JP2024027998A - 副室式エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】副燃焼室から主燃焼室内へのガス流れの剥離を抑制し、強い流動を形成すること。【解決手段】シリンダ及びシリンダヘッドと、前記シリンダ及び前記シリンダヘッドとの間で主燃焼室を画成するピストンと、を備え、前記シリンダヘッドの内部には、前記主燃焼室と噴孔を介して連通される副燃焼室が画成され、前記噴孔は、副室側開口から主室側開口に向かって、前記噴孔の中心と前記シリンダの中心軸線との距離が小さくなるように延在し、前記ピストンの頂面は、凹状のピストンキャビティを有しており、前記シリンダの中心軸線及び前記主室側開口の中心が存在する断面視において、前記主室側開口の周縁のうち前記シリンダの中心軸線から遠い側の第１端は、前記ピストンキャビティの周縁のうち前記噴孔に近い側の第２端よりも、前記シリンダの中心軸線から遠くに位置する副室式エンジンを提供する。【選択図】図２Ｂ

Description

本開示は、副室式エンジンに関する。

従来、エンジンの一形式として、副室式エンジン（渦流室式エンジン）が用いられている。副室式エンジンは、ピストンとシリンダとシリンダヘッドとの間に画成される主燃焼室と、該主燃焼室と噴孔を介して連通される副燃焼室とを備えている。副燃焼室内で発生した燃焼ガス（副室ガス）は、ピストン運動に伴う主燃焼室の体積変化によって、噴孔を介して主燃焼室内に噴出する。

特許文献１には、燃焼室内の拡散燃焼を促進することを目的とした副室式エンジンが開示されている。この副室式エンジンでは、ピストンの頂面のピストンキャビティの形状を、噴孔出口付近からシリンダ中心方向に向かって遠浅にすることにより、主燃焼室内の混合気生成を促進し、燃焼室内の拡散燃焼の促進を図っている。

特開平８－９３４７５号公報

ところで、特許文献１に示す従来の構成では、ピストンキャビティは、すべてのクランク角において高い流量係数を維持するために、噴孔の主室側開口を囲うように設けられている。つまり、主室側開口とピストンキャビティの周縁とは平面図においてオーバーラップしないように配置されている。よって、特許文献１に示す従来の構成では、噴孔流速が大きくなる時期において、副燃焼室から主燃焼室内へのガス流れが剥離するため、強い流動を形成することができないという問題があった。

本開示は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、副燃焼室から主燃焼室内への副室ガスの流れの剥離を抑制し、強い流動を形成することでエンジンの高出力化を図ることができる副室式エンジンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係る副室式エンジンは、シリンダ及びシリンダヘッドと、前記シリンダ及び前記シリンダヘッドとの間で主燃焼室を画成するピストンと、を備え、前記シリンダヘッドの内部には、前記主燃焼室と噴孔を介して連通される副燃焼室が画成され、前記噴孔は、副室側開口から主室側開口に向かって、前記噴孔の中心と前記シリンダの中心軸線との距離が小さくなるように延在し、前記ピストンの頂面は、凹状のピストンキャビティを有しており、前記シリンダの中心軸線及び前記主室側開口の中心が存在する断面視において、前記主室側開口の周縁のうち前記シリンダの中心軸線から遠い側の第１端は、前記ピストンキャビティの周縁のうち前記噴孔に近い側の第２端よりも、前記シリンダの中心軸線から遠くに位置する。

本開示の副室式エンジンによれば、副燃焼室から主燃焼室内への副室ガスの流れの剥離を抑制し、強い流動を形成することでエンジンの高出力化を図ることができる副室式エンジンを提供することができる。

本開示の一実施形態にかかる副室式エンジンの概略断面図である。 本開示の一実施形態にかかる副室式エンジンの燃焼室回りの断面図であって、ＡＴＤＣ０度の場合の断面図である。 本開示の一実施形態にかかる副室式エンジンの燃焼室回りの断面図であって、ＡＴＤＣ１５度の場合の断面図である。 本開示の一実施形態にかかるピストンの頂面と噴孔との位置関係を示すための図であって、図２Ａ及び図２Ｂに示すＡ－Ａ線矢視図である。 本開示の一実施形態にかかる副室式エンジンの燃焼室回りの拡大断面図であって、ＡＴＤＣ１５度の場合における副燃焼室から主燃焼室へ噴出する副室ガスの流れを説明するための図である。 本開示の一比較形態にかかる副室式エンジンの燃焼室回りの断面図であって、ＡＴＤＣ０度の場合の断面図である。 本開示の一比較形態にかかる副室式エンジンの燃焼室回りの断面図であって、ＡＴＤＣ１５度の場合の断面図である。 本開示の一比較形態にかかるピストンの頂面と噴孔との位置関係を示すための図であって、図５Ａ及び図５Ｂに示すＡ－Ａ線矢視図である。 本開示の一比較形態にかかる副室式エンジンの燃焼室回りの拡大断面図であって、副燃焼室から主燃焼室へ噴出する副室ガスの流れを説明するための図である。 本開示の一実施形態にかかる副室式エンジンの噴孔回りの拡大断面図であって、ＡＴＤＣ１５度の場合の拡大断面図である。 本開示の一実施形態にかかる副室式エンジンにおける噴孔流速と主燃焼室の体積変化率の推移を示すグラフである。 本開示の他の一実施形態にかかる副室式エンジンの概略断面図である。 本開示の他の一実施形態にかかるピストンの頂面と噴孔との位置関係を示すための図であって、図１２に示すＢ－Ｂ線矢視図である。 本開示の他の一実施形態にかかる副室式エンジンの噴孔回りの拡大断面図であって、ＡＴＤＣ１５度の場合の拡大断面図である。

以下、添付図面を参照して本開示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、本開示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」、「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。
なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。

図１は、本開示の一実施形態にかかる副室式エンジンの概略断面図である。
図１に示したように、本開示の一実施形態にかかる副室式エンジン１００は、シリンダ８と、シリンダヘッド４と、ピストン７を備えている。シリンダ８は、ピストン７を収容する円筒状の部材である。シリンダヘッド４は、シリンダ８の上部に配置されている。ピストン７は、シリンダ８の内部に中心軸線ＣＬに沿って往復動可能に配置されている。そして、シリンダ８及びシリンダヘッド４とピストン７との間で主燃焼室１が画成されている。

シリンダヘッド４の内部には、主燃焼室１と噴孔３を介して連通される副燃焼室２が画成されている。噴孔３は、主燃焼室１に面する開口である主室側開口３１と、副燃焼室２ に面する開口である副室側開口３２とを有しており、副室側開口３２から主室側開口３１に向かって延在する１つの孔状部により構成されている。
図示した実施形態では、シリンダヘッド４は、シリンダヘッド本体４Ａと、シリンダヘッド本体４Ａとの間で副燃焼室２を画成する副室口金９とを含んでいる。副室口金９は、ピストン７及びシリンダ８に対向する円盤状の本体部９１と、本体部９１の外周縁部からピストン７及びシリンダ８から離間するように径方向に沿って延在する径方向延在部９２とを含んでいる。副室口金９は、シリンダヘッド本体４Ａに対して、螺合や嵌合、ボルト止めなどの公知の手段によって締結されている。そして、上述した噴孔３は、本体部９１に形成されている。
また、図示しない実施形態では、シリンダヘッドは、図１に示したシリンダヘッド本体４Ａの部分と副室口金９の部分とが一体に形成されたシリンダヘッドとして構成されていてもよい。このようなシリンダヘッドは、例えば、金属積層造形などによって製造される。

シリンダヘッド４には、燃料噴射弁５が設けられている。そして、燃料噴射弁５から副燃焼室２に燃料が噴射されるように構成されている。また、シリンダヘッド４には、グロープラグ６が設けられており、燃料噴射弁５から噴射された燃料を着火するように構成されている。着火された燃焼ガス及び未燃ガスを含む副室ガスは、ピストン７が上死点（ＴＤＣ）を過ぎたタイミングで、噴孔３を介して副燃焼室２から主燃焼室１へ噴出するようになっている。

副燃焼室２は、シリンダ８の中心軸線ＣＬに対して一方側に設けられている。そして、噴孔３は、副室側開口３２から主室側開口３１に向かって、噴孔３の中心線３３とシリンダ８の中心軸線ＣＬとの距離が小さくなるように延在する。
図示した実施形態では、中心線３３が直線となるように構成されている。図示しない実施形態では、中心線３３が曲線状となるように構成されていてもよく、直線と曲線とが組み合わされて構成されていてもよい。

ピストン７の頂面７１は、平坦状の平坦状部７１Ｂと、平坦状部７１Ｂに対して凹んでいる凹状のピストンキャビティ７１Ａを有している。
次に、図２Ａ、図２Ｂ、及び図３を用いてピストンキャビティ７１Ａと噴孔３との位置関係について説明する。

＜第１の実施の形態＞
図２Ａは、本開示の一実施形態にかかる副室式エンジンの燃焼室回りの断面図であって、ＡＴＤＣ０度の場合の断面図である。図２Ｂは、本開示の一実施形態にかかる副室式エンジンの燃焼室回りの断面図であって、ＡＴＤＣ１５度の場合の断面図である。図３は、本開示の一実施形態にかかるピストンの頂面と噴孔との位置関係を示すための図であって、図２Ａ及び図２Ｂに示すＡ－Ａ線矢視図である。

図２Ａ及び図２Ｂに示したように、シリンダ８の中心軸線ＣＬ及び主室側開口３１の中心３１ｃが存在する断面視において、主室側開口３１の周縁３１ｅ（図３参照）は、シリンダ８の中心軸線ＣＬから遠い側の第１端３１１と、近い側の第３端３１２とを有している。同様に、ピストンキャビティ７１Ａの周縁７１ｅ（図３参照）は、噴孔３に近い側の第２端７１１と、遠い側の第４端７１２とを有している。そして、主室側開口３１の第１端３１１は、ピストンキャビティ７１Ａの第２端７１１よりもシリンダ８の中心軸線ＣＬから遠くに位置するように構成されている。

すなわち、図３に示したように、ピストン７の頂面７１をシリンダ８の中心軸線ＣＬの延在方向に沿って視認した平面視において、主室側開口３１をシリンダ８の中心軸線ＣＬの延在方向に沿ってピストン７の頂面７１に投影した領域は、ピストンキャビティ７１Ａの周縁７１ｅと重複するように構成されている。

図４は、本開示の一実施形態にかかる副室式エンジンの燃焼室回りの拡大断面図であって、ＡＴＤＣ１５度の場合における副燃焼室から主燃焼室へ噴出する副室ガスの流れを説明するための図である。後述する図９に示したように、主燃焼室１の体積変化率は、ＡＴＤＣ５～２０度のときに特に大きくなっている。本開示の一実施形態にかかる副室式エンジンによれば、図４に示したように、主燃焼室１の体積変化率が大きいとき、すなわち、噴孔３内の副燃焼室２から主燃焼室１へ噴出する副室ガスの流速が大きいときに、副燃焼室２から主燃焼室１への副室ガスの流れの剥離を抑制することができる。これに対して、後述する図７における比較形態では、副燃焼室２から主燃焼室１への副室ガスの流れが剥離してしまう。

図５Ａは、本開示の一比較形態にかかる副室式エンジンの燃焼室回りの断面図であって、ＡＴＤＣ０度の場合の断面図である。図５Ｂは、本開示の一比較形態にかかる副室式エンジンの燃焼室回りの断面図であって、ＡＴＤＣ１５度の場合の断面図である。図６は、本開示の一比較形態にかかるピストンの頂面と噴孔との位置関係を示すための図であって、図５Ａ及び図５Ｂに示すＡ－Ａ線矢視図である。なお、図中の符号は、図２Ａ、図２Ｂ、図３における対応する各構成の符号に対して「´」を付記している。

図５Ａ及び図５Ｂに示したように、シリンダ８´の中心軸線ＣＬ´及び主室側開口３１´の中心３１ｃ´が存在する断面視において、主室側開口３１´の周縁のうちシリンダ８´の中心軸線ＣＬ´から遠い側の第１端３１１´は、ピストンキャビティ７１Ａ´の周縁７１ｅ´（図６参照）のうち噴孔３´に近い側の第２端７１１´とシリンダ８´の中心軸線ＣＬ´から同じ距離に位置するように構成されている。

すなわち、図６に示したように、ピストン７´の頂面７１´をシリンダ８´の中心軸線ＣＬ´の延在方向に沿って視認した平面視において、主室側開口３１´をシリンダ８´の中心軸線ＣＬ´の延在方向に沿ってピストン７´の頂面７１´に投影した領域は、ピストンキャビティ７１Ａ´の周縁７１ｅ´と内側で接するように構成されている。

図７は、本開示の一比較形態にかかる副室式エンジンの燃焼室回りの拡大断面図であって、副燃焼室から主燃焼室へ噴出する副室ガスの流れを説明するための図である。図７に示したように、一比較形態では、主燃焼室１の体積変化率が大きいとき、すなわち、噴孔３´内の副燃焼室２´から主燃焼室１´への副室ガスの流速が大きいときに、第２端７１１´付近にデッドスペースが形成されてしまう。そのため、副室ガスの一部がデッドスペースに流れ込んでしまい、副燃焼室２´から主燃焼室１´への副室ガスの流れの一部が主流から剥離してしまう。

以上の通り、本開示の一実施形態にかかる副室式エンジン１００によれば、噴孔３内の副燃焼室２から主燃焼室１への副室ガスの流速が大きいときに、副燃焼室２から主燃焼室１へ噴出する副室ガスの流れの剥離を抑制することができる。これにより、副燃焼室２から主燃焼室１内に強い流動を形成することで、主燃焼室1内における混合気形成が促進され、副室式エンジン１００の高出力化を図ることができる。また、すす（Ｓｏｏｔ）の増加や、排気温度の増大を抑制することができる。

図８は、本開示の一実施形態にかかる副室式エンジンの噴孔回りの拡大断面図であって、ＡＴＤＣ１５度の場合の拡大断面図である。
幾つかの実施形態では、図８に示したように、シリンダ８の中心軸線ＣＬ及び主室側開口３１の中心３１ｃが存在する断面視において、主室側開口３１の幅をＤ、第１端３１１と第２端７１１とのシリンダ８の中心軸線ＣＬと直交する方向の距離をＬとした場合に、Ｌ／Ｄ≧０．１を満たす。

上述したＬ／Ｄは、好ましくは０．２以上、さらに好ましくは０．３以上０．５以下である。図示した実施形態では、Ｌ／Ｄは約０．４である。

このような構成によれば、ピストン７が上死点から所定のクランク角以上進角した場合に副燃焼室２から主燃焼室１への副室ガスの流れの剥離をより抑制することができ、副燃焼室２から主燃焼室１内に強い流動を形成することができる。

幾つかの実施形態では、図８に示したように、シリンダ８の中心軸線ＣＬ及び主室側開口３１の中心３１ｃが存在する断面視において、噴孔３の壁面のうちシリンダ８の中心軸線ＣＬから離れた側の遠方側壁面３４の接線３４Ｌであって第１端３１１を通過する第１接線３４Ｌ１は、副室式エンジン１００のクランク角が上死点後（ＡＴＤＣ）５～２０度の範囲内における所定の角度において、ピストンキャビティ７１Ａの第２端７１１を通過する。

すなわち、シリンダ８の中心軸線ＣＬ及び主室側開口３１の中心３１ｃが存在する断面視において、第１端３１１と第２端７１１とのシリンダ８の中心軸線ＣＬと直交する方向の距離をＬ、第１端３１１と第２端７１１とのシリンダ８の中心軸線ＣＬと平行な方向の隙間距離Ｔであって、副室式エンジン１００のクランク角が５度における隙間距離をＴ１、クランク角が２０度における隙間距離をＴ２とし、遠方側壁面３４の第１接線３４Ｌ１とシリンダ８の中心軸線ＣＬと直交する水平方向とのなす鋭角側の角度をθとした場合に、水平方向における第１端３１１と第２端７１１との距離Ｌは、下記式（１）を満たす。
Ｔ１／tanθ＜Ｌ＜Ｔ２／tanθ・・・（１）

図示した実施形態では、シリンダ８の中心軸線ＣＬ及び主室側開口３１の中心３１ｃが存在する断面視において、噴孔３は、シリンダ８の中心軸線ＣＬから離れた側の遠方側壁面３４と、シリンダ８の中心軸線ＣＬから近い側の近方側壁面３５とを有している。また噴孔３は、副室側開口３２から主室側開口３１に至るまで同一径を有している。図示しない実施形態では、副室側開口３２から主室側開口３１に至るまで径が狭まるように構成されていてもよい。このような構成によれば、副室側開口３２から主室側開口３１に至るまで同一径を有している場合と比べて、副燃焼室２から主燃焼室１への副室ガスの流速をより大きくすることができる。

また、図示した実施形態では、シリンダ８の中心軸線ＣＬ及び主室側開口３１の中心３１ｃが存在する断面視において、遠方側壁面３４及び近方側壁面３５が直線となるように構成されている。そのため、第１接線３４Ｌ１は、接線３４Ｌに一致する。図示しない実施形態では、遠方側壁面３４及び近方側壁面３５が曲線状となるように構成されていてもよく、直線と曲線とが組み合わされて構成されていてもよい。

図９は、本開示の一実施形態にかかる副室式エンジンにおける噴孔流速と主燃焼室の体積変化率の推移を示すグラフである。図９（ａ）は、ＡＴＤＣ－６０度から６０度までの噴孔流速の推移を示すグラフである。図９（ｂ）は、ＡＴＤＣ－６０度から６０度までの主燃焼室の体積変化率の推移を示すグラフである。
図９に示したように、副室式エンジン１００のクランク角がＡＴＤＣ５～２０度の範囲内における所定の角度において、主燃焼室１の体積変化率が大きく、すなわち、噴孔３内の副燃焼室２から主燃焼室１への副室ガスの流速が大きくなる。

上述した通り、本発明者らの検討したところによれば、クランク角がＡＴＤＣ５～２０度の範囲において主燃焼室１の体積変化率が大きく、副燃焼室２から主燃焼室１へ噴出される副室ガスの流速が大きくなることが分かっている。
よって、このような構成によれば、主燃焼室１の体積変化率が大きいとき、すなわち、噴孔３内の副燃焼室２から主燃焼室１への副室ガスの流速が大きいときに、第１端３１１を通過する第１接線３４Ｌ１が、ピストンキャビティ７１Ａの第２端７１１を通過する。つまり、噴孔３から噴出されたガスがピストンキャビティ７１Ａの周縁７１ｅから底面に向かってピストンキャビティ７１Ａの側面に沿って流れる。
そのため、副燃焼室２から主燃焼室１への副室ガスの流れの剥離をより抑制することができ、副燃焼室２から主燃焼室１内に強い流動を形成することができる。

幾つかの実施形態では、上述した第１接線３４Ｌ１は、副室式エンジン１００のクランク角がＡＴＤＣ１０～２０度の範囲内における所定の角度において、ピストンキャビティ７１Ａの第２端７１１を通過する。また、幾つかの実施形態では、副室式エンジン１００のクランク角がＡＴＤＣ１２～１８度の範囲内における所定の角度において、ピストンキャビティ７１Ａの第２端７１１を通過する。

図９に示したように、副室式エンジン１００のクランク角がＡＴＤＣ１０～２０度の範囲内における所定の角度において、更には、クランク角がＡＴＤＣ１２～１８度の範囲内における所定の角度において、主燃焼室１の体積変化率が大きく、すなわち、噴孔３内の副燃焼室２から主燃焼室１への副室ガスの流速が大きくなる。したがって、このような構成によれば、副燃焼室２から主燃焼室１への副室ガスの流れの剥離をより抑制することができ、副燃焼室２から主燃焼室１内により強い流動を形成することができる。

幾つかの実施形態では、図８に示したように、ピストンキャビティ７１Ａは、シリンダ８の中心軸線ＣＬ及び主室側開口３１の中心３１ｃが存在する断面視において、第２端７１１を通過するＲ部７１Ｒを有する。

図示した実施形態では、Ｒ部７１Ｒは、第２端７１１から変曲点７１３までの単一の円弧で構成されている。図示しない実施形態では、Ｒ部７１Ｒは曲率半径の異なる複数の円弧で構成されていてもよい。その場合には、第２端７１１を通過する曲率半径が小さい円弧と、変曲点７１３を通過する曲率半径が大きい円弧を含んでいてもよい。

このような構成によれば、副燃焼室２から主燃焼室１内への副室ガスの流れを滑らかにすることができ、副燃焼室２から主燃焼室１内に強い流動を形成することができる。

幾つかの実施形態では、図８に示したように、Ｒ部７１Ｒは、ピストン７の頂面７１からピストンキャビティ７１Ａまでの距離が最も大きい最深部７１４を有する。
図示した実施形態では、最深部７１４は主室側開口３１の第３端３１２よりもシリンダ８の中心軸線ＣＬに近い位置にある。

このような構成によれば、副燃焼室２から主燃焼室１内への副室ガスの流れを滑らかにすることができ、副燃焼室２から主燃焼室１内に強い流動を形成することができる。

幾つかの実施形態では、図１及び図８に示したように、ピストンキャビティ７１Ａは、シリンダ８の中心軸線ＣＬ及び主室側開口３１の中心３１ｃが存在する断面視において、最深部７１４からピストンキャビティ７１Ａの周縁７１ｅのうち噴孔３から遠い側の第４端７１２に向かってピストン７の頂面７１（平坦状部７１Ｂ）からの距離が小さくなるように延在する傾斜部７１Ｉを有する。

図示した実施形態では、傾斜部７１Ｉは、シリンダ８の中心軸線ＣＬ及び主室側開口３１の中心３１ｃが存在する断面視において、最深部７１４から変曲点７１３までのＲ部７１Ｒと、変曲点７１３から第４端７１２まで直線状に延在する直線状部７１Ｌを有する。

また、上述した傾斜部７１Ｉを有するピストンキャビティ７１Ａは、図３に示したように、ピストン７の頂面７１をシリンダ８の中心軸線ＣＬの延在方向に沿って視認した平面視において、シリンダ８の中心軸線ＣＬと主室側開口３１の中心３１ｃを通る方向を第１方向、第１方向と直交する方向を第２方向とした場合に、ピストンキャビティ７１Ａは、第２方向より第１方向が長くなるように構成されている。

このような構成によれば、ピストンキャビティ７１Ａの底部が傾斜部７１Ｉを有するため、主燃焼室１内のガス流れを滑らかにすることができ、混合気生成を促進することができる。本開示の副室式エンジン１００によれば、上記のように構成されたピストンキャビティ７１Ａに対しても主燃焼室１内に強い流動を形成することができる。

＜第２の実施の形態＞
図１０は、本開示の他の一実施形態にかかる副室式エンジンの概略断面図である。図１１は、本開示の他の一実施形態にかかるピストンの頂面と噴孔との位置関係を示すための図であって、図１２に示すＢ－Ｂ線矢視図である。図１２は、本開示の他の一実施形態にかかる副室式エンジンの噴孔回りの拡大断面図であって、ＡＴＤＣ１５度の場合の拡大断面図である。図１０～図１２に示される第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態とピストンキャビティの形状のみが異なっている。そのため、同様の構成には同様の符号を付してその詳細な説明を省略する。

幾つかの実施形態では、図１０及び図１２に示したように、ピストンキャビティ７１Ａは、シリンダ８の中心軸線ＣＬ及び主室側開口３１の中心３１ｃが存在する断面視において、ピストン７の頂面７１からの距離が一定である平坦部７１Ｆを有する。

図示した実施形態では、ピストンキャビティ７１Ａは、シリンダ８の中心軸線ＣＬ及び主室側開口３１の中心３１ｃが存在する断面視において、第２端７１１から変曲点７１３までのＲ部７１Ｒと、変曲点７１３を通り、ピストン７の頂面７１からの距離が一定となるように延在する平坦部７１Ｆを有する。平坦部７１Ｆにおける噴孔３から遠い側の端部は、第４端７１２を通る段部を形成している。

図示した実施形態では、図１１に示したように、ピストン７の頂面７１をシリンダ８の中心軸線ＣＬの延在方向に沿って視認した平面視において、シリンダ８の中心軸線ＣＬと主室側開口３１の中心３１ｃを通る方向を第１方向、第１方向と直交する方向を第２方向とした場合に、ピストンキャビティ７１Ａは、第１方向より第２方向が長くなるように構成されている。
また、第２の実施の形態に係るピストンキャビティ７１Ａは、第１の実施の形態と比較して、第１方向が短く、第２方向が長くなるように構成されている。

本開示の副室式エンジン１００によれば、上記のように構成されたピストンキャビティ７１Ａに対しても主燃焼室１内に強い流動を形成することができる。

幾つかの実施形態では、図１２に示したように、ピストンキャビティ７１Ａは、シリンダ８の中心軸線ＣＬ及び主室側開口３１の中心３１ｃが存在する断面視において、第２端７１１を通過するＲ部７１Ｒを有する。

このような構成によれば、副燃焼室２から主燃焼室１内への副室ガスの流れを滑らかにすることができ、副燃焼室２から主燃焼室１内に強い流動を形成することができる。

幾つかの実施形態では、図１２に示したように、Ｒ部７１Ｒは、ピストン７の頂面７１からピストンキャビティ７１Ａまでの距離が最も大きい最深部７１４を有する。
図示した実施形態では、最深部７１４は主室側開口３１の第３端３１２よりもシリンダ８の中心軸線ＣＬに近い位置にある。

このような構成によれば、副燃焼室２から主燃焼室１内への副室ガスの流れを滑らかにすることができ、副燃焼室２から主燃焼室１内に強い流動を形成することができる。

図示した実施形態では、Ｒ部７１Ｒは、ピストンキャビティ７１Ａを基準としてシリンダヘッド４に近い側に中心を有し、第２端７１１を通る円弧と、ピストンキャビティ７１Ａを基準としてシリンダヘッド４に遠い側に中心を有し、変曲点７１３を通る円弧から構成されている。したがって、このような構成によれば、変曲点７１３におけるピストンキャビティ７１Ａの変曲を滑らかにすることができる。そのため、副燃焼室２から主燃焼室１内への副室ガスの流れを滑らかにすることができ、副燃焼室２から主燃焼室１内に強い流動を形成することができる。

その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施の形態を適宜組み合わせてもよい。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）一の態様に係る副室式エンジン（１００）は、
シリンダ（８）及びシリンダヘッド（４）と、
前記シリンダ（８）及び前記シリンダヘッド（４）との間で主燃焼室（１）を画成するピストン（７）と、を備え、
前記シリンダヘッド（４）の内部には、前記主燃焼室（１）と噴孔（３）を介して連通される副燃焼室（２）が画成され、
前記噴孔（３）は、副室側開口（３２）から主室側開口（３１）に向かって、前記噴孔（３１）の中心（３１ｃ）と前記シリンダ（８）の中心軸線（ＣＬ）との距離が小さくなるように延在し、
前記ピストン（７）の頂面（７１）は、凹状のピストンキャビティ（７１Ａ）を有しており、
前記シリンダ（８）の中心軸線（ＣＬ）及び前記主室側開口（３１）の中心（３１ｃ）が存在する断面視において、前記主室側開口（３１）の周縁（３１ｅ）のうち前記シリンダ（８）の中心軸線（ＣＬ）から遠い側の第１端（３１１）は、前記ピストンキャビティ（７１Ａ）の周縁（７１ｅ）のうち前記噴孔（３）に近い側の第２端（７１１）よりも、前記シリンダ（８）の中心軸線（ＣＬ）から遠くに位置する。

本開示に係る副室式エンジンによれば、噴孔は、副室側開口から主室側開口に向かって、噴孔の中心線とシリンダの中心軸線との距離が小さくなるように延在するとともに、断面視において、第１端が第２端よりもシリンダの中心軸線から遠くに位置する。そのため、主燃焼室の体積変化率が大きいとき、すなわち、噴孔内の副燃焼室から主燃焼室へ噴出する副室ガスの流速が大きいときに、副燃焼室から主燃焼室へ噴出する副室ガスの流れの剥離を抑制することができる。これにより、主燃焼室内に強い流動を形成することで、主燃焼室内における混合気形成が促進され、副室式エンジンの高出力化を図ることができる。

（２）別の態様に係る副室式エンジン（１００）は、（１）に記載の副室式エンジンであって、
前記断面視において、前記主室側開口（３１）の幅をＤ、前記第１端（３１１）と前記第２端（７１１）との前記シリンダ（８）の中心軸線（ＣＬ）と直交する方向の距離をＬとした場合に、Ｌ／Ｄ≧０．１を満たす。

このような構成によれば、ピストンが上死点から所定のクランク角以上進角した場合に副燃焼室から主燃焼室へ噴出する副室ガスの流れの剥離をより抑制することができ、主燃焼室内に強い流動を形成することができる。

（３）さらに別の態様に係る副室式エンジン（１００）は、（１）又は（２）に記載の副室式エンジンであって、
前記断面視において、前記噴孔（３）の壁面のうち前記シリンダ（８）の中心軸線（ＣＬ）から離れた側の遠方側壁面（３４）の接線（３４Ｌ）であって前記第１端（３１１）を通過する第１接線（３４Ｌ１）は、前記副室式エンジン（１００）のクランク角が上死点後５～２０度の範囲内における所定の角度において、前記ピストンキャビティ（７１Ａ）の前記第２端（７１１）を通過する。

本発明者らの検討したところによれば、クランク角が上死点後５～２０度の範囲において主燃焼室の体積変化率が大きく、副燃焼室から主燃焼室へ噴出される副室ガスの流速が大きくなることが分かっている。
よって、このような構成によれば、主燃焼室の体積変化率が大きいとき、すなわち、噴孔内の副燃焼室から主燃焼室へ噴出する副室ガスの流速が大きいときに、第１端を通過する第１接線が、ピストンキャビティの第２端を通過する。つまり、噴孔から噴出された副室ガスがピストンキャビティの周縁から底面に向かってピストンキャビティの側面に沿って流れる。
そのため、副燃焼室から主燃焼室へ噴出する副室ガスの流れの剥離をより抑制することができ、主燃焼室内に強い流動を形成することができる。

（４）さらに別の態様に係る副室式エンジン（１００）は、（１）～（３）のいずれかに記載の副室式エンジンであって、
前記ピストンキャビティ（７１Ａ）は、前記断面視において、前記第２端（７１１）を通過するＲ部（７１Ｒ）を有する。

このような構成によれば、副燃焼室から主燃焼室内へ噴出する副室ガスの流れを滑らかにすることができ、主燃焼室内に強い流動を形成することができる。

（５）さらに別の態様に係る副室式エンジン（１００）は、（４）に記載の副室式エンジンであって、
前記Ｒ部（７１Ｒ）は、前記ピストン（７）の頂面（７１）から前記ピストンキャビティ（７１Ａ）までの距離が最も大きい最深部（７１４）を有する。

このような構成によれば、副燃焼室（２）から主燃焼室（１）内へ噴出する副室ガスの流れをより滑らかにすることができ、主燃焼室（１）内に強い流動を形成することができる。

（６）さらに別の態様に係る副室式エンジン（１００）は、（５）に記載の副室式エンジンであって、
前記ピストンキャビティ（７１Ａ）は、前記断面視において、前記最深部（７１４）から前記ピストンキャビティ（７１Ａ）の周縁（７１ｅ）のうち前記噴孔（３）から遠い側の第４端（７１２）に向かって前記ピストン（７）の頂面（７１）からの距離が小さくなるように延在する傾斜部（７１Ｉ）を有する。

このような構成によれば、ピストンキャビティの底部が傾斜部を有するため、主燃焼室内のガス流れを滑らかにすることができ、混合気生成を促進することができる。本開示の副室式エンジンによれば、上記のように構成されたピストンキャビティに対しても主燃焼室内に強い流動を形成することができる。

（７）さらに別の態様に係る副室式エンジン（１００）は、（５）に記載の副室式エンジンであって、
前記ピストンキャビティ（７１Ａ）は、前記断面視において、前記ピストン（７）の頂面（７１）からの距離が一定である平坦部（７１Ｂ）を有する。

本開示の副室式エンジンによれば、上記のように構成されたピストンキャビティに対しても主燃焼室内に強い流動を形成することができる。

１ 主燃焼室
２ 副燃焼室
３ 噴孔
４ シリンダヘッド
４Ａ シリンダヘッド本体
５ 燃料噴射弁
６ グロープラグ
７ ピストン
８ シリンダ
９ 副室口金
３１ 主室側開口
３１ｃ 中心
３１ｅ，７１ｅ 周縁
３２ 副室側開口
３３ 中心線
３４ 遠方側壁面
３４Ｌ 接線
３４Ｌ１ 第１接線
３５ 近方側壁面
７１ 頂面
７１Ａ ピストンキャビティ
７１Ｂ 平坦状部
７１Ｆ 平坦部
７１Ｉ 傾斜部
７１Ｌ 直線状部
７１Ｒ Ｒ部
９１ 本体部
９２ 径方向延在部
１００ 副室式エンジン
３１１ 第１端
３１２ 第３端
７１１ 第２端
７１２ 第４端
７１３ 変曲点
７１４ 最深部
ＣＬ 中心軸線
Ｌ 距離

Claims (7)

1. シリンダ及びシリンダヘッドと、
   前記シリンダ及び前記シリンダヘッドとの間で主燃焼室を画成するピストンと、を備え、
   前記シリンダヘッドの内部には、前記主燃焼室と噴孔を介して連通される副燃焼室が画成され、
   前記噴孔は、副室側開口から主室側開口に向かって、前記噴孔の中心線と前記シリンダの中心軸線との距離が小さくなるように延在し、
   前記ピストンの頂面は、凹状のピストンキャビティを有しており、
   前記シリンダの中心軸線及び前記主室側開口の中心が存在する断面視において、前記主室側開口の周縁のうち前記シリンダの中心軸線から遠い側の第１端は、前記ピストンキャビティの周縁のうち前記噴孔に近い側の第２端よりも、前記シリンダの中心軸線から遠くに位置する
   副室式エンジン。
2. 前記断面視において、前記主室側開口の幅をＤ、前記第１端と前記第２端との前記シリンダの中心軸線と直交する方向の距離をＬとした場合に、Ｌ／Ｄ≧０．１を満たす
   請求項１に記載の副室式エンジン。
3. 前記断面視において、前記噴孔の壁面のうち前記シリンダの中心軸線から離れた側の遠方側壁面の接線であって前記第１端を通過する第１接線は、前記副室式エンジンのクランク角が上死点後５～２０度の範囲内における所定の角度において、前記ピストンキャビティの前記第２端を通過する、
   請求項１に記載の副室式エンジン。
4. 前記ピストンキャビティは、前記断面視において、前記第２端を通過するＲ部を有する、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の副室式エンジン。
5. 前記Ｒ部は、前記ピストンの頂面から前記ピストンキャビティまでの距離が最も大きい最深部を有する、
   請求項４に記載の副室式エンジン。
6. 前記ピストンキャビティは、前記断面視において、前記最深部から前記ピストンキャビティの周縁のうち前記噴孔から遠い側の第４端に向かって前記ピストンの頂面からの距離が小さくなるように延在する傾斜部を有する、
   請求項５に記載の副室式エンジン。
7. 前記ピストンキャビティは、前記断面視において、前記ピストンの頂面からの距離が一定である平坦部を有する、
   請求項５に記載の副室式エンジン。
   
   

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