JP2007198244A - 副室式火花点火内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の運転条件において、着火安定性を向上でき、燃焼騒音を低減できる副室式火花点火内燃機関を提供する。
【解決手段】副室式火花点火内燃機関１は、主燃焼室６３と、副燃焼室６１と、第１連通路６２ａ〜６２ｄと、点火プラグ２９と、旋回流制御構造８０とを備える。副燃焼室６１は、主燃焼室６３に隣接する。第１連通路６２ａ〜６２ｄは、主燃焼室６３から副燃焼室６１に導入される新気混合気を旋回させて、副燃焼室６１に新気混合気の旋回流を形成させる。点火プラグ２９の先端部分２９ａは、主燃焼室６３から副燃焼室６１に導入された新気混合気を火花点火する。旋回流制御構造８０は、運転条件に応じて、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流を制御して、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍６１ｂにおける新気混合気の濃度を変える。
【選択図】図１

Description

本発明は、副室式火花点火内燃機関に関する。

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火花点火内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６０−４５７１６（第１−５頁、第１−１２図）

しかし、特許文献１の技術では、運転条件に関わらずに、主燃焼室から副燃焼室に導入される新気混合気が、副燃焼室で旋回するようになっている。このため、運転条件によっては、着火安定性が低下することがある。あるいは、運転条件によっては、燃焼騒音が増加することがある。

本発明の課題は、種々の運転条件において、着火安定性を向上でき、燃焼騒音を低減できる副室式火花点火内燃機関を提供することにある。

本発明に係る副室式火花点火内燃機関は、主燃焼室と、副燃焼室と、旋回流形成部と、点火部と、旋回流制御構造とを備える。副燃焼室は、主燃焼室に隣接する。旋回流形成部は、主燃焼室から副燃焼室に導入された新気混合気に旋回流を形成させる。点火部は、新気混合気を火花点火する。旋回流制御構造は、運転条件に応じて、旋回流を制御して、点火部の近傍における新気混合気の濃度を変える。点火部が新気混合気を火花点火することにより生じた火炎は、旋回流形成部を介して副燃焼室から主燃焼室へ噴出される。

この副室式火花点火内燃機関では、旋回流制御構造は、運転条件に応じて、副燃焼室の新気混合気の旋回流を制御して、点火部の近傍における新気混合気の濃度を変える。これにより、副燃焼室における燃焼期間を運転条件に適したものとすることができる。

本発明に係る副室式火花点火内燃機関では、副燃焼室における燃焼期間を運転条件に適したものとすることができるので、種々の運転条件において、着火安定性を向上でき、燃焼騒音を低減できる。

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

（副室式火花点火内燃機関の概略構成）
副室式火花点火内燃機関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、旋回流制御構造８０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が配備されている。一方、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にガソリン燃料（以下、燃料とする）を噴射する弁である。燃料噴射弁２７は、吸気ポート２３を貫通するように設けられている。燃料噴射弁２７の先端は、吸気ポート２３に突出している。

旋回流制御構造８０は、主として、電磁駆動機構８１、弁体８２及び第２連通路８３を有する。旋回流制御構造８０では、電磁駆動機構８１が弁体８２を駆動して、第２連通路８３を開閉するようになっている。

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６４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６４が配置され、副燃焼室６１が形成される。

また、副燃焼室壁６４の底面には、主燃焼室６３と副燃焼室６１とを連通する第１連通路（旋回流形成部）６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ（以下、６２ａ〜６２ｄとする）及び前述の第２連通路８３が形成されている。

点火プラグ２９は、副燃焼室壁６４を貫通しており、先端部分（点火部）２９ａ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、点火プラグ２９、電磁駆動機構８１などに電気的に接続されている。

（副室式火花点火内燃機関の概略動作）
副室式火花点火内燃機関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、第１連通路６２ａ〜６２ｄ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の先端部分２９ａで発生したスパークにより、副燃焼室６１の新気混合気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、第１連通路６２ａ〜６２ｄを介して主燃焼室６３へ噴出され、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が開状態とされ、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、点火プラグ２９、電磁駆動機構８１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。

（旋回流制御構造及び副燃焼室の詳細構成）
旋回流制御構造及び副燃焼室の拡大断面図を、図２，図７に示す。副燃焼室６１の拡大断面図を、図４，図６，図８及び図９に示す。図２，図４，図６，図７，図８及び図９に示す断面図は、副燃焼室６１の中心軸ＣＡを含む面で切った断面図である。図３は、図２のIII-III断面図である。図４，図６，図８及び図９において、点火プラグ２９が省略され、その先端部分２９ａの位置が便宜的に点で示されている。

副燃焼室６１は、図２に示すように、副燃焼室壁６４に囲まれた室である。副燃焼室６１は、副燃焼室６１の中心軸ＣＡを中心軸とする略円筒形状である。副燃焼室６１には、副燃焼室壁６４を斜め上方から斜め下方へ貫通するように、点火プラグ２９が設けられている。点火プラグ２９の先端部分２９ａは、副燃焼室６１の容積中心ＶＣの付近に位置している。

また、副燃焼室壁６４の底面には、主燃焼室６３と副燃焼室６１とを連通する第１連通路６２ａ〜６２ｄ及び第２連通路８３が形成されている。第１連通路６２ａ〜６２ｄは、副燃焼室６１の中心軸ＣＡからオフセットした位置に設けられている。第１連通路６２ａ〜６２ｄは、副燃焼室６１の径方向Ｒに対して傾斜している（図３参照）。また、第２連通路８３は、副燃焼室６１の中心軸ＣＡ近傍に設けられている。第２連通路８３は、副燃焼室６１の中心軸ＣＡに沿って延びている（図７参照）。

一方、副燃焼室６１には、上部から下部に至る位置に、旋回流制御構造８０が設けられている。旋回流制御構造８０は、主として、電磁駆動機構８１，弁体８２及び第２連通路８３を備える。電磁駆動機構８１は、主として、電磁コイル７５，スプリング７４，移動部材７３，ハウジング７８及び連結軸７９を備える。

移動部材７３は、ハウジング７８の内壁に沿った方向で上下に移動することができるようになっている。そして、移動部材７３は、スプリング７４から受ける力と電磁コイル７５から受ける電磁力とが釣り合う位置で安定するように設けられている。

弁体８２は、主燃焼室６３に近づくに従って直径が大きくなる円錐台形状をしている。そして、弁体８２が下に移動したときに副燃焼室壁６４に接する部分８３ａもそれに合わせて傾斜している。これにより、第２連通路８３を閉じることができるようになっている（図７参照）。

弁体８２と移動部材７３とは連結軸７９で連結されており、スプリング７４から受ける力と電磁コイル７５から受ける電磁力との差に相当する力が、連結軸７９を介して弁体８２に伝達されるようになっている。また、弁体８２は、第２連通路８３の近傍に設けられており、第２連通路８３を開閉する。連結軸７９は、副燃焼室６１の上方の外側から、上壁（副燃焼室壁６４）を下方へ貫通して、弁体８２に連結されている先端が第２連通路８３又は副燃焼室６１に位置するように取り付けられている。

（旋回流制御構造の詳細動作）
図７に示すように、電磁コイル７５に電流が流され磁界が発生すると、移動部材７３に下向きの電磁力が働く。そして、移動部材７３は、下向きの電磁力を受けたことにより、図面上において下方に下がる。その移動部材７３の動作は連結軸７９を介して弁体８２に伝達され、弁体８２が引き下げられる。これにより、弁体８２は、開状態にされ、第２連通路８３を開く。

一方、図２に示すように、電磁コイル７５に電流が流されずに磁界が発生しなくなると、移動部材７３には電磁力が働かなくなる。そして、移動部材７３は、電磁力が働かなくなることにより、図面上において上方に上がる。その移動部材７３の動作は連結軸７９を介して弁体８２に伝達され、弁体８２が押し上げられる。これにより、弁体８２は、閉状態にされ、第２連通路８３を閉める。

（副燃焼室における新気混合気の詳細動作）
図２及び図３に示すように、圧縮行程において、均質な新気混合気は、第１連通路６２ａ〜６２ｄを介して主燃焼室６３から副燃焼室６１へ導入される。第１連通路６２ａ〜６２ｄは、シリンダ軸（図示せず）に垂直な断面視において、副燃焼室６１の中心軸ＣＡに対してオフセットされており、副燃焼室６１の径方向Ｒに対して傾斜している。また、副燃焼室６１は、略円筒形状である。このため、新気混合気の流れＡ８１ａ，Ａ８１ｂ，Ａ８１ｃ，Ａ８１ｄ（以下、Ａ８１ａ〜Ａ８１ｄとする）は、図２の点線の矢印に示すように、副燃焼室６１の周面７３ｊに沿って旋回流Ａ８１ｅを形成する。

図４に示すように、新気混合気は、旋回流Ａ８１ｅを形成しながら、第１連通路６２ａ〜６２ｄから周面７３ｊに沿って副燃焼室６１の上方へと上昇していく（流れＡ８１ｆ，Ａ８１ｕ参照）。この旋回流Ａ８１ｅは、副燃焼室壁６４の上部近傍において、中心軸ＣＡの方向へと導かれる。そして、旋回流Ａ８１ｅは、中心軸ＣＡの近傍を旋回しながら下方へと降下していく（流れＡ８１ｆ，Ａ８１ｕ参照）。

ここで、旋回流Ａ８１ｅを中心軸ＣＡに垂直な方向から見ると図５のようになる。すなわち、旋回流Ａ８１ｅは、周面７３ｊに沿った旋回流Ａ８１ｅ１と、中心軸ＣＡの近傍を旋回する旋回流Ａ８１ｅ２とを有することになる。このように、上昇する旋回流Ａ８１ｅ１と下降する旋回流Ａ８１ｅ２とは、それぞれ、中心軸ＣＡに対して対称に形成されているので、安定している。このとき、遠心力により、比重の大きい新気混合気が外側に（旋回流Ａ８１ｅ１として）分布し、比重の小さい残留ガスが内側に（旋回流Ａ８１ｅ２として）分布する傾向にある。

（（第２連通路が閉まっている場合））
旋回流制御構造８０の弁体８２が第２連通路８３を閉じており第２連通路８３が閉まっている場合、図４に示すように、旋回流の流れＡ８１ｆ，Ａ８１ｕの強さ（旋回流の強さ）が強くなっている。これにより、図６に示すように、比重の大きい新気混合気が外側に分布し、比重の小さい残留ガスが内側に分布する傾向が強まる。このため、点火プラグ２９の先端部分２９ａの付近６１ｂにおける新気混合気の濃度が薄くなり、周面７３ｊの付近６１ａにおける新気混合気の濃度が濃くなる。この結果、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍の新気混合気の濃度は理論混合比よりリーンになる。なお、図６では、色の濃さにより新気混合気の濃度が示されている。

（（第２連通路が開いている場合））
旋回流制御構造８０の弁体８２が第２連通路８３を開いており第２連通路８３が開いている場合、図８に示すように、新気空気（又は新気混合気）が第２連通路８３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、旋回流の流れＡ８１ｆ及びＡ８１ｕの強さを減衰させるような流れＡ８１ｐ，Ａ８１ｑが形成される。すなわち、旋回流の流れＡ８１ｆ，Ａ８１ｕの強さ（旋回流の強さ）が弱くなっているので、比重の大きい新気混合気が外側に分布し、比重の小さい残留ガスが内側に分布する傾向が弱まる。さらに、中心軸ＣＡの近傍で主燃焼室６３から副燃焼室６１の上方へ向かう上昇流（流れＡ８１ｐ，Ａ８１ｑ）が生じているので、副燃焼室６１の下方に分布する新気混合気が中心軸ＣＡに沿って上方へ押し上げられる。これらにより、図９に示すように、点火プラグ２９の先端部分２９ａの付近６１ｂにおける新気混合気の濃度が濃くなり、周面７３ｊの付近６１ａにおける新気混合気の濃度が薄くなる。この結果、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍の新気混合気の濃度は略理論混合比になる。なお、図９では、色の濃さにより新気混合気の濃度が示されている。

（ＥＣＵの詳細構成）
ＥＣＵ４０は、図１に示すように、主として、負荷演算部４１，回転数演算部４２，燃料噴射制御部４３，点火時期制御部４４，開閉制御部４５及び記憶部４６を備える。負荷演算部４１，回転数演算部４２，燃料噴射制御部４３，点火時期制御部４４及び開閉制御部４５は、ＣＰＵなどで構成されている。記憶部４６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１０〜図１２参照）などを記憶している。

ＥＣＵ４０は、各種の制御を行う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（図示せず）で検出されたクランク角信号、水温センサ（図示せず）で検出された冷却水温信号、アクセル開度センサ（図示せず）で検出されたアクセル開度信号などが入力される。負荷演算部４１や回転数演算部４２は、これらの信号を受け取る。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。回転数演算部４２は、これらの信号に基づいて、機関回転数を演算する。

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、機関回転数の情報を回転数演算部４２から受け取り、機関負荷や機関回転数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。

点火時期制御部４４は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関回転数の情報を回転数演算部４２から受け取り、機関負荷や機関回転数の情報などに基づいて、点火時期制御信号を生成する。これにより、点火プラグ２９は、先端部分２９ａに、点火時期制御信号に基づいて所定のタイミングでスパークを発生させる。

開閉制御部４５は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関回転数の情報を回転数演算部４２から受け取る。また、開閉制御部４５は、記憶部４６を参照し、マップ情報を記憶部４６から受け取る。開閉制御部４５は、機関負荷や機関回転数の情報とマップ情報となどに基づいて、開閉制御信号を生成する。これにより、旋回流制御構造８０の弁体８２は、開閉制御信号に基づいて、所定のタイミングで第２連通路８３を開閉する。すなわち、ＥＣＵ４０は、電磁駆動機構８１が移動部材７３を介して弁体８２をリフトさせるように制御することにより、第１開時間を制御する。ここで、第１開時間は、弁体８２が第２連通路８３を開く時間である。

（副室式火花点火内燃機関の制御）
副室式火花点火内燃機関の制御を図１０〜図１２に示すマップ情報を用いて説明する。

圧縮行程において、ＥＣＵ４０は、運転条件に応じて、旋回流制御構造８０（弁体８２）を第１開時間だけ開状態に制御する。

（（機関負荷に対する制御））
図１０に示すように、ＥＣＵ４０は、低負荷（例えば、機関負荷＝Ｔ１）の場合、旋回流の強さを弱く（例えば、旋回流の強さ＝Ｖ１）となるように制御する。すなわち、ＥＣＵ４０は、低負荷（例えば、機関負荷＝Ｔ１）の場合、第１開時間が長く（例えば、第１開時間＝Δｔ１）となるように旋回流制御構造８０を制御する（図１２参照）。これにより、旋回流制御構造８０は、低負荷時に、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流が弱くなるように制御する。このため、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍６１ｂの新気混合気の濃度は略理論混合比になるので、副燃焼室６１における燃焼期間は短縮される。この結果、低負荷時において、副燃焼室６１における着火安定性は向上する。すなわち、リーン限界は拡大する。

一方、ＥＣＵ４０は、高負荷（例えば、機関負荷＝Ｔ２）の場合、旋回流の強さを強く（例えば、旋回流の強さ＝Ｖ２）となるように制御する。すなわち、ＥＣＵ４０は、高負荷（例えば、機関負荷＝Ｔ２）の場合、第１開時間が長く（例えば、第１開時間＝Δｔ２）となるように旋回流制御構造８０を制御する（図１２参照）。これにより、旋回流制御構造８０は、高負荷時に、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流が強くなるように制御する。このため、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍６１ｂの新気混合気の濃度は理論混合比よりもリーンになり、副燃焼室６１における燃焼期間の増加が抑制される。この結果、高負荷時において、副燃焼室６１から主燃焼室６３へ噴射される火炎が強くなりすぎることが抑制されるので、主燃焼室６３における燃焼期間が必要以上に短縮することが低減され、主燃焼室６３における燃焼騒音は抑制される。

（（機関回転数に対する制御））
図１１に示すように、ＥＣＵ４０は、低回転数（例えば、機関回転数＝Ｎ３）の場合、旋回流の強さを強く（例えば、旋回流の強さ＝Ｖ３）となるように制御する。すなわち、ＥＣＵ４０は、低回転数（例えば、機関回転数＝Ｎ３）の場合、第１開時間が短く（例えば、第１開時間＝Δｔ３）となるように旋回流制御構造８０を制御する（図１２参照）。これにより、旋回流制御構造８０は、低回転数時に、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流が強くなるように制御する。このため、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍６１ｂの新気混合気の濃度は理論混合比よりもリーンになるので、副燃焼室６１における燃焼期間の短縮は抑制される。

一方、ＥＣＵ４０は、高回転数（例えば、機関回転数＝Ｎ４）の場合、旋回流の強さを弱く（例えば、旋回流の強さ＝Ｖ４）となるように制御する。すなわち、ＥＣＵ４０は、高回転数（例えば、機関回転数＝Ｔ４）の場合、第１開時間が短く（例えば、第１開時間＝Δｔ４）となるように旋回流制御構造８０を制御する（図１２参照）。これにより、旋回流制御構造８０は、高回転数時に、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流が弱くなるように制御する。このため、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍６１ｂの新気混合気の濃度は略理論混合比になり、副燃焼室６１における燃焼期間は短縮する。

このように、高回転数時において、単位回転数当たりの実時間が短くなることに応じて、副燃焼室６１における燃焼期間を短くすることができるようになっている。また、低回転数時において、単位回転数当たりの実時間が長いことに応じて、副燃焼室６１における燃焼期間を必要以上に短くすることが抑制される。すなわち、副燃焼室６１における燃焼期間が機関回転数に応じた適切な長さとなっているので、副燃焼室６１における着火安定性は向上している。

（副室式火花点火内燃機関の特徴）
（１）
ここでは、旋回流制御構造８０は、運転条件に応じて、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流を制御して、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍６１ｂにおける新気混合気の濃度を変える。具体的には、旋回流制御構造８０は、運転条件に応じて、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流を強くして、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍６１ｂにおける新気混合気の濃度を薄くする。あるいは、旋回流制御構造８０は、運転条件に応じて、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流を弱くして、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍６１ｂにおける新気混合気の濃度を濃くする。これにより、運転条件に応じて、副燃焼室６１における燃焼期間を変えることができるようになっている。

このように、副燃焼室６１における燃焼期間が運転条件に適したものとなるので、種々の運転条件において、着火安定性は向上し、燃焼騒音は低減する。

（２）
ここでは、旋回流制御構造８０は、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流を、低負荷時に比べて高負荷時に強くなるように制御する。これにより、低負荷時において、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍６１ｂの新気混合気の濃度は略理論混合比になるので、着火安定性は向上する。また、高負荷時において、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍６１ｂの新気混合気の濃度は理論混合比よりリーンになるので、燃焼騒音は低減する。

（３）
ここでは、旋回流制御構造８０は、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流を、低回転数時に比べて高回転数時に弱くなるように制御する。これにより、高回転数時において、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍６１ｂの新気混合気の濃度が略理論混合比になるので、単位回転数当たりの実時間が短くなることに応じて副燃焼室６１における燃焼期間は短くなる。すなわち、副燃焼室６１における燃焼期間が機関回転数に応じた適切な長さとなっているので、副燃焼室６１における着火安定性は向上している。

（４）
ここでは、旋回流制御構造８０は、運転条件に応じて、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流を点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍６１ｂにおいて減衰する。これにより、運転条件に応じて、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流を制御することができるようになっている。

（５）
ここでは、旋回流制御構造８０において、電磁駆動機構８１に駆動された弁体８２は、第２連通路８３を開閉する。これにより、副燃焼室６１における新気混合気の旋回流を減衰させるような流動Ａ８１ｐ，Ａ８１ｑを副燃焼室６１に発生させることができるようになっている。このため、運転条件に応じて、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流を点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍６１ｂにおいて減衰することができるようになっている。

（６）
ここでは、第１連通路６２ａ〜６２ｄは、副燃焼室６１の中心軸ＣＡの近傍において点火プラグ２９の先端部分２９ａから主燃焼室６３へと向かう流れ（流れＡ８１ｆ，Ａ８１ｕ）を生成する。また、旋回流制御構造８０は、副燃焼室６１の中心軸ＣＡの近傍において、主燃焼室６３から点火プラグ２９の先端部分２９ａへ向かう流れＡ８１ｐ，Ａ８１ｑを生成する。これらにより、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流を点火プラグ２９の先端部分２９ａにおいて減衰することができるようになっている。

（７）
ここでは、旋回流制御構造８０は、第１開時間（図１２参照）を介して、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流を制御する。これにより、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流を減衰させるような流動（流れＡ８１ｐ，Ａ８１ｑ）の強さを変えるので、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流の強さを変えることができるようになっている。

（８）
ここでは、第１連通路６２ａ〜６２ｄは、副燃焼室６１の中心軸ＣＡに対してオフセットされており、副燃焼室６１の径方向Ｒに対して傾斜している。これにより、主燃焼室６３から副燃焼室６１に導入される新気混合気は、副燃焼室６１の周面７３ｊに沿って旋回するようになる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る副室式火花点火内燃機関の断面図を図１３に示す。

副室式火花点火内燃機関１００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、燃料噴射弁２７の代わりに燃料噴射弁１２７を備える点と、ＥＣＵ４０の代わりにＥＣＵ１４０を備える点とで、第１実施形態と異なる。

燃料噴射弁１２７は、燃料を噴射することに加えて、極低負荷時に、気体燃料を噴射する。第２実施形態では、「極低負荷」とは、第１実施形態で言う「低負荷」のうち低負荷側の領域を示すことにする。「低負荷」とは、第１実施形態で言う「低負荷」のうち高負荷側の領域を示すことにする。また、気体燃料は、燃料（ガソリン燃料）よりも層流燃焼速度が速い燃料であり、例えば、水素である。

ＥＣＵ１４０は、開閉制御部４５の代わりに開閉制御部１４５を備え、記憶部４６の代わりに記憶部１４６を備える。記憶部１４６には、図１０に示すマップ情報の代わりに図１６に示すマップ情報が記憶されている。開閉制御部１４５は、図１０に示すマップ情報の代わりに図１６に示すマップ情報を、記憶部１４６から取得する。

図１６に示すように、ＥＣＵ１４０は、低負荷（例えば、機関負荷＝Ｔ１）の場合、旋回流の強さを弱く（例えば、旋回流の強さ＝Ｖ１）となるように制御する。すなわち、ＥＣＵ４０は、低負荷（例えば、機関負荷＝Ｔ１）の場合、第１開時間が長く（例えば、第１開時間＝Δｔ１）となるように旋回流制御構造８０を制御する（図１２参照）。これにより、旋回流制御構造８０は、低負荷時に、副燃焼室１６１の新気混合気の旋回流が弱くなるように制御する。このため、図１４に示すように、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍１６１ｂの新気混合気の濃度は略理論混合比になるので、副燃焼室１６１における燃焼期間は短縮される。この結果、低負荷時において、副燃焼室１６１における着火安定性は向上する。なお、図１４では、色が濃いほど新気混合気の濃度が濃くなっているとともに気体燃料の濃度が薄くなっている。

一方、図１６に示すように、ＥＣＵ１４０は、極低負荷（例えば、機関負荷＝Ｔ８）の場合、旋回流の強さを強く（例えば、旋回流の強さ＝Ｖ２）となるように制御する。すなわち、ＥＣＵ４０は、極低負荷（例えば、機関負荷＝Ｔ８）の場合、第１開時間が長く（例えば、第１開時間＝Δｔ２）となるように旋回流制御構造８０を制御する（図１２参照）。これにより、旋回流制御構造８０は、極低負荷時に、副燃焼室１６１の新気混合気の旋回流が強くなるように制御する。このため、図１５に示すように、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍１６１ｂの新気混合気の濃度は理論混合比よりもリーンになるとともに、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍１６１ｂの気体燃料の濃度が濃くなるので、副燃焼室１６１における燃焼期間はさらに短縮される。この結果、極低負荷時において、副燃焼室１６１における着火安定性はさらに向上する。すなわち、リーン限界はさらに拡大する。なお、図１５では、色が濃いほど新気混合気の濃度が濃くなっているとともに気体燃料の濃度が薄くなっている。

副燃焼室１６１における燃焼期間が運転条件に適したものとなっている点は、第１実施形態と同様である。したがって、このような副室式火花点火内燃機関１００によっても、種々の運転条件において、着火安定性は向上し、燃焼騒音は低減する。

（第２実施形態の変形例）
副室式火花点火内燃機関１００ｉにおいてＥＣＵ１４０ｉの記憶部１４６ｉには、図１６に示すマップ情報の代わりに図１８に示すマップ情報が記憶されていても良い。

図１８に示すように、ＥＣＵ１４０ｉは、極低負荷（例えば、機関負荷＝Ｔ９）の場合、旋回流の強さを中程度（例えば、旋回流の強さ＝Ｖ９）となるように制御する。すなわち、ＥＣＵ１４０ｉは、極低負荷（例えば、機関負荷＝Ｔ９）の場合、第１開時間が中程度（例えば、第１開時間＝Δｔ９）となるように旋回流制御構造８０を制御する（図１２参照）。これにより、旋回流制御構造８０は、極低負荷時に、副燃焼室１６１ｉの新気混合気の旋回流が中程度なるように制御する。このため、図１７に示すように、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍１６１ｂｉにおいて、新気混合気と気体燃料とが混合するようになる。これにより、点火プラグ２９の先端部分２９ａの近傍１６１ｂｉにおいて新気混合気の濃度と気体燃料の濃度とを詳細に制御することができるようになっている。この結果、副燃焼室１６１ｉにおける燃焼期間を運転条件にさらに適したものとすることができるようになっている。

気体燃料は、吸気ポート２３を流れる新気空気（又は新気混合気）へ向けて燃料噴射弁１２７から噴射される代わりに、副燃焼室１６１の新気空気（又は新気混合気）へ向けて副燃焼室１６１に設けられた気体燃料噴射弁（図示せず）から噴射されても良い。

本発明に係る副室式火花点火内燃機関は、種々の運転条件において、着火安定性を向上でき、燃焼騒音を低減できるという効果を有し、副室式火花点火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火花点火内燃機関の断面図。 本発明の第１実施形態における旋回流制御構造及び副燃焼室の拡大断面図。 図２のIII-III断面図。 本発明の第１実施形態における旋回流制御構造及び副燃焼室の拡大断面図。 図４のV-V断面図。 本発明の第１実施形態における旋回流制御構造及び副燃焼室の拡大断面図。 本発明の第１実施形態における旋回流制御構造及び副燃焼室の拡大断面図。 本発明の第１実施形態における旋回流制御構造及び副燃焼室の拡大断面図。 本発明の第１実施形態における旋回流制御構造及び副燃焼室の拡大断面図。 マップ情報を示す図。 マップ情報を示す図。 マップ情報を示す図。 本発明の第２実施形態に係る副室式火花点火内燃機関の断面図。 本発明の第２実施形態における旋回流制御構造及び副燃焼室の拡大断面図。 本発明の第２実施形態における旋回流制御構造及び副燃焼室の拡大断面図。 マップ情報を示す図。 本発明の第２実施形態の変形例における旋回流制御構造及び副燃焼室の拡大断面図。 マップ情報を示す図。

符号の説明

１，１００，１００ｉ 副室式火花点火内燃機関
２９ 点火プラグ
２９ａ 先端部分（点火部）
６１，１６１，１６１ｉ 副燃焼室
６２ａ等 第１連通路（旋回流形成部）
６３ 主燃焼室
８０ 旋回流制御構造
８２ 弁体
８３ 第２連通路

Claims (11)

1. 主燃焼室と、
   前記主燃焼室に隣接する副燃焼室と、
   前記主燃焼室から前記副燃焼室に導入された新気混合気に旋回流を形成させる旋回流形成部と、
   前記新気混合気を火花点火する点火部と、
   運転条件に応じて、前記旋回流を制御して、前記点火部の近傍における前記新気混合気の濃度を変える旋回流制御構造と、
   を備え、
   前記点火部が前記新気混合気を火花点火することにより生じた火炎は、前記旋回流形成部を介して前記副燃焼室から前記主燃焼室へ噴出される、
   副室式火花点火内燃機関。
2. 前記旋回流制御構造は、前記副燃焼室の前記新気混合気の旋回流を、低負荷時に比べて高負荷時に強くなるように制御する、
   請求項１に記載の副室式火花点火内燃機関。
3. 前記旋回流制御構造は、前記副燃焼室の前記新気混合気の旋回流を、低回転数時に比べて高回転数時に弱くなるように制御する、
   請求項１又は２に記載の副室式火花点火内燃機関。
4. 前記副燃焼室には、前記新気混合気より燃焼速度が大きい気体燃料がさらに導入され、
   前記旋回流形成部は、さらに、前記気体燃料を旋回させて、前記副燃焼室に前記気体燃料の旋回流を形成させ、
   前記旋回流制御構造は、さらに、運転条件に応じて、前記副燃焼室の前記気体燃料の旋回流を制御して、前記点火部の近傍における前記気体燃料の濃度を変える、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の副室式火花点火内燃機関。
5. 前記旋回流制御構造は、前記副燃焼室の前記新気混合気の旋回流を、低負荷時に比べて極低負荷時に強くなるように制御する、
   請求項４に記載の副室式火花点火内燃機関。
6. 前記副燃焼室は、略円筒形状をしており、
   前記旋回流形成部は、前記主燃焼室から前記副燃焼室に導入される新気混合気を、前記副燃焼室の周面に沿って旋回させ、
   前記点火部は、前記副燃焼室の内部において前記副燃焼室の中心軸の近傍で且つ前記主燃焼室から離れた位置に配置され、
   前記旋回流制御構造は、運転条件に応じて、前記副燃焼室の前記新気混合気の旋回流を強くして、前記点火部の近傍における前記新気混合気の濃度を薄くし、あるいは、前記副燃焼室の前記新気混合気の旋回流を弱くして、前記点火部の近傍における前記新気混合気の濃度を濃くする、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の副室式火花点火内燃機関。
7. 前記旋回流制御構造は、運転条件に応じて、前記副燃焼室の前記新気混合気の旋回流を少なくとも前記点火部の近傍において減衰する、
   請求項６に記載の副室式火花点火内燃機関。
8. 前記旋回流形成部は、
   前記副燃焼室の中心軸に対してオフセットされ、前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通している第１連通路を有し、
   前記旋回流制御構造は、
   前記副燃焼室の中心軸の近傍に位置しており、前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通している第２連通路と、
   前記第２連通路を開閉する開閉部と、
   を有する、
   請求項７に記載の副室式火花点火内燃機関。
9. 前記旋回流形成部は、さらに、前記主燃焼室から前記副燃焼室に導入された前記新気混合気の旋回流を前記点火部の近傍において前記副燃焼室の中心軸側に導き、前記副燃焼室の中心軸の近傍において前記点火部から前記主燃焼室へと向かう流れを生成し、
   前記旋回流制御構造は、前記副燃焼室の中心軸の近傍において、新気空気及び新気混合気のいずれかを前記第２連通路を介して前記主燃焼室から前記副燃焼室へ導き、前記主燃焼室から前記点火部へ向かう流れを生成する、
   請求項８に記載の副室式火花点火内燃機関。
10. 前記旋回流制御構造は、前記開閉部が前記第２連通路を開く時間である第１開時間を介して、前記副燃焼室の前記新気混合気の旋回流を制御する、
    請求項８に記載の副室式火花点火内燃機関。
11. 前記第１連通路は、前記副燃焼室の径方向に対して傾斜している、
    請求項８から１０のいずれか１項に記載の副室式火花点火内燃機関。
    

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