JP5341175B2 - 燃焼機関の副室ユニット - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に従った燃焼機関のシリンダにおける副室（pre-chamber）ユニットに関する。

燃焼機関で生成される窒素酸化物の量が、混合気における空燃比を増大させることによって、すなわち、より希薄な燃料混合物を用いることによって低減され得ることは公知の事実である。希薄混合気機関又はオットーサイクルエンジンでは、点火が自然に生じることはなく、スパークプラグ及び／又はいわゆるパイロット燃料噴射等の補助的手段がその点火をもたらすために必要とされる。燃焼を更に良くし且つそれら点火手段を保護するために、いくつかの希薄混合気機関は、そのシリンダにおける実際の燃焼空間に接続される副室を採用する。より濃密な燃料混合物がその副室に供給され、それは、点火され且つその燃焼空間に運ばれ、それによって、その燃焼空間におけるより希薄な燃料混合物が点火する。その副室は、特に、燃料としてガスを用いる希薄混合気機関において使用される。

通常、それら副室は、回転対称である。燃料が点火される実際の副室は、そのサイズが様々であり、例えば、球状又は楕円状である。その副室は、複数の開口群で終結する通路によってそのシリンダの主燃焼空間に接続される。それら開口群の数、配置、及び径は、例えば、ピストンリリーフ群を考慮して、それぞれの状況に応じて最適化される。比較的高い圧縮比にかかわらず、グローエレメント又はスパークプラグが、点火の補助として一般的に使用される。

その副室を用いる場合、その内部の高い温度は、問題を引き起こす場合があり、それによって、従来の材料では持ちこたえられず、例えば、高温腐食が起こり得る。特に、それら開口群は、燃焼反応がその副室からそれら開口群を通じてその燃焼空間に進行するときに、ストレスにさらされることとなる。実際には、そのシリンダの主燃焼空間における燃焼反応の進展及びパフォーマンスができるだけ有利なものとなるように、複数の開口群が必要とされる。典型的には、その通路すなわちノズル室の径は、ほぼ１０ｍｍ程度であり、最大でも２０ｍｍ程度であって、それにより、通常は、約３．５ｍｍの典型的な径を有する六つの開口群がある。結果として、高い温度にさらされるそのノズル室におけるそれら開口群の間の距離は小さいものとなる。その室は狭いので、それら開口群を機械加工するのは困難なことであり、それ故に、それらは鋭角となる。これらの全ては、耐久性に関連する問題を引き起こし易いため、それら部品群は、置き換えられる必要があり、或いは、新たな使用可能な材料が見つけられなければならない。

米国特許第４４２６９６６号明細書

本発明の目的は、特に、そのノズル室及びそれら開口群の耐久性を向上させるために使用され得る副室構造を提供することである。別の目的は、流れ技術及びその燃焼反応の進行の観点で有利となる、その副室からそのシリンダの主燃焼空間へのガス供給をもたらし、その結果、良好な性能を保証することである。更なる目的は、製造技術の観点で有利となる解決策を提供することである。

本発明の目的群は、主に、請求項１に記載される方法であり、他の請求項群で更なる詳細が記載される方法によって実現される。

本発明によると、そのノズル室は、少なくともそれら開口群の位置で拡大される部分を含み、そのノズル室の横断方向におけるその径は、それら開口群とその副室との間にある部分の径よりも大きい。このようにして、それら開口群の間の距離は、より長いものとなり、そのことは、そのノズル室及びそれら開口群を含むその部分の耐久性を向上させる傾向があり、また、その内側にあるそれら開口群を機械加工し易くする。

そのノズル室の拡大された部分における最も広い場所の径が、それら開口群とその副室との間にある部分の径よりも約１．２５〜１．６５倍だけ大きい場合に、製造の観点で有利な解決策が得られる。

流れ技術の観点から、それら開口群に向かって滑らかに膨張するようにそのノズル室の拡大部分を配置することが好適である。実際には、そのノズル室の拡大部分は、好適には、それら開口群からその副室に向かって収束する錐台（truncated cone）を構成するように形成される。その場合、その錐台の錐角（coning angle）は、好適には、１５度より小さく、好適には、約１０度である。

耐久性の面で不利となる鋭い角度及び鋭い縁を避けるために、それら開口群の縁群は、そのノズル室の側で丸められる。これは、その室におけるこの部分の拡大された形状及びそれら開口群の間の増大された距離のために、より実行し易いものとなっている。

その拡大部は、好適には、そのノズル室の全長の５０％以上を構成する。これは、そのノズル室の滑らかな形状を確保するのに寄与する。

以下において、本発明は、添付図面を参照しながら例示的に説明され、その唯一の図面は、本発明に従って形成される、開口群を含む副室ユニットの一部を提示する。

本発明に従って形成される、開口群を含む副室ユニットの一部を示す。

図において、参照符号１は、副室ユニットを参照し、それは、実際の副室２の部分を含み、その副室２にノズル室３が接続され、そのノズル室は、シリンダの主燃焼空間５に開放されている多くの開口群４を含む。明瞭化のため、そのシリンダ、そのシリンダヘッド、及びその副室の上部は、ここでは詳細には示されていない。

実際には、その図に従った副室ユニット１は、例えば、特に米国特許第４４２６９６６号明細書で示されるようにノズル室３が個別の構成要素とされる等、様々な方法で実施され得る。同様に、そのシリンダヘッド上におけるその副室ユニットの全体的な支持は、様々な方法で実施され得る。同じことが、その副室ユニットの上部（図示せず。）、すなわち、主燃焼空間５に対して最も外側にある部分にも当てはまり、そこには、それぞれの解決策に従って、パイロット燃料噴射手段、グローエレメント、又はスパークプラグ等の点火手段が提供される。それらはここでは詳細に示されていないが、本発明は、実際には、ノズル室３の構造及び形状に関するので、本発明は、それら他の構造群に関連する選択肢及び解決策に関係なく適用され得る。

通常、ノズル室３は、細長く極めて狭い通路であり、その一端には開口群４が位置付けられている。本発明によると、ノズル室３は、副室２に接続される部分３ａと、その部分３ａに比べて拡大或いは拡張された、開口群４のための部分３ｂとを含む。その部分３ｂは、部分的に錐台として形成され、それにより、その錐角は、製造技術及びその流れの観点で有利となる約１０度となるように選択される。その解決策は、それら開口群４の間のより大きな距離を可能にする。それら開口群の内縁群４ａは、好適には、丸められる。これらの全ては、その構造の耐久性及び機能を向上させる傾向にある。

本発明は、上述の適用に限定されることはなく、添付の請求項群の範囲内において様々な変形例が想到され得る。

Claims (5)

1. 燃焼機関のシリンダにおける副室ユニットであり、副室及び該副室に接続される細長いノズル室を有し、該副室を該シリンダの主燃焼空間に接続するために該ノズル室の一端に複数の開口群を備え、該ノズル室が、該開口群に向けて拡大される部分であり、前記ノズル室の横断方向におけるその径が、該副室に接続される残りの部分の径よりも大きい部分を更に含む、副室ユニットであって、
   前記拡大される部分は、前記ノズル室の全長の５０％以上を含み、
   前記開口群から前記副室に向かって収束する錐台を含むように形成され、且つ、
   前記錐台の錐角は、１５度より小さい、
   ことを特徴とする副室ユニット。
2. 前記ノズル室における前記拡大される部分の最も広い場所の径は、前記残りの部分の径の約１．２５〜１．６５倍である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の副室ユニット。
3. 前記ノズル室における前記拡大される部分は、前記開口群に向かって滑らかに膨張するように配置される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の副室ユニット。
4. 前記開口群の縁群は、前記ノズル室の側で丸められる、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の副室ユニット。
5. 前記錐角は、約１０度である、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の副室ユニット。
   

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