(57)【要約】【課題】火炎伝播の偏りを抑制し燃焼を促進することができる内燃機関を提供する。【解決手段】空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室４と、燃焼室４内に形成される混合気のタンブル流Ｆｔにおける上側の上方気流Ａに点火可能な第１点火手段９ａと、タンブル流Ｆｔにおける下側の下方気流Ｂに点火可能な第２点火手段９ｂと、上方気流Ａ及び下方気流Ｂの流速に応じて第１点火手段９ａ及び第２点火手段９ｂの点火時期を設定する制御手段を備えることを特徴とするので、火炎伝播の偏りを抑制し燃焼を促進することができる。【選択図】図１
2008128105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室と、
前記燃焼室内に形成される前記混合気のタンブル流における上側の上方気流に点火可能な第１点火手段と、
前記タンブル流における下側の下方気流に点火可能な第２点火手段と、
前記上方気流及び前記下方気流の流速に応じて前記第１点火手段及び前記第２点火手段の点火時期を設定する制御手段を備えることを特徴とする、
内燃機関。
【請求項２】
前記燃焼室に吸気可能な吸気ポートを備え、
前記タンブル流は、前記吸気ポートを介した吸気により前記燃焼室の軸線方向に沿って形成される気流であり、
前記第２点火手段は、点火位置が前記軸線方向に対して前記第１点火手段の点火位置よりも下側に設定されることを特徴とする、
請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記制御手段は、前記上方気流が前記下方気流よりも流速が速い場合、前記第２点火手段による点火時期を前記第１点火手段による点火時期よりも早く設定することを特徴とする、
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記制御手段は、前記下方気流が前記上方気流よりも流速が速い場合、前記第１点火手段による点火時期を前記第２点火手段による点火時期よりも早く設定することを特徴とする、
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記制御手段は、機関の回転速度が高速度である際に、前記第１点火手段又は前記第２点火手段のいずれか一方の点火を停止すること特徴とする、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、特に、燃焼室内の燃料に点火することにより燃料を燃焼させる内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から内燃機関の燃焼室内にタンブル流やスワール流を形成し、燃料の微粒化及び気化を促進して、失火を抑制するとともに燃焼を改善する技術が知られている。
【０００３】
このような技術として、例えば、点火プラグを複数設け、燃焼室内に生成されるスワール流の強度に応じてそれぞれの点火プラグの点火エネルギーを増減させることで、電気負荷の増減を最小限に抑えつつ燃焼室内での火炎伝播の均等化を図った技術が下記の特許文献１に開示されている。
一方、燃焼室の混合気に着火可能な複数の点火プラグを設けた技術として、例えば、点火プラグによる点火位置が燃焼室内の異なる高さに複数配設され、運転条件に応じて異なる点火位置で混合気に点火することで、成層高負荷条件及び成層低負荷条件の双方で、混合気塊の中心で点火し燃費や排気エミッションの改善を図った技術が下記の特許文献２に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３０２５６１号公報
【特許文献２】特開２００４−１９０５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃焼室内にタンブル流が形成されると燃焼が促進されるものの、吸気ポートからの吸気によるタンブル流が強くなることで、空気の気流が吸気流下流側、すなわち、排気ポート側に偏るおそれがあり、よって、混合気への点火後、火炎が排気ポート側に流れるおそれがある。すると、実際には燃焼室では均等に火炎が広がった方が燃焼性がよいにもかかわらず、例えば、火炎が排気ポート側に偏ることで吸気流上流側、すなわち、吸気ポート側に未燃燃料が過多となって燃焼促進が不十分となり、この結果、ノッキング等が発生するおそれがある。
また、上記の特許文献１に記載された燃焼制御装置では、結局のところ点火エネルギーを通常よりも高くしなければならない点火プラグがある以上、効率的に燃焼促進しているとはいえない。つまり、点火エネルギーを高くしなければ、燃焼促進することができない。
さらに、上記の特許文献２に記載された筒内直接噴射式火花点火機関では、成層高負荷条件及び成層低負荷条件の双方において混合気塊の中心で点火しており、これにより、例えば、上記のような火炎の排気ポート側への偏りを抑制することはできず、結局のところ燃焼促進することができない。
【０００６】
そこで本発明は、火炎伝播の偏りを抑制し燃焼を促進することができる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による内燃機関は、空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室と、前記燃焼室内に形成される前記混合気のタンブル流における上側の上方気流に点火可能な第１点火手段と、前記タンブル流における下側の下方気流に点火可能な第２点火手段と、前記上方気流及び前記下方気流の流速に応じて前記第１点火手段及び前記第２点火手段の点火時期を設定する制御手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明による内燃機関では、前記燃焼室に吸気可能な吸気ポートを備え、前記タンブル流は、前記吸気ポートを介した吸気により前記燃焼室の軸線方向に沿って形成される気流であり、前記第２点火手段は、点火位置が前記軸線方向に対して前記第１点火手段の点火位置よりも下側に設定されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明による内燃機関では、前記制御手段は、前記上方気流が前記下方気流よりも流速が速い場合、前記第２点火手段による点火時期を前記第１点火手段による点火時期よりも早く設定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明による内燃機関では、前記制御手段は、前記下方気流が前記上方気流よりも流速が速い場合、前記第１点火手段による点火時期を前記第２点火手段による点火時期よりも早く設定することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明による内燃機関では、前記制御手段は、機関の回転速度が高速度である際に、前記第１点火手段又は前記第２点火手段のいずれか一方の点火を停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る内燃機関によれば、燃焼室内の混合気の上方気流及び下方気流の流速に応じて第１点火手段及び第２点火手段の点火時期を設定するので、火炎伝播の偏りを抑制し燃焼を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１に係るエンジンの燃焼室の部分断面図、図２は、本発明の実施例１に係るエンジンの模式的断面図、図３は、本発明の実施例１に係るエンジンの燃焼室側から見たシリンダヘッドの模式的正面図、図４は、本発明の実施例１に係るエンジンのタイムチャートである。
【００１５】
図２に示すように、実施例１に係る内燃機関としてのエンジン１は、乗用車、トラックなどの車両に搭載されるエンジンであり、シリンダボア２に往復運動可能に設けられるピストン３が２往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行う、いわゆる４サイクルエンジンである。
【００１６】
このエンジン１は、シリンダボア２を往復移動可能なピストン３と、空気と燃料との混合気が燃焼可能であると共にピストン３の移動方向の一方側に設けられる燃焼室４と、ピストン３の移動方向の他方側に設けられる複数のクランク室５を備える。ここで、ピストン３の移動方向は、円筒形状に形成されるシリンダとしてのシリンダボア２の軸線方向２ｂである。つまり、ピストン３を挟んでこのシリンダボア２の軸線方向の一方側に燃焼室４、他方側にクランク室５が設けられる。このエンジン１は、シリンダボア２、ピストン３、燃焼室４、クランク室５をそれぞれ複数備える。なお、以下の説明では、複数ある気筒のうちの１つについて説明する。また、シリンダボア２の軸線方向２ｂは、燃焼室４の軸線方向と一致する。
【００１７】
さらに、エンジン１は、燃焼室４に連通する吸気ポート６及び排気ポート７と、吸気ポート６内に燃料を噴射することが可能なインジェクタ８と、燃焼室４内の混合気に着火する後述の点火プラグ９と、ピストン３の往復運動に連動して回転可能なクランクシャフト１０を備える。インジェクタ８、点火プラグ９は、制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、以下単に「ＥＣＵ」という）５０に電気的に接続されている。さらに、エンジン１は、シリンダヘッド１１、シリンダブロック１２及びクランクケース１３を備える。
【００１８】
シリンダヘッド１１は、シリンダブロック１２上に締結され、クランクケース１３は、シリンダブロック１２の下部に締結される。シリンダブロック１２は、内部に上述した円筒形状のシリンダボア２が形成される。このシリンダブロック１２は、複数のシリンダボア２を形成するボア壁面２ａと、複数のクランク室５を形成するクランク室壁面５ａを有し、このボア壁面２ａとクランク室壁面５ａとは、ボア壁面２ａの下端部、クランク室壁面５ａの上端部において連続している。
【００１９】
ピストン３は、このシリンダボア２に上下移動自在に嵌合する。クランク室５は、シリンダボア２に各々連通する。クランクケース１３は、内部に潤滑油（オイル）を貯留する。クランクシャフト１０は、複数のクランク室５を貫通して回転自在に支持される。上述のピストン３は、それぞれコネクティングロッド１４を介してこのクランクシャフト１０に連結される。また、クランクシャフト１０は、その軸周りにカウンタウェイト１５を有する。各ピストン３の往復運動は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１０に伝えられ、ここで回転運動に変換されて、エンジン１の出力として取り出される。
【００２０】
燃焼室４は、ピストン３を挟んでクランク室５の反対側に設けられる。この燃焼室４は、複数のシリンダボア２に対応して複数形成され、シリンダヘッド１１の下面としての筒内天井部１１ａ、シリンダボア２のボア壁面２ａ及びピストン３の他方の端面である頂面３ａにより画成される。
【００２１】
この燃焼室４の上部、つまり、シリンダヘッド１１の筒内天井部１１ａに上述した吸気ポート６及び排気ポート７が各々２つずつ形成される。この吸気ポート６及び排気ポート７の開口にはそれぞれ吸気弁１６及び排気弁１７が設けられる。この吸気弁１６及び排気弁１７は、吸気ポート６及び排気ポート７をそれぞれ開閉可能とし、吸気ポート６と燃焼室４、燃焼室４と排気ポート７とをそれぞれ連通することができる。吸気ポート６は、その吸気方向上流側に空気を導入する吸気通路（吸気管）１８が接続され、排気ポート７は、燃焼室４から排気ガスを排出しその排気方向下流側に排気ガスを排出する排気通路（排気管）１９が接続される。
【００２２】
インジェクタ８は、上述したように吸気ポート６内に装着されこの吸気ポート６内に燃料噴霧を噴射する。後で図１を参照して詳細に説明する点火プラグ９は、燃焼室４の天井部分、すなわち、シリンダヘッド１１の筒内天井部１１ａの吸気ポート６と排気ポート７の間に装着される。
【００２３】
さらに、このエンジン１は、マイクロコンピュータを中心として構成される制御手段としてのＥＣＵ５０により運転状態に応じて各部の駆動が制御されている。ＥＣＵ５０には、エンジン１の各部を駆動する不図示の駆動回路及び各種センサが接続されており、ＥＣＵ５０は、これらの駆動回路、センサ等との間で信号の入出力を行なう。すなわち、ＥＣＵ５０は、種々のセンサが検出する吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量（燃料噴射時間）、噴射時期、点火時期などを決定し、インジェクタ８及び点火プラグ９を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。
【００２４】
また、ＥＣＵ５０には、エンジン１の回転速度を検出する回転速度検出手段としてのクランク角センサ５１が電気的に接続されている。クランク角センサ５１は、エンジン１のクランクシャフト１０のクランク角度を検出するセンサであり、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ５０に出力し、このＥＣＵ５０は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。なおここで、エンジン回転数は、言い換えれば、クランクシャフト１０の回転速度に対応し、このクランクシャフト１０の回転速度が高くなれば、クランクシャフト１０の回転数、すなわち、エンジン１のエンジン回転数も高くなる。
【００２５】
このエンジン１では、インジェクタ８から噴射される燃料と吸気通路１８、吸気ポート６を介して吸入される空気とが混合して混合気を形成し、ピストン３がシリンダボア２内を下降することで、燃焼室４内にこの混合気が吸入される（吸気行程）。そして、このピストン３が吸気行程下死点を経てシリンダボア２内を上昇することで混合気が圧縮され（圧縮行程）、ピストン３が圧縮行程上死点付近に近づくと点火プラグ９により混合気に点火され、該混合気が燃焼し、その燃焼圧力によりピストン３を下降させる（膨張行程）。燃焼後の混合気は、ピストン３が膨張行程下死点を経て吸気行程上死点に向かって再び上昇することで排気ポート７、排気通路１９を介して排気ガスとして放出される（排気行程）。このピストン３のシリンダボア２内での往復運動は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１０に伝えられ、ここで回転運動に変換され、出力として取り出されると共に、このピストン３は、カウンタウェイト１５、クランクシャフト１０が慣性力によりさらに回転することで、このクランクシャフト１０の回転に伴ってシリンダボア２内を往復する。このクランクシャフト１０が２回転することで、ピストン３はシリンダボア２を２往復し、この間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行い、燃焼室４内で１回の爆発が行われる。
【００２６】
ここで、本実施例のエンジン１では、燃焼室４内に混合気のタンブル流Ｆｔを形成することで、燃料の微粒化及び気化を促進して失火を抑制するとともに燃焼を改善している。本実施例のエンジン１では、このタンブル流Ｆｔを燃焼室４内に形成する構造として、吸気ポート６を燃焼室４の軸線方向２ｂ（ピストン３の往復運動方向）に立てる、すなわち、その軸線方向２ｂに対する吸気ポート６の軸線方向の傾倒角度を小さくすることによる吸気タンブル流発生構造を構築している。これにより、図１に示すように、吸気弁１６を開弁した際に燃焼室４内に吸気ポート６を介した吸気（混合気）によってタンブル流Ｆｔが発生する。このタンブル流Ｆｔは、軸線方向２ｂに沿って形成され縦旋回力を有する気流である。なお、燃焼室４内にタンブル流Ｆｔを形成する構造は、これに限らず、例えば、吸気ポート６の形状により構成してもよいし、吸気ポート６内にフラップ等を設けることで構成してもよい。また、ピストン３の頂面３ａにキャビティを設けることで構成してもよい。
【００２７】
ところで、燃焼室４内にこのようなタンブル流Ｆｔが形成されると燃焼が促進されるものの、吸気ポート６からの吸気によるタンブル流Ｆｔが強くなることで、空気（混合気）の気流が吸気流下流側、すなわち、排気ポート７側に偏るおそれがあり、このため、混合気への点火後、火炎が排気ポート７側に流れるおそれがある。すると、実際には燃焼室４では均等に火炎が広がった方が燃焼性がよいにもかかわらず、例えば、火炎が排気ポート７側に偏ることで吸気流上流側、すなわち、吸気ポート６側に未燃燃料が過多となって燃焼促進が不十分となり、この結果、ノッキング等が発生するおそれがある。
【００２８】
そこで、本実施例のエンジン１では、図１又は図３に示すように、点火プラグ９を第１点火手段としての第１点火プラグ９ａ及び第２点火手段としての第２点火プラグ９ｂにより構成し、燃焼室４内のタンブル流Ｆｔにより形成される混合気の上方気流Ａ及び下方気流Ｂの流速に応じて第１点火プラグ９ａ及び第２点火プラグ９ｂの点火時期を設定することで、火炎伝播の偏りを抑制し燃焼の促進を図っている。なお、この上方気流Ａと下方気流Ｂとは、上方気流Ａがタンブル流Ｆｔにおいてシリンダヘッド１１の筒内天井部１１ａ側に形成される一方、下方気流Ｂがピストン３の頂面３ａ側に形成されると共に燃焼室４内において互いに逆行する気流である。
【００２９】
第１点火プラグ９ａは、燃焼室４における筒内天井部１１ａの吸気ポート６側に設けられる一方、第２点火プラグ９ｂは、筒内天井部１１ａの排気ポート７側に設けられる。そして、第１点火プラグ９ａは、燃焼室４内のタンブル流Ｆｔにより形成される混合気の上方気流Ａに点火可能な放電部９ｃを有する一方、第２点火プラグ９ｂは、燃焼室４内で上方気流Ａが折り返した下方気流Ｂに点火可能な放電部９ｄを有する。
【００３０】
さらに、第１点火プラグ９ａの点火位置と第２点火プラグ９ｂの点火位置とは、軸線方向に対して異なる高さとなるようにオフセットされている。ここで上記の放電部９ｃ、９ｄは、対向する電極間で放電可能であり、この放電部９ｃ、９ｄの電極に高電圧が印加されると、電極間の間隙に強い電界が付与され放電され、混合気に点火される。すなわち、本実施例では、この放電部９ｃ、９ｄの位置がそれぞれ第１点火プラグ９ａ、第２点火プラグ９ｂの点火位置となる。そして、本実施例では、第１点火プラグ９ａと第２点火プラグ９ｂとは、第１点火プラグ９ａの放電部９ｃが軸線方向に対して上側、すなわち、シリンダヘッド１１の筒内天井部１１ａ側に位置し、第２点火プラグ９ｂの放電部９ｄが軸線方向に対して下側、すなわち、ピストン３の頂面３ａ側に位置するように設置されている。つまり、上記のようにタンブル流Ｆｔにおける混合気の上方気流Ａがシリンダヘッド１１の筒内天井部１１ａ側に形成される一方、上方気流Ａの折り返し気流である下方気流Ｂがピストン３の頂面３ａ側に形成され、第２点火プラグ９ｂは、点火位置が軸線方向２ｂに対して第１点火プラグ９ａの点火位置よりもピストン３の頂面３ａ側に設定される。
【００３１】
そして、本実施例の制御手段としてのＥＣＵ５０は、上方気流Ａ及び下方気流Ｂの流速に応じて第１点火プラグ９ａ及び第２点火プラグ９ｂの点火時期を設定している。すなわち、ＥＣＵ５０は、上方気流Ａと下方気流Ｂとの速度差に応じて、上方気流Ａ及び下方気流Ｂのうち流速が速い方に点火する点火プラグ９の点火時期を遅くし、遅い方に点火する点火プラグ９の点火時期を早くする。すなわち、ＥＣＵ５０は、上方気流Ａが下方気流Ｂよりも流速が速い場合、第２点火プラグ９ｂによる点火時期を第１点火プラグ９ａによる点火時期よりも早いタイミングとして設定し、下方気流Ｂが上方気流Ａよりも流速が速い場合、第１点火プラグ９ａによる点火時期を第２点火プラグ９ｂによる点火時期よりも早いタイミングとして設定する。
【００３２】
なお、ＥＣＵ５０は、上方気流Ａの流速と下方気流Ｂの流速とが等しい場合、第１点火プラグ９ａによる点火時期と第２点火プラグ９ｂによる点火時期とを同時期に設定すればよい。また、例えば、第２点火プラグ９ｂによる点火時期を第１点火プラグ９ａによる点火時期よりも早く設定する場合、第１点火プラグ９ａによる点火時期を遅らせてもよいし、第２点火プラグ９ｂによる点火時期を早くしてもよく、また、両方を実行してもよい。要するに、第１点火プラグ９ａによる点火時期と第２点火プラグ９ｂによる点火時期との相対的な関係において、第２点火プラグ９ｂによる点火時期が第１点火プラグ９ａによる点火時期よりも早ければよい。
【００３３】
ここで、本実施例では、エンジン１は、上記で説明したようにいわゆるポート噴射型のエンジン１であり、この場合一般に燃焼室４上部の気流、すなわち、上方気流Ａの流速の方が速くなるという知見から、ＥＣＵ５０は、図４のタイムチャートに示すように、第２点火プラグ９ｂによる点火時期を第１点火プラグ９ａによる点火時期よりも早く設定する。
【００３４】
上記のように構成することで、燃焼室４への吸気によりタンブル流Ｆｔが形成され燃焼が促進される際に吸気ポート６からの吸気によるタンブル流Ｆｔが強くなっても、相対的に流速が速く火炎伝播（燃焼速度）が速い混合気の上方気流Ａに対する第１点火プラグ９ａの点火時期を遅らせ、相対的に流速が遅く火炎伝播が遅い混合気の下方気流Ｂに対する第２点火プラグ９ｂの点火時期を早くすることで、まず、流速が遅く火炎伝播も遅い下方気流Ｂに点火され火炎の伝播が開始される。その後、流速が速く火炎伝播も速い上方気流Ａに点火され火炎の伝播が開始されることから、火炎伝播の偏りを抑制し燃焼室４全体で均一な火炎伝播が可能となる。また、第１点火プラグ９ａにより混合気の上方気流Ａに点火され、第２点火プラグ９ｂにより混合気の下方気流Ｂに点火されると、混合気の上方気流Ａの火炎は排気ポート７側に広がり、下方気流Ｂの火炎は吸気ポート６側に広がる。よって、燃焼室４において均等に火炎が広がることから燃焼が促進される。
【００３５】
このエンジン１では、低負荷・低回転時においては、吸入空気量が少ないことから上方気流Ａの折り返し流である下方気流Ｂの流れがより弱くなりやすく、ピストン３の往復運動も遅いことからこれらの気流がつぶれにくい。よって、上方気流Ａと下方気流Ｂとの速度差は大きくなりやすいので、ＥＣＵ５０が上記のように第２点火プラグ９ｂによる点火時期を第１点火プラグ９ａによる点火時期よりも早く設定する制御を実行することは、火炎伝播の偏りを抑制し燃焼の促進を図るにはより効果的である。
【００３６】
さらにこのエンジン１では、ＥＣＵ５０は、機関の回転速度が高速度である際に、第１点火プラグ９ａ又は第２点火プラグ９ｂのいずれか一方の点火を停止する。すなわち、エンジン１の回転数が高回転になるとピストン３の往復運動が速くなり、タンブル流Ｆｔが圧縮行程においてつぶされやすくなり、上記のように第２点火プラグ９ｂによる点火時期を第１点火プラグ９ａによる点火時期よりも早く設定する制御を実行しなくとも、このタンブル流Ｆｔがつぶれることにより発生する乱れ渦によって燃焼も促進される。本実施例では、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ５１が検出するクランク角度に基づいてエンジン回転数を算出し、このエンジン回転数が高回転（例えば、３０００ｒｐｍ以上）である場合、第２点火プラグ９ｂの点火を停止する。これにより、無駄な点火を削減することができ、点火の際に消費される電気負荷が減少し、このため機関に対する負荷も減少し、この結果、燃費の悪化も抑制することができる。
【００３７】
なお、本実施例のエンジン１では、上記のようにポート噴射型の場合には一般に吸気ポート６側の上方気流Ａの流速の方が速くなるという知見から、ＥＣＵ５０は、第２点火プラグ９ｂによる点火時期を第１点火プラグ９ａによる点火時期よりも早く設定する制御を実行しているが、エンジン１の運転状態を検出する各種センサの出力に応じて各点火時期を設定するようにしてもよい。すなわち、ＥＣＵ５０は、エンジン１に設けられる不図示のセンサとしての吸入空気量を検出するエアフローセンサ、吸気温度を検出する吸気温センサ、吸気圧（吸気管負圧）を検出する吸気圧センサ、現在のスロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ、現在のアクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ、エンジン冷却水温を検出する水温センサ、燃焼室４内の圧力、つまり、筒内圧力を検出する筒内圧センサ、空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ等の出力（例えば、吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温、筒内圧力、空燃比、燃料噴射量（燃料噴射時間）及び噴射タイミングなど）に基づいて、上方気流Ａと下方気流Ｂとの速度差に応じた値を算出、推定して、これに応じて各点火時期を制御してもよい。
【００３８】
以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１によれば、空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室４と、燃焼室４内に形成される混合気のタンブル流Ｆｔにおける上側の上方気流Ａに点火可能な第１点火プラグ９ａと、タンブル流Ｆｔにおける下側の下方気流Ｂに点火可能な第２点火プラグ９ｂと、上方気流Ａ及び下方気流Ｂの流速に応じて第１点火プラグ９ａ及び第２点火プラグ９ｂの点火時期を設定するＥＣＵ５０を備える。
【００３９】
したがって、上方気流Ａに点火可能な第１点火プラグ９ａと下方気流Ｂに点火可能な第２点火プラグ９ｂを設けると共にＥＣＵ５０により上方気流Ａ及び下方気流Ｂの流速に応じて各点火時期を設定することで、混合気の上方気流Ａの火炎が排気ポート７側に広がる一方、下方気流Ｂの火炎は吸気ポート６側に広がると共に混合気の上方気流Ａ及び下方気流Ｂの火炎伝播速度が異なっても各点火時期を異ならせることにより燃焼室４全体で均一な火炎伝播が可能となるので、火炎伝播の偏りを抑制し燃焼を促進することができる。この結果、燃焼室４において吸気ポート６側に未燃燃料が過多となって燃焼促進が不十分となることが抑制されノッキング等の発生を防止することができる。
【００４０】
さらに、第１点火プラグ９ａ、第２点火プラグ９ｂの点火エネルギーを高くすること無く、第１点火プラグ９ａと第２点火プラグ９ｂとの点火時期を変えるだけで燃焼を促進することができることから、点火の際に消費される電気負荷を抑制することができ、このため機関に対する負荷も抑制し、この結果、燃費の悪化も抑制することができる。
【００４１】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１によれば、燃焼室４に吸気可能な吸気ポート６を備え、タンブル流Ｆｔは、吸気ポート６を介した吸気により燃焼室４の軸線方向２ｂに沿って形成される気流であり、第２点火プラグ９ｂは、点火位置が軸線方向２ｂに対して第１点火プラグ９ａの点火位置よりも下側に設定される。したがって、第１点火プラグ９ａと第２点火プラグ９ｂとは、第１点火プラグ９ａの点火位置と第２点火プラグ９ｂの点火位置とが軸線方向に対して異なる高さとなるように設置され、第１点火プラグ９ａによりシリンダヘッド１１の筒内天井部１１ａ側に形成される混合気の上方気流Ａに適正に点火することができる一方、第２点火プラグ９ｂによりピストン３の頂面３ａ側に形成される混合気の下方気流Ｂに適正に点火することができ、このため、より適正に火炎伝播の偏りを抑制することができる。
【００４２】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１によれば、ＥＣＵ５０は、上方気流Ａが下方気流Ｂよりも流速が速い場合、第２点火プラグ９ｂによる点火時期を第１点火プラグ９ａによる点火時期よりも早く設定する。したがって、混合気の上方気流Ａの流速が相対的に速くなり火炎伝播も速くなる際に、相対的に流速が遅く火炎伝播が遅い混合気の下方気流Ｂに対する第２点火プラグ９ｂの点火時期を第１点火プラグ９ａによる点火時期よりも早くすることで、まず、混合気の下方気流Ｂに点火され火炎の伝播が開始し、その後、上方気流Ａに点火され火炎の伝播が開始するので、燃焼室４において火炎を確実に均等に伝播させることができる。
【００４３】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１によれば、ＥＣＵ５０は、下方気流Ｂが上方気流Ａよりも流速が速い場合、第１点火プラグ９ａによる点火時期を第２点火プラグ９ｂによる点火時期よりも早く設定する。したがって、混合気の下方気流Ｂの流速が相対的に速くなり火炎伝播も速くなる際に、相対的に流速が遅く火炎伝播が遅い混合気の上方気流Ａに対する第１点火プラグ９ａの点火時期を第２点火プラグ９ｂによる点火時期よりも早くすることで、まず、混合気の上方気流Ａに点火され火炎の伝播が開始し、その後、下方気流Ｂに点火され火炎の伝播が開始するので、燃焼室４において火炎を確実に均等に伝播させることができる。
【００４４】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１によれば、ＥＣＵ５０は、機関の回転速度が高速度である際に、第１点火プラグ９ａ又は第２点火プラグ９ｂのいずれか一方の点火を停止する。したがって、エンジン１の回転数が高回転になるとタンブル流Ｆｔがつぶれることにより発生する乱れ渦によって燃焼が促進されるので、第１点火プラグ９ａ及び第２点火プラグ９ｂの各点火時期を異ならせるように制御しなくとも十分に燃焼促進されることから第２点火プラグ９ｂの点火が停止され、これにより、無駄な点火を削減することができ、点火の際に消費される電気負荷をさらに抑制することができる。
【実施例２】
【００４５】
図５は、本発明の実施例２に係るエンジンの模式的断面図、図６は、本発明の実施例２に係るエンジンのタイムチャートである。実施例２に係る内燃機関は、実施例１に係る内燃機関と略同様の構成であるが、燃料の噴射形式が実施例１に係る内燃機関とは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。
【００４６】
実施例２に係るエンジン２０１は、図５に示すように、実施例１の吸気ポート６内に装着されインジェクタ８（図２参照）に代えて、インジェクタ２０８を備える。インジェクタ２０８は、燃焼室４内に燃料を直接噴射することが可能である。すなわち、本実施例のエンジン２０１は、いわゆる直噴型のエンジン２０１である。
【００４７】
そして、このエンジン２０１では、ピストン３がシリンダボア２内を下降することで、吸気通路１８および吸気ポート６を介して燃焼室４内に空気が吸入され（吸気行程）、この空気とインジェクタ２０８から燃焼室４内へ噴射される燃料とが混合して混合気を形成する。そして、このピストン３が吸気行程下死点を経てシリンダボア２内を上昇することで混合気が圧縮され（圧縮行程）、ピストン３が圧縮行程上死点付近に近づくと点火プラグ９により混合気に点火され、該混合気が燃焼し、その燃焼圧力によりピストン３を下降させる（膨張行程）。燃焼後の混合気は、ピストン３が膨張行程下死点を経て吸気行程上死点に向かって再び上昇することで排気ポート７、排気通路１９を介して排気ガスとして放出される（排気行程）。このピストン３のシリンダボア２内での往復運動は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１０に伝えられ、ここで回転運動に変換され、出力として取り出されると共に、このピストン３は、カウンタウェイト１５、クランクシャフト１０が慣性力によりさらに回転することで、このクランクシャフト１０の回転に伴ってシリンダボア２内を往復する。このクランクシャフト１０が２回転することで、ピストン３はシリンダボア２を２往復し、この間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行い、燃焼室４内で１回の爆発が行われる。
【００４８】
ここで、本実施例のエンジン２０１は、上記のように吸気行程でインジェクタ２０８から燃料を噴射する、いわゆる均質燃焼を行う一方で、燃費向上等のためエンジン２０１の運転状態に応じて圧縮行程で燃料を噴射する、いわゆる成層燃焼を行うことがある。そして、本実施例では、吸気行程で燃料を噴射する均質燃焼の際には一般に燃焼室４上部の気流、すなわち、上方気流Ａの流速の方が速くなる一方、圧縮行程で燃料を噴射する成層燃焼の際には一般に燃焼室４下部の気流、すなわち、下方気流Ｂの流速の方が速くなるという知見から、ＥＣＵ５０は、図６のタイムチャートに示すように、インジェクタ２０８から吸気行程で燃料を噴射する際に第２点火プラグ９ｂによる点火時期を第１点火プラグ９ａによる点火時期よりも早く設定し、圧縮行程で燃料を噴射する際に第１点火プラグ９ａによる点火時期を第２点火プラグ９ｂによる点火時期よりも早く設定する。
【００４９】
上記のように構成することで、ＥＣＵ５０は、上方気流Ａが下方気流Ｂよりも流速が速い場合、すなわち、吸気行程でインジェクタ２０８から燃料を噴射する場合に、第２点火プラグ９ｂによる点火時期を第１点火プラグ９ａによる点火時期よりも早く設定することで、まず、相対的に流速が遅く火炎伝播が遅い混合気の下方気流Ｂに点火され火炎の伝播が開始し、その後、相対的に流速が速く火炎伝播が速い上方気流Ａに点火され火炎の伝播が開始するので、燃焼室４において火炎を確実に均等に伝播させることができる。
【００５０】
一方、ＥＣＵ５０は、下方気流Ｂが上方気流Ａよりも流速が速い場合、すなわち、圧縮行程でインジェクタ２０８から燃料を噴射する場合に、第１点火プラグ９ａによる点火時期を第２点火プラグ９ｂによる点火時期よりも早く設定することで、まず、相対的に流速が遅く火炎伝播が遅い混合気の上方気流Ａに点火され火炎の伝播が開始し、その後、相対的に流速が速く火炎伝播が速い下方気流Ｂに点火され火炎の伝播が開始するので、燃焼室４において火炎を確実に均等に伝播させることができる。
【００５１】
なお、本実施例のエンジン２０１では、直噴型のエンジン２０１の場合には吸気行程で燃料を噴射する際には上方気流Ａの流速の方が速くなる一方、圧縮行程で燃料を噴射する際には下方気流Ｂの流速の方が速くなるという知見から各点火時期を設定しているが、このエンジン２０１でも実施例１のエンジン１と同様に、ＥＣＵ５０は、エンジン２０１に設けられる不図示のセンサの出力、例えば、吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温、筒内圧力、空燃比、燃料噴射量（燃料噴射時間）及び噴射タイミングなどに基づいて、上方気流Ａと下方気流Ｂとの速度差に応じた値を算出、推定して、これに応じて各点火時期を制御してもよい。
【００５２】
以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン２０１によれば、空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室４と、燃焼室４内に形成される混合気のタンブル流Ｆｔにおける上側の上方気流Ａに点火可能な第１点火プラグ９ａと、タンブル流Ｆｔにおける下側の下方気流Ｂに点火可能な第２点火プラグ９ｂと、上方気流Ａ及び下方気流Ｂの流速に応じて第１点火プラグ９ａ及び第２点火プラグ９ｂの点火時期を設定するＥＣＵ５０を備える。したがって、上方気流Ａに点火可能な第１点火プラグ９ａと下方気流Ｂに点火可能な第２点火プラグ９ｂを設けると共にＥＣＵ５０により上方気流Ａ及び下方気流Ｂの流速に応じて各点火時期を設定することで、混合気の上方気流Ａの火炎が排気ポート７側に広がる一方、下方気流Ｂの火炎は吸気ポート６側に広がると共に混合気の上方気流Ａ及び下方気流Ｂの火炎伝播速度が異なっても各点火時期を異ならせることにより燃焼室４全体で均一な火炎伝播が可能となるので、火炎伝播の偏りを抑制し燃焼を促進することができる。この結果、燃焼室４において吸気ポート６側に未燃燃料が過多となって燃焼促進が不十分となることが抑制されノッキング等の発生を防止することができる。
【００５３】
なお、上述した本発明の実施例に係る内燃機関は、上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。以上の説明では、混合気の上方気流Ａが吸気ポート６側から排気ポート７側に流れ気流である一方、下方気流Ｂがこれに逆行するように排気ポート７側から吸気ポート６側に流れる気流であるものとして説明したが、内燃機関の仕様、例えば、燃焼室４の形状やピストン３の頂面３ａの形状などによっては、上方気流Ａが排気ポート７側から吸気ポート６側に流れ、下方気流Ｂが吸気ポート６側から排気ポート７側に流れることがある。しかしながらこの場合でも、上方気流Ａに点火可能な第１点火プラグ９ａと下方気流Ｂに点火可能な第２点火プラグ９ｂを設けると共にＥＣＵ５０により上方気流Ａ及び下方気流Ｂの流速に応じて各点火時期を設定することで、火炎伝播の偏りを抑制し燃焼を促進することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、火炎伝播の偏りを抑制し燃焼を促進するものであり、燃焼室内の燃料に点火することにより燃料を燃焼させる種々の内燃機関に適用して好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施例１に係るエンジンの燃焼室の部分断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係るエンジンの模式的断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係るエンジンの燃焼室側から見たシリンダヘッドの模式的正面図である。
【図４】本発明の実施例１に係るエンジンのタイムチャートである。
【図５】本発明の実施例２に係るエンジンの模式的断面図である。
【図６】本発明の実施例２に係るエンジンのタイムチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１、２０１    エンジン（内燃機関）
２    シリンダボア
２ｂ    軸線方向
３    ピストン
４    燃焼室
５    クランク室
６    吸気ポート
７    排気ポート
８、２０８    インジェクタ
９    点火プラグ
９ａ    第１点火プラグ（第１点火手段）
９ｂ    第２点火プラグ（第２点火手段）
１０    クランクシャフト
５０    ＥＣＵ（制御手段）
５１    クランク角センサ
Ａ    上方気流
Ｂ    下方気流
Ｆｔ    タンブル流
【図１】
2008128105.tif 000003
【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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