JP6895243B2 - 副室式ガスエンジン - Google Patents
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Description
主燃焼室を形成する主室形成部と、
前記主燃焼室と複数の噴孔を介して連通される副室を形成する副室形成部と、
前記副室内部の上部に設けられた着火装置であって、前記着火装置の着火部が前記主燃焼室の主室中心軸線から所定距離だけ離間された位置にある着火装置と、を備え、
平面視において、前記副室は、前記副室の副室中心軸線と前記着火部とを通る直線に対して、直交で、かつ、前記副室中心軸線を通る境界線を境として定義される、前記着火部が位置する側の着火近傍側領域、および前記着火近傍側領域と反対側の着火遠方側領域とを有しており、
前記着火遠方側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である遠方側特定噴孔における、前記副室に接続される副室側開口端部と前記副室中心軸線との距離は、前記着火近傍側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である近傍側特定噴孔の前記副室側開口端部と前記副室中心軸線との距離よりも短いこと、あるいは、
前記着火近傍側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である近傍側特定噴孔における、前記副室に接続される副室側開口端部と、前記副室中心軸線との距離は、前記着火遠方側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である遠方側特定噴孔の前記副室側開口端部と前記副室中心軸線との距離よりも短いこと、のいずれかである。
前記近傍側特定噴孔は、平面視において、前記主燃焼室に接続される主室側開口端部が前記着火部に最も近接する前記着火近傍側領域内の前記噴孔となる最近接噴孔であり、
前記遠方側特定噴孔は、平面視において、前記主室側開口端部が前記着火部から最も離れた前記着火遠方側領域内の噴孔となる最遠方噴孔である。
上記(2)の構成によれば、副室の平面視において、その主室側開口端部が着火部から最も離れた噴孔(最遠方噴孔)の副室側開口端部と副室中心軸線との距離が、その主室側開口端部が着火部に最も近接する噴孔(最近接噴孔)の副室側開口端部と副室中心軸線との距離よりも短い。これによって、着火装置による着火により生じた燃焼火炎が最遠方噴孔に到達する時期をより早く調整することができ、副室において、着火装置による着火により生じた燃焼火炎が最も早く到達する最近接噴孔と最遠方噴孔との各々における噴出開始時期を近づけることができる。したがって、複数の噴孔の各々から主燃焼室に火炎が噴出する際の噴出開始時期のばらつきの抑制を通して、主燃焼室における火炎伝播のばらつきの抑制を効率的に行うことができる。
前記遠方側特定噴孔の前記副室側開口端部と前記副室中心軸線との距離は、前記複数の噴孔の各々の前記副室側開口端部と前記副室中心軸線との距離の平均よりも短い。
上記(3)の構成によれば、遠方側特定噴孔の副室側開口端部と副室中心軸線との距離を平均よりも短くすることで、遠方側特定噴孔の副室側開口端部と副室中心軸線との距離を、近傍側特定噴孔の副室側開口端部と副室中心軸線との距離よりも短くすることができる。
前記近傍側特定噴孔の前記副室側開口端部と前記副室中心軸線との距離は、前記複数の噴孔の各々の前記副室側開口端部と前記副室中心軸線Csとの距離の平均よりも短い。
上記(4)の構成によれば、近傍側特定噴孔の副室側開口端部と副室中心軸線との距離を平均よりも短くすることで、近傍側特定噴孔の副室側開口端部と副室中心軸線との距離を、遠方側特定噴孔の副室側開口端部と副室中心軸線との距離よりも短くすることができる。
前記遠方側特定噴孔の俯角は、前記近傍側特定噴孔の俯角と同じである。
上記(5)の構成によれば、遠方側特定噴孔の俯角と近傍側特定噴孔の俯角とが同じであるため、各々の噴孔から噴出した燃焼火炎(トーチジェット)がそれぞれシリンダ壁面まで火炎伝播するまでの所要時間に与える影響を抑制しつつ、近傍側特定噴孔および遠方側特定噴孔の各々の副室側開口端部に着火装置による着火により生じた燃焼火炎がそれぞれ到達する時期の時間差を短縮することができる。
主燃焼室を形成する主室形成部と、
前記主燃焼室と複数の噴孔を介して連通される副室を形成する副室形成部と、
前記副室内部の上部に設けられた着火装置であって、前記着火装置の着火部が前記主燃焼室の主室中心軸線から所定距離だけ離間された位置にある着火装置と、を備え、
平面視において、前記副室は、前記副室の副室中心軸線と前記着火部とを通る直線に対して、直交で、かつ、前記副室中心軸線を通る境界線を境として定義される、前記着火部が位置する側の着火近傍側領域、および前記着火近傍側領域と反対側の着火遠方側領域とを有し、
前記着火遠方側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である遠方側特定噴孔の噴孔長は、前記着火近傍側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である近傍側特定噴孔の噴孔長よりも短い。
前記近傍側特定噴孔は、平面視において、前記着火部に最も近接する前記着火近傍側領域内の前記噴孔となる最近接噴孔を含み、
前記遠方側特定噴孔は、平面視において、前記着火部から最も離れた前記着火遠方側領域内の前記噴孔となる最遠方噴孔を含む。
上記(7)の構成によれば、副室の平面視において、着火部から最も離れた噴孔(最遠方噴孔)の噴孔長が、着火部に最も近接する噴孔(最近接噴孔)の噴孔長よりも短い。これによって、副室において、着火装置による着火により生じた燃焼火炎が最も早く到達する最近接噴孔および燃焼火炎が最も遅く到達する最遠方噴孔の各々から噴出する燃焼火炎(トーチジェット)の噴出開始時期や噴出強度が同等になるように調整することができ、主燃焼室におけるトーチジェットの火炎伝播のばらつきの抑制を効率的に行うことができる。
前記副室形成部において、前記遠方側特定噴孔の副室側開口端部と前記主室中心軸線との距離が、前記近傍側特定噴孔の副室側開口端部と前記主室中心軸線との距離よりも長くなるように、前記副室中心軸線と前記主室中心軸線とがずらされた状態で前記副室が形成されている。
上記(8)の構成によれば、例えば、副室形成部において主室中心軸線と副室中心軸線とがずれるように遠方側特定噴孔側に副室を偏らせて形成することで、副室形成部によって形成される副室の壁の厚さが、遠方側特定噴孔の方が近傍側特定噴孔よりも薄くなる。これによって、遠方側特定噴孔の噴孔長を近傍側特定噴孔の噴孔長よりも短く形成することができる。
主燃焼室を形成する主室形成部と、
前記主燃焼室と複数の噴孔を介して連通される副室を形成する副室形成部と、
前記副室内部の上部に設けられた着火装置であって、前記着火装置の着火部が前記主燃焼室の主室中心軸線から所定距離だけ離間された位置にある着火装置と、を備え、
平面視において、前記副室は、前記副室の副室中心軸線と前記着火部とを通る直線に対して、直交で、かつ、前記主室中心軸線を通る境界線を境として定義される、前記着火部が位置する側の着火近傍側領域、および前記着火近傍側領域と反対側の着火遠方側領域とを有し、
前記着火遠方側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である遠方側特定噴孔は、前記副室との接続位置から離れるに従って径が小さくなるような形状を有する副室側開口端部を含む。
前記遠方側特定噴孔は、平面視において、前記着火部から最も離れた前記着火遠方側領域内の前記噴孔となる最遠方噴孔である。
上記(10)の構成によれば、副室の平面視において、着火部から最も離れた噴孔(最遠方噴孔)における副室側開口端部がベルマウス形状を有する。これによって、副室において、着火装置による着火により生じた燃焼火炎が最も早く到達する最近接噴孔および燃焼火炎が最も遅く到達する最遠方噴孔の各々から噴出する燃焼火炎(トーチジェット)の噴出開始時期や噴出強度が同等になるように調整することができ、主燃焼室における火炎伝播のばらつきの抑制を効率的に行うことができる。
前記主室中心軸線と前記副室中心軸線とは一致している。
上記(11)の構成によれば、主燃焼室の主室中心軸線と副室の副室中心軸線とが一致するように副室が設けられていると共に、着火装置の着火部が主燃焼室の中心軸(主室中心軸線)から所定距離だけ離間された副室式ガスエンジンにおいて、主燃焼室における火炎伝播のばらつきの抑制を図ることができる。
前記副室は、
所定の内径を有する小径筒室であって、前記複数の噴孔が接続される小径筒室を形成する小径筒形成部と、
前記小径筒室よりも大きい内径を有した大径筒室であって、前記着火装置の着火部が位置する大径筒室を形成する大径筒形成部と、で構成されており、
前記主室中心軸線と前記小径筒室の副室中心軸線とは一致している。
上記(12)の構成によれば、主燃焼室の主室中心軸線と副室を構成する小径筒室の副室中心軸線とが一致するように副室が設けられていると共に、着火装置の着火部が主燃焼室の中心軸(主室中心軸線)から所定距離だけ離間された副室式ガスエンジンにおいて、主燃焼室における火炎伝播のばらつきの抑制を図ることができる。
前記所定距離は、前記副室の内径の最大値の10%よりも大きい。
上記(13)の構成によれば、上記で規定される所定距離だけ、着火装置の着火部が主燃焼室の中心軸(主室中心軸線)から離間された副室式ガスエンジンの主燃焼室における火炎伝播のばらつきの抑制を図ることができる。
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」、「具える」、「具備する」、「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。
詳述すると、図1〜図9に示される実施形態では、図1、図3、図5、図7に示されるように、副室式ガスエンジン1は、円筒状の筒構造を内部に有するシリンダライナ11およびこの筒構造の上部に蓋をすることが可能な窪み構造を内部に有するシリンダヘッド12とで構成されるシリンダ13と、シリンダ13内に収納され往復運動するピストン14と、シリンダヘッド12の周囲に接続された吸気ポート15及び排気ポート16と、吸気ポート15を開閉する吸気弁17と、排気ポート16を開閉する排気弁18と、副室口金19と、を備えている。そして、主燃焼室2r(主室)は、シリンダ13とピストン14との間に画定される主燃焼室2r(主室)が設けられている。また、副室3rは、主燃焼室2rの上部(ピストン14の反対側)に位置するようにシリンダヘッド12に設置された副室口金19によって形成されている。すなわち、図1〜図9に示される実施形態では、シリンダ13とピストン14とで主室形成部2が構成され、副室口金19によって副室形成部3が形成されている。また、副室式ガスエンジン1は、さらに、主燃焼室2rを介さずに副室3rに副室用燃料ガスを供給する副室ガス供給装置6を備えており、副室燃料ガス供給弁61によって副室3rへの副室用燃料ガスの供給が制御されている(図1、図3、図5、図7参照)。
また、幾つかの実施形態では、図1〜図4に示されるように、主室中心軸線Cmと副室中心軸線Csとが一致していても良いし、他の幾つかの実施形態では、主室中心軸線Cmに対して副室中心軸線Csが傾いている場合も含めて、図5〜図8に示されるように、主室中心軸線Cmと副室中心軸線Csとは一致していなくても良い。また、小径筒室31rの中心軸線と大径筒室33rの中心軸線とが、一致していなくても良い。
以下、本発明の幾つかの実施形態における複数の噴孔4の形状について、説明する。
幾つかの実施形態では、図1〜図2に示されるように、着火遠方側領域Rf内の少なくとも1つの噴孔4である遠方側特定噴孔43における、副室3rに接続される副室側開口端部41sと副室中心軸線Csとの距離rfは、着火近傍側領域Rn内の少なくとも1つの噴孔4である近傍側特定噴孔42の副室側開口端部41sと副室中心軸線Csとの距離rnよりも短い(rf<rn)。
他の幾つかの実施形態では、図3〜図4に示されるように、着火近傍側領域Rn内の少なくとも1つの噴孔4である近傍側特定噴孔42における、副室3rに接続される副室側開口端部41sと副室中心軸線Csとの距離rnは、着火遠方側領域Rf内の少なくとも1つの噴孔4である遠方側特定噴孔43の副室側開口端部41sと副室中心軸線Csとの距離rfよりも短い(rf>rn)。
図1〜図9に示される実施形態では、複数の噴孔4の各々の副室側開口端部41s、あるいは、近傍側特定噴孔42または遠方側特定噴孔43以外の噴孔4の各々の副室側開口端部41sは、それぞれ、副室形成部3(副室3r)の底部35よりも上部側において副室3rに接続されている(図1、図3、図5、図7、図9参照)。
幾つかの実施形態では、図5〜図8に示されるように、着火遠方側領域Rf内の少なくとも1つの噴孔4である遠方側特定噴孔43の噴孔長Lfは、着火近傍側領域Rn内の少なくとも1つの噴孔4である近傍側特定噴孔42の噴孔長Lnよりも短い。ここで、噴孔長Lが長いほど、燃焼火炎が噴孔4を通過するのに時間を要する。したがって、副室3rにおいて、着火装置5による着火により生じた燃焼火炎がより遅く到達する遠方側特定噴孔43の噴孔長Lfを、燃焼火炎がより早く到達する近傍側特定噴孔42の噴孔長Lnよりも短くすることにより、遠方側特定噴孔43および近傍側特定噴孔42の各々の主室側開口端部41mを介して主燃焼室2rに噴出されるトーチジェットの噴出開始時期や噴出強度が同等となるように調整することができ、主燃焼室2rにおける火炎伝播のばらつきの抑制を図ることができる。また、主燃焼室2rにおける火炎伝播のばらつきを抑制することによって、火炎の到達が遅れることによって生じるノッキングを抑制することができ、エンジンの高効率化を行うことができる。
他方、図7〜図8に示される実施形態では、実線で示される副室3r(小径筒室31r)は、平面視(図8)において、内周面37の径が破線のものよりも大きくなるように副室3rを形成している。より具体的には、図8に示されるように、最遠方噴孔43sの位置を固定しつつ、内周面37の中心(小径筒室31rの副室中心軸線Cs)を、最遠方噴孔43sの中心線Cpに沿って移動させるようにすることによって、内周面37の径が破線のものよりも大きくしている。
幾つかの実施形態では、図9に示されるように、着火遠方側領域Rn内の少なくとも1つの噴孔4である遠方側特定噴孔43は、副室3rとの接続位置から離れるに従って径が小さくなるような形状(ベルマウス形状)の副室側開口端部41sを有する。つまり、遠方側特定噴孔43の副室側開口端部41sが、着火装置5による着火により生じた燃焼火炎に対する入口圧損を低減するような形状となっている。図9に示される実施形態では、遠方側特定噴孔43の副室側開口端部41sは所定の曲率Cfを有しており、副室3rとの接続位置からこの曲率Cfに沿って径が小さくなっている。例えば、他の幾つかの実施形態では、着火近傍側領域Rn内の少なくとも1つの噴孔4である近傍側特定噴孔42にける副室側開口端部41sも、副室3rとの接続位置から曲率Cnに沿って径が小さくなっていても良い。この場合には、遠方側特定噴孔43の副室側開口端部41sの曲率Cfは、近傍側特定噴孔42の曲率Cnよりも大きい。つまり、着火装置5による着火により生じた燃焼火炎に対する入口圧損は、遠方側特定噴孔43の副室側開口端部41sでの方が、近傍側特定噴孔42の副室側開口端部41sでのものより小さくなるようになっている。これによって、着火装置5による着火により生じた燃焼火炎が遠方側特定噴孔43の副室側開口端部41sに流入する際の燃焼火炎の減速の抑制を図っている。
11 シリンダライナ
12 シリンダヘッド
13 シリンダ
13w シリンダ壁面
14 ピストン
15 吸気ポート
16 排気ポート
17 吸気弁
18 排気弁
19 副室口金
2 主室形成部
2r 主燃焼室
3 副室形成部
3r 副室
31 小径筒形成部
31r 小径筒室
33 大径筒形成部
33c 定径筒部
33d 拡径筒部
33r 大径筒室
35 底部
36 外周面
37 内周面
4 噴孔
41m 主室側開口端部
41s 副室側開口端部
42 近傍側特定噴孔
42s 最近接噴孔
43 遠方側特定噴孔
43s 最遠方噴孔
5 着火装置
51 着火部
6 副室ガス供給装置
61 副室燃料ガス供給弁
Rf 着火遠方側領域
Rn 着火近傍側領域
D 着火部と主室中心軸線との所定距離
Cm 主室中心軸線
Cp 噴孔の中心線
Cs 副室中心軸線
Ba 基準線
Br 境界線
Lf 遠方側特定噴孔の噴孔長
Ln 近傍側特定噴孔の噴孔長
df 距離(遠方側特定噴孔の副室側開口端部〜主室中心軸線)
dn 距離(近傍側特定噴孔の副室側開口端部〜主室中心軸線)
rf 距離(遠方側特定噴孔の副室側開口端部〜副室中心軸線)
rn 距離(近傍側特定噴孔の副室側開口端部〜副室中心軸線)
Cf 遠方側特定噴孔の副室側開口端部の曲率
Cn 近傍側特定噴孔の副室側開口端部の曲率
Claims (9)
- 主燃焼室を形成する主室形成部と、
前記主燃焼室と複数の噴孔を介して連通される副室を形成する副室形成部と、
前記副室内部の上部に設けられた着火装置であって、前記着火装置の着火部が前記主燃焼室の主室中心軸線から所定距離だけ離間された位置にある着火装置と、を備え、
平面視において、前記副室は、前記副室の副室中心軸線と前記着火部とを通る直線に対して、直交で、かつ、前記副室中心軸線を通る境界線を境として定義される、前記着火部が位置する側の着火近傍側領域、および前記着火近傍側領域と反対側の着火遠方側領域とを有しており、
前記着火遠方側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である遠方側特定噴孔における、前記副室に接続される副室側開口端部と前記副室中心軸線との距離は、前記着火近傍側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である近傍側特定噴孔の前記副室側開口端部と前記副室中心軸線との距離よりも短いこと、あるいは、
前記着火近傍側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である近傍側特定噴孔における、前記副室に接続される副室側開口端部と、前記副室中心軸線との距離は、前記着火遠方側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である遠方側特定噴孔の前記副室側開口端部と前記副室中心軸線との距離よりも短いこと、のいずれかであり、
前記遠方側特定噴孔の俯角は、前記近傍側特定噴孔の俯角と同じであることを特徴とする副室式ガスエンジン。 - 主燃焼室を形成する主室形成部と、
前記主燃焼室と複数の噴孔を介して連通される副室を形成する副室形成部と、
前記副室内部の上部に設けられた着火装置であって、前記着火装置の着火部が前記主燃焼室の主室中心軸線から所定距離だけ離間された位置にある着火装置と、を備え、
平面視において、前記副室は、前記副室の副室中心軸線と前記着火部とを通る直線に対して、直交で、かつ、前記副室中心軸線を通る境界線を境として定義される、前記着火部が位置する側の着火近傍側領域、および前記着火近傍側領域と反対側の着火遠方側領域とを有し、
前記着火遠方側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である遠方側特定噴孔の噴孔長は、前記着火近傍側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である近傍側特定噴孔の噴孔長よりも短く、
前記遠方側特定噴孔の俯角は、前記近傍側特定噴孔の俯角と同じであることを特徴とする副室式ガスエンジン。 - 前記近傍側特定噴孔は、平面視において、前記着火部に最も近接する前記着火近傍側領域内の前記噴孔となる最近接噴孔を含み、
前記遠方側特定噴孔は、平面視において、前記着火部から最も離れた前記着火遠方側領域内の噴孔となる最遠方噴孔を含むことを特徴とする請求項2に記載の副室式ガスエンジン。 - 主燃焼室を形成する主室形成部と、
前記主燃焼室と複数の噴孔を介して連通される副室を形成する副室形成部と、
前記副室内部の上部に設けられた着火装置であって、前記着火装置の着火部が前記主燃焼室の主室中心軸線から所定距離だけ離間された位置にある着火装置と、を備え、
平面視において、前記副室は、前記副室の副室中心軸線と前記着火部とを通る直線に対して、直交で、かつ、前記副室中心軸線を通る境界線を境として定義される、前記着火部が位置する側の着火近傍側領域、および前記着火近傍側領域と反対側の着火遠方側領域とを有し、
前記着火遠方側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である遠方側特定噴孔の噴孔長は、前記着火近傍側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である近傍側特定噴孔の噴孔長よりも短く、
前記副室形成部において、前記遠方側特定噴孔の副室側開口端部と前記主室中心軸線との距離が、前記近傍側特定噴孔の副室側開口端部と前記主室中心軸線との距離よりも長くなるように、前記副室中心軸線と前記主室中心軸線とがずらされた状態で前記副室が形成されていることを特徴とする副室式ガスエンジン。 - 主燃焼室を形成する主室形成部と、
前記主燃焼室と複数の噴孔を介して連通される副室を形成する副室形成部と、
前記副室内部の上部に設けられた着火装置であって、前記着火装置の着火部が前記主燃焼室の主室中心軸線から所定距離だけ離間された位置にある着火装置と、を備え、
平面視において、前記副室は、前記副室の副室中心軸線と前記着火部とを通る直線に対して、直交で、かつ、前記主室中心軸線を通る境界線を境として定義される、前記着火部が位置する側の着火近傍側領域、および前記着火近傍側領域と反対側の着火遠方側領域とを有し、
前記着火遠方側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である遠方側特定噴孔は、前記副室との接続位置から離れるに従って曲率Cfに沿って径が小さくなるような形状を有する副室側開口端部を含み、
前記着火近傍側領域内の少なくとも1つの前記噴孔である近傍側特定噴孔は、
前記近傍側特定噴孔の副室側開口端部から主室側開口端部に亘って径が一定に形成されるか、あるいは、
前記副室との接続位置から離れるに従って前記曲率Cfよりも小さい曲率Cnに沿って径が小さくなるような形状を有する副室側開口端部を含む
ことを特徴とする副室式ガスエンジン。 - 前記遠方側特定噴孔は、平面視において、前記着火部から最も離れた前記着火遠方側領域内の噴孔となる最遠方噴孔であることを特徴とする請求項5に記載の副室式ガスエンジン。
- 前記主室中心軸線と前記副室中心軸線とは一致していることを特徴とする請求項1〜3、5〜6のいずれか1項に記載の副室式ガスエンジン。
- 前記副室は、
所定の内径を有する小径筒室であって、前記複数の噴孔が接続される小径筒室を形成する小径筒形成部と、
前記小径筒室よりも大きい内径を有した大径筒室であって、前記着火装置の着火部が位置する大径筒室を形成する大径筒形成部と、で構成されており、
前記主室中心軸線と前記小径筒室の副室中心軸線とは一致していることを特徴とする請求項7に記載の副室式ガスエンジン。 - 前記所定距離は、前記副室の内径の最大値の10%よりも大きいことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の副室式ガスエンジン。
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