JP6565971B2 - 高圧縮比エンジンの点火装置 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、高圧縮比エンジンの点火装置に関する。

特許文献１には、燃費性能の向上を図る観点等から、エンジンの幾何学的圧縮比を１４以上の高圧縮比にしたエンジンが記載されている。このエンジンは、圧縮比が高いことを利用して混合気を圧縮自己着火により燃焼させる。このエンジンは、所定の運転状態においては、点火装置によって燃焼室内の混合気に強制点火をする。そのため、点火装置が燃焼室に臨んで取り付けられている。点火装置は、中心電極と側方電極とを有している。点火装置は、中心電極と側方電極との間のギャップにおいて火花放電する。火花点火燃焼においては、火花点火によって生成した火炎核が成長することにより、混合気が着火及び燃焼を開始する。

特開２０１６−１２８６６６号公報

ところで、特許文献１に記載されているような高圧縮比エンジンは、圧縮上死点付近において燃焼室内の圧力が高くなるため、放電し難いと共に、火炎核も成長し難い。高圧縮比エンジンは、火花点火における着火性には不利である。

また、熱効率を向上させる観点から、混合気を希釈することも行われる。尚、混合気の希釈は、燃焼室内にチャージするガスに対して、燃料を少なくすることであり、燃焼室内にチャージするガスは、実質的に新気のみ、又は、新気とＥＧＲガスである。燃焼室内の新気と燃料との重量比であるＡ／Ｆ、又は、燃焼室内の新気及びＥＧＲガスと燃料との重量比であるＧ／Ｆを、例えば３５以上に設定して運転をすれば、燃費の向上と共に、排気ガスのエミッション性能も高まる。しかしながら、混合気を希釈すると火炎核が成長し難くなるため、火花点火における着火性に不利になってしまう。

ここに開示する技術はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、火花点火における着火性に不利になる環境においても、着火性を良好に維持することにある。

具体的にここに開示する技術は、幾何学的圧縮比が所定以上に設定された高圧縮比エンジンの燃焼室に臨んで配設された点火装置に係る。

この点火装置は、中心電極と、接地電極とを備え、前記接地電極において、少なくとも前記中心電極の方を向いた面には、前記接地電極への入熱を遮断する遮熱層が設けられている。

中心電極と接地電極との間で火花点火が発生し、中心電極と接地電極とのギャップにおいて火炎核が生成される。このとき、従来の点火装置においては、接地電極、特に接地電極において中心電極の方を向いた面が、生成した火炎核の熱、及び／又は、成長する火炎核の熱を奪ってしまう。

これに対し、前記の構成では、接地電極において、中心電極の方を向いた面には少なくとも、接地電極への入熱を遮断する遮熱層が設けられている。火炎核が生成したときに、及び／又は、火炎核が成長するときに、火炎核が接地電極に触れても、遮熱層によって入熱が遮断される。接地電極が火炎核の熱を奪ってしまうことを回避することができる。点火装置の消炎作用が小さくなるから、火炎核を速やかにかつ、確実に成長させることが可能になる。よって、この点火装置は、高圧縮エンジンにおいて、火花点火の着火性を向上させる。

特に、接地電極における中心電極の方を向いた面は、中心電極と接地電極とのギャップにおいて生成した火炎核、及び、成長する火炎核が接する面であるため、この面に遮熱層を設けることによって、火炎核の熱が、接地電極に入ることを、効果的に遮断することができる。よって、火花点火における着火性を、効果的に高めることができる。

尚、遮熱層は、接地電極における中心電極の方を向いた面に限らず、接地電極の全体に設けられていてもよい。接地電極の全体に遮熱層を設けると、混合気の燃焼時に、その燃焼熱が、接地電極に入熱することを遮断することができる。これにより、冷却損失を下げることができ、エンジンの熱効率の向上に有利になる。

尚、遮熱層は、当初、接地電極の全体に設けられていたが、エンジンの運転が継続することに伴い、その一部が消失することも許容される。点火装置は一般的に、中心電極と、接地電極と、中心電極と接地電極との間に介在する絶縁体と、を有して構成される。接地電極は、その根元が中心電極を囲む環状の端面に固定され、その先端が中心電極に対向する。接地電極の根元は、中心電極から離れるが、接地電極の先端は、中心電極に近い。

本願発明者らの検討によると、エンジンの定常運転中に、接地電極の先端は温度が高く、接地電極の根元は相対的に温度が低い。このため、接地電極の先端側に設けた遮熱層は、消失するかもしれないが、接地電極の根元側に設けた遮熱層は、残りやすい。その一方で、接地電極の先端部分は、温度が高くなるため火炎核の熱が入りにくく、接地電極の根元は、温度が低いため火炎核の熱が入りやすい。接地電極の先端の部分は、火炎核が生成するときに火炎核を触れやすい部分であるが、仮に遮熱層が無くても、火炎核の熱は入りにくい。よって、火炎核の成長が妨げられにくい。

これに対し、接地電極の根元の部分は、相対的に温度が低いため、火炎核の熱が入りやすいが、遮熱層が残るため、火炎核が成長するときに火炎核の熱が入ることを防止することができる。その結果、火炎核の成長を妨げることが防止され、混合気が、確実に、着火及び燃焼に至る。

前記遮熱層は、周囲温度の変化に追従して、前記遮熱層の温度が変化するよう構成されている。

遮熱層に触れるガスから遮熱層への熱の移動量は、ガスと遮熱層との温度差が大きいと多くなり、温度差が小さいと少なくなる。前記の構成では、燃焼室内の混合気が着火及び燃焼するときに、遮熱層の温度も高くなるから、遮熱層に触れるガスから遮熱層への熱の移動量が少なくなる。冷却損失が低くなるからエンジンの熱効率の向上に有利になる。また、遮熱層の温度が高くなるため、接地電極付近にデポジットが堆積してしまうことが回避される。

また、前記の構成では、燃焼室内の既燃ガスが排出されかつ、相対的に低温のガス（つまり、新気、又は、新気及びＥＧＲガス）が燃焼室内にチャージされるときに、遮熱層の温度は低くなる。接地電極がホットスポットとなって、混合気が過早着火してしまうことが回避される。

前記遮熱層は、多数の中空粒子と、前記中空粒子の間を埋めて前記遮熱層の母材を形成するバインダとを含んでいる。

この構成の遮熱層は、遮熱性能を効果的に向上させることができる。また、遮熱層の温度は、周囲温度の変化に追従して変化する。

前記高圧縮比エンジンの幾何学的圧縮比は、１４〜３０である、としてもよい。

幾何学的圧縮比を１４〜３０にすると火炎核が成長し難くなるため、火花点火の着火性が不利になるが、前述した点火装置は、火花点火の着火性が向上するから、幾何学的圧縮比を１４〜３０にした高圧縮比エンジンにおいて、火花点火による燃焼を確実に行うことができる。

前記高圧縮比エンジンは、前記燃焼室のガス重量と燃料重量との比であるＧ／Ｆを３５以上とした混合気が形成されるリーン運転領域を設定するとともに、当該リーン運転領域において前記燃焼室内の混合気に点火をする、としてもよい。

混合気を希釈することによって、燃費の向上、及び、排気ガスのエミッション性能の向上が図られる。

一方、混合気を希釈すると火炎核が成長し難くなるため、火花点火における着火性に不利になるが、前述した点火装置は、火花点火の着火性が向上するから、Ｇ／Ｆを３５以上に設定して運転する高圧縮比エンジンにおいて、火花点火による燃焼を確実に行うことができる。

ここで、燃焼室のガスは、実質的に新気のみ場合（つまり、ＥＧＲガスを燃焼室内に導入するＥＧＲ制御を行わない場合。但し、多少の残留ガスが存在する場合を含む）、及び、新気とＥＧＲガスとを含む場合（つまり、ＥＧＲガスを燃焼室内に導入するＥＧＲ制御を行う場合）がある。新気と燃料との重量比Ａ／Ｆを３５以上に設定することも、Ｇ／Ｆを３５以上に設定することに含まれる。つまり、前記の構成は、Ａ／Ｆを３５以上に設定すること、及び、Ｇ／Ｆを３５以上に設定することの両方を含んでいる。

以上説明したように、前記の高圧縮比エンジンの点火装置によると、火花点火における着火性を、効果的に高めることができる。

図１は、高圧縮比エンジンの構成を例示する図である。 図２は、エンジンの運転領域を例示する図である。 図３は、エンジンの燃焼室の構成を拡大して示す断面図である。 図４は、点火装置の先端部を拡大して示す斜視図である。 図５は、図４とは異なる構成の点火装置の先端部を拡大して示す図４対応図である。 図６は、遮熱層の構成を模式的に例示する断面図である。

以下、高圧縮比エンジンの点火装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、高圧縮比エンジンの点火装置の一例である。

（エンジンの全体構成）
図１は、高圧縮比エンジン（以下、単にエンジン1という）の構成を例示する図である。エンジン１の幾何学的圧縮比は、１４以上３０以下に設定されている。エンジン１の幾何学的圧縮比は高い。

このエンジン１の燃料は、本実施形態ではガソリンである。燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。エンジン１の燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。

エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１が形成されている。図１では、１つの気筒のみを示す。エンジン１は、多気筒エンジンである。各シリンダ１１内には、ピストン３が摺動可能に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。尚、「燃焼室」は、ピストン３が圧縮上死点に至ったときに形成される空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる場合がある。つまり、燃焼室は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する場合がある。ピストン３の上面３０には、凹状のキャビティ３４が形成されている（図３も参照）。キャビティ３４は、ピストン３の中央部に形成されている。

燃焼室１７の天井面を構成するシリンダヘッド１３の下面１３０は、吸気側からシリンダ１１の中央に向かって登り勾配になっていると共に、排気側からシリンダ１１の中央に向かって登り勾配になっている。燃焼室１７は、ペントルーフ型の燃焼室である。尚、ペントルーフの谷部の位置は、シリンダ１１の中心軸に一致する場合、及び、一致しない場合の両方があり得る。

シリンダヘッド１３の下面１３０には、吸気ポート１８の開口部が設けられていると共に、排気ポート１９の開口部が設けられている。

図１には一つのみ示すが、シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に二つの吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、吸気通路１８１に接続されている。

吸気ポート１８と同様に、シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に二つの排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９は燃焼室１７に連通している。排気ポート１９は、排気通路１９１に接続されている。

図示しないが、エンジン１は、吸気通路１８１にコンプレッサが介設している過給機付きエンジンであってもよい。過給機は、排気エネルギによって駆動するターボ過給機、及び、エンジン１によって駆動される機械式過給機のいずれであってもよい。また、エンジン１は、過給機を有しない自然吸気エンジンであってもよい。

また、図示は省略するが、エンジン１は、排気通路１９１と吸気通路１８１とをつなぐＥＧＲ通路を備えている。エンジン１の運転状態に応じて、ＥＧＲ通路及び吸気通路１８１を介して、ＥＧＲガスが、燃焼室１７の中に導入される。

シリンダヘッド１３には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、吸気ポート１８を燃焼室１７に対して開閉する。吸気弁２１は、吸気動弁機構２３によって、所定のタイミングで往復動する。吸気動弁機構２３は、この例では、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式又は電動式の位相可変機構（Sequential-Valve Timing：Ｓ-ＶＴ）を、少なくとも含んで構成されている。

シリンダヘッド１３には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、排気ポート１９を燃焼室１７に対して開閉する。排気弁２２は排気動弁機構２４によって、所定のタイミングで往復動する。排気動弁機構２４は、この例では、液圧式又は電動式のＳ-ＶＴを、少なくとも含んで構成されている。

シリンダヘッド１３には、燃焼室１７内に燃料を直接噴射するインジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、ペントルーフの谷部に配設されている。インジェクタ６の軸心は、シリンダ１１の中心軸に一致している。インジェクタ６の軸心は、シリンダ１１の中心軸からずれた位置で、中心軸に平行であってもよい。インジェクタ６は、ピストン３のキャビティ３４に対向している。インジェクタ６は、複数の噴口を有する多噴口型の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ６は、燃料噴霧が、燃焼室１７の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。尚、インジェクタ６の構成は、前記の構成に限定されない。インジェクタ６は、適宜の構成を採用することが可能である。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、点火装置７が取り付けられている。点火装置７は、燃焼室１７の中の混合気に強制的に火花点火をする。点火装置７は、この構成例では、シリンダ１１の中心軸よりも吸気側に配設されている。点火装置７は、図示は省略するが、二つの吸気ポート１８の間に位置している。点火装置７は、上方から下方に向かって、燃焼室１７の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火装置７の電極は、図３にも示すように、燃焼室１７の中に臨んでかつ、燃焼室１７の天井面の付近に位置している。点火装置７の構成は、後述する。

（エンジンの運転領域）
図２は、エンジン１の運転領域を示している。エンジン１の運転領域は、負荷が相対的に低くかつ、回転数が相対的に低い第１領域と、第１領域よりも負荷が高い、及び／又は、第１領域より回転数が高い第２領域とに分かれている。エンジン１を運転するＥＣＵ（図示省略）は、各種のセンサの検知信号を受けて要求トルクを演算すると共に、要求トルクと運転領域とに基づき設定した制御パラメータに従って、各デバイスに、制御信号を出力する。

エンジン１は、第１領域において、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を図るため、ＣＩ燃焼を行う。自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン１は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＩ−ＣＩ燃焼を行う。ＳＩ−ＣＩ燃焼は、点火装置７が、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播により燃焼すると共に、ＳＩ燃焼の発熱により燃焼室１７の中の温度が高くなることによって、未燃混合気が自己着火により燃焼する。ＳＩ燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらついていても、例えば点火タイミングの調整によってＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、自己着火のタイミングをコントロールすることができる。これにより、燃焼騒音が増大してしまうことを回避することができる。第１領域において、エンジン１は、混合気の空気過剰率λを１．０±０．２にしかつ、ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入することで混合気のＧ／Ｆ（つまり、燃焼室１７のガス重量と燃料重量との比）を３５以上にして運転する。第１領域は、リーン運転領域である。混合気を希釈してＣＩ燃焼を行うことにより、エンジン１の燃費性能を高くすることが可能になる。さらに、混合気の空燃比を略理論空燃比にすることによって、三元触媒により、排気ガスを浄化することが可能になるため、エンジン１の排出ガス性能が良好になる。

第２領域においては、第１領域よりも燃料噴射量が増える。燃料噴射量が増えると、ＳＩ−ＣＩ燃焼を行っても、燃焼騒音を抑制することが困難になる。また、第２領域においては、燃焼室１７の中の温度が高くなるため、ＣＩ燃焼を行おうとしても、過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じやすい。そのため、エンジン１は、第２領域においては、火花点火によるＳＩ燃焼を行う。

従って、このエンジン１は、運転領域の全域において、点火装置７によって、燃焼室１７内の混合気に点火を行う。

（燃焼室の構成）
図３は、エンジン１の燃焼室１７を拡大して示している。エンジン１では、燃焼室１７を区画する区画面に遮熱層１７３を設けている。具体的に、図３に示す構成例では、シリンダヘッド１３の下面１３０（つまり、燃焼室１７の天井面）、ピストン３の上面３０、並びに、図示は省略するが、吸気弁２１のバルブヘッドの面及び排気弁２２のバルブヘッドの面に、遮熱層１７３を設けている。遮熱層１７３は、燃焼室１７を区画する区画面の全体に設けてもよいし、区画面の一部に設けてもよい。

遮熱層１７３は、燃焼室１７を構成する金属製の母材よりも熱伝導率が低い。ここでいう母材は、例えばピストン３であればアルミニウム又はアルミニウム合金である。遮熱層１７３は、燃焼室１７内の燃焼ガスの熱が、燃焼室１７を区画する面を通じて放出されることを抑制する。遮熱層１７３によって、エンジン１の冷却損失を低減することが可能になる。

また、遮熱層１７３は、母材よりも容積比熱が小さいことが好ましい。つまり、遮熱層１７３の熱容量を小さくして、燃焼室１７の区画面の温度が、燃焼室１７内のガス温度の変動に追従して変化することが好ましい。こうすることで、混合気が燃焼するときには、燃焼ガスの温度と区画面の温度との差が小さくなるから、熱が、区画面を通じて母材に伝わることが、さらに抑制される。

遮熱層１７３は、中空粒子（例えばガラスバルーン）と、バインダとしての、例えばシリコーン樹脂と、を含有する遮熱材料を、区画面上に塗布し、加熱処理によって樹脂を硬化させることにより形成してもよい。

（点火装置の構成）
図４は、点火装置７の先端部を拡大して示す斜視図である。点火装置７は、中心電極７１と、接地電極７２と、中心電極７１と接地電極７２との間に介在する絶縁体７３と、を有している。中心電極７１及び絶縁体７３は、筒体７４に収容されている。筒体７４の下端面は、中心電極の周囲を囲む環状端面７４１を構成する。環状端面７４１は、点火装置７をシリンダヘッド１３に取り付けたときに、シリンダヘッド１３の下面１３０において燃焼室１７に臨んで配設される。環状端面７４１は、実質的に、燃焼室１７の天井面の一部を構成する。

図４に例示する点火装置７は、絶縁体７３が、筒体７４の下端から突出している、いわゆるプロジェクト型である。接地電極７２は、側面視で略Ｌ字状に構成されている。接地電極７２の根元は、環状端面７４１に固定されている。接地電極７２と環状端面７４１とは導通している。接地電極７２の先端は、筒体７４の端から突出している中心電極７１に、対向している。

接地電極７２の先端には、突起７２１が取り付けられている。突起７２１は、中心電極７１の方に向かって突出している。突起７２１の上端と中心電極７１の下端との間に、放電ギャップが形成されている。この点火装置７は、いわゆる針−針プラグである。接地電極７２の先端に突起７２１を取り付けることによって、放電ギャップの付近における空間が広くなると共に、放電ギャップの近傍における接地電極７２の熱容量が小さくなる。点火装置７の消炎作用が小さくなって、火花点火の着火性が高まる。

側面視略Ｌ字状の接地電極７２において、中心電極７１の方を向いた面には遮熱層７５が設けられている。遮熱層７５は、接地電極７２への入熱を遮断する。尚、図４においては、理解を容易にするために、遮熱層７５に薄墨を付けている。

遮熱層７５は、前述した燃焼室１７の区画面に設ける遮熱層１７３と同じである。遮熱層７５は、火炎核が生成したとき、また、その火炎核が成長するときに、火炎核の熱が、接地電極７２に入ることを防止する。これにより、火炎核の成長が妨げられず、混合気は、確実に着火及び燃焼する。

特に、接地電極７２における中心電極の方を向いた面は、中心電極７１と接地電極７２との放電ギャップにおいて生成した火炎核、及び、成長する火炎核が接する面である。この面に遮熱層７５を設けることによって、火炎核の熱が接地電極７２に入ることを、効果的に遮断することができる。よって、この点火装置７は、高圧縮比エンジン１において、火花点火の着火性を、効果的に高めることができる。

遮熱層７５はまた、周囲のガス温度の変動に追従して、その温度が変化する。遮熱層に触れるガスから遮熱層への熱の移動量は、ガスと遮熱層との温度差が大きいと多くなり、温度差が小さいと少なくなる。遮熱層７５の温度が、周囲のガス温度の変動に追従して変化することにより、火炎核の成長時には、火炎核の温度と遮熱層７５の温度との差が小さくなるから、熱が、遮熱層７５及び接地電極７２に入ることを、さらに抑制することができる。よって、この点火装置７は、高圧縮比エンジン１において、火花点火の着火性を、さらに高めることができる。

接地電極７２に設ける遮熱層７５は、図６に示すように、バインダ３２と、その中に分散された多数の中空粒子３１とを含んで構成されている。バインダ３２は、中空粒子３１を接地電極７２の中心電極７１の方を向いた面に保持すると共に、中空粒子３１の間を埋めて遮熱層７５の母材を形成する。バインダ３２は、例えばシリコーン系樹脂等の低熱伝導性材料であると共に、中空粒子３１は、その内部空間に熱伝導性の低い空気を含有する。このように、バインダ３２の中に中空粒子３１を分散させることにより、遮熱層７５を、より低熱伝導性の層としている。

中空粒子３１としては、シリカバルーン、ガラスバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン、エアロゲルバルーン等のＳｉ系酸化物成分（例えば、シリカ（ＳｉＯ_２））又はＡＩ系酸化物成分（例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３））を含有するセラミック系中空粒子を採用することが好ましい。中空粒子３１としては特に、ガラスバルーンを採用することが好ましい。これにより、遮熱層７５の熱伝導性をより低くすることができると共に、その強度も確保することができる。

尚、中空粒子３１は、好ましくは球状である。中空粒子３１の平均粒径は、遮熱層７５の遮熱性向上の観点から、好ましくは、５μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは、１０μｍ以上４５μｍ以下、特に好ましくは、１５μｍ以上４０μｍ以下、である。遮熱層７５における中空粒子３１の含有量は、遮熱層７５の遮熱性向上の観点から、好ましくは５質量％以上５０質量％以下、より好ましくは１０質量％以上４５質量％以下、特に好ましくは１５質量％以上４０質量％以下である。

バインダ３２としては、耐熱性樹脂を用いることができ、例えば低熱伝導性材料であるシリコーン系樹脂を用いることができる。シリコーン系樹脂は、具体的には、例えばメチルシリコーン樹脂、メチルフェニルシリコーン樹脂に代表される、分岐度の高い三次元ポリマーからなるシリコーン系樹脂を好ましく用いることができる。シリコーン系樹脂の具体例としては、さらに例えばポリアルキルフェニルシロキサンを挙げることができる。これにより、遮熱層７５の熱伝導性を低下させることができると共に、接地電極７２の面と遮熱層７５との優れた密着性を得ることができる。

遮熱層７５は、例えば次のようにして、接地電極７２に設けることが可能である。つまり、中空粒子３１を有するバインダ３２に、点火装置７の接地電極７２を浸漬することによって、接地電極７２の全表面にバインダ３２を塗布する。その後、加熱処理によってバインダ３２を硬化させれば、接地電極７２に遮熱層７５を形成することができる。

この製造方法によると、遮熱層７５を形成したときに、接地電極７２の突起７２１の部分にも遮熱層７５が形成される。そのため、接地電極７２に遮熱層７５を形成した後、突起７２１の部分に形成した遮熱層７５を除去する。こうすることで、点火装置７は、中心電極７１と接地電極７２との間で、火花放電を発生させることができる。

尚、遮熱層７５の厚みは、高い遮熱性能を維持しながら、遮熱層７５の破損及び剥離を防止する観点から、好ましくは８μｍ以上９０μｍ以下、より好ましくは１３μｍ以上７０μｍ以下、特に好ましくは１８μｍ以上５０μｍ以下である。

前述した製造方法によると、接地電極７２における中心電極７１を向いた面に限らず、接地電極７２の全体に、遮熱層７５を設けることができる。接地電極７２における中心電極７１を向いた面とは逆側の面等は、混合気の燃焼時に、その燃焼熱が入熱し得るが、接地電極７２の全体に遮熱層７５を設けると、接地電極７２に、燃焼熱が入熱することを遮断することができる。これにより、エンジン１の冷却損失を下げることができ、エンジン１の熱効率の向上に有利になる。

また、接地電極７２に設けた遮熱層７５は、周囲温度の変化に追従して、遮熱層７５の温度が変化するよう構成されているため、燃焼室１７内の混合気が着火及び燃焼するときには、遮熱層７５の温度も高くなる。よって、遮熱層７５に触れるガスから遮熱層７５への熱の移動量が少なくなり、冷却損失がさらに低下して、エンジン１の熱効率の向上に有利になる。また、混合気の燃焼時に遮熱層７５の温度が高くなるため、接地電極７２の付近にデポジットが堆積してしまうことを回避することができる。

また、燃焼室１７内の既燃ガスが排出されかつ、相対的に低温のガス（つまり、新気、又は、新気及びＥＧＲガス）が燃焼室１７内にチャージされるときに、遮熱層７５の温度は低くなる。接地電極７２がホットスポットとなって、混合気が過早着火してしまうことを回避することができる。

尚、当初、接地電極７２の全体に設けられていた遮熱層７５の一部が、エンジン１の運転が継続することに伴い、消失することも許容される。エンジン１の定常運転中に、中心電極７１に対向する接地電極７２の先端は温度が高くなり、環状端面７４１に固定された接地電極７２の根元は相対的に温度が低くなる。接地電極７２の先端側に設けた遮熱層７５は、温度変化が大きくて熱収縮差が大きくなる結果、消失するかもしれないが、接地電極７２の根元側に設けた遮熱層７５は、先端側よりも残りやすい。特に接地電極７２の根元側における、中心電極７１を向いた面に設けた遮熱層７５は、残りやすい。

ここで、接地電極７２の先端部分は温度が高くなるため、火炎核の熱が入りにくい。接地電極７２の先端の部分は、火炎核が生成するときに火炎核を触れる部分であるが、仮に遮熱層７５が無くても、火炎核の熱は入りにくい。よって、火炎核の成長が妨げられない。

これに対し、接地電極７２の根元の部分は、相対的に温度が低いため、火炎核の熱が入りやすくなるが、前述したように、遮熱層７５が残るため、火炎核が成長するときに火炎核の熱が入ることを防止することができる。その結果、火炎核の成長を妨げることが防止され、混合気が、確実に、着火及び燃焼に至る。

尚、点火装置７は、接地電極７２の先端の突起７２１を省略したタイプであってもよい。この場合は、接地電極７２に遮熱層７５を設けた後、少なくとも接地電極７２における中心電極７１に対向する箇所の、遮熱層７５を除去すればよい。

また、図５に示すように、点火装置８は、スラント型であってもよい。つまり、スラント型の点火装置８は、中心電極８１と、接地電極８２と、絶縁体８３と、筒体８４と、を備えている。中心電極８１及び絶縁体８３は、筒体８４の下端よりも内方に位置している。接地電極８２は、根元が、筒体８４の環状端面８４１に固定され、そこから、中心電極８１の近傍まで真っ直ぐに伸びている。

この接地電極８２においても、中心電極８１の方を向いた面、具体的には、接地電極８２における上面には少なくとも、遮熱層８５が設けられている。遮熱層８５は、接地電極８２の全体に設けられていてもよい。

接地電極８２に遮熱層８５を設けることによって、火炎核の生成及び火炎核の成長を阻害することが防止され、点火装置８の着火性を高めることができる。また、接地電極８２の全体に遮熱層８５を設けると、エンジン１の冷却損失の低減に有利になる。

尚、点火装置の設置電極に設ける遮熱層は、前述した構成に限らない。例えば接地電極７２、又は、接地電極８２の面に、ＺｒＯ_２等のセラミック材料を、プラズマ溶射によってコーティングすることにより、遮熱層を形成してもよい。

尚、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン１に適用することに限定されない。ここに開示する点火装置は、運転領域の全域に亘って火花点火による燃焼を行う火花点火エンジンに適用してもよい。また、少なくとも一部の領域においては、火花点火を行わない（例えば、圧縮着火により燃焼する）圧縮着火エンジンに適用してもよい。

また、エンジン１において、燃焼室１７を区画する区画壁に設けた遮熱層１７３は、省略してもよい。

また、ここに開示する点火装置は、混合気のＡ／Ｆを３５以上に設定して火花点火による燃焼を行うエンジンに取り付けてもよい。混合気を希釈すると火炎核が成長し難くなるため、火花点火における着火性に不利になるが、前述した点火装置は、火花点火の着火性が向上するから、Ａ／Ｆを３５以上に設定して運転するエンジンにおいて、火花点火による燃焼を確実に行うことができる。

１ エンジン
１７ 燃焼室
３１ 中空粒子
３２ バインダ
７ 点火装置
７１ 中心電極
７２ 接地電極
７５ 遮熱層
８ 点火装置
８１ 中心電極
８２ 接地電極
８５ 遮熱層

Claims (3)

1. 幾何学的圧縮比が所定以上に設定された高圧縮比エンジンの燃焼室に臨んで配設された点火装置であって、
   中心電極と、接地電極とを備え、
   前記接地電極において、少なくとも前記中心電極の方を向いた面には、前記接地電極への入熱を遮断する遮熱層が設けられ、
   前記遮熱層は、多数の中空粒子と、前記中空粒子の間を埋めて前記遮熱層の母材を形成するバインダとを含んでおり、
   前記遮熱層は、周囲温度の変化に追従して、前記遮熱層の温度が変化するよう構成されている高圧縮比エンジンの点火装置。
2. 請求項１に記載の高圧縮比エンジンの点火装置において、
   前記高圧縮比エンジンの幾何学的圧縮比は、１４〜３０である高圧縮比エンジンの点火装置。
3. 請求項１又は２に記載の高圧縮比エンジンの点火装置において、
   前記高圧縮比エンジンは、前記燃焼室のガス重量と燃料重量との比であるＧ／Ｆを３５以上とした混合気が形成されるリーン運転領域を設定するとともに、当該リーン運転領域において前記燃焼室内の混合気に点火をする高圧縮比エンジンの点火装置。

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