(57)【要約】【課題】集中型燃焼室を形成して、スキッシュ部の自着火を含む超急速燃焼法により内燃機関の超高効率化を達成しＣＯ２の飛躍的削減を図ること。【解決手段】火炎伝播距離を知縮した集中型燃焼室１の周囲に上死点位置においてピストン頂面とシリンダーヘッド壁面との間に所定のギャップを有するスキッシュ部Ｓを形成し、更に集中型燃焼室１に火花を飛ばす如く火花ギャップを備えて高負荷域においては着火時期を上死点又はそれ以降となる様にし、かつ集中型燃焼室１の燃焼の圧力温度上昇によりスキッシュ部Ｓの混合気を膨張過程で自着火させる様にした。【選択図】図１
2015214964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンを有する内燃機関において、火炎伝播距離を短縮した集中型燃焼室の周囲に、上死点位置においてピストン頂面とシリンダーヘッド壁面との間に所定のギャップを有するスキッシュ部を形成し、更に前記集中型燃焼室に火花を飛ばす如く火花ギャップを備えて着火時期を高負荷域においては圧縮上死点又はそれ以降となる様にし、かつ前記集中型燃焼室の燃焼の圧力・温度上昇により前記スキッシュ部の混合気を膨張過程で自着火させる様にした内燃機関の燃焼法。
【請求項２】
上死点位置においてスキッシュ部のギャップよりも大きいギャップのまま集中型燃焼室へ連絡するリセス部をスキッシュ部に形成した請求項１記載の超高効率内燃機関。
【請求項３】
集中型燃焼室に開放弁を備え、部分負荷域の所定の領域で前記開放弁を開き、これにより吸入・圧縮・膨張・排気の各行程においてシリンダー内を開放する様にした請求項１又は２記載の超高効率内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は火花点火により集中型燃焼室を急速燃焼させ、その上昇した燃焼圧力・温度によりスキッシュ部の混合気を膨張行程で自着火させ、以って超急速燃焼を達成する燃焼法及び超高効率内燃機関に係わり、ＣＯ２の大幅削減を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】  内燃機関に課せられた課題は大きく、資源の枯渇、地球温暖化に対処すべく超高効率化、ＣＯ２の飛躍的削減が急務である。然るに火花点火機関では吸入空気を絞って出力を制御する為、損失（ポンプ損失）が大きく、圧縮比も１２以下と低い為、熱効率は低い値に止まる。
加えて点火プラグによる着火・燃焼は上死点前から行なわれる為、負の仕事が発生する上、最高燃焼圧力・温度が高くなり、結果として摩擦損失、冷却損失が増大し、熱効率を悪化させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  本発明の目的は超急速燃焼により内燃機関の超高効率化を達成し、ＣＯ２の劇的削減を具現化する事である。そこで本発明では集中型燃焼室を形成してこれを急速燃焼させ、その上昇した燃焼圧力・温度によりスキッシュ部の混合気を膨張過程で自着火させて燃焼室全体を急速燃焼させるのである（燃焼期間をクランク角で従来の１／３の１５°位とする）。こうすると点火プラグによる着火時期を大幅に遅らせ、例えば圧縮上死点又はそれ以降とする事ができ、これにより圧縮上死点前燃焼は起らないから、最高燃焼圧力・温度が低下して摩擦損失・冷却損失が大幅に減少する。そして超急速燃焼により多量のＥＧＲの採用が可能で、吸入空気の絞り度合を緩めてポンプ損失の低減も達成できる。又、点火プラグによる着火時期を大幅に遅らせて上死点又はそれ以降とすることによりノッキングが起らないから、高圧縮比を採用する事ができる。以上の様に超急速燃焼により着火時期を大幅に遅らせて摩擦損失、冷却損失を減少させ、高圧縮比及び多量のＥＧＲ採用を可能とする事によって超高効率化の達成を目的とする。
【課題を解決する為の手段】
【０００４】本発明は上記目的を達成する為、火炎伝播距離を短縮した集中型燃焼室の周囲に上死点位置においてピストン頂面とシリンダーヘッド壁面との間に所定のギャップを有するスキッシュ部を形成し、更に集中型燃焼室に火花を飛ばす如く火花ギャップを備えて着火時期を高負荷域においては上死点又はそれ以降となる様にし、かつ前記集中型燃焼室の燃焼の圧力・温度上昇によりスキッシュ部の混合気を膨張過程で自着火させる様にした。
【発明の効果】
【０００５】  内燃機関の超高効率化を達成するには火花点火による着火時期を遅らせるのが良く（例えば、圧縮上死点又はそれ以降とする）、それは圧縮上死点前燃焼が起らないから負の仕事は発生せず、最高燃焼圧力・温度の低下により摩擦損失、冷却損失が減少するからである。しかしその為には圧縮上死点後の燃焼が極めて短期間で完結する超急速燃焼が不可欠であり、換言すればピストン圧縮によって起る混合気の一瞬の内で燃焼が完結する自着火が良いが、圧力上昇率が最大であり、ノッキングと云う有害な現象を引き起す。
本発明では先ず火炎伝播距離が極めて短かい集中型燃焼室で火花点火により急速燃焼を引き起し（燃焼期間はクランク角で従来の１／３の１５°位）、次にこの上昇した圧力・温度でスキッシュ部の混合気自着火させ、超急速燃焼させているのである（この自着火は集中型燃焼室の燃焼が進む途中で起る）。この場合、スキッシュ部の自着火は膨張過程で行なわれ、かつ自着火するスキッシュ部の混合気は量的に少量であるから、衝撃的な燃焼とはならない（ノッキングとはならない）。
しかもスキッシュ部で起る自着火は先ず雰囲気温度が一番高い排気直下部で起り、次に雰囲気温度が高い吸気弁直下部で起り、最後に残りのスキッシュ部で起る……と云う具合に段階的に起る為（とは言え一瞬の内に起ると言っても過言ではない）、超急速燃焼ながら衝撃的な燃焼とはならない。低負荷域では着火時期を圧縮上死点前に設定する事もあるが、殆ど圧縮上死点であり、スキッシュ部の自着火も圧縮上死点前に起ったとしても殆ど圧縮上死点又はそれ以降であり、多量のＥＧＲの採用により、更には前述の如くスキッシュ部の混合気は少量であること、多段階で自着火が起ること、燃料投入量が少ないこと等から依然として衝撃的燃焼とはならない。以上の様に本発明では超急速燃焼が可能であり、着火時期を大幅に遅らせ、例えば圧縮上死点又はそれ以降に設定できるから、圧縮上死点前の負の仕事は発生せず、最高燃焼圧力・温度の低下により摩擦損失、冷却損失が減少し、カルノーサイクルが描く等温膨張に近くなり熱効率は大幅に改善される（この他、比熱比の増大、熱解離性損失減少の効果も加わる）。
又、着火時期を上死点又はそれ以降とする事ができるから圧縮上死点前の冷却損失もなく、高圧縮比を採用しても（１５以上）ノッキングの心配はなく、更に熱効率を改善する事ができる。更に超急速燃焼が可能であるから、多量のＥＧＲを採用して低負荷域でのポンプ損失を減らして熱効率の更なる改善を促がす事ができる。加えて近年、内燃機関の熱効率を改善する手段として注目されているＨＣＣＩ燃焼法（予混合圧縮着火燃焼法）は圧縮端温度が１０００Ｋ以上必要と言われ、本発明を２サイクル機関に適用すれば２サイクル機関では高温の残留ガスが多量に残存していること、高圧縮比を採用できること等を活用して圧縮端温度を１０００Ｋ以上に高め、容易にＨＣＣＩ燃焼を引き起す事ができる。以上の様に内燃機関の超高効率化が可能であり、ＣＯ２の大幅削減が為される。
【発明を実施する為の形態】
【０００６】  図１は本発明による超高効率内燃機関を示し、図１（イ）においてカム軸６に備えられたカムにより駆動される吸気弁２、排気弁３を備え（両者を駆動するカムは互いに異なる）、各々ロッカーアーム４，５を介して駆動される。
図１（イ）は多気筒機関であり、その内の１気筒を上方から見て図１（ロ）に示す。
図示の様に吸気弁２、排気弁３はスキッシュ部Ｓに備えられている。
１は燃焼室であり、燃焼室１の周囲に上死点位置におけるピストン頂面とシリンダーヘッド壁面との間に所定のギャップ（１．５〜３ｍｍ位）を有するスキッシュ部Ｓを形成して集中型燃焼室としている（燃焼室１は図ではシリンダーヘッド側とピストン頂面側とに跨って形成されている）。
１２は排気ガスを浄化する為の触媒（三元触媒）、９はアクチュエーター１０（電動モーター）により駆動される吸気絞り弁，１３は燃料噴射弁、１５はＥＧＲ（排ガス再循環）の為の排ガス流量を制御するＥＧＲ制御装置、１６は電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。図１（イ）は４サイクル機関であり、吸気・圧縮・膨張・排気の各行程をクランク軸２回転で行なうが、これは従来通りなので説明は省略する。本発明では吸・排気弁を各々１個づつとして図示しているが、超高効率なので従来の吸・排気弁を各々２個づつ配した４弁式以上に高出力を発揮できる。ＥＣＵ１６には所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサーからの信号、所定のカム角毎にカム角信号を出力するカム角センサーからの信号などが入力される。ＥＣＵ１６はＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入出力ポート等から成るマイクロコンピューターを中心として構成され、これらは双方向性バスによって相互に接続されている。ＥＣＵ１６にはエンジンの運転状態の把握に必要なパラメーター用の各種センサー、例えば上記クランク角センサー、カム角センサーの他に、アクセル開度を検出するアクセルセンサー、吸気絞り弁９の開度を検出するスロットルセンサー、吸入される空気流量センサー、エンジン冷却水温を検出する水温センサー、大気圧を検出する大気圧センサー、ノックセンサー、Ｏ２センサー等からの各信号が対応するＡ／Ｄコンバーターを介して入力ポートに送信される。尚、エンジン回転速度はクランク角センサーからの出力信号により知る事ができる。又、出力ポートは燃料噴射弁１３、点火プラグ７、アクチュエーター１０、ＥＧＲ制御装置１５等と各々対応する駆動回路を介して接続され、各々の制御信号を送信する。ＲＯＭには燃料噴射弁１３の噴射量や噴射時期を決定する為の制御ルーチン、点火プラグ７への通電を制御する為の制御ルーチン等のエンジンを制御する為の制御ルーチンやそれらに用いられる制御値を含むマップが記憶されている。ＲＡＭに記憶されている各種データはエンジン回転速度センサーが信号を出力する度に最新のデータに置き換えられる。ＣＰＵはＲＯＭに記憶されているアプリケーションプログラムに従って動作し、燃料の噴射制御、着火時期制御等を実行する。
【０００７】本発明では燃焼室１に火花を飛ばす如く火花ギャップが備えられ（図では点火プラグ７から成る火花ギャップが２点備えられている）。この火花ギャップの着火時期を高負荷域では上死点又はそれ以降となる様に制御している（低負荷域では上死点前の場合もある――もちろん、従来よりは遅い）。本発明による集中型燃焼室１の火炎伝播距離は図１（ロ）の通りｌ／２であり、図２（ホ）のシリンダー中心に１個の点火プラグを配置した従来の場合の火炎伝播距離はｒであり、従って両者の比はｌ／２／ｒ＝ｌ／２ｒ≒１／２．５となる（但し、ｌ／ｒはｌの取り方によりかなりの自由度があり、ここではｌ／ｒ≒１／１．２５とする）。即ち、シリンダー中心に１個の点火プラグを配置した従来の場合に比し図１（ロ）では火炎伝播距離が１／２．５に短縮されるが、実際は図２（ホ）の従来では図示の如く火炎面がピストン頂面に到達した後は火炎伝播速度が遅くなる為（火炎伝播距離が長くなるのと同じ）、この値は１／３位になると考えて良い。更に本発明では高負荷域では着火時期は上死点又はそれ以降に制御される為、ノッキングが抑制され高圧縮比（燃料がガソリンの場合で１５位）が採用されるから、圧縮端温度が高まり、燃料の低温酸化反応により火炎伝播速度が増す事を考慮に入れると上記値は確実に１／３に短縮される（点火プラグを図１（ハ）の様に３個、又はそれ以上配置すれば更に短縮される）。この様に本発明では集中型燃焼室１により火炎伝播距離が１／３に短縮され、換言すれば従来クランク角で４０°〜５０°要した燃焼期間が１／３の１５°位に短縮され、超急速燃焼が可能となるのである。ところで着火時期を圧縮上死点又はそれ以降とした場合、これは膨張過程であるから、集中型燃焼室１は超急速燃焼したとしてもスキッシュ部Ｓの燃焼は集中型燃焼室１からの火炎伝播に頼る限り大幅に遅れ、全体として超急速燃焼とはならない。そこで集中型燃焼室１の燃焼が始まると、その上昇した圧力・温度によりスキッシュ部Ｓの混合気に自着火を起こさせ（その様にスキッシュ部Ｓのギャップ、着火時期、圧縮比等を実験により定める）、燃焼が一瞬の内に完結し（スキッシュ部Ｓの自着火は集中型燃焼室１の燃焼が進む途中で起る）、かくして全体として超急速燃焼を達成する（上死点におけるスキッシュ部Ｓのギャップが余り小さいと自着火を起しにくくなる為、１．５〜３ｍｍ程度とする）。この場合、スキッシュ部Ｓで起る自着火は膨張過程で起ること、しかもスキッシュ部の膨張比は集中型燃焼室１のそれに比し大きいこと、スキッシュ部Ｓの容積が集中型燃焼室１のそれに比し小さいことなどの理由によりノッキングの様な衝撃的燃焼とはならない。更にはこのスキッシュ部Ｓで起る自着火は先ず雰囲気温度が最も高い排気弁３の直下部（弁逃げ部）で起り、次に雰囲気温度が高い吸気弁２の直下部（弁逃げ部）で起り、最後に残りのスキッシュ部で起ると云う具合に段階的に起り、この事からも衝撃的燃焼とはならないと考えられる。以上の様に本発明では超急速燃焼が可能であり、着火時期を大幅に遅らせ、例えば圧縮上死点又はそれ以降に設定できるから、圧縮上死点前の負の仕事は発生せず、最高燃焼圧力・温度の低下により摩擦損失・冷却損失が減少して、カルノーサイクルが描く等温膨張に近くなり（燃焼が始まると、それが直ちに熱による仕事に変換される）、熱効率は大幅に改善される。又、着火時期を上死点又はそれ以降とする事ができるから、高圧縮比（ガソリンの場合で１５位）を採用してもノッキングの心配はなく、更に熱効率が改善される。更に超急速燃焼が可能であるから、多量のＥＧＲを採用して低負荷域でのポンプ損失を減らして熱効率の更なる改善を促す事ができる。１４はその為の排ガス導入通路であり、ＥＧＲ制御装置１５によりその排ガス再循環流量を制御する（ＥＧＲ制御装置１５は電動モーターなどのアクチュエーターにより排ガスを導入する通路の有効断面積を変化させる公知のものである）。この場合、吸・排気弁のオーバーラップ量も増加させて内部ＥＧＲも併用するのが良い。既述の様に本発明では超急速燃焼が可能であるから、着火時期を大幅に遅らせ、例えば高負荷域では上死点又はそれ以降とするから、燃焼は膨張過程で行なわれ、最高燃焼圧力・温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑止する事ができる（低負荷域では着火時期は上死点前である事もあるが、それでも大幅に遅延されており、多量のＥＧＲが可能である為、ＮＯｘの発生はない）。従って排気浄化対策としては単純な酸化触媒で行なう事も可能であるが、他方では空気過剰率λを１とし（理論混合比）三元触媒で排ガスを浄化する手法も考えられ、本発明では自由度が大きいこの手法を採用するものとして各運転状態を説明する。エンジン冷態時は燃焼室１の超急速燃焼が可能であるから、着火時期を圧縮上死点以降に大幅に遅らせて排ガス温度を上昇させ、触媒１２の温度を急速に上昇させ、迅速に活性化させる事ができる（スキッシュ部Ｓの自着火は起らないと考えられ、この場合、スキッシュ部Ｓの燃焼は燃焼室１からの火炎伝播で行なわれ、従って燃焼は大幅に遅れるが、これは排ガス温度を更に上昇させる方向に働らくので、触媒１２を急速に活性化される事ができる）。尚、図１（ハ）において集中型燃焼室１に火花を飛ばす如く備えられた火花ギャップの内の１つを（点火プラグ７′を）集中型燃焼室１のスキッシュ部Ｓと接する近傍に備える様にすると、エンジン冷態時にスキッシュ部Ｓに火炎が早く届く様になる。
エンジンの暖機完了と共に着火時期は元に戻されるが、スキッシュ部Ｓの自着火は必ず起り、超急速燃焼が常時為される、エンジン暖機完了後の低・中負荷域ではアイドル状態の様な極低負荷域を除き排ガス導入通路１４を介して多量のＥＧＲが為され、ポンプ損失・冷却損失を減少させる（多量のＥＧＲを行なっても超急速燃焼が可能であるから、燃焼の悪化はない）。
この時、着火時期は上死点又はそれ以降とするのが基本であるが、低負荷域では上死点付近の上死点前でも良い（これによりＮＯｘが発生しても三元触媒１３により浄化させる事ができる）。エンジンの高負荷域ではＥＧＲ制御装置１５によってＥＧＲは停止され、着火時期は上死点又はそれ以降であってＮＯｘの発生は殆どないが、若干発生しても三元触媒により完全に浄化される。本発明では三元触媒１２により排ガスを浄化しているので、空気過剰率は全域でλ＝１に維持されるが、低・中・高負荷域で着火時期を上死点又はそれ以降とすれば燃焼は膨張行程で行なわれ、最高燃焼温度の低下によりＮＯｘの発生が抑制されるので（多量のＥＧＲによる効果も加わる）、単なる酸化触媒で排ガスを浄化する事もできる。
燃料噴射弁１３の噴射を吸気弁２が閉じている間にすると、吸気弁からの伝熱を受けて気化が進んで良質な混合気が得られ、吸気弁２が開いている間に気流に乗せる様に噴射すると、気化熱により吸入空気の温度が低下するので、更に高圧縮比を採用する事ができる（燃料噴射弁をシリンダーヘッドから直接シリンダー内へ噴射する様にしても良い）。
本発明では着火時期を高負荷域では上死点又はそれ以降とするので、圧縮上死点で燃料の自着火が起らない程度まで圧縮比を高める事ができ（ガソリンの場合で１５位、天然ガスの場合で１７位）、熱効率改善の効果は大きい。又、燃料が水素の場合は着火性が格段に良いことから、吸気絞り弁９により吸気を絞る必要がなく、空気過剰率λが４〜５以上と大きい場合でも燃焼が急速に行なわれるので、熱効率の著しい改善が可能である。以上図１では燃焼室１に複数の点火プラグを配置しているが、極く小排気量のエンジンでは集中型燃焼室自体が小さいので、図１（ニ）の如く点火プラグを中心に１個設置するだけで超急速燃焼を達成する事ができる。図１では排気弁３は各気筒に１個備えられているが、図２（イ）の如く燃焼室１にもう１つの排気弁を備えても良い（この排気弁に代えて吸気弁でも良い）。又、図１では燃焼室１はシリンダーヘッド側とピストン側に形成されているが、前者のみに形成しても良く、後者のみに形成しても良い。尚、本発明では図１で既に説明した様にスキッシュ部Ｓの自着火は多段階で起ると予想されるが、排気弁３の弁逃げ部での自着火をより早く引き起す為、図１（ホ）の如く燃焼室１とこの弁逃げ部とを連結する溝１７（通常はピストン側に形成する）を形成する事が考えられる（この溝１７により燃焼室１で発生した熱が伝わり易くなる故）。即ち、上死点においてスキッシュ部Ｓのギャップよりも大きいギャップのまま燃焼室１に連絡するリセス部（窪み）をスキッシュ部Ｓに形成して、排気弁３の弁逃げ部の自着火をより早く引き起す様にするのである。この考え方は吸気弁２の弁逃げ部にも適用される。以上、燃焼室１と連絡するこれらのリセス部はエンジン冷態時に着火時期を大幅に遅らせた結果としてスキッシュ部の自着火が起らない場合でも燃焼室１からの火炎が伝播し易くなる効果を生む。
【０００８】部分負荷域での熱効率を改善する手段として可変気筒化が非常に有効であり、これは例えば４気筒機関において２気筒の燃料噴射を停止させ、残りの２気筒のみで燃焼を行なわせるものである。こうすると燃焼を行なっている気筒の負荷が上ってポンプ損失が減少すると共に、燃焼は２気筒でのみ行なわれる為、冷却損失が減少して熱効率の大幅改善が可能となる。図２（ロ）は可変気筒化を実施する構造を示し（上方から見た図を図２（ハ）に示す）、例えば４気筒機関では２気筒をこの構造とするのである。即ち、図２（ロ）において集中型燃焼室１には排気通路１１に通ずる開放弁１８が備えられ（吸気・排気弁の様にカムで駆動されるものではない）、エンジンに高出力が要求される場合は全閉となっているが、可変気筒化が要求される場合は（低負荷域など）全開に維持される。即ち、アクセルセンサー、エンジン回転速度センサー、水温センサー等からの情報によりＥＣＵ１６が判断して油圧制御弁２０に信号を送信すると、油圧ポンプからの油圧が油圧ピストン１９に作用して開放弁１８をバネに抗して全開されると共に、この気筒に接続する吸気通路を閉鎖する（この気筒に接続する吸気通路に備えられた閉鎖弁２１をアクチュエーター２２により全閉とする）。こうすると開放弁１８は開いているから、ピストンの往復運動にも拘らずシリンダー内は常時排気通路１１と連通した状態となり（無圧縮、無膨張の状態）、４気筒の内で２気筒のみの燃焼による運転となる。油圧制御弁２０により油圧ピストン１９に作用する油圧が開放されると、開放弁１８はバネにより全閉となる（閉鎖弁２１は全開）。図２（ロ）では開放弁１８は排気通路１１へ通ずる構成であったが、吸気通路８へ通ずる構成を図２（ニ）に示す。即ち、図２（ニ）において可変気筒化が要求される領域では開放弁１８を全開すると共に、この気筒へ通ずる排気通路をアクチュエーター２２′により駆動される閉鎖弁２１′によって全閉とする。こうするとシリンダー内は吸入・圧縮・膨張・排気の各行程中、常時吸気通路８と連通状態となるから（無圧縮・無膨張の状態）、４気筒の内の２気筒が休止状態となる。可変気筒化を実施する手段としては、この他、４気筒の内の２気筒の吸・排気弁を作動停止とする手段も有効であり、これは既に多くの構造が提案・実施されているので、説明は省略する。
【０００９】  図３（イ）は２サイクル機関に本発明を適用したもので、２８は排気通路、２６は掃気通路で、掃気ポンプとしてはルーツブロワを採用している（もちろん構造の簡単なクランク室圧縮式でも良い）。この場合、掃気ポンプ２７はクランク軸とベルト等を介して駆動されるが、可変速手段（変速機）を介して駆動する事が望ましい。特に掃気ポンプを電動機（モーター）で駆動する様にすると、これは可変速が自由自在・容易にできるので、最も望ましい（これはシリンダー内残留ガス量を制御し、吸入空気を絞る必要がなく、ゆっくり回して駆動々力を減少させる等の為である）。２３は集中型燃焼室（図３（ロ）参照）で、その周囲はスキッシュ部Ｓが形成され、２個の点火プラグが燃焼室２３に備えられている（極く小排気量のものは１個の点火プラグでも良い）。この為、燃焼室２３の火炎伝播距離は極端に短かくなり、超急速燃焼が可能である。着火時期は高負荷域では圧縮上死点又はそれ以降に設定され（低負荷域では上死点付近の圧縮上死点前でも良い）、先ず燃焼室２３の燃焼が始まると、その上昇した圧力・温度に誘発されてスキッシュ部Ｓの混合気自着火し、図１と同様に超急速燃焼が可能であり、このスキッシュ部の自着火は膨張過程で起るから、衝撃的燃焼とはならない。この場合も図３（ハ）の様にスキッシュ部Ｓに燃焼室２３と連絡するリセス部３４を形成すると（シリンダーヘッド側に又はピストン側に形成）、この部分は燃焼室２３からの熱の影響を受けるので、自着火が起り易く、自着火が段階的に起る為、超急速燃焼ながらも静粛な燃焼特性が得られる。着火時期が上死点又はそれ以降であるから、高圧縮比を採用する事ができる。
２５は燃料噴射弁で、排気通路２８がピストンにより閉鎖されてからシリンダー内に噴射される。２サイクル機関の課題は低負荷域での不整燃焼である。本発明では高負荷域では着火時期を上死点又はそれ以降としている為、高圧縮比を採用できること（ガソリンの場合で１５位）、及び２サイクル機関ではシリンダー内に多量の高温排ガスが残存している（多量の内部ＥＧＲ）等の為、圧縮端温度が十分に高くなる事などから点火プラグによる燃焼が不可能な領域でも自着火により燃焼させるＨＣＣＩ燃焼（予混合圧縮着火燃焼）を行なわせる事ができ、前記不整燃焼を解消する事ができる。この場合、排気通路２８にアクチュエーター３０（電動モーター）により駆動される排気制御弁２９を備え、この開度を制御して急激な排気ブローダウンを防いだり、シリンダー内の無用な排ガスの出入りを防いで、排ガスの温度を低下させない工夫が望ましい。又、掃気ポンプ２７により供給された空気の吹き抜けをなくす為、掃気通路２６に掃気制御弁３１を備え、この開度を制御し掃気をゆっくりと行なう様にする事が望ましい。ＨＣＣＩ燃焼は燃焼温度が低い超希薄燃焼である為、非常に高い熱効率が得られる（ＮＯｘの発生もない）。２サイクル機関では排気通路内への空気の吹き抜けがある為、三元触媒は使えないが、高負荷域では着火時期が上死点又はそれ以降であるから、最高燃焼温度が低く、ＮＯｘの発生は殆ど０である。低負荷域では多量の内部ＥＧＲが自動的に為されるから（掃気ポンプを減速して駆動する）ＮＯｘの発生はやはり殆ど０である。従って酸化触媒のみで排ガスを浄化する事ができる。
２サイクル機関は吸排気弁を持く必要がなく、従ってその気筒へ通ずる掃気通路を閉鎖するだけで容易にその気筒を休止状態にする事ができるから（４サイクル機関の可変気筒化と同じ）、可変気筒化して熱効率を大幅に改善する事ができる。次に２サイクル機関において更に容易にＨＣＣＩ燃焼を引き起す方法を説明する。先ず図３（ニ）において副排気通路３５が備えられ、ピストンにより副排気通路３５が閉じられた時点での圧縮比は例えば１５に設定され、排気通路２８がピストンにより閉じられた時点での圧縮比は例えば１８である様に設定されている。低負荷域では制御弁３６を全閉とすると、圧縮比（膨張比も）は１８と高圧縮比となり、より多量の内部ＥＧＲとの相乗効果により圧縮端温度は上昇し、燃料が天然ガスの場合でも容易にＨＣＣＩ燃焼を引き起す事ができる。中・高負荷域では制御弁３６は全開となり、圧縮比（膨張比も）は１５となって点火プラグによる燃焼となる。３７は制御弁３６を駆動するアクチュエーターであり、エンジン始動・冷態時も制御弁３６を全閉として（場合によっては少し開く）、ＨＣＣＩ燃焼又は点火プラグによる火花点火燃焼としても良い。又、制御弁３６を半開状態で開度を制御すれば近似的に可変圧縮比が可能であり、ＨＣＣＩ燃焼領域を拡大する事ができる。
次に図３（ホ）において副排気通路３５にはクランク軸と回転比１／１で連結するロータリ弁３８が備えられ（副排気通路３５は排気通路２８より早く開く）、ロータリ弁３８はピストンが副排気通路３５を開いてから排気通路２８を開くまでの期間（クランク角）は副排気通路３５を閉じており、その後にロータリ弁３８は開いて、ピストンが排気通路２８を閉じてから所定の期間（クランク角）まで開く様になっている。これにより、副排気通路３５が（ピストン又はロータリ弁３８により）閉じた時点の圧縮比に対し（例えば１５）、排気通路２８がピストンにより開かれる時点での膨張比（例えば１８）が大となり、ミラーサイクルによって熱効率が向上する。エンジンの低負荷域では（更には始動時、冷態時も）制御弁３６を全閉とすると、圧縮比は１８と高まり、圧縮端温度を高めてＨＣＣＩ燃焼を容易に引き起す事ができる。中・高負荷域では制御弁３６を全開とする。図３（ニ）と同様に制御弁３６の開度を細かく制御すれば、近似的に可変圧縮比となり、ＨＣＣＩ燃焼領域を拡大する事ができる。尚、ロータリ弁３８の代りにクランク軸で駆動されるカムにより開閉するスリーブ弁（ピストン形状）を使う事もできる。
【００１０】図１（ロ）〜（ホ）においては集中型燃焼室１を図１（ヘ）の如くピストン頂面の中央部に形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による超高効率内燃機関を示す図。
【図２】本発明による超高効率内燃機関の各種実施例を示す図。
【図３】本発明による超高効率内燃機関（２サイクル機関）を示す図。
【符号の説明】１・２３は集中型燃焼室、２は吸気弁、３は排気弁、４・５はロッカーアーム、６はカム軸、７・７′は点火プラグ、８は吸気通路、９は吸気絞り弁、１０・２２・２２′・３０・３２・３７はアクチュエーター、１１は排気通路、１２は触媒、１３・２５は燃料噴射弁、１４は排ガス導入通路、１５はＥＧＲ制御装置、１６は電子制御ユニット、１７は溝、１８は開放弁、１９は油圧ピストン、２０は油圧制御弁、２１は閉鎖弁、２１′は閉鎖弁、２４は点火プラグ、２６は掃気通路、２７は掃気ポンプ、２８は排気通路、２９は排気制御弁、３１は掃気制御弁、３３は電子制御ユニット、３４はリセス部、３５は副排気通路、３６は制御弁、３８はロータリ弁である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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