WO2017221705A1 - 内燃機関の点火装置 - Google Patents

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combustion engine
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素久 徳永
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いすゞ自動車株式会社
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02P15/04—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits one of the spark electrodes being mounted on the engine working piston
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/54—Sparking plugs having electrodes arranged in a partly-enclosed ignition chamber

Definitions

  • the present disclosure relates to an ignition device for an internal combustion engine, and more particularly, to an ignition device for an internal combustion engine provided with an ignition plug.
  • this type of spark plug includes a housing attached to a cylinder head, an insulator accommodated and held in the housing, a center electrode protruding from the insulator, a bent shape formed in a substantially L shape, and a center electrode. A ground electrode facing the tip is provided.
  • a gas mixture is ignited by applying a voltage to the center electrode and generating a spark discharge in a gap (hereinafter also referred to as a gap) between the center electrode and the ground electrode (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the technique of the present disclosure aims to effectively improve the ignitability by suppressing the wear of the center electrode due to high power concentration.
  • the technology of the present disclosure is an ignition device for an internal combustion engine in which a piston is housed in a cylinder of a cylinder block so as to be reciprocally movable and a cylinder head is disposed on an upper portion of the cylinder block, and is attached to the cylinder head.
  • a columnar center electrode and recessed from the top surface of the piston in the axial direction of the piston, and receiving at least a part of the center electrode with a predetermined gap at the top dead center of the piston, A concave hole for generating a spark discharge between the inner surface of the electrode and the outer surface of the central electrode when a voltage is applied to the electrode.
  • the concave hole includes a cylindrical hole portion that is recessed from the top surface of the piston in the axial direction of the piston, and the cylindrical hole portion is located at a predetermined crank angle position on the advance side of the piston from the top dead center.
  • the concave hole further includes a spherical hole portion that is recessed in a hemispherical shape from the lower end of the cylindrical hole portion, and when the piston reaches top dead center, the lower end of the center electrode is connected to the cylindrical hole portion and the spherical hole.
  • the spark discharge is preferably generated between at least one inner surface of the cylindrical hole portion or the spherical hole portion and the outer surface of the center electrode.
  • the lower surface of the cylinder head facing the cylinder may be formed in a flat shape, and a recess may be formed in the other part of the top surface of the piston excluding the recessed hole.
  • the recess may be annularly formed in the periphery of the top surface of the piston.
  • the concave hole receives at least the lower end of the center electrode when the piston is at a predetermined crank angle position on the advance side of the top dead center, and receives the lower end of the insulator. Instead, at the top dead center of the piston, at least a part of the center electrode and the lower end of the insulator may be received.
  • the concave hole includes a cylindrical hole portion that is recessed in the piston axial direction from the top surface of the piston, and a spherical hole portion that is recessed in a hemispherical shape from the lower end of the cylindrical hole portion, and the depth of the cylindrical hole portion is
  • the lower end portion of the center electrode is received on the upper end side of the cylindrical hole when the piston is at a predetermined crank angle position on the advance side with respect to the top dead center, and further, the piston is at the top dead center.
  • the tip of the lower end portion of the center electrode may be set to a length that is located in the vicinity of the boundary between the cylindrical hole portion and the spherical hole portion.
  • the hole diameter of the cylindrical hole portion is formed larger than the outer diameter of the lower end portion of the insulator, and the radius of the spherical hole portion is set to a value about 1/2 of the hole diameter of the cylindrical hole portion. Also good.
  • FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view showing an internal combustion engine ignition device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view illustrating a main part of an ignition device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a state in which the air-fuel mixture in the combustion chamber is ignited at a predetermined crank angle position on the advance side in the ignition device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a state in which the air-fuel mixture in the combustion chamber is ignited in the vicinity of the compression top dead center of the piston in the ignition device for the internal combustion engine according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view showing an internal combustion engine ignition device according to another embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional view showing an internal combustion engine ignition device according to another embodiment.
  • a piston 13 is accommodated in a cylinder 12 in a cylinder block 11 of the engine 10 so as to be reciprocally movable.
  • a cylinder head 14 is fixed to the upper part of the cylinder block 11 with a head bolt (not shown).
  • the cylinder head 14 is provided with an intake port 15 and an exhaust port 16.
  • the cylinder block 14 is provided with an injector 30 for injecting fuel (gasoline or natural gas such as LPG, LNG, CNG) into the intake port 15.
  • the cylinder head 14 includes an intake valve 18 that introduces an air-fuel mixture from the intake port 15 into the combustion chamber 17 by an opening / closing operation, and an exhaust valve that extracts exhaust gas from the combustion chamber 17 into the exhaust port 16 by an opening / closing operation. 19 is provided.
  • the lower surface of the cylinder head 14 that forms the upper wall of the combustion chamber 17 is substantially flat, and a female screw hole 14A for attaching the spark plug 20 is formed in the center thereof.
  • the spark plug 20 of the present embodiment includes at least a housing 21, an insulator 22, a connection terminal 23, and a center electrode 24.
  • the housing 21 is formed in a substantially cylindrical shape, and a hexagonal portion 21A having a larger diameter than the female screw hole 14A of the cylinder head 14 is provided on the upper end side thereof. Further, a male screw portion 21B that is screwed into the female screw hole 14A is provided on the lower end side of the housing 21. Further, a gasket (not shown) that seals the gap between the cylinder head 14 and the housing 21 is provided between the hexagonal portion 21 ⁇ / b> A and the male screw portion 21 ⁇ / b> B of the housing 21.
  • the insulator 22 is formed in a substantially cylindrical shape. With the upper end portion 22B and the lower end portion 22A exposed from the housing 21, the other portions excluding the upper end portion 22B and the lower end portion 22A are the cylinders of the housing 21. It is housed and held inside. A lower end 22 ⁇ / b> A of the insulator 22 protrudes into the combustion chamber 17. A connection terminal 23 is held at the upper end 22B of the insulator 22.
  • connection terminal 23 is housed in the cylinder of the insulator 22 at the lower end side and protrudes from the insulator 22 at the upper end side.
  • An external power source is connected to the upper end side of the connection terminal 23 via a cable (not shown).
  • the lower end side of the connection terminal 23 is electrically connected to the upper end side of the center electrode 24 via a middle shaft (not shown).
  • the center electrode 24 is formed in a substantially cylindrical shape having a diameter larger than that of a general spark plug electrode, and the other portions except the lower end 24A are accommodated and held in the cylinder of the insulator 22. That is, the lower end portion 24 ⁇ / b> A of the center electrode 24 is provided so as to protrude in the axial direction of the cylinder 12 from the lower end portion 22 ⁇ / b> A of the insulator 22 toward the substantially central portion of the top surface of the piston 13 in the combustion chamber 17.
  • the piston 13 is provided with an annular recess 26 formed by obliquely cutting the peripheral edge of the top surface toward the outer surface. Further, a ground electrode concave hole 25 that can receive the lower end portion 24 ⁇ / b> A of the center electrode 24 protruding into the combustion chamber 17 is formed in a substantially central portion of the piston 13.
  • the ground electrode concave hole 25 has a cylindrical hole portion 25A that is recessed in a cylindrical shape at a predetermined depth from the substantially central portion of the top surface of the piston 13 and a hemispherical shape from the lower end of the cylindrical hole portion 25A. And a hollow spherical hole 25B.
  • the hole diameter (diameter) D of the cylindrical hole portion 25A is such that the lower end portion 22A of the insulator 22 and the lower end portion 24A of the center electrode 24 are received therein, It is formed slightly larger than the outer diameter of the lower end portion 24A so that a minute gap G is secured between the peripheral surface and the outer peripheral surface of the lower end portion 24A of the center electrode 24. That is, when the hole diameter of the cylindrical hole portion 25A has the first diameter and the lower end portion 24A of the center electrode 24 has the second diameter, the first diameter is set larger than the second diameter.
  • the hole diameter (diameter) D of the cylindrical hole portion 25 ⁇ / b> A is slightly larger than the outer diameter of the lower end portion 22 ⁇ / b> A of the insulator 22. That is, when the lower end 22A of the insulator 22 has the third diameter, the first diameter is set larger than the third diameter. In the example of FIG. 4, the first diameter is set larger than the second diameter and the third diameter.
  • the gap G is preferably set to a value approximately equal to a gap of a general spark plug (gap between the center electrode and the ground electrode).
  • the radius R of the spherical hole portion 25B is preferably set to a value that is half (1/2) the hole diameter D of the cylindrical hole portion 25A.
  • the depth L of the cylindrical hole portion 25A is such that the lower end portion 24A of the center electrode 24 is at a predetermined crank angle position (for example, about 25 to 30 degrees) on the advance side before the piston 13 reaches the top dead center.
  • a predetermined crank angle position for example, about 25 to 30 degrees
  • the tip of the lower end 24A of the center electrode 24 is the boundary between the cylindrical hole 25A and the spherical hole 25B when received at the upper end of the cylindrical hole 25A (see FIG. 3). (See FIG. 4). That is, the lower end 24A of the center electrode 24 is reliably received in the ground electrode recess 25 over a predetermined crank angle range before and after the top dead center of the piston 13.
  • FIG. 3 shows a state in which the air-fuel mixture in the combustion chamber 17 is ignited at a predetermined crank angle position (for example, about 25 to 30 degrees) on the advance side when the ignition timing is advanced, such as during high-load operation of the engine 10.
  • a predetermined crank angle position for example, about 25 to 30 degrees
  • the piston 13 reaches a predetermined crank angle position (for example, about 25 to 30 degrees) on the advance side from the top dead center, the lower end portion 24A of the center electrode 24 is placed in the cylindrical hole portion 25A of the ground electrode concave hole 25. It will be in the state received by the upper end side.
  • the electric power concentration at the extreme part of the center electrode 24 is achieved. Will be prevented. Thereby, the gap expansion due to wear of the center electrode 24 is effectively suppressed, and the ignition performance at the time of advance can be reliably improved.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a state in which the air-fuel mixture in the combustion chamber 17 is ignited near the compression top dead center of the piston 13.
  • the lower end portion 24 ⁇ / b> A of the center electrode 24 is entirely received in the ground electrode recess 25.
  • a high voltage is applied to the center electrode 24 from an external power source (not shown) through the connection terminal 23 in this state, the outer peripheral surface of the center electrode 24 and the inner periphery of the ground electrode concave hole 25 (the cylindrical hole portion 25A and the spherical hole portion 25B) A plurality of spark discharges are generated between the surface and the air-fuel mixture to be ignited effectively.
  • a plurality of spark discharges are generated between the outer peripheral surface of the center electrode 24 having a large area and the inner peripheral surface of the ground electrode concave hole 25 (the cylindrical hole portion 25A and the spherical hole portion 25B) surrounding the central electrode 24.
  • the power concentration at the center electrode 24 is prevented from being concentrated, and gap expansion due to wear of the center electrode 24 can be effectively suppressed, and compression top dead center is ignited.
  • the performance can also be improved reliably.
  • annular recess 26 is provided on the periphery of the top surface of the piston 13, when the piston 13 approaches the compression top dead center, a part of the air-fuel mixture flows into the annular recess 26. Thereby, even in the combustion chamber 17 having a flat ceiling surface, an excessive increase in the compression ratio is suppressed, and the occurrence of knocking can be effectively prevented.
  • the shape of the annular recess 26 is not limited to the above embodiment, and may be provided between the peripheral edge of the top surface of the piston 13 and the ground electrode recess 25 as shown in FIG. Moreover, the shape is not limited to an annular shape, and a plurality of recesses may be provided individually.
  • the tip side of the center electrode 23 may be projected in a hemispherical shape along the shape of the spherical hole 25B.
  • gap of the center electrode 23 and the ground electrode recessed hole 25 is equalize
  • the shape of the combustion chamber 17 is not limited to the above embodiment, and may be a combustion chamber having another shape such as a pent roof type.
  • the fuel injection type is not limited to the premixing type injected into the intake port 15, and may be a direct injection type injected into the combustion chamber 17.
  • the engine 10 is not limited to a gasoline engine or a gas engine, and can be widely applied to other internal combustion engines using fuel that can be ignited by the spark plug 20 of the above-described embodiment.
  • the present invention has the effect of suppressing the wear of the center electrode due to the concentration of high power and effectively improving the ignitability, and is useful for an ignition device of an internal combustion engine.

Abstract

シリンダブロック１１のシリンダ１２内にピストン１３が往復移動可能に収容されると共に、シリンダブロック１１の上部にシリンダヘッド１４が配置された内燃機関の点火装置であって、シリンダヘッド１４に取り付けられるハウジング２１と、ハウジング２１内に収容保持された絶縁碍子２２と、その上端側を絶縁碍子２２に収容されると共に、その下端側を絶縁碍子２２から露出させてシリンダ１２内に突出させた柱状の中心電極２４と、ピストン１３の頂面からピストン軸方向に凹設されると共に、ピストン１３の上死点にて中心電極２４の少なくとも一部を所定の空隙を隔てて受容し、中心電極２４に電圧が印加されると、その内面と中心電極２４の外面との間に火花放電を生じさせる凹穴２５とを備える。

Description

内燃機関の点火装置
　本開示は、内燃機関の点火装置に関し、特に、点火プラグを備えた内燃機関の点火装置に関する。
　一般的に、この種の点火プラグは、シリンダヘッドに取り付けられるハウジングと、ハウジングに収容保持された絶縁碍子と、絶縁碍子から突出する中心電極と、略Ｌ字状に屈曲形成されて中心電極の先端部と対向する接地電極とを備えている。
　このような点火プラグにおいては、中心電極に電圧を印加して、中心電極と接地電極との空隙（以下、ギャップともいう）に火花放電を発生させることで、混合気に着火させている（例えば、特許文献１，２参照）。
日本国特開２０１６－０６２８６５号公報 日本国特開２０１４－１７５０９４号公報
　ところで、上記点火プラグにおいて、混合気の着火性を向上させるには、ギャップに大きな火炎核の形成を促すために火花放電のアークエネルギを高める必要がある。また、排気エミッション性能の向上を図るべくＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）率を上昇させる際には、エンジンの失火を効果的に防止するために、中心電極に印加する電圧値を高める必要がある。
　しかしながら、火花放電を発生させる中心電極の先端部は微小形状のため、このような先端部に高電力が集中すると、摩耗の進展によってギャップが拡張され、失火を生じやすくする課題がある。
　本開示の技術は、高電力の集中による中心電極の摩耗を抑制して、着火性を効果的に向上させることを目的とする。
　本開示の技術は、シリンダブロックのシリンダ内にピストンが往復移動可能に収容されると共に、前記シリンダブロックの上部にシリンダヘッドが配置された内燃機関の点火装置であって、前記シリンダヘッドに取り付けられるハウジングと、少なくともその一部を前記ハウジング内に収容保持された絶縁碍子と、その上端側を前記絶縁碍子に収容されると共に、その下端側を前記絶縁碍子から露出させて前記シリンダ内に突出させた柱状の中心電極と、前記ピストンの頂面からピストン軸方向に凹設されると共に、前記ピストンの上死点にて前記中心電極の少なくとも一部を所定の空隙を隔てて受容し、前記中心電極に電圧が印加されると、その内面と前記中心電極の外面との間に火花放電を生じさせる凹穴と、を備えることを特徴とする。
　また、前記凹穴は、前記ピストンの頂面からピストン軸方向に窪む筒穴部を含み、当該筒穴部は、前記ピストンが上死点よりも進角側の所定のクランク角度位置にある時に、前記中心電極の少なくとも一部を受容し、前記中心電極に電圧が印加されると、その内面と前記中心電極の外面との間に火花放電を生じさせることが好ましい。
　また、前記凹穴は、前記筒穴部の下端から半球状に窪む球状穴部をさらに含み、前記ピストンが上死点に達すると、前記中心電極の下端が前記筒穴部と前記球状穴部の境界に位置され、前記中心電極に電圧が印加されると、前記筒穴部又は前記球状穴部の少なくとも一方の内面と前記中心電極の外面との間に火花放電を生じさせることが好ましい。
　また、前記シリンダに臨む前記シリンダヘッドの下面が平坦状に形成されると共に、前記ピストンの頂面の前記凹穴を除く他の部分に凹部が形成されてもよい。
　また、前記凹部が前記ピストンの頂面の周縁に環状に凹設されてもよい。
　また、前記凹穴は、前記ピストンが前記上死点よりも進角側の所定のクランク角度位置にある時に、前記中心電極の少なくとも下端部を受容し、他方で前記絶縁碍子の下端部は受容せず、前記ピストンの前記上死点にて、前記中心電極の少なくとも一部と、前記絶縁碍子の前記下端部との両方を受容するように形成されてもよい。
　前記凹穴は、前記ピストンの頂面からピストン軸方向に窪む筒穴部と、前記筒穴部の下端から半球状に窪む球状穴部と、を含み、前記筒穴部の深さは、前記ピストンが前記上死点よりも進角側の所定のクランク角度位置にある時に前記中心電極の下端部が前記筒穴部の上端側に受容され、さらに、前記ピストンが前記上死点に達した時に前記中心電極の前記下端部の先端が前記筒穴部と前記球状穴部との境界近傍に位置される長さで設定されてもよい。
　前記筒穴部の穴径は、前記絶縁碍子の下端部の外径よりも大きく形成され、前記球状穴部の半径は、前記筒穴部の穴径の約１／２の値で設定されてもよい。
　本開示の技術によれば、高電力の集中による中心電極の摩耗を抑制して、着火性を効果的に向上させることができる。
図１は、本開示の一実施形態に係る内燃機関の点火装置を示す模式的な部分断面図である。 図２は、本開示の一実施形態に係る内燃機関の点火装置の要部を説明する模式的な部分断面図である 図３は、本開示の一実施形態に係る内燃機関の点火装置において、進角側の所定のクランク角度位置にて燃焼室内の混合気に着火する状態を説明する模式図である。 図４は、本開示の一実施形態に係る内燃機関の点火装置において、ピストンの圧縮上死点近傍にて燃焼室内の混合気に着火する状態を説明する模式図である。 図５は、他の実施形態に係る内燃機関の点火装置を示す模式的な部分断面図である。 図６は、他の実施形態に係る内燃機関の点火装置を示す模式的な部分断面図である。
　以下、添付図面に基づいて、本開示の一実施形態に係る内燃機関の点火装置について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
　図１に示すように、エンジン１０のシリンダブロック１１には、シリンダ１２内にピストン１３が往復移動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。
　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、シリンダブロック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）を噴射するインジェクタ３０が設けられている。また、シリンダヘッド１４には、開閉動作により吸気ポート１５から混合気を燃焼室１７内に導入する吸気バルブ１８及び、開閉動作により燃焼室１７内から排気ガスを排気ポート１６内に導出する排気バルブ１９が設けられている。また、燃焼室１７の上壁を形成するシリンダヘッド１４の下面は略平坦状とされ、その中心部には点火プラグ２０を取り付けるための雌ネジ孔１４Ａが穿設されている。
　次に、図２に基づいて、点火プラグ２０の詳細構成について説明する。本実施形態の点火プラグ２０は、少なくとも、ハウジング２１と、絶縁碍子２２と、接続端子２３と、中心電極２４とを備えている。
　ハウジング２１は、略円筒状に形成されており、その上端側にはシリンダヘッド１４の雌ネジ孔１４Ａよりも大径の六角部２１Ａが設けられている。また、ハウジング２１の下端側には、雌ネジ孔１４Ａと螺合される雄ネジ部２１Ｂが設けられている。さらに、ハウジング２１の六角部２１Ａと雄ネジ部２１Ｂとの間には、シリンダヘッド１４とハウジング２１との隙間をシールする図示しないガスケットが設けられている。
　絶縁碍子２２は、略円筒状に形成されており、その上端部２２Ｂ及び下端部２２Ａをハウジング２１から露出させた状態で、これら上端部２２Ｂ及び下端部２２Ａを除く他の部分をハウジング２１の筒内に収容保持されている。絶縁碍子２２の下端部２２Ａは、燃焼室１７内に突出している。また、絶縁碍子２２の上端部２２Ｂには、接続端子２３が保持されている。
　接続端子２３は、その下端側を絶縁碍子２２の筒内に収容されると共に、その上端側を絶縁碍子２２から突出させている。接続端子２３の上端側には、図示しないケーブルを介して外部電源が接続されている。また、接続端子２３の下端側は、中心電極２４の上端側に図示しない中軸等を介して電気的に接続されている。
　中心電極２４は、一般的な点火プラグの電極よりも大径の略円柱状に形成されており、その下端部２４Ａを除く他の部分を絶縁碍子２２の筒内に収容保持されている。すなわち、中心電極２４の下端部２４Ａは、絶縁碍子２２の下端部２２Ａから、燃焼室１７内のピストン１３頂面の略中心部に向かってシリンダ１２の軸方向に突出して設けられている。
　本実施形態において、ピストン１３には、その頂面の周縁を外側面に向って斜めに切り欠いて形成した環状凹部２６が設けられている。さらに、ピストン１３の略中心部には、燃焼室１７内に突出する中心電極２４の下端部２４Ａを受容可能な接地電極凹穴２５が凹設されている。
　より詳しくは、接地電極凹穴２５は、ピストン１３頂面の略中心部からピストン軸方向に円筒状に所定の深さで窪む筒穴部２５Ａと、筒穴部２５Ａの下端から半球状に窪む球状穴部２５Ｂとを備えている。
　筒穴部２５Ａの穴径（直径）Ｄは、ピストン１３が上死点に位置する際に、その内部に絶縁碍子２２の下端部２２Ａ及び中心電極２４の下端部２４Ａを受容しつつ、その内周面と中心電極２４の下端部２４Ａ外周面との間に微小な空隙Ｇが確保されるように、当該下端部２４Ａの外径よりも僅かに大きく形成されている。すなわち、筒穴部２５Ａの穴径が第１の直径を有し、中心電極２４の下端部２４Ａが第２の直径を有する場合、第１の直径は第２の直径よりも大きく設定される。また、筒穴部２５Ａの穴径（直径）Ｄは、絶縁碍子２２の下端部２２Ａの外径よりも僅かに大きく形成されている。すなわち、絶縁碍子２２の下端部２２Ａが第３の直径を有する場合、第１の直径は第３の直径よりも大きく設定される。図４の例では、第１の直径は、第２の直径および第３の直径よりも大きく設定される。空隙Ｇは、好ましくは、一般的な点火プラグのギャップ（中心電極と接地電極との空隙）と略同等の値で設定されている。球状穴部２５Ｂの半径Ｒは、好ましくは、筒穴部２５Ａの穴径Ｄの半分（１／２）の値で設定されている。
　筒穴部２５Ａの深さＬは、ピストン１３が上死点に達する前の進角側の所定のクランク角度位置（例えば、約２５～３０度）にある時に、中心電極２４の下端部２４Ａが筒穴部２５Ａの上端側に受容され（図３参照）、さらに、ピストン１３が上死点に達した時に、中心電極２４の下端部２４Ａ先端が筒穴部２５Ａと球状穴部２５Ｂとの境界に位置される長さで設定されている（図４参照）。すなわち、ピストン１３の上死点前後の所定のクランク角度範囲に亘って、中心電極２４の下端部２４Ａが接地電極凹穴２５内に確実に受容されるようになっている。
　次に、図３，４に基づいて、本実施形態に係る内燃機関の点火装置による作用効果を説明する。
　図３は、エンジン１０の高負荷運転時等、着火タイミングを早める場合に、進角側の所定のクランク角度位置（例えば、約２５～３０度）で燃焼室１７内の混合気に着火する状態を説明する図である。ピストン１３が上死点よりも進角側の所定のクランク角度位置（例えば、約２５～３０度）に達すると、中心電極２４の下端部２４Ａは、接地電極凹穴２５の筒穴部２５Ａ内の上端側に受容された状態になる。この状態で図示しない外部電源から接続端子２３を介して中心電極２４に高電圧を印加すると、中心電極２４の外周面と筒穴部２５Ａの内周面との間に複数の火花放電を生じさせて、混合気が効果的に着火されるようになっている。
　このように、面積の広い中心電極２４の外周面と、これを取り囲む筒穴部２５Ａの内周面との間で複数の火花放電を生じさせることで、中心電極２４の極部的な電力集中が防止されるようになる。これにより、中心電極２４の摩耗によるギャップ拡大が効果的に抑止されるようになり、進角時の着火性能を確実に向上することができる。
　図４は、ピストン１３の圧縮上死点近傍にて、燃焼室１７内の混合気に着火する状態を説明する図である。ピストン１３が圧縮上死点近傍に達すると、中心電極２４の下端部２４Ａは、その全体が接地電極凹穴２５内に受容された状態になる。この状態で図示しない外部電源から接続端子２３を介して中心電極２４に高電圧を印加すると、中心電極２４の外周面と接地電極凹穴２５（筒穴部２５Ａ及び球状穴部２５Ｂ）の内周面との間に複数の火花放電を生じさせて、混合気が効果的に着火されるようになっている。
　このように、面積の広い中心電極２４の外周面と、これを取り囲む接地電極凹穴２５（筒穴部２５Ａ及び球状穴部２５Ｂ）の内周面との間で複数の火花放電を生じさせることで、上述の進角時と同様に中心電極２４の極部的な電力集中が防止されて、中心電極２４の摩耗によるギャップ拡大を効果的に抑止することが可能となり、圧縮上死点の着火性能も確実に向上することができる。
　また、ピストン１３の頂面周縁に環状凹部２６を設けたことで、ピストン１３が圧縮上死点に近づくと、混合気の一部は環状凹部２６内に流れ込むようになる。これにより、天井面が平坦状の燃焼室１７においても、圧縮比の過度な上昇が抑止されるようになり、ノッキングの発生を効果的に防止することができる。
　なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
　例えば、環状凹部２６の形状は上記実施形態に限定されず、図５に示すように、ピストン１３頂面の周縁と接地電極凹穴２５との間に設けられてもよい。また、その形状も環状に限定されず、複数の凹部を個別に設けるものであってもよい。
　また、図６に示すように、中心電極２３の先端側を球状穴部２５Ｂの形状に沿うように半球状に突出させてもよい。このように構成することで、中心電極２３と接地電極凹穴２５との空隙が全体的に均一化されて、着火性をより安定さることができる。
　また、燃焼室１７の形状は上記実施形態に限定されず、ペントルーフ型等の他の形状の燃焼室であってもよい。
　また、燃料噴射形式は吸気ポート１５内に噴射する予混合形式に限定されず、燃焼室１７内に噴射する直噴式であってもよい。
　また、エンジン１０は、ガソリンエンジンやガスエンジンに限定されず、上記実施形態の点火プラグ２０によって着火可能な燃料を用いる他の内燃機関にも広く適用することが可能である。
　本出願は、2016年6月22日付で出願された日本国特許出願（特願2016-123345）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明は、高電力の集中による中心電極の摩耗を抑制して、着火性を効果的に向上できるという効果を有し、内燃機関の点火装置等に有用である。
　１０　エンジン
　１１　シリンダブロック
　１２　シリンダ
　１３　ピストン
　１４　シリンダヘッド
　１５　吸気ポート
　１６　排気ポート
　１７　燃焼室
　１８　吸気バルブ
　１９　排気バルブ
　２０　点火プラグ
　２１　ハウジング
　２２　絶縁碍子
　２３　接続端子
　２４　中心電極
　２５　接地電極凹穴
　２５Ａ　筒穴部
　２５Ｂ　球状穴部
　２６　環状凹部
　３０　インジェクタ

Claims (8)

  1. 　シリンダブロックのシリンダ内にピストンが往復移動可能に収容されると共に、前記シリンダブロックの上部にシリンダヘッドが配置された内燃機関の点火装置であって、
    　前記シリンダヘッドに取り付けられるハウジングと、
    　少なくともその一部を前記ハウジング内に収容保持された絶縁碍子と、
    　その上端側を前記絶縁碍子に収容されると共に、その下端側を前記絶縁碍子から露出させて前記シリンダ内に突出させた柱状の中心電極と、
    　前記ピストンの頂面からピストン軸方向に凹設されると共に、前記ピストンの上死点にて前記中心電極の少なくとも一部を所定の空隙を隔てて受容し、前記中心電極に電圧が印加されると、その内面と前記中心電極の外面との間に火花放電を生じさせる凹穴と、を備える
    　ことを特徴とする内燃機関の点火装置。
  2. 　前記凹穴は、前記ピストンの頂面からピストン軸方向に窪む筒穴部を含み、当該筒穴部は、前記ピストンが上死点よりも進角側の所定のクランク角度位置にある時に、前記中心電極の少なくとも一部を受容し、前記中心電極に電圧が印加されると、その内面と前記中心電極の外面との間に火花放電を生じさせる
    　請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
  3. 　前記凹穴は、前記筒穴部の下端から半球状に窪む球状穴部をさらに含み、前記ピストンが上死点に達すると、前記中心電極の下端が前記筒穴部と前記球状穴部の境界に位置され、前記中心電極に電圧が印加されると、前記筒穴部又は前記球状穴部の少なくとも一方の内面と前記中心電極の外面との間に火花放電を生じさせる
    　請求項２に記載の内燃機関の点火装置。
  4. 　前記シリンダに臨む前記シリンダヘッドの下面が平坦状に形成されると共に、前記ピストンの頂面の前記凹穴を除く他の部分に凹部が形成された
    　請求項１～３の何れか一項に記載の内燃機関の点火装置。
  5. 　前記凹部が前記ピストンの頂面の周縁に環状に凹設された
    　請求項４に記載の内燃機関の点火装置。
  6. 　前記凹穴は、
    　　　前記ピストンが前記上死点よりも進角側の所定のクランク角度位置にある時に、前記中心電極の少なくとも下端部を受容し、他方で前記絶縁碍子の下端部は受容せず、
    　　　前記ピストンの前記上死点にて、前記中心電極の少なくとも一部と、前記絶縁碍子の前記下端部との両方を受容する、
    ように形成される、
    　請求項１～５の何れか一項に記載の内燃機関の点火装置。
  7. 　前記凹穴は、前記ピストンの頂面からピストン軸方向に窪む筒穴部と、前記筒穴部の下端から半球状に窪む球状穴部と、を含み、
    　前記筒穴部の深さは、前記ピストンが前記上死点よりも進角側の所定のクランク角度位置にある時に前記中心電極の下端部が前記筒穴部の上端側に受容され、さらに、前記ピストンが前記上死点に達した時に前記中心電極の前記下端部の先端が前記筒穴部と前記球状穴部との境界近傍に位置される長さで設定されている、
    　請求項１～６の何れか一項に記載の内燃機関の点火装置。
  8. 　前記筒穴部の穴径は、前記絶縁碍子の下端部の外径よりも大きく形成され、
    　前記球状穴部の半径は、前記筒穴部の穴径の約１／２の値で設定されている、
    　請求項７に記載の内燃機関の点火装置。
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