(57)【要約】【課題】点火プラグの様な点火構造体の電極の様な突出部材の先端部にある点火部を燃焼室中心、又はできる限り中心に近づけて配置することによって燃焼期間を短縮化して急速燃焼を達成し、ＣＯ２の削減、熱効率の向上を図ること。かつ燃焼室壁面から長く突出した前記突出部材に燃料としての圧縮天然ガス又は圧縮水素ガスを膨張機によって断熱膨張させた低温の燃料ガスを噴き付けて冷却し、過早点火を未然に防ぐこと。【解決手段】燃焼室壁面から１０ｍｍ以上突出した突出部材３を有し、その先端部に燃焼室内混合気に点火する点火部を有する点火構造体２を内燃機関に備える。燃料としての圧縮天然ガス又は圧縮水素ガスを膨張機Ｅによって断熱膨張させた低温の燃料ガスを点火構造体の突出部材３に向けて噴き付け、冷却する様にする。【選択図】図１
2017122427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室壁面から１０ｍｍ以上突出した突出部材を有し、その先端部に燃焼室内混合気に点火する点火部を有する点火構造体を備えた内燃機関であり、燃料として圧縮天然ガス又は圧縮水素ガスを燃料タンクに貯蔵しておき、前記燃料を膨張機によって膨張させた低温の燃料ガスを前記点火構造体の突出部材に向けて噴き付けて冷却する様にした内燃機関。
【請求項２】
燃料噴射弁の噴射時期を制御する事によって突出部材に噴き付ける噴射期間を制御し、以って突出部材の温度を制御する様にした請求項１記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は点火プラグ等の点火構造体を備えた内燃機関に係わり、点火構造体の１０ｍｍ以上と長く突出した電極などの突出部材に圧縮天然ガス又は圧縮水素ガスを膨張機によって膨張させた低温の燃料ガスを噴き付けて冷却する様にしたものに関する。
【背景技術】
【０００２】  内燃機関はＣＯ２削減、熱効率向上が強く求められているが、これに最も効果的なものは希薄燃焼、急速燃焼の技術である。一般に燃焼室内混合気に点火構造体、例えば点火プラグは図５に示す様に突出部材、即ち電極の突出量ｌは６〜８ｍｍ以下であり、従ってその点火部（火花ギャップ部）は燃焼室壁面に近く、燃焼室中心に配置する事はできない。もしこの点火部を燃焼室の中心に配置する事ができれば（図１参照）火炎伝播距離が半減するから、燃焼完了までの期間が半減して急速燃焼が可能となり、しかも火炎が全ての混合気が燃焼完了するまで冷たい燃焼室壁面に接触しないから冷却損失が減少し、特に希薄燃焼は火炎伝播速度が遅くなりがちであるからこの希薄燃焼に有利であり、かくして熱効率の大幅向上が期待できる。しかしながらこの様な構成は長い突出部材、例えば電極は受熱量が増して伝熱冷却が困難となるから、異状高温となり、激しい過早点火を引き起す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  本発明の目的は点火プラグの様な点火構造体の突出部材の先端部にある点火部を燃焼室の中心又はできる限り中心に配置する事によって燃焼期間を短縮化して急速燃焼を達成し、ＣＯ２の削減、熱効率の向上を図ったものである。更に希薄燃焼は熱効率を改善する事から、希薄燃焼、急速燃焼とする事によって熱効率の大幅改善を図ったものである。
かつ、本発明はそれにより長く突出した点火構造体の突出部材に圧縮天然ガス又は圧縮水素ガスを膨張機によって膨張させた低温の燃料ガスを噴き付けて冷却し、過早点火を未然に防ぐ事も目的としている。
【課題を解決する為の手段】
【０００４】  本発明は上記目的を達成する為、燃焼室壁面から１０ｍｍ以上突出した突出部材を有し、その先端部に燃焼室内混合気に点火する点火部を有する点火構造体を内燃機関に備え、燃料として圧縮天然ガス又は圧縮水素ガスを燃料タンクに貯蔵しておき、この燃料を膨張機によって膨張させた低温の燃料ガスを点火構造体の突出部材に向けて噴き付けて冷却する様にした。
【発明の効果】
【０００５】  本発明においては燃焼室壁面から長く突出した点火構造体の突出部材は（中）高負荷域では圧縮天然ガス又は圧縮水素ガスを膨張機によって膨張させた低温の燃料ガスが噴き付けられるから、過度に高温になる事は回避され、過早点火は起らない。本発明によれば燃焼室内の混合気に点火する点火部は燃焼室の中心に配置する事ができるから、火炎伝播距離は半減・燃焼期間も半減し（実際は後述する如く１／２．５位にはなる）。急速燃焼が可能となる。この為、希薄混合気による希薄燃焼が可能となり、希薄燃焼はポンプ損失が少なく、燃焼温度が低い為に冷却損失が少なく比熱比が大で、熱効率を大幅に改善する事ができる（一般に希薄燃焼は燃焼速度が遅くなる為、これらの効果は限定的であるが、急速燃焼法との相乗効果により大きな熱効率改善が得られる）。かつ燃焼室内混合気に点火する点火部は燃焼室中心に配置され、燃焼が完了するまで冷たい燃焼室壁面に火炎が接触しないから、冷却損失は更に少ない（従って始動性も向上する）。更に本発明によれば急速燃焼が可能であるから、最適点火時期を遅らせる事ができ、最高燃焼温度・圧力の減少により冷却損失・摩擦損失の低減も見込まれ、熱効率の改善効果は著しいものになる。加えて低負荷域、特にアイドルを含む極低負荷域においては希薄混合気による希薄燃焼では着火性が悪化するが、本発明によれば上記点火部までの突出部材が長くその先端部は高温となっているから（この領域では低温の燃料ガスによる冷却は停止される）、火炎核が冷却作用（消炎作用）を受ける事がなく着火性は大幅に向上し、より一層の希薄燃焼により熱効率の大幅向上が期待できる。
【発明を実施する為の形態】
【０００６】  図１（イ）は本発明による内燃機関を示し、圧縮天然ガス（ＣＨ４）又は圧縮水素ガス（Ｈ２）を燃料とし、点火プラグの様な点火構造体により燃焼室内混合気に点火するものである。上記燃料は燃料タンクａに貯蔵されており（３５０気圧、７００気圧の様な高圧タンクに貯蔵）、燃圧調整装置ｂにより規定の圧力に調整（減圧）されてサージタンクｃ（高圧用）に送り込まれ、膨張機Ｅに導入される（詳しくは膨張機Ｅの吸入通路ｇ６に導入される）。
膨張機Ｅで断熱膨張した低温の燃料ガスは排出通路ｇ７に排出されてサージタンクｄ（低圧用）に送り込まれ、かくして膨張機Ｅによりサージタンクｄ内の圧力はサージタンクｃ内の圧力より低い規定の圧力まで減圧され（例えば５気圧まで減圧）、ここから噴射弁１１を介してエンジンに供給される様になっている。Ｓ１、Ｓ２は圧力センサー、ｅ、ｆは電磁式遮断弁である。膨張機Ｅは図示しないエンジンのクランク軸と（エンジンのクランク軸と膨張機のクランク軸ｇ１とは）ベルト、プーリー等を介して連結され、適当な回転比、例えば１／１で回転する。膨張機Ｅは往復ピストン式で、吸入通路ｇ６にはカム軸ｇ２上に備えられたカム、プッシュロッドｇ３、ロッカーアームｇ４を介して駆動される吸入弁ｇ５が備えられている（カム軸ｇ２はクランク軸ｇ１により歯車を介して回転比１／１で駆動される）。排出通路ｇ７には図示しないが同様に駆動される排出弁が備えられている（図上で吸入弁ｇ５の奥手側に配置されている）。
吸入弁ｇ５は上死点より僅かに手前で開き始め、例えば上死点後７０°ＣＡで閉じる様にすると、この時点はピストンストロークの１／２．５に相当するから膨張比は２．５となり、サージクンクｃ内の燃料ガスの温度を３００Ｋとすると、圧縮天然ガスの場合で−５４℃、圧縮水素ガスの場合で−６５℃の低温が得られる（理論値として）。排出弁は下死点より僅か手前から開き始め、この低温燃料ガスを排出通路ｇ７内へ排出し、上死点を僅かに過ぎた時点で閉じる様になっている。ｅ、ｆは電磁式遮断弁を示し、各々サージタンクｃからの流入を、サージタンクｄへの流入を遮断するもので、両者を閉じると吸入弁ｇ５、図示しない排出弁とは作動していてもサージタンクｄ内へは燃料ガスは供給されず、これによりサージタンクｄ内の圧力を制御する役割を果すものである。即ち、サージタンクｄ内の圧力が規定値（例えば５気圧）を越えると電磁式遮断弁ｅ、ｆが閉じてサージタンクｄへの燃料ガスの流入を遮断し、サージタンクｄ内の圧力が規定値より下がると電磁式遮断弁ｅ、ｆが開いて燃料ガスを流入させ、かくしてサージタンクｄ内の圧力を常時規定値に維持する様にするのである。これはサージタンクｄ内の圧力を検出する圧力センサーＳ１からの出力信号によりＥＣＵ１３が電磁式遮断弁ｅ、ｆに制御信号を送信する事で達成される。この場合、電磁式遮断弁ｅ又はｆのいずれか一方が閉じるとサージタンクｄへの燃料ガスの供給は停止されるから、電磁式遮断弁ｅ、又はｆのいずれか一方を不要とする事ができる。尚、膨張機Ｅの１回転当りの排出量に比しサージタンクｄの容積を十分に大きくする事によりほぼ完全にサージタンクｄ内の圧力変動をなくし、常時規定値に維持する事ができる（この圧力変動をなくす意味からも膨張機Ｅは１気筒型よりは２気筒型が好まれる）、以上の膨張機Ｅは動力を発生するので、僅かではあるが熱効率向上に寄与する。
ＥＣＵ（電子制御ユニット）１３はＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入・出力ポート等から成るマイクロコンピューターを中心として構成され、これらは双方性バスによって相互に接続されている。ＥＣＵ１３にはエンジン運転状態の把握に必要なパラメーター用の各種センサー、例えば所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサー、所定のカム角毎にカム角信号を出力するカム角センサー、アクセル開度を検出するアクセルセンサー、エンジン回転速度センサー、エンジンに吸入される空気流量センサー、ノックセンサー、Ｏ２センサー、エンジン冷却水温を検出する水温センサー、大気圧センサー、圧力センサーＳ１、Ｓ２等からの各信号が対応するＡ／Ｄコンバーターを介して入出力ポートに送信される。又、出力ポートは点火プラグ２、燃料噴射弁１１、絞り弁９を駆動するアクチュエーター１０、燃圧調整装置ｂ、電磁式遮断弁ｅ、ｆ等と各々対応する駆動回路を介して接続され、各々の制御信号を送信する。ＲＯＭには燃料噴射弁の噴射量や噴射時期を決定する為の制御ルーチン、点火プラグへの通電を制御する為の制御ルーチン、絞り弁９の開度を制御する為の制御ルーチン、燃圧調整装置ｂを駆動する為の制御ルーチン等のエンジンを制御する為の制御ルーチンやそれらに用いられる制御値を含む制御マップが記憶されている。ＲＡＭに記憶されている各種データーはエンジン回転速度センサーが信号を出力する毎に最新のデーターに置き換えられる。ＣＰＵはＲＯＭに記憶されているアプリケーションプログラムに従って動作し、燃料の噴射制御、点火時期制御、絞り弁の開度制御、燃圧調整装置の燃圧制御等を実行する。本内燃機関は燃焼室１内の混合気に点火源として電気火花などにより点火するものであり、図１は吸気弁５、排気弁７を有する４サイクル内燃機関を示している。本発明では燃焼室１内の混合気は点火構造体２により点火されるが、図では点火プラグが使用され、点火構造体の突出部材３（電極）を燃焼室壁面からｌ＝１０ｍｍ以上突出させ（従来は６〜８ｍｍ以下）、突出部材３の先端部に点火部（火花ギャップ）を有している。
こうすると前記点火部を燃焼室中心に配置する事ができ（完全に中心に配置できなくても従来よりは遙かに中心に近く配置できる）、例えば突出部材３の突出量ｌ＝２０ｍｍとすると燃焼室１の容積は半径ｌの球形燃焼室とほぼ同じ容積の４／３・π・（２）３≒３３．５ｃｍ３となり、圧縮比ε＝１６とするとシリンダー排気量は３３．５×（１６−１）≒５００ｃｍ３が可能となる（ｌ＝２．５ｃｍでは９８０ｃｍ３が可能）。
以上の構造によれば前記点火部は燃焼室中心に配置する事ができるから、火炎伝播距離は半減し、従って燃焼期間も半減する一方、火炎は燃焼が完了するまで冷たい燃焼室壁面に接触せず、従って冷却されないので、燃焼による温度・圧力の上昇が著るしく、この温度・圧力の上昇により更に火炎伝播速度が増すので、この相乗効果により最終的には燃焼期間は１／２．５位まで短縮化され、急速燃焼が達成される。即ち、従来では燃焼期間はクランク角で４０°〜６０°であったが、これを２０°位に短縮化されるのである。
スキッシュ部の混合気は火災伝播に依存すると燃焼が遅くなるが、燃焼室１の急速燃焼によりその上昇した燃焼温度・圧力により自着火させる事ができるから、かくして急速燃焼が可能であり、この場合、スキッシュ部の混合気は少量なので衝撃的燃焼は避けられる（点火時期を制御する事によりスキッシュ部の自着火を上死点を少し過ぎた時点で引き起す事もできる）。従って最適点火時期を遅らせる事ができ、この結果最高燃焼温度・圧力が減少し、冷却損失、摩擦損失の低減により熱効率は大幅に向上する。本発明では更なる熱効率向上の為、希薄燃焼と合わせて実施するのが良い。即ち、希薄混合気による希薄燃焼は一般には燃焼速度が遅くなり限界があるが、本発明では急速燃焼が可能なので、両者の相乗効果により冷却損失の減少、比熱比の増大、ポンプ損失の減少が得られ、著るしい熱効率の向上が見込まれる。本発明では突出部材３（電極）が長い為、アイドルを含む極低負荷域でもその先端部、即ち点火部が高温に保たれ（受熱面積が増すのがその理由である）。この結果、点火によって生じる火炎核が突出部材先端部による冷却作用（消炎作用）を受け難く、火炎核が大きく成長し易いから着火性が向上し、より一層の希薄燃焼を可能とする。これを一段と強化する為、突出部材３の先端部を融点の高い白金、イリジウム、更にはタングステンなどの各合金を用いて極細にする事が考えられる。更に本発明では点火部は燃焼室中心にあり、この部分はスワールによる混合気流速が遅く火炎核が吹き飛ばされる事がなく、冷たい燃焼室壁面から離れている為、点火前の混合気は高温に保たれ、これらの効果も着火性を向上させるのである。この様に従来よりは遙かに希薄な混合気による希薄燃焼（しかも急速燃焼）が可能であるから、熱効率の向上は著るしいものになる。次に上記の様に本発明では突出部材３が高温となり、（中）高負荷域では限界を越えて過早点火の原因となるから、膨張機Ｅにより断熱膨張させた低温の燃料ガス（サージタンクｄ内の低温ガス）を直接噴き付けて冷却する様にしている。即ち、図１（イ）の如く（シリンダーヘッドを上方から見た図１（ロ）も参照）サージタンクｄ内の低温の燃料ガス（例えば天然ガスの場合で−５４℃、水素ガスの場合で−６５℃）を燃料噴射弁１１から噴射し、ノズル１２によって吸気弁５が開いている間にその間隙を介して点火構造体２の突出部材３に直接噴き付ける構成とするのである。この時、低温の燃料ガスは点火構造体２の突出部材３、即ち中心電極にも接地電極にも均等に噴き付けられる様に配置する事が重要である――図では低温の燃料ガスは主として接地電極に噴き付けられるが、これは突出部材３の構造を判り易い様に描いた図の為であり、実際はこれを９０°回転させた位置に配置するのである。又、突出部材３の先端部（火花ギャップを有する点火部であり、白金、イリジウム、タングステンなどの先端チップで構成するのが望ましい）は着火性向上の為に過早点火を生じない程度に高温にしたいから、前記低温の燃料ガスはこの部分をできる限り避けて噴射する事が望ましい（突出部材３の先端部は低温の燃料ガスが噴き付けられて低温となった部分への熱伝達によって適度に冷却される）。燃料噴射弁１１については図３（���）の様に燃焼室に直接臨む如く取り付けても良いが、図示の如く吸気通路６内を通るノズル１２を介して吸気弁５が開いている間にその間隙を介して突出部材３に噴き付ける構成とすれば、従来のディーゼル機関のシリンダーヘッドをそのまま流用できるので、コスト上の利点がある（点火構造体２は従来のディーゼル機関の燃料噴射弁が配置されていた位置である）。
以上によりノズル１２から噴射される低温の燃料ガスにより突出部材３が冷却されるから、（中）・高負荷域でも突出部材３は長く突出しているにも拘らず過早点火を誘発するほどの高温とはならない。この場合、突出部材３の先端部（先端チップ）が７００℃を越えない様に制御すれば、この部分の高温酸化作用による劣化が進行しないのみならず、先端チップを高融点のタングステン（融点３３８０℃）にして超長寿命化を図る事ができる。
これは長距離トラックなどにおいてはメインテナンス上大きな利点である。
突出部材３の自己清浄化温度は通常は５００℃以上とされているので、この部分の汚損は心配ない（燃料は気化した気体状であるから、元来カーボン汚損の心配はないが――水素ガスの場合は全く心配ない）。
エンジン低負荷域では突出部材３を高温に維持して点火部における火炎核の消炎作用を防止したいから、低温の燃料ガスによる冷却を停止するが、その為には吸気弁５が閉じている間に全燃料が噴射される様に燃料噴射弁１１の噴射時期（噴射開始時期）を設定するのが良い（低温の燃料ガスが突出部材３に直接噴き付けられなくなる）。従って燃料噴射時期を制御し、吸気弁５が開いている間に突出部材３に低温の燃料ガスが直接噴き付けられる期間が長いほど良く冷却され、高負荷域では噴射燃料のほぼ全てが突出部材３に噴き付けられる様にして過早点火の原因を取り除く（中負荷域では低温の燃料ガスが全量噴き付けられる場合もあるし、限定的に噴き付けた方が良い場合もある）。低負荷域からの負荷の増大に従って低温の燃料ガスを噴き付け始めると突出部材３の温度は低下するが、急激に低下させる事は避けた方が良いから、前記の様に燃料噴射時期を制御するか（直接噴き付ける期間を制御すること）又は回転間隔を置いて（例えば１回転置きなど）燃料を噴射する様にする。
この様に燃料噴射弁１１の噴射時期を制御する事により突出部材３の温度を制御する事ができる。尚、エンジン冷態時に吸気通路６内へ低温の燃料ガスが噴射されると空気中の水分が氷結してアイシングの心配がある場合は、可変動弁装置によりバルブオーバーラップ量を増し、吸気通路６内へ逆流する温かい既燃ガスにより防ぐ手段が考えられる。更には吸気通路６内へ吸入される空気を予め排ガスなどにより熱交換器で加熱する手段も考えられる（この手段はエンジン暖機後もより希薄燃焼を進める上でも有効である）。
【０００７】  図１では膨張機として往復ピストン式を採用したが、図２（イ）、（ロ）の様にベーン型、フックローター型（クローローター型）を採用する事もできる。前者はローターは数枚のベーン２２を有し、ベーン間に挟まれた作動空間がサージタンクｃ内の燃料ガスを一定量吸入したのちに吸入を遮断して断熱膨張させ、これにより低温の燃料ガスをサージタンクｄ内に送り込むものである。後者は各々のローターが微小ギャップを保ちながら互いに非接触状態で噛み合い、同期歯車によって同期的に駆動されるもので、各々のローターの羽根２３間に挟まれた作動空間によって同様に一定量吸入した燃料ガスを断熱膨張させて低温の燃料ガスをサージタンクｄ内に送り込むものである。
ｅ、ｆは電磁式遮断弁で、その作用は図１で述べた通りである。
図２（ハ）は図１における膨張機の吸入弁ｇ５、排出弁（図示せず）をカムではなく電磁的に開閉するものであり、吸入弁ｇ５のみを取り出して描いている。
（排出弁も同様に作動するので、吸入弁ｇ５のみを説明する）。
弁軸と一体となったプランジャー２４を挟んで対向した状態で電磁石２５、２６が配置され、バネ２７、２８の力のバランスによって吸入弁ｇ５は弁ソフトの中間位置で静止する様になっている。電磁石２５が磁励されるとプランジャー２４が上方へ引き上げられて吸入弁ｇ５は閉弁し、電磁石２６が磁励されるとプランジャー２４が下方へ引き付けられて開弁する。ドライバー２９は吸入弁ｇ５の開閉時期を指定するＥＣＵ１３からの制御信号に応じて電磁石２５、２６に交互に励磁電流を供給する（ＥＣＵ１３は膨張機Ｅのクランク軸ｇ１の図示しないクランク角センサーからの出力信号により吸入弁ｇ５の開閉時期を決定する制御信号を送信する）。図２（ニ）は本発明における膨張機Ｅは動力を発生する事からエンジンのクランク軸と連結させずにオイルポンプ、発電機などの適当な負荷３０と連結させてこれを駆動し、同時に膨張機Ｅとモーター３１とを連結して、モーター３１の回転速度を制御する事により膨張Ｅの燃料流量を制御するものである。
ＥＣＵ１３は圧力センサーＳ１（図１（イ）参照）からの出力信号によりモーター３１の回転速度を制御して燃料流量を制御し、サージタンクｄ内の圧力を規定値に維持する。尚、この場合、モーター３１を省略して負荷３０を発電機とし、この回転速度を制御する事によっても燃料流量を制御し、サージタンクｄ内の圧力を規定値に維持する事ができる（急激にエンジン負荷が増大する場合は発電機３０を駆動モーターとして使って、膨張機Ｅを加速し、燃料の急増に対応する様にする）。
【０００８】  図１（イ）では吸・排気弁がシリンダーヘッド面に直立した配置であるが、一定の傾斜角を与えて弁面積を増加させ、吸・排気効率を向上させたのが図３（イ）である。もちろん点火構造体２の点火部は燃焼室の中心（又はできる限り中心に近く）に配置してある。図３（ロ）は燃料噴射弁１１を燃焼室に直接臨む如く取り付けて低温の燃料ガスを突出部材３に噴き付けて冷却するものであるが、低負荷域でこの冷却を停止させる事はできない。これを可能にするには図３（ハ）の様にカムで駆される小径の副吸気弁５′と吸気通路６に通ずる副吸気通路６′とを備え、副吸気弁５′の近くに燃料噴射弁１１を配置すれば良い（断面を示した図３（ニ）をも参照）。例えば副吸気弁５′の開閉時期を吸気弁５と同じタイミングとし、副吸気弁５′が閉じている間に燃料を噴射すれば、副吸気弁５′が開くと低温の燃料ガスは点線の様に流れて突出部材３を冷却しないが、冷却を要する領域では副吸気弁５′が十分に開いてから噴射すると（噴射時期を変えて）、実線の様に流れて突出部材３を冷却する。
図３（ホ）は点火構造体を複数（図では２個）備えて各々の突出部材３、３′の先端部の点火部によって燃焼室１内の混合気を点火・燃焼させようとしたもので、より急速燃焼が可能となり、大排気量エンジンの燃焼室にも適用可能となるものである。ノズル１２から噴射される低温の燃料ガスは２方向に分岐して各々の突出部材３、３′を冷却する。
【０００９】  図１では燃焼壁面から１０ｍｍ以上突出した突出部材の先端部に点火部を有する点火構造体として点火プラグを使用していたが、図４（イ）の様に副燃焼室１４′から突出して来る突出部材１５の先端部に点火部を有する構成の点火構造体１４も考えられる。この突出部材１５は燃焼室壁面から１０ｍｍ以上突出しており、その先端部は副燃焼室１４′内で燃焼した燃焼ガスの噴口（１〜数個）になっており、これが燃焼室内混合気に点火する点火部である。副燃焼室１４′には点火プラグ１６と燃料噴射弁１７（燃焼室１内の混合気よりは若干濃混合気とする役割を持つ）が臨んでおり、燃焼室１内の希薄混合気よりは若干濃い混合気（しかし希薄混合気である）が点火プラグ１６により点火・燃焼されると燃焼ガスが突出部材１５の先端部からエネルギーの非常に高い火炎噴流となって噴出し、この点火部によって燃焼室内の希薄混合気が確実に点火される。
これにより非常に希薄な混合気でも燃焼が可能であり、突出部材１５の点火部は燃焼室の中心（又はできる限り中心に近く）に配置されるから、急速燃焼が可能となり、熱効率の著るしい向上が期待できる。突出部材１５はそのままでは異状高温となるが、図１と同様に燃焼噴射弁１１、ノズル１２を介して噴射される低温の燃料ガスによって冷却されるから、過早点火は生じない。
図４（ロ）は本発明を２サイクル機関に適用したもので、掃・排気通路を有し、クランク軸１回転毎に１回の膨張過程が得られる事は従来と同様である。
点火構造体として図では点火プラグを使用しており、突出部材３に燃料噴射弁１８から噴射される低温の燃料ガスが噴き付けられ、冷却される様になっている。
突出部材３は燃焼室壁面から１０ｍｍ以上突出していて受熱面積が大であり、アイドルを含む低負荷域で突出部材３への低温燃料ガスの噴き付けを停止させれば、この領域では突出部材は高温に保たれ、着火性は良好である。従って突出部材３の先端部を白金、イリジウム、タングステンなどの各合金により極細とすれば着火性はより一層向上し、更には短時間に数回スパークさせる多重点火を併用すれば極低負荷域でも確実に点火・燃焼させる事ができ、２サイクル機関の欠点である不整燃焼を解消する事が可能である（掃気通路から流入する給気を排ガスなどにより予め熱交換器で加熱する手段も有効である）。低負荷域で突出部材３への低温の燃料ガスの噴き付け・冷却を停止させるには例えば図４（ハ）の如く燃料噴射弁１８をシリンダー壁面に開口する如く備え、アクチュエーター２０により制御部材１９を駆動し、低温の燃料ガスの流れをこれに当てて方向を変える様にすれば良い（制御部材１９を引っ込めると破線の如く突出部材３の冷却が開始される）。別の方法として突出部３を指向する燃料噴射弁と指向しない燃料噴射弁とを備え、これらを負荷に応じて使い分ければ低負荷域でも突出部材３の冷却を停止する事ができる。図４（ニ）は超ロングストローク化により冷却損失の大幅低減が可能な対向ピストン２サイクル機関に本発明を適用したもので（Ａ−Ａ′断面を示した図４（ホ）も参照）、一対のピストンは互いに反対方向へ移動し、ピストン頂面間に燃焼室２１が形成され、掃気は一方のピストン側に形成された掃気通路から他方のピストン側に形成された排気通路へ流れるユニフロー型である。
アイドルを含む低負荷域では図４（ロ）と同様に低温の燃料ガスは噴射されるが、突出部材３に直接噴き付けられる事は停止され（その手段としては例えば図４（ハ）で説明した）。これにより突出部材３は高温に保たれ、着火性が向上する等は同じ２サイクル機関である図４（ロ）と同様である。（中）・高負荷域では燃料噴射弁１８から噴射される低温の燃料ガスにより各々の点火構造体の突出部材３（燃焼室壁面から１０ｍｍ以上突出）が冷却されるから、過早点火は起らない。尚、図では掃気ポンプとしてクランク室圧縮式であるが、ルーツブロワを使っても良い。
図４（ヘ）は、図４（イ）において副燃焼室１４′を縮小化し、燃料噴射弁１７を除去したものに相当する点火構造体を示している。突出部材１５の上部にある噴口１５′はここから侵入した燃料ガス（ノズル１２から噴射された燃料ガス）が傾斜面１５″に当って方向を変え、点火プラグ１６の火花ギャップ周辺を掃気して着火性を向上させるが、その後は火炎が噴出して混合気に点火する役割も果す。
突出部材１５の先端部は点火部であり、１個でも良いが複数個の噴口を有する事が望ましい。以上までの本発明においては低負荷域では突出部材３（１５）の冷却を停止していたが、この領域でも低温の燃料ガスを噴き付けて冷却し続けても点火部が燃焼室中心に位置する為、急速燃焼が可能である大きな利点を依然として有している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による点火構造体付き内燃機関を示す図。
【図２】本発明における各種膨張機を示す図。
【図３】本発明による点火構造体付き内燃機関の各種実施例を示す図。
【図４】本発明による点火構造体付き内燃機関の各種実施例を示す図。
【図５】従来の点火プラグ（点火構造体）を示す図。
【符号の説明】  １・２１は燃焼室、２・１４は点火構造体、３・１５は突出部材、４はピストン、５は吸気弁、５′は副吸気弁、６は吸気通路、６′は副吸気通路、７は排気弁、８は排気通路、９は絞り弁、１０はアクチュエーター、１１・１７・１８は燃料噴射弁、１２はノズル、１３はＥＣＵ（電子制御ユニット）、１４′は副燃焼室、１６は点火プラグ、１９は制御部材、２０はアクチュエーター、１５′は噴口、１５″は傾斜面、２２はベーン、２３はローターの羽根、２４はプランジャー、２５・２６は電磁石、２７・２８はバネ、２９はドライバー、３０は負荷、３１はモーター、ａは燃料タンク、ｂは燃圧調整装置、ｃはサージタンク（高圧用）、ｄはサージタンク（低圧用）、ｅ・ｆは電磁式遮断弁、Ｓ１・Ｓ２は圧力センサー、Ｅは膨張機、ｇ１は膨張機のクランク軸、ｇ２はカム軸、ｇ３はプッシュロッド、ｇ４はロッカーアーム、ｇ５は吸入弁、ｇ６は吸入通路、ｇ７は排出通路である。
【図１】
2017122427.tif 000003
【図２】
2017122427.tif 000004
【図３】
2017122427.tif 000005
【図４】
2017122427.tif 000006
【図５】
2017122427.tif 000007