(57)【要約】【課題】広い運転領域でエンジンの熱効率を向上させる副室式エンジンを提供する。【解決手段】ピストン３２が往復動するシリンダ内に形成される主燃焼室３０と、主燃焼室３０と隣接して設けられる副室４０と、主燃焼室３０と副室４０との間を連通する噴孔４３と、副室内に供給された混合気を点火する副室点火手段４２と、主燃焼室３０にスキッシュ流を生成するスキッシュ流生成手段３５と、運転状態に応じてスキッシュ流の強さを調整するスキッシュ流調整手段と、運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態に応じて、副室点火手段４２による点火タイミングを制御することによって噴孔４３から主燃焼室３０にトーチ状の火炎が噴出するタイミングを制御するとともに、スキッシュ流の強さを制御することによってトーチ火炎の到達距離を制御する燃焼制御手段とを備える。【選択図】図２
2007146704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンが往復動するシリンダ内に形成される主燃焼室と、
前記主燃焼室と隣接して設けられる副室と、
前記主燃焼室と前記副室との間を連通する噴孔と、
前記副室内に供給された混合気を点火する副室点火手段と、
前記主燃焼室にスキッシュ流を生成するスキッシュ流生成手段と、
前記スキッシュ流の強さを調整するスキッシュ流調整手段と、
運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態に応じて、前記副室点火手段による点火タイミングを制御することによって前記噴孔から前記主燃焼室にトーチ状の火炎が噴出するタイミングを制御するとともに、前記スキッシュ流の強さを制御することによってトーチ火炎の到達距離を制御する燃焼制御手段と、
を備えることを特徴とする副室式エンジン。
【請求項２】
前記燃焼制御手段は、前記運転状態が低負荷であるとき、前記ピストンが上死点を通過した後に前記トーチ火炎を噴出させるように点火し、さらに前記運転状態が高負荷のときよりも前記スキッシュ流を強化することによって、前記トーチ火炎の到達距離を長くする、
ことを特徴とする請求項１に記載の副室式エンジン。
【請求項３】
前記燃焼制御手段は、前記運転状態が低回転であるとき、前記ピストンが上死点を通過した後に前記トーチ火炎を噴出させるように点火し、さらに前記運転状態が高回転のときよりも前記スキッシュ流を弱めることによって、前記トーチ火炎の到達距離を短くする、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の副室式エンジン。
【請求項４】
前記燃焼制御手段は、前記運転状態が高負荷かつ高回転であるとき、前記ピストンが上死点を通過する前に前記トーチ火炎を噴出させ、さらに前記運転状態が高負荷かつ低回転のときよりも前記スキッシュ流を強化することによって、前記トーチ火炎の到達距離を短くする、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の副室式エンジン。
【請求項５】
前記スキッシュ流調整手段は、前記主燃焼室のルーフ面とピストン冠面とのクリアランスを調整するクリアランス調整手段であって、
前記クリアランス調整手段は、前記クリアランスを大きくすることによって前記スキッシュ流を弱め、前記クリアランスを小さくすることによってスキッシュ流を強化する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の副室式エンジン。
【請求項６】
前記クリアランス調整手段は、ピストン上死点位置を変化させる可変圧縮比機構である、
ことを特徴とする請求項５に記載の副室式エンジン。
【請求項７】
前記スキッシュ流生成手段は、前記主燃焼室のルーフ面と前記ピストン冠面の外周に形成されたスキッシュ生成部から構成されるスキッシュエリアである、
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の副室式エンジン。
【請求項８】
前記スキッシュ生成部は、前記トーチ火炎の成長方向で最大幅となるように形成される、
ことを特徴とする請求項７に記載の副室式エンジン。
【請求項９】
前記スキッシュ生成部は、前記トーチ火炎の成長方向で最小幅となるように形成される、
ことを特徴とする請求項７に記載の副室式エンジン。
【請求項１０】
前記ピストン冠面は、前記スキッシュ生成部の内側が前記主燃焼室のルーフ面に向かっ突出する円錐形状に形成される、
ことを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の副室式エンジン。
【請求項１１】
前記燃焼制御手段は、前記主燃焼室の内部の有効圧縮比を低下させる有効圧縮比低下手段をさらに備え、
前記有効圧縮比低下手段は、前記運転状態が高負荷かつ高回転の場合に、主燃焼室内の有効圧縮比を低下させる、
ことを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の副室式エンジン。
【請求項１２】
前記圧縮比低下手段は、バルブタイミング調整手段である、
ことを特徴とする請求項１１に記載の副室式エンジン。
【請求項１３】
前記圧縮比低下手段は、吸気弁の閉弁タイミングを遅角側に調整することによって有効圧縮比を低下させる、
ことを特徴とする請求項１２に記載の副室式エンジン。
【請求項１４】
前記運転状態検出手段には、冷却用水温度検出手段をさらに備え、
前記燃焼制御手段は、前記冷却用水温度検出手段によって検出された冷却用水の温度が所定の温度よりも低いときにはエンジンの負荷及び回転速度にかかわらず前記スキッシュ流を強化する、
ことを特徴とする請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の副室式エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、副室式エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃費を向上させるためには、混合気の空燃比をリーンにして希薄燃焼させることが有効である。ところが、混合気の空燃比をリーンにして燃焼させると燃焼性が不安定になるおそれがある。したがって、燃焼室内にガス流動を発生させて燃焼速度を向上させるなどして燃焼を補助する必要があった。そこで、主燃焼室と隣接する副室を設け、その内部で混合気に点火して主燃焼室と副室との間を連通する噴孔から燃焼火炎を噴出させる副室式エンジンが提案されている。このとき発生する燃焼火炎は、激しい乱れを生成しながらトーチ状に主燃焼室に噴出し、主燃焼室内の混合気の燃焼を急速に完了させることができる。
【０００３】
しかし、前述のような副室式エンジンではトーチ火炎の噴出速度が非常に高速であるため、燃焼火炎が主燃焼室の壁面又はピストン冠面に素早く到達してしまうため、冷却損失を増大させてかえって燃費を悪化させてしまうおそれがあった。そこで、主燃焼室内で中央部に向かうスキッシュ流を生成することによって、燃焼室の中央付近で混合気を燃焼させる副室式エンジンが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５６−１１５８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前述した従来の副室式エンジンでは、運転状態に応じてスキッシュ流の強さやトーチ火炎の噴出タイミングを制御することができなかった。そこで、運転状態が低負荷であっても主燃焼室の中央部に向かうスキッシュ流によってトーチ火炎の拡散が抑制されてしまい、負荷が低いときの燃焼性を悪化させてしまった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、運転状態に応じてスキッシュ流の方向及び強さ、さらにトーチ火炎の噴出タイミングを制御することによって、冷却損失の低減及び希薄燃焼領域の拡大を実現し、広い運転領域においてエンジンの熱効率を向上させる副室式エンジンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、ピストン（３２）が往復動するシリンダ内に形成される主燃焼室（３０）と、前記主燃焼室（３０）と隣接して設けられる副室（４０）と、前記主燃焼室（３０）と前記副室（４０）との間を連通する噴孔（４３）と、前記副室内に供給された混合気を点火する副室点火手段（４２）と、前記主燃焼室（３０）にスキッシュ流を生成するスキッシュ流生成手段（３５）と、前記運転状態に応じて前記スキッシュ流の強さを調整するスキッシュ流調整手段（ステップＳ２０）と、運転状態を検出する運転状態検出手段（ステップＳ１０）と、前記運転状態に応じて、前記副室点火手段（４２）による点火タイミングを制御することによって前記噴孔（４３）から前記主燃焼室（３０）にトーチ状の火炎が噴出するタイミングを制御するとともに、前記スキッシュ流の強さを制御することによってトーチ火炎の到達距離を制御する燃焼制御手段（７０；ステップＳ５０）とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、運転状態に応じて点火タイミングを制御するとともにスキッシュ流の方向及び強さを調整することによってトーチ火炎の到達距離を調整することができる。このように制御すると、例えば、運転状態が高負荷の場合には燃焼室の中央部に向かうスキッシュ流（正スキッシュ）が生じている間にトーチ火炎を噴出させることによって火炎の成長を抑制して冷却損失を低減することができる。逆に低負荷の場合には、外周方向に向かうスキッシュ流（逆スキッシュ）が生じている間にトーチ火炎を噴出させることによって燃焼速度を向上させ、希薄混合気の燃焼を安定させることができる。したがって、広い運転領域でエンジンの熱効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による副室式エンジンの第１実施形態を示す図である。
【００１０】
エンジン１０は、外気を導入する吸気ポート５６と、内部で混合気を燃焼させて燃焼圧力をシリンダ３１ａ内を摺動するピストン３２に伝達する主燃焼室３０と、燃焼排気を排出する排気ポート６２とを備える。
【００１１】
吸気ポート５６は燃料噴射弁４１を備える。燃料噴射弁４１は、図示しない燃料噴射ポンプと接続している。燃料噴射弁４１は、燃料を霧状に噴射して外気と混ぜ合わせて混合気を生成し、主燃焼室３０に供給する。
【００１２】
主燃焼室３０と吸気ポート５６との間には吸気弁５５を備える。吸気弁５５は、吸気ポート５６と主燃焼室３０との間を開閉して吸気量を調節する。吸気弁５５には、開閉タイミングの制御を可能とする可変バルブタイミング制御機構が適用されている。
【００１３】
主燃焼室３０は、シリンダヘッド５０とシリンダ３１ａとピストン３２とに区切られて形成される。また、エンジン１０には主燃焼室３０と隣接する副室４０がシリンダヘッド５０に備えられている。副室４０は主燃焼室３０よりも小さな略円筒形状である。副室４０には主燃焼室３０と連通する噴孔４３が形成される。副室４０は、この噴孔４３を通じて主燃焼室３０に供給された混合気とガス交換を行なって混合気を取り込む。副室４０には、取込んだ混合気に点火する点火プラグ４２を備えている。この混合気に点火して生成された燃焼火炎によって、副室内の燃焼圧力が主燃焼室３０よりも大きくなると、噴孔４３から燃焼火炎がトーチ状に噴出する。このトーチ火炎が主燃焼室内の混合気に点火する。
【００１４】
また、主燃焼室３０と排気ポート６２との間には排気弁６１を備える。排気弁６１は、排気ポート６２と主燃焼室３０との間を開閉して排ガスを排出する。
【００１５】
エンジン１０は、複リンク式可変圧縮比エンジンである。エンジン１０は、ピストン３２とクランクシャフト３３とを２つのリンク（アッパリンク１１、ロアリンク１２）で連結するとともに、コントロールリンク１３でロアリンク１２の姿勢を制御してピストン３２の上死点（ＴＤＣ）の位置を変更し、機関圧縮比を変更することができる。
【００１６】
アッパリンク１１は、上端をピストンピン２１を介してピストン３２に連結し、下端を連結ピン２２を介してロアリンク１２の一端に連結する。ピストン３２は、燃焼圧力を受け、シリンダブロック３１のシリンダ３１ａ内を往復動する。
【００１７】
ロアリンク１２は、一端を連結ピン２２を介してアッパリンク１１に連結し、他端を連結ピン２３を介してコントロールリンク１３に連結する。また、ロアリンク１２は、ほぼ中央の連結孔に、クランクシャフト３３のクランクピン３３ｂを挿入し、クランクピン３３ｂを中心軸として回転する。ロアリンク１２は左右の２部材に分割可能に構成される。クランクシャフト３３は、複数のジャーナル３３ａとクランクピン３３ｂとを備える。ジャーナル３３ａは、シリンダブロック３１及びラダーフレーム３４によって回転自在に支持される。クランクピン３３ｂは、ジャーナル３３ａから所定量偏心しており、ここにロアリンク１２が回転自在に連結する。
【００１８】
コントロールリンク１３は、先端に連結ピン２３を挿入し、ロアリンク１２に回動可能に連結する。またコントロールリンク１３は、他端を偏心連結ピン２４を介してコントロールシャフト２５に連結する。コントロールリンク１３は、この偏心連結ピン２４を中心として揺動する。またコントロールシャフト２５にはギアが形成されており、そのギヤがアクチュエータ５１の回転軸５２に設けられたピニオン５３に噛合する。アクチュエータ５１によってコントロールシャフト２５が回転させられ、偏心連結ピン２４が移動する。
【００１９】
これら各機構の制御は、運転状態に応じてコントローラ７０によって行なわれる。コントローラ７０は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。
【００２０】
コントローラ７０は、アクチュエータ５１を制御してコントロールシャフト２５を回転させてピストン３２の上死点位置を変更する。また、コントローラ７０は吸気ポート５６に設けられた燃料噴射弁４１の燃料の噴射量や噴射時期を制御する。さらに、コントローラ７０は副室４０に設けられた点火プラグ４２の点火タイミングを制御する。また、コントローラ７０は可変バルブタイミング制御機構によって吸気弁５５の開閉タイミングを制御して吸入空気量を調整する。コントローラ７０は、これらの制御を行なうことによって副室４０から噴出されるトーチ火炎の到達距離を制御する。
【００２１】
図２は、スキッシュ流を生成する仕組みについて説明する図である。図２（Ａ）は圧縮行程を、図２（Ｂ）は膨張行程を示している。
【００２２】
主燃焼室３０のルーフ面３０ａは、ピストン３２が上死点に近づいたときに外周部（領域Ｒ）においてピストン冠面３２ａとの間隙が狭くなるように形成されている。スキッシュ流は、ピストン３２の往復動によるシリンダヘッド５０とピストン３２との相対運動を利用して生成される。ピストン３２が上昇すると、領域Ｒにおいてピストン冠面３２ａとシリンダヘッド５０との間隙が狭くなり、そこから混合気が押出されてガス流動が生じる（図２（Ａ））。このとき生じるガス流動は主燃焼室３０の外周部から中心部に向かって流れ、これを正スキッシュという。一方、ピストン３２が下降すると混合気が領域Ｒに向かって吸い込まれる（図２（Ｂ））。このとき生じるガス流動は主燃焼室３０の中心部から外周部に向かって流れ、これを逆スキッシュという。
【００２３】
図３は本実施形態における副室式エンジン１０のピストン３２の上死点位置を変更する機構を説明する図である。
【００２４】
コントロールシャフト２５を回転して、偏心連結ピン２４の位置を変更することで、ピストン３２の上死点位置が変更される。例えば図３（Ａ）、図３（Ｃ）に示すように偏心連結ピン２４を位置Ａにすれば、ピストン３２の上死点位置が上昇し、主燃焼室３０のルーフ面３０ａとピストン冠面３２ａとの距離（図２の領域Ｒ；クリアランス）が小さくなる。
【００２５】
一方、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に示すように、偏心連結ピン２４を位置Ｂにすれば、コントロールリンク１３が上方へ押し上げられ、連結ピン２３の位置が上がる。これによりロアリンク１２はクランクピン３３ｂを中心として反時計方向に回転し、連結ピン２２が下がり、ピストン上死点におけるピストン３２の位置が下降する。したがって、主燃焼室３０のルーフ面３０ａとピストン冠面３２ａとの間隙が大きくなる。
【００２６】
スキッシュ流の生成において、クリアランスが小さいほど空気を押し出したり引き戻したりする力が大きくなる。したがって、ピストン３２の上死点位置を変更してクリアランスを調整することによって、スキッシュ流の強さを制御することができる。
【００２７】
図４は、コントローラ７０によって実行される本発明による制御ロジックのフローチャートである。
【００２８】
ステップＳ１０では、各種センサが検出した情報に基づいて運転状態を取得する。具体的にはアクセル開度やエンジンの回転速度などに基づいて、現在の運転状態を判断する。
【００２９】
ステップＳ２０では、ステップＳ１０で取得した運転状態に応じてピストン３２の上死点位置を設定する。前述のようにピストン３２の上死点位置を設定することによって、スキッシュ流の強さを調整することができる。また、主燃焼室内部の圧縮比も制御できる。
【００３０】
ステップＳ３０では、吸気弁５５の開閉タイミングの設定する。具体的には運転状態が高負荷かつ高回転の場合に吸気弁５５が閉弁するタイミングを遅角化する。こうすることによって燃焼室内に吸入される空気量を増大させることができ、燃焼室内の有効圧縮比を低下させることができる。高負荷かつ高回転の運転状態で燃焼室内を高圧縮比化するとノッキングを誘発しやすくなるが、このように制御することによってノッキングの発生を抑制することができる。
【００３１】
ステップＳ４０では、燃料噴射量を設定する。比較的負荷の低い運転状態では、混合気に含まれる燃料の比率を低く抑えて希薄燃焼を実現し、燃費の向上と排出ガスに含まれる有害物質の低減を図る。
【００３２】
ステップＳ５０では、混合気の点火タイミングを設定する。混合気の点火タイミングを制御することによって、トーチ火炎の噴出タイミングを制御する。トーチ火炎の噴出タイミングは、混合気の当量比（理論空燃比と実際の空燃比との比）や主燃焼室３０の圧縮比にも影響を受ける。そのため、コントローラ７０はこれらの情報も加味した上で点火タイミングを設定する。
【００３３】
図５は、機関負荷と回転速度との関係におけるスキッシュ流の制御について説明する図である。スキッシュ流の強さは、前述のようにピストン３２の上死点位置を調節することによって制御される。本実施形態ではステップＳ２０においてピストン３２の上死点位置を設定し、スキッシュ流の強さを制御している。
【００３４】
スキッシュ流は、前述のようにピストン３２とシリンダヘッドの相対運動によって燃焼室内に生じるガス流動である。スキッシュ流は、ピストン３２が高速に運動するほど強化される。また、ピストン３２の上死点位置が上昇させると主燃焼室３０のルーフ面３０ａとピストン冠面３２ａとの距離が小さくなるため、ピストン３２の運動によって押出される空気量が増大し、スキッシュ流は強化される。
【００３５】
本実施形態では負荷が低いほどスキッシュ流を強化する。運転状態が低負荷の場合には燃料噴射量を低減して希薄燃焼を行なうことから、安定した燃焼性を確保するためにガス流動を強化する必要がある。したがって、運転状態が低負荷の場合にはピストン３２の上死点位置を上昇させてクリアランスが小さくなるように制御する。
【００３６】
一方、運転状態が高負荷の場合には燃焼室内が高温となって圧縮比も高められているため、ノッキングが発生しやすくなる。そこで、吸気弁５５の閉弁するタイミングを下死点よりも遅角化することによって、吸入空気量を減量して実質的な圧縮比を低下させる（ステップＳ３０）。なお、運転状態が高負荷であって回転速度が比較的低速の場合にはピストン３２の上死点位置を低く設定してスキッシュ流を抑制する。
【００３７】
図６は、機関負荷と混合気の当量比との関係について説明する図である。コントローラ７０は、この関係を用いて燃料噴射量を制御する（ステップＳ４０）。横軸は機関負荷、縦軸は当量比φを示している。当量比φとは、前述のように理論空燃比と実際の空燃比との比を現す。したがって、当量比φ＝１のときに混合気は理論空燃比となる。
【００３８】
図６に示すように、高負荷領域では当量比φを１とする。高負荷高回転の領域では希薄燃焼では十分なエンジン出力を確保することができないからである。なお、当量比φを１以下に設定しながら、過給を行なってエンジン出力の不足分を補ってもよい。
【００３９】
図７は、運転状態ごとの副室内で点火されてから主燃焼室３０にトーチ火炎が噴出するまでの期間を示している。図７（Ａ）は運転状態が低負荷高回転、図７（Ｂ）は低負荷低回転、図７（Ｃ）は高負荷高回転、図７（Ｄ）は高負荷低回転の場合を示す。なお、横軸はクランク角を示しており、上死点（ＴＤＣ）よりも左が圧縮行程、右が膨張行程となっている。
【００４０】
本実施形態では、運転状態に応じて混合気に点火するタイミングを制御することによって、トーチ火炎の噴出タイミングを制御する（ステップＳ５０）。トーチ火炎は、副室内で点火された燃焼火炎が副室４０の内部を伝播し、副室内の圧力が主燃焼室内の圧力を上回ったときに噴孔４３から噴出する。したがって、空燃比や燃焼室内の圧力などの影響を受け、副室４０で着火してから主燃焼室３０にトーチ火炎が噴出するまでの時間が変化する。
【００４１】
具体的には、運転状態が低負荷の場合には混合気が希薄であるため、副室内の燃焼圧力が低下する。そのため、圧縮行程ではトーチ火炎が噴出されずに主燃焼室内の圧力が低下する膨張行程となってから噴出する（図７（Ｂ））。さらに、低負荷かつ高回転の場合には主燃焼室内の圧力が高くなるため、副室内との圧力差がより増大する。したがって、混合気の点火からトーチ火炎の噴出までに、より多くの時間を要することとなる。そこで、トーチ火炎の噴出タイミングを早めるために、点火タイミングを進角させてトーチ火炎の噴出タイミングを調整している（図７（Ａ））。
【００４２】
一方、高負荷高回転の場合には高いエンジン出力が要求されるため、トーチ火炎の噴出タイミングを圧縮行程の終期となるように点火タイミングを進角させる（図７（Ｃ））。こうすることによって、燃焼圧力を最大限ピストン３２に伝達することができる。一方、高負荷であっても低回転の場合には点火タイミングを遅角化して膨張行程でトーチ火炎が噴出するように制御する（図７（Ｄ））。
【００４３】
図８は、本実施形態における燃焼制御をまとめた表である。
【００４４】
本実施形態では、運転状態が低負荷又は低回転の場合には、膨張行程でトーチ火炎を噴出させることによって、主燃焼室３０の外周側に向かうガス流動である逆スキッシュが生じている間に燃焼させる。また、運転状態が低負荷の場合には前述のように混合気をリーンとしているため、トーチ火炎の噴出速度が低下する。そのため、運転状態が低負荷の場合には燃焼速度を補うために生成するスキッシュ流を強化する。スキッシュ流は、前述のようにピストン３２の上死点位置を制御することによってその強さを調整することができる。こうすることで燃焼火炎を迅速に成長させることができ、燃焼性を向上させることができる。
【００４５】
一方、運転状態が高負荷かつ高回転の場合には最大限の燃焼圧力をピストン３２に伝達するため、圧縮行程においてピストン３２が上死点に到達する直前にトーチ火炎が噴出するように制御する。このとき、主燃焼室３０では中心方向に流れるガス流動である正スキッシュが生じている。正スキッシュは燃焼火炎の成長を妨げる方向にガス流動が生じるため、トーチ火炎がピストン冠面３２ａ及び主燃焼室３０の側面に到達することを防いで冷却損失を低減させることができる。
【００４６】
以上のように、ピストン３２の上死点位置はエンジン１０の要求負荷と回転速度に応じて調整される。本実施形態では、図８に示すように負荷が低いほどまたは回転速度が速いほどスキッシュ流を強化する。また、運転状態が低負荷の場合には燃料噴射量を少なくして混合気が希薄な状態で燃焼させるため、より燃焼速度が低下しやすくなる。そこで、本実施形態ではピストン３２の上死点位置の調整量はエンジンの回転速度よりも要求負荷による影響が大きくなるように制御する。したがって、低負荷かつ低回転の場合のほうが高負荷かつ高回転の場合よりもスキッシュ流が強化される。
【００４７】
本実施形態によれば、エンジンの要求負荷が低い場合にはピストンの上死点位置を上昇させることによってスキッシュ流を強化し、燃焼性を安定させることができる。このとき、燃焼室内の圧縮比も同時に高められるため希薄混合気限界が向上し、さらに燃焼性を安定させながら混合気を希薄化することができる。一方、要求負荷が高い場合にはトーチ火炎の成長を抑制することで冷却損失を低減させて燃費の向上を図ることができる。
【００４８】
また、トーチ火炎の噴出速度は供給される燃料量に比例し、エンジンの回転速度には依存しない。しかし、スキッシュ流はエンジンの回転速度に応じて強化されるため、これにともなって燃焼速度も速くなる。そこで、運転状態が高負荷かつ高回転の場合にはトーチ火炎がピストン冠面３２ａや主燃焼室３０の側面に到達することによって冷却損失が生じるおそれがある。そこで、上死点に到達する直前の圧縮行程でトーチ火炎が噴出されるように制御することによって、主燃焼室内に正スキッシュが発生している間に燃焼火炎を成長させ、トーチ火炎の到達距離を抑えて冷却損失を低減することができる。
【００４９】
さらに、吸気弁を閉弁するタイミングを遅角化して吸入空気量を増量させることによって、主燃焼室内の圧縮比を低下させ、ノッキングの発生を抑制することができる。
【００５０】
（第２実施形態）
図９は、本発明の第２実施形態を示す図であり、ピストン冠面３２ａに形成されたスキッシュ生成部の形状を示している。図９（Ａ）は断面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＢ−Ｂ断面図を示す。
【００５１】
なお以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００５２】
本実施形態では、スキッシュ生成部３５をピストン冠面３２ａに形成し、スキッシュ流の生成を補助する。する。その他の構成、燃料噴射量及び混合気の点火タイミングなどの制御については、第１実施形態と同様である。
【００５３】
図９（Ａ）に示すように、スキッシュ生成部３５はピストン冠面３２ａの外周部を隆起させ、ピストン３２が上死点に近づいたときに主燃焼室３０のルーフ面３０ａとの間隙が小さくなるように形成する。こうすることによって、第１実施形態と同様に燃焼室内にスキッシュ流を発生させることができる。また、スキッシュ生成部３５が主燃焼室３０のルーフ面３０ａと向き合う面をルーフ面３０ａと平行に形成することによって間隙をより少なくすることができるため、より効率よくスキッシュ流を生成させることができる。この間隙をスキッシュエリアという。
【００５４】
また、本実施形態では噴孔４３は副室４０の側壁面に等間隔に６箇所形成される。さらに、スキッシュ生成部３５は内側が略正六角形となるように形成される。このとき、図９（Ｂ）に示すようにトーチ火炎を噴出する噴孔４３からスキッシュ生成部３５まで距離が最短になるように形成される。したがって、噴孔４３から噴射されるトーチ火炎はスキッシュ生成部３５の内周側に形成される六角形の各辺の中点に向かって噴射されることとなる。
【００５５】
本実施形態によれば、トーチ火炎の成長方向のスキッシュエリアが拡大される。そのため、トーチ火炎の成長を阻害する方向にスキッシュ流が局所的に強化される。したがって、噴出されたトーチ火炎がピストン冠面３２ａ又は主燃焼室３０の側面に到達することを防いで冷却損失を低減することができる。
【００５６】
（第３実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態を示す図であり、ピストン冠面３２ａに形成されたスキッシュエリアの形状を示している。図１０（Ａ）は断面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ−Ｂ断面図を示す。
【００５７】
図１０（Ａ）に示すように、本実施形態でも第２実施形態と同様にスキッシュ生成部３５はピストン冠面３２ａの外周部を隆起させて形成する。また、本実施形態では図１０（Ｂ）に示すようにトーチ火炎の噴出方向の噴孔４３からスキッシュエリアまで距離が最短となるように形成されている。本実施形態でも第２実施形態と同様に噴孔４３が副室４０の側壁面に等間隔に６箇所形成されており、これに対応してスキッシュ生成部３５の内周面は略正六角形となるように形成される。本実施形態ではトーチ火炎の噴出方向にこの六角形の頂点が位置するように形成されるため、第２実施形態と比較してスキッシュ生成部３５を３０°回転させた形状となる。
【００５８】
本実施形態によれば、噴孔４３からスキッシュ生成部３５までの距離がもっとも長くなる。したがって、スキッシュ流によるトーチ火炎の成長の抑制だけでなく、物理的に主燃焼室３０の側面までの距離を長く確保することによって、冷却損失を低減することができる。
【００５９】
（第４実施形態）
図１１は、本発明の第４実施形態を示す図であり、ピストン冠面３２ａに形成されたスキッシュエリアの形状を示している。図１１（Ａ）は断面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図を示す。
【００６０】
図１１（Ａ）に示すように、本実施形態ではスキッシュ生成部３５の内側のピストン冠面３２ａについて、外周に向かうほど深さが深くなるように形成する。このとき、ピストン冠面３２ａの中央から外周に向かう傾斜角度がトーチ火炎の噴出角度すなわち噴孔４３が形成されている角度と略等しくなるようにする。
【００６１】
本実施形態によれば、スキッシュ生成部３５の内周部でピストン冠面３２ａがトーチ火炎の噴出方向と平行に形成されるために接触しにくくなり、冷却損失を低減することができる。
【００６２】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００６３】
例えば、ピストンの上死点位置を変更する手段として本実施形態のような複リンク式可変圧縮比エンジンを採用する以外にも、ピストン自身に油圧装置を組み込んでピストン冠面の高さを調整する機構やシリンダヘッドとシリンダブロック間の距離を調整する機構などを用いても同様の効果を得ることができる。
【００６４】
また、エンジンの冷却用水の温度を計測するセンサを備え、始動時など冷却用水の温度が低温であるときには、運転状態によらずにガス流動を強化することによって、燃焼性を向上させて主燃焼室の壁温を上昇させることができる。
【００６５】
さらに、本実施形態は主燃焼室と副室に同じ空燃比の混合気が供給される単一混合気型であるが、副室内には比較的濃い混合気を供給する複混合気型を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明による副室式エンジンの第１実施形態を示す図である。
【図２】スキッシュ流の生成及び副室からトーチ火炎が噴出する過程を説明する図である。
【図３】ピストンの上死点の位置を変更する仕組みを説明する図である。
【図４】本発明による制御ロジックのフローチャートである。
【図５】機関負荷と機関回転速度との関係においてスキッシュ流の増大及び低減を行なう領域を示す図である。
【図６】機関負荷と混合気の当量比との関係を示す図である。
【図７】副室内での混合気への点火タイミングと主燃焼室へのトーチ火炎の噴出タイミングとの関係を示す図である。
【図８】本発明における運転状態による制御の一覧表である。
【図９】本発明の第２実施形態のスキッシュ生成部の形状を説明する図である。
【図１０】本発明の第３実施形態のスキッシュ生成部の形状を説明する図である。
【図１１】本発明の第４実施形態のスキッシュ生成部の形状を説明する図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  エンジン
３０  主燃焼室
３０ａ  ルーフ面
３１  シリンダブロック
３１ａ  シリンダ
３２  ピストン
３２ａ  ピストン冠面
３５  スキッシュ生成部（スキッシュ流生成手段）
４０  副室
４１  燃料噴射弁
４２  点火プラグ
４３  噴孔
５０  シリンダヘッド
５５  吸気弁
５６  吸気ポート
７０  コントローラ（燃焼制御手段）
ステップＳ１０  運転状態検出手段
ステップＳ２０  スキッシュ流調整手段
ステップＳ３０  圧縮比低下手段
ステップＳ５０  燃焼制御手段
【図１】
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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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図２】
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【図７】
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