JP2011099379A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室内の混合気が過剰に高温となることを抑制しつつ、点火性を向上させる。
【解決手段】点火プラグの火花放電により、空気と燃料との混合気を着火燃焼せしめる火花点火式の内燃機関において、点火プラグは、シリンダヘッドの取付孔に、放電部が燃焼室内に露出するように配置される。シリンダヘッドの、燃焼室を構成する面上であって、かつ、点火プラグの取付孔と、取付孔周辺に設けられた吸気ポート又は排気ポートとの間の領域に、シリンダヘッド側断熱材が配置される。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関に関する。更に具体的には、点火プラグを有し、点火プラグの放電により空気と燃料との混合気を着火燃焼せしめる火花点火式内燃機関に関するものである。

例えば、特許文献１には燃焼室内にグロープラグを有する自己着火式内燃機関が開示されている。特許文献１の内燃機関において、シリンダヘッドのグロープラグ取付孔の壁面には断熱材が備えられている。特許文献１によれば、この構成によりグロープラグ先端部の発熱が保持され、グロープラグの熱損失が抑制される。

実開昭６２−１５４２３５号公報 実開平１−１１４９２３号公報

特許文献１は自己着火式内燃機関に関する技術であるが、火花点火式内燃機関についても、着火性を向上させ得る構成が望まれる。ここで、特許文献１の断熱材をそのまま火花点火式内燃機関に適用し、例えば点火プラグ取付孔壁面に断熱材を取り付けることも考えられる。しかし、上述のグロープラグ取付孔の壁面に備えられた断熱材は、自己着火を促進するものであるが、一方、火花点火式内燃期間では点火プラグによる着火ではない自己着火は、つまりプレイグニッションなどの好ましくない状況となり得る。従って、単純に上述の断熱材の配置を火花点火式内燃機関に適用することはできない。

従って、この発明は、上記課題を解決することを目的とし、火花点火式内燃機関において、点火プラグによる着火性を向上させ得る構成を有する内燃機関を提供するものである。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの取付孔に、放電部が燃焼室内に露出するように設置された点火プラグと、を備え、
前記点火プラグの火花放電により、空気と燃料との混合気を着火燃焼せしめる火花点火式内燃機関であって、
前記シリンダヘッドの、前記燃焼室を構成する面上であって、かつ、前記取付孔と、前記取付孔周辺に設けられた吸気ポート又は排気ポートとの間の領域に、シリンダヘッド側断熱材を備える。

第２の発明は、第１の発明の内燃機関において、内燃機関の気筒内に配置されたピストンの頂面上であって、かつ、前記取付孔に対向する領域に、ピストン側断熱材を備える。

第３の発明は、第２の発明の内燃機関において、前記ピストンのストローク方向に投影した場合に、前記ピストン側断熱材の配置された領域の外郭と、前記シリンダヘッド側断熱材の配置された領域の外郭とは同一となる。

第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明の内燃機関において、前記シリンダヘッド側断熱材は、前記燃焼室を構成する面上における、前記取付孔を中心として、前記吸気ポート又は前記排気ポートと外接する円のうち、最小の円よりも内側に配置される

第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明の内燃機関において、前記シリンダヘッド側断熱材及び/又は前記ピストン側断熱材の熱抵抗は、0.001[m²K/W]以上である。

第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明の内燃機関において、内燃機関は、断熱エンジンであって、
前記シリンダヘッド側断熱材が配置された領域の断熱性は、前記燃焼室を構成する他の領域の断熱性よりも高い。

第１の発明によれば、シリンダヘッドの燃焼室を構成する面の、点火プラグ取付孔近傍に断熱材が配置されている。燃焼室内の点火プラグ周囲の混合気は、この断熱材から受熱し上昇する。従って、点火時、混合気の初期火炎の生成に寄与する点火プラグ周囲の混合気のみを効果的に高温とすることができ、着火性を向上させることができる。また、断熱材は点火プラグと吸・排気ポートの間の領域にのみ取り付けられている。従って、点火プラグから遠い吸・排気ポートより外側の領域に存在する混合気は、断熱材からの受熱が小さく、点火プラグ周囲と比較すると低温に保たれる。従って、過剰な昇温によるプレイグニッションの発生等を防止することができる。

第２又は第３の発明によれば、点火プラグ取付孔に対向するピストン頂面に断熱材が配置されている。これにより、点火プラグ近傍の混合気のみをより効果的に昇温することができ、着火性を向上させることができる。

第４の発明によれば、断熱材は、吸・排気ポートより内側の領域にのみ設置される。従って、吸・排気ポートより外側の領域に存在する混合気の、断熱材からの受熱を確実に小さく抑えることができる。これにより、点火プラグの周囲の混合気を昇温しつつ、気筒内全体としては過剰な温度上昇を抑制することができる。

第５の発明によれば、プラグ周囲の混合気をより効果的に高温とすることができ、着火性を向上させることができる。

第６の発明によれば、断熱エンジンにおいても、点火プラグ周囲の混合気を効果的に昇温することができ、着火性を向上させることができる。

この発明の実施の形態１の内燃機関の点火プラグ及びその周辺の配置構成について説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１の内燃機関のシリンダヘッドの点火プラグ周囲の配置構成について説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１の内燃機関のピストン頂面の配置構成について説明するための模式図である。 この発明の実施の形態２の内燃機関の点火プラグ及びその周辺の配置構成について説明するための模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における内燃機関に配置された点火プラグ及びその周辺機器の構成について説明するための図である。この実施の形態１の内燃機関は、２つの吸気弁と排気弁とを有するペントルーフ型の内燃機関である。

図１に示されるように、内燃機関はシリンダブロック１０と、シリンダブロック１０上に配置されるシリンダヘッド１２とを有する。シリンダブロック１０は、内燃機関の複数の気筒を構成する筒構造を有し、各筒内にはピストン１４が配置されている。

シリンダヘッド１２には、シリンダヘッド１２を貫通し、かつ、各気筒の燃焼室１６を構成する面（以下、「燃焼室壁面」と称することとする）１６ａに開口する２つの吸気ポート１８及び２つの排気ポート２０が形成されている。シリンダヘッド１２は、更に、燃焼室壁面１６ａの中央付近に開口する取付孔を有し、取付孔内には点火プラグ２２が取り付けられている。

燃焼室１６を構成する、シリンダヘッド１２の燃焼室壁面１６ａとピストン１４の頂面１６ｂとには、それぞれ断熱材２４、２６が取り付けられている。ここで用いられる断熱材２４、２６は、その熱抵抗が0.001[m²K/W]以上となるように、その熱抵抗と厚さとが調整されている。

図２は、この発明の実施の形態１における内燃機関の燃焼室壁面１６ａを、ピストン１４側から見た状態を表す図である。図２に示されるように、燃焼室壁面１６ａには、それぞれ吸気弁１８ａによって開閉される２つの吸気ポート１８と、排気弁２０ａによって開閉される２つの排気ポート２０とが開口している。

断熱材２４は、点火プラグ２２を中心として点火プラグ２２を囲む円内に取り付けられている。この断熱材２４が設置された領域は、点火プラグ２２の取付孔外周円と、点火プラグ２２を中心とし吸気弁１８ａ、排気弁２０ａよりも内側の円との間の領域に配置されている。

図３は、この発明の実施の形態１における内燃機関のピストン１４の頂面１６ｂを表す図である。図３は、燃焼室１６を構成するピストン頭部の面を、シリンダヘッド１２側から見た状態を表わしている。図３に示されるように、ピストン１４の頂面１６ｂの気筒中心部付近には断熱材２６が取り付けられている。断熱材２６が配置される領域は、ストローク方向に投影した場合に、シリンダヘッド１２の断熱材２４設置領域の外周郭と同一となる領域である。

以上のように、点火プラグ２２の周囲には断熱材２４、２６が配置されている。混合気は、この断熱材２４、２６から受熱する。従って、点火プラグ２２周囲の混合気を効果的に昇温することができる。一方、吸・排気ポート１８、２０より外側の、点火プラグ２２と比較的遠い領域においては、混合気の断熱材２４、２６からの受熱が極めて少ない。このように、点火プラグ２２周囲にのみ断熱材２４、２６を配置した構成により、初期火炎の生成に寄与する点火プラグ２２周囲の混合気のみを効果的に昇温することができるため、内燃機関の熱効率及び着火性を向上させることができる。同時に、点火プラグ２２と離れた領域では、混合気を比較的低温に保つことができるため、筒内全体の過剰な昇温を抑制することができる。

なお、この実施の形態では、断熱材２４の設置領域を、燃焼室壁面１６ａの、点火プラグ２２の取付孔外周円と、吸気ポート１８、排気ポート２０より内側の円との間の領域とし、更に、ピストン１４側の断熱材２６の設置領域を、ピストンストローク方向に投影した場合に、シリンダヘッド１２側の断熱材２４の設置領域外郭と同一となる領域とする場合について説明した。これにより、点火プラグ２２周囲の混合気のみを選択的に昇温させることができる。

しかし、この発明において、断熱材２４、２６の設置領域は、点火プラグ２２周辺の領域であればこれに限るものではない。但し、シリンダヘッド１２側の断熱材２４は、点火プラグ２２の取付孔と、吸気ポート１８、排気ポート２０との間の領域に取り付けられるものであり、この断熱材２４の配置領域の外郭は、吸気ポート１８又は排気ポート２０に外接する円のうち最小の円よりも小さい円内であることが好ましい。

また、燃焼室壁面１６ａ側の断熱材２４とピストン頂面１６ｂ側の断熱材２６との配置位置をストローク方向に投影した場合の形状は、同一でなくてもよい。ピストン１４の頂面１６ｂ上の断熱材２６は、点火プラグ２２近傍であれば、他の領域や他の配置形状で配置することもできる。更には、燃焼室壁面１６ａとピストン頂面１６ｂとのそれぞれに断熱材２４、２６を有するものに限らず、例えば燃焼室壁面１６ａ側の点火プラグ２２周囲にのみ断熱材を設置するものであってもよい。このような断熱材２４又は断熱材２６の配置領域については、以下の実施の形態においても同様である。

また、実施の形態１においては、ペントルーフ型の内燃機関に適用する場合について説明したが、この発明はこれに限るものではなく、例えば１つずつの吸気弁、排気弁のみを有する内燃機関など他の内燃機関に適用することもできる。この場合にも点火プラグ外周と吸気ポート又は排気ポートとの間の領域に断熱材を設置することにより、混合気を効果的に高温とすることができる。これにより過剰な昇温を抑制しつつ、内燃機関の着火性を向上させることができる。これについては、以下の実施の形態においても同様である。

また、内燃機関が断熱エンジンである場合には、同様に、他の領域よりも点火プラグ２２周囲の領域の断熱性が高くなるように断熱材を設置する。これにより、点火プラグ２２周囲の混合気を効果的に昇温させ、内燃機関の着火性を向上させることができる。これについては、以下の実施の形態においても同様である。

また、この発明における断熱材の熱抵抗等は、この実施の形態において説明したものに限るものではない。これについては、以下の実施の形態においても同様である。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２における内燃機関の点火プラグとその周辺機器の構成について説明するための模式図である。図４に示す例は、点火プラグの燃焼室１６への突出部分と、その周辺の断熱材の配置の形状を除き、図１の構成と同じものである。具体的に、図４の点火プラグ３０は、燃焼室１６内に放電のための電極だけでなく、先端の一部分が突出するように設置されている。

シリンダヘッド１２側の断熱材３２は点火プラグ３０の突出した部分を埋めるようにして燃焼室１６壁面に取り付けられている。燃焼室壁面１６ａをストローク方向に投影した状態は、図２と同様となる。つまり点火プラグ３０の取付孔の外周と、吸気ポート１８及び排気ポートの内側の円との間の領域に設置されている。またピストン１４側の断熱材２６も、図３と同様に、断熱材３２の配置領域をストローク方向に投影した領域と同一の領域に配置される。

以上のように、断熱材３２を、点火プラグ３０の燃焼室１６内への突出部を覆うように配置することで、点火プラグ３０周辺の混合気をより確実に昇温させることができ、着火性を向上させることができる。

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１０ シリンダブロック
１２ シリンダヘッド
１４ ピストン
１６ 燃焼室
１８ 吸気ポート
１８ａ 吸気弁
２０ 排気ポート
２０ａ 排気弁
２２、３０ 点火プラグ
２４、２６、３２ 断熱材

Claims (6)

1. シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの取付孔に、放電部が燃焼室内に露出するように設置された点火プラグと、を備え、
   前記点火プラグの火花放電により、空気と燃料との混合気を着火燃焼せしめる火花点火式内燃機関において、
   前記シリンダヘッドの、前記燃焼室を構成する面上であって、かつ、前記取付孔と、前記取付孔周辺に設けられた吸気ポート又は排気ポートとの間の領域に、シリンダヘッド側断熱材を備えることを特徴とする内燃機関。
2. 内燃機関の気筒内に配置されたピストンの頂面上であって、かつ、前記取付孔に対向する領域に、ピストン側断熱材を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記ピストンのストローク方向に投影した場合に、前記ピストン側断熱材の配置された領域の外郭と、前記シリンダヘッド側断熱材の配置された領域の外郭とは同一となることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記シリンダヘッド側断熱材は、前記燃焼室を構成する面上において、前記取付孔を中心として、前記吸気ポート又は前記排気ポートと外接する円のうち、最小の円よりも内側に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関。
5. 前記シリンダヘッド側断熱材及び/又は前記ピストン側断熱材の熱抵抗は、0.001[m²K/W]以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関。
6. 内燃機関は、断熱エンジンであって、
   前記シリンダヘッド側断熱材が配置された領域の断熱性は、前記燃焼室を構成する他の領域の断熱性よりも高いことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関。

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