特開 2024-31403 エンジンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024031403

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】エンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   F02D 21/08 20060101AFI20240229BHJP

   F02B 19/12 20060101ALI20240229BHJP

   F02B 23/08 20060101ALI20240229BHJP

   F02B 67/00 20060101ALI20240229BHJP

   F02B 75/02 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

F02D21/08 311Z

F02B19/12 Z

F02B23/08 W

F02B67/00 L

F02B75/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022134938

(22)【出願日】2022-08-26

(71)【出願人】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】若本 進児

【テーマコード（参考）】

3G023

3G092

【Ｆターム（参考）】

3G023AA02

3G023AA08

3G023AA18

3G023AB03

3G023AC03

3G023AC05

3G023AD04

3G023AD25

3G092AA01

3G092AA04

3G092AA06

3G092AA07

3G092AA15

3G092BB06

3G092CB05

3G092DE10S

3G092FA31

3G092GA01

3G092HA10X

3G092HB02X

3G092HE08Z

(57)【要約】

【課題】プレチャンバが設けられるエンジンの冷態時において追加部品を設置することなく、低コスト且つ燃焼室の着火性を向上させる。
【解決手段】エンジンシステムは、エンジンの冷態時に、プレチャンバが設けられていない第１気筒では、燃料の燃焼および新気の吸気を含む通常動作を行い、第１気筒の排ガスを接続ポートを通じてプレチャンバが設けられた第２気筒に導入するとともに、第２気筒では、燃料の燃焼および新気の吸気を行わずに、第１気筒から導入される排ガスを吸気および排気する特殊動作を行うことにより、第２気筒のプレチャンバの隔壁を昇温させることと、プレチャンバの隔壁が所定の閾値以上に昇温した後に、第２気筒でも、燃料の燃焼および新気の吸気を含む通常動作を行うことと、を含む処理を実行する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プレチャンバが設けられていない第１気筒と、プレチャンバが設けられた第２気筒と、前記第１気筒と前記第２気筒とを直列に接続する接続ポートとを有するエンジンと、
前記エンジンを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
１つまたは複数のプロセッサと、
前記プロセッサに接続される１つまたは複数のメモリと、
を有し、
前記プロセッサは、
前記エンジンの冷態時に、前記第１気筒では、燃料の燃焼および新気の吸気を含む通常動作を行い、前記第１気筒の排ガスを前記接続ポートを通じて前記第２気筒に導入するとともに、前記第２気筒では、燃料の燃焼および新気の吸気を行わずに、前記第１気筒から導入される前記排ガスを吸気および排気する特殊動作を行うことにより、前記第２気筒の前記プレチャンバの隔壁を昇温させることと、
前記プレチャンバの隔壁が所定の閾値以上に昇温した後に、前記第２気筒でも、燃料の燃焼および新気の吸気を含む通常動作を行うことと、
を含む処理を実行する、エンジンシステム。

【請求項2】

前記プロセッサは、
前記第２気筒の前記プレチャンバの隔壁の温度に応じて、前記エンジンの動作モードを、前記第１気筒および前記第２気筒の双方を前記通常動作させる通常動作モードと、前記第１気筒を前記通常動作させつつ前記第２気筒を前記特殊動作させる特殊動作モードとの間で切り替えること、
を含む処理を実行する、請求項１に記載のエンジンシステム。

【請求項3】

前記通常動作モードは、
前記第１気筒の排ガスを前記接続ポートを通じて前記第２気筒に導入せずに、前記第１気筒と前記第２気筒を独立的に前記通常動作させる第１通常動作モードと、
前記第１気筒の排ガスを前記接続ポートを通じて前記第２気筒に導入しながら、前記第１気筒と前記第２気筒とを連動させて前記通常動作させる第２通常動作モードと、
を含み、
前記プロセッサは、
前記エンジンの要求出力または熱効率の少なくとも一方に基づいて、前記通常動作モードを、前記第１通常動作モードと前記第２通常動作モードとの間で切り替えること、
を含む処理を実行する、請求項２に記載のエンジンシステム。

【請求項4】

前記エンジンは、水平対向エンジンであり、
前記水平対向エンジンの左バンクおよび右バンクのいずれか一方または双方に、前記第１気筒および前記第２気筒が設けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、点火点を覆うプラグカバー内をプレチャンバとした点火プラグがシリンダヘッドに装着されたエンジンが開示されている。かかるエンジンでは、圧縮行程において、ピストンの上昇により、燃料と空気との混合ガスがプラグカバーの連通孔を介してプレチャンバ内に流入し、爆発行程において、プレチャンバ内の混合ガスが火花点火される。そして、プレチャンバ内で発生した燃焼火炎がプラグカバーの連通孔を介して、プレチャンバから燃焼室へ噴出し、燃焼室内の混合ガスが着火される。かかるプレチャンバ燃焼を採用することにより、エンジンの熱効率を向上できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５５５５０３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、車両が極低温環境下にあるときなど、エンジンの冷態時には、プレチャンバの隔壁も冷えているため、プレチャンバの燃焼安定性が課題となる。例えば、上記特許文献１に記載の技術においても、エンジンの冷態時は、点火プラグのプラグカバーの温度も低いため、プレチャンバ内で発生した燃焼火炎がプラグカバーの連通孔を通過する際に消失し易く、燃焼室内の混合ガスが着火し難いという問題がある。ここで、プラグカバーは、プレチャンバの隔壁に相当する。そこで、特許文献１に記載のエンジンは、点火プラグのプラグカバーの頭部にニクロム線を設け、エンジンが冷態状態であるとき、ニクロム線によりプラグカバーの頭部をクランキング開始温度まで加熱している。しかし、その場合、点火プラグのプラグカバーの頭部にニクロム線を新たに設ける必要があるため、追加部品の設置が必要となり、レイアウトの問題や、エンジンのコストが増大するという問題がある。

【0005】

また、プレチャンバの燃焼安定性を解決するために、プレチャンバの外の燃焼室に別途点火プラグを設け、エンジンの冷態時には、プレチャンバの外に設けられた点火プラグにより燃焼室内の混合ガスを点火する方法も考えられる。しかし、その場合も、プレチャンバの外の燃焼室に追加部品として別途点火プラグを設ける必要があり、レイアウトの問題や、エンジンのコストが増大するという問題がある。

【0006】

そこで、本発明は、プレチャンバが設けられるエンジンの冷態時において追加部品を設置することなく、低コスト且つ燃焼室の着火性を向上させることが可能なエンジンシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係るエンジンシステムは、
プレチャンバが設けられていない第１気筒と、プレチャンバが設けられた第２気筒と、前記第１気筒と前記第２気筒とを直列に接続する接続ポートとを有するエンジンと、
前記エンジンを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
１つまたは複数のプロセッサと、
前記プロセッサに接続される１つまたは複数のメモリと、
を有し、
前記プロセッサは、
前記エンジンの冷態時に、前記第１気筒では、燃料の燃焼および新気の吸気を含む通常動作を行い、前記第１気筒の排ガスを前記接続ポートを通じて前記第２気筒に導入するとともに、前記第２気筒では、燃料の燃焼および新気の吸気を行わずに、前記第１気筒から導入される前記排ガスを吸気および排気する特殊動作を行うことにより、前記第２気筒の前記プレチャンバの隔壁を昇温させることと、
前記プレチャンバの隔壁が所定の閾値以上に昇温した後に、前記第２気筒でも、燃料の燃焼および新気の吸気を含む通常動作を行うことと、
を含む処理を実行する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、プレチャンバが設けられるエンジンの冷態時において追加部品を設置することなく、低コスト且つ燃焼室の着火性を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本実施形態にかかるエンジンシステムの構成を示す概略図である。

【図2】図２は、第１気筒および第２気筒を縦断面で示すエンジンシステムの概略図である。

【図3】図３は、第１気筒および第２気筒を上方からみた概略平面図である。

【図4】図４は、各気筒における行程を説明する図である。

【図5】図５は、第１通常動作モードにおけるエンジンの状態を示す図である。

【図6】図６は、第２通常動作モードにおけるエンジンの状態を示す図である。

【図7】図７は、特殊動作モードにおけるエンジンの状態を示す図である。

【図8】図８は、制御装置の動作の流れを説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料、数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0011】

図１は、本実施形態にかかるエンジンシステム１の構成を示す概略図である。エンジンシステム１は、エンジン１０および制御装置１２を備える。エンジン１０は、例えば、車両に搭載される。

【0012】

エンジン１０は、例えば、水平対向エンジンであり、右バンク２０および左バンク２２を有する。エンジン１０は、Ａ気筒３０ａ、Ｂ気筒３０ｂ、Ｃ気筒３０ｃおよびＤ気筒３０ｄの４つの気筒を有する。例えば、Ａ気筒３０ａおよびＣ気筒３０ｃは、水平対向エンジンの右バンク２０に設けられ、Ｂ気筒３０ｂおよびＤ気筒３０ｄは、水平対向エンジンの左バンク２２に設けられる。なお、Ａ気筒３０ａおよびＣ気筒３０ｃが左バンク２２に設けられ、Ｂ気筒３０ｂおよびＤ気筒３０ｄが右バンク２０に設けられてもよい。また、Ａ気筒３０ａ、Ｂ気筒３０ｂ、Ｃ気筒３０ｃおよびＤ気筒３０ｄを総称して、単に、気筒と呼ぶ場合がある。

【0013】

ここで、右バンク２０のＣ気筒３０ｃを第１気筒とし、右バンク２０のＡ気筒３０ａを第２気筒とする。左バンク２２のＤ気筒３０ｄを第１気筒とし、左バンク２２のＢ気筒３０ｂを第２気筒とする。エンジン１０は、第１気筒と第２気筒とを直列に接続する接続ポート３２を有する。接続ポート３２は、第１気筒の燃焼室と第２気筒の燃焼室とを連通する。具体的には、第１気筒であるＣ気筒３０ｃと第２気筒であるＡ気筒３０ａとが、右バンク２０における接続ポート３２で接続され、第１気筒であるＤ気筒３０ｄと第２気筒であるＢ気筒３０ｂとが、左バンク２２における接続ポート３２で接続される。

【0014】

エンジン１０は、吸気弁４０、排気弁４２、第１弁４４、第２弁４６および動弁機構４８を有する。後述するが、吸気弁４０は、吸気ポートに設けられ、排気弁４２は、排気ポートに設けられる。第１弁４４は、接続ポート３２における第１気筒側に設けられ、第２弁４６は、接続ポート３２の第２気筒側に設けられる。動弁機構４８は、吸気弁４０、排気弁４２、第１弁４４および第２弁４６を開閉する。

【0015】

制御装置１２は、１つまたは複数のプロセッサ５２と、プロセッサ５２に接続される１つまたは複数のメモリ５４とを備える。メモリ５４は、プログラム等が格納されたＲＯＭ、および、ワークエリアとしてのＲＡＭを含む。制御装置１２のプロセッサ５２は、メモリ５４に含まれるプログラムと協働して、エンジン１０を制御する。制御装置１２の動作については、後に詳述する。

【0016】

図２は、第１気筒および第２気筒を縦断面で示すエンジンシステム１の概略図である。図３は、第１気筒および第２気筒を上方からみた概略平面図である。図２および図３では、第１気筒および第２気筒として、Ｃ気筒３０ｃおよびＡ気筒３０ａを示している。なお、Ｄ気筒３０ｄおよびＢ気筒３０ｂについては、Ｃ気筒３０ｃおよびＡ気筒３０ａと同様の構成であるため、図示を省略している。

【0017】

エンジン１０は、シリンダブロック６０、ピストン６２、コネクティングロッド６４およびシリンダヘッド６６を備える。Ｃ気筒３０ｃおよびＡ気筒３０ａは、シリンダブロック６０に形成されている。ピストン６２は、各気筒内に収容されている。ピストン６２は、コネクティングロッド６４を介して不図示のクランクシャフトに連結されている。

【0018】

シリンダヘッド６６は、シリンダブロック６０におけるクランクシャフトとは反対側に配置される。シリンダヘッド６６は、各気筒の上部開口を覆うように各気筒上に配置され、シリンダブロック６０に連結される。燃焼室６８は、気筒の内面、シリンダヘッド６６の内面およびピストン６２の冠面で囲まれた空間である。

【0019】

シリンダヘッド６６は、気筒毎に吸気ポート７０および排気ポート７２を有する。具体的には、Ｃ気筒３０ｃの吸気ポート７０は、開口部７４を通じてＣ気筒３０ｃの燃焼室６８に連通している。Ｃ気筒３０ｃの排気ポート７２は、開口部７６を通じてＣ気筒３０ｃの燃焼室６８に連通している。Ａ気筒３０ａの吸気ポート７０は、開口部７４を通じてＡ気筒３０ａの燃焼室６８に連通している。Ａ気筒３０ａの排気ポート７２は、開口部７６を通じてＡ気筒３０ａの燃焼室６８に連通している。

【0020】

吸気弁４０は、吸気ポート７０に設けられ、吸気ポート７０の開口部７４を開閉する。吸気弁４０によって吸気ポート７０の開口部７４が開かれると、吸気ポート７０を通じて燃焼室６８に空気が導入される。排気弁４２は、排気ポート７２に設けられ、排気ポート７２の開口部７６を開閉する。排気弁４２によって排気ポート７２の開口部７６が開かれると、燃焼室６８内のガスが排気ポート７２を通じて排出される。

【0021】

接続ポート３２は、シリンダヘッド６６に形成される。接続ポート３２は、Ｃ気筒３０ｃ側に開口部８０を有し、Ａ気筒３０ａ側に開口部８２を有する。接続ポート３２は、開口部８０を介してＣ気筒３０ｃの燃焼室６８と連通し、開口部８２を介してＡ気筒３０ａの燃焼室６８と連通する。

【0022】

第１弁４４は、接続ポート３２におけるＣ気筒３０ｃ側に設けられ、Ｃ気筒３０ｃ側の開口部８０を開閉する。第２弁４６は、接続ポート３２におけるＡ気筒３０ａ側に設けられ、Ａ気筒３０ａ側の開口部８２を開閉する。後述するが、第１弁４４および第２弁４６が開かれると、第１気筒であるＣ気筒３０ｃの排気が、接続ポート３２を通じて、第２気筒であるＡ気筒３０ａの燃焼室６８に導入される。

【0023】

図３で示すように、Ｃ気筒３０ｃでは、吸気ポート７０の開口部７４および排気ポート７２の開口部７６がそれぞれ１つずつ設けられる。Ｃ気筒３０ｃの吸気ポート７０の開口部７４は、Ｃ気筒３０ｃの中心軸に対して偏心して設けられる。Ｃ気筒３０ｃの排気ポート７２の開口部７６は、Ｃ気筒３０ｃの中心軸を間に挟んで吸気ポート７０とは反対側に設けられる。同様に、Ａ気筒３０ａでは、吸気ポート７０の開口部７４および排気ポート７２の開口部７６がそれぞれ１つずつ設けられる。Ａ気筒３０ａの吸気ポート７０の開口部７４は、Ａ気筒３０ａの中心軸に対して偏心して設けられる。Ａ気筒３０ａの排気ポート７２の開口部７６は、Ａ気筒３０ａの中心軸を間に挟んで吸気ポート７０とは反対側に設けられる。

【0024】

接続ポート３２のＣ気筒３０ｃ側の開口部８０は、Ｃ気筒３０ｃにおける吸気ポート７０の開口部７４と排気ポート７２の開口部７６との隙間に配置され、Ａ気筒３０ａ寄りに位置する。接続ポート３２のＡ気筒３０ａ側の開口部８２は、Ａ気筒３０ａにおける吸気ポート７０の開口部７４と排気ポート７２の開口部７６との隙間に配置され、Ｃ気筒３０ｃ寄りに位置する。

【0025】

図２で示すように、シリンダヘッド６６には、気筒毎に不図示のインジェクタおよび点火プラグ８４が設けられる。インジェクタの噴射口は、吸気ポート７０内に設けられ、吸気ポート７０の開口部７４に向けて配置される。ただし、インジェクタの噴射口は、燃焼室６８内に設けられ、燃焼室６８のピストン６２側に向けて配置されてもよい。また、インジェクタの噴射口は、後述するプレチャンバ８８内に設けられ、プレチャンバ８８のピストン６２側に向けて配置されてもよい。インジェクタは、ガソリンなどの燃料を所定のタイミングで吸気ポート７０内、燃焼室６８内あるいはプレチャンバ８８内に噴射する。吸気ポート７０内に噴射された燃料は、吸気ポート７０内を流通する空気の流れに沿って、開口部７４を介して燃焼室６８に導入される。以下、吸気ポート７０内を流通して燃焼室６８に導入される外気である空気を新気と呼ぶ場合がある。

【0026】

第１気筒であるＣ気筒３０ｃの点火プラグ８４は、電極を燃焼室６８に向けて配置される。点火プラグ８４は、燃焼室６８内の空気と燃料との混合ガスを所定のタイミングで点火して燃焼させる。かかる燃焼により、ピストン６２が気筒の軸方向に往復運動する。クランクシャフトは、ピストン６２の往復運動に従って回転する。

【0027】

第２気筒であるＡ気筒３０ａの点火プラグ８４は、電極側に隔壁８６が設けられる。Ａ気筒３０ａの点火プラグ８４の電極の周囲は、隔壁８６により囲繞されている。隔壁８６の内側には、プレチャンバ８８が形成され、隔壁８６は、燃焼室６８とプレチャンバ８８とを区画している。

【0028】

隔壁８６には、連通孔８６ａが形成される。プレチャンバ８８は、連通孔８６ａを介して、燃焼室６８と連通する。そのため、燃焼室６８内の空気と燃料との混合ガスは、連通孔８６ａを介してプレチャンバ８８内に流入することができる。Ａ気筒３０ａに設けられた点火プラグ８４は、プレチャンバ８８内の空気と燃料との混合ガスを所定のタイミングで点火して燃焼させる。プレチャンバ８８内で発生した燃焼火炎は、連通孔８６ａを介して燃焼室６８内にジェット状に噴出される。このジェット状に噴出された燃焼火炎により、燃焼室６８内の空気と燃料との混合ガスが燃焼される。かかる燃焼により、ピストン６２が気筒の軸方向に往復運動する。クランクシャフトは、ピストン６２の往復運動に従って回転する。

【0029】

本実施形態では、第１気筒であるＣ気筒３０ｃおよびＤ気筒３０ｄには、隔壁８６およびプレチャンバ８８が設けられておらず、第２気筒であるＡ気筒３０ａおよびＢ気筒３０ｂにのみ隔壁８６およびプレチャンバ８８が設けられる。ここで、プレチャンバ８８で発生した燃焼火炎は、連通孔８６ａにより燃焼室６８へジェット状に噴出される。そのため、プレチャンバ８８が設けられる場合の燃焼室６８での燃焼火炎の伝播速度は、プレチャンバ８８が設けられない場合の燃焼室６８での燃焼火炎の伝播速度より速くなる。このように、プレチャンバ８８を設けることで燃焼室６８での燃焼火炎の伝播速度を高速にすることができるため、プレチャンバ８８が設けられない場合に比べ、エンジン１０の熱効率を向上させることができる。

【0030】

図４は、各気筒における行程を説明する図である。各気筒は、吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程の順に行程を繰り返す。同じ行程が各々の気筒で重ならないように、各々の行程が各々の気筒で互いにシフトして設定されている。

【0031】

具体的には、Ａ気筒３０ａが吸気行程のとき、Ｂ気筒３０ｂが爆発行程となり、Ｃ気筒３０ｃが排気行程となり、Ｄ気筒３０ｄが圧縮行程となる。Ａ気筒３０ａが圧縮行程のとき、Ｂ気筒３０ｂが排気行程となり、Ｃ気筒３０ｃが吸気行程となり、Ｄ気筒３０ｄが爆発行程となる。Ａ気筒３０ａが爆発行程のとき、Ｂ気筒３０ｂが吸気行程となり、Ｃ気筒３０ｃが圧縮行程となり、Ｄ気筒３０ｄが排気行程となる。Ａ気筒３０ａが排気行程のとき、Ｂ気筒３０ｂが圧縮行程となり、Ｃ気筒３０ｃが爆発行程となりＤ気筒３０ｄが吸気行程となる。

【0032】

すなわち、第１気筒であるＣ気筒３０ｃが排気行程のとき、第２気筒であるＡ気筒３０ａが吸気行程となる。同様に、第１気筒であるＤ気筒３０ｄが排気行程のとき、第２気筒であるＢ気筒３０ｂが吸気行程となる。

【0033】

制御装置１２は、各気筒の各行程に応じて動弁機構４８を制御し、エンジン１０の動作モードを変更する。具体的に、制御装置１２は、エンジン１０の各気筒を通常動作させる通常動作モードと、エンジン１０の各気筒を特殊動作させる特殊動作モードとの間で切り替えるように制御する。以下では、まず、通常動作モードについて詳細に説明し、その後、特殊動作モードについて詳細に説明する。

【0034】

通常動作モードは、第１通常動作モードと第２通常動作モードの２種類を含む。第１通常動作モードと第２通常動作モードは、エンジン１０の要求出力および熱効率に応じて切り替えられる。例えば、エンジン１０の熱効率よりもエンジン１０の出力が要求される場合、エンジン１０の動作モードが出力優先モードである第１通常動作モードに切り替えられる。一方、エンジン１０の出力よりも熱効率が要求される場合、エンジン１０の動作モードが熱効率優先モードである第２通常動作モードに切り替えられる。

【0035】

より詳細に、本実施形態では、制御装置１２は、エンジン回転数および負荷のマップにおいて、予め実験により得られた閾値以上のエンジン回転数および負荷である場合、エンジン１０の動作モードを、出力優先モードである第１通常動作モードに切り替える。一方、制御装置１２は、エンジン回転数および負荷のマップにおいて、当該閾値未満のエンジン回転数および負荷である場合、エンジン１０の動作モードを、熱効率優先モードである第２通常動作モードに切り替える。

【0036】

図５は、第１通常動作モードにおけるエンジン１０の状態を示す図である。図５に示すように、制御装置１２は、動弁機構４８によって、接続ポート３２の開口部８０、８２を閉じるように制御する。また、制御装置１２は、第１気筒であるＣ気筒３０ｃの吸気行程において、吸気ポート７０の開口部７４を開状態に制御し、排気ポート７２の開口部７６を閉状態に制御する。

【0037】

また、制御装置１２は、Ｃ気筒３０ｃの圧縮行程において、吸気ポート７０の開口部７４および排気ポート７２の開口部７６を閉状態に制御する。制御装置１２は、Ｃ気筒３０ｃの爆発行程において、吸気ポート７０の開口部７４および排気ポート７２の開口部７６を閉状態に制御する。制御装置１２は、Ｃ気筒３０ｃの排気行程において、吸気ポート７０の開口部７４を閉状態に制御し、排気ポート７２の開口部７６を開状態に制御する。

【0038】

これにより、Ｃ気筒３０ｃの吸気行程において、吸気ポート７０の開口部７４を介して新気Ａ１２が燃焼室６８に導入される。また、Ｃ気筒３０ｃの排気行程において、排気ポート７２の開口部７６を介して排ガスＡ１４が燃焼室６８から排出される。

【0039】

なお、第２気筒であるＡ気筒３０ａの各行程における吸気ポート７０の開口部７４および排気ポート７２の開口部７６の開閉状態は、第１気筒であるＣ気筒３０ｃと同じであるため、詳細な説明を省略する。Ａ気筒３０ａの吸気行程において、吸気ポート７０の開口部７４を介して新気Ａ１６が燃焼室６８に導入される。また、Ｃ気筒３０ｃの排気行程において、排気ポート７２の開口部７６を介して排ガスＡ１８が燃焼室６８から排出される。

【0040】

図６は、第２通常動作モードにおけるエンジン１０の状態を示す図である。図６に示すように、制御装置１２は、動弁機構４８によって、第１気筒であるＣ気筒３０ｃの排気行程において、接続ポート３２の開口部８０、８２を開くように制御する。また、制御装置１２は、動弁機構４８によって、Ｃ気筒３０ｃの吸気行程、圧縮行程、爆発行程において、接続ポート３２の開口部８０、８２を閉じるように制御する。

【0041】

また、制御装置１２は、第１気筒であるＣ気筒３０ｃの吸気行程において、吸気ポート７０の開口部７４を開状態に制御し、排気ポート７２の開口部７６を閉状態に制御する。制御装置１２は、Ｃ気筒３０ｃの圧縮行程において、吸気ポート７０の開口部７４および排気ポート７２の開口部７６を閉状態に制御する。制御装置１２は、Ｃ気筒３０ｃの爆発行程において、吸気ポート７０の開口部７４および排気ポート７２の開口部７６を閉状態に制御する。制御装置１２は、Ｃ気筒３０ｃの排気行程において、吸気ポート７０の開口部７４および排気ポート７２の開口部７６を閉状態に制御する。

【0042】

これにより、Ｃ気筒３０ｃの吸気行程において、吸気ポート７０の開口部７４を介して新気Ａ２２が燃焼室６８に導入される。また、Ｃ気筒３０ｃの排気行程において、排気ポート７２の開口部７６が閉状態に制御され、接続ポート３２の開口部８０、８２が開状態に制御されることから、排ガスＡ２４は、接続ポート３２を通ってＣ気筒３０ｃからＡ気筒３０ａの燃焼室６８に排出される。

【0043】

一方、制御装置１２は、第２気筒であるＡ気筒３０ａの吸気行程において、吸気ポート７０の開口部７４を開状態に制御し、排気ポート７２の開口部７６を閉状態に制御する。制御装置１２は、Ａ気筒３０ａの圧縮行程において、吸気ポート７０の開口部７４および排気ポート７２の開口部７６を閉状態に制御する。制御装置１２は、Ａ気筒３０ａの爆発行程において、吸気ポート７０の開口部７４および排気ポート７２の開口部７６を閉状態に制御する。制御装置１２は、Ａ気筒３０ａの排気行程において、吸気ポート７０の開口部７４を閉状態に制御し、排気ポート７２の開口部７６を開状態に制御する。

【0044】

これにより、Ａ気筒３０ａの吸気行程において、吸気ポート７０の開口部７４を介して新気Ａ２６が燃焼室６８に導入される。このとき、Ｃ気筒３０ｃが排気行程であるため、接続ポート３２の開口部８２を介して排ガスＡ２４が燃焼室６８に導入される。つまり、Ａ気筒３０ａの吸気行程において、Ｃ気筒３０ｃの排気行程で排出された排ガスが、所謂ＥＧＲガスとしてＡ気筒３０ａに導入される。したがって、Ａ気筒３０ａの爆発行程においては、燃料と新気Ａ２６と排ガスＡ２４の混合ガスがプレチャンバ８８および燃焼室６８内で燃焼される。このように、燃焼室６８内に新気Ａ２６に加え排ガスＡ２４を導入させることで吸気損失を減らすことができ、エンジン１０の熱効率を向上させることができる。また、Ａ気筒３０ａの排気行程において、排気ポート７２の開口部７６を介して排ガスＡ２８が燃焼室６８から排出される。

【0045】

なお、通常動作モード時のＣ気筒３０ｃおよびＡ気筒３０ａにおいて、制御装置１２は、各行程に応じて不図示のインジェクタおよび点火プラグ８４を駆動させる制御を行う。つまり、通常動作モード時において、Ｃ気筒３０ｃおよびＡ気筒３０ａのいずれも、各行程に応じてインジェクタによる燃料の噴射および点火プラグ８４による点火が行われる。

【0046】

ところで、エンジン１０が冷態状態であるとき、点火プラグ８４の隔壁８６の温度も低いため、プレチャンバ８８内で発生した燃焼火炎が隔壁８６の連通孔８６ａを通過する際に消失し易く、燃焼室６８内の混合ガスが着火し難いという問題がある。ここで、本実施形態に係るエンジンの冷態時とは、低温環境下でエンジンが動作停止していた状態から、エンジンが動作開始した直後の状態において、エンジンが冷えているときである。例えば、エンジンの冷態時は、エンジンの冷却水の温度が１０℃以下、特に、０℃以下のときである。

【0047】

そこで、本実施形態の制御装置１２は、プレチャンバ８８の隔壁８６の温度に応じて、エンジン１０を通常動作モードから、隔壁８６の昇温を目的とした特殊動作モードに切り替えるように制御する。具体的に、制御装置１２は、プレチャンバ８８の隔壁８６の温度が所定の閾値以上である場合、エンジン１０の動作モードを通常動作モードに切り替え、所定閾値未満である場合、エンジン１０の動作モードを特殊動作モードに切り替える。

【0048】

図１に示すように、エンジンシステム１は、水温センサ９０を有する。水温センサ９０は、エンジン１０を冷却する冷却水の流路に設けられ、当該冷却水の温度であるエンジン水温を検出する。制御装置１２は、水温センサ９０の検出結果を取得する。

【0049】

制御装置１２は、取得したエンジン水温に基づいて、隔壁８６の温度を導出する。ここで、本実施形態では、制御装置１２は、エンジン水温から隔壁８６の温度を導出しているが、これに限定されず、例えば、隔壁８６の温度を検出する温度センサを設け、制御装置１２は、温度センサによって検出された隔壁８６の温度を取得してもよい。そして、制御装置１２は、隔壁８６の温度に応じて、エンジン１０の動作モードを、通常動作モードと、特殊動作モードとの間で切り替える。通常動作モードは、第１気筒および第２気筒の双方を通常動作させる動作モードである。ここで、通常動作は、燃料の燃焼および新気の吸気を含む動作である。一方、特殊動作モードは、第１気筒を通常動作させつつ第２気筒を特殊動作させる動作モードである。ここで、特殊動作は、第１気筒の排ガスを接続ポート３２を通じて第２気筒に導入するとともに、第２気筒では、燃料の燃焼および新気の吸気を行わずに、第１気筒から導入される排ガスを吸気および排気する動作である。

【0050】

図７は、特殊動作モードにおけるエンジン１０の状態を示す図である。図７に示すように、制御装置１２は、動弁機構４８によって、第１気筒であるＣ気筒３０ｃの排気行程において、接続ポート３２の開口部８０、８２を開くように制御する。また、制御装置１２は、Ｃ気筒３０ｃの吸気行程、圧縮行程、爆発行程において、接続ポート３２の開口部８０、８２を閉じるように制御する。

【0051】

また、制御装置１２は、第１気筒であるＣ気筒３０ｃの各行程について、上記で説明した第２通常動作モードの制御と同じ制御を実行する。これにより、Ｃ気筒３０ｃの吸気行程において、吸気ポート７０の開口部７４を介して新気Ａ３２が燃焼室６８に導入される。また、Ｃ気筒３０ｃの排気行程において、排気ポート７２の開口部７６が閉状態に制御され、接続ポート３２の開口部８０、８２が開状態に制御されることから、排ガスＡ３４は、接続ポート３２を通ってＣ気筒３０ｃからＡ気筒３０ａの燃焼室６８に排出される。

【0052】

一方、制御装置１２は、第２気筒であるＡ気筒３０ａの吸気行程において、吸気ポート７０の開口部７４を閉状態に制御し、排気ポート７２の開口部７６を閉状態に制御する。制御装置１２は、Ａ気筒３０ａの圧縮行程において、吸気ポート７０の開口部７４および排気ポート７２の開口部７６を閉状態に制御する。制御装置１２は、Ａ気筒３０ａの爆発行程において、吸気ポート７０の開口部７４および排気ポート７２の開口部７６を閉状態に制御する。制御装置１２は、Ａ気筒３０ａの排気行程において、吸気ポート７０の開口部７４を閉状態に制御し、排気ポート７２の開口部７６を開状態に制御する。

【0053】

これにより、Ａ気筒３０ａの吸気行程において、Ｃ気筒３０ｃが排気行程であるため、接続ポート３２の開口部８２を介して排ガスＡ３４が燃焼室６８に導入される。このとき、吸気ポート７０の開口部７４が閉状態であるため、吸気ポート７０からの新気および燃料は、燃焼室６８に導入されない。つまり、特殊動作モード時には、Ａ気筒３０ａにおいてインジェクタによる燃料の噴射および点火プラグ８４による混合ガスの点火動作が行われない特殊動作となる。また、Ａ気筒３０ａの排気行程において、吸気行程で第１気筒から導入された排ガスＡ３８を、排気ポート７２の開口部７６から排出させる。

【0054】

このように、特殊動作モード時のＡ気筒３０ａにおいて、制御装置１２は、不図示のインジェクタおよび点火プラグ８４の駆動を停止させる制御を行っている。一方、特殊動作モード時のＣ気筒３０ｃにおいて、制御装置１２は、各行程に応じて不図示のインジェクタおよび点火プラグ８４を駆動させる制御を行っている。つまり、特殊動作モード時において、Ｃ気筒３０ｃでは、インジェクタによる燃料の噴射および点火プラグ８４による点火が行われる一方、Ａ気筒３０ａでは、インジェクタによる燃料の噴射および点火プラグ８４による点火が行われない。これにより、エンジン１０の冷態時において、例えば、Ａ気筒３０ａのプレチャンバ８８の隔壁８６を加熱する加熱装置を設けることなく、当該隔壁８６をＣ気筒３０ｃからの排ガスにより昇温させることができる。

【0055】

図８は、制御装置１２の動作の流れを説明するフローチャートである。制御装置１２は、エンジン１０の停止中において、所定の制御周期で訪れる所定の割込みタイミングで、図８の一連の処理を実行する。

【0056】

所定の割込みタイミングとなると、制御装置１２は、エンジン１０が始動されたか否かを判断する（Ｓ１０）。エンジン１０が停止中の場合（Ｓ１０におけるＮＯ）、制御装置１２は、一連の処理を終了する。

【0057】

エンジン１０が停止中でなく始動された場合（Ｓ１０におけるＹＥＳ）、制御装置１２は、水温センサ９０の検出結果に基づき、プレチャンバ８８の隔壁８６の温度を導出する（Ｓ１１）。制御装置１２は、隔壁８６の温度が所定の第１閾値以上であるか否か判定する（Ｓ１２）。

【0058】

隔壁８６の温度が第１閾値未満である場合（Ｓ１２のＮＯ）、制御装置１２は、エンジン１０の動作モードを、特殊動作モードに設定する処理を実行し、エンジン１０を特殊動作モードで動作させる（Ｓ１３）。一方、エンジン水温が第１閾値以上である場合（Ｓ１２のＹＥＳ）、制御装置１２は、エンジン１０の動作モードを、通常動作モードに設定する処理を実行する。

【0059】

ここで、本実施形態の通常動作モードには、第１通常動作モードと第２通常動作モードが含まれる。第１通常動作モードと第２通常動作モードは、エンジン１０の要求出力と熱効率とに応じて切り替え制御され、エンジン回転数および負荷が所定の第２閾値以上である場合、エンジン１０の動作モードを、出力優先モードである第１通常動作モードに設定する。一方、エンジン回転数および負荷が所定の第２閾値未満である場合、エンジン１０の動作モードを、熱効率優先モードである第２通常動作モードに設定する。

【0060】

エンジン１０の動作モードとして出力優先モードあるいは熱効率優先モードを判別するため、制御装置１２は、エンジン回転数および負荷が所定の第２閾値以上であるか否か判定する（Ｓ１４）。エンジン回転数および負荷が所定の第２閾値以上である場合（Ｓ１４のＹＥＳ）、制御装置１２は、エンジン１０の動作モードを、第１通常動作モード（出力優先モードに相当）に設定する処理を実行し、エンジン１０を第１通常動作モードで動作させる（Ｓ１５）。

【0061】

一方、エンジン回転数および負荷が所定の第２閾値未満である場合（Ｓ１４のＮＯ）、制御装置１２は、エンジン１０の動作モードを、第２通常動作モード（熱効率優先モードに相当）に設定する処理を実行し、エンジン１０を第２通常動作モードで動作させる（Ｓ１６）。制御装置１２は、エンジン１０の動作モードを第１通常動作モード（Ｓ１５）あるいは第２通常動作モード（Ｓ１６）で動作させた後、例えばドライバーの入力指示等に応じて、エンジン１０の動作を停止させるか否かを判定する（Ｓ１７）。

【0062】

エンジン１０の動作を停止しない場合（Ｓ１７のＮＯ）、制御装置１２は、ステップＳ１１の処理に戻り、再びステップＳ１１～Ｓ１７の処理を実行する。一方、エンジン１０の動作を停止する場合（Ｓ１７のＹＥＳ）、制御装置１２は、一連の処理を終了する。

【0063】

以上、本実施形態によれば、制御装置１２は、プレチャンバ８８の隔壁８６の温度に応じて、エンジン１０の動作モードを、通常動作モードと特殊動作モードとの間で切り替えるように制御する。具体的に、エンジン１０の冷態時以外の場合、エンジン１０を通常動作モードで動作させ、エンジン１０の冷態時の場合、エンジン１０を特殊動作モードで動作させる。通常動作モードでは、第１気筒および第２気筒の双方を通常動作させ、特殊動作モードでは、第１気筒を通常動作させつつ第２気筒を特殊動作させる。

【0064】

詳細に、第１気筒では、燃料の燃焼および新気の吸気を含む通常動作を行い、第１気筒の排ガスを接続ポート３２を通じて第２気筒に導入するとともに、第２気筒では、燃料の燃焼および新気の吸気を行わずに、第１気筒から導入される排ガスを吸気および排気する特殊動作を行う。この第２気筒において第１気筒から導入される排ガスを吸気および排気する特殊動作を行うことにより、プレチャンバ８８の隔壁８６を昇温させることができる。このとき、隔壁８６の昇温のために別途追加部品を設ける必要がないため、プレチャンバ８８が設けられるエンジン１０の冷態時において追加部品を設置することなく、低コスト且つ燃焼室の着火性を向上させることができる。

【0065】

また、プレチャンバ８８の隔壁８６が所定の閾値以上に昇温した後は、プレチャンバ８８内で発生した燃焼火炎が隔壁８６の連通孔８６ａを通過する際に消失し難くなるため、第２気筒でも、燃料の燃焼および新気の吸気を含む通常動作を実行させることができるようになる。

【0066】

また、通常動作モードは、第１通常動作モードと第２通常動作モードとを含む。第１通常動作モードは、第１気筒の排ガスを接続ポート３２を通じて第２気筒に導入せずに、第１気筒と第２気筒を独立的に通常動作させる。一方、第２通常動作モードは、第１気筒の排ガスを接続ポート３２を通じて第２気筒に導入しながら、第１気筒と第２気筒とを連動させて通常動作させる。第１通常動作モードと第２通常動作モードは、エンジン１０の要求出力および熱効率に基づいて切り替えられる。これにより、ドライバーが要求するエンジン出力および熱効率に応じたエンジン１０の動作を実行させることができる。

【0067】

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0068】

例えば、上記実施形態では、水平対向エンジンの右バンク２０および左バンク２２の双方に、第１気筒、第２気筒および接続ポート３２が設けられていた。しかし、水平対向エンジンの右バンク２０および左バンク２２のいずれか一方のみに、第１気筒、第２気筒および接続ポート３２が設けられてもよい。また、エンジン１０は、水平対向エンジンに限らず、例えば、Ｖ型エンジンなど、任意のタイプのエンジンであってもよい。

【0069】

また、上記実施形態では、第１気筒に、吸気ポート７０、排気ポート７２および接続ポート３２がそれぞれ１つずつ設けられていた。しかし、第１気筒に、２つの吸気ポート７０、１つの排気ポート７２および１つの接続ポート３２を設けてもよい。また、上記実施形態では、第２気筒に、吸気ポート７０、排気ポート７２および接続ポート３２がそれぞれ１つずつ設けられていた。しかし、第２気筒に、１つの吸気ポート７０、２つの排気ポート７２および１つの接続ポート３２を設けてもよい。

【0070】

また、上記実施形態では、通常動作モードが第１通常動作モードと第２通常動作モードとを含む例について説明した。しかし、これに限定されず、例えば、通常動作モードは、第１通常動作モードのみを含んでもよい。また、例えば、通常動作モードは、第２通常動作モードのみを含んでもよい。

【0071】

また、上記実施形態では、特殊動作モードを「エンジンの冷態時」に実行する例について説明しているが、この「エンジンの冷態時」は、「プレチャンバの隔壁の冷態時」と読み替えてもよい。例えば、プレチャンバの隔壁の冷態時は、プレチャンバの隔壁の温度が１０℃以下、特に、０℃以下のときである。

【0072】

また、上記実施形態では、第１通常動作モードと第２通常動作モードを、エンジンの要求出力および熱効率に基づいて切り替える例について説明した。しかし、これに限定されず、第１通常動作モードおよび第２通常動作モードは、エンジンの要求出力または熱効率の少なくとも一方に基づいて切り替えられてもよい。すなわち、エンジンの要求出力のみに基づいて、第１通常動作モードおよび第２通常動作モードを切り替えてもよい。また、エンジンの熱効率のみに基づいて、第１通常動作モードおよび第２通常動作モードを切り替えてもよい。

【符号の説明】

【0073】

１ エンジンシステム
１０ エンジン
１２ 制御装置
２０ 右バンク
２２ 左バンク
３０ａ Ａ気筒
３０ｂ Ｂ気筒
３０ｃ Ｃ気筒
３０ｄ Ｄ気筒
３２ 接続ポート
４４ 第１弁
４６ 第２弁
４８ 動弁機構
５２ プロセッサ
５４ メモリ
７２ 排気ポート
８４ 点火プラグ
８６ 隔壁
８８ プレチャンバ
９０ 水温センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】