(57)【要約】【課題】安価な低オクタン価燃料によっても適切に駆動するグロー着火エンジンを提供することである。【解決手段】グロー着火エンジン１は、シリンダ２と、ピストン３と、グロープラグ４と、アダプタ５とを有する。シリンダ２と、ピストン３とによって燃焼室６が形成される。この燃焼室６内には、ガソリンが供給される。ピストン３は、シリンダ２内に摺動自在に設けられる。グロープラグ４は、ガソリンへの着火を行うフィラメントを有し、アダプタ５を介してシリンダ２に固定される。グロープラグ４およびアダプタ５は、燃焼室６内に突出するフィラメントの周囲を覆う筒状に形成されるとともに、ピストン３の摺動方向に対して傾斜する。また、グロープラグ４およびアダプタ５には、上死点にあるときのピストン３と干渉しないように、ピストン３側の縁部に切欠部が形成される。【選択図】図１
2012082758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グロー着火エンジンにおいて、
シリンダと、
前記シリンダ内に摺動自在に設けられたピストンと、
前記シリンダと、前記ピストンとによって形成される燃焼室と、
前記燃焼室内に供給され、オクタン価がグロー燃料よりも低い燃料への着火を行うとともに、前記燃焼室内に突出したフィラメントと、
前記フィラメントの周囲を覆う筒状に形成されるとともに、前記ピストンの摺動方向に対して傾斜する筒状部材と、
上死点にあるときの前記ピストンと干渉しないように、前記筒状部材における前記ピストン側の縁部の少なくとも一部に形成された切欠部と
を有することを特徴とするグロー着火エンジン。
【請求項２】
前記筒状部材は、前記フィラメントを有するグロープラグを当該筒状部材の内部に固定する固定部を有するとともに、前記燃焼室内まで貫通して前記シリンダに形成されたネジ穴と螺合するネジを外周面に有する円筒状に形成され、
前記固定部は、前記グロープラグの外周面に形成されたネジを、前記筒状部材の内周面に形成されたネジに螺合させることによって、前記グロープラグを固定することを特徴とする請求項１に記載されたグロー着火エンジン。
【請求項３】
前記切欠部は、テーパ状に形成されることを特徴とする請求項２に記載されたグロー着火エンジン。
【請求項４】
前記筒状部材は、前記グロープラグの電極と接続することによって前記グロープラグを通電させるブースタを内部に挿入させる溝からなるガイド部を有し、前記ガイド部は、前記ブースタを自己の溝の奥行きに沿って前記電極に導くことを特徴とする請求項２または３に記載されたグロー着火エンジン。
【請求項５】
前記筒状部材は、前記シリンダよりも熱伝導率の低い材質によって形成されることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載されたグロー着火エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グロープラグにて燃料への着火を行うグロー着火エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、グロープラグにて燃料への着火を行うグローエンジンが開示されている。グローエンジンは、その構造上、ガソリンエンジンのように点火装置を備える必要がないことから、小型かつ軽量であるという利点があり、例えばラジコンヘリコプタのエンジンとして用いられている。特許文献１に記載のグローエンジンにおいて、グロープラグは、燃焼室内に供給された燃料への着火を行う先端部の外周面に形成されたネジをシリンダのネジ穴に螺合させることによって固定されている。ここで、グロープラグの軸方向における先端部の長さ（以下、リーチとする）は、数種類の長さで標準化されている。そして、グローエンジンを組み立てる際には、シリンダの厚さに応じたリーチのグロープラグを選択して固定する。具体的には、グロープラグの先端と燃焼室の壁面とが略一致するリーチのグロープラグを選択する。燃焼室表面積を小さくすることによって、熱損失を低減させることができ、燃焼効率を向上させることができるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−５３４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、グローエンジンは、グロー燃料と呼ばれるメタノールを主燃料とする高価な燃料を用いる必要があることから、ランニングコストがかかるという欠点がある。しかしながら、グロー燃料に代えてガソリンやＬＰガスなどの安価な燃料を用いると、失火や、異常燃焼などが発生し、グローエンジンを適切に駆動することができないという問題がある。この原因は、ガソリンやＬＰガスなどの燃料はグロー燃料よりもオクタン価が低く着火しやすい燃料（以下、低オクタン価燃料とする）であることから、燃料への着火を行うタイミングが適切なタイミングよりも早いためであると考えられていた。
【０００５】
本発明の目的は、安価な低オクタン価燃料によっても適切に駆動するグロー着火エンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決すべく、本発明は、シリンダと、ピストンと、燃焼室と、フィラメントと、筒状部材と、切欠部とを有するグロー着火エンジンを提供する。ピストンは、シリンダ内に摺動自在に設けられる。燃焼室は、シリンダと、ピストンとによって形成される。フィラメントは、燃焼室内に供給され、オクタン価がグロー燃料よりも低い燃料への着火を行うとともに、燃焼室内に突出する。筒状部材は、フィラメントの周囲を覆う筒状に形成されるとともに、ピストンの摺動方向に対して傾斜する。切欠部は、上死点にあるときのピストンと干渉しないように、筒状部材におけるピストン側の縁部の少なくとも一部に形成される。
【０００７】
ここで、本発明において、筒状部材は、グロープラグを筒状部材の内部に固定する固定部を有するとともに、燃焼室内まで貫通してシリンダに形成されたネジ穴と螺合するネジを外周面に有する円筒状に形成されることが好ましい。この際、固定部は、グロープラグの外周面に形成されたネジを、筒状部材の内周面に形成されたネジに螺合させることによって、グロープラグを固定することが好ましい。また、切欠部は、テーパ状に形成されることが好ましい。また、筒状部材は、グロープラグの電極と接続することによってグロープラグを通電させるブースタを内部に挿入させる溝からなるガイド部を有し、ガイド部は、ブースタを自己の溝の奥行きに沿って電極に導くことが好ましい。さらに、筒状部材は、シリンダよりも熱伝導率の低い材質によって形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明者は、鋭意研究の結果、グロープラグに通電し続けて赤熱状態を保つことによって、低オクタン価燃料にてグローエンジンを適切に駆動することができることを見出した。そして、このことから、始動時を除いてグロープラグに通電しない通常の状態でグローエンジンを適切に駆動することができない原因は、従来の認識とは異なり、低オクタン価燃料への着火を行うタイミングが適切なタイミングよりも遅いためであることを突き止めた。また、本発明者は、グロープラグを燃焼室内に突出させることによって、低オクタン価燃料への着火を行うタイミングを早くすることができることを突き止めた。
【０００９】
本発明によれば、フィラメントは、燃焼室内に突出するので、燃料への着火タイミングを従来のグローエンジンよりも早くすることができる。したがって、グロー着火エンジンは、安価な低オクタン価燃料によっても適切に駆動することができる。また、筒状部材は、ピストンの摺動方向に対して傾斜し、切欠部は、上死点にあるときのピストンと干渉しないように形成される。したがって、切欠部を有しない場合と比較してフィラメントをピストンに近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るグロー着火エンジンの断面模式図
【図２】グロープラグの拡大断面図
【図３】アダプタの拡大断面図
【図４】ブースタを用いてグロープラグに通電するときの説明図
【図５】第２の実施形態に係るグロー着火エンジンの断面模式図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るグロー着火エンジンの断面模式図である。本実施形態では、従来のグローエンジンと区別するため、本発明のエンジンをグロー着火エンジンと称する。グロー着火エンジン１は、２ストロークエンジンであり、シリンダ２と、ピストン３と、グロープラグ４と、アダプタ５とを有する。シリンダ２と、ピストン３とによって燃焼室６が形成される。この燃焼室６内には、低オクタン価燃料としてのガソリンが供給される。なお、燃焼室６内には、ＬＰガスなどの他の低オクタン価燃料が供給されるようにしてもよい。また、グロー着火エンジン１は、グロープラグ４およびアダプタ５を除き、点火装置を有する従来の２ストロークエンジンと同様の構成を有している。
【００１２】
シリンダ２は、シリンダブロック２１と、シリンダヘッド２２とを螺合することによって構成される。シリンダヘッド２２には、点火プラグに形成されたネジと対応する内径を有するネジ穴２２Ａがシリンダ２の軸方向（図１の上下方向）に対して傾斜して形成されている。このネジ穴２２Ａは、燃焼室６内まで貫通して形成されている。点火プラグは、点火装置の一部を構成し、火花をスパークさせることによって燃料への着火を行うプラグであり、ガソリンエンジンにおいて一般的に使用されているものである。この点火プラグは、グロープラグ４の外径よりも大きい外径を有している。ピストン３は、上死点から下死点までシリンダ２の軸方向に沿って摺動自在にシリンダ２内に設けられる。ここで、図１は、グロー着火エンジン１において、ピストン３が上死点にあるときの燃焼室６の近傍を拡大した図である。グロープラグ４は、ガソリンへの着火を行うものであり、アダプタ５を介してシリンダヘッド２２に固定される。
【００１３】
図２は、グロープラグ４の拡大断面図である。グロープラグ４は、燃料が燃焼したときの燃焼熱を利用して赤熱状態を保つことによって燃料への着火を行うプラグである。このグロープラグ４は、中心電極４１と、フィラメント４２と、プラグハウジング４３とを備える。中心電極４１は、略中央位置に拡径した部分を有する円柱状に形成され、絶縁体を介してプラグハウジング４３の内部に固定される。この中心電極４１のピストン３側の端部には、軸方向に沿って平面状の切欠部４１Ａが形成される。この切欠部４１Ａには、フィラメント４２の一端が中心電極４１の軸方向に沿って直線状に溶接される。このようにフィラメント４２を溶接することによって、フィラメント４２の固定強度を向上させることができる。そして、フィラメント４２の他端は、プラグハウジング４３におけるピストン３側の先端に溶接される。第１の筒状部材としてのプラグハウジング４３は、略円筒状に形成され、中心電極４１およびフィラメント４２を内部に収納する。このプラグハウジング４３は、ピストン３側に形成された先端部４３Ａと、先端部４３Ａにおけるピストン３側の縁部に形成されたテーパ状の切欠部４３Ｂとを有する。先端部４３Ａの外周面には、基端側に位置する略半分の領域にネジが形成されている。また、先端部４３Ａの基端側は、六角ナット状に形成されている。
【００１４】
図３は、アダプタ５の拡大断面図である。第２の筒状部材としてのアダプタ５は、シリンダヘッド２２と、グロープラグ４との間に介在することによって、グロープラグ４をシリンダヘッド２２に固定する。具体的には、アダプタ５は、アルミ製のシリンダヘッド２２よりも熱伝導率の低い材質によって略円筒状に形成される。シリンダヘッド２２よりも熱伝導率の低い材質としては、鉄、チタン、ＳＵＳ（Stainless Used Steel）、真鍮などを例示できる。これによれば、グロープラグ４の熱はシリンダヘッド２２に伝達しにくくなるので、赤熱状態を保ちやすくなる。したがって、アダプタ５は、グロープラグ４を保熱する保熱部材としての機能を果たす。
【００１５】
このアダプタ５は、グロープラグ４の外径よりも大きい内径を有し、切欠部５１と、雄ネジ部５２と、ナット部５３と、固定部５４とを備える。切欠部５１は、ピストン３側の縁部にテーパ状に形成される。雄ネジ部５２は、外周面の略中央位置に形成され、シリンダヘッド２２におけるネジ穴２２Ａの内径と対応する外径を有する。これによれば、点火装置を有する従来のエンジンから点火装置を取り外し、本発明のアダプタを取り付けることによってグロー着火エンジンを構成することができる。ナット部５３は、ピストン３とは反対側の端部に六角ナット状に形成される。固定部５４は、アダプタ５の内周面に雌ネジ状に形成され、グロープラグ４をアダプタ５の内部に固定する。この固定部５４は、グロープラグ４の先端部４３Ａに形成されたネジの外径と対応する内径を有する。
【００１６】
グロープラグ４は、先端部４３Ａを固定部５４に螺合することによってアダプタ５の内部に固定される。この際、グロープラグ４は、六角ナット状に形成された部分の端面が固定部５４に当接することによってアダプタ５に対して位置決めされる。また、グロープラグ４のリーチ、すなわち先端部４３Ａの軸方向における長さは、固定部５４の長さよりも長い。したがって、フィラメント４２および先端部４３Ａはアダプタ５に対して突出する。
【００１７】
アダプタ５は、ナット部５３を回転させて雄ネジ部５２をネジ穴２２Ａに螺合することによってシリンダヘッド２２に固定される（図１参照）。この際、アダプタ５は、ナット部５３の端面がシリンダヘッド２２に当接することによってシリンダヘッド２２に対して位置決めされる。また、アダプタ５において、ナット部５３を除く部分の軸方向における長さは、ネジ穴２２Ａの長さよりも長い。したがって、グロープラグ４およびアダプタ５は、燃焼室６内に突出してピストン３と対向する。ここで、プラグハウジング４３の切欠部４３Ｂと、アダプタ５の切欠部５１とは、上死点にあるときのピストン３と干渉しないように形成される。また、グロープラグ４およびアダプタ５が燃焼室６内に突出することによって圧縮比が向上する。これによって、グロー着火エンジン１の出力は、グロープラグの先端と燃焼室の壁面とが略一致する従来のグローエンジンと比較して向上する。ここで、本実施形態では、ガソリンへの着火を行うタイミングが適切なタイミングとなるように、アダプタ５の軸方向における長さや、固定部５４の長さを設定し、グロープラグ４の突出量を規定している。なお、グロープラグ４の突出量は、低オクタン価燃料の種類や、エンジンの形式などに応じて最適化すればよい。
【００１８】
図４は、ブースタを用いてグロープラグ４に通電するときの説明図である。ブースタ７は、グロープラグ４に通電する器具である。このブースタ７は、把持部７１と、接続部７２とを備える。把持部７１は、グロー着火エンジン１の使用者によって把持される。この把持部７１には、電圧を印加するためのバッテリ（図示略）が内蔵されている。接続部７２は、円柱状に形成され、中心電極４１およびプラグハウジング４３と接続して電圧を印加することによってグロープラグ４に通電する。すなわち、プラグハウジング４３は、電極として機能する。グロープラグ４に通電することによってフィラメント４２は赤熱状態となり、ガソリンへの着火を行う。これによって、グロー着火エンジン１は始動する。ここで、アダプタ５は、接続部７２の外径よりも僅かに大きい内径を有している。グロープラグ４に通電するに際しては、接続部７２をアダプタ５の内部、すなわち溝に挿入する。これによって、接続部７２は、アダプタ５の溝の奥行きに沿ってグロープラグ４の電極に導かれる。換言すれば、アダプタ５の内部は、シリンダ２外に露出したグロープラグ４の電極の周囲に設けられるガイド部として機能する。したがって、接続部７２をグロープラグ４の電極に確実に接続することができる。また、接続部７２は、アダプタ５の内部と嵌合するので、グロー着火エンジン１が始動したときのシリンダ２の振動によって接続部７２がグロープラグ４から外れることがなく、安定してグロープラグ４に通電することができる。
【００１９】
このように、本実施形態によれば、フィラメント４２は、燃焼室６内に突出するので、ガソリンへの着火タイミングを従来のグローエンジンよりも早くすることができる。したがって、グロー着火エンジン１は、安価なガソリンによっても適切に駆動することができる。また、プラグハウジング４３およびアダプタ５は、ピストン３の摺動方向に対して傾斜し、切欠部４３Ｂ，５１は、上死点にあるときのピストンと干渉しないように形成される。したがって、切欠部４３Ｂ，５１を有しない場合と比較してフィラメント４２をピストン３に近づけることができる。
【００２０】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係るグロー着火エンジン１の断面模式図である。本実施形態の特徴は、グロープラグ４を取り付けるための取付部８をシリンダヘッド２２に形成している点にある。なお、それ以外については、上述した第１の実施形態と同様なので、ここでの説明を省略する。
【００２１】
取付部８は、グロープラグ４の外径よりも大きい内径を有し、固定部８１を備える。固定部８１は、取付部８の内周面に雌ネジ状に形成され、グロープラグ４を取付部８の内部に固定する。ここで、本実施形態では、ガソリンへの着火を行うタイミングが適切なタイミングとなるように、グロープラグ４のリーチや、固定部８１の軸方向における長さを設定し、グロープラグ４の突出量を規定している。また、取付部８は、ブースタ７における接続部７２の外径よりも僅かに大きい内径を有している。グロープラグ４に通電するに際しては、接続部７２を取付部８の内部、すなわち溝に挿入する。これによって、接続部７２は、取付部８の溝の奥行きに沿ってグロープラグ４の電極に導かれる。
【００２２】
このように、本実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、シリンダヘッド２２に取付部８を形成しているので、アダプタは不要となり部品点数を削減することができる。
【００２３】
なお、上述した各実施形態では、切欠部４３Ｂ，５１は、テーパ状に形成されていたが、上死点にあるときのピストン３と干渉しないように形成されていればよく、筒状部材におけるピストン側の縁部の少なくとも一部に形成されていればよい。また、プラグハウジング４３およびアダプタ５は円筒状に形成されていたが、筒状部材は、円筒状でなくてもよく、筒状に形成されていればよい。
【００２４】
また、上述した第１の実施形態では、グロープラグ４は、先端部４３Ａを固定部５４に螺合することによってアダプタ５の内部に固定されていた。これに対して、例えば、グロープラグにネジを形成することなく、アダプタに嵌め込むことによってグロープラグを固定してもよい。また、アダプタ５は、雄ネジ部５２をネジ穴２２Ａに螺合することによってシリンダヘッド２２に固定されていた。これに対して、例えば、アダプタに雄ネジ部を形成することなく、シリンダに嵌め込むことによってアダプタを固定してもよい。要するに、アダプタは、シリンダと、グロープラグとの間に介在することによって、グロープラグをシリンダに固定することができるものであればよく、グロープラグやアダプタは、どのような形状であってもよい。
【００２５】
また、上述した第１の実施形態では、アダプタ５は、シリンダ２よりも熱伝導率の低い材質によって形成されていたが、シリンダ２と同じ材質や、シリンダ２よりも熱伝導率の高い材質によって形成されていてもよい。上述した各実施形態では、アダプタ５および取付部８は、接続部７２の外径よりも僅かに大きい内径を有していたが、接続部７２の外径よりも大きい内径を有していればよい。
【００２６】
また、上述した第１の実施形態では、ガソリンへの着火を行うタイミングが適切なタイミングとなるように、アダプタ５の軸方向における長さや、固定部５４の軸方向における長さを設定し、グロープラグ４の突出量を規定していた。これに対して、グロープラグのリーチや、シリンダヘッドのネジ穴の軸方向における長さを設定することによって、グロープラグの突出量を規定してもよい。
【００２７】
また、上述した各実施形態では、グロー着火エンジン１として２ストロークエンジンを例示したが、４ストロークエンジンに本発明を適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明は、グロープラグにて燃料への着火を行うグロー着火エンジンに広く適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  グロー着火エンジン
２  シリンダ
３  ピストン
４  グロープラグ
５  アダプタ
６  燃焼室
７  ブースタ
８  取付部
２１  シリンダブロック
２２  シリンダヘッド
２２Ａ  ネジ穴
４１  中心電極
４１Ａ  切欠部
４２  フィラメント
４３  プラグハウジング
４３Ａ  先端部
５１  切欠部
５２  雄ネジ部
５３  ナット部
５４  固定部
７１  把持部
７２  接続部
８１  固定部
【図１】
2012082758.tif 000003
【図２】
2012082758.tif 000004
【図３】
2012082758.tif 000005
【図４】
2012082758.tif 000006
【図５】
2012082758.tif 000007