JP2021119297A

JP2021119297A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2021119297A
Application number: JP2020013145A
Authority: JP
Inventors: 陽介井上; Yosuke Inoue; 治江水; Osamu Emizu; 雅文瀧; Masafumi Taki; 大輔中村; Daisuke Nakamura
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2020-01-30
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2021-08-12

Abstract

【課題】タンブル渦流を支障なく円滑に形成することで、副燃焼室の掃気を行って混合気の充填効率を上げて着火性を向上し、主燃焼室内の燃焼速度を高め、リーン燃焼運転性能を向上させることができる内燃機関を供する。【解決手段】吸気通路(31)が仕切り壁(39)により主吸気流路(31m)とタンブル吸気流路(Ft)とに仕切られ内燃機関において、副燃焼室(Cs)を内側に形成する副燃焼室ハウジング(60;90)がその底壁部(60b;90b)を燃焼室天井面(4b)から主燃焼室(Cm)に臨ませて設けられ、副燃焼室ハウジング(60;90)の底壁部(60b;90b)には副燃焼室(Cs)と主燃焼室(Cm)とを連通する噴射口(61;91)が放射方向に複数形成され、点火プラグ(65)が先端の放電電極(65a)を副燃焼室(Cs)に臨ませて設けられることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関に関し、特に副燃焼室を備えてリーン燃焼を行う内燃機関に関する。

ピストンの頂面と、同頂面と対向するシリンダヘッドの燃焼室天井面との間に構成される主燃焼室から仕切られた副燃焼室が設けられ、副燃焼室と主燃焼室とは連通口を介して連通し、同副燃焼室に点火プラグが内装された構造が知られている。
希薄な混合気でも容積の小さい副燃焼室内で混合気の濃度を均一にして着火性を良くしようとするものである。

しかし、希薄な混合気によるリーン燃焼を行う内燃機関の場合、吸入行程で副燃焼室に残留した燃焼後の燃えカス等の残留ガスが掃気されていないと、圧縮行程で主燃焼室内の希薄混合気が連通口から副燃焼室に十分に入らずに、副燃焼室内の混合気がより希薄となり着火が妨げられることがある。

そこで、主燃焼室内に縦渦であるタンブル渦流を形成するタンブル吸気流路を吸気通路に形成して、タンブル吸気流路から主燃焼室に吸入された混合気の流れを副燃焼室内に導き、吸入初期に副燃焼室の掃気を行い、次いで主燃焼室内の混合気より濃い混合気を副燃焼室内に直接流入して、着火性を向上させるようにした例（例えば、特許文献１参照）がある。

特開２０１９−１７８６２７号公報

特許文献１に開示された内燃機関は、主燃焼室から分離された副燃焼室の主燃焼室に連通する開口を一部覆うように混合気ガイドが燃焼室天井面に突設されており、混合気ガイドは、主燃焼室に流入する混合気の一部を副燃焼室内に直接流入させる入口開口部を形成している。

したがって、該混合気ガイドにより主燃焼室内の混合気より濃い混合気を副燃焼室内に直接流入することができ、副燃焼室の掃気も行われ、着火性を向上させることができる。

しかし、該混合気ガイドは、燃焼室天井面に突設されているため、特に吸入弁口から燃焼室天井面に沿って流入する混合気の流れ（主燃焼室内の縦渦であるタンブル渦流を形成することになる流れ）の一部を妨げることになり、主燃焼室内に十分な高速のタンブル渦流を形成することを妨げ、燃焼速度が抑制されて内燃機関のリーン燃焼運転性能が抑えられる。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、タンブル渦流を支障なく円滑に形成することで、副燃焼室の掃気を行って混合気の充填効率を上げて着火性を向上し、主燃焼室内の燃焼速度を高め、リーン燃焼運転性能を向上させることができる内燃機関を供する点にある。

上記目的を達成するために、本発明は、
シリンダブロックのシリンダボア内に摺動自在に嵌合されたピストンの頂面と、同頂面と対向するシリンダヘッドの燃焼室天井面との間に主燃焼室が構成され、
前記燃焼室天井面には前記主燃焼室に臨んで開口する吸気弁口と排気弁口が形成され、
前記吸気弁口から湾曲して延出する吸気ポートを有する吸気通路は、下流側が前記吸気ポートの下流端湾曲部を除き仕切り壁により主吸気流路と前記主燃焼室内でタンブル渦流を形成するタンブル吸気流路とに仕切られ、前記仕切り壁より上流側にスロットルバルブを備える内燃機関において、
前記主吸気流路を開閉する開閉バルブを備え、
副燃焼室を内側に形成する副燃焼室ハウジングがその底壁部を前記燃焼室天井面から前記主燃焼室に臨ませて設けられ、
前記副燃焼室ハウジングの前記底壁部には前記副燃焼室と前記主燃焼室とを連通する噴射口が放射方向に複数形成され、
点火プラグが先端の放電電極を前記副燃焼室に臨ませて設けられることを特徴とする内燃機関を提供する。

この構成によれば、開閉バルブが主吸気流路を閉じると、タンブル吸気流路を流れるタンブル吸気流が吸気弁口から主燃焼室に燃焼室天井面に沿って高速で流入することになり、この流入したタンブル吸気流の一部は、燃焼室天井面から主燃焼室に臨んで設けられた副燃焼室ハウジングの底壁部に沿って大きな妨げもなく流れるため、副燃焼室内の既燃ガスが噴射口から吸い出されるように掃気され、主燃焼室内は高速のタンブル吸気流によりタンブル渦流が形成される。

副燃焼室内の既燃ガスの掃気により副燃焼室内の混合気の充填効率を上げて着火性を向上させることができる。
また、副燃焼室内の混合気に点火プラグにより着火され、その着火された混合気の火炎が副燃焼室ハウジングの底壁部に放射方向に形成された複数の噴射口から主燃焼室内に放射方向に噴射されることで、主燃焼室内の高速のタンブル渦流を形成する混合気に容易に着火させることができ、燃焼速度を高めて、内燃機関のリーン燃焼運転性能を向上させることができる。

開閉バルブが主吸気流路を開いたときは、吸入行程で主吸気流路とタンブル吸気流路の双方を流れる混合気の吸気流は、高流量で主燃焼室に流入するので、圧縮行程で副燃焼室に濃い混合気が充填され、副燃焼室内で点火プラグにより容易に着火することができ、その着火された混合気の火炎が副燃焼室ハウジングの底壁部に放射方向に形成された複数の噴射口から主燃焼室内に放射方向に噴射され、主燃焼室内の混合気に着火させることができ、リーン燃焼運転性能を向上させることができる。

本発明の好適な実施形態では、
前記タンブル吸気流路を通って前記吸気弁口から前記主燃焼室内に入ったタンブル吸気流の前記主燃焼室の中央部分を流れる流れの指向する方向に対して偏移した位置に、前記副燃焼室が配置される。

この構成によれば、タンブル吸気流路を通って吸気弁口から主燃焼室内に入ったタンブル吸気流の主燃焼室の中央部分を流れる流れの指向する方向に対して偏移した位置に、副燃焼室が配置されるので、タンブル吸気流は、副燃焼室ハウジングの底壁部が直接妨げとなることなく、円滑に流れて高速となり、主燃焼室内に高速のタンブル渦流を形成することができる。
高速のタンブル渦流により燃焼速度を高めて、内燃機関のリーン燃焼運転性能を向上させることができる。

本発明の好適な実施形態では、
前記点火プラグとは別の第２点火プラグが、先端の放電電極を前記主燃焼室に臨ませて設けられる。

開閉バルブが主吸気流路を閉じたとき、タンブル吸気流路を流れるタンブル吸気流は主燃焼室に高速で流入して、主燃焼室に高速のタンブル渦流を形成して主燃焼室内に均質の混合気が生成される。
上記構成によれば、第２点火プラグが先端の放電電極を主燃焼室に臨ませて設けられるので、開閉バルブが主吸気流路を閉じたときに、主燃焼室内に生成される均質の混合気に第２点火プラグにより容易に着火することができ、リーン燃焼運転性能を向上させることができる。

本発明の好適な実施形態では、
前記副燃焼室と前記第２点火プラグは、前記燃焼室天井面のシリンダ軸線に関して互いに反対側に配置される。

この構成によれば、副燃焼室と第２点火プラグは、前記燃焼室天井面のシリンダ軸線に関して互いに反対側に配置されるので、副燃焼室と第２点火プラグは、互いに空きスペースを利用して配置でき、主燃焼室の小型化を図ることができる。

本発明の好適な実施形態では、
前記燃焼室天井面には、前記吸気弁口と前記排気弁口が各１つずつ前記燃焼室天井面のシリンダ軸線に関して互いに反対側に設けられ、
前記副燃焼室と前記第２点火プラグは、前記吸気弁口および前記排気弁口と干渉しない位置に配置される。

この構成によれば、燃焼室天井面のシリンダ軸線に関して互いに反対側に各１つずつ設けられた吸気弁口および排気弁口と干渉しない位置に、副燃焼室と第２点火プラグが配置されるので、副燃焼室と第２点火プラグは、空きスペースを有効利用してスペース効率良く配置される。

本発明の好適な実施形態では、
前記内燃機関の負荷に応じて、前記開閉バルブの開閉を制御するとともに、前記点火プラグおよび前記第２点火プラグの作動を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の低負荷時には、前記開閉バルブを閉じ、前記第２点火プラグを作動して運転し、前記内燃機関の高負荷時には、前記開閉バルブを開き、前記点火プラグを作動して運転する。

この構成によれば、制御装置は、内燃機関の低負荷時には、開閉バルブを閉じ、主燃焼室に放電電極を臨ませた第２点火プラグを作動して運転するので、低負荷時に開閉バルブを閉じると、タンブル吸気流路を流れるタンブル吸気流は主燃焼室に高速で流入して、主燃焼室に高速のタンブル渦流を形成して主燃焼室内に均質の混合気が生成され、この主燃焼室内の均質の混合気に第２点火プラグにより容易に着火することができ、燃焼速度を高めて、内燃機関の低負荷時のリーン燃焼運転性能を向上させることができる。

また、制御装置は、内燃機関の高負荷時には、開閉バルブを開き、副燃焼室に放電電極を臨ませた点火プラグを作動して運転するので、高負荷時に開閉バルブを開くと、吸入行程で主吸気流路とタンブル吸気流路の双方を流れる混合気の吸気流は、高流量で主燃焼室に流入するので、圧縮行程で副燃焼室に濃い混合気が充填され、副燃焼室内で点火プラグにより容易に着火することができ、その着火された混合気の火炎が副燃焼室ハウジングの底壁部に放射方向に形成された複数の噴射口から主燃焼室内に放射方向に噴射され、主燃焼室内の混合気に着火させることができ、内燃機関の高負荷時のリーン燃焼運転性能を向上させることができる。
以上のように、内燃機関の低負荷時と高負荷時の双方において、リーン燃焼運転性能を向上させることができ、相互に補完してリーン燃焼運転領域を広げることができる。

本発明の好適な実施形態では、
前記副燃焼室ハウジングは、筒状側壁の一端が閉塞され、他端が前記底壁部により覆われて、内側に前記副燃焼室を形成し、
前記筒状側壁の一部が膨出して前記副燃焼室の一部である拡張室が形成され、
前記点火プラグの放電電極は、前記拡張室に挿入されている。

この構成によれば、筒状側壁の一部が膨出して形成された副燃焼室の一部である拡張室に、放電電極を挿入して点火プラグが設けられるので、点火プラグの放電電極を副燃焼室ハウジングの底壁部に近づけることができ、副燃焼室内の混合気に着火して発生した火炎が直に底壁部の噴射口から噴射され、噴射力が増して、燃焼速度を高めて、内燃機関のリーン燃焼運転性能を向上させることができる。

本発明の好適な実施形態では、
前記副燃焼室ハウジングには、前記底壁部に向けて燃料を噴射する燃料噴射器が設けられる。

この構成によれば、副燃焼室ハウジングには、底壁部に向けて燃料を噴射する燃料噴射器が設けられるので、副燃焼室に噴射された燃料に、副燃焼室の拡張室に放電電極を臨ませた点火プラグにより容易に着火することができ、より燃焼速度を高めることができる。

本発明の好適な実施形態では、
前記副燃焼室ハウジングは、筒状側壁の一端が前記点火プラグの放電電極を有する先端部で閉塞され、他端が前記底壁部により覆われて、内側に前記副燃焼室を形成する。

この構成によれば、副燃焼室ハウジングは、筒状側壁の一端が点火プラグの放電電極を有する先端部で閉塞され、他端が底壁部により覆われて、内側に副燃焼室を形成するので、副燃焼室と点火プラグをスペース効率良く組み合わせてコンパクトに構成することができる。

本発明の好適な実施形態では、
前記吸気通路には、前記タンブル吸気流路より下流の前記吸気ポートの前記下流端湾曲部に向けて燃料を噴射する燃料噴射器が前記主吸気流路に沿って設けられる。

この構成によれば、吸気通路には、タンブル吸気流路より下流に向けて燃料を噴射する燃料噴射器が主吸気流路に沿って設けられるので、燃料噴射器から噴射される燃料は、主吸気流路に噴出し、さらに吸気ポートの下流端湾曲部まで噴射されることになる。
したがって、開閉バルブが主吸気流路を開いて、吸気流が主吸気流路とタンブル吸気流路の双方を流れるときには、主吸気流路および吸気ポートの下流端湾曲部に燃料が噴射されて混合気となって吸気弁口から主燃焼室に流入し、開閉バルブが主吸気流路を閉じて、吸気流がタンブル吸気流路のみを流れるときは、タンブル吸気流は吸気ポートの下流端湾曲部で燃料が混合されて混合気となって吸気弁口から主燃焼室に流入することができ、開閉バルブの開時と閉時の混合気の濃度のバラツキを防止することができる。

本発明は、開閉バルブが主吸気流路を閉じると、タンブル吸気流路を流れるタンブル吸気流が吸気弁口から主燃焼室に燃焼室天井面に沿って高速で流入し、この流入したタンブル吸気流は、燃焼室天井面から主燃焼室に臨んで設けられた副燃焼室ハウジングの底壁部に沿って大きな妨げもなく高速で流れるため、副燃焼室の既燃ガスが噴射口から吸い出されるように掃気されるとともに、主燃焼室内に高速のタンブル渦流を形成することができる。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関の右側面図である。同内燃機関のシリンダブロック，シリンダヘッドおよび吸気通路の右断面図である。シリンダヘッドをシリンダブロックとの合せ面側から視た斜視図である。吸気弁が吸気弁口を開いた吸気の様子を示す図３のIV-IV矢視によるシリンダヘッドおよびシリンダブロックの要部断面図である。吸気弁が吸気弁口を閉じ燃焼行程の火炎噴射の様子を示す同断面図である。本内燃機関の制御系の概略ブロック図である。機関回転数に対するトルクのグラフで示した内燃機関の燃焼制御マップである。副燃焼室ハウジングの変形例を示すシリンダヘッドの断面図である。別の実施の形態に係る内燃機関のシリンダヘッドおよびシリンダブロックの要部断面図である。

以下、本発明に係る一実施形態について図１ないし図６に基づいて説明する。
本発明に係る内燃機関は、自動二輪車等の小型車両に搭載され、本明細書の説明において、前後左右の向きは、本内燃機関を車両に搭載した状態での車両の向きに従うものとする。
図面において、矢印ＦＲは車両前方を，ＲＲは車両後方を、ＬＨは車両左方を，ＲＨは車両右方を、それぞれ示す。

図１に、本実施形態の内燃機関１の右側面図であり、図示しない自動二輪車に搭載された状態の姿勢で示す。
本内燃機関１は、そのクランク軸11を、搭載される車両である図示しない自動二輪車の車幅方向、すなわち左右方向に配向させて自動二輪車に搭載された、ＳＯＨＣ（シングル・オーバーヘッド・カムシャフト）式の空冷単気筒４ストロークサイクル内燃機関である。

内燃機関１は、クランクケース２の上に、シリンダ軸線Ｌｃをやや前傾させて、シリンダブロック３、シリンダヘッド４が順次重ねられて、ボルト(不図示)により一体に締結されている。
シリンダヘッド４の上方はヘッドカバー５により覆われている。

内燃機関１のクランク軸11を軸支するクランクケース２は、左右２つ割りのケース構造をなし、クランクケース２内には、クランク軸11の後方に変速機15が内設されており、クランク軸11により図示しないクラッチを介して駆動されるメイン軸16と、カウンタ軸17との間に変速歯車機構が構成されている。

カウンタ軸17は内燃機関１の出力軸であり、カウンタ軸17と図示しない自動二輪車の後輪の回転軸との間に駆動チェーン（不図示）が架け渡され、クランク軸11の動力が後輪に伝達される。
すなわち、本実施形態の内燃機関１は、クランクケース２内に変速機15を備えて、所謂パワーユニットを構成している。

図２は、本内燃機関１のシリンダブロック３，シリンダヘッド４および吸気通路の右断面図であり、図３は、シリンダヘッド４をシリンダブロック３との合せ面側から視た斜視図である。
図２を参照して、シリンダブロック３には、鋳鉄製のシリンダライナ３ａが鋳込まれており、シリンダライナ３ａの内部には、上下に貫通するシリンダボア３ｂが形成されている。
シリンダボア11ｂ内には摺動可能にピストン12が嵌合されており、クランク軸11のクランクピン（不図示）とピストン12のピストンピン12ｐはコネクティングロッド13を介してピストン12と連結されている。

図２および図３を参照して、シリンダブロック３の上面には、シリンダヘッド４の下面４ａが当接されて取り付けられており、シリンダヘッド４の下面４ａには、ピストン12の頂面12ａと対向するように、シリンダヘッド45の下面４ａから凹状に窪んだ燃焼室天井面４ｂが形成されており、ピストン12の頂面12ａとシリンダヘッド４の燃焼室天井面４ｂとの間に主燃焼室Ｃｍが構成されている。
内燃機関１の主燃焼室Ｃｍにおける燃焼エネルギーは、ピストン12の運動エネルギーへ変換され、ピストン12の上下動が、コネクティングロッド13を介してクランク軸11を回転駆動する。

シリンダヘッド４の下面４ａのうち、ピストン12の頂面12ａと対向する面は、燃焼室天井面４ｂとなっている。
燃焼室天井面４ｂの周縁は、シリンダブロック３に設けられたシリンダボア３ｂの内径と略同径の円形に形成されている。

シリンダヘッド４には、燃焼室天井面４ｂにシリンダボア３ｂの中心軸であるシリンダ軸線Ｌｃに関して、互いに前後方向の反対位置に１つずつ、吸気弁口32と排気弁口42が、主燃焼室Ｃｍに臨んで開口されるとともに、後側の吸気弁口32と前側の排気弁口42から各々吸気ポート33と排気ポート43が互いに離れる方向に湾曲して延出して形成されている。

シリンダヘッド４に一体に嵌着された弁ガイド24ｉ，24ｅにそれぞれ摺動可能に支持される吸気弁30および排気弁40は、シリンダヘッド４の上に設けられる動弁機構20により駆動されて、吸気ポート33の吸気弁口32および排気ポート43の排気弁口42をクランク軸11の回転に同期して開閉する。

図２を参照して、動弁機構20は、シリンダヘッド４の上に１本のカム軸21が左右方向に指向して軸支されたSOHC型内燃機関の動弁機構であり、カム軸21の斜め前後上方にロッカアームシャフト22ｅ，22ｉが支持され、後方のロッカアームシャフト22ｉに吸気ロッカアーム23ｉが揺動自在に中央を軸支され、前方のロッカアームシャフト22ｅに排気ロッカアーム23ｅが揺動自在に中央を軸支されている。

吸気ロッカアーム23ｉの一端は、カム軸21の吸気カムロブに接し、他端がスプリング25で付勢された吸気弁30のバルブステム30ｓの上端に調整ねじを介して接し、排気ロッカアーム23ｅの一端は、カム軸21の排気カムロブに接し、他端がスプリング25で付勢された排気弁40のバルブステム40ｓの上端に調整ねじを介して接し、カム軸21の回転により吸気ロッカアーム23ｉと排気ロッカアーム23ｅが揺動して吸気弁30と排気弁40を駆動し、吸気弁30の下端のかさ部30ｕが吸気弁口32を開閉し、排気弁40の下端のかさ部40ｕが排気弁口42を開閉する。

カム軸21は、クランク軸11との間に架渡されたカムチェーン（不図示）によりクランク軸11と同期して、その１／２の回転数で同一方向に回転する。
シリンダブロック３のシリンダボア３ｂの左側およびシリンダヘッド４の主燃焼室Ｃｍの左側に、カムチェーンを挿通する矩形孔であるカムチェーン室26が形成されている。

図２を参照して、内燃機関１には、シリンダヘッド４の排気ポート43に、前方に延出して排気管44が接続されて排気通路41が構成される。
排気管44は前方に延出したのち下方に屈曲してクランクケース２の下側に廻り込み、後方に延びる（図１参照）。
一方、シリンダヘッド４の吸気ポート33には、吸気流れの上流に向かって吸気管34およびスロットルボディ35、その上流側の図示しないコネクティングチューブ、エアクリーナが順次接続されて吸気通路31が構成されている。

スロットルボディ35の下流側の吸気管34には、下流側燃料噴射器38が下流方向に燃料を噴射するように嵌装されている。
吸気管34の上流側のスロットルボディ35には、バタフライ型のスロットルバルブ36が設けられるとともに、スロットルバルブ36の下流側に燃料を噴射する上流側燃料噴射器37が嵌装されている。

図２に示されるように、吸気弁口32から湾曲して延出する吸気ポート33を有する吸気通路31は、吸気管34内の流れの中央辺りから吸気ポート33の下流端湾曲部33ｅの上流端までの部分が、仕切り壁39により、吸気流れ方向に沿って上下に分割され、上側の主吸気流路31ｍと下側の主燃焼室Ｃｍ内でタンブル渦流Ｔｆを形成するタンブル吸気流路31ｔとに仕切られる。

吸気管34内において、主吸気流路31ｍの上流端の略半円状の開口を開閉する開閉バルブ50が設けられている。
開閉バルブ50は、仕切り壁39の上流端に接して吸気管34に軸支された弁棒50ａに略半円板状の弁体50ｂが一体に設けられたもので、弁棒50ａと一体に弁体50ｂが回動することで、主吸気流路31ｍの上流端の開口を開閉する。

上流側燃料噴射器37は、吸気通路31のスロットルバルブ36と開閉バルブ50との間に燃料を噴射する。
下流側燃料噴射器38は、吸気通路31の仕切り壁39により分割された上側の主吸気流路31ｍに燃料が噴射されるが、下流側燃料噴射器38が燃料を噴射する方向は、吸気ポート33の下流端湾曲部33ｅに向いている。

図２および図３を参照して、シリンダヘッド４における主燃焼室Ｃｍの燃焼室天井面４ｂには、シリンダ軸線Ｌｃに関して、互いに反対位置に吸気弁口32と排気弁口42が主燃焼室Ｃｍに臨んで開口しており、シリンダ軸線Ｌｃは、吸気弁口32と排気弁口42が接近する燃焼室天井面４ｂの中央部分を通る。

シリンダヘッド４には、シリンダ軸線Ｌｃに関して右側に副燃焼室Ｃｓを内側に形成する副燃焼室ハウジング60が嵌装されている（図３参照）。
図４を参照して、副燃焼室ハウジング60は、筒状側壁60ｓの一端が閉塞され、他端が底壁部60ｂにより覆われて、内側に副燃焼室Ｃｓを形成している。
副燃焼室ハウジング60の一端の底壁部60ｂは、主燃焼室Ｃｍに臨んでいる。
副燃焼室ハウジング60は、底壁部60ｂのみが燃焼室天井面４ｂから突出して主燃焼室Ｃｍに露出している。

副燃焼室ハウジング60の底壁部60ｂには、底壁部60ｂの外周縁に副燃焼室Ｃｓと主燃焼室Ｃｍとを連通する細径噴射口61が放射方向に複数形成されている。
副燃焼室ハウジング60の筒状側壁60ｓの一部が膨出して副燃焼室Ｃｓの一部である拡張室Ｃssが形成されている。
この拡張室Ｃssに先端の放電電極65ａを挿入して点火プラグ65が設けられている。

点火プラグ65と副燃焼室ハウジング60は、ともに固定部材66に固定され、固定部材66により一体に固定された状態で、シリンダヘッド４に嵌装されている。
筒状側壁60ｓの一部が膨出して形成された拡張室Ｃssに点火プラグ65の先端の放電電極65ａが挿入されているので、図４に示されるように、点火プラグ65の放電電極65ａを副燃焼室ハウジング60の底壁部60ｂに近づけることができる。
したがって、副燃焼室Ｃｓ内の混合気に着火して発生した火炎が直に底壁部60ｂの細径噴射口61から噴射され、噴射力が増して、燃焼速度を高めて、内燃機関１のリーン燃焼運転性能を向上させることができる。

シリンダヘッド４には、シリンダ軸線Ｌｃに関して左側に点火プラグ65とは別の第２点火プラグ70が嵌装されている（図３参照）。
第２点火プラグ70は、先端の放電電極70ａを燃焼室天井面４ｂから突出して主燃焼室Ｃｍに臨ませている。
したがって、副燃焼室ハウジング60の副燃焼室Ｃｓと第２点火プラグ70は、燃焼室天井面４ｂのシリンダ軸線Ｌｃに関して左右方向の互いに反対側に配置される（図４，図５参照）。
したがって、副燃焼室Ｃｓと第２点火プラグ70は、互いに空きスペースを利用して配置でき、主燃焼室Ｃｍの小型化を図ることができる。

燃焼室天井面４ｂには、吸気弁口32と排気弁口42が各１つずつ燃焼室天井面４ｂのシリンダ軸線Ｌｃに関して前後方向の互いに反対側に設けられるので、燃焼室天井面４ｂのシリンダ軸線Ｌｃに関して左右方向の互いに反対側に配置される副燃焼室Ｃｓと第２点火プラグ70は、吸気弁口32および排気弁口42と干渉しない位置に配置される。
したがって、副燃焼室Ｃｓと第２点火プラグ70は、空きスペースを有効利用してスペース効率良く配置される。

本発明に係る内燃機関１において、制御装置であるＥＣＵ80が、内燃機関１の運転状態を検出する各種センサからの検出データを入力し、該検出データに基づいて各種機器を制御しており、主に、燃焼制御系についての概略ブロック図を、図６に示す。
ＥＣＵ80は、内燃機関１の負荷となるトルクと機関回転数が入力され、各種ドライバ81を介して開閉バルブ50，点火プラグ65，第２点火プラグ70，上流側燃料噴射器37，下流側燃料噴射器38を駆動制御する。

ＥＣＵ80による燃焼制御系の制御マップを図７に示す。
該制御マップは、横軸に機関回転数Ｎを示し、縦軸にトルクＴを示すグラフに表されたものである。
図７で散点模様を施した領域、すなわち機関回転数が極めて低い極低回転域ではトルクが中負荷ｔ０以下の領域、極低回転域より高い回転域ではトルクが極めて小さい極低負荷の領域、極高回転域では全負荷の領域の各領域は、リーン燃焼では燃焼が不安定となる領域であるので、理想空燃比によるストイキ燃焼とする。

上記ストイキ燃焼領域以外の領域は、リーン燃焼領域とすることができる。
機関回転数Ｎがｎ１でトルクＴがｔ１の点をＰ１（n１，ｔ１）とし、機関回転数Ｎがｎ２（≒ｎ１）でトルクＴがｔ２（＞ｔ１）の点をＰ２（n２，ｔ２）とすると、ストイキ燃焼領域以外のリーン燃焼領域において、Ｐ２（n２，ｔ２）で折曲したトルクＴがｔ２以下の折れ線Ｌ２より低負荷の領域でリーン燃焼がなされる。

折れ線Ｌ２より負荷が低い領域は、Ｐ１（n１，ｔ１）で折曲したトルクＴがｔ１以下の折れ線Ｌ１で副室リーン燃焼領域（中高負荷領域）と均質リーン燃焼領域（低負荷領域）に分割される。
すなわち、折れ線Ｌ１は、制御切替えラインＬ１であり、制御切替えラインＬ１を境に制御が切替えられる。

制御切替えラインＬ１より負荷が低い均質リーン燃焼領域では、主吸気流路31ｍを開閉する開閉バルブ50を閉じてタンブル吸気流路31ｔのみを吸気が流れるようにし、主燃焼室Ｃｍに放電電極70ａが臨む第２点火プラグ70を作動する制御を行う。
一方、制御切替えラインＬ１より負荷が高い副室リーン燃焼領域では、開閉バルブ50を開いて主吸気流路31ｍとタンブル吸気流路31ｔの双方を吸気が流れるようにし、副燃焼室Ｃｓに放電電極65ａが臨む点火プラグ65を作動する制御を行う。

図２は、内燃機関の低負荷の均質リーン燃焼領域で、主吸気流路31ｍを開閉する開閉バルブ50を閉じてタンブル吸気流路31ｔのみを吸気が流れるようにしたときの吸入行程の吸気の流れを示している。
スロットルバルブ36が開き始め、吸気通路31を吸気が流れ、上流側燃料噴射器37により燃料が噴射されて混合した混合気が、開閉バルブ50の閉じ状態でタンブル吸気流路31ｔのみを高速で流れ、吸気ポート33の下流端湾曲部33ｅに至ると、下流端湾曲部33ｅの上側（外側）湾曲面に沿って吸気弁30と吸気弁口32との間を通って主燃焼室Ｃｍに入ったタンブル吸気流の主燃焼室Ｃｍの中央部分を流れる流れ（図２で矢印Ｆｍで示す）は、排気弁40のかさ部40ｕの底面に沿って流れ、さらに主燃焼室Ｃｍ内をシリンダライナ３ａの排気側の壁面に沿って下方に流れ、ピストン12の頂面12ａで上方に向きを変えて流れることでタンブル渦流を形成する。

タンブル吸気流の主燃焼室Ｃｍの中央部分を流れる流れＦｍの指向する方向に対して偏移した位置に、副燃焼室Ｃｓが配置されているので、タンブル吸気流は、副燃焼室Ｃｓを形成する副燃焼室ハウジング60の主燃焼室Ｃｍに臨む底壁部60ｂが直接妨げとなることなく、円滑に流れて高速となり、主燃焼室Ｃｍ内に高速のタンブル渦流Ｔｆを形成することができる。

主燃焼室Ｃｍに高速のタンブル渦流Ｔｆを形成して主燃焼室Ｃｍ内に均質の混合気が生成され、この主燃焼室Ｃｍ内の均質の混合気に、主燃焼室Ｃｍに放電電極70ａを臨ませている第２点火プラグ70を作動して点火することで、容易に着火することができるとともに、燃焼速度も高めることができ、内燃機関の低負荷時の均質リーン燃焼領域のリーン燃焼運転性能を向上させることができる。

内燃機関の高負荷の副室リーン燃焼領域で、主吸気流路31ｍを開閉する開閉バルブ50を開いて,吸入行程で主吸気流路とタンブル吸気流路の双方を流れる混合気の吸気流は、高流量で主燃焼室に流入し、主燃焼室Ｃｍに流入した吸気流のうち副燃焼室Ｃｓを内側に形成する副燃焼室ハウジング60の方に流れる流れ（図４で矢印Ｆｓで示す）は、主燃焼室Ｃｍに臨む底壁部60ｂに沿って流れるので、副燃焼室Ｃｓの既燃ガスが細径噴射口61から吸い出されるように掃気することができる。

したがって、副燃焼室Ｃｓ内の既燃ガスの掃気により圧縮行程で、副燃焼室Ｃｓ内の混合気の充填効率を上げ、副燃焼室に濃い混合気が充填されることができ、副燃焼室Ｃｓに放電電極65ａを臨ませている点火プラグ65による点火により容易に着火し、その着火された混合気の火炎が副燃焼室ハウジング60の底壁部60ｂに放射方向に形成された複数の細径噴射口61から主燃焼室Ｃｍ内に放射方向に噴射され（図５参照）、燃焼速度を高めて、内燃機関の高負荷時の副室リーン燃焼領域のリーン燃焼運転性能を向上させることができる。

以上のように、内燃機関の低負荷時の均質リーン燃焼領域と高負荷時の副室リーン燃焼領域の双方において、リーン燃焼運転性能を向上させることができ、相互に補完してリーン燃焼運転領域を広げることができる。

吸気通路31には、タンブル吸気流路31ｔより下流に向けて燃料を噴射する下流側燃料噴射器38が主吸気流路31ｍに沿って設けられるので、下流側燃料噴射器38から噴射される燃料は、主吸気流路31ｍに噴出し、さらに吸気ポート33の下流端湾曲部33ｅまで噴射されることになる。

したがって、開閉バルブ50が主吸気流路31ｍを開いて、吸気流が主吸気流路31ｍとタンブル吸気流路31ｔの双方を流れるときには、主吸気流路31ｍおよび吸気ポート33の下流端湾曲部33ｅに燃料が噴射されて混合気となって吸気弁口32から主燃焼室Ｃｍに流入し、開閉バルブ50が主吸気流路31ｍを閉じて、吸気流がタンブル吸気流路31ｔのみを流れるときは、タンブル吸気流は吸気ポートの下流端湾曲部33ｅで燃料が混合されて混合気となって吸気弁口32から主燃焼室Ｃｍに流入することができ、開閉バルブ50の開時と閉時の混合気の濃度のバラツキを防止することができる。

以上の実施の形態では、制御切替えラインＬ１より負荷が低い均質リーン燃焼領域では、開閉バルブ50を閉じてタンブル吸気流路31ｔのみを吸気が流れるようにし、主燃焼室Ｃｍに放電電極70ａが臨む第２点火プラグ70を作動し、制御切替えラインＬ１より負荷が高い副室リーン燃焼領域では、開閉バルブ50を開いて主吸気流路31ｍとタンブル吸気流路31ｔの双方を吸気が流れるようにし、副燃焼室Ｃｓに放電電極65ａが臨む点火プラグ65を作動するように制御していたが、副燃焼室Ｃｓに放電電極65ａが臨む点火プラグ65だけでもリーン燃焼運転は可能である。

この場合、開閉バルブ50を開く副室リーン燃焼領域において、副燃焼室Ｃｓに放電電極65ａが臨む点火プラグ65を作動する制御は、前記と同様に行い、内燃機関の高負荷時の副室リーン燃焼領域のリーン燃焼運転性能を向上させることができる。

一方、制御切替えラインＬ１より負荷が低い均質リーン燃焼領域で、開閉バルブ50を閉じてタンブル吸気流路31ｔのみを吸気が流れるようにした場合は、タンブル吸気流路31ｔを流れるタンブル吸気流が吸気弁口32から主燃焼室Ｃｍに燃焼室天井面４ｂに沿って高速で流入することになり、この流入したタンブル吸気流の一部は、燃焼室天井面４ｂから主燃焼室Ｃｍに臨んで設けられた副燃焼室ハウジング60の底壁部60ｂに沿って大きな妨げもなく流れるため、副燃焼室Ｃｓ内の既燃ガスが細径噴射口61から吸い出されるように掃気され、主燃焼室Ｃｍ内は高速のタンブル吸気流によりタンブル渦流Ｔｆが形成される。

副燃焼室Ｃｓ内の既燃ガスの掃気により副燃焼室内の混合気の充填効率を上げることができ、副燃焼室Ｃｓに放電電極65ａを臨ませた点火プラグ65による点火により容易に着火することができる。
副燃焼室Ｃｓ内の混合気に点火プラグ65により着火され、その着火された混合気の火炎が副燃焼室ハウジング60の底壁部60ｂに放射方向に形成された複数の細径噴射口61から主燃焼室Ｃｍ内に放射方向に噴射され、主燃焼室Ｃｍ内の高速のタンブル渦流を形成する混合気に着火させることができ、燃焼速度を高めて、内燃機関の低負荷時の均質リーン燃焼を行うことができる。

次に、副燃焼室Ｃｓを内側に形成する副燃焼室ハウジングの変形例を、図８に示す。
本副燃焼室ハウジング90は、筒状側壁90ｓの一端が点火プラグ65の放電電極65ａを有する先端部で閉塞され、他端が底壁部90ｂにより覆われて、内側に副燃焼室Ｃｓを形成する。

副燃焼室ハウジング90の一端の底壁部90ｂは、主燃焼室Ｃｍに臨んでいる。
副燃焼室ハウジング90は、底壁部90ｂのみが燃焼室天井面４ｂから突出して主燃焼室Ｃｍに露出している。
副燃焼室ハウジング90の底壁部90ｂには、底壁部90ｂの外周縁に副燃焼室Ｃｓと主燃焼室Ｃｍとを連通する細径噴射口91が放射方向に複数形成されている。

点火プラグ65は固定部材96によりシリンダヘッド４に固定される。
固定部材96は点火プラグ65が嵌入する筒状をなし、固定部材96の一端開口から点火プラグ65が嵌入され、他端の開口端部が副燃焼室ハウジング90の筒状側壁90ｓの一端の開口端部に接合されている。

副燃焼室ハウジング90および固定部材96以外の部材は、前記実施の形態における部材と同じであり、同じ部材は同じ符号を用いる。
点火プラグ65の点火制御は、前記実施の形態と同様に制御し、その際に、副燃焼室ハウジング90は前記実施の形態における副燃焼室ハウジング60と略同じ機能を果たす。

副燃焼室ハウジング90は、筒状側壁90ｓの一端が点火プラグ65の放電電極65ａを有する先端部で閉塞され、他端が底壁部90ｂにより覆われているので、副燃焼室Ｃｓと点火プラグ65をスペース効率良く組み合わせてコンパクトに構成することができる。

次に、別の実施の形態に係る内燃機関について図９に基づき説明する。
図９は、先の実施の形態における図５に相応する図であり、副燃焼室ハウジング100には、筒状側壁100ｓの一端に燃料噴射器110が設けられており、その他第２点火プラグ70が存在しない点が先の実施の形態と異なり、それ以外は、先の図５に示す実施の形態と同じであり、同じ部材は同じ符号を用いる。

したがって、副燃焼室ハウジング100の筒状側壁100ｓの一部が膨出して副燃焼室Ｃｓの一部である拡張室Ｃssが形成されており、拡張室Ｃssに先端の放電電極65ａを挿入して点火プラグ65が設けられている。
本実施の形態では、副燃焼室ハウジング100に、底壁部60ｂに向けて燃料を噴射する燃料噴射器110が取り付けられている。

燃料噴射器110により副燃焼室Ｃｓに噴射された燃料に、副燃焼室Ｃｓの拡張室Ｃssに放電電極65ａを臨ませた点火プラグ65により、容易にかつ速やかに着火することができ、着火により発生した火炎を底壁部100ｂの噴射口101から噴射することで、主燃焼室Ｃｍ内での燃焼も速やかに行われ、燃焼速度を高めることができる。

したがって、図７を参照して、制御切替えラインＬ１より負荷が低い均質リーン燃焼領域において、主吸気流路31ｍを開閉する開閉バルブ50を閉じてタンブル吸気流路31ｔのみを吸気が流れるようにし、燃料噴射器110により副燃焼室Ｃｓ内に燃料を噴射して点火プラグ65により着火することで、底壁部100ｂの噴射口101から火炎を噴射して、主燃焼室Ｃｍ内の高速のタンブル渦流Ｔｆにより均質に生成された混合気を速やかに燃焼することができ、内燃機関の低負荷時の均質リーン燃焼領域のリーン燃焼運転性能を向上させることができる。
本実施の形態では、先の実施の形態における主燃焼室Ｃｍに放電電極70ａを臨ませた第２点火プラグ70は、省略することが可能である。

以上、本発明に係る実施の形態に係る内燃機関について説明したが、本発明の態様は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲で、多様な態様で実施されるものを含むものである。

Ｃｍ…主燃焼室、Ｃｓ…副燃焼室、Ｃss…拡張室、Ｔｆ…タンブル渦流、Ｌｃ…シリンダ軸線、
１…内燃機関、２…クランクケース、３…シリンダブロック、３ａ…シリンダライナ、３ｂ…シリンダボア、４…シリンダヘッド、４ｂ…燃焼室天井面、５…ヘッドカバー、
11…クランク軸、12…ピストン、12ａ…頂面、13…コネクティングロッド、15…変速機、16…メイン軸、17…カウンタ軸、
20…動弁機構、21…カム軸、22ｉ，22ｅ…ロッカアームシャフト、23ｉ…吸気ロッカアーム、23ｅ…排気ロッカアーム、24ｉ，24ｅ…弁ガイド、25…スプリング、26…カムチェーン室、
30…吸気弁、30ｕ…かさ部、31…吸気通路、31ｍ…主吸気流路、31ｔ…タンブル吸気流路、32…吸気弁口、33…吸気ポート、33ｅ…下流端湾曲部、34…吸気管、35…スロットルボディ、36…スロットルバルブ、37…上流側燃料噴射器、38…下流側燃料噴射器、39…仕切り壁、
40…排気弁、40ｕ…かさ部、41…排気通路、42…排気弁口、43…排気ポート、44…排気管、
50…開閉バルブ、
60…副燃焼室ハウジング、60ｓ…筒状側壁、60ｂ…底壁部、61…細径噴射口、65…点火プラグ、65ａ…放電電極、66…固定部材、
70…第２点火プラグ、70ａ…放電電極、
80…ＥＣＵ、81…各種ドライバ、
90…副燃焼室ハウジング、90ｓ…筒状側壁、90ｂ…底壁部、91…細径噴射口、96…固定部材、
100…副燃焼室ハウジング、110…燃料噴射器。

Claims

シリンダブロック(3)のシリンダボア(3b)内に摺動自在に嵌合されたピストン(12)の頂面(12a)と、同頂面(12a)と対向するシリンダヘッド(4)の燃焼室天井面(4b)との間に主燃焼室(Cm)が構成され、
前記燃焼室天井面(4b)には前記主燃焼室(Cm)に臨んで開口する吸気弁口(32)と排気弁口(42)が形成され、
前記吸気弁口(32)から湾曲して延出する吸気ポート(33)を有する吸気通路(31)は、下流側が前記吸気ポート(33)の下流端湾曲部(33e)を除き仕切り壁(39)により主吸気流路(31m)と前記主燃焼室(Cm)内でタンブル渦流(Tf)を形成するタンブル吸気流路(31t)とに仕切られ、前記仕切り壁(39)より上流側にスロットルバルブ(36)を備える内燃機関において、
前記主吸気流路(31m)を開閉する開閉バルブ(50)を備え、
副燃焼室(Cs)を内側に形成する副燃焼室ハウジング(60;90)がその底壁部(60b;90b)を前記燃焼室天井面(4b)から前記主燃焼室(Cm)に臨ませて設けられ、
前記副燃焼室ハウジング(60;90)の前記底壁部(60b;90b)には前記副燃焼室(Cs)と前記主燃焼室(Cm)とを連通する噴射口(61;91)が放射方向に複数形成され、
点火プラグ(65)が先端の放電電極(65a)を前記副燃焼室(Cs)に臨ませて設けられることを特徴とする内燃機関。
前記タンブル吸気流路(31t)を通って吸気弁口(32)から前記主燃焼室(Cm)内に入ったタンブル吸気流の前記主燃焼室(Cm)の中央部分を流れる流れの指向する方向に対して偏移した位置に、前記副燃焼室(Cs)が配置されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
前記点火プラグ(65)とは別の第２点火プラグ(70)が、先端の放電電極(70a)を前記主燃焼室(Cm)に臨ませて設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関。
前記副燃焼室(Cs)と前記第２点火プラグ(70)は、前記燃焼室天井面(4b)のシリンダ軸線(Lc)に関して互いに反対側に配置されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
前記燃焼室天井面(4b)には、前記吸気弁口(32)と前記排気弁口(42)が各１つずつ前記燃焼室天井面(4b)のシリンダ軸線(Lc)に関して互いに反対側に設けられ、
前記副燃焼室(Cs)と前記第２点火プラグ(70)は、前記吸気弁口(32)および前記排気弁口(42)と干渉しない位置に配置されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
前記内燃機関(1)の負荷に応じて、前記開閉バルブ(50)の開閉を制御するとともに、前記点火プラグ(65)および前記第２点火プラグ(70)の作動を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関(1)の低負荷時には、前記開閉バルブ(50)を閉じ、前記第２点火プラグ(70)を作動して運転し、前記内燃機関(1)の高負荷時には、前記開閉バルブ(50)を開き、前記点火プラグ(65)を作動して運転することを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関。
前記副燃焼室ハウジング(60)は、筒状側壁(60s)の一端が閉塞され、他端が前記底壁部(60b)により覆われて、内側に前記副燃焼室(Cs)を形成し、
前記筒状側壁(60s)の一部が膨出して前記副燃焼室(Cs)の一部である拡張室(Css)が形成され、
前記点火プラグ(65)の放電電極(65a)は、前記拡張室(Css)に挿入されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の内燃機関。
前記副燃焼室ハウジング(100)には、前記底壁部(60b)に向けて燃料を噴射する燃料噴射器(110)が設けられることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
前記副燃焼室ハウジング(90)は、筒状側壁(90s)の一端が前記点火プラグ(65)の放電電極(65a)を有する先端部で閉塞され、他端が前記底壁部(90b)により覆われて、内側に前記副燃焼室(Cs)を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の内燃機関。
前記吸気通路(31)には、前記タンブル吸気流路(31t)より下流の前記吸気ポート(33)の前記下流端湾曲部(33e)に向けて燃料を噴射する燃料噴射器(38)が、前記主吸気流路(31m)に沿って設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の内燃機関。