JP5920317B2

JP5920317B2 - 副室式内燃機関

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Publication number: JP5920317B2
Application number: JP2013234626A
Authority: JP
Inventors: 淳大坂
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2033-11-13
Also published as: US20150128898A1; JP2015094303A; US9803536B2

Description

本発明は、主室と副室とを備える副室式内燃機関に関する。

従来、圧縮行程において主室から副室に流入する気体に対してスワール流を生成する攪拌生成手段を、副室の内部に設けたものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものによれば、主室から副室に流入する気体と副室内に供給される着火用燃料とを均一に混合して、副室内における着火用燃料への着火性を安定させることができる。

特開２０１１−３８４６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、副室内における着火用燃料への着火性を安定させることができるものの、副室から主室へ噴射される火炎ジェットを主室において拡散させる上で、未だ改善の余地を残している。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、副室から主室へ噴射される火炎ジェットを、主室において迅速に拡散させることのできる副室式内燃機関を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本発明は、副室式内燃機関であって、主室と、前記主室に連通する噴射孔が形成され、流路断面積が前記噴射孔まで滑らかに縮小された副室と、前記副室内に燃料を供給する燃料供給弁と、前記副室内の燃料に点火する点火プラグと、前記副室内の気体を旋回させる旋回手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、燃料供給弁により副室内に燃料が供給され、点火プラグにより副室内の燃料に点火される。ここで、旋回手段により、副室内の気体が旋回させられるため、副室内で点火される燃料は旋回を伴う火炎ジェットとなる。そして、副室の流路断面積は、主室に連通する噴射孔まで滑らかに縮小されている。このため、副室内で火炎ジェットの流れ方向が急激に変化することはなく、噴射孔に近付くほど火炎ジェットの速度が上昇する。したがって、旋回を伴う火炎ジェットは、噴射孔まで渦崩壊を起こすことなく、旋回を維持したまま噴射孔から主室へ噴射される。旋回を伴う火炎ジェットは、主室内で速度が低下することにより渦崩壊を起こし、主室内において急激に拡散する。その結果、副室から主室へ噴射される火炎ジェットを、主室において迅速に拡散させることができ、ひいては主室内での燃料の燃焼を改善することができる。

副室式内燃機関の構成を示す模式図。第１実施形態の副室周辺を示す断面図。図２の副室及びベーンを示す斜視図。旋回手段の変更例を示す斜視図。第２実施形態の副室周辺を示す断面図。噴射通路及び集合部を示す斜視図。副室の変更例を示す断面図。第３実施形態の副室周辺を示す断面図。噴射通路を示す平面図。副室の変更例を示す断面図。主燃料噴射弁及びピストンの変更例を示す模式図。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、ガス燃料を用いる副室式内燃機関として具体化している。図１は、内燃機関１０の模式図である。

同図に示すように、内燃機関１０（副室式内燃機関）は、シリンダブロック１２、ピストン１４、シリンダヘッド２０、吸気バルブ４１、排気バルブ４２、主燃料噴射弁５１、副燃料噴射弁５２、点火プラグ５４、ＥＣＵ（Electric Control Unit）５０等を備えている。

シリンダブロック１２、ピストン１４、シリンダヘッド２０により、主室１５が区画形成されている。シリンダヘッド２０には、吸気ポート２１及び排気ポート２２が形成されている。吸気ポート２１から吸気バルブ４１を介して主室１５へ吸気を吸入可能であり、主室１５から排気バルブ４２を介して排気ポート２２へ排気を排出可能である。吸気バルブ４１及び排気バルブ４２は、図示しないカムシャフトにより駆動される。

図示しない燃料ポンプにより加圧された燃料が、主燃料噴射弁５１へ供給される。主燃料噴射弁５１は、シリンダヘッド２０において主室１５の中央に対向する部分の付近に取り付けられており、圧縮行程においてピストン１４の頂面に向けてガス燃料（燃料）を噴射する。主燃料噴射弁５１の駆動は、ＥＣＵ５０により制御される。

シリンダヘッド２０において主室１５の中央に対向する部分には、主室１５よりも容積の小さい副室２３が形成されている。主室１５と副室２３とは、断面円形の噴射孔２４により連通している。すなわち、噴射孔２４は円柱状に形成されている。シリンダヘッド２０には、副室２３に臨むように副燃料噴射弁５２及び点火プラグ５４が取り付けられている。副燃料噴射弁５２（燃料供給弁）は、噴射孔５２ａ（被供給部）から副室２３内に燃料を供給する。点火プラグ５４は、副室２３内の空気と燃料との混合気に点火する。

副室２３へ供給する燃料は、主室１５へ供給するガス燃料と同一でもよいが、主室１５へ供給するガス燃料よりも燃焼速度の速い燃料が望ましい。具体的には、芳香族化合物に富む高オクタン価液体燃料や水素に富むガス燃料などが望ましい。

ピストン１４において噴射孔２４に対向する部分には、キャビティ１４ａが形成されている。キャビティ１４ａ（凹部）は円柱状に形成されており、キャビティ１４ａの中心軸線と噴射孔２４の中心軸線とが一致している。キャビティ１４ａの径や深さは、内燃機関１０の圧縮比に基づいて設定されている。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を備える周知のマイクロコンピュータである。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ、冷却水温センサ、アクセル開度センサ等の各種センサの出力信号を入力し、それら出力信号に基づいて主燃料噴射弁５１、副燃料噴射弁５２、点火プラグ５４等の制御を実行する。

次に、図２，３を参照して、副室２３の構成について詳細に説明する。図２は副室２３周辺を示す断面図であり、図３は図２の副室２３及びベーン３０を示す斜視図である。なお、図２ではベーン３０の記載を省略している。

副室２３は、副燃料噴射弁５２に近い側から、円柱部分２５、円錐部分２６を備えている。

円柱部分２５は円柱状に形成されており、円柱部分２５の中心軸線と噴射孔２４の中心軸線とが一致している。上記副燃料噴射弁５２及び点火プラグ５４は、副室２３の円柱部分２５に臨むように取り付けられている。点火プラグ５４は、その中心軸線から外れた所定部５４ａから中心軸線に向かって延びる接地電極５４ｂ（側方電極）を有している。点火プラグ５４は、副室２３において噴射孔５２ａから所定部５４ａまでの距離が最も長くなる向きに配置されている。すなわち、点火プラグ５４の中心軸線に対して、所定部５４ａが噴射孔５２ａと反対側になるように、点火プラグ５４の向きが設定されている。円柱部分２５は、円錐部分２６に接続されている。

円錐部分２６は円錐状に形成されており、円柱部分２５と円錐部分２６との接続部において、両者の径は一致している。円錐部分２６の中心軸線は、噴射孔２４の中心軸線及び円柱部分２５の中心軸線と一致している。円錐部分２６の頂部が噴射孔２４に接続されている。

円錐部分２６と噴射孔２４との接続部において、両者の径は一致している。円錐部分２６の径は、円柱部分２５との接続部から噴射孔２４との接続部にかけて滑らかに縮小している。すなわち、副室２３の流路断面積は、円柱部分２５から噴射孔２４まで滑らかに縮小している。図２に破線で示す噴射孔２４の内面と円錐部分２６の内面との角度θは、以下のように設定されている。すなわち、角度θは、内燃機関１０の圧縮行程において矢印で示す主室１５から副室２３へ流入する気体の流れが、円錐部分２６の内面から剥離する角度に設定されている。詳しくは、角度θは、略１２°以上であり、且つ円錐部分２６と噴射孔２４とを滑らかに接続することのできる限界角度（例えば６０°）以下に設定されている。また、この限界開度は、円柱部分２５と円錐部分２６とを滑らかに接続することのできる限界角度でもある。

図３に示すように、円錐部分２６、すなわち主室１５から副室２３へ流入する気体の流れが副室２３の内面から剥離する部分には、複数のベーン３０が設けられている。ベーン３０（旋回手段、導流部）は、円錐部分２６の底部から頂部まで螺旋状に延びる翼板であり、円錐部分２６の内面から内径方向へ突出している。ベーン３０は、副室２３の内面に沿って噴射孔２４へ向かう気体を旋回させるように気体の流れを導く。

次に、内燃機関１０の燃焼サイクルについて説明する。

まず、図１に示すように、吸気行程において、吸気バルブ４１が開かれ、吸気ポート２１から主室１５へ空気が吸入される。

続いて、圧縮行程において、吸気バルブ４１が閉じられ、ピストン１４により空気が圧縮されるとともに、主燃料噴射弁５１からピストン１４のキャビティ１４ａに向けて燃料が噴射される。このとき、図２に矢印で示すように、主室１５から噴射孔２４を通じて副室２３へ空気が流入する。

ここで、主室１５から副室２３へ流入した空気が旋回を伴っていると、ベーン３０によって副室２３から主室１５へ流出する火炎ジェット（気体）を旋回させる際に支障をきたすおそれがある。この点、図３に示すように、ベーン３０は、主室１５から副室２３へ流入する空気の流れが副室２３の内面から剥離する円錐部分２６に設けられている。このため、主室１５から副室２３へ流入する空気は、ベーン３０によって旋回させられない。

続いて、副燃料噴射弁５２から副室２３内に燃料が噴射される。噴射された燃料は、主室１５から副室２３へ流入する空気と混合される。このとき、図２に矢印で示す空気の流れにより、空気と燃料との混合が促進される。

そして、点火プラグ５４により、この混合気に点火される。点火された混合気の燃焼により、噴射孔２４へ向かう火炎ジェットが生成される。このとき、噴射孔５２ａから所定部５４ａまでの距離が最も長くなる向きに点火プラグ５４が配置されているため、所定部５４ａよりも副室２３の中心側で混合気を燃焼させることができる。火炎ジェットのうち、副室２３の内面に沿って噴射孔２４へ向かう部分は、ベーン３０により旋回させられるように流れが導かれる。このとき、主室１５から副室２３へ流入する空気は、ベーン３０によって旋回させられていないため、ベーン３０により火炎ジェットを旋回させる際に支障をきたすことはない。なお、仮に主室１５から副室２３へ流入する空気がベーン３０により旋回させられるとすると、その旋回させられる方向と、副室２３から主室１５へ流出する火炎ジェットがベーン３０により旋回させられる方向とは逆方向になる。

ここで、円錐部分２６（副室２３）の流路断面積は、主室１５に連通する噴射孔２４まで滑らかに縮小されている。このため、副室２３内で火炎ジェットの流れ方向が急激に変化することはなく、流路断面積が徐々に狭められるため、噴射孔２４に近付くほど火炎ジェットの速度が上昇する。したがって、旋回を伴う火炎ジェットは、噴射孔２４まで渦崩壊を起こすことなく、旋回を維持したまま噴射孔２４から主室１５へ噴射される。なお、一般に旋回流は、中心部分の圧力が低いため、速度が低下すると渦崩壊を起こす。

続いて、噴射孔２４から噴射された旋回を伴う火炎ジェットは、主室１５内で速度が低下することにより渦崩壊を起こし、主室１５内において急激に拡散する。ここで、ピストン１４において噴射孔２４に対向する部分には、キャビティ１４ａが形成されている。このため、副室２３から主室１５に噴射された火炎ジェットがピストン１４に衝突することを抑制することができる。

このように、火炎ジェットの渦崩壊を利用することにより、副室２３から主室１５へ噴射される火炎ジェットを、主室１５において迅速に拡散させることができる。その結果、火炎伝播に頼らなくても、主燃料噴射弁５１により噴射された燃料と空気との混合気を迅速に燃焼させることができ、主室１５内での燃料の燃焼改善、及び内燃機関１０の熱効率向上を図ることができる。さらに、主燃料噴射弁５１により噴射された燃料と空気との予混合が不十分な場合でも、火炎ジェットによる混合気への点火が可能となり、ひいては内燃機関１０の燃費性能を向上させたり、窒素酸化物の排出を抑制したりすることができる。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・ベーン３０により、副室２３内の気体が旋回させられるため、副室２３内で点火される燃料は旋回を伴う火炎ジェットとなる。そして、副室２３の流路断面積は、主室１５に連通する噴射孔２４まで滑らかに縮小されている。このため、旋回を伴う火炎ジェットは、噴射孔２４まで渦崩壊を起こすことなく、旋回を維持したまま噴射孔２４から主室１５へ噴射される。旋回を伴う火炎ジェットは、主室１５内で速度が低下することにより渦崩壊を起こし、主室１５内において急激に拡散する。その結果、副室２３から主室１５へ噴射される火炎ジェットを、主室１５において迅速に拡散させることができ、ひいては主室１５内での燃料の燃焼を改善することができる。

・主室１５から副室２３へ流入する空気は、ベーン３０によって旋回させられない。したがって、ベーン３０により、副室２３から主室１５へ流出する火炎ジェットを確実に旋回させることができ、旋回を伴う火炎ジェットを確実に形成することができる。

・ベーン３０は、主室１５から副室２３へ流入する気体の流れが副室２３の内面から剥離する円錐部分２６に設けられている。このため、主室１５から副室２３へ流入する空気の流れは、円錐部分２６の内面から剥離し、ベーン３０によって旋回させられない。一方、副室２３の内面に沿って噴射孔２４へ向かう火炎ジェットを旋回させるように、ベーン３０により火炎ジェットの流れが導かれる。したがって、ベーン３０により、副室２３から主室１５へ流出する火炎ジェットを確実に旋回させることができ、旋回を伴う火炎ジェットを確実に形成することができる。

・内燃機関１０のピストン１４において噴射孔２４に対向する部分には、キャビティ１４ａが形成されている。このため、副室２３から主室１５に噴射された火炎ジェットがピストン１４に衝突することを抑制することができ、渦崩壊により火炎ジェットが主室１５内で拡散することを促進することができる。

なお、上記実施形態を以下のように変更して実施することもできる。

図４に示すように、上記ベーン３０に代えて、副室２３の円錐部分２６に溝１３０を形成することもできる。溝１３０（旋回手段、導流部）は、円錐部分２６の底部から頂部まで螺旋状に延びており、円錐部分２６の内面から外径方向へ凹んでいる。溝１３０は、副室２３の内面に沿って噴射孔２４へ向かう気体を旋回させるように気体の流れを導く。一方、主室１５から副室２３へ流入する空気は、溝１３０によって旋回させられない。こうした構成によっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

（第２実施形態）
以下、上記第１実施形態の副室２３及びその周辺の構成を変更した第２実施形態について説明する。本実施形態では、上記ベーン３０を廃止し、副燃料噴射弁１５２から噴射される燃料により、副室２３内の気体を旋回させる。なお、第１実施形態と同一の部材については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

図５は、本実施形態の副室２３周辺を示す断面図である。

シリンダヘッド２０において、副室２３の円柱部分２５の底部に隣接する部分には、噴射通路５７，５８及び集合部５６が形成されている。噴射通路５７，５８は、円柱部分２５に接続されており、それぞれ開口部５７ａ，５８ａにおいて開口している。点火プラグ５４は、副室２３において開口部５７ａ，５８ａから所定部５４ａまでの距離が最も長くなる向きに配置されている。すなわち、点火プラグ５４の中心軸線に対して、所定部５４ａが開口部５７ａ，５８ａと反対側になるように、点火プラグ５４の向きが設定されている。噴射通路５７と噴射通路５８とは、集合部５６で集合している。換言すれば、噴射通路５７，５８は、集合部５６から分岐している。シリンダヘッド２０には、集合部５６に臨むように副燃料噴射弁１５２が取り付けられている。副燃料噴射弁１５２（第１燃料供給弁）は、上記副燃料噴射弁５２と同様の構成を備えており、集合部５６内に燃料を噴射する。

図６は、噴射通路５７，５８及び集合部５６を示す斜視図である。

集合部５６は、シリンダヘッド２０において副室２３の中央（噴射孔２４）に対向する部分の付近に形成されている。詳しくは、集合部５６は、噴射孔２４の中心軸線から若干外れた位置に形成されている。噴射通路５７，５８は、集合部５６から円柱部分２５の周方向へ螺旋状に延びて、円柱部分２５の底部に接続されている。なお、副燃料噴射弁１５２、集合部５６、及び噴射通路５７，５８により、旋回手段が構成されている。

次に、本実施形態における内燃機関１０の燃焼サイクルについて、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

圧縮行程において、主室１５から噴射孔２４を通じて副室２３へ空気が流入する。ここで、上記ベーン３０が廃止されているため、主室１５から副室２３へ流入する空気は旋回させられない。

続いて、副燃料噴射弁１５２から集合部５６内に燃料が噴射される。集合部５６内に噴射された燃料は、噴射通路５７，５８へ分岐して噴射通路５７，５８に沿って流通する。そして、燃料は、開口部５７ａ，５８ａから、円柱部分２５の周方向へそれぞれ噴射される。このため、副室２３内の空気は、開口部５７ａ，５８ａから噴射される燃料によって旋回させられる。

ここで、副燃料噴射弁１５２から燃料を噴射する時期は、主燃料噴射弁５１から燃料を噴射する時期よりも先であっても後であってもよい。主燃料噴射弁５１よりも先に副燃料噴射弁１５２から燃料を噴射した場合には、予め副室２３内の空気が旋回させられた後に、主室１５から副室２３へ空気が流入する。主室１５から副室２３へ流入する空気は旋回させられないため、この流入する空気により副室２３内の空気の旋回が弱められることを抑制することができる。また、主燃料噴射弁５１よりも後に副燃料噴射弁１５２から燃料を噴射した場合には、主室１５から副室２３へ空気が流入した後に、副室２３内の空気が旋回させられる。この場合は、図２に矢印で示した空気の流れにより、空気と燃料との混合が促進される。

そして、点火プラグ５４により、副室２３内の混合気に点火される。このとき、開口部５７ａ，５８ａから所定部５４ａまでの距離が最も長くなる向きに点火プラグ５４が配置されているため、所定部５４ａよりも副室２３の中心側で混合気を燃焼させることができる。点火された混合気の燃焼により、噴射孔２４へ向かう火炎ジェットが生成される。ここで、円錐部分２６（副室２３）の流路断面積は、主室１５に連通する噴射孔２４まで滑らかに縮小されている。このため、副室２３内で火炎ジェットの流れ方向が急激に変化することはなく、流路断面積が徐々に狭められるため、噴射孔２４に近付くほど火炎ジェットの速度が上昇する。したがって、旋回を伴う火炎ジェットは、噴射孔２４まで渦崩壊を起こすことなく、旋回を維持したまま噴射孔２４から主室１５へ噴射される。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。なお、ここでは、第１実施形態と異なる利点のみを述べる。

・副燃料噴射弁１５２、集合部５６、及び噴射通路５７，５８により、副室２３内の空気を旋回させる旋回手段が構成されている。このため、副室２３の壁部にベーン３０や溝１３０を形成する加工等を行うことなく、副室２３内の空気を旋回させる旋回手段を実現することができる。

なお、上記実施形態を以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部材については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・図７に示すように、副室２３の円柱部分２５を省略して、円錐部分２６のみとすることもできる。ここで、円錐部分２６にはベーン３０が設けられていないため、主室１５から副室２３へ流入する気体は旋回させられない。したがって、噴射孔２４の内面と円錐部分２６の内面との角度θは、略１２°よりも小さい角度であってもよい。すなわち、内燃機関１０の圧縮行程において主室１５から副室２３へ流入する気体の流れが、円錐部分２６の内面から剥離しない構成であってもよい。

・図５において、円錐部分２６に第１実施形態と同様のベーン３０を設けてもよい。この場合は、副燃料噴射弁１５２、集合部５６、及び噴射通路５７，５８に加えてベーン３０により、副室２３から主室１５へ流出する火炎ジェットを確実に旋回させることができ、旋回を伴う火炎ジェットを確実に形成することができる。

（第３実施形態）
以下、上記第１実施形態の副室２３及びその周辺の構成を変更した第３実施形態について説明する。本実施形態では、上記ベーン３０を廃止し、副室２３内の気体を旋回させる方向に副燃料噴射弁１５２により燃料を噴射させるとともに、副室２３内の気体を旋回させない副燃料噴射弁５２により副室２３内に燃料を噴射させる。なお、第１実施形態と同一の部材については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

図８は本実施形態の副室２３周辺を示す断面図であり、図９は噴射通路５９を示す平面図である。

シリンダヘッド２０において、副室２３の円柱部分２５の側部に隣接する部分には、噴射通路５９が形成されている。噴射通路５９は、円柱部分２５に接線方向から接続されており、開口部５９ａにおいて開口している。点火プラグ５４は、副室２３において噴射孔５２ａ及び開口部５９ａから所定部５４ａまでの距離が最も長くなる向きに配置されている。すなわち、点火プラグ５４の中心軸線に対して、所定部５４ａが噴射孔５２ａ及び開口部５９ａと反対側になるように、点火プラグ５４の向きが設定されている。シリンダヘッド２０には、噴射通路５９に臨むように副燃料噴射弁１５２が取り付けられている。副燃料噴射弁１５２（第１燃料供給弁）は、上記副燃料噴射弁５２と同様の構成を備えており、噴射通路５９内に燃料を噴射する。

また、副燃料噴射弁５２（第２燃料供給弁）の噴射孔５２ａは円柱部分２５に臨んでおり、副燃料噴射弁５２は、矢印で示すように副室２３内に斜め径方向に燃料を供給する。上記ＥＣＵ５０（変更手段）は、内燃機関１０の運転状態に基づいて、副燃料噴射弁１５２と副燃料噴射弁５２との燃料噴射割合を変更する。なお、副燃料噴射弁１５２、噴射通路５９、及びＥＣＵ５０により、旋回手段が構成されている。

続いて、副燃料噴射弁１５２から噴射通路５９内に燃料が噴射される。噴射通路５９内に噴射された燃料は、噴射通路５９に沿って流通する。そして、燃料は、矢印で示すように、開口部５９ａから、円柱部分２５の接線方向へ噴射される。噴射された燃料は、円柱部分２５の内周面に沿って流通するため、副室２３内の空気は、開口部５９ａから噴射される燃料によって旋回させられる。一方、副燃料噴射弁５２は、矢印で示すように、副室２３の斜め径方向に燃料を噴射するため、副室２３内の気体を旋回させない。そして、ＥＣＵ５０により、副燃料噴射弁１５２と副燃料噴射弁５２との燃料噴射割合が変更されることで、副室２３内の気体を旋回させる強さが調節される。なお、本実施形態においても、副燃料噴射弁１５２，５２から燃料を噴射する時期は、主燃料噴射弁５１から燃料を噴射する時期よりも先であっても後であってもよい。

そして、点火プラグ５４により、副室２３内の混合気に点火される。このとき、噴射孔５２ａ及び開口部５９ａから所定部５４ａまでの距離が最も長くなる向きに点火プラグ５４が配置されているため、所定部５４ａよりも副室２３の中心側で混合気を燃焼させることができる。点火された混合気の燃焼により、噴射孔２４へ向かう火炎ジェットが生成される。ここで、円錐部分２６（副室２３）の流路断面積は、主室１５に連通する噴射孔２４まで滑らかに縮小されている。したがって、旋回を伴う火炎ジェットは、噴射孔２４まで渦崩壊を起こすことなく、旋回を維持したまま噴射孔２４から主室１５へ噴射される。

・副燃料噴射弁１５２及び噴射通路５９により、副室２３内の空気を旋回させる旋回手段が構成されている。このため、副室２３の壁部にベーン３０や溝１３０を形成する加工等を行うことなく、副室２３内の空気を旋回させる旋回手段を実現することができる。

・副燃料噴射弁１５２により副室２３内に燃料を噴射することで、副室２３内の空気を旋回させることができる。一方、副室２３内の空気を旋回させない場合には、副燃料噴射弁５２により副室２３内に燃料を噴射することができる。

・ＥＣＵ５０により、副燃料噴射弁１５２と副燃料噴射弁５２との燃料噴射割合を変更することで、副室２３内の空気を旋回させる強さを調節することができる。したがって、内燃機関１０の運転状態に応じて、主室１５に噴射される火炎ジェットが渦崩壊する程度、ひいては主室１５において火炎ジェットが拡散する速度を調節することができる。

・図１０に示すように、副室２３の円柱部分２５を省略して、円錐部分１２６のみとすることもできる。円錐部分１２６の流路断面積は、噴射孔２４に近付くほど緩やかに縮小されている。ここで、円錐部分１２６にはベーン３０が設けられていないため、主室１５から副室２３へ流入する気体は旋回させられない。したがって、噴射孔２４の内面と円錐部分２６の内面との角度θは、略１２°よりも小さい角度であってもよい。すなわち、内燃機関１０の圧縮行程において主室１５から副室２３へ流入する気体の流れが、円錐部分１２６の内面から剥離しない構成であってもよい。

・図８において、円錐部分２６に第１実施形態と同様のベーン３０を設けてもよい。この場合は、副燃料噴射弁１５２及び噴射通路５９に加えてベーン３０により、副室２３から主室１５へ流出する火炎ジェットを確実に旋回させることができ、旋回を伴う火炎ジェットを確実に形成することができる。

・副燃料噴射弁１５２と副燃料噴射弁５２との燃料噴射割合を一定とすることもできる。その場合であっても、副燃料噴射弁１５２から噴射されて開口部５９ａから副室２３内に噴射される燃料により、副室２３内の気体を旋回させることができる。

また、上記各実施形態を以下のように変更して実施することもできる。上記各実施形態と同一の部材については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・噴射孔２４の断面形状を楕円形に変更することもできる。ただし、火炎ジェットの旋回を弱めないためには、噴射孔２４の断面形状を円形にすることが望ましい。また、噴射孔２４の流路断面積は、火炎ジェットの旋回が弱くなることを抑制することのできる範囲で設定することができる。

・図１１に示すように、ピストン１４のキャビティ１４ａを省略するとともに、上死点におけるピストン１４の位置を副室２３から離れる方向へ変更することもできる。また、主室１５の外縁部に臨むように、主燃料噴射弁５１をシリンダヘッド２０に取り付けてもよい。すなわち、主室１５の側方から、主燃料噴射弁５１により燃料を噴射させてもよい。なお、図１の主室１５の容積と図１１の主室１５の容積とは、略等しく設定されている。

・図１１に破線で示すように、吸気ポート２１に臨むように、主燃料噴射弁５１をシリンダヘッド２０に取り付けてもよい。すなわち、吸気ポート２１において吸気バルブ４１の傘部に向けて、主燃料噴射弁５１により燃料を噴射させてもよい。

・ガス燃料を用いる副室式内燃機関に限らず、副室式ディーゼル機関、副室式ガソリン機関に上記各実施形態を適用することもできる。

１０…内燃機関、１５…主室、２３…副室、２４…噴射孔、３０…ベーン、５２…副燃料噴射弁、５４…点火プラグ、１３０…溝。

Claims

主室（１５）と、
前記主室に連通する噴射孔（２４）が形成され、流路断面積が前記噴射孔まで徐々に狭められた副室（２３）と、
前記副室内に燃料を供給する燃料供給弁（５２、１５２）と、
前記副室内の燃料に点火する点火プラグ（５４）と、
前記副室の内面において前記噴射孔まで前記流路断面積が減少していく部分に設けられ、前記主室から前記副室へ流入する気体の流れが剥離することで前記気体を旋回させず、前記副室から前記主室へ前記副室の内面に沿って流出する気体を旋回させる螺旋状に延びる導流部（３０、１３０）と、
を備えることを特徴とする副室式内燃機関（１０）。
主室（１５）と、
前記主室に連通する噴射孔（２４）が形成され、流路断面積が前記噴射孔まで徐々に狭められた副室（２３）と、
前記副室内の燃料に点火する点火プラグ（５４）と、
前記副室内に、前記副室内の気体を旋回させる方向に前記燃料を供給する第１燃料供給弁（１５２）と、
前記副室内に、前記副室内の気体を旋回させない方向に前記燃料を供給する第２燃料供給弁（５２）と、
を備えることを特徴とする副室式内燃機関。
前記第１燃料供給弁と前記第２燃料供給弁との燃料噴射割合を変更する変更手段（５０）を含む請求項２に記載の副室式内燃機関。
前記機関のピストン（１４）において前記噴射孔に対向する部分には、凹部（１４ａ）が形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
前記点火プラグは、その中心軸線から外れた所定部（５４ａ）から前記中心軸線に向かって延びる側方電極（５４ｂ）を有し、
前記副室において前記燃料供給弁により前記燃料が供給される被供給部（５２ａ，５７ａ，５８ａ，５９ａ）から前記所定部までの距離が最も長くなる向きに前記点火プラグが配置されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。