特開 2024-115774 内燃機関

(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】P2024115774

(43)【公開日】2024-08-27

(54)【発明の名称】内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02B 19/16 20060101AFI20240820BHJP

   F02B 19/18 20060101ALI20240820BHJP

   F02B 23/00 20060101ALI20240820BHJP

【ＦＩ】

F02B19/16 C

F02B19/18 B

F02B19/18 Z

F02B23/00 D

F02B23/00 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023021604

(22)【出願日】2023-02-15

(71)【出願人】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167380

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100187827

【弁理士】

【氏名又は名称】赤塚 雅則

(72)【発明者】

【氏名】柳川 健介

(72)【発明者】

【氏名】廣江 健太

(72)【発明者】

【氏名】細野 清隆

(72)【発明者】

【氏名】村上 隆

(72)【発明者】

【氏名】川辺 敬

【テーマコード（参考）】

3G023

【Ｆターム（参考）】

3G023AA06

3G023AA13

3G023AB03

3G023AC03

3G023AD10

3G023AD12

3G023AD25

3G023AD27

3G023AD28

3G023AE02

3G023AE07

(57)【要約】

【課題】副室を適切に冷却することが可能な副室式の内燃機関を提供する。
【解決手段】主燃焼室２と、主燃焼室２内に設けられた副室３と、を有し、副室３は、主燃焼室２に面する外面と副室３内を向く内面とを接続する通路である噴孔１２を有し、噴孔１２の内面の少なくとも一部を形成するとともに、前記内面から、前記内面および主燃焼室２内のいずれにも露出することなく副室３の前記内外面の間を通って副室３の外部まで延設された、副室３を構成する素材よりも熱伝導率が高い素材からなる延設部材１５を備えた構成とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

主燃焼室と、
前記主燃焼室内に設けられた副室と、
を有し、前記副室は、前記主燃焼室に面する外面と前記副室内を向く内面とを接続する通路である噴孔を有し、前記噴孔の内面の少なくとも一部を形成するとともに、前記内面から、前記内面および前記主燃焼室内のいずれにも露出することなく前記副室の前記内外面の間を通って当該副室の外部まで延設された、前記副室を構成する素材よりも熱伝導率が高い素材からなる延設部材を備えた内燃機関。

【請求項2】

前記延設部材が、前記副室を構成する素材よりも電導性の高い素材で構成されており、前記延設部材の一部がアースされている請求項１に記載の内燃機関。

【請求項3】

前記延設部材と電気的に絶縁された上で電力が供給されるとともに、前記噴孔の内面の少なくとも一部を形成する電極部材と、前記延設部材と前記電極部材との間の電流値を計測する計測部と、をさらに備えた請求項２に記載の内燃機関。

【請求項4】

前記噴孔が複数設けられており、前記延設部材は複数の前記噴孔にそれぞれ独立して設けられており、前記計測部が、前記噴孔にそれぞれ設けられた前記延設部材と前記電極部材との間の電流値を個別に計測するように構成されている請求項３に記載の内燃機関。

【請求項5】

前記延設部材が、前記噴孔内の前記内面側から前記外面側に向かって間隔をおいて複数配置されており、前記計測部が、前記噴孔内に複数配置された前記延設部材と前記電極部材との間の電流値を個別に計測するように構成されている請求項３に記載の内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

主燃焼室内に副室を設けた副室式の内燃機関においては、燃料と吸気の混合気が副室内に供給され、点火プラグによって混合気が副室内で点火される。副室内で火炎が形成されると、この火炎が副室に形成された複数の噴孔を通って主燃焼室内に噴射される。そして、噴射された複数の火炎によって主燃焼室内の混合気が着火する。これにより、主燃焼室内での良好な燃焼状態が実現される（例えば、下記特許文献１を参照）。

【0003】

副室式の内燃機関においては、混合気の燃焼に伴って副室が高温となり、副室の破損や、高温化した副室の壁面で未燃ガスが自着火するおそれがある。そこで、例えば下記特許文献２においては、副室の壁体の内部に副室冷却水通路を形成して冷却水を流すことによって、副室全体の冷却を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－８４８７５号公報

【特許文献2】特開２０１８－１６８８４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

副室式の内燃機関においては、副室に形成された噴孔付近が火炎によって最も加熱されるため効率的に冷却する必要がある一方で、特許文献２に係る構成のように、副室の全体を冷却すると過冷却状態となって、冷却損失の原因になるおそれがある。

【0006】

そこで、この発明は、副室式の内燃機関において、副室を適切に冷却することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、この発明においては、
主燃焼室と、
前記主燃焼室内に設けられた副室と、
を有し、前記副室は、前記主燃焼室に面する外面と前記副室内を向く内面とを接続する通路である噴孔を有し、前記噴孔の内面の少なくとも一部を形成するとともに、前記内面から、前記内面および前記主燃焼室内のいずれにも露出することなく前記副室の前記内外面の間を通って当該副室の外部まで延設された、前記副室を構成する素材よりも熱伝導率が高い素材からなる延設部材を備えた内燃機関を構成した。

【0008】

前記の構成においては、
前記延設部材が、前記副室を構成する素材よりも電導性の高い素材で構成されており、前記延設部材の一部がアースされている構成とするのが好ましい。

【0009】

前記のすべての構成においては、
前記延設部材と電気的に絶縁された上で電力が供給されるとともに、前記噴孔の内面の少なくとも一部を形成する電極部材と、前記延設部材と前記電極部材との間の電流値を計測する計測部と、をさらに備えた構成とするのが好ましい。

【0010】

前記電極部材を備えた構成においては、
前記噴孔が複数設けられており、前記延設部材は複数の前記噴孔にそれぞれ独立して設けられており、前記計測部が、前記噴孔にそれぞれ設けられた前記延設部材と前記電極部材との間の電流値を個別に計測するように構成されているのが好ましい。

【0011】

前記電極部材を備えた構成においては、
前記延設部材が、前記噴孔内の前記内面側から前記外面側に向かって間隔をおいて複数配置されており、前記計測部が、前記噴孔内に複数配置された前記延設部材と前記電極部材との間の電流値を個別に計測するように構成されているのが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

この発明では、副室式の内燃機関において、噴孔の内面から、副室の内面および主燃焼室のいずれにも露出することなく副室の内外面の間を通って副室の外部に至る熱伝導性が高い素材からなる延設部材を設けたので、高温となりやすい副室の噴孔の周囲を効果的に冷却しつつ、副室全体が過冷却状態となるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】この発明に係る内燃機関の第一実施形態の要部を示す断面図である。

【図2】図１に示す内燃機関の要部を分解した断面図である。

【図3】図１に示す内燃機関に用いられる副室の斜視図である。

【図4】図３に示す副室に用いられる延設部材の斜視図である。

【図5】延設部材の変形例を示す斜視図である。

【図6】この発明に係る内燃機関の第二実施形態の要部を示す断面図である。

【図7】図６に示す内燃機関に用いられる副室の斜視図である。

【図8】図６に示す内燃機関に用いられるジェット火炎サイクル変動測定用回路図の一例である。

【図9】この発明に係る内燃機関の第三実施形態に用いられる副室の要部の斜視図である。

【図10】図９に示す内燃機関で計測される電流値のグラフである。

【図11】図９に示す副室の要部の変形例の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

この発明に係る内燃機関１の第一実施形態を図面に基づいて説明する。この内燃機関１は、図１に示すように、主燃焼室２と、主燃焼室２内に設けられた副室３と、を主要な構成要素とした副室式の内燃機関１（ガソリンエンジン）である。なお、本図は、内燃機関１の複数の気筒のうちの一つの気筒の要部を示したものである。

【0015】

主燃焼室２は、シリンダヘッド４、シリンダブロック５、および、シリンダブロック５内を往復動するピストン６によって形成される。シリンダヘッド４には、主燃焼室２内に空気を送り込む吸気通路７、吸気通路７を開閉する吸気バルブ８、主燃焼室２から燃焼ガスを排気する排気通路９、排気通路９を開閉する排気バルブ１０などが設けられている。また、シリンダヘッド４には、冷却水が流れる冷却水路１１が形成されている。本実施形態では、吸気通路７に噴射装置を有し、吸気通路７および主燃焼室５内で吸気と燃料を混合する内燃機関１とするが、この構成に限定されるものではない。

【0016】

副室３は、主燃焼室２内に向かって下向きに突出するように設けられている。副室３は、主燃焼室２に向く外面と副室３内を向く内面とを接続する通路である複数の噴孔１２を有する。副室３には、図２から図４に示すように、噴孔１２の内面（噴孔１２の副室３外面側端部と内面側端部との間の面）の少なくとも一部を形成する環状の第一部材１３と、第一部材１３と接続されてこの内面から副室３の内面および主燃焼室２のいずれにも露出することなく副室３の内外面の間を通って副室３の外部（この実施形態では、副室３の上端面の上側）まで延設された第二部材１４と、を有する延設部材１５を備えている。副室３の素材としてアルミニウム合金が用いられる一方で、延設部材１５の素材としてアルミニウム合金よりも熱伝導率および電導性が高い銅が用いられている。なお、第二部材１４は、副室３の外面における主燃焼室２とは面しない部分（例えば副室３の外面の上端部、すなわち副室３の上端部から径方向外側に延びるフランジ部の径方向外側面）で副室３の外部に露出していてもよい。

【0017】

副室３は、点火プラグ１６を保持するプラグホルダ１７の下面に接続可能に設けられている。点火プラグ１６の先端は、副室３内に臨むように配置されている。プラグホルダ１７内には、銅製の配線１８が埋設されており、延設部材１５は配線１８を介して車体のフレーム（図示せず）にアースされている。副室３をプラグホルダ１７に接続した状態で、延設部材１５の第二部材１４と配線１８が接続される。プラグホルダ１７は、シリンダヘッド４に固定されている。この実施形態では、副室３と点火プラグ１６を別部材としたが、副室３と一体式の点火プラグ１６を採用することもできる。

【0018】

第一実施形態に係る内燃機関１は、延設部材１５の第一部材１３が噴孔１２の内面の少なくとも一部を形成しており、かつ、延設部材１５の素材として副室３の素材よりも熱伝導率が高い銅を用いているため、火炎の噴射によって高温となりやすい噴孔１２の熱を延設部材１５を介して副室３の外部に逃がすことができるので、副室３を速やかに冷却することができるとともに、副室３全体が過冷却状態となって冷却損失が生じるのを防止することができる。しかも、延設部材１５の第二部材１４は、副室３の内面および主燃焼室２のいずれにも露出することなく副室３の外部まで延設されているため、第二部材１４が主燃焼室２内および副室３内の燃焼熱によって加熱されにくい。このため、噴孔１２の周辺の熱を、副室３の外部にスムーズに逃がすことができる。

【0019】

第一実施形態に係る内燃機関１は、延設部材１５を車体のフレームにアースしたので、噴孔１２の熱を内燃機関１の外まで逃がすことができる。また、副室３への静電気の帯電を抑制し、静電気による副室３への燃料の付着を防止することができる。なお、アースの位置は車体のフレームに限定されず適宜変更することもできる。

【0020】

延設部材１５の変形例として、図５に示すように、銅製の第二部材１４が点火プラグ１６を周囲から覆うジャケット形状とすることもできる。このようにすると、噴孔１２の周辺とともに、熱がこもりやすい点火プラグ１６の周囲が効果的に冷却されるため、点火プラグ１６の溶損を防止することができる。

【0021】

この発明に係る内燃機関１の第二実施形態を図６に示す。第二実施形態に係る内燃機関１は、延設部材１５とは別に、延設部材１５と電気的に絶縁された上で電力が供給される、噴孔１２の内面の少なくとも一部を形成する電極部材１９を備えている。延設部材１５と電極部材１９との間には、両部材１５、１９間の電流値を計測する計測部２０（電流計）が、内燃機関１の外に設けられている。延設部材１５は計測部２０の負電極に、電極部材１９は計測部２０の正電極にそれぞれ接続されている。延設部材１５は、計測部２０の負電極を介してアースされる。

【0022】

第二実施形態に係る副室３は、図７に示すように、噴孔１２が複数（この実施形態では４個）設けられた副室３において、延設部材１５（負電極）が複数の噴孔１２にそれぞれ独立して設けられている。具体的には、噴孔１２の内面に沿った形状の第一部材１３と、第一部材１３の上端から副室３の上面まで延びる第二部材１４とが、各噴孔１２に設けられる。電極部材１９は、副室３の内面と外面との間を形成しており、延設部材１５が挿入される挿入孔が設けられている。延設部材１５と電極部材１９との間は絶縁層２１で絶縁されており、電極部材１９は、すべての延設部材１５に対する共通の正電極として機能する。また、電極部材１９の内面および外面は、例えば絶縁部材により被覆されている。計測部２０は、噴孔１２にそれぞれ設けられた延設部材１５と電極部材１９との間の電流値を個別に計測するように構成されている。

【0023】

延設部材１５と電極部材１９および絶縁層２１は、噴孔１２の内面に露出している。具体的には、延設部材１５が噴孔１２の一方側（副室３の径方向一方側）に、電極部材１９が噴孔１２の他方側に位置しており、その間に絶縁層２１が位置している。延設部材１５と電極部材１９は、絶縁層２１によって電気的に絶縁されているため、両部材１５、１９間に電圧をかけても電流は流れない。ところが、副室３内での燃焼に伴って噴孔１２内を火炎が通過すると、この燃焼における酸化反応（燃料分子の化学電離）に伴って電子と陽イオンが発生し、これらの導電性によって延設部材１５と電極部材１９との間で電流が発生する火炎導電現象が生じる。

【0024】

火炎導電現象に伴う電流値の大きさは、噴孔１２から噴射される火炎の強度（ジェット強度）が大きいほど大きくなる。そして、このジェット強度が大きいほど、噴射する火炎の温度が高いと判断することができる。

【0025】

第二実施形態に係る内燃機関１は、火炎導電現象に基づいてジェット強度を定量的に評価可能としたので、例えば、電流値に閾値（下限と上限）を予め定めておき、電流値が下限以下のときは火炎の失火が生じていると判断することができる。また、ノックセンサ（図示せず）による振動検出があり、かつ、電流値が上限以上のときは、強火炎の伝搬衝突に起因するショックを伴う燃焼（ジェットショック）が生じていると判断し、ノックセンサによる振動検出があり、かつ、電流値が上限よりも小さいときは、ノッキングが生じていると判断することができる。このように、計測部２０による電流値の計測結果とノックセンサによる振動検出結果を組み合わせることで、火炎の状況を適切に判断する（特に、ノックセンサで検出される周波数特性が近いジェットショックとノッキングを区別する）ことができる。

【0026】

このように、火炎の状態を判断可能としたことにより、例えば、ジェットショックが生じているときは燃料噴射時期を遅らせることで副室への燃料供給量を減らしジェット強度を弱めてジェットショックを解消する制御を行う一方で、ノッキングが生じているときは点火時期をリタードしてノッキングを解消する制御を行うなど、状況に応じた適切な制御を行うことができる。

【0027】

また、本実施形態では、計測部２０は、噴孔１２にそれぞれ設けられた延設部材１５と電極部材１９との間の電流値を個別に計測するように構成されている。

【0028】

４個の延設部材１５および電極部材１９からそれぞれ延設された各配線は、点火プラグ挿入口を通ってエンジン外に引き出され、エンジン制御装置に設けられたジェット火炎サイクル変動測定用回路に接続される。その回路の一例を図８に示す。この回路には、ノックセンサやクランク角センサ（いずれも図示せず）による各センサ値も入力される。

【0029】

噴孔１２に目詰まりが生じると、火炎噴射のサイクル変動（同サイクル内における各噴孔の火炎のばらつき）が生じ、主燃焼室２内における燃焼の不均一が生じることがあるが、各噴孔１２のジェット強度を個別に計測可能としたので、目詰まりが生じた噴孔１２を容易に特定することができる。目詰まりが生じた噴孔１２を特定した場合、メンテナンスを促すメッセージなどを車両のモニタなどに表示してもよい。

【0030】

また、各噴孔１２においてジェット強度が高い状態の継続時間を測定することによって、副室３の壁面の高温状態を予測することができ、この予測から、高温化した副室３の壁面に接触することに伴う未燃ガスの自着火（ノッキング）の発生などを予測することができる。ノッキングの発生などを予測した場合、点火時期をリタードする補正を行うこともできる。なお、本実施形態においても、延設部材１５が副室３の外に延びているため、噴孔１２の冷却効果が見込める。

【0031】

この発明に係る内燃機関１の第三実施形態に係る副室３の噴孔１２を図９に示す。第三実施形態に係る内燃機関１は、延設部材１５（負電極）が、噴孔１２内の副室３の内面側から外面側に向かって（図９中の矢印を参照）間隔をおいて複数（この実施形態では２個）配置されるとともに、噴孔１２の内面に沿って円筒状に電極部材１９（正電極）が設けられている。各延設部材１５と電極部材１９との間には、絶縁層２１が設けられる。電極部材１９は、２個の延設部材１５に対する共通の正電極として機能する。計測部２０は、２個の延設部材１５と電極部材１９との間の電流値を個別に計測するように構成されている。

【0032】

噴孔１２から噴射される火炎は、まず噴孔１２の奥側に位置する延設部材１５に到達し、わずかな時間差をもって先端側に位置する延設部材１５に到達する。このため、図１０に示すように、奥側の延設部材１５と電極部材１９との間の電流値が先に立ち上がり、これに遅れて先端側の延設部材１５と電極部材１９との間の電流値が立ち上がる。

【0033】

このように延設部材１５を配置することにより、各延設部材１５の電流値の立ち上がりの時間差から、噴孔１２から噴射される火炎の速度を測定することができる。この火炎の速度は、ジェット強度が高いほど早くなるため、延設部材１５と電極部材１９の間の電流値の大きさと火炎の速度を併せて評価することにより、ジェット強度をより正確に求めることができる。

【0034】

図９では延設部材１５のみ火炎の噴射方向に沿って並んで設ける構成を示したが、図１１に示すように、延設部材１５と電極部材１９を対にした上で、火炎の噴射方向（図１１中の矢印を参照）に沿って並んで設ける構成としても同様の効果が発揮される。

【0035】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0036】

１ 内燃機関
２ 主燃焼室
３ 副室
４ シリンダヘッド
５ シリンダブロック
６ ピストン
７ 吸気通路
８ 吸気バルブ
９ 排気通路
１０ 排気バルブ
１１ 冷却水路
１２ 噴孔
１３ 第一部材
１４ 第二部材
１５ 延設部材
１６ 点火プラグ
１７ プラグホルダ
１８ 配線
１９ 電極部材
２０ 計測部
２１ 絶縁層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】