JP2006177250A - 副室式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 副燃焼室における燃焼を安定化することができる副室式内燃機関を提供する。
【解決手段】 副室式内燃機関１は、主燃焼室６３と、副燃焼室６１と、第１バイパス路７０と、第１バイパスバルブ２８とを備える。副燃焼室６１は、主燃焼室６３に隣接して連通する。第１バイパス路７０は、主燃焼室６３に対する吸気ポート２３と副燃焼室６１とを連通する。第１バイパスバルブ２８は、第１バイパス路７０に設けられる。第１バイパスバルブ２８は、主燃焼室６３に対する吸気バルブ２３が開かれた後に開かれる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、副室式内燃機関に関する。

従来から、主燃焼室及びその主燃焼室に隣接して設けられる副燃焼室を備えた副室式内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
実開昭６０−３６５２７（第１−６頁、第１−３図）

しかし、従来の技術では、副燃焼室に残留ガスが滞留する傾向がある。このため、副燃焼室における燃焼が不安定になることがある。

本発明の課題は、副燃焼室における燃焼を安定化することができる副室式内燃機関を提供することにある。

本発明に係る副室式内燃機関は、主燃焼室と、副燃焼室と、第１バイパス路と、第１バイパスバルブとを備える。副燃焼室は、主燃焼室に隣接して連通する。第１バイパス路は、主燃焼室に対する吸気ポートと副燃焼室とを連通する。第１バイパスバルブは、第１バイパス路に設けられる。第１バイパスバルブは、主燃焼室に対する吸気バルブが開かれた後に開かれる。

この副室式内燃機関では、第１バイパスバルブは、吸気バルブが開かれた後に開かれる。これにより、吸気ポートの圧力を副燃焼室の圧力に対して低くすることができるので、副燃焼室の残留ガスを副燃焼室から第１バイパス路経由で吸気ポートへ排出することができる。すなわち、副燃焼室の残留ガスを掃気することができる。

本発明に係る副室式内燃機関では、副燃焼室の残留ガスを掃気することができるので、副燃焼室における燃焼を安定化することができる。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る副室式内燃機関の断面図を図１に示す。

（副室式内燃機関の概略構成）
副室式内燃機関１は、主として、主燃焼室６３、吸排気機構、燃料噴射弁２７、副燃焼室６１、点火プラグ２９及びＥＣＵ４０を備える。

主燃焼室６３は、シリンダヘッド２０，シリンダブロック１０およびピストン３に囲まれた室である。シリンダヘッド２０には、主燃焼室６３に新気混合気を供給するための吸気ポート２３と、主燃焼室６３から既燃ガスを排気ガスとして排出するための排気ポート２４と、吸気ポート２３と副燃焼室６１とを連通する第１バイパス路７０とが形成されている。

また、吸排気機構として、吸気ポート２３の下流には吸気バルブ２１が、排気ポート２４の上流には排気バルブ２２が配備されている。クランクシャフトの回転に連動して回転する吸気用カム軸２１ｂ／排気用カム軸２２ｂに固定された吸気用カム２１ａ／排気用カム２２ａは、吸気バルブ２１／排気バルブ２２の上方に配置されており、吸気バルブ２１／排気バルブ２２を開閉させる。さらに、第１バイパス路７０が副燃焼室６１に至る部分には、第１バイパスバルブ２８が配備されている。クランクシャフトの回転に連動して回転するバイパス用カム軸２８ｂに固定されたバイパス用カム２８ａは、第１バイパスバルブ２８の上方に配置されており、第１バイパスバルブ２８を開閉させる。

燃料噴射弁２７は、主燃焼室６３に燃料を噴射する弁である。燃料配管２６を介して燃料噴射弁２７に燃料を送り出す燃料ポンプ２５は、吸気用カム軸２１ｂの端部近傍に配備されており、ガソリン燃料を加圧する。

副燃焼室６１は、主燃焼室６３に隣接して設けられる室であり、副燃焼室壁６１ａに囲まれている。具体的には、シリンダヘッド２０において吸気ポート２３と排気ポート２４との間に形成された空間に、略円筒形状の副燃焼室壁６１ａが配置され、副燃焼室６１が形成される。また、副燃焼室壁６１ａの膨出した半球状の底面には、主燃焼室６３と副燃焼室６１とを連通する複数の連通路６１ｂが形成されている。点火プラグ２９は、その先端が副燃焼室６１に突出するように設けられている。

ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁２７、燃料ポンプ２５、点火プラグ２９などに電気的に接続されている。

（副室式内燃機関の概略動作）
副室式内燃機関１では、排気行程の後半において、吸気用カム２１ａにより吸気バルブ２１は開状態とされ、新気空気は吸気ポート２３から主燃焼室６３へ導入される。一方、燃料ポンプ２５で加圧された燃料は、燃料配管２６を介して燃料噴射弁２７に供給される。燃料噴射弁２７は、主燃焼室６３に導入された新気空気に、燃料を噴射する。これにより、主燃焼室６３において新気混合気が生成される。

そして、吸気バルブ２１が開かれた後に、吸気行程において、第１バイパスバルブ２８は開かれる。これにより、副燃焼室６１の残留ガスは、第１バイパス路７０を介して副燃焼室６１から吸気ポート２３へ排出される。

圧縮行程においては、主燃焼室６３で新気混合気が圧縮されるとともに、主燃焼室６３の新気混合気の一部が、連通路６１ｂを介して主燃焼室６３から副燃焼室６１へ導入される。

点火プラグ２９により、副燃焼室６１の燃料は所定のタイミングで点火され燃焼する。副燃焼室６１の燃焼ガス（火炎）は、連通路６１ｂを介して主燃焼室６３へトーチ状に放射され、主燃焼室６３の均質な新気混合気を燃焼させる。

膨張行程では、新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力によって、ピストン３が押し下げられる。

排気行程では、排気用カム２２ａにより排気バルブ２２は開状態とされ、主燃焼室６３で燃焼された既燃ガスが、排気ガスとして排気ポート２４へ排出される。

ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁２７、燃料ポンプ２５、点火プラグ２９などに対して、制御の信号を供給し各種の制御を行う。ＥＣＵ４０は、各種の制御を行うためのロジックを実行する。例えば、ＥＣＵ４０は、所定のロジックを、電気回路的に、ソフト的に又はその両方により実行する。

（第１バイパス路及び第１バイパスバルブの詳細構成）
第１バイパス路７０及び第１バイパスバルブ２８の詳細構成を、図１及び図２に示す。

第１バイパス路７０は、吸気ポート２３と副燃焼室６１とを連通している。第１バイパス路７０の副燃焼室６１側の開口部７０ｂには、第１バイパスバルブ２８が配備されている。第１バイパスバルブ２８は、バイパス用カム軸２８ｂに固定されたバイパス用カム２８ａにより開閉される。第１バイパスバルブ２８が開かれた状態にされることにより、第１バイパス路７０から副燃焼室６１へ新気空気が導入されたり、副燃焼室６１から第１バイパス路７０へ残留ガスが排出されたりすることが可能になる。

第１バイパス路７０の吸気ポート２３側の開口部７０ａの近傍は、吸気ポート２３において吸気ポート２３と合流する部分である合流部分となる。開口部７０ａ付近における吸気ポート壁２３ａは、他の部分における吸気ポート壁２３ｂに対して隆起している。このため、吸気ポート２３は、合流部分（幅Ｗ１の部分）の流路断面積が合流部分の上流（幅Ｗ２の部分）の流路断面積よりも小さくなっている。

（第１バイパスバルブの詳細動作）
第１バイパスバルブ２８の詳細動作を、図２〜図４に示す。なお、図４において、ＴＤＣは上死点を表し、ＢＤＣは下死点を表す。

図４に示すように、排気行程の後半において、吸気バルブ２１は開かれる。このとき、吸気ポート２３に導入された新気空気は、図２に２重線の矢印で示すように、合流部分の上流から合流部分を経由して（副燃焼室６１を経由せずに）主燃焼室６３へ向かう方向へ流れる。ここで、吸気ポート２３は、合流部分（幅Ｗ１の部分）の流路断面積が合流部分の上流（幅Ｗ２の部分）の流路断面積よりも小さくなっている。このため、合流部分における新気空気の流速は、合流部分の上流における新気空気の流速よりも速くなる。これにより、合流部分の圧力は、副燃焼室６１の圧力に対して低くなる。

図４に示すように、排気行程の後半において吸気バルブ２１が開かれた後に、吸気行程において、第１バイパスバルブ２８は開かれる。すると、合流部分の圧力が副燃焼室６１の圧力に対して低くなっているので、副燃焼室６１の残留ガスは、図３に２重線の矢印で示すように、副燃焼室６１から第１バイパス路７０へと向かう方向に流れる。副燃焼室６１の残留ガスは、第１バイパス路７０を副燃焼室６１側の開口部７０ｂから吸気ポート２３側の開口部７０ａへと流れる。そして、その残留ガスは、合流部分で、吸気ポート２３における新気空気の流れと合流する。このようにして、副燃焼室６１の残留ガスは掃気される。

（副室式内燃機関の特徴）
（１）
ここでは、第１バイパスバルブ２８は、排気行程の後半において主燃焼室６３の吸気バルブ２１が開かれた後に、吸気行程において開かれる。これにより、吸気ポート２３の圧力が副燃焼室６１の圧力に対して低くなるので、副燃焼室６１の残留ガスは、副燃焼室６１から第１バイパス路７０経由で吸気ポート２３へ排出される。すなわち、副燃焼室６１の残留ガスは掃気される。

このように、副燃焼室６１の残留ガスが掃気されるので、副燃焼室６１における燃焼は安定化する。

（２）
ここでは、吸気ポート２３は、合流部分（幅Ｗ１の部分）の流路断面積が合流部分の上流（幅Ｗ２の部分）の流路断面積よりも小さくなっている。このため、合流部分における新気空気の流速は、合流部分の上流における新気空気の流速よりも速くなる。これにより、合流部分では、吸気ポート２３の圧力が副燃焼室６１の圧力に対して低くなる。

このように、吸気ポート２３の圧力が副燃焼室６１の圧力に対して低くなるので、副燃焼室６１の残留ガスは、副燃焼室６１から第１バイパス路７０経由で吸気ポート２３へ容易に排出される。

（第１実施形態の変形例）
第１バイパスバルブ２８は、排気行程の後半において、吸気バルブ２１が開かれた後に開かれてもよい。あるいは、吸気行程において吸気バルブ２１が開かれてもよく、同一吸気行程におけるその後のタイミングで、第１バイパスバルブ２８は開かれてもよい。これらの場合でも、吸気バルブ２１が開かれた後に第１バイパスバルブ２８が開かれるので、吸気ポート２３の圧力は副燃焼室６１の圧力に対して低くなる。

燃料噴射弁２７は、主燃焼室６３に燃料を噴射する代わりに、吸気ポート２３に燃料を噴射してもよい。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る副室式内燃機関の断面図を図５に示す。なお、第１実施形態と同様の構成要素は、同じ番号を付して説明を省略する。

（副室式内燃機関の概略構成）
副室式内燃機関１００は、主として、主燃焼室６３、吸排気機構、燃料噴射弁２７、副燃焼室１６１、点火プラグ２９及びＥＣＵ４０を備える。この点は第１実施形態と同様であるが、シリンダヘッド２０に第１バイパス路７０の代わりに第１バイパス路１７０が形成されている点と、バイパス用カム軸２８ｂに固定されたバイパス用カム２８ａの代わりにバイパス用カム軸１２８ｂに固定されたバイパス用カム１２８ａが備えられている点と、吸気ポート２３の代わりに吸気ポート１２３が備えられている点とで、第１実施形態と異なる。

すなわち、第１バイパス路１７０は、後述のように、吸気ポート１２３側の開口部１７０ａ付近の構成が第１バイパス路７０と異なる。バイパス用カム軸１２８ｂに固定されたバイパス用カム１２８ａは、後述のように、バイパス用カム軸２８ｂに固定されたバイパス用カム２８ａと異なるタイミングで第１バイパスバルブ２８を開閉するように構成されている。吸気ポート１２３は、後述のように、吸気ポート壁１２３ａ，１２３ｂの形状が吸気ポート２３と異なる。

他の点は第１実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の概略動作）
副室式内燃機関１００では、吸気行程において吸気バルブ２１が開かれる前に、排気行程の後半において、第１バイパスバルブ２８は開かれる。これにより、吸気ポート１２３の新気空気の一部は、第１バイパス路１７０を介して吸気ポート１２３から副燃焼室１６１へ導入される。

また、吸気バルブ２１は、吸気行程において、排気バルブ２２が閉まった後に開かれる。すなわち、吸気バルブ２１と排気バルブ２２とがともに閉まっているタイミングが存在する。

他の点は第１実施形態と同様である。

（第１バイパス路及び第１バイパスバルブの詳細構成）
第１バイパス路１７０及び第１バイパスバルブ２８の詳細構成を、図５及び図６に示す。

第１バイパス路１７０の吸気ポート１２３側の開口部１７０ａ付近における吸気ポート壁１２３ａは、他の部分における吸気ポート壁１２３ｂに対して隆起していない点で、第１実施形態と異なる。このため、吸気ポート１２３は、合流部分（幅Ｗ１０１の部分）の流路断面積が合流部分の上流（幅Ｗ２の部分）の流路断面積と略同一になっている。

他の点は第１実施形態と同様である。

（第１バイパスバルブの詳細動作）
第１バイパスバルブ２８の詳細動作を、図６及び図７に示す。なお、図７において、ＴＤＣは上死点を表し、ＢＤＣは下死点を表す。

図７に示すように、吸気行程において吸気バルブ２１が開かれる前に、排気行程の後半において、第１バイパスバルブ２８は開かれる。このとき、図６に示すように、吸気ポート１２３に導入された新気空気は、２重線の矢印で示すように、合流部分の上流から合流部分を経由して第１バイパス路１７０へ向かう方向へ流れる。ここで、吸気ポート１２３は、合流部分（幅Ｗ１０１の部分）の流路断面積が合流部分の上流（幅Ｗ２の部分）の流路断面積と略同一になっている。このため、合流部分における新気空気の流速は、合流部分の上流における新気空気の流速と変わらない。しかし、吸気バルブ２１が閉まっているので、新気空気は、合流部分から副燃焼室１６１を経由せずに主燃焼室６３へ向かう方向へは流れずに、合流部分から第１バイパス路１７０へ向かう方向へ流れることになる。

その新気空気は、第１バイパス路１７０を吸気ポート１２３側の開口部１７０ａから副燃焼室１６１側の開口部１７０ｂへと流れる。そして、新気空気は、副燃焼室１６１に導入されることにより、副燃焼室１６１の残留ガスを、連通路６１ｂを介して副燃焼室１６１から主燃焼室６３へ排出する。

また、図７に示すように、吸気行程において、吸気バルブ２１と排気バルブ２２とがともに閉まっているタイミングが存在する。このタイミングにおいて、ピストン３が移動しているので、主燃焼室６３に大きな負圧が発生し、連通路６１ｂを介して副燃焼室１６１にも大きな負圧が発生する。そして、第１バイパスバルブ２８は、吸気行程において、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２がともに閉まっている期間の一部の期間において、開いた状態にされる。このため、吸気ポート１２３の新気空気は、合流部分の上流から合流部分を経由して第１バイパス路１７０へ向かう方向へ容易に流れる。その新気空気は、第１バイパス路１７０を吸気ポート１２３側の開口部１７０ａから副燃焼室１６１側の開口部１７０ｂへと容易に流れる。そして、新気空気は、副燃焼室１６１に導入されることにより、副燃焼室１６１の残留ガスを、連通路６１ｂを介して副燃焼室１６１から主燃焼室６３へ容易に排出する。

他の点は第１実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の特徴）
（１）
ここでは、第１バイパスバルブ２８は、吸気行程において吸気バルブ２１が開かれる前に、排気行程の後半において開かれる。これにより、新気空気が吸気ポート１２３から第１バイパス路１７０経由で副燃焼室１６１へ導入されるので、副燃焼室１６１の残留ガスは、副燃焼室１６１から連通路６１ｂ経由で主燃焼室６３へ押し出される。すなわち、副燃焼室１６１の残留ガスは掃気される。

このように、副燃焼室１６１の残留ガスが掃気されるので、副燃焼室１６１における燃焼は安定化する。

（２）
ここでは、第１バイパスバルブ２８は、吸気行程において、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２がともに閉まっている期間の全部の期間において、開いた状態にされる。このため、新気空気は、吸気ポート１２３から第１バイパス路１７０経由で副燃焼室１６１へ導入されやすくなっている。

このように、新気空気が副燃焼室１６１へ導入されやすくなっているので、副燃焼室１６１の残留ガスは、副燃焼室１６１から複数の連通路６１ｂ経由で主燃焼室６３へ容易に排出される。

（第２実施形態の変形例）
吸気バルブ２１が排気行程の後半において開かれてもよく、同一排気行程におけるその前のタイミングで、第１バイパスバルブ２８は開かれてもよい。あるいは、第１バイパスバルブ２８は、吸気行程において、吸気バルブ２１が開かれる前に開かれてもよい。これらの場合でも、吸気バルブ２１が開かれる前に第１バイパスバルブ２８が開かれるので、新気空気は、吸気ポート１２３から第１バイパス路１７０経由で副燃焼室１６１へ導入される。

第１バイパスバルブ２８は、吸気行程において、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２がともに閉まっている期間の一部の期間において、開いた状態にされてもよい。この場合でも、新気空気が副燃焼室１６１へ導入されやすくなっているので、副燃焼室１６１の残留ガスは、副燃焼室１６１から複数の連通路６１ｂ経由で主燃焼室６３へ容易に排出される。

燃料噴射弁２７は、主燃焼室６３に燃料を噴射する代わりに、吸気ポート１２３に燃料を噴射してもよい。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る副室式内燃機関の断面図を図８に示す。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成要素は、同じ番号を付して説明を省略する。

（副室式内燃機関の概略構成）
副室式内燃機関２００は、主として、主燃焼室６３、吸排気機構、燃料噴射弁２７、副燃焼室１６１、点火プラグ２９及びＥＣＵ４０を備える。この点は第１実施形態及び第２実施形態と同様であるが、バイパス用カム軸２８ｂに固定されたバイパス用カム２８ａの代わりにバイパス用カム軸２２８ｂに固定されたバイパス用カム２２８ａが備えられている点で、第１実施形態及び第２実施形態と異なる。

すなわち、バイパス用カム軸２２８ｂに固定されたバイパス用カム２２８ａは、後述のように、バイパス用カム軸２８ｂに固定されたバイパス用カム２８ａと異なるタイミングで第１バイパスバルブ２８を開閉するように構成されている。

他の点は第１実施形態及び第２実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の概略動作）
副室式内燃機関２００では、圧縮行程の一部においても、第１バイパスバルブ２８は開かれる。これにより、副燃焼室１６１の残留ガスは、第１バイパス路１７０を介して副燃焼室１６１から吸気ポート１２３へ排出される。他の点は第１実施形態及び第２実施形態と同様である。

（第１バイパス路及び第１バイパスバルブの詳細構成）
第２実施形態と同様である。

（第１バイパスバルブの詳細動作）
第１バイパスバルブ２８の詳細動作を、図９及び図１０に示す。なお、図１０において、ＴＤＣは上死点を表し、ＢＤＣは下死点を表す。

図１０に示すように、第１バイパスバルブ２８は、圧縮行程の一部においても開かれる。このとき、図９に示すように、主燃焼室６３の新気混合気の一部は、２重線の矢印で示すように、複数の連通路６１ｂを介して主燃焼室６３から副燃焼室１６１へ導入される。新気混合気が副燃焼室１６１へ導入されることにより、副燃焼室１６１に導入された新気混合気の一部と副燃焼室１６１の残留ガスとは、副燃焼室１６１から第１バイパス路１７０へ向かう方向へ流れる。その新気混合気及び残留ガスは、第１バイパス路１７０を副燃焼室１６１側の開口部１７０ｂから吸気ポート１２３側の開口部１７０ａへ流れ、吸気ポート１２３へ排出される。

他の点は第１実施形態及び第２実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の特徴）
（１）
ここでは、第１バイパスバルブ２８は、吸気行程において吸気バルブ２１が開かれる前に、排気行程の後半において開かれる。これにより、新気空気が吸気ポート１２３から第１バイパス路１７０経由で副燃焼室１６１へ導入されるので、副燃焼室１６１の残留ガスは、副燃焼室１６１から連通路６１ｂ経由で主燃焼室６３へ押し出される。すなわち、副燃焼室１６１の残留ガスは掃気される。

このように、副燃焼室１６１の残留ガスが掃気されるので、副燃焼室１６１における燃焼は安定化する。

（２）
ここでは、第１バイパスバルブ２８は、吸気行程において、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２がともに閉まっている期間の全部の期間において、開いた状態にされる。このため、新気空気は、吸気ポート１２３から第１バイパス路１７０経由で副燃焼室１６１へ導入されやすくなっている。

このように、新気空気が副燃焼室１６１へ導入されやすくなっているので、副燃焼室１６１の残留ガスは、副燃焼室１６１から複数の連通路６１ｂ経由で主燃焼室６３へ容易に排出される。

（３）
ここでは、第１バイパスバルブ２８は、圧縮行程の一部においても開かれる。このため、副燃焼室１６１の残留ガスは、副燃焼室１６１から第１バイパス路１７０経由で吸気ポート１２３へ容易に排出される。

また、主燃焼室６３から副燃焼室１６１へ導入された新気混合気の一部は、第１バイパス路１７０を介して吸気ポート１２３へ戻される。このため、ポンプ損失は低減する。

（第３実施形態の変形例）
吸気バルブ２１が排気行程の後半において開いてもよく、同一排気行程におけるその前のタイミングで、第１バイパスバルブ２８は開かれてもよい。あるいは、第１バイパスバルブ２８は、吸気行程において、吸気バルブ２１が開かれる前に開かれてもよい。これらの場合でも、吸気バルブ２１が開かれる前に第１バイパスバルブ２８が開かれるので、新気空気は、吸気ポート１２３から第１バイパス路１７０経由で副燃焼室１６１へ導入される。

第１バイパスバルブ２８は、吸気行程において、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２がともに閉まっている期間の一部の期間において、開いた状態にされてもよい。この場合でも、新気空気が副燃焼室１６１へ導入されやすくなっているので、副燃焼室１６１の残留ガスは、副燃焼室１６１から複数の連通路６１ｂ経由で主燃焼室６３へ容易に排出される。

燃料噴射弁２７は、主燃焼室６３に燃料を噴射する代わりに、吸気ポート１２３に燃料を噴射してもよい。

第１バイパスバルブ２８は、圧縮行程の一部のみにおいて開かれてもよい。この場合でも、副燃焼室１６１の残留ガスは、副燃焼室１６１から第１バイパス路１７０経由で吸気ポート１２３へ容易に排出される。また、主燃焼室６３から副燃焼室１６１へ導入された新気混合気の一部が第１バイパス路１７０を介して吸気ポート１２３へ戻されるので、ポンプ損失は低減する。

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態に係る副室式内燃機関の断面図を図１１に示す。なお、第１実施形態と同様の構成要素は、同じ番号を付して説明を省略する。

（副室式内燃機関の概略構成）
副室式内燃機関３００は、主として、主燃焼室６３、吸排気機構、燃料噴射弁２７、副燃焼室３６１、点火プラグ２９及びＥＣＵ３４０を備える。この点は第１実施形態と同様であるが、第１バイパス路３７０に第１バイパスバルブ２８の代わりに第１バイパスバルブ３２８とバルブ調整部３２８ａとが配備されている点で、第１実施形態と異なる。

すなわち、バルブ調整部３２８ａは、ＥＣＵ３４０に電気的に接続されている。ＥＣＵ３４０は、バルブ調整部３２８ａを制御することにより、バルブ調整部３２８ａが第１バイパスバルブ３２８を開閉するタイミングを制御する。

他の点は第１実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の概略動作）
ＥＣＵ３４０は、第１バイパスバルブ３２８に対しても、制御の信号を供給し制御を行う。すなわち、ＥＣＵ３４０は、第１バイパスバルブ３２８を、図４に示す第１バイパスバルブ２８と同様のタイミングで開閉させる。他の点は第１実施形態と同様である。

（第１バイパス路及び第１バイパスバルブの詳細構成）
第１バイパス路３７０及び第１バイパスバルブ３２８の詳細構成を、図１１に示す。

第１バイパスバルブ３２８は、バルブ調整部３２８ａにより開閉される。バルブ調整部３２８ａは、ＥＣＵ３４０から制御の信号を受け取り、その制御の信号に基づいて第１バイパスバルブ３２８を開閉させる。

他の点は第１実施形態と同様である。

（第１バイパスバルブの詳細動作）
図４に示すように、排気行程の後半において吸気バルブ２１が開かれた後に、吸気行程において、バルブ調整部３２８ａは、第１バイパスバルブ３２８を開かせるような制御信号をＥＣＵ３４０から受け取る。バルブ調整部３２８ａは、その制御信号に基づき、第１バイパスバルブ３２８を開く。

他の点は第１実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の特徴）
（１）
ここでは、第１バイパスバルブ３２８は、排気行程の後半において主燃焼室６３の吸気バルブ２１が開かれた後に、吸気行程において開かれる。これにより、吸気ポート２３の圧力が副燃焼室３６１の圧力に対して低くなるので、副燃焼室３６１の残留ガスは、副燃焼室３６１から第１バイパス路３７０経由で吸気ポート２３へ排出される。すなわち、副燃焼室３６１の残留ガスは掃気される。

このように、副燃焼室３６１の残留ガスが掃気されるので、副燃焼室３６１における燃焼は安定化する。

（２）
ここでは、吸気ポート２３は、合流部分（幅Ｗ１の部分）の流路断面積が合流部分の上流（幅Ｗ２の部分）の流路断面積よりも小さくなっている。このため、合流部分における新気空気の流速は、合流部分の上流における新気空気の流速よりも速くなる。これにより、合流部分では、吸気ポート２３の圧力が副燃焼室３６１の圧力に対して低くなる。

このように、吸気ポート２３の圧力が副燃焼室３６１の圧力に対して低くなるので、副燃焼室３６１の残留ガスは、副燃焼室３６１から第１バイパス路３７０経由で吸気ポート２３へ容易に排出される。

（３）
ここでは、ＥＣＵ３４０は、バルブ調整部３２８ａを制御することにより、バルブ調整部３２８ａが第１バイパスバルブ３２８を開閉するタイミングを制御する。このため、第１バイパスバルブ３２８が開閉されるタイミングを変更することが可能である。また、第１バイパスバルブ３２８が閉まっている時間を変更することが可能である。

（第４実施形態の変形例）
第１バイパスバルブ３２８は、排気行程の後半において、吸気バルブ２１が開かれた後に開かれてもよい。あるいは、吸気バルブ２１が吸気行程において開かれてもよく、同一吸気行程におけるその後のタイミングで、第１バイパスバルブ３２８は開かれてもよい。これらの場合でも、吸気バルブ２１が開かれた後に第１バイパスバルブ３２８が開かれるので、吸気ポート２３の圧力は副燃焼室３６１の圧力に対して低くなる。

燃料噴射弁２７は、主燃焼室６３に燃料を噴射する代わりに、吸気ポート２３に燃料を噴射してもよい。

第１バイパスバルブ３２８は、第１バイパス路３７０を開閉可能な位置であれば、どの位置に配置されていてもよい。第１バイパスバルブ３２８は、ＥＣＵ３４０により制御可能なバルブであれば、流量を制御できるバルブであってもよいし、どのようなバルブであってもよい。

＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態に係る副室式内燃機関の断面図を図１２に示す。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成要素は、同じ番号を付して説明を省略する。

（副室式内燃機関の概略構成）
副室式内燃機関４００は、主として、主燃焼室６３、吸排気機構、燃料噴射弁２７、副燃焼室１６１、点火プラグ２９及びＥＣＵ４４０を備える。この点は第１実施形態と同様であるが、合流部分の上流に吸気制御バルブ４９１と吸気制御駆動部４９１ａとが備えられている点で、第１実施形態と異なる。

すなわち、吸気制御駆動部４９１ａは、ＥＣＵ４４０に電気的に接続されている。ＥＣＵ４４０は、吸気制御駆動部４９１ａを制御することにより、吸気制御駆動部４９１ａが吸気制御バルブ４９１を開閉するタイミングを制御する。吸気制御バルブ４９１は、差圧が境界値以上となったときに開かれる。ここで、差圧は、吸気制御バルブ４９１の上流側の圧力と下流側の圧力との差である。

他の点は第１実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の概略動作）
副室式内燃機関４００では、排気行程の後半において、第１バイパスバルブ２８は開かれ、その後に吸気用カム２１ａにより吸気バルブ２１は開状態とされるが、吸気制御バルブ４９１は閉められている。

そして、吸気制御バルブ４９１は、吸気行程において、差圧が境界値以上となったときに開かれる。これにより、新気空気は、吸気ポート１２３から（副燃焼室１６１を介さずに）主燃焼室６３へ導入される。また、吸気ポート１２３の新気空気の一部は、吸気ポート１２３から第１バイパス路１７０を経由して副燃焼室１６１へ導入される。

（第１バイパス路及び第１バイパスバルブの詳細構成）
第２実施形態と同様である。

（第１バイパスバルブ及び吸気制御バルブの詳細動作）
第１バイパスバルブ２８の詳細動作を、図１３及び図１４に示す。なお、図１４において、ＴＤＣは上死点を表し、ＢＤＣは下死点を表す。

図１４に示すように、排気行程の後半において、第１バイパスバルブ２８は開かれる。そのすぐ後のタイミングで、吸気バルブ２１が開かれる。このとき、差圧が境界値未満であるため、合流部分の上流に備えられている吸気制御バルブ４９１は閉められている。このため、吸気制御バルブ４９１から下流へは新気空気の流れが発生しない。

吸気行程においてピストン３が下降することにより、吸気制御バルブ４９１の下流側の圧力も下がり（主燃焼室６３及び副燃焼室１６１の負圧が大きくなり）、差圧が境界値以上に達するようになる。そして、ＥＣＵ４４０の指令を受けた吸気制御駆動部４９１ａにより吸気制御バルブ４９１が開かれると、吸気ポート１２３に脈動過給が発生し、吸気ポート１２３から（副燃焼室１６１を介さずに）主燃焼室６３へ大量の新気空気が導入される。

一方、吸気行程において、副燃焼室１６１に負圧が発生しており、吸気ポート１２３の新気空気が過給されているので、吸気ポート１２３の新気空気は、吸気バルブ２１が開いていても、その一部が容易に第１バイパス路１７０へと導かれる。その新気空気の一部は、第１バイパス路１７０を吸気ポート１２３側の開口部１７０ａから副燃焼室１６１側の開口部１７０ｂへ流れる。副燃焼室１６１に新気空気が流れ込むことにより、副燃焼室１６１の残留ガスは、複数の連通路６１ｂを介して副燃焼室１６１から主燃焼室６３へ排出される。

他の点は第１実施形態及び第２実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の特徴）
（１）
ここでは、第１バイパスバルブ２８は、排気行程の後半において吸気バルブ２１が開かれる前であって吸気行程において吸気制御バルブ４９１が開かれる前に、排気行程の後半において開かれる。これにより、新気空気が吸気ポート１２３から第１バイパス路１７０経由で副燃焼室１６１へ導入されるので、副燃焼室１６１の残留ガスは、副燃焼室１６１から連通路６１ｂ経由で主燃焼室６３へ押し出される。すなわち、副燃焼室１６１の残留ガスは掃気される。

このように、副燃焼室１６１の残留ガスが掃気されるので、副燃焼室１６１における燃焼は安定化する。

（２）
ここでは、吸気制御バルブ４９１は、差圧が境界値以上となったときに開かれる。このため、吸気ポート１２３には脈動過給が発生するので、主燃焼室６３には、大量の新気空気が吸気ポート１２３から供給される。

また、副燃焼室１６１に負圧が発生しており、吸気ポート１２３の新気空気が過給されているので、副燃焼室１６１には、新気空気が吸気ポート１２３から第１バイパス路１７０経由で副燃焼室１６１へ導入されやすくなっている。このため、副燃焼室１６１の残留ガスは、複数の連通路６１ｂを介して副燃焼室１６１から主燃焼室６３へ容易に排出される。

（第５実施形態の変形例）
吸気バルブ２１が吸気行程において開かれてもよく、同一吸気行程におけるその後のタイミングで吸気制御バルブ４９１が開かれてもよく、吸気バルブ２１が開かれるタイミングと吸気制御バルブ４９１が開かれるタイミングとの間のタイミングで、第１バイパスバルブ２８は開かれてもよい。あるいは、吸気バルブ２１が吸気行程において開かれてもよく、同一吸気行程におけるその後のタイミングで吸気制御バルブ４９１が開かれてもよく、吸気バルブ２１が開かれるタイミングと吸気制御バルブ４９１が開かれるタイミングとより前のタイミングで、第１バイパスバルブ２８は開かれてもよい。これらの場合でも、吸気制御バルブ４９１が開かれる前に第１バイパスバルブ２８が開かれるので、新気空気は、吸気ポート１２３から第１バイパス路１７０経由で副燃焼室１６１へ導入される。

燃料噴射弁２７は、主燃焼室６３に燃料を噴射する代わりに、吸気ポート１２３に燃料を噴射してもよい。

第１バイパス路１７０の代わりに、第１実施形態と同様の第１バイパス路７０が備えられていてもよい。すなわち、開口部７０ａ付近における吸気ポート壁２３ａは、他の部分における吸気ポート壁２３ｂに対して隆起していてもよい（図２参照）。この場合、第１バイパスバルブ２８は、吸気行程において、吸気制御バルブ４９１が開かれた後に開かれてもよい。これにより、吸気ポート２３（図２参照）の圧力が副燃焼室１６１の圧力に対して低くなるので、副燃焼室１６１の残留ガスは、副燃焼室１６１から第１バイパス路７０経由で吸気ポート２３へ排出される。すなわち、副燃焼室１６１の残留ガスは掃気される。

＜第６実施形態＞
本発明の第６実施形態に係る副室式内燃機関の断面図を図１５に示す。なお、第１実施形態と同様の構成要素は、同じ番号を付して説明を省略する。

（副室式内燃機関の概略構成）
副室式内燃機関５００は、主として、主燃焼室６３、吸排気機構、燃料噴射弁２７、副燃焼室５６１、点火プラグ２９及びＥＣＵ４０を備える。この点は第１実施形態と同様であるが、シリンダヘッド２０に第１バイパス路７０の代わりに第２バイパス路５７０が形成されている点と、第１バイパスバルブ２８の代わりに第２バイパスバルブ５２８が備えられている点と、バイパス用カム軸２８ｂに固定されたバイパス用カム２８ａの代わりにバイパス用カム軸５２８ｂに固定されたバイパス用カム５２８ａが備えられている点と、排気ポート２４の代わりに排気ポート５２４が備えられている点と、副燃焼室５６１が排気ポート５２４に連通している点とで、第１実施形態と異なる。

すなわち、第２バイパス路５７０は、副燃焼室５６１と排気ポート５２４とを連通している。第２バイパス路５７０が副燃焼室５６１に至る部分には、第２バイパスバルブ５２８が配備されている。クランクシャフトの回転に連動して回転するバイパス用カム軸５２８ｂに固定されたバイパス用カム５２８ａは、第２バイパスバルブ５２８の上方に配置されており、第２バイパスバルブ５２８を開閉させる。排気ポート５２４は、後述のように、排気ポート壁５２４ａ，５２４ｂの形状が排気ポート２４と異なる。副燃焼室５６１は、排気ポート５２４に連通している点で副燃焼室６１と異なる。

他の点は第１実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の概略動作）
副室式内燃機関５００では、膨張行程の後半において排気バルブ２２が開かれた後に、排気行程において、第２バイパスバルブ５２８は開かれる。これにより、副燃焼室５６１の残留ガスは、第２バイパス路５７０を介して副燃焼室５６１から排気ポート５２４へ排出される。他の点は第１実施形態と同様である。

（第２バイパス路及び第２バイパスバルブの詳細構成）
第２バイパス路５７０及び第２バイパスバルブ５２８の詳細構成を、図１５及び図１６に示す。

第２バイパス路５７０は、排気ポート５２４と副燃焼室５６１とを連通している。第２バイパス路５７０の副燃焼室５６１側の開口部５７０ｂには、第２バイパスバルブ５２８が配備されている。第２バイパスバルブ５２８は、バイパス用カム軸５２８ｂに固定されたバイパス用カム５２８ａにより開閉される。第２バイパスバルブ５２８が開かれた状態にされることにより、副燃焼室５６１から第２バイパス路５７０へ残留ガスが排出されることが可能になる。

第２バイパス路５７０の排気ポート５２４側の開口部５７０ａの近傍は、排気ポート５２４において排気ポート５２４と合流する部分である排気側合流部分となる。開口部５７０ａ付近における排気ポート壁５２４ａは、他の部分における排気ポート壁５２４ｂに対して隆起している。このため、排気ポート５２４は、排気側合流部分（幅Ｗ５０１の部分）の流路断面積が排気側合流部分の上流（幅Ｗ５０２の部分）の流路断面積よりも小さくなっている。

（第２バイパスバルブの詳細動作）
第２バイパスバルブ５２８の詳細動作を、図１６〜図１８に示す。なお、図１８において、ＴＤＣは上死点を表し、ＢＤＣは下死点を表す。

図１８に示すように、膨張行程の後半において、排気バルブ２２は開かれる。このとき、主燃焼室６３から排気ポート５２４に導入された既燃ガスは、図１６に２重線の矢印で示すように、副燃焼室５６１を介さずに、排気側合流部分の上流から排気側合流部分を経由して主燃焼室６３から遠ざかる方向へ流れる。ここで、排気ポート５２４は、排気側合流部分（幅Ｗ５０１の部分）の流路断面積が排気側合流部分の上流（幅Ｗ５０２の部分）の流路断面積よりも小さくなっている。このため、排気側合流部分における既燃ガスの流速は、排気側合流部分の上流における既燃ガスの流速よりも速くなる。これにより、排気側合流部分の圧力は、副燃焼室５６１の圧力に対して低くなる。

図１８に示すように、膨張行程の後半において排気バルブ２２が開かれた後に、排気行程において、第２バイパスバルブ５２８は開かれる。すると、排気側合流部分の圧力が副燃焼室５６１の圧力に対して低くなっているので、副燃焼室５６１の残留ガスは、図１７に２重線の矢印で示すように、副燃焼室５６１から第２バイパス路５７０へと向かう方向に流れる。副燃焼室５６１の残留ガスは、第２バイパス路５７０を副燃焼室５６１側の開口部５７０ｂから排気ポート５２４側の開口部５７０ａへと流れる。そして、その残留ガスは、排気側合流部分で、排気ポート５２４における既燃ガスの流れと合流する。このようにして、副燃焼室５６１の残留ガスは掃気される。

（副室式内燃機関の特徴）
（１）
ここでは、第２バイパスバルブ５２８は、膨張行程の後半において主燃焼室６３の排気バルブ２２が開かれた後に、排気行程において開かれる。これにより、排気ポート５２４の圧力が副燃焼室５６１の圧力に対して低くなるので、副燃焼室５６１の残留ガスは、副燃焼室５６１から第２バイパス路５７０経由で排気ポート５２４へ排出される。すなわち、副燃焼室５６１の残留ガスは掃気される。

このように、副燃焼室５６１の残留ガスが掃気されるので、副燃焼室５６１における燃焼は安定化する。

（２）
ここでは、排気ポート５２４は、排気側合流部分（幅Ｗ５０１の部分）の流路断面積が排気側合流部分の上流（幅Ｗ５０２の部分）の流路断面積よりも小さくなっている。このため、排気側合流部分における既燃ガスの流速は、排気側合流部分の上流における既燃ガスの流速よりも速くなる。これにより、排気側合流部分では、排気ポート５２４の圧力が副燃焼室５６１の圧力に対して低くなる。

このように、排気ポート５２４の圧力が副燃焼室５６１の圧力に対して低くなるので、副燃焼室５６１の残留ガスは、副燃焼室５６１から第２バイパス路５７０経由で排気ポート５２４へ容易に排出される。

（第６実施形態の変形例）
排気バルブ２２が排気行程の前半において開かれてもよく、同一排気行程におけるその後のタイミングで、第２バイパスバルブ５２８は開かれてもよい。あるいは、第２バイパスバルブ５２８は、膨張行程の後半において、排気バルブ２２が開かれた後に開かれてもよい。これらの場合でも、排気バルブ２２が開かれた後に第２バイパスバルブ５２８が開かれるので、排気ポート５２４の圧力は副燃焼室５６１の圧力に対して低くなる。

燃料噴射弁２７は、主燃焼室６３に燃料を噴射する代わりに、吸気ポート２３に燃料を噴射してもよい。

第２バイパスバルブ５２８は、さらに圧縮行程の一部においてかれてもよい。この場合、副燃焼室５６１の残留ガスは、副燃焼室５６１から第２バイパス路５７０経由で排気ポート５２４へ容易に排出される。また、主燃焼室６３から副燃焼室５６１へ導入された新気混合気の一部は、第２バイパス路５７０を介して排気ポート２３へ排出される。このため、ポンプ損失は低減する。

第２バイパスバルブ５２８は、圧縮行程の一部のみにおいて開かれてもよい。この場合でも、副燃焼室５６１の残留ガスは、副燃焼室５６１から第２バイパス路５７０経由で排気ポート５２４へ容易に排出される。また、主燃焼室６３から副燃焼室５６１へ導入された新気混合気の一部が第２バイパス路５７０を介して排気ポート５２４へ排出されるので、ポンプ損失は低減する。

本発明に係る副室式内燃機関は、副燃焼室における燃焼を安定化することができるという効果を有し、副室式内燃機関等として有用である。

本発明の第１実施形態に係る副室式内燃機関の断面図。 第１バイパスバルブの動作を示す図。 第１バイパスバルブの動作を示す図。 吸気バルブ、排気バルブ及び第１バイパスバルブの動作を示すタイミングチャート。 本発明の第２実施形態に係る副室式内燃機関の断面図。 第１バイパスバルブの動作を示す図。 吸気バルブ、排気バルブ及び第１バイパスバルブの動作を示すタイミングチャート。 本発明の第３実施形態に係る副室式内燃機関の断面図。 第１バイパスバルブの動作を示す図。 吸気バルブ、排気バルブ及び第１バイパスバルブの動作を示すタイミングチャート。 本発明の第４実施形態に係る副室式内燃機関の断面図。 本発明の第５実施形態に係る副室式内燃機関の断面図。 第１バイパスバルブの動作を示す図。 吸気バルブ、排気バルブ、第１バイパスバルブ及び吸気制御バルブの動作を示すタイミングチャート。 本発明の第６実施形態に係る副室式内燃機関の断面図。 第２バイパスバルブの動作を示す図。 第２バイパスバルブの動作を示す図。 吸気バルブ、排気バルブ及び第２バイパスバルブの動作を示すタイミングチャート。

符号の説明

１，１００，２００，３００，４００，５００ 副室式内燃機関
２１ 吸気バルブ
２２ 排気バルブ
２３，１２３ 吸気ポート
２４，５２４ 排気ポート
２８ 第１バイパスバルブ
６１，１６１，３６１，５６１ 副燃焼室
６１ｂ 連通路
６３ 主燃焼室
７０ 第１バイパス路
５２８ 第２バイパスバルブ
５７０ 第２バイパス路

Claims (9)

1. 主燃焼室と、
   前記主燃焼室に隣接して連通する副燃焼室と、
   前記主燃焼室に対する吸気ポートと前記副燃焼室とを連通する第１バイパス路と、
   前記第１バイパス路を開閉する第１バイパスバルブと、
   を備え、
   前記第１バイパスバルブは、前記主燃焼室に対する吸気バルブが開かれた後に開かれる、
   副室式内燃機関。
2. 前記吸気ポートは、前記第１バイパス路と合流する部分である合流部分の流路断面積が前記合流部分の上流の流路断面積よりも小さい、
   請求項１に記載の副室式内燃機関。
3. 前記第１バイパスバルブは、圧縮行程の一部においても開かれる、
   請求項１に記載の副室式内燃機関。
4. 主燃焼室と、
   前記主燃焼室に隣接して連通する副燃焼室と、
   前記主燃焼室に対する吸気ポートと前記副燃焼室とを連通する第１バイパス路と、
   前記第１バイパス路を開閉する第１バイパスバルブと、
   を備え、
   前記第１バイパスバルブは、前記主燃焼室に対する吸気バルブが開かれる前に開かれる、
   副室式内燃機関。
5. 前記第１バイパスバルブは、吸気行程において、前記主燃焼室に対する排気バルブ及び前記吸気バルブがともに閉まっている期間の少なくとも一部の期間において、開いた状態にされる、
   請求項４に記載の副室式内燃機関。
6. 前記吸気ポートにおいて前記吸気ポートと前記第１バイパス路とが合流する部分である合流部分の上流に設けられ、吸気行程において、上流側の圧力と下流側の圧力との差である差圧が境界値以上となったときに開かれる吸気制御バルブをさらに備えた、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
7. 主燃焼室と、
   前記主燃焼室に隣接する副燃焼室と、
   前記主燃焼室に対する排気ポートと前記副燃焼室とを連通する第２バイパス路と、
   前記第２バイパス路を開閉する第２バイパスバルブと、
   を備え、
   前記第２バイパスバルブは、前記主燃焼室に対する排気バルブが開かれるタイミングと異なるタイミングで開かれる、
   副室式内燃機関。
8. 前記第２バイパスバルブは、前記排気バルブが開かれた後に開かれる、
   請求項７に記載の副室式内燃機関。
9. 前記第２バイパスバルブは、圧縮行程の一部においても開かれる、
   請求項８に記載の副室式内燃機関。

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