(57)【要約】【課題】副燃焼室から噴出するトーチ状火炎により点火する装置において、燃焼性をより向上させる。【解決手段】燃焼室１２の天井面１４からシリンダ軸方向下方に向けて突出し、少なくとも一以上の噴孔１１ａを介して前記燃焼室（主燃焼室）１２と連通する副燃焼室１５と、中心電極８ａが前記副燃焼室１１に臨み、かつ前記中心電極８ａと前記副燃焼室１５の内壁面のいずれかの部分との間で放電する点火栓８と、を備え、前記噴孔１１ａの主燃焼室側開口部１１ｃを副燃焼室側開口部１１ｂより開口面積を大きく形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃焼室の天井面からシリンダ軸方向下方に向けて突出し、少なくとも一以上の噴孔を介して前記燃焼室と連通する副燃焼室と、
中心電極が前記副燃焼室に臨み、かつ前記中心電極と前記副燃焼室の内壁面のいずれかの部分との間で放電する点火栓と、
を備え、
前記噴孔の主燃焼室側開口部を副燃焼室側開口部より開口面積を大きく形成することを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項２】
前記副燃焼室の内壁面に突起部を設けることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項３】
前記突起部は、前記中心電極の軸方向の前記副燃焼室内壁面に設けることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項４】
前記噴孔を複数設け、かつ、すべての噴孔を前記中心電極と前記副燃焼室側開口部の図心との間の距離が略同等となるように配置することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項５】
前記噴孔を複数設け、前記複数の噴孔のうちの一部はその他の噴孔と開口面積を異ならせることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項６】
前記噴孔を、前記主燃焼室の吸気弁側部分と連通するように設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項７】
前記噴孔は、トーチ状の火炎が前記主燃焼室天井面付近を前記主燃焼室天井面の傾斜に沿って噴出するように開口することを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項８】
前記噴孔は、前記副燃焼室側から主燃焼室側に向けて開口面積が徐々に大きくなることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項９】
前記噴孔は、前記副燃焼室側から主燃焼室側に向けて漏斗状に形成されることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項１０】
前記噴孔は、前記副燃焼室側と主燃焼室側との間に絞り部分を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項１１】
前記絞り部分の流路断面積は前記副燃焼室側の開口面積よりも小さいことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項１２】
前記噴孔は、前記副燃焼室側開口部の周囲に所定深さの座繰りを有することを特徴とする請求項８から１１のいずれか一つに記載の内燃機関の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、副燃焼室を備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼性を改善するために、燃焼室（主燃焼室）の他に、前記主燃焼室と噴孔を介して連通する副燃焼室を設け、前記副燃焼室内に点火栓を備えるものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の副燃焼室付きの内燃機関では、圧縮行程において、主燃焼室内の混合気が副燃焼室内に導入されて、圧縮上死点近傍で火花点火する。燃焼が開始すると副燃焼室内は急激に圧力が上昇して主燃焼室と副燃焼室とのあいだに圧力差が生じ、副燃焼室内の燃焼ガスが噴孔から主燃焼室内に向けてトーチ状火炎となって噴出する。
【０００４】
このトーチ状火炎により主燃焼室内の混合気に点火することで、主燃焼室全体として火炎伝播速度は速まり、燃焼性が改善される。また、トーチ状火炎が燃焼室外周付近まで到達すれば、シリンダ壁面での冷却損失等により消炎するおそれのある燃焼室外周付近の混合気を確実に燃焼させることができるので、排気性能の向上やノッキング防止等の効果も得られる。
【特許文献１】特開平８−２８４６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に記載されている副燃焼室の構成では、主燃焼室と副燃焼室とを連通する噴孔は、主燃焼室側開口部から副燃焼室側開口部まで流路断面が略一定である。このため、燃焼性をより向上させるためには、噴孔の開口面積を小さくすることで燃焼開始時に副燃焼室内の圧力をより上昇させて、トーチ状火炎をより勢いよくかつ遠くまで到達するように噴出させる必要がある。ところが、噴孔の開口面積を小さくすると、圧縮行程時に主燃焼室から副燃焼室へガスが流入しにくくなるため、燃焼開始時の副燃焼室内の圧力が上昇しにくくなり、燃焼性向上の効果が低減されてしまう。また、排気行程においても主燃焼室内のガスによる掃気がされにくくなるので、ガス交換性が悪化して副燃焼室内に既燃ガスが滞留しやすくなり、副燃焼室内の燃焼性が悪化するおそれがある。一方、噴孔の開口面積を大きくすると、副燃焼室内の既燃ガスは排出され易くなるが、燃焼時には副燃焼室内が十分に圧力上昇する前に燃焼ガスが主燃焼室に噴出してしまうので、副燃焼室内の圧力の上昇代が小さくなる。このためトーチ状火炎の到達距離が短くなり燃焼性向上の効果が小さくなる。
【０００６】
すなわち、特許文献１に記載されている副燃焼室の構成では、燃焼性向上の効果が小さい。そこで、本発明では燃焼性をより向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の内燃機関の点火装置は、主燃焼室の天井面からシリンダ軸方向下方に向けて突出し、少なくとも一以上の噴孔を介して前記燃焼室と連通する副燃焼室と、中心電極が前記副燃焼室に臨み、かつ前記中心電極と前記副燃焼室の内壁面のいずれかの部分との間で放電する点火栓と、を備え、前記噴孔の燃焼室側開口部を副燃焼室側開口部より開口面積を大きく形成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、主燃焼室側の方が副燃焼室側よりも開口面積が大きいので、主燃焼室から副燃焼室へガスが流入し易く、かつ、燃焼開始後は副燃焼室内の圧力が上昇するまで燃焼ガスが噴出しにくくなる。これにより、副燃焼室内の圧力上昇代が大きくなり、トーチ状の火炎の到達距離が長くなるので、燃焼性をより向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本実施形態を適用する内燃機関の概略構成図である。１はエンジン本体（以下、単に「エンジン」という）、２は吸気通路、３は排気通路、４は吸気バルブ、５は排気バルブ、６は吸気カムシャフト、７は排気カムシャフト、８は点火栓、９は燃焼噴射弁、１０はピストン、１１はドーム部、１２は燃焼室（主燃焼室）、１３はスワールコントロールバルブ（以下、ＳＣＶという）、１５はドーム部１１の内部に形成される副燃焼室である。なお、エンジン１は気筒当り吸気バルブ４、排気バルブ５をそれぞれ２つ備えるものとする。したがって、吸気通路２、排気通路３は、それぞれ途中で分岐、合流している。
【００１１】
上述したような構成のエンジン１では、例えば、排気行程中に燃焼噴射弁９から吸気通路２に向けて燃焼が噴射され、この燃料は吸気行程中に空気と混合しながら燃焼室１２内に導入され、混合気を形成する。燃焼室１２の混合気は、圧縮行程中に噴孔１１ａを介してドーム部１１の内部の副燃焼室１５に導入される。そして、ピストン１０が圧縮上死点近傍に到達したときに点火栓８によって火花点火されて燃焼を開始する。燃焼開始とともに、燃焼ガスの膨張によって副燃焼室１５は圧力が上昇し、燃焼ガスが噴孔１１ａから主燃焼室１２に向けてトーチ状の火炎となって噴出する。排気行程では、一般的なエンジンと同様にピストン１０が上昇がすることによって排気通路へ排気が排出される。このとき、ドーム部１１内部の既燃ガスも噴孔１１ａを介して排出される。ここで、ドーム部１１内の副燃焼室１５での燃焼を初期燃焼、主燃焼室１２内での燃焼を主燃焼と呼ぶこととする。
【００１２】
ＳＣＶ１３は、分岐した吸気通路２のいずれか一方に設けられ、流路断面積を調整することができるよう構成されている。その作動は図示しないコントロールユニットによって運転条件に応じて制御される。例えば、冷機始動時のように燃焼が安定しない運転条件や、低負荷運転時のように燃焼速度が低い運転条件下において、吸気通路２の流路断面積を絞ることでＳＣＶ１３を設けない吸気通路２と流量差を設け、これにより主燃焼室１２内部にスワール流動を生成させる。
【００１３】
なお、ＳＣＶ１３に替えて、タンブル流動を生成させるためのタンブルコントロールバルブを備えるようにしてもよい。
【００１４】
次に、ドーム部１１について説明する。
【００１５】
図２は図１のドーム部１１周辺を拡大した図である。図に示すように、ドーム部１１は点火栓８の燃焼室天井面１４からの突出部分を覆うように形成されており、主燃焼室１２とドーム部１１内部の副燃焼室１５とを連通する噴孔１１ａを複数備える。また、ドーム部１１は接地電極としての役割も果たす。噴孔１１ａは、トーチ状の火炎が図中に矢印で示したように燃焼室１２内へ放射状に広がるように、かつ点火栓８の中心電極８ａからの距離が略同等となるように配置する。なお、各噴孔１１ａの開口面積はすべて略同等とする。なお、点火栓８はいわゆる側方電極を備えず、後述するようにドーム部１１内壁との間で放電を行うものである。
【００１６】
このように点火栓８を覆うようにドーム部１１を形成することによって、スワール流動を生成した場合にも、点火栓８の中心電極８ａ近傍はスワール流動の影響を受けにくくなる。これにより、点火時に火炎がスワール流動によって吹き消されることを防止し、主燃焼の安定化を図ることができる。なお、噴孔１１ａは必ずしも複数設ける必要はない。
【００１７】
図３はドーム部１１の別の例を示す図である。基本的には図２と同様の構成であるが、ドーム部１１内壁の、中心電極８ａの軸方向延長線上の部分に突起部１６を設ける。突起部１６はドーム部１１内壁から突出しているので、中心電極８ａから放電した場合に接地電極となる。このように接地電極として突起部１６を設けることで、火花をより安定して発生させることが可能となり、主燃焼のさらなる安定化を図ることができる。
【００１８】
図４はドーム部１１のさらに別の例を示す図である。噴孔１１ａの配置は図２、図３と同様であるが、複数の噴孔１１ａのうちの一部を、開口面積の異なる噴孔１１ａとする点が異なる。例えば、ドーム部１１の下端側に配置する噴孔１１ａの開口面積を、それより上部に配置する噴孔１１ａの開口面積よりも大きくする。
【００１９】
このような構成にすると、例えば排気行程において、ピストン１０の上昇に伴って燃焼室１２からドーム１１内部へ既燃ガスが流入する際に、開口面積の大きな噴孔１１ａから流入しやすくなる。そして、開口面積の大きな噴孔１１ａから多くのガスが流入してドーム１１内部の圧力が上昇すると、開口面積の小さな噴孔１１ａからはドーム１１内部に流入しにくくなり、ドーム１１内部と燃焼室１２との圧力差によって、ドーム１１内部から燃焼室１２へガスが流出することとなる。このように、開口面積の大きな噴孔１１ａから流入して開口面積の小さい噴孔１１ａから流出するというガスの流れが生成されることでドーム１１内と燃焼室１２とのガス交換性が向上するので、ドーム１１内に滞留する既燃ガス量を抑制することができ、より安定した初期火炎を得ることができる。
【００２０】
なお、開口面積の異なる噴孔１１ａの分布のさせ方は上記のものに限らない。
【００２１】
図５はドーム部１１の別の例を示す図である。図５において、点火栓８を含み気筒列方向に延びる断面で燃焼室１２を二分し、一方を吸気弁６側、他方を排気弁７側とする。噴孔１１ａは火炎が前記吸気弁６側方向に噴出するように設ける。燃焼室１２内の温度は、吸気弁６側の方が排気弁７側よりも相対的に低い。これは、排気弁７が排気通路３から排出される燃焼後の高温のガスによって暖められるのに対して、吸気弁６は膨張行程で高温のガスに曝された後に、吸気行程において吸気通路２から流入する吸入空気によって冷却されるためである。このような燃焼室１２内の温度分布により、火炎の伝播速度にも差が生じ、吸気弁６側は排気弁７側と比較して相対的に燃焼速度が遅くなる。そこで、図５に示すようにトーチ状の火炎を吸気弁６側に向けて噴出させることにより、吸気弁６側の燃焼速度が上昇して燃焼室１２内の燃焼速度の勾配が低減され、燃焼の安定性が向上する。なお、図５には噴孔１１ａを一つだけ示したが、トーチ状の火炎が点火栓８よりも吸気弁６側に向けて噴出するのであれば、複数の噴孔１１ａを設けても構わない。
【００２２】
図６はドーム部１１の別の例を示す図である。ここでは、トーチ状の火炎が燃焼室天井面１４付近を燃焼室天井面１４の傾斜に沿って噴出するように噴孔１１ａを設ける。一般的な火花点火によって燃焼室１２の中央部から火炎伝播させる場合には、燃焼室天井面１４付近での冷却損失により、伝播途中で火炎が消炎するおそれがある。また、ピストン１０の冠面でも同様に冷却損失によって火炎が消炎するおそれがある。このように火炎が伝播途中で消炎すると、燃焼室１２の外周近傍では混合気が燃焼せず、未燃ＨＣを排出する原因となる。ところが、図６に示すようにトーチ状の火炎を燃焼室天井面１４に沿うように噴出させると、燃焼室１２の外周近傍まで火炎が到達するので、未燃ＨＣの排出を抑制することができる。
【００２３】
次に、上述したドーム部１１に設ける噴孔１１ａについて図を用いて説明する。
【００２４】
図７は噴孔１１ａの一例を示す図であり、ドーム部１１の噴孔１１ａ部分の断面図である。図７に示すように、噴孔１１ａはドーム部１１内面から外面に向けて流路断面積が徐々に拡大する形状、いわゆるオリフィス状になっている。すなわち、燃焼室１２側の開口部１１ｃが副燃焼室１５側の開口部１１ｂよりも大きく、両開口部が円錐面でつながっている。
【００２５】
なお、本実施形態では、噴孔１１ａの流路断面形状は略円形とするが、これに限られるわけではない。
【００２６】
噴孔１１ａを上記のようなオリフィス状にすると、混合気が燃焼室１２側から副燃焼室１５方向へ流れる際には、噴孔１１ａ通過時の損失係数が小さくなる。したがって、混合気が副燃焼室１５に速やかに流入する。そして、副燃焼室１５側から燃焼室１２方向へ流れる際にも、より速やかに流れることとなる。したがって、エンジン１の圧縮行程時の燃焼室１２と副燃焼室１５との間のガス交換性が向上する。
【００２７】
また、副燃焼室１５側の開口部１１ｂの開口面積が相対的に小さいので、燃焼開始直後の圧力が十分に高くなっていない状態では、噴孔１１ａから燃焼ガスが噴出し難い。したがって燃焼室１５内部の圧力が上昇し易くなり、圧力が高まったときに燃焼ガスがトーチ状の火炎となって勢い良く噴出することとなる。
【００２８】
これらにより、副燃焼室１５内の燃焼及び燃焼室１２内での主燃焼を安定化させ、かつ燃焼速度を上昇させることができる。また、主燃焼が安定することにより、点火時期を遅角量を大きくすることができるので、エンジン１の燃焼性を確保しつつ、冷機始動時等の後燃え効果によるエミッションの排出を大幅に削減することができる。
【００２９】
図８は噴孔１１ａの別の例を示す図である。図に示すように、燃焼室１２側の開口部１１ｃ方が副燃焼室１５側の開口部１１ｂより開口面積が大きく、かつ、中間に流路断面を燃焼室側の開口部１１ｂよりも絞った絞り部分２０を備える。副燃焼室１５側の開口部１１ｂから絞り部分２０の副燃焼室１５側の端部まで、及び燃焼室１２側の開口部から絞り部分２０の燃焼室１２側の端部までは、それぞれ絞り部分２０に向けて流路が徐々に絞られている。
【００３０】
このような形状にすると、絞り部分２０による整流効果が得られるので、噴孔１１ａから噴出する火炎を図７に示した形状と比較してさらに安定化させることができる。
【００３１】
図９（ａ）は噴孔１１ａの別の例を示す図である。図に示すように、ドーム部１１内面から外面に向けて、所定深さだけ流路断面積一定のザグリ穴２１を設け、ザグリ穴２１の底面２１ａとドーム部１１外面との間を、図７と同様に徐々に流路断面積が拡がる構成とする。なお、図９（ａ）では、ザグリ穴２１の径と燃焼室１２側開口部の径が略同等となっているが、これに限られるわけではない。
【００３２】
このような形状にすると、図９（ｂ）に示すように、着火直後の燃焼ガスの一部はザグリ穴２１の底面２１ａに衝突して、噴孔１１ａの中心方向に旋回する。この旋回流によって噴孔１１ａは塞がれ、噴孔１１ａからの燃焼ガスの噴出が妨げられる。したがって、図７、図８に示した形状と比較してドーム部１１内の副燃焼室１５の圧力をより上昇させることができ、圧力が高まった状態で噴孔１１ａから燃焼ガスをトーチ状の火炎として噴出させることができる。これにより、噴孔１１ａから噴出する火炎をさらに安定化させ、かつ遠くまで飛散させることが可能となるので、主燃焼のさらなる安定化、及び燃焼速度の上昇を図ることができる。
【００３３】
図１０は、噴孔１１ａの別の例を示す図である。基本的には図９に示した噴孔１１ａと同様であるが、燃焼室１２側からザグリ穴２１の底面２１ａまでの間を漏斗状にしたものである。
【００３４】
このような形状にすると、図９に示した噴孔１１ａと同様の効果に加え、さらに、火炎が噴出する際に、火炎が噴孔１１ａ壁面から滑らかに剥離するようになり、火炎をより遠くまで飛散させることが可能となるので、主燃焼のさらなる安定化、及び燃焼速度の上昇を図ることができる。
【００３５】
図７から図１０に示した噴孔１１ａは、図２から図６に示したドーム部１１のいずれと組み合わせてもよい。
【００３６】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態を適用するエンジンの概略構成図である。
【図２】ドーム部の一例を表す図である。
【図３】ドーム部の一例を表す図である。
【図４】ドーム部の一例を表す図である。
【図５】ドーム部の一例を表す図である。
【図６】ドーム部の一例を表す図である。
【図７】噴孔の一例を表す図である。
【図８】噴孔の一例を表す図である。
【図９】噴孔の一例を表す図である。
【図１０】噴孔の一例を表す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    エンジン
２    吸気通路
３    排気通路
４    吸気弁
５    排気弁
６    吸気カムシャフト
７    排気カムシャフト
８    点火栓
９    燃料噴射弁
１０  ピストン
１１  ドーム部
１２  燃焼室
１３  スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）
１４  燃焼室天井面
【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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