(57)【要約】【課題】  ＥＧＲ成層を行う場合に、境界で発生する未燃ＨＣやＣＯを低減し、点火の改善とともに排気エミッションの改善を図ること。【解決手段】  エンジン５０Ａは、ＥＧＲガスを含む第１の吸気を第１の吸気通路５２を介して、ＥＧＲガスを含まない第２の吸気を第２の吸気通路５３を介してそれぞれ燃焼室５１に導入し、第１の吸気を含む第１の層Ｓ１と、第２の吸気を含む第２の層Ｓ２とを燃焼室５１に形成するＥＧＲ成層を行う場合に、第１の連通路６１と第２の連通路６２とで燃焼室５１に連通するとともに、第１の点火プラグ５６が設けられた第１の副燃焼室５５を備える。第１の連通路６１は、第１の副燃焼室５５の外側から内側に向けて絞られるとともに、第２の層Ｓ２に開口するように形成されている。第２の連通路６２は、第１の副燃焼室５５の内側から外側に向けて絞られるとともに、Ｓ１とＳ２との境界に向かって開口するように形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲガスを含む第１の吸気を第１の吸気通路を介して、ＥＧＲガスを含まない第２の吸気を第２の吸気通路を介してそれぞれ筒内に導入し、第１の吸気を含む第１の層と、第２の吸気を含む第２の層とを筒内に形成するＥＧＲ成層を行う場合に、
第１の連通路と第２の連通路とで燃焼室に連通するとともに、第１の点火プラグが設けられた第１の副燃焼室を備え、
前記第１の連通路を、前記第１の副燃焼室の外側から内側に向けて絞るとともに、前記第２の層に開口するように形成し、
前記第２の連通路を、前記第１の副燃焼室の内側から外側に向けて絞るとともに、前記第１の層と前記第２の層との境界に向かって開口するように形成したことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンであって、
前記境界が前記第１の副燃焼室を間に挟むようにして形成されるとともに、前記第２の連通路を前記第１の副燃焼室を間に挟むようにして形成される境界のうち、いずれか一方の境界のみに向けて開口するように形成したことを特徴とするエンジン。
【請求項３】
請求項１記載のエンジンであって、
前記第２の層が形成される領域に、第３の連通路と第４の連通路とで前記燃焼室に連通するとともに、第２の点火プラグが設けられた第２の副燃焼室をさらに備え、
前記第３の連通路を、前記第２の副燃焼室の外側から内側に向けて絞るとともに、前記第２の層に開口するように形成し、
前記第４の連通路を、前記第２の副燃焼室の内側から外側に向けて絞るとともに、前記燃焼室の壁面に沿う方向に向かって開口するように形成したことを特徴とするエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンに関し、特にＥＧＲ成層を行うエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンにおいては筒内でガスの成層化を行うエンジンが知られている。ガスの成層化は例えば希薄燃焼を実現するために行われる。この点、ガスの成層化を図る方法には、具体的には例えばＥＧＲガスを含む第１の吸気と、ＥＧＲガスを含まない第２の吸気（空気または混合気）とを２つの吸気通路を介してそれぞれ筒内に導入し、第１の吸気を含む第１の層と、第２の吸気を含む第２の層とを筒内に形成する方法（ＥＧＲ成層）がある。ＥＧＲ成層に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１または２で開示されている。
【０００３】
また従来、エンジンにおいては副燃焼室を備えたエンジンが知られている。副燃焼室は燃焼室に連通する連通路を備えており、連通路から燃焼ガス（火炎）を噴射することで例えば希薄燃焼を行う際の点火や燃焼を改善するために設けられる。この副燃焼室に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献３から７までで開示されている。そのほか筒内にＥＧＲガスを導入するエンジンにおいて、点火プラグ近傍にＥＧＲガスを含まないガスを供給する点で、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献８で提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２２４７２６号公報
【特許文献２】特表２００１−５１２２０８号公報
【特許文献３】特開平８−２８４６６５号公報
【特許文献４】特開２００７−１９８１４０号公報
【特許文献５】特開平７−２５９５６３号公報
【特許文献６】特開平７−２６９６１号公報
【特許文献７】特開平７−２６９３５０号公報
【特許文献８】特開平８−２５４１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところでＥＧＲ成層を行うエンジンで、点火の改善を図るためには例えば図９に示すように副燃焼室を設けることが考えられる。この例で副燃焼室は第２の層に開口した連通路を備えるとともに、点火プラグが設けられた構成となっている。このためこの例では、ＥＧＲガスを含まない第２の吸気が常に点火プラグに導かれることとなり（図９（ａ）参照）、この結果、安定した点火を得ることができる。
しかしながら、ＥＧＲ成層を行う場合には、圧縮行程から燃焼時にかけてのタイミングで、第１および第２の層の混合がこれらの境界で進行する。このためＥＧＲ成層を行う場合には、かかる混合により境界で未燃ＨＣやＣＯが発生し易くなる。ところが、図９に示すように副燃焼室を備えたエンジンでは、もともと燃焼の良い第２の層に向かって燃焼ガスが噴射されるため（図９（ｂ）参照）、点火の改善を図ることはできるものの、燃焼ガスを利用して境界で発生する未燃ＨＣやＣＯを効果的に低減することができない点で問題があった。
【０００６】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ成層を行う場合に、境界で発生する未燃ＨＣやＣＯを低減し、点火の改善とともに排気エミッションの改善を図ることができるエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明のエンジンは、ＥＧＲガスを含む第１の吸気を第１の吸気通路を介して、ＥＧＲガスを含まない第２の吸気を第２の吸気通路を介してそれぞれ筒内に導入し、第１の吸気を含む第１の層と、第２の吸気を含む第２の層とを筒内に形成するＥＧＲ成層を行う場合に、第１の連通路と第２の連通路とで燃焼室に連通するとともに、第１の点火プラグが設けられた第１の副燃焼室を備え、前記第１の連通路を、前記第１の副燃焼室の外側から内側に向けて絞るとともに、前記第２の層に開口するように形成し、前記第２の連通路を、前記第１の副燃焼室の内側から外側に向けて絞るとともに、前記第１の層と前記第２の層との境界に向かって開口するように形成したことを特徴とする。
【０００８】
また本発明は前記境界が前記第１の副燃焼室を間に挟むようにして形成されるとともに、前記第２の連通路を前記第１の副燃焼室を間に挟むようにして形成される境界のうち、いずれか一方の境界のみに向けて開口するように形成した構成であってもよい。
【０００９】
また本発明は前記第２の層が形成される領域に、第３の連通路と第４の連通路とで前記燃焼室に連通するとともに、第２の点火プラグが設けられた第２の副燃焼室をさらに備え、前記第３の連通路を、前記第２の副燃焼室の外側から内側に向けて絞るとともに、前記第２の層に開口するように形成し、前記第４の連通路を、前記第２の副燃焼室の内側から外側に向けて絞るとともに、前記燃焼室の壁面に沿う方向に向かって開口するように形成した構成であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＥＧＲ成層を行う場合に、境界で発生する未燃ＨＣやＣＯを低減し、点火の改善とともに排気エミッションの改善を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本実施例に係るエンジン５０Ａを一気筒につき模式的に示す図である。エンジン５０Ａは吸気２弁および排気２弁構造のエンジンとなっている。燃焼室５１には第１および第２の吸気通路５２、５３がそれぞれ連通している。第１の吸気通路５２にはＥＧＲ弁５４を介して、ＥＧＲ弁５４の開弁時に図示しない排気系からＥＧＲガスが導入される。これにより、第１の吸気通路５２から燃焼室５１にＥＧＲガスを含む第１の吸気が導入される。一方、第２の吸気通路５３から燃焼室５１には、ＥＧＲガスを含まない第２の吸気（空気または混合気）が導入される。ＥＧＲ成層はこのように第１および第２の吸気を導入することで行われる。これにより燃焼室５１の中心軸線を含み、且つ吸排気方向に略平行な平面を理想的な境界とした第１および第２の層Ｓ１、Ｓ２を形成して、高い成層度を得ることができる。
【００１３】
燃焼室５１の上方略中央には、第１の副燃焼室５５Ａが設けられている。第１の副燃焼室５５Ａは具体的には図示しないシリンダヘッドに設けられている。第１の副燃焼室５５Ａには第１の点火プラグ５６が設けられている。第１の副燃焼室５５Ａには、燃焼室５１に連通する第１および第２の連通路６１、６２が設けられている。第１の連通路６１は第１の副燃焼室５５Ａの外側から内側に向けて絞られるとともに、第２の層Ｓ２に開口するように形成されている。第２の連通路６２は、第１の副燃焼室５５Ａの内側から外側に向けて絞られるとともに、第１および第２の層Ｓ１、Ｓ２の境界に向かって開口するように形成されている。この点、境界は第１の副燃焼室５５Ａを間に挟むようにして吸気側および排気側に形成される。これに対して第２の連通路６２は本実施例では具体的には第１の副燃焼室５５Ａを間に挟むようにして吸気側および排気側に形成された境界それぞれに向かって開口するように２つ形成されている。なお、図２に第１および第２の連通路６１、６２の形状を拡大して示す。
【００１４】
第１の副燃焼室５５Ａでは、特定の方向のみにガスが流通するように第１および第２の連通路６１、６２の絞りが形成されている。そして上記のように第１および第２の連通路６１、６２の絞りが形成されたエンジン５０Ａでは、ＥＧＲガスを含まない第２の吸気が第１の連通路６１から第１の副燃焼室５５Ａに導入される。これにより、第１の点火プラグ５６で安定した点火を得ることができる。
また、ＥＧＲ成層を行う場合、境界に沿って伝播する火炎が到達する前に第１および第２の層Ｓ１、Ｓ２の混合が進むと未燃ＨＣやＣＯが発生する。これに対してエンジン５０Ａでは、第２の連通路６２が境界に向かって開口している。このため、第１の点火プラグ５６の点火で第１の副燃焼室５５Ａ内に発生した燃焼ガスは第２の連通路６２を介して境界に向かって噴射される（図３参照）。これにより境界での燃焼の促進を図ることができる。そしてこれにより境界での燃焼を早期に終了させることができ、未燃ＨＣやＣＯの発生を抑制することができる。
このようにエンジン５０Ａは、境界で発生する未燃ＨＣやＣＯを低減し、点火の改善とともに排気エミッションの改善を図ることができる。
【実施例２】
【００１５】
図４は本実施例に係るエンジン５０Ｂを一気筒につき模式的に示す図である。エンジン５０Ｂは第１の副燃焼室５５Ａの代わりに第１の副燃焼室５５Ｂを備えている点以外、エンジン５０Ａと実質的に同一のものとなっている。また第１の副燃焼室５５Ｂは燃焼室５１に連通する複数の第５の連通路６５がさらに設けられている点以外、第１の副燃焼室５５Ａと実質的に同一のものとなっている。第５の連通路６５は第１の副燃焼室５５Ｂの内側から外側に向けて絞られるとともに第２の層Ｓ２に向けて開口するように形成され、さらに第２の層Ｓ２側で略均等に複数（ここでは２つ）配置されている。
エンジン５０Ｂでは、２つの第５の連通路６５を介してＥＧＲガスを含まないがために燃焼の良い第２の層Ｓ２に向かって均等な分布で燃焼ガスが噴射される。このためエンジン５０Ｂではエンジン５０Ａと比較して、さらに燃焼期間を短縮することができ、これにより燃焼の改善を図ることができる。
このようにエンジン５０Ｂは、境界で発生する未燃ＨＣやＣＯを低減し、点火の改善とともに排気エミッションの改善を図ることができ、エンジン５０Ａと比較してさらに燃焼の改善も図ることができる。
【実施例３】
【００１６】
図５は本実施例に係るエンジン５０Ｃを一気筒につき模式的に示す図である。エンジン５０Ｃは第１の副燃焼室５５Ａの代わりに、第１の副燃焼室５５Ｃを備えている点以外、エンジン５０Ａと実質的に同一のものとなっている。また第１の副燃焼室５５Ｃは、第２の連通路６２が第１の副燃焼室５５Ｃを間に挟むようにして吸気側および排気側に形成される境界のうち、いずれか一方の境界（ここでは排気側の境界）のみに向けて開口するように形成されている点以外、第１の副燃焼室５５Ａと実質的に同一のものとなっている。
【００１７】
ここで、ＥＧＲ成層を行うエンジンでは境界でのガスの混合に起因して未燃ＨＣやＣＯが発生するほかに、温度の低い燃焼室５１の壁面（ボア壁）近傍でも未燃ＨＣが発生する。これに対してエンジン５０Ｃでは、第１の副燃焼室５５Ｃで発生した燃焼ガスが、第２の連通路６２を介して排気側の境界に向けて噴射される。そしてエンジン５０Ｃでは噴射された燃焼ガスにより、境界とボア壁とを外周とする循環流が形成される。これにより燃焼ガスは境界とボア壁とから離れた位置で最後に燃焼することとなり、その間、ボア壁を外周として循環する燃焼ガスでボア壁近傍での未燃ＨＣの発生を抑制することが可能になる。また、燃焼ガスは吸気側の境界も外周として循環するので、吸気側の境界での未燃ＨＣやＣＯの発生も抑制することができる。
このようにエンジン５０Ｃは、境界で発生する未燃ＨＣやＣＯを低減し、点火の改善とともに排気エミッションの改善を図ることができ、エンジン５０Ａと比較してさらにボア壁近傍で発生する未燃ＨＣの低減も図ることができる。
【実施例４】
【００１８】
図６は本実施例に係るエンジン５０Ｄを一気筒につき模式的に示す図である。エンジン５０Ｄは第２の副燃焼室５７をさらに備えている点以外、エンジン５０Ａと実質的に同一のものとなっている。第２の副燃焼室５７は第２の層Ｓ２が形成される領域に設けられている。この点、第２の副燃焼室５７は本実施例では具体的には第２の層Ｓ２に密接するボア壁のうち、円周方向略中央の部分の近傍に設けられている。また第２の副燃焼室５７には第２の点火プラグ５８が設けられている。
第２の副燃焼室５７は第３の連通路６３と第４の連通路６４とで燃焼室５１に連通している。第３の連通路６３は、第２の副燃焼室５７の外側から内側に向けて絞られるとともに、第２の層Ｓ２に開口するように形成されている。第４の連通路６４は、第２の副燃焼室５７の内側から外側に向けて絞られるとともに、ボア壁に沿う方向に向かって開口するように形成されている。
【００１９】
エンジン５０Ｄでは、ＥＧＲガスを含まない第２の吸気が第３の連通路６３から第２の副燃焼室５７に導入される。これにより、第２の点火プラグ５８で安定した点火を得ることができる。
またエンジン５０Ｄでは、第２の副燃焼室５７で発生した燃焼ガスが、第４の連通路６４を介しボア壁に沿って噴射される。これにより、ボア壁に沿って噴射された燃焼ガスでボア壁近傍での未燃ＨＣの発生を抑制することが可能になる。
このようにエンジン５０Ｄは、境界で発生する未燃ＨＣやＣＯを低減し、点火の改善とともに排気エミッションの改善を図ることができ、エンジン５０Ａと比較してさらにボア壁近傍で発生する未燃ＨＣの低減も図ることができる。
【実施例５】
【００２０】
本実施例では、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１Ａで実現された本発明のエンジンの制御装置について説明する。ＥＣＵ１Ａは実施例４で前述したエンジン５０Ｄについてのエンジンの制御装置となっている。図７はＥＣＵ１Ａの構成を模式的に示す図である。ＥＣＵ１ＡはＣＰＵ１１（Central Processing Unit：中央演算処理装置）、ＲＯＭ１２（Read Only Memory）、ＲＡＭ１３（Random Access Memory）などで構成されるマイクロコンピュータや入出力回路１５、１６などを有して構成されている。これらはバス１４を介して互いに接続されている。ＥＣＵ１Ａはエンジン制御用のＥＣＵであり、ＥＣＵ１Ａには各種のセンサ・スイッチ類２０が電気的に接続されている。ＥＣＵ１Ａには第１および第２の点火プラグ５６、５８に対応して設けられた第１および第２のイグナイタ７１、７２のほか、図示しない各種の制御対象が電気的に接続されている。
【００２１】
ＲＯＭ１２はＣＰＵ１１が実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵ１１がＲＯＭ１２に格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭ１３の一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１Ａでは各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが機能的に実現される。この点、本実施例では特に以下に示す点火タイミング制御手段がＥＣＵ１Ａで機能的に実現されている。
点火タイミング制御手段は、第１および第２の点火プラグ５６、５８の相対的な点火タイミングを制御する。この点、点火タイミング制御手段は具体的には第１の点火プラグ５６のほうが第２の点火プラグ５８よりも点火タイミングが先になるように第１および第２のイグナイタ７１、７２を制御することで、点火タイミングを制御する。
【００２２】
ＥＣＵ１Ａによって第１および第２の点火プラグ５６、５８の相対的な点火タイミングが制御されたエンジン５０Ｄでは、第１の点火プラグ５６の点火によって第２の連通路６２から噴射された燃焼ガスが、ボア壁近傍でＥＧＲガスを含まない第２の吸気を予圧縮する。これにより、ボア壁近傍の第２の吸気はその温度が高まるとともに、燃焼し易い状態となる。そしてこの状態でさらに第２の点火プラグ５８の点火によって第４の連通路６４からボア壁に沿って燃焼ガスが噴射されるので、ボア壁近傍で発生する未燃ＨＣの発生を好適に抑制できる。
このようにＥＣＵ１Ａは、エンジン５０Ｄのボア壁近傍で発生する未燃ＨＣの低減を好適に図ることができる。
【実施例６】
【００２３】
本実施例に係るＥＣＵ１Ｂは、点火タイミング制御手段が第２の点火プラグ５８のほうが第１の点火プラグ５６よりも点火タイミングが先になるように点火タイミングを制御するよう構成されている点以外、ＥＣＵ１Ａと実質的に同一のものとなっている。また、ＥＣＵ１ＢはＥＣＵ１Ａと同様にエンジン５０Ｄについてのエンジンの制御装置となっている。このため本実施例ではＥＣＵ１Ｂについては図示省略する。
【００２４】
ＥＣＵ１Ｂによって第１および第２の点火プラグ５６、５８の相対的な点火タイミングが制御されたエンジン５０Ｄでは、第１の点火プラグ５６の点火によって第２の連通路６２から噴射された燃焼ガスの流れと、第２の点火プラグ５８の点火によって第４の連通路６４から噴射された燃焼ガスの流れとが、境界付近で衝突する（図８参照）。これによりガスの乱れを促進させることができ、以って境界付近での燃焼改善を好適に図ることができる。
このようにＥＣＵ１Ｂは、エンジン５０Ｄでさらに境界付近での燃焼改善を好適に図ることができる。
【００２５】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えばエンジンの気筒数や気筒配列構造は本発明を実施可能なエンジンであれば特に限定されない。また例えば燃焼室に連通する吸気通路の数は一気筒あたり２つ以上であれば特に限定されず、燃焼室に連通する排気通路の数は特に限定されない。また例えば第２の吸気を空気とする場合、混合気は燃焼室内の第２の層や副燃焼室内に燃料を噴射することによって生成されてもよい。
【００２６】
また燃焼タイミング制御手段はＥＣＵ１で実現することが合理的であるが、例えばその他の電子制御装置や専用の電子回路などのハードウェアやこれらの組み合わせによって実現されてもよい。この点、本発明のエンジンの制御装置は例えば複数の電子制御装置や電子制御装置と電子回路等のハードウェアとの組み合わせで実現されてもよい。すなわち本発明のエンジンの制御装置は例えば分散制御的な態様で実現されてもよい。同様に燃焼タイミング制御手段などのＥＣＵ１で実現される各手段についても分散制御的な態様で実現されてよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】エンジン５０Ａを一気筒につき模式的に示す図である。
【図２】副燃焼室５５Ａを拡大して示す図である。
【図３】エンジン５０Ａで副燃焼室５５Ａから燃焼ガスが噴射される様子を模式的に示す図である。
【図４】エンジン５０Ｂを一気筒につき模式的に示す図である。
【図５】エンジン５０Ｃを一気筒につき模式的に示す図である。
【図６】エンジン５０Ｄを一気筒につき模式的に示す図である。
【図７】ＥＣＵ１Ａの構成を模式的に示す図である。
【図８】ＥＣＵ１Ｂによって制御されたエンジン５０Ｄで燃焼ガスが噴射される様子を模式的に示す図である。
【図９】点火の改善を図るために副燃焼室を設けた従来のＥＧＲ成層を行うエンジンの一例を一気筒につき示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１      ＥＣＵ
５０    エンジン
５１    燃焼室
５２    第１の吸気通路
５３    第２の吸気通路
５４    ＥＧＲ弁
５５    第１の副燃焼室
５６    第１の点火プラグ
５７    第２の副燃焼室
５８    第２の点火プラグ
６１    第１の連通路
６２    第２の連通路
６３    第３の連通路
６４    第４の連通路
６５    第５の連通路
【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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