JP6337717B2 - 副室式内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、主燃焼室と副燃焼室とを備え、副燃焼室の燃料に着火して発生した火炎により、主燃焼室の燃料を燃焼させる副燃焼室式内燃機関に関する。

従来、主燃焼室と、主燃焼室へと連通する連通路を有する副燃焼室とを備えた副燃焼室式内燃機関として、特許文献１に記載の副燃焼室式内燃機関がある。

特許文献１に記載の副燃焼室式内燃機関では、副燃焼室に空気を供給する空気噴射弁を設け、副燃焼室へ供給した燃料を、空気噴射弁から供給された空気により主燃焼室へ押し出す。これにより、主燃焼室内には成層混合気が形成され、副燃焼室には新気混合器が形成される。そして、副燃焼室内の新気混合気に点火をし、火炎が主燃焼室内の成層混合気に伝搬し、主燃焼室内では成層燃焼が行われることとなる。

特開２００６−２６６１６９号公報

特許文献１記載の副燃焼室式内燃機関では、副燃焼室に空気噴射弁を設けているため、製造コストの増大を招いていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、副燃焼室に空気噴射弁を設けることなく主燃焼室に成層混合気を形成でき、且つ、副燃焼室内の混合気の濃度を適切に管理することが可能な副室式内燃機関を提供することにある。

本発明は、主燃焼室と、主燃焼室と連通する噴孔が設けられた副燃焼室とを備える副室式内燃機関であって、副燃焼室は、その中心軸線に垂直な断面形状が円であり、噴孔は、円の中心から、所定距離離間した位置に設けられており、副燃焼室には、副燃焼室内で周方向に向けて燃料を噴射する燃料供給部が設けられていることを特徴とする。

上記構成により、副燃焼室内において燃料が旋回流となり、当量比が高い領域が副燃焼室の内周近傍に形成され、当量比が低い領域が副燃焼室の中心近傍に形成される。そして、副燃焼室の内周近傍に形成された、当量比が高い領域から、燃料が噴孔を介して主燃焼室へ噴出する。そのため、副燃焼室の中心近傍の当量比が低い領域に、空気が残存することとなる。ゆえに、副室式内燃機関の吸気行程において、副燃焼室内へと流入した空気を、副燃焼室内の燃料の燃焼に用いることができる。さらに、噴孔からは、当量比が高い領域の混合気、すなわち濃厚混合気が噴出するため、主燃焼室内には燃料の成層を形成することができる。したがって、副燃焼室内に空気供給装置を設けることなく、副燃焼室内の当量比を適切に管理することができ、且つ、主燃焼室内には燃料の成層を形成することができる。

第１実施形態に係る副室式内燃機関の概略図である。 （ａ）が第１実施形態における副室構成部の縦断面図であり、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 （ａ）が第１実施形態における燃料の濃度分布を示しており、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 第１実施形態における噴孔が設けられる位置の条件を示す図である。 第１実施形態における主室用燃料及び副室用燃料の噴射タイミングを示している。 （ａ）が第２実施形態における副室構成部の横断面図であり、（ｂ）が（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）が第３実施形態における副室構成部の横断面図である。 （ａ）が第４実施形態における副室構成部の縦断面図であり、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 （ａ）が第５実施形態における副室構成部の縦断面図であり、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

＜第１実施形態＞
本実施形態に係る副室式内燃機関は、コジェネレーション用エンジンや、レンジエクステンダ等の、運転中に運転状態が変わらない定点運転エンジンとして用いられることを想定している。

図１は、副室式内燃機関１０の全体概略構成を示している。副室式内燃機関１０は、副室構成部３０が設けられたシリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とを含んで構成されている。シリンダヘッド１２には、吸気ポート１３と排気ポート１４とが形成されており、吸気ポート１３と排気ポート１４とにはそれぞれ吸気管と排気管とが接続されている。

シリンダブロック１１には気筒を構成するシリンダ１５が形成されており、シリンダ１５内にはシリンダ１５に対して上下方向に往復動するピストン１６が配設されている。ピストン１６はコンロッド１７を介して図示しないクランク軸に連結されている。ピストン１６の上方には、シリンダ１５とシリンダヘッド１２により区画形成された主燃焼室１８が設けられ、主燃焼室１８は吸気弁１９及び排気弁２０をそれぞれ介して、吸気ポート１３及び排気ポート１４に連通している。

図２（ａ）は、図１における副室構成部３０の拡大図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。すなわち、図２（ｂ）は、副燃焼室３１の中心軸線Ｃ１に垂直な平面を示している。

副室構成部３０は、半球形、すなわち、中心軸線Ｃ１に垂直な平面における断面形状が円形の副燃焼室３１と、図示しない燃料タンクから供給された燃料を送出する燃料送出装置３２と、燃料送出装置３２と燃料通路３３を介して接続される、燃料供給部として機能するインジェクタ３４と、点火装置３５とを含んで構成される。副燃焼室３１は、シリンダブロック１１との接合部が最大径となる半球形であるため、副燃焼室３１の球面部のうち最もシリンダヘッド１２寄りの部分を大径部と称し、副燃焼室３１の球面部のうち最もシリンダヘッド１２から離れた部分（最もピストン１６寄りの部分）を底部と称する。

インジェクタ３４は、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上に、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４つ設けられている。すなわち、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上において、いずれかのインジェクタ３４と中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線と、このインジェクタ３４に隣り合うインジェクタ３４と中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線のなす角度は９０°である。また、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上において、インジェクタ３４の燃料噴射方向は、平面に対して水平方向であり、且つ、いずれかのインジェクタ３４と中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線と、インジェクタ３４の燃料噴射方向とのなす角度は９０°となっている。すなわち、各インジェクタ３４の燃料噴射方向は副燃焼室３１の周方向である。

副燃焼室３１には、主燃焼室１８と連通する噴孔３６が設けられている。噴孔３６は、中心軸線Ｃ１に垂直な第１平面において、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４箇所、さらに、第１平面に対して所定間隔を空けて平行な第２平面においても、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４箇所設けられている。すなわち、第１平面上及び第２平面上において、いずれかの噴孔３６と中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線と、この噴孔３６に隣り合う噴孔３６と中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線のなす角度は９０°となっている。このとき、第１平面上の噴孔３６と第２平面上の噴孔３６とは、副燃焼室３１の周方向における位置が等しくなっている。すなわち、底部と大径部とを結ぶ弧上、すなわち、副燃焼室３１の底部と大径部とを最短距離で結ぶ曲線上に設けられている。

噴孔３６の断面形状は円形になっている。これは、副燃焼室３１内の燃料への点火により発生した火炎と噴孔３６との接触面積を減らし、火炎の熱の副燃焼室３１への伝播を抑制するためである。

図３（ａ）は、インジェクタ３４から燃料を噴射した際の燃料分布を示しており、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図を示している。なお、同図のグラデーションにおいて、燃料の当量比が高い部分ほど色が濃くなっている。上述した通り、インジェクタ３４の燃料噴射方向は、副燃焼室３１の周方向となっている。そのため、インジェクタ３４から副燃焼室３１内へ噴射される噴射燃料４１は、副燃焼室３１の内周に沿って流れる。これにより、副燃焼室３１には、内周に沿って流れる燃料の旋回流が形成される。すなわち、副燃焼室３１内には、当量比の高い第１領域４２が、副燃焼室３１の大径部近傍及び内周近傍に形成され、当量比の低い第２領域４３が、副燃焼室３１の中心軸線Ｃ１近傍及び底部に形成される。そのため、当量比の高い第１領域４２の燃料が、噴孔３６を介してペネトレーション４４となり、主燃焼室１８内へと噴出する。

ここで、図４を用いて、噴孔３６が設けられる位置について詳述する。図４において、副燃焼室３１の大径部の半径をｒと定義している。このとき、中心軸線Ｃ１に垂直であり且つ噴孔３６を含む平面において、中心軸線Ｃ１と噴孔３６との距離は、ｒ／３よりも長いものとなっている。すなわち、副燃焼室３１の中心軸線Ｃ１と、大径部の中心と噴孔３６とを通る直線とのなす角度θ１が、ａｒｃｓｉｎ（１／３）よりも大きいということもできる。したがって、噴孔３６は、中心軸線Ｃ１、すなわち、中心軸線Ｃ１に垂直であり噴孔３６を通る円の中心から、所定距離離間しているといえる。

ところで、図４において、噴孔３６が、副燃焼室３１の中心軸線Ｃ１に垂直なひとつの平面上に複数設けられるものを示しているが、噴孔３６は、副燃焼室３１の中心軸線Ｃ１に垂直な複数の平面上にそれぞれ複数設けられていてもよい。その場合には、各平面上において、中心軸線Ｃ１と噴孔３６との距離がｒ／３よりも長ければよい。すなわち、各平面の中で、最も副燃焼室３１の底部に近い平面上において、噴孔３６と中心軸線Ｃ１との距離がｒ／３よりも長ければよい。

なお、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上の噴孔３６と、その平面とは異なる平面上のインジェクタ３４とを同一平面上に射影した場合に、インジェクタ３４は、噴孔３６よりも中心軸線Ｃ１側にあってもよいし、噴孔３６よりも副燃焼室３１の外径側（中心軸線Ｃ１と反対側）にあってもよい。また、噴孔３６が副室の中心軸線Ｃ１方向に複数ある場合、インジェクタ３４は噴孔３６と噴孔３６の間にあってもよいし、すべての噴孔３６よりも中心軸線Ｃ１側にあってもよいし、すべての噴孔３６よりも副燃焼室３１の内周側にあってもよい。

ここで、本実施形態に係る副室式内燃機関１０の動作について説明する。副室式内燃機関１０は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を順に繰り返す。

まず、吸気行程において、吸気弁１９を開放することにより、ピストン１６の下降に伴って、排気ポート１４から主燃焼室１８へ空気が流入する。その後、吸気弁１９を閉塞し、ピストン１６が上昇することにより、主燃焼室１８及び副燃焼室３１の圧力が上昇する圧縮行程へと移行する。その際、主燃焼室１８から副燃焼室３１へ空気が流入する。

圧縮行程では、まず、インジェクタ３４から副燃焼室３１へ、主室用燃料が噴射される。副燃焼室３１へ噴射された主室用燃料は、噴孔３６を介して主燃焼室１８へと噴出し、主燃焼室１８内の空気と混ざり合い、混合気となる。

ピストン１６が上死点近傍まで上昇すれば、インジェクタ３４から副燃焼室３１内へ副室用燃料が噴射される。副燃焼室３１内へと噴射された副室用燃料は、上述したとおり、副燃焼室３１内で当量比の高い第１領域４２及び当量比の低い第２領域４３を形成するとともに、第１領域４２の混合気がペネトレーション４４となり主燃焼室１８へ流入する。副室用燃料が噴射された後、点火装置３５に給電が行われることにより、副燃焼室３１内の混合気への点火がなされ、副燃焼室３１内に火炎を発生させる。

そして、副燃焼室３１内で発生した火炎がペネトレーション４４へ伝搬することにより主燃焼室１８へ流入し、主燃焼室１８内の混合気が燃焼する。これにより、主燃焼室１８内の圧力が上昇し、ピストン１６が下降する膨張行程へ移行する。

膨張行程の後の排気行程では、排気弁２０を開放することにより、ピストン１６の上昇に伴って、シリンダ１５内のガスを、排気ポート１４を介して外部へ放出させる。そして、再び吸気行程へと移行する。

ここで、図５（ａ）〜（ｃ）を用いて、主室用燃料の噴射タイミングと副室用燃料の噴射タイミングについて詳述する。燃料の燃焼時において、主燃焼室１８の当量比は１未満であることが望ましく、副燃焼室３１の当量比は１よりも大きく、且つ、１よりも高い所定値よりは低いことが望ましい。しかしながら、副燃焼室３１の形状、噴孔３６の位置、副室用燃料の噴射タイミング等によっては、副燃焼室３１内の当量比が望ましい値とならない場合が生ずる。そのため、本実施形態では、副燃焼室３１の形状、噴孔３６の位置等に応じて、副燃焼室３１内の当量比が適切な値となるように、以下のいずれかの噴射タイミングに予め設定されている。

図５（ａ）は、代表的な、主室用燃料の噴射タイミングと副室用燃料の噴射タイミングとを示している。主室用燃料は、圧縮行程における時間Ｔ１まで噴射され、時間Ｔ１において、主室用燃料の噴射が終われば、副室用燃料が噴射される。その後、ピストン１６が上死点近傍に位置する時間Ｔ２において副室用燃料の噴射が停止され、所定期間を空けて、点火装置３５により副室用燃料への点火が行われる。

図５（ｂ）は、図５（ａ）で示した噴射制御では、副燃焼室３１内の当量比が好適な値よりも高くなる場合の、主室用燃料の噴射タイミングと副室用燃料の噴射タイミングとを示している。この場合には、主室用燃料の噴射は、時間Ｔ１より、期間ｔだけ早いタイミングである時間Ｔ０において停止される。そして、期間ｔの間隔を空けて、時間Ｔ１において、副室用燃料を噴射する。その後、ピストン１６が上死点近傍に位置する時間Ｔ２において副室用燃料の噴射が停止され、所定期間を空けて、点火装置３５により副室用燃料への点火が行われる。

このとき、期間ｔでは、インジェクタ３４から燃料が供給されず、且つ、ピストン１６が上昇し主燃焼室１８内の圧力が上昇するため、主燃焼室１８内の希薄混合気が、噴孔３６を介して主燃焼室１８へと逆流する。これにより、時間Ｔ１から時間Ｔ２にかけて、インジェクタ３４から副燃焼室３１内へと供給された副室用燃料と、主燃焼室１８から逆流した希薄混合器とが混合し、副燃焼室３１内の当量比は低下する。なお、期間ｔは、副室用燃料を副燃焼室３１へ供給した際の当量比に基づいて決定される。

図５（ｃ）は、図５（ａ）で示した噴射制御では、副燃焼室３１内の当量比が好適な値よりも低くなる場合の、主室用燃料の噴射タイミングと副室用燃料の噴射タイミングとを示している。

まず、時間Ｔ０において、主室用燃料の噴射が、時間Ｔ０において停止され、時間Ｔ０から所定時間後の時間Ｔ１ａにおいて、副室用燃料の１回目の噴射が行われる。この１回目の噴射は、時間Ｔ２ａにおいて終了する。時間Ｔ２ａから所定時間後の時間Ｔ１ｂにおいて、副室用燃料の２回目の噴射が行われ、この２回目の噴射は、時間Ｔ２ｂにおいて終了する。さらに、時間Ｔ２ｂから所定時間後の時間Ｔ１ｃにおいて、副室用燃料の３回目の噴射が行われ、この３回目の噴射は、時間Ｔ２において終了する。その後、所定期間を空けて、点火装置３５により副室用燃料への点火が行われる。なお、副室用燃料の噴射時間は、それぞれ等しくなっている。

こうすることにより、副燃焼室３１から噴孔３６を介して主燃焼室１８へ噴射される副室用燃料の量が抑制される。すなわち、副室用燃料により主燃焼室１８に形成されるペネトレーション４４が短くなる。一方、噴射と噴射の間の時間を、ｔよりも短くしているため、主燃焼室１８から副燃焼室３１への希薄混合気の流入も抑制することができる。したがって、副燃焼室３１内に残存する副室用燃料の量を維持することができる。

上記構成により、本実施形態に係る副室式内燃機関１０は、以下の効果を奏する。

・副燃焼室３１内において燃料が旋回流となり、当量比が高い第１領域４２が副燃焼室３１の内周近傍に形成され、当量比が低い第２領域４３が副燃焼室３１の中心近傍に形成される。そして、副燃焼室３１の内周近傍に形成された、第１領域４２から、燃料が噴孔３６を介して主燃焼室１８へ噴出する。そのため、副燃焼室３１の中心近傍の当量比が低い第２領域４３に、空気が残存することとなる。ゆえに、副室式内燃機関１０の吸気行程において、副燃焼室３１内へと流入した空気を、副燃焼室３１内の燃料の燃焼に用いることができる。さらに、噴孔３６からは、当量比の高い第１領域４２の混合気がペネトレーション４４となり、主燃焼室１８へと噴出する。これにより、主燃焼室１８内において、ペネトレーション４４により燃料の成層を形成することができる。したがって、副燃焼室３１内に空気供給装置を設けることなく、副燃焼室３１内の当量比を適切に管理することができ、且つ、主燃焼室１８内には燃料の成層を形成することができる。

・半球形の副燃焼室３１内に燃料の旋回流を発生させた場合、燃料は大径部に充満した後に、底部へと移動する。そのため、仮に、噴孔３６が副燃焼室３１の底部近傍に位置する場合には、噴射された燃料により、副燃焼室３１内の空気が主燃焼室１８へと押し出され、その後、混合気が噴孔３６から噴出する。ゆえに、副燃焼室３１内の当量比が過剰に上昇し、副燃焼室３１内の燃料への点火が困難となる。本実施形態では、噴孔３６を副燃焼室３１の中心軸線Ｃ１から離間した位置に設けているため、旋回流となった燃料は、副燃焼室３１の底部へ到達する前に噴孔３６から噴出する。そのため、副燃焼室３１内の当量比を維持しつつ、濃厚混合気を噴孔３６から噴出させることができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態に係る副室式内燃機関は、全体構成は第１実施形態と共通しており、インジェクタ３４の燃料噴射方向が第１実施形態と異なっている。

図６（ａ）は、副室構成部３０の横断面図を示しており、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図を示している。図６（ｂ）において、大径部を通る、中心軸線Ｃ１に垂直な平面をＬ１としており、インジェクタ３４を通る、中心軸線Ｃ１に垂直な平面をＬ２としている。また、燃料噴射方向を示す破線をＣ２としている。このとき、Ｃ２と副燃焼室３１の内周面との交点は、Ｌ１とＬ２の間に位置している。すなわち、インジェクタ３４の燃料噴射方向は、インジェクタ３４を通る中心軸線Ｃ１に垂直な平面Ｌ２よりも、大径部側へ向いており、且つ、大径部よりも、インジェクタ３４を通る中心軸線Ｃ１に垂直な平面Ｌ２側に向いている。

上記構成により、本実施形態に係る副室式内燃機関１０は、第１実施形態に係る副室式内燃機関１０が奏する効果に準ずる効果に加えて、以下の効果を奏する。

・副燃焼室３１の中心軸線Ｃ１の方向において、インジェクタ３４を大径部側の反対側に向けた場合、インジェクタ３４から供給された燃料が副燃焼室３１の底部近傍に充満することとなり、副燃焼室３１内の燃料が旋回流となりづらくなる。また、燃料噴射方向を、大径部よりも、インジェクタ３４を通る中心軸線Ｃ１に垂直な平面Ｌ２側に向いていない場合、燃料が大径部の内周に沿って流れず、副燃焼室３１内の燃料が旋回流となりづらくなる。そのため、副燃焼室３１の内周近傍に当量比が高い第１領域４２を形成し、副燃焼室３１の中心近傍に当量比の低い第２領域４３を形成することが困難となる。本実施形態では、インジェクタ３４の燃料噴射方向を、インジェクタ３４を通る中心軸線Ｃ１に垂直な平面Ｌ２よりも大径部側へ向けており、且つ、大径部よりも、インジェクタ３４を通る中心軸線Ｃ１に垂直な平面Ｌ２側に向くものと規定しているため、副燃焼室３１内に旋回流を形成することができる。それゆえに、副燃焼室３１内の当量比を適切に管理することができ、且つ、主燃焼室１８内には燃料の成層を形成することができる。

＜第３実施形態＞
本実施形態に係る副室式内燃機関は、全体構成は第１実施形態と共通しており、インジェクタ３４の燃料噴射方向が第１実施形態と異なっている。図７は、本実施形態に係る副室構成部３０の横断面図を示している。
を示している。

図７において、インジェクタ３４の燃料噴射方向を示す一点鎖線の線分をＣ３としており、Ｃ３と副燃焼室３１の内周面との交点における、副燃焼室３１の接線をＬ３としている。このとき、Ｃ３とＬ３とのなす角度θ２は、４５°よりも小さい角度に設定されている。

上記構成により、本実施形態に係る副室式内燃機関１０は、第１実施形態に係る副室式内燃機関１０が奏する効果に準ずる効果に加えて、以下の効果を奏する。

・インジェクタ３４の燃料噴射方向と、燃料噴射方向における副燃焼室３１の内周面の接線とのなす角度θ２が、直角に近い場合、副燃焼室３１内の燃料の流れが旋回流となりづらい。そのため、副燃焼室３１内の当量比を適切な当量比とする場合には、噴孔３６から噴出する燃料が成層を形成せず、一方、噴孔３６から噴出する燃料の当量比を成層を形成するものとした場合には、副燃焼室３１内の当量比が過剰に上昇する。本実施形態では、インジェクタ３４の燃料噴射方向と、燃料噴射方向における副燃焼室３１の内周面の接線とのなす角度θ２を４５°よりも小さい角度に規定しているため、副燃焼室３１内に供給された燃料を旋回流とすることができる。それゆえに、副燃焼室３１内の当量比を適切に管理することができ、且つ、主燃焼室１８内には燃料の成層を形成することができる。

＜第４実施形態＞
本実施形態に係る副室式内燃機関は、全体構成は第１実施形態と共通しており、副室構成部３０が第１実施形態と異なっている。図８（ａ）は、本実施形態における副室構成部３０の縦断面図、及び、燃料を噴射した際の燃料の濃度分布を示しており、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

副室構成部３０は、有底の円筒形、すなわち、中心軸線Ｃ１に垂直な平面における断面形状が円形の副燃焼室３１ａと、図示しない燃料タンクから供給された燃料を送出する燃料送出装置３２と、燃料送出装置３２と燃料通路３３を介して接続される、燃料供給部として機能するインジェクタ３４と、点火装置３５とを含んで構成される。インジェクタ３４は、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上に、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４つ設けられており、インジェクタ３４の燃料噴射方向は、副燃焼室３１ａの周方向となっている。なお、副燃焼室３１ａについて、中心軸線Ｃ１に垂直な平面となる部分のうち、シリンダヘッド１２側を上端部と称し、上端部に対して他端側を底部と称する。

副燃焼室３１ａの側面には、主燃焼室１８と連通する噴孔３６ａが設けられている。噴孔３６は、中心軸線Ｃ１に垂直な第１平面において、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４箇所、さらに、第１平面に対して所定間隔を空けて平行な第２平面においても、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４箇所設けられている。すなわち、第１平面上及び第２平面上において、いずれかの噴孔３６ａと中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線と、この噴孔３６ａに隣り合う噴孔３６ａと中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線のなす角度は９０°となっている。このとき、第１平面上の噴孔３６ａと第２平面上の噴孔３６ａとは、副燃焼室３１ａの側面の、中心軸線Ｃ１と平行な直線上に設けられている。すなわち、第１平面上の噴孔３６ａと第２平面上の噴孔３６ａとは、副燃焼室３１ａの周方向における位置が等しくなっている。

上述した通り、インジェクタ３４の燃料噴射方向は、副燃焼室３１ａの周方向となっている。そのため、インジェクタ３４から副燃焼室３１内へ噴射される噴射燃料４１は、副燃焼室３１ａの内周に沿って流れる。これにより、副燃焼室３１ａには、内周に沿って流れる燃料の旋回流が形成される。すなわち、副燃焼室３１ａ内には、当量比の高い第１領域４２ａが副燃焼室３１ａの上端部近傍及び内周近傍に形成され、当量比の低い第２領域４３ａが、副燃焼室３１ａの中心軸線Ｃ１近傍及び底部に形成される。そのため、当量比の高い第１領域４２ａの燃料が、噴孔３６ａを介してペネトレーション４４ａとなり、主燃焼室１８内へと噴出する。

なお、インジェクタ３４を上端部寄りに設けるものとしたが、底部寄りに設けてもよい。この場合には、当量比の高い第１領域４２ａが副燃焼室３１ａの底部近傍及び内周近傍に形成され、当量比の低い第２領域４３ａが、副燃焼室３１ａの中心軸線Ｃ１近傍及び上端部近傍に形成される。

さらに、本実施形態において、副燃焼室３１ａの底部の形状を平面としたが、その形状は平面に限られず、半球形や円錐形等としてもよい。

上記構成により、本実施形態に係る副室式内燃機関１０は、第１実施形態に係る副室式内燃機関１０が奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。

・円筒形の副燃焼室３１ａ内に燃料の旋回流を発生させた場合、燃料は副燃焼室３１ａの側方に充満し後に、副燃焼室３１ａの中心部へと移動する。そのため、噴孔３６ａが副燃焼室３１ａの底部に位置する場合には、噴射された燃料により、副燃焼室３１ａ内の空気が主燃焼室１８へと押し出され、その後、混合気が噴孔３６ａから噴出する。ゆえに、副燃焼室３１ａ内の当量比が過剰に上昇し、副燃焼室３１ａ内の燃料への点火が困難となる。本実施形態では、噴孔３６ａを副燃焼室３１ａの側面に設けているため、旋回流となった燃料は、副燃焼室３１ａの中心部へ到達する前に噴孔３６ａから噴出する。そのため、副燃焼室３１ａ内の当量比を維持しつつ、濃厚混合気を噴孔３６ａから噴出させることができる。

＜第５実施形態＞
本実施形態に係る副室式内燃機関は、全体構成は第１実施形態と共通しており、副室構成部３０が第１実施形態と異なっている。図９（ａ）は、本実施形態における副室構成部３０の縦断面図、及び、燃料を噴射した際の燃料の濃度分布を示しており、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

副室構成部３０は、円錐形、すなわち、中心軸線Ｃ１に垂直な平面における断面形状が円形の副燃焼室３１ｂと、図示しない燃料タンクから供給された燃料を送出する燃料送出装置３２と、燃料送出装置３２と燃料通路３３を介して接続される、燃料供給部として機能するインジェクタ３４と、点火装置３５とを含んで構成される。インジェクタ３４は、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上に、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４つ設けられており、インジェクタ３４の燃料噴射方向は、副燃焼室３１ｂの周方向となっている。なお、副燃焼室３１ｂについて、シリンダヘッド１２側となる円錐の底面を大径部と称し、円錐の頂部を底部と称する。

副燃焼室３１ｂの側面には、主燃焼室１８と連通する噴孔３６ｂが設けられている。噴孔３６ｂは、中心軸線Ｃ１に垂直な第１平面において、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４箇所、さらに、第１平面に対して所定間隔を空けて平行な第２平面においても、中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に４箇所設けられている。すなわち、第１平面上及び第２平面上において、いずれかの噴孔３６ｂと中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線と、この噴孔３６ｂに隣り合う噴孔３６ｂと中心軸線Ｃ１とを結ぶ直線のなす角度は９０°となっている。このとき、第１平面上の噴孔３６ｂと第２平面上の噴孔３６ｂとは、円錐形の副燃焼室３１ｂの同一母線上に設けられている。

なお、噴孔３６ｂは、第１実施形態に準ずる位置に設けられる。すなわち、副燃焼室３１ｂの大径部の半径をｒと定義すると、中心軸線Ｃ１に垂直であり且つ噴孔３６ｂを含む平面において、中心軸線Ｃ１と噴孔３６ｂとの距離は、ｒ／３よりも長いものとなっている。すなわち、噴孔３６ｂは、円錐形の副燃焼室３１ｂの母線上において、底部から、母線の長さの１／３よりも離間した位置に設けられる。

上述した通り、インジェクタ３４の燃料噴射方向は、副燃焼室３１ｂの周方向となっている。そのため、インジェクタ３４から副燃焼室３１ｂ内へ噴射される噴射燃料４１は、副燃焼室３１ｂの内周に沿って流れる。これにより、副燃焼室３１ｂには、内周に沿って流れる燃料の旋回流が形成される。すなわち、副燃焼室３１ｂ内には、当量比の高い第１領域４２ｂが副燃焼室３１ｂの大径部近傍及び内周近傍に形成され、当量比の低い第２領域４３ｂが、副燃焼室３１ｂの中心軸線Ｃ１近傍及び底部に形成される。そのため、当量比の高い第１領域４２ｂの燃料が、噴孔３６ｂを介してペネトレーション４４ｂとなり、主燃焼室１８内へと噴出する。

なお、図９は概略図であり、副燃焼室３１ｂの中心軸線Ｃ１と副燃焼室３１ｂの側面とのなす角度は図９に示したものに限られることはない。

上記構成により、本実施形態に係る副室式内燃機関１０は、第１実施形態に係る副室式内燃機関１０に準ずる効果を奏する。

＜変形例＞
・上記各実施形態は組み合わせて用いることもできる。すなわち、インジェクタ３４の燃料噴射方向を設定する際に、第２実施形態に係る燃料噴射方向と第３実施形態に係る燃料噴射方向とを共に用いるものとしてもよい。また、副燃焼室３１の形状を第４実施形態又は第５実施形態で示したものとした際に、インジェクタ３４の燃料噴射方向を第２実施形態及び／又は第３実施形態で示したものとしてもよい。

・副燃焼室３１，３１ａ，３１ｂの形状は、上記実施形態に示したものに限られない。副燃焼室３１，３１ａ，３１ｂの中心軸線Ｃ１に垂直な平面の形状が円形であれば、インジェクタ３４から供給される燃料を旋回流とすることができる。

・上記各実施形態において、噴孔３６，３６ａ，３６ｂの数、及び、インジェクタ３４の数を特定しているが、噴孔３６，３６ａ，３６ｂの数、及び、インジェクタ３４の数は、これらに限られない。

・上記各実施形態において、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上において、噴孔３６，３６ａ，３６ｂを中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に設けるものとしたが、等間隔でなくてもよい。また、中心軸線Ｃ１に垂直な平面上において、インジェクタ３４を中心軸線Ｃ１を中心とする中心角に対して等間隔に設けるものとしたが、等間隔でなくてもよい。

・上記各実施形態において、インジェクタ３４を中心軸線Ｃ１に垂直な同一平面上に設けるものとしたが、同一平面上でなくてもよい。この場合、異なる平面上のインジェクタ３４どうしは、副燃焼室３１の周方向における位置が一致していてもよいし、一致していなくてもよい。すなわち、異なる平面上のインジェクタ３４を同一平面上に射影した場合に、インジェクタ３４どうしが重なってもよいし、重ならなくてもよい。

・上記各実施形態において、インジェクタ３４と噴孔３６，３６ａ，３６ｂとを、中心軸線Ｃ１に垂直な同一平面上に設けるものとしたが、異なる平面上に設けてもよい。この場合、インジェクタ３４の位置を、中心軸線Ｃ１方向において、いずれの噴孔３６，３６ａ，３６ｂよりも上端部側となるようにしてもよいし、いずれの噴孔３６，３６ａ，３６ｂよりも底部側となるようにしてもよい。また、中心軸線Ｃ１方向において、噴孔３６，３６ａ，３６ｂと噴孔３６，３６ａ，３６ｂとの間にインジェクタ３４が位置するものとしてもよい。

１０…副室式内燃機関、１８…主燃焼室、３１…副燃焼室、３１ａ…副燃焼室、３１ｂ…副燃焼室、３４…インジェクタ、３６…噴孔、３６ａ…噴孔、３６ｂ…噴孔、Ｃ１…中心軸線。

Claims (6)

1. 主燃焼室（１８）と、前記主燃焼室と連通する噴孔（３６，３６ａ，３６ｂ）が設けられた副燃焼室（３１，３１ａ，３１ｂ）とを備える副室式内燃機関（１０）であって、
   前記副燃焼室は、その中心軸線（Ｃ１）に垂直な断面形状が円であり、
   前記噴孔は、前記円の中心から、所定距離離間した位置に設けられており、
   前記副燃焼室には、前記副燃焼室内で周方向に向けて燃料を噴射する燃料供給部（３４）が設けられており、
   前記副燃焼室は、前記断面の径が最大となる大径部を有し、
   前記燃料供給部の燃料噴射方向は、前記燃料供給部を通る前記中心軸線に垂直な平面よりも前記大径部側へ向いており、且つ、前記大径部よりも、前記燃料供給部を通る前記中心軸線に垂直な平面側に向いていることを特徴とする副室式内燃機関。
2. 前記副燃焼室の中心軸線に垂直な断面において、前記燃料供給部の燃料噴射方向を示す線分と、前記燃料噴射方向を示す線分と前記副燃焼室の内周との交点における、前記副燃焼室の内周の接線とのなす角度（θ）が、４５°よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の副室式内燃機関。
3. 前記副燃焼室（３１）は、半球形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の副室式内燃機関。
4. 前記副燃焼室（３１ｂ）は、円錐形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の副室式内燃機関。
5. 前記所定距離は、前記断面の径が最大となる大径部の半径（ｒ）の１／３よりも大きいことを特徴とする請求項３又は４に記載の副室式内燃機関。
6. 前記燃料供給部は、前記副燃焼室の中心から離間した位置に設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。