(57)【要約】【課題】シリンダボア壁面に沿って断熱層を形成し、圧縮・燃焼行程における冷却損失を低減する。【解決手段】シリンダボア１２内に嵌装されたピストン１３にボア２３を設ける。ボア２３内にサブピストン２４を嵌装し、スプリング２５によりコンロッド２１側へと付勢する。サブピストン２４の下面をコンロッド２１に設けられたカム２２に当接させ、ピストン１３の昇降に合わせてサブピストン２４をボア２３内において昇降させる。ピストン１３内にボア２３とピストン１３の外周面とを連通するガス吸入通路２８を設ける。下死点近傍において、シリンダブロック１１に設けられたガス供給通路２９から、ガス吸入通路２８を介して断熱ガスをボア２３内へと供給する。サブピストン２４により圧縮されボア２３内の断熱ガスを圧縮行程においてピストン１３に設けられた噴出通路２６を介して噴出し、シリンダボア１２の内周面に沿った断熱層を形成する。【選択図】図１
2009127510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒のシリンダボア内に嵌装され、その内部にボアが形成されたピストンと、
前記ボア内に断熱用のガスを供給するガス供給手段と、
前記ボア内に嵌装され、前記ボア内のガスを圧縮するためのサブピストンとを備え、
前記ボア内で圧縮されたガスが、圧縮行程における所定のタイミングで前記ピストンから燃焼室内へと噴出されて前記シリンダボアの内周面に沿ってエアカーテンによる断熱層を形成し、前記所定のタイミングは前記断熱層が吸気気流による実質的な影響を受けないタイミングに設定される
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記ボア内で圧縮されたガスが、少なくとも圧縮行程前半部における吸気弁閉弁後の所定の期間に渡って前記ピストンから燃焼室内へと噴出されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記ガスの噴出が、前記吸気弁閉弁前に開始されることを特徴とする請求項２に記載の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記ガス供給手段が、シリンダブロックに設けられ前記シリンダボアの内周面に連通されるガス供給通路、および前記ピストンに設けられ前記ピストンの外周面から前記ボアへと連通されるガス吸入通路を介して前記ガスを前記ボア内へと供給し、前記ガス供給通路および前記ガス吸入通路は、前記ピストンが下死点にあるときに互いに重なり合い連通し、前記下死点を含む所定期間の間、前記ガスの供給が可能となることを特徴とする請求項２に記載の燃焼制御装置。
【請求項５】
前記ガス供給手段が、前記ガス供給通路の開閉を制御する調量弁を備え、前記調量弁の開閉により、前記ボアに供給されるガスの量が調整されることを特徴とする請求項４に記載の燃焼制御装置。
【請求項６】
前記ガス吸入通路が前記ピストンに設けられるピストンリングよりも下側において前記ピストンの外周面に連通することを特徴とする請求項４に記載の燃焼制御装置。
【請求項７】
前記ガスとしてＥＧＲガスが含まれることを特徴とする請求項１に記載の燃焼制御装置。
【請求項８】
前記ガス供給手段が、ＥＧＲガスとエアとを選択的に前記断熱ガスとして供給可能であり、ストイキ運転状態において前記ＥＧＲガスを供給し、リーン運転状態において前記エアを供給することを特徴とする請求項７に記載の燃焼制御装置。
【請求項９】
前記サブピストンが前記ピストンとクランクシャフトとを連接するコンロッドに設けられたカム機構により作動されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼制御装置。
【請求項１０】
前記ピストン内に前記ボアと前記ピストンの外周面とを連通するガス噴出通路が設けられ、前記ガスは前記ガス噴出通路を介して前記外周面から噴出されるとともに、前記ピストンの外周面と前記シリンダボアの内周面との間の隙間を通って前記燃焼室内へと噴出され前記シリンダボアの内周面に沿った前記断熱層を形成することを特徴とする請求項１に記載の燃焼制御装置。
【請求項１１】
前記ガス噴出通路に前記ガスの噴出方向を順方向とする逆止弁が設けられることを特徴とする請求項９に記載の燃焼制御装置。
【請求項１２】
前記ガス噴出通路が、前記シリンダボア径方向に対して周方向に向けて斜めに配置され、前記ガス噴出通路から噴出されるガスの流速が前記周方向への成分を有することを特徴とする請求項１０に記載の燃焼制御装置。
【請求項１３】
前記燃焼室内へと噴出されたガスが、前記ピストンからシリンダヘッドへと向かって前記内周面に沿って螺旋状に上昇して前記断熱層を形成することを特徴とする請求項１に記載の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダ内の燃焼を制御するための燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダボア壁面周辺にガスを噴射する構成としては、例えばノッキングの原因となる燃焼行程後半の燃焼を改善するために、点火と同時かその直後に高圧ポンプから高圧空気をシリンダボアの側壁から噴射してボア壁面周辺に乱流を形成し、壁面周辺の火炎伝搬速度を速めるものが提案されている。また、この構成において、筒内直接噴射型内燃機関では、同様に高圧空気を噴射して壁面周辺にエアカーテンを形成し、燃料の壁面への付着を防止している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−００３４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年では可変動弁系による可変吸気の利用や過給機の利用により、高圧縮比、高吸入空気量において運転される内燃機関が知られている。しかし、このような内燃機関では燃焼温度が上昇するため冷却損失が増大し燃焼効率が上がらないという問題がある。また、リーンバーンや大量ＥＧＲを利用した内燃機関では、ボア壁面周辺での温度低下により火炎が伝搬せず消炎し、未燃燃料が増大して燃費を悪化させるという問題がある。
【０００４】
このような問題に対しては、ボア壁面に沿って断熱層となるエアカーテンを形成して、ボア壁面を介した冷却損失を低減することによりボア周辺での消炎を防止することが考えられる。しかし、圧縮〜燃焼行程において効果的にエアカーテンを維持するには、形成されたエアカーテンが吸気気流の影響を受けない期間に断熱ガスを燃焼室内に噴出する必要がある。しかし、このような期間は一般に燃焼室の圧が高いため、上記特許文献１に記載のように高圧ポンプを別途設ける必要があり、コストの上昇、スペースの増大、燃費の悪化などの問題を発生する。
【０００５】
本発明は、別途高圧ポンプを設けること無く、シリンダボア壁面に沿って断熱層を形成し、圧縮・燃焼行程における冷却損失を低減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】
本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、各気筒のシリンダボア内に嵌装され、その内部にボアが形成されたピストンと、ボア内に断熱用のガスを供給するガス供給手段と、ボア内に嵌装され、ボア内のガスを圧縮するためのサブピストンとを備え、ボア内で圧縮されたガスが、圧縮行程における所定のタイミングでピストンから燃焼室内へと噴出されてシリンダボアの内周面に沿ってエアカーテンによる断熱層を形成し、この所定のタイミングは断熱層が吸気気流による実質的な影響を受けないタイミングに設定されることを特徴としている。
【０００７】
断熱層への吸気気流による影響を極力無くすには、ボア内で圧縮されたガスを吸気弁閉弁後から噴出することが好ましく、ガスは少なくとも圧縮行程前半部における吸気弁閉弁後の所定の期間に渡ってピストンから燃焼室内へと噴出することが好ましい。また、ガスの噴出は、吸気弁閉弁前に開始されてもよい。
【０００８】
ガス供給手段は、シリンダブロックに設けられシリンダボアの内周面に連通されるガス供給通路、およびピストンに設けられピストンの外周面からボアへと連通されるガス吸入通路を介してガスをボア内へと供給し、ガス供給通路およびガス吸入通路は、ピストンが下死点にあるときに互いに重なり合い連通し、下死点を含む所定期間の間、ガスの供給が可能となることが好ましい。これにより、加圧ポンプ等を設けることなく安定して断熱ガスをピストン内のボアに供給することができる。
【０００９】
ガス供給手段は、ガス供給通路の開閉を制御する調量弁を備え、調量弁の開閉により、ボアに供給されるガスの量が調整されることが好ましい。これにより、運転状態に合わせてガスの供給量を制御することが可能になるとともに、断熱ガスがクランク室へと漏れ出すことを防止できる。また、ガス吸入通路は、ピストンに設けられるピストンリングよりも下側においてピストンの外周面に連通することが好ましい。これにより、ピストンリングがガス供給通路の出口を往復することがなく、ピストンリングやシリンダボアの偏摩耗を防止できる。
【００１０】
空燃比への影響を抑えるために断熱ガスとして、例えばＥＧＲガスが使用される。更にガス供給手段は、例えばＥＧＲガスとエアとを選択的に断熱ガスとして供給可能であることが好ましく、ストイキ運転状態においてＥＧＲガスを供給し、リーン運転状態においてエアを供給する。これにより、空燃比に合った断熱ガスの供給を行うことが可能である。
【００１１】
サブピストンを、例えばピストンとクランクシャフトとを連接するコンロッドに設けられたカム機構により作動することにより、簡略な構成で断熱ガスを噴出する構成を得ることができる。
【００１２】
また、ピストン内に、ボアとピストンの外周面とを連通するガス噴出通路が設けられることが好ましく、ガスはガス噴出通路を介して外周面から噴出されるとともに、ピストンの外周面とシリンダボアの内周面との間の隙間を通って燃焼室内へと噴出されて、シリンダボアの内周面に沿った断熱層を形成することが好ましい。これにより、シリンダボア壁面に沿った断熱層を効果的に形成することができる。
【００１３】
更に、ガス噴出通路にガスの噴出方向を順方向とする逆止弁を設けることにより、ボア内において圧縮された空気を安定的に燃焼室内へと噴出することが可能である。またガス噴出通路は、シリンダボア径方向に対して周方向に向けて斜めに配置され、ガス噴出通路から噴出されるガスの流速が周方向への成分を有することが好ましい。
【００１４】
シリンダボアの内周面全体に均質に断熱層を形成するには、燃焼室内へと噴出されたガスは、ピストンからシリンダヘッドへと向かって内周面に沿って螺旋状に上昇して断熱層を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、別途高圧ポンプを設けること無く、シリンダボア壁面に沿って断熱層を形成し、圧縮・燃焼行程における冷却損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である内燃機関の構成を模式的に示すブロック図である。なお、図１には１つのシリンダ（気筒）の模式的、部分的な断面図が示されるが、内燃機関は従来周知のように複数のシリンダを備える。
【００１７】
内燃機関１０のシリンダブロック１１には、シリンダボア１２が複数設けられ、各シリンダボア１２には、ピストン１３が摺動自在に嵌挿される。シリンダブロック１１の上部はシリンダヘッド１４によって覆われ、シリンダヘッド１４には、各シリンダボア１２に連通する吸気ポート１５、排気ポート１６がそれぞれ設けられる。また吸気ポート１５には吸気弁１７が、排気ポート１６には排気弁１８がそれぞれ設けられる。
【００１８】
シリンダヘッド１４において、燃焼室の略中央頂面を形成する位置には、火花点火用の点火プラグ１９が設けられる。なお、図１においてインジェクタは図示されないが、インジェクタは例えばシリンダヘッド１４の所定の位置に配置され、シリンダボア１２内に直接燃料を噴射する。
【００１９】
ピストン１３の周囲には、例えば３本のピストンリング２０が嵌装され、ピストンリング２０はシリンダボア１２の内周面と接して燃焼室内の気密性を保つ。ピストン１３は、コンロッド２１を介してクランクシャフト（図示せず）に連結され、ピストン１３の上下運動を回転運動へと変換する。また、ピストン１３に軸支されるコンロッド２１の一端にはカム２２が設けられ、カム２２はピストン１３の上下運動によるコンロッド２１の揺動に合わせて回動する。
【００２０】
ピストン１３には、下側からボア２３が形成され、ボア２３内にはサブピストン２４が嵌挿される。サブピストン２４の冠面とボア２３の頂面との間には付勢部材であるスプリング２５が介装され、サブピストン２４は、下向き（コンロッド側）に付勢される。一方、スプリング２５により下向きに付勢されたサブピストン２４は、その底面においてカム２２に当接する。すなわち、サブピストン２４は、カム２２の回動に合わせてボア２３内を上下に往復する。
【００２１】
ボア２３の内周面であってボア頂面近傍には、ピストン１３の外周面へと連通する複数のガス噴出通路２６が形成される。ガス噴出通路２６は、サブピストン２４の動きにより圧縮されたボア２３内のガスをピストン１３の外周面からシリンダボア１２内へと噴出するための通路であり、ガス噴出通路２６から噴出されたガスは、後述するように、ピストン１３の外周面とシリンダボア１２との隙間を通して、断熱層（エアカーテン）を形成するガスとして燃焼室内へ噴出される（図２参照）。
【００２２】
したがって、ピストン１３の側面において、ガス噴出通路２６は、ピストンリング２０よりもピストン冠面に近い位置に設けられる。また、ガス噴出通路２６の各々には、ボア内側からボア外側へと向かう流れに沿った逆止弁２７が設けられ、燃焼室内からボア２３への逆流が防止されるとともに、ボア２３内の圧力が燃焼室内の圧力に対して所定値以上となったときのみボア２３内のガスが燃焼室内へと流通可能となる。
【００２３】
一方、ボア２３の内周面下側には、ピストン１３の外周面へと連通する例えば１つのガス吸入通路２８が形成される。ガス吸入通路２８は、ボア２３内へ断熱層形成のためのガスを供給する通路であり、その入口はピストン１３の外周面において、最下段のピストンリング２０よりも下側に設けられる。また、シリンダブロック１１には、ガス吸入通路２８へとガスを供給するためのガス供給通路２９が設けられ、ガス供給通路２９の出口は、シリンダボア１２の内周面において、ピストン１３が所定の位置にあるときに、ガス吸入通路２８の入口に重なる位置に形成される。
【００２４】
図１は、ピストン１３が下死点（ＢＴＤＣ１８０°）に位置するときの図であり、本実施形態では、この位置においてガス吸入通路２８の入口は、ガス供給通路２９の出口に略重なる。また、このときサブピストン２４もボア２３内において下死点に位置し、ボア２３に連通するガス吸入通路２８は、サブピストン２４によって閉塞されることなくボア２３内に露出する。したがって、ガス供給通路２９は、ガス吸入通路２８を介してボア２３へと連通され、ボア２３内へとガスを供給することが可能となる。なお、ガス吸入通路２８には、ガス供給通路２９側からボア２３側へと向かう逆止弁３０が設けられ、ボア２３内のガスがガス吸入通路２８を通して逆流することが防止される。
【００２５】
ガス供給通路２９には、排気系からのＥＧＲのガスを供給するＥＧＲガス供給通路３１と、吸気系からのエアを供給するエアガス供給通路３２とが接続され、それぞれの通路は、切替弁３３によって択一的に選択される。切替弁３３は例えばＥＣＵ３４によって制御される電磁弁であり、ストイキ運転時にはＥＧＲガス供給通路３１側が開弁されるとともにエアガス供給通路３２側が閉塞され、リーン運転時にはＥＧＲガス供給通路３１側が閉塞されるともにエアガス供給通路３２側が開弁される。すなわち、本実施形態では運転状態に合った断熱ガスをボア２３へと供給する。なお、図１には、ＥＧＲガス供給通路３１が閉塞され、エアガス供給通路３２が開弁された状態が示される。
【００２６】
また、ガス供給通路２９には、ＥＧＲガス供給通路３１またはエアガス供給通路３２から、ガス吸入通路２８へと供給されるガスの量を調整する調量弁３５が設けられる。すなわち、調量弁３５は、ガス供給通路２９の出口近傍に設けられ、例えばＥＣＵ３４によって制御される電磁弁である。調量弁３５が開弁されると、ガス供給通路２９からＥＧＲガスまたはエアが供給可能となり、ＥＣＵ３４は運転状態に合わせて開弁のタイミングおよび期間を調整し、ボア２３に供給されるガスの量を調整する。
【００２７】
次ぎに図２、図３を参照して、ボア２３内から断熱ガスが燃焼室内へと噴出され、ボア２３の内周面に沿ったエアカーテン（断熱層）が形成されるときの状態について説明する。図２は、図１の状態から遅角され、カム２２によってサブピストン２４が上死点に位置するときの図である（ピストン１３の圧縮行程内）。
【００２８】
図１の状態からピストン１３が上昇しＢＴＤＣ１８０°から遅角されると、図１においてカム２２は時計回りに回転され、サブピストン２４がスプリング２５の付勢力に抗して押し上げられる。これによりボア２３内に開口されたガス吸入通路２８は、サブピストン２４により閉塞されるとともに、ボア２３内に充填されたガスが圧縮される。
【００２９】
ボア２３内のガス圧が燃焼室内の圧力に対して所定値を超えると、ガス噴出通路２６に設けられた逆支弁２７が開弁され、ボア２３内のガスはガス噴出通路２６を介してピストン１３の外周部に噴出される。すなわち、サブピストン２４の行程や上下動のタイミング、および逆止弁２７が開弁する圧力は、断熱ガスが噴出されるタイミングが、吸気弁閉後となり、かつ噴出される断熱ガスがエアカーテンを形成するのに十分な圧力となるように設定される。なお断熱ガスを噴出する具体的なタイミングについては図５を参照して後述する。
【００３０】
噴出されたガスは、ピストン１３の外周面とシリンダボア１２の内周面との間に設けられた僅かな隙間（約０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ）を介してシリンダボア１２の内周面に沿って上昇し、燃焼室内においてシリンダボア１２の内周面全体を覆うようにエアカーテンＡを形成する。このとき、断熱層はシリンダボア１２の内周面全体に渡って均質であることが好ましいことから、本実施形態では、シリンダボア１２内へと噴出される断熱ガスをシリンダボア１２の内壁面に沿って螺旋状にシリンダヘッドに向けて上昇させる。
【００３１】
断熱ガスをシリンダボア内壁面に沿って螺旋状に上昇させるために、本実施形態では、ガス噴出通路２６から噴出される断熱ガスの流速が、シリンダボア１２の周方向に成分を持つようにガス噴出通路２６が構成される。すなわち、ガス噴出通路２６は、ピストン１３の外周部において、シリンダ径方向に対して周方向に向けて斜めに配置される。図３に、シリンダ軸に垂直な面におけるガス噴出通路２６の噴出口付近の配置を模式的に示す。図３の例では、４つのガス噴出通路２６から各々時計回りに断熱ガス（矢印）が噴出される様子が描かれる。なお、ガス噴出通路２６は、噴出される断熱ガスに上向きの流速成分を付加するために、更にピストン上方に向けて斜めに配置されていてもよく、その数もエアカーテンＡが内周面全体を覆うのに十分な数であればよい。
【００３２】
以上のようにガス噴出通路２６を配置することにより、ガス噴出通路２６から噴出された断熱ガスは、シリンダボア１２の内壁面に沿って螺旋状に上昇しながらエアカーテンＡを形成し、燃焼室内において、シリンダボア１２の内壁全体を略均質に覆う断熱層を形成する。なお、図４にシリンダボア１２の全周を覆うエアカーテン（断熱層）Ａの様子を、シリンダボア１２を軸方向上方から見たときの状態として模式的に示す。
【００３３】
次ぎに、図５のタイミングチャートを参照して、ピストン１３に対するサブピストン２４のストローク、調量弁３５の開弁動作、断熱ガス噴出のタイミングについて説明する。なお図５において、横軸はピストン１３の位置を示すクランク角に対応し、圧縮ＴＤＣから次の圧縮ＴＤＣまでの４ストロークの行程が、後半の圧縮ＴＤＣを基準として示される。
【００３４】
まず、ＢＴＤＣ５４０°の手前において排気弁１８が開弁され排気が開始され、ＢＴＤＣ５４０°を過ぎるとカム２２によるサブピストン２４の上下動が開始される。カム２２によって制御されるサブピストン２４のストローク運動ＳＴは、ピストン１３の下死点（ＢＤＣ）以後の所定のタイミング（例えばＡＢＤＣ５０°）で開始され、クランク角１８０°以内（本実施形態では９０°以内、具体的には８０°）で往復し、３６０°の範囲で１回往復するように設定される。
【００３５】
なお、燃焼、排気の行程では、調量弁３５は開弁されることなく、ボア２３内に断熱ガスが供給されることはない。また、排気行程では燃焼室内の圧が高いためボア２３内の圧力により逆止弁２７が開かれることはなく、ガス噴出通路２６からガスが噴出されることはない。
【００３６】
ＢＴＤＣ３６０°に至るとその手前で吸気弁１７が開かれ、その後排気弁１８が閉じられる。ピストン１３が再び下降し、下死点（ＢＤＣ）であるＢＴＤＣ１８０°に至ると、ピストン１３に設けられたガス吸入通路２８の入口が、シリンダブロック１１に設けられたガス供給通路２９の出口と重なり合いガス供給通路２９からのガスの供給が可能（ガス供給可能期間Ｔａ）となる。ガス供給可能期間Ｔａは、ＢＴＤＣ１８０°を中心にその前後に渡る所定期間であり、ガス吸入通路２８の入口の大きさと、ガス供給通路２９の出口の大きさによって決定される。
【００３７】
調量弁３５は、ガス供給可能期間Ｔａの範囲において開弁され、その期間Ｔｏは運転状態に対応して決定される。運転状態と期間Ｔｏの関係は、例えば制御マップとしてメモリに予め記憶され、ＥＣＵ３４は、マップを参照して期間Ｔｏを決定する。なお図６に運転状態と期間Ｔｏの関係の一例を示す。
【００３８】
図６において、横軸はエンジン回転数であり、縦軸はエンジン負荷である。曲線Ｓは、内燃機関１０が取り得る運転状態の限界を示すもので、内燃機関１０は曲線Ｓよりも内側の領域で運転される。断熱制御は領域Ｄで行なわれ、それ以外の領域であるシリンダ圧力が高く、断熱ガスの供給が困難な高負荷領域では行なわれない。また、断熱制御領域Ｄに示される直線Ｌ１〜Ｌ３は期間Ｔｏの等値線であり、図６には一例として５ｍｓ、３ｍｓ、２ｍｓに対応する等値線が直線として描かれる。なお等値線は直線に限定されるものではない。マップは、図６の断熱制御領域Ｄに対応して作成され、空燃比等を考慮してＥＧＲガスを用いる場合、エアを用いる場合にそれぞれ対応して作成される。
【００３９】
調量弁３５は、例えばガス供給可能期間Ｔａの開始と同時に開弁され、マップデータに基づく所定の期間Ｔｏに渡って、ボア２３内に断熱ガスが供給される。下死点（ＢＤＣ）に対応するＢＴＤＣ１８０°を過ぎると、カム２２の作用によりサブピストン２４のストローク運動ＳＴが再び開始され、ボア２３内に供給されたガスが圧縮される。
【００４０】
図５の例では、期間Ｔｏの終了後、ＢＴＤＣ１３０°（ＡＢＤＣ５０°）でサブピストン２４のストローク運動ＳＴが開始され、ＢＴＤＣ１２０°（ＡＢＤＣ６０°）で吸気弁１７が閉じられる。サブピストン２４のストローク運動ＳＴは、ＢＴＤＣ９０°（ＡＢＤＣ９０°）において最大となり、その後ＢＴＤＣ５０°（ＡＢＤＣ１３０°）においてストロークは０となる。この間ＢＴＤＣ１３０°からＢＴＤＣ９０°（ＡＢＤＣ５０°〜９０°）の期間Ｔjにおいて、ボア２３内の圧力が燃焼室内の圧力よりも高くなり逆止弁２７が開かれて圧縮された断熱ガスがボア２３内からガス噴射通路２６を介して燃焼室内へと噴射される。
【００４１】
すなわち図５において、断熱ガスは、ＢＴＤＣ１８０°以降（圧縮行程）であって、吸気弁１７が閉じられる手前からサブピストン２４が上死点に至るまでの期間Ｔjに渡り燃焼室へと噴出されてエアカーテンを形成する。なお、断熱ガスの噴射は、圧縮行程における吸気弁１７の閉弁後に開始されてもよい。またサブピストン２４のストロークＳＴはＢＴＤＣ９０°を中心に対称であり、圧縮行程の前半部が終了するとサブピストン２４は漸次下降して、圧縮行程後半部において（ＢＴＤＣ５０°で）下死点に復帰し、次ぎの燃焼サイクルにおけるＢＴＤＣ５４０°を過ぎるまで下死点に維持される。
【００４２】
図７は、ＥＣＵ３４において実行される断熱制御処理のフローチャートである。
ステップＳ１００では、例えばマップデータ（図６参照）を参照して、現在の運転状態が断熱制御領域であるか否かが判定される。断熱制御領域でないと判定された場合には、ステップＳ１０２において、調量弁３５の開弁期間が０に設定されこの処理は終了する。
【００４３】
一方、ステップＳ１００において、現在の運転状態が断熱制御領域であると判定されると、ステップＳ１０４において運転状態がリーン運転モードであるか否かが判定される。リーン運転モードであると判定されるとステップＳ１０６において、断熱ガスにエアを用いたときのマップが参照され、調量弁開弁期間Ｔｏが演算されるとともに、切替弁３３はエアガス供給通路３２を開き、ＥＧＲガス供給通路３１を閉塞し、この処理は終了する。
【００４４】
また、ステップＳ１０４において運転状態がリーン運転モードでないと判定されると、ステップＳ１０８において、断熱ガスにＥＧＲガスを用いたときのマップが参照され調量弁開弁期間Ｔｏが演算されるとともに、切替弁３３がＥＧＲガス供給通路３１を開くとともに、エアガス供給通路３２を閉塞し、この処理は終了する。なお、ステップＳ１００〜ステップＳ１０８の処理が終了した後、ＥＣＵ３４は、これらの処理で設定された開弁期間Ｔｏに基づいて、図４のタイミングで調量弁３５の開弁動作を制御する。
【００４５】
以上のように、本実施形態によれば、筒内圧が高い吸気弁閉弁後にもシリンダボア内に断熱ガスを噴出し、シリンダボア内周面を覆う断熱層を形成することが可能となるため、吸気流による影響を排除して断熱層を形成することが可能となり、断熱層の効果を圧縮〜燃焼行程において持続させることができる。これにより、圧縮〜燃焼行程における冷却損失を大幅に抑えることができ、未燃燃料の増大と燃費悪化を抑制できる。
【００４６】
また、本実施形態では、シリンダ内負圧下で断熱ガスをシリンダブロックからピストン側へと供給し、サブピストンにより断熱ガスを圧縮、燃焼室内へと噴出させているため、断熱ガス供給のための加圧ポンプ等を設けなくとも、安定的に断熱ガスを供給することができる。
【００４７】
また、シリンダブロックからピストンへの断熱ガスの供給が、ピストンリングが摺接する領域よりも下側の領域において行なわれるので、ピストンリングやシリンダボアの偏磨耗が発生することを防止できる。更に、本実施形態では、断熱ガス供給可能期間内において開弁可能な調量弁を設けたことにより、運転状態に合わせて供給されるガスの量を調整することが可能となる。また、ピストンがガス供給通路よりも高い位置に上昇したときにガス供給通路からクランク室へガスが漏れることを防止できる。
【００４８】
なお、本実施形態では、ＥＧＲガスとエアを断熱ガスとして用いたが、ＥＧＲガスのみを用いて断熱層を形成する構成としてもよい。また本実施形態において、ガス噴出通路の数、形状、および配置等は特に特定しなかったが、シリンダボアの内周面全体を覆うようにエアカーテンを形成できればよい。
【００４９】
また吸気が行われている間は、燃焼室内への吸気の流入により流動が発生するため断熱層を形成・保持することは難しい。しかし、吸気弁が開いている下死点以降の圧縮行程初期では、燃焼室の容積が減少し燃焼室内の混合気が吸気側へと戻されるため、燃焼室内の流動は減少し、断熱層は形成・保持されやすい。そのため、本実施形態では、圧縮行程において吸気弁が閉弁する前に断熱ガスの燃焼室内への噴出を開始し、より早い段階から断熱層を形成した。なお、ＢＴＤＣ１８０°以降かつ吸気弁閉弁前においてこのような効果が現れるのは、エンジン回転数に依存するものの、略ＡＢＤＣ４０°以降である。このため、断熱ガスの噴出は、圧縮行程におけるＡＢＤＣ４０°以降の時点において行われる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態である内燃機関の構成を模式的に示すブロック図であり、サブピストンが下死点にあるときの状態を示す。
【図２】サブピストンが上死点にあるときの状態を示す図１の内燃機関の模式的なブロック図である。
【図３】シリンダ軸に垂直な面におけるガス噴出通路の噴出口付近の配置を示す模式図である。
【図４】シリンダボア内における断熱層の状態を示すシリンダボア上方からの平面図である。
【図５】ピストンに対するサブピストンのストローク、調量弁の開弁動作のタイミング、断熱ガス噴出のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】運転状態と断熱制御領域、調量弁開弁期間との関係を示すグラフである。
【図７】断熱制御処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１０  内燃機関
１１  シリンダブロック
１２  シリンダボア
１３  ピストン
１４  シリンダヘッド
１７  吸気弁
１８  排気弁
２０  ピストンリング
２１  コンロッド
２２  カム
２３  ボア
２４  サブピストン
２５  スプリング
２６  ガス噴出通路
２７  逆止弁
２８  ガス吸入通路
２９  ガス供給通路
３０  逆止弁
３１  ＥＧＲガス供給通路
３２  エアガス供給通路
３３  切替弁
３４  ＥＣＵ
３５  調量弁
【図１】
2009127510.tif 000003
【図２】
2009127510.tif 000004
【図３】
2009127510.tif 000005
【図４】
2009127510.tif 000006
【図５】
2009127510.tif 000007
【図６】
2009127510.tif 000008
【図７】
2009127510.tif 000009