JP2006144648A - 副室式火花点火内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】リーン限界を拡大することができる副室式火花点火内燃機関を提供する。
【解決手段】副室式火花点火内燃機関１００は、主燃焼室と、副燃焼室６１と、連通路と、点火栓２９と、板状障壁７１ａ，７１ｂとを備える。副燃焼室は、主燃焼室に隣接して設けられている。副燃焼室は、略円筒形状である。連通路は、主燃焼室から副燃焼室に導入される新気混合気を、副燃焼室の内周面に沿って旋回させる。連通路は、副燃焼室に新気混合気の旋回流を形成させる。点火栓は、副燃焼室の内部において副燃焼室の中心軸Ｃ_Ａの近傍で且つ主燃焼室から離れた位置に配置されている。点火栓は、主燃焼室から副燃焼室に導入された新気混合気を火花点火する。板状障壁は、副燃焼室の新気混合気の旋回流を少なくとも点火栓の近傍において減衰する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、副室式火花点火内燃機関に関する。

従来から、主燃焼室及びその主燃焼室に隣接して設けられる副燃焼室を備えた副室式火花点火内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６０−４５７１６（第１−５頁、第１−１２図）

しかし、従来の技術では、副燃焼室内における新気混合気の流動が弱い傾向がある。このため、リーン限界の拡大が不十分となる傾向にある。

一方、副燃焼室内における新気混合気の流動が強化された場合には、副燃焼室での着火が不安定になるおそれがある。このため、リーン限界の拡大が困難となる傾向にある。

そこで、本発明の課題は、リーン限界を拡大することができる副室式火花点火内燃機関を提供することにある。

本発明に係る副室式火花点火内燃機関は、主燃焼室と、副燃焼室と、旋回流形成部と、点火部と、旋回流減衰構造とを備える。副燃焼室は、主燃焼室に隣接して設けられている。副燃焼室は、略円筒形状である。旋回流形成部は、主燃焼室から副燃焼室に導入される新気混合気を、副燃焼室の内周面に沿って旋回させる。旋回流形成部は、副燃焼室に新気混合気の旋回流を形成させる。点火部は、副燃焼室の内部において副燃焼室の中心軸の近傍で且つ主燃焼室から離れた位置に配置されている。点火部は、主燃焼室から副燃焼室に導入された新気混合気を火花点火する。旋回流減衰構造は、副燃焼室の新気混合気の旋回流を少なくとも点火部の近傍において減衰する。

この副室式火花点火内燃機関では、旋回流形成部は、主燃焼室から副燃焼室に導入される新気混合気を、副燃焼室の内周面に沿って旋回させ、副燃焼室に新気混合気の旋回流を形成させる。このため、副燃焼室の流動は全体として強化される。旋回流減衰構造は、副燃焼室の新気混合気の旋回流を少なくとも点火部の近傍において減衰する。点火部は、減衰され低流速となった新気混合気を火花点火する。

本発明に係る副室式火花点火内燃機関では、副燃焼室の新気混合気の旋回流を少なくとも点火部の近傍において旋回流減衰構造が減衰するので、副燃焼室の流動を全体として強化した場合でも、副燃焼室での着火を安定化することができる。この結果、リーン限界を拡大することができる。

＜本発明の前提となる副室式火花点火内燃機関１の構成及び動作＞
本発明の前提となる副室式火花点火内燃機関１の構成及び動作について、図１〜図５を参照しながら説明する。

（副室式火花点火内燃機関１の概略構成）
図１に、副室式火花点火内燃機関１の断面図を示す。

図１に示す副室式火花点火内燃機関１は、主として、主燃焼室６３，副燃焼室６１，点火栓２９，連通路（旋回流形成部）６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ（以下、６２ａ〜６２ｄとする），シリンダブロック１０，シリンダヘッド２０，ピストン３，燃料噴射弁２７，吸気ポート２３，排気ポート２４，吸気バルブ２１，排気バルブ２２，吸気用カム２５及び排気用カム２６を備える。

主燃焼室６３は、シリンダブロック１０，シリンダヘッド２０及びピストン３に囲まれた室である。副燃焼室６１は、主燃焼室６３に隣接して設けられており、副燃焼室壁６４に囲まれた室である。副燃焼室６１は、軸ＣＡを中心軸とする略円筒形状である。点火栓２９の先端部分（点火部）２９ａは、副燃焼室６１に突出している。連通路６２ａ〜６２ｄは、主燃焼室６３と副燃焼室６１とを連通している。

吸気ポート２３及び排気ポート２４は、それぞれ、シリンダヘッド２０に形成されている。吸気バルブ２１は、吸気ポート２３の下流部分であって主燃焼室６３の入口に位置している。排気バルブ２２は、排気ポート２４の上流部分であって主燃焼室６３の出口に位置している。吸気用カム２５及び排気用カム２６は、それぞれ、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の上部に位置しており、クランク軸の回転に従って回転することで吸気バルブ２１及び排気バルブ２２を開閉させる。燃料噴射弁２７は、吸気ポート２３を貫通するように設けられている。燃料噴射弁２７の先端は、吸気ポート２３に突出している。

（副室式火花点火内燃機関１の概略動作）
図１に示す副室式火花点火内燃機関１では、吸気ポート２３に導入された新気空気に、燃料噴射弁２７から燃料が噴射され、新気混合気が形成される。そして、吸気行程において、吸気用カム２５により吸気バルブ２１は開状態とされ、新気混合気は吸気ポート２３から主燃焼室６３へ導入される。吸気ポート２３から導入された新気混合気は、主燃焼室６３において概ね均質になる。圧縮行程において、主燃焼室６３の均質な新気混合気の一部は、連通路６２ａ〜６２ｄを介して主燃焼室６３から副燃焼室６１へ導入される。

副燃焼室６１では、点火栓２９の先端部分２９ａにより新気混合気が所定のタイミングで火花点火され、トーチが、連通路６２ａ〜６２ｄを介して副燃焼室６１から主燃焼室６３へ放射される。主燃焼室６３の均質な新気混合気は、トーチによりトーチ点火され、燃焼する。膨張行程において、均質な新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力は、ピストン３を押し下げる。

排気行程において、排気用カム２６により排気バルブ２２は開状態とされ、主燃焼室６３で燃焼された後のガス（以下、既燃ガスとする）は、主燃焼室６３から排気ポート２４へ排出される。

（副燃焼室６１の詳細構成）
図２及び図４に、副燃焼室６１の拡大断面図を示す。図２及び図４に示す断面図は、副燃焼室６１の中心軸ＣＡ方向における断面図である。図３は、図２に示す III−III断面図である。図５は、図４におけるV−V断面図である。なお、図５に示す断面図において、点火栓２９は省略されている。

図１に示す副燃焼室６１は、図２に示すように、副燃焼室壁６４に囲まれた室である。副燃焼室６１は、略円筒形状である。副燃焼室６１には、連通路６２ａ〜６２ｄと対向する位置であって上部の位置に点火栓２９が設けられている。点火栓２９の先端部分２９ａは、副燃焼室６１の内部において副燃焼室６１の中心軸ＣＡの近傍で且つ主燃焼室６３から離れた位置に配置されている。点火栓２９の先端部分２９ａは、副燃焼室６１に突出している。

また、副燃焼室壁６４には、連通路６２ａ〜６２ｄが形成されている。連通路６２ａ〜６２ｄは、副燃焼室６１の中心軸ＣＡに対してオフセットされている（図３参照）。連通路６２ａ〜６２ｄは、副燃焼室６１の半径方向Ｒ（図３の２点鎖線の矢印参照）に対して傾斜している。

（副燃焼室６１の詳細動作）
図２及び３に示すように、均質な新気混合気は、連通路６２ａ〜６２ｄを介して主燃焼室６３から副燃焼室６１へ導入される。連通路６２ａ〜６２ｄは、副燃焼室６１の中心軸ＣＡに対してオフセットされており、副燃焼室６１の半径方向Ｒに対して傾斜している。また、副燃焼室６１は、略円筒形状である。このため、新気混合気の流れＡ８１ａ，Ａ８１ｂ，Ａ８１ｃ，Ａ８１ｄ（以下、Ａ８１ａ〜Ａ８１ｄとする）は、図２の点線の矢印に示すように、副燃焼室壁６４の内周面７３ｊに沿って旋回流Ａ８１ｅを形成する。新気混合気は、旋回流Ａ８１ｅを形成しながら、連通路６２ａ〜６２ｄから点火栓２９の先端部分２９ａがある上方へと上昇していく。この旋回流Ａ８１ｅは、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍においても比較的流速が大きい。このため、副燃焼室６１における着火は安定性を欠くことになる。

このとき、図４及び図５に示すように、新気混合気は、残留ガスに比べて低温であり比重が大きいため、副燃焼室６１の半径方向Ｒ外側に分布する。それに対して、残留ガスは、新気混合気に比べて高温であり比重が小さいため、半径方向Ｒ内側に分布する。これにより、点火栓２９の先端部分２９ａが火花点火を行うタイミングにおいて、新気混合気が分布する領域である第１新気領域６１ａ（砂状のハッチングで示す部分）と残留ガスが存在する領域である第１残留領域６１ｂ（ハッチングのない部分）とで、副燃焼室６１は構成されることになる。そうすると、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍には、残留ガスが多く滞留することになる。残留ガスが着火しにくいため、点火栓２９の先端部分２９ａでスパークが発生しても、副燃焼室６１における着火は安定性を欠くことになる。

点火栓２９の先端部分２９ａは、スパークを発生させて新気混合気を火花点火する。火花点火された新気混合気は、燃焼ガス（火炎）として、旋回流Ａ８１ｅ（図２参照）により迅速に連通路６２ａ〜６２ｄへ到達する。すなわち、火花点火された新気混合気が迅速に連通路６２ａ〜６２ｄへ到達するので、副燃焼室６１において新気混合気が着火されてから主燃焼室６３へトーチが放射されるまでの期間は短縮される。

連通路６２ａ〜６２ｄへ到達した燃焼ガスは、連通路６２ａ〜６２ｄを介して、トーチとして副燃焼室６１から主燃焼室６３へと放射される。ここで、連通路６２ａ〜６２ｄが点火栓２９に対して主燃焼室６３側に設けられているので、トーチは副燃焼室６１から主燃焼室６３へと向かう方向（図３における斜め下方向）へ放射される。すなわち、トーチは、副燃焼室６１から主燃焼室６３へ効率よく放射される。

（主燃焼室６３の詳細構成）
図１に示す主燃焼室６３は、シリンダブロック１０，シリンダヘッド２０及びピストン３に囲まれた室である。ここで、ピストン３がシリンダブロック１０の側壁に沿って往復運動することにより、主燃焼室６３の容積は変化する。主燃焼室６３は、連通路６２ａ〜６２ｄにより副燃焼室６１と連通している。

（主燃焼室６３の詳細動作）
図１に示す主燃焼室６３には、ピストン３により主燃焼室６３の容積が増加する吸気行程において、新気混合気が吸気ポート２３から導入される。吸気ポート２３から導入された新気混合気は、主燃焼室６３において概ね均質になる。

主燃焼室６３の均質な新気混合気の一部は、ピストン３により主燃焼室６３の容積が減少する圧縮行程において、連通路６２ａ〜６２ｄを介して副燃焼室６１へ導入される。

トーチは、連通路６２ａ〜６２ｄを介して副燃焼室６１から主燃焼室６３へ放射される。このトーチにより、主燃焼室６３の均質な新気混合気は、トーチ点火されて燃焼する。ここで、トーチが副燃焼室６１から主燃焼室６３へ効率よく放射されるので、主燃焼室６３の均質な新気混合気は、効率よく燃焼する。すなわち、主燃焼室６３の均質な新気混合気の燃焼期間が短縮されて、リーン限界は拡大する。膨張行程において、均質な新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力は、ピストン３を押し下げる。これにより、主燃焼室６３の容積が増加する。

既燃ガスは、ピストン３により主燃焼室６３の容積が減少する排気行程において、排気ポート２４へ排出される。

＜本発明の第１実施形態に係る副室式火花点火内燃機関１００の構成及び動作＞
本発明の第１実施形態に係る副室式火花点火内燃機関１００について、図６〜図９を参照しながら、本発明の前提となる上記の副室式火花点火内燃機関１と異なる点を中心に説明する。

（副燃焼室６１の詳細構成）
図６及び図８に、本発明の第１実施形態における副燃焼室６１の拡大断面図を示す。図６及び図８に示す断面図は、副燃焼室６１の中心軸ＣＡ方向における断面図である。図７は、図６に示すVII−VII断面図である。図９は、図８におけるIX−IX断面図である。なお、図７及び図９に示す断面図において、点火栓２９は省略されている。

図１に示す副燃焼室６１には、板状障壁（旋回流減衰構造の交差部）７１ａ，７１ｂ，７１ｃ,７１ｄ（以下、７１ａ〜７１ｄとする）が、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍に設けられている。板状障壁７１ａ〜７１ｄは、新気混合気の旋回流の流れ方向と交差する面（図７に示す面７１ａ１，７１ｂ１，７１ｃ１，７１ｄ１参照）を有する。板状障壁７１ａ〜７１ｄは、副燃焼室６１の内周面７３ｋから内側に突出している。

（副燃焼室６１の詳細動作）
図７及び図９に示すように、板状障壁７１ａ〜７１ｄが、新気混合気の旋回流Ａ８１ｅ（図２参照）の流れ方向と交差する面（図７に示す面７１ａ１〜７１ｄ１）を有する。新気混合気の旋回流Ａ８１ｅ（図２参照）は、面７１ａ１〜７１ｄ１にぶつかり、その流速が点火栓２９の先端部分２９ａの近傍において減衰される。このため、副燃焼室６１における着火は安定化する。

また、旋回流Ａ８１ｅ（図２参照）の流速が点火栓２９の先端部分２９ａの近傍において減衰されるので、図６に破線で示すように、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍において副燃焼室６１の中心軸ＣＡ側に導く流れを含む新気混合気の流れＡ８１ｆ，Ａ８１ｇが生成される。すなわち、板状障壁７１ａ〜７１ｄにより、新気混合気は点火栓２９の先端部分２９ａの方向へ向かうように整流される。これにより、点火栓２９の先端部分２９ａが火花点火を行うタイミングにおいて、図８に示すように、新気混合気が分布する領域である第２新気領域６１ｃ（砂状のハッチングで示す部分）と残留ガスが存在する領域である第２残留領域６１ｄ（ハッチングのない部分）とで、副燃焼室６１は構成されることになる。そうすると、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍には、新気混合気が多く分布することになる（図８，図９参照）。新気混合気が残留ガスよりも着火しやすいため、点火栓２９の先端部分２９ａでスパークが発生した際に、副燃焼室６１での着火は安定化する。

また、図６に示すように、新気混合気の流れＡ８１ｆ，Ａ８１ｇは、さらに、副燃焼室６１の中心軸ＣＡの近傍において点火栓２９の先端部分２９ａから主燃焼室６３へと向かう流れになる。これにより、副燃焼室６１の残留ガスは容易に掃気される。

副室式火花点火内燃機関１００では、副室式火花点火内燃機関１と同様に、旋回流Ａ８１ｅ（図２参照）も形成されている。そこで、点火栓２９の先端部分２９ａで発生したスパークにより火花点火された新気混合気は、燃焼ガス（火炎）として、旋回流Ａ８１ｅ（図２参照）により迅速に連通路６２ａ〜６２ｄへ到達する。すなわち、副燃焼室６１での着火が安定化し、火花点火された新気混合気が迅速に連通路６２ａ〜６２ｄへ到達するので、副燃焼室６１において新気混合気が着火されてから主燃焼室６３へトーチが放射されるまでの期間は短縮される。これにより、リーン限界は拡大される。

（副室式火花点火内燃機関１００に関する特徴）
（１）
ここでは、連通路６２ａ〜６２ｄは、主燃焼室６３と副燃焼室６１とを連通している。連通路６２ａ〜６２ｄは、副燃焼室６１の中心軸ＣＡに対してオフセットされており、副燃焼室６１の半径方向Ｒに対して傾斜している（図３参照）。これにより、連通路６２ａ〜６２ｄは、主燃焼室６３から副燃焼室６１に導入される新気混合気を、副燃焼室６１の内周面７３ｋ（図８参照）に沿って旋回させ、副燃焼室６１に新気混合気の旋回流Ａ８１ｅ（図２参照）を形成させる。このため、副燃焼室６１内における新気混合気の流動は全体として強化される。

一方、板状障壁７１ａ〜７１ｄは、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流Ａ８１ｅを点火栓２９の先端部分２９ａの近傍において減衰する。点火栓２９の先端部分２９ａは、減衰され低流速となった新気混合気を火花点火する。

このように、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流Ａ８１ｅを点火栓２９の先端部分２９ａの近傍において板状障壁７１ａ〜７１ｄが減衰するので、副燃焼室６１内における新気混合気の流動を全体として強化した場合でも、副燃焼室６１での着火は安定化している。この結果、リーン限界は拡大される。

（２）
ここでは、板状障壁７１ａ〜７１ｄが、新気混合気の旋回流Ａ８１ｅの流れ方向と交差する面７１ａ１〜７１ｄ１を有する（図８，図９参照）。このため、新気混合気の旋回流Ａ８１ｅは、その流れ方向と交差する面７１ａ１〜７１ｄ１にぶつかり、その流速が減衰される。

このように、板状障壁７１ａ〜７１ｄが新気混合気の旋回流Ａ８１ｅの流れ方向と交差する面７１ａ１〜７１ｄ１を有するので、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流Ａ８１ｅは、板状障壁７１ａ〜７１ｄにより点火栓２９の先端部分２９ａの近傍において確実に減衰している。

（３）
ここでは、板状障壁７１ａ〜７１ｄは、副燃焼室６１の内周面７３ｋから内側に突出している。このため、副燃焼室６１の半径方向Ｒ外側に分布して旋回流Ａ８１ｅを形成している新気混合気が、効果的に減衰されることになる。

（４）
ここでは、板状障壁７１ａ〜７１ｄは、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流Ａ８１ｅを点火栓２９の先端部分２９ａの近傍のみにおいて減衰する（図６参照）。一方、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍以外の部分において、副燃焼室６１内における新気混合気の流動は強化されたままである（図６，図２参照）。

このように、新気混合気の旋回流Ａ８１ｅが点火栓２９の先端部分２９ａの近傍のみにおいて減衰されるので、旋回流Ａ８１ｅの全体としての流動の低下は必要最低限に抑えられている。

（５）
ここでは、板状障壁７１ａ〜７１ｄは、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流Ａ８１ｅを点火栓２９の先端部分２９ａの近傍において減衰するとともに、主燃焼室６３から副燃焼室６１に導入された新気混合気の旋回流Ａ８１ｅを点火栓２９の先端部分２９ａの近傍において副燃焼室６１の中心軸ＣＡ側に導き、副燃焼室６１の中心軸ＣＡの近傍において点火栓２９の先端部分２９ａから主燃焼室６３へと向かう流れを生成する（図６に示す流れＡ８１ｆ，Ａ８１ｇ参照）。

このように、副燃焼室６１の中心軸ＣＡの近傍において点火栓２９の先端部分２９ａから主燃焼室６３へと向かう流れを板状障壁７１ａ〜７１ｄが生成するので、副燃焼室６１の残留ガスは容易に掃気される。

また、連通路６２ａ〜６２ｄは、１つだけ設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。なお、本明細書で使用されている「連通」とは、隔絶された２つの空間を、通路（連通路６２ａ〜６２ｄ）を介して連続状態にすることを意味する。

＜本発明の第２実施形態に係る副室式火花点火内燃機関２００の構成及び動作＞
本発明の第２実施形態にかかる副室式火花点火内燃機関２００について、図１０〜図１３を参照しながら説明する。図１０及び図１２は、副燃焼室６１の拡大断面図である。図１０及び図１２に示す断面図は、副燃焼室６１の中心軸ＣＡ方向における断面図である。図１１は、図１０に示すXI−XI断面図である。図１３は、図１２におけるXIII−XIII断面図である。なお、図１１及び図１３に示す断面図において、点火栓２９は省略されている。

副室式火花点火内燃機関２００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、板状障壁７１ａ〜７１ｄ（図６〜図９参照）の代わりに板状障壁（旋回流減衰構造の交差部）７２ａ,７２ｂ,７２ｃ，７２ｄ（以下、７２ａ〜７２ｄとする）を備える点で第１実施形態と異なる。すなわち、板状障壁７２ａ〜７２ｄは、副燃焼室６１の半径方向Ｒの長さが点火栓２９の先端部分２９ａに近づくに従って段階的に長くなるように、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍に設けられている（図１０〜図１３参照）。このため、副燃焼室６１に導入された新気混合気の旋回流Ａ８１ｅは、板状障壁７２ａ〜７２ｄにより点火栓２９の先端部分２９ａに近づくに従って段階的に減衰される。これにより、図１０に示すように、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍において副燃焼室６１の中心軸ＣＡ側に導く新気混合気の流れＡ８１ｈ，Ａ８１ｉが生成される。この新気混合気の流れＡ８１ｈ，Ａ８１ｉは、大きな流れである。

このように、点火栓２９の先端部分２９ａに近づいていく新気混合気の旋回流Ａ８１ｅを板状障壁７２ａ〜７２ｄが段階的に減衰するので、副燃焼室６１の旋回流Ａ８１ｅは確実に減衰される。このため、大きい新気混合気の流れＡ８１ｈ，Ａ８１ｉが生成されるので、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍には、新気混合気が多く分布することになる（図１２，図１３に示す第３新気領域６１ｅ，第３残留領域６１ｆ参照）。これにより、副燃焼室６１での着火は安定化する。

また、第１実施形態よりも大きい新気混合気の流れＡ８１ｈ，Ａ８１ｉを板状障壁７２ａ〜７２ｄが生成するので、副燃焼室６１の残留ガスは容易に掃気される。

副燃焼室６１内における新気混合気の流動を全体として強化した場合でも、副燃焼室６１での着火が安定化している点は、第１実施形態と同様である。したがって、このような副室式火花点火内燃機関２００によっても、リーン限界は拡大される。

＜本発明の第３実施形態に係る副室式火花点火内燃機関３００の構成及び動作＞
本発明の第３実施形態にかかる副室式火花点火内燃機関３００について、図１４〜図１７を参照しながら説明する。図１４及び図１６は、副燃焼室６１の拡大断面図である。図１４及び図１６に示す断面図は、副燃焼室６１の中心軸ＣＡ方向における断面図である。図１５は、図１４に示すXV−XV断面図である。図１７は、図１６におけるXVII−XVII断面図である。図１５及び図１７に示す断面図において、点火栓２９は省略されている。

副室式火花点火内燃機関３００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、板状障壁７１ａ〜７１ｄ（図６〜図９参照）の代わりに第１構造（旋回流減衰構造）を備える点で第１実施形態と異なる。すなわち、第１構造は、副燃焼室６１の内周面７３ａ，７３ｂの構造（副燃焼室壁６４ａの構造）であり、主燃焼室６３に近い部分よりも点火栓２９の先端部分２９ａに近い部分の方が副燃焼室６１の断面積の大きくなる構造である（図１５参照）。このため、副燃焼室６１の内周面７３ｂに沿って上昇した新気混合気の旋回流Ａ８１ｅの流速は、より断面積の大きい内周面７３ａに旋回流Ａ８１ｅが達した際に減衰される。このため、第１実施形態と同様に、図１４に示す新気混合気の流れＡ８１ｊ，Ａ８１ｋが生成される。これにより、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍には、新気混合気が多く分布することになる（図１６，図１７に示す第４新気領域６１ｇ，第４残留領域６１ｈ参照）。

このように、上記のような第１構造を採っているので、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流Ａ８１ｅは、第１構造により点火栓２９の先端部分２９ａの近傍において減衰される。また、熱損失も低減される。

副燃焼室６１内における新気混合気の流動を全体として強化した場合でも、副燃焼室６１での着火が安定化している点は、第１実施形態と同様である。したがって、このような副室式火花点火内燃機関３００によっても、リーン限界は拡大される。

＜本発明の第４実施形態に係る副室式火花点火内燃機関４００の構成及び動作＞
本発明の第４実施形態にかかる副室式火花点火内燃機関４００について、図１８〜図２１を参照しながら説明する。図１８及び図２０は、副燃焼室６１の拡大断面図である。図１８及び図２０に示す断面図は、副燃焼室６１の中心軸ＣＡ方向における断面図である。図１９は、図１８に示すXIX−XIX断面図である。図２１は、図２０におけるXXI−XXI断面図である。図１９及び図２１に示す断面図において、点火栓２９は省略されている。

副室式火花点火内燃機関４００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、板状障壁７１ａ〜７１ｄ（図６〜図９参照）の代わりに第２構造（旋回流減衰構造）を備える点で第１実施形態と異なる。すなわち、第２構造は、副燃焼室６１の内周面７３ａ，７３ｃ，７３ｄの構造（副燃焼室壁６４ｂの構造）であり、副燃焼室６１の断面積が点火栓２９の先端部分２９ａに近づくに従って段階的に大きくなる構造である（図１９参照）。このため、副燃焼室６１に導入された新気混合気の旋回流Ａ８１ｅの流速は、第２構造により、点火栓２９の先端部分２９ａに旋回流Ａ８１ｅが近づくに従って段階的に減衰される。これにより、図１８に示すように、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍において副燃焼室６１の中心軸ＣＡ側に導く新気混合気の流れＡ８１ｎ，Ａ８１ｍが生成される。この新気混合気の流れＡ８１ｎ，Ａ８１ｍは、第１実施形態における新気混合気の流れＡ８１ｆ，Ａ８１ｇ（図６参照）よりも大きな流れである。

このように、点火栓２９の先端部分２９ａに近づいていく新気混合気の旋回流Ａ８１ｅを第２構造が段階的に減衰するので、副燃焼室６１の旋回流Ａ８１ｅは確実に減衰される。このため、大きな新気混合気の流れＡ８１ｎ，Ａ８１ｍが生成されるので、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍には、新気混合気が多く分布することになる（図２０，図２１に示す第５新気領域６１ｉ，第５残留領域６１ｊ参照）。これにより、副燃焼室６１での着火は安定化する。

また、大きい新気混合気の流れＡ８１ｎ，Ａ８１ｍを第２構造が生成するので、副燃焼室６１の残留ガスは容易に掃気される。

副燃焼室６１内における新気混合気の流動を全体として強化した場合でも、副燃焼室６１での着火が安定化している点は、第１実施形態と同様である。したがって、このような副室式火花点火内燃機関４００によっても、リーン限界は拡大される。

＜本発明の第５実施形態に係る副室式火花点火内燃機関５００の構成及び動作＞
本発明の第５実施形態にかかる副室式火花点火内燃機関５００について、図２２〜図２５を参照しながら説明する。図２２及び図２４に示す断面図は、副燃焼室６１の中心軸ＣＡ方向における断面図である。図２３は、図２２に示すXXIII−XXIII断面図である。図２５は、図２４におけるXXV−XXV断面図である。図２３及び図２５に示す断面図において、点火栓２９は省略されている。

副室式火花点火内燃機関５００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、板状障壁７１ａ〜７１ｄ（図６〜図９参照）の代わりに第３構造（旋回流減衰構造）を備える点で第１実施形態と異なる。すなわち、第３構造は、副燃焼室６１の内周面７３ｅ，７３ｆの構造（副燃焼室壁６４ｃの構造）であり、主燃焼室６３に近い部分の断面形状が略円形状であり点火栓２９の先端部分２９ａに近い部分の断面形状が多角形状となる構造である（図２３参照）。第３構造により、副燃焼室６１の内周面７３ｆに沿って上昇した新気混合気の旋回流Ａ８１ｅは、内周面７３ｅの断面角部で流れが乱される。これにより、旋回流Ａ８１ｅの流速は減衰される。このため、図２２に示す新気混合気の流れＡ８１ｏ，Ａ８１ｑが生成される。そうすると、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍には、新気混合気が多く分布することになる（図２４，図２５に示す第６新気領域６１ｋ，第６残留領域６１ｍ参照）。

このように、上記のような第３構造を採っているので、副燃焼室６１の新気混合気の旋回流Ａ８１ｅは、第３構造により、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍において減衰される。また、熱損失も低減される。

副燃焼室６１内における新気混合気の流動を全体として強化した場合でも、副燃焼室６１での着火が安定化している点は、第１実施形態と同様である。したがって、このような副室式火花点火内燃機関５００によっても、リーン限界は拡大される。

＜本発明の第６実施形態に係る副室式火花点火内燃機関６００の構成及び動作＞
本発明の第６実施形態にかかる副室式火花点火内燃機関６００について、図２６〜図３１を参照しながら説明する。図２６及び図２８は、副燃焼室６１の拡大断面図である。図２６及び図２８に示す断面図は、副燃焼室６１の中心軸ＣＡ方向における断面図である。図２７は、図２６に示すXXVII−XXVII断面図である。図２９は、図２８におけるXXIX−XXIX断面図である。図３０は、図２８におけるXXX−XXX断面図である。図３１は、図２８におけるXXXI−XXXI断面図である。図２７及び図２９に示す断面図において、点火栓２９は省略されている。

副室式火花点火内燃機関６００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、板状障壁７１ａ〜７１ｄ（図６〜図９参照）の代わりに第４構造（旋回流減衰構造）を備える点で第１実施形態と異なる。すなわち、第４構造は、副燃焼室６１の内周面７３ｇ，７３ｈ，７３ｉの構造（副燃焼室壁６４ｄの構造）であり、副燃焼室６１の断面形状が点火栓２９の先端部分２９ａに近づくに従って、段階的に略円形状から角が少ない多角形状となる構造である（図２９〜図３１参照）。つまり、角が少ない多角形状になるほど断面角部の角度が小さくなり、断面角部で旋回流Ａ８１ｅの流れが乱されて旋回流Ａ８１ｅの流速を減衰させる度合いは大きくなる。例えば、内周面７３ｇの略９０度の断面角部（図２９参照）は、内周面７３ｈの略１２０度の断面角部（図３０参照）よりも、旋回流Ａ８１ｅの流速を大きく減衰させる。

副燃焼室６１に導入された新気混合気の旋回流Ａ８１ｅの流速は、第４構造により、点火栓２９の先端部分２９ａに旋回流Ａ８１ｅが近づくに従って段階的に減衰される。これにより、図２６に示すように、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍において副燃焼室６１の中心軸ＣＡ側に導く新気混合気の流れＡ８１ｒ，Ａ８１ｓが生成される。この新気混合気の流れＡ８１ｒ，Ａ８１ｓは、大きな流れである。

このように、点火栓２９の先端部分２９ａに近づいていく新気混合気の旋回流Ａ８１ｅを第４構造が段階的に減衰するので、副燃焼室６１の旋回流Ａ８１ｅは確実に減衰される。このため、大きな新気混合気の流れＡ８１ｒ，Ａ８１ｓが生成されるので、点火栓２９の先端部分２９ａの近傍には、新気混合気が多く分布することになる（図２８〜図３１に示す第７新気領域６１ｎ，第７残留領域６１ｏ参照）。これにより、副燃焼室６１での着火は安定化する。

また、第１実施形態よりも大きい新気混合気の流れＡ８１ｒ，Ａ８１ｓを第４構造が生成するので、副燃焼室６１の残留ガスは容易に掃気される。

副燃焼室６１内における新気混合気の流動を全体として強化した場合でも、副燃焼室６１での着火が安定化している点は、第１実施形態と同様である。したがって、このような副室式火花点火内燃機関６００によっても、リーン限界は拡大される。

本発明にかかる副室式火花点火内燃機関は、リーン限界を拡大することができるという効果を有し、副室式火花点火内燃機関等として有用である。

前提となる副室式火花点火内燃機関の断面図。 前提となる副室式火花点火内燃機関における副燃焼室の断面図。 図２のIII−III断面図。 前提となる副室式火花点火内燃機関における副燃焼室の断面図。 図４のV−V断面図。 本発明の第１実施形態に係る副燃焼室の断面図。 図６のVII−VII断面図。 本発明の第１実施形態に係る副燃焼室の断面図。 図８のIX−IX断面図。 本発明の第２実施形態に係る副燃焼室の断面図。 図１０のXI−XI断面図。 本発明の第２実施形態に係る副燃焼室の断面図。 図１２のXIII−XIII断面図。 本発明の第３実施形態に係る副燃焼室の断面図。 図１４のXV−XV断面図。 本発明の第３実施形態に係る副燃焼室の断面図。 図１６のXVII−XVII断面図。 本発明の第４実施形態に係る副燃焼室の断面図。 図１８のXIX−XIX断面図。 本発明の第４実施形態に係る副燃焼室の断面図。 図２０のXXI−XXI断面図。 本発明の第５実施形態に係る副燃焼室の断面図。 図２２のXXIII−XXIII断面図。 本発明の第５実施形態に係る副燃焼室の断面図。 図２４のXXV−XXV断面図。 本発明の第６実施形態に係る副燃焼室の断面図。 図２７のXXVII−XXVII断面図。 本発明の第６実施形態に係る副燃焼室の断面図。 図２８のXXIX−XXIX断面図。 図２８のXXX−XXX断面図。 図２８のXXXI−XXXI断面図。

符号の説明

１,１００，２００，３００，４００，５００，６００ 副室式火花点火内燃機関
３ ピストン
１０ シリンダブロック
２０ シリンダヘッド
２７ 燃料噴射弁
２９ 点火プラグ
２９ａ 先端部分（点火部）
６１ 副燃焼室
６２ａ〜６２ｄ 連通路（旋回流形成部）
６３ 主燃焼室
７１ａ〜７１ｄ，７２ａ〜７２ｄ 板状障壁（旋回流減衰構造の交差部）
７３ａ〜７３ｋ 内周面

Claims (10)

1. 主燃焼室と、
   前記主燃焼室に隣接して設けられる略円筒形状の副燃焼室と、
   前記主燃焼室から前記副燃焼室に導入される新気混合気を、前記副燃焼室の内周面に沿って旋回させ、前記副燃焼室に前記新気混合気の旋回流を形成させる旋回流形成部と、
   前記副燃焼室の内部において前記副燃焼室の中心軸の近傍で且つ前記主燃焼室から離れた位置に配置され、前記主燃焼室から前記副燃焼室に導入された前記新気混合気を火花点火する点火部と、
   前記副燃焼室の前記新気混合気の旋回流を少なくとも前記点火部の近傍において減衰する旋回流減衰構造と、
   を備えた、
   副室式火花点火内燃機関。
2. 主燃焼室と、
   前記主燃焼室に隣接して設けられる略円筒形状の副燃焼室と、
   前記副燃焼室の中心軸に対してオフセットされ、前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通している連通路と、
   前記副燃焼室の内部において前記副燃焼室の中心軸の近傍で且つ前記主燃焼室から離れた位置に配置され、前記連通路を介して前記主燃焼室から前記副燃焼室に導入された新気混合気を火花点火する点火部と、
   前記連通路を介して前記副燃焼室に導入された前記新気混合気の旋回流の流速を少なくとも前記点火部近傍において減衰する旋回流減衰構造と、
   を備えた、
   副室式火花点火内燃機関。
3. 前記連通路は、前記副燃焼室の半径方向に対して傾斜している、
   請求項２に記載の副室式火花点火内燃機関。
4. 前記旋回流減衰構造は、前記新気混合気の旋回流の流れ方向と交差する面を有する交差部を含む、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の副室式火花点火内燃機関。
5. 前記交差部は、前記副燃焼室の内周面から内側に突出する、
   請求項４に記載の副室式火花点火内燃機関。
6. 前記旋回流減衰構造は、前記副燃焼室の内周面の構造であり、前記主燃焼室に近い部分よりも前記点火部に近い部分の方が前記副燃焼室の断面積の大きくなる構造である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の副室式火花点火内燃機関。
7. 前記旋回流減衰構造は、前記副燃焼室の内周面の構造であり、前記主燃焼室に近い部分の断面形状が略円形状であり前記点火部に近い部分の断面形状が多角形状となる構造である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の副室式火花点火内燃機関。
8. 前記旋回流減衰構造は、前記新気混合気の旋回流を前記点火部の近傍のみにおいて減衰する、
   請求項４から７のいずれか１項に記載の副室式火花点火内燃機関。
9. 前記旋回流減衰構造は、前記点火部に近づいていく前記新気混合気の旋回流を段階的に減衰する、
   請求項４から７のいずれか１項に記載の副室式火花点火内燃機関。
10. 前記旋回流減衰構造は、さらに、前記主燃焼室から前記副燃焼室に導入された前記新気混合気の旋回流を前記点火部の近傍において前記副燃焼室の中心軸側に導き、前記副燃焼室の中心軸の近傍において前記点火部から前記主燃焼室へと向かう流れを生成する、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の副室式火花点火内燃機関。

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