WO2023181398A1 - エンジン - Google Patents

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WO2023181398A1
WO2023181398A1 PCT/JP2022/014617 JP2022014617W WO2023181398A1 WO 2023181398 A1 WO2023181398 A1 WO 2023181398A1 JP 2022014617 W JP2022014617 W JP 2022014617W WO 2023181398 A1 WO2023181398 A1 WO 2023181398A1
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chamber
communication passage
main chamber
partition wall
sub
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PCT/JP2022/014617
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English (en)
French (fr)
Inventor
敏之 山田
欣也 井上
伸治 林
Original Assignee
三菱自動車工業株式会社
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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
    • F02B19/08—Engines characterised by precombustion chambers the chamber being of air-swirl type
    • 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
    • F02B19/18—Transfer passages between chamber and cylinder

Definitions

  • the present disclosure relates to an engine.
  • Patent Document 1 discloses that a sub-chamber separated from a main chamber by a partition is provided, a communication passage that communicates the main chamber and sub-chamber with each other is formed in the partition, a spark plug is disposed in the sub-chamber, and a sub-chamber is provided.
  • An internal combustion engine has been disclosed in which an air-fuel mixture in a room is ignited by a spark plug, and a flame formed in a subchamber at this time is ejected into a main compartment via a communication passage.
  • a groove is formed on the outer wall surface of the partition wall, a communication passage is formed in the groove, and fuel is injected toward the groove from a fuel injection valve disposed in the main chamber.
  • An engine includes a piston, a cylinder block provided with a cylinder in which the piston reciprocates, and a main chamber that is fixed to the cylinder block and forms a main chamber between the cylinder block and the piston.
  • a partition wall provided on the main chamber side of the cylinder head and forming a sub-chamber in the main chamber; an injection nozzle for injecting fuel into the main chamber; and a spark plug installed in the sub-chamber.
  • the partition wall is provided on the injection nozzle side in the circumferential direction of the cylinder, and includes a fuel inflow passage communicating from the main chamber to the sub chamber, and a convex wall protruding from a main chamber side wall surface of the partition wall.
  • the convex wall surrounds the main chamber side opening of the fuel inflow communication passage and forms a receiving surface that is flat or recessed from the outer peripheral edge of the convex wall toward the main chamber side opening of the fuel inflow communication passage. do.
  • the convex wall protrudes from the main chamber side wall surface of the partition wall, the fuel injected from the injection nozzle is directed to the partition wall without affecting the shape of the sub chamber side wall surface. It is possible to prevent the fuel from going around to the side opposite to the fuel inflow communication passage. Thereby, it is possible to suppress the generation of an air-fuel mixture containing a large amount of fuel on the side of the partition wall opposite to the fuel inflow passage.
  • the partition wall is provided at a position different from the fuel inflow communication passage in the circumferential direction of the cylinder, and is inclined with respect to the direction toward the center of the auxiliary chamber in the circumferential direction of the cylinder. At least one swirl flow generation communication passage is provided.
  • the air-fuel mixture that has flowed into the subchamber through at least one swirl flow generation communication generates a swirl flow in the subchamber, so that a rich fuel mixture and a lean fuel mixture are mixed in the subchamber. You can stratify your mind.
  • the at least one swirl flow generation communication passage is two or more swirl flow generation communication passages, and the at least one swirl flow generation communication passage has an opening on the sub-chamber side of the two or more swirl flow generation communication passages.
  • the sub-chamber side wall surface of the partition wall has a circular shape.
  • the subchamber side wall surface of the partition wall has a circular shape, so that the mixture flowing into the subchamber through the swirl flow generation communication passages is circular.
  • the air swirls along the side wall surface of the sub-chamber, creating a strong swirl flow inside the sub-chamber.
  • the partition wall has a wall thickness that is the same at a portion where the fuel inflow communication path is provided and a wall thickness at a portion where the at least one swirl flow generation communication path is provided. be.
  • the length of the swirl flow generation communication path can be made close to the length of the fuel inflow communication path. Therefore, it is possible to balance the flame ignited in the subchamber and injected from the fuel inflow communication path and the flame injected from the swirl flow generation communication path.
  • the partition wall is a line connecting the outer peripheral edge of the convex wall and a portion where the main chamber side opening of the at least one swirl flow generation communication passage adjacent to the convex wall is provided. It has a recess that is recessed closer to the partition wall than the partition wall.
  • the air-fuel mixture that has exceeded the outer periphery of the convex wall is likely to separate from the main chamber side wall surface of the partition wall, and the air-fuel mixture that has exceeded the outer periphery of the convex wall is released from the swirl flow generation communication passage. It becomes easier to enter. Furthermore, the air-fuel mixture separated from the main chamber side wall surface becomes a vortex and generates negative pressure, causing the air-fuel mixture that has exceeded the outer peripheral edge of the convex wall to stagnate. Thereby, the air-fuel mixture exceeding the outer peripheral edge of the convex wall can be effectively introduced into the subchamber.
  • the partition wall includes a sub-chamber tip portion through which the at least one swirl flow generation communication passage communicates, and a sub-chamber base portion provided closer to the cylinder head than the sub-chamber tip portion. and a stepped surface provided between the sub-chamber tip and the sub-chamber base, and the maximum cross-sectional area of the sub-chamber tip is smaller than the minimum cross-sectional area of the sub-chamber base.
  • the maximum cross-sectional area of the sub-chamber tip smaller than the minimum cross-sectional area of the sub-chamber base, a strong swirl flow can be generated at the sub-chamber tip. Furthermore, the separation of the swirl flow at the step surface causes the fuel to become thinner at the step surface 44. Since the flame moves through an area where the fuel is dense, the flame moves toward the center, and if at least one swirl flow generation communication passage is connected to two or more swirl flow generation communication passages, flames can simultaneously flow from two or more swirl flow generation communication passages. It can be made to squirt out.
  • the present invention it is possible to suppress the fuel injected from the injection nozzle from going around to the opposite side of the partition wall.
  • FIG. 1 is a sectional view schematically showing the overall configuration of an engine according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing the partition wall shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III of the partition wall shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along IV-IV of the partition wall shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a diagram showing the flow of an air-fuel mixture containing a large amount of fuel injected from an injection nozzle. It is a figure which shows the flow of the swirl flow which separates on a level
  • FIG. 1 is a sectional view schematically showing the overall configuration of an engine 1 according to an embodiment.
  • the engine 1 according to the embodiment includes a piston 10, a cylinder block 12, a cylinder head 14, a partition wall 16, an injection nozzle 18, and a spark plug 20.
  • the cylinder block 12 is provided with a cylinder 22 in which the piston 10 reciprocates.
  • the cylinder head 14 is fixed to the cylinder block 12 and forms a main chamber (combustion chamber) 24 between it and the piston 10.
  • the cylinder head 14 is provided with an intake port 26 and an exhaust port 28.
  • two intake ports 26 and two exhaust ports 28 are provided for one main chamber 24, but the invention is not limited to this.
  • the intake port 26 is provided with an intake valve 30 that opens and closes the intake port 26, and the exhaust port 28 is provided with an exhaust valve 32 that opens and closes the exhaust port 28.
  • the intake port 26 is provided with an injection nozzle 34 (hereinafter referred to as "port injector 34") that injects fuel, but the port injector 34 is not essential.
  • the partition wall 16 is provided on the main chamber side of the cylinder head 14, and forms an auxiliary chamber (preliminary combustion chamber) 36 within the main chamber.
  • the injection nozzle 18 is an injection nozzle 18 (hereinafter referred to as "direct injector 18") that injects fuel into the main chamber.
  • the spark plug 20 is installed in the subchamber and is capable of igniting the air-fuel mixture that has flowed into the subchamber.
  • the port injector 34 injects fuel during the intake stroke in which the intake valve 30 opens the intake port 26 and the piston 10 descends.
  • the air-fuel mixture is supplied from the intake port 26 to the main chamber 24 .
  • the air-fuel mixture in the main chamber is a lean air-fuel mixture that is thinner than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the direct injector 18 injects fuel. Thereby, the fuel injected from the direct injector 18 is supplied to the auxiliary chamber 36 together with the air-fuel mixture in the main chamber. Then, the air-fuel mixture in the subchamber is ignited by the spark plug 20.
  • the air-fuel mixture in the pre-chamber has an air-fuel ratio equivalent to the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the air-fuel mixture in the sub-chamber ignited by the spark plug 20 becomes a flame stream and is injected into the main chamber, combusting the air-fuel mixture in the main chamber.
  • the engine 1 is operated by repeating these intake stroke, compression stroke, expansion stroke, and exhaust stroke.
  • the port injector 34 injects fuel during the intake stroke, but it may also inject fuel during the exhaust stroke. In this case as well, fuel is supplied to the main chamber 24 during the intake stroke.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing the partition wall 16 shown in FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III of the partition wall 16 shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of the partition wall 16 shown in FIG.
  • the partition wall 16 has an outer shape that is a combination of a cylinder and a truncated cone.
  • a flange 38 is provided at the cylindrical end of the partition 16, and the flange 38 fixes the partition 16 to the main chamber side of the cylinder head 14. Thereby, the cylindrical side of the partition wall 16 becomes the proximal end side fixed to the cylinder head 14, and the truncated cone side becomes the distal end side located on the piston side.
  • the partition wall 16 has a subchamber 36 shaped like a combination of a cylinder and a truncated cone.
  • the cylindrical side of the sub-chamber 36 forms a sub-chamber base 40 located on the cylinder head side, and the truncated cone side forms a sub-chamber tip 42 located on the piston side.
  • the maximum cross-sectional area of the sub-chamber tip 42 is smaller than the minimum cross-sectional area of the sub-chamber base 40, and a stepped surface 44 is provided between the sub-chamber base 40 and the sub-chamber tip 42.
  • the stepped surface 44 is provided so as to gradually narrow from the sub-chamber base 40 toward the sub-chamber tip 42, but is not limited to this, and may be provided to form a flat surface.
  • the partition wall 16 has a fuel inflow passage 46 on its tip side that communicates from the main chamber 24 to the auxiliary chamber 36 (the auxiliary chamber tip 42). As shown in FIG. 4, the fuel inflow communication passage 46 is provided on the direct injector side in the circumferential direction of the cylinder 22. The fuel inflow communication passage 46 is preferably provided in a position directly facing the injection range RG of the direct injector 18 in the circumferential direction of the cylinder 22, and more preferably in a position directly facing the injection direction of the direct injector 18 in the circumferential direction of the cylinder 22.
  • the fuel inflow communication passage 46 When the fuel inflow communication passage 46 is provided in a position directly facing the injection direction of the direct injector 18 in the circumferential direction of the cylinder 22, the fuel inflow communication passage 46 is provided on an extension line of the injection direction of the direct injector 18, and It extends straight toward the center of the chamber 36. As shown in FIG. 3, the fuel inflow communication passage 46 is directed toward the inside (center) of the auxiliary chamber 36 so that the fuel injected from the direct injector 18 during the compression stroke of the engine 1 flows into the fuel inflow communication passage 46. It is provided so as to be inclined toward the cylinder head 14, and more preferably, it is provided along the injection direction of the direct injector 18. For example, there is one fuel inflow communication passage 46, but the number is not limited to one, and there may be two or more.
  • the partition wall 16 has a convex wall 48 protruding from the main chamber side wall surface 16a of the partition wall 16 at its distal end side.
  • the convex wall 48 surrounds the main chamber side opening 46a of the fuel inflow communication passage 46, and as shown in FIGS.
  • a recessed receiving surface 50 is formed.
  • the receiving surface 50 is not limited to being recessed from the outer peripheral edge 48a of the convex wall 48 toward the main chamber side opening 46a of the fuel inflow communication passage 46, but may be flat.
  • the receiving surface 50 which is recessed from the outer circumferential edge 48a of the convex wall 48 toward the main chamber side opening 46a of the fuel inflow communication passage 46, is a curved surface whose periphery is the outer circumferential edge 48a of the convex wall 48, and for example, The main chamber side opening 46a of the communication passage 46 is provided at the most recessed position.
  • the partition wall 16 has at least one swirl flow generation communication passage 52 on its tip side.
  • At least one swirl flow generation communication passage 52 is a communication passage communicating from the main chamber 24 to the auxiliary chamber 36, similar to the fuel inflow communication passage 46, and is provided at a position different from the fuel inflow communication passage 46 in the circumferential direction of the cylinder 22. It is being At least one swirl flow generation communication passage 52 is provided in the circumferential direction of the cylinder 22 so as to be inclined with respect to the direction toward the center of the auxiliary chamber 36 . Moreover, as shown in FIG. 3, at least one swirl flow generation communication passage 52 is provided in the horizontal direction or inclined with respect to the horizontal direction.
  • the swirl flow generation communication passage 52 is preferably provided so as to be inclined toward the cylinder head 14 toward the inside of the auxiliary chamber 36 so that the air-fuel mixture in the main chamber flows into the auxiliary chamber during the compression stroke of the engine 1. ing.
  • the at least one swirl flow generation communication passage 52 is two or more swirl flow generation communication passages 52.
  • the partition wall 16 shown in FIG. 4 has five swirl flow generation communication passages 52, but is not limited thereto. It's not something you can do.
  • the sub-chamber side wall surface 16b of the partition wall 16 has a circular shape.
  • the wall thickness t1 of the partition wall 16 at a portion where the fuel inflow communication passage 46 is provided is the same as the wall thickness t2 at a portion where at least one swirl flow generation communication passage 52 is provided.
  • the partition wall 16 has a communication path 54 at its tip.
  • the communication path 54 is a communication path leading from the main chamber 24 to the sub-chamber 36.
  • the communication path 54 is provided, for example, along the central axis of the subchamber 36.
  • the partition wall 16 connects the outer peripheral edge 48a of the convex wall 48 and a portion where the main chamber side opening 52b of at least one swirl flow generation communication passage 52 adjacent to the convex wall 48 is provided. It has a recess 56 that is recessed closer to the partition wall than the straight line LN.
  • This swirl flow also causes the fuel-rich mixture to swirl, but even after the fuel injection from the direct injector 18 ends, the mixture passes through the swirl flow generation communication passage 52 and is supplied into the pre-chamber.
  • the rich mixture of fuel that was previously supplied to the subchamber gathers at the center of the subchamber. This makes it possible to form a swirl flow of a lean fuel mixture around a rich fuel mixture (stratification).
  • the spark plug 20 ignites the rich fuel mixture in the pre-chamber. Then, the air-fuel mixture in the sub-chamber becomes a flame and is injected into the main chamber through the fuel inflow communication passage 46 and the swirl flow generation communication passage 52, thereby combusting the air-fuel mixture in the main chamber.
  • the air-fuel mixture that has flowed into the pre-chamber through at least one swirl flow generation communication passage 52 generates a swirl flow in the pre-chamber, so that a swirl flow of a lean-fuel mixture surrounds a rich-fuel mixture in the pre-chamber. can form a flow (stratification).
  • the sub-chamber side wall surface 16b of the partition wall 16 has a circular shape, so that the air-fuel mixture that has flowed through the swirl flow generation communication passage 52 flows through the sub-chamber side wall surface 16b. can generate a strong swirl flow inside the subchamber.
  • the partition wall 16 has the same wall thickness t2 at the portion where the fuel inflow communication passage 46 is provided and the wall thickness t1 at the portion where at least one swirl flow generation communication passage 52 is provided, the swirl flow generation The length L1 of the communication path 52 can be made closer to the length L2 of the fuel inflow communication path 46. Thereby, the flame ignited in the subchamber and injected from the fuel inflow communication path 46 and the flame injected from the swirl flow generation communication path 52 can be balanced.
  • the partition wall 16 is located closer to the partition wall 16 than the straight line LN that connects the outer peripheral edge 48a of the convex wall 48 and a portion where the main chamber side opening 52b of at least one swirl flow generation communication passage 52 adjacent to the convex wall 48 is provided. Since the concave portion 56 is recessed, as shown in FIG. The air-fuel mixture exceeding 48a easily enters from the swirl flow generation communication passage 52. In addition, the air-fuel mixture separated from the main chamber side wall surface 16a becomes a vortex and generates negative pressure, so that the air-fuel mixture that exceeds the outer peripheral edge 48a of the convex wall 48 stays. Thereby, the air-fuel mixture exceeding the outer peripheral edge 48a of the convex wall 48 can be effectively introduced into the subchamber.
  • the partition wall 16 can generate a strong swirl flow in the sub-chamber tip 42 by making the maximum cross-sectional area of the sub-chamber tip 42 smaller than the minimum cross-sectional area of the sub-chamber base 40. Furthermore, as shown in FIG. 6, the swirl flow separates at the step surface 44, so that the fuel becomes thinner at the step surface 44. Since the flame moves through an area where the fuel is dense, the flame moves toward the center, and when at least one swirl flow generation path is two or more swirl flow generation communication paths 52, the flame moves from two or more swirl flow generation communication paths 52 at the same time. Can be made to emit flames.

Abstract

エンジンは、ピストンと、前記ピストンが往復動するシリンダが設けられたシリンダブロックと、前記シリンダブロックに固定され、前記ピストンとの間に主室を形成するシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの前記主室側に設けられ、前記主室内に副室を形成する隔壁と、前記主室内に燃料を噴射する噴射ノズルと、前記副室内に設置された点火プラグとを備え、前記隔壁は、前記シリンダの周方向において前記噴射ノズル側に設けられ、前記主室から前記副室に通じる燃料流入連通路と、前記隔壁の主室側壁面から突出する凸壁とを有し、前記凸壁は、前記燃料流入連通路の主室側開口を囲み、平坦又は前記凸壁の外周縁から前記燃料流入連通路の外側開口に向けてくぼむ受面を形成する。

Description

エンジン
　本開示は、エンジンに関する。
　特許文献１には、隔壁により主室から分離された副室を設けると共に、これら主室と副室とを互いに連通する連通路を隔壁内に形成し、副室内に点火栓を配置し、副室内の混合気を点火栓により着火し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た内燃機関が開示されている。かかる内燃機関では、隔壁の外壁面に凹溝を形成すると共に凹溝内に連通路を形成し、主室内に配置した燃料噴射弁から燃料を凹溝に向けて噴射するようにしている。
特開２００４－２０４８３５号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された内燃機関（エンジン）では、燃料噴射弁（噴射ノズル）が噴射された燃料が凹溝を逸れると隔壁の反対側に回り込み主室内に燃料を多く含んだ混合気が生成される。このように主室内の一部に燃料を多く含んだ混合気が生成されると、窒素酸化物（ＮＯｘ）を多く生成してしまうため好ましくない。
　上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、噴射ノズルから噴射された燃料が隔壁の反対側に回り込むのを抑制することができるエンジンを提供することを目的とする。
　（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るエンジンは、ピストンと、前記ピストンが往復動するシリンダが設けられたシリンダブロックと、前記シリンダブロックに固定され、前記ピストンとの間に主室を形成するシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの前記主室側に設けられ、前記主室内に副室を形成する隔壁と、前記主室内に燃料を噴射する噴射ノズルと、前記副室内に設置された点火プラグとを備え、前記隔壁は、前記シリンダの周方向において前記噴射ノズル側に設けられ、前記主室から前記副室に通じる燃料流入連通路と、前記隔壁の主室側壁面から突出する凸壁とを有し、前記凸壁は、前記燃料流入連通路の主室側開口を囲み、平坦又は前記凸壁の外周縁から前記燃料流入連通路の主室側開口に向けてくぼむ受面を形成する。
　上記（１）の構成によれば、凸壁が隔壁の主室側壁面から突出しているので、凸壁が副室側壁面の形状に影響を与えることなく、噴射ノズルから噴射された燃料が隔壁の燃料流入連通路と反対側に回り込むのを抑制することができる。これにより、隔壁の燃料流入連通路と反対側で燃料を多く含んだ混合気が生成されるのを抑制することができる。
　（２）幾つかの実施形態では、前記隔壁は、前記シリンダの周方向において前記燃料流入連通路と異なる位置に設けられ、前記シリンダの周方向において前記副室の中心に向かう方向に対して傾いて設けられた少なくとも１つのスワール流生成連通路を有する。
　上記（２）の構成によれば、少なくとも１つのスワール流生成連通を通り副室内に流入した混合気は副室内にスワール流を生成するので、副室内において燃料の濃い混合気と燃料の薄い混合気とを成層化することができる。
　（３）幾つかの実施形態では、前記少なくとも１つのスワール流生成連通路は、２つ以上のスワール流生成連通路であって、前記２つ以上のスワール流生成連通路の副室側開口を通る断面において、前記隔壁の副室側壁面は円形状である。
　上記（３）の構成によれば、２つ以上のスワール流生成連通路を通る断面において、隔壁の副室側壁面が円形形状であるので、スワール流生成連通路を通り副室内に流入した混合気が副室側壁面に沿って旋回し、副室内に強いスワール流を生成することができる。
　（４）幾つかの実施形態では、前記隔壁は、前記燃料流入連通路が設けられた部分の肉厚と、前記少なくとも１つのスワール流生成連通路が設けられた部分の肉厚とが同じである。
　上記（４）の構成によれば、スワール流生成連通路の長さを燃料流入連通路の長さに近づけることができる。これにより、副室内で点火され、燃料流入連通路から噴射される火炎とスワール流生成連通路から噴射される火炎のバランスをとることができる。
　（５）幾つかの実施形態では、前記隔壁は、前記凸壁の外周縁と前記凸壁と隣り合う前記少なくとも１つのスワール流生成連通路の主室側開口が設けられた部分とを結ぶ線よりも前記隔壁側にくぼむ凹部を有する。
　上記（５）の構成によれば、凸壁の外周縁を越えた混合気が隔壁の主室側壁面から剥離しやすくなり、凸壁の外周縁を越えた混合気がスワール流生成連通路から入り易くなる。また、主室側壁面から剥離した混合気が渦となり負圧を生成することで、凸壁の外周縁を越えた混合気が滞留する。これにより、凸壁の外周縁を越えた混合気を副室内に効果的に導入することができる。
　（６）幾つかの実施形態では、前記隔壁には、前記少なくとも１つのスワール流生成連通路が通じる副室先端部と、前記副室先端部よりも前記シリンダヘッド側に設けられた副室基部と、前記副室先端部と前記副室基部との間に設けられた段差面とが設けられ、前記副室先端部の最大断面積は、前記副室基部の最小断面積よりも小さい。
　上記（６）の構成によれば、副室先端部の最大断面積を副室基部の最小断面積よりも小さくすることで、副室先端部に強いスワール流を生成することができる。また、段差面でスワール流が剥離することで、段差面４４で燃料が薄くなる。火炎は燃料が濃い領域を進むため火炎が中央に寄り、少なくとも１つのスワール流生成連通路が２つ以上のスワール流生成連通路である場合に、２つ以上のスワール流生成連通路から同時に火炎を噴出するようにできる。
　本発明の少なくとも一実施形態によれば、噴射ノズルから噴射された燃料が隔壁の反対側に回り込むのを抑制することができる。
実施形態に係るエンジンの全体構成を概略的に示す断面図である。 図１に示した隔壁を概略的に示す斜視図である。 図２に示した隔壁のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 図２に示した隔壁のＩＶ－ＩＶ断面図である。 噴射ノズルから噴射された燃料を多く含む混合気の流れを示す図である。 段差面で剥離するスワール流の流れを示す図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
［エンジンの全体構成］
　図１は、実施形態に係るエンジン１の全体構成を概略的に示す断面図である。図１に示すように、実施形態に係るエンジン１は、ピストン１０、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１４、隔壁１６、噴射ノズル１８及び点火プラグ２０を備えている。シリンダブロック１２には、ピストン１０が往復動するシリンダ２２が設けられている。シリンダヘッド１４は、シリンダブロック１２に固定され、ピストン１０との間に主室（燃焼室）２４を形成している。シリンダヘッド１４には、吸気ポート２６及び排気ポート２８が設けられている。吸気ポート２６及び排気ポート２８は、例えば、１つの主室２４に対して２つずつ設けられているが、これに限定されるものではない。吸気ポート２６には、吸気ポート２６を開閉する吸気バルブ３０が設けられ、排気ポート２８には、排気ポート２８を開閉する排気バルブ３２が設けられている。例えば、吸気ポート２６には、燃料を噴射する噴射ノズル３４（以下「ポートインジェクタ３４」という）が設けられているが、ポートインジェクタ３４は必須ではない。隔壁１６は、シリンダヘッド１４の主室側に設けられ、主室内に副室（予備燃焼室）３６を形成している。噴射ノズル１８は、主室内に燃料を噴射する噴射ノズル１８（以下「ダイレクトインジェクタ１８」という）である。点火プラグ２０は、副室内に設置され、副室内に流入した混合気に点火可能である。
［エンジン１の全体動作］
　実施形態に係るエンジン１は、吸気バルブ３０が吸気ポート２６を開放するとともにピストン１０が下降する吸気行程において、ポートインジェクタ３４が燃料を噴射する。これにより、吸気ポート２６から主室２４に混合気が供給される。実施形態に係るエンジン１では、主室内の混合気は理論空燃比よりも薄いリーン混合気となる。
　吸気バルブ３０が吸気ポート２６を閉鎖するとともにピストン１０が上昇する圧縮行程において、ダイレクトインジェクタ１８が燃料を噴射する。これにより、ダイレクトインジェクタ１８から噴射された燃料は主室内の混合気とともに副室３６に供給される。そして、副室内の混合気は点火プラグ２０によって点火される。実施形態に係るエンジン１では、副室内の混合気は理論空燃比と同等の空燃比の混合気となる。
　ピストン１０を下降させる膨張行程において、点火プラグ２０によって点火された副室内の混合気は、火炎流となって主室内に噴射され、主室内の混合気を燃焼させる。
　排気バルブ３２が排気ポート２８を開放するとともにピストン１０が上昇する排気行程において、主室内の燃焼ガスが排出される。これら、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより、エンジン１は運転される。なお、実施形態に係るエンジン１では、ポートインジェクタ３４が吸気行程において燃料を噴射しているが、排気行程において燃料を噴射するようにしても良い。この場合にも、主室２４へは吸気行程において、燃料が供給されることとなる。
［隔壁１６の構成］
　図２は、図１に示した隔壁１６を概略的に示す斜視図である。図３は、図２に示した隔壁１６のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図であり、図４は、図２に示した隔壁１６のＩＶ－ＩＶ断面図である。図２に示すように、隔壁１６は、円柱と円錐台とが組み合わされたような形状の外形を有している。隔壁１６の円柱側の端部にはフランジ３８が設けられ、このフランジ３８によって隔壁１６がシリンダヘッド１４の主室側に固定される。これにより、隔壁１６の円柱側がシリンダヘッド１４に固定される基端部側となり、円錐台側がピストン側に位置する先端部側となる。図３に示すように、隔壁１６は、その内部に円柱と円錐台とが組み合わされたような形状の副室３６を有している。そして、副室３６の円柱側はシリンダヘッド側に位置する副室基部４０を構成し、円錐台側はピストン側に位置する副室先端部４２を構成する。そして、副室先端部４２の最大断面積は副室基部４０の最小断面積よりも小さく、副室基部４０と副室先端部４２との間には段差面４４が設けられている。段差面４４は、副室基部４０から副室先端部４２に向けて漸次窄まるように設けられているが、これに限られるものではなく、平面をなすように設けられてもよい。
　隔壁１６は、その先端部側に主室２４から副室３６（副室先端部４２）に通じる燃料流入連通路４６を有している。図４に示すように、燃料流入連通路４６は、シリンダ２２の周方向においてダイレクトインジェクタ側に設けられている。燃料流入連通路４６は、好ましくは、シリンダ２２の周方向においてダイレクトインジェクタ１８の噴射範囲ＲＧ、より好ましくは、シリンダ２２の周方向においてダイレクトインジェクタ１８の噴射方向と正対する位置に設けられている。燃料流入連通路４６がシリンダ２２の周方向においてダイレクトインジェクタ１８の噴射方向と正対する位置に設けられている場合に、燃料流入連通路４６はダイレクトインジェクタ１８の噴射方向の延長線上に設けられ、副室３６の中心に向かって真っ直ぐに延びている。図３に示すように、燃料流入連通路４６は、エンジン１の圧縮行程においてダイレクトインジェクタ１８から噴射された燃料が燃料流入連通路４６に流入するように、副室３６の内側（中心）に向かうにつれてシリンダヘッド１４に近づくように傾いて設けられ、より好ましくは、ダイレクトインジェクタ１８の噴射方向に沿って設けられている。燃料流入連通路４６は、例えば、１つであるが、１つに限られるものではなく、２つ以上であってもよい。
　図２に示すように、隔壁１６は、その先端部側に隔壁１６の主室側壁面１６ａから突出する凸壁４８を有している。凸壁４８は、燃料流入連通路４６の主室側開口４６ａを囲み、図３及び図４に示すように、凸壁４８の外周縁４８ａから燃料流入連通路４６の主室側開口４６ａに向けてくぼむ受面５０を形成している。受面５０は、凸壁４８の外周縁４８ａから燃料流入連通路４６の主室側開口４６ａに向けてくぼむものに限られるものではなく、平坦なものであってもよい。凸壁４８の外周縁４８ａから燃料流入連通路４６の主室側開口４６ａに向けてくぼむ受面５０は、凸壁４８の外周縁４８ａを周縁とする湾曲面であって、例えば、燃料流入連通路４６の主室側開口４６ａは最もくぼんだ位置に設けられている。
　図４に示すように、隔壁１６は、その先端部側に少なくとも１つのスワール流生成連通路５２を有している。少なくとも１つのスワール流生成連通路５２は、燃料流入連通路４６と同様、主室２４から副室３６に通じる連通路であって、シリンダ２２の周方向において燃料流入連通路４６と異なる位置に設けられている。少なくとも１つのスワール流生成連通路５２は、シリンダ２２の周方向において副室３６の中心に向かう方向に対して傾いて設けられている。また、図３に示すように、少なくとも１つのスワール流生成連通路５２は、水平方向又は水平方向に対して傾いて設けられている。スワール流生成連通路５２は、好ましくは、エンジン１の圧縮行程において主室内の混合気が副室内に流入するように、副室３６の内側に向かうにつれてシリンダヘッド１４に近づくように傾いて設けられている。
　少なくとも１つのスワール流生成連通路５２は、２つ以上のスワール流生成連通路５２であって、例えば、図４に示す隔壁１６は、５つのスワール流生成連通路５２を有するが、これに限られるものではない。２つ以上のスワール流生成連通路５２の副室側開口５２ａを通る断面において、隔壁１６の副室側壁面１６ｂは円形状である。
　また、隔壁１６は、燃料流入連通路４６が設けられた部分の肉厚ｔ１と、少なくとも１つのスワール流生成連通路５２が設けられた部分の肉厚ｔ２とが同じである。
　図３及び図４に示すように、隔壁１６は、その先端に連通路５４を有している。連通路５４は、主室２４から副室３６に通じる連通路である。連通路５４は、例えば、副室３６の中心軸に沿って設けられている。
　また、図４に示すように、隔壁１６は、凸壁４８の外周縁４８ａと凸壁４８と隣り合う少なくとも１つのスワール流生成連通路５２の主室側開口５２ｂが設けられた部分とを結ぶ直線ＬＮよりも隔壁側にくぼむ凹部５６を有している。
［エンジン１の動作］
　上述したエンジン１では、エンジン１の圧縮行程においてダイレクトインジェクタ１８から噴射された燃料が受面５０に衝突し、燃料流入連通路４６の主室側開口４６ａの周りに燃料を多く含んだ混合気が生成される。そして、エンジン１の圧縮行程において主室２４から副室３６に混合気が供給される。燃料流入連通路４６から燃料が濃い混合気が供給され、スワール流生成連通路５２から供給された混合気は副室内を旋回することによってスワール流を生成する。このスワール流によって燃料が濃い混合気も旋回することになるが、ダイレクトインジェクタ１８からの燃料噴射が終了した後も混合気がスワール流生成連通路５２を通り副室内に供給されるので、後から副室内に供給された燃料の薄い混合気が副室内（外周側）を旋回することで、先に副室内に供給された燃料が濃い混合気が副室の中心側に集まる。これにより、燃料の濃い混合気の周りに燃料の薄い混合気のスワール流の流れを形成することができる（成層化）。
　次に、エンジン１の圧縮行程において点火プラグ２０が副室内の燃料の濃い混合気に点火する。すると、副室内の混合気は火炎となって燃料流入連通路４６及びスワール流生成連通路５２を通り主室内に噴射され、主室内の混合気を燃焼させる。
［効果］
　上述したエンジン１によれば、凸壁４８が隔壁１６の主室側壁面１６ａから突出しているので、凸壁４８が副室側壁面の形状に影響を与えることがなく、ダイレクトインジェクタ１８から噴射された燃料が隔壁１６の燃料流入連通路４６と反対側に回り込むのを抑制することができる。これにより、隔壁１６の燃料流入連通路４６と反対側で燃料を多く含んだ混合気が生成されるのを抑制することができる。
　また、少なくとも１つのスワール流生成連通路５２を通り副室内に流入した混合気は副室内にスワール流を生成するので、副室内において燃料の濃い混合気の周りに燃料の薄い混合気のスワール流の流れを形成することができる（成層化）。
　また、２つ以上のスワール流生成連通路５２を通る断面において、隔壁１６の副室側壁面１６ｂが円形形状であるので、スワール流生成連通路５２を通り流入した混合気が副室側壁面１６ｂに沿って旋回し、副室内に強いスワール流を生成することができる。
　また、隔壁１６は、燃料流入連通路４６が設けられた部分の肉厚ｔ２と、少なくとも１つのスワール流生成連通路５２が設けられた部分の肉厚ｔ１とが同じであるので、スワール流生成連通路５２の長さＬ１を燃料流入連通路４６の長さＬ２に近づけることができる。これにより、副室内で点火され、燃料流入連通路４６から噴射される火炎とスワール流生成連通路５２から噴射される火炎のバランスをとることができる。
　また、隔壁１６は、凸壁４８の外周縁４８ａと凸壁４８と隣り合う少なくとも１つのスワール流生成連通路５２の主室側開口５２ｂが設けられた部分とを結ぶ直線ＬＮよりも隔壁１６側にくぼむ凹部５６を有するので、図５に示すように、凸壁４８の外周縁４８ａを超えた混合気が隔壁１６の主室側壁面１６ａから剥離しやすくなり、凸壁４８の外周縁４８ａを越えた混合気がスワール流生成連通路５２から入り易くなる。また、主室側壁面１６ａから剥離した混合気が渦となり負圧を生成することで、凸壁４８の外周縁４８ａを越えた混合気が滞留する。これにより、凸壁４８の外周縁４８ａを越えた混合気を副室内に効果的に導入することができる。
　また、隔壁１６は、副室先端部４２の最大断面積を副室基部４０の最小断面積よりも小さくすることで、副室先端部４２に強いスワール流を生成することができる。また、図６に示すように、スワール流が段差面４４で剥離することで、段差面４４で燃料が薄くなる。火炎は燃料が濃い領域を進むため火炎が中央に寄り、少なくとも１つのスワール流生成路が２つ以上のスワール流生成連通路５２である場合に、２つ以上のスワール流生成連通路５２から同時に火炎を噴出するようにできる。
１　　エンジン
１０　　ピストン
１２　　シリンダブロック
１４　　シリンダヘッド
１６　　隔壁
１６ａ　　主室側壁面
１６ｂ　　副室側壁面
１８　　噴射ノズル（ダイレクトインジェクタ）
２０　　点火プラグ
２２　　シリンダ
２４　　主室（燃焼室）
２６　　吸気ポート
２８　　排気ポート
３０　　吸気バルブ
３２　　排気バルブ
３４　　噴射ノズル（ポートインジェクタ）
３６　　副室（予備燃焼室）
３８　　フランジ
４０　　副室基部
４２　　副室先端部
４４　　段差面
４６　　燃料流入連通路
４６ａ　　主室側開口
４８　　凸壁
４８ａ　　外周縁
５０　　受面
５２　　スワール流生成連通路
５２ａ　　副室側開口
５２ｂ　　主室側開口
５４　　連通路
５６　　凹部
ＲＧ　　ダイレクトインジェクタの噴射範囲

Claims (6)

  1. 　ピストンと、
    　前記ピストンが往復動するシリンダが設けられたシリンダブロックと、
    　前記シリンダブロックに固定され、前記ピストンとの間に主室を形成するシリンダヘッドと、
    　前記シリンダヘッドの前記主室側に設けられ、前記主室内に副室を形成する隔壁と、
    　前記主室内に燃料を噴射する噴射ノズルと、
    　前記副室内に設置された点火プラグと
    を備え、
    　前記隔壁は、
    　前記シリンダの周方向において前記噴射ノズル側に設けられ、前記主室から前記副室に通じる燃料流入連通路と、
    　前記隔壁の主室側壁面から突出する凸壁と
    を有し、
    　前記凸壁は、前記燃料流入連通路の主室側開口を囲み、平坦又は前記凸壁の外周縁から前記燃料流入連通路の主室側開口に向けてくぼむ受面を形成する、
    エンジン。
  2. 　前記隔壁は、
    　前記シリンダの周方向において前記燃料流入連通路と異なる位置に設けられ、前記シリンダの周方向において前記副室の中心に向かう方向に対して傾いて設けられた少なくとも１つのスワール流生成連通路を有する、
    請求項１に記載のエンジン。
  3. 　前記少なくとも１つのスワール流生成連通路は、２つ以上のスワール流生成連通路であって、
    　前記２つ以上のスワール流生成連通路の副室側開口を通る断面において、前記隔壁の副室側壁面は円形状である、
    請求項２に記載のエンジン。
  4. 　前記隔壁は、前記燃料流入連通路が設けられた部分の肉厚と、前記少なくとも１つのスワール流生成連通路が設けられた部分の肉厚とが同じである、
    請求項２又は３に記載のエンジン。
  5. 　前記隔壁は、前記凸壁の外周縁と前記凸壁と隣り合う前記少なくとも１つのスワール流生成連通路の主室側開口が設けられた部分とを結ぶ線よりも前記隔壁側にくぼむ凹部を有する、
    請求項２から４のいずれか一項に記載のエンジン。
  6. 　前記隔壁には、
    　前記少なくとも１つのスワール流生成連通路が通じる副室先端部と、
    　前記副室先端部よりも前記シリンダヘッド側に設けられた副室基部と、
    　前記副室先端部と前記副室基部との間に設けられた段差面と
    が設けられ、
    　前記副室先端部の最大断面積は、前記副室基部の最小断面積よりも小さい、
    請求項２から５のいずれか一項に記載のエンジン。

     
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