JP2006299847A

JP2006299847A - 内燃機関およびその点火栓配置方法

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Publication number: JP2006299847A
Application number: JP2005119432A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ashida; 雅明芦田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】多点着火式の内燃機関において、隣接気筒間で燃焼室周辺部に配置した点火栓どうしが位置的な干渉を生じる。
【解決手段】燃焼室中央に設けた第１の点火栓１１に関して略対称位置となる吸排気弁両側方の燃焼室周辺領域にそれぞれ第２、第３の点火栓１２，１３を配置した内燃機関において、平面視にて、前記第２、第３の点火栓の取付中心部を通る線と、２個の吸気弁の弁開口部中心を通る線と、２個の排気弁の弁開口部中心を通る線とが、それぞれ主軸線に対して同一方向に傾き角を有するように、第２、第３の点火栓、吸気弁および排気弁を配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、火花点火式内燃機関に関し、特に気筒あたりに複数の点火栓を備えた多点着火式内燃機関またはその点火栓配置方法に関する。

多点着火式内燃機関の従来技術として、特許文献１または特許文献２に開示されたようなものが知られている。この内燃機関では、主軸方向に沿って気筒あたりに３個の点火栓を設け、多点着火とすることで、特に燃焼が滞りがちな排気還流時の燃焼期間の短縮を図っている。
特開平４−１０７６４７号公報特開平６−８８５３０号公報

前記従来技術では、隣接気筒間で、燃焼室の周辺部に位置する点火栓どうしが近接しており、シリンダヘッド上で点火栓を挿入するための空間を確保する必要から気筒間の間隔を大きくせざるを得ず、この結果として機関の重量や寸法が増大してしまうという問題を生じる。あるいは、隣接する点火栓を互いに干渉しない燃焼室領域に設けようとすると、それだけ吸気弁または排気弁の弁径を小さくしなければならないので、吸排気効率および出力性能が損なわれる。

本発明は、気筒列を形成する複数の気筒毎に、吸気弁と排気弁とをそれぞれ概略主軸方向に沿って２個ずつ配置し、前記吸気弁および排気弁に包囲された燃焼室中央領域に第１の点火栓を設けると共に、第１の点火栓に関して略対称位置となる吸排気弁両側方の燃焼室周辺領域にそれぞれ第２、第３の点火栓を配置した内燃機関である。

本発明では、前記のような多点着火式内燃機関において、平面視にて、前記第２、第３の点火栓の取付中心部を通る線と、２個の吸気弁の弁開口部中心を通る線と、２個の排気弁の弁開口部中心を通る線とが、それぞれ主軸線に対して同一方向に傾き角を有するように、第２、第３の点火栓、吸気弁および排気弁を配置した。

また、本発明は、前記のような多点着火式内燃機関の点火栓配置方法を提供するものであって、平面視にて、前記第２、第３の点火栓の取付中心部を通る線と、２個の吸気弁の弁開口部中心を通る線と、２個の排気弁の弁開口部中心を通る線とが、それぞれ主軸線に対して同一方向に傾き角を有するように、第２、第３の点火栓、吸気弁および排気弁を配置することによって、隣り合う気筒間で隣接する第２、第３の点火栓を側面視にて部分的に重複しうる位置に設けられるようにした点火栓の配置方法を要旨とする。

本発明では、前記の構成により、各気筒に直列的に配列した３個の点火栓と都合４個の吸排気弁とを、概ね気筒中心線のまわりに前記傾き角だけ回転させた態様となる。これにより、隣り合う気筒間で隣接する第２、第３の点火栓は、気筒列中心線を基準にすれば互い違いの配置となるので、これら二つの点火栓の位置的な干渉を回避することができ、これにより気筒間の間隔を最小限にすることができる。また、前記隣接する二つの点火栓をそれぞれの気筒の燃焼室の最外周領域に位置させることができるので、吸気弁や排気弁の弁径を最大限に確保することができる。

加えて、本発明によれば前記隣接する二つの点火栓に対して均等に冷却水流を供給できるので、点火栓毎の冷却状態の相違を回避して安定した着火性能を発揮させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお各図において共通する部分には互いに同一の符号を付して示すこととする。図１は本発明が適用可能な内燃機関の概略構成を示している。図中の１は複数の気筒を主軸方向に配設した気筒列を有する多気筒内燃機関の本体、２はその吸気通路、３は吸入ポート部、４はスロットル弁、５は排気ポート部、６は吸気弁、７は排気弁、８は燃料噴射弁、９は燃焼室、１０はピストン、１１〜１３は点火栓である。また、２０はコントロールユニット、２１は吸入空気量センサ、２２はクランク角センサである。２３はシリンダ内にスワールを生起するための制御弁であり、コントロールユニット２０からの指令に基づき、比較的低負荷の運転条件下で吸気通路２の流路面積を絞ってシリンダへの吸気流速を高めることにより吸気スワールを生起する構成となっている。

コントロールユニット２０は、ＣＰＵおよびその周辺装置からなるマイクロコンピュータにより構成されており、運転状態検出装置としての前記各センサ２１、２２からの入力に基づいて内燃機関の運転状態を判断し、燃料の噴射時期、噴射量、点火時期がそれぞれ所定の目標値に一致するように燃料噴射弁８および点火栓１１〜１３の作動を制御する。

図２以下に、前記３個の点火栓１１〜１３の配置の詳細を示す。なお、本明細書の記載において、点火栓の配置状態を説明するために「正面視」「平面視」「側面視」という用語を使用する。「正面視」は内燃機関の正面ないしは主軸方向の視点、「平面視」は燃焼室上方ないしはシリンダ軸線方向の視点、「側面視」はシリンダ側面ないしは前記主軸およびシリンダ軸線に直交する方向の視点を示している。

この実施形態の内燃機関は図２に平面視にて示したように気筒あたりに吸気弁６と排気弁７とをそれぞれ主軸方向に沿って２個ずつ配置した４弁構成となっている。３個の点火栓のうち、中央に位置する第１の点火栓１１は、前記都合４個の吸気弁６または排気弁７に包囲された燃焼室９の中央領域に位置する。これに対して、第２、第３の点火栓１２，１３は、前記第１の点火栓１１に関して略対称位置となる吸気弁６および排気弁７の両側方の燃焼室９の周辺領域に位置する。

また、各気筒において、前記第２、第３の点火栓１２，１３の取付中心部を通る線Ｌｐと、２個の吸気弁６の弁開口部中心を通る線Ｌｉと、２個の排気弁７の弁開口部中心を通る線Ｌｏとが、それぞれ主軸線ないしは気筒列中心線Ｌ１に対して同一方向に傾き角θ１を有するように、第２、第３の点火栓１２，１３、吸気弁６および排気弁７を配置してある。なお、この場合、前記線Ｌｐ，Ｌｉ，Ｌｏは互いにほぼ同一の傾き角θ１を設定してあるが必ずしも同一にする必要はない。

さらに、この実施形態では、前記第２、第３の点火栓１２，１３を、図３に示したように、その放電電極部１２ａ，１３ａが側面視にてシリンダ内側方向を向くように傾斜させて取り付けてある。

前記実施形態の構成によれば、隣接気筒のそれぞれの燃焼室周辺領域にあって隣り合う第２、第３の二つの点火栓１２，１３が気筒列中心線Ｌ１に対して互い違いの配置となり、これにより互いの位置的干渉を回避できることから、気筒間の間隔を最小限にすることができ、機関重量および寸法を低減することができる。また、この点火栓配置によれば吸気弁６または排気弁７の弁径を最大限に確保できるので、出力性能が損なわれるようなこともない。さらに、この実施形態では燃焼室周辺領域に位置する前記第２、第３の点火栓１２，１３の放電電極部１２ａ，１３ａをシリンダ内側方向を向くように傾斜させたことにより、低温始動時においても点火後の初期火炎の広がりをより均一にでき、燃焼安定性を高められると共に、燃焼期間を確実に短縮することができる。

図４〜図７は前記燃焼改善効果を実験的に確認した結果を示している。図４と図５はそれぞれ低温始動時における空燃比（Ａ／Ｆ）と図示平均有効圧（Ｐｉ）の変動率または着火遅れ時間との関係を調べたもので、図中の細線は燃焼室中央の点火栓のみによる１点着火の場合、太線は前記実施形態の３個の点火栓による３点着火の場合を示している。図示されるように、本実施形態による３点着火では、同一のＰｉ変動率において１点着火よりも希薄側の空燃比で運転することが可能であり、または希薄空燃比域まで着火遅れが少なく、それだけ燃焼安定性が高められている。図６と図７は、それぞれ燃焼終了時期と排出ＨＣ量または排気温度との関係を示したものである。図６に示されるように、本実施形態の３点着火によれば、中央の点火栓のみによる１点着火または中央の点火栓を除く２点着火の場合に比較して、燃焼期間が短縮されることから、燃焼終了時期をより遅らせることができ、これにより排出ＨＣ濃度が低減している。また、図７に示されるように、燃焼終了時期を遅らせたことにより、１点着火または２点着火の場合に比較して排気温度をより高くすることができ、これにより排気浄化触媒の活性化を促進することができる。したがって、低温始動時の排気エミッション性能も改善される。

また、隣接気筒間で隣り合う第２の点火栓１２と第３の点火栓１３の取付位置が干渉しないように配置した構成により、個々の点火栓に対する冷却性能を改善できる効果も得られる。すなわち、一般に多気筒の水冷式内燃機関ではシリンダヘッドの一方の端部から他方の端部へと向かって気筒列方向に冷却水が流れるように冷却水ジャケットが形成される。したがって、従来例のように冷却水の流れ方向に対して気筒間で隣接する点火栓同士が同一直線上に並んでいると、下流側のものが相対的に冷却不足となって点火性能が損なわれるおそれを生じる。これに対して、本発明の構成によれば、２つの隣接する点火栓１２と１３の位置的干渉を回避した構成に基づき、各点火栓への冷却水の流れを均等にして適切な冷却を行うことができる。

さらに前記構成においては、図２に示したように、前記２個の吸気弁６のうち平面視にて気筒列中心線Ｌ１に近い側の吸気弁（以下「内側吸気弁」という。）は、他方の吸気弁に比較すると、気筒列方向で見て燃焼室のより外周域に位置している。すなわち、燃焼室側方に位置する吸入ポート部３の出口に当たる吸気弁口部は、気筒中心からより遠い位置に開口している。したがって、前記制御弁２３（図１参照）を、内側吸気弁６からスワールを導入する構成とすることにより、より効果的なスワールを生起させることができる。

一方、このようにしてスワールを生起する構成においては、図８に示したように第２または第３の点火栓１２，１３を、正面視にて気筒中心線Ｌ２に対して傾き角θ２を有するように傾斜させて、スワールの流れに対して放電電極部１２ａまたは１３ａが対向するように図るとよい。ただし傾き角θ２を設定するのは、２個の点火栓１２，１３のうち何れか一方のみでもよい。本出願人の知見によれば、このようにスワールの流れに対して放電電極部１２ａまたは１３ａが向かい合うように前記傾き角θ２の方向を定めることにより、着火性が向上し、着火遅れ期間をより短縮することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の全体構成図。本発明の点火栓配置に関する第１の実施形態の平面図。同じく側面図。実施形態によるＰｉ変動率特性を空燃比との関係で示した特性線図。同じく着火遅れ特性を空燃比との関係で示した特性線図。同じく排出ＨＣ濃度を燃焼終了時期との関係で示した特性線図。同じく排気温度を燃焼終了時期との関係で示した特性線図。本発明の点火栓配置に関する第２の実施形態の正面図。

符号の説明

１内燃機関の本体
２吸気通路
３吸入ポート部
４スロットル弁
５排気ポート部
６吸気弁
７排気弁
８燃料噴射弁
９燃焼室
１０ピストン
１１第１の点火栓
１１ａ放電電極部
１２第２の点火栓
１２ａ放電電極部
１３第３の点火栓
１３ａ放電電極部
Ｌ１気筒列中心線
Ｌ２気筒中心線

Claims

気筒列を形成する複数の気筒毎に、吸気弁と排気弁とをそれぞれ主軸方向に沿って２個ずつ配置し、前記吸気弁および排気弁に包囲された燃焼室中央領域に第１の点火栓を設けると共に、第１の点火栓に関して略対称位置となる吸排気弁両側方の燃焼室周辺領域にそれぞれ第２、第３の点火栓を配置した内燃機関において、
平面視にて、前記第２、第３の点火栓の取付中心部を通る線と、２個の吸気弁の弁開口部中心を通る線と、２個の排気弁の弁開口部中心を通る線とが、それぞれ主軸線に対して同一方向に傾き角を有するように、第２、第３の点火栓、吸気弁および排気弁を配置したこと
を特徴とする内燃機関。
前記第２、第３の点火栓を、その放電電極部が側面視にてシリンダ内側方向を向くように傾斜させた請求項１に記載の内燃機関。
前記第２または第３の点火栓は、一方の吸気弁から導入されるスワールの流れに対してその放電電極部が向かい合う方向に傾斜させてある請求項１または請求項２に記載の内燃機関。
前記２個の吸気弁のうち、平面視にて気筒列の中心線に近い側の吸気弁を介してスワールを導入するようにした請求項１から請求項３の何れかに記載の内燃機関。
気筒列を形成する複数の気筒毎に、吸気弁と排気弁とをそれぞれ主軸方向に沿って２個ずつ配置し、前記吸気弁および排気弁に包囲された燃焼室中央領域に第１の点火栓を設けると共に、第１の点火栓に関して略対称位置となる吸排気弁両側方の燃焼室周辺領域にそれぞれ第２、第３の点火栓を配置した内燃機関の点火栓配置方法であって、
平面視にて、前記第２、第３の点火栓の取付中心部を通る線と、２個の吸気弁の弁開口部中心を通る線と、２個の排気弁の弁開口部中心を通る線とが、それぞれ主軸線に対して同一方向に傾き角を有するように、第２、第３の点火栓、吸気弁および排気弁を配置することによって、隣り合う気筒間で隣接する第２、第３の点火栓を側面視にて部分的に重複しうる位置に設けられるようにしたことを特徴とする内燃機関の点火栓配置方法。