(57)【要約】【課題】二つの点火プラグを具備する火花点火内燃機関において、さらに燃焼速度の速い良好な均質燃焼を実現可能とする。【解決手段】圧縮行程末期においてシリンダヘッドとピストンとにより形成される気筒内隙間が、第一部分ｓ１と第二部分ｓ２とを有し、第一部分は狭く、第二部分は第一部分より広くされ、第一部分内に点火ギャップが位置する第一点火プラグ２ａと、第一部分と第二部分との境界近傍に点火ギャップが位置する第二点火プラグ２ｂとが設けられ、均質燃焼時において第一点火プラグの点火直後に第二点火プラグを点火させ、第一点火プラグにより第一部分内の混合気を着火させることにより、第一部分から前記第二部分へ向けて混合気流が噴出し、第二点火プラグの点火ギャップで発生させたアークＡが混合気流により第二部分内へ伸ばされて第二部分内の混合気を着火させる。【選択図】図１
2007285198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮行程末期においてシリンダヘッドとピストンとにより形成される気筒内隙間が、第一部分と第二部分とを有し、前記第一部分は狭く、前記第二部分は前記第一部分より広くされ、前記第一部分内に点火ギャップが位置する第一点火プラグと、前記第一部分と前記第二部分との境界近傍に点火ギャップが位置する第二点火プラグとが設けられ、均質燃焼時において前記第一点火プラグの点火直後に前記第二点火プラグを点火させ、前記第一点火プラグにより前記第一部分内の混合気を着火させることにより、前記第一部分から前記第二部分へ向けて混合気流が噴出し、前記第二点火プラグの点火ギャップで発生させたアークが前記混合気流により前記第二部分内へ伸ばされて前記第二部分内の混合気を着火させることを特徴とする火花点火内燃機関。
【請求項２】
前記第一点火プラグは気筒上部の吸気弁側に配置され、前記第二点火プラグは気筒上部略中心に配置され、前記シリンダヘッド及び前記ピストンの吸気弁側により前記第一部分が形成され、前記シリンダヘッド及び前記ピストンの排気弁側により前記第二部分が形成され、前記ピストンの排気弁側の頂面には、シリンダボアの排気弁側に沿って下降してシリンダボアの吸気弁側に沿って上昇するタンブル流の減衰を抑制するためのキャビティが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の火花点火内燃機関。
【請求項３】
気筒上部略中心には燃料噴射弁が配置され、均質燃焼時において、前記タンブル流は、前記燃料噴射弁から吸気行程末期にシリンダボアの排気弁側へ向けて噴射される燃料により強められることを特徴とする請求項２に記載の火花点火内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒内に均質混合気を形成し、この均質混合気を圧縮行程末期の点火時期において着火燃焼させる均質燃焼が公知である。気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備する筒内噴射式火花点火内燃機関において、均質燃焼と、点火プラグ近傍だけに可燃混合気を形成する成層燃焼とを切り換えて実施する場合に、均質燃焼用の点火プラグと成層燃焼用の点火プラグとを別々に設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２６０２４
【特許文献２】特開平５−１８０１３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の筒内噴射式火花点火内燃機関では、二つの点火プラグを均質燃焼に使用することを開示していないが、もし、二つの点火プラグにより均質混合気を着火燃焼させれば、燃焼速度を速めて均質燃焼を改善することができる。しかしながら、二つの点火プラグによって同時に均質混合気を着火させるだけでは、それほど燃焼速度を速めることができず、さらに燃焼速度を速めて均質燃焼をさらに改善する余地がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、二つの点火プラグを具備する火花点火内燃機関において、さらに燃焼速度の速い良好な均質燃焼を実現可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による請求項１に記載の火花点火内燃機関は、圧縮行程末期においてシリンダヘッドとピストンとにより形成される気筒内隙間が、第一部分と第二部分とを有し、前記第一部分は狭く、前記第二部分は前記第一部分より広くされ、前記第一部分内に点火ギャップが位置する第一点火プラグと、前記第一部分と前記第二部分との境界近傍に点火ギャップが位置する第二点火プラグとが設けられ、均質燃焼時において前記第一点火プラグの点火直後に前記第二点火プラグを点火させ、前記第一点火プラグにより前記第一部分内の混合気を着火させることにより、前記第一部分から前記第二部分へ向けて混合気流が噴出し、前記第二点火プラグの点火ギャップで発生させたアークが前記混合気流により前記第二部分内へ伸ばされて前記第二部分内の混合気を着火させることを特徴とする。
【０００７】
本発明による請求項２に記載の火花点火内燃機関は、請求項１に記載の火花点火内燃機関において、前記第一点火プラグは気筒上部の吸気弁側に配置され、前記第二点火プラグは気筒上部略中心に配置され、前記シリンダヘッド及び前記ピストンの吸気弁側により前記第一部分が形成され、前記シリンダヘッド及び前記ピストンの排気弁側により前記第二部分が形成され、前記ピストンの排気弁側の頂面には、シリンダボアの排気弁側に沿って下降してシリンダボアの吸気弁側に沿って上昇するタンブル流の減衰を抑制するためのキャビティが形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明による請求項３に記載の火花点火内燃機関は、請求項２に記載の火花点火内燃機関において、気筒上部略中心には燃料噴射弁が配置され、均質燃焼時において、前記タンブル流は、前記燃料噴射弁から吸気行程末期にシリンダボアの排気弁側へ向けて噴射される燃料により強められることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による請求項１に記載の火花点火内燃機関によれば、圧縮行程末期においてシリンダヘッドとピストンとにより形成される気筒内隙間が、第一部分と第二部分とを有し、第一部分は狭く、第二部分は第一部分より広くされ、第一部分内に点火ギャップが位置する第一点火プラグと、第一部分と第二部分との境界近傍に点火ギャップが位置する第二点火プラグとが設けられ、均質燃焼時において第一点火プラグの点火直後に第二点火プラグを点火させるようになっている。それにより、第一点火プラグでの着火により第一部分内の混合気を確実に燃焼させることができると共に、第一部分から第二部分へ向けて混合気流が噴出し、第二点火プラグの点火ギャップで発生させたアークがこの混合気流により第二部分内へ伸ばされるために、第二部分内の混合気は伸ばされたアークに接触する比較的広い面積から同時に燃焼を開始する。こうして、燃焼速度はかなり速まり、良好な均質燃焼を実現することができる。
【００１０】
本発明による請求項２に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項１に記載の火花点火内燃機関において、第一点火プラグは気筒上部の吸気弁側に配置され、第二点火プラグは気筒上部略中心に配置され、シリンダヘッド及びピストンの吸気弁側により第一部分が形成され、シリンダヘッド及びピストンの排気弁側により第二部分が形成され、ピストンの排気弁側の頂面には、シリンダボアの排気弁側に沿って下降してシリンダボアの吸気弁側に沿って上昇するタンブル流の減衰を抑制するためのキャビティが形成されている。それにより、圧縮行程末期において第二部分としてのキャビティ内にはタンブル流による乱れを存在させ易く、第二部分内の混合気の燃焼速度をさらに速めることができる。
【００１１】
本発明による請求項３に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項２に記載の火花点火内燃機関において、気筒上部略中心には燃料噴射弁が配置され、均質燃焼時において、タンブル流は、燃料噴射弁から吸気行程末期にシリンダボアの排気弁側へ向けて噴射される燃料により強められるようになっている。それにより、圧縮行程末期において第二部分としてのキャビティ内にはタンブル流による乱れを確実に存在させて、第二部分内の混合気の燃焼速度をさらに速めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１及び２は本発明による火花点火内燃機関の実施形態を示す概略縦断面図である。図１は圧縮行程末期の点火時期を示し、図２は吸気行程末期の燃料噴射時期を示している。これらの図において、１は気筒上部略中心に配置されて気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁である。図示されていないが、図１及び２において、気筒上部の右側には二つの吸気弁が配置されており、左側には二つの排気弁が配置されている。
【００１３】
本実施形態の火花点火内燃機関は、燃料噴射弁１により吸気行程末期に気筒内へ直接的に燃料を噴射することにより、圧縮行程末期の点火時期には気筒内に均質混合気を形成し、この均質混合気を火花点火させて均質燃焼を実施する。このように本実施形態は筒内噴射式であるが、均質燃焼を実施するために、燃料噴射弁は吸気同期又は吸気非同期で吸気ポートへ燃料を噴射し、吸気ポートから吸気と共に燃料を気筒内へ供給して均質混合気を形成するようにしても良い。
【００１４】
図１に示すように、圧縮行程末期において、シリンダヘッドとピストンとにより形成される気筒内隙間は、第一部分ｓ１と第二部分ｓ２とを有し、第一部分ｓ１は狭く、第二部分ｓ２は第一部分ｓ１より広くされる。本実施形態においては、二つの点火プラグが設けられており、一方は第一部分ｓ１内に点火ギャップが位置する第一点火プラグ２ａであり、他方は第一部分ｓ１と第二部分ｓ２との境界近傍に点火ギャップが位置する第二点火プラグ２ｂである。
【００１５】
圧縮行程末期の点火時期において、第一点火プラグ２ａの点火直後に第二点火プラグ２ｂを点火させるようになっている。それにより、一般的に、火炎は、第一部分ｓ１のような狭い隙間へ侵入し難く、第一部分ｓ１内の混合気を全て燃焼させることは困難であるが、第一点火プラグ２ａにより第一部分ｓ１内の混合気を直接的に着火させることにより、第一部分ｓ１内の混合気を確実に燃焼させることができる。
【００１６】
また、第一部分ｓ１の混合気を着火させることにより、第一部分ｓ１内の混合気は急激に膨張し、図１に一点鎖線の矢印で示すように、第一部分ｓ１から第二部分ｓ２へ向けて混合気流が噴出する。この時に第二点火プラグ２ｂでは点火が実施されるようになっており、第二点火プラグ２ｂの点火ギャップで発生させたアークＡは、この混合気流により第二部分ｓ２内へ伸ばされ、第二部分ｓ２内の混合気は伸ばされたアークＡに接触する比較的広い面積から同時に燃焼を開始する。こうして、全体的な燃焼速度はかなり速まり、良好な均質燃焼を実現することができる。
【００１７】
本実施形態において、燃焼開始当初の第一部分ｓ１内の混合気の燃焼は、それほど速くなく、第二部分ｓ２内の混合気の燃焼速度だけがかなり速められるために、燃焼開始当初からの燃焼速度が速められる場合に比較して、熱放出が抑制されて高い熱効率を実現することができる。
【００１８】
点火プラグは、一般的には接地側のＬ字形電極と、一般的には高電圧側の中心電極とを有し、Ｌ字形電極と中心電極との間が点火ギャップとなる。前述したように、第二点火プラグ２ｂにおいて混合気流によりアークＡを第二部分ｓ２内へ良好に伸ばすためには、特に、第二点火プラグ２ｂの点火ギャップの混合気流下流側が、Ｌ字形電極２１ｂにより閉鎖されないようにすることが好ましい。例えば、図１及び２に示すように、第二点火プラグ２ｂのＬ字形電極２１ｂの幅方向が混合気流に略平行となるようにすることが好ましく、もちろん、図１及び２に示す第二点火プラグ２ｂのＬ字形電極配置を、気筒内から見て１８０度回転させた配置としても良く、気筒内から見て時計回りに９０度回転させた配置だけは好ましくない。
【００１９】
本実施形態において、圧縮行程末期の気筒内隙間の第一部分ｓ１は、シリンダヘッド及びピストン３のそれぞれの吸気弁側により形成され、第二部分ｓ２は、シリンダヘッド及びピストン３のそれぞれの排気弁側により形成される。また、第一点火プラグ２ａは、第一部分ｓ１内に点火ギャップを位置させ、気筒上部周囲の吸気弁側に配置されている。第二点火プラグ２ｂは、第一部分ｓ１と第二部分ｓ２との境界近傍に点火ギャップを位置させ、気筒上部略中心に配置されている。前述の効果は、このような構成に限定されることなく、例えば、吸気弁側と排気弁側とを逆とした構成でも良く、また、一方の吸気弁及び排気弁の側に第一部分を形成し、他方の吸気弁及び排気弁の側に第二部分を形成するようにしても良い。
【００２０】
本実施形態において、ピストン３の頂面の排気弁側には、キャビティ３ａが形成されている。図２に示すように、吸気行程においては、吸気により気筒内の排気弁側を下降して吸気弁側を上昇するタンブル流Ｔが形成される。ピストン３の頂面のキャビティ３ａは、二つの吸気弁の間及び二つの排気弁の間を通る縦断面（図１及び２の断面）に平行な部分円弧形状断面を有し、圧縮行程となって気筒内空間が狭くなる時にも、タンブル流Ｔをキャビティ３ａに沿わせることによりタンブル流Ｔの減衰を抑制するように機能する。
【００２１】
それにより、圧縮行程末期において第二部分ｓ２としてのキャビティ３ａ内にはタンブル流による乱れを存在させ易く、第二部分ｓ２内の混合気の燃焼速度をさらに速めることができる。また、本実施形態では、燃料噴射弁１によって吸気行程末期に燃料噴射を実施する（例えば、燃料噴射終了クランク角度を吸気下死点近傍とするように燃料噴射量に応じて燃料噴射開始クランク角度を設定するか、又は、燃料噴射量に関係なく吸気行程後半に燃料噴射開始クランク角度を設定する。）。
【００２２】
燃料噴射弁１の燃料噴射方向は、図２に示すように、シリンダボアの排気弁側へ向けられる。燃料噴射弁１から噴射される燃料Ｆの貫徹力は、燃料噴射開始から１ｍｓ後の燃料先端が６０ｍｍ以上に達するようにされる。このように強い貫徹力の燃料Ｆが気筒上部略中心からシリンダボアの排気弁側へ向けて斜め下方向に噴射されると、気筒内に形成されたタンブル流Ｔを燃料の貫徹力により強めることができる。こうして強められたタンブル流Ｔは圧縮行程末期まで確実に持続し、第二部分ｓ２としてのキャビティ３ａ内にはタンブル流による乱れを確実に存在させることができ、第二部分ｓ２内の混合気の燃焼速度はさらに速められる。
【００２３】
本実施形態において、均質燃焼の空燃比は理論空燃比よりリーンとされて（好ましくは、ＮＯXの生成量が抑制されるリーン空燃比とされる）、燃料消費を抑制するようにしているために、燃焼が緩慢となり易く、前述のようにして燃焼速度を速めることは特に有効である。しかしながら、高い機関出力が必要な機関高負荷時には、均質燃焼の空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比としても良く、この場合においても燃焼速度を速めることは有効である。
【００２４】
また、特に低負荷時のように高い機関出力が必要でない時には、均質燃焼ではなく、点火プラグ近傍だけに可燃混合気を形成して、これを着火燃焼させる成層燃焼を実施した方が燃料消費を低減することができる。本実施形態において、圧縮行程後半に燃料噴射弁１により燃料を噴射すれば、キャビティ３ａ内の一部に可燃混合気を形成することができ、この可燃混合気を第二点火プラグ２ｂにより着火燃焼させて成層燃焼を実施するようにしても良い。
【００２５】
本実施形態において、燃料噴射弁１から噴射される燃料噴霧の形状は、任意に設定可能であり、例えば、中実又は中空円錐形状、又は、中実柱形状としても良い。また、スリット状噴孔から噴射される比較的厚さの薄い略扇形状燃料噴霧としても良い。また、円弧状スリット噴孔や複数の直線スリット噴孔の組み合わせにより、比較的厚さの薄い円弧状断面又は折れ線状断面の燃料噴霧としても良い。いずれにしても燃料噴霧が前述したような強い貫徹力を有して、気筒内のタンブル流を加速させるようにすることが好ましい。
【００２６】
本実施形態において、燃料噴射弁１及び第二点火プラグ２ｂは、いずれも気筒上部略中心に配置し、特に、燃料噴射弁１を第二点火プラグ２ｂより吸気弁側としたが、燃料噴射弁１を第二点火プラグ２ｂより排気弁側としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による火花点火内燃機関の実施形態を示す圧縮行程末期の概略縦断面図である。
【図２】図１の火花点火内燃機関の吸気行程末期の概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    燃料噴射弁
２ａ    第一点火プラグ
２ｂ    第二点火プラグ
３    ピストン
Ｔ    タンブル流
Ｆ    噴射燃料
【図１】
2007285198.tif 000003
【図２】
2007285198.tif 000004