JP2023143150A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】副室内にスワール流を生成するとともに、スワール生成連通路から噴射する火炎流の噴射エネルギの低下を抑制することができるエンジンを提供する。【解決手段】エンジンの隔壁は、シリンダの周方向において副室の中心に向かう方向に対して傾くとともに、前記シリンダの延在方向において前記副室の中心に向かってシリンダヘッドに近づくように傾いて主室から前記副室に通じる、少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路を有し、前記隔壁は、前記少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路の延長線上であって副室側壁面に交差する点を通る断面において副室側壁面は円形状であって、前記少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路の副室側開口を通る断面において、直接的に隣り合うスワール流生成連通路間に、前記副室の中心から前記副室側壁面までの距離が前記副室の中心から前記スワール流生成連通路の副室側開口までの距離と異なる部分を有する。【選択図】 図２Ｂ

Description

本開示は、エンジンに関する。

特許文献１には、副室において混合気を燃焼させて、副室から主室に開口する噴射孔を介して主室に火炎流を噴射するエンジンが開示されている。かかるエンジンでは、主室に新気を導入する吸気ポートが主室に新気の旋回流を発生させるスワールポートとして形成され、噴射孔における火炎流の噴射方向が主室の軸心に対する旋回方向とされている。

特開２００５－２３２９８７号公報

特許文献１に開示されたエンジンでは、副室内に流入した新気によって副室内にスワール流が生成されているので、副室内で着火された火炎流も副室内のスワール流に乗って旋回する。これにより、副室から主室に火炎流を噴射する際に噴射孔（スワール流生成連通路）の内壁から火炎流が剥離し、噴射孔の有効径が実際よりも小さくなり、噴射孔から噴射する火炎流の噴射エネルギが低下してしまっていた。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、副室内にスワール流を生成するとともに、スワール生成連通路から噴射する火炎流の噴射エネルギの低下を抑制することができる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エンジンは、ピストンと、前記ピストンが往復動するシリンダが設けられたシリンダブロックと、前記シリンダブロックに固定され、前記ピストンとの間に主室を形成するシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの前記主室側に設けられ、前記主室内に副室を形成する隔壁と、前記副室内に設置された点火プラグとを備え、前記隔壁は、前記シリンダの周方向において前記副室の中心に向かう方向に対して傾くとともに、前記シリンダの延在方向において前記副室の中心に向かって前記シリンダヘッドに近づくように傾いて前記主室から前記副室に通じる、少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路を有し、前記隔壁は、前記少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路の延長線上であって副室側壁面に交差する点を通る断面において副室側壁面は円形状であって、前記少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路の副室側開口を通る断面において、直接的に隣り合うスワール流生成連通路間に、前記副室の中心から前記副室側壁面までの距離が前記副室の中心から前記スワール流生成連通路の副室側開口までの距離と異なる部分を有する。

上記（１）の構成によれば、少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路の延長線上であって副室側壁面に交差する点を通る断面において副室側壁面は円形状であるから、少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路を通り副室内に流入した混合気は副室側壁面に沿って旋回し、スワール流を生成する。また、少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路の副室側開口を通る断面において、直接的に隣り合うスワール流生成連通路間に、副室の中心から副室側壁面までの距離が副室の中心から副室側開口までの距離と異なる部分を有するので、火炎流を噴射する際にスワール流を崩壊させ、スワール流生成連通路の内壁からの火炎流の剥離を抑制し、火炎流の噴射エネルギの低下を抑制することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記異なる部分は、前記直接的に隣り合うスワール流生成連通路間に設けられ、前記隔壁の副室側壁面から副室に突出する凸部である。

上記（２）の構成によれば、火炎流を噴射する際に凸部がスワール流を崩壊させ、スワール流生成連通路の内壁からの火炎流の剥離を抑制し、火炎流の噴射エネルギの低下を抑制することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路の副室側開口を通る断面において副室側壁面は、多角形である。

上記（３）の構成によれば、火炎流を噴射する際に多角形の副室側壁面がスワール流を崩壊させ、スワール流生成連通路の内壁からの火炎流の剥離を抑制し、火炎流の噴射エネルギの低下を抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）のいずれか１つの構成において、前記直接的に隣り合うスワール流生成連通路のそれぞれの延長線は、前記隔壁の副室側壁面に接する内接円の内側で交わる。

上記（４）の構成によれば、直接的に隣り合うスワール流生成連通路のそれぞれの延長線は、隔壁の副室側壁面に接する内接円の内側で交わるので、副室側壁面によってスワール流の生成が阻害されるのを抑制することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、副室内にスワール流を生成するとともに、スワール生成連通路から噴射する火炎流の噴射エネルギの低下を抑制することができる。

エンジンの全体構成を概略的に示す断面図である。 図１に示した隔壁及び点火プラグを概略的に示した断面図である。 図２Ａに示した隔壁のＢ－Ｂ方向断面図である。 図２Ａに示した隔壁のＣ－Ｃ方向断面図である。 実施形態３に係る隔壁の一例を示す断面図である。 実施形態３に係る隔壁の他の一例を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明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。

［実施形態１］
［エンジンの全体構成］
図１に示すように、実施形態１に係るエンジン１Ａは、ピストン１０、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１４、隔壁１６、噴射ノズル１８及び点火プラグ２０を備えている。シリンダブロック１２には、ピストン１０が往復動するシリンダ２２が設けられている。シリンダヘッド１４は、シリンダブロック１２に固定され、ピストン１０との間に主室（燃焼室）２４を形成している。シリンダヘッド１４には、吸気ポート２６及び排気ポート２８が設けられている。吸気ポート２６及び排気ポート２８は、例えば、１つの主室２４に対して２つずつ設けられているが、これに限定されるものではない。吸気ポート２６には、吸気ポート２６を開閉する吸気バルブ３０が設けられ、排気ポート２８には、排気ポート２８を開閉する排気バルブ３２が設けられている。例えば、吸気ポート２６には、燃料を噴射する噴射ノズル３４（以下「ポートインジェクタ３４」という）が設けられているが、ポートインジェクタ３４は必須ではない。隔壁１６は、シリンダヘッド１４の主室側に設けられ、主室内に副室（予備燃焼室）３６を形成している。噴射ノズル１８（以下「ダイレクトインジェクタ１８」という）は、主室内に燃料を噴射する噴射ノズルである。点火プラグ２０は、副室内に設置され、副室内に流入した混合気に点火可能である。

［エンジン１Ａの全体動作］
実施形態１に係るエンジン１Ａは、吸気バルブ３０が吸気ポート２６を開放するとともにピストン１０が下降する吸気行程において、ポートインジェクタ３４が燃料を噴射する。これにより、吸気ポート２６から主室２４に混合気が供給される。実施形態１に係るエンジン１Ａでは、主室内の混合気は理論空燃比よりも薄いリーン混合気となる。

吸気バルブ３０が吸気ポート２６を閉鎖するとともにピストン１０が上昇する圧縮行程において、ダイレクトインジェクタ１８が燃料を噴射する。これにより、ダイレクトインジェクタ１８から噴射された燃料は主室内の混合気とともに副室３６に供給される。そして、副室内の混合気は点火プラグ２０によって点火される。実施形態１に係るエンジン１Ａでは、副室内の混合気は理論空燃比と同等の空燃比の混合気となる。

ピストン１０を下降させる膨張行程において、点火プラグ２０によって点火された副室内の混合気は、火炎となって主室内に噴射され、主室内の混合気を燃焼させる。

排気バルブ３２が排気ポート２８を開放するとともにピストン１０が上昇する排気行程において、主室内の燃焼ガスが排出される。これら、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより、エンジン１Ａは運転される。なお、実施形態１に係るエンジン１Ａでは、ポートインジェクタ３４が吸気行程において燃料を噴射しているが、排気行程において燃料を噴射するようにしても良い。この場合にも、主室２４へは吸気行程において、燃料が供給されることとなる。

［隔壁１６の構成］
図２Ａに示すように、隔壁１６は、円柱と半球とが組み合わされたような形状の外形を有している。隔壁１６の円柱側の端部にはフランジ３８が設けられ、このフランジ３８によって隔壁１６がシリンダヘッド１４の主室側に固定される。これにより、隔壁１６の円柱側がシリンダヘッド１４に固定される基端部側となり、半球側がピストン側に位置する先端部側となる。隔壁１６は、その内部に円柱と半球とが組み合わされたような形状の副室３６を有している。そして、副室３６の円柱側はシリンダヘッド側に位置する副室基部４０を構成し、半球側はピストン側に位置する副室先端部４２を構成する。

隔壁１６は、その先端部側に主室２４から副室３６（副室先端部４２）に通じる少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路４４を有している。図２Ｂに示すように、スワール流生成連通路４４は、シリンダ２２の周方向において副室３６の中心Ｏに向かう方向に対して傾くとともに、図２Ａに示すように、シリンダ２２の延在方向において副室３６の中心Ｏに向かってシリンダヘッド１４に近づくように傾いている。スワール流生成連通路４４は、例えば、５つであるが、２つ以上であれば、５つに限られるものではない。

隔壁１６は、少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路４４の延長線上であって副室側壁面１６ａに交差する点を通る断面（図２ＡのＣ－Ｃ断面）において、図２Ｃに示すように、副室側壁面１６ａが円形状である。

図２Ｂに示すように、少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路４４の副室側開口４４ａを通る断面（図２ＡのＢ－Ｂ断面）において、隣り合うスワール流生成連通路間に、副室３６の中心Ｏから副室側壁面１６ａまでの距離Ｌ１が副室３６の中心Ｏからスワール流生成連通路４４の副室側開口４４ａまでの距離Ｌ２が異なる部分を有する。

図２Ａに示すように、隔壁１６は、その先端部側に主室２４から副室３６（副室先端部４２）に通じる少なくとも１つの燃料流入連通路４６を有している。図２Ｂに示すように、燃料流入連通路４６は、シリンダ２２の周方向においてスワール流生成連通路４４と異なる位置であって、ダイレクトインジェクタ側に設けられている。燃料流入連通路４６は、好ましくは、シリンダ２２の周方向においてダイレクトインジェクタ１８の噴射範囲ＲＧ、より好ましくは、シリンダ２２の周方向においてダイレクトインジェクタ１８の噴射方向と正対する位置に設けられている。燃料流入連通路４６がシリンダ２２の周方向においてダイレクトインジェクタ１８の噴射方向と正対する位置に設けられている場合に、燃料流入連通路４６はダイレクトインジェクタ１８の噴射方向の延長線上に設けられ、副室３６の中心に向かって真っ直ぐに延びている。図２Ａに示すように、燃料流入連通路４６は、エンジン１Ａの圧縮行程においてダイレクトインジェクタ１８から噴射された燃料が燃料流入連通路４６に流入するように、副室３６の内側（中心Ｏ）に向かうにつれてシリンダヘッド１４に近づくように傾いて設けられ、より好ましくは、ダイレクトインジェクタ１８の噴射方向に沿って設けられている。燃料流入連通路４６は、少なくとも１つであるが、１つに限られるものではなく、２つ以上であってもよい。

隔壁１６は、その先端部側に燃料流入連通路４６を有する場合に、直接的に隣り合うスワール流生成連通路間に、副室３６の中心Ｏから副室側壁面１６ａまでの距離Ｌ１が副室３６の中心Ｏからスワール流生成連通路４４の副室側開口４４ａまでの距離Ｌ２が異なる部分を有する。直接的に隣り合うスワール流生成連通路４４，４４とは、隣り合うスワール流生成連通路４４との間に燃料流入連通路４６を有しないスワール流生成連通路４４のことであり、隣り合うスワール流生成連通路間に燃料流入連通路４６を有するスワール流生成連通路間を除外する趣旨を明らかにしている。

［エンジン１Ａの動作］
上述した実施形態１に係るエンジン１Ａでは、エンジン１Ａの圧縮行程において主室２４からスワール流生成連通路４４を通り副室内に混合気が供給される。スワール流生成連通路４４を通り供給された混合気は隔壁１６の円形状の副室側壁面１６ａに沿って流れ、副室内にスワール流ＳＦを生成する。

次に、エンジン１Ａの圧縮行程において点火プラグ２０が副室内の混合気に点火する。すると、副室内の混合気は火炎流となって旋回するが、副室３６の中心Ｏから副室側壁面１６ａまでの距離Ｌ１が副室３６の中心Ｏから副室側開口４４ａまでの距離Ｌ２と異なる部分が火炎流の流れを崩壊させる。これにより、スワール流生成連通路４４の内壁からの火炎流ＦＦの剥離を抑制する。そして、火炎流ＦＦは、スワール流生成連通路４４から主室２４に噴射され、主室内の混合気を燃焼させる。

［効果］
上述した実施形態１に係るエンジン１Ａによれば、少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路４４の延長線上であって副室側壁面１６ａに交差する点を通る断面（図２ＡのＣ－Ｃ方向断面）において副室側壁面は円形状であるから、少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路４４を通り副室内に流入した混合気は副室側壁面１６ａに沿って旋回し、スワール流ＳＦを生成する。また、少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路４４の副室側開口４４ａを通る断面において、直接的に隣り合うスワール流生成連通路間に、副室３６の中心Ｏから副室側壁面１６ａまでの距離Ｌ１が副室３６の中心Ｏから副室側開口４４ａまでの距離と異なる部分を有するので、火炎流ＦＦを噴射する際にスワール流ＳＦを崩壊させ、スワール流生成連通路４４の内壁からの火炎流ＦＦの剥離を抑制し、火炎流ＦＦの噴射エネルギの低下を抑制することができる。

［実施形態２］
［エンジンの構成］
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、実施形態２に係るエンジン１Ｂでは、副室３６の中心Ｏから隔壁１６の副室側壁面１６ａまでの距離が副室３６の中心Ｏからスワール流生成連通路４４の副室側開口４４ａまでの距離と異なる部分は、直接的に隣り合うスワール生成連通路間に設けられ、隔壁１６の副室側壁面１６ａから副室３６に突出する凸部４８である。凸部４８は、断面が三角形の山形状であって、副室先端部４２の半球の経線に沿って設けられている。その他の構成は、実施形態１に係るエンジン１Ａの構成と同じである。

［エンジン１Ｂの動作］
上述した実施形態２に係るエンジン１Ｂでは、エンジン１Ｂの圧縮行程において点火プラグ２０が副室内の混合気に点火すると、副室内の混合気は火炎流となって旋回するが、凸部４８が火炎流の流れを崩壊させる。これにより、スワール流生成連通路４４の内壁からの火炎流ＦＦの剥離を抑制する。そして、火炎流ＦＦは、スワール流生成連通路４４から主室２４に噴射され、主室内の混合気を燃焼させる。その他の動作は、実施形態１に係るエンジン１Ａの動作と同じである。

［効果］
上述した実施形態２に係るエンジン１Ｂによれば、火炎流を噴射する際に凸部４８がスワール流ＳＦを崩壊させ、スワール流生成連通路４４の内壁からの火炎流の剥離を抑制し、火炎流の噴射エネルギの低下を抑制することができる。

［実施形態３］
［エンジンの構成］
図３及び図４に示すように、実施形態３に係るエンジン１Ｃでは、隔壁１６は、少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路４４の副室側開口４４ａを通る断面において副室側壁面は、多角形である。図３に示す例では、隔壁１６は、少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路４４の副室側開口４４ａを通る断面において副室側壁面１６ａは六角形である。六角形は、正六角形でもよいが、正六角形に限られるものではない。図４に示す例では、隔壁１６は、少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路４４の副室側開口４４ａを通る断面において副室側壁面１６ａは四角形である。四角形は、正方形でもよいが、正方形に限られるものではない。その他の構成は、実施形態１に係るエンジン１Ａの構成と同じである。

［エンジン１Ｃの動作］
上述した実施形態３に係るエンジン１Ｃでは、エンジン１Ｃの圧縮行程において点火プラグ２０が副室内の混合気に点火すると、副室内の混合気は火炎流となって旋回するが、スワール流生成連通路４４から火炎を噴射する際に多角形の副室側壁面１６ａがスワール流を崩壊させる。これにより、スワール流生成連通路４４の内壁からの火炎流ＦＦの剥離を抑制する。そして、火炎流ＦＦは、スワール流生成連通路４４から主室２４に噴射され、主室内の混合気を燃焼させる。その他の動作は、実施形態１に係るエンジン１Ａの動作と同じである。

［効果］
上述した実施形態３に係るエンジン１Ｃによれば、火炎流を噴射する際に多角形の副室側壁面１６ａがスワール流ＳＦを崩壊させ、スワール流生成連通路４４の内壁からの火炎流の剥離を抑制し、火炎流の噴射エネルギの低下を抑制することができる。

［実施形態４］
［エンジンの構成］
実施形態４に係るエンジン１Ｄでは、図２Ｂ，図３及び図４に示すように、直接的に隣り合うスワール流生成連通路４４のそれぞれの延長線ＥＬは、隔壁１６の副室側壁面１６ａに接する内接円ＩＳの内側で交わる。その他の構成は、実施形態１から３のいずれかに係るエンジン１Ａ，１Ｂ，１Ｃのいずれかの構成と同じである。

［エンジン１Ｄの動作］
上述した実施形態４に係るエンジン１Ｄでは、エンジン１Ｄの圧縮行程において主室２４からスワール流生成連通路４４を通り副室内に混合気が供給される。スワール流生成連通路４４を通り供給された混合気は隣り合うスワール流生成連通路４４のそれぞれから供給された混合気と干渉することなく、隔壁１６の円形状の副室側壁面１６ａに沿って流れ、副室内にスワール流ＳＦを生成する。

［効果］
上述した実施形態４に係るエンジン１Ｄでは、直接的に隣り合うスワール流生成連通路４４のそれぞれの延長線ＥＬは、隔壁１６の副室側壁面１６ａに接する内接円の内側で交わるので、副室側壁面１６ａによってスワール流ＳＦの生成が阻害されるのを抑制することができる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ エンジン
１０ ピストン
１２ シリンダブロック
１４ シリンダヘッド
１６ 隔壁
１６ａ 副室側壁面
１８ 噴射ノズル（ダイレクトインジェクタ）
２０ 点火プラグ
２２ シリンダ
２４ 主室
２６ 吸気ポート
２８ 排気ポート
３０ 吸気バルブ
３２ 排気バルブ
３４ 噴射ノズル（ポートインジェクタ）
３６ 副室
３８ フランジ
４０ 副室基部
４２ 副室先端部
４４ スワール流生成連通路
４４ａ 副室側開口
４６ 燃料流入連通路
４８ 凸部
ＳＦ スワール流
ＩＣ 内接円
ＥＬ 延長線

Claims (4)

1. ピストンと、
   前記ピストンが往復動するシリンダが設けられたシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックに固定され、前記ピストンとの間に主室を形成するシリンダヘッドと、
   前記シリンダヘッドの前記主室側に設けられ、前記主室内に副室を形成する隔壁と、
   前記副室内に設置された点火プラグと
   を備え、
   前記隔壁は、前記シリンダの周方向において前記副室の中心に向かう方向に対して傾くとともに、前記シリンダの延在方向において前記副室の中心に向かって前記シリンダヘッドに近づくように傾いて前記主室から前記副室に通じる、少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路を有し、
   前記隔壁は、
   前記少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路の延長線上であって副室側壁面に交差する点を通る断面において副室側壁面は円形状であって、
   前記少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路の副室側開口を通る断面において、直接的に隣り合うスワール流生成連通路間に、前記副室の中心から前記副室側壁面までの距離が前記副室の中心から前記スワール流生成連通路の副室側開口までの距離と異なる部分を有する、
   エンジン。
2. 前記異なる部分は、前記直接的に隣り合うスワール流生成連通路間に設けられ、前記隔壁の副室側壁面から副室に突出する凸部である、
   請求項１に記載のエンジン。
3. 前記少なくとも２つ以上のスワール流生成連通路の副室側開口を通る断面において副室側壁面は、多角形である、
   請求項１に記載のエンジン。
4. 前記直接的に隣り合うスワール流生成連通路のそれぞれの延長線は、前記隔壁の副室側壁面に接する内接円の内側で交わる、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジン。
   
   

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