(57)【要約】    【課題】  シリンダの内周面に衝突した燃料の蒸発を促進し、オイルの希釈化や白煙排出、燃費悪化等の問題を解決する。    【解決手段】  シリンダ１０内にピストン１１を摺動自在に備えるとともに、シリンダヘッド１２に燃料噴射ノズル１３を備え、前記ピストン１１が上死点に到る前の圧縮行程に、燃料噴射ノズル１３から燃料の過早噴射を行うようにした予混合圧縮自着火式内燃機関において、シリンダ１０の内周面に、該シリンダ１０に対して断熱性を有する遮熱面２６を設け、燃料噴射ノズル１３に、遮熱面２６に向けて燃料を噴射する燃料噴射口２７を設ける。好ましくは、遮熱面２６を、シリンダ１０の内周に嵌合された遮熱リング２５の内周面により構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内にピストンを摺動自在に備えるとともに、シリンダヘッドに燃料噴射ノズルを備え、前記ピストンが上死点に到る前の圧縮行程に、前記燃料噴射ノズルから燃料の過早噴射を行うようにした、予混合圧縮自着火式内燃機関において、
前記シリンダの内周面に、該シリンダに対して断熱性を有する遮熱面が設けられ、前記燃料噴射ノズルに、前記遮熱面に向けて燃料を噴射する燃料噴射口が設けられていることを特徴とする、予混合圧縮自着火式内燃機関。
【請求項２】
前記シリンダの内周面に遮熱リングが嵌合され、前記遮熱面が、前記遮熱リングの内周面により構成されていることを特徴とする、請求項１記載の予混合圧縮自着火式内燃機関。
【請求項３】
前記遮熱面が、前記シリンダの内周面に表面処理を行うことにより構成されていることを特徴とする、請求項１記載の予混合圧縮自着火式内燃機関。
【請求項４】
前記燃料噴射ノズルが複数の燃料噴射口を放射状に有しており、該燃料噴射口の燃料噴霧角度が、１５０°〜１８０°に設定されていることを特徴とする、請求項１記載の予混合圧縮自着火式内燃機関。
【請求項５】
前記燃料噴射ノズルが、複数の燃料噴射口を有するとともに、前記シリンダの略軸心上に配置されており、各燃料噴射口と前記遮熱面との距離が、略等しく設定されていることを特徴とする、請求項１記載の予混合圧縮自着火式内燃機関。
【請求項６】
前記遮熱リングの内周面が、前記シリンダの内周面と面一又は該内周面よりも径方向内方に配置されていることを特徴とする、請求項２記載の予混合圧縮自着火式内燃機関。
【請求項７】
前記ピストンが上死点にあるとき、該ピストンにおける最上段のピストンリングが、前記遮熱リングよりも下側に配置されていることを特徴とする、請求項２記載の予混合圧縮自着火式内燃機関。
【請求項８】
前記ピストンの頂面に対向する前記シリンダヘッドの爆面に凹状のキャビティが形成され、該キャビティの底部に前記燃料噴射ノズルが設けられていることを特徴とする、請求項１記載の予混合圧縮自着火式内燃機関。
【請求項９】
前記遮熱面が、凹状に湾曲した面であることを特徴とする、請求項１記載の予混合圧縮自着火式内燃機関。
【請求項１０】
前記遮熱面が、複数の凹凸部を有していることを特徴とする、請求項１記載の予混合圧縮自着火式内燃機関。
【請求項１１】
前記遮熱リングの外周面と前記シリンダの内周面との間に空気層が形成されていることを特徴とする、請求項２記載の予混合圧縮自着火式内燃機関。
【請求項１２】
前記遮熱リングを加熱するヒータを備えていることを特徴とする、請求項２記載の予混合圧縮自着火式内燃機関。
【請求項１３】
前記燃料噴射ノズルによる過早噴射が複数回に分割して行われることを特徴とする、請求項１記載の予混合圧縮自着火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は予混合圧縮自着火式内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関の分野では、近年、環境問題の高まりに伴って年々厳しい排気規制が施行されており、煤やスモーク、ＣＯ、ＮＯｘ等の大気汚染物質の排出を低減し、また、燃費を向上することが強く要請されている。
【０００３】
しかしながら、ディーゼルエンジンは、シリンダ内で圧縮された空気に燃料を噴霧し、自着火により燃焼させるため、空気と燃料との混合に濃淡が生じ易く、燃料濃度が濃いところでは煤やスモークを、量論比付近ではＮＯｘを生成し易くなっている。
【０００４】
このような事情に鑑み、近年、予混合圧縮自着火方式が注目されている。この予混合圧縮自着火方式は、ピストンが上死点に至る前の圧縮行程初期から中期に燃料を噴射することで、燃焼室内で燃料と空気とを予め均一に混合し、この混合気をピストンによる圧縮により昇温、昇圧させ、燃料の発火点において自着火させる技術である。この方式によれば、高い空気過剰率によってスモークの発生を抑制可能であり、また、火炎温度を均一化できることからＮＯｘの発生も抑制することが可能である。また、予混合圧縮自着火方式に、通常の噴霧燃焼方式を組み合わせ、複数段の噴射を行わせる技術も知られている。
【０００５】
ところが、予混合圧縮自着火方式では、ピストンが上死点に至る前の低い位置にあるときに燃料が噴射されるため、燃料が直接シリンダライナーに衝突してしまうことがある。ピストンが上昇する過程では、シリンダ内の温度と圧力はそれほど上昇していないため、シリンダライナーに衝突した燃料は蒸発することなくそのまま付着する可能性が高い。付着した燃料はピストンにより掻き落とされてオイルを希釈させたり、そのまま燃焼に寄与することなく白煙となって排出されたりする恐れがある。また、当然に燃費を悪化させる原因にもなる。
【０００６】
このような問題を解決するものとして、下記特許文献１には、ピストンの頂面に対向するシリンダヘッドの爆面に凹状のドーム（ヘッドキャビティ）を形成し、ドームの底部に噴射ノズルを備えたディーゼルエンジンが開示されている。この技術は、燃料噴射ノズルから噴射した燃料をドームの周壁面に直接衝突させることによって、該燃料がシリンダライナーに到達しないように噴霧の向きを変えるとともに燃料を微粒化し、シリンダライナーへの付着を防止している。
【特許文献１】特開平１０−１４１０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１記載の技術では、シリンダライナーに対する燃料付着はある程度防止できるが、ドームの周壁面に対する燃料付着が問題となる。ドーム周壁面に燃料が付着すると、結局、白煙発生や燃費の悪化等の問題を招くことになるため、従来の問題を根本的に解決することはできなかった。また、通常の噴霧燃焼方式を行う場合、ドーム周壁面に燃料を衝突させると、ドーム内で燃料過濃の混合気が生成され、スモークが生じやすくなるという欠点もあった。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、シリンダの内周面に衝突した燃料の蒸発を促進し、オイルの希釈化や白煙排出、燃費悪化等の問題を解決することができる、予混合圧縮自着火式内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、シリンダ内にピストンを摺動自在に備えるとともに、シリンダヘッドに燃料噴射ノズルを備え、前記ピストンが上死点に到る前の圧縮行程に、前記燃料噴射ノズルから燃料の過早噴射を行うようにした、予混合圧縮自着火式内燃機関において、前記シリンダの内周面に、該シリンダに対して断熱性を有する遮熱面が設けられ、前記燃料噴射ノズルに、前記遮熱面に向けて燃料を噴射する燃料噴射口が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記シリンダの内周面に遮熱リングが嵌合され、前記遮熱面が、前記遮熱リングの内周面により構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記遮熱面が、前記シリンダの内周面に表面処理を行うことにより構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記燃料噴射ノズルが複数の燃料噴射口を放射状に有しており、該燃料噴射口の燃料噴霧角度が、１５０°〜１８０°に設定されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記燃料噴射ノズルが、複数の燃料噴射口を有するとともに、前記シリンダの略軸心上に配置されており、各燃料噴射口と前記遮熱面との距離が、略等しく設定されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記遮熱リングの内周面が、前記シリンダの内周面と面一又は該内周面よりも径方向内方に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記ピストンが上死点にあるとき、該ピストンにおける最上段のピストンリングが、前記遮熱リングよりも下側に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ピストンの頂面に対向する前記シリンダヘッドの爆面に凹状のキャビティが形成され、該キャビティの底部に前記燃料噴射ノズルが設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記遮熱面が、凹状に湾曲した面であることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記遮熱面が、複数の凹凸部を有していることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記遮熱リングの外周面と前記シリンダの内周面との間に空気層が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１２記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記遮熱リングを加熱するヒータを備えていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記燃料噴射ノズルによる過早噴射が複数回に分割して行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の発明によれば、シリンダの内周面に、該シリンダに対して断熱性を有する遮熱面が設けられているので、冷却水等で冷却されるシリンダに対して、遮熱面をその断熱性により高温に維持することができる。そして、この遮熱面に向けて燃料噴射口から燃料を噴射するようになっているので、燃料を遮熱面に衝突させ、遮熱面の熱によって燃料の蒸発を促進することができる。したがって、白煙発生やオイルの希釈化、燃費悪化等を防止することができる。
【００２３】
請求項２の発明によれば、前記遮熱面が前記シリンダの内周に嵌合された遮熱リングの内周面により構成されているので、シリンダに遮熱面を簡単に設けることができる。また、遮熱面の交換等にも容易に対応することができる。
【００２４】
請求項３の発明によれば、前記遮熱面が前記シリンダの内周面に表面処理を行うことにより構成されているので、上記の如く遮熱リングを設ける場合に比べて部品点数を少なくすることができる。
【００２５】
請求項４の発明によれば、各燃料噴射口の燃料噴霧角度が１５０°〜１８０°に設定されているので、燃料の噴射抵抗を小さくしつつ、遮熱面をシリンダ頂部側の小さい範囲に設けることができる。
【００２６】
請求項５の発明によれば、前記燃料噴射ノズルがシリンダの略筒軸心上に配置され、各燃料噴射口と前記遮熱面との距離が略等しく設定されているので、略均一な希薄混合気を形成することができる。
【００２７】
請求項６の発明によれば、遮熱リングの内周面がシリンダの内周面と面一にされている場合には、ピストンの外周面に、遮熱リングとの干渉を避けるための特殊な構造を形成する必要がなくなる。また、遮熱リングの内周面がシリンダの内周面よりも径方向内方に配置されている場合には、遮熱リングの内周面に燃料が付着したとしても、該燃料が遮熱リング内周面からシリンダ内周面に伝って流れ落ちるのを防止することができ、しかも、遮熱リングの径方向の肉厚を厚くすることが可能となるので、シリンダに対する断熱性を高めることができる。
【００２８】
請求項７の発明によれば、最上段のピストンリングが遮熱リングよりも下側に配置されているので、遮熱リングに燃料が付着したとしても、該燃料をピストンリングによって掻き落としてしまうことがない。
【００２９】
請求項８の発明によれば、シリンダヘッドに形成したキャビティの底部に燃料噴射ノズルが設けられているので、燃料噴射ノズルを可及的に高く配置することができ、噴霧角度を広げなくても、シリンダのより頂部側に向けて燃料を噴射することができる。したがって、遮熱面をシリンダ頂部側の小さい範囲に設けることができる。
【００３０】
請求項９の発明によれば、遮熱面が凹状に湾曲した面であるので、遮熱面の表面積を拡大して、燃料の蒸発をより促進することができ、また、遮熱面に燃料が付着したとしても、下方に流れ落ちるのを防止することができる。
【００３１】
請求項１０の発明によれば、遮熱面が複数の凹凸部を有しているので、遮熱面の表面積を拡大して、燃料の蒸発をより促進することができ、また、遮熱面に燃料が付着したとしても、凹凸部が抵抗になって下方に流れ落ちるのを防止することができる。
【００３２】
請求項１１の発明によれば、遮熱リングの外周面と前記シリンダの内周面との間に空気層が形成されているので、空気層が断熱層となってシリンダから遮熱リングへの熱伝達を阻害することができ、遮熱リングの高温状態を維持して燃料の蒸発を促進することができる。
【００３３】
請求項１２の発明によれば、遮熱リングを加熱するヒータを備えているので、エンジン始動時等の低温条件の場合に、積極的に遮熱リングを加熱して燃料の蒸発を促進することができる。
【００３４】
請求項１３の発明によれば、燃料噴射ノズルによる過早噴射が複数回に分割して行われるので、各回の燃料の噴射量が少なくなるとともに噴霧の到達距離が短くなり、遮熱面に対する燃料衝突量を少なくすることができる。したがって、遮熱面に対する燃料の付着を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本実施形態の内燃機関は、予混合圧縮自着火方式のディーゼルエンジンであり、その構造の詳細について説明する前に、基本的な作動工程を簡単に説明する。図１は、本実施形態のディーゼルエンジンの作動工程の概要を示す説明図である。このディーゼルエンジンは、シリンダ１０にピストン１１を摺動自在に嵌合するとともに、シリンダヘッド１２に、燃料噴射ノズル１３、吸気孔１４、及び排気孔１５を設け、吸気孔１４及び排気孔１５を、それぞれ吸気用及び排気用バルブ１７Ａ，１７Ｂによって開閉自在にしたものである。ピストン１１頂面とシリンダ１０側面とシリンダヘッド１２下面との間には、燃焼室１８が形成されている。
【００３６】
図１中（ａ）は吸気行程、（ｂ）は圧縮行程、（ｃ）は膨張行程、（ｄ）は排気行程である。（ａ）の吸気行程では、ピストン１１が上死点から下死点へ移動し、その間に吸気孔１４から燃焼室１８に空気が取り込まれる。（ｂ）の圧縮行程では、吸気した空気が圧縮されるとともに、圧縮初期から中期にかけて、燃料噴射ノズル１３から燃料Ｓが噴射（プレ噴射；過早噴射）され、空気と燃料との混合気が形成される（予混合）。ピストン１１が上死点付近になると、予混合気が圧縮によって昇温、昇圧され、自着火する。また、上死点付近では再度燃料Ｓが噴射（メイン噴射；（ｃ）に示す）され、該燃料Ｓは、直ちに蒸発しながら拡散し、高温高圧の雰囲気下で自着火する。このメイン噴射による燃焼で、出力が向上されるとともに、予混合気の燃焼により発生したＨＣやＣＯが燃焼される。（ｃ）の膨張行程では、ピストン１１が下降し、（ｄ）の排気行程では、排気用バルブ１７Ｂが開き、ピストン１１の上昇により排気孔１５から燃焼室１８内の排気が排出される。
【００３７】
したがって、本実施形態では、予混合のためのプレ噴射（過早噴射）と、通常の圧縮自着火燃焼（ディーゼル燃焼）のためのメイン噴射との複数段の噴射が行われるようになっている。
【００３８】
〔第１実施形態〕
図２は、本発明の第１実施形態に係るディーゼルエンジンのシリンダ頂部の正面断面図であり、図３は、ピストンが上死点にあるときの要部の拡大正面断面図である。シリンダ１０は、シリンダブロック２０に筒形のシリンダライナー２１を嵌挿し、シリンダブロック２０の頂部にシリンダヘッド１２を固定することにより構成されている。ピストン１１の外周には、複数のピストンリング２２が嵌合され、ピストンリング２２がシリンダライナー２１の内周面２１Ａを摺接するようになっている。
【００３９】
シリンダライナー２１の上端部の内周面には、径方向外方へ凹む凹溝２３が形成されており、この凹溝２３には、遮熱リング２５が嵌合されている。遮熱リング２５は、例えば、ＳＵＨ等の耐熱鋼やステンレス合金等により断面矩形のリング状に形成され、耐熱性を有すると共に、シリンダライナー２１よりも熱伝導率が低くされ、シリンダライナー２１に対する断熱性を有している。遮熱リング２５の外径は、シリンダライナー２１の凹溝２３の内径よりもやや小さくなっており、遮熱リング２５を、圧入することなく緩く嵌め込むことができるようになっている。
【００４０】
図３に示すように、遮熱リング２５の内径は、シリンダライナー２１の内径よりもやや小さくなっている。したがって、遮熱リング２５の内周面２６はシリンダライナー２１の内周面２１Ａよりも径方向内側に配置されている。前記ピストン１１の頂部外周面１１Ａは、遮熱リング２５との干渉を避けるために、若干径方向内側に凹んでおり、当該外周面１１Ａと、遮熱リング２５内周面２６との間には、隙間ｔが形成されている。
【００４１】
最上段のピストンリング２２Ａは、ピストン１１が上死点にあるときに、遮熱リング２５に干渉しない高さに設けられている。
【００４２】
図２に示すように、燃料噴射ノズル１３は、シリンダ１０の中心軸心Ｏ１上に配置され、複数の燃料噴射口２７を放射状に備えている。各燃料噴射口２７から噴射された燃料は、円錐状又は水平に放射状に拡散する。このときの燃料の噴霧軸線Ｘ１の拡散角度（噴霧角度）Ａは、１５０°〜１８０°に設定されている。そして、各燃料噴射口２７から噴射された燃料が遮熱リング２５の内周面（遮熱面）２６に直接衝突するように、各燃料噴射口２７は、遮熱面２６に向けて設けられている。
【００４３】
〔本実施形態の作用効果〕
（１）図２に示すように、ピストン１１が上死点に到る前の圧縮行程の初期又は中期に、燃料噴射ノズル１３から燃料を噴射すると、当該燃料は、シリンダライナー２１上部の遮熱リング２５の内周面２６に衝突する。シリンダ１０は冷却水等によって冷却されているが、遮熱リング２５は、その断熱性によって温度が低下し難くなっているので、遮熱リング２５の熱によって燃料の蒸発を促進し、遮熱リング２５に対する燃料の付着を抑制している。したがって、白煙発生や燃費悪化、オイルの希釈化等を防止することができる。
【００４４】
（２）遮熱リング２５の内周面２６は、シリンダライナー２１の内周面２１Ａよりも径方向内方に配置されているので、遮熱リング２５に衝突した燃料が下方に流れたとしても、シリンダライナー２１に伝うことが少なくなる。従って、シリンダライナー２１に付着した燃料がピストンリング２２で掻き落とされてオイルを希釈化してしまうようなことが防止される。また、遮熱リング２５を径方向に分厚く形成することができるので、シリンダライナー２１に対する断熱性を高めることができる。
【００４５】
（３）シリンダ１０に嵌合した遮熱リング２５によって遮熱面２６を形成しているので、当該遮熱面２６を容易に設けることができ、遮熱リング２５の劣化等に伴う交換も容易に行うことができる。
【００４６】
（４）燃料噴射ノズル１３の燃料噴射口２７の噴霧角度Ａは、１５０°〜１８０°に設定されており、噴霧角度Ａを１５０°よりも大きくすることで、噴霧された燃料を可及的にシリンダヘッド１２に近い位置に衝突させることができるので、遮熱リング２５（遮熱面２６）をシリンダヘッド１２側の小さい範囲に設けることができ、噴霧角度Ａを１８０°よりも小さくすることで、燃料噴射口２７から噴射される燃料の流量係数の低下を抑制し、噴射抵抗を小さくすることができる。
【００４７】
（５）燃料噴射ノズル１３は、シリンダ１０の軸心Ｏ１上に配置され、複数の燃料噴射口２７を放射状に備えているので、各燃料噴射口２７から遮熱面２６までの距離を略一定とすることができ、略均一な希薄混合気を形成することができる。
【００４８】
（６）ピストン１１の最上段のピストンリング２２Ａが、遮熱リング２５よりも下側に配置されているので、遮熱リング２５に付着した燃料をピストンリング２２で掻き落としてしまうことがない。
【００４９】
（７）遮熱リング２５は、シリンダライナー２１に圧入されるのではなく緩く嵌合しているので、容易に取り外すことができ、エンジンの分解等に伴うピストン１１の離脱も容易に行うことができる。
【００５０】
〔第２実施形態〕
図４は、本発明の第２実施形態に係るシリンダ頂部の断面図である。本実施形態では、ピストン１１の頂面に対向するシリンダヘッド１２の爆面１２Ａに凹状のキャビティ３１を形成し、キャビティ３１の底面３１Ａに燃料噴射ノズル１３を設けている。キャビティ３１は、裁頭円錐形であり、底面３１Ａが爆面１２Ａと略平行に形成されている。周壁面３１Ｂはピストン１１側が拡開するように傾斜している。
【００５１】
本実施形態では、第１実施形態に比べて燃料噴射ノズル１３を高い位置に配置することができる。したがって、噴霧角度Ａをそれほど広くしなくても、シリンダ１０内のより高い位置（シリンダヘッド１２により近い位置）に燃料を衝突させることができ、遮熱リング２５の軸方向の長さを短くすることができる。
【００５２】
〔第３実施形態〕
図５は、本発明の第３実施形態に係るシリンダ頂部の拡大断面図である。本実施形態では、遮熱リング２５の遮熱面２６が、円弧状に湾曲した凹面に形成されている。したがって、この遮熱面２６に衝突した燃料は、矢印で示すように、径方向内方に反射し、シリンダライナー２１に再付着しにくくなっている。また、遮熱面２６が平坦面である場合に比べて表面積が拡大するので、おり、燃料の蒸発速度を高めることができる。さらに、遮熱面２６に付着した燃料を凹面で受けることで、下方に流れるのを防止することができる。
【００５３】
〔第４実施形態〕
図６は、本発明の第４実施形態に係るシリンダ頂部の拡大断面図である。本実施形態では、遮熱リング２５の遮熱面２６が、凹凸形状に形成されたものであり、具体的には、多数の凸部３３ａ又は凹部３３ｂを表面全体に形成したものとなっている。このように遮熱面２６を形成することで、表面積を拡大し、燃料の蒸発速度を高めることができる。また、遮熱面２６に燃料が付着したとしても、シリンダライナー２１に流れ落ちることが防止される。この凸部３３ａ又は凹部３３ｂの高さ又は深さｂは、０．５ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００５４】
〔第５実施形態〕
図７は、本発明の第５実施形態に係るシリンダ頂部の拡大断面図である。本実施形態では、遮熱リング２５の遮熱面２６が、第４実施形態と同様に、凹凸形状に形成されたものであるが、具体的には、周方向に延びる横溝３４を上下に複数段形成したものである。本実施形態においても、第４実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００５５】
また、図示はしないが、変形例として、軸方向に延びる縦溝を、周方向に複数形成することができる。ただし、遮熱面２６に付着した燃料が下方に流れるのを防止する作用に関しては、縦溝とするよりも横溝３４とする方が好ましい。
【００５６】
〔第６実施形態〕
図８は、本発明の第６実施形態に係るシリンダ頂部の拡大断面図である。本実施形態では、遮熱リング２５の外周面２５Ｂとシリンダライナーの内周面（凹溝２３）との間に、空気層よりなる断熱層３６を形成したものである。具体的には、遮熱リングの外周面２５Ｂ全周（又は部分的）に凹溝２５Ｃ（又は凹部）を形成し、この凹溝２５Ｃ内を空洞にしている。
【００５７】
本実施形態では、断熱層３６によって、シリンダライナー２１から遮熱リング２５へ熱がより伝達し難くなるため、遮熱リング２５をより高温状態に維持することができ、燃料の蒸発をより促進することができる。
【００５８】
〔第７実施形態〕
図９は、本発明の第７実施形態に係るシリンダ頂部の拡大断面図である。本実施形態は、第６実施形態と同様に、遮熱リング２５の外周面２５Ｂとシリンダライナー２１の内周面２１Ａとの間に空気層よりなる断熱層３６を形成したものであるが、その断熱層３６が、軸方向に複数段設けられている点で異なる。
【００５９】
本実施形態においても、第６実施形態と同様の作用効果を奏するが、本実施形態の遮熱リング２５は、上下幅の小さい凹溝２５Ｃ（凹部）を軸方向に複数形成することによって、第６実施形態に比べて遮熱リング２５の強度を高めることができる。
【００６０】
なお、第６，第７実施形態において、凹溝２５Ｃ（凹部）内に断熱材を装入することも可能である。
【００６１】
〔第８実施形態〕
図１０は、本発明の第８実施形態に係るシリンダ頂部の拡大断面図であり、図１１は、図１０の、XI−XI矢視断面図である。本実施形態は、遮熱リング２５に対して加熱ヒータ４０を設けたものである。具体的に、加熱ヒータ４０は、遮熱リング２５の外周面２５Ｂに形成した凹部２５Ｄ内に設置されている。また、加熱ヒータ４０は、周方向に関して、燃料噴射ノズル１３から噴射された燃料が衝突する部位に対応して部分的に設置されている。
【００６２】
加熱ヒータ４０は、例えばエンジンの始動時等、シリンダ１１内温度が低いときに作動して遮熱リング２５の温度を上げ、衝突した燃料の蒸発を促進するようになっている。また、遮熱リング２５の温度が十分に高くなった場合には、加熱ヒータ４０をオフすることによって、エネルギーの消費を抑制している。加熱ヒータ４０は、燃料が衝突する部位に対応して部分的に設置されているので、無駄にエネルギーを消費することなく効率よく遮熱リング２５を加熱することができる。ただし、加熱ヒータ４０は、遮熱リング２５の全周に対応して設けることも可能である。
【００６３】
〔第９実施形態〕
図１２は、本発明の第９実施形態に係るシリンダ頂部の拡大断面図である。本実施形態は、第８実施形態と同様に遮熱リング２５に加熱ヒータ４０を設けたものであるが、さらに、加熱ヒータ４０とシリンダライナー２１との間に空気層よりなる断熱層３６を設けたものである。したがって、加熱ヒータ４０の熱がシリンダライナー２１に伝わり難くなり、加熱ヒータ４０からシリンダライナー２１への熱影響を少なくすることができる。
【００６４】
〔第１０実施形態〕
図１３は、本発明の第１０実施形態に係るシリンダ頂部の断面図である。本実施形態では、遮熱面２６を形成する手段として、遮熱リング２５を設けるのではなく、シリンダライナー２１の内周面に表面処理を行っている。この表面処理としては、例えば、セラミック等の耐熱性及び断熱性を有する材料を溶射することができる。
【００６５】
本実施形態によれば、上記実施形態と略同様の作用効果を奏する。また、遮熱リング２５を設ける場合に比べ部品点数を少なくすることができる。なお、本実施形態においても、図５に示したように遮熱面２６を凹状に湾曲した面に形成したり、図６、図７に示したように、多数の凹凸部を有する形状としたりすることができる。
【００６６】
〔各実施形態の燃料噴射時期について〕
以上に説明した第１〜第１０実施形態のディーゼルエンジンは、例えば、図１４（Ａ）に示すタイミングで燃料噴射を行うようになっている。メイン噴射は、圧縮行程上死点（ＴＤＣ（燃焼））付近、例えば、上死点前１０°〜０°又はそれ以降に開始し、プレ噴射は、圧縮行程の初期又は中期、例えば、上死点前１２０°〜４０°の間に行われるようになっている。
【００６７】
このようにプレ噴射だけでなく、メイン噴射をも行うことによって、高負荷時の出力を向上するとともに、プレ噴射による燃焼で生じた一酸化炭素（ＣＯ）や未燃炭化水素（ＨＣ）を燃焼させることができる。また、予混合気の燃焼ガスが内部ＥＧＲ効果をもたらすことによる、メイン噴射に伴うＮＯｘ低減も期待できる。
【００６８】
〔プレ噴射の噴射段数の設定〕
図１４（Ａ）は、プレ噴射とメイン噴射とを各一回だけ行う例を示しているが、図１４（Ｂ）は、プレ噴射を２段階に分割して行う例を示している。
燃料噴射ノズル１３から噴射される燃料は、量が多いほど遮熱リング２５に付着する可能性が高くなる。したがって、このような場合には、図１４（Ｂ）に示すように燃料噴射を複数段に分割し、各段の噴射量（噴射期間）を少なくすることによって、遮熱面２６に対する燃料の付着量を少なくするようになっている。
【００６９】
プレ噴射を分割するか否か、また、何回に分割するかは、次のように決定される。
図１５は、燃料噴射条件を決定するためのフローチャートである。このフローチャートによれば、まず、ステップＳ１において、検出した機関回転数及び負荷から、アクセル開度及び噴射圧を加味して基本噴射量を決定する。そして、ステップＳ２−１において、基本噴射量から過早噴射量を算出するとともに、ステップＳ２−２において、過早噴射時期を算出する。さらに、ステップＳ３において、算出された過早噴射量と過早噴射時期から噴射期間を推定する。
【００７０】
次に、ステップＳ４において、推定された噴射期間だけ燃料を噴射させた場合の、噴霧先端到達距離モデル（後述）を算出し、噴霧が遮熱面２６に付着するか（衝突するか）否かを検証する。ステップＳ５において、検証の結果、遮熱面２６に付着しないと判断された場合は、ステップＳ６において、プレ噴射を一回のみとする条件が確定される。
【００７１】
検証の結果、遮熱面２６への付着があると判断された場合には、噴射を２段階に分割した場合を仮定して、各段の噴射量と噴射時期を算出する（ステップＳ７，Ｓ８）。そして、上記と同様に噴射期間を推定し（ステップＳ３）、各段の噴霧先端到達距離モデルを算出し、噴霧が燃料噴射面に付着するか否かを検証する（ステップＳ４、Ｓ５）。燃料が付着しないと判断された場合は、プレ噴射を２段階に分割する条件が確定され（ステップＳ６）、付着すると判断された場合は、さらに、プレ噴射の分割回数を増やして、同様の操作を繰り返す。
【００７２】
なお、燃料の先端到達距離モデルは、次式で算出される。
Ｌｐ＝Ａ・（Δｐ／ρａ）0.25・（ｄｎ・ｔ）0.5
ここで、Ａは、ノズルホールの面積であり、Ａ＝π／４・ｄｎ２として示される。Δｐは、噴射圧とシリンダ内圧の差であり、ρａは、シリンダ内ガスの密度である。ｄｎは、ノズルの径であり、ｔは、噴射期間である。
【００７３】
プレ噴射を複数段に分割して行う場合、１段目の噴霧先端到達距離Ｌｐと、２段目の噴霧先端到達距離Ｌｐ’とは更に異なる値になる。これは、１段目の燃料噴射が、噴射方向への空気の流動が少ない雰囲気下で行われるのに対して、２段目の燃料噴射が、１段目の燃料噴射によって生じた噴射方向への周囲空気の流動に後押しされるからである。したがって、２段目の噴霧先端到達距離Ｌｐ’は、１段目の噴霧先端到達距離Ｌｐに、所定の補正係数（加速係数）αを乗じた、Ｌｐ’＝α・Ｌｐとなる。補正係数αは、燃焼室１８内の雰囲気条件と噴射条件から経験的に求められる。
【００７４】
図１６は、経過クランク角度（時間）と噴霧先端到達距離との関係を例示するグラフであり、線図Ａが、プレ噴射を分割しない場合の噴霧先端到達距離を示している。例えば、遮熱面２６がＬａの距離にある場合、経過クランク角度（経過時間）がθａで燃料噴霧が遮熱面に衝突することになる。このような場合、上記フローチャートで説明したように、プレ噴射を分割する。図９には、プレ噴射を３段階に分割した様子を線図Ｂで示している。この場合、各段のプレ噴射は、いずれも遮熱面２６に到達する前に止まるように噴射期間が設定されている。各プレ噴射は、１段目よりも２段目の距離が、２段目よりも３段目の距離が伸びていることが解かる。
【００７５】
このように、プレ噴射を分割し、各噴射の噴霧先端到達距離を短くすることによって、遮熱面２６に対する燃料の付着を防止している。
【００７６】
〔その他の実施形態〕
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく適宜設計変更可能である。
（１）例えば、遮熱リング２５を、シリンダライナー２１と同じ材質又は異なる材質で形成し、遮熱リング２５の内周面（遮熱面２６）に、耐熱性及び断熱性を有する材料で表面処理を施してもよい。また、遮熱面２６を、燃料が衝突する部分に対応して部分的に設けてもよい。
【００７７】
（２）遮熱面２６は、シリンダライナー２１の内周面と面一にすることができ、この場合、ピストン１１の頂部外周面１１Ａを凹ませる必要がなくなるので、製作コストの低減を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、予混合圧縮自着火式のディーゼルエンジンに好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本実施形態のディーゼルエンジンの作動工程の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るディーゼルエンジンの、ピストンが上死点に到る前のシリンダ頂部の正面断面図である。
【図３】ピストンの上死点にあるときのシリンダ頂部の拡大正面断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るシリンダ頂部の断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るシリンダ頂部の拡大断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係るシリンダ頂部の拡大断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係るシリンダ頂部の拡大断面図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係るシリンダ頂部の拡大断面図である。
【図９】本発明の第７実施形態に係るシリンダ頂部の拡大断面図である。
【図１０】本発明の第８実施形態に係るシリンダ頂部の拡大断面図である。
【図１１】図１０のXI−XI矢視断面図である。
【図１２】本発明の第９実施形態に係るシリンダ頂部の拡大断面図である。
【図１３】本発明の第１０実施形態に係るシリンダ頂部の断面図である。
【図１４】燃料噴射ノズルからの燃料噴射のタイミングを示すタイムチャートである。
【図１５】燃料噴射条件を決定するためのフローチャートである。
【図１６】経過クランク角度（時間）と噴霧先端到達距離との関係を例示するグラフである。
【符号の説明】
【００８０】
１０  シリンダ
１１  ピストン
１２  シリンダヘッド
１３  燃料噴射ノズル
２２Ａ  最上段のピストンリング
２５  遮熱リング
２６  遮熱面
２７  燃料噴射口
３１  キャビティ
３６  断熱層
４０  ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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