特許 7319852 エンジン

(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】2023-07-25

(45)【発行日】2023-08-02

(54)【発明の名称】エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02B 23/00 20060101AFI20230726BHJP

   F02B 23/08 20060101ALI20230726BHJP

   F02B 23/10 20060101ALI20230726BHJP

   F02F 3/26 20060101ALI20230726BHJP

   F02F 1/24 20060101ALI20230726BHJP

【ＦＩ】

F02B23/00 A

F02B23/08 A

F02B23/10 310A

F02F3/26 A

F02F1/24 D

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019134230

(22)【出願日】2019-07-22

(65)【公開番号】P2021017850

(43)【公開日】2021-02-15

【審査請求日】2022-03-24

(73)【特許権者】

【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】竹▲崎▼ 貴之

【審査官】家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】特表２００２－５０２９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０８５２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２８５２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０９３８６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ２３／００

Ｆ０２Ｆ １／００ ， ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドに設けられた点火プラグと、
前記シリンダヘッドに設けられ、前記点火プラグの周囲を囲うように配されたヘッド隔壁と、
前記シリンダヘッドに設けられ、噴射孔が前記ヘッド隔壁外に露出するインジェクタと、
前記シリンダヘッドに連結されるシリンダブロックに形成されるシリンダと、
前記シリンダ内に配されるピストンと、
前記ピストンの冠面に設けられ、前記ヘッド隔壁と前記ピストンの摺動方向において対向し、前記インジェクタから離隔するほど高さが漸増し、前記インジェクタに近接する側の前記冠面からの高さが、前記インジェクタから離隔する側の前記冠面からの高さより低いピストン隔壁と、
を備えるエンジン。

【請求項2】

前記ピストン隔壁の内壁面には、前記インジェクタの噴射方向に沿って延在する溝が形成される請求項１に記載のエンジン。

【請求項3】

前記ヘッド隔壁は、前記インジェクタに近接する側の前記シリンダヘッドの内壁面からの高さが、前記インジェクタから離隔する側の前記シリンダヘッドの内壁面からの高さより高い請求項１または２に記載のエンジン。

【請求項4】

前記ヘッド隔壁と前記ピストン隔壁との間には、前記ヘッド隔壁と前記ピストン隔壁とが最も近接した状態で、周方向の少なくとも一部において隙間が形成される請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エンジンは、燃費を向上させるため、理論空燃比よりも薄い（すなわち、リーン）混合気で希薄燃焼を行う場合がある。しかし、エンジンは、希薄燃焼を行う場合、混合気が着火し難いという問題がある。

【0003】

特許文献１には、ピストンの冠面に形成されたピストン隔壁と、シリンダヘッドの点火プラグの周囲を囲うように形成されたヘッド隔壁とを備えるエンジンについて開示がある。ピストンが上死点に達したとき、ピストン隔壁とヘッド隔壁は、互いに近接し、内部に副燃焼室を形成する。

【0004】

インジェクタは、副燃焼室に燃料を直接噴射することで、副燃焼室内の混合気の濃度を副燃焼室外の混合気の濃度より濃くする。エンジンは、副燃焼室で混合気を燃焼させることで、希薄燃焼の着火性を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平６－９３８６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１では、インジェクタは、副燃焼室に燃料を直接噴射するため、インジェクタの噴射孔がヘッド隔壁内に露出するように配する必要がある。しかし、その場合、シリンダヘッドには、インジェクタおよび点火プラグの双方を密に配する必要があり、インジェクタおよび点火プラグをシリンダヘッドに搭載することが困難であった。

【0007】

そこで、インジェクタの噴射孔をヘッド隔壁外に露出するように配し、副燃焼室外から副燃焼室内に向けて燃料を噴射させることも考えられる。インジェクタの噴射孔をヘッド隔壁外に露出するように配することで、インジェクタおよび点火プラグをシリンダヘッドに搭載することが容易になる。しかし、その場合、副燃焼室に供給すべき燃料を、副燃焼室内に導入させることが難しく、希薄燃焼の着火性が悪化するという問題があった。

【0008】

本発明は、希薄燃焼の着火性を向上させることが可能なエンジン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】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明のエンジンは、シリンダヘッドと、シリンダヘッドに設けられた点火プラグと、シリンダヘッドに設けられ、点火プラグの周囲を囲うように配されたヘッド隔壁と、シリンダヘッドに設けられ、噴射孔がヘッド隔壁外に露出するインジェクタと、シリンダヘッドに連結されるシリンダブロックに形成されるシリンダと、シリンダ内に配されるピストンと、ピストンの冠面に設けられ、ヘッド隔壁とピストンの摺動方向において対向し、インジェクタから離隔するほど高さが漸増し、インジェクタに近接する側の冠面からの高さが、インジェクタから離隔する側の冠面からの高さより低いピストン隔壁と、を備える。

【0010】

ピストン隔壁の内壁面には、インジェクタの噴射方向に沿って延在する溝が形成されてもよい。

【0011】

ヘッド隔壁は、インジェクタに近接する側のシリンダヘッドの内壁面からの高さが、インジェクタから離隔する側のシリンダヘッドの内壁面からの高さより高くてもよい。

【0012】

ヘッド隔壁とピストン隔壁との間には、ヘッド隔壁とピストン隔壁とが最も近接した状態で、周方向の少なくとも一部において隙間が形成されてもよい。

【0013】

本発明によれば、希薄燃焼の着火性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】エンジンの構成を示す概略図である。

【図2】本実施形態の副燃焼室形成構造の概略斜視図である。

【図3】本実施形態の副燃焼室形成構造の概略側面図である。

【図4】本実施形態のピストン隔壁の概略上面図である。

【図5】ヘッド隔壁とピストン隔壁とが近接した状態を示す図である。

【図6】インジェクタを先端側から見た図である。

【図7】図６に示すＶＩＩ－ＶＩＩ線概略断面図である。

【図8】複数の噴射孔から燃料が噴射される様子を示した図である。

【図9】噴射孔から燃料が噴射される様子を示した図である。

【図10】副燃焼室内に供給された燃料の様子を示した図である。

【図11】点火プラグが燃料を点火する様子を示した図である。

【図12】比較例の副燃焼室形成構造の概略側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な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寸法、材料、その他具体的な数値等は、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。

【0016】

図１は、エンジン１０の構成を示す概略図である。図１に示すように、エンジン１０は、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１４とを含んで構成される。

【0017】

シリンダブロック１２には、シリンダボア１６が形成される。シリンダボア１６は、シリンダブロック１２に複数形成されてもよいし、単数（１つ）形成されてもよい。シリンダボア１６には、ピストン１８が配され、ピストン１８は、シリンダボア１６内を摺動自在に移動することができる。

【0018】

ピストン１８には、コネクティングロッド２０が接続される。シリンダブロック１２には、シリンダヘッド１４が連結される。シリンダヘッド１４の内壁面と、シリンダボア１６の内壁面と、ピストン１８の冠面１８ａとによって囲まれた空間が燃焼室２２として形成される。

【0019】

シリンダブロック１２には、シリンダヘッド１４が連結される側と反対側に、クランクケース２４が一体的に形成される。ただし、クランクケース２４は、シリンダブロック１２と別体的に形成されてもよい。

【0020】

クランクケース２４内には、クランク室２４ａが形成される。クランク室２４ａ内には、クランクシャフト２６が回転自在に支持される。クランクシャフト２６には、コネクティングロッド２０が連結される。これにより、ピストン１８は、コネクティングロッド２０を介してクランクシャフト２６に連結される。

【0021】

シリンダヘッド１４には、吸気ポート２８および排気ポート３０が形成される。吸気ポート２８および排気ポート３０は、燃焼室２２と連通する。吸気ポート２８は、吸気の上流側に１つの開口が形成され、燃焼室２２に臨む吸気の下流側に２つの開口が形成される。つまり、吸気ポート２８は、吸気の上流から下流に向かう途中で流路が２つに分岐する。吸気ポート２８と燃焼室２２との間には、吸気バルブ３２の傘部が配される。吸気バルブ３２は、不図示のカムシャフトの回転に伴って移動し、吸気ポート２８を燃焼室２２に対して開閉する。

【0022】

シリンダヘッド１４の外壁面のうち、吸気ポート２８が開口する上流端部１４ａには、インテークマニホールド３４が連結される。インテークマニホールド３４および吸気ポート２８の内部には、吸気が流通する吸気流路３６が形成される。

【0023】

排気ポート３０は、燃焼室２２に臨む排気の上流側に２つの開口が形成され、排気の下流側に１つの開口が形成される。つまり、排気ポート３０は、排気の上流から下流に向かう途中で流路が１つに統合される。排気ポート３０と燃焼室２２との間には、排気バルブ３８の傘部が配される。排気バルブ３８は、不図示のカムシャフトの回転に伴って移動し、排気ポート３０を燃焼室２２に対して開閉する。

【0024】

シリンダヘッド１４の外壁面のうち、排気ポート３０が開口する下流端部１４ｂには、エキゾーストマニホールド４０が連結される。排気ポート３０およびエキゾーストマニホールド４０の内部には、排気が流通する排気流路４２が形成される。

【0025】

シリンダヘッド１４には、先端が燃焼室２２内に位置するようにインジェクタ４４および点火プラグ４６が設けられる。本実施形態では、インジェクタ４４は、シリンダヘッド１４の側面に配置（サイド配置）される。

【0026】

具体的に、インジェクタ４４は、吸気ポート２８（吸気バルブ３２）に対し、点火プラグ４６と反対側に配される。ただし、インジェクタ４４は、排気ポート３０（排気バルブ３８）に対し、点火プラグ４６と反対側に配されてもよい。

【0027】

インジェクタ４４は、吸気ポート２８を介して燃焼室２２に流入した吸気に対し、燃料を噴射する。点火プラグ４６は、所定のタイミングで放電することにより吸気と燃料との混合気を点火する。

【0028】

吸気と燃料との混合気は、点火プラグ４６の点火により燃焼する。かかる燃焼により、ピストン１８がシリンダボア１６内で往復運動を行う。ピストン１８の往復運動は、コネクティングロッド２０を通じてクランクシャフト２６の回転運動に変換される。

【0029】

ところで、エンジン１０は、燃費を向上させるため、理論空燃比よりも薄い（すなわち、リーン）混合気で希薄燃焼を行う。しかし、従来のエンジンは、希薄燃焼を行う場合、混合気が着火し難いという問題がある。

【0030】

そこで、本実施形態のエンジン１０は、副燃焼室形成構造４８を備える。副燃焼室形成構造４８は、ヘッド隔壁５０と、ピストン隔壁５２とを含んで構成される。

【0031】

ヘッド隔壁５０は、シリンダヘッド１４に設けられ、燃焼室２２内に配される。ヘッド隔壁５０は、大凡円筒形状である。ヘッド隔壁５０の外径（直径）は、ピストン１８の外径（直径）よりも小さい。ヘッド隔壁５０は、点火プラグ４６の周囲を囲うように配される。点火プラグ４６は、燃焼室２２の頂点（中心）に配される。

【0032】

ピストン隔壁５２は、ピストン１８の冠面１８ａに設けられ、燃焼室２２内に配される。ピストン隔壁５２は、大凡円筒形状である。ピストン隔壁５２の外径および内径は、ヘッド隔壁５０の外径および内径と大凡等しい。

【0033】

ピストン隔壁５２は、ピストン１８の冠面１８ａのうち、ピストン１８の摺動方向（シリンダボア１６の中心軸方向）においてヘッド隔壁５０と対向する位置に配される。ピストン隔壁５２は、ピストン１８の冠面１８ａの中心に配される。ピストン隔壁５２の中心軸は、ピストン１８の中心軸と大凡等しい。ピストン隔壁５２は、ピストン１８と一体的に移動し、ヘッド隔壁５０と近接する方向、および、ヘッド隔壁５０から離隔する方向に移動する。

【0034】

図２は、本実施形態の副燃焼室形成構造４８の概略斜視図である。図２に示すように、ヘッド隔壁５０は、ピストン隔壁５２と対向する側の端部にテーパ部５４が形成される。テーパ部５４は、ピストン１８の摺動方向（図２中、両矢印方向）と直交する面（以下、基準面という）に対し傾斜している。

【0035】

テーパ部５４には、ピストン隔壁５２側に突出する複数の突起５６が形成される。複数の突起５６は、ヘッド隔壁５０の全周に亘って等間隔に形成される。ただし、複数の突起５６は、ヘッド隔壁５０の全周に亘って不等間隔に形成されてもよい。

【0036】

ピストン隔壁５２は、ヘッド隔壁５０と対向する側の端部にテーパ部５８が形成される。テーパ部５８は、基準面に対し傾斜している。テーパ部５８の基準面に対する傾斜角度は、テーパ部５４の基準面に対する傾斜角度と大凡等しく、テーパ部５８は、テーパ部５４と大凡平行である。

【0037】

テーパ部５８には、ヘッド隔壁５０側に突出する複数の突起６０が形成される。複数の突起６０は、複数の突起５６とピストン１８の摺動方向において互い違いに位置している。複数の突起６０は、ピストン隔壁５２の全周に亘って等間隔に形成される。ただし、複数の突起６０は、ピストン隔壁５２の全周に亘って不等間隔に形成されてもよい。

【0038】

図３は、本実施形態の副燃焼室形成構造４８の概略側面図である。図４は、本実施形態のピストン隔壁５２の概略上面図である。図３に示すように、ヘッド隔壁５０は、点火プラグ４６を囲繞し、ヘッド隔壁５０内に点火プラグ４６を収容している。インジェクタ４４は、点火プラグ４６から離隔して配され、ヘッド隔壁５０外に配される。インジェクタ４４の噴射孔は、ヘッド隔壁５０内に露出せずに、ヘッド隔壁５０外に露出している。

【0039】

ヘッド隔壁５０は、インジェクタ４４の噴射方向（図３中、矢印方向）に沿ってシリンダヘッド１４の内壁面からの高さ（ピストン１８の摺動方向の長さ）が変化する。換言すれば、ヘッド隔壁５０は、ピストン１８の摺動方向と直交し点火プラグ４６を通過する断面からの高さが、インジェクタ４４の噴射方向に沿って変化する。具体的に、ヘッド隔壁５０は、インジェクタ４４の噴射方向上流側の高さが、インジェクタ４４の噴射方向下流側の高さより高い。換言すれば、ヘッド隔壁５０は、インジェクタ４４に近接する側の高さが、インジェクタ４４から離隔する側の高さより高い。

【0040】

ヘッド隔壁５０は、インジェクタ４４から離隔する（インジェクタ４４の噴射方向の下流側）ほど、高さが漸減する。つまり、ヘッド隔壁５０は、インジェクタ４４に最も近接する部位の高さが最も高く、インジェクタ４４から最も離隔する部位の高さが最も低い。

【0041】

ピストン隔壁５２は、インジェクタ４４の噴射方向（図３中、矢印方向）に沿ってピストン１８の冠面１８ａからの高さが変化する。具体的に、ピストン隔壁５２は、インジェクタ４４の噴射方向上流側の高さが、インジェクタ４４の噴射方向下流側の高さより低い。換言すれば、ピストン隔壁５２は、インジェクタ４４に近接する側の高さが、インジェクタ４４から離隔する側の高さより低い。

【0042】

ピストン隔壁５２は、インジェクタ４４から離隔する（インジェクタ４４の噴射方向の下流側）ほど、高さが漸増する。つまり、ピストン隔壁５２は、インジェクタ４４に最も近接する部位の高さが最も低く、インジェクタ４４から最も離隔する部位の高さが最も高い。

【0043】

ピストン隔壁５２内には、窪み部６２が形成される。窪み部６２は、ピストン１８の冠面１８ａに対し、シリンダヘッド１４（ヘッド隔壁５０）から離隔する方向に窪んでいる。窪み部６２の底面には、溝６４が形成される。このように、ピストン隔壁５２の内壁面には、窪み部６２および溝６４が形成される。

【0044】

図４に示すように、溝６４は、窪み部６２の中央部に形成される。また、図３および図４に示すように、溝６４は、インジェクタ４４の噴射方向（図３および図４中、矢印方向）に沿って延在する。図３に示すように、溝６４は、窪み部６２（ピストン隔壁５２）の中心軸およびインジェクタ４４の噴射方向（図３中、矢印方向）含む断面形状が円弧形状（曲線形状）である。溝６４は、窪み部６２（ピストン隔壁５２）の中心に近接するほど、深さが深くなる。

【0045】

図５は、ヘッド隔壁５０とピストン隔壁５２とが近接した状態を示す図である。図５に示すように、ヘッド隔壁５０およびピストン隔壁５２は、互いに近接すると、燃焼室２２内を２つの空間に区画する。ヘッド隔壁５０およびピストン隔壁５２は、燃焼室２２を、主燃焼室２２ａと、副燃焼室２２ｂとに区画する。

【0046】

主燃焼室２２ａは、シリンダヘッド１４（図１参照）の内壁面と、シリンダボア１６（図１参照）の内壁面と、ピストン１８の冠面１８ａと、ヘッド隔壁５０の外壁面と、ピストン隔壁５２の外壁面とで囲まれた空間により形成される。

【0047】

副燃焼室２２ｂは、ヘッド隔壁５０の内壁面とピストン隔壁５２の内壁面とで囲まれた空間により形成される。主燃焼室２２ａは、副燃焼室２２ｂよりもピストン１８の径方向外側に形成される。

【0048】

図６は、インジェクタ４４を先端側から見た図である。図７は、図６に示すＶＩＩ－ＶＩＩ線概略断面図である。図７中、燃料の流れを実線矢印で示し、信号の流れを破線矢印で示す。図６に示すように、インジェクタ４４は、内管６６と、外管６８とを含んで構成される二重管構造である。

【0049】

内管６６は、インジェクタ４４の中心部に配され、外管６８は、内管６６よりもインジェクタ４４の径方向外側に配される。内管６６は、インジェクタ４４の中心軸と直交する断面が大凡円形状である。外管６８は、インジェクタ４４の中心軸と直交する断面が大凡円環形状である。

【0050】

インジェクタ４４の先端には、内管６６と連通する１つの噴射孔６６ａが形成される。噴射孔６６ａは、インジェクタ４４の中心軸上に位置する。また、インジェクタ４４の先端には、外管６８と連通する複数（本実施形態では、１２個）の噴射孔６８ａが形成される。複数の噴射孔６８ａは、インジェクタ４４の周方向に等間隔に配される。ただし、複数の噴射孔６８ａは、インジェクタ４４の周方向に不等間隔に配されてもよい。

【0051】

図７に示すように、内管６６には、内管ニードル６６ｂと、内管スプリング６６ｃと、内管ソレノイド６６ｄとが配される。内管ニードル６６ｂは、内管６６の噴射孔６６ａに近接（当接）するとき、噴射孔６６ａを閉塞する。内管ニードル６６ｂは、内管６６の噴射孔６６ａから離隔するとき、噴射孔６６ａを開放する。

【0052】

内管スプリング６６ｃは、内管ニードル６６ｂを噴射孔６６ａに近接する方向に押圧する。内管ソレノイド６６ｄは、詳しくは後述するように、電力が供給されると内管ニードル６６ｂを吸引し、噴射孔６６ａから離隔させる。

【0053】

外管６８には、外管ニードル６８ｂと、外管スプリング６８ｃと、外管ソレノイド６８ｄとが配される。外管ニードル６８ｂは、外管６８の噴射孔６８ａに近接（当接）するとき、噴射孔６８ａを閉塞する。外管ニードル６８ｂは、外管６８の噴射孔６８ａから離隔するとき、噴射孔６８ａを開放する。

【0054】

外管スプリング６８ｃは、外管ニードル６８ｂを噴射孔６８ａに近接する方向に押圧する。外管ソレノイド６８ｄは、詳しくは後述するように、電力が供給されると外管ニードル６８ｂを吸引し、噴射孔６８ａから離隔させる。

【0055】

内管ソレノイド６６ｄおよび外管ソレノイド６８ｄは、ＥＣＵ１００と電気的に接続される。ＥＣＵ１００は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータでなり、エンジン１０（図１参照）を統括制御する。本実施形態では、ＥＣＵ１００は、エンジン１０を制御する際、駆動制御部１０２として機能する。

【0056】

駆動制御部１０２は、エンジン１０およびエンジン１０が搭載される車両に設けられた各種センサから出力される信号に基づいて、インジェクタ４４の燃料噴射量および燃料噴射タイミングを決定する。駆動制御部１０２は、決定した燃料噴射量および燃料噴射タイミングに基づいて、内管ソレノイド６６ｄおよび外管ソレノイド６８ｄを制御する。

【0057】

つぎに、エンジン１０が希薄燃焼を行う際の動作について説明する。駆動制御部１０２は、エンジン１０の吸気行程あるいは圧縮行程時に、外管ソレノイド６８ｄに電力を供給し、外管ニードル６８ｂを複数の噴射孔６８ａから離隔させる。外管ニードル６８ｂが複数の噴射孔６８ａから離隔すると、インジェクタ４４は、複数の噴射孔６８ａを介して燃焼室２２に燃料を噴射する。このとき、内管ニードル６６ｂは、噴射孔６６ａに近接し、噴射孔６６ａを閉塞している。

【0058】

図８は、複数の噴射孔６８ａから燃料Ｆが噴射される様子を示した図である。図８に示すように、複数の噴射孔６８ａは、ピストン１８の冠面１８ａの外周部に向けて燃料Ｆを噴射する。燃料Ｆは、ピストン隔壁５２外の主燃焼室２２ａに供給される。

【0059】

このとき、ＥＣＵ１００は、燃焼室２２と連通する２つの吸気ポート２８（図１参照）のうち一方を閉じるように制御することで、燃焼室２２内にスワール流を発生させる。例えば、ＥＣＵ１００は、２つの吸気ポート２８に配された２つの吸気バルブ３２（図１参照）のうち一方を開状態に制御し、他方を閉状態に制御することで、燃焼室２２内にスワール流を発生させる。

【0060】

燃焼室２２内にスワール流が発生することで、複数の噴射孔６８ａから噴射された燃料Ｆは、主燃焼室２２ａ内をピストン１８の周方向に移動する。これにより、複数の噴射孔６８ａから噴射された燃料Ｆは、ピストン１８の外周側に位置する主燃焼室２２ａから、ピストン１８の中央側に位置する副燃焼室２２ｂに流入し難くなる。

【0061】

駆動制御部１０２は、エンジン１０の圧縮行程の終了間際（すなわち、燃焼行程の開始直前）に、内管ソレノイド６６ｄに電力を供給し、内管ニードル６６ｂを噴射孔６６ａから離隔させる。内管ニードル６６ｂが噴射孔６６ａから離隔すると、インジェクタ４４は、噴射孔６６ａを介して燃焼室２２に燃料Ｆを噴射する。このとき、複数の噴射孔６８ａは、外管ニードル６８ｂに近接し、外管ニードル６８ｂを閉塞している。

【0062】

図９は、噴射孔６６ａから燃料Ｆが噴射される様子を示した図である。図９に示すように、噴射孔６６ａは、ピストン１８の冠面１８ａの中央部に向けて燃料Ｆを噴射する。燃料Ｆは、ピストン隔壁５２内の副燃焼室２２ｂに供給される。このとき、ピストン隔壁５２は、ヘッド隔壁５０に近接しており、副燃焼室２２ｂが閉じかかっている。

【0063】

ここで、駆動制御部１０２は、複数の噴射孔６８ａを介して主燃焼室２２ａに供給する燃料Ｆの供給量と、噴射孔６６ａを介して副燃焼室２２ｂに供給する燃料Ｆの供給量とを大凡等しくする。しかし、副燃焼室２２ｂの容積は、主燃焼室２２ａの容積に比べて小さいため、副燃焼室２２ｂの空燃比は、主燃焼室２２ａの空燃比よりも小さくなる。換言すれば、副燃焼室２２ｂ内の混合気は、主燃焼室２２ａの混合気よりもリッチになる。本実施形態では、副燃焼室２２ｂの空燃比を理論空燃比とし、主燃焼室２２ａの空燃比を理論空燃比よりも大きくする（すなわち、リーン混合気とする）。

【0064】

図１０は、副燃焼室２２ｂ内に供給された燃料Ｆの様子を示した図である。図１０に示すように、副燃焼室２２ｂ内に供給された燃料Ｆは、窪み部６２に流入し、窪み部６２の底面に形成される溝６４に到達する。溝６４に到達した燃料Ｆは、溝６４の延在方向、すなわち、インジェクタ４４（図９参照）の噴射方向（図１０中、白抜き矢印方向）に沿って移動する。

【0065】

上述したように、溝６４は、断面が円弧形状に形成される。したがって、燃料Ｆは、溝６４の円弧形状に沿って移動し、図１０に示すように、副燃焼室２２ｂ内にタンブル流を形成する。このように、ピストン隔壁５２の内壁面に溝６４が形成されることで、副燃焼室２２ｂ内にタンブル流を発生させることができる。

【0066】

このとき、上述したように、主燃焼室２２ａではスワール流が形成されるため、主燃焼室２２ａの流れが副燃焼室２２ｂ内に流入し難く、副燃焼室２２ｂ内でのタンブル流の形成が阻害され難くなっている。また、主燃焼室２２ａではスワール流が形成されているため、主燃焼室２２ａの流れが副燃焼室２２ｂ内に流入し難く、副燃焼室２２ｂ内のリッチな混合気と主燃焼室２２ａ内のリーンな混合気とが混合され難くなっている。

【0067】

図１１は、点火プラグ４６が燃料Ｆを点火する様子を示した図である。図１１に示すように、ヘッド隔壁５０およびピストン隔壁５２は、エンジン１０の燃焼行程時において、内部に副燃焼室２２ｂを形成する。点火プラグ４６は、エンジン１０の燃焼行程時に、駆動制御部１０２により点火される。点火プラグ４６が点火されると、副燃焼室２２ｂ内の燃料Ｆ（図１０参照）は、着火し、燃焼する。上述したように、副燃焼室２２ｂの空燃比は理論空燃比となっているため、点火プラグ４６は、副燃焼室２２ｂ内の燃料Ｆを容易に着火させることができる。

【0068】

副燃焼室２２ｂ内で燃焼した燃料Ｆの火炎は、複数の突起５６、６０の間の隙間を介して、副燃焼室２２ｂから主燃焼室２２ａに図１１中、白抜き矢印方向に向かって放射状に流出する。主燃焼室２２ａに流出した火炎は、主燃焼室２２ａ内の混合気を燃焼させる。

【0069】

このとき、副燃焼室２２ｂ内で燃焼した燃料Ｆの火炎は、副燃焼室２２ｂの中心から径方向外側に向かってジェット状に噴射されるため、主燃焼室２２ａ内で発生する希薄燃焼（リーン燃焼）が失火し難い。

【0070】

図１２は、比較例の副燃焼室形成構造１４８の概略側面図である。図１２に示すように、比較例のエンジン１０Ａは、副燃焼室形成構造１４８を備える。比較例の副燃焼室形成構造１４８は、本実施形態の副燃焼室形成構造４８のテーパ部５４、５８の代わりに、平行部１５４、１５８を備える点のみ相違する。

【0071】

平行部１５４、１５８は、ピストン１８の摺動方向（図１２中、両矢印方向）と直交する面（すなわち、基準面）と平行に形成される。インジェクタ４４は、エンジン１０Ａの圧縮行程の終了間際（すなわち、燃焼行程の開始直前）に、噴射孔６６ａから副燃焼室２２ｂ内に向けて燃料Ｆを噴射する。このとき、燃料Ｆのうち、図１２中、ハッチングで示した部分は、ピストン隔壁５２の外壁面に到達し、副燃焼室２２ｂ内に流入し難くなる。

【0072】

そのため、インジェクタ４４から副燃焼室２２ｂ内に向けて燃料Ｆを噴射しても、副燃焼室２２ｂ内の空燃比が理論空燃比になり難く、点火プラグ４６は、副燃焼室２２ｂ内の燃料Ｆを着火し難くなる。その結果、比較例のエンジン１０Ａは、希薄燃焼を行うことが困難になる。

【0073】

これに対し、本実施形態の副燃焼室形成構造４８は、ヘッド隔壁５０に形成されたテーパ部５４およびピストン隔壁５２に形成されたテーパ部５８を備える。ピストン隔壁５２は、テーパ部５８を備えることで、インジェクタ４４に近接する側の冠面１８ａからの高さが、インジェクタ４４から離隔する側の冠面１８ａの高さより小さくなる。

【0074】

これにより、図９に示すように、インジェクタ４４の噴射孔６６ａから噴射される燃料Ｆは、ピストン隔壁５２の外壁面に阻害され難く、ピストン隔壁５２内に流入し易くなる。その結果、副燃焼室２２ｂ内の空燃比を理論空燃比とすることができ、点火プラグ４６は、副燃焼室２２ｂ内の燃料Ｆを容易に着火させることができる。したがって、本実施形態のエンジン１０は、希薄燃焼を容易に行うことができる。

【0075】

以上のように、本実施形態のエンジン１０は、テーパ部５４、５８が形成された副燃焼室形成構造４８を備える。これにより、エンジン１０は、希薄燃焼の着火性を向上させることができる。

【0076】

また、ピストン隔壁５２は、溝６４を備える。これにより、副燃焼室２２ｂ内にタンブル流を形成することができ、急速燃焼により副燃焼室２２ｂ内の燃焼安定性を向上させることができる。

【0077】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な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。

【0078】

上記実施形態では、副燃焼室２２ｂ内の空燃比が理論空燃比となる例について説明した。しかし、これに限定されず、副燃焼室２２ｂ内の空燃比は、理論空燃比と異なっていてもよい。例えば、副燃焼室２２ｂ内の空燃比は、主燃焼室２２ａ内の空燃比より小さく（濃く）、かつ、通常の点火プラグで点火可能な範囲において理論空燃比より大きく（薄く）設定されてもよい。

【0079】

上記実施形態では、ヘッド隔壁５０に形成された複数の突起５６が、ピストン隔壁５２に形成された複数の突起６０と、ピストン１８の摺動方向において互い違いに位置する例について説明した。しかし、これに限定されず、複数の突起５６は、複数の突起６０とピストン１８の摺動方向に対向して配置されてもよい。また、上記実施形態では、複数の突起５６と複数の突起６０の双方が形成される例について説明した。しかし、ヘッド隔壁５０およびピストン隔壁５２は、副燃焼室２２ｂ内で燃焼した燃料Ｆの火炎が副燃焼室２２ｂの中心から径方向外側に向かってジェット状に噴射される構造（隙間）を有すればよい。したがって、ヘッド隔壁５０およびピストン隔壁５２には、複数の突起５６と複数の突起６０の双方が形成されなくてもよい。例えば、ヘッド隔壁５０には、複数の突起５６が形成され、ピストン隔壁５２には、複数の突起６０が形成されなくてもよい。また、ヘッド隔壁５０には、複数の突起５６が形成されずに、ピストン隔壁５２には、複数の突起６０が形成されてもよい。換言すれば、ヘッド隔壁５０とピストン隔壁５２との間には、ヘッド隔壁５０とピストン隔壁５２とが最も近接した状態で、周方向の少なくとも一部において副燃焼室２２ｂと主燃焼室２２ａとを連通する隙間が形成されていればよい。つまり、ヘッド隔壁５０とピストン隔壁５２との間には、周方向の少なくとも一部において副燃焼室２２ｂ内で燃焼した燃料Ｆの火炎が流出するための隙間が形成されていればよい。

【0080】

上記実施形態では、ピストン隔壁５２内に窪み部６２が形成される例について説明した。しかし、窪み部６２は、必須の構成ではない。したがって、ピストン隔壁５２内には、窪み部６２が形成されていなくてもよい。また、上記実施形態では、ピストン隔壁５２内に溝６４が形成される例について説明した。しかし、溝６４は、必須の構成ではない。したがって、ピストン隔壁５２内には、溝６４が形成されていなくてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0081】

本発明は、エンジンに利用することができる。

【符号の説明】

【0082】

１２ シリンダブロック
１４ シリンダヘッド
１８ ピストン
１８ａ 冠面
４４ インジェクタ
４６ 点火プラグ
５０ ヘッド隔壁
５２ ピストン隔壁
６４ 溝
６６ａ、６８ａ 噴射孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】