特許 6556037 内燃機関及び点火プラグ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6556037

(24)【登録日】2019年7月19日

(45)【発行日】2019年8月7日

(54)【発明の名称】内燃機関及び点火プラグ

(51)【国際特許分類】

   F02B 19/12 20060101AFI20190729BHJP

   F02B 23/08 20060101ALI20190729BHJP

   F02P 13/00 20060101ALI20190729BHJP

   H01T 13/54 20060101ALI20190729BHJP

   F02B 19/16 20060101ALI20190729BHJP

【ＦＩ】

   F02B19/12 D

   F02B19/12 A

   F02B23/08 L

   F02P13/00 302A

   F02P13/00 302B

   H01T13/54

   F02B19/16 B

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-237735(P2015-237735)

(22)【出願日】2015年12月4日

(65)【公開番号】特開2017-101647(P2017-101647A)

(43)【公開日】2017年6月8日

【審査請求日】2018年10月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000221834

【氏名又は名称】東邦瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 光介

(72)【発明者】

【氏名】小見山 浩一

(72)【発明者】

【氏名】谷口 順一

【審査官】 櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５１−０５５８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５０３２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５０３２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−１０８４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１４４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０９９４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０４−００６５３３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００７−０７７９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−１５２０２４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ １９／１２

Ｆ０２Ｂ １９／１６

Ｆ０２Ｂ ２３／０８

Ｆ０２Ｐ １３／００

Ｈ０１Ｔ １３／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内側にシリンダボア（１０１）が形成されたシリンダブロック（１０２）と、
上記シリンダボア内を往復動するように構成されたピストン（１０３）と、
上記シリンダボアを覆うように上記シリンダブロックに取り付けられたシリンダヘッド（１０４）と、
上記シリンダボア、上記ピストン及び上記シリンダヘッドにより区画されてなる燃焼室（１０５）と、
放電ギャップ（Ｇ）を覆ってプレチャンバー（６０）を形成するチャンバーカップ（５０）が先端に設けられるとともに、上記プレチャンバーが上記燃焼室内に位置するように上記シリンダヘッドに取り付けられた点火プラグ（１）と、
を備え、
上記チャンバーカップには、上記燃焼室と上記プレチャンバーとを連通させて、上記プレチャンバー内に生じた火炎が噴出されるように構成された複数の噴口（５１）が形成されており、
上記燃焼室の有効半径をｒ、上記複数の噴口の総面積をＳ、上記プレチャンバーの全容量をＶ、上記シリンダボアの中心軸（１０１ａ）と上記放電ギャップの中心位置（Ｇ０）との最短距離をＯ、としたとき、
４６．７≦Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒ≦７７．５
を満たす、内燃機関（１００）。

【請求項2】

上記複数の噴口は、点火タイミングにおいて、上記放電ギャップの中心位置と上記燃焼室の内壁における上記中心位置から最も遠い位置（１０３ｂ）とを結んだ仮想直線（５６）を、上記中心位置を通る上記プラグ中心軸を中心に軸回転させてなる仮想円錐面（５６ａ）と上記チャンバーカップとが交わってなる仮想曲線（５５）上に位置するように形成されている、請求項１に記載の内燃機関。

【請求項3】

請求項２に記載の内燃機関における上記シリンダヘッドに取り付けられる上記点火プラグであって、上記複数の噴口が４〜８個形成されている点火プラグ。

【請求項4】

上記複数の噴口は、上記仮想曲線上において、等間隔に配列している、請求項３に記載の点火プラグ。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の内燃機関における上記シリンダヘッドに取り付けられる上記点火プラグであって、上記複数の噴口は、該各噴口の中心線（５１ａ）が上記放電ギャップの上記中心位置に向かうように形成されている点火プラグ。

【請求項6】

上記複数の噴口は、該各噴口の中心線（５１ａ）が上記放電ギャップの上記中心位置に向かうように形成されている請求項３又は４に記載の点火プラグ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プレチャンバーを有する点火プラグを備えた内燃機関及び当該点火プラグに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ガスエンジン等の内燃機関に用いられる点火プラグとして、点火プラグの先端に複数の噴口を有するチャンバーカップが設けられるとともに、該チャンバーカップの内側にプレチャンバーが形成された点火プラグがある。かかる点火プラグでは、複数の噴口からプレチャンバー内に流入した燃焼ガスと空気との混合気を点火して、これにより生じた火炎を複数の噴口から燃焼室に噴出させることにより、燃焼室内の混合気に着火するように構成されている。

【0003】

特許文献１に開示された内燃機関の構成では、上述の点火プラグが、燃焼室を形成するシリンダの中心軸から外れた位置に設けられている。そのため、この点火プラグに備えられた複数の噴口は、各噴口からその噴口に対向する燃焼室の内壁までの距離が長い領域と短い領域とが存在する。そして、当該距離が長い領域に位置する噴口が、短い領域に位置する噴口よりも火炎の噴出量が多くなるようにしている。これにより、火炎が到達しにくい当該距離が長い領域に火炎を十分に供給して、燃焼室内の混合気の着火性を良好に行うようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５０６０３８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、複数の噴口は点火プラグに備えられたチャンバーカップに形成されている。そして、当該点火プラグは通常、シリンダヘッドに形成された雌ネジ孔である取付孔にねじ込まれて取り付けられる。そのため、点火プラグの取り付けの際のねじ込み量によっては、火炎の噴出量が調整された複数の噴口が所定の領域に位置しない場合があり、混合気の燃焼を良好に行うことができない場合がある。したがって、当該点火プラグの取り付けの際には、複数の噴口のそれぞれを所定領域に位置させる必要があり、取り付け作業性に改善の余地がある。

【0006】

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、プレチャンバーを有する点火プラグが備えられた内燃機関において、着火性を向上させて、エンジン効率を向上させるとともに、点火プラグの取り付け作業性を向上させることができる内燃機関及び点火プラグを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、内側にシリンダボア（１０１）が形成されたシリンダブロック（１０２）と、
上記シリンダボア内を往復動するように構成されたピストン（１０３）と、
上記シリンダボアを覆うように上記シリンダブロックに取り付けられたシリンダヘッド（１０４）と、
上記シリンダボア、上記ピストン及び上記シリンダヘッドにより区画されてなる燃焼室（１０５）と、
放電ギャップ（Ｇ）を覆ってプレチャンバー（６０）を形成するチャンバーカップ（５０）が先端に設けられるとともに、上記プレチャンバーが上記燃焼室内に位置するように上記シリンダヘッドに取り付けられた点火プラグ（１）と、
を備え、
上記チャンバーカップには、上記燃焼室と上記プレチャンバーとを連通させて、上記プレチャンバー内に生じた火炎が噴出されるように構成された複数の噴口（５１）が形成されており、
上記燃焼室の有効半径をｒ、上記複数の噴口の総面積をＳ、上記プレチャンバーの全容量をＶ、上記シリンダボアの中心軸（１０１ａ）と上記放電ギャップの中心位置（Ｇ０）との最短距離をＯ、としたとき、
４６．７≦Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒ≦７７．５
を満たす、内燃機関（１００）にある。

【0008】

本発明の他の態様は、上記複数の噴口が、点火タイミングにおいて、上記放電ギャップの中心位置と上記燃焼室の内壁における上記中心位置から最も遠い位置（１０３ｂ）とを結んだ仮想直線（５６）を、上記中心位置を通る上記プラグ中心軸を中心に軸回転させてなる仮想円錐面（５６ａ）と上記チャンバーカップとが交わってなる仮想曲線（５５）上に位置するように形成されている上記内燃機関（１００）における上記シリンダヘッド（１０４）に取り付けられる上記点火プラグ（１）であって、上記複数の噴口（５１）が４〜８個形成されている点火プラグ（１）にある。

【発明の効果】

【0009】

上記内燃機関において、上記プレチャンバーの全容積Ｖと、上記複数の噴口の総面積Ｓとの容積噴口総面積比Ｖ／Ｓは、複数の噴口を出入りする混合気や噴炎の流出入のし難さ、すなわち噴炎の流出入抵抗を表す。容積噴口総面積比Ｖ／Ｓが大きいほど、流出入抵抗が大きくなり、噴口から噴出される火炎の流速が大きくなるため、当該火炎がより遠くまで噴出されることとなる。

【0010】

一方、シリンダボアの中心軸と放電ギャップの中心位置との最短距離Ｏは、点火プラグにおけるシリンダボアの中心軸からのずれ量を示しており、燃焼室の有効半径ｒは、点火タイミングにおける燃焼室の内径である。そして、当該最短距離Ｏと燃焼室の有効半径ｒとからなる（ｒ−Ｏ）／ｒは、点火プラグのずれ量を反映させるための補正値を示す。そして、上記内燃機関においては、当該補正値（ｒ−Ｏ）／ｒを容積噴口総面積比Ｖ／Ｓに掛け合わせた値、すなわち、容積噴口総面積比Ｖ／Ｓに点火プラグの上記ずれ量を考慮した補正後の容積噴口総面積比が、４６．７〜７７．５の範囲内にある。

【0011】

上記補正後の容積噴口総面積比が小さすぎると、噴口から火炎が噴出する際の抵抗が小さくなりすぎ、複数の噴口から噴出される火炎の長さが短くなる。そのため、燃焼室において噴口から遠い領域の混合気に着火させることが困難となり、着火性が低下する。上記内燃機関においては、補正後の容積噴口総面積比を４６．７以上とすることにより、噴口から火炎が噴出する際の抵抗を適度に与えて、複数の噴口から噴出される火炎の長さを確保することができる。これにより、点火プラグがシリンダの中心軸からずれた位置に設けられた内燃機関においても、当該点火プラグの取り付けの際に噴口が所定領域に位置するよう考慮することなく、燃焼室内の混合気への着火性を向上させ、エンジン効率を向上させることができる。

【0012】

一方、補正後の容積噴口総面積比が大きすぎると、複数の噴口から噴出される火炎が過度に長くなって、当該火炎が燃焼室の内壁に接して冷却されて、冷却損失が発生することとなる。その結果、当該火炎の温度が低下して、着火性が低下する。上記内燃機関においては、補正後の容積噴口総面積比を７７．５以下とすることにより、複数の噴口から噴出される火炎の冷却損失を抑制することができる。これにより、点火プラグがシリンダの中心軸からずれた位置に設けられた内燃機関においても、当該点火プラグの取り付けの際に噴口が所定領域に位置するように考慮することなく、着火性を向上させ、エンジン効率を向上させることができる。

【0013】

以上のごとく、本発明によれば、プレチャンバーを有する点火プラグが備えられた内燃機関において、着火性が向上されるとともに、点火プラグの取り付け作業性が向上された内燃機関及び点火プラグを提供することができる。

【0014】

なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態１における、点火タイミングでの内燃機関の断面一部拡大図。

【図2】実施形態１における、点火プラグの側面一部断面拡大図。

【図3】実施形態１における、チャンバーカップをプラグ軸方向の先端側から見た図。

【図4】変形形態における、点火タイミングでの内燃機関の断面一部拡大図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（実施形態１）
上記内燃機関及び点火プラグの実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。
図１に示すように、本実施形態の内燃機関１００は、シリンダブロック１０２、ピストン１０３、シリンダヘッド１０４、燃焼室１０５及び点火プラグ１を備える。
シリンダブロック１０２の内側にはシリンダボア１０１が形成されている。
ピストン１０３は、シリンダボア１０１内を往復動するように構成されている。
シリンダヘッド１０４は、シリンダボア１０１を覆うようにシリンダブロック１０２に取り付けられている。
燃焼室１０５は、シリンダボア１０１、ピストン１０３及びシリンダヘッド１０４により区画されてなる。
図２に示すように、点火プラグ１は、先端１１にチャンバーカップ５０が設けられる。チャンバーカップ５０は、放電ギャップＧを覆ってプレチャンバー６０を形成する。そして、図１に示すように、点火プラグ１は、プレチャンバー６０が燃焼室１０５内に位置するようにシリンダヘッド１０４に取り付けられている。

【0017】

チャンバーカップ５０には、燃焼室１０５とプレチャンバー６０とを連通させて、プレチャンバー６０内に生じた火炎が噴出されるように構成された複数の噴口５１が形成されている。
そして、内燃機関１００は、図１、図２に示す燃焼室１０５の有効半径をｒ、図３に示す複数の噴口５１の総面積をＳ、図１、図２に示すプレチャンバー６０の全容量をＶ、シリンダボア１０１の中心軸１０１ａと放電ギャップＧの中心位置Ｇ０との最短距離をＯ、としたとき、４６．７≦Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒ≦７７．５を満たしている。

【0018】

以下、本実施形態の内燃機関１００及び点火プラグ１について、詳述する。
内燃機関１００は、例えば、発電機用のガス内燃機関として用いることができる。
図１に示すように、シリンダブロック１０２の内側には、中心軸１０１ａを軸心とする円柱形のシリンダボア１０１が形成されている。シリンダボア１０１には、ピストン１０３が設けられている。ピストン１０３はクランク１０６に接続されている。クランク１０６は図示しないクランクシャフトに接続されて、シリンダ軸方向Ｚに往復運動するように構成されている。なお、本明細書では、シリンダボア１０１の中心軸１０１ａの延びる方向をシリンダ軸方向Ｚとする。ピストン１０３のクランク１０６に接続された側をシリンダ軸方向Ｚの下方Ｚ１とし、下方Ｚ１と反対方向を上方Ｚ２とする。シリンダボア１０１の径方向をＸ方向とする。

【0019】

図１に示すように、シリンダブロック１０２には、シリンダボア１０１を覆うようにシリンダヘッド１０４が取り付けられている。シリンダヘッド１０４の下方Ｚ１の面は略平面状となっているとともに、ピストン１０３の上端に凹部１０３ａが形成されている。そして、シリンダボア１０１と、凹部１０３ａを含むピストン１０３の上端と、シリンダヘッド１０４の下面との間の空間が燃焼室１０５となる。本実施形態では、燃焼室１０５はいわゆるヘロン型となっている。

【0020】

シリンダヘッド１０４には、バルブ１０７が設けられている。本実施形態では、バルブ１０７は、中心軸１０１ａ上に設けられている。一方、シリンダヘッド１０４において、中心軸１０１ａから径方向Ｘの一方にずれた位置に、点火プラグ１が設けられている。図１に示すように、点火プラグ１は、点火タイミングにおいて点火プラグ１の先端がピストン１０３の凹部１０３ａ内に位置するように設けられている。

【0021】

点火プラグ１において、内燃機関１００の燃焼室１０５へ挿入される側を先端側とし、先端側の端部を先端部とする。また、先端側の反対側を基端側とし、基端側の端部を基端部とする。また、図１、２に示すように、本明細書において、プラグ軸方向Ｙとは、点火プラグ１の軸方向を意味する。

【0022】

点火プラグ１は、図２に示すように、ハウジング１０、絶縁碍子２０、中心電極３０、接地電極４０及びチャンバーカップ５０を備える。ハウジング１０は、プラグ軸方向Ｙに延びる筒状を成している。図１に示すように、ハウジング１０の外周面には、シリンダヘッド１０４に形成された雌ネジ孔である取付孔１０８に螺合するための取付ネジ部１２が形成されている。

【0023】

図２に示すように、ハウジング１０の内側には、絶縁碍子２０が保持されている。絶縁碍子２０は円筒形であって、絶縁碍子２０の先端部２１は、ハウジング１０の先端部１１から突出している。また、絶縁碍子２０の側周面２２は、先端側の領域ではハウジング１０の内周面１３から離隔して隙間６１を形成しており、絶縁碍子２０のプラグ軸方向Ｙの中央領域ではハウジング１０の内周面１３に当接している。

【0024】

図２に示すように、ハウジング１０の先端部１１には、チャンバーカップ５０が設けられている。チャンバーカップ５０は略円筒形であって、チャンバーカップ５０の先端部５２の外縁部５３は緩やかに湾曲した湾曲面をなしており、先端部５２の中心部５４は平面をなしている。チャンバーカップ５０は、中心電極３０の先端部３１と接地電極４０の先端部４１とにより形成された放電ギャップＧを覆うプレチャンバー６０を形成している。本実施形態では、プレチャンバー６０は、チャンバーカップ５０の内側の空間であって、絶縁碍子２０の側周面２２とハウジング１０の内周面１３との間の隙間６１を含む空間である。

【0025】

図２に示すように、チャンバーカップ５０の先端部５２には、複数の噴口５１が形成されている。噴口５１は、例えば、４〜８個形成されており、本実施形態の内燃機関１００においては、図３に示すように、６個の噴口５１が形成されている。噴口５１はいずれも円柱形の貫通孔であって、噴口５１はその中心線５１ａが放電ギャップＧの中心位置Ｇ０に向かうように形成されている。

【0026】

複数の噴口５１は、図２、３に示すように、チャンバーカップ５０において仮想曲線５５上に位置するように形成されている。仮想曲線５５は、図２に示すように、点火タイミングにおいて、放電ギャップＧの中心位置Ｇ０と燃焼室１０５の内壁における中心位置Ｇ０から最も遠い位置１０３ｂとを結んだ仮想直線５６を、中心位置Ｇ０を通るプラグ中心軸３２を中心に軸回転させてなる仮想円錐面５６ａとチャンバーカップ５０とが交わってなる曲線である。本実施形態では、図３に示すように、仮想曲線５５は、プラグ軸方向Ｙから見て、円形となっている。そして、本実施形態では、図３に示すように、複数の噴口５１は、仮想曲線５５上において等間隔に配列している。

【0027】

図１、２に示すように、上述した通り、点火プラグ１はシリンダボア１０１の中心軸１０１ａから径方向Ｘの一方にずれた位置に設けられている。そして、放電ギャップＧの中心位置Ｇ０と、シリンダボア１０１の中心軸１０１ａとの最短距離Ｏを、点火プラグ１のずれ量、すなわちオフセット量Ｏとする。なお、点火プラグ１における中心電極３０のプラグ中心軸３２は、中心電極３０の先端部３１からプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ２に向かうにつれて、シリンダボア１０１の中心軸１０１ａに近づくように傾斜している。

【0028】

本実施形態の内燃機関１００では、図１に示すように、点火タイミングにおいては、燃焼室１０５は、実質的にピストン１０３の凹部１０３ａと一致するため、点火タイミングにおける燃焼室１０５の有効半径ｒは、シリンダボア１０１の中心軸１０１ａと凹部１０３ａの壁面との最短距離となる。すなわち、燃焼室１０５の有効半径ｒは、凹部１０３ａの内径と一致する。

【0029】

そして、本実施形態の内燃機関１００では、図２に示すプレチャンバー６０の全容積Ｖと、図３に示す複数の噴口５１の総面積Ｓとの容積噴口総面積比Ｖ／Ｓに、オフセット量Ｏと燃焼室１０５の有効半径ｒとから導かれる補正値（ｒ−Ｏ）／ｒを掛け合わせた補正後の容積噴口総面積比Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒが、４６．７≦Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒ≦７７．５を満たしている。

【0030】

次に、本実施形態の内燃機関１００及び点火プラグ１における作用効果について、詳述する。
内燃機関１００においては、補正後の容積噴口総面積比Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒを４６．７以上とすることにより、複数の噴口５１から火炎が噴出する際の抵抗を適度に与えて、噴口５１から噴出される火炎の長さを確保することができる。これにより、点火プラグ１がシリンダボア１０１の中心軸１０１ａからずれた位置に設けられた内燃機関１００においても、当該点火プラグ１の取り付けの際に噴口５１が所定領域に位置するよう考慮することなく、燃焼室１０５内の混合気への着火性を向上させ、エンジン効率を向上させることができる。

【0031】

さらに、本実施形態の内燃機関１００においては、補正後の容積噴口総面積比Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒを７７．５以下とすることにより、複数の噴口５１から噴出される火炎における冷却損失を抑制することができる。これにより、点火プラグ１の着火性を向上させることができる。その結果、点火プラグ１がシリンダボア１０１の中心軸１０１ａからずれた位置に設けられた内燃機関１００においても、当該点火プラグ１の取り付けの際に噴口が所定領域に位置するように考慮することなく、着火性を向上させ、エンジン効率を向上させることができる。

【0032】

また、本実施形態の内燃機関１００においては、複数の噴口５１は、点火タイミングにおいて、放電ギャップＧの中心位置Ｇ０と燃焼室１０５の内壁における中心位置Ｇ０から最も遠い位置１０３ｂとを結んだ仮想直線５６を、中心位置Ｇ０を通るプラグ中心軸３２を中心に軸回転させてなる仮想円錐面５６ａとチャンバーカップ５０とが交わってなる仮想曲線５５上に位置するように形成されている。これにより、点火プラグ１がシリンダボア１０１の中心軸１０１ａからずれた位置に設けられた内燃機関１００において、点火プラグ１の取り付けの際に噴口５１が所定領域に位置するように考慮することなく、点火プラグ１をシリンダヘッド１０４に取り付けても、複数の噴口５１のうちのいずれかが、燃焼室１０５の内壁における中心位置Ｇ０から最も遠い位置１０３ｂの方向に向きやすくなる。そのため、複数の噴口５１から燃焼室１０５内に効率的に火炎を噴出することができ、エンジン効率の向上に寄与する。

【0033】

また、本実施形態の内燃機関１００におけるシリンダヘッド１０４に取り付けられる点火プラグ１においては、複数の噴口５１は４〜８個形成することができ、本実施形態では６個形成されている。これにより、各噴口５１における流出入抵抗を適度に維持しつつ、プレチャンバー６０内への混合気の流入量を確保することができる。その結果、着火性の向上に寄与する。

【0034】

また、本実施形態の内燃機関１００におけるシリンダヘッド１０４に取り付けられる点火プラグ１においては、複数の噴口５１は、仮想曲線５５上において、等間隔に配列している。これにより、プレチャンバー６０において、複数の噴口５１をバランスよく配置することができるため、各噴口５１から燃焼室１０５内に火炎をバランスよく噴出することができる。その結果、燃焼室１０５内の混合気の着火性が一層向上して、エンジン効率の向上に一層寄与する。

【0035】

また、本実施形態の内燃機関１００におけるシリンダヘッド１０４に取り付けられる点火プラグ１においては、複数の噴口５１は、各噴口５１の中心線５１ａが放電ギャップＧの中心位置Ｇ０に向かうように形成されている。これにより、放電ギャップＧに生じた放電に起因して発生する火炎を複数の噴口５１を介して燃焼室１０５内に噴出しやすくなる。その結果、燃焼室１０５内の混合気の着火性が一層向上して、エンジン効率の向上に一層寄与する。

【0036】

以上のごとく、本実施形態によれば、プレチャンバー６０を有する点火プラグ１が備えられた内燃機関１００において、着火性が向上されるとともに、点火プラグ１の取り付け作業性が向上された内燃機関１００及び点火プラグ１を提供することができる。

【0037】

本実施形態の内燃機関１００は、ピストン１０３に凹部１０３ａが形成されたヘロン型としたが、これに替えて、ウェッジ型、すなわち楔型や、バスタブ型、半球・多球型、ペントルーフ型などを採用することもできる。例えば、図４に示す変形形態の内燃機関１００では、ウェッジ型を採用している。この場合には、図４に示すように、ピストン１０３には、図１に示す凹部１０３ａが形成されていないが、シリンダヘッド１０４の下面に凹部１０４ａが形成されている。そして、点火プラグ１の先端は、凹部１０４ａ内に位置するようにシリンダヘッド１０４の上端部に取り付けられている。

【0038】

そして、変形形態の内燃機関１００では、図４に示すように、点火タイミングにおける、燃焼室の有効半径ｒは、シリンダボア１０１の内径であるボア半径と一致する。そして、燃焼室１０５において、点火タイミングにおける放電ギャップＧの中心位置Ｇ０から最も遠い位置１０３ｂは、シリンダヘッド１０４の内壁に位置することとなる。当該変形例においても、補正後の容積噴口総面積比Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒが、４６．７≦Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒ≦７７．５を満たしており、実施形態１と同等の作用効果を奏する。

【0039】

実施形態１及び変形形態の内燃機関１００について、評価試験を行った。
実施形態１及び変形形態の内燃機関１００である実験例１〜９と、比較形態の内燃機関である比較例１〜１３をそれぞれ用意した。そして、実験例１〜９及び比較例１〜１３における、プレチャンバーの全容積Ｖ、噴口の総面積Ｓ、ボア半径、燃焼室の有効半径ｒ、オフセット量Ｏ、補正後の容積噴口総面積比Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒの値と、評価結果をそれぞれ表１に示した。なお、表１は、補正後の容積噴口総面積比Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒの値が昇順となるように並べたものである。

【0040】

【表1】

【0041】

表１に示すように、実験例１〜９のうち、実験例２、７〜９は、燃焼室１０５がいわゆるヘロン型をなすものであって、上述の実施形態１と同等の構成を有する。実験例１〜９のうち、実験例１、３〜６は、燃焼室１０５がいわゆるウェッジ型をなすものであって、上述の変形形態と同等の構成を有する。そして、実験例１〜９は、表１に示すように、全容積Ｖ、噴口の総面積Ｓ、ボア半径、燃焼室の有効半径ｒ及びオフセット量Ｏがそれぞれ異なっている。そして、実験例１〜９は、補正後の容積噴口総面積比Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒが、４６．７≦Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒ≦７７．５を満たしている。

【0042】

一方、比較例１〜１０は、表１に示すように、補正後の容積噴口総面積比Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒが４６．７未満であり、４６．７≦Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒ≦７７．５を満たしていない。また、比較例１１〜１３は、表１に示すように、補正後の容積噴口総面積比Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒが７７．５より大きく、４６．７≦Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒ≦７７．５を満たしていない。そして、比較例１〜１３のうち、比較例４、１２、１３におけるその他の構成は、燃焼室１０５がいわゆるヘロン型をなすものであって、上述の実施形態１と同等の構成を有する。比較例１〜１３のうち、比較例１〜３、５〜１１におけるその他の構成は、燃焼室１０５がいわゆるウェッジ型をなすものであって、上述の変形形態と同等の構成を有する。

【0043】

（エンジン効率向上評価試験）
次に、実験例１〜９及び比較例１〜１３について、エンジン効率向上評価試験を行った。試験条件及び判定基準は以下のとおりである。
・内燃機関：４気筒、２０００ｃｃ
・使用燃料：都市ガス１３Ａ
・評価条件：１４５０ｒｐｍ、トルク８６Ｎ・ｍ
・酸素濃度：７．８％（λ≒１．５）
・点火時期：ＮＯｘ（Ｏ_２＝０％換算）＜５００ｐｐｍで点火進角制限
・判定基準：正味エンジン効率を算出し、従来内燃機関と比較して正味エンジン効率の上昇値、すなわち効率上昇値が０．３以上である場合に、エンジン効率向上の効果が十分である○と判定し、効率上昇値が０．３未満である場合に、エンジン効率向上の効果が不十分である×と判定した。

【0044】

正味エンジン効率の上昇値は、プレチャンバーを有さない従来の点火プラグにおいて、本試験条件と同一の条件のもと算出された従来エンジン効率との差分をいうものとする。具体的には、正味エンジン効率は、「２π×トルク［Ｎ・ｍ］×回転数［ｒｐｍ］÷６０［ｓｅｃ］÷１０００」で算出する正味出力［ｋＷ］を投入燃料量［ｋＷ］で除することで算出し、正味エンジン効率の上昇値は、「プレチャンバー６０を有する点火プラグ１を用いた場合の正味効率［％］−プレチャンバー６０を有さない従来の点火プラグを用いた場合の正味効率［％］」で算出することができる。

【0045】

上述のように、エンジン効率向上の評価条件は高負荷条件とした。これは、高負荷条件が、単位時間当たりの燃料消費量が多い条件であって、エンジン効率向上の評価に適しているためである。

【0046】

実験例１〜９ではいずれも、エンジン効率上昇値が○、すなわちエンジン効率向上の効果が十分にあった。一方、比較例１〜１３ではエンジン効率上昇値が×、すなわちエンジン効率向上の効果が十分ではなかったか、効果がなかった。

【0047】

以上の評価試験の結果から、補正後の容積噴口総面積比Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒが、４６．７≦Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒ≦７７．５を満たす場合に、エンジン効率向上評価試験において良い結果が得られた。これにより、補正後の容積噴口総面積比Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒが上記範囲内であることを満たすことにより、プレチャンバーを有する点火プラグにおいて、着火性を向上させて、エンジン効率を向上できることが確認された。

【0048】

さらに、上記エンジン効率向上評価試験の結果から、表１に示すように、実験例６におけるエンジン効率上昇値が最も良く、当該実施例６の構成、すなわち、補正後の容積噴口総面積比Ｖ／Ｓ×（ｒ−Ｏ）／ｒ＝５４．２を満たすことが、最も好ましいことが示された。

【符号の説明】

【0049】

１ 点火プラグ
Ｇ 放電ギャップ
５０ チャンバーカップ
５１ 噴口
５５ 仮想曲線
６０ プレチャンバー
１００ 内燃機関
１０１ シリンダヘッド
１０２ 燃焼室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】