JP2005048656A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼室内で燃料および空気の混合気を燃焼させて動力を発生する内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine that generates power by burning a fuel / air mixture in a combustion chamber.
従来から、複数の発火点を有する点火プラグを備えた内燃機関が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この内燃機関に備えられた点火プラグは、外側電極(接地電極)と中心電極との対を複数組有しており、互いに対をなす外側電極と中心電極との間に形成される点火ギャップ部が発火点となる。そして、この内燃機関では、吸気弁(吸気ポート)および排気弁(排気ポート)によって囲まれたシリンダヘッドの中央部に、上述の点火プラグが1本配置される。 Conventionally, an internal combustion engine including an ignition plug having a plurality of ignition points is known (for example, see Patent Document 1). The ignition plug provided in the internal combustion engine has a plurality of pairs of an outer electrode (ground electrode) and a center electrode, and an ignition gap portion formed between the outer electrode and the center electrode that are paired with each other. Becomes the ignition point. In this internal combustion engine, one spark plug is disposed at the center of the cylinder head surrounded by the intake valve (intake port) and the exhaust valve (exhaust port).
しかしながら、上述のように構成された従来の内燃機関には、次のような問題点が存在していた。すなわち、上述の複数の発火点を有する点火プラグでは、外側電極と中心電極との間隔(点火ギャップ部の長さ)が小さすぎると、混合気が点火ギャップ部に到達できなくなり、燃焼室内で良好な燃焼状態を得ることが困難となる。その一方で、点火ギャップの長さを十分に確保しようとすれば、点火プラグ全体をコンパクトに構成することが困難となり、場合によっては、点火プラグを吸気弁および排気弁によって囲まれた狭隘なシリンダヘッドの中央部に配置できなくなる。この場合、点火プラグをシリンダヘッドの中央部に配置するために、吸気弁および排気弁のサイズを小さくしたり、ポート数を減らしたりしたのでは、内燃機関の吸排気性能の悪化を招いてしまう。 However, the conventional internal combustion engine configured as described above has the following problems. That is, in the above-described spark plug having a plurality of ignition points, if the distance between the outer electrode and the center electrode (the length of the ignition gap portion) is too small, the air-fuel mixture cannot reach the ignition gap portion, which is good in the combustion chamber. It is difficult to obtain a proper combustion state. On the other hand, if the length of the ignition gap is sufficiently secured, it is difficult to make the entire spark plug compact, and in some cases, a narrow cylinder in which the spark plug is surrounded by an intake valve and an exhaust valve. Cannot be placed in the center of the head. In this case, if the size of the intake valve and the exhaust valve is reduced or the number of ports is reduced in order to arrange the spark plug at the center of the cylinder head, the intake / exhaust performance of the internal combustion engine is deteriorated. .
そこで、本発明は、吸排気性能を良好に確保しつつ、燃焼室内で混合気を確実に点火させ、良好な燃焼状態を得ることができる内燃機関の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can reliably ignite an air-fuel mixture in a combustion chamber and obtain a good combustion state while ensuring good intake and exhaust performance.
本発明による内燃機関は、シリンダヘッドと、このシリンダヘッドにより画成され、吸気弁により開閉される吸気ポートおよび排気弁により開閉される排気ポートを有する燃焼室とを含み、燃焼室内で燃料および空気の混合気を燃焼させて動力を発生する内燃機関において、吸気弁および排気弁の間に位置するようにシリンダヘッドに複数の点火プラグが取り付けられており、複数の点火プラグのうちの少なくとも何れか1体は、高電圧が印加される中心電極および当該中心電極を覆って絶縁する碍子を有し、この碍子の少なくとも燃焼室側の端部がハウジングにより覆われていないプラグ本体と、シリンダヘッドとは異なる材料により形成されており、中心電極の先端部の外周を囲むようにシリンダヘッドに取り付けられる環状の接地電極とを含むハウジングレス点火プラグであることを特徴とする。 An internal combustion engine according to the present invention includes a cylinder head and a combustion chamber defined by the cylinder head and having an intake port that is opened and closed by an intake valve and an exhaust port that is opened and closed by an exhaust valve. In an internal combustion engine that generates power by burning the air-fuel mixture, a plurality of spark plugs are attached to the cylinder head so as to be positioned between the intake valve and the exhaust valve, and at least one of the plurality of spark plugs One body has a center electrode to which a high voltage is applied and an insulator that covers and insulates the center electrode, and at least a combustion chamber side end of the insulator is not covered with a housing, a cylinder head, Are formed of different materials and are annular ground electrodes attached to the cylinder head so as to surround the outer periphery of the tip of the center electrode Characterized in that it is a housing-less spark plug comprising a.
この内燃機関は、複数の点火プラグを備えるものであり、複数の点火プラグのうちの少なくとも何れか1体として、小さな占有スペースを有するコンパクトなハウジングレス点火プラグを含む。これにより、この内燃機関では、吸気弁および排気弁のサイズや、ポート数を減じることなく、吸気弁および排気弁の間の狭隘な領域に複数の点火プラグを配置することが可能となる。そして、吸気弁および排気弁の間の狭隘な領域に複数の点火プラグを配置することにより、燃焼室内で混合気を失火させることなく、確実に点火させることが可能となる。従って、この内燃機関によれば、吸排気性能を良好に確保しつつ、燃焼室内で混合気を確実に点火させ、良好な燃焼状態を得ることができる。 This internal combustion engine includes a plurality of spark plugs, and includes a compact housingless spark plug having a small occupied space as at least one of the plurality of spark plugs. Thus, in this internal combustion engine, it is possible to arrange a plurality of spark plugs in a narrow region between the intake valve and the exhaust valve without reducing the size of the intake valve and the exhaust valve and the number of ports. By arranging a plurality of spark plugs in a narrow region between the intake valve and the exhaust valve, it is possible to reliably ignite the air-fuel mixture without misfiring the air-fuel mixture in the combustion chamber. Therefore, according to this internal combustion engine, it is possible to reliably ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber and obtain a good combustion state while ensuring good intake / exhaust performance.
また、吸気弁および排気弁の間に位置するようにシリンダヘッドに少なくとも3体の点火プラグが取り付けられており、排気弁に寄せて配置された点火プラグの数が吸気弁に寄せて配置された点火プラグの数よりも多いと好ましい。 Further, at least three spark plugs are attached to the cylinder head so as to be positioned between the intake valve and the exhaust valve, and the number of spark plugs arranged close to the exhaust valve is arranged close to the intake valve. More than the number of spark plugs is preferable.
一般に、燃焼室の内部温度は、吸気側よりも排気側で低くなるので、燃焼室の排気弁周辺の領域では、火炎の伝播速度が遅くなる。この点に鑑みて、この内燃機関では、吸気弁および排気弁の間に位置するようにシリンダヘッドに少なくとも3体の点火プラグが取り付けられると共に、排気弁に寄せて配置された点火プラグの数が、吸気弁に寄せて配置された点火プラグの数よりも多く定められる。これにより、吸気弁に寄せて配置された点火プラグから吸気弁側の燃焼室内壁までの幾何学的距離に比べて、排気弁に寄せて配置された点火プラグから排気弁側の燃焼室内壁までの幾何学的距離を短くすることができるので、排気弁周辺の温度が吸気側よりも低くなっていたとしても、吸気側の領域で火炎が燃焼室内壁に達するタイミングと、排気側の領域で火炎が燃焼室内壁に達するタイミングとを概ね一致させ、燃焼室の内部全体において良好に火炎を伝播させることが可能となる。 Generally, since the internal temperature of the combustion chamber is lower on the exhaust side than on the intake side, the flame propagation speed is slow in the region around the exhaust valve in the combustion chamber. In view of this point, in this internal combustion engine, at least three spark plugs are attached to the cylinder head so as to be positioned between the intake valve and the exhaust valve, and the number of spark plugs arranged close to the exhaust valve is small. More than the number of spark plugs arranged close to the intake valve. As a result, compared to the geometric distance from the ignition plug arranged close to the intake valve to the combustion chamber wall on the intake valve side, the ignition plug arranged close to the exhaust valve to the combustion chamber wall on the exhaust valve side. Therefore, even if the temperature around the exhaust valve is lower than that on the intake side, the timing at which the flame reaches the combustion chamber wall in the intake side region and the exhaust side region can be reduced. The timing at which the flame reaches the combustion chamber wall is generally matched, and the flame can be propagated well throughout the combustion chamber.
本発明による他の内燃機関は、シリンダヘッドと、このシリンダヘッドにより画成され、吸気弁により開閉される吸気ポートおよび排気弁により開閉される排気ポートを有する燃焼室とを含み、燃焼室内で燃料および空気の混合気を燃焼させて動力を発生する内燃機関において、吸気弁および排気弁の間に位置するようにシリンダヘッドに少なくとも3体の点火プラグが取り付けられており、排気弁に寄せて配置された点火プラグの数が、吸気弁に寄せて配置された点火プラグの数よりも多いことを特徴とする。 Another internal combustion engine according to the present invention includes a cylinder head and a combustion chamber defined by the cylinder head and having an intake port opened and closed by an intake valve and an exhaust port opened and closed by an exhaust valve. In an internal combustion engine that generates power by burning a mixture of air and air, at least three spark plugs are attached to the cylinder head so as to be positioned between the intake valve and the exhaust valve, and are arranged close to the exhaust valve The number of spark plugs arranged is greater than the number of spark plugs arranged close to the intake valve.
本発明によれば、吸排気性能を良好に確保しつつ、燃焼室内で混合気を確実に点火させ、良好な燃焼状態を得ることができる内燃機関の実現が可能となる。 According to the present invention, it is possible to realize an internal combustion engine that can reliably ignite an air-fuel mixture in a combustion chamber and obtain a good combustion state while ensuring good intake and exhaust performance.
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明による内燃機関を示す拡大斜視図である。同図に示される内燃機関1は、シリンダヘッドCHにより画成された燃焼室2(図3参照)の内部でガソリン等の燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室2内でピストン(図示省略)を往復移動させることにより動力を発生するものである。なお、図1には1気筒のみが示されるが、内燃機関1は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関1は、例えば4気筒エンジンとして構成される。
FIG. 1 is an enlarged perspective view showing an internal combustion engine according to the present invention. The
また、本実施形態の内燃機関1は、いわゆる4バルブエンジンとして構成されており、各燃焼室2には、吸気ポートおよび排気ポートがそれぞれ2つずつ設けられている。各燃焼室2の2つの吸気ポートは、それぞれ吸気管3に接続され、各燃焼室2の2つの排気ポートは、それぞれ排気管4に接続されている。更に、内燃機関1のシリンダヘッドCHには、各吸気ポートを開閉する吸気弁Vi(図2参照)と、排気ポートを開閉する排気弁Ve(図2参照)とが燃焼室2ごとに配設されている。2体の吸気弁Viおよび2体の各排気弁Veは、例えば、可変バルブタイミング機能を有する動弁機構(図示省略)によって開閉させられる。また、内燃機関1は、図示されないインジェクタを気筒数に応じた数だけ有している。インジェクタは、燃焼室2ごとに少なくとも1体ずつ備えられており、ガソリン等の燃料を燃焼室2の内部に直接噴射する。なお、インジェクタは、吸気管3(吸気ポート)の内部に燃料を噴射するものであってもよい。
Further, the
そして、内燃機関1は、燃焼室2の内部で燃料および空気の混合気を点火させるために、複数(本実施形態では、2体)の点火プラグ10,10Aを有している。本実施形態では、点火プラグ10,10Aが、シリンダヘッドCHの吸気弁Vi(吸気ポート)および排気弁Ve(排気ポート)の間の領域、すなわち、吸気弁Viおよび排気弁Veによって囲まれたシリンダヘッドCHの中央部に取り付けられており、各点火プラグ10,10Aの発火点は燃焼室2の上部中央付近に臨む。ここで、2体の点火プラグ10,10Aのうちの一方の点火プラグ10Aは、一般的な構成を有するものであるのに対して、もう一方の点火プラグ10は、いわゆるハウジングレス点火プラグとして構成されている。
The
ハウジングレス点火プラグとして構成される点火プラグ10は、プラグ本体11と、環状の接地電極20とを含むものである。図3に示されるように、プラグ本体11は、図示されない電源から高電圧が印加される略円柱状の中心電極12、略円筒状の中軸14およびターミナル15を備える。中心電極12と中軸14との間には、抵抗体である導電性のグラスシール16が介装されており、このグラスシール16によって中心電極12と中軸14とが互いに固定されると共に電気的に接続される。また、ターミナル15は、中軸14の上端開口に圧入されている。中心電極12、中軸14およびグラスシール16は、高純度アルミナ等によりおおむね円筒状に形成された一体型の碍子17によって被覆されており、これにより外部から絶縁されている。ただし、中心電極12の先端部12a(図3における下端部)のみは、碍子17から露出されている。
A
碍子17の長手方向中央部には、低炭素鋼等により短尺の概ね円筒形状に形成されたハウジング18が装着されている。ハウジング18は、碍子17の長手方向中央部に熱カシメ等により強固に固定され、ハウジング18の下部外周には、シリンダヘッドCHのプラグホールに形成された雌ねじと螺合する雄ねじ18aが形成されている。このハウジング18は、一般的な点火プラグのハウジングとは異なり、シリンダヘッドCHのプラグホールに挿入される碍子17の燃焼室2側の端部17aを覆っていない。
At the center of the
一方、環状の接地電極20は、シリンダヘッドCHとは異なる材料(例えばステンレス)により形成されている。接地電極20は、プラグ本体11が挿入されるシリンダヘッドCHのプラグホールの燃焼室側端部近傍に固定され、碍子17から露出された中心電極12の先端部12aの外周を囲む。この結果、点火プラグ10では、中心電極12の先端部12aと、環状の接地電極20との間に形成される放電ギャップにおいて火花放電がなされ、それにより、燃焼室2内の混合気が点火されることになる。
On the other hand, the
上述のように、内燃機関1は、複数の点火プラグのうち、一方の点火プラグ10が小さな占有スペースを有するコンパクトなハウジングレス点火プラグとして構成されている。従って、内燃機関1では、吸気弁Viおよび排気弁Veのサイズや、ポート数を減じることなく、吸気弁Viおよび排気弁Veの間の狭隘なシリンダヘッドCHの中央部に複数の点火プラグ10,10Aを配置することが可能となる。そして、狭隘なシリンダヘッドCHの中央部に複数の点火プラグ10,10Aを配置することにより、燃焼室2内で混合気を失火させることなく、確実に点火させることが可能となる。
As described above, the
この結果、内燃機関1によれば、吸排気性能を良好に確保しつつ、燃焼室2の内部で混合気を確実に点火させて良好な燃焼状態を得ることが可能となる。すなわち、内燃機関1では、良好な始動性能が得られると共に、排気還流量が増加させられた状態でも安定した燃焼を実行することが可能となる。また、内燃機関1では、希薄燃焼運転時においても希薄な混合気を確実に点火させることができるので、燃費を向上させると共に、過渡状態におけるレスポンスを向上させることができる。
As a result, according to the
なお、本実施形態では、ハウジングレス点火プラグ10が吸気弁Vi側に配置されると共に一般的な点火プラグ10Aが排気弁Ve側に配置されるが、これに限られるものではなく、ハウジングレス点火プラグ10が排気弁Ve側に配置され、一般的な点火プラグ10Aが吸気弁Vi側に配置されてもよい。また、ハウジングレス点火プラグ10と一般的な点火プラグ10Aとのうちの一方を主点火プラグとして使用し、他方を補助的な副点火プラグとして使用してもよい。
In this embodiment, the
更に、図2からわかるように、排気弁Ve側に配置される点火プラグ10Aとシリンダヘッド頂面の中心との間の距離は、吸気弁Vi側に配置される点火プラグ10とシリンダヘッド頂面の中心との間の距離よりも長く設定されると好ましい。これにより、吸気弁Viに寄せて配置された点火プラグ10から吸気弁Vi側の燃焼室2の内壁までの幾何学的距離(最短距離)に比べて、排気弁Veに寄せて配置された点火プラグ10Aから排気弁Ve側の燃焼室2の内壁までの幾何学的距離(最短距離)を短くすることができるので、排気弁Ve周辺の温度が吸気側よりも低くなっていたとしても、燃焼室2の内部全体において良好に火炎を伝播させることが可能となる。
Further, as can be seen from FIG. 2, the distance between the
図4は、本発明による内燃機関の他の実施形態を示す拡大斜視図である。なお、上述の実施形態に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。 FIG. 4 is an enlarged perspective view showing another embodiment of the internal combustion engine according to the present invention. Note that the same reference numerals are given to the same elements as those described in relation to the above-described embodiment, and redundant descriptions are omitted.
図4に示される内燃機関1Aも、シリンダヘッドCHにより画成された燃焼室(図示省略)の内部でガソリン等の燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室内でピストン(図示省略)を往復移動させることにより動力を発生するものである。図4の内燃機関1Aは、ハウジングレス点火プラグとして構成された上述の点火プラグ10(図3参照)を3体備えている。
The
このように、1つの燃焼室に備えられる複数の点火プラグのすべてをコンパクトなハウジングレス点火プラグとすることにより、吸気弁Vi(吸気ポート)および排気弁Ve(排気ポート)の間の狭隘なシリンダヘッドCHの中央部に複数(3体)の点火プラグ10を配置することが可能となり、それにより、燃焼室2内で混合気を失火させることなく、確実に点火させることができる。この結果、内燃機関1Aによっても、吸排気性能を良好に確保しつつ、燃焼室内で混合気を確実に点火させて良好な燃焼状態を得ることが可能となる。
Thus, by making all of the plurality of spark plugs provided in one combustion chamber into compact housingless spark plugs, a narrow cylinder between the intake valve Vi (intake port) and the exhaust valve Ve (exhaust port) is provided. A plurality (three) of
また、本実施形態では、図4および図5に示されるように、吸気弁Vi側に1体の点火プラグ10が配置される一方、排気弁Ve側に2体の点火プラグ10が配置されている。すなわち、内燃機関1Aでは、排気弁Veに寄せて配置された点火プラグ10の数が吸気弁Viに寄せて配置された点火プラグ10の数よりも多く定められている。これにより、吸気弁Viに寄せて配置された点火プラグ10から吸気弁Vi側の燃焼室内壁までの幾何学的距離(最短距離)に比べて、排気弁Veに寄せて配置された点火プラグ10から排気弁Ve側の燃焼室内壁までの幾何学的距離(最短距離)を短くすることができる。この結果、燃焼室の内部温度が吸気側よりも排気側で低下し、排気弁Ve周辺における火炎の伝播速度が遅くなったとしても、吸気側の領域で火炎が燃焼室内壁に達するタイミングと、排気側の領域で火炎が燃焼室内壁に達するタイミングとを概ね一致させ、燃焼室の内部全体において良好に火炎を伝播させることが可能となる。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, one
なお、内燃機関1Aにおいても、図5に示されるように、排気弁Ve側に配置される点火プラグ10とシリンダヘッド頂面の中心との間の距離は、吸気弁Vi側に配置される点火プラグ10とシリンダヘッド頂面の中心との間の距離よりも長く設定されると好ましい。これにより、排気弁Veに寄せて配置された点火プラグから排気弁Ve側の燃焼室2の内壁までの幾何学的距離(最短距離)をより一層短くすることができるので、燃焼室2の内部全体において火炎を速やかに伝播させることが可能となる。
In the
1,1A 内燃機関
2 燃焼室
10,10A 点火プラグ
11 プラグ本体
12 中心電極
17 碍子
17a 端部
18 ハウジング
20 接地電極
CH シリンダヘッド
Ve 排気弁
Vi 吸気弁
1, 1A
Claims (3)
前記吸気弁および前記排気弁の間に位置するように前記シリンダヘッドに複数の点火プラグが取り付けられており、
前記複数の点火プラグのうちの少なくとも何れか1体は、
高電圧が印加される中心電極および当該中心電極を覆って絶縁する碍子を有し、この碍子の少なくとも燃焼室側の端部がハウジングにより覆われていないプラグ本体と、
前記シリンダヘッドとは異なる材料により形成されており、前記中心電極の先端部の外周を囲むように前記シリンダヘッドに取り付けられる環状の接地電極とを含むハウジングレス点火プラグであることを特徴とする内燃機関。 A cylinder head, and a combustion chamber that is defined by the cylinder head and has an intake port that is opened and closed by an intake valve and an exhaust port that is opened and closed by an exhaust valve, and the mixture of fuel and air is burned in the combustion chamber In an internal combustion engine that generates power,
A plurality of spark plugs are attached to the cylinder head so as to be positioned between the intake valve and the exhaust valve,
At least one of the plurality of spark plugs is
A plug body having a center electrode to which a high voltage is applied and an insulator that covers and insulates the center electrode, and at least an end portion on the combustion chamber side of the insulator is not covered by the housing;
An internal combustion engine characterized by being a housingless spark plug formed of a material different from that of the cylinder head and including an annular ground electrode attached to the cylinder head so as to surround an outer periphery of a tip portion of the center electrode. organ.
前記吸気弁および前記排気弁の間に位置するように前記シリンダヘッドに少なくとも3体の点火プラグが取り付けられており、前記排気弁に寄せて配置された点火プラグの数が前記吸気弁に寄せて配置された点火プラグの数よりも多いことを特徴とする内燃機関。
A cylinder head, and a combustion chamber that is defined by the cylinder head and has an intake port that is opened and closed by an intake valve and an exhaust port that is opened and closed by an exhaust valve, and the mixture of fuel and air is burned in the combustion chamber In an internal combustion engine that generates power,
At least three spark plugs are attached to the cylinder head so as to be positioned between the intake valve and the exhaust valve, and the number of spark plugs arranged close to the exhaust valve approaches the intake valve. An internal combustion engine characterized in that there are more than the number of spark plugs arranged.
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US7721702B2 (en) * | 2006-08-31 | 2010-05-25 | Caterpillar Inc. | Spark plug having separate housing-mounted electrode |
CN101787924B (en) * | 2010-01-21 | 2013-01-23 | 申阳德 | Direct injection system in engine cavity |
CN112012868A (en) * | 2020-08-07 | 2020-12-01 | 中国北方发动机研究所(天津) | High-compactness controllable rapid combustion system for internal combustion engine |
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