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WO2024201935A1 - 副燃焼室付内燃機関 - Google Patents

副燃焼室付内燃機関 Download PDF

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WO2024201935A1
WO2024201935A1 PCT/JP2023/013309 JP2023013309W WO2024201935A1 WO 2024201935 A1 WO2024201935 A1 WO 2024201935A1 JP 2023013309 W JP2023013309 W JP 2023013309W WO 2024201935 A1 WO2024201935 A1 WO 2024201935A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
combustion chamber
cylinder
auxiliary
auxiliary combustion
partition wall
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/013309
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
敏之 山田
欣也 井上
貴之 城田
伸治 林
大 田中
Original Assignee
三菱自動車工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱自動車工業株式会社 filed Critical 三菱自動車工業株式会社
Priority to PCT/JP2023/013309 priority Critical patent/WO2024201935A1/ja
Publication of WO2024201935A1 publication Critical patent/WO2024201935A1/ja

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/12—Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine having a secondary combustion chamber within a main combustion chamber.
  • injector fuel injection device
  • spark plug that is positioned facing the combustion chamber inside the cylinder.
  • Patent Document 1 discloses an internal combustion engine equipped with a secondary combustion chamber in a combustion chamber (main combustion chamber).
  • a mixture with a relatively high fuel concentration is supplied to the secondary combustion chamber, and the mixture in the secondary combustion chamber is ignited by an ignition plug, so that a flame is injected (ejected) from the secondary combustion chamber into the main combustion chamber to combust the mixture in the main combustion chamber.
  • This makes it possible to improve the ignition of the mixture in the main combustion chamber and improve the output of the internal combustion engine, or to reduce the fuel concentration in the main combustion chamber and improve fuel efficiency.
  • Patent Document 1 discloses an internal combustion engine that is provided with a plurality of nozzle holes for injecting flame from an auxiliary combustion chamber, and is configured so that the flame is injected radially toward the cylinder wall surface.
  • JP 2019-31961 A Japanese Patent Application Publication No. 5-44470
  • the present invention was made to solve these problems, and aims to provide an internal combustion engine with an auxiliary combustion chamber that promotes combustion by evenly propagating flame from the auxiliary combustion chamber to the main combustion chamber.
  • the internal combustion engine with an auxiliary combustion chamber of the present invention has a main combustion chamber formed in a cylinder by a cylinder head, a cylinder block, and a piston, an auxiliary combustion chamber separated from the main combustion chamber by a partition wall provided in the cylinder head, a fuel injection device that supplies fuel to the main combustion chamber and the auxiliary combustion chamber, and an ignition device that ignites in the auxiliary combustion chamber, and the partition wall is provided with a communication passage that connects the auxiliary combustion chamber to the main combustion chamber, and the side of the auxiliary combustion chamber opposite the piston is formed to extend along an axis that is inclined in a predetermined direction relative to the central axis of the cylinder, and the piston side is characterized in that the axis of the auxiliary combustion chamber is located on the opposite side of the predetermined direction relative to the center line of the cylinder.
  • auxiliary combustion chamber is inclined, a swirling flow of the mixture containing the fuel flowing in from the connecting passage is generated within the auxiliary combustion chamber, which increases the fuel concentration of the mixture on the inclined side of the auxiliary combustion chamber and improves combustibility within the auxiliary combustion chamber.
  • a strong flame can be sprayed into the main combustion chamber in the specified direction.
  • the auxiliary combustion chamber Since the auxiliary combustion chamber is located on the opposite side of the predetermined direction from the central axis of the cylinder, it is far from the cylinder block on the predetermined direction side, but by strongly injecting fuel into the predetermined direction side of the main combustion chamber from the connecting passage on the predetermined direction side, the flame in the main combustion chamber can be propagated evenly around the auxiliary combustion chamber.
  • the communicating passages are provided in a plurality of rows circumferentially arranged on the side surface of the partition wall, extension lines of the plurality of communicating passages intersect at an intersection on the central axis of the auxiliary combustion chamber, and the intersection is located at a position shifted in the opposite direction from the specified direction with respect to the central axis of the cylinder.
  • This allows the flame generated by ignition in the auxiliary combustion chamber to be injected into the main combustion chamber so as to spread outward from the multiple communicating passages, thereby enabling the flame to propagate evenly around the auxiliary combustion chamber in the main combustion chamber.
  • the cylinder head is provided with an intake valve and an exhaust valve on either side of the auxiliary combustion chamber,
  • the predetermined direction may be a side on which the intake valve is arranged.
  • the auxiliary combustion chamber is positioned on the opposite side of the intake valve from the central axis of the cylinder, so that a large opening area of the intake valve can be secured in the cylinder head, thereby improving the introduction of intake air into the main combustion chamber.
  • the multiple communication passages include a first communication passage arranged on the specified direction side and a second communication passage arranged on the other side, and the first communication passage is formed to have a larger cross-sectional area than the second communication passage. This makes it possible to inject a large amount of flame from the first communication passage in a predetermined direction into the main combustion chamber.
  • the first communication passage and the second communication passage are arranged in the partition wall at equal intervals in the circumferential direction. This allows the multiple flames to propagate more evenly from the auxiliary combustion chamber to the main combustion chamber, thereby further improving combustibility in the main combustion chamber.
  • the fuel injection device is disposed facing the main combustion chamber in the predetermined direction. This places the auxiliary combustion chamber away from the fuel injection device, making it less likely that the flame injected from the communication passage towards the fuel injection device will directly impinge on the fuel injection device, thereby protecting the fuel injection device.
  • the internal combustion engine with a pre-combustion chamber of the present invention by tilting the pre-combustion chamber in a predetermined direction, a swirling flow is generated in the pre-combustion chamber to improve combustibility in the pre-combustion chamber, and the fuel concentration on the predetermined direction side of the pre-combustion chamber is increased and ignited, and a strong flame is sprayed from the connecting passage in the predetermined direction into the main combustion chamber.
  • the auxiliary combustion chamber offset in the opposite direction to a specified direction relative to the central axis of the cylinder the space on the specified side of the combustion chamber is larger than the opposite side.
  • the flame can be propagated evenly in the main combustion chamber, improving combustibility and improving power output or fuel efficiency.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an intake and exhaust system of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a top view of a cylinder in the internal combustion engine of the present embodiment.
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of the inside of a cylinder showing a fuel injection state.
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a detailed structure of an upper part of the cylinder.
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of an upper part of a cylinder, showing a state of fuel movement within an auxiliary combustion chamber.
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of the upper part of the cylinder, showing the fuel concentration in the auxiliary combustion chamber and the flame injection state into the main combustion chamber.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the inside of a cylinder showing a state in which flame is injected from the auxiliary combustion chamber to the main combustion chamber.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an intake and exhaust system of an internal combustion engine 1 (an internal combustion engine with an auxiliary combustion chamber) according to one embodiment of the present invention.
  • the internal combustion engine 1 of this embodiment is a direct injection type gasoline engine having an injector 3 (fuel injection device) that injects gasoline, which is a fuel, into a combustion chamber.
  • an air cleaner 6, an intercooler 7, and a throttle valve 8 are provided upstream of the intake port 2 along the flow of intake air.
  • an upstream side exhaust purification catalyst 12 and a downstream side exhaust purification catalyst 13 are provided along the flow of exhaust gas from the exhaust port 31.
  • the internal combustion engine 1 is also equipped with a turbocharger 15 and an EGR system 16 .
  • the EGR system 16 includes an EGR passage 20 that communicates the exhaust passage 11 and the intake passage 5 of the internal combustion engine 1, an EGR valve 21 that changes the flow path area of the EGR passage 20, and an EGR cooler 22 that cools the exhaust passing through the EGR passage 20.
  • the EGR passage 20 connects the exhaust passage 11 between the upstream side exhaust purification catalyst 12 and the downstream side exhaust purification catalyst 13 to the intake passage 5 between the air cleaner 6 and the compressor of the turbocharger 15.
  • Fig. 2 is a top view of the inside of a cylinder 30 in the internal combustion engine 1 of this embodiment.
  • Fig. 3 is a vertical cross-sectional view of the inside of the cylinder showing a fuel injection state.
  • the internal combustion engine 1 is provided with two intake ports 2 and two exhaust ports 31 for each cylinder 30. Furthermore, each of the two intake ports 2 is provided with an intake valve 32, and each of the two exhaust ports 31 is provided with an exhaust valve 33.
  • the injector 3 is provided in the cylinder head 34, one for each cylinder, and is disposed at a circumferential position between the two intake ports 2. The injector 3 is disposed so as to inject fuel toward the upper center of the combustion chamber.
  • An ignition plug 35 (ignition device) is provided in the center of the cylinder head 34.
  • a main combustion chamber 41 is provided, which is a substantially cylindrical space surrounded by a cylinder block 36, a cylinder head 34, and a piston 37, and a sub-combustion chamber 43 is provided in the upper center of the main combustion chamber 41.
  • a partition wall 42 is provided in the cylinder head 34 so as to surround the center electrode of the ignition plug 35, and the portion surrounded by the partition wall 42 in the main combustion chamber 41 becomes the sub-combustion chamber 43.
  • the main combustion chamber 41 has a substantially cylindrical cross section taken along a plane perpendicular to the moving direction of the piston 37.
  • the partition wall 42 is formed in a cylindrical shape that protrudes downward (toward the piston 37) from the ignition plug 35, has a substantially hemispherical lower part, and is disposed so as to cover the center electrode 35a and the ground electrode 35b of the ignition plug 35.
  • the center electrode 35a of the ignition plug 35 is located in the upper center of the sub-combustion chamber 43, i.e., at the upper part within the partition wall 42 and on the central axis.
  • the partition wall 42 is provided with a plurality of communication passages 44 a , 44 b , 44 c that connect the main combustion chamber 41 and the auxiliary combustion chamber 43 .
  • the operation of the internal combustion engine 1 is controlled by a control unit 50 (controller).
  • the control unit 50 is composed of an output device, a storage device (ROM, RAM, non-volatile RAM, etc.), a central processing unit (CPU), etc.
  • the control unit 50 acquires the crank angle, the intake amount, the exhaust temperature, the amount of EGR gas, etc., and controls the operation of the injector 3, the spark plug 35, the throttle valve 8, the EGR valve 21, etc.
  • the partition wall 42 and spark plug 35 of this embodiment are positioned near the central axis of the cylinder 30, with their upper portions inclined toward the intake side (the intake valve 32 side: the specified direction side of the present invention) with respect to the central axis CL1 of the cylinder 30 (the central axis of the main combustion chamber 41).
  • the central axis CL2 of the partition wall 42 and the auxiliary combustion chamber 43 therein are inclined toward the intake side with respect to the central axis CL1 of the cylinder 30.
  • a plurality of (e.g., eight) communication passages 44a, 44b are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction of the partition wall 42.
  • the communication passages 44 a and 44 b are provided at a position slightly below the upper end of the hemispherical portion of the lower part of the partition wall 42 .
  • the communication passages 44a, 44b are arranged on the same plane perpendicular to the central axis CL1 of the cylinder 30.
  • the communication passages 44a, 44b extend at an angle to the plane perpendicular to the central axis CL1 of the cylinder 30, and are inclined upward (toward the spark plug 35) from the main combustion chamber 41 toward the auxiliary combustion chamber 43.
  • the central axes of the communication passages 44a, 44b are set to intersect at the same intersection point CP1 on the central axis Lc2 of the partition wall 42.
  • intersection CP1 of the central axes of the communication passages 44a, 44b is disposed so as to be shifted toward the exhaust side from the central axis CL1 of the cylinder 30.
  • the intersection CP1 of the central axes of the communication passages 44a, 44b is disposed so as to be shifted in the opposite direction to the inclination direction of the upper part of the auxiliary combustion chamber 43.
  • a communication passage 44c is provided at the lower end of the partition wall 42. More specifically, the communication passage 44c is provided at a position of the partition wall 42 closest to the piston 37, and extends parallel to the central axis CL1 of the cylinder 30.
  • the internal combustion engine 1 of this embodiment is provided with an auxiliary combustion chamber 43 partitioned by a partition wall 42 in the upper center of the main combustion chamber 41.
  • the partition wall 42 is provided with communication passages 44a, 44b, and 44c that connect the main combustion chamber 41 and the auxiliary combustion chamber 43.
  • this embodiment uses a direct-injection type injector 3, which injects fuel directly into the main combustion chamber 41.
  • the injector 3 is positioned to inject fuel toward the auxiliary combustion chamber 43, and as the piston 37 moves in the compression direction while injecting fuel, some of the fuel that has reached the vicinity of the auxiliary combustion chamber 43 flows into the auxiliary combustion chamber 43 from the communication passages 44a, 44b, and 44c. The remaining fuel that does not flow into the auxiliary combustion chamber 43 is mixed with the intake air in the main combustion chamber 41. Note that the fuel may be injected twice, once into the main combustion chamber 41 and once into the auxiliary combustion chamber 43.
  • the flame generated by ignition in the auxiliary combustion chamber 43 passes through the connecting passages 44a, 44b, and 44c and is injected into the main combustion chamber 41, combusting the mixture in the main combustion chamber 41.
  • the lower end of the partition wall 42 is provided with a communication passage 44c, which extends parallel to the central axis CL1 of the cylinder 30. During the compression stroke when the piston 37 moves upward, fuel flows from the communication passage 44c toward the upper part of the auxiliary combustion chamber 43.
  • the central axis CL2 of the auxiliary combustion chamber 43 is inclined toward the intake side with respect to the central axis CL1 of the cylinder 30, so that the fuel that flows into the auxiliary combustion chamber 43 from the communication passage 44c moves from the center of the auxiliary combustion chamber 43 toward a position biased toward the exhaust side. Then, when it collides with the ignition plug 35 and turns around, a swirling flow is generated in the auxiliary combustion chamber as shown by the arrow in Figure 5.
  • the partition wall 42 is also provided with multiple communication passages 44a, 44b arranged in the circumferential direction, so that fuel also flows into the auxiliary combustion chamber 43 through the communication passages 44a, 44b during the compression stroke.
  • the extension lines of the communicating passages 44a, 44b are inclined upwardly on the opposite side to the communicating passage 44c with respect to the direction perpendicular to the central axis CL1 of the cylinder 30, the fuel flowing in from the communicating passages 44a, 44b collides on the extension line of the communicating passage 44c, generating a flow that moves toward the upper part of the auxiliary combustion chamber 43.
  • a strong swirling flow of the air-fuel mixture can be generated within the auxiliary combustion chamber 43 by the fuel that has passed through the communication passages 44 a , 44 b , and 44 c and flowed into the auxiliary combustion chamber 43 .
  • a tumble flow is generated by the intake air that flows in when the intake valve 32 is open.
  • the tumble flow of the intake air flows from the intake side to the exhaust side at the top of the main combustion chamber 41.
  • the flame is injected radially from the auxiliary combustion chamber 43 through the communication passages 44a and 44b, but the flame injected from the communication passage 44a to the intake side may be blocked by the tumble flow, making it difficult for the flame to reach the vicinity of the wall surface of the cylinder block 36 on the intake side.
  • the flame is injected from the communication passage 44a more strongly than the other communication passages 44b, so the flame reaches the vicinity of the wall surface of the cylinder block 36 on the intake side. This allows the flame to propagate evenly within the main combustion chamber 41, improving the combustibility in the main combustion chamber 41, and improving the output or fuel efficiency of the internal combustion engine 1.
  • intersection point CP1 of the central axes of the communication passages 44a, 44b is positioned toward the exhaust side from the central axis CL1 of the cylinder 30, i.e., in the opposite direction to the inclination direction of the upper part of the auxiliary combustion chamber 43, so that the distance from the intake side communication passage 44a to the wall surface of the cylinder block 36 is longer than the distance from the other communication passages 44b to the wall surface of the cylinder block 36.
  • tilting the auxiliary combustion chamber 43 as described above may cause the flame to be ejected excessively strongly from the connecting passage 44a, but by increasing the distance between the connecting passage 44a and the wall surface of the cylinder block 36, the flame can be propagated evenly around the auxiliary combustion chamber 43 in the main combustion chamber 41.
  • the injector 3 is positioned directly opposite the communication passage 44a, the communication passage 44a and the injector 3 are positioned apart. This makes it difficult for the flame injected from the communication passage 44a to directly impinge on the injector 3, thereby protecting the injector 3.
  • the communication passages 44a and 44b are arranged in a circumferentially evenly spaced arrangement on the partition wall 42, so that the flames can be propagated from the auxiliary combustion chamber 43 to the main combustion chamber 41 so as to spread more evenly, further improving the combustibility in the main combustion chamber 41.
  • the cross-sectional area of the intake side communication passage 44a (first communication passage) larger than the cross-sectional area of the other communication passage 44b (second communication passage). This allows the flame to be injected from the communication passage 44a to the intake side of the main combustion chamber 41 in greater quantities. Therefore, the flame can be injected in greater quantities into the auxiliary combustion chamber 43 in accordance with the volume of the exhaust side main combustion chamber 41, which is larger than the volume of the intake side main combustion chamber 41, and the flame can be propagated evenly within the main combustion chamber 41.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments.
  • the shapes of the main combustion chamber 41, the auxiliary combustion chamber 43, etc., and the positions and detailed shapes of each of the communication passages 44a, 44b, 44c may be changed as appropriate.
  • one cylinder is provided with two intake valves 32 and two exhaust valves 33, but the present invention can also be applied to an internal combustion engine with, for example, one intake valve 32 and one exhaust valve 33.
  • the internal combustion engine of the present invention is a direct injection type internal combustion engine
  • the present invention is also applicable to a port injection type internal combustion engine and an internal combustion engine configured to inject fuel directly into a pre-combustion chamber.
  • the internal combustion engine of the present invention can be applied to various internal combustion engines such as those used to drive automobiles.

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Abstract

シリンダヘッド３４に設けられ区画壁４２によって気筒内に主燃焼室４１と区画される副燃焼室４３を有し、区画壁４２に設けられ副燃焼室４３と主燃焼室４１とを連通する連通路４４ａ、４４ｂを有する内燃機関であって、副燃焼室は、気筒の中心軸ＣL1に対してピストンとは遠ざかる方向側が傾斜した軸線に沿って延びるように形成され、連通路４４ａ、４４ｂは、区画壁４２の側面に周方向に並んで複数設けられ、複数の連通路４４ａ、４４ｂの延長線が副燃焼室の中心軸ＣL2上の交点ＣP1で交わり、交点ＣP1は気筒の中心軸ＣL1に対して副燃焼室のピストンとは遠ざかる方向側の傾斜方向と反対側にずらした位置に位置する。

Description

副燃焼室付内燃機関
　本発明は、主燃焼室内に副燃焼室を有する内燃機関に関する。
　自動車に使用されるガソリンエンジン等の内燃機関の多くは、吸気通路や燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）と、筒内の燃焼室に臨んで配置される点火プラグを有している。
　特許文献１には、燃焼室（主燃焼室）内に、副燃焼室を備えた内燃機関が開示されている。特許文献１に記載された内燃機関では、副燃焼室内に比較的燃料濃度の高い混合気を供給し、点火プラグによって副燃焼室内の混合気に着火することで、副燃焼室から火炎が主燃焼室に噴射（噴出）して主燃焼室内の混合気を燃焼させる構成になっている。これにより、主燃焼室内の混合気の着火性を向上させて内燃機関の出力を向上させることができ、あるいは主燃焼室内の燃料濃度を低くして燃費を向上させることが可能である。
　更に、特許文献１には、副燃焼室から火炎を噴射させる噴孔を複数備え、火炎がシリンダ壁面に向かって放射状に噴射されるように構成されている内燃機関が開示されている。
特開２０１９－３１９６１号公報 特開平５－４４４７０号公報
　しかしながら、特許文献１のように副燃焼室から火炎を主燃焼室に伝搬させる構造の内燃機関では、例えば主燃焼室において発生するタンブル流によって火炎噴射が妨げられ、主燃焼室内で火炎が均等に拡散せずに燃焼性が低下する可能性がある。
　本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、副燃焼室を有する内燃機関において、副燃焼室から主燃焼室へ火炎を均等に伝搬させて燃焼を促進させる副燃焼室付内燃機関を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の副燃焼室付内燃機関は、シリンダヘッドとシリンダブロックとピストンとによって気筒内に形成される主燃焼室と、前記シリンダヘッドに設けられた区画壁によって前記主燃焼室と区画される副燃焼室と、前記主燃焼室及び前記副燃焼室に燃料を供給する燃料噴射装置と、前記副燃焼室内で点火する点火装置と、を有し、前記区画壁に前記副燃焼室と前記主燃焼室とを連通する連通路が設けられた副燃焼室付内燃機関であって、前記副燃焼室の前記ピストンとは反対側は、前記気筒の中心軸に対して所定方向に傾斜した軸線に沿って延びるように形成され、、前記ピストン側は、前記副燃焼室の軸線が前記気筒の中心線に対して前記所定方向とは反対側に位置することを特徴とする。
　これにより、副燃焼室が傾斜していることで、副燃焼室内で連通路から流入した燃料を含む混合気の旋回流が発生し、副燃焼室内の傾斜側での混合気の燃料濃度を高めることができ、副燃焼室内での燃焼性を高めることができるとともに、副燃焼室の所定方向側の燃料濃度を高めて所定方向側に向けて主燃焼室に強く火炎を噴射させることができる。
　副燃焼室は、気筒の中心軸に対して所定方向とは反対側に位置しているので、所定方向側のシリンダブロックまで遠くなるが、所定方向側の連通路から主燃焼室の所定方向側に強く噴射されることで、主燃焼室で火炎を副燃焼室の周囲に均等に伝搬させることができる。
　好ましくは、前記連通路は、前記区画壁の側面に周方向に並んで複数設けられ、複数の前記連通路の延長線が、前記副燃焼室の中心軸上の交点で交わり、前記交点は、前記気筒の中心軸に対して前記所定方向とは反対側にずらした位置に位置するとよい。
　これにより、副燃焼室で点火して発生した火炎を複数の連通路から周囲に広げるように主燃焼室に噴射させて、主燃焼室で火炎を副燃焼室の周囲に均等に伝搬させることができる。
　好ましくは、前記シリンダヘッドに前記副燃焼室を挟んで吸気バルブ及び排気バルブを備え、
　前記所定方向は、前記吸気バルブが配置された側であるとよい。
　これにより、気筒の中心軸よりも吸気バルブ側とは反対側に副燃焼室がずらして配置されているので、シリンダヘッドにおいて吸気バルブの開口面積を大きく確保することができる。これにより、主燃焼室への吸気の導入性を高めることができる。
　好ましくは、複数の前記連通路は、前記所定方向側に配置された第１連通路と、その他の第２連通路とを有し、前記第１連通路は前記第２連通路よりも経路断面積を大きく形成されているとよい。
　これにより、第１連通路から火炎を主燃焼室の所定方向側に多く噴射させることができる。
　好ましくは、前記第１連通路及び前記第２連通路は、前記区画壁に周方向に等間隔に並んで配置されているとよい。
　これにより、副燃焼室から複数個の火炎をより均等に広げるように主燃焼室に伝搬させて、主燃焼室での燃焼性を更に高めることができる。
　好ましくは、前記燃料噴射装置は、前記主燃焼室の前記所定方向側に面して配置されているとよい。
　これにより、副燃焼室と燃料噴射装置とを遠ざけることになる。したがって、連通路から燃料噴射装置側に噴射した火炎が燃料噴射装置に直接衝突し難くなり、燃料噴射装置の保護を図ることができる。
　本発明の副燃焼室付内燃機関によれば、副燃焼室を所定方向に傾けることで、副燃焼室内で旋回流を発生させて副燃焼室内での燃焼性を高めるとともに、副燃焼室の所定方向側の燃料濃度を高めて点火し、連通路から所定方向側に向けて主燃焼室に強く火炎を噴射させることができる。
副燃焼室が気筒の中心軸に対して所定方向とは反対側にずらして配置されていることで、燃焼室の所定方向側の空間が反対側より大きくなるものの、所定方向に強く火炎を噴射させることで、主燃焼室で火炎を均等に伝搬させて燃焼性を高めることができ、出力の向上あるいは燃費の向上を図ることができる。
本発明の一実施形態の内燃機関の給排気系の構成図である。 本実施形態の内燃機関における気筒の上面図である。 燃料噴射状態を示す気筒内の縦断面図である。 気筒上部の詳細な構造を示す縦断面図である。 副燃焼室内での燃料の移動状態を示す気筒内上部の縦断面図である。 副燃焼室での燃料濃度、及び主燃焼室への火炎の噴射状態を示す気筒上部の縦断面図である。 副燃焼室から主燃焼室への火炎の噴射状態を示す気筒内の横断面図である。
　以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
　図１は、本発明の一実施形態の内燃機関１（副燃焼室付内燃機関）の給排気系の構成図である。
　図１に示すように、本実施形態の内燃機関１は、燃焼室内に燃料であるガソリンを噴射するインジェクタ３（燃料噴射装置）を有する直噴式のガソリンエンジンである。
　本実施形態の内燃機関１の吸気通路５には、吸気の流れに沿って、エアクリーナー６、インタークーラー７、スロットルバルブ８が吸気ポート２の上流に備えられている。内燃機関１の排気通路１１には、排気ポート３１から排気の流れに沿って、上流側排気浄化触媒１２及び下流側排気浄化触媒１３が備えられている。
　また、内燃機関１には、過給機（ターボチャージャ）１５、ＥＧＲシステム１６が備えられている。
　ＥＧＲシステム１６は、内燃機関１の排気通路１１と吸気通路５とを連通するＥＧＲ通路２０と、ＥＧＲ通路２０の流路面積を変更するＥＧＲバルブ２１と、ＥＧＲ通路２０を通過する排気を冷却するＥＧＲクーラー２２を備えている。ＥＧＲ通路２０は、上流側排気浄化触媒１２と下流側排気浄化触媒１３との間の排気通路１１と、エアクリーナー６と過給機１５のコンプレッサとの間の吸気通路５とを連結している。
　図２は、本形態の内燃機関１における気筒３０内の上面図である。図３は、燃料噴射状態を示す気筒内の縦断面図である。
　図２に示すように、内燃機関１は、１つの気筒３０について吸気ポート２が２個及び排気ポート３１が２個備えられている。また、２個の吸気ポート２に吸気バルブ３２が夫々備えられるとともに、２個の排気ポート３１に排気バルブ３３が夫々備えられている。
　内燃機関１の気筒３０の上部（シリンダヘッド３４）には、その中央部を挟んで一方側に２個の吸気ポート２が並んで配置され、他方側に２個の排気ポート３１が並んで配置されている。
　インジェクタ３は、１つの気筒に１個ずつシリンダヘッド３４に備えられ、２個の吸気ポート２の間の周方向位置に配置されている。インジェクタ３は、燃焼室の中心部の上部に向かって燃料を噴射するように配置されている。
　シリンダヘッド３４の中心部には、点火プラグ３５（点火装置）が備えられている。
　気筒３０内には、シリンダブロック３６、シリンダヘッド３４及びピストン３７に囲まれた略円柱状の空間である主燃焼室４１が設けられ、更に主燃焼室４１の上部中心部には副燃焼室４３が設けられている。具体的には、シリンダヘッド３４には、点火プラグ３５の中心電極を囲むように区画壁４２が備えられており、主燃焼室４１内の区画壁４２に囲まれた部分が副燃焼室４３となる。主燃焼室４１は、ピストン３７の移動方向に対して直交する面による断面が略円筒形になっている。また、区画壁４２は、点火プラグ３５から下方（ピストン３７側）に突出する円筒状に形成され、下部が略半球状になっており、点火プラグ３５の中心電極３５ａ及び接地電極３５ｂを覆うように配置されている。点火プラグ３５の中心電極３５ａは、副燃焼室４３の上部中心部、即ち区画壁４２内の上部かつ中心軸線上に位置している。
　区画壁４２には、主燃焼室４１と副燃焼室４３とを連通する複数の連通路４４ａ、４４ｂ、４４ｃが設けられている。
　内燃機関１は、コントロールユニット５０（制御部）によって作動制御される。コントロールユニット５０は、出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）等から構成されている。コントロールユニット５０は、クランク角、吸気量、排気温度、ＥＧＲガス量等を取得し、インジェクタ３、点火プラグ３５、スロットルバルブ８、ＥＧＲバルブ２１等を作動制御する。
　図２～４に示すように、本実施形態の区画壁４２及び点火プラグ３５は、気筒３０の中心軸付近に配置されるとともに、上部が気筒３０の中心軸ＣＬ1（主燃焼室４１の中心軸）に対して吸気側（吸気バルブ３２側：本発明の所定方向側）に傾斜して配置されている。即ち、区画壁４２及びその内部の副燃焼室４３の中心軸ＣＬ2が気筒３０の中心軸ＣＬ1に対して吸気側に傾斜している。
　また、連通路４４ａ、４４ｂが区画壁４２の周方向に略等間隔に並んで複数個（例えば８個）配置されている。
　連通路４４ａ、４４ｂは区画壁４２の下部の半球状の部位の上端部より若干下方位置に備えられている。
　連通路４４ａ、４４ｂは、気筒３０の中心軸ＣL1に対し直交する同一の面上に配置されている。連通路４４ａ、４４ｂは、気筒３０の中心軸ＣL1と直交する面に対して傾斜して延びており、主燃焼室４１から副燃焼室４３に向かって上方側（点火プラグ３５側）に傾斜している。連通路４４ａ、４４ｂの中心軸は、区画壁４２の中心軸Ｌｃ2上の同一の交点ＣＰ1で交差するように設定されている。
　本実施形態では、連通路４４ａ、４４ｂの中心軸の交点ＣＰ1が、気筒３０の中心軸ＣＬ1よりも排気側にずらして配置されている。即ち、連通路４４ａ、４４ｂの中心軸の交点ＣＰ1が、副燃焼室４３の上部の傾斜方向とは反対方向側にずらして配置されている。
　更に、区画壁４２の下端部には、連通路４４ｃが備えられている。詳しくは、連通路４４ｃは、区画壁４２のうち最もピストン３７に近い位置に備えられており、気筒３０の中心軸ＣＬ1と平行に延びている。
　以上のように、本実施形態の内燃機関１は、主燃焼室４１の上部中心部に区画壁４２によって区画された副燃焼室４３が備えられている。区画壁４２には、主燃焼室４１と副燃焼室４３とを連通する連通路４４ａ、４４ｂ、４４ｃが設けられている。
　図３に示すように、本実施形態では直噴タイプのインジェクタ３を使用しており、主燃焼室４１内に燃料を直接噴射する。インジェクタ３は、副燃焼室４３に向けて燃料を噴射するように配置されており、燃料を噴射するとともにピストン３７が圧縮方向に移動することで、副燃焼室４３付近に到達している燃料の一部が連通路４４ａ、４４ｂ、４４ｃから副燃焼室４３内に流入する。副燃焼室４３に流入しなかった残りの燃料は、吸気と主燃焼室４１内で混合する。なお、燃料噴射としては、主燃焼室４１用と副燃焼室４３用との２回に分けて噴射しても良い。
　そして、点火プラグ３５によって、副燃焼室４３内の混合気に点火すると、副燃焼室４３内で着火して発生した火炎が連通路４４ａ、４４ｂ、４４ｃを通過して主燃焼室４１に噴射され、主燃焼室４１内の混合気を燃焼させる。
　区画壁４２の下端部には連通路４４ｃが備えられており、連通路４４ｃは気筒３０の中心軸ＣＬ1と平行に延びているので、ピストン３７が上方へ移動する圧縮行程において燃料は連通路４４ｃから副燃焼室４３の上部に向かって流入する。
　本実施形態では、副燃焼室４３の中心軸ＣＬ2が気筒３０の中心軸ＣＬ1に対して吸気側に傾斜しているので、連通路４４ｃから副燃焼室４３に流入した燃料は副燃焼室４３の中心から排気側に偏った位置に向かって移動する。そして、点火プラグ３５に衝突して反転することで、副燃焼室内で図５に示す矢印のように旋回流が発生する。
　また、区画壁４２には、周方向に並ぶ複数の連通路４４ａ、４４ｂが備えられているので、圧縮行程において、連通路４４ａ、４４ｂからも燃料が副燃焼室４３に流入する。
　連通路４４ａ、４４ｂの延長線が、気筒３０の中心軸ＣL1の直交方向に対して連通路４４ｃとは反対側の上方に傾斜しているので、連通路４４ａ、４４ｂから流入した燃料は、連通路４４ｃの延長線上で衝突し、副燃焼室４３の上部に向かって移動する流れを発生させる。
　これにより、連通路４４ａ、４４ｂ、４４ｃを通過して副燃焼室４３内に流入した燃料によって、副燃焼室４３内で混合気の旋回流を強く発生させることができる。
　図６に示すように、副燃焼室４３内で点火プラグ３５に衝突して反転した燃料（濃い混合気）は、副燃焼室４３内の吸気側に滞留し、当該位置で燃料濃度が上昇する。そして点火プラグ３５により点火することで、副燃焼室４３内の吸気側で強く燃焼する。したがって、図７に示すように、副燃焼室から連通路４４ａを通過して噴射する火炎の勢いが、他の連通路４４ｂから噴射する火炎の勢いよりも強くなる。
　主燃焼室４１内では、吸気バルブ３２の開時に流入した吸気によってタンブル流が発生する。吸気のタンブル流は、主燃焼室４１の上部で吸気側から排気側に流れる。副燃焼室４３から連通路４４ａ、４４ｂを通過して放射状に火炎が噴射されるが、連通路４４ａから吸気側に噴射した火炎がタンブル流によって妨げられ、吸気側のシリンダブロック３６壁面付近に火炎が届き難くなる可能性がある。しかしながら、本実施形態では上記のように連通路４４ａから他の連通路４４ｂよりも強く火炎が噴射されるので、吸気側のシリンダブロック３６壁面付近に火炎が到達する。これにより、主燃焼室４１内で火炎を均等に伝搬させて、主燃焼室４１での燃焼性を高めることができ、内燃機関１の出力の向上あるいは燃費の向上を図ることができる。
　更に、連通路４４ａ、４４ｂの中心軸の交点ＣＰ1が、気筒３０の中心軸ＣＬ1よりも排気側に、即ち副燃焼室４３の上部の傾斜方向とは反対方向側にずらして配置されているので、吸気側の連通路４４ａとシリンダブロック３６の壁面までの距離が、他の連通路４４ｂとシリンダブロック３６の壁面までの距離よりも長くなる。
　例えばタンブル流の弱い低回転域のような場合では、上記のように副燃焼室４３を傾斜させることで連通路４４ａから火炎を過度に強く噴射してしまう可能性があるが、連通路４４ａとシリンダブロック３６の壁面までの距離を長くすることで、主燃焼室４１において副燃焼室４３の周囲に均等に火炎を伝搬させることができる。
　また、連通路４４ａに正対してインジェクタ３が配置されているので、連通路４４ａとインジェクタ３とを遠ざけて配置することになる。これにより、連通路４４ａから噴射した火炎がインジェクタ３に直接衝突し難くなり、インジェクタ３の保護を図ることができる。
　また、区画壁４２及び副燃焼室４３を、気筒３０の中心軸ＣＬ1よりも排気側にずらして配置することで、排気バルブ３３よりも吸気バルブ３２の設置スペースを大きき確保することができる。これにより、主燃焼室４１への吸気の導入性を高めることができる。
　また、連通路４４ａ及び４４ｂを、区画壁４２に周方向に等間隔に並んで配置されているので、副燃焼室４３から複数個の火炎をより均等に広げるように主燃焼室４１に伝搬させて、主燃焼室４１での燃焼性を更に高めることができる。
　なお、吸気側の連通路４４ａ（第１連通路）の経路断面積を他の連通路４４ｂ（第２連通路）の経路断面積よりも大きくするとよい。これにより、連通路４４ａから火炎を主燃焼室４１の吸気側に多く噴射させることができる。したがって、副燃焼室４３に対して吸気側の主燃焼室４１の体積よりも大きい排気側の主燃焼室４１の体積に対応して火炎を多く噴射させて、主燃焼室４１内で火炎を均等に伝搬させることができる。
　本発明は、上記の実施形態に限定するものではない。
　例えば、上記実施形態において、主燃焼室４１、副燃焼室４３等の形状や、各連通路４４ａ、４４ｂ、４４ｃの位置や詳細な形状については適宜変更してもよい。
　本実施形態では、１つの気筒に吸気バルブ３２が２個、排気バルブ３３が２個備えられているが、例えば吸気バルブ３２が１個、排気バルブ３３が１個の内燃機関であっても本発明を適用できる。
　また、本発明の内燃機関は、直噴式の内燃機関であるが、ポート噴射式の内燃機関や、副燃焼室に直接燃料を噴射するような構成の内燃機関であっても適用可能である。
　本発明の内燃機関は、自動車の走行駆動用等の各種内燃機関に適用することができる。
１　内燃機関（副燃焼室付内燃機関）
３２　吸気バルブ
３３　排気バルブ
３４　シリンダヘッド
３６　シリンダブロック
３７　ピストン
４１　主燃焼室
４３　副燃焼室
４２　区画壁
４４ａ　連通路（第１連通路）
４４ｂ　連通路（第２連通路）

Claims (6)

  1. 　シリンダヘッドとシリンダブロックとピストンとによって気筒内に形成される主燃焼室と、前記シリンダヘッドに設けられた区画壁によって前記主燃焼室と区画される副燃焼室と、前記主燃焼室及び前記副燃焼室に燃料を供給する燃料噴射装置と、前記副燃焼室内で点火する点火プラグと、を有し、前記区画壁に前記副燃焼室と前記主燃焼室とを連通する連通路が設けられた副燃焼室付内燃機関であって、
    　前記副燃焼室の前記ピストンとは反対側は、前記気筒の中心軸に対して所定方向に傾斜した軸線に沿って延びるように形成され、前記ピストン側は、前記副燃焼室の軸線が前記気筒の中心線に対して前記所定方向とは反対側に位置する
    ことを特徴とする副燃焼室付内燃機関。
  2. 　前記連通路は、前記区画壁の側面に周方向に並んで複数設けられ、
    　複数の前記連通路の延長線が、前記副燃焼室の中心軸上の交点で交わり、
    　前記交点は、前記気筒の中心軸に対して前記所定方向とは反対側にずらした位置に位置する
    ことを特徴とする副燃焼室付内燃機関。
  3. 　前記シリンダヘッドに前記副燃焼室を挟んで吸気バルブ及び排気バルブを備え、
    　前記所定方向は、前記吸気バルブが配置された側である
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の副燃焼室付内燃機関。
  4. 　複数の前記連通路は、前記所定方向側に配置された第１連通路と、その他の第２連通路とを有し、
    　前記第１連通路は前記第２連通路よりも経路断面積を大きく形成されている
    ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の副燃焼室付内燃機関。
  5. 　前記連通路は、前記区画壁に周方向に等間隔に並んで配置されている
    ことを特徴とする請求項４に記載の副燃焼室付内燃機関。
  6. 　前記燃料噴射装置は、前記主燃焼室の前記所定方向側に面して配置される
    ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の副燃焼室付内燃機関。

     
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0544470A (ja) * 1991-08-14 1993-02-23 Daihatsu Motor Co Ltd 四弁式内燃機関における燃料供給装置
JP2010261407A (ja) * 2009-05-11 2010-11-18 Nippon Soken Inc 副燃焼室式点火装置
JP2019031961A (ja) * 2017-08-09 2019-02-28 トヨタ自動車株式会社 内燃機関

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