(57)【要約】【課題】多点点火方式は、混合室内に複数の点火プラグを配置することで構成されるが、さらに燃費向上を図る目的で成層燃焼を行う筒内噴射式インジェクタを採用した場合、燃焼室ヘッド部に複数個の点火プラグとインジェクタ１ケの配置が必要となり、十分な配置スペースが取れないという問題がある。【解決手段】筒内に直接燃料を噴射するインジェクタのノズル先端周囲にノズル先端よりも燃焼室内に突出させた絶縁部材を形成して、前記絶縁部材の表面または表面から突出した形で前記複数の点火電極を円弧状に配置すると共に、前記複数の点火電極が点火ギャップを隔てて電気的に直列となるように形成する。【選択図】  図１
2004257248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室壁面の一部に形成した絶縁部材の表面または表面から突出した形で複数の点火電極を円弧状に配置すると共に、前記複数の点火電極が点火ギャップを隔てて電気的に直列となるように形成された点火装置において、筒内に直接燃料を噴射するインジェクタのノズルが前記複数電極の中心位置に配置されたことを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】
前記複数点火電極は、該筒内噴射インジェクタのノズル先端よりも燃焼室内に突出していることを特徴とする請求項１の内燃機関用点火装置。
【請求項３】
前記複数点火電極は、概略Ｔ字型を呈しており、二種類以上の電極が組み合わされて複数電極となっていることを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項４】
該筒内噴射インジェクタと複数の点火電極間は絶縁部材で絶縁されており、前記絶縁部材は、単品で成形された後、複数電極を組み付ける構造を特徴とする請求項１から請求項３に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項５】
該筒内噴射インジェクタと複数の点火電極間は絶縁部材で絶縁されており、インジェクタと一体成形されていることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項６】
前記絶縁部材は、インジェクタの先端部に向かってテーパ形状になっていることを特徴とする請求項４ないし請求項５に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項７】
前記絶縁部材の一部にインジェクタの軸方向と直行する方向に段差が設けてあることを特徴とする請求項４から請求項６に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項８】
該筒内噴射インジェクタと複数の点火電極間との絶縁部材にアルミナ等のセラミックスを用いたことを特徴とする請求項１から請求項３に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項９】
点火電極間と絶縁部材との間のシールにガラス粉末剤を用いたことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用点火装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混合気に着火するための点火ギャップを内燃機関の燃焼室内に複数形成した火花点火装置に関するもので、特に筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射エンジンにおける着火性向上および火炎の伝播速度を急速化する内燃機関用点火装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特許文献１によれば、均質混合気形態による燃焼を主体としたガソリンエンジンにおいては、強い空気流動により燃料と空気の混合を促進することで、希薄燃焼（例えば空燃比２０程度）実現し燃費向上を図っている。ここ最近では、１気筒に２つの点火プラグを備えたエンジンが実用化されており、２点点火により希薄混合気の燃焼時に生じる火炎伝播速度低下の課題を克服している。通常、多点点火方式は、混合室内に複数の点火プラグを配置することで構成されているが、さらに燃費向上を図る目的で成層燃焼を行う筒内噴射式インジェクタを採用した場合、燃焼室ヘッド部に複数個の点火プラグとインジェクタ１ケの配置が必要となる。
【０００３】
例えば、特開２００２−１３８９３３号公報に示されるのは１つの気筒に１つのインジェクタと点火プラグを配置した例であるが、ここに複数個の点火プラグを配置するのはスペース上かなり難しいことがわかる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１３８９３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、燃焼室ヘッド部は限られた面積しかないため、複数のバルブと複数の点火プラグ、そしてインジェクタを配置するには十分なスペースが取れないという問題が発生した。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで前記課題を解決すべく、本発明の点火装置は、筒内に直接燃料を噴射するインジェクタのノズル先端周囲にノズル先端よりも燃焼室内に突出させた絶縁部材を形成して、前記絶縁部材の表面または表面から突出した形で前記複数の点火電極を円弧状に配置すると共に、前記複数の点火電極が点火ギャップを隔てて電気的に直列となるように形成する。
【０００７】
前記絶縁部材は、絶縁性および耐熱性に優れたセラミックス等で形成され、二種類以上の形状をした複数の電極と一体となり、燃焼圧力の損失がないようシール性を確保しながらインジェクタと一体にエンジンに組み付けられる。
【０００８】
複数の電極に火花を発生させる高電圧は、通常別体となった点火コイルから供給されるが、さらに小型化を図る目的で一体化することも可能である。
【０００９】
以上のような点火装置とした場合の燃料噴射方法としては、吸気行程の前半とほぼ点火時期の２回に分割して燃料噴射を行う方法がある。こうすることにより、第１の燃料噴射によって形成された均質リーン混合気に複数の火花点火によって確実に着火すると共に、点火時期とほぼ同時に噴射する第２の燃料噴射による噴霧の移動によって発生する空気の乱れで効果的に火炎伝播が促進される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づき説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施例の点火装置の構成図である。
【００１２】
筒内噴射用のインジェクタ４のノズル先端部４ａに複数の電極３ａ，３ｂ，３ｃがノズル円周上に配置され、それらの電極３ａ，３ｂ，３ｃとインジェクタ４との絶縁のため、絶縁距離を数ミリ保つように絶縁部材２は電極３ａ，３ｂ，３ｃを覆っている。さらにインジェクタ４のノズル先端４ａよりも若干突出した位置に電極３ａ，３ｂ，３ｃが配置されている。
【００１３】
絶縁部材２は、数百℃にも達する燃焼室内に部分的ではあるがさらされるため、耐熱性にも優れている必要がある。樹脂では耐熱性２００〜３００℃のため、溶損する可能性がある。よって耐熱性（５００℃以上）に優れたアルミナ等のセラミックスが絶縁部材２としては適している。
【００１４】
本実施例では、絶縁部材２と電極３ａ，３ｂ，３ｃを一体に成形した後、インジェクタ４とも一体化している。そして高電圧を発生する点火コイル６のスプリング１６とコイル接続用電極７とを接合し、その電極接続部８近辺も接続用絶縁部材５で絶縁することで点火コイル６も一体化したコンパクトな点火装置１とすることができる。これによりエンジン側のレイアウト設計や取付け性を向上させることができる。
【００１５】
また、電極３ａ，３ｂ，３ｃが複数あるということは点火ギャップ１３が複数となるため、点火ギャップ１３間距離を同じとするとギャップ放電する電圧は、各ギャップとも同じになるため点火コイル６で発生しなければならない電圧Ｖはギャップ放電電圧Ｖｇ×点火ギャップ数ｎとなる。したがって、点火するには通常の２倍以上の点火エネルギが必要となるため、高エネルギタイプの点火コイル６が必要となる。このような場合適しているのが小型・高エネルギ化に対応できるプラグトップタイプである。このタイプの点火コイル６は、磁気回路が閉磁路となるため磁気効率が優れておりコイルの大型化を最小限に抑えつつ高エネルギ化が達成できる。
【００１６】
電極材質は通常のプラグ電極材質と同じように耐熱性，耐摩耗性に優れたＮｉ合金，白金合金，イリジウム合金などを用いる。そしてギャップ位置は、インジェクタの噴霧方向に配置する。こうすることで第２の燃料噴射による噴霧の移動によって発生する空気の乱れを利用した火炎伝播を得ることができる。
【００１７】
本実施例の点火装置１をエンジンに組み付けるには、組み付け時の高さ方向の位置決めの絶縁部材段差部１０および燃焼室の燃焼圧力がリークしないよう圧力シール部９が必要となる。高さ方向は位置決めの絶縁部材段差部１０でエンジン側との位置が固定され、絶縁部材２の外側に設けられたスプリングアクションをもつ圧力シール部９で燃焼室内の圧力漏えいを防止している。
【００１８】
次に第二の実施例について図２を用いて説明する。
【００１９】
本実施例は、絶縁部材２を単体で成形後、複数の電極３ａ，３ｂ，３ｃを組み付けるもので電極３ａ，３ｂ，３ｃと絶縁部材２が一体に成形できないような場合に本方式が用いられる。
【００２０】
絶縁部材２のセラミックスは焼結温度が１６００℃位になるので電極３ａ，３ｂ，３ｃとなる金属も融点の高いものが必要なる。また、セラミックスは金属に比べ成形時の収縮が大きい。よって金属と一体成形する際は前記二つの点に十分な留意が必要なため別体構造を採用するほうが工程上は容易となる。
【００２１】
絶縁部材２は、後工程で電極３ａ，３ｂ，３ｃを組み付けるため図５に示すよう複数の電極用穴１７が開いた形になっている。この電極用穴１７に電極３ａ，３ｂ，３ｃを組み付けるが、電極３ａ，３ｂ，３ｃは大きく二種類に分けられる。図３に示すように一つは点火コイル６の高電圧側に接続される電極３ａとＧＮＤ電極３ｂが一種類、つまり電極の最初と最後なので電極長さが大となる。もう一つはそれ以外の中間の電極３ｃである。中間電極３ｃは絶縁部材２との固定および前の点火ギャップ１３のマイナス側と次の点火ギャップ１３のプラス側の電極の役割をするため図６に示すようＴ字型とするのが良い。他の高圧電極３ａ，ＧＮＤ電極３ｂも図示はしないが概略Ｔ字型をしている。電極先端部１８の形状としては、安定した放電電圧を供給でき、かつ放電電圧を低くするため、電極本体部よりも細くし端部はエッジにする。電極３ａ，３ｂ，３ｃを絶縁部材２の単品に設けられた電極用穴１７に組み付ける際、電極固定とシールを兼ねたガラス粉末が電極周囲に充填される。そして再度焼結することでガラスが溶け、ガラスシール１１となる。
【００２２】
また、本実施例のように絶縁部材２をエンジン装着方向に対しテーパ状とすることで燃焼室に突出する面積が小、かつバルブとの干渉も抑えられるためレイアウト性を向上させることができる。
【００２３】
さらに本実施例では、インジェクタ４との位置決めが必要なため、その位置決め用にも部分的に段差１９を設けておく。そしてこの段差にインジェクタ４と絶縁部材２間のシール性を確保するため金属あるいはゴム製のシールパッキング９等を設ける。
【００２４】
本発明の点火装置を用いる場合、燃焼のアシストにインジェクタの噴霧を利用する為、電極３ｃの数・位置は、燃料噴射の噴霧数・方向に概略一致させるのが効果的である。
【００２５】
【発明の効果】
以上のような構成とすることで図４に示すようにエンジンにコンパクトに点火装置を装着できる。そして、それにより第１の燃料噴射によって形成された均質リーン混合気を複数の火花点火で確実に着火できると共に、点火時期とほぼ同時に噴射する第２の燃料噴射の噴霧移動による空気の乱れで火炎伝播が促進され燃焼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す内燃機関用点火装置の構成図。
【図２】本発明の別の一実施例を示す内燃機関用点火装置の構成図。
【図３】本発明の一実施例を示す内燃機関用点火装置の電極部拡大図。
【図４】本発明の一実施例をエンジンに装着した場合の構成図。
【図５】本発明の一実施例の絶縁部材構造図。
【図６】本発明の一実施例の電極構造図。
【符号の説明】
１…点火装置、２…絶縁部材、３ａ…高電圧電極、３ｂ…ＧＮＤ電極、３ｃ…中間電極、４…インジェクタ、５…接続用絶縁部材、６…点火コイル、７…コイル接続用電極、８…電極接続部、９…圧力シール部、１０…絶縁部材段差部、
１１…ガラスシール、１２…シールパッキング、１３…点火ギャップ、１４…バルブ、１５…燃焼室ヘッド、１６…スプリング、１７…電極用穴、１８…電極先端部、１９…インジェクタ位置決め段差。
【図１】
2004257248.tif 000003
【図２】
2004257248.tif 000004
【図３】
2004257248.tif 000005
【図４】
2004257248.tif 000006
【図５】
2004257248.tif 000007
【図６】
2004257248.tif 000008