(57)【要約】【課題】高圧縮比エンジンにおいて、エンジンの冷却損失を低減する。【解決手段】高圧縮比エンジン１は、シリンダヘッド１３の下面１３０によって天井面が構成される燃焼室１７と、シリンダヘッドに取り付けられた点火装置７と、を備える。点火装置は、中心電極と７１、接地電極７２と、絶縁体７３と、を有し、接地電極に導通すると共に、中心電極を囲む端面が、燃焼室の天井面において燃焼室に臨んで配設される。点火装置の端面には、点火装置への入熱を遮断する遮熱層７５が設けられ、シリンダヘッドの下面には、シリンダヘッドへの入熱を遮断する遮熱層１７３が設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
幾何学的圧縮比が所定以上に設定された高圧縮比エンジンであって、
シリンダヘッドの下面によって天井面が構成される燃焼室と、
前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内の混合気を点火するよう構成された点火装置と、を備え、
前記点火装置は、中心電極と、接地電極と、前記中心電極と前記接地電極との間に介在する絶縁体と、を有し、前記接地電極に導通すると共に、前記中心電極を囲む端面が、前記燃焼室の天井面において前記燃焼室に臨んで配設され、
前記点火装置の前記端面には、前記点火装置への入熱を遮断する遮熱層が設けられ、
前記燃焼室の天井面を構成する前記シリンダヘッドの下面には、前記シリンダヘッドへの入熱を遮断する遮熱層が設けられている高圧縮比エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧縮比エンジンにおいて、
前記点火装置は、前記接地電極が前記端面を含んで構成される沿面型である高圧縮比エンジン。
【請求項３】
請求項２に記載の高圧縮比エンジンにおいて、
前記中心電極は、前記燃焼室の天井面から、前記燃焼室の内方に突出している高圧縮比エンジン。
【請求項４】
請求項１に記載の高圧縮比エンジンにおいて、
前記点火装置は、前記接地電極の根元が前記端面に固定されかつ、前記接地電極の先端が前記中心電極に対向して構成されるプロジェクト型、又は、スラント型である高圧縮比エンジン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の高圧縮比エンジンにおいて、
前記遮熱層は、前記燃焼室内の温度の変化に追従して、前記遮熱層の温度が変化するよう構成されている高圧縮比エンジン。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の高圧縮比エンジンにおいて、
前記高圧縮比エンジンの幾何学的圧縮比は、１４〜３０である高圧縮比エンジン。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか1項に記載の高圧縮比エンジンにおいて、
前記高圧縮比エンジンは、前記燃焼室のガス重量と燃料重量との比であるＧ／Ｆを３５以上とした混合気が形成されるリーン運転領域を設定するとともに、当該リーン運転領域において前記燃焼室内の混合気に点火をする高圧縮比エンジン。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか1項に記載の高圧縮比エンジンにおいて、
前記点火装置は、点火された混合気が火炎伝播により燃焼し、その後、前記燃焼室の中の未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、所定の点火タイミングで前記混合気に点火をする高圧縮比エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、高圧縮比エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃費性能の向上を図る観点等から、エンジンの幾何学的圧縮比を１４以上の高圧縮比にしたエンジンが記載されている。このエンジンは、圧縮比が高いことを利用して混合気を圧縮自己着火により燃焼させる。このエンジンは、所定の運転状態においては、点火装置によって燃焼室内の混合気に強制点火をする。そのため、点火装置が燃焼室に臨んで取り付けられている。点火装置は、中心電極と側方電極とを有している。点火装置は、中心電極と側方電極との間のギャップにおいて火花放電する。火花点火燃焼においては、火花点火によって生成した火炎核が成長することにより、混合気が着火及び燃焼を開始する。
【０００３】
特許文献２には、いわゆる沿面タイプの点火装置が記載されている。この点火装置は、中心電極と、誘電体を介在して配設された環状の接地電極との間に、環状の放電空間を設けている。この点火装置は、放電空間内において、誘電体の表面を這うようにストリーマ放電を発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１２８６６６号公報
【特許文献２】特開２０１５−１８１０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、エンジンの技術分野においては、燃費性能の向上が強く求められている。燃費性能の向上を図る上で、冷却損失を低減することは有効である。
【０００６】
ここに開示する技術はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの冷却損失を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示する技術は、幾何学的圧縮比が所定以上に設定された高圧縮比エンジンに係る。この高圧縮比エンジンは、シリンダヘッドの下面によって天井面が構成される燃焼室と、前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内の混合気を点火するよう構成された点火装置と、を備え、前記点火装置は、中心電極と、接地電極と、前記中心電極と前記接地電極との間に介在する絶縁体と、を有し、前記接地電極に導通すると共に、前記中心電極を囲む端面が、前記燃焼室の天井面において前記燃焼室に臨んで配設されている。
【０００８】
そして、前記点火装置の前記端面には、前記点火装置への入熱を遮断する遮熱層が設けられ、前記燃焼室の天井面を構成する前記シリンダヘッドの下面には、前記シリンダヘッドへの入熱を遮断する遮熱層が設けられている。
【０００９】
シリンダヘッドの下面に遮熱層を設けると、燃焼室内において、混合気が燃焼するときの燃焼熱がシリンダヘッドへ入熱することが遮断される。これにより、エンジンの冷却損失を低減することができる。
【００１０】
前記の構成では、シリンダヘッドに取り付けられた点火装置の端面にも、遮熱層が設けられている。点火装置の端面は、燃焼室の天井面において燃焼室に臨んで配設されている。点火装置の端面は、実質的に、燃焼室の天井面の一部を構成している。この点火装置の端面に遮熱層を設けることによって、混合気の燃焼熱が、点火装置を通じてシリンダヘッドへ入熱することが防止される。これにより、エンジンの冷却損失を、さらに低減することができる。
【００１１】
また、点火装置の端面は、中心電極の近傍に位置している。点火装置が駆動することにより、火炎核が生成したとき、及び、火炎核が成長するときに、火炎核の熱が端面を通じて点火装置に入ることを、遮熱層が遮断する。火炎核は、速やかに成長をし、混合気が、確実に着火及び燃焼を開始する。点火装置の端面に設けた遮熱層は、点火装置の着火性も向上させる。
【００１２】
尚、ここでいう点火装置は、中心電極と接地電極との間の放電ギャップにおいて火花放電を発生させて、混合気を着火する火花点火装置の他に、放電ギャップにおいてストリーマ放電を発生させて、混合気を着火する低温プラズマ点火装置も含む。
【００１３】
前記点火装置は、前記接地電極が前記端面を含んで構成される沿面型である、としてもよい。
【００１４】
沿面型の点火装置の接地電極は、中心電極を囲む端面を含んで構成されかつ、燃焼室の天井面において燃焼室に臨んで配設される。この端面に遮熱層を設けることによって、エンジンの冷却損失の低減に有利になると共に、火炎核の成長を妨げることが防止されて、点火装置の着火性が向上する。
【００１５】
前記中心電極は、前記燃焼室の天井面から、前記燃焼室の内方に突出している、としてもよい。こうすることで、沿面型の点火装置において、混合気の着火性が向上する。
【００１６】
前記点火装置は、前記接地電極の根元が前記端面に固定されかつ、前記接地電極の先端が前記中心電極に対向して構成されるプロジェクト型、又は、スラント型である、としてもよい。
【００１７】
プロジェクト型、又は、スラント型の点火装置において、接地電極の根元が固定される端面は、燃焼室の天井面において燃焼室に臨んで配設される。この端面に遮熱層を設けることによって、エンジンの冷却損失の低減に有利になると共に、火炎核の成長を妨げることが防止されて、点火装置の着火性が向上する。
【００１８】
前記遮熱層は、前記燃焼室内の温度の変化に追従して、前記遮熱層の温度が変化するよう構成されている、としてもよい。
【００１９】
遮熱層に触れるガスから遮熱層への熱の移動量は、ガスと遮熱層との温度差が大きいと多くなり、温度差が小さいと少なくなる。前記の構成では、燃焼室内の混合気が着火及び燃焼するときに、遮熱層の温度も高くなるから、遮熱層に触れるガスから遮熱層への熱の移動量が少なくなる。冷却損失が低くなるからエンジンの熱効率の向上に有利になる。また、遮熱層の温度が高くなるため、点火装置の端面付近にデポジットが堆積してしまうことが回避される。
【００２０】
また、前記の構成では、燃焼室内の既燃ガスが排出されかつ、相対的に低温のガス（つまり、新気、又は、新気及びＥＧＲガス）が燃焼室内にチャージされるときに、遮熱層の温度は低くなる。点火装置の端面がホットスポットとなって、混合気が過早着火してしまうことが回避される。
【００２１】
前記高圧縮比エンジンの幾何学的圧縮比は、１４〜３０である、としてもよい。
【００２２】
幾何学的圧縮比を１４〜３０にすると火炎核が成長し難くなるため、着火性が不利になる。前述した点火装置は、冷却損失の低減と共に着火性を向上させることができるから、幾何学的圧縮比を１４〜３０にした高圧縮比エンジンにおいて着火及び燃焼を確実に行うことができる。
【００２３】
前記高圧縮比エンジンは、前記燃焼室のガス重量と燃料重量との比であるＧ／Ｆを３５以上とした混合気が形成されるリーン運転領域を設定するとともに、当該リーン運転領域において前記燃焼室内の混合気に点火をする、としてもよい。
【００２４】
混合気を希釈することによって、燃費の向上、及び、排気ガスのエミッション性能の向上が図られる。
【００２５】
混合気を希釈すると火炎核が成長し難くなるため、着火性に不利になるが、前述した点火装置は着火性が向上するから、Ｇ／Ｆを３５以上に設定して運転する高圧縮比エンジンにおいて着火及び燃焼を確実に行うことができる。
【００２６】
ここで、燃焼室のガスは、実質的に新気のみ場合（つまり、ＥＧＲガスを燃焼室内に導入するＥＧＲ制御を行わない場合。但し、多少の残留ガスが存在する場合を含む）、及び、新気とＥＧＲガスとを含む場合（つまり、ＥＧＲガスを燃焼室内に導入するＥＧＲ制御を行う場合）がある。新気と燃料との重量比Ａ／Ｆを３５以上に設定することも、Ｇ／Ｆを３５以上に設定することに含まれる。つまり、前記の構成は、Ａ／Ｆを３５以上に設定すること、及び、Ｇ／Ｆを３５以上に設定することの両方を含んでいる。
【００２７】
前記点火装置は、点火された混合気が火炎伝播により燃焼し、その後、前記燃焼室の中の未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、所定の点火タイミングで前記混合気に点火をする、としてもよい。
【００２８】
混合気を自己着火により燃焼させると、エンジンの熱効率の向上に有利になる。高圧縮比エンジンは、燃焼室内の温度及び／又は圧力を高めるから、混合気を安定的に自己着火させる上で有利になる。
【００２９】
自己着火による燃焼において、圧縮開始前の燃焼室の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。例えば自己着火のタイミングが早くなると、燃焼騒音が大きくなってしまう。自己着火による燃焼を行おうとすれば、燃焼室の温度コントロールを緻密に行わなければならない。
【００３０】
自己着火のタイミングを精度よくコントロールするために、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼とを組み合わせる燃焼形態が考えられる。つまり、点火装置が、燃焼室の中の混合気に強制的に点火することによって、混合気が火炎伝播により燃焼すると共に、ＳＩ燃焼の発熱によって燃焼室の中の温度が高くなることによって、未燃混合気を自己着火により燃焼させる。ＳＩ燃焼の発熱量を調整すれば、圧縮開始前の燃焼室の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室の中の温度に応じて、例えば点火タイミングの調整によってＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、自己着火のタイミングをコントロールすることができる。
【００３１】
前述した点火装置は着火性が向上するから、ＳＩ燃焼を確実に開始することができ、自己着火のタイミングを、正確にコントロールすることができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、前記の高圧縮比エンジンによると、冷却損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、高圧縮比エンジンの構成を例示する図である。
【図２】図２は、エンジンの運転領域を例示する図である。
【図３】図３は、エンジンの燃焼室の構成を拡大して示す断面図である。
【図４】図４は、点火装置の先端部を拡大して示す斜視図である。
【図５】図５は、図４とは異なる構成の点火装置の先端部を拡大して示す図４対応図である。
【図６】図６は、図４及び図５とは異なる構成の点火装置の先端部を拡大して示す図4対応図である。
【図７】図７は、遮熱層の構成を模式的に例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、高圧縮比エンジンの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、高圧縮比エンジンの一例である。
【００３５】
（エンジンの全体構成）
図１は、高圧縮比エンジン（以下、単にエンジン1という）の構成を例示する図である。エンジン１の幾何学的圧縮比は、１４以上３０以下に設定されている。エンジン１の幾何学的圧縮比は高い。
【００３６】
このエンジン１の燃料は、本実施形態ではガソリンである。燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。エンジン１の燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。
【００３７】
エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１が形成されている。図１では、１つの気筒のみを示す。エンジン１は、多気筒エンジンである。各シリンダ１１内には、ピストン３が摺動可能に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。尚、「燃焼室」は、ピストン３が圧縮上死点に至ったときに形成される空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる場合がある。つまり、燃焼室は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する場合がある。ピストン３の上面３０には、凹状のキャビティ３４が形成されている（図３も参照）。キャビティ３４は、ピストン３の中央部に形成されている。
【００３８】
燃焼室１７の天井面を構成するシリンダヘッド１３の下面１３０は、吸気側からシリンダ１１の中央に向かって登り勾配になっていると共に、排気側からシリンダ１１の中央に向かって登り勾配になっている。燃焼室１７は、ペントルーフ型の燃焼室である。尚、ペントルーフの谷部の位置は、シリンダ１１のボア中心に一致する場合、及び、一致しない場合の両方があり得る。
【００３９】
シリンダヘッド１３の下面１３０には、吸気ポート１８の開口部が設けられていると共に、排気ポート１９の開口部が設けられている。
【００４０】
図１には一つのみ示すが、シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に二つの吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、吸気通路１８１に接続されている。
【００４１】
吸気ポート１８と同様に、シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に二つの排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９は燃焼室１７に連通している。排気ポート１９は、排気通路１９１に接続されている。
【００４２】
図示しないが、エンジン１は、吸気通路１８１にコンプレッサが介設している過給機付きエンジンであってもよい。過給機は、排気エネルギによって駆動するターボ過給機、及び、エンジン１によって駆動される機械式過給機のいずれであってもよい。また、エンジン１は、過給機を有しない自然吸気エンジンであってもよい。
【００４３】
また、図示は省略するが、エンジン１は、排気通路１９１と吸気通路１８１とをつなぐＥＧＲ通路を備えている。エンジン１の運転状態に応じて、ＥＧＲ通路及び吸気通路１８１を介して、ＥＧＲガスが、燃焼室１７の中に導入される。
【００４４】
シリンダヘッド１３には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、吸気ポート１８を燃焼室１７に対して開閉する。吸気弁２１は、吸気動弁機構２３によって、所定のタイミングで往復動する。吸気動弁機構２３は、この例では、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式又は電動式の位相可変機構（Sequential-Valve Timing：Ｓ-ＶＴ）を、少なくとも含んで構成されている。
【００４５】
シリンダヘッド１３には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、排気ポート１９を燃焼室１７に対して開閉する。排気弁２２は排気動弁機構２４によって、所定のタイミングで往復動する。排気動弁機構２４は、この例では、液圧式又は電動式のＳ-ＶＴを、少なくとも含んで構成されている。
【００４６】
シリンダヘッド１３には、燃焼室１７内に燃料を直接噴射するインジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、ペントルーフの谷部に配設されている。インジェクタ６の軸心は、シリンダ１１の中心軸に一致している。インジェクタ６の軸心は、シリンダ１１の中心軸からずれた位置で、中心軸に平行であってもよい。インジェクタ６は、ピストン３のキャビティ３４に対向している。インジェクタ６は、複数の噴口を有する多噴口型の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ６は、燃料噴霧が、燃焼室１７の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。尚、インジェクタ６の構成は、前記の構成に限定されない。インジェクタ６は、適宜の構成を採用することが可能である。
【００４７】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、点火装置７が取り付けられている。点火装置７は、燃焼室１７の中の混合気に強制的に火花点火をする。点火装置７は、この構成例では、シリンダ１１の中心軸よりも吸気側に配設されている。点火装置７は、図示は省略するが、二つの吸気ポート１８の間に位置している。点火装置７は、上方から下方に向かって、燃焼室１７の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火装置７の電極は、図３にも示すように、燃焼室１７の中に臨んでかつ、燃焼室１７の天井面の付近に位置している。点火装置７の構成は、後述する。
【００４８】
（エンジンの運転領域）
図２は、エンジン１の運転領域を示している。エンジン１の運転領域は、負荷が相対的に低くかつ、回転数が相対的に低い第１領域と、第１領域よりも負荷が高い、及び／又は、第１領域より回転数が高い第２領域とに分かれている。エンジン１を運転するＥＣＵ（図示省略）は、各種のセンサの検知信号を受けて要求トルクを演算すると共に、要求トルクと運転領域とに基づき設定した制御パラメータに従って、各デバイスに、制御信号を出力する。
【００４９】
エンジン１は、第１領域において、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を図るため、ＣＩ燃焼を行う。自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン１は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＩ−ＣＩ燃焼を行う。ＳＩ−ＣＩ燃焼は、点火装置７が、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播により燃焼すると共に、ＳＩ燃焼の発熱により燃焼室１７の中の温度が高くなることによって、未燃混合気が自己着火により燃焼する。ＳＩ燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらついていても、例えば点火タイミングの調整によってＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、自己着火のタイミングをコントロールすることができる。これにより、燃焼騒音が増大してしまうことを回避することができる。第１領域において、エンジン１は、混合気の空気過剰率λを１．０±０．２にしかつ、ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入することで混合気のＧ／Ｆ（つまり、燃焼室１７のガス重量と燃料重量との比）を３５以上にして運転する。第１領域は、リーン運転領域である。混合気を希釈してＣＩ燃焼を行うことにより、エンジン１の燃費性能を高くすることが可能になる。さらに、混合気の空燃比を略理論空燃比にすることによって、三元触媒により、排気ガスを浄化することが可能になるため、エンジン１の排出ガス性能が良好になる。
【００５０】
第２領域においては、第１領域よりも燃料噴射量が増える。燃料噴射量が増えると、ＳＩ−ＣＩ燃焼を行っても、燃焼騒音を抑制することが困難になる。また、第２領域においては、燃焼室１７の中の温度が高くなるため、ＣＩ燃焼を行おうとしても、過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じやすい。そのため、エンジン１は、第２領域においては、火花点火によるＳＩ燃焼を行う。
【００５１】
従って、このエンジン１は、運転領域の全域において、点火装置７によって、燃焼室１７内の混合気に点火を行う。
【００５２】
（燃焼室の構成）
図３は、エンジン１の燃焼室１７を拡大して示している。エンジン１では、燃焼室１７を区画する区画面に遮熱層１７３を設けている。具体的に、図３に示す構成例では、シリンダヘッド１３の下面１３０（つまり、燃焼室１７の天井面）、ピストン３の上面３０、並びに、図示は省略するが、吸気弁２１のバルブヘッドの面及び排気弁２２のバルブヘッドの面に、遮熱層１７３を設けている。遮熱層１７３は、燃焼室１７を区画する区画面の全体に設けてもよいし、区画面の一部に設けてもよい。
【００５３】
遮熱層１７３は、燃焼室１７を構成する金属製の母材よりも熱伝導率が低い。ここでいう母材は、例えばピストン３であればアルミニウム又はアルミニウム合金である。遮熱層１７３は、燃焼室１７内の燃焼ガスの熱が、燃焼室１７を区画する面を通じて放出されることを抑制する。遮熱層１７３によって、エンジン１の冷却損失を低減することが可能になる。
【００５４】
また、遮熱層１７３は、母材よりも容積比熱が小さいことが好ましい。つまり、遮熱層１７３の熱容量を小さくして、燃焼室１７の区画面の温度が、燃焼室１７内のガス温度の変動に追従して変化することが好ましい。こうすることで、混合気が燃焼するときには、燃焼ガスの温度と区画面の温度との差が小さくなるから、熱が、区画面を通じて母材に伝わることが、さらに抑制される。
【００５５】
遮熱層１７３は、中空粒子（例えばガラスバルーン）と、バインダとしての例えばシリコーン樹脂と、を含有する遮熱材料を、区画面上に塗布し、加熱処理によって樹脂を硬化させることにより形成してもよい。
【００５６】
（点火装置の構成）
図４は、点火装置７の先端部を拡大して示す斜視図である。点火装置７は、中心電極７１と、接地電極７２と、中心電極７１と接地電極７２との間に介在する絶縁体７３と、を有している。中心電極７１及び絶縁体７３は、筒体７４に収容されている。接地電極７２は、筒体７４の下端面によって構成されている。接地電極７２は、中心電極７１の周囲を囲む環状の端面を有している。接地電極７２は、点火装置７をシリンダヘッド１３に取り付けたときに、シリンダヘッド１３の下面１３０において燃焼室１７に臨んで配設される。接地電極７２は、実質的に、燃焼室１７の天井面の一部を構成する。
【００５７】
図４に例示する点火装置７は、中心電極７１が、接地電極７２の下端から突出している。点火装置７をシリンダヘッド１３に取り付けたときに、中心電極７１は、燃焼室１７の天井面から、燃焼室１７の内方に突出する（図３参照）。但し、後述のプロジェクト型の点火装置８ほどには、中心電極７１は、燃焼室１７の内方に突出しない。点火装置７は、幾何学的圧縮比が高いエンジン１において、ピストン３との干渉を回避する上で有利である。点火装置７は、中心電極７１と接地電極７２との間で、絶縁体７３の表面に沿うように火花放電が行われる。点火装置７は、沿面型の点火装置である。
【００５８】
接地電極７２における下面には、遮熱層７５が、その全体に設けられている。遮熱層７５は、接地電極７２への入熱を遮断する。尚、図４においては、理解を容易にするために、遮熱層７５に薄墨を付けている。
【００５９】
遮熱層７５は、前述した燃焼室１７の区画面に設ける遮熱層１７３と同じである。接地電極７２の下面は、前述したように、燃焼室１７の区画面の一部を、実質的に構成しているため、混合気の燃焼時に、その燃焼熱が、接地電極７２の下面に入熱し得る。しかしながら、接地電極７２に遮熱層７５を設けているため、点火装置７に、燃焼熱が入熱することを遮断することができる。つまり、燃焼室１７に設けた遮熱層１７３と共に、接地電極７２の遮熱層７５も、燃焼熱がシリンダヘッド１３に入熱することを防止するから、エンジン１の冷却損失を下げることができ、エンジン１の熱効率の向上に有利になる。
【００６０】
また、接地電極７２に設けた遮熱層７５は、周囲温度の変化に追従して、遮熱層７５の温度が変化するよう構成されている。つまり、遮熱層に触れるガスから遮熱層への熱の移動量は、ガスと遮熱層との温度差が大きいと多くなり、温度差が小さいと少なくなる。燃焼室１７内の混合気が着火及び燃焼するときには、遮熱層７５の温度も高くなるから、遮熱層７５に触れるガスから遮熱層７５への熱の移動量が少なくなり、冷却損失がさらに低下して、エンジン１の熱効率の向上に有利になる。また、混合気の燃焼時に遮熱層７５の温度が高くなるため、接地電極７２の付近にデポジットが堆積してしまうことを回避することができる。
【００６１】
また、燃焼室１７内の既燃ガスが排出されかつ、相対的に低温のガス（つまり、新気、又は、新気及びＥＧＲガス）が燃焼室１７内にチャージされるときに、遮熱層７５の温度は低くなる。接地電極７２がホットスポットとなって、混合気が過早着火してしまうことを回避することができる。
【００６２】
遮熱層７５はまた、中心電極の近傍に位置するため、火炎核が生成したとき、また、その火炎核が成長するときに、火炎核の熱が、接地電極７２に入ることを防止する。これにより、火炎核の成長が妨げられず、混合気は、確実に着火及び燃焼する。
【００６３】
遮熱層７５はまた、周囲のガス温度の変動に追従して、その温度が変化するから、火炎核の成長時には、火炎核の温度と遮熱層７５の温度との差が小さくなり、熱が、遮熱層７５及び接地電極７２に入ることを、さらに抑制することができる。よって、この点火装置７は、火花点火における着火性を、さらに高めることができる。
【００６４】
接地電極７２に設ける遮熱層７５は、図７に示すように、バインダ３２と、その中に分散された多数の中空粒子３１とを含んで構成されている。バインダ３２は、中空粒子３１を接地電極７２の下面に保持する（尚、図７は天地を逆に描いている）と共に、中空粒子３１の間を埋めて遮熱層７５の母材を形成する。バインダ３２は、例えばシリコーン系樹脂等の低熱伝導性材料であると共に、中空粒子３１は、その内部空間に熱伝導性の低い空気を含有する。このように、バインダ３２の中に中空粒子３１を分散させることにより、遮熱層７５を、より低熱伝導性の層としている。
【００６５】
中空粒子３１としては、シリカバルーン、ガラスバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン、エアロゲルバルーン等のＳｉ系酸化物成分（例えば、シリカ（ＳｉＯ２））又はＡＩ系酸化物成分（例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３））を含有するセラミック系中空粒子を採用することが好ましい。中空粒子３１としては特に、ガラスバルーンを採用することが好ましい。これにより、遮熱層７５の熱伝導性をより低くすることができると共に、その強度も確保することができる。
【００６６】
尚、中空粒子３１は、好ましくは球状である。中空粒子３１の平均粒径は、遮熱層７５の遮熱性向上の観点から、好ましくは、５μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは、１０μｍ以上４５μｍ以下、特に好ましくは、１５μｍ以上４０μｍ以下、である。遮熱層７５における中空粒子３１の含有量は、遮熱層７５の遮熱性向上の観点から、好ましくは５質量％以上５０質量％以下、より好ましくは１０質量％以上４５質量％以下、特に好ましくは１５質量％以上４０質量％以下である。
【００６７】
バインダ３２としては、耐熱性樹脂を用いることができ、例えば低熱伝導性材料であるシリコーン系樹脂を用いることができる。シリコーン系樹脂は、具体的には、例えばメチルシリコーン樹脂、メチルフェニルシリコーン樹脂に代表される、分岐度の高い三次元ポリマーからなるシリコーン系樹脂を好ましく用いることができる。シリコーン系樹脂の具体例としては、さらに例えばポリアルキルフェニルシロキサンを挙げることができる。これにより、遮熱層７５の熱伝導性を低下させることができると共に、接地電極７２の面と遮熱層７５との優れた密着性を得ることができる。
【００６８】
遮熱層７５は、例えば次のようにして、接地電極７２に設けることが可能である。つまり、中空粒子３１を有するバインダ３２に、点火装置７の接地電極７２の下面を浸けることによって、接地電極７２の下面にバインダ３２を塗布する。その後、加熱処理によってバインダ３２を硬化させれば、接地電極７２の下面に遮熱層７５を形成することができる。
【００６９】
尚、遮熱層７５の厚みは、高い遮熱性能を維持しながら、遮熱層７５の破損及び剥離を防止する観点から、好ましくは８μｍ以上９０μｍ以下、より好ましくは１３μｍ以上７０μｍ以下、特に好ましくは１８μｍ以上５０μｍ以下である。
【００７０】
ここで、図５に示すように、点火装置８は、プロジェクト型であってもよい。つまり、点火装置８は、中心電極８１と、接地電極８２と、中心電極８１と接地電極８２との間に介在する絶縁体８３と、を有している。中心電極８１及び絶縁体８３は、筒体８４に収容されている。筒体８４の下端面は、中心電極８１の周囲を囲む環状端面８４１を構成する。環状端面８４１は、点火装置８をシリンダヘッド１３に取り付けたときに、シリンダヘッド１３の下面１３０において燃焼室１７に臨んで配設される。環状端面８４１は、実質的に、燃焼室１７の天井面の一部を構成する。
【００７１】
図４に例示する点火装置８は、絶縁体８３が、筒体８４の下端から突出している。接地電極８２は、側面視で略Ｌ字状に構成されている。接地電極８２の根元は、環状端面８４１に固定されている。接地電極８２と環状端面８４１とは導通している。接地電極８２の先端は、筒体８４の端から突出している中心電極８１に、対向している。
【００７２】
接地電極８２の先端には、突起８２１が取り付けられている。突起８２１は、中心電極８１の方に向かって突出している。突起８２１の上端と中心電極８１の下端との間に、放電ギャップが形成されている。この点火装置８は、いわゆる針−針プラグである。接地電極８２の先端に突起８２１を取り付けることによって、放電ギャップの付近における空間が広くなると共に、放電ギャップの近傍における接地電極８２の熱容量が小さくなる。点火装置８の消炎作用が小さくなって、火花点火の着火性が高まる。
【００７３】
この点火装置８においては、環状端面８４１に遮熱層８５が設けられている。遮熱層８５は、前記遮熱層７５と同じであり、遮熱層８５は、点火装置８への入熱を遮断する。その結果、エンジン１の冷却損失を低減することができる。また、点火装置８の消炎作用が小さくなって、火炎核の成長を妨げないから、火花点火の着火性を向上させることができる。
【００７４】
尚、プロジェクト型の点火装置８において、接地電極８２の少なくとも一部に、環状端面８４１の遮熱層８５と同様の遮熱層を設けてもよい。
【００７５】
点火装置９はさらに、図６に示すように、スラント型であってもよい。つまり、スラント型の点火装置９は、中心電極９１と、接地電極９２と、絶縁体９３と、筒体９４と、を備えている。中心電極９１及び絶縁体９３は、筒体９４の下端よりも内方に位置している。接地電極９２は、根元が、筒体９４の環状端面９４１に固定され、そこから、中心電極９１の近傍まで真っ直ぐに伸びている。
【００７６】
この点火装置９においては、環状端面９４１に遮熱層９５が設けられている。遮熱層９５は、前記遮熱層７５及び遮熱層８５と同じであり、遮熱層９５は、点火装置９への入熱を遮断する。よって、エンジン１の冷却損失を低減することができると共に、点火装置８の消炎作用が小さくなって、火花点火の着火性を向上させることができる。
【００７７】
尚、スラント型の点火装置９において、接地電極９２の少なくとも一部に、環状端面９４１の遮熱層９５と同様の遮熱層を設けてもよい。
【００７８】
尚、点火装置に設ける遮熱層は、前述した構成に限らない。例えば接地電極７２の下面、又は、環状端面８４１，９４１に、ＺｒＯ２等のセラミック材料を、プラズマ溶射によってコーティングすることにより、遮熱層を形成してもよい。
【００７９】
尚、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン１に適用することに限定されない。ここに開示するエンジンは、運転領域の全域に亘って火花点火による燃焼を行う火花点火エンジンであってもよい。また、少なくとも一部の領域においては、火花点火を行わない（例えば、圧縮着火により燃焼する）圧縮着火エンジンであってもよい。
【００８０】
また、エンジン１において、ピストン３に設けた遮熱層１７３は、省略してもよい。
【００８１】
また、ここに開示するエンジンは、混合気のＡ／Ｆを３５以上に設定して火花点火による燃焼を行うエンジンであってもよい。混合気を希釈すると火炎核が成長し難くなるため、火花点火における着火性に不利になるが、前述した点火装置は、火花点火の着火性を向上させることもできるから、Ａ／Ｆを３５以上に設定して運転するエンジンにおいて、火花点火による燃焼を確実に行うことができる。その結果、燃費の向上、エミッション性能の向上を図ることができる上に、冷却損失を低減することができる。
【００８２】
また、点火装置は、火花点火装置に限らず、中心電極と接地電極との間でストリーマ放電を行って混合気を着火及び燃焼させる、低温プラズマ点火装置であってもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１  エンジン
１３  シリンダヘッド
１３０  下面
１７  燃焼室
３１  中空粒子
３２  バインダ
７  点火装置
７１  中心電極
７２  接地電極（端面）
７３  絶縁体
７５  遮熱層
８  点火装置
８１  中心電極
８２  接地電極
８３  絶縁体
８４１  環状端面
８５  遮熱層
９  点火装置
９１  中心電極
９２  接地電極
９３  絶縁体
９４１  環状端面
９５  遮熱層
【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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