JP2003083071A - マルチゾーン式燃焼室、内燃機関および燃焼制御方法 - Google Patents
マルチゾーン式燃焼室、内燃機関および燃焼制御方法Info
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】内燃機関の作動効率を向上させることのできる
マルチゾーン式燃焼室を提供する。 【解決手段】マルチゾーン式燃焼室は、シリンダと、シ
リンダの一端に配置されるシリンダヘッドと、シリンダ
内で往復動するピストンと、ピストンの吸気行程におい
て、燃焼室内に気体を供給する入口部と、燃焼室内に燃
料を供給する噴射装置とを有する。ピストンがシリンダ
ヘッド近傍の所定位置まで移動すると、燃焼室は第１チ
ャンバーおよび少なくとも一つの第２チャンバーをそれ
ぞれ密閉して形成する。第１チャンバーで圧縮点火が開
始される一方、第２チャンバーでの燃焼は遅延される。
ピストンとシリンダヘッドが離れて第１チャンバーおよ
び第２チャンバーの燃料／ガス混合気が流通可能になる
まで、第２チャンバーでの燃焼は遅延される。
マルチゾーン式燃焼室を提供する。 【解決手段】マルチゾーン式燃焼室は、シリンダと、シ
リンダの一端に配置されるシリンダヘッドと、シリンダ
内で往復動するピストンと、ピストンの吸気行程におい
て、燃焼室内に気体を供給する入口部と、燃焼室内に燃
料を供給する噴射装置とを有する。ピストンがシリンダ
ヘッド近傍の所定位置まで移動すると、燃焼室は第１チ
ャンバーおよび少なくとも一つの第２チャンバーをそれ
ぞれ密閉して形成する。第１チャンバーで圧縮点火が開
始される一方、第２チャンバーでの燃焼は遅延される。
ピストンとシリンダヘッドが離れて第１チャンバーおよ
び第２チャンバーの燃料／ガス混合気が流通可能になる
まで、第２チャンバーでの燃焼は遅延される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼室
に関し、特に、例えばディーゼル機関や予混合圧縮自己
着火（ＨＣＣＩ）機関といった圧縮点火機関のマルチゾ
ーン式燃焼室を提供することに関する。
に関し、特に、例えばディーゼル機関や予混合圧縮自己
着火（ＨＣＣＩ）機関といった圧縮点火機関のマルチゾ
ーン式燃焼室を提供することに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の一つのタイプは、ディーゼル
機関である。動作中、エンジンのシリンダ内に空気が吸
い込まれて高容積比（一般的に１４：１から２５：１）
に圧縮される。その結果、空気は３００℃から４００℃
の高温になる。燃料は、圧縮行程の終わりまでシリンダ
ー内には噴射されない。燃料が噴射されると、高温の空
気のために燃料は自然に点火する。しかし、燃料が噴射
されてから直ちに点火するわけではない。燃料は液滴と
してシリンダーに供給される。この液滴は、点火して燃
焼を開始する前に、シリンダー内の空気と十分に混合し
て霧化する必要がある。燃焼にともなうこの遅れは、燃
焼過程を相対的に遅くし、燃料と空気との混合を不完全
なものにしてしまう。これにより、ディーゼル機関の効
果的な作動が制限されて比較的低速となり、さらに黒煙
がエンジンから排気されてしまう。
機関である。動作中、エンジンのシリンダ内に空気が吸
い込まれて高容積比（一般的に１４：１から２５：１）
に圧縮される。その結果、空気は３００℃から４００℃
の高温になる。燃料は、圧縮行程の終わりまでシリンダ
ー内には噴射されない。燃料が噴射されると、高温の空
気のために燃料は自然に点火する。しかし、燃料が噴射
されてから直ちに点火するわけではない。燃料は液滴と
してシリンダーに供給される。この液滴は、点火して燃
焼を開始する前に、シリンダー内の空気と十分に混合し
て霧化する必要がある。燃焼にともなうこの遅れは、燃
焼過程を相対的に遅くし、燃料と空気との混合を不完全
なものにしてしまう。これにより、ディーゼル機関の効
果的な作動が制限されて比較的低速となり、さらに黒煙
がエンジンから排気されてしまう。
【０００３】ＵＳ特許２，２３４，８４４（以降、Mitc
hellとする）の全体に開示されている内容を、ここに引
用する。Mitchellは、ピストンの移動によって２つに分
かれる燃焼室を開示しており、ピストンが上死点ＴＤＣ
に接近するにつれて圧力を平衡させる。なお、Mitchell
は、第１チャンバーで燃焼を開始し、第２チャンバーで
燃焼を遅らせることについて開示していない。
hellとする）の全体に開示されている内容を、ここに引
用する。Mitchellは、ピストンの移動によって２つに分
かれる燃焼室を開示しており、ピストンが上死点ＴＤＣ
に接近するにつれて圧力を平衡させる。なお、Mitchell
は、第１チャンバーで燃焼を開始し、第２チャンバーで
燃焼を遅らせることについて開示していない。
【０００４】ＵＳ特許４，１６４，９１５（以降、Kulh
avyとする）の全体に開示されている内容を、ここに引
用する。Kulhavyは、ガソリンエンジンをディーゼルエ
ンジンに変換する方法を開示している。ピストンには突
起部が設けられており、これによって燃焼室を２つに分
割している。高速のガスは、高圧チャンバーから低圧チ
ャンバーへと流入する。Kulhavyもまた、第１チャンバ
ーで燃焼を開始し、第２チャンバーで燃焼を遅らせるこ
とについて開示していない。
avyとする）の全体に開示されている内容を、ここに引
用する。Kulhavyは、ガソリンエンジンをディーゼルエ
ンジンに変換する方法を開示している。ピストンには突
起部が設けられており、これによって燃焼室を２つに分
割している。高速のガスは、高圧チャンバーから低圧チ
ャンバーへと流入する。Kulhavyもまた、第１チャンバ
ーで燃焼を開始し、第２チャンバーで燃焼を遅らせるこ
とについて開示していない。
【０００５】ＵＳ特許３，３８６，４２２（以降、Eyza
tとする）の全体に開示されている内容を、ここに引用
する。Eyzatは、突起部を設けたピストンを有する圧縮
点火エンジンを開示している。これは、可変断面の予備
燃焼室式フレームジェット燃焼を行い、乱流を増加させ
ている。なお、Eyzatも第１チャンバーで燃焼を開始
し、第２チャンバーで燃焼を遅らせることについて開示
していない。
tとする）の全体に開示されている内容を、ここに引用
する。Eyzatは、突起部を設けたピストンを有する圧縮
点火エンジンを開示している。これは、可変断面の予備
燃焼室式フレームジェット燃焼を行い、乱流を増加させ
ている。なお、Eyzatも第１チャンバーで燃焼を開始
し、第２チャンバーで燃焼を遅らせることについて開示
していない。
【０００６】ＵＳ特許２，６９６，８０８（以降、Chro
nicとする）の全体に開示されている内容を、ここに引
用する。Chronicは、突起部を有するピストンと、受け
入れ部を有するシリンダヘッドとを備えた内燃機関の乱
流チャンバーについて開示している。燃焼室は、燃料噴
射を行う偏心した円筒状のチャンバーであり、予室のエ
ネルギーにより乱流を増大させる。Chronicもまた、第
１チャンバーで燃焼を開始し、第２チャンバーで燃焼を
遅らせることについて開示していない。
nicとする）の全体に開示されている内容を、ここに引
用する。Chronicは、突起部を有するピストンと、受け
入れ部を有するシリンダヘッドとを備えた内燃機関の乱
流チャンバーについて開示している。燃焼室は、燃料噴
射を行う偏心した円筒状のチャンバーであり、予室のエ
ネルギーにより乱流を増大させる。Chronicもまた、第
１チャンバーで燃焼を開始し、第２チャンバーで燃焼を
遅らせることについて開示していない。
【０００７】ＵＳ特許６，１１９，６５０（以降、Tani
gawaとする）の全体に開示されている内容を、ここに引
用する。Tanigawaは、デュアルチャンバー式のエネルギ
保存サイクル機関を開示している。これらのチャンバー
は、ピストンの突起部と、上死点ＴＤＣでの２つのチャ
ンバーに対応するヘッドの受け部とを備えている。外側
の第２チャンバーから内側の第１チャンバーへと連通す
る一方向の逆止弁が設けられている。この逆止弁によ
り、圧縮過程において、第２チャンバーの圧縮空気が第
１チャンバーに噴射される。燃料は、第１チャンバーの
みに噴射される。Tanigawaは、ＨＣＣＩ（予混合圧縮自
己着火）燃焼の制御について開示しておらず、また最高
温度を制御することによってＮＯｘが削減されることに
ついても開示していない。さらに、Tanigawaは、第２チ
ャンバーにおいて燃焼以前に空気と燃料の混合気を生成
していない。
gawaとする）の全体に開示されている内容を、ここに引
用する。Tanigawaは、デュアルチャンバー式のエネルギ
保存サイクル機関を開示している。これらのチャンバー
は、ピストンの突起部と、上死点ＴＤＣでの２つのチャ
ンバーに対応するヘッドの受け部とを備えている。外側
の第２チャンバーから内側の第１チャンバーへと連通す
る一方向の逆止弁が設けられている。この逆止弁によ
り、圧縮過程において、第２チャンバーの圧縮空気が第
１チャンバーに噴射される。燃料は、第１チャンバーの
みに噴射される。Tanigawaは、ＨＣＣＩ（予混合圧縮自
己着火）燃焼の制御について開示しておらず、また最高
温度を制御することによってＮＯｘが削減されることに
ついても開示していない。さらに、Tanigawaは、第２チ
ャンバーにおいて燃焼以前に空気と燃料の混合気を生成
していない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】燃焼室を物理的に複数の
小室に分割し、複数の小室のうち少なくとも一つを第１
チャンバーとするマルチゾーン式燃焼室を提供すること
が望ましい。マルチゾーン式燃焼室は噴射燃料の混合と
霧化を促進する。また、マルチゾーン式燃焼室は、往復
動機関の点火および／または燃焼中に、それぞれ異なる
効果的な圧縮比を設定し、これによって燃焼過程の制御
およびＮＯｘの低減が促進される。燃焼室は、ピストン
が所定の位置に移動すると分割され、各チャンバーは流
体連通しないように互いに遮断されて密閉される。燃焼
過程における制御範囲を拡大することにより、内燃機関
の作動の効率を従来よりも向上させることができる。
小室に分割し、複数の小室のうち少なくとも一つを第１
チャンバーとするマルチゾーン式燃焼室を提供すること
が望ましい。マルチゾーン式燃焼室は噴射燃料の混合と
霧化を促進する。また、マルチゾーン式燃焼室は、往復
動機関の点火および／または燃焼中に、それぞれ異なる
効果的な圧縮比を設定し、これによって燃焼過程の制御
およびＮＯｘの低減が促進される。燃焼室は、ピストン
が所定の位置に移動すると分割され、各チャンバーは流
体連通しないように互いに遮断されて密閉される。燃焼
過程における制御範囲を拡大することにより、内燃機関
の作動の効率を従来よりも向上させることができる。
【０００９】本発明は、上記の観点から成されたもので
ある。本発明は、上述した長年の問題に取り組み、エン
ジンシステムのスピード、出力、燃費および排気ガスに
関して望ましい性能をもたらすよう動作するマルチゾー
ン式燃焼室および内燃機関の燃焼制御方法を提供して、
それを解決するものである。燃費の向上と排気の低減
は、以下のように実現することができる。すなわち、マ
ルチゾーン式燃焼室は燃焼室を複数のチャンバーに分割
して燃焼段階とし、空気−燃料混合体が圧縮点火する前
に燃料と空気との均質な混合を促進する。
ある。本発明は、上述した長年の問題に取り組み、エン
ジンシステムのスピード、出力、燃費および排気ガスに
関して望ましい性能をもたらすよう動作するマルチゾー
ン式燃焼室および内燃機関の燃焼制御方法を提供して、
それを解決するものである。燃費の向上と排気の低減
は、以下のように実現することができる。すなわち、マ
ルチゾーン式燃焼室は燃焼室を複数のチャンバーに分割
して燃焼段階とし、空気−燃料混合体が圧縮点火する前
に燃料と空気との均質な混合を促進する。
【００１０】本発明の一つの態様は、内燃機関のマルチ
ゾーン式燃焼室を提供することにある。マルチゾーン式
燃焼室は、シリンダと、シリンダの一端に配置されるシ
リンダヘッドと、シリンダ内で往復動するピストンと、
ピストンの吸気行程において、燃焼室内に燃料、空気あ
るいはその両方を供給する吸気部とを有する。さらに、
燃焼室内に燃料を直接供給する噴射装置を有する。ピス
トンがシリンダヘッド近傍の所定位置まで移動すると、
燃焼室は第１チャンバーおよび少なくとも一つの第２チ
ャンバーをそれぞれ密閉して形成し、燃焼前の第１チャ
ンバーおよび第２チャンバーには、それぞれ気体と燃料
の混合気が存在する。第１チャンバーおよび第２チャン
バーは、第１チャンバー内の気体／燃料混合気が圧縮さ
れることにより第１チャンバーで圧縮点火が開始される
一方、第２チャンバーでは、気体／燃料混合気の圧縮に
よる圧縮燃焼が同時には発生しないように、各々の寸法
が設定されている。
ゾーン式燃焼室を提供することにある。マルチゾーン式
燃焼室は、シリンダと、シリンダの一端に配置されるシ
リンダヘッドと、シリンダ内で往復動するピストンと、
ピストンの吸気行程において、燃焼室内に燃料、空気あ
るいはその両方を供給する吸気部とを有する。さらに、
燃焼室内に燃料を直接供給する噴射装置を有する。ピス
トンがシリンダヘッド近傍の所定位置まで移動すると、
燃焼室は第１チャンバーおよび少なくとも一つの第２チ
ャンバーをそれぞれ密閉して形成し、燃焼前の第１チャ
ンバーおよび第２チャンバーには、それぞれ気体と燃料
の混合気が存在する。第１チャンバーおよび第２チャン
バーは、第１チャンバー内の気体／燃料混合気が圧縮さ
れることにより第１チャンバーで圧縮点火が開始される
一方、第２チャンバーでは、気体／燃料混合気の圧縮に
よる圧縮燃焼が同時には発生しないように、各々の寸法
が設定されている。
【００１１】本発明の別の態様は、燃焼室を有する内燃
機関の燃焼制御方法を提供することにある。マルチゾー
ン式燃焼室は、シリンダと、シリンダの一端に配置され
るシリンダヘッドと、シリンダ内で往復動するピストン
と、ピストンの吸気行程において、燃焼室内に燃料、気
体あるいはその両方を供給する入口部とを有する。さら
に、燃焼室内に燃料を供給する噴射装置を有する。この
方法は、（１）ピストンがシリンダヘッド近傍の所定位
置まで移動すると、燃焼室を少なくとも２つの副室に分
割し、（２）隣接する副室から遮断された一つの副室で
圧縮燃焼を開始し、（３）これらの副室の分割が解除さ
れた後、隣接する副室での圧縮点火あるいは補助燃焼を
開始する。
機関の燃焼制御方法を提供することにある。マルチゾー
ン式燃焼室は、シリンダと、シリンダの一端に配置され
るシリンダヘッドと、シリンダ内で往復動するピストン
と、ピストンの吸気行程において、燃焼室内に燃料、気
体あるいはその両方を供給する入口部とを有する。さら
に、燃焼室内に燃料を供給する噴射装置を有する。この
方法は、（１）ピストンがシリンダヘッド近傍の所定位
置まで移動すると、燃焼室を少なくとも２つの副室に分
割し、（２）隣接する副室から遮断された一つの副室で
圧縮燃焼を開始し、（３）これらの副室の分割が解除さ
れた後、隣接する副室での圧縮点火あるいは補助燃焼を
開始する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明を、各要素にそれぞれ符号
を付した図面を用いて詳細に説明する。
を付した図面を用いて詳細に説明する。
【００１３】以下に、本発明を内燃機関に適用した一例
を挙げて、本発明を説明する。ここで、内燃機関は、圧
縮点火機関である。
を挙げて、本発明を説明する。ここで、内燃機関は、圧
縮点火機関である。
【００１４】図１は、従来の内燃機関を示している。エ
ンジンアセンブリ１０は、プレナム部１２と、空気源１
４とを有している。プレナム部１２には、吸気開口１６
と排気開口１５とが設けられている。空気源１４は、吸
気開口１６に空気を供給する。空気源１４からの空気
は、吸気開口１６を介して、プレナム部１２に設けられ
たプレナム室２４に供給される。
ンジンアセンブリ１０は、プレナム部１２と、空気源１
４とを有している。プレナム部１２には、吸気開口１６
と排気開口１５とが設けられている。空気源１４は、吸
気開口１６に空気を供給する。空気源１４からの空気
は、吸気開口１６を介して、プレナム部１２に設けられ
たプレナム室２４に供給される。
【００１５】エンジンアセンブリ１０は、さらに燃料燃
焼アセンブリ、すなわちシリンダアセンブリ２６を備え
ている。シリンダアセンブリ２６は、ピストンシリンダ
３０を備えたブロック２８を有している。ブロック２８
には、シリンダヘッド３２が固定されている。シリンダ
ヘッド３２には、吸気ポート３４（入口部）と、排気ポ
ート３６と、燃料噴射開口６０とが設けられている。吸
気管３８は、吸気ポート３４とプレナム部１２の排気開
口１５とを流体連通する。排気管５２は、排気ポート３
６と排気マニホルド５２とを流体連通する。
焼アセンブリ、すなわちシリンダアセンブリ２６を備え
ている。シリンダアセンブリ２６は、ピストンシリンダ
３０を備えたブロック２８を有している。ブロック２８
には、シリンダヘッド３２が固定されている。シリンダ
ヘッド３２には、吸気ポート３４（入口部）と、排気ポ
ート３６と、燃料噴射開口６０とが設けられている。吸
気管３８は、吸気ポート３４とプレナム部１２の排気開
口１５とを流体連通する。排気管５２は、排気ポート３
６と排気マニホルド５２とを流体連通する。
【００１６】エンジンアセンブリ１０は、ピストンシリ
ンダ３０内を直動運動し、矢印４２，４４の方向に一般
的な往復運動を行うピストン４０を有している。吸気行
程において、ピストン４０は略矢印４４の方向に進み、
燃焼室４６を低圧にする。これにより、空気が燃焼室４
６内の下方向へと吸い込まれる。ピストン４０が略矢印
４４の方向に沿って下方向に移動し、図１に示す位置に
なると、コネクティングロッド４３はクランクシャフト
５０を略矢印５１の方向へ回動させる。その後、クラン
クシャフト５０が略矢印５１の方向に回動を続けると、
クランクシャフト５０はコネクティングロッド４３とピ
ストン４０とを略矢印４２の方向に移動し、ピストン４
０を最上位置（不図示）まで復帰させる。
ンダ３０内を直動運動し、矢印４２，４４の方向に一般
的な往復運動を行うピストン４０を有している。吸気行
程において、ピストン４０は略矢印４４の方向に進み、
燃焼室４６を低圧にする。これにより、空気が燃焼室４
６内の下方向へと吸い込まれる。ピストン４０が略矢印
４４の方向に沿って下方向に移動し、図１に示す位置に
なると、コネクティングロッド４３はクランクシャフト
５０を略矢印５１の方向へ回動させる。その後、クラン
クシャフト５０が略矢印５１の方向に回動を続けると、
クランクシャフト５０はコネクティングロッド４３とピ
ストン４０とを略矢印４２の方向に移動し、ピストン４
０を最上位置（不図示）まで復帰させる。
【００１７】圧縮行程に進むと、吸気バルブ４８と排気
バルブ５６とがそれぞれ閉位置に配置される。ピストン
４０が略矢印４２の方向に沿って上方向に移動すると、
燃焼室４６内の空気が圧縮される。圧縮行程の始め（す
なわち上死点ＴＤＣまで１８０°）から圧縮行程の終わ
り（すなわち上死点ＴＤＣから０°）まで進むピストン
４０によって空気が圧縮され、燃焼室４６内の圧力が上
昇する。
バルブ５６とがそれぞれ閉位置に配置される。ピストン
４０が略矢印４２の方向に沿って上方向に移動すると、
燃焼室４６内の空気が圧縮される。圧縮行程の始め（す
なわち上死点ＴＤＣまで１８０°）から圧縮行程の終わ
り（すなわち上死点ＴＤＣから０°）まで進むピストン
４０によって空気が圧縮され、燃焼室４６内の圧力が上
昇する。
【００１８】ピストン４０と、ピストンシリンダ３０
と、シリンダヘッド３２は協働して、燃焼室４６を形成
する。具体的には、ピストン４０が上死点ＴＤＣに向か
って矢印４２の方向に移動すると、燃焼室４６の容積は
減少する。反対に、ピストン４０が下死点ＢＤＣに向か
って略矢印４４の方向に移動すると、燃焼室４６の容積
は図１に示すように増加する。
と、シリンダヘッド３２は協働して、燃焼室４６を形成
する。具体的には、ピストン４０が上死点ＴＤＣに向か
って矢印４２の方向に移動すると、燃焼室４６の容積は
減少する。反対に、ピストン４０が下死点ＢＤＣに向か
って略矢印４４の方向に移動すると、燃焼室４６の容積
は図１に示すように増加する。
【００１９】エンジンアセンブリ１０は、吸気管３８と
流体連通する燃料源１８をさらに有する。燃料供給バル
ブ４１は、吸気管３８に流入する燃料（ガスあるいは液
体）の流量を制御する。具体的に燃料供給バルブ４１
は、燃料を吸気管に導く開位置および燃料が吸気管３８
に流入するのを阻止する閉位置の間で駆動する。なお、
燃料供給バルブ４１によって流入する燃料の量は、燃焼
室４６に流入する燃料に対する空気の比率、すなわち空
燃比を制御するといえる。とくに、燃焼室４６に希薄な
混合気体を供給したい場合は、燃料バルブ４１は吸気管
３８に少ない燃料を供給するように操作される。一方、
燃焼室４８に濃厚な空気と燃料の混合気体を供給したい
場合は、燃料バルブ４１は吸気管３８に多くの燃料を供
給するよう操作される。
流体連通する燃料源１８をさらに有する。燃料供給バル
ブ４１は、吸気管３８に流入する燃料（ガスあるいは液
体）の流量を制御する。具体的に燃料供給バルブ４１
は、燃料を吸気管に導く開位置および燃料が吸気管３８
に流入するのを阻止する閉位置の間で駆動する。なお、
燃料供給バルブ４１によって流入する燃料の量は、燃焼
室４６に流入する燃料に対する空気の比率、すなわち空
燃比を制御するといえる。とくに、燃焼室４６に希薄な
混合気体を供給したい場合は、燃料バルブ４１は吸気管
３８に少ない燃料を供給するように操作される。一方、
燃焼室４８に濃厚な空気と燃料の混合気体を供給したい
場合は、燃料バルブ４１は吸気管３８に多くの燃料を供
給するよう操作される。
【００２０】吸気バルブ４８は、プレナム室２４を燃料
室４６と選択的に流体連通させる。吸気バルブ４８は、
クランクシャフト５０の回動によって駆動されるカムシ
ャフト（不図示）、プッシュロッド（不図示）、および
ロッカーアーム（不図示）により、周知の方法で駆動さ
れる。吸気バルブ４８が図１に示すような開位置に配置
された場合、空気は吸気ポート３４を介して吸気管３８
から燃焼室４６へ流入する。吸気バルブ４８が閉位置
（不図示）に配置された場合、吸気バルブ４８が吸気ポ
ート３４からの流体の流れを阻止するため、吸気管３８
から燃焼室４６への空気の流入が阻止される。
室４６と選択的に流体連通させる。吸気バルブ４８は、
クランクシャフト５０の回動によって駆動されるカムシ
ャフト（不図示）、プッシュロッド（不図示）、および
ロッカーアーム（不図示）により、周知の方法で駆動さ
れる。吸気バルブ４８が図１に示すような開位置に配置
された場合、空気は吸気ポート３４を介して吸気管３８
から燃焼室４６へ流入する。吸気バルブ４８が閉位置
（不図示）に配置された場合、吸気バルブ４８が吸気ポ
ート３４からの流体の流れを阻止するため、吸気管３８
から燃焼室４６への空気の流入が阻止される。
【００２１】排気バルブ５６は、排気マニホルド５４を
燃焼室４６と選択的に流体連通させる。排気バルブ５６
もまた、クランクシャフト５０の回動によってそれぞれ
駆動されるカムシャフト（不図示）、プッシュロッド
（不図示）、およびロッカーアーム（不図示）により、
周知の方法で駆動される。排気バルブ５６が開位置（不
図示）に配置された場合、排気ガスは、排気ポート３６
と排気管５２とを含む流路を介して燃焼室４６から排気
マニホルド５２へ流出する。排気バルブ５６が図１に示
すような閉位置に配置された場合、排気バルブ５６は排
気ポート３６を通る流体の流れを阻止するため、燃焼室
４６から排気マニホルド５４への排気ガスの流入が阻止
される。
燃焼室４６と選択的に流体連通させる。排気バルブ５６
もまた、クランクシャフト５０の回動によってそれぞれ
駆動されるカムシャフト（不図示）、プッシュロッド
（不図示）、およびロッカーアーム（不図示）により、
周知の方法で駆動される。排気バルブ５６が開位置（不
図示）に配置された場合、排気ガスは、排気ポート３６
と排気管５２とを含む流路を介して燃焼室４６から排気
マニホルド５２へ流出する。排気バルブ５６が図１に示
すような閉位置に配置された場合、排気バルブ５６は排
気ポート３６を通る流体の流れを阻止するため、燃焼室
４６から排気マニホルド５４への排気ガスの流入が阻止
される。
【００２２】エンジンアセンブリ１０は、燃料タンク７
０を備えている。燃料ポンプ７２は、燃料タンク７０か
ら低圧の燃料を吸い込み、燃料管７４を介して燃料噴射
装置６２に高圧の燃料を供給する。燃料噴射装置６２は
噴射開口６０に設置され、噴射開口６０を介して燃焼室
４６に燃料を噴射することができる。具体的には、燃料
噴射装置６２は、信号ライン１００を介してエンジンコ
ントロールユニット９０からのエンジンコントロール信
号を受信することにより、燃焼室４６に燃料を噴射す
る。
０を備えている。燃料ポンプ７２は、燃料タンク７０か
ら低圧の燃料を吸い込み、燃料管７４を介して燃料噴射
装置６２に高圧の燃料を供給する。燃料噴射装置６２は
噴射開口６０に設置され、噴射開口６０を介して燃焼室
４６に燃料を噴射することができる。具体的には、燃料
噴射装置６２は、信号ライン１００を介してエンジンコ
ントロールユニット９０からのエンジンコントロール信
号を受信することにより、燃焼室４６に燃料を噴射す
る。
【００２３】エンジンアセンブリ１０は、クランク角セ
ンサ８６と、圧力センサ８８とを備えている。クランク
角センサ８６は、クランクシャフト５０の瞬時的な位置
を検出し、それに応じたクランク角信号を生成する。圧
力センサ８８は、シリンダヘッド３２に設けられ、燃焼
室４６と流体連通している。圧力センサ８８は、燃焼室
４６の瞬時的な圧力を検出し、それに応じた圧力信号を
生成する。
ンサ８６と、圧力センサ８８とを備えている。クランク
角センサ８６は、クランクシャフト５０の瞬時的な位置
を検出し、それに応じたクランク角信号を生成する。圧
力センサ８８は、シリンダヘッド３２に設けられ、燃焼
室４６と流体連通している。圧力センサ８８は、燃焼室
４６の瞬時的な圧力を検出し、それに応じた圧力信号を
生成する。
【００２４】エンジンコントロールユニット９０は、信
号ライン９２を介して、クランク角センサ８６からのク
ランク角信号と、信号ライン９４を介して、圧力センサ
８８からの圧力信号とをそれぞれ受信することができ
る。そして、エンジンコントロールユニット９０は、噴
射制御信号を生成する。この信号は信号ライン１００を
介して燃料噴射装置６２に送信され、燃料噴射装置６２
による燃料の噴射量とタイミングとを制御する。エンジ
ンコントロールユニット９０は、さらに燃料供給バルブ
４１を制御することができる。信号ライン９６を介して
燃料制御信号が燃料供給バルブ４１に送信され、これに
より、燃料供給バルブ４１は燃焼室４６に流入する空気
と燃料との混合気の空燃比を制御する。
号ライン９２を介して、クランク角センサ８６からのク
ランク角信号と、信号ライン９４を介して、圧力センサ
８８からの圧力信号とをそれぞれ受信することができ
る。そして、エンジンコントロールユニット９０は、噴
射制御信号を生成する。この信号は信号ライン１００を
介して燃料噴射装置６２に送信され、燃料噴射装置６２
による燃料の噴射量とタイミングとを制御する。エンジ
ンコントロールユニット９０は、さらに燃料供給バルブ
４１を制御することができる。信号ライン９６を介して
燃料制御信号が燃料供給バルブ４１に送信され、これに
より、燃料供給バルブ４１は燃焼室４６に流入する空気
と燃料との混合気の空燃比を制御する。
【００２５】駆動中、シリンダアセンブリ２６は４つの
行程で１サイクルを行う。第１行程は吸気行程であり、
排気バルブ５６は閉位置に配置され、吸気バルブ４８は
開位置に配置される。
行程で１サイクルを行う。第１行程は吸気行程であり、
排気バルブ５６は閉位置に配置され、吸気バルブ４８は
開位置に配置される。
【００２６】燃焼過程には様々なタイプの燃料を用いる
ことができ、次の燃料グループのいずれかを含んだ燃料
を用いることができる。酸素添加燃料、ガソリン、ディ
ーゼル燃料、原油、潤滑オイル、エマルジョン水および
ディーゼル燃料の乳濁液、および水素ベースあるいは炭
化水素ベースの燃料。内燃機関については、例えばＵＳ
特許６，０３２，０６１７（以降、Williとする）によ
り詳細に記載されている。なお、Williの全体に開示さ
れている内容を、ここに引用する。
ことができ、次の燃料グループのいずれかを含んだ燃料
を用いることができる。酸素添加燃料、ガソリン、ディ
ーゼル燃料、原油、潤滑オイル、エマルジョン水および
ディーゼル燃料の乳濁液、および水素ベースあるいは炭
化水素ベースの燃料。内燃機関については、例えばＵＳ
特許６，０３２，０６１７（以降、Williとする）によ
り詳細に記載されている。なお、Williの全体に開示さ
れている内容を、ここに引用する。
【００２７】本発明は、マルチゾーン式の燃焼室、すな
わち図１１に示すように少なくとも２つのチャンバーを
有する改良型の内燃機関を提供するものである。なお、
図１１は、本発明の一実施の形態を示している。ピスト
ン１４０がピストンストロークの上死点ＴＤＣ付近の所
定の位置まで移動すると、往復動機関１１０の燃焼室１
４６は、複数のチャンバーを形成する。すなわち、燃焼
室１４６は、第１および第２チャンバーの２つの副室を
有している。見やすくするため、吸気バルブと排気バル
ブは示していない。図１に示したエンジンアセンブリ１
０と同様の要素には、同様の符号が付してある、
わち図１１に示すように少なくとも２つのチャンバーを
有する改良型の内燃機関を提供するものである。なお、
図１１は、本発明の一実施の形態を示している。ピスト
ン１４０がピストンストロークの上死点ＴＤＣ付近の所
定の位置まで移動すると、往復動機関１１０の燃焼室１
４６は、複数のチャンバーを形成する。すなわち、燃焼
室１４６は、第１および第２チャンバーの２つの副室を
有している。見やすくするため、吸気バルブと排気バル
ブは示していない。図１に示したエンジンアセンブリ１
０と同様の要素には、同様の符号が付してある、
【００２８】図２から図１１は、本発明の一実施の形態
を簡潔に示している。ピストン１４０，ピストンシリン
ダ１３０およびシリンダヘッド１３２がマルチゾーン式
燃焼室１４６を形成する。
を簡潔に示している。ピストン１４０，ピストンシリン
ダ１３０およびシリンダヘッド１３２がマルチゾーン式
燃焼室１４６を形成する。
【００２９】具体的には、ピストン１４０はカップ形状
をしており、中心に凹部１４１が設けられている。凹部
１４１は、ピストン１４０の一部である周囲突出壁１４
２によって囲まれている。シリンダヘッド１３２は、ピ
ストン１４０のカップ状部分に対応して受け入れるよう
に構成されている。シリンダヘッド１３２は周囲の凹部
１３４に囲まれた中央突部１３３を有している。中心凹
部１４１は、中央突部１３３を摺動して受け入れるよう
に構成され、周囲突出壁１４２は、ピストンシリンダ１
３０と、中央突部１３３と、凹部１３４との間に摺動し
て受け入れられるように構成されている。
をしており、中心に凹部１４１が設けられている。凹部
１４１は、ピストン１４０の一部である周囲突出壁１４
２によって囲まれている。シリンダヘッド１３２は、ピ
ストン１４０のカップ状部分に対応して受け入れるよう
に構成されている。シリンダヘッド１３２は周囲の凹部
１３４に囲まれた中央突部１３３を有している。中心凹
部１４１は、中央突部１３３を摺動して受け入れるよう
に構成され、周囲突出壁１４２は、ピストンシリンダ１
３０と、中央突部１３３と、凹部１３４との間に摺動し
て受け入れられるように構成されている。
【００３０】図２に示すように、ピストン１４０，シリ
ンダヘッド１３２およびピストンシリンダ１３０の接触
面の間のシール機能と、そこに作用する摩擦力を制御す
るために、ピストン１４０に内周ピストンリング１４８
および外周ピストンリング１４７を設けることができ
る。また、図２に破線で示すように、内周ピストンリン
グ１４８の代わりに、外周ピストンリング１４９をシリ
ンダヘッド１３２の中央突部１３３に配置することもで
きる。ピストンリング１４７，１４８，１４９の設置、
つまりその必要性は、エンジンのタイプ、コストおよび
漏れの許容量を含む（但しこれらに限定はされない）さ
まざまば要因に依存する。さらに、全ての実施の形態に
おいて、ピストンリングは必須の要素ではない。
ンダヘッド１３２およびピストンシリンダ１３０の接触
面の間のシール機能と、そこに作用する摩擦力を制御す
るために、ピストン１４０に内周ピストンリング１４８
および外周ピストンリング１４７を設けることができ
る。また、図２に破線で示すように、内周ピストンリン
グ１４８の代わりに、外周ピストンリング１４９をシリ
ンダヘッド１３２の中央突部１３３に配置することもで
きる。ピストンリング１４７，１４８，１４９の設置、
つまりその必要性は、エンジンのタイプ、コストおよび
漏れの許容量を含む（但しこれらに限定はされない）さ
まざまば要因に依存する。さらに、全ての実施の形態に
おいて、ピストンリングは必須の要素ではない。
【００３１】図３に示すように、ピストン１４０が矢印
４２の方向に移動すると、第１チャンバー１４３と第２
チャンバー１４４が形成され、それぞれの間で流体が連
通することを阻止するように互いが遮断される。すなわ
ち第１チャンバー１４３および第２チャンバー１４４は
それぞれ密閉されている。第１チャンバー１４３は、中
心凹部１４１と、中央突部１３３と壁１４２とによって
形成される。第２チャンバー１４４は、壁１４２と、シ
リンダヘッド１３２の中央突部１３３および凹部１３４
とによって形成される。第１チャンバー１４３および第
２チャンバー１４４のみを図示および説明しているが、
燃焼室１４６は２つの副室よりも大きくなるように構成
されている。
４２の方向に移動すると、第１チャンバー１４３と第２
チャンバー１４４が形成され、それぞれの間で流体が連
通することを阻止するように互いが遮断される。すなわ
ち第１チャンバー１４３および第２チャンバー１４４は
それぞれ密閉されている。第１チャンバー１４３は、中
心凹部１４１と、中央突部１３３と壁１４２とによって
形成される。第２チャンバー１４４は、壁１４２と、シ
リンダヘッド１３２の中央突部１３３および凹部１３４
とによって形成される。第１チャンバー１４３および第
２チャンバー１４４のみを図示および説明しているが、
燃焼室１４６は２つの副室よりも大きくなるように構成
されている。
【００３２】第１チャンバー１４３は、燃焼室１４６の
全体の燃料／空気の集合体、すなわち混合気のうち、所
定の割合の燃料／空気混合体１５０、すなわち可燃性ガ
スを閉じこめ、第２チャンバー１４４は、燃料／空気の
全混合体のうち、残りの割合の燃料／空気の混合体１５
１，すなわち残りの可燃性ガスを閉じこめる。圧縮点火
により、分割されたチャンバーのいずれにおいても点火
することができる。ただし、この実施の形態において
は、例として第１チャンバー１４３を初めに燃焼するチ
ャンバーとする。
全体の燃料／空気の集合体、すなわち混合気のうち、所
定の割合の燃料／空気混合体１５０、すなわち可燃性ガ
スを閉じこめ、第２チャンバー１４４は、燃料／空気の
全混合体のうち、残りの割合の燃料／空気の混合体１５
１，すなわち残りの可燃性ガスを閉じこめる。圧縮点火
により、分割されたチャンバーのいずれにおいても点火
することができる。ただし、この実施の形態において
は、例として第１チャンバー１４３を初めに燃焼するチ
ャンバーとする。
【００３３】第１チャンバー１４３と第２チャンバー１
４４を分割する構成要素の設計により、第２チャンバー
で燃料／空気混合体が燃焼する所定の時間が設定され
る。図示された一実施の形態では、中央突部１３３は凹
部１３４のベース面から突出し、その突出量は、周囲突
出部１４２が凹部１４１のベース面から突出する量より
も大きい。これにより、第１チャンバー１４３での圧縮
比は第２チャンバー１４４での圧縮比よりも大きくな
る。
４４を分割する構成要素の設計により、第２チャンバー
で燃料／空気混合体が燃焼する所定の時間が設定され
る。図示された一実施の形態では、中央突部１３３は凹
部１３４のベース面から突出し、その突出量は、周囲突
出部１４２が凹部１４１のベース面から突出する量より
も大きい。これにより、第１チャンバー１４３での圧縮
比は第２チャンバー１４４での圧縮比よりも大きくな
る。
【００３４】図２〜図８は、内部燃焼過程における複数
段階の処理の一例を順に示している。この実施の形態に
おいては、第２チャンバー１４４での燃焼を遅らせなが
ら、第１チャンバー１４３で燃焼を開始する。
段階の処理の一例を順に示している。この実施の形態に
おいては、第２チャンバー１４４での燃焼を遅らせなが
ら、第１チャンバー１４３で燃焼を開始する。
【００３５】具体的に、図２は、一般的な吸気行程のあ
とに開始される第１段階を示し、空気が燃焼室１４６に
導かれている。第１段階は、圧縮過程の初期を表してい
る。燃料は、いずれの段階でも、すなわち第１段階の前
および間に、バルブ４１および／または燃料噴射装置６
２を介して燃焼機構に供給され、混合される。燃料は、
酸素／燃料を予め混合したものを供給してもよいし（pr
emixed fuel-oxidizercharge）、あるいは酸素／燃料を
予め混合していないものを供給してもよい（non-premix
ed fuel-oxidizer charge）。本発明においては、燃料
を燃焼室１４６に直接噴射する場合、圧縮点火の前に空
気−燃料の混合気がほぼ均質となるのに十分な時間だ
け、燃料と空気とを燃焼室１４６に噴射する。
とに開始される第１段階を示し、空気が燃焼室１４６に
導かれている。第１段階は、圧縮過程の初期を表してい
る。燃料は、いずれの段階でも、すなわち第１段階の前
および間に、バルブ４１および／または燃料噴射装置６
２を介して燃焼機構に供給され、混合される。燃料は、
酸素／燃料を予め混合したものを供給してもよいし（pr
emixed fuel-oxidizercharge）、あるいは酸素／燃料を
予め混合していないものを供給してもよい（non-premix
ed fuel-oxidizer charge）。本発明においては、燃料
を燃焼室１４６に直接噴射する場合、圧縮点火の前に空
気−燃料の混合気がほぼ均質となるのに十分な時間だ
け、燃料と空気とを燃焼室１４６に噴射する。
【００３６】図３は、第２段階を示しており、燃焼室１
４６における圧縮行程の後半を示している。この段階
は、圧縮加熱によって、第１チャンバー１４３および第
２チャンバー１４４内のまだ燃焼していない燃料／空気
混合体に発生する化学反応を表している。この段階で、
燃焼室１４６は２つ（あるいは２つ以上）の独立した燃
焼室、すなわち第１チャンバー１４３および第２チャン
バー１４４、に分割される。ピストンの動作および燃焼
室の構造を組み合わせた結果として、燃焼室１４６が分
割される。第１チャンバー１４３に閉じこめられた燃料
／空気混合体１５０の所定の割合と、第２チャンバー１
４４に閉じこめられた燃料／空気混合体１５１の残りの
割合は、同じでも、異なっていてもよい。第１チャンバ
ー１４３に閉じこめられた所定割合の燃料／空気混合体
１５０の量と、第２チャンバー１４４に閉じこめられた
残存割合の燃料／空気混合体１５１の量は、第１チャン
バー１４３と第２チャンバー１４４とが分割される直前
に、それぞれのチャンバー１４３，１４４内にある燃料
／空気混合体の容積によって決定される。なお、第１チ
ャンバー１４３内の空気／燃料混合体１５０は、圧縮点
火に十分な量となっている。第１チャンバー１４３と第
２チャンバー１４４内のそれぞれの潜在的な燃焼エネル
ギーの割合は、エンジンの設計によって設定される。
４６における圧縮行程の後半を示している。この段階
は、圧縮加熱によって、第１チャンバー１４３および第
２チャンバー１４４内のまだ燃焼していない燃料／空気
混合体に発生する化学反応を表している。この段階で、
燃焼室１４６は２つ（あるいは２つ以上）の独立した燃
焼室、すなわち第１チャンバー１４３および第２チャン
バー１４４、に分割される。ピストンの動作および燃焼
室の構造を組み合わせた結果として、燃焼室１４６が分
割される。第１チャンバー１４３に閉じこめられた燃料
／空気混合体１５０の所定の割合と、第２チャンバー１
４４に閉じこめられた燃料／空気混合体１５１の残りの
割合は、同じでも、異なっていてもよい。第１チャンバ
ー１４３に閉じこめられた所定割合の燃料／空気混合体
１５０の量と、第２チャンバー１４４に閉じこめられた
残存割合の燃料／空気混合体１５１の量は、第１チャン
バー１４３と第２チャンバー１４４とが分割される直前
に、それぞれのチャンバー１４３，１４４内にある燃料
／空気混合体の容積によって決定される。なお、第１チ
ャンバー１４３内の空気／燃料混合体１５０は、圧縮点
火に十分な量となっている。第１チャンバー１４３と第
２チャンバー１４４内のそれぞれの潜在的な燃焼エネル
ギーの割合は、エンジンの設計によって設定される。
【００３７】第１チャンバー１４３および第２チャンバ
ー１４４における点火基準値（ignition threshold）と
圧縮比は、以下のような様々な要因に依存する。例え
ば、第１チャンバー１４３の寸法、第２チャンバー１４
４の寸法、使用燃料の種類、各チャンバー１４３，１４
４での燃料−空気の混合状態（層状か否か）、第１チャ
ンバー１４３の燃料／空気混合体１５０の所定割合、第
２チャンバー１４４にある燃料／空気混合体１５１の割
合、エンジンコントロールユニット１９０が、圧力セン
サ８８によって検出した圧力および温度センサ８９によ
って検出した温度を用いたフィードバック制御を行うか
どうか、第１チャンバー１４３の容積、第２チャンバー
１４４の容積、エンジン負荷およびエンジン回転数等で
ある。
ー１４４における点火基準値（ignition threshold）と
圧縮比は、以下のような様々な要因に依存する。例え
ば、第１チャンバー１４３の寸法、第２チャンバー１４
４の寸法、使用燃料の種類、各チャンバー１４３，１４
４での燃料−空気の混合状態（層状か否か）、第１チャ
ンバー１４３の燃料／空気混合体１５０の所定割合、第
２チャンバー１４４にある燃料／空気混合体１５１の割
合、エンジンコントロールユニット１９０が、圧力セン
サ８８によって検出した圧力および温度センサ８９によ
って検出した温度を用いたフィードバック制御を行うか
どうか、第１チャンバー１４３の容積、第２チャンバー
１４４の容積、エンジン負荷およびエンジン回転数等で
ある。
【００３８】第１チャンバー１４３の点火基準値は、第
１チャンバー１４３における圧縮比を増加させることに
より小さくすることができる。これにより、点火しやす
くなる。例えば、第１チャンバー１４３の上死点容積を
小さくすることにより、圧縮比を増加することができ
る。これは、突部１３３の突出量を大きくしたり、ある
いは中心凹部１４１の深さを小さくすることによって実
現できる。第２チャンバー１４４の点火基準値もまた、
第１チャンバー１４３に関して上述したような方法によ
り、大きくしたり小さくすることができる。具体的に
は、第２チャンバー１４４の上死点容積を小さくするこ
とにより、第２チャンバー１４４の点火基準値を小さく
することができ、点火しやすくすることができる。これ
は、周囲突出部１４２の突出量を増加したり、燃焼室１
４６の深さを小さくすることにより、実現することがで
きる。
１チャンバー１４３における圧縮比を増加させることに
より小さくすることができる。これにより、点火しやす
くなる。例えば、第１チャンバー１４３の上死点容積を
小さくすることにより、圧縮比を増加することができ
る。これは、突部１３３の突出量を大きくしたり、ある
いは中心凹部１４１の深さを小さくすることによって実
現できる。第２チャンバー１４４の点火基準値もまた、
第１チャンバー１４３に関して上述したような方法によ
り、大きくしたり小さくすることができる。具体的に
は、第２チャンバー１４４の上死点容積を小さくするこ
とにより、第２チャンバー１４４の点火基準値を小さく
することができ、点火しやすくすることができる。これ
は、周囲突出部１４２の突出量を増加したり、燃焼室１
４６の深さを小さくすることにより、実現することがで
きる。
【００３９】図４は、第３段階を示しており、第１チャ
ンバー１４３に閉じこめられた所定の割合の燃料／空気
混合体１５０の圧縮点火過程が表されている。圧縮点火
が開始されると、第１チャンバー１４３の所定割合の燃
料／空気混合体１５０が急速に燃焼する。所定割合の燃
料／空気混合体１５０が点火するときに発生する圧力と
温度を第１チャンバーの構造によって制御することがで
きるように、第１チャンバー１４３に閉じこめられたエ
ネルギー量は、第１チャンバー１４３の寸法によって調
節される。なお、所定割合の燃料／空気混合体１５０が
点火するのに必要な圧力は、熱力学的な相互作用によっ
て決まる要素である。
ンバー１４３に閉じこめられた所定の割合の燃料／空気
混合体１５０の圧縮点火過程が表されている。圧縮点火
が開始されると、第１チャンバー１４３の所定割合の燃
料／空気混合体１５０が急速に燃焼する。所定割合の燃
料／空気混合体１５０が点火するときに発生する圧力と
温度を第１チャンバーの構造によって制御することがで
きるように、第１チャンバー１４３に閉じこめられたエ
ネルギー量は、第１チャンバー１４３の寸法によって調
節される。なお、所定割合の燃料／空気混合体１５０が
点火するのに必要な圧力は、熱力学的な相互作用によっ
て決まる要素である。
【００４０】第１チャンバー１４３における初期点火
は、圧縮点火によって開始される。第１チャンバー１４
３および第２チャンバー１４４の圧縮比は、同じ値や異
なる値にすることができる。また、最高圧縮圧力および
温度は、第１チャンバーおよび第２チャンバーの寸法条
件および圧縮比によって制限される。
は、圧縮点火によって開始される。第１チャンバー１４
３および第２チャンバー１４４の圧縮比は、同じ値や異
なる値にすることができる。また、最高圧縮圧力および
温度は、第１チャンバーおよび第２チャンバーの寸法条
件および圧縮比によって制限される。
【００４１】図５は、第４段階を示しており、第１チャ
ンバー１４３内で、圧縮点火過程が急速燃焼過程へと進
んでいる。なお、第１チャンバー１４３が第２チャンバ
ー１４４の点火制御を行うように用いられているため、
上死点ＴＤＣからの経過時間を計測する必要はない。
ンバー１４３内で、圧縮点火過程が急速燃焼過程へと進
んでいる。なお、第１チャンバー１４３が第２チャンバ
ー１４４の点火制御を行うように用いられているため、
上死点ＴＤＣからの経過時間を計測する必要はない。
【００４２】図６は、第５段階を示しており、所定割合
の燃料／空気混合体１５０が第１チャンバー１４３内で
高圧、高温の燃焼ガス１５０Ａに変換されている。第５
段階は、上死点ＴＤＣの後に、ピストン１４０が下方向
４４に移動しているときに起こる。この第５段階におい
て、燃焼ガス１５０Ａは膨張し続けるが、第２チャンバ
ー１４４の残存空気／燃料混合体１５１、すなわち残り
の可燃性ガスとは分離したままである。
の燃料／空気混合体１５０が第１チャンバー１４３内で
高圧、高温の燃焼ガス１５０Ａに変換されている。第５
段階は、上死点ＴＤＣの後に、ピストン１４０が下方向
４４に移動しているときに起こる。この第５段階におい
て、燃焼ガス１５０Ａは膨張し続けるが、第２チャンバ
ー１４４の残存空気／燃料混合体１５１、すなわち残り
の可燃性ガスとは分離したままである。
【００４３】図７は、第６段階を示しており、ピストン
１４０が、第１チャンバー１４３と第２チャンバー１４
４との分離が終わる、すなわち両チャンバー１４３，１
４４が再び連通する所定位置まで移動した状態である。
第６段階は、上死点ＴＤＣの後に、ピストン１４０が下
方向４４に移動し続けているときに発生する。この段階
において、第２チャンバー１４４の残存割合の燃料／空
気混合体１５１の燃焼が開始する。図７は、第１チャン
バー１４３からの燃焼ガス１５０Ａが、第２チャンバー
１４３の残存燃料／空気混合体１５１に熱力学的に伝わ
っている様子を示しており、これによって燃料／空気混
合体１５１は残存燃焼ガス１５１Ａに変換される。ここ
で、熱力学的な伝達は、第１チャンバー１４３から第２
チャンバー１４４に移動する燃焼ガス１５０Ａによって
火炎が直接伝わることも含んでいる。
１４０が、第１チャンバー１４３と第２チャンバー１４
４との分離が終わる、すなわち両チャンバー１４３，１
４４が再び連通する所定位置まで移動した状態である。
第６段階は、上死点ＴＤＣの後に、ピストン１４０が下
方向４４に移動し続けているときに発生する。この段階
において、第２チャンバー１４４の残存割合の燃料／空
気混合体１５１の燃焼が開始する。図７は、第１チャン
バー１４３からの燃焼ガス１５０Ａが、第２チャンバー
１４３の残存燃料／空気混合体１５１に熱力学的に伝わ
っている様子を示しており、これによって燃料／空気混
合体１５１は残存燃焼ガス１５１Ａに変換される。ここ
で、熱力学的な伝達は、第１チャンバー１４３から第２
チャンバー１４４に移動する燃焼ガス１５０Ａによって
火炎が直接伝わることも含んでいる。
【００４４】具体的に、第１チャンバー１４３と第２チ
ャンバー１４４との分離が解除され、第１チャンバー１
４３の燃焼ガス１５０Ａが第２チャンバー１４４に移動
できるようになった後、第１チャンバー１４３の燃焼ガ
ス１５０Ａ、および第１チャンバー１４３内の熱力学的
状態は、第２チャンバー１４４内の残存燃料／空気混合
体１５１の点火源として用いられる。第２チャンバー１
４４内の残存燃料／空気混合体１５０が燃焼しだすまで
の所定時間は、第２チャンバー１４４から第１チャンバ
ー１４３を分離する構成要素の寸法条件および設計によ
って決定する要素である。
ャンバー１４４との分離が解除され、第１チャンバー１
４３の燃焼ガス１５０Ａが第２チャンバー１４４に移動
できるようになった後、第１チャンバー１４３の燃焼ガ
ス１５０Ａ、および第１チャンバー１４３内の熱力学的
状態は、第２チャンバー１４４内の残存燃料／空気混合
体１５１の点火源として用いられる。第２チャンバー１
４４内の残存燃料／空気混合体１５０が燃焼しだすまで
の所定時間は、第２チャンバー１４４から第１チャンバ
ー１４３を分離する構成要素の寸法条件および設計によ
って決定する要素である。
【００４５】図８は、第７段階を示しており、第２チャ
ンバー１４４の全ての残存燃料／空気混合体１５１が点
火し、燃焼ガス１５１Ａに変換されている。第２チャン
バー１４４における点火は、圧縮点火、火炎による直接
点火、あるいはこれらの組み合わせによって起こる。
ンバー１４４の全ての残存燃料／空気混合体１５１が点
火し、燃焼ガス１５１Ａに変換されている。第２チャン
バー１４４における点火は、圧縮点火、火炎による直接
点火、あるいはこれらの組み合わせによって起こる。
【００４６】第２チャンバー１４４の残存燃料／空気混
合体１５１は、次のように燃焼する。初めに、第１チャ
ンバー１４３内の燃焼ガス１５０Ａが、第２チャンバー
１４４内の残存燃料／空気混合体１５１に対する直接点
火源として作用する。図７の第６段階に示すように、第
２チャンバー内の、２つのチャンバー１４３，１４４同
士が初めに連通する位置で、乱流化した火炎が生成され
る。次に、燃焼ガス１５０Ａが第１チャンバー１４３か
ら第２チャンバー１４４へと突然侵入することにより、
第２チャンバー１４４内の温度および圧力が急上昇す
る。この過程で、第２チャンバー１４４内のまだ燃焼し
ていない残存燃料／空気混合体１５１の自己点火および
急速燃焼が促進される。図７および図８は、第２チャン
バー１４４の周辺部に沿った燃料／空気混合体１５１の
自己点火および急速燃焼の様子と、マルチゾーン式燃焼
室１４６全体における様子とを表している。
合体１５１は、次のように燃焼する。初めに、第１チャ
ンバー１４３内の燃焼ガス１５０Ａが、第２チャンバー
１４４内の残存燃料／空気混合体１５１に対する直接点
火源として作用する。図７の第６段階に示すように、第
２チャンバー内の、２つのチャンバー１４３，１４４同
士が初めに連通する位置で、乱流化した火炎が生成され
る。次に、燃焼ガス１５０Ａが第１チャンバー１４３か
ら第２チャンバー１４４へと突然侵入することにより、
第２チャンバー１４４内の温度および圧力が急上昇す
る。この過程で、第２チャンバー１４４内のまだ燃焼し
ていない残存燃料／空気混合体１５１の自己点火および
急速燃焼が促進される。図７および図８は、第２チャン
バー１４４の周辺部に沿った燃料／空気混合体１５１の
自己点火および急速燃焼の様子と、マルチゾーン式燃焼
室１４６全体における様子とを表している。
【００４７】本発明においては、マルチゾーン式燃焼室
１４６のいずれの位置からでも燃料を噴射することがで
きる。図９および図１１は、第１チャンバー１４３に初
めに燃料を供給するために、シリンダヘッド１３２の突
部１３３に配置された燃料噴射装置６２を示している。
１４６のいずれの位置からでも燃料を噴射することがで
きる。図９および図１１は、第１チャンバー１４３に初
めに燃料を供給するために、シリンダヘッド１３２の突
部１３３に配置された燃料噴射装置６２を示している。
【００４８】図１０は、本発明による燃焼噴射装置６２
の別の配置を示している。燃料噴射装置６２は、第２チ
ャンバー１４４に初めに燃料を供給するために、シリン
ダヘッド１３２の凹部１３４に配置されている。上述し
たように、マルチゾーン式燃焼室１４６は２つ以上の燃
焼室を含むことができる。従って、多くの副室のうちの
いずれか一つに燃料を噴射することも可能である。燃料
は、初めに複数の副室のうちの一つと結合するチャンバ
ー１４６の一部に噴射可能であるが、空気−燃料の混合
体は、第１チャンバーおよび、分割前の全部、あるいは
少なくとも一つの第２チャンバーにおいて生成される。
の別の配置を示している。燃料噴射装置６２は、第２チ
ャンバー１４４に初めに燃料を供給するために、シリン
ダヘッド１３２の凹部１３４に配置されている。上述し
たように、マルチゾーン式燃焼室１４６は２つ以上の燃
焼室を含むことができる。従って、多くの副室のうちの
いずれか一つに燃料を噴射することも可能である。燃料
は、初めに複数の副室のうちの一つと結合するチャンバ
ー１４６の一部に噴射可能であるが、空気−燃料の混合
体は、第１チャンバーおよび、分割前の全部、あるいは
少なくとも一つの第２チャンバーにおいて生成される。
【００４９】上述したように、圧縮点火前に燃料と空気
の均質な混合気体を提供することは、本発明のポイント
の一つである。燃料と空気は、さまざまな方法によって
混合することができる。一つの方法としては、燃焼室１
４６の外部で燃料と空気とを混合してほぼ均質な空気−
燃料混合体とし、その後、燃焼室１４６に吸い込む。別
の方法としては、図９に示すように、ピストン１４０が
下死点付近まで下げられている間に、燃焼室１４６の真
ん中に直接燃料を噴射し、全ての燃料を燃焼室１４６内
の全ての空気と均質に混合させる。その後、第１チャン
バー１４３と第２チャンバー１４４とを分離すると、第
１チャンバー１４３および第２チャンバー１４４の両方
に均質な空気−燃料混合体が存在することになる。ある
いは、燃料を層状にする、すなわち分離後の第１チャン
バー１４３に、第２チャンバー１４４よりも多い燃料を
供給したい場合、所定時間後（例えば、チャンバーの分
離後、あるいは図３に示すようにピストン１４０が分離
段階に近づくとき）に、第１チャンバー１４３に追加の
燃料を噴射し、全燃料と全空気とが分離前に燃焼室１４
６全体で混合しないようにする。これにより、第１チャ
ンバー１４３に含まれる燃料が多くなり、第２チャンバ
ー１４４に含まれる燃料が少なくなる。したがって、圧
縮点火の際に、第１チャンバー１４３内の均質な空気−
燃料混合体の空燃比は、第２チャンバー１４４内の均質
な空気−燃料混合体の空燃比と異なる。別の混合方法に
よると、図１０に示すように、噴射装置６２が第２チャ
ンバー１４４に直接噴射を行うように配置されている場
合、第２チャンバー１４４に含まれる燃料の量が、第１
チャンバー１４３の燃料の量よりも多くなるように調整
することができる。これは、第１チャンバー１４３と第
２チャンバー１４４とが分離する直前に、燃料を噴射す
ることによって実現できる。これらの混合方法のいずれ
においても、本発明においては、燃焼室１４６への燃料
の噴射は、全ての燃料が空気と均質に混合するように十
分に早い時点で行われる。使用される燃料の種類もま
た、燃料を噴射する時間に影響を及ぼす要因である。例
えば、ガソリンのような燃料を用いる場合は、ガソリン
の気化率は他の燃料に比べて高いため、ガソリンを遅い
時点でガソリンを噴射する。ガソリンの噴射は、例え
ば、ガソリンの圧縮点火が発生する位置の付近までピス
トン１４０が移動するときに行う。
の均質な混合気体を提供することは、本発明のポイント
の一つである。燃料と空気は、さまざまな方法によって
混合することができる。一つの方法としては、燃焼室１
４６の外部で燃料と空気とを混合してほぼ均質な空気−
燃料混合体とし、その後、燃焼室１４６に吸い込む。別
の方法としては、図９に示すように、ピストン１４０が
下死点付近まで下げられている間に、燃焼室１４６の真
ん中に直接燃料を噴射し、全ての燃料を燃焼室１４６内
の全ての空気と均質に混合させる。その後、第１チャン
バー１４３と第２チャンバー１４４とを分離すると、第
１チャンバー１４３および第２チャンバー１４４の両方
に均質な空気−燃料混合体が存在することになる。ある
いは、燃料を層状にする、すなわち分離後の第１チャン
バー１４３に、第２チャンバー１４４よりも多い燃料を
供給したい場合、所定時間後（例えば、チャンバーの分
離後、あるいは図３に示すようにピストン１４０が分離
段階に近づくとき）に、第１チャンバー１４３に追加の
燃料を噴射し、全燃料と全空気とが分離前に燃焼室１４
６全体で混合しないようにする。これにより、第１チャ
ンバー１４３に含まれる燃料が多くなり、第２チャンバ
ー１４４に含まれる燃料が少なくなる。したがって、圧
縮点火の際に、第１チャンバー１４３内の均質な空気−
燃料混合体の空燃比は、第２チャンバー１４４内の均質
な空気−燃料混合体の空燃比と異なる。別の混合方法に
よると、図１０に示すように、噴射装置６２が第２チャ
ンバー１４４に直接噴射を行うように配置されている場
合、第２チャンバー１４４に含まれる燃料の量が、第１
チャンバー１４３の燃料の量よりも多くなるように調整
することができる。これは、第１チャンバー１４３と第
２チャンバー１４４とが分離する直前に、燃料を噴射す
ることによって実現できる。これらの混合方法のいずれ
においても、本発明においては、燃焼室１４６への燃料
の噴射は、全ての燃料が空気と均質に混合するように十
分に早い時点で行われる。使用される燃料の種類もま
た、燃料を噴射する時間に影響を及ぼす要因である。例
えば、ガソリンのような燃料を用いる場合は、ガソリン
の気化率は他の燃料に比べて高いため、ガソリンを遅い
時点でガソリンを噴射する。ガソリンの噴射は、例え
ば、ガソリンの圧縮点火が発生する位置の付近までピス
トン１４０が移動するときに行う。
【００５０】エンジンコントロールユニット１９０は、
マルチゾーン式燃焼室のさまざまなパラメータを監視
し、内燃過程の動作を効果的に制御することができる。
図１１は、例えば、図１のエンジンアセンブリ１０に示
したクランク角センサ８６と圧力センサ８８とに加え
て、温度センサ８９を示している。本発明の一実施の形
態によるエンジンコントロールユニット１９０は、温度
センサ８９によって燃焼室１４６の温度を監視し、操作
を行うことができる。
マルチゾーン式燃焼室のさまざまなパラメータを監視
し、内燃過程の動作を効果的に制御することができる。
図１１は、例えば、図１のエンジンアセンブリ１０に示
したクランク角センサ８６と圧力センサ８８とに加え
て、温度センサ８９を示している。本発明の一実施の形
態によるエンジンコントロールユニット１９０は、温度
センサ８９によって燃焼室１４６の温度を監視し、操作
を行うことができる。
【００５１】温度センサ８９はシリンダヘッド１３２に
設けられ、燃焼室１４６と連通している。温度センサ８
９は、燃焼室１４６の瞬時的な温度を検出し、温度信号
を生成する。この温度信号は、マルチゾーン式燃焼室の
動作を最適化するために、エンジンコントローラユニッ
ト１９０で処理される。エンジンコントロールユニット
１９０は、信号ライン９８を介して温度センサ８９より
温度信号を受信し、また／あるいは信号ライン９４（図
１参照）を介して圧力センサ８８より圧力信号を受信す
ることができる。エンジンコントロールユニット１９０
は、その後、燃料噴射装置６２における燃料の噴射量お
よびタイミングを制御する噴射制御信号を生成し、信号
ライン１００を介して燃料噴射装置６２へ送る。
設けられ、燃焼室１４６と連通している。温度センサ８
９は、燃焼室１４６の瞬時的な温度を検出し、温度信号
を生成する。この温度信号は、マルチゾーン式燃焼室の
動作を最適化するために、エンジンコントローラユニッ
ト１９０で処理される。エンジンコントロールユニット
１９０は、信号ライン９８を介して温度センサ８９より
温度信号を受信し、また／あるいは信号ライン９４（図
１参照）を介して圧力センサ８８より圧力信号を受信す
ることができる。エンジンコントロールユニット１９０
は、その後、燃料噴射装置６２における燃料の噴射量お
よびタイミングを制御する噴射制御信号を生成し、信号
ライン１００を介して燃料噴射装置６２へ送る。
【００５２】本発明において、エンジンコントロールユ
ニット１９０は、プログラムされた一般用途向けのコン
ピュータが用いられる。当業者には明らかなように、コ
ントローラは、全体的なシステムレベルの制御を行うメ
イン、すなわち中央処理セクション、および中央処理セ
クションによって制御され、さまざまな所定の演算、フ
ァンクション、および他の処理を専門に実行する分割セ
クションを有する、特定用途向け集積回路、例えばＡＳ
ＩＣを用いることもできる。コントローラは、複数の分
離した専用回路、すなわちプログラム可能集積回路、あ
るいはその他の電子回路や装置である。例えば、個別の
要素回路といった、ワイヤ接続された電子回路すなわち
論理回路や、ＰＬＤ、ＰＬＡ、ＰＡＬ等のプログラム可
能論理回路である。また、コントローラは、例えばマイ
クロプロセッサ、マイクロコントローラ、あるいは他の
処理装置（ＣＰＵやＭＰＵ）といった、適切にプログラ
ムされた一般用途向けのコンピュータを、単独で、ある
いはデータおよび信号処理を行う一つ以上の周辺装置
（例えば集積回路）と協働して用いることができる。す
なわち、ここに述べた種々の処理を実行することができ
る有限状態機械のデバイス、およびデバイスの組立体で
あれば、コントローラとして用いることができる。最大
データ／信号処理能力および速度のために、分散処理構
造を用いることもできる。
ニット１９０は、プログラムされた一般用途向けのコン
ピュータが用いられる。当業者には明らかなように、コ
ントローラは、全体的なシステムレベルの制御を行うメ
イン、すなわち中央処理セクション、および中央処理セ
クションによって制御され、さまざまな所定の演算、フ
ァンクション、および他の処理を専門に実行する分割セ
クションを有する、特定用途向け集積回路、例えばＡＳ
ＩＣを用いることもできる。コントローラは、複数の分
離した専用回路、すなわちプログラム可能集積回路、あ
るいはその他の電子回路や装置である。例えば、個別の
要素回路といった、ワイヤ接続された電子回路すなわち
論理回路や、ＰＬＤ、ＰＬＡ、ＰＡＬ等のプログラム可
能論理回路である。また、コントローラは、例えばマイ
クロプロセッサ、マイクロコントローラ、あるいは他の
処理装置（ＣＰＵやＭＰＵ）といった、適切にプログラ
ムされた一般用途向けのコンピュータを、単独で、ある
いはデータおよび信号処理を行う一つ以上の周辺装置
（例えば集積回路）と協働して用いることができる。す
なわち、ここに述べた種々の処理を実行することができ
る有限状態機械のデバイス、およびデバイスの組立体で
あれば、コントローラとして用いることができる。最大
データ／信号処理能力および速度のために、分散処理構
造を用いることもできる。
【００５３】さらに、本発明は、酸素添加燃料、ガソリ
ン、ディーゼル燃料および水素燃料を含む（ただし、こ
れらには限定されない）、燃焼過程に適した燃料を用い
ることができる。酸素添加燃料は、バルブ４１あるいは
燃料噴射装置６２を介して燃焼過程中のいずれのタイミ
ングでも噴射することができる。
ン、ディーゼル燃料および水素燃料を含む（ただし、こ
れらには限定されない）、燃焼過程に適した燃料を用い
ることができる。酸素添加燃料は、バルブ４１あるいは
燃料噴射装置６２を介して燃焼過程中のいずれのタイミ
ングでも噴射することができる。
【００５４】第１チャンバーおよび第２チャンバー等の
副室は、最も効果的な燃焼とするために、バランスを取
るように第１チャンバーを中心にして同心に配置するこ
とが好ましい。しかし、他の、同心でない配置も可能で
ある。副室が２つ以上である場合は、第１チャンバーか
ら順に他のチャンバーに燃焼が進む。あるいは、２つ以
上の他のチャンバーが一体となって燃焼することもでき
る。ただし、第１チャンバー（複数も可）が常に初めに
点火し、第１チャンバーがその後の第２チャンバーの点
火源となるようにする。本発明においては、１つ以上の
第１チャンバーをそれぞれ次の第２チャンバーに連結す
ることができ、全ての第１チャンバーを同時に圧縮点火
して、その後それぞれに対応する第２チャンバーを順に
点火させることができる。これは、少なくとも一つの第
１チャンバーおよび次の少なくとも一つの第２チャンバ
ーでそれぞれ発生する燃焼の間のカスケード効果を生み
出す。カスケード効果により、正味燃焼エネルギー発生
率（net combustion energy release rate）が効果的に
制御される。正味燃焼エネルギー発生率が制御されない
従来の燃焼室とは異なり、本発明においては、燃焼を順
に発生させており、制御可能な単位に分割して燃焼を行
うので、正味燃焼エネルギー発生率を制御することがで
きる。
副室は、最も効果的な燃焼とするために、バランスを取
るように第１チャンバーを中心にして同心に配置するこ
とが好ましい。しかし、他の、同心でない配置も可能で
ある。副室が２つ以上である場合は、第１チャンバーか
ら順に他のチャンバーに燃焼が進む。あるいは、２つ以
上の他のチャンバーが一体となって燃焼することもでき
る。ただし、第１チャンバー（複数も可）が常に初めに
点火し、第１チャンバーがその後の第２チャンバーの点
火源となるようにする。本発明においては、１つ以上の
第１チャンバーをそれぞれ次の第２チャンバーに連結す
ることができ、全ての第１チャンバーを同時に圧縮点火
して、その後それぞれに対応する第２チャンバーを順に
点火させることができる。これは、少なくとも一つの第
１チャンバーおよび次の少なくとも一つの第２チャンバ
ーでそれぞれ発生する燃焼の間のカスケード効果を生み
出す。カスケード効果により、正味燃焼エネルギー発生
率（net combustion energy release rate）が効果的に
制御される。正味燃焼エネルギー発生率が制御されない
従来の燃焼室とは異なり、本発明においては、燃焼を順
に発生させており、制御可能な単位に分割して燃焼を行
うので、正味燃焼エネルギー発生率を制御することがで
きる。
【００５５】第１チャンバー（一つもしくは複数）およ
び第２チャンバー（一つもしくは複数）の寸法と相対容
積は、使用燃料、および第１チャンバーおよび第２チャ
ンバーに閉じこめられた空燃比によって決まる相関要素
である。
び第２チャンバー（一つもしくは複数）の寸法と相対容
積は、使用燃料、および第１チャンバーおよび第２チャ
ンバーに閉じこめられた空燃比によって決まる相関要素
である。
【００５６】以上、一実施の形態によって本発明を説明
したが、本発明は、上記実施の形態およびその構成に限
定されることはなく、本発明は種々の変形や同様な配置
を有するものにも対応する。さらに、上記実施の形態に
おいては種々の構成要素をさまざまな組み合わせおよび
構造で示したが、これらは一例である。より多い、ある
いは少ない構成要素、または単独の構成要素を含む他の
組み合わせおよび構造を有するものも、同様に本発明の
範囲内である。
したが、本発明は、上記実施の形態およびその構成に限
定されることはなく、本発明は種々の変形や同様な配置
を有するものにも対応する。さらに、上記実施の形態に
おいては種々の構成要素をさまざまな組み合わせおよび
構造で示したが、これらは一例である。より多い、ある
いは少ない構成要素、または単独の構成要素を含む他の
組み合わせおよび構造を有するものも、同様に本発明の
範囲内である。
【図１】 従来の内燃機関の断面図である。
【図２】 本発明によるマルチゾーン式燃焼室の、通常
の吸気過程後の第１段階を示す。
の吸気過程後の第１段階を示す。
【図３】 本発明によるマルチゾーン式燃焼室の第２段
階を示し、燃焼室を第１チャンバーと第２チャンバーに
分割した状態を示している。
階を示し、燃焼室を第１チャンバーと第２チャンバーに
分割した状態を示している。
【図４】 本発明によるマルチゾーン式燃焼室の第３段
階を示し、第１チャンバーにおける圧縮点火の開始を示
している。
階を示し、第１チャンバーにおける圧縮点火の開始を示
している。
【図５】 本発明によるマルチゾーン式燃焼室の第４段
階を示し、第１チャンバーにおける急速燃焼を示してい
る。
階を示し、第１チャンバーにおける急速燃焼を示してい
る。
【図６】 本発明によるマルチゾーン式燃焼室の第５段
階を示し、急速な燃焼が進む様子を示している。
階を示し、急速な燃焼が進む様子を示している。
【図７】 本発明によるマルチゾーン式燃焼室の第６段
階を示し、第１チャンバーと第２チャンバーとが連通し
て第２チャンバーで燃焼が開始する様子を示している。
階を示し、第１チャンバーと第２チャンバーとが連通し
て第２チャンバーで燃焼が開始する様子を示している。
【図８】 マルチゾーン式燃焼室の第７段階を示し、第
１チャンバーによって発生した圧力と温度の上昇によ
る、第２チャンバーでの強制的な圧縮点火の様子を示し
ている。
１チャンバーによって発生した圧力と温度の上昇によ
る、第２チャンバーでの強制的な圧縮点火の様子を示し
ている。
【図９】 本発明による、燃焼噴射装置の配置を示して
いる。
いる。
【図１０】 本発明による、燃料噴射装置の別の配置を
示している。
示している。
【図１１】 本発明の一実施の形態による内燃機関の断
面図を示している。
面図を示している。
Claims (3)
- 【請求項１】マルチゾーン式燃焼室において、 シリンダと、 前記シリンダの一端に配置されるシリンダヘッドと、 前記シリンダ内で往復動するピストンと、 前記ピストンの吸気行程において、前記燃焼室内に気体
を供給する入口部と、 前記燃焼室内に燃料を供給する噴射装置とを有し、 前記ピストンが前記シリンダヘッド近傍の所定位置まで
移動すると、前記燃焼室は第１チャンバーおよび少なく
とも一つの第２チャンバーをそれぞれ密閉して形成し、 燃焼前の前記第１チャンバーおよび前記第２チャンバー
には、それぞれ前記気体と前記燃料の混合気が存在し、 前記第１チャンバーおよび前記第２チャンバーは、前記
第１チャンバー内の前記気体／燃料混合気が圧縮される
ことにより前記第１チャンバーで圧縮点火が開始され、
一方、前記第２チャンバー内の前記気体／燃料混合気が
圧縮されることにより前記第２チャンバーで遅れて圧縮
点火が発生するように、各々の寸法が設定されているこ
とを特徴とするマルチゾーン式燃焼室。 - 【請求項２】シリンダと、前記シリンダの一端に配置さ
れるシリンダヘッドと、前記シリンダ内で往復動するピ
ストンと、前記ピストンの吸気行程において、燃焼室内
に気体を供給する入口部と、前記燃焼室内に燃料を供給
する噴射装置とを有するマルチゾーン式燃焼室を備えた
内燃機関において、 前記燃焼室は、前記ピストンが前記シリンダヘッド近傍
の所定位置まで移動すると形成される、少なくとも２つ
の副室を有し、前記少なくとも２つの副室は、互いに遮
断されて密閉され、 前記副室の一つ（以降、第１副室とする）で燃焼が開始
し、一方、他のいずれかの前記副室（以降、第２副室と
する）で燃焼の発生を遅らせ、その後、前記ピストンお
よび前記シリンダヘッドが前記所定の位置に復帰する
と、点火した前記気体／燃料混合気が前記第１副室から
隣接する前記第２副室へ熱力学的に移動するように、前
記ピストンおよび前記シリンダヘッドは互いに流体連通
するように配置されることを特徴とする内燃機関。 - 【請求項３】シリンダと、前記シリンダの一端に配置さ
れるシリンダヘッドと、前記シリンダ内で往復動するピ
ストンと、前記ピストンの吸気行程において、燃焼室内
に気体を供給する入口部と、前記燃焼室内に燃料を供給
する噴射装置とを有するマルチゾーン式燃焼室を備えた
内燃機関の燃焼制御方法において、 前記ピストンが前記シリンダヘッド近傍の所定位置まで
移動すると、前記燃焼室を少なくとも２つの副室に分割
し、 隣接する副室から遮断された一つの副室で圧縮燃焼を開
始し、一方、前記隣接する副室での燃焼の発生を阻止
し、 前記少なくとも２つの副室の分割が解除された後、前記
隣接する副室での燃焼を開始することを特徴とする燃焼
制御方法。
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