(57)【要約】【課題】早期着火の発生を抑制する。【解決手段】シリンダヘッド（３）に、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。副室（１２）内に点火栓（１５）の電極が配置されており、点火栓（１５）により副室（１２）内の混合気を燃焼させたときに連通孔（１３）からジェット火炎が主燃焼室（５）に噴出する。薄肉副室壁（１１）を主燃焼室（５）に面する外壁（１１ａ）と副室（１２）に面する内壁（１１ｂ）の二層構造に形成する。内壁（１１ｂ）を外壁（１１ａ）よりも熱伝導率の高い材料により形成する。【選択図】図２
2020084869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、内壁を外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。
【請求項２】
金属製中空スリーブの先端部に薄肉副室壁の少なくとも内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。
【請求項３】
薄肉副室壁の内壁を貫通する連通孔部分周りの全外周面を、内壁よりも熱伝導率の低い材料により形成した請求項１に記載の副室付内燃機関。
【請求項４】
複数個の連通孔を具備しており、薄肉副室壁の内壁を貫通する連通孔部分周りの全外周面を、内壁よりも熱伝導率の低い材料により形成した第１の連通孔と、薄肉副室壁の外壁を貫通する連通孔部分周りの全外周面を、外壁よりも熱伝導率の高い材料により形成した第２の連通孔とが交互の形成されている請求項１に記載の副室付内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は副室付内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３８９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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、内壁を外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提供される。
【発明の効果】
【０００７】
薄肉副室壁の内壁を外壁よりも熱伝導率の高い材料により形成することによって、薄肉副室壁の内壁の温度を低下させることができ、それにより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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は副室付内燃機関の側面図である。
【図２】図２は副室周りの拡大側面断面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ断面に沿ってみた断面図である。
【図４】図４Ａおよび４Ｂは、別の実施例を示す副室周りの拡大側面断面図である。
【図５】図５は、更に別の実施例を示す副室周りの拡大側面断面図である。
【図６】図６は、更に別の実施例を示す副室周りの拡大平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。図２に示されるように、この薄肉副室壁１１は主燃焼室５に面する外壁１１ａと副室１２に面する内壁１１ｂの二層構造に形成されており、内壁１１ｂは外壁１１ａよりも熱伝導率の高い材料により形成されている。この場合、例えば、内壁１１ｂは金属材料から形成され、外壁１１ａはセラミックから形成される。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が形成されている。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。
【００１１】
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、即ち、薄肉副室壁１１の外壁１１ａの環状端面と薄肉副室壁１１の内壁１１ｂの環状端面が、中空スリーブ１４の先端面に、溶着により結合されている。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
しかしながら、本発明による実施例では、薄肉副室壁１１の内壁１１ｂは熱伝導率の高い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の内壁１１ｂ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。また、薄肉副室壁１１の外壁１１ａが熱伝導率の低い材料により形成されているので、主燃焼室５内で発生する熱が、副室１２内のガスに伝達されるのが抑制される。なお、この場合、主燃焼室５内で発生する熱の一部が、薄肉副室壁１１の内壁１１ｂに伝達されたとしても、この熱はシリンダヘッド３に逃げる。従って、副室１２内のガス温は低く抑えられ、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。
【００１５】
図４Ａおよび図４Ｂは、内壁１１ｂの熱が中空スリーブ１４を介してシリンダヘッド３に逃げやすくするために、薄肉副室壁１１の内壁１１ｂと中空スリーブ１４との接触面積を増大するようにした夫々別の実施例を示している。図４Ａに示される実施例では、薄肉副室壁１１の環状端部には外壁１１ａが設けられておらず、薄肉副室壁１１の環状端部では、薄肉副室壁１１の環状端部以外に比べて内壁１１ｂの厚みが増大されている。従って、図４Ａに示される実施例では、内壁１１ｂのみの環状端面が中空スリーブ１４の先端面と結合せしめられている。一方、図４Ｂに示される実施例では、薄肉副室壁１１の内壁１１ｂが外壁１１ａの環状端面から薄肉副室壁１１の軸線方向に突出しており、この内壁１１ｂの突出部が、中空スリーブ１４内に嵌着又は螺着されている。
【００１６】
図５は更に別の実施例を示している。この実施例では、薄肉副室壁１１の内壁１１ｂを貫通する連通孔１３部分周りの全外周面が、内壁１１ｂ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５に示される実施例では、外壁１１ａの一部１１ｄが副室１２内に向けて内壁１１ｂ内を薄肉副室壁１１の内側面まで筒状に延びており、この外壁１１ａの筒状部１１ｄ内に連通孔１３が形成されている。即ち、図５に示される実施例では、連通孔１３が全長に亘って内壁１１ｂよりも熱伝導率の低い材料からなる周壁により囲まれている。
【００１７】
このように連通孔１３が全長に亘って内壁１１ｂよりも熱伝導率の低い周壁により囲まれていると、副室１２から各連通孔１３を介して主燃焼室５内にジェット火炎が噴出するときに、ジェット火炎は、連通孔１３内を流れる際に各連通孔１３の周壁面からほとんど冷却作用を受けない。その結果、各連通孔１３から噴出する際のジェット火炎の噴出力が低下するのが抑制される。従って、例えば、機関温度が低いときであっても、高いジェット火炎の噴出力を確保することができ、その結果、主燃焼室５内の混合気を良好に燃焼させることができる。
【００１８】
図６は更に別の実施例を示している。この実施例では、薄肉副室壁１２の内壁１１ｂを貫通する連通孔部分周りの全外周面を、内壁１１ｂよりも熱伝導率の低い材料により形成した第１の連通孔１３ａと、薄肉副室壁１２の外壁１１ａを貫通する連通孔部分周りの全外周面を、外壁１１ａよりも熱伝導率の高い材料により形成した第２の連通孔１３ｂとが交互の形成されている。即ち、この実施例では、外壁１１ａの一部１１ｄが副室１２内に向けて内壁１１ｂ内を薄肉副室壁１１の内側面まで筒状に延びており、この外壁１１ａの筒状部１１ｄ内に第１の連通孔１３ａが形成される。即ち、第１の連通孔１３ａは、全長に亘って内壁１１ｂよりも熱伝導率の低い材料からなる周壁により囲まれている。
【００１９】
一方、この実施例では、内壁１１ｂの一部１１ｅが主燃焼室５内に向けて外壁１１ａ内を薄肉副室壁１１の外側面まで筒状に延びており、この内壁１１ｂの筒状部１１ｅ内に第２の連通孔１３ｂが形成される。即ち、第２の連通孔１３ｂは、全長に亘って外壁１１ａよりも熱伝導率の高い材料からなる周壁により囲まれている。
【００２０】
第１の連通孔１３ａのように連通孔が全長に亘って内壁１１ｂよりも熱伝導率の低い周壁により囲まれていると、副室１２から噴出するジェット火炎は、第１の連通孔１３ａ内を流れる際に第１の連通孔１３ａの周壁面からほとんど冷却作用を受けず、その結果、図６においてＪａで示されるように、ジェット火炎の噴出力が高くなる。これに対し、第２の連通孔１３ｂのように連通孔が全長に亘って外壁１１ａよりも熱伝導率の高い周壁により囲まれていると、副室１２から噴出するジェット火炎は、第２の連通孔１３ｂ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、図６においてＪｂで示されるように、ジェット火炎の噴出力が低下する。
【００２１】
従って、図６に示されるように、各連通孔１３ａ、１３ｂからのジェット火炎Ｊａ、Ｊｂの噴出力はシリンダ軸線回りにおいて交互に強くなる。なお、図６に示される実施例では、薄肉副室壁１１に８個の連通孔１３ａ、１３ｂが形成されているが、連通孔１３ａ、１３ｂの個数は４個、６個、或いは１０個以上の偶数個とすることができる。
【００２２】
さて、副室１２から噴出したジェット火炎によって主燃焼室５内の混合気を燃焼させる場合、混合気の燃焼による圧力上昇により主燃焼室５の周辺部の混合気が圧縮されて自着火し、ノッキングが発生する場合もあるが、全ての連通孔から強力なジェット火炎Ｊａを噴出させた場合、図６のＫで示されるように、薄肉副室壁１１の近傍でノッキングが発生する場合がある。即ち、全ての連通孔から強力なジェット火炎Ｊａを噴出させると、薄肉副室壁１１の近傍では、ジェット火炎Ｊａが十分に成長していないため、薄肉副室壁１１の近傍の混合気には火炎が伝播せず、混合気の燃焼による圧力上昇により薄肉副室壁１１の近傍で主燃焼室５の周辺部の混合気が圧縮されて自着火し、ノッキングが発生する。
【００２３】
この場合、図６に示されるように、強力なジェット火炎Ｊａの間に、少し弱いジェット火炎Ｊｂを噴出させると、このジェット火炎Ｊｂは薄肉副室壁１１の近傍まで伝播するので、この火炎によって、薄肉副室壁１１の近傍の混合気が燃焼せしめられる。その結果、薄肉副室壁１１の近傍で混合気が自着火することによりノッキングが発生するのが阻止される。なお、連通孔の径を小さくすることによってもジェット火炎を弱めることができるが、連通孔の径を小さくすると、ジェット火炎は広がらずに棒状となる。このようにジェット火炎が棒状になると、ジェット火炎が薄肉副室壁１１の近傍の混合気に伝播しなくなり、その結果、薄肉副室壁１１の近傍で主燃焼室５の周辺部の混合気が自着火し、ノッキングが発生することになる。従って、単に連通孔の径を小さくしてもノッキングの発生を阻止することはできない。
【符号の説明】
【００２４】
３    シリンダヘッド
４    ピストン
５    主燃焼室
１１    薄肉副室壁
１１ａ    外壁
１１ｂ    内壁
１２    副室
１３、１３ａ、１３ｂ    連通孔
１４    中空スリーブ
１５    点火栓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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