(57)【要約】【課題】副室を形成する副室形成部の全体を効果的に冷却することが可能な副室式ガスエンジンを提供する。【解決手段】副室式ガスエンジンは、主燃焼室を形成する主室形成部と、複数の噴孔を介して主燃焼室に連通される副室を形成する副室形成部であって、所定の内径を有する大径筒室を形成する筒状の大径筒形成部、および、大径筒室よりも小さい内径を有するとともに複数の噴孔が接続される小径筒室を形成する筒状の小径筒形成部、を含む副室形成部と、少なくとも一部が小径筒形成部の壁体の内部に形成される副室冷却水通路と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃焼室を形成する主室形成部と、
複数の噴孔を介して前記主燃焼室に連通される副室を形成する副室形成部であって、所定の内径を有する大径筒室を形成する筒状の大径筒形成部、および、前記大径筒室よりも小さい内径を有するとともに前記複数の噴孔が接続される小径筒室を形成する筒状の小径筒形成部、を含む副室形成部と、
少なくとも一部が前記小径筒形成部の壁体の内部に形成される副室冷却水通路と、を備えることを特徴とする副室式ガスエンジン。
【請求項２】
前記副室冷却水通路は、前記小径筒形成部の壁体の内部を延在する管状通路を有することを特徴とする請求項１に記載の副室式ガスエンジン。
【請求項３】
前記小径筒形成部は、前記主室形成部における前記主燃焼室に面する主室形成面から前記主燃焼室に突出する突出部を有し、
前記噴孔の少なくとも一部は前記突出部に形成されると共に、
前記管状通路は、前記噴孔を跨ぐように前記突出部の壁体の内部に延在することを特徴とする請求項２に記載の副室式ガスエンジン。
【請求項４】
前記管状通路は、複数の管状の分流管状通路を有し、
前記複数の分流管状通路の各々は、前記突出部において合流していることを特徴とする請求項３に記載の副室式ガスエンジン。
【請求項５】
前記主室形成部は、シリンダヘッドを含み、
前記シリンダヘッドの内部には、冷却水通路が形成され、
前記管状通路は、前記冷却水通路に接続される第１開口と、前記第１開口とは異なる位置において前記冷却水通路に接続される第２開口とを有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の副室式ガスエンジン。
【請求項６】
前記シリンダヘッドは、
前記主燃焼室に面する底板部と、
前記シリンダヘッドの内部において、前記底板部との間に前記冷却水通路の一部である第１空間を形成しつつ、前記底板部よりも前記主燃焼室から離間されて設けられる中板部と、
給気ポート及び排気ポートを前記シリンダヘッドの内部に形成する複数のポート壁部と、を含み、
前記第１開口は、隣接する前記複数のポート壁部の間に形成されたポート間狭隘空間に配向されるように、前記第１空間に開口することを特徴とする請求項５に記載の副室式ガスエンジン。
【請求項７】
前記中板部に形成された貫通孔に連通された、前記中板部を挟んで前記第１空間の反対側に位置する第２空間と、を有し、
前記第２開口は、前記貫通孔に接続されることを特徴とする請求項６に記載の副室式ガスエンジン。
【請求項８】
前記第２開口は、前記ポート壁部に配向されるように、前記第１空間に開口することを特徴とする請求項６に記載の副室式ガスエンジン。
【請求項９】
前記第１開口は、前記給気ポートと前記排気ポートとの間、または、互いに隣接する前記排気ポートの間のいずれか一方に位置する前記ポート間狭隘空間に配向されるように、前記第１空間に開口することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の副室式ガスエンジン。
【請求項１０】
前記底板部は、前記小径筒形成部の周囲に位置することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の副室式ガスエンジン。
【請求項１１】
副室式ガスエンジンの主燃焼室と複数の噴孔を介して連通される副室を形成する副室形成部材であって、
所定の内径を有する大径筒室を形成する筒状の大径筒形成部と、
前記大径筒室よりも小さい内径を有するとともに前記複数の噴孔が接続される小径筒室を形成する筒状の小径筒形成部と、
少なくとも一部が前記小径筒形成部の壁体の内部に形成される副室冷却水通路と、を備えることを特徴とする副室形成部材。
【請求項１２】
前記副室冷却水通路は、前記小径筒形成部の壁体の内部を延在する管状通路を有することを特徴とする請求項１１に記載の副室形成部材。
【請求項１３】
前記小径筒形成部は、前記主室形成部における前記主燃焼室に面する主室形成面から前記主燃焼室に突出する突出部を有し、
前記噴孔の少なくとも一部は前記突出部に形成されると共に、
前記少なくとも１つの管状通路は、前記噴孔を跨ぐように前記突出部の壁体の内部に延在することを特徴とする請求項１２に記載の副室形成部材。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの管状通路は、複数の管状通路を有し、
前記複数の管状通路の各々は、前記突出部において合流していることを特徴とする請求項１３に記載の副室形成部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、副燃焼室（副室）で生成された燃焼火炎を複数の噴孔を介して主燃焼室（主室）に噴出せしめることで、主燃焼室の混合気を燃焼させる副室式ガスエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、希薄予混合気を効率良く燃焼させることが可能なエンジンとして副室式ガスエンジンが知られている（例えば、特許文献１〜２）。副室式ガスエンジンは、ピストンとシリンダヘッドとの間に画定される主燃焼室（主室）と、シリンダ上部などの主燃焼室に近接して設けられた副室とを有しており、複数の噴孔を介して、主燃焼室と副室とが連通される。そして、点火プラグなどの着火装置により副室の混合気を着火することにより、この着火によって生じた燃焼火炎が副室の下部に設けられた複数の噴孔の各々から噴出し、主燃焼室の希薄予混合気を燃焼させる。より詳細には、エンジンの給気行程でシリンダ内に導入された希薄予混合気の一部が、圧縮工程において複数の噴孔の各々を介して副室に流入し、副室に直接供給されている副室燃料と混合されて、副室には着火に適した濃度を有する混合気が生成される。この状態の混合気が着火されることにより噴孔から主燃焼室へ噴出する燃焼火炎を火種（トーチ）として、主燃焼室の希薄予混合気が着火、燃焼する。これによって、主燃焼室における希薄予混合気の燃焼が可能となり、低燃費を実現している。また、主燃焼室での希薄予混合気の燃焼は比較的低温の燃焼であるため、ＮＯｘ等の発生量を低減し、低公害を実現可能としている。
【０００３】
このような副室式ガスエンジンでは、主燃焼室における燃焼状態は、副室から噴出するトーチ火炎の影響を受ける。このトーチ火炎は、副室における混合気の混合状態に影響を与える噴孔の形状の影響を受ける。よって、例えば、燃料ガスの燃焼による高温に伴って生じる強度低下により噴孔が摩耗するなどして噴孔の形状が変わると、着火し易い濃度の混合気が副室に形成され難くなり、副室における燃焼を不安定化させ、トーチ火炎に影響を与える結果、主燃焼室における燃焼が不安定となり、副室式ガスエンジンの効率の低下を招くおそれがある。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１では、副室を形成する副室部材の内壁部材と外壁部材とによって区画される冷却水通路（第一冷却液通路）を副室の周りに形成し、副室部材の冷却を行うことが開示されている。より詳細には、特許文献１の副室部材は、そのスロート部（先端部）がシリンダヘッドに形成された取付孔に挿入されるようになっており、内壁部材のスロート部は、シリンダヘッドの取付孔を貫通して主燃焼室に突出し、外壁部材は、スロート部を除く内壁部材の外周部を覆うことにより、冷却水通路を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−４７１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、冷却水通路はスロート部（後述する小径筒形成部）の周囲には形成されていないため、冷却水通路から噴孔までの距離が離れる分だけ、噴孔周りの冷却力は低下する。この結果、副室形成部のスロート部の特に噴孔周りの強度が冷却不足により低下する結果、噴孔を形成する壁体に摩耗が生じ、噴孔の形状を変化させるおそれがある。噴孔の形状の変化は、副室に設置される着火装置の着火部に向けた希薄予混合気の最適な流れに変化を生じさせる。その結果、副室式ガスエンジンにおける安定的な燃焼を阻害し、効率の低下を招く。また、摩耗した副室形成部の交換は、副室式ガスエンジンの稼働率低下に繋がる。
【０００７】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、副室を形成する副室形成部の全体を効果的に冷却することが可能な副室式ガスエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る副室式ガスエンジンは、
主燃焼室を形成する主室形成部と、
複数の噴孔を介して前記主燃焼室に連通される副室を形成する副室形成部であって、所定の内径を有する大径筒室を形成する筒状の大径筒形成部、および、前記大径筒室よりも小さい内径を有するとともに前記複数の噴孔が接続される小径筒室を形成する筒状の小径筒形成部、を含む副室形成部と、
少なくとも一部が前記小径筒形成部の壁体の内部に形成される副室冷却水通路と、を備える。
【０００９】
上記（１）の構成によれば、副室形成部の小径筒形成部の壁体の内部に副室冷却水通路を形成することによって、大径筒形成部よりも壁体の温度（壁温）が高温となる小径筒形成部に冷却水を導入することができるので、小径筒形成部の局所的な冷却不足が生じるのを防止し、副室形成部の全体を効果的に冷却することができる。また、副室冷却水通路によって小径筒形成部の冷却力を向上することができるので、高温による酸化や強度低下により生じる特に噴孔を形成する壁体（壁体形成部）の摩耗を抑制することができる。したがって、噴孔の摩耗による変形を防止することができ、副室式ガスエンジンにおける安定した燃焼を維持し、効率の維持を図ることができる。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記副室冷却水通路は、前記小径筒形成部の壁体の内部を延在する管状通路を有する。
上記（２）の構成によれば、副室冷却水通路が管状であることによって、噴孔に干渉することなく、副室冷却水通路を噴孔の間の壁体に延在させることができる。よって、小径筒形成部における噴孔周り（噴孔形成部）の冷却力を向上させることができ、高温による強度低下により生じる噴孔形成部の摩耗を抑制すると共に、副室式ガスエンジンにおける安定した燃焼を維持することができる。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記小径筒形成部は、前記主室形成部における前記主燃焼室に面する主室形成面から前記主燃焼室に突出する突出部を有し、
前記噴孔の少なくとも一部は前記突出部に形成されると共に、
前記管状通路は、前記噴孔を跨ぐように前記突出部の壁体の内部に延在する。
上記（３）の構成によれば、副室冷却水通路が噴孔を跨ぐように突出部の壁体の内部に延在することで、小径筒形成部における噴孔周り（噴孔形成部）まで冷却水を導入することができ、小径筒形成部における噴孔形成部の摩耗を抑制することができる。
【００１２】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記管状通路は、複数の管状の分流管状通路を有し、
前記複数の分流管状通路の各々は、前記突出部において合流している。
上記（４）の構成によれば、複数の分流管状通路が突出部で合流するようにして管状通路を形成することで、突出部の壁体の厚さによる制限を比較的受けずに、複数の分流管状通路を設けることができる。よって、分流管状通路の数を突出部側の温度に応じて調整することが容易となり、副室冷却水通路を流れる冷却水の水量を調整して、副室形成部の適切な冷却をさらに図ることができる。
【００１３】
（５）幾つかの実施形態では、上記（２）〜（４）の構成において、
前記主室形成部は、シリンダヘッドを含み、
前記シリンダヘッドの内部には、冷却水通路が形成され、
前記管状通路は、前記冷却水通路に接続される第１開口と、前記第１開口とは異なる位置において前記冷却水通路に接続される第２開口とを有する。
上記（５）の構成によれば、第１開口から第２開口あるいは第２開口から第１開口への一方向の流れを形成することができ、副室冷却水通路（管状通路）における冷却水の流れを適切に形成することによって、副室冷却水通路を流れる冷却水による副室形成部の冷却を適切に行うことができる。
【００１４】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記シリンダヘッドは、
前記主燃焼室に面する底板部と、
前記シリンダヘッドの内部において、前記底板部との間に前記冷却水通路の一部である第１空間を形成しつつ、前記底板部よりも前記主燃焼室から離間されて設けられる中板部と、
給気ポート及び排気ポートを前記シリンダヘッドの内部に形成する複数のポート壁部と、を含み、
前記第１開口は、隣接する前記複数のポート壁部の間に形成されたポート間狭隘空間に配向されるように、前記第１空間に開口する。
【００１５】
冷却水通路は、主に、第１空間における複数のポート壁部の間のポート間狭隘空間から副室冷却水通路の第１開口に向かって冷却水を流すようになっており、第１開口が設けられる付近は、冷却水が衝突する淀み点となり、静圧が大きくなる部分となる。
上記（６）の構成によれば、副室冷却水通路の第１開口が、隣接する複数のポート壁部の間のポート間狭隘空間に配向されるように第１空間に接続されることにより、第１開口における圧力をより大きくすることができ、第１開口から第２開口に向けて冷却水が滞りなく流れるように図ることができる。
【００１６】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記中板部に形成された貫通孔に連通された、前記中板部を挟んで前記第１空間の反対側に位置する第２空間と、を有し、
前記第２開口は、前記貫通孔に接続される。
【００１７】
冷却水通路は、第１空間から中板部の貫通孔を通って第２空間に冷却水を流すようになっており、貫通孔は、動圧が大きく、静圧が小さい部分となる。
上記（７）の構成によれば、副室冷却水通路の第２開口を静圧が小さい貫通孔に接続することにより、第１開口と第２開口との間の圧力差を大きく設けることができ、第１開口から第２開口に向けて冷却水が滞りなく流れるように図ることができる。また、副室冷却水通路の第２開口が接続される貫通孔の動圧が大きいので、副室冷却水通路を流れてきた冷却水が冷却水通路の流れに引かれるエゼクター効果によって、さらに、第１開口から第２開口に向けて冷却水が滞りなく流れるように図ることができる。
【００１８】
（８）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記第２開口は、前記ポート壁部に配向されるように、前記第１空間に開口する。
【００１９】
第１空間における複数のポート壁部の間のポート間狭隘空間から副室冷却水通路の第１開口に向かって流れた冷却水は、第１開口が形成される付近の副室形成部に衝突して、副室形成部の周囲に沿って流れるため、このポート間狭隘空間の両隣にあるポート壁部に対面する副室形成部の部分は、相対的に静圧が小さく、動圧が大きい。
上記（８）の構成によれば、第２開口をポート壁部に配向するように第１空間に開口させることにより、第１開口が設けられる位置よりも、相対的に静圧が小さい位置に第２開口を設けることができ、第１開口と第２開口との間の圧力差を大きく設けることで、第１開口から第２開口に向けて冷却水が滞りなく流れるように図ることができる。
【００２０】
（９）幾つかの実施形態では、上記（６）〜（８）の構成において、
前記第１開口は、前記給気ポートと前記排気ポートとの間、または、互いに隣接する前記排気ポートの間のいずれか一方に位置する前記ポート間狭隘空間に配向されるように、前記第１空間に開口する。
主燃焼室においては、高温の排ガスが排出される排気ポートに近い部分（主燃焼室の部分）の方が、相対的に低温の給気を主燃焼室に導く給気ポートに近い部分よりも温度が高い。
上記（９）の構成によれば、副室冷却水通路の第１開口を、相対的に高温となる排気ポートが関係する側のポート間狭隘空間の側に配向するように第１空間に開口させることにより、主燃焼室においてより高温となる側から冷却水を導入することができ、小径筒形成部やその噴孔周り（噴孔形成部）の冷却を効率良く行うことができる。
【００２１】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（６）〜（９）の構成において、
前記底板部は、前記小径筒形成部の周囲に位置する。
上記（１０）の構成によれば、底板部が小径筒形成部の周囲に位置することにより、底板部と中板部との間に形成される冷却水通路を流れる冷却水は、底板部に遮られることで、副室形成部（副室形成部）の端部から離れた位置を流れることになるが、副室冷却水通路が小径筒形成部の壁体の内部に形成されることにより冷却水を導くことができ、小径筒形成部の局所的な冷却不足が生じるのを防止し、副室形成部の全体を効果的に冷却することができる。
【００２２】
（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る副室形成部材は、
副室式ガスエンジンの主燃焼室と複数の噴孔を介して連通される副室を形成する副室形成部材であって、
所定の内径を有する大径筒室を形成する筒状の大径筒形成部と、
前記大径筒室よりも小さい内径を有するとともに前記複数の噴孔が接続される小径筒室を形成する筒状の小径筒形成部と、
少なくとも一部が前記小径筒形成部の壁体の内部に形成される副室冷却水通路と、を備える。
【００２３】
上記（１１）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏することができる。
【００２４】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）の構成において、
前記副室冷却水通路は、前記小径筒形成部の壁体の内部を延在する管状通路を有する。
上記（１２）の構成によれば、上記（２）と同様の効果を奏することができる。
【００２５】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）の構成において、
前記小径筒形成部は、前記主室形成部における前記主燃焼室に面する主室形成面から前記主燃焼室に突出する突出部を有し、
前記噴孔の少なくとも一部は前記突出部に形成されると共に、
前記少なくとも１つの管状通路は、前記噴孔を跨ぐように前記突出部の壁体の内部に延在する。
上記（１３）の構成によれば、上記（３）と同様の効果を奏することができる。
【００２６】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）の構成において、
前記少なくとも１つの管状通路は、複数の管状通路を有し、
前記複数の管状通路の各々は、前記突出部において合流している。
上記（１４）の構成によれば、上記（４）と同様の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、副室を形成する副室形成部の全体を効果的に冷却することが可能な副室式ガスエンジンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる副室式ガスエンジンを概略的に示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態にかかる副室式ガスエンジンのシリンダヘッドを概略的に示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態にかかる副室式ガスエンジンのシリンダヘッドを概略的に示す断面図であり、図２Ａとは異なる断面を示す。
【図３】本発明の他の一実施形態にかかる副室式ガスエンジンを概略的に示す断面図であり、図２Ａ〜図２ＢのＡＡ断面を示す。
【図４】本発明の一実施形態にかかる副室形成部を模式的に示す図であり、副室冷却水通路は噴孔を跨ぐように突出部の壁体の内部に延在する。
【図５】本発明の一実施形態にかかる副室形成部を模式的に示す図であり、副室冷却水通路は壁体の内部を噴孔の手前まで延在する。
【図６】本発明の他の一実施形態にかかる副室式ガスエンジンを概略的に示す断面図であり、図２Ａ〜図２Ｂの副室形成部周りの拡大図に相当する。
【図７】本発明の他の一実施形態にかかる副室式ガスエンジンを概略的に示す断面図であり、図３のＣで示す部分を拡大して模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つか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。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３０】
図１は、本発明の一実施形態にかかる副室式ガスエンジン１を概略的に示す断面図である。図２Ａは、本発明の一実施形態にかかる副室式ガスエンジン１のシリンダヘッド１２を概略的に示す断面図である。図２Ｂは、本発明の一実施形態にかかる副室式ガスエンジン１のシリンダヘッド１２を概略的に示す断面図であり、図２Ａとは異なる断面を示す。
図３は、本発明の他の一実施形態にかかる副室式ガスエンジン１を概略的に示す断面図であり、図２Ａ〜図２ＢのＡＡ断面を示す。図４は、本発明の一実施形態にかかる副室形成部３を模式的に示す図であり、副室冷却水通路５は噴孔４を跨ぐように突出部３ｐの壁体３１ｗの内部に延在する。また、図５は、本発明の一実施形態にかかる副室形成部３を模式的に示す図であり、副室冷却水通路５は壁体３１ｗの内部を噴孔４の手前まで延在する。なお、以下の説明では、適宜、主燃焼室２ｒからみてシリンダヘッド１２側を上とし、その反対側を下とする。
【００３１】
図１に示すように、副室式ガスエンジン１は、主燃焼室２ｒを形成する主室形成部２と、副室３ｒを形成する副室形成部３とを備える。より詳細には、副室式ガスエンジン１は、円筒状の筒構造を内部に有するシリンダライナ１１およびこの筒構造の上部に蓋をすることが可能な窪み構造を内部に有するシリンダヘッド１２とで構成されるシリンダ１３と、シリンダ１３内に収納され往復運動するピストン１４と、シリンダヘッド１２のポート壁部１５ｗによって形成された給気ポート１５ｉ及び排気ポート１５ｅと、給気ポート１５ｉを開閉する給気弁１７と、排気ポート１５ｅを開閉する排気弁１８と、副室形成部３と、を備えている。そして、主燃焼室２ｒ（主室）は、シリンダ１３とピストン１４とによって画定されており、シリンダ１３とピストン１４とで主室形成部２が構成される。他方、副室３ｒは、主燃焼室２ｒの上部（ピストン１４の反対側）に位置するようにシリンダヘッド１２に設置された副室形成部３（例えば副室口金）によって形成される。
【００３２】
この副室形成部３は、所定の内径を有する大径筒室３３ｒを形成する筒状の大径筒形成部３３と、大径筒室３３ｒよりも小さい内径を有する小径筒室３１ｒを形成する筒状の小径筒形成部３１と、を有しており、大径筒室３３ｒと小径筒室３１ｒとによって副室３ｒが構成される。小径筒形成部３１には、大径筒形成部３３から離れた位置（反対側の後述する突出部３ｐ）において、小径筒室３１ｒと主燃焼室２ｒとを連通するための複数の噴孔４が形成されており、複数の噴孔４によって副室３ｒは主燃焼室２ｒに連通される。大径筒形成部３３は、小径筒室３１ｒに接続されると共に、小径筒室３１ｒから離れるに従って内径が増大する筒状の拡径筒部３３ｄと、拡径筒部３３ｄに接続された、拡径筒部３３ｄの最大径を内径とする筒状の定径筒部３３ｃを有している。
【００３３】
また、大径筒形成部３３には、副室３ｒの混合気を着火（点火）する着火部６１（例えば点火プラグの電極）を有する着火装置６と、主燃焼室２ｒを介さずに副室３ｒに副室用燃料ガスを供給する副室ガス供給装置７とが設けられる（図２Ａ〜図２Ｂ参照）。すなわち、圧縮工程において主燃焼室２ｒから副室３ｒに流入する希薄予混合気（ガス）は、噴孔４、小径筒室３１ｒ、大径筒室３３ｒの順に流れると共に、副室ガス供給装置７から大径筒室３３ｒに直接供給される副室用燃料ガスと混合された後に着火部６１によって着火される。
【００３４】
また、副室形成部３は、小径筒形成部３１が、主室形成部２を構成するシリンダヘッド１２に設けられた取付孔１２ｈ（図３参照）に挿入されることで、主室形成部２に設置される。より詳細には、幾つかの実施形態では、図１〜図３に示すように、シリンダヘッド１２は主燃焼室２ｒに面する底板部８１を有しており、この底板部８１を貫通する孔によって取付孔１２ｈが形成されている。取付孔１２ｈの径は、大径筒形成部３３の径よりも小さく、副室形成部３の小径筒形成部３１を取付孔１２ｈに挿入して設置状態としても、小径筒形成部３１の周囲に底板部８１が位置する一方で、大径筒形成部３３は取付孔１２ｈに挿入できず、その外側に位置する。また、こうした設置状態において、小径筒形成部３１の一部が、主室形成部２（シリンダヘッド１２）における主燃焼室２ｒに面する主室形成面２ｆから主燃焼室２ｒに突出するようになっており、この主燃焼室２ｒに突出した部分となる突出部３ｐには、その壁体３１ｗによって、各噴孔４の少なくとも一部が形成される。なお、図１〜図３に示す実施形態では、大径筒形成部３３と取付孔１２ｈの上部との間には、主燃焼室２ｒの希薄予混合気が漏れるのを防止するためのガスシール８８が設けられている。
【００３５】
また、図２Ａ〜図３に示すように、シリンダヘッド１２の内部には冷却水通路９が形成される。より詳細には、シリンダヘッド１２は、その内部において、底板部８１との間に冷却水通路９の一部である第１空間９１を形成しつつ、底板部８１よりも主燃焼室２ｒから離間されて設けられる中板部８２を有する。さらに、シリンダヘッド１２の内部には、この中板部８２を挟んで第１空間９１の反対側に位置する、冷却水通路９の一部である第２空間９２が形成される。そして、中板部８２には貫通孔８２ｈが形成されており、この貫通孔８２ｈを介して、第１空間９１と第２空間９２とが連通されることで、冷却水通路９が形成される。
【００３６】
この際、図３に示すように、第１空間９１においては、底板部８１においてシリンダ１３のシリンダ軸の通る中央に設けられた取付孔１２ｈに向かって、周囲から冷却水が流れるようになっている。より詳細には、第１空間９１には、互いに隣接する２つのポート壁部１５ｗによってその間に画定されるポート間狭隘空間９１ｎと、取付孔１２ｈに設置された副室形成部３および副室形成部３を囲むように配置された複数のポート壁部１５ｗによって取付孔１２ｈ（副室形成部３）の周囲を囲むように形成される環状空間９１ｃとが形成されており、ポート間狭隘空間９１ｎと環状空間９１ｃとが連通される。そして、冷却水は、上記のポート間狭隘空間９１ｎ、環状空間９１ｃを通って、取付孔１２ｈが設けられた中央に向かって流れる。図３に示す実施形態では、冷却水は、４つのポート壁部１５ｗの間に形成された４つのポート間狭隘空間９１ｎからそれぞれ環状空間９１ｃに流れる。その後は、図２Ａ〜図２Ｂに示すように、冷却水は、副室形成部３によって上方に向けて流れ方向を変えられることによって、第１空間９１から貫通孔８２ｈを通って第２空間９２に流れるようになっている。そして、本実施形態では、第２空間９２は、シリンダヘッド１２の内部を縫うようにして上方まで形成されている。
【００３７】
上述した構成を備える副室式ガスエンジン１では、副室形成部３がシリンダヘッド１２に設置された設置状態において、上述したように、大径筒形成部３３が第１空間９１に面するようになっている。よって、シリンダヘッド１２の内部に形成された冷却水通路９を通る冷却水は、大径筒形成部３３の外周面から副室形成部３と熱交換することにより、副室形成部３を大径筒形成部３３から冷却する。ところが、副室式ガスエンジン１の効率に影響を与える噴孔４は、大径筒形成部３３から離れた小径筒形成部３１の突出部３ｐに形成されているため、噴孔４を形成する小径筒形成部３１の壁体３１ｗの部分（以下、壁体形成部）は、大径筒形成部３３と噴孔４との間に延在することによって熱を伝達する小径筒形成部３１の壁体３１ｗの部分（熱通路）を介して冷却されることになる。
【００３８】
このため、上記の熱通路の長さや伝熱抵抗の大きさによっては、冷却水通路９を流れる冷却水によって、壁体形成部の冷却を適切に行うことが困難となる場合がある。そして、壁体形成部の冷却が適切になされない場合には、燃焼による高熱によって壁体形成部の表面が酸化されたり、強度が低下する。強度が低下するとガスの通過による摩耗が生じやすくなり、壁体形成部に摩耗が生じると、副室式ガスエンジン１の効率を低下させ、また、副室形成部３の交換事由となる。
【００３９】
そこで、本発明では、副室形成部３の冷却力を向上するために、図１〜図５に示すように、副室式ガスエンジン１は、上記の構成（主室形成部２および副室形成部３）に加えて、少なくとも一部が小径筒形成部３１の壁体３１ｗの内部に形成される副室冷却水通路５を備える。例えば、副室冷却水通路５は、小径筒形成部３１において、小径筒形成部３１の周囲を覆うように円筒状に形成されても良い。あるいは、副室冷却水通路５は、小径筒形成部３１において、管状の形状を有するように形成されていても良く（図１〜図５参照）、管状の内部を流れる冷却水の流路断面は円や楕円、四角形などの３以上の多角形であっても良い。
【００４０】
また、副室冷却水通路５は、少なくとも一端が副室形成部３の外部に向けて開口することにより、副室形成部３の外部から副室冷却水通路５に冷却水が供給されるように構成される。例えば、副室冷却水通路５の両端が副室形成部３の外部に向けてそれぞれ開口するように構成すれば、副室冷却水通路５の一端から冷却水を通路に供給し、この一端とは異なる他端から冷却水を排出することが可能となる。この場合には、副室冷却水通路５において一方向の冷却水の流れを形成することが可能となるので、副室冷却水通路５において冷却水を滞りなくスムーズに流すことが可能となる。
【００４１】
こうした副室冷却水通路５は、副室形成部（副室形成部材）を、３次元積層造形技術（ＡＭ：Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）で造形することで、形成しても良いし、あるいは、ロストワックス精密鋳造法を用いて形成しても良い。その他の方法を用いても良く、例えば、副室３ｒに面する内側部材と、内側部材の外周に位置する外側部材とを接合することにより、副室冷却水通路５を形成しても良い。
【００４２】
上記の構成によれば、副室形成部３の小径筒形成部３１の壁体３１ｗの内部に副室冷却水通路５を形成することによって、大径筒形成部３３よりも壁体３１ｗの温度（壁温）が高温となる小径筒形成部３１に冷却水を導入することができるので、小径筒形成部３１の局所的な冷却不足が生じるのを防止し、副室形成部３の全体を効果的に冷却することができる。また、副室冷却水通路５によって、小径筒形成部３１の冷却力を向上することができるので、上述した熱通路を短くするなど、高温による強度低下により生じる特に噴孔４を形成する壁体３１ｗ（壁体形成部）の摩耗を抑制することができる。したがって、噴孔４の摩耗による変形を防止することができ、副室式ガスエンジン１における安定した燃焼を維持し、効率の維持を図ることができる。
【００４３】
次に、上述した副室冷却水通路５の形状に関する幾つかの実施形態について、図４〜図５を用いて説明する。
幾つかの実施形態では、図４〜図５に示すように、副室冷却水通路５は、小径筒形成部３１の壁体３１ｗの内部を延在する管状通路５ｐを有する。つまり、副室冷却水通路５は管状の形状を有している。このように副室冷却水通路５が管状に形成されることによって、噴孔に干渉することなく、副室冷却水通路５を噴孔４の間の壁体３１ｗに延在させることが可能となる。よって、小径筒形成部３１における噴孔形成部の冷却力を向上させることができ、高温による強度低下により生じる噴孔形成部の摩耗を抑制すると共に、副室式ガスエンジン１における安定した燃焼を維持することが可能となる。
【００４４】
この管状通路５ｐは、幾つかの実施形態では、図４〜図５に示すように、副室形成部３の外部に向けて開口する一端部を有すると共に、少なくとも一部が小径筒形成部３１の壁体３１ｗの内部に延在する管状の分流管状通路５１と、分流管状通路５１の他端部に接続され、小径筒形成部３１の壁体３１ｗの内部に全体が延在する合流管状通路５３と、で構成されても良い。分流管状通路５１は、外部に向けて開口する一端部から、小径筒形成部３１の突出部３ｐに向けて延在する。図４〜図５に示す実施形態では、分流管状通路５１は、副室３ｒの延在方向の上から下に向かって直線状に延在している。この分流管状通路５１の数は、少なくとも１つあれば良く、奇数本でも偶数本でも良い。そして、複数の分流管状通路５１が設けられる場合には、互いに離間されて形成されることによって、各々が別々に冷却水を流すように構成される。
【００４５】
他方、合流管状通路５３は、少なくとも２つの分流管状通路５１が接続され、一方の分流管状通路５１から合流管状通路５３に流入した冷却水を他方の分流管状通路５１に折り返す箇所となる。合流管状通路５３は少なくとも１つとなる。図４〜図５に示す実施形態では合流管状通路５３は１つであり、４本の分流管状通路５１が接続される。このように３以上の複数の分流管状通路５１が１つの合流管状通路５３において合流するよう構成することで、管状通路５ｐが、２本の合流管状通路５３を１対１で接続した通路の複数からなる場合に比べて、よりシンプルな構成で、折り返し箇所を設けることが可能となる。
【００４６】
ただし、本実施形態に本発明は限定されず、他の幾つかの実施形態では、管状通路５ｐは、合流管状通路５３を備えておらず、少なくとも１つの分流管状通路５１のみを備えていても良い。また、その他の幾つかの実施形態では、管状通路５ｐは、２本の分流管状通路５１が１対１で合流管状通路５３に接続された通路の複数から構成されていても良い。
【００４７】
また、幾つかの実施形態では、図４に示すように、管状通路５ｐは、噴孔４を跨ぐように突出部３ｐの壁体の内部に延在していても良い。図４に示す実施形態では、上述した合流管状通路５３は、複数の噴孔４よりも副室形成部３の下側の壁体３１ｗ（突出部３ｐ）に延在しており、複数の分流管状通路５１は、外部に開口する一端部側から延びて、隣接する噴孔４の間を通過した先に位置する合流管状通路５３まで伸びるように延在している。このように、副室冷却水通路５が噴孔４を跨ぐように突出部３ｐの壁体３１ｗの内部に延在することで、噴孔４が形成される突出部３ｐまで冷却水を導くことができるので、小径筒形成部３１における噴孔周り（噴孔形成部）まで冷却水を導入することができ、小径筒形成部３１における噴孔形成部の摩耗を抑制することができる。
【００４８】
他の幾つかの実施形態では、図４に示すように、上記の実施形態に加えて、さらに、複数の分流管状通路５１の各々は突出部３ｐにおいて合流していても良い。つまり、複数の分流管状通路５１は、突出部３ｐに設けられ合流管状通路５３で合流する。これによって、突出部３ｐの壁体３１ｗの厚さによる制限を受けることなく、複数の分流管状通路５１を設けることができる。よって、分流管状通路５１の数を突出部３ｐ側の温度に応じて調整することが容易となり、副室冷却水通路５を流れる冷却水の水量を調整して、副室形成部３の適切な冷却をさらに図ることができる。
【００４９】
その他の幾つかの実施形態では、図５に示すように、合流管状通路５３は、複数の噴孔４よりも大径筒形成部３３の側に延在しても良い。この場合であっても、副室冷却水通路５によって、噴孔４のより近くまで冷却水を導くことができ、小径筒形成部３１における噴孔形成部の摩耗を抑制することが可能となる。
【００５０】
次に、上述した管状通路５ｐ（副室冷却水通路５）が、複数の分流管状通路５１を有することによって、副室形成部３から外部に向けて開口する複数の開口部を有する場合において、これらの開口部の接続位置に関する幾つかの実施形態について、図６〜図７を用いて説明する。
図６は、本発明の他の一実施形態にかかる副室式ガスエンジン１を概略的に示す断面図であり、図２Ａ〜図２Ｂの副室形成部３周りの拡大図に相当する。また、図７は、本発明の他の一実施形態にかかる副室式ガスエンジン１を概略的に示す断面図であり、図３のＣで示す部分を拡大して模式的に示した図である。
【００５１】
すなわち、幾つかの実施形態では、図６〜図７に示すように、管状通路５ｐ（副室冷却水通路５）は、複数の分流管状通路５１を有することによって、上述した開口部（５ａ、５ｂ）を複数備える。そして、そのうちの少なくとも１つが、シリンダヘッド１２の冷却水通路９を構成する第１空間９１に面する大径筒形成部３３において外部に開口することで、第１空間９１から冷却水が供給される。
【００５２】
図６〜図７に示す実施形態では、上述した管状通路５ｐ（副室冷却水通路５）は、シリンダヘッド１２の内部に形成された冷却水通路９（図２Ａ〜図３参照）に接続される第１開口５ａを備えており、第１空間９１を流れる冷却水は、第１開口５ａから管状通路５ｐに流入する。他方、管状通路５ｐは、この第１開口５ａとは異なる位置において冷却水通路９に接続される第２開口５ｂを、さらに備えている。つまり、管状通路５ｐは、少なくとも、第１開口５ａおよび第２開口５ｂの２つを介して冷却水通路９に連通する。これによって、第１開口５ａから第２開口５ｂあるいは第２開口５ｂから第１開口５ａへの一方向の流れを形成することができ、副室冷却水通路５（管状通路５ｐ）における冷却水の流れを適切に形成することによって、副室冷却水通路５を流れる冷却水による副室形成部３の冷却を適切に行うことができる。
【００５３】
このように、管状通路５ｐ（副室冷却水通路５）が少なくとも２つの複数の開口部（５ａ、５ｂ）を備える場合には、複数の開口部において相対的に圧力が大きい位置に開口する少なくとも１つの開口部（５ａ）が冷却水の入口となり、相対的に圧力が小さい位置に開口する少なくとも１つの開口部（５ｂ）が冷却水の出口となる。つまり、冷却水の入口となるか出口となるかは、開口部間の相対的な圧力差で決まる。よって、以下で説明する実施形態では、副室冷却水通路５の入口から出口まで冷却水が流れるのをより確実にするために、副室冷却水通路５の複数の開口部を、それぞれ、入口での圧力と出口での圧力との差圧がより大きくなるような位置を選択して配置する。
【００５４】
具体的には、幾つかの実施形態では、上述した管状通路５ｐの第１開口５ａは、隣接する複数のポート壁部１５ｗの間に形成されたポート間狭隘空間９１ｎ（前述）に配向されるように、第１空間９１に開口していても良い（図７参照）。つまり、冷却水通路９は、主に、第１空間９１におけるポート間狭隘空間９１ｎから副室冷却水通路の第１開口５ａに向かって冷却水を流すようになっており、第１開口５ａが設けられる付近は、冷却水が衝突する淀み点となり、静圧が大きくなる部分となる。よって、上述のように開口された第１開口５ａは冷却水の入口となる。図６〜図７に示す実施形態では、冷却水を導く方向に沿って延在するポート間狭隘空間９１ｎの延長上に第１開口５ａが位置している。
【００５５】
上記の構成によれば、副室冷却水通路５の第１開口５ａが、隣接する複数のポート壁部の間のポート間狭隘空間９１ｎに配向されるように第１空間９１に開口することにより、第１開口５ａにおける圧力をより大きくすることがき、第１開口５ａから第２開口５ｂに向けて冷却水が滞りなく流れるように図ることができる。
【００５６】
また、幾つかの実施形態では、図６に示すように、上述した管状通路５ｐの第２開口５ｂ（出口）は、中板部８２に形成された貫通孔８２ｈに接続されていても良い。上述したように、冷却水通路９は、第１空間９１から中板部８２の貫通孔８２ｈを通って第２空間９２に冷却水を流すようになっており、貫通孔８２ｈは、相対的に広い第１空間９１から、相対的に狭い貫通孔８２ｈに流れることで、流速が大きい。よって、貫通孔８２ｈは、動圧が大きく、静圧が小さい部分となる。したがって、上述のように開口された第２開口５ｂの圧力は、第１開口５ａの圧力よりも圧力が低く、冷却水の出口となる。図６に示す実施形態では、環状空間９１ｃにおいて相対的に静圧が大きくなる位置に連通するように第１開口５ａを設けると共に、相対的に静圧が小さくなる貫通孔８２ｈに連通するように第２開口５ｂを設けることで、第１開口５ａと第２開口５ｂとの間の圧力差が大きくなるようにしている。
【００５７】
上記の構成によれば、副室冷却水通路５の第２開口５ｂを静圧が小さい貫通孔に接続することにより、第１開口５ａと第２開口５ｂとの間の圧力差を大きく設けることができ、第１開口５ａから第２開口５ｂに向けて冷却水が滞りなく流れるように図ることができる。また、副室冷却水通路５の第２開口５ｂが接続される貫通孔８２ｈの動圧が大きいので、副室冷却水通路５を流れてきた冷却水が冷却水通路９の流れに引かれるエゼクター効果によって、さらに、第１開口５ａから第２開口５ｂに向けて冷却水が滞りなく流れるように図ることができる。
【００５８】
その他の幾つかの実施形態では、図７に示すように、上述した管状通路５ｐの第２開口５ｂは、ポート壁部１５ｗに配向されるように、第１空間９１に開口していても良い。第１空間９１における複数のポート壁部１５ｗの間のポート間狭隘空間９１ｎから副室冷却水通路５の第１開口５ａに向かって流れた冷却水は、第１開口５ａが形成される付近の副室形成部３に衝突して、副室形成部３の周囲に沿って流れるため、このポート間狭隘空間９１ｎの両隣にあるポート壁部１５ｗに対面する副室形成部の部分は、相対的に静圧が小さく、動圧か大きい。よって、上述のように開口された第２開口５ｂの圧力は、第１開口５ａの圧力よりも圧力が低く、冷却水の出口となる。図７に示す実施形態では、環状空間９１ｃにおいて、相対的に静圧が大きくなる位置に第１開口５ａを設け、相対的に静圧が小さくなる位置に第２開口５ｂを設けることで、第１開口５ａと第２開口５ｂとの間の圧力差が大きくなるようにしている。
【００５９】
上記の構成によれば、第２開口５ｂをポート壁部１５ｗに配向するように第１空間９１に開口させることにより、第１開口５ａが設けられる位置よりも、相対的に静圧が小さい位置に第２開口５ｂを設けることができ、第１開口５ａと第２開口５ｂとの間の圧力差を大きく設けることで、第１開口５ａから第２開口５ｂに向けて冷却水が滞りなく流れるように図ることができる。
【００６０】
また、幾つかの実施形態では、第１開口５ａは、給気ポート１５ｉと排気ポート１５ｅとの間、または、互いに隣接する排気ポート１５ｅの間のいずれか一方に位置するポート間狭隘空間９１ｎに配向されるように、第１空間９１に開口していても良い。主燃焼室２ｒにおいては、高温の排ガスｅが排出される排気ポート１５ｅに近い部分（主燃焼室２ｒの部分）の方が、相対的に低温となる給気ａを主燃焼室２ｒに導く給気ポート１５ｉに近い部分よりも温度が高い。上記の構成によれば、副室冷却水通路の第１開口５ａを、相対的に高温となる排気ポート１５ｅが関係する側のポート間狭隘空間９１ｎの側に配向するように第１空間９１に開口させることにより、主燃焼室２ｒにおいてより高温となる側から冷却水を導入することができ、小径筒形成部３１やその噴孔４周り（噴孔形成部）の冷却を効率良く行うことができる。
【００６１】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【００６２】
１        副室式ガスエンジン
１１      シリンダライナ
１２      シリンダヘッド
１２ｈ    取付孔
１３      シリンダ
１４      ピストン
１５ｅ    排気ポート
１５ｉ    給気ポート
１５ｗ    ポート壁部
１７      給気弁
１８      排気弁
２        主室形成部
２ｆ      主室形成面
２ｒ      主燃焼室
３        副室形成部
３ｒ      副室
３１      小径筒形成部
３１ｗ    壁体
３１ｒ    小径筒室
３ｐ      突出部
３３      大径筒形成部
３３ｄ    拡径筒部
３３ｃ    定径筒部
３３ｒ    大径筒室
４        噴孔
５        副室冷却水通路
５１      分流管状通路
５３      合流管状通路
５ｐ      管状通路
５ａ      第１開口
５ｂ      第２開口
６        着火装置
６１      着火部
７        副室ガス供給装置
８１      底板部
８２      中板部
８２ｈ    貫通孔
８８      ガスシール
９        冷却水通路
９１      第１空間
９１ｃ    環状空間
９１ｎ    ポート間狭隘空間
９２      第２空間
ａ        給気
ｅ        排ガス
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図７】
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