(57)【要約】【課題】専用のアルコール系燃料以外の各種の燃料に対してもグロープラグを用いた好適な運転を実現することができるグローエンジンを提供する。【解決手段】グロープラグ３５の先端部Ｐを、燃焼室５７内に突出させ、上死点に位置するときのピストン５３の頂面５３ａに近い所定領域に配置させる。これにより、専用のアルコール系燃料以外の各種の燃料に対してもグロープラグ３５を用いた好適な運転（燃焼）を実現することができる。【選択図】図１
2011144803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予混合気が導入される燃焼室内に先端部が臨まされたグロープラグを有し、当該グロープラグによって混合気を圧縮点火させるグローエンジンであって、
前記グロープラグを前記燃焼室内においてピストンの頂面に向かって突出させ、且つ、前記グロープラグの先端部が上死点に位置するときのピストンの頂面に近い所定領域に配置されていることを特徴とするグローエンジン。
【請求項２】
前記所定領域は、グロープラグの先端部から上死点に位置するときのピストンの頂面までの距離をＧ、上死点に位置するときのピストンの頂面から燃焼室頂部までの距離をＨとした場合、
０≦Ｇ／Ｈ≦０．８
を満たす領域であることを特徴とする請求項１に記載のグローエンジン。
【請求項３】
前記所定領域は、グロープラグの先端部から上死点に位置するときのピストンの頂面までの距離をＧ、シリンダ直径をＢとした場合、
０≦Ｇ／Ｂ≦０．４
を満たす領域であることを特徴とする請求項１に記載のグローエンジン。
【請求項４】
前記所定領域が、前記ピストンの頂面の中心軸の延長線上近傍の領域であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のグローエンジン。
【請求項５】
圧縮比が５以上、１０未満であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のグローエンジン。
【請求項６】
前記グロープラグは、ヒートコアを収容する筒状部を先端側に有し、
前記筒状部の先端近傍には、前記ヒートコアを収容した内部空間を前記燃焼室に連通する連通部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のグローエンジン。
【請求項７】
前記予混合気が、アルコール燃料よりも着火点の低い燃料と空気とを含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のグローエンジン。
【請求項８】
前記予混合気が、ガソリン、ＬＰガス、及びケロシンのうちの少なくとも１つから選択される燃料と空気とを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のグローエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グロープラグを用いて予混合気を圧縮点火させるグローエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、グローエンジンは、例えば、火花点火式のエンジンのような点火系の装置等が不要であり、その構造の簡素化や小型化等が比較的容易であることから、主として模型飛行機等のエンジンに広く用いられている。
【０００３】
この種のエンジンにおいて、例えば、特許文献１に開示されているように、グロープラグは、先端が燃焼室内の上部に臨まされるようシリンダヘッドに保持されることが一般的である。このグロープラグには、基本的には、エンジンの始動時にのみ、ヒートコアを加熱するための通電が行われる。そして、エンジン始動後は、グロープラグに通電することなく、予混合気の圧縮熱や燃焼熱等によってヒートコアの熱量が所定に保持され、このヒートコアが圧縮された予混合気を点火させることにより、エンジンの回転が維持される。
【０００４】
なお、グロープラグを用いるエンジンとしてはディーゼルエンジンが知られているが、ディーゼルエンジンは、基本的には燃焼室内に噴射された燃料を圧縮自着火（自然着火）させるものであり、予混合気を圧縮点火させるグローエンジンとは異質のものである。
【０００５】
また、圧縮熱や燃焼熱を用いて着火を行うエンジンとして所謂焼玉エンジンが知られているが、焼玉エンジンは、ディーゼルエンジンと同様、基本的には燃焼室内に噴射された燃料を圧縮自着火（自然着火）させるものであり、予混合気を圧縮点火させるグローエンジンとは異質のものである。
【０００６】
さらに、特許文献２には、圧縮比が１０〜１８の直噴式ガソリンエンジンにおいて、セラミックヒータ等の通電によってのみ加熱される発熱体または白金等の触媒を付加して通電と自己発熱によって加熱される発熱体を燃焼室内に設け、これを通電によってまたは通電と自己発熱によって高温に保つことで燃料の着火を行うエンジンが開示されている。このエンジンは、燃焼室内に燃料を直接噴射して圧縮点火させるものであり、予混合気を圧縮点火させるグローエンジンとは異質のものである。さらに、このタイプのエンジンでは、点火時期調整のために燃料噴射時期を適切に制御する必要があるとともに、発熱体を常に通電しておかなければならず、グローエンジンに比べて、燃料噴射や通電の制御のための付加的なシステムが必要となって構造が複雑になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−５３４２９号公報
【特許文献２】特開昭６４−８０７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、火花点火式のエンジンのように任意のタイミングでの点火制御が困難なグローエンジンにおいては、所定の着火性等を確保するため、通常、メチルアルコール等を主燃剤とする専用の燃料が用いられる。
【０００９】
しかしながら、この種のアルコール系燃料は、市場に広く流通するガソリンやＬＰガス等の各種燃料に比べて高価なものとなる。加えて、この種のアルコール系燃料には、着火を誘発するための化学物質が多量に添加されることが一般的である。
【００１０】
従って、グローエンジンは、運用コストや環境対策等の観点から、特定の限られた分野にしか適用されておらず、広く汎用化するためには、ガソリンを始めとする各種燃料への適合が強く望まれていた。
【００１１】
しかし、このようなグローエンジンにおいてアルコール系燃料を単純にガソリンに置き換えただけでは、失火やノッキング、或いは、バックファイヤ等が発生し、継続的な運転は困難であり、実用性を欠いていた。このような場合に継続的な運転を行うためには、上述の特許文献２に開示のようにグロープラグへの継続的な通電が必要となり、実用性を欠いていた。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、専用のアルコール系燃料以外の各種の燃料に対してもグロープラグを用いた好適な運転を実現することができるグローエンジン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】
【００１３】
本発明は、予混合気が導入される燃焼室内に先端部が臨まされたグロープラグを有し、当該グロープラグによって混合気を圧縮点火させるグローエンジンであって、前記グロープラグを前記燃焼室内においてピストンの頂面に向かって突出させ、且つ、前記グロープラグの先端部が上死点に位置するときのピストンの頂面に近い所定領域に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のグローエンジンによれば、専用のアルコール系燃料以外の各種の燃料に対してもグロープラグを用いた好適な運転を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わり、エンジンの要部断面図である。
【図２】（ａ）はグロープラグの要部断面図であって（ｂ）はその変形例を示す要部断面図である。
【図３】上死点に位置するピストンとグロープラグとの関係を示す要部拡大断面図である。
【図４】上死点に位置するピストンとグロープラグとの関係についての変形例を示す要部拡大断面図である。
【図５】上死点に位置するピストンとグロープラグとの関係についての変形例を示す要部拡大断面図である。
【図６】上死点に位置するピストンとグロープラグとの関係についての変形例を示す要部拡大断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係わり、エンジンの要部断面図である。
【図８】図７のII−II線に沿う要部断面図である。
【図９】上死点に位置するピストンとグロープラグとの関係を示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１乃至図６は本発明の第１の実施形態に係わり、図１はエンジンの要部断面図、図２（ａ）はグロープラグの要部断面図であって（ｂ）はその変形例を示す要部断面図、図３は上死点に位置するピストンとグロープラグとの関係を示す要部拡大断面図、図４から図６は上死点に位置するピストンとグロープラグとの関係についての変形例を示す要部拡大断面図である。本実施形態は、本発明を２ストロークエンジンに適用した一例について示すものである。
【００１７】
図１に示すエンジン５０は、グロープラグを用いて予混合気を圧縮点火させるグローエンジンを示し、本実施形態においてより具体的には、例えば、刈払機等の動力源として好適な、排気量２１ｃｃの汎用２ストローク単気筒エンジンを示す。
【００１８】
このエンジン５０のシリンダ５１の内部には、シリンダライナ５２を介してピストン５３が摺動自在に嵌挿されており、シリンダライナ５２の内壁面に開口される掃気ポート５２ａと排気ポート５２ｂと吸気ポート（図示せず）とがピストン５３の往復動によって開閉される。
【００１９】
また、シリンダ５１の頂部にはシリンダヘッド５５が冠設され、このシリンダヘッド５５はシリンダライナ５２及びピストン５３とともに燃焼室５７を画成する。ここで、本実施形態において、シリンダヘッド５５の底面には、例えば、ドーム状をなす凹部５５ａが形成され、この凹部５５ａの基部に連続するテーパ面に対応する燃焼室５７内の領域が、スキッシュエリア５７ａとして設定されている。
【００２０】
また、シリンダヘッド５５には、吸気ポートから導入された予混合気を点火するためのグロープラグ３５が装着され、このグロープラグ３５の先端側が、燃焼室５７内に臨まされている。
【００２１】
ここで、グロープラグ３５について具体的に説明する。図２（ａ）に示すように、グロープラグ３５は外周部に雄ネジ部３６ａが刻設された金属製のプラグハウジング３６を有し、このプラグハウジング３６には、例えば、２つの段差部３７ａ，３７ｂによって基部側から先端側にかけて内径が順次段階的に細径化する貫通孔３７が設けられている。
【００２２】
貫通孔３７内には、中途に外向フランジ３８ａを有する金属製の中心電極３８が挿入されている。そして、外向フランジ３８ａの先端側が絶縁体３９を介して段差部３７ａに当接されると共に、外向フランジ３８ａの基部側がプラグハウジング３６の基端部に固設された座金４１に絶縁体４０を介して当接されることにより、中心電極３８は軸方向の位置決めがなされた状態でプラグハウジング３６内に保持されている。
【００２３】
さらに、中心電極３８の径方向の位置決めを行うため、貫通孔３７と中心電極３８との間には絶縁性を有する円筒部材４２が介装され、この円筒部材４２は、先端部が段差部３７ｂに係止されることによりプラグハウジング３６内に保持されている。
【００２４】
ここで、図示のように、プラグハウジング３６の先端側は中心電極３８の先端よりも突出され、この突出された筒状部４３内には、ヒートコア４４が収容されている。言い換えれば、筒状部４３の先端部は、ヒートコア４４を収容した内部空間を燃焼室５７に連通させる連通部となっている。本実施形態において、ヒートコア４４は、例えば、７０％の白金と３０％のロジウムとで組成された合金からなるコイル状のフィラメントで構成され、一端が中心電極３８と電気的に接続されると共に、他端が筒状部４３に対して略面一となる位置で筒状部４３と電気的に接続されている。この筒状部４３の先端面の中心を、グロープラグ３５の先端部Ｐとする。
【００２５】
ここで、グロープラグ３５の先端部Ｐの意義について述べる。図２（ｂ）に示すように、ヒートコア４４を筒状部４３の奥部に退避させた状態で同様の各種燃焼実験を行った。その結果、筒状部４３内でのヒートコア４４の位置に関係なく略同様の結果を得ることが確認された。このことから、グロープラグ３５の配置は、その先端部Ｐの位置が重要である。
【００２６】
なお、グロープラグ３５には、基本的には、エンジン５０の始動時にのみ、ヒートコア４４を加熱するための通電が行われる。そして、エンジン５０の始動後は、グロープラグ３５に通電することなく、予混合気の圧縮熱や燃焼熱等によってヒートコア４４の熱量が所定に維持される。このヒートコア４４が圧縮された予混合気を点火させることにより、エンジンの回転が維持される。
【００２７】
本実施形態において、グロープラグ３５は、図３に示すように、シリンダヘッド５５の略中央部に装着され、その先端側がピストン５３に向けて垂下されている。すなわち、グロープラグ３５は、燃焼室５７内において、ピストン５３の頂面５３ａに向かって突出している。そして、燃焼室５７内において、グロープラグ３５の先端部Ｐは、上死点に位置するときのピストン５３の頂面５３ａに近い所定領域に配置されている。
【００２８】
ここで、上死点に位置するときのピストン５３の頂面５３ａに近い所定領域とは、例えば、グロープラグ３５の先端部Ｐから上死点に位置するときのピストン５３の頂面５３ａまでの距離をＧ、上死点に位置するときのピストン５３の頂面５３ａから燃焼室５７の頂部までの距離をＨとした場合に、０≦Ｇ／Ｈ≦０．８を満たす領域である。グロープラグ３５の先端部Ｐとピストン頂面５３ａまでの距離Ｇは小さいほど良好な燃焼を実現できるため、０≦Ｇ／Ｈ≦０．６がより好ましく、０≦Ｇ／Ｈ≦０．４がさらに好ましい。或いは、上死点に位置するときのピストン５３の頂面５３ａに近い所定領域は、グロープラグ３５の先端部Ｐから上死点に位置するときのピストン３５の頂面３５ａまでの距離をＧ、シリンダ直径をＢとした場合に、０≦Ｇ／Ｂ≦０．４を満たす領域である。グロープラグ３５の先端部Ｐとピストン頂面５３ａまでの距離Ｇは小さいほど良好な燃焼を実現できるため、０≦Ｇ／Ｂ≦０．３がより好ましく、０≦Ｇ／Ｂ≦０．２がさらに好ましい。なお、距離Ｇは略零であっても良好な燃焼が実現可能である。また、上述の所定領域は、ピストン３５の頂面５３ａの中心軸の延長線上近傍の領域であることが好ましい。
【００２９】
なお、グロープラグ３５の先端部Ｐから上死点に位置するときのピストン５３の頂面５３ａまでの距離Ｇを定義したが、具体的には以下の通りである。グロープラグ３５の先端部Ｐから、鉛直下方向（ピストン５３のストローク方向）に位置するピストン５３の頂面５３ａまでの距離をＧとする。例えば、ピストン５３の頂面５３ａが平面である場合には、グロープラグ３５の先端部Ｐから頂面５３ａまでの最短距離である。
【００３０】
また、上死点に位置するときのピストン５３の頂面５３ａから燃焼室５７の頂部までの距離Ｈを定義したが、具体的には以下の通りである。シリンダヘッド５５の底面に形成された凹部５５ａのうち最も深い部分から、鉛直下方向（ピストン５３のストローク方向）に位置するピストン５３の頂面５３ａまでの距離をＨとする。例えば、シリンダヘッド５５が、中央が最も深いドーム状を有していれば、ピストン５３の頂面５３ａの中心から、鉛直上向き（ピストン５３のストローク方向）に位置するシリンダヘッド５５の底面までの距離である。なお、本来ならばシリンダヘッド５５の底面の最も深い部分となるべき位置にグロープラグ３５が配置されている場合（第１の実施形態もこれに該当する）、グロープラグ３５を配置しなければ最も深い部分となる位置を想定して距離Ｈを算出するものとする（図３参照）。
【００３１】
また、好適なヒートコア４４（フィラメント）の仕様についても精査したところ、その線径については、０．１６〜０．２５［ｍｍ］の範囲で良好な燃焼が可能である。また、この場合の巻き径については、０．８〜１．４［ｍｍ］の範囲で良好な燃焼が可能である。また、巻き数については、６〜９巻の範囲で良好な燃焼が可能である。その中でも特に、線径が０．２［ｍｍ］、巻き径が１．２［ｍｍ］、巻き数が９巻の各条件を備えたヒートコア４４において、最も良好な燃焼を実現することができる。ただし、燃焼室形状、グロープラグの配置等の種々の条件により、最適なヒートコア４４の条件は異なるため、ヒートコア４４の条件はこれらに限定されるものではない。
【００３２】
本実施形態において、エンジン５０に上述のようなグロープラグ３５を装着した状態での圧縮比は、５以上、１０未満である。良好な燃焼を実現するためには、６以上、９未満であることがより好ましい。
【００３３】
本発明者らは、このような構成を用いたエンジン５０について、ガソリンを燃料とする燃焼実験を行った結果、失火やノッキング、或いは、バックファイヤ等が発生しない良好な燃焼、すなわち良好なエンジンの運転を実現できることを確認した。すなわち、従来一般に燃焼室の頂部近傍に配置されていたグロープラグの先端部をピストンの頂面に近づけることにより、専用のアルコール系燃料のみならず、ガソリンを燃料として用いた場合にもグロープラグによる良好な燃焼を実現できることを確認した。
【００３４】
また、ガソリンを燃料として用いてエンジン５０を好適に運転（燃焼）させるための条件としては、燃焼室５７内におけるヒートコア４４の配置等よりも、むしろ、火炎の伝播の起点（火炎核）を好適な位置に設定することが重要であると推測できる。すなわち、グロープラグ３５の先端部Ｐの燃焼室５７内における配置をピストン５３の頂面５３ａに近づけることにより、燃焼初期の火炎をピストン５３の頂面５３ａに沿って略中央から径方向に向けて伝播させ、その後、燃焼室５７の頂部に向けて火炎を伝播させることが、グロープラグ３５をガソリンに対して適合させる上での重要な要件であると推測できる。更なる考察として、燃焼初期の火炎をピストン５３の頂面５３ａに沿って略中央から径方向に向けて伝播させることにより、ノッキング等の主たる発生要因として考えられるスキッシュエリア５７ａ近傍の混合気（すなわち、燃焼室内の上部を起点として混合気を点火した場合の所謂エンドガス）を初期段階で燃焼させることがグロープラグ３５をガソリンに対して適合させる上での重要な要件であると推測できる。
【００３５】
さらに、本発明者らは、上述の構成のエンジン５０において、例えば、エタノール、ＬＰガス、ケロシン等を燃料とする燃焼実験を行った。これらについても、ガソリンと同様、好適な燃焼を実現できることを確認した。特に、ガソリン、ＬＰガス、ケロシン等は、グローエンジン用のアルコール系燃料よりも着火点が低い燃料である（以下、低着火点燃料という）。本発明者らは、当初、低着火点燃料をグローエンジンに適用した場合、低着火点燃料はアルコール系燃料よりも着火点が低い、すなわち着火しやすいことから、着火タイミングが適切なタイミングよりも早くなると考えていた。しかしながら、鋭意研究の結果、グロープラグに通電し続けて赤熱状態を保つことによって、低着火点燃料を用いてグローエンジンを適切に駆動することができることを見出した。このことから、始動時を除いてグロープラグに通電しない通常の状態でグローエンジンを適切に駆動することができない原因は、従来の認識とは異なり、着火タイミングが適切なタイミングよりも遅いためであることを突き止めた。また、本発明者は、グロープラグを燃焼室内に突出させることによって、低着火点燃料への着火タイミングを早くすることができることを見出し、低着火点燃料で良好な燃焼を実現することに成功した。なお、エンジン５０は２ストロークエンジンであるため、燃料にはエンジンオイルが適量混合されている。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、グロープラグ３５を燃焼室５７内においてピストン５３の頂面５３ａに向かって突出させ、グロープラグ３５の先端部Ｐを上死点に位置するときのピストン５３の頂面５３ａに近い所定領域に配置させることにより、専用のアルコール系燃料以外の各種の燃料、例えばガソリン等の低着火点燃料を用いた場合でも、グロープラグ３５を用いた好適な運転（燃焼）を実現することができる。換言すれば、混合気の燃焼の起点（火炎核）をピストン５３の略頂面上（より具体的にはピストン５３の略頂面上中央）に設定することが可能な位置にグロープラグ３５の先端部Ｐを配置することにより、専用のアルコール系燃料以外の各種の燃料、例えばガソリン等の低着火点燃料を用いた場合でも、グロープラグ３５を用いた好適な運転（燃焼）を実現することができる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、ヒートコア４４を収容する筒状部４３は、その先端部が燃焼室に連通している。これにより、ヒートコア４４は混合気に直接接触し得る。この構成により、ヒートコア４４は触媒としての機能も発揮しており、良好な燃焼の要因の１つになっている。なお、本実施形態では、筒状部４３の先端部に連通部が形成されているが、この構成に限定されず、先端近傍の側面に連通部が形成されていても同様の効果が得られる。
【００３８】
さらに、本実施形態によれば、１０未満の圧縮比で燃焼が行われている。このような圧縮比のもとでは、ディーゼルエンジンのような自然着火による燃焼ではなく、専らグロープラグ３５の先端部位置における点火に基づく燃焼が支配的である。よって、本実施形態におけるグロープラグ３５は、ディーゼルエンジンのグロープラグのように、プラグ周囲の温度を上昇させ自然着火を促進させる作用を有するというよりは、グロープラグ３５の先端部Ｐを起点とした火炎核を発生させるという作用を有する。つまり、本実施形態におけるエンジン５０は、ディーゼルエンジンのような自然着火とは異なる燃焼メカニズムを有している。本発明は、従来のグローエンジンのように燃焼室頂部で発生させていた火炎核を、ピストン頂面へ近づけたことで、従来実現することができなかったガソリン等による良好な燃焼を実現可能としたものである。
【００３９】
ところで、エンジン５０の仕様によっては、例えば、図４，５に示すように、ピストン５３の頂面にキャビティ５３Ｃが形成される場合がある。このような場合にも、上死点に位置するピストン５３の頂面５３ａ（より具体的にはキャビティ５３Ｃの表面）とグロープラグ３５の先端部Ｐとの距離Ｇを上述の範囲内に設定することにより、専用のアルコール系燃料以外の燃料、例えばガソリン等の低着火点燃料を用いた場合にも好適な燃焼を実現することができる。
【００４０】
また、上述の実施の形態では、グロープラグ３５はシリンダヘッド５５に直接的に装着されていたが、例えば図６に示すように、アダプタ３５０を介して装着することができる。アダプタ３５０は略円筒状の形状を有し、その外周部にはシリンダヘッド５５のネジ穴５５Ａに螺着するためのネジが形成されている。また、アダプタ３５０の基端側には、シリンダヘッド５５のネジ穴５５Ａに螺着された際にシリンダヘッド５５の上面に当接する大径のナット部が形成されている。アダプタ３５０の先端側は、燃焼室５７内に突出している。グロープラグ３５は、アダプタ３５０の先端部からさらに突出するようにアダプタ３５０内に固定されている。
【００４１】
アダプタ３５０は、シリンダヘッド５５よりも熱伝導率の低い材質で形成されていることが好ましい。例えば、シリンダヘッド５５がアルミ製である場合には、鉄、チタン、ＳＵＳ、真鍮などで形成することができる。このようなアダプタ３５０を採用することで、グロープラグ３５内のヒートコア４４が保持している熱が、放熱部材として機能するシリンダヘッド５５へ伝達し難くなり、エンジン５０の運転中のヒートコア４４の赤熱状態を良好に保つことができる。
【００４２】
本実施形態によれば、アダプタ３５０はグロープラグ３５と共に燃焼室５７内に突出している。よって、アダプタ３５０の形状等を変更することでエンジン５０の圧縮比を調整することができるため、アダプタ３５０の存在により最適な燃焼条件を設定することが容易となる。また、火花点火式のエンジンにグロープラグ３５を適用しようとする場合に、点火プラグの外径に比べて、一般的に市場で入手可能なグロープラグの外径が小さいというような状況がしばしば生じるものと想定される。このような場合には、点火プラグの外径に合せたグロープラグをわざわざ作製しなくても、アダプタ３５０を準備すれば、一般的に市場で入手可能なグロープラグを使用することができる。
【００４３】
なお、上述の第１の実施形態において、グロープラグ３５は、シリンダヘッド５５の略中央部において、ピストン５３の頂面５３ａに対して垂直方向を向くように配置されていた。しかしながら、グロープラグ３５の配置はこれに限定されず、ピストン５３の頂面５３ａに対して垂直方向以外、例えば斜め方向を向くように配置されていてもよい。本発明においては、グロープラグ３５がどのような方向を向いていても、グロープラグ３５の先端部Ｐが所定領域に配置されてさえいえればグローエンジンの良好な燃焼を実現することができる。
【００４４】
次に、図７乃至図９は本発明の第２の実施形態に係わり、図７はエンジンの要部断面図、図８は図７のII−II線に沿う要部断面図、図９は上死点に位置するピストンとグロープラグとの関係を示す要部拡大断面図である。なお、本実施形態において、上述の第１の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【００４５】
図７に示すエンジン１は、グロープラグを用いて予混合気を圧縮点火させるグローエンジンを示し、本実施形態においてより具体的には、例えば、発電機やランマー等の作業機の動力源として好適な排気量１７０ｃｃの汎用４ストローク単気筒エンジンを示す。
【００４６】
このエンジン１はシリンダブロック５を有し、このシリンダブロック５には、シリンダ７と、クランクケース８とが一体的に形成されている。また、シリンダ７内にはピストン１０が摺動自在に嵌挿され、このピストン１０の下部が、クランクケース８内に回転自在に軸支されたクランク軸１２に、コネクティングロッド１１を介して連結されている。なお、クランクケース８内には潤滑油が貯留されており、この潤滑油が、コネクティングロッド１１に固設されたオイルスクレーパ１１ａによって掻き上げられることにより、エンジン１の各摺動部が潤滑される。
【００４７】
図７，８に示すように、シリンダブロック５の上端には動弁機構１６を備えたシリンダヘッド１５が冠設され、このシリンダヘッド１５は、シリンダ７及びピストン１０とともに燃焼室１７を画成する。ここで、本実施形態において、シリンダヘッド１５の底面には、例えば、ドーム状をなす凹部１５ａが形成され、この凹部１５ａの基部に連続する平坦面に対応する燃焼室１７内の領域が、スキッシュエリア１７ａとして設定されている。
【００４８】
また、シリンダヘッド１５には、燃焼室１７に予混合気を供給する吸気ポート１８と、燃焼ガスを排出する排気ポート１９とが形成され、さらに、吸気ポート１８を開閉する吸気弁２０と、排気ポート１９を開閉する排気弁２１とが組み付けられている。また、吸気弁２０と排気弁２１とを開閉駆動するため、シリンダヘッド１５にはカム２５ａを備えたカム軸２５が回転自在に装着されている。さらに、シリンダヘッド１５にはカム軸２５に平行なロッカ軸２６が装着され、このロッカ軸２６には、吸気弁２０を開閉駆動する吸気側ロッカアーム２８と、排気弁２１を開閉駆動する排気側ロッカアーム２９とが揺動自在に軸支されている。さらに、クランク軸１２に固設されたクランクスプロケット３０と、カム軸２５に固設されたカムスプロケット３１との間には、クランク軸１２の回転をカム軸２５に伝達するタイミングチェーン３２が巻装され、吸，排気弁２０，２１がクランク角に同期した適切なタイミングで開閉される。
【００４９】
また、図７に示すように、シリンダヘッド１５には、吸気ポート１８から導入された予混合気を圧縮点火するためのグロープラグ３５が装着され、このグロープラグ３５の先端側が、燃焼室１７内に臨まされている。
【００５０】
このように構成されたグロープラグ３５は、吸，排気ポート１８，１９等との干渉を回避すべく一側にオフセットした位置でシリンダヘッド１５に装着され、その先端側がシリンダ中心に向けて傾斜されている。すなわち、グロープラグ３５は、燃焼室１７内において、ピストン１０の頂面１０ａに向かって突出している。そして、例えば、図９に示すように、燃焼室１７内において、グロープラグ３５の先端部Ｐは、上死点に位置するときのピストン１０の頂面１０ａに近い所定領域に配置されている。
【００５１】
ここで、上死点に位置するときのピストン１０の頂面１０ａに近い所定領域とは、例えば、グロープラグ３５の先端部Ｐから上死点に位置するときのピストン１０の頂面１０ａまでの距離をＧ、上死点に位置するときのピストン１０の頂面１０ａから燃焼室１７の頂部までの距離をＨとした場合に、０≦Ｇ／Ｈ≦０．８を満たす領域である。グロープラグ３５の先端部Ｐとピストン頂面１０ａまでの距離Ｇは小さいほど良好な燃焼を実現できるため、０≦Ｇ／Ｈ≦０．６がより好ましく、０≦Ｇ／Ｈ≦０．５、さらには０≦Ｇ／Ｈ≦０．４がさらに好ましい。或いは、グロープラグ３５の先端部Ｐから上死点に位置するときのピストン１０の頂面１０ａまでの距離をＧ、シリンダ直径をＢとした場合に、０≦Ｇ／Ｂ≦０．４を満たす領域である。グロープラグ３５の先端部Ｐとピストン頂面１０ａまでの距離Ｇは小さいほど良好な燃焼を実現できるため、０≦Ｇ／Ｂ≦０．３がより好ましく、０≦Ｇ／Ｂ≦０．２がさらに好ましい。なお、距離Ｇは略零であっても良好な燃焼が実現可能である。また、当該所定領域は、ピストン１０の頂面１０ａの中心軸の延長線上近傍の領域であることが好ましい。なお、距離Ｇや距離Ｈの定義は、第１の実施形態と同様である。
【００５２】
本発明者らは、このような構成を用いたエンジン１について、ガソリンを燃料とする燃焼実験を行った結果、失火やノッキング、或いは、バックファイヤ等が発生しない良好な燃焼、すなわち良好なエンジンの運転を実現できることを確認した。すなわち、従来一般に燃焼室の頂部近傍に配置されていたグロープラグの先端部をピストンの頂面に近づけることにより、専用のアルコール系燃料のみならず、ガソリンを燃料として用いた場合にもグロープラグによる良好な燃焼を実現できることを確認した。また、第１の実施形態と同様に、エタノール、ＬＰガス、ケロシン等を用いてもガソリンを用いた場合と同様な好適な燃焼を実現できることを確認した。すなわち、低着火点燃料を用い良好な燃焼を実現することができた。
【００５３】
なお、上述の第１の実施形態または第２の実施形態を採用することなく、従来のグローエンジンにおいてアルコール系燃料を単純にガソリン等に置き換えただけでは、失火やノッキング、或いは、バックファイヤ等が発生し、継続した運転は困難であり、実用性に欠けることを確認した。 
なお、本発明が適用されるエンジンとしては上述の第１の実施形態および第２の実施形態で示した排気量のものに限定されるものではなく、例えば、１．５ｃｃレベルのものから２５０ｃｃ以上のものまで広範囲に適用が可能であることは勿論である。
【００５４】
また、本発明のエンジンが適用される機器は上述のものに限定されるものではなく、その他の各種機器にも適用が可能なことは勿論である。例えば、排気量１．５〜３０［ｃｃ］のエンジンについての模型用動力源としての好適な適用、排気量４０［ｃｃ］のエンジンについてのランマーへの好適な適用、排気量４０［ｃｃ］のエンジンについてのチェンソーへの好適な適用、排気量２６［ｃｃ］のエンジンについての草刈り機への好適な適用、さらには、排気量５０［ｃｃ］のエンジンについての二輪車への好適な適用等が確認されている。
【００５５】
また、第１の実施形態および第２の実施形態においては、シリンダヘッド５５，１５の底面の形状をドーム型としたが、これに限定されず、バスタブ型、半球型、楔型、ペントルーフ型等その他の形状であっても同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００５６】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは言うまでもない。
【００５７】
（実施例１）
第１の実施形態において、線径が０．２［ｍｍ］、巻き径が１．２［ｍｍ］、巻き数が９巻のヒートコア４４を備えたグロープラグ３５を準備した。燃料はガソリンを使用した。上死点に位置するときのピストン５３の頂面５３ａから燃焼室５７の頂部までの距離Ｈは、１５[ｍｍ]であった。シリンダ直径Ｂは３１[ｍｍ]であった。距離Ｇが０．５[ｍｍ]となるようにグロープラグ３５をエンジン５０にセットした。Ｇ／Ｈの値は０．０３、Ｇ／Ｂの値は０．０２であり、圧縮比は７．９であった。始動時に約３秒間、ヒートコア４４を加熱するための通電を行ったのち、始動後、通電を解除した。
【００５８】
全運転領域において、失火やノッキング、或いは、バックファイヤ等が発生しない良好な燃焼、すなわち良好なエンジンの運転を実現できた。
【００５９】
（実施例２）
距離Ｇが２．０[ｍｍ]となるようにグロープラグ３５をエンジン５０にセットした以外は、実施例１と同様の条件で試験を行った。Ｇ／Ｈの値は０．１３、Ｇ／Ｂの値は０．０６であり、圧縮比は７．５であった。全運転領域において、失火やノッキング、或いは、バックファイヤ等が発生しない良好な燃焼、すなわち良好なエンジンの運転を実現できた。
【００６０】
（実施例３）
距離Ｇが５．３[ｍｍ]となるようにグロープラグ３５をエンジン５０にセットした以外は、実施例１と同様の条件で試験を行った。Ｇ／Ｈの値は０．３５、Ｇ／Ｂの値は０．１７であり、圧縮比は６．７であった。全運転領域において、失火やノッキング、或いは、バックファイヤ等が発生しない良好な燃焼、すなわち良好なエンジンの運転を実現できた。
【００６１】
（実施例４）
距離Ｇが６．６[ｍｍ]となるようにグロープラグ３５をエンジン５０にセットした以外は、実施例１と同様の条件で試験を行った。Ｇ／Ｈの値は０．４４、Ｇ／Ｂの値は０．２１であり、圧縮比は６．３であった。全運転領域において、失火やノッキング、或いは、バックファイヤ等が発生しない良好な燃焼、すなわち良好なエンジンの運転を実現できた。
【００６２】
（実施例５）
距離Ｇが８．３[ｍｍ]となるようにグロープラグ３５をエンジン５０にセットした以外は、実施例１と同様の条件で試験を行った。Ｇ／Ｈの値は０．５５、Ｇ／Ｂの値は０．２７であり、圧縮比は５．９であった。ほぼ全運転領域において、失火やノッキング、或いは、バックファイヤ等が発生しない良好な燃焼、すなわち良好なエンジンの運転を実現できた。
【００６３】
（実施例６）
距離Ｇが１１．６[ｍｍ]となるようにグロープラグ３５をエンジン５０にセットした以外は、実施例１と同様の条件で試験を行った。Ｇ／Ｈの値は０．７７、Ｇ／Ｂの値は０．３７であり、圧縮比は５．１であった。ほぼ全運転領域において、失火やノッキング、或いは、バックファイヤ等が発生しない燃焼、すなわちエンジンの運転を実現できた。ただし、実施例１から実施例５に比べると、始動性、運転調子は劣っていた。
【００６４】
（比較例１）
距離Ｇが１３．０[ｍｍ]となるようにグロープラグ３５をエンジン５０にセットした以外は、実施例１と同様の条件で試験を行った。Ｇ／Ｈの値は０．８７、Ｇ／Ｂの値は０．４２であり、圧縮比は４．０であった。エンジンは始動しなかった。
【００６５】
（比較例２）
第１の実施形態において、グロープラグ３５の代わりにガソリンエンジン用の点火プラグを準備した。燃料はガソリンを使用した。上死点に位置するときのピストン５３の頂面５３ａから燃焼室５７の頂部までの距離Ｈは、実施例１と同様に１５[ｍｍ]であった。シリンダ直径Ｂも実施例１と同様に３１[ｍｍ]であった。点火プラグの先端部（中心電極の先端部）から上死点に位置するときのピストン５３の頂面５３ａまでの距離Ｇが７．０[ｍｍ]となるように点火プラグをエンジン５０にセットした。Ｇ／Ｈの値は０．４７、Ｇ／Ｂの値は０．２３であり、圧縮比は５．４であった。始動時にのみ点火プラグを点火させてエンジン５０を始動させた。始動後すぐにエンジンは停止した。
【００６６】
（実施例７）
第２の実施形態において、ヒートコア４４を備えたグロープラグ３５を準備した。燃料はガソリンを使用した。上死点に位置するときのピストン１０の頂面１０ａから燃焼室１７の頂部までの距離Ｈは、１１．１[ｍｍ]であった。シリンダ直径Ｂは６７[ｍｍ]であった。距離Ｇが５[ｍｍ]となるようにグロープラグ３５をエンジン１にセットした。Ｇ／Ｈの値は０．４５、Ｇ／Ｂの値は０．０７であり、圧縮比は９．８であった。始動時に約３秒間、ヒートコア４４を加熱するための通電を行ったのち、始動後、通電を解除した。全運転領域において、失火やノッキング、或いは、バックファイヤ等が発生しない良好な燃焼、すなわち良好なエンジンの運転を実現できた。
【００６７】
（比較例３）
距離Ｇが９[ｍｍ]となるようにグロープラグ３５をエンジン１にセットした以外は、実施例７と同様の条件で試験を行った。Ｇ／Ｈの値は０．８２、Ｇ／Ｂの値は０．１３であり、圧縮比は８．５であった。エンジン１は所定領域においては運転を実現できたが、全運転領域における良好な燃料、すなわち良好な運転は実現できなかった。
【００６８】
（実施例８）
ガソリンに代えてＬＰガスを使用した以外は、実施例３と同様の条件で試験を行った。全運転領域において、失火やノッキング、或いは、バックファイヤ等が発生しない良好な燃焼、すなわち良好なエンジンの運転を実現できた。
【００６９】
（実施例９）
ガソリンに代えてケロシンを使用した以外は、実施例３と同様の条件で試験を行った。全運転領域において、失火やノッキング、或いは、バックファイヤ等が発生しない良好な燃焼、すなわち良好なエンジンの運転を実現できた。
【符号の説明】
【００７０】
１  …  エンジン
７  …  シリンダ
１０  …  ピストン
１５  …  シリンダヘッド
１５ａ  …  凹部
１７  …  燃焼室
１７ａ  …  スキッシュエリア
３５  …  グロープラグ
３６  …  プラグハウジング
３６ａ  …  雄ネジ部
３７  …  貫通孔
３７ａ，３７ｂ  …  段差部
３８  …  中心電極
３８ａ  …  外向フランジ
３９  …  絶縁体
４０  …  絶縁体
４１  …  座金
４２  …  円筒部材
４３  …  筒状部
４４  …  ヒートコア
５０  …  エンジン
５１  …  シリンダ
５３  …  ピストン
５３Ｃ  …  キャビティ
５５  …  シリンダヘッド
５５ａ  …  凹部
５７  …  燃焼室
５７ａ  …  スキッシュエリア
３５０  …  アダプタ
【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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