WO2021161552A1 - 副室式エンジン - Google Patents

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WO2021161552A1
WO2021161552A1 PCT/JP2020/025899 JP2020025899W WO2021161552A1 WO 2021161552 A1 WO2021161552 A1 WO 2021161552A1 JP 2020025899 W JP2020025899 W JP 2020025899W WO 2021161552 A1 WO2021161552 A1 WO 2021161552A1
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WO
WIPO (PCT)
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chamber
sub
fuel
partition wall
recess
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/025899
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
山田　敏之
田中　大
貴之 城田
欣也 井上
一成 野中
Original Assignee
三菱自動車工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱自動車工業株式会社 filed Critical 三菱自動車工業株式会社
Priority to JP2022500214A priority Critical patent/JP7226638B2/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/12—Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/16—Chamber shapes or constructions not specific to sub-groups F02B19/02 - F02B19/10
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a sub-chamber engine provided with a system for igniting the air-fuel mixture in the main chamber by ejecting a flame formed by igniting the air-fuel mixture in the sub-chamber into the main chamber.
  • an auxiliary combustion chamber (also referred to as a sub chamber) separated from the main combustion chamber (also referred to as a main chamber) by a partition is provided, and a communication passage connecting these main chamber and the sub chamber to each other is formed in the partition.
  • a system also called a jet ignition system
  • ignites the air-fuel mixture in the sub-chamber so that the flame formed in the sub-chamber at this time is ejected into the main room through the communication passage to ignite the air-fuel mixture in the main room.
  • a sub-chamber engine is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the fuel supply form of the jet ignition system as described above includes a passive system in which fuel is supplied to the sub-chamber via the main chamber and an active system in which fuel is directly supplied to the sub-chamber.
  • FIG. 7 the configuration shown in FIG. 7 was considered as a sub-chamber engine equipped with a passive jet ignition system. That is, as shown in FIG. 7, a partition wall 123 for partitioning the sub chamber 122 is arranged inside in the region including the bore central axis of the upper portion of the main chamber 121 (ceiling wall portion on the cylinder head 103 side), and the main chamber is provided.
  • the injector 117 is arranged on the side wall portion 111a of 121.
  • a plurality of communication passages 124 communicating the main chamber 121 and the sub chamber 122 are formed in the partition wall 123, and one of the communication passages 124 is used as a fuel supply passage 124a.
  • the injector 117 is arranged so that the fuel injection direction is toward the fuel supply path 124a.
  • the sub-chamber engine of the present invention includes a main chamber, a sub-chamber partitioned from the main chamber by a partition wall provided on a cylinder head, and a plurality of stations provided on the partition wall and communicating the main chamber and the sub-chamber.
  • the passage, the fuel injection valve provided on the wall of the main chamber and injecting fuel into the main chamber, and the fuel injected from the fuel injection valve which is a part of the plurality of passages are described.
  • a fuel inflow communication passage to be introduced into the sub-chamber is provided, and a flame formed in the sub-chamber due to ignition of the air-fuel mixture in the sub-chamber is ejected into the main room through the communication passage to inject the flame into the main room.
  • a sub-chamber engine that ignites an air-fuel mixture
  • the partition wall has a partition wall outer surface that is a surface on the main chamber side and a partition wall inner surface that is a surface on the sub-chamber side, and the fuel inflow on the partition wall outer surface.
  • a recess having a receiving surface on which the direct injection fuel from the fuel injection valve collides is formed around the opening of the communication passage, and the intersection of the axial core line of the fuel inflow communication passage and the inner surface of the partition wall is the fuel. It is characterized in that it is on the cylinder head side of the intersection of the axis of the direct-injected fuel from the injection valve and the surface of the inner surface of the partition wall facing the fuel injection valve.
  • the fuel inflow passage is inclined from the opening toward the sub-chamber toward the cylinder head side as it approaches the axis of the sub-chamber.
  • the recess is formed in a shape that gradually reduces in diameter in the direction from the outside to the inside of the sub chamber.
  • the opening is preferably arranged at a position deviated from the center of the receiving surface. In this case, the recess extends in the first direction along the axial direction of the sub chamber, and in the first direction, the distance of one end side portion from one end of the recess to the communication passage and the distance of the recess.
  • the distance of the other end side portion from the other end to the communication passage is set to a different size, and in the first direction, the one end side portion and the other end side portion are formed in a curved surface shape having different curvatures. It is preferable that it is.
  • the recess extends in a first direction along the axial direction of the sub chamber and a second direction perpendicular to the first direction, and a step in which the fuel injected from the fuel injection valve reaches the recess. It is preferable that the maximum spread width of the fuel in the second direction is set to be smaller than the outer width of the sub chamber in the second direction.
  • the fuel injected into the main chamber collides with the receiving surface of the recess on the outer surface of the sub chamber, so that fuel splitting and vaporization can be promoted, and the fuel from the fuel inflow passage to the sub chamber through the recess can be promoted.
  • the introduction can be promoted.
  • the intersection of the axis of the fuel inflow passage and the inner surface of the sub chamber is closer to the cylinder head than the intersection of the axis of the direct injection fuel and the inner surface of the sub chamber. It becomes easier to introduce fuel near the cylinder head in the sub-chamber.
  • FIG. 1A to 1C are views showing the configuration of a combustion chamber of one cylinder of the sub-chamber engine according to the embodiment
  • FIG. 1A is a vertical sectional view thereof
  • FIG. 1B is a top view thereof
  • FIG. 1C is a partition wall thereof. Is an enlarged vertical cross-sectional view.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the sub-chamber of the sub-chamber engine shown in FIG. 3A and 3B are perspective views showing the shape of a modified example of the recess of the sub-chamber of the sub-chamber engine shown in FIGS. 1A to 1C.
  • FIG. 3A shows the first modified example
  • FIG. 3B shows the second modified example. A modified example is shown.
  • FIGS. 4A to 4C are views showing the shape of a third modification of the recess of the sub chamber of the sub chamber engine shown in FIGS. 1A to 1C
  • FIG. 4A is a vertical cross-sectional view of the combustion chamber
  • FIG. 4B is a vertical sectional view of the combustion chamber.
  • a vertical cross-sectional view of the recess [enlarged view of the main part of FIG. 4A] and FIG. 4C are front views of the recess. It is a cross-sectional view which shows the relationship between the sub chamber of the sub chamber type engine shown in FIGS. 1A to 1C, the concave portion thereof, and a fuel injection range.
  • FIGS. 6A to 6C are vertical cross-sectional views of the combustion chamber showing the fuel injection modes of the sub-chamber engine shown in FIGS. 1A to 1C in the order of strokes shown in FIGS. 6A to 6C.
  • FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of the combustion chamber for explaining the problem of this case.
  • the sub-chamber engine (internal combustion engine, including a gasoline engine and a diesel engine; hereinafter, also simply referred to as “engine”) 1 is a multi-cylinder engine, and each cylinder is shown in FIG. 1A.
  • the exhaust valve 16 provided in the 15 and the exhaust port 14 is provided.
  • two intake ports 13 (15 intake valves) and two exhaust ports 14 (exhaust valves 16) are provided, but the number of intake ports (number of intake valves).
  • the number of exhaust ports (the number of exhaust valves) are not limited to this.
  • the combustion chamber 20 is partitioned by the inner wall of the cylinder 11, the top surface 12a of the piston 12, and the cylinder head 3.
  • An intake port 13 opened and closed by an intake valve 15 and an exhaust port 14 opened and closed by an exhaust valve 16 are connected to the combustion chamber 20 so as to communicate with each other.
  • the top of the combustion chamber 20 is formed in a pent roof shape having an intake slope provided with the intake valve 15 and an exhaust slope provided with the exhaust valve 16.
  • a fuel injection valve 17 is provided on the peripheral wall 11a at the top of the cylinder 11 (upper part in FIG. 1A). It is configured as a direct injection engine). In the present embodiment, only the fuel injection valve 17 that injects fuel directly into the cylinder 11 is provided, but in addition to this, a fuel injection valve for port injection that injects fuel into the intake port 13 may be added. ..
  • the engine according to the present embodiment is a spark-ignition engine, and is located near the bore central axis or the bore central axis at the top (here, the top of the pent roof shape) 20a of the combustion chamber 20 which is a part of the cylinder head 3.
  • the combustion chamber 20 is equipped with a spark plug 18 by exposing the spark discharge unit 18a.
  • the engine according to this case shall also include a compression ignition engine not provided with a spark plug 16.
  • ignition When the air-fuel mixture is ignited by the spark plug 18, it is usually referred to as “igniting”, but here, it is referred to as “igniting” or “igniting” in the sense of including compression ignition.
  • the top 20a of the combustion chamber 20 is provided with a partition wall 23 that divides the internal space of the combustion chamber 20 into a main chamber (main combustion chamber) 21 and a sub chamber (sub combustion chamber) 22.
  • the partition 23 is arranged so as to cover the space where the spark discharge portion 18a of the spark plug 18 is exposed, and the internal space (the space including the spark discharge portion 18a) covered by the partition 23 in the combustion chamber 20 is the sub chamber 22.
  • the external space of the partition wall 23 in the combustion chamber 20 is the main chamber 21.
  • the partition wall 23 is formed with a plurality of (seven in this embodiment) communication passages (also referred to as “nozzles”) 24 that communicate the main chamber 21 and the sub chamber 22.
  • the plurality of communication passages 24 are a part (here, one) of the plurality of communication passages 24 is a fuel inflow communication passage for introducing the fuel injected into the main chamber 21 from the fuel injection valve 17 into the sub chamber 22. Functions as 24a.
  • the fuel injection valve 17 includes an injection port for supplying fuel into the sub chamber 22.
  • the ignition plug 18 is used to ignite the air-fuel mixture containing the fuel introduced through the fuel inflow passage 24a at a predetermined timing, and a plurality of flames formed in the sub chamber 22 by this ignition are generated.
  • a jet is ejected into the main chamber 21 through the communication passage 24 of the main chamber 21 to ignite the air-fuel mixture in the main chamber 21 and promote combustion.
  • Such an ignition system also called a jet ignition system, is effective in igniting a dilute mixture and promoting combustion, and can be applied to lean burn in the main chamber 21 or a large amount of EGR, thereby improving fuel efficiency. Become.
  • a concave curved surface 30CF curved along a direction (first direction) D1 along the direction and a direction (second direction) D2 perpendicular to the first direction D1, and a fuel injection valve formed in the concave curved surface 30CF.
  • a recess 30 having a receiving surface 30F on which the direct injection fuel from 17 collides is formed.
  • the wall surface (inner wall surface) of the recess 30 of the present embodiment includes the concave curved surface 30CF, and the diameter is gradually reduced from the outside to the inside of the sub chamber 22 to form a mortar shape formed by a smooth curved surface.
  • the shape of the recess 30 is not limited to this.
  • the opening 24b is arranged at or near the bottom of the mortar-shaped recess 30.
  • the shaft core line FL2 of the fuel inflow communication passage 24a (that is, the flow path center line of the fuel inflow communication passage 24a) FL2 is different from the shaft core line FL1 of the direct injection fuel from the fuel injection valve 17, and is a secondary of the partition wall 23.
  • the intersection P1 with the surface (inner surface of the partition wall) 23b on the chamber 22 side is closer to the cylinder head 3 than the intersection P2 between the axial core line FL1 of the direct injection fuel and the surface of the inner surface 23b of the partition wall facing the fuel injection valve 17. Is formed in.
  • the direct injection fuel directly enters the sub chamber 22 through the fuel inflow communication passage 24a. Since the fuel enters, the fuel enters the sub-chamber 22 in a state of insufficient splitting and vaporization, which is disadvantageous for subsequent mixing with air in the sub-chamber 22. However, if the axis FL2 of the fuel inflow communication passage 24a and the axis FL1 of the direct injection fuel from the fuel injection valve 17 do not match, the direct injection fuel directly passes through the fuel inflow communication passage 24a to the sub chamber 22.
  • the fuel enters the sub-chamber 22 in a state of being split or vaporized to some extent, and contributes to the subsequent mixing with air in the sub-chamber 22.
  • the axis FL2 is not parallel to the axis FL1 (that is, the angles are different), but even if the axis FL2 and the axis FL1 are parallel, the fuel inflow communication passage 24a
  • the intersection P1 between the shaft core line FL2 and the inner surface 23b of the partition wall is formed so as to be closer to the cylinder head 3 than the intersection point P2 between the axis core line FL1 of the direct injection fuel and the surface of the inner surface 23b of the partition wall facing the fuel injection valve 17. It suffices if it is done.
  • the upper part of the partition wall 23 [the upper part in FIG. 1C (that is, the spark plug side)] is formed in a cylindrical shape
  • the lower part of the partition wall 23 [the lower part in FIG. 1C (that is, the piston 12 side)] is formed in a substantially hemispherical shape. It is formed.
  • the partition wall 23 is formed in a rotating body shape centered on the position of the spark discharge portion 18a of the spark plug 18 (that is, the position near the bore central axis or the bore central axis), except for a part.
  • the shape of the partition wall 23 is not limited to this.
  • the upper portion preferably has a cylindrical shape centered on the spark discharge portion 18a of the spark plug 18, but the lower portion may be continuous with the cylindrical shape of the upper portion, and the diameter may be reduced as it goes downward to gradually reduce the cross-sectional area. ..
  • the recess 30 is formed on a slope portion deviated from the auxiliary chamber central axis CL in the substantially hemispherical portion below the partition wall 23. Therefore, the lower portion of the partition wall 23 is formed in a substantially hemispherical shape except for the portion where the recess 30 is formed.
  • a recess 30 is formed in a part of the lower portion of the partition wall 23 while maintaining a substantially uniform thickness, the recess 30 is formed on the outer surface 23a of the partition wall, and the recess 30 is formed on the inner surface 23b of the partition wall.
  • a convex portion 31 corresponding to the above is formed.
  • the recess 30 may have a shape in which the outer surface (outer surface of the partition wall) 23a of the sub chamber 22 is cut out.
  • the recess 30 is formed on the outer surface 23a of the partition wall while maintaining a substantially hemispherical shape on the inner surface of the partition wall 23. You may. In this case, the thickness of the portion where the recess 30 is formed decreases.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view (a part of a cross section cut along a plane orthogonal to the central axis CL of the sub chamber) at the portion where the recess 30 of the sub chamber 22 is formed, and the recess 30 is shown upward in the drawing for convenience.
  • Fuel is injected from the upper part of the figure.
  • the shape of the inner wall surface of the recess 30 is gradually reduced in diameter in the direction from the outside to the inside of the sub chamber 22.
  • the depth toward the sub-chamber central axis CL gradually becomes shallower from the center CL1 in the cross section of the recess 30 toward the outside.
  • the concave portion 30 is oriented along the direction of the sub-chamber central axis CL with respect to the face center (geometric center in the front view) GL [see FIG. 1C] in the front view.
  • Both the direction (first direction) D1 and the direction perpendicular to the first direction D1 (second direction) D2 (the direction orthogonal to the sub-chamber central axis CL) are formed in a symmetrical or substantially symmetrical curved shape. ..
  • the shape of the wall surface of the recess 30 is not limited to this, and at least the diameter of the sub chamber 22 may be gradually reduced from the outside to the inside.
  • a funnel using a conical surface such as a conical surface. It may be in the shape of a (funnel). That is, it may be formed by using a conical surface like the concave portion 30A shown as a modified example in FIG. 3A, or may be formed by using a pyramidal surface like the concave portion 30B shown as a modified example in FIG. 3B.
  • the example shown in FIG. 3C uses a quadrangular pyramid surface, but other pyramid surfaces can also be applied.
  • a shape including a concave curved surface 30CF curved along the first direction D1 is more preferable.
  • the wide side B of the conical surface (corresponding to the opening of the concave portion 30) and the narrow side T of the conical surface (corresponding to the bottom surface portion of the concave portion 30) are It is not limited to a circle or a regular polygon, but may be an ellipse or other polygon. Further, as shown in the recesses 30A and 30B shown in FIGS. 3A and 3B, the lines connecting the center of the wide side B of the conical surface and the center of the narrow side T (L1 and L2 in FIGS. 3A and 3B) are formed.
  • the inner surface shape of the frustum inclined with respect to the bottom surface B and the top surface T of the frustum may be applied.
  • the recesses 30A and 30B are shown obliquely downward in correspondence with FIGS. 1A and 1B.
  • the opening 24b of the fuel inflow passage 24a is arranged at the deepest part (bottom) of the recesses 30A and 30B, but the arrangement of the opening 24b is limited to this. No. Further, the number of openings 24b (the number of fuel inflow communication passages 24a) is not limited to one. A plurality (here, two) openings 24b may be provided as in the recess 30B shown in FIG. 3B. In this case, the direction in which the openings 24b are lined up may be either the first direction D1 or the second direction D2.
  • a receiving surface 30F is formed at the center of the fuel injection range from the fuel injection valve 17, and in the present embodiment, the opening 24b is in the first direction along the axial direction of the sub chamber 22, as shown in FIG. 1C. In D1, it is arranged at a position deviated from the center of the fuel injection range from the fuel injection valve 17. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the opening 24b is located at a position substantially along the center of the fuel injection range from the fuel injection valve 17 in the second direction D2 perpendicular to the first direction D1. Have been placed. As a result, the fuel injected from the fuel injection valve 17 does not directly enter the opening 24b, but is once received by the receiving surface 30F and then enters the opening 24b.
  • the opening 24b is arranged at a position deviated from the center view center GL of the front view.
  • the center of the fuel injection range is slightly shifted downward in FIG. 1C (that is, the piston 12 side) with respect to the front view center GL of the recess 30, and the opening 24b is the front surface of the recess 30. It is slightly shifted upward in FIG. 1C (that is, the cylinder head 3 side) with respect to the visual center GL.
  • the direction in which the opening 24b deviates from the center of the fuel injection range is not limited to this.
  • the openings 24b may be arranged around the center of the fuel injection range so as to surround the center of the fuel injection range.
  • the axis FL2 of the fuel inflow passage 24a is indicated by a chain line, and the axis of the fuel inflow passage 24a is the central axis of the sub chamber 22 in the sub chamber 22 from the opening 24b toward the inside of the sub chamber 22.
  • CL the axis of the fuel inflow passage 24a
  • the fuel inflow direction in the fuel inflow passage 24a is a direction approaching the spark discharge portion 18a of the upper spark plug 18 in the sub chamber 22.
  • the recess 30 extends in the first direction D1 along the axial direction of the sub chamber 22 and in the second direction D2 perpendicular to the first direction D1, but the recess 30 is shown as a modification in FIGS. 4A to 4C.
  • the distance (wall length) d2 between d1 and the portion (other end side portion) P2 from the other end of the recess 30 [the upper end in FIGS. 4A to 4C] to the fuel inflow communication passage 24a is different.
  • the one end side portion P1 and the other end side portion P2 may be formed in a curved shape having different curvatures.
  • the opening 24b of the fuel inflow passage 24a is arranged at a position shifted upward (that is, the cylinder head 3 side) from the front view center GL of the recess 30.
  • NS that is, of the distances from the opening 24b to various parts of the peripheral edge of the recess 30, the distance d1 of the one-sided portion P1 having the receiving surface 30F from the opening 24b to one end of the recess 30 is the maximum from the opening 24b.
  • the distance d2 of the other end side portion P2 to the other end of the recess 30 is set to the minimum.
  • the center of the fuel injection range into the recess 30 is set at a position deviated downward (that is, the piston 12 side) from the front view center GL of the recess 30.
  • the curved surface forming the concave portion 30 has a larger curvature 1 / R2 of the other end side portion P2 than the curvature 1 / R1 of the one end side portion P1 having the receiving surface 30F (more). That is, the radius of curvature R2 of the other end side portion P2 is smaller than the radius of curvature R1 of the one end side portion P1).
  • the curvature of the one end side portion P1 and the curvature of the other end side portion P2 may be uniform, but the curvature may change partially or entirely, for example, from one end to the other end of the recess 30. It may be formed so that the curvature gradually increases (the radius of curvature decreases).
  • the fuel injected from the fuel injection valve 17 gradually diffuses at a predetermined angle ⁇ , but at the stage when the fuel injected from the fuel injection valve 17 reaches the recess 30, the fuel is the first.
  • the spread width (maximum spread width) W1 in the two directions D2 is set smaller than the outer width W2 of the sub chamber 22 in the second direction D2 (that is, W2> W1).
  • Fuel injection and combustion fuel is injected from the fuel injection valve 17 into the main chamber 21 at the beginning of the intake stroke [see FIG. 6A], and at the end of the subsequent compression stroke, the fuel injection valve 17 enters the sub chamber 22 via the main chamber 21.
  • Fuel is injected into (see FIG. 6B).
  • port injection port injection is adopted, port injection is performed in the exhaust stroke or the intake stroke, and fuel is supplied to the main chamber 21 together with the intake air in the intake stroke.
  • the air-fuel mixture formed in the sub chamber 22 is ignited at the end of the compression stroke, and the flame formed in the sub chamber 22 due to this ignition is jet-sprayed into the main chamber 21 via the plurality of communication passages 24.
  • the air-fuel mixture in the main chamber 21 is ignited and burned [see FIG. 6C].
  • the injected fuel when fuel is injected from the fuel injection valve 17 into the sub-chamber 22 via the main chamber 21 at the end of the compression stroke, the injected fuel is injected into the opening 24b. It does not enter directly, or is suppressed from entering directly, and collides with the receiving surface 30F in the concave curved surface 30CF of the recess 30 and is received. Therefore, the direct-injection fuel is promoted to split and vaporize while staying in the recess 30 and its vicinity, and then is introduced into the sub-chamber 22 from the opening 24b via the fuel inflow communication passage 24a. The splitting and vaporization of the fuel in the recess 30 contributes to the subsequent promotion of mixing with air in the sub chamber 22. Further, if the fuel directly enters the opening 24b, the fuel may be sufficiently split or vaporized, which is also avoided.
  • intersection P1 between the axis FL2 of the fuel inflow communication passage 24a and the inner surface 23b of the partition wall is a cylinder rather than the intersection P2 between the axis FL1 of the direct injection fuel and the surface of the inner surface 23b of the partition wall facing the fuel injection valve 17. Since it is formed so as to be on the head 3 side, it becomes easier to introduce fuel closer to the cylinder head 3 in the sub-chamber 22. That is, it becomes easy to form a fuel-rich air-fuel mixture in the vicinity of the spark discharge portion 18a in the upper part of the sub chamber 22. Therefore, the ignition by the spark plug 18 and the flame formed in the sub chamber 22 thereafter are strengthened.
  • the concave curved surface 30CF is the axis of the sub chamber 22. Since it is curved along the first direction D1 along the direction, that is, along the axial direction of the cylinder (direction of the bore central axis), the receiving surface is utilized by utilizing the fluidity of the gas in the cylinder in the cylinder axial direction.
  • the direct injection fuel that has collided with the 30F can be guided from the opening 24b to the fuel inflow communication passage 24a along the concave curved surface 30CF.
  • the receiving surface 30F is increased.
  • the curvature of the end side portion P1 is set to be small, the direct-injection fuel is more promoted to split and vaporize while staying in and near the recess 30, and then in the sub chamber 22. Contributes to promoting mixing with air.
  • the direct-injection fuel is caught in the recess 30 and proceeds from the opening 24b to the fuel inflow passage 24a. Therefore, as shown in FIG. 7, a part of the fuel injected from the injector 17 is in the sub chamber 22. It is suppressed that the partition wall 23 (the wall portion of the sub chamber 12) passes along the outer surface without entering the inside, and that it reaches the opposite side of the injector 17 and forms a rich air-fuel mixture is avoided or suppressed. .. Therefore, it is possible to avoid or suppress the generation of a large amount of NOx due to the rich air-fuel mixture.
  • the opening 24b of the fuel inflow passage 24a is arranged at the bottom of the recess 30 or near the bottom, the fuel that collides with the receiving surface 30F and is promoted to split or vaporize is placed on the inner wall surface of the recess 30. Along with this, the fuel smoothly flows into the sub chamber 22 from the opening 24b through the fuel inflow passage 24a.
  • the fuel inflow communication passage 24a Since the fuel inflow communication passage 24a is inclined in a direction approaching the spark discharge portion 18a of the spark plug 18, the fuel passing through the fuel inflow communication passage 24a goes toward the spark discharge portion 18a in the upper part of the sub chamber 22 and is directed to the spark discharge portion 18a. A rich fuel mixture is concentrated in the vicinity of 18a. Therefore, the ignition by the spark plug 18 and the flame formed in the sub chamber 22 after that can be strengthened, and a strong jet is ejected into the main chamber 21 through the plurality of communication passages 24 to mix in the main chamber 21. It can ignite the qi and promote combustion.
  • the fuel injected from the fuel injection valve 17 gradually diffuses at a predetermined angle ⁇ , but the fuel injected from the fuel injection valve 17 reaches the recess 30.
  • the spread width W1 in the second direction D2 is set smaller than the outer width W2 of the sub chamber 22 in the second direction D2, and the fuel after the collision passes through the outside of the sub chamber 22 to the exhaust side. It can be suppressed and contributes to the effect of reducing NOx emissions.
  • the configuration of the sub-chamber engine described above is an example.
  • the arrangement of the sub chamber 22, that is, the partition wall 23 for partitioning the sub chamber 22, is not necessarily limited to the vicinity of the bore central axis CL or the bore central axis CL of the top 20a of the combustion chamber 20, and the top 20a of the combustion chamber 20 is not necessarily limited.
  • the fuel injection valve 17 may be provided with an injection port for supplying fuel into the main chamber 21 in addition to an injection port for supplying fuel into the sub chamber 22.
  • only one fuel inflow communication passage 24a is provided, but a plurality of fuel inflow communication passages 24a may be provided in the recess 30.
  • the concave portion 30 has a mortar shape formed of a smooth curved surface or a funnel shape using a conical surface, but the shape of the concave portion 30 is not limited to this.
  • the opening 24b is arranged at the bottom of the recess 30 or near the bottom, but if the shape of the inner surface of the recess 30 is such that the fuel received by the receiving surface 30F can be guided to the opening 24b.
  • the opening 24b may be arranged at the bottom of the recess 30 or near the bottom.

Abstract

主室（２１）と隔壁（２３）で主室（２１）と区画された副室（２２）と隔壁（２３）に設けられた複数の連通路（２４）と主室（２１）壁部に装備された燃料噴射弁（１７）とを備え、副室（２２）内の混合気の着火で副室（２２）内に形成される火炎を、連通路（２４）を介して主室（２１）内に噴出させ主室（２１）内の混合気に着火する副室式エンジンであり、隔壁（２３）は主室（２１）側の面である隔壁外面（２３ａ）と副室（２２）側の面である隔壁内面（２３ｂ）を有し、隔壁外面（２３ａ）の連通路（２４ａ）の開口部（２４ｂ）周囲に燃料噴射弁（１７）からの直噴燃料が衝突する受面（３０ａ）を有する凹部（３０）が形成され、燃料流入連通路（２４ａ）の軸心線と隔壁内面（２３ｂ）との交点（Ｐ１）が、燃料噴射弁（１７）からの直噴燃料の軸心線と隔壁内面（２３ｂ）の燃料噴射弁（１７）に対向する面との交点（Ｐ２）よりもシリンダヘッド側である。

Description

副室式エンジン
　本発明は、副室内で混合気が発火することで形成される火炎を主室内に噴出させて主室内の混合気に点火するシステムを備えた、副室式エンジンに関するものである。
　エンジンにおいて、隔壁により主燃焼室（主室ともいう）から分離された副燃焼室（副室ともいう）を設け、これらの主室と副室とを互いに連通する連通路を隔壁に形成し、副室内の混合気を発火させて、このとき副室内に形成される火炎が連通路を介し主室内に噴出するようにして主室内の混合気に点火するシステム（ジェット点火システムともいう）を備えた、副室式エンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４－２０４８３５号公報
　ところで、上記のようなジェット点火システムの燃料供給形態には、主室を介して副室内に燃料を供給するパッシブ方式のものと、副室内に直接燃料を供給するアクティブ方式のものとがある。
　本件の案出過程で、パッシブ方式のジェット点火システムを備えた副室式エンジンとして、図７に示す構成が考えられた。つまり、図７に示すように、主室１２１の上部（シリンダヘッド１０３側の天井壁部）のボア中心軸を含む領域に、内部に副室１２２を区画形成する隔壁１２３を配置し、主室１２１の側壁部１１１ａにインジェクタ１１７を配置する。隔壁１２３には、主室１２１と副室１２２とを連通する複数の連通路１２４を形成し、連通路１２４の一つを燃料供給路１２４ａとする。インジェクタ１１７は、燃料噴射方向がこの燃料供給路１２４ａに向かうように配置する。
　このようなパッシブ方式の場合、圧縮行程のタイミングで燃料噴射をすることで副室内に燃料を供給し易くすることができる。しかし、図７に示すように、インジェクタ１１７から噴射された燃料の一部は、副室１２２内に進入しないで、隔壁１２３（副室１２２の壁部）の外面に沿って通過し、ボア中心軸を挟んでインジェクタ１１７とは反対側に到達し濃い混合気を形成する。この濃い混合気が量論混合比付近になるとＮＯｘを多く生成してしまうため、課題となっている。
　本件は、このような課題に着目して創案されたもので、パッシブ方式のジェット点火システムを備えた副室式エンジンにおいて、副室内の特にシリンダヘッド近くに燃料を導入しやすくして、ＮＯｘの生成を抑制できるようにすることを目的の一つとしている。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。
　本件の副室式エンジンは、主室と、シリンダヘッドに設けられた隔壁により前記主室と区画された副室と、前記隔壁に設けられ前記主室と前記副室とを連通する複数の連通路と、前記主室の壁部に装備され、前記主室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、複数の前記連通路のうちの一部であって前記燃料噴射弁から噴射された燃料を前記副室内に導入する燃料流入連通路と、を備え、前記副室内の混合気の着火により前記副室内に形成される火炎を、前記連通路を介して前記主室内に噴出させて前記主室内の混合気に着火する、副室式エンジンであって、前記隔壁は、前記主室側の面である隔壁外面と前記副室側の面である隔壁内面を有し、前記隔壁外面における前記燃料流入連通路の開口部の周囲に前記燃料噴射弁からの直噴燃料が衝突する受面とを有する凹部が形成され、前記燃料流入連通路の軸心線と前記隔壁内面との交点が、前記燃料噴射弁からの直噴燃料の軸心線と前記隔壁内面の前記燃料噴射弁に対向する面との交点よりも前記シリンダヘッド側であることを特徴としている。
　前記燃料流入連通路は前記開口部から前記副室内に向けて前記副室内の軸心に近づくほど前記シリンダヘッド側に向かうように傾斜していることが好ましい。
　前記凹部は、前記副室の外部から内部へ向かう方向に次第に縮径する形状に形成されていることが好ましい。
　前記開口部は、前記受面の中心からずれた位置に配置されていることが好ましい。
　この場合、前記凹部は、前記副室の軸方向に沿った第１方向に延在し、前記第１方向において、前記凹部の一端から前記連通路までの一端側部分の距離と、前記凹部の他端から前記連通路までの他端側部分の距離とが、異なる大きさに設定され、前記第１方向において、前記一端側部分と前記他端側部分とは、曲率の異なる曲面状に形成されていることが好ましい。
　前記凹部は、前記副室の軸方向に沿った第１方向と、前記第１方向と直角な第２方向とに延在し、前記燃料噴射弁から噴射される燃料が前記凹部に到達する段階での当該燃料の前記第２方向への最大広がり幅は、前記副室の前記第２方向への外形幅よりも小さく設定されていることが好ましい。
　本件によれば、主室内に噴射された燃料が副室の外側面の凹部の受面に衝突するため、燃料の分裂や気化を促進でき、凹部を通じて、燃料流入連通路から副室内への燃料導入を促進できる。また、燃料流入連通路の軸心線と副室の内側面との交点が、直噴燃料の軸心線と副室の内側面との交点よりもシリンダヘッド側となるようにしているため、副室内のシリンダヘッド近くに燃料を導入しやすくなる。
図１Ａ～図１Ｃは実施形態に係る副室式エンジンの１つの気筒の燃焼室の構成を示す図であり、図１Ａはその縦断面図、図１Ｂはその頂面図、図１Ｃはその隔壁を拡大して示す縦断面図である。 図２は図１に示す副室式エンジンの副室の部分横断面図である。 図３Ａ，図３Ｂは図１Ａ～図１Ｃに示す副室式エンジンの副室の凹部の変形例の形状を示す斜視図であって、図３Ａは第１変形例を示し、図３Ｂは第２変形例を示す。 図４Ａ～図４Ｃは図１Ａ～図１Ｃに示す副室式エンジンの副室の凹部の第３変形例の形状を示す図であって、図４Ａはその燃焼室の縦断面図、図４Ｂはその凹部の縦断面図〔図４Ａの要部拡大図〕、図４Ｃはその凹部の正面図である。 図１Ａ～図１Ｃに示す副室式エンジンの副室とその凹部と燃料噴射範囲の関係を示す横断面図である。 図６Ａ～図６Ｃは図１Ａ～図１Ｃに示す副室式エンジンの燃料噴射態様を、図６Ａ～図６Ｃに行程順で示す燃焼室の縦断面図である。 図７は本件の課題を説明する燃焼室の縦断面図である。
　以下、図面を参照して、実施形態としての副室式エンジンについて説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
　［全体構成］
　本実施形態に係る副室式エンジン（内燃機関であって、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンを含む。以下、単に「エンジン」ともいう）１は、多気筒エンジンであり、各気筒は、図１Ａに示すように、シリンダブロック２に形成されたシリンダ１１と、シリンダ１１内を往復動するピストン１２と、シリンダヘッド３に形成された吸気ポート１３及び排気ポート１４と、吸気ポート１３に装備された吸気弁１５及び排気ポート１４に装備された排気弁１６を備えている。
　なお、本実施形態では、図１Ｂに示すように、吸気ポート１３（吸気弁１５）及び排気ポート１４（排気弁１６）はいずれも２つずつ装備されているが、吸気ポート数（吸気弁数）及び排気ポート数（排気弁数）はこれに限定されるものではない。
　シリンダ１１内のシリンダヘッド３側（図中上部）には、シリンダ１１の内壁とピストン１２の頂面１２ａと、シリンダヘッド３とによって、燃焼室２０が区画形成されている。燃焼室２０には、吸気弁１５で開閉される吸気ポート１３及び排気弁１６で開閉される排気ポート１４が連通可能に接続されている。なお、ここでは、燃焼室２０の頂部は、吸気弁１５が設けられた吸気斜面と排気弁１６が設けられた排気斜面とを有するペントルーフ形状に形成されている。
　シリンダ１１内の頂部（図１Ａ中の上部）の周壁１１ａには、燃料噴射弁１７が装備されており、本実施形態のエンジンは１、シリンダ１１内に直接燃料を噴射する筒内噴射エンジン（直噴エンジン）として構成されている。本実施形態では、シリンダ１１内に直接燃料噴射する燃料噴射弁１７のみを備えているが、これに加えて、吸気ポート１３に燃料を噴射するポート噴射用の燃料噴射弁を追加してもよい。
　本実施形態に係るエンジンは、火花点火式エンジンであり、シリンダヘッド３の一部である燃焼室２０の頂部（ここでは、ペントルーフ形状の頂部）２０ａにおいて、ボア中心軸又はボア中心軸の近傍に、燃焼室２０に火花放電部１８ａを露出させて点火プラグ１８が装備されている。ただし、本件に係るエンジンは、点火プラグ１６を備えない圧縮着火エンジンをも含むものとする。なお、点火プラグ１８により混合気を着火する場合、通常は「点火する」というが、ここでは、圧縮着火も含める意味で、「着火する」、又は「発火させる」という。
　［主室及び副室の構成］
　燃焼室２０の頂部２０ａには、燃焼室２０の内部空間を、主室（主燃焼室）２１と、副室（副燃焼室）２２とに区画する隔壁２３が装備されている。この隔壁２３は、点火プラグ１８の火花放電部１８ａが露出する空間を覆うように配置され、燃焼室２０内の隔壁２３で覆われる内部空間（火花放電部１８ａを含む空間）が副室２２となっており、燃焼室２０内の隔壁２３の外部空間が主室２１となっている。
　図１Ｃに示すように、隔壁２３には、主室２１と副室２２とを連通する複数（本実施形態では７個）の連通路（「ノズル」ともいう）２４が形成されている。複数の連通路２４は、複数の連通路２４の一部（ここでは１つ）は、燃料噴射弁１７から主室２１内に噴射された燃料を副室２２に導入するための燃料流入連通路２４ａとして機能する。
　燃料噴射弁１７は、副室２２内に燃料供給するための噴射口を備えている。
　副室２２内では、燃料流入連通路２４ａを通じて導入された燃料を含んだ混合気に所定のタイミングで点火プラグ１８を用いて着火し、この着火により副室２２内に形成される火炎を、複数の連通路２４を介して主室２１内にジェット噴出させて主室２１内の混合気に点火し、燃焼を促進する。このような点火システムは、ジェット点火システムとも呼ばれ、希薄混合気への点火及び燃焼促進に有効であり、主室２１内のリーンバーンや大量ＥＧＲ時に適用でき、これにより、燃費向上が可能になる。
　ところで、隔壁２３の主室２１側の面（隔壁外面）２３ａにおいて、燃料流入連通路２４ａが開口する開口部２４ｂの周囲には、主室２１及び副室２２が形成される副室２２の軸方向に沿った方向（第１方向）Ｄ１、及び、第１方向Ｄ１と直角な方向（第２方向）Ｄ２に沿って湾曲した凹状湾曲面３０ＣＦと、凹状湾曲面３０ＣＦ内に形成され燃料噴射弁１７からの直噴燃料が衝突する受面３０Ｆとを有する凹部３０が形成されている。本実施形態の凹部３０の壁面（内壁面）は、凹状湾曲面３０ＣＦを含み、副室２２の外部から内部に向かって次第に縮径し、滑らかな曲面で形成されたすり鉢形状に形成されているが、凹部３０の形状はこれに限定されるものではない。開口部２４ｂは、すり鉢形状の凹部３０の底部又は底部近傍に配置されている。
　また、燃料流入連通路２４ａの軸心線（即ち、燃料流入連通路２４ａの流路中心線）ＦＬ２は、燃料噴射弁１７からの直噴燃料の軸心線ＦＬ１と異なるとともに、隔壁２３の副室２２側の面（隔壁内面）２３ｂとの交点Ｐ１が、直噴燃料の軸心線ＦＬ１と隔壁内面２３ｂの燃料噴射弁１７に対向する面との交点Ｐ２よりもシリンダヘッド３側となるように形成されている。燃料流入連通路２４ａの軸心線ＦＬ２が燃料噴射弁１７からの直噴燃料の軸心線ＦＬ１と一致又はほぼ一致すると、直噴燃料が燃料流入連通路２４ａを通じて直接的に副室２２内に進入するため、燃料が分裂や気化が不足した状態で副室２２内に進入し、その後の副室２２での空気との混合に不利になる。しかし、燃料流入連通路２４ａの軸心線ＦＬ２と燃料噴射弁１７からの直噴燃料の軸心線ＦＬ１とを一致させなければ、直噴燃料が燃料流入連通路２４ａを通じて直接的に副室２２内に進入することが抑制され、燃料が少なからず分裂や気化した状態で副室２２内に進入し、その後の副室２２での空気との混合に寄与する。なお、ここでは、軸心線ＦＬ２は軸心線ＦＬ１と平行でない（つまり角度が異なっている）が、軸心線ＦＬ２と軸心線ＦＬ１とが平行であっても、燃料流入連通路２４ａの軸心線ＦＬ２と隔壁内面２３ｂとの交点Ｐ１が、直噴燃料の軸心線ＦＬ１と隔壁内面２３ｂの燃料噴射弁１７に対向する面との交点Ｐ２よりもシリンダヘッド３側となるように形成されていればよい。
　本実施形態では、隔壁２３の上部〔図１Ｃにおける上部（即ち、点火プラグ側）〕は円筒形状に形成され、隔壁２３の下部〔図１Ｃにおける下部（即ち、ピストン１２側）は略半球形状に形成されている。また、隔壁２３は、一部を除いて、点火プラグ１８の火花放電部１８ａの位置（即ち、ボア中心軸又はボア中心軸の近傍の位置）を中心とする回転体形状に形成されている。ただし、隔壁２３の形状はこれに限定されない。上部は点火プラグ１８の火花放電部１８ａを中心とした円筒形状が好ましいが、下部は上部の円筒形状と連続し、下方に行くにしたがって縮径して次第に横断面積が小さくなる形状であればよい。
　［副室の凹部の構成］
　本実施形態では、凹部３０は、隔壁２３の下部の略半球形状の部分における副室中心軸ＣＬからずれた斜面部に形成されている。したがって、凹部３０が形成される部分を除いて、隔壁２３の下部は略半球形状に形成されている。
　また、本実施形態では、隔壁２３の下部の一部を、厚みをほぼ均一に保ちながら凹部３０を形成しており、隔壁外面２３ａに凹部３０が形成されると共に、隔壁内面２３ｂには凹部３０と対応した凸部３１が形成されている。ただし、凹部３０は、副室２２の外側面（隔壁外面）２３ａを切り欠いた形状であればよく、例えば、隔壁２３の内面は略半球形状を保ったまま、隔壁外面２３ａに凹部３０を形成してもよい。この場合、凹部３０を形成する箇所は厚みが減少する。
　図２は副室２２の凹部３０が形成された箇所における部分横断面図（副室中心軸ＣＬと直交する面で切った断面の一部）であり、便宜上、凹部３０を図中上向きに記載しており、図中上方にから燃料が噴射される。図２に矢印Ａ１～Ａ３で示すように、凹部３０の内壁面の形状は、ここでは、副室２２の外部から内部に向かう方向に次第に径が縮小している。換言すれば、図２に矢印Ａ４～Ａ７で示すように、凹部３０の横断面における中心ＣＬ１から外側に向かって、副室中心軸ＣＬに向かう深さが次第に浅くなっている。
　本実施形態では、図１Ｃ及び図２に示すように、凹部３０の正面視における面心（正面視の幾何中心）ＧＬ〔図１Ｃ参照〕に対して、副室中心軸ＣＬの方向に沿った方向（第１方向）Ｄ１にも、第１方向Ｄ１と直角な方向（第２方向）Ｄ２（副室中心軸ＣＬと直交する方向）にも、対称又はほぼ対称の曲面形状に形成されている。
　ただし、凹部３０の壁面の形状はこれに限定されるものではなく、少なくとも副室２２の外部から内部に向かって次第に縮径していればよく、例えば、円錐面等の錐面を用いたファンネル（漏斗）形状であってもよい。つまり、図３Ａに変形例として示す凹部３０Ａのように、円錐面を用いて形成してもよく、図３Ｂに変形例として示す凹部３０Ｂのように、角錐面を用いて形成してもよい。図３Ｃに示す例は、四角錐面を用いているが、これ以外の角錐面も適用できる。また、第１方向Ｄ１に沿って湾曲した凹状湾曲面３０ＣＦを含む形状であればより好ましい。
　また、凹部３０の壁面の形状に錐面を用いる場合も、錐面の幅広側Ｂ（凹部３０の開口に相当する）や錐面の幅狭側Ｔ（凹部３０の底面部に相当する）は円や正多角形に限らず、楕円やその他の多角形であってもよい。
　さらに、図３Ａ，図３Ｂに示す凹部３０Ａ，３０Ｂのように、錐面の幅広側Ｂの中心と幅狭側Ｔの中心とを結ぶ線（図３Ａ，図３Ｂ中のＬ１，Ｌ２）が、錐台の底面Ｂや頂面Ｔに対して傾斜した錐台（即ち、底面Ｂに対して頂面Ｔが横ズレした錐台）の内面形状を適用してもよい。図３Ａ，図３Ｂでは、図１Ａ，図１Ｂに対応させて、凹部３０Ａ，３０Ｂを斜め下向きに記載している。
　なお、図３Ａ，図３Ｂに示す変形例では、凹部３０Ａ，３０Ｂの最深部（底部）に、燃料流入連通路２４ａの開口部２４ｂが配置されているが、開口部２４ｂの配置はこれに限らない。また、開口部２４ｂの数（燃料流入連通路２４ａの数）も１つだけに限定されない。図３Ｂに示す凹部３０Ｂのように、開口部２４ｂを複数（ここでは２つ）設けてもよい。この場合の、開口部２４ｂの並ぶ方向は、第１方向Ｄ１でも第２方向Ｄ２でもよい。
　燃料噴射弁１７からの燃料噴射範囲の中心に受面３０Ｆが形成されており、本実施形態では、開口部２４ｂは、図１Ｃに示すように、副室２２の軸方向に沿った第１方向Ｄ１において、燃料噴射弁１７からの燃料噴射範囲の中心からずれた位置に配置されている。なお、本実施形態では、開口部２４ｂは、図２に示すように、第１方向Ｄ１と直角な第２方向Ｄ２においては、燃料噴射弁１７からの燃料噴射範囲の中心にほぼ沿った位置に配置されている。これによって、燃料噴射弁１７から噴射された燃料は、開口部２４ｂに直接進入せずに、一旦、受面３０Ｆで受け止められた後に、開口部２４ｂに進入するようになっている。
　燃料噴射範囲の中心が、凹部３０の正面視における中心（正面視の幾何中心）ＧＬにある場合は、開口部２４ｂはこの正面視中心ＧＬからずれた位置に配置される。本実施形態では、燃料噴射範囲の中心は、凹部３０の正面視中心ＧＬに対して、図１Ｃにおける下方（即ち、ピストン１２側）にややシフトしており、開口部２４ｂは、凹部３０の正面視中心ＧＬに対して、図１Ｃにおける上方（即ち、シリンダヘッド３側）にややシフトしている。燃料噴射範囲の中心に対して開口部２４ｂがずれる方向はこの限りではない。例えば、図３Ｂに示すように、開口部２４ｂを複数設ける場合には、燃料噴射範囲の中心の周囲に、燃料噴射範囲の中心を囲むように開口部２４ｂを配置してもよい。
　また、燃料流入連通路２４ａの軸心線ＦＬ２を一点鎖線で示すが、燃料流入連通路２４ａの軸心線は、開口部２４ｂから副室２２内に向けて副室２２内の副室中心軸ＣＬに近づくほど、図１Ｃにおける上方（即ち、シリンダヘッド３側）に向かうように傾斜している。この燃料流入連通路２４ａにおける燃料の流入方向は、副室２２内の上部の点火プラグ１８の火花放電部１８ａに近づく方向である。
　なお、凹部３０は、副室２２の軸方向に沿った第１方向Ｄ１と、第１方向Ｄ１と直角な第２方向Ｄ２とに延在するが、図４Ａ～図４Ｃに変形例として示す凹部３０Ｃのように、第１方向Ｄ１において、凹部３０の一端〔図４Ａ～図４Ｃ中、下方の端〕から燃料流入連通路２４ａまでの部分（一端側部分）Ｐ１の距離（壁面の長さ）ｄ１と、凹部３０の他端〔図４Ａ～図４Ｃ中、上方の端〕から燃料流入連通路２４ａまでの部分（他端側部分）Ｐ２の距離（壁面の長さ）ｄ２とが、異なる大きさに設定され、且つ、第１方向Ｄ１において、一端側部分Ｐ１と他端側部分Ｐ２とは、曲率の異なる曲面状に形成されていてもよい。
　この変形例では、図４Ｂ，図４Ｃに示すように、燃料流入連通路２４ａの開口部２４ｂは、凹部３０の正面視中心ＧＬから上方（即ち、シリンダヘッド３側）にずれた位置に配置される。つまり、開口部２４ｂから凹部３０の周縁部の各所までの距離のうち、開口部２４ｂから凹部３０の一端までの、受面３０Ｆを有する一端側部分Ｐ１の距離ｄ１が最大に、開口部２４ｂから凹部３０の他端までの、他端側部分Ｐ２の距離ｄ２が最小に、設定されている。
　また、凹部３０内への燃料噴射範囲の中心は、凹部３０の正面視中心ＧＬから下方（即ち、ピストン１２側）にずれた位置に設定される。
　また、図４Ｂに示すように、凹部３０を形成する曲面は、受面３０Ｆを有する一端側部分Ｐ１の曲率１／Ｒ１に比べて、他端側部分Ｐ２の曲率１／Ｒ２の方が大きく（即ち、一端側部分Ｐ１の曲率半径Ｒ１よりも他端側部分Ｐ２の曲率半径Ｒ２の方が小さく）形成されている。なお、一端側部分Ｐ１の曲率及び他端側部分Ｐ２の曲率は、それぞれが均一でもよいが、部分的に又は全体的に曲率が変化してもよい、例えば、凹部３０の一端から他端に向かって次第に曲率が大きくなる（曲率半径が小さくなる）ように形成してもよい。
　図５に示すように、燃料噴射弁１７から噴射される燃料は、所定の角度αで徐々に拡散するが、燃料噴射弁１７から噴射される燃料が凹部３０に到達する段階における、燃料の第２方向Ｄ２への広がり幅（最大広がり幅）Ｗ１は、副室２２の第２方向Ｄ２への外形幅Ｗ２よりも小さく（即ち、Ｗ２＞Ｗ１に）設定されている。
　［燃料噴射及び燃焼］
　本実施形態では、吸気行程初期に燃料噴射弁１７から主室２１内に燃料が噴射され〔図６Ａ参照〕、その後の圧縮行程終期に燃料噴射弁１７から主室２１を介して副室２２内に燃料が噴射される〔図６Ｂ参照〕。なお、ポート噴射を採用する場合は、排気行程もしくは吸気行程においてポート噴射を実施し、吸気行程において吸気と共に燃料を主室２１内に供給する。そして、圧縮行程末期に副室２２内に形成された混合気に着火して、この着火により副室２２内に形成される火炎を、複数の連通路２４を介して主室２１内にジェット噴出させて主室２１内の混合気に点火し、燃焼させる〔図６Ｃ参照〕。
　［作用及び効果］
　本実施形態に係る副室式エンジンによれば、圧縮行程終期に燃料噴射弁１７から主室２１を介して副室２２内に燃料が噴射されると、噴射された燃料は、開口部２４ｂに直接進入することなく、或いは、直接進入することが抑制されて、凹部３０の凹状湾曲面３０ＣＦ内の受面３０Ｆに衝突して受け止められる。このため、直噴燃料は、凹部３０内及びその近傍で滞留しながら分裂や気化を促進され、その後、開口部２４ｂから燃料流入連通路２４ａを経て副室２２内へ導入される。この凹部３０内での燃料の分裂や気化は、その後の副室２２での空気との混合促進に寄与する。また、燃料が開口部２４ｂに直接進入すると、燃料の分裂や気化が不十分になるおそれがあるが、これも回避される。
　さらに、燃料流入連通路２４ａの軸心線ＦＬ２と隔壁内面２３ｂとの交点Ｐ１が、直噴燃料の軸心線ＦＬ１と隔壁内面２３ｂの燃料噴射弁１７に対向する面との交点Ｐ２よりもシリンダヘッド３側となるように形成されているので、燃料をより副室内２２のシリンダヘッド３の近くに導入しやすくなる。つまり、副室２２上部の火花放電部１８ａに近傍に集中的に燃料の濃い混合気を形成しやすくなる。このため、点火プラグ１８による点火及びその後副室２２内に形成される火炎が強化される。
　また、副室２２の軸方向（副室中心軸ＣＬの方向）がボア中心軸の軸方向（気筒の軸方向）と一致している場合には、凹状湾曲面３０ＣＦは、副室２２の軸方向に沿った第１方向Ｄ１、即ち、気筒の軸方向（ボア中心軸の方向）に沿って湾曲しているので、気筒内の気体の気筒軸方向への流動性を利用して、受面３０Ｆに衝突した直噴燃料を、凹状湾曲面３０ＣＦに沿って開口部２４ｂから燃料流入連通路２４ａに案内することができる。
　また、図４Ｃに示すように、副室２２の軸方向に沿った第１方向Ｄ１において、受面３０Ｆを有する一端側部分Ｐ１の距離ｄ１が最大に設定されていると、受面３０Ｆを大きくとれ、且つ、この端側部分Ｐ１の曲率が小さく設定されていると、直噴燃料が、凹部３０内及びその近傍で滞留しながらの分裂や気化がより促進され、その後の副室２２での空気との混合促進に寄与する。
　このように、直噴燃料は、凹部３０内にキャッチされて開口部２４ｂから燃料流入連通路２４ａに進むため、図７に示すように、インジェクタ１７から噴射された燃料の一部が副室２２内に進入しないで隔壁２３（副室１２の壁部）の外面に沿って通過してしまうことが抑制され、インジェクタ１７と反対側に到達し濃い混合気を形成することが回避又は抑制される。したがって、濃い混合気によりＮＯｘを多く生成してしまうことが回避又は抑制される。
　また、燃料流入連通路２４ａの開口部２４ｂは、凹部３０の底部又は底部近傍に配置されているため、受面３０Ｆに衝突して分裂や気化を促進された燃料は、凹部３０の内壁面に沿って開口部２４ｂから燃料流入連通路２４ａを経て副室２２内に滑らかに流入する。
　燃料流入連通路２４ａは、点火プラグ１８の火花放電部１８ａに近づく方向に傾斜しているので、燃料流入連通路２４ａを経た燃料は、副室２２上部の火花放電部１８ａに向かい、火花放電部１８ａに近傍に集中的に燃料の濃い混合気を形成する。このため、点火プラグ１８による点火及びその後副室２２内に形成される火炎を強化することができ、複数の連通路２４を介して主室２１内に強いジェット噴出させて主室２１内の混合気へ点火し、燃焼を促進させることができる。
　また、図５に示すように、燃料噴射弁１７から噴射される燃料は、所定の角度αで徐々に拡散するが、燃料噴射弁１７から噴射される燃料が凹部３０に到達する段階における、燃料の第２方向Ｄ２への広がり幅Ｗ１は、副室２２の第２方向Ｄ２への外形幅Ｗ２よりも小さく設定されていることも、衝突後の燃料が副室２２の外側を通って排気側に回ることを抑制でき、ＮＯｘ排出の低減効果に寄与する。
　［その他］
　上述した副室式エンジンの構成は一例である。例えば、副室２２、即ち、副室２２を区画する隔壁２３の配置は、必ずしも燃焼室２０の頂部２０ａのボア中心軸ＣＬ又はボア中心軸ＣＬの近傍に限定されず、燃焼室２０の頂部２０ａにも限定されない。
　また、燃料噴射弁１７は、副室２２内に燃料供給するための噴射口の他に、主室２１内に燃料供給するための噴射口と備えていてもよい。
　また、上記実施形態では、燃料流入連通路２４ａを１本のみ設けているが、凹部３０内に燃料流入連通路２４ａを複数設けてもよい。
　また、上記実施形態では、凹部３０を滑らかな曲面で形成されたすり鉢形状或いは錐面を用いたファンネル（漏斗）形状としたが、凹部３０の形状はこれに限定されない。
　さらに、上記実施形態では、開口部２４ｂを凹部３０の底部又は底部近傍に配置しているが、凹部３０の内面形状が受面３０Ｆで受けた燃料を開口部２４ｂに案内しうる形状であれば、開口部２４ｂを凹部３０の底部又は底部近傍以外に配置してもよい。
　１　副室式エンジン（エンジン）
　２　シリンダブロック
　３　シリンダヘッド
　１１　シリンダ
　１２　ピストン
　１３　吸気ポート
　１４　排気ポート
　１５　吸気弁
　１６　排気弁
　１７　燃料噴射弁
　１８　点火プラグ
　１８ａ　火花放電部
　２０　燃焼室
　２０ａ　燃焼室２０の頂部
　２１　主室（主燃焼室）
　２２　副室（副燃焼室）
　２３　隔壁
　２３ａ　隔壁外面
　２３ｂ　隔壁内面
　２４　連通路（ノズル）
　２４ａ　燃料流入連通路（ノズル）
　２４ｂ　燃料流入連通路２４ａの開口部
　３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ　凹部
　３０ＣＦ　凹状湾曲面
　３０Ｆ　受面
　３１　凸部
　ＣＬ　副室中心軸
　ＦＬ１　直噴燃料の軸心線
　ＦＬ２　燃料流入連通路２４ａの軸心線
　Ｐ１　燃料流入連通路２４ａの軸心線ＦＬ２と隔壁内面２３ｂとの交点
　Ｐ２　直噴燃料の軸心線ＦＬ１と隔壁内面２３ｂの燃料噴射弁１７に対向する面との交点

Claims (6)

  1. 　主室と、シリンダヘッドに設けられた隔壁により前記主室と区画された副室と、前記隔壁に設けられ前記主室と前記副室とを連通する複数の連通路と、前記主室の壁部に装備され、前記主室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、複数の前記連通路のうちの一部であって前記燃料噴射弁から噴射された燃料を前記副室内に導入する燃料流入連通路と、を備え、
    　前記副室内の混合気の着火により前記副室内に形成される火炎を、前記連通路を介して前記主室内に噴出させて前記主室内の混合気に着火する、副室式エンジンであって、
    　前記隔壁は、前記主室側の面である隔壁外面と前記副室側の面である隔壁内面を有し、
    　前記隔壁外面における前記燃料流入連通路の開口部の周囲に前記燃料噴射弁からの直噴燃料が衝突する受面を有する凹部が形成され、
    　前記燃料流入連通路の軸心線と前記隔壁内面との交点が、前記燃料噴射弁からの直噴燃料の軸心線と前記隔壁内面の前記燃料噴射弁に対向する面との交点よりも前記シリンダヘッド側である
    ことを特徴とする、副室式エンジン。
  2. 　前記燃料流入連通路は前記開口部から前記副室内に向けて前記副室内の軸心に近づくほど前記シリンダヘッド側に向かうように傾斜している
    ことを特徴とする、請求項１に記載された副室式エンジン。
  3. 　前記凹部は、前記副室の外部から内部へ向かう方向に次第に縮径する形状に形成されている
    ことを特徴とする、請求項１又は２記載の副室式エンジン。
  4. 　前記開口部は、前記受面の中心からずれた位置に配置されている
    ことを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の副室式エンジン。
  5. 　前記凹部は、前記副室の軸方向に沿った第１方向に延在し、
    　前記第１方向において、前記凹部の一端から前記連通路までの一端側部分の距離と、前記凹部の他端から前記連通路までの他端側部分の距離とが、異なる大きさに設定され、
    　前記第１方向において、前記一端側部分と前記他端側部分とは、曲率の異なる曲面状に形成されている
    ことを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の副室式エンジン。
  6. 　前記凹部は、前記副室の軸方向に沿った第１方向と、前記第１方向と直角な第２方向とに延在し、
    　前記燃料噴射弁から噴射される燃料が前記凹部に到達する段階での当該燃料の前記第２方向への広がり幅は、前記副室の前記第２方向への外形幅よりも小さく設定されている
    ことを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載の副室式エンジン。
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