JP7159810B2 - 副室付内燃機関 - Google Patents
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Description
本発明は副室付内燃機関に関する。
金属製シリンダヘッドの内壁面とピストンの頂面間に主燃焼室が形成され、シリンダヘッドに、シリンダヘッドの内壁面から主燃焼室内に突出する薄肉副室壁により包囲された副室が形成されており、副室内と主燃焼室内とを連通する連通孔が薄肉副室壁内に形成されており、副室内に点火栓の電極が配置されており、点火栓により副室内の混合気を燃焼させたときに連通孔からジェット火炎が主燃焼室に噴出する副室付内燃機関において、薄肉副室壁を主燃焼室に面する外壁と副室に面する内壁の二層構造に形成し、外壁を内壁よりも熱伝導率の高い材料により形成した副室付内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
この副室付内燃機関では、機関高負荷時に、主燃焼室内に晒されている薄肉副室壁の先端部の温度が過度に高くなり、薄肉副室壁の先端部が熱源として主燃焼室内の混合気が自着火する危険性、即ち、主燃焼室内の混合気が早期着火する危険性があることに注目している。この場合、この副室付内燃機関では、主燃焼室内の混合気が早期着火するのを抑制するためには薄肉副室壁の先端部の熱をシリンダヘッドに逃がして薄肉副室壁の先端部の温度を低下させることが必要であるとの考えに基づき、薄肉副室壁を主燃焼室に面する外壁と副室に面する内壁の二層構造に形成すると共に、外壁を内壁よりも熱伝導率の高い材料により形成している。このように、薄肉副室壁の外壁を内壁よりも熱伝導率の高い材料により形成すると、主燃焼室内に晒されている薄肉副室壁の先端部の熱が熱伝導率の高い外壁を経てシリンダヘッドに逃げるため、主燃焼室内に晒されている薄肉副室壁の先端部の温度が低下し、その結果、主燃焼室内の混合気が早期着火するのが抑制される。
しかしながら、副室付内燃機関における混合気の早期着火は、主燃焼室および副室も含めた燃焼室全体の中で最も温度が高くなる場所が熱源となって生じる。この場合、副室内に点火栓の電極を配置した副室付内燃機関においては、主燃焼室および副室も含めた燃焼室全体の中で、副室内の点火栓の電極の温度が最も高くなり、従って、点火栓の電極周りの副室内で、混合気の早期着火が最も生じ易くなる。この場合、副室内での混合気の早期着火の発生を抑制するには、副室内のガス温を低下させることが必要であり、そのためには、薄肉副室壁の内壁の熱を外部に逃がす必要がある。しかしながら、上述の副室付内燃機関では、薄肉副室壁の内壁が外壁よりも熱伝導率の低い材料により形成されているので、薄肉副室壁の内壁から熱が逃げづらく、その結果、副室内で混合気が早期着火するという問題がある。
上記問題を解決するために、本発明によれば、金属製シリンダヘッドの内壁面とピストンの頂面間に主燃焼室が形成され、シリンダヘッドに、シリンダヘッドの内壁面から主燃焼室内に突出する薄肉副室壁により包囲された副室が形成されており、副室内と主燃焼室内とを連通する連通孔が薄肉副室壁内に形成されており、副室内に点火栓の電極が配置されており、点火栓により副室内の混合気を燃焼させたときに連通孔からジェット火炎が主燃焼室に噴出する副室付内燃機関において、薄肉副室壁全体を同一金属材料から形成し、薄肉副室壁を貫通する連通孔周りの全外周面を覆う被覆層のみを、この金属材料よりも熱伝導率の低い材料により形成した副室付内燃機関が提供される。
薄肉副室壁を貫通する連通孔周りの全外周面を、薄肉副室壁よりも熱伝導率の低い材料により形成することによって、連通孔からの強力なジェット火炎を確保しつつ、副室内において混合気が早期着火するのを抑制することができる。
図１にガソリンを燃料とする副室付内燃機関の全体図を示す。図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２上に取り付けられた金属製シリンダヘッド、４はシリンダブロック２内で往復動するピストン、５は金属製シリンダヘッド３の内壁面とピストン４の頂面間に形成された主燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は吸気ポート７内に配置された燃料噴射弁、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。
図１および図２に示されるように、シリンダヘッド３には、シリンダヘッド３の内壁面から主燃焼室５内に突出する薄肉副室壁１１により包囲された副室１２が形成されている。この薄肉副室壁１１は、例えば、ステンレス鋼のような熱伝導率の高い金属材料により形成されている。薄肉副室壁１１内には、副室１２内と主燃焼室５内とを連通する複数個の連通孔１３が形成されており、図１および図２に示される実施例では、図３に示されるように、これら連通孔１３は、副室１２内から主燃焼室５内に向けて放射状に延びている。
図２に示されるように、シリンダヘッド３内には、金属製中空スリーブ１４が螺着されており、この中空スリーブ１４内には点火栓１５の本体が螺着されている。この場合、図２に示される実施例では、点火栓１５の放電間隙１５ａが薄肉副室壁１１の環状端面１１ｃとほぼ同じ高さ位置に位置するように、点火栓１５の本体が中空スリーブ１４内に螺着されており、中空スリーブ１４内に挿入された点火栓１５の先端部と薄肉副室壁１１の内側面間に副室１２が形成される。なお、図２に示される実施例では、薄肉副室壁１１の環状端面１１ｃが、中空スリーブ１４の先端面に、溶着により結合されている。
図１に示される副室付内燃機関では、吸気弁６が開弁すると、燃料噴射弁８から噴射された燃料が吸入空気と共に主燃焼室５内に供給され、それによって主燃焼室５内には混合気が形成される。次いで圧縮行程が開始されると、主燃焼室５内の混合気が連通孔１３から副室１２内に流入する。次いで圧縮行程末期になると、点火栓１５により副室１２内の混合気が着火され、それにより副室１２の各連通孔１３から主燃焼室５内に向けてジェット火炎が噴出する。主燃焼室５内の混合気は、これらのジェット火炎により急速に燃焼せしめられる。
さて、圧縮行程が開始されて主燃焼室５内の混合気が連通孔１３から副室１２内に流入すると、この混合気は、薄肉副室壁１１の高温の内側面によって加熱される。その結果、副室１２内のガス温が高くなる。一方、副室１２内に点火栓１５の電極が配置されている副室付内燃機関では、主燃焼室５および副室１２も含めた燃焼室全体の中で、副室１２内の点火栓１５の電極の温度が最も高くなる。従って、点火栓１５の電極周りの副室１２内において、混合気の早期着火が最も生じ易くなる。
しかしながら、本発明による実施例では、薄肉副室壁１１が熱伝導率の高い金属材料により形成されており、従って、副室１２内のガス熱は、薄肉副室壁１１を通って中空スリーブ１４に逃げ、次いで、シリンダヘッド３に逃げる。その結果、副室１２内のガス温は低く抑えられ、従って、点火栓１５の電極の温度が高くなったとしても、副室１２内での混合気の早期着火の発生が抑制されることになる。
一方、薄肉副室壁１１の全体を熱伝導率の高い金属材料により形成しておくと、副室１２から噴出するジェット火炎は、各連通孔１３内を流れる際に各連通孔１３の周壁面に熱を奪われ、その結果、ジェット火炎の噴出力が低下する。ジェット火炎の噴出力が低下すると、ジェット火炎による主燃焼室５内の乱れが弱まると共に、ジェット火炎の到達距離が短くなるために、主燃焼室５内における良好な燃焼が確保できなくなる。
そこで本発明による実施例では、図２および図３において１６で示されるように、薄肉副室壁１１を貫通する連通孔１３周りの全外周面が、薄肉副室壁１１よりも熱伝導率の低い材料により形成されている。この場合、図２および図３に示される実施例では、この連通孔１３周りの全外周面上に、薄肉副室壁１１よりも熱伝導率の低い材料が、塗布、或いは溶射され、それによって、薄肉副室壁１１よりも熱伝導率の低い皮膜層１６が連通孔１３周りの全外周面上に形成される。
このように、薄肉副室壁１１を貫通する連通孔１３周りの全外周面が、薄肉副室壁１１よりも熱伝導率の低い材料により形成されていると、副室１２から噴出するジェット火炎は、連通孔１３内を流れる際に連通孔１３の周壁面からほとんど冷却作用を受けず、その結果、強力なジェット火炎が得られる。その結果、ジェット火炎により主燃焼室５内には強力な乱れが発生すると共に、ジェット火炎の到達距離が長くなるために、主燃焼室５内における良好な燃焼が確保されることになる。従って、本発明による実施例では、連通孔１３からの強力なジェット火炎を確保しつつ、副室１２内において混合気が早期着火するのを抑制することができる。
図４は別の実施例を示している。この実施例では、薄肉副室壁１１に、図２および図３に示される連通孔１３よりも径の大きい貫通孔１７が形成され、各貫通孔１７内に、薄肉副室壁１１よりも熱伝導率の低い材料により形成されている中空管１８が挿入される。これら中空管１８は、例えば、セラミックチューブから形成されており、例えば、接着剤を用いて貫通孔１７内に固着される。これら中空管１６内に夫々連通孔１３が形成される。この実施例でも、副室１２から噴出するジェット火炎は、連通孔１３内を流れる際に連通孔１３の周壁面からほとんど冷却作用を受けず、その結果、強力なジェット火炎が得られる。従って、連通孔１３からの強力なジェット火炎を確保しつつ、副室１２内において混合気が早期着火するのを抑制することができる。
３ シリンダヘッド
４ ピストン
５ 主燃焼室
１１ 薄肉副室壁
１２ 副室
１３ 連通孔
１４ 中空スリーブ
１５ 点火栓
１６ 皮膜層
１７ 貫通孔
１８ 中空管
４ ピストン
５ 主燃焼室
１１ 薄肉副室壁
１２ 副室
１３ 連通孔
１４ 中空スリーブ
１５ 点火栓
１６ 皮膜層
１７ 貫通孔
１８ 中空管
Claims (2)
- 金属製シリンダヘッドの内壁面とピストンの頂面間に主燃焼室が形成され、シリンダヘッドに、シリンダヘッドの内壁面から主燃焼室内に突出する薄肉副室壁により包囲された副室が形成されており、副室内と主燃焼室内とを連通する連通孔が薄肉副室壁内に形成されており、副室内に点火栓の電極が配置されており、点火栓により副室内の混合気を燃焼させたときに連通孔からジェット火炎が主燃焼室に噴出する副室付内燃機関において、薄肉副室壁全体を同一金属材料から形成し、薄肉副室壁を貫通する連通孔周りの全外周面を覆う被覆層のみを、該金属材料よりも熱伝導率の低い材料により形成した副室付内燃機関。
- 金属製中空スリーブの先端部に薄肉副室壁が結合されており、該中空スリーブ内に挿入された点火栓の先端部と薄肉副室壁の内側面間に副室が形成され、該中空スリーブが金属製シリンダヘッド内に挿入される請求項１に記載の副室付内燃機関。
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