(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内につながる吸気ポートの内部を上下方向で３つに分ける隔壁と、
３つに分けられた前記吸気ポートの内部のうちの上空間と下空間とのどちらか一方の空間に上流側からガスが流入することを阻止する第１阻止手段と、
３つに分けられた前記吸気ポートの内部のうちの中央空間から前記燃焼室内に流入するガスに前記吸気ポートで燃料を供給する燃料供給手段と、
前記第１阻止手段で前記一方の空間に上流側からガスが流入することを阻止し、前記第１阻止手段が設けられていない前記上空間と前記下空間とのどちらか他方の空間であって該空間から前記燃焼室内に流入したガスの慣性力が前記中央空間から前記燃焼室に流入したガスよりも消失し難いように構成された空間から前記燃焼室内に流入したガスを、前記中央空間から前記燃焼室内に流入したガスよりも前記燃焼室内の外側で旋回させ、前記燃焼室内において前記他方の空間から流入したガスで前記中央空間から流入したガスを包み込んだ状態を形成する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
内燃機関から排出された排気の一部であり前記燃焼室内へ還流されるＥＧＲガスを前記他方の空間に供給するＥＧＲガス供給口と、
前記他方の空間に上流側からガスが流入することを阻止する第２阻止手段と、
をさらに備え、
前記制御手段は、前記第１阻止手段で前記一方の空間に上流側からガスが流入することを阻止すると共に前記第２阻止手段で前記他方の空間に上流側からガスが流入することを阻止し、前記他方の空間から前記燃焼室内に流入したＥＧＲガスを、前記中央空間から前記燃焼室内に流入したガスよりも前記燃焼室内の外側で旋回させ、前記燃焼室内において前記他方の空間から流入したＥＧＲガスで前記中央空間から流入したガスを包み込んだ状態を形成することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記燃焼室内において前記他方の空間から流入したガスで包み込まれた、前記中央空間から流入したガスであって、燃料が供給されたガスに点火できるよう突き出された点火プラグをさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
水平方向成分を有して延びた部分から燃焼室の手前で下方に曲げられ燃焼室内の上部に
つながる吸気ポートの内部を上下方向で３つに分ける隔壁と、
３つに分けられた前記吸気ポートの内部のうちの下空間に上流側からガスが流入することを阻止する第１阻止手段と、
３つに分けられた前記吸気ポートの内部のうちの中央空間から前記燃焼室内に流入するガスに前記吸気ポートで燃料を供給する燃料供給手段と、
前記第１阻止手段で前記下空間に上流側からガスが流入することを阻止し、前記上空間から前記燃焼室内に流入したガスを、当該ガスの、前記吸気ポートの前記水平方向成分を有して延びた部分を流れた際の慣性力が、前記中央空間よりも曲がっていない前記上空間の方が消失し難いことを利用して、前記中央空間から前記燃焼室内に流入したガスよりも前記燃焼室内の外側で旋回させ、前記燃焼室内において前記上空間から流入したガスで前記中央空間から流入したガスを包み込んだ状態を形成する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気ポートの内部を仕切り板により上下に分割し、空気制御弁により吸気ポートの内部の上空間の流量を減少させて、燃焼室内での縦スワールの生成を抑制する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。また特許文献１には、ＥＧＲガス供給口を吸気ポートの内部の下空間の下側の壁部に開口させ、ＥＧＲガスを下空間の下側に偏らせて導入し、点火プラグから離れた燃焼室内の下部にＥＧＲガスを供給する技術も開示されている。これにより、特許文献１では、燃焼室内において混合気を上層としＥＧＲガスを下層とする成層化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１０６４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の技術では、点火プラグ周りを中心に燃焼室内の上方に形成された混合気の層は、点火プラグにより点火された後燃焼する。このとき燃焼により発生する熱エネルギは、下層のＥＧＲガスの層に伝わり、その後ピストンに伝わることで、ピストンを下方に押し下げる力を生じる。しかしその一方で、燃焼により発生する熱エネルギが、燃焼室の上部や周囲を構成する部材に直接伝わり、当該部材内を流れる冷却水を通じて、熱として燃焼室の外部に放出されてしまうという冷却損失も生じる。
【０００５】
また、内燃機関のノッキングは、燃焼室内の端に存在するエンドガスの温度及び圧力の上昇によって発生する現象である。特許文献１の技術では、燃焼室内の上端や内周端に混合気のエンドガスが存在し、エンドガスが燃焼してエンドガスの温度及び圧力が上昇するため、ノッキングを抑制できていなかった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みたものであり、本発明の目的は、内燃機関の燃焼制御装置において、冷却損失の低減を図ると共にノッキングの抑制を図る技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
燃焼室内につながる吸気ポートの内部を上下方向で３つに分ける隔壁と、
３つに分けられた前記吸気ポートの内部のうちの上空間と下空間とのどちらか一方の空間に上流側からガスが流入することを阻止する第１阻止手段と、
３つに分けられた前記吸気ポートの内部のうちの中央空間から前記燃焼室内に流入するガスに燃料を供給する燃料供給手段と、
前記第１阻止手段で前記一方の空間に上流側からガスが流入することを阻止し、前記第１阻止手段が設けられていない前記上空間と前記下空間とのどちらか他方の空間から前記燃焼室内に流入したガスを、前記中央空間から前記燃焼室内に流入したガスよりも前記燃焼室内の外側で旋回させ、前記燃焼室内において前記他方の空間から流入したガスで前記中央空間から流入したガスを包み込んだ状態を形成する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置である。
【０００８】
本発明によると、燃焼室内において、他方の空間から流入したガスで、中央空間から流入した燃料が供給されるガスを包み込んだ状態を形成することができる。よって、中央空間から流入したガスの層が燃焼すると、その熱エネルギが、当該ガスの層を包み込んだ外側の他方の空間から流入したガスの層で吸収された後に、燃焼室の上部や周囲を構成する部材に伝わる。このように、熱エネルギが一旦上記外側の他方の空間から流入したガスの層で吸収されていることから、燃焼室の上部や周囲を構成する部材内を流れる冷却水を通じて熱として燃焼室の外部に放出される冷却損失を低減することができる。
【０００９】
また本発明によると、上記外側の他方の空間から流入したガスの層には燃料が供給されない。よって、燃焼室内の端に存在するエンドガスに燃料が含まれないことになる。これにより、エンドガスが燃焼せずエンドガスの温度及び圧力が上昇し難いことから、エンドガスの温度及び圧力の上昇によって発生する内燃機関のノッキングを抑制することができる。
【００１０】
内燃機関から排出された排気の一部であり前記燃焼室内へ還流されるＥＧＲガスを前記他方の空間に供給するＥＧＲガス供給口と、
前記他方の空間に上流側からガスが流入することを阻止する第２阻止手段と、
をさらに備え、
前記制御手段は、前記第１阻止手段で前記一方の空間に上流側からガスが流入することを阻止すると共に前記第２阻止手段で前記他方の空間に上流側からガスが流入することを阻止し、前記他方の空間から前記燃焼室内に流入したＥＧＲガスを、前記中央空間から前記燃焼室内に流入したガスよりも前記燃焼室内の外側で旋回させ、前記燃焼室内において前記他方の空間から流入したＥＧＲガスで前記中央空間から流入したガスを包み込んだ状態を形成するとよい。
【００１１】
本発明によると、燃焼室内において、ＥＧＲガスで、中央空間から流入した燃料の供給されるガスを包み込んだ状態を形成することができる。ＥＧＲガスは不活性ガスであり、熱エネルギをより吸収できる吸熱性があるため、冷却損失を低減する効果をより発揮することができる。またエンドガスが不燃性のＥＧＲガスとなることで、エンドガスに燃料が存在しても燃焼することはなく、内燃機関のノッキングを抑制する効果をより発揮させることができる。
【００１２】
前記燃焼室内において前記他方の空間から流入したガスで包み込まれた、中央空間から流入したガスであって、燃料が供給されたガスに点火できるよう突き出された点火プラグをさらに備えるとよい。
【００１３】
本発明によると、他方の空間から流入したガスで包み込まれた、中央空間から流入したガスであって燃料が供給されたガスに確実に点火できる。よって、内燃機関の失火を防ぐことができる。
【００１４】
また、本発明は、
水平方向成分を有して延びた部分から燃焼室の手前で下方に曲げられ燃焼室内の上部につながる吸気ポートの内部を上下方向で３つに分ける隔壁と、
３つに分けられた前記吸気ポートの内部のうちの下空間に上流側からガスが流入することを阻止する第１阻止手段と、
３つに分けられた前記吸気ポートの内部のうちの中央空間から前記燃焼室内に流入するガスに燃料を供給する燃料供給手段と、
前記第１阻止手段で前記下空間に上流側からガスが流入することを阻止し、前記上空間から前記燃焼室内に流入したガスを、当該ガスの、前記吸気ポートの前記水平方向成分を
有して延びた部分を流れた際の慣性力が、前記中央空間よりも曲がっていない前記上空間の方が消失し難いことを利用して、前記中央空間から前記燃焼室内に流入したガスよりも前記燃焼室内の外側で旋回させ、前記燃焼室内において前記上空間から流入したガスで前記中央空間から流入したガスを包み込んだ状態を形成する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置である。
【００１５】
本発明によると、燃焼室内において、上空間から流入したガスで、中央空間から流入した燃料が供給されるガスを包み込んだ状態を形成することができる。よって、中央空間から流入したガスの層が燃焼すると、その熱エネルギが、当該ガスの層を包み込んだ外側の上空間から流入したガスの層で吸収された後に、燃焼室の上部や周囲を構成する部材に伝わる。このように、熱エネルギが、一旦上記外側の上空間から流入したガスの層で吸収されていることから、当該燃焼室の上部や周囲を構成する部材内を流れる冷却水を通じて熱として燃焼室の外部に放出される冷却損失を低減することができる。
【００１６】
また本発明によると、上記外側の上空間から流入したガスの層には燃料が供給されない。よって、燃焼室内の端に存在するエンドガスに燃料が含まれないことになる。これにより、エンドガスが燃焼せずエンドガスの温度及び圧力が上昇し難いことから、エンドガスの温度及び圧力の上昇によって発生する内燃機関のノッキングを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、内燃機関の燃焼制御装置において、冷却損失を低減することができると共にノッキングを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る隔壁の設けられた吸気ポートの断面を示す図である。
【図３】実施例２に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図４】実施例３に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００２０】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の燃焼制御装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、気筒２を４つ有する水冷式の４ストロークサイクル・ガソリンエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。
内燃機関１の気筒２内には、ピストン３が摺動自在に配置されている。気筒２内の上部には、気筒２の上壁及び内周壁とピストン３頂面で燃焼室４が区画形成される。燃焼室４の上部には、吸気ポート５及び排気ポート６が接続されている。気筒２の上部には、燃焼室４内の混合気に点火を行う点火プラグ７が配置されている。
吸気ポート５の燃焼室４への開口部は吸気弁８によって開閉される。また、排気ポート６の燃焼室４への開口部は排気弁９によって開閉される。排気ポート６はその下流側が排気管１０に接続されている。
【００２１】
吸気ポート５は、上流側では水平方向成分を有して斜めに延びた部分を備えており、その部分から燃焼室４の手前で下方に曲げられ燃焼室４内の上部につながっている。このため、吸気ポート５は、より上方が燃焼室４手前で曲がっていない。よって、吸気ポート５の内部の吸気は、より上方が、慣性力が消失し難く勢いよく燃焼室４内に流入可能である。
【００２２】
吸気ポート５の内部には、その内部を上下方向で３つに分けるために、２つの隔壁５１，５２が設けられている。２つの隔壁５１，５２の下流端は燃焼室４への開口部近傍まで等しく延びている。一方、隔壁５１の上流端は、隔壁５２の上流端よりも吸気ポート５の上流側に設けられている。
吸気ポート５の水平方向成分を有して延びた部分の断面を図２に示す。図２に示すように、吸気ポート５の内部において、上側の隔壁５１よりも上側の空間が上空間Ｓ１である。上側の隔壁５１と下側の隔壁５２とに挟まれた空間が中央空間Ｓ２である。下側の隔壁５２よりも下側の空間が下空間Ｓ３である。
下空間Ｓ３の領域は、吸気ポート５の断面のうち下半分を占める。そして、下空間Ｓ３が占めなかった吸気ポート５の断面のうち上半分の領域を、上空間Ｓ１と中央空間Ｓ２とで分けている。なお、３つの空間Ｓ１〜Ｓ３の分け方は、燃焼室４内で後述する吸気の状態を形成できれば適宜変更可能である。
【００２３】
下空間Ｓ３の最上流部である隔壁５２の上流端には、流路制御弁１１が配置されている。流路制御弁１１が閉弁されることで、下空間Ｓ３が遮蔽され、下空間Ｓ３に吸気ポート５の上流側から新気が流入することが阻止される。流路制御弁１１が、本発明の第１阻止手段に対応する。
【００２４】
内燃機関１から排出された排気の一部であり燃焼室４内へ還流されるＥＧＲガスを上空間Ｓ１に供給するＥＧＲガス供給口１２が設けられている。ＥＧＲガス供給口１２は、上空間Ｓ１を形成する吸気ポート５の壁面に設けられている。
【００２５】
上空間Ｓ１の最上流部である隔壁５１の上流端、即ちＥＧＲガス供給口よりも上流側の上空間Ｓ１の位置には、流路制御弁１３が配置されている。流路制御弁１３が閉弁されることで、上空間Ｓ１が遮蔽され、上空間Ｓ１に吸気ポート５の上流側から新気が流入することが阻止される。流路制御弁１３が閉弁されても、ＥＧＲガス供給口１２からＥＧＲガスは流入できる。流路制御弁１３が、本発明の第２阻止手段に対応する。
【００２６】
内燃機関１には、中央空間Ｓ２を流通する新気に対して燃料を噴射する燃料噴射弁１４が配置されている。本実施例の燃料噴射弁１４は、上空間Ｓ１の最上流部よりも吸気ポート５の下流側、且つ、流路制御弁１１が閉弁すると下空間Ｓ３に燃料を供給しない位置で、燃料を噴射する。燃料噴射弁１４が、本発明の燃料供給手段に対応する。これにより、中央空間Ｓ２を流れる吸気は、燃料噴射弁１４から噴射された燃料が新気と混合されることで、混合気となって燃焼室４へ流入する。
【００２７】
内燃機関１には、排気管１０を流通する排気の一部を吸気ポート５の上空間Ｓ１へ還流（再循環）させるＥＧＲ装置（Exhaust Gas Recirculation System）１５が備えられている。本実施例では、ＥＧＲ装置１５によって還流される排気をＥＧＲガスという。
ＥＧＲ装置１５は、ＥＧＲガスが流通するＥＧＲ通路１６と、ＥＧＲ通路１６を流通するＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁１７と、を有する。
ＥＧＲ通路１６は、排気管１０と、吸気ポート５のＥＧＲガス供給口１２の位置とを接続している。このＥＧＲ通路１６を通って、排気がＥＧＲガスとして内燃機関１へ送り込まれる。
ＥＧＲ弁１７は、ＥＧＲ通路１６に配置され、ＥＧＲ通路１６の通路断面積を調整することにより、ＥＧＲ通路１６を流れるＥＧＲガスの流量を調節する。ＥＧＲ弁１７は、電動アクチュエータにより開閉される。
【００２８】
点火プラグ７は、燃焼室４内が後述する吸気の状態であっても点火できるように、燃焼室４内において上空間Ｓ１から流入したＥＧＲガス等のガスで包み込まれ燃焼室４内の中央部に位置する、中央空間Ｓ２から流入したガスであって、中央空間Ｓ２で既に燃料が供
給された混合気に点火できるよう突き出されている。
【００２９】
以上述べたように構成された内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御装置であるＥＣＵ１８が併設されている。ＥＣＵ１８は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御する装置である。
ＥＣＵ１８には、エアーフローメータ、クランクポジションセンサ、アクセルポジションセンサ等の各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１８に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１８には、点火プラグ７、流路制御弁１１，１３、燃料噴射弁１４、及びＥＧＲ弁１７の電動アクチュエータが電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ１８によりこれらの機器が制御される。
ＥＣＵ１８は、クランクポジションセンサやアクセルポジションセンサ等の出力信号を受けて内燃機関１の運転状態を判別し、判別された機関運転状態に基づいて内燃機関１や上記機器を電気的に制御する。
【００３０】
ところで、冷却損失とは、燃焼室４内の燃焼により発生する熱エネルギが、燃焼室４の上部や周囲を構成する部材に伝わり、当該燃焼室４の上部や周囲を構成する部材内を流れる冷却水を通じて、熱として燃焼室４の外部に放出されるものである。また、内燃機関１のノッキングは、燃焼室４内の端に存在するエンドガスの温度及び圧力の上昇によって発生する現象である。内燃機関１で燃焼を行う場合にあっては、冷却損失の低減を図ると共にノッキングの抑制を図ることが望まれる。
【００３１】
そこで本実施例では、ＥＧＲガスと混合気との成層燃焼を行う場合に、吸気弁８が開弁する吸気行程において、流路制御弁１１を閉弁して下空間Ｓ３に上流側から新気が流入することを阻止する。また流路制御弁１３を閉弁して上空間Ｓ１に上流側から新気が流入することを阻止しつつ、ＥＧＲ弁１７を開弁して上空間Ｓ１から燃焼室４内へＥＧＲガスを流入させる。このように流路制御弁１１，１３及びＥＧＲ弁１７を制御するＥＣＵ１８が、本発明の制御手段に対応する。
これによると、上空間Ｓ１から燃焼室４内に流入したＥＧＲガスを、当該ＥＧＲガスの、吸気ポート５の水平方向成分を有して延びた部分を流れた際の慣性力が、中央空間Ｓ２よりも曲がっていない上空間Ｓ１の方が消失し難いことを利用して、中央空間Ｓ２から燃焼室４内に流入した混合気よりも燃焼室４内の外側でより勢いよく旋回させることができる（タンブル流を強く形成することができる）。
それによって、燃焼室４内においては、上空間Ｓ１から流入したＥＧＲガスで中央空間Ｓ２から流入した混合気を包み込んだ状態を形成する。つまり、燃焼室４内の中央部に混合気が存在し、その外側にＥＧＲガスが混合気を包み込んで存在する成層化を図ることができる。
この成層化された吸気の状態で、上記のように突き出た点火プラグ７によって点火を行う。
【００３２】
本実施例によると、燃焼室４内において、上空間Ｓ１から流入したＥＧＲガスで、中央空間Ｓ２から流入した燃料が供給された混合気を包み込んだ状態を形成することができる。よって、中央空間Ｓ２から流入した混合気の層が燃焼すると、その熱エネルギが、当該混合気の層を包み込んだ外側の上空間Ｓ１から流入したＥＧＲガスの層で吸収された後に、燃焼室４の上部や周囲を構成する部材に伝わる。このように、熱エネルギが、一旦上記外側の上空間Ｓ１から流入したＥＧＲガスの層で吸収されていることから、燃焼室４の上部や周囲を構成する部材内を流れる冷却水を通じて熱として燃焼室４の外部に放出される冷却損失を低減することができる。特に、ＥＧＲガスは不活性ガスであり、熱エネルギをより吸収できる吸熱性があるため、冷却損失を低減する効果をより発揮することができる。
また本実施例によると、上記外側の上空間Ｓ１から流入したＥＧＲガスの層には燃料が
供給されない。よって、燃焼室４内の端に存在するエンドガスに燃料が含まれないことになる。これにより、エンドガスが燃焼せずエンドガスの温度及び圧力が上昇し難いことから、エンドガスの温度及び圧力の上昇によって発生する内燃機関１のノッキングを抑制することができる。特に、ＥＧＲガスは不活性ガスであり、エンドガスが不燃性のＥＧＲガスとなることで、エンドガスに燃料が存在しても燃焼することはなく、内燃機関１のノッキングを抑制する効果をより発揮させることができる。
このように本実施例によると、冷却損失の低減及び内燃機関のノッキングの抑制ができ、機関効率の大幅な向上が図れる。
【００３３】
また、ＥＧＲガスで混合気を包み込んだ状態とするので、混合気を燃焼室４内の中央部に集中させることで、より多くのＥＧＲガスを導入することもできる。
上記のように突き出た点火プラグ７を用いることで、上空間Ｓ１から流入したＥＧＲガスで包み込まれた、中央空間Ｓ２から流入した混合気に確実に点火できる。よって、内燃機関１の失火を防ぐことができる。
燃料噴射弁１４は、上記のように中央空間Ｓ２を流れる新気に燃料を供給する。これによると、中央空間Ｓ２を流れて燃焼室４内に流入するガスは、既に燃料が供給されて完全な混合気になっているので、空燃比をストイキに調整し易い。よって、内燃機関１から排出された排気は、ストイキで機能を最大限発揮する三元触媒で浄化され易くなる。
以上のような本実施例によると、内燃機関１の気筒２内にＥＧＲガスを供給する場合であっても、新気のみに燃料を供給できる。よって、ＥＧＲガスに燃料を供給してしまい内燃機関１の気筒２内での燃焼が悪化することが回避でき、燃焼に対するＥＧＲガスの影響を抑制できる。したがって、内燃機関１の気筒２内での燃焼を良好にできる。そして、燃焼が悪化することに起因するＣＯや未燃ＨＣの発生を回避でき、排気エミッション悪化を回避できる。
【００３４】
なお、本実施例の内燃機関１は、流路制御弁１１，１３を両方とも開弁すれば、通常の均質燃焼の制御も可能である。
またＥＧＲガス供給口１２を、下空間Ｓ３を形成する吸気ポート５の壁面に設けてもよい。これにより、燃焼室４内においては、下空間Ｓ３から流入したＥＧＲガスで中央空間Ｓ２から流入した混合気を包み込んだ状態を形成することができる。
【００３５】
＜実施例２＞
上記実施例１では、外側のＥＧＲガスで混合気を包み込んだ状態を形成するものであった。しかし、本発明はこれに限られない。燃焼室４内にＥＧＲガスが全く供給されない非ＥＧＲ運転を行う場合にも本発明を適用できる。なお、本実施例では、上記実施例１と同様の構成を用いる。
【００３６】
図３は、本実施例に係る内燃機関の燃焼制御装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
本実施例では、新気と混合気との成層燃焼を行う場合に、吸気弁８が開弁する吸気行程において、流路制御弁１１を閉弁して下空間Ｓ３に上流側から新気が流入することを阻止する。またＥＧＲ弁１７を閉弁してＥＧＲガスを供給させずに、流路制御弁１３を開弁して上空間Ｓ１に上流側から新気を流入させる。このように流路制御弁１１，１３及びＥＧＲ弁１７を制御するＥＣＵ１８が、本発明の制御手段に対応する。
なお、この場合であっても、燃料噴射弁１４は、上空間Ｓ１の上流端よりも吸気ポート５の下流側に位置するので、上空間Ｓ１を流れる新気に燃料を供給することはない。
これによると、上空間Ｓ１から燃焼室４内に流入した新気を、当該新気の、吸気ポート５の水平方向成分を有して延びた部分を流れた際の慣性力が、中央空間Ｓ２よりも曲がっていない上空間Ｓ１の方が消失し難いことを利用して、中央空間Ｓ２から燃焼室４内に流入した混合気よりも燃焼室４内の外側で勢いよく旋回させることができる。
それによって、燃焼室４内においては、上空間Ｓ１から流入した新気で中央空間Ｓ２から流入した混合気を包み込んだ状態を形成する。つまり、燃焼室４内の中央部に混合気が存在し、その外側に新気が混合気を包み込んで存在する成層化を図ることができる。
この成層化された吸気の状態で、実施例１で説明したように突き出た点火プラグ７によって点火を行う。
【００３７】
本実施例によると、燃焼室４内において、上空間Ｓ１から流入した新気で、中央空間Ｓ２から流入した燃料が供給された混合気を包み込んだ状態を形成することができる。よって、中央空間Ｓ２から流入した混合気の層が燃焼すると、その熱エネルギが、当該混合気の層を包み込んだ外側の上空間Ｓ１から流入した新気の層で吸収された後に、燃焼室４の上部や周囲を構成する部材に伝わる。このように、熱エネルギが、一旦上記外側の上空間Ｓ１から流入した新気の層で吸収されていることから、燃焼室４の上部や周囲を構成する部材内を流れる冷却水を通じて熱として燃焼室４の外部に放出される冷却損失を低減することができる。
また本実施例によると、上記外側の上空間Ｓ１から流入した新気の層には燃料が供給されない。よって、燃焼室４内の端に存在するエンドガスに燃料が含まれないことになる。これにより、エンドガスが燃焼せずエンドガスの温度及び圧力が上昇し難いことから、エンドガスの温度及び圧力の上昇によって発生する内燃機関１のノッキングを抑制することができる。
本実施例によると、非ＥＧＲ運転状態、特に機関始動時の燃料が過剰に混合する運転状態で、確実な着火を可能とし、また燃費向上と排気エミッションの低減との両立を図ることができる。
【００３８】
＜実施例３＞
上記実施例１，２では、吸気ポート５に燃料噴射弁１４が配置された内燃機関１を例示した。しかし、本発明はこれに限られない。内燃機関１の気筒２内に燃料を噴射する燃料噴射弁を配置する内燃機関１であっても本発明を適用できる。なお、上記実施例と同構成については同符号を付して説明を省略する。
【００３９】
図４は、本実施例に係る内燃機関の燃焼制御装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
内燃機関１の気筒２の斜上部には、中央空間Ｓ２を流通して燃焼室４内に流入する新気に対して燃料を噴射する燃料噴射弁１９が配置されている。本実施例での燃料噴射弁１９の噴霧貫徹軸は、噴射した燃料のより多くが燃焼室４内の中央部の新気に供給されるように設定されている。燃料噴射弁１９から噴射された燃料が、燃焼室４内の中央部の新気と混合されることで、混合気が形成される。本実施例における燃料噴射弁１９が、本発明の燃料供給手段に対応する。
【００４０】
本実施例では、ＥＧＲガスと混合気との成層燃焼を行う場合に、吸気弁８が開弁する吸気行程において、流路制御弁１１を閉弁して下空間Ｓ３に上流側から新気が流入することを阻止する。また流路制御弁１３を閉弁して上空間Ｓ１に上流側から新気が流入することを阻止しつつ、ＥＧＲ弁１７を開弁して上空間Ｓ１から燃焼室４内へＥＧＲガスを流入させる。このように流路制御弁１１，１３及びＥＧＲ弁１７を制御するＥＣＵ１８が、本発明の制御手段に対応する。
これによると、上空間Ｓ１から燃焼室４内に流入したＥＧＲガスを、当該ＥＧＲガスの、吸気ポート５の水平方向成分を有して延びた部分を流れた際の慣性力が、中央空間Ｓ２よりも曲がっていない上空間Ｓ１の方が消失し難いことを利用して、中央空間Ｓ２から燃焼室４内に流入した新気よりも燃焼室４内の外側で勢いよく旋回させることができる。
それによって、燃焼室４内においては、上空間Ｓ１から流入したＥＧＲガスで中央空間Ｓ２から流入した新気を包み込んだ状態を形成する。つまり、燃焼室４内の中央部に新気
が存在し、その外側にＥＧＲガスが混合気を包み込んで存在する成層化を図ることができる。
この成層化する過程又は成層化された吸気の状態となる吸気行程又は圧縮行程で、燃料噴射弁１９から燃料を噴射し、燃焼室４内の中央部の新気に燃料を混合させて混合気を形成する。混合気が形成された後、実施例１で説明したように突き出た点火プラグによって点火を行う。
【００４１】
以上のような本実施例でも、冷却損失の低減及び内燃機関のノッキングの抑制ができ、機関効率の大幅な向上が図れる。
【００４２】
なお、本実施例の内燃機関は、実施例２の燃焼室４内の中央部に混合気が存在し、その外側に新気が混合気を包み込んで存在する成層化を図ることもできる。
また上記実施例１〜３では、本発明を適用する内燃機関として、点火プラグ７を有する火花点火式内燃機関であるガソリンエンジンを例に挙げて説明した。しかし本発明はこれに限られない。本発明は、圧縮着火式内燃機関であるディーゼルエンジンに適用してもよい。例えば、実施例３の構成から点火プラグ７を除去し燃料噴射弁１９の位置を気筒２上部に変更すれば、ディーゼルエンジンの構成を得ることができる。
本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置は、上述の実施例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の変更を加えてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１：内燃機関、２：気筒、３：ピストン、４：燃焼室、５：吸気ポート、６：排気ポート、７：点火プラグ、８：吸気弁、９：排気弁、１０：排気管、１１：流路制御弁、１２：ガス供給口、１３：流路制御弁、１４，１９：燃料噴射弁、１５：ＥＧＲ装置、１６：ＥＧＲ通路、１７：ＥＧＲ弁、１８：ＥＣＵ、５１，５２：隔壁、Ｓ１：上空間、Ｓ２：中央空間、Ｓ３：下空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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