WO2020196686A1 - 副室式内燃機関 - Google Patents

Abstract

副室式内燃機関は、吸気、圧縮、膨張および排気の行程を繰り返す副室式内燃機関であって、主室と、副室と、点火部と、連通路と、容積変化部とを有する。主室は、シリンダヘッドと、シリンダと、ピストンとで画定される。副室は、シリンダヘッドから出に向かって突出し、主室と隔壁によって隔てられる。点火部は、副室に設けられ、副室内の混合気に点火する。連通路は、隔壁を貫通して主室と副室とを連通する。容積変化部は、排気行程において、副室の容積を減少させる。

Description

副室式内燃機関

　本開示は、主室およびその主室に隣接して設けられる副室を備えた副室式の副室式内燃機関に関する。

　従来から、主室（主燃焼室）およびその主室に隣接して設けられる副室（副燃焼室）を備えた副室式内燃機関が提案されている（例えば、日本国特開２００４－２０４８３５号公報参照）。このような副室式内燃機関では、主室に噴射された燃料から混合気が形成される。形成された混合気は、連通路を介して副室内に供給され、副室内で点火プラグによって点火され、火炎を形成する。副室内で形成された火炎は、連通路を介して主室に噴射され、主室の混合気に着火する。このように、副室で形成された火炎を主室に噴射することは、主室の燃焼速度を高める。燃焼速度の向上は、より希薄な空燃比での運転を可能とし、燃費を向上させる。

　また、日本国特開２００４－２０４８３５号公報の副室式内燃機関は、副室と吸気ポートとを連通する掃気通路を別途有し、これにより副室内の掃気を促進している。

　しかし、日本国特開２００４－２０４８３５号公報の副室式内燃機関のような従来の副室式内燃機関は、副室周辺で発生する気流によって間接的に副室内の掃気を促進しているため、掃気の促進という観点では限界を有する。

　本開示の実施形態は、従来よりも大幅に副室の掃気を促進した副室式内燃機関に関する。

　本開示の実施形態によれば、副室式内燃機関は、吸気、圧縮、膨張および排気の行程を繰り返す副室式内燃機関であって、主室と、副室と、点火部と、連通路と、容積変化部とを有する。主室は、シリンダヘッドと、シリンダと、ピストンとで画定される。副室は、シリンダヘッドから主室に向かって突出し、主室と隔壁によって隔てられる。点火部は、副室に設けられ、副室内の混合気に点火する。連通路は、隔壁を貫通して主室と副室とを連通する。容積変化部は、排気行程において、副室の容積を減少させる。

　この副室式内燃機関は、排気行程において、副室内の容積が減少するために直接的に副室内の掃気を促進する。

　容積変化部は、副室の隔壁を副室が突出する方向の反対方向に変位させることで容積を減少させてもよい。

　容積変化部は、吸気行程において、副室内の容積を増大させてもよい。

　この副室式内燃機関は、吸気行程において、副室の容積を増大させることによって内部の圧力を下げて副室の外から内への気流を発生させることができる。これにより、主室に存在する混合気の副室への導入を促進する。

　容積変化部は、吸気、圧縮、膨張および排気の行程の進行に応じて回転し、吸気および圧縮の行程においてリフト量が最大および最小のいずれか一方となる第１回転位置へ回転し、かつ、膨張および排気の行程においてリフト量が最小および最大のいずれか他方となる第２回転位置へ回転する変位カムと、前記変位カムに従動して前記副室の突出方向に沿って最大のリフト量から最小のリフト量までの距離を往復運動する従節と、を有してもよい。そして、従節は、その往復運動を直接的または間接的に隔壁に伝達させて隔壁を変位させてもよい。

　この副室式内燃機関は、変位カムおよび従節により、隔壁を移動させる。

本開示の実施形態による副室式内燃機関の概略構成を示す模式図 図１の副室式内燃機関の副室近傍の拡大図 図１の副室式内燃機関の副室近傍の拡大図 図１の副室式内燃機関の副室の容積変化とそれにより発生する気流の様子を示す模式図 図１の副室式内燃機関の副室の容積変化とそれにより発生する気流の様子を示す模式図

（１）全体構成
　副室式内燃機関１は、図１に示すように、筒状に延びる燃焼空間１００を取り囲む構造体を有する主室１０と、燃焼空間１００に向けて筒状に延びる副室２０と、副室２０の内壁から突出する点火プラグ３０と、を備えており、吸気、圧縮、膨張および排気の行程を繰り返す。

　主室１０は、所定方向（図１の上下方向）に延びるシリンダ１１、シリンダ１１における一端（図１では上端）側を閉塞するシリンダヘッド１３、および、シリンダ１１内側をその延びる方向に沿って往復移動するピストン１５を有し、主室１０の燃焼空間１００は、シリンダ１１と、シリンダヘッド１３と、ピストン１５とで画定される。この燃焼空間１００は、吸気バルブ１１０により開閉される吸気ポート１２０、排気バルブ１３０により開閉される排気ポート１４０に接続している。これら吸気バルブ１１０および排気バルブ１３０は、後述する吸気カム２１０および排気カム２２０により駆動される。

　また、この主室１０は、燃焼空間１００内に燃料を噴射する噴射弁１５０を有し、噴射弁１５０は、シリンダ１１における吸気ポート１２０近傍に配置されている。この噴射弁１５０は、燃料を噴霧し、燃焼空間１００内に混合気を形成する。

　なお、本実施形態における主室１０はペントルーフ形状を有し、シリンダヘッド１３は、吸気ポート１２０および排気ポート１４０それぞれに向けて延びる２つの傾斜面を有する。

　副室２０は、隔壁によって主室１０と隔てられ、隔壁は、側壁２１と、端部壁２３とを有する。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、側壁２１は、シリンダヘッド１３から主室１０の燃焼空間１００に向けて筒状に延びる。端部壁２３は、側壁２１の遠位端（図１では下端）を閉鎖する。副室２０は、側壁２１と、端部壁２３とで画定される。本実施形態において、副室２０は、ペントルーフ形状の主室１０の２つの傾斜面の交線（稜線）を跨ぐ位置に設けられる。

　この副室２０は、側壁２１の近接端側の領域を内外に貫通して副室２０と主室１０とを連通する１以上（本実施形態では６箇所）の連通路２５を備える。

　さらに、この副室２０の少なくとも端部壁２３は、側壁２１の遠位端（図２Ａでは下端）側から近接端（図２では上端）側に移動可能である。本実施形態では、側壁２１および端部壁２３が、主室１０の構造体に対する側壁２１の埋設量が最小となる突出位置、および、埋設量が最大となる埋設位置の間で移動可能である。

　この側壁２１および端部壁２３の移動は、容積変化部５０により実現される。

　容積変化部５０は、副室式内燃機関１の行程（吸気、圧縮、膨張および排気）の進行に応じて回転する変位カム５１と、変位カム５１に従動して副室２０の突出方向に沿って最大のリフト量から最小のリフト量までの距離を往復運動する従節５３と、従節５３による往復運動を直接的または間接的に側壁２１に伝達する伝達部５５と、を備える。

　これらのうち、変位カム５１は、吸気カム２１０および排気カム２２０とともに、タイミングベルト２３０経由で伝達されるクランクシャフト（不図示）の回転に基づいて回転し、吸気および圧縮の行程においてリフト量が最大となる回転位置へ回転し（図２Ａ参照）、また、膨張および排気の行程においてリフト量が最小となる回転位置へ回転する（図２Ｂ参照）。

　この容積変化部５０は、吸気行程において、図２Ａに示すように、側壁２１および端部壁２３を側壁２１の遠位端側へ移動させる、すなわち副室２０の突出方向に移動させることで、副室２０の容積を大きくする。一方、容積変化部５０は、排気行程において、図２Ｂに示すように、側壁２１および端部壁２３を側壁２１の近接端側へ移動させる、すなわち副室２０の突出方向の反対方向に移動させることで、副室２０の容積を小さくする。なお、吸気行程における容積の増大は、ピストン１５が上死点に到達する前（つまり排気行程の完了の前）から開始されてもよい。

　点火プラグ３０は電極対を有し、電極対は、副室２０の近接端（図２Ａでは上端）側の内壁から突出ている。点火プラグ３０は、この電極対をなす各電極３１、３３間への通電により副室２０内の混合気に着火する。本実施形態において、各電極３１、３３が副室２０における円筒の軸線と重なっているが、この軸線から離れていてもよい。

　このように構成された副室式内燃機関１において、副室２０の容積は、主室１０の容積よりも小さく、点火プラグ３０によって点火された混合気の火炎が、副室２０内に素早く伝播する。副室２０は、副室２０で発生した火炎を、連通路を介して主室１０に噴射する。主室１０内に噴射された火炎は、主室１０の混合気に着火して燃焼させる。こうして、主室１０および副室２０が一体的な燃焼室を形成する。

（２）作用効果
　上記実施形態における副室式内燃機関１は、排気行程において、副室２０の端部壁２３を側壁２１の近接端側に移動させて（図３Ａの矢印ａ参照）、移動後の副室２０の容積を移動前の副室２０の容積よりも小さくする。副室２０の容積の縮小は、副室２０内の圧力を高めて内外方向の気流を発生させ、直接的に副室２０内の掃気を促進する（図３Ａの矢印ｂ参照）。このような直接的な掃気の促進は、副室２０周辺で発生する気流により間接的な掃気の促進と比べ、大幅に掃気を促進する。

　また、上記副室式内燃機関１は、副室２０そのものを突出位置から埋設位置へと移動させ、副室２０を主室１０の構造体に埋設された状態とすることで、その移動前後で副室２０の容積を小さくして副室２０内の圧力を高める。

　また、上記副室式内燃機関１は、吸気行程において、副室２０の端部壁２３を側壁２１とともに側壁２１の遠位端側に移動させ（図３Ｂの矢印ｃ参照）、副室２０の容積を大きくしておくことにより、副室２０内の圧力を下げて副室２０外内への気流を発生させる（図３Ｂの矢印ｄ参照）。これは、主室１０に存在する混合気の副室２０への導入を促進する。

　また、上記副室式内燃機関１は、副室２０そのものを埋設位置から突出位置へと移動させ、副室２０を主室１０の構造体から突出した状態とすることで、その移動前後で副室２０の容積を大きくして副室２０内の圧力を下げる。

　また、上記副室式内燃機関１は、変位カム５１および従節５３により、側壁２１および端部壁２３を移動させる。

（３）他の実施形態
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた各構成は必要に応じて任意に組合せ可能である。

　例えば、上記実施形態は、端部壁２３を側壁２１の近接端側へ移動させることにより副室２０内の圧力を上昇させるが、副室２０内の圧力を上昇させることができれば、副室２０内の圧力を上昇させる具体的な構成は特に限定されない。

　また、上記実施形態は、端部壁２３を側壁２１とともに移動させる、つまり副室２０自体を移動させることで、端部壁２３と主室１０の構造体との間の空間を狭めるまたは拡げる。しかし、端部壁２３が側壁２１の近接端側へ移動すればよく、端部壁２３のみが側壁２１の近接端側へ移動してもよい。

　また、上記実施形態では、容積変化部５０が変位カム５１および従節５３を有するが、これ以外の構成要素により容積変化部５０が構成されてもよい。

　本開示の実施形態によれば、副室式内燃機関（１）は、
　吸気、圧縮、膨張および排気の行程を繰り返す副室式内燃機関であって、
　シリンダヘッド（１３）と、シリンダ（１１）と、ピストン（１５）と、で画定される主室（１０）と、
　前記シリンダヘッド（１３）から前記主室（１０）に向かって突出し、前記主室（１０）と隔壁（２１，２３）によって隔てられた副室（２０）と、
　前記副室（２０）内に設けられた、副室（２０）内の混合気に点火する点火部（３０）と、
　前記隔壁（２１）を貫通して前記副室（２０）と前記主室（１０）とを連通する連通路（２５）と、
　排気行程において、前記副室（２０）の容積を減少させる容積変化部（５０）と、を備える。

　前記容積変化部（５０）は、前記副室（２０）の隔壁（２１，２３）を前記副室（２０）が突出する方向の反対方向に変位させることで前記容積を減少させてもよい。

　前記容積変化部（５０）は、吸気行程において、前記副室（２０）内の容積を増大させてもよい。

　前記容積変化部（５０）は、前記副室（２０）の隔壁（２１，２３）を前記副室（２０）が突出する方向に変位させることで前記容積を増大させてもよい。

　前記容積変化部（５０）は、吸気、圧縮、膨張および排気の行程の進行に応じて回転し、吸気および圧縮の行程においてリフト量が最大および最小のいずれか一方となる第１回転位置へ回転し、かつ、膨張および排気の行程においてリフト量が最大および最小のいずれか他方となる第２回転位置へ回転する変位カム（５１）と、前記変位カム（５１）に従動して前記副室（２０）の突出方向に沿って最大のリフト量から最小のリフト量までの距離を往復運動する従節（５３）と、を有してもよい。そして、前記従節（５３）は、その往復運動を直接的または間接的に前記隔壁（２１，２３）に伝達させて前記隔壁を変位させてもよい。

　本出願は、２０１９年３月２７日出願の日本特許出願特願２０１９－０６１１３１に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１…副室式内燃機関
１０…主室
１１…シリンダ
１３…シリンダヘッド
１５…ピストン
２０…副室
２１…側壁
２３…端部壁
２５…連通路
３０…点火プラグ
３１…電極
３３…電極
５０…容積変化部
５１…変位カム
５３…従節
５５…伝達部
１００…燃焼空間
１１０…吸気バルブ
１２０…吸気ポート
１３０…排気バルブ
１４０…排気ポート
１５０…噴射弁
２１０…吸気カム
２２０…排気カム
２３０…タイミングベルト

Claims (5)

1. 　吸気、圧縮、膨張および排気の行程を繰り返す副室式内燃機関であって、
   　シリンダヘッドと、シリンダと、ピストンと、で画定される主室と、
   　前記シリンダヘッドから前記主室に向かって突出し、前記主室と隔壁によって隔てられた副室と、
   　前記副室内に設けられた、副室内の混合気に点火する点火部と、
   　前記隔壁を貫通して前記副室と前記主室とを連通する連通路と、
   　排気行程において、前記副室の容積を減少させる容積変化部と、を備える、
   　副室式内燃機関。
2. 　前記容積変化部は、前記副室の隔壁を前記副室が突出する方向の反対方向に変位させることで前記容積を減少させる、
   　請求項１に記載の副室式内燃機関。
3. 　前記容積変化部は、吸気行程において、前記副室内の容積を増大させる、
   　請求項１または２に記載の副室式内燃機関。
4. 　前記容積変化部は、前記副室の隔壁を前記副室が突出する方向に変位させることで前記容積を増大させる、
   　請求項３に記載の副室式内燃機関。
5. 　前記容積変化部は、
   　吸気、圧縮、膨張および排気の行程の進行に応じて回転し、吸気および圧縮の行程においてリフト量が最大および最小のいずれか一方となる第１回転位置へ回転し、かつ、膨張および排気の行程においてリフト量が最大および最小のいずれか他方となる第２回転位置へ回転する変位カムと、
   　前記変位カムに従動して前記副室の突出方向に沿って最大のリフト量から最小のリフト量までの距離を往復運動する従節と、を有し、
   　前記従節は、その往復運動を直接的または間接的に前記隔壁に伝達させて前記隔壁を変位させる、
   　請求項１から４のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。

Images