JP2022538012A - 内燃機関の点火装置に含まれる副燃焼室の温度制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

本願の発明主題は、内燃機関に含まれる点火装置の燃料供給下の副燃焼室の温度を制御するための制御ユニットとその方法に関する。副燃焼室の許容できない高温を回避するため、副燃焼室温度に応じて、圧縮ストロークの間、目標を定めた噴射が主燃焼室内へ導入され及び／又は目標を定めた噴射が副燃焼室内へ導入される。圧縮ストロークの終了時点において、主燃焼室内へ噴射を導入することで、副燃焼室内／副燃焼室周りのガス混合物の温度を下げることができ、延いては、粒子状放出物質に悪影響を及ぼすことなく、副燃焼室温度を穏当な温度上昇に制御する一助とすることができる。従って、粒子状放出物質に関して不利な点を引き起こす副燃焼室内への直接冷却噴射は、副燃焼室温度が極端に上昇した場合にのみ必要となる。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に含まれる点火装置の燃料供給下の副燃焼室の温度制御装置と制御方法に関する。

内燃機関の熱効率を向上させるため、特に、ガソリンあるいはガスエンジンの場合に、燃料供給下の副燃焼室を含む点火装置を利用することが既知である。このような点火装置の高点火エネルギーは、副燃焼室内で発生する予備燃焼により提供される。この予備燃焼は、副燃焼室内へ少量の燃料を噴射し、また、これにより生じた室内の空燃混合物を点火することで開始される。副燃焼室は、微細なオリフィスを介して主燃焼室に連結されているため、副燃焼室内の燃焼は、副燃焼室から主燃焼室内へ流入し、かつ、空燃混合物を点火する複数の反応性噴流へとつながる。この反応性噴流は、通常、主燃焼室全体に拡散することで、複数の点火スポットを提供し、このスポットが、頗る希薄な空燃混合物であっても、その確実な点火を可能とする。

しかしながら、上述した予備燃焼を利用すると、粒子状放出物質の増加をもたらす可能性がある。例えば、高温状態の副燃焼室内への燃料噴射は、副燃焼室噴射器表面への残留物堆積につながる場合がある。この残留物の堆積は、延いては、粒子状放出物質の増加を導く可能性がある。さらに、主燃焼室内へ噴射された燃料は、副燃焼室の高温外面で自己点火する可能性があり、また、エンジンの熱損傷を引き起こす可能性がある。主燃焼室内の温度は、エンジン負荷の増大と共に上昇し、副燃焼室の温度も、主燃焼室から副燃焼室への熱伝達のため、上昇する。このため、例えば、エンジンの高負荷状態の間、高温状態が予期され得る。

例えば、高負荷状態の間、副燃焼室及びエンジンの熱損傷を回避するため、冷却手段を講じて、高温状態での副燃焼室表面での自己点火を抑制し、かつ、副燃焼室の熱損傷を回避する技術が提案された。これに関連して、燃焼発生後、副燃焼室内への燃料の追加噴射により、副燃焼室内の温度を下げることが提案された。追加噴射燃料の気化により、副燃焼室の内部が冷却されるのである。

特許文献１（特開２０１８－９１２６７号公報）には、燃料供給下の副燃焼室を有する内燃機関の制御装置が開示されており、副燃焼室燃焼の終了後、第二の／追加の噴射を実行することで、副燃焼室内の噴射器の温度を下げている。

しかしながら、上述したように、副燃焼室内への追加の／第二の噴射を実行することで、特に、エンジンの高負荷状態下においては、粒子状放出物質の増加／過度の粒子状放出物質を招く可能性がある。

特開２０１８－９１２６７号公報

本明細書に記載の発明主題は、燃焼機関の粒子状放出物質を増加させることなく、副燃焼室を効率的に冷却するための制御ユニット並びに制御方法を実現することを目的とする。

上述した課題は、独立請求項に記載の発明主題により解決される。また、好ましい実施の形態は、従属項により記載される。

内燃機関を制御するための制御ユニットは、副燃焼室の温度に応じて、内燃機関の副燃焼室内及び／又は主燃焼室内への噴射、あるいは、燃料量の噴射を制御する構成としてよい。この噴射とは、好ましくは、燃焼に資する燃料噴射後に発生する追加の噴射である。当該追加噴射は、以下の説明において、「冷却噴射」と呼称されることとし、特に、他の意味合いで明示されることなく使用される限り、用語「噴射」は、一般に冷却噴射を指すものとする。

換言すれば、制御装置は、燃料を副燃焼室内あるいは主燃焼室内へ（冷却のため）噴射すべきか否かを「決定する」ステップを含む制御処理を実行してよい。この「決定ステップ」は、副燃焼室の温度に応じて講じられてよい。また、燃料を主燃焼室内及び副燃焼室内へ噴射する組み合わせ噴射を実行可能としてもよい。

副燃焼室燃料噴射器を備えた点火装置のモード／状態について、以下の説明で使用される用語に関し、燃料を副燃焼室内へ噴射するモードあるいは操作を「能動モード」と呼び、燃料を主燃焼室内へ噴射するモードあるいは操作を「受動モード」と呼ぶことに留意されたい。

内燃機関は、少なくとも一つシリンダーと、少なくとも一つの主燃焼室（略して「主室」）と、少なくとも一つの吸気ポートと、少なくとも一つの主燃料噴射器及び主燃焼室内の空燃混合物を点火する少なくとも一つの点火装置から構成してよい。点火装置は、スパークプラグ、副燃焼室燃料噴射器及び副燃焼室壁内の少なくとも一つのオリフィスを介して主燃焼室に連結される副燃焼室から構成してよい。

副燃焼室の温度が、所定の温度よりも高い場合、制御ユニットは、主燃料噴射器を制御し、内燃機関の圧縮ストロークの間、主燃焼室内への噴射（冷却噴射）を実行する。好ましくは、当該所定の温度は、１００℃～２５０℃の範囲にある値を有してもよい。所定の温度、あるいは、その値若しくはその値の範囲は、当該温度を確定する副燃焼室の置かれた場所に応じて設定されてもよい。更に好ましくは、当該範囲は、１５０℃～２００℃の間に設定されてもよい。

上述したケースの場合、点火装置は受動モードで操作され、このため、冷却噴射の間、副燃焼室の内部へは、燃料が（直接には）（略）噴射されない。

上述したように、エンジンの高負荷状態の間、副燃焼室内への追加の噴射／冷却噴射は、望ましからざる大量の粒子状放出物質を招く可能性がある。本願の発明主題は、副燃焼室を冷却するため、主燃焼室内（略して「主室」）への追加燃料噴射を利用して、これを回避している。具体的に言えば、ピストンが上方に移動中、主室内への冷却噴射が実行される場合、少なくとも少量の被噴射燃料が副燃焼室内へ流入し、かつ、室内で気化する一方、被噴射燃料のもう一方の（大方の）部分が、主燃焼室内で気化する。燃料の気化により、副燃焼室は冷却される。好ましくは、主燃焼室内への冷却噴射の開始は、圧縮ストロークの終了時点、先行する圧縮のために、シリンダー温度が上昇している時点で口火を切る（「後工程噴射」と呼んでもよい）。これにより、素早い燃料気化を招き、延いては、副燃焼室内並びに副燃焼室周囲の混合物温度を効果的に下げることができる。好ましくは、冷却噴射は、点火タイミング前に終了し、そうでない場合、室内の圧力上昇により、被噴射燃料の副燃焼室内への流入が阻止される場合がある。

被噴射燃料の主室から副燃焼室内への上述した流入、あるいは、移送については、副燃焼室内の圧力が、主燃焼室内の圧力よりも低い時点で、冷却噴射の口火が制御ユニットにより切られることを条件に、これを向上させることができる。主室と副燃焼室との前記圧力差異が、微細な燃料滴及び被冷却空燃混合物の副燃焼室内への移送をサポートしてもよい。

主燃焼室と副燃焼室内の圧力を確定するため、圧力センサーを両室内に設けてもよい。副燃焼室に関しては、上述したように、中心電極の隣り／これに近接して／これの近隣に圧力センサーを備えた測定用スパークプラグを利用してもよい。また、副燃焼室内に小型の自立式圧力センサーを設置することを可能としてもよい。主燃焼室内の圧力を測定するためには、半永久使用の一般に既知の圧力センサーを利用することができる。

これに代えて、エンジンのテスト段階において、冷却噴射を実行すべき最適なクランク角度領域を確定することを可能としてもよい。このテスト段階には、全ての関連する運転ポイントを含めることができ、また、これによって確定された最適なクランク角度値を、特性曲線あるいはマップとして、制御ユニット内に記憶してもよい。

さらに、制御ユニットは、副燃焼室の温度に応じて冷却するため、主燃焼室内へ噴射すべき燃料量を調整してもよい。本願の発明主題の枠組み内において可能であることが好ましい複数回の冷却噴射を実行すべき場合には、冷却噴射の間、噴射すべき燃料量は、主燃焼室内への初回冷却噴射に対する副燃焼室の反応に合わせて調整してもよい。例えば、初回冷却噴射の後、副燃焼室の温度が下がる場合には、二回目の冷却噴射の間に噴射される燃料量を低減し、あるいは、初回冷却噴射の後、副燃焼室の温度が更に上昇し、若しくは、一定のままである場合には、これを増加してもよい。

具体的に言えば、例えば、主燃焼室内へ噴射される全燃料量の、一例として、１％を含む初回（後工程）冷却噴射の後、副燃焼室温度が下がらない場合（全量とは、燃焼目的で噴射される燃料量と冷却噴射の燃料量を含んでよい）、燃料量をそれぞれ全燃料量の１．５％あるいは２％まで増加してもよい。副燃焼室の温度が一定のままである場合、炭化水素及び／又は粒子状放出物質に依拠する後工程冷却燃料噴射の限界に達するまで、被噴射燃料量をさらに増やしてもよい。圧縮ストロークの間、冷却のため主燃焼室内へ噴射される最大燃料量は、全燃料量の４％～１０％の範囲にあることが好ましく、また、その５％～７％の範囲にあることが更に好ましいと言える。また、例えば、副燃焼室温度は下がるが、所定の温度（閾値）未満に下がらない場合、副燃焼室を冷却するため噴射される燃料量は、温度勾配に応じて低減してもよい。あるいは、副燃焼室温度が急速に下がる場合には、被噴射燃料量を、全燃料量の１％等の大きい値分低減する一方、副燃焼室温度がゆっくりと下がる場合には、被噴射燃料量を、全燃料量の０．３％等の小さい値分低減してもよい。

さらに、制御ユニットは、副燃焼室燃料噴射器を制御して、副燃焼室の温度に応じて、副燃焼室内への冷却噴射を実行してもよい。例えば、主燃焼室内への冷却噴射が、副燃焼室の温度低下を招かない場合及び／又は副燃焼室温度が、熱損傷を引き起こす別の温度閾値／第二温度閾値を超える場合、副燃焼室内への冷却噴射を実行してもよい。このような（緊急の／例外的な）状況下において、点火装置は、能動モードに切り替えられ、副燃焼室の高温表面により惹起された抑制されない自己点火による副燃焼室の熱損傷、延いては、エンジン損傷を回避するため、粒子状放出物質の増加可能性を気にすることなく、少量の燃料を副燃焼室内へ噴射してもよい。副燃焼室内へ噴射される燃料量は、好ましくは全燃料量の１％～５％の範囲であり、最も好ましくは２％～４％の範囲であってもよい。副燃焼室（能動モード）内への噴射を開始するための第二温度閾値は、第一温度閾値よりも高いことが好ましく、また、温度を確定する副燃焼室の置かれた場所に応じて、２００℃～５００℃の範囲にあってよい。最も好ましくは、３００℃～４００℃の範囲にあってもよい。

能動モードを開始することで、主燃焼室への（後工程）冷却噴射は完全に停止され、あるいは、受動モードから能動モードへの連続的な移行が実行されてもよい。後者の場合、圧縮ストロークの終了時点で主燃焼室内へ噴射される燃料量は、連続的にあるいは段階的に低減されてよく、その際、副燃焼室内へ噴射される燃料量は、連続的にあるいは段階的に増加されてもよい。また、主燃焼室内へ第一燃料量を噴射し、かつ、第二燃料量を直接副燃焼室内へ噴射することにより、能動モードと受動モードとを組合わせることも可能と言える。

さらに、制御ユニットは、被測定温度及び／又は制御ユニット内に特性曲線あるいはマップとして記憶された特性パラメータに基づき副燃焼室の温度を確定してもよい。

副燃焼室温度は、副燃焼室内あるいは副燃焼室壁に永久的に取り付けられた少なくとも一つの温度センサーを利用することで測定されるのが好ましいと言える。例えば、副燃焼室内に設置された温度センサーは、室内のガス温度を測定可能である。代わりに、あるいは、加えて、副燃焼室壁の温度は、副燃焼室温度の基準温度として使役することができる。この場合、温度センサーは、例えば、主燃焼室に面した副燃焼室壁の下側表面に取り付けてもよい。

代わりに、あるいは、加えて、副燃焼室内の圧力は、例えば、スパークプラグ内に一体化された圧力センサーにより測定されてもよい。副燃焼室内の圧力上昇を測定することで、室内の熱放出を想定することが可能となり、延いては、副燃焼室内の想定されるガス温度及び副燃焼室壁の温度との良好な相関関係を提供することになる。

さらに、温度センサーあるいは圧力センサーは、全ての関連する境界条件でエンジン運転を実行するテスト段階の間にのみ設けてもよい。テスト段階の間、副燃焼室内のガス温度及び／又は副燃焼室壁温度及び／又は副燃焼室内圧力が、例えば、様々なエンジン負荷及びスピード、様々なスパークタイミング、様々な空燃比、様々な吸気温度及び圧力、様々なＥＧＲ比、様々なバルブタイミング等で測定可能である。テスト段階で確定された特性副燃焼室温度は、制御ユニットにより連続して測定され、あるいは、算定されるパラメータに応じて、特性曲線あるいはマップとして、制御ユニット内に記憶されてもよい。

さらに、特性副燃焼室温度は、関連するエンジン運転ポイントでの可能な限り全ての境界条件を考慮に入れて、ＣＦＤシミュレーションを実行することで確定されてもよい。また、当該シミュレーションにより確定された温度値は、特性曲線あるいはマップとして制御ユニット内に記憶されてもよい。

さらに、本願に請求の発明主題は、少なくとも一つのシリンダーと、少なくとも一つの主燃焼室と、少なくとも一つの吸気ポートと、少なくとも一つの主燃料噴射器と、主燃焼室内の空燃混合物を点火するための少なくとも一つの点火装置と少なくとも一つの制御ユニットを有する内燃機関を制御するための方法を包摂し、点火装置はスパークプラグと、副燃焼室燃料噴射器と副燃焼室壁内の少なくとも一つのオリフィスを介して主燃焼室に連結された副燃焼室を備え、また、副燃焼室内及び／又は主燃焼室内へ（冷却のため）噴射すべき燃料量は、副燃焼室の温度に応じて、制御ユニットにより制御されてもよい。

本願の明細書に記載の発明主題によれば、副燃焼室の温度が（第一）所定温度よりも高い場合、被噴射燃料の少なくとも一部を副燃焼室内へ移送し、かつ、この燃料の潜熱により副燃焼室を冷却するため、内燃機関の圧縮ストロークの間、主燃料噴射器により、主燃焼室内への冷却噴射が実行されてもよい。

好ましくは、副燃焼室内の圧力が、主燃焼室内の圧力よりも低い場合、副燃焼室内への燃料移送をサポートするため、圧縮ストロークの間、主燃焼室内への冷却噴射は、主燃料噴射器により実行されてもよい。

さらに、圧縮ストロークの間、主燃焼室内への冷却噴射の燃料量は、副燃焼室の温度に応じて、主燃料噴射器により調整されてもよい。これにより、主燃焼室内への初回冷却噴射の後、副燃焼室温度の展開に応じて、噴射すべき燃料量を調整することが可能となる。

主燃焼室内へ導入される冷却噴射の燃料量をさらに増やしても、副燃焼室温度の低下が導かれない場合、あるいは、副燃焼室温度の第二温度閾値を上回る場合、副燃焼室の温度に応じて、副燃焼室燃料噴射器により、副燃焼室への噴射を実行してもよい。

さらに、本願に請求の発明主題は、少なくとも一つのシリンダーと、少なくとも一つの主燃焼室と、少なくとも一つの吸気ポートと、少なくとも一つの主燃料噴射器と、主燃焼室内の空燃混合物を点火する少なくとも一つの点火装置を有する内燃機関を包摂し、点火装置は、スパークプラグと、副燃焼室燃料噴射器と、副燃焼室内の少なくとも一つのオリフィスを介して主燃焼室に連結された副燃焼室とを備え、また、内燃機関は、上述した制御ユニットを有するものであってよい。

さらに、本願に請求の発明主題は、コンピュータあるいは演算ユニットにより実行される場合、コンピュータに上述した方法あるいはその諸相を実行させる指令を含むメモリー内に格納可能なコンピュータプログラム製品並びにコンピュータにより実行される場合、コンピュータに前記方法あるいはその諸相を実行させる指令を含むコンピュータにより読み取り可能な（記憶）媒体を包摂するものであってよい。
発明の効果

要約すれば、内燃機関内に含まれる点火装置の燃料供給下の副燃焼室の温度を制御するための制御ユニット及びその方法は、粒子状放出物質を増加させることなく、エンジン高負荷時に、効率的な冷却を行う。副燃焼室温度に応じて、主燃焼室内及び／又は副燃焼室内への目標を定めた冷却噴射を実行することで、これを達成する。

以下、添付の例示的な概略図面を参照しつつ、少なくとも一つの好ましい実施例に基づき、本願に請求の発明主題を更に詳しく説明する。

燃料供給下の副燃焼室を備えた点火装置を有する内燃機関のシリンダーを概略的に示す図である。 点火装置を概略的に示す図である。 副燃焼室温度に応じた様々な燃料噴射モードを概略的に示す。 副燃焼室温度に応じた様々な燃料噴射モードを概略的に示す。 副燃焼室温度に応じた様々な燃料噴射モードを概略的に示す。 副燃焼室温度に応じたエンジンサイクル間の様々な被噴射燃料量を概略的に示す。 副燃焼室温度に応じたエンジンサイクル間の様々な被噴射燃料量を概略的に示す。 副燃焼室温度に応じたエンジンサイクル間の様々な被噴射燃料量を概略的に示す。 副燃焼室内及び主燃焼室内で確定された圧力曲線並びに関連する圧力差異を例示する。 本願に請求の制御方法の一例としてフローチャートを示す。

図１は、二つ以上のシリンダー１００を有する別途特定されない内燃機関の例示としてのシリンダー１００を概略的に示す。このエンジンは、例えば、二つ、三つ、四つ、六つ、八つあるいはこれより未満の、または、これ以上のシリンダー１００を有するものであってよい。当該エンジンは、シリンダー１００内での繰り返し往復運動のため、連結ロッド３を介してクランクシャフト（図示なし）により駆動される少なくとも一つのピストン２を有し、シリンダー内に主燃焼室を形成する。

吸気バルブ６を備えた（エア）吸気ポート４並びに排気バルブ７を備えた排気ポート５が主燃焼室１に連結される。外気が、吸気ポート４を通して主燃焼室１内へ吸入される。排気ガスは、排気ポート５を介して燃焼室１から排出される。スパークプラグ１０ａ、副燃焼室燃料噴射器１０ｂ、副燃焼室１０ｃを備えた点火装置１０が内燃機関に取り付けられる。温度センサー（図示なし）は、副燃焼室内（１０ｃ）あるいはこれに接して配設されてもよい。

点火装置１０のスパークプラグ１０ａは、点火コイル（図示なし）に電気的に連結されてもよい。スパークプラグ１０ａは、点火コイルと組み合わさって、好ましくは、可変スパーク持続時間あるいはマルチスパーク点火を提供するスパーク点火装置を形成する。内燃機関は、一つ以上の点火装置１０を有してもよい。好ましくは、シリンダー１００毎に少なくとも一つの点火装置１０を有する。点火装置１０又はその少なくとも一部は、主燃焼室１の内側に連結されることで、反応性噴流（点線にて表示）が主燃焼室内に導入可能となる。さらに、直噴燃料噴射器８又は少なくともその一部が、主燃焼室１の内側に結合され、これにより、室内へ燃料を噴射することが可能となる。この直噴燃料噴射器８は、好ましくは、電子液圧式燃料噴射器あるいは圧電式燃料噴射器であってもよい。これに加えて、ポート燃料噴射器９が、シリンダー１００の吸気ポート４に連結される。直噴燃料噴射器８の高圧燃料供給あるいはポート燃料噴射器９の高圧又は低圧燃料供給は説明されていない。主燃料噴射は、直噴主燃料噴射器８あるいはポート主燃料噴射器９により実行されてよく、若しくは、噴射器双方間で分担されてもよい。

図１には更に、点火装置を制御するための制御ユニット１１が図示されている。この制御ユニット１１は、点火装置１０、直噴主燃料噴射器８及び／又はポート主燃料噴射器９に電気的に接続され、また、複数のユニット／噴射器／アクチュエータを制御する。制御ユニット１１は、例えば、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）であってよい。

また、制御ユニット１１は、その他の制御ユニットであってもよく、制御ユニット１１と制御下ユニットとの信号線接続は、図１に示す例と異なるものでもよい。例えば、制御下ユニットのサブグループを制御する複数の制御ユニット１１を設けてもよく、一例として、一方の制御ユニット１１－１は、点火装置１０のみを制御し、もう一方の制御ユニット１１－２は、燃料噴射器８、９のみを制御する等の構成としてもよい。さらにまた、複数の制御ユニット１１がある場合、これらの制御ユニット１１は、階層的に若しくはその他の態様で相互接続されてもよい。これに代えて、複数のアクチュエータの全ての制御機能を包摂する単一の制御ユニット１１を設けてもよい。

さらに、図示の無い少なくとも一つの温度センサーを、副燃焼室１０ｃ内あるいは点火装置１０の副燃焼室壁１０ｄに設けてもよい（図２参照）。この温度センサーは、副燃焼室冷却処置を、時宜を得て開始してエンジン損傷を阻止するため、特性副燃焼室温度を監視することを可能とする。

さらに、図示の無い圧力センサーが、例えば、主燃焼室１の壁内及び／又は点火装置１０の副燃焼室１０ｃ内に配設されてもよい。主燃焼室１内及び／又は副燃焼室１０ｃ内の圧力を測定すると、フィードバック燃焼制御の実現が可能になり、また、両室内の状態に関する追加情報を提供することで、副燃焼室冷却処置を向上させることにもなる。

図２に、点火装置１０の概略図を示す。点火装置１０は、燃料噴射器１０ａ、スパークプラグ１０ｂ、副燃焼室１０ｃを備える。副燃焼室１０ｃは、副燃焼室壁１０ｄにより主燃焼室１とは区分され、この副燃焼室壁内には、副燃焼室燃焼により生成された反応性噴流を主燃焼室１内に導入するオリフィス１０ｅが配設されている。

更に、図示の無い少なくとも一つの温度センサーが、副燃焼室１０ｃ内及び／又は副燃焼室壁１０ｄに設けられてもよい。室内のガス温度を測定することを可能とする態様で副燃焼室内に配設された温度センサーは、先ず、ガス温度から副燃焼室の部品温度を推定することを可能とし、次に、副燃焼室燃焼の品質に関する情報を導き出すために有用であってもよい。代わりに、あるいは、加えて、副燃焼室壁１０ｄに取り付けられた温度センサーは、その関連する温度を供給することが可能となる。この場合、温度センサーは、例えば、副燃焼室壁１０ｄ下側表面のオリフィス１０ｅに近接して取り付けてよく、これは、この場所が、最高温度となることが予期されるためである。これにより、副燃焼室壁の温度上昇に関する情報を早期に得ることが可能となる。センサーを過昇温による損傷から保護するため、副燃焼室１０ｃの先端から離間した位置にある副燃焼室壁に温度センサーを配設することが可能であってもよい。

代わりに、あるいは、加えて、スパークプラグ１０ｂ、例えば、スパークプラグの中心電極及び／又は接地電極に、少なくとも一つの温度センサーを配設することが可能であってもよい。代わりに、あるいは、加えて、少なくとも一つの温度センサーを、副燃焼室燃料噴射器１０ａの先端に取り付けてもよい。この位置に温度センサーを設ければ、特に、副燃焼室噴射により予期され得る粒子状放出物質の増加に関する情報の提供が可能となろう。

副燃焼室１０ｃの形状は、図２に図示される形状に限定されず、半球形状、円錐形状、円筒形状若しくはこれらの組み合わせ等の様々な多数形状にデザイン可能である。さらに、副燃焼室壁１０ｄ内のオリフィス１０ｅの数、幾何形状、位置については、図２に図示される例に限定されない。副燃焼室１０ｃには、副燃焼室壁１０ｄ内の様々な位置に配設され、また、様々な径を備えた複数のオリフィス１０ｅを設けてもよい。主燃焼室１に噴射されるものとは異なる燃料を噴射するため、副燃焼室噴射器１０ａは、エンジン（図示なし）の高圧燃料供給側あるいは低圧燃料供給側に連結されてもよく、若しくは、別個の燃料供給側（図示なし）に連結されてもよい。スパークプラグ１０ｂは、点火装置１０内に包摂されるか、点火装置１０から遠隔したエンジンの別の場所に位置する点火コイル（図示なし）に電気的に連結されてもよい。好ましくは、点火装置１０各々について、一つの点火コイルを設けてもよいが、複数の点火装置１０について単一の点火コイルを設けることが可能であってもよい。

図３ａ～図３ｃは、副燃焼室温度Ｔ_pcに応じた様々な燃料噴射モードを概略的に例示する。図３ａは、副燃焼室温度Ｔ_pcが（第一）温度閾値T_１未満のままであり、副燃焼室冷却が不要で、かつ、吸気ストロークの間、主燃焼室１内へ主噴射（燃焼に資する）が一回のみ実行される場合を例示する。代わりに、あるいは、加えて、燃焼に資する主噴射あるいは主噴射の少なくとも一部は、吸気ポート４内へ導入されてもよい。図３ｂは、副燃焼室温度T_PCが所定の第一及び第二温度（閾値）Ｔ_１及びＴ_２の間にある状態を例示する。この場合、主室１への冷却噴射は、圧縮ストロークの終了時点、より精確に言えば、上死点発火ＦＴＤＣ前の所定のクランク角度において実行される。適切な噴射タイミングは、図５との関連で説明する点火タイミングと関係している。さらに、図３ｃは、副燃焼室温度T_PCが閾値T_２を上回り、吸気ストロークの間、主室噴射（燃焼に資する）に加えて、副燃焼室１０ｃ内への冷却噴射が、上死点発火ＦＴＤＣ直前に実行される場合を例示している。

図４ａ～図４ｃに、副燃焼室温度T_PCに応じたエンジンサイクル間での様々な被噴射燃料量を概略的に示す。副燃焼室温度T_PCが第一温度閾値T_１未満のままである場合、全燃料量が、吸気ストロークの間、主燃焼室１内へ噴射される。代わりに、あるいは、加えて、燃焼に資する全燃料量あるいはその少なくとも一部が、吸気ポート４内へ噴射されてもよい。副燃焼室温度T_PCが閾値T_１を上回る場合、主室１あるいは吸気ポート４内へ導入される全燃料量の一部が、圧縮ストロークの間、冷却効果を達成するため、噴射される。図４ｂに概略的に例示されるように、冷却のための前記燃料量は、副燃焼室温度T_PCの上昇と共に増加する。圧縮ストロークの後工程で噴射される燃料の少なくとも一部は、副燃焼室１０ｃを冷却する他に、主室１内の熱放出にも寄与する。このため、図４ａに概略的に例示されるように、圧縮ストロークの間に燃料量を増やすと、吸気ストロークの間に被噴射燃料を減らすことができる。図４ｃに概略的に例示されるように、副燃焼室温度T_PCが閾値T_２を上回る場合、副燃焼室１０ｃ内への冷却噴射が実行される。図４ｃに示される点線は、圧縮ストロークの間に主燃焼室１内へ冷却噴射が実行されなかった場合の副燃焼室１０ｃ内に必要とされる被噴射燃料量を例示する。

図５に、副燃焼室１０ｃ及び主室１内で測定された圧力曲線並びにその結果としての圧力差異を例示する。図５より、主燃焼室１内へ導入される後工程冷却噴射は、副燃焼室１０ｃ内での燃焼が開始されている前に実行すべきことが導き出せる。そうでない場合には、室内の圧力上昇により、被噴射燃料の副燃焼室１０内への流入が阻止された。図５には、副燃焼室内への後工程噴射周期が、上死点発火ＦＴＤＣ前の一定角度で開始され、主燃焼室圧力Ｐ_cylと副燃焼室圧力P_prechamberとの圧力差異が降下する時点で終了することが例示されている。これは、点火がスパークプラグ１０ｂにより実行されてから、副燃焼室１０ｃ内の燃焼が開始されるケースであってもよい。このため、点火タイミングに関連して可能な限り最も遅い時点での噴射タイミングを確定することも可能であってもよい。さらに、副燃焼室１０ｃを効率的に冷却するには、主室１への冷却噴射をできる限り遅れて開始すべきである。従って、冷却噴射の開始は、前記噴射の可能な限り最も遅い終了時点及び被噴射燃料量に応じて確定されてもよい。

主室１内の圧力及び副燃焼室１０ｃ内の圧力を確定するため、圧力センサーを両室内に取り付けてもよい。副燃焼室１０ｃに関しては、中心電極の隣に圧力センサーを備えた測定用スパークプラグを利用してもよい。また、副燃焼室１０ｃ内に取り付け可能な小型の圧力センサーを利用することが可能であってもよい。主燃焼室１内の圧力を測定するためには、半永久使用の一般に既知の圧力センサーを利用可能である。

これに代えて、エンジンテスト段階で、主室１への後工程冷却噴射の理想的な周期を確定することが可能であってもよい。このテスト段階では、全ての関連する運転ポイントを考慮に入れ、また、主燃焼室１内への後工程噴射の被確定最適クランク角度範囲を、制御ユニット１１内に特性曲線あるいはマップとして記憶させてもよい。

図６に、本願に請求の制御方法の一例を示すフローチャートを例示する。副燃焼室温度T_PCが許容可能な範囲内に留まる限り、副燃焼室内へ噴射される燃料質量ｍ_{f_PC}、並びに圧縮ストロークの間主燃焼室内へ噴射される燃料質量m_{f_MC_CS}はゼロにセットされ（ステップＳ１００、Ｓ１０１）、温度閾値Ｔ_１及びT_２が時間ステップΔｔ毎に定期的にチェックされる。副燃焼室温度T_PCを監視するための時間ステップΔｔは、好ましくは１０ms～１０００msの範囲にあり、最も好ましくは５０ms～５００msの範囲にあってもよい。副燃焼室温度T_PCが第二閾値温度T_２を上回る場合、所定の限界値m_{F_PCmax}に達するまで、時間ステップΔｔ毎に、所定値Δm_{f_PC}だけ、副燃焼室燃料質量ｍ_{f_PC}を増加させる（ステップＳ１０２）。所定値Δm_{f_PC}は、好ましくは全燃料質量の０．１％～１％の範囲にあり、最も好ましくは全燃料質量の０．３％～０．７％の範囲にあってもよい。さらに、所定の限界値m_{F_PCmax}は、全燃料質量の５％であればよく、最も好ましくは全燃料質量の４％であってもよい。第二閾値温度Ｔ_２は、好ましくは温度を確定する副燃焼室の置かれた場所に応じて、２００℃～４００℃の範囲にあり、最も好ましくは２５０℃～３５０℃の範囲にあってもよい。

副燃焼室燃料質量ｍ_{f_PC}が限界値m_{F_PCmax}を上回り、副燃焼室温度T_PCが依然として閾値T_２を上回ったままである場合、好ましくは１ｋＷ～１０ｋＷに範囲にあり、最も好ましくは２ｋＷ～５ｋＷの範囲にあってもよい所定の値ΔPだけ、エンジンパワーＰを下げる（ステップＳ１０３）。エンジンパワーPが所定の閾値P_minを下回らない限り、各時間ステップΔｔ後に、パワー低下を実行する。エンジンパワーが閾値P_minを下回る場合、エンジンをリンプホームモードで運転し、あるいは、完全に停止する結果を招くエラーが検出される（ステップＳ１０４）。これに関連して、エンジンパワー限界値P_minは、好ましくは定格パワーの８５％～９８％の範囲にあり、最も好ましくは定格パワーの９０％～９５％の範囲にあってもよい。

副燃焼室温度T_PCが温度閾値T_２を上回らないが温度閾値T_１を上回る場合、冷却のため、圧縮ストロークの間、主燃焼室内へ噴射される燃料質量m_{f_MC_CS}は、所定の限界値m_{F_MC_CSmax}に達するまで、時間ステップΔｔ毎に、値Δm_{f_MC_CS}だけ増加される（ステップＳ１０５）。所定値m_{f_MC_CS}は、好ましくは全燃料質量の１％～２０％の範囲にあり、最も好ましくは全燃料質量の１０％～１５％の範囲にあってもよい。さらに、所定の限界値m_{F_MC_CSmax}は、全燃料質量の１０％～５０％の範囲にあり、最も好ましくはその２０％～４０％の範囲にあってもよい。

前記限界値m_{F_MC_CSmax}を上回る場合には、m_{f_MC_CS}をゼロに設定することで主燃焼室１への後工程冷却噴射を停止し（ステップＳ１０６）、また、副燃焼室への被噴射燃料量m_{f_PC}を値Δ_{mf_PC}だけ増加させることで、副燃焼室冷却噴射をスイッチオンにする（ステップＳ１０２）。以下のステップでは、状態T_PC＞T_２について述べたのと同じ手順が実行される。これに関連して、m_{f_MC_CS}をゼロに設定する代わりに、主燃焼室１内への被噴射燃料量及び副燃焼室１０ｃ内への被噴射燃料量を平行して連続的にあるいは段階的に増加させることで、後工程主室噴射から副燃焼室噴射への連続的な移行を実行することが可能であってもよい。もう一つの可能性としては、主燃焼室１内へ第一燃料量を導入し、副燃焼室１０ｃ内へ第二燃料量を直接導入することで、冷却噴射双方の組み合わせとしてもよい。

本明細書に開示され、また、添付の図に示される様々な実施形態、諸相および諸例の全ての特徴要素は、大概、その一部あるいは全体を組合わせてもよい。また、本明細書に記載の発明主題は、発明活動を伴わずに、当業者にとり自明である限り、これらの組み合わせを範疇に含むものとする。

また、詳細な説明及び添付図面は、本明細書に上梓される方法、装置並びにシステムの原理原則を単に例示するものであることに留意されたい。従って、当業者であれば、本明細書に明示的に記載あるいは表示がなくとも、本願に請求の発明主題の原理原則を具現化し、その精髄と範疇内に包摂される様々な構成を創意工夫可能であると理解されたい。

再度要約すれば、本願の発明主題は、副燃焼室温度に応じて、圧縮ストロークの間、主燃焼室内への目標を定めた冷却噴射を導入することにより及び／又は副燃焼室内への目標を定めた冷却噴射を導入することにより、副燃焼室の許容できない高温を回避するものである。圧縮ストロークの終了時点で主燃焼室内へ冷却噴射を導入することで、粒子状放出物質を増加させることなく、副燃焼室温度を制御する一助とする。ピストンの上方移動が被噴射燃料の少なくとも一部を副燃焼室内へ移送し、この被噴射燃料が気化可能で、副燃焼室を冷却可能とする。従って、粒子状放出物質の増加を招き得る副燃焼室内への直接冷却噴射が、本願の発明主題によりエンジンの幅広い運転範囲に亘って回避され、かつ、この直接冷却噴射は、副燃焼室の温度が過度に高温である場合にのみ実行される。

１・・主燃焼室、２・・ピストン、３・・連結ロッド、４・・吸気ポート、５・・排気ポート、６・・吸気バルブ、７・・排気バルブ、８・・直噴主燃料噴射器、９・・ポート主燃料噴射器、１０・・点火装置、１０ａ・・スパークプラグ、１０ｂ・・副燃焼室燃料噴射器、１０ｃ・・副燃焼室、１０ｄ・・副燃焼室壁、１０ｅ：オリフィス、１１・・制御ユニット、１００・・シリンダー

Claims (13)

1. 少なくとも一つのシリンダー（１００）と、少なくとも一つの主燃焼室（１）と、少なくとも一つの吸気ポート（４）と、少なくとも一つの主燃料噴射器（８、９）と、前記主燃焼室（１）内の空燃混合物を点火する構成の少なくとも一つの点火装置（１０）とを有する内燃機関のための制御ユニット（１１）であって、
   前記点火装置（１０）は、スパークプラグ（１０ａ）と、副燃焼室燃料噴射器（１０ｂ）及び副燃焼室壁（１０ｄ）内の少なくとも一つのオリフィス（１０ｅ）を介して前記主燃焼室（１）に連結された副燃焼室（１０ｃ）とを備え、
   前記制御ユニット（１１）は、前記副燃焼室（１０ｃ）の温度に応じて、前記副燃焼室（１０ｃ）内及び／又は前記主燃焼室（１）内への燃料噴射を制御する構成としたことを特徴とする、制御ユニット（１１）。
2. 前記副燃焼室（１０ｃ）の温度が所定温度よりも高い場合に、前記制御ユニット（１１）は、前記主燃料噴射器（８）を制御して、前記内燃機関の圧縮ストロークの間、前記主燃焼室（１）内への噴射を実行する構成としたことを特徴とする、請求項１記載の制御ユニット（１１）。
3. 前記制御ユニット（１１）は、前記副燃焼室（１０ｄ）内の圧力が前記主燃焼室（１）内の圧力よりも低い場合に、前記主燃料噴射器（８）を制御して、前記主燃焼室（１）内への噴射を実行する構成としたことを特徴とする、請求項１及び２の少なくとも一つに記載の制御ユニット（１１）。
4. 前記制御ユニット（１１）は、前記副燃焼室（１０ｄ）の温度に応じて、前記主燃焼室（１）内への噴射燃料量を調整する構成としたことを特徴とする、請求項１～３の少なくとも一つに記載の制御ユニット（１１）。
5. 前記制御ユニット（１１）は、前記副燃焼室（１０ｄ）を制御して、前記副燃焼室（１０ｃ）の温度に応じて、前記副燃焼室（１０ｃ）内への噴射を実行する構成としたことを特徴とする、請求項１～４の少なくとも一つに記載の制御ユニット（１１）。
6. 被測定温度に基づき及び／又は前記制御ユニット内に特性曲線あるいはマップとして記憶された特性パラメータに基づき、前記副燃焼室（１０ｃ）の温度を確定する構成としたことを特徴とする、請求項１～５の少なくとも一つに記載の制御ユニット（１１）。
7. 少なくとも一つのシリンダー（１００）と、少なくとも一つの主燃焼室（１）と、少なくとも一つの吸気ポート（４）と、少なくとも一つの主燃料噴射器（８、９）と、前記主燃焼室（１）内の空燃混合物を点火する構成の少なくとも一つの点火装置（１０）と少なくとも一つの制御ユニット（１１）とを有する内燃機関を制御するための方法であって、
   前記点火装置（１０）が、スパークプラグ（１０ａ）と、副燃焼室燃料噴射器（１０ｂ）と副燃焼室壁（１０ｄ）内の少なくとも一つのオリフィス（１０ｅ）を介して前記主燃焼室（１）に連結された副燃焼室（１０ｃ）とを備え、
   前記副燃焼室（１０ｃ）内及び／又は前記主燃焼室（１）内への燃料噴射は、前記副燃焼室（１０ｃ）の温度に応じて、前記制御ユニット（１１）により制御されることを特徴とする内燃機関を制御するための方法。
8. 前記副燃焼室（１０ｃ）の温度が所定温度よりも高い場合に、前記内燃機関の圧縮ストロークの間、前記主燃焼室（１）内への噴射が、前記主燃料噴射器（８）により実行されることを特徴とする、請求項７記載の内燃機関を制御するための方法。
9. 前記副燃焼室（１０ｄ）内の圧力が前記主燃焼室（１）内の圧力よりも低い場合に、前記主燃焼室（１）内への噴射が前記主燃料噴射器（８）により実行されることを特徴とする、請求項７及び８の少なくとも一つに記載の内燃機関を制御するための方法。
10. 前記主燃焼室（１）内への噴射燃料量が、前記副燃焼室（１０ｃ）の温度に応じて、前記制御ユニット（１１）により調整されることを特徴とする、請求項７～９の少なくとも一つに記載の内燃機関を制御するための方法。
11. 前記副燃焼室（１０ｃ）内への噴射が、前記副燃焼室（１０ｃ）の温度に応じて、前記副燃焼室燃料噴射器（１０ｂ）により実行されることを特徴とする、請求項７～１０の少なくとも一つに記載の内燃機関を制御するための方法。
12. 請求項１～６の少なくとも一つに記載の少なくとも一つの制御ユニットを有する内燃機関。
13. コンピュータにより実行される場合、前記コンピュータに請求項７～１１の少なくとも一つに記載の方法を実行させる指令を含むメモリー内に格納可能なコンピュータプログラム製品。

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