(57)【要約】【課題】着火性が向上される副室式内燃機関を提供する。【解決手段】副室式内燃機関１は、点火プラグ１０と、点火プラグ１０の先端に形成された副室２０と、副室２０に隣接する主燃焼室３０と、副室２０と主燃焼室３０とを連通させる複数の連通孔４０とを有する。複数の連通孔４０は総開口面積が変更可能に構成されている。第１状態では、主燃焼室３０から副室２０へ気体を取り込み、第２状態では、副室２０内に生じた火炎Ｆを副室２０から主燃焼室３０へ噴出する。そして、第１状態における複数の連通孔４０の総開口面積である第１の総開口面積は、第２状態における複数の連通孔４０の総開口面積である第２の総開口面積よりも大きくなるように構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグ（１０）と、該点火プラグの先端が内側に位置する副室（２０）と、該副室と隣接する主燃焼室（３０）と、上記副室と上記主燃焼室とを連通させる複数の連通孔（４０）とを有する副室式内燃機関（１）であって、
上記複数の連通孔は総開口面積が変更可能に構成されており、上記主燃焼室から上記副室へ気体を取り込む第１状態における第１の総開口面積が、上記副室内に生じた火炎を上記副室から上記主燃焼室へ噴出する第２状態における第２の総開口面積よりも大きくなるように構成されている、副室式内燃機関。
【請求項２】
少なくとも一部の上記連通孔の開閉状態を変更可能に構成された開閉部（５０）を有し、
該開閉部は、上記第１状態において上記少なくとも一部の連通孔を開放状態にし、上記第２状態において上記少なくとも一部の連通孔を閉塞状態にするように構成されている、請求項１に記載の副室式内燃機関。
【請求項３】
上記開閉部は、上記主燃焼室と上記副室との圧力差に応じて、上記少なくとも一部の連通孔を開閉可能に構成された弁部材（５１）を有している請求項２に記載の副室式内燃機関。
【請求項４】
上記弁部材は、上記連通孔を副室側から閉塞可能に構成されている、請求項３に記載の副室式内燃機関。
【請求項５】
上記弁部材は、上記壁面に片持ち梁状に固定されているとともに、上記主燃焼室と上記副室との圧力差に応じて弾性変形して上記連通孔を開閉可能に構成されている、請求項４に記載の副室式内燃機関。
【請求項６】
上記複数の連通孔は、上記第１状態及び上記第２状態にわたって開放状態に維持される第１連通孔（４１）と、上記開閉部により開閉状態が制御される第２連通孔（４２）と、を含む請求項２〜５のいずれか一項に記載の副室式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、副室式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関において、主燃焼室と、主燃焼室に連通するとともに点火装置が設けられた副室とを有する構成が知られている。特許文献１には、主燃焼室と副室との連通させる第１連通路と第２連通路とを備え、第１連通路は主燃焼室に近い部分の断面積を副室に近い部分の断面積よりも大きくし、第２連通路は主燃焼室に近い部分の断面積を副室に近い部分の断面積よりも小さくしている。これにより、第１連通路から副室内に掃気して残留ガスを第２連通路から主燃焼室に排出して、副室内のガス交換を促進している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７７２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示の構成では、第１連通路は主燃焼室に近い部分の断面積を副室に近い部分の断面積よりも大きくしているため、第１連通路を介した主燃焼室への火炎の噴出速度を低下させることとなる。その結果、主燃焼室における着火性が低下する恐れがある。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、着火性が向上される副室式内燃機関を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、点火プラグ（１０）と、該点火プラグの先端が内側に位置する副室（２０）と、該副室と隣接する主燃焼室（３０）と、上記副室と上記主燃焼室とを連通させる複数の連通孔（４０）とを有する副室式内燃機関（１）であって、
上記複数の連通孔は総開口面積が変更可能に構成されており、上記主燃焼室から上記副室へ気体を取り込む第１状態における第１の総開口面積が、上記副室内に生じた火炎を上記副室から上記主燃焼室へ噴出する第２状態における第２の総開口面積よりも大きくなるように構成されている、副室式内燃機関にある。
【発明の効果】
【０００７】
上記副室式内燃機関においては、主燃焼室から副室へ気体を取り込む第１状態における第１の総開口面積が、副室内に生じた火炎を上記副室から上記主燃焼室へ噴出する第２状態における第２の総開口面積よりも大きい。そのため、第２状態において連通孔の総開口面積が比較的小さくなるため、主燃焼室への火炎の噴出速度を速めて遠距離まで噴出することができるとともに、第１状態において連通孔の総開口面積が比較的大きくなるため、副室の掃気性を高めることができる。このように、火炎の噴出速度の高速化と副室の掃気性の向上との両立を図ることができ、その結果、着火性が向上されることとなる。
【０００８】
以上のごとく、本発明によれば、着火性が向上される副室式内燃機関を提供することができる。
【０００９】
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１における、副室式内燃機関の概念断面図。
【図２】実施形態１における、第１状態の副室式内燃機関の概念断面拡大図。
【図３】実施形態１における、第２状態の副室式内燃機関の概念断面拡大図。
【図４】実施形態１における、副室式内燃機関を軸方向から見た概念図。
【図５】実施形態１における、連通孔の開閉状態と圧力差との関係を示す概念図。
【図６】実施形態１における、確認試験の結果を示す図。
【図７】実施形態２における、第１状態の副室式内燃機関の概念断面拡大図。
【図８】実施形態２における、第２状態の副室式内燃機関の概念断面拡大図。
【図９】実施形態２における、連通孔の開閉状態と圧力差との関係を示す概念図。
【図１０】実施形態３における、第１状態の副室式内燃機関の概念断面拡大図。
【図１１】実施形態３における、第２状態の副室式内燃機関の概念断面拡大図。
【図１２】図１０における、XII-XII線位置断面図。
【図１３】実施形態４における、第１状態の副室式内燃機関の概念断面拡大図。
【図１４】実施形態４における、第２状態の副室式内燃機関の概念断面拡大図。
【図１５】実施形態５における、第１状態の副室式内燃機関の概念断面拡大図。
【図１６】実施形態５における、第２状態の副室式内燃機関の概念断面拡大図。
【図１７】実施形態６における、第１状態の副室式内燃機関の概念断面拡大図。
【図１８】実施形態６における、第２状態の副室式内燃機関の概念断面拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施形態１）
副室式内燃機関の実施形態について、図１〜図６を用いて説明する。
本実施形態の副室式内燃機関１は、図１に示すように、点火プラグ１０と、点火プラグ１０の先端に形成された副室２０と、副室２０に隣接する主燃焼室３０と、副室２０と主燃焼室３０とを連通させる複数の連通孔４０とを有する。
複数の連通孔４０は総開口面積が変更可能に構成されている。
第１状態では、図２に示すように主燃焼室３０から副室２０へ気体を取り込み、第２状態では、図３に示すように副室２０内に生じた火炎Ｆを副室２０から主燃焼室３０へ噴出する。
そして、第１状態における複数の連通孔４０の総開口面積である第１の総開口面積は、第２状態における複数の連通孔４０の総開口面積である第２の総開口面積よりも大きくなるように構成されている。
【００１２】
本明細書において、「複数の連通孔４０の総開口面積」とは、副室２０と主燃焼室３０とを連通させた状態の連通孔４０の開口面積の総和であって、複数の連通孔４０のうち、後述の開閉部５０によって閉塞された状態の連通孔４０を含まないものとする。また、本明細書では、点火プラグ１０の軸方向をＹとし径方向をＸとする。そして、軸方向Ｙにおいて点火プラグ１０から主燃焼室３０に向かう側を先端側とし、主燃焼室３０と反対側を基端側とする。
【００１３】
以下、本実施形態の副室式内燃機関１について、詳述する。
図１に示すように、副室式内燃機関１において、シリンダブロック１０１とシリンダヘッド１０２とに囲まれて主燃焼室３０が形成されている。主燃焼室３０には。クランク１０３に接続されたピストン１０４が備えられている。シリンダブロック１０１には、点火プラグ１０が取り付けられているとともに、吸気ポート１０５と排気ポート１０６が形成されており、それぞれにバルブ１０７が取り付けられている。また、吸気ポート１０５には燃料噴射ノズル７０が設けられている。
【００１４】
図２に示すように、点火プラグ１０の先端には副室２０を形成する副室形成壁２１が設けられている。本実施形態では、副室形成壁２１は点火プラグ１０の先端を覆う円筒状部２１１と、円筒状部２１１の端面中央に形成されたドーム状部２１２とからなる。
【００１５】
図２に示すように、副室形成壁２１には貫通孔からなる複数の連通孔４０が形成されている。複数の連通孔４０を介して副室２０と主燃焼室３０とが連通している。ドーム状部２１２には複数の連通孔４０に含まれる第１連通孔４１が形成されており、円筒状部２１１には複数の連通孔４０に含まれる第２連通孔４２が形成されている。図４に示すように、第１連通孔４１は第２連通孔４２よりも軸方向Ｙの先端側に位置している。そして、第１連通孔４１は軸方向から見てそれぞれ点火プラグ１０の軸心位置Ｃを中心とする同心円上に位置しており、周方向に隣り合う第１連通孔４１同士は等間隔に配置されている。また、第２連通孔４２もそれぞれ軸方向から見て軸心位置Ｃを中心とする同心円上に位置しており、周方向に隣り合う第２連通孔４２同士も等間隔に配置されている。本実施形態では、第１連通孔４１は４個形成されており、第２連通孔４２は８個形成されている。そして、本実施形態では、第１連通孔４１と第２連通孔４２の大きさは互いに同じとなっている。
【００１６】
図２に示すように、副室２０には第２連通孔４２の開閉状態を変更可能に構成された開閉部５０が設けられている。本実施形態では、図２、図４に示すように、開閉部５０は、環状の金属板からなる弁部材５１であって、軸心方向から見て第２連通孔４２と重なる位置に設けられている。開閉部５０は、副室形成壁２１における第２連通孔４２の内側開口部を形成する壁面４２１と離接可能に構成されている。すなわち、図２に示すように、第１状態では開閉部５０は壁面４２１から離間して第２連通孔４２を塞がない開放状態となっている。そして、図３に示すように、第２状態では開閉部５０は壁面４２１に当接して第２連通孔４２を副室２０側から塞いだ閉塞状態となっている。なお、副室２０には、開閉部５０が軸方向Ｙの基端側に所定量以上移動することを規制する移動規制部５２を備える。移動規制部５２は環状をなしており、開閉部５０の軸方向Ｙの基端側に設けられている。なお、第１連通孔４１は、第１状態及び第２状態において、常に開放状態となっている。
【００１７】
本実施形態では、開閉部５０は自重によって軸方向Ｙの先端側に付勢されており、図５に示すように、主燃焼室３０内の圧力から副室２０内の圧力を差し引いた圧力差が開閉部５０の自重に基づく付勢力である基準値よりも小さい状態では第２状態となっており、図３に示すように開閉部５０により第２連通孔４２は閉塞されている。そして、図５に示すように、主燃焼室３０内の圧力から副室２０内の圧力を差し引いた圧力差が、基準値よりも大きい状態では第１状態となっており、図２に示すように開閉部５０が軸方向Ｙの基端側に移動して第２連通孔４２は開放されている。
【００１８】
図５に示すように、クランク角が大きくなるにつれて、筒内圧すなわち主燃焼室３０の圧力が高まって主燃焼室３０内の圧力から副室２０内の圧力を差し引いた圧力差が高まる。そして、当該圧力差が基準値よりも大きくなると、第２連通孔４２が開放されて第１状態となる。これに伴い、図２に示すように、第１連通孔４１と第２連通孔４２から副室２０内に気体が流入することとなる。図５に示すように、当該第１状態からクランク角がさらに大きくなって、副室２０内に混合気が流入するにつれて主燃焼室３０と副室２０との圧力差が基準値よりも小さくなると、開閉部５０により第２連通孔４２が閉塞されて第２状態となる。そして、この状態で点火プラグ１０に点火信号が入力されてギャップＧに火花放電が生じることにより、副室２０に火炎が生じる。かかる火炎は、図３に示すように、複数の連通孔４０のうち閉塞されていない第１連通孔４１から主燃焼室３０に噴出され、主燃焼室３０内に充填された混合気が着火することとなる。
【００１９】
以上のように、第１状態では第２連通孔４２が開放されているため、第１状態における複数の連通孔４０の総開口面積である第１の総開口面積は、第１連通孔４１及び第２連通孔４２の開口面積の総和となっている。一方、第２状態では第２連通孔４２が閉塞されているため、第２状態における複数の連通孔４０の総開口面積である第２の総開口面積は第１連通孔４１のみの開口面積の総和となる。従って、第１の総開口面積は第２の総開口面積よりも大きくなっている。
【００２０】
次に、本実施形態の副室式内燃機関１における作用効果について、詳述する。
本実施形態の副室式内燃機関１によれば、主燃焼室３０から副室２０へ気体を取り込む第１状態における第１の総開口面積が、副室２０内に生じた火炎を副室２０から主燃焼室３０へ噴出する第２状態における第２の総開口面積よりも大きい。そのため、第２状態において複数の連通孔４０の総開口面積が比較的小さくなるため、主燃焼室３０への火炎Ｆの噴出速度を速めて遠距離まで噴出することができるとともに、第１状態において連通孔４０の総開口面積が比較的大きくなるため、副室２０の掃気性を高めることができる。このように、火炎の噴出速度の高速化と副室２０の掃気性の向上との両立を図ることができ、その結果、着火性が向上されることとなる。
【００２１】
また、本実施形態では、少なくとも一部の連通孔４０である第２連通孔４２の開閉状態を変更可能に構成された開閉部５０を有しており、開閉部５０は、第１状態において少なくとも一部の連通孔４０である第２連通孔４２を開放状態にし、第２状態において少なくとも一部の連通孔４０である第２連通孔４２を閉塞状態にするように構成されている。これにより、第２連通孔４２の開閉状態を容易に変更することができる。
【００２２】
また、本実施形態では、開閉部５０は、主燃焼室３０と副室２０との圧力差に応じて、少なくとも一部の連通孔４０を開閉可能に構成された弁部材５１を有している。これにより、簡易な構成で、連通孔４０を開閉することができる。
【００２３】
また、本実施形態では、弁部材５１は、第２連通孔４２を副室２０側から閉塞可能に構成されている。これにより、主燃焼室３０と副室２０との圧力差に応じて、より確実に第２連通孔４２の開閉状態を制御することができる。
【００２４】
複数の連通孔４０は、第１状態及び第２状態にわたって開放状態に維持される第１連通孔４１と、開閉部５０により開閉状態が制御される第２連通孔４２とを含む。これにより、第１連通孔４１と第２連通孔４２の両方で混合気を副室２０内に取り込むことができるとともに、開放状態に維持された第１連通孔４１から確実に火炎を噴出させることができるため、着火性の向上に寄与する。
【００２５】
次に確認試験として、連通孔４０を８個とした場合の副室２０内の酸素濃度の変化と、連通孔４０を４個とした場合の副室２０内の酸素濃度の変化とを計測した。図６に示すように、連通孔４個の場合に比べて、連通孔８個の場合の方が副室２０内の酸素濃度が高くなっていた。これにより、連通孔８個の場合には、連通孔４個の場合に比べて、副室２０内の掃気性が向上して副室２０内の残留ガスが低減することが示された。そして、副室２０内の残留ガスが低減されると、副室２０内での着火不良が抑制され、着火性が向上されることとなる。
【００２６】
以上のごとく、本実施形態によれば、着火性が向上される副室式内燃機関１を提供することができる。
【００２７】
（実施形態２）
本実施形態の副室式内燃機関１では、図７に示すように、弁部材５１がバネからなる付勢部材５３により軸方向Ｙの基端側に付勢されている。そして、図８に示すように、弁部材５１は、付勢部材５３の付勢力に抗して壁面４２１に当接可能なように構成されている。その他の構成要素は実施形態１の場合と同様であり、本実施形態においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００２８】
図９に示すように、副室２０が高圧となって、主燃焼室３０内の圧力から副室２０内の圧力を差し引いた圧力差が所定の負の基準値より小さくなった状態において、付勢部材５３の付勢力であるバネの反力に抗して弁部材５１が軸方向Ｙの先端側に移動して壁面４２１に接して第２連通孔が閉塞された第１状態となる。そして、副室２０が低圧となって主燃焼室３０内の圧力から副室２０内の圧力を差し引いた圧力差が負の基準値より大きくなった状態において、弁部材５１が壁面４２１から離間して第２連通孔が開放された第２状態となる。かかる構成の本実施形態においても実施形態１の場合と同等の作用効果を奏することができる。
【００２９】
（実施形態３）
本実施形態の副室式内燃機関１では、図１０〜図１２に示すように、開閉部５０としての弁部材５１は、いわゆるリードバルブ構造を有しており、第２連通孔４２の内側開口部を形成する壁面４２１に、固定部５６によって片持ち梁状に固定されている。そして、主燃焼室３０と副室２０との圧力差に応じて、図１０に示すように、弁部材５１は弾性変形して壁面４２１から離間して第２連通孔４２を開放し、また、図１１に示すように、壁面４２１に当接して第２連通孔４２を閉塞することができるように構成されている。図１２に示すように、固定部５６は周方向に隣り合う第２連通孔４２の間に設けられて両第２連通孔４２を閉塞可能な弁部材５１を一括して壁面４２１に固定している。その他の構成要素は実施形態１の場合と同様であり、本実施形態においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００３０】
（実施形態４）
上述の実施形態１における副室式内燃機関１では、図１に示すように、吸気ポート１０５には燃料噴射ノズル７０が設けられていたが、本実施形態では、これに替えて、図１３、図１４に示すように、燃料噴射ノズル７０が点火プラグ１０と並んで副室２０内に設けられている。なお、副室形成壁２１の円筒状部２１１は、実施形態１の場合に比べて軸方向Ｙに長く形成されている。その他の構成要素は実施形態１の場合と同様であり、本実施形態においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。そして、本実施形態においても実施形態１の場合と同等の作用効果を奏する。
【００３１】
（実施形態５）
本実施形態では、図１５、図１６に示すように、開閉部５０として、副室２０内に軸方向Ｙに延びる筒体５７を有する。筒体５７の軸方向Ｙの先端部５７１は第２連通孔４２が形成された壁面４２１と対向している。筒体５７は軸方向Ｙに往復移動可能に構成されている。これにより、図１５に示すように、先端部５７１と壁面４２１とが離間して第２連通孔４２が開放された第１状態と、図１６に示すように、先端部５７１と壁面４２１とが当接して第２連通孔４２が閉塞された第２状態とを切り替え可能に構成されている。筒体５７の往復移動は図示しない制御部により制御することができる。例えば、クランク角に応じた所定のタイミングで筒体５７を軸方向Ｙに移動させることができる。その他の構成要素は実施形態１の場合と同様であり、本実施形態においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。そして、本実施形態においても実施形態１の場合と同等の作用効果を奏する。
【００３２】
（実施形態６）
本実施形態では、図１７、図１８に示すように、実施形態５の筒体５７を縮径して、筒体５７の先端部５７１が第２連通孔４２より軸心側の壁面４２１に離接可能に構成されている。本実施形態では、図１８に示すように、先端部５７１が壁面４２１に当接することにより、副室２０は実質的に筒体５７とドーム状部２１２とで囲まれた空間となり、第２連通孔４２は当該空間に連通しないこととなることから、第２連通孔４２が閉塞された第２状態となる。その他の構成要素は実施形態５の場合と同様であり、本実施形態においても実施形態５の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。そして、本実施形態においても実施形態５の場合と同等の作用効果を奏する。
【００３３】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態３における片持ち梁状の弁部材５１を、実施形態４における開閉部５０に適用してもよし、各実施形態における開閉部５０の構成を任意に組み合わせた構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００３４】
１  副室式内燃機関
１０  点火プラグ
２０  副室
３０  主燃焼室
４０  連通孔
４１  第１連通孔
４２  第２連通孔
４２１  壁面
５０  開閉部
５１  弁部材
５３  付勢部材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2019218869.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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