(57)【要約】【課題】燃焼速度を向上させ、ノッキングの抑制効果が大きい内燃機関の燃焼室構造を提供する。【解決手段】内燃機関の燃焼室１０の周囲のスキッシュエリア１２に設けられた空間部２１，２２と、前記空間部に配置された点火プラグ１６，１７と、前記空間部と前記燃焼室とを連通させる通路２３，２４とを備えている。前記点火プラグは、前記燃焼室を平面視して対象な位置に２つ設けられ、更に、前記燃焼室の概ね中央部に設けられた点火プラグ１５を備えている。前記概ね中央部に設けられた点火プラグ１５に比べて、前記スキッシュエリアの前記空間部に配置された点火プラグ１６，１７は、遅れたタイミングで点火される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室の周囲のスキッシュエリアに設けられた空間部と、
前記空間部に配置された点火プラグと、
前記空間部と前記燃焼室とを連通させる通路と
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の燃焼室構造において、
前記点火プラグは、前記燃焼室を平面視して対象な位置に２つ設けられ、
更に、
前記燃焼室の概ね中央部に設けられた点火プラグを備えた
ことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の燃焼室構造において、
前記通路は、前記燃焼室の周方向に沿うように設けられている
ことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【請求項４】
請求項２記載の内燃機関の燃焼室構造において、
前記概ね中央部に設けられた点火プラグに比べて、前記スキッシュエリアの前記空間部に配置された点火プラグは、遅れたタイミングで点火される
ことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【請求項５】
請求項２または４に記載の内燃機関の燃焼室構造において、
前記内燃機関は、成層運転モードを有する筒内直噴エンジンであり、
前記成層運転モードのときには、前記概ね中央部に設けられた点火プラグのみが点火される
ことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【請求項６】
請求項２または４に記載の内燃機関の燃焼室構造において、
前記内燃機関は、成層運転モードを有する筒内直噴エンジンであり、
ピストンの頂面において、前記概ね中央部に設けられた点火プラグと、前記スキッシュエリアの前記空間部に配置された点火プラグにそれぞれ対応する位置には、成層運転モードのときに燃焼が噴射されるキャビティが形成され、
前記通路は、前記概ね中央部に設けられた点火プラグに向くように設けられている
ことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室構造に関し、特に、燃焼速度を向上させ、ノッキングの抑制効果が大きい内燃機関の燃焼室構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室の概ね中央部で点火された混合気の燃焼は、燃焼室外縁部へと伝播していくが、その火炎伝播速度が不十分であると、高圧となった外縁部の混合気が自着火を起こし、ノッキングが発生する。ノッキングの発生を抑制するためには、点火時期の遅角や圧縮比の抑制を行なう必要があり、効率が悪化する。即ち、ノッキングの発生を理由として、点火時期を進角できず、又は圧縮比が上げられないことにより、性能が悪化する。
【０００３】
発明協会の公開技法番号２００３−５０２９３３（非特許文献１）には、３点点火方式において、１点は燃焼室中心に点火プラグを設け、２点はスキッシュ領域に点火プラグを設け、スキッシュ領域に配置された点火プラグの周囲には、環状の（３６０°開放された）空間が形成されている。
【０００４】
特開平７−２６９６１号公報（特許文献１）には、中央部に一つ、外周部に二つの点火プラグを備え、外周部の点火プラグをトーチとして外周部に沿って火炎を噴出させることにより、燃焼の早い時期に環状火炎を形成する技術が開示されている。この特許文献２において、外周部の点火プラグは、スキッシュ領域に設けられているわけではない。
【０００５】
【非特許文献１】発明協会公開技法番号２００３−５０２９３３
【特許文献１】特開平７−２６９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃焼速度を向上させ、ノッキングの抑制効果が大きいことが望まれている。
多点点火とスキッシュによる乱れ強化の両立を図ることが望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、燃焼速度を向上させ、ノッキングの抑制効果が大きい内燃機関の燃焼室構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の内燃機関の燃焼室構造は、内燃機関の燃焼室の周囲のスキッシュエリアに設けられた空間部と、前記空間部に配置された点火プラグと、前記空間部と前記燃焼室とを連通させる通路とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明の内燃機関の燃焼室構造において、前記点火プラグは、前記燃焼室を平面視して対象な位置に２つ設けられ、更に、前記燃焼室の概ね中央部に設けられた点火プラグを備えたことを特徴としている。
【００１０】
本発明の内燃機関の燃焼室構造において、前記通路は、前記燃焼室の周方向に沿うように設けられていることを特徴としている。
【００１１】
本発明の内燃機関の燃焼室構造において、前記概ね中央部に設けられた点火プラグに比べて、前記スキッシュエリアの前記空間部に配置された点火プラグは、遅れたタイミングで点火されることを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関の燃焼室構造において、前記内燃機関は、成層運転モードを有する筒内直噴エンジンであり、前記成層運転モードのときには、前記概ね中央部に設けられた点火プラグのみが点火されることを特徴としている。
【００１３】
本発明の内燃機関の燃焼室構造において、前記内燃機関は、成層運転モードを有する筒内直噴エンジンであり、ピストンの頂面において、前記概ね中央部に設けられた点火プラグと、前記スキッシュエリアの前記空間部に配置された点火プラグにそれぞれ対応する位置には、成層運転モードのときに燃焼が噴射されるキャビティが形成され、前記通路は、前記概ね中央部に設けられた点火プラグに向くように設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の内燃機関の燃焼室構造によれば、燃焼速度を向上させることができ、ノッキングの抑制効果が大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の内燃機関の燃焼室構造の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１及び図２を参照して、第１実施形態について説明する。図１は、燃焼室を下面側から見た図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図１において、符号１０は燃焼室、１１はシリンダボア、１２はスキッシュ領域、１３は排気弁、１４は吸気弁、１５〜１７は第１〜第３点火プラグである。図２において、符号１００はピストンであり、１００ａはピストン頂面、２００はシリンダヘッドである。
【００１７】
本実施形態では、点火プラグが３点設けられている（符号１５〜１７）。１点の第１点火プラグ１５は、概ね中央部に設けられ、残りの２点の第２及び第３点火プラグ１６，１７は、燃焼室１０の外縁部の排気弁１３と吸気弁１４の間に設けられている。符号１２に示すように、燃焼室１０の周囲にはスキッシュ領域が設けられている。
【００１８】
図１及び図２に示すように、第２及び第３点火プラグ１６，１７の周辺には、空間２１，２２が設けられている。上記空間２１，２２と燃焼室１０とを結ぶ管状領域２３，２４が設けられている。図２は、ピストン１００が上死点近傍にある状態を示しており、このときに、ピストン１００の頂面１００ａとシリンダヘッド２００に形成された凹部２０１，２０２との間に、管状領域２３，２４を残して、空間２１，２２が形成される。管状領域２３，２４は、図１に示すように、燃焼室１０の周方向に沿うように、言い換えれば、シリンダボア１１の径方向の仮想線分（中心線）Ｌから所定角度を持つように傾けて設置されている。
【００１９】
上記第１実施形態によれば、点火が行なわれると、第１点火プラグ１５からは通常の火炎伝播が広がり、第２及び第３点火プラグ１６，１７からは初期にプラグ周りの空間２１，２２の圧力が高まり、燃焼した、又は燃焼中の高温のガスが管状領域２３，２４を通って燃焼室１０内に噴き出す。
【００２０】
管状領域２３，２４を通って燃焼室１０室内に噴き出されたガスは、第１点火プラグ１５から離れた外周部分の混合気を燃焼させると同時に、周方向の旋回流を作ることにより、燃焼速度を速める。これにより、ノッキングが抑制され、点火時期の進角や高圧縮比化が可能となり、性能が向上する。
【００２１】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。
第２実施形態において、上記第１実施形態と共通する部分についての説明は省略する（以下の実施形態についても同様）。
【００２２】
上記第１実施形態の構成において、点火が上記第１、第２及び第３点火プラグ１５〜１７において同時に行なわれると、上記のようにノッキングが抑制されるため、点火時期の進角が可能となる。ところが、点火時期が進角されると、ピストンが相対的に下方位置にあるときに点火が行なわれるため、スキッシュ領域１２に隙間が多くなり、管状領域２３，２４からの噴き出しが弱くなる。その結果、ノッキングの抑制効果が弱まることになり、このことを理由として、点火時期の進角を十分に行なうことができないことがある。
【００２３】
そこで、第２実施形態では、第１点火プラグ１５の点火は、ＭＢＴのタイミングで行い、第２及び第３点火プラグ１６，１７の点火タイミングを遅らせて、スキッシュ領域１２が十分に狭くなるピストンのＴＤＣ付近で点火を行なう。
【００２４】
上記のように、点火タイミングをずらすことにより、第２及び第３点火プラグ１６，１７によりノッキング抑制効果を保持しつつ、第１点火プラグ１５により効率的なタイミングで火炎伝播が開始される。
【００２５】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。
【００２６】
上記第１実施形態の構成を成層運転モードを持つ筒内直噴エンジンに適用した場合、ピストンの概ね中央部にピストンキャビティにある混合気（成層混合気）に点火可能なのは
、第１点火プラグ１５のみであり、第２及び第３点火プラグ１６，１７の点火は無駄となる。
【００２７】
そこで、第３実施形態では、上記第１実施形態の構成を成層運転モードを持つ筒内直噴エンジンに適用した場合に、均質運転モードと成層運転モードで点火プラグ１５〜１７の点火の有無を変更する。即ち、均質運転モードでは、第１、第２及び第３点火プラグ１５〜１７による点火を行い、成層運転モードでは、第１点火プラグ１５のみによる点火を行なう。
【００２８】
上記のように、成層運転時に無意味な点火を止めることにより、点火エネルギーを減少させることができ、燃費の向上につながる。
【００２９】
（第４実施形態）
次に、図３及び図４を参照して、第４実施形態について説明する。
【００３０】
図３は、燃焼室を下面側から見た図である。図４は、ピストンを上面から見た図である。第４実施形態では、上記第３実施形態と同様に、上記第１実施形態の構成を成層運転モードを持つ筒内直噴エンジンに適用した場合についてである。但し、図３に示すように、第３実施形態では、図１における管状領域２３，２４と異なり、管状領域２５，２６は、第１点火プラグ１５に向くように設ける。
【００３１】
図４に示すように、ピストン３０の頂面には、第１〜第３点火プラグ１５〜１７にそれぞれ対応する位置に、第１〜第３キャビティ３１〜３３が設けられている。第１点火プラグ１５に対応するように設けられた第１キャビティ３１は、通常の成層燃焼用であり、第２及び第３点火プラグ１６，１７にそれぞれ対応するように設けられた第２及び第３キャビティ３２，３３は、燃焼ガスを管状領域２５，２６から噴き出させるためのものである。なお、符号２８はインジェクタを示しており、符号３４はバルブリセスをそれぞれ示している。
【００３２】
インジェクタ２８は、３つ以上の孔を有し、成層燃焼用の燃料４１を第１キャビティ３１に向けて噴射するとともに、管状領域２５，２６からの燃焼ガスの噴き出し用の燃料４２，４３を第２及び第３キャビティ３２,３３に向けて噴射する。
【００３３】
第４実施形態によれば、第２及び第３キャビティ３２,３３に供給された燃料４２，４３が、第２及び第３点火プラグ１６，１７の点火によって燃焼し、管状領域２５，２６から燃焼ガスが噴き出す。これにより、第１キャビティ３１内の混合気の燃焼が早まり、効率が高まることにより燃費が向上する。
【００３４】
（第５実施形態）
図５から図８を参照して、第５実施形態について説明する。
【００３５】
燃焼速度向上の手段として、多点点火による火炎伝播距離の短縮とスキッシュによる乱れ強化があるが、両者を同時に実現することは非常に困難である。強力なスキッシュを得ようとする場合、図９に示すように、ハッチングで示したボア外周部をスキッシュエリア５１とする必要があるが、このハッチング領域をスキッシュエリアとすると、点火プラグに残されたスペースは、中央部しか無くなる。
【００３６】
図５は、第５実施形態の燃焼室を下面側から見た図であり、図６は、図５のＡ−Ａ線断面図であり、図７は、図５のＢ−Ｂ線断面図であり、図８は、第５実施形態の要部の拡大図である。
【００３７】
図５から図８に示すように、スキッシュエリア５２を減少させずに点火プラグを複数配置する方法として、スキッシュエリア５２の上部のシリンダヘッド６０にキャビティ５３を設け、そのキャビティ５３の中に点火プラグ５４が収容されている。キャビティ５３は、壁部５５によって仕切られており、その壁部５５の一部に開口部５６が形成されている。キャビティ５３と燃焼室１０との連通は、スキッシュ部５２から燃焼室１０の天井面１０ａに繋がる壁部分に設けられた開口部５６を介して行なわれる。図６において、矢印Ｙ１は、火炎噴出方向を示しており、図６及び図８において、符号６１は、ピストンの頂面を示している。
【００３８】
図８に示すように、キャビティ５３は、シリンダヘッド６０の内部において壁部５５で囲まれた空間として設けられ、その空間の内部に点火プラグ５４が収容されている。壁部５５のうち燃焼室１０の中央部に対向する面に開口部５６が形成されている（図５参照）。燃焼室１０の中央部に対向する面にのみ開口部５６が形成されているため、キャビティ５３内で点火プラグ５４により点火が行なわれると、開口部５６から勢いよく火炎が噴出する。
【００３９】
シリンダヘッド６０の燃焼室１０のスキッシュエリア５２に燃焼室１０の中央に向け開口部５６を持つキャビティ５３を設け、そのキャビティ５３内に点火することで、キャビティ５３から噴出する火炎とスキッシュ流が一体となり、非常に強い乱れが生成され、燃焼速度が向上する。
【００４０】
図６、図８及び図２に示すように、第３実施形態（図６、図８）では、点火プラグ５４を収容するキャビティ５３は、壁部５５のみによって、言い換えればシリンダヘッド６０側のみによって、形成されている。これに対して、上記第１実施形態（図２）では、ピストン１００の頂面１００ａとシリンダヘッド２００の凹部２０１，２０２によって、空間２１,２２及び管状領域２３，２４が形成されている。
【００４１】
このことから、空間２１,２２又はキャビティ５３にすす（デポジット）がたまった場合には、上記第１実施形態の構成の方が空間２１，２２の下方が開放されている（ピスト１００が下方位置にあるとき）という点において、すすを取り除き易いという長所がある。一方、図６及び図８に示すように、第３実施形態では、ピストンの上昇によって、ピストンの頂面６１と壁部５５の下面との間は、スキッシュ流が発生する程度の圧縮空間となるという長所がある。
【００４２】
また、第３実施形態は、キャビティ５３の下面が壁部５５によって構成されている（ピストンの頂面６１をキャビティ５３の構成要素としていない）ため、ピストンの位置によらず、どのようなタイミングでも火炎を開口部５６から噴き出せることができる。
【００４３】
以上述べたように、第５実施形態によれば、多点点火５４,５４と大きなスキッシュエリア５２の両立が可能となる。加えて、点火プラグ５４が収まるキャビティ５３からは、トーチ状の火炎噴出が発生し、その方向はスキッシュ流の方向と一致するため、より強力な乱れ付加効果が発揮される。
【００４４】
キャビティ５３から噴出する火炎の流速は非常に速いため、開口部５６での冷却損失増加及び開口部５６の磨耗が発生し易い。これを防止するために、点火プラグ５４の先端部が収まる部分（キャビティ５３）に、副室式ディーゼルエンジンと同様に、セラミックス製インサートを挿入する。即ち、キャビティ５３を形成する壁部５５は、熱伝導率の低いセラミックス製とすることにより、火炎噴出時の冷却損失増大と開口部５６の磨耗を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の内燃機関の燃焼室構造の第１実施形態の燃焼室を下面側から見た図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の内燃機関の燃焼室構造の第４実施形態の燃焼室を下面側から見た図である。
【図４】本発明の内燃機関の燃焼室構造の第４実施形態のピストンを上面側から見た図である。
【図５】本発明の内燃機関の燃焼室構造の第５実施形態の燃焼室を下面側から見た図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】本発明の内燃機関の燃焼室構造の第５実施形態の要部の拡大図である。
【図９】一般の内燃機関の燃焼室構造のスキッシュエリアを示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  燃焼室
１１  シリンダボア
１２  スキッシュ領域
１３  排気弁
１４  吸気弁
１５  第１点火プラグ
１６  第２点火プラグ
１７  第３点火プラグ
２１  空間
２２  空間
２３  管状領域
２４  管状領域
２８  インジェクタ
３０  ピストン
３１  第１キャビティ
３２  第２キャビティ
３３  第３キャビティ
３４  バルブリセス
４１  成層燃焼用の燃料
４２,４３  燃焼ガスの噴き出し用の燃料
５１  スキッシュエリア
５２  スキッシュエリア
５３  キャビティ
５４  点火プラグ
５５  壁部
５６  開口部
６０  シリンダヘッド
６１  ピストンの頂面
１００  ピストン
１００ａ  ピストン頂面
２００  シリンダヘッド
２０１  凹部
２０２  凹部
Ｌ  仮想線分
Ｙ１  火炎噴出方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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