JP2006316715A - 副室式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 リーン限界を拡大できる副室式内燃機関を提供する。
【解決手段】 副室式内燃機関は、主燃焼室と、副燃焼室と、連通路と、点火部と、制御部とを備える。副燃焼室は、主燃焼室に隣接する。連通路は、主燃焼室と副燃焼室とを連通する。点火部は、主燃焼室から連通路経由で副燃焼室へ導入された新気混合気を、第１点火位置と第２点火位置とで点火する。第１点火位置は、副燃焼室内であって連通路の近傍である。第２点火位置は、副燃焼室内であって第１点火位置よりも連通路から離れている。制御部は、点火部を制御し、まず、第１点火位置で点火させて第１火炎を生成させる。制御部は、次に、第１火炎が第２点火位置に到達する前に第２点火位置で点火させる。
【選択図】 図７

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）。
特開２００２−８１３２１（第１−３頁、第１−１５図）

しかし、特許文献１の技術では、主燃焼室の新気混合気の空燃比がリーンなときに、副燃焼室における燃焼期間が長くなる傾向があり、また、未燃燃料が副燃焼室から主燃焼室へ排出されることがある。このため、リーン限界の拡大が困難になる傾向がある。

本発明の課題は、リーン限界を拡大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、連通路と、点火部と、制御部とを備える。副燃焼室は、主燃焼室に隣接する。連通路は、主燃焼室と副燃焼室とを連通する。点火部は、主燃焼室から連通路経由で副燃焼室へ導入された新気混合気を、第１点火位置と第２点火位置とで点火する。第１点火位置は、副燃焼室内であって連通路の近傍である。第２点火位置は、副燃焼室内であって第１点火位置よりも連通路から離れている。制御部は、点火部を制御し、まず、第１点火位置で点火させて第１火炎を生成させる。制御部は、次に、第１火炎が第２点火位置に到達する前に第２点火位置で点火させる。

この副室式内燃機関では、制御部は、点火部を制御し、まず、第１点火位置で点火させて第１火炎を生成させる。制御部は、次に、第１火炎が第２点火位置に到達する前に第２点火位置で点火させる。すなわち、第１火炎が生成された後において第１火炎が第２点火位置に到達する前に、第２点火位置で点火が行われて第２火炎を生成することができる。ここで、第１点火位置と第２点火位置とで点火が行われるので、第１火炎及び第２火炎の伝播距離を短くすることができる。このため、副燃焼室における燃焼期間を短縮することができる。また、第１点火位置で点火が行われた後に第２点火位置で点火が行われるので、未燃燃料が副燃焼室から連通路経由で主燃焼室へ排出されることを低減できる。

本発明に係る副室式内燃機関では、副燃焼室における燃焼期間を短縮することができ、未燃燃料が副燃焼室から主燃焼室へ排出されることを低減できる。このため、リーン限界を拡大できる。

＜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、点火装置（点火部）７０及びＥＣＵ（制御部）４０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とが形成されている。

また、吸排気機構として、吸気コレクタ９２及び吸気マニホルド９１は、吸気ポート２３の上流に位置している。吸気コレクタ９２には、スロットルバルブ９３ａ及びスロットル駆動装置９３ｂが上流側に配備されている。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。

燃料噴射弁２７は、吸気ポート２３に燃料を噴射する弁である。燃料配管（図示せず）を介して燃料噴射弁２７に燃料を送り出す燃料ポンプ（図示せず）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６１ｃ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６１ｃが配置され、副燃焼室６１が形成される。また、副燃焼室壁６１ｃ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。

点火装置７０は、主として、第１点火プラグ（第１点火部）７１と第２点火プラグ（第２点火部）７２とを有する。第１点火プラグ７１と第２点火プラグ７２とは、それぞれ、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、第１点火プラグ７１、第２点火プラグ７２、スロットル駆動装置９３ｂ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、吸気行程において、加圧された燃料が燃料噴射弁２７に供給される。燃料噴射弁２７は、吸気コレクタ９２と吸気マニホルド９１とを経由して吸気ポート２３に導入された新気空気に、燃料を噴射する。これにより、新気混合気が生成される。そして、吸気行程において、吸気用カム２１ａにより吸気バルブ２１は開状態とされ、新気混合気は吸気ポート２３から主燃焼室６３へ導入される。

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。これにより、副燃焼室６１における新気混合気の空燃比は、主燃焼室６３における新気混合気の空燃比と略等しくなる。

点火装置７０により、副燃焼室６１の新気混合気は所定のタイミングで着火され燃焼する。すなわち、第１点火プラグ７１は、副燃焼室６１の新気混合気を点火して第１火炎を発生させる。そして、第２点火プラグ７２は、第１火炎が連通路６１ｂに到達した後に副燃焼室６１の新気混合気を点火して第２火炎を発生させる。第１火炎及び第２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、第１点火プラグ７１、第２点火プラグ７２、スロットル駆動装置９３ｂ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。

（点火装置及び副燃焼室の詳細構成）
図２に、点火装置７０及び副燃焼室６１の拡大断面図を示す。図２に示す断面図は、副燃焼室６１の中心軸ＣＬ１を含む面で切った断面図である。

副燃焼室６１は、図２に示すように、副燃焼室壁６１ｃに囲まれた室である。副燃焼室６１は、軸ＣＬ１を中心軸とする略円筒形状である。また、副燃焼室６１の底面は、半球状に膨出している。副燃焼室壁６１ｃ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。連通路６１ｂは、副燃焼室６１から主燃焼室６３へ向かう方向について、中心軸ＣＬ１と鋭角を成して下方に傾斜している。これにより、副燃焼室６１から主燃焼室６３へ効率よく火炎を放射することができるようになっている。

一方、副燃焼室６１には、連通路６１ｂと対向する位置であって上部の位置に、点火装置７０が設けられている。点火装置７０は、主として、第１点火プラグ７１と第２点火プラグ７２とを有する。第１点火プラグ７１及び第２点火プラグ７２は、副燃焼室壁６１ｃを上方から下方へ貫通するように配置されており、副燃焼室６１の上部から副燃焼室６１の容積中心ＣＰ１へ向かう方向に延びている。

また、第１点火プラグ７１の先端部分７１ａは、副燃焼室６１の内部において副燃焼室６１の中心軸ＣＬ１の付近で且つ第２点火プラグ７２の先端部分７２ａよりも主燃焼室６３に近い位置に配置されている。第１点火プラグ７１の先端部分７１ａは、副燃焼室６１に突出している。それに対して、突起部材６１ｄは、副燃焼室６１において、副燃焼室壁６１ｃの主燃焼室６３に近い部分から主燃焼室６３から遠い位置へ（先端部分７１ａへ向かう方向へ）と延びている。突起部材６１ｄと副燃焼室壁６１ｃとは電気的に接続されており、先端部分７１ａと突起部材６１ｄとは電気的に絶縁されている。

一方、第２点火プラグ７２の先端部分７２ａは、副燃焼室６１の内部において副燃焼室６１の中心軸ＣＬ１の付近で且つ第１点火プラグ７１の先端部分７１ａよりも主燃焼室６３から離れた位置に配置されている。第２点火プラグ７２の先端部分７２ａは、副燃焼室６１に突出している。

（点火装置の詳細動作）
第１点火プラグ７１は、先端部分７１ａと突起部材６１ｄとの間にスパーク（図５のＳ１参照）を発生させて、副燃焼室６１の新気混合気を点火する。すなわち、第１点火プラグ７１の先端部分７１ａと突起部材６１ｄとの間の位置は第１点火位置（図５のＰ１参照）となる。この第１点火位置は、副燃焼室６１内であって、連通路６１ｂの近傍である。ここで、「連通路６１ｂの近傍」とは、副燃焼室６１の容積中心ＣＰ１よりも連通路６１ｂに近いことを意味している。第１点火プラグ７１は、副燃焼室６１の新気混合気を第１点火位置で点火して、第１火炎（図６のＦ１参照）を発生させる。

第２点火プラグ７２は、先端部分７２ａにスパーク（図７のＳ２参照）を発生させて、副燃焼室６１の新気混合気を点火する。すなわち、第２点火プラグ７２の先端部分７２ａの位置は第２点火位置（図５のＰ２参照）となる。この第２点火位置は、副燃焼室６１内であって、第１点火位置よりも連通路６１ｂから離れている。また、第２点火位置は、未燃部分Ｒ２（図７参照）の容積中心の近傍である。ここで、未燃部分Ｒ２は、第２点火位置で点火が行われるとき（第２タイミング）における第１火炎Ｆ１の外面Ｆ１ａと副燃焼室６１の境界面６１ａとで囲まれた部分である。そして、第２点火プラグ７２は、副燃焼室６１の新気混合気を第２点火位置で点火して、第２火炎（図８のＦ２参照）を発生させる。

なお、図７に示すように、副燃焼室６１は、主として、既燃部分Ｒ１と未燃部分Ｒ２とを有する。ここで、既燃部分Ｒ１は、第１火炎Ｆ１の外面Ｆ１ａが連通路６１ｂに到達したときにおいて第１火炎Ｆ１が占有している部分である。

（ＥＣＵの詳細構成）
ＥＣＵ４０は、主として、負荷演算部４１，速度演算部４２，燃料噴射制御部４３，スロットル制御部４４、第１点火時期制御部４５，第２点火時期制御部４６，記憶部４７及び入出力インターフェース（図示せず）を備える。負荷演算部４１，速度演算部４２，燃料噴射制御部４３，スロットル制御部４４、第１点火時期制御部４５及び第２点火時期制御部４６は、ＣＰＵなどで構成されている。記憶部４７は、ＲＯＭ，ＲＡＭなどで構成されており、プログラムやマップ情報（図３参照）などを記憶している。入出力インターフェースは、外部から信号を受ける場合や外部へ信号を供給する場合にインターフェースとなる部分である。

ＥＣＵ４０は、各種の制御を行うためのロジックを実行するだけでなく、第１点火プラグ７１の点火時期や第２点火プラグ７２の点火時期を制御するためのロジックを実行する。

（ＥＣＵの詳細動作）
ＥＣＵ４０には、クランク角センサ５１で検出されたクランク角信号、水温センサ５２で検出された冷却水温信号、アクセル開度センサ５３で検出されたアクセル開度信号などが、入出力インターフェースを介して入力される。負荷演算部４１及び速度演算部４２は、これらの信号を入出力インターフェースから受け取る。負荷演算部４１は、これらの信号に基づいて、機関負荷を演算する。速度演算部４２は、これらの信号に基づいて、機関速度を演算する。

燃料噴射制御部４３は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取り、機関負荷の情報及び機関速度の情報などに基づいて、噴射量制御信号を生成する。これにより、燃料噴射弁２７は、噴射量制御信号に基づいて所定の噴射量で燃料を噴射する。

スロットル制御部４４は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取り、機関負荷の情報及び機関速度の情報などに基づいて、スロットル制御信号を生成する。これにより、スロットル駆動装置９３ｂは、スロットル制御信号に基づいて所定の開度でスロットルバルブ９３ａを開閉させる。

第１点火時期制御部４５は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取る。また、第１点火時期制御部４５は、記憶部４７を参照して、マップ情報（図３参照）を受け取る。そして、第１点火時期制御部４５は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、第１点火時期制御信号を生成する。これにより、第１点火プラグ７１は、第１点火時期制御信号に基づいて第１タイミング又は第３タイミングでスパークを発生させる。なお、第１タイミング又は第３タイミングは、あらかじめ実験的に求められ、記憶部４７のマップ情報に関連づけて記憶されている。

第２点火時期制御部４６は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取る。また、第２点火時期制御部４６は、記憶部４７を参照して、マップ情報を受け取る。そして、第２点火時期制御部４６は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、第２点火時期制御信号を生成する。これにより、第２点火プラグ７２は、第２点火時期制御信号に基づいて第２タイミングでスパークを発生させる。ここで、第２タイミングは、第１火炎が生成された後すなわち第１タイミングよりも後であって、第１火炎が第２点火位置に到達する前のタイミングである。また、第２タイミングは、第１火炎が連通路６１ｂに到達した後のタイミングである。なお、第２タイミングは、あらかじめ実験的に求められ、記憶部４７のマップ情報に関連づけて記憶されている。

（副室式内燃機関の制御）
副室式内燃機関１の制御を、図３，図４を参照して説明する。

ＥＣＵ４０の第１点火時期制御部４５や第２点火時期制御部４６が参照するマップ情報を、図３に示す。マップ情報には、機関負荷（Ｔｅ）や機関速度（Ｎｅ）と制御領域との関係が示されている。すなわち、制御領域は、第１制御領域Ａ１及び第２制御領域Ａ２に分けられている。第１制御領域Ａ１は、比較的低負荷側の領域であり、主燃焼室６３の空燃比がリーンに制御される領域である。第２制御領域Ａ２は、比較的高負荷側の領域であり、主燃焼室６３の空燃比が理論空燃比に近くなるように制御される領域である。

副室式内燃機関１における制御の流れを、図４に示すフローチャートを用いて説明する。このような制御は、副室式内燃機関１における他の制御とともに行われる。

ステップＳ１では、センサによる検出が行われる。すなわち、クランク角センサ５１、水温センサ５２、アクセル開度センサ５３などにより検出が行われる。ＥＣＵ４０には、クランク角センサ５１で検出されたクランク角信号、水温センサ５２で検出された冷却水温信号、アクセル開度センサ５３で検出されたアクセル開度信号などが、入出力インターフェースを介して入力される。

ステップＳ２では、運転状態が演算される。すなわち、負荷演算部４１は、ステップＳ１で入力された信号を入出力インターフェースから受け取る。負荷演算部４１は、これらの信号に基づいて、機関負荷を演算する。また、速度演算部４２は、ステップＳ１で入力された信号を入出力インターフェースから受け取る。速度演算部４２は、これらの信号に基づいて、機関速度を演算する。

ステップＳ３では、どの制御領域であるかがＥＣＵ４０により判断される。すなわち、ＥＣＵ４０は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、どの制御領域であるかを判断する。制御領域が第１制御領域Ａ１であると判断された場合、ステップＳ４へ進められ、制御領域が第２制御領域Ａ２であると判断された場合、ステップＳ６へ進められる。

ステップＳ４では、第１点火位置で点火が行われる。すなわち、第１点火時期制御部４５は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取る。また、第１点火時期制御部４５は、記憶部４７を参照して、マップ情報（図３参照）を受け取る。そして、第１点火時期制御部４５は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、第１点火時期制御信号を生成する。これにより、第１点火プラグ７１は、第１点火時期制御信号に基づいて、第１タイミングにおいて第１点火位置でスパークを発生させる。これにより、第１火炎が生成される。

ステップＳ５では、第２点火位置で点火が行われる。すなわち、第２点火時期制御部４６は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取る。また、第２点火時期制御部４６は、記憶部４７を参照して、マップ情報（図３参照）を受け取る。そして、第２点火時期制御部４６は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、第２点火時期制御信号を生成する。これにより、第２点火プラグ７２は、第２点火時期制御信号に基づいて、第２タイミングにおいて第２点火位置でスパークを発生させる。ここで、第２タイミングは、第１火炎が生成された後すなわち第１タイミングよりも後であって、第１火炎が第２点火位置に到達する前のタイミングである。また、第２タイミングは、第１火炎が連通路６１ｂに到達した後のタイミングである。これにより、第２火炎が生成される。

ステップＳ６では、第１点火位置で点火が行われる。すなわち、第１点火時期制御部４５は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取る。また、第１点火時期制御部４５は、記憶部４７を参照して、マップ情報（図３参照）を受け取る。そして、第１点火時期制御部４５は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、第１点火時期制御信号を生成する。第１点火プラグ７１は、この第１点火時期制御信号に基づいて、第３タイミングにおいて第１点火位置でスパークを発生させる。これにより、第１火炎が生成される。

このように、制御領域が第２制御領域Ａ２である場合に、第２火炎は生成されない。このため、副燃焼室６１の燃焼期間の短縮が抑制されているので、副燃焼室６１から連通路６１ｂ経由で主燃焼室６３へ放射される火炎の速度も抑制される。この結果、主燃焼室６３の空燃比が理論空燃比に近く主燃焼室６３における燃焼を促進する必要性が低い場合（制御領域が第２制御領域Ａ２である場合）に、主燃焼室６３における燃焼期間の短縮も抑制されるので、主燃焼室６３における圧力上昇が急激過ぎることで発生する騒音（燃焼騒音）の発生が低減されている。

ステップＳ７では、所定期間を経過したか否かがＥＣＵ４０により判断される。所定期間を経過したと判断された場合、ステップＳ１へ進められ、所定期間を経過していないと判断された場合、ステップＳ７へ進められる。これにより、ステップＳ１〜Ｓ６の処理は、所定期間ごとに繰り返される。

（副室式内燃機関の副燃焼室における火炎の動作）
副室式内燃機関１の副燃焼室６１における火炎の動作を、図５〜図８を参照して説明する。図５〜図８では、制御領域が第１制御領域Ａ１である場合における火炎の動作が示されている。また、図５〜図８では、点火装置７０の図示が省略されている。

図５に示すように、第１点火プラグ７１は、第１点火時期制御信号に基づいて、第１タイミングにおいて第１点火位置Ｐ１でスパークＳ１を発生させる。これにより、副燃焼室６１の新気混合気が点火されて、図６に示すように、第１火炎Ｆ１が発生する。発生した第１火炎Ｆ１は、第１点火位置Ｐ１を中心にして、副燃焼室６１の境界面６１ａに到達するまで等方的に伝播される。そして、図７に示すように、第１火炎Ｆ１の外面Ｆ１ａが連通路６１ｂに到達する。これにより、後述の第２タイミングにおいて、未燃部分Ｒ２における新気混合気（未燃燃料）と連通路６１ｂとの間には、第１火炎Ｆ１が分布する状態になる。

第１火炎Ｆ１の外面Ｆ１ａが連通路６１ｂに到達した後すなわち第２タイミングにおいて、第２点火プラグ７２は、第２点火時期制御信号に基づいて、第２点火位置Ｐ２でスパークＳ２を発生させる。これにより、副燃焼室６１の未燃部分Ｒ２における新気混合気が点火されて、図８に示すように、第２火炎Ｆ２が発生する。発生した第２火炎Ｆ２は、第２点火位置Ｐ２を中心にして、副燃焼室６１の境界面６１ａ又は第１火炎Ｆ１の外面Ｆ１ａに到達するまで等方的に伝播される。

これにより、副燃焼室６１の容積中心ＣＰ１のみで点火されて生成された火炎が伝播される場合に比べて、第１火炎Ｆ１及び第２火炎Ｆ２の伝播距離が短くなっている。このため、副燃焼室６１における燃焼期間は短縮する。

また、第２火炎Ｆ２と連通路６１ｂとの間には、第１火炎Ｆ１が分布する状態になっている。このため、第２火炎Ｆ２による圧力上昇に伴って連通路６１ｂへ向かう新気混合気（未燃燃料）が第１火炎Ｆ１により燃焼されるので、副燃焼室６１の未燃燃料が副燃焼室６１から連通路６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることが低減されている。この結果、副燃焼室６１の燃焼に用いられる燃料のロスが抑制されており、副燃焼室６１の燃焼効率が向上しているので、副燃焼室６１における火炎のエネルギーは、主燃焼室６３のリーンな新気混合気を燃焼するのに十分なものとなる。

一方、第１火炎Ｆ１の一部は、火炎Ｆ７，Ｆ８として、副燃焼室６１から連通路６１ｂ経由で主燃焼室６３へトーチ状に放射される。すなわち、副燃焼室６１の全ての新気混合気が燃焼される前のタイミングから主燃焼室６３へ火炎Ｆ７，Ｆ８が放射されている。これにより、主燃焼室６３の新気混合気と火炎Ｆ７，Ｆ８との接触時間が増やされているので、主燃焼室６３における燃焼は安定化する。また、副燃焼室６１における燃焼期間は短縮しており、副燃焼室６１における火炎のエネルギーが主燃焼室６３のリーンな新気混合気を燃焼するのに十分なものとなっているので、火炎Ｆ７，Ｆ８の放射速度は、主燃焼室６３のリーンな新気混合気を燃焼するのに十分なものとなる。

（副室式内燃機関の特徴）
（１）
ここでは、ＥＣＵ４０は、点火装置７０を制御し、まず、第１点火位置Ｐ１で点火させて第１火炎Ｆ１を生成させる。ＥＣＵ４０は、次に、第１火炎Ｆ１が第２点火位置Ｐ２に到達する前に第２点火位置Ｐ２で点火させる。すなわち、第１火炎Ｆ１が生成された後において第１火炎Ｆ１が第２点火位置Ｐ２に到達する前に、第２点火位置Ｐ２で点火が行われて第２火炎Ｆ２が生成される。

ここで、第１点火位置Ｐ１と第２点火位置Ｐ２とで点火が行われるので、副燃焼室６１の容積中心ＣＰ１のみで点火が行われる場合に比べて、第１火炎Ｆ１及び第２火炎Ｆ２の伝播距離は短くなっている。このため、副燃焼室６１における燃焼期間は短縮する。

また、第１点火位置Ｐ１で点火が行われた後に第２点火位置Ｐ２で点火が行われるので、第２火炎Ｆ２による圧力上昇に伴って連通路６１ｂへ向かう未燃燃料は第１火炎Ｆ１により燃焼する。このため、未燃燃料が副燃焼室６１から連通路６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることは低減される。

このように、副燃焼室６１における燃焼期間が短縮され、未燃燃料が副燃焼室６１から連通路６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることが低減されている。このため、主燃焼室６３における新気混合気の空燃比がリーンであり、それによって副燃焼室６１における新気混合気の空燃比もリーンとなるときでも、副燃焼室６１から連通路６１ｂ経由で主燃焼室６３へ放射される火炎Ｆ７，Ｆ８の放射速度は十分なものとなる。この結果、リーン限界が拡大するので、機関熱効率は向上し、排気ガスは清浄化する。

（２）
ここでは、第１点火位置Ｐ１は、第２点火位置Ｐ２よりも連通路６１ｂに近い。そして、ＥＣＵ４０は、第２点火位置Ｐ２で点火する前に第１点火位置Ｐ１で点火させるように、点火装置７０を制御する。これにより、第２点火位置Ｐ２で第２火炎Ｆ２が発生する前に、第１点火位置Ｐ１で第１火炎Ｆ１は発生する。このため、副燃焼室６１の全ての新気混合気が燃焼される前のタイミングから主燃焼室６３へ火炎Ｆ７，Ｆ８が放射されている。これにより、主燃焼室６３の新気混合気と火炎Ｆ７，Ｆ８との接触時間が増やされているので、主燃焼室６３における燃焼は安定化する。

（３）
ここでは、ＥＣＵ４０は、第１火炎Ｆ１の外面Ｆ１ａが連通路６１ｂに到達した後に第２点火位置Ｐ２で点火させるように、点火装置７０を制御する。これにより、第２火炎Ｆ２が発生したときに、未燃部分Ｒ２における新気混合気（未燃燃料）と連通路６１ｂとの間には、第１火炎Ｆ１が分布する状態になっている。このため、第２火炎Ｆ２による圧力上昇に伴って連通路６１ｂへ向かう未燃燃料は第１火炎Ｆ１により確実に燃焼する。この結果、副燃焼室６１の未燃燃料が副燃焼室６１から連通路６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることは確実に低減される。

（４）
ここでは、第２点火位置Ｐ２は、未燃部分Ｒ２の容積中心の近傍である。このため、第２点火位置Ｐ２で点火することにより生成した第２火炎Ｆ２は、未燃部分Ｒ２の容積中心の近傍を中心にして等方的に伝播する。これにより、第２火炎Ｆ２の伝播距離が短くなるので、副燃焼室６１における燃焼期間は短縮する。

（５）
ここでは、第１点火プラグ７１は、副燃焼室６１の新気混合気を第１点火位置Ｐ１で点火する。また、第２点火プラグ７２は、副燃焼室６１の新気混合気を第２点火位置Ｐ２で点火する。このため、第１点火位置Ｐ１と第２点火位置Ｐ２とで点火するための点火装置７０の構成は簡易に実現される。

また、点火装置７０の構成は、点火プラグを用いたものであるので、低コストで信頼性高く実現されている。

（６）
ここでは、ＥＣＵ４０は、機関負荷が低い場合（制御領域が第１制御領域Ａ１である場合）に、第１点火位置Ｐ１と第２点火位置Ｐ２とで副燃焼室６１の新気混合気を点火させるように、点火装置７０を制御する。具体的には、ＥＣＵ４０は、機関負荷が低い場合に、第１火炎Ｆ１が生成された後において第１火炎Ｆ１が第２点火位置Ｐ２に到達する前に第２点火位置Ｐ２で点火させるように、点火装置７０を制御する。このため、機関負荷が低い場合に、副燃焼室６１における燃焼期間が短縮され、未燃燃料が副燃焼室６１から連通路６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることが低減されている。この結果、主燃焼室６３における燃焼期間が短縮され、リーン限界は拡大する。

一方、ＥＣＵ４０は、機関負荷が高い場合（制御領域が第２制御領域Ａ２である場合）に、第１点火位置Ｐ１で副燃焼室６１の新気混合気を点火させるように、点火装置７０を制御する。このため、機関負荷が高い場合に、副燃焼室６１における燃焼期間の短縮は抑制される。この結果、主燃焼室６３における燃焼期間の短縮が抑制され、主燃焼室６３における燃焼騒音の発生が低減される。

このように、副燃焼室６１における燃焼期間が運転状態に応じて制御されるので、主燃焼室６３における燃焼期間は運転状態に応じた適切なものとなる。

（第１実施形態の変形例）
（Ａ）第２点火位置は、副燃焼室６１の容積中心ＣＰ１の近傍であっても良い。この場合でも、副燃焼室６１の容積中心ＣＰ１のみで点火されて生成された火炎が伝播される場合に比べて、第１火炎Ｆ１及び第２火炎（図示せず）の伝播距離が短くなる。このため、副燃焼室６１における燃焼期間は短縮する。

（Ｂ）点火装置７０は、第１点火プラグ７１や第２点火プラグ７２に加えて、第３点火プラグ，・・・をさらに備えても良い。すなわち、点火装置７０が点火する位置である点火位置は、第１点火位置Ｐ１及び第２点火位置Ｐ２に加えて、第３点火位置，・・・を含んでいても良い。この場合でも、第２点火位置Ｐ２，第３点火位置，・・・で点火する前に第１点火位置Ｐ１で点火させるように、ＥＣＵ４０が点火装置７０を制御すれば、副燃焼室６１の全ての新気混合気が燃焼される前のタイミングから主燃焼室６３へ火炎Ｆ７，Ｆ８が放射されることになる。なお、第２点火位置Ｐ２，第３点火位置，・・・で点火が行われるタイミングは、同時であっても良いし、異なっていても良い。

（Ｃ）ＥＣＵ４０は、機関負荷が高い場合に、第２点火位置Ｐ２で副燃焼室６１の新気混合気を点火させるように、点火装置７０を制御してもよい。この場合でも、機関負荷が高い場合に、副燃焼室６１における燃焼期間の短縮は抑制される。この結果、主燃焼室６３における燃焼期間の短縮が抑制され、主燃焼室６３における燃焼騒音の発生が低減される。

＜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９に示す。

副室式内燃機関１００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、副燃焼室６１の代わりに副燃焼室１６１を備える点と、点火装置７０の代わりに点火装置（点火部）１７０を備える点と、ＥＣＵ４０の代わりにＥＣＵ（制御部）１４０を備える点とで、第１実施形態と異なる。

（副室式内燃機関の概略構成）
副燃焼室１６１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１６１ｃ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１６１ｃが配置され、副燃焼室１６１が形成される。また、副燃焼室壁１６１ｃの膨出した半球状の底面には、主燃焼室６３と副燃焼室１６１とを連通する複数の連通路１６１ｂが形成されている。

点火装置１７０は、主として、レーザ点火装置（第１点火部）１７１と第２点火プラグ７２とを有する。レーザ点火装置１７１と第２点火プラグ７２とは、それぞれ、その先端が副燃焼室１６１に突出するように設けられている。

ＥＣＵ１４０は、燃料噴射弁２７、レーザ点火装置１７１、第２点火プラグ７２、スロットル駆動装置９３ｂなどに電気的に接続されている。

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）
点火装置１７０により、副燃焼室１６１の新気混合気は所定のタイミングで着火され燃焼する。すなわち、レーザ点火装置１７１は、副燃焼室１６１の新気混合気を点火して第１火炎を発生させる。そして、第２点火プラグ７２は、第１火炎が連通路１６１ｂに到達した後に副燃焼室１６１の新気混合気を点火して第２火炎を発生させる。第１火炎及び第２火炎は、連通路１６１ｂ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。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（点火装置及び副燃焼室の詳細構成）
図１０に、点火装置１７０及び副燃焼室１６１の拡大断面図を示す。図１０に示す断面図は、副燃焼室１６１の中心軸ＣＬ２を含む面で切った断面図である。

点火装置１７０は、主として、レーザ点火装置１７１と第２点火プラグ７２とを有する。レーザ点火装置１７１及び第２点火プラグ７２は、副燃焼室壁１６１ｃを上方から下方へ貫通するように配置されている。

また、レーザ点火装置１７１の先端部分１７１ａは、副燃焼室１６１に突出している。レーザ点火装置１７１は、レーザ発生器及びその集光レンズなどから構成される（特開平９−４２１３８参照）。レーザ点火装置１７１では、その発生するレーザＬＳ１の焦点位置ＬＳ１ａが、副燃焼室１６１の内部において副燃焼室１６１の中心軸ＣＬ２の近傍で且つ第２点火プラグ７２の先端部分７２ａよりも主燃焼室６３に近くなる。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（点火装置の詳細動作）
レーザ点火装置１７１は、先端部分１７１ａからレーザＬＳ１を発生させて、焦点位置ＬＳ１ａで集光させることにより、副燃焼室１６１の新気混合気を点火する。すなわち、レーザ点火装置１７１の焦点位置ＬＳ１ａは第１点火位置（図５のＰ１参照）となる。この第１点火位置は、副燃焼室１６１内であって、連通路１６１ｂの近傍である。レーザ点火装置１７１は、副燃焼室１６１の新気混合気を第１点火位置で点火して、第１火炎（図６のＦ１参照）を発生させる。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（ＥＣＵの詳細構成）
ＥＣＵ１４０は、第１点火時期制御部４５の代わりに第１点火時期制御部１４５を備え、記憶部４７の代わりに記憶部１４７を備える。記憶部１４７は、マップ情報（図３参照）の代わりにマップ情報（図１１参照）を記憶している。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（ＥＣＵの詳細動作）
第１点火時期制御部１４５は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取る。また、第１点火時期制御部１４５は、記憶部１４７を参照して、マップ情報（図１１参照）を受け取る。そして、第１点火時期制御部１４５は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、第１点火時期制御信号を生成する。これにより、レーザ点火装置１７１は、第１点火時期制御信号に基づいて第１タイミング又は第３タイミングでレーザＬＳ１を発生させる。なお、第１タイミング又は第３タイミングは、あらかじめ実験的に求められ、記憶部１４７のマップ情報に関連づけて記憶されている。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の制御）
ＥＣＵ１４０の第１点火時期制御部１４５や第２点火時期制御部４６が参照するマップ情報を、図１１に示す。マップ情報には、機関負荷（Ｔｅ）や機関速度（Ｎｅ）と制御領域との関係が示されている。すなわち、制御領域は、第１制御領域Ａ１０１及び第２制御領域Ａ１０２に分けられている。第１制御領域Ａ１０１は、比較的低負荷側の領域であり、主燃焼室６３の空燃比がリーンに制御される領域である。第２制御領域Ａ１０２は、比較的高負荷側の領域であり、主燃焼室６３の空燃比が理論空燃比に近くなるように制御される領域である。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の副燃焼室における火炎の動作）
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、ＥＣＵ１４０は、点火装置７０を制御し、まず、第１点火位置Ｐ１で点火させて第１火炎Ｆ１を生成させる。ＥＣＵ１４０は、次に、第１火炎Ｆ１が第２点火位置Ｐ２に到達する前に第２点火位置Ｐ２で点火させる。すなわち、第１火炎Ｆ１が生成された後において第１火炎Ｆ１が第２点火位置Ｐ２に到達する前に、第２点火位置Ｐ２で点火が行われて第２火炎Ｆ２が生成される。

ここで、第１点火位置Ｐ１と第２点火位置Ｐ２とで点火が行われるので、副燃焼室１６１の容積中心ＣＰ２のみで点火が行われる場合に比べて、第１火炎Ｆ１及び第２火炎Ｆ２の伝播距離は短くなっている。このため、副燃焼室１６１における燃焼期間は短縮する。

また、第１点火位置Ｐ１で点火が行われた後に第２点火位置Ｐ２で点火が行われるので、第２火炎Ｆ２による圧力上昇に伴って連通路１６１ｂへ向かう未燃燃料は第１火炎Ｆ１により燃焼する。このため、未燃燃料が副燃焼室１６１から連通路１６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることは低減される。

このように、副燃焼室１６１における燃焼期間が短縮され、未燃燃料が副燃焼室１６１から連通路１６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることが低減されている。このため、主燃焼室６３における新気混合気の空燃比がリーンであり、それによって副燃焼室１６１における新気混合気の空燃比もリーンとなるときでも、副燃焼室１６１から連通路１６１ｂ経由で主燃焼室６３へ放射される火炎Ｆ７，Ｆ８の放射速度は十分なものとなる。この結果、リーン限界が拡大するので、機関熱効率は向上し、排気ガスは清浄化する。

（２）
ここでは、第１点火位置Ｐ１は、第２点火位置Ｐ２よりも連通路１６１ｂに近い。そして、ＥＣＵ１４０は、第２点火位置Ｐ２で点火する前に第１点火位置Ｐ１で点火させるように、点火装置１７０を制御する。これにより、第２点火位置Ｐ２で第２火炎Ｆ２が発生する前に、第１点火位置Ｐ１で第１火炎Ｆ１は発生する。このため、副燃焼室１６１の全ての新気混合気が燃焼される前のタイミングから主燃焼室６３へ火炎Ｆ７，Ｆ８が放射されている。これにより、主燃焼室６３の新気混合気と火炎Ｆ７，Ｆ８との接触時間が増やされているので、主燃焼室６３における燃焼は安定化する。

（３）
ここでは、ＥＣＵ１４０は、第１火炎Ｆ１の外面Ｆ１ａが連通路１６１ｂに到達した後に第２点火位置Ｐ２で点火させるように、点火装置１７０を制御する。これにより、第２火炎Ｆ２が発生したときに、未燃部分Ｒ２における新気混合気（未燃燃料）と連通路１６１ｂとの間には、第１火炎Ｆ１が分布する状態になっている。このため、第２火炎Ｆ２による圧力上昇に伴って連通路１６１ｂへ向かう未燃燃料は第１火炎Ｆ１により確実に燃焼する。この結果、副燃焼室１６１の未燃燃料が副燃焼室１６１から連通路１６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることは確実に低減される。

（４）
ここでは、第２点火位置Ｐ２は、未燃部分Ｒ２の容積中心の近傍である。このため、第２点火位置Ｐ２で点火することにより生成した第２火炎Ｆ２は、未燃部分Ｒ２の容積中心の近傍を中心にして等方的に伝播する。これにより、第２火炎Ｆ２の伝播距離が短くなるので、副燃焼室１６１における燃焼期間は短縮する。

（５）
ここでは、レーザ発生装置１７１は、副燃焼室１６１の新気混合気を第１点火位置Ｐ１で点火する。また、第２点火プラグ７２は、副燃焼室１６１の新気混合気を第２点火位置Ｐ２で点火する。このため、第１点火位置Ｐ１と第２点火位置Ｐ２とで点火するための点火装置１７０の構成は簡易に実現される。

また、点火装置１７０の構成は、点火プラグを用いたものであるので、低コストで信頼性高く実現されている。

（６）
ここでは、ＥＣＵ１４０は、機関負荷が低い場合（制御領域が第１制御領域Ａ１０１である場合）に、第１点火位置Ｐ１と第２点火位置Ｐ２とで副燃焼室１６１の新気混合気を点火させるように、点火装置１７０を制御する。具体的には、ＥＣＵ１４０は、機関負荷が低い場合に、第１火炎Ｆ１が生成された後において第１火炎Ｆ１が第２点火位置Ｐ２に到達する前に第２点火位置Ｐ２で点火させるように、点火装置１７０を制御する。このため、機関負荷が低い場合に、副燃焼室１６１における燃焼期間が短縮され、未燃燃料が副燃焼室１６１から連通路１６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることが低減されている。この結果、主燃焼室６３における燃焼期間が短縮され、リーン限界は拡大する。

一方、ＥＣＵ１４０は、機関負荷が高い場合（制御領域が第２制御領域Ａ１０２である場合）に、第１点火位置Ｐ１で副燃焼室１６１の新気混合気を点火させるように、点火装置１７０を制御する。このため、機関負荷が高い場合に、副燃焼室１６１における燃焼期間の短縮は抑制される。この結果、主燃焼室６３における燃焼期間の短縮が抑制され、主燃焼室６３における燃焼騒音の発生が低減される。

このように、副燃焼室１６１における燃焼期間が運転状態に応じて制御されるので、主燃焼室６３における燃焼期間は運転状態に応じた適切なものとなる。

（７）
ここでは、レーザ点火装置１７１は、先端部分１７１ａからレーザＬＳ１を発生させて、焦点位置ＬＳ１ａで集光させることにより、副燃焼室１６１の新気混合気を点火する。すなわち、レーザ点火装置１７１の焦点位置ＬＳ１ａは第１点火位置（図５のＰ１参照）となる。このため、副燃焼室１６１において棒状の部材を連通路１６１ｂの近傍まで突出させたり副燃焼室壁１６１ｃに突起部材を設けたりしなくても第１点火位置で点火されるので、冷却損失の増大は抑制される。また、棒状の部材の先端部分や突起部材などで熱面着火が発生することも抑制される。

＜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１２に示す。

副室式内燃機関２００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、副燃焼室６１の代わりに副燃焼室２６１を備える点と、点火装置７０の代わりに点火装置（点火部）２７０を備える点と、ＥＣＵ４０の代わりにＥＣＵ（制御部）２４０を備える点とで、第１実施形態と異なる。

（副室式内燃機関の概略構成）
副燃焼室２６１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２６１ｃ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２６１ｃが配置され、副燃焼室２６１が形成される。また、副燃焼室壁２６１ｃの膨出した半球状の底面には、主燃焼室６３と副燃焼室２６１とを連通する複数の連通路２６１ｂが形成されている。

点火装置２７０は、主として、レーザ点火装置２７３を有する。レーザ点火装置２７３は、その先端が副燃焼室２６１に突出するように設けられている。

ＥＣＵ２４０は、燃料噴射弁２７、レーザ点火装置２７３、スロットル駆動装置９３ｂなどに電気的に接続されている。

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）
点火装置２７０により、副燃焼室２６１の新気混合気は所定のタイミングで着火され燃焼する。すなわち、レーザ点火装置２７３は、副燃焼室２６１の新気混合気を点火して第１火炎を発生させる。そして、レーザ点火装置２７３は、第１火炎が連通路２６１ｂに到達した後に副燃焼室２６１の新気混合気を点火して第２火炎を発生させる。第１火炎及び第２火炎は、連通路２６１ｂ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。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（点火装置及び副燃焼室の詳細構成）
図１３，図１４に、点火装置２７０及び副燃焼室２６１の拡大断面図を示す。図１３，図１４に示す断面図は、副燃焼室２６１の中心軸ＣＬ３を含む面で切った断面図である。

点火装置２７０は、主として、レーザ点火装置２７３を有する。レーザ点火装置２７３は、副燃焼室壁２６１ｃを上方から下方へ貫通するように配置されている。

また、レーザ点火装置２７３の先端部分２７３ａは、副燃焼室２６１に突出している。レーザ点火装置２７３は、レーザ発生器及びその集光レンズなどから構成される（特開平９−４２１３８参照）。レーザ点火装置２７３は、その焦点位置が可変である。すなわち、レーザ点火装置２７３では、その発生するレーザＬＳ２の焦点位置ＬＳ２ａが、副燃焼室２６１の内部において副燃焼室２６１の中心軸ＣＬ３の近傍で且つ焦点位置ＬＳ３ａよりも主燃焼室６３に近くなる。また、レーザ点火装置２７３では、その発生するレーザＬＳ３の焦点位置ＬＳ３ａが、副燃焼室２６１の内部において副燃焼室２６１の中心軸ＣＬ３の近傍で且つ焦点位置ＬＳ２ａよりも主燃焼室６３から離れている。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（点火装置の詳細動作）
レーザ点火装置２７３は、先端部分２７３ａからレーザＬＳ２を発生させて、焦点位置ＬＳ２ａで集光させることにより、副燃焼室２６１の新気混合気を点火する。すなわち、レーザ点火装置２７３の焦点位置ＬＳ２ａは第１点火位置（図５のＰ１参照）となる。この第１点火位置は、副燃焼室２６１内であって、連通路２６１ｂの近傍である。レーザ点火装置２７３は、副燃焼室２６１の新気混合気を第１点火位置で点火して、第１火炎（図６のＦ１参照）を発生させる。

また、レーザ点火装置２７３は、先端部分２７３ａからレーザＬＳ３を発生させて、焦点位置ＬＳ３ａで集光させることにより、副燃焼室２６１の新気混合気を点火する。すなわち、レーザ点火装置２７３の焦点位置ＬＳ３ａは第２点火位置（図５のＰ２参照）となる。この第２点火位置は、副燃焼室２６１内であって、第１点火位置よりも連通路２６１ｂから離れている。レーザ点火装置２７３は、副燃焼室２６１の新気混合気を第２点火位置で点火して、第２火炎（図８のＦ２参照）を発生させる。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（ＥＣＵの詳細構成）
ＥＣＵ２４０は、第１点火時期制御部４５の代わりに第１点火時期制御部２４５を備え、第２点火時期制御部４６の代わりに第２点火時期制御部２４６を備え、記憶部４７の代わりに記憶部２４７を備える。記憶部２４７は、マップ情報（図３参照）の代わりにマップ情報（図１５参照）を記憶している。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（ＥＣＵの詳細動作）
第１点火時期制御部２４５は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取る。また、第１点火時期制御部２４５は、記憶部２４７を参照して、マップ情報（図１５参照）を受け取る。そして、第１点火時期制御部２４５は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、第１点火時期制御信号を生成する。これにより、レーザ点火装置２７３は、第１点火時期制御信号に基づいて第１タイミング又は第３タイミングでレーザＬＳ２を発生させる。なお、第１タイミング又は第３タイミングは、あらかじめ実験的に求められ、記憶部２４７のマップ情報に関連づけて記憶されている。

第２点火時期制御部２４６は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取る。また、第２点火時期制御部２４６は、記憶部２４７を参照して、マップ情報を受け取る。そして、第２点火時期制御部２４６は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、第２点火時期制御信号を生成する。これにより、レーザ点火装置２７３は、第２点火時期制御信号に基づいて第２タイミングでレーザＬＳ３を発生させる。ここで、第２タイミングは、第１火炎が生成された後すなわち第１タイミングよりも後であって、第１火炎が第２点火位置に到達する前のタイミングである。また、第２タイミングは、第１火炎が連通路２６１ｂに到達した後のタイミングである。なお、第２タイミングは、あらかじめ実験的に求められ、記憶部２４７のマップ情報に関連づけて記憶されている。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の制御）
ＥＣＵ２４０の第１点火時期制御部２４５や第２点火時期制御部２４６が参照するマップ情報を、図１５に示す。マップ情報には、機関負荷（Ｔｅ）や機関速度（Ｎｅ）と制御領域との関係が示されている。すなわち、制御領域は、第１制御領域Ａ２０１及び第２制御領域Ａ２０２に分けられている。第１制御領域Ａ２０１は、比較的低負荷側の領域であり、主燃焼室６３の空燃比がリーンに制御される領域である。第２制御領域Ａ２０２は、比較的高負荷側の領域であり、主燃焼室６３の空燃比が理論空燃比に近くなるように制御される領域である。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の副燃焼室における火炎の動作）
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、ＥＣＵ２４０は、点火装置２７０を制御し、まず、第１点火位置Ｐ１で点火させて第１火炎Ｆ１を生成させる。ＥＣＵ２４０は、次に、第１火炎Ｆ１が第２点火位置Ｐ２に到達する前に第２点火位置Ｐ２で点火させる。すなわち、第１火炎Ｆ１が生成された後において第１火炎Ｆ１が第２点火位置Ｐ２に到達する前に、第２点火位置Ｐ２で点火が行われて第２火炎Ｆ２が生成される。

ここで、第１点火位置Ｐ１と第２点火位置Ｐ２とで点火が行われるので、副燃焼室２６１の容積中心ＣＰ３のみで点火が行われる場合に比べて、第１火炎Ｆ１及び第２火炎Ｆ２の伝播距離は短くなっている。このため、副燃焼室２６１における燃焼期間は短縮する。

また、第１点火位置Ｐ１で点火が行われた後に第２点火位置Ｐ２で点火が行われるので、第２火炎Ｆ２による圧力上昇に伴って連通路２６１ｂへ向かう未燃燃料は第１火炎Ｆ１により燃焼する。このため、未燃燃料が副燃焼室２６１から連通路２６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることは低減される。

このように、副燃焼室２６１における燃焼期間が短縮され、未燃燃料が副燃焼室２６１から連通路２６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることが低減されている。このため、主燃焼室６３における新気混合気の空燃比がリーンであり、それによって副燃焼室２６１における新気混合気の空燃比もリーンとなるときでも、副燃焼室２６１から連通路２６１ｂ経由で主燃焼室６３へ放射される火炎Ｆ７，Ｆ８の放射速度は十分なものとなる。この結果、リーン限界が拡大するので、機関熱効率は向上し、排気ガスは清浄化する。

（２）
ここでは、第１点火位置Ｐ１は、第２点火位置Ｐ２よりも連通路２６１ｂに近い。そして、ＥＣＵ２４０は、第２点火位置Ｐ２で点火する前に第１点火位置Ｐ１で点火させるように、点火装置２７０を制御する。これにより、第２点火位置Ｐ２で第２火炎Ｆ２が発生する前に、第１点火位置Ｐ１で第１火炎Ｆ１は発生する。このため、副燃焼室２６１の全ての新気混合気が燃焼される前のタイミングから主燃焼室６３へ火炎Ｆ７，Ｆ８が放射されている。これにより、主燃焼室６３の新気混合気と火炎Ｆ７，Ｆ８との接触時間が増やされているので、主燃焼室６３における燃焼は安定化する。

（３）
ここでは、ＥＣＵ２４０は、第１火炎Ｆ１の外面Ｆ１ａが連通路２６１ｂに到達した後に第２点火位置Ｐ２で点火させるように、点火装置２７０を制御する。これにより、第２火炎Ｆ２が発生したときに、未燃部分Ｒ２における新気混合気（未燃燃料）と連通路２６１ｂとの間には、第１火炎Ｆ１が分布する状態になっている。このため、第２火炎Ｆ２による圧力上昇に伴って連通路２６１ｂへ向かう未燃燃料は第１火炎Ｆ１により確実に燃焼する。この結果、副燃焼室２６１の未燃燃料が副燃焼室２６１から連通路２６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることは確実に低減される。

（４）
ここでは、第２点火位置Ｐ２は、未燃部分Ｒ２の容積中心の近傍である。このため、第２点火位置Ｐ２で点火することにより生成した第２火炎Ｆ２は、未燃部分Ｒ２の容積中心の近傍を中心にして等方的に伝播する。これにより、第２火炎Ｆ２の伝播距離が短くなるので、副燃焼室２６１における燃焼期間は短縮する。

（５）
ここでは、レーザ発生装置２７３は、レーザＬＳ２を発生させて、副燃焼室２６１の新気混合気を第１点火位置Ｐ１で点火する。また、レーザ発生装置２７３は、レーザＬＳ３を発生させて、副燃焼室２６１の新気混合気を第２点火位置Ｐ２で点火する。このため、第１点火位置Ｐ１と第２点火位置Ｐ２とで点火するための点火装置２７０の構成は簡易に実現される。

（６）
ここでは、ＥＣＵ２４０は、機関負荷が低い場合（制御領域が第１制御領域Ａ２０１である場合）に、第１点火位置Ｐ１と第２点火位置Ｐ２とで副燃焼室２６１の新気混合気を点火させるように、点火装置２７０を制御する。具体的には、ＥＣＵ２４０は、機関負荷が低い場合に、第１火炎Ｆ１が生成された後において第１火炎Ｆ１が第２点火位置Ｐ２に到達する前に第２点火位置Ｐ２で点火させるように、点火装置２７０を制御する。このため、機関負荷が低い場合に、副燃焼室２６１における燃焼期間が短縮され、未燃燃料が副燃焼室２６１から連通路２６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることが低減されている。この結果、主燃焼室６３における燃焼期間が短縮され、リーン限界は拡大する。

一方、ＥＣＵ２４０は、機関負荷が高い場合（制御領域が第２制御領域Ａ２０２である場合）に、第１点火位置Ｐ１で副燃焼室２６１の新気混合気を点火させるように、点火装置２７０を制御する。このため、機関負荷が高い場合に、副燃焼室２６１における燃焼期間の短縮は抑制される。この結果、主燃焼室６３における燃焼期間の短縮が抑制され、主燃焼室６３における燃焼騒音の発生が低減される。

このように、副燃焼室２６１における燃焼期間が運転状態に応じて制御されるので、主燃焼室６３における燃焼期間は運転状態に応じた適切なものとなる。

（７）
ここでは、レーザ点火装置２７３は、先端部分２７３ａからレーザＬＳ２を発生させて、焦点位置ＬＳ２ａで集光させることにより、副燃焼室２６１の新気混合気を点火する。すなわち、レーザ点火装置２７３の焦点位置ＬＳ２ａは第１点火位置（図５のＰ１参照）となる。あるいは、レーザ点火装置２７３は、先端部分２７３ａからレーザＬＳ３を発生させて、焦点位置ＬＳ３ａで集光させることにより、副燃焼室２６１の新気混合気を点火する。すなわち、レーザ点火装置２７３の焦点位置ＬＳ３ａは第２点火位置（図５のＰ２参照）となる。このため、副燃焼室２６１において棒状の部材を連通路２６１ｂの近傍まで突出させたり副燃焼室壁２６１ｃに突起部材を設けたりしなくても第１点火位置及び第２点火位置で点火されるので、冷却損失の増大は抑制される。また、棒状の部材の先端部分や突起部材などで熱面着火が発生することも抑制される。

＜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１６に示す。

副室式内燃機関３００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、副燃焼室６１の代わりに副燃焼室３６１を備える点と、点火装置７０の代わりに点火装置（点火部）３７０を備える点と、ＥＣＵ４０の代わりにＥＣＵ（制御部）３４０を備える点とで、第１実施形態と異なる。

（副室式内燃機関の概略構成）
副燃焼室３６１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３６１ｃ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３６１ｃが配置され、副燃焼室３６１が形成される。また、副燃焼室壁３６１ｃの膨出した半球状の底面には、主燃焼室６３と副燃焼室３６１とを連通する複数の連通路３６１ｂが形成されている。

点火装置３７０は、主として、レールプラグ点火装置（火花点火装置）３７４を有する。レールプラグ点火装置３７４は、副燃焼室３６１を貫通するように設けられている。

ＥＣＵ３４０は、燃料噴射弁２７、レールプラグ点火装置３７４、スロットル駆動装置９３ｂなどに電気的に接続されている。

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）
点火装置３７０により、副燃焼室３６１の新気混合気は所定のタイミングで着火され燃焼する。すなわち、レールプラグ点火装置３７４は、副燃焼室３６１の新気混合気を点火して第１火炎を発生させる。そして、レールプラグ点火装置３７４は、第１火炎が発生した後も副燃焼室３６１の新気混合気を連続的に点火して、第４火炎、・・・を発生させる。さらに、レールプラグ点火装置３７４は、第１火炎が連通路３６１ｂに到達した後に副燃焼室３６１の新気混合気を点火して第２火炎を発生させる。第１火炎、第４火炎、・・・及び第２火炎は、連通路３６１ｂ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。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（点火装置及び副燃焼室の詳細構成）
図１７に、点火装置３７０及び副燃焼室３６１の拡大断面図を示す。図１７に示す断面図は、副燃焼室３６１の中心軸ＣＬ４を含む面で切った断面図である。

点火装置３７０は、主として、レールプラグ点火装置３７４を有する。レールプラグ点火装置３７４は、副燃焼室壁３６１ｃを上方から下方へ貫通するように配置されており、副燃焼室３６１の上部から副燃焼室３６１の下部へ向かう方向に延びている。

また、レールプラグ点火装置３７４は、主として、第１電極部３８１と第２電極部３８２と絶縁被覆部材３８３とを備える（特表平５−５０８７３１参照）。第１電極部３８１の第１電極板３８１ｂと第２電極部３８２の第２電極板３８２ｂとは、略平行であり、第１間隔Ｗ１を保って対向している。また、第１電極板３８１ｂから主燃焼室６３側へ続く第１先端部分３８１ａと、第２電極板３８２ｂから主燃焼室６３側へ続く第２先端部分３８２ａとは、略平行であり、第１間隔Ｗ１より小さい第２間隔Ｗ２を保って対向している。これにより、レールプラグ点火装置３７４において、第１電極部３８１と第２電極部３８２との間に電圧が印加されたときに、第１電極板３８１ｂと第２電極板３８２ｂとの間より先に、第１先端部分３８１ａと第２先端部分３８２ａとの間で、スパークが発生することになる。

第１電極部３８１において、第１先端部分３８１ａからさらに主燃焼室６３側へ続く接続部分３８１ｃは、第１電極板３８１ｂ及び第１先端部分３８１ａを副燃焼室壁３６１ｃへ電気的に接続している。

一方、第２電極部３８２において、第２先端部分３８２ａからさらに主燃焼室６３と反対側（副燃焼室３６１の上部へ向かう側）へ続く接続部分３８２ｃは、第２電極板３８２ｂ及び第２先端部分３８２ａを本体３７４ｄへ電気的に接続している。

ここで、第１先端部分３８１ａ及び第２先端部分３８２ａは、第１電極板３８１ｂ及び第２電極板３８２ｂよりも主燃焼室６３に近くなっている。第１先端部分３８１ａと第２先端部分３８２ａとは、絶縁被覆部材３８３を介して電気的に絶縁されている。また、第１電極板３８１ｂと第２電極板３８２ｂとは、絶縁被覆部材３８３を介して電気的に絶縁されている。さらに、第１電極板３８１ｂ及び第１先端部分３８１ａと副燃焼室壁３６１ｃとは、絶縁被覆部材３８３を介して電気的に絶縁されている。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（点火装置の詳細動作）
レールプラグ点火装置３７４は、第１先端部分３８１ａと第２先端部分３８２ａとの間でスパークを発生させて、副燃焼室３６１の新気混合気を点火する。すなわち、第１先端部分３８１ａと第２先端部分３８２ａとの間の位置は第１点火位置（図２０のＰ３０１参照）となる。この第１点火位置は、副燃焼室３６１内であって、連通路３６１ｂの近傍である。レールプラグ点火装置３７４は、副燃焼室３６１の新気混合気を第１点火位置で点火して、第１火炎（図２１のＦ３０１参照）を発生させる。

第１先端部分３８１ａと第２先端部分３８２ａとの間で発生したスパークは、第１電極板３８１ｂ及び第２電極板３８２ｂを流れる電流が形成する磁場によりローレンツ力を受けて、第１電極板３８１ｂと第２電極板３８２ｂとの間を白抜き矢印で示す方向へ移動する。ここで、スパークが移動する速度である移動速度は、第１電極部３８１と第２電極部３８２との間に印加される電圧の大きさにより制御される。これにより、レールプラグ点火装置３７４は、第１火炎が発生した後も副燃焼室３６１の新気混合気を連続的に点火して、第４火炎、・・・を発生させる。

そして、レールプラグ点火装置３７４は、第１火炎が連通路３６１ｂに到達した後に副燃焼室３６１の新気混合気を点火して第２火炎を発生させる。すなわち、レールプラグ点火装置３７４が発生させたスパークの移動先の位置は、第２点火位置（図２０のＰ３０２参照）となる。この第２点火位置は、副燃焼室３６１内であって、第１点火位置よりも連通路３６１ｂから離れている。また、第２点火位置は、未燃部分Ｒ３０２（図２３参照）の容積中心の近傍である。ここで、ここで、未燃部分Ｒ３０２は、第２点火位置で点火が行われるとき（第２タイミング）における第１火炎Ｆ３０１，第４火炎Ｆ３０４，・・・の外面Ｆ３００ａと副燃焼室３６１の境界面３６１ａとで囲まれた部分である。そして、レールプラグ点火装置３７４は、副燃焼室３６１の新気混合気を第２点火位置で点火して、第２火炎（図２４のＦ３０２参照）を発生させる。

なお、図２３に示すように、副燃焼室３６１は、主として、既燃部分Ｒ３０１と未燃部分Ｒ３０２とを有する。ここで、既燃部分Ｒ３０１は、第１火炎Ｆ３０１の外面Ｆ３０１ａが連通路３６１ｂに到達したときにおいて第１火炎Ｆ３０１，第４火炎Ｆ３０４，・・・が占有している部分である。

（ＥＣＵの詳細構成）
ＥＣＵ３４０は、第１点火時期制御部４５及び第２点火時期制御部４６の代わりに第３点火時期制御部３４８を備え、記憶部４７の代わりに記憶部３４７を備える。記憶部３４７は、マップ情報（図３参照）の代わりにマップ情報（図１８参照）を記憶している。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（ＥＣＵの詳細動作）
第３点火時期制御部３４８は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取る。また、第３点火時期制御部３４８は、記憶部３４７を参照して、マップ情報（図１８参照）を受け取る。そして、第３点火時期制御部３４８は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、第３点火時期制御信号を生成する。

これにより、レールプラグ点火装置３７４は、第３点火時期制御信号に基づいて、第１タイミングから第２タイミングまで連続的にスパークを発生させる。ここで、第２タイミングは、第１火炎が生成された後すなわち第１タイミングよりも後であって、第１火炎が第２点火位置に到達する前のタイミングである。また、第２タイミングは、第１火炎が連通路３６１ｂに到達した後のタイミングである。

あるいは、レールプラグ点火装置３７４は、第３点火時期制御信号に基づいて、第３タイミングにスパークを発生させる。

なお、第１タイミング、第２タイミング又は第３タイミングは、あらかじめ実験的に求められ、記憶部３４７のマップ情報に関連づけて記憶されている。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の制御）
ＥＣＵ３４０の第３点火時期制御部３４８が参照するマップ情報を、図１８に示す。マップ情報には、機関負荷（Ｔｅ）や機関速度（Ｎｅ）と制御領域との関係が示されている。すなわち、制御領域は、第１制御領域Ａ３０１及び第２制御領域Ａ３０２に分けられている。第１制御領域Ａ３０１は、比較的低負荷側の領域であり、主燃焼室６３の空燃比がリーンに制御される領域である。第２制御領域Ａ３０２は、比較的高負荷側の領域であり、主燃焼室６３の空燃比が理論空燃比に近くなるように制御される領域である。

副室式内燃機関１における制御の流れが、図１９に示すように、次の点で第１実施形態と異なる。

ステップＳ１３では、どの制御領域であるかがＥＣＵ３４０により判断される。すなわち、ＥＣＵ３４０は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、どの制御領域であるかを判断する。制御領域が第１制御領域Ａ３０１であると判断された場合、ステップＳ１４へ進められ、制御領域が第２制御領域Ａ３０２であると判断された場合、ステップＳ１６へ進められる。

ステップＳ１４では、第１点火位置で点火が行われる。すなわち、第３点火時期制御部３４８は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取る。また、第３点火時期制御部３４８は、記憶部３４７を参照して、マップ情報（図１８参照）を受け取る。そして、第３点火時期制御部３４８は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、第３点火時期制御信号を生成する。これにより、レールプラグ点火装置３７４は、第３点火時期制御信号に基づいて、第１タイミングにおいて第１点火位置（第１先端部分３８１ａと第２先端部分３８２ａとの間）でスパークを発生させる。これにより、第１火炎が生成される。

ステップＳ１７では、第２移動速度で制御が行われる。すなわち、ＥＣＵ３４０は、第１火炎が連通路３６１ｂに到達するまで、第２移動速度Ｓ２で点火ポイントＩＰが移動させるように、レールプラグ点火装置３７４を制御する。具体的には、レールプラグ点火装置３７４は、第３点火時期制御信号に基づいて、第２電圧Ｖ２を、第１電極部３８１と第２電極部３８２との間に印加する。これにより、第１先端部分３８１ａと第２先端部分３８２ａとの間で発生したスパークは、第１電極板３８１ｂと第２電極板３８２ｂとの間を白抜き矢印（図１７参照）で示す方向へ第２移動速度Ｓ２で移動する。すなわち、点火ポイントＩＰは、白抜き矢印で示す方向へ第２移動速度Ｓ２で移動する。ここで、第２移動速度Ｓ２は、第１伝播速度ＳＰ１以下の速度である。第１伝播速度ＳＰ１は、第１火炎が第２点火位置へ伝播する速度である。

ステップＳ１８では、第１移動速度で制御が行われる。すなわち、ＥＣＵ３４０は、第１火炎が連通路３６１ｂに到達した以降に、第１移動速度Ｓ１で点火ポイントＩＰが移動させるように、レールプラグ点火装置３７４を制御する。具体的には、レールプラグ点火装置３７４は、第３点火時期制御信号に基づいて、第１電圧Ｖ１を、第１電極部３８１と第２電極部３８２との間に印加する。これにより、第２移動速度Ｓ２で移動していたスパークは、第１電極板３８１ｂと第２電極板３８２ｂとの間を白抜き矢印（図１７参照）で示す方向へ第１移動速度Ｓ１で移動させるようになる。すなわち、点火ポイントＩＰは、白抜き矢印で示す方向へ第１移動速度Ｓ１で移動する。ここで、第１移動速度Ｓ１は、第１伝播速度ＳＰ１よりも大きな速度である。

ステップＳ１５では、第２点火位置で点火が行われる。すなわち、レールプラグ点火装置３７４は、第３点火時期制御信号に基づいて、第２タイミングにおいて第２点火位置でスパークを発生させる。ここで、第２タイミングは、第１火炎が生成された後すなわち第１タイミングよりも後であって、第１火炎が第２点火位置に到達する前のタイミングである。また、第２タイミングは、第１火炎が連通路３６１ｂに到達した後のタイミングである。これにより、第２火炎が生成される。

ステップＳ１６では、第１点火位置で点火が行われる。すなわち、第３点火時期制御部３４８は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取る。また、第３点火時期制御部３４８は、記憶部３４７を参照して、マップ情報（図１８参照）を受け取る。そして、第３点火時期制御部３４８は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、第３点火時期制御信号を生成する。レールプラグ点火装置３７４は、この第３点火時期制御信号に基づいて、第３タイミングにおいて第１点火位置でスパークを発生させる。これにより、第１火炎が生成される。

このように、制御領域が第２制御領域Ａ３０２である場合に、第４火炎、・・・、第２火炎は生成されない。このため、副燃焼室３６１の燃焼期間の短縮が抑制されているので、副燃焼室３６１から連通路３６１ｂ経由で主燃焼室６３へ放射される火炎の速度も抑制される。この結果、主燃焼室６３の空燃比が理論空燃比に近く主燃焼室６３における燃焼を促進する必要性が低い場合（制御領域が第２制御領域Ａ３０２である場合）に、主燃焼室６３における燃焼期間の短縮も抑制されるので、主燃焼室６３における圧力上昇が急激過ぎることで発生する騒音（燃焼騒音）の発生が低減されている。

他の点は、第１実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の副燃焼室における火炎の動作）
副室式内燃機関３００の副燃焼室３６１における火炎の動作を、図２０〜図２４を参照して説明する。図２０〜図２４では、制御領域が第１制御領域Ａ３０１である場合における火炎の動作が示されている。また、図２０〜図２４では、点火装置３７０の図示が省略されている。

図２０に示すように、レールプラグ点火装置３７４は、第３点火時期制御信号に基づいて、第１タイミングにおいて第１点火位置Ｐ３０１でスパークＳ３０１を発生させる。これにより、副燃焼室３６１の新気混合気が点火されて、図２１に示すように、第１火炎Ｆ３０１が発生する。発生した第１火炎Ｆ３０１は、第１点火位置Ｐ３０１を中心にして、副燃焼室３６１の境界面３６１ａに到達するまで等方的に伝播される。また、第１火炎Ｆ３０１が図２１に示すように伝播しているタイミングにおいても、レールプラグ点火装置３７４はスパークＳ３０３を発生している。このスパークＳ３０３は、第１点火位置Ｐ３０１から第２点火位置Ｐ３０２へ向かう方向へ第２移動速度Ｓ２で移動しているので、第１火炎Ｆ３０１が伝播している領域の内部に位置している。

そして、図２２に示すように、第１火炎Ｆ３０１の外面Ｆ３０１ａが連通路３６１ｂに到達する。これにより、後述の第２タイミングにおいて、未燃部分Ｒ３０２における新気混合気（未燃燃料）と連通路３６１ｂとの間には、第１火炎Ｆ３０１，第４火炎Ｆ３０４，・・・が分布する状態になる。また、スパークＳ３０３は、第１火炎Ｆ３０１が伝播している領域で発生したので、新たに火炎を発生させていない。

第１火炎Ｆ３０１の外面Ｆ３０１ａが連通路３６１ｂに到達した後、レールプラグ点火装置３７４はスパークＳ３０４を発生する。このスパークＳ３０４は、第１点火位置Ｐ３０１から第２点火位置Ｐ３０２へ向かう方向へ第１移動速度Ｓ１で移動しているので、第１火炎Ｆ３０１が伝播している領域の外部に位置しており、副燃焼室３６１の新気混合気と接している。

その後、スパークＳ３０４により、副燃焼室３６１の新気混合気が点火されて、第４火炎Ｆ３０４が発生する。発生した第４火炎Ｆ３０４は、図２３に示すように、スパークＳ３０４が点火した位置を中心にして、副燃焼室３６１の境界面３６１ａ又は第１火炎Ｆ３０１の外面Ｆ３０１ａに到達するまで等方的に伝播される。

同様にして、第５火炎Ｆ３０５，・・・が生成される。

第２タイミングにおいて、レールプラグ点火装置３７４は、第３点火時期制御信号に基づいて、第２点火位置Ｐ３０２でスパークＳ３０２を発生させる。これにより、副燃焼室３６１の未燃部分Ｒ３０２における新気混合気が点火されて、図２４に示すように、第２火炎Ｆ３０２が発生する。発生した第２火炎Ｆ３０２は、第２点火位置Ｐ３０２を中心にして、副燃焼室３６１の境界面３６１ａ又は第１火炎Ｆ３０１，第４火炎Ｆ３０４，・・・の外面Ｆ３００ａに到達するまで等方的に伝播される。

これにより、副燃焼室３６１の容積中心ＣＰ４のみで点火されて生成された火炎が伝播される場合に比べて、第１火炎Ｆ３０１，第４火炎Ｆ３０４，・・・及び第２火炎Ｆ３０２の伝播距離が短くなっている。このため、副燃焼室３６１における燃焼期間は短縮する。

また、第２火炎Ｆ３０２と連通路３６１ｂとの間には、第１火炎Ｆ３０１，第４火炎Ｆ３０４，・・・が分布する状態になっている。このため、第２火炎Ｆ３０２による圧力上昇に伴って連通路３６１ｂへ向かう新気混合気（未燃燃料）が第１火炎Ｆ３０１，第４火炎Ｆ３０４，・・・により燃焼されるので、副燃焼室３６１の未燃燃料が副燃焼室３６１から連通路３６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることが低減されている。この結果、副燃焼室３６１の燃焼に用いられる燃料のロスが抑制されており、副燃焼室３６１の燃焼効率が向上しているので、副燃焼室３６１における火炎のエネルギーは、主燃焼室６３のリーンな新気混合気を燃焼するのに十分なものとなる。

一方、第１火炎Ｆ３０１，第４火炎Ｆ３０４，・・・の一部は、火炎Ｆ３０７，Ｆ３０８として、副燃焼室３６１から連通路３６１ｂ経由で主燃焼室６３へトーチ状に放射される。すなわち、副燃焼室３６１の全ての新気混合気が燃焼される前のタイミングから主燃焼室６３へ火炎Ｆ３０７，Ｆ３０８が放射されている。これにより、主燃焼室６３の新気混合気と火炎Ｆ３０７，Ｆ３０８との接触時間が増やされているので、主燃焼室６３における燃焼は安定化する。また、副燃焼室３６１における燃焼期間は短縮しており、副燃焼室３６１における火炎のエネルギーが主燃焼室６３のリーンな新気混合気を燃焼するのに十分なものとなっているので、火炎Ｆ３０７，Ｆ３０８の放射速度は、主燃焼室６３のリーンな新気混合気を燃焼するのに十分なものとなる。

なお、第１点火位置Ｐ３０１と第２点火位置Ｐ３０２との間で発生する第４火炎Ｆ３０４，第５火炎Ｆ３０５，・・・は、説明のために、図２３に示すような離散的なイメージで示されている。しかし、実際には、第１点火位置Ｐ３０１と第２点火位置Ｐ３０２との間で発生するスパークが連続的なものであるので、第１点火位置Ｐ３０１と第２点火位置Ｐ３０２との間で発生する火炎も連続的なものであり、図２４に示すように連続的に分布する。図２３には、第１火炎Ｆ３０１，第４火炎Ｆ３０４，第５火炎Ｆ３０５，・・・の実際の外面Ｆ３００ａが、破線で示されている。

（副室式内燃機関の特徴）
（１）
ここでは、ＥＣＵ３４０は、点火装置３７０を制御し、まず、第１点火位置Ｐ３０１で点火させて第１火炎Ｆ３０１を生成させる。ＥＣＵ３４０は、次に、第１火炎Ｆ３０１が第２点火位置Ｐ３０２に到達する前に第２点火位置Ｐ３０２で点火させる。すなわち、第１火炎Ｆ３０１が生成された後において第１火炎Ｆ３０１が第２点火位置Ｐ３０２に到達する前に、第２点火位置Ｐ３０２で点火が行われて第２火炎Ｆ３０２が生成される。

ここで、第１点火位置Ｐ３０１と第２点火位置Ｐ３０２とで点火が行われるので、副燃焼室３６１の容積中心ＣＰ４のみで点火が行われる場合に比べて、第１火炎Ｆ３０１及び第２火炎Ｆ３０２の伝播距離は短くなっている。このため、副燃焼室３６１における燃焼期間は短縮する。

また、第１点火位置Ｐ３０１で点火が行われた後に第２点火位置Ｐ３０２で点火が行われるので、第２火炎Ｆ３０２による圧力上昇に伴って連通路３６１ｂへ向かう未燃燃料は第１火炎Ｆ３０１により燃焼する。このため、未燃燃料が副燃焼室３６１から連通路３６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることは低減される。

このように、副燃焼室３６１における燃焼期間が短縮され、未燃燃料が副燃焼室３６１から連通路３６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることが低減されている。このため、主燃焼室６３における新気混合気の空燃比がリーンであり、それによって副燃焼室３６１における新気混合気の空燃比もリーンとなるときでも、副燃焼室３６１から連通路３６１ｂ経由で主燃焼室６３へ放射される火炎Ｆ３０７，Ｆ３０８の放射速度は十分なものとなる。この結果、リーン限界が拡大するので、機関熱効率は向上し、排気ガスは清浄化する。

（２）
ここでは、第１点火位置Ｐ３０１は、第２点火位置Ｐ３０２よりも連通路３６１ｂに近い。そして、ＥＣＵ３４０は、第２点火位置Ｐ３０２で点火する前に第１点火位置Ｐ３０１で点火させるように、点火装置３７０を制御する。これにより、第２点火位置Ｐ３０２で第２火炎Ｆ３０２が発生する前に、第１点火位置Ｐ３０１で第１火炎Ｆ３０１は発生する。このため、副燃焼室３６１の全ての新気混合気が燃焼される前のタイミングから主燃焼室６３へ火炎Ｆ３０７，Ｆ３０８が放射されている。これにより、主燃焼室６３の新気混合気と火炎Ｆ３０７，Ｆ３０８との接触時間が増やされているので、主燃焼室６３における燃焼は安定化する。

（３）
ここでは、ＥＣＵ３４０は、第１火炎Ｆ３０１の外面Ｆ３０１ａが連通路３６１ｂに到達した後に第２点火位置Ｐ３０２で点火させるように、点火装置３７０を制御する。これにより、第２火炎Ｆ３０２が発生したときに、未燃部分Ｒ３０２における新気混合気（未燃燃料）と連通路３６１ｂとの間には、第１火炎Ｆ３０１が分布する状態になっている。このため、第２火炎Ｆ３０２による圧力上昇に伴って連通路３６１ｂへ向かう未燃燃料は第１火炎Ｆ３０１により確実に燃焼する。この結果、副燃焼室３６１の未燃燃料が副燃焼室３６１から連通路３６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることは確実に低減される。

（４）
ここでは、第２点火位置Ｐ３０２は、未燃部分Ｒ３０２の容積中心の近傍である。このため、第２点火位置Ｐ３０２で点火することにより生成した第２火炎Ｆ３０２は、未燃部分Ｒ３０２の容積中心の近傍を中心にして等方的に伝播する。これにより、第２火炎Ｆ３０２の伝播距離が短くなるので、副燃焼室３６１における燃焼期間は短縮する。

（５）
ここでは、ＥＣＵ３４０は、第１点火位置Ｐ３０１から第２点火位置Ｐ３０２へ点火ポイントＩＰが連続的に移動させるように、点火装置３７０を制御する。このため、第１点火位置Ｐ３０１と第２点火位置Ｐ３０２との間においても副燃焼室３６１の新気混合気は点火される。このため、副燃焼室３６１における燃焼期間は、第１点火位置Ｐ３０１と第２点火位置Ｐ３０２とのみで点火が行われる場合に比べて、さらに短縮する。

（６）
ここでは、ＥＣＵ３４０は、第１火炎Ｆ３０１が連通路３６１ｂに到達するまで、第２移動速度Ｓ２で点火ポイントＩＰが移動させるように、点火装置３７０を制御する。このため、未燃燃料が副燃焼室３６１から連通路３６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることは低減される。

また、ＥＣＵ３４０は、第１火炎Ｆ３０１が連通路３６１ｂに到達した以降に、第１移動速度Ｓ１で点火ポイントＩＰが移動させるように、点火装置３７０を制御する。このため、第１点火位置Ｐ３０１と第２点火位置Ｐ３０２との間においても、副燃焼室３６１の新気混合気は確実に点火される。

（７）
ここでは、レールプラグ点火装置３７４は、スパークの発生位置が連続的に可変である。具体的には、第１電極部３８１と第２電極部３８２との間に所定の電圧Ｖ１，Ｖ２が印加されることにより、第１先端部分３８１ａと第２先端部分３８２ａとの間で発生したスパークは、第１電極板３８１ｂ及び第２電極板３８２ｂを流れる電流が形成する磁場によりローレンツ力を受けて、第１電極板３８１ｂと第２電極板３８２ｂとの間を、白抜き矢印（図１７参照）で示す方向へ移動する。

このように、スパークの発生位置が第１点火位置Ｐ３０１から第２点火位置Ｐ３０２へ連続的に移動するので、第１点火位置Ｐ３０１と第２点火位置Ｐ３０２との間においても、副燃焼室３６１の新気混合気は点火する。

（８）
ここでは、レールプラグ点火装置３７４は、スパークの移動速度が可変である。具体的には、第１火炎が連通路３６１ｂに到達するまで、第１電極部３８１と第２電極部３８２との間に第２電圧Ｖ２が印加される。これにより、第１先端部分３８１ａと第２先端部分３８２ａとの間で発生したスパークは、第１電極板３８１ｂと第２電極板３８２ｂとの間を白抜き矢印（図１７参照）で示す方向へ第２移動速度Ｓ２で移動する。すなわち、点火ポイントＩＰは、白抜き矢印で示す方向へ第２移動速度Ｓ２で移動する。このため、未燃燃料が副燃焼室３６１から連通路３６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることは低減される。

また、第１火炎が連通路３６１ｂに到達した以降に、第１電極部３８１と第２電極部３８２との間に第１電圧Ｖ１が印加される。これにより、第２移動速度Ｓ２で移動していたスパークは、第１電極板３８１ｂと第２電極板３８２ｂとの間を白抜き矢印（図１７参照）で示す方向へ第１移動速度Ｓ１で移動させるようになる。すなわち、点火ポイントＩＰは、白抜き矢印で示す方向へ第１移動速度Ｓ１で移動する。このため、第１点火位置Ｐ３０１と第２点火位置Ｐ３０２との間においても、副燃焼室３６１の新気混合気は確実に点火される。

（９）
ここでは、ＥＣＵ３４０は、機関負荷が低い場合（制御領域が第１制御領域Ａ３０１である場合）に、第１点火位置Ｐ３０１と第２点火位置Ｐ３０２とで副燃焼室３６１の新気混合気を点火させるように、点火装置３７０を制御する。具体的には、ＥＣＵ３４０は、機関負荷が低い場合に、第１火炎Ｆ３０１が生成された後において第１火炎Ｆ３０１が第２点火位置Ｐ３０２に到達する前に第２点火位置Ｐ３０２で点火させるように、点火装置３７０を制御する。このため、機関負荷が低い場合に、副燃焼室３６１における燃焼期間が短縮され、未燃燃料が副燃焼室３６１から連通路３６１ｂ経由で主燃焼室６３へ排出されることが低減されている。この結果、主燃焼室６３における燃焼期間が短縮され、リーン限界は拡大する。

一方、ＥＣＵ３４０は、機関負荷が高い場合に、第１点火位置Ｐ３０１で副燃焼室３６１の新気混合気を点火させるように、点火装置３７０を制御する。このため、機関負荷が高い場合に、副燃焼室３６１における燃焼期間の短縮は抑制される。この結果、主燃焼室６３における燃焼期間の短縮が抑制され、主燃焼室６３における燃焼騒音の発生が低減される。

このように、副燃焼室３６１における燃焼期間が運転状態に応じて制御されるので、主燃焼室６３における燃焼期間は運転状態に応じた適切なものとなる。

（第４実施形態の変形例）
（Ａ）図１９に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１７は省略されても良い。すなわち、第１先端部分３８１ａと第２先端部分３８２ａとの間で発生したスパークは、第１点火位置Ｐ３０１から第２点火位置Ｐ３０２へ第１移動速度Ｓ１で移動させるように、点火装置３７０が制御されても良い。この場合、点火ポイントが副燃焼室３６１の新気混合気に確実に接するようになるので、第１点火位置Ｐ３０１と第２点火位置Ｐ３０２との間においても、副燃焼室３６１の新気混合気は確実に点火する。

（Ｂ）副室式内燃機関３００ｉのレールプラグ点火装置３７４ｉは、図１７に示す構成である代わりに、図２５に示すような構成であっても良い。図２５に示す断面図は、副燃焼室３６１の中心軸ＣＬ４を含む面で切った断面図である。すなわち、第１電極部３８１ｉの第１電極板３８１ｂｉと第２電極部３８２ｉの第２電極板３８２ｂｉとは、略平行であり、第１間隔Ｗ１ｉを保って対向している。また、第１電極板３８１ｂｉから主燃焼室６３側へ続く第１先端部分３８１ａｉと、第２電極板３８２ｂｉから主燃焼室６３側へ続く第２先端部分３８２ａｉとは、略平行であり、第１間隔Ｗ１ｉより小さい第２間隔Ｗ２ｉを保って対向している。これにより、レールプラグ点火装置３７４ｉにおいて、第１電極部３８１ｉと第２電極部３８２ｉとの間に電圧が印加されたときに、第１電極板３８１ｂｉと第２電極板３８２ｂｉとの間より先に、第１先端部分３８１ａｉと第２先端部分３８２ａｉとの間で、スパークが発生することになる。

第１電極部３８１ｉにおいて、第１先端部分３８１ａｉからさらに主燃焼室６３側へ続く接続部分３８１ｃｉは、第１電極板３８１ｂｉ及び第１先端部分３８１ａｉを副燃焼室壁３６１ｃへ電気的に接続している。

一方、第２電極部３８２ｉにおいて、第２先端部分３８２ａｉからさらに主燃焼室６３と反対側（副燃焼室３６１の上部へ向かう側）へ続く接続部分３８２ｃｉは、第２電極板３８２ｂｉ及び第２先端部分３８２ａｉを本体３７４ｄｉへ電気的に接続している。

ここで、第１電極板３８１ｂｉを流れる電流の方向は、図面において上から下へ向かう方向である。また、接続部分３８２ｃｉを流れる電流の方向も、図面において上から下へ向かう方向である。このため、第１電極板３８１ｂｉを流れる電流が発生する磁界の方向と、接続部分３８２ｃｉを流れる電流が発生する磁界の方向とは一致している。これにより、第１電極板３８１ｂｉを流れる電流の方向と接続部分３８２ｃｉを流れる電流の方向とが逆である場合に比べて、スパークに働くローレンツ力はさらに強くなる。このため、スパークの移動速度すなわち点火ポイントＩＰｉの移動速度をさらに大きくすることができるようになる。

（Ｃ）点火装置３７０は、レールプラグ点火装置３７４の代わりに、レーザ点火装置（図１３，図１４参照）を備えても良い。この場合、レーザ点火装置は、レーザの焦点位置が連続的に可変である。このため、レーザの焦点位置が第１点火位置Ｐ３０１から第２点火位置Ｐ３０２へ連続的に移動させるように制御されれば、第１点火位置Ｐ３０１と第２点火位置Ｐ３０２との間においても、副燃焼室３６１の新気混合気は点火する。

本発明に係る副室式内燃機関は、リーン限界を拡大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。 本発明の第１実施形態における点火装置及び副燃焼室の拡大断面図。 第１実施形態におけるマップ情報を示す図。 第１実施形態の副室式内燃機関における制御の流れを示すフローチャート。 副室式内燃機関の副燃焼室における火炎の動作を示す図。 副室式内燃機関の副燃焼室における火炎の動作を示す図。 副室式内燃機関の副燃焼室における火炎の動作を示す図。 副室式内燃機関の副燃焼室における火炎の動作を示す図。 本発明の第２実施形態に係る副室式内燃機関の断面図。 本発明の第２実施形態における点火装置及び副燃焼室の拡大断面図。 第２実施形態におけるマップ情報を示す図。 本発明の第３実施形態に係る副室式内燃機関の断面図。 本発明の第３実施形態における点火装置及び副燃焼室の拡大断面図。 本発明の第３実施形態における点火装置及び副燃焼室の拡大断面図。 第３実施形態におけるマップ情報を示す図。 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４実施形態における点火装置及び副燃焼室の拡大断面図。 第４実施形態におけるマップ情報を示す図。 第４実施形態の副室式内燃機関における制御の流れを示すフローチャート。 副室式内燃機関の副燃焼室における火炎の動作を示す図。 副室式内燃機関の副燃焼室における火炎の動作を示す図。 副室式内燃機関の副燃焼室における火炎の動作を示す図。 副室式内燃機関の副燃焼室における火炎の動作を示す図。 副室式内燃機関の副燃焼室における火炎の動作を示す図。 本発明の第４実施形態の変形例における点火装置及び副燃焼室の拡大断面図。

符号の説明

１，１００，２００，３００ 副室式内燃機関
４０，１４０，２４０，３４０ ＥＣＵ（制御部）
６１，１６１，２６１，３６１ 副燃焼室
６１ｂ，１６１ｂ，２６１ｂ，３６１ｂ 連通路
６３ 主燃焼室
７０，１７０，２７０，３７０ 点火装置（点火部）
７１ 第１点火プラグ（第１点火部）
７２ 第２点火プラグ（第２点火部）
１７１ レーザ点火装置（第１点火部）
２７３ レーザ点火装置
３７４ レールプラグ点火装置（火花点火装置）

Claims (12)

1. 主燃焼室と、
   前記主燃焼室に隣接する副燃焼室と、
   前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通する連通路と、
   前記主燃焼室から前記連通路経由で前記副燃焼室へ導入された新気混合気を、前記副燃焼室内であって前記連通路の近傍である第１点火位置と、前記副燃焼室内であって前記第１点火位置よりも前記連通路から離れている第２点火位置とで点火する点火部と、
   前記点火部を制御し、まず、前記第１点火位置で点火させて第１火炎を生成させ、次に、前記第１火炎が前記第２点火位置に到達する前に前記第２点火位置で点火させる制御部と、
   を備えた、
   副室式内燃機関。
2. 前記制御部は、前記第１火炎が前記連通路に到達した後に前記第２点火位置で点火させるように、前記点火部を制御する、
   請求項１に記載の副室式内燃機関。
3. 前記第２点火位置は、前記副燃焼室の容積中心の近傍である、
   請求項１又は２に記載の副室式内燃機関。
4. 前記第２点火位置は、点火されるときにおける前記第１火炎の外面と前記副燃焼室の境界面とで囲まれた部分である未燃部分の容積中心の近傍である、
   請求項２に記載の副室式内燃機関。
5. 前記制御部は、前記第１点火位置から前記第２点火位置へ点火ポイントが連続的に移動させるように、前記点火部を制御する、
   請求項１又は２に記載の副室式内燃機関。
6. 前記制御部は、前記第１火炎が前記第２点火位置へ伝播する速度である第１伝播速度よりも大きな速度である第１移動速度で点火ポイントが移動させるように、前記点火部を制御する、
   請求項５に記載の副室式内燃機関。
7. 前記制御部は、前記第１火炎が前記連通路に到達するまで、前記第１火炎が前記第２点火位置へ伝播する速度である第１伝播速度以下の速度である第２移動速度で点火ポイントが移動させるように前記点火部を制御し、前記第１火炎が前記連通路に到達した後は、前記第１伝播速度よりも大きな速度である第１移動速度で点火ポイントが移動させるように前記点火部を制御する、
   請求項５に記載の副室式内燃機関。
8. 前記点火部は、
   前記副燃焼室の新気混合気を前記第１点火位置で点火する第１点火部と、
   前記副燃焼室の新気混合気を前記第２点火位置で点火する第２点火部と、
   を有する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
9. 前記点火部は、レーザの焦点位置が連続的に可変であるレーザ点火装置を有する、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
10. 前記点火部は、火花の発生位置が連続的に可変である火花点火装置を有する、
    請求項５から９のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
11. 前記制御部は、機関負荷が低い場合に、前記第１点火位置と前記第２点火位置とで前記副燃焼室の新気混合気を点火させるように前記点火部を制御し、機関負荷が高い場合に、前記第１点火位置及び前記第２点火位置のいずれか一方で前記副燃焼室の新気混合気を点火させるように前記点火部を制御する、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
12. 前記制御部は、機関負荷が高い場合に、前記第１点火位置で前記副燃焼室の新気混合気を点火させるように、前記点火部を制御する、
    請求項１１に記載の副室式内燃機関。
    

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