(57)【要約】【課題】副室の壁面に液膜をできにくくする。【解決手段】本発明の副室式点火装置１０１は、複数の連通孔１３によってエンジン１００の燃焼室の主室７２に連通するように構成された副室２０と、副室２０内に液体燃料を霧状に燃料噴霧Ｆとして噴射する噴射装置３０と、点火プラグ４０とを有する。以下、噴射装置３０から噴射される燃料噴霧Ｆの中心軸線を噴霧中心線Ｃ３とする。点火プラグ４０は、副室２０内における噴霧中心線Ｃ２から離間した位置に点火部４３を備えて、点火部４３で液体燃料に点火をするように構成されている。以下では、各連通孔１３の中心軸線を孔中心線Ｃ１とする。副室式点火装置１０１は、各孔中心線Ｃ１を副室２０内に延長したときに孔中心線Ｃ１どうしが互いに交わると共に、噴霧中心線Ｃ２が孔中心線Ｃ１どうしの交点Ｐと交わるように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の連通孔（１３）によってエンジン（１００）の燃焼室の主室（７２）に連通するように構成された副室（２０）と、前記副室内に液体燃料を霧状に燃料噴霧（Ｆ）として噴射する噴射装置（３０）と、点火プラグ（４０）とを有し、
前記噴射装置から噴射される燃料噴霧の中心軸線を噴霧中心線（Ｃ３）として、前記点火プラグは、前記副室内における前記噴霧中心線から離間した位置に点火部（４３）を備えて前記点火部で液体燃料に点火をするように構成されている、エンジンの副室式点火装置（１０１〜１０３）において、
各前記連通孔の中心軸線を孔中心線（Ｃ１）として、各前記孔中心線を前記副室内に延長したときに前記孔中心線どうしが互いに交わると共に、前記噴霧中心線が前記孔中心線どうしの交点（Ｐ）と交わるように構成されている副室式点火装置。
【請求項２】
前記副室は、その中心軸線としての副室中心線（Ｃ２）を有し、前記噴射装置は前記副室中心線から離間した位置から燃料噴霧を噴射する請求項１記載の副室式点火装置。
【請求項３】
前記交点は前記副室中心線上に配され、前記噴霧中心線は、前記交点で前記副室中心線に対して斜めに交わる請求項２記載の副室式点火装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の副室式点火装置を備えたエンジンであって、
前記噴射装置による燃料噴霧の噴射タイミングは、圧縮行程内において前記交点での気流の速度が最大になる時よりも前に、燃料噴霧が前記交点に到達して前記交点で前記連通孔からの流入気流に衝突することになるタイミングであるエンジン。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の副室式点火装置を備えたエンジンであって、
前記噴射装置による燃料噴霧の噴射タイミングは、吸気行程内において前記交点での気流の速度が最大になる時に、燃料噴霧が前記交点に到達して前記交点で前記連通孔からの流入気流に衝突することになるタイミングであるエンジン。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の副室式点火装置を備えたエンジン、又は請求項４若しくは５記載のエンジンであって、
前記噴射装置による燃料噴霧の噴射タイミングは、前記エンジンの回転数に応じて変化するように構成されているエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料エンジンの点火に用いられる副室式点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
副室式点火装置は、一般的には、副室と噴射装置と点火プラグとを有する。副室は、エンジンの燃焼室の一部を構成する区画であり、複数の連通孔によって燃焼室の主室に連通している。噴射装置は、副室内に液体燃料を霧状に燃料噴霧として噴射する。点火プラグは、先端部に点火部を備えておりその点火部で気体と混ざり合った液体燃料に着火する。点火部は、噴射装置から噴射される燃料噴霧により湿ってしまう（いわゆる、プラグがかぶる）ことがないように、噴霧中心線から離間した位置に設けられている。
【０００３】
このような副室式点火装置によれば、主室内の混合気の燃料濃度に比べて副室内の混合気の燃料濃度が高く維持されるため、副室内での着火性が向上する。さらに、副室内での着火により発生した炎は、連通孔から勢いよく主室内に噴出するため、主室内の混合気の燃料濃度が低い場合にも確実に点火できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１３７８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
噴射装置から副室内に燃料噴霧を噴射する際、副室の容積の小ささから、噴射された燃料噴霧が副室の壁面に付着し液膜（燃料ウェット）となることがある。その液膜がＰＭ（粒子状物質）の発生要因となってしまう。また、液膜により液体燃料の未蒸発分が増加することにより、必要噴射量が増加してしまうことがある。また、液膜を構成していた液体燃料が副室下部に溜まり、連通孔にデポジットとして堆積するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、副室の壁面に液膜をできにくくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液体燃料エンジン（１００）の副室式点火装置（１０１〜１０３）は、複数の連通孔（１３）によってエンジン（１００）の燃焼室の主室（７２）に連通するように構成された副室（２０）と、前記副室内に液体燃料を霧状に燃料噴霧（Ｆ）として噴射する噴射装置（３０）と、点火プラグ（４０）とを有する。以下では、前記噴射装置から噴射される燃料噴霧の中心軸線を噴霧中心線（Ｃ３）とする。前記点火プラグは、前記副室内における前記噴霧中心線から離間した位置に点火部（４３）を備えて前記点火部で液体燃料に点火をするように構成されている。
【０００８】
以下では、各前記連通孔の中心軸線を孔中心線（Ｃ１）とする。前記副室式点火装置は、各前記孔中心線を前記副室内に延長したときに前記孔中心線どうしが互いに交わると共に、前記噴霧中心線が前記孔中心線どうしの交点（Ｐ）と交わるように構成されている。
【０００９】
本発明によれば、噴霧中心線が孔中心線どうしの交点と交わるため、噴射装置から噴出された燃料噴霧を、連通孔からの流入気流を活用して拡散することができる。そのため、副室内において混合気の均質性を向上させることができる。また、前記拡散により、噴射装置から噴射された燃料噴霧が副室の壁面に衝突するのを回避できる。そのため、副室の壁面に液膜ができにくくなる。そのため、液膜（燃料ウェット）起因によるＰＭの発生や、液膜により液体燃料の未蒸発分が増加することによる必要噴射量の増加を抑えることができる。また、液膜を構成していた液体燃料が副室下部に溜まり、連通孔にデポジットとして堆積するのを、抑えることができる。
【００１０】
なお、ガス燃料の噴射中心線が複数の連通孔の孔中心線どうしの交点と交わる文献としては、特許文献１が見つかった。しかしながら、この文献は、コージェネレーション等に用いるガスエンジンの技術分野に関する文献であって、液体燃料エンジンの技術分野に関する文献ではない。よって、そもそも技術分野が異なる。また、ガスは噴霧状にはならないため、ガスの噴射中心線は、噴霧中心線ではない。
【００１１】
また、特許文献１では、副室に流入する高温の気体により点火プラグの点火部（発火部）の温度を上昇させるために、各連通孔の孔中心線どうしの交点に点火部を配置している。そして、ガス噴射装置も点火部に向けてガス燃料を噴射しているため、結果として、ガス燃料の噴射中心線が孔中心線どうしの交点と交わっている。
【００１２】
しかしながら、液体燃料エンジンの技術分野においては、噴射装置が点火部に向けて燃料噴霧を噴射することはできない。点火部が燃料噴霧により湿ってしまうことにより、点火不能になる（いわゆる、プラグがかぶる）おそれがあるからである。そのため、液体燃料エンジンの点火部は、噴霧中心線から離間した位置にある。
【００１３】
よって、液体燃料エンジンの技術分野における当業者が、仮に特許文献１を見てそのガスエンジンに関する技術的思想を液体燃料エンジンに組み合わせようとしても、多くとも、各孔中心線どうしを点火部で交わらせることに想到できるのみで、その点火部に対して噴霧中心線を交わらせることはできない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態のエンジンを示す正面断面図である。
【図２】エンジンの副室式点火装置を示す正面断面図及び平面断面図である。
【図３】副室内の気体の重心位置を示すグラフである。
【図４】第２実施形態の副室式点火装置を示す正面断面図である。
【図５】第３実施形態のエンジンを示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。但し、本発明は実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施できる。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本実施形態のエンジン１００を示す正面断面図である。このエンジン１００は、自動車等のエンジンとして用いられることを想定したガソリンエンジン等の液体燃料エンジンである。エンジン１００は、シリンダ７０と、その上方に設けられたシリンダヘッド６０とを有する。
【００１７】
なお、以下では、便宜上、図に合わせて、シリンダ７０の長さ方向の一方を「上」といい他方を「下」とする。但し、エンジン１００は、シリンダ７０の長さ方向を水平方向にして、又は上下方向に対して斜めをなす方向にして設置する等、任意の方向に設置できる。
【００１８】
シリンダ７０の内側は、ピストン室７１を構成し、ピストン室７１内には、ピストン７７が上下方向に摺動自在に収容されている。ピストン室７１内におけるピストン７７よりも上側部分は、燃焼室の主室７２を構成している。ピストン７７には、クランクシャフト（図示略）に動力を伝達するためのコンロッド７８が軸着されている。
【００１９】
シリンダヘッド６０には、吸気ポート６１と排気ポート６９と副室式点火装置１０１とが設けられている。吸気ポート６１には、吸気バルブ６３が設けられている。排気ポート６９には、排気バルブ６８が設けられている。シリンダヘッド６０内には、吸気ポート６１内に液体燃料を噴射するための主室用噴射装置６２が設置されている。よって、吸気ポート６１内には、空気と液体燃料とからなる混合気が形成される。主室用噴射装置６２はＥＣＵ（図示略）により制御される。
【００２０】
図２（ａ）は、副室式点火装置１０１を示す正面断面図であり、図２（ｂ）は、IIｂ−IIｂ線の断面を示す平面図である。副室式点火装置１０１は、エンジン１００の点火装置として機能する。副室式点火装置１０１は、ハウジング１０と噴射装置３０と点火プラグ４０とを有する。
【００２１】
ハウジング１０は、シリンダヘッド６０に設けられた支持孔６５内に設置されている。ハウジング１０の内側には副室２０が設けられている。副室２０は、その大部分が円柱状の空間で下端部が略半球状の空間である。以下では、その円柱状部分の中心軸線及びその延長線を「副室中心線Ｃ２」とする。
【００２２】
なお、以下では、便宜上、図に合わせて、副室中心線Ｃ２の長さ方向の一方を「上」といい他方を「下」という。但し、副室式点火装置１０１は、副室中心線Ｃ２の長さ方向を水平方向にして、又は上下方向に対して斜めをなす方向にして設置する等、任意の方向に設置できる。また、副室中心線Ｃ２の長さ方向を、シリンダ７０の長さ方向に対して斜めをなす方向にして設置する等もできる。
【００２３】
ハウジング１０の略半球状の下端部には、副室２０に連通する複数の連通孔１３が設けられている。図においては、連通孔１３は４つであるが、例えば３つ、５つ、６つ等、それ以外であってもよい。主室７２と副室２０とは、これら複数の連通孔１３によって連通している。以下では、各連通孔１３の中心軸線を「孔中心線Ｃ１」とする。各孔中心線Ｃ１を副室２０内に延長したとき、孔中心線Ｃ１どうしは副室中心線Ｃ２上で交わる。以下では、この孔中心線Ｃ１どうしの交点を「交点Ｐ」とする。
【００２４】
噴射装置３０は、正面視で副室中心線Ｃ２よりも一方側（図では右側）に設けられている。噴射装置３０は、副室２０内に液体燃料を霧状に燃料噴霧Ｆとして噴射するための装置である。噴射装置３０は副室中心線Ｃ２から離間した位置から燃料噴霧Ｆを噴射する。以下では、噴射装置３０から噴射される燃料噴霧Ｆの中心軸線を「噴霧中心線Ｃ３」とする。噴射装置３０は、一の噴孔から液体燃料を霧状に噴射する場合は、その噴孔の中心軸線が噴霧中心線Ｃ３となる。他方、複数の噴孔により液体燃料を霧状に噴射する場合は、それら複数の噴孔の重心線が噴霧中心線Ｃ３となる。噴霧中心線Ｃ３は、副室中心線Ｃ２に対して斜めに延びており、交点Ｐで各孔中心線Ｃ１及び副室中心線Ｃ２と交わっている。噴射装置３０はＥＣＵにより制御される。
【００２５】
点火プラグ４０は、正面視で副室中心線Ｃ２よりも他方側（図では左側）に設けられている。点火プラグ４０は、下端部に一方の電極４２と他方の電極４４とを備え、それらの間の空間部分が点火部４３を構成している。その点火部４３に生じる点火火花により、気体と交じり合った液体燃料に着火する。点火部４３は、燃料噴霧Ｆにより湿ってしまうことがないように、噴霧中心線Ｃ３から離間した位置に設けられている。点火プラグ４０はＥＣＵにより制御される。
【００２６】
次にエンジン１００の動作について説明する。吸気行程では、図１に示すピストン７７が下降すると共に吸気バルブ６３が開いて、吸気ポート６１内から主室７２内に混合気が吸入される。
【００２７】
次の圧縮行程では、ピストン７７が上昇する。この上昇に伴い、図２に矢印で示すように、主室７２内から各連通孔１３を通過して副室２０内に流入する気流が発生する。これらの流入気流は、交点Ｐで衝突する。そのため、交点Ｐ及びその付近に吸気流動による気流の乱れが発生する。さらに、交点Ｐから上方に向かう気流が発生する。
【００２８】
このような状況下で、噴射装置３０は、燃料噴霧Ｆを交点Ｐに向けて噴射する。その噴射タイミングは、具体的には次のとおりである。すなわち、圧縮行程内において交点Ｐでの流速が最大となるのは、中盤よりも後である。しかしながら、圧縮行程の中盤よりも後には、副室２０内に発生する上昇気流、すなわち、噴射装置３０側に向かう気流も強くなる。そのため、仮にこのタイミングで、噴射装置３０から燃料噴霧Ｆを噴射しても、燃料噴霧Ｆの大部分は交点Ｐの高さにまで到達しない。そのため、副室２０の下部での燃料濃度が下がり、副室２０内の混合気の均質性が低下することにより、エンジン性能も低下する。
【００２９】
図３は、圧縮行程において、エンジン１００の回転角度に対する気体の重心位置を示している。図において丸で囲む期間Ｒ内に、すなわち、気体の重心位置が低いときに燃料噴霧Ｆが交点Ｐに到達するように噴射すれば、燃料噴霧Ｆの大部分を交点Ｐの高さにまで到達させることができるが、重心位置が高くなってから燃料噴霧Ｆを噴射しても、燃料噴霧Ｆの大部分は交点Ｐの高さにまで到達しない。
【００３０】
その点、本実施形態での噴射タイミングは、気体の重心位置が低いときに燃料噴霧Ｆが交点Ｐに到達することになる噴射タイミングである。より具体的には、交点Ｐでの気流の速度が圧縮行程内において最大になる時よりも前に、燃料噴霧Ｆが交点Ｐに到達して交点Ｐで各連通孔１３からの流入気流に衝突することになるタイミング（以下「好適タイミング」という。）である。そのため、交点Ｐ及びその付近に発生している乱れを活用して液体燃料を効率的に拡散させることができる。それにより、副室２０の下部において、混合気の均質性を向上させることができる。また、乱れの中へ燃料噴霧Ｆを噴射することにより噴霧ペネトレーションが少なくなり、副室２０の壁面への燃料噴霧Ｆの付着を抑制できる。
【００３１】
噴射タイミング（噴射する時のエンジンの回転角度）は、エンジン１００の回転数に応じて変化するように構成されている。エンジン１００の回転数に応じて、交点Ｐ及びその周辺における気流の状態や、副室２０内における上昇気流の強さも変化し、それらの変化により、上記の好適タイミングも変化するからである。好ましくは、エンジン１００がいずれの回転数に変化しても、噴射タイミングは上記の好適タイミングになるように変化することである。但し、エンジン１００の回転数が、よく使う所望の範囲内の時のみ、噴射タイミングが上記の好適タイミングになるものであってもよい。
【００３２】
図２に示すように、燃料噴霧Ｆのターゲットとなる交点Ｐが、副室２０の内周面から最も離れた副室中心線Ｃ２上にあることにより、燃料噴霧Ｆが副室２０の内周面に衝突しにくくなっている。そして、噴射する燃料噴霧Ｆの拡がり幅を副室２０の内径より小さくすることで、燃料噴霧Ｆの副室２０の壁面への衝突を回避している。好ましくは、燃料噴霧Ｆの広がり幅を、副室２０の内径を越えない限度内で最大限大きくすることである。それにより、副室２０内の容積を最大に活用して、副室２０内における混合気の均質性を向上させることができる。
【００３３】
液体燃料が交点Ｐ及びその周辺で拡散されて空気と交じり合った後は、それらの液体燃料は副室２０内の上昇気流に乗って、副室２０の上部にまで広がる。そのため、副室２０内の混合気の上下方向の均質性が向上する。
【００３４】
その後、圧縮行程が終わるタイミング又はその前後のタイミングで、点火プラグ４０の点火部４３により、空気と交じり合った液体燃料（混合気）に着火される。このとき、副室２０内の混合気の燃料濃度は、主室７２内の混合気の燃料濃度に比べて高いため、着火性が良い。
【００３５】
次の膨張行程では、図１等に示す副室２０内に、火炎が発生する。その火炎が連通孔１３で絞られることにより、高速の火炎となって主室７２に放出される。そのため、主室７２内の混合気の燃料濃度が低い場合にも確実に着火できる。それにより、着火の効率が向上し、高速燃焼を実現できる。
【００３６】
次の排気行程では、ピストン７７が上昇すると共に排気バルブ６８が開いて主室７２内の気体が排気ポート６９に排気される。
【００３７】
本実施形態によれば、上記のとおり、副室２０内の混合気の均質性を向上させることができる。また、上記のとおり、副室２０の壁面に液膜ができにくくなる。そのため、液膜（燃料ウェット）起因によるＰＭの発生や、液膜により液体燃料の未蒸発分が増加することによる必要噴射量の増加が抑えられる。また、液膜を構成していた液体燃料が副室下部に溜まり、連通孔１３にデポジットとして堆積するのを、抑えることができる。
【００３８】
次に、第２，第３実施形態について説明する。これらの実施形態においては、第１実施形態と異なる点のみを説明する。第１実施形態の部材等と同一の又は対応する部材等については、同一の符号を付する。但し、副室式点火装置については、実施形態毎に異なる符号を付する。
【００３９】
［第２実施形態］
図４は、第２実施形態の副室式点火装置１０２を示している。本実施形態では、噴射装置３０が燃料噴霧Ｆを噴射するタイミングが、第１実施形態と異なる。すなわち、吸気行程においても交点Ｐでの気流を最大に活用できるタイミングがある。このタイミングで燃料噴霧Ｆを噴射しても、燃料噴霧Ｆの副室２０の壁面への衝突を回避すると共に、副室２０内における混合気の均質性向上を狙うことができる。
【００４０】
具体的には、吸気行程では、副室２０内には、吸気バルブ６３側の連通孔１３からの吸入気流と、その反対側の連通孔１３への排出気流とが発生する。それらの気流により交点Ｐに気流が発生する。このような状況下で、噴射装置３０は、燃料噴霧Ｆを交点Ｐに向けて噴射する。その噴射タイミングは、交点Ｐでの気流の速度が吸気行程内において最大になる時に、燃料噴霧Ｆが交点Ｐに到達して交点Ｐで連通孔１３からの流入気流に衝突することになるタイミング（以下「第２好適タイミング」という。）である。交点Ｐでの気流を最大に活用できるからである。
【００４１】
噴射タイミングは、エンジン１００の回転数に応じて変化するように構成されている。エンジン１００の回転数に応じて、交点Ｐでの気流の速度が最大になる時が変化し、その変化により上記の第２好適タイミングも変化するからである。好ましくは、エンジン１００がいずれの回転数に変化しても、噴射タイミングは上記の第２好適タイミングになるように変化することである。但し、エンジン１００の回転数が、よく使う所望の範囲内の時のみ、噴射タイミングが上記の第２好適タイミングになるものであってもよい。本実施形態によっても、副室２０内における混合気の均質性を向上させることができると共に、副室２０の壁面に液膜をできにくくすることができる。
【００４２】
［第３実施形態］
図５は、第３実施形態のエンジン１００を示している。本実施形態は、第１実施形態を直噴エンジンに代えたものであり、主室用噴射装置６２が、主室７２内に直接液体燃料を噴射するように設置されている。副室式点火装置１０３は、第１実施形態のものと同様である。本実施形態によっても、本発明を実施できる。
【００４３】
［他の実施形態］
本実施形態は、次のように変更して実施することもできる。例えば、図２等に示す点火プラグ４０をより左端に配置して、噴射装置３０及び噴霧中心線Ｃ３を副室中心線Ｃ２上に配置してもよい。また、例えば、各孔中心線Ｃ１どうしと噴霧中心線Ｃ３との交点Ｐを、副室中心線Ｃ２から離間した位置に配置してもよい。
【００４４】
また、例えば、第１実施形態において、燃料噴霧Ｆの噴射タイミングを、燃料噴霧Ｆの先端部が副室２０内の上昇気流により交点Ｐにまで到達できないタイミングにしてもよい。この場合でも、交点Ｐ手前における気流の乱れによって、燃料噴霧Ｆが拡散するといった効果は期待できる。
【００４５】
また、例えば、図４に示す第２実施形態において、燃料噴霧Ｆの噴射タイミングを、交点Ｐでの気流の速度が最大になる時よりも前又は後に燃料噴霧Ｆが交点Ｐに到達することになる噴射タイミングにしてもよい。
【００４６】
また、例えば、各実施形態において、エンジン１００を発電用のエンジン等にしてもよい。その場合には、エンジンの回転数を略一定にすることができるので、エンジンの回転数に応じて噴射タイミングが変化するようにしなくても、特に問題はない。
【符号の説明】
【００４７】
１３…連通孔、２０…副室、３０…噴射装置、４０…点火プラグ、４３…点火部、７２…主室、１００…エンジン、１０１〜１０３…副室式点火装置、Ｃ１…孔中心線、Ｃ２…副室中心線、Ｃ３…噴霧中心線、Ｆ…燃料噴霧、Ｐ…交点。
【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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