JP4158779B2 - 多点点火エンジン - Google Patents

Description

本発明は、多点点火エンジンに関する。

特許文献１に記載の多点点火エンジンは、スワール強さや、混合比の分布、残留ガスの分布に応じて点火プラグを配置している。
特開平４−１８３９２５号公報

ところがこのようにして点火プラグを配置しても、排ガス中の炭化水素ＨＣ等のエミッションを低減する余地がある。特にスキッシュを生成するエンジンにおいては改善余地が大きい。

そこで、本件発明者らは、鋭意研究によって周辺プラグの接地電極の脚部の位置に着目し、その位置を規制することで燃焼を安定させることができエミッション低減効果が得られることを見いだした。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、特にスキッシュを生成する多点点火エンジンにおいて、燃焼を安定させて排ガス中の炭化水素ＨＣ等のエミッションを低減することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、シリンダヘッド（１２）と、ピストン（１４）と、前記シリンダヘッドの内壁面（１２ｂ）及び前記ピストンの冠面（１４ａ）で形成され、ピストン（１４）が上死点付近で上昇するときに順スキッシュを生成し、ピストン（１４）が上死点付近で下降するときに逆スキッシュを生成するスキッシュ生成部（２１）と、前記シリンダヘッド内壁面の略中心に配置された中心プラグ（３１）と、前記シリンダヘッド内壁面であって前記中心プラグ（３１）よりもシリンダ周辺側に配置され、ピストン側からシリンダヘッド内壁面を見たときに、接地電極脚部（３２ｃ）がペントルーフ稜線（１２ａ）の向きに重ならないような向きに位置決めされ、前記ピストンが上死点付近で下降するときに前記スキッシュ生成部（２１）に流入することで生成される逆スキッシュが中心電極（３２ａ）−接地電極（３２ｂ）間を通流するタイミングで点火する周辺プラグ（３２）とを有する。

本発明によれば、ピストン側からシリンダヘッド内壁面を見たときに、接地電極脚部がペントルーフ稜線の向きに重ならないような向きに周辺プラグを位置決めし、中心電極−接地電極間をスキッシュが通流するタイミングで、その周辺プラグを点火するようにした。このようにしたので、スキッシュによるガス流動が接地電極脚部に阻害されることなく、中心電極−接地電極間に到達することができる。また周辺プラグで点火された火炎は、接地電極脚部に阻害されることなく拡散伝播することとなる。これにより火炎の拡散方向とスキッシュによるガス流動方向が一致するので火炎の拡散を促進することができ、燃焼室末端の未燃混合気を効率よく燃焼することができる。これにより安定した燃焼を行うことができ、燃費が向上する。また排気行程においても未燃ガスが後燃えし排気温度が上がり、排ガス中の炭化水素ＨＣ等のエミッションを低減することができるのである。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明による多点点火エンジンの周辺プラグ配置構造の第１実施形態を示す図であり、図１（Ａ）は側面図、図１（Ｂ）はピストン側から見たシリンダヘッドを示す図である。

多点点火エンジン１０は、シリンダブロック１１と、シリンダヘッド１２とによって燃焼室１３が形成されている。この燃焼室１３はペントルーフ型燃焼室であり、図１（Ｂ）に示されているようにペントルーフ稜線１２ａを挟んで一方に吸気バルブ１５が配置され、他方に排気バルブ１６が配置されている。またペントルーフ稜線１２ａに沿って中心プラグ３１と、周辺プラグ３２とが配置されている。

ピストン１４には、ペントルーフ稜線１２ａの下方に位置する冠面周縁部分に、燃焼室中心側ほど凸となる傾斜冠面１４ａが形成されている。またピストン１４の中心付近には窪部１４ｂが形成されている。

シリンダヘッド１２の内壁面には、傾斜冠面１４ａと対向するシリンダヘッド傾斜面１２ｂとが形成されている。

ピストン１４が上昇して上死点付近になって、傾斜冠面１４ａがシリンダヘッド傾斜面１２ｂに接近すると、傾斜冠面１４ａ及びシリンダヘッド傾斜面１２ｂで圧縮された空気が燃焼室中心方向に流出する(順スキッシュ)。またピストン１４が上死点から下降して、傾斜冠面１４ａがシリンダヘッド傾斜面１２ｂから離れると、傾斜冠面１４ａ及びシリンダヘッド傾斜面１２ｂで形成される空間に空気が流入する(逆スキッシュ)。なお図１には逆スキッシュを矢印Ａで示した。このように傾斜冠面１４ａ及びシリンダヘッド傾斜面１２ｂがスキッシュ生成部２１である。

中心プラグ３１は、シリンダヘッド１２の略中央に取り付けられている。中心プラグ３１は圧縮上死点前に点火する。周辺プラグ３２は、スキッシュ生成部２１で生成されるスキッシュが、中心電極３２ａ−接地電極３２ｂ間を通流可能な位置に取り付けられている。なお本実施形態では、周辺プラグ３２は、中心電極３２ａ−接地電極３２ｂ間を逆スキッシュが通流するときに点火する。そのためガス流動に抗して吹き消えが起こらず確実に着火できるように、周辺プラグ３２は中心プラグより３１も点火エネルギが強化されている。具体的には適合実験により決めておけばよい。また周辺プラグ３２は、ピストン側からシリンダヘッド内壁面を見たときに（図１（Ｂ））、接地電極３２ｂの脚部３２ｃがペントルーフ稜線１２ａの向きに重ならないような向きに、さらに望ましくは接地電極脚部３２ｃの背面（中心電極３２ａに向き合わない面）がペントルーフ稜線１２ａと平行になるように位置決めされている。また本実施形態では２つの周辺プラグ３２の接地電極脚部３２ｃがペントルーフ稜線１２ａに対して同一側になるように位置決めされている。この位置決めは、シリンダヘッド１２に形成された雌ネジ及び周辺プラグ３２に形成された雄ネジのネジの切り始め位置を調整することで実現できる。また接地電極脚部３２ｃの位置に対応させた合いマークを周辺プラグ３２のハウジングに付けておき、その合いマークを目印にして位置決めしてもよい。

図２は周辺プラグの点火時期の制御システムについて説明する図である。

周辺プラグ３２の点火時期制御システム５０は、クランク角センサ５１と、コントローラ５２と、周辺プラグ３２とを有する。

コントローラ５２は、クランク角センサ５１で検出したクランク角に基づいて周辺プラグ３２の点火時期を制御する。なおコントローラ５２は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ５２を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。

本実施形態ではコントローラ５２は周辺プラグ３２を、圧縮上死点後であって逆スキッシュが中心電極３２ａ−接地電極３２ｂ間を通流するタイミングで点火する。またさらに望ましくは中心プラグ３１の火炎が到達する前に点火する。

なお圧縮上死点後であって逆スキッシュが生成されている時期や、中心プラグ３１の火炎到達前の時期は、予備実験によってマップ化しておき、コントローラ５２は、そのマップに基づいて周辺プラグ３２の点火時期を制御する。

本実施形態によれば、周辺プラグ３２の接地電極脚部３２ｃの背面がペントルーフ稜線１２ａと平行になるように位置決めし、中心電極３２ａ−接地電極３２ｂ間をスキッシュ生成部２１で生成される逆スキッシュが通流するタイミングで周辺プラグ３２を点火するようにした。

このようにしたので、逆スキッシュによるガス流動が接地電極脚部３２ｃに阻害されることなく、中心電極３２ａ−接地電極３２ｂ間に到達することができる。また周辺プラグ３２で点火された火炎は、接地電極脚部３２ｃに阻害されることなくスキッシュ生成部２１へと引き込まれ、拡散伝播することとなる。これにより火炎の拡散方向と逆スキッシュによるガス流動方向が一致するので火炎の拡散を促進することができ、燃焼室末端の未燃混合気を効率よく燃焼することができる。これにより安定した燃焼を行うことができ、燃費が向上する。また排気行程においても未燃ガスが後燃えし排気温度が上がり、排ガス中の炭化水素ＨＣ等のエミッションを低減することができるのである。

またスキッシュ生成部２１は、ペントルーフ稜線１２ａの下側に形成し、そのペントルーフ稜線１２ａに沿って周辺プラグ３２を配置している。したがってスキッシュ生成部を本実施形態に対して９０ｄｅｇ回転した位置(すなわち２つの吸気バルブ１５の側方や、２つの排気バルブ１６の側方)にスキッシュ生成部を設けて周辺プラグ３２を配置する場合に比較して屋根が高い位置にあるので、火炎を成長させやすい。

（第２実施形態）
図３は本発明による多点点火エンジンの周辺プラグ配置構造の第２実施形態を示す図である。

なお以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

上述した第１実施形態では、周辺プラグ３２を、圧縮上死点後であって逆スキッシュが中心電極３２ａ−接地電極３２ｂ間を通流するタイミングで点火するようにしたが、本実施形態では、圧縮上死点前であって順スキッシュ(図３に矢印Ｂで示す)が通流するタイミングで周辺プラグ３２を点火するようにした。

このようにしても、順スキッシュによるガス流動が接地電極脚部３２ｃに阻害されることなく、中心電極３２ａ−接地電極３２ｂ間に到達することができる。また周辺プラグ３２で点火された火炎は、接地電極脚部３２ｃに阻害されることなく燃焼室の中心へと送り込まれ、拡散伝播することとなる。これにより火炎の拡散方向と順スキッシュによるガス流動方向が一致するので火炎の拡散を促進することができ、火炎の拡散速度が上がり、安定した燃焼を行うことができる。これにより、燃費が向上するとともに、排ガス中の炭化水素ＨＣ等のエミッションを低減することができるのである。

（第３実施形態）
図４は本発明による多点点火エンジンの周辺プラグ配置構造の第３実施形態を示す図である。

本実施形態では、吸気ポートから吸入される空気は、矢印Ｃに示すようにスワール流としてシリンダ内を旋回する。

周辺プラグ３２１，３２２は、接地電極脚部３２ｃの背面がペントルーフ稜線１２ａと平行になるとともに、スワール流の流れ方向に対して下流側になるように位置決めされている。すなわちスワールを生成する側の吸気バルブ１５１に近設の周辺プラグ３２１は接地電極脚部３２ｃが排気バルブ１６１側にあり、吸気バルブ１５１から離れた周辺プラグ３２２は接地電極脚部３２ｃが吸気バルブ１５２側にある。

このようにしたのでスワール流であるガス流動は、接地電極脚部３２ｃに阻害されることなく、周辺プラグ３２１，３２２の中心電極３２ａ−接地電極３２ｂ間に到達することができる。これにより強いガス流動に着火することができるので、その後の火炎の拡散速度が上がり、安定した燃焼を行うことができ、燃費が向上し、エミッションを低減することができるのである。

（第４実施形態）
図５は本発明による多点点火エンジンの周辺プラグ配置構造の第４実施形態を示す図であり、図５（Ａ）は図５（Ｂ）のＡ−Ａ断面図、図５（Ｂ）はピストン側から見たシリンダヘッドを示す図である。

本実施形態では、吸気ポートから吸入される空気は、図５（Ａ）の矢印Ｄに示すようにタンブル流としてシリンダ内を縦旋回する。

周辺プラグ３２は、接地電極脚部３２ｃの背面がペントルーフ稜線１２ａと平行になるとともに、タンブル流の流れ方向に対して下流側になるように位置決めされている。すなわち２つの周辺プラグ３２の接地電極脚部３２ｃは、いずれも排気バルブ１６側にある。

このようにしたのでタンブル流であるガス流動は、接地電極脚部３２ｃに阻害されることなく、周辺プラグ３２の中心電極３２ａ−接地電極３２ｂ間に到達することができる。これにより強いガス流動に着火することができるので、その後の火炎の拡散速度が上がり、安定した燃焼を行うことができ、燃費が向上し、エミッションを低減することができるのである。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、周辺プラグ３２を、中心電極３２ａ−接地電極３２ｂ間を順スキッシュが通流するタイミングで点火するとともに、逆スキッシュが通流するタイミングで点火する複数回点火をしてもよい。

本発明による多点点火エンジンの周辺プラグ配置構造の第１実施形態を示す図である。 周辺プラグの点火時期の制御システムについて説明する図である。 本発明による多点点火エンジンの周辺プラグ配置構造の第２実施形態を示す図である。 本発明による多点点火エンジンの周辺プラグ配置構造の第３実施形態を示す図である。 本発明による多点点火エンジンの周辺プラグ配置構造の第４実施形態を示す図である。

符号の説明

１０ 多点点火エンジン１０
１１ シリンダブロック
１２ シリンダヘッド
１２ｂ シリンダヘッド傾斜面（シリンダヘッド内壁面）
１３ ペントルーフ型燃焼室
１４ ピストン
１４ａ 傾斜冠面（ピストン冠面）
２１ スキッシュ生成部
３１ 中心プラグ
３２ 周辺プラグ
３２１ 周辺プラグ（第１の周辺プラグ）
３２２ 周辺プラグ（第２の周辺プラグ）
３２ａ 中心電極
３２ｂ 接地電極
３２ｃ 接地電極脚部

Claims (8)

1. シリンダヘッドと、
   ピストンと、
   前記シリンダヘッドの内壁面及び前記ピストンの冠面で形成され、ピストンが上死点付近で上昇するときに順スキッシュを生成し、ピストンが上死点付近で下降するときに逆スキッシュを生成するスキッシュ生成部と、
   前記シリンダヘッド内壁面の略中心に配置された中心プラグと、
   前記シリンダヘッド内壁面であって前記中心プラグよりもシリンダ周辺側に配置され、ピストン側からシリンダヘッド内壁面を見たときに、接地電極脚部がペントルーフ稜線の向きに重ならないような向きに位置決めされ、前記ピストンが上死点付近で下降するときに前記スキッシュ生成部に流入することで生成される逆スキッシュが中心電極−接地電極間を通流するタイミングで点火する周辺プラグと、
   を有する多点点火エンジン。
2. 前記周辺プラグは、前記ピストンが上死点付近で上昇するときに前記スキッシュ生成部から流出することで生ずる順スキッシュが中心電極−接地電極間を通流するタイミングで点火する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の多点点火エンジン。
3. 前記周辺プラグは、ピストン側からシリンダヘッド内壁面を見たときに、接地電極脚部の背面がペントルーフ稜線と平行になるように位置決めされる、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多点点火エンジン。
4. 前記周辺プラグは、接地電極脚部の背面がタンブル流の流れ方向に対して下流側になるように位置決めされる、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の多点点火エンジン。
5. 前記周辺プラグは、接地電極脚部の背面が排気バルブ側に位置決めされる、
   ことを特徴とする請求項４に記載の多点点火エンジン。
6. 前記周辺プラグは、接地電極脚部の背面がスワール流の流れ方向に対して下流側になるように位置決めされる、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の多点点火エンジン。
7. 前記周辺プラグは２つであって、
   スワールを生成する側の吸気バルブに近設する第１の周辺プラグは接地電極脚部が排気バルブ側に位置決めされ、
   スワールを生成する側の吸気バルブから離れた第２の周辺プラグは接地電極脚部が吸気バルブ側に位置決めされる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の多点点火エンジン。
8. シリンダヘッドと、
   ピストンと、
   前記シリンダヘッドの内壁面及び前記ピストンの冠面で形成され、ピストンが上死点付近で上昇するときに順スキッシュを生成し、ピストンが上死点付近で下降するときに逆スキッシュを生成するスキッシュ生成部と、
   前記シリンダヘッド内壁面の略中心に配置された中心プラグと、
   前記シリンダヘッド内壁面であって前記中心プラグよりもシリンダ周辺側に、スワールを生成する側の吸気バルブに近設して配置され、ピストン側からシリンダヘッド内壁面を見たときに、接地電極脚部がペントルーフ稜線の向きに重ならず排気バルブ側に位置決めされるとともに接地電極脚部の背面がスワール流の流れ方向に対して下流側になるように位置決めされ、前記スキッシュ生成部で生成されるスキッシュが中心電極−接地電極間を通流するタイミングで点火する第１の周辺プラグと、
   前記シリンダヘッド内壁面であって前記中心プラグよりもシリンダ周辺側に、スワールを生成する側の吸気バルブから離れて配置され、ピストン側からシリンダヘッド内壁面を見たときに、接地電極脚部がペントルーフ稜線の向きに重ならず吸気バルブ側に位置決めされるとともに接地電極脚部の背面がスワール流の流れ方向に対して下流側になるように位置決めされ、前記スキッシュ生成部で生成されるスキッシュが中心電極−接地電極間を通流するタイミングで点火する第２の周辺プラグと、
   を有する多点点火エンジン。