JP2007064101A - 副室式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 主燃焼室７内における火花点火による燃焼と、副室１４内における火花点火によるトーチ燃焼とを切り換える。
【解決手段】 主燃焼室７に連通する副室１４を備える副室式内燃機関において、火花点火装置１３に、同一ガス状態での放電電圧を異ならせて、主燃焼室７内にて火花放電可能な第１放電電極２１を有する第１放電経路Ｃ１、および、副室１４内のみにて火花放電可能な第２放電電極２２を有する第２放電経路Ｃ２を配置する。エンジン回転速度および負荷に応じて、火花放電する放電経路Ｃ１，Ｃ２を切り換えるように、主燃焼室７内の空燃比と副室１４内の空燃比とを制御する副室用燃料噴射弁１７を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、主燃焼室に連通する副室から火炎を噴出して主燃焼室内の混合気を燃焼する副室式内燃機関に関する。

従来、主燃焼室に連通する副室と、火花点火装置とを有する副室式内燃機関において、副室内で火花点火を行って主燃焼室内に火炎トーチを噴出することによって主燃焼室内の混合気の燃焼を促進することが知られている。このような副室式内燃機関においては、例えば低負荷時のように主燃焼室内の混合気が希薄空燃比で燃焼が困難な状態においても安定した燃焼が可能であるという利点がある。

しかしながら、高負荷時のように比較的燃焼が容易な状態においても火炎トーチを噴射することになるため、主燃焼室内で急激な圧力上昇を生じ、機関の機械的強度や騒音が問題になる。
この問題を解決するため、特許文献１のように主燃焼室内にて火花点火する点火プラグを配置したり、特許文献２のように主燃焼室および副室で火花点火させるよう放電電極をそれぞれ配置し、これらの電極を同時に火花点火したりすることが知られている。
特開昭６１−６５０１２号公報 特開平３−１０７５７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の副室式内燃機関では、点火プラグの火花点火のために副室内の火花点火とは別の高電圧発生部、または高電圧の経路を切り換えるための接点が必要になり、構成が複雑になる。
また特許文献２に記載の副室式内燃機関では、常に主燃焼室内にて点火が行われるので、火炎トーチによる急速燃焼の効果である安定燃焼や燃費の向上などが十分に得られないことがある。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、主燃焼室内における火花点火による燃焼と、副室内における火花点火によるトーチ燃焼とを切り換え可能な副室式内燃機関を提供することを目的とする。

そのため本発明では、主燃焼室に連通する副室と、火花点火装置とを備える副室式内燃機関において、火花点火装置に、同一ガス状態での放電電圧を異ならせて、いずれか１つから火花放電するように構成した少なくとも２つの放電経路を設け、第１放電経路の放電電極は少なくとも主燃焼室内に、第２放電経路の放電電極は副室内のみに配置し、機関の運転状態に応じて、火花放電する放電経路を切り換えるように、主燃焼室内のガス状態と副室内のガス状態とを制御するガス状態可変装置を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、ガス状態可変装置により、運転状態に応じて、主燃焼室内のガス状態と副室内のガス状態とに差を生じさせ、少なくとも、主燃焼室内における火花放電点火による燃焼と、副室内における火花放電点火によるトーチ燃焼とを切り換えることができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における内燃機関（以下、「エンジン」と称する）１の構成図である。
エンジン１には、シリンダヘッド２、シリンダブロック３、ピストン４、吸気バルブ５および排気バルブ６から主燃焼室７が形成されている。

主燃焼室７は、吸気バルブ５を介して吸気ポート８から吸気が供給可能になっている一方、排気バルブ６を介して排気ポート９へ排気を排出可能になっている。
図１では、吸気ポート８に、主燃焼室用燃料噴射弁１０が吸気バルブ６を介して主燃焼室７を臨むように設けられている。なお、主燃焼室用燃料噴射弁１０を設ける位置は、主燃焼室７内に燃料を直接噴射できるようにシリンダヘッド２またはシリンダブロック３にしてもよい。

吸気バルブ５と排気バルブ６とは、吸気バルブ用カム１１と排気バルブ用カム１２とによってそれぞれ開閉駆動される。
シリンダヘッド２（主燃焼室７の略中央位置の上部）には、主燃焼室７内および副室１４内にて火花点火が可能な火花点火装置１３と、主燃焼室７内のガス状態と副室１４内のガス状態とに差を生じさせるガス状態可変装置としての副室用燃料噴射弁１７と、を設けている。

図２は、火花点火装置１３および副室用燃料噴射弁１７の拡大断面図である。
火花点火装置１３は大別して、副室１４を内部に形成すると共に、主燃焼室７側に先端部１５ａを形成したキャップ部材１５と、キャップ部材１５の後端に取り付けられ、主燃焼室７内および副室１４内にて火花放電が可能な点火プラグ１６を含んで構成されている。

キャップ部材１５は、イリジウム合金などの導電性の材料で構成され、先端部１５ａが略半球状に形成されている。キャップ部材１５の先端部１５ａは、シリンダヘッド２に電気的に接地されている。この先端部１５ａに、主燃焼室７と副室１４とを連通する連通路（連通孔）１８が円周方向に所定間隔で複数個形成されている。
点火プラグ１６は、図示しない電力供給装置に接続される一方、副室１４内から主燃焼室７内に形成された電極部材１９を有している。電極部材１９は、例えば、内部に銅を用い、その外周に特殊ニッケル合金を被覆して構成されている。電極部材１９の先端部（中心電極）１９ａは、キャップ部材１５の先端部１５ａに設けられた絶縁体２０によりキャップ部材１５（副室１４の壁面）とは絶縁された状態で、主燃焼室７側に突出するように支持されている。

電極部材１９の先端部１９ａと、キャップ部材１５の先端部１５ａに形成された接地電極１５ｂとは、放電可能な所定間隔（ギャップ）Ｌ１だけ離れて形成され、主燃焼室７内にて火花放電可能な第１放電電極２１を構成する。そして、点火プラグ１６（電力供給装置）から接地電極１５ｂまでは、エンジンコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する）４０から点火プラグ１６に点火信号があった時に、第１放電電極２１にて火花放電が可能な第１放電経路Ｃ１になる。

電極部材１９は、副室１４内において一部がキャップ部材１５の内壁側に延び、且つキャップ部材１５の内壁と放電可能な所定間隔Ｌ２だけ離れて形成された略棒状の電極部１９ｂを有している。これにより、電極部材１９の電極部１９ｂと、キャップ部材１５の内壁とは、副室１４内にて火花放電可能な第２放電電極２２を構成する。そして、点火プラグ１６（電力供給装置）から電極部材１９の電極部１９ｂを介してキャップ部材１５の内壁までは、ＥＣＵ４０から点火プラグ１６に点火信号があった時に、第２放電電極２２に火花放電が可能な第２放電経路Ｃ２になる。

第１放電経路Ｃ１および第２放電経路Ｃ２は、これらの端部がそれぞれ点火プラグ１６（電力供給装置）に接続されており、放電経路の一部を副室１４内にて共有して形成されている。このため、第１放電電極２１と第２放電電極２２とを別の電力供給装置に接続する必要がなく、火花点火装置１３を簡素な構成にすることができる。
図２では、第１放電電極２１間の所定距離Ｌ１が第２放電電極２２間の所定距離Ｌ２より狭く形成されている（Ｌ１＜Ｌ２）。このため、主燃焼室７内および副室１４内が同一のガス状態（例えば同一の空燃比、同一の温度）である場合には、電極２１，２２が火花放電を開始する電圧（絶縁破壊電圧）は、第１放電電極２１の方が第２放電電極２２よりも低くなるため、第１放電電極２１にて火花放電が行われ、主燃焼室７内にて火花点火による燃焼が可能になる。

副室用燃料噴射弁１７は、エンジン１の運転状態（エンジン回転速度およびエンジン負荷）に応じて、ＥＣＵ４０からの信号により燃料噴射量が制御されることで、副室１４内の空燃比をリッチにすることが可能である。
図１に示すように、ＥＣＵ４０には、エンジン１の運転状態を検出するため、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２３や、エンジン負荷（例えばアクセル開度）を検出するアクセル開度センサ２４などからの信号がそれぞれ入力され、これらの各入力信号に基づいて演算を行う。例えば、クランク角センサ２３からの信号に基づいてエンジン回転速度を、アクセル開度センサ２４からの信号に基づいてエンジン負荷をそれぞれ演算する。

ＥＣＵ４０は、これらの演算結果に基づいて各種の制御を行う。例えば、吸気ポート８に配置された主燃焼室用燃料噴射弁１０からの燃料噴射制御、点火プラグ１６の点火時期制御および副室用燃料噴射弁１７の燃料噴射制御などを行う。
図２では、第１放電電極２１にて火花放電が行われると、主燃焼室７内の混合気に着火して燃焼が行われる。この時、第２放電電極２２からは火花放電が行われない。これにより、例えば、高速回転高負荷の運転領域における燃焼を可能にする。

一方、副室燃料噴射弁１７の燃料噴射によって、第１放電電極２１より先に第２放電電極２２にて火花放電が行われると、副室１４内の混合気が着火し、主燃焼室７内に略柱状の火炎を噴出するため、主燃焼室７内にてトーチ燃焼が行われる。この時、第１放電電極２１からは火花放電が行われない。これにより、例えば、主燃焼室７内の空燃比が理論空燃比より希薄となる低速回転低負荷の運転領域においても燃焼を可能にする。

図３は、エンジン１の運転状態であるエンジン回転速度とエンジン負荷とに応じて、第１放電経路Ｃ１（第１放電電極２１）と第２放電経路Ｃ２（第２放電電極２２）とによる火花放電を切り換えることを示すテーブルである。
ＥＣＵ４０は、エンジン１の運転状態が所定の低回転低負荷領域内にある時に、主燃焼室７内の混合気を理論空燃比より希薄な空燃比にし、副室用燃料噴射弁１７を作動させて主燃焼室７内にてトーチ燃焼による運転を行う希薄空燃比運転モードと、所定の低回転低負荷領域以外の時に主燃焼室７内の混合気を理論空燃比にし、副室用燃料噴射弁１７を停止または抑制して、主燃焼室７内にて火花点火燃焼による運転を行う理論空燃比運転モードと、の２つのモードの切換制御を行う。

理論空燃比運転モードでは、排気行程後半または吸気行程の前半に吸気バルブ５が開いた時に、主燃焼室用燃料噴射弁１０によって噴射された燃料が新気と混合して理論空燃比の混合気となり、この混合気が主燃焼室７内に吸入される。
圧縮行程では、ピストン４の圧縮作用によって主燃焼室７内の混合気がキャップ部材１５の先端部１５ａに形成された連通路１８を介して副室１４内に押し込まれる。圧縮上死点付近で点火プラグ１６を作動させると、主燃焼室７内の混合気と副室１４内の混合気とはほぼ同じ状態であるので、絶縁破壊電圧が低い第１放電経路Ｃ１の第１放電電極２１が作動し、主燃焼室７内にて点火放電による燃焼が行われる。

希薄空燃比運転モードでは、吸気ポート８から供給される混合気が希薄空燃比となるように主燃焼室用燃料噴射弁１０から燃料が噴射される一方、この燃料とは別に副室用燃料噴射弁１７によって副室１４内に燃料が供給される。ここで、副室用燃料噴射弁１７による燃料噴射量は、主燃焼室７と副室１４との混合気濃度の差によって第２放電経路Ｃ２の絶縁破壊電圧が第１放電経路Ｃ１よりも低くなるように制御される。

図４は、副室用燃料噴射弁１７の燃料噴射量と、第１放電経路Ｃ１および第２放電経路Ｃ２の各絶縁破壊電圧との関係を示す図である。なお、副室用燃料噴射弁１７の燃料噴射量は、図４に示す関係から計算によって求めてもよいし、実験によって予め求めておいてＥＣＵ４０内のメモリに記憶させておき、これを絶縁破壊電圧から読み出すようにしてもよい。

図４では、主燃焼室７内の空燃比が一定である場合において、副室用燃料噴射弁１７により副室１４内の燃料噴射量を増加させる程、第２放電経路Ｃ２の絶縁破壊電圧が低下し、燃料噴射量が所定値以上になるときに、第１放電経路Ｃ１の第１放電電極２１における絶縁破壊電圧より、第２放電経路Ｃ２の第２放電電極２２における絶縁破壊電圧が低くなることを示している。

このため、第１放電経路Ｃ１の放電電極２１による火花放電から、第２放電経路Ｃ２の第２放電電極２２による火花放電に切り換わることで副室１４内の混合気に点火し、キャップ部材１５の連通路１８を介して主燃焼室７内に略柱状の火炎を噴出し、トーチ燃焼を行うことができる。
一方、副室１４内の燃料噴射量が所定値未満である場合には、第１放電経路Ｃ１における絶縁破壊電圧が第２放電経路Ｃ２より低くなるため、第１放電電極２１にて火花放電が行われ、通常運転（主燃焼室７内の火花点火）での燃焼を行う。これにより、高負荷時における急激な圧力上昇の抑制が図れる。

なお、図１では、副室１４内のガスの状態を可変するガス状態可変装置として、副室１４内の空燃比をリッチにする副室用燃料噴射弁１７を用いることについて説明したがこれに限定されない。すなわち、第１放電経路Ｃ１（第１放電電極２１）における火花放電と第２放電経路Ｃ２（第２放電電極２２）における火花放電電圧とを切り換えるように、エンジン１の運転状態に応じて、主燃焼室７内のガス状態と副室１４内のガス状態とに差を生じさせることができるものであれば、例えば、副室１４内の温度や圧力を上昇させる装置であってもよい。

本実施形態によれば、主燃焼室７に連通する副室１４と、火花点火装置とを備える副室式内燃機関において、火花点火装置に、同一ガス状態での放電電圧を異ならせて、いずれか１つから火花放電するように構成した少なくとも２つの放電経路（例えば、第１放電経路Ｃ１および第２放電経路Ｃ２）を設け、第１放電経路Ｃ１の放電電極２１は少なくとも主燃焼室７内に、第２放電経路Ｃ２の放電電極２２は副室１４内のみに配置し、機関の運転状態（例えば、エンジン回転速度および負荷）に応じて、火花放電する放電経路を切り換えるように、主燃焼室７内のガス状態と副室１４内のガス状態とを制御するガス状態可変装置を設けた。このため、ガス状態可変装置１３により、運転状態に応じて、主燃焼室７内のガス状態と副室１４内のガス状態とに差を生じさせ、少なくとも、主燃焼室７内における火花放電点火による燃焼と、副室１４内における火花放電点火によるトーチ燃焼とを切り換えることができる。

また本実施形態によれば、第１放電経路Ｃ１の放電電極２１の電極間距離Ｌ１と、第２放電経路Ｃ２の放電電極２２の電極間距離Ｌ２とを異ならせた（Ｌ１≠Ｌ２）。このため、電極間距離Ｌ１，Ｌ２が短い方の放電電極の絶縁破壊電圧が低くなり、主燃焼室７内および副室１４内のガス状態が同一であれば、電極間距離の短い方の放電電極から放電を行うことができる。そして、主燃焼室７と副室１４とのガス状態に差を生じさせることで、主燃焼室７内の第１放電電極２１の絶縁破壊電圧と、副室１４内の第２放電電極２２の絶縁破壊電圧とを変化させ、放電経路Ｃ１，Ｃ２の絶縁破壊電圧を逆転させることができる。

また本実施形態によれば、第１放電経路Ｃ１の放電電極２１は、同一のガス状態にて、第２放電経路Ｃ２の放電電極２２よりも火花放電する電圧が低い。このため、優先的に第１放電電極２１による火花放電を行い、主燃焼室７内のガスに点火して燃焼する運転を行うことができる。
また本実施形態によれば、副室１４を内部に形成すると共に、主燃焼室７側に先端部１５ａを形成したキャップ部材１５を有し、第１放電電極２１をキャップ部材１５の先端部１５ａに、第２放電電極２２をキャップ部材１５内にそれぞれ設けた。このため、第１放電電極２１および第２放電電極２２をキャップ部材１５に設けることができ、構成が簡素化できる。

また本実施形態によれば、ガス状態可変装置は、副室１４内の空燃比をリッチにする副室用燃料噴射弁１７である。このため、副室用燃料噴射弁１７の燃料噴射量により副室１４内の状態を容易に変化させて、第１放電電経路Ｃ１における火花放電と第２放電経路Ｃ２における火花放電とを切り換えることができる。
また本実施形態によれば、副室用燃料噴射弁１７は、主燃焼室７内の空燃比が理論空燃比よりも希薄である運転状態の時に、副室１４内に燃料を噴射する。このため、副室１４内にて火花放電を行うことで、主燃焼室７内にてトーチ燃焼を行うことができる。

次に、本発明の第２の実施形態について図５を用いて説明する。
本実施形態では、第１放電経路Ｃ１を構成する電極部材１９の先端部（中心電極）１９ａを、接地電極１５ｂ側に略円錐状に尖らせて、放電電圧を低くなるようにした。
なお、電極部材１９の先端部１９ａからキャップ部材１５の接地電極１５ｂまでの距離である第１放電電極間距離Ｌ１と、電極部材１９の電極部１９ｂからキャップ部材１５までの距離である第２放電電極間距離Ｌ２とを同じ距離にしている（Ｌ１＝Ｌ２）。これにより、主燃焼室７および副室１４内のガス状態が同一である場合に、第１放電電極２１の絶縁破壊電圧は、第２放電電極２２の絶縁破壊電圧より低く設定されるため、第１放電電極２１から火花放電が開始し、主燃焼室７内にて火花点火による燃焼が行われる。

次に、本発明の第３の実施形態について図６を用いて説明する。
本実施形態では、主燃焼室７内の第１放電電極２１の電極間距離Ｌ１と、副室１４内の第２放電電極２２の電極間距離Ｌ２とは等しい（Ｌ１＝Ｌ２）が、第２放電電極２２を構成する電極部材１９の電極部１９ｂを、第１放電電極２１を構成する電極部材１９の先端部１９ａよりも相対的に仕事関数（一個の電子をフェルミ準位から真空準位へ取り出すのに必要なエネルギーであり、言い換えると、１個の電子を表面のすぐ外側に取り出すのに必要な最小のエネルギー）が高い材質、例えば金（Ａｕ）などで構成する。

これにより、第２放電電極２２（第２放電経路Ｃ２）の絶縁破壊電圧が相対的に高くなるため、主燃焼室７内および副室１４内のガスが同一の状態では、絶縁破壊電圧が相対的に低い第１放電電極２１（第１放電経路Ｃ１）において火花放電が行われ、主燃焼室７内にて火花放電による燃焼が行われる。
なお、第２および第３の実施形態においても運転状態（例えば、エンジン回転速度および負荷）に応じて副室用燃料噴射弁１７からの燃料噴射量を制御し、第１放電電極２１による火花放電と、第２放電電極２２による火花放電とを切り換えるようにする。

次に、本発明の第４の実施形態について図７〜図１１を用いて説明する。
図７では、第１放電経路Ｃ１（第１放電電極２１）は、主燃焼室７内にて接地電極１５ｂおよび電極部材１９の先端部１９ａにより構成される放電電極２１ａと、副室１４内の第１放電経路Ｃ１の途中にて、放電可能な距離Ｌ１’だけ離れて形成された放電電極２１ｂとを有している。すなわち、図２の火花点火装置１３と比較して、副室１４内に新たに放電電極２１ｂを配置することで、主燃焼室７内および副室１４内にて同時に放電できるようにしている。

なお、図７では、放電電極２１ｂは、放電電極２１ａに直列に接続され、副室１４内において、電極部材１９の分岐部である電極部１９ｂより下部（主燃焼室７側）に形成されている。
このように第１放電経路Ｃ１に複数の放電電極２１ａ，２１ｂが形成されている場合、その放電経路Ｃ１の絶縁破壊電圧は、各放電電極２１ａ，２１ｂの絶縁破壊電圧を加算した値となる。

放電電極２１ｂの電極間距離Ｌ１’は、放電電極２１ａの電極間距離Ｌ１および第２放電電極２２の電極間距離Ｌ２より短くしている（Ｌ１’＜Ｌ１且つＬ１’＜Ｌ２）。放電電極２１ａの電極間距離Ｌ１が第２放電電極２２の電極間距離Ｌ２より短く形成している（Ｌ１＜Ｌ２）。そして、第２放電電極２２の電極間距離Ｌ２は、放電電極２１ａの電極間距離Ｌ１と放電電極２１ｂの電極間距離Ｌ１’との和より小さくなっている（Ｌ１＋Ｌ１’＜Ｌ２）。

これにより、主燃焼室７および副室１４内の混合気の状態（例えば空燃比）が同じ場合には、第１放電経路Ｃ１の絶縁破壊電圧は、第２放電経路Ｃ２の絶縁破壊電圧より低くなり、第１放電経路Ｃ１の放電電極２１ａ，２１ｂが同時に火花放電され、放電電極２１ａが主燃焼室７内の混合気に火花点火して燃焼を行うと共に、放電電極２１ｂが副室１４内の混合気に火花点火をして主燃焼室７内に略柱状の火炎を噴出して燃焼を行う。これにより、副室１４内に未燃混合気が残りづらくなり、ノッキングの発生を抑制することが可能となる。

図８には、第４の実施形態にて運転状態（エンジン回転速度および負荷）と放電経路Ｃ１，Ｃ２との関係を示している。
運転状態が希薄空燃比モード領域以外の理論空燃比モード領域において、第１放電経路Ｃ１の第１放電電極２１（放電電極２１ａおよび２１ｂ）が作動し、主燃焼室７内および副室１４内でそれぞれ火花点火がそれぞれ行われる。

主燃焼室７内および副室１４内でそれぞれ火花点火が行われると、キャップ部材１５の先端部１５ａの連通路１８から火炎トーチが噴射される時期に主燃焼室７の圧力が上昇しているため、火炎トーチの進行速度が遅くなり、過剰な急速燃焼が避けられる一方、副室１４内の混合気が未燃のまま燃焼後期まで残されないので、ノッキングを抑制することができる。

また、運転状態が希薄空燃比モード領域において比較的高負荷である場合には、第１放電経路Ｃ１の第１放電電極２１（放電電極２１ａおよび２１ｂ）により、主燃焼室７内および副室１４内にてそれぞれ火花放電による燃焼を行う。
また、運転状態が希薄空燃比モード領域において比較的低負荷である場合には、副室用燃料噴射弁１７により燃料噴射を行って主燃焼室７内と副室１４内との空燃比差を大きくし、第２放電経路Ｃ２により副室１４内にて火花放電を行い、主燃焼室７内にてトーチ燃焼を行う。

図９には、第４の実施形態における副室１４への燃料噴射量と絶縁破壊電圧との関係を示している。
第１放電経路Ｃ１は、副室１４内にも放電電極２１ｂを持つので、燃料噴射量の増加に伴って第１放電経路Ｃ１の絶縁破壊電圧が低下するが、第２放電経路Ｃ２は副室１４内のみに放電電極２２を持つので、第１放電経路Ｃ１よりも絶縁破壊電圧の低下の傾きが大きく、副室１４内への燃料噴射量が所定値以上になったときに絶縁破壊電圧の逆転が生じる。

なお、図１０に示すように、放電電極２１ｂを、第１放電経路Ｃ１および第２放電経路Ｃ２の両方に共通して形成してもよい。すなわち、図７の火花点火装置１３と比較して、副室１４内の放電電極２１ｂを、電極部材１９の分岐部である電極部１９ｂより上部（電極部材１９の後端部側）に形成している。
この場合、希薄空燃比モードにおいて第２放電経路Ｃ２の第２放電電極２２が火花放電する際に、副室１４内にて２点点火が行われるため、主燃焼室７内に、より強力な火炎トーチを形成することができる。

また、図１１に示すように、第２放電経路Ｃ２は、複数箇所において火花放電可能な第２放電電極２２を形成するようにしてもよい。図１１では、キャップ部材１５の内周壁の一部に絶縁体２６を設け、電極部材１９の電極部１９ｂを絶縁体２６に当接させ、放電可能な所定間隔Ｌ２’で複数の導電性部材２７をそれぞれ絶縁体２６上に配設する。これにより、第２放電経路Ｃ２は、副室１４内にのみ複数の放電電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃを有するようにする。そして、複数の導電性部材２７は、キャップ部材１５と、導電可能なように配設している。

また、第１放電経路Ｃ１の放電電極２１ａ，２１の電極間距離Ｌ１，Ｌ１’の和（Ｌ１＋Ｌ１’）は、第２放電電極Ｃ２の放電電極２２の各電極間距離Ｌ２’の和Ｌ２より小さくなっている（Ｌ１＋Ｌ１’＜Ｌ２）ため、第１放電経路Ｃ１における絶縁破壊電圧が低くなる。
このため、主燃焼室７および副室１４内の混合気の状態（例えば空燃比）が同じ場合には、第１放電経路Ｃ１の放電電極２１ａ，２１ｂが同時に火花放電され、放電電極２１ａが主燃焼室７内の混合気に火花点火して燃焼を行うと共に、放電電極２１ｂが副室１４内の混合気に火花点火をして主燃焼室７内に略柱状の火炎を噴出して燃焼を行う。これにより、副室１４内に未燃混合気が残りづらくなり、ノッキングの発生を抑制することが可能となる。

また、副室用燃料噴射弁１７により副室１４内に燃料を噴射した場合には、第２放電経路Ｃ２における絶縁破壊電圧が第１放電経路Ｃ１より低くなるため、放電電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃのそれぞれにおいて火花放電が行われる。これにより、主燃焼室７内に、より強力な火炎トーチを形成することができる。
次に、本発明の第５の実施形態について図１２〜図１４を用いて説明する。

本実施形態では、点火プラグ１６（電力供給装置）に、主燃焼室７内にて火花放電を行うと同時に、副室１７内にて火花放電を行うことが可能な第３放電経路Ｃ３を設けるようにした。なお、第１放電経路Ｃ１は主燃焼室７内のみに火花放電が可能であり（図２と同じ）、第２放電経路Ｃ２は副室１４内のみに火花放電が可能になっている（図１１と同じ）。

キャップ部材１５の内周壁の一部に絶縁体２６とは別の絶縁体２８を設け、電極部材１９の電極部１９ｂを絶縁体２８に当接させ、所定の間隔Ｌ３’で複数の導電性部材２９を絶縁体２８上に配設する。これにより、副室１４内で放電可能な電極２５ａを形成する。
なお、絶縁体２８は、キャップ部材１５に形成された貫通孔１５ｃの内周に設けられている。導電性部材２９の先端部２９ａは、キャップ部材１５の貫通孔１５ｃが形成された部分にて絶縁体２８に覆われており、主燃焼室７側に一部が突出して形成されている。そして、導電性部材２９の先端部２９ａと、キャップ部材１５とは、放電可能な所定距離Ｌ３’’だけ離れて形成されている。これにより、主燃焼室７内で放電可能な電極２５ｂを形成する。

これにより、点火プラグ１６（火花放電装置）、電極部材１９の電極部１９ｂ、導電性部材２９、先端部２９ａ、キャップ部材１５を介して火花放電が可能な第３放電経路Ｃ３を構成する。第３放電経路Ｃ３は、主燃焼室７内および副室１４内のそれぞれにて火花放電を同時に行うことで、主燃焼室７内の混合気に火花点火をすると共に、副室１４内の混合気に火花点火をして主燃焼室７内の混合気をトーチ燃焼させることが可能である。

なお、図１２に示すように、２つの導電性部材２９は、放電可能な所定距離Ｌ３’だけ離れて配設されており、導電性部材２９とキャップ部材１５とは放電可能な距離Ｌ３’’だけ離れて配設されている。
各放電経路Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の絶縁破壊電圧は、各放電電極における電極間距離の和が短いほど小さくなって放電しやすくなる。

第１放電経路Ｃ１の電極間距離Ｌ１と、第２放電経路Ｃ２の電極間距離Ｌ２（各放電電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃの電極間距離の和）と、第３放電経路Ｃ３の電極間距離Ｌ３（＝Ｌ３’＋Ｌ３’’）との関係は、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２になっている。すなわち、主燃焼室７内の混合気と副室１４内の混合気とが同じ状態であれば、第１放電経路Ｃ１の絶縁破壊電圧が最も低く、次に、第３放電経路Ｃ３の絶縁破壊電圧となり、第２放電経路Ｃ２が最も絶縁破壊電圧が高くなる。

図１３には、第５の実施形態にて運転状態（エンジン回転速度および負荷）と放電経路Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３との関係を示している。
運転状態が希薄空燃比モード領域以外の理論空燃比モード領域においては、第１放電経路Ｃ１の第１放電電極２１が作動し、主燃焼室７内のみで火花放電による点火が行われる。

また、運転状態が希薄空燃比モード領域において比較的高負荷である場合には、副室用燃料噴射弁１７により副室１４内の空燃比をリッチにし、主燃焼室７内および副室１４内の第３放電電極２５ａ，２５ｂ（第３放電経路Ｃ３）における火花放電を行う。これにより、主燃焼室７および副室１４にて火花放電による点火を行う。
また、運転状態が希薄空燃比モード領域において比較的低負荷である場合には、副室用燃料噴射弁１７により更に燃料噴射量を増加するよう燃料噴射を行って主燃焼室７と副室１４との空燃比差を大きくし、第２放電経路Ｃ２の第２放電電極２２のみにより副室１４にて火花放電による点火を行う。

そして、図１４に示すように、副室用燃料噴射弁１７により副室１４内に燃料噴射を行わない場合には、第１放電電極２１により主燃焼室７にて火花放電をさせて燃焼を行う。これにより、主燃焼室７内のみにて燃焼を行うことができる。
また、副室１４内への燃料噴射量の増加に伴い、第１放電電極２１による火花放電から、第３放電電極２５による放電に切り換わる。これにより、主燃焼室７および副室１４内における燃焼を行うことができる。

更に、副室１４内への燃料噴射量が増加すると、第３放電電極２５による火花放電から、第２放電電極２２に切り換わる。これにより、副室１４内のみにおける燃焼を行うことができる。

第１の実施形態における副室式内燃機関を示す図 火花点火装置および副室用燃料噴射弁の拡大断面図 運転状態に応じて各放電経路を切り換えることを示すテーブル 副室用燃料噴射弁の燃料噴射量と、各放電経路の絶縁破壊電圧との関係を示す図 第２の実施形態における副室式内燃機関を示す図 第３の実施形態における副室式内燃機関を示す図 第４の実施形態における副室式内燃機関を示す図 運転状態に応じて各放電経路を切り換えることを示すテーブル 副室への燃料噴射量と絶縁破壊電圧との関係を示す図 第４の実施形態における副室式内燃機関を示す図 第４の実施形態における副室式内燃機関を示す図 第５の実施形態における副室式内燃機関を示す図 運転状態に応じて各放電経路を切り換えることを示すテーブル 副室用燃料噴射弁の燃料噴射量と、各放電経路の絶縁破壊電圧との関係を示す図

符号の説明

１ エンジン
７ 主燃焼室
１０ 主燃焼室用燃料噴射弁
１３ 火花点火装置
１４ 副室
１５ キャップ部材
１５ａ 先端部
１５ｂ 接地電極
１６ 点火プラグ
１７ 副室用燃料噴射弁
１８ 連通路
１９ 電極部材
１９ａ 先端部
１９ｂ 電極部
２０ 絶縁体
２１ 第１放電電極
２２ 第２放電電極
２３ クランク角センサ
２４ アクセル開度センサ

Claims (10)

1. 主燃焼室に連通する副室と、火花点火装置とを備える副室式内燃機関において、
   前記火花点火装置に、同一ガス状態での放電電圧を異ならせて、いずれか１つから火花放電するように構成した少なくとも２つの放電経路を設け、
   第１放電経路の放電電極は少なくとも主燃焼室内に、第２放電経路の放電電極は副室内のみに配置し、
   機関の運転状態に応じて、火花放電する放電経路を切り換えるように、前記主燃焼室内のガス状態と前記副室内のガス状態とを制御するガス状態可変装置を設けたことを特徴とする副室式内燃機関。
2. 前記第１放電経路の放電電極の電極間距離と、前記第２放電経路の放電電極の電極間距離とを異ならせたことを特徴とする請求項１記載の副室式内燃機関。
3. 前記第１放電経路の放電電極の電極形状と、前記第２放電経路の放電電極の電極形状とを異ならせたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の副室式内燃機関。
4. 前記第１放電経路の放電電極の材質と、前記第２放電経路の放電電極の材質とを異ならせたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の副室式内燃機関。
5. 前記第１放電経路の放電電極は、同一のガス状態にて、前記第２放電経路の放電電極よりも火花放電する電圧が低いことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の副室式内燃機関。
6. 前記副室を内部に形成すると共に、前記主燃焼室側に先端部を形成したキャップ部材を有し、前記第１放電経路の少なくとも１つの放電電極を前記キャップ部材の先端部に、前記第２放電経路の放電電極を前記キャップ部材内にそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の副室式内燃機関。
7. 前記第１放電経路は、前記主燃焼室内に配置される放電電極に直列に接続され前記副室内に配置された放電電極を有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の副室式内燃機関。
8. ３つの放電経路を設け、前記第１放電経路の放電電極は前記主燃焼室内のみに、前記第２放電経路の放電電極は前記副室内のみに、第３放電経路の放電電極は前記主燃焼室内および前記副室内に配置したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の副室式内燃機関。
9. 前記ガス状態可変装置は、前記副室内の空燃比をリッチにする副室用燃料噴射弁であることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の副室式内燃機関。
10. 前記副室用燃料噴射弁は、前記主燃焼室内の空燃比が理論空燃比よりも希薄である運転状態の時に、前記副室内に燃料を噴射することを特徴とする請求項９記載の副室式内燃機関。

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