(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】2024-08-15
(45)【発行日】2024-08-23
(54)【発明の名称】ガスエンジン
(51)【国際特許分類】
F02B 19/12 20060101AFI20240816BHJP
F02B 19/18 20060101ALI20240816BHJP
【ＦＩ】
F02B19/12 C
F02B19/12 A
F02B19/18
F02B19/18 B
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2021100054
(22)【出願日】2021-06-16
(65)【公開番号】P2022191683
(43)【公開日】2022-12-28
【審査請求日】2023-09-06
(73)【特許権者】
【識別番号】316015888
【氏名又は名称】三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(72)【発明者】
【氏名】古賀 智大
(72)【発明者】
【氏名】今森 祐介
(72)【発明者】
【氏名】堀田 和郎
【審査官】平井 功
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－１１３２５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－３２９０９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５１２７１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１９８２４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／００２８２３９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０２Ｂ １／００－２３／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
副室内で点火プラグによって混合気を燃焼させてトーチジェットとして主燃焼室に噴出させる副室式のガスエンジンであって、
前記主燃焼室と連通された第一副室を形成する第一副室形成部と、
前記第一副室と前記主燃焼室とを連通させる噴孔を形成する噴孔形成部と、
前記第一副室を挟んで前記噴孔の反対側に形成され、前記第一副室と連通された第二副室を形成する第二副室形成部と、
前記第一副室と前記第二副室とを連通させるスロートを形成するスロート形成部と、を備え、
前記スロート形成部は、前記点火プラグの点火部が前記スロートの延長上に位置しないスロート角度で前記スロートを形成している
ガスエンジン。
【請求項2】
前記スロート形成部は、
ピストンの圧縮行程で前記主燃焼室から前記第一副室へ流入して旋回流となる前記混合気の旋回する方向に沿うように前記スロートを形成している
請求項１に記載のガスエンジン。
【請求項3】
副室内で点火プラグによって混合気を燃焼させてトーチジェットとして主燃焼室に噴出させる副室式のガスエンジンであって、
前記主燃焼室と連通された第一副室を形成する第一副室形成部と、
前記第一副室と前記主燃焼室とを連通させる噴孔を形成する噴孔形成部と、
前記第一副室を挟んで前記噴孔の反対側に形成され、前記第一副室と連通された第二副室を形成する第二副室形成部と、
前記第一副室と前記第二副室とを連通させるスロートを形成するスロート形成部と、を備え、
前記スロート形成部は、
ピストンの圧縮行程で前記主燃焼室から前記第一副室へ流入して旋回流となる前記混合気の旋回する方向に沿うように前記スロートを形成している
ガスエンジン。
【請求項4】
前記第二副室形成部は、複数の前記第二副室を形成しており、前記スロート形成部は、複数の前記第二副室をそれぞれ前記第一副室に連通させる複数の前記スロートを形成している
請求項１から３の何れか一項に記載のガスエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この開示は、ガスエンジンに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、天然ガスを燃料ガスとして運転するガスエンジンが記載されている。この特許文献１に記載されたガスエンジンは、シリンダヘッドに主燃焼室よりも容量の小さい副室を備えている。このようなガスエンジンの副室には、燃料ガスと空気とを混合した混合気が噴孔を介して主燃焼室より供給される。この混合気に点火すると、混合気が燃焼し、副室内部の圧力が上昇して、主燃焼室と副室との差圧により副室内部の高温ガスがトーチジェットとして主燃焼室に噴出される。そして、このトーチジェットにより主燃焼室内の混合ガスが燃焼して、ガスエンジンの燃焼運転が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１８－６６３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載されているようなガスエンジンにおいては、トーチジェットの噴出力が大きいほど主燃焼室内に多くの火種ができることになる。そして、このようなトーチジェットの噴出力増大により、燃焼期間短縮による効率向上や主燃焼室の着火安定化による燃焼変動低減が期待されている。
例えば、トーチジェットを強化するには副室内部のエネルギーを増やしたり、副室内部の圧力上昇率を大きくしたりする必要がある。しかし、単純に副室容積を増加させるだけでは、火炎伝播中に副室内部の未燃ガスが主燃焼室に押し出され、副室内部のエネルギーを有効活用できずにトーチジェットの噴出力が狙いよりも大きくならないという課題がある。
この開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、副室内部のエネルギーを有効活用してトーチジェットの噴出力を増大させることが可能なガスエンジンを提供することを目的としている。
例えば、トーチジェットを強化するには副室内部のエネルギーを増やしたり、副室内部の圧力上昇率を大きくしたりする必要がある。しかし、単純に副室容積を増加させるだけでは、火炎伝播中に副室内部の未燃ガスが主燃焼室に押し出され、副室内部のエネルギーを有効活用できずにトーチジェットの噴出力が狙いよりも大きくならないという課題がある。
この開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、副室内部のエネルギーを有効活用してトーチジェットの噴出力を増大させることが可能なガスエンジンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この開示の第一態様によれば、ガスエンジンは、副室内で点火プラグによって混合気を燃焼させてトーチジェットとして主燃焼室に噴出させる副室式のガスエンジンであって、前記主燃焼室と連通された第一副室を形成する第一副室形成部と、前記第一副室と前記主燃焼室とを連通させる噴孔を形成する噴孔形成部と、前記第一副室を挟んで前記噴孔の反対側に形成され、前記第一副室と連通された第二副室を形成する第二副室形成部と、前記第一副室と前記第二副室とを連通させるスロートを形成するスロート形成部と、を備える。前記スロート形成部は、前記点火プラグの点火部が前記スロートの延長上に位置しないスロート角度で前記スロートを形成している。
この開示の第一態様によれば、ガスエンジンは、副室内で点火プラグによって混合気を燃焼させてトーチジェットとして主燃焼室に噴出させる副室式のガスエンジンであって、前記主燃焼室と連通された第一副室を形成する第一副室形成部と、前記第一副室と前記主燃焼室とを連通させる噴孔を形成する噴孔形成部と、前記第一副室を挟んで前記噴孔の反対側に形成され、前記第一副室と連通された第二副室を形成する第二副室形成部と、前記第一副室と前記第二副室とを連通させるスロートを形成するスロート形成部と、を備える。前記スロート形成部は、前記点火プラグの点火部が前記スロートの延長上に位置しないスロート角度で前記スロートを形成している。
【発明の効果】
【0006】
上記ガスエンジンによれば、副室内部のエネルギーを有効活用してトーチジェットの噴出力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】この実施形態のガスエンジンの概略構成を示す断面図である。
【図2】この実施形態に係るガスエンジンの副室周りの構成を示すシリンダー中心軸に沿う断面図である。
【図3】この開示の第二実施形態の副室形成部におけるシリンダー中心軸と垂直な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
<第一実施形態>
次に、この開示の第一実施形態におけるガスエンジンを図面に基づき説明する。
図１は、この実施形態のガスエンジンの概略構成を示す断面図である。
図１に示すように、ガスエンジン１０は、副室式ガスエンジンであって、シリンダブロック２０と、シリンダヘッド３０と、副室形成部４０と、を少なくとも備えている。
次に、この開示の第一実施形態におけるガスエンジンを図面に基づき説明する。
図１は、この実施形態のガスエンジンの概略構成を示す断面図である。
図１に示すように、ガスエンジン１０は、副室式ガスエンジンであって、シリンダブロック２０と、シリンダヘッド３０と、副室形成部４０と、を少なくとも備えている。
【0009】
シリンダブロック２０には、円筒状のシリンダー２１が形成されている。シリンダー２１内には、シリンダー２１の中心軸Ｃに沿って直線往復動可能に、ピストン２２が収納されている。ピストン２２は、コンロッド２３を介して、クランクケース（図示せず）内に収容されたクランクシャフト２４に連結されている。コンロッド２３の一端部は、ピン２５を介してピストン２２に回動自在に連結されている。コンロッド２３の他端部は、クランクシャフト２４に回動自在に連結されている。これにより、ピストン２２がシリンダー２１内で中心軸Ｃに沿った方向に直線運動すると、このピストン２２の運動がコンロッド２３によってクランクシャフト２４の回転運動に変換される。
【0010】
シリンダヘッド３０は、シリンダブロック２０のうちシリンダー２１が開口した端面２０ａに連結され、シリンダー２１の開口を閉塞している。シリンダヘッド３０のうちシリンダブロック２０側を向く面には、シリンダー２１に対向する領域に、シリンダー２１の中心軸Ｃに直交する平坦状、あるいは半球面状、湾曲面状をなすルーフ面３１が形成されている。上記のシリンダブロック２０とシリンダヘッド３０とピストン２２によって主燃焼室３３が画成されている。
【0011】
シリンダヘッド３０には、吸気ポート３４、排気ポート３５が形成されている。吸気ポート３４の一方の端部３４ａ、および、排気ポート３５の一方の端部３５ａは、ルーフ面３１に開口して主燃焼室３３に臨むように位置している。主燃焼室３３とは反対側の吸気ポート３４の端部（図示せず）には、混合ガス供給源（図示せず）が接続されている。つまり、吸気ポート３４には、混合ガス供給源から空気と燃焼ガスとの混合ガスＧが供給可能となっている。吸気ポート３４には、その主燃焼室３３側の端部３４ａに、吸気弁３６が設けられている。吸気弁３６は、弁駆動機構（図示せず）により閉位置から開位置に変位可能とされており、混合ガス供給源から供給された混合ガスＧは、吸気弁３６が開位置のときに、吸気ポート３４から主燃焼室３３へと流入する。
【0012】
排気ポート３５のうち主燃焼室３３とは反対側の端部（図示せず）には、排気ガス流路（図示せず）が接続されている。排気ポート３５には、その主燃焼室３３側の端部３５ａに、排気弁３７が設けられている。排気弁３７は、弁駆動機構（図示せず）により閉位置から開位置に変位可能とされており、主燃焼室３３内の排気ガスは、排気弁３７が開位置の時に、主燃焼室３３から排気ポート３５へと排出される。
【0013】
図２は、この実施形態に係るガスエンジンの副室周りの構成を示すシリンダー中心軸に沿う断面図である。
図１、図２に示すように、この実施形態における副室形成部４０は、シリンダヘッド３０に設けられている。この副室形成部４０は、シリンダヘッド３０に固定されている。副室形成部４０は、第一副室形成部４１と、噴孔形成部４２と、第二副室形成部４３と、スロート形成部４４と、を備えている。この実施形態における副室形成部４０には、更に、点火プラグ４５が固定される点火プラグ固定部４６が設けられている。以下の説明においては、シリンダー２１の中心軸Ｃの延びる方向を軸線方向Ｄａと称し、第一副室５１の位置を基準に主燃焼室３３側を軸線方向第一側Ｄａ１、その反対側を軸線方向第二側Ｄａ２と称する。また、軸線方向Ｄａと垂直な方向をルーフ面方向Ｄｈと称し、その中心軸Ｃに近い側をルーフ面方向内側Ｄｈｉ、その反対側をルーフ面方向外側Ｄｈｏと称する。
図１、図２に示すように、この実施形態における副室形成部４０は、シリンダヘッド３０に設けられている。この副室形成部４０は、シリンダヘッド３０に固定されている。副室形成部４０は、第一副室形成部４１と、噴孔形成部４２と、第二副室形成部４３と、スロート形成部４４と、を備えている。この実施形態における副室形成部４０には、更に、点火プラグ４５が固定される点火プラグ固定部４６が設けられている。以下の説明においては、シリンダー２１の中心軸Ｃの延びる方向を軸線方向Ｄａと称し、第一副室５１の位置を基準に主燃焼室３３側を軸線方向第一側Ｄａ１、その反対側を軸線方向第二側Ｄａ２と称する。また、軸線方向Ｄａと垂直な方向をルーフ面方向Ｄｈと称し、その中心軸Ｃに近い側をルーフ面方向内側Ｄｈｉ、その反対側をルーフ面方向外側Ｄｈｏと称する。
【0014】
第一副室形成部４１は、主燃焼室３３と連通された第一副室５１を形成している。第一副室５１は、シリンダヘッド３０のルーフ面３１の中心から主燃焼室３３側に突出するように設けられている。第一副室形成部４１は、第一副室５１を画成する第一面部５２と第一周面部５３と第二面部５４とをそれぞれ備えている。
【0015】
第一面部５２は、軸線方向第二側Ｄａ２に位置してルーフ面方向Ｄｈに広がるように形成されている。第一周面部５３は、第一面部５２の外縁から軸線方向第一側Ｄａ１に向かって延びている。第二面部５４は、第一周面部５３の軸線方向第一側Ｄａ１を塞ぐように形成され、ルーフ面３１よりも主燃焼室３３側に位置している。第一面部５２には、点火プラグ４５の点火部４５ｓを挿通するための貫通孔４６ｈの開口が形成されている。点火プラグ４５の点火部４５ｓは、この貫通孔４６ｈを通じて、第一副室５１の軸線方向第二側Ｄａ２に配置されている。
【0016】
噴孔形成部４２は、第一副室５１と主燃焼室３３とを連通させる噴孔５６を形成している。噴孔５６は、複数設けられている。これら噴孔５６は、それぞれ軸線方向第一側Ｄａ１に向かうほどルーフ面方向外側Ｄｈｏに向かうように傾斜している。この実施形態において例示する噴孔５６は、孔径が一定に形成されている。また、この実施形態における噴孔５６は、第一副室形成部４１の第一周面部５３と第二面部５４との交わるコーナー部５５から主燃焼室３３に向けて延びている。
【0017】
第二副室形成部４３は、第一副室５１と連通された第二副室５７を形成している。この第二副室５７は、第一副室５１を挟んで噴孔５６の反対側、すなわち第一副室５１よりも軸線方向第二側Ｄａ２に配置されている。この実施形態における第二副室５７の容積は、第一副室５１の容積よりも小さく形成されている。そして、この第二副室５７は、点火プラグ４５よりもルーフ面方向外側Ｄｈｏに形成されている。
【0018】
この実施形態における第二副室５７の軸線方向Ｄａの寸法は、第一副室５１の軸線方向Ｄａの寸法よりも小さく、第二副室５７のルーフ面方向Ｄｈの寸法は、第一副室５１のルーフ面方向Ｄｈの寸法よりも小さい。また、この実施形態における第二副室５７は、略立方体状に形成され、そのアスペクト比が１：１又は１：１に近い値となっている。
【0019】
この実施形態における第二副室５７は、軸線方向第一側Ｄａ１においてルーフ面方向Ｄｈに広がる第三面部６１と、ルーフ面方向Ｄｈにおける第三面部６１の縁部から軸線方向第二側Ｄａ２に向かって延びる第二周面部６２と、第二周面部６２の軸線方向第二側Ｄａ２の縁部に接続されてルーフ面方向Ｄｈに広がる第四面部６３とを備えている。なお、後述する旋回流を円滑に生じさせるために、第二副室５７には、第一副室５１とは反対側すなわち軸線方向第二側Ｄａ２に配置された第四面部６３に凹状の曲面６３ａを設けてもよい。
【0020】
スロート形成部４４は、第一副室５１と第二副室５７とを連通させるスロート６５を形成している。スロート６５は、混合ガスＧや燃焼したガスが通る流路であり、この実施形態におけるスロート６５は、一定の孔径を有している。また、この実施形態におけるスロート６５は、第一副室５１を画成する第一面部５２から第二副室５７を画成する軸線方向第一側Ｄａ１の面である第三面部６１に渡るように形成されている。
【0021】
より具体的には、スロート６５の軸線方向第一側Ｄａ１の第一端部６５ａは、第一面部５２のうち、ルーフ面方向Ｄｈにおいて点火プラグ４５の電極よりも第一周面部５３に近い位置の第一面部５２に接続されている。さらに、スロート６５の軸線方向第二側Ｄａ２の第二端部６５ｂは、第二副室５７の第三面部６１のうち、ルーフ面方向Ｄｈにおける第三面部６１の中央部よりも第二周面部６２に近い位置の第三面部６１に接続されている。第三面部６１におけるスロート６５の開口面積は、少なくとも第三面部６１の表面積の半分よりも小さく設定されている。
【0022】
この実施形態におけるスロート６５は、第一副室５１から第二副室５７へ向かうほど、ルーフ面方向外側Ｄｈｏに向かうように傾斜している。
また、スロート形成部４４は、スロート６５の延長上に点火プラグ４５の電極が位置しないスロート角度でスロート６５を形成している。例えば、第二副室５７から第一副室５１へスロート６５を介して燃焼ガスが流れ込む際に、この燃焼ガスが直接電極に衝突しないようになっている。また、この実施形態におけるスロート６５の流路断面積は、噴孔５６の流路断面積と同等とされている。
また、スロート形成部４４は、スロート６５の延長上に点火プラグ４５の電極が位置しないスロート角度でスロート６５を形成している。例えば、第二副室５７から第一副室５１へスロート６５を介して燃焼ガスが流れ込む際に、この燃焼ガスが直接電極に衝突しないようになっている。また、この実施形態におけるスロート６５の流路断面積は、噴孔５６の流路断面積と同等とされている。
【0023】
<作用効果>
上述した第一実施形態のガスエンジン１０は、主燃焼室３３と連通された第一副室５１を形成する第一副室形成部４１と、第一副室５１と主燃焼室３３とを連通させる噴孔５６を形成する噴孔形成部４２と、第一副室５１を挟んで噴孔５６の反対側に形成され、第一副室５１と連通された第二副室５７を形成する第二副室形成部４３と、第一副室５１と第二副室５７とを連通させるスロート６５を形成するスロート形成部４４と、を備えている。
そのため、ピストン２２の圧縮行程では、主燃焼室３３の混合ガスＧが噴孔５６を介して主燃焼室３３から第一副室５１へ流入する。さらに、第一副室５１へ流入した混合ガスＧの一部は、スロート６５を介して第二副室５７へ流入する。このスロート６５を介して第二副室５７へ流入した混合ガスＧは、第二副室５７内で、軸線方向第二側Ｄａ２においてルーフ面方向外側Ｄｈｏからルーフ面方向内側Ｄｈｉに向かう旋回流となる。そして、点火プラグ４５により第一副室５１の混合ガスＧに点火されると、その火炎がスロート６５を介して第二副室５７に伝播する。第二副室５７内の混合ガスＧは旋回流となっているため、混合ガスＧが旋回流でない場合と比較して混合ガスＧの燃焼速度が増加する。さらに、第二副室５７における燃焼速度が増加していることで、第二副室５７内部の圧力上昇率ｄｐ／ｄｔも大きくなるので、この第二副室５７とスロート６５で連通された第一副室５１内の圧力上昇率ｄｐ／ｄｔをも大きくすることができる。そして、第一副室５１と主燃焼室３３との差圧により、第一副室５１内部の高温ガスをトーチジェットとして主燃焼室３３に噴出させることができる。また、第二副室５７が第一副室５１を挟んで主燃焼室３３とは反対側に配置されるため、第二副室５７における未燃ガスが主燃焼室３３へ流出することを抑制できる。したがって、副室内部のエネルギーを有効活用して、トーチジェットの噴出力を増大させることができる。さらに、トーチジェットの噴出力を増大できるため、ガスエンジン１０の効率向上及び燃焼変動低減することが可能となる。
上述した第一実施形態のガスエンジン１０は、主燃焼室３３と連通された第一副室５１を形成する第一副室形成部４１と、第一副室５１と主燃焼室３３とを連通させる噴孔５６を形成する噴孔形成部４２と、第一副室５１を挟んで噴孔５６の反対側に形成され、第一副室５１と連通された第二副室５７を形成する第二副室形成部４３と、第一副室５１と第二副室５７とを連通させるスロート６５を形成するスロート形成部４４と、を備えている。
そのため、ピストン２２の圧縮行程では、主燃焼室３３の混合ガスＧが噴孔５６を介して主燃焼室３３から第一副室５１へ流入する。さらに、第一副室５１へ流入した混合ガスＧの一部は、スロート６５を介して第二副室５７へ流入する。このスロート６５を介して第二副室５７へ流入した混合ガスＧは、第二副室５７内で、軸線方向第二側Ｄａ２においてルーフ面方向外側Ｄｈｏからルーフ面方向内側Ｄｈｉに向かう旋回流となる。そして、点火プラグ４５により第一副室５１の混合ガスＧに点火されると、その火炎がスロート６５を介して第二副室５７に伝播する。第二副室５７内の混合ガスＧは旋回流となっているため、混合ガスＧが旋回流でない場合と比較して混合ガスＧの燃焼速度が増加する。さらに、第二副室５７における燃焼速度が増加していることで、第二副室５７内部の圧力上昇率ｄｐ／ｄｔも大きくなるので、この第二副室５７とスロート６５で連通された第一副室５１内の圧力上昇率ｄｐ／ｄｔをも大きくすることができる。そして、第一副室５１と主燃焼室３３との差圧により、第一副室５１内部の高温ガスをトーチジェットとして主燃焼室３３に噴出させることができる。また、第二副室５７が第一副室５１を挟んで主燃焼室３３とは反対側に配置されるため、第二副室５７における未燃ガスが主燃焼室３３へ流出することを抑制できる。したがって、副室内部のエネルギーを有効活用して、トーチジェットの噴出力を増大させることができる。さらに、トーチジェットの噴出力を増大できるため、ガスエンジン１０の効率向上及び燃焼変動低減することが可能となる。
【0024】
上述した第一実施形態のガスエンジン１０におけるスロート形成部４４は、更に、スロート６５の延長上に点火プラグ４５の点火部４５ｓが配置されないスロート角度でスロート６５を形成している。
このように構成することで、スロート６５を介して第二副室５７から第一副室５１へ流入する高温ガスが、点火部４５ｓに接触することを抑制できる。したがって、点火部４５ｓへの入熱を低減して、点火プラグ４５の寿命を延ばすことができる。
このように構成することで、スロート６５を介して第二副室５７から第一副室５１へ流入する高温ガスが、点火部４５ｓに接触することを抑制できる。したがって、点火部４５ｓへの入熱を低減して、点火プラグ４５の寿命を延ばすことができる。
【0025】
<第二実施形態>
次に、この開示の第二実施形態におけるガスエンジンを図面に基づき説明する。この第二実施形態のガスエンジンは、上述した第一実施形態のガスエンジン１０と、副室形成部が形成する噴孔及び、スロートの構成のみ異なる。したがって、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。なお、ガスエンジンの全体構成については、図１を援用して説明する。
次に、この開示の第二実施形態におけるガスエンジンを図面に基づき説明する。この第二実施形態のガスエンジンは、上述した第一実施形態のガスエンジン１０と、副室形成部が形成する噴孔及び、スロートの構成のみ異なる。したがって、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。なお、ガスエンジンの全体構成については、図１を援用して説明する。
【0026】
図３は、この開示の第二実施形態の副室形成部におけるシリンダー中心軸と垂直な断面図である。
図３に示すように、この第二実施形態における副室形成部１４０は、上述した第一実施形態の副室形成部４０と同様に、第一副室形成部４１と、噴孔形成部４２と、第二副室形成部４３と、スロート形成部４４と、を備えている。
図３に示すように、この第二実施形態における副室形成部１４０は、上述した第一実施形態の副室形成部４０と同様に、第一副室形成部４１と、噴孔形成部４２と、第二副室形成部４３と、スロート形成部４４と、を備えている。
【0027】
図１、図３に示すように、第一副室形成部４１は、第一実施形態と同様に、主燃焼室３３と連通された第一副室５１を形成している。第一副室５１は、シリンダヘッド３０のルーフ面３１の中心から主燃焼室３３内に突出するように設けられ、第一副室５１を画成する第一面部５２と第一周面部５３と第二面部５４とをそれぞれ備えている。第一周面部５３は、軸線方向Ｄａから見て円形をなしている。第一面部５２には、点火プラグ４５の点火部４５ｓを挿通するための貫通孔４６ｈが形成されている。第一副室５１内の軸線方向第二側Ｄａ２には、点火プラグ４５の点火部４５ｓが配置されている。
【0028】
噴孔形成部４２は、第一副室５１と主燃焼室３３とを連通させる噴孔５６を形成している。噴孔５６は、複数設けられている。この第二実施形態における複数の噴孔５６は、それぞれ第一周面部５３の中心軸（中心軸Ｃと等しい）を基準として回転対称に形成されている。この第二実施形態では、四つの噴孔５６が設けられており、これら四つの噴孔５６が第一周面部５３の中心軸Ｃを中心とした周方向Ｄｃに等間隔で設けられている。これら噴孔５６は、第一実施形態の噴孔５６と同様に、軸線方向第一側Ｄａ１に向かうほどルーフ面方向外側Ｄｈｏに向かうように傾斜している。第二実施形態における噴孔５６も、一定の孔径で形成され、第一副室形成部４１の第一周面部５３と第二面部５４との交わるコーナー部から主燃焼室３３に向けて延びている。
【0029】
そして、噴孔５６は、軸線方向Ｄａから見た（図３参照）噴孔５６の延長上に第一周面部５３の中心軸が配置されないような角度で形成されている。言い換えれば、例えば、複数の噴孔５６のうち、一つの噴孔５６Ａを一例として説明すると、図３に示す軸線方向Ｄａから見た噴孔５６の延びる方向Ｄ５６Ａと垂直な方向Ｄｖにおける噴孔５６Ａの位置は、方向Ｄｖにおける第一周面部５３の中心軸Ｃと第一周面部５３の端部５３ｔとの間になっている。さらに、この第二実施形態における噴孔５６Ａは、軸線方向Ｄａから見て噴孔５６Ａの延びる方向Ｄ５６Ａと垂直な方向Ｄｖにおいて、第一周面部５３の中心軸Ｃと、第一周面部５３の端部５３ｔとの間のうち、第一周面部５３の端部５３ｔに近い側に位置している。
【0030】
上記のような複数の噴孔５６を設けることで、ピストン２２の圧縮行程で主燃焼室３３から第一副室５１へ流入した混合ガスＧは、それぞれ中心軸Ｃを中心として、図３に矢印で示す同一方向に旋回することとなる。したがって、第一副室５１内に効率よく旋回流を形成することが可能となる。なお、四つの噴孔５６が設けられる場合を例示したが、噴孔５６は、一つだけ設けたり、五つ以上設けたりしてもよい。
【0031】
第二副室形成部４３は、第一実施形態と同様に、第一副室５１と連通された第二副室５７を形成している。この第二副室５７は、第一実施形態の第二副室５７と同様の構成であり、第三面部６１、第四面部６３、及び、第二周面部６２により画成され、第一副室５１を挟んで噴孔５６の反対側、すなわち第一副室５１よりも軸線方向第二側Ｄａ２に配置されている。
【0032】
スロート形成部４４は、第一副室５１と第二副室５７とを連通させるスロート６５を形成している。スロート６５は、混合ガスＧや燃焼したガスが通る流路であり、この第二実施形態におけるスロート６５も第一実施形態と同様に、一定の孔径で形成され、第一副室５１を画成する第一面部５２から第二副室５７を画成する軸線方向第一側Ｄａ１の面である第三面部６１に渡るように形成されている。
【0033】
スロート６５は、第一副室５１から第二副室５７へ向かうほど、ルーフ面方向外側Ｄｈｏに向かうように傾斜している。また、スロート形成部４４は、第一実施形態のスロート形成部４４と同様に、スロート６５の延長上に点火プラグ４５の電極が位置しないスロート角度でスロート６５を形成している。また、この実施形態におけるスロート６５の流路断面積は、噴孔５６の流路断面積と同等とされている。
【0034】
第二実施形態におけるスロート形成部４４は、ピストン２２の圧縮行程で主燃焼室３３から第一副室５１へ流入した際に旋回流となる混合気の旋回方向に沿うようにスロート６５を形成している。言い換えれば、図３に示すように軸線方向Ｄａから見た場合に、第一副室５１側のスロート６５の開口は、第一副室５１内の旋回流の流れ方向の上流側を向くように配置されている。
【0035】
<作用効果>
上述した第二実施形態のガスエンジン１０によれば、ピストン２２の圧縮行程で主燃焼室３３から第一副室５１へ流入して旋回流となる混合気の旋回する方向に沿うようにスロート６５を形成していることで、第一副室５１内の旋回流をスロート６５に円滑に流入させることができる。そのため、ピストン２２の圧縮行程におけるスロート６５内部の流れに起因する第二副室５７内部の旋回流を強化し第二副室５７内部の燃焼促進効果を向上させることができる。したがって、トーチジェットの噴出力を更に増加させることが可能となる。
上述した第二実施形態のガスエンジン１０によれば、ピストン２２の圧縮行程で主燃焼室３３から第一副室５１へ流入して旋回流となる混合気の旋回する方向に沿うようにスロート６５を形成していることで、第一副室５１内の旋回流をスロート６５に円滑に流入させることができる。そのため、ピストン２２の圧縮行程におけるスロート６５内部の流れに起因する第二副室５７内部の旋回流を強化し第二副室５７内部の燃焼促進効果を向上させることができる。したがって、トーチジェットの噴出力を更に増加させることが可能となる。
【0036】
さらに、吸排気行程においては、第二副室５７からスロート６５を介して第一副室５１に流入した既燃ガスが旋回流となり、この旋回流の旋回方向に沿う噴孔５６から主燃焼室３３に既燃ガスを効率よく排出させることができる。その結果、第二副室５７の既燃ガスを効率よく排気ポートから排出させることができる。
【0037】
この開示は上述した各実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
例えば、上述した各実施形態では、第一副室５１内に主燃焼室３３から混合ガスＧを流入させるいわゆるパッシブ式の副室ガスエンジンを一例にして説明したが、第一副室５１内に直接的に燃料ガスを噴射可能なアクティブ式の副室ガスエンジンであってもよい。
例えば、上述した各実施形態では、第一副室５１内に主燃焼室３３から混合ガスＧを流入させるいわゆるパッシブ式の副室ガスエンジンを一例にして説明したが、第一副室５１内に直接的に燃料ガスを噴射可能なアクティブ式の副室ガスエンジンであってもよい。
【0038】
また、上述した第二実施形態では、第二副室５７及びスロート６５を一つずつ設ける場合について説明した。しかし、第二副室５７及びスロート６５は、図４に示す変形例の副室形成部２４０のように、回転対称となるように複数設けてもよい。このようにすることで、複数の第二副室５７により、副室全体の容積を更に増大させることができるとともに、複数の第二副室５７においてそれぞれ旋回流により燃焼速度を高めることができるため、副室内のエネルギー増やしつつ、この増やしたエネルギーを有効活用することができる。したがって、トーチジェットの噴出力を更に増大させることができる。
【0039】
さらに、第二実施形態では、軸線方向Ｄａから見て噴孔５６を周方向Ｄｃで等間隔に配置して噴孔５６を回転対称に設ける場合について説明したが、噴孔５６の配置は、等間隔や回転対称に限られない。
【0040】
また、第二実施形態では、一つの第二副室５７に対して一つのスロート６５を設ける場合について説明したが、一つの第二副室５７に対して二つ以上のスロート６５を設けるようにしてもよい。
さらに、第二副室５７の形状及び配置は、上記各実施形態の形状に限られない。第二副室５７の形状は、その内部に旋回流を生じさせることが可能な形状であれば良く、例えば、円柱状、球状、円環状等、種々の形状としてもよい。
さらに、第二副室５７の形状及び配置は、上記各実施形態の形状に限られない。第二副室５７の形状は、その内部に旋回流を生じさせることが可能な形状であれば良く、例えば、円柱状、球状、円環状等、種々の形状としてもよい。
【0041】
＜付記＞
実施形態に記載のガスエンジンは、例えば以下のように把握される。
実施形態に記載のガスエンジンは、例えば以下のように把握される。
【0042】
（１）第１の態様に係るガスエンジン１０は、副室内で点火プラグ４５によって混合気を燃焼させてトーチジェットとして主燃焼室３３に噴出させる副室式のガスエンジン１０であって、前記主燃焼室３３と連通された第一副室５１を形成する第一副室形成部４１と、前記第一副室５１と前記主燃焼室３３とを連通させる噴孔５６を形成する噴孔形成部４２と、前記第一副室５１を挟んで前記噴孔５６の反対側に形成され、前記第一副室５１と連通された第二副室５７を形成する第二副室形成部４３と、前記第一副室５１と前記第二副室５７とを連通させるスロート６５を形成するスロート形成部４４と、を備える。
【0043】
このように構成することで、ピストン２２の圧縮行程では、主燃焼室３３の混合ガスＧが噴孔５６を介して主燃焼室３３から第一副室５１へ流入する。さらに、第一副室５１へ流入した混合ガスＧの一部は、スロート６５を介して第二副室５７へ流入する。このスロート６５を介して第二副室５７へ流入した混合ガスＧは、第二副室５７内で旋回流となる。そして、点火プラグ４５により第一副室５１の混合ガスＧに点火されると、その火炎がスロート６５を介して第二副室５７に伝播する。第二副室５７内の混合ガスＧは旋回流となっているため、旋回流でない場合と比較して混合ガスＧの燃焼速度が増加する。また、第二副室５７における燃焼速度が増加していることで、第二副室５７内部の圧力上昇率ｄｐ／ｄｔも大きくなるので、この第二副室５７とスロート６５で連通された第一副室５１内の圧力上昇率ｄｐ／ｄｔをも大きくすることができる。そして、第一副室５１と主燃焼室３３との差圧により、第一副室５１内部の高温ガスをトーチジェットとして主燃焼室３３に噴出させることができる。また、第二副室５７が第一副室５１を挟んで主燃焼室３３とは反対側に配置されるため、第二副室５７における未燃ガスが主燃焼室３３へ流出することを抑制できる。したがって、副室内部のエネルギーを有効活用して、トーチジェットの噴出力を増大させることができる。さらに、トーチジェットの噴出力を増大できるため、ガスエンジン１０の効率向上及び燃焼変動低減することが可能となる。
【0044】
（２）第２の態様に係るガスエンジン１０は、（１）のガスエンジン１０であって、スロート形成部４４が、前記点火プラグ４５の点火部が前記スロート６５の延長上に位置しないスロート角度で前記スロート６５を形成している。
このように構成することで、スロート６５を介して第二副室５７から第一副室５１へ流入する高温ガスが、点火部に接触することを抑制できる。したがって、点火部への入熱を低減して、点火プラグ４５の寿命を延ばすことができる。
このように構成することで、スロート６５を介して第二副室５７から第一副室５１へ流入する高温ガスが、点火部に接触することを抑制できる。したがって、点火部への入熱を低減して、点火プラグ４５の寿命を延ばすことができる。
【0045】
（３）第３の態様に係るガスエンジン１０は、（１）又は（２）のガスエンジン１０であって、前記スロート形成部４４は、ピストン２２の圧縮行程で前記主燃焼室３３から前記第一副室５１へ流入して旋回流となる前記混合気の旋回する方向に沿うように前記スロート６５を形成している。
このように構成することで、ピストン２２の圧縮行程で主燃焼室３３から第一副室５１へ流入して旋回流となる混合気の旋回する方向に沿うようにスロート６５を形成していることで、圧縮行程におけるスロート６５内部の流れに起因する第二副室５７内部の旋回流を強化し第二副室５７内部の燃焼促進効果を向上させることができる。したがって、トーチジェットの噴出力を更に増加させることが可能となる。
このように構成することで、ピストン２２の圧縮行程で主燃焼室３３から第一副室５１へ流入して旋回流となる混合気の旋回する方向に沿うようにスロート６５を形成していることで、圧縮行程におけるスロート６５内部の流れに起因する第二副室５７内部の旋回流を強化し第二副室５７内部の燃焼促進効果を向上させることができる。したがって、トーチジェットの噴出力を更に増加させることが可能となる。
【0046】
さらに、吸排気行程においては、第二副室５７からスロート６５を介して第一副室５１に流入した既燃ガスが旋回流となり、この旋回流の旋回方向に沿う噴孔５６から主燃焼室３３に既燃ガスを効率よく排出させることができる。その結果、第二副室５７の既燃ガスを効率よく排気ポートから排出させることができる。
【0047】
（４）第４の態様に係るガスエンジン１０は、（１）から（３）の何れか一つのガスエンジン１０であって、前記第二副室形成部４３は、複数の前記第二副室５７を形成しており、前記スロート形成部４４は、複数の前記第二副室５７をそれぞれ前記第一副室５１に連通させる複数の前記スロート６５を形成している。
このように構成することで、複数の第二副室５７により、副室全体の容積を更に増大させることができるとともに、複数の第二副室５７においてそれぞれ旋回流により燃焼速度を高めることができるため、副室内のエネルギー増やしつつ、この増やしたエネルギーを有効活用することができる。したがって、トーチジェットの噴出力を更に増大させることができる。
このように構成することで、複数の第二副室５７により、副室全体の容積を更に増大させることができるとともに、複数の第二副室５７においてそれぞれ旋回流により燃焼速度を高めることができるため、副室内のエネルギー増やしつつ、この増やしたエネルギーを有効活用することができる。したがって、トーチジェットの噴出力を更に増大させることができる。
【符号の説明】
【0048】
１０…ガスエンジン ２０…シリンダブロック ２０ａ…端面 ２２…ピストン ２３…コンロッド ２４…クランクシャフト ３０…シリンダヘッド ３１…ルーフ面 ３３…主燃焼室 ３４…吸気ポート ３４ａ…端部 ３５…排気ポート ３５ａ…端部 ３６…吸気弁 ３７…排気弁 ４０，１４０，２４０…副室形成部 ４１…第一副室形成部 ４２…噴孔形成部 ４３…第二副室形成部 ４４…スロート形成部 ４５…点火プラグ ４５ｓ…点火部 ４６…点火プラグ固定部 ５１…第一副室 ５２…第一面部 ５３…第一周面部 ５４…第二面部 ５５…コーナー部 ５６…噴孔 ５７…第二副室 ６１…第三面部 ６２…第二周面部 ６３…第四面部 ６５…スロート Ｃ…中心軸 Ｇ…混合ガス
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】