JP2009092028A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】主燃焼室内に良好に乱流を発生させることにより、主燃焼室内における混合気の形成を良好とすることができる内燃機関を提供する。
【解決手段】上下移動するピストンにより容積変化する主燃焼室と、主燃焼室に連通する副室と、主燃焼室と副室との間の連通口を開閉可能な開閉弁と、主燃焼室に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、主燃焼室の内圧を検出する主室内圧検出手段と、副室の内圧を検出する副室内圧検出手段と、主室内圧検出手段により検出された主燃焼室内圧Ｐｍと副室内圧検出手段により検出された副室内圧Ｐｓとの差圧を算出する差圧算出手段と、開閉弁の開閉を制御可能な開閉弁制御手段と、を備え、開閉弁制御手段は、ピストンが下死点へ向けて移動して、差圧算出手段により算出した差圧が予め設定した設定差圧以上となったときに（Ｓ３）、開閉弁を制御して、閉塞した連通口を開放させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、主燃焼室および主燃焼室に連通する副室を有する内燃機関に関するものである。

従来の内燃機関として、燃焼室と、燃焼室に連通する空気室（副室）と、燃焼室と空気室との間の連通孔を開閉する空気室バルブ（開閉弁）と、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射バルブとを有し、吸入行程、第１圧縮行程、第１膨張行程、第２圧縮行程、第２膨張行程、および排気行程を順に行う６サイクルエンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この６サイクルエンジンでは、吸入行程において、外部から燃焼室内に空気を取り込み、第１圧縮行程において、取り込んだ空気を圧縮した後、空気室バルブを開放して空気室に圧縮した空気を取り込み、空気室バルブを閉鎖して空気室に圧縮空気を蓄える。続いて、６サイクルエンジンは、第１膨張行程において、外部からさらに空気を取り込み、第２圧縮行程において、取り込んだ空気を圧縮する。第２圧縮行程から第２膨張行程への移行時において、６サイクルエンジンは、燃料噴射弁から燃料を噴射すると共に、噴射した燃料に着火して燃料を燃焼させる。そして、６サイクルエンジンは、第２膨張行程において、空気室バルブを開放して空気室から燃焼室へ空気を噴出させることで、乱流を発生させると共に、空気を与えて燃焼を促進させる。この後、６サイクルエンジンは、排気行程において、燃焼室内の排気ガスを外部に排出する。

特開平０５−２４００４９号公報

ところで、空気室バルブを開放して空気室から燃焼室へ空気を噴出させるためには、空気室の内圧を高く、また、空気室の内圧に比して燃焼室の内圧を低くしなければならない。つまり、空気室から燃焼室への空気噴射を所定の空気噴射とするには、空気室の内圧と燃焼室の内圧との差圧を、所定の差圧としなければならない。

しかしながら、従来の６サイクルエンジンにおいて、空気室バルブは、クランクシャフトの回転運動に同期して作動するように構成されている。つまり、空気室バルブは、常に所定のタイミングで開弁および閉弁を行っているため、外部から燃焼室内に取り込まれる空気量が異なる場合、空気室の内圧および燃焼室の内圧は変化してしまう。これにより、空気室の内圧と燃焼室の内圧との差圧を、所定の差圧に維持することが困難となり、良好に乱流を発生させることが困難な場合がある。これにより、乱流を適切に発生させることができず、ノッキングの発生を助長する虞がある。

そこで、本発明は、主燃焼室内に良好に乱流を発生させることにより、主燃焼室内における混合気の形成を良好とすることができる内燃機関を提供することを課題とする。

本発明の内燃機関は、上死点と下死点との間で上下移動するピストンにより容積変化する主燃焼室と、主燃焼室に連通する副室と、主燃焼室と副室との間の連通口を開閉可能な開閉弁と、主燃焼室に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、主燃焼室の内圧を検出する主室内圧検出手段と、副室の内圧を検出する副室内圧検出手段と、主室内圧検出手段により検出された主燃焼室内圧と副室内圧検出手段により検出された副室内圧との差圧を算出する差圧算出手段と、開閉弁の開閉を制御可能な開閉弁制御手段と、を備え、開閉弁制御手段は、ピストンが上死点近傍に臨むと、開閉弁に閉弁動作をさせて連通口を閉塞させ、ピストンが下死点へ向けて移動して、差圧算出手段により算出した差圧が予め設定した設定差圧以上となると、開閉弁に開弁動作をさせて連通口を開放させることを特徴とする。

この場合、燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段をさらに備え、燃料噴射制御手段は、燃料噴射弁を制御して、開閉弁の閉弁時から開閉弁の開弁時までの間に、燃料を噴射させることが、好ましい。

これらの場合、主燃焼室内に形成される混合気に着火可能な点火プラグと、点火プラグを制御する点火制御手段と、をさらに備え、点火制御手段は、点火プラグを制御して、開閉弁の開弁後に、混合気に着火させることが、好ましい。

また、これらの場合、開閉弁制御手段は、ピストンの上死点到達時において開閉弁が閉弁するように、ピストンの上死点到達前に閉弁動作を開始させることが、好ましい。

また、これらの場合、主室内圧検出手段および副室内圧検出手段は、圧力センサで構成されていることが、好ましい。

また、これらの場合、主室内圧検出手段は、圧力センサで構成され、副室内圧検出手段は、開閉弁の閉弁時において、主室内圧検出手段により検出された主燃焼室内圧を、副室内圧として検出することが、好ましい。

また、これらの場合、主燃焼室に吸入される吸入空気量を検出する吸気量検出手段と、容積変化する主燃焼室の容積を検出する主室容積検出手段と、主燃焼室内の温度を検出する主室温度検出手段と、をさらに備え、主室内圧検出手段は、連通口の開放状態において、吸気量検出手段により検出された吸入空気量から求められる空気の物質量、主室容積検出手段により検出された主燃焼室の容積、副室の容積、および主室温度検出手段により検出された主燃焼室内の温度に基づいて、推定される主燃焼室内圧を検出すると共に、連通口の閉塞状態において、開閉弁の閉弁時における主燃焼室の容積、開閉弁の閉弁時における主燃焼室内圧、および主室容積検出手段により検出された主燃焼室の容積に基づいて、推定される主燃焼室内圧を検出し、副室内圧検出手段は、開閉弁の閉弁時において、主室内圧検出手段により検出された主燃焼室内圧を、副室内圧として検出することが、好ましい。

本発明にかかる内燃機関は、主燃焼室の内圧と副室の内圧との差圧が、所定の差圧以上となった場合に、開閉弁により連通口を開放することで、副室から主燃焼室へ向けて空気を噴出させることにより乱流を発生させ、この乱流により、混合気を良好に形成することができるという効果を奏する。

以下、添付した図面を参照して、本発明にかかる内燃機関について説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

ここで、図１は、筒内噴射式のガソリンエンジンの概略構成図であり、図２は、開閉弁の開閉制御に関するフローチャート図である。また、図３は、エンジンの燃焼サイクルに関する説明図である。

先ず、図１を参照して、内燃機関として、筒内噴射式のガソリンエンジンを適用した場合について説明する。エンジン１は、下部からクランクケース１０と、クランクケース１０の上部に設けられたシリンダブロック１１と、ヘッドガスケット（図示省略）を介してシリンダブロック１１の上部に設けられたシリンダヘッド１２とで外郭が形成されている。シリンダブロック１１の上部には、上下動可能にピストン１３が気筒数（図示では１つ）に応じて複数収容され、また、シリンダブロック１１の下部およびクランクケース１０により形成された収容部には、クランクシャフト１４が収容されている。各ピストン１３とクランクシャフト１４とは、コンロッド１５により連結されており、各ピストン１３の上下動作をクランクシャフト１４に伝達している。そして、上記のシリンダブロック１１、シリンダヘッド１２およびピストン１３により、ペントルーフ型の主燃焼室１６が気筒数に応じて複数形成されている。これにより、各主燃焼室１６は、その容積Ｖｍが、上下移動する各ピストン１３により変化する。

クランクケース１０には、クランク角センサ２０が配設されており、クランクシャフト１４の回転角度を検知している。クランク角センサ２０は、エンジンＥＣＵ２に接続されており、エンジンＥＣＵ２は、クランク角センサ２０の検出結果に基づいて、後述する点火プラグによる点火時期、後述する燃料噴射弁４５による燃料の噴射時期や、後述する開閉弁５２の閉弁時期を制御している。なお、実施例３で詳細に説明するが、主燃焼室１６の容積Ｖｍは、クランク角センサ（主室容積検出手段）により検出したクランク角度に基づいて、検出することが可能となっている。

シリンダブロック１１は、その内部に複数のピストン１３を収容するための複数のシリンダボア２４が形成されている（図示では１つ）。そして、各ピストン１３は、各シリンダボア２４に嵌合するように円柱状に形成され、シリンダボア２４内において上死点と下死点との間を上下動可能に支持されている。また、各ピストン１３のヘッド面には、ピストンキャビティ２５が没入形成されている。さらに、シリンダブロック１１の内部には、エンジン１を冷却する冷却水の冷却水循環通路となるウォータージャケット２６が形成されており、ウォータージャケット２６は各シリンダボア２４の周りを取り囲むように配設されている。そして、シリンダブロック１１には、冷却水の水温を検出するエンジン水温検出センサ２７が配設され、エンジン水温検出センサ２７（主室温度検出手段）は、エンジンＥＣＵ２に接続されている。

シリンダヘッド１２は、その内部の各主燃焼室１６に連通する複数の吸気ポート３０（図示では１つ）と、各吸気ポート３０に対向配置され、各主燃焼室１６に連通する複数の排気ポート３１（図示では１つ）とが形成されている。

また、主燃焼室１６と吸気ポート３０との間の吸気側連通口３２には、吸気弁３４が配設され、また、主燃焼室１６と排気ポート３１との間の排気側連通口３３には、排気弁３５が配設されている。

吸気弁３４および排気弁３５は、ラッパ形状をなす末広がりの円錐状に形成されており、吸気側連通口３２および排気側連通口３３を開放する開放位置（下降端位置）と、吸気側連通口３２および排気側連通口３３を閉塞する閉塞位置（上昇端位置）との間で移動自在に構成されている。そして、吸気弁３４の基端部には吸気側カムシャフト４０が、また、排気弁３５の基端部には排気側カムシャフト４１が、それぞれ配設されており、各カムシャフト４０，４１が回転することにより吸気弁３４および排気弁３５が開閉可能となっている。

なお、図示は省略するが、主燃焼室１６の頂部には、先端部が突出するように点火プラグが配設され、シリンダヘッド１２の吸気ポート３０の下部には、主燃焼室１６の壁面から燃料を噴射する燃料噴射弁４５が配設されている。また、燃料噴射弁４５に対向する位置、すなわち、シリンダヘッド１２の排気ポート３１の下部には、主燃焼室１６の内圧（以下、主燃焼室内圧Ｐｍという）を検出する第１圧力センサ４８（主室内圧検出手段）が配設されている。

さらに、シリンダヘッド１２には、排気ポート３１と吸気ポート３０との間に、吸気ポート３０から取り込んだ空気を貯留する副室５０が形成され、主燃焼室１６の頂部には、主燃焼室１６と副室５０とを連通する連通口５１が形成されている。また、連通口５１には、連通口５１を開閉可能な開閉弁５２が設けられている。

副室５０は、上部が断面略円形となる逆フラスコ状に形成されており、副室５０内には、副室５０の内圧（以下、副室内圧Ｐｓという）を検出する第２圧力センサ５５（副室内圧検出手段）が配設されている。開閉弁５２は、上記の吸気弁３４および排気弁３５と同様に、ラッパ形状をなす末広がりの円錐状に形成されており、連通口５１を開放する開放位置（下降端位置）と、連通口５１を閉塞する閉塞位置（上昇端位置）との間で移動自在に構成されている。そして、開閉弁５２の基端部には、開閉弁５２を移動させるための開閉弁用アクチュエータ５６が配設されており、開閉弁用アクチュエータ５６を駆動させることにより、開閉弁５２を開閉することが可能となっている。

次に、エンジン１を制御するエンジンＥＣＵ２について説明する。エンジンＥＣＵ２は、主としてＣＰＵ７０、ＲＯＭ７１、ＲＡＭ７２、入力ポート７３および出力ポート７４等により構成され、内部バス７５を介して互いに接続されている。ＣＰＵ７０は、各種センサ等から入力された各種検出信号に基づいて演算処理を行うものである。ＲＯＭ７１は、各種プログラムやデータを記憶している。ＲＡＭ７２は、各種プログラムを実行するための作業領域となっている。

エンジンＥＣＵ２には、上記の点火プラグや燃料噴射弁４５が制御可能に接続されている。また、エンジンＥＣＵ２には、上記したクランク角センサ２０、エンジン水温検出センサ２７、第１圧力センサ４８や第２圧力センサ５５の他、外部から吸入される吸入空気量を検出するエアフローセンサ７９（吸気量検出手段）等の各種センサが接続されている。さらに、エンジンＥＣＵ２には、上記した開閉弁用アクチュエータ５６が制御可能に接続されており、エンジンＥＣＵ２は、開閉弁５２の開閉動作を制御している。

エンジンＥＣＵ２のＲＯＭ７１内には、燃料噴射制御プログラム８０、点火制御プログラム８１、差圧算出プログラム８２および開閉弁制御プログラム８３等の各種プログラムが記憶されており、ＣＰＵ７０が、ＲＯＭ７１内から、各種プログラムを読み出してＲＡＭ７２内に展開し、展開したプログラムを実行することにより、点火プラグや燃料噴射弁４５を制御することが可能となっている。

差圧算出プログラム８２は、第１圧力センサ４８により検出される主燃焼室内圧Ｐｍと、第２圧力センサ５５により検出される副室内圧Ｐｓとの差圧を算出するものである。つまり、エンジンＥＣＵ２は、差圧算出プログラム８２を実行することにより、第１圧力センサ４８により検出された主燃焼室内圧Ｐｍと第２圧力センサ５５により検出された副室内圧Ｐｓとの差圧を算出する（差圧算出手段）。

開閉弁制御プログラム８３は、開閉弁用アクチュエータ５６を制御して、開閉弁５２に開閉動作を行わせるものである。具体的に、エンジンＥＣＵ２は、開閉弁制御プログラム８３を実行することにより、クランク角センサ２０から入力されたクランク角度に基づいて、開閉弁５２に閉弁動作を行わせる一方、差圧算出プログラム８２により算出した差圧に基づいて、開閉弁５２に開弁動作を行わせている（開閉弁制御手段）。

開閉弁５２の閉弁動作は、燃焼サイクルの圧縮行程から膨張行程に移行する際に行われており、クランク角センサ２０のクランク角度に基づいて、開閉弁５２の閉弁開始時期が設定されている。このとき、開閉弁５２の閉弁開始時期におけるクランク角度は、圧縮行程におけるピストン１３の上死点到達位置（圧縮ＴＤＣ）において開閉弁５２が閉塞位置に臨むように、ピストン１３の上死点到達前における所定のクランク角度Ｃａに設定されている。このため、所定のクランク角度Ｃａとなると、エンジンＥＣＵ２は、開閉弁用アクチュエータ５６を駆動させて、開閉弁５２の閉弁動作を開始させ、開閉弁５２の閉弁動作の終了時、すなわち開閉弁５２の閉弁時において、ピストン１３が圧縮ＴＤＣに臨む。そして、開閉弁５２が閉塞位置に臨むことにより、連通口５１を閉塞する。

一方、開閉弁５２の開弁動作は、燃焼サイクルの膨張行程で行われており、差圧算出プログラム８２により算出された差圧に基づいて、開弁時期が設定される。すなわち、算出された差圧が、予め設定された設定差圧Ｐｔｒｇ以上となると、エンジンＥＣＵ２は、開閉弁用アクチュエータ５６を駆動させて、開閉弁５２を開弁動作させ、連通口５１を開放する。なお、設定差圧Ｐｔｒｇは、任意に設定変更することが可能となっており、例えば、ノッキングが発生する場合は、設定差圧Ｐｔｒｇを高くする。これにより、副室５０から主燃焼室１６への空気の噴き付けを強くすることができる。

点火制御プログラム８１は、点火プラグの点火時期を制御するものである。具体的に、エンジンＥＣＵ２は、点火制御プログラム８１を実行することにより、開閉弁５２の閉弁後に点火プラグをスパークさせている（点火制御手段）。

燃料噴射制御プログラム８０は、燃料噴射弁４５の燃料噴射動作を制御するものである。具体的に、エンジンＥＣＵ２は、燃料噴射制御プログラム８０を実行することにより、開閉弁５２の閉弁時から開閉弁５２の開弁時までの間に、燃料噴射弁４５から燃料を噴射させている（燃料噴射制御手段）。なお、エンジン回転数およびエンジン負荷により、燃料噴射弁４５から噴射される燃料噴射量は変化し、燃料噴射量の変化に伴い、燃料噴射を行う期間が変化する。このとき、燃料噴射を開閉弁５２の閉弁時から開弁時までの間に行えばよいため、例えば、閉弁時から燃料噴射を開始して、開弁前に燃料噴射を終了してもよい。

ここで、図２を参照して、開閉弁５２の開閉制御に関する一連の制御フローについて説明する。開閉弁５２が開放位置に臨んだ状態において、エンジンＥＣＵ２は、クランク角センサ２０により検出されるクランク角度が、所定のクランク角度Ｃａになったか否かを検出する（Ｓ１）。そして、エンジンＥＣＵ２が、所定のクランク角度Ｃａになったことを検出すると、開閉弁制御プログラム８３により、開閉弁５２による閉弁動作を開始させ、この後、圧縮ＴＤＣにおいて開閉弁５２が閉弁する（Ｓ２）。これにより、連通口５１を閉塞し、主燃焼室１６と副室５０とを分断する。続いて、エンジンＥＣＵ２は、ピストン１３が圧縮ＴＤＣから膨張ＢＤＣへ向けて移動しているか否かをクランク角度から検出する（Ｓ３）。ピストン１３が圧縮ＴＤＣから膨張ＢＤＣへ向けて移動していることを検出すると、エンジンＥＣＵ２は、第１圧力センサ４８および第２圧力センサ５５により主燃焼室内圧Ｐｍおよび副室内圧Ｐｓを検出して、差圧算出プログラム８２により、主燃焼室内圧Ｐｍと副室内圧Ｐｓとの差圧をリアルタイムに算出する（Ｓ４）。算出した差圧が設定差圧Ｐｔｒｇ以上になると、開閉弁制御プログラム８３により、開閉弁５２に開弁動作を行わせて連通口５１を開放し、主燃焼室１６と副室５０とを連通させる（Ｓ５）。そして、上記制御フローを繰り返し行うことにより、主燃焼室内圧Ｐｍと副室内圧Ｐｓとの差圧を、常に設定差圧Ｐｔｒｇ以上とすることができる。

次に、図３を参照して、上記構成におけるエンジン１の一燃焼サイクルの燃焼動作について説明する。燃焼サイクルでは、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程が順に行われている。

吸気行程では、開閉弁５２が開放位置に臨んだ状態において、ピストン１３が上死点から下死点（吸気ＢＤＣ）へ向けて移動を開始すると共に、吸気弁３４が開放位置へ向けて移動して吸気側連通口３２を開放する。すると、主燃焼室１６の負圧により空気が吸気側連通口３２を介して主燃焼室１６内に吸入され、この後、吸気弁３４が閉塞位置へ向けて移動して吸気側連通口３２を閉塞する。

圧縮行程では、ピストン１３が下死点（吸気ＢＤＣ）から上死点（圧縮ＴＤＣ）へ向けて移動する。ピストン１３が上死点に移動すると、この移動に伴って空気は圧縮される。そして、ピストン１３が上死点に達すると、開閉弁５２が閉塞位置に臨み連通口５１を閉塞する。これにより、副室５０には圧縮空気が蓄えられる。

膨張行程では、ピストン１３が上死点（圧縮ＴＤＣ）から下死点（膨張ＢＤＣ）へ向けて再び移動を開始すると共に、燃料噴射弁４５による燃料噴射が開始される。このとき、主燃焼室１６と副室５０とは、開閉弁５２により分断されているため、副室内圧Ｐｓは、開閉弁５２の閉塞時における内圧を維持する一方、主燃焼室内圧Ｐｍは、ピストン１３の下死点への移動に伴って減少する。そして、主燃焼室内圧Ｐｍと副室内圧Ｐｓとの差圧が設定差圧Ｐｔｒｇ以上となると、開閉弁５２を開放すると共に、燃料噴射弁４５による燃料噴射を終了する。すると、副室５０に蓄えられた圧縮空気が主燃焼室１６へ向けて噴き付けられることにより、主燃焼室１６に乱流が生じ、主燃焼室１６に噴射された燃料は、発生した乱流により攪拌されることで、混合気が良好に形成される。この後、点火プラグをスパークさせて、混合気に着火し、着火による混合気の燃焼により、混合気を膨張（爆発）させて、ピストン１３を下死点へ向けて移動させる。

排気行程では、下死点（膨張ＢＤＣ）へ到達したピストン１３が、慣性により再び上死点（排気ＴＤＣ）へ向けて移動する。このとき、排気弁３５を開放位置へ向けて移動させて排気側連通口３３を開放し、ピストン１３の上死点への移動に伴って、燃焼後の排気ガスを排気側連通口３３から排出させる。排気ガスの排出後、排気弁３５を閉塞位置へ向けて移動させて排気側連通口３３を閉塞する。

以上の燃焼サイクルを繰り返し行うことで、各ピストン１３を上下動作させ、この動力をコンロッド１５を介してクランクシャフト１４に伝達することで、エンジン１は駆動力を得ることができる。

以上の構成によれば、主燃焼室内圧Ｐｍと副室内圧Ｐｓとの差圧を設定差圧Ｐｔｒｇ以上とすることで、主燃焼室１６に良好に乱流を発生させることができるため、主燃焼室１６内における混合気形成を良好とすることができる。これにより、混合気の燃焼を良好に行うことができるため、ノッキングの発生を抑制することができる。

また、開閉弁５２の閉弁時から開閉弁５２の開弁時までの間に、燃料噴射弁４５により燃料を噴射することができるため、噴射した燃料が副室５０内に入り込むことがない。なお、開閉弁の開放時においては、副室５０から主燃焼室１６へ空気が噴き付けられているので、攪拌された燃料が副室５０内に入り込むことはない。

さらに、開閉弁５２の開弁後、混合気形成が良好となった状態で、点火プラグにより着火を行うことで、混合気の燃焼を良好とすることができる。

また、ピストン１３の上死点到達時において開閉弁５２を閉弁することにより、副室内圧Ｐｓを最高圧力とすることができる。このため、副室内圧Ｐｓと主燃焼室内圧Ｐｍとの差圧を、早期に設定差圧Ｐｔｒｇとすることができる。

次に、図４を参照して、実施例２にかかるエンジンについて説明する。なお、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。このエンジン１は、実施例１のエンジン１に設けられた第２圧力センサ５５を省いた構成となっている。このため、エンジンＥＣＵ２は、開閉弁５２の閉弁時において、第１圧力センサ４８により検出した主燃焼室内圧Ｐｍを推定副室内圧Ｐｓｅとして検出する。

以下、図４の開閉弁の開閉制御に関するフローチャート図を参照して、一連の制御フローについて説明する。開閉弁５２が開放位置に臨んだ状態において、エンジンＥＣＵ２は、クランク角センサ２０により検出されるクランク角度が、所定のクランク角度Ｃａになったか否かを検出する（Ｓ１１）。そして、エンジンＥＣＵ２が、所定のクランク角度Ｃａになったことを検出すると、開閉弁制御プログラム８３により、開閉弁５２による閉弁動作を開始させ、この後、圧縮ＴＤＣにおいて開閉弁５２が閉弁する（Ｓ１２）。これにより、連通口５１を閉塞し、主燃焼室１６と副室５０とを分断する。続いて、エンジンＥＣＵ２は、ピストン１３が圧縮ＴＤＣに臨んだか否かをクランク角度から検出する（Ｓ１３）。ピストン１３が圧縮ＴＤＣに臨んだことを検出すると、エンジンＥＣＵ２は、開閉弁５２の閉弁時において、第１圧力センサ４８により検出した主燃焼室内圧Ｐｍを、推定副室内圧Ｐｓｅとして検出する（Ｓ１４）。この後、ピストン１３は下死点へ向けて移動すると共に、エンジンＥＣＵ２は、第１圧力センサ４８により主燃焼室内圧Ｐｍを検出して、差圧算出プログラム８２により、主燃焼室内圧Ｐｍと推定副室内圧Ｐｓｅとの差圧をリアルタイムに算出する（Ｓ１５）。そして、算出した差圧が設定差圧Ｐｔｒｇ以上になると、開閉弁制御プログラム８３により、開閉弁５２に開弁動作を行わせて連通口５１を開放し、主燃焼室１６と副室５０とを連通させる（Ｓ１６）。

以上の構成においても、主燃焼室内圧Ｐｍと推定副室内圧Ｐｓｅとの差圧を設定差圧Ｐｔｒｇ以上とすることで、主燃焼室１６に良好に乱流を発生させることができるため、主燃焼室１６内における混合気形成を良好とすることができる。これにより、混合気の燃焼を良好に行うことができるため、ノッキングの発生を抑制することができる。また、実施例１に比して、部品点数を削減することができるため、製造コストを削減することができる。

次に、図５を参照して、実施例３にかかるエンジンについて説明する。なお、この場合も、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。このエンジン１は、実施例１のエンジン１に設けられた第１圧力センサ４８および第２圧力センサ５５を省いた構成となっている。このため、開閉弁５２が開放位置に臨んだ状態において、エンジンＥＣＵ２は、上記のエアフローセンサ７９、クランク角センサ２０およびエンジン水温検出センサ２７による検出結果に基づいて、推定主燃焼室内圧Ｐｍｅを検出する。

具体的に、エンジンＥＣＵ２は、エアフローセンサ７９により検出された吸入空気量から空気の物質量ｎを求めると共に、クランク角センサ２０により検出されたクランク角度から主燃焼室１６の容積Ｖｍを求め、且つエンジン水温検出センサ２７により検出されたエンジン水温から主燃焼室１６の室温Ｔを求める。主燃焼室１６の容積Ｖｍは、クランク角度に応じて予め設定されているため、エンジンＥＣＵ２は、クランク角度を検出することにより容積変化する主燃焼室１６の容積Ｖｍを求めることができる。同様に、主燃焼室１６の室温Ｔも、エンジン水温に応じて予め設定されているため、エンジンＥＣＵ２は、エンジン水温を検出することにより主燃焼室１６の温度Ｔを求めることができる。

そして、エンジンＥＣＵ２は、気体の状態方程式「ＰＶ＝ｎＲＴ」に、求められた上記の各値を代入して、推定主燃焼室内圧Ｐｍｅを算出する。なお、推定主燃焼室内圧Ｐｍｅが最大圧力Ｐｍａｘとなるのは、ピストン１３が圧縮ＴＤＣに臨んで主燃焼室１６が最小容積Ｖｍｔｄｃとなったときである。このとき、主燃焼室１６は、副室５０と連通しているため、最大圧力Ｐｍａｘは、副室５０の容積Ｖｓを加えた、Ｐｍａｘ（Ｖｍｔｄｃ＋Ｖｓ）＝ｎＲＴにより推定することができる。

一方、開閉弁５２が閉塞位置に臨んだ状態において、推定主燃焼室内圧Ｐｍｅを検出する場合、エンジンＥＣＵ２は、最大圧力Ｐｍａｘと、最大圧力時における主燃焼室１６の最小容積Ｖｍｔｄｃと、クランク角センサにより検出されたクランク角度から求められる主燃焼室１６の容積Ｖｍと、に基づいて推定主燃焼室内圧Ｐｍｅを検出する。

具体的に、エンジンＥＣＵ２は、ボイルの法則「ＰＶ＝Ｐ′Ｖ′」に基づいて、主燃焼室内圧Ｐｍを算出する。つまり、推定主燃焼室内圧Ｐｍｅは、「Ｐｍａｘ×Ｖｍｔｄｃ＝Ｐｍｅ×Ｖｍ」により推定することができる。

また、エンジンＥＣＵ２は、開閉弁５２の閉弁時における推定主燃焼室内圧Ｐｍｅ、すなわち主燃焼室１６の最大圧力Ｐｍａｘを、推定副室内圧Ｐｓｅとして検出する。

以下、図５の開閉弁の開閉制御に関するフローチャート図を参照して、一連の制御フローについて説明する。開閉弁５２が開放位置に臨んだ状態において、エンジンＥＣＵ２は、クランク角センサ２０により検出されるクランク角度が、所定のクランク角度Ｃａになったか否かを検出する（Ｓ２１）。そして、エンジンＥＣＵ２が、所定のクランク角度Ｃａになったことを検出すると、開閉弁制御プログラム８３により、開閉弁５２による閉弁動作を開始させ、この後、圧縮ＴＤＣにおいて開閉弁５２が閉弁する（Ｓ２２）。これにより、連通口５１を閉塞し、主燃焼室１６と副室５０とを分断する。続いて、エンジンＥＣＵ２は、ピストン１３が圧縮ＴＤＣに臨んだか否かをクランク角度から検出する（Ｓ２３）。ピストン１３が圧縮ＴＤＣに臨んだことを検出すると、エンジンＥＣＵ２は、エアフローセンサ７９、クランク角センサ２０およびエンジン水温検出センサ２７による検出結果に基づいて、気体の状態方程式から圧縮ＴＤＣにおける主燃焼室１６の最大圧力Ｐｍａｘを算出し（Ｓ２４）、算出した最大圧力Ｐｍａｘを推定副室内圧Ｐｓｅとして検出する（Ｓ２５）。この後、ピストン１３は下死点へ向けて移動すると共に、エンジンＥＣＵ２は、ボイルの法則から推定主燃焼室内圧Ｐｍｅを算出して（Ｓ２６）、差圧算出プログラム８２により、推定主燃焼室内圧Ｐｍｅと推定副室内圧Ｐｓｅとの差圧をリアルタイムに算出する（Ｓ２７）。そして、算出した差圧が設定差圧Ｐｔｒｇ以上になると、開閉弁制御プログラム８３により、開閉弁５２に開弁動作を行わせて連通口５１を開放し、主燃焼室１６と副室５０とを連通させる（Ｓ２８）。

以上の構成においても、推定主燃焼室内圧Ｐｍｅと推定副室内圧Ｐｓｅとの差圧を設定差圧Ｐｔｒｇ以上とすることで、主燃焼室１６に良好に乱流を発生させることができるため、主燃焼室１６内における混合気形成を良好とすることができる。これにより、混合気の燃焼を良好に行うことができるため、ノッキングの発生を抑制することができる。また、この場合も、実施例１に比して、部品点数を削減することができるため、製造コストを削減することができる。

なお、上記の各実施例では、ガソリンエンジンに適用したが、ディーゼルエンジンに適用してもよい。この構成によれば、主燃焼室１６に噴射した燃料を、乱流により良好に攪拌することができるため、混合気の燃焼を良好に行うことができ、スモークの発生を抑制することができる。

以上のように、本発明にかかる内燃機関は、主燃焼室および副室を有する内燃機関に有用であり、特に、乱流により混合気形成を行う場合に適している。

筒内噴射式のガソリンエンジンの概略構成図である。 開閉弁の開閉制御に関するフローチャート図である。 エンジンの燃焼サイクルに関する説明図である。 実施例２にかかる開閉弁の開閉制御に関するフローチャート図である。 実施例３にかかる開閉弁の開閉制御に関するフローチャート図である。

符号の説明

１ エンジン
２ エンジンＥＣＵ
１３ ピストン
１６ 主燃焼室
２０ クランク角センサ
２７ エンジン水温検出センサ
４５ 燃料噴射弁
４８ 第１圧力センサ
５０ 副室
５１ 連通口
５２ 開閉弁
５５ 第２圧力センサ
５６ 開閉弁用アクチュエータ
７９ エアフローセンサ
８２ 差圧算出プログラム
８３ 開閉弁制御プログラム
Ｐｍ 主燃焼室内圧
Ｐｓ 副室内圧
Ｐｔｒｇ 設定差圧
Ｐｓｅ 推定副室内圧
Ｐｍｅ 推定主燃焼室内圧
Ｐｍａｘ 主燃焼室の最大圧力
Ｖｍ 主燃焼室の容積
Ｖｍｔｄｃ 主燃焼室の最小容積
Ｖｓ 副室の容積

Claims (7)

1. 上死点と下死点との間で上下移動するピストンにより容積変化する主燃焼室と、
   前記主燃焼室に連通する副室と、
   前記主燃焼室と前記副室との間の連通口を開閉可能な開閉弁と、
   前記主燃焼室に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、
   前記主燃焼室の内圧を検出する主室内圧検出手段と、
   前記副室の内圧を検出する副室内圧検出手段と、
   前記主室内圧検出手段により検出された主燃焼室内圧と前記副室内圧検出手段により検出された副室内圧との差圧を算出する差圧算出手段と、
   前記開閉弁の開閉を制御可能な開閉弁制御手段と、を備え、
   前記開閉弁制御手段は、前記ピストンが上死点近傍に臨むと、前記開閉弁に閉弁動作をさせて前記連通口を閉塞させ、前記ピストンが下死点へ向けて移動して、前記差圧算出手段により算出した前記差圧が予め設定した設定差圧以上となると、前記開閉弁に開弁動作をさせて前記連通口を開放させることを特徴とする内燃機関。
2. 前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段をさらに備え、
   前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴射弁を制御して、前記開閉弁の閉弁時から前記開閉弁の開弁時までの間に、燃料を噴射させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記主燃焼室内に形成される混合気に着火可能な点火プラグと、
   前記点火プラグを制御する点火制御手段と、をさらに備え、
   前記点火制御手段は、前記点火プラグを制御して、前記開閉弁の開弁後に、前記混合気に着火させることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記開閉弁制御手段は、前記ピストンの上死点到達時において前記開閉弁が閉弁するように、前記ピストンの上死点到達前に前記閉弁動作を開始させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関。
5. 前記主室内圧検出手段および前記副室内圧検出手段は、圧力センサで構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の内燃機関。
6. 前記主室内圧検出手段は、圧力センサで構成され、
   前記副室内圧検出手段は、前記開閉弁の閉弁時において、前記主室内圧検出手段により検出された前記主燃焼室内圧を、前記副室内圧として検出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の内燃機関。
7. 前記主燃焼室に吸入される吸入空気量を検出する吸気量検出手段と、
   容積変化する前記主燃焼室の容積を検出する主室容積検出手段と、
   前記主燃焼室内の温度を検出する主室温度検出手段と、をさらに備え、
   前記主室内圧検出手段は、
   前記連通口の開放状態において、前記吸気量検出手段により検出された吸入空気量から求められる空気の物質量、前記主室容積検出手段により検出された前記主燃焼室の容積、前記副室の容積、および前記主室温度検出手段により検出された前記主燃焼室内の温度に基づいて、推定される前記主燃焼室内圧を検出すると共に、
   前記連通口の閉塞状態において、前記開閉弁の閉弁時における前記主燃焼室の容積、前記開閉弁の閉弁時における前記主燃焼室内圧、および前記主室容積検出手段により検出された前記主燃焼室の容積に基づいて、推定される前記主燃焼室内圧を検出し、
   前記副室内圧検出手段は、前記開閉弁の閉弁時において、前記主室内圧検出手段により検出された前記主燃焼室内圧を、前記副室内圧として検出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の内燃機関。

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