JP2015063991A - シリンダヘッドと副燃焼室システムを含んだ構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】寿命を向上させるシリンダヘッドと副燃焼室システムとを含んだ構造体を提供する。【解決手段】内燃機関のためのシリンダヘッド１と副燃焼室システム２とを含んだ構造体であって、シリンダヘッドは、主燃焼室５の境界を定めるための炎板３を有しており、副燃焼室システム２は、少なくとも部分的に炎板３の開口部４内に配置されており、炎板３および／または開口部４内の副燃焼室システム２の領域内に配置され、副燃焼室システム２を実質的に包囲しする冷却空洞部６を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の特徴を有する内燃機関のためのシリンダヘッドと副燃焼室（ｐｒｅｃｈａｍｂｅｒ）システムとを含んだ構造体に関する。

特にガスエンジンの場合、また一般的に、内燃機関の場合にも、主燃焼室（ｍａｉｎ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ）内の燃焼混合物の点火に副燃焼室システムが利用できる。これらの副燃焼室システムは、一般的に、比較的容易に点火が可能な燃焼混合物を点火できる予備燃焼（ｐｒｅｃｏｍｂｕｓｉｏｎ）チャンバを有している。点火フレア（ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｆｌａｒｅ）が創出され、立ち上がり通路（ｒｉｓｅｒ ｐａｓｓａｇｅ）および腔部を介して、主燃焼室に供給される。

解説した副燃焼室システムは、一般的に、炎板（ｆｌａｍｅ ｐｌａｔｅ）の開口部に取り付けられる一体型部材内に配置される。炎板という用語は、シリンダヘッドのその部分を表すために利用され、点火装置の領域内の主燃焼室を提供し、したがって、この場合には副燃焼室システムを提供している。

ほとんどの場合において、副燃焼室部材と炎板は内燃機関の最高負荷に曝される部材である。特に、内燃機関の作動中に、最高温度がここで発生する。その結果、副燃焼室システムと炎板の寿命は、解説したような一般的な内燃機関の寿命にとって決定的な因子である。

本発明の目的は、従来技術のものと比較して寿命を向上させるシリンダヘッドと副燃焼室システムとを含んだ構造体の提供である。

この目的は、請求項１の特徴を有する構造体によって達成される。

これは、副燃焼室システムを実質的に包囲し、炎板および／または開口部内の副燃焼室システムの領域に配置された冷却空洞部（ｃｏｏｌｉｎｇ ｃａｖｉｔｙ）の提供で達成される。本発明は、運用寿命に関して、冷却作用によって減少される熱負荷が、関与する部材の機械的劣化を相殺するという驚くべき事実に基づいている。これらの部材、炎板および一般的に副燃焼室部材、および必要であれば封止体は、冷却空洞部の存在にもかかわらず、発生する機械的応力に耐え、低下した温度によって向上した運用寿命を可能にする。

本発明の別な利点は従属請求項で提供されている。

本発明による冷却空洞部は、少なくとも一つの副燃焼室部材が、炎板内の開口部の内壁と共に冷却空洞部を形成する包囲溝部を有するなら、特に単純な形態で実現でき、その開口部の内壁は、好適には、副燃焼室システムの長手軸に対してほぼ放射状に配置されている。

特に好適な実施形態は、冷却空洞部に接続された、冷媒を供給および排出させるための通路を備えたものである。熱の放出は、冷却空洞部内の冷媒の連続的な交換によって向上できる。

冷却空洞部からの冷媒の流出を回避するため、冷却空洞部を封止するための２つの封止体、好適には２つの環状の封止体が提供される。

通路のための特に単純な構造は、通路が炎板内に、好適には完全に炎板内に配置されている場合に達成できる。

さらに、特に好適な実施形態は、冷却空洞部が、温度制御媒体のための入口開口部と、その入口開口部から離れた出口開口部と、を有するものであり、それら入口開口部と出口開口部は通路にそれぞれ接続されている。作動中に連続的に流通する冷媒によって、冷却空洞部によって可能となる熱放出をさらに向上および最適化させることができる。

冷媒には液体を利用できる。その熱容量特性と熱伝導特性のため、水、水性混合物またはオイルがこの点で特に好適である。

しかしながら、冷媒として、気体、特に圧縮空気を利用することも可能である。これは、僅かな漏出量なら許容できるため、冷媒として液体に勝る点を有しており、したがって冷却空洞部および場合によっては通路の封止に関与する複雑性と支出を減少させる。

別な好適実施形態は、冷却空洞部がほぼ環状のものである。これは、全ての方向への均一な熱放出を可能にする。

冷却空洞部は、副燃焼室システムの長手軸に対してほぼ多角形の断面を有していることによって、副燃焼室システムの形状に適合できる。この結果、熱放出がさらに向上する。

これは特に、副燃焼室システムが点火フレアを主燃焼室に導くための立ち上がり通路および腔部を含んでおり、冷却空洞部が立ち上がり通路を実質的に包囲している場合に当てはまる。

さらに、特許保護は、本発明によるシリンダヘッドを有する内燃機関にも要求される。

本発明の別な詳細や利点は図面および、それらに関連する詳細な説明から明らかになるであろう。

図１は、シリンダヘッドと副燃焼室システムとを含んだ本発明による構造体を示している。 図２は、冷却空洞部の平面を示す本発明による構造体の概略的断面図である。

図１は、断面図で示される副燃焼室システム２を備えた本発明によるシリンダヘッド１を示している。この実施例では、副燃焼室システム２は、予燃チャンバ１５、立ち上がり通路１３および複数の腔部１４を含んでいる。副燃焼室システム２は、炎板３の開口部４内に配置されている。製造を簡単にするため、副燃焼室システム２のこれらの部材は、一つの副燃焼室部材７内に配置されている。冷却空洞部６は、立ち上がり通路１３を環状形態で包囲している。

冷却空洞部６は、副燃焼室部材７が配置されている開口部４の内壁９と副燃焼室部材７の溝部８とによって実質的に形成されている。封止リングの形態の２つの封止部１１が、冷却空洞部６を封止するために提供されている。

立ち上がり通路１３側に面する冷却空洞部６を画定する面が筒形周囲面の形状である限り、冷却空洞部６の形状は、立ち上がり通路１３の管形状と調和する。封止部１１を固定する面と共に、この構造体は長手軸Ｌに対して放射状の冷却空洞部６のために多角形の断面を含んでいる。

この実施例では、副燃焼室システムは長手軸Ｌに対してほぼ対称である。しかしながら、このことは本発明では必ずしも必須ではない。

炎板３の開口部４の内壁９は、入口開口部１７と出口開口部１８とを有している。冷却空洞部６はこれらの開口部を通して２本の通路１２に接続されている。これらの通路１２は、冷却空洞部６へ、および、冷却空洞部６から、冷媒を供給および排出させる。この点に関して、流通方向は矢印で表されている。

通路の簡単な製造は、副燃焼室部材７がない状態で、互いに直角の２つの腔部を製造することで達成され、一方の腔部は炎板の平面で延び、他方はそれに対して垂直に延びている。その垂直腔部は、シリンダヘッド１の冷却ジャケット部１６への冷媒の容易な運搬を可能にする。

図２は、冷却空洞部６の平面での、炎板３と副燃焼室システム２の概略的断面図である。冷却空洞部６は、立ち上がり通路１３の領域で副燃焼室システム２を包囲している。冷媒は、概略的に図示されたポンプ１９によって、通路１２を介して、入口開口部１７を通って冷却空洞部６に運搬される。矢印で示された流れは、出口開口部１８を通って冷却空洞部６から排出される。冷媒は、通路１２を介してポンプ１９へ再び流入する。

典型的には、ポンプ１９は、冷却空洞部６内で０．５ｍ／秒と１０ｍ／秒との間の流速が達成されるように設計されている。

本発明はここで解説する実施例に限定されない。例えば、副燃焼室部材７の溝部８の代わりに、副燃焼室部材７内と炎板３内にそれぞれの階段部を提供することが可能であり、これらの階段部は、冷却空洞部６を形成するように協調している。しかしながら、冷却空洞部を副燃焼室部材に一体化させることも容易に可能である。開口部周囲で環状形態に配置されており、副燃焼室部材６から離れた冷却空洞部も想定できる。

Claims (13)

1. 内燃機関のためのシリンダヘッド（１）と副燃焼室システム（２）とを備えた構造体であって、
   前記シリンダヘッド（１）は、主燃焼室（５）を画定する炎板（３）を有しており、前記副燃焼室システム（２）は、少なくとも部分的に前記炎板（３）の開口部（４）内に配置されており、
   前記副燃焼室システム（２）を実質的に包囲し、前記炎板（３）内および／または前記開口部（４）内の前記副燃焼室システム（２）の領域内に配置されている冷却空洞部（６）が提供されている、
   ことを特徴とする構造体。
2. 前記副燃焼室システム（２）は、少なくとも一つの副燃焼室部材（７）内に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の構造体。
3. 前記少なくとも一つの副燃焼室部材（７）は、前記炎板（３）内の前記開口部（４）の内壁（９）と共に前記冷却空洞部（６）を形成する包囲溝部（８）を有しており、
   前記開口部（４）の前記内壁（９）は、好適には、前記副燃焼室システム（２）の長手軸（Ｌ）に対して略放射状に配置されている、
   ことを特徴とする請求項２記載の構造体。
4. 前記冷却空洞部（６）を封止するため、２つの封止部（１１）、好適には２つの環状の封止部（１１）が提供されている、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の構造体。
5. 冷媒を供給および排出するため、前記冷却空洞部（６）に接続された通路（１２）が提供されている、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の構造体。
6. 前記通路（１２）は、前記炎板（３）内に、好適には完全に前記炎板（３）内に配置されている、
   ことを特徴とする請求項５記載の構造体。
7. 前記冷却空洞部（６）は、温度制御媒体のための入口開口部（１７）と、前記入口開口部（１７）から離れた出口開口部（１８）と、を有しており、
   前記入口開口部（１７）および前記出口開口部（１８）は、前記通路（１２）にそれぞれ接続されている、
   ことを特徴とする請求項５または６記載の構造体。
8. 液体、特に水、水性混合物またはオイルが冷媒として使用され得る、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の構造体。
9. 気体、特に圧縮空気が冷媒として使用され得る、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の構造体。
10. 前記冷却空洞部（６）は略環状である、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の構造体。
11. 前記冷却空洞部（６）は、前記副燃焼室システム（２）の長手軸（Ｌ）に対して略多角形の断面を有している、
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の構造体。
12. 前記副燃焼室システム（２）は、点火フレアを前記主燃焼室（５）に導く立ち上がり通路（１３）および腔部（１４）を有しており、
    前記冷却空洞部（６）は、前記立ち上がり通路（１３）を実質的に包囲している、
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の構造体。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の構造体を有する内燃機関。

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