JP2007205236A - 副室式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】広い機関負荷において適切な強度のトーチ火炎を形成することができる副室式内燃機関を提供することを目的とする。
【解決手段】主たる燃焼室である主室３と、該主室３と比して容積が小さく前記主室３内と隣接して設けられた副室４と、該副室４の壁面に前記主室３と該副室４とを連通する連通路である噴孔４ａとを有し、前記副室４から前記噴孔４ａを介してトーチ火炎を前記主室３内へ噴出する副室式内燃機関において、前記副室４内の圧力を調整する圧力調整手段を具備した。そして、機関運転条件に応じて前記圧力調整手段により前記副室４内の圧力を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は副燃焼室を備えた内燃機関に関し、特に副燃焼室内の圧力を制御することにより、噴出されるトーチ火炎の強度を制御する技術に関する。

火花点火式内燃機関においては、混合気を希薄化することで熱効率の向上および排気の低減が可能なことが知られている。しかしながら、希薄混合気による火花点火燃焼においては、不安定燃焼の問題が発生するおそれがある。

このような希薄混合気による不安定燃焼を改善する手段として、特許文献１のような技術が開示されている。この従来技術では、主室に連接して副室を設け、その副室内に点火プラグが配設されている。そして、点火プラグによって副室内の燃料を火花点火燃焼させることで、副室から主室へ高温のトーチ火炎を噴出し、そのトーチ火炎によって主室内の希薄混合気の燃焼を促進しようとするものである。
特開２００２−８１３２１

ここで、より広い機関負荷のおいて希薄燃焼を行うことができれば、さらなる高効率化および低エミッション化を図ることができる。

しかしながら、機関低負荷時に最適なトーチ火炎を形成するような副室にすると、機関高負荷時で混合気がストイキに近い状態においては、副室内に導入される混合気もストイキに近い状態であるため、トーチ火炎の強度が過剰になってしまう。このように、トーチ火炎の強度が過剰になると、トーチ火炎により副室の一部が過熱状態となるだけでなく、燃焼速度が過大となり燃焼騒音が増加するおそれがある。また、トーチ火炎がピストン冠面等に衝突することにより冷却損失が増大し、熱効率が低下するおそれがある。

一方、機関高負荷時に最適なトーチ火炎を形成するような副室にすると、機関低負荷時で混合気がリーンな状態においては、副室内に導入される混合気もリーンな状態であるため、トーチ火炎の強度が過少になってしまう。このように、トーチ火炎の強度が過少になると主室内の燃焼が十分に行えず、失火等の燃焼不安定を招くおそれがある。

すなわち、トーチ火炎による希薄燃焼を機関負荷広域にわたり行うためには、機関負荷に応じてトーチ火炎の強度を適切に制御する必要がある。

しかし、上記従来技術では機関負荷に応じてトーチ火炎を制御することができない。

そこで本発明では、広い機関負荷において適切な強度のトーチ火炎を形成することができる副室式内燃機関を提供することを目的とする。

主たる燃焼室である主室と、該主室と比して容積が小さく前記主室内と隣接して設けられた副室と、該副室の壁面に前記主室と該副室とを連通する連通路である噴孔とを有し、前記副室から前記噴孔を介してトーチ火炎を前記主室内へ噴出する副室式内燃機関において、前記副室内の圧力を調整する圧力調整手段を具備した。そして、機関運転条件に応じて前記圧力調整手段により前記副室内の圧力を調整する。

本発明によれば、副室内に設けた圧力調整手段により、機関の運転条件に応じて副室内の圧力を調整することが可能となる。すなわち、噴孔から噴出されるトーチ火炎の強度を決定する主室と副室との差圧を制御することが可能となる。そのため、広い機関負荷において適切な強度のトーチ火炎を形成することができる。

本発明の第１の実施形態を図１ないし５に基づいて説明する。

図１は本実施形態における内燃機関の構成図である。

内燃機関１はシリンダヘッド１ａおよびシリンダブロック１ｂとによって大略構成されており、シリンダヘッド１ａおよびシリンダブロック１ｂと、ピストン２によって主燃焼室３(以下、主室３)が形成される。

主室３の略中央であって、シリンダヘッド１ａ上方側には、主室３と比して容積の小さい副燃焼室４(以下、副室４)が形成されており、この副室４内には点火プラグ１７が配設されている。

１０、１１はそれぞれ吸気コレクタ、スロットルであり、１１ａはスロットル１１を駆動するスロットル駆動装置である。スロットル駆動装置１１ａを駆動してスロットル１１の開閉を行うことで吸入空気量を調整した後、新気は吸気コレクタ１０に集められる。

７、８はそれぞれ吸気ポート、排気ポートであり、吸気コレクタ１０に集められた新気は吸気ポート７から主室３へ供給され、燃焼後の排気は排気ポート８から排出される。吸気バルブ５は吸気カム５ａによって、同様に排気バルブ６は排気カム６ａによってそれぞれ駆動され、新気の供給および排気の排出を行う。

なお、本実施形態ではガソリン等の燃料を噴射する燃料噴射弁９を吸気ポート７に備えている。そして、主室３と副室４とは噴孔４ａによって連通しており、燃料噴射弁９から吸気ポート７に向けて噴射された燃料は、混合気となって噴孔４ａから副室４へと導入される。点火プラグ１７によって副室４内の混合気に点火されると、その点火によって生じたトーチ火炎が噴孔４ａから主室３へ噴出する。

１２はエンジンコントロールユニット(以下、ＥＣＵ)であり、これはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータである。このＥＣＵ１２にはアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１３からのアクセル開度センサ信号、機関水温を検出する水温センサ１４からの水温センサ信号、機関回転数を検出するクランク角センサ１５からのクランク角センサ信号等が入力される。ＥＣＵ１２はこれらの信号に基づいて、燃料噴射量および燃料噴射時期、スロットル開度、点火時期等を統括的に制御する。

本実施形態では、副室４と吸気ポート７とが開口部１９ｃ、通路１９ａ、圧力制御弁１８および通路１９ｂを介して連通する構成となっている。圧力制御弁１８はＥＣＵ１２によって電気的に制御される弁であり、この圧力制御弁１８を開閉することで、副室４内の圧力を制御することが可能となる。詳細は後述する。

図２は、副室４内部を詳細に示した図である。このように、点火プラグ１７はその放電電極部１７ａが副室４の略中央部になるように配設されている。また、開口部１９ｃは副室４のうち放電電極部１７ａから比較的遠い位置から開口している。すなわち開口部１９ｃは副室４の主室３から最も離れた奥部であって、軸中心からやや周縁方向へずれた位置(点火プラグ１７の取り付け位置と、副室４の軸中心に関して対称の位置)に開口している。

図３は、副室４内の混合気に点火プラグ１７によって点火した後の、火炎伝播の様子を模式的に示したものである。図中Ａ点は図２における放電電極部１７ａを示している。

まず図３の(１)では副室４内に混合気が満たされた状態であり、次に図３の(２)においてＡ点で点火が行われる。その後、図３の(３)、図３の(４)および図３の(５)に示すように副室４内で火炎が上下両方向へ伝播する。

この際、副室４内の圧力は火炎の伝播に伴って上昇するが、前述の圧力制御弁１８を開弁し副室４内のガスを通路１９ａから通路１９ｂを介して吸気ポート７へ戻すことにより、副室４内の圧力を低下させることができる(図中の矢印はガスの流れを示している)。なお、本実施形態では開口部１９ｃは点火点であるＡ点から比較的離れた位置に開口しているため、通路１９ａへ流出するガスは主として未燃の混合気となる。

図４を用いて詳細を説明する。図４には本実施形態における機関運転状態と圧力制御弁１８の開弁期間との関係を示す。図４の(１)は、圧力制御弁１８を用いた場合と用いない場合の筒内圧力変化の違いを示したものである。縦軸は筒内圧力を示し、横軸はクランクアングルを示している。圧力制御弁１８を用いた場合の主室３内の圧力を太い実線で、副室４内の圧力を太い破線でそれぞれ示す。また、圧力制御弁１８を用いない場合の主室３内の圧力を細い実線で、副室４内の圧力を細い破線でそれぞれ示している。また、図４の(２)は圧力制御弁１８の開閉状態を示したものであり、縦軸は開閉状態を示し、横軸はクランクアングルを示している。

図４において、圧縮行程が進むに従い筒内圧力は上昇するが、副室４内の圧力は噴孔４ａによる絞りの影響等により主室３内の圧力より若干低いことが通常である。

そして、図中ＩＧＮにて点火プラグ１７により副室４内の混合気に点火されると、副室４内の混合気の燃焼が進む。ここで、圧力制御弁１８を用いない場合には、細い破線で示すように副室４内の圧力が燃焼の進行に従って大きく上昇する。

主室３と副室４との間に圧力差が生じ、この圧力差により副室４内の高温の燃焼ガスがトーチ火炎となって主室３へ噴出する。このトーチ火炎によって主室３内の混合気が燃焼させられることになる。

ここで、トーチ火炎の強度は副室４と主室３との圧力差の平方根に比例する。そのため、副室４内の燃焼により副室４内の圧力が高くなればトーチ火炎も強力となり、主室３の燃焼をより促進することができ、主室３内の圧力を大きく上昇させることが可能となる。

一方、圧力制御弁１８を用いた場合には、太い破線で示すように圧力制御弁１８を用いない場合に比して圧力の上昇が抑えられる。図４の(２)に示すように、圧力制御弁１８は点火時期ＩＧＮの後に開弁され(ＰＣＶＯ)、所定の期間開弁状態を保った後に閉弁する(ＰＣＶＣ)。これは、図３の説明において既に述べたように、圧力制御弁１８を開弁すると副室４内のガスが通路１９ａから流出することになるためである。

圧力制御弁１８の開弁期間を長くすることで、副室４内の圧力をより低下させることができる。逆に圧力制御弁１８の開弁期間を短くすることで、副室４内の圧力低下を小さく抑えることができる。

機関負荷が低負荷の場合には、残留ガスあるいは希薄混合気の影響により燃焼が不安定になる懸念があるため、トーチ火炎を比較的強くすることで安定燃焼を実現する必要がある。

一方、機関負荷が高負荷の場合には、主室３内の混合気は比較的リッチであり、強力なトーチ火炎による燃焼の促進は必要としない。むしろ、副室４内にリッチな混合気が導入されることによる過剰なトーチ火炎が懸念されるため、トーチ火炎を比較的弱くする必要がある。

そのため、圧力制御弁１８の開弁期間を運転条件に応じて変更する必要がある。図５は、機関運転状態と圧力制御弁１８の開弁期間との関係を示す。ここでは、横軸に機関回転数を、縦軸に機関負荷をとっている。このように、機関負荷が高負荷時ほど開弁期間を長くし、機関負荷が低負荷時ほど開弁期間を短くする。

このことにより、機関高負荷時の副室４内の圧力上昇をより抑制することができる一方、機関低負荷時の副室４内の圧力上昇を妨げることがない。

ここで、図５においては圧力制御弁１８の開弁期間を変化させることとしているが、これは、圧力制御弁１８の弁開度を変化させることによって、制御を行ってもよい。

なお、圧力制御弁１８の開弁時期(ＰＣＶＯ)は運転条件によって異なる。必ずしも本実施形態のように点火時期ＩＧＮの後でなくてもよい。つまり、点火時期ＩＧＮの前になることもあり得る。

また、トーチ火炎の噴出により主室３と副室４の圧力がほぼ等しくなった後においても圧力制御弁１８を開弁し続けることは、トーチ火炎の強度制御に効果がないばかりか燃焼室全体の圧力の低下を招いてしまう。すなわち圧力制御弁１８の閉弁時期(ＰＣＶＣ)によっては、機関の回収仕事が減少することになる。そのため、圧力制御弁１８の開閉弁時期についても実験的に最適値を求め、ＥＣＵ１２内のメモリーに記憶し、運転状態に応じて必要な値を参照して制御することが好ましい。

上述のように副室４内の圧力上昇を抑制することで、噴孔４ａから噴出されるトーチ火炎の勢いも弱くなり、その結果として主室３内の圧力上昇も抑えられる。

第１の実施形態による効果について説明する。

上述のように本実施形態では圧力調整手段を有しており、その圧力調整手段によって副室４内の圧力を調整することができるため、広い機関負荷において適切な強度のトーチ火炎を噴出することが可能となる。このことにより、トーチ火炎による良好な燃焼を広い機関負荷において行うことができる。

特に、圧力調整手段として本実施形態のように圧力制御弁１８を有する構成とすることで、比較的簡便な構成で副室４内の圧力を調整することができる。圧力の調整が必要な場合には、副室４内の圧力が上昇しているため、圧力制御弁１８を開弁するだけで圧力を減じることができ制御も容易である。

副室４内の圧力は、圧力制御弁１８の開弁期間によって容易に制御を行うことができる。この場合、開弁と閉弁のみの制御でよいため、圧力制御弁１８の開閉状態の制御が簡易なものとなる。また、上述のように弁開度を制御することによっても、副室４内の圧力を容易に制御することができる。

ところで、本実施形態においては副室４内に点火手段を有している。そして点火手段で副室４内の混合気に点火することで、トーチ火炎を噴出する構成となっているため、副室４内の圧力が大きく上昇しやすい。

しかしながら本実施形態では、圧力制御弁１８によって副室４の圧力を制御することができるため、適切なトーチ火炎を噴出することができる。

また、本実施形態では通路１９ａの開口部１９ｃが点火プラグ１７の放電電極部１７ａから比較的離れた位置に開口している。そのため、開弁時に流出されるガスは未燃混合気が多くなり、通路１９ａの上流側に配設されている圧力制御弁１８の過熱による作動不具合等を防止することができる。また、通路１９ａの長さを適切に設定することによっても、圧力制御弁１８の過熱を防止することができる。

ここで、未燃混合気を多く含むガスを吸気ポート７に還流することで、未燃燃料を回収することができ、燃料消費率の低下を回避することができる。

なお、圧力制御弁１８を副室４内の点火前後に開弁するようにしたことで、副室４内の圧力の調整代が大きくなり、広い機関負荷において適切なトーチ火炎を噴出することができるようになる。

上述のように、機関負荷が低負荷の場合には、燃焼不安定を防ぐためトーチ火炎を強くする必要があり、機関負荷が高負荷の場合には、トーチ火炎がピストン冠面等へ衝突することによる冷却損失を防ぐためトーチ火炎を弱める必要がある。

本実施形態では、図５に示すように機関負荷が高負荷であるほど圧力制御弁１８の開弁期間を長くして、副室４内の圧力を減じるようにしている。そのため、機関負荷が低負荷の場合には、副室４内の圧力の減少が少ないため比較的強いトーチ火炎を噴出することができる一方、機関負荷が高負荷の場合には、副室４内の圧力減少が大きいため比較的弱いトーチ火炎とすることができる。

なお、本実施形態では燃料噴射弁９は吸気ポート７に配設される構成であるが、燃料噴射弁が主室３に直接臨むように配設された場合であっても、同様の効果を奏することができる。

次に第２の実施形態について図６から９に基づいて説明する。但し、内燃機関１の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるので、説明は省略する。

図６は本実施形態における内燃機関の構成図である。

本実施形態では、通路１９ｂが排気ポート８と連通している点が上記第１の実施形態と異なっている。すなわち、圧力制御弁１８を通過したガスが通路１９ｂを通って、排気ポートへ排出されることになる。

図７は、第２の実施形態における副室４内部を詳細に示した図である。図に示すように、点火プラグ１７は先端部に設けられた放電電極部１７ａが副室４の奥部近くに位置するように配設されている。開口部１９ｃは、第１の実施形態と同様に副室４の主室３から最も離れた奥部であって、軸中心からやや周縁方向へずれた位置(点火プラグ１７の取り付け位置と副室４の軸中心に関して対称の位置)に開口している。

図８は、上記図３と同様に副室４内の混合気に点火プラグ１７によって点火した後の、火炎伝播の様子を模式的に示したものである。図中Ａ点は図７における放電電極部１７ａを示している。

図８の(１)ないし(５)の流れは、図３の(１)ないし(５)と同様であるが、前述のように本実施形態ではＡ点、すなわち副室４内の混合気に点火する点が通路１９ａの開口部と比較的近いため、通路１９ａから排出されるガスは主に既燃の混合気となる。そして、通路１９ａから排出された既燃の混合気は、圧力制御弁１８および通路１９ｂを通過して排気ポート８へ導入される。

図９には、本実施形態における機関運転状態と圧力制御弁１８の開弁期間との関係を示す。ここでも、上述の図５と同様に、横軸に機関回転数を、縦軸に機関負荷をとっている。

機関回転数が高回転になると、所定のクランク角に対する実時間は比較的短くなる。そのためトーチ火炎を比較的強くし、短い時間で主室３内の混合気を燃焼させる必要がある。また反対に、機関回転数が低回転になると、所定のクランク角に対する実時間は比較的長くなる。そのためトーチ火炎を比較的弱くし、トーチ火炎がピストン冠面等に衝突することによって生じる冷却損失を抑える必要がある。

そこで本実施形態では、機関回転数が高回転時ほど開弁期間を短くし、機関回転数が低回転時ほど開弁期間を長くすることを特徴としている。この制御によれば機関回転数が高回転になるほど圧力制御弁１８の開弁期間が短くなるため、副室４内の圧力の低下が抑制され、比較的強いトーチ火炎を噴出することができる。また反対に、機関回転数が低回転になるほど圧力制御弁１８の開弁期間が長くなるため、副室４内の圧力が低減し比較的弱いトーチ火炎が噴出されることになる。

なお、機関負荷が高負荷時ほど開弁期間を長くし、機関負荷が低負荷時ほど開弁期間を短くすることは、上述の第１の実施形態における圧力制御弁１８の制御と同様である。

第２の実施形態による効果について説明する。

本実施形態では、通路１９ａの開口部が点火プラグ１７の放電電極部１７ａに比較的近い位置に開口しているため、圧力制御弁１８の開弁時に流出されるガスは既燃混合気が多くなる。よって、未燃混合気が流出されることによる燃料消費率の低下を防止することができる。

また、流出するガスは既燃混合気が多く、吸気に導入されると機関の運転に影響を及ぼすおそれがあるが、本実施形態では通路１９ｂから排気ポート８へ排出する構成としているため、機関の運転に影響を及ぼさずに副室４の圧力制御を行うことができる。

上述のように、機関回転数が低回転の場合には、トーチ火炎がピストン冠面等に衝突することによる冷却損失を防ぐため、トーチ火炎を弱める必要がある。一方、機関回転数が高回転の場合には、短時間で主室３内の混合気を燃焼させるため、トーチ火炎を強める必要がある。

そこで本実施形態では、機関回転数が低回転であるほど圧力制御弁１８の開弁期間を長くするように設定している。そのため、機関回転数が低回転の場合には、主室３と副室４との圧力差が小さくなることで比較的弱いトーチ火炎が噴出される一方、機関回転数が高回転の場合には、主室３と副室４との圧力差が大きくなり比較的強いトーチ火炎が噴出されることになる。すなわち、機関回転数に適したトーチ火炎を噴出することが可能となる。

次に第３の実施形態について図１０から１４に基づいて説明する。但し、内燃機関１の基本的な構成は上述の実施形態と同様であるので、説明は省略する。

図１０は本実施形態における内燃機関の構成図である。

本実施形態では、副室４内に副室燃料噴射弁２１を有している。この副室燃料噴射弁２１は燃料噴射弁９と同様にＥＣＵ１２によって制御されている。ここで、副室燃料噴射弁２１は図示しない燃料改質器によりＨＣ燃料(例えばガソリン)等を改質した改質燃料を副室４へ供給することが好ましい。改質燃料とは、具体的には水素等の燃焼速度の大きなガス燃料である。なお、副室燃料噴射弁２１から供給される燃料は、主室３へ供給される燃料と同じでもよい。

また、副室４のうち主室３から最も離れた奥部には上述の実施形態と同様に開口部１９ｃが開口しているが、圧力制御弁１８を介して通路１９ｂが蓄圧室２０と連通している点が異なっている。

蓄圧室２０は通路１９ｂ側の圧力が蓄圧室２０内の圧力よりも高い場合には、通路１９ｂを通って流入したガスを保持することになる。一方、通路１９ｂ側の圧力が蓄圧室２０内の圧力よりも低い場合には、蓄圧室２０から通路１９ｂへガスが流出することになる。

ここで、通路１９ｂ側の圧力は圧力制御弁１８を開弁する時期によって決定される。詳細については後述する。

図１１は、第３の実施形態における副室４内部を詳細に示した図である。図に示すように、点火プラグ１７は先端部に設けられた放電電極部１７ａが副室４の略中央部になるように配設されている。また、開口部１９ｃは第１の実施形態と同様に、副室４の主室３から最も離れた奥部であって、軸中心からやや周縁方向へずれた位置(点火プラグ１７の取り付け位置と副室４の軸中心に関して対称の位置)に開口している。

ここで、副室燃料噴射弁２１は副室４の奥部であって、開口部１９ｃのさらに周縁側に配設されている。なお、副室燃料噴射弁２１は副室４へ供給する燃料が開口部１９ｃへ指向しないように、その中心軸が設定されている。

ところで、機関負荷が低負荷で、機関回転数が比較的低回転数の場合には、副室４内に流入した混合気に点火しただけでは、主室３内の混合気を燃焼させるのに十分なトーチ火炎を生成できないおそれがある。そこで本実施形態では、低負荷・低回転領域では副室燃料噴射弁２１から副室４内へ燃料を供給することにより副室４内の燃焼を促進している。そのため、主室３と副室４の圧力差が大きくなりトーチ火炎の強度を強めることができる。一方、機関負荷が中高負荷の場合には、副室４内の混合気がリッチであるため、燃料を供給する必要がない。

図１２は、本実施形態における機関運転状態と圧力制御弁１８の開弁期間との関係を示した図である。横軸に機関回転数を、縦軸に機関負荷をとっている。

本実施形態では圧力制御弁１８を常に閉弁にする運転領域がある点で異なっている。

上述のとおり、本実施形態では機関運転状態が低負荷・低回転の場合には副室４へ副室燃料噴射弁２１から燃料を供給する。この際には、主室３と副室４との圧力差を大きくする必要があるため、圧力制御弁１８を閉弁状態にして副室４内の圧力の低下を抑制することが好ましい。よって、副室燃料噴射弁２１によって副室４へ燃料を供給する運転領域、すなわち低負荷・低回転領域では圧力制御弁１８を閉弁に保つように制御する。

その他の運転領域における制御は、上述の第２の実施形態における図９の制御と同様である。

これらをタイムチャートに示したものが図１３および１４である。

図１３は、低負荷・低回転領域における圧力制御弁１８の開閉、筒内圧力および燃料噴射弁２１による燃料噴射との関係図を示したものである。図１３の(１)は、縦軸に筒内圧力を、横軸にクランクアングルをとったものであり、主室３内の圧力を実線で、副室４内の圧力を破線でそれぞれ示す。また、図１３の(２)は、圧力制御弁１８の開閉状態を示したものであり、縦軸は開閉状態を示し、横軸はクランクアングルを示している。さらに、図１３の(３)は、副室燃料噴射弁２１の噴射状態を示したものであり、縦軸は副室燃料噴射弁２１の開閉状態を示し、横軸はクランクアングルを示している。

図１３に示すように、低負荷・低回転領域にあっては副室の点火時期ＩＧＮの前に副室燃料噴射弁２１を開弁する(ＰＣＩＯ)。そして所定の期間開弁状態を保った後に閉弁する(ＰＣＩＣ)。一方、圧力制御弁１８は常時閉弁するように制御される。

図１４は、中負荷領域における圧力制御弁１８の開閉、筒内圧力および副室燃料噴射弁２１による燃料噴射との関係図を示したものである。図１４の(１)ないし(３)が示すものは、図１３の(１)ないし(３)が示すものと同様であるので、説明は省略する。

図１４に示すように、中負荷領域にあっては副室４へ燃料を供給しない。すなわち副室燃料噴射弁２１は常時閉弁している。一方、圧力制御弁１８は点火時期ＩＧＮの後に開弁され(ＰＣＶＯ１)、所定の期間開弁状態を保った後に閉弁する(ＰＣＶＣ１)。このことにより、副室４内の圧力を適切に保つことができる。この際、通路１９ｂを介して蓄圧室２０へ副室４から流出したガスが保持される。

そして、機関が膨張行程へと移行し筒内圧力が十分に低下した後に、再度圧力制御弁１８を開弁する(ＰＣＶＯ２)。そして所定の期間開弁状態を保った後に閉弁する(ＰＣＶＣ２)。このことにより、先の開弁時に蓄圧室２０に保持されていたガスが副室４を介して主室３へと導入されることになる。

なお、ここでは膨張行程中に再度圧力制御弁１８を開弁することにしたが、筒内圧力が蓄圧室２０よりも小さい排気行程においても蓄圧室２０に保持されているガスを副室４および主室３へ導入することが可能である。また、吸気行程であっても同様の制御を行うことができる。

第３の実施形態による効果について説明する。

まず、本実施形態では蓄圧室２０を有し、副室４からのガスを一旦保持する構成をとっているため、ガスを吸気もしくは排気へと合流させるための配管が不要となり、設計上有利である。

蓄圧室２０に保持したガスは比較的低温となるが、そのガスを後のサイクルの膨張行程中または排気行程中に副室４へと導入することで、燃焼により高温となった副室４を冷却する効果を奏することができる。

一方、上記ガスを吸気行程中に副室４へ導入することで、副室４内に残留する既燃ガスを排出することができ、次のサイクルでの副室４内に導入される混合気濃度を高めることが可能となる。その結果、副室４内での失火等を防止することができる。

さらに、本実施形態では副室４内に副室燃料噴射弁２１を有し、機関負荷が低負荷であって、機関回転数が低回転の場合に、副室４に燃料を供給する構成としている。そのため、低負荷・低回転で燃焼が不安定となりやすい領域で、トーチ火炎の強度を強くすることができ、安定した燃焼を確保することができる。

なお、機関負荷が低負荷であるほど、副室燃料噴射弁２１からの燃料供給割合を大きくするように制御しても同様の効果を奏することができる。

また、低負荷・低回転領域においては、圧力制御弁１８を常時閉弁する構成としている。そのため、低負荷・低回転領域で副室４内の圧力が低下することを防ぎ、比較的強いトーチ火炎を生成することができる。

ここで副室燃料噴射弁２１は、噴射される燃料が直接通路１９ａの開口部へと指向しないように配設しているため、副室燃料噴射弁２１から供給された燃料が副室４から圧力制御弁１８を介して排出されることを防止できる。

さらに本実施形態においては、副室燃料噴射弁２１から燃料を副室４に供給する際、主室３へ供給する燃料に比して燃焼速度の速い燃料に改質して供給している。このように、副室４に燃焼速度のより速い燃料を供給することで、低負荷・低回転で燃焼が不安定になりやすい領域においても、より強力なトーチ火炎を噴出することができ、燃焼の安定性が増す。

さらに、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなし得る様々な変更、改良が含まれることは言うまでもない。

第１の実施形態の構成図 第１の実施形態における副室の詳細図 第１の実施形態における副室内の火炎伝播の模式図 第１の実施形態における圧力制御弁の開閉と筒内圧力との関係図は圧力制御弁を用いた場合と、用いなかった場合の主室、副室の筒内圧力である。は圧力制御弁の開閉状態を示した図である。 第１の実施形態における機関運転状態と圧力制御弁の開弁期間との関係図 第２の実施形態の構成図 第２の実施形態における副室の詳細図 第２の実施形態における副室内の火炎伝播の模式図 第２の実施形態における機関運転状態と圧力制御弁の開弁期間との関係図 第３の実施形態の構成図 第３の実施形態における副室の詳細図 第３の実施形態における機関運転状態と圧力制御弁の制御との関係図 第３の実施形態における圧力制御弁の開閉、筒内圧力および副室燃料噴射弁による燃料噴射との関係図(低回転・低負荷時)は圧力制御弁を用いた場合と、主室、副室の筒内圧力である。は圧力制御弁の開閉状態を示した図である。は副室燃料噴射弁の噴射状態を示した図である。 第３の実施形態における圧力制御弁の開閉、筒内圧力および副室燃料噴射弁による燃料噴射との関係図(中負荷時)は圧力制御弁を用いた場合と、主室、副室の筒内圧力である。は圧力制御弁の開閉状態を示した図である。は副室燃料噴射弁の噴射状態を示した図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１ａ シリンダヘッド
１ｂ シリンダブロック
２ ピストン
３ 主燃焼室(主室)
４ 副燃焼室(副室)
４ａ 噴孔
５ 吸気弁
６ 排気弁
７ 吸気ポート
８ 排気ポート
９ 燃料噴射弁
１０ 吸気コレクタ
１１ スロットル弁
１２ エンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)
１３ アクセル開度センサ
１４ 水温センサ
１５ クランク角センサ
１７ 点火プラグ
１７ａ 放電電極部
１８ 圧力制御弁
１９ ガス通路
１９ａ 通路
１９ｂ 通路
１９ｃ 開口部
２０ 畜圧室
２１ 燃料噴射弁

Claims (20)

1. 主たる燃焼室である主室と、該主室と比して容積が小さく前記主室内と隣接して設けられた副室と、該副室の壁面に前記主室と該副室とを連通する連通路である噴孔とを有し、前記副室から前記噴孔を介してトーチ火炎を前記主室内へ噴出する副室式内燃機関において、前記副室内の圧力を調整する圧力調整手段を有し、機関運転条件に応じて前記圧力調整手段により前記副室内の圧力を調整することを特徴とする副室式内燃機関。
2. 前記圧力調整手段は、前記副室と連通する流路と、該流路に配され、該流路を通過するガスの量を調整可能な圧力制御弁とからなり、前記副室内の圧力を調整する際には、前記圧力制御弁を開弁することで圧力を減じることを特徴とする請求項１に記載の副室式内燃機関。
3. 前記副室内に点火手段を有し、該点火手段により前記副室内の燃料に点火してトーチ火炎を前記噴孔から前記主室内へ噴出することを特徴とする請求項２に記載の副室式内燃機関。
4. 前記圧力調整手段は、前記副室における点火前後に前記副室内の前記圧力制御弁を開弁することを特徴とする請求項３に記載の副室式内燃機関。
5. 前記圧力調整手段は、機関負荷が高負荷であるほど、前記圧力制御弁の開弁期間をより長くすることを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の副室式内燃機関。
6. 前記圧力調整手段は、機関回転が低回転であるほど、前記圧力制御弁の開弁期間をより長くすることを特徴とする請求項２から５のいずれか一つに記載の副室式内燃機関。
7. 前記圧力調整手段は、機関負荷が高負荷であるほど、前記圧力制御弁の弁開度をより大きくすることを特徴とする請求項２から６のいずれか一つに記載の副室式内燃機関。
8. 前記圧力調整手段は、機関回転が低回転であるほど、前記圧力制御弁の弁開度をより大きくすることを特徴とする請求項２から７のいずれか一つに記載の副室式内燃機関。
9. 前記流路の前記副室への開口部は、前記副室の最奥部の周縁側であって、前記点火手段の点火位置から比較的遠い位置に開口していることを特徴とする請求項４に記載の副室式内燃機関。
10. 前記流路の前記副室への開口部は、前記副室の最奥部であって、前記点火手段の点火位置から比較的近い位置に開口していることを特徴とする請求項４に記載の副室式内燃機関。
11. 前記流路は、吸気ポートに連通し、前記流路から流出したガスは、前記吸気ポートに導入されることを特徴とする請求項９に記載の副室式内燃機関。
12. 前記流路は、排気ポートに連通し、前記流路から流出したガスは、前記排気ポートに排出されることを特徴とする請求項１０に記載の副室式内燃機関。
13. 前記圧力調整手段は、前記流路から流出したガスを蓄圧して保持する蓄圧室を有し、該蓄圧室に保持したガスを前記副室に再度導入することを特徴とする請求項２から１０のいずれか一つに記載の副室式内燃機関。
14. 前記蓄圧室に蓄圧した前記ガスは、吸気行程中に前記副室に導入されることを特徴とする請求項１３に記載の副室式内燃機関。
15. 前記蓄圧室に蓄圧した前記ガスは、膨張行程中または排気行程中に、前記副室に導入されることを特徴とする請求項１３に記載の副室式内燃機関。
16. 前記副室内に燃料供給手段を有し、機関負荷が低負荷であるほど、前記燃料供給手段からの燃料供給割合をより大きくすることを特徴とする請求項１から１５にいずれか一つに記載の副室式内燃機関。
17. 前記燃料供給手段は、機関負荷が低負荷であって、機関回転数が低回転のときに燃料を供給することを特徴とする請求項１６に記載の副室式内燃機関。
18. 前記圧力制御弁は、機関負荷が低負荷であって、機関回転数が低回転のときには、開弁しないことを特徴とする請求項１７に記載の副室式内燃機関。
19. 前記燃料供給手段は、噴射される前記燃料が前記開口部へ直接指向しないように配設されることを特徴とする請求項１６から１８のいずれか一つに記載の副室式内燃機関。
20. 前記燃料供給手段から前記副室に供給される前記燃料は、前記主室に供給される燃料に比して燃焼速度のより速い燃料であることを特徴とする請求項１６から１９のいずれか一つに記載の副室式内燃機関。