JP2018096250A - 副室式ガスエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】副室における希薄予混合気と副室燃料との十分な混合を行うことが可能な副室式ガスエンジンを提供する。
【解決手段】副室式ガスエンジンは、主燃焼室を形成する主室形成部と、主燃焼室と複数の噴孔を介して連通される小径筒室及び大径筒室を有する副室を形成する副室形成部と、副室の大径筒室に設けられた着火装置と、主燃焼室を介さずに副室に副室用燃料ガスを供給する副室ガス供給装置とを備え、噴孔は、噴孔の副室側開口の中心位置を通過し、且つ、噴孔の副室側開口における中心線の延在方向に沿った直線である副室側直線と、噴孔の主室側開口の中心位置を通過し、且つ、噴孔の主室側開口における中心線の延在方向に沿った直線である主室側直線と、が交差するように形成されるとともに、副室の副室中心軸線と副室側直線とがなす鋭角側の角度は、副室中心軸線と主室側直線とがなす鋭角側の角度よりも小さくなるように形成されている。
【選択図】 図１

Description

本開示は、副燃焼室（副室）で生成された燃焼火炎を複数の噴孔を介して主燃焼室（主室）に噴出せしめることで、主燃焼室の混合気を燃焼させる副室式ガスエンジンに関する。

従来から、希薄予混合気を効率良く燃焼させることが可能なエンジンとして副室式ガスエンジンが知られている（例えば、特許文献１〜３）。副室式ガスエンジンは、ピストンとシリンダヘッドとの間に画定される主燃焼室（主室）と、シリンダ上部などの主燃焼室に近接して設けられた副室とを有しており、複数の噴孔を介して、主燃焼室と副室とが連通される。そして、点火プラグなどの着火装置により副室の混合気を着火することにより、この着火によって生じた燃焼火炎が副室の下部に設けられた複数の噴孔の各々から噴出し、主燃焼室の希薄予混合気を燃焼させる。より詳細には、エンジンの吸気行程でシリンダ内に導入された希薄予混合気の一部が、圧縮工程において複数の噴孔の各々を介して副室に流入し、副室ガス供給装置によって副室に供給されている副室燃料と混合されて、副室には着火に適した濃度を有する混合気が生成される。この状態の混合気が着火装置により着火され、その燃焼火炎が副室噴孔からシリンダへ噴出し、これを火種（トーチ）として主燃焼室の希薄予混合気が着火、燃焼する。これによって、主燃焼室における希薄燃料の燃焼が可能となり、低燃費（高効率化）を実現している。また、主燃焼室での希薄混合ガスの燃焼は、比較的低温の燃焼であるため、ＮＯｘ等の発生量を低減し、低公害を実現可能としている。

このような副室式ガスエンジンでは、圧縮工程において主燃焼室から噴孔を介して副室に流入する混合気の流れが不安定化すると、着火装置の着火部（例えば点火プラグの電極）廻りに着火し易い濃度の混合気が形成され難くなり、副室における燃焼が不安定になるおそれがある。このような課題に対して、特許文献１では、副室導入時の混合気の流れの安定性に噴孔の形状が影響するとの知見に基づいて、副室のスロート（後述する小径筒室）の形状や、噴孔のスロート側の開口端部の周縁に沿った丸面取り部の形状を規定し、燃焼変動の抑制を図っている。

また、上述したように、主燃焼室の混合気は、燃焼行程において複数の噴孔の各々を介して副室から主燃焼室に噴出する燃焼火炎（トーチジェット）により着火されるところ、主燃焼室において混合気の燃焼火炎の伝播にばらつきがあると、ノッキング等の異常燃焼の一因となる。このような課題に対して、特許文献２では、上記の主燃焼室における火炎伝播速度のばらつきの要因は、給気ポートが存在する側の給気側領域におけるシリンダ壁面の温度が、排気ポートが存在する側の排気側領域におけるシリンダ壁面の温度よりも低いことにあるとの知見に基づいて、給気側領域に配置された給気側噴孔の噴孔面積の合計が、排気側領域に配置された排気側噴孔の噴孔面積の合計よりも大きくすることが開示されている。これによって、給気側噴孔からのトーチジェットにより着火された給気側混合気の火炎がシリンダ壁面まで到達する時間を短くし、ノッキング発生の抑制を図っている。

なお、特許文献３には、上述した副室ガス供給装置を備えていない副室式ガスエンジンが備える点火装置が開示されている。より詳細には、点火の予燃焼チャンバ又は副室への燃料供給又は燃料濃縮を行わずに点火プラグの端部キャップの内側を高圧にすることで、燃焼する空気／燃料混合気を火炎として端部キャップの開口から副室に噴出させることが可能な点火装置が開示されている。特許文献３には曲率を有する噴孔が開示されおり、この噴孔は中央流路を介して副室と連通している。この中央流路は、流入する低温の新鮮な空気／燃料混合気を噴出して中央の高速流とするものであり、この中央の高速流を端部キャップに衝突することにより、残留燃焼ガスを点火プラグや、端部キャップの開口の前から排除して、低温の新鮮な空気／燃料混合気を端部キャップの内側に供給することが記載されている。

特開２０１６−３６０８号公報 特開２０１４−６２４８４号公報 特表２０１５−５２８８７５号公報

副室式ガスエンジンでは、圧縮工程においてなされる、噴孔を介して主燃焼室から副室に流入する希薄予混合気と、副室ガス供給装置によって副室に供給された副室燃料との混合具合が、主燃焼室における燃焼変動に大きな影響を与える。主燃焼室における燃焼変動は、エンジン（機関）の効率に影響するため、燃焼変動の低減が望まれる。
なお、上述した特許文献３は、副室ガス供給装置を備えていないタイプの副室式ガスエンジンであり、主室から副室に流入する希薄予混合気と副室燃料との混合を行うものでなく、上述したような課題は生じないと共に、噴孔および中央経路は燃料混合気を端部キャップの内側に入るための構成となる。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、副室における希薄予混合気と副室燃料との十分な混合を行うことが可能な副室式ガスエンジンを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る副室式ガスエンジンは、
エンジンの主燃焼室を形成する主室形成部と、
前記主燃焼室と複数の噴孔を介して連通されるとともに所定の内径を有する小径筒室、及び前記小径筒室よりも大きい内径を有した大径筒室を有する副室を形成する副室形成部と、
前記副室の大径筒室に設けられた着火装置と、
前記主燃焼室を介さずに前記副室に副室用燃料ガスを供給する副室ガス供給装置と、を備え、
前記複数の噴孔の少なくとも一つは、
前記噴孔の副室側開口の中心位置を通過し、且つ、前記噴孔の副室側開口における中心線の延在方向に沿った直線である副室側直線と、前記噴孔の主室側開口の中心位置を通過し、且つ、前記噴孔の主室側開口における中心線の延在方向に沿った直線である主室側直線と、が交差するように形成されるとともに、
前記副室の副室中心軸線と前記副室側直線とがなす鋭角側の角度は、前記副室中心軸線と前記主室側直線とがなす鋭角側の角度よりも小さくなるように形成されている。

上記（１）の構成によれば、複数の噴孔の少なくとも一つの噴孔は、副室側直線と主室側直線とが交差するように形成されることによって、噴孔の中心線と副室中心軸線とがなす角度は、その噴孔の副室側と主室側とで異なっている。さらに、その噴孔は、副室中心軸線と副室側直線とがなす鋭角側の角度が、前記副室中心軸線と前記主室側直線とがなす鋭角側の角度よりも小さくなるように形成されることで、圧縮工程においてその噴孔を介して主燃焼室から導入される希薄予混合気をより副室の上部に向けて導入する。ここで、副室側開口から副室への希薄予混合気の導入時において、希薄予混合気の流入方向が副室の上部に向けられるほど、副室ガス供給装置によって副室に供給されている副室燃料ガスと主燃焼室からの希薄予混合気との混合が促進される。他方、副室で着火された燃焼火炎が噴孔を介して主燃焼室に噴出する時には、俯角が小さいほど主燃焼室における火炎伝搬のばらつきが抑制され、燃焼変動が抑制される。したがって、上記の構成によれば、圧縮工程における副室での燃料混合の促進を図りつつ、かつ、主室側角度を、主燃焼室における火炎伝搬のばらつきを抑制するための適切な角度に設定することにより燃焼行程における主燃焼室での燃焼変動の抑制を図ることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記複数の噴孔の少なくとも一つは、
前記副室側開口を一端側に形成する直線状の副室側直線状孔部と、
前記副室側直線状孔部の他端側に接続されると共に前記主室側開口を形成する直線状の主室側直線状孔部と、からなる。
上記（２）の構成によれば、複数の噴孔の少なくとも一つを、各々が直線状の形状を有する副室側直線状孔部と主室側直線状孔部とを接続するようにして形成することで、副室中心軸線と副室側直線とがなす鋭角側の角度が、副室中心軸線と主室側直線とがなす鋭角側の角度よりも小さくなるよう噴孔を形成することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記複数の噴孔の少なくとも一つは、
前記副室側開口を一端側に形成する第１曲率を有する副室側曲率孔部と、
前記主室側開口を一端側に形成する第２曲率を有する主室側曲率孔部と、
前記副室側曲率孔部の他端側および前記主室側曲率孔部の他端側のそれぞれ接続される第３曲率を有する接続曲率孔部と、からなる。
上記（３）の構成によれば、複数の噴孔の少なくとも一つを、各々が円弧状の形状を有する副室側曲率孔部と接続曲率孔部と主室側曲率孔部とを接続するようにして形成することで、圧縮工程での希薄予混合気や燃焼行程での燃焼火炎が噴孔を通過する際の抵抗の低減を図ることができる。これによって、上述したように、圧縮工程における副室での燃料混合の促進を図りつつ、かつ、燃焼行程における主燃焼室での燃焼変動の抑制を図ることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記第１曲率と、前記第２曲率と、前記第３曲率とは、互いに等しい。
上記（４）の構成によれば、複数の噴孔の少なくとも一つを、一定の曲率を有するように形成することで、圧縮工程での希薄予混合気や燃焼行程での燃焼火炎が噴孔を通過する際の抵抗の低減を図ることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記第３曲率は、前記第２曲率よりも大きく、前記第１曲率は、前記第３曲率と同じか、前記第３曲率よりも大きい。
上記（５）の構成によれば、複数の噴孔の少なくとも一つを、その曲率が途中で変化するように形成することで、圧縮工程での希薄予混合気や燃焼行程での燃焼火炎が噴孔を通過する際の抵抗の低減を図ることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の構成において、
前記副室の中心線と前記副室側直線とがなす鋭角側の角度は、０度以上６５度以下である。
上記（６）の構成によれば、副室側開口から副室への希薄予混合気の導入時において、副室ガス供給装置によって副室に供給されている副室燃料ガスと主燃焼室からの希薄予混合気との混合の十分な促進を図ることができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の構成において、
前記主燃焼室の主室中心軸線と前記主室側直線とがなす鋭角側の角度は、６５度以上８０度以下である。
上記（７）の構成によれば、副室で着火された燃焼火炎が噴孔を介して主燃焼室に噴出する時に、主燃焼室における火炎伝搬のばらつきの十分な抑制を図ることができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（７）の構成において、
前記小径筒室の長さは、前記大径筒室の長さよりも長い。
上記（８）の構成によれば、小径筒室の長さが長くなっても、主燃焼室から導入される希薄予混合気をより副室の上部に向けて導入することによって、圧縮工程における副室での燃料混合の促進を図ることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、副室における希薄予混合気と副室燃料との十分な混合を行うことが可能な副室式ガスエンジンが提供される。

本発明の一実施形態にかかる副室式ガスエンジンを概略的に示す断面図である。近傍側特定噴孔の断面積は遠方側特定噴孔の断面積よりも小さい場合を示す。 本発明の一実施形態にかかる副室形成部の断面を概略的に示す図であり、図１に示すａａ線で副室式ガスエンジンを切断した断面図である。 本発明の一実施形態にかかる副室側直線状孔部と主室側直線状孔部とからなる噴孔を示す。 本発明の一実施形態にかかる副室側曲率孔部と接続曲率孔部と主室側曲率孔部とからなる噴孔を示す図であり、曲率は全て同じである。 本発明の一実施形態にかかる副室側曲率孔部と接続曲率孔部と主室側曲率孔部とからなる噴孔を示す図であり、曲率は異なる。 図５の噴孔を有する副室の鳥瞰図である。 図６Ａの拡大図である。 本発明の他の一実施形態にかかる噴孔を示す。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態にかかる副室式ガスエンジン１を概略的に示す断面図である。図２は、本発明の一実施形態にかかる副室形成部３の断面を概略的に示す図であり、図１に示すａａ線で副室式ガスエンジン１を切断した断面図である。図３は、本発明の一実施形態にかかる副室側直線状孔部４２と主室側直線状孔部４３とからなる噴孔４を示す。図４は、本発明の一実施形態にかかる副室側曲率孔部４４と接続曲率孔部４５と主室側曲率孔部４６とからなる噴孔４を示す図であり、曲率Ｒは全て同じである。図５は、本発明の一実施形態にかかる副室側曲率孔部４４と接続曲率孔部４５と主室側曲率孔部４６とからなる噴孔４を示す図であり、曲率Ｒは異なる。図６Ａは、図５の噴孔４を有する副室３ｒの鳥瞰図である。図６Ｂは、図６Ａの拡大図である。また、図７は、本発明の一実施形態にかかる噴孔４を示す。
図１〜図７に示されるように、副室式ガスエンジン１は、エンジンの主燃焼室２ｒを形成する主室形成部２と、副室３ｒを形成する副室形成部３と、着火装置５と、副室ガス供給装置６と、を備える。
以下、副室式ガスエンジン１が備える上記の各々の構成について、それぞれ説明する。

副室式ガスエンジン１は、図１に示されるように、円筒状の筒構造を内部に有するシリンダブロック１１およびこの筒構造の上部に蓋をすることが可能な窪み構造を内部に有するシリンダヘッド１２とで構成されるシリンダ１３と、シリンダ１３内に収納され往復運動するピストン１４と、シリンダヘッド１２の周囲に接続された吸気ポート１５及び排気ポート１６と、吸気ポート１５を開閉する吸気弁１７と、排気ポート１６を開閉する排気弁１８と、副室口金１９と、を備えている。そして、主燃焼室２ｒ（主室）は、シリンダ１３とピストン１４との間に画定される主燃焼室２ｒ（主室）が設けられる。一方、図１〜図７に示される実施形態では、副室３ｒは、主燃焼室２ｒの上部（ピストン１４の反対側）に位置するようにシリンダヘッド１２に設置された副室口金１９によって形成されている。すなわち、図１〜図７に示される実施形態では、シリンダ１３とピストン１４とで主室形成部２が構成され、副室口金１９によって副室形成部３が形成されている。

副室形成部３は、図１〜図７に示されるように、その内部に形成された副室３ｒと外部とを連通する複数の噴孔４を有しており、これらの複数の噴孔４を介して主燃焼室２ｒと副室３ｒとが連通される。より詳細には、複数の噴孔４の各々は、その一端側となる主室側開口４１ｍが主燃焼室２ｒに面し、その他端側となる副室側開口４１ｓが副室３ｒに面するように、形成される。この副室側開口端部４２ｓは、着火部５１が設置されている上部から最も離れた部分を含む底部３５に接続される。これらの複数の噴孔４の各々は、図２に示されるように、平面視において、副室３ｒの中心軸線（以下、副室中心軸線Ｃｓ）の周囲に等間隔で直線状に配置されても良い。図２の例示では、副室形成部３（副室口金１９）の副室中心軸線Ｃｓを法線とする断面の形状（平面視の形状）は円形であり、副室形成部３が例えば６つの直線状の噴孔４を有しており、複数の噴孔４（主室側開口４１ｍおよび副室側開口４１ｓ）の各々は、副室中心軸線Ｃｓの周囲に径方向に沿って６０°間隔で等間隔に配置されている。また、複数の噴孔の各々は、それぞれ所定の俯角で延在する。なお、噴孔４の俯角とは、主燃焼室２ｒの中心軸線（以下、主室中心軸線Ｃｍ）と直交する線と噴孔４の主室側直線Ｔｍ（後述）とがなす角度であり、図１〜図７に示される実施形態では、主室側角度φｍとなっている。

また、副室形成部３は、所定の内径を有する筒状の小径筒室３１ｒであって、複数の噴孔４が接続される小径筒室３１ｒを形成する小径筒形成部３１と、小径筒室３１ｒよりも大きい内径を有する筒状の大径筒室３３ｒを形成する大径筒形成部３３と、で構成されている。つまり、副室３ｒは、小径筒室３１ｒと大径筒室３３ｒとを有する。また、大径筒室３３ｒは、小径筒室３１ｒに接続されると共に、小径筒室３１ｒから離れるに従って内径が増大する筒状の拡径筒部３３ｄと、この拡径筒部３３ｄに接続され、拡径筒部３３ｄの最大径を内径とする筒状の定径筒部３３ｃを有している。そして、上述した副室中心軸線Ｃｓは、小径筒室３１ｒの中心軸線となっている。ただし、本発明は本実施形態には限定されず、他の幾つかの実施形態では、副室３ｒは、一定の内径を有した筒状の形状をしているなど、他の形状を有していても良い。また、図１に示される実施形態では、主室中心軸線Ｃｍと副室中心軸線Ｃｓとが一致しているが、これには限定されず、他の幾つかの実施形態では、主室中心軸線Ｃｍに対して副室中心軸線Ｃｓが傾いているなど、主室中心軸線Ｃｍと副室中心軸線Ｃｓとは一致していなくても良い。また、小径筒室３１ｒの中心軸線と大径筒室３３ｒの中心軸線とが、一致していなくても良い。

着火装置５は、図１に示されるように、副室３ｒの大径筒室３３ｒに設けられる。より詳細には、着火装置５は、混合気を着火（点火）することが可能な着火部５１を有する。図１に示される実施形態では、着火装置５は点火プラグであり、点火プラグの電極（着火部５１）が副室中心軸線Ｃｓ上に位置するように、着火装置５はエンジンに設置されている。ただし、本発明は本実施形態に限定されず、着火装置５は、着火部５１（例えば、点火プラグの電極）が主燃焼室２ｒの中心軸線（以下、主室中心軸線Ｃｍ）から所定距離だけ離間されるようにエンジンに設置されていても良い。

副室ガス供給装置６は、主燃焼室２ｒを介さずに副室３ｒに副室用燃料ガスを直接供給する。図１に示される実施形態では、副室ガス供給装置６は大径筒室３３ｒに副室燃料ガスを供給するように構成されており、副室燃料ガス供給弁６１によって副室３ｒへの副室用燃料ガスの供給が制御される（図１参照）。

そして、上述したような構成を有する副室式ガスエンジン１は、例えば、吸気行程において、ピストン１４が下降する際には、吸気弁１７が開き、排気弁１８が閉じる。吸気弁１７が開くと、吸気弁１７に繋がる吸気ポート１５から燃料ガスと空気を混合させた希薄予混合気がシリンダ１３内に導入され、また、副室燃料ガス供給弁６１が開くことにより、副室燃料ガスが副室３ｒに導入される。他方、圧縮行程において、ピストン１４が上昇する際には副室燃料ガス供給弁６１が閉じる。そして、吸気ポート１５を介してシリンダ１３内に導入された希薄予混合気はピストン１４の上昇に伴って圧縮されるに伴って、その一部が、副室３ｒの複数の噴孔４の各々を通って副室３ｒに導入される。主燃焼室２ｒから副室３ｒに導入された希薄予混合気は、副室燃料ガスと混合して、副室３ｒに着火に適した濃度の混合気が生成される。そして、ピストン１４が圧縮上死点近傍に位置する際の所定のタイミングで着火装置５により副室３ｒの混合気を着火すると、副室３ｒの混合気が燃焼し、この燃焼によって生じた燃焼火炎が複数の噴孔の各々からシリンダ１３へ噴出し、シリンダ１３内の希薄予混合気を着火することで、主燃焼室２ｒの希薄予混合気の燃焼に至る。

ここで、副室式ガスエンジン１では、圧縮工程においてなされる、噴孔４を介して主燃焼室２ｒから副室３ｒに流入する希薄予混合気と、副室ガス供給装置６によって副室３ｒに供給された副室燃料ガスとの混合具合が、主燃焼室における燃焼変動に大きな影響を与える。そして、副室側開口４１ｓから副室３ｒへの希薄予混合気の導入時において、希薄予混合気の流入方向が副室３ｒの上部に向けられるほど、副室ガス供給装置６によって副室３ｒに供給されている副室燃料ガスと主燃焼室２ｒからの希薄予混合気との混合が促進される。他方、副室３ｒで着火された燃焼火炎が噴孔４を介して主燃焼室２ｒに噴出する時には、俯角が小さいほど、主燃焼室２ｒにおける火炎伝搬のばらつきが抑制され、燃焼変動が抑制される。そこで、本発明者らは、上述した複数の噴孔４を後述するように形成することによって、圧縮工程における副室３ｒでの燃料混合の促進を図りつつ、かつ、燃焼行程における主燃焼室２ｒでの燃焼変動の抑制と主燃焼室２ｒにおける未燃燃料の残留の低減による効率改善を図ることに思い至った。

具体的には、図３〜図７に示されるように、上述した複数の噴孔４の少なくとも一つは、噴孔４の副室側開口４１ｓの中心位置Ｐｃを通過し、且つ、この噴孔４の副室側開口４１ｓにおける中心線Ｃｐの延在方向に沿った直線である副室側直線Ｔｓと、上記の噴孔４の主室側開口４１ｍの中心位置Ｐｃを通過し、且つ、この噴孔４の主室側開口４１ｍにおける中心線Ｃｐの延在方向に沿った直線である主室側直線Ｔｍと、が交差するように形成されるとともに、副室３ｒの副室中心軸線Ｃｓと副室側直線Ｔｓとがなす鋭角側の角度（副室側角度φｓ）は、副室中心軸線Ｃｓと主室側直線Ｔｍとがなす鋭角側の角度（主室側角度φｍ）よりも小さくなるように形成されている（φｓ＜φｍ）。

より簡潔に言うと、副室側直線Ｔｓは、噴孔４の副室側開口４１ｓの中心位置Ｐｃにおける噴孔４の中心線Ｃｐの接線であり、主室側直線Ｔｍは、噴孔４の主室側開口４１ｍの中心位置Ｐｃにおける噴孔４の中心線Ｃｐの接線である。なお、本明細書では、上記の接線は、噴孔４の中心線Ｃｐに沿った線も含むものとする。そして、副室側直線Ｔｓと主室側直線Ｔｍとは交点Ｐｘで交差すると共に、副室側直線Ｔｓの方が、主室側直線Ｔｍよりも、副室中心軸線Ｃｓに対する傾きが大きい。つまり、副室側直線Ｔｓは、主室側直線Ｔｍよりも副室３ｒの上部を向くので、このように形成された噴孔４から副室３ｒに希薄予混合気が導入する際に、希薄予混合気は、主室側直線Ｔｍと副室側直線Ｔｓとが一致するような噴孔４に比べて、副室３ｒのより上部に向けて導入されるようになる。この結果、副室３ｒにおける副室燃料ガスと主燃焼室２ｒからの希薄予混合気との混合が促進される。また、この際、主室側角度φｍは、主燃焼室２ｒにおける火炎伝搬のばらつきを抑制するための適切な角度に設定されることで、主燃焼室２ｒにおける燃焼変動が抑制される。

なお、図１〜図７に示される実施形態では、複数の噴孔４は全て同一形状をしているが、これには限定されず、他の幾つかの実施形態では、そのうちの少なくとも１つの噴孔４が、上述したように、副室側角度φｓと主室側角度φｍとが異なるように形成されていれば良い。また、上記の副室側角度φｓが主室側角度φｍよりも小さい噴孔４は、火花を用いて金属を加工する放電加工などを用いて形成しても良い。

上記の構成によれば、複数の噴孔４の少なくとも一つの噴孔４は、副室側直線Ｔｓと主室側直線Ｔｍとが交差するように形成されることによって、噴孔４の中心線Ｃｐと副室中心軸線Ｃｓとがなす角度は、その噴孔の副室側と主室側とで異なっている（φｍ≠φｓ）。さらに、その噴孔４は、副室中心軸線Ｃｓと副室側直線Ｔｓとがなす鋭角側の角度（φｓ）が、副室中心軸線Ｃｓと主室側直線Ｔｍとがなす鋭角側の角度（φｍ）よりも小さくなるように形成されることで、圧縮工程においてその噴孔４を介して主燃焼室２ｒから導入される希薄予混合気をより副室３ｒの上部に向けて導入する。これによって、圧縮工程における副室３ｒでの燃料混合の促進を図りつつ、かつ、主室側角度φｍを、主燃焼室２ｒにおける火炎伝搬のばらつきを抑制するための適切な角度に設定することにより燃焼行程における主燃焼室での燃焼変動の抑制を図ることができる。また、主燃焼室２ｒにおける未燃燃料の残留を低減するための適切な角度に設定することにより、ノッキングの抑制および熱損失の低減を図ることができる。

次に、上述した噴孔４のより具体的な形状について、図３〜図７を用いて説明する。
幾つかの実施形態では、図３に示されるように、複数の噴孔４の少なくとも一つは、副室側直線状孔部４２と、主室側直線状孔部４３と、からなる。副室側直線状孔部４２は、副室側開口４１ｓを一端側に形成する直線状の形状を有した噴孔４の一部分である。また、主室側直線状孔部４３は、副室側直線状孔部４２の他端側に接続されると共に、主室側開口４１ｍを形成する直線状の形状を有した噴孔４の一部分である。副室側直線状孔部４２および主室側直線状孔部４３の各々が直線状の形状を有するため、副室側直線Ｔｓは、副室側直線状孔部４２を通るこの噴孔４の中心線Ｃｐと一致し、主室側直線Ｔｍは、主室側直線状孔部４３を通るこの噴孔４の中心線Ｃｐと一致する。

上記の構成によれば、複数の噴孔４の少なくとも一つを、各々が直線状の形状を有する副室側直線状孔部４２と主室側直線状孔部４３とを接続するようにして形成することで、副室中心軸線Ｃｓと副室側直線Ｔｓとがなす鋭角側の角度（副室側角度φｓ）が、副室中心軸線Ｃｓと主室側直線Ｔｍとがなす鋭角側の角度（主室側角度φｍ）よりも小さくなるよう噴孔４を形成することができる。

他の幾つかの実施形態では、図４〜図７に示されるように、複数の噴孔４の少なくとも一つは、副室側曲率孔部４４と、接続曲率孔部４５と、主室側曲率孔部４６と、からなる。副室側曲率孔部４４は、副室側開口４１ｓを一端側に形成する噴孔４の部分であり、第１曲率Ｒ１を有する。主室側曲率孔部４６は、主室側開口４１ｍを一端側に形成する噴孔４の部分であり、第２曲率Ｒ２を有する。また、接続曲率孔部４５は、その両端が、副室側曲率孔部４４の他端側および主室側曲率孔部４６の他端側のそれぞれ接続される噴孔４の一部分であり、第３曲率Ｒ３を有する。なお、曲率Ｒは、半径の逆数となる。

例えば、幾つかの実施形態では、図４に示されるように、上述した第１曲率Ｒ１と、第２曲率Ｒ２と、第３曲率Ｒ３とは、互いに等しくても良い（Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３）。すなわち、複数の噴孔４の少なくとも一つは、一定の曲率で形成されている。図４に示される実施形態では、主室側曲率孔部４６の有する第２曲率Ｒ２および接続曲率孔部４５が有する第３曲率Ｒ３は、副室側曲率孔部４４が有する第１曲率Ｒ１と同じとなっている。

例えば、他の幾つかの実施形態では、図５〜７に示されるように、上記の接続曲率孔部４５の有する第３曲率Ｒ３は、主室側曲率孔部４６の有する第２曲率よりも大きい（Ｒ２＜Ｒ３）。さらに、副室側曲率孔部４４が有する第１曲率Ｒ１は、接続曲率孔部４５が有する第３曲率Ｒ３と同じか、この第３曲率Ｒ３よりも大きい（Ｒ１＝Ｒ３、または、Ｒ１＞Ｒ３）。図５〜図６Ｂに示される実施形態では、副室側曲率孔部４４の第１曲率Ｒ１は、接続曲率孔部４５の第３曲率Ｒ３よりも大きい（Ｒ１＞Ｒ３）。他方、図７に示される実施形態では、副室側曲率孔部４４の第１曲率Ｒ１と接続曲率孔部４５の第３曲率Ｒ３とは同じとなっている（Ｒ１＝Ｒ３）。ただし、図５〜図６Ｂに示されるような形状の噴孔４であっても、第１曲率Ｒ１＝第３曲率Ｒ３であっても良いし、図７に示されるような形状の噴孔４であっても、第１曲率Ｒ１＞第３曲率Ｒ３であっても当然良い。なお、例えば、上述した第３曲率Ｒ３の曲率が無限大であるなど、第１曲率Ｒ１、第２曲率Ｒ２、第３曲率Ｒ３のうちの少なくとも１つの曲率が無限大であることによって、その曲率部が直線状となっていても良い。

上記の構成によれば、複数の噴孔４の少なくとも一つを、各々が円弧状の形状を有する副室側曲率孔部４４と接続曲率孔部４５と主室側曲率孔部４６とを接続するようにして形成することで、上述した副室側直線状孔部４２および主室側直線状孔部４３からなる噴孔４に比べて、圧縮工程での希薄予混合気や燃焼行程での燃焼火炎が噴孔を通過する際の抵抗の低減を図ることができる。また、これによって、副室中心軸線Ｃｓと副室側直線Ｔｓとがなす鋭角側の角度（副室側角度φｓ）が、副室中心軸線Ｃｓと主室側直線Ｔｍとがなす鋭角側の角度（主室側角度φｍ）よりも小さくなるよう噴孔４を形成することができる。

また、上述した各々の実施形態（図３〜図７参照）において、幾つかの実施形態では、複数の噴孔４の各々の副室側角度φｓは全て同じである場合において、複数の噴孔４の各々の主室側角度φｍが全て同じであっても良いし、複数の噴孔４の各々の主室側角度φｍが、少なくとも１つの噴孔４において異なっていても良い。すなわち、複数の噴孔４の各々の主室側角度φｍをそれぞれ適切に設定することによって、主燃焼室２ｒにおける未燃燃料の残留を低減し、ノッキングの抑制および熱損失の低減を図ることができ、効率改善を図ることができる。

また、上述した各々の実施形態（図３〜図７参照）において、他の幾つかの実施形態では、複数の噴孔４の各々の副室側開口４１ｓの位置を平面視において等間隔に配置する一方で、その各々の主室側開口４１ｍの位置は平面視において等間隔に配置されないように、複数の噴孔４の各々を形成しても良い。すなわち、複数の噴孔４の各々の主室側開口４１ｍの位置をそれぞれ適切に設定することによって、主燃焼室２ｒにおける未燃燃料の残留を低減し、ノッキングの抑制および熱損失の低減を図ることができ、効率改善を図ることができる。

また、幾つかの実施形態では、上述した各々の実施形態（図３〜図７参照）において、副室３ｒの中心線Ｃｐと副室側直線Ｔｓとがなす鋭角側の角度（副室側角度φｓ）は、０度以上６５度以下であっても良い（０度≦φｓ≦６５度）。これによって、副室側開口４１ｓから副室３ｒへの希薄予混合気の導入時において、副室ガス供給装置６によって副室３ｒに供給されている副室燃料ガスと主燃焼室２ｒからの希薄予混合気との混合の十分な促進を図ることができる。なお、例えば、図７に示されるように、副室中心軸線Ｃｓに近い位置に噴孔４の副室側開口４１ｓを形成することで、副室側角度φｓを０度に近づけ易くなる。また、図７の例示では、複数の噴孔４の断面積Ｓ２の合計を小径筒室３１ｒの断面積Ｓ１に近づけることが可能な形状であり（Ｓ１≧ΣＳ２）、希薄予混合や燃焼火炎が噴孔４を通過する際の圧損の低減を図ることができる。

また、幾つかの実施形態では、上述した各々の実施形態（図３〜図７参照）において、主室中心軸線Ｃｍと主室側直線Ｔｍとがなす鋭角側の角度は、６５度以上８０度以下であっても良い。図１に示されるように主室中心軸線Ｃｍと副室中心軸線Ｃｓとが一致している場合には、主室側角度φｍが６５度以上８０度以下となる（６５度≦φｍ≦８０度）。これによって、副室３ｒで着火された燃焼火炎が噴孔を介して主燃焼室２ｒに噴出する時に、主燃焼室２ｒにおける火炎伝搬のばらつきの十分な抑制を図ることができる。

また、幾つかの実施形態では、図１〜図６に示されるように、小径筒室３１ｒの長さＬ１（副室中心軸線Ｃｓに沿った長さ）は、大径筒室３３ｒの長さＬ２よりも長い（Ｌ１＞Ｌ２）（図１参照）。小径筒室３１ｒの長さＬ１が長いと、副室３ｒの底部３５側に形成される副室側開口４１ｓから着火部５１までの距離が長くなる。このため、副室燃料ガスと主燃焼室２ｒからの希薄予混合との適切な混合が妨げられやすくなるが、上述した実施形態では、主燃焼室から導入される希薄予混合気をより副室の上部に向けて導入されるので、副室３ｒにおける小径筒室３１ｒの長さが長くなっても、圧縮工程における副室での燃料混合の促進を図ることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ 副室式ガスエンジン
１１ シリンダブロック
１２ シリンダヘッド
１３ シリンダ
１４ ピストン
１５ 吸気ポート
１６ 排気ポート
１７ 吸気弁
１８ 排気弁
１９ 副室口金
２ 主室形成部
２ｒ 主燃焼室
３ 副室形成部
３ｒ 副室
３１ 小径筒形成部
３１ｒ 小径筒室
３３ 大径筒形成部
３３ｒ 大径筒室
３３ｃ 定径筒部
３３ｄ 拡径筒部
３５ 底部
４ 噴孔
４１ｍ 主室側開口
４１ｓ 副室側開口
４２ 副室側直線状孔部
４２ｓ 副室側開口端部
４３ 主室側直線状孔部
４４ 副室側曲率孔部
４５ 接続曲率孔部
４６ 主室側曲率孔部
５ 着火装置
５１ 着火部
６ 副室ガス供給装置
６１ 副室燃料ガス供給弁

Ｃｍ 主室中心軸線
Ｃｓ 副室中心軸線
Ｃｐ 噴孔の中心線
Ｐｃ 中心位置
Ｔｍ 主室側直線
Ｔｓ 副室側直線
Ｐｘ 主室側直線と副室側直線との交点
Ｒ 曲率
Ｒ１ 第１曲率（副室側曲率孔部の曲率）
Ｒ２ 第２曲率（主室側曲率孔部の曲率）
Ｒ３ 第３曲率（接続曲率孔部の曲率）
Ｌ 長さ

Claims (8)

1. エンジンの主燃焼室を形成する主室形成部と、
   前記主燃焼室と複数の噴孔を介して連通されるとともに所定の内径を有する小径筒室、及び前記小径筒室よりも大きい内径を有した大径筒室を有する副室を形成する副室形成部と、
   前記副室の大径筒室に設けられた着火装置と、
   前記主燃焼室を介さずに前記副室に副室用燃料ガスを供給する副室ガス供給装置と、を備え、
   前記複数の噴孔の少なくとも一つは、
   前記噴孔の副室側開口の中心位置を通過し、且つ、前記噴孔の副室側開口における中心線の延在方向に沿った直線である副室側直線と、前記噴孔の主室側開口の中心位置を通過し、且つ、前記噴孔の主室側開口における中心線の延在方向に沿った直線である主室側直線と、が交差するように形成されるとともに、
   前記副室の副室中心軸線と前記副室側直線とがなす鋭角側の角度は、前記副室中心軸線と前記主室側直線とがなす鋭角側の角度よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする副室式ガスエンジン。
2. 前記複数の噴孔の少なくとも一つは、
   前記副室側開口を一端側に形成する直線状の副室側直線状孔部と、
   前記副室側直線状孔部の他端側に接続されると共に前記主室側開口を形成する直線状の主室側直線状孔部と、からなることを特徴とする請求項１に記載の副室式ガスエンジン。
3. 前記複数の噴孔の少なくとも一つは、
   前記副室側開口を一端側に形成する第１曲率を有する副室側曲率孔部と、
   前記主室側開口を一端側に形成する第２曲率を有する主室側曲率孔部と、
   前記副室側曲率孔部の他端側および前記主室側曲率孔部の他端側のそれぞれ接続される第３曲率を有する接続曲率孔部と、からなることを特徴とする請求項１に記載の副室式ガスエンジン。
4. 前記第１曲率と、前記第２曲率と、前記第３曲率とは、互いに等しいことを特徴とする請求項３に記載の副室式ガスエンジン。
5. 前記第３曲率は、前記第２曲率よりも大きく、前記第１曲率は、前記第３曲率と同じか、前記第３曲率よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の副室式ガスエンジン。
6. 前記副室の中心線と前記副室側直線とがなす鋭角側の角度は、０度以上６５度以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の副室式ガスエンジン。
7. 前記主燃焼室の主室中心軸線と前記主室側直線とがなす鋭角側の角度は、６５度以上８０度以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の副室式ガスエンジン。
8. 前記小径筒室の長さは、前記大径筒室の長さよりも長いことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の副室式ガスエンジン。

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