JP4453024B2 - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、筒内噴射式内燃機関に関するものである。

着火性を向上する従来の技術として、特許文献１に開示されたものがある。特許文献１には、接地電極の先端を先細のテーパ状にするとともに、中心電極の先端に小径の貴金属のチップを突出して溶接することにより、電極表面による消炎作用を抑え、着火性を向上している。

ところで、近年、燃費等の向上のため、例えばスプレーガイド式の燃焼法などの希薄な混合気を点火させる成層燃焼法が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。ここで、成層燃焼法は、圧縮行程後半において燃料を燃焼室内へ直接噴射することによって着火性の良好な可燃混合気を点火プラグ近傍だけに形成し、燃焼室内全体としてリーンな混合気を燃焼する燃焼法である。また、スプレーガイド式の燃焼法は、燃料噴射弁により燃料を点火プラグ側に直接噴射して、当該燃料を含む混合気を着火させる成層燃焼法である。
特開平５−１５９８５６号公報 特表２００２−５３９３６５号公報 特開２００５−１０５８７７号公報

ここで、特許文献１に記載の技術は、吸気行程中に燃料を噴射することにより燃焼室内に理論空燃比の均質混合気を形成する均質燃焼法においては、着火性の向上効果が得られる。しかし、成層燃焼法、特にスプレーガイド式の燃焼法においては、着火領域（中心電極と接地電極との間の領域）における混合気の流速が大きいため、失火する可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、成層燃焼法を行う場合であっても、確実に混合気を着火させることができる筒内噴射式内燃機関を提供することを目的とする。

本発明の筒内噴射式内燃機関は、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、点火プラグと、ガス流速減衰流路とを備える。ここで、点火プラグは、中心電極と、中心電極との間に所定の着火領域を形成する接地電極とを備え、燃料噴射弁から直接噴射された燃料を含む混合気を着火するものである。混合気の着火直前における混合気の気流に着目した場合に、ガス流速減衰流路は、着火領域より当該混合気の気流の上流側に形成される。さらにガス流速減衰流路は、少なくとも対向する２面の壁面に挟まれて形成される流路である。

ここで、着火直前における混合気は、ガス流速減衰流路を流通した後に、着火領域に流通する。そして、ガス流速減衰流路は、少なくとも対向する２面の壁面により挟まれた流路であるので、通過する混合気の流速を減衰させる効果を発揮する。これは、壁面と混合気との間に生じる摩擦作用によるものである。

従って、着火領域を流通する混合気の流速は、ガス流速減衰流路に流入する混合気の流速に比べて減衰している。このように、着火領域を流通する混合気の流速を減衰させることができるので、成層燃焼法を行う場合であっても、着火領域を流通する混合気を確実に着火することができる。なお、混合気の着火時とは、中心電極に高圧電圧が印加されることにより、着火領域にて放電を起こし、着火領域に存在する混合気が着火する時をいう。そして、着火直前とは、混合気の着火時の直前の時期をいう。

また、上述したガス流速減衰流路は、点火プラグにより形成されている。これにより、ガス流速減衰流路を形成するために、点火プラグ以外の別部品を設ける必要がなくなる。つまり、ガス流速減衰流路を形成する壁面は、点火プラグの一部品となる。その結果、部品数の低減、製造工数の低減を図ることができる。

また、ガス流速減衰流路を点火プラグの一部品により形成するために、点火プラグは、中心電極を保持する保持部を備え、接地電極は、保持部の端面に対向して配置され、ガス流速減衰流路を形成する壁面は、中心電極の保持部の端面と、保持部の端面に対向する接地電極の面を含むようにしている。

つまり、着火領域とガス流速減衰流路の何れも、接地電極により形成されている。すなわち、着火領域とガス流速減衰流路とは、隣り合う位置に形成されることになる。換言すると、着火領域を基準にして着火直前における混合気の気流の直上流側に、ガス流速減衰流路が形成されている。従って、ガス流速減衰流路により流速が減衰した混合気が、着火領域を流通することになる。これにより、成層燃焼法を行う場合であっても、着火領域を流通する混合気を確実に着火することができる。

また、着火領域は、ガス流速減衰流路内であって、混合気の着火直前における混合気のガス流速減衰流路の気流方向の中心より下流側に形成されるようにするとよい。これにより、着火領域を流通する混合気は、ガス流速減衰流路を通過している混合気に限られる。そして、着火領域がガス流速減衰流路の気流方向の中心より下流側に形成されることにより、着火領域を流通する混合気の流速はガス流速減衰流路の気流方向の中心より上流側にて確実に減衰する。このように、着火領域を流通する混合気の流速は確実に減衰するため、確実に着火領域を流通する混合気を着火することができる。

そして、着火領域がガス流速減衰流路内に形成される場合の例として、ガス流速減衰流路を形成する壁面が、中心電極の保持部の端面と保持部の端面に対向する接地電極の面を含む場合には、以下のようにしてもよい。すなわち、中心電極が、ガス流速減衰流路内に配置され、且つ、混合気の着火直前における混合気のガス流速減衰流路の気流方向の中心より下流側に配置されるようにしてもよい。このように中心電極を配置することで、着火領域をガス流速減衰流路内に形成でき、且つ、着火領域をガス流速減衰流路の中心より下流側に配置することができる。

なお、上述においては、着火領域をガス流速減衰流路内に形成するとしたが、もちろんこの場合に限られるものではない。例えば、着火領域とガス流速減衰流路とが、僅かに離れている構成としてもよい。すなわち、着火領域とガス流速減衰流路との間に僅かな空隙が存在する構成としてもよい。ただし、上述した着火領域をガス流速減衰流路内に形成する構成の方が、着火領域を流通する混合気の流速を減衰できることに加えて、着火領域における混合気の気流が安定するため、着火性は向上する。

また、前記ガス流速減衰流路を形成する前記壁面の対向距離は、前記混合気の着火直前における前記混合気の気流の上流側より下流側の方が大きくしてもよい。これにより、ガス流速減衰流路を流通する混合気の流速をさらに効果的に減衰させることができる。その結果、着火領域を流通する混合気の流速をさらに減衰させることができるので、より確実に混合気を着火することができる。

また、ガス流速減衰流路は、着火領域より燃料噴射弁の噴射口側に形成してもよい。つまり、上述した着火領域より混合気の着火直前における混合気の気流の上流側は、着火領域より前記燃料噴射弁の噴射口側であるということになる。これにより、着火領域とガス流速減衰流路の配置設計を容易にすることができる。

もちろん、ガス流速減衰流路の着火領域に対する形成位置は、吸気若しくはピストン駆動に起因して発生するタンブル流若しくはスキッシュ流などを考慮するとよい。なお、燃焼室内の混合気の気流は、計測・解析などにより把握することができる。この場合、混合気は、確実にガス流速減衰流路を流通した後に着火領域を流通することになる。つまり、着火領域を流通する混合気の流速を、ガス流速減衰流路により確実に減衰させることができる。

本発明の筒内噴射式内燃機関によれば、中心電極の保持部の端面と、保持部の端面に対向する接地電極の面を含む２面の壁面に挟まれ、点火プラグにより形成されたガス流速減衰流路を形成することにより、着火領域を流通する混合気の流速を減衰させることができる。従って、成層燃焼法を行う場合であっても、着火領域を流通する混合気を確実に着火することができる。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

（１）第１実施形態
（１．１）筒内噴射式内燃機関の全体構成
本発明のスプレーガイド式の燃焼法を用いた第１実施形態の筒内噴射式内燃機関について説明する。本実施形態における筒内噴射式内燃機関（以下、「エンジン」という）１０については、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態のエンジン１０の構成などを示す図である。

まず、スプレーガイド式の燃焼法について、簡単に説明する。スプレーガイド式の燃焼法は、燃料噴射弁６から噴射された燃料をピストン２などの燃焼室２０を形成する壁に衝突させることなく、点火プラグ７側に直接噴射して、この燃料を含む混合気を点火プラグ７により着火させる成層燃焼法である。

このようなスプレーガイド式の燃焼法に用いるエンジン１０は、図１に示すように、シリンダブロック１と、ピストン２と、シリンダヘッド３と、吸気弁４と、排気弁５と、燃料噴射弁６と、点火プラグ７とから構成される。なお、シリンダブロック１の内周壁、ピストン２の頂面、およびシリンダヘッド３の天井内壁により、エンジン１０の燃焼室２０を区画している。

シリンダブロック１は、シリンダを形成している。ピストン２は、シリンダ内を図１の上下方向に往復移動する。シリンダヘッド３は、シリンダブロック１のシリンダを閉塞するように配置されている。このシリンダヘッド３には、燃焼室２０と連通し燃焼室２０へ吸入空気を導く通路である吸気ポート３ａと、燃焼室２０に連通し燃焼室２０内の燃焼ガス等を排出する通路である排気ポート３ｂとが形成されている。

吸気弁４は、吸気ポート３ａと燃焼室２０とを開閉可能に、シリンダヘッド３に配置されている。すなわち、この吸気弁４は、吸気管から吸気ポート３ａに導かれた吸入空気の燃焼室２０への流れを遮断および許容する。排気弁５は、燃焼室２０と排気ポート３ｂとを開閉可能に、シリンダヘッド３に配置されている。すなわち、この排気弁５は、燃焼室２０内に生成された燃焼ガス等の排気ポート３ｂへ流れを遮断および許容する。

燃料噴射弁６は、噴射口が燃焼室２０内に位置するようにシリンダヘッド３に取り付けられている。そして、燃料噴射弁６は、噴射口から燃料を燃焼室２０内に直接噴射する。具体的には、燃料噴射弁６は、点火プラグ７の中心電極７１と接地電極７２との対向空間に形成される着火領域７３に向けて燃料を噴射供給する。

点火プラグ７は、燃料噴射弁６に対して傾斜するようにして、シリンダヘッド３に配置されている。すなわち、燃料噴射弁６の弁軸と点火プラグ７のプラグ軸とが傾斜している。この点火プラグ７は、中心電極７１と、接地電極７２と、絶縁碍子７４（図２に示す）と、ハウジング７５とから構成される。中心電極７１は、非常に大きなエネルギーが投下される電極である。接地電極７２は、中心電極７１との間に着火領域７３を隔てて配置され、且つ、中心電極７１に対向して配置された電極である。絶縁碍子７４は、中心電極７１の外周を保持する絶縁部材である。ハウジング７５は、絶縁碍子７４の外周を保持すると共に、接地電極７２を固定している。そして、点火プラグ７は、燃料噴射弁６から燃料が噴射された時（着火時期）に、中心電極７１にエネルギーが投下されることにより、着火領域７３にて放電して燃料を含む混合気を着火する。なお、点火プラグ７の先端部分、すなわち、中心電極７１、接地電極７２、絶縁碍子７４及びハウジング７５の詳細については、以下に説明する。

（１．２）点火プラグ７の先端部分の詳細構成
次に、点火プラグ７の先端部分の詳細構成について、図２を参照して説明する。図２は、点火プラグ７の先端部分の拡大斜視図を示す。ここで、以下、上側は、図２における上側を示し、下側は、図２における下側を示す。また、図２における上下方向は、点火プラグ７の軸方向であるので、以下、プラグ軸方向という。また、図２において、右側から左側に向かう方向（図２の矢印）が、点火プラグ７による着火時期の直前（以下、「着火直前」という）における点火プラグ７の先端部分の混合気の気流を示す。以下、図２における左側を混合気の気流の上流側といい、右側を混合気の気流の下流側という。

まず、着火直前における点火プラグ７の先端部分の混合気の気流について説明する。混合気の着火直前における点火プラグ７の先端部分（特に、着火領域７３）の混合気の気流は、燃料噴射弁６から噴射される燃料の噴射方向、吸気弁４から燃焼室２０内に吸入される吸入空気の流れ、及び、ピストン２の駆動などにより影響を受ける。そして、点火プラグ７の先端部分の混合気の気流は、実際の燃焼室２０内の気流計測やシミュレーション解析などにより、把握することができる。

そして、点火プラグ７の先端部分の詳細構成について説明する。図２に示すように、ハウジング７５は、略円筒状をなしている。そして、このハウジング７５の内周側には、略円筒状からなる絶縁碍子７４が保持されている。この絶縁碍子７４の下端側は、僅かに先細形状をなしている。そして、絶縁碍子７４の下端面は、プラグ軸方向に略垂直な円形平面をなしている。また、絶縁碍子７４の下端側は、ハウジング７５の下端部分よりも下方側に突出している。

中心電極７１は、絶縁碍子７４の外径に比べて非常に小さな外径からなる略棒状をなしている。この中心電極７１は、絶縁碍子７４の下端面から下方側へ僅かに突出し、且つ、プラグ軸方向に延在するように配置されている。さらに、中心電極７１は、絶縁碍子７４の下端面のうち中心（円形平面の中心）よりも混合気に気流の下流側に偏心した位置に配置されている。

接地電極７２は、図２の左側から見た場合に、略Ｌ字型をなしている。さらに、接地電極７２の図２の手前側から見た幅（図２の左右方向幅）は、絶縁碍子７４の外径とほぼ同程度の幅からなる。この接地電極７２は、具体的には、プラグ軸方向に延在する基部７２ａと、基部７２ａの下端からプラグ軸直交方向に延在する水平部７２ｂとから構成される。ここで、基部７２ａは、上端側がハウジング７５の下端に一体的に固定されている。そして、基部７２ａのプラグ軸心側の面が、絶縁碍子７４の下端部の外周面に対向している。

また、接地電極７２の水平部７２ｂは、絶縁碍子７４の下端面に対向するように、絶縁碍子７４の下方側に図２の水平方向に配置されている。さらに、接地電極７２の水平部７２ｂの図２の左右方向幅は、絶縁碍子７４の外径とほぼ同程度の幅からなるので、接地電極７２の水平部７２ｂの上面は、絶縁碍子７４の下端面のほぼ全面に対して対向している。ここで、水平部７２ｂと絶縁碍子７４との間に形成される空隙は、ガス流速減衰流路７６という。このガス流速減衰流路７６は、絶縁碍子７４の下端面、接地電極７２の水平部７２ｂの上面、及び接地電極７２の基部７２ａのプラグ軸心側の面により形成されている。つまり、ガス流速減衰流路７６は、略コの字型の壁面により形成されている。そして、ガス流速減衰流路７６は、混合気の気流方向に形成されていることになる。ここで、本発明における壁面とは、ガス流速減衰流路７６を形成する絶縁碍子７４の下端面、接地電極７２の水平部７２ｂの上面、及び接地電極７２の基部７２ａのプラグ軸心側の面となる。

さらに、接地電極７２の水平部７２ｂは、中心電極７１の下端面に対向するように、中心電極７１の下方側に配置されている。つまり、中心電極７１の下端面と接地電極７２の水平部７２ｂの上面との間には、放電を起こして混合気を着火させる着火領域７３が形成されている。つまり、本実施形態においては、着火領域７３は、ガス流速減衰流路７６内であって、ガス流速減衰流路７６の中心より混合気の気流の下流側に形成されていることになる。ただし、本実施形態においては、着火領域７３より混合気の気流の上流側とは、着火領域７３より燃料噴射弁６の噴射口側としている。ここでは、混合気の着火直前における着火領域の混合気の気流は、燃料噴射弁６の噴射口から噴射される燃料の噴流に起因するところが大きいからである。

なお、絶縁碍子７４の下端面と接地電極７２の水平部７２ｂの上面とのプラグ軸方向の対向距離は、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。すなわち、ガス流速減衰流路７６のプラグ軸方向の間隔が、１ｍｍ〜２ｍｍ程度となる。また、絶縁碍子７４の下端面のうち混合気の気流の最上流側の位置から中心電極７１までの混合気の気流方向の距離（以下、「ガス流速減衰距離」という）は、例えば、５ｍｍ程度としている。

（１．３）ガス流速減衰距離と着火領域７３における混合気の流速との関係
次に、ガス流速減衰距離Ｌと着火領域７３における混合気の流速との関係について、図３を参照して説明する。図３は、ガス流速減衰距離Ｌと着火領域７３における混合気の流速との関係を示す図である。

図３に示すように、ガス流速減衰距離Ｌが増加するほど、着火領域７３における混合気の流速は、減衰している。この理由について説明する。上述したように、着火領域７３は、ガス流速減衰流路７６の中心より混合気の気流の下流側に形成されている。従って、混合気が着火領域７３を流通する前には、ガス流速減衰流路７６を通過することになる。そして、ガス流速減衰流路７６は、少なくとも絶縁碍子７４の下端面及び接地電極７２の水平部７２の上面により形成される狭い流路である。従って、混合気がガス流速減衰流路７６を流通する際には、混合気とガス流速減衰流路７６を形成する面との摩擦作用により、混合気の流速が減衰する。そして、ガス流速減衰距離Ｌが長いほど、両者の摩擦効果が大きくなるため、着火領域７３における混合気の流速が小さくなる。

そして、図３において、着火領域７３における混合気の流速がＶ１以下であれば確実に混合気を着火することができる場合、ガス流速減衰距離ＬはＬ１以上とすればよいことになる。

（１．４）効果
以上説明したように、本実施形態のエンジン１０によれば、着火領域７３をガス流速減衰流路７６の中心より混合気の気流の直下流側に形成することにより、着火領域７３へ流入する前にガス流速減衰流路７６にて混合気の流速を減衰させることができる。そして、着火領域７３を流通する混合気の流速を減衰させることができるので、成層燃焼法を行う場合であっても、着火領域７３を流通する混合気を確実に着火することができる。

（２）第２実施形態
次に、第２実施形態の点火プラグ１７について図４を参照して説明する。図４は、第２実施形態の点火プラグ１７の先端部分の拡大斜視図である。ここで、第２実施形態の点火プラグ１７において、第１実施形態の点火プラグ１７と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、以下、上側は、図４における上側を示し、下側は、図４における下側を示す。また、図４における上下方向は、点火プラグ１７の軸方向であるので、以下、プラグ軸方向という。また、図４において、右側から左側に向かう方向（図４の矢印）が、点火プラグ１７による着火時期の直前（以下、「着火直前」という）における点火プラグ１７の先端部分の混合気の気流を示す。以下、図４における左側を混合気の気流の上流側といい、右側を混合気の気流の下流側という。

点火プラグ１７は、燃料噴射弁６に対して傾斜するようにして、シリンダヘッド３に配置されている。すなわち、燃料噴射弁６の弁軸と点火プラグ１７のプラグ軸とが傾斜している。この点火プラグ１７は、中心電極７１と、接地電極１７２と、絶縁碍子７４と、ハウジング７５とから構成される。

図４に示すように、接地電極１７２は、中心電極７１との間に着火領域７３を隔てて配置され、且つ、中心電極７１に対向して配置された電極である。具体的には、接地電極１７２は、図４の左側から見た場合に、上側が開口される略コの字型をなしている。さらに、接地電極１７２の図４の手前側から見た幅（図４の左右方向幅）は、絶縁碍子７４の外径とほぼ同程度の幅からなる。この接地電極１７２は、具体的には、プラグ軸方向に延在する第１基部１７２ａと、第１基部１７２ａに絶縁碍子７４を挟んで対向する第２基部１７２ｂと、第１基部１７２ａの下端及び第２基部１７２ｂの下端からプラグ軸直交方向に延在する水平部１７２ｃとから構成される。

ここで、第１基部１７２ａは、具体的には、上端側がハウジング７５の下端に一体的に固定されている。そして、第１基部１７２ａのプラグ軸心側の面が、絶縁碍子７４の下端部の外周面に対向している。第２基部１７２ｂは、具体的には、上端側がハウジング７５の下端に一体的に固定されている。そして、第２基部１７２ｂのプラグ軸心側の面が、絶縁碍子７４の下端部の外周面に対向すると共に、この絶縁碍子７４を介して、第１基部１７２ａのプラグ軸心側の面に対向している。そして、第１基部１７２ａ及び第２基部１７２ｂの図４の左右方向幅は、絶縁碍子７４の外径とほぼ同程度の幅からなるので、第１基部１７２ａと第２基部１７２ｂとにより挟まれる空隙に絶縁碍子７４の下端側が位置する関係となる。

また、接地電極１７２の水平部１７２ｃは、絶縁碍子７４の下端面に対向するように、絶縁碍子７４の下方側に図４の水平方向に配置されている。さらに、接地電極１７２の水平部１７２ｃの図４の左右方向幅は、絶縁碍子７４の外径とほぼ同程度の幅からなるので、接地電極１７２の水平部１７２ｃの上面は、絶縁碍子７４の下端面のほぼ全面に対して対向している。ここで、水平部１７２ｃと絶縁碍子７４との間に形成される空隙は、ガス流速減衰流路１７６という。このガス流速減衰流路１７６は、絶縁碍子７４の下端面、接地電極１７２の水平部１７２ｃの上面、接地電極１７２の第１基部１７２ａのプラグ軸心側の面、及び接地電極１７２の第２基部１７２ｂのプラグ軸心側の面により形成されている。つまり、ガス流速減衰流路１７６は、略矩形型の壁面（管状壁面）により形成されている。そして、ガス流速減衰流路１７６は、混合気の気流方向に形成されていることになる。ここで、第２実施形態において、本発明における壁面とは、ガス流速減衰流路１７６を形成する絶縁碍子７４の下端面、接地電極１７２の水平部１７２ｃの上面、接地電極１７２の第１基部１７２ａのプラグ軸心側の面、及び接地電極１７２の第２基部１７２ｂのプラグ軸心側の面となる。

さらに、接地電極１７２の水平部１７２ｃは、中心電極７１の下端面に対向するように、中心電極７１の下方側に配置されている。つまり、中心電極７１の下端面と接地電極１７２の水平部１７２ｃの上面との間には、放電を起こして混合気を着火させる着火領域７３が形成されている。つまり、本実施形態においては、着火領域７３は、ガス流速減衰流路１７６内であって、ガス流速減衰流路１７６の中心より混合気の気流の下流側に形成されていることになる。

なお、絶縁碍子７４の下端面と接地電極１７２の水平部１７２ｃの上面とのプラグ軸方向の対向距離は、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。すなわち、ガス流速減衰流路１７６のプラグ軸方向の間隔が、１ｍｍ〜２ｍｍ程度となる。また、絶縁碍子７４の下端面のうち混合気の気流の最上流側の位置から中心電極７１までの混合気の気流方向の距離（以下、「ガス流速減衰距離」という）は、例えば、５ｍｍ程度としている。

このように、ガス流速減衰流路１７６を管状壁面により形成することで、ガス流速減衰流路１７６を流通する混合気は、ガス流速減衰流路１７６の周囲を流通する混合気による影響を受けにくい。従って、このように形成されたガス流速減衰流路１７６を流通する混合気は、確実に流速が減衰する。

（３）第３実施形態
次に、第３実施形態の点火プラグ２７について図５を参照して説明する。図５は、第３実施形態の点火プラグ２７の先端部分の拡大正面図である。ここで、第３実施形態の点火プラグ２７において、第１実施形態の点火プラグ２７と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、以下、上側は、図５における上側を示し、下側は、図５における下側を示す。また、図５における上下方向は、点火プラグ２７の軸方向であるので、以下、プラグ軸方向という。また、図５において、右側から左側に向かう方向（図５の矢印）が、点火プラグ２７による着火時期の直前（以下、「着火直前」という）における点火プラグ２７の先端部分の混合気の気流を示す。以下、図５における左側を混合気の気流の上流側といい、右側を混合気の気流の下流側という。

点火プラグ２７は、燃料噴射弁６に対して傾斜するようにして、シリンダヘッド３に配置されている。すなわち、燃料噴射弁６の弁軸と点火プラグ２７のプラグ軸とが傾斜している。この点火プラグ２７は、中心電極７１と、接地電極２７２と、絶縁碍子７４と、ハウジング７５とから構成される。

図５に示すように、接地電極２７２は、中心電極７１との間に着火領域７３を隔てて配置され、且つ、中心電極７１に対向して配置された電極である。具体的には、接地電極２７２は、図５の左側から見た場合に、略Ｌ字型をなしている。さらに、接地電極２７２の図５の手前側から見た幅（図５の左右方向幅）は、絶縁碍子７４の外径とほぼ同程度の幅からなる。この接地電極２７２は、具体的には、プラグ軸方向に延在する基部２７２ａと、基部２７２ａの下端からプラグ軸直交方向に延在する水平部２７２ｂとから構成される。ここで、基部２７２ａは、具体的には、上端側がハウジング７５の下端に一体的に固定されている。そして、基部２７２ａのプラグ軸心側の面が、絶縁碍子７４の下端部の外周面に対向している。

また、接地電極２７２の水平部２７２ｂは、絶縁碍子７４の下端面に対向するように、絶縁碍子７４の下方側に図５の略水平方向に配置されている。さらに、接地電極２７２の水平部２７２ｂの図５の左右方向幅は、絶縁碍子７４の外径とほぼ同程度の幅からなるので、接地電極２７２の水平部２７２ｂの上面は、絶縁碍子７４の下端面のほぼ全面に対して対向している。そして、接地電極２７２の水平部２７２ｂの上面は、混合気の気流の上流側から下流側に向かって、図５における下方側へ傾斜している。つまり、絶縁碍子７４の下端面と接地電極２７２の水平部２７２ｂの上面とのプラグ軸方向の対向距離は、混合気の気流の上流側が最も狭く、下流側に行くに従って徐々に拡大している。

ここで、水平部２７２ｂ絶縁碍子７４との間に形成される空隙は、ガス流速減衰流路２７６という。このガス流速減衰流路２７６は、絶縁碍子７４の下端面、接地電極２７２の水平部２７２ｂの上面、及び接地電極２７２の基部２７２ａのプラグ軸心側の面により形成されている。つまり、ガス流速減衰流路２７６は、略コの字型の壁面により形成されている。そして、ガス流速減衰流路２７６は、混合気の気流方向に形成されていることになる。さらに、上述したように、接地電極２７２の水平部２７２ｂの上面が、混合気の気流の上流側から下流側に向かって、図５における下方側へ傾斜している。つまり、ガス流速減衰流路２７６の面積は、混合気の気流の上流側が最も狭く、下流側に行くに従って拡大している。ここで、第３実施形態において、本発明における壁面とは、ガス流速減衰流路２７６を形成する絶縁碍子７４の下端面、接地電極２７２の水平部２７２ｂの上面、及び接地電極２７２の基部２７２ａのプラグ軸心側の面となる。

さらに、接地電極２７２の水平部２７２ｂは、中心電極７１の下端面に対向するように、中心電極７１の下方側に配置されている。つまり、中心電極７１の下端面と接地電極２７２の水平部２７２ｂの上面との間には、放電を起こして混合気を着火させる着火領域７３が形成されている。つまり、本実施形態においては、着火領域７３は、ガス流速減衰流路２７６内であって、ガス流速減衰流路２７６の中心より混合気の気流の下流側に形成されていることになる。つまり、ガス流速減衰流路２７６のうち混合気の気流の上流側よりも面積の大きな位置に、着火領域７３が形成されている。

このように、ガス流速減衰流路２７６の面積を混合気の気流の上流側から下流側につれて拡大することで、ガス流速減衰流路２７６を流通する混合気の流速は、上述した第１実施形態の場合よりもさらに減衰する。従って、着火領域７３における混合気の流速は、より減衰されることになり、着火性が向上する。

（４）その他
上記実施形態においては、着火領域７３がガス流速減衰流路７６、１７６、２７６内に形成されるようにしたが、これに限られるものではない。例えば、着火領域７３がガス流速減衰流路７６の外部に形成されるようにしてもよい。この場合、ガス流速減衰流路７６は、着火領域７３よりも着火直前における混合気の気流の上流側に形成されるようにすればよい。ただし、上記実施形態のように、着火領域７３をガス流速減衰流路７６内に形成する方が、混合気の流速の減衰性、混合気の気流の安定性などが良好となる。

また、上記実施形態においては、ガス流速減衰流路７６は、元々点火プラグ７を構成する部品により形成したが、別の部品を別途用いてもよいことはもちろんである。さらには、ガス流速減衰流路７６を形成する部品は、点火プラグ７以外の例えばシリンダヘッド３などに固定するようにしてもよい。ただし、元々点火プラグ７を構成する部品によりガス流速減衰流路７６を形成することで、部品点数を増加することを抑制できる。

また、上記実施形態においては、ガス流速減衰流路７６は、着火領域７３より燃料噴射弁６の噴射口側としている。これは、着火領域７３における混合気の気流方向は、着火領域７３と燃料噴射弁６の噴射口とを結ぶ方向にほぼ一致するためである。ただし、吸気若しくはピストン駆動に起因して発生するタンブル流若しくはスキッシュ流などの影響が強い場合には、これらを考慮した上で、ガス流速減衰流路７６と着火領域７３との位置を決定するとよい。具体的には、タンブル流やスキッシュ流などを考慮した上で、着火領域７３より着火直前における着火領域７３の混合気の気流の上流側にガス流速減衰流路７６を形成するとよい。

本実施形態のエンジン１０の構成などを示す図である。 第１実施形態の点火プラグ７の先端部分の拡大斜視図である。 ガス流速減衰距離Ｌと着火領域７３における混合気の流速との関係を示す図である。 第２実施形態の点火プラグ１７の先端部分の拡大斜視図である。 第３実施形態の点火プラグ２７の先端部分の拡大正面図である。

符号の説明

１：シリンダブロック、 ２：ピストン、 ３：シリンダヘッド、 ４：吸気弁、
５：排気弁、 ６：燃料噴射弁、 ７：点火プラグ、 １０：エンジン、
２０：燃焼室、 ７１：中心電極、 ７２、１７２、２７２接地電極、
７２ａ、２７２ａ：基部、 ７２ｂ、１７２ｃ、２７２ｂ：水平部、 ７３：着火領域、
７４：絶縁碍子、 ７５：ハウジング、 ７６、１７６、２７６：ガス流速減衰流路、
１７２ａ：第１基部、 １７２ｂ：第２基部

Claims (5)

1. 燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
   中心電極と、前記中心電極との間に所定の着火領域を形成する接地電極とを備え、前記燃料噴射弁から直接噴射された前記燃料を含む混合気を着火する点火プラグと、
   前記着火領域より前記混合気の着火直前における前記混合気の気流の上流側であって、少なくとも対向する２面の壁面に挟まれて形成されるガス流速減衰流路と、
   を備えた筒内噴射式内燃機関において、
   前記点火プラグは、前記中心電極を保持する保持部を備え、
   前記接地電極は、前記保持部の端面に対向して配置され、
   前記壁面は、前記中心電極の保持部の端面と、前記保持部の端面に対向する前記接地電極の面を含むことによって、前記ガス流速減衰流路は前記点火プラグにより形成されることを特徴とする筒内噴射式内燃機関。
2. 前記着火領域は、前記ガス流速減衰流路内であって、前記混合気の着火直前における前記混合気の前記ガス流速減衰流路の気流方向の中心より下流側に形成されることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射式内燃機関。
3. 前記中心電極は、前記ガス流速減衰流路内に配置され、且つ、前記混合気の着火直前における前記混合気の前記ガス流速減衰流路の気流方向の中心より下流側に配置されることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射式内燃機関。
4. 前記ガス流速減衰流路を形成する前記壁面の対向距離は、前記混合気の着火直前における前記混合気の気流の上流側より下流側の方が大きいことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の筒内噴射式内燃機関。
5. 前記着火領域より前記混合気の着火直前における前記混合気の気流の上流側は、前記着火領域より前記燃料噴射弁の噴射口側であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の筒内噴射式内燃機関。

Images