| 【発明の名称】 |
内燃機関の点火装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】玉村 光央
【氏名】大前 秀行
【氏名】岡和田 尚久
【氏名】工藤 哲也
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| 【要約】 |
【課題】機関弁またはシリンダヘッドを電極とする点火装置において、機関弁の耐久性があり、またシリンダヘッドの冷却構造の簡素化やその冷却性向上、機関弁の配置自由度の増加の利点を十分に活かすことができ、しかも混合気の燃焼時間を短縮することができる内燃機関の点火装置を提供する。
【解決手段】シリンダヘッド４に点火プラグが装着されていない内燃機関１の点火装置において、ピストン10はシリンダ３と電気的に接続され、機関弁である吸気弁20および排気弁21はシリンダヘッド４と電気的に接続される一方、シリンダ３とシリンダヘッド４とは互に電気的に絶縁されていて、シリンダヘッド４が高電位状態にされ、シリンダ３が低電位状態にされる。そして、ピストン10の頂面11とシリンダヘッド４、吸気弁20または排気弁21との間に発生する長い火花放電により、燃焼室12内の可燃混合気が点火される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ピストンが摺動自在に嵌合されたシリンダと、該シリンダに組み付けられたシリンダヘッドと、前記ピストンと該シリンダヘッドとの間に形成された燃焼室と、該シリンダヘッドに保持されて該燃焼室に臨む機関弁とを備え、該燃焼室内の可燃混合気が火花放電により点火される内燃機関において、前記ピストンは前記シリンダと電気的に接続され、前記機関弁は前記シリンダヘッドと電気的に接続されており、互に電気的に絶縁された前記シリンダおよび前記シリンダヘッドのうちの一方が高電位状態にされ、他方が低電位状態にされることで、前記ピストンの頂面と前記シリンダヘッドまたは前記機関弁との間に前記火花放電が発生させられることを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項２】 前記シリンダと前記シリンダヘッドとの電気的な絶縁は、該シリンダと該シリンダヘッドとの間に設けられたガスケットを兼ねる絶縁体によりなされることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の点火装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本出願発明は、燃焼室内の可燃混合気に点火するための内燃機関の点火装置に関し、さらに詳しくはシリンダヘッドに点火プラグが装着されていない内燃機関において、ピストンの頂面とシリンダヘッドまたは機関弁との間で火花放電を生じさせる点火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、火花点火式内燃機関において、シリンダヘッドに装着された点火プラグを省略することにより、シリンダヘッドの冷却構造の簡素化やシリンダヘッドの冷却性の向上、燃焼室の小型化、吸気弁および排気弁の配置自由度の増加などが可能となるため、点火プラグ以外の点火装置であって、発生させた火花放電により燃焼室内の混合気に点火する点火装置が種々考案されており、その一例として、特開平８−３５４７３号公報に開示された内燃機関の点火装置がある。
【０００３】この内燃機関の点火装置では、シリンダヘッドに保持された複数の機関弁うちの少なくとも一つが中心電極とされ、シリンダヘッドに保持された別の機関弁またはシリンダヘッドに埋め込まれ電極が、接地電極とされて、両電極の間で火花放電が発生させられる。また、構造を簡単にするため、絶縁体で覆われた中心電極がシリンダヘッドに設けられ、シリンダヘッドに保持された機関弁が接地電極とされるものも開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この従来技術において、機関弁を中心電極とするものでは、機関弁とシリンダヘッドとの絶縁を図るために、機関弁自体に絶縁部を設けたり、シリンダヘッドと弁座や弁ステムとの間に絶縁体を介在させる必要がある。そのため、構造が複雑となるばかりか、絶縁部や絶縁体の存在により機関弁の熱引きが悪化して冷却性が低下することから、機関弁の耐久性の点で改善の余地があった。
【０００５】また、中心電極がシリンダヘッドに設けられたものでは、シリンダヘッドの一部がこの中心電極および中心電極への給電部により占有されるため、シリンダヘッドの冷却構造の簡素化やその冷却性向上、機関弁の配置自由度の増加が、ある程度制限されることになっていた。
【０００６】さらに、前記従来技術においては、中心電極と接地電極との間の放電ギャップは、従来の点火プラグの放電ギャップと同程度であると考えられるため、発生した火花放電により混合気中に生じる火炎核の生成範囲も、点火プラグのそれと同程度となり、点火プラグを使用したときと比較して混合気の燃焼時間を短縮することは困難であった。
【０００７】本出願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、シリンダヘッドまたは機関弁を電極とする点火装置において、機関弁の耐久性があり、またシリンダヘッドの冷却構造の簡素化やその冷却性向上、機関弁の配置自由度の増加の利点を十分に活かすことができ、しかも混合気の燃焼時間を短縮することができる内燃機関の点火装置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および発明の効果】本出願の請求項１記載の発明は、ピストンが摺動自在に嵌合されたシリンダと、該シリンダに組み付けられたシリンダヘッドと、前記ピストンと該シリンダヘッドとの間に形成された燃焼室と、該シリンダヘッドに保持されて該燃焼室に臨む機関弁とを備え、該燃焼室内の可燃混合気が火花放電により点火される内燃機関において、前記ピストンは前記シリンダと電気的に接続され、前記機関弁は前記シリンダヘッドと電気的に接続されており、互に電気的に絶縁された前記シリンダおよび前記シリンダヘッドのうちの一方が高電位状態にされ、他方が低電位状態にされることで、前記ピストンの頂面と前記シリンダヘッドまたは前記機関弁との間に前記火花放電が発生させられる内燃機関の点火装置である。
【０００９】この請求項１記載の発明によれば、シリンダヘッドに保持された機関弁がシリンダヘッドと電気的に接続されているため、それらの絶縁のために絶縁部や絶縁体を設ける必要はなく、導電性の金属である従来使用されていた材料からなる機関弁や弁座、弁ガイドを使用することができる。その結果、機関弁またはシリンダヘッドを電極とする点火装置において、機関弁からの熱引きは良好であり、機関弁の耐久性が低下することはない。
【００１０】また、火花放電は、ピストンの頂面とシリンダヘッドまたは機関弁との間で発生させられるため、シリンダヘッドに電極が別途設けられることはない。その結果、機関弁またはシリンダヘッドを電極とする点火装置において、シリンダヘッドに点火プラグが装着されていないことによるシリンダヘッドの冷却構造の簡素化やその冷却性の向上、そして機関弁の配置自由度の増加といった利点を十分に活かすことができる。
【００１１】その上、ピストンの頂面とシリンダヘッドまたは機関弁との間で火花放電が発生する間隙は、点火プラグの放電ギャップに比べて極めて大きいので、この火花放電により燃焼室内の混合気中に生じる火炎核の生成範囲は、従来に比べてより広い範囲に渡るものとなる。その結果、燃焼室内において広範囲で火炎が生じることになり、混合気の燃焼時間、すなわち火花放電の開始から燃焼が完了するまでの時間を短縮することができるので、内燃機関の熱効率が向上し、機関出力の増大や燃費の改善ができる。
【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の内燃機関の点火装置において、前記シリンダと前記シリンダヘッドとの電気的な絶縁は、該シリンダと該シリンダヘッドとの間に設けられたガスケットを兼ねる絶縁体によりなされるものである。
【００１３】この請求項２記載の発明によれば、シリンダとシリンダヘッドとの合わせ面におけるシール機能をも有する絶縁体により、簡単な構造で、シリンダとシリンダヘッドとの絶縁ができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本出願発明の一実施形態を図１および図２を参照して説明する。図１は、本出願発明の点火装置が適用される４サイクル単気筒であって強制空冷式の頭上弁式内燃機関１であって、ピストン10が上死点位置にあるときの断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線でのシリンダ３およびシリンダヘッド４の部分断面図である。
【００１５】内燃機関１は、クランク軸（図示されず）が回転自在に保持された金属製、例えばアルミニウム合金製のクランクケース２に、それぞれ導電性の金属材料、例えばアルミニウム合金からなるシリンダ３、シリンダヘッド４およびシリンダヘッドカバー５が順次重ねられ、４組の締付具であるスタッドボルト６およびナット７（図１および図２には、２組のスタッドボルト６およびナット７がそれぞれ図示されている）により組み付けられている。シリンダ３、シリンダヘッド４およびシリンダヘッドカバー５には、それぞれ多数の冷却フィン3a，4a，5aが設けられている。
【００１６】ここで、シリンダ３とシリンダヘッド４との間には、絶縁材、例えばセラミックからなるガスケット８が設けられていて、ガスケット８により、シリンダ３とシリンダヘッド４とは互いに電気的に絶縁されている。このガスケット８は、シリンダ３およびシリンダヘッド４の合わせ面に位置するフランジ部8aと、シリンダ３の内周であってシリンダヘッド４寄りの位置に形成された拡径内周部に嵌合される円筒部8bよりなる。そして、ガスケット８の円筒部8bの内周とシリンダ３の内周とにより形成されるシリンダ孔９には、シリンダ孔９の軸線方向に往復動するピストン10が摺動自在に嵌合されて、シリンダヘッド４とピストン10との間に燃焼室12が形成され、燃焼室12には、燃料と空気とからなる可燃混合気が供給または形成される。
【００１７】また、４本のスタッドボルト６は、それらスタッドボルト６の一端が螺合したクランクケース２から、シリンダ３の周方向に略等間隔に、かつシリンダ孔９の軸線に平行に形成された四つの挿通孔を貫通して延びている。さらに、シリンダ３の前記挿通孔に対応してガスケット８のフランジ部8aに形成された挿通孔を貫通した各スタッドボルト６は、図２に図示されるように、シリンダヘッド４およびシリンダヘッドカバー５に形成された挿通孔に挿入された絶縁材からなるスリーブ13の内側を貫通している。そして、シリンダヘッドカバー５上で、各スタッドボルト６の他端に、絶縁材からなるワッシャ14を介して螺合されるナット７により、シリンダ３、ガスケット８、シリンダヘッド４およびシリンダヘッドカバー５がクランクケース２に締め付けられる。
【００１８】シリンダヘッド４にはカム軸15が回転自在に保持され、カム軸15は、クランク軸とカム軸15との間に掛け渡された絶縁性のベルト（図示されず）を介して、クランク軸からの動力により回転駆動される。シリンダヘッド４に揺動自在に保持された吸気ロッカアーム16および排気ロッカアーム17の一端は、カム軸15に設けられた吸気カム18および排気カム19に、それぞれ当接し、それらの他端は、シリンダヘッド４にそれぞれ圧入された導電性の金属材料からなる弁ガイド22，23に摺動自在に案内される弁ステム20a，21aを有するとともに導電性の金属材料からなる一対の機関弁である吸気弁20および排気弁21にそれぞれ当接している。そして、吸気および排気カム18，19でそれぞれ揺動される吸気および排気ロッカアーム16，17により、吸気弁20および排気弁21は、それら弁20，21を閉弁保持する弁バネ24，25のバネ力に抗してそれぞれ開弁駆動され、導電性の金属材料からなる弁座26，27により形成される吸気口および排気口が開閉される。
【００１９】さらに、シリンダヘッド４には、吸気口に連通する吸気ポート28および排気口に連通する排気ポート29が形成されていて、それらポート28，29は、図示されない吸気管および排気管に、それぞれ絶縁材を介して接続される。
【００２０】ところで、点火用の高圧電源30からの高圧電線がシリンダヘッド４の適当な位置、例えば外壁部に接続され、点火時期には、シリンダヘッド４全体に高電圧が印加されて、シリンダヘッド４は、シリンダヘッド４に接触して組み付けられているシリンダヘッドカバー５とともに高電位状態になるようにされる。そして、シリンダヘッド４において、吸気弁20および排気弁21は、弁ガイド22，23を介してシリンダヘッド４と電気的に接続されることから、両弁20，21はシリンダヘッド４と同電位となっている。
【００２１】シリンダ３、シリンダヘッド４およびシリンダヘッドカバー５は、この実施形態では、クランク軸の軸端に固着された冷却ファンからの冷却風をそれらに案内するための、図示されないシュラウドにより覆われている。そして、このシュラウドは、絶縁性の合成樹脂から形成されており、高電圧が印加されるシリンダ３およびシリンダヘッド４のシールドカバーともなっている。
【００２２】一方、シリンダ３は接地電位である低電位状態にされている。そして、導電性の金属材料、例えばアルミニウム合金製のピストン10は、シリンダ３に摺接していることによりシリンダ３と電気的に接続されていて、低電位状態になっている。
【００２３】そして、ピストン10の頂面11は円錐台形状の凸面を有していて、凸面の傾斜面11aと平坦面11bとの交差部分で形成される稜線うち、排気弁21の傘部21bの燃焼室12に臨む部分21cと対向する稜線部分11cは、機関運転状態に応じて進角制御される点火時期の進角範囲の任意の点火時期におけるピストン10のピストン行程位置において、排気弁21の燃焼室12に臨む部分21cとの間隙が、ピストン10の頂面11とシリンダヘッド４の燃焼室壁面4a、吸気弁20の傘部20bの燃焼室12に臨む部分20cおよび排気弁21の燃焼室12に臨む部分21cとで形成される間隙のうちで最小となる部分となるようにされている。
【００２４】さらに、ガスケット８の線軸方向の長さは、最も進角されたときの点火時期におけるピストン10の頂面11の外周縁部分11dが、ガスケット８の円筒部8bの内周に位置するように設定されている。
【００２５】これにより、任意の点火時期において、シリンダヘッド４、吸気弁20または排気弁21と、ピストン10の頂面11以外の低電位となっている部分、たとえばシリンダ３との間で、火花放電が発生することが防止され、前記稜線部分11cの付近と排気弁21の燃焼室12に臨む部分21cと間隙で火花放電が発生するようにされている。
【００２６】前述のように構成された実施形態の作用効果について説明する。内燃機関１の圧縮行程時に、図示されない点火時期制御装置により機関運転状態に応じて設定された点火時期に、高圧電源30からシリンダヘッド４に高電圧が印加されて、ピストン10の頂面11の稜線部分11cの付近と排気弁21との間で火花放電が発生する。
【００２７】このときの火花放電は、ピストン10の頂面11の稜線部分11cと排気弁21との間に形成される間隙で発生するため、従来の点火プラグで発生する火花放電に比べると、長さが長い火花放電となっていることから、この火花放電により燃焼室12内の可燃混合気の中に生じる火炎核の生成範囲は、従来の点火プラグにより生じる火炎核によるものよりも広い範囲に渡るものとなる。
【００２８】その結果、火炎核から火炎への成長が広範囲で生じるため、燃焼室12内の混合気の燃焼時間、すなわち火花放電の開始から燃焼が完了するまでの時間を短縮することができるので、内燃機関１の熱効率が向上し、機関出力の増大、燃費の改善ができる。また、速やかに燃焼を完了させることができるためノッキング防止も可能である。さらに、希薄混合気の燃焼に利用することで、排気エミッションの低減と燃費改善が可能となる。
【００２９】また、火花放電のための間隙が形成されるピストン10の頂面11および排気弁21は、従来の点火プラグの電極部の表面積に比べて広い表面積を有しているため、ピストン10の頂面11および排気弁21における火花放電の発生箇所の面積も大きくなり得るため、この点でも従来に比べて広い範囲で火炎核が生じる得ることになる。
【００３０】高電圧が印加されるシリンダヘッド４側の火花放電の発生箇所である排気弁21をはじめ吸気弁20もシリンダヘッド４と電気的に接続されているため、シリンダヘッド４と両弁との絶縁のために絶縁部や絶縁体を設ける必要はなく、導電性の金属である従来使用されていた材料からなる排気弁21、吸気弁20、弁ガイド22，23および弁座26，27を使用することができる。その結果、排気弁21および吸気弁20からの熱引きは良好であり、排気弁21および吸気弁20の耐久性が低下することはない。
【００３１】また、火花放電は、ピストン10の頂面11と排気弁21との間で発生させられるため、シリンダヘッド４に点火専用の電極が別途設けられることはない。その結果、シリンダヘッド４に点火プラグが装着されていないことによるシリンダヘッド４の冷却構造の簡素化やシリンダヘッド４の冷却性の向上、そして吸気弁20および排気弁21の配置自由度の増加といった利点を十分に活かすことができる。
【００３２】以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
【００３３】前記実施形態では、ピストン10の頂面11に形成された稜線部分11cの付近と排気弁21の燃焼室12に臨む部分21cとの間で火花放電を発生させたが、稜線の付近と吸気弁20の燃焼室12に臨む部分20cまたはシリンダヘッド４の燃焼室壁面4aとの間で火花放電を発生させるように、稜線とそれらとの間隙を設定して、火花放電を発生させるようにしてもよい。例えば、ピストン10の頂面11とシリンダヘッド４との間で火花放電を発生させる場合に、シリンダヘッド４の燃焼室壁面4aに突出部を設けて、該突出部をシリンダヘッド４側の火花放電の発生箇所とすることができる。
【００３４】また、前記実施形態では、ピストン10の頂面11は凸面を有するものであったが、必ずしも凸面とする必要はなく、ピストン10の頂面11のいずれかの部分とシリンダヘッド４、吸気弁20または排気弁21との間で火花放電が発生するようにされていればよい。
【００３５】このとき、ピストン10の頂面11の形状、シリンダヘッド４の燃焼室壁面4aの形状、吸気弁20または排気弁21の配置、およびピストン10の頂面11とシリンダヘッド４、吸気弁20または排気弁21との火花放電の間隙を適切に設定して、火花放電が発生する箇所を特定するようにしておくことが、内燃機関１の運転中における燃焼毎の燃焼の変動を防止する観点から望ましい。
【００３６】このように、ピストン10の頂面11側およびシリンダヘッド４側の火花放電の発生箇所は、それぞれの任意の部分に設けることができるので、燃焼室12形状や燃焼室12内での混合気の流動形態などを考慮して、燃焼時間を短縮する観点から最適な位置を選定できる。
【００３７】前記実施形態では、内燃機関１は、頭上カム軸式の内燃機関であったが、プッシュロッドなどのロッドを介してカムの開弁駆動力を吸気弁および排気弁に伝達する型式の頭上弁式内燃機関であってもよく、その場合には、ロッドを絶縁することにより、シリンダとシリンダヘッドとに渡って設けられる動弁機構の絶縁を行うようにする。また、シリンダは複数の吸気弁および複数の排気弁を有するものであってもよい。
【００３８】前記実施形態では、内燃機関１は空冷式であったが、水冷式であってもよく、その場合は、冷却水系統を、シリンダ側とシリンダヘッド側とに分離し、シュラウドの代わりにシールドカバーを設ける。また、通常、潤滑油は導電性を有しないが、金属粉などの不純物を含んだときには導電性を有するようになるので、潤滑系統も、シリンダ側とシリンダヘッド側とに分離することが好ましい。
【００３９】前記実施形態では、点火時期において、シリンダヘッド４が高電位状態とされ、シリンダ３が低電位状態とされたが、これとは逆に、シリンダヘッド４が低電位状態とされ、シリンダ３が高電位状態とされてもよい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５３２６
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月５日（１９９９．１１．５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６７８４０
【弁理士】
【氏名又は名称】江原 望 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１３２６０４（Ｐ２００１−１３２６０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月１８日（２００１．５．１８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３１５８６２ |
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