(57)【要約】【課題】燃焼室の周壁部に沿って複数の点火部を備えた多点点火式エンジンにおいて、燃焼室の周壁部から中央部に向かう火炎伝播の状態を適切な状態に改善して、高い燃焼安定性を実現しつつ燃焼期間の短縮により熱効率の向上を図ることができる技術を提供する。【解決手段】燃焼室７の周壁部７ｗに沿って分散配置された複数の周囲点火部１２が、吸気ポート８側の第１周囲領域ＡＩに配置された第１周囲点火部１２Ｉと、排気ポート９側の第２周囲領域ＡＥに配置された第２周囲点火部１２Ｅとからなり、複数の周囲点火部１２の夫々の点火タイミングを各別に設定する点火タイミング設定手段を備えると共に、当該手段が、第２周囲点火部１２Ｅの点火タイミングを第１周囲点火部１２Ｉの点火タイミングに対して遅角させて設定する。【選択図】図１１
2013142344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートから燃焼室に新気を導入して当該燃焼室に混合気を形成し、当該混合気を前記燃焼室において圧縮して複数の点火部により多点点火して燃焼させ、前記燃焼室から排気ポートへ排ガスを排出する多点点火式エンジンであって、
前記複数の点火部として、前記燃焼室の周壁部に沿って分散配置された複数の周囲点火部を備えると共に、当該複数の周囲点火部が、前記吸気ポート側の第１周囲領域に配置された第１周囲点火部と、前記排気ポート側の第２周囲領域に配置された第２周囲点火部とからなり、
前記複数の周囲点火部の夫々の点火タイミングを各別に設定する点火タイミング設定手段を備えると共に、当該点火タイミング設定手段が、前記第２周囲点火部の点火タイミングを前記第１周囲点火部の点火タイミングに対して遅角させて設定する多点点火式エンジン。
【請求項２】
前記吸気ポートが、前記燃焼室にスワール流を発生させるスワール吸気ポートとして構成され、
前記第１周囲点火部が、前記スワール流の旋回方向に沿って前記吸気ポートの開口部から前記排気ポートの開口部に至るまでの領域である前記第１周囲領域に配置されたものであり、
前記第２周囲点火部が、前記スワール流の旋回方向に沿って前記排気ポートの開口部から前記吸気ポートの開口部に至るまでの領域である前記第２周囲領域に配置されたものである請求項１に記載の多点点火式エンジン。
【請求項３】
前記燃焼室に形成される混合気の空燃比が、理論空燃比よりも高く設定されている請求項１又は２に記載の多点点火式エンジン。
【請求項４】
前記複数の周囲点火部が、互いに近接配置された２以上の周囲点火部からなる点火群を前記燃焼室の周壁部に沿って分散配置してなる請求項１〜３の何れか一項に記載の多点点火式エンジン。
【請求項５】
前記第１周囲点火部と前記第２周囲点火部とが、前記燃焼室の中央部を挟んで互いに対向配置されている請求項１〜４の何れか一項に記載の多点点火式エンジン。
【請求項６】
前記点火部として、前記燃焼室の中央部に中央点火部を備えた請求項１〜５の何れか一項に記載の多点点火式エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気ポートから燃焼室に新気を導入して当該燃焼室に混合気を形成し、当該混合気を前記燃焼室において圧縮して複数の点火部により多点点火して燃焼させ、前記燃焼室から排気ポートへ排ガスを排出する多点点火式エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気ポートから燃焼室に新気としての混合気を導入することで、又は、吸気ポートから燃焼室に新気としての空気を導入すると共に燃焼室に燃料を供給することで、燃焼室に混合気を形成し、その混合気を燃焼室において圧縮して点火ギャップからなる点火部により火花点火する火花点火式エンジンとして、複数の点火部を配置し、その複数の点火部より混合気を多点点火する多点点火式エンジンが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
特許文献１の多点点火式エンジンは、燃焼室の中央部に一の中央点火部を配置すると共に燃焼室の周壁部に沿って複数の周囲点火部を等間隔で配置しており、均質に混合された混合気を周囲点火部と中央点火部との両方を用いて多点点火することにより、燃焼膨張行程における燃焼期間の短縮を実現して、効率の向上が図られている。
この多点点火式エンジンでは、周囲点火部の点火タイミングと中央点火部の点火タイミングとの間に位相差が設けられている。具体的には、全ての周囲点火部の夫々の点火タイミングが、互いに同じタイミングに設定された状態で、中央点火部の点火タイミングに対して遅角側に設定されている。中央点火部による火花点火が周囲点火部よりも先に行われることで、混合気は燃焼室の壁面による冷却の影響を受けにくくなり、消炎や着火遅れ等が抑制され、安定した燃焼が実現されるとしている。
【０００４】
また、従来の多点点火式のエンジンとして、燃焼室に配置された複数の点火部のうち、一部の点火部の点火タイミングを、エンジン回転数や負荷などの運転状態に基づいて制御することにより、ＮＯｘの増加を抑制しながら安定した燃焼を実現するものが知られている（例えば、特許文献２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９８４６３６号公報
【特許文献２】特開２００５−２４８７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、エンジンの燃焼室の周壁部近傍では、吸気ポートから導入される比較的低温の新気による冷却効果、並びに排気ポートから排出される比較的高温の排ガスによる加熱効果により、周方向に沿って温度分布が形成される。
このような温度分布が形成されると、上記特許文献１の多点点火式エンジンでは、複数の周囲点火部により同時に火花点火された夫々の混合気は、温度分布が形成された周壁部の温度の影響を夫々受けて燃焼することになるので、燃焼室の周壁部から中央部に向かう火炎伝播速度に不均衡が生じ、結果、燃焼室における燃焼状態や熱効率が悪化するという問題があった。更に、上記燃焼室の周壁部に形成される温度分布はエンジン出力や周囲環境などの運転状態によって変化するので、燃焼室の周壁部から中央部に向かう火炎伝播速度の不均衡状態についてもその運転状態によって変化するものとなり、このように運転状態によって変化する火炎伝播速度の不均衡状態を適切な状態に改善することは困難であった。
【０００７】
また、燃焼室に形成される混合気の空燃比を理論空燃比よりも高く設定し、その燃料希薄な混合気を火花点火し燃焼させることで、低エミッションと高効率を両立させる所謂リーン燃焼を行うエンジンでは、燃焼室における燃焼状態が不安定になり易い。よって、上記のような多点点火式エンジンでリーン燃焼を行う場合において、火炎伝播速度の不均衡が発生した場合には、その混合気の空燃比の燃料希薄側の設定限界が制限されてしまうため、リーン燃焼による低エミッションと高効率の効果を十分に享受することが出来ないという問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、燃焼室の周壁部に沿って複数の点火部を備えた多点点火式エンジンにおいて、燃焼室の周壁部から中央部に向かう火炎伝播の状態を適切な状態に改善して、高い燃焼安定性を実現しつつ燃焼期間の短縮により熱効率の向上を図ることができる技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するための本発明に係る多点点火式エンジンは、
吸気ポートから燃焼室に新気を導入して当該燃焼室に混合気を形成し、当該混合気を前記燃焼室において圧縮して複数の点火部により多点点火して燃焼させ、前記燃焼室から排気ポートへ排ガスを排出する多点点火式エンジンであって、
その特徴構成は、
前記複数の点火部として、前記燃焼室の周壁部に沿って分散配置された複数の周囲点火部を備えると共に、当該複数の周囲点火部が、前記吸気ポート側の第１周囲領域に配置された第１周囲点火部と、前記排気ポート側の第２周囲領域に配置された第２周囲点火部とからなり、
前記複数の周囲点火部の夫々の点火タイミングを各別に設定する点火タイミング設定手段を備えると共に、当該点火タイミング設定手段が、前記第２周囲点火部の点火タイミングを前記第１周囲点火部の点火タイミングに対して遅角させて設定する点にある。
【００１０】
本特徴構成によれば、点火タイミング設定手段による排気ポート側の第２周囲点火部と吸気ポート側の第１周囲点火部の夫々の点火タイミングの設定とを実行すれば、燃焼室の周壁部から中央部に向かう火炎伝播の状態が適切な状態に改善されるので、高い燃焼安定性を実現しつつ燃焼期間の短縮により熱効率の向上を図ることができる。
【００１１】
即ち、吸気ポート側の第１周囲領域における周壁部の温度は、燃焼室に導入されて直後の比較的低温の新気により積極的に冷却されることで比較的低温の状態となる。一方、排気ポート側の第２周囲領域における周壁部の温度は、比較的高温の排ガスにより積極的に加熱されることで比較的高温の状態となる。即ち、燃焼室の周壁部では、周方向に沿って温度分布が形成されるものの、上記第１周囲領域が低温状態となり、一方上記第２周囲領域が高温状態となるというように、その温度分布の状態は比較的安定したものとなる。
【００１２】
このように燃焼室の周壁部の温度分布の状態を安定させた上で、上記点火タイミング設定手段により、その温度分布にあわせて、比較的高温となる第２周囲領域にある第２周囲点火部の点火タイミングが、比較的低温となる第１周囲領域にある第１周囲点火部の点火タイミングに対して、所望の位相差で遅角させて設定される。すると、比較的低温の第１周囲領域にて火炎が発生してから所望の時間経過した後に、比較的高温の第２周囲領域で火炎が発生することになるので、夫々の火炎は略同時に中央部に伝播する。結果、安定燃焼が実現されつつ、燃焼期間の短縮により熱効率の向上が図られることになる。
【００１３】
本発明に係る多点点火式エンジンの更なる特徴構成は、
前記吸気ポートが、前記燃焼室にスワール流を発生させるスワール吸気ポートとして構成され、
前記第１周囲点火部が、前記スワール流の旋回方向に沿って前記吸気ポートの開口部から前記排気ポートの開口部に至るまでの領域である前記第１周囲領域に配置されたものであり、
前記第２周囲点火部が、前記スワール流の旋回方向に沿って前記排気ポートの開口部から前記吸気ポートの開口部に至るまでの領域である前記第２周囲領域に配置されたものである点にある。
【００１４】
本特徴構成によれば、点火タイミング設定手段による第２周囲点火部と第１周囲点火部の夫々の点火タイミングの設定を、燃焼室におけるスワール流の発生に合わせて実行すれば、燃焼室の周壁部から中央部に向かう火炎伝播の状態が一層適切な状態に改善される。
即ち、吸気ポートが上記スワール吸気ポートとして構成されて燃焼室に実質上単一のスワール流が発生されるので、燃焼室において比較的低温の新気及び比較的高温の排ガスが特定の旋回方向に向けて旋回することになる。このスワール流の旋回方向に沿って、スワール吸気ポートの開口部から前記排気ポートの開口部に至るまでの第１周囲領域における周壁部の温度は、燃焼室に導入されて直後の比較的低温の新気により積極的に冷却されることで比較的低温の状態で安定して維持されることになる。一方、排気ポートの開口部から前記吸気ポートの開口部に至るまでの第２周囲領域における周壁部の温度は、比較的高温の排ガスや高温の排気ポートの開口部付近を通過して昇温した新気により積極的に加熱されることで比較的高温の状態で安定して維持されることになる。即ち、燃焼室の周壁部において周方向に沿って形成される温度分布は、上記第１周囲領域が一層安定して低温状態で維持され、一方上記第２周囲領域が一層安定して高温状態で維持されるというように、その温度分布の状態は一層安定したものとなる。
このように燃焼室の周壁部の温度分布の状態を一層安定させた上で、上記点火タイミング設定手段により、その温度分布にあわせて第２周囲点火部の点火タイミングを第１周囲点火部の点火タイミングに対して遅角させて設定すると、低温状態で安定している第１周囲領域にて火炎が発生してから所望の時間経過した後に、高温状態で安定している第２周囲領域で火炎が発生することになり、夫々の火炎は一層正確に略同時に中央部に伝播するので、より一層安定した燃焼を実現し熱効率をより一層向上することができる。
【００１５】
本発明に係る多点点火式エンジンの更なる特徴構成は、
前記燃焼室に形成される混合気の空燃比が、理論空燃比よりも高く設定されている点にある。
【００１６】
本特徴構成によれば、燃料希薄な高空燃比に設定された混合気を火花点火しリーン燃焼を行う場合においても、周壁部において周囲点火部の火花点火により発生した火炎が略同時に中央部に伝播して安定燃焼が実現されるので、継続運転可能な混合気の空燃比の燃料希薄側の設定限界値（以下、「希薄限界」と呼ぶ。）をできるだけ拡大することができ、リーン燃焼による低エミッションと高効率の効果を十分に享受することができる。
【００１７】
本発明に係る多点点火式エンジンの更なる特徴構成は、
前記複数の周囲点火部が、互いに近接配置された２以上の周囲点火部からなる点火群を前記燃焼室の周壁部に沿って分散配置してなる点にある。
【００１８】
本特徴構成によれば、互いに近接した２以上の周囲点火部からなる点火郡を燃焼室の周壁部に沿って分散配置することで、周囲点火部の夫々を個別に燃焼室の周壁部に沿って分散配置する場合と比較して、熱発生遅れ期間が短縮され、希薄限界がより一層拡大される。
詳しくは、燃焼室に設けた点火部の総点火エネルギーを異ならせることなく、図１に示すように、周壁部に１個の点火部を備えた（以下、「１点点火配置」と呼ぶ場合がある。）場合（図１（ａ））と、周壁部に互いに近接した２個の点火部からなる点火群を配置した（以下、「２点近接点火配置」と呼ぶ場合がある。）場合（図１（ｂ））とで、燃焼安定性及び希薄限界の比較試験を行った結果を以下に述べる。
【００１９】
上記夫々の場合について、混合気の空気過剰率（＝実空燃比／理論空燃比）と燃焼室での図示平均有効圧力の変動率ＣＯＶとの関係を図２に示す。尚、本願において、変動率ＣＯＶとは、各サイクルの燃焼室での図示平均有効圧力の標準偏差を燃焼室での図示平均有効圧で割ったものを示す。
この図２に示す関係から判るように、２点近接点火配置の場合（図２の黒三角形印）では、１点点火配置の場合（図２の黒正方形印）と比較して、燃焼変動が抑制され希薄限界に至る空気過剰率λが１．１８から１．３８まで拡大されている。尚、どちらの場合の希薄限界についても、燃焼変動が大きくなる前に失火サイクルが発生している。
【００２０】
次に、上記夫々の場合について、混合気の空気過剰率λを１．０（理論空燃比）に設定したときの２００サイクル分の熱発生遅れ期間θig-5と燃焼期間θ10-90との関係を図３に示す。尚、本願において、熱発生遅れ期間と燃焼期間との夫々は、クランク角の幅θ（°）で示されており、具体的には、熱発生遅れ期間θig-5は、燃焼室において火花点火時から熱発生量が総熱発生量の１０％に達するまでに期間とし、燃焼期間θ10-90は、燃焼室における熱発生量が総熱発生量の１０％に達してから９０％に達するまでの期間θとしている。
この図３に示す関係から判るように、燃焼期間θ10-90がほぼ同等であるにかかわらず、２点近接点火配置の場合（図３の黒三角形印）では、１点点火配置の場合（図３の黒ひし形印）と比較して、熱発生遅れ期間θig-5が短縮されていることがわかる。これは近接した領域に存在する点火部が増加することで、各々の点火部において火炎核が形成され伝播に至る燃焼初期の熱発生量が増えたことによると考えられる。即ち、近接した領域に存在する点火部が増加し、初期の熱発生が増加すると、失火が抑制され希薄限界が大幅に拡大することがわかる。
【００２１】
本発明に係る多点点火式エンジンの更なる特徴構成は、
前記第１周囲点火部と前記第２周囲点火部とが、前記燃焼室の中央部を挟んで互いに対向配置されている点にある。
【００２２】
本特徴構成によれば、第２周囲点火部と第１周囲点火部とを燃焼室の中央部を挟んで互いに対向配置することで、希薄限界における失火サイクルの発生が抑制され、熱発生遅れ期間と燃焼期間との両方が短縮されるので、希薄限界をより一層拡大することができる。
詳しくは、図４に示すように、２点近接点火配置の場合（図４（ａ））と、第２周囲点火部と第１周囲点火部とを燃焼室の中央部を挟んで互いに対向配置した（以下、「２点対向点火配置」と呼ぶ場合がある。）場合（図４（ｂ））とで、燃焼安定性及び希薄限界の比較試験を行った結果を以下に述べる。
【００２３】
上記夫々の場合について、混合気の空気過剰率（＝実空燃比／理論空燃比）と燃焼室での図示平均有効圧力の変動率ＣＯＶとの関係を図５に示す。この図５に示す関係から判るように、２点対向点火配置の場合（図５の白六角形印）では、２点近接点火配置の場合（図５の黒三角形印）と比較して、全ての空気過剰率で燃焼変動が抑制され、希薄限界に至る空気過剰率λが１．３８から１．４５まで拡大されている。２点近接点火配置の場合とは異なり、２点対向点火配置の場合では、失火サイクルは発生せず燃焼変動が大きくなることで希薄限界に至っている。
【００２４】
次に、上記夫々の場合について、熱発生遅れ期間θig-5と燃焼期間θ10-90の変動率ＣＯＶの測定結果を図６に示す。この測定結果から判るように、２点近接点火配置の場合と比較して、２点対向点火配置の場合では、燃焼期間θ10-90の変動率が大幅に低減している。
更に、上記夫々の場合について、混合気の空気過剰率λを１．０（理論空燃比）に設定したときの２００サイクル分の熱発生遅れ期間と燃焼期間との関係を図７に示す。
この図７に示す関係から判るように、２点近接点火配置の場合と比較して、２点対向点火配置の場合では、熱発生遅れおよび燃焼期間が短縮されている。熱発生遅れ期間θig-5は、２点対向点火配置の場合の方が燃焼の初期段階で火炎が干渉しないため短縮される。一方で、燃焼期間θ10-90は、２点対向点火配置の場合の方が、火炎伝播距離が短くなったことで短縮され、変動抑制にもつながっている。従って、第２周囲点火部と第１周囲点火部とを燃焼室の中央部を挟んで互いに対向配置すると、燃焼変動が小さくなり失火が抑制され希薄限界を拡大出来ることがわかる。
【００２５】
以下、上記点火部の配置についてまとめる。
１点点火配置、２点近接点火配置、２点対向点火配置における点火時期からのクランク角度に対する熱発生量割合Ｑ（％）の測定結果について、図８及び図９に示す。この測定結果から判るように、１点点火配置よりも２点近接点火配置及び２点対向点火配置の方が熱発生の立ち上がりが早くなっている。これは近接する領域における点火部の数を増やすことで初期燃焼の熱発生量が増える結果だと考えられる。更に、点火から２０°後で２点近接点火配置の場合より２点対向点火配置の場合での熱発生量が増加する。これは２点近接点火配置の場合では火炎伝播が進むにつれて伝播火炎が干渉しているためだと考えられる。これらの結果から、互いに近接する点火部の数の増加によって燃焼初期の期間が短縮することがわかる。また、近接する領域における点火部の数を増加し熱発生遅れ期間を短縮することが希薄限界の拡大により効果的であることが確認できた。また、互いに近接する点火部の数を増加する場合において、火炎伝播距離が短縮するような点火配置にすれば、変動が抑制され希薄限界が拡大できることが確認できた。
【００２６】
本発明に係る多点点火式エンジンの更なる特徴構成は、
前記点火部として、前記燃焼室の中央部に中央点火部を備えた点にある。
【００２７】
本特徴構成によれば、燃焼室の周壁に沿って配置された複数の周囲点火部の夫々において発生した夫々の火炎が中央部に向けて略同時に伝播するのにあわせて、中央点火部において発生した火炎が周壁部に向かって伝播することになるので、燃焼期間が一層短縮されて、更なる効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】燃焼室の周壁に沿って１個の点火部を備えた場合と２個の点火部を近接配置した場合との点火部の配置状態を説明する説明図
【図２】図１に示す夫々の場合について混合気の空気過剰率と燃焼室での図示平均有効圧力の変動率との関係を示すグラフ図
【図３】図１に示す夫々の場合について熱発生遅れ期間と燃焼期間との関係を示すグラフ図
【図４】燃焼室の周壁に沿って２個の点火部を近接配置した場合と第２周囲点火部の点火部と第１周囲点火部の点火部とを燃焼室の中央部を挟んで互いに対向配置した場合との点火部の配置状態を説明する説明図
【図５】図４に示す夫々の場合について混合気の空気過剰率と燃焼室での図示平均有効圧力の変動率との関係を示すグラフ図
【図６】図４に示す夫々の場合について熱発生遅れ期間と燃焼期間の変動率を示すグラフ図
【図７】図４に示す夫々の場合について熱発生遅れ期間と燃焼期間との関係を示すグラフ図
【図８】図１及び図４に示す夫々の場合における点火時期からのクランク角度（０°〜１００°）に対する熱発生量割合を示すグラフ図
【図９】図１及び図４に示す夫々の場合における点火時期からのクランク角度（０°〜３０°）に対する熱発生量割合を示すグラフ図
【図１０】第１実施形態におけるエンジンの側断面図
【図１１】第１実施形態におけるエンジンの平断面図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明に係るエンジンの実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
まず、エンジン１００の基本構成について説明する。
このエンジン１００は、図１０に示すように、シリンダブロック１とそのシリンダブロック１の上部に連結されたシリンダヘッド２とを有するシリンダ３を備え、そのシリンダ３には、ピストン４がシリンダブロック１の内部を摺動自在に収容されている。ちなみに、ピストン４は、シリンダブロック１の内部に備えられた円筒形状のシリンダライナ（図示省略）に摺動するように備えられている。そして、エンジン１００は、図示は省略するが、ピストン４の往復作動力をクランク機構から出力軸に伝えて回転動力として出力する出力系と、その出力軸からの動力を吸気バルブ５と排気バルブ６とを開閉作動させるカムシャフト等に伝える駆動系とを備えている。
【００３０】
燃焼室７は、ピストン４の頂部とシリンダブロック１の内面とシリンダヘッド２の下面とによって形成されている。燃焼室７には、吸気ポート８及び排気ポート９が連通接続されており、吸気ポート８を開閉する吸気バルブ５と排気ポート９を開閉する排気バルブ６とが備えられている。吸気ポート８には、吸気ポート８に供給される空気Ａに、燃料Ｇ（例えば都市ガス）を混合するミキサ１０が備えられており、空気Ａと燃料Ｇとの混合気Ｍを生成するように構成されている。ちなみに、ミキサ１０は、空気Ａの流れに伴ってベンチュリーによる吸引作用にて吸引力を発生させ、その吸引力により空気Ａへ燃料Ｇを引き込んで、空気Ａと燃料Ｇとの混合気Ｍを生成するベンチュリー式にて構成されている。そして、ミキサ１０への燃料供給量を調整自在な燃料調整弁１１が備えられており、この燃料調整弁１１の開度を調整して、エンジン１００の運転状況（例えばエンジン負荷）に応じて空気Ａと燃料Ｇとの混合割合を変更自在に構成されている。また、図示は省略するが、吸気ポート８には、エンジン１００の運転状況に応じて燃焼室７への混合気Ｍの吸気量を調整するスロットルバルブ等も備えられている。
【００３１】
図１０及び図１１に示すように、燃焼室７には、燃焼室７において圧縮した混合気Ｍを火花点火する複数の点火部として複数の点火プラグ１２、１５が設けられている。
これら複数の点火プラグ１２、１５として、燃焼室７の周壁部７ｗに沿って配置された複数の周囲点火プラグ１２と、燃焼室７の中央部（燃焼室７の軸心近傍）に配置された一の中央点火プラグ１５とが設けられている。
複数の周囲点火プラグ１２は、例えば、その点火ギャップを有する先端部が燃焼室７の周壁部７ｗから中央部に向けて突出する状態で、シリンダブロック１の上端部近傍に支持されている。この実施形態では、８個の周囲点火プラグ１２が、燃焼室７の周方向（ピストン４の周方向）に等間隔に間隔を隔てる状態で備えられており、燃焼室７の周方向（ピストン４の周方向）に間隔を隔てて分散配置されている。
一方、中央点火プラグ１５は、例えば、その点火ギャップを有する先端部が燃焼室７の天井部から下方に向けて突出する状態で、シリンダヘッド２の中央部近傍に支持されている。
【００３２】
エンジン１００の基本動作について以下に説明する。
吸気バルブ５を開動作させた状態でピストン４が上死点から下降することにより、吸気ポート８から燃焼室７に混合気Ｍを吸気する吸気行程が行われ、次に、吸気バルブ５を閉動作させた状態でピストン４が上昇することにより、燃焼室７の混合気Ｍを圧縮する圧縮行程が行われる。
この圧縮行程の後期では、予め設定された所望の点火時期（例えば、ピストン４が上死点に達する直前）に、複数の点火プラグ１２、１５が作動されて燃焼室７の混合気Ｍが火花点火される。
この圧縮行程に続いて、複数の点火プラグ１２、１５の夫々から火炎が伝播し、燃焼室７の混合気Ｍが燃焼されて膨張行程が行われ、次に、排気バルブ６を開動作させた状態でピストン４が上昇することにより、燃焼室７の排ガスＥを排気ポート９に排出する排気行程が行われる。
このようにして、エンジン１００は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の順に各行程を行う一連の動作を繰り返し行うように構成されている。
【００３３】
エンジン１００の特徴構成について以下に説明する。
燃焼室７に接続された吸気ポート８は、燃焼室７にスワール流Ｓを発生させるスワール吸気ポートとして構成されている。このスワール流Ｓは、燃焼室７に吸気ポート８から導入される新気が燃焼室７の中心軸の周りを一定の旋回方向（図１１において時計回りの方向）に沿った新気流として発生する。
上記複数の周囲点火プラグ１２は、このスワール流Ｓの旋回方向に沿って、吸気ポート８の開口部８ｏから排気ポート９の開口部９ｏに至るまでの第１周囲領域ＡＩに配置された第１周囲点火プラグ１２Ｉと、排気ポート９の開口部９ｏから吸気ポート８の開口部８ｏに至るまでの第２周囲領域ＡＥに配置された第２周囲点火プラグ１２Ｅとからなる。
【００３４】
ここで、上記第１周囲領域ＡＩは、吸気ポート８の開口部８ｏから排気ポート９の開口部９ｏに至るまで領域として規定しているが、具体的には、燃焼室７の周壁部７ｗにおいて、吸気ポート８から燃焼室７に導入されて直後の比較的低温の混合気Ｍ（新気）により積極的に冷却されることで比較的低温の状態で安定して維持される部分の領域となり、一方、上記第２周囲領域ＡＥは、燃焼室７から排気ポート９に排出される比較的高温の排ガスＥや高温の排気ポート９の開口部９ｏ付近を通過して昇温した混合気Ｍや高温の排ガスＥにより積極的に加熱されることで比較的高温の状態で安定して維持される部分の領域となる。
即ち、燃焼室７の周壁部７ｗにおいて、上記第１周囲領域ＡＩが安定して低温状態で維持され、一方上記第２周囲領域ＡＥが安定して高温状態で維持される状態で、周方向に沿って安定した温度分布が形成されることになる。
【００３５】
複数の点火プラグ１２、１５の夫々の点火タイミングを各別に設定する点火タイミング設定手段２０が、コンピュータからなるエンジンコントロールユニット等が機能する形態で設けられている。更に、この点火タイミング設定手段２０により、第２周囲点火プラグ１２Ｅの点火タイミングが第１周囲点火プラグ１２Ｉの点火タイミングに対して遅角側に設定される。
【００３６】
このようにして、スワール流Ｓの発生により燃焼室７の周壁部７ｗの温度分布が安定状態となり、上記点火タイミング設定手段２０により、その温度分布にあわせて、比較的高温で維持されている第２周囲領域ＡＥにある第２周囲点火プラグ１２Ｅの点火タイミングが、比較的低温で維持されている第１周囲領域ＡＩにある第１周囲点火プラグ１２Ｉの点火タイミングに対して、所望の位相差で遅角側に設定される。すると、比較的低温の第１周囲領域ＡＩにて火炎が発生してから所望の時間経過した後に、比較的高温の第２周囲領域ＡＥで火炎が発生することになる。それら夫々の火炎は略同時に中央部（燃焼室７の軸心部）に伝播することになり、結果、安定燃焼が実現され、燃焼期間の短縮により熱効率の向上が図られている。
【００３７】
このエンジン１００では、燃料調整弁１１の開度制御によりミキサ１０で生成され燃焼室７に吸気される混合気Ｍの空燃比が、理論空燃比よりも高い燃料希薄な高空燃比に設定される。即ち、燃料希薄空燃比に設定された混合気Ｍが複数の点火プラグ１２、１５で火花点火される形態で、リーン燃焼が行われる。このようなリーン燃焼においても、上述のような安定燃焼が実現されるので、継続運転可能な混合気Ｍの空燃比の燃料希薄側の設定限界値である希薄限界ができるだけ高い側に拡大され、リーン燃焼による低エミッションと高効率の効果が十分に発揮されている。
【００３８】
エンジン１００は、希薄限界を拡大するために、図１１に示すように、互いに近接配置された２個の周囲点火プラグ１２が一の点火群Ｉａ、Ｉｂ、Ｅａ、Ｅｂとなり、これら点火群Ｉａ、Ｉｂ、Ｅａ、Ｅｂが燃焼室７の周壁部７ｗに沿って等間隔に分散配置されている。
具体的に、この第１周囲点火プラグ１２Ｉの点火群は、吸気ポート８の開口部８ｏに最も近い位置に配置された第１周囲点火プラグ１２Ｉの点火群Ｉａと、その点火群Ｉａの位置に対してスワール流Ｓの方向に沿って９０°の位相差の位置に配置された第１周囲点火プラグ１２Ｉの点火群Ｉｂとからなる。一方、この第２周囲点火プラグ１２Ｅの点火群は、上記点火群Ｉｂの位置に対してスワール流Ｓの方向に沿って９０°の位相差の位置に配置され排気ポート９の開口部９ｏに最も近い位置に配置された第２周囲点火プラグ１２Ｅの点火群Ｅａと、その点火群Ｅａの位置に対してスワール流Ｓの方向に沿って９０°の位相差の位置に配置された第２周囲点火プラグ１２Ｅの点火群Ｅｂとからなる。
【００３９】
このような周囲点火プラグ１２の配置により、第１周囲点火プラグ１２Ｉと第２周囲点火プラグ１２Ｅとが、燃焼室７の中央部を挟んで互いに対向配置されていることになって、希薄限界における失火サイクルの発生が抑制され、熱発生遅れ期間と燃焼期間との両方が短縮され希薄限界がより一層高い側に拡大されている。
更に、複数の点火群Ｉａ、Ｉｂ、Ｅａ、Ｅｂが、燃焼室７の周壁部７ｗに沿って等間隔に配置されることになるので、燃焼室７の周壁部７ｗに沿って等間隔に配置された複数の周囲点火プラグ１２の夫々において発生した夫々の火炎が、周方向に沿って略均等に分散した状態を維持しながら中央部に向けて略同時に中央部に伝播することになる。
【００４０】
また、上記周囲点火プラグ１２とは別に、燃焼室７の中央部に中央点火プラグ１５が設けられているので、燃焼室７の周壁部７ｗに沿って配置された複数の周囲点火プラグ１２の夫々において発生した夫々の火炎が中央部に向けて略同時に伝播するのにあわせて、中央点火プラグ１５において発生した火炎が周壁部７ｗに向かって伝播することになり、燃焼期間が一層短縮されて、更なる効率の向上が図られている。
【００４１】
〔別実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。なお、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００４２】
（１）上記実施形態では、吸気ポート８を燃焼室７にスワール流Ｓを発生させるスワール吸気ポートとして構成し、その吸気ポート８により発生するスワール流Ｓの旋回方向に沿って第１周囲点火プラグ１２Ｉが配置される第１周囲領域ＡＩと第２周囲点火プラグ１２Ｅが配置される第２周囲領域ＡＥとを区別したが、別に、吸気ポート８をスワール吸気ポートとして構成するか否かに拘らず、吸気ポート８に近い側で比較的低温状態となる領域を第１周囲領域ＡＩとし、排気ポート９に近い側で比較的高温状態となる領域を第２周囲領域ＡＥとして、点火タイミング設定手段２０により第２周囲点火プラグ１２Ｅの点火タイミングを第１周囲点火プラグ１２Ｉよりも遅角側に設定しても構わない。
【００４３】
（２）上記実施形態では、燃焼室７に吸気される混合気Ｍの空燃比を理論空燃比よりも高い燃料希薄な高空燃比に設定したが、例えば空燃比を略理論空燃比に設定してストイキ燃焼を行うように構成しても構わない。
【００４４】
（３）上記実施形態では、複数の周囲点火プラグ１２の配置状態の一例を説明したが、複数の周囲点火プラグ１２の夫々を燃焼室７の周壁部７ｗに沿って等間隔に分散配置するなどのように、その配置状態を適宜改変しても構わない。
【００４５】
（４）上記実施形態では、燃焼室７の中央部に中央点火プラグ１５を設けたが、この中央点火プラグ１５を省略して、周囲点火プラグ１２のみ配置するよう構成しても構わない。
【００４６】
（５）上記実施形態では、周囲点火部を、一般的な点火プラグ１２で構成したが、点火部としては火花点火可能な点火ギャップを有するものであれば良く、例えば、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に絶縁部材を介して設けられた一対の電極板の一部を燃焼室側に突出させて、当該一対の突出部により点火ギャップを構成したものなど、周囲点火部を別の形態で構成しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、吸気ポートから燃焼室に新気を導入して当該燃焼室に混合気を形成し、当該混合気を前記燃焼室において圧縮して複数の点火部により多点点火して燃焼させ、前記燃焼室から排気ポートへ排ガスを排出する多点点火式エンジンとして適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
７        ：燃焼室
７ｗ      ：周壁部
８        ：吸気ポート
８ｏ      ：開口部
９        ：排気ポート
９ｏ      ：開口部
１２      ：周囲点火プラグ（周囲点火部）
１５      ：中央点火プラグ（中央点火部）
２０      ：点火タイミング設定手段
１００    ：エンジン
Ａ        ：空気
Ｅ        ：排ガス
Ｅａ、Ｅｂ：点火群
Ｉａ、Ｉｂ：点火群
Ｇ        ：燃料
Ｍ        ：混合気（新気）
Ｓ        ：スワール流
【図１】
2013142344.tif 000003
【図２】
2013142344.tif 000004
【図３】
2013142344.tif 000005
【図４】
2013142344.tif 000006
【図５】
2013142344.tif 000007
【図６】
2013142344.tif 000008
【図７】
2013142344.tif 000009
【図８】
2013142344.tif 000010
【図９】
2013142344.tif 000011
【図１０】
2013142344.tif 000012
【図１１】
2013142344.tif 000013