(57)【要約】    【課題】  高負荷時に、副燃焼室先端を発火源としてプレイグニッションが発生することを抑制する。    【解決手段】  シリンダヘッド４に配設される副室部材１５内に副燃焼室１７を形成し、該副燃焼室１７と主燃焼室５とを噴孔１６を介して連通させる。伝熱部材２０は、副室部材１５の先端内壁から副燃焼室１７内を横断して付け根部にまで延設される。火炎トーチで加熱される噴孔付近の熱が、前記伝熱部材２０を介してシリンダヘッドの冷却水に放熱され、副燃焼室先端を発火源とするプレイグニッションの発生が防止される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃焼室と、噴孔を介して前記主燃焼室に連通する副燃焼室とを有する副燃焼室式内燃機関において、前記副燃焼室の主燃焼室側内壁から前記副燃焼室内を横断して前記副燃焼室の付け根部に至る伝熱部材を設けたことを特徴とする副燃焼室式内燃機関。
【請求項２】
前記副燃焼室の主燃焼室側に複数の噴孔が設けられ、該複数の噴孔で囲まれる主燃焼室側内壁から前記伝熱部材が延設されることを特徴とする請求項１記載の副燃焼室式内燃機関。
【請求項３】
前記伝熱部材の少なくとも一部が、前記副燃焼室の壁と熱伝導率の異なる部材により形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の副燃焼室式内燃機関。
【請求項４】
前記伝熱部材が、その軸心側の熱伝導率が外側に比して高くなるように形成されることを特徴とする請求項３記載の副燃焼室式内燃機関。
【請求項５】
前記伝熱部材が、アルミ合金又は銅合金で形成される軸心部をセラミックで覆って形成されることを特徴とする請求項４記載の副燃焼室式内燃機関。
【請求項６】
前記伝熱部材の断面積が、前記副燃焼室の付け根部に近いほど大きくなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の副燃焼室式内燃機関。
【請求項７】
前記副燃焼室の周壁内及び前記伝熱部材の内側に、冷却水路が設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の副燃焼室式内燃機関。
【請求項８】
前記副燃焼室をシリンダヘッド内に埋没させ、前記噴孔の主燃焼室側の開口面が滑らかにシリンダボアにまで連なるよう形成したことを特徴とする請求項７記載の副燃焼室式内燃機関。
【請求項９】
前記冷却水路に、冷却水の流量を調整する絞り弁が介装されることを特徴とする請求項７又は８記載の副燃焼室式内燃機関。
【請求項１０】
前記絞り弁が、機関の低負荷運転時に高負荷運転時に比べて冷却水の流量を絞ることを特徴とする請求項９記載の副燃焼室式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主燃焼室と、噴孔を介して前記主燃焼室に連通する副燃焼室とを有する副燃焼室式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、主燃焼室と、噴孔を介して前記主燃焼室に連通する副燃焼室とを有し、副燃焼室を用いた火炎トーチの噴射によって主燃焼室内の燃焼を促進させるようにし、例えば希薄空燃比での運転においても安定した運転を可能にした副燃焼室式内燃機関が知られている。
ところで、上記副燃焼室式内燃機関においては、高負荷時のように比較的燃焼が容易な状態においても、副燃焼室の噴孔から火炎トーチが噴射されることになるため、副燃焼室の噴孔部周辺が高温になり、その高温部（噴孔が設けられる先端壁）を発火源としたプレイグニッションが発生する可能性があった。
【０００３】
係る問題を解決する手段として、特許文献１には、副燃焼室先端に熱伝導率の高い部材を用いる技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３０８６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のように、副燃焼室先端に熱伝導率の高い部材を用いる構成は、吸気行程での副燃焼室先端部からの放熱を促進させる技術思想であるが、吸気による冷却のみでは、プレイグニッションを回避するのに充分な冷却効果を得ることができないという問題があった。
また、熱伝導率の高い材料として一般的なアルミ合金は比較的融点が低く、副燃焼室先端をアルミ合金で形成した場合には、火炎トーチ噴出時の熱により噴孔付近が溶融することが懸念される。
【０００５】
更に、熱伝導率が高く融点も比較的高いニッケル合金などは、鉄に比べ材料費が高く、かつ、加工も難しいため、副燃焼室の先端をニッケル合金で形成した場合には、コストアップになってしまうという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、高負荷時における副燃焼室先端を発火源としたプレイグニッションを抑制し、火炎トーチによる安定した燃焼を簡便な構成で実現できる副燃焼室式内燃機関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】
【０００６】
そのため、本発明に係る副燃焼室式内燃機関は、副燃焼室の主燃焼室側内壁から副燃焼室内を横断して副燃焼室の付け根部に至る伝熱部材を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成によると、副燃焼室の噴孔付近は、火炎トーチの噴出により加熱され、更に、主燃焼室の燃焼による吹き戻しやそれぞれの燃焼室の燃焼によっても加熱されるが、副燃焼室の主燃焼室側内壁から副燃焼室内を横断して副燃焼室の付け根部に至る伝熱部材を設けてあるため、主燃焼室に面した副燃焼室の先端壁の熱が、前記伝熱部材を介して冷却水通路が設けられるシリンダヘッド側に伝熱され、副燃焼室の先端壁を効果的に冷却することができる。
【０００８】
従って、副燃焼室の噴孔部周辺を発火源としたプレイグニッションが発生することを抑止でき、火炎トーチによる安定した燃焼を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施形態における車両用内燃機関のシリンダ部を示す断面図である。
この図１において、シリンダブロック１にはシリンダボア２が形成され、該シリンダボア２にピストン３が図で上下方向に移動可能に嵌挿される。
前記シリンダブロック１の上面には、シリンダヘッド４が固定され、シリンダボア２,ピストン３及びシリンダヘッド４で囲まれて、所謂ペントルーフ型主燃焼室５が形成される。
【００１０】
前記シリンダヘッド４には、前記主燃焼室５内に臨む吸気ポート６及び排気ポート７が、シリンダボア２の軸心を挟んで相互に対向するように形成されており、更に、前記吸気ポート６を開閉する吸気バルブ８及び前記排気ポート７を開閉する排気バルブ９が設けられている。
前記吸気バルブ８及び排気バルブ９は、そのステム部８ａ，９ａがシリンダヘッド４に対して軸方向に移動可能に支持され、前記ステム部８ａ，９ａの先端に一体的に設けられる傘状の弁体８ｂ，９ｂが、前記吸気ポート６及び排気ポート７の開口端に設けられる弁座に主燃焼室５側から着座することで、吸気ポート６及び排気ポート７が閉塞される。
【００１１】
バルブスプリング１０は、前記ステム部８ａ，９ａを図１で上方に向けて付勢することで、弁体８ｂ，９ｂを閉弁方向に付勢し、該付勢力に抗して吸気側カムシャフト１１及び排気側カムシャフト１２に軸支したカム１３が前記ステム部８ａ，９ａの基端側を押し下げることで、前記弁体８ｂ，９ｂが主燃焼室５側に突き出て開弁状態になる。
前記主燃焼室５を構成するシリンダヘッド４の中心部には、中空円筒状で先端部が半球型に形成される鋳鉄製の副室部材１５を、その軸心がシリンダ軸心に略一致し、半球型の先端部が主燃焼室５内に突出するように固定してある。
【００１２】
前記副室部材１５の主燃焼室５内に突出する先端部には、複数の噴孔１６が環状に配置されており（図２参照）、それぞれの噴孔１６は、シリンダボア２を指向するように斜め下を向いて開口される。
前記副室部材１５の内部空間は、前記複数の噴孔１６を介して主燃焼室５と連通する副燃焼室１７を構成する。
【００１３】
前記副燃焼室１７内に放電ギャップ部が配置されるように、シリンダヘッド４に対して点火プラグ１８が固定されている。
前記主燃焼室５内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（図示省略）が設けられており、該燃料噴射弁から圧縮行程中に噴射される燃料は、前記複数の噴孔１６を介して副燃焼室１７に流入して混合気を形成し、点火プラグ１８の火花点火によって燃焼する。
【００１４】
係る副燃焼室１７内での燃焼に伴い、トーチ状の火炎ジェット１９が前記複数の噴孔１６を介して主燃焼室５内に向けて噴出し、主燃焼室５内の混合気を燃焼させる。
上記のように、前記噴孔１６は火炎トーチ１９を噴出するため、高負荷・高回転運転時には、前記噴孔部周辺の副室部材１５（副燃焼室１７の壁）が高温になり、該高温部を発火源としたプレイグニッションを発生させる可能性がある。
【００１５】
そこで、本実施形態では、前記噴孔１６が設けられる副室部材１５先端の温度を積極的に低下させるために伝熱部材２０が設けられている。
前記伝熱部材２０は、副室部材１５の先端内壁（副燃焼室１７の主燃焼室側内壁）の複数の噴孔１６で囲まれる中央部分から、副燃焼室１７内を横断して副室部材１５の付け根部（基端部）にまで、副室部材１５の軸心に略沿って延設される部材である（図２参照）。
【００１６】
前記伝熱部材２０は、前記副室部材１５と同じ材質（例えば鋳鉄）、又は、前記副室部材１５の材料よりも熱伝導率の高い、例えばアルミ合金や銅合金などにより、円柱状に形成されており、該伝熱部材２０によって前記副室部材１５内の副燃焼室１７は環状の空間を構成することになる。
前記伝熱部材２０の先端側は、副室部材１５の先端内壁（副燃焼室１７の主燃焼室側内壁）に結合されるので、火炎トーチ１９の噴出によって高温になった副室部材１５の熱が伝熱部材２０に伝導される。
【００１７】
一方、前記副室部材１５の付け根部はシリンダヘッド４に囲まれ、シリンダヘッド４は、その内部に配設される冷却水路２１内を循環する冷却水によって冷却されるから、前記副室部材１５の付け根部に結合される伝熱部材２０の基端部からは、シリンダヘッド４側に熱が伝導されることになり、結果、副室部材１５の先端の熱が伝熱部材２０を介してシリンダヘッド４の冷却水路２１に効率良く放熱され、副室部材１５の先端の温度が噴孔１６からの火炎トーチ１９の噴出によって高温になることが抑止される。
【００１８】
従って、噴孔１６からの火炎トーチ１９の噴出によって副室部材１５の先端が高温になり、この高温になった副室部材１５の先端を発火源とするプレイグニッションが発生することを防止できる。
特に、副室部材１５の先端の噴孔１６で囲まれる部分は、噴孔１６の開口によって伝熱経路が阻害されるため温度が高くなり易いが、前記伝熱部材２０は、噴孔１６で囲まれる部分の中心から基端側に向けて延設されるため、効果的に副室部材１５の先端の温度低下を図れる。
【００１９】
また、伝熱部材２０には伝熱機能が求められるが、強度上の要求が少ないので、アルミ合金や銅合金などの熱伝導率は高いものを用いることができ、これらの熱伝導率の高い材料を用いることで、効果的に副室部材１５の先端を冷却できる。
図３は、副室部材１５内に延設される前記伝熱部材２０の第２実施形態を示す。
図３に示す第２実施形態は、副室部材１５の形状・配置、更に、前記伝熱部材２０の副室部材１５に対する配設、及び、伝熱部材２０の外形は、第１実施形態と同じであるが、円柱状の伝熱部材２０の軸心部２０ａと該軸心部を囲む被覆部２０ｂとを熱伝導率の異なる部材で形成してある点が異なる。
【００２０】
前記伝熱部材２０の軸心部２０ａは、熱伝導率の高い例えばアルミ合金や銅合金などにより形成され、該軸心部２０ａを覆う前記被覆部２０ｂは、セラミックなどの熱伝導率が低く断熱特性に優れた材料によって形成される。
上記の軸心部２０ａ及び被覆部２０ｂからなる伝熱部材２０を用いれば、副燃焼室１７内の高温ガスによって伝熱部材２０が加熱されることが、断熱特性に優れた被覆部２０ｂによって抑止されるから、副室部材１５の先端側の熱をシリンダヘッド４側に伝熱するという伝熱部材本来の機能が損なわれることがなく、然も、軸心部２０ａは、熱伝導率の高い例えばアルミ合金や銅合金などにより形成されるから、副室部材１５の先端の熱を効率良くシリンダヘッド４側へ伝熱でき、副室部材１５の先端を効率良く冷却できる。
【００２１】
また、アルミ合金や銅合金などで形成される軸心部２０ａをセラミックで被覆する構成であれば、成形が比較的容易であり、コストアップを抑えることができる。
図４は、副室部材１５内に延設される前記伝熱部材２０の第３実施形態を示す。
図４に示す第３実施形態では、副室部材１５の形状・配置、更に、前記伝熱部材２０の副室部材１５に対する配設は、第１実施形態と同じであるが、前記伝熱部材２０の断面積が、主燃焼室５側（先端側）で小さく副室部材１５の付け根（基端側）ほど広くなるように、円柱状の伝熱部材２０を、主燃焼室５側に向けて先細りに形成してある。
【００２２】
上記伝熱部材２０によると、断面積の広いシリンダヘッド４側で、シリンダヘッド４の冷却水路に向けた放熱（熱交換）が効率良く行われ、効果的に副室部材１５の先端を冷却できる。
ここで、前記伝熱部材２０は、前記副室部材１５と同じ材質（例えば鋳鉄）、又は、前記副室部材１５の材料よりも熱伝導率の高い、例えばアルミ合金や銅合金などにより形成させることができる。
【００２３】
また、第２実施形態のように、アルミ合金や銅合金などの熱伝導率の高い材料で形成される軸心部２０ａを、セラミックなどの熱伝導率が比較的低い材料で被覆する構成とし、前記軸心部２０ａの断面積が、主燃焼室５側（先端側）で小さく副室部材１５の付け根（基端側）ほど広くなるようにすることができる。
図５は、副燃焼室１７をシリンダヘッド４内に埋没させ、かつ、伝熱部材２０に冷却水路を備える構成とした第４実施形態を示す。
【００２４】
図５において、副燃焼室１７は、シリンダヘッド４内に円筒状の空間として一体的に設けられており、副燃焼室１７と主燃焼室５とは、シリンダヘッド４に設けた複数の噴孔１６によって連通される。
前記噴孔１６が開口するシリンダヘッド４の下面は、噴孔１６の開口面から滑らかにシリンダボアにまで連なり、副燃焼室１７によってシリンダヘッド４の下面が凸凹することがなく、副燃焼室１７はシリンダヘッド４内に埋没するように設けられている。
【００２５】
また、前記シリンダヘッド４内の副燃焼室１７には、主燃焼室５側の内壁から空間内を横断して副燃焼室１７の付け根部に至る伝熱部材２０がシリンダヘッド４と一体的に設けられ、更に、前記伝熱部材２０の内部及び副燃焼室１７の周囲に冷却水路が配設される。
前記副燃焼室１７の付け根部側のシリンダヘッド４に対してシリンダ列方向に沿って冷却水路３１が延設されており、前記冷却水路３１からは第１分岐冷却水路３２が分岐延設される。
【００２６】
前記第１分岐冷却水路３２は、副燃焼室１７の付け根部側から副燃焼室１７の周壁に沿って先端側に向け延設された後、副燃焼室１７の先端部分を横断して反転側に至るように、副燃焼室１７と主燃焼室５との隔壁部分に延設される。
副燃焼室１７の先端部分を横断した第１分岐冷却水路３２は、副燃焼室１７の付け根部に向けて副燃焼室１７の周壁に沿って延設され、前記冷却水路３１に合流する。
【００２７】
即ち、副燃焼室１７の周壁は、シリンダ軸方向に延設される第１分岐冷却水路３２で挟まれ、かつ、副燃焼室１７の先端側には、その中央を横断するように第１分岐冷却水路３２が延設される。
前記副燃焼室１７と主燃焼室５との隔壁部分を通る前記第１分岐冷却水路３２からは、前記伝熱部材２０内を通って前記冷却水路３１に合流する第２分岐冷却水路３３が分岐延設される。
【００２８】
前記第２分岐冷却水路３３には、該第２分岐冷却水路３３内を流れる冷却水の流量を調整する電磁式の絞り弁３４が介装されている。
前記絞り弁３４は、マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット３５からの制御信号に応じて開閉動作する。
前記コントロールユニット３５には、内燃機関の回転速度を検出する回転センサ３６、内燃機関の負荷を検出する負荷センサ３７などのからの検出信号が入力される。
【００２９】
尚、内燃機関の負荷は、シリンダ吸入空気量，吸気負圧，スロットル開度などで代表させることができる。
前記コントロールユニット３５は、図６に示すように、内燃機関の低回転・低負荷域では前記絞り弁３４を閉じ、内燃機関の高回転・高負荷域では前記絞り弁３４を開く。
これにより、副燃焼室１７が受ける熱量が大きく、プレイグニッションが起こり易い高回転・高負荷域においては、伝熱部材２０内に冷却水を流すことで、噴孔１６付近の熱を冷却水路３１側に効率良く放熱させて噴孔１６付近の冷却を促進でき、プレイグニッションの発生を防止できる。
【００３０】
更に、副燃焼室１７が主燃焼室５側に突き出ることがなく、主燃焼室５を構成するシリンダヘッド４の下面が滑らかな面に形成されるから、プレイグニッションの起点となる局所的な高温部が発生し難く、前記伝熱部材２０内に冷却水を流すことによる噴孔１６付近の冷却促進効果と相まって、プレイグニッションの発生をより確実に防止できる。
一方、低回転・低負荷域では、伝熱部材２０内での冷却水の流量が絞られるから、副燃焼室１７の噴孔付近の温度がプレイグニッションの発生を発生させるほどに高くないときに、冷却が促進されることがなく、副燃焼室１７の壁面からの熱損失を軽減できる。
【００３１】
尚、機関温度を代表する例えば冷却水温度に基づいて、前記絞り弁３４の開閉制御を行わせることができ、また、機関負荷・機関回転速度と冷却水温度とから前記絞り弁３４の開閉制御を行わせることができ、更に、前記絞り弁３４の開度を複数に変える構成とすることもできる。
また、前記第２分岐冷却水路３３に介装させる絞り弁として、周囲の温度に感応して自動的に開閉動作する弁を用いることができる。
【００３２】
更に、前記第２分岐冷却水路３３が通る伝熱部材２０を、シリンダヘッドと異なる部材で形成したり、熱伝導率の高い材料で形成される軸心部２０ａと断熱性に優れた被覆部２０ｂとからなる構成にしたり、主燃焼室５側に向けて先細りとなる外形に形成したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施形態における燃焼室を示す機関の部分断面図。
【図２】前記第１実施形態における副燃焼室を示す図であり、（Ａ）は横断面図（（Ｂ）のＡ−Ａ断面図）、（Ｂ）は縦断面図。
【図３】第２実施形態における副燃焼室を示す図であり、（Ａ）は横断面図（（Ｂ）のＡ−Ａ断面図）、（Ｂ）は縦断面図。
【図４】第３実施形態における副燃焼室を示す図であり、（Ａ）は横断面図（（Ｂ）のＡ−Ａ断面図）、（Ｂ）は縦断面図。
【図５】第４実施形態における副燃焼室を示す図であり、（Ａ）は横断面図（（Ｂ）のＡ−Ａ断面図）、（Ｂ）は縦断面図。
【図６】前記第４実施形態における絞り弁の開閉特性を示す線図。
【符号の説明】
【００３４】
１…シリンダブロック、２…シリンダボア、３…ピストン、４…シリンダヘッド、５…主燃焼室、６…吸気ポート、７…排気ポート、８…吸気バルブ、９…排気バルブ、１５…副室部材、１６…噴孔、１７…副燃焼室、１８…点火プラグ、１９…火炎ジェット、２０…伝熱部材、２０ａ…軸心部、２０ｂ…被覆部、３１…冷却水路、３２…第１分岐冷却水路、３３…第２分岐冷却水路、３４…絞り弁、３５…コントロールユニット、３６…回転センサ、３７…負荷センサ
【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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