特許 7238970 副室式内燃機関の燃料噴射制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-06

(45)【発行日】2023-03-14

(54)【発明の名称】副室式内燃機関の燃料噴射制御システム

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/02 20060101AFI20230307BHJP

   F02D 41/34 20060101ALI20230307BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20230307BHJP

   F02B 19/12 20060101ALI20230307BHJP

【ＦＩ】

F02D41/02

F02D41/34

F02D45/00 360A

F02D45/00 360E

F02D45/00 368S

F02B19/12 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021509278

(86)(22)【出願日】2020-03-18

(86)【国際出願番号】 JP2020012155

(87)【国際公開番号】W WO2020196205

(87)【国際公開日】2020-10-01

【審査請求日】2021-08-23

(31)【優先権主張番号】P 2019061126

(32)【優先日】2019-03-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100177460

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 智子

(72)【発明者】

【氏名】野中 一成

(72)【発明者】

【氏名】田中 大

(72)【発明者】

【氏名】城田 貴之

(72)【発明者】

【氏名】井上 欣也

(72)【発明者】

【氏名】菅田 佳博

(72)【発明者】

【氏名】津田 晃弘

(72)【発明者】

【氏名】朝倉 遼太

(72)【発明者】

【氏名】飯塚 捷

【審査官】戸田 耕太郎

(56)【参考文献】

【文献】特許第４４５８０３６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２００７－１９２２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３４２８８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ４１／０２

Ｆ０２Ｄ ４１／３４

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｂ １９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主室と、
前記主室と隔てられ、前記主室内の燃焼の前の予備燃焼が生じる副室と、
前記主室と前記副室とを連通する連通路と、
前記主室および前記副室を含む燃焼空間に燃料を噴射する噴射部と、
前記主室に供給する空気を制御するスロットルバルブと、
前記噴射部と前記スロットルバルブを制御する制御部と、
大気圧を検知する第１検知部と、
を備え、
前記予備燃焼は、前記連通路を介して前記主室から前記副室に導入された混合気の着火により生じ、
前記制御部は、前記噴射部により、
前記主室に前記燃料を供給する第１噴射と、
圧縮行程中に前記主室に燃料を噴射し、前記副室に前記連通路を介して前記燃料を供給する第２噴射と、
を行い、
前記制御部は、前記大気圧が高いほど前記スロットルバルブの開度を小さくし、前記第２噴射の噴射時期を進角する、
副室式内燃機関の燃料噴射制御システム。

【請求項2】

前記制御部は、前記副室の空燃比が前記燃焼空間の空燃比よりもリッチとなるように、前記第２噴射を行う、請求項１に記載の副室式内燃機関の燃料噴射制御システム。

【請求項3】

前記第２噴射の１サイクル当たりの噴射量は、前記第１噴射の１サイクル当たりの噴射量よりも少ない、
請求項１または２に記載の副室式内燃機関の燃料噴射制御システム。

【請求項4】

大気温度を検知する第２検知部をさらに備え、
前記制御部は、前記第２噴射において、前記第２噴射の１サイクル当たりの噴射量を所定回数分に割った噴射量を前記１サイクルで前記所定回数噴射し、前記大気温度が高くなるほど、前記所定回数を減らす、請求項１から３のいずれか１項に記載の副室式内燃機関の燃料噴射制御システム。

【請求項5】

前記燃料の温度を検知する第３検知部をさらに備え、
前記制御部は、前記第２噴射において、前記第２噴射の１サイクル当たりの噴射量を所定回数分に割った噴射量を前記１サイクルで前記所定回数噴射し、前記燃料の温度が高くなるほど、前記所定回数を減らす、請求項１から４のいずれか１項に記載の副室式内燃機関の燃料噴射制御システム。

【請求項6】

前記制御部は、前記副室の圧力が前記主室の圧力よりも低くなる際に、前記第２噴射を行う、請求項１から５のいずれか１項に記載の副室式内燃機関の燃料噴射制御システム。

【請求項7】

前記制御部は、前記第２噴射において、前記第２噴射の１サイクル当たりの噴射量を複数回分に割った噴射量を前記１サイクルで前記複数回噴射する、請求項１から３のいずれか１項に記載の副室式内燃機関の燃料噴射制御システム。

【請求項8】

前記制御部は、前記副室式内燃機関が吸気工程である際に前記第１噴射を行い、前記副室式内燃機関が圧縮工程である際に前記第２噴射を行う、請求項１から７のいずれか１項に記載の副室式内燃機関の燃料噴射制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、副室式内燃機関の燃料噴射制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、主室（主燃焼室）およびその主室に隣接して設けられる副室（副燃焼室）を備えた副室式内燃機関が提案されている（例えば、日本国特許第４４５８０３６号公報参照）。このような副室式内燃機関では、主室に噴射された燃料から混合気が形成される。形成された混合気は、連通路を介して副室内に供給され、副室内で点火プラグによって点火される。これにより、火炎が形成される。副室内で形成された火炎は、連通路を介して主室に噴射され、主室の混合気に着火する。このように、副室で形成された火炎を主室に噴射することで、主室の燃焼速度が高まる。これによって、より希薄な空燃比での運転が可能となり、燃費が向上する。

【0003】

また、日本国特許第４４５８０３６号公報に記載された副室式内燃機関は、気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射部を有する。この副室式内燃機関では、燃料噴射部から噴射された燃料がピストンの冠面に当たり、噴霧された燃料の微粒化が促進される。こののち、副室に混合気が供給される。

【0004】

しかし、日本国特許第４４５８０３６号公報に記載された副室式内燃機関では、主室のピストンに向けて燃料を噴射する第１噴射が行われる。このため、ピストンに付着した燃料量などを考慮して燃料が噴射される必要がある。ピストンに付着する燃料量は、主室内の燃焼状態によっても変化する。これによって、副室の空燃比を調整することが難しくなる。

【0005】

また、日本国特許第４４５８０３６号公報に記載された副室式内燃機関では、第１噴射は、吸気行程において行われ、第１噴射によって噴射される燃料の一部は、副室に供給される。しかし、副室式内燃機関では、圧縮行程においても、主室から燃料（混合気）が供給されるため、副室の空燃比がリッチになる。副室の空燃比は、副室の混合気の着火に影響する。すなわち、副室内の空燃比がリーンになると、副室の混合気への着火が悪くなり、主室に噴射する火炎に影響する。これによって、主室の燃焼速度が遅くなる。一方、副室内の空燃比がリッチになると、副室内で窒素酸化物が発生する。これによって、主室の排気浄化性能が悪化する。このように、副室式内燃機関の空燃比がリッチであってもリーンであっても、主室の燃焼は安定しない。

【発明の概要】

【0006】

本開示の実施形態は、副室の空燃比を安定させた副室式内燃機関の燃料噴射制御システムに関する。

【0007】

本開示の実施形態によれば、副室式内燃機関の燃料噴射制御システムは、主室と、副室と、連通路と、噴射部と、スロットルバルブと、制御部と、第１検知部と、を備える。副室は、主室と隔てられる。連通路は、主室と副室を連通する。噴射部は、主室および副室を含む燃焼空間に燃料を噴射する。スロットルバルブは、主室に供給する空気を制御する。制御部は、噴射部とスロットルバルブを制御する。第１検知部は、大気圧を検知する。副室では、主室内の燃焼の前の予備燃焼が生じ、予備燃焼は、連通路を介して主室から副室に導入された混合気の着火により生じる。制御部は、主室に燃料を供給するための第１噴射と、圧縮行程中に主室に燃料を噴射し、副室に連通路を介して燃料を供給するための第２噴射と、を噴射部により行う。制御部は、大気圧が高いほどスロットルバルブの開度を小さくし、第２噴射の噴射時期を進角する。

【0008】

この副室式内燃機関の燃料噴射制御システムでは、制御部は、燃料を主室に供給する第１噴射と、連通路を介して副室に燃料を供給する第２噴射を、燃料噴射部により行う。これによって、制御部は、副室に供給する燃料量を容易に調整する。このため、制御部は、副室の空燃比を容易に調整する。この結果、副室の空燃比が安定する。副室の空燃比が安定すると、主室の燃焼が安定する。

【0009】

制御部は、副室の空燃比が燃焼空間の空燃比よりもリッチとなるように、第２噴射を行ってもよい。

【0010】

この構成によれば、制御部が第２噴射を行うことによって、副室の空燃比が燃焼空間の空燃比よりも確実にリッチになる。より具体的には、制御部が第１噴射を行うことによって、主室に混合気が形成される。この混合気は、圧縮行程で連通路を介して副室に導入される。制御部は、この主室から副室に導入された混合気に対して燃料を供給するように、第２噴射を行う。これによって、制御部は、燃焼空間の空燃比に対して、副室の空燃比を確実にリッチに調整する。この結果、副室の着火が安定する。

【0011】

第２噴射の１サイクル当たりの噴射量は、第１噴射の１サイクル当たりの噴射量よりも少なくてもよい。

【0012】

この構成によれば、第２噴射の１サイクル当たりの噴射量が少なくなる。噴射量が少ないほど、噴射部から噴射される燃料噴霧が微粒化される。燃料噴霧が微粒化されると、副室に燃料が供給されやすい。すなわち、制御部は、副室に燃料を供給しやすい。

【0013】

副室式内燃機関の燃料噴射制御システムは、大気圧を検知する第１検知部をさらに備えてもよい。制御部は、大気圧が高いほど、第２噴射の噴射時期を進角してもよい。

【0014】

同一の副室式内燃機関の出力で比較した場合、大気圧が高いほど、主室に供給される空気の流れが弱くなる。これによって、噴射部から副室まで燃料が到達する時間が長くなる。この構成によれば、制御部は、大気圧が高いほど第２噴射の噴射時期を進角する。これにより、燃料が副室に確実に到達する。

【0015】

副室式内燃機関の燃料噴射制御システムは、大気温度を検知する第２検知部をさらに備えてもよい。制御部は、第２噴射の１サイクル当たりの噴射量を所定回数分に割った噴射量を１サイクルで所定回数噴射し、大気温度が高くなるほど、所定回数を減らしてもよい。

【0016】

噴射部から噴射される燃料噴霧の噴射量が少ないほど、燃料噴霧の微粒化が促進され、噴射量の微調整も容易となる。一方、大気温度が高くなると、噴射部から噴射された燃料噴霧の貫徹力は弱くなる。すなわち、燃料噴射部から噴射された燃料が、副室に到達し難くなる。この結果、副室に供給される燃料が減る。この構成によれば、制御部は、大気温度が高くなるほど、第２噴射の１サイクル当たりの噴射量を割る所定回数を減らすことで、第２噴射における１回当たりの噴射量を増やす。これによって、噴射部から噴射される燃料噴霧の貫徹力が補われる。この結果、噴射部から副室に供給される燃料の減少が防止される。

【0017】

副室式内燃機関の燃料噴射制御システムは、燃料の温度を検知する第３検知部をさらに備えてもよい。制御部は、第２噴射の１サイクル当たりの噴射量を所定回数分に割った噴射量を１サイクルで所定回数噴射し、燃料の温度が高くなるほど、所定回数を減らしてもよい。

【0018】

燃料温度が高くなると、噴射部から噴射された燃料噴霧の貫徹力は弱くなる。この構成によれば、制御部は、燃料温度が高くなるほど第２噴射１サイクル当たりの噴射量を割る所定回数を減らすことで、第２噴射における１回当たりの噴射量を増やす。これによって、噴射部から噴射される燃料噴霧の貫徹力が補われる。この結果、噴射部から副室に供給される燃料の減少が防止される。

【0019】

制御部は、副室の圧力が主室の圧力よりも低くなる際に、第２噴射を行ってもよい。

【0020】

副室の圧力が主室の圧力よりも低くなる際に、主室から副室に混合気がより多く流れる。この構成によれば、制御部は、このタイミングに第２噴射を行う。これによって、第２噴射による燃料は、連通路を介して副室により多く供給される。

【0021】

制御部は、第２噴射の１サイクル当たりの噴射量を複数回数分に割った噴射量を１サイクルで複数回噴射してもよい。

【0022】

この構成によれば、噴射部から噴射される燃料噴霧が微粒化され、副室に燃料が供給されやすい。すなわち、制御部は、副室に燃料を供給しやすい。

【0023】

制御部は、内燃機関が吸気工程である際に第１噴射を行い、内燃機関が圧縮工程である際に第２噴射を行ってもよい。

【0024】

内燃機関が圧縮工程である際に副室の圧力が主室の圧力よりも低くなる。この構成によれば、制御部は、副室の圧力が主室の圧力よりも低くなるタイミングに第２噴射を行う。これによって、第２噴射による燃料は、連通路を介して副室により多く供給される。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本開示の実施形態の副室式内燃機関の燃料噴射制御システムの概略構成を示すブロック図。

【図2】図１の副室式内燃機関の概略構成を示す縦断面図。

【図3A】図１の副室式内燃機関の制御部が燃料を噴射する際の噴霧状態と、点火後の火炎状態を説明する縦断面図。

【図3B】図１の副室式内燃機関の制御部が燃料を噴射する際の噴霧状態と、点火後の火炎状態を説明する縦断面図。

【図3C】図１の副室式内燃機関の制御部が燃料を噴射する際の噴霧状態と、点火後の火炎状態を説明する縦断面図。

【図4】図１の副室式内燃機関の気筒内圧力の変化と燃料噴射時期を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0027】

図１および図２に示すように、副室式内燃機関１の燃料噴射制御システム２は、主室４と、副室６と、複数の連通路８と、点火プラグ（点火部の一例）１０と、燃料噴射弁（噴射部）１２と、過給機１４と、大気圧センサ（第１検知部）１６と、大気温度センサ（第２検知部）１８と、燃料温度センサ（第３検知部）２０と、制御部２２と、排気循環装置２４と、を備える。本実施形態では、制御部２２は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒоｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２８に記憶されるソフトウェアによって実現される機能構成である。

【0028】

また、本実施形態では、副室式内燃機関１は、発電機３０を駆動し、図示しない駆動用電池、および、車両を走行させるモータに電力を供給する電動車両に用いられる。さらに、本実施形態では、副室式内燃機関１は、複数の気筒Ｎが直列に配置された直列型の内燃機関である。すなわち、主室４、副室６、複数の連通路８、点火プラグ１０、および、燃料噴射弁１２は、各気筒Ｎに備えられる。しかし、副室式内燃機関１が用いられる車両、および、気筒Ｎの配置についてはこれに限定されず、副室式内燃機関１によって走行する車両であってもよいし、Ｖ型、または、水平対向型の配置であってもよい。

【0029】

図２に示すように、主室４は、シリンダブロック１０１のシリンダ１０１ａ，シリンダヘッド１０２およびピストン１０３によって画定された空間である。本実施形態では、主室４は、ペントルーフ形状であり、シリンダヘッド１０２の後述する吸気ポート１０５側および排気ポート１１０側に向けて２つの斜面を有する。主室４は、吸気バルブ１０４を介して吸気ポート１０５に接続される。図１に示すように、吸気ポート１０５は、吸気通路１０６、スロットルバルブ１０７、インタークーラ１１５、および、エアクリーナ１０８に接続される。吸気バルブ１０４は、吸気カム１１３によって駆動される。また、図２示すように、主室４は、排気バルブ１０９を介して、排気ポート１１０に接続される。図１に示すように、排気ポート１１０は、排気通路１１１、および、排気浄化触媒１１２に接続される。排気バルブ１０９は、排気カム１１４によって駆動される。

【0030】

図２に示すように、副室６は、ペントルーフ形状の頂上部に設けられ、主室４と隣接する。副室６は、副室壁６１によって画定された空間である。副室６は、シリンダヘッド１０２から主室４に向かって突出し、副室壁６１を介して主室４と隔てられる。本実施形態では、副室６は、主室４のペントルーフ形状の２つの斜面の交線（稜線）の略中央に設けられる。しかし、副室６は、主室４の略中央からシリンダ１０１ａの内壁面に向けてオフセットしてもよい。副室壁６１は、断面が円形に形成され、底部６１ａが半球状に形成される。

【0031】

点火プラグ１０は、副室６の略中央に設けられ、副室６の混合気に着火する。点火プラグ１０の中心電極１０ａは、副室６に突出している。本実施形態では中心電極１０ａは、副室６の略中央に設けられる。しかし、中心電極１０ａは、副室６の略中央からオフセットしてもよい。

【0032】

連通路８は、副室壁６１の底部６１ａに複数個設けられる。連通路８は、主室４と副室６とを連通し、主室４の混合気を副室６に導く。本実施形態では、連通路８は、例えば、６つ設けられる。

【0033】

副室６の容積は、主室４よりも小さく、点火プラグ１０で点火した混合気の火炎が、副室６内に素早く伝播する。副室６は、副室６で発生した火炎を、連通路８を介して主室４に噴射する。主室４に噴射された火炎は、主室４の混合気に着火し、主室４の混合気を燃焼させる。すなわち、副室式内燃機関１では、主室４および副室６を含んで燃焼空間３が形成される。

【0034】

燃料噴射弁１２は、主室４に向けて設けられ、主室４に燃料を噴射する。燃料噴射弁１２は、シリンダヘッド１０２の吸気バルブ１０４側に配置される。燃料噴射弁１２は、燃料を噴霧状にして供給することで、主室４に混合気を形成する。また、燃料噴射弁１２は、主室４に燃料を噴射することで、連通路８を介して副室６に燃料を供給する。燃料噴射弁１２は、副室６に燃料を供給することで、副室６の混合気を形成する。本実施形態では、燃料噴射弁１２は、先端が主室４に向けて設けられ、主室４に直接燃料を噴射する。すなわち、副室式内燃機関１は、直噴型の内燃機関である。図１に示すように、燃料噴射弁１２は、ＥＣＵ２８に電気的に接続され、制御部２２によって、噴射量と噴射時期が制御される。

【0035】

また、燃料噴射弁１２は、デリバリーパイプ１３に接続される。デリバリーパイプ１３は、図示しない燃料配管、燃料噴射ポンプ、および、燃料タンクに接続される。燃料温度センサ２０は、デリバリーパイプ１３に設けられる。しかし、燃料温度センサ２０は、燃料配管のいずれかに設けられればよい。

【0036】

過給機１４は、タービン１４ａ、タービン１４ａと同軸上に配置されるコンプレッサ１４ｂと、を含む。タービン１４ａは、排気通路１１１に設けられる。タービン１４ａは、主室４からの排気によって駆動される。コンプレッサ１４ｂは、吸気通路１０６に設けられる。コンプレッサ１４ｂは、タービン１４ａによって駆動されて、主室４に供給する空気（吸気）を加圧する。

【0037】

大気圧センサ１６は、大気圧を検知する。大気温度センサ１８は、大気温度を検知する。本実施形態では、大気圧センサ１６、および、大気温度センサ１８は、吸気通路１０６に設けられるエアフロセンサ１５に内蔵される。エアフロセンサ１５は、副室式内燃機関１の各気筒Ｎに吸入される空気量を計測する。エアフロセンサ１５は、大気圧センサ１６、および、大気温度センサ１８とともに、ＥＣＵ２８に電気的に接続される。

【0038】

排気循環装置２４は、排気通路１１１と吸気通路１０６とを、排気循環バルブ２４ａを介して繋ぎ、主室４から排出される排気を、排気通路１１１から吸気通路１０６に循環する。排気循環装置２４は、排気を副室式内燃機関１で再燃焼させることで、排気中の窒素酸化物を低減する。

【0039】

制御部２２は、第１噴射Ｉ１と、第２噴射Ｉ２と、を行うように燃料噴射弁１２を制御する（図４参照）。より具体的には、制御部２２は、副室式内燃機関１の運転領域ごとに定められた目標空燃比Ｒを取得する。制御部２２は、取得した目標空燃比Ｒと、エアフロセンサ１５で計測した空気量から、第１噴射Ｉ１で噴射すべき第１噴射量Ｖ１、および、第２噴射Ｉ２で噴射すべき第２噴射量Ｖ２を算出する。制御部２２は、算出された燃料噴射量に基づき、燃料噴射弁１２を駆動するパルス信号に変換する。制御部２２は、燃料噴射弁１２にパルス信号を送り、燃料噴射弁１２を制御する。なお、本実施形態では、目標空燃比Ｒは、理論空燃比よりもリーンな値に設定される。すなわち、副室式内燃機関１は、理論空燃比より希薄な空燃比で運転される（以下リーン運転と記す）。さらに、制御部２２は、点火プラグ１０の点火時期を制御する。

【0040】

また、本実施形態では、制御部２２は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒоｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２８に記憶されるソフトウェアによって実現される機能構成である。ＥＣＵ２８は、実際には、演算装置と、メモリと、入出力バッファ等とを含むマイクロコンピュータによって構成される。ＥＣＵ２８は、各センサおよび各種装置からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、副室式内燃機関１が所望の運転状態となるように、各種装置を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）による処理でもよい。

【0041】

次に、図３Ａから図３Ｃを用いて、制御部２２が行う燃料噴射弁１２の制御と、燃料噴射弁１２が燃料を噴射する際の噴霧状態と、点火プラグ１０による点火後の火炎状態について説明する。また、図４を用いて、副室式内燃機関１の気筒内圧力の変化と噴射時期について説明する。なお、図４は、下段に気筒Ｎの吸気行程から排気行程までの気筒内圧力の変化を示し、上段に吸気行程から排気行程までの制御部２２が燃料噴射弁１２を制御する燃料噴射時期、燃料噴射期間、および、噴射量を示す。図４の破線は点火時期を示す。

【0042】

図３Ａは、副室式内燃機関１の気筒Ｎが吸気行程にある際の燃料噴霧状態を示す。図３Ａに示すように、吸気行程では、吸気バルブ１０４が開弁するとともに、ピストン１０３が下がり（図３Ａ矢印参照）、吸気が主室４および副室６に流入する。本実施形態では、吸気は、過給機１４によって加圧される。すなわち、図４の実線に示すように、主室４および副室６の圧力は、吸気の圧力と同じ圧力を維持する。なお、このとき、排気循環装置２４によって、排気循環ガスが吸気に混入されてもよい。

【0043】

図３Ａおよび図４に示すように、制御部２２は、吸気行程の場合に、主として主室４に燃料を供給するための第１噴射Ｉ１を燃料噴射弁１２に行わせる。図３Ａに示すように、このとき、主室４に供給される燃料噴霧Ｆ１の一部が、連通路８を介して副室６に流入してもよい。しかし、第１噴射Ｉ１は、主として主室４の混合気を形成するために行われる。

【0044】

主室４の燃焼は、副室式内燃機関１の出力燃費性能、および、排気浄化性能に対する影響が、副室６の燃焼よりも大きい。このため、主室４には、副室式内燃機関１の運転状態に合わせた燃料が供給される必要がある。制御部２２は、副室式内燃機関１の運転状態に合わせた出力燃費性能、および、排気浄化性能が出せるように、燃料噴射弁１２を制御し、主室４に燃料を供給する。第１噴射Ｉ１によって噴射された燃料は、主室４内で吸気と混じり混合気を形成する。混合気は、ピストン１０３が下がるとともに主室４全体に供給される。

【0045】

図３Ｂは、副室式内燃機関１が圧縮行程にある際の燃料噴霧状態を示す。図３Ｂに示すように、圧縮行程では、吸気バルブ１０４が閉弁するとともにピストン１０３が上がり（図３Ｂ矢印参照）、主室４の混合気が圧縮される。このとき、図４に実線で示す主室４の気筒内圧力は、上昇する。また、このとき、連通路８を介して副室６に流入する混合気は、連通路８で絞られて、混合気に圧力損失が生じる。これによって、図４に二点鎖線で示したように、副室６の圧力は、主室４に対して遅れて上昇する。したがって、副室６の圧力は、主室４の圧力よりも低くなる。

【0046】

図３Ｂおよび図４に示すように、制御部２２は、副室６の圧力が主室４の圧力よりも低くなった際に、第２噴射Ｉ２を燃料噴射弁１２に行わせる。第２噴射Ｉ２は、連通路８を介して副室６に燃料を供給するために行われる。図３Ｂに示すように、このとき、副室６に供給される燃料噴霧Ｆ２の一部が、連通路８に入らず、主室４に流入してもよい。しかし、第２噴射Ｉ２は、主として副室６の混合気を形成するために行われる。

【0047】

より具体的には、制御部２２は、副室６の空燃比が、主室４および副室６を含む燃焼空間３の空燃比よりもリッチとなるように、第２噴射Ｉ２を燃料噴射弁１２に行わせる。すなわち、制御部２２は、第１噴射Ｉ１で噴射した１サイクル当たりの第１噴射量Ｖ１と、目標空燃比Ｒに基づいて、第２噴射Ｉ２における１サイクル当たりの噴射量である第２噴射量Ｖ２を算出する。制御部２２は、燃料噴射弁１２を制御し、算出された第２噴射量Ｖ２を第２噴射Ｉ２で燃料噴射弁１２に噴射させることで、副室６に燃料を供給する。このとき、燃焼空間３の空燃比は、目標空燃比Ｒに近くなる。しかし、第２噴射Ｉ２によって副室６に燃料が供給されることで、副室６内の空燃比は、目標空燃比Ｒよりもリッチとなる。

【0048】

また、図４の燃料噴射時期が示すように、制御部２２は、燃料噴射弁１２に送信するパルス信号のパルス幅を調整することで、第２噴射Ｉ２を複数回の噴射に均等に分割し、複数回の噴射を燃料噴射弁１２に行わせる。すなわち、制御部２２は、第２噴射Ｉ２で噴射する１サイクル当たりの第２噴射量Ｖ２を所定回数に割った量の燃料を燃料噴射弁１２に１サイクルで所定回数噴射させる。このように、燃料噴射弁１２が、第２噴射Ｉ２で噴射される１サイクル当たりの第２噴射量Ｖ２を均等に分割した量で、燃料を複数回噴射することで、燃料噴射弁１２から噴射される燃料噴霧Ｆ２の微粒化が促進される。燃料の微粒化が促進されると、燃料は、連通路８を通過しやすくなる。これによって、制御部２２は、燃料噴射弁１２を制御して、副室６に燃料を容易に供給する。

【0049】

また、制御部２２は、第２噴射量Ｖ２を均等に分割した量の燃料を燃料噴射弁１２に複数回噴射させることで、第２噴射量Ｖ２の微調整も容易となる。より具体的には、制御部２２は、パルス信号のパルス幅を一定にしたまま、噴射回数を可変させることで、第２噴射量Ｖ２を調整する。これによって、制御部２２は、連通路８を介して副室６に供給する燃料を調整しやすくなる。この結果、制御部２２は、副室６の空燃比を調整しやすくなる。

【0050】

さらに、第２噴射Ｉ２の１サイクル当たりの第２噴射量Ｖ２は、第１噴射Ｉ１の１サイクル当たりの第１噴射量Ｖ１よりも少ない。具体的には、第２噴射量Ｖ２は、第１噴射量Ｖ１の半分以下である。第２噴射量Ｖ２が小さいほど、燃料噴射弁１２から噴射される燃料噴霧Ｆ２が微粒化される。これによって、制御部２２は、第２噴射Ｉ２によって、副室６に燃料を容易に供給できる。

【0051】

さらに、制御部２２は、大気圧センサ１６で検出された大気圧Ｐоが高いほど、第２噴射Ｉ２の噴射時期を進角する。より具体的には、制御部２２は、検出された大気圧Ｐоが所定大気圧より高い場合は、検出された大気圧Ｐоと所定大気圧の差分に応じて、差分が大きいほど第２噴射Ｉ２の噴射時期を進角する。同一出力で比較した場合に、大気圧Ｐоが低いときよりも大気圧Ｐоが高いときの方が、スロットルバルブ１０７の開度は、小さくなる。これによって、主室４の吸気流動が抑制される。このため、燃料噴射弁１２から噴射される燃料が、副室６に到達するまでの時間が長くなる。制御部２２は、第２噴射Ｉ２の燃料噴射時期を進角する。これにより、燃料が、副室６に到達しやすくなる。

【0052】

また、制御部２２は、大気温度センサ１８で検出された大気温度Ｔоが高いほど、第２噴射Ｉ２の１サイクル当たりの第２噴射量Ｖ２を割る所定回数を減らす。より具体的には、制御部２２は、検出された大気温度Ｔоが所定温度より高い場合は、検出された大気温度Ｔоと所定温度の差分に応じて、差分が大きいほど第２噴射Ｉ２を行う際のパルス信号のパルス幅を小さくし、１サイクル当たりの第２噴射量Ｖ２を割る所定回数を減らす。さらに、制御部２２は、燃料温度センサ２０で検出された燃料温度Ｔｆが高いほど、第２噴射Ｉ２の１サイクル当たりの第２噴射量Ｖ２を割る所定回数を減らす。より具体的には、制御部２２は、検出された燃料温度Ｔｆが所定燃料温度より高い場合は、検出された燃料温度Ｔｆと所定燃料温度の差分に応じて、差分が大きいほど第２噴射Ｉ２を行う際のパルス信号のパルス幅を小さくし、１サイクル当たりの第２噴射量Ｖ２を割る所定回数を減らす。このほか、制御部２２は、副室式内燃機関１の水温が高いときなど、燃料が受熱しやすい環境で同様の制御を行ってもよい。

【0053】

燃料の温度が高いほど、燃料噴霧Ｆ２の貫徹力が弱まる。すなわち、燃料噴射弁１２から噴射された燃料が、副室６に到達し難くい。大気温度Ｔоが高いときは、吸気温度が高くなり燃料温度Ｔｆが高くなる。また、燃料タンクなどからの受熱によって、燃料温度Ｔｆ自体が高くなることもある。制御部２２は、第２噴射Ｉ２の分割する回数を減らし、１回あたりの噴射量（１パルス幅あたりの噴射量）を増加させることで、副室６に到達する燃料の減少を防止する。

【0054】

制御部２２は、このほか、副室式内燃機関１が加速状態にあるときなど、副室６に到達するまでの時間に余裕がないときは、第２噴射Ｉ２を進角してもよい。

【0055】

図３Ｃは、点火プラグ１０によって副室６の混合気に点火した状態を示す。制御部２２は、点火プラグ１０を制御し、第２噴射Ｉ２によって燃焼空間３の空燃比よりもリッチとなった副室６の混合気に点火する。副室６の混合気が点火されると、副室６では予備燃焼が生じ、予備燃焼により副室６内で生じた火炎は、連通路８を介して主室４に噴射される。そして、主室４の混合気が燃焼し、燃焼によって発生する燃焼ガスで圧力が上昇する。これにより、ピストン１０３が押し下げられ、膨張行程に進む。ピストン１０３が下死点付近まで下がると、排気バルブ１０９が開いて排気行程に進み、ピストン１０３が下死点から上昇し、シリンダ内の燃焼ガス（排気）が排気ポート１１０に排出される。そして、ピストン１０３が上死点に達すると、再び吸気行程が始まる。このようにピストン１０３が２往復すると４つの行程が完了する。

【0056】

以上説明した通り、本実施形態の副室式内燃機関１の燃料噴射制御システム２では、制御部２２は、第２噴射Ｉ２によって副室６を、燃焼空間３の空燃比よりもリッチにする。これによって、副室６の空燃比が、着火に適した空燃比に調整される。この結果、副室６の混合気の空燃比は安定し、着火に適した状態となる。副室６の着火が安定すると、副室６の燃焼が安定し、ひいては主室４の燃焼も安定する。

【0057】

また、本実施形態では、制御部２２は、副室式内燃機関１をリーン運転する。さらに、制御部２２は、副室式内燃機関１をリーン運転する場合に、窒素酸化物を低減するように排気循環装置２４を制御する。このような状態では、副室６から噴射される火炎の安定性が、主室４の燃焼に大きく影響する。本実施形態の副室式内燃機関１の燃料噴射制御システム２であれば、副室６の空燃比が安定することで、主室４の燃焼が安定する。これによって、出力性能と排気浄化性能を維持しながらも、より希薄な空燃比での運転が達成される。この結果、燃費が向上する。特に、制御部２２が副室式内燃機関１を定常運転する場合に、副室６の空燃比がより安定する。これより、さらに燃費が向上する。すなわち、副室式内燃機関１が発電機３０を駆動する際の運転に適している。

【0058】

＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の変形例は必要に応じて任意に組合せ可能である。

【0059】

上記実施形態では、副室式内燃機関１は、直噴型の燃料噴射弁１２を各気筒Ｎに備えるが、本開示はこれに限定されるものではない。副室式内燃機関１は、直噴型の燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート型の燃料噴射弁と、を各気筒Ｎにそれぞれ備えても良い。この場合、制御部２２は、第１噴射Ｉ１と第２噴射Ｉ２を、直噴型の燃料噴射弁と吸気ポート型の燃料噴射弁で分担して行うように各燃料噴射弁を制御してもよい。

【0060】

また、副室式内燃機関１は、２つの直噴型の燃料噴射弁を各気筒Ｎに備えてもよい。この場合、制御部２２は、それぞれ第１噴射Ｉ１と第２噴射Ｉ２を別々の直噴型の燃料噴射弁で行うように各燃料噴射弁を制御してもよい。

【0061】

また、上記実施形態では、燃料噴射弁１２が、主室４に向けて設けられ、主室４に燃料を噴射するが、本開示はこれに限定されるものではない。燃料噴射弁１２は、副室６の副室壁６１に囲まれた空間に設けられてもよい。また、直噴型の第１燃料噴射弁と、副室６の副室壁６１に囲まれた空間に設けられる第２燃料噴射弁とが、気筒Ｎ毎にそれぞれ設けられてもよい。

【0062】

上記実施形態では、副室の形状はシリンダ軸方向に垂直な面による断面が円形となる形状（半球や円筒形状など）を例にしている。しかしながら、副室の形状はこれに限られない。断面が楕円や正多角形となる形状であってもよい。火炎伝播の観点からは、対称性のある形状が好ましいが、これに限られない。

【0063】

上記実施形態では、副室に設けられた点火プラグで混合気が点火される火花点火内燃機関を例にしている。本開示の内燃機関では燃料としてガソリンが使用されるが、当然これに限定されず、アルコールなどの他の燃料であってもよい。また、本開示の特徴は、火花点火内燃機関に限られず、ディーゼルエンジンなどの圧縮着火内燃機関にも適用可能である。つまり、副室内に点火プラグ等の火花発生手段を設けることは必須ではなく、内燃機関の１燃焼サイクル（４ストロークエンジンであれば吸入、圧縮、燃焼、排気からなるサイクル）の中で最初の正常燃焼（予備燃焼）が副室内で生じるように設計された内燃機関であれば同様の作用効果が期待される。なお、圧縮着火内燃機関であっても、インジェクタから副室内に燃料を直接噴射させることや圧縮比を適宜設定することで、副室内で予備燃焼を発生させられることは従来周知である。また、圧縮着火内燃機関であっても、燃料は特に軽油に限定されず、ガソリンやアルコール等であってもよい。

【0064】

本開示の実施形態によれば、副室式内燃機関（１）の燃料噴射制御システム（２）は、
主室（４）と、
前記主室（４）と隔てられ、前記主室内の燃焼の前の予備燃焼が生じる副室（６）と、
前記主室（４）と前記副室（６）とを連通する連通路（８）と、
前記主室（４）および前記副室（６）を含む燃焼空間に燃料を噴射する噴射部（１２）と、
前記噴射部（１２）を制御する制御部（２２）と、
を備え、
前記予備燃焼は、前記連通路（８）を介して前記主室（４）から前記副室（６）に導入された混合気の着火により生じ、
前記制御部（２２）は、前記噴射部（１２）により、
前記主室（４）に前記燃料を供給する第１噴射（Ｉ１）と、
前記副室（６）に前記連通路（８）を介して前記燃料を供給する第２噴射（Ｉ２）と、
を行う。

【0065】

前記制御部（２２）は、前記副室（６）の空燃比が前記燃焼空間の空燃比よりもリッチとなるように、前記第２噴射（Ｉ２）を行ってもよい。

【0066】

前記第２噴射（Ｉ２）の１サイクル当たりの噴射量（Ｖ２）は、前記第１噴射（Ｉ１）の１サイクル当たりの噴射量（Ｖ１）よりも少なくてもよい。

【0067】

副室式内燃機関（１）の燃料噴射制御システム（２）は、大気圧を検知する第１検知部（１６）をさらに備えてもよい。そして、前記制御部（２２）は、前記大気圧が高いほど、前記第２噴射（Ｉ２）の噴射時期を進角してもよい。

【0068】

副室式内燃機関（１）の燃料噴射制御システム（２）は、大気温度を検知する第２検知部（１８）をさらに備えてもよい。そして、前記制御部（２２）は、前記第２噴射（Ｉ２）において、前記第２噴射（Ｉ２）の１サイクル当たりの噴射量（Ｖ２）を所定回数分に割った噴射量を前記１サイクルで前記所定回数噴射してもよく、前記大気温度が高くなるほど、前記所定回数を減らしてもよい。

【0069】

副室式内燃機関（１）の燃料噴射制御システム（２）は、前記燃料の温度を検知する第３検知部（２０）をさらに備えてもよい。そして、前記制御部（２２）は、前記第２噴射（Ｉ２）において、前記第２噴射（Ｉ２）の１サイクル当たりの噴射量（Ｖ２）を所定回数分に割った噴射量を前記１サイクルで前記所定回数噴射してもよく、前記燃料の温度が高くなるほど、前記所定回数を減らしてもよい。

【0070】

前記制御部（２２）は、前記副室（６）の圧力が前記主室（４）の圧力よりも低くなる際に、前記第２噴射（Ｉ２）を行ってもよい。

【0071】

前記制御部（２２）は、前記第２噴射（Ｉ２）において、前記第２噴射（Ｉ２）の１サイクル当たりの噴射量（Ｖ２）を複数回分に割った噴射量を前記１サイクルで前記複数回噴射してもよい。

【0072】

前記制御部（２２）は、前記内燃機関が吸気工程である際に前記第１噴射（Ｉ１）を行い、前記内燃機関が圧縮工程である際に前記第２噴射（Ｉ２）を行ってもよい。

【0073】

本出願は、２０１９年３月２７日出願の日本特許出願特願２０１９－０６１１２６に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

【符号の説明】

【0074】

１：副室式内燃機関
２：燃料噴射制御システム
３：燃焼空間
４：主室
６：副室
８：連通路
１２：燃料噴射弁（噴射部）
１６：大気圧センサ（第１検知部）
１８：大気温度センサ（第２検知部）
２０：燃料温度センサ（第３検知部）
２２：制御部
６１：副室壁
Ｉ１：第１噴射
Ｉ２：第２噴射
Ｖ１：第１噴射量
Ｖ２：第２噴射量

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】