JP4473802B2

JP4473802B2 - 火花点火機関

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Publication number: JP4473802B2
Application number: JP2005268090A
Authority: JP
Inventors: 国彦井上; 徹武本
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2025-09-15
Also published as: EP1936144B1; WO2007032206A1; EP1936144A1; CN101243245B; KR100969738B1; US7856956B2; DE602006017573D1; CN101243245A; EP1936144A4; US20090133667A1; KR20080042169A; ES2354050T3; JP2007077902A

Description

本発明は、単室式燃焼室を備える火花点火機関に関する。

従来から、単室式燃焼室を備える火花点火機関には、希薄混合気を使用した場合でも、点火性能を安定させるために、燃料供給のない副室を設けた副室型点火プラグを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。このような火花点火機関においては、例えば図１５、図１６に示すように、シリンダヘッド２１とシリンダ２２内のピストン２３頂面との間に燃焼室２５を形成し、該燃焼室２５の上部に点火電極２７ａが位置するように、点火プラグ２７をシリンダヘッド２１に設けている。そして、点火プラグ２７の先端に複数の噴口２８ａ・２８ａ・・・を有するキャップ２８を点火電極２７ａを覆うように一体的に設けて、該キャップ２８内に噴口２８ａ・２８ａ・・・を介して燃焼室２５と連通する副室３０を形成していた。これにより、シリンダ２２内から副室３０内に流入した混合気を、点火プラグ２７の点火電極２７ａにて火花点火した際に、噴口２８ａ・２８ａ・・・から噴出する火炎は火炎ジェットとなって、大きな乱れを生みながら燃焼室２５内に伝播して当該燃焼室２５内の混合気を確実に燃焼させていた。このとき、前記火炎ジェットの乱れにより急速燃焼が実現可能となっていた。
特開平４−２８７８２６号公報

従来のような火花点火機関においては、点火プラグの下部先端に有底円筒状のキャップを一体的に設けて副室を形成するため、副室の直径は点火プラグの直径により制限されることになり、副室に有効な容積を確保するためには、高さを高くする必要があった。これにより、副室が縦横比の大きな縦長状となり、副室上側に設けられた点火電極による混合気の点火位置から副室下側に設けられる噴口までの距離が長くなって、点火位置付近に残留ガスが溜まりやすくなっていた。そのため、点火時期に副室内での点火や火炎の成長が、残留ガスの影響を受けて妨げられ、希薄混合気に対して安定した点火及び燃焼性能を得ることができなかった。

そこで本発明においては、従来に比べてより希薄な混合気でも運転を可能にし、安定した点火及び燃焼性能を有する火花点火機関を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、シリンダヘッド（１）の燃焼室（５）の略中心位置に、有底円筒状のスリーブ（６）を上下方向に嵌合し、該スリーブ（６）内に点火プラグ７を嵌装し、該点火プラグ（７）の点火電極（７ａ・７ｂ）を、シリンダ（２）内の単室式燃焼室（５）に臨む位置に配置した火花点火機関において、前記スリーブ（６）を有底円筒状に形成し、該スリーブ（６）の底部に点火プラグ（７）の点火電極を収容する副室（１０）を形成するとともに、該副室（１０）と前記燃焼室（５）とを連通する噴口（６ａ）を設け、該スリーブ（６）の底部を爆面（１ａ）よりも燃焼室（５）内に突出し、点火電極（７ａ・７ｂ）による点火位置（１２）を爆面（１ａ）付近とし、前記副室（１０）を構成するスリーブ（６）の内側底面から、該点火プラグ（７）の底面までの距離（Ｌ１）と、該副室（１０）の直径であるスリーブ（６）の内径の距離（Ｌ２）との比率である副室縦横比を、０．５〜１．０の範囲内に設定し、前記点火プラグ（７）の点火電極（７ａ・７ｂ）による混合気の点火位置（１２）の設定は、圧縮上死点より前の点火時期において、ピストン（３）の圧縮工程における上死点手前の点火時期の、該副室（１０）内に残留する圧縮された残留ガス量を、次の式から求め、
副室容積×点火時期におけるシリンダ容積（副室容積含む）／吸気弁閉時期におけるシリンダ容積（副室容積含む）
前記式で算出した圧縮された残留ガス量よりも、該副室（１０）の点火位置（１２）上方の容積が大きくなるように設定し、該副室（１０）の底面積は同じであるから、圧縮上死点前の点火時期において、該副室（１０）上面から該点火位置（１２）までの距離（Ｌ３）が、該副室（１０）上面から該副室（１０）内の上側の残留ガスの下端位置までの距離（Ｌ４）に対して、距離（Ｌ３）＞距離（Ｌ４）となるように設定し、該副室（１０）内に残留する残留ガスよりも下方の噴口（６ａ）側に配置したものである。

請求項２においては、請求項１記載の火花点火機関において、前記副室（１０）上面から点火位置（１２）までの距離（Ｌ３）を、副室の高さ（Ｌ１）で除算することにより算出する算出値を０．５〜０．８の範囲内に設定したものである。

請求項３においては、請求項１または請求項２に記載の火花点火機関において、前記副室（１０）の容積を、圧縮上死点時における前記燃焼室（５）の容積で除算することにより算出する副室容積比を、０．０１０〜０．０１５の範囲内に設定したものである。

請求項４においては、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の火花点火機関において、前記副室（１０）と前記燃焼室（５）とを連通する噴口（６ａ）を、点火位置（１２）を中心として対称な一対の噴口（６ａ・６ａ）に構成し、該一対の噴口（６ａ・６ａ）が鉛直方向でなす噴口角度（α）を、８０〜１００度の範囲内に設定したものである。

請求項５においては、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の火花点火機関において、前記副室（１０）と前記燃焼室（５）とを連通する噴口（６ａ）の向きを、点火位置（１２）と燃焼室（５）の外周部に設けた凹部であるバルブリセス（３ｂ・・・）の中心、又は隣り合うバルブリセス（３ｂ）の間とを結ぶ直線方向とし、該噴口の向きの直線方向に対するずれの許容度を水平方向で−１０〜１０度の範囲内に設定したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、一般に市販されている点火プラグをそのまま使用できてコスト低減化が図れ、スリーブに設けた噴口を通じて副室から燃焼室に噴出する火炎が火炎ジェットとなり、該火炎ジェットが生成する乱れにより、従来の副室型点火プラグを用いることなく急速燃焼を行うことができる。
さらに、噴口を爆面から離れた位置に配置することができ、火炎ジェットの爆面付近でのクエンチを防ぐことができる。また、副室形状が単純なものとなるため、副室形状及び点火位置の設計自由度が高くなり、残留ガスの影響を避けることができるように副室を容易に構成することができる。

また、副室を適正な縦横比で構成することができるので、従来に比べてより希薄な混合気を用いて機関の運転を行うことが可能となる。

また、前記点火プラグ（７）の点火電極（７ａ・７ｂ）による混合気の点火位置（１２）の設定は、圧縮上死点より前の点火時期において、ピストン（３）の圧縮工程における上死点手前の点火時期の、該副室（１０）内に残留する圧縮された残留ガス量を、次の式から求め、
副室容積×点火時期におけるシリンダ容積（副室容積含む）／吸気弁閉時期におけるシリンダ容積（副室容積含む）
前記式で算出した圧縮された残留ガス量よりも、該副室（１０）の点火位置（１２）上方の容積が大きくなるように設定し、該副室（１０）の底面積は同じであるから、圧縮上死点前の点火時期において、該副室（１０）上面から該点火位置（１２）までの距離（Ｌ３）が、該副室（１０）上面から該副室（１０）内の上側の残留ガスの下端位置までの距離（Ｌ４）に対して、距離（Ｌ３）＞距離（Ｌ４）となるように設定し、該副室（１０）内に残留する残留ガスよりも下方の噴口（６ａ）側に配置した点火プラグによる点火位置を副室の適正な位置に配置することにより、副室内の残留ガスによる点火及び燃焼性能の不安定化を抑えることができる。
よって、希薄領域でも安定した点火及び燃焼を行うことが可能となり、これにより機関の運転範囲を希薄側に拡大することができる。

請求項２においては、副室での点火位置を適正な位置に設定することができ、副室内の残留ガスによる点火及び燃焼性能の不安定化を抑えることができる。
よって、希薄領域でも安定した点火及び燃焼を行うことが可能となり、これにより機関の運転範囲を希薄側に拡大することができる。

請求項３においては、副室を適正な副室容積比で構成することができるので、燃焼安定性を保持しつつ、希薄領域での機関の運転を行うことができる。

請求項４においては、副室に対する噴口角度を適正な角度に設定することができるので、確実に火炎ジェットを噴口より噴出させて燃焼安定性を保持しつつ、希薄領域での機関の運転を行うことができる。

請求項５においては、副室に対する噴口の向きを適正な方向に設定することができるので、燃焼安定性を保持しつつ、希薄領域での機関の運転を行うことができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の一実施例に係る点火プラグ及びスリーブを備える燃焼室の断面図、図２は点火プラグ及びスリーブに備える副室の断面図、図３はスリーブの断面平面図、図４は副室縦横比と失火限界での混合気濃度との関係を示す図、図５は副室縦横比と燃焼安定性との関係を示す図である。

図６は残留ガスを有する状態の副室の断面図、図７は副室上面から点火位置までの距離／副室高さと失火限界での混合気濃度との関係を示す図、図８は副室上面から点火位置までの距離／副室高さと燃焼安定性との関係を示す図、図９は副室容積比と失火限界での混合気濃度との関係を示す図である。

図１０は副室容積比と燃焼安定性との関係を示す図、図１１は噴口角度と失火限界での混合気濃度との関係を示す図、図１２は噴口角度と燃焼安定性との関係を示す図、図１３は噴口の向きと失火限界での混合気濃度との関係を示す図、図１４は噴口の向きと燃焼安定性との関係を示す図、図１５は従来の副室型点火プラグを備える燃焼室の断面図、図１６は従来の副室型点火プラグに備える副室の一部断面図である。

火花点火機関においては、図１、図２に示すように、シリンダヘッド１の下方にシリンダ２を連続して配置し、該シリンダ２内にピストン３を上下に摺動自在に設けている。
該ピストン３の上部先端にはシリンダヘッド１と対向して凹部３ａを設け、該凹部３ａとシリンダヘッド１とシリンダ２で燃焼室５を形成している。また、シリンダヘッド１には図示しない吸気バルブと排気バルブそれぞれをピストン３の上部に設けたバルブリセス３ｂ・３ｂ・・・（図３参照）に臨ませて配置し、該吸気弁と排気弁を適宜開閉することにより燃焼５室に対して吸気や排気を行うようにしている。

前記シリンダヘッド１の燃焼室５の略中心位置には、有底円筒状のスリーブ６を上下方向に嵌合し、該スリーブ６内に点火プラグ７を設けている。点火プラグ７の下部先端には燃焼室５上部に位置するように点火電極７ａ・７ｂ（接地電極７ａ・中心電極７ｂ）を備えている。そして、該点火プラグ７の点火電極７ａ・７ｂは燃焼室５内に突出したスリーブ６の底部で覆うようにして、当該点火電極７ａ・７ｂを収容するスリーブ６の下部内に副室１０を形成している。

前記副室１０は平面視で燃焼室５の略中央に配置し、図３に示すように、該副室１０の周囲に前記ピストン３上に形成したバルブリセス３ｂ・３ｂ・・・が位置するようにしている。バルブリセス３ｂ・３ｂ・・・は吸気バルブ用のバルブリセス又は排気バルブ用のバルブリセスとして用い、本実施例では、それぞれ吸気用及び排気用バルブリセスを二つずつ備え、副室１０を中心として左右対称に９０度毎に配置している。

また、前記スリーブ６の底部周囲には複数の噴口６ａ・６ａ・・・を等間隔毎に貫通して設け、該噴口６ａ・６ａ・・・を介して副室１０と燃焼室５とを連通している。こうして、吸気バルブが開いてシリンダ２内に吸入された燃焼用混合気が副室１０に噴口６ａ・６ａ・・・を通じて流入し、該混合気を点火プラグ７が点火電極７ａ・７ｂにて火花点火することで、噴口６ａ・６ａ・・・から火炎が燃焼室５内に噴出して伝播するようにしている。

そして、前記スリーブ６の噴口６ａ・６ａ・・・を設けた底部を爆面１ａ（シリンダヘッド１のシリンダ２に対向する下面）よりも燃焼室５内へ突出させるとともに、前記スリーブ６内において点火プラグ７の点火電極７ａ・７ｂを爆面付近まで突出させている。こうして、副室１０内の点火電極７ａ・７ｂによる点火位置１２を上下方向で爆面１ａ付近に位置するように構成している。

したがって、燃料を別途供給することなく希薄燃焼を行うために、点火プラグ７で副室１０内の混合気に対し火花点火する際、前記副室１０からスリーブ６の噴口６ａ・６ａ・・・を通じて燃焼室５に噴出する火炎が火炎ジェットとなって乱れを生成し、該乱れにより副室型プラグを用いることなく急速燃焼を行うことが可能となる。そしてまた、このときには前記スリーブ６の噴口６ａ・６ａ・・・が爆面１ａから離れた位置となるため、火炎ジェットの爆面付近でのクエンチを防ぐことができる。

さらに、前記副室１０はスリーブ６と点火プラグ７との間に形成される空間となるためその形状は自ずと決まってしまう。そのため、副室形状が単純なものとなって、残留ガスの影響を避けることができるように副室１０を容易に構成することができる。

本実施例では、前記副室１０の形状を略円柱形状として、その直径を点火プラグ７の外径と略一致させている。そして、図２に示すように、副室１０の高さ（縦幅）をスリーブ６の内側底面から点火プラグ７の底面までの距離Ｌ１とし、副室１０の直径（横幅）をスリーブ６の内径と等しい距離Ｌ２とした場合に、距離Ｌ１と距離Ｌ２との間に式（１）の関係を満たすように副室１０を構成している。
０．５≦Ｌ１／Ｌ２≦１．０・・・・・（１）
すなわち、前記副室１０の高さを直径で除算することによって、副室１０の縦横比Ｌ１／Ｌ２を算出し、該副室縦横比Ｌ１／Ｌ２を０．５〜１．０の範囲内に設定している。つまり、副室１０は断面視横長となる形状としている。

このように副室１０を構成することで、図４に示すように、副室縦横比Ｌ１／Ｌ２が小さい場合よりも、大きい方が失火限界での混合気の濃度を薄くすることができる。つまり、失火限界での空気過剰率が大きくなる。よって、副室１０の縦横比を前記設定範囲内の適正な値として副室１０を構成することで、できるだけ希薄な混合気を燃焼させて、機関の運転を行うことができる。

また、図５に示すように、副室縦横比Ｌ１／Ｌ２が前記設定値０．５〜１．０の範囲内にある場合に燃焼変動率が最も低く抑えられて、燃焼安定性が増す。これによって、希薄混合気を用いて燃焼を安定して行うことができ、該希薄燃焼により燃費の向上を図ることもできる。

また、副室内で点火電極による点火位置が、従来のように副室上側、つまり燃焼室に連通する噴口と反対側にある場合には、ピストンが圧縮上死点に至る点火前において、副室内の点火位置付近に残留ガスが多量に存在することになるため、噴口より副室内に新たに希薄混合気が副室内に流入しても残留ガスの影響を受けて点火位置まで十分に至らず、火花点火させても燃焼を安定して行うことができなかった。

そこで、希薄混合気に対して安定した点火及び燃焼性能を確保するため、副室１０内において点火位置１２を残留ガスの影響を受けにくい適正な位置に設定している。つまり、図６に示すように、前述の適正な縦横比に設定した副室１０内においては、点火プラグ７の点火電極７ａ・７ｂは副室１０内の下方に延出して、該点火電極７ａ・７ｂによる混合気の点火位置１２をスリーブ６の噴口６ａ・６ａ・・・に近かい爆面１ａ付近に配置している。

前記点火電極７ａ・７ｂによる混合気の点火位置１２は、具体的には、ピストン３の圧縮工程における上死点手前の点火時期における副室１０内に残留する残留ガス量を算出し、該算出した残留ガス量が副室１０内で占める量が所定量以下となるように設定する。つまり、圧縮上死点前の点火時期における副室１０内の残留ガス量は式（２）から求める。
副室容積×点火時期におけるシリンダ容積（副室容積含む）／吸気弁閉時期におけるシリンダ容積（副室容積含む）・・・・・（２）

そして、前記式（２）で算出した残留ガス量よりも、副室１０の点火位置１２上方の容積が大きくなるように設定し、該容積から点火位置１２を決定する。つまり、ピストン３を上昇させたときに副室１０内に残留する燃焼排ガスは上方に圧縮され、その体積が点火位置１２よりも上方の副室１０内の体積よりも小さくなるようにすることで、点火時に残留燃焼排ガスは点火位置よりも上方に位置して燃焼に支障を与えないようにしている。

前記副室１０の点火位置１２上方の容積は、副室上面（点火プラグ７の底面）から点火位置１２までの距離Ｌ３と副室直径Ｌ２とに基づいて算出することができる。したがって、底面積は同じであるから、前記残留ガス量を底面積で除した値が距離Ｌ３よりも短くなるように設定する。

すなわち、圧縮上死点前の点火時期において、適正な点火位置とした際の副室１０上面から点火位置１２までの距離Ｌ３が、副室１０上端から副室１０内の上側に存在する残留ガスの下端位置までの距離をＬ４とした場合に、Ｌ３＞Ｌ４となるように設定する。

こうして、前記点火プラグ７の点火電極７ａ・７ｂによる混合気の点火位置１２が、副室１０内に残留する残留ガスよりも下方の噴口６ａ側に配置されることになる。そのため、点火プラグ７による点火位置１２が副室１０内の適正位置に配置されることになって、副室１０内の残留ガスによる点火及び燃焼性能の不安定化を抑えることができる。
よって、希薄領域でも安定した点火及び燃焼を行うことが可能となり、これにより機関の運転範囲を希薄側に拡大することができる。

具体的には、副室１０上面から点火位置１２までの距離Ｌ３と前記副室１０の高さＬ１との間に式（３）の関係を満たすように、副室１０に対し点火位置１２を設定している。
０．５≦Ｌ３／Ｌ１≦０．８・・・・・（３）
すなわち、前記副室１０上面から点火位置１２までの距離Ｌ３を副室１０の高さＬ１で除算し、該算出値Ｌ３／Ｌ１を０．５〜０．８の範囲内に設定している。

この場合、図７に示すように、前記算出値Ｌ３／Ｌ１が小さい場合よりも、大きい方が副室１０における失火限界での混合気の濃度が薄くなる。つまり、失火限界での空気過剰率が大きくなる。よって、算出値Ｌ３／Ｌ１を前記設定範囲内の適正な値として副室１０に対し点火位置１２を設定することで、できるだけ希薄な混合気を燃焼させて、機関の運転を行うことができる。

また、図８に示すように、失火限界での混合気濃度を一定とした際には、前記算出値Ｌ３／Ｌ１が小さい場合よりも、大きい方が燃焼変動率が低く抑えられて、燃焼安定性が増す。したがって、希薄混合気を用いて希薄燃焼を安定して行うことができ、該希薄燃焼により燃費の向上を図ることもできる。

また、前記副室１０はその容積をＶ１とし、圧縮上死点時における燃焼室５の容積をＶ２とした場合に、副室容積Ｖ１と燃焼室容積Ｖ２との間に式（４）の関係を満たすように構成している。
０．０１０≦Ｖ１／Ｖ２≦０．０１５・・・・・（４）
すなわち、前記副室容積Ｖ１を燃焼室容積Ｖ２で除算することにより副室１０の容積比Ｖ１／Ｖ２を算出し、該副室容積比Ｖ１／Ｖ２を０．０１０〜０．０１５の範囲内に設定している。

前記副室１０においては、図９に示すように、副室容積比Ｖ１／Ｖ２が前記設定値０．０１０〜０．０１５の範囲内にある場合に、失火限界での混合気の濃度が最も薄くなる。つまり、失火限界での空気過剰率が大きくなる。よって、副室１０の容積比を前記設定範囲内の適正な値として副室１０を構成することで、できるだけ希薄な混合気を燃焼させて、機関の運転を行うことができる。

また、図１０に示すように、副室容積比Ｖ１／Ｖ２が前記設定値０．０１０〜０．０１５の範囲内にある場合に燃焼変動率が低く抑えられ、燃焼安定性が最も増す。これより、希薄混合気を用いて燃焼を安定して行うことができ、該希薄燃焼によって燃費の向上を図ることもできる。

また、以上のように構成される副室１０に対し、前記スリーブ６の底部に設けた複数の噴口６ａ・６ａ・・・は、二つ一組として直径方向に配置し、複数組設けている。すなわち、各一対の噴口６ａ・６ａは点火プラグ７による点火位置１２を中心として左右対称に配置している。そして、各噴口６ａは燃焼室５の外周部に向けて下方に傾斜するように形成し、該噴口６ａを通じて副室１０から燃焼室５に向けて火炎ジェットを放射状に噴射することができるようにしている。そして、図６に示すように、前記各一対の噴口６ａ・６ａが鉛直方向でなす噴口角度αを８０〜１００度の範囲内に設定している。

このような構成では、図１１に示すように、噴口角度αが前記設定値８０〜１００度の範囲内にある場合に副室１０における失火限界での混合気の濃度が薄くなる。つまり、失火限界での空気過剰率が大きくなる。よって、噴口角度αを副室１０に対し前記設定範囲内の適正な値に設定することで、できるだけ希薄な混合気を燃焼させて、機関の運転を行うことができる。

また、図１２に示すように、噴口角度αが前記設定値８０〜１００度の範囲内にある場合に燃焼変動率が低く抑えられ、燃焼安定性が最も増す。そのため、希薄混合気を用いて希薄燃焼を安定して行うことができ、該希薄燃焼により燃費の向上を図ることもできる。

さらに、前記一対の噴口６ａ・６ａは平面視で点火プラグ７による点火位置１２を中心として等間隔毎に配置している。本実施例では、一対の噴口６ａ・６ａを二組設け、これを９０度ずらして配置している。つまり、副室１０の周囲に四つの噴口を９０度毎に配置している。

そして、噴口６ａ・６ａ・・・からの火炎ジェットの噴出方向が、図３（ａ）に示すように、各バルブリセス３ｂの中心に向かうように各噴口６ａの向きを設定している（点火位置１２とバルブリセス３ｂの中心を結ぶ直線方向Ｏ１）。または、図３（ｂ）に示すように、バルブリセス３ｂとバルブリセス３ｂの間に向かうように各噴口６ａの向きを設定している（点火位置１２と隣り合うバルブリセスの間とを結ぶ直線方向Ｏ２）。

さらに、該噴口６ａの向きの前記直線方向に対するずれの許容度βを水平方向で−１０〜１０度の範囲内に設定している。なお、噴口６ａの適正な向きは燃焼室５の形状に応じて前記直線方向Ｏ１又はＯ２のどちらか一方の方向に決定する。また、図３（ａ）・（ｂ）における矢印は噴口６ａから噴出する火炎ジェットの噴出方向を示すものである。

このような構成では、図１３に示すように、噴口６ａの向きを前記直線方向Ｏ１又はＯ２とした場合には、そのずれの許容度βの設定値−１０〜１０度の範囲内で、副室１０における失火限界での混合気の濃度が最も薄くなる。つまり、失火限界での空気過剰率が大きくなる。よって、噴口６ａの向きを副室１０に対し前記設定範囲内の適正な方向に設定することで、できるだけ希薄な混合気を燃焼させて、機関の運転を行うことができる。

また、図１４に示すように、前記許容度βが前記設定値−１０〜１０度の範囲内にある場合に燃焼変動率が低く抑えられ、燃焼安定性が増す。これより、希薄混合気を用いて燃焼を安定して行うことができ、該希薄燃焼によって燃費の向上を図ることもできる。

本発明の一実施例に係る点火プラグ及びスリーブを備える燃焼室の断面図。点火プラグ及びスリーブに備える副室の断面図。スリーブの断面平面図。（ａ）噴口の向きが直線方向Ｏ１の場合を示す図。（ｂ）噴口の向きが直線方向Ｏ２の場合を示す図。副室縦横比と失火限界での混合気濃度との関係を示す図。副室縦横比と燃焼安定性との関係を示す図。残留ガスを有する状態の副室の断面図。副室上面から点火位置までの距離／副室高さと失火限界での混合気濃度との関係を示す図。副室上面から点火位置までの距離／副室高さと燃焼安定性との関係を示す図。副室容積比と失火限界での混合気濃度との関係を示す図。副室容積比と燃焼安定性との関係を示す図。噴口角度と失火限界での混合気濃度との関係を示す図。噴口角度と燃焼安定性との関係を示す図。噴口の向きと失火限界での混合気濃度との関係を示す図。噴口の向きと燃焼安定性との関係を示す図。従来の副室型点火プラグを備える燃焼室の断面図。従来の副室型点火プラグに備える副室の一部断面図。

１シリンダヘッド
２シリンダ
５燃焼室
６スリーブ
７点火プラグ
７ａ点火電極（接地電極）
７ｂ点火電極（中心電極）
１０副室
１２点火位置

Claims

シリンダヘッド（１）の燃焼室（５）の略中心位置に、有底円筒状のスリーブ（６）を上下方向に嵌合し、該スリーブ（６）内に点火プラグ（７）を嵌装し、該点火プラグ（７）の点火電極（７ａ・７ｂ）を、シリンダ（２）内の単室式燃焼室（５）に臨む位置に配置した火花点火機関において、前記スリーブ（６）を有底円筒状に形成し、該スリーブ（６）の底部に点火プラグ（７）の点火電極を収容する副室（１０）を形成するとともに、該副室（１０）と前記燃焼室（５）とを連通する噴口（６ａ）を設け、該スリーブ（６）の底部を爆面（１ａ）よりも燃焼室（５）内に突出し、点火電極（７ａ・７ｂ）による点火位置（１２）を爆面（１ａ）付近とし、前記副室（１０）を構成するスリーブ（６）の内側底面から、該点火プラグ（７）の底面までの距離（Ｌ１）と、該副室（１０）の直径であるスリーブ（６）の内径の距離（Ｌ２）との比率である副室縦横比を、０．５〜１．０の範囲内に設定し、前記点火プラグ（７）の点火電極（７ａ・７ｂ）による混合気の点火位置（１２）の設定は、圧縮上死点より前の点火時期において、ピストン（３）の圧縮工程における上死点手前の点火時期の、該副室（１０）内に残留する圧縮された残留ガス量を、次の式から求め、
副室容積×点火時期におけるシリンダ容積（副室容積含む）／吸気弁閉時期におけるシリンダ容積（副室容積含む）
前記式で算出した圧縮された残留ガス量よりも、該副室（１０）の点火位置（１２）上方の容積が大きくなるように設定し、該副室（１０）の底面積は同じであるから、圧縮上死点前の点火時期において、該副室（１０）上面から該点火位置（１２）までの距離（Ｌ３）が、該副室（１０）上面から該副室（１０）内の上側の残留ガスの下端位置までの距離（Ｌ４）に対して、距離（Ｌ３）＞距離（Ｌ４）となるように設定し、該副室（１０）内に残留する残留ガスよりも下方の噴口（６ａ）側に配置したことを特徴とする火花点火機関。
請求項１記載の火花点火機関において、前記副室（１０）上面から点火位置（１２）までの距離（Ｌ３）を、副室の高さ（Ｌ１）で除算することにより算出する算出値を０．５〜０．８の範囲内に設定したことを特徴とする火花点火機関。
請求項１または請求項２に記載の火花点火機関において、前記副室（１０）の容積を、圧縮上死点時における前記燃焼室（５）の容積で除算することにより算出する副室容積比を、０．０１０〜０．０１５の範囲内に設定したことを特徴とする火花点火機関。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の火花点火機関において、前記副室（１０）と前記燃焼室（５）とを連通する噴口（６ａ）を、点火位置（１２）を中心として対称な一対の噴口（６ａ・６ａ）に構成し、該一対の噴口（６ａ・６ａ）が鉛直方向でなす噴口角度（α）を、８０〜１００度の範囲内に設定したことを特徴とする火花点火機関。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の火花点火機関において、前記副室（１０）と前記燃焼室（５）とを連通する噴口（６ａ）の向きを、点火位置（１２）と燃焼室（５）の外周部に設けた凹部であるバルブリセス（３ｂ・・・）の中心、又は隣り合うバルブリセス（３ｂ）の間とを結ぶ直線方向とし、該噴口の向きの直線方向に対するずれの許容度を水平方向で−１０〜１０度の範囲内に設定したことを特徴とする火花点火機関。