JP5421976B2 - エンジン及びエンジン用点火プラグ - Google Patents

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

上記特許文献１に記載のエンジンの点火室では、噴孔を介して燃焼室から流入する混合気の流れは、速いガス流動となる。すなわち、燃焼室から噴孔を介して点火室内に流入した混合気は、当該点火室内において噴孔の延長線上に進み各混合気同士や点火室の壁面と衝突することにより、規則性の低い不安定なガス流動を形成する。
このように点火室におけるガス流動が規則性を有さず不安定となると、点火室内における混合気の混合濃度が不均一となってしまい、燃焼後に局所的に未燃焼残留ガスが存在する場合がある。そして、点火室内の点火プラグの点火点近傍に未燃焼残留ガスが残ると、点火点で火花点火するときに、その未燃焼残留ガスを含む混合気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。

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、当該混合気を確実に点火点に導い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、
前記点火室が、前記噴孔が設けられたスロート空間部と、前記スロート空間部に連通する状態で前記シリンダヘッド側に延出するとともに前記点火点を備えた点火空間部とから構成され、
前記スロート空間部の内径が前記点火空間部の内径よりも小さく形成され、かつ、前記スロート空間部の中心軸が、前記点火空間部の中心軸に対し平行で所定の距離ずれた位置に設定され、
当該スロート空間部の側壁面と前記点火空間部の側壁面とが互いに平行な状態で、前記スロート空間部が、前記点火空間部の中心軸に直交する方向で当該点火空間部の端部に配置され、
前記スロート空間部の側壁面と前記点火空間部の側壁面とが、前記端部において前記スロート空間部の中心軸に平行で、当該スロート空間部の中心軸から同一距離ずれた連続形成直辺部を有して前記点火室が形成されている点にある。

上記第１特徴構成によれば、燃焼室から噴孔を介して点火室に流入した混合気を、まず、比較的内径の小さいスロート空間部に流入させ、続いて、比較的内径の大きい点火空間部に流入させることができるので、噴孔から流入した混合気を、スロート空間部において当該スロート空間部の連通方向（スロート空間部の中心軸の軸方向）に向かうように案内しつつ流通させ、その方向を維持したまま点火空間部内に流入させることができる。
そして、スロート空間部の中心軸が、点火空間部の中心軸に対し平行で所定の距離ずれた位置に設定されているので、スロート空間部から点火空間部の下部に流入した一定の方向性を持った状態の混合気は、点火空間部において、点火空間部の中心軸に平行な断面視で当該中心軸の上下方向にわたるタンブル流（縦渦）を形成し、点火空間部内全体、特に、点火空間部内の上部付近において比較的規則的なガス流動を発生させる。したがって、点火空間部内に備えられた点火点付近に混合気を案内して当該混合気を良好に混合し、少なくとも点火点側の混合気の混合濃度を新たに流入した混合気の濃度に確保される状態とすることができ、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て火花点火でき、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。

さらに、第１特徴構成によれば、スロート空間部が、前記点火空間部の中心軸に直交する方向で当該点火空間部の端部に配置され、スロート空間部の側壁面と点火空間部の側壁面とが、端部において同一の側壁面で構成されて点火室が形成されているので、スロート空間部から一定の方向性を持って点火空間部の端部に流入した混合気は、点火空間部において、一定の方向性を維持しつつ上下方向に加え左右方向にも大きく流動し、より大きなタンブル流を形成して、点火空間部内全体においてより大きく比較的規則的なガス流動を発生させることができる。したがって、点火空間部内に備えられた点火点において、未燃焼残留ガスの影響を排除して略確実に混合気に火花点火することができ、失火の発生をより確実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より一層安定した運転を実現することができる。

本発明に係るエンジンの第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記点火点が、前記点火空間部内の上部であって、当該点火空間部の中心軸上に配置されている点にある。

上記第２特徴構成によれば、点火点が、点火空間部内の上部であって中心軸上に配置されているので、点火空間部内に形成された上記タンブル流により充分に混合された混合気が、点火点近傍にほぼ確実に案内され、当該点火点において確実に火花点火して混合気の良好な燃焼状態を得ることができる。

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、
前記点火室が、前記噴孔が設けられたスロート空間部と、前記スロート空間部に連通する状態で前記シリンダヘッド側に延出するとともに前記点火点を備えた点火空間部とから構成され、
前記スロート空間部の内径が前記点火空間部の内径よりも小さく形成され、かつ、前記スロート空間部の中心軸が、前記点火空間部の中心軸に対し平行で所定の距離ずれた位置に設定され、
当該スロート空間部の側壁面と前記点火空間部の側壁面とが互いに平行な状態で、前記スロート空間部が、前記点火空間部の中心軸に直交する方向で当該点火空間部の端部に配置され、
前記スロート空間部の側壁面と前記点火空間部の側壁面とが、前記端部において前記スロート空間部の中心軸に平行で、当該スロート空間部の中心軸から同一距離ずれた連続形成直辺部を有して前記点火室が形成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、燃焼室から噴孔を介して点火室に流入した混合気を、まず、比較的内径の小さいスロート空間部に流入させ、続いて、比較的内径の大きい点火空間部に流入させることができるので、噴孔から流入した混合気を、スロート空間部において当該スロート空間部の連通方向（中心軸方向）に向かうように案内しつつ流通させ、その方向を維持したまま点火空間部内に流入させることができる。
そして、スロート空間部の中心軸が、点火空間部の中心軸に対し平行で所定の距離ずれた位置に設定されているので、スロート空間部から点火空間部の下部に流入した一定の方向性を持った状態の混合気は、点火空間部において、点火空間部の中心軸に平行な断面視で当該中心軸の上下方向にわたるタンブル流（縦渦）を形成し、点火空間部内全体、特に、点火空間部内の上部付近において比較的規則的なガス流動を発生させる。したがって、点火空間部内に備えられた点火点付近に混合気を案内して当該混合気を良好に混合し、少なくとも点火点側の混合気の混合濃度を新たに流入した混合気の濃度に確保される状態とすることができ、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て火花点火でき、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。
さらに、スロート空間部が、前記点火空間部の中心軸に直交する方向で当該点火空間部の端部に配置され、スロート空間部の側壁面と点火空間部の側壁面とが、端部において同一の側壁面で構成されて点火室が形成されているので、スロート空間部から一定の方向性を持って点火空間部の端部に流入した混合気は、点火空間部において、一定の方向性を維持しつつ上下方向に加え左右方向にも大きく流動し、より大きなタンブル流を形成して、点火空間部内全体においてより大きく比較的規則的なガス流動を発生させることができる。したがって、点火空間部内に備えられた点火点において、未燃焼残留ガスの影響を排除して略確実に混合気に火花点火することができ、失火の発生をより確実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より一層安定した運転を実現することができる。

本発明に係るエンジン用点火プラグの第２特徴構成は、上記エンジン用点火プラグの第１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２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（スロート空間部、点火空間部）、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。

本願の実施形態に係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点火空間部の中心軸Ｙに平行な面の縦断面図。 図１上、点火室近傍におけるスロート空間部の中心軸Ｘに直交するII−II面の平断面図。 図１における点火室近傍の拡大縦断面図。 点火室内の混合気の燃料の濃度分布を示す縦断面図（ａ）および点火空間部の濃度分布を示す平断面図（ｂ）。 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（ａ）および点火空間部の濃度分布を示す平断面図（ｂ）。

本発明に係るエンジンの実施形態について、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下部周辺における点火空間部８ｂの中心軸Ｙに平行な面の縦断面図であり、図２は、図１上、点火室８近傍におけるスロート空間部８ａ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近傍の拡大縦断面図である。

〔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空間部８ｂの中心軸Ｙ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（点火室８）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且つ比較的規則的なものとして、混合気Ｍの混合を促進し、上記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、かかる特徴的なプラグカバー７ｂ（点火室８）の構造について以下に説明する。

〔プラグカバー（点火室）〕
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内の点火点Ｐに案内するようなガス流動（点火室８の上下方向にわたるタンブル流（縦渦）Ｔ）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、タンブル流とは、点火室の上下方向にわたって回転する縦方向の回転（旋回）渦流をいう。

具体的には、図１、図２、図３に示すように、プラグカバー７ｂは、内側に点火室８を形成できるよう有底筒状に構成されており、この点火室８は、下部に比較的内径の小さいスロート空間部８ａ、およびこのスロート空間部８ａの上部に設けられた比較的内径の大きい点火空間部８ｂから構成されている。

スロート空間部８ａは、下部が概略球状の有底部分で、その上部が筒状の円筒部分（中心軸はＸ）で構成されており、有底部分の底部には燃焼室１と点火室８と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。
この複数の噴孔１０は、具体的には、図２、図３に示すように、概略球状の有底部分の底部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、燃焼室１から噴孔１０を介してスロート空間部８ａに流入する各混合気Ｍの流入方向が、図２に示すように、スロート空間部８ａの中心軸Ｘに直交する断面視（図１、図３上、II−II断面）で、全て中心軸Ｘ方向となるように形成されている。すなわち、噴孔１０の流入方向は、点火室側端部Ｌと中心軸Ｘとが結ばれる直線の方向に形成されている。ここで、噴孔１０の点火室側端部Ｌとは、スロート空間部８ａの中心軸Ｘに直交する断面において、噴孔１０がスロート空間部８ａ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とが結ばれる直線的な経路で中心軸Ｘに向かい、各混合気Ｍと中心軸Ｘの近傍で合流する。

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を介してスロート空間部８ａに流入する各混合気Ｍの流入方向が、スロート空間部８ａの中心軸Ｘに平行な断面視で、この中心軸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（図３では、中心軸Ｘの上方）に所定の角度β（図３では、４５度程度）ずれて形成されている。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近傍に流入し、各混合気Ｍと中心軸Ｘの近傍で合流する。
したがって、比較的内径が小さく形成されたスロート空間部８ａに流入した各混合気Ｍは、当該スロート空間部８ａの中心軸Ｘ近傍で合流しつつ、このスロート空間部８ａの中心軸Ｘに沿った方向に案内されて上方に通流し、この方向を維持したまま点火空間部８ｂに流入することとなる。

次に、点火空間部８ｂは、図３に示すように、下部が概略球状の有底部分で、上部が筒状の円筒部分（中心軸はＹ）で構成されている。この有底部分の底部は上記スロート空間部８ａと連通され、当該スロート空間部８ａからの混合気Ｍが流入可能に連通されている。また、この有底部分の円筒部分はシリンダヘッド６側（図３上、上側）に延出するように構成されている。なお、点火空間部８ｂの上部で、中心軸Ｙ上には混合気Ｍを火花点火する点火点Ｐが配置されている。
加えて、図３に示すように、点火空間部８ｂの中心軸Ｙとスロート空間部８ａの中心軸Ｘとが平行で所定距離Ｄだけずれた位置に配置されており、点火空間部８ｂの中心軸Ｙに直交する方向で当該点火空間部８ｂの一方の端部（径方向端部）に、スロート空間部８ａの一方の端部（径方向端部）が配置されるように構成されている。すなわち、中心軸Ｙと中心軸Ｘとは、所定の距離Ｄをおいて平行となるように設定されており、点火空間部８ｂの円筒部分とスロート空間部８ａの円筒部分とは互いに平行な状態で配置されるとともに、これら円筒部分の一方の端部が側壁面を共有して（同一の側壁面で構成されて）点火室８を形成している。
したがって、上述のようにスロート空間部８ａの中心軸Ｘ方向に通流して点火空間部８ｂ内に流入した混合気Ｍは、図３に示すように、中心軸Ｙと平行に、かつ当該中心軸Ｙから平均的に距離Ｄだけ離れた状態で点火空間部８ｂ内を通流するため、当該混合気Ｍは、一定の方向性を持った状態となり、点火空間部８ｂにおいて、点火空間部８ｂの中心軸Ｙに平行な断面視で当該中心軸Ｙの上下方向にわたるタンブル流（縦渦）Ｔを形成し、点火空間部８ｂ内全体、特に、点火空間部８ｂ内の上部付近において比較的規則的なガス流動を発生させる。この際には、スロート空間部８ａは、点火空間部８ｂの一方の端部に設けられているため、上記混合気Ｍは点火空間部８ｂにおいて、一定の方向性を維持しつつ上下方向に加え左右方向にも大きく流動し、上記タンブル流Ｔは点火空間部８ｂの上下方向のみならず左右方向にも大きいガス流動となり、より大きなタンブル流Ｔとなって、より混合を促進することができる。なお、図１、図２、図３では、燃焼室１の中心軸は、点火プラグ７の点火空間部８ｂの中心軸Ｙ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、上記圧縮行程において、図３に示すように、点火空間部８ｂ内の上部で、中心軸Ｙ上に配置された点火点Ｐ付近に混合気Ｍを案内し当該混合気Ｍを良好に混合して、少なくとも点火点側の混合気の混合濃度を新たに流入した混合気の濃度に確保される状態とすることができ、点火プラグ７の点火空間部８ｂ内に未燃焼残留ガスが存在している場合、特に、点火空間部８ｂの中心軸Ｙ近傍や点火空間部８ｂの上部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（タンブル流Ｔ）により混合気Ｍの混合を促進して、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、上記所定の距離Ｄは、点火空間部８ｂ内で上記中心軸Ｙの上下方向にわたるタンブル流（縦渦）Ｔを形成することができる距離であれば適宜選択することができる。例えば、点火空間部８ｂの内径の直径（Ｒ）と当該距離（Ｄ）との比Ｄ／Ｒを０．１２５以上０．２５以下程度とすると、タンブル流Ｔを的確に形成することができ、点火室８内全体、特に点火空間部８ｂ内全体の混合を促進することができる。ちなみに、比を小さくし過ぎると、各噴孔１０から流入した各混合気Ｍが点火空間部８ｂの中心軸Ｙ近傍の天井面にのみ衝突してより大きなタンブル流Ｔを形成することが困難となるおそれがあり、比を大きくし過ぎると、スロート空間部８ａの径方向端部が点火空間部８ｂの径方向端部よりも外側となってしまい、混合気Ｍが点火空間部８ｂの側壁面に衝突し、タンブル流Ｔを良好に形成することが困難となるおそれがある。すなわち、より大きなタンブル流Ｔを形成して混合を促進し、点火空間部８ｂ内において局所的に未燃焼残留ガスが滞留してしまうことをできるだけ防止することが好ましい。

また、上記所定の角度βは、スロート空間８ａ内において当該スロート空間８ａの中心軸Ｘに沿った方向で、点火点Ｐの存在する方向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。例えば、３０度以上から７５度以下程度とすると、混合気Ｍを的確に点火点Ｐの存在する方向に案内することができる。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の勢いが減衰して、大きなタンブル流Ｔを形成することが困難となり、点火空間部８ｂ、特に点火点Ｐ近傍の混合を促進することが困難となるおそれがあり、角度を大きくし過ぎると、各混合気Ｍが中心軸Ｘ近傍で合流せず、中心軸Ｘに沿った方向でタンブル流Ｔを形成することが困難となり、点火空間部８ｂ、特に点火点Ｐ近傍の混合を促進することが困難となるおそれがある。

よって、燃焼室１から噴孔１０を介して比較的規則的なガス流動（タンブル流Ｔ）を発生しつつ点火室８に流入した一定の方向性を持った状態の混合気Ｍは、既に未燃焼残留ガスが点火室８内に存在する場合であっても良好に混合を促進することができる。特に、上記タンブル流Ｔにより、未燃焼残留ガスが滞留しやすい中心軸Ｙ近傍、特に点火空間部８ｂの上部の点火点Ｐ近傍においても充分に混合を促進することができる。これにより、混合気Ｍを上記中心軸Ｙ上に配置された点火プラグ７の点火点Ｐにより安定して火花点火することができ、失火の発生を防止することができる。

同様に、点火室８において、比較的規則的なガス流動（タンブル流Ｔ）を発生させながら均質な混合気Ｍを燃焼させるので、その点火室８（特に、点火空間部８ｂ）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（タンブル流Ｔ）についてのシミュレーション結果を、図４に基づいて説明する。
〔実施形態〕
図４（ａ）は、本願の実施形態に係る点火室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）における点火空間部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のスロート空間部８ａに流入し、このスロート空間部８ａの中心軸Ｘに沿った方向で通流して、この方向のまま拡径された点火空間部８ｂに流入していることがわかる。そして、当該混合気Ｍはスロート空間部８ａ及び点火空間部８ｂの径方向端部である側壁面に沿った方向に通流して、点火空間部８ｂ内で上下方向にわたるタンブル流Ｔを形成している。特に、当該タンブル流Ｔは、点火空間部８ｂの上下方向のみならず左右方向にも大きいガス流動となり、より大きなタンブル流Ｔとなっている。したがって、点火空間部８ｂ内において、より大きなタンブル流Ｔを形成して、当該タンブル流Ｔが点火点Ｐ近傍に案内されており、点火空間部８ｂの上部近傍において混合をより一層促進するとともに、中心軸Ｙ上に配置された点火点Ｐにおいても、比較的燃料Ｇの濃度が比較的薄い領域を形成していることがわかる。すなわち、未燃焼残留ガスが点火点Ｐ近傍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、本実施形態では、点火空間部８ａの上部、特に点火点Ｐ近傍において燃料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、プラグカバー７ｂの噴孔１０付近の厚さを１．５ｍｍ、スロート空間部８ａの内径（直径）を４ｍｍ、円筒の長さを１１ｍｍ、点火空間部８ｂの内径（直径）を９ｍｍとし、スロート空間部８ａの中心軸Ｙと点火空間部８ｂの中心軸Ｘとの距離Ｄを０．５ｍｍ（点火空間部の内径（直径Ｒ）と距離Ｄとの比Ｄ／Ｒを０．２）、噴孔１０の流入方向を、角度（β）４５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、比較例として、点火室をスロート空間部８ａ及び点火空間部８ｂに分割せず、一つの有底筒状の点火室として形成する。さらに、複数の噴孔の流入方向を、ある噴孔の点火室側端部から、同一回転方向で隣接する他の噴孔の点火室側端部に向かう概略接線方向、すなわち、点火室の中心軸に直交する断面視で、点火室側端部と当該中心軸とを結ぶ直線に対し、当該点火室側端部を軸として同一回転方向に角度９０度程度ずれており、さらに、点火室の中心軸に平行な断面視で、点火室側端部と当該中心軸とを結ぶ直線に対し点火室側端部を軸として、点火点Ｐ側に角度β＝４５度ずれた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から噴孔を介して混合気Ｍが流入し、中心軸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、中心軸近傍、特に点火室の上部及び下部ではガス流動がほとんど存在していないことがわかる。すなわち、中心軸近傍には点火室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、未燃焼残留ガスが点火点Ｐ近傍に大量に存在していることが確認できる（図５（ｂ）参照）。

したがって、プラグカバー７ｂ（点火室８のスロート空間部８ａ及び点火空間部８ｂ）の形状を、本願のように適切に設定することで、比較的規則的なガス流動（タンブル流Ｔ）を発生させることにより、比較例と比較して、点火室８内（特に、点火空間部８ｂ内）の未燃焼残留ガスの影響を排除して、良好な混合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、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。

（２）上記実施形態では、図３に示すように、点火空間部８ｂの中心軸Ｙ上に点火プラグ７の点火点Ｐを配置したが、これに制限されず、より混合気Ｍの混合が良好に行われている箇所に点火点Ｐを配置することもできる。

（３）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、混合気Ｍを良好に点火点Ｐ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下方に角度βを設定してもよい。

（４）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、燃焼室１から噴孔１０を介して点火室８（スロート空間部８ａ及び点火空間部８ｂ）に混合気Ｍを良好に流入させることができれば、噴孔数を適宜変更してもよい。

（５）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により形成されたスロート空間部８ａの有底筒状に形成された球状の有底部分に同一の円周上で等間隔に配置したが、点火室８内に中心軸Ｘに沿って通流するガス流動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により形成されたスロート空間部８ａ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複数の噴孔を配置することもできる。

（６）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。

（７）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。

（８）上記実施形態では、スロート空間部８ａの中心軸Ｘに直交する断面において、点火室側端部Ｌと中心軸Ｘとが結ばれる直線の方向に対して、点火室側端部Ｌを軸として点火点Ｐに接近する側に所定の角度βずれるように設定したが、点火空間部８ｂ内においてタンブル流Ｔを良好に形成することができる構成であれば、これに限らず、角度βを、点火空間部８ｂの中心軸Ｙに直交する断面において、点火室側端部Ｌと中心軸Ｙとが結ばれる直線の方向に対して、点火室側端部Ｌを軸として点火点Ｐに接近する側に設定してもよい。

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、当該混合気を確実に点火点に導い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。

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
８ａ： スロート空間部
８ｂ： 点火空間部
１０： 噴孔
１００：エンジン
Ｄ： 所定の距離
Ｇ： 燃料
Ａ： 空気
Ｍ： 混合気
Ｘ： スロート空間部の中心軸
Ｙ： 点火空間部の中心軸
Ｐ： 点火点
Ｔ： タンブル流
Ｌ： 点火室側端部
α： 角度

Claims (5)

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、
   前記点火室が、前記噴孔が設けられたスロート空間部と、前記スロート空間部に連通する状態で前記シリンダヘッド側に延出するとともに前記点火点を備えた点火空間部とから構成され、
   前記スロート空間部の内径が前記点火空間部の内径よりも小さく形成され、かつ、前記スロート空間部の中心軸が、前記点火空間部の中心軸に対し平行で所定の距離ずれた位置に設定され、
   当該スロート空間部の側壁面と前記点火空間部の側壁面とが互いに平行な状態で、前記スロート空間部が、前記点火空間部の中心軸に直交する方向で当該点火空間部の端部に配置され、
   前記スロート空間部の側壁面と前記点火空間部の側壁面とが、前記端部において前記スロート空間部の中心軸に平行で、当該スロート空間部の中心軸から同一距離ずれた連続形成直辺部を有して前記点火室が形成されているエンジン。
2. 前記点火点が、前記点火空間部内の上部であって、当該点火空間部の中心軸上に配置されている請求項１に記載のエンジン。
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または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、
   前記点火室が、前記噴孔が設けられたスロート空間部と、前記スロート空間部に連通する状態で前記シリンダヘッド側に延出するとともに前記点火点を備えた点火空間部とから構成され、
   前記スロート空間部の内径が前記点火空間部の内径よりも小さく形成され、かつ、前記スロート空間部の中心軸が、前記点火空間部の中心軸に対し平行で所定の距離ずれた位置に設定され、
   当該スロート空間部の側壁面と前記点火空間部の側壁面とが互いに平行な状態で、前記スロート空間部が、前記点火空間部の中心軸に直交する方向で当該点火空間部の端部に配置され、
   前記スロート空間部の側壁面と前記点火空間部の側壁面とが、前記端部において前記スロート空間部の中心軸に平行で、当該スロート空間部の中心軸から同一距離ずれた連続形成直辺部を有して前記点火室が形成されているエンジン用点火プラグ。
5. 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に記載のエンジン用点火プラグ。