(57)【要約】      （修正有）【課題】エンジンが従来の三価触媒を含む排気ガス処理システムと両立できるように、またエンジンのデトネーションに対する耐性を増加させて高圧縮比で構成されることにより、同じパワーレベルにおける燃料消費を低減する。【解決手段】ガソリン内燃エンジンが、各シリンダ２に対して、燃焼室４および燃焼室４と連通した予燃焼室１３を有する。第１スパークプラグ１１が予燃焼室に関連付けられるのに対し、第２スパークプラグ１５が燃焼室４に関連付けられる。燃焼室４に直接関連付けられたインジェクタ装置によって、および／または、シリンダに関連付けられた吸気ダクト中へガソリンを噴射するように配置されたインジェクタ装置によって、ガソリンが噴射される。ガソリンまたは空気または空気とガソリンの混合気を予燃焼室中へ直接噴射するための装置が予燃焼室に関連付けられていない。【選択図】図１
2019049258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン内燃エンジンであって、
複数のシリンダ、各シリンダに関連付けられた燃焼室を画定するシリンダヘッド、並びに、各燃焼室に関連付けられた少なくとも１つの吸気ダクトおよび少なくとも１つの排気ダクトであって、それぞれ吸気バルブおよび排気バルブが提供された少なくとも１つの吸気ダクトおよび少なくとも１つの排気ダクトを有するエンジンブロックと、
各シリンダに関連付けられ、支持要素内に取り付けられた第１スパークプラグであって、前記支持要素は、前記シリンダヘッドのシート内に配置され、予燃焼室を画定し、前記予燃焼室は、前記第１スパークプラグの電極に面する第１端部および複数のオリフィスを通じてそれぞれの前記燃焼室と連通する第２端部を有する、第１スパークプラグと、
各シリンダに関連付けられ、前記燃焼室に直接面する電極を有する第２スパークプラグと、
前記ガソリン内燃エンジンの各シリンダに関連付けられた、少なくとも１つの電磁制御されたガソリンインジェクタ装置と、
前記ガソリン内燃エンジンの各シリンダに対する前記第１スパークプラグ、前記第２スパークプラグ、および前記少なくとも１つのガソリンインジェクタ装置を制御するように構成された電子制御ユニットと
を備え、
前記少なくとも１つのガソリンインジェクタ装置は、前記燃焼室中へガソリンを直接噴射するための１つのガソリンインジェクタ装置、または、各シリンダに関連付けられた吸気ダクト中へガソリンを噴射するための１つのガソリンインジェクタ装置の少なくとも一方を有し、
ガソリンまたは空気または空気とガソリンの混合気を前記予燃焼室中へ直接噴射するための装置が前記予燃焼室に関連付けられておらず、
前記電子制御ユニットは、ストイキオメトリックなドーズまたは前記ストイキオメトリックなドーズよりもリッチなドーズ量に実質的に対応する比に従って空気／ガス混合気を前記燃焼室に生成するよう、前記少なくとも１つのガソリンインジェクタ装置を制御するようにプログラムされ、
前記電子制御ユニットは、前記燃焼室に直接面する電極を有する前記第２スパークプラグが、燃焼を安定化させるべく、低エンジン負荷および中間のエンジン負荷においてのみアクティブ化され、より高い負荷においては非アクティブであるように、または、例えば、各シリンダの膨張段階または排気段階の間に前記第２スパークプラグをアクティブ化することによって前記燃焼に対して何ら影響を及ぼさずにアクティブなままとされるようにプログラムされ、
前記予燃焼室は、高負荷における前記ガソリン内燃エンジンのデトネーション傾向を低減すべく、前記ガソリン内燃エンジンの単一のシリンダの容量の０．５％よりも小さな体積、好ましくは０．３％よりも小さな体積の寸法で形成される、ガソリン内燃エンジン。
【請求項２】
前記少なくとも１つのガソリンインジェクタ装置は、前記燃焼室中へガソリンを直接噴射するための単一のインジェクタ装置を有する、請求項１に記載のガソリン内燃エンジン。
【請求項３】
前記少なくとも１つのガソリンインジェクタ装置は、各シリンダに関連付けられた吸気ダクト中へガソリンを噴射するための単一のインジェクタ装置を有する、請求項１に記載のガソリン内燃エンジン。
【請求項４】
前記少なくとも１つのガソリンインジェクタ装置は、前記燃焼室中へガソリンを直接噴射するための第１ガソリンインジェクタ装置、および、各シリンダに関連付けられた吸気ダクト中へガソリンを噴射するための第２ガソリンインジェクタ装置を有する、請求項１に記載のガソリン内燃エンジン。
【請求項５】
前記予燃焼室は前記燃焼室の中央に実質的に配置され、前記第２スパークプラグは前記燃焼室の一方の側に配置される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガソリン内燃エンジン。
【請求項６】
前記燃焼室に直接面する電極を有する２つまたはそれより多くのスパークプラグをさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガソリン内燃エンジン。
【請求項７】
各シリンダおよびそれぞれの前記燃焼室は、１０：１に等しいかまたは１０：１よりも大きな圧縮比、好ましくは、１１：１に等しいかまたは１１：１よりも大きな圧縮比を生成するように構成される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガソリン内燃エンジン。
【請求項８】
前記複数のオリフィスは、０．８−１．８ｍｍの直径を有し、その数は６−９個であり、前記予燃焼室の軸の周りに分散して配置され、各オリフィスの軸は、前記予燃焼室の前記軸に対して０から８０度の間の角度で傾けられている、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のガソリン内燃エンジン。
【請求項９】
前記電子制御ユニットは、エンジン負荷／トルク比がある遷移値を下回る場合にのみ前記第２スパークプラグをアクティブ化するようにプログラムされる、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のガソリン内燃エンジン。
【請求項１０】
前記遷移値は、エンジン回転の増加に対して実質的に直線的に増加する、請求項９に記載のガソリン内燃エンジン。
【請求項１１】
前記遷移値は、１０００ｒｐｍにおける約２０％から、７０００ｒｐｍにおける約４０％の値まで増加する、請求項１０に記載のガソリン内燃エンジン。
【請求項１２】
前記電子制御ユニットは、前記燃焼室に直接面する電極を有する前記第２スパークプラグが、前記エンジン負荷およびエンジン回転速度に応じて、前記予燃焼室に関連付けられた前記第１スパークプラグに対して、時間的に同じタイミング、より早いタイミング、または遅延されたタイミングを有するようにもまたプログラムされる、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のガソリン内燃エンジン。
【請求項１３】
前記予燃焼室は、エンジン冷却液が行き交う冷却ジャケットに少なくとも部分的に隣接する壁を有する、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のガソリン内燃エンジン。
【請求項１４】
前記予燃焼室を画定する前記支持要素を構成する材料は、１５０Ｗ／（ｍ×Ｋ）よりも大きな熱伝導率、好ましくは２５０Ｗ／（ｍ×Ｋ）よりも大きな熱伝導率を有し、前記予燃焼室を画定する前記支持要素の壁は、３ｍｍよりも小さな厚さを有する、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のガソリン内燃エンジン。
【請求項１５】
前記予燃焼室に設置される前記第１スパークプラグは、５０Ｗ／（ｍ×Ｋ）よりも大きな熱伝導率を有する材料からなるグランド電極を有する、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のガソリン内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
複数のシリンダ、各シリンダに関連付けられた燃焼室を画定するシリンダヘッド、並びに、それぞれに吸気バルブおよび排気バルブが提供され、各燃焼室に関連付けられた少なくとも１つの吸気ダクトおよび少なくとも１つの排気ダクトを有するエンジンブロックと、
各シリンダに関連付けられ、支持要素内に取り付けられた第１スパークプラグであって、この支持要素は、シリンダヘッドの空洞内に配置され、予燃焼室を画定し、この予燃焼室は、第１スパークプラグの電極に面する第１端部および複数のオリフィスを通じてそれぞれの燃焼室と連通する第２端部を有する、第１スパークプラグと、
各シリンダに関連付けられ、燃焼室に直接面する電極を有する第２スパークプラグと、
エンジンの各シリンダに関連付けられた、少なくとも１つの電磁制御されたガソリンインジェクタ装置と、
エンジンの各シリンダに対する第１スパークプラグ、第２スパークプラグ、および少なくとも１つのガソリンインジェクタ装置を制御するように構成された電子制御ユニットと
を含むタイプのガソリン内燃エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
上述したタイプのエンジンは、例えば、米国特許８，００６，６６６Ｂ２号明細書に説明されている。
【０００３】
予燃焼室を伴う内燃エンジンは公知であり、長い間、特に、リーン燃料混合気での動作に適した、大きな固定式のリーンバーンガスエンジンの分野において使用されてきている。様々な解決策もまた、ガソリン内燃エンジンを具体的に参照して提案されてきた。現在使用されている全ての解決策は、一定の速度で動作し、（空気および／または燃料が予燃焼室中へ直接噴射される）「アクティブな」予燃焼室、または、（予燃焼室中への直接の噴射は実行されず、後者はシリンダ中の給気によって充填される）「パッシブな」予燃焼室を伴うリーンバーンエンジンに向けて設計されてきている。これらの公知の解決策は、典型的には自動車用途向けの点火制御されたエンジンにて使用されるような、三価触媒を使用した従来のエンジン排気ガス後処理システムとは互換性がない。さらに、予燃焼室の高い表面積対体積比のため、現在の排出規制と互換性のある、低温での安全で安定した点火が可能ではない。
【０００４】
上述したように、本説明の初めに特定された全ての特徴を有するエンジンは、米国特許第８，００６，６６６Ｂ２号明細書から公知である。この文献に示された解決策においては、ガソリンを予燃焼室中へ直接噴射するように設計されたインジェクタ、予燃焼室に関連付けられた第１スパークプラグ、および主燃焼室に関連付けられた第２スパークプラグを有するアクティブ予燃焼室が提供されている。この公知の解決策において、予燃焼室は、非常にリーンな混合気を点火するため、また、予燃焼室中へ燃料を噴射することにより、低負荷用に主に使用される。予燃焼室は、リーン混合気で動作するような寸法とされている。そのため、高いエンジン負荷においては、生成されるエネルギーが高過ぎ、予燃焼室を出て行くジェットの強度を低減すべく、主燃焼室において燃焼を始動させ、予燃焼室における点火を遅らせる必要がある。同じ理由のため、全負荷および高エンジン速度において燃料が完全に排出されるまで、予燃焼室中への燃料吸入を低減することもまた必要である。
【０００５】
同様な問題は、燃料インジェクタに関連付けられたアクティブ予燃焼室および予燃焼室に関連付けられた単一のスパークプラグを含む、米国特許第８，８５７，４０５Ｂ２号明細書に開示される文献においても認識されている。この公知の解決策もまた、非常にリーンな混合気によって動作するように設計されており、従来の三価触媒の使用とは互換性がない。さらに、第２スパークプラグが存在しないため、低温および低負荷での安定した動作も排出に関する規制の順守も可能ではない。
［発明の目的］
【０００６】
本発明の目的は、上記の解決策の欠点を克服することができ、特に、従来の三価触媒および場合によっては粒子フィルタまたはＧＰＦ（ガソリン粒子フィルタ）もまた含むエンジン排気ガス後処理システムの使用と互換性のある、上述したタイプの内燃エンジンを提供することである。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、同じパワーにおいて、燃料消費の低減を可能とするように、高いデトネーション耐性を示し、従って、比較的高い圧縮比で構成され得る、上記のタイプの内燃エンジンを提供することである。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、コンポーネントの数が低減され、結果的に製造が比較的安価である単純な構造を有する、上記のタイプの内燃エンジンを提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、燃焼の持続時間の調節を可能とし、特に、高負荷においては、デトネーション傾向を低減すべく高速燃焼を生成し、低負荷および低エンジン速度においては、ノイズを低減すべく、程度を抑えた高速燃焼を生成し、そしてまた、加熱工程において、汚染排出物を低減すべく、非常に長い燃焼を生成して触媒加熱工程を短縮する、上記のタイプの内燃エンジンを提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、エンジンコンポーネント（特に、過給エンジンの場合におけるターボチャージャタービン）を高温にするのに必要な給気のより低い濃縮に起因した、高エンジン速度および高負荷における燃料消費および排出を低減すべく、同じパワーにおいて、エンジンを出て行く排気ガスの著しい温度低減が得られることもまた可能にする、上記のタイプの内燃エンジンを提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、現代の自動車用途における快適さの要求と適合しない音響／振動現象を示さない内燃エンジンを提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、予室内部の温度によって自己点火／早期点火現象が発生しない内燃エンジンを提供することである。
【発明の概要】
【００１３】
これらの目的および付加的な目的を実現することを考慮して、本発明は、この説明の初めに開示された特徴を有し、さらに、次のことを特徴とする内燃エンジンに関する。
少なくとも１つのガソリンインジェクタ装置は、燃焼室中へガソリンを直接噴射するための１つのガソリンインジェクタ装置、および／または、シリンダに関連付けられた吸気ダクト中へガソリンを噴射するための１つのガソリンインジェクタ装置を含む。
ガソリンまたは空気または空気とガソリンの混合気を予燃焼室中へ直接噴射するための装置が予燃焼室に関連付けられていない。
電子制御ユニットは、ストイキオメトリックなドーズまたはストイキオメトリックなドーズよりもわずかにリッチなドーズ量に実質的に対応する比に従った空気／ガス混合気を燃焼室に生成するよう、少なくとも１つのガソリンインジェクタを制御するようにプログラムされる。
電子制御ユニットは、燃焼室に直接面する電極を有する第２点火スパークプラグが、燃焼を安定化させるべく、低エンジン負荷および中間のエンジン負荷においてのみアクティブ化され、より高い負荷においては非アクティブであるように、または、例えば、シリンダの膨張段階または排気段階の間にそれをアクティブ化することによって燃焼に何ら影響を及ぼさないようにアクティブなままとされるようにもまたプログラムされる。
予燃焼室は、高負荷におけるエンジンのデトネーション傾向を低減すべく、エンジンの単一のシリンダのシリンダ容量の０．５％よりも小さな体積、好ましくは０．３％よりも小さな体積の寸法で形成される。
【００１４】
本発明のさらなる特徴によれば、電子制御ユニットはまた、燃焼室に直接面した電極を有する第２スパークプラグが、予燃焼室に関連付けられたスパークプラグに対して時間的により早い点火タイミングまたは遅延された点火タイミングを有するようにプログラムされる。
【００１５】
好ましい実施形態において、この予燃焼室は、エンジン冷却液が行き交う冷却ジャケットに少なくとも部分的に隣接する側面を有する。
【００１６】
さらに好ましくは、この予燃焼室の材料および幾何学的形状は、高レベルの熱放散を可能にする。予室を画定する要素に対して選択される材料は、１５０Ｗ／（ｍ×Ｋ）よりも大きな熱伝導率、好ましくは２５０Ｗ／（ｍ×Ｋ）よりも大きな熱伝導率を有し（例えば、ＣｕＣｒＺｒ合金のように）、低減された（例えば、３ｍｍよりも小さな）予室の厚さを提供することを可能にし、高温における機械抵抗と両立できる。
【００１７】
さらに好ましくは、予室に設置されるスパークプラグは、５０Ｗ／（ｍ×Ｋ）よりも大きな熱伝導率を有する材料（例えば、白金）で形成されたグランド電極、および、従来の製造上の解決策と比較して低減された体積を有する。特に、白金製スラント型グランド電極が使用され、典型的には競争車のためのエンジンに使用され得る。
【００１８】
上述の特徴のおかげで、本発明は、関連した一連の利点を得ることを可能にする。本発明の場合、予燃焼室は、デトネーションに対するエンジンの耐性を増加させるために使用され、上記にて説明された公知の解決策のように、リーン混合気によって動作するためには使用されない。デトネーションに対して増加した耐性は、エンジンが、従来のエンジンに対して１５％を超える、より大きな圧縮比を有するように構成されることを可能にする。例えば、９．５：１という従来の圧縮比から、１１：１またはさらに大きな圧縮比が得られる。これは、同じパワーにおいて、（３０％にさえ及ぶ）燃料消費の著しい低減が実現されることを可能にする。本発明に係る内燃エンジンは、ストイキオメトリックな、またはわずかにリッチな混合気によって動作する。これは、ＮＯｘ、ＣＯ、およびＨＣ排出を低減するための従来の三価触媒の使用を可能にし、場合によっては、粒子フィルタまたはＧＰＦ（ガソリン粒子フィルタ）の使用もまた可能にする。
【００１９】
この目的を達成するために、重要な特徴は、空気または燃料または空気と燃料の混合気を予燃焼室中へ直接噴射するためのシステムが存在しないことにある。燃焼率を低減し、低温および低負荷における安定したエンジンの動作を可能にすべく、本発明はまた、予燃焼室に関連付けられた第１スパークプラグに加えて、主燃焼室に直接面する電極を有する第２スパークプラグを採用する。本発明に係るエンジンは、予燃焼室に関連付けられたスパークプラグに加えて、主燃焼室に面した追加のスパークプラグを有するという可能性もまたある。主燃焼室に面したこのスパークプラグまたは各スパークプラグは、燃焼室において横方向に配置され得る。これに対して予燃焼室は、好ましくは燃焼室の中央に配置される。
【００２０】
上述のように、本発明に係るエンジンは、主燃焼室中への直接燃料噴射、または、シリンダに関連付けられた吸気ダクト中への間接燃料噴射、または、主燃焼室に関連付けられたインジェクタと吸気ダクトに関連付けられたインジェクタによる直接および間接噴射混合型システムを含み得る。直接噴射は、高負荷における給気の温度の低減、およびデトネーション耐性効果の最大化を可能にする。これに対し、間接噴射または（直接および間接の）混合噴射は、高比出力エンジンに典型的な過剰な乱流を伴わずに吸気ダクトの使用を可能とすることにより、より良好な給気の調製を可能にし、予燃焼室の利点を最大化する。実際、予室燃焼は、主燃焼室における高乱流を必要としないが、主に、予燃焼室の設計および主室と予室との間の連通穴の幾何学的形状（直径、チルト数、および長さ／直径比）による影響を受ける。直接噴射のみを使用すると、特に低領域および低負荷において、混合の適切な調製を可能とするために、燃焼室における乱流を増加させる必要がある。
【００２１】
上述のように、本発明に係るエンジンの予室は、エンジンの単一のシリンダの容量の０．５％よりも小さな体積、好ましくは０．３％よりも小さな体積を有する。この低減された体積により、（予燃焼室の存在に起因した）交換表面の増加によって生じる熱損失を制限すること、および、予燃焼室における非常に高いエネルギーに起因した、過剰に速くはない燃焼を有することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明のさらなる特徴および利点が、純粋に非限定的な例として提供される添付の図面を参照した、以下に続く説明から明らかになるであろう。
【図１】第１スパークプラグを伴う予燃焼室および主燃焼室と直接関連付けられた第２スパークプラグを示す断面における、本発明に係るエンジンの実施形態の模式的断面図である。
【図２】関連付けられたスパークプラグを伴う予燃焼室、シリンダに関連付けられた吸気ダクトおよび排気ダクト、吸気ダクトに関連付けられた１つのガソリンインジェクタ装置、および主燃焼室に直接関連付けられた他のガソリンインジェクタ装置を示す断面における、図１のエンジンの付加的な断面図である。
【図３】予燃焼室に関連付けられたスパークプラグおよび主燃焼室に直接関連付けられたスパークプラグがアクティブである範囲を示す図である。
【図４】２つのスパークプラグのタイミングを変化させることによる、燃焼の間の放熱率を変動させる可能性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１および図２は、本発明に係るエンジンの実施形態を模式図で示す。エンジンの構造の詳細は、それ自体が公知な任意の態様で達成可能であり、当業者には明らかであるので、ここでは説明されず、示されない。図面からこれらの詳細を除くことはまた、図面をより単純で理解しやすいものにする。
【００２４】
従来技術に従い、本発明に係るエンジンは、複数のシリンダ２（それらのうちの１つが図面に示されている）を画定するエンジンブロック１を含む。もちろん、単一のシリンダを参照して以下に説明されるこのエンジン構成は、エンジンのその他のシリンダのそれぞれにおいて繰り返される。さらに従来技術に従い、シリンダヘッド３がエンジンブロック１に取り付けられ、ここには、各シリンダ２において以下が形成される。すなわち、燃焼室４、それぞれ吸気バルブおよび排気バルブ７、８が関連付けられる、少なくとも１つの吸気ダクト５および少なくとも１つの排気ダクト６である（図２を参照のこと）。
【００２５】
従来、各シリンダ２内において、ピストン９が移動可能であり、任意の公知の構成に従って製造され、ピストンロッド１０（図面中では部分的にのみ示されている）によってエンジンシャフトのそれぞれのクランク（図示されていない）へと接続される。
【００２６】
さらに図１および図２を参照すると、各シリンダ２に対し、その内部に予燃焼室１３を画定する支持要素１２内に取り付けられた第１スパークプラグ１１が提供される。支持要素１２は、燃焼室４中へ導くエンジンヘッド３のシート内に取り付けられるように構成される。支持要素１２は、比較的細長い構成を有し、一方の端部はスパークプラグ１１を保持し、反対側の端部は、燃焼室４に面するとともに予燃焼室１３が燃焼室４と連通するための複数のオリフィス１４を有する。
【００２７】
好ましい実施形態において、この予燃焼室は、エンジン冷却液が行き交う冷却ジャケット（図示されていない）に少なくとも部分的に隣接する側面を有する。
【００２８】
予燃焼室１３は、比較的細長い構成を有し、一方の端部がスパークプラグ１１の電極１１Ａに面し、反対側の端部がオリフィス１４によって燃焼室４と連通する。
【００２９】
これらの図面に見られるように、ここで示される例において予燃焼室は、主燃焼室４に対して中央に配置され、それぞれのシリンダの軸と平行なその主軸を有する。しかしながら、シリンダ２に対する予室１３の異なる位置および配向が除外されるものではない。
【００３０】
燃焼室４の一方の側には、燃焼室４に直接面する電極１５Ａを有する第２スパークプラグ１５が提供される。
【００３１】
上記のように、本発明に係るエンジンは、燃焼室４に直接関連付けられた電磁制御されたインジェクタ１６によって、燃焼室４中へのガソリンの直接噴射を生成するように設計され得る。または、吸気ダクト５に関連付けられた電磁制御されたインジェクタ１７によって、ガソリンの間接噴射を生成するように設計され得る。または、インジェクタ装置１６、１７の両方を提供することにより、直接と間接が混合された噴射を生成するように設計され得る。
【００３２】
エンジンの各シリンダに対して配置されたインジェクタ装置１６および１７、第１スパークプラグ１１、および第２スパークプラグ１５は、電子制御ユニットＥによって制御される（図２）。
【００３３】
以前の説明から明らかなように、本発明に係るエンジンの予燃焼室は、燃料、または空気、または空気と燃料の混合気を予燃焼室１３中へ直接噴射するための装置と何ら関連付けられていないという点で、「パッシブ」タイプである。動作の間、予燃焼室は、シリンダ内における給気の圧縮工程の間、ピストン９によって駆動され、オリフィス１４を通過することによって予燃焼室に入る、シリンダの給気でいっぱいになる。
【００３４】
本発明の必須の特徴に従い、電子制御ユニットＥは、ストイキオメトリックなドーズまたはストイキオメトリックなドーズよりもリッチなドーズに実質的に対応する比に従った空気／ガス混合気を燃焼室に生成すべく、インジェクタ装置１６および／またはインジェクタ装置１７を制御するようにプログラムされる。この特徴のおかげで、本発明に係るエンジンは、ＮＯｘ、ＣＯ、およびＨＣを処理するための従来のタイプの三価触媒、並びに考えられる粒子フィルタまたはＧＰＦ（ガソリン粒子フィルタ）を含む、エンジン排気ガス後処理システムとともに動作することができる。
【００３５】
本発明に係るエンジンにおいて予燃焼室を採用することの主な目的は、上記にて説明された公知のシステムの場合のようにリーン混合気を点火させないが、デトネーションに対するエンジン耐性を増加させることである。デトネーションに対する耐性の増加は、例えば、過給エンジンの場合、エンジンが、従来のエンジンに対して１５％を超える、より大きな圧縮比を有するように構成されることを可能にする。例えば、本発明に係るエンジンは、例えば９．５：１のような、高比出力過給エンジンに典型的な従来の値を有する代わりに、各シリンダにおいて、１０：１に等しいかまたはそれよりも大きな値、好ましくは１１：１に等しいかまたはそれよりも大きな値を有する圧縮比を生成することができる。これにより、同じパワーにおいて、燃料消費の著しい低減を得ることが可能となる。燃料消費を低減することの付加的な利点は、エンジンの比出力を増加させる可能性に起因するものである。特定の用途に対して必要とされるものと同じ性能で、２５％低減された容量のエンジンを設計することが可能である（ダウンサイジング効果）。説明される技術のおかげで、例えば、２リットルの容量を有する４気筒エンジンを、同じ性能を維持し、ホモロガティブ（homologative）サイクルでの１５％までの消費の低減を実現しながら、１．５リットルの容量を有する３気筒エンジンで置き換えることが可能である。
【００３６】
第１スパークプラグ１１を伴う予室に加えての第２スパークプラグ１５の配置は、燃焼率を低減および調節し、低温および低負荷における安定したエンジンの動作を可能にすることを意図している。
【００３７】
上述のように、直接および間接噴射混合型システムは、インジェクタ装置１６、１７の両方を伴う好ましい実施形態において想定される。直接噴射は、高負荷において給気の温度が低減されること、およびデトネーション耐性効果の最大化を可能にする。これに対し、間接噴射は、高比出力エンジンに典型的な過剰な乱流を伴わずに吸気ダクトの使用を可能とすることにより、より良好な給気の調製を可能にし、予燃焼室の利点を最大化する。実際、予室燃焼は、主燃焼室における高乱流を必要としないが、主に、予室の設計および主室と予室との間の連通穴の幾何学的形状による影響を受ける。直接噴射のみを使用すると、低領域および低負荷において、混合の適切な調製を可能とするために、燃焼室における乱流を増加させる必要がある。直接および間接噴射の混合は、両方の解決策の利点を有する。
【００３８】
既に示されたように、本発明における予室は、エンジンの単一のシリンダの容量の０．５％よりも小さな体積、好ましくは０．３％よりも小さな体積を有する。そのような低減された体積を採用するので、（予燃焼室の存在に起因した）交換表面の増加によって生じる熱損失を制限すること、および、予燃焼室における非常に高いエネルギーに起因した、過剰に速くはない燃焼を有することが可能である。
【００３９】
オリフィス１４は、好ましくは、およそ０．８−１．８ｍｍの直径を有する。さらに好ましくは、オリフィス１４は、数が６−９個であり、予燃焼室軸の周りに分散して配置され得る。および／または、この予室の軸と同心の穴を含むことができる。それぞれの穴の軸は、予室１３の軸に対して、０から８０度の間であり得る角度で傾けられている。
【００４０】
好ましくは、予室１３を画定する要素１２のために選択される材料は、１５０Ｗ／（ｍ×Ｋ）よりも大きな熱伝導率、好ましくは、２５０Ｗ／（ｍ×Ｋ）よりも大きな熱伝導率を有する。さらに好ましくは、高温における機械抵抗と両立できる、例えば３ｍｍよりも小さな、比較的低減された予室の壁の厚さが提供される。
【００４１】
さらに好ましくは、予室に設置されるスパークプラグは、５０Ｗ／（ｍ×Ｋ）よりも大きな熱伝導率を有する材料（例えば、白金）で形成されたグランド電極、および、従来の製造上の解決策と比較して低減された体積を有する。特に、白金製スラント型グランド電極が使用され、典型的には競争車のためのエンジンに使用され得る。
【００４２】
本発明に係るエンジンにおいて、電子制御ユニットＥは、主燃焼室４に関連付けられたスパークプラグ１６を、燃焼を安定化させるべく低エンジン負荷および中間のエンジン負荷においてのみアクティブ化するように、そして、より高い負荷においては、非アクティブであるように、または、例えばシリンダの膨張段階または排気段階の間にこれをアクティブ化することによって燃焼に対して何ら影響することのない状態でアクティブなままとされるように制御すべく、プログラムされる。
【００４３】
好ましくは、電子制御ユニットはまた、燃焼室に直接面した電極を有する第２スパークプラグが、予燃焼室に関連付けられたスパークプラグに対して時間的により早い点火タイミングまたは遅延された点火タイミングを有するようにプログラムされる。
【００４４】
既に示されたように、予燃焼室はデトネーション傾向を低減するために使用され、これにより、両方のスパークプラグが低負荷において機能的にはアクティブでありながらも、予燃焼室は高負荷に向けた寸法で形成される。この解決策のおかげで、公知の解決策の欠点は克服され、高負荷における予燃焼室のジェットの強度が低減される。本発明の場合、燃焼は常に、ストイキオメトリックな（または、高負荷および高エンジン回転速度におけるコンポーネントの温度を低減するために、よりリッチな）混合気による動作範囲の全体にわたって実行される。これにより、予室中へ燃料を噴射する必要がなく、エンジンの構造および費用を単純化する。
【００４５】
空気および／または燃料噴射システムがないことに起因した、予室１３の単純化された幾何学的形状は、より良好な予室の幾何学的形状（より小さな表面積対体積比）および低減された体積を可能にする。
【００４６】
添付の図面の図３は、エンジン動作範囲（エンジン回転の関数としての負荷／トルク比）を示し、両方のスパークプラグがアクティブである領域Ｂと、予燃焼室に関連付けられたスパークプラグのみがアクティブ化された領域Ａが示されている。この図からわかるように、エンジン回転速度のそれぞれの値に対し、電子制御ユニットＥは、エンジン負荷／トルク比がある遷移値を下回る場合のみ第２スパークプラグ１５をアクティブ化するようにプログラムされている。
【００４７】
示されている具体例において、この遷移値は、１０００ｒｐｍにおける約２０％の値から、７０００ｒｐｍにおける約４０％の値まで、実質的に直線的に増加する。
【００４８】
添付の図面の図４は、燃焼の間にどのようにして放熱率を調節することが可能であるかを示しており、ある動作条件下では、より長い、またはより短い燃焼の持続時間を可能にする。燃焼の持続時間を調節することは、２つのスパークプラグの間で点火の瞬間を変動させることにより得られる。典型的には、予室に関連付けられたスパークプラグに対して主燃焼室に面した電極を有するスパークプラグを点火する瞬間の間の角距離／時間的距離を増加させることは、燃焼の持続時間の増加をもたらす。
【００４９】
本発明に係るエンジンにおいて採用される予燃焼室の低減された体積は、熱伝達面の増加に起因する熱損失の最小化を可能にする。熱損失の増加は、増加したデトネーション耐性に起因して得られる圧縮比の増加により、補われて余りある。
【００５０】
本発明に係るエンジンは、多くの付加的な利点もまた有する。主燃焼室に関連付けられたスパークプラグ１６は、触媒加熱工程の間の潜在的恩恵を伴う、燃焼持続時間の著しい伸びを可能にする。２つのスパークプラグのアクティブ化の間の角距離／時間的距離を変動させることにより、例えば、エンジンの低負荷での動作の間にエンジンノイズを低減すべく、燃焼持続時間を容易に調節することもまた可能である。より早い燃焼タイミング、および、より高い燃焼速度は、シリンダ中の膨張工程の開始が従来のエンジンサイクルに対して予測されることを可能にし、これにより、熱力学的恩恵に加えて、排気温度の著しい低減が得られる。従って、（特に、過給システムのタービンおよび触媒の）コンポーネントの温度を低減するために使用されるリッチな混合気による動作領域を低減すること、および、高負荷および高速度におけるエンジンの燃料消費を著しく（同じパワーレベルにおいて３０％まで）改善することが可能である。
【００５１】
もちろん、発明の原理を損なうことなく、構造の詳細および実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく、純粋に例として説明および示されているものに対して広く変化してよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2019049258000001.pdf