JP6562019B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、主燃焼室内に設けられた副室内で燃料噴射を行う内燃機関に関する。

特許文献１は、主燃焼室と主燃焼室内に設けられた副室とを有する内燃機関を開示している。副室は、連通孔を通して主燃焼室につながっている。副室には燃料噴射弁と点火プラグが設けられており、副室において燃料噴射及び火花点火が行われる。副室内で発生した火炎は、連通孔を通して主燃焼室に噴き出す。

特許文献２も、主燃焼室と主燃焼室内に設けられた副室とを有する内燃機関を開示している。当該内燃機関では、燃料噴射弁は、吸気ポートあるいは主燃焼室に設けられる。圧縮工程において、主燃焼室内の混合気の一部が、連通孔を通して副室内に入る。副室内には点火プラグが設けられており、副室内で火花点火を行うことにより燃焼が開始する。副室内で発生した火炎は、連通孔を通して主燃焼室に噴き出す。

特開２０１５−２１３９１号公報 特開２００９−２１５９７３号公報

上記の特許文献１に開示された内燃機関では、燃料噴射弁及び点火プラグは副室内に設けられ、副室内で燃料噴射及び火花点火が行われる。そして、副室内で発生した火炎は主燃焼室に噴き出し、燃え拡がる。しかしながら、この時に主燃焼室が過度にリーンな状態であると、主燃焼室において火炎がうまく燃え拡がらず、燃焼安定性が低下する。

本発明の１つの目的は、主燃焼室内に設けられた副室内で燃料噴射を行う内燃機関において、主燃焼室が過度にリーンな状態となることを防止することができる技術を提供することにある。

第１の発明は、内燃機関を提供する。
その内燃機関は、
シリンダヘッドと前記シリンダヘッドに対向するピストンとの間に挟まれた主燃焼室と、
前記シリンダヘッド内に形成され、吸気開口部において前記主燃焼室につながる吸気ポートと、
前記シリンダヘッド内に形成され、排気開口部において前記主燃焼室につながる排気ポートと、
前記吸気開口部と前記排気開口部との間の前記シリンダヘッド上に設けられ、複数の連通孔を通して前記主燃焼室とつながる副室と、
前記副室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記副室内で点火を行う点火プラグと
を備える。
前記副室の位置において、タンブル流は、前記副室から見て第１側から第２側に向けて流れる。
前記複数の連通孔は、
前記副室の側壁のうち前記第１側に形成された第１連通孔と、
前記第１連通孔とは異なる第２連通孔と
を含む。
前記第１連通孔の径は、前記第２連通孔の径よりも大きい。

第２の発明は、第１の発明において、更に次の特徴を有する。
前記第２連通孔は、前記副室の前記側壁のうち前記第２側に形成されている。

第３の発明は、第２の発明において、更に次の特徴を有する。
前記第１連通孔と前記第２連通孔は互いに対向している。

第４の発明は、第２又は第３の発明において、更に次の特徴を有する。
前記燃料噴射弁は、前記第１側の方向よりも前記第２側の方向に優先的に燃料を噴射する。

第５の発明は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、更に次の特徴を有する。
前記吸気ポート及び前記主燃焼室には燃料噴射弁は設けられていない。

第６の発明は、第１から第５の発明のいずれかにおいて、更に次の特徴を有する。
吸気行程において、前記燃料噴射弁は、第１噴射量の燃料を前記副室に噴射する。
前記吸気行程の後、点火タイミングよりも前に、前記燃料噴射弁は、前記第１噴射量よりも少ない第２噴射量の燃料を前記副室に噴射する。

第７の発明は、第１から第６の発明のいずれかにおいて、更に次の特徴を有する。
前記複数の連通孔は、更に第３連通孔を含む。
前記第３連通孔は、前記燃料噴射弁から噴射された前記燃料が前記第３連通孔を通過して前記主燃焼室に直接入射するように設けられている。

第８の発明は、内燃機関を提供する。
その内燃機関は、
シリンダヘッドと前記シリンダヘッドに対向するピストンとの間に挟まれた主燃焼室と、
前記シリンダヘッド内に形成され、吸気開口部において前記主燃焼室につながる吸気ポートと、
前記シリンダヘッド内に形成され、排気開口部において前記主燃焼室につながる排気ポートと、
前記吸気開口部と前記排気開口部との間の前記シリンダヘッド上に設けられ、複数の連通孔を通して前記主燃焼室とつながる副室と、
前記副室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記副室内で点火を行う点火プラグと
を備える。
前記複数の連通孔は、
前記副室の側壁のうち前記吸気開口部の側に形成された第１連通孔と、
前記第１連通孔とは異なる第２連通孔と
を含む。
前記第１連通孔の径は、前記第２連通孔の径よりも大きい。

第１の発明によれば、燃料噴射弁は副室内に設けられ、副室内で燃料噴射が行われる。副室の位置において、タンブル流は、副室から見て第１側から第２側に向けて流れる。そして、副室の側壁のうち第１側には、他の連通孔よりも大きい第１連通孔が形成されている。第１側に比較的大きい第１連通孔が形成されているため、タンブル流を効率的に副室内に取り込むことができる。第１連通孔を通してタンブル流が副室内に入ると、副室内の混合気は別の連通孔を通して主燃焼室に押し出される。つまり、タンブル流を利用することによって、副室内の混合気を主燃焼室に効率的に拡散させることが可能となる。これにより、主燃焼室が過度にリーンな状態となることが防止される。その結果、燃焼時に副室から主燃焼室に噴き出す火炎が、主燃焼室内において良好に燃え拡がる。すなわち、優れた燃焼安定性が得られる。

第２の発明によれば、第１連通孔から副室内に導入されたタンブル流は、第２側の第２連通孔を通って流れ出しやすくなる。すなわち、副室内部で、タンブル流の方向に沿うような流動がスムーズに形成されやすくなる。副室内でタンブル流の方向に沿うような流動が発生すると、副室内の混合気は、更に効率的に主燃焼室に拡散しやすくなる。

第３の発明によれば、第１側の第１連通孔と第２側の第２連通孔が互いに対向している。この場合、副室内の混合気を最も効率的に主燃焼室に拡散させることが可能となる。

第４の発明によれば、第１側から第２側の方に流れるタンブル流を考慮することによって、燃料噴射を効率的に実施することが可能となる。

第５の発明によれば、吸気ポート及び主燃焼室には燃料噴射弁は設けられていない。副室内の混合気を主燃焼室に効率的に拡散させることができるため、主燃焼室あるいは吸気ポートに燃料噴射弁を別途設置する必要がないのである。複数の燃料噴射弁のそれぞれを個別に制御する必要がないため、燃料噴射制御がシンプルになる。また、副室に１個の燃料噴射弁を設けるだけで十分なため、製造コストが削減される。

第６の発明によれば、点火タイミングの前に副室内にリッチな混合気を形成することが可能となる。これにより、副室における着火性が向上し、初期火炎を良好に発生させることが可能となる。

第７の発明によれば、燃料噴射弁から噴射された燃料が第３連通孔を通過して主燃焼室に直接入射する。第１連通孔と第３連通孔の両方を用いることによって、混合気及び燃料を更に効率的に主燃焼室に導くことが可能となる。

第８の発明によれば、燃料噴射弁は副室内に設けられ、副室内で燃料噴射が行われる。その副室の側壁のうち吸気側には、他の連通孔よりも大きい第１連通孔が形成されている。一般的に、副室近傍のタンブル流の方向は吸気側から排気側に向かう方向である。吸気側に比較的大きい第１連通孔が形成されているため、タンブル流を効率的に副室内に取り込むことができる。第１連通孔を通してタンブル流が副室内に入ると、副室内の混合気は別の連通孔を通して主燃焼室に押し出される。つまり、タンブル流を利用することによって、副室内の混合気を主燃焼室に効率的に拡散させることが可能となる。これにより、主燃焼室が過度にリーンな状態となることが防止される。その結果、燃焼時に副室から主燃焼室に噴き出す火炎が、主燃焼室内において良好に燃え拡がる。すなわち、優れた燃焼安定性が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の構成例を概略的に示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の構成例を概略的に示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関における燃焼を説明するための概念図である。 本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の主燃焼室内のタンブル流を説明するための概念図である。 本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の副室の構成例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の副室における燃料噴射及び燃料拡散を説明するための断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の副室における燃料噴射及び燃料拡散の他の例を説明するための断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関における燃料噴射制御に関連する構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関における燃料噴射制御の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の副室の構成例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の副室における燃料噴射を説明するための概念図である。 本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の副室における燃料噴射を説明するための概念図である。 本発明の第３の実施の形態に係る内燃機関の副室における燃料噴射を説明するための概念図である。 本発明の第３の実施の形態に係る内燃機関の副室における燃料噴射を説明するための概念図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

１．第１の実施の形態
１−１．基本構成
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関１の構成例を概略的に示す断面図である。内燃機関１は、主な構成として、主燃焼室１０、吸気ポート３０、排気ポート４０、副室５０、燃料噴射弁６０、及び点火プラグ７０を備えている。

主燃焼室１０は、シリンダブロック２０、ピストン２２、及びシリンダヘッド２３によって囲まれた空間である。より詳細には、シリンダブロック２０は、主燃焼室１０の側壁を形成する円筒状のシリンダライナ２１（シリンダボア）を備えている。図中、円筒状のシリンダライナ２１の中心軸は、符号“Ｃ”で示されている。ピストン２２は、シリンダライナ２１の軸方向に沿って往復移動可能なように配置されている。このピストン２２の上面が、主燃焼室１０の底面を形成している。シリンダヘッド２３は、ピストン２２と対向するようにシリンダブロック２０上に設置されている。シリンダヘッド２３の底面であるヘッド底面２４が、主燃焼室１０の上面を形成している。このように、ピストン２２とシリンダヘッド２３（ヘッド底面２４）とは対向しており、主燃焼室１０は、それらピストン２２とシリンダヘッド２３との間に挟まれている。

ここで、以下の説明において用いる座標系を定義する。「Ｚ方向」は、ピストン２２が移動する方向であり、中心軸Ｃと平行である。「ＸＹ平面」は、Ｚ方向と直交する平面である。

吸気ポート３０は、主燃焼室１０に吸気ガスを供給する。より詳細には、吸気ポート３０は、シリンダヘッド２３内に形成されており、且つ、主燃焼室１０につながっている。吸気ポート３０の主燃焼室１０に対する開口部は、吸気開口部３１である。つまり、吸気ポート３０は、吸気開口部３１において主燃焼室１０につながっている。吸気開口部３１には、吸気バルブ３２が開閉可能に設けられている。

排気ポート４０は、主燃焼室１０から排気ガスを排出する。より詳細には、排気ポート４０は、シリンダヘッド２３内に形成されており、且つ、主燃焼室１０につながっている。排気ポート４０の主燃焼室１０に対する開口部は、排気開口部４１である。つまり、排気ポート４０は、排気開口部４１において主燃焼室１０につながっている。排気開口部４１には、排気バルブ４２が開閉可能に設けられている。

副室５０は、主燃焼室１０内に配置されている。より詳細には、図１に示されるように、副室５０は、吸気開口部３１と排気開口部４１との間のシリンダヘッド２３（ヘッド底面２４）上に設けられている。副室５０は、シリンダヘッド２３から主燃焼室１０の方に向けて突出しているが、上死点におけるピストン２２とは干渉しない。更に、副室５０は、主燃焼室１０とつながる複数の連通孔５１を有している。つまり、副室５０は、複数の連通孔５１を通して主燃焼室１０とつながっている。

燃料噴射弁６０は、副室５０内に燃料を噴射するように設けられている。より詳細には、燃料噴射弁６０は、副室５０の上部（シリンダヘッド２３側）に取り付けられている。図１に示される例では、燃料噴射弁６０は、中心軸Ｃ近傍においてシリンダヘッド２３から副室５０に突出するように設けられている。

点火プラグ７０は、副室５０内で火花点火を行うことができるように設けられている。すなわち、本実施の形態に係る内燃機関１は、副室５０内で火花点火を行い燃焼を開始する方式を採用している。

図２は、Ｚ方向から見たときの、つまり、ＸＹ面における、吸気開口部３１、排気開口部４１、及び副室５０の配置例を示している。

図２に示される配置例では、単一の主燃焼室１０に対して、複数の吸気開口部３１−１、３１−２と複数の排気開口部４１−１、４１−２が設けられている。それら吸気開口部３１−１、３１−２及び排気開口部４１−１、４１−２は、主燃焼室１０の中心軸Ｃの周りを囲むように配置されている。そして、副室５０は、主燃焼室１０の中心軸Ｃの近傍に配置されている。つまり、副室５０は、吸気開口部３１−１、３１−２及び排気開口部４１−１、４１−２によって囲まれている。

尚、既出の図１は、図２中の線Ａ−Ａに沿った断面図に相当する。また、図２中の線Ｂ−Ｂは、吸気側と排気側とを区分する線である。線Ｂ−Ｂは、Ｙ方向と平行であり、且つ、副室５０の位置を通っている。この線Ｂ−Ｂ（副室５０）から見て吸気開口部３１−１、３１−２が存在する側が、「吸気側」である。一方、線Ｂ−Ｂ（副室５０）から見て排気開口部４１−１、４１−２が存在する側が、「排気側」である。

以上に説明された本実施の形態に係る内燃機関１における基本的な燃焼プロセスは、次の通りである。

吸気・圧縮行程において、燃料噴射弁６０から副室５０内に燃料が噴射され、副室５０内で混合気が形成される。混合気の一部は、副室５０の連通孔５１を通して、主燃焼室１０内に供給される。そして、所定の点火タイミングにおいて、点火プラグ７０が副室５０内で火花点火を行う。これにより、副室５０内で燃焼が開始し、初期火炎が発生する。そして、副室５０内で発生した火炎は、図３に示されるように、連通孔５１を通して主燃焼室１０に勢いよく噴き出す。副室５０から連通孔５１を通して主燃焼室１０に噴き出す火炎は、ジェット８０とも呼ばれる。高エネルギーのジェット８０は主燃焼室１０内で燃え拡がり、それにより主燃焼室１０内で燃焼が進行する。

１−２．副室の構成
上述の通り、本実施の形態によれば、燃料噴射弁６０及び点火プラグ７０は副室５０内に設けられ、副室５０内で燃料噴射及び火花点火が行われる。そして、副室５０内で発生した火炎はジェット８０として主燃焼室１０に噴き出し、燃え拡がる。このように副室５０及びジェット８０を利用することによって、全体としてリーンな燃焼を実現することが可能となる。

しかしながら、主燃焼室１０が過度にリーンな状態であると、ジェット８０がうまく燃え拡がらず、燃焼安定性が低下する。ジェット８０を良好に成長させるためには、副室５０だけでなく主燃焼室１０内においても、ある程度の量の混合気を形成しておくことが必要である。ここで、副室５０内の燃料噴射弁６０とは別に、主燃焼室１０あるいは吸気ポート３０に燃料を噴射するための別の燃料噴射弁を設けることも考えられる。しかしながら、その場合、複数の燃料噴射弁のそれぞれを制御する必要があり、燃料噴射制御が複雑となる。更に、製造コストも増大する。そこで、本実施の形態では、副室５０内の燃料噴射弁６０だけを用い、燃料噴射弁６０から副室５０に噴射された燃料を主燃焼室１０の方にもうまく分配することを考える。

特に、本実施の形態では、副室５０内で形成される混合気を主燃焼室１０の方に効率的に移動（拡散）させることを考える。そのために、本実施の形態では、副室５０近傍の「タンブル流」が利用される。

図４は、主燃焼室１０内のタンブル流ＦＴを説明するための概念図である。図４のフォーマットは既出の図１のフォーマットと同じであるが、吸気バルブ３２及び排気バルブ４２の図示は省略されている。吸気工程において、吸気ポート３０から主燃焼室１０に吸気ガスが吸い込まれる。その結果、吸気開口部３１付近には吸気流ＦＩが発生し、また、主燃焼室１０内にはタンブル流ＦＴが発生する。図４に示される例では、主燃焼室１０内の副室５０近傍のタンブル流ＦＴの方向は、吸気側から排気側に向かう方向である。

本実施の形態によれば、タンブル流ＦＴを副室５０内に取り込むことによって、副室５０内の混合気を効率的に主燃焼室１０の方に拡散させる。図４に示される例では、副室５０近傍のタンブル流ＦＴの方向は、吸気側から排気側に向かう方向である。そのようなタンブル流ＦＴを副室５０内に取り込むためには、副室５０の吸気側に連通孔５１が存在することが重要である。タンブル流ＦＴを取り込むための吸気側の連通孔５１は、以下「第１連通孔５１ｉ」と呼ばれる。

図５は、本実施の形態に係る副室５０の構成例を示す斜視図である。副室５０の側壁５０ｓは、Ｚ方向と平行であり、ＸＹ平面と直交している。この側壁５０ｓに、複数の連通孔５１が形成されている。複数の連通孔５１は、上述の第１連通孔５１ｉを含んでいる。吸気側から排気側に向けて流れるタンブル流ＦＴを副室５０内に取り込むために、第１連通孔５１ｉは、副室５０の側壁５０ｓのうち吸気側に形成されている。

更に、図５に示されるように、第１連通孔５１ｉは、他の連通孔５１（第２連通孔）よりも大きい。その理由は、次の通りである。副室５０内の混合気を効率的に主燃焼室１０に送り出すためには、なるべく多くのタンブル流ＦＴを副室５０内に取り込むことが好適である。この観点から、第１連通孔５１ｉは比較的大きく形成される。一方、火花点火後のジェット８０の噴き出しの観点から言えば、連通孔５１の径（サイズ）は小さい方が好ましい。連通孔５１の径が大きくなるにつれ、その連通孔５１を通して噴き出すジェット８０の勢いが弱くなるからである。従って、本実施の形態によれば、第１連通孔５１ｉは、その径（サイズ）が他の連通孔５１の径よりも大きくなるように形成される。これにより、ジェット８０の勢いを確保しつつ、タンブル流ＦＴを効率的に副室５０に取り込むことが可能となる。

図６は、本実施の形態に係る副室５０における燃料噴射及び燃料拡散を説明するための断面図である。図６には、図５中の線Ｄ−Ｄに沿った副室５０の断面構造、すなわち、第１連通孔５１ｉを通る断面構造が概略的に示されている。主燃焼室１０内のタンブル流ＦＴは、第１連通孔５１ｉを通して副室５０内に導かれる。タンブル流ＦＴが副室５０内に入ると、その分だけ、副室５０内のガスが別の連通孔５１を通して主燃焼室１０に押し出される。すなわち、副室５０内で流動が発生する。このような状況において、燃料噴射弁６０は副室５０内に燃料を噴射する。燃料噴射弁６０から噴射される燃料は、典型的には噴霧状であり、図中の符号“９０”で表されている。噴霧燃料９０と空気の混合気は、副室５０内の流動に乗って、効率的に主燃焼室１０に移動（拡散）する。

図５及び図６に示される例では、第１連通孔５１ｉ以外の連通孔５１は、排気側連通孔５１ｅも含んでいる。排気側連通孔５１ｅは、副室５０の側壁５０ｓのうち排気側に形成されている。このような排気側連通孔５１ｅが存在する場合、吸気側の第１連通孔５１ｉから副室５０内に導入されたタンブル流ＦＴは、排気側連通孔５１ｅを通って流れ出しやすくなる。すなわち、副室５０内部で、タンブル流ＦＴの方向に沿うような流動がスムーズに形成されやすくなる。副室５０内でタンブル流ＦＴの方向に沿うような流動が発生すると、副室５０内の混合気は、更に効率的に主燃焼室１０に移動（拡散）しやすくなり、好適である。特に、図５及び図６に示されるように第１連通孔５１ｉと排気側連通孔５１ｅが互いに対向している場合、副室５０内の混合気を最も効率的に主燃焼室１０に移動させることができる。

但し、排気側連通孔５１ｅは必須ではない。例えば、図７に示されるように、第１連通孔５１ｉと対向する位置に排気側連通孔５１ｅが存在しなくてもよい。その場合であっても、第１連通孔５１ｉを通してタンブル流ＦＴが副室５０内に入ると、副室５０内の混合気は別の連通孔５１を通して主燃焼室１０に押し出される。すなわち、タンブル流ＦＴを利用して副室５０内の混合気を主燃焼室１０に効率的に拡散させるという作用、効果は得られる。

また、副室５０の位置におけるタンブル流ＦＴの方向は、必ずしも図４の例で示された方向でなくてもよい。例えば、副室５０の位置において、タンブル流ＦＴは、排気側から吸気側に向けて流れてもよい。一般化すれば、副室５０の位置において、タンブル流ＦＴは、副室５０から見て第１側から第２側に向けて流れる。第１連通孔５１ｉは、副室５０の側壁５０ｓのうち第１側に形成されていればよい。

１−３．燃料噴射制御の例
次に、本実施の形態に係る内燃機関１における燃料噴射制御の一例を説明する。図８は、本実施の形態に係る燃料噴射制御に関連する構成を示すブロック図である。燃料噴射制御は、内燃機関１の制御装置１００によって行われる。制御装置１００は、プロセッサ、記憶装置、及び入出力インターフェースを備えるマイクロコンピュータであり、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ばれる。この制御装置１００が、燃料噴射弁６０からの燃料噴射を制御する。

図９は、本実施の形態に係る燃料噴射制御の一例を示すタイミングチャートである。横軸はクランク角を表し、縦軸は燃料噴射弁６０からの燃料噴射量を表している。本実施の形態によれば、制御装置１００は、１エンジンサイクルにおいて燃料噴射を多段階で実施する。図９に示される例では、制御装置１００は、１エンジンサイクルにおいて燃料噴射を２回実施する。

より詳細には、制御装置１００は、吸気行程において、第１回目の燃料噴射を行う。第１回目の燃料噴射では、燃料噴射弁６０は、第１噴射量の燃料を副室５０に噴射する。これにより、噴霧燃料９０と空気の混合気が副室５０内で形成される。混合気の一部は、副室５０の連通孔５１を通して、主燃焼室１０内に拡散する（図６、図７参照）。

その後、制御装置１００は、圧縮行程において、第２回目の燃料噴射を行う。より詳細には、制御装置１００は、点火タイミングＳＡの直前に第２回目の燃料噴射を行う。この第２回目の燃料噴射では、燃料噴射弁６０は、第２噴射量の燃料を副室５０に噴射する。第２噴射量は、微小量であり、第１回目の燃料噴射における第１噴射量よりも少ない。

尚、１エンジンサイクルにおける燃料噴射の回数は２回に限られない。１エンジンサイクルにおいて燃料噴射は３回以上実施されてもよい。いずれの場合であっても、制御装置１００は、点火タイミングＳＡの直前に、最後の燃料噴射を行い、微少量の燃料を副室５０に供給する。

このように、本実施の形態によれば、点火タイミングＳＡの直前に燃料噴射が行われ、微小量の燃料が副室５０に供給される。その結果、副室５０内にリッチな混合気が形成された状態で点火が行われることになる。すなわち、副室５０における着火性が向上し、初期火炎を良好に発生させることが可能となる。このような燃料噴射制御が可能なのは、副室５０内に燃料噴射弁６０が設けられているからである。つまり、副室５０内に燃料噴射弁６０を設けることによって、副室５０内にはリッチな混合気を形成し、全体としてはリーンな燃焼を実現することが可能となる。

１−４．効果
本実施の形態によれば、燃料噴射弁６０は副室５０内に設けられ、副室５０内で燃料噴射が行われる。副室５０の位置において、タンブル流ＦＴは、副室５０から見て第１側から第２側に向けて流れる。そして、副室５０の側壁５０ｓのうち第１側には、他の連通孔５１よりも大きい第１連通孔５１ｉが形成されている。第１側に比較的大きい第１連通孔５１ｉが存在するため、タンブル流ＦＴを効率的に副室５０内に取り込むことができる。第１連通孔５１ｉを通してタンブル流ＦＴが副室５０内に入ると、副室５０内の混合気は別の連通孔５１を通して主燃焼室１０に押し出される。つまり、タンブル流ＦＴを利用することによって、副室５０内の混合気を主燃焼室１０に効率的に拡散させることが可能となる。これにより、主燃焼室１０が過度にリーンな状態となることが防止される。その結果、燃焼時に副室５０から主燃焼室１０に噴き出すジェット８０が、主燃焼室１０内において良好に燃え拡がる。すなわち、優れた燃焼安定性が得られる。

また、本実施の形態によれば、副室５０内の混合気を主燃焼室１０に効率的に拡散させることができるため、主燃焼室１０あるいは吸気ポート３０に燃料噴射弁を別途設置する必要はない。燃料噴射弁６０を副室５０だけに設け、その燃料噴射弁６０から副室５０に燃料を噴射するだけで、主燃焼室１０にも混合気を良好に形成することが可能である。複数の燃料噴射弁のそれぞれを個別に制御する必要がないため、燃料噴射制御がシンプルになる。また、副室５０に１個の燃料噴射弁６０を設けるだけで十分なため、製造コストが削減される。

更に、本実施の形態によれば、副室５０内に燃料噴射弁６０が設けられているため、副室５０内にリッチな混合気を形成することが可能となる。特に、点火タイミングＳＡの直前に燃料噴射を行うことによって、副室５０内にリッチな混合気が形成された状態で点火を行うことが可能となる。これにより、副室５０における着火性が向上し、初期火炎を良好に発生させることが可能となる。

２．第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態では、燃料噴射弁６０から副室５０に噴射された燃料が、少なくとも一部の連通孔５１を通過して、主燃焼室１０に直接入射する。燃料噴射弁６０から噴射された燃料が直接通過する連通孔５１は、以下「直噴連通孔５１ｄ」と呼ばれる。

図１０は、本実施の形態に係る副室５０の構成例を示す斜視図である。第１の実施の形態の場合と同様に、副室５０の側壁５０ｓには複数の連通孔５１が形成されている。それら複数の連通孔５１は、上述の第１連通孔５１ｉに加えて、直噴連通孔５１ｄ（第３連通孔）も含んでいる。つまり、複数の連通孔５１の一部が、直噴連通孔５１ｄとして形成されている。図１０に示される例では、直噴連通孔５１ｄは、第１連通孔５１ｉよりも下方（ピストン２２側）に形成されている。

図１１及び図１２は、本実施の形態に係る副室５０における燃料噴射を説明するための概念図である。より詳細には、図１１は、燃料噴射弁６０からの噴霧燃料９０を、直噴連通孔５１ｄの位置におけるＸＹ断面と共に示している。図１２は、図１１中の線Ｅ−Ｅに沿った副室５０の断面構造を概略的に示している。

図１１及び図１２に示されるように、直噴連通孔５１ｄは、燃料噴射弁６０からの噴霧燃料９０が直噴連通孔５１ｄを通過して主燃焼室１０に直接入射するように設けられている。言い換えれば、直噴連通孔５１ｄの位置は、噴霧燃料９０の狙い方向と一致している。従って、副室５０に噴射された噴霧燃料９０を主燃焼室１０に直接導くことが可能となる。典型的には、図９で示された第１回目の燃料噴射による噴霧燃料９０が、直噴連通孔５１ｄを通って主燃焼室１０に直接供給される。

このように、本実施の形態によれば、複数の連通孔５１の一部が、直噴連通孔５１ｄとして形成される。直噴連通孔５１ｄを設けることによって、燃料噴射弁６０から副室５０に噴射された燃料を主燃焼室１０に直接供給することが可能となる。上記の第１連通孔５１ｉと直噴連通孔５１ｄの両方を用いることによって、混合気及び燃料を更に効率的に主燃焼室１０に導くことが可能となる。

３．第３の実施の形態
図１３及び図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る副室５０における燃料噴射を説明するための概念図である。より詳細には、図１３は、燃料噴射弁６０からの噴霧燃料９０を、直噴連通孔５１ｄの位置におけるＸＹ断面と共に示している。図１４は、図１３中の線Ｆ−Ｆに沿った副室５０の断面構造を概略的に示している。

本実施の形態によれば、第１側から第２側の方に流れるタンブル流ＦＴを考慮して、燃料噴射が効率的に行われる。より詳細には、燃料噴射弁６０は、第１側の方向よりも第２側の方向に優先的に燃料を噴射する。言い換えれば、燃料噴射弁６０は、第２側の方向に燃料噴射が集中するように、非対称的に燃料噴射を行う。

図１４に示されるように、副室５０内の第２側領域で形成された混合気は、第１側から第２側の方に流れるタンブル流ＦＴによって、効率的に主燃焼室１０に拡散する。また、第２側の直噴連通孔５１ｄを直接通過した噴霧燃料９０は、第１側から第２側の方に流れるタンブル流ＦＴによって、効率的に主燃焼室１０内に行き渡る。

このように、本実施の形態によれば、第１側から第２側の方に流れるタンブル流ＦＴの方向を考慮することによって、燃料噴射を効率的に実施することが可能となる。

１ 内燃機関
１０ 主燃焼室
２０ シリンダブロック
２１ シリンダライナ
２２ ピストン
２３ シリンダヘッド
２４ ヘッド底面
３０ 吸気ポート
３１、３１−１、３１−２ 吸気開口部
３２ 吸気バルブ
４０ 排気ポート
４１、４１−１、４１−２ 排気開口部
４２ 排気バルブ
５０ 副室
５０ｓ 側壁
５１ 連通孔
５１ｉ 第１連通孔
５１ｅ 排気側連通孔
５１ｄ 直噴連通孔
６０ 燃料噴射弁
７０ 点火プラグ
８０ ジェット
９０ 噴霧燃料
１００ 制御装置
ＦＴ タンブル流

Claims (6)

1. シリンダヘッドと前記シリンダヘッドに対向するピストンとの間に挟まれた主燃焼室と、
   前記シリンダヘッド内に形成され、吸気開口部において前記主燃焼室につながる吸気ポートと、
   前記シリンダヘッド内に形成され、排気開口部において前記主燃焼室につながる排気ポートと、
   前記吸気開口部と前記排気開口部との間の前記シリンダヘッド上に設けられ、複数の連通孔を通して前記主燃焼室とつながる副室と、
   前記副室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記副室内で点火を行う点火プラグと
   を備え、
   前記副室の位置において、タンブル流は、前記副室から見て第１側から第２側に向けて流れ、
   前記複数の連通孔は、
   前記副室の側壁のうち前記第１側に形成された第１連通孔と、
   前記副室の前記側壁のうち前記第２側に形成された、前記第１連通孔とは異なる第２連通孔と
   を含み、
   前記第１連通孔の径は、前記第２連通孔の径よりも大きく、
   前記燃料噴射弁は、前記第１側の方向よりも前記第２側の方向に優先的に燃料を噴射する
   内燃機関。
2. 請求項１に記載の内燃機関であって、
   前記第１連通孔と前記第２連通孔は互いに対向している
   内燃機関。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関であって、
   前記吸気ポート及び前記主燃焼室には燃料噴射弁は設けられていない
   内燃機関。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関であって、
   吸気行程において、前記燃料噴射弁は、第１噴射量の燃料を前記副室に噴射し、
   前記吸気行程の後、点火タイミングよりも前に、前記燃料噴射弁は、前記第１噴射量よりも少ない第２噴射量の燃料を前記副室に噴射する
   内燃機関。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関であって、
   前記複数の連通孔は、更に第３連通孔を含み、
   前記第３連通孔は、前記燃料噴射弁から噴射された前記燃料が前記第３連通孔を通過して前記主燃焼室に直接入射するように設けられている
   内燃機関。
6. シリンダヘッドと前記シリンダヘッドに対向するピストンとの間に挟まれた主燃焼室と、
   前記シリンダヘッド内に形成され、吸気開口部において前記主燃焼室につながる吸気ポートと、
   前記シリンダヘッド内に形成され、排気開口部において前記主燃焼室につながる排気ポートと、
   前記吸気開口部と前記排気開口部との間の前記シリンダヘッド上に設けられ、複数の連通孔を通して前記主燃焼室とつながる副室と、
   前記副室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記副室内で点火を行う点火プラグと
   を備え、
   前記複数の連通孔は、
   前記副室の側壁のうち前記吸気開口部の側に形成された第１連通孔と、
   前記副室の前記側壁のうち前記排気開口部に形成された、前記第１連通孔とは異なる第２連通孔と
   を含み、
   前記第１連通孔の径は、前記第２連通孔の径よりも大きく、
   前記燃料噴射弁は、前記吸気開口部の方向よりも前記排気開口部の方向に優先的に燃料を噴射する
   内燃機関。

Images