(57)【要約】【課題】多点点火のポテンシャルである初期燃焼を効率よく安定的に行えるような、燃焼室構造の提供を実現する。【解決手段】燃焼室１０の中央部に配置されるメイン点火プラグ１４と、燃焼室１０の周縁部に配置されるサブ点火プラグ１５，１６と、を備える多点点火式内燃機関の燃焼室構造において、サブ点火プラグ１５，１６近傍の燃焼室壁の倒立角度θ１を他の部位の燃焼室壁の倒立角度θ２よりも大きく設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の中央部に配置されるメイン点火プラグと、燃焼室の周縁部に配置される少なくとも１つ以上のサブ点火プラグと、を備える多点点火式内燃機関の燃焼室構造において、サブ点火プラグ近傍の燃焼室壁の倒立角度を他の部位の燃焼室壁の倒立角度よりも大きく設定したことを特徴とする多点点火式内燃機関の燃焼室構造。
【請求項２】
メイン点火プラグおよびサブ点火プラグは、燃焼室の中心を通ってクランク軸と平行な直径方向へ伸びる直線上に配置されることを特徴とする請求項１に係る多点点火式内燃機関の燃焼室構造。
【請求項３】
ボア半径Ｄと点火プラグ間の距離Ｒとから規定される燃焼室の中心からの距離ｘ＝３Ｒ／８＋Ｄ2／２Ｒの位置において、クランク軸と平行な直径方向へ伸びる直線と直交する直線がボア円周上に交わる２点間の燃焼室壁の倒立角度を、他の部位の燃焼室壁も大きく設定したことを特徴とする請求項２に係る多点点火式内燃機関の燃焼室構造。
【請求項４】
燃焼室はペントルーフ型であり、その稜線部にメイン点火プラグおよびサブ点火プラグが配置されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに係る多点点火式内燃機関の燃焼室構造。
【請求項５】
サブ点火プラグ近傍の燃焼室壁の倒立角度は、ボア円周上に対する９０度に設定したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の多点点火式内燃機関の燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多点点火式内燃機関の燃焼室構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、燃焼安定度を高めるため、１つの燃焼室に対し、複数の点火プラグを配置したものがある。特許文献１の場合、複数の点火プラグは、燃焼室の直径方向へ１列に配置される。初期燃焼は、火炎面が円形状に拡がる。隣り合う点火プラグ間の火炎面が互いに合致（衝突）すると、燃焼室の直径方向へ長く伸びる既燃ゾーンが形成され、これを挟む両側に燃焼室の未燃ゾーンを分割するようになる。後期燃焼は、この既燃ゾーンと直交する方向へ進行する。燃焼の進行に伴って火炎面同士が衝突するため、燃焼割合の増加を抑えられ、燃焼期間全体に渡って燃焼割合が均一化するようになる。
【特許文献１】特開平０５−０８６８６６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
複数の点火プラグの中、配列の端に位置する点火プラグについては、初期火炎がすぐに近傍の燃焼室壁に衝突し、初期火炎の成長が阻害されるため、消炎体積が大きく、燃焼期間が長くなり、多点点火の効果が十分に生かせない、ということが考えられる。
【０００４】
この発明は、このような従来技術を踏まえつつ、初期火炎の成長を阻害しない、多点点火の初期燃焼を効率よく安定的に行えるような、燃焼室形状（燃焼室構造）の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、燃焼室の中心に配置されるメイン点火プラグと、燃焼室の周縁部に配置される少なくとも１つ以上のサブ点火プラグと、を備える多点点火式内燃機関の燃焼室構造において、サブ点火プラグ近傍の燃焼室壁の倒立角度を他の部位の燃焼室壁の倒立角度よりも大きく設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明においては、サブ点火プラグ近傍の燃焼室壁の倒立角度を大きく設定することにより、サブ点火プラグとその近傍の燃焼室壁との間隔（燃焼空間）が広く取れるようになり、この燃焼空間を初期火炎が成長するので、消炎体積の低減により、多点点火のポテンシャルである初期燃焼を効率よく進行させることができる。つまり、燃焼期間の短縮が可能となり、燃焼安定度も高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図に基づいて、この発明の実施形態を説明する。
【０００８】
図１〜図３において、１０はシリンダブロック２０とピストン２１とシリンダヘッド２２とから構成される燃焼室であり、シリンダヘッド２２側にペントルーフ型の凹部１０ａが形成される。ペントルーフの稜線部を挟む片側に２つの吸気バルブ１１ａ，１１ｂ、その反対側に２つの排気バルブ１２ａ，１２ｂ、が配置される。
【０００９】
燃焼室１０の中央部にメイン点火プラグ１４、燃焼室１０の周縁部にサブ点火プラグ１５，１６、を備える。これら点火プラグ１４〜１６は、燃焼室１０の中心を通ってクランク軸と平行な直径方向へ伸びる直線ａ上に配置され、図外の点火装置により、３つが同時に作動（点火）するようになっている。
【００１０】
図示の場合、点火プラグ１４〜１６は、ペントルーフの稜線部１７に配置される。メイン点火プラグ１４とサブ点火プラグ１５との距離と、メイン点火プラグ１４とサブ点火プラグ１６との距離と、は等しく設定される。
【００１１】
各点火プラグ１４〜１６により、混合気が着火すると、その火炎面は円形状に拡がり、点火プラグ間（１４と１５との間および１４と１６との間）において、火炎面同士が合致（衝突）すると、燃焼室１０の直径方向へ横断する既燃ゾーンが形成されるようになる（初期燃焼）。その後は、既燃ゾーンから両側の未燃ゾーンを火炎が進行するのである（後期燃焼）。
【００１２】
図１において、Ａは後述のように決定される燃焼初期のサブ点火プラグ１５，１６周りの燃焼空間を規定する燃焼室壁領域に対応する角度範囲を示すものであり、Ｂは他の燃焼室領域に対応する角度範囲を示すものである。燃料室壁のボア円周ｂ上の倒立角度は、角度範囲Ａの方（倒立角度θ１）が角度範囲Ｂの方（倒立角度θ２）よりも大きく設定される。図２，図３の場合、角度範囲Ａは、θ１＝９０度、角度範囲Ｂは、θ２＜９０度、に設定する。
【００１３】
初期燃焼期間のサブ点火プラグ１５，１６周りの燃焼空間を規定する角度範囲Ａについては、次のように定義される。図４は、サブ点火プラグ１５，１６を中心として拡がる火炎面ｃ上の座標とボア円周ｂ上の座標との関係を説明するものであり、ボア半径Ｄと点火プラグ間（１４と１５との間および１４と１６との間）の距離Ｒとすると、サブ点火プラグ１５，１６からの火炎面ｃ上の座標は、（ｘ−Ｒ）2＋ｙ2＝（Ｒ／２）2…（１）、と与えられ、ボア円周ｂ上の座標は、ｘ2＋ｙ2＝Ｄ2…（２）、と与えられる。
【００１４】
（１）式および（２）式から、燃焼室１０の中心からクランク軸方向への距離ｘ＝３Ｒ／８＋Ｄ2／２…（３）、が求められる。距離ｘ＜Ｄの場合、距離ｘ＝３Ｒ／８＋Ｄ2／２Ｒの位置において、直線ａと直交する直線ｄがボア円周ｂ上に交わる２点ｅ，ｆ間が角度範囲Ａに設定されるのである。
【００１５】
このような構成により、サブ点火プラグ１５，１６周りの角度範囲Ａの燃焼室壁の倒立角度θ１が大きく、図２のようにボア円周ｂ上を垂直に立つ燃焼室壁が形成され、ペントルーフの尾根１７の両端部に配置するサブ点火プラグ１５，１６周りの燃焼空間を広く取れる。このため、サブ点火プラグ１５，１６周りに初期火炎（燃焼質量割合の１０％程度）が成長する範囲の燃焼空間を確保することが可能となり、消炎体積が低減するため、３点点火（多点点火）のポテンシャルである初期燃焼を最大限に効率よく進行させることができる。つまり、燃焼期間の短縮が得られ、燃焼安定度も高められる。
【００１６】
図２において、ペントルーフの尾根１７の両端部における燃焼室壁およびサブ点火プラグ１５，１６の配置が点線で示すような場合、サブ点火プラグ１５，１６の初期火炎がすぐに近傍の燃焼室壁（点線）に衝突し、その成長が阻害されるため、サブ点火プラグ１５，１６周りの消炎体積が大きく、多点点火の効果が十分に生かせない。そのため、点火プラグ間（１４と１５との間および１４と１６との間）の距離Ｒ（図４、参照）を縮めると、サブ点火プラグ１５，１６周りの燃焼空間が相対的に広くなるものの、初期燃焼において、点火プラグ間（１４と１５との間および１４と１６との間）の火炎面同士の衝突が早くなり、点火プラグ間の初期火炎の消炎体積が大きくなってしまう。
【００１７】
ペントルーフの尾根１７の両端部における燃焼室壁およびサブ点火プラグ１５，１６の配置が図２の実線で示す場合、点火プラグ１５，１６周りの角度範囲Ａの燃焼室壁の倒立角度θ１により、点火プラグ１５，１６周りに初期火炎が成長する範囲の燃焼空間が確保可能となり、３点点火のポテンシャルである初期燃焼を最大限に効率よく生かせるのである。
【００１８】
この実施形態においては、燃焼室１０がペントルーフ型であり、燃焼室１０の容積を小さく、バルブ面積を大きく取れるので、高圧縮および出力の向上が可能となる。図４においては、サブ点火プラグ１５，１６とボア円周ｂ上の燃焼室壁との最短距離（Ｄ−Ｒ）は、初期火炎面の最大半径（Ｒ／２）よりも小さく設定されるが、このような燃焼室１０においても、距離ｘに規定される角度範囲Ａの燃焼室壁の倒立角度θ１を、他の角度範囲Ｂの燃焼室壁の倒立角度θ２よりも大きく設定することにより、消炎体積の低減（図５、参照）が得られ、熱効率を向上できるのである。
【００１９】
角度範囲Ａの燃焼室壁と角度範囲Ｂの燃焼室壁との境界は、エッヂ（段差）を生じると、ヒートスポットとなりかないため、滑らかな曲面構成の接続面に形成することが望まれる。点火プラグ１４〜１６は、３つ同時に作動（点火）するようになっているが、初期火炎の消炎体積を低減するため、サブ点火プラグ１５，１６の点火をメイン点火プラグ１４の点火を遅らせることも考えられる。
【００２０】
図２の場合、θ１＝９０度に設定されるが、θ１＞θ２の範囲において、θ１＜９０度に設定しても良い。図６は、ペントルーフの尾根の両端部における燃焼室形状を例示するものである。θ１＜９０度に設定されるが、θ１＞θ２のため、サブ点火プラグ周りに燃焼空間を広く取れる。図２の場合（θ１＝９０度）においては、図６の場合に較べると、サブ点火プラグ周りに燃焼空間を効率よく広げられることになる。図６において、１７ａはペントルーフの尾根（稜線部）であり、１８はサブ点火プラグの取付面である。
【００２１】
この発明は、ペントルーフ型の燃焼室１０に限定されるものでなく、半球型の燃焼室やクサビ型の燃焼室、等への適用も可能となる。つまり、半球型の燃焼室やクサビ型の燃焼室において、初期火炎の消炎体積を低減するべく、サブ点火プラグ周りに初期火炎が成長する必要な燃焼空間を確保するため、サブ点火プラグ近傍の燃焼室壁の倒立角度を、他の部位の燃焼室壁の倒立角度よりも大きく設定するのである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】燃焼室の構成を説明する平面的な概要図である。
【図２】燃焼室の一部断面図である。
【図３】図１のｚ−ｚ断面図である。
【図４】燃焼室の構成に係る説明図である。
【図５】初期燃焼の消炎体積を例示するシミュレーション結果である。
【図６】別の燃焼室を例示する一部構成図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  燃焼室
１１ａ，１１ｂ  吸気バルブ
１２ａ，１２ｂ  排気バルブ
１４  メイン点火プラグ
１５，１６  サブ点火プラグ
１７，１７ａ  ペントルーフの尾根（稜線部）
１８  サブ点火プラグの取付面
２０  シリンダブロック
２１  ピストン
２２  シリンダヘッド
【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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