特開 2020-37939 プレチャンバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-37939(P2020-37939A)

(43)【公開日】2020年3月12日

(54)【発明の名称】プレチャンバ

(51)【国際特許分類】

   F02B 19/10 20060101AFI20200214BHJP

   F02B 19/12 20060101ALI20200214BHJP

   F02F 1/24 20060101ALI20200214BHJP

   F02F 1/26 20060101ALI20200214BHJP

【ＦＩ】

   F02B19/10 C

   F02B19/12 A

   F02B19/12 E

   F02F1/24 J

   F02F1/24 E

   F02F1/26

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2019-134126(P2019-134126)

(22)【出願日】2019年7月19日

(31)【優先権主張番号】18192359.0

(32)【優先日】2018年9月4日

(33)【優先権主張国】EP

(71)【出願人】

【識別番号】515191442

【氏名又は名称】ヴィンタートゥール ガス アンド ディーゼル リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】デイビッド イマースリー

(72)【発明者】

【氏名】マルセル オットー

(72)【発明者】

【氏名】アンドレアス カレッリ

(72)【発明者】

【氏名】エイドリアン ヘンフリンク

(72)【発明者】

【氏名】コンラッド レース

【テーマコード（参考）】

3G023

3G024

【Ｆターム（参考）】

3G023AA13

3G023AB01

3G023AB05

3G023AB06

3G023AC03

3G023AC08

3G023AD13

3G023AD22

3G023AD23

3G023AD30

3G023AE01

3G023AF03

3G024AA03

3G024AA04

3G024CA01

3G024DA01

3G024DA02

3G024DA08

3G024DA12

3G024EA10

3G024FA10

3G024HA01

(57)【要約】

【課題】最適化された耐用期間が実現される内燃機関のシリンダ用のプレチャンバ、及びシリンダ・デバイスを提供すること。
【解決手段】プレチャンバ９は、点火チャンバ１２と、点火チャンバ１２をシリンダの主燃焼チャンバ２１に連結するダクト４と、一体化された冷却アセンブリ２８を備えるハウジング１１とを有する。シリンダ・デバイスは、ただ１つのプレチャンバを有し得る。ダクトは、点火チャンバへの入口開口６を備えた第１のダクト部分１３を有し、点火チャンバ長手軸線３は、第１のダクト部分の第１の長手軸線５に対して傾斜している。入口開口は偏心して配置され、それにより点火チャンバ内にタンブル流動が形成可能である。ダクトは、ガス−空気混合気のビームが形成可能であるように配置された、ただ１つの出口開口７と、第１の長手軸線５及び点火チャンバ長手軸線３に対して傾斜した第２の長手軸線１４を有する第２のダクト部分１９とを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス／空気混合気の点火のための、内燃機関のシリンダ（２０）用のプレチャンバ（９）であって、前記ガス−空気混合気の点火のための点火チャンバ（１２）と、前記点火チャンバ（１２）を前記シリンダ（２０）の主燃焼チャンバ（２１）に連結するためのダクト（４）とを有するプレチャンバ（９）において、
前記プレチャンバ（１２）が、一体化された冷却アセンブリ（２８）であって、好ましくは自立した冷却アセンブリ（２８）を備えるハウジング（１１）を有することを特徴とする、プレチャンバ（９）。

【請求項2】

前記ハウジングが少なくとも１つの冷却チャネル（２２）を有し、前記少なくとも１つの冷却チャネル（２２）が、冷却チャネル入口（３１）、好ましくは１つの冷却チャネル入口（３１）と、冷却チャネル出口（３２）、好ましくは１つの冷却チャネル出口（３２）とを有し、また前記冷却チャネル入口（３１）及び前記冷却チャネル出口（３２）が、特に前記プレチャンバ（９）の上方部（２）に配置される、請求項１に記載のプレチャンバ（９）。

【請求項3】

前記ハウジング（１１）が、内側ハウジング（２３）と、冷却流体を内側ハウジング（２３）の近くに保持するための、好ましくは金属板で作られるケーシング（２４）とを有する、請求項１又は２に記載のプレチャンバ（９）。

【請求項4】

燃焼シリンダ（２０）と、請求項１から３までのいずれか一項に記載のプレチャンバ（９）とを有するシリンダ・デバイス（３０）。

【請求項5】

燃焼シリンダ（２０）と、ガス／空気混合気の点火のためのプレチャンバ（９）とを有する、好ましくは請求項４に記載のシリンダ・デバイス（３０）であって、
前記プレチャンバ（９）、好ましくは前記プレチャンバ（９）の下方部（１）と、前記燃焼シリンダ（２０）、好ましくは前記燃焼シリンダ（２０）のカバー（１７）及び／又はライナー（１８）との間に、直接的な熱伝達を可能にする連結部、好ましくは圧入連結部が存在することを特徴とする、シリンダ・デバイス（３０）。

【請求項6】

前記プレチャンバ（９）が、前記ガス−空気混合気の点火のための、点火チャンバ長手軸線（３）を備えた点火チャンバ（１２）と、前記点火チャンバ（１２）を前記シリンダ（２０）の主燃焼チャンバ（２１）に連結するためのダクト（４）とを有し、前記ダクト（４）が、前記点火チャンバ（１２）への前記ダクト（４）の入口開口（６）を備えた第１のダクト部分（１３）を有し、前記第１のダクト部分（１３）が、第１の長手軸線（５）を有し、
前記点火チャンバ長手軸線（３）が、前記第１の長手軸線（５）に対して傾斜しており、前記入口開口（６）は、点火チャンバ（１２）内でタンブル流動が形成可能であるように偏心して配置され、
前記ダクト（４）は、ガス−空気混合気ビームが形成可能であるように配置された出口開口（７）、好ましくはただ１つの出口開口（７）を有し、また前記ダクト（４）は、前記第１の長手軸線（５）及び前記点火チャンバ長手軸線（３）に対して傾斜した第２の長手軸線（１４）を有する第２のダクト部分（１９）を有している、請求項４又は５に記載のシリンダ・デバイス（３０）。

【請求項7】

燃焼シリンダと、ガス／空気混合気の点火のためのただ１つのプレチャンバ（９）とを有する、好ましくは請求項４から６までのいずれか一項に記載のシリンダ・デバイス（３０）であって、
前記プレチャンバ（９）が、前記ガス−空気混合気の点火のための、点火チャンバ長手軸線（３）を備えた点火チャンバ（１２）と、前記点火チャンバ（２）を前記燃焼シリンダの主燃焼チャンバに連結するためのダクト（４）とを有し、
前記ダクト（４）が、前記点火チャンバ（１２）への前記ダクト（４）の入口開口（６）を備えた第１のダクト部分（１３）を有し、前記第１のダクト部分（１３）が、第１の長手軸線（５）を有し、
前記点火チャンバ長手軸線（３）が、前記第１の長手軸線（５）に対する傾斜（Ａ）を有し、前記入口開口（６）は、点火チャンバ内でタンブル流動が形成可能であるように偏心して配置され、
前記ダクト（４）は、ガス−空気混合気ビームが形成可能であるように配置されたただ１つの出口開口（７）を有している、シリンダ・デバイス（３０）において、
前記入口開口（６）のエッジ（８）がソフト・エッジとして設計されること、及び前記ダクト（４）が、第２の長手軸線（１４）を有する第２のダクト部分（１９）を有し、前記第２のダクト部分（１９）が、前記第１の長手軸線（５）及び前記点火チャンバ長手軸線（３）に対して傾斜していることを特徴とする、シリンダ・デバイス（３０）。

【請求項8】

前記第２のダクト部分（１９）が円筒形部分を有し、又は前記出口開口（７）に向かって先細になっている、請求項６又は７に記載のシリンダ・デバイス（３０）。

【請求項9】

前記点火チャンバ（１２）の容積と前記出口開口（７）の断面積の比が２００ｍｍ〜１０００ｍｍである、請求項６、７、又は８に記載のシリンダ・デバイス（３０）。

【請求項10】

前記第１の長手軸線（５）が、前記点火チャンバ長手軸線（３）に対して実質的に０．１°〜８０°、好ましくは前記点火チャンバ長手軸線（３）に対して１０°〜４５°、最も好ましくは１６°〜３０°である角度（α）で配置され、且つ／又は
前記第２の長手軸線（１４）が、前記点火チャンバ長手軸線（３）に対して実質的に０．２°〜９０°、好ましくは前記点火チャンバ長手軸線（３）に対して２０°〜８０°、最も好ましくは４５°〜６６°である角度（β）で配置され、且つ／又は
前記第２のダクト部分（１９）が、前記シリンダ（２０）の前記主軸線（２５）に対して実質的に０．１°〜９０°、好ましくは４０°〜８５°、より好ましくは７０°〜８０°である角度（γ）で配置される、請求項６から９までのいずれか一項に記載のシリンダ・デバイス（３０）。

【請求項11】

前記ダクト（４）が湾曲部分（２９）を有し、前記湾曲部分（２９）は、好ましくは、前記点火チャンバ長手軸線（３）に対して垂直な前記点火チャンバ（１２）の最大断面の２分の１倍から、前記点火チャンバ長手軸線（３）に対して垂直な前記点火チャンバ（１２）の最大断面の２倍までの範囲の曲率半径を有する、請求項６から１０までのいずれか一項に記載のシリンダ・デバイス。

【請求項12】

前記プレチャンバ（９）が、点火チャンバ（１２）内へ延びる前記ガス−空気混合気の点火のための点火手段（１５）を、好ましくは点火プラグ（１６）を有する、請求項４から１１までのいずれか一項に記載のシリンダ・デバイス（３０）。

【請求項13】

前記プレチャンバ（９）が、前記燃焼シリンダ（２０）の前記主軸線（２５）に対して偏心して配置され、且つ／又は
前記プレチャンバが、上部分（１０）と、前記点火チャンバ長手軸線（３）に対して非対称に設計された下方部（１）とを有する、請求項４から１２までのいずれか一項に記載のシリンダ・デバイス（３０）。

【請求項14】

前記プレチャンバ（９）が前記シリンダ・カバー（１７）内に配置され、且つ／又は
前記プレチャンバ（９）が前記シリンダ・ライナー（１８）内に配置される、請求項４から１３までのいずれか一項に記載のシリンダ・デバイス（３０）。

【請求項15】

前記プレチャンバ（９）の容積と前記燃焼シリンダ（２０）の圧縮容積の比が、０．２〜１％、好ましくは０．２５〜０．８％である、請求項４から１４までのいずれか一項に記載のシリンダ・デバイス（３０）。

【請求項16】

前記燃焼シリンダ（２０）が、前記シリンダ・カバー（１７）に配置された中央出口弁（２６）を有し、好ましくは、前記プレチャンバ（９）の前記出口（７）と前記中央出口弁（２６）との間の距離（２７）が、前記出口弁（２６）と前記ライナー（１８）の間の距離（３３）の０％〜１０５％である、請求項４から１３までのいずれか一項、又は請求項１５に記載のシリンダ・デバイス（３０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関のシリンダ用のプレチャンバ（副燃焼室）、シリンダ・デバイス、及びプレチャンバから内燃機関の燃焼チャンバにガス−空気混合気を供給するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ボアが大きく希薄燃焼で動作する（ｌｅａｎ−ｏｐｅｒａｔｉｎｇ）ガス・エンジンは、エンジンでの点火プロセスを確実にするために、一般にプレチャンバアセンブリを含む。プレチャンバは、小さいオリフィスを介してシリンダの主燃焼チャンバと流体連通したプレチャンバ容積部を含む。

【0003】

プレチャンバは、強力な点火源が必要とされる、いわゆる希薄燃焼エンジンに特に利用されている。この場合、主燃焼チャンバの希薄ガス混合気に点火するための大きいエネルギーを与えるために、プレチャンバが使用される。プレチャンバでは、過剰空気中で反応し一定の圧力条件及び温度条件を超えると自己着火する適切な燃料を注入することによって、又は適切な量のガスをプレチャンバに直接加えて得ることができる局所的な理論空燃比の空気−ガス混合気とともにグロー・プラグ若しくはスパーク・プラグを用いて、主燃焼チャンバから来る希薄な基本空気−ガス混合気に点火することができる。プレチャンバの形状は、実際の点火方法に依存する。グロー・プラグの有無にかかわらず、パイロット燃料（ｐｉｌｏｔ ｆｕｅｌ）に点火することにより、従来のスパーク・プレチャンバ点火システムよりも大きい点火エネルギーを与えることができる。要求条件は、一般に、プレチャンバに投入される基本空気−ガス燃料混合気と、注入されるパイロット燃料を素早く繰返し可能に混合することである。いくつかのプレチャンバ装置が知られているが、それらでは、上記の要求条件を同時に満たすことはできない。

【0004】

ガス燃料と空気の混合気に点火すると、主燃焼チャンバに投入される、燃焼燃料のフロント面が生じる。特にターボ過給機が利用されており、エンジンが高出力密度レベルで動作している場合、プレチャンバアセンブリは高温にさらされる。特に、内燃機関の動作中、最高温度のうちのいくつかはここで生じる。したがってプレチャンバの耐用期間は、内燃機関の寿命にとって極めて重要な要因になる。

【0005】

例えばＤＥ１０２０１４０１１６９１１に開示されているように、プレチャンバはシリンダ・カバーの開口に少なくとも部分的に配置されてもよく、冷却流体がプレチャンバの外側表面に接触できるように、プレチャンバ・システムを実質的に囲む冷却空洞が設けられる。さらに、例えばＵＳ２０１７６７３５６に開示されているように、プレチャンバは、冷却空洞と流体的に接触した孔を有してもよい。

【0006】

しかし、プレチャンバを取り外す、又は交換すべきとき、まず冷却流体を取り除かなければならず、冷却空洞がシリンダ容積部に対して閉じていることを確実にしなければならない。封止材を付けなければならず、それによりプレチャンバの組立てが複雑になる。

【0007】

ＵＳ５，２９３，８５１には、プレチャンバを有するガス・エンジン向けの燃焼システムが開示されている。プレチャンバは、単純なダクトによって主燃焼チャンバに連結される。このダクトは流れが最適化されておらず、プレチャンバに通じる急なエッジを有しており、これにより、特に舶用エンジンなどの大型エンジンの場合、ライフ・サイクルが短くなり、シリンダに供給されるガス／空気混合気の分散が不十分になる。

【0008】

流れが最適化されたプレチャンバが、ＥＰ２９７５２３７に開示されており、ソフト・エッジを用いて設計されている。

【0009】

ＤＥ１９７０３３０９には、２つの部分から製作されるプレチャンバが開示されている。プレチャンバは対称に作られており、したがって、ダクトを通るいかなる流れも、定まったタンブル流動よりもむしろ渦を生じさせることになる。

【0010】

ＷＯ２００９／１０９６９４には、点火されたガス／空気混合気をシリンダの燃焼チャンバに対称に分散させるためのいくつかの開口を含む、オットー・サイクル向けのプレチャンバ装置が開示されている。こうしたプレチャンバは、高温によって開口間の小さい金属ブリッジが破壊されることにより、開口を有するパーツが頻繁に交換される傾向にある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】ＤＥ１０２０１４０１１６９１１

【特許文献2】ＵＳ２０１７６７３５６

【特許文献3】ＵＳ５，２９３，８５１

【特許文献4】ＥＰ２９７５２３７

【特許文献5】ＤＥ１９７０３３０９

【特許文献6】ＷＯ２００９／１０９６９４

【特許文献7】ＥＰ２２７５７２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

したがって本発明の１つの目的は、従来技術の欠点を回避し、シリンダ・デバイスに対してプレチャンバを最適に配置することができ、最適化された耐用期間が実現されるプレチャンバ及びシリンダ・デバイスを作り出すことである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

この目的は、ガス／空気混合気に点火するための点火チャンバと、点火チャンバをシリンダの主燃焼チャンバに連結するためのダクトとを有する、ガス−空気混合気に点火するための内燃機関のシリンダ用のプレチャンバによって達成される。ただ１つのダクトが存在することが好ましい。

【0014】

プレチャンバは、一体化され好ましくは自立した冷却アセンブリを備えるハウジングを有する。

【0015】

「自立した（Ａｕｔａｒｋｉｃ）」とは、冷却がシリンダとは独立していることを意味する。したがって、プレチャンバがシリンダから取り外された場合、又はシリンダに完全に組み付けられていない場合でも、依然として冷却が可能である。例えば、冷却流体とシリンダの一部との間にはいかなる接触もなしに、冷却流体空隙だけでなく冷却アセンブリと冷却流体供給源との間にも流体連結部を直接確立することができる。冷却アセンブリは、シリンダに対して閉じられていることが好ましい。

【0016】

好ましい一実施例では、ハウジングは、少なくとも１つの冷却チャネルを有する。チャネルの直径は、局所肉厚（ｌｏｃａｌ ｗａｌｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）の０．２〜０．８倍であることが好ましい。

【0017】

水又は油を、冷却流体として使用することができる。

【0018】

複数の冷却チャネルがハウジングに配置されてもよい。冷却チャネルは、冷却流体、特に水などの冷却液が通過するのに適している。

【0019】

少なくとも１つの冷却チャネルは、冷却流体供給源へと流体連結するための入口と、冷却流体シンクへと流体連結するための出口とを有する。冷却流体供給源及び冷却流体シンクは、同じ冷却流体槽によって確立されてもよい。プレチャンバは、ただ１つの冷却流体入口及びただ１つの冷却流体出口を有することが好ましい。

【0020】

プレチャンバの、ダクトを有する部分は、通常はプレチャンバの下方部と呼ばれる。プレチャンバが組み立てられたとき、プレチャンバの下方部は、シリンダのカバー又はライナーに位置決めされる。下方部とは逆の方に向いた部分は、プレチャンバの上方部と呼ばれる。通常は、上方部の少なくとも一部はシリンダのカバー又はライナーから突出する。冷却流体入口及び冷却流体出口は、プレチャンバの、ダクトが配置されている部分とは逆の方に向いた、プレチャンバの上方部に配置されることが好ましい。

【0021】

好ましくは、冷却流体入口及び冷却流体出口は、二体式プレチャンバの上方部に配置される。

【0022】

少なくとも１つの冷却チャネルは、二体式プレチャンバの上方部のみに配置されてもよい。好ましくは、冷却チャネルは、二体式プレチャンバの上方部及び下方部に配置される。

【0023】

したがって、冷却流体は、シリンダのいかなる部分も通る、又は伝うことなく、プレチャンバに直接供給され得る。

【0024】

プレチャンバ、特に、少なくともプレチャンバの下方部は、３Ｄプリンティング法によって形成されてもよく、粉末冶金法によって形成されてもよい。プレチャンバは、ＫＦＳ９９又はＮｉＣｒ５０などのニッケルをベースとした材料から製作することができる。

【0025】

有利な一実施例では、プレチャンバのハウジングは、内側ハウジングと、冷却流体を内側ハウジングの近くに保持するためのケーシングとを有する。

【0026】

ケーシングは、金属板（メタルシート）で製作されることが好ましい。ケーシングは、耐食合金、Ｃｏ−Ｃｒ合金、又はＮｉｍｏｎｉｃ８０Ａ若しくはＮＩＣＲ５０のようなＮＩ−Ｃｒ合金で製作することができる。使用される材料は、ＥＰ２２７５７２Ｂ１に開示されているような合金でもよい。

【0027】

冷却チャネルは、内側ハウジングとケーシングの間に位置付けられてもよい。例えば、内側ハウジングとケーシングの間の空間に管が配置されてもよい。別法として、ハウジングとケーシングの間の空間が冷却剤によって辿られてもよい。

【0028】

本発明の目的は、燃焼シリンダと上述のようなプレチャンバとを有するシリンダ・デバイスによっても達成される。

【0029】

好ましくは、シリンダ・デバイスは、大型舶用エンジンに使用することができる。本発明による大型舶用エンジンは、シリンダの内径が少なくとも１００ｍｍ、好ましくは２００ｍｍの内燃機関である。

【0030】

エンジンは、２ストロークのクロス・ヘッド型エンジンであることが好ましい。エンジンは、ディーゼル・エンジンでもよく、デュアル・フューエル・エンジンでもよい。

【0031】

本発明の目的は、燃焼シリンダと、ガス／空気混合気に点火するためのプレチャンバとを有する、好ましくは大型舶用エンジン向けの、好ましくは上述のようなシリンダ・デバイスによっても達成される。

【0032】

本発明によれば、プレチャンバ、好ましくはプレチャンバの下方部と、燃焼シリンダ、好ましくは燃焼シリンダのカバー及び／又はライナーとの間には、プレチャンバと燃焼シリンダの間の直接的な熱伝達を可能にする連結部が存在する。

【0033】

したがって、プレチャンバのハウジング及び／又はケーシングからシリンダのカバー及び／又はライナーへと、直接的に熱を伝達することができる。

【0034】

さらに、一体化された冷却システムにより、プレチャンバから熱を取り去ることができる。

【0035】

シリンダは、冷却システム、例えばライナー及び／又はカバーに配置された、熱の除去を促進する冷却チャネルを有することができる。

【0036】

プレチャンバと燃焼シリンダの間には、圧入連結部が存在することが好ましい。

【0037】

好ましくは、プレチャンバと燃焼シリンダの間の接触面は、主として環状のシリンダとして形成され、半径と長さの比は０．５〜２、とりわけ１である。

【0038】

したがって、接触面は、適当な熱伝達を可能にするのに十分に大きい面積を有する。

【0039】

少なくとも、プレチャンバの下方部、並びにシリンダのライナー及び／又はカバーは、金属を含むか又は金属で製作される。したがって、特に熱勾配が存在する場合、熱は接触区域へと、また接触区域から離れるように伝達される。プレチャンバからシリンダへの熱伝達を促進する熱勾配は、例えばシリンダの冷却システムの冷却剤によって実現されてもよい。

【0040】

シリンダ・デバイスの有益な一実施例では、プレチャンバは、点火チャンバ長手軸線を有する、ガス−空気混合気に点火するための点火チャンバと、点火チャンバをシリンダの主燃焼チャンバに連結するためのダクトとを有する。

【0041】

ダクトは、二体式プレチャンバの下方部に配置されることが好ましい。

【0042】

好ましくは、プレチャンバの上方部のハウジングの少なくとも一部は、円筒形の形状を有する。通常、点火チャンバ長手軸線は、各円筒軸線に平行である。

【0043】

ダクトは、点火チャンバに通じるダクトの入口開口を備えた、第１のダクト部分を有する。第１のダクト部分は、第１の長手軸線を有する。

【0044】

点火チャンバ長手軸線は、第１の長手軸線に対して傾斜している。

【0045】

入口開口は、点火チャンバにおいてタンブル流動を形成することができるように偏心して配置される。入口開口のエッジは、ソフト・エッジとして設計されることが好ましい。

【0046】

本出願の文脈では、ソフト・エッジという用語は、２つの表面、例えば入口開口の表面と点火チャンバの表面が、表面が連続的に変化し得ないエッジなしで互いに融合することを意味する。

【0047】

ダクトは、ガス−空気混合気のビームを形成できるように配置された、好ましくはただ１つの出口開口を有する。

【0048】

ダクトは、第１の長手軸線及び点火チャンバ長手軸線に対して傾斜した第２の長手軸線を有する第２のダクト部分を有する。

【0049】

こうした構成により、ガス及び空気の分散が最適化され、したがってプレチャンバ及びシリンダの主燃焼チャンバでの点火が最適化される。さらに、プレチャンバの耐用期間が延びる。

【0050】

さらなる態様によれば、本発明の目的は、燃焼シリンダと、ガス／空気混合気に点火するためのただ１つのプレチャンバとを有する、好ましくは大型舶用エンジン向けの、好ましくは上述のようなシリンダ・デバイスによって達成される。

【0051】

プレチャンバは、点火チャンバ長手軸線を有する、ガス−空気混合気に点火するための点火チャンバと、点火チャンバを燃焼シリンダの主燃焼チャンバに連結するためのダクトとを有する。

【0052】

ダクトは、点火チャンバに通じるダクトの入口開口を備えた第１のダクト部分を有する。

【0053】

第１のダクト部分は第１の長手軸線を有する。点火チャンバ長手軸線は、この第１の長手軸線に対して傾斜している。

【0054】

入口開口は、点火チャンバにおいてタンブル流動を形成することができるように偏心して配置される。

【0055】

入口開口のエッジは、ソフト・エッジとして設計される。

【0056】

ダクトは、ガス−空気混合気のビームを形成することができるように配置された、ただ１つの出口開口を有する。

【0057】

ダクトは、第１の長手軸線及び点火チャンバ長手軸線に対して傾斜した第２の長手軸線を有する第２のダクト部分を有する。

【0058】

好ましい一実施例では、プレチャンバは、好ましくはシリンダ・ライナーの内径の近くで、好ましくはシリンダ・カバー内のシリンダ・ライナーの内径の近くで、燃焼シリンダの主軸線に対して偏心して配置される。

【0059】

本発明においては、シリンダ・ライナーの内径の近くとは、プレチャンバが、シリンダ・デバイスのシリンダ軸線よりもシリンダ・ライナーの内径に近いところに配置されることを意味する。

【0060】

この構成により、ガス−空気混合気は、燃焼チャンバの主軸線に対して非対称に主燃焼チャンバへと流れ込むことになる。

【0061】

ダクトの出口開口は、シリンダの主軸線に向かって方向付けられていない主流出方向を提供することが好ましい。

【0062】

内燃機関は、通常、シリンダ内に配置された少なくとも１つのピストンを有する。ピストンは、クランクシャフトに連結されたピストン・ロッドによって駆動される。クランクシャフトの回転の度合いを利用して、シリンダ内部のピストンの位置が示される。ピストン及びシリンダにより、可変の主燃焼チャンバ及び可変の第２のチャンバが画定される。通常、ピストンはシリンダ内で上下に動き、したがってシリンダを上方空間と下方空間に分割する。前記上方空間により燃焼チャンバが画定され、前記下方空間により第２のチャンバが画定される。前記チャンバのサイズは、ピストンの実際の位置に依存する。

【0063】

第２のチャンバは流体連結可能であり、特に、圧縮空気流を第２のチャンバへと投入する少なくとも１つの入口開口を介して、ターボ過給機の圧縮機側に連結される。さらに、主燃焼チャンバは連結可能であり、特に、シリンダの排気開口を介してターボ過給機のタービン側に連結される。また、主燃焼チャンバは連結可能であり、特に、ピストンがその下死点（ＢＤＣ：ｌｏｗｅｒ ｄｅａｄ ｃｅｎｔｅｒ）にあるとき、シリンダの下端部の入口開口を介してターボ過給機の前記圧縮機側に連結される。

【0064】

プレチャンバから燃焼チャンバへと流れ込むガス−空気混合気は、燃焼チャンバ内のガス−空気混合気と混ざる。接線方向に流入することにより、燃焼チャンバ内で環状の流れが促進又は生成される。こうした設計により、点火されたガス−空気混合気を主燃焼チャンバへと最適に分散させることが可能になる。

【0065】

プレチャンバは、上述のような冷却システムを備えるプレチャンバであることが好ましい。

【0066】

第２のダクト部分は、円筒形部分を有してもよく、出口開口に向かって先細にされてもよい。第２のダクト部分の内側開口面積も出口開口に向かって縮小されてもよく、それにより、第２のダクト部分は、流れ出るガス−空気混合気を加速させるノズルを形成する。ガス−空気混合気は、主燃焼チャンバ内のより遠くに投入される。

【0067】

点火チャンバの容積と出口開口の断面積の比は、２００ｍｍ〜１０００ｍｍでもよい。

【0068】

容積のこうした比により、シリンダ・デバイスの燃焼チャンバへと至るガス−空気混合気の流れ及び流速が最適化される。

【0069】

点火チャンバの容積は、ダクトの容積を除いたプレチャンバの容積に対応する。

【0070】

第１の長手軸線は、点火チャンバ長手軸線に対して実質的に０．１°〜８０°、好ましくは点火チャンバ長手軸線に対して１０°〜４５°、最も好ましくは１６°〜３０°の角度で構成することができる。

【0071】

第２の長手軸線は、点火チャンバ長手軸線に対して実質的に０．２°〜９０°、好ましくは点火チャンバ長手軸線に対して２０°〜８０°、最も好ましくは４５°〜６６°の角度で構成することができる。

【0072】

第２のダクト部分は、シリンダの主軸線に対して実質的に０．１°〜９０°、好ましくは４０°〜８５°、より好ましくは７０°〜８０°の角度で構成することができる。

【0073】

こうしたダクトにより、ガス−空気混合気が燃焼チャンバ内で最適な形で非対称に分散される。

【0074】

有利な一実施例では、ダクトは湾曲部分を有する。湾曲部分の曲率半径は、点火チャンバ長手軸線に対して垂直な点火チャンバ最大断面の２分の１倍から点火チャンバ長手軸線に対して垂直な点火チャンバ最大断面の２倍までの範囲であることが好ましい。

【0075】

こうしたダクトでは流れが最適化され、流速が最適になる。

【0076】

少なくともプレチャンバの下方部は、鋳造、精密鋳造、３Ｄプリンティング法、又は粉末冶金法によって生産されることが好ましい。

【0077】

好ましい実施例では、プレチャンバは、ガス−空気混合気に点火するための点火手段、好ましくは点火チャンバへと延在する点火プラグを有する。

【0078】

点火手段により、プレチャンバのガス−空気混合気が点火され、これにより、燃焼安定性が向上した効率的な燃焼が生じる。

【0079】

プレチャンバは、燃料をプレチャンバに供給することができる燃料供給器を有してもよい。自己着火を用いる場合、燃料供給器は点火手段の代替となる。

【0080】

プレチャンバの上方部のハウジングは、点火手段又は燃料供給器を挿入するための開口を有してもよい。開口は円筒形部分を有してもよく、各円筒軸線は、点火チャンバの長手軸線に対して平行になる。

【0081】

プレチャンバは、上部分と、点火チャンバ長手軸線に対して非対称に設計された下方部とを有することができる。上部分と下方部はプレチャンバの別々の部分として独立して製造され、組み立てられてプレチャンバを形成することが好ましい。

【0082】

プレチャンバは、シリンダ・カバー及び／又はシリンダ・ライナーに配置することができる。

【0083】

プレチャンバは、シリンダ・カバー及び／又はシリンダ・ライナーに接触することが好ましい。

【0084】

シリンダ・デバイスの有益な一実施例では、プレチャンバの容積と燃焼シリンダの圧縮容積の比は、０．２〜１％、好ましくは０．２５〜０．８％である。

【0085】

圧縮容積は、ピストンがその上死点（ＴＤＣ：ｔｏｐ ｄｅａｄ ｃｅｎｔｅｒ）にあるときの、燃焼チャンバの最小容積である。

【0086】

このように、ガス−空気混合気が流入することによって燃焼チャンバ内でガス流を効果的に混ぜることが可能になるので、シリンダ・デバイスが１つのプレチャンバしか有しないときでも、プレチャンバの容積はこのように小さくてもよい。

【0087】

好ましい一実施例では、燃焼シリンダは、シリンダ・カバーに配置された中央出口弁を有する。中央出口弁はシリンダ・カバーの中央の位置を占めるので、プレチャンバの出口は、主シリンダ軸線に対して非対称に配置されなければならない。

【0088】

プレチャンバの出口と中央出口弁との間の距離は、出口弁とライナーの間の距離の０％〜１０５％であることが好ましい。

【0089】

プレチャンバの出口は、中央出口弁の近くのシリンダ・カバーに配置されてもよい。

【0090】

プレチャンバの出口が燃焼チャンバに流体連結したライナー開口へとガス−空気混合気を排出するように、シリンダ・ライナーにプレチャンバの出口を配置してもよい。したがって、プレチャンバの出口と中央出口弁との間の距離は、シリンダ・ライナーと出口弁の間の距離よりも長くなる。

【0091】

本発明の別の態様によれば、好ましくは上述のようなプレチャンバから、好ましくは上述のようなシリンダ・デバイス内の内燃機関の燃焼チャンバへとガス−空気混合気を供給する方法が提供される。

【0092】

ガス−空気混合気は、プレチャンバのダクトの出口から燃焼チャンバへと案内される。ガス−空気混合気は、環状の流れで燃焼シリンダの主軸線の周りを流れ、ターボ過給機から燃焼チャンバに投入された空気と混ざる。

【0093】

以下では、各図を用いて、複数の実施例において本発明をさらに説明する。

【図面の簡単な説明】

【0094】

【図1】プレチャンバの第１の実例の概略断面図である。

【図2】プレチャンバの第２の実例の概略断面図である。

【図3】プレチャンバの第３の実例の概略断面図である。

【図4】プレチャンバを有するシリンダ・デバイスの第１の実例の概略断面図である。

【図5】プレチャンバを有するシリンダ・デバイスの第２の実例の概略断面図である。

【図6】プレチャンバを有するシリンダ・デバイスの第３の実例の概略図である。

【図7】図５の第２の実例の詳細を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0095】

図１には、プレチャンバ９の第１の実例の概略断面図が示してある。プレチャンバ９は、ガス−空気混合気に点火するための点火チャンバ１２と、点火チャンバ１２をシリンダ２０（図４及び図５を参照）の主燃焼チャンバ２１（図４及び図５を参照）に連結するためのダクト４とを有する。

【0096】

ダクト４は、ただ１つの出口開口７を有する。

【0097】

プレチャンバ９は、一体化され好ましくは自立した冷却アセンブリ２８を備えるハウジング１１を有する。この場合、プレチャンバ９は、プレチャンバ９の上方部２を終端とする冷却チャネル２２を有する。

【0098】

ダクト４は、点火チャンバ１２に通じるダクト４の入口開口６を備えた第１のダクト部分１３を有する。

【0099】

第１のダクト部分１３は、第１の長手軸線５を有する。点火チャンバの長手軸線３は、第１の長手軸線５に対して傾斜している。第１の長手軸線５は、点火チャンバの長手軸線３に対して１６°〜３０°の角度αで構成することができる。

【0100】

入口開口６は、点火チャンバ１２においてタンブル流動を形成することができるように偏心して配置される。

【0101】

ダクト４は、第２の長手軸線１４を有する第２のダクト部分１９を有し、この第２の長手軸線１４は、第１の長手軸線５及び点火チャンバ長手軸線３に対して傾斜している。第２の長手軸線１４は、点火チャンバ長手軸線３に対して４５°〜６６°の角度βで構成することができる。

【0102】

ダクト４は、第１のダクト部分１３と第２のダクト部分１９を連結する湾曲部分２９をさらに有する。

【0103】

入口開口６のエッジ８は、ソフト・エッジとして設計される。

【0104】

プレチャンバ９は、点火チャンバ１２へと広がるガス−空気混合気に点火するための点火手段１５、この場合は点火プラグ１６を有する。

【0105】

図２には、プレチャンバ９の第２の実例の概略断面図が示してある。

【0106】

プレチャンバ９は、シリンダ・カバー１７に配置される。

【0107】

プレチャンバ９のハウジング１１は、冷却チャネル２２を有する。冷却チャネル２２は冷却チャネル入口３１を有し、この冷却チャネル入口３１は冷却流体供給源（図示せず）に連結させることができる。冷却チャネル入口３１並びに冷却チャネル出口３２（図７参照）はプレチャンバ９の上方部２に配置されており、したがって、冷却アセンブリは自立し、シリンダ・カバー１７とは独立して使用することができる。

【0108】

図３には、プレチャンバ９の第３の実例の概略断面図が示してある。ハウジング１１は、内側ハウジング２３と、金属板で製作することができ、冷却流体を内側ハウジング２３の近くに保持するためのケーシング２４とを有する。この場合、冷却チャネル２２は内側ハウジング２３とケーシング２４の間に配置される。冷却チャネル２２は、プレチャンバ９の上方部２に広がる冷却チャネル入口３１及び冷却チャネル出口３２を有する。

【0109】

図４には、シリンダ・カバー１７に配置されるただ１つのプレチャンバ９を有するシリンダ・デバイス３０の第１の実例の概略断面図が示してある。

【0110】

プレチャンバ９は、燃焼チャンバ２１にガス−空気混合気のビームを形成することができるように配置された、ただ１つのダクト出口開口７を有する。ダクト出口開口７は、ガス−空気混合気の出て行く流れがシリンダ２０の主軸線２５に向かって方向付けられないように配置される。

【0111】

図５には、図２に開示したようなプレチャンバ９を有するシリンダ・デバイス３０の第２の実例の概略断面図が示してある。

【0112】

シリンダ・デバイス３０の燃焼シリンダ２０は、シリンダ・カバー１７に配置された中央出口弁２６を有する。

【0113】

プレチャンバ９の出口７は、シリンダ・カバー１７に配置される。

【0114】

図には詳細に開示していない、ただ１つの出口７をそれぞれ有するさらなるプレチャンバ９が、シリンダ・カバー１７に配置されてもよい。

【0115】

第２の長手軸線１４を有するプレチャンバ９の第２のダクト部分１９は、ガス−空気混合気がシリンダ２０の内部のガス−空気流のスワールに供給されるように、シリンダ２０の主軸線２５に対して７０°〜８０°の角度γで配置することができる。

【0116】

図６には、プレチャンバ９を有するシリンダ・デバイス３０の第３の実例の概略断面図が示してある。

【0117】

シリンダ・デバイス３０の燃焼シリンダ２０は、中央出口弁２６と、シリンダ・カバー１７に配置された入口開口３５とを有する。

【0118】

プレチャンバ９の出口７と中央出口弁２６との間の距離２７は、出口弁２６とライナー１８の間の距離３３よりも短い。

【0119】

プレチャンバ９は、シリンダのライナー１８に配置することもできる（図示せず）。この場合、プレチャンバ９の出口７と中央出口弁２６との間の距離２７は、出口弁２６とライナー１８の間の距離３３よりも長くなり得る。

【0120】

図７には、図５に示したようなシリンダ・デバイス３０の第２の実例の詳細が示してある。

【0121】

プレチャンバ９の下方部１と燃焼シリンダ２０の間には、直接的な熱伝達を可能にする連結部、この場合は圧入連結部が存在する。

【0122】

プレチャンバ９と燃焼シリンダ２０の間の接触面３４は、主として環状のシリンダとして形成され、直径Ｄと長さＬの比は１〜４の範囲である。この場合のように、比は１．５であることが好ましい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【外国語明細書】

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