(57)【要約】    【課題】  希薄燃焼時の燃焼安定性を確保しつつ、理論空燃比など空燃比が濃化する高負荷運転時における燃焼加振騒音を抑制できるようにした内燃機関の点火装置を提供する。    【解決手段】複数の放電ギャップ４１〜４７を燃焼室１１に臨ませて形成し、放電ギャップ間にスパーク放電を生じせしめて混合気に点火を行う内燃機関の点火装置において、前記複数の放電ギャップ４１〜４７のうち、少なくとも１つを除き、他の放電ギャップに、抵抗温度特性が負となる化合物５０を配置する。  【選択図】図１
2007172958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の放電ギャップを燃焼室に臨ませて形成し、放電ギャップ間にスパーク放電を生じせしめて混合気に点火を行う内燃機関の点火装置において、
前記複数の放電ギャップのうち、少なくとも１つを除き、他の放電ギャップに、抵抗温度特性が負となる化合物を配置したことを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項２】
前記化合物は、鉄、マンガン、その他の遷移金属の酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項３】
前記複数の放電ギャップを、電気的に直列に形成して、燃焼室の１直径上に配列し、燃焼室中央部を除く周辺部の放電ギャップに、前記化合物を配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項４】
前記複数の放電ギャップを、電気的に直列接続した複数の点火プラグの放電ギャップにより構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項５】
前記複数の点火プラグのうち１つにおける放電ギャップを、主たる燃焼室より容積が小さい空間と、該空間と前記主たる燃焼室との連通孔とからなる副燃焼室の内部に配置し、
前記副燃焼室内に配置された点火プラグの放電ギャップに、前記化合物を配置したことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項６】
前記複数の放電ギャップを、電気的に直列に形成し、主たる燃焼室より容積が小さい空間と、該空間と前記主たる燃焼室との連通孔とからなる副燃焼室の内部に配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の点火装置、特に、燃焼条件に応じて点火方式が切り換えられる点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の点火装置として、特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載の点火装置では、希薄燃焼により部分負荷運転での燃費を改善するために、燃焼室内に電気的に直列に設けられた複数の電極によって構成される複数の放電ギャップ間に電圧を加え、同時に多数のスパーク放電を発生させている。
これにより、希薄空燃比下において、点火安定性を高め、初期の燃焼速度を増大させるとともに、火炎の平均的伝播距離を短縮することにより、燃焼安定性を高め、希薄限界の拡大を図っている。
【特許文献１】特開平１０−２６６８７８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の点火装置では、多数の火花放電により燃焼速度を速める構成が、高負荷運転での理論空燃比近傍において適用されると、希薄混合比の場合に比べて混合気自体の火炎伝播速度がはるかに大きくなる。
このため、燃焼期間が過小となり、燃焼圧力の上昇率が過大となることにより、燃焼加振騒音が大きくなるという問題点があった。
【０００４】
本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、希薄燃焼時の燃焼安定性を確保しつつ、理論空燃比など空燃比が濃化する高負荷運転時における燃焼加振騒音を抑制できるようにした内燃機関の点火装置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】
【０００５】
このため本発明は、複数の放電ギャップを燃焼室に臨ませて形成し、放電ギャップ間にスパーク放電を生じせしめて混合気に点火を行う内燃機関の点火装置において、前記複数の放電ギャップのうち、少なくとも１つを除き、他の放電ギャップに、抵抗温度特性が負となる化合物を配置する構成とした。
【発明の効果】
【０００６】
以上の構成によって、放電電極の温度が小となる希薄燃焼時には、前記抵抗温度特性が負となる化合物は絶縁状態となるため、すべての放電ギャップにおいて同時に火花放電が生じ、同時多点点火が行われ、安定した希薄燃焼が得られる。
一方、放電電極の温度が大となる理論空燃比燃焼時には、前記化合物は導通状態となるため、前記化合物が挿入された放電ギャップにおいては火花放電が生じず、前記化合物が挿入されない空気ギャップにおいてのみ火花放電が発生する。
【０００７】
これにより、火炎伝播速度が大きい理論空燃比など空燃比が濃化する高負荷での燃焼時において、火炎伝播速度が小さい希薄空燃比燃焼時に比べて点火点数を減少させ、燃焼期間および燃焼圧力の上昇率を最適化することで、静粛な燃焼が可能となる。
また、可変機構のない固定されたハードウェア構成のみにより、点火方式が自動的に切り換わり、点火制御を燃焼条件に応じて切り換えることなど、複雑な制御も要しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明における第１実施形態について説明する。
なお、「上」および「下」とは、シリンダ軸方向について、シリンダヘッド側を「上」、ピストン側を「下」とした方向を意味する。
図１に示す燃焼室１１は、図示しないシリンダヘッド、シリンダブロック、およびピストンから形成されている。
【０００９】
吸気弁１２、排気弁１３は、燃焼室１１の上部にそれぞれ２つずつ配置されており、両者は、吸気ポートおよび排気ポート（ともに図示せず）を開閉する。
電極３１〜３８は、燃焼室１１の上方から見て、吸気弁１２と排気弁１３との間において、燃焼室１１の直径上に１列に配列されている。電極３１は＋電源に接続され、電極３８の外側電極は接地され、これにより、７つの放電ギャップ４１〜４７が、電極３１〜３８の間に電気的に直列に形成される。
【００１０】
抵抗温度特性が負、つまり、高温で抵抗が小さくなる特性を有した化合物５０が、放電ギャップ４１〜４７のうち、燃焼室中心部に位置する放電ギャップ４４を除いたものに充填され、放電ギャップ４４は空気ギャップとなっている。上記特性を有した化合物５０としては、鉄、マンガンなど遷移金属の酸化物を用いるとよい。
上記構成において、エンジンが低負荷の状態では、希薄燃焼が行われ、一方、エンジンが高負荷である状態では、理論空燃比下で燃焼が行われる。
【００１１】
エンジンが低負荷である希薄燃焼下では、燃焼温度が低いため燃焼室温度が低く、電極３１〜３８および化合物５０の温度も低くなって、抵抗温度特性が負の化合物５０が空気ギャップと同様に絶縁状態に維持される。
このため、点火時期に電極３１〜３８の両端へ電圧を加えると、図２に示すように、放電ギャップ４１〜４７のすべてにおいて火花放電が発生し、多点点火が行われる。したがって、多数の点火点より燃焼室全体に満遍なく火炎が伝播し、安定した希薄燃焼を確保できる。あるいは、該燃焼安定化により、希薄空燃比限界が拡大され、燃費向上を促進できる。
【００１２】
一方、エンジンが高負荷である理論空燃比燃焼下では、燃焼温度が高いため燃焼室温度が高く、電極３１〜３８および化合物５０の温度も高くなって、化合物５０は導通状態となる。このため、点火時期に電極３１〜３８の両端へ電圧を加えると、図３に示すように、放電ギャップ４４でのみ火花放電が発生し、１点点火が行われる。したがって、燃焼速度は適正範囲内に抑えられ、高負荷でも、燃焼加振騒音を低減することができる。
【００１３】
このように、可変機構などを用いずに簡素な構造で、かつ、燃焼に応じた切換など複雑な制御も要することなく、火炎伝播速度が小さくなる希薄燃焼時には同時多点点火とし、火炎伝播速度が大きくなる理論空燃比時には１点点火とするように、多点点火と１点点火との切り換えが可能となる。これにより、希薄空燃比下の燃焼安定性と理論空燃比下の静粛な燃焼との両立が可能となる。
【００１４】
ここで、放電ギャップ４１〜４７を燃焼室の１直径上に配列したため、低負荷時に、燃焼室全体の燃焼速度を効果的に向上できる。
また、空気ギャップの位置は、燃焼室中央部（放電ギャップ４４の位置）のみとすると、高負荷時に、火花放電は燃焼室１１の中心付近で行われ、速度が緩やかな燃焼が行われ、耐ノッキング特性が最良となる。
【００１５】
さらに、化合物５０の抵抗値は、電極３１〜３８の温度領域である５００〜７００℃の範囲で低下させることが可能であり、エンジンの負荷に応じて点火点数を変化させることもできる。
なお、本実施形態では、放電ギャップの数を７つとしたが、複数であればこれに限られない。
【００１６】
次に、本発明における第２実施形態について説明する。
本実施形態は、電極を一列に並べるのに代わり、図４に示すように、２点点火エンジンにおける２つの点火プラグ８１，８２を配置する構成に適用し、これらのうち点火プラグ８１の中心電極、外側電極間に形成される放電ギャップ８１ａに対して化合物５０を充填した点で、前記第１実施形態と相違する。
【００１７】
燃焼室１１は、シリンダヘッド１０、シリンダブロック１６、およびピストン１８から形成されている。燃焼室１１の上部には、前記第１実施形態と同様に、吸気弁１２、排気弁１３がそれぞれ２つずつ配置されている。
点火プラグ８１は、シリンダヘッド１０の吸気弁１２側に配置され、燃焼室中心方向へ向けて傾斜して装着される。一方、点火プラグ８２は、シリンダヘッド１０の排気弁１３側に配置され、燃焼室中心方向へ向けて傾斜して装着される。
【００１８】
点火プラグ８１の中心電極は＋電源に接続され、点火プラグ８１の外側電極は点火プラグ８２の中心電極と接続され、点火プラグ８２の外側電極は接地されている。このように、点火プラグ８１，８２は電気的に直列に配置されている。なお、点火プラグ８１，８２の配置位置は逆でもよい。
エンジンが低負荷の状態では、化合物５０が低温で絶縁状態に維持されるので、点火時期に、図５に示すように、放電ギャップ８１ａ，８２ａ共に火花放電が発生し、２点点火が行われるので、安定した希薄燃焼が得られる。
【００１９】
一方、エンジンが高負荷の状態では、化合物５０が高温で導通状態となるので、点火時期に、図６に示すように、空気ギャップである放電ギャップ８２ａでのみ火花放電が発生し、１点点火が行われ、静粛な理論空燃比燃焼が得られる。
次に、本発明における第３実施形態について説明する。
従来から、副室を用いた火炎噴流の噴出により、点火の安定性を高めて初期の燃焼速度を増大させるとともに、火炎の平均的伝播距離を短縮し、希薄空燃比下の燃焼安定性を高め、希薄限界の拡大が図られている。この方法でも、多点点火を用いる場合と同様に、高負荷時の理論空燃比付近では燃焼速度が過大となり、燃焼加振騒音が生じるという問題点があった。
【００２０】
本第３実施形態は、かかる副室燃焼方式の問題点を解決するものである。
本実施形態では、図７に示すように、燃焼室１１が主室６２および副室６０から構成され、点火プラグ８１の化合物５０が充填された放電ギャップ８１ａを副室６０内に配置する点で、前記第２実施形態と相違する。
すなわち、点火プラグ８１の本体下部に半球状底部を有した筒状部材８４を連結し、該筒状部材８４の内側に主室（主たる燃焼室）６２より容積の小さな副室（副燃焼室）６０を形成する。
【００２１】
筒状部材８４の半球状底部には、主室６２と副室６０とのガス交換が可能な複数の連通孔６０ａが形成されている。
上記構成の圧縮行程では、主室６２から副室６０へ向けて、連通孔６０ａを通じて混合気が流入する。
エンジンが低負荷の状態では、化合物５０が絶縁状態であり、点火時期に、図７に示すように、放電ギャップ８１ａ，８２ａとに火花放電が発生する。
【００２２】
そして、副室６０から連通孔６０ａを介して、主室６２へ向けて火炎噴流が噴出し、主室６２内の混合気を燃焼させる。このように、火炎伝播速度が小となる希薄燃焼時には、２点点火と火炎噴流とがあいまって、より安定した希薄燃焼を実現できる。
一方、エンジンが高負荷の状態では、化合物５０が導通状態となって、図８に示すように、空気ギャップである主室６２に臨む放電ギャップ８２ａでのみ火花放電が発生し、主室６２での１点点火が行われるので、理論空燃比燃焼での静粛性を得られる。
【００２３】
このように、本実施形態の構成によれば、上記副室燃焼方式の問題点を解決できる。
次に、本発明における第４実施形態について説明する。
副室燃焼方式において副室内部で多点点火を行う方法でも、部分負荷運転の希薄燃焼による大きな燃焼改善効果とは引き換えに、高負荷運転の理論空燃比付近では燃焼速度が過大となるという問題点があった。
【００２４】
本第４実施形態は、かかる問題点を解決するものである。
本実施形態は、図９に示すように、燃焼室１１が主室６５および副室６４から構成され、電気的に直列に形成された点火プラグ８６の放電ギャップ６６〜６８が副室６４内に配置された点で、前記第１実施形態と相違する。
副室６４は、円筒状であり、燃焼室１１上方の略中心部に配置され、その軸線は上下方向に延びている。
【００２５】
点火プラグ８６の本体下部に半球状底部を有した筒状部材８８を連結し、該筒状部材８８の内側に主室６５より容積の小さな副室６４を形成する。
筒状部材８８の半球状底部には、主室６５と副室６４とのガス交換が可能な複数の連通孔６４ａが形成されている。
電極７６〜７９は、副室６４内において、上下方向に配列されている。
【００２６】
３つの放電ギャップ６６〜６８は、電極７６〜７９の間に順列され、それぞれ電気的に直列に形成されている。上側２つの放電ギャップ６６，６７には化合物５０が充填され、一番下の放電ギャップ６８が空気ギャップとして残されている。なお、放電ギャップ６６〜６８の中に、空気ギャップのものと化合物５０が充填されたものとが混在していれば、他の放電ギャップを空気ギャップとしてもよい。
【００２７】
上記構成の圧縮行程では、主室６５から副室６４へ向けて、連通孔６４ａを通じて混合気が流入する。
エンジンが低負荷の状態では、図１０に示すように、放電ギャップ６６〜６８すべてで火花放電が発生し、連通孔６４ａからは、主室６５へ向けて火炎噴流が噴出し、主室６５内の混合気を燃焼させる。
【００２８】
一方、エンジンが高負荷の状態では、図１１に示すように、空気ギャップである放電ギャップ６８でのみ火花放電が発生し、副室６４内での燃焼速度は緩やかに抑えられ、副室からの火炎噴流の速度も緩やかとなり、燃焼加振騒音の増大を低減できる。
このように、本実施形態の構成によれば、上記副室内部における多点点火の問題点を解決できる。
【００２９】
なお、本実施形態では、放電ギャップの数を３つとしたが、複数であればこれに限られない。
また、温度抵抗特性が負の化合物を充填しない放電ギャップ、つまり、温度によらず常時スパーク放電する放電ギャップを複数設けたい場合（高負荷時でも低負荷時より少ないながら複数点点火を行いたい場合）、空気ギャップを複数も設けることが、構造上難しい場合には、温度によらず少なくとも燃焼温度範囲で絶縁状態を維持でき、かつ、所定の強度、耐温性を有した絶縁物質を充填すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態を上方から見た構成図
【図２】図１における機関低負荷の場合の点火模式図
【図３】図１における機関高負荷の場合の点火模式図
【図４】本発明の第２実施形態の構成図
【図５】図４における機関低負荷の場合の点火模式図
【図６】図４における機関高負荷の場合の点火模式図
【図７】本発明の第３実施形態における機関低負荷の場合の点火模式図
【図８】本発明の第３実施形態における機関高負荷の場合の点火模式図
【図９】本発明の第４実施形態の構成図
【図１０】図９における機関低負荷の場合の点火模式図
【図１１】図９における機関高負荷の場合の点火模式図
【符号の説明】
【００３１】
１１        燃焼室
４１〜４７  放電ギャップ
５０        化合物
６０        副室（副燃焼室）
６０ａ      連通孔
６２        主室（主たる燃焼室）
６４        副室（副燃焼室）
６４ａ      連通孔
６５        主室（主たる燃焼室）
６６〜６８  放電ギャップ
８１        点火プラグ
８２        点火プラグ
８１ａ      放電ギャップ
８２ａ      放電ギャップ
【図１】
2007172958.tif 000003
【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】
2007172958.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007172958.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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