特許 7313409 内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-13

(45)【発行日】2023-07-24

(54)【発明の名称】内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02B 19/16 20060101AFI20230714BHJP

   F01P 3/02 20060101ALI20230714BHJP

【ＦＩ】

F02B19/16 B

F01P3/02 K

F01P3/02 Q

F02B19/16 C

F02B19/16 F

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021134095

(22)【出願日】2021-08-19

(65)【公開番号】P2023028409

(43)【公開日】2023-03-03

【審査請求日】2021-08-19

(73)【特許権者】

【識別番号】390033042

【氏名又は名称】ダイハツディーゼル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100183232

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 敏行

(72)【発明者】

【氏名】梶 佳則

(72)【発明者】

【氏名】小林 和之

【審査官】二之湯 正俊

(56)【参考文献】

【文献】欧州特許出願公開第０３５３６９２２（ＥＰ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００９７３１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／０８７４１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－１３８９０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ １９／００

Ｆ０１Ｐ １９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主燃焼室を画定するためのシリンダヘッドと、
上記シリンダヘッドに取り付けられ、先端部が上記主燃焼室に臨むノズルと
を備え、
上記ノズルの上記先端部には、上記ノズル内の予燃焼室で生じた燃焼ガスを上記主燃焼室に噴射する噴口が設けられ、
上記シリンダヘッド内には、上記ノズルの上記先端部以外の部分の周囲に冷却水を流す冷却水通路が設けられ、
上記ノズルには、上記ノズルの上記先端部側から上記ノズルの基端部側に向けて延びると共に、上記ノズルの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導部材が埋め込まれており、
上記熱伝導部材は、
上記先端部側から軸方向に沿って延びる本体と、
上記本体から上記主燃焼室と反対側に向かって径方向の外側に傾斜して延びる延長部と、
上記延長部のうち上記主燃焼室側とは反対側に位置し、上記冷却水通路内の上記冷却水と接触する端部と
を有し、
上記本体は、周方向に沿って延びており、
上記延長部は、周方向に間隔を開けて配置された２つの延長部を含み、
上記２つの延長部の一方は、上記２つの延長部の他方が設けられている周方向の範囲よりも広い範囲にわたって設けられている、内燃機関。

【請求項2】

上記熱伝導部材は、焼結金属である、請求項１に記載の内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の内燃機関としては、主燃焼室と連通路を介してガス交換が可能な副室を備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。この内燃機関では、副室を画定する副室壁は、副室外壁と副室内壁から構成される二層構造になっている。また、副室外壁は、副室内壁に比べて熱伝導率の高い部材で形成されており、副室外壁の熱伝導率を副室内壁の熱伝導率と比較して高くしている。これにより、上記従来の内燃機関では、副室外壁先端部の効果的な冷却を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－０３８９０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記従来の内燃機関では、副室外壁を形成する部材が高温に晒されるため、上記部材が劣化し易くなるという問題がある。

【0005】

本発明は、熱伝導部材の劣化を抑制できる内燃機関を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、
主燃焼室を画定するためのシリンダヘッドと、
上記シリンダヘッドに取り付けられ、先端部が上記主燃焼室に臨むノズルと
を備え、
上記ノズルの上記先端部には、上記ノズル内の予燃焼室で生じた燃焼ガスを上記主燃焼室に噴射する噴口が設けられ、
上記シリンダヘッド内には、上記ノズルの上記先端部以外の部分の周囲に冷却水を流す冷却水通路が設けられ、
上記ノズルには、上記ノズルの上記先端部側から上記ノズルの基端部側に向けて延びると共に、上記ノズルの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導部材が埋め込まれている、内燃機関を提供する。

【0007】

この構成によれば、熱伝導部材がノズルに埋め込まれているため、熱伝導部材が高熱に晒されることを抑制できる。その結果、熱伝導部材の劣化を抑制できる。

【0008】

また、ノズルの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導部材がノズルの先端部側からノズルの基端部側に向けて延びているので、噴口で生じた熱は、熱伝導部材を介してノズルの先端部側からノズルの基端部側に伝達される。また、ノズルの先端部以外の部分の周囲に冷却水を流す冷却水通路が設けられているので、冷却効率を向上できる。

【0009】

一実施形態では、上記熱伝導部材は、上記主燃焼室側とは反対側に位置し、上記冷却水通路内の上記冷却水と接触する端部を有する。

【0010】

この構成によれば、熱伝導部材が冷却水通路内の冷却水と接触する端部を有するので、噴口で生じた熱は、熱伝導部材を介して冷却水に伝達される。これにより、ノズルの先端部の冷却効率を向上できる。

【0011】

一実施形態では、上記熱伝導部材は、上記主燃焼室側とは反対側に位置し、上記シリンダヘッドに接触する端部を有する。

【0012】

この構成によれば、熱伝導部材がシリンダヘッドと接触する端部を有するので、噴口で生じた熱は、熱伝導部材を介してシリンダヘッドに伝達される。これにより、ノズルの先端部の冷却効率を向上できる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、熱伝導部材の劣化を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施形態に係るガスエンジンの縦断面図。

【図2】第１実施形態に係るノズルの側面図。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った端面図。

【図4】本発明の第２実施形態に係るガスエンジンの縦断面図。

【図5】第２実施形態に係るノズルの側面図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

【0016】

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るガスエンジン１の縦断面図である。図２は、本実施形態のノズル２０の側面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。なお、図１は、図３のＡ－Ａ線に沿った断面を示している。

【0017】

図１を参照すると、本実施形態に係るガスエンジン１は、シリンダヘッド１０と、シリンダブロック１１と、ピストン１２とを備える。シリンダヘッド１０と、シリンダブロック１１と、ピストン１２とは、主燃焼室１３を画定している。言い換えれば、主燃焼室１３は、シリンダヘッド１０と、シリンダブロック１１と、ピストン１２とに取り囲まれる空間である。主燃焼室１３内には、空気と燃料ガスの混合気がガスエンジン１のサイクルに応じて供給される。

【0018】

本実施形態に係るガスエンジン１は、シリンダヘッド１０に取り付けられたノズル２０を備える。本実施形態のノズル２０は、半球状の一端を有する略円筒状である。以下の説明において、ノズル２０の軸心Ｏを単に軸心Ｏという場合がある。また、以下の説明において、ノズル２０の軸方向を単に軸方向といい、ノズル２０の径方向を単に径方向といい、ノズル２０の周方向を単に周方向という場合がある。

【0019】

本実施形態のノズル２０は、先端部２１と、基端部２２と、先端部２１と基端部２２との間に配置された中間部２３とを備える。本実施形態のノズル２０の材料は、例えばナイモニック（登録商標）などである。また、ノズル２０の内部には、予燃焼室２４が形成されている。予燃焼室２４内には、後述する噴口２５を通じて主燃焼室１３から導入された混合気と、後述する燃料供給路３１を通じて供給された着火用燃料とがガスエンジン１のサイクルに応じて供給される。

【0020】

本実施形態のノズル２０の先端部２１は、半球状である。先端部２１は、主燃焼室１３内に位置している。先端部２１には、予燃焼室２４で生じた燃焼ガスを主燃焼室１３に噴射するための噴口２５が設けられている。予燃焼室２４と主燃焼室１３とは、噴口２５を介して連通している。

【0021】

基端部２２には、ホルダ３０が機械的に接続されている。ホルダ３０の内部には、予燃焼室２４内に着火用燃料を供給するための燃料供給路３１が設けられている。燃料供給路３１は、予燃焼室２４と連通している。また、ホルダ３０には、予燃焼室２４内に供給された着火用燃料を含む混合気に着火するための着火装置３２が保持されている。予燃焼室２４内で発生した燃焼ガスは、噴口２５を介して予燃焼室２４から主燃焼室１３にトーチとして噴出し、主燃焼室１３内の混合気を燃焼させる。

【0022】

中間部２３は、小径部２３ａと、大径部２３ｂとを備える。

【0023】

小径部２３ａは、筒状である。小径部２３ａの軸方向の一端は、先端部２１に接続されている。小径部２３ａは、先端部２１から基端部２２側に向けて延びている。

【0024】

大径部２３ｂは、筒状である。大径部２３ｂの軸方向の一端は、小径部２３ａの軸方向の他端に接続されている。大径部２３ｂの軸方向の他端は、基端部２２に接続されている。大径部２３ｂの外径は、小径部２３ａの外径よりも大きい。

【0025】

ノズル２０は、先端部２１が主燃焼室１３に臨んで配置されている。より詳細には、ノズル２０は、先端部２１が主燃焼室１３に露出するように、シリンダヘッド１０の取付孔１０ａに挿入されて、シリンダヘッド１０に取り付けられている。ノズル２０の小径部２３ａは、シリンダヘッド１０の取付孔１０ａに嵌め合わされている。

【0026】

本実施形態のシリンダヘッド１０の内部には、ノズル２０の先端部２１以外の部分の周囲に冷却水を流す冷却水通路４０が設けられている。より詳細には、冷却水通路４０は、ノズル２０の中間部２３のうち大径部２３ｂの周囲に設けられている。冷却水通路４０は、シリンダヘッド１０の内部に形成された空間である。また、冷却水通路４０には、図示しない冷却水供給源が接続されている。また、シリンダヘッド１０とノズル２０との間には、シール部材４１が設けられている。このシール部材４１により、冷却水通路４０内の冷却水が主燃焼室１３に漏れることが抑制されている。シール部材４１は、例えば、金属パッキンである。

【0027】

本実施形態のノズル２０には、ノズル２０の先端部２１側からノズル２０の基端部２２側に向けて延びた熱伝導部材５０Ａ，５０Ｂが埋め込まれている。以下の説明において、熱伝導部材５０Ａ，５０Ｂを特に区別する必要がない場合、これらのうちの１つを単に熱伝導部材５０という場合がある。

【0028】

本実施形態の熱伝導部材５０の材料は、例えば銅などの高熱伝導材料である。熱伝導部材５０の熱伝導率は、ノズル２０の熱伝導率よりも高い。一方で、ノズル２０の耐熱性は、熱伝導部材５０の耐熱性よりも高い。

【0029】

図１から図３を併せて参照すると、熱伝導部材５０は、本体部５１と、本体部５１から基端部２２側に向けて延びた第１延長部５２Ａ，５２Ｂとを備える。以下の説明において、第１延長部５２Ａ，５２Ｂを特に区別する必要がない場合、これらのうちの１つを単に第１延長部５２という場合がある。

【0030】

図１及び図２に示すように、本体部５１は、小径部２３ａの内部に位置している。本体部５１は、先端部２１側から基端部２２側に向けて延びている。本体部５１は、軸方向に沿って延びている。また、図３に示すように、本体部５１は、軸心Ｏを中心とした円弧状に湾曲した板状である。

【0031】

第１延長部５２は、本体部５１から主燃焼室１３とは反対側に向かって、径方向の外側に傾斜している。図３に示すように、第１延長部５２Ａ，５２Ｂは、周方向に間隔を開けて配置されている。軸心Ｏから見て、第１延長部５２Ａは、第１延長部５２Ｂが設けられている周方向の範囲よりも広い範囲に渡って設けられている。本実施形態では、第１延長部５２が２つ設けられていたが、これに限定されず、１つであってもよいし、３つ以上設けられてもよい。また、第１延長部５２Ａ，５２Ｂが設けられる範囲は、特に限定されない。

【0032】

熱伝導部材５０は、主燃焼室１３側とは反対側に位置し、冷却水通路４０内の冷却水と接触する第１端部５３を有する。第１端部５３は、ノズル２０の側面（より詳細には、大径部２３ｂの側面）に設けられた第１開口２６を介して露出している。本実施形態では、第１端部５３は、第１延長部５２のうち主燃焼室１３とは反対側の端に位置している。熱伝導部材５０は、第１端部５３を除いて、ノズル２０に覆われている。

【0033】

（ノズルの製造方法）
以下、本実施形態に係る熱伝導部材５０が埋め込まれたノズル２０の製造方法を説明する。

【0034】

まず、ノズル２０を積層造形法により製造する。このとき、ノズル２０の内部には、熱伝導部材５０を埋め込むための空間が形成されている。

【0035】

次に、ノズル２０の側面に設けられた第１開口２６から銅粉末などの高熱伝導材料の粉末を投入する。ノズル２０の内部に形成された上記空間に上記粉末を充填した後に、上記粉末を焼結することで、本実施形態に係る熱伝導部材５０が埋め込まれたノズル２０が得られる。

【0036】

本実施形態に係るガスエンジン１は、以下の機能を有する。

【0037】

熱伝導部材５０がノズル２０に埋め込まれているため、熱伝導部材５０が高熱に晒されることを抑制できる。その結果、熱伝導部材５０の劣化を抑制できる。

【0038】

熱伝導部材５０がノズル２０の先端部２１側からノズル２０の基端部２２側に向けて延びているので、噴口２５で生じた熱は、熱伝導部材５０を介してノズル２０の先端部２１側からノズル２０の基端部２２側に伝達される。また、ノズル２０の先端部２１以外の部分（本実施形態では、大径部２３ｂ）の周囲に冷却水を流す冷却水通路４０が設けられているので、冷却効率を向上できる。

【0039】

熱伝導部材５０が冷却水通路４０内の冷却水と接触する第１端部５３を有するので、噴口２５で生じた熱は、熱伝導部材５０を介して冷却水に伝達される。これにより、ノズル２０の先端部２１の冷却効率を向上できる。

【0040】

（第２実施形態）
以下、図４及び図５を参照して、本発明の第２実施形態に係るガスエンジン１を説明する。図４は、第２実施形態に係るガスエンジン１の縦断面図である。図５は、第２実施形態に係るノズル２０の側面図である。

【0041】

第２実施形態のガスエンジン１は、ノズル１２０及び熱伝導部材１５０Ａ，１５０Ｂの構成を除いて、第１実施形態のガスエンジン１と同様の構成を有している。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成要素には、同一の参照符号を付して示し、その詳細な説明を省略する。以下の説明において、熱伝導部材１５０Ａ，１５０Ｂを区別する必要がない場合、これらのうちの１つを単に熱伝導部材１５０という場合がある。

【0042】

図４に示すように、熱伝導部材１５０は、本体部５１の主燃焼室１３側とは反対側の端部から径方向の外側に延びた第２延長部１５４を備える。

【0043】

図４及び図５を参照すると、本実施形態の熱伝導部材１５０は、主燃焼室１３側とは反対側に位置し、シリンダヘッド１０に接触する第２端部１５５を有する。第２端部１５５は、ノズル２０の側面（より詳細には、小径部２３ａの側面）に設けられた第２開口１２７を介して露出している。本実施形態のシリンダヘッド１０に接触する第２端部１５５は、第２延長部１５４の径方向の外側の端に位置している。

【0044】

第２実施形態のガスエンジン１は、第１実施形態のガスエンジン１と同様の機能を有する。

【0045】

この構成によれば、熱伝導部材１５０がシリンダヘッド１０と接触する第２端部１５５を有するので、噴口２５で生じた熱は、熱伝導部材１５０を介してシリンダヘッド１０に伝達される。これにより、ノズル１２０の先端部２１の冷却効率を向上できる。

【0046】

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１及び第２実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記第１及び第２実施形態で記載した内容を適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態としてもよい。

【符号の説明】

【0047】

１ ガスエンジン（内燃機関）
１０ シリンダヘッド
１０ａ 取付孔
１１ シリンダブロック
１２ ピストン
１３ 主燃焼室
２０ ノズル
２１ 先端部
２２ 基端部
２３ 中間部
２３ａ 小径部
２３ｂ 大径部
２４ 予燃焼室
２５ 噴口
２６ 第１開口
３０ ホルダ
３１ 燃料供給路
３２ 着火装置
４０ 冷却水通路
４１ シール部材
５０，５０Ａ，５０Ｂ 熱伝導部材
５１ 本体部
５２，５２Ａ，５２Ｂ 第１延長部
５３ 第１端部
１０１ ガスエンジン（内燃機関）
１２０ ノズル
１２７ 第２開口
１５０ 熱伝導部材
１５４ 第２延長部
１５５ 第２端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】