(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン頂面中央部にキャビティ燃焼室を有するとともに、このキャビティ燃焼室の略中心位置に多噴孔の燃料噴射ノズルが配置され、かつシリンダ内にスワールを生成するようにした直噴式ディーゼルエンジンにおいて、ピストン上死点位置で先端部が上記キャビティ燃焼室内に入るようにグロープラグが設けられ、かつこのグロープラグの先端が、該グロープラグに最も近い一つの噴孔の中心軸線に対し、シリンダ円周方向においてスワール上流側に１０°〜２０°の範囲で、かつシリンダ軸方向において上記中心軸線と接する位置に位置しているとともに、上記の噴孔の噴霧角が１０°〜２０°であり、噴霧は上記グロープラグに直接衝突しないことを特徴とする直噴式ディーゼルエンジン。
【請求項２】
上記燃料噴射ノズルの噴孔数が７個以下であることを特徴とする請求項１に記載の直噴式ディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、比較的小型の直噴式ディーゼルエンジン、特に、冷間始動のためにキャビティ燃焼室内へ向けて突出したグロープラグを備えた直噴式ディーゼルエンジンの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、直噴式ディーゼルエンジンは、大排気量のものが多く、主にトラック等の大型車両に用いられている。この主のエンジンでは、冷間始動性の向上のための装置として、吸気温度を高くする吸気ヒータが一般に用いられている。
【０００３】
しかし、この吸気ヒータは、消費電力が非常に大きいので、乗用車等に比較的小型の直噴式ディーゼルエンジンを搭載しようとする場合には、バッテリ容量等の問題から、吸気ヒータの採用は困難である。
【０００４】
そのため、吸気ヒータに代えて、渦流室式ディーゼルエンジンで多く採用されているグロープラグを、直噴式ディーゼルエンジンに対しても適用することが検討されつつある（例えば特開平７−２１７４９５号公報等参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
直噴式ディーゼルエンジンにグロープラグを用いる場合、シリンダヘッド底面からシリンダ内にグロープラグ先端部が突出した状態に配置されることになり、特に、ピストンと干渉することがないように、ピストン上死点位置でピストン頂面のキャビティ燃焼室内にグロープラグ先端部が入り込むようなレイアウトとなる。
【０００６】
ここで、冷間時の始動性向上のためには、燃料噴射ノズルから噴射された噴霧が、高温となるグロープラグ先端部に直接衝突するようにレイアウトすることが望ましい。しかし、その反面、グロープラグがキャビティ燃焼室内に突出していると、このグロープラグが障害物となって燃焼場を乱してしまい、スモークの増大等、排気性能が悪化する。特に、噴霧が直接グロープラグに衝突するようなレイアウトでは、排気性能が大幅に悪化する。
【０００７】
そこで、この発明は、比較的小型の直噴式ディーゼルエンジンにグロープラグを用いる場合に、始動性と排気性能とを両立させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ピストン頂面中央部にキャビティ燃焼室を有するとともに、このキャビティ燃焼室の略中心位置に多噴孔の燃料噴射ノズルが配置され、かつシリンダ内にスワールを生成するようにした直噴式ディーゼルエンジンにおいて、ピストン上死点位置で先端部が上記キャビティ燃焼室内に入るようにグロープラグが設けられ、かつこのグロープラグの先端が、該グロープラグに最も近い一つの噴孔の中心軸線に対し、シリンダ円周方向においてスワール上流側に１０°〜２０°の範囲で、かつシリンダ軸方向において上記中心軸線と接する位置に位置しているとともに、上記の噴孔の噴霧角が１０°〜２０°であり、噴霧は上記グロープラグに直接衝突しないことを特徴としている。
【０００９】
直噴式ディーゼルエンジンでは、燃料は、燃料噴射ノズルの複数の噴孔からキャビティ燃焼室内周面へ向けて略放射状に噴射される。この複数の噴霧の中で、グロープラグに近い位置にある噴霧が冷間時のエンジンの始動性に最も寄与することになるが、この噴霧とグロープラグ先端とが、シリンダ円周方向に接近していると、始動性は高くなり、逆に円周方向に離れていると、始動性は低くなる。また、スモーク等の排気性能については、噴霧とグロープラグ先端とが、シリンダ円周方向に離れているほど、排気性能は良好なものとなる。本発明のように、グロープラグに最も近い一つの噴孔の中心軸線に対し、シリンダ円周方向においてスワール上流側に１０°〜２０°の範囲にあれば、始動性および排気性能の双方が所定の良好なレベルに確保され得る。なお、望ましくは、１５°であるとよい。また、シリンダ軸方向については、グロープラグ先端位置が噴孔の中心軸線よりも下方となるようにグロープラグを大きく突出させるほど、始動性は向上し、突出量が小さくなると始動性は低下する。排気性能としては、グロープラグの突出量が大きくなるほど悪化し、突出量が小さければ、悪化の程度は少ない。本発明のように、シリンダ軸方向において上記中心軸線と接する位置までグロープラグを突出させると、始動性および排気性能の双方が所定の良好なレベルに確保され得る。なお、噴霧位置とグロープラグ先端とは円周方向に離れているので、上記のようにシリンダ軸方向において上記中心軸線と接する位置にグロープラグ先端があっても、噴霧が直接に接触する訳ではない。
【００１１】
また、本発明が対象とするのは、比較的小型の直噴式ディーゼルエンジンであり、従って、請求項２のように、上記燃料噴射ノズルの噴孔数が７個以下である。
【００１２】
【発明の効果】
この発明に係る直噴式ディーゼルエンジンにおいては、キャビティ燃焼室内の障害物となるグロープラグを用いた場合に、冷間始動性と排気性能とを十分に高いレベルで両立させることができる。従って、比較的小型の直噴式ディーゼルエンジンに消費電力の小さなグロープラグを適用することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、この発明に係る直噴式ディーゼルエンジンの要部の断面図、図２は、ピストン１頂面の平面図である。
【００１５】
図１に示すように、シリンダブロック３に形成されたシリンダ４には、ピストン１が摺動可能に嵌合しており、かつこのシリンダブロック３の上面にシリンダヘッド２が載置固定されている。このシリンダヘッド２の下面は平坦に形成されており、シリンダ４の上端開口を覆っている。
【００１６】
上記ピストン１の頂面には、リエントラント型のキャビティ燃焼室５が凹設されている。このキャビティ燃焼室５は、図２のように真円形をなし、かつピストン１の中心に形成されている。また上記シリンダヘッド２側には、上記キャビティ燃焼室５の中心に対応するシリンダ４中心位置に、燃料噴射ノズル６が配置されている。この燃料噴射ノズル６は、多噴孔、例えば５個の噴孔を有するものであって、各噴孔から噴霧Ｆをキャビティ燃焼室５内周壁面へ向けて噴射するようになっている。この実施例では、上記燃料噴射ノズル６はシリンダ４の中心軸線に沿って、つまり垂直に配置されており、各噴孔は、等角度間隔で形成されているとともに、シリンダ４の中心軸線に対しそれぞれ同一の傾斜角を有している。ここで、各噴孔の噴霧角（噴霧の拡がり角度）は、１０°〜２０°の範囲内にある。
【００１７】
上記シリンダヘッド２には、図２に想像線で示すように、一対の吸気弁７および一対の排気弁８が配置されている。ここで、一対の吸気弁７によってそれぞれ開閉される一対の吸気ポート（図示せず）は、一方がヘリカルポート、他方がストレートポートとして構成されており、ストレートポート側に配置されたスワール制御弁を閉じることによって、シリンダ４内に矢印Ｓ方向に生成されるスワールの強度を可変制御できる構成となっている。
【００１８】
また、一方の吸気弁７とこれに隣接する一方の排気弁８との間に、棒状をなすグロープラグ９が配置されている。このグロープラグ９は、図２のように、ピストン１中心へ向って延びており、かつ図１に示すように、シリンダヘッド２下面に対し、適宜な傾斜角、例えば４５°の角度でもって斜めに配置されている。このグロープラグ９は、シリンダヘッド２に形成された取付孔に挿入されているが、高温となる先端部がシリンダヘッド２下面からシリンダ４内に突出しており、特にピストン１の上死点位置において、キャビティ燃焼室５内に入り込むようになっている。
【００１９】
そして、図２に示すように平面図上で見た場合に、このグロープラグ９の先端は、該グロープラグ９に最も近い一つの噴孔の中心軸線Ｌに対し、シリンダ４の円周方向においてスワールＳ上流側に１０°〜２０°、好ましくは１５°の位置にある。なお、これは、噴孔の中心軸線Ｌを基準とした角度であり、実際の噴霧Ｆは、スワールＳによって該スワールＳの方向にある程度傾いたものとなる。また、図１のように、シリンダ４の断面図で見ると、シリンダ４の軸方向において上記の中心軸線Ｌと接する位置に、グロープラグ９の先端が位置している。
【００２０】
図３および図４は、グロープラグ９先端位置が始動性（始動に至るまでのクランキング時間ｔ）およびスモーク発生量に及ぼす影響を図示したものであり、図３は、シリンダ４円周方向の取付角θ（上記中心軸線Ｌから上流側への角度）との関係を、図４は、シリンダ４上端面を基準としたシリンダ４軸方向の突出量（上記中心軸線Ｌと接する位置をεとする）との関係を、それぞれ示している。
【００２１】
図３に示すように、円周方向の取付角θが小となると、噴霧Ｆがグロープラグ９先端に近づくので、始動性は高くなり、逆に取付角θが大となると、噴霧Ｆがグロープラグ９先端から離れるため、始動性は低くなる。一方、取付角θが小さく、噴霧Ｆがグロープラグ９に近いと、それだけ燃焼が乱されるので、スモークが増加し、逆に取付角θが大となると、突起物となるグロープラグ９の悪影響が少なくなり、スモークが減少する。本発明では、取付角θを１０°〜２０°としているが、取付角θが２０°より大きいと、始動性が過度に悪化し、好ましくない。逆に、１０°より小さいと、スモークが許容値以上に悪化し、好ましくない。従って、取付角θが１０°〜２０°の範囲にあれば、両者がともに必要十分なレベルに維持され、特に、中間の１５°とすれば、最も良好なものとなる。
【００２２】
また図４に示すように、シリンダ４軸方向の突出量が大となると、シリンダ４軸方向においては噴霧Ｆがグロープラグ９先端と重なるようになるので、始動性は高くなり、逆に突出量が小となると、噴霧Ｆがグロープラグ９先端から離れるため、始動性は低くなる。一方、突出量が大きく、グロープラグ９がキャビティ燃焼室５内に大きく突出すると、それだけ燃焼が乱されるので、スモークが増加し、逆に突出量が小となると、突起物となるグロープラグ９の悪影響が少なくなり、スモークが減少する。本発明では、噴孔の中心軸線Ｌと接する位置まで突出させることにより、始動性とスモークとをともに良好なレベルに維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る直噴式ディーゼルエンジンの一実施例の要部の断面図。
【図２】この実施例のピストン頂面の平面図。
【図３】グロープラグ先端のシリンダ円周方向の取付角と始動性およびスモークの関係を示す特性図。
【図４】グロープラグ先端の突出量と始動性およびスモークの関係を示す特性図。
【符号の説明】
１…ピストン
５…キャビティ燃焼室
６…燃料噴射ノズル
９…グロープラグ
【図１】
0003695151.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003695151.tif 000004
【図４】
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