JPH06117250A - ２点点火エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エミッションの悪化あるいはノッキングを発
生させることなく、低負荷領域で点火プラグまわりに燃
料を集中させて成層化を促進することができ、燃費性能
を高めることができる２点点火エンジンを提供する 【構成】 低負荷領域では開閉弁１２が閉じられて燃焼
室４内に強いスワールが生成されるとともに、燃料噴射
弁１１から、燃焼室２の中心部に配置された第１点火プ
ラグ９に向かって燃料が噴射され、混合気の成層化が促
進されて燃費性能が高められる。ここで、スワールの影
響によってリッチな混合気層が第１点火プラグ９付近か
らはずれた場合は、該リッチな混合気が第２点火プラグ
１０によって確実に着火され、エミッション性能あるい
は耐ノッキング性能が高められる。高負荷領域では、ス
ワールとタンブルとが合流して斜めスワールが生成さ
れ、充填効率が高められ、エンジン出力が高められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２点点火エンジンに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジンにおいては、それほど
は高出力が必要とされない低負荷領域では、燃費性能が
良好であることがまず第１に要求される。そして、燃費
性能を高める手法としては、混合気をリーン化するとい
った手法いわゆるリーンバーンが従来より多用されてい
る。しかしながら、一般にガソリンエンジンにおいて
は、混合気がリーンな場合は着火性が非常に悪くなり失
火が多発するといった問題がある。そこで、燃焼室内に
燃料を均一に分布させるのではなく、点火プラグまわり
に燃料を多く分布させるといった混合気の成層化を行
い、燃焼室全体としてはリーンであるのにもかかわら
ず、着火性を低下させないようにしたエンジンが提案さ
れている。

【０００３】具体的には、１つの気筒に第１,第２の２
つの吸気ポートを設け、第１吸気ポートをシリンダ周方
向に向けて開口させるなどして、燃焼室内にスワール
(周方向の渦流)を生成させるスワール生成ポートとし、
第２吸気ポートを普通の吸気ポートとしてこれに開閉弁
を設けたエンジンが提案されている(例えば、特開昭５
９−５４７３２号公報参照)。かかるスワール生成ポー
トを備えた従来のエンジンにおいては、普通、点火プラ
グがシリンダボア中心部に配置される一方、燃料噴射弁
が第１吸気ポートに臨んでまたは燃焼室に直接臨んで設
けられ、該燃料噴射弁はその噴射中心軸が点火プラグ方
向を向くように配置される。かかるエンジンにおいて
は、低負荷領域では開閉弁が閉じられ、スワール生成ポ
ートのみから燃焼室内にエアが供給されて強いスワール
が生成される一方、燃料噴射弁から点火プラグに向けて
燃料が噴射され、この燃料がスワールの壁に囲まれた点
火プラグまわりの狭い領域に保持されるようになってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この場合、燃料噴射弁
から噴射された燃料は、まず手前のスワールの壁を突き
抜けて点火プラグまわりに到達することになる。しかし
ながら、この場合、スワールが強すぎると燃料噴射弁か
ら噴射された燃料がスワールの壁を突き抜ける際にスワ
ールによって方向を変えられてしまい、燃料がうまく点
火プラグまわりに集まらないといった問題がある。逆に
スワールが弱すぎると、燃料噴射弁から噴射された燃料
が点火プラグを通りすぎて向こう側の燃焼室壁面に到達
して付着してしまい、エミッションの悪化あるいはノッ
キングが発生する場合がある。

【０００５】したがって、スワールにより成層化を図る
ようにしたエンジンでは、リッチな混合気層をうまく点
火プラグまわりに形成するのがなかなかむずかしい。そ
こで、スワール生成ポートを備えたエンジンにおいて、
１つの気筒に２つの点火プラグを設けて着火性の向上を
図るようにした２点点火エンジンが提案されている(例
えば、特公昭５６−１０４４９号公報参照)。しかしな
がら、このように点火プラグを２つ設けても、これらを
燃料が集まりやすい位置にうまく配置するのはなかなか
むずかしい。

【０００６】そこでさらに、１つの気筒に３つの点火プ
ラグを配置した３点点火エンジンが提案されている(例
えば、実開昭６０−４３１２８号公報参照)。しかしな
がら、かかる３点点火エンジンでは、着火性は改善され
るものの、エンジンから発生する騒音あるいは振動が大
きくなるといった問題があり、また電力消費量が増加す
るといった問題がある。さらに、エンジンまわりのスペ
ースには限りがあるので、点火プラグのレイアウトがむ
ずかしいといった問題がある。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、エミッションの悪化あるい
はノッキングを発生させることなく、低負荷領域で点火
プラグまわりに燃料を集中させて成層化を促進すること
ができ、燃費性能を高めることができる２点点火エンジ
ンを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、第１の発明は、各気筒に夫々２つづつ点火プラグが
設けられていて、その一方の点火プラグがシリンダボア
の略中央部に配置され、かつ各気筒に夫々２つづつ互い
に独立した吸気ポートが設けられていて、その一方の吸
気ポートが燃焼室内にスワールを生成するスワール生成
ポートとされ、もう一方の吸気ポートが燃焼室内にタン
ブルを生成するタンブル生成ポートとされた２点点火エ
ンジンにおいて、スワール生成ポートに臨んで燃料噴射
弁が設けられていて、該燃料噴射弁が、その噴射中心軸
がシリンダボアの略中央部に配置された上記点火プラグ
の電極方向を指向するようにして配置され、もう一方の
点火プラグが、タンブル生成ポート開口部と、該タンブ
ル生成ポート開口部と隣合う排気ポート開口部との間に
配置され、少なくとも両吸気ポートから燃焼室に吸気が
供給されるときには、両点火プラグによって燃焼室内の
混合気が点火されるようになっていることを特徴とする
２点点火エンジンを提供する。

【０００９】第２の発明は、第１の発明にかかる２点点
火エンジンにおいて、スワール生成ポートとタンブル生
成ポートとが、これらの両ポートから燃焼室に吸気が供
給されるときにはスワール生成ポート側からタンブル生
成ポート側へ向かう斜めスワールが生成されるように形
成されていることを特徴とする２点点火エンジンを提供
する。

【００１０】第３の発明は、第１または第２の発明にか
かる２点点火エンジンにおいて、排気側にのみスキッシ
ュ流を生成させるマスクが設けられていることを特徴と
する２点点火エンジンを提供する。

【００１１】第４の発明は、第１または第２の発明にか
かる２点点火エンジンにおいて、タンブル生成ポート
に、エンジン負荷が高いときほど大きく開かれる開閉弁
が設けられていることを特徴とする２点点火エンジンを
提供する。

【００１２】第５の発明は、第１または第２の発明にか
かる２点点火エンジンにおいて、両点火プラグのプラグ
ホールのボス部が互いに連結されていることを特徴とす
る２点点火エンジンを提供する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図１と図２とに示すように、エンジンＣＥにおいては、
シリンダブロック１の上端部にシリンダヘッド２が締結
されている。そして、シリンダブロック１内にはシリン
ダ３(シリンダボア)が形成されている。ここで、シリン
ダヘッド２の下面と、シリンダ３の内周面と、図示して
いないピストンの上端面とによって燃焼室４が画成され
ている。

【００１４】そして、燃焼室４の吸気側半部(図１,図２
で左側)には第１,第２吸気ポート５,６が開口し、排気
側半部(図１,図２では右側)には第１,第２排気ポート
７,８が開口している。また、燃焼室４(シリンダ３)の
ほぼ中心部には第１点火プラグ９が配設されている。さ
らに、第２吸気ポート６の燃焼室４への開口部(以下、
これを第２吸気ポート開口部という)と、第２排気ポー
ト８の燃焼室４への開口部(以下、これを第２排気ポー
ト開口部という)との間において、燃焼室４(シリンダ
３)の周辺部には第２点火プラグ１０が配設されてい
る。

【００１５】第１吸気ポート５に臨んで燃料噴射弁１１
が設けられ、この燃料噴射弁１１の噴射中心軸Ｌは、燃
焼室中心部に配置された第１点火プラグ９に向けられて
いる。第２吸気ポート６には、これを開閉する開閉弁１
２が設けられている。また、燃焼室４の排気側の天井面
には、マスク１３(スキッシュマスク)が設けられてい
る。

【００１６】以下、各部の具体的な構造を説明する。第
１吸気ポート５はスワール生成ポートであって、平面的
にみれば、概ねエンジン幅方向(図１,図２では左右方
向)に伸長しているが、燃焼室４への開口部付近ではシ
リンダ外周側(第２吸気ポート６と反対側)に湾曲し、ほ
ぼシリンダ接線方向を指向しつつ燃焼室４に開口してい
る(タンゼンシャルポート)。また、立面的にみれば、第
１吸気ポート５は、その中心軸線と、シリンダヘッド２
とシリンダブロック１の合わせ面(普通は水平面)とがな
す角度(入射角)が比較的小さくなるようにして燃焼室４
に開口している。このため、第１吸気ポート５から燃焼
室４内に流入するエアは、矢印Ｘで示すようなスワー
ル、すなわち上側からみて反時計まわりに旋回する周方
向の渦流を生成する。なお、第１吸気ポート５をヘリカ
ルポートとしてスワールを生成させるようにしてもよ
い。

【００１７】第２吸気ポート６はタンブル生成ポートで
あって、平面的にみれば、基本的には第１吸気ポート４
とほぼ並行してエンジン幅方向に伸長しているが、燃焼
室４への開口部付近では若干シリンダ中心側(第１吸気
ポート５側)に傾きつつ燃焼室４に開口している。ま
た、立面的にみれば、第２吸気ポート６は、その中心軸
線と、シリンダヘッド２とシリンダブロック１の合わせ
面とがなす角度(入射角)が比較的大きくなるようにし
て、燃焼室４に開口している。このため、第２吸気ポー
ト６から燃焼室４に流入するエアは、燃焼室４内にタン
ブルすなわちシリンダ軸線方向の渦流(縦渦)を生成す
る。なお、第２吸気ポート６が、シリンダ中心側に傾い
て燃焼室６に開口しているので、第１吸気ポート５によ
って生成されるスワールを妨害する逆スワールの生成が
防止される。

【００１８】燃料噴射弁１１は、噴射中心軸Ｌが燃焼室
中心部付近すなわち第１点火プラグ９の電極(火花放電
部)付近を指向するようにして配置されている。このた
め、燃料噴射弁１１から燃料が噴射されたときには、該
燃料は基本的には燃焼室中心部付近すなわち中心部点火
プラグ９の先端部まわりに多く分布し、したがって基本
的には燃焼室中心側には燃焼室周辺側よりもリッチな混
合気が形成されることになる。したがって、強いスワー
ルが生成される低負荷領域では、混合気が層状化され、
リーンバーンが行われるようになっている。

【００１９】第２吸気ポート６を開閉する開閉弁１２
は、所定負荷以下の場合すなわち所定の低負荷領域では
閉じられ、これより高負荷側ではエンジン負荷の増加に
伴ってその開度が大きくなるように設定されている。こ
こで、開閉弁１２が閉じられているときには、燃焼室４
へは、スワール生成ポートである第１吸気ポート５から
のみエアが供給されるので、燃焼室４内には強いスワー
ルが生成される。他方、開閉弁１２が開かれたときに
は、第１吸気ポート５から燃焼室４に流入するエアは燃
焼室４内にスワールを生成し、第２吸気ポート６から燃
焼室４に流入するエアは、燃焼室４内にタンブルを生成
する。したがって、燃焼室４内にはかかるスワールとタ
ンブルとが合流して、第１吸気ポート開口部から第２排
気ポート開口部に向かう斜めスワールが生成される。こ
こで、開閉弁１２の開度が大きいときほど斜めスワール
は本来のタンブルに近付くことになる。

【００２０】マスク１３は、ピストン(図示せず)が上昇
して上死点に近付いたときにスキッシュ流を発生させる
が、このスキッシュ流によって、混合気が第１,第２点
火プラグ９,１０方向に押し出される。これによって第
１,第２点火プラグ９,１０まわりに混合気が集められ、
低負荷時においては層状化が促進される。また、排気行
程においては、このマスク１３によって排気ガスの掃気
性が高められ、矢印Ｙで示すように排気ガスが円滑に排
出される。なお、マスク１３は排気側にのみ設けられて
いる。

【００２１】図３に示すように、シリンダヘッド２に
は、第１点火プラグ９用のプラグホールボス部１６と、
第２点火プラグ１０用のプラグホールボス部１７とが設
けられているが、両プラグホールボス１６,１７は互い
に連結部１８で連結されて一体化されている。このよう
に両プラグホールボス１６,１７を連結するのは、プラ
グホールボス１６,１７の放熱面積を増やして、点火プ
ラグ９,１０の冷却を促進するためである。両プラグホ
ールボス１６,１７あるいは連結部１８は、冷却水通路
２０から供給される冷却水によって冷却されるが、かか
る連結部１８が形成されているので、冷却水がよどま
ず、点火プラグ９,１０の冷却が一層促進される。

【００２２】かかる構成の２点点火エンジンＣＥにおい
て、所定の低負荷領域では、開閉弁１２が全閉され、第
１吸気ポート５からのみ燃焼室４にエアが供給され、燃
焼室４内には矢印Ｘで示すような強いスワールが生成さ
れる。このとき、燃料噴射弁１１から燃料が、燃焼室中
心部に配置された第１点火プラグ９方向に噴射される。
したがって、基本的には第１点火プラグ９まわりにリッ
チな混合気層が形成され、成層化が促進され、リーンバ
ーンリミット(希薄燃焼限界)が良くなる。しかしなが
ら、スワールが非常に強い場合には、スワールの影響に
よって噴射された燃料は反時計回りに進行方向を変えら
れ、第１点火プラグ９まわりではなく、図１中の領域Ａ
に多く集まる。ここで、このリッチな混合気が集まる領
域Ａは、点火プラグ９まわりよりは、第２排気ポート開
口部側あるいは第２吸気ポート開口部側に存在する。こ
のため、第１点火プラグ９だけでは領域Ａ内の混合気を
十分に着火させることができない。しかしながら、本実
施例では、第２吸気ポート開口部と第２排気ポート開口
部の間に第２点火プラグ１０が配置されており、この第
２点火プラグ１０が領域Ａ内に入っている。なお、第１
点火プラグ９も、中心部ではないものの領域Ａ内に入っ
ている。このため、第１,第２点火プラグ９,１０によっ
て領域Ａ内の混合気が着火される。したがって、このよ
うに混合気が集まる領域Ａが燃焼室中心部から偏ってい
る場合でも、着火性・燃焼性が確保されるので、リーン
バーンリミット(希薄燃焼限界)が一層良くなり、燃費性
能が高められる。

【００２３】所定の高負荷領域では、開閉弁１２がエン
ジン負荷の増加に伴って開かれ、燃焼室４内には第１,
第２吸気ポート５,６からエアが供給され、スワールと
タンブルとが合流して斜めスワールが生成される。この
場合、基本的には斜めスワールによって充填効率と燃焼
性とが高められ、エンジン出力が高められる。さらにこ
の場合、混合気は燃焼室４内で広範囲に分布され、リッ
チな混合気は燃焼室の外周側に多く集まる。しかしなが
ら、第２点火プラグ１０が燃焼室４の周辺部に配置され
ているので、この場合も第２点火プラグ１０によって上
記のリッチな混合気が確実に着火され、エミッション性
能あるいは耐ノッキング性能が高められる。

【００２４】軽負荷領域等においてスワールが弱く、し
たがって相対的に燃料噴射弁１１から噴射された燃料の
スワールに対する貫通力が強く、該燃料が燃焼室４の向
こう側の壁部に達して該壁部に付着する場合は、壁部に
付着した燃料がスワールによって、燃焼室４の周壁に沿
って反時計まわりに運ばれる。すなわち、かかる燃料
は、燃焼室２の周辺部の、第２排気ポート開口部から第
２吸気ポート開口部にかけての部分、さらには第１吸気
ポート開口部と第２吸気ポート開口部の間のエンドガス
ゾーンに運ばれ、ここにリッチな混合気が形成される。
このようなリッチな混合気を。燃焼室中心部に配置され
た点火プラグによって着火させるのはむずかしい。しか
しながら、本実施例では、第２排気ポート開口部と第２
吸気ポート開口部の間に第２点火プラグ１０が設けられ
ているので、上記のリッチな混合気は第２点火プラグ１
０によって確実に着火・燃焼させられるので、エミッシ
ョン性能(ＨＣ)が高められとともに、ノッキングの発生
が防止される。

【００２５】エンジンＣＥにおいては、第１,第２点火
プラグ９,１０は、原則として運転状態にかかわりな
く、常時混合気を点火するようになっているが、電気負
荷の軽減を図るなどといった目的のため、中・高負荷領
域で１点点火とする必要が生じた場合は、第１点火プラ
グ９で点火するようにするのが好ましい。このようにす
れば、混合気の燃焼速度の低下が防止され、また燃焼室
４ないしはシリンダ２への熱負荷が軽減される。

【００２６】第１,第２点火プラグ９,１０の点火タイミ
ングは、第２点火プラグ１０の点火タイミングが、第１
点火プラグ９の点火タイミングよりも遅くならないよう
にするのが好ましい。このようにすれば、エンドガスゾ
ーンへの火炎伝播を早期に行わせることができ、エミッ
ション性能を高めることができ、かつノッキングの発生
を防止することができる。

【００２７】開閉弁１２が閉じられているときには、第
２吸気ポート６を開閉する吸気弁(図示せず)のリフト
(開弁)を吸気下死点までに終了させるのが好ましい。こ
のようにすれば、開閉弁１２下流のデッドボリュームへ
の混合気の出入りを低減することができ、デポジットの
堆積を低減することができる。

【００２８】以上、本実施例によれば、低負荷領域では
成層化が促進されるとともに、スワールによってリッチ
な混合気層が燃焼室中心部からはずれた場合でも、この
リッチな混合気が第２点火プラグ１０によって確実に着
火され、エミッション性能あるいは耐ノッキング性能が
高められる。また、高負荷時には斜めスワールによって
充填効率あるい均一燃焼性が高められ、エンジン出力が
高められる。

【００２９】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、低負荷領域
では、スワールが生成されるとともに、燃料噴射弁から
燃料が、燃焼室中心部に配置された点火プラグ方向に噴
射されるので、該点火プラグまわりの成層化が促進さ
れ、燃費性能が高められる。高負荷領域では、タンブル
によってりエンジン出力が高められる。また、スワール
の影響によってリッチな混合気が形成されやすい、タン
ブル生成ポート開口部と、これと隣合う排気ポート開口
部との間の領域にもう１つの点火プラグが配置されるの
で、上記のリッチな混合気の着火性・燃焼性が高めら
れ、エミッション性能と耐ノッキング性能とが高められ
る。

【００３０】第２の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、高負荷領域
では斜めスワールによってエンジン出力が高められる。
さらに斜めスワールによってリッチな混合気が形成され
やすい、タンブル生成ポート開口部と、これと隣合う排
気ポート開口部との間にもう１つの点火プラグが配置さ
れるので、上記のリッチな混合気の着火性・燃焼性が高
められ、エミッション性能と耐ノッキング性能とが高め
られる。

【００３１】第３の発明によれば、基本的には第１また
は第２の発明と同様の作用・効果が得られる。さらに、
マスクによって混合気が、両点火プラグ方向に押し出さ
れるので、成層化促進される。また、排気ガスの掃気性
が高められる。

【００３２】第４の発明によれば、基本的には第１また
は第２の発明と同様の作用・効果が得られる。さらに、
開閉弁がエンジン負荷の増加に応じて徐々に開かれるの
で、中負荷時におけるリーンリミットを向上させること
ができる。

【００３３】第５の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、両点火プラ
グのプラグホールボス部が連結されるので、プラグホー
ルボスの放熱面積が増え、点火プラグの冷却性が高めら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる２点点火エンジンのシリンダ
まわりの平面説明図である。

【図２】 図１に示すエンジンの吸・排気ポートまわり
の立面断面説明図である。

【図３】 図１に示すエンジンのシリンダヘッドの、プ
ラグホールボスまわりの一部断面平面説明図である。

【符号の説明】

ＣＥ…エンジン ３…シリンダ ４…燃焼室 ５,６…第１,第２吸気ポート ９,１０…第１,第２点火プラグ １１…燃料噴射弁 １２…開閉弁 １３…マスク １６,１７…プラグホールボス １８…連結部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 69/00 Ｃ 7825−3Ｇ Ｆ０２Ｐ 15/08 ３０１ Ｅ ３０２ Ａ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各気筒に夫々２つづつ点火プラグが設け
   られていて、その一方の点火プラグがシリンダボアの略
   中央部に配置され、かつ各気筒に夫々２つづつ互いに独
   立した吸気ポートが設けられていて、その一方の吸気ポ
   ートが燃焼室内にスワールを生成するスワール生成ポー
   トとされ、もう一方の吸気ポートが燃焼室内にタンブル
   を生成するタンブル生成ポートとされた２点点火エンジ
   ンにおいて、 スワール生成ポートに臨んで燃料噴射弁が設けられてい
   て、該燃料噴射弁が、その噴射中心軸がシリンダボアの
   略中央部に配置された上記点火プラグの電極方向を指向
   するようにして配置され、 もう一方の点火プラグが、タンブル生成ポート開口部
   と、該タンブル生成ポート開口部と隣合う排気ポート開
   口部との間に配置され、 少なくとも両吸気ポートから燃焼室に吸気が供給される
   ときには、両点火プラグによって燃焼室内の混合気が点
   火されるようになっていることを特徴とする２点点火エ
   ンジン。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された２点点火エンジン
   において、 スワール生成ポートとタンブル生成ポートとが、これら
   の両ポートから燃焼室に吸気が供給されるときにはスワ
   ール生成ポート側からタンブル生成ポート側へ向かう斜
   めスワールが生成されるように形成されていることを特
   徴とする２点点火エンジン。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載された２
   点点火エンジンにおいて、 排気側にのみスキッシュ流を生成させるマスクが設けら
   れていることを特徴とする２点点火エンジン。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２に記載された２
   点点火エンジンにおいて、 タンブル生成ポートに、エンジン負荷が高いときほど大
   きく開かれる開閉弁が設けられていることを特徴とする
   ２点点火エンジン。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項２に記載された２
   点点火エンジンにおいて、 両点火プラグのプラグホールのボス部が互いに連結され
   ていることを特徴とする２点点火エンジン。