JP2021080892A - 燃焼室構造及び火花点火式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】凹穴内の混合気を有効活用する。【解決手段】燃焼室構造は、ピストン１３、シリンダ１２およびシリンダヘッド１４により画成された主室１７と、点火プラグ２０と、点火プラグが収容され、副室３２を画成すると共に、シリンダヘッドからシリンダ内に突出されたプラグケーシング３０と、ピストンの頂面１３Ａに設けられ、ピストンの昇降動作に応じてプラグケーシングが挿抜される凹穴２５と、プラグケーシングに設けられ、主室内に向けられた第１噴口３３と、プラグケーシングに設けられ、凹穴内に向けられた第２噴口３４とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は燃焼室構造及び火花点火式内燃機関に関する。

一般に火花点火式内燃機関では、シリンダヘッドに取り付けられた点火プラグの中心電極と接地電極の間のギャップに火花を発生させ、この火花によりシリンダ内の混合気を点火している。

一方、このような通常の点火プラグを用いた内燃機関だと、中心電極に比較的大きな電気エネルギを印加したときに電極が摩耗し、ギャップの拡大が促進される欠点がある。

そこで本発明者は、こうした欠点を解消した火花点火式内燃機関を以前提案した（特許文献１参照）。このものでは、中心電極がシリンダヘッドからシリンダ内に向けて突出されると共に、接地電極として、ピストンの頂面に設けられた凹穴が用いられる。

特開２０１７−２２７１６４号公報

しかしこのものでは、熱効率を上げるために比較的早い点火時期（例えば圧縮上死点前２５°）で点火を行ったとき、中心電極が凹穴から抜けたタイミングで点火が行われてしまう場合がある。この場合、中心電極の下端外周縁と、凹穴の上端外周縁との間に火花が発生し、ピストンの上方空間での燃焼が支配的となってしまう。そして凹穴内では燃焼が弱くなるかまたは無くなり、凹穴内の混合気を有効活用できなくなる虞がある。結局、通常の点火プラグを用いた内燃機関と同様の燃焼形態となる虞がある。

そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、凹穴内の混合気を有効活用することができる燃焼室構造及び火花点火式内燃機関を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
ピストン、シリンダおよびシリンダヘッドにより画成された主室と、
点火プラグと、
前記点火プラグが収容され、副室を画成すると共に、前記シリンダヘッドから前記シリンダ内に突出されたプラグケーシングと、
前記ピストンの頂面に設けられ、前記ピストンの昇降動作に応じて前記プラグケーシングが挿抜される凹穴と、
前記プラグケーシングに設けられ、前記主室内に向けられた第１噴口と、
前記プラグケーシングに設けられ、前記凹穴内に向けられた第２噴口と、
を備えたことを特徴とする燃焼室構造が提供される。

好ましくは、前記第２噴口は、前記プラグケーシングの底面部に設けられて前記凹穴内の底面部に向けられる。

好ましくは、前記第２噴口は、シリンダ軸と平行に延びる。

好ましくは、前記第１噴口は、前記ピストンが圧縮上死点にあるときに前記凹穴より高い位置に位置されるよう、前記プラグケーシングに配置されている。

好ましくは、前記火花点火式内燃機関は、前記ピストンの内部に設けられ、前記凹穴の底面部付近で開口する一端と、前記ピストンの頂面の最外周端部で開口する他端とを有する連通孔をさらに備える。

好ましくは、前記ピストンの頂面の最外周端部に凹部が設けられ、前記連通孔の他端は前記凹部で開口する。

好ましくは、前記凹穴は、前記シリンダ内に突出された前記プラグケーシングと相似形状である。

本開示の他の態様によれば、前記燃焼室構造を備える火花点火式内燃機関が提供される。

本開示によれば、凹穴内の混合気を有効活用することができる。

内燃機関の縦断面図である。 副室からの火炎噴射時の様子を示す概略横断面図である。 圧縮上死点のときの内燃機関の縦断面図である。 比較的早い点火時期で点火が行われたときの縦断面図である。 比較的遅い点火時期で点火が行われたときの縦断面図である。 各種エンジンにおける熱発生率の変化の様子を示すグラフである。 圧縮上死点直後の状態を示す概略図である。 図７より遅い時期の状態を示す概略図である。 第１変形例の縦断面図である。 図９の位置からピストンが少しだけ下降したときの縦断面図である。 第２変形例の概略横断面図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

図１に示すように、本開示に係る燃焼室構造を備える内燃機関（エンジンともいう）１０は火花点火式内燃機関であり、そのシリンダブロック１１のシリンダ１２内には、ピストン１３が昇降動作可能に収容されている。また、シリンダブロック１１の上部には、シリンダヘッド１４が図示しないヘッドボルトによって固定されている。これらシリンダ１２、ピストン１３およびシリンダヘッド１４により主燃焼室すなわち主室１７が画成される。主室１７は、一般的な火花点火式内燃機関の燃焼室に相当するものである。

シリンダ１２の中心軸すなわちシリンダ軸を符号Ｃで示す。ピストン１３はシリンダ１２と同軸に配置される。以下特に断らない限り、軸方向、半径方向および周方向といった場合、シリンダ軸Ｃを基準とした軸方向、半径方向および周方向を意味するものとする。

シリンダヘッド１４には、吸気ポート１５及び排気ポート１６が設けられている。また、シリンダヘッド１４には、吸気ポート１５内に燃料（ガソリン又は、ＬＰＧ、ＬＮＧ、ＣＮＧ等の天然ガス）を噴射するポート噴射用インジェクタ４０が設けられている。シリンダヘッド１４には、吸気ポート１５を開閉する吸気バルブ１８と、排気ポート１６を開閉する排気バルブ１９とが設けられる。吸気バルブ１８の開弁時に、燃料と空気の混合気が吸気ポート１５から主室１７に導入される。

なおインジェクタは、シリンダ１２内に燃料を直接噴射する直噴用インジェクタであってもよく、ポート噴射用インジェクタと直噴用インジェクタの組み合わせであってもよい。本実施形態では、ディーゼルエンジンのシリンダヘッドを流用したため、主室１７の天井面がシリンダ軸Ｃに垂直な平坦面形状とされ、これに対応してピストン１３の頂面１３Ａもピストン軸に垂直な平坦面形状とされている。但し、これらの形状は任意であり、例えば主室天井面をより一般的なペントルーフ形状としてもよい。

シリンダ３の半径方向の中心部に、点火プラグ２０とプラグケーシング３０とが配置されている。これら点火プラグ１０とプラグケーシング３０は、シリンダ軸Ｃと同軸に配置され、シリンダヘッド１４に固定されている。点火プラグ２０は周知のように、中心電極２１と、外側電極２２と、これら電極間に介在される絶縁体２３とを備える。プラグケーシング３０は、その内部に点火プラグ２０を収容し、シリンダヘッド１４からシリンダ１２内もしくは主室１７内に突出されている。プラグケーシング３０は、軸方向に延びる筒部３０Ａと、筒部３０Ａの下端を閉止する底面部３０Ｂとを有する。筒部３０Ａは一定径の円筒状に形成される。底面部３０Ｂは下方に向かって凸の略半球状に形成される。

プラグケーシング３０は、その内部に副燃焼室すなわち副室３２を画成する。副室３２はプレチャンバーとも称され、主室１７より容積が小さい燃焼室をなす。副室３２は、プラグケーシング３０と点火プラグ２０の間の領域に形成されると共に、プラグケーシング３０に設けられた第１噴口３３および第２噴口３４を介して主室１７内に連通される。

ピストン１３の頂面１３Ａには、ピストン１３の昇降動作に応じてプラグケーシング３０が挿抜される凹穴２５が設けられる。この凹穴２５も、シリンダ軸Ｃと同軸に配置される。凹穴２５は、シリンダ１２内に突出されたプラグケーシング３０と相似形状とされる。

凹穴２５は、軸方向に延びる筒部２５Ａと、筒部２５Ａの下端を閉止する底面部２５Ｂとを有する。筒部２５Ａは一定径の円筒状に形成される。底面部２５Ｂは下方に向かって凸の略半球状に形成される。

凹穴２５（具体的には筒部２５Ａ）の内径Ｄｈは、プラグケーシング３０（具体的には筒部３０Ａ）の外径Ｄｐより僅かに大きくされる。凹穴２５の内径Ｄｈは、プラグケーシング３０の外径Ｄｐにできるだけ近く、かつ、凹穴２５に挿入されたプラグケーシング３０がピストン１３の揺動時に凹穴２５の内面に干渉しないような大きさとされるのが好ましい。凹穴２５の内径Ｄｈは、例えばＤｐ＜Ｄｈ≦１．５Ｄｐの範囲内の値とするのが好ましい。

図３に示すように、凹穴２５の深さＨは、ピストン１３が図示の如く圧縮上死点にあるとき、凹穴２５に挿入されたプラグケーシング３０の底面部３０Ｂと、凹穴２５の底面部２５Ｂとの間に軸方向の隙間ができるような大きさとされる。但し、凹穴２５は貫通穴であってはならない。従って凹穴２５の深さＨは、プラグケーシング３０の挿入長ｈより大きく、かつ、ピストン１３を貫通しないような大きさとされる。なお、プラグケーシング３０の底面部３０Ｂと凹穴２５の底面部２５Ｂとの間の軸方向隙間は比較的大きくてもよい。

図１および図２に示すように、第１噴口３３は、プラグケーシング３０の筒部３０Ａに複数設けられ、具体的には周方向に等間隔（４５°間隔）で計８個設けられる。そしてシリンダ軸Ｃを中心とした半径方向に沿って延び、シリンダ軸Ｃに垂直な方向に延びる。これら第１噴口３３は、主室１７内、具体的にはその半径方向外側に向けられ、図２に示すように、半径方向外側に向かって放射状に火炎Ｈ１を噴射するようになっている（詳しくは後述）。

図３に示すように、第１噴口３３は、ピストン１３が圧縮上死点にあるときに凹穴２５より高い位置に位置され、言い換えれば、凹穴２５と軸方向にオーバーラップしないような高さ位置に位置される。これにより、たとえ圧縮上死点で第１噴口３３から火炎が噴射されても、その火炎を凹穴２５の内面に干渉させず、主室１７の最も半径方向外側の端部（最外周端部という）まで速やかに到達させることができる。

なお必要に応じて、第１噴口３３の向き、位置、数等を変えてもよい。例えば第１噴口３３を斜め下向きに傾斜させたり、噴口毎に向き、高さ位置等を変えたりしてもよい。

図１および図２に示すように、第２噴口３４は、プラグケーシング３０の底面部３０Ｂに一つだけ設けられ、シリンダ軸Ｃと平行に延び、具体的にはシリンダ軸Ｃと同軸に延びる。第２噴口３３は、凹穴２５内の底面部２５Ｂに向けられ、その底面部２５Ｂに向かって下方（真下）に火炎Ｈ２を噴射するようになっている（図４参照）。

なお前記同様、必要に応じて、第２噴口３４の向き、位置、数等を変えてもよい。例えば第２噴口３４を僅かに傾斜させ、凹穴２５内の底面部２５Ｂまたは筒部２５Ａに向けてもよい。第２噴口３４を複数設けてもよく、この場合、噴口毎に向きを変えてもよい。

ピストン１３の頂面１３Ａの最外周端部には凹部２６が設けられる。凹部２６は、ピストン頂面１３Ａの最外周端部の角部を断面円弧状にえぐったような断面形状とされ、ピストン１３の全周に延びる環状に形成される。凹部２６を設けたことにより、ディーゼルエンジン流用のシリンダヘッド１４を用いた場合でも圧縮比を通常のディーゼルエンジンより低下させ、最適な値に調節することができる。

なお、凹部２６の断面形状および全体形状はこれに限定されない。凹部２６は省略することも可能である。

加えて、ピストン１３の内部には連通孔２８が設けられる。連通孔２８は、凹穴２５の底面部２５Ｂ付近で開口する一端２８Ａと、ピストン１３の頂面１３Ａの最外周端部で開口する他端２８Ｂとを有する。

詳しくは、連通孔２８は、凹穴２５の底面部２５Ｂ付近から凹部２６まで、半径方向外側かつ頂面１３Ａ側に向かって直線状に延びる貫通孔とされる。連通孔２８の一端２８Ａは、筒部２５Ａと底面部２５Ｂの接続部またはその付近で開口されている。またその一端２８Ａの高さ位置は、図３に示すようにピストン１３が上死点に位置するとき、プラグケーシング３０より下方とされる。連通孔２８の他端２８Ｂは、凹部２６の下側部分で開口されている。連通孔２８はピストン１３の周方向に複数設けられ、本実施形態では四つの連通孔２８が周方向等間隔（９０°間隔）で、かつ第１噴口３３と同一の周方向位置に設けられている。

なお必要に応じて、連通孔２８の形状、位置、数等を変えてもよい。例えば連通孔２８は曲がり孔で構成してもよく、第１噴口３３と異なる周方向位置に配置してもよい。孔毎に形状、位置等を変えてもよい。連通孔２８は省略することも可能である。

次に、エンジン１０の作動を説明する。

まず、吸気バルブ１８の開弁中かその前の所定の噴射時期でインジェクタ４０から燃料が噴射される。この燃料は吸気バルブ１８の開弁中に吸入空気と共に主室１７内に流入し、主室１７内に混合気を形成する。この混合気は後に圧縮され、点火プラグ２０の点火により着火、燃焼され、ピストン１３を押し下げてエンジン出力を発生する。こうしたインジェクタ４０および点火プラグ２０の制御は図示しない電子制御ユニットにより実行される。

図４は、図１と同一タイミングのエンジンを示し、比較的早い点火時期（例えば圧縮上死点前２５°）で点火が行われたときの燃焼の様子を示す。以下、この図４を参照しつつ説明する。

圧縮行程では主室１７内の混合気が圧縮され、これと同時に混合気が各噴口３３，３４を通じて副室３２内に押し込まれると共に、凹穴２５および連通孔２８内にも押し込まれる。そして点火時期で点火プラグ２０が点火されると、副室３２内の混合気が着火、燃焼する（これを副燃焼という）。これによって図４に示すように、トーチ状の火炎Ｈ１，Ｈ２が各噴口３３，３４から噴射される。

第１噴口３３から噴射された火炎Ｈ１は、図２にも示したように、主室１７内の中心部から半径方向外側に向かって放射状に延びる。主室５内ではこれら火炎Ｈを起点として、様々な箇所で着火、燃焼が起きる（これを主燃焼という）。従って一般的な火花点火式内燃機関（第１比較例という）のように一箇所の点火プラグを起点として燃焼させる場合に比べ、燃焼速度を速められ、燃焼開始から燃焼終了までの燃焼時間を短くすることができ、筒内圧を急速に高めることができる。よって、第１比較例において同一タイミングで点火した場合よりも筒内圧ピーク値を上昇させることができる。

一方、第２噴口３４から噴射された火炎Ｈ２は、凹穴２５内に向かって下方に延び、凹穴２５内の混合気を着火、燃焼させる。これによってできた火炎は、複数の連通孔２８を通じた後、その他端２８Ｂから凹部２６内に噴射される。そして火炎Ｈ１と共に、主室１７の最外周端部の混合気（エンドガスといい、符号Ｇで略示する）を着火、燃焼させる。

ところで、第１噴口３３からの半径方向の距離が最も離れた最外周端部のエンドガスＧには、第１噴口３３からの火炎Ｈ１が伝播しづらい。また、火炎Ｈ１の圧力によりエンドガスＧがシリンダ１２の内壁に押し付けられ、エンドガスＧの圧力が急激に上昇する。そのため、エンドガスＧが火炎Ｈ１によって着火される前に、自己着火し、これによりノッキングが発生する虞がある。

しかし本実施形態では、第２噴口３４から噴射された火炎Ｈ２により凹穴２５内の混合気を着火、燃焼させ、これによってできた火炎を、連通孔２８を通じて主室１７の最外周端部に噴射させることができる。よって、火炎を速やかにエンドガスＧに到達させ、その火炎でエンドガスＧを、自己着火する前に着火させることができる。また、火炎Ｈ１によりエンドガスＧの圧力が上昇しようとしても、エンドガスＧが連通孔２８内に浸入して逃げることができるため、エンドガスＧの圧力上昇を抑制することができる。これらにより、エンドガスＧの自己着火によるノッキングを抑制することができる。

また、本実施形態ではエンドガスＧの燃焼を促進できるため、エンドガスＧが未燃のまま排出されて未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）排出量が増加し、排気エミッションが悪化することを抑制できる。

また、ノッキングを抑制できればその分、点火時期を進角することができるので、熱効率を向上し、排気エミッションをさらに改善することができる。

本実施形態では、図４に示すように、プラグケーシング３０が凹穴２５に挿入される前の（すなわち、プラグケーシング３０が凹穴２５から抜けたタイミングでの）比較的早い点火時期の場合であっても、第２噴口３４から凹穴２５内に火炎Ｈ２を噴射し、この火炎Ｈ２により凹穴２５内の混合気を着火、燃焼させることができる。よって凹穴２５内の混合気を有効活用し、エンジンの熱効率と燃費を向上することが可能である。

図５は、図３と同一タイミングのエンジンを示し、比較的遅い点火時期（例えば圧縮上死点）で点火が行われたときの燃焼の様子を示す。この場合の燃焼形態は図４に示した例とほぼ同様である。特に、第１噴口３３が凹穴２５より高い位置に位置されるため、第１噴口３３から噴射された火炎Ｈ１を、凹穴２５の内面に干渉させることなく、主室１７の最外周端部まで速やかに到達させることができる。よってエンドガスＧを自着火前に燃焼させ、ノッキングを抑制することができる。またエンドガスＧの燃え残りを抑制して排気エミッション悪化を抑制することができる。

図５の場合には、図４の場合よりもエンドガスＧの圧力が高まっているため、エンドガスＧが自着火し易く、ノッキングが発生し易い。しかし本実施形態では、前記同様、連通孔２８を通じた火炎でエンドガスＧを着火させることができる。また火炎Ｈ１によりエンドガスＧの圧力が上昇しようとしても、エンドガスＧが連通孔２８内に浸入して逃げられるため、その圧力上昇を抑制することができる。これらにより、エンドガスＧの自着火によるノッキングを抑制することができる。

ところで本実施形態では、凹穴２５を、シリンダ１２内に突出されたプラグケーシング３０と相似形状としている。これにより図３から理解されるように、プラグケーシング３０の挿入時に凹穴２５とプラグケーシング３０の半径方向の隙間を最小に抑えつつ、凹穴２５とプラグケーシング３０の軸方向の隙間を最適な形状および大きさに設定できる。これにより望ましい燃焼形態を実現できる。また、本実施形態と異なりプラグケーシング３０を凹穴２５の底面部２５Ｂ近傍まで挿入する場合には、凹穴２５とプラグケーシング３０の軸方向の隙間の容積を、相似形状としない場合に比べて小さく設定できる。

なお、プラグケーシング３０の挿入時、凹穴２５とプラグケーシング３０の軸方向の隙間の容積を大きくすると、連通孔２８の他端２８Ｂから噴射される火炎の持続時間を長くできる一方、点火から火炎噴射開始までのタイミングは遅れる。容積を小さくした場合にはその逆である。

図６には各種エンジンにおける熱発生率の変化の様子を示す。横軸はクランク角、ＴＤＣは圧縮上死点、縦軸は熱発生率である。線ａは一般的な火花点火式内燃機関（第１比較例）の場合である。なお熱発生率は筒内圧（シリンダ１２内圧力）と相関関係にある。

線ｂは、特許文献１の火花点火式内燃機関（第２比較例という）の場合である。すなわち、シリンダ内に突出された中心電極と、接地電極としてのピストン凹穴とを備えた火花点火式内燃機関の場合である。この場合、熱発生率のピークＰｂは第１比較例のピークＰａより低下するものの、有効燃焼期間Ｔｂは第１比較例の有効燃焼期間Ｔａより長くなる傾向にある。ここで有効燃焼期間とは、ピーク時の熱発生率を１００％としたときに所定割合（例えば１０％）以上の熱発生率となるクランク角期間のことをいう。

線ｃは、点火プラグ２０とプラグケーシング３０を備えるが凹穴２５は備えない火花点火式内燃機関（第３比較例という）の場合である。この場合、熱発生率のピークＰｃは第１比較例のピークＰａより増大するものの、有効燃焼期間Ｔｃは第１比較例の有効燃焼期間Ｔａより短くなる傾向にある。

線ｄは、本実施形態の火花点火式内燃機関の場合である。この場合、第２比較例と第３比較例を組み合わせたような特性とすることができる。すなわち、熱発生率のピークＰｄを第３比較例のピークＰｃよりは低いが、第１比較例のピークＰａより高くすることができる。その一方で、有効燃焼期間Ｔｄを、第２比較例の有効燃焼期間Ｔｂよりは短いが、第１比較例の有効燃焼期間Ｔａより長くすることができる。

よって本実施形態によれば、第１比較例と比べ、より高い熱発生率を、機械効率の良い遅いタイミングに向かってより長く持続することができ、エンジンの熱効率を向上できる。

ここで、機械効率の良い遅いタイミングについて説明する。図７に示すように、第１比較例においてピークＰａが発生する、圧縮上死点に近い直後のタイミングは、筒内圧Ｐｚをクランクシャフトのトルクに変換する際の機械効率が必ずしも良好とは言えない。筒内圧Ｐｚは、ピストン１３に対する下向きの力を発生させ、この力はコンロッド４１を通じてクランクシャフト４２に伝達され、クランクシャフト４２を回転させるためのトルクに変換される。しかし当該タイミングだと、クランクシャフト中心およびクランクピン中心を結ぶクランク半径Ｒと、コンロッド中心軸Ｃｃとがなす角度θが９０°よりかなり大きく、１８０°付近となっている。このため、クランクシャフト４２にかかる力のモーメントを計算する際の腕の長さｒは、クランク半径Ｒよりかなり短くなり、大きな筒内圧Ｐｚを与えても、クランクシャフト４２にはそれ程大きなトルクが与えられない。それ故、筒内圧をクランクシャフトのトルクに変換する際の機械効率（以下、単に機械効率という）は必ずしも良好と言えない。

仮に点火時期を進角して筒内圧ピーク値を上昇させても、筒内圧ピーク発生タイミングはそれ程変わらず、むしろ進角されていくので、角度θが増大し、腕の長さｒが短くなる方向に変化する。従って進角量に対するトルクの増加率はそれ程大きくなく、点火時期を進角しても、トルクはそれ程大きくならず、エンジンの熱効率を向上するのが困難である。

一方、図８には、機械効率が最大となる時期（機械効率最大時期という）でのピストン１３、コンロッド４１およびクランクシャフト４２の位置を示す。この時期は、図７に示した時期より遅れた時期である。この時期では、クランク半径Ｒとコンロッド中心軸Ｃｃとがなす角度θが９０°に等しい。このため、クランクシャフト４２にかかる力のモーメントを計算する際の腕の長さｒが、クランク半径Ｒに等しくなり、機械効率は最大となる。それ故、機械効率最大時期にできるだけ近い時期で筒内圧ピークすなわち熱発生率ピークが発生するよう、点火時期を制御することにより、エンジンの熱効率を向上することができる。

図６に示すように、本実施形態（線ｄ）によれば、第１比較例のピークＰａより高い熱発生率を、そのピークＰａより遅れた時期まで、長く維持することができる。よって機械効率の良い時期に高い筒内圧を、ピストン１３に長時間印加することができ、エンジンの熱効率を著しく向上することが可能である。

なお、機械効率最大時期は例えば圧縮上死点後４５〜８０°の範囲内における時期である。例えば連桿比３．１のエンジンの場合、圧縮上死点後７０°という時期を例示することができる。

次に、変形例を説明する。なお前記基本実施形態と同様の部分には図中同一符号を付して説明を割愛し、以下、基本実施形態との相違点を主に説明する。

図９に示す第１変形例では、第１噴口３３の高さ位置が基本実施形態よりも下方の位置に変更されている。そして第１噴口３３は、図示するようにピストン１３が圧縮上死点にあるとき、凹穴２５内に位置され、言い換えれば、凹穴２５と軸方向にオーバーラップするような高さ位置に位置される。第１噴口３３の高さ位置は、具体的には筒部３０Ａの下端の位置とされている。

この場合、図示例のように圧縮上死点で第１噴口３３から火炎Ｈ１が噴射されると、火炎Ｈ１は凹穴２５（具体的には筒部２５Ａ）の内面に衝突し、すなわち凹穴２５の内面に干渉し、上下に分割される。

上方に分割された火炎Ｈ１は、前記同様、主室１７内を半径方向外側に向かって進み、エンドガスＧに到達する。他方、下方に分割された火炎Ｈ１は、第２噴口３４から噴射された火炎Ｈ２と共に、凹穴２５内の混合気を着火、燃焼させる。

このように、第１噴口３３は圧縮上死点のときに全部または一部が凹穴２５内に位置されても構わない。第１噴口３３が凹穴２５内に位置されるのは、圧縮上死点付近の極短い期間であり、その期間内に第１噴口３３から火炎Ｈ１が噴射されるのは比較的希と考えられるからである。すなわち、火炎Ｈ１の噴射タイミングは点火時期に依存し、点火時期から僅かな着火遅れ期間等を経て火炎噴射が実行される。火炎干渉が起こるのは、圧縮上死点に極近い直前から直後までの間に点火時期が設定されたケースだけであり、これはレアケースと考えられる。大抵の場合、第１噴口３３が凹穴２５から外れたタイミングで火炎噴射が実行されるため、第１変形例の構成は特段問題ない。

また、図９の圧縮上死点の位置からピストン１３が少しだけ下降して図１０の位置になったとき、第１噴口３３が凹穴２５から外れる。この時期にも火炎噴射が持続していれば、火炎Ｈ１は基本実施形態と同様、凹穴２５の内面に干渉せずに進行するようになる。

因みに前述したように、機械効率向上の観点からすれば、燃焼はできるだけ機械効率最大時期に近いタイミングで行わせるのがよい。そのため点火時期を、圧縮上死点より後の時期に設定することができる。こうすると第１変形例でも、火炎Ｈ１の噴射タイミングを、第１噴口３３が凹穴２５から外れたタイミングとすることができる。そして基本実施形態と同様の燃焼形態を得られる。

次に、図１１に示す第２変形例では、連通孔２８の周方向位置が第１噴口３３と異なる周方向位置とされている。具体的には、隣り合う一対の第１噴口３３の丁度中間となる周方向位置に、連通孔２８が設けられ、連通孔２８の他端２８Ｂが開口されている。なお連通孔２８の間隔と個数は基本実施形態と同様であるが、変更してもよい。

これによれば、隣り合う一対の火炎Ｈ１の中間に位置するエンドガスＧに対し、連通孔２８の他端２８Ｂから出た火炎Ｈ２を直接、作用させることができるので、火炎Ｈ１では着火しづらい位置にあるエンドガスＧを、別の火炎Ｈ２で効果的に着火、燃焼させることができる。これにより、さらなるノッキング抑制と排気エミッション向上を図れる。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態および変形例は他にも様々考えられる。

（１）例えば、プラグケーシング３０の底面部３０Ｂと、凹穴２５の底面部２５Ｂとの少なくとも一方は、半球状でなくてもよく、他の形状（例えば平面状）であってもよい。

（２）また凹穴２５と、シリンダ１２内に突出されたプラグケーシング３０とは、必ずしも相似形状でなくてもよく、互いに異なる形状であってもよい。また上述以外の形状であってもよい。

本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１０ 内燃機関
１２ シリンダ
１３ ピストン
１３Ａ 頂面
１４ シリンダヘッド
２０ 点火プラグ
２５ 凹穴
２５Ｂ 底面部
２６ 凹部
２８ 連通孔
２８Ａ 一端
２８Ｂ 他端
３０ プラグケーシング
３０Ｂ 底面部
３２ 副室
３３ 第１噴口
３４ 第２噴口

Claims (8)

1. ピストン、シリンダおよびシリンダヘッドにより画成された主室と、
   点火プラグと、
   前記点火プラグが収容され、副室を画成すると共に、前記シリンダヘッドから前記シリンダ内に突出されたプラグケーシングと、
   前記ピストンの頂面に設けられ、前記ピストンの昇降動作に応じて前記プラグケーシングが挿抜される凹穴と、
   前記プラグケーシングに設けられ、前記主室内に向けられた第１噴口と、
   前記プラグケーシングに設けられ、前記凹穴内に向けられた第２噴口と、
   を備えたことを特徴とする燃焼室構造。
2. 前記第２噴口は、前記プラグケーシングの底面部に設けられて前記凹穴内の底面部に向けられる
   請求項１に記載の燃焼室構造。
3. 前記第２噴口は、シリンダ軸と平行に延びる
   請求項１または２に記載の燃焼室構造。
4. 前記第１噴口は、前記ピストンが圧縮上死点にあるときに前記凹穴より高い位置に位置されるよう、前記プラグケーシングに配置されている
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃焼室構造。
5. 前記ピストンの内部に設けられ、前記凹穴の底面部付近で開口する一端と、前記ピストンの頂面の最外周端部で開口する他端とを有する連通孔をさらに備える
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃焼室構造。
6. 前記ピストンの頂面の最外周端部に凹部が設けられ、前記連通孔の他端は前記凹部で開口する
   請求項５に記載の燃焼室構造。
7. 前記凹穴は、前記シリンダ内に突出された前記プラグケーシングと相似形状である
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃焼室構造。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃焼室構造を備える火花点火式内燃機関。

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