(57)【要約】      （修正有）【課題】シリンダ部材と点火構造部材との熱膨張率の違いによって、シリンダの熱変形によって点火構造部材に応力が発生するという不具合を解消するエンジンの燃焼室構造を提供する。【解決手段】燃焼室１０を形成するシリンダ天井面またはシリンダ壁面に設けられる絶縁層２１と、前記絶縁層２１に設けられる複数の導電部２３と、隣り合う前記導電部２３の間に設けられ放電によって点火する点火部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を形成するシリンダ天井面又はシリンダ壁面に設けられる絶縁層と、
前記絶縁層に設けられる複数の導電部と、
隣り合う前記導電部の間に設けられ放電によって点火する点火部と、
を備えるエンジンの燃焼室構造。
【請求項２】
前記絶縁層は、陽極酸化処理又はセラミックコーティングによって形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃焼室構造。
【請求項３】
前記絶縁層は、シリンダ壁面であってピストンの上死点よりも上側に環状に形成される、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの燃焼室構造。
【請求項４】
シリンダヘッドとシリンダブロックとの接合面がピストンの上死点よりも下側に位置し、
前記絶縁層はシリンダヘッド側のシリンダ壁面に環状に形成される、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの燃焼室構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼効率を上げるために燃焼室内に複数の点火プラグを設ける多点点火エンジンの燃焼室構造が知られている。さらに特許文献１では、燃焼室壁面に沿って環状に形成され絶縁部材からなる環状ボディを燃焼室の壁面に嵌め込んで、その環状ボディの内周面に臨んで導電部と放電ギャップからなる複数の点火部を設ける燃焼室構造が示されている。
【０００３】
通常、燃焼室中央に点火プラグを設けたエンジンでの燃焼では燃焼室中心から燃え広がる火炎によって燃焼室外周縁のガスが圧縮されることで圧縮されたガスが高温になりノッキングが発生しやすくなる。ところが、上記のように環状ボディの内周面上に位置する１ヶ所の中心電極から放電点火によって、ノッキングが発生しやすい燃焼室の外周縁の複数個所への点火を行うことで上記ノッキングを防止可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２００７−２１３２４２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述した従来のエンジンの燃焼室構造では、環状ボディとシリンダとの材料が異なるので使用温度域が変わると熱膨張率の違いによって環状ボディに応力が発生し、劣化を促進してしまうという可能性があった。
【０００６】
例えば直列エンジンにおいて温間時の環状ボディとシリンダの寸法を基準に環状ボディをシリンダに組み付けた場合には、冷間時になるとセラミック等の絶縁部材である環状ボディはシリンダよりも熱膨張率が小さく略変形しないので、環状ボディがシリンダに圧迫される。このような圧迫は、環状ボディに応力を発生させ、劣化を促進させる要因となる。逆に冷間時の環状ボディとシリンダの寸法を基準に環状ボディをシリンダに組み付けた場合には、温間時になるとシリンダは膨張するが環状ボディは略変形しないので、環状ボディとシリンダとの間に隙間が生じる。このような隙間は、エンジンの振動によって環状ボディがシリンダに衝突しその衝撃で環状ボディの劣化を促進する要因となる。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、シリンダ部材と点火構造部材との熱膨張率の違いによる不具合を解消するエンジンの燃焼室構造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】
【０００８】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００９】
本発明は、燃焼室（１０）を形成するシリンダ天井面またはシリンダ壁面に設けられる絶縁層（２１）と、前記絶縁層（２１）に設けられる複数の導電部（２３）と、隣り合う前記導電部（２３）の間に設けられ放電によって点火する点火部（２５）と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、燃焼室を形成するシリンダ天井面またはシリンダ壁面に絶縁層を設けて、絶縁層に導電部と点火部とを設ける。直接シリンダに絶縁層を設けるので、絶縁層がシリンダ壁面の熱膨張に追従し、温間時の環状ボディとシリンダの寸法を基準に環状ボディをシリンダに組み付けた場合に冷間時にシリンダが環状ボディに与える応力の問題や、冷間時の環状ボディとシリンダの寸法を基準に環状ボディをシリンダに組み付けた場合に温間時に発生するシリンダと環状ボディとの隙間の問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態のエンジンの燃焼室構造を示す図である。
【図２】シリンダヘッドの下から見た本実施形態の環状点火プラグ構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態のエンジンの燃焼室構造を示す図であり、図１（Ａ）はエンジンの構造図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の環状点火プラグを含む部分を拡大した図である。
【００１４】
燃焼室１０は、シリンダヘッド４０と、シリンダブロック４１と、ピストン３３とで形成される。燃焼室１０は、中心点火プラグ３０の他に環状点火プラグ２０が外周に設けられる。
【００１５】
燃焼室１０は、本実施形態ではいわゆるペントルーフタイプが例示されている。ペントルーフ稜線には中心点火プラグ３０が設けられる。ペントルーフ稜線を挟んで一方のルーフ(図１では右側のルーフ)には吸気バルブ３１が設けられる。ペントルーフ稜線を挟んで他方のルーフ(図１では左側のルーフ)には排気バルブ３２が設けられる。なおエンジンの当業者においては重力方向とは別に上死点／下死点という表現が使用される。水平対向エンジン等においては、必ずしも上死点が重力方向の上、下死点が重力方向の下になるとは限らないし、また仮にエンジンを倒立した場合には、上死点が重力方向の下、下死点が重力方向の上になる。本明細書においては、慣習にしたがい、上死点側を上、下死点側を下、とし、燃焼室１０の上方をルーフ（天井）と表現する。
【００１６】
シリンダヘッド４０は、主に燃焼室１０のシリンダ天井面を構成する。本実施形態においてシリンダヘッド４０は燃焼室１０のシリンダ壁面１０ａの一部をも構成する。シリンダヘッド４０には冷却水通路４２ａが設けられる。シリンダヘッド４０とシリンダブロック４１との接合面４０ａはピストン３３の上死点付近に設けられる。またシリンダヘッド４０は、シリンダ壁面１０ａ部分に環状点火プラグ２０が形成される。環状点火プラグ２０について詳細は後述するが、シリンダヘッド４０は図１（Ｂ）に拡大して示すようにシリンダ壁面１０ａ部分の表面を絶縁処理され、絶縁層２１が生成される。絶縁層２１の内周面２１ａには、導電部２３が蒸着処理して設けられる。
【００１７】
図１（Ａ）に戻る。シリンダブロック４１はシリンダヘッド４０とともに燃焼室１０のシリンダ壁面１０ａを構成する。シリンダブロック４１には冷却水通路４２ｂが設けられる。
【００１８】
冷却水通路４２は、シリンダヘッド４０とシリンダブロック４１とを冷却するためそれぞれに冷却水通路４２ａ，４２ｂが設けられる。
【００１９】
ピストン３３は、燃焼室１０をシリンダ壁面１０ａに沿って上下に往復運動する。上述した上死点とはピストン３３が燃焼室１０の上方に達したときをいい、下死点とはピストン３３が燃焼室１０の下方に達したときをいう。
【００２０】
ここで図２を参照して環状点火プラグ２０について説明する。環状点火プラグ２０は、燃焼室１０のシリンダ壁面１０ａのシリンダヘッド４０側に環状に設けられる。環状点火プラグ２０は、ピストン３３の上死点よりも上側に設けられる。環状点火プラグ２０は、絶縁層２１と、中心電極２２と、導電部２３と、アース２４と、を含む。そして環状点火プラグ２０は６つの点火部２５を有する。
【００２１】
絶縁層２１は、シリンダ壁面１０ａのシリンダヘッド４０側に、たとえば陽極酸化処理、セラミック溶射処理などのように絶縁域を生成する処理方法によって形成される層である。絶縁層２１は、シリンダ壁面１０ａを一周するように環状に設けられる。絶縁層２１の厚さ２１ｂ及び２１ｃは、処理方法による絶縁層２１の特性に応じて環状点火プラグ２０としての機能を確保できる厚さにすればよい。絶縁層２１の上面２１ｂから下面２１ｃまで距離は、放電防止が確実にできる距離であればよい。
【００２２】
中心電極２２は、たとえば白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などのように耐熱性及び導電性のある材料で構成された細長い棒状電極である。中心電極２２の先端は、絶縁層２１の内周面２１ａに位置する。図示を省略するが中心電極２２は、点火コイルに接続される。
【００２３】
導電部２３は、たとえば白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などのように耐熱性及び導電性のある材料が絶縁層２１の内周面２１ａに蒸着処理されて長方形に形成される。本実施形態では６つの導電部２３ａ〜２３ｆが設けられる。この６つの導電部２３ａ〜２３ｆが中心電極２２の先端を先頭として、絶縁層２１の内周面２１ａに所定間隔を開けて一列に設けられる。中心電極２２の両側に位置する導電部２３ａ，２３ｆのうち一方の導電部２３ａは中心電極２２に近接して放電ギャップ２５ａを構成する。他方の導電部２３ｆは、一方の導電部２３ａよりも中心電極２２から十分に離間している。このため中心電極２２に電圧が印加されても、中心電極２２と導電部２３ｆとの間では放電しない。中心電極２２の先端２２ａと絶縁層２１の上面２１ｂ及び下面２１ｃとの距離は、中心電極２２の先端２２ａと導電部２３ａとの距離に比べて十分大きく、放電防止が確実にできる距離である。互いに隣接する導電部２３の間には、５つの放電ギャップ２５ｂ〜２５ｆが形成される。５つの放電ギャップ２５ｂ〜２５ｆのギャップ量は全て等しい。またそのギャップ量と略等しくなるように放電ギャップ２５ａが形成される。環状点火プラグ２０においては、放電ギャップ２５ａ〜２５ｆのギャップ量の和、すなわちギャップ量の総和によってエネルギー量が決定される。
【００２４】
アース２４は、中心電極２２に印加された電圧をシリンダヘッド４０に逃がす。アース２４は、中心電極２２の両側に位置する導電部２３ａ，２３ｆのうち中心電極２２から離間した導電部２３ｆに連続するように形成される。アース２４は、導電部２３と同様にたとえば白金(Ｐｔ)、イリジウム(Ｉｒ)などのように耐熱性及び導電性のある材料を蒸着処理することによって絶縁層２１の内周面２１ａから上面２１ｂにかけて形成される。絶縁層２１の上面２１ｂに貼り付けられた部分がシリンダヘッド４０に接触することで、中心電極２２に印加された電圧をシリンダヘッド４０に逃がす。
【００２５】
点火部２５とは、環状点火プラグ２０に形成された放電ギャップ２５ａ〜２５ｆである。
【００２６】
このような構造の環状点火プラグ２０を使用すれば、点火コイルのエネルギーを受けて各放電ギャップ２５ａ〜２５ｆで飛火し、多点点火することができる。
【００２７】
本実施形態によれば、シリンダヘッド４０のシリンダ壁面１０ａに直接、環状点火プラグ２０の絶縁層２１を設けている。シリンダヘッド４０の熱膨張に対して絶縁層２１は追従することができるので、絶縁層２１に設ける点火部２５の中心がシリンダヘッド４０の中心に対してずれることがない。
【００２８】
別体の環状ボディを用いた従来技術では、シリンダヘッドと環状ボディの熱膨張の差によってシリンダヘッドと環状ボディに隙間が生じる可能性がある。このとき、環状ボディの中心がシリンダヘッドの中心からずれてしまうと、燃焼の中心がずれることになり燃焼効率を悪化させてしまう可能性がある。しかしながら、上記のように絶縁層２１はシリンダヘッド４０の熱膨張に追従することができるので、点火部２５の中心がずれることが無く、燃焼効率が悪化しない。
【００２９】
また温度変化によって熱膨張してもシリンダヘッド４０と絶縁層２１との接合面は、絶縁層２１を溶射処理などしてシリンダヘッド４０の表面であるシリンダ壁面１０ａに形成する場合、１面のみとなる。これにより絶縁層２１がシリンダヘッド４０との熱膨張率の差によって受ける影響は小さい。また絶縁層２１をシリンダヘッド４０の表面であるシリンダ壁面１０ａそのものを化学反応させて形成する場合は、絶縁層２１がシリンダヘッド４０の一部であるので、熱膨張率の差による応力の発生が起こる心配がない。
【００３０】
特に絶縁層２１を陽極酸化処理によって形成する場合は、シリンダヘッド４０そのものの酸化処理となるので、物理的に絶縁層２１が剥がれたり割れる心配がない。またシリンダ部材の材料がアルミニウム材であれば、アルミニウムの表面処理方法として陽極酸化処理は最も安定した方法であるので信頼性が高い。
【００３１】
また環状点火プラグ２０をシリンダヘッド４０と一体化して設けることで、部品点数を削減することができる。これによりコストを削減できる。またエンジンを軽量化できる。さらに燃焼室形状を設計するときの自由度が向上する。
【００３２】
また本実施形態では、シリンダヘッド４０とシリンダブロック４１との接合面４０ａをピストン３３の上死点付近に設けて、環状点火プラグ２０をシリンダヘッド４０側のシリンダ壁面１０ａに設けた。このため燃焼室１０に近いシリンダヘッド４０の冷却水通路４２ａの断面積を、接合面４０ａの位置が下がった分だけ拡大することができるので、冷却効果が向上する。さらに環状点火プラグ２０は火炎伝播が遅い燃焼室１０の外周部分に設けられ多点点火するので、燃焼室１０の燃焼時間を短縮することができる。これらにより熱効率が向上し、燃費性能が向上する。
【００３３】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【００３４】
例えば実施形態において絶縁層を設ける位置をシリンダヘッド側のシリンダ壁面としたが、それに限らずシリンダ天井面やシリンダ天井面とシリンダ壁面とに跨って設けてもよい。またシリンダヘッドとシリンダブロックとの接合面がピストンの上死点付近に位置するシリンダではなく、シリンダヘッドが燃焼室の天井面を形成しシリンダブロックが燃焼室の壁面を形成するシリンダでも構わない。その場合はシリンダブロック側のシリンダ壁面に環状点火プラグを設けることが可能である。環状点火プラグがピストンの上死点よりも上側に配置されていれば問題ない。また燃焼室の形状もペントルーフタイプに限らない。多球形燃焼室でもよい。さらに点火プラグは環状に限らず、必要な長さの点火プラグを形成すればよい。本発明では絶縁層を直接シリンダ本体に設けるので、燃焼室内において点火源としたいところに容易に設けることが可能である。
【００３５】
また絶縁層を形成する絶縁処理は、実施形態のように環状点火プラグの構成（絶縁層）を形成するためだけでなく、電流リークを防止するためにも適用可能である。例えば、ある点火プラグからの電流リークを防止するために、その点火プラグの近傍を絶縁処理する、実施形態の燃焼室の点火構造であれば環状点火プラグの点火時に隣接するピストン冠面の外周縁付近を絶縁処理する、などが挙げられる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  燃焼室
１０ａシリンダ壁面
２０  環状点火プラグ
２１  絶縁層
２３  導電部
２５  放電ギャップ（点火部）
３３  ピストン
４０  シリンダヘッド
４０ａシリンダヘッドとシリンダブロックとの接合面
４１  シリンダブロック
【図１】
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【図２】
2010185429.tif 000004