(57)【要約】【課題】シリンダ２と、このシリンダ内をその頂部における燃焼室５に向かって往復動するピストン４と、前記燃焼室への吸気弁８と、前記燃焼室からの排気弁９とを備え、前記シリンダ２内に形成した混合気を、前記ピストン４の前記燃焼室５に向かう前進動による圧縮行程の終わりの上死点付近において、圧縮による自己着火にて燃焼するようにした内燃機関において、自己着火による燃焼の時期を制御して、排気ガスのクリーン化と、燃費の低減を図る。【解決手段】前記燃焼室５に連通する副燃焼室１１を設け、圧縮行程の終わりの上死点付近において火花点火する点火栓１２を、当該点火栓が前記副燃焼室内にのぞむように設ける一方、前記副燃焼室１１と前記燃焼室５とを、フレームアレスタの機能を有するように細径にした貫通孔１４の複数個を備えた隔壁体１３にて区画し、前記副燃焼室内における点火栓による火花点火にて燃焼した圧力波にて、前記燃焼室５内における混合気を、その圧力を高めて自己着火する。【選択図】　　　　　　　　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、このシリンダ内をその頂部における燃焼室に向かって往復動するピストンと、前記燃焼室への吸気弁と、前記燃焼室からの排気弁とを備え、前記シリンダ内に形成した混合気を、前記ピストンの前記燃焼室に向かう前進動による圧縮行程で圧縮するようにした内燃機関において、
前記燃焼室に連通する副燃焼室を設け、圧縮行程の終わりの上死点付近において火花点火する点火栓を、当該点火栓が前記副燃焼室内にのぞむように設ける一方、前記副燃焼室と前記燃焼室とを、フレームアレスタの機能を有するように細径にした貫通孔の複数個を備えた隔壁体にて区画したことを特徴とする圧縮着火式内燃機関における燃焼制御装置。
【請求項２】
前記請求項１の記載において、吸気行程のとき前記副燃焼室内に対して補助燃料を噴射供給する手段を設けたことを特徴とする圧縮着火式内燃機関における燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に燃料と空気との混合気を形成し、この混合気を、圧縮による自己着火にて燃焼するようにした内燃機関において、その圧縮による自己着火の燃焼を制御する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
一般に、内燃機関において、その燃焼室内に燃料と空気との混合気を形成し、この混合気を燃焼するに際しては、当該混合気における燃焼を点火栓の火花による点火にて開始するというものと、圧縮による自己着火にて開始するというものとの二つが存在することは、従来から良く知られているとおりである。
【０００３】
前者の混合気の火花点火による燃焼は、その燃焼のきっかけが火花による点火であることにより、その燃焼の時期を進角又は遅角する制御、つまり、点火時期を進角又は遅角する制御が、前記点火栓によって自在に容易にできるから、この点火時期を、排気ガスを可成りクリーン化でき、しかも、燃費を向上できるという利点を有するが、その反面、前記点火栓の箇所において点火した火炎が点火栓の箇所から次々に伝播して行くという火炎伝播による燃焼であることのために、圧縮比及び温度等に応じて、燃焼室内のうち点火栓の箇所より離れた末端部において先に燃焼が始まるというようにノッキング等の異常燃焼が発生するおそれが高いから、圧縮比を高くすることができないという問題がある。
【０００４】
これに対して、後者の混合気の圧縮による自己着火の燃焼は、その燃焼が燃焼室の各所において始まることにより、前記火花点火による燃焼のように燃焼室の末端部において発生するノッキング等の異常燃焼を抑制でき、圧縮比を高くすることができる利点がある。
【０００５】
しかし、その反面、この後者の混合気の圧縮による自己着火の燃焼は、圧縮行程の終わりの時期において、燃焼室内における圧力が時間に比例して高くなり、これにより温度が高くなるに伴い、混合気が適宜時間の間だけ熱発生が少ないか、或いは殆どなく圧力の上昇が一次的に止まる冷炎又は青炎の状態になるという着火誘導期間を経て、多量に熱を発生するとともに圧力が急上昇するという燃焼に至るというような過程を経るものであって、前記着火誘導期間における時間は、燃焼室内における温度と圧力との両方に応じて短くなったり長くなったりすることにより、この自己着火による燃焼の時期を、内燃機関の運転状態に応じて進角又は遅角に制御することができないから、ＮＯｘが多く発生し、排気ガスが前者の火花点火による燃焼の場合よりも遥かに悪化するばかりか、燃費も低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は、後者の混合気の圧縮による自己着火の燃焼が有する前記した問題を解消することを技術的課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は、
「シリンダと、このシリンダ内をその頂部における燃焼室に向かって往復動するピストンと、前記燃焼室への吸気弁と、前記燃焼室からの排気弁とを備え、前記シリンダ内に形成した混合気を、前記ピストンの前記燃焼室に向かう前進動による圧縮行程で圧縮するようにした内燃機関において、
前記燃焼室に連通する副燃焼室を設け、圧縮行程の終わりの上死点付近において火花点火する点火栓を、当該点火栓が前記副燃焼室内にのぞむように設ける一方、前記副燃焼室と前記燃焼室とを、フレームアレスタの機能を有するように細径にした貫通孔の複数個を備えた隔壁体にて区画した。」
ことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の請求項２は、
「前記請求項１の記載において、吸気行程のときに前記副燃焼室内に対して補助燃料を噴射供給する手段を設けた。」
ことを特徴としている。
【０００９】
【発明の作用・効果】
前記請求項１に記載した構成において、ピストンが燃焼室から離れる方向に後退動する吸気行程のときシリンダ内に形成した混合気は、前記ピストンが吸気行程の下死点から燃焼室に向かって前進動する圧縮行程で圧縮され、この一部が、隔壁体における複数個の貫通孔から副燃焼室内に押し込まれる。
【００１０】
次いで、前記副燃焼室内における混合気が、前記圧縮行程の終わりの上死点付近において、点火栓の火花点火にて燃焼を開始する。
【００１１】
このとき、前記隔壁体における複数個の各貫通孔は、フレームアレスタの機能を有するように細径であることにより、前記副燃焼室内の燃焼による火炎は、前記各貫通孔を通って燃焼室内に到達することなく、前記副燃焼室内の燃焼によって発生する圧力波のみが前記各貫通孔を通って燃焼室に伝わることにより、燃焼室内における圧力が上昇するから、この燃焼室内の圧力上昇がきっかけになって、当該燃焼室内における混合気が自己着火にて燃焼を開始することになる。
【００１２】
つまり、本発明においては、燃焼室内における混合気を、ピストンの前進動による圧縮行程における圧力上昇によってのみ自己着火するのではなく、副燃焼室内での点火栓の火花点火による混合気の燃焼による圧力上昇をきっかけとして自己着火するものであることにより、前記燃焼室内における混合気の自己着火による燃焼の時期を、前記副燃焼室における点火栓によって、内燃機関の運転状態に応じて進角又は遅角に制御することができるから、ＮＯｘの発生を少なくなり、排気ガスをクリーン化できるばかりか、燃費を向上できるという効果を有する。
【００１３】
ところで、混合気の圧縮による自己着火の燃焼は、前記したように、ピストンの前進動による圧縮にて燃焼室内における圧力が時間に比例して高くなり、これにより温度が高くなるに伴い、圧縮行程の終わりの上死点付近において、混合気が適宜時間の間だけ熱発生が少ないか、或いは殆どなく圧力の上昇が一次的に止まって冷炎又は青炎の状態になるという着火誘導期間を経たのち、多量に熱を発生するとともに圧力が急上昇するという燃焼に至るというような過程を経るものであることから、副燃焼室内における点火栓による火花点火の時期は、圧縮行程の終わりの上死点付近における前記着火誘導期間内に設定することはいうまでもない。
【００１４】
また、請求項２に記載したように、前記副燃焼室に対して補助燃料を供給することにより、副燃焼室内にリッチな空燃比の混合気を形成でき、この混合気における点火栓の火花点火による燃焼性を向上でき、シリンダ内に形成する混合気における空燃比をよりリーンにできるから、排気ガスのクリーン化と燃費とを更に改善できる利点がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１の図面について説明する。
【００１６】
この図において、符号１は、シリンダ２を備えたシリンダブロックを示す、このシリンダブロック１の上面には、前記シリンダ２の頂部を塞ぐシリンダヘッド３が締結され、また、前記シリンダ２内には、図示しないクランク軸に連動して往復動するピストン４が設けられている。
【００１７】
一方、前記シリンダヘッド３には、その下面に前記シリンダ２に開口する燃焼室５が凹み形成されているとともに、この燃焼室５への吸気ポート６と、燃焼室５からの排気ポート７が形成され、前記吸気ポート６の燃焼室５への開口部には、吸気行程において開く吸気弁８が、前記排気ポート７の燃焼室５への開口部には、排気行程において開く排気弁９が各々設けられている。
【００１８】
吸気行程において前記吸気ポート６からシリンダ２内に導入された吸気は、前記シリンダヘッド３に装着した燃料噴射弁１０から燃料が噴射供給されることにより、適宜空燃比の混合気に形成される。
【００１９】
この場合、他の実施の形態においては、シンリダ２内に導入される以前の吸気に対して燃料噴射弁より燃料を噴射供給するか、或いは、気化器にて燃料を混合することによって、シリンダ２内に適宜空燃比の混合気を形成するようにしても良い。
【００２０】
そして、前記シリンダヘッド３には、前記燃焼室５に連通する副燃焼室１１を形成するとともに、圧縮行程の終わりの上死点付近において火花点火する点火栓１２を、当該点火栓１２が前記副燃焼室１１内にのぞむように装着する。
【００２１】
一方、前記シリンダヘッド３には、前記燃焼室５と前記副燃焼室１１とを区画する耐熱金属製の隔壁体１３を固着して、この隔壁体１３に、前記燃焼室５と前記副燃焼室１１との相互間を連通する貫通孔１４の複数個を穿設する。
【００２２】
この各貫通孔１４を、その内径を細径にすることにより、ガス等は通過するが、火炎は、貫通孔１４の内壁面への吸熱にて消炎し、火炎のままででは通過させないというフレームアレスタの機能を果たすように構成する。
【００２３】
なお、本実施の形態の場合、前記耐熱金属製の隔壁体１３は、キャップ状にして、これをシリンダヘッド３に対して密接嵌合するように嵌着することにより、その内部を、前記副燃焼室１１として、この隔壁体１３からシリンダヘッド３側への熱伝達を促進し、以て、フレームアレスタの機能を確保するというように構成している。
【００２４】
前記シリンダ２内に形成した混合気を、圧縮による自己着火にて燃焼する場合、前記したように、ピストン４における燃焼室５に向かう方向の前進動による圧縮にて燃焼室５内における圧力が時間に比例して高くなり、これにより温度が高くなるに伴い、圧縮行程の終わりの上死点付近において、混合気が適宜時間の間だけ熱発生が少ないか、或いは殆どなく圧力の上昇が一次的に止まって冷炎又は青炎の状態になるという着火誘導期間を経たのち、多量に熱を発生するとともに圧力が急上昇するという燃焼に至るというような過程を経るものである。
【００２５】
そこで、前記点火栓１２による火花点火の時期を、前記圧縮行程の終わりの上死点付近における前記着火誘導期間内に設定するように構成する。
【００２６】
この構成において、ピストン４が燃焼室５から離れる方向に後退動する吸気行程のときシリンダ２内に形成した混合気は、前記ピストン４が吸気行程の下死点から燃焼室５に向かって前進動する圧縮行程で圧縮され、この一部が、隔壁体１３における複数個の貫通孔１４から副燃焼室１１内に押し込まれる。
【００２７】
次いで、前記副燃焼室１１内における混合気が、前記圧縮行程の終わりの上死点付近における前記した着火誘導期間において、点火栓１２の火花点火にて燃焼を開始する。
【００２８】
このとき、前記隔壁体１３における複数個の各貫通孔１４は、フレームアレスタの機能を有するように細径であることにより、前記副燃焼室１１内の燃焼による火炎は、前記各貫通孔１４を通って燃焼室５内に到達することなく、前記副燃焼室１１内の燃焼によって発生する圧力波のみが前記各貫通孔１４を通って燃焼室５に伝わることにより、燃焼室５内における圧力が上昇するから、この燃焼室５内の圧力上昇がきっかけになって、当該燃焼室５内における混合気が自己着火にて燃焼を開始することになる。
【００２９】
つまり、前記燃焼室５内における混合気を、ピストン４の前進動による圧縮行程における圧力上昇によってのみ自己着火するのではなく、副燃焼室１１内での点火栓１２の火花点火による混合気の燃焼による圧力上昇をきっかけとして自己着火するものであることにより、前記燃焼室５内における混合気の自己着火による燃焼の時期を、前記副燃焼室１１における点火栓１２によって、内燃機関の運転状態に応じて進角又は遅角に制御することができる。
【００３０】
また、別の実施の形態においては、前記シリンダヘッド３に、補助燃料噴射弁１５を前記副燃焼室１１内にのぞむように装着することにより、前記圧縮行程よりも前の吸気行程のときにおいて、比較的少ない量の補助燃料を前記補助燃料噴射弁１５から前記副燃焼室１１内に噴射供給するという構成にする。
【００３１】
この構成によると、前記前記副燃焼室１１に対する補助燃料の噴射供給により副燃焼室１１内にリッチな空燃比の混合気を形成でき、この混合気における点火栓１２の火花点火による燃焼性を向上できるから、シリンダ２内に形成する混合気における空燃比をよりリーンにできる。
【００３２】
なお、本発明は、ガソリンを燃料とする内燃機関に限らず、軽油を燃料とする内燃機関に対しても適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　　　　シリンダブロック
２　　　　　　　　　　　　　　シリンダ
３　　　　　　　　　　　　　　シリンダヘッド
４　　　　　　　　　　　　　　ピストン
５　　　　　　　　　　　　　　燃焼室
６　　　　　　　　　　　　　　吸気ポート
７　　　　　　　　　　　　　　排気ポート
８　　　　　　　　　　　　　　吸気弁
９　　　　　　　　　　　　　　排気弁
１０　　　　　　　　　　　　　燃料噴射弁
１１　　　　　　　　　　　　　副燃焼室
１２　　　　　　　　　　　　　点火栓
１３　　　　　　　　　　　　　隔壁体
１４　　　　　　　　　　　　　貫通孔
１５　　　　　　　　　　　　　補助燃料噴射弁
【図１】
2004108225.tif 000003