(57)【要約】【課題】  ディーゼルエンジンの圧縮にともなう温度の上昇を最適制御して燃費及び排ガス特性を改善する。【解決手段】  燃焼室１および補助室２と、エンジンの圧縮行程初期から圧縮行程後期の間に限って前記補助室１を燃焼室２に連通させる常閉のバルブ４と、エンジンの運転状態に基づいて前記バルブ４を稼働状態と非稼働状態とに切替制御する制御するコントロールユニットとを設けたことにより、圧縮にともなって筒内温度が必要以上に高くなることを防止して燃焼時におけるＮＯｘの生成を抑制するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室（１）および補助室（２）と、エンジンの圧縮行程初期から圧縮行程後期の間に限って前記補助室（２）を燃焼室（１）に連通させる常閉のバルブ（４）と、エンジンの運転状態に基づいて前記バルブを稼働状態と非稼働状態とに切替制御するコントロールユニットを備えてなるディーゼルエンジン。
【請求項２】
圧縮行程が連続し合わない気筒の補助室（２）を共有させたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項３】
熱伝導性に富む多孔質材を補助室（２）に装填したことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディーゼルエンジンに係り、特に、圧縮にともなう温度の上昇を最適制御して燃費及び排ガス特性を改善することができるディーゼルエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
吸入行程初期から圧縮行程中期までの間に燃料の一部を燃焼室に予備的に噴射し、圧縮上死点の近傍において残りの燃料を主噴射するようにした予混合圧縮着火式のエンジンにあっては、燃焼にともなうＮＯｘの生成を抑制しつつ黒煙の排出を防止して燃費を改善することができることはよく知られている。
【０００３】
しかしながら、斯かる予混合圧縮着火式のエンジンでは、エンジンの運転状態によっては、主噴射が行われる前に予備噴射された燃料が着火する可能性があるために、従来では特許文献１に見られるように、燃焼室に連通保持された可変容積の補助室を設け、あるいは、特許文献２に見られるように、弾性体で押圧付勢された圧力弁を有する補助室を設けることにより、予備噴射燃料自体による着火を抑制することが検討されてきた。
【０００４】
ところが、特許文献１に見られる発明のように燃焼室に連通保持された補助室を設けた場合は、補助室が高温の燃焼ガスに晒されてしまうために、エンジンの冷却負荷が高くなってしまい、しかも、補助室の容積が大きくなるにつれてシリンダヘッドが大型化してしまうという不具合があった。また、特許文献２の発明のように弾性体で押圧付勢された圧力弁を有する補助室を設けた場合は、燃焼圧力によって圧力弁が開かれてしまうために、膨張エネルギを必ずしも有効利用することができないという副次的な弊害を招く可能性があった。
【特許文献１】特開平１１−１０７７９２号公報
【特許文献２】特開２０００−２３０４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、エンジンの冷却負荷の増加およびシリンダヘッドの大型化を阻止することができない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃焼室および補助室と、エンジンの圧縮行程初期から圧縮行程後期の間に限って前記補助室を燃焼室に連通させる常閉のバルブと、エンジンの運転状態に基づいて前記バルブを稼働状態と非稼働状態とに切替制御する制御するコントロールユニットとを設けたことを最も主要な特徴としている。また、請求項２の発明は、圧縮行程が連続し合わない気筒の補助室を相互に連通保持させたことを特徴としており、請求項３の発明は、熱伝導性に富む多孔質材を補助室に装填したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るディーゼルエンジンにおいては、エンジンの圧縮行程初期から圧縮行程後期の間に限って前記補助室を燃焼室に連通させて圧縮による温度の上昇を最適制御するようにしているために、高温の燃焼ガスが補助室に流入することがなく、補助室の温度が低く保たれるために、エンジンの冷却負荷が増加することがない。また、請求項２の発明によれば、圧縮行程が連続し合わない気筒の補助室を共有しているために、大容積の補助室を設けた場合にもシリンダヘッドの大型化を抑制することができるものであり、請求項３の発明のように熱伝導性に富む多孔質材を補助室に装填した場合は、補助室の冷却効率がより高くなるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明に係るディーゼルエンジンの基本構造を示す概略構成図であり、燃焼室１に連接された補助室２をシリンダヘッド３に形成するとともに、熱伝導性に富む多孔質材（図示省略）を補助室２に充填している。そして、燃焼室１における補助室２の開口部に常閉のバルブ４を取り付けることにより、常時は補助室２を燃焼室１から切り離し、バルブ４が開かれたときに限って補助室２を燃焼室１に連通させるようにしている。５は頂面にキャビティを凹設したピストンであり、何れも図示しない吸気バルブ、排気バルブおよび燃料噴射弁などを燃焼室１に取り付けることにより、予混合圧縮着火方式のディーゼルエンジンを構成している。
【０００９】
前記バルブ４は、常時は補助室２を燃焼室１から遮断するが、エンジンが中高速域で運転されていることを図示しないコントロールユニットが検出したときにときは、圧縮行程初期から圧縮行程後期の間に限って開弁駆動されて補助室２を燃焼室１に連通させる。
すなわち、予混合圧縮着火式のエンジンにおいて、予備噴射燃料が圧縮行程中に着火する可能性がない状態での運転時には補助室２を燃焼室１から切り離して圧縮比を高くし、もって、主噴射燃料の着火をより確実に行わせる。
【００１０】
一方、エンジンが中高速域で運転されていることをコントロールユニットが検出した場合は、圧縮行程初期から圧縮行程後期の間にわたってバルブ４が開弁駆動されて補助室２を燃焼室１に連通させる。すると、圧縮比が低下して温度の上昇が抑制されるために、主噴射が行われる前の段階で予備噴射燃料が着火して燃焼を開始してしまうことがなく、主噴射が行われた後においても燃焼にともなうＮＯｘの生成が抑制される。
なお、図１において、（Ａ）は圧縮行程開始の状態、（Ｂ）はバルブ４が開き始める圧縮行程初期の状態、（Ｃ）はバルブ４が閉じられる圧縮行程後期の状態、（Ｄ）は主噴射により着火・燃焼が開始された時点の状態、（Ｅ）は膨張行程を示している。
【００１１】
上記のように圧縮行程初期から圧縮行程後期にわたってバルブ４が開かれると、圧縮された空気の一部が補助室２に流入し、シリンダヘッドとの間で熱交換されて温度低下した状態で次サイクルでの開弁時に燃焼室に戻される。このようにして燃焼室に戻される空気の温度が高いとエンジンの熱負荷が高くなって種々の弊害をもたらすことが予測される。しかしながら、補助室２には燃焼ガスが流入せず、しかも、多孔質材を充填している。従って、補助室２に流入した空気は多孔質材を介してシリンダヘッド３との間で効率よく熱交換されるために、高温の空気が燃焼室１に戻される懸念はない。
【００１２】
なお、バルブ４は圧縮行程初期から圧縮行程後期の間に限って開弁駆動されて他の領域では閉弁保持される。このために、万一にも高温の燃焼ガスが補助室２に流入することはなく、燃焼室内（筒内）に閉じこめられることになる。よって、通常のエンジンの場合と同等の出力を得ることができるとともに、補助室２に充填される多孔質材の選択の自由度が高いものとなる。
【００１３】
ところで、高圧縮エンジンにおいてバルブ４の開弁にともなう圧縮比低下の程度を大きくしようとするときは、補助室２の容積を大きくする必要性がある。従って、各気筒の補助室２を独立させた場合は補助室２の容積の拡大にともなってシリンダヘッドが大型化してしまう。しかしながら、例えば着火順序を１−４−２−３に設定したエンジンにおいては、例えば第１気筒と第４気筒のグループを、第２気筒と第３気筒のグループに分け、着火順序を１−３−５−２−６−４に設定したエンジンの場合は、第１気筒〜第３気筒のグループと第４気筒〜第６気筒のグループに、あるいは、第１，第２気筒のグループと、第３，第４気筒のグループと、第５，第６気筒のグループというように、圧縮行程が連続し合わない気筒のみによる複数の気筒グループを形成したうえで、気筒グループごとに共有の補助室２を形成することにより、大容積の補助室２を設けた場合に懸念されるシリンダヘッドの大型化を抑制することができる。図２は２つの気筒の補助室２を共有した例を示している。
【００１４】
なお、バルブ４は燃焼室１と補助室２の圧力差がほとんどない状態で開弁駆動される。従って、例えば実施例に示したように燃焼室１側から着座して閉弁される形式のバルブを設けた場合は、僅かな力でバルブ４を開弁作動させることができるために、機械的なアクチュエータを始めとして、電磁式のアクチュエータ、油圧あるいはエア圧を利用した流体式のアクチュエータ、もしくはそれらの複合型のアクチュエータなど、任意のアクチュエータでバルブ４を的確に開閉駆動させることができる。
【００１５】
また、上記実施形態では本発明を予混合圧縮着火方式のディーゼルエンジンに適用しているが、予混合を行わない通常の形式のディーゼルエンジンにも本発明を適用して圧縮上死点での温度が必要以上に高くなることを回避してＮＯｘの生成を抑制することもできる。さらに、補助室２の熱交換効率を改善するために、上記実施形態では補助室２に耐熱性に富む多孔質材を充填しているが、補助室２の内面にブラシ状体あるいは、鞭毛状体を貼り付けても同様の熱交換効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るディーゼルエンジンの基本構造を示す概略構成図である。
【図２】２つの気筒の補助室２を共有した例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１    燃焼室
２    補助室
３    シリンダヘッド
４    バルブ
【図１】
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【図２】
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