特開 2024-50166 エンジン

(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】P2024050166

(43)【公開日】2024-04-10

(54)【発明の名称】エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02B 19/12 20060101AFI20240403BHJP

   F02D 17/00 20060101ALI20240403BHJP

【ＦＩ】

F02B19/12 B

F02D17/00 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022156841

(22)【出願日】2022-09-29

(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】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(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）】

3G023AA01

3G023AA08

3G023AA18

3G023AB01

3G023AC04

3G023AD21

3G023AD28

3G092AB11

3G092BA08

3G092BB06

3G092DC07

3G092DE03

3G092GA02

3G092HB02Z

(57)【要約】

【課題】エンジンの暖機運転を適切に実行する。
【解決手段】エンジンは、チャンバ隔壁を境に主燃焼室および副燃焼室が区画されるシリンダヘッドと、前記主燃焼室に燃料を噴射する燃料インジェクタと、前記副燃焼室に空気を噴射するエアインジェクタと、を有する。前記エンジンは、前記副燃焼室に配置される点火電極を備える点火デバイスを有する。前記エンジンは、前記燃料インジェクタ、前記エアインジェクタおよび前記点火デバイスを制御する制御システムを有する。前記制御システムは、暖機運転時の圧縮行程において、第１期間に亘って前記燃料インジェクタから燃料を噴射させ、かつ前記第１期間と少なくとも一部が重なる第２期間に亘って前記エアインジェクタから空気を噴射させる。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気火花を用いて混合気に点火するエンジンであって、
複数の貫通孔が形成されるチャンバ隔壁を備え、前記チャンバ隔壁を境に主燃焼室および副燃焼室が区画されるシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドに設けられ、前記主燃焼室に燃料を噴射する燃料インジェクタと、
前記シリンダヘッドに設けられ、前記副燃焼室に空気を噴射するエアインジェクタと、
前記副燃焼室に配置される点火電極を備え、前記点火電極と前記チャンバ隔壁との間で放電させる点火デバイスと、
互いに通信可能に接続されるプロセッサおよびメモリを備え、前記燃料インジェクタ、前記エアインジェクタおよび前記点火デバイスを制御する制御システムと、
を有し、
前記制御システムは、
暖機運転時の圧縮行程において、第１期間に亘って前記燃料インジェクタから燃料を噴射させ、かつ前記第１期間と少なくとも一部が重なる第２期間に亘って前記エアインジェクタから空気を噴射させ、
暖機運転時の膨張行程において、前記燃料インジェクタから燃料を噴射させた後に、前記点火電極と前記チャンバ隔壁との間で放電させる、
エンジン。

【請求項2】

請求項１に記載のエンジンにおいて、
前記チャンバ隔壁には、前記複数の貫通孔として、前記点火電極の先端に対向する第１貫通孔と、前記点火電極の側面に対向する複数の第２貫通孔と、が形成されている、
エンジン。

【請求項3】

請求項２に記載のエンジンにおいて、
前記第２貫通孔の中心線は、前記点火電極の径方向に対して傾斜している、
エンジン。

【請求項4】

請求項１に記載のエンジンにおいて、
前記燃料インジェクタおよび前記チャンバ隔壁は、吸気バルブおよび排気バルブよりも前記主燃焼室の中央に寄せて配置されている、
エンジン。

【請求項5】

請求項１に記載のエンジンにおいて、
前記制御システムは、
前記暖機運転時の膨張行程において、前記第１期間よりも短い第３期間に亘って前記燃料インジェクタから燃料を噴射させた後に、前記点火電極と前記チャンバ隔壁との間で放電させる、
エンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気火花を用いて混合気に点火するエンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関であるエンジンに関し、シリンダヘッドの副燃焼室から主燃焼室に火炎を噴射させる技術が提案されている（特許文献１－３参照）。このように、副燃焼室から主燃焼室に向けて火炎を噴射させることにより、主燃焼室のリーンな混合気を適切に燃焼させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３９５６５０３号公報

【特許文献2】特開２０１１－３８４６５号公報

【特許文献3】特許第６５６２０１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、エンジン初始動後の暖機運転時には、排気系の触媒コンバータを早期に暖めるため、点火タイミングを遅角させる点火リタード制御が実行される。併せて、排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘを低減するため、圧縮行程中に多量の燃料を噴射する成層燃焼制御が実行される。また、暖機運転中の主燃焼室や副燃焼室は低温であることから、混合気の燃焼安定性を低下させる点火リタード制御と相俟って、暖機運転時には混合気を適切に燃焼させることが困難となっていた。つまり、副燃焼室を区画する隔壁が低温である場合には、成層燃焼のために圧縮行程中に主燃焼室に噴射された燃料が隔壁に付着して燃料濃度を局所的に高めることから、排気ガス中の炭化水素ＨＣ等を増加させてしまう虞がある。このため、暖機運転時においても混合気を良好に燃焼させることにより、エンジンの暖機運転を適切に実行することが求められている。

【0005】

本発明の目的は、エンジンの暖機運転を適切に実行することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態のエンジンは、電気火花を用いて混合気に点火するエンジンであって、複数の貫通孔が形成されるチャンバ隔壁を備え、前記チャンバ隔壁を境に主燃焼室および副燃焼室が区画されるシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに設けられ、前記主燃焼室に燃料を噴射する燃料インジェクタと、前記シリンダヘッドに設けられ、前記副燃焼室に空気を噴射するエアインジェクタと、前記副燃焼室に配置される点火電極を備え、前記点火電極と前記チャンバ隔壁との間で放電させる点火デバイスと、互いに通信可能に接続されるプロセッサおよびメモリを備え、前記燃料インジェクタ、前記エアインジェクタおよび前記点火デバイスを制御する制御システムと、を有し、前記制御システムは、暖機運転時の圧縮行程において、第１期間に亘って前記燃料インジェクタから燃料を噴射させ、かつ前記第１期間と少なくとも一部が重なる第２期間に亘って前記エアインジェクタから空気を噴射させ、暖機運転時の膨張行程において、前記燃料インジェクタから燃料を噴射させた後に、前記点火電極と前記チャンバ隔壁との間で放電させる。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、制御システムは、暖機運転時の圧縮行程において、第１期間に亘って燃料インジェクタから燃料を噴射させ、かつ第１期間と少なくとも一部が重なる第２期間に亘ってエアインジェクタから空気を噴射させる。これにより、混合気を良好に燃焼させることができ、エンジンの暖機運転を適切に実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態であるエンジンが搭載される車両の一例を示す図である。

【図2】エンジンの一例を示す図である。

【図3】シリンダヘッドに形成される主燃焼室およびその近傍を示す図である。

【図4】プレチャンバ隔壁およびその近傍を示す図である。

【図5】図４のＡ－Ａ線に沿ってプレチャンバ隔壁を示す断面図である。

【図6】電子制御ユニットの基本構造の一例を示す図である。

【図7】制御例１として、燃焼制御の実行状況の一例を示すタイミングチャートである。

【図8】図７に示したクランク角ＣＡ１～ＣＡ４におけるエアインジェクタおよび燃料インジェクタの作動状況を示す図である。

【図9】図７に示したクランク角ＣＡ５～ＣＡ７における燃料インジェクタおよび点火デバイスの作動状況を示す図である。

【図10】通常運転時における燃焼制御の実行状況の一例を示すタイミングチャートである。

【図11】図１０に示したクランク角ＣＡ１１～ＣＡ１２における燃料インジェクタの作動状況を示す図である。

【図12】図１０に示したクランク角ＣＡ１３における点火デバイスの作動状況を示す図である。

【図13】制御例２として、燃焼制御の実行状況の他の例を示すタイミングチャートである。

【図14】制御例３として、燃焼制御の実行状況の他の例を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。

【0010】

［車両］
図１は本発明の一実施形態であるエンジン１０が搭載される車両１１の一例を示す図である。図１に示すように、車両１１には、エンジン１０および変速機１２からなるパワーユニット１３が搭載されている。パワーユニット１３の出力軸１４には、プロペラ軸１５およびデファレンシャル機構１６を介して後輪１７が連結されている。なお、後述するように、図示するエンジン１０は、水平対向エンジンであるが、これに限られることはなく、直列エンジン、Ｖ型エンジン或いは単気筒エンジンであっても良い。また、図示するパワーユニット１３は、後輪駆動用のパワーユニットであるが、これに限られることはなく、前輪駆動用や全輪駆動用のパワーユニットであっても良い。

【0011】

［エンジン］
図２はエンジン１０の一例を示す図である。図２に示すように、エンジン１０は、一方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック２０と、他方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック２１と、一対のシリンダブロック２０，２１に支持されるクランク軸２２と、を有している。各シリンダブロック２０，２１にはシリンダボア２３が形成されており、各シリンダボア２３にはピストン２４が収容されている。クランク軸２２とピストン２４とは、コネクティングロッド２５を介して互いに連結されている。

【0012】

各シリンダブロック２０，２１には、動弁機構３０等を備えたシリンダヘッド３１が取り付けられている。シリンダヘッド３１には、主燃焼室３２に開口する吸気ポート３３が形成されるとともに、吸気ポート３３を開閉する吸気バルブ３４が組み付けられている。また、シリンダヘッド３１には、主燃焼室３２に開口する排気ポート３５が形成されるとともに、排気ポート３５を開閉する排気バルブ３６が組み付けられている。さらに、シリンダヘッド３１には、排気ポート３５からの排気ガスを外部に案内するため、触媒コンバータ３７および消音器３８等を備えた排気系３９が接続されている。

【0013】

図３はシリンダヘッド３１に形成される主燃焼室３２およびその近傍を示す図である。図３に示すように、シリンダヘッド３１には、吸気ポート３３および排気ポート３５に連通する主燃焼室３２が形成されている。なお、本明細書においては、シリンダヘッド３１、シリンダボア２３およびピストン２４によって区画される空間を主燃焼室３２として記載している。また、シリンダヘッド３１には、主燃焼室３２に燃料を噴射する燃料インジェクタ４０が設けられるとともに、複数の貫通孔４１，４２が形成されるプレチャンバ隔壁（チャンバ隔壁）４３が設けられている。また、燃料インジェクタ４０およびプレチャンバ隔壁４３は、吸気バルブ３４および排気バルブ３６よりも主燃焼室３２の中央ＣＬ１に寄せて配置されている。なお、燃料インジェクタ４０には、図示しない高圧燃料ポンプ等が接続されている。

【0014】

図４はプレチャンバ隔壁４３およびその近傍を示す図である。図４に示すように、プレチャンバ隔壁４３は、シリンダヘッド３１に取り付けられるベース部４４と、ベース部４４に設けられる円筒形状の側壁部４５と、側壁部４５に設けられる半球形状のドーム部４６と、を有している。このようなプレチャンバ隔壁４３をシリンダヘッド３１に設けることにより、シリンダヘッド３１にはプレチャンバ隔壁４３を境に主燃焼室３２および副燃焼室４７が区画される。つまり、シリンダヘッド３１には、プレチャンバ隔壁４３の外側に主燃焼室３２が区画されるとともに、プレチャンバ隔壁４３の内側に副燃焼室４７が区画されている。また、プレチャンバ隔壁４３は、金属等の導電材料を用いて形成されている。

【0015】

シリンダヘッド３１には、プレチャンバ隔壁４３内の副燃焼室４７に空気を噴射するエアインジェクタ５０が設けられている。エアインジェクタ５０とプレチャンバ隔壁４３とは、接続配管５１を介して互いに接続されている。なお、エアインジェクタ５０には、図示しない高圧エアポンプ等が接続されている。また、図３および図４に示すように、シリンダヘッド３１には、副燃焼室４７内に配置される点火電極５２と、点火コイルやイグナイタ等からなる通電回路部５３と、を備えた点火デバイス５４が設けられている。点火電極５２はプレチャンバ隔壁４３のほぼ中央に位置しており、プレチャンバ隔壁４３のベース部４４と点火電極５２との間には絶縁碍子５５が設けられている。また、点火電極５２の先端５２ａは、後述するドーム部４６の中央貫通孔４１の近傍まで伸びている。この点火デバイス５４においては、通電回路部５３から点火電極５２に高電圧を印加することにより、点火電極５２とプレチャンバ隔壁４３との間で放電させることができ、点火電極５２とプレチャンバ隔壁４３との間に電気火花を発生させることができる。

【0016】

また、プレチャンバ隔壁４３のドーム部４６には、火炎を噴射する複数の貫通孔４１，４２が形成されている。つまり、プレチャンバ隔壁４３には、複数の貫通孔４１，４２として、ドーム部４６の中央に形成されて点火電極５２の先端５２ａに対向する中央貫通孔（第１貫通孔）４１と、中央貫通孔４１を囲むように配置されて点火電極５２の側面５２ｂに対向する複数の側部貫通孔（第２貫通孔）４２と、が設けられている。ここで、図５は図４のＡ－Ａ線に沿ってプレチャンバ隔壁４３を示す断面図である。図５に示すように、プレチャンバ隔壁４３に形成される複数の側部貫通孔４２は、周方向に所定間隔を空けて配置されるとともに、ドーム部４６の内周面４６ａの接線方向に開口している。つまり、プレチャンバ隔壁４３に形成される側部貫通孔４２の中心線ＣＬ２は、点火電極５２の径方向Ｄｒ１に対して傾斜している。なお、図示する例では、点火電極５２がプレチャンバ隔壁４３の中央に配置されることから、点火電極５２の径方向Ｄｒ１と円筒形状の側壁部４５の径方向とは互いに一致している。

【0017】

［制御システム］
図３に示すように、エンジン１０には、燃料インジェクタ４０、エアインジェクタ５０および点火デバイス５４等を制御するため、電子制御ユニット６０からなる制御システム６１が設けられている。電子制御ユニット６０に接続されるセンサとして、車速を検出する車速センサ６２、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ６３、およびブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサ６４がある。また、電子制御ユニット６０に接続されるセンサとして、クランク軸２２の回転角度を検出するクランク回転センサ６５、エンジン１０の冷却水温度を検出する冷却水温センサ６６、およびエンジン１０の吸入空気量を検出するエアフローセンサ６７がある。さらに、電子制御ユニット６０に接続されるセンサとして、触媒コンバータ３７の温度を検出する触媒温度センサ６８、および排気ガスの酸素濃度から空燃比を検出する空燃比センサ６９がある。さらに、電子制御ユニット６０には、制御システム６１の起動時や停止時に手動操作される起動スイッチ７０が設けられている。

【0018】

電子制御ユニット６０は、各センサからの出力信号に基づいて、燃料インジェクタ４０、エアインジェクタ５０および点火デバイス５４等の制御目標を設定する。そして、電子制御ユニット６０は、各制御目標に応じて設定された制御信号を、燃料インジェクタ４０、エアインジェクタ５０および点火デバイス５４等に向けて出力する。例えば、電子制御ユニット６０は、エンジン回転数および吸入空気量に基づいて、燃料インジェクタ４０の燃料噴射量や燃料噴射タイミングを制御する。また、電子制御ユニット６０は、エンジン回転数および吸入空気量に基づいて、点火デバイス５４による混合気への点火タイミングを制御する。

【0019】

図６は電子制御ユニット６０の基本構造の一例を示す図である。図６に示すように、制御システム６１を構成する電子制御ユニット６０は、プロセッサ８０およびメインメモリ（メモリ）８１等が組み込まれたマイクロコントローラ８２を有している。メインメモリ８１には所定のプログラムが格納されており、プロセッサ８０によってプログラムが実行される。プロセッサ８０とメインメモリ８１とは、互いに通信可能に接続されている。なお、マイクロコントローラ８２に複数のプロセッサ８０を組み込んでも良く、マイクロコントローラ８２に複数のメインメモリ８１を組み込んでも良い。

【0020】

また、電子制御ユニット６０には、入力回路８３、駆動回路８４、通信回路８５、外部メモリ８６および電源回路８７等が設けられている。入力回路８３は、各種センサから入力される信号を、マイクロコントローラ８２に入力可能な信号に変換する。駆動回路８４は、マイクロコントローラ８２から出力される信号に基づき、前述した燃料インジェクタ４０等の各種デバイスに対する駆動信号を生成する。通信回路８５は、マイクロコントローラ８２から出力される信号を、他の電子制御ユニットに向けた通信信号に変換する。また、通信回路８５は、他の電子制御ユニットから受信した通信信号を、マイクロコントローラ８２に入力可能な信号に変換する。さらに、電源回路８７は、マイクロコントローラ８２、入力回路８３、駆動回路８４、通信回路８５および外部メモリ８６等に対し、安定した電源電圧を供給する。また、不揮発性メモリ等からなる外部メモリ８６には、プログラムおよび各種データ等が記憶される。

【0021】

［暖機運転制御］
エンジン初始動時つまり冷間始動時においては、触媒温度を早期に上昇させて触媒コンバータ３７を活性化させることが必要であるため、制御システム６１によるエンジン１０の暖機運転制御が実行される。この暖機運転制御においては、例えば、アイドリング回転数を通常時よりも高くするアイドルアップ制御が実行されるとともに、点火タイミングを遅角させる点火リタード制御が実行される。これにより、触媒温度を早期に高めることができ、触媒コンバータ３７を早期に活性化させることができる。なお、暖機運転制御は、所定の終了条件が成立するまで継続される。暖機運転制御の終了条件として、例えば、触媒温度が規定温度に到達すること、冷却水温度が規定温度に到達すること、或いは暖機運転の実行時間が規定時間に到達すること、を用いることができる。

【0022】

ところで、暖機運転制御が実行される暖機運転時においては、主燃焼室３２内のプレチャンバ隔壁４３も低温であることから、点火タイミングを遅角させつつ混合気を良好に燃焼させることが困難であった。つまり、プレチャンバ隔壁４３が低温である場合には、主燃焼室３２に噴射された燃料がプレチャンバ隔壁４３に付着して燃料濃度を局所的に高めることから、排気ガス中の炭化水素ＨＣおよび粒子状物質数ＰＮ等を増加させてしまう虞がある。このため、暖機運転時においても混合気を良好に燃焼させることにより、エンジン１０の暖機運転制御を適切に実行することが求められている。

【0023】

［燃焼制御：制御例１］
そこで、制御システム６１は、暖機運転制御が実行される暖機運転時において、エアインジェクタ５０、燃料インジェクタ４０および点火デバイス５４を制御する燃焼制御を実行する。ここで、図７は、制御例１として、燃焼制御の実行状況の一例を示すタイミングチャートである。また、図８は図７に示したクランク角ＣＡ１～ＣＡ４におけるエアインジェクタ５０および燃料インジェクタ４０の作動状況を示す図であり、図９は図７に示したクランク角ＣＡ５～ＣＡ７における燃料インジェクタ４０および点火デバイス５４の作動状況を示す図である。なお、図７に示した「ＯＰＥＮ」とは、燃料インジェクタ４０やエアインジェクタ５０の図示しないノズルが開かれることを意味しており、図７に示した「ＣＬＯＳＥ」とは、燃料インジェクタ４０やエアインジェクタ５０の図示しないノズルが閉じられることを意味している。

【0024】

図７に示すように、暖機運転時の圧縮行程においては、クランク角ＣＡ１でエアインジェクタ５０が開かれ（符号ａ１）、クランク角ＣＡ２で燃料インジェクタ４０が開かれる（符号ｂ１）。続いて、クランク角ＣＡ３で燃料インジェクタ４０が閉じられ（符号ｂ２）、クランク角ＣＡ４でエアインジェクタ５０が閉じられる（符号ａ２）。つまり、暖機運転時の圧縮行程においては、エアインジェクタ５０から副燃焼室４７への空気噴射が開始された後に、燃料インジェクタ４０から主燃焼室３２への燃料噴射が開始される。そして、燃料インジェクタ４０から主燃焼室３２への燃料噴射が停止された後に、エアインジェクタ５０から副燃焼室４７への空気噴射が停止される。このように、エアインジェクタ５０は第１期間Ｔ１に亘って空気を噴射しており、燃料インジェクタ４０は第２期間Ｔ２に亘って燃料を噴射している。また、燃料噴射期間である第２期間Ｔ２の全ては、空気噴射期間である第１期間Ｔ１に重なっている。

【0025】

前述したように、暖機運転時の圧縮行程においては、クランク角ＣＡ１～ＣＡ４にかけて、エアインジェクタ５０から副燃焼室４７に空気が噴射され、燃料インジェクタ４０から主燃焼室３２に燃料が噴射される。ここで、図８に示すように、エアインジェクタ５０から副燃焼室４７に噴射された空気は、矢印ｘ１で示すように、プレチャンバ隔壁４３の各貫通孔４１，４２を通過して主燃焼室３２に放出され、プレチャンバ隔壁４３を覆うように空気層ＡＬを形成する。また、前述の図５に示すように、側部貫通孔４２の中心線ＣＬ２は、点火電極５２の径方向Ｄｒ１に対して傾斜している。これにより、矢印ｘ２で示すように、側部貫通孔４２から放出される空気を旋回させることができ、プレチャンバ隔壁４３を覆うように空気層ＡＬを適切に形成することができる。このように、プレチャンバ隔壁４３を空気層ＡＬによって覆うことにより、プレチャンバ隔壁４３の近傍に燃料Ｆｕが噴射された場合であっても、プレチャンバ隔壁４３に対する燃料の付着を抑制することができる。なお、噴射燃料の一部がプレチャンバ隔壁４３の近傍を通過するように、燃料インジェクタ４０の図示しない噴射孔の向きが設定されている。つまり、噴射燃料の一部がプレチャンバ隔壁４３に衝突することのないように、燃料インジェクタ４０の図示しない噴射孔の向きが設定されている。

【0026】

前述したように、プレチャンバ隔壁４３を空気層ＡＬによって覆うことにより、プレチャンバ隔壁４３に対する燃料の付着を抑制することができ、プレチャンバ隔壁４３の近傍における燃料濃度の過度な高まりを防止することができる。これにより、その後の点火時においては混合気を適切に燃焼させることができるため、排気ガス中の炭化水素ＨＣおよび粒子状物質数ＰＮ等を低減することができる。しかしながら、副燃焼室４７にはエアインジェクタ５０から空気が供給されることから、点火電極５２によって副燃焼室４７内のリーンな混合気に点火することが困難となっていた。

【0027】

そこで、制御システム６１は、混合気に点火して適切に燃焼させるため、上死点後の膨張行程において主燃焼室３２に微量な燃料を噴射する。つまり、図７に示すように、暖機運転時の膨張行程においては、クランク角ＣＡ５で燃料インジェクタ４０が開かれ（符号ｂ３）、クランク角ＣＡ６で燃料インジェクタ４０が閉じられる（符号ｂ４）。このように、膨張行程においては、第２期間Ｔ２よりも短い第３期間Ｔ３に亘って、燃料インジェクタ４０から主燃焼室３２に微量な燃料が噴射される。そして、燃料噴射後のクランク角ＣＡ７において、副燃焼室４７内の点火電極５２に対して高電圧が印加される。

【0028】

ここで、図９の拡大部分に示すように、上死点後のクランク角ＣＡ７においては、ピストン２４がシリンダヘッド３１から離れる方向に移動するため、矢印ｘ３で示すように、副燃焼室４７から主燃焼室３２に向かう気流が発生する。また、燃料インジェクタ４０から噴射された燃料Ｆｕは、矢印ｘ４で示すように、プレチャンバ隔壁４３を覆う空気層ＡＬを巻き込みながら、プレチャンバ隔壁４３の先端近傍を通過する。このように、プレチャンバ隔壁４３およびその近傍においては、矢印ｘ３，ｘ４で示した気流が発生することから、副燃焼室４７から中央貫通孔４１を通過して主燃焼室３２に向かう気流が発生し、電気火花の経路である放電チャネルＣｈが中央貫通孔４１から主燃焼室３２側に引き出される。

【0029】

このように、放電チャネルＣｈを主燃焼室３２側に引き出すことにより、副燃焼室４７のリーンな混合気ではなく、主燃焼室３２のリッチな混合気に対して点火することができる。つまり、プレチャンバ隔壁４３に対する燃料の付着を抑制するため、エアインジェクタ５０から副燃焼室４７に空気を噴射したとしても、放電チャネルＣｈを主燃焼室３２側に引き出すことで混合気に点火して適切に燃焼させることができる。このように、暖機運転時であっても混合気を適切に燃焼させることにより、排気ガス中の炭化水素ＨＣおよび粒子状物質数ＰＮ等を低減することができ、エンジン１０の暖機運転を適切に実行することができる。

【0030】

また、燃料インジェクタ４０およびプレチャンバ隔壁４３は、吸気バルブ３４および排気バルブ３６よりも主燃焼室３２の中央ＣＬ１に寄せて配置されている。これにより、燃料インジェクタ４０とプレチャンバ隔壁４３とを互いに近づけることができるため、図９に示すように、燃料インジェクタ４０から微量な燃料を噴射する場合であっても、プレチャンバ隔壁４３の先端近傍に燃料を適切に供給することができる。

【0031】

［燃焼制御：通常運転時］
続いて、暖機運転終了後の通常運転時における燃焼制御について説明する。図１０は通常運転時における燃焼制御の実行状況の一例を示すタイミングチャートである。また、図１１は図１０に示したクランク角ＣＡ１１～ＣＡ１２における燃料インジェクタ４０の作動状況を示す図であり、図１２は図１０に示したクランク角ＣＡ１３における点火デバイス５４の作動状況を示す図である。

【0032】

前述したように、例えば、触媒コンバータ３７の温度が規定温度に到達すると、暖機運転制御を終了させて通常運転制御に移行する。この通常運転制御が実行される通常運転時の圧縮行程においては、図１０に示すように、クランク角ＣＡ１１で燃料インジェクタ４０が開かれ（符号ｃ１）、クランク角ＣＡ１２で燃料インジェクタ４０が閉じられる（符号ｃ２）。このように、通常運転時の圧縮行程においては、クランク角ＣＡ１１～ＣＡ１２にかけて、図１１に示すように、燃料インジェクタ４０から主燃焼室３２に燃料Ｆｕが噴射される。また、上死点前のクランク角ＣＡ１１～ＣＡ１２においては、ピストン２４がシリンダヘッド３１に近づく方向に移動するため、矢印ｘ５で示すように、主燃焼室３２から副燃焼室４７に向かう気流が発生する。これにより、主燃焼室３２の混合気は副燃焼室４７に供給され、副燃焼室４７は混合気で満たされた状態となる。なお、通常運転時においては、エアインジェクタ５０は空気を噴射しない停止状態に保持される。

【0033】

図１０に示すように、通常運転時の圧縮行程では、燃料噴射後のクランク角ＣＡ１３において、副燃焼室４７内の点火電極５２に高電圧が印加される。ここで、図１２の拡大部分に示すように、上死点前のクランク角ＣＡ１３においては、ピストン２４がシリンダヘッド３１に近づく方向に移動するため、矢印ｘ６で示すように、主燃焼室３２から中央貫通孔４１を通過して副燃焼室４７に向かう気流が発生する。これにより、電気火花の放電チャネルＣｈが中央貫通孔４１から副燃焼室４７側に引き込まれ、副燃焼室４７内の混合気に点火することができる。このように、副燃焼室４７内の混合気が点火されて燃焼すると、プレチャンバ隔壁４３の各貫通孔４１，４２から火炎ジェットＪＦが噴射される。つまり、高エネルギーの火炎ジェットＪＦが副燃焼室４７から主燃焼室３２に噴射されるため、混合気の燃焼安定性を維持したまま主燃焼室３２内の混合気をリーンにすることができる。

【0034】

［燃焼制御：制御例２］
図７に示した制御例１では、燃料噴射期間である第２期間Ｔ２の全てを、空気噴射期間である第１期間Ｔ１に重ねているが、これに限られることはなく、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２との少なくとも一部が重なっていれば良い。ここで、図１３は、制御例２として、燃焼制御の実行状況の他の例を示すタイミングチャートである。なお、図１３において、図７に示したクランク角や作動状況と、同様のクランク角や作動状況については、同一の符号を付してその説明を省略する。

【0035】

図１３に示すように、暖機運転時の圧縮行程においては、クランク角ＣＡ２で燃料インジェクタ４０が開かれ（符号ｂ１）、クランク角ＣＡ２１でエアインジェクタ５０が開かれる（符号ｄ１）。続いて、クランク角ＣＡ２４でエアインジェクタ５０が閉じられ（符号ｄ２）、クランク角ＣＡ３で燃料インジェクタ４０が閉じられる（符号ｂ２）。つまり、暖機運転時の圧縮行程においては、燃料インジェクタ４０から主燃焼室３２への燃料噴射が開始された後に、エアインジェクタ５０から副燃焼室４７への空気噴射が開始される。そして、エアインジェクタ５０から副燃焼室４７への空気噴射が停止された後に、燃料インジェクタ４０から主燃焼室３２への燃料噴射が停止される。

【0036】

このように、燃料インジェクタ４０から主燃焼室３２には、第２期間Ｔ２に亘って燃料が噴射されており、エアインジェクタ５０から副燃焼室４７には、第２期間Ｔ２よりも短い第１期間Ｔ１ａに亘って空気が噴射されている。このように、第２期間Ｔ２よりも短い第１期間Ｔ１ａで空気を噴射した場合であっても、プレチャンバ隔壁４３を空気層ＡＬによって覆うことが可能である。これにより、制御例１と同様に、プレチャンバ隔壁４３に対する燃料の付着を抑制することができるため、プレチャンバ隔壁４３の近傍における燃料濃度の過度な高まりを防止することができ、点火時には混合気を適切に燃焼させることができる。

【0037】

なお、図１３に示した例では、燃料インジェクタ４０から主燃焼室３２に燃料噴射を開始した後に、エアインジェクタ５０から副燃焼室４７に空気噴射を開始しているが、これに限られることはなく、エアインジェクタ５０から副燃焼室４７に空気噴射を開始した後に、燃料インジェクタ４０から主燃焼室３２に燃料噴射を開始しても良い。また、図１３に示した例では、エアインジェクタ５０から副燃焼室４７に対する空気噴射を停止した後に、燃料インジェクタ４０から主燃焼室３２に対する燃料噴射を停止しているが、これに限られることはなく、燃料インジェクタ４０から主燃焼室３２に対する燃料噴射を停止した後に、エアインジェクタ５０から副燃焼室４７に対する空気噴射を停止しても良い。

【0038】

［燃焼制御：制御例３］
図７に示した制御例１では、暖機運転時の吸気行程において、燃料および空気を噴射していないが、これに限られることはない。つまり、暖機運転時の圧縮行程だけでなく吸気行程においても、燃料インジェクタ４０から燃料を噴射しても良く、エアインジェクタ５０から空気を噴射しても良い。ここで、図１４は、制御例３として、燃焼制御の実行状況の他の例を示すタイミングチャートである。なお、図１４において、図７に示したクランク角や作動状況と、同様のクランク角や作動状況については、同一の符号を付してその説明を省略する。

【0039】

図１４に示すように、暖機運転時の吸気行程においては、クランク角ＣＡ３１でエアインジェクタ５０が開かれ（符号ｅ１）、クランク角ＣＡ３２で燃料インジェクタ４０が開かれる（符号ｆ１）。続いて、クランク角ＣＡ３３で燃料インジェクタ４０が閉じられ（符号ｆ２）、クランク角ＣＡ３４でエアインジェクタ５０が閉じられる（符号ｅ２）。つまり、暖機運転時の吸気行程においては、エアインジェクタ５０から副燃焼室４７への空気噴射が開始された後に、燃料インジェクタ４０から主燃焼室３２への燃料噴射が開始される。そして、燃料インジェクタ４０から主燃焼室３２への燃料噴射が停止された後に、エアインジェクタ５０から副燃焼室４７への空気噴射が停止される。

【0040】

このように、暖機運転時の圧縮行程だけでなく吸気行程において、双方のインジェクタ４０，５０から燃料および空気を噴射した場合であっても、プレチャンバ隔壁４３を空気層ＡＬによって覆うことができる。これにより、プレチャンバ隔壁４３に対する燃料の付着を抑制することができるため、プレチャンバ隔壁４３の近傍における燃料濃度の過度な高まりを防止することができ、点火時には混合気を適切に燃焼させることができる。なお、暖機運転時の吸気行程において、エアインジェクタ５０からの空気噴射を開始する前に、燃料インジェクタ４０からの燃料噴射を開始しても良い。また、暖機運転時の吸気行程において、エアインジェクタ５０からの空気噴射を停止した後に、燃料インジェクタ４０からの燃料噴射を停止しても良い。

【0041】

なお、図１４に示した例では、暖機運転時の吸気行程において、双方のインジェクタ４０，５０から燃料および空気を噴射しているが、これに限られることはない。例えば、暖機運転時の吸気行程において、燃料インジェクタ４０から燃料を噴射させる一方、エアインジェクタ５０からの空気噴射を停止させても良い。また、暖機運転時の吸気行程において、エアインジェクタ５０から空気を噴射させる一方、燃料インジェクタ４０からの燃料噴射を停止させても良い。これらの場合であっても、暖機運転時の圧縮行程において、エアインジェクタ５０から空気が噴射されることから、プレチャンバ隔壁４３を空気層ＡＬによって覆うことができ、プレチャンバ隔壁４３に対する燃料の付着を抑制することができる。

【0042】

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前述の説明では、１つの電子制御ユニット６０によって制御システム６１を構成しているが、これに限られることはなく、複数の電子制御ユニット６０によって制御システム６１を構成しても良い。また、図示するプレチャンバ隔壁４３は半球形状のドーム部４６を有しているが、これに限られることはなく、他形状の先端部を備えたプレチャンバ隔壁が設けられていても良い。また、図示するエンジン１０は、燃料としてガソリンを用いるエンジンであるが、これに限られることなく、ガソリン以外の燃料を用いるエンジンに本発明を適用しても良い。また、図示するエンジン１０は、車両１１に用いられるエンジンであるが、これに限られることはなく、他の装置等に動力源として用いられるエンジンに本発明を適用しても良い。

【符号の説明】

【0043】

１０ エンジン
３１ シリンダヘッド
３２ 主燃焼室
３４ 吸気バルブ
３６ 排気バルブ
４０ 燃料インジェクタ
４１ 中央貫通孔（貫通孔，第１貫通孔）
４２ 側部貫通孔（貫通孔，第２貫通孔）
４３ プレチャンバ隔壁（チャンバ隔壁）
４７ 副燃焼室
５０ エアインジェクタ
５２ 点火電極
５２ａ 先端
５２ｂ 側面
５４ 点火デバイス
６１ 制御システム
８０ プロセッサ
８１ メインメモリ（メモリ）
ＣＬ１ 中央
ＣＬ２ 中心線
Ｄｒ１ 径方向
Ｔ１，Ｔ１ａ 第１期間
Ｔ２ 第２期間
Ｔ３ 第３期間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】