JP2023160754A - 燃料と空気の混合気に点火するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料と空気の混合気の点火および燃焼行程をさらに改良することが可能な装置を提供する。【解決手段】内燃機関（１００）のシリンダー（２）の燃焼室（３）内で燃料と空気の混合気に点火するための装置（１）に関し、少なくとも部分的に燃焼室（３）外に配置されており、予燃焼室（１２）内で易燃性の燃料と空気の混合気に点火可能である点火装置（１３）を有する第１の予燃焼室（１２）と、第１の予燃焼室（１２）の一部の周囲に延在しており、第１の予燃焼室（１２）に流路が接続されている少なくとも１つの第２の予燃焼室（１５）とを有し、前記第２の予燃焼室（１５）は、完全に燃焼室（３）内に配置されていて、特に円錐台状に形成されており、第１の予燃焼室（１２）より大きな容量を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の、内燃機関のシリンダーの燃焼室内で燃料と空気の混合気に点火するための装置に関する。さらに、本発明は、そのような装置を備えた内燃機関に関する。

従来技術によれば、内燃機関のシリンダーの燃焼室内で燃料と空気の混合気に点火するために設けられている装置が、まったく異なる実施形態で公知である。そのような装置は、予燃焼室を有し、その中に収納された点火装置によって、易燃性の燃料と空気の混合気に点火することができ、この場合、相対的に小さい容量のために、燃料は直接には予燃焼室内に噴射されない（受動的予燃焼室）。

いわゆる予燃焼室ジェット点火の場合、燃料と空気の混合気の一部は、内燃機関の圧縮行程中に、予燃焼室内部で燃料と空気の混合気に引火するように予燃焼室に押し出される。この引火は、さらに、内燃機関の燃焼室に伝播する。その結果、燃焼室内での燃料と空気の混合気の燃焼が高速化すると共にノッキング発生が低下する。

通常、受動的予燃焼室は、燃焼室内で移動するピストンの上死点時、燃焼室の容量の約２～５％に相当する、相対的に少ない容量を有する。予燃焼室のこの少ない容量によって、予燃焼室内での燃料と空気の混合気の点火によって生じる加速効果は、燃焼行程の最初の段階（総燃焼時間の約０～１０％）に制限される。

特許文献１によれば、それぞれ主燃焼室に接続されている複数の予燃焼室を備えた内燃機関が公知である。予燃焼室は、予燃焼室ガスバルブによって、燃料ガスおよび空気からなる混合気を収容するために設けられている。各予燃焼室は、さらに、流路開口部を通じて相互に接続され、容量の大きい順に配置されている最大３つの副燃焼室を有する。第１の副燃焼室は、予燃焼室ガスバルブと、燃料ガスおよび空気からなる混合気に点火するための点火装置とを有する。

国際公開第２０２２／０１１４００号

本発明は、燃料と空気の混合気の点火および燃焼行程をさらに改良することが可能な、冒頭に記載の種類の燃料と空気の混合気に点火するための装置を使用できるようにすることを課題としている。

本発明の解決策によって、請求項１に記載の特徴を備えた内燃機関のシリンダーの燃焼室内で燃料と空気の混合気に点火するためのこの種の装置が提供される。従属請求項は、本発明の有利な発展形態を示す。

本発明による、内燃機関のシリンダーの燃焼室内で燃料と空気の混合気に点火するための装置は、第２の予燃焼室が完全に燃焼室内に配置されており、特に円錐台状に形成されており、第１の予燃焼室より大きな容量を有することを特徴とする。

予燃焼室点火の加速効果は、燃焼室内で第１の予燃焼室の一部の周囲に延在しており、第１の予燃焼室より大きな容量を有する、特に円錐台状に形成された第２の予燃焼室を設けることによって、著しく増大できることが示される。したがって、第２の予燃焼室から流出して燃焼室に流入する燃焼エネルギーを有利に増大させることができる。流路開口部の孔面と予燃焼室容量との一定の比率が維持されなければならないので、第１の予燃焼室の容量の単なる拡大によっては、同じ効果が得られない。

上述の効果をさらに一層強化するために、本装置が、特に円錐台状に形成されており、第２の予燃焼室周囲に延在している少なくとも１つの第３の予燃焼室を有する、という有利な実施形態が提案される。これにより、第３の予燃焼室から流出する燃焼エネルギーをさらに増大させることができる。好ましくは、第３の予燃焼室は、第２の予燃焼室より大きな容量を有するように形成されている。

別の有利な一実施形態では、装置は、ｋ≧１の数の予燃焼室を有し、予燃焼室は、特に円錐台状に形成されており、それぞれ上述の予燃焼室の周囲に延在している。例えば、予燃焼室システムは、４つまたは５つの予燃焼室が備えられていることがある。

好ましくは、第ｋの予燃焼室は、第ｋ－１の予燃焼室より大きな容量を有するように形成されている。したがって、内燃機関の燃焼室内に配置されている予燃焼室の容量は、好ましくは、内側から外側に拡大する。

従来型の内燃機関では、第１の予燃焼室内の空燃比をコントロールするために（いわゆるラムダコントロール）、第１の予燃焼室の寸法は極めて小さい。有利な一発展形態では、したがって、本装置は、燃料噴射手段、特に燃料噴射ノズル、を有し、その燃料噴射ノズルは、第１の予燃焼室より大きな容量を有する予燃焼室のいずれかの中に延在しているように配置されていることが提案される。多段式予燃焼室システムを導入することによって、燃料噴射手段、特に本装置の燃料噴射ノズル、を大型の予燃焼室内で位置決めすることができ、これにより、有利に、局所的な空燃比を効率的にコントロールすることができるようになる。

燃料噴射手段、特に燃料噴射ノズル、の様々な組合せと、異なる数の予燃焼室を基本的に考慮することができる。

別の有利な一実施形態では、第１の予燃焼室は、少なくとも部分的に円錐状に形成されており、少なくとも部分的に‐燃焼室の方向に‐内側から外側へ先細りになるように成形されている。

好ましくは、第２の予燃焼室と、場合によっては、既存の他の予燃焼室は、燃焼室内に拡張することができる。

円錐台状の代わりに、予燃焼室は、別の形状を有することができる。

本発明による内燃機関は、請求項８によって、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置を有することによって特徴づけられる。

内燃機関の燃焼シリンダーの一部を通る縦断面を示す。

本発明のその他の特徴および利点は、内燃機関１００の燃焼シリンダー２の一部を通る縦断面を示す添付の図１を参照した、好適な実施例の以下の説明から明らかになる。図１では、内燃機関１００の唯一の燃焼シリンダー２のみが示されているが、通常は、そのような燃焼シリンダー２が複数装備されている。

燃焼シリンダー２は、燃焼室３を画定し、その中でピストン４は、軸方向に第１の（下）死点から、図１で示すように、第２の（上）死点に、およびその逆に移動可能である。燃焼シリンダー２は、吸気バルブ７が中に配置されている吸気マニホールド５と、排気バルブ８が中に配置されているエキゾーストマニホールド６と、に流体接続されている。

燃焼シリンダー２は、第１の収容部９０および第２の収容部９１が中に形成されているシリンダーヘッド９を有する。第１の収容部９０内には、第１の燃料噴射手段１０、特に燃料噴射ノズル、が取り付けられており、それによって、内燃機関１００の作動中に燃料を燃焼室３に噴射することができる。吸気バルブ７が開かれている状態のとき、燃焼室３内で易燃性の燃料と空気の混合気が発生する。

内燃機関１００は、さらに、燃焼シリンダー２の燃焼室３内に、易燃性の燃料と空気の混合気に点火することができる、燃料と空気の混合気に点火するための装置１を有する。燃料と空気の混合気の燃焼時に発生する燃焼排気ガスは、排気バルブ８が開いている状態のとき、エキゾーストマニホールド６に流入する。

以下では、燃料と空気の混合気に点火するための装置１についての詳細を詳しく説明するものとする。装置１は、第１の予燃焼室１２が中に形成されている予燃焼室ハウジング１１を有する。さらに、装置１は、予燃焼室ハウジング１１内に取り付けられて、第１の予燃焼室１２に至る点火装置１３、特に点火プラグを有する。第１の予燃焼室１２は、部分的に円錐状に形成されており、部分的に内側から外側に‐したがって、燃焼室３の方向に‐先細になっているように成形されている。予燃焼室ハウジング１１のシリンダー接続部分１４は、シリンダーヘッド９の第２の収容部９１内に取り付けられており、部分的に燃焼室３内に延在している。その場合、予燃焼室ハウジング１１のシリンダー接続部分１４によって封入される容量は、予燃焼室１２の総容量の一部を形成する。

装置１は、さらに、予燃焼室ハウジング１１のシリンダー接続部分１４の周囲、ひいては、第１の予燃焼室１２の周囲に延在するように、燃焼室３内に第２の予燃焼室１５を有する。第２の予燃焼室１５は、この実施形態では、円錐台状に形成されており、シリンダーヘッド９から出発して燃焼室３内に拡張するように成形されている。好ましくは、第２の予燃焼室１５は、第１の予燃焼室１２より大きな容量を有する。この実施例では、装置１は、さらに、第２の予燃焼室１５の周囲に延在している第３の予燃焼室１６を有する。第３の予燃焼室１６は、この実施形態では、同様に、円錐台状に形成されており、第２の予燃焼室１５から出発して燃焼室３内にさらに拡張するように成形されている。

シリンダー接続部分１４の下部領域においては、燃焼室３内で第１の予燃焼室１２と第２の予燃焼室１５との間の流路接続部を使用することができる複数の流路チャネル１４０が形成されている。第２の予燃焼室１５は、下部領域において、第２の予燃焼室１５と第３の予燃焼室１６との間の流路接続部を使用することができる複数の流路開口部１５０を有する。さらに、第３の予燃焼室１６は、下部領域において、第３の予燃焼室１６と燃焼室３との間の流路接続部を使用することができる複数の流路開口部１６０を有する。

導入目的および使用目的に応じて、同様の方法で、第３の予燃焼室１６に第４の予燃焼室が、および場合によっては、好ましくは、同様に円錐台状に形成されており、それぞれ上述の予燃焼室より大きな容量を有する、更なる予燃焼室が接続されていることがある。

上述の３つの予燃焼室１２、１５、１６を備えた装置１の予燃焼室システムは、受動的に作動する。これは、３つの予燃焼室１２、１５、１６のうちいずれかでは直接燃料噴射が行われないことを意味する。

ここでは明示されていない一発展形態では、装置１自体は、同様に燃料噴射手段、特に燃料噴射ノズル、を有し、その燃料噴射ノズルは、第１の予燃焼室１２より大きな容量を有するそれぞれの予燃焼室１５、１６に至るように配置されていることが可能である。とりわけ、燃料噴射手段、特に燃料噴射ノズルは、第２の予燃焼室１５に至るように配置されている。

内燃機関１００の作動中、この燃料噴射手段、特に燃料噴射ノズルは、該当する予燃焼室１５、１６に燃料を噴射することができる。この変形形態では、したがって、装置１は、第１の予燃焼室１２より大きな容量を有する予燃焼室１５、１６内で能動的燃料噴射によって作動する。これにより、有利には、該当する予燃焼室１５、１６内で、燃焼室３よりリッチな混合気を得ることができる。

従来型の内燃機関では、第１の予燃焼室１２内の空燃比をコントロールするために（いわゆるラムダコントロール）、第１の予燃焼室１２の寸法は極めて小さい。好ましくは、大型化した容量を備えた、複数の直列接続の予燃焼室１２、１５、１６を有する多段階式予燃焼室システムによって、燃料噴射手段、特に装置１に割り当てられている燃料噴射ノズルを大型の予燃焼室１５、１６に位置決めし、局所的なラムダコントロール値を効率的にコントロールすることができる。

最終的には、具体的な用途に応じて‐燃料噴射手段の全く異なる組合せと複数の予燃焼室１２、１５、１６が可能であることが見てとれよう。

Claims (8)

1. 内燃機関（１００）のシリンダー（２）の燃焼室（３）内で燃料と空気の混合気に点火するための装置（１）であって、
   ‐少なくとも部分的に前記燃焼室（３）外に配置されており、予燃焼室（１２）内で易燃性の燃料と空気の混合気に点火可能である点火装置（１３）を有する第１の予燃焼室（１２）と、
   ‐前記第１の予燃焼室（１２）の一部の周囲に延在しており、前記第１の予燃焼室（１２）に流路が接続されている少なくとも１つの第２の予燃焼室（１５）と、を有する装置（１）において、
   前記第２の予燃焼室（１５）は、完全に前記燃焼室（３）内に配置されており、特に円錐台状に形成されており、かつ前記第１の予燃焼室（１２）より大きな容量を有することを特徴とする装置（１）。
2. 前記装置（１）が、特に円錐台状に形成されており、前記第２の予燃焼室（１５）周囲に延在している少なくとも１つの第３の予燃焼室（１６）を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記第３の予燃焼室（１６）が、前記第２の予燃焼室（１５）より大きな容量を有するように形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の装置（１）。
4. 前記装置（１）が、ｋ≧１の数のさらなる予燃焼室を有し、前記予燃焼室が、特に円錐台状に形成されており、それぞれ上述の予燃焼室の周囲に延在していることを特徴とする、請求項３に記載の装置（１）。
5. 前記第ｋの予燃焼室が、前記第ｋ－１の予燃焼室より大きな容量を有するように形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の装置（１）。
6. 前記装置（１）が、燃料噴射手段、特に燃料噴射ノズル、を有し、前記燃料噴射ノズルが、前記第１の予燃焼室（１２）より大きな容量を有する前記予燃焼室（１５、１６）のいずれかの中に延在しているように配置されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置（１）。
7. 前記第１の予燃焼室（１２）が、少なくとも部分的に円錐状に形成されており、少なくとも部分的に燃焼室（３）の方向に内側から外側へ先細りになるように成形されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
8. 請求項１に記載の装置（１）が形成されていることを特徴とする、前記内燃機関（１００）のシリンダー（２）の燃焼室（３）内に燃料と空気の混合気に点火するための装置（１）を備えた内燃機関（１００）。