JPH0633769A - 副室点火式内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 副室点火式内燃機関において、安定した希薄
燃焼を実現する。 【構成】 燃焼室４に噴口８を介して連通する副室６
と、副室６に臨む点火栓７とを備える副室点火式内燃機
関において、吸気通路１１に燃料を噴射する主燃料噴射
弁１５と、圧縮行程で副室６に燃料を直接噴射する副燃
料噴射弁１４とを設け、機関冷間時に副燃料噴射弁１４
からの燃料の噴射を停止する制御装置３２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、副室点火式内燃機関の
改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】吸気通路に気化器や燃料噴射弁を備える
予混合式の点火式内燃機関では、過渡的運転時などに燃
料の輸送遅れにより出力特性や排気エミッションが悪化
するという問題があり、これを解決するため燃焼室と連
通する副室に点火栓を臨ませ、副室に燃料を直接的に噴
射供給する副室点火式内燃機関が考えられている。

【０００３】従来の副室点火式内燃機関として、例えば
特開昭５２−４７１３２号公報に開示されたものは、図
８に示すように、ピストン５３によって画成される燃焼
室５４と、燃焼室５４に連通する副室５５と、副室５５
に臨む燃料噴射弁５６および点火栓５７を備えている。

【０００４】これは、ピストン５３が下降する吸気行程
で、吸気弁５１の開弁に伴って吸気通路５２から燃焼室
５４に空気が吸入されるとともに、燃料噴射弁５６から
副室５５に燃料が直接噴射され、圧縮上死点付近では副
室５５に比較的濃い混合気をつくって、点火栓５７によ
る着火性を高めるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来装置にあっては、燃料噴射弁５６の噴射時期が
吸気行程に設定されているため、吸気行程で噴射された
燃料の大部分が圧縮行程で燃焼室５４に逃げてしまい、
希薄燃焼をさせる場合に圧縮上死点付近では副室５５に
おける混合気濃度を十分に高めることができず、点火栓
５７による着火性が損なわれるという問題点があった。

【０００６】また、狭い空間である副室５５内に燃料噴
射弁５６から直接燃料が噴射されるため、壁温が十分に
上昇していない機関の冷間時では燃料の壁流が生じやす
く、燃料と空気の混合が十分に行われず、燃焼性や排気
エミッションの悪化を招くという問題点があった。

【０００７】本発明は上記の問題点に着目し、副室点火
式内燃機関において、安定した希薄燃焼を実現すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃焼室に噴口
を介して連通する副室と、副室に臨む点火栓とを備える
副室点火式内燃機関において、機関の吸気通路に燃料を
供給する第一の燃料供給手段と、少なくとも圧縮行程で
副室に燃料を直接噴射する第二の燃料供給手段と、機関
の温度状態を検出する手段と、機関冷間時に第二の燃料
供給手段からの燃料の噴射を停止して第一の燃料供給手
段から燃料を供給する制御手段とを設ける。

【０００９】

【作用】機関の暖機後、第一の燃料供給手段から供給さ
れる燃料が吸気通路を通って空気と混合しながら燃焼室
に吸入され、燃焼室に所定の濃度の混合気が充填され
る。

【００１０】ピストンが上昇する圧縮行程では、第二の
燃料供給手段から副室に燃料が直接噴射されることによ
り、燃料が燃焼室に逃げずに副室の混合気は所定の濃い
空燃比に保たれ、着火性を維持できる。

【００１１】これにより、全体として理論空燃比よりか
なり薄い空燃比で希薄燃焼させる場合にも、点火栓の近
傍に燃料の多くを集める混合気の成層化をはかり、点火
に伴って副室内に安定した初期火炎核を生成し、噴口か
ら強い燃焼火炎を燃焼室に噴出させることで、燃焼室の
混合気を拡散燃焼させて、円滑な希薄燃焼を実現する。

【００１２】機関の冷間時、第二の燃料供給手段からの
燃料供給を停止して、第一の燃料供給手段から燃料を供
給することにより、ピストンの下降に伴って燃料が吸気
通路を通って燃焼室に運ばれ、ピストンの上昇に伴って
燃焼室で圧縮される過程で、燃料の気化に必要な時間が
確保され、燃料と空気の混合が十分に行われる。このと
き、第二の燃料供給手段からの燃料の供給が停止される
ことにより、壁温が十分に上昇していない副室内に燃料
の壁流が生じることを防止される。副室にはピストンの
上昇に伴って燃焼室の混合気が噴口を通って充填され、
安定した着火性を維持できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を４ストローク内燃機関に適用
した実施例を添付図面に基づいて説明する。

【００１４】第１実施例は、図１に示すように、エンジ
ンブロック（シリンダヘッド）１とピストン３の間に燃
焼室４が画成され、この燃焼室４の中央部に副室６がド
ーム状のキャップ５を介して画成される。副室６には点
火栓７が臨んでいるとともに、連通管１６を介してアシ
ストエア式の副燃料噴射弁１４が臨んでいる。

【００１５】ドーム状のキャップ５は点火栓ボス部１８
から燃焼室４に挿入され、その上端つば部１９が点火栓
ボス部１８に螺合するスリーブ２０を介して締結され、
スリーブ２０の内側に点火栓７が螺合して取付けられ
る。

【００１６】キャップ５には複数の噴口８が形成され、
副室６はこの噴口８を介して燃焼室４と連通する。

【００１７】第一の燃料供給手段として、図２に示すよ
うに、吸気通路１１には主燃料噴射弁１５が設けられ
る。燃焼室４には副室６のまわりに２つの吸気弁１３と
排気弁１２が設けられ、各吸気弁１３は吸気通路１１
を、各排気弁１２は排気通路１０をエンジン回転に同期
してそれぞれ所定のタイミングで開閉する。

【００１８】第二の燃料供給手段として設けられるアシ
ストエア式の副燃料噴射弁１４は、図３にも示すよう
に、燃料入口２１と空気入口２２および出口２３を備
え、出口２３から燃料と空気を同時に噴射するようにな
っている。

【００１９】燃料入口２１には図示しない燃料配管を介
して所定の加圧燃料が供給され、副燃料噴射弁１４はこ
れに内蔵される電磁弁が駆動パルスを受けて開弁するこ
とにより所定量の燃料が出口２３から噴射される。

【００２０】図３に示すように、空気入口２２には空気
配管２４が接続され、蓄圧容器２７に蓄えられた加圧空
気が空気ギャラリー２６を通り、各気筒毎に設けられる
電磁弁２５を経て供給される。蓄圧容器２７にはエアポ
ンプ２８から吐出される加圧空気がレギュレータ２９を
介して蓄えられる。これにより、電磁弁２５の開弁に伴
って副燃料噴射弁１４の出口２３から加圧空気が噴出
し、上記噴射燃料と混合しながら連通管１６を通って副
室６に供給される。

【００２１】点火栓７は、点火装置３１からイグニッシ
ョンコイルに発生した高電圧が供給されることにより、
その電極９間に火花放電を起こして、副室６内で圧縮さ
れた混合気に着火させるようになっている。

【００２２】制御装置３２は、機関負荷、回転数等の各
種運転状態の検出信号と、機関を循環する冷却水温度を
検出するセンサ３３からの検出信号を入力して、主燃料
噴射弁１５、副燃料噴射弁１４からの燃料噴射量および
噴射時期を制御し、電磁弁２５を介して空気噴出時期を
制御するとともに、点火栓７を点火する点火装置３１の
点火時期を制御する。

【００２３】制御装置３２は、冷却水温度センサ３３か
らの検出信号に基づいて、冷却水温度が所定値より高い
機関暖機後に副燃料噴射弁１４から燃料および空気を噴
射するとともに、主燃料噴射弁１５から燃料を供給する
一方、冷却水温度が所定値以下の機関冷間時に副燃料噴
射弁１４からの燃料の噴射を停止して主燃料噴射弁１５
みから燃料を供給する。

【００２４】制御装置３２では、図４に示すように、点
火時期が圧縮上死点前に設定され、主燃料噴射弁１５の
燃料噴射時期が吸気行程から圧縮行程の初期にかけて設
定され、副燃料噴射弁１４の燃料噴射時期が圧縮行程に
設定され、同じく副燃料噴射弁１４の空気噴射時期が圧
縮行程と排気行程の２回に分けて設定される。すなわ
ち、副燃料噴射弁１４は圧縮行程では燃料と空気を同時
に噴射し、排気行程では空気のみを噴射するようになっ
ている。

【００２５】制御装置３２は、主燃料噴射弁１５の燃料
噴射量を機関負荷に応じて変化させるが、機関暖機後に
副燃料噴射弁１４の燃料噴射量を運転状態によらず一定
に制御する。これにより、副燃料噴射弁１４からは常に
少量の燃料が噴射されて、副燃料噴射弁１４が噴射を終
える圧縮上死点の手前では副室６内に点火栓７による着
火に適した所定の空燃比の混合気が充填される。一方、
主燃料噴射弁１５の燃料噴射量は、冷間時に着火に適し
た空燃比が得られるように制御されるが、暖機後には理
論空燃比より希薄化が可能となる。

【００２６】ここで、前記した機関の冷間時と暖機後で
副燃料噴射弁１４の作動を切換える制御について、図５
に示すフローチャートにしたがって説明する。

【００２７】まず、ステップ１で冷却水温度センサ３３
からの検出信号を読込み、ステップ２で冷却水温度が所
定値以下の冷間時か否かを判定する。

【００２８】冷間時と判定された場合は、ステップ３と
４に進んで副燃料噴射弁１４からの燃料および空気（ア
シストエア）の噴射を停止する。

【００２９】暖機後と判定さた場合は、ステップ５と６
進んで副燃料噴射弁１４からの燃料および空気（アシス
トエア）の噴射を開始する。

【００３０】続いてステップ７に進んで主燃料噴射弁１
５の燃料噴射期間（燃料噴射量）を機関負荷に応じて算
出し、ステップ８で主燃料噴射弁１５の燃料噴射信号を
出力する。

【００３１】次に、作用について説明する。

【００３２】ピストン３が下降する吸気行程では、主燃
料噴射弁１５から噴射された燃料が吸気通路１１を通っ
て空気と混合しながら燃焼室４に吸入され、燃焼室４に
所定の濃度の混合気が充填される。

【００３３】暖機後では、ピストン３が上昇する圧縮行
程において、副燃料噴射弁１４から副室６に燃料と空気
が直接噴射されることで、副室６から混合気が燃焼室４
に充填されることを抑えられ、副室６の混合気は所定の
濃い空燃比に保たれ、安定した着火性能を維持できる。

【００３４】同じく圧縮行程で、筒内圧が所定値以下の
ときに副室６に燃料と共に空気が一緒に噴射されること
により、副室６における燃料の微粒化および燃料と空気
の混合が促進され、また高温となったキャップ５が燃料
を蒸発させ、さらに噴射される空気流により副室６に強
いガス流動が生起されるため、着火性を高められる。

【００３５】これにより、理論空燃比よりかなり薄い空
燃比で希薄燃焼させる場合にも、副室６の空燃比を燃焼
室４の平均空燃比より濃くして、圧縮上死点の手前で点
火時期を迎える点火栓７の近傍に燃料の多くを集めて混
合気の成層化をすることができ、副室６内に安定した初
期火炎核を生成し、副室６から強い燃焼火炎を各噴口８
から燃焼室４に噴出させ、燃焼室４の混合気を拡散燃焼
させる。これにより燃焼室４での円滑な希薄燃焼を実現
し、燃費の低減、排気エミッションの改善、高出力化が
はかれる。

【００３６】また副燃料噴射弁１４からの噴射燃料が空
気と共に高温となったキャップ５に衝突することで、燃
料の気化潜熱によりキャップ５を冷却し、自着火を防止
するとともに、キャップ５の過熱を防止することができ
る。

【００３７】これに対して冷間時では、主燃料噴射弁１
５のみから燃料を供給することにより、ピストン３の下
降に伴って燃料が吸気通路１１を通って燃焼室４に運ば
れ、ピストン３の上昇に伴って燃焼室４で圧縮される過
程で、燃料が気化する時間が確保され、燃料と空気の混
合が十分に行われる。このとき、副燃料噴射弁１４から
の燃料および空気の噴射が停止されることにより、その
温度が十分に上昇していないキャップ５に燃料の壁流が
生じることを防止される。副室６にはピストン３の上昇
に伴って燃焼室４の混合気が噴口８を通って充填される
が、空燃比は暖機後より濃い所定の濃度に保たれるた
め、安定した着火性を維持でき、未燃焼ＨＣの排出量を
低減することができる。

【００３８】排気行程では、冷間時と暖機後にかかわら
ず常に、副室６内に副燃料噴射弁１４から加圧空気が供
給されることにより、副室６内の掃気が十分に行われ、
次のサイクルの着火を安定させることができる。

【００３９】次に、図６に示した第２の実施例は、副室
６に臨んで光ビーム式点火栓４１が設けられるものであ
る。

【００４０】光ビーム式点火栓４１はキャップ５の上部
に凸レンズ４２を備え、凸レンズ４２の焦点距離は１０
ｍｍ程度に設定され、図示しない発光装置から所定の点
火時期に送られる光ビーム（レーザ光）を副室６の中央
部に集めるようになっている。なお、他の構成は第１の
実施例に準じ、その説明を省略する。

【００４１】このようにして、光ビーム式点火栓４１は
副室６の中央部で混合気に点火するため、前記実施例の
ように副室６の上部に位置する電極９によって混合気に
着火するものに比べて、各噴口８から燃焼室４への火炎
の噴き出しを早められ、燃焼性を高めることができる。

【００４２】次に、図７に示した第３の実施例は、副室
６に臨んで光ビーム式点火栓４１が設けられ、キャップ
５はその材質をステンレス材とし、その内面５ａを鏡面
仕上げを施すか、あるいはその内面５ａに多層膜を蒸着
して、内面５ａの反射率を９０〜９５％に仕上げる。

【００４３】この場合、光ビームは凸レンズ４２で副室
６の中央部に位置するＡ点で集光した後、凹状に湾曲し
て窪むキャップ内面５ａに反射して副室６の中央部に位
置するＢ点で再び集光する。これにより、副室６の混合
気に対してこの２点で着火作用が得られ、第２の実施例
に比べてさらに燃焼性を高められる。

【００４４】なお、キャップ内面５ａに対するカーボン
等の付着物は光ビームによって焼き切られる自己浄化作
用があるため、光ビームが当たる部分は常に所定の反射
率を維持できる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、燃焼室に
噴口を介して連通する副室と、副室に臨む点火栓とを備
える副室点火式内燃機関において、機関の吸気通路に燃
料を供給する第一の燃料供給手段と、少なくとも圧縮行
程で副室に燃料を直接噴射する第二の燃料供給手段と、
機関の温度状態を検出する手段と、機関冷間時に第二の
燃料供給手段からの燃料の噴射を停止して第一の燃料供
給手段から燃料を供給する制御手段とを設けたため、冷
間時に副室に燃料の壁流が生じることを防止しつつ、暖
機後に副室の混合気は燃焼室の空燃比によらず所定の空
燃比に保たれ、安定した着火にもとづく円滑な希薄燃焼
を実現し、燃費の低減、排気エミッションの改善、高出
力化がはかれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す機関の縦断面図であ
る。

【図２】同じく機関の概略平面図である。

【図３】同じく空気供給系の構成図である。

【図４】同じく燃料および空気噴射時期を示すタイミン
グチャートである。

【図５】同じく制御内容を示すタイミングチャートであ
る。

【図６】第２実施例を示す機関の縦断面図である。

【図７】第３実施例を示す光ビーム式点火栓の構成図で
ある。

【図８】従来例を示す機関の縦断面図である。

【符号の説明】

３ ピストン ４ 燃焼室 ５ キャップ ６ 副室 ７ 点火栓 ８ 噴口 １１ 吸気通路 １４ 副燃料噴射弁（第二の燃料供給手段） １５ 主燃料噴射弁（第一の燃料供給手段） ２４ 空気配管 ２５ 電磁弁 ３２ 制御装置 ３３ 冷却水温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 69/00 ３１０ Ｅ 7825−3Ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室に噴口を介して連通する副室と、
   副室に臨む点火栓とを備える副室点火式内燃機関におい
   て、機関の吸気通路に燃料を供給する第一の燃料供給手
   段と、少なくとも圧縮行程で副室に燃料を直接噴射する
   第二の燃料供給手段と、機関の温度状態を検出する手段
   と、機関冷間時に第二の燃料供給手段からの燃料の噴射
   を停止して第一の燃料供給手段から燃料を供給する制御
   手段とを設けたことを特徴とする副室点火式内燃機関。