特開 2019-218864 火花点火式内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-218864(P2019-218864A)

(43)【公開日】2019年12月26日

(54)【発明の名称】火花点火式内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02B 23/10 20060101AFI20191129BHJP

【ＦＩ】

   F02B23/10 310B

   F02B23/10 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2018-114428(P2018-114428)

(22)【出願日】2018年6月15日

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】冬頭 孝之

【テーマコード（参考）】

3G023

【Ｆターム（参考）】

3G023AA01

3G023AB01

3G023AC04

3G023AD02

3G023AD06

(57)【要約】

【課題】燃焼室内にタンブル流を形成する内燃機関であって、形成された初期火炎の燃焼室壁面への接触が抑制され、混合気の着火性能が向上した内燃機関を提供する。
【解決手段】内燃機関１０は、燃焼室１２の頂面に配置された２つの吸気弁２０及び２つの排気弁２４と、燃焼室１２の頂面において、２つの吸気弁２０及び２つの排気弁２４によって囲まれた位置に配置された点火栓３０と、を備え、燃焼室１２の上方において吸気弁２０側から排気弁２４側に向かって流れるタンブル流が形成される。内燃機関１０は、燃焼室１２の頂面において、２つの吸気弁２０及び点火栓３０によって囲まれた位置に配置された突起部４０を更に備える。突起部４０は、タンブル流の向きを燃焼室１２の頂面から離間する方向に整流する整流面４２を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピストンと、
前記ピストンとともに燃焼室を形成するシリンダと、
前記燃焼室の頂面に配置された２つの吸気弁及び２つの排気弁と、
前記燃焼室の頂面において、前記２つの吸気弁及び前記２つの排気弁によって囲まれた位置に配置された点火栓と、を備え、
前記燃焼室の上方において前記吸気弁側から前記排気弁側に向かって流れるタンブル流が形成される、
火花点火式内燃機関であって、
前記燃焼室の頂面において、前記２つの吸気弁及び前記点火栓によって囲まれた位置に配置された突起部を更に備え、
前記突起部は、前記タンブル流の向きを前記燃焼室の頂面から離間する方向に整流する整流面を有する、
火花点火式内燃機関。

【請求項2】

前記突起部は、前記整流面の前記燃焼室の上方を流れる前記タンブル流の向きに沿った２つの辺のそれぞれに、前記整流面から前記ピストンに向かって突出し、且つ、前記燃焼室の上方における前記タンブル流の向きに沿って延在する側壁部を有する、請求項１に記載の火花点火式内燃機関。

【請求項3】

前記整流面の前記点火栓側の端縁における接線が前記シリンダの中心軸に直交する平面に対してなす角度をθとし、前記端縁と前記点火栓の中心電極及び接地電極で形成される放電ギャップの中点とを結ぶ直線が前記平面に対してなす角度をθｃとするとき、θｃ−５°≦θ≦θｃ＋５°を満たす、請求項１又は２に記載の火花点火式内燃機関。

【請求項4】

前記側壁部の前記点火栓側の端縁の前記燃焼室の頂面からの高さｈ２と、前記整流面の前記点火栓側の端縁の前記燃焼室の頂面からの高さｈ１とが、ｈ２／ｈ１≦２．５を満たす、請求項２に記載の火花点火式内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関に関し、特に、複数の吸気弁及び複数の排気弁を備え、燃焼室内にタンブル流を形成する火花点火式内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

絶縁碍子によって絶縁保持された中心電極と接地電極との間に電圧を印加することによって火花を発生させる火花点火式内燃機関において、燃焼室内にタンブル流と称される混合気の気流を形成することで、混合気の着火性を向上させる技術が知られている。

【0003】

特許文献１には、吸入空気の順タンブル流により成層混合気が形成される直噴火花点火機関において、インジェクタ及び点火プラグの各挿入孔の間のシリンダヘッド内壁面上に燃焼室内に突出する案内壁を備え、この案内壁は、順タンブル流の点火プラグへ向かう空気の流れに対する対向面がシリンダヘッド内壁面から滑らかに続く、直噴火花点火機関が記載されている。

【0004】

特許文献２には、内燃機関の燃焼室の上壁面の中央部に設けられた点火プラグを備え、燃焼室において、シリンダ軸方向の旋回流であるタンブル流が形成される火花点火式内燃機関の燃焼室構造であって、上壁面に凸設され、燃焼室の中央部を流れる気流を周囲に分散させつつ燃焼室の吸排気方向にガイドするガイド部を設けた、火花点火式内燃機関の燃焼室構造が記載されている。

【0005】

特許文献３には、ペントルーフ型の燃焼室と、吸気弁と、排気弁と、点火プラグとを備え、点火時に放電ギャップを通過する気流として、一方のルーフ側から他方のルーフ側に向かう気流が生成される内燃機関であって、一対のルーフの少なくとも一方の壁面もしくはハウジングに設けられ、点火時に放電ギャップを通過する気流の方向を基準方向に対して傾斜した方向に曲げる気流案内部材を更に備える、火花点火式内燃機関が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１５−１７５３１８号公報

【特許文献2】特開２００４−０４４４２７号公報

【特許文献3】特開２０１５−１２４６６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、従来の内燃機関において点火プラグの放電により初期火炎（火炎核）が形成された場合に、形成された初期火炎が燃焼室内を流れるタンブル流とともに移動してペントルーフ壁等の燃焼室壁面に衝突すると、初期火炎の失火若しくは成長が抑制し、着火性が低下することが知られている。この現象は、燃焼室内の流れが強い高タンブル流を用いる内燃機関において生じやすい傾向にあるとされている。

【0008】

特許文献１には、気流方向を斜め横方向に変更させる気流案内部材を設けることにより、初期火炎の燃焼室の天井面への接触を抑制させる技術が記載されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、タンブル流が強い場合、当該気流案内部材により向きが変更された斜めの流れが直進する流れに押し負けて向きを変えられ、初期火炎が燃焼室の壁面等に衝突しやすくなるという問題がある。

【0009】

特許文献２及び３にはいずれも、点火プラグの電極部に対して燃焼室内を流れる気流の上流側に当該気流を案内する案内壁を設ける技術が記載されている。しかしながら、特許文献２及び３に記載の技術は、当該案内壁により気流を左右に振り分けることを特徴とするものであり、点火プラグで形成された初期火炎の壁面衝突を回避する作用は得られない。また特許文献２に記載の技術は、気流を左右に振り分けて点火プラグ近傍に混合気を滞留させることを狙いとしており、点火プラグ近傍の流速が遅くなるため、火花放電を気流によって伸長させる効果が得られない。

【0010】

本発明の課題は、燃焼室内にタンブル流を形成する内燃機関であって、形成された初期火炎の燃焼室壁面への接触が抑制され、混合気の着火性能が向上した内燃機関を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明に係る内燃機関は、ピストンと、前記ピストンとともに燃焼室を形成するシリンダと、前記燃焼室の頂面に配置された２つの吸気弁及び２つの排気弁と、前記燃焼室の頂面において、前記２つの吸気弁及び前記２つの排気弁によって囲まれた位置に配置された点火栓と、を備え、前記燃焼室の上方において前記吸気弁側から前記排気弁側に向かって流れるタンブル流が形成される火花点火式内燃機関であって、前記燃焼室の頂面において、前記２つの吸気弁及び前記点火栓によって囲まれた位置に配置された突起部を更に備え、前記突起部は、前記タンブル流の向きを前記燃焼室の頂面から離間する方向に整流する整流面を有する。

【0012】

好適な態様では、前記突起部は、前記整流面の前記燃焼室の上方における前記タンブル流の向きに沿った２つの辺のそれぞれに、前記整流面から前記ピストンに向かって突出し、且つ、前記燃焼室の上方における前記タンブル流の向きに沿って延在する側壁部を有する。より好適な態様では、前記側壁部の前記点火栓側の端縁の前記燃焼室の頂面からの高さｈ２と、前記整流面の前記点火栓側の端縁の前記燃焼室の頂面からの高さｈ１とが、ｈ２／ｈ１≦２．５を満たす。

【0013】

他の好適な態様では、前記整流面の前記点火栓側の端縁における接線が前記シリンダの中心軸に直交する平面に対してなす角度をθとし、前記端縁と前記点火栓の中心電極及び接地電極で形成される放電ギャップの中点とを結ぶ直線が前記平面に対してなす角度をθｃとするとき、θｃ−５°≦θ≦θｃ＋５°を満たす。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、形成された初期火炎の燃焼室壁面への接触を抑制し、混合気の着火性能を向上させた内燃機関を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施形態に係る火花点火式内燃機関の構成の一例を示す縦断面図である。

【図2】本実施形態に係る火花点火式内燃機関の構成の一例を示す横断面図である。

【図3】図１の一部を拡大した拡大断面図である。

【図4】本実施形態に係る突起部の構成の一例を示す図である。

【図5】従来の火花点火式内燃機関の構成の一例を示す縦断面図である。

【図6】本実施形態に係る突起部の構成の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の実施形態に係る火花点火式内燃機関について、図面を参照しながら説明する。以下で説明する形状、位置等は、説明のための例示であって、内燃機関に応じて適宜変更することができる。すべての図面において同等の要素には同一の符号を付している。

【0017】

図１は、本実施形態に係る火花点火式内燃機関１０（以下単に「内燃機関」とも記載する）の構成の一例を示す縦断面図である。内燃機関１０は、ピストン１４及びシリンダ１６を備え、ピストン１４は、シリンダ１６の内部に往復移動可能に収納されている。内燃機関１０の燃焼室１２は、ピストン１４の頂面と、シリンダ１６と、シリンダ１６の頂部であるシリンダヘッド１８によって囲まれた空間である。燃焼室１２は、図１に示すように、互いに対向するように傾斜した一対のルーフ１２ａ，１２ｂを有するペントルーフ型の頂面を備える。

【0018】

図２は、内燃機関１０の燃焼室１２の構成の一例を示す図面である。図２は、燃焼室１２の頂面（シリンダヘッド１８の下面）をピストン１４側から見たときの吸気弁２０、排気弁２４、燃料噴射弁２８、点火栓３０及び突起部４０の配置を示している。燃焼室１２の頂面を構成する一方のルーフ１２ａには、２つの吸気弁２０が並んで配置されており、他方のルーフ１２ｂには、２つの排気弁２４が並んで配置されている。

【0019】

なお、本明細書及び各図面では、シリンダ１６の中心軸Ｎに沿った方向をｚ軸に規定し、ｚ軸と直交する方向であって、燃焼室１２の頂面をピストン１４側から見たときに燃料噴射弁２８から点火栓３０に向かう方向をｘ軸に規定し、ｘ軸及びｚ軸のそれぞれと直交する方向であって、２つの吸気弁２０が並んで配置している方向（２つの排気弁２４が並んで配置している方向）をｙ軸に規定する。

【0020】

点火栓３０は、燃焼室１２の頂面であって、２つの吸気弁２０及び２つの排気弁２４によって囲まれた位置に配置される。より具体的には、図２に示すように、燃焼室１２の頂面をピストン１４側から見たとき、２つの吸気弁２０及び２つの排気弁２４の各中心を頂点とする略四角形の内側であって、吸気弁２０及び排気弁２４がいずれも設けられていない領域Ｑに、点火栓３０が設けられる。点火栓３０は、シリンダ中心軸Ｎに沿ってシリンダヘッド１８を貫通する貫通孔に挿入され、燃焼室１２の頂面の領域Ｑから燃焼室１２の中心に突出するように固定されている（図１参照）。

【0021】

燃料噴射弁２８は、燃焼室１２の頂面の周縁部であって、２つの吸気弁２０の中間部を介して点火栓３０と対向する位置に設けられている。燃料噴射弁２８は、シリンダヘッド１８を外部から斜め下方に貫通する貫通孔に挿入され、その噴射孔が燃焼室１２内に向くように固定されている。

【0022】

本実施形態に係る内燃機関１０では、吸気工程において、吸気弁２０が開き、ピストン１４が下降することで、吸気ポート２２から燃焼室１２内に吸気ガスが導入される。次いで、圧縮工程において、吸気弁２０が閉じてピストン１４の上昇により混合気が圧縮される。この圧縮工程において燃料噴射弁２８から燃焼室１２内に燃料が噴射され、混合気が形成される。燃焼室１２において圧縮された混合気は点火栓３０によって着火され、燃焼する。燃焼後の排ガスは、排気工程において、開状態になった排気弁２４を経て排気ポート２６へ排出される。

【0023】

本実施形態に係る内燃機関１０では、燃焼室１２の上方において吸気弁２０側から排気弁２４側に向かって流れるタンブル流を混合気が形成するように構成されている。タンブル流は、図１において矢印αで示すような縦渦の旋回流であり、燃焼室１２の上方（燃焼室１２の頂面近傍）では、当該頂面に沿って吸気弁２０側から排気弁２４側に向かって流れ、燃焼室１２の下方（燃焼室１２の底面近傍）ではピストン１４の頂面に沿って逆方向に流れる。図１に矢印αで示すように、タンブル流は、ｙ軸に略平行なタンブル中心軸Ｔの周りを回転するように流れる。即ち、タンブル中心軸Ｔは、２つの吸気弁２０が並ぶ方向、及び、２つの排気弁２４が並ぶ方向と略平行である。燃焼室１２においてタンブル流を形成することにより、燃焼室１２内の吸気ガス及び燃料の混合が促進され、内燃機関１０の燃焼効率の向上が図られる。タンブル流は、例えば、ピストン１４の頂部の形状や吸気ポート２２に設けられる吸気制御弁等によって、形成及び制御することができる。このように形成されたタンブル流は、少なくとも点火栓３０の点火時期まで燃焼室１２に残存する。

【0024】

図３は、図１における点火栓３０及び突起部４０の周辺を示す拡大断面図である。本実施形態に係る内燃機関１０は、点火栓３０として火花点火方式の点火プラグ（スパークプラグ）を備える。点火栓３０は、シリンダヘッド１８にねじ結合で取り付けられた筒状の金具ハウジング３１と、金具ハウジング３１の内側に保持された絶縁碍子３２とを備え、絶縁碍子３２の先端が燃焼室１２内に突出している。突出した絶縁碍子３２の先端には中心電極３４が設けられ、中心電極３４の先端には中心電極チップ３４ａが配置している。ここで、中心電極３４の中心軸は、絶縁碍子３２の中心軸と一致するとともに、中心電極チップ３４ａを通過する。

【0025】

点火栓３０は、金具ハウジング３１の下端部から燃焼室１２内に延びた接地電極３６を備える。接地電極３６は、絶縁碍子３２の延びる方向において中心電極３４の中心電極チップ３４ａに対向する対向部３６ａと、対向部３６ａを金具ハウジング３１に接続する接続部３６ｂとによって構成されている。接続部３６ｂは、金具ハウジング３１の下端部から燃焼室１２内に延びるとともに対向部３６ａが中心電極３４と対面するように、Ｌ字形に屈曲した形状を有する。対向部３６ａの中心電極チップ３４ａと対向する側には、接地電極チップ３６ｃが配置されている。点火栓３０は、放電により中心電極３４の中心電極チップ３４ａと接地電極３６の接地電極チップ３６ｃとの間の空隙（放電ギャップＧ）において火花を発生させるように構成され、この火花によって、混合気が着火する。点火栓３０における放電ギャップＧの距離は、初期要求電圧等に応じて適宜調整されるが、例えば、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、１ｍｍ程度が好ましい。

【0026】

本実施形態に係る内燃機関１０は、燃焼室１２の頂面であって、２つの吸気弁２０及び点火栓３０とで囲まれた位置に配置された突起部４０を備えることを特徴とする。より具体的には、図２に示すように、燃焼室１２の頂面をピストン１４側から見たとき、２つの吸気弁２０及び点火栓３０の各中心を頂点とする略三角形の内側であって、吸気弁２０が設けられていない領域Ｒに、突起部４０が設けられる。即ち、突起部４０は、点火栓３０に対して、燃焼室１２の頂面に沿って流れるタンブル流の上流側に配置されている。

【0027】

図２〜図４を参照しながら、本実施形態に係る突起部４０の構造について具体的に説明する。図４は突起部４０の形状を示す図であり、図４（ａ）は吸気弁２０の中間部から見た突起部４０の形状を示す側面図であり、図４（ｂ）はピストン１４側から見た突起部４０の形状を示す斜視図である。なお、図４（ｂ）では突起部４０の形状をわかりやすくするために点火栓３０の図示を省略している。

【0028】

突起部４０は、図３及び図４（ｂ）に示すように、燃焼室１２の上方を流れるタンブル流の向きを燃焼室１２の頂面から離間する方向に整流する整流面４２を有することを特徴とする。整流面４２は、燃料噴射弁２８側においてルーフ１２ａと滑らかに接続し、点火栓３０側に向かうに従って徐々にピストン１４側に傾斜するスロープ状の面である。整流面４２をタンブル中心軸Ｔに沿ったｙ軸方向から見ると、図３に示すように整流面４２はルーフ１２ａから滑らかに接続する略円弧状の曲線により構成される。また、整流面４２をｘ軸方向から見ると、図４（ａ）に示すように整流面４２はルーフ１２ａに略平行な線分により構成される。これにより、燃焼室１２の上方においてルーフ１２ａに沿って２つの吸気弁２０間をｘ軸負方向から流れてきたタンブル流が、整流面４２に沿って流れることで点火栓３０に近づくに従ってピストン１４側に曲げられ、点火栓３０側の端縁４２ａから整流面４２の接線方向に向かって送り出される。その結果、燃焼室１２の上方においてルーフ１２ａに沿って流れるタンブル流が、整流面４２により燃焼室１２の頂面から離間する方向（ｚ軸負方向）に曲げられる。

【0029】

突起部４０の整流面４２の形状は、燃焼室１２及び点火栓３０の構造や配置、並びに突起部４０の位置等によって適宜設定すればよい。例えば、図３に示すように、タンブル中心軸Ｔに直交する断面（ｚｘ平面）において、整流面４２の点火栓３０側の端縁４２ａにおける接線Ｌ１がシリンダ中心軸Ｎに直交する平面Ｐに対してなす角度をθ、整流面４２の端縁４２ａと放電ギャップＧの中点とを結ぶ直線Ｌ２が平面Ｐに対してなす角度をθｃとするとき、θｃ−５°≦θ≦θｃ＋５°を満たすように、整流面４２の形状及び突起部４０の位置等を設定してもよい。この端縁４２ａにおける整流面４２の接線Ｌ１が平面Ｐに対してなす角度θは、θｃ≦θ≦θｃ＋５°であることが好ましい。点火栓３０側の端縁４２ａにおける整流面４２の傾斜が上記範囲にあることにより、放電ギャップＧを通過する気流の向きをピストン１４側（ｚ軸負方向）により確実に曲げることができる。なお、接線Ｌ１及び直線Ｌ２が図３に示すように整流面４２の端縁４２ａから点火栓３０に向かうに従って平面Ｐに対してｚ軸負方向に延びるとき、接線Ｌ１及び直線Ｌ２と平面Ｐとのなす角度θ及びθｃが正の値を有するものとする。

【0030】

整流面４２のサイズは、突起部４０が燃焼室１２の頂面の領域Ｒに収まるような範囲内であれば特に制限されない。例えば、燃焼室１２の頂面をピストン１４側から見たときの整流面４２のｘ軸方向の長さは、２つの吸気弁２０の中心を結ぶ線分の中点と点火栓３０のｘ軸負方向の端縁との距離以下であればよい。また、燃焼室１２の頂面をピストン１４側から見たときの整流面４２のｙ軸方向の長さは、ｘ軸負方向側の端縁では２つの吸気弁２０の中間部の幅（ｙ軸方向の距離）以下であればよく、ｘ軸正方向側の端縁４２ａでは当該２つの吸気弁２０の中間部の幅に対して７０％以上１２０％以下であればよい。

【0031】

本実施形態の突起部４０には、図４に示すように、整流面４２のタンブル流の向きに沿った２つの辺のそれぞれに、側壁部４４が設けられている。側壁部４４は、整流面４２からピストン１４に向かって突出するとともに、燃焼室１２の上方におけるタンブル流の向きに沿って延在しており、整流面４２の燃料噴射弁２８側の端縁から形成され、点火栓３０に近づくに従って整流面４２からの高さが高くなるように形成される。また側壁部４４の互いに対向する側の側面は、整流面４２に対して略垂直な面により構成されている。これら整流面４２と２つの側壁部４４とにより、突起部４０には、図４（ａ）に示すように気流上流側（ｘ軸負方向）から見て略Ｕ字状の溝が形成される。このように側壁部４４を設けて整流面４２の両端を囲むことにより、より多くの気流を燃焼室１２の頂面から離間する方向に導くことができる。

【0032】

本実施形態に係る突起部４０では、図３に示す点火栓３０側の端縁４４ａのルーフ１２ａからの高さｈ２が、整流面４２の点火栓３０側の端縁４２ａのルーフ１２ａからの高さｈ１に対して、ｈ２／ｈ１≦２．５を満たすように側壁部４４が形成されている。側壁部４４の端縁４４ａにおける高さｈ２が整流面４２の端縁４２ａにおける高さｈ１に対して高過ぎると、内燃機関１０の運転中に当該端縁４４ａに熱が溜まり、ノッキングを誘発する恐れがあるためである。燃焼室１２の上方におけるタンブル流の整流及びノッキング発生の観点から、側壁部４４の端縁４４ａにおける高さｈ２と整流面４２の端縁４２ａにおける高さｈ１とは、１．５≦ｈ２／ｈ１≦２．５の関係を満たすことが好ましい。なお本明細書において「高さ」とは、ｚ軸方向に沿った距離を意味する。

【0033】

本実施形態では、燃焼室１２の頂面から突出した点火栓３０における放電ギャップＧの中点が、シリンダ中心軸Ｎに直交し、整流面４２の端縁４２ａを通る平面Ｐに対してピストン１４側（ｚ軸負方向）に位置するように、突起部４０の位置及び整流面４２の形状が設定されている。これにより、点火時に整流面４２の端縁４２ａを離れて放電ギャップＧに向かう気流の向きが、下流側に向かうに従って燃焼室１２の頂面側からピストン１４側に流れる方向に変更される。

【0034】

本実施形態に係る突起部４０の製造方法は特に制限されず、例えば、突起部４０を設けたシリンダヘッド１８を鋳造又は３次元プリンタ等により製造してもよく、或いは、シリンダヘッド１８を鋳造後、機械加工にて突起部４０を削り出してもよい。

【0035】

本実施形態に係る突起部４０の作用効果について、図１及び図５を参照し、突起部４０を備えていない従来の構成との比較に基づいて説明する。図５は、比較のために参照する従来の内燃機関５０の構成を示す図であり、当該内燃機関５０は、燃焼室１２の頂面に突起部４０を設けていないことを除いて、図１に示す内燃機関１０と同じ構成を有する。

【0036】

図５に示す従来の構成では、燃焼室１２の上方を流れるタンブル流は、まず吸気弁２０側のルーフ１２ａに沿って点火栓３０に向かって流れ、点火栓３０の近傍を通過し、次いで、排気弁２４側のルーフ１２ｂに向かいつつピストン１４側に方向を変えながら流れる。点火栓３０の中心電極チップ３４ａと接地電極チップ３６ｃとの放電ギャップＧに放電火花を形成することで、混合気が着火して初期火炎Ｆが発生するが、この初期火炎Ｆは、上述のタンブル流により下流側に流される。このとき、図５に示すように発生した初期火炎Ｆがルーフ１２ｂや排気弁２４の表面等の燃焼室１２を構成する壁面に衝突してしまい、初期火炎Ｆが冷やされて失火し、或いは、失火に至らずとも火炎成長に時間がかかることで、着火性が低下するおそれがあることが知られている。この着火性低下の現象は、燃焼室１２内の流れが強い高タンブル流を用いる火花点火式内燃機関において生じやすい傾向にある。高タンブル流が形成されると、燃焼サイクル毎にタンブル流のタンブル中心軸Ｔが図５に示すｚｘ平面内において変動し、その変動により点火栓３０の上流側及び下流側におけるタンブル流の向きが変動する。その結果、点火栓３０通過後のタンブル流の向きがｘ軸正方向乃至ｚ軸正方向、即ちルーフ１２ｂに近づく方向に変位し、初期火炎Ｆがルーフ１２ｂや排気弁２４等に接触しやすくなるためである。

【0037】

それに対して、突起部４０を備える本実施形態の内燃機関１０では、図１に示すように、突起部４０の整流面４２によりタンブル流が燃焼室１２の頂面から離間する方向に曲げられ、点火時に放電ギャップＧを通過する気流がルーフ１２ｂに沿った紙面の右下に向かうことになる。これにより、燃焼室１２内において高タンブル流が形成され、タンブル中心軸Ｔが大きく変動する場合であっても、放電ギャップＧを通過する気流の向き、及び、点火栓３０により生成される初期火炎Ｆの移動方向を、ルーフ１２ｂ及び排気弁２４等に衝突しない方向に安定させることができる。その結果、高タンブル流が形成される場合であっても、初期火炎Ｆのルーフ１２ｂ及び排気弁２４等への接触を回避して失火等を抑制し、内燃機関１０の着火性を向上させることができる。また、本実施形態に係る内燃機関１０では、突起部４０の整流面４２により、実際に放電ギャップＧを通過する気流のみならず点火栓３０の近傍を流れる気流を燃焼室１２の頂面から離間する方向に整流することができる。そのため、本実施形態に係る内燃機関１０は、点火栓３０の取付角によらず、即ち放電ギャップＧに対する接続部３６ｂの向きによらず、一定の着火性向上効果を得ることができる。

【0038】

本実施形態に係る内燃機関１０は、突起部４０の整流面４２をｙ軸方向から挟むように設けた２つの側壁部４４を更に備える。整流面４２と２つの側壁部４４とにより、タンブル流の上流側から見て略Ｕ字状の溝を形成することで、整流面４２に沿って流れる気流が、整流面４２のｙ軸方向において対向する両端縁から斜めに飛び出さず、より多くの気流を燃焼室１２の頂面から離間する方向に整流した上で放電ギャップＧに通過させることができる。その結果、点火時に放電ギャップＧを通過する気流を、図１に示すルーフ１２ｂに沿った方向であって、ルーフ１２ｂ及び排気弁２４等に衝突しない方向に向けることができ、特に高タンブル流が形成される場合において、着火性をより一層向上させることができる。

【0039】

上記の説明では、２つの側壁部４４を整流面４２の両端縁に設けた突起部４０を例示したが、タンブル流の向きを燃焼室１２の頂面から離間する方向に整流する整流面を有する限り、突起部の形状は特に制限されない。例えば、当該突起部４０に換えて、図６に示すように側壁部４４を有さない突起部４６を使用してもよい。図６は突起部４０の形状を示す図であり、図６（ａ）は吸気弁２０の中間部から見た突起部４６の形状を示す側面図であり、図６（ｂ）はピストン１４側から見た突起部４６の形状を示す斜視図である。なお、図６（ｂ）では突起部４６の形状をわかりやすくするために点火栓３０の図示を省略している。本実施形態に係る内燃機関１０において、側壁部４４を有さない突起部４６を用いることにより、運転中のノッキングの発生を抑制することができる。

【0040】

また、上記の説明では、火花点火方式のスパークプラグである点火栓３０を使用した例を示したが、本実施形態に係る内燃機関１０において使用する点火手段は、混合気を着火し得るものである限り特に制限されない。例えば、中心電極と接地電極との間に交流電圧を印加してストリーマ放電を発生させる点火プラグ、或いは、マイクロ波発生装置により発生したマイクロ波パルスを導波管を通して燃焼室内に伝送し、放電電極においてマイクロ波放電を発生させる点火プラグを使用してもよい。

【符号の説明】

【0041】

１０ 内燃機関、１２ 燃焼室、１２ａ，１２ｂ ルーフ、１４ ピストン、１６ シリンダ、１８ シリンダヘッド、２０ 吸気弁、２２ 吸気ポート、２４ 排気弁、２６ 排気ポート、２８ 燃料噴射弁、３０ 点火栓、３１ 金具ハウジング、３２ 絶縁碍子、３４ 中心電極、３４ａ 中心電極チップ、３６ 接地電極、３６ａ 対向部、３６ｂ 接続部、３６ｃ 接地電極チップ、４０ 突起部、４２ 整流面、４２ａ 端縁、４４ 側壁部、４４ａ 端縁、４６ 突起部、５０ 内燃機関、Ｆ 初期火炎、Ｇ 放電ギャップ、Ｔ タンブル中心軸。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】