(57)【要約】【課題】  簡易な構成で熱効率を高めることができるエンジンの提供。【解決手段】  エンジン１００では、吸気行程において、一時的にシリンダ内の圧力を上昇させることによって、簡易な構造で、従来に比して、負の仕事量Ｗをより多く減少させることができる。また、吸気行程における一時的な爆発によって、シリンダ内の温度を上昇させることができる。このため、吸気行程に続く圧縮行程において、外部からの受熱量を低減することができる。これにより、簡易な構造で、エンジン１００における熱効率を高めることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気行程を有するエンジンであって、
前記吸気行程において、燃料を爆発させること、
を特徴とするエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに関し、特に、簡易な構成で熱効率を高めることができるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジンについて、図３に示すエンジンを用いて説明する。エンジンの各シリンダ１には、図外のピストンの作動に伴って容積変化する燃焼室２が形成され、この燃焼室２に対し、第１，第２の吸気ポート３，４と、第１，第２の排気ポート５，６と、混合気形成ポート７とが配設されている。また、燃焼室２の略中央部に点火プラグ８が設けられている。
【０００３】
また、混合気形成ポート７は、上記両吸気ポート３，４の間に位置し、点火プラグ８に近い位置で燃焼室２に開口している。
【０００４】
また、上記混合気形成ポート７の燃焼室２への開口部にはタイミング弁１５が設けられ、このタイミング弁１５によって混合気形成ポート７が吸気行程後半から圧縮行程前半の間に開かれるようになっている。すなわち、上記タイミング弁１５は、吸気弁１１，１２よりも遅れて開閉され、例えばクランク角で上死点後９０°〜下死点後９０°の期間に開かれるようになっている。
【０００５】
また、上記混合気形成ポート７は、加圧エア供給手段に接続されている。すなわち、図３に示す例によると、加圧エア供給手段として、空気を加圧供給するエアポンプ２０が設けられ、このエアポンプ２０に加圧エア供給通路２１が接続され、この加圧エア供給通路２１に各シリンダ１の混合気形成ポート７が連通している。上記加圧エア供給通路２１には調圧器２２が設けられている。
【０００６】
上記混合気形成ポート７には、タイミング弁１５の上流に燃料噴射弁２５が設けられ、この燃料噴射弁２５から噴射された燃料が、混合気形成ポート７内で、加圧エア供給通路２１から送り込まれる加圧エアと混合されて、混合気が形成されるようになっている。さらに、混合気形成ポート７における燃料噴射弁２５の上流に、上記加圧エアの流通を規制する絞り弁２６が設けられている。
【０００７】
上記絞り弁２６は、ダイヤフラム装置からなる負圧応動式のアクチュエータ２８に駆動軸３２を介して接続され、このアクチュエータ２８に対してバキュームタンク２９からの負圧を導く作動負圧導入通路３０が設けられ、この作動負圧導入通路３０中にデューティソレノイドバルブ３１が介設されている。このデューティソレノイドバルブ３１が、マイクロコンピュータ等からなるコントロールユニット（ＥＣＵ）３５に電気的に接続されている。
【０００８】
上記ＥＣＵ３５による運転状態に応じた絞り弁２６の制御は、エンジン回転速度との関係としては低速側で絞り弁２６の開度が小さく、高速側ほど絞り弁２６の開度が大きくなる（絞り量が少なくなる）ようにされる。また、エンジン負荷との関係としては、高負荷側ほど絞り弁２６の開度が大きくなるようにされる。従って、アイドリング領域およびその付近の低速低負荷領域で絞り弁２６の開度が最小となり、エンジン回転速度の上昇およびエンジン負荷の上昇につれて絞り弁２６の開度が大きくなる。
【０００９】
このような運転状態に応じた絞り弁開度特性は予めマップとしてＥＣＵ３５内のメモリに記憶されている。そして、エンジン回転数を検出する回転数センサ３６と、エンジンの軸トルクなどのエンジン負荷相当量を検出するエンジン負荷センサ３７とによって検出された運転状態とマップとの照合に基づいて絞り弁開度が決定され、それに応じてデューティソレノイドバルブ３１がデューティ制御されるようになっている。なお、上記ＥＣＵ３５は、燃料噴射弁２５に燃料制御信号を出力して、運転状態に応じた燃料噴射量の制御も行なうようになっている。
【００１０】
また、このエンジンには、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に導くＥＧＲ通路４１が設けられている。図１に示す例では２列のＥＧＲ通路４１が設けられて、その各上流端部が排気通路４０に接続され、ＥＧＲ通路４１の下流側部分は各シリンダ別に分岐している。
【００１１】
上記ＥＧＲ通路４１の下流端部４０ａは、上記混合気形成ポート７における絞り弁２６とタイミング弁１５との間の位置に開口している。ＥＧＲ通路４１の途中には、混合気形成ポート７側から排気通路４０側へのガスの逆流を防止するチェックバルブが設けられている。
【００１２】
以上のような従来のエンジンによると、上記混合気形成ポート７には、エアポンプ２０から加圧エアが導かれるとともに、燃料噴射弁２５から燃料が噴射供給され、タイミング弁１５の開弁期間中に、燃料と加圧エアとが混合されつつ燃焼室２に供給される。そして、混合気形成ポート７の絞り弁２６がこのポート７を絞っている状態では、タイミング弁１５が開かれたときに、絞り弁２６の下流の混合気形成ポート７に貯えられていた加圧エアと燃料との混合気が燃焼室２に流入するが、後続の加圧エアの流通が絞り弁２６で制限されることにより、貫徹力が適度に弱められて、燃焼室２に流入した混合気が点火プラグ８付近にとどまり、良好な成層化状態が得られる。
【００１３】
従って、混合気形成ポート７での加圧エアとの混合で燃料が微粒化され、かつ成層化が達成されることにより、希薄燃焼が良好に行われ、リーンリミット（希薄燃焼限界の空燃比）が高められる。
【００１４】
上記絞り弁２６は、エンジン回転速度に応じ、高速側ほど開度が大きくされることにより、混合気形成ポート７から燃焼室２に流入するエア量が適度に調整される。つまり、上記混合気形成ポート７においては流通抵抗が大きく、また、タイミング弁１５の開弁期間はクランク角では一定であるが時間的にはエンジン回転速度が高くなるにつれて短くなることから、絞り弁２６の開度が一定であれば、エンジン回転速度が高くなるにつれ、混合気形成ポート７のエア流量が減少し、混合気が過濃になる傾向がある。これに対し、高速側ほど絞り弁２６の開度が大きくされることにより、混合気形成ポート７から燃焼室２に供給される混合気の空燃比が適度に調整されることとなる。
【００１５】
また、上記タイミング弁１５の開弁期間中に、排気圧力と絞り弁２６の下流の混合気形成ポート７内の圧力との圧力差によってＥＧＲガスが混合気形成ポート７に導入され、このＥＧＲガスによりＮＯｘが低減される。さらに、上記のように希薄燃焼が良好に行われつつ、ＥＧＲガスで吸気負圧が小さくされることによりポンピングロスが低減される（以上、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平６−２０７５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
前述のエンジンには、以下に示すような改善すべき点がある。前述のエンジンでは、ＥＧＲガスを混合気形成ポート７に導入することによって、ポンピングロスを低減している。これは、図４のＰ−Ｖ線図に示すように、吸入行程おける圧力低下をＥＧＲガスの導入によって低減し、従来に比して、負の仕事量Ｗ１を低減し、熱効率を高めようとするものである。しかしながら、前述のエンジンでは、負の仕事量を低減できておらず、結果として、十分に熱効率をたかめることができていない、という改善すべき点がある。
【００１８】
また、前述のエンジンのように、吸入行程における負の仕事量を低減するために、ＥＧＲガスを吸気側である混合気形成ポート７に導入しようとすると、ＥＧＲ通路４１やチェックバルブ等の特別な構成が必要となりコストがかかる、という改善すべき点がある。
【００１９】
また、一般に、図３に示すようなレシプロエンジンでは、圧縮行程においてシリンダーボアの壁面から受熱するため、熱効率が低下する、という改善すべき点がある。
【００２０】
そこで、本発明は、簡易な構成で熱効率を高めることができるエンジンを提供することを目的とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明における課題を解決するための手段及び発明の効果を以下に示す。
【００２２】
本発明に係るエンジンは、吸気行程を有するエンジンであって、前記吸気行程において、燃料を爆発させること、を特徴とする。
【００２３】
これにより、吸気行程において、一時的にシリンダ内の圧力を上昇させることによって、簡易な構造で、従来に比して、負の仕事量Ｗをより多く減少させることができる。また、吸気行程における一時的な爆発によって、シリンダ内の温度を上昇させることができる。このため、簡易な構造で、吸気行程に続く圧縮行程において、外部からの受熱量を低減し、熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るエンジンの一実施例であるエンジン１００を簡易に示す図である。
【図２】本発明に係るエンジン１００のＰ−Ｖ線図である。
【図３】従来のエンジンを示す図である。
【図４】従来のエンジンのＰ−Ｖ線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明していく。
【実施例１】
【００２６】
本発明に係るエンジンの一実施形態であるエンジン１００について、図１を用いて説明する。図１は、エンジン１００のシリンダーヘッド側の構成を示している。エンジン１００は、４つのシリンダを有する４気筒エンジンである。なお、エンジン１００の構成については、４つのシリンダのいずれも同様の構成を有しているため、１つのシリンダについてのみを対象として説明する。  エンジン１００は、シリンダーヘッド１０１、第１吸気ポート１０２、第２の吸気ポート１０３、第１排気ポート１０４、第２排気ポート１０５、混合気形成ポート１０６、点火プラグ１０７、第１吸気弁１１１、第２吸気弁１１２、第１排気弁１１３、第２排気弁１１４、タイミング弁１１５、統合吸気通路１１６、スロットル弁１１７、燃料噴射装置１２１、エアポンプ１２２、加圧エア供給通路１２３、調圧器１２４、ＥＣＵ１３１、回転数センサ１３２、及び、エンジン負荷センサ１３３を有している。なお、エンジン１００は、図示しないシリンダーブロック、ピストン、コンロッド、クランクシャフト等の部品を有している。
【００２７】
シリンダーヘッド１０１は、燃焼室、及び、第１吸気ポート１０２、第２の吸気ポート１０３、第１排気ポート１０４、第２排気ポート１０５、及び、混合気形成ポート１０６、それぞれと燃焼室を連通する開口を有している。また、シリンダーヘッド１０１は、点火プラグ１０７を取り付けるための開口を有している。
【００２８】
第１吸気弁１１１は、第１吸気ポート１０２に連通するシリンダーヘッド１０１の開口に沿って配置される。第２吸気弁１１２、第１排気弁１１３、及び、第２排気弁１１４についても同様である。なお、第１吸気弁１１１、第２吸気弁１１２、第１排気弁１１３、及び、第２排気弁１１４は、カムシャフト等からなる動弁機構（図示せず）により作動される。
【００２９】
タイミング弁１１５は、混合気形成ポート１０６に連通するシリンダーヘッド１０１の開口に沿って配置される。
【００３０】
統合吸気通路１１６は、第１吸気ポート１０２、第２吸気ポート１０３に接続する。統合吸気通路１１６は、外部からエアを取得し、第１吸気ポート１０２、第２吸気ポート１０３に流す。スロットル弁１１７は、統合吸気通路１１６に配置される。スロットル弁１１７は、運転者のアクセル操作に応じて作動して吸入するエアの量を調節する。
【００３１】
燃料噴射装置１２１は、混合気形成ポート１０６におけるタイミング弁１１５の上流側に配置される。燃料噴射装置１２１は、所定のタイミングで、混合気形成ポート１０６に燃料を噴射する。混合気形成ポート１０６に噴射された燃料は、加圧エア供給通路１２３から送り込まれる加圧エアと混合し、混合気を形成する。
【００３２】
エアポンプ１２２は、外部から取得したエアを加圧し、下流側に供給する。加圧エア供給通路１２３は、エアポンプ１２２に接続する。加圧エア供給通路１２３は、エアポンプ１２２から取得した加圧されたエアを、混合気形成ポート１０６に供給する。なお、加圧エア供給通路１２３には、調圧器１２４が配置されている。
【００３３】
ＥＣＵ１３１は、エンジン回転数を検出する回転数センサ１３２と、エンジンの軸トルクなどのエンジン負荷相当量を検出するエンジン負荷センサ１３３等から情報を取得する。ＥＣＵ１３１は、取得した情報に基づいて運転状態を判断し、エアポンプ１２２の動作のタイミング、燃料噴射装置１２１から燃料を噴射するタイミング、点火プラグ１０７を点火するタイミング等を決定し、エアポンプ１２２に対して動作を指示し、燃料噴射装置１２１に対して燃料噴射を指示し、また、点火プラグ１０７に対して点火を指示する。
【００３４】
ここで、ＥＣＵ１３１は、以下の動作を実行する。ＥＣＵ１３１は、エンジン１００の吸気行程の所定のタイミングで、燃料噴射装置１２１から少量の燃料を噴出し、混合気を形成し、燃焼室に供給する。また、ＥＣＵ１３１は、混合気が燃焼室に供給された段階で、点火プラグ１０７を点火し、小さい爆発を発生させる。このように、吸気行程に小さい爆発を発生させることによって、シリンダ内の圧力を上昇させることができる。また、シリンダ内の温度についても、一時的に上昇させることができる。
【００３５】
図２に、エンジン１００におけるＰ−Ｖ線図を示す。図２に示すように、吸気行程において、一時的にシリンダ内の圧力を上昇させることによって、簡易な構造で、従来に比して、負の仕事量Ｗをより多く減少させることができる。
【００３６】
また、吸気行程における一時的な爆発によって、シリンダ内の温度を上昇させることができる。このため、吸気行程に続く圧縮行程において、外部からの受熱量を低減することができる。これにより、簡易な構造で、エンジン１００における熱効率を高めることができる。
【００３７】
なお、ＥＣＵ１３１における吸気行程における燃料噴出のタイミング、点火のタイミング、エアポンプ１２２の動作のタイミング等については、回転数センサ１３２、エンジン負荷センサ１３３を介して取得する情報によって、適宜、決定する。
【００３８】
［その他の実施形態］
（１）エンジン１００の構成：前述の実施例１においては、エンジン１００は混合気形成ポート１０６を介して燃料を取得するとしたが、吸気行程を有し、燃料噴出のタイミング、点火のタイミングを制御できるものでえあれば、例示のものに限定されない。
【００３９】
（２）エアポンプ１２２：前述の実施例１においては、エアポンプ１２２を用いて混合気形成ポート１０６に圧縮されたエアを供給するとしたが、混合気形成ポート１０６にエアを供給できるものであれば、例示のものに限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係るエンジンは、例えば、自動車に用いることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１００      エンジン
１０１      シリンダーヘッド
１０２      第１吸気ポート
１０３      吸気ポート
１０３      第２吸気ポート
１０４      第１排気ポート
１０５      第２排気ポート
１０６      混合気形成ポート
１０７      点火プラグ
１１１      第１吸気弁
１１２      第２吸気弁
１１３      第１排気弁
１１４      第２排気弁
１１５      タイミング弁
１１６      統合吸気通路
１１７      スロットル弁
１２１      燃料噴射装置
１２２      エアポンプ
１２３      加圧エア供給通路
１２４      調圧器
１３１      ＥＣＵ
１３２      回転数センサ
１３３      エンジン負荷センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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