(57)【要約】【課題】  燃費の向上やノッキングの抑制を実現することのできる２点点火内燃機関を提供すること。【解決手段】  燃焼室(1)の上壁に２つの点火プラグ(30、32)と、２つの吸気ポート部(10、12)を設け、２つの吸気ポート部のうち一方の吸気ポート部(10)のみにＥＧＲガスを導入し、吸気の際にそれぞれ独立したタンブル流(50、52)を生成させることによって燃焼室内に２つの領域を維持させ、一方のＥＧＲガスを含む領域を先に点火し、他方の混合気のみの領域を後に点火させる。【選択図】      図２
2006009660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダとシリンダヘッドの下面とピストンの上面によって囲まれて形成された燃焼室と、
前記シリンダヘッドの下面のうち、シリンダ軸線を含む平面の一側に並んで形成された２つの吸気開口部と、
前記シリンダヘッドの下面のうち、前記シリンダ軸線を含む平面の他側に前記２つの吸気開口部間の中央部と対向するよう位置して形成された１つの排気開口部と、
前記シリンダヘッドの、前記中央部と前記シリンダ軸線とを含む平面の両側に点火部が前記燃焼室に臨むよう各１つ設けられた点火栓と、
前記２つの吸気開口部から前記燃焼室内への吸気が該燃焼室内でそれぞれ独立したタンブル流を生成するよう前記シリンダヘッドに形成された一対の吸気ポートと、
前記一対の吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記一対の吸気ポートに接続され、前記２つの吸気開口部から前記燃焼室内へ導入される排ガス量が互いに異なるよう該排ガスを吸気系に還流させるＥＧＲ通路とから構成されたことを特徴とする２点点火内燃機関。
【請求項２】
前記点火栓のうち、前記ＥＧＲ通路からの排ガス導入量の多い方の吸気ポート側にある点火栓が、排ガス導入量の少ない吸気ポート側にある点火栓よりも先に点火することを特徴とする請求項１記載の２点点火内燃機関。
【請求項３】
前記燃焼室内に吸気される混合気の空燃比を理論空燃比よりも希薄とすることを特徴とする請求項１記載の２点点火内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室の２箇所で点火を行う２点点火内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、１気筒に２つ以上の点火プラグを設け、燃焼室の数箇所で点火を行う多点点火内燃機関が開発されている。
多点点火内燃機関は、複数の点火プラグで点火を行うことにより燃焼室内の火炎伝播時間を短縮し急速に燃焼を完了させ、少ない燃料で高い出力を引き出すことができることから、燃費を向上させるのに効果的である。また、急速燃焼によりノッキングの抑制にも効果的であり、圧縮比を高めに設定することもできるという利点がある。また、複数の点火プラグの点火時期を制御する所謂位相差点火を行うこともでき、エンジンの状態に応じた点火制御等を行うことにより効率よく上記効果を得ることが可能となる。
【０００３】
しかし、点火プラグを複数設けるために従来の１点点火内燃機関よりも燃焼室上壁に設けられる吸気弁や排気弁のレイアウトに関して制限を与え、吸入空気量を低減させてしまう等の問題もあった。
例えばこのような多点点火内燃機関として、１つの排気弁と、２つの吸気弁と、点火プラグを２つ備え、２つの吸気ポートへ異なるオクタン価の燃料を供給し、高負荷作動中には耐ノック性を向上させ、低負荷作動中はＮＯｘ排出を抑制させるために燃料の自動着火を促進させるように各点火プラグの点火時期を制御する技術が開発されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１５４７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、燃料の自動着火を調節するためにオクタン価の異なる燃料を供給しなければならない。このように２種の燃料を供給するためには、燃料タンクを２種設けたり、揮発室を設けたりしなければならず構造が複雑化し、余計なコストがかかってしまうという問題がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡易な構成であり、燃費を向上させることができる２点点火内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した目的を達成するために、請求項１の２点点火内燃機関では、シリンダとシリンダヘッドの下面とピストンの上面によって囲まれて形成された燃焼室と、前記シリンダヘッドの下面のうち、シリンダ軸線を含む平面の一側に並んで形成された２つの吸気開口部と、前記シリンダヘッドの下面のうち、前記シリンダ軸線を含む平面の他側に前記２つの吸気開口部間の中央部と対向するよう位置して形成された１つの排気開口部と、前記シリンダヘッドの、前記中央部と前記シリンダ軸線とを含む平面の両側に点火部が前記燃焼室に臨むよう各１つ設けられた点火栓と、前記２つの吸気開口部から前記燃焼室内への吸気が該燃焼室内でそれぞれ独立したタンブル流を生成するよう前記シリンダヘッドに形成された一対の吸気ポートと、前記一対の吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記一対の吸気ポートに接続され、前記２つの吸気開口部から前記燃焼室内へ導入される排ガス量が互いに異なるよう該排ガスを吸気系に還流させるＥＧＲ通路とから構成されたことを特徴としている。
【０００６】
請求項２記載の２点点火内燃機関では、前記点火栓のうち、前記ＥＧＲ通路からの排ガス導入量の多い方の吸気ポート側にある点火栓が、排ガス導入量の少ない吸気ポート側にある点火栓よりも先に点火することを特徴としている。
請求項３記載の２点点火内燃機関では、前記燃焼室内に吸気される混合気の空燃比を理論空燃比よりも希薄とすることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
上記手段を用いる本発明の請求項１の２点点火内燃機関によれば、吸気２弁、排気１弁にすることにより十分な吸気量を確保しつつ２つの点火栓（点火プラグ）を燃焼室上壁の好適な位置にレイアウトすることができる。また、排ガス（ＥＧＲガス）の２つの吸気ポートへの還流量を異ならせ、２つの吸気開口部からの吸気毎にそれぞれ独立したタンブル流を生成することにより、燃焼室内にＥＧＲガスが多く含まれる領域と、ＥＧＲガスが少ないまたは含まれない領域とを形成することができ、これにより２点点火内燃機関において最適な燃焼を実現することができる。
【０００８】
また、請求項２の２点点火内燃機関によれば、ＥＧＲガスが多く含まれる燃焼速度の遅い領域を先に点火し、ＥＧＲガスが少ないまたは含まれない燃焼速度の速い領域を後に点火させることにより、先に生起された遅い燃焼が、後に生起された速い燃焼により速められるので、ＥＧＲガスの混合による火炎伝播時間の増加を抑制することができる。
そして、ＥＧＲガスを還流することにより、混合気中の酸素濃度を低減しＮＯｘ排出量を低減させることができ、吸気のポンピングロスをも低減させることができる。
【０００９】
このように、簡易な構成で、安定した燃焼を実現し、ＮＯｘの排出を抑制しつつ燃費を向上させることができる。また、ノッキングを抑制し圧縮比を高めに設定することもできる。
請求項３の２点点火内燃機関によれば、空燃比を希薄とすることにより吸入空気量をさらに増加させることができるのでポンピングロスを低減させることができ、一層燃費を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係る２点点火内燃機関の燃焼室の構造を示す斜視図が示されており、図２を参照すると、本発明に係る２点点火内燃機関の燃焼室の概略平面図が示されている。以下、図１、２に基づき説明する。
図１に示すように、燃焼室１は、円筒状のシリンダ２と、当該シリンダ２に上下摺動自在に嵌挿されているピストン４の上面と、シリンダヘッド６の下面とに囲まれて形成されている。
【００１１】
燃焼室１の床面であるピストン４の上面はフラットな形状をなしている。
燃焼室１の上壁であるシリンダヘッド６の下面はペントルーフ形状をなし、シリンダ２の中心軸であるシリンダ軸線Ｘを含む平面Ａを挟んで一側、即ちペントルーフ形状の吸気側の斜面には、２つの吸気開口部１０ａ、１２ａが並んで設けられており、それぞれ吸気ポート部１０、１２と連通している。
【００１２】
吸気ポート部１０、１２は燃焼室１内に吸入される混合気が矢印５０、５２のようにそれぞれ独立した縦方向の渦であるタンブル流を生成する形状に形成されている。
また、吸気ポート部１０、１２は吸気上流側の1つの吸気ポート４０から分岐されたものであり、この分岐部分４０ａにはインジェクタ（燃料噴射弁）４２が設けられている。
さらに、吸気ポート部１０、１２のうちの一方の吸気ポート部１０にはＥＧＲパイプ（ＥＧＲ通路）４４の一端が接続されており、当該ＥＧＲパイプ４４の他端は、排気ポート１４の排気下流側の排気マニホールド４６に接続されている。ＥＧＲパイプ４４の途中にはＥＧＲ弁４８が設けられており、当該ＥＧＲ弁４８により吸気ポート部１０へ還流するＥＧＲガスの量が調節される。
【００１３】
一方、平面Ａを挟んで他側、即ち排気側の斜面には、平面Ａと平面視垂直をなし２つの吸気開口部１０ａ、１２ａ間の中央部とシリンダ軸線Ｘを含む平面Ｂとの交線上に１つの排気開口部１４ａが設けられており、排気ポート１４と連通している。また、シリンダヘッド６には吸気ポート部１０、１２と燃焼室１との連通と遮断を行う吸気弁２０、２２と、排気ポート１４と燃焼室１との連通と遮断を行う排気弁２４が配設されている。
【００１４】
シリンダヘッド６の下面の排気側であり、排気開口部１４ａの両側の吸気弁２０、２２にそれぞれ対向するような位置に点火プラグ（点火栓）３０、３２が配設されている。これら点火プラグ３０、３２は電子制御ユニット（図示せず）に接続されており、当該電子制御ユニットにより点火時期の制御が行われる。
以下このように構成された本発明に係る２点点火内燃機関の作用について説明する。
【００１５】
まず、吸気行程ではピストン４が下降し吸気弁２０、２２が開くことにより吸気が行われ、燃焼室１内に吸気開口部１０ａ、１２ａから混合気が図１の矢印５０、５２のようにそれぞれ独立したタンブル流を生成しながら吸入される。
ここでの混合気は、吸気ポート４０を通り吸気ポート部１０、１２へと分岐した空気にインジェクタ４２から燃料が噴射されたもので、吸気ポート部１０側に関してはＥＧＲパイプ４４から導入されたＥＧＲガスも混合している。また、このときの混合気の空燃比は理論空燃比よりも比較的希薄な空燃比となるよう設定されている。
【００１６】
圧縮行程ではピストン４が上昇し、吸気弁２０、２２も閉じているので燃焼室１内の混合気は圧縮されていく。このとき吸気の際に生成された２つの独立したタンブル流により吸気ポート部１０側のＥＧＲガスを含んだ混合気の領域と、吸気ポート部１２側のＥＧＲガスを含まない混合気の領域とに分かれ圧縮されていく。
ピストン４が上死点近傍まできたところで、まずＥＧＲガスを含んだ混合気の領域側の点火プラグ３０により点火が行われ、膨張行程において燃焼が生起される。当該燃焼は混合気にＥＧＲガスが含まれているために酸素濃度が低く、燃焼速度が比較的遅い。そして、当該燃焼が完了する前に、ＥＧＲガスを含まない混合気の領域側に点火プラグ３２による点火が行われ、比較的速い燃焼が生起される。先に点火された遅い燃焼は、後に点火された速い燃焼の影響から燃焼速度が速められる。この燃焼によりピストン４は下降していく。
【００１７】
排気行程では、ピストン４が上昇し排気弁２４が開くことにより上記燃焼により生じた燃焼室１内の排ガスが排気開口部１４ａから排気ポート１４へと排出されていく。そして、排ガスは排気ポート１４から排気マニホールド４６を通り外部へ排出されていく。ここでＥＧＲ弁４８の調節量に応じて排気マニホールド４６を通る一部の排ガスはＥＧＲガスとしてＥＧＲバルブ４４を通り再び吸気ポート部１０へと還流されていく。
【００１８】
このように、本発明に係る２点点火内燃機関では、吸気開口部を２つ備え十分な吸気量を確保しつつ、２つの点火プラグ３０、３２を燃焼室１上壁の好適な位置にレイアウトすることができ、インジェクタも１つで足りるのでシリンダヘッドの構造をシンプルにすることができる。また、空燃比を希薄にしＥＧＲシステムを用いることにより、ＮＯｘ排出量を抑制しつつ、吸気のポンピングロスを低減することができる。さらに、２つの独立したタンブル流を生起させることにより、ＥＧＲガスが含まれるために燃焼速度が比較的遅くなる領域と、ＥＧＲガスの含まれないために燃焼速度の比較的速い領域を燃焼室内で分けることができ、これら２つの領域に対応して点火プラグを２つ設けることにより燃焼速度の遅い領域を先に点火し、燃焼速度の速い領域を後に点火させることができる。これによりＥＧＲシステムを用いたときでも燃焼室内の火炎伝播時間を短縮し急速に燃焼を完了させることができる。
【００１９】
これらのことから、簡易な構成で、安定した燃焼を実現し、ＮＯｘの排出を抑制しつつ燃費を向上させることができる。また、ノッキングを抑制し圧縮比を高めに設定することもできる。
以上で本発明に係る２点点火内燃機関の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
【００２０】
例えば、上記実施形態では、空燃比を希薄にしているがこれに限られるものではなく、高速走行時や高負荷時には高出力用、高トルク用の空燃比に切り換えたほうが好ましい。たとえ、空燃比が希薄でなくとも、２点点火による早期燃焼により燃費は十分向上でき、空燃比が希薄でない分ＮＯｘの排出量は低減される。
また、上記実施形態では、ピストン４の上面の形状はフラットに形成されていたがこれに限られるものではなく、例えば、よりスムーズにタンブル流を発生させるためにピストン４の上面に隆起部等を設けることで、燃焼室内の２つの領域の独立性をより確保することができる。
【００２１】
さらに、上記実施形態では、ＥＧＲパイプ４４が吸気ポート部１０のみに接続されているが、吸気ポート部１０、１２とのＥＧＲガス導入量が異なるような構成であればよく、例えば本実施形態での吸気ポート部１０側へのＥＧＲガス導入量が多く設定できれば、ＥＧＲパイプ４４を吸気ポート部１２や吸気ポート４０へ接続させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る２点点火内燃機関の燃焼室の構造を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る２点点火内燃機関の燃焼室の概略平面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  燃焼室
１０、１２  吸気ポート部
１０ａ、１２ａ  吸気開口部
１４  排気ポート
１４ａ  排気開口部
２０、２２  吸気弁
２４  排気弁
３０、３２  点火プラグ（点火栓）
４２  インジェクタ（燃料噴射弁）
４４  ＥＧＲパイプ（ＥＧＲ通路）
【図２】
2006009660.tif 000003
【図１】
2006009660.tif 000004