閉じている間のみ点火するように構成されてもよく、それによって火花点火が発生し得る時刻が制御される。いくつかの実施形態においては、燃焼室２５０内又は空気／排気処理システム内の他のどこかの温度センサ（図示しない）がこのタイミングスキームを制御するために用いられ得る。いくつかの実施形態においては、燃焼室２５０内の空気燃料混合物は非化学量論的であり得る。

【0039】

[0044] いくつかの実施形態においては、燃料は冷間始動時に吸気行程全体にわたって噴射され得る。いくつかの実施形態においては、燃料は冷間始動時に、部分的には吸気行程において及び部分的には圧縮行程において噴射され得る。いくつかの実施形態においては、燃料は冷間始動時に、約０°と約３６０°との間のエンジンクランク角度で噴射され得る。いくつかの実施形態においては、燃料は冷間始動時に、少なくとも約０°（すなわち吸気行程の開始後）、少なくとも約１０°、少なくとも約２０°、少なくとも約３０°、少なくとも約４０°、少なくとも約５０°、少なくとも約６０°、少なくとも約７０°、少なくとも約８０°、少なくとも約９０°、少なくとも約１００°、少なくとも約１１０°、少なくとも約１２０°、少なくとも約１３０°、少なくとも約１４０°、少なくとも約１５０°、少なくとも約１６０°、少なくとも約１７０°、少なくとも約１８０°（すなわち圧縮行程の開始後）、少なくとも約１９０°、少なくとも約２００°、少なくとも約２１０°、少なくとも約２２０°、少なくとも約２３０°、少なくとも約２４０°、少なくとも約２５０°、少なくとも約２６０°、少なくとも約２７０°、少なくとも約２８０°、少なくとも約２９０°、少なくとも約３００°、又は少なくとも約３１０°のエンジンクランク角度で噴射され得る。いくつかの実施形態においては、燃料は冷間始動時に、約３２０°以下、約３１０°以下、約３００°以下、約２９０°以下、約２８０°以下、約２７０°以下、約２６０°以下、約２５０°以下、約２４０°以下、約２３０°以下、約２２０°以下、約２１０°以下、約２００°以下、約１９０°以下、約１８０°以下（すなわち圧縮行程の開始前）、約１７０°以下、約１６０°以下、約１５０°以下、約１４０°以下、約１３０°以下、約１２０°以下、約１１０°以下、約１００°以下、約９０°以下、約８０°以下、約７０°以下、約６０°以下、約５０°以下、約４０°以下、約３０°以下、約２０°以下、又は約１０°以下のエンジンクランク角度で噴射され得る。上記で参照した冷間始動時の燃料の噴射のクランク角度の組み合わせ（例えば少なくとも約０°と約３２０°以下又は少なくとも約１００°と約１８０°以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、燃料は冷間始動時に、約０°、約１０°、約２０°、約３０°、約４０°、約５０°、約６０°、約７０°、約８０°、約９０°、約１００°、約１１０°、約１２０°、約１３０°、約１４０°、約１５０°、約１６０°、約１７０°、約１８０°、約１９０°、約２００°、約２１０°、約２２０°、約２３０°、約２４０°、約２５０°、約２６０°、約２７０°、約２８０°、約２９０°、約３００°、約３１０°、又は約３２０°のエンジンクランク角度で噴射され得る。

【0040】

[0045] いくつかの実施形態においては、冷間始動時の燃料噴射は第１のエンジンクランク角度で開始してもよく、冷間始動時の燃料噴射は第２のエンジンクランク角度で終了してもよい。換言すれば、冷間始動時の燃料噴射事象は、その燃料噴射事象の間にエンジンクランク角度が有意に変化するように、十分に長く継続し得る。いくつかの実施形態においては、冷間始動時の燃料噴射事象は、少なくとも約０°（すなわち吸気行程の開始後）、少なくとも約１０°、少なくとも約２０°、少なくとも約３０°、少なくとも約４０°、少なくとも約５０°、少なくとも約６０°、少なくとも約７０°、少なくとも約８０°、少なくとも約９０°、少なくとも約１００°、少なくとも約１１０°、少なくとも約１２０°、少なくとも約１３０°、少なくとも約１４０°、少なくとも約１５０°、少なくとも約１６０°、少なくとも約１７０°、少なくとも約１８０°（すなわち圧縮行程の開始後）、少なくとも約１９０°、少なくとも約２００°、少なくとも約２１０°、少なくとも約２２０°、少なくとも約２３０°、少なくとも約２４０°、少なくとも約２５０°、少なくとも約２６０°、少なくとも約２７０°、少なくとも約２８０°、少なくとも約２９０°、又は少なくとも約３００°のエンジンクランク角度で開始し得る。いくつかの実施形態においては、冷間始動時の燃料噴射事象は、約３１０°以下、約３００°以下、約２９０°以下、約２８０°以下、約２７０°以下、約２６０°以下、約２５０°以下、約２４０°以下、約２３０°以下、約２２０°以下、約２１０°以下、約２００°以下、約１９０°以下、約１８０°以下（すなわち圧縮行程の開始前）、約１７０°以下、約１６０°以下、約１５０°以下、約１４０°以下、約１３０°以下、約１２０°以下、約１１０°以下、約１００°以下、約９０°以下、約８０°以下、約７０°以下、約６０°以下、約５０°以下、約４０°以下、約３０°以下、約２０°以下、又は約１０°以下のエンジンクランク角度で開始し得る。上記で参照した冷間始動時の燃料噴射事象の開始のクランク角度の組み合わせ（例えば少なくとも約０°と約３１０°以下又は少なくとも約１００°と約１８０°以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、冷間始動時の燃料噴射事象は、約０°、約１０°、約２０°、約３０°、約４０°、約５０°、約６０°、約７０°、約８０°、約９０°、約１００°、約１１０°、約１２０°、約１３０°、約１４０°、約１５０°、約１６０°、約１７０°、約１８０°、約１９０°、約２００°、約２１０°、約２２０°、約２３０°、約２４０°、約２５０°、約２６０°、約２７０°、約２８０°、約２９０°、約３００°、又は約３１０°のエンジンクランク角度で開始し得る。

【0041】

[0046] いくつかの実施形態においては、冷間始動時の燃料噴射事象は、少なくとも約０°（すなわち吸気行程の開始後）、少なくとも約１０°、少なくとも約２０°、少なくとも約３０°、少なくとも約４０°、少なくとも約５０°、少なくとも約６０°、少なくとも約７０°、少なくとも約８０°、少なくとも約９０°、少なくとも約１００°、少なくとも約１１０°、少なくとも約１２０°、少なくとも約１３０°、少なくとも約１４０°、少なくとも約１５０°、少なくとも約１６０°、少なくとも約１７０°、少なくとも約１８０°（すなわち圧縮行程の開始後）、少なくとも約１９０°、少なくとも約２００°、少なくとも約２１０°、少なくとも約２２０°、少なくとも約２３０°、少なくとも約２４０°、少なくとも約２５０°、少なくとも約２６０°、少なくとも約２７０°、少なくとも約２８０°、少なくとも約２９０°、少なくとも約３００°、少なくとも約３１０°、少なくとも約３２０°、少なくとも約３３０°、少なくとも約３４０°、少なくとも約３５０°、少なくとも約３６０°、少なくとも約３７０°、又は少なくとも約３８０°のエンジンクランク角度で終了し得る。いくつかの実施形態においては、冷間始動時の燃料噴射事象は、約３９０°以下、約３８０°以下、約３７０°以下、約３６０°以下、約３５０°以下、約３４０°以下、約３３０°以下、約３２０°以下、約３１０°以下、約３００°以下、約２９０°以下、約２８０°以下、約２７０°以下、約２６０°以下、約２５０°以下、約２４０°以下、約２３０°以下、約２２０°以下、約２１０°以下、約２００°以下、約１９０°以下、約１８０°以下（すなわち圧縮行程の開始前）、約１７０°以下、約１６０°以下、約１５０°以下、約１４０°以下、約１３０°以下、約１２０°以下、約１１０°以下、約１００°以下、約９０°以下、約８０°以下、約７０°以下、約６０°以下、約５０°以下、約４０°以下、約３０°以下、又は約２０°以下のエンジンクランク角度で終了し得る。上記で参照した冷間始動時の燃料噴射事象の終了のクランク角度の組み合わせ（例えば少なくとも約１０°と約３９０°以下又は少なくとも約１００°と約１８０°以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、冷間始動時の燃料噴射事象は、約１０°、約２０°、約３０°、約４０°、約５０°、約６０°、約７０°、約８０°、約９０°、約１００°、約１１０°、約１２０°、約１３０°、約１４０°、約１５０°、約１６０°、約１７０°、約１８０°、約１９０°、約２００°、約２１０°、約２２０°、約２３０°、約２４０°、約２５０°、約２６０°、約２７０°、約２８０°、約２９０°、約３００°、約３１０°、約３２０°、約３３０°、約３４０°、約３５０°、約３６０°、約３７０°、約３８０°、又は約３９０°のエンジンクランク角度で終了し得る。

【0042】

[0047] いくつかの実施形態においては、燃料は冷間始動時に少なくとも約１，０００バールの噴射圧力で噴射され得る。換言すれば、燃料が噴射されている間の燃料噴射装置２７０の圧力は少なくとも約１，０００バールであり得る。いくつかの実施形態においては、燃料は冷間始動時に、少なくとも約１，０００バール、少なくとも約１，１００バール、少なくとも約１，２００バール、少なくとも約１，３００バール、少なくとも約１，４００バール、少なくとも約１，５００バール、少なくとも約１，６００バール、少なくとも約１，７００バール、少なくとも約１，８００バール、少なくとも約１，９００バール、少なくとも約２，０００バール、少なくとも約２，１００バール、少なくとも約２，２００バール、少なくとも約２，３００バール、少なくとも約２，４００バール、少なくとも約２，５００バール、少なくとも約２，６００バール、少なくとも約２，７００バール、少なくとも約２，８００バール、又は少なくとも約２，９００バールの噴射圧力で噴射され得る。いくつかの実施形態においては、燃料は冷間始動時に、約３，０００バール以下、約２，９００バール以下、約２，８００バール以下、約２，７００バール以下、約２，６００バール以下、約２，５００バール以下、約２，４００バール以下、約２，３００バール以下、約２，２００バール以下、約２，１００バール以下、約２，０００バール以下、約１，９００バール以下、約１，８００バール以下、約１，７００バール以下、約１，６００バール以下、約１，５００バール以下、約１，４００バール以下、約１，３００バール以下、約１，２００バール以下、又は約１，１００バール以下の噴射圧力で噴射され得る。上記で参照した冷間始動時の噴射圧力の組み合わせ（例えば少なくとも約１，０００バールと約３，０００バール以下又は少なくとも約１，５００バールと約２，０００バール以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、燃料は冷間始動時に、約１，０００バール、約１，１００バール、約１，２００バール、約１，３００バール、約１，４００バール、約１，５００バール、約１，６００バール、約１，７００バール、約１，８００バール、約１，９００バール、約２，０００バール、約２，１００バール、約２，２００バール、約２，３００バール、約２，４００バール、約２，５００バール、約２，６００バール、約２，７００バール、約２，８００バール、約２，９００バール、約３，０００バールの噴射圧力で噴射され得る。

【0043】

[0048] いくつかの実施形態においては、燃料噴射事象の際に噴射される燃料の一部は冷間始動時に吸気バルブ２３０が開弁されている間に噴射されてもよく、燃料噴射事象の際に噴射される燃料の一部は吸気バルブ２３０が閉弁されている間に噴射されてもよい。換言すれば、燃料噴射事象は、燃料噴射事象の際に噴射される燃料の一部が吸気バルブ閉弁（ＩＶＣ）前に噴射され燃料噴射事象の際に噴射される燃料の一部がＩＶＣ後に噴射されるように、冷間始動時に十分な持続時間を有し得る。いくつかの実施形態においては、燃料の少なくとも約６０％、少なくとも約６５％、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、又は少なくとも約８５％が、それらの間の全ての値及び範囲を含め、冷間始動時に吸気バルブ２３０が閉弁している間（すなわちＩＶＣ後）に噴射され得る。いくつかの実施形態においては、燃料の約４０％以下、約３５％以下、約３０％以下、約２５％以下、約２０％以下、又は約１５％以下が、それらの間の全ての値及び範囲を含め、冷間始動時に吸気バルブ２３０が開弁している間（すなわちＩＶＣ前）に噴射され得る。

【0044】

[0049] いくつかの実施形態においては、燃料噴射タイミングは、冷間始動動作からＨＣＣＩ動作に変化し得る（すなわち、冷間始動と定常状態ＭＣＣＩ動作との間の移行期間）。いくつかの実施形態においては、燃料はＨＣＣＩの際に吸気行程全体にわたって噴射され得る。いくつかの実施形態においては、燃料はＨＣＣＩの際に、部分的には吸気行程において及び部分的には圧縮行程において噴射され得る。いくつかの実施形態においては、燃料はＨＣＣＩの際に、少なくとも約０°（すなわち吸気行程の開始後）、少なくとも約１０°、少なくとも約２０°、少なくとも約３０°、少なくとも約４０°、少なくとも約５０°、少なくとも約６０°、少なくとも約７０°、少なくとも約８０°、少なくとも約９０°、少なくとも約１００°、少なくとも約１１０°、少なくとも約１２０°、少なくとも約１３０°、少なくとも約１４０°、少なくとも約１５０°、少なくとも約１６０°、少なくとも約１７０°、少なくとも約１８０°（すなわち圧縮行程の開始後）、少なくとも約１９０°、少なくとも約２００°、少なくとも約２１０°、少なくとも約２２０°、少なくとも約２３０°、少なくとも約２４０°、少なくとも約２５０°、少なくとも約２６０°、少なくとも約２７０°、少なくとも約２８０°、少なくとも約２９０°、少なくとも約３００°、又は少なくとも約３１０°のエンジンクランク角度で噴射され得る。いくつかの実施形態においては、燃料はＨＣＣＩの際に、約３２０°以下、約３１０°以下、約３００°以下、約２９０°以下、約２８０°以下、約２７０°以下、約２６０°以下、約２５０°以下、約２４０°以下、約２３０°以下、約２２０°以下、約２１０°以下、約２００°以下、約１９０°以下、約１８０°以下（すなわち圧縮行程の開始前）、約１７０°以下、約１６０°以下、約１５０°以下、約１４０°以下、約１３０°以下、約１２０°以下、約１１０°以下、約１００°以下、約９０°以下、約８０°以下、約７０°以下、約６０°以下、約５０°以下、約４０°以下、約３０°以下、約２０°以下、又は約１０°以下のエンジンクランク角度で噴射され得る。上記で参照したＨＣＣＩの際の燃料の噴射のクランク角度の組み合わせ（例えば少なくとも約０°と約３２０°以下又は少なくとも約１００°と約１８０°以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、燃料はＨＣＣＩの際に、約０°、約１０°、約２０°、約３０°、約４０°、約５０°、約６０°、約７０°、約８０°、約９０°、約１００°、約１１０°、約１２０°、約１３０°、約１４０°、約１５０°、約１６０°、約１７０°、約１８０°、約１９０°、約２００°、約２１０°、約２２０°、約２３０°、約２４０°、約２５０°、約２６０°、約２７０°、約２８０°、約２９０°、約３００°、約３１０°、又は約３２０°のエンジンクランク角度で噴射され得る。

【0045】

[0050] いくつかの実施形態においては、ＨＣＣＩの際の燃料噴射は第１のエンジンクランク角度で開始してもよく、ＨＣＣＩの際の燃料噴射は第２のエンジンクランク角度で終了してもよい。換言すれば、ＨＣＣＩの際の燃料噴射事象は、その燃料噴射事象の間にエンジンクランク角度が有意に変化するように、十分に長く継続し得る。いくつかの実施形態においては、ＨＣＣＩの際の燃料噴射事象は、少なくとも約０°（すなわち吸気行程の開始後）、少なくとも約１０°、少なくとも約２０°、少なくとも約３０°、少なくとも約４０°、少なくとも約５０°、少なくとも約６０°、少なくとも約７０°、少なくとも約８０°、少なくとも約９０°、少なくとも約１００°、少なくとも約１１０°、少なくとも約１２０°、少なくとも約１３０°、少なくとも約１４０°、少なくとも約１５０°、少なくとも約１６０°、少なくとも約１７０°、少なくとも約１８０°（すなわち圧縮行程の開始後）、少なくとも約１９０°、少なくとも約２００°、少なくとも約２１０°、少なくとも約２２０°、少なくとも約２３０°、少なくとも約２４０°、少なくとも約２５０°、少なくとも約２６０°、少なくとも約２７０°、少なくとも約２８０°、少なくとも約２９０°、又は少なくとも約３００°のエンジンクランク角度で開始し得る。いくつかの実施形態においては、ＨＣＣＩの際の燃料噴射事象は、約３１０°以下、約３００°以下、約２９０°以下、約２８０°以下、約２７０°以下、約２６０°以下、約２５０°以下、約２４０°以下、約２３０°以下、約２２０°以下、約２１０°以下、約２００°以下、約１９０°以下、約１８０°以下（すなわち圧縮行程の開始前）、約１７０°以下、約１６０°以下、約１５０°以下、約１４０°以下、約１３０°以下、約１２０°以下、約１１０°以下、約１００°以下、約９０°以下、約８０°以下、約７０°以下、約６０°以下、約５０°以下、約４０°以下、約３０°以下、約２０°以下、又は約１０°以下のエンジンクランク角度で開始し得る。上記で参照したＨＣＣＩの際の燃料噴射事象の開始のクランク角度の組み合わせ（例えば少なくとも約０°と約３１０°以下又は少なくとも約１００°と約１８０°以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、ＨＣＣＩの際の燃料噴射事象は、約０°、約１０°、約２０°、約３０°、約４０°、約５０°、約６０°、約７０°、約８０°、約９０°、約１００°、約１１０°、約１２０°、約１３０°、約１４０°、約１５０°、約１６０°、約１７０°、約１８０°、約１９０°、約２００°、約２１０°、約２２０°、約２３０°、約２４０°、約２５０°、約２６０°、約２７０°、約２８０°、約２９０°、約３００°、又は約３１０°のエンジンクランク角度で開始し得る。

【0046】

[0051] いくつかの実施形態においては、ＨＣＣＩの際の燃料噴射事象は、少なくとも約０°（すなわち吸気行程の開始後）、少なくとも約１０°、少なくとも約２０°、少なくとも約３０°、少なくとも約４０°、少なくとも約５０°、少なくとも約６０°、少なくとも約７０°、少なくとも約８０°、少なくとも約９０°、少なくとも約１００°、少なくとも約１１０°、少なくとも約１２０°、少なくとも約１３０°、少なくとも約１４０°、少なくとも約１５０°、少なくとも約１６０°、少なくとも約１７０°、少なくとも約１８０°（すなわち圧縮行程の開始後）、少なくとも約１９０°、少なくとも約２００°、少なくとも約２１０°、少なくとも約２２０°、少なくとも約２３０°、少なくとも約２４０°、少なくとも約２５０°、少なくとも約２６０°、少なくとも約２７０°、少なくとも約２８０°、少なくとも約２９０°、少なくとも約３００°、又は少なくとも約３１０°のエンジンクランク角度で終了し得る。いくつかの実施形態においては、ＨＣＣＩの際の燃料噴射事象は、約３２０°以下、約３１０°以下、約３００°以下、約２９０°以下、約２８０°以下、約２７０°以下、約２６０°以下、約２５０°以下、約２４０°以下、約２３０°以下、約２２０°以下、約２１０°以下、約２００°以下、約１９０°以下、約１８０°以下（すなわち圧縮行程の開始前）、約１７０°以下、約１６０°以下、約１５０°以下、約１４０°以下、約１３０°以下、約１２０°以下、約１１０°以下、約１００°以下、約９０°以下、約８０°以下、約７０°以下、約６０°以下、約５０°以下、約４０°以下、約３０°以下、又は約２０°以下のエンジンクランク角度で終了し得る。上記で参照したＨＣＣＩの際の燃料噴射事象の終了のクランク角度の組み合わせ（例えば少なくとも約１０°と約３２０°以下又は少なくとも約１００°と約１８０°以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、ＨＣＣＩの際の燃料噴射事象は、約１０°、約２０°、約３０°、約４０°、約５０°、約６０°、約７０°、約８０°、約９０°、約１００°、約１１０°、約１２０°、約１３０°、約１４０°、約１５０°、約１６０°、約１７０°、約１８０°、約１９０°、約２００°、約２１０°、約２２０°、約２３０°、約２４０°、約２５０°、約２６０°、約２７０°、約２８０°、約２９０°、約３００°、約３１０°、又は約３２０°のエンジンクランク角度で終了し得る。

【0047】

[0052] いくつかの実施形態においては、ＨＣＣＩの際の燃料噴射事象の一部は吸気行程において（すなわち０°と１８０°との間のエンジンクランク角度で）発生し得ると共に、ＨＣＣＩの際の燃料噴射事象の一部は圧縮行程において３２０°のエンジンクランク角度の前に（すなわち１８０°と３２０°との間のエンジンクランク角度で）発生し得る。いくつかの実施形態においては、燃料噴射事象の際に噴射される燃料の少なくとも約４０％、少なくとも約４５％、少なくとも約５０％、少なくとも約５５％、又は少なくとも約６０％が、それらの間の全ての値及び範囲を含め、ＨＣＣＩでの動作中に吸気行程の際に噴射され得る。いくつかの実施形態においては、燃料噴射事象の際に噴射される燃料の約６０％以下、約５５％以下、約５０％以下、約４５％以下、又は約４０％以下が、それらの間の全ての値及び範囲を含め、ＨＣＣＩでの動作中に圧縮行程の際に噴射され得る。

【0048】

[0053] いくつかの実施形態においては、燃料噴射タイミングは、ＨＣＣＩから定常状態ＭＣＣＩ動作に変化し得る。いくつかの実施形態においては、定常状態ＭＣＣＩにおける燃料噴射事象は、完全に又は実質的に圧縮行程の際に発生し得る。いくつかの実施形態においては、燃料噴射事象の際に噴射される燃料の少なくとも約６０％、少なくとも約６５％、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、又は少なくとも約８５％が、エンジンクランク角度が３１０度に達した後で噴射され得る。いくつかの実施形態においては、定常状態ＭＣＣＩにおいて、燃料噴射事象は燃焼行程の際に（すなわち３６０°よりも大きいエンジンクランク角度で）終了し得る。

【0049】

[0054] いくつかの実施形態においては、燃料は、第１の燃料と第２の燃料とが冷間始動時に噴射され得る。いくつかの実施形態においては、第２の燃料は第１の燃料とは異なる燃料である。いくつかの実施形態においては、第２の燃料はＨＣＣＩ動作の際に噴射され得る。いくつかの実施形態においては、第２の燃料は定常状態ＭＣＣＩ動作の際に噴射され得る。いくつかの実施形態においては、第２の燃料は、少なくとも約３０、少なくとも約３５、少なくとも約４０、少なくとも約４５、少なくとも約５０、又は少なくとも約５５のセタン数を有し得る。いくつかの実施形態においては、第２の燃料は、約６０以下、約５５以下、約５０以下、約４５以下、約４０以下、又は約３５以下のセタン数を有し得る。上記で参照した第２の燃料のセタン数の値の組み合わせ（例えば少なくとも約３０と約６０以下又は少なくとも約４０と約５０以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、第２の燃料は、約３０、約３５、約４０、約４５、約５０、約５５、又は約６０のセタン数を有し得る。

【0050】

[0055] いくつかの実施形態においては、ノックを軽減するために、燃焼室２５０内の有効圧縮比を下げるように吸気を絞ることが実装され得る。標準的なＣＩアーキテクチャの実圧縮比は固定されているが、有効圧縮比はエンジンの吸気を絞ることによって低減され得る。流入する空気が薄くなるようにスロットルプレート（図示しない）が気流を部分的に遮断して、より密度の低い圧縮状態をもたらしてもよい。また、吸気行程における吸気バルブ２３０のリフトの量を少なくすることによって、エンジンは結局のところ、より少ない空気を吸い込む。より少ない空気が燃焼室２５０内に移動すると、ピストンがＴＤＣに戻る移動をするときに最終的に実現可能な圧力が低減され、それによって火花補助動作期間における自己着火の可能性が低減される。吸気バルブ２３０のリフトを調整することに加え、吸気バルブ２３０又は排気バルブ２４０のタイミングを調整することで、同様の結果を実現することができる。吸気バルブ２３０は、吸気行程の一部の間、閉弁したままであってもよく、それによって吸気の量が低減される。同様の結果を実現するために、吸気バルブ２３０は、圧縮行程の一部の間、開弁したままであってもよい。

【0051】

[0056] いくつかの実施形態においては、エンジン２００はターボチャージャ（図示しない）を含み得る。いくつかの実施形態においては、エンジン２００はスーパーチャージャ（図示しない）を含み得る。いくつかの実施形態においては、エンジン２００はターボコンパウンディングデバイス（turbo-compounding device）を含み得る。いくつかの実施形態においては、空気は、燃焼室２５０に進入する前に、スーパーチャージャ、ターボチャージャ、及び／又はターボコンパウンディングデバイスを通過し得る。

【0052】

[0057] いくつかの実施形態においては、吸気バルブ２３０をより長く開弁しておくことが、ターボチャージャ又は他の排気規制装置（すなわちミラーサイクル機構）から提供される背圧と組み合わせて用いられ得る。いくつかの実施形態においては、ＥＧＲが燃焼室２５０内で燃料の混合物を希釈するのを援助し得る。ＥＧＲの使用は、燃焼室２５０内の温度の上昇を容易にすると共に最終的には燃焼室２５０を所望の定常状態温度にするという目的に適い得る。また、ＥＧＲは、吸気行程において吸い込まれた空気を移動させて燃料空気混合物の全体濃度を希釈することができ、時期外れの自己着火に対するエネルギーバリアを増加させる。

【0053】

[0058] ＣＩエンジン２００の温度が所望の定常状態動作温度に向けて更に高まるにつれて、空気燃料混合物の均質性はより望ましくないものになる。上述したように、ＨＣＣＩ動作は狭い温度範囲においてのみ最適となる。ＨＣＣＩ動作の際、燃料には燃焼室２５０において熱エネルギを吸収する時間がより多くあり、潜在的には、実質的にＴＤＣの前に燃焼し得る。いくつかの実施形態においては、ＳＡＣＩレジームの末期及びＨＣＣＩを通じた移行におけるこの出来事は、空気燃料混合物の均質性を低減させるために燃料噴射装置２７０のタイミングを調整することによって軽減され得る。燃料のポスト噴射が同様の結果を実現することができる。燃料の追加的な噴射が更に、燃焼が適時に発生していることを保証するべく、燃料の局所的にリッチ（又はクール）な点を作り出すように燃料噴射に層状化（又はチャージ冷却）を導入し得る。いくつかの実施形態においては、スパークプラグのタイミングは、拡大する火花点火火炎前面によってノックが発生する可能性を低減させるために、遅延され得る。いくつかの実施形態においては、スパークプラグのタイミングは、拡大する火花点火火炎前面によってノックが発生する可能性を低減させるために、ピストン２２０がＴＤＣ位置を離れた後まで遅延され得る。本明細書に記載される排気希釈ベースのノック軽減対策は、高温でのエンジン負荷も低減させ得る。また、本明細書に記載される、噴射タイミング、ポスト噴射、及びＥＧＲを伴うノック軽減方法の各々は、補助装置２７５がグロープラグであるときのノック緩和も援助し得る。

【0054】

[0059] ＣＩエンジン２００をスパークプラグで動作させるときには、ＣＩエンジン２００の最初の始動とＣＩエンジン２００の定常状態ＭＣＣＩ動作への移行の完了との間に時間遅延が存在する。いくつかの実施形態においては、この時間遅延は、約３０秒未満、約４５秒未満、約６０秒未満、約９０秒未満、又は約１２０秒未満であり得る。

【0055】

[0060] いくつかの実施形態においては、補助装置２７５はプラズマ点火装置であり得る。プラズマ点火は、標準的なスパークプラグが点火を生み出すのに十分でない局所化された熱エネルギを生み出す場合、火花点火と同様に機能し得る。プラズマ点火システムにおいて遭遇する障害は、火花補助圧縮着火システムにおけるものと類似している。プラズマ点火は、所望の通りに点火とノックの防止との両方を容易にするために、混合物の層状化、点火タイミング、排ガス滞留（ＥＧＲ）希釈、及びＩＶＣタイミングに対する調整を潜在的に伴い得る。プラズマ点火装置を用いてＣＩエンジン２００を動作させるときには、ＣＩエンジン２００の最初の始動とＣＩエンジン２００の定常状態ＭＣＣＩ動作への移行の完了との間に時間遅延が存在する。いくつかの実施形態においては、この時間遅延は、約３０秒未満、約４５秒未満、約６０秒未満、約９０秒未満、又は約１２０秒未満であり得る。いくつかの実施形態においては、複数の領域における燃焼を同時に安定化させるために、複数の補助装置２７５がＣＩエンジン２００全体に配置されてもよく、又は１つの装置がプラズマを複数の方向に噴射してもよい。

【0056】

[0061] 図３は、一実施形態によるＣＩエンジン３００を示す。ＣＩエンジン３００は、シリンダ３１０と、シリンダ３１０内で移動するように構成されたピストン３２０と、ヘッドデッキ３２５と、吸気バルブ３３０と、排気バルブ３４０とを含む。シリンダ３１０、ピストン３２０、ヘッドデッキ３２５、吸気バルブ３３０、及び排気バルブ３４０は、集合的に燃焼室３５０を定義する。ＣＩエンジン３００、シリンダ３１０、ピストン３２０、吸気バルブ３３０、排気バルブ３４０、及び燃焼室３５０は、図１及び２を参照して上述したエンジン１００，２００、シリンダ１１０，２１０、ピストン１２０，２２０、吸気バルブ１３０，２３０、排気バルブ１４０，２４０、及び燃焼室１５０，２５０と実質的に類似し得るか又は同じであり得る。したがって、ＣＩエンジン３００のコンポーネントの特定の態様の詳細は、本明細書においては更には詳述されず、記載が明確に異ならない限り、エンジン１００，２００に関して上述した対応するコンポーネントと形状又は機能が同一又は実質的に類似していると考えられるべきである。

【0057】

[0062] 図３に示されるように、燃料噴射装置３７０は、ピストン３２０がＴＤＣ位置にある間に又はピストン３２０がＴＤＣ位置に近づくにつれ、曲線Ｂに沿って補助装置３７５に向けて燃料を噴霧する。換言すれば、補助装置３７５は、燃焼室３５０のボール領域３５１の外縁部に位置している。いくつかの実施形態においては、ボール領域３５１の外縁部への補助装置３７５の配置は、表面着火を誘発し得る。ボールの形状は燃料噴射装置３７０の噴霧経路に影響するので、燃料は、流れＢがピストンボールによって方向を変えられた後で、補助装置３７５と接触し得る。いくつかの実施形態においては、補助装置３７５は、グロープラグ、スパークプラグ、又はプラズマ点火装置であり得る。図３に記載される実施形態の動作条件に関する一般的な考慮事項は、図２のものと同様である。もっとも、補助装置３７５の配置に関してはいくつかの相違が存在するであろう。いくつかの実施形態においては、ボール領域３５１の外縁部への補助装置３７５の配置は、僅かに遅れた着火に繋がり得る。補助装置３７５の配置により長くなった燃料の流路によって、燃料粒子又は空気／燃料蒸気混合物が補助装置３７５と接触すると、この粒子がより細かくなり、より分散し、又はよりしっかりと空気と混合された状態がもたらされ得る。より高表面積の燃料粒子は単位表面積当たりより多くの酸化空気に接触するので、これはより完全な燃焼事象に繋がり得る。

【0058】

[0063] 図４は、一実施形態によるＣＩエンジン４００を示す。ＣＩエンジン４００は、シリンダ４１０と、シリンダ３１０内で移動するように構成されたピストン４２０と、シリンダヘッドと、１つ又は複数の吸気バルブ４３０と、１つ又は複数の排気バルブ４４０とを含む。シリンダ４１０、ピストン４２０、ヘッドデッキ４２５、吸気バルブ４３０、排気バルブ４４０、及びシリンダヘッドは、集合的に燃焼室４５０を定義する。ＣＩエンジン４００、シリンダ４１０、ピストン４２０、ヘッドデッキ４２５、吸気バルブ４３０、排気バルブ４４０、及び燃焼室４５０は、図１～３を参照して上述したエンジン１００，２００，３００、シリンダ１１０，２１０，３１０、ピストン１２０，２２０，３２０、ヘッドデッキ１２５，２２５，３２５、吸気バルブ１３０，２３０，３３０、排気バルブ１４０，２４０，３４０、及び燃焼室１５０，２５０，３５０と実質的に類似し得るか又は同じであり得る。したがって、ＣＩエンジン４００のコンポーネントの特定の態様の詳細は、本明細書においては更には詳述されず、記載が明確に異ならない限り、エンジン１００，２００，３００に関して上述した対応するコンポーネントと形状又は機能が同一又は実質的に類似していると考えられるべきである。

【0059】

[0064] 図４に示されるように、燃料噴射装置４７０は、ピストン４２０がＴＤＣ位置にある間に又はピストン４２０がＴＤＣ位置に近づくにつれ、曲線Ｃに沿って燃料を噴霧する。いくつかの実施形態においては、補助装置４７５は、スキッシュ領域４５３において燃焼室４５０のボール領域４５１の外側に位置している。ボールの形状は燃料噴射装置３７０の噴霧経路に影響する。いくつかの実施形態においては、補助装置４７５は、グロープラグ、スパークプラグ、又はプラズマ点火装置であり得る。図４に記載される実施形態の動作条件に関する一般的な考慮事項は、図２のものと同様である。もっとも、補助装置４７５の配置に関してはいくつかの相違が存在するであろう。いくつかの実施形態においては、補助装置４７５をスキッシュ領域４５３に配置することは、表面着火の可能性を低減させ得る。いくつかの実施形態においては、補助装置４７５をスキッシュ領域４５３に配置することは、燃焼室４５０における加熱効果を生み出し得る。スキッシュ領域４５３に補助装置４７５を配置することの全体的な熱効果及び点火の影響は、ボール領域４５１に配置することと比べて明確ではないであろう。いくつかの実施形態においては、燃焼室４５０のスキッシュ領域４５３に補助装置４７５を配置することは、僅かに遅れた点火に繋がり得る。補助装置４７５の配置により長くなった燃料の流路によって、補助装置４７５が着火の開始を援助すると、燃料粒子がより細かくなると共により分散した状態がもたらされ得る。より高表面積の燃料粒子は単位表面積当たりより多くの酸化空気に接触するので、これはより完全な燃焼事象に繋がり得る。

【0060】

[0065] 図５は、いくつかの実施形態に従って、冷間始動補助燃焼からＨＣＣＩ動作まで、及び最終的には定常状態（すなわち補助無し）ＭＣＣＩ動作まで、着火タイミングがエンジン温度の高まりと共にどのように発展し得るかを示す。ここに提示される移行は、前述した冷間始動ストラテジのいずれにも当てはまり得る。燃料層状化のレベルは点火タイミングに影響し得る。ＳＡＣＩ又は火花補助ＭＣＣＩの場合は、火花タイミングは点火タイミングにも影響し得る。図５に示されるように、曲線はエンジン圧力をエンジンクランク角度（すなわち、圧縮行程から燃焼行程までの時間又は移動）の関数として表す。この第１の例示的なモードにおいて、より低いｘ軸値の変曲点を有する曲線は、冷間始動及び定常状態ＭＣＣＩ動作を表す。より高いｘ軸値の変曲点を有する曲線はＨＣＣＩ動作を表し、その一方でこれらの曲線に沿った変曲点は、着火事象が発生して圧力が増加し始める点を表す。着火事象は、自己着火又は火花補助着火事象であり得る。エンジンの温度が最初に上昇するにつれ、エンジン動作は燃焼補助冷間始動ストラテジで動作する。いくつかの実施形態においては、このストラテジはスパークプラグを用いて着火事象を制御し得る。エンジン温度が高まるにつれ、火花タイミングは、ノックの発生を回避するために遅延されなければならなくなり、着火事象は後の時刻（図５の右側）にシフトされる。やがて、温度は長い着火遅れを伴って圧縮着火事象を可能にする程度にまで高まり、その時点でエンジンは、追加的な燃焼補助なしに、ＨＣＣＩモードで動作するようになる。更なる温度上昇は、必要とされる着火遅れを、やがてＭＣＣＩ動作に到達する時点まで短縮する（燃焼をシフトさせて図５の左側に戻す）。冷間始動からＨＣＣＩ又はＨＣＣＩから定常状態ＭＣＣＩへの移行をマークする燃焼室内の特定の温度又は事象はない。その代わり、燃焼は、図５に示されるように、連続的なスペクトルに沿って発展する。エンジンが低負荷又はアイドリングを長期間持続させなければならない場合には、エンジンは補助燃焼モードに戻る移行をしてもよく、着火タイミングが適切に調整されてもよい。しかしながら、そのような場合には、長期動作によって実現される高められたエンジン温度が、負荷需要が高まるにつれて、より迅速なＭＣＣＩ動作に戻る移行を可能にするであろう。

【0061】

[0066] いくつかの実施形態においては、動作モードは、ＩＶＣの時点における燃焼室の内部の内容物（例えば空気又は空気と燃料）の質量平均温度（簡潔にするため、この温度は本明細書においてはＩＶＣ温度と称される）に基づいて変化し得る。いくつかの実施形態においては、動作モードは、空気が吸気バルブを通過するときの空気の質量平均温度に基づいて変化し得る（簡潔にするため、この温度は本明細書においては吸気温度と称される）。いくつかの実施形態においては、エンジンは、ＩＶＣ温度及び／又は吸気温度が、間の全ての値及び範囲を含め、約２００℃未満、約１９０℃未満、約１８０℃未満、約１７０℃未満、約１６０℃未満、約１５０℃未満、約１４０℃未満、約１３０℃未満、約１２０℃未満、約１１０℃未満、約１００℃未満、約９０℃未満、約８０℃未満、約７０℃未満、約６０℃未満、約５０℃未満、約４０℃未満、約３０℃未満、約２０℃未満であるとき、冷間始動モードで動作し得る。

【0062】

[0067] いくつかの実施形態においては、エンジンは、ＩＶＣ温度及び／又は吸気温度が少なくとも約５０℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１５０℃、少なくとも約２００℃、少なくとも約２５０℃、少なくとも約３００℃、少なくとも約３５０℃、少なくとも約４００℃、又は少なくとも約４５０℃に達すると、ＨＣＣＩに移行し得る。いくつかの実施形態においては、エンジンは、ＩＶＣ温度及び／又は吸気温度が約５００℃以下、約４５０℃以下、約４００℃以下、約３５０℃以下、約３００℃以下、約２５０℃以下、約２００℃以下、約１５０℃以下、又は約１００℃以下の値に達すると、ＨＣＣＩで動作し得る。上記で参照したＨＣＣＩへの移行のＩＶＣ温度及び／又は吸気温度の組み合わせ（例えば少なくとも約５０℃と約５００℃以下又は少なくとも約１００℃と約４００℃以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、エンジンは、ＩＶＣ温度及び／又は吸気温度が約５０℃、約１００℃、約１５０℃、約２００℃、約２５０℃、約３００℃、約３５０℃、約４００℃、約４５０℃、又は約５００℃に達すると、ＨＣＣＩに移行し得る。

【0063】

[0068] いくつかの実施形態においては、エンジンは、少なくとも約５００℃、少なくとも約５２０℃、少なくとも約５４０℃、少なくとも約５６０℃、少なくとも約５８０℃、少なくとも約６００℃、少なくとも約６２０℃、少なくとも約６４０℃、少なくとも約６６０℃、少なくとも約６８０℃、少なくとも約７００℃、少なくとも約７８０℃、少なくとも約８００℃、少なくとも約８２０℃、少なくとも約８４０℃、少なくとも約８６０℃、少なくとも約８８０℃、少なくとも約９００℃、少なくとも約９２０℃、少なくとも約９４０℃、少なくとも約９６０℃、又は少なくとも約９８０℃のＩＶＣ温度及び／又は吸気温度で定常状態ＭＣＣＩ動作に移行し得る。いくつかの実施形態においては、エンジンは、約１，０００℃以下、約９８０℃以下、約９６０℃以下、約９４０℃以下、約９２０℃以下、約９００℃以下、約８８０℃以下、約８６０℃以下、約８４０℃以下、約８２０℃以下、約８００℃以下、約７８０℃以下、約７６０℃以下、約７４０℃以下、約７２０℃以下、約７００℃以下、約６８０℃以下、約６６０℃以下、約６４０℃以下、約６２０℃以下、約６００℃以下、約５８０℃以下、約５４０℃以下、又は約５２０℃以下のＩＶＣ温度及び／又は吸気温度で定常状態ＭＣＣＩ動作に移行し得る。

【0064】

[0069] 上記で参照した定常状態ＭＣＣＩへの移行のＩＶＣ温度及び／又は吸気温度の組み合わせ（例えば少なくとも約５００℃と約１，０００℃以下又は少なくとも約６００℃と約８００℃以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、エンジンは、約５００℃、約５２０℃、約５４０℃、約５６０℃、約５８０℃、約６００℃、約６２０℃、約６４０℃、約６６０℃、約６８０℃、約７００℃、約７２０℃、約７４０℃、約７６０℃、約７８０℃、約８００℃、約８２０℃、約８４０℃、約８６０℃、約８８０℃、約９００℃、約９２０℃、約９４０℃、約９６０℃、約９８０℃、又は約１，０００℃のＩＶＣ温度及び／又は吸気温度で定常状態ＭＣＣＩ動作に移行し得る。

【0065】

[0070] いくつかの実施形態においては、エンジンは冷間始動からＨＣＣＩへ、及びその後ＨＣＣＩから定常状態ＭＣＣＩへ移行し得る。いくつかの実施形態においては、エンジンは冷間始動から定常状態ＭＣＣＩに直接移行し得る。

【0066】

[0071] 図６は、いくつかの実施形態に従って、冷間始動動作からＨＣＣＩ動作へ、及び最終的には定常状態ＭＣＣＩ動作へのエンジン動作の移行に関連し得るＶＶＴスキームを表す。前述の冷間始動ストラテジの各々においては、ノックを軽減しつつ可能な限り迅速且つ効率的に冷間始動動作から定常状態動作に切り替える様々な方法がある。冷間始動燃焼モードから定常状態ＭＣＣＩ燃焼に移動するときには、ＶＶＴがその移行を容易にし得る。図６は、ＶＶＴを実装するためのカム整相アプローチの一例であり、開弁及び閉弁のカムタイミングのみが変化している。いくつかの実施形態においては、バルブの開弁期間及びバルブリフト（すなわちバルブプロファイル）は一定のままである。いくつかの実施形態においては、カムタイミングはエンジン位置に対して調整されてもよく、吸気バルブプロファイル及び排気バルブプロファイルの両方が等しい時間の量、同じ方向に効果的にシフトされる。いくつかの実施形態においては、基本排気タイミングプロファイル６０１は最初の冷間始動動作の際及び定常状態ＭＣＣＩ動作の際の排気バルブのバルブプロファイルであり得、その一方で基本吸気タイミングプロファイル６０２は最初の冷間始動動作の際及び定常状態ＭＣＣＩ動作の際の吸気バルブのバルブプロファイルであり得る。いくつかの実施形態においては、排気バルブのタイミングは、冷間始動からＨＣＣＩ又は火花補助動作への移行の際に、基本排気タイミングプロファイル６０１から中間排気タイミングプロファイル６０３へ進角排気タイミングプロファイル６０５へ調整され得る。いくつかの実施形態においては、排気バルブのタイミングは、火花補助又はＨＣＣＩ動作から定常状態ＭＣＣＩ動作への移行の際に、進角排気タイミングプロファイル６０５から中間排気タイミングプロファイル６０３へ、及び基本排気タイミングプロファイル６０１へ調整され得る。いくつかの実施形態においては、吸気バルブのタイミングは、冷間始動から点火補助又はＨＣＣＩ動作への移行の際に、基本吸気タイミングプロファイル６０２から中間吸気タイミングプロファイル６０４へ、及び進角吸気タイミングプロファイル６０６へ調整され得る。いくつかの実施形態においては、吸気バルブのタイミングは、点火補助からＨＣＣＩ動作へ定常状態ＭＣＣＩ動作への移行の際に、進角吸気タイミングプロファイル６０６から中間吸気タイミングプロファイル６０４へ、及び基本吸気タイミングプロファイル６０２へ調整され得る。

【0067】

[0072] 冷間始動からＨＣＣＩへの移行のいくつかの恩恵は、バルブのタイミングが進角状態に変化するときに実現され得る。まず、吸気行程の際に吸気バルブがより早く閉弁するので、有効圧縮比が変化する。これはシリンダ内に吸い込まれる空気の量を制限し、それによって、圧縮に利用可能なピストンストロークの量が低減される。これにより、時期外れの自己着火事象を容易にするために利用可能なエネルギの量が低減され得るか、又は燃焼がＭＣＣＩモードに戻る移行をするときの着火遅れを短くするために利用可能なエネルギが増大され得る。この同じ効果は、バルブタイミングを遅らせることによって（すなわち吸気バルブを遅く閉弁することによって）可能であり、その場合、圧縮は、バルブが閉弁する前には開始し得ないので、限定される。

【0068】

[0073] グロープラグ補助モード、ＳＡＣＩモード、火花補助ＭＣＣＩモード、及びプラズマ着火冷間始動モードでは、バルブタイミングプロファイルを介して高い当初有効圧縮比（およそ１７：１、ベースライン比）を有することに関連する利点がある。エンジンが周囲温度を上回る温度まで温まってはいるが依然として定常状態動作に望ましい温度を下回っているときには、前述の冷間始動方法が依然として実用的である。しかしながら、１７：１に近い圧縮比では、（実質的な燃料空気混合及び均質性がある場合には）グロープラグ又は火花補助によってノックの可能性がより有意になる。この可能性を軽減するために、バルブタイミングは、進角排気タイミングプロファイル６０５及び進角吸気タイミングプロファイル６０６に対応して、（より高オクタンの燃料はより高い圧縮比を利用するところ、この燃料のオクタン価に基づいて）有効圧縮比をおよそ１２：１の値まで低減させるために進角し得る。エンジンが温まり続けるにつれ、燃焼は、バルブタイミングを基本値に向かって遅らせることにより、定常状態ＭＣＣＩ燃焼モードに向かって移行し得る。しかしながら、定常状態ＭＣＣＩ燃焼に到達する前に、エンジンはまず、バルブタイミングが基本値に戻る移行をしているときに、約１３：１から約１５：１の圧縮比でＨＣＣＩ燃焼ストラテジを利用し得る。この時間ウィンドウの間にＨＣＣＩを用いることは、ノックを軽減するため及びＨＣＣＩの効率的な動作が最も実用的である小さな温度ウィンドウを活かすためには有利である。最終的に、エンジンが定常状態ＭＣＣＩの動作に十分な温度に達すると、バルブプロファイルは基本タイミングスキームに到達して、定常状態ＭＣＣＩ動作にとって重要なおよそ１７：１の圧縮比を実現し得る。この時点で、冷間始動補助方法は停止し得る。

【0069】

[0074] いくつかの実施形態においては、冷間始動時にプラズマ点火もしくはＳＡＣＩ装置又は方法が採用されるとき、ＩＶＣは進角され得る（すなわち早くなり得る）。いくつかの実施形態においては、冷間始動時にプラズマ点火もしくはＳＡＣＩ装置又は方法が採用されるとき、ＩＶＣは遅角され得る（すなわち遅くなり得る）。いくつかの実施形態においては、冷間始動時に表面着火を誘起するためにグロープラグが用いられるとき、基本バルブタイミング（例えば、基本吸気タイミングプロファイル６０２及び基本排気タイミングプロファイル６０１）が用いられ得る。いくつかの実施形態においては、冷間始動時に表面着火を誘起するためにグロープラグが用いられるとき、排気バルブの閉弁は進角され得る。いくつかの実施形態においては、冷間始動時に加熱効果を生み出すためにグロープラグが用いられるとき、基本バルブタイミング（例えば、基本吸気タイミングプロファイル６０２及び基本排気タイミングプロファイル６０１）が用いられ得る。いくつかの実施形態においては、冷間始動時に加熱効果を生み出すためにグロープラグが用いられるとき、排気バルブの閉弁は進角され得る。いくつかの実施形態においては、冷間始動時に加熱効果を生み出すために内部又は外部カートリッジヒータが用いられるとき、基本バルブタイミング（例えば、基本吸気タイミングプロファイル６０２及び基本排気タイミングプロファイル６０１）が用いられ得る。いくつかの実施形態においては、冷間始動時に加熱効果を生み出すために内部又は外部カートリッジヒータが用いられるとき、排気バルブの閉弁は進角され得る。

【0070】

[0075] ＶＶＴストラテジは低エンジン負荷（すなわち低吸気及び燃焼）の持続期間にわたって燃焼を安定化させるためにも用いられ得るが、熱エネルギはＭＣＣＩ動作の持続には不十分であるかもしれない。いくつかの実施形態においては、より複雑な、又は非対称的なＶＶＴスキームが、特定のエンジンの所望の性能特性を実現するのを援助し得る。こうしたＶＶＴスキームストラテジは、スパークプラグ、グロープラグ、プラズマ点火、吸気ヒータ、パイロット噴射と共同して、又は前述のストラテジの任意の組み合わせと一致協力して、機能し得る。

【0071】

[0076] また、ＶＶＴストラテジの採用は、排気中に残っているエネルギと保持及び吸気バルブへの再導入のために利用可能な排気の量とを潜在的に調節し得る。排気バルブの開弁タイミングが進角されるにつれて、排気バルブを通じた排気の排除は膨張行程の早い段階で、したがって（燃焼ガスが膨張行程でより少ない膨張を経験しているため）より高い温度で発生する。このより高い温度の排気は、排気ポートにおいて、燃焼室内への再導入のために利用可能なままであろう。排気バルブ開弁の進角と排気バルブ閉弁の遅角（すなわち、より長い開弁期間、非対称的なＶＶＴ）との両方を適用することは、排気バルブの開弁と吸気バルブの開弁との間に重複が存在するように再導入を援助し得る。逆に、導入を可能にするように排気バルブの閉弁を遅角させる代わりに排気バルブの閉弁が進角されると、排気は、シリンダ内に閉じ込められ得るか、又は吸気バルブの開弁も進角されるのであれば吸気ポートに伝達され得る。後者は吸気の逆流（閉じ込められた排気が吸気ポートに戻るように流入すること）を可能にし、その場合、この排気エネルギは主要な誘発事象まで吸気内に留まるであろう。別の言い方をすれば、高温排気によって提供される追加的な熱エネルギを利用して後続のエンジンサイクルの着火を補助するように、修正されたバルブタイミングが用いられ得る。この熱エネルギは、ＨＣＣＩ燃焼モードにとって、並びに定常状態動作を容易にする高い温度を持続させるために排気熱エネルギが必要とされる適度な負荷でのＭＣＣＩ燃焼動作にとって、重要であり得る。いくつかの実施形態においては、ＨＣＣＩの際、排気バルブを早く閉弁すると共に吸気バルブを遅く開弁するように、非対称的なＶＶＴが採用され得る。

【0072】

[0077] 更なる例示的な動作モードが燃焼位相（combustion phasing）及びバルブタイミングのために用いられ得る。いくつかの実施形態においては、冷間始動ストラテジは、燃焼室内の低エネルギに起因して、非常に遅い燃焼位相で開始し得る。この遅い燃焼位相は、燃焼の反応速度を低減させ得る。また、ＳＩ燃焼の場合、遅い燃焼位相は、（ノックを回避するべく）大口径エンジン全体に火炎伝播するための時間を削減し得る。これは、スパークプラグを用いて着火することのできる空気と燃料との予混合された着火可能混合物を作り出すための（直接の又はポートでの）燃料の非常に早い噴射によって実現され得る。

【0073】

[0078] エンジンが温まるにつれ、ＨＣＣＩのような自己着火燃焼モードへの移行がより早い燃焼位相をもたらし、より早くより急速なＴＤＣ付近での圧力上昇がもたらされ得る。空気燃料混合物の均質性又は半均質性は、シリンダ全体でのより迅速な同時燃焼を可能にする。より迅速な燃焼は、（冷間始動時であり得るため遅い位相をもたらすことの多い、経時的なより大きな広がりとは対照的に）より短い期間にわたるより高速の圧力増加をもたらす。このより高速の圧力増加は、空気と燃料との着火可能混合物を作るための早い噴射タイミングを介して実現され得る。圧力上昇速度は、直接噴射装置の噴射タイミングを圧縮行程の遅い段階に徐々にシフトさせることによって和らげられ得る。非常に高速の圧力上昇（クランク角度毎に１５バールよりも大きい）は望ましくないエンジン騒音につながり得るため、噴射タイミングのこのシフトは、層状化及びより均質でない混合物を作り出し、燃焼プロセスの経時的により大きな広がりをもたらし得る。

【0074】

[0079] エンジンが温まり続けるにつれ、自己着火燃焼はシリンダ全体であまりに急速又はあまりに早くなり得、不良燃焼位相（早すぎる）又は許容できないほど高速の圧力増加をもたらす。高速の圧力増加はエンジンからのＮＶＨを引き起こし得ると共に、エンジン損傷を引き起こすおそれがある。エンジンが十分に温まったところで、これらの潜在的な問題は、噴射タイミングを圧縮行程の更に遅い段階にシフトさせることによって軽減され得る。このシフトは、自己着火前の予混合の量を低減させ得ると共に、燃料がシリンダ内に噴射されるにつれて燃焼が進行することを可能にし得る。やがて、予混合された留分は十分に低くなり得、噴射タイミングは、燃焼が混合制御され、定常状態ＭＣＣＩを持続できる噴射タイミング及びエンジン温度に達するように、十分に遅くなり得る。いくつかの実施形態においては、定常状態ＭＣＣＩの際、基本バルブタイミングプロファイルが用いられ得る。いくつかの実施形態においては、ＭＣＣＩの際に低負荷点においては早い排気バルブ閉弁が用いられ得る。

【0075】

[0080] いくつかの実施形態においては、着火の直前の燃料と空気との予混合のレベルは、エンジンが冷間始動モードで動作しているか、ＨＣＣＩで動作しているか、又は定常状態ＭＣＣＩで動作しているかに応じて変化し得る。いくつかの実施形態においては、着火の直前の燃料と空気との予混合のレベルは、どのタイプの着火補助装置又は方法が用いられるかに応じて、冷間始動時に変化し得る。

【0076】

[0081] いくつかの実施形態においては、燃料の少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、少なくとも約３５％、少なくとも約４０％、少なくとも約４５％、少なくとも約５０％、少なくとも約５５％、又は少なくとも約６０％が、それらの間の全ての値及び範囲を含め、着火の直前に空気と予混合され得る。

【0077】

[0082] いくつかの実施形態においては、冷間始動時にプラズマ点火もしくは火花補助圧縮着火装置又は方法が用いられる場合、燃料の少なくとも約６０％、少なくとも約６５％、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、又は少なくとも約８５％が、それらの間の全ての値及び範囲を含め、着火の直前に空気と予混合され得る。いくつかの実施形態においては、グロープラグが冷間始動時に用いられると共に表面着火を誘発するような場所に位置している場合、燃料の少なくとも約４０％、少なくとも約４５％、少なくとも約５０％、少なくとも約５５％、又は少なくとも約６０％が、それらの間の全ての値及び範囲を含め、着火の直前に空気と予混合され得る。いくつかの実施形態においては、グロープラグ又はシリンダ内カートリッジヒータが冷間始動時に加熱効果を生み出すために用いられる場合、燃料の少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、又は少なくとも約３０％が、それらの間の全ての値及び範囲を含め、着火の直前に空気と予混合され得る。

【0078】

[0083] いくつかの実施形態においては、ＨＣＣＩの際、燃料の少なくとも約４０％、少なくとも約４５％、少なくとも約５０％、少なくとも約５５％、又は少なくとも約６０％が、それらの間の全ての値及び範囲を含め、着火の直前に空気と予混合され得る。いくつかの実施形態においては、定常状態ＭＣＣＩの際、燃料の約６０％以下、約５５％以下、約５０％以下、約４５％以下、又は約４０％以下が、着火の直前に空気と予混合され得る。

【0079】

[0084] バルブタイミングに関して、この追加の例示的なモードは、図６を用いて理解することもできる。この場合、燃焼は図の右に向かって（遅い燃焼位相で）始まり、自己着火が開始するにつれ、図の左に向かって急速にシフトする。自己着火が始まった後、位相は図の左付近に留まり（効率のために最も望ましい位相）、着火遅れを調節するように噴射タイミング及び層状化を変化させることによって維持される。こうした噴射の修正は、次第に急速になる燃焼動態をより少ない予混合によって相殺し得る。

【0080】

[0085] 冷間始動、移行、及び十分に展開されたＭＣＣＩモードまでの全体を通じて、抑制又は再循環される排気の量、エンジン背圧、又はエンジン絞りのレベルは、前述したように、始動後の許容できる短い時間フレームで触媒ライトオフを実現しつつ、安定性及び圧力上昇の許容可能なレベルに適合するように燃焼を安定化させるべく調整され得る。

【0081】

[0086] いくつかの実施形態においては、吸気バルブは冷間始動時に、少なくとも約６６０°、少なくとも約６６５°、少なくとも約６７０°、少なくとも約６７５°、少なくとも約６８０°、少なくとも約６８５°、少なくとも約６９０°、少なくとも約６９５°、又は少なくとも約７００°のエンジンクランク角度で開弁され得る。いくつかの実施形態においては、吸気バルブは冷間始動時に、約７０５°以下、約７００°以下、約６９５°以下、約６９０°以下、約６８５°以下、約６８０°以下、約６７５°以下、約６７０°以下、又は約６６５°以下のエンジンクランク角度で開弁され得る。上記で参照した冷間始動時の吸気バルブの開弁のエンジンクランク角度の組み合わせ（例えば少なくとも約６６０°と約７０５°以下又は少なくとも約６６５°と約７００°以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、吸気バルブは冷間始動時に、約６６０°、約６６５°、約６７０°、約６７５°、約６８０°、約６８５°、約６９０°、約６９５°、約７００°、又は約７０５°のエンジンクランク角度で開弁され得る。

【0082】

[0087] いくつかの実施形態においては、吸気バルブはＨＣＣＩ動作の際に、少なくとも約６８０°、少なくとも約６８５°、少なくとも約６９０°、少なくとも約６９５°、少なくとも約７００°、少なくとも約７０５°、少なくとも約７１０°、少なくとも約７１５°、少なくとも約７２０°（０°、すなわち吸気行程の開始後）、少なくとも約５°、少なくとも約１０°、少なくとも約１５°、少なくとも約２０°、少なくとも約２５°、少なくとも約３０°、少なくとも約３５°、少なくとも約４０°、少なくとも約４５°、少なくとも約５０°、又は少なくとも約５５°のエンジンクランク角度で開弁され得る。いくつかの実施形態においては、吸気バルブはＨＣＣＩ動作の際に、約６０°以下、約５５°以下、約５０°以下、約４５°以下、約４０°以下、約３５°以下、約３０°以下、約２５°以下、約２０°以下、約１５°以下、約１０°以下、約５°以下、約７２０°以下、約７１５°以下、約７１０°以下、約７０５°以下、約７００°以下、約６９５°以下、約６９０°以下、約６８５°以下、約６８０°以下、又は約６７５°以下のエンジンクランク角度で開弁され得る。上記で参照したＨＣＣＩ動作の際の吸気バルブの開弁のエンジンクランク角度の組み合わせ（例えば少なくとも約６８０°及び／又は約６０°以下又は少なくとも約６８５°と約７００°以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、吸気バルブはＨＣＣＩ動作の際に、約６８０°、約６８５°、約６９０°、約６９５°、約７００°、約７０５°、約７１０°、約７１５°、約７２０°、約５°、約１０°、約１５°、約２０°、約３０°、約４０°、約４５°、約５０°、約５５°、又は約６０°のエンジンクランク角度で開弁され得る。

【0083】

[0088] いくつかの実施形態においては、吸気バルブは冷間始動時に、少なくとも約１６０°、少なくとも約１６５°、少なくとも約１７０°、少なくとも約１７５°、少なくとも約１８０°、少なくとも約１８５°、少なくとも約１９０°、少なくとも約１９５°、少なくとも約２００°、少なくとも約２０５°、少なくとも約２１０°、少なくとも約２１５°、少なくとも約２２０°、少なくとも約２２５°、少なくとも約２３０°、少なくとも約２３５°、少なくとも約２４０°、少なくとも約２４５°、少なくとも約２５０°、又は少なくとも約２５５°のエンジンクランク角度で閉弁され得る。いくつかの実施形態においては、吸気バルブは冷間始動時に、約２６０°以下、約２５５°以下、約２５０°以下、約２４５°以下、約２４０°以下、約２３５°以下、約２３０°以下、約２２５°以下、約２２０°以下、約２１５°以下、約２１０°以下、約２０５°以下、約２００°以下、約１９５°以下、約１９０°以下、約１８５°以下、約１８０°以下、約１７５°以下、約１７０°以下、又は約１６５°以下のエンジンクランク角度で閉弁され得る。上記で参照した冷間始動時の吸気バルブの閉弁のエンジンクランク角度の組み合わせ（例えば少なくとも約１６０°と約２６０°以下又は少なくとも約１８０°と約２００°以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、吸気バルブは冷間始動時に、約１６０°、約１６５°、約１７０°、約１７５°、約１８０°、約１８５°、約１９０°、約１９５°、約２００°、約２０５°、約２１０°、約２１５°、約２２０°、約２２５°、約２３０°、約２３５°、約２４０°、約２４５°、約２５０°、約２５５°、又は約２６０°のエンジンクランク角度で閉弁され得る。

【0084】

[0089] いくつかの実施形態においては、吸気バルブはＨＣＣＩ動作の際に、少なくとも約１４０°、少なくとも約１４５°、少なくとも約１５０°、少なくとも約１５５°、少なくとも約１６０°、少なくとも約１６５°、少なくとも約１７０°、少なくとも約１７５°、少なくとも約１８０°、少なくとも約１８５°、少なくとも約１９０°、少なくとも約１９５°、少なくとも約２００°、少なくとも約２０５°、少なくとも約２１０°、少なくとも約２１５°、少なくとも約２２０°、少なくとも約２２５°、少なくとも約２３０°、少なくとも約２３５°、少なくとも約２４０°、少なくとも約２４５°、少なくとも約２５０°、少なくとも約２５５°、少なくとも約２６０°、少なくとも約２６５°、少なくとも約２７０°、又は少なくとも約２７５°のエンジンクランク角度で閉弁され得る。いくつかの実施形態においては、吸気バルブはＨＣＣＩ動作の際に、約２８０°以下、約２７５°以下、約２７０°以下、約２６５°以下、約２６０°以下、約２５５°以下、約２５０°以下、約２４５°以下、約２４０°以下、約２３５°以下、約２３０°以下、約２２５°以下、約２２０°以下、約２１５°以下、約２１０°以下、約２０５°以下、約２００°以下、約１９５°以下、約１９０°以下、約１８５°以下、約１８０°以下、約１７５°以下、約１７０°以下、約１６５°以下、約１６０°以下、約１５５°以下、約１５０°以下、約１４５°以下のエンジンクランク角度で閉弁され得る。上記で参照したＨＣＣＩ動作の際の吸気バルブの閉弁のエンジンクランク角度の組み合わせ（例えば少なくとも約１４０°と約２８０°以下又は少なくとも約２００°と約２２０°以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、吸気バルブはＨＣＣＩ動作の際に、約１４０°、約１４５°、約１５０°、約１５５°、約１６０°、約１６５°、約１７０°、約１７５°、約１８０°、約１８５°、約１９０°、約１９５°、約２００°、約２０５°、約２１０°、約２１５°、約２２０°、約２２５°、約２３０°、約２３５°、約２４０°、約２４５°、約２５０°、約２５５°、約２６０°、約２６５°、約２７０°、約２７５°、又は約２８０°のエンジンクランク角度で閉弁され得る。

【0085】

[0090] いくつかの実施形態においては、排気バルブは冷間始動時に、少なくとも約４６０°、少なくとも約４６５°、少なくとも約４７０°、少なくとも約４７５°、少なくとも約４８０°、少なくとも約４８５°、少なくとも約４９０°、少なくとも約４９５°、少なくとも約５００°、又は少なくとも約５０５°のエンジンクランク角度で開弁され得る。いくつかの実施形態においては、排気バルブは冷間始動時に、約５１０°以下、約５０５°以下、約５００°以下、約４９５°以下、約４９０°以下、約４８５°以下、約４８０°以下、約４７５°以下、約４７０°以下、又は約４６５°以下のエンジンクランク角度で開弁され得る。上記で参照した冷間始動時の排気バルブの開弁のエンジンクランク角度の組み合わせ（例えば少なくとも約４６０°と約５１０°以下又は少なくとも約４７０°と約４９０°以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、排気バルブは冷間始動時に、約４６０°、約４６５°、約４７０°、約４７５°、約４８０°、約４８５°、約４９０°、約４９５°、約５００°、約５０５°、又は約５１０°のエンジンクランク角度で開弁され得る。

【0086】

[0091] いくつかの実施形態においては、排気バルブはＨＣＣＩ動作の際に、少なくとも約４７０°、少なくとも約４７５°、少なくとも約４８０°、少なくとも約４８５°、少なくとも約４９０°、少なくとも約４９５°、少なくとも約５００°、少なくとも約５０５°、少なくとも約５１０°、又は少なくとも約５１５°のエンジンクランク角度で開弁され得る。いくつかの実施形態においては、排気バルブはＨＣＣＩ動作の際、約５２０°以下、約５１５°以下、約５１０°以下、約５０５°以下、約５００°以下、約４９５°以下、約４９０°以下、約４８５°以下、約４８０°以下、又は約４７５°以下のエンジンクランク角度で開弁され得る。上記で参照したＨＣＣＩ動作の際の排気バルブの開弁のエンジンクランク角度の組み合わせ（例えば少なくとも約４７０°と約５２０°以下又は少なくとも約４９０°と約５１０°以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、排気バルブはＨＣＣＩ動作の際に、約４７０°、約４７５°、約４８０°、約４８５°、約４９０°、約４９５°、約５００°、約５０５°、約５１０°、約５１５°、又は約５２０°のエンジンクランク角度で開弁され得る。

【0087】

[0092] いくつかの実施形態においては、排気バルブは冷間始動時に、少なくとも約７００°、少なくとも約７０５°、少なくとも約７１０°、少なくとも約７１５°、少なくとも約０°、少なくとも約５°、又は少なくとも約１０°のエンジンクランク角度で閉弁され得る。いくつかの実施形態においては、排気バルブは冷間始動時に、約１５°以下、約１０°以下、約５°以下、約７２０°以下、約７１５°以下、約７１０°以下、又は約７０５°以下のエンジンクランク角度で閉弁され得る。上記で参照した冷間始動時の排気バルブの閉弁のエンジンクランク角度の組み合わせ（例えば少なくとも約７００°及び／又は約１５°以下又は少なくとも約７００°と約７１０°以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、排気バルブは冷間始動時に、約７００°、約７０５°、約７１０°、約７１５°、約７２０°、約５°、約１０°、約１５°、約２０°、約２５°、約３０°、又は約３５°のエンジンクランク角度で閉弁され得る。

【0088】

[0093] いくつかの実施形態においては、排気バルブは冷間始動時に、少なくとも約６００°、少なくとも約６０５°、少なくとも約６１０°、少なくとも約６１５°、少なくとも約６２０°、少なくとも約６２５°、少なくとも約６３０°、少なくとも約６３５°、少なくとも約６４０°、少なくとも約６４５°、少なくとも約６５０°、少なくとも約６５５°、少なくとも約６６０°、少なくとも約６６５°、少なくとも約６７０°、少なくとも約６７５°、少なくとも約６８０°、少なくとも約６８５°、少なくとも約６９０°、少なくとも約６９５°、少なくとも約７００°、少なくとも約７０５°、少なくとも約７１０°、少なくとも約７１５°、少なくとも約０°（７２０°）、少なくとも約５°、少なくとも約１０°、少なくとも約１５°、少なくとも約２０°、少なくとも約２５°、少なくとも約３０°、少なくとも約３５°、少なくとも約４０°、少なくとも約４５°、少なくとも約５０°、少なくとも約５５°、少なくとも約６０°、少なくとも約６５°、少なくとも約７０°、少なくとも約７５°、少なくとも約８０°、少なくとも約８５°、少なくとも約９０°、少なくとも約９５°、少なくとも約１００°、少なくとも約１０５°、又は少なくとも約１１０°のエンジンクランク角度で閉弁され得る。いくつかの実施形態においては、排気バルブは冷間始動時に、約１１５°以下、約１１０°以下、約１０５°以下、約１００°以下、約９５°以下、約９０°以下、約８５°以下、約８０°以下、約７５°以下、約７０°以下、約６５°以下、約６０°以下、約５５°以下、約５０°以下、約４５°以下、約４０°以下、約３５°以下、約３０°以下、約２５°以下、約２０°以下、約１５°以下、約１０°以下、約５°以下、約７２０°以下、約７１５°以下、約７１０°以下、約７０５°以下、約７００°以下、約６９５°以下、約６９０°以下、約６８５°以下、約６８０°以下、約６７５°以下、約６７０°以下、約６６５°以下、約６６０°以下、約６５５°以下、約６５０°以下、約６４５°以下、約６４０°以下、約６３５°以下、約６３０°以下、約６２５°以下、約６２０°以下、約６１５°以下、約６１０°以下、又は約６０５°以下のエンジンクランク角度で閉弁され得る。上記で参照した冷間始動時の排気バルブの閉弁のエンジンクランク角度の組み合わせ（例えば少なくとも約６００°及び／又は約１１５°以下又は少なくとも約０°と約１０°以下）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、排気バルブは冷間始動時に、約７００°、約７０５°、約７１０°、約７１５°、約７２０°、約７２５°、約７３０°、約７３５°、約７４０°、約７４５°、約７５０°、約７５５°、約７６０°、約７６５°、約７７０°、約７７５°、約７８０°、約７８５°、約７９０°、約７９５°、約７０５°、約７１０°、約７１５°、約０°、約５°、約１０°、約１５°、約２０°、約２５°、約３０°、約３５°、約４０°、約４５°、約５０°、約５５°、約６０°、約６５°、約７０°、約７５°、約８０°、約８５°、約９０°、約９５°、約１００°、約１０５°、約１１０°、又は約１１５°のエンジンクランク角度で閉弁され得る。

【0089】

[0094] 動作時の排気バルブ閉弁、又は吸気バルブ開弁に対する排気バルブ閉弁のタイミングをシフトさせることは、排気を燃焼室に閉じ込めること、又は排気を燃焼室内に再吸入することを援助し得る。いくつかの実施形態においては、排気バルブ閉弁時刻はエンジンが始動した少し後にシフトし得る。いくつかの実施形態においては、排気バルブ閉弁時刻は冷間始動の際にシフトし得る。いくつかの実施形態においては、排気バルブ閉弁時刻は冷間始動からＨＣＣＩ動作への移行の際にシフトし得る。いくつかの実施形態においては、排気バルブ閉弁時刻はＨＣＣＩ動作の際にシフトし得る。いくつかの実施形態においては、排気バルブ閉弁時刻はＨＣＣＩ動作から定常状態ＭＣＣＩ動作への移行の際にシフトし得る。

【0090】

[0095] 動作の際の吸気バルブ閉弁のタイミングをシフトさせること（すなわち、第２のエンジンサイクルは第１のエンジンサイクルよりも後で発生するところ、吸気バルブ閉弁時刻を第１のエンジンサイクルと第２のエンジンサイクルとの間にシフトさせること）は、燃焼室内にもたらされる空気の量及び吸気バルブ閉弁後にガスが経験する圧縮のレベルに影響を及ぼし得る。いくつかの実施形態においては、吸気バルブ閉弁時刻のシフトは進角であり得る（すなわち、より早い閉弁）。いくつかの実施形態においては、進角は、少なくとも約２０度のクランク角度、少なくとも約２５度のクランク角度、少なくとも約３０度のクランク角度、少なくとも約３５度のクランク角度、少なくとも約４０度のクランク角度、少なくとも約４５度のクランク角度、少なくとも約５０度のクランク角度、又は少なくとも約５５度のクランク角度であり得る。いくつかの実施形態においては、進角は、約６０度以下のクランク角度、約５５度以下のクランク角度、約５０度以下のクランク角度、約４５度以下のクランク角度、約４０度以下のクランク角度、約３５度以下のクランク角度、約３０度以下のクランク角度、又は約２５度以下のクランク角度であり得る。上記で参照した吸気バルブ閉弁進角の組み合わせ（例えば少なくとも約２０度のクランク角度と約６０度以下のクランク角度又は少なくとも約３０度のクランク角度と約５０度以下のクランク角度）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、吸気バルブ進角は、約２０度のクランク角度、約２５度のクランク角度、約３０度のクランク角度、約３５度のクランク角度、約４０度のクランク角度、約４５度のクランク角度、約５０度のクランク角度、約５５度のクランク角度、又は約６０度のクランク角度であり得る。

【0091】

[0096] いくつかの実施形態においては、吸気バルブ閉弁時刻のシフトは遅角であり得る（すなわち、より遅い閉弁）。いくつかの実施形態においては、遅角は、少なくとも約２０度のクランク角度、少なくとも約２５度のクランク角度、少なくとも約３０度のクランク角度、少なくとも約３５度のクランク角度、少なくとも約４０度のクランク角度、少なくとも約４５度のクランク角度、少なくとも約５０度のクランク角度、又は少なくとも約５５度のクランク角度であり得る。いくつかの実施形態においては、遅角は、約６０度以下のクランク角度、約５５度以下のクランク角度、約５０度以下のクランク角度、約４５度以下のクランク角度、約４０度以下のクランク角度、約３５度以下のクランク角度、約３０度以下のクランク角度、又は約２５度以下のクランク角度であり得る。上記で参照した吸気バルブ閉弁遅角の組み合わせ（例えば少なくとも約２０度のクランク角度と約６０度以下のクランク角度又は少なくとも約３０度のクランク角度と約５０度以下のクランク角度）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、吸気バルブ遅角は、約２０度のクランク角度、約２５度のクランク角度、約３０度のクランク角度、約３５度のクランク角度、約４０度のクランク角度、約４５度のクランク角度、約５０度のクランク角度、約５５度のクランク角度、又は約６０度のクランク角度であり得る。

【0092】

[0097] いくつかの実施形態においては、排気バルブ閉弁時刻はエンジンが始動した少し後にシフトし得る。いくつかの実施形態においては、排気バルブ閉弁時刻は冷間始動の際にシフトし得る。いくつかの実施形態においては、排気バルブ閉弁時刻は冷間始動からＨＣＣＩ動作への移行の際にシフトし得る。いくつかの実施形態においては、排気バルブ閉弁時刻はＨＣＣＩ動作の際にシフトし得る。いくつかの実施形態においては、排気バルブ閉弁時刻はＨＣＣＩ動作から定常状態ＭＣＣＩ動作への移行の際にシフトし得る。

【0093】

[0098] いくつかの実施形態においては、排気バルブ閉弁時刻のシフトは進角であり得る（すなわち、より早い閉弁）。いくつかの実施形態においては、進角は、少なくとも約２０度のクランク角度、少なくとも約２５度のクランク角度、少なくとも約３０度のクランク角度、少なくとも約３５度のクランク角度、少なくとも約４０度のクランク角度、少なくとも約４５度のクランク角度、少なくとも約５０度のクランク角度、又は少なくとも約５５度のクランク角度であり得る。いくつかの実施形態においては、進角は、約６０度以下のクランク角度、約５５度以下のクランク角度、約５０度以下のクランク角度、約４５度以下のクランク角度、約４０度以下のクランク角度、約３５度以下のクランク角度、約３０度以下のクランク角度、又は約２５度以下のクランク角度であり得る。上記で参照した排気バルブ閉弁進角の組み合わせ（例えば少なくとも約２０度のクランク角度と約６０度以下のクランク角度又は少なくとも約３０度のクランク角度と約５０度以下のクランク角度）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、排気バルブ進角は、約２０度のクランク角度、約２５度のクランク角度、約３０度のクランク角度、約３５度のクランク角度、約４０度のクランク角度、約４５度のクランク角度、約５０度のクランク角度、約５５度のクランク角度、又は約６０度のクランク角度であり得る。

【0094】

[0099] いくつかの実施形態においては、排気バルブ閉弁時刻のシフトは遅角であり得る（すなわち、より遅い閉弁）。いくつかの実施形態においては、遅角は、少なくとも約２０度のクランク角度、少なくとも約２５度のクランク角度、少なくとも約３０度のクランク角度、少なくとも約３５度のクランク角度、少なくとも約４０度のクランク角度、少なくとも約４５度のクランク角度、少なくとも約５０度のクランク角度、又は少なくとも約５５度のクランク角度であり得る。いくつかの実施形態においては、遅角は、約６０度以下のクランク角度、約５５度以下のクランク角度、約５０度以下のクランク角度、約４５度以下のクランク角度、約４０度以下のクランク角度、約３５度以下のクランク角度、約３０度以下のクランク角度、又は約２５度以下のクランク角度であり得る。上記で参照した排気バルブ閉弁遅角の組み合わせ（例えば少なくとも約２０度のクランク角度と約６０度以下のクランク角度又は少なくとも約３０度のクランク角度と約５０度以下のクランク角度）も、それらの間の全ての値及び範囲を含めて可能である。いくつかの実施形態においては、排気バルブ遅角は、約２０度のクランク角度、約２５度のクランク角度、約３０度のクランク角度、約３５度のクランク角度、約４０度のクランク角度、約４５度のクランク角度、約５０度のクランク角度、約５５度のクランク角度、又は約６０度のクランク角度であり得る。

【0095】

[0100] いくつかの実施形態においては、エンジンは本明細書に記載されたストラテジを並行して採用し得る。これらの方法の各々の独立した使用が可能である一方で、それらの組み合わせも本開示の範囲内にある。

【0096】

[0101] 様々な概念が１つ以上の方法として具現化されてもよく、そのうちの少なくとも一例が提供されている。方法の一部として実施される行為は、任意の適当な順序に並べられてもよい。したがって、実施形態は、例示されたものとは異なる順序で行為が実施されるように構築されてもよく、これは、いくつかの行為を、たとえ例示された実施形態においては連続した行為として示されていても、同時に実施することを含み得る。異なる言い方をすれば、そのような特徴は必ずしも特定の実行順序に限定されなくてもよく、むしろ任意の数のスレッド、プロセス、サービス、サーバ、及び／又は同様のものが、連続的に、非同期的に、同時的に、並行に、同時に、同期的に、及び／又は同様に本開示と整合したやり方で実行してもよい。よって、これらの特徴のうちいくつかは、単一の実施形態に同時には存在し得ないという点で、互いに矛盾するであろう。同様に、いくつかの特徴は、ある態様の革新には適用可能であり、他の態様には適用可能でない。

【0097】

[0102] また、本開示は、現在記載されていない他の革新を含み得る。出願人は、そのような革新を具現化し、その追加出願、継続出願、部分継続出願、分割出願、及び／又は同様のものを提出する権利を含め、そのような革新に関するすべての権利を保有する。よって、本開示の利点、実施形態、例、機能的特徴、論理的、操作的、組織的、構造的、位相幾何学的、及び／又は他の態様は、実施形態によって定義される本開示に対する限定又は実施形態の均等物に対する限定と考えられるべきではない。個人及び／又は企業ユーザの所望及び／又は特徴、データベース構成及び／又は関係モデル、データタイプ、データ伝送及び／又はネットワークフレームワーク、構文構造、及び／又は同様のものに応じて、本明細書に開示される技術の様々な実施形態は、本明細書に記載される多くの柔軟性及びカスタム化を可能にするように実装され得る。

【0098】

[0103] 本明細書において定義及び使用されるすべての定義は、辞書的定義、参照により組み込まれた文献における定義、及び／又は定義される用語の通常の意味を支配するものとして理解されるべきである。

【0099】

[0104] 本明細書において、特に実施形態において用いられる場合、「約」又は「およそ」という用語は、数値の前にあるとき、その値プラス又はマイナス１０％の範囲を示す。ある範囲の値が提示される場合には、文脈がそうではないと明らかに規定しない限り、その範囲の上限と下限との間に介在する、下限の単位の１０分の１に至るまでの各値、及びその定められた範囲にある任意の他の定められた値又は介在する値は、本開示に包含される。これらのより小さな範囲の上限及び下限がそのより小さな範囲に独立的に含まれ得ることも、本開示に包含され、定められた範囲において特に除外された任意の限度に従属する。定められた範囲が限度のうち一方又は両方を含む場合には、それらの含まれる限度のうちいずれか又は両方を除く範囲も本開示に含まれる。

【0100】

[0105] 本明細書及び実施形態で使用される「及び／又は」という句は、それによって結合された要素、すなわち場合によっては接続的に存在し場合によっては非接続的に存在する要素の「いずれか又は両方」を意味するものとして理解されるべきである。「及び／又は」を用いて列挙された複数の要素も同様に、すなわちそれによって結合された要素のうちの「１つ以上」と理解されるべきである。「及び／又は」の節によって具体的に特定される要素以外に、それらの具体的に特定される要素と関連するか又は関連しないかを問わず、他の要素が任意選択的に存在してもよい。したがって、非制限的な一例として、「備える（comprising）」などのオープンエンドの（open-ended）文言と関連して用いられる場合、「Ａ及び／又はＢ」というときには、ある実施形態ではＡのみ（任意選択的にＢ以外の要素を含む）を、別のある実施形態ではＢのみ（任意選択的にＡ以外の要素を含む）を、更に別のある実施形態ではＡ及びＢの両方（任意選択的に他の要素を含む）を参照し得る。

【0101】

[0106] 本明細書及び実施形態において用いられる場合、「又は」は、上記で定義したように「及び／又は」と同じ意味を有するものとして理解されるべきである。例えば、列挙されている項目を分ける場合、「又は」又は「及び／又は」は、包括的なものとして、すなわち、いくつかの又は列挙された要素のうち少なくとも１つであるが１つより多くも、及び任意選択的には更に列挙されていない項目も含むものとして、解釈されるべきである。「～のうち１つのみ」もしくは「～のうちただ１つのみ」、又は実施形態において用いられる場合、「～からなる（consisting of）」など、そうではないと明示されている用語のみが、いくつかの又は列挙された要素のうちただ１つの要素を含むことを参照する。概して、本明細書において用いられる「又は」という用語は、前に「いずれか」、「～のうち１つ」、「～のうち１つのみ」、又は「～のうちただ１つ」のような排他性の用語がある場合、排他的な代替案（すなわち「一方又は他方であるが両方ではない」）を示すものとしてのみ解釈されるべきである。実施形態において用いられる場合、「本質的に～からなる（consisting essentially of）」は、特許法の分野において用いられる通常の意味を有するべきである。

【0102】

[0107] 本明細書及び実施形態において用いられる場合、１つ以上の要素の列挙を参照する「少なくとも１つ」という句は、その要素の列挙の中の要素のうち任意の１つ以上から選択された少なくとも１つの要素を意味するが、必ずしもその要素の列挙の中に具体的に列挙された１つ１つの要素のうち少なくとも１つを含まず、その要素の列挙の中の要素の任意の組み合わせを排除しないものとして理解されるべきである。この定義は、具体的に特定される要素と関連するか又は関連しないかを問わず、「少なくとも１つ」という句が参照する要素の列挙において具体的に特定される要素以外に要素が任意選択的に存在し得ることを可能にする。したがって、非制限的な一例として、「Ａ及びＢのうち少なくとも１つ」（又は同様に「Ａ又はＢのうち少なくとも１つ」、又は同様に「Ａ及び／又はＢのうち少なくとも１つ」）は、ある実施形態においては、Ｂは無しで（及び任意選択的にはＢ以外の要素を含む）、少なくとも１つの、任意選択的には１つよりも多くのＡを、別のある実施形態においては、Ａは無しで（及び任意選択的にはＡ以外の要素を含む）、少なくとも１つの、任意選択的には１つよりも多くのＢを、更に別のある実施形態においては、少なくとも１つの、任意選択的には１つよりも多くのＡと、少なくとも１つの、任意選択的には１つよりも多くのＢと（及び任意選択的には他の要素を含む）を参照し得る、という具合である。

【0103】

[0108] 本明細書において用いられる場合、「クランク角度」又は「エンジンクランク角度」の数値的な定義は、（図６に図示される）排気行程と吸気行程との間でのＴＤＣ位置に対するクランク角度として理解されるべきである。換言すれば、エンジンクランク角度は、排気行程と吸気行程との間でピストンがＴＤＣ位置にあるときには、０°（又は７２０°）である。エンジンクランク角度は、圧縮行程と膨張行程との間でピストンがＴＤＣ位置にあるときには、３６０°である。エンジンクランク角度は、膨張行程と排気行程との間でピストンがＢＤＣ位置にあるときには、５４０°である。エンジンクランク角度は、吸気行程と圧縮行程との間でピストンがＢＤＣ位置にあるときには、１８０°である。

【0104】

[0109] いくつかの実施形態においては、「着火の直前」という用語は、エンジンクランク角度が、間の全ての値及び範囲を含め、約３００°、約３０５°、約３１０°、約３１５°、約３２０°、約３２５°、約３３０°、約３３５°、約３４０°、約３４５°、約３５０°、約３５５°、約３６０°、約３６５°、約３７０°、約３７５°、又は約３８０°である時点を指し得る。

【0105】

[0110] いくつかの実施形態においては、「着火の直前」という用語は、燃料発熱性の５％が起こったことが観察される時刻よりも前の時点を参照し得る。換言すれば、圧力の測定可能な偏差が検出されて発熱性燃料酸化が発生していることを示すとき、燃料は着火されたものと考えられ得る。

【0106】

[0111] いくつかの実施形態においては、「閉弁」（例えば「吸気バルブ閉弁」又は「排気バルブ閉弁」）という用語は、バルブが完全に着座する（すなわち、０ｍｍのバルブリフト）時点を参照し得る。いくつかの実施形態においては、「開弁」（例えば「吸気バルブ開弁」又は「排気バルブ開弁」）という用語は、バルブが離座する（すなわち、＞０ｍｍのリフト）時点を参照し得る。

【0107】

[0112] 実施形態において、並びに上述の明細書において、「備える（comprising）」、「含む（including）」、「担持する（carrying）」、「有する（having）」、「含有する（containing）」、「伴う（involving）」、「保持する（holding）」、「～で構成される（composed of）」などのような全ての移行句は、オープンエンドのもの、すなわち含むが限定されないことを意味するものとして理解されるべきである。合衆国特許審査便覧２１１１．０３に記載されているように、「～からなる（consisting of）」及び「本質的に～からなる（consisting essentially of）」という移行句のみが、それぞれクローズ（closed）又はセミクローズ（semi-closed）の移行句とされる。

【0108】

[0113] 本開示の具体的な実施形態を上記で概説してきたが、当業者には多くの代替案、修正、及びバリエーションが明らかであろう。したがって、本明細書に記載される実施形態は、例示を意図するものであって、限定を意図するものではない。本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ得る。上述した方法及びステップが特定の順序で発生する特定の事象を示す場合、本開示の恩恵を受ける当業者は、特定のステップの順序付けが修正されてもよく、そのような修正は本発明のバリエーションに従ったものであることを認識するであろう。また、ステップのうち特定のものは、可能な場合には並列プロセスにおいて同時的に実施されてもよいし、上述したように連続して実施されてもよい。実施形態を個々に詳しく示すと共に記載してきたが、形態及び詳細の様々な変更がなされ得ることは理解されよう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】