JP2006214385A - 副室式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 主燃焼室における新気混合気を十分に燃焼することができる副室式内燃機関を提供する。
【解決手段】 副室式内燃機関１は、主燃焼室６３と、副燃焼室６１と、可変容積機構７０と、ＥＣＵ４０とを備える。副燃焼室６１は、主燃焼室６３に隣接する。可変容積機構７０は、副燃焼室６１の容積を変化させる。ＥＣＵ４０は、可変容積機構７０を制御して、副燃焼室６１において燃焼が行われる期間中に副燃焼室６１の容積を小さくする。ＥＣＵ４０は、可変容積機構７０を制御して、副燃焼室６１の容積を大きくするタイミングを運転状態に応じて変化させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、副室式内燃機関に関する。

従来から、主燃焼室及びその主燃焼室に隣接して設けられる副燃焼室を備えた副室式内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１４１０６４（第１−３頁、第１−４図）

特許文献１の技術では、副燃焼室において燃焼が行われ、その燃焼ガス（火炎）が副燃焼室から主燃焼室へ放射される。

しかし、特許文献１の技術では、副燃焼室において新気混合気を燃焼させるための動作が運転状態に関わらず一様に行われるため、運転状態によっては、副燃焼室における燃焼が適切なものとならないことがある。また、副燃焼室から主燃焼室へ放射される火炎が弱いものとなることがある。これらの結果、主燃焼室における新気混合気を十分に燃焼できないことがある。

本発明の課題は、主燃焼室における新気混合気を十分に燃焼することができる副室式内燃機関を提供することにある。

本発明に係る副室式内燃機関は、主燃焼室と、副燃焼室と、可変容積機構と、制御部とを備える。副燃焼室は、主燃焼室に隣接する。可変容積機構は、副燃焼室の容積を変化させる。制御部は、可変容積機構を制御して、副燃焼室において燃焼が行われる期間中に副燃焼室の容積を小さくする。制御部は、可変容積機構を制御して、副燃焼室の容積を大きくするタイミングを運転状態に応じて変化させる。

この副室式内燃機関では、制御部は、可変容積機構を制御して、副燃焼室の容積を大きくするタイミングを運転状態に応じて変化させる。これにより、副燃焼室において要求される燃焼が運転状態に応じて変化する場合でも、副燃焼室における燃焼を適切なものとすることができる。また、制御部は、可変容積機構を制御して、副燃焼室において燃焼が行われる期間中に副燃焼室の容積を小さくする。これにより、副燃焼室から主燃焼室への火炎の放射を促進することができる。

本発明に係る副室式内燃機関では、副燃焼室における燃焼を適切なものとすることができ、副燃焼室から主燃焼室への火炎の放射を促進することができるので、主燃焼室における新気混合気を十分に燃焼することができる。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る副室式内燃機関の断面図を図１に示す。

（副室式内燃機関の概略構成）
副室式内燃機関１は、主として、主燃焼室６３、吸排気機構、燃料噴射弁２７、副燃焼室６１、点火プラグ２９、可変容積機構７０及びＥＣＵ（制御部）４０を備える。

主燃焼室６３は、シリンダヘッド２０，シリンダブロック１０およびピストン３に囲まれた室である。シリンダヘッド２０には、主燃焼室６３に新気混合気を供給するための吸気ポート２３と、主燃焼室６３から既燃ガスを排気ガスとして排出するための排気ポート２４とが形成されている。

また、吸排気機構として、吸気ポート２３の下流には吸気バルブ２１が、排気ポート２４の上流には排気バルブ２２が配備されている。クランクシャフトの回転に連動して回転する吸気用カム軸２１ｂ／排気用カム軸２２ｂに固定された吸気用カム２１ａ／排気用カム２２ａは、吸気バルブ２１／排気バルブ２２の上方に配置されており、吸気バルブ２１／排気バルブ２２を開閉させる。

燃料噴射弁２７は、吸気ポート２３に燃料を噴射する弁である。燃料配管３１を介して燃料噴射弁２７に燃料を送り出す燃料ポンプ２５は、吸気用カム軸２１ｂの端部近傍に配備されており、ガソリン燃料を加圧する。

副燃焼室６１は、主燃焼室６３に隣接して設けられる室であり、副燃焼室壁６１ｃ（図２参照）に囲まれている。具体的には、シリンダヘッド２０において吸気ポート２３と排気ポート２４との間に形成された空間に、略円筒形状の副燃焼室壁６１ｃが配置され、副燃焼室６１が形成される。また、副燃焼室壁６１ｃの膨出した半球状の底面には、主燃焼室６３と副燃焼室６１とを連通する複数の連通路６１ｄが形成されている。点火プラグ２９は、その先端が副燃焼室６１に突出するように設けられている。

可変容積機構７０は、一部（ピストン８２）が副燃焼室６１の内部に設けられ、別の一部が副燃焼室６１の上部に設けられている。可変容積機構７０は、ピストン８２を副燃焼室６１の内壁に沿って移動させることで、副燃焼室６１の容積を変化させる。

ＥＣＵ４０は、燃料ポンプ２５、点火プラグ２９、可変容積機構７０などに電気的に接続されている。

（副室式内燃機関の概略動作）
副室式内燃機関１では、吸気行程において、燃料ポンプ２５で加圧された燃料が、燃料配管３１を介して燃料噴射弁２７に供給される。燃料噴射弁２７は、吸気ポート２３に導入された新気空気に、燃料を噴射する。これにより、新気混合気が生成される。そして、吸気行程において、吸気用カム２１ａにより吸気バルブ２１は開状態とされ、新気混合気は吸気ポート２３から主燃焼室６３へ導入される。

圧縮行程においては、主燃焼室６３で新気混合気が圧縮されるとともに、主燃焼室６３の新気混合気の一部が、連通路６１ｄを介して主燃焼室６３から副燃焼室６１へ導入される。

点火プラグ２９により、副燃焼室６１の燃料は所定のタイミングで着火され燃焼する。副燃焼室６１の燃焼ガス（火炎）は、連通路６１ｄを介して主燃焼室６３へトーチ状に放射され、主燃焼室６３の均質な新気混合気を燃焼させる。

膨張行程では、新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力によって、ピストン３が押し下げられる。

排気行程では、排気用カム２２ａにより排気バルブ２２が開状態とされ、主燃焼室６３で燃焼された既燃ガスが、排気ガスとして排気ポート２４へ排出される。

ＥＣＵ４０は、燃料ポンプ２５、点火プラグ２９、可変容積機構７０などに対して、制御の信号を供給し各種の制御を行う。ＥＣＵ４０は、各種の制御を行うためのロジックを実行する。例えば、ＥＣＵ４０は、所定のロジックを、電気回路的に、ソフト的に又はその両方により実行する。

（可変容積機構の詳細構成）
可変容積機構７０の詳細構成を、図２に示す。

可変容積機構７０は、主として、油圧駆動機構８１及びピストン８２を備える。油圧駆動機構８１は、主として、高圧用バルブ７１，低圧用バルブ７２，タペット７３，スプリング７４，油圧室７５，第１通路７６，第２通路７７，ハウジング７８及び連結軸７９を備える。

高圧用バルブ７１は、第１通路７６を介して油圧室７５に接続されている。低圧用バルブ７２は、第２通路７７を介して油圧室７５に接続されている。油圧室７５は、ハウジング７８とタペット７３とに囲まれた室である。タペット７３は、ハウジング７８の内壁に沿って移動することができるようになっている。そして、タペット７３は、スプリング７４から受ける力と油圧室７５の油圧による力とが釣り合う位置で安定するように設けられている。

ピストン８２とタペット７３とは連結軸７９で連結されており、スプリング７４から受ける力と油圧室７５の油圧による力との差に相当する力がタペット７３と連結軸７９とを介してピストン８２に伝達されるようになっている。また、ピストン８２は、副燃焼室６１の内部に設けられており、副燃焼室６１の内壁６１ａに沿って移動することができるようになっている。ピストン８２が副燃焼室６１の内壁６１ａに沿って移動することにより、副燃焼室６１の容積が変化する。

（可変容積機構の詳細動作）
高圧用バルブ７１が開状態となり、低圧用バルブ７２が閉状態となったときに、高圧の油圧が高圧用バルブ７１と第１通路７６とを経由して油圧室７５に伝達される。これにより、油圧室７５の油圧が高くなる。そして、タペット７３は、油圧室７５の油圧が高くなったことにより、図面上において下方に下がる。そのタペット７３の動作は、連結軸７９を介してピストン８２に伝達され、ピストン８２を押し下げる。これにより、副燃焼室６１の容積は小さくなる。

一方、高圧用バルブ７１が閉状態となり、低圧用バルブ７２が開状態となったときに、低圧の油圧が低圧用バルブ７２と第２通路７７とを経由して油圧室７５に伝達される。これにより、油圧室７５の油圧が低くなる。そして、タペット７３は、油圧室７５の油圧が低くなったことにより、図面上において上方に上がる。そのタペット７３の動作は、連結軸７９を介してピストン８２に伝達され、ピストン８２を引き上げる。これにより、副燃焼室６１の容積は大きくなる。

（ＥＣＵの詳細構成）
ＥＣＵ４０は、主として、負荷演算部４１，速度演算部４２，燃料噴射制御部４３，容積制御部４４、点火時期制御部４５及び記憶部４６を備える。負荷演算部４１，速度演算部４２，燃料噴射制御部４３，容積制御部４４及び点火時期制御部４５は、ＣＰＵなどである。記憶部４６は、ＲＯＭ，ＲＡＭなどであり、プログラムやマップ情報（図３参照）などを記憶している。

ＥＣＵ４０は、各種の制御を行うためのロジックを実行するだけでなく、可変容積機構７０を制御するためのロジックを実行する。

（ＥＣＵの詳細動作）
ＥＣＵ４０には、クランク角センサ５１で検出されたクランク角信号、水温センサ５２で検出された冷却水温信号、アクセル開度センサ５３で検出されたアクセル開度信号などが入力される。負荷演算部４１や速度演算部４２は、これらの信号を受け取る。負荷演算部４１は、これらの信号に基づいて、機関負荷を演算する。速度演算部４２は、これらの信号に基づいて、機関速度を演算する。

燃料噴射制御部４３は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取り、機関負荷や機関速度の情報などに基づいて、噴射量制御信号を生成する。これにより、燃料噴射弁２７は、噴射量制御信号に基づいて所定の噴射量で燃料を噴射する。

容積制御部４４は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取る。また、容積制御部４４は、記憶部４６を参照し、マップ情報（図３参照）を記憶部から受け取る。容積制御部４４は、機関負荷や機関速度の情報とマップ情報（図３参照）となどに基づいて、容積制御信号を生成する。これにより、可変容積機構７０は、容積制御信号に基づいて、所定のタイミングで油圧室７５の油圧を高くしたり、所定のタイミングで油圧室７５の油圧を低くしたりする。すなわち、ＥＣＵ４０は、可変容積機構７０の油圧駆動機構８１における油圧室７５の油圧を制御することにより、副燃焼室６１の容積を制御する。

点火時期制御部４５は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取り、機関負荷や機関速度の情報などに基づいて、点火時期制御信号を生成する。これにより、点火プラグ２９は、点火時期制御信号に基づいて所定のタイミングでスパークを発生させる。

（副室式内燃機関の制御）
副室式内燃機関１の制御を、図３〜図６を参照して説明する。

ＥＣＵ４０の容積制御部４４が参照するマップ情報を、図３に示す。マップ情報には、機関負荷や機関速度と制御領域との関係が示されている。すなわち、制御領域は、第１制御領域Ａ１と第２制御領域Ａ２とに分けられている。第１制御領域Ａ１は比較的低負荷側の領域であり、第２制御領域Ａ２は比較的高負荷側の領域である。

図４は、第１制御領域Ａ１における副室容積・第２制御領域Ａ２における副室容積・バルブリフト量と、クランク角度との関係を示す。ここで、「第１制御領域Ａ１における副室容積」は、第１制御領域Ａ１の制御が行われた場合の副燃焼室６１の容積である。「第２制御領域Ａ２における副室容積」は、第２制御領域Ａ２の制御が行われた場合の副燃焼室６１の容積である。「バルブリフト量」は、吸気バルブ２１又は排気バルブ２２がリフトする量であり、吸気バルブ２１について１点鎖線で、排気バルブ２２について実線で示されている。

第１制御領域Ａ１の制御が行われた場合、排気バルブ２２が閉まるタイミング（ＥＶＣ）から副燃焼室６１で新気混合気が点火されるタイミング（ＡＤＶ）までの期間中のタイミング（Ｔ１）において、ＥＣＵ４０は副燃焼室６１の容積を大きくする。そして、副燃焼室６１の燃焼期間（ＢＴ１）中のタイミング（Ｔ２）において、ＥＣＵ４０は副燃焼室６１の容積を小さくする。これにより、副燃焼室６１から主燃焼室６３への火炎の放射が促進される。

一方、第２制御領域Ａ２の制御が行われた場合、主燃焼室６３の燃焼期間（ＢＴ２）中のタイミング（Ｔ３）において、ＥＣＵ４０は副燃焼室６１の容積を大きくする。これにより、主燃焼室６３の圧力の過剰な上昇は抑制される。そして、排気バルブ２２が開くタイミング（ＥＶＯ）から排気バルブ２２が閉まるタイミング（ＥＶＣ）までの期間中のタイミング（Ｔ４）において、ＥＣＵ４０は副燃焼室６１の容積を小さくする。これにより、副燃焼室６１の残留ガスが副燃焼室６１から主燃焼室６３へ押し出され、主燃焼室６３へ押し出された残留ガスは排気ポート２４へ排気される。また、排気バルブ２２が閉まるタイミング（ＥＶＣ）から副燃焼室６１で新気混合気が点火されるタイミング（ＡＤＶ）までの期間中のタイミング（Ｔ１）において、ＥＣＵ４０は副燃焼室６１の容積を大きくする。そして、副燃焼室６１の燃焼期間（ＢＴ１）中のタイミング（Ｔ２）において、ＥＣＵ４０は副燃焼室６１の容積を小さくする。

図５は、機関負荷とタイミングＴ１との関係を示す。ここで、「タイミングＴ１」は、図４に示すタイミングＴ１と同様であり、排気バルブ２２が閉まるタイミング（ＥＶＣ）から副燃焼室６１で新気混合気が点火されるタイミング（ＡＤＶ）までの期間中にあって、ＥＣＵ４０が副燃焼室６１の容積を大きくするタイミングである。ＥＣＵ４０は、機関負荷が低い場合に、タイミングＴ１を、機関負荷が高い場合に比べて遅角する。すなわち、ＥＣＵ４０は、機関負荷が低くなるに従って、タイミングＴ１を、副燃焼室６１で新気混合気が点火されるタイミング（ＡＤＶ）に近づける。これにより、機関負荷が低くなるに従って、副燃焼室６１における新気混合気の乱れは強くなる。また、副燃焼室６１における新気混合気の乱れの減衰が少ない内に、副燃焼室６１で新気混合気が点火されることになる。

図６は、機関速度とタイミングＴ１との関係を示す。ＥＣＵ４０は、機関速度が速い場合に、タイミングＴ１を、機関速度が遅い場合に比べて進角する。すなわち、ＥＣＵ４０は、機関速度が速くなるに従って、タイミングＴ１を、副燃焼室６１で新気混合気が点火されるタイミング（ＡＤＶ）から遠ざける。これにより、機関速度が速くなるに従って副燃焼室６１に新気混合気が充填されにくくなっても、ＥＣＵ４０が副燃焼室６１の容積を大きくしてから副燃焼室６１で新気混合気が点火されるまでの期間（Ｔ１〜ＡＤＶまでの期間）を長く取るので、副燃焼室６１に新気混合気が充填されやすくなる。

（副室式内燃機関の特徴）
（１）
ここでは、ＥＣＵ４０は、可変容積機構７０を制御して、副燃焼室６１の容積を大きくするタイミングを運転状態に応じて変化させる。これにより、副燃焼室６１において要求される燃焼が運転状態に応じて変化する場合でも、副燃焼室６１における燃焼は適切なものとなる。また、ＥＣＵ４０は、可変容積機構７０を制御して、副燃焼室６１において燃焼が行われる期間中に副燃焼室６１の容積を小さくする。これにより、副燃焼室６１から主燃焼室６３への火炎の放射は促進される。

このように、副燃焼室６１における燃焼が適切なものとなり、副燃焼室６１から主燃焼室６３への火炎の放射が促進されるので、主燃焼室６３における新気混合気は完全燃焼する。

（２）
ここでは、ＥＣＵ４０は、副燃焼室６１の容積を大きくするタイミング（Ｔ１）を機関負荷に応じて変化させる。具体的に、ＥＣＵ４０は、機関負荷が低い場合に、副燃焼室６１の容積を大きくするタイミング（Ｔ１）を、機関負荷が高い場合に比べて遅角する。すなわち、ＥＣＵ４０は、機関負荷が低くなるに従って、タイミングＴ１を、副燃焼室６１で新気混合気が点火されるタイミング（ＡＤＶ）に近づける。

このように、副燃焼室６１から主燃焼室６３へ強力な火炎放射が要求される運転条件（機関負荷が低い場合）において、副燃焼室６１における新気混合気の乱れが強化され、副燃焼室６１における新気混合気の乱れの減衰が少ない内に、副燃焼室６１で新気混合気が点火されることになる。このため、副燃焼室６１から主燃焼室６３への火炎の放射は促進される。

（３）
ここでは、ＥＣＵ４０は、副燃焼室６１の容積を大きくするタイミング（Ｔ１）を機関速度に応じて変化させる。具体的に、ＥＣＵ４０は、機関速度が速い場合に、副燃焼室６１の容積を大きくするタイミング（Ｔ１）を、機関速度が遅い場合に比べて進角する。すなわち、ＥＣＵ４０は、機関速度が速くなるに従って、タイミングＴ１を、副燃焼室６１で新気混合気が点火されるタイミング（ＡＤＶ）から遠ざける。

このように、副燃焼室６１に新気混合気が充填されにくい運転条件（機関速度が速い場合）において、ＥＣＵ４０が副燃焼室６１の容積を大きくしてから副燃焼室６１で新気混合気が点火されるまでの期間（Ｔ１〜ＡＤＶまでの期間）を長く取るので、副燃焼室６１に新気混合気が充填されやすくなる。このため、副燃焼室６１の新気混合気の充填効率が低下することは抑制される。

（４）
ここでは、ＥＣＵ４０は、排気バルブ２２が閉じてから副燃焼室６１における新気混合気が点火されるまでの期間（ＥＶＣ〜ＡＤＶまでの期間）中のタイミング（Ｔ１）で、副燃焼室６１の容積を大きくする。すなわち、副燃焼室６１の残留ガスが排気ポート２４へ排気された後（ＥＶＣよりも後）に副燃焼室６１の容積が大きくなるように制御されるので、副燃焼室６１に残留ガスが導入されることは低減される。

（５）
ここでは、ＥＣＵ４０は、機関負荷が高い場合（第２制御領域Ａ２の制御を行う場合）に、主燃焼室６３の燃焼期間（ＢＴ２）中のタイミング（Ｔ３）で副燃焼室６１の容積を大きくする。これにより、主燃焼室６３の圧力の過剰な上昇は抑制される。そして、ＥＣＵ４０は、機関負荷が高い場合（第２制御領域Ａ２の制御を行う場合）に、排気バルブ２２が開いてから排気バルブ２２が閉まるまでの期間（ＥＶＯ〜ＥＶＣまでの期間）中のタイミング（Ｔ４）で、副燃焼室６１の容積を小さくする。これにより、副燃焼室６１の残留ガスが副燃焼室６１から主燃焼室６３へ押し出され、主燃焼室６３へ押し出された残留ガスは排気ポート２４へ排気される。

一方、ＥＣＵ４０は、機関負荷が低い場合（第１制御領域Ａ１の制御を行う場合）には、そのような制御を行わない。

このように、ノッキングの起きやすい運転条件である高負荷運転条件（第２制御領域Ａ２）において、ノッキングの起きやすい期間である主燃焼室６３の燃焼期間（ＢＴ２）中のタイミング（Ｔ３）において、主燃焼室６３の圧力の過剰な上昇は抑制される。このため、ノッキングは抑制される。

また、副燃焼室６１の内壁６１ａや外壁６１ｂでプレイグニッションの起きやすい運転条件である高負荷運転条件（第２制御領域Ａ２）において、副燃焼室６１に残留している熱は残留ガスとともに副燃焼室６１から排出される。このため、プレイグニッションは抑制される。

（６）
ここでは、可変容積機構７０は、主として、油圧駆動機構８１及びピストン８２を有する。油圧駆動機構８１は、油圧を介してピストン８２を駆動する。ピストン８２は、副燃焼室６１の内部に設けられており、副燃焼室６１の内壁６１ａに沿って移動する。このため、副燃焼室６１の容積を変化させることができるようになっている。

このように、油圧駆動機構８１が油圧を介してピストン８２を駆動し、ピストン８２が副燃焼室６１の内壁６１ａに沿って移動するので、ＥＣＵ４０が可変容積機構７０の油圧駆動機構８１を制御することにより、副燃焼室６１の容積は変化する。

（第１実施形態の変形例）
（Ａ）可変容積機構７０ａは、油圧駆動機構８１の代わりに、図７に示すようにカム駆動機構８１ａを備えていてもよい。この場合、カム駆動機構８１ａは、主として、カム軸７１ａ，カム７５ａ，タペット７３，スプリング７４及びハウジング７８ａを備える。クランクシャフトの回転に連動して回転するカム軸７１ａに固定されたカム７５ａは、ピストン８２の上方に配置されており、タペット７３及び連結軸７９を介してピストン８２を上下させる。

このように、カム駆動機構８１ａがカム７５ａを介してピストン８２を駆動するので、ピストン８２は副燃焼室６１の内壁６１ａに沿って移動する。

なお、カム７５ａは、第１制御領域Ａ１用のカムと第２制御領域Ａ２用のカムとを有するものとする。また、カム駆動機構８１ａは、第１制御領域Ａ１用のカムと第２制御領域Ａ２用のカムとを切り替える機構も備えているものとする。

（Ｂ）可変容積機構７０ｂは、油圧駆動機構８１の代わりに、図８に示すように電磁駆動機構８１ｂを備えていてもよい。この場合、電磁駆動機構８１ｂは、主として、電磁コイル７５ｂ，スプリング７４，移動部材７３ｂ及びハウジング７８ｂを備える。移動部材７３ｂは、ハウジング７８ｂの内壁に沿った方向で上下に移動することができるようになっている。そして、移動部材７３ｂは、スプリング７４から受ける力と電磁コイル７５ｂから受ける電磁力とが釣り合う位置で安定するように設けられている。

電磁コイル７５ｂに電流が流され磁界が発生すると、移動部材７３ｂに下向きの電磁力が働く。そして、移動部材７３ｂは、下向きの電磁力を受けたことにより、図面上において下方に下がる。その移動部材７３ｂの動作は、連結軸７９を介してピストン８２に伝達され、ピストン８２を押し下げる。これにより、副燃焼室６１の容積は小さくなる。

一方、電磁コイル７５ｂに電流が流されずに磁界が発生しなくなると、移動部材７３ｂには電磁力が働かなくなる。そして、移動部材７３ｂは、電磁力が働かなくなることにより、図面上において上方に上がる。その移動部材７３ｂの動作は、連結軸７９を介してピストン８２に伝達され、ピストン８２を引き上げる。これにより、副燃焼室６１の容積は大きくなる。

このように、電磁駆動機構８１ｂが電磁力を介してピストン８２を駆動するので、ピストン８２は副燃焼室６１の内壁６１ａに沿って移動する。

なお、電磁コイル７５ｂに電流が流され磁界が発生したときに移動部材７３ｂに上向きの電磁力が働いて上方に上がり、電磁コイル７５ｂに電流が流されずに磁界が発生しなくなったときに移動部材７３ｂに電磁力が働かなくなって下方に下がってもよい。

（Ｃ）可変容積機構７０ｃは、油圧駆動機構８１の代わりに、図９に示すようにピエゾ駆動機構８１ｃを備えていてもよい。この場合、ピエゾ駆動機構８１ｃは、主として、圧電体７３ｃ，スプリング７４，ハウジング７８ｃ及び連結軸７９を備える。圧電体７３ｃは、ハウジング７８ｃの内壁に沿って移動することができるようになっている。そして、圧電体７３ｃは、スプリング７４から受ける力と逆ピエゾ効果による力とが釣り合う位置で安定するように設けられている。

圧電体７３ｃに電圧が印加されると、逆ピエゾ効果により圧電体７３ｃが上下に伸びるように変形する。そして、連結軸７９は、圧電体７３ｃが上下に伸びることにより、図面上において下方に下がる。その連結軸７９の動作は、ピストン８２に伝達され、ピストン８２を押し下げる。これにより、副燃焼室６１の容積は小さくなる。

一方、圧電体７３ｃに電圧が印加されなくなると、圧電体７３ｃが上下に縮んで元の大きさになる。そして、連結軸７９は、圧電体７３ｃが上下に縮んで元の大きさになることにより、図面上において上方に上がる。その連結軸７９の動作は、ピストン８２に伝達され、ピストン８２を引き上げる。これにより、副燃焼室６１の容積は大きくなる。

このように、ピエゾ駆動機構８１ｃが逆ピエゾ効果による力を介してピストン８２を駆動するので、ピストン８２は副燃焼室６１の内壁６１ａに沿って移動する。

なお、圧電体７３ｃに電圧が印加されたときに逆ピエゾ効果により圧電体７３ｃが上下に縮むように変形し、圧電体７３ｃに電圧が印加されなくなったときに圧電体７３ｃが上下に伸びて元の大きさになってもよい。

（Ｄ）燃料ポンプ２５は、吸気用カム軸２１ｂや排気用カム軸２２ｂなどの回転を利用して加圧する方式でもよいし、電動ポンプであってもよい。

また、図４において、タイミング（Ｔ３）は、副燃焼室６１の燃焼期間（ＢＴ１）が終了した後であることが好ましく、主燃焼室６３の燃焼期間（ＢＴ２）の後半におけるタイミングであることが好ましい。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る副室式内燃機関の断面図を図１０に示す。なお、第１実施形態と同様の構成要素は同じ番号で示されている。

副室式内燃機関１００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、ＥＣＵ４０の代わりにＥＣＵ１４０を備える点で第１実施形態と異なる。ＥＣＵ１４０の記憶部１４６は、図３に示すマップ情報の代わりに、図１１に示すマップ情報を記憶している。容積制御部１４４は、記憶部１４６を参照し、マップ情報（図１１参照）を記憶部１４６から受け取る。これらの点で第１実施形態と異なる。

（副室式内燃機関の制御）
副室式内燃機関１００の制御を、図１１，図１２を参照して説明する。

ＥＣＵ１４０の容積制御部１４４が参照するマップ情報を、図１１に示す。マップ情報には、機関負荷や機関速度と制御領域との関係が示されている。すなわち、制御領域は、第１制御領域Ａ１と第２制御領域Ａ１０２と第３制御領域Ａ１０３とに分けられている。第１制御領域Ａ１は比較的低負荷側の領域であり、第２制御領域Ａ１０２は比較的高速高負荷側の領域であり、第３制御領域Ａ１０３は比較的低速高負荷側の領域である。

図１２は、第１制御領域Ａ１における副室容積・第３制御領域Ａ１０３における副室容積・第２制御領域Ａ１０２における副室容積・バルブリフト量と、クランク角度との関係を示す。ここで、「第１制御領域Ａ１における副室容積」は、第１制御領域Ａ１の制御が行われた場合の副燃焼室６１の容積である。「第３制御領域Ａ１０３における副室容積」は、第３制御領域Ａ１０３の制御が行われた場合の副燃焼室６１の容積である。「第２制御領域Ａ１０２における副室容積」は、第２制御領域Ａ１０２の制御が行われた場合の副燃焼室６１の容積である。「バルブリフト量」は、吸気バルブ２１又は排気バルブ２２がリフトする量であり、吸気バルブ２１について１点鎖線で、排気バルブ２２について実線で示されている。

また、第３制御領域Ａ１０３の制御が行われた場合、主燃焼室６３の燃焼期間（ＢＴ２）中のタイミング（Ｔ３）において、ＥＣＵ１４０は副燃焼室６１の容積を大きくする。これにより、主燃焼室６３の圧力の過剰な上昇は抑制される。そして、副燃焼室６１の燃焼期間（ＢＴ１）中のタイミング（Ｔ２）において、ＥＣＵ１４０は副燃焼室６１の容積を小さくする。

それから、第２制御領域Ａ１０２の制御が行われた場合、主燃焼室６３の燃焼期間（ＢＴ２）中のタイミング（Ｔ３）において、ＥＣＵ１４０は副燃焼室６１の容積を大きくする。これにより、主燃焼室６３の圧力の過剰な上昇は抑制される。そして、排気バルブ２２が開くタイミング（ＥＶＯ）から排気バルブ２２が閉まるタイミング（ＥＶＣ）までの期間中のタイミング（Ｔ４）において、ＥＣＵ１４０は副燃焼室６１の容積を小さくする。これにより、副燃焼室６１の残留ガスが副燃焼室６１から主燃焼室６３へ押し出され、主燃焼室６３へ押し出された残留ガスは排気ポート２４へ排気される。また、排気バルブ２２が閉まるタイミング（ＥＶＣ）から副燃焼室６１で新気混合気が点火されるタイミング（ＡＤＶ）までの期間中のタイミング（Ｔ１）において、ＥＣＵ１４０は副燃焼室６１の容積を大きくする。そして、副燃焼室６１の燃焼期間（ＢＴ１）中のタイミング（Ｔ２）において、ＥＣＵ１４０は副燃焼室６１の容積を小さくする。

その他の点は第１実施形態と同様である。

（副室式内燃機関の特徴）
（１）
ここでは、ＥＣＵ１４０は、可変容積機構７０を制御して、副燃焼室６１の容積を大きくするタイミングを運転状態に応じて変化させる。これにより、副燃焼室６１において要求される燃焼が運転状態に応じて変化する場合でも、副燃焼室６１における燃焼は適切なものとなる。また、ＥＣＵ１４０は、可変容積機構７０を制御して、副燃焼室６１において燃焼が行われる期間中に副燃焼室６１の容積を小さくする。これにより、副燃焼室６１から主燃焼室６３への火炎の放射は促進される。

このように、副燃焼室６１における燃焼が適切なものとなり、副燃焼室６１から主燃焼室６３への火炎の放射が促進されるので、主燃焼室６３における新気混合気は完全燃焼する。

（２）
ここでは、ＥＣＵ１４０は、第１制御領域Ａ１又は第２制御領域Ａ１０２の制御を行うときに、副燃焼室６１の容積を大きくするタイミング（Ｔ１）を機関負荷に応じて変化させる。具体的に、ＥＣＵ１４０は、第１制御領域Ａ１又は第２制御領域Ａ１０２の制御を行うときに、機関負荷が低い場合、副燃焼室６１の容積を大きくするタイミング（Ｔ１）を、機関負荷が高い場合に比べて遅角する。すなわち、ＥＣＵ１４０は、機関負荷が低くなるに従って、タイミングＴ１を、副燃焼室６１で新気混合気が点火されるタイミング（ＡＤＶ）に近づける。

このように、副燃焼室６１から主燃焼室６３へ強力な火炎放射が要求される運転条件（機関負荷が低い場合）において、副燃焼室６１における新気混合気の乱れが強化され、副燃焼室６１における新気混合気の乱れの減衰が少ない内に、副燃焼室６１で新気混合気が点火されることになる。このため、副燃焼室６１から主燃焼室６３への火炎の放射は促進される。

（３）
ここでは、ＥＣＵ１４０は、第１制御領域Ａ１又は第２制御領域Ａ１０２の制御を行うときに、副燃焼室６１の容積を大きくするタイミング（Ｔ１）を機関速度に応じて変化させる。具体的に、ＥＣＵ１４０は、第１制御領域Ａ１又は第２制御領域Ａ１０２の制御を行うときに、機関速度が速い場合、副燃焼室６１の容積を大きくするタイミング（Ｔ１）を、機関速度が遅い場合に比べて進角する。すなわち、ＥＣＵ１４０は、機関速度が速くなるに従って、タイミングＴ１を、副燃焼室６１で新気混合気が点火されるタイミング（ＡＤＶ）から遠ざける。

このように、副燃焼室６１に新気混合気が充填されにくい運転条件（機関速度が速い場合）において、ＥＣＵ１４０が副燃焼室６１の容積を大きくしてから副燃焼室６１で新気混合気が点火されるまでの期間（Ｔ１〜ＡＤＶまでの期間）を長く取るので、副燃焼室６１に新気混合気が充填されやすくなる。このため、副燃焼室６１の新気混合気の充填効率が低下することは抑制される。

（４）
ここでは、ＥＣＵ１４０は、第１制御領域Ａ１又は第２制御領域Ａ１０２の制御を行うときに、排気バルブ２２が閉じてから副燃焼室６１における新気混合気が点火されるまでの期間（ＥＶＣ〜ＡＤＶまでの期間）中のタイミング（Ｔ１）で、副燃焼室６１の容積を大きくする。すなわち、副燃焼室６１の残留ガスが排気ポート２４へ排気された後（ＥＶＣよりも後）に副燃焼室６１の容積が大きくなるように制御されるので、副燃焼室６１に残留ガスが導入されることは低減される。

（５）
ここでは、ＥＣＵ１４０は、第２制御領域Ａ１０２又は第３制御領域Ａ１０３の制御を行うときに、機関負荷が高い場合、主燃焼室６３の燃焼期間（ＢＴ２）中のタイミング（Ｔ３）で副燃焼室６１の容積を大きくする。これにより、主燃焼室６３の圧力の過剰な上昇は抑制される。そして、ＥＣＵ１４０は、機関速度が速く機関負荷が高い場合（第２制御領域Ａ１０２の制御を行う場合）に、排気バルブ２２が開いてから排気バルブ２２が閉まるまでの期間（ＥＶＯ〜ＥＶＣまでの期間）中のタイミング（Ｔ４）で、副燃焼室６１の容積を小さくする。これにより、副燃焼室６１の残留ガスが副燃焼室６１から主燃焼室６３へ押し出され、主燃焼室６３へ押し出された残留ガスは排気ポート２４へ排気される。

一方、ＥＣＵ１４０は、機関負荷が低い場合（第１制御領域Ａ１の制御を行う場合）には、そのような制御を行わない。

このように、ノッキングの起きやすい運転条件である高負荷運転条件（第２制御領域Ａ１０２又は第３制御領域Ａ１０３）において、ノッキングの起きやすい期間である主燃焼室６３の燃焼期間（ＢＴ２）中のタイミング（Ｔ３）において、主燃焼室６３の圧力の過剰な上昇は抑制される。このため、ノッキングは抑制される。

また、副燃焼室６１の内壁６１ａや外壁６１ｂでプレイグニッションの特に起きやすい運転条件である高速高負荷運転条件（第２制御領域Ａ１０２）において、副燃焼室６１に残留している熱は残留ガスとともに副燃焼室６１から排出される。このため、プレイグニッションは抑制される。

（６）
ここでは、可変容積機構７０は、主として、油圧駆動機構８１及びピストン８２を有する。油圧駆動機構８１は、油圧を介してピストン８２を駆動する。ピストン８２は、副燃焼室６１の内部に設けられており、副燃焼室６１の内壁６１ａに沿って移動する。このため、副燃焼室６１の容積を変化させることができるようになっている。

このように、油圧駆動機構８１が油圧を介してピストン８２を駆動し、ピストン８２が副燃焼室６１の内壁６１ａに沿って移動するので、ＥＣＵ１４０が可変容積機構７０の油圧駆動機構８１を制御することにより、副燃焼室６１の容積は変化する。

本発明に係る副室式内燃機関は、主燃焼室における新気混合気を十分に燃焼することができるという効果を有し、副室式内燃機関等として有用である。

本発明の第１実施形態に係る副室式内燃機関の断面図。 本発明の第１実施形態における副燃焼室の拡大断面図。 第１実施形態におけるマップ情報を示す図。 第１実施形態における第１制御領域における副室容積・第２制御領域における副室容積・バルブリフト量と、クランク角度との関係を示す図。 副燃焼室の容積を大きくするタイミングと機関負荷との関係を示す図。 副燃焼室の容積を大きくするタイミングと機関速度との関係を示す図。 第１実施形態の変形例における副燃焼室の拡大断面図。 第１実施形態の変形例における副燃焼室の拡大断面図。 第１実施形態の変形例における副燃焼室の拡大断面図。 本発明の第２実施形態に係る副室式内燃機関の断面図。 第２実施形態におけるマップ情報を示す図。 第２実施形態における第１制御領域における副室容積・第３制御領域における副室容積・第２制御領域における副室容積・バルブリフト量と、クランク角度との関係を示す図。

符号の説明

１，１００ 副室式内燃機関
２２ 排気バルブ
４０，１４０ ＥＣＵ（制御部）
６１ 副燃焼室
６１ａ 内壁
６３ 主燃焼室
７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ 可変容積機構
８１ 油圧駆動機構
８１ａ カム駆動機構
８１ｂ 電磁駆動機構
８１ｃ ピエゾ駆動機構
８２ ピストン

Claims (12)

1. 主燃焼室と、
   前記主燃焼室に隣接する副燃焼室と、
   前記副燃焼室の容積を変化させる可変容積機構と、
   前記可変容積機構を制御して、前記副燃焼室において燃焼が行われる期間中に前記副燃焼室の容積を小さくする制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記可変容積機構を制御して、前記副燃焼室の容積を大きくするタイミングを運転状態に応じて変化させる、
   副室式内燃機関。
2. 前記制御部は、前記副燃焼室の容積を大きくするタイミングを機関負荷に応じて変化させる、
   請求項１に記載の副室式内燃機関。
3. 前記制御部は、前記副燃焼室の容積を大きくするタイミングを機関速度に応じて変化させる、
   請求項１又は２に記載の副室式内燃機関。
4. 前記制御部は、排気バルブが閉じてから前記副燃焼室における新気混合気が点火されるまでの期間中に、前記副燃焼室の容積を大きくする、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
5. 前記制御部は、機関負荷が高い場合に、前記主燃焼室の燃焼期間中に前記副燃焼室の容積を大きくし、排気バルブが開いてから排気バルブが閉まるまでの期間中に前記副燃焼室の容積を小さくする、
   請求項４に記載の副室式内燃機関。
6. 前記制御部は、機関負荷が低い場合に、前記副燃焼室の容積を大きくするタイミングを、機関負荷が高い場合に比べて遅角する、
   請求項２に記載の副室式内燃機関。
7. 前記制御部は、機関速度が速い場合に、前記副燃焼室の容積を大きくするタイミングを、機関速度が遅い場合に比べて進角する、
   請求項３に記載の副室式内燃機関。
8. 前記可変容積機構は、前記副燃焼室の内壁に沿って移動するピストンを有する、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
9. 前記可変容積機構は、カムを介して前記ピストンを駆動するカム駆動機構をさらに有する、
   請求項８に記載の副室式内燃機関。
10. 前記可変容積機構は、油圧を介して前記ピストンを駆動する油圧駆動機構をさらに有する、
    請求項８に記載の副室式内燃機関。
11. 前記可変容積機構は、電磁力を介して前記ピストンを駆動する電磁駆動機構をさらに有する、
    請求項８に記載の副室式内燃機関。
12. 前記可変容積機構は、逆ピエゾ効果による力を介して前記ピストンを駆動するピエゾ駆動機構をさらに有する、
    請求項８に記載の副室式内燃機関。
    

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