JP2009270539A - エンジン及びエンジン用点火プラグ - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室から噴孔を介して点火室に流入した混合気を点火プラグにより点火点で火花点火するエンジンにおいて、点火室の中心軸付近に未燃焼残留ガスが残ることを防止して失火の発生を抑制し、安定した燃焼火炎を得て安定運転を実現し得る技術を提供する。
【解決手段】点火室８とピストンに面する燃焼室１とを連通する複数の噴孔１０がプラグカバー７ｂに備えられているエンジン１００であって、噴孔１０それぞれは、点火室８の中心軸Ｘに直交する断面視で、燃焼室１から噴孔１０を介して点火室８に流入する各混合気Ｍの流入方向が、噴孔１０の点火室側端部Ｌと中心軸Ｘとが結ばれる直線に対して、点火室側端部Ｌを軸としてそれぞれ同一回転方向に同一角度αずれ、かつ、各噴孔１０の直径をＤ１とし、対向する位置に配置され対となる噴孔１０の中心軸Ｙ間の距離をＤ２とした場合に、０．５≦Ｄ１／Ｄ２≦２の条件を満たすように設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、点火点を覆うプラグカバー内に点火室が形成された点火プラグがシリンダヘッドに装着され、点火室とピストンに面する燃焼室とを連通する複数の噴孔がプラグカバーに備えられ、燃焼室から噴孔を介して点火室に流入した混合気を点火プラグにより火花点火するエンジン、及びこのエンジンに用いられる点火プラグに関する。

上記のようなエンジンは、燃焼室に吸気された空気と燃料との混合気をピストンの上昇により圧縮して、その圧縮された混合気を、点火プラグのプラグカバーに設けられた噴孔を介して点火室に流入させ、その点火室に流入した混合気を点火プラグにより火花点火して燃焼させて、上記噴孔を介して燃焼室に燃焼火炎を噴射するように構成されている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００７−０７７９０２号公報

上記点火プラグによる確実な点火を行うためには、新しい混合気を燃焼室から噴孔を介して当該点火プラグの点火点付近に流入させ、未燃焼残留ガスによる影響を排除することが必要となる。すなわち、点火プラグの点火点は、点火室の中心軸付近に配置されていることが多く、燃焼後、この点火点近傍に未燃焼残留ガスがそのまま残ると、その未燃焼残留ガスの影響で次回に火花点火できない失火が発生するおそれが高くなり、安定した燃焼火炎を形成することが困難となるおそれがある。

この点、上記特許文献１に記載のエンジンの点火室では、噴孔は点火室の中心軸に向かう方向に形成されている。従って、当該噴孔を介して燃焼室から流入する混合気の流れは、当該点火室内において噴孔の延長線上を進み中心軸に到達するが、当該中心軸上で対向する各混合気同士が衝突するものとなり、規則性の低い不安定なガス流動を形成するという問題がある。
一方、噴孔が点火室の内壁面に沿った方向に形成されていると、当該噴孔を介して燃焼室から流入する混合気の流れは点火室内の外周部分のみを周回するものとなり、当該混合気の流れにより、燃焼後に点火室の中心軸付近に残留している未燃焼残留ガスを排除することは困難である。例えば、図５に示すように、点火室に噴孔２０を介して流入した混合気（白い部分）は外周のみを周回し、中心軸Ｘ付近に未燃焼残留ガス（黒い部分）が残留している。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、点火点を覆うプラグカバー内に点火室が形成された点火プラグがシリンダヘッドに装着され、点火室とピストンに面する燃焼室とを連通する複数の噴孔がプラグカバーに備えられ、燃焼室から噴孔を介して点火室に流入した混合気を点火プラグにより点火点で火花点火するエンジンにおいて、点火室の中心軸付近に未燃焼残留ガスが残ることを防止して失火の発生を抑制し、安定した燃焼火炎を得て安定運転を実現し得る技術を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る点火点を覆うプラグカバー内に点火室が形成された点火プラグがシリンダヘッドに装着され、前記点火室とピストンに面する燃焼室とを連通する複数の噴孔が前記プラグカバーに備えられているエンジンの第１特徴構成は、
前記複数の噴孔のそれぞれは、前記点火室の中心軸に直交する断面視で、前記燃焼室から前記噴孔を介して前記点火室に流入する各混合気の流入方向が、前記噴孔の点火室側端部と前記中心軸とが結ばれる直線に対して前記点火室側端部を軸としてそれぞれ同一回転方向に同一角度ずれて設定され、かつ、前記各噴孔の直径をＤ１とし、対向する位置に配置され対となる噴孔の中心軸間の距離をＤ２とした場合に、０．５≦Ｄ１／Ｄ２≦２の条件を満たすように設定されている点にある。

上記第１特徴構成によれば、点火室の中心軸に直交する断面視で、上記複数の噴孔のそれぞれは各混合気の流入方向が、当該中心軸から外周方向に若干ずれるように設定されているので、燃焼室から複数の噴孔を介して点火室に流入する各混合気を当該点火室の中心軸付近に直接流入させつつ、対向する位置に配置され対となる噴孔から流入する各混合気は互いに衝突を起こすことが防止される。しかも当該点火室内の中心軸付近に発生するガス流動を、点火室の中心軸を回転中心とする同一回転方向の比較的小さな渦流として形成することができる。したがって、点火室内の中心軸付近において、少なくとも点火点側の混合気の濃度を新たに流入した混合気の濃度に確保し、未燃焼残留ガスの影響を排除して点火プラグにより安定した火花点火ができ、失火を良好に防止することができる。これにより、安定した燃焼火炎を形成してエンジンの安定した運転を実現することができる。
具体的には、上記流入方向の若干のずれは、点火室の中心軸に直交する断面視で、噴孔の点火室側端部と中心軸とが結ばれる直線に対して点火室側端部を軸としてそれぞれ同一回転方向に同一角度のずれとされ、かつ、各噴孔の直径をＤ１とし、対向する位置に配置され対となる噴孔の中心軸間の距離をＤ２とした場合に、０．５≦Ｄ１／Ｄ２≦２の条件を満たすように設定されている。したがって、対向する位置に配置され対となる噴孔から流入する各混合気は互いに衝突を起こすことがないとともに、点火室の中心軸付近において比較的小さな渦流を形成することができている。ここで、Ｄ１／Ｄ２が０．５よりも小さいと、各混合気を点火室の中心軸付近に流入させることができなくなり、Ｄ１／Ｄ２が２よりも大きいと、対向して流入する各混合気が衝突して不安定なガス流動を生じるおそれがある。上記Ｄ１／Ｄ２は、噴流の広がりを無視するとＤ１＝Ｄ２（Ｄ１／Ｄ２＝１）の条件を満たしていることが好ましい。しかし噴孔の形状などによって噴流の広がり具合は異なり、最適な値は若干異なる。
本願において、渦流とは、点火室の中心軸を中心として回転する渦流で、点火室の中心軸付近に形成される回転（旋回）渦流をいい、噴孔の点火室側端部とは、点火室の中心軸に直交する断面において、噴孔が点火室に接する最も内側の箇所をいう。

上記目的を達成するための本発明に係る点火点を覆うプラグカバー内に点火室が形成された点火プラグがシリンダヘッドに装着され、前記点火室とピストンに面する燃焼室とを連通する複数の噴孔が前記プラグカバーに備えられているエンジンの第２特徴構成は、
前記複数の噴孔のそれぞれは、前記燃焼室から前記噴孔を介して前記点火室に流入する各混合気の流入方向が、前記点火室の中心軸に直交する断面視で、前記噴孔の点火室側端部と前記中心軸とが結ばれる直線に対して、前記点火室側端部を軸としてそれぞれ同一回転方向に５度以上２０度以下の角度ずれて設定されている点にある。

上記第２特徴構成によれば、上記複数の噴孔のそれぞれは各混合気の流入方向が、点火室の中心軸に直交する断面視で、当該中心軸から外周方向に若干ずれるように設定されているので、燃焼室から複数の噴孔を介して点火室に流入する各混合気を当該点火室の中心軸付近に直接流入させつつ、対向する位置に配置された噴孔から流入する各混合気は互いに衝突を起こすことが防止される。しかも当該点火室内の中心軸付近に発生するガス流動を、点火室の中心軸を回転中心とする同一回転方向の比較的小さな渦流として形成することができる。したがって、点火室内の中心軸付近において、少なくとも点火点側の混合気の濃度を新たに流入した混合気の濃度に確保し、未燃焼残留ガスの影響を排除して点火プラグにより安定した火花点火ができ、失火を良好に防止することができる。これにより、安定した燃焼火炎を形成してエンジンの安定した運転を実現することができる。
具体的には、上記流入方向の若干のずれは、点火室の中心軸に直交する断面視で、噴孔の点火室側端部と中心軸とが結ばれる直線に対して、点火室側端部を軸としてそれぞれ同一回転方向に５度以上２０度以下の角度ずれて設定されているので、当該各混合気は、点火室の半径（点火室側端部と中心軸とが結ばれる直線）の５分の２以下程度を半径とする円の領域内において合流し、当該領域内である点火室の中心軸付近において比較的小さな渦流を形成することができる。ここで、角度が５度よりも小さいと、対向して流入する各混合気が衝突して不安定なガス流動が生じるおそれがあり、角度が２０度よりも大きいと、各混合気を点火室の中心軸付近に流入させることができなくなる。

本発明に係るエンジンの第３特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、前記シリンダヘッドと対向する前記ピストンの天面に凹部が形成されるとともに、前記ピストンが上死点に位置する状態で少なくとも前記プラグカバーが前記凹部に侵入して配置されて、前記点火点が前記天面よりも前記凹部に侵入する側に配置された点にある。

上記第３特徴構成によれば、混合気を凹部に集中させるとともに、燃焼室の各部から噴孔を介して点火室内の点火点に到達するまでの距離を短く構成できるので、燃焼室から噴孔を介して点火室に流入する混合気を当該点火室に流入後、即座に点火点に到達させることができ、安定した点火を比較的容易に行って良好な燃焼状態を得ることができる。
また、混合気に火花点火して燃焼させた後においては、噴孔から燃焼室に燃焼火炎を即座に噴射することができ、希薄燃焼の場合であっても燃焼室内において確実に混合気を燃焼させて燃焼効率の高効率化を図ることができる。

上記目的を達成するための本発明に係る点火点を有するプラグ本体と、前記点火点を覆うように前記プラグ本体に設けられたプラグカバーとを備え、エンジンのシリンダヘッドに装着された状態において、ピストンに面する燃焼室と前記プラグカバー内に形成された点火室とを連通する複数の噴孔が前記プラグカバーに形成されているエンジン用点火プラグの第１特徴構成は、
前記複数の噴孔のそれぞれは、前記点火室の中心軸に直交する断面視で、前記燃焼室から前記噴孔を介して前記点火室に流入する各混合気の流入方向が、前記噴孔の点火室側端部と前記中心軸とが結ばれる直線に対して前記点火室側端部を軸としてそれぞれ同一回転方向に同一角度ずれて設定され、かつ、前記各噴孔の直径をＤ１とし、対向する位置に配置され対となる噴孔の中心軸間の距離をＤ２とした場合に、０．５≦Ｄ１／Ｄ２≦２の条件を満たすように設定されている点にある。

上記エンジン用点火プラグの第１特徴構成によれば、当該エンジン用点火プラグをエンジンのシリンダヘッドに装着することで、点火室の中心軸に直交する断面視で、上記複数の噴孔のそれぞれは各混合気の流入方向が、当該中心軸から外周方向に若干ずれるように設定されているので、燃焼室から複数の噴孔を介して点火室に流入する各混合気を当該点火室の中心軸付近に直接流入させつつ、対向する位置に配置され対となる噴孔から流入する各混合気は互いに衝突を起こすことが防止される。しかも当該点火室内の中心軸付近に発生するガス流動を、点火室の中心軸を回転中心とする同一回転方向の比較的小さな渦流として形成することができる。したがって、点火室内の中心軸付近において、少なくとも点火点側の混合気の濃度を新たに流入した混合気の濃度に確保し、未燃焼残留ガスの影響を排除して点火プラグにより安定した火花点火ができ、失火を良好に防止することができる。これにより、安定した燃焼火炎を形成してエンジンの安定した運転を実現することができる。
具体的には、上記流入方向の若干のずれは、点火室の中心軸に直交する断面視で、噴孔の点火室側端部と中心軸とが結ばれる直線に対して点火室側端部を軸としてそれぞれ同一回転方向に同一角度のずれとされ、かつ、各噴孔の直径をＤ１とし、対向する位置に配置され対となる噴孔の中心軸間の距離をＤ２とした場合に、０．５≦Ｄ１／Ｄ２≦２の条件を満たすように設定されている。したがって、対向する位置に配置され対となる噴孔から流入する各混合気は互いに衝突を起こすことがないとともに、点火室の中心軸付近において比較的小さな渦流を形成することができている。ここで、Ｄ１／Ｄ２が０．５よりも小さいと、各混合気を点火室の中心軸付近に流入させることができなくなり、Ｄ１／Ｄ２が２よりも大きいと、対向して流入する各混合気が衝突して不安定なガス流動を生じるおそれがある。上記Ｄ１／Ｄ２は、噴流の広がりを無視するとＤ１＝Ｄ２（Ｄ１／Ｄ２＝１）の条件を満たしていることが好ましい。しかし噴孔の形状などによって噴流の広がり具合は異なり、最適な値は若干異なる。

上記目的を達成するための本発明に係る点火点を有するプラグ本体と、前記点火点を覆うように前記プラグ本体に設けられたプラグカバーとを備え、エンジンのシリンダヘッドに装着された状態において、ピストンに面する燃焼室と前記プラグカバー内に形成された点火室とを連通する複数の噴孔が前記プラグカバーに形成されているエンジン用点火プラグの第２特徴構成は、
前記複数の噴孔のそれぞれは、前記燃焼室から前記噴孔を介して前記点火室に流入する各混合気の流入方向が、前記点火室の中心軸に直交する断面視で、前記噴孔の点火室側端部と前記中心軸とが結ばれる直線に対して、前記点火室側端部を軸としてそれぞれ同一回転方向に５度以上２０度以下の角度ずれて設定されている点にある。

上記エンジン用点火プラグの第２特徴構成によれば、当該エンジン用点火プラグをエンジンのシリンダヘッドに装着することで、上記複数の噴孔のそれぞれは各混合気の流入方向が、点火室の中心軸に直交する断面視で、当該中心軸から外周方向に若干ずれるように設定されているので、燃焼室から複数の噴孔を介して点火室に流入する各混合気を当該点火室の中心軸付近に直接流入させつつ、対向する位置に配置された噴孔から流入する各混合気は互いに衝突を起こすことが防止される。しかも当該点火室内の中心軸付近に発生するガス流動を、点火室の中心軸を回転中心とする同一回転方向の比較的小さな渦流として形成することができる。したがって、点火室内の中心軸付近において、少なくとも点火点側の混合気の濃度を新たに流入した混合気の濃度に確保し、未燃焼残留ガスの影響を排除して点火プラグにより安定した火花点火ができ、失火を良好に防止することができる。これにより、安定した燃焼火炎を形成してエンジンの安定した運転を実現することができる。
具体的には、上記流入方向の若干のずれは、点火室の中心軸に直交する断面視で、噴孔の点火室側端部と中心軸とが結ばれる直線に対して、点火室側端部を軸としてそれぞれ同一回転方向に５度以上２０度以下の角度ずれて設定されているので、当該各混合気は、点火室の半径（点火室側端部と中心軸とが結ばれる直線）の５分の２以下程度を半径とする円の領域内において合流し、当該領域内である点火室の中心軸付近において比較的小さな渦流を形成することができる。ここで、角度が５度よりも小さいと、対向して流入する各混合気が衝突して不安定なガス流動が生じるおそれがあり、角度が２０度よりも大きいと、各混合気を点火室の中心軸付近に流入させることができなくなる。

本発明に係るエンジン用点火プラグの第３特徴構成は、上記エンジン用点火プラグの第１又は第２特徴構成に加えて、前記プラグカバーが、前記プラグ本体に一体的に形成されてなる点にある。

上記エンジン用点火プラグの第３特徴構成によれば、点火室を内部に形成するプラグカバーが点火プラグ本体に一体的に形成されているので、点火室、点火点、噴孔の配置を予め設定した位置関係にしておくことができ、点火プラグをエンジンのシリンダヘッドに装着するだけで、所望の点火室、点火点、噴孔の位置関係をエンジンにおいて簡単に実現することができる。したがって、面倒な点火室や点火点の配置を装着毎に確認する必要が無く、簡便に点火プラグを装着して、良好な燃焼状態を確保することができる。

本発明に係るエンジンの実施の形態について、図１から図３に基づいて説明する。
ここで、図１は、エンジン１００のシリンダ３上部とシリンダヘッド６下部周辺における縦断面図であり、図２は、図１における点火室８近傍の中心軸Ｘに直交するII−II面の
平断面図であり、図３は、図１における点火室８近傍の中心軸Ｘに平行なIII−III面の縦断面図である。

〔エンジン〕
図１に示すように、エンジン１００は、ピストン２と、ピストン２を収容するシリンダ３と、シリンダ３の上部に設けられピストン２の天面Ｈとシリンダ３の内側面とにより燃焼室１を形成するシリンダヘッド６と、シリンダヘッド６の下部に混合気Ｍに火花点火する点火プラグ７とを備えている。そして、ピストン２をシリンダ３内で往復運動させると共に、吸気バルブ４及び排気バルブ（図示せず）を開閉動作させて、燃焼室１において吸気、圧縮、燃焼・膨張、排気の諸行程を行い、ピストン２の往復動を連結棒（図示せず）によってクランク軸（図示せず）の回転運動として出力されるものであり、このような構成は、通常の４ストローク内燃機関と変わるところはない。なお、このエンジン１００は、例えば、吸気バルブ４と排気バルブとを一つずつ設けた２弁式のエンジンである。

また、エンジン１００は、気体燃料である都市ガス（１３Ａ）を燃料Ｇとして利用するものであり、吸気行程において吸気バルブ４を開状態として、吸気ポート５から燃焼室１に空気Ａと燃料Ｇとの混合気Ｍ（好ましくは希薄混合気等）を吸入し、圧縮及び燃焼・膨張行程において吸気バルブ４及び排気バルブを閉状態として、この吸入した混合気Ｍを圧縮して点火プラグ７により火花点火して燃料Ｇを燃焼・膨張させ、排気行程において排気バルブを開状態として、燃焼室１から排気ポート（図示せず）に排ガスを排出するように運転される。

〔ピストン〕
図１に示すように、後述するシリンダヘッド６と対向するピストン２の天面Ｈ（ピストン２のヘッド面で、縦置きエンジンの場合は最上部に位置する面）の中央部には、いわゆる深皿型の凹部２ａが形成されている。これにより、燃焼室１は、ピストン２の天面Ｈとシリンダ３の内面との間の空間に加え、凹部２ａにて形成される空間から構成されている。このように燃焼室１を形成することにより、圧縮行程においてピストン２が上昇するときに、凹部２ａの周囲から凹部２ａの中心に向かう渦流、いわゆるスキッシュを発生させるように構成されている。

〔シリンダヘッド〕
エンジン１００のシリンダヘッド６には、吸気バルブ４を介して燃焼室１に混合気Ｍを供給できるように吸気ポート５が設けられており、この吸気ポート５内に配置された燃料供給弁９から供給された燃料Ｇと空気Ａとが適切に混合されて混合気Ｍが形成されている。この混合気Ｍの混合割合は、エンジン１００の運転状況に応じて適宜変更することができるように設定されている。なお、後述する点火プラグ７の点火室８に供給される混合気Ｍは、吸気ポート５から吸気バルブ４を介して燃焼室１に供給され、この燃焼室１から噴孔１０を介して点火室８に流入する混合気Ｍに限られており、点火プラグ７の点火室８に噴孔１０を介さずに直接燃料Ｇや混合気Ｍが供給されることはない。

〔点火プラグ〕
図１に示すように、シリンダヘッド６の下部のピストン２の凹部２ａに対向する箇所（シリンダヘッド６の最下面）には、混合気Ｍに火花点火する点火プラグ７が装着されている。この点火プラグ７の最下部（後述するプラグカバー７ｂの最下部）は、シリンダヘッド６の最下面及びピストン２の天面Ｈよりも下側、すなわち、ピストン２が上死点に位置する状態で少なくとも当該ピストン２の凹部２ａに侵入するように配置され、また、後述する点火プラグ７の点火点Ｐもシリンダヘッド６の最下面及びピストン２の天面Ｈよりも下側、すなわち、ピストン２が上死点に位置する状態で少なくともピストン２の凹部２ａに侵入するように配置されている。また、当該プラグカバー７ｂの最下部は、ピストン２の凹部２ａの底面と接触しないように設定されている。すなわち、ピストン２の天面Ｈから凹部２ａの底面までの深さは、シリンダヘッド６の最下面から点火プラグ７のプラグカバー７ｂの最下部までの長さよりも大きく設定されている。なお、点火プラグ７の点火点Ｐは、後述するプラグカバー７ｂにより形成された点火室８の中心軸Ｘ上に配置されている。

また、図１、図３に示すように、点火プラグ７は、先端に点火点Ｐを形成するプラグ本体７ａと当該点火点Ｐを覆うように形成されたプラグカバー７ｂとから構成され、このプラグカバー７ｂはプラグ本体７ａに設けられて、プラグカバー７ｂの内側には前記点火点Ｐを備えた点火室８が形成されている。なお、プラグカバー７ｂの外周に設けられたねじ部分をシリンダヘッド６にねじ込むことで、点火プラグ７をシリンダヘッド６に装着できるように構成されている。

また、プラグカバー７ｂには、点火室８とピストン２に面する燃焼室１との間を連通する複数の噴孔１０が形成されており、シリンダヘッド６に装着された状態で点火室８と燃焼室１との間で混合気Ｍの通流が可能に構成されている。
すなわち、詳細は後述するが、複数の噴孔１０がプラグカバー７ｂに設けられていることにより、圧縮行程において燃焼室１に存在する混合気Ｍを複数の噴孔１０を介して点火室８に流入させることができ、また、燃焼・膨張行程において点火室８で形成された燃焼火炎を複数の噴孔１０を介して燃焼室１に噴射させることができる。
ここで、プラグ本体７ａとプラグカバー７ｂとは、当該プラグ本体７ａの下部及び点火点Ｐを覆うように一体的に形成されて点火プラグ７を構成しており、点火室８、点火点Ｐ、噴孔１０のプラグ本体７ａ、プラグカバー７ｂに対する相対的な位置関係を予め適宜設定した上で点火プラグ７を形成することができ、エンジン１００への装着が容易となっている。
なお、プラグカバー７ｂの厚さは、十分な熱耐久性・強度を確保できるとともに、混合気Ｍの点火室８への流入方向を確実に設定できる程度の厚さであれば特に制限されないが、例えば、１．５〜３ｍｍ程度の厚さとすることができる。また、プラグカバー７ｂは、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等の材料により構成することができる。

〔エンジンの動作〕
エンジン１００は、上記のような構成を採用することにより、燃焼室１に吸気された混合気Ｍをピストン２の上昇により圧縮して、圧縮された混合気Ｍを燃焼室１からプラグカバー７ｂに設けられた噴孔１０を介して点火室８に流入させ、点火室８に流入した混合気Ｍを点火室８において点火プラグ７により火花点火して燃焼させて、点火室８から噴孔１０を介して燃焼室１に燃焼火炎を噴射するように構成されている。以下、そのエンジン１００における１サイクルの動作状態について説明する。

エンジン１００は、先ず、吸気バルブ４が開状態となり、ピストン２のＴＤＣ（上死点）からの下降により、吸気ポート５から燃焼室１に混合気Ｍが吸入される吸気行程が行われる。
後に、吸気バルブ４が閉状態となり、ピストン２の上昇により、燃焼室１に吸気された混合気Ｍを圧縮する、いわゆる圧縮行程が行われる。
そして、圧縮行程では、ピストン２の上昇により、燃焼室１の容積減少によって、燃焼室１の混合気Ｍが噴孔１０を介して点火室８に流入し、点火室８には、混合気Ｍの流入によりガス流動が発生することで、この混合気Ｍと未燃焼残留ガスが既に存在する場合にはこの未燃焼残留ガスとが混合されて、火花点火可能範囲内（例えば１程度）の当量比の混合気Ｍが形成される。

そして、エンジン１００は、上死点直前の例えば８°ＢＴＤＣ付近において、点火プラグ７を作動させて、上記点火室８に形成された点火点Ｐにおいて火花点火して燃焼させる。すると点火室８では、燃焼が進み、燃焼火炎が噴孔１０を介して燃焼室１に噴出される。すなわち、点火室８と燃焼室１とを連通する複数の噴孔１０から、それぞれ燃焼火炎が燃焼室１に放射状に噴射されるように構成されている。

一方、燃焼室１においては、それぞれの噴孔１０から噴射された燃焼火炎により混合気Ｍを安定して燃焼させるので、急激な圧力上昇を伴わず、高効率且つ低ＮＯｘとなる燃焼が行われる。

以上がエンジン１００の基本構成及び動作についての説明である。

本願のエンジン１００は、点火プラグ７のプラグカバー７ｂに設けられた複数の噴孔１０が特徴的な構造を有することにより、点火室８に発生するガス流動を適切なものとして、点火室８の中心軸Ｘ付近の未燃焼残留ガスの影響を排除して、安定した燃焼火炎を形成し得るように構成されており、かかる特徴的な噴孔１０の構造について以下に説明する。

〔プラグカバーの噴孔〕
本願のエンジン１００では、特に、本願の点火プラグ７のプラグカバー７ｂに設けられた複数の噴孔１０は、上記圧縮行程において、燃焼室１からの混合気Ｍを点火室８内の中心軸Ｘ付近、好ましくは点火点Ｐ付近に案内するようなガス流動（中心軸Ｘを回転中心とする比較的小さな渦流Ｓ）を発生させることができるように構成されている。ここで、渦流とは、点火室８の中心軸Ｘを中心として回転する渦流で、点火室８の中心軸Ｘ付近に形成される回転（旋回）渦流をいう。

具体的には、図１、図２、図３に示すように、有底筒状に形成されたプラグカバー７ｂには、概略球状の有底部分に円周方向で等間隔に複数（例えば、４つ）の噴孔１０が設けられ、これら噴孔１０は、燃焼室１から噴孔１０を介して点火室８に流入する各混合気Ｍの流入方向が、図２に示すように、中心軸Ｘに直交する断面視（図１上、II−II断面）で
、噴孔１０の点火室側端部Ｌと中心軸Ｘとが結ばれる直線に対して、点火室側端部Ｌを軸としてそれぞれ同一回転方向（図２では、反時計回り方向）に同一の角度α（例えば、図２では、α＝１０度程度）ずれて形成されている。なお、角度αは、５度以上２０度以下程度とすることが好ましい。さらに、この流入方向が、各噴孔１０の直径をＤ１、対向する位置に配置され対となる噴孔１０の中心軸Ｙ間の距離（最短距離）をＤ２とした場合に、０．５≦Ｄ１／Ｄ２≦２の条件を満たすように形成されている。
なお、噴孔１０の点火室側端部Ｌとは、点火室８の中心軸Ｘに直交する断面において、噴孔１０が点火室８に接する最も内側の箇所をいう。
したがって、上記圧縮行程において、燃焼室１から噴孔１０を介して点火室８に流入した混合気Ｍは、点火室側端部Ｌと中心軸Ｘとが結ばれる直線から角度αだけずれた経路で中心軸Ｘ付近に直接流入し、各混合気Ｍと中心軸Ｘ付近で合流する。したがって、対向する位置に配置され対となる噴孔１０から流入する各混合気Ｍは互いに衝突を起こすことがないとともに、点火室８の中心軸Ｘ付近において比較的小さな渦流Ｓを形成することができる。

加えて、図３に示すように、これら噴孔１０は、燃焼室１から噴孔１０を介して点火室８に流入する各混合気Ｍの流入方向が、中心軸Ｘに平行な断面視（図１上、III−III断面）で、点火室８の中心軸Ｘに直交する方向に沿って噴孔１０の点火室側端部Ｌと中心軸Ｘとが結ばれる直線に対して、点火室側端部Ｌを軸として点火点Ｐに接近する側（例えば、図３では、上方）に所定の角度βずれて形成されている（例えば、図３では、４５度程度）。したがって、圧縮行程において、燃焼室１から噴孔１０を介して点火室８に流入した混合気Ｍは、点火室側端部Ｌから角度βだけ上方にずれた延長線上の経路で中心軸Ｘ付近、特に中心軸Ｘ上に配置された点火点Ｐ付近に接近する形態で直接流入し、各混合気Ｍと合流して点火点Ｐ付近に比較的小さな渦流Ｓを形成することができる。なお、図１から図３では、燃焼室１の中心軸は、点火プラグ７の点火室８の中心軸Ｘと同じ軸となっており、更には、ピストン２、シリンダ３の中心軸とも同じ軸となっている。

よって、上記各混合気Ｍは上記圧縮行程において、図２、図３に示すような、中心軸Ｘを回転中心とする比較的小さな渦流Ｓが、当該中心軸Ｘ付近に形成されるようなガス流動となる。これにより、点火プラグ７の点火室８内の中心軸Ｘ近傍に酸素濃度の比較的低い未燃焼残留ガスが多く存在する場合であっても、混合気Ｍのガス流動（渦流Ｓ）により少なくとも点火点Ｐ側の混合気Ｍの混合濃度を新たに流入した混合気Ｍの濃度に確保される状態とし、中心軸Ｘ付近の局所的な未燃焼残留ガスの存在を解消することができる。
なお、上記所定の角度βは、上記混合気Ｍを点火点Ｐ付近に案内することができる角度であれば適宜選択することができる。ちなみに、角度を小さくし過ぎると、各噴孔１０から流入した各混合気Ｍによる渦流Ｓが点火点Ｐに到達する前に減衰して、的確に点火点Ｐ付近に案内し難くなるおそれがあり、角度を大きくし過ぎると、渦流Ｓが点火室８の天井壁に向かい点火点Ｐ付近に案内することが困難となるおそれがある。

よって、未燃焼残留ガスの影響を排除して点火プラグ７により安定した火花点火ができ、失火を良好に防止することができる。これにより、安定した燃焼火炎を形成してエンジン１００の安定した運転を実現することができる。

同様に、点火室８の中心軸Ｘ付近において比較的小さなガス流動（渦流Ｓ）を発生させながら均質な混合気Ｍを燃焼させるので、その中心軸Ｘ付近における燃焼時の温度分布が略均一な状態となり、燃焼後において中心軸Ｘ付近における未燃焼残留ガス発生を充分に抑制することができ、良好な燃焼を実現することができる。

〔シミュレーション結果〕
以下、点火室８におけるガス流動についてのシミュレーション結果を、図４、図５に基づいて説明する。
〔実施例〕
図４（ａ）は、本願の実施例に係る点火室８内の混合気Ｍの燃料Ｇの濃度分布を示す縦断面図（図３における点火室８内の濃度分布に相当する。）、図４（ｂ）は、図４（ａ）における点火室８の濃度分布を示す平断面図、図５（ａ）は、比較例に係る点火室８内の混合気Ｍの燃料Ｇの濃度分布を示す縦断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）における点火室８の濃度分布を示す平断面図である。
なお、図上、混合気Ｍにおいて燃料Ｇの濃度が濃い部分を黒く、薄い部分を白く示しており、黒い領域ほど酸素濃度が低い未燃焼残留ガスが多く存在することを示している。

上記本願の実施形態に係る複数の噴孔１０を備えた点火プラグ７を用いた場合には、図４（ａ）に示すように、図４（ａ）の下方である燃焼室１から噴孔１０を介して混合気Ｍ（図４（ａ）上、燃料Ｇの濃度が比較的薄い、すなわち空気Ａの濃度が比較的濃い白い領域で示される）が点火室８の中心軸Ｘ付近に直接流入し、中心軸Ｘを回転中心とする渦流Ｓが当該中心軸Ｘ付近に形成され、さらに当該渦流Ｓが点火点Ｐ付近に案内されている。すなわち、未燃焼残留ガスが中心軸Ｘ付近、特に点火点Ｐ付近にほとんど存在していないことが確認できる（図４（ｂ）参照）。
したがって、本実施例では、点火点Ｐ付近において燃料Ｇの濃度が比較的濃い領域（空気Ａの濃度が比較的薄い領域）が形成されてしまうことを防止して、点火プラグ７の点火点Ｐにおける失火を防止することができる。
なお、当該点火プラグ７においては、噴孔１０の流入方向が、０．５≦Ｄ１／Ｄ２≦２の条件を満たすように、上記Ｄ１／Ｄ２を１、角度（α）１０度、噴孔１０の数を４と設定してシミュレーションを行った。

〔比較例〕
一方、上記実施例と基本的には同様の条件で、比較例として複数の噴孔２０の流入方向を、ある噴孔２０の点火室側端部Ｌから、同一回転方向で隣接する他の噴孔２０の点火室側端部Ｌに向かう概略接線方向とした点火プラグを用いた場合には、図５（ａ）に示すように、図５（ａ）の下方である燃焼室１から噴孔を介して混合気Ｍが流入し、中心軸Ｘを回転中心とする回転流を形成するものの、実際には、点火室８内の最外周付近にしか混合気Ｍが流通しておらず、中心軸Ｘ付近では回転流のガス流動はほとんど存在していないことがわかる。すなわち、中心軸Ｘ付近には点火室８の上下にわたって燃料Ｇの濃度が比較的濃い領域（図５（ａ）上、燃料Ｇの濃度が比較的濃いこと、すなわち空気Ａの濃度が比較的薄いことを示す黒い領域）が形成され、未燃焼残留ガスが中心軸Ｘ付近、特に点火点Ｐ付近に大量に存在していることが確認できる（図５（ｂ）参照）。
なお、比較例の点火プラグにおいては、噴孔２０の流入方向を、０．５≦Ｄ１／Ｄ２≦２の条件を満たさないように点火室８の内壁に沿う方向とし、噴孔２０の数を４と設定してシミュレーションを行った。

したがって、プラグカバー７ｂの複数の噴孔１０の流入方向を、本願のように適切に設定することで、新たに流入した混合気Ｍによる比較的小さなガス流動（渦流Ｓ）を点火室８の中心軸Ｘ付近に発生させることにより、中心軸Ｘ付近の未燃焼残留ガスの影響を排除して、良好な混合気Ｍの流入状態を得られることが確認できた。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、各噴孔１０において燃焼室１から点火室８に流入する各混合気Ｍの流入方向が、中心軸Ｘに直交する断面視で、噴孔１０の点火室側端部Ｌと中心軸Ｘとが結ばれる直線に対して、点火室側端部Ｌを軸としてそれぞれ同一回転方向に同一の角度αずれて形成され、かつ、各噴孔１０の直径をＤ１とし、対向する位置に配置され対となる噴孔１０の中心軸Ｙ間の距離をＤ２とした場合に、０．５≦Ｄ１／Ｄ２≦２の条件を満たすように形成した。しかしながら、点火室８の中心軸Ｘ付近に新しい混合気Ｍを流入でき、かつ点火室８内における中心軸Ｘ付近のガス流動を不安定としない構成であれば上記構成に限定されず、上記角度αを５度以上２０度以下に設定するだけでもよい（例えば、図３において、角度αを設定するだけの構成とする）。このように構成しても、基本的には、上記実施例で示したようなシミュレーション結果を得ることができる（図４参照）。
なお、上記角度αは、角度を小さくし過ぎると、対向して流入する各混合気Ｍが衝突して、点火室８の中心軸Ｘ付近において不安定なガス流動が生じるおそれがあり、角度を大きくし過ぎると、各混合気Ｍを点火室８の中心軸Ｘ付近に流入させることが困難となり（中心軸Ｘ付近には渦流Ｓのガス流動がほとんど生じず）、当該中心軸Ｘ付近に未燃焼残留ガスが滞留してしまうおそれがある。

（２）上記実施形態では、燃料Ｇとして都市ガスを使用したが、これに限らず、都市ガス以外の水素やプロパン等のＣＯやＨ₂を主成分とする炭化水素以外の気体燃料を利用する場合であっても優れた効果を発揮することができる。また、燃料Ｇとして気体燃料以外の燃料を利用することもでき、例えば、ガソリン、アルコール、メタノール、エタノールなど任意の燃料を使用することができる。

（３）上記実施形態では、図２に示すように、複数の噴孔１０の流入方向を点火室側端部Ｌと中心軸Ｘとを結ぶ直線に対し、当該点火室側端部Ｌを軸として反時計回りに角度αを設定したが、点火室８内の中心軸Ｘ付近に混合気Ｍを直接流入させ、当該中心軸Ｘ付近でガス流動（渦流Ｓ）を形成することができれば、上記点火室側端部Ｌと中心軸Ｘとを結ぶ直線に対し、当該点火室側端部Ｌを軸として時計回りに角度αを設定してもよい。

（４）上記実施形態では、図３に示すように、複数の噴孔１０の流入方向を点火室側端部Ｌと中心軸Ｘとを結ぶ直線に対し、当該点火室側端部Ｌを軸として上方に角度βを設定したが、噴孔１０の点火室側端部Ｌよりも下方に点火点Ｐがある場合には、良好にガス流動（渦流Ｓ）を点火点Ｐ付近に案内できるように、点火室側端部Ｌと中心軸Ｘとを結ぶ直線に対し、当該点火室側端部Ｌを軸として下方に角度βを設定してもよい。

（５）上記実施形態では、複数の噴孔１０として、４つの噴孔１０をプラグカバー７ｂに設けたが、点火室８内の中心軸Ｘ付近に混合気Ｍを直接流入させ、当該中心軸Ｘ付近でガス流動（渦流Ｓ）を形成することができれば、噴孔数を適宜変更してもよい。

（６）上記実施形態では、プラグカバー７ｂに複数の噴孔１０を形成する際には、プラグカバー７ｂの有底筒状に形成された概略球状の有底部分に同一の円周上で等間隔に、かつ、対向する位置に対となる噴孔が位置するように配置したが、点火室８内の中心軸Ｘ付近に混合気Ｍを直接流入させ、当該中心軸付近においてガス流動（渦流Ｓ）を形成することができれば、同一の円周上において等間隔ではなく、同一の円周上において異なる間隔で、かつ対向する位置に対となる噴孔が存在するように複数の噴孔を配置することもできる。また、プラグカバー７ｂの有底筒状に形成された球状の有底部分において、同一の円周方向に限らず、径方向に異なる位置での複数の円周上に等間隔若しくは異なる間隔で、かつ対向する位置に対となる噴孔が存在するように複数の噴孔を配置することもできる。

（７）上記実施形態では、プラグ本体７ａとプラグカバー７ｂとを一体的に構成して点火プラグ７を構成したが、これに限らず、プラグ本体７ａとプラグカバー７ｂとをそれぞれ別々の部材として構成し、これを組合わせて点火プラグ７を構成することもできる。

（８）上記実施形態では、シリンダヘッド６に吸気バルブ４と排気バルブとの２つの弁を設けて２弁式のエンジン１００としたが、弁の数は特に制限されるものではなく、４弁式や８弁式など、適宜変更弁の数を変更して本願のエンジンに用いることができる。

本発明に係るエンジンは、燃焼室から噴孔を介して点火室に流入した混合気を点火プラグにより点火点で火花点火するエンジンにおいて、点火室の中心軸付近に未燃焼残留ガスが残ることを防止して失火の発生を抑制し、安定した燃焼火炎を得て安定運転を実現し得るエンジンとして有効に利用可能である。

エンジンのシリンダ上部とシリンダヘッド下部周辺における縦断面図 図１における点火室の中心軸Ｘに直交するII−II面の平断面図 図１における点火室の中心軸Ｘに平行なIII−III面の縦断面図 （ａ）本願の実施例に係る点火室内の混合気の燃料の濃度分布を示す縦断面図、（ｂ）図４（ａ）における点火室の濃度分布を示す平断面図 （ａ）比較例に係る点火室内の混合気の燃料の濃度分布を示す縦断面図、（ｂ）図５（ａ）における点火室の濃度分布を示す平断面図

符号の説明

１： 燃焼室
２： ピストン
２ａ： 凹部
３： シリンダ
６： シリンダヘッド
７： 点火プラグ
７ａ： プラグ本体
７ｂ： プラグカバー
８： 点火室
１０： 噴孔
１００：エンジン
Ｇ： 燃料
Ａ： 空気
Ｍ： 混合気
Ｘ： 点火室の中心軸
Ｙ： 噴孔の中心軸
Ｌ： 噴孔の点火室側端部
Ｐ： 点火点
Ｓ： 渦流
Ｈ： 天面
α： 角度
Ｄ１： 噴孔の直径
Ｄ２： 対向する位置に配置され対となる噴孔の中心軸間の距離

Claims (6)

1. 点火点を覆うプラグカバー内に点火室が形成された点火プラグがシリンダヘッドに装着され、前記点火室とピストンに面する燃焼室とを連通する複数の噴孔が前記プラグカバーに備えられているエンジンであって、
   前記複数の噴孔のそれぞれは、前記点火室の中心軸に直交する断面視で、前記燃焼室から前記噴孔を介して前記点火室に流入する各混合気の流入方向が、前記噴孔の点火室側端部と前記中心軸とが結ばれる直線に対して前記点火室側端部を軸としてそれぞれ同一回転方向に同一角度ずれて設定され、かつ、前記各噴孔の直径をＤ１とし、対向する位置に配置され対となる噴孔の中心軸間の距離をＤ２とした場合に、０．５≦Ｄ１／Ｄ２≦２の条件を満たすように設定されているエンジン。
2. 点火点を覆うプラグカバー内に点火室が形成された点火プラグがシリンダヘッドに装着され、前記点火室とピストンに面する燃焼室とを連通する複数の噴孔が前記プラグカバーに備えられているエンジンであって、
   前記複数の噴孔のそれぞれは、前記燃焼室から前記噴孔を介して前記点火室に流入する各混合気の流入方向が、前記点火室の中心軸に直交する断面視で、前記噴孔の点火室側端部と前記中心軸とが結ばれる直線に対して、前記点火室側端部を軸としてそれぞれ同一回転方向に５度以上２０度以下の角度ずれて設定されているエンジン。
3. 前記シリンダヘッドと対向する前記ピストンの天面に凹部が形成されるとともに、前記ピストンが上死点に位置する状態で少なくとも前記プラグカバーが前記凹部に侵入して配置されて、前記点火点が前記天面よりも前記凹部に侵入する側に配置された請求項１又は２に記載のエンジン。
4. 点火点を有するプラグ本体と、前記点火点を覆うように前記プラグ本体に設けられたプラグカバーとを備え、
   エンジンのシリンダヘッドに装着された状態において、ピストンに面する燃焼室と前記プラグカバー内に形成された点火室とを連通する複数の噴孔が、前記プラグカバーに形成されているエンジン用点火プラグであって、
   前記複数の噴孔のそれぞれは、前記点火室の中心軸に直交する断面視で、前記燃焼室から前記噴孔を介して前記点火室に流入する各混合気の流入方向が、前記噴孔の点火室側端部と前記中心軸とが結ばれる直線に対して前記点火室側端部を軸としてそれぞれ同一回転方向に同一角度ずれて設定され、かつ、前記各噴孔の直径をＤ１とし、対向する位置に配置され対となる噴孔の中心軸間の距離をＤ２とした場合に、０．５≦Ｄ１／Ｄ２≦２の条件を満たすように設定されているエンジン用点火プラグ。
5. 点火点を有するプラグ本体と、前記点火点を覆うように前記プラグ本体に設けられたプラグカバーとを備え、
   エンジンのシリンダヘッドに装着された状態において、ピストンに面する燃焼室と前記プラグカバー内に形成された点火室とを連通する複数の噴孔が、前記プラグカバーに形成されているエンジン用点火プラグであって、
   前記複数の噴孔のそれぞれは、前記燃焼室から前記噴孔を介して前記点火室に流入する各混合気の流入方向が、前記点火室の中心軸に直交する断面視で、前記噴孔の点火室側端部と前記中心軸とが結ばれる直線に対して、前記点火室側端部を軸としてそれぞれ同一回転方向に５度以上２０度以下の角度ずれて設定されているエンジン用点火プラグ。
6. 前記プラグカバーが、前記プラグ本体に一体的に形成されてなる請求項４又は５に記載のエンジン用点火プラグ。