(57)【要約】【課題】低負荷運転領域においても圧縮着火燃焼が可能な予混合圧縮着火機関を提供する。【解決手段】予混合圧縮着火機関１は、燃焼室９０と、燃焼室９０に連通する副室２０と、副室２０と燃焼室９０との間の連通・遮断を切り替える副室弁２０Ｖと、排気バルブ４０Ｖと、吸気バルブ３０Ｖと、を有する。燃料用通路６０及び改質用燃料用バルブ６０Ｖにより、副室２０へ改質用燃料が供給される。燃焼室９０において燃焼した燃料が副室２０へ閉じ込められる。燃料が閉じ込められた副室２０には、燃料用通路６０及び改質用燃料用バルブ６０Ｖにより改質用燃料が供給される。そして、排気バルブ４０Ｖが閉じて吸気バルブ３０Ｖが開くまでの間に、副室弁２０Ｖを開き且つ閉じる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と、前記燃焼室に連通する副室と、当該副室と前記燃焼室との間の連通・遮断を切り替える副室弁と、排気バルブと、吸気バルブと、を有する予混合圧縮着火機関であって、
前記副室へ改質用燃料を供給する改質用燃料供給手段を有し、
前記燃焼室において燃焼した燃料が前記副室へ閉じ込められ、
前記燃料が閉じ込められた前記副室には、前記改質用燃料供給手段により改質用燃料が供給され、
前記排気バルブが閉じて前記吸気バルブが開くまでの間に、前記副室弁を開き且つ閉じることを特徴とする予混合圧縮着火機関。
【請求項２】
前記副室弁の開閉が、負のオーバーラップ期間に行なわれ、
前記負のオーバーラップ期間は、排気バルブ及び吸気バルブの両方が閉じている期間であって、排気バルブが排気上死点に至る前に閉じているものであることを特徴とする請求項１に記載の予混合圧縮着火機関。
【請求項３】
前記副室弁の開閉が、排気上死点から、前記吸気バルブが開くまでの間に行なわれることを特徴とする請求項１又は２に記載の予混合圧縮着火機関。
【請求項４】
前記副室へ前記燃焼した燃料が閉じ込められる時の前記副室弁を閉じるタイミングが、前記排気バルブを閉じるタイミングと同じであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の予混合圧縮着火機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室と、前記燃焼室に連通する副室と、当該副室及び前記燃焼室を開閉する副室弁と、排気バルブと、吸気バルブと、を有する予混合圧縮着火機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
予混合圧縮着火機関においては、圧縮着火燃焼時における着火時期や燃焼状態の制御が困難であり、ノッキング等の異常燃焼が発生しやすい。そして、このような異常燃焼は、急激な燃焼室内の圧力上昇を引き起こすために、騒音や機関損傷の原因となる。
【０００３】
特許文献１には、燃焼室に連通し、シリンダヘッドから断熱された半球型の副室を有する内燃機関が開示されている。この技術では、圧縮着火時においては、排気上死点付近において、排気バルブ及び吸気バルブが閉じているときに、副室弁を開閉して圧縮された高温高圧ガスを副室内に閉じ込め（第２実施形態、図３（ｅ）参照）、圧縮上死点（ＴＤＣ、Top Dead Center）で再び副室弁を開放することで、燃焼室内の圧縮された混合気を副室内に流入させ、これにより、副室内の燃焼ガスを急速に圧縮する。その結果、副室内に流入した混合気と副室内の高温ガスとが接触・混合し、他に先駆けて局所的に圧縮着火燃焼が開始される。このように、局所的に燃焼が開始されることによって、燃焼室内の燃焼が緩やかに進行する（燃焼が緩慢化される）ために、燃焼状態が安定して、急激な圧力上昇による騒音や機関損傷を抑止できる。また、火花点火燃焼時においては、シリンダヘッドから断熱された高温の壁面に起因するノッキングの発生を抑えるために、副室弁の閉状態を維持している。
【０００４】
また、特許文献１において、副室内に高温の燃焼ガスと共に閉じ込められた燃料は、一定期間、高温雰囲気に晒されるため、燃焼の予反応が起こり、アルデヒドなどの反応性（着火性）の高い組成へと改質される。それにより、着火性が向上して燃焼状態が安定する。
【０００５】
また、特許文献２には、排気上死点付近において、排気バルブ及び吸気バルブが閉じているときに、燃料噴射を行なう技術が開示されている。これにより、燃焼室内のガス温度を上昇させ、吸気行程時に吸入される吸気を燃焼ガスの熱エネルギにより加熱する。その結果、圧縮行程開始時のガス温度が上昇し、圧縮工程時の断熱圧縮により燃焼室内のガス温度を圧縮着火燃焼可能な温度にまで上昇させることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２０７８５１号公報
【特許文献２】特開２００２−２５６９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、排気上死点付近において、排気バルブ及び吸気バルブの両方が閉じているときに燃料噴射を行なうためには、ある程度の噴射圧を確保する必要があり、エネルギーロスが大きくなる。また、圧縮上死点付近で副室弁を開放すると、副室の容積分だけ容積が増加して燃焼室内の圧力が低下し、それに伴って圧縮上死点付近での燃焼室内の圧力・温度も低下する。従って、低負荷運転領域での圧縮着火燃焼においては、着火性が悪化して燃焼状態が不安定になりやすい。以上により、特許文献１、２の技術を用いる場合、極低負荷運転領域における圧縮着火燃焼は困難である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、低負荷運転領域においても圧縮着火燃焼が可能であり、エネルギーロスが少ない予混合圧縮着火機関を提供することである。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係る予混合圧縮着火機関は、燃焼室と、前記燃焼室に連通する副室と、当該副室と前記燃焼室との間の連通・遮断を切り替える副室弁と、排気バルブと、吸気バルブと、を有する予混合圧縮着火機関であり、前記副室へ改質用燃料を供給する改質用燃料供給手段を有し、前記燃焼室において燃焼した燃料が前記副室へ閉じ込められ、前記燃料が閉じ込められた前記副室には、前記改質用燃料供給手段により改質用燃料が供給され、前記排気バルブが閉じて前記吸気バルブが開くまでの間に、前記副室弁を開き且つ閉じるものである。
【００１０】
この構成によると、圧縮上死点付近において副室を開放しないので、圧縮比が低下することで燃焼室内の圧力が低くなることを防止できる。さらに、排気バルブが閉じてから吸気バルブが開くまでの間に、燃焼後の混合気が閉じ込められた副室へ、改質用の燃料を供給して副室弁を開閉することで、副室内の改質された燃料が燃焼室内の燃料と混合して、燃焼室内の燃料が改質される。その結果、着火性が著しく向上して失火の発生を抑止できるので、極低負荷運転領域においても圧縮着火燃焼が可能となり、エネルギーロスを少なくすることができる。さらに、着火性が著しく向上するような燃料改質を、簡易な構成により実現できる。
【００１１】
前記副室弁の開閉が、負のオーバーラップ期間に行なわれ、前記負のオーバーラップ期間は、排気バルブ及び吸気バルブの両方が閉じている期間であって、排気バルブが排気上死点に至る前に閉じているものであってもよい。この構成によると、高温状態において副室弁の開閉を行なうことで、燃料の改質がより進行することにより着火性が向上し、極低負荷運転領域における燃焼状態がより安定する。
【００１２】
前記副室弁の開閉が、排気上死点から、前記吸気バルブが開くまでの間に行なわれてもよい。これによると、副室内の燃料を燃焼室へと引き込む力が働き、改質された燃料と燃焼室内の燃料とを効率的に混合することができる。
【００１３】
前記副室へ前記燃焼した燃料が閉じ込められる時の前記副室弁を閉じるタイミングが、前記排気バルブを閉じるタイミングと同じであってもよい。これによると、燃焼後の混合気を副室内に確実に取り入れることができる。さらに、高圧の既燃ガスが副室内に入ってくるのを防止できるので、改質用燃料の供給圧を大きくする必要がなくなる。
【００１４】
また、別の観点において、本発明に係る予混合圧縮着火機関は、燃焼室と、前記燃焼室に連通する副室と、当該副室と前記燃焼室との間の連通・遮断を切り替える副室弁と、排気バルブと、吸気バルブと、を有する予混合圧縮着火機関であって、前記副室へ改質用燃料を供給する改質用燃料供給手段を有し、前記燃焼室において燃焼した燃料が前記副室へ閉じ込められ、前記燃料が閉じ込められた前記副室には、前記改質用燃料供給手段により改質用燃料が供給され、前記排気バルブが閉じて前記吸気バルブが開くまでの間に前記副室弁を開き、前記排気バルブが次に開くときに、前記開かれた副室弁を閉じるものである。
【００１５】
この構成によると、排気バルブが閉じてから吸気バルブが開くまでの間に、燃焼後の混合気が閉じ込められた副室へ改質用の燃料を供給して副室弁を開くことで、副室内の改質された燃料が燃焼室内の燃料と混合して、部分的に着火性の高い混合気が形成される。その結果、異常燃焼の発生を抑止しつつ、失火しない程度の適度な着火性を確保できるので、低負荷運転領域においても圧縮着火燃焼が可能となる。さらに、着火性を適度に維持できるような燃料改質を、簡易な構成により実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
まず、図１を参照しつつ、第１実施形態に係る予混合圧縮着火機関の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る予混合圧縮着火機関の構成を示す断面模式図である。
【００１８】
図１の予混合圧縮着火機関１において、燃焼室９０は、シリンダブロック８０ｂ及びシリンダヘッド８０ｃの内部に形成された空間であり、燃焼室９０内には、図の上下方向に往復運動するピストン８０が配置されている。また、シリンダヘッド８０ｃには、燃焼室９０に連通して、混合気の通路である吸気ポート３０と、排気ポート４０と、半球状に形成された副室２０と、副室２０へ改質用燃料を供給するための燃料用通路６０とが形成されている。また、シリンダヘッド８０ｃには、吸気バルブ３０Ｖ、排気バルブ４０Ｖ、副室２０と燃焼室９０との間の連通・遮断を切り替える副室弁２０Ｖ、及び、火花点火燃焼時に火花放電を行なう点火プラグ５０が設けられている。そして、吸気、圧縮、燃焼、排気の各行程におけるピストン８０の上昇・下降に伴い、吸気バルブ３０Ｖ、吸気バルブ４０Ｖ、及び、副室弁２０Ｖが適宜開閉する。また、燃料用通路６０の途中には、改質用燃料用バルブ６０Ｖが設けられており、改質用燃料用バルブ６０Ｖは、改質用燃料を副室２０へ供給するときに開放するようになっており、改質用燃料の供給量は、その開放の程度に依存して定まる。また、上記の機構の動作は、必要に応じて、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）により制御される。
【００１９】
ここで、燃料としては、ガス燃料を用いる。また、上記の改質用燃料とは、副室２０及び燃焼室９０内の燃料を、アルデヒドなどの着火性の高い組成へと改質するための燃料であり、本実施形態においては、吸気ポート３０を通して供給される混合気と同様のものを用いる。改質用燃料を供給することにより、燃焼室９０内における着火性が向上して燃焼状態が安定する。
【００２０】
次に、予混合圧縮着火機関１の運転領域について、図２を用いて説明する。図２のように、運転領域は、エンジン回転数とエンジン負荷との関係で規定される。また、高回転・高負荷の運転領域（図のＦ領域）においては、火花点火燃焼（ＳＩ、Spark Ignition）が行なわれ、それ以外の運転領域（図のＡ〜Ｅ領域）においては、圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ、Homogeneous Charge Compression Ignition）が行なわれる。このように、運転条件に応じて圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とを切り替えることで、圧縮着火燃焼による低燃費と火花点火燃焼による高出力とを両立させることができる。
【００２１】
また、本実施形態においては、圧縮着火燃焼領域をＡ〜Ｅの領域に分割している。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの順に、高負荷の運転領域となる。以下、Ａ〜Ｆの各運転領域における予混合圧縮着火機関１の動作について説明する。
【００２２】
（Ａ領域における動作）
まず、極低負荷運転領域Ａにおける動作について図３を用いつつ説明する。図３は、運転領域Ａにおける、ピストン８０のクランク角度に対応する排気バルブ４０Ｖ、吸気バルブ３０Ｖ、副室弁２０Ｖの開閉タイミングを示す説明図である。
【００２３】
Ａ領域においては、排気バルブ４０Ｖの閉タイミングを進角し、吸気バルブ３０Ｖの開タイミングを遅角して、排気上死点（ＴＤＣ、Top Dead Center）付近に、負のオーバーラップ期間を設けるようにバルブタイミングを設定している。なお、「負のオーバーラップ期間」とは、排気上死点付近において、排気バルブ４０Ｖ及び吸気バルブ３０Ｖの両方が閉じている期間であって、排気バルブ４０Ｖが排気上死点に至る前に閉じているものをいう。
【００２４】
まず、排気行程において、副室弁２０Ｖが開かれ、燃焼室９０において燃焼した燃料（混合気）が副室２０へ導入され、その後、排気バルブ４０Ｖを閉じるタイミングで、副室弁２０Ｖが閉じられるため、燃焼後の混合気が副室２０内へ閉じ込められる（図３のイ参照）。そして、燃料が閉じ込められた副室２０には、副室弁２０Ｖが閉じてから排気上死点付近までの間に、燃料用通路６０から改質用燃料が供給される。そして、負のオーバーラップ期間、且つ、排気上死点から吸気バルブ３０Ｖが開くまでの間に副室弁２０が開かれることで、副室２０内の改質された燃料が燃焼室へ引き込まれ、再圧縮された高温高圧ガス（燃焼後の混合気）により燃料改質が促進される。そして、負のオーバーラップ期間内、すなわち吸気バルブ３０Ｖが開く前に再度副室弁２０Ｖが閉じられる（図３のロ参照）。
【００２５】
極低負荷運転領域において、予混合圧縮着火機関１がこのように動作することにより、以下のような効果が得られる。まず、圧縮上死点付近において副室弁２０Ｖを開放しないので、高圧縮比での運転が可能となり、燃焼室内の圧力が低くなることを防止できる。これにより、着火性が向上して失火の発生が抑止される。さらに、高温の既燃ガス（燃焼後の混合気）が閉じ込められている副室２０へ改質用の燃料が供給されるために、閉じ込められた燃焼後の混合気が改質されて、その着火性が向上する。そして、排気バルブ４０Ｖが閉じてから吸気バルブ３０Ｖが開くまでの間に、副室弁２０Ｖを開閉することで、副室２０内の改質された燃料が燃焼室９０内の燃料と混合して、燃焼室９０内の燃料が改質される。燃料が改質されることで、燃焼室９０での着火性が向上し、燃焼状態が安定する。また、燃焼室９０内の再圧縮された高温高圧ガス（燃焼後の混合気）により燃料改質が促進されるため、着火性が著しく向上する。これらの結果、着火性が著しく向上して失火の発生を抑止できるので、極低負荷運転領域においても圧縮着火燃焼が可能となり、エネルギーロスを少なくすることができる。さらに、着火性が著しく向上するような燃料改質を、簡易な構成により実現できる。
【００２６】
また、副室弁２０Ｖの開閉が、負のオーバーラップ期間に行なわれるため、高温状態において副室弁２０Ｖの開閉を行なうことで、燃料の改質がより進行することにより着火性が向上し、極低負荷運転領域における燃焼状態がより安定する。さらに、副室弁２０Ｖの開閉が、排気上死点から吸気バルブ３０Ｖが開くまでの間に行なわれるため、吸気行程において、副室２０内の燃料を燃焼室９０へと引き込む力が働き、改質された燃料と燃焼室９０内の燃料とを効率的に混合することができる。
【００２７】
また、燃焼後の混合気が副室２０へ閉じ込められる時の副室弁２０Ｖを閉じるタイミングが、排気バルブ４０Ｖを閉じるタイミングと同じであるため、燃焼後の混合気を副室２０内に確実に取り入れることができる。さらに、燃焼室９０の高圧の既燃ガスが副室２０内に取り込まれることを防止できるので、改質用燃料の供給圧を大きくする必要がなくなる。これは、副室弁２０Ｖの閉タイミングが、排気バルブ４０Ｖを閉じるタイミングよりも遅いと、再圧縮された高温高圧ガスが副室内に過剰に導入されて、改質用燃料の供給圧を大きくする必要が生じるので非効率的であり、また、閉タイミングが早すぎると、燃焼後の混合気を十分に副室２０内へ取り込むことができないからである。予混合圧縮着火機関１が以上のように動作することにより、極低負荷運転領域における圧縮着火燃焼が可能となる。
【００２８】
（Ｂ領域における動作）
次に、低負荷運転領域Ｂにおける動作について図４を用いつつ説明する。運転領域Ｂは、運転領域Ａよりは高負荷の運転領域である。図４は、運転領域Ｂにおける、ピストン８０のクランク角度に対応する排気バルブ４０Ｖ、吸気バルブ３０Ｖ、副室弁２０Ｖの開閉タイミングを示す説明図である。
【００２９】
運転領域Ｂにおいても、運転領域Ａと同様に、排気上死点付近に、負のオーバーラップ期間を設けるようにバルブタイミングを設定している。まず、排気行程において、副室弁２０Ｖが開かれ、燃焼室９０において燃焼した燃料（混合気）が副室２０へ導入され、その後、排気バルブ４０Ｖを閉じるタイミングで、副室弁２０Ｖが閉じられるため、燃焼後の混合気が副室２０内へ閉じ込められる（図４のイ参照）。そして、燃料が閉じ込められた副室２０には、副室弁２０Ｖが閉じてから排気上死点付近までの間に、燃料用通路６０から改質用燃料が供給される。そして、負のオーバーラップ期間で且つ排気上死点から吸気バルブ３０Ｖが開くまでの間に副室弁２０Ｖの開閉が行なわれることで、副室２０内の改質された燃料が燃焼室へ引き込まれ、再圧縮された高温高圧ガス（燃焼後の混合気）により燃料改質が促進される（図４のロ参照）。そして、副室弁２０Ｖはそのまま開放状態を維持し、次に排気バルブ４０Ｖが開くときに再度副室弁２０Ｖが閉じられる（図４のハ参照）。
【００３０】
低負荷運転領域において、予混合圧縮着火機関１がこのように動作することにより、以下のような効果が得られる。まず、運転領域Ａでの動作とは異なり、圧縮上死点付近においても副室弁２０Ｖを開放しているので、運転領域Ａに比べてより低圧縮比での運転となる。これにより、異常燃焼の発生が抑止される。さらに、高温の燃料（燃焼後の混合気）が閉じ込められている副室２０へ改質用の燃料が供給されるために、閉じ込められた燃焼後の混合気が改質されて、その着火性が向上する。そして、排気バルブ４０Ｖが閉じてから吸気バルブ３０Ｖが開くまでの間に、副室弁２０Ｖを開くことで、副室２０内の改質された燃料が燃焼室９０内の燃料と混合して、燃焼室９０内に部分的に着火性の高い混合気が形成され、燃焼室９０での着火性が向上し、燃焼状態が安定する。また、燃焼室９０内の再圧縮された高温高圧ガス（燃焼後の混合気）により燃料改質が促進されるため、着火性が向上する。これらの結果、異常燃焼の発生を抑止しつつ、失火しない程度の適度な着火性を確保できるので、低負荷運転領域においても圧縮着火燃焼が可能となる。さらに、着火性を適度に維持できるような燃料改質を、簡易な構成により実現できる。
【００３１】
さらに、副室弁２０Ｖの開閉が、排気上死点から吸気バルブ３０Ｖが開くまでの間に行なわれるため、吸気行程において、副室２０内の燃料を燃焼室９０へと引き込む力が働き、改質された燃料と燃焼室９０内の燃料とを効率的に混合することができる。
【００３２】
予混合圧縮着火機関１は以上のように動作することにより、運転領域Ａよりは高負荷の低負運転領域における圧縮着火燃焼が可能となる。
【００３３】
（Ｃ、Ｄ領域における動作）
次に、運転領域Ｃ、Ｄにおける動作について説明する。運転領域Ｃ、Ｄは、運転領域Ｂよりも高負荷の運転領域である。図示しないが、運転領域Ｃ、Ｄにおいては、運転領域Ａ、Ｂと同様に、負のオーバーラップ期間を設けるようにバルブタイミングを設定している。また、運転領域Ａ、Ｂとは異なり、副室２０は使用しないため、副室弁２０Ｖは開いた状態に維持される。また、異常燃焼を抑止するため、改質用燃料は供給されない。さらに、運転領域Ｄでは、吸気ポート３０に設けられた図示しない過給機構により、混合気を強制的に燃焼室９０へ送り込む。このような構成により、運転領域Ｃ、Ｄにおいて、異常燃焼の発生を抑止しつつ失火しない程度の適度な着火性を確保することで、安定した圧縮着火燃焼が可能となる。
【００３４】
（Ｅ領域における動作）
次に、運転領域Ｅにおける動作について図５を用いつつ説明する。運転領域Ｅは、運転領域Ｄよりも高負荷の運転領域である。図５は、運転領域Ｅにおける、ピストン８０のクランク角度に対応する排気バルブ４０Ｖ、吸気バルブ３０Ｖ、副室弁２０Ｖの開閉タイミングを示す説明図である。
【００３５】
運転領域Ｅにおいても、運転領域Ａ乃至Ｄと同様に、排気上死点付近に、負のオーバーラップ期間を設けるようにバルブタイミングを設定している。まず、排気行程以前から開かれている副室２０に、燃焼室９０において燃焼した燃料（混合気）が取り込まれ、その後、排気バルブ４０Ｖを閉じるタイミングで、副室弁２０Ｖが閉じられるため、燃焼後の混合気が副室２０内へ閉じ込められる（図５のロ参照）。そして、吸気バルブ３０Ｖが開いた後に副室弁２０Ｖが開かれることで、副室２０内に閉じ込められた燃焼後の混合気が燃焼室へ引き込まれる（図５のイ参照）。その後、副室弁２０Ｖはそのまま開放状態を維持し、次に排気バルブ４０Ｖを閉じるタイミングで、再度副室弁２０Ｖが閉じられる（図５のロ参照）。
【００３６】
ここでも、異常燃焼の抑止のため、改質用燃料は供給されない。また、副室弁２０Ｖが圧縮工程で開いているため、圧縮比が低くなる。そのため、燃焼室９０での異常燃焼を抑止できる。また、副室２０が、外部ＥＧＲ（燃焼後の混合気を一時的に閉じ込めて、温度の低下したＥＧＲガスとして燃焼室に還流させる）として機能し、燃焼室９０での異常燃焼を抑止できる。このような構成により、運転領域Ｅにおいて、異常燃焼を抑止しつつ、安定した圧縮着火燃焼を可能としている。
【００３７】
（Ｆ領域における動作）
次に、運転領域Ｆにおける動作について説明する。運転領域Ｆは、高回転・高負荷の運転領域であり、火花点火燃焼が行なわれる。火花点火燃焼時においては、副室弁２０Ｖを常に開状態として、低圧縮比で運転する。運転領域Ｅにおけるバルブタイミングは、通常のオーバーラップタイミングに設定され、排気上死点付近で、排気バルブ４０Ｖ及び吸気バルブ３０Ｖの両方が開いている期間（通常のオーバーラップ期間）が設けられる。そして、燃焼行程での点火プラグ５０の点火作用により、高出力の火花点火燃焼が行なわれる。
【００３８】
以上のように、各運転領域に応じて、バルブ開閉タイミング及び副室弁２０Ｖの開閉タイミング、改質用燃料の供給・非供給の選択などを適切に設定することで、回転数、負荷の異なる運転領域に最適な予混合圧縮着火機関１の運転が可能となる。また、本実施形態によると、特に極低負荷運転を重視した運転が可能となる。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図６及び図７を用いつつ、上記の実施形態と異なる部分を中心に説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態に係る予混合圧縮着火機関の運転領域は、図６のようになっている。
【００４０】
（Ａ領域における動作）
本実施形態に係る予混合圧縮着火機関の運転領域Ａにおける動作は、上記の実施形態の図３で説明した動作と同様である。
【００４１】
（Ｂ、Ｃ領域における動作）
また、運転領域Ｂ、Ｃにおいては、図示しないが、運転領域Ａと同様に、負のオーバーラップ期間を設けるようにバルブタイミングを設定している。また、高圧縮比での運転を行なうため、運転領域Ａとは異なり、副室２０は使用しないため、副室弁２０Ｖは閉じた状態を維持する。また、異常燃焼を抑止するため、改質用燃料は供給されない。さらに、運転領域Ｃでは、吸気ポート３０に設けられた図示しない過給機構により、混合気を強制的に燃焼室９０へ送り込む。このような構成により、運転領域Ｂ、Ｄにおいて、異常燃焼の発生を抑止しつつ、失火しない程度の適度な着火性を確保して、安定した圧縮着火燃焼を可能としている。
【００４２】
（Ｄ領域における動作）
次に、運転領域Ｄにおける動作について図７を用いつつ説明する。運転領域Ｄは、運転領域Ｃよりも高負荷の運転領域である。図７は、運転領域Ｄにおける、ピストン８０のクランク角度に対応する排気バルブ４０Ｖ、吸気バルブ３０Ｖ、副室弁２０Ｖの開閉タイミングを示す説明図である。
【００４３】
運転領域Ｄにおいても、運転領域Ａ乃至Ｃと同様に、排気上死点付近に、負のオーバーラップ期間を設けるようにバルブタイミングを設定している。また、排気行程中に副室弁２０Ｖが開かれ、副室２０内に、燃焼室９０において燃焼した燃料（混合気）が導入される。その後、排気バルブ４０Ｖを閉じるタイミングで、副室弁２０Ｖが閉じられるため、燃焼後の混合気が副室２０内へ閉じ込められる（図７のイ参照）。そして、吸気バルブ３０Ｖが開いた後に副室弁２０Ｖが開かれることで、副室２０内に閉じ込められた燃焼後の混合気が燃焼室へ引き込まれる（図７のロ参照）。その後、吸気バルブ３０Ｖが閉じられる前に、再度副室弁２０Ｖが閉じられる（図７のロ参照）。
【００４４】
運転領域Ｄにおいては、圧縮上死点付近において副室２０Ｖを開放しないので、高圧縮比での運転が可能となる。これにより、失火の発生が抑止され、着火性が向上する。ここでも、異常燃焼の抑止のため、改質用燃料は供給されない。また、副室２０が、外部ＥＧＲ（燃焼後の混合気を一時的に閉じ込めて、温度の低下したＥＧＲガスとして燃焼室に還流させる）として機能するため、燃焼室９０での異常燃焼を抑止できる。このような構成により、運転領域Ｅにおいて、異常燃焼を抑止しつつ、安定した圧縮着火燃焼を可能としている。
【００４５】
（Ｅ領域における動作）
運転領域Ｅにおける動作については、上記の実施形態における運転領域Ｆにおける動作と同様である。
【００４６】
以上のように、各運転領域に応じて、バルブ開閉タイミング及び副室弁２０Ｖの開閉タイミング、改質用燃料の供給・非供給の選択などを適切に設定することで、回転数、負荷の異なる運転領域に最適な予混合圧縮着火機関の運転が可能となる。また、本実施形態では、特に高負荷を重視した運転が可能となる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。
【００４８】
例えば、上記の第１実施形態の運転領域Ａにおいて、副室は負のオーバーラップ期間で且つ排気上死点付近において開閉されているが、これには限られず、排気バルブ及び吸気バルブが閉じているときに、副室の開閉が行なわれていればよい。
【００４９】
また、上記の実施形態では、燃焼後の混合気が副室へ閉じ込められる時の副室弁を閉じるタイミングが、排気バルブを閉じるタイミングと同じとしているが、このタイミングには限られない。
【００５０】
また、上記の実施形態では、燃料用通路及び改質用燃料用バルブを改質用燃料供給手段としているが、改質用燃料供給手段はこれには限られず、例えば、燃料用通路及び改質用燃料噴射装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る予混合圧縮着火機関の全体構成を示す断面模式図。
【図２】図１の予混合圧縮着火機関の運転領域を示す模式図。
【図３】図１の予混合圧縮着火機関の、図２の運転領域Ａにおける動作を示す説明図。
【図４】図１の予混合圧縮着火機関の、図２の運転領域Ｂにおける動作を示す説明図。
【図５】図１の予混合圧縮着火機関の、図２の運転領域Ｅにおける動作を示す説明図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る予混合圧縮着火機関の運転領域を示す模式図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る予混合圧縮着火機関において、図６の運転領域Ｄでの動作を示す説明図。
【符号の説明】
【００５２】
１    予混合圧縮着火機関
２０    副室
２０Ｖ    副室弁
３０Ｖ    吸気バルブ
４０Ｖ    排気バルブ
６０    燃料用通路（改質用燃料供給手段）
６０Ｖ    改質用燃料用バルブ（改質用燃料供給手段）
９０    燃焼室
【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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