JP2001207851A - 圧縮着火式内燃機関 - Google Patents
圧縮着火式内燃機関Info
- Publication number
- JP2001207851A JP2001207851A JP2000017130A JP2000017130A JP2001207851A JP 2001207851 A JP2001207851 A JP 2001207851A JP 2000017130 A JP2000017130 A JP 2000017130A JP 2000017130 A JP2000017130 A JP 2000017130A JP 2001207851 A JP2001207851 A JP 2001207851A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- chamber
- sub
- combustion
- valve
- compression ignition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
- F02F1/4214—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
- F02B19/02—Engines characterised by precombustion chambers the chamber being periodically isolated from its cylinder
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
- F02B1/12—Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/12—Other methods of operation
- F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
- F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
- F02D13/0261—Controlling the valve overlap
- F02D13/0265—Negative valve overlap for temporarily storing residual gas in the cylinder
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 着火タイミングを正確に制御するとともに、
筒内全体ではなく部分的に着火させて穏やかな燃焼を行
うことにより、エンジン騒音を低減した圧縮着火式内燃
機関を提供する。 【解決手段】 シリンダヘッド２から副室断熱部材１１
により断熱された副室９を設け、副室弁１０を開閉する
ことにより、燃焼室（主室）１３と副室９とを連通可能
とする。圧縮着火燃焼時には、副室９内に燃焼ガスを閉
じ込め、圧縮上死点付近において副室弁１０を開き、副
室９内の燃焼ガスを再圧縮させるとともに筒内に副室弁
１０の開以前に供給された混合気と接触・伝熱すること
で局所的に圧縮着火燃焼を開始させる。火花点火運転時
には、副室弁１０の閉状態を維持する。
筒内全体ではなく部分的に着火させて穏やかな燃焼を行
うことにより、エンジン騒音を低減した圧縮着火式内燃
機関を提供する。 【解決手段】 シリンダヘッド２から副室断熱部材１１
により断熱された副室９を設け、副室弁１０を開閉する
ことにより、燃焼室（主室）１３と副室９とを連通可能
とする。圧縮着火燃焼時には、副室９内に燃焼ガスを閉
じ込め、圧縮上死点付近において副室弁１０を開き、副
室９内の燃焼ガスを再圧縮させるとともに筒内に副室弁
１０の開以前に供給された混合気と接触・伝熱すること
で局所的に圧縮着火燃焼を開始させる。火花点火運転時
には、副室弁１０の閉状態を維持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、運転条件に従って
圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とを切り替える内燃機関に
係り、特に燃焼室に連通可能な副室を設けた圧縮着火式
内燃機関に関する。
圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とを切り替える内燃機関に
係り、特に燃焼室に連通可能な副室を設けた圧縮着火式
内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の予混合圧縮着火式内燃機関として
は、特開平１０−１９６４２４号公報に開示された技術
が知られている。この技術によれば、圧縮着火燃焼にお
ける過早着火や失火を防ぐために、圧縮上死点近傍にお
いて燃焼室容積を急激に減ずるなどして、筒内の圧力を
急増させ、それによって筒内温度の一斉上昇を引き起こ
し、筒内一斉に自着火を発生させることで、着火のタイ
ミングを制御しようとしている。
は、特開平１０−１９６４２４号公報に開示された技術
が知られている。この技術によれば、圧縮着火燃焼にお
ける過早着火や失火を防ぐために、圧縮上死点近傍にお
いて燃焼室容積を急激に減ずるなどして、筒内の圧力を
急増させ、それによって筒内温度の一斉上昇を引き起こ
し、筒内一斉に自着火を発生させることで、着火のタイ
ミングを制御しようとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成では、圧縮上死点付近で筒内の圧力および温度
が一様に高まるため、筒内一斉に自着火が発生し、燃焼
による圧力上昇が急激に起こり、ノッキングによるエン
ジン騒音が著しく増大するという問題点があった。
うな構成では、圧縮上死点付近で筒内の圧力および温度
が一様に高まるため、筒内一斉に自着火が発生し、燃焼
による圧力上昇が急激に起こり、ノッキングによるエン
ジン騒音が著しく増大するという問題点があった。
【０００４】また、急激な燃焼により筒内圧力上昇率や
最大筒内圧が大きくなるため、燃焼室構造を頑強にする
必要が生じ、製造コストが増大したり、部品重量の増大
により車両燃費の向上が図れないという問題点があっ
た。
最大筒内圧が大きくなるため、燃焼室構造を頑強にする
必要が生じ、製造コストが増大したり、部品重量の増大
により車両燃費の向上が図れないという問題点があっ
た。
【０００５】以上の問題点に鑑み、本発明の課題は、着
火タイミングを正確に制御するとともに、筒内全体では
なく部分的に着火させて穏やかな燃焼を行うことによ
り、エンジン騒音を低減した圧縮着火式内燃機関を提供
することである。
火タイミングを正確に制御するとともに、筒内全体では
なく部分的に着火させて穏やかな燃焼を行うことによ
り、エンジン騒音を低減した圧縮着火式内燃機関を提供
することである。
【０００６】また本発明の別の課題は、燃焼時の筒内圧
力上昇率や最大筒内圧力を低下させて、製造コスト及び
車両重量の増加を防止し、燃費の向上が図れる圧縮着火
式内燃機関を提供することである。
力上昇率や最大筒内圧力を低下させて、製造コスト及び
車両重量の増加を防止し、燃費の向上が図れる圧縮着火
式内燃機関を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１記載の発明は、筒内に少なくとも１本の点火栓
と、燃焼室に連通可能な副室と、この副室及び燃焼室間
を開閉する副室弁とを備え、運転条件に応じて圧縮着火
燃焼と火花点火燃焼を切り替える圧縮着火式内燃機関で
あって、圧縮着火燃焼時には、副室内に燃焼ガスを閉じ
込め、圧縮上死点付近において前記副室弁を開き、副室
内の燃焼ガスを再圧縮させるとともに筒内に副室弁開以
前に供給された混合気と接触・伝熱することで局所的に
圧縮着火燃焼を開始させ、火花点火運転時には、前記副
室弁の閉状態を維持することを要旨とする。
請求項１記載の発明は、筒内に少なくとも１本の点火栓
と、燃焼室に連通可能な副室と、この副室及び燃焼室間
を開閉する副室弁とを備え、運転条件に応じて圧縮着火
燃焼と火花点火燃焼を切り替える圧縮着火式内燃機関で
あって、圧縮着火燃焼時には、副室内に燃焼ガスを閉じ
込め、圧縮上死点付近において前記副室弁を開き、副室
内の燃焼ガスを再圧縮させるとともに筒内に副室弁開以
前に供給された混合気と接触・伝熱することで局所的に
圧縮着火燃焼を開始させ、火花点火運転時には、前記副
室弁の閉状態を維持することを要旨とする。
【０００８】上記課題を解決するため請求項２記載の発
明は、請求項１記載の圧縮着火式内燃機関において、筒
内に少なくとも１本の燃料噴射弁を備え、圧縮着火燃焼
時の排気行程に前記副室弁を開くとともに、燃料を少量
噴射し、副室内に燃料の一部を燃焼ガスとともに閉じ込
めることを要旨とする。
明は、請求項１記載の圧縮着火式内燃機関において、筒
内に少なくとも１本の燃料噴射弁を備え、圧縮着火燃焼
時の排気行程に前記副室弁を開くとともに、燃料を少量
噴射し、副室内に燃料の一部を燃焼ガスとともに閉じ込
めることを要旨とする。
【０００９】上記課題を解決するため請求項３記載の発
明は、筒内に少なくとも１本の点火栓と、燃焼室に連通
可能な副室と、この副室及び燃焼室間を開閉する副室弁
とを備え、運転条件に応じて圧縮着火燃焼と火花点火燃
焼を切り替える圧縮着火式内燃機関において、圧縮着火
燃焼時に、排気弁閉時期を進角し、吸気弁開時期を遅角
して、排気上死点付近で燃焼室が密閉される密閉期間を
設定し、前記密閉期間中に副室弁を開閉して燃焼ガスを
閉じ込めるとともに、圧縮上死点付近において副室弁を
開き、副室内の燃焼ガスを再圧縮させ、筒内に副室弁開
以前に供給された混合気と接触・伝熱することで局所的
に圧縮着火燃焼を開始させ、火花点火燃焼時には、副室
弁の閉状態を維持することを要旨とする。
明は、筒内に少なくとも１本の点火栓と、燃焼室に連通
可能な副室と、この副室及び燃焼室間を開閉する副室弁
とを備え、運転条件に応じて圧縮着火燃焼と火花点火燃
焼を切り替える圧縮着火式内燃機関において、圧縮着火
燃焼時に、排気弁閉時期を進角し、吸気弁開時期を遅角
して、排気上死点付近で燃焼室が密閉される密閉期間を
設定し、前記密閉期間中に副室弁を開閉して燃焼ガスを
閉じ込めるとともに、圧縮上死点付近において副室弁を
開き、副室内の燃焼ガスを再圧縮させ、筒内に副室弁開
以前に供給された混合気と接触・伝熱することで局所的
に圧縮着火燃焼を開始させ、火花点火燃焼時には、副室
弁の閉状態を維持することを要旨とする。
【００１０】上記課題を解決するため請求項４記載の発
明は、請求項３記載の圧縮着火式内燃機関において、筒
内に少なくとも１本の燃料噴射弁を備え、圧縮着火燃焼
時の前記密閉期間中に、前記副室弁を開くとともに燃料
を少量噴射し、副室内に燃料の一部を燃焼ガスとともに
閉じ込めることを要旨とする。
明は、請求項３記載の圧縮着火式内燃機関において、筒
内に少なくとも１本の燃料噴射弁を備え、圧縮着火燃焼
時の前記密閉期間中に、前記副室弁を開くとともに燃料
を少量噴射し、副室内に燃料の一部を燃焼ガスとともに
閉じ込めることを要旨とする。
【００１１】上記課題を解決するため請求項５記載の発
明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の圧
縮着火式内燃機関において、前記副室はシリンダヘッド
から断熱されたことを要旨とする。
明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の圧
縮着火式内燃機関において、前記副室はシリンダヘッド
から断熱されたことを要旨とする。
【００１２】上記課題を解決するため請求項６記載の発
明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の圧
縮着火式内燃機関において、前記副室の形状が略半球形
であることを要旨とする。
明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の圧
縮着火式内燃機関において、前記副室の形状が略半球形
であることを要旨とする。
【００１３】上記課題を解決するため請求項７記載の発
明は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の圧
縮着火式内燃機関において、圧縮着火燃焼時に、機関負
荷の上昇と共に前記副室弁の開時期を遅らせることを要
旨とする。
明は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の圧
縮着火式内燃機関において、圧縮着火燃焼時に、機関負
荷の上昇と共に前記副室弁の開時期を遅らせることを要
旨とする。
【００１４】上記課題を解決するため請求項８記載の発
明は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載の圧
縮着火式内燃機関において、圧縮着火燃焼時に、機関回
転数の上昇と共に前記副室弁の開時期を早めることを要
旨とする。
明は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載の圧
縮着火式内燃機関において、圧縮着火燃焼時に、機関回
転数の上昇と共に前記副室弁の開時期を早めることを要
旨とする。
【００１５】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、圧縮着火
燃焼時には、副室に高温の燃焼ガスを閉じ込め、圧縮上
死点付近において副室弁を開き、副室内の高温ガスを再
圧縮させ、筒内に副室弁開以前に供給された混合気と接
触・伝熱することで混合気の反応を局所的に引き起こ
し、部分的に圧縮着火燃焼を開始させるようにしたため
に、着火時期を制御できるとともに、副室付近から順次
燃焼を行わしめることができるので、急激な圧力上昇に
よる騒音増大や筒内最高圧力の上昇を引き起こすことな
く、ノッキングを抑制して安定した燃焼を行うことが出
来るという効果がある。
燃焼時には、副室に高温の燃焼ガスを閉じ込め、圧縮上
死点付近において副室弁を開き、副室内の高温ガスを再
圧縮させ、筒内に副室弁開以前に供給された混合気と接
触・伝熱することで混合気の反応を局所的に引き起こ
し、部分的に圧縮着火燃焼を開始させるようにしたため
に、着火時期を制御できるとともに、副室付近から順次
燃焼を行わしめることができるので、急激な圧力上昇に
よる騒音増大や筒内最高圧力の上昇を引き起こすことな
く、ノッキングを抑制して安定した燃焼を行うことが出
来るという効果がある。
【００１６】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の効果に加えて、圧縮着火燃焼時の排気行程に
副室を開放するとともに、筒内に設けた燃料噴射弁から
燃料を少量噴射し、副室内に燃料の一部を燃焼ガスとと
もに一定期間閉じ込めるようにしたことで、高温の燃焼
ガスによって副室に閉じ込められた燃料が着火しやすい
アルデヒドなどの活性種に改質され、圧縮上死点付近で
副室が開放され、再圧縮された際に、混合気との接触・
混合により確実に燃焼を開始させることが可能となり、
さらに安定した安定した燃焼を行うことが出来る。
載の発明の効果に加えて、圧縮着火燃焼時の排気行程に
副室を開放するとともに、筒内に設けた燃料噴射弁から
燃料を少量噴射し、副室内に燃料の一部を燃焼ガスとと
もに一定期間閉じ込めるようにしたことで、高温の燃焼
ガスによって副室に閉じ込められた燃料が着火しやすい
アルデヒドなどの活性種に改質され、圧縮上死点付近で
副室が開放され、再圧縮された際に、混合気との接触・
混合により確実に燃焼を開始させることが可能となり、
さらに安定した安定した燃焼を行うことが出来る。
【００１７】請求項３記載の発明によれば、圧縮着火燃
焼時に、排気弁閉時期を進角し、吸気弁開時期を遅角し
て、排気上死点付近で密閉期間を設定し、この密閉期間
中のある一定期間、副室を開放し高温の燃焼ガスを閉じ
込めることで、再圧縮され温度が上昇した燃焼ガスを保
持し、圧縮上死点付近において副室弁を開き、副室内の
高温ガスを再圧縮させ、筒内に副室弁開以前に供給され
た混合気と接触・伝熱することで混合気の反応を局所的
にかつ確実に引き起こし、部分的に圧縮着火燃焼を開始
させるようにしたために、着火時期を制御できるととも
に、副室付近から順次燃焼を行わしめることができるの
で、急激な圧力上昇による騒音増大や筒内最高圧力の上
昇を引き起こすことなく、ノッキングを抑制して安定し
た燃焼を行うことが出来るという効果がある。
焼時に、排気弁閉時期を進角し、吸気弁開時期を遅角し
て、排気上死点付近で密閉期間を設定し、この密閉期間
中のある一定期間、副室を開放し高温の燃焼ガスを閉じ
込めることで、再圧縮され温度が上昇した燃焼ガスを保
持し、圧縮上死点付近において副室弁を開き、副室内の
高温ガスを再圧縮させ、筒内に副室弁開以前に供給され
た混合気と接触・伝熱することで混合気の反応を局所的
にかつ確実に引き起こし、部分的に圧縮着火燃焼を開始
させるようにしたために、着火時期を制御できるととも
に、副室付近から順次燃焼を行わしめることができるの
で、急激な圧力上昇による騒音増大や筒内最高圧力の上
昇を引き起こすことなく、ノッキングを抑制して安定し
た燃焼を行うことが出来るという効果がある。
【００１８】請求項４記載の発明によれば、請求項３記
載の発明の効果に加えて、前記密閉期間中に、副室を開
放するとともに筒内に設けた燃料噴射弁から燃料を少量
噴射し、副室内に燃料の一部を高温の燃焼ガスとともに
閉じ込めるようにしたことで、副室に閉じ込められた燃
料が高温の燃焼ガスによって短時間で着火しやすいアル
デヒドなどの活性種に改質され、圧縮上死点付近で副室
が開放され、再圧縮された際に、混合気との接触・混合
により確実に燃焼を開始させることが可能となり、さら
に安定した燃焼を行うことが出来る。
載の発明の効果に加えて、前記密閉期間中に、副室を開
放するとともに筒内に設けた燃料噴射弁から燃料を少量
噴射し、副室内に燃料の一部を高温の燃焼ガスとともに
閉じ込めるようにしたことで、副室に閉じ込められた燃
料が高温の燃焼ガスによって短時間で着火しやすいアル
デヒドなどの活性種に改質され、圧縮上死点付近で副室
が開放され、再圧縮された際に、混合気との接触・混合
により確実に燃焼を開始させることが可能となり、さら
に安定した燃焼を行うことが出来る。
【００１９】請求項５記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項４記載の発明の効果に加えて、副室がシリン
ダヘッドから断熱されているため、副室に閉じ込めた燃
焼ガスの冷却を防止し、十分に高温な燃焼ガスにより次
回の混合気の着火を行うことが出来る。
いし請求項４記載の発明の効果に加えて、副室がシリン
ダヘッドから断熱されているため、副室に閉じ込めた燃
焼ガスの冷却を防止し、十分に高温な燃焼ガスにより次
回の混合気の着火を行うことが出来る。
【００２０】請求項６記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項５記載の発明の効果に加えて、副室の形状が
略半球形であるため、副室に閉じ込めた燃焼ガスの断熱
効果が増大するとともに、燃焼時の冷却損失を減少さ
せ、安定した燃焼を行うことが出来る。
いし請求項５記載の発明の効果に加えて、副室の形状が
略半球形であるため、副室に閉じ込めた燃焼ガスの断熱
効果が増大するとともに、燃焼時の冷却損失を減少さ
せ、安定した燃焼を行うことが出来る。
【００２１】請求項７記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項６記載の発明の効果に加えて、圧縮着火燃焼
時に、機関負荷の上昇と共に副室の副室弁開時期を遅ら
せることで、ピストンの圧縮圧力が下降するとともに燃
焼を行われるため、筒内に供給された混合気濃度が濃い
場合の燃焼速度を緩和でき、機関負荷の高低に関わら
ず、安定した燃焼を行うことが出来る。
いし請求項６記載の発明の効果に加えて、圧縮着火燃焼
時に、機関負荷の上昇と共に副室の副室弁開時期を遅ら
せることで、ピストンの圧縮圧力が下降するとともに燃
焼を行われるため、筒内に供給された混合気濃度が濃い
場合の燃焼速度を緩和でき、機関負荷の高低に関わら
ず、安定した燃焼を行うことが出来る。
【００２２】請求項８記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項７記載の発明の効果に加えて、圧縮着火燃焼
時に、機関回転数の上昇と共に副室弁開時期を早めるこ
とで、燃焼反応を引き起こす時期を早め、機関高回転時
は燃焼反応に要する時間が一定であると、反応速度に対
するピストンの往復速度が相対的に早まるため、燃焼が
終了する以前に筒内圧力が低下し失火が引き起こされる
ことを防ぎ、機関回転数の高低によらず、安定した燃焼
を行うことが出来る。
いし請求項７記載の発明の効果に加えて、圧縮着火燃焼
時に、機関回転数の上昇と共に副室弁開時期を早めるこ
とで、燃焼反応を引き起こす時期を早め、機関高回転時
は燃焼反応に要する時間が一定であると、反応速度に対
するピストンの往復速度が相対的に早まるため、燃焼が
終了する以前に筒内圧力が低下し失火が引き起こされる
ことを防ぎ、機関回転数の高低によらず、安定した燃焼
を行うことが出来る。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る圧縮着
火式内燃機関の第１実施形態の燃焼室の構成を示す縦断
面図（ａ）と平面図（ｂ）である。
に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る圧縮着
火式内燃機関の第１実施形態の燃焼室の構成を示す縦断
面図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【００２４】図１において、シリンダブロック１と、シ
リンダヘッド２と、ピストン１２とで燃焼室（主室とも
呼ぶ）１３が形成されている。またシリンダヘッド２に
は、吸気ポート３と、吸気弁４と、排気ポート５と、排
気弁６と、筒内に直接燃料を噴射することができる燃料
噴射弁７と、火花点火燃焼時に火花放電を行う点火プラ
グ８と、略半球状の副室９と、機関回転に同期して開閉
可能な副室弁１０と、副室９とシリンダヘッド２との間
を断熱する副室断熱部材１１と、副室弁用バルブスプリ
ング１４とが設けられている。
リンダヘッド２と、ピストン１２とで燃焼室（主室とも
呼ぶ）１３が形成されている。またシリンダヘッド２に
は、吸気ポート３と、吸気弁４と、排気ポート５と、排
気弁６と、筒内に直接燃料を噴射することができる燃料
噴射弁７と、火花点火燃焼時に火花放電を行う点火プラ
グ８と、略半球状の副室９と、機関回転に同期して開閉
可能な副室弁１０と、副室９とシリンダヘッド２との間
を断熱する副室断熱部材１１と、副室弁用バルブスプリ
ング１４とが設けられている。
【００２５】図１において、本発明に特徴的な構成は、
シリンダヘッド２から副室断熱部材１１により断熱され
た副室９を設け、副室弁１０を開閉することにより、燃
焼室１３と副室９とを連通、遮断可能としたことにあ
る。そして、圧縮着火燃焼時には、副室９内に燃焼ガス
を閉じ込め、圧縮上死点付近において副室弁１０を開
き、副室９内の燃焼ガスを再圧縮させるとともに筒内に
副室弁１０の開以前に供給された混合気と接触・伝熱す
ることで局所的に圧縮着火燃焼を開始させ、火花点火運
転時には、副室弁１０の閉状態を維持するようにしてい
る。
シリンダヘッド２から副室断熱部材１１により断熱され
た副室９を設け、副室弁１０を開閉することにより、燃
焼室１３と副室９とを連通、遮断可能としたことにあ
る。そして、圧縮着火燃焼時には、副室９内に燃焼ガス
を閉じ込め、圧縮上死点付近において副室弁１０を開
き、副室９内の燃焼ガスを再圧縮させるとともに筒内に
副室弁１０の開以前に供給された混合気と接触・伝熱す
ることで局所的に圧縮着火燃焼を開始させ、火花点火運
転時には、副室弁１０の閉状態を維持するようにしてい
る。
【００２６】副室９をシリンダヘッド２から断熱する副
室断熱部材１１及び副室弁１０の材質としては、断熱性
に加えて、常温から高温までの優れた強度、破壊靱性、
耐摩耗性を兼ね備えたエンジニアリング・セラミック
ス、例えば、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム等材料
としたセラミックスを用いることができる。
室断熱部材１１及び副室弁１０の材質としては、断熱性
に加えて、常温から高温までの優れた強度、破壊靱性、
耐摩耗性を兼ね備えたエンジニアリング・セラミック
ス、例えば、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム等材料
としたセラミックスを用いることができる。
【００２７】これら副室断熱部材１１及び断熱性の副室
弁１０により、副室９に一時的に閉じ込められた燃焼ガ
スは、次のサイクルの上死点付近で副室弁１０が開くま
で高温が保持されるようになっている。
弁１０により、副室９に一時的に閉じ込められた燃焼ガ
スは、次のサイクルの上死点付近で副室弁１０が開くま
で高温が保持されるようになっている。
【００２８】また、本発明においては、図９に示すよう
に、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼を運転条件に応じて切
り替えることで、圧縮着火燃焼による低燃費と火花点火
燃焼による高出力を両立することが可能となる。
に、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼を運転条件に応じて切
り替えることで、圧縮着火燃焼による低燃費と火花点火
燃焼による高出力を両立することが可能となる。
【００２９】図２は本発明における第１実施形態のバル
ブタイミングと副室弁の開閉時期を示すものである。吸
気弁４及び排気弁６は、通常のエンジンと同様なオーバ
ーラップバルブタイミングを有し、副室弁１０は圧縮上
死点付近で開き、膨張下死点付近で閉じるようにタイミ
ング設定されている。
ブタイミングと副室弁の開閉時期を示すものである。吸
気弁４及び排気弁６は、通常のエンジンと同様なオーバ
ーラップバルブタイミングを有し、副室弁１０は圧縮上
死点付近で開き、膨張下死点付近で閉じるようにタイミ
ング設定されている。
【００３０】吸気弁４及び排気弁６は、例えば通常のカ
ム駆動により開閉制御されている。副室弁１０は、例え
ば図１２に示すように、副室弁１０のステム上部に油圧
シリンダ１７を設け、油圧ポンプ１５で発生される油圧
を用いて副室弁１０を所望の時期に開閉することができ
る。
ム駆動により開閉制御されている。副室弁１０は、例え
ば図１２に示すように、副室弁１０のステム上部に油圧
シリンダ１７を設け、油圧ポンプ１５で発生される油圧
を用いて副室弁１０を所望の時期に開閉することができ
る。
【００３１】副室弁開時期には電磁弁１６を開き、電磁
弁１８を閉じて、油圧ポンプで発生された油圧を油圧シ
リンダ１７に導入する。この油圧は副室弁１０のバルブ
スプリング１４を圧縮しながら副室弁１０を押し下げて
副室弁１０を開く。副室弁閉時期には電磁弁１６を閉
じ、電磁弁１８を開いて油圧シリンダ１７の油圧をオイ
ル帰還路へ逃がすことにより、バルブスプリング１４の
反力で副室弁１０を閉じることができる。
弁１８を閉じて、油圧ポンプで発生された油圧を油圧シ
リンダ１７に導入する。この油圧は副室弁１０のバルブ
スプリング１４を圧縮しながら副室弁１０を押し下げて
副室弁１０を開く。副室弁閉時期には電磁弁１６を閉
じ、電磁弁１８を開いて油圧シリンダ１７の油圧をオイ
ル帰還路へ逃がすことにより、バルブスプリング１４の
反力で副室弁１０を閉じることができる。
【００３２】副室弁１０の開閉を制御する電磁弁１６、
１８は図示しないエンジンコントロールユニットからの
信号で所望の時期に開閉することができるようになって
いる。
１８は図示しないエンジンコントロールユニットからの
信号で所望の時期に開閉することができるようになって
いる。
【００３３】尚、副室弁１０の開閉もカム駆動によって
実現することもできるが、火花点火燃焼時に副室弁を閉
状態に維持するためのロストモーション機構を組み込ん
だり、後述するように圧縮着火時期の最適制御のため
に、副室弁開時期を制御するなど機構が複雑となる。
実現することもできるが、火花点火燃焼時に副室弁を閉
状態に維持するためのロストモーション機構を組み込ん
だり、後述するように圧縮着火時期の最適制御のため
に、副室弁開時期を制御するなど機構が複雑となる。
【００３４】次に、図４に基づいて、第１実施形態にお
ける部分負荷時のある定められたエンジン負荷及び回転
数時の圧縮着火燃焼におけるエンジンの作動を行程順に
説明する。
ける部分負荷時のある定められたエンジン負荷及び回転
数時の圧縮着火燃焼におけるエンジンの作動を行程順に
説明する。
【００３５】まず、（ａ）吸気行程において燃料噴射が
行われる。本実施の形態では、燃料噴射は筒内の２つの
吸気弁４間に設けた燃料噴射弁７より燃焼室中心付近へ
やや下向きに行われるような構成となっている。吸気行
程中に噴射された燃料は吸気の流れによって筒内で新気
と混合しつつ（ｂ）圧縮行程で圧縮され、圧縮上死点付
近では均質混合気が形成される。燃料噴射量は機関負荷
によって決定されるため、機関負荷が高いほど、筒内の
混合気濃度は一様に濃くなる。
行われる。本実施の形態では、燃料噴射は筒内の２つの
吸気弁４間に設けた燃料噴射弁７より燃焼室中心付近へ
やや下向きに行われるような構成となっている。吸気行
程中に噴射された燃料は吸気の流れによって筒内で新気
と混合しつつ（ｂ）圧縮行程で圧縮され、圧縮上死点付
近では均質混合気が形成される。燃料噴射量は機関負荷
によって決定されるため、機関負荷が高いほど、筒内の
混合気濃度は一様に濃くなる。
【００３６】次に、（ｃ）圧縮上死点近傍において、副
室弁１０を開く。副室９内に前サイクルに閉じ込められ
た高温の燃焼ガスは、圧縮上死点付近の筒内圧に対して
低いため、筒内の混合気が副室９内に流入すると共に、
副室９内の燃焼ガスが急速に圧縮される。燃焼ガスは急
速圧縮によって大幅に温度が上昇する。
室弁１０を開く。副室９内に前サイクルに閉じ込められ
た高温の燃焼ガスは、圧縮上死点付近の筒内圧に対して
低いため、筒内の混合気が副室９内に流入すると共に、
副室９内の燃焼ガスが急速に圧縮される。燃焼ガスは急
速圧縮によって大幅に温度が上昇する。
【００３７】その結果、副室内に流入した混合気が高温
ガスと接触・混合し、他に先駆けて燃焼反応を開始し、
次の（ｄ）膨張行程へ移る。このように副室内またはそ
の付近から燃焼が開始されることによって順次隣接する
混合気の燃焼が促進され、図１１に示すように緩やかに
筒内全体にわたって燃焼が進行する。
ガスと接触・混合し、他に先駆けて燃焼反応を開始し、
次の（ｄ）膨張行程へ移る。このように副室内またはそ
の付近から燃焼が開始されることによって順次隣接する
混合気の燃焼が促進され、図１１に示すように緩やかに
筒内全体にわたって燃焼が進行する。
【００３８】次いで（ｅ）排気行程前半に副室弁１０を
閉じ、筒内の残留燃焼ガスを副室９内に次サイクルの圧
縮上死点付近まで閉じ込める。副室９内はシリンダヘッ
ド２および燃焼室１３に対して断熱されているため、次
サイクルの圧縮上死点付近まで温度を低下することなく
保持される。
閉じ、筒内の残留燃焼ガスを副室９内に次サイクルの圧
縮上死点付近まで閉じ込める。副室９内はシリンダヘッ
ド２および燃焼室１３に対して断熱されているため、次
サイクルの圧縮上死点付近まで温度を低下することなく
保持される。
【００３９】この結果、副室弁１０の開時期によって、
着火時期を制御することが可能となる。機関負荷が高い
場合、混合気の燃焼反応による局所的な発熱量が大きい
ため、相隣る混合気の反応への供給が大きくなるため結
果として燃焼速度が高められる。ピストンの圧縮により
筒内圧力がピークを迎える時期でこのような燃焼反応が
開始された場合、圧力が高いことと、局所的な発熱量が
大きいことが相重なり、図１０に示すように急激な燃焼
による筒内圧力の急増による騒音が発生する。
着火時期を制御することが可能となる。機関負荷が高い
場合、混合気の燃焼反応による局所的な発熱量が大きい
ため、相隣る混合気の反応への供給が大きくなるため結
果として燃焼速度が高められる。ピストンの圧縮により
筒内圧力がピークを迎える時期でこのような燃焼反応が
開始された場合、圧力が高いことと、局所的な発熱量が
大きいことが相重なり、図１０に示すように急激な燃焼
による筒内圧力の急増による騒音が発生する。
【００４０】これらを回避するために、機関負荷に応じ
て副室弁１０の開時期、即ち反応開始時期をある程度遅
めることで、筒内圧力が圧縮上死点より低下した時期に
燃焼を開始するようにすることが有効である。
て副室弁１０の開時期、即ち反応開始時期をある程度遅
めることで、筒内圧力が圧縮上死点より低下した時期に
燃焼を開始するようにすることが有効である。
【００４１】また、副室内の高温ガスによって反応を開
始する混合気の化学反応（燃焼）時間は、同様な筒内
圧、同様な副室内ガス温度では、機関回転数によらずほ
ぼ一定となる。化学反応時間が同一でも、機関回転数が
高い場合、ピストンの運動すなわちピストンの圧縮によ
る筒内圧の変化は早くなる。
始する混合気の化学反応（燃焼）時間は、同様な筒内
圧、同様な副室内ガス温度では、機関回転数によらずほ
ぼ一定となる。化学反応時間が同一でも、機関回転数が
高い場合、ピストンの運動すなわちピストンの圧縮によ
る筒内圧の変化は早くなる。
【００４２】その結果、副室付近より開始された反応が
筒内に行き渡る以前に筒内圧力がピストンの下降によっ
て低下し、燃焼速度が大幅に低下し、十分な出力が取り
出せなかったり、燃焼が中断され、未燃ＨＣが多量に排
出されたりすることが考えられる。
筒内に行き渡る以前に筒内圧力がピストンの下降によっ
て低下し、燃焼速度が大幅に低下し、十分な出力が取り
出せなかったり、燃焼が中断され、未燃ＨＣが多量に排
出されたりすることが考えられる。
【００４３】これらを回避するために、副室弁１０の開
時期、即ち反応開始時期をある程度早め、筒内圧力が高
いうちに燃焼を進行させることで、ある一定期間内に燃
焼を終了させることが有効である。
時期、即ち反応開始時期をある程度早め、筒内圧力が高
いうちに燃焼を進行させることで、ある一定期間内に燃
焼を終了させることが有効である。
【００４４】上述した機関回転数、機関負荷による着火
時期の制御方法を図５、図６にそれぞれ示す。図５にお
いて、圧縮着火燃焼領域の機関回転数において、機関回
転数が低いほど副室弁開時期を遅らせ、機関回転数が高
まるに従って副室弁開時期を早めている。そして、圧縮
着火燃焼領域から火花点火領域へ移ると、副室弁は閉じ
た状態を維持し、副室を利用することなく火花点火燃焼
が行われる。
時期の制御方法を図５、図６にそれぞれ示す。図５にお
いて、圧縮着火燃焼領域の機関回転数において、機関回
転数が低いほど副室弁開時期を遅らせ、機関回転数が高
まるに従って副室弁開時期を早めている。そして、圧縮
着火燃焼領域から火花点火領域へ移ると、副室弁は閉じ
た状態を維持し、副室を利用することなく火花点火燃焼
が行われる。
【００４５】図６において、圧縮着火燃焼領域の機関負
荷において、負荷が低いほど副室弁開時期を早め、負荷
が高まるに従って副室弁開時期を遅らせている。そし
て、圧縮着火燃焼領域から火花点火領域へ移ると、副室
弁は閉じた状態を維持し、副室を利用することなく火花
点火燃焼が行われる。
荷において、負荷が低いほど副室弁開時期を早め、負荷
が高まるに従って副室弁開時期を遅らせている。そし
て、圧縮着火燃焼領域から火花点火領域へ移ると、副室
弁は閉じた状態を維持し、副室を利用することなく火花
点火燃焼が行われる。
【００４６】このように、すべての圧縮着火燃焼運転時
にわたって、燃焼騒音を防ぎつつ、安定した燃焼を行う
には、着火時期の制御が不可欠であり、本発明では、高
温の残留燃焼ガスを副室内に閉じ込めて圧縮上死点付近
で副室弁を開放することで残留燃焼ガスを急速に圧縮
し、さらに温度を高めるとともに、残留燃焼ガスと混合
気とを接触させ、副室付近の一部の混合気から燃焼を開
始させることができる。さらに、副室弁開時期を任意に
制御することにより、任意の時期に燃焼を開始させるこ
とが可能となるため、安定した燃焼と燃焼騒音の抑制を
両立できる。
にわたって、燃焼騒音を防ぎつつ、安定した燃焼を行う
には、着火時期の制御が不可欠であり、本発明では、高
温の残留燃焼ガスを副室内に閉じ込めて圧縮上死点付近
で副室弁を開放することで残留燃焼ガスを急速に圧縮
し、さらに温度を高めるとともに、残留燃焼ガスと混合
気とを接触させ、副室付近の一部の混合気から燃焼を開
始させることができる。さらに、副室弁開時期を任意に
制御することにより、任意の時期に燃焼を開始させるこ
とが可能となるため、安定した燃焼と燃焼騒音の抑制を
両立できる。
【００４７】また、安定した着火源を有する構成とした
ため、圧縮比を著しく高めることなく安定した燃焼が可
能となり、また、筒内に均質に混合気を供給するため、
ＮＯx やスモークの発生も同時に抑制できる。
ため、圧縮比を著しく高めることなく安定した燃焼が可
能となり、また、筒内に均質に混合気を供給するため、
ＮＯx やスモークの発生も同時に抑制できる。
【００４８】なお、火花着火運転時は、シリンダヘッド
から断熱された高温壁面からのノッキングの発生を抑え
るため、副室弁は常に閉とする。
から断熱された高温壁面からのノッキングの発生を抑え
るため、副室弁は常に閉とする。
【００４９】次に、燃焼室１３の容積に対する副室９の
容積の比を考察する。燃焼室１３の容積に対する副室９
の容積が小さすぎると、副室容積に対する副室表面積が
増加するので、断熱部材で断熱されているとは言え、副
室９内に閉じ込められた燃焼ガスが放熱して温度低下が
大きくなり、圧縮上死点付近で副室弁を開いたときに圧
縮された残留燃焼ガスの温度が混合気に着火させる温度
まで上昇しないことが考えられる。
容積の比を考察する。燃焼室１３の容積に対する副室９
の容積が小さすぎると、副室容積に対する副室表面積が
増加するので、断熱部材で断熱されているとは言え、副
室９内に閉じ込められた燃焼ガスが放熱して温度低下が
大きくなり、圧縮上死点付近で副室弁を開いたときに圧
縮された残留燃焼ガスの温度が混合気に着火させる温度
まで上昇しないことが考えられる。
【００５０】これとは逆に、燃焼室１３の容積に対する
副室９の容積が大きすぎると、副室弁開時に燃焼室１３
の圧力が大幅に低下して着火しなくなったり、副室弁閉
状態で圧縮したときに副室弁開時期以前に着火してして
しまうなど、本発明の作用を行えない場合が生じる。
副室９の容積が大きすぎると、副室弁開時に燃焼室１３
の圧力が大幅に低下して着火しなくなったり、副室弁閉
状態で圧縮したときに副室弁開時期以前に着火してして
しまうなど、本発明の作用を行えない場合が生じる。
【００５１】以上の２点を考慮して、燃焼室容積に対す
る副室容積は、小さすぎず大きすぎず適切な容積比があ
り、５％程度が好ましいと言える。
る副室容積は、小さすぎず大きすぎず適切な容積比があ
り、５％程度が好ましいと言える。
【００５２】例えば、気筒当たりの排気量を５００ｃｍ
３ 、圧縮比を１５とすると、燃焼室（主室＋副室）容
積３５．７ｃｍ３ 程度となり、これに対して副室容積
を５％とすると１．８ｃｍ３ となる。すると、副室閉
状態では、圧縮比が１５．７となり、モータリングＰｍ
ａｘが３．８７→４．１２ＭＰａの差異が生じるが大き
な問題とはならない。これに対して副室容積比を１０％
とすると、副室容積は３．６ｃｍ３ となり、副室閉時
の圧縮比が１６．５６、Ｐｍａｘが４．４２ＭＰａとな
り、１５％近く圧縮圧力が上昇してしまうため、副室開
閉によらず早期着火が起こると考えられる。
３ 、圧縮比を１５とすると、燃焼室（主室＋副室）容
積３５．７ｃｍ３ 程度となり、これに対して副室容積
を５％とすると１．８ｃｍ３ となる。すると、副室閉
状態では、圧縮比が１５．７となり、モータリングＰｍ
ａｘが３．８７→４．１２ＭＰａの差異が生じるが大き
な問題とはならない。これに対して副室容積比を１０％
とすると、副室容積は３．６ｃｍ３ となり、副室閉時
の圧縮比が１６．５６、Ｐｍａｘが４．４２ＭＰａとな
り、１５％近く圧縮圧力が上昇してしまうため、副室開
閉によらず早期着火が起こると考えられる。
【００５３】次に、本発明に係る圧縮着火式内燃機関の
第２実施形態を説明する。燃焼室自体の構成は、図１に
示した第１実施形態と同様である。本実施形態において
は、可変動弁装置を備えて、圧縮着火燃焼時と火花着火
燃焼時とで吸気弁４及び排気弁６のバルブタイミングを
変更している。
第２実施形態を説明する。燃焼室自体の構成は、図１に
示した第１実施形態と同様である。本実施形態において
は、可変動弁装置を備えて、圧縮着火燃焼時と火花着火
燃焼時とで吸気弁４及び排気弁６のバルブタイミングを
変更している。
【００５４】図３は、第２実施形態におけるバルブタイ
ミングと副室弁の作動タイミングを示す図である。本実
施形態においては、圧縮着火燃焼時に排気弁閉時期（Ｅ
ＶＣ）を進角し、吸気弁開時期（ＩＶＯ）を遅角して、
排気上死点付近に燃焼室の密閉期間（マイナスＯ／Ｌ期
間）を設けるようバルブタイミングを選択している。そ
して副室弁は、このマイナスＯ／Ｌ期間に開閉すると共
に、圧縮上死点付近で開き、膨張下死点付近で閉じるよ
うに動作する。
ミングと副室弁の作動タイミングを示す図である。本実
施形態においては、圧縮着火燃焼時に排気弁閉時期（Ｅ
ＶＣ）を進角し、吸気弁開時期（ＩＶＯ）を遅角して、
排気上死点付近に燃焼室の密閉期間（マイナスＯ／Ｌ期
間）を設けるようバルブタイミングを選択している。そ
して副室弁は、このマイナスＯ／Ｌ期間に開閉すると共
に、圧縮上死点付近で開き、膨張下死点付近で閉じるよ
うに動作する。
【００５５】火花着火燃焼時は、通常のオーバーラップ
タイミングを選択するとともに、副室弁は閉状態を維持
する。
タイミングを選択するとともに、副室弁は閉状態を維持
する。
【００５６】次に、図７に基づいて、第２実施形態にお
ける部分負荷時のある定められたエンジン負荷・回転時
の圧縮着火燃焼におけるエンジンの作動を行程順に説明
する。
ける部分負荷時のある定められたエンジン負荷・回転時
の圧縮着火燃焼におけるエンジンの作動を行程順に説明
する。
【００５７】第１実施形態と同様に、（ａ）吸気行程で
筒内の２つの吸気弁４間に設けた燃料噴射弁７より燃焼
室中心付近へやや下向きに燃料噴射が行われ、（ｂ）圧
縮行程の後半においては均質な混合気場が形成される。
次いで（ｃ）圧縮上死点近傍において、副室弁１０を開
き、副室内に閉じ込められた残留燃焼ガスを圧縮してさ
らに温度を高めるとともに混合気と接触させて燃焼を開
始させ、（ｂ）膨張行程へ移る。
筒内の２つの吸気弁４間に設けた燃料噴射弁７より燃焼
室中心付近へやや下向きに燃料噴射が行われ、（ｂ）圧
縮行程の後半においては均質な混合気場が形成される。
次いで（ｃ）圧縮上死点近傍において、副室弁１０を開
き、副室内に閉じ込められた残留燃焼ガスを圧縮してさ
らに温度を高めるとともに混合気と接触させて燃焼を開
始させ、（ｂ）膨張行程へ移る。
【００５８】ここで、第２実施形態においては、可変動
弁装置を作動させることにより、図３に示したように、
排気上死点付近に燃焼室の密閉期間を設けるようバルブ
タイミングを選択している。（ｅ）排気行程の前半で
は、通常のエンジンと同じくシリンダの排気ガスは排気
弁から排気ポートへと排出される。（ｆ）排気行程後半
では、排気弁を閉じて高温の燃焼ガスを閉じ込め、再度
圧縮を行い、筒内に高温、高圧の状態を形成する。
弁装置を作動させることにより、図３に示したように、
排気上死点付近に燃焼室の密閉期間を設けるようバルブ
タイミングを選択している。（ｅ）排気行程の前半で
は、通常のエンジンと同じくシリンダの排気ガスは排気
弁から排気ポートへと排出される。（ｆ）排気行程後半
では、排気弁を閉じて高温の燃焼ガスを閉じ込め、再度
圧縮を行い、筒内に高温、高圧の状態を形成する。
【００５９】この密閉期間中の上死点前後に副室を開
き、再圧縮された高温高圧ガスを副室内に閉じ込める。
ここで、副室の開閉時期はピストンによる圧縮時の開期
間とピストン下降時の開期間が等しいように開閉するこ
とで、密閉期間中の圧縮仕事を回収し燃費の悪化を起こ
さないようにする。
き、再圧縮された高温高圧ガスを副室内に閉じ込める。
ここで、副室の開閉時期はピストンによる圧縮時の開期
間とピストン下降時の開期間が等しいように開閉するこ
とで、密閉期間中の圧縮仕事を回収し燃費の悪化を起こ
さないようにする。
【００６０】副室内に密閉期間中に閉じ込められた高温
の燃焼ガスは、圧縮上死点付近の筒内圧に対しては低い
ため、圧縮上死点付近で再度開放した場合、筒内の混合
気が副室内に流入する。これにより、副室内の燃焼ガス
は急速に圧縮され、大幅に温度が上昇し、その結果、副
室内に流入した混合気が高温ガスと接触・混合し、他に
先駆けて燃焼反応を開始する。副室内またはその付近か
ら燃焼が開始されることによって順次隣接する混合気の
燃焼が促進され、緩やかに筒内全体にわたって燃焼が進
行する。
の燃焼ガスは、圧縮上死点付近の筒内圧に対しては低い
ため、圧縮上死点付近で再度開放した場合、筒内の混合
気が副室内に流入する。これにより、副室内の燃焼ガス
は急速に圧縮され、大幅に温度が上昇し、その結果、副
室内に流入した混合気が高温ガスと接触・混合し、他に
先駆けて燃焼反応を開始する。副室内またはその付近か
ら燃焼が開始されることによって順次隣接する混合気の
燃焼が促進され、緩やかに筒内全体にわたって燃焼が進
行する。
【００６１】排気行程前半に副室を閉じ、筒内の残留燃
焼ガスを副室内に閉じ込め、密閉期間での副室の開放時
に前記残留燃焼ガスを急速圧縮したものと、密閉期間中
に筒内で圧縮された残留ガスとを同時に副室内に閉じ込
め、圧縮上死点付近での副室の開放によって、着火源を
形成し、燃焼騒音を抑制しつつ安定した燃焼を行わせ
る。密閉期間中に副室を開放するために、副室に閉じ込
めるガス温度を高温にでき、また、筒内全体の混合気温
度を上昇できるため低圧縮化が図れ、かつ安定的な着火
源を有するため、火花点火時の出力を損なうことなく、
低負荷域でも安定した燃焼を行うことが可能となる。
焼ガスを副室内に閉じ込め、密閉期間での副室の開放時
に前記残留燃焼ガスを急速圧縮したものと、密閉期間中
に筒内で圧縮された残留ガスとを同時に副室内に閉じ込
め、圧縮上死点付近での副室の開放によって、着火源を
形成し、燃焼騒音を抑制しつつ安定した燃焼を行わせ
る。密閉期間中に副室を開放するために、副室に閉じ込
めるガス温度を高温にでき、また、筒内全体の混合気温
度を上昇できるため低圧縮化が図れ、かつ安定的な着火
源を有するため、火花点火時の出力を損なうことなく、
低負荷域でも安定した燃焼を行うことが可能となる。
【００６２】上述した第１および第２実施形態では、筒
内に直接燃料を噴射するよう燃料噴射弁を設けた、いわ
ゆる筒内直噴型エンジンの構成となっているが、吸気ポ
ートに燃料噴射弁を配し、吸気弁開によって筒内に気化
・混合の進んだ混合気を供給するようにしてもよい。
内に直接燃料を噴射するよう燃料噴射弁を設けた、いわ
ゆる筒内直噴型エンジンの構成となっているが、吸気ポ
ートに燃料噴射弁を配し、吸気弁開によって筒内に気化
・混合の進んだ混合気を供給するようにしてもよい。
【００６３】第１および第２実施形態では、吸気行程中
に筒内に直接燃料を噴射するようにし、圧縮行程後半に
おいては均質な混合気場を形成するようになっている
が、第３実施形態として、図８に示すように、圧縮行程
後半に筒内に燃料を噴射し、副室付近に混合気を成層化
するようにしてもよい。
に筒内に直接燃料を噴射するようにし、圧縮行程後半に
おいては均質な混合気場を形成するようになっている
が、第３実施形態として、図８に示すように、圧縮行程
後半に筒内に燃料を噴射し、副室付近に混合気を成層化
するようにしてもよい。
【００６４】この第３実施形態では、圧縮行程後半に燃
料噴射を行い、副室付近に混合気を成層化し、第１、第
２実施形態と同様に副室内に高温の燃料ガスを閉じ込め
て、圧縮上死点近傍において副室を開放することで、混
合気に反応を起こさしめ、安定した燃焼を行う。このよ
うな混合気分布では、ごく低負荷の場合でも、混合気濃
度を著しく希薄にすることなく、また、燃焼室壁面付近
の低温度領域に燃料が存在しないようにしたため、燃焼
が確実に行われ、未燃ＨＣの排出を抑制することが出来
る。
料噴射を行い、副室付近に混合気を成層化し、第１、第
２実施形態と同様に副室内に高温の燃料ガスを閉じ込め
て、圧縮上死点近傍において副室を開放することで、混
合気に反応を起こさしめ、安定した燃焼を行う。このよ
うな混合気分布では、ごく低負荷の場合でも、混合気濃
度を著しく希薄にすることなく、また、燃焼室壁面付近
の低温度領域に燃料が存在しないようにしたため、燃焼
が確実に行われ、未燃ＨＣの排出を抑制することが出来
る。
【００６５】また、第１、第２実施形態において、副室
内に燃焼ガスを閉じ込めるために、副室弁が開く時期よ
りも前、すなわち、それぞれ、膨張行程後半から排気行
程前半、および密閉期間中にごく少量の燃料噴射を行う
ことも可能である。つまり、圧縮着火燃焼時の排気行程
または密閉期間中に副室を開放するとともに、筒内に設
けた燃料噴射弁から燃料を少量噴射し、副室内に燃料の
一部を燃焼ガスとともに一定期間閉じ込める。
内に燃焼ガスを閉じ込めるために、副室弁が開く時期よ
りも前、すなわち、それぞれ、膨張行程後半から排気行
程前半、および密閉期間中にごく少量の燃料噴射を行う
ことも可能である。つまり、圧縮着火燃焼時の排気行程
または密閉期間中に副室を開放するとともに、筒内に設
けた燃料噴射弁から燃料を少量噴射し、副室内に燃料の
一部を燃焼ガスとともに一定期間閉じ込める。
【００６６】高温の燃焼ガスとともに副室に閉じ込めら
れた燃料は、ある一定期間高温雰囲気にさらされるた
め、燃焼の予反応が起こり、アルデヒドなどの反応性の
高い組成に改質される。これらの活性種を含むガスが圧
縮上死点近傍での急速圧縮によりさらに高温となり、混
合気と接触、混合することで確実に着火を引き起こすこ
とが出来る。
れた燃料は、ある一定期間高温雰囲気にさらされるた
め、燃焼の予反応が起こり、アルデヒドなどの反応性の
高い組成に改質される。これらの活性種を含むガスが圧
縮上死点近傍での急速圧縮によりさらに高温となり、混
合気と接触、混合することで確実に着火を引き起こすこ
とが出来る。
【００６７】以上述べてきたように、本発明において
は、圧縮着火燃焼時に、シリンダヘッドと断熱された副
室内に高温の燃焼ガスを閉じ込め、圧縮上死点付近にお
いて開閉弁を開き、副室内の高温ガスを再圧縮させ、筒
内に開閉弁開以前に供給された混合気と接触・伝熱する
ことで混合気の反応を局所的に引き起こし、部分的に圧
縮着火燃焼を開始させるようにしたために、着火時期を
抑制でき、かつ、副室付近から順次燃焼を行わしめるこ
とができるので、急激な圧力上昇による騒音増大や筒内
最高圧力の上昇を引き起こすことなく、安定した燃焼を
行うことが出来る。
は、圧縮着火燃焼時に、シリンダヘッドと断熱された副
室内に高温の燃焼ガスを閉じ込め、圧縮上死点付近にお
いて開閉弁を開き、副室内の高温ガスを再圧縮させ、筒
内に開閉弁開以前に供給された混合気と接触・伝熱する
ことで混合気の反応を局所的に引き起こし、部分的に圧
縮着火燃焼を開始させるようにしたために、着火時期を
抑制でき、かつ、副室付近から順次燃焼を行わしめるこ
とができるので、急激な圧力上昇による騒音増大や筒内
最高圧力の上昇を引き起こすことなく、安定した燃焼を
行うことが出来る。
【図１】第１実施形態における燃焼室構造を示す縦断面
図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【図２】第１実施形態のバルブタイミングと副室弁の作
動タイミングを示すバルブリフト線図である。
動タイミングを示すバルブリフト線図である。
【図３】第２実施形態のバルブタイミングと副室弁の作
動タイミングを示すバルブリフト線図である。
動タイミングを示すバルブリフト線図である。
【図４】第１実施形態における圧縮着火燃焼時の筒内状
態を表わす模式図である。
態を表わす模式図である。
【図５】本発明における機関回転数と副室弁開時期の制
御対応図である。
御対応図である。
【図６】本発明における機関負荷と副室弁開時期の制御
対応図である。
対応図である。
【図７】第２実施形態における圧縮着火燃焼時の筒内状
態を表わす模式図である。
態を表わす模式図である。
【図８】第３実施形態の圧縮上死点付近の混合気分布を
示す燃焼室縦断面図である。
示す燃焼室縦断面図である。
【図９】本発明の燃焼形態を表わす運転領域マップであ
る。
る。
【図１０】筒内混合気が一斉に燃焼した場合または急速
に燃焼した場合の筒内圧力波形を示す図である。
に燃焼した場合の筒内圧力波形を示す図である。
【図１１】本発明の構成により筒内混合気が順次燃焼し
た場合の筒内圧力波形を示す図である。
た場合の筒内圧力波形を示す図である。
【図１２】本発明の副室弁の開閉構造の例を示す図であ
る。
る。
１ シリンダ ２ シリンダヘッド ３ 吸気ポート ４ 吸気弁 ５ 排気ポート ６ 排気弁 ７ 燃料噴射弁 ８ 点火プラグ ９ 副室 １０ 副室弁 １１ 副室断熱部材 １２ ピストン １３ 燃焼室（主室） １４ バルブスプリング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 輝行 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA01 AA06 AB01 AB05 AC02 AC05 AD03 AD11 AD13 AD14 AD21 AD30 AE04 AG01 AG05 3G092 AA00 AA01 AA06 AA07 AA09 AB01 BA08 BB19 DA01 DA02 DA04 DA06 DA07 DA13 DD09 DG01 DG07 DG09 EA03 EA04 EA11 EA22 EA28 EA29 FA14 FA16 FA17 FA18 GA03 GA16 HE01X
Claims (8)
- 【請求項１】 筒内に少なくとも１本の点火栓と、燃焼
室に連通可能な副室と、この副室及び燃焼室間を開閉す
る副室弁とを備え、運転条件に応じて圧縮着火燃焼と火
花点火燃焼を切り替える圧縮着火式内燃機関であって、 圧縮着火燃焼時には、副室内に燃焼ガスを閉じ込め、圧
縮上死点付近において前記副室弁を開き、副室内の燃焼
ガスを再圧縮させるとともに筒内に副室弁開以前に供給
された混合気と接触・伝熱することで局所的に圧縮着火
燃焼を開始させ、火花点火運転時には、前記副室弁の閉
状態を維持することを特徴とする圧縮着火式内燃機関。 - 【請求項２】 筒内に少なくとも１本の燃料噴射弁を備
え、圧縮着火燃焼時の排気行程に前記副室弁を開くとと
もに、燃料を少量噴射し、副室内に燃料の一部を燃焼ガ
スとともに閉じ込めることを特徴とする請求項１記載の
圧縮着火式内燃機関。 - 【請求項３】 筒内に少なくとも１本の点火栓と、燃焼
室に連通可能な副室と、この副室及び燃焼室間を開閉す
る副室弁とを備え、運転条件に応じて圧縮着火燃焼と火
花点火燃焼を切り替える圧縮着火式内燃機関であって、 圧縮着火燃焼時に、排気弁閉時期を進角し、吸気弁開時
期を遅角して、排気上死点付近で燃焼室が密閉される密
閉期間を設定し、 前記密閉期間中に副室弁を開閉して燃焼ガスを閉じ込め
るとともに、圧縮上死点付近において副室弁を開き、副
室内の燃焼ガスを再圧縮させ、筒内に副室弁開以前に供
給された混合気と接触・伝熱することで局所的に圧縮着
火燃焼を開始させ、火花点火燃焼時には、副室弁の閉状
態を維持することを特徴とする圧縮着火式内燃機関。 - 【請求項４】 筒内に少なくとも１本の燃料噴射弁を備
え、圧縮着火燃焼時の前記密閉期間中に、前記副室弁を
開くとともに燃料を少量噴射し、副室内に燃料の一部を
燃焼ガスとともに閉じ込めることを特徴とする請求項３
記載の圧縮着火式内燃機関。 - 【請求項５】 前記副室は、シリンダヘッドから断熱さ
れたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれ
か１項記載の圧縮着火式内燃機関。 - 【請求項６】 前記副室の形状が略半球形であることを
特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載
の圧縮着火式内燃機関。 - 【請求項７】 圧縮着火燃焼時に、機関負荷の上昇と共
に前記副室弁の開時期を遅らせることを特徴とする請求
項１ないし請求項６のいずれか１項記載の圧縮着火式内
燃機関。 - 【請求項８】 圧縮着火燃焼時に、機関回転数の上昇と
共に前記副室弁の開時期を早めることを特徴とする請求
項１ないし請求項７のいずれか１項記載の圧縮着火式内
燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000017130A JP3899766B2 (ja) | 2000-01-26 | 2000-01-26 | 圧縮着火式内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000017130A JP3899766B2 (ja) | 2000-01-26 | 2000-01-26 | 圧縮着火式内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001207851A true JP2001207851A (ja) | 2001-08-03 |
| JP3899766B2 JP3899766B2 (ja) | 2007-03-28 |
Family
ID=18544162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000017130A Expired - Fee Related JP3899766B2 (ja) | 2000-01-26 | 2000-01-26 | 圧縮着火式内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3899766B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005163624A (ja) * | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Hitachi Ltd | エンジンコージェネレーションシステム |
| JP2007513291A (ja) * | 2003-12-04 | 2007-05-24 | マック トラックス インコーポレイテッド | 燃焼制御の均質給気圧縮点火開始方法 |
| WO2007058540A1 (en) * | 2005-11-18 | 2007-05-24 | De Gooijer Autotechniek B.V. | Internal combustion engine, vehicle and a method of operating them |
| WO2009136614A1 (ja) * | 2008-05-04 | 2009-11-12 | Yaoita Yasuhito | 摺動可能な弁を持つエンジン |
| JP2010523890A (ja) * | 2007-04-10 | 2010-07-15 | ユニベルシテ ピエール エ マリー キュリー | 内燃機関における燃焼を開始させる方法および該方法を適用する機関 |
| WO2012164754A1 (ja) * | 2011-06-01 | 2012-12-06 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関 |
| WO2012164755A1 (ja) * | 2011-06-01 | 2012-12-06 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関 |
| JP2014025368A (ja) * | 2012-07-25 | 2014-02-06 | Mazda Motor Corp | 圧縮自己着火式エンジンおよびその制御方法 |
-
2000
- 2000-01-26 JP JP2000017130A patent/JP3899766B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005163624A (ja) * | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Hitachi Ltd | エンジンコージェネレーションシステム |
| JP2007513291A (ja) * | 2003-12-04 | 2007-05-24 | マック トラックス インコーポレイテッド | 燃焼制御の均質給気圧縮点火開始方法 |
| JP4731491B2 (ja) * | 2003-12-04 | 2011-07-27 | マック トラックス インコーポレイテッド | 燃焼制御の均質給気圧縮点火開始方法 |
| WO2007058540A1 (en) * | 2005-11-18 | 2007-05-24 | De Gooijer Autotechniek B.V. | Internal combustion engine, vehicle and a method of operating them |
| JP2010523890A (ja) * | 2007-04-10 | 2010-07-15 | ユニベルシテ ピエール エ マリー キュリー | 内燃機関における燃焼を開始させる方法および該方法を適用する機関 |
| WO2009136614A1 (ja) * | 2008-05-04 | 2009-11-12 | Yaoita Yasuhito | 摺動可能な弁を持つエンジン |
| US8286597B2 (en) | 2008-05-04 | 2012-10-16 | Yasuhito Yaoita | Engine with a slidable valve |
| WO2012164754A1 (ja) * | 2011-06-01 | 2012-12-06 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関 |
| WO2012164755A1 (ja) * | 2011-06-01 | 2012-12-06 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関 |
| JP5115663B1 (ja) * | 2011-06-01 | 2013-01-09 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関 |
| JP2014025368A (ja) * | 2012-07-25 | 2014-02-06 | Mazda Motor Corp | 圧縮自己着火式エンジンおよびその制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3899766B2 (ja) | 2007-03-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6082342A (en) | Process for controlling self-ignition in a 4-stroke engine | |
| US7080613B2 (en) | Method for auto-ignition combustion control | |
| US6994072B2 (en) | Method for mid load operation of auto-ignition combustion | |
| US6499458B1 (en) | Method for operating a four-stroke reciprocating internal combustion engine | |
| US8459021B2 (en) | Method and apparatus for controlling supercharged engine | |
| US7716919B2 (en) | Control device and control method for internal combustion engine | |
| JP4893718B2 (ja) | 内燃機関の制御方法および内燃機関の制御装置 | |
| US7287497B2 (en) | Engine valve actuation system and method | |
| WO2014038108A1 (ja) | 火花点火式エンジン | |
| WO2006017085A2 (en) | Four stroke engine auto-ignition combustion | |
| JP2014185623A (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
| JP2004522050A (ja) | ４行程自己点火エンジン | |
| JP2003083071A (ja) | マルチゾーン式燃焼室、内燃機関および燃焼制御方法 | |
| JP2000120457A (ja) | ディーゼルエンジン | |
| JP2004225680A (ja) | 内燃機関及び内燃機関用制御装置 | |
| JP2005325818A (ja) | エンジンの運転制御装置 | |
| JP4803151B2 (ja) | ガソリンエンジンの制御装置 | |
| JP3629879B2 (ja) | 圧縮点火式内燃機関 | |
| JP2001207851A (ja) | 圧縮着火式内燃機関 | |
| JP3770015B2 (ja) | 筒内直噴式圧縮着火機関 | |
| KR102135021B1 (ko) | Si 연소 모드와 hcci 연소 모드 사이의 전이의 제어를 위한 시스템 및 방법 | |
| JP4274063B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
| JP2000073770A (ja) | ４サイクル内燃機関 | |
| JP6265082B2 (ja) | 圧縮着火式エンジンの制御装置 | |
| JP2004346854A (ja) | 内燃機関の圧縮着火運転の制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050118 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050125 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050317 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060404 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060531 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20061205 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061218 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110112 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120112 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130112 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130112 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140112 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |