(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに設けられた副燃焼室にトーチ点火用燃料を導き、点火プラグにより該トーチ点火用燃料に着火し、燃料トーチを前記シリンダヘッドに設けられた副室口金の複数の噴孔から主燃焼室内の混合気中に噴出させて、該混合気を燃焼させるトーチ点火式エンジンであって、
前記複数の噴孔が、シリンダ軸線に対して前記噴孔の噴孔軸線が交差するときにシリンダ軸線の下方向と噴孔軸線とが成す角度であるシリンダ軸線下方向に対する噴孔軸線の開き角度が８５°〜１２０°の範囲内に設定された横向噴孔を有して構成され、
前記副室口金が前記シリンダヘッドの中央部に設けられ、
前記ピストンの上面に形成された凹部が、前記シリンダヘッドの中央部が最も下方側となる湾曲状に形成され、
前記横向噴孔が、前記副室口金の軸線上で、前記シリンダヘッドの下面から上死点時のピストンの凹部の上面までの１／３〜２／３の範囲内の位置に設けられているトーチ点火式エンジン。
【請求項２】
前記横向噴孔が前記副室口金の外周において周方向等間隔に配設されている請求項１に記載のトーチ点火式エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダヘッドに設けられた副燃焼室にトーチ点火用燃料を導き、点火プラグにより該トーチ点火用燃料に着火し、燃料トーチを前記シリンダヘッドに設けられた副室口金の複数の噴孔から主燃焼室内の混合気中に噴出させて、該混合気を燃焼させるトーチ点火式エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、トーチ点火式エンジンの燃焼室及び燃料供給系を示す要部断面図及び噴孔５１の配置構造の従来の一例を示したものであり、図５は噴孔５１の平面配置図である。
８はシリンダヘッド、２は主燃焼室であり、該主燃焼室２はピストンの上面とシリンダの内面と前記シリンダヘッド８の下面により区画形成されている。この主燃焼室２には燃料ガスと空気の混合気が吸気弁を介して導入されるようになっている。
１４はピストン、５３は該ピストン上面の吸気弁リセス、５４は排気弁リセス、１４ａはピストンの触火面である。
【０００３】
１は副燃焼室であり、副燃焼室１はシリンダヘッド８の略中央部に形成され、シリンダ軸線３５方向に軸方向を有する筒状である。該副燃焼室１の上部には副室上部金物６が、下部には副室口金４が夫々設けられている。該副室口金４の先端部には、１個又は複数の噴孔５１が穿孔されている。９は前記副室上部金物６内に形成されたガスチャンバであり、該ガスチャンバ９はガス通路１０を介してガス供給管１１に連通されている。５は前記副室上部金物６内に往復摺動可能に設けられた副室弁で、前記ガスチャンバ９と副燃焼室１との間を開閉する。
【０００４】
７は前記副燃焼室１内の燃料ガスに点火するための点火プラグである。１２は前記ガス供給管１１に設けられたガス圧制御装置、１３は該ガス圧制御装置１２に制御信号を送るコントローラである。
【０００５】
このようなトーチ点火式エンジンの運転時においては、トーチ点火用の燃料ガスはガス供給管１１を通り、ガス圧制御装置１２で圧力を設定圧力になるように調整された後、副室上部金物６内のガス通路１０を経てガスチャンバ９に入る。そして、該トーチ点火用燃料ガスは、クランク軸（図示省略）の回転に基づく弁開閉制御装置（図示省略）からの開閉信号により前記副室弁５が開かれると前記副燃焼室１内に流入する。
【０００６】
一方、前記主燃焼室２内には高効率、低ＮＯｘの燃焼を実現するため、燃料量が希薄状態の燃料と空気との混合気が吸気弁（図示省略）を経て吸入される。そして、エンジンの回転に連動した点火装置（図示省略）により前記点火プラグ７に高電圧が付与されると、点火プラグ７からの火花放電により副燃焼室１内のトーチ点火用燃料ガスが着火、燃焼する。この着火がなされたトーチ点火用燃料ガスは燃焼トーチとして噴孔５１から前記主燃焼室２内に噴出され、該主燃焼室２内の希薄混合気を燃焼させる。
【０００７】
上記の従来技術において、噴孔５１は同一径のものが円周方向等間隔に４個（通常２個以上）設けられ、噴孔軸線５２のシリンダ軸線下方向に対する開き角度α０は６０°程度に設定されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図４及び図５に示されている従来技術に係るトーチ点火式エンジンにおいては、副燃焼室１内で着火がなされたトーチ点火用ガスは、各噴孔から開き角度α０（６０°程度）の方向に主燃焼室２内に噴出され、該主燃焼室２内の希薄混合気を燃焼させる。
【０００９】
しかしながら、かかる従来技術にあっては、副燃焼室１からの燃焼トーチを６０°程度の開き角度α０で主燃焼室２内に噴出して、該主燃焼室２内の希薄混合気を燃焼せしめるように構成されているため、噴孔軸線５２近傍の希薄混合気の燃焼は完全になされるが、該噴孔軸線５２から離れている主燃焼室２の外周の壁面近傍には、噴孔５１から噴出された燃焼トーチが行き渡り難い。
このため、この壁面近傍の混合気の燃焼が充分になされずに、未燃ガスとして排出され、燃焼効率が低下してエンジンの高効率化が阻害され、また、未燃ガスの排出は大気汚染の要因となる。
【００１０】
従って、本発明は、上記の事情に鑑みて、トーチ点火式エンジンにおいて、副燃焼室から主燃焼室に噴出される燃焼トーチを、主燃焼室内全体に拡散且つ浸透させ、該主燃焼室内の希薄混合気を完全燃焼させ燃焼効率を向上し、未燃ガスの排出を抑制することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
〔構成１〕
本発明に係るトーチ点火式エンジンは、前記複数の噴孔が、シリンダ軸線に対して前記噴孔の噴孔軸線が交差するときにシリンダ軸線の下方向と噴孔軸線とが成す角度であるシリンダ軸線下方向に対する噴孔軸線の開き角度が８５°〜１２０°の範囲内に設定された横向噴孔を有して構成され、前記副室口金が前記シリンダヘッドの中央部に設けられ、前記ピストンの上面に形成された凹部が、前記シリンダヘッドの中央部が最も下方側となる湾曲状に形成され、前記横向噴孔が、前記副室口金の軸線上で、前記シリンダヘッドの下面から上死点時のピストンの凹部の上面までの１／３〜２／３の範囲内の位置に設けられていることを特徴とする。
〔作用効果〕
本構成のごとく、複数の噴孔の一部若しくは全部を、前記横向噴孔として構成することで、副燃焼室にて点火プラグにより着火燃焼した燃焼トーチは、横向噴孔からシリンダ軸線下方向に対して８５°〜１２０°の範囲内の開き角度を有して主燃焼室に噴出される。このように大きな開き角度を有して燃焼トーチを噴出すると、その燃焼トーチは、主燃焼室の外周近傍に大きく拡散して、従来未燃ガスが発生していた主燃焼室外周部の混合気をも充分に燃焼させることができる。
また、上記の横向噴孔の開き角度が８５°以上であることで、横向噴孔から噴出される燃焼トーチが、ピストンの触火面に衝突して熱を奪われることを抑制し、さらに、横向噴孔の開き角度が１２０°以下であることで、横向噴孔から噴出される燃焼トーチが、燃焼室天井面（シリンダヘッド下面）に衝突して熱を奪われることを抑制することができるので、燃焼トーチを確実に外周部の混合気に噴出して燃焼させることができる。
さらに、横向噴孔の開き角度は９０°±１０°程度が好ましく、横向噴孔から噴出される燃焼トーチを好ましい状態で主燃焼室全体に行き渡らせることができる。
従って、主燃焼室内の希薄混合気を完全燃焼させ燃焼効率を向上し、未燃ガスの排出を抑制することができるトーチ点火式エンジンを実現することができる。
【００１２】
また、本構成のごとく、シリンダ軸線と平行な副室口金の軸線状でシリンダヘッドの下面から上死点時のピストンの上面までの１／３〜２／３の範囲内の位置に、横向噴孔の前記主燃焼室における開口中心がくるように構成することで、燃焼トーチを、上死点時の主燃焼室においてシリンダ軸線のほぼ中央から主燃焼室に噴出させることができ、燃焼トーチが主燃焼室天井（シリンダヘッド下面）若しくは主燃焼室底面（ピストン上面）によって冷却されることなく、主燃焼室の混合気全体を燃焼させることができる。
また、横向噴孔の位置が、シリンダヘッドの下面から上死点時のピストンの上面までの１／３より下方であることで、燃焼室天井面（シリンダヘッド下面）による燃焼トーチの冷却を抑制し、さらに、横向噴孔の位置が、シリンダヘッドの下面から上死点時のピストンの上面までの２／３より上方であることで、燃焼室底面による燃焼トーチの冷却を抑制することができる。
従って、より好ましい状態で燃焼トーチを噴出させて主燃焼室内の混合気を充分に燃焼させて、より高効率なトーチ点火式エンジンを実現することができる。
【００１３】
〔構成２〕
本発明に係るトーチ点火式エンジンは、上記構成１のトーチ点火式エンジンの構成に加えて、前記横向噴孔が前記副室口金の外周において周方向等間隔に配設されていることを特徴とする。
〔作用効果〕
本構成のごとく、シリンダヘッドの中央部に設けられた副室口金の外周において周方向等間隔に複数の横向噴孔を設けることで、主燃焼室の中央部から外向き均等に燃焼トーチを噴出させることができ、主燃焼室の混合気を均一且つ充分に燃焼させることができる。
従って、より好ましい状態で燃焼トーチを噴出させて主燃焼室内の混合気を充分に燃焼させて、より高効率なトーチ点火式エンジンを実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のトーチ点火式エンジンについて、図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係るトーチ点火式エンジンの燃焼室及び燃料供給系を示す要部断面図、図２は噴孔３１の配置構造図、図３は噴孔３１の平面配置図である。
同図において、トーチ点火式エンジンは、燃料として天然ガス系都市ガスを利用したガスエンジンとして構成されている。
８はシリンダヘッド、２は主燃焼室であり、該主燃焼室２はピストンの上面とシリンダの内面と前記シリンダヘッド８の下面により区画形成されている。この主燃焼室２には燃料ガスと空気の混合気が吸気弁を介して導入されるようになっている。
１４はピストン、５３は該ピストン上面の吸気弁リセス、５４は排気弁リセス、１４ａはピストンの触火面であり、３５はシリンダ軸線である。また、３３は後述する横向噴孔３１の軸線である。
【００１６】
１は副燃焼室であり、シリンダヘッド８の略中央部にシリンダ軸線３５方向を長手方向として形成されている。該副燃焼室１の上部には副室上部金物６が、下部には副室口金４が夫々設けられている。該副室口金４の先端部には、１個又は複数の噴孔３１が穿孔されている。９は前記副室上部金物６内に形成されたガスチャンバであり、該ガスチャンバ９はガス通路１０を介してガス供給管１１に連通されている。５は前記副室上部金物６内に往復摺動可能に設けられた副室弁で、前記ガスチャンバ９と副燃焼室１との間を開閉する。
【００１７】
７は前記副燃焼室１内の燃料ガスに点火するための点火プラグである。１２は前記ガス供給管１１に設けられたガス圧制御装置、１３は該ガス圧制御装置１２に制御信号を送るコントローラである。
本発明に係るトーチ点火式エンジンは、副燃焼室からの燃焼トーチ噴出用横向噴孔３１に特徴を有する。
【００１８】
前記横向噴孔３１は、前記副室口金４に周方向等間隔（α２＝６０°）に６個、かつ大噴孔３１ａと大噴孔３１ａよりも開口径が小さい小噴孔３１ｂとが交互に配置されるように穿孔され、シリンダ軸線３５の下方向に対する噴孔軸線３３の開き角度α１が９０°となるように構成されている。
また、夫々の噴孔軸線３３ａ，３３ｂとシリンダ軸線３５の交点がすべて一致しており、その交点はピストン上死点時の主燃焼室２におけるシリンダ軸線３５の略中心部である。即ち、大噴孔３１ａ及び小噴孔３１ｂは、シリンダヘッド８の下面から上死点時のピストン１４の上面までの約１／２の位置に配置されている。
【００１９】
このような横向噴孔３１を備えた本発明のトーチ点火式エンジンの運転時においては、トーチ点火用の燃料ガスはガス供給管１１を通り、ガス圧制御装置１２で圧力を設定圧力になるように調整された後、軸室上部金物６内のガス通路１０を経てガスチャンバ９に入る。そして、該トーチ点火用燃料ガスは、クランク軸（図示省略）の回転に基づく弁開閉制御装置（図示省略）からの開閉信号により前記副室弁５が開かれると前記副燃焼室１内に流入する。
【００２０】
一方、前記主燃焼室２内には高効率、低ＮＯｘの燃焼を実現するため、燃料量が希薄状態の燃料と空気との混合気が吸気弁（図示省略）を経て吸入される。そして、エンジンの回転に連動した点火装置（図示省略）により前記点火プラグ７に高電圧が付与されると、点火プラグ７からの火花放電により副燃焼室１内のトーチ点火用燃料ガスが着火、燃焼する。この着火がなされたトーチ点火用燃料ガスは燃焼トーチとして、横向噴孔３１からシリンダ軸線３５の下方向に対して９０°の開き角度α１を有して主燃焼室に噴出される。このような大きな開き角度を有して燃焼トーチを噴出するので、その燃焼トーチは、主燃焼室の外周近傍に大きく拡散して、未燃ガスが発生していた主燃焼室外周部の混合気をも充分に燃焼させることができる。
【００２１】
また、このような横向噴孔を有するトーチ点火式エンジンにおいては、図４及び図５に示す従来のトーチ点火式エンジンに対して、未燃ガスを５００ｐｐｍ程度低下させることができ、熱効率を０．５％程度向上させることができる。
【００２２】
〔別実施の形態〕
次に、本発明のトーチ点火式エンジンの別の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
〈１〉  上記の実施の形態において、大噴孔３１ａ及び小噴孔３１の夫々の噴孔軸線３３ａ，３３ｂとシリンダ軸線３５の交点がすべて一致している構成を示したが、別に、小噴孔３１ｂの噴孔軸線３３ｂとシリンダ軸線３５の交点を、大小噴孔３１ａの噴孔軸線３３ａとシリンダ軸線３５の交点よりも上方になるように構成することもできる。この場合、小噴孔３１ｂの噴孔軸線３３ｂの開き角度を、大噴孔３１ａの噴孔軸線３３ａの開き角度よりも大きく設定し、燃焼室の中心部から外周部にわたって全体的に燃焼トーチを噴出して、主燃焼室の混合気を燃焼させることが好ましい。
【００２４】
〈２〉  上記の実施の形態において、横向噴孔３１として、断面形状が円形の噴孔として構成したものを説明したが、別に、断面形状が四角径のスリットとして横向噴孔を構成することもできる。この場合、副室口金４のほぼ外周全体にわたってスリットを設けて、そのスリットを横向噴孔として、燃焼トーチを噴出させるように構成することができる。
【００２５】
〈３〉  上記の実施の形態において、燃焼トーチを主燃焼室に噴出させる噴孔のすべてを、本発明の特徴構成である横向噴孔として構成した例を説明したが、別に、従来と同様の開き角度が６０°等の噴孔と、本発明の特徴構成の横向噴孔を組み合わせて、本発明のトーチ点火式エンジンを構成することができる。
【００２６】
〈４〉  上記の実施の形態において、本発明のトーチ点火式ガスエンジンとして、燃料として天然ガス系都市ガスを利用したガスエンジンについて説明したが、他に利用できる燃料としては、ガソリン、プロパン、メタノール、水素、軽油等、任意の炭化水素系燃料を揚げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトーチ点火式エンジンの燃焼室及び燃料供給系を示す要部断面図
【図２】図１に示す本発明に係るトーチ点火式エンジンの噴孔の配置構造図
【図３】図１に示す本発明に係るトーチ点火式エンジンの噴孔の平面配置図
【図４】従来のトーチ点火式エンジンの燃焼室及び燃料供給系を示す要部断面図
【図５】図４に示す従来のトーチ点火式エンジンの噴孔の配置構造図
【符号の説明】
１        副燃焼室
２        主燃焼室
４        副室口金
５        副室弁
６        副室上部金物
７        点火プラグ
８        シリンダヘッド
９        ガスチャンバ
１０      ガス通路
１４      ピストン
１４ａ    ピストンの触火面
３１      横向噴孔
３１ａ    大噴孔
３１ｂ    小噴孔
３３      噴孔軸線
３３ａ    大噴孔の軸線
３３ｂ    小噴孔の軸線
３５      シリンダ軸線
【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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