(57)【要約】【課題】エンジンの幅広い運転状態において、好適なトーチ噴射を行う手段を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、主燃焼室４０と、上死点付近においてシリンダヘッド３０とピストン３２とによって構成される副燃焼室４４と、副燃焼室４４内で点火を行う点火手段４１と、ピストン３２の上死点位置を可変として、機関圧縮比を変更する可変圧縮比手段と、主燃焼室４０と副燃焼室４４とを連通し、ピストン３２の上死点位置に応じて開口面積が変化する連通路４３と、連通路４３の開口面積を機関運転状態に応じて制御する制御手段５０と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2007285273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃焼室と、
上死点付近においてシリンダヘッドとピストンとによって構成される副燃焼室と、
前記副燃焼室内で点火を行う点火手段と、
前記ピストンの上死点位置を可変として、機関圧縮比を変更する可変圧縮比手段と、
前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通し、前記ピストンの上死点位置に応じて開口面積が変化する連通路と、
前記連通路の開口面積を機関運転状態に応じて制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする副室式内燃機関。
【請求項２】
前記連通路の開口面積は、前記機関圧縮比が高圧縮比になるほど小さくなる
ことを特徴とする請求項１に記載の副室式内燃機関。
【請求項３】
前記主燃焼室は、その頂壁に傾斜面を有するペントルーフ形であり、
前記連通路は、前記傾斜面と同じ傾斜となるように構成される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の副室式内燃機関。
【請求項４】
前記シリンダヘッドは、主燃焼室へ向けて突設された環状の隔壁部を有し、
前記ピストンは、その冠面に、前記隔壁部に対向するように突設された環状の突出部を有し、
前記副燃焼室は、上死点付近において前記隔壁部と前記突出部との内側に形成され、
前記連通路は、上死点付近における前記隔壁部と前記突出部との対向間隙である
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載の副室式内燃機関。
【請求項５】
前記隔壁部は、前記主燃焼室の頂壁中心に配設された前記点火手段を取り囲んで形成される
ことを特徴とする請求項４に記載の副室式内燃機関。
【請求項６】
シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を有し、
圧縮行程中の所定の燃料噴射時期に前記突出部の内側へ向けて燃料を噴射する
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の副室式内燃機関。
【請求項７】
シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を有し、
圧縮行程中の所定の燃料噴射時期における燃料噴霧の少なくとも一部が前記突出部の内側へ流入するように燃料を噴射する
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の副室式内燃機関。
【請求項８】
前記制御手段は、前記連通路の開口面積を前記機関運転状態が低負荷のときほど小さくする
ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１つに記載の副室式内燃機関。
【請求項９】
前記制御手段は、前記連通路の開口面積を前記機関運転状態が高回転のときほど小さくする
ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１つに記載の副室式内燃機関。
【請求項１０】
前記可変圧縮比手段は、
一端が前記ピストンにピストンピンを介して連結される第１リンクと、
一端が前記第１リンクの他端に連結されるとともに、クランクシャフトに回転自由に装着される第２リンクと、
一端が前記第２リンクの他端に連結される第３リンクと、
回転中心軸に対して偏心した偏心軸部を有し、その偏心軸部に前記第三リンクの他端を揺動自由に連結するコントロールシャフトとを備え、
前記機関運転状態に基づいて、前記コントロールシャフトを回転して前記偏心軸部を上下動することで、前記ピストンの上死点位置を変更して圧縮比を変更させる
ことを特徴とする請求項１から９までのいずれか１つに記載の副室式内燃機関。
【請求項１１】
前記ピストンのストローク特性を略単振動とするように、前記第１リンク、第２リンク及び第３リンクのリンク構成を設定する
ことを特徴とする請求項１０に記載の副室式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は副室式エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から副燃焼室内で点火を行いトーチ状の火炎を主燃焼室内に噴射すること（以下「トーチ噴射」という）で燃焼期間を短縮し、燃焼の安定化を図った副室式エンジンが知られている。副室式エンジンは、特に低負荷運転時や希薄空燃比運転、ＥＧＲ導入運転といった燃焼速度が低下する状態においてもトーチ噴射によって急速燃焼を行うことができる。そのため、安定した燃焼を行うことができ、かつ等容度の低下を抑制して高い熱効率を得ることができる。このような副室式エンジンにおいて、副燃焼室の開口面積をピストンの下降に伴って可変とすることで、トーチ噴射の時期を制御する技術が公知である（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−２３１６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述した従来の副室式エンジンでは、副燃焼室の開口面積は、あるクランク角度に対して常に同じ開口面積となる。そのため、エンジンの回転速度や負荷に応じたトーチ噴射の制御が困難となる。したがって、高負荷運転時や理論空燃比時またはＥＧＲ非導入時等の元々燃焼速度が速い状態ではトーチ噴射が強すぎて過剰な急速燃焼となり燃焼騒音が問題となる可能性がある。
【０００４】
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、エンジンの幅広い運転状態において、好適なトーチ噴射を行うことのできる手段の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、主燃焼室と、上死点付近においてシリンダヘッドとピストンとによって構成される副燃焼室と、前記副燃焼室内で点火を行う点火手段と、前記ピストンの上死点位置を可変として、機関圧縮比を変更する可変圧縮比手段と、前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通し、前記ピストンの上死点位置に応じて開口面積が変化する連通路と、前記連通路の開口面積を機関運転状態に応じて制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、上死点付近においてシリンダヘッドとピストンとによって副燃焼室を構成し、また主燃焼室と副燃焼室とを連通する連通路の開口面積がピストン上死点位置によって変化するように構成する。そのため、可変圧縮比手段によって上死点位置を変更することで、主燃焼室と副燃焼室の連通路の開口面積を制御できる。つまり、開口面積をエンジン運転状態に応じて任意に調整できるため、エンジンの幅広い運転状態において好適なトーチ噴射を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、本発明による副室式エンジン１の要部を示す図である。
【０００９】
副室式エンジン１は、シリンダブロック３１と、その頂部を覆うシリンダヘッド３０とを備える。シリンダブロック３１には、複数のシリンダ３１ａが形成される。シリンダ３１ａには、ピストン３２が摺動自在に嵌合する。これらシリンダヘッド３０とシリンダブロック３１とピストン３２とによって、ペントルーフ形の主燃焼室４０が区画形成される。
【００１０】
主燃焼室４０の２つの傾斜面４０ａにそれぞれ開口するように、吸気通路６０と排気通路７０とが形成される。吸気通路６０の開口を吸気バルブ８１が開閉し、排気通路７０の開口を排気バルブ８２が開閉する。
【００１１】
主燃焼室４０の頂壁中心には、点火栓４１（点火手段）と点火栓４１を囲む円筒部材（環状の隔壁部）４２とが配設される。この円筒部材４２に対応させて、ピストン冠面３３には環状の突出部３２ａが形成される。つまり、円筒部材４２の下面４２ａと突出部３２ａの上面１３２ａとが対向するように、ピストン冠面３３に環状の突出部３２ａを形成する。円筒部材４２と環状の突出部３２ａとの対向部は、ピストン３２の上死点において所定の間隙４３を持つように形成される。
【００１２】
このような構成により、ピストン３２の上死点付近において、円筒部材４２と突出部３２ａとの内側に副燃焼室４４が形成される。副燃焼室４４は、円筒部材４２と突出部３２ａとに対向する間隙４３を連通路（以下この間隙を「連通路４３」という）として、主燃焼室４０と連通する。そのため、副燃焼室４４内の混合気が点火栓４１によって着火されると、連通路４３からトーチ状の火炎が主燃焼室４０内に噴射される。図２は、図１の破線で囲まれた部分の拡大図である。これを参照して、上記連通路４３についてさらに説明する。
【００１３】
図２に示すように、円筒部材４２の下面４２ａと突出部３２ａの上面１３２ａとは互いに平行で、かつ、ペントルーフ形の主燃焼室４０の２つの傾斜面４０ａと同じ傾斜に形成される。そのため、連通路４３からのトーチ噴射が、矢印で示したように傾斜面４０ａと平行に噴射される。このように、連通路４３からのトーチ噴射が、傾斜面４０ａと平行に噴射されるため、傾斜面４０ａ及びピストン冠面３３に衝突しづらくなる。したがって、燃焼ガスの熱量の主燃焼室４０の壁面やピストン３２への伝熱量を低減でき、冷却損失を低減できる。
【００１４】
この場合、図３に示すように上死点付近で、円筒部材４２と突出部３２ａとの対向部に連通路４３が形成されるが、図３において斜線で示した連通路４３の側面の面積（トーチ噴射の噴口の面積。以下「開口面積」という）を小さくするほど、トーチ噴射の際の絞り効果が強くなるため、トーチ噴射の流速を速くすることができる。そこで本発明では、ピストン３２の上死点位置を運転状態に応じて変化させ、トーチ噴射の流速をそのときの運転状態に対して最適となるようにする。
【００１５】
図４は、ピストン上死点位置を変化させるため、ピストンとクランクシャフトとを２つのリンクで連結する複リンク機構による可変圧縮比機構(以下「複リンク式可変圧縮比機構」という)（可変圧縮比手段）を備える副室式エンジン１である。
【００１６】
複リンク式可変圧縮比機構は、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(第１リンク)１１、ロアリンク(第２リンク)１２)で連結するとともに、コントロールリンク(第３リンク)１３でロアリンク１２を制御して圧縮比を変更する。
【００１７】
アッパリンク１１は、その上端がピストンピン２１を介してピストン３２と連結し、その下端が連結ピン２２を介してロアリンク１２の一端と連結する。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。
【００１８】
ロアリンク１２は、その一端が連結ピン２２を介してアッパリンク１１に連結し、その他端が連結ピン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、その略中央の連結孔に、クランクシャフト３３のクランクピン３３ｂが挿入され、クランクピン３３ｂを中心軸として揺動する。ロアリンク１２は左右の２部材に分割可能である。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が揺動自在に連結する。
【００１９】
コントロールリンク１３は、その一端が連結ピン２３を介してロアリンク１２に連結し、その他端が連結ピン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、そのギアがアクチュエータ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、連結ピン２４が移動する。
【００２０】
また、エンジン１０の吸気通路６０には、上流から順にエアフロセンサ６１と、スロットルバルブ６２と、燃料噴射弁６３とが設けられる。スロットルバルブ６２は開度に応じて新気量を調整する。このときエアフロセンサ６１が検出した新気量に応じて、燃料噴射弁６３は燃料を噴射する。
【００２１】
エンジン１０の排気通路７０には、ＥＧＲ装置７１が設けられる。ＥＧＲ装置７１はＥＧＲバルブ７１ａと、ＥＧＲ通路７１ｂとを有する。ＥＧＲバルブ７１ａは開度に応じてＥＧＲガス量を調整する。ＥＧＲ通路７１ｂは、排気通路７０とスロットルバルブ６２下流の吸気通路６０とを連通する。ＥＧＲ装置７１によって、排気通路７０を流れる排気の一部を吸気通路６０に戻し、排気中のＮＯｘを低減する（外部ＥＧＲ）。さらに、図示しないバルブタイミング可変機構により吸気バルブ８１の開閉時期を調整し、吸気バルブ８１及び排気バルブ８２のバルブオーバーラップを大きくすることで燃焼ガスの一部を吸気通路６０に戻す(内部ＥＧＲ)。これにより、燃焼室内の酸素濃度を低くしてシリンダ内での燃焼を緩やかし、燃焼温度を下げることで排気中のＮＯｘを低減する。
【００２２】
前記圧縮比、燃料噴射量、点火時期及びＥＧＲ量等を運転状態に応じて最適に制御するためにコントローラ５０が備えられる。コントローラ５０（制御手段）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。コントローラ５０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を回転させて圧縮比を変更する。また、コントローラ５０は吸気ポートに設けられた燃料噴射弁４１の燃料噴射を、シリンダヘッドに設けられた点火栓４１の点火時期をそれぞれ制御する。さらには、吸気バルブ８１の開閉時期を制御して内部ＥＧＲ量を調整し、あるいはＥＧＲバルブ７１ａの開度を制御して外部ＥＧＲ量を調整する。
【００２３】
図５は複リンク式可変圧縮比機構による圧縮比変更方法を説明する図である。
【００２４】
複リンク式可変圧縮比機構は、コントロールシャフト２５を回転して連結ピン２４の位置を変更することで、圧縮比を変更できる。例えば図５(Ａ)、図５(Ｃ)に示すように連結ピン２４を位置Ｐにすれば、上死点位置(ＴＤＣ)が高くなり高圧縮比になる。同時に、このように高圧縮比になると、ピストン３２の上死点において、円筒部材４２と突出部３２ａとの連通路４３は相対的に狭くなる。つまり、連通路４３の開口面積が小さくなる。
【００２５】
そして図５(Ｂ)、図５(Ｃ)に示すように、連結ピン２４を位置Ｑ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(ＴＤＣ)におけるピストン３２の位置が下降する。したがって圧縮比が低圧縮比になる。低圧縮比になると、ピストン３２の上死点において、円筒部材４２と突出部３２ａとの連通路４３は相対的に広くなる。つまり、連通路４３の開口面積が大きくなる。
【００２６】
また複リンク式可変圧縮比機構によるエンジンは、圧縮比が一定である通常のエンジン(以下「ノーマルエンジン」という)に比べて、ピストンが上死点付近に滞在する期間が長いという特性がある。この特性によって、ノーマルエンジンと比べて、高圧縮比にしてもノッキングが生じにくく、また超希薄燃焼であっても比較的大きな燃焼エネルギを得ることができ、燃焼性が安定する。この点について、図６を参照して説明する。
【００２７】
図６は、複リンク式可変圧縮比機構のピストン挙動を示す図であり、図６(Ａ)は図６(Ｂ)の実線部の拡大図である。図６には、ノーマルエンジンと同じ圧縮比にした複リンク式可変圧縮比機構のピストン挙動が細実線で示されている。
【００２８】
ピストン３２が上死点から所定の距離内にあるときを、ピストン上死点付近滞在期間と定義すると、図６から明らかなように複リンク式可変圧縮比機構は、同じ圧縮比であるノーマルエンジンに比べて、ピストン上死点付近滞在期間が長い。また、複リンク式可変圧縮比機構を高圧縮比に設定したときのピストン上死点付近滞在期間Ｌ１は、低圧縮比に設定したときのピストン上死点付近滞在期間Ｌ２よりも長い。すなわち図６(Ａ)において、Ｌ１＞Ｌ２である。
【００２９】
このように複リンク式可変圧縮比機構は、ノーマルエンジンに比べてピストン上死点付近滞在期間が長い。さらに高圧縮比にしたときのほうが、低圧縮比にしたときよりもピストン上死点付近滞在期間が長い。ピストン３２が上死点付近に長く滞在するということは、燃焼中に高圧縮状態が長く維持されるということである。高圧縮状態が長く維持されると、ノッキングを生じにくくなり、超希薄燃焼であっても比較的大きな燃焼エネルギを得ることができるので燃焼性が安定する。
【００３０】
さらに、ピストン３２が上死点付近に長く滞在するということは、クランク角度に対する連通路４３の開口面積の変化が小さいということである。開口面積の変化が小さければ、要求される点火時期がエンジン運転状態によって変わった場合であってもトーチ噴射の効果を維持しやすく、より燃焼性が安定する。
【００３１】
このように、本発明では、複リンク式可変圧縮比機構によって圧縮比を変更することで、連通路４３の開口面積を制御できる。そこで、本発明では、エンジン運転状態に応じて連通路４３の開口面積を可変制御し、常に適正なトーチ噴射となるようにしている。以下、本実施形態による開口面積（圧縮比）の制御について説明する。
【００３２】
図７は、エンジン回転速度とエンジン負荷から連通路４３の開口面積を決定するマップの特性図である。このマップは、連通路４３の開口面積を低回転・高負荷の領域ほど大きく、高回転・低負荷の領域ほど小さくなるように制御する。つまり、エンジン回転速度が同じであれば、エンジン負荷が高いほど開口面積が大きくなるように、コントローラ５０は副室式エンジン１の圧縮比を変更させる。この点について以下説明する。
【００３３】
低負荷運転時、希薄空燃比運転時及びＥＧＲ導入運転時などは燃焼温度が下がり、火炎伝播速度が遅くなる。つまり、燃焼速度が遅くなり等容度も低下する。また、燃焼速度が遅くなると燃焼期間が長くなるため、サイクルごとの燃焼期間の変動も増大する。つまり、サイクルごとの燃焼時期のばらつきが増大し、燃焼が不安定になる。そのため、エンジンの運転状態に応じたトーチ噴射制御を行う場合、低負荷運転時等は、燃焼の安定化と等容度維持のため、トーチ噴射の流速を速くすることが望ましい。
【００３４】
これに対し、高負荷運転時、理論空燃比運転時及びＥＧＲ非導入運転時などは、もともと燃焼速度は速い。したがって、トーチ噴射が強すぎると過剰な急速燃焼となり燃焼騒音が問題となる可能性がある。そのため、高負荷運転時等は、過剰な急速燃焼を避けるため、トーチ噴射の流速を低負荷運転時のときと比べて相対的に遅くすることが望ましい。
【００３５】
また、エンジン回転速度が高回転になるほど、サイクルの実時間は短くなる。そのため、トーチ噴射の流速は、低回転のときと比べて相対的に速くすることが望ましい。
【００３６】
したがって、要求されるトーチ噴射の流速は、エンジン運転状態が低回転・高負荷ほど遅く、高回転・低負荷ほど速くなる。ここで、トーチ噴射の流速は、連通路４３の開口面積が大きいほど遅く、小さいほど速くなる。よって、図７に示すように、連通路４３の開口面積はエンジン運転状態が低回転・高負荷のときほど大きく、高回転・低負荷のときほど小さくなるように制御される。
【００３７】
なお、エンジンの運転状態に応じた圧縮比制御を行う場合、エンジン運転状態が低回転・高負荷のときは、ノッキングを回避するために、低圧縮比（開口面積大）とすることが望ましい。一方、高回転・低負荷のときは、熱効率を上げるために高圧縮比（開口面積小）とすることが望ましい。これは、上述したエンジンの運転状態に応じたトーチ噴射制御を行う場合の開口面積の変化方向と一致する。
【００３８】
上述したように、エンジンの運転状態に応じたトーチ噴射制御を行う場合では、エンジン運転状態が低回転・高負荷のときは、トーチ噴射の流速を遅くするため、開口面積大（低圧縮比）とする。一方、高回転・低負荷のときは、トーチ噴射の流速を速くするため、開口面積小（高圧縮比）とする。つまり、エンジンの運転状態に対して最適となる圧縮比と開口面積の変化方向は共に一致する。そのため、可変圧縮比の効果と可変開口面積の効果を両立できる。
【００３９】
以上説明した本実施形態によれば、シリンダヘッド３０とピストン３２とによって副燃焼室を構成する。そのため、複リンク式可変圧縮比機構によって上死点位置を変更することで、連通路４３の開口面積を制御できる。つまり、開口面積を運転状態に応じて任意に調整できるため、エンジンの幅広い運転状態において好適なトーチ噴射を行うことができる。
【００４０】
また、開口面積の大小は、副燃焼室４４内に混合気を流入させる圧縮行程において、副燃焼室４４に混合気を流入させやすいか否かという点についてほとんど影響しない。さらにエンジン回転速度の高低も副燃焼室４４に混合気を流入させやすいか否かという点についてほとんど影響しない。つまり、開口面積を小さくしても、エンジン回転速度の高低によらず、副燃焼室４４に十分な混合気を流入させることができる。そのため、副燃焼室４４内の発熱量及び圧力の低下を防止でき、開口面積を小さくするほどトーチ噴射の流速を速くできる。その結果、トーチ噴射の流速を最大にするための開口面積がエンジン回転速度に依存せずにほぼ一定に決定できる。
【００４１】
連通路４３は、主燃焼室４０の頂壁から突出した円筒部材４２とピストン冠面３３に形成された円筒状の突出部３２ａとによって構成される。そのため、主燃焼室４０の頂壁及びピストン３２から離れた位置に連通路４３が形成され、そこからトーチ噴射が行われる。さらに、円筒部材４２の下面４２ａと突出部３２ａの上面１３２ａとは、ペントルーフ形の主燃焼室４０の２つの傾斜面４０ａと同じ傾斜に形成される。そのため、連通路４３からのトーチ噴射は傾斜面４０ａと平行に噴射される。したがって、トーチが壁面に接触しづらく、燃焼ガスの熱量のシリンダヘッド壁面及びピストン冠面への伝熱量を低減でき、冷却損失を低減できる。
【００４２】
複リンク式可変圧縮比機構によるエンジンは、ノーマルエンジンに比べて、ピストンが上死点付近に滞在する期間が長い。そのため、上死点付近において、クランク角度に対する連通路４３の開口面積の変化が小さい。開口面積の変化が小さければ、要求される点火時期がエンジン運転状態によって変わった場合であってもトーチ噴射の効果を維持しやすい。したがって、燃焼性を安定させることができる。
【００４３】
連通路４３の開口面積はエンジン運転状態が低回転・高負荷のときほど大きく（低圧縮比）、高回転・低負荷のときほど小さく（高圧縮比）なるように制御される。
【００４４】
このように、高負荷のときは、低圧縮比とすることで、ノッキングが回避できるとともに、開口面積は大となるので、トーチ流速が遅くなり過剰な急速燃焼を抑制できる。一方、低負荷のときは、高圧縮比とすることで熱効率を高めることができるとともに、開口面積は大となるので、トーチ流速が速くなり急速燃焼による燃焼安定化と等容度向上効果とを得ることができる。
【００４５】
また、高回転のときほど高圧縮比としてトーチ流速を速めることで、高回転ほどサイクルの短くなるのを抑制して、等容度を維持することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態は、第１実施形態と同様の構成であるが、エンジン運転状態が低回転・低負荷のときにＥＧＲ導入運転を行う点で第１実施形態と相違する。以下、図８を参照して、エンジン運転状態が比較的低回転・低負荷のときにＥＧＲ導入運転を行う場合の開口面積（圧縮比）の制御について説明する。
【００４７】
図８は、本発明の第２実施形態によるエンジン回転速度とエンジン負荷から連通路４３の開口面積を決定するマップの特性図である。このマップは、第１実施形態と同様に、連通路４３の開口面積を低回転・高負荷の領域ほど大きく、高回転・低負荷の領域ほど小さくなるように制御する。つまり、エンジン回転速度が同じであれば、エンジン負荷が高いほど開口面積が大きくなるように、コントローラ５０は副室式エンジン１の圧縮比を変更させる。図８において、ＥＧＲ導入運転を行う領域をＥＧＲ領域として、網掛けで区別してある。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
【００４８】
上述したように、低負荷運転時、希薄空燃比運転時及びＥＧＲ導入運転時などは燃焼温度が下がり、火炎伝播速度が遅くなる。つまり、燃焼速度が遅くなり等容度も低下する。また、燃焼速度が遅くなると燃焼期間が長くなるため、サイクルごとの燃焼期間の変動も増大する。つまり、サイクルごとの燃焼時期のばらつきが増大し、燃焼が不安定になる。
【００４９】
そのため、本実施形態のように、エンジン運転状態が比較的低回転・低負荷のときにＥＧＲ導入運転を行う場合には、ＥＧＲ導入運転を行わない場合(第１実施形態)と比べて、トーチ噴射の流速をより速くすることが望ましい。
【００５０】
したがって、図８に示すように、ＥＧＲ領域では、マップ傾斜をきつくして、第１実施形態よりも連通路４３の開口面積がより小さくなるように開口面積を制御する。
【００５１】
以上説明した本実施形態によれば、ＥＧＲ領域では、第１実施形態よりも連通路４３の開口面積がより小さくなるように開口面積を制御する。これにより、第１実施形態の効果に加えて、ＥＧＲ導入運転による等容度の悪化及び燃焼の不安定化を抑制することができる。
【００５２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図９を参照して説明する。本実施形態は、シリンダ３１ａ内に燃料を直接噴射する点で第１実施形態と相違する。以下その相違点について説明する。
【００５３】
図９は、本発明の第３実施形態による副室式エンジン１０１の要部を示す図である。図９のピストン位置は、圧縮行程中の所定の燃料噴射時期におけるピストン位置である。図９に示すように、シリンダヘッド３０には、シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１６３が設けられる。燃料噴射弁１６３は、圧縮行程中の所定の燃料噴射時期にピストン冠面３３に形成された突出部３２ａの内側２３２ａへ向けて燃料を噴射する。後述するように、このときの空燃比は、所定の希薄空燃比となるように燃料噴射量が制御される。
【００５４】
次に、本実施形態による開口面積（圧縮比）の制御について説明する。図１０は、本発明の第３実施形態によるエンジン回転速度とエンジン負荷とから連通路４３の開口面積を決定するマップの特性図である。本実施形態は、エンジン運転状態が低回転・低負荷のときに希薄空燃比運転を行う点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【００５５】
本実施形態では、エンジン運転状態が比較的低回転・低負荷のときに吸気行程中にのみ燃料噴射を行う第１希薄空燃比領域を有する。さらに、それより低負荷側のときに、吸気行程中の燃料噴射に加えて、圧縮行程中にピストン冠面３３に形成された突出部３２ａの内側２３２ａへ向けて燃料噴射を行う第２希薄空燃比領域を有する。図１０において、第１希薄空燃比領域（希薄１）と第２希薄空燃比領域（希薄２）とを網掛けで区別して示してある。
【００５６】
上述したように、低負荷運転時、希薄空燃比運転時及びＥＧＲ導入運転時などは燃焼温度が下がり、火炎伝播速度が遅くなる。つまり、燃焼速度が遅くなり等容度も低下する。また、燃焼速度が遅くなると燃焼期間が長くなるため、サイクルごとの燃焼期間の変動も増大する。つまり、サイクルごとの燃焼時期のばらつきが増大し、燃焼が不安定になる。
【００５７】
そのため、本実施形態のように、エンジン運転状態が比較的低回転・低負荷のときに希薄空燃比運転を行う場合には、希薄空燃比運転を行わない場合(第１実施形態)と比べて、トーチ噴射の流速をより速くすることが望ましい。
【００５８】
したがって、図１０に示すように、第１及び第２希薄空燃比領域では、マップの傾斜をきつくして、第１実施形態よりも連通路４３の開口面積がより小さくなるように開口面積を制御する。このとき、第２希薄空燃比領域では圧縮行程中にもピストン冠面３３に形成された突出部３２ａの内側２３２ａへ向けて燃料噴射が行われる。そのため、上死点付近において副燃焼室４４内に濃い混合気が形成される。したがって、圧縮行程中の燃料噴射がない第１希薄空燃比領域におけるトーチ噴射の流速と比べて、第２希薄空燃比領域におけるトーチ噴射の流速は相対的に速くなる。そのため、エンジン負荷の低下に対するマップの傾斜を第１希薄空燃比領域よりも緩やかにする。つまり、開口面積の縮小度合いを第１希薄空燃比領域よりも緩やかにする。
【００５９】
以上説明した本実施形態によれば、第１希薄空燃比領域よりも流速の速いトーチ噴射が要求される第２希薄空燃比領域において、圧縮行程中にもピストン冠面３３に形成された突出部３２ａの内側２３２ａへ向けて燃料噴射を行う。そのため、点火手段のある副燃焼室４４内にリッチな混合気を形成できる。したがって、着火をより安定させるとともに、より流速の速いトーチ噴射を行うことができる。よって第１実施形態の効果に加えて、低負荷領域において希薄空燃比運転を行う場合でも、急速燃焼による燃焼安定化と等容度向上効果とを得ることができる。
【００６０】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
例えば、第３実施形態において、圧縮行程中の所定の燃料噴射時期における燃料噴射がピストン冠面３３に形成された突出部３２ａの内側２３２ａへ向けて行われている。これを、圧縮行程中の所定の燃料噴射時期における燃料噴霧の少なくとも一部が突出部３２ａの内側２３２ａへ流入するように燃料を噴射してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による副室式エンジン１の要部を示す図である。
【図２】図１の破線で囲まれた部分の拡大図である。
【図３】本発明による副室式エンジン１の要部の斜視図である。
【図４】本発明による複リンク式可変圧縮比機構を備える副室式エンジン１を示す図である。
【図５】複リンク式可変圧縮比機構による圧縮比変更方法を説明する図である。
【図６】複リンク式可変圧縮比機構のピストン挙動を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるエンジン回転速度とエンジン負荷から連通路４３の開口面積を決定するマップの特性図である。
【図８】本発明の第２実施形態によるエンジン回転速度とエンジン負荷から連通路４３の開口面積を決定するマップの特性図である。
【図９】本発明の第３実施形態による副室式エンジン１０１の要部を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態によるエンジン回転速度とエンジン負荷とから連通路４３の開口面積を決定するマップの特性図である。
【符号の説明】
【００６２】
３０    シリンダヘッド
３２    ピストン
３２ａ  突出部
４０    主燃焼室
４０ａ  傾斜面
４１    点火栓（点火手段）
４２    円筒部材（環状の隔壁部）
４３    連通路
４４    副燃焼室
５０    コントローラ
１６３  燃料噴射弁
【図１】
2007285273.tif 000003
【図２】
2007285273.tif 000004
【図３】
2007285273.tif 000005
【図４】
2007285273.tif 000006
【図５】
2007285273.tif 000007
【図６】
2007285273.tif 000008
【図７】
2007285273.tif 000009
【図８】
2007285273.tif 000010
【図９】
2007285273.tif 000011
【図１０】
2007285273.tif 000012