JPS6165012A - 副室式火花点火内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野）　　　・ 本発明は副室を備えた火花点大内燃Ｉ９！閏に関する。

（従来の技術） 内燃機関を希薄混合気であっても安定して運転する目的
で、従来から、例えば特公昭５２−４５８４３号公報に
も提案されているように、副室式の火花点火内燃機関が
知られている。

これは第６図に示すように、シリングへノド１とシリン
グブロック２およびピストン３とで形成される燃焼室（
主室）４の上部にして、シリングヘノド１に取り付けた
ドーム状のキャップ５によりｆａｌｌ室６を画成し、こ
の副室６に点火栓７を配置しｒこもので、ピストン３の
上昇する圧縮行程で、混合気の一部がキャップ５に形成
した噴口８から副室６に押し込まれ圧縮上死点近傍で点
火が行なわれると、Ｍ１１室６での燃焼火炎が噴口８か
ら主室４へと勢いよく噴出し、主室４の混合気を短時間
のうちに確実に着火燃焼させるものである。

副室６はキャップ５で囲まれた狭小空間のため、希薄混
合気や燃焼条件の悪い低負荷時にも確実な着火が得られ
、しかもこの燃焼火炎が収束されて噴口８から噴出する
ので、主室４の混合気に対する強力な点火源としてＲｆ
ｆＲし、サイクル変動の少ない安定した燃焼を実現する
。

（発明が解決する技術的な問題点） ところがこのように低速、低負荷時等に希薄混合気に対
しても安定燃焼を行わせることができる反面、高出力時
には噴口８で噴出火炎が絞られることに起因しての絞り
損失による影響が大きくなり、通常の単一燃焼室のもの
に比較して出力効率が低く、これを解＞ＩＹ虹るために
噴口ε３の口径を拡大すれば低負荷域で十分な噴出火炎
かえられなくなる。

またキャップ５に囲まれた中心部分にスパークギャップ
９をもつ点火栓７は放熱性が悪いことから、これが常時
所定の点火機能を発揮していると、熱負荷が相対的に高
まる高速、高負荷時など点火栓７が異常に高温化し、場
合によっては溶損するなど耐久性が著しく阻害され、ま
た高温部位が原因となって正規の着火と異なる表面着火
を誘発したりして、高出力時の運転性能は必ずしも良好
に維持できないという問題があった。

本発明はこのような問題点を解決、つまり副室式内燃機
関がもつ部分負荷時の利、へはそのまま維持しつつ、高
負荷時の欠点を解消することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、主室と噴口を介して連通する副室を設けた副
室式火花点火内燃機関において、副室の内部と外部に２
つの点・入部を設ける一方、吸気ポートに機関回頓に同
期して燃料を噴射する燃料噴射弁を設け、かっこの燃料
噴射方向を前記噴口に指向させるとともに、！ｆｉｌｉ
！負荷に応じて燃料噴射弁の噴射時期を切換える制御手
段を設け、機関部分負荷時は吸気弁の開弁時に、高負荷
時には吸気弁の閉弁時にそれぞれ燃料を噴射させるよう
にした。（牛用） 機関低負臂時などでは吸気弁が開いてから噴口を通して
副室の内部を目掛けて燃料が噴射され、従って副室内の
残留ブスは噴射燃料により掃気され、かつ副室内が濃混
合気層になるため、副室内の点火部を中心として火炎が
成長し、噴口から主ＲＦｅ室に強力な火炎を噴出させ、
主室での安定した燃焼を確保する。

高負荷時は吸気弁が閉じている開に燃料が噴射され、吸
気行程でほぼ均一的な濃度の混合気が主室並びに副室に
吸入されるのであろが、主室に比べて副室は掃気作用が
悪いため、副室内では点火火炎が成長せずに副室外の点
火部を中心として火災伝播が行なわれる。

二のようにして部分負荷時と高負荷時とで天質的に魚大
の切換えが行なわれるのである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図〜第４図に基づいて説明
する。

第１図に示すように、吸気弁１０の上流に位置して吸気
ポート１２には、燃料噴射弁１１が取付られろ、燃料噴
射弁１１は機関回軒に同期して燃料を噴射供給するもの
で、その燃料の噴射方向が副室６のキャップ５に設けた
噴口８（８ａ、８ｂ。

８ｃ）のうち少なくとも１つに向けられ、吸気弁１０が
開弁した状態で燃料が噴射されると噴口８を通して副室
６に噴射燃料の多くが流入するようにする。

燃料噴射弁１１は制御回路１３からの噴射信号に基づい
て開閉生動し、制御回路１３は吸入空気量を検出するエ
ア７０−メータ１４及び機関回転数を検出するクランク
角センサ１５の出力に基づいて所定の空燃比が得られる
ようにボｌｉｔ射散を演算し、かつ運転状態に応じて燃
料噴射時期を切換制御する。つまり礪関低負荷時は＠気
１ｔ−１０が開弁じてからａ料を噴射し、高負荷時は吸
気弁１０が閉じている間に燃料を噴射するように、噴射
時期を切り換んるのである。

一方、前記μｍ１室６に設ける点火栓７は、この実、池
例においては、副室６の内奏部と１り室６の外部にそれ
ぞれ点火部１６．１７をもつように構成される。

即ち第２図、第３１２１にも示すように、副室６を形成
するキャップ５は、シリングへノド１を介して接地され
てその内奥部と、頂部とに側方型ｆ＠１９．２０をそれ
ぞれ一体に構成している。

そして点火栓７の中心電極として、内奥部の側ノｊ電極
１９に８峙する第１の中心電極２１と、キャップ５の頂
部に設けた貫通口２２を通して外方に突出ｒるｆｊＳ２
の中心電極２３とが形成される６第２の中心電極２３に
対しては、これを取り囲むようにして前記側方電極２０
が４６、等間隔に配設され、かつこれら側方？ｌｃ極２
０と中心電極２３とをそれぞれ連絡する沿面放電路２４
が設けられる。

従って点火栓７に点火電流が供給されると、２つの中心
電極２１．２３と、これらに対応する側方電極１９．２
０とで構成される２つの点火部１６．１７において同時
に点火放電が行なわれる。

以上のように横ｒＩｔされ、つぎに作用について説明る
。

機関の低負荷時などでは制御回路１３は燃料噴射弁１１
からの燃料の噴射を、吸気行程において吸気弁１０が開
弁じている間に必スな全燃料が噴射されるように制御す
る。

噴射燃料は＠気弁１０が開いているため、噴口８から直
接的にほとんどがｇＩＩ室６に流入する。

このため副室６の残留ブスは、この噴射燃料によって掃
気され、かつピストン３の上昇する圧縮行程で噴口８か
ら′ｇ！気も押し逃まれて副室６には濃７昆合気層が形
成される。

ピストン３の圧縮上死点の付近で点火栓７の第１、第２
の点火部１６．１７で点火放電が行なわれると、別室６
内は非常に着火しやすい状態にあるため、内奥部の第１
の中心電極２１と側方電極１９とのスパークギャップを
中心として火炎が成長し、一方、第２の中心？！！極２
３と沿面放電路２４を介して対峙する側方電極２０との
放電に対しては、副室６の外部の燃料が非常に少なく混
合気が希薄な状態にあり、点火されても火炎が成長しに
くいが、上記副室６の燃焼火炎が適切に絞られた噴口８
から主室４に向けて勢いよく噴出し、この燃焼トーチに
上って主室４の希薄混合気を安定して着火燃焼させられ
るのである。

これに対して機関の高負荷時には、制ａ回路１３は吸気
弁１０の閉じているときに燃料を噴射させる。このため
噴射燃料は吸入行程に移るまで吸気ポート１２に滞留し
、この間に空気とほどよく混合する。吸入行程で吸気弁
１０が開くと、混合気が主室４に流入し、その一部が噴
口８を介して副室６にも流入する。

しかし副室６は主室４に比べて掃気効率が低く、しかも
１１７ｊ述したような噴１＃燃料による掃気作用が見ら
れないことから、高負荷時ｔこは相対的に混合気が濃く
なるにも拘わらず副室６の燃焼条件は悪い、　この結果
、点火栓７による点火が行なわれると、副室６内の第１
の点火部１６における点火火炎の成長は遅（、これに対
して副室６の外部の第２の点火部１７からは火炎の伝播
が円滑かつ２、速に行なわれるのであり、主室４のｆｊ
ｋ混合気はもっばら第２の点火部１７を中心に燃焼する
ことになる。したがって高負荷時には副室式機関の欠点
である、噴口８による火炎の絞り損失の影響もほとんど
なく、機関に高出力を発揮させることができるのである
。

また副室６では第１の点火部１６による点火作用が行な
われても、これが全体の点火源として機能するわけでは
なく、主として副室６内の末燃焼〃スを燃焼させるにと
どまるため、熱負荷はそれほど大きくならず、従来のよ
うに点火栓の溶損などの問題は生じない。

なおＰＩＳ４１２Ｉに、混合気の空燃比と点火時期及び
燃焼室内スワール比をパラメータとしたときの、火炎伝
播特性（府火遅れの時間として示す）を示すが、空燃比
の彩′Ｒがらりとも大さく、混合気が濃いほど燃焼は急
速に行なわれることが分かる。

この実施例では、機関の部分負荷時には吸気弁１０の開
弁時に必要量の全部を噴射するようにしたが、燃料の気
化が悪い機関の低温始動時あるいは暖機時は、全量を噴
射すると、副室６の内部の第１の点火部１６が燃料過剰
により、「がぶり」現象を起こすことも考えられる。

そこで機関の冷却水温等を検出して低温時１こは、叉求
噴射量の少なくとも半分は吸気か１０の閉弁時に噴射す
るように、２回１こ分けて燃料噴射弁１１を作動させる
とよい。

第５聞は制御回路１３をマイクロコンピュータで構成し
たときに、このような制御を行わせるｒこめの７ｃｙ−
チャートである。

つまり、冷却水温と吸入空気量を読み込み、水γ＠（こ
もとづいてテーブルルックアンプの噴射割合を決定し、
さらに負荷に応じて噴射時期を吸気弁の閉弁時か開弁時
かに決定して、燃料噴射弁を作動させるのである。

したがって冷却水温の低いときは、部分負荷時に吸気弁
１０の開いているときに噴射される燃料が滅じられ、点
火栓７の「かぶり」を防いで低温始動性などが改善され
る。

なおこの場合、機関負荷に応して吸気弁１０の開弁時と
閉弁時の燃料噴射割合を比例的（段階的）−二変化させ
た例を示しであるが、ある負荷値を境にして切り換える
ようにしてもよい。

上記実施例では２つの点火部を持つ点火栓を設けたので
、燃焼室のスペースに余裕ができ、例えば吸気弁や排気
弁を複数にすることも可能となるが、副室の内外に２つ
の点火栓を設けて、それぞれ点火させるようにしてもよ
り１６ （発明の効果） 以上のように本発明によれば、部分負荷時の燃焼安定性
を確保するとともに、高負荷時の出力増大と点火栓の溶
損防止を図り、このようにして全運転域に渡って燃費や
出力あるいは排気組成の向上並びに機関冷開時の始動性
も改善させられる。

【図面の簡単な説明】

ｔＰＪ１図は本発明の夾施例を示す断面構成図、第２図
は点火栓の側断面図、、第３図は同じく平面図、第４図
は燃焼特性線図、第５図は制御動作の７０−チャートで
ある．第６図は従来装置の断面図である６ １・・・シリングヘッド、２・・・シリングブロック、
３・・・ピストン、４・・主燃焼室、５・・・キャップ
、６・・・副室、７・・・２く火粉、８ａ，８ｂ８ｃ・
・噴口、１０・・吸気弁、１１・・・燃料噴射弁、１２
・・・吸気ポート、１３・・・制御回路、１４・・エア
７０−７ータ、１５・・クランク角センサ、１９．２０
・・・側方電極、２１、２３・・・中心電極、 代坪へ　斤堺士　後　藤　　政　冨 第２図 第４図 ／ｊｌＬｊ）ノ　　ｒｉｃｈ（４）　　　　　　　　Ａ
／Ｆ（ｆ！比）　　　　　　　　Ｌｅａｎ（４）第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主室と噴口を介して連通する副室を設けた副室式火
   花点火内燃機関において、副室の内部と外部に２つの点
   火部を設ける一方、吸気ポートに機関回転に同期して燃
   料を噴射する燃料噴射弁を設け、かつこの燃料噴射方向
   を前記噴口に指向させるとともに、機関負荷に応じて燃
   料噴射弁の噴射時期を切換える制御手段を設け、機関部
   分負荷時は吸気弁の開弁時に、高負荷時には吸気弁の閉
   弁時にそれぞれ燃料を噴射させるようにしたことを特徴
   とする副室式火花点火内燃機関。 ２、前記２つの点火部は、副室を画成するドーム状のキ
   ャップをアース接地して側方電極とする一方、このキャ
   ップにその内奥部で所定の間隙を介して第１の中心電極
   を対峙させて形成した第１の点火部と、噴口に近接して
   キャップの外側に設けた沿面放電路に所定の間隙を介し
   て第２の中心電極を対峙させて形成した第２の点火部と
   、から構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の副室式火花点火内燃機関。 ３、前記制御手段は、機関低温時には負荷のいかんに拘
   わらず吸気弁の閉弁時に必要量の半分以上の燃料を噴射
   させるようになっていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項に記載の副室式火花点火内燃機関
   。