JP2007138909A - 副室式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 主燃焼室と連通路を介してガス交換が可能な副室を備え、副室内にて点火することにより主燃焼室と副室の差圧を利用し火炎を連通路からトーチ状に噴出する副室式内燃機関において、高負荷運転時に副室先端部にて発生する予期せぬ熱面着火を回避すべく、副室壁先端部を効果的に冷却可能な副室壁の構造を提供する。
【解決手段】 内燃機関における副室外壁を高熱伝導率部材にて形成する、又は高熱伝導率材をコーティングする、又は高熱伝導率のシート材にて形成することで、副室外壁の熱伝導率を副室内壁の熱伝導率と比較して高くする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、壁によって境界が定められた副室を有し、前記壁の少なくとも一部分は主燃焼室に位置していることを特徴とする副室式内燃機関に関するものである。

ガソリン内燃機関の一例として、内燃機関における主燃焼室と、主燃焼室と連通路を介してガス交換が可能な、壁によって境界が定められた副室とを備え、副室内にて点火することにより主室と副室の差圧を利用して火炎を連通路からトーチ状に噴射するものがある。この内燃機関においては、副室壁の一部が主燃焼室内にさらされているため、特に高負荷運転時に副室壁面先端部が高温となり、プレイグニッションを引き起こす熱面着火源となることが問題となる。そこで、副室壁先端部を銅合金などの高熱伝導部材で形成し、副室壁先端部の冷却効果を高めることによって、高負荷運転時に副室壁先端部で発生する予期せぬ熱面着火を抑制する方法が公知である。
特開2004-308656号公報

しかしながら、副室壁先端部のみを高熱伝導部材で形成すると、冷却効果は吸気行程においてしか得られず、エンジン高負荷・高回転速度運転時においては、熱面着火を抑制する効果が低くなるという問題点があった。

そこで本発明は、副室壁先端部を効果的に冷却可能な副室壁の構造を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関における副室外壁の熱伝導率を副室内壁の熱伝導率と比較して高くした。

本発明によれば、内燃機関における副室壁先端部にて発生する予期せぬ熱面着火を抑制して、高負荷運転時におけるプレイグニッションを抑制しつつ、副室内の熱移動を最小限に抑えて低負荷運転時における副室の過冷却を防ぐことが可能となり、燃焼安定度が高く、効率的な運転が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施例に係る副室式内燃機関の構成図である。

１はシリンダヘッド、２はシリンダブロック、３はピストンである。４は燃焼室であり、シリンダヘッド１とシリンダブロック２とピストン３に取り囲まれる形で構成されている。５は吸気弁、６は排気弁、７は吸気弁用カム、８は排気弁用カムである。吸気弁５と排気弁６は、それぞれ吸気弁用カム７と排気弁用カム８とによって開閉駆動される。９は吸気ポート、１０は排気ポートであり、燃焼室４は吸気弁５を介して吸気ポート９と、排気弁６を介して排気ポート１０とそれぞれ連通している。１１は副室壁１２に取り囲まれて形成されている副室である。副室壁１２は、副室壁天井部１３Ａと副室壁円柱空洞部１３Bと副室壁半球空洞部１３Cとから構成されている。副室１１は点火プラグ１４を有し、燃焼室４の上面略中央に設けられている。１５は副室壁半球空洞部１３Cに設けられた連通路であり、燃焼室４と副室１１のガス交換を可能にしている。なお、この内燃機関は図示しないエンジンコントロールユニットからの信号に基づいて、燃料噴射および点火が行われる。

図２に本発明に従って構成された副室１１の構造を示す。

副室壁半球空洞部１３Cにはおねじが切られており、副室壁円柱空洞部１３Bに切られためねじとかみ合うように副室壁円柱空洞部１３Bにねじ込まれている。さらに、副室壁天井部１３Ａには点火プラグ１４が固定され、副室天井部１３Aは、副室円柱空洞部１３Bに固定されている。副室壁円柱空洞部１３B側面の副室壁天井部１３A寄りにはおねじが切られており、シリンダヘッド１に切られためねじとかみ合うことによって、副室壁１２全体をシリンダヘッド１に固定している。１４はシリンダヘッド１内に設けられたウォータージャケットである。ウォータージャケット１４は副室１１に近接している。

副室壁１２は、副室外壁１２Aと副室内壁１２Bから構成される二層構造となっており、副室外壁１２Aは副室内壁１２Bに比べて、熱伝導率の高い部材で形成されている。

副室外壁１２Aの熱伝導率を副室内壁１２Bの熱伝導率と比べて高くなるような構造にする方法としては、熱伝導率の異なる二部材を重ね合わせる方法やミタニライト（登録商標 第4703408号）やCNT（カーボンナノチューブ）などのコーティングを施す方法、または、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で形成されたシートもしくはフィルム、またはグラファイトシートを接着する方法が挙げられる。

熱伝導率の異なる二部材を重ね合わせる方法では、副室外壁１２Aを高熱伝導率部材である例えば銅合金で作製し、副室内壁１２Bを銅合金よりも熱伝導率の低い例えばアルミニウム合金で作製する。副室外壁１２Aと副室内壁１２Bはそれぞれ別々に作製し、副室外壁１２Aに副室内壁１２Bを嵌合する。嵌合した後、副室壁半球空洞部１３Cに連通路を作製する。

コーティングを施す場合は、副室壁１２全体をアルミニウム合金で作製したのち、副室外壁１３Aのみにミタニライト（登録商標）を用いてコーティングを施す。

上記副室構造によれば、副室外壁１２Aは熱伝導率の高い部材で形成されているので、副室外壁先端部１２Cの熱は副室外壁１２Aを伝わり、シリンダヘッド１へ、さらには、ウォータージャケット１４へと流れる。副室１１の近くにウォータージャケット１４が位置していることにより、副室外壁先端部１２Cを効果的に冷却することができる。したがって、副室外壁先端部１２Cの過剰な温度上昇を抑制することができ、高負荷運転時において副室先端部１２Cにて発生するプレイグニッションを低減できる。これにより、副室式内燃機関の負荷の増大が可能となる。

また、副室内壁１２Bは熱伝導率の小さい部材で形成されているので、副室内壁１２Bを伝わり熱が副室１１内から逃げるのを抑制できる。したがって、副室内の熱移動を最小限に抑えて低負荷運転時における副室の過冷却を防ぐことが可能となり、低負荷運転時の燃焼内燃機関の効率を維持できる。

以上のように、本発明では副室外壁１２Aの熱伝導率を副室内壁１２Bの熱伝導率に比べて高くしたことにより、副室１１の面方向のみの熱伝導性が向上され、高負荷運転時に副室先端部にて発生する予期せぬ熱面着火を回避しつつ、副室内の熱移動を最小限に抑えて、低負荷運転時における副室の過冷却を防ぐことが可能な副室が提供できた。

なお、燃焼を促進するために、燃焼室内に水素や改質ガスを噴射する内燃機関においては、水素や改質ガスの効果によって燃焼室内の温度が更に高くなり、プレイグニッションが発生しやすい。このような内燃機関においても、本発明は有効に作用して副室壁先端部を効果的に冷却可能とし、副室先端部におけるプレイグニッションを抑制することができる。

（第２実施形態）
図３に、本発明の原理に従って構成された副室構造の第２実施形態を示す。

副室壁１２は、副室外壁１２Aと副室内壁１２Bから構成される二層構造となっている。副室壁半球空洞部１３Cにはおねじが切られており、副室壁円柱空洞部１３Bに切られためねじとかみ合うように副室壁円柱空洞部１３Bにねじ込まれている。さらに、図示はしないが第1実施形態と同様に、副室壁天井部には点火プラグが固定され、副室天井部は、副室円柱空洞部１３Bに固定されている。副室壁円柱空洞部１３B側面の副室壁天井部寄りにはおねじが切られており、シリンダヘッド１に切られためねじとかみ合うことによって、副室壁１２全体をシリンダヘッド１に固定している。また、図示はしないが、第１実施形態と同様にウォータージャケットが副室１１に近接して設けられている。１５は連通路であり、燃焼室４と副室１１のガス交換を可能にしている。

副室壁１２は、副室外壁１２Aと副室内壁１２Bから構成される二層構造となっており、副室外壁１２Aは副室内壁１２Bに比べて、熱伝導率の高い部材で形成されている。連通路内壁１５Ａは副室外壁１２Aと同じく、高熱伝導率部材で形成されている。

副室外壁１２Aの熱伝導率を副室内壁１２Bの熱伝導率と比べて高くなるような構造にする方法としては、熱伝導率の異なる二部材を重ね合わせる方法やミタニライト（登録商標 第4703408号）やCNT（カーボンナノチューブ）などのコーティングを施す方法、または、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で形成されたシートもしくはフィルムを接着する方法が挙げられる。

熱伝導率の異なる二部材を重ね合わせる方法では、副室外壁１２Aを高熱伝導率部材である例えば銅合金で作製し、副室内壁１２Bを銅合金よりも熱伝導率の低い例えばアルミニウム合金で作製する。副室外壁１２Aと副室内壁１２Bはそれぞれ別々に作製し、副室外壁１２Aに副室内壁１２Bを嵌合する。嵌合した後、副室壁半球空洞部１３Cに連通路を作製する。

コーティングを施す場合は、副室壁１２全体をアルミニウム合金で作製したのち、副室外壁１３Aのみにミタニライト（登録商標）を用いてコーティングを施す。

シート状のもので形成するものとして、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で形成されたシートもしくはフィルム、またはグラファイトシートを接着する方法が挙げられる。

第２実施形態においては、さらに、連通路内壁１５Aを熱伝導率の高い部材で形成している。連通路内壁１５Aを熱伝導率の高い部材で形成する方法としては、連通路に高熱伝導率部材を嵌めこむ方法、ミタニイト（登録商標 第4703408号）やCNT（カーボンナノチューブ）などのコーティングを施す方法、または、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で形成されたシートもしくはフィルム、またはグラファイトシートを接着する方法が挙げられる。

連通路内壁１３ａを熱伝導率の高い部材で形成する方法では、連通路１３の径よりも大きい穴を副室壁に形成し、高熱伝導率部材から形成され、要求される連通路径を備えた円筒部材を穴に嵌合する。

コーティングを施す場合は、連通路１３を有する副室をアルミニウム合金等で作製したのち、ミタニライト（登録商標）処理を行う。この際、ミタニライト分の厚みが増すため、連通路１３の径を要求値よりも大きくっておく必要がある。

シート又はフィルムを接着する方法においては、連通路１３を有する副室をアルミニウム合金等で作製したのち、前記のような材質のシート又はフィルムを接着材を用いて接着させる。この際、シート又はフィルム分の厚みが増すため、連通路１３の径を要求値よりも大きくっておく必要がある。

上記副室構造によれば、第１実施例の効果に加え、連通路内壁１３ａの熱伝導率が高いので、吸気工程から圧縮工程に至る主燃焼室４から副室１１に流れる新気によって、連通路１３を冷却することができる。

本発明の第１実施例における副室式内燃機関の構成図 本発明の第１実施例における副室の構成図 本発明の第２実施例における副室の構成図

符号の説明

１ シリンダヘッド
２ シリンダブロック
３ ピストン
４ 燃焼室
５ 吸気弁
６ 排気弁
７ 吸気弁用カム
８ 排気弁用カム
９ 吸気ポート
１０ 排気ポート
１１ 副室
１２ 副室壁
１２A 副室外壁
１２B 副室内壁
１２C 副室外壁先端部
１３A 副室壁天井部
１３B 副室壁円柱空洞部
１３C 副室壁半球空洞部
１４ 点火プラグ
１５ 連通路
１５A 連通路内壁
１６ ウォータージャケット

Claims (10)

1. 主燃焼室と、壁によって形成された副室と、該壁に形成された前記燃焼室と前記副室を連通される連通路と、該副室内に設置された点火手段とを有しており、該壁の少なくとも一部分は主燃焼室にさらされている副室式内燃機関において、副室外壁の熱伝導率を副室内壁と比較して高くしたことを特徴とする副室式内燃機関。
2. 前記副室近くのシリンダヘッド内に水通路を有していることを特徴とする請求項１に記載の副室式内燃機関。
3. 前記副室外壁は、高熱伝導率部材から形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の副室式内燃機関。
4. 前記連通路内壁は、高熱伝導率部材から形成されていることを特徴とする請求項１ないし３に記載の副室式内燃機関。
5. 前記高熱伝導率部材は、コーティング部材であることを特徴とする請求項３または４に記載の副室式内燃機関。
6. 前記高熱伝導率部材は、シート状部材であることを特徴とする請求項３または４に記載の副室式内燃機関。
7. 前記コーティング部材は、陽極酸化皮膜であることを特徴とする請求項５に記載の副室式内燃機関。
8. 前記シート状部材は、アルミナで形成されているシートもしくはフィルムまたはグラファイトシートであることを特徴とする請求項６に記載の副室式内燃機関。
9. 前記副室内に水素を供給することを特徴とする請求項１ないし８に記載の副室式内燃機関。
10. 前記副室内に改質ガスを供給することを特徴とする請求項１ないし８に記載の副室式内燃機関。