(57)【要約】【課題】主燃焼室及び副燃焼室が設けられた内燃機関において、高負荷運転時の振動及び騒音を低減すること。【解決手段】内燃機関２が所定負荷以上の高負荷運転するにあたって、点火部１３が新気混合気に点火するタイミングで噴孔１１１を囲む主燃焼室４０１における中央領域が、中央領域の更に外側に位置する周辺領域に比較してリーン状態となるように層状混合気を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関であって、
シリンダヘッドとシリンダブロックとピストンとで画定されており、新気混合気が燃焼する主燃焼室（４０１）と、
前記主燃焼室に隣接して設けられ、新気混合気が燃焼した後の既燃ガスを前記主燃焼室に排出する噴孔に連通する副燃焼室（１０１）と、
前記副燃焼室の内部に新気混合気を生成するための燃料を噴射する副燃料噴射部（１２）と、
前記副燃焼室の内部に生成された新気混合気に点火可能なように設けられている点火部（１３）と、を備え、
前記内燃機関が所定負荷以上の高負荷運転するにあたって、前記点火部が新気混合気に点火するタイミングで前記噴孔を囲む前記主燃焼室における中央領域が、前記中央領域の更に外側に位置する周辺領域に比較してリーン状態となるように層状混合気を生成する混合気調整部（１９，２０，３１）が設けられている、内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関であって、
前記主燃焼室に燃料を噴射する主燃料噴射部（３１，３１Ａ）が設けられており、
前記混合気調整部は、前記主燃料噴射部に対して圧縮行程において燃料噴射を行わせるように制御することで層状混合気を生成する、内燃機関。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関であって、
前記主燃料噴射部（３１）は、前記中央領域に設けられている、内燃機関。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関であって、
前記主燃焼室の径方向において、前記主燃料噴射部よりも前記副燃焼室が内側に設けられている、内燃機関。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関であって、
前記混合気調整部（１９）は、前記主燃焼室の内部に旋回流を発生させることで層状混合気を生成する、内燃機関。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関であって、
前記混合気調整部は、前記中央領域の外側において前記主燃焼室の円筒内壁に沿った旋回流を発生させる、内燃機関。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関であって、
前記主燃焼室に燃料を噴射する主燃料噴射部（３１Ａ）が前記円筒内壁側に設けられている、内燃機関。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１項に記載の内燃機関であって、
前記混合気調整部は、前記内燃機関が所定負荷未満の低負荷運転の場合よりも所定負荷以上の高負荷運転の場合に、生成する旋回流の速度を高める、内燃機関。
【請求項９】
請求項５から８のいずれか１項に記載の内燃機関であって、
前記主燃焼室に新気を取り込む吸気弁（４３，４３ａ，４３ｂ）が少なくとも一対設けられており、
前記混合気調整部は、一対設けられている前記吸気弁からの流入空気に流量差を発生させることで層状混合気を生成する、内燃機関。
【請求項１０】
請求項９に記載の内燃機関であって、
一対設けられている前記吸気弁に繋がる流路の流路面積をそれぞれ異ならせることで流入空気に流量差が発生する、内燃機関。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の内燃機関であって、
一対設けられている前記吸気弁（４３ａ，４３ｂ）における流路面積をそれぞれ異ならせることで流入空気に流量差が発生する、内燃機関。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか１項に記載の内燃機関であって、
前記吸気弁からの流入空気の流量が相対的に大きくなる方の流路に燃料を噴射するポート噴射部（３１Ｂ）が設けられている、内燃機関。
【請求項１３】
請求項９から１２のいずれか１項に記載の内燃機関であって、
前記吸気弁からの流入空気の流量が相対的に小さくなる方の流路に排気還流ガスを導入する、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の一例として、シリンダヘッドとライナとピストンとで区切られた主燃焼室に対し、シリンダヘッド内に副燃焼室を設けるものが知られている。下記特許文献１には、このように主燃焼室及び副燃焼室を備える内燃機関が開示されている。主燃焼室と副燃焼室とは、オリフィスによって連通されている。副燃焼室には、ガス又は炭化水素系燃料を噴射する噴射装置と、噴射された燃料に点火する点火装置とが設けられている。副燃焼室内で燃料に点火して発生するジェットは、オリフィスを通って主燃焼室に導入され、主燃焼室内に導入される燃料に点火する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−７０２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、主燃焼室と副燃焼室とがオリフィスによって連通しているため、主燃焼室に導入される混合気が副燃焼室にも入り込むことになる。例えば、副燃焼室の仕様を部分負荷運転に対応するリーン状態で最適化し、ポンピングロスを減らして効率を向上させることを狙っている場合、高負荷運転に対応するストイキからリッチ状態では副燃焼室内の燃焼が速くなりすぎる場合が想定される。燃焼速度の過度の上昇は筒内圧力の急峻な上昇につながり、振動や騒音の原因ともなりうる。
【０００５】
本開示は、主燃焼室及び副燃焼室が設けられた内燃機関において、高負荷運転時の振動及び騒音を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、内燃機関であって、シリンダヘッドとシリンダブロックとピストンとで画定されており、新気混合気が燃焼する主燃焼室（４０１）と、主燃焼室に隣接して設けられ、新気混合気が燃焼した後の既燃ガスを主燃焼室に排出する噴孔に連通する副燃焼室（１０１）と、副燃焼室の内部に新気混合気を生成するための燃料を噴射する副燃料噴射部（１２）と、副燃焼室の内部に生成された新気混合気に点火可能なように設けられている点火部（１３）と、を備えている。内燃機関には、内燃機関が所定負荷以上の高負荷運転するにあたって、点火部が新気混合気に点火するタイミングで噴孔を囲む主燃焼室における中央領域が、中央領域の更に外側に位置する周辺領域に比較してリーン状態となるように層状混合気を生成する混合気調整部（１９，２０，３１）が設けられている。
【０００７】
副燃焼室内に設けられている点火部が新気混合気に点火するタイミングで、主燃焼室内の中央領域を周辺領域に比較してリーン状態となるように層状混合気を生成することで、副燃焼室内に主燃焼室側から燃料が到達しにくくなる。従って、副燃焼室内における空燃比を制御して噴孔から噴射する火炎速度を調整するにあたって、主燃焼室側からの影響を低減させ、高負荷運転時においても主燃焼室内の燃焼速度が速くなりすぎることを抑制し、振動や騒音を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、主燃焼室及び副燃焼室が設けられた内燃機関であって、高負荷運転時の振動及び騒音を低減することが可能な内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態である内燃機関の構成を説明するための図である。
【図２】図２は、空燃比と火炎速度との関係を説明するための図である。
【図３】図３は、燃料噴射タイミングと空燃比との関係を説明するための図である。
【図４】図４は、燃料噴射タイミングと空燃比との関係を説明するための図である。
【図５】図５は、点火タイミングにおける主燃焼室内の状況を説明するための図である。
【図６】図６は、主燃焼室内に旋回流を発生させる態様を説明するための図である。
【図７】図７は、燃料噴射タイミングと空燃比との関係を説明するための図である。
【図８】図８は、燃料噴射タイミングと空燃比との関係を説明するための図である。
【図９】図９は、主燃焼室内に旋回流が発生している場合の火炎噴射の状況を説明するための図である。
【図１０】図１０は、主燃料噴射部の配置位置を変更した内燃機関の構成を説明するための図である。
【図１１】図１１は、主燃焼室内に旋回流を発生させる態様を説明するための図である。
【図１２】図１２は、主燃料噴射部の配置位置を変更した内燃機関の構成を説明するための図である。
【図１３】図１３は、主燃焼室内に旋回流を発生させる態様を説明するための図である。
【図１４】図１４は、主燃焼室内に旋回流を発生させる態様を説明するための図である。
【図１５】図１５は、吸気ポートに排気還流ガスを導入する態様を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１１】
図１に示される内燃機関２は、副燃焼室ユニット１０と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２０と、ピストン４１と、シリンダヘッド４２と、吸気弁４３と、排気弁４４と、シリンダブロック４５と、を備えている。
【００１２】
ピストン４１と、シリンダヘッド４２と、シリンダブロック４５とによって、主燃焼室４０１が形成されている。シリンダブロック４５には、ライナ４５１が設けられているので、より具体的には、ピストン４１と、シリンダヘッド４２と、ライナ４５１とによって、主燃焼室４０１が形成されている。主燃焼室４０１は、ピストン４１、シリンダヘッド４２、及びライナ４５１に囲まれて形成される室である。
【００１３】
シリンダヘッド４２には、吸気ポート４２１及び排気ポート４２２が形成されている。吸気ポート４２１が主燃焼室４０１に繋がる下流端部には、吸気弁４３が配置されている。排気ポート４２２が主燃焼室４０１に繋がる上流端部には、排気弁４４が配置されている。吸気弁４３は、吸気カム（不図示）の回動に応じて開閉弁する。排気弁４４は、排気カム（不図示）の回動に応じて開閉弁する。
【００１４】
吸気ポート４２１は、取り込んだ空気を主燃焼室４０１に供給するための流路である。排気ポート４２２は、主燃焼室４０１において新気混合気が燃焼した既燃ガスを排出するための流路である。排気弁４４が開弁されると、既燃ガスが主燃焼室４０１から排出される。
【００１５】
副燃焼室ユニット１０は、本体部１１と、副燃料噴射部１２と、点火部１３と、を備えている。副燃焼室ユニット１０は、その先端部分が主燃焼室４０１内に突出するように配置されている。
【００１６】
本体部１１には、副燃焼室１０１が形成されている。副燃焼室１０１は、主燃焼室４０１に隣接するように設けられている。
【００１７】
副燃焼室１０１は、有底の円筒形状を成している。副燃焼室１０１には、噴孔１１１が複数設けられている。副燃料噴射部１２及び点火部１３は、噴孔１１１が設けられている端部とは反対側の端部に設けられている。
【００１８】
副燃料噴射部１２は、インジェクタであって、その先端部分が副燃焼室１０１内に突出するように配置されている。副燃料噴射部１２から燃料を噴射することで、副燃焼室１０１内において新気混合気を生成することができる。
【００１９】
点火部１３は、火花式の点火プラグであって、その先端部分が副燃焼室１０１内に突出するように配置されている。点火部１３の先端部分に高電圧を印加して火花を発生させることで、副燃焼室１０１内の新気混合気を燃焼させることができる。
【００２０】
噴孔１１１は、本体部１１の周壁を貫通する孔として設けられ、主に副燃焼室１０１において新気混合気が燃焼した後の既燃ガスを主燃焼室４０１に排出するように設けられている。
【００２１】
主燃焼室４０１には、主燃料噴射部３１が設けられている。主燃料噴射部３１は、インジェクタであって、その先端部分が主燃焼室４０１内に突出するように配置されている。主燃料噴射部３１から燃料を噴射することで、主燃焼室４０１内において新気混合気を生成することができる。
【００２２】
ＥＣＵ２０は、副燃料噴射部１２、点火部１３、及び主燃料噴射部３１に制御信号又は駆動電圧を出力する制御装置である。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ２０１を含んでいる。ＣＰＵ２０１には、入力装置６から制御のための信号が出力される。入力装置６は、クランク角センサ、エアフロメータ、ＮＯｘセンサ、アクセル開度センサといった各種センサ類や、トルク要求を出力する他のＥＣＵといった、内燃機関２を駆動するのに必要となる各種信号を出力する装置が含まれる。ＣＰＵ２０１は、入力装置６から出力される信号に基づいて演算を実行し、副燃料噴射部１２、点火部１３、及び主燃料噴射部３１に制御信号又は駆動電圧を出力する。
【００２３】
続いて、内燃機関２における燃焼動作の一例について説明する。吸気行程においては、吸気カムによって吸気弁４３は開状態とされ、吸気ポート４２１に導入された新気空気が主燃焼室４０１へ導入される。吸気行程において主燃料噴射部３１から燃料が噴射されると、新気空気と混合され、主燃焼室４０１に新気混合気が生成される。
【００２４】
圧縮行程において、主燃焼室４０１内の新気混合気の一部は、噴孔１１１を通って主燃焼室４０１から副燃焼室１０１へ導入される。本実施形態では、圧縮行程において、副燃料噴射部１２から副燃焼室１０１内へ燃料が噴射され、新気混合気が生成される。副燃焼室ユニット１０は、リーン燃焼に最適化されており、副燃料噴射部１２から噴射される燃料は副燃焼室１０１内がリーン状態となるように設定されている。
【００２５】
副燃焼室１０１では、点火部１３により新気混合気が火花点火され、火炎が噴孔１１１から主燃焼室４０１へ放射される。主燃焼室４０１内の新気混合気は、火炎により点火され、燃焼する。膨張行程において、新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力は、ピストン４１を押し下げる。
【００２６】
排気行程において、排気カムにより排気弁４４は開状態とされ、主燃焼室４０１で燃焼された後の既燃ガスは、主燃焼室４０１から排気ポート４２２へ排出される。
【００２７】
図２に示されるように、副燃焼室１０１内の空燃比が小さくなり副燃焼室１０１内がリッチ状態になると、噴孔１１１から噴出される火炎速度が高くなる。一方、副燃焼室１０１内の空燃比が大きくなり副燃焼室１０１内がリーン状態になると、噴孔１１１から噴出される火炎速度が低くなる。
【００２８】
副燃焼室１０１は、リーン状態で最適化されているので、副燃焼室１０１内がリーン状態の場合は、火炎速度は適正な速度に抑制される。しかしながら、上記したように、主燃焼室４０１内の新気混合気が副燃焼室１０１内に導入されるため、副燃焼室１０１内がリッチ状態になる。
【００２９】
一例として、図３に、噴射タイミングと空燃比の状況を示す。図３（Ａ）は、燃料噴射弁駆動信号を示している。「主室」とあるのは、主燃料噴射部３１に駆動信号が出力されるタイミング及び状態を示している。「副室」とあるのは、副燃料噴射部１２に駆動信号が出力されるタイミング及び状態を示している。
【００３０】
図３（Ｂ）は、主燃焼室４０１のボアエンドにおける空燃比を示している。図３（Ｃ）は、主燃焼室４０１のプラグ回りにおける空燃比を示している。プラグ回りとは、主燃料噴射部３１及び副燃焼室ユニット１０が配置されている周辺を示している。図３（Ｄ）は、副燃焼室１０１内の空燃比を示している。図３（Ｂ）、図３（Ｃ）、及び図３（Ｄ）においては、破線がストイキ状態を示しており、破線よりも上がリーン状態、破線よりも下がリッチ状態である。
【００３１】
上記したように、吸気行程において主燃料噴射部３１から燃料を噴射すると、主燃焼室４０１内がリッチ状態となり、リッチ状態の新気混合気が副燃焼室１０１に導入される。副燃焼室１０１内がリッチ状態からストイキ状態になるタイミングで副燃料噴射部１２から燃料が噴射されるので、副燃焼室１０１内はストイキ状態で点火部１３による火花点火が実行される。
【００３２】
図３を参照しながら説明した噴射制御では、パーシャル噴射の場合には、副燃焼室ユニット１０がリーン状態に最適化されていたとしても、噴孔１１１から噴射される火炎は適切な速度で主燃焼室４０１内に噴射される。一方、高速・高負荷のフル噴射の場合には、副燃焼室１０１内がリッチ状態になる可能性がある。副燃焼室ユニット１０がリーン状態に最適化されていると、噴孔１１１から噴射される火炎は過剰な速度で主燃焼室４０１内に噴射されることになって、振動や騒音が増大する。
【００３３】
そこで高速・高負荷の場合には、図４に示されるように、主燃料噴射部３１の駆動タイミングを圧縮行程に変更することで、振動や騒音の低減を図っている。図４（Ａ）は、燃料噴射弁駆動信号を示している。「主室」とあるのは、主燃料噴射部３１に駆動信号が出力されるタイミング及び状態を示している。「副室」とあるのは、副燃料噴射部１２に駆動信号が出力されるタイミング及び状態を示している。
【００３４】
図４（Ｂ）は、主燃焼室４０１のボアエンドにおける空燃比を示している。図４（Ｃ）は、主燃焼室４０１のプラグ回りにおける空燃比を示している。図４（Ｄ）は、副燃焼室１０１内の空燃比を示している。図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、及び図４（Ｄ）においては、破線がストイキ状態を示しており、破線よりも上がリーン状態、破線よりも下がリッチ状態である。
【００３５】
圧縮行程において主燃料噴射部３１から燃料を噴射すると、主燃焼室４０１内がリッチ状態となる。主燃料噴射部３１から噴射される燃料の慣性力によって、ボアエンドの空燃比はリッチ状態になるものの、プラグ回りの空燃比はリッチ状態とならずにリーン状態のままとなる。図５に、圧縮行程での新気混合気の状態を示す。図５に示されるように、主燃料噴射部３１及び副燃焼室ユニット１０の周辺を含む中央領域ＣＺにおける主燃焼室４０１内の新気混合気はリーン状態である。一方、中央領域ＣＺよりも外側の周辺領域ＳＺにおける主燃焼室４０１内の新気混合気はリッチ状態である。
【００３６】
主燃焼室４０１内におけるリーン状態の新気混合気が副燃焼室１０１内に導入されるので、副燃焼室１０１内もリーン状態になる。副燃焼室１０１内がリーン状態になっているタイミングで副燃料噴射部１２から燃料が噴射されるので、副燃焼室１０１内がリーン状態で点火部１３による火花点火が実行される。副燃焼室ユニット１０がリーン状態に最適化されていると、噴孔１１１から噴射される火炎は適切な速度で主燃焼室４０１内に噴射されることになって、振動や騒音が低減される。
【００３７】
上記したように、本実施形態における内燃機関２は、シリンダヘッド４２とシリンダブロック４５とピストン４１とで画定されており、新気混合気が燃焼する主燃焼室４０１と、主燃焼室４０１に隣接して設けられ、新気混合気が燃焼した後の既燃ガスを主燃焼室４０１に排出する噴孔１１１に連通する副燃焼室１０１と、副燃焼室１０１の内部に新気混合気を生成するための燃料を噴射する副燃料噴射部１２と、副燃焼室１０１の内部に生成された新気混合気に点火可能なように設けられている点火部１３と、を備えている。内燃機関２には、内燃機関２が所定負荷以上の高負荷運転するにあたって、点火部１３が新気混合気に点火するタイミングで噴孔１１１を囲む主燃焼室４０１における中央領域ＣＺが、中央領域ＣＺの更に外側に位置する周辺領域ＳＺに比較してリーン状態となるように層状混合気を生成する混合気調整部としてのＥＣＵ２０及び主燃料噴射部３１が設けられている。
【００３８】
副燃焼室１０１内に設けられている点火部１３が新気混合気に点火するタイミングで、主燃焼室４０１内の中央領域ＣＺを周辺領域ＳＺに比較してリーン状態となるように層状混合気を生成することで、副燃焼室１０１内に主燃焼室４０１側から燃料が到達しにくくなる。従って、副燃焼室１０１内における空燃比を制御して噴孔から噴射する火炎速度を調整するにあたって、主燃焼室４０１側からの影響を低減させる。この影響低減により、高負荷運転時においても主燃焼室４０１内の燃焼速度が速くなりすぎて主燃焼室４０１内が高圧になることを抑制し、振動や騒音を抑制することができる。
【００３９】
本実施形態では、主燃焼室に燃料を噴射する主燃料噴射部３１が設けられており、混合気調整部としてのＥＣＵ２０は、主燃料噴射部３１に対して圧縮行程において燃料噴射を行わせるように制御することで層状混合気を生成する。
【００４０】
図３を参照しながら説明したように、主燃料噴射部３１が吸気行程において燃料噴射を行うと、点火部１３が新気混合気に点火するタイミングまでに燃料が拡散してしまい、中央領域ＣＺがリッチ状態からストイキ状態となる。そこで、図４を参照しながら説明したように、主燃料噴射部３１が吸気行程の後の圧縮行程において燃料噴射を行うことで、点火部１３が新気混合気に点火するタイミングまでの時間を短くし、中央領域ＣＺをリーン状態とすることができる。
【００４１】
本実施形態では、主燃料噴射部３１は、中央領域ＣＺに設けられている。
【００４２】
中央領域ＣＺに主燃料噴射部３１が設けられているので、主燃料噴射部３１から噴射された燃料は主燃焼室４０１内でピストン４１から周囲のライナ４５１に向かって流れ、ライナ４５１から中央領域ＣＺに戻るように流れる。主燃料噴射部３１が燃料を噴射してから中央領域ＣＺに燃料が還流するまでの時間を確保することができるので、中央領域ＣＺから噴孔１１１を通って副燃焼室１０１内に燃料が到達するタイミングを遅らせることができ、副燃焼室１０１内をリーン状態に保つことができる。
【００４３】
本実施形態では、主燃焼室４０１の径方向において、主燃料噴射部３１よりも副燃焼室１０１が内側に設けられている。
【００４４】
副燃焼室１０１は主燃焼室４０１の径方向において主燃料噴射部３１よりも内側に設けられているので、主燃料噴射部３１から噴射された燃料が副燃焼室１０１に到達するタイミングをより遅らせることができ、副燃焼室１０１内をリーン状態に保つことができる。
【００４５】
図１から図５を参照しながら説明した態様では、主燃料噴射部３１が圧縮行程において主燃焼室４０１内に燃料噴射を行うことで層状混合気を生成している。しかしながら、層状混合気を生成する態様はこれに限られるものではない。
【００４６】
主燃焼室４０１内に旋回流を発生させることで層状混合気を生成する態様について、図６を参照しながら説明する。主燃焼室４０１内に旋回流を発生させる技術は、主燃料噴射部３１が圧縮行程において主燃焼室４０１内に燃料噴射を行うことで層状混合気を生成する技術と併せて用いてもよく、独立して用いてもよい。主燃焼室４０１内に旋回流を発生させる技術を、主燃料噴射部３１が圧縮行程において主燃焼室４０１内に燃料噴射を行うことで層状混合気を生成する技術と併せて用いる例について、図６を参照しながら説明する。
【００４７】
図６は、主燃焼室４０１を吸排気弁側から見た状態を簡略的に示す図である。図６に示されるように、主燃焼室４０１に臨むように、一対の吸気弁４３ａ，４３ｂと、一対の排気弁４４ａ，４４ｂと、が設けられている。一方の吸気弁４３ａに繋がる吸気ポート４２１ａと、他方の吸気弁４３ｂに繋がる吸気ポート４２１ｂと、が設けられている。一方の吸気ポート４２１ａに、渦流発生装置１９が設けられている。
【００４８】
渦流発生装置１９は、吸気ポート４２１ａの流路断面積を減少させるための流路調整弁である。吸気ポート４２１ａの流路断面積を減少させると、吸気ポート４２１ｂから導入される空気の流れが支配的となり、主燃焼室４０１内に渦流が発生する。渦流発生装置１９は、混合気調整部に相当する。
【００４９】
図７に、渦流発生装置１９によって渦流を発生させた場合の噴射タイミングと空燃比の状況を示す。図７（Ａ）は、燃料噴射弁駆動信号を示している。「主室」とあるのは、主燃料噴射部３１に駆動信号が出力されるタイミング及び状態を示している。「副室」とあるのは、副燃料噴射部１２に駆動信号が出力されるタイミング及び状態を示している。
【００５０】
図７（Ｂ）は、主燃焼室４０１のボアエンドにおける空燃比を示している。図７（Ｃ）は、主燃焼室４０１のプラグ回りにおける空燃比を示している。プラグ回りとは、主燃料噴射部３１及び副燃焼室ユニット１０が配置されている周辺を示している。図７（Ｄ）は、副燃焼室１０１内の空燃比を示している。図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、及び図７（Ｄ）においては、破線がストイキ状態を示しており、破線よりも上がリーン状態、破線よりも下がリッチ状態である。
【００５１】
上記したように、吸気行程において主燃料噴射部３１から燃料を噴射すると、主燃焼室４０１内がリッチ状態となり、リッチ状態の新気混合気が副燃焼室１０１に導入される。副燃焼室１０１内がリッチ状態になっているタイミングで副燃料噴射部１２から燃料が噴射されるので、副燃焼室１０１内がリッチ状態で点火部１３による火花点火が実行される。
【００５２】
図７を参照しながら説明した噴射制御では、パーシャル噴射の場合には、副燃焼室ユニット１０がリーン状態に最適化されていたとしても、噴孔１１１から噴射される火炎は適切な速度で主燃焼室４０１内に噴射される。更に、主燃焼室４０１内に渦流が発生しているので、副燃焼室ユニット１０の近傍はよりリーン状態になる傾向にある。一方、高速・高負荷のフル噴射の場合には、副燃焼室ユニット１０がリーン状態に最適化されていると、噴孔１１１から噴射される火炎は過剰な速度で主燃焼室４０１内に噴射されることになって、振動や騒音が増大する。
【００５３】
そこで、図８に示されるように、主燃料噴射部３１の駆動タイミングを圧縮行程に変更することで、振動や騒音の低減を図っている。図８（Ａ）は、燃料噴射弁駆動信号を示している。「主室」とあるのは、主燃料噴射部３１に駆動信号が出力されるタイミング及び状態を示している。「副室」とあるのは、副燃料噴射部１２に駆動信号が出力されるタイミング及び状態を示している。
【００５４】
図８（Ｂ）は、主燃焼室４０１のボアエンドにおける空燃比を示している。図８（Ｃ）は、主燃焼室４０１のプラグ回りにおける空燃比を示している。図８（Ｄ）は、副燃焼室１０１内の空燃比を示している。図８（Ｂ）、図８（Ｃ）、及び図８（Ｄ）においては、破線がストイキ状態を示しており、破線よりも上がリーン状態、破線よりも下がリッチ状態である。
【００５５】
圧縮行程において主燃料噴射部３１から燃料を噴射すると、主燃焼室４０１内がリッチ状態となる。主燃料噴射部３１から噴射される燃料の慣性力によって、ボアエンドの空燃比はリッチ状態になるものの、プラグ回りの空燃比はリッチ状態とならずにリーン状態のままとなる。
【００５６】
主燃焼室４０１内におけるリーン状態の新気混合気が副燃焼室１０１内に導入されるので、副燃焼室１０１内もリーン状態になる。特にこの態様では、主燃焼室４０１内に旋回流が発生しているので、副燃焼室１０１周辺はよりリーンな状態となる。副燃焼室１０１内がリーン状態になっているタイミングで副燃料噴射部１２から燃料が噴射されるので、副燃焼室１０１内がリーン状態で点火部１３による火花点火が実行される。副燃焼室ユニット１０がリーン状態に最適化されていると、噴孔１１１から噴射される火炎は適切な速度で主燃焼室４０１内に噴射されることになって、振動や騒音が低減される。
【００５７】
主燃焼室４０１内に旋回流を発生させる更なる効果として、主燃焼室４０１内の燃焼促進効果がある。図９は、燃焼促進効果を説明するための図である。図９（Ａ）は、主燃焼室４０１内に旋回流が発生している場合の燃焼状況を簡略的に示している。図９（Ｂ）は、主燃焼室４０１内に旋回流が発生していない場合の燃焼状況を簡略的に示している。
【００５８】
図９（Ｂ）に示されるように、主燃焼室４０１内に旋回流が発生していないと、噴孔１１１から噴射する火炎間に隙間が生じる。この隙間の発生によって、燃焼の不均一に起因するノッキングが生じるおそれがある。
【００５９】
図９（Ａ）に示されるように、主燃焼室４０１内に旋回流が発生していると、噴孔１１１から噴射する火炎間の隙間が減少する。この隙間の減少によって、燃焼がより均一になり、ノッキングの発生が抑制される。
【００６０】
主燃焼室４０１内に旋回流を発生させると、層状混合気が生成されるので、主燃料噴射部は必ずしも主燃焼室４０１の中央近傍にある必要はない。主燃料噴射部の配置位置を変更する変形例について図１０を参照しながら説明する。
【００６１】
図１０に示される内燃機関２Ａは、副燃焼室ユニット１０と、ＥＣＵ２０と、ピストン４１と、シリンダヘッド４２と、吸気弁４３と、排気弁４４と、シリンダブロック４５と、を備えている。内燃機関２Ａのこれら基本的な構成は内燃機関２と同様であり、主燃料噴射部３１Ａの配置位置が異なっているので、その点について主に説明する。
【００６２】
主燃焼室４０１には、主燃料噴射部３１Ａが設けられている。主燃料噴射部３１Ａは、インジェクタであって、その先端部分が主燃焼室４０１内に突出するように配置されている。主燃料噴射部３１Ａから燃料を噴射することで、主燃焼室４０１内において新気混合気を生成することができる。
【００６３】
主燃料噴射部３１Ａは、主燃焼室４０１の周辺領域ＳＺにその先端部分が突出するように配置されている。図１１に示されるように、主燃料噴射部３１Ａは、主燃焼室４０１を形成する側壁から主燃焼室４０１内に突出するように設けられている。主燃料噴射部３１Ａが噴射する燃料は、旋回流に乗って主に周辺領域ＳＺに流れる。図１１に示される状態は、図６を参照しながら説明したのと同様に、渦流発生装置１９によって主燃焼室４０１内に旋回流が発生し、中央領域ＣＺにおける混合気と周辺領域ＳＺにおける混合気とが層状混合気を成している。
【００６４】
上記説明したように、混合気調整部として機能する渦流発生装置１９は、主燃焼室４０１の内部に旋回流を発生させることで層状混合気を生成する。
【００６５】
主燃焼室４０１の内部に旋回流を発生させることで、それぞれ燃料濃度の異なる層状混合気を生成することができる。旋回流を発生させるので、噴孔１１１から噴射する火炎の間隔が狭まり、均一な燃焼が可能となってノッキングが抑制される。
【００６６】
混合気調整部として機能する渦流発生装置１９は、中央領域ＣＺの外側において主燃焼室４０１の円筒内壁に沿った旋回流を発生させる。
【００６７】
主燃焼室４０１の円筒内壁に沿って中央領域ＣＺの外側に旋回流を発生させることで、中央領域ＣＺと周辺領域ＳＺとにおける流れを分離し、それぞれ燃料濃度の異なる層状混合気を生成することができる。
【００６８】
図１０及び図１１を参照しながら説明したように、主燃焼室４０１に燃料を噴射する主燃料噴射部３１Ａを円筒内壁側に設けることができる。
【００６９】
主燃料噴射部３１Ａを主燃焼室４０１の円筒内壁側に設けることで、噴射した燃料を外側の旋回流に乗せるように供給することができ、層状混合気をより確実に生成することができる。
【００７０】
混合気調整部として機能する渦流発生装置１９は、内燃機関２，２Ａが所定負荷未満の低負荷運転の場合よりも所定負荷以上の高負荷運転の場合に、生成する旋回流の速度を高める。
【００７１】
高負荷運転の場合に、噴孔１１１から噴射する火炎の速度を抑制する必要があるので、低負荷運転の場合と比較して旋回流の速度を高め、旋回流を強くすることで、中央領域ＣＺをより確実にリーン状態とすることができる。
【００７２】
主燃焼室４０１に新気を取り込む吸気弁４３は、吸気弁４３ａ及び吸気弁４３ｂを含むように少なくとも一対設けられている。混合気調整部としての渦流発生装置１９は、一対設けられている吸気弁４３，４３ａ，４３ｂからの流入空気に流量差を発生させることで層状混合気を生成する。
【００７３】
吸気弁４３，４３ａ，４３ｂからの流入空気に流量差を発生させることで、簡便な構造で確実に旋回流を発生させ、層状混合気を生成することができる。
【００７４】
一対設けられている吸気弁４３ａ，４３ｂに繋がる流路である吸気ポート４２１ａ及び吸気ポート４２１ｂの流路面積をそれぞれ異ならせることで流入空気に流量差を発生させることができる。
【００７５】
一方の吸気ポート４２１ａに渦流発生装置１９を設けるという簡単な構成で、吸気ポート４２１ａと吸気ポート４２１ｂとに流れる空気の流量差を確実に発生させることができる。
【００７６】
主燃焼室４０１に渦流を発生させる場合、中央領域ＣＺの外側に燃料が供給されればよい。図１２に示されるように、吸気弁からの流入空気の流量が相対的に大きくなる方の流路である吸気ポート４２１ｂに燃料を噴射するポート噴射部３１Ｂを設けてもよい。
【００７７】
混合気調整部としては、渦流発生装置１９に替えて若しくは加えて、一対設けられている吸気弁４３ａ，４３ｂにおける流路面積をそれぞれ異ならせることも好ましい態様である。
【００７８】
図１３に示されるように、吸気弁４３ａ側にシュラウド４３１ａを、吸気弁４３ｂ側にシュラウド４３１ｂをそれぞれ設けることができる。シュラウド４３１ａは、吸気弁４３ａの周囲に配置されている壁状部材であって、吸気弁４３ａの開弁動作による開口面積を調整するものである。シュラウド４３１ｂは、吸気弁４３ｂの周囲に配置されている壁状部材であって、吸気弁４３ｂの開弁動作による開口面積を調整するものである。シュラウド４３１ａによって調整される吸気弁４３ａの開口面積は、シュラウド４３１ｂによって調整される吸気弁４３ｂの開口面積よりも小さくなるように構成されている。
【００７９】
混合気調整部としては、吸気弁４３ａの上流側で空気の流入方向を規定するようにする手段も用いられる。図１４に示されるように、吸気ポート４２１ａから吸気弁４３ａにかけて、流入方向規定部４２１ｃを設けることができる。流入方向規定部４２１ｃによって、吸気弁４３ａから導入される空気は、周辺領域ＳＺに向かって方向付けられる。
【００８０】
本実施形態では、図１５に示されるように、排気還流ガス導入機構５０を設けてもよい。排気還流ガス導入機構５０は、排気ポート４２２と吸気ポート４２１ａとを繋いでいる。排気還流ガス導入機構５０は、調整弁５０１を備えている。調整弁５０１は、ＥＣＵ２０によって開度が調整できるように構成されている。調整弁５０１を調整することで、排気ポート４２２から吸気ポート４２１ａに流れる排気ガス量を調整することができる。
【００８１】
このように構成することで、吸気弁からの流入空気の流量が相対的に小さくなる方の流路である吸気ポート４２１ａに排気還流ガスを導入することができる。
【００８２】
吸気弁からの流入空気の流量が相対的に小さくなる方の流路である吸気ポート４２１ａに排気還流ガスを導入することで、副燃焼室ユニット１０の周囲における排気還流ガス濃度を濃くすることができる。上記説明したエアリーン効果に加えて排気還流リーン効果を加えることで、噴孔１１１から噴出する火炎速度の制御範囲を拡大することができる。冷間高負荷時には副燃焼室１０１の壁面温度が低いことで副燃焼室１０１内での火炎形成時の冷却損失が大きくなり、火炎速度が低下してしまう。本手法により排気還流ガスのもつ熱量を活用し、早期に副燃焼室１０１における壁面の温度を平衡点に安定させることが可能となる。
【００８３】
本開示に記載の制御装置及び制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと１つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。
【００８４】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１２：副燃料噴射部
１３：点火部
１９：渦流発生装置（混合気調整部）
２０：ＥＣＵ（混合気調整部）
３１：主燃料噴射部（混合気調整部）
１０１：副燃焼室
４０１：主燃焼室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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