JP7077934B2

JP7077934B2 - 内燃機関

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Description

本発明は、内燃機関に関し、詳しくは、圧縮された燃焼室に燃料を直接噴射することにより燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関に関する。

従来、例えば特許文献１には、圧縮自着火式の内燃機関において、燃料と充填空気との燃焼室での予混合を促進するための技術が開示されている。この技術では、燃焼室に露出する燃料噴射装置の先端部の開口部に近接して、中空管で構成されたダクトが設けられている。開口部から噴射された燃料は、この中空管を通して燃焼室へと噴射される。中空管の内部では、噴射された燃料が通過する過程で充填空気との予混合が促進される。また、この技術では、燃料と充填空気の混合ガスの着火を補助するためのグロープラグがダクトの下流側に配置されている。これにより、混合ガスの着火性が向上する。

米国特許公開第２０１７／０１１４７６３号明細書

しかしながら、上記の技術では、ダクトを通過した後の混合ガスがグロープラグによって加熱される。ダクトを通過した後の混合ガスは燃焼室内の気流の影響を受けやすい。このため、上記の技術では、混合ガスの加熱が不十分となり失火を招くおそれがある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、圧縮自着火式の内燃機関において、スモークの発生を抑制するとともに着火性を向上させることのできる内燃機関を提供することを目的とする。

第１、第２及び第３の発明は、上記の目的を達成するため、圧縮された燃焼室に燃料を噴射することにより燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関に適用される。内燃機関は、燃料を噴射する複数の噴孔を有する燃料噴射ノズルと、入口及び出口が燃焼室に露出するように構成された複数の中空のダクトと、を備えている。燃料噴射ノズルは、複数の噴孔が内燃機関のシリンダヘッドから燃焼室へ露出するように設けられている。複数のダクトは、燃料噴射ノズルの複数の噴孔から噴射された燃料噴霧がそれぞれ入口から出口へ通過するように構成されている。そして、内燃機関は、複数のダクトのうちの少なくとも１つを加熱する加熱装置を備えている。

第１の発明は、更に以下の特徴を有する。
複数のダクトは、第一ダクトと、第一ダクトよりもダクト長が短い第二ダクトと、を含んで構成される。そして、加熱装置は、第一ダクトを加熱せずに第二ダクトを加熱するように構成されている。

第２の発明は、更に以下の特徴を有する。
複数のダクトは、小径ダクトと、小径ダクトよりも内径が大きい大径ダクトと、を含んで構成されている。そして、加熱装置は、小径ダクトを加熱せずに大径ダクトを加熱するように構成されている。

第３の発明は、更に以下の特徴を有する。
複数のダクトは、低熱伝導率ダクトと、低熱伝導率ダクトよりも熱伝導率の高い高熱伝導率ダクトと、を含んで構成されている。そして、加熱装置は、低熱伝導率ダクトを加熱せずに高熱伝導率ダクトを加熱するように構成されている。

第４の発明は、上記の目的を達成するため、圧縮された燃焼室に燃料を噴射することにより燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関に適用される。内燃機関は、燃料を噴射する複数の噴孔を有し、複数の噴孔が内燃機関のシリンダヘッドから燃焼室へ露出するように設けられた燃料噴射ノズルと、入口及び出口が燃焼室に露出するように構成された複数の中空のダクトと、を備えている。複数のダクトは、燃料噴射ノズルの複数の噴孔から噴射された燃料噴霧がそれぞれ入口から出口へ通過するように構成されている。また、複数のダクトは、通過した燃料噴霧の着火性が異なる低着火性ダクトと、高着火性ダクトと、を含んで構成されている。そして、内燃機関は、低着火性ダクトの出口に露出せずに高着火性ダクトの出口に露出した加熱装置を備えている。

第５の発明は、第４の発明において、更に以下の特徴を有する。
高着火性ダクトは、低着火性ダクトに比べてダクト長が短くなるように構成されている。

第６の発明は、第４又は第５の発明において、更に以下の特徴を有する。
高着火性ダクトは、低着火性ダクトに比べて内径が大きくなるように構成されている。

第７の発明は、第４乃至第６の何れか１つの発明において、更に以下の特徴を有する。
高着火性ダクトは、低着火性ダクトに比べて熱伝導率が高くなるように構成されている。

第８の発明は、上記の目的を達成するため、圧縮された燃焼室に燃料を噴射することにより燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関に適用される。内燃機関は、燃料を噴射する複数の噴孔を有する燃料噴射ノズルと、入口及び出口が燃焼室に露出するように構成された複数の中空のダクトと、を備えている。燃料噴射ノズルは、複数の噴孔が内燃機関のシリンダヘッドから燃焼室へ露出するように設けられている。複数の噴孔は、燃料噴霧が燃焼室のボア壁面に向かって放射状に噴射されるように設けられている。ダクトは、複数の噴孔の一部に対応して配置されている。そして、内燃機関は、複数の噴孔のうち、ダクトが配置されていない噴孔から噴射された燃料噴霧を加熱する加熱装置を備えている。

第１、第２及び第３の発明によれば、内燃機関は、複数のダクトのうちの少なくとも１つのダクトを加熱する加熱装置を備えている。これにより、当該ダクトを通過する燃料噴霧をダクトの内壁面で加熱することができる。これにより、燃料噴霧が加熱されながら充填空気との予混合が進められるので、スモークの発生を抑制するとともに着火性を向上させることが可能となる。

ダクト長が短いダクトほど、着火位置の延長効果が小さい。このため、第二ダクトは、第一ダクトと比較して内燃機関の冷間時の着火性が高い。第１の発明によれば、加熱装置は第一ダクトを加熱せずに第二ダクトを加熱するように構成されている。このような構成によれば、第二ダクトの着火性をより一層向上させることができる。これにより、第一ダクトを通過させて着火位置を延長させた噴霧と、第二ダクトを通過させて着火性を向上させた噴霧の同時形成が可能なため、スモークの抑制と着火性の向上との両立が可能となる。

ダクト内径が大きいダクトほど、着火位置の延長効果が小さい。このため、大径ダクトは、小径ダクトと比較して内燃機関の冷間時の着火性が高い。第２の発明によれば、加熱装置は、小径ダクトを加熱せずに大径ダクトを加熱するように構成されている。このような構成によれば、大径ダクトの着火性をより一層向上させることができる。これにより、小径ダクトを通過させて着火位置を延長させた噴霧と、大径ダクトを通過させて着火性を向上させた噴霧の同時形成が可能なため、スモークの抑制と着火性の向上との両立が可能となる。

熱伝導率が高いダクトほど、着火位置の延長効果が小さい。このため、高熱伝導率ダクトは、低熱伝導率ダクトと比較して内燃機関の冷間時の着火性が高い。第３の発明によれば、加熱装置は、低熱伝導率ダクトを加熱せずに高熱伝導率ダクトを加熱するように構成されている。このような構成によれば、高熱伝導率ダクトの着火性をより一層向上させることができる。これにより、低熱伝導率ダクトを通過させて着火位置を延長させた噴霧と、高熱伝導率ダクトを通過させて着火性を向上させた噴霧の同時形成が可能なため、スモークの抑制と着火性の向上との両立が可能となる。

ダクト長が短いダクトほど、着火位置の延長効果が小さい。このため、第二ダクトは、第一ダクトと比較して内燃機関の冷間時の着火性が高い。第５の発明によれば、加熱装置は第二ダクトの出口部に露出して設けられている。このような構成によれば、第二ダクトを通過した燃料噴霧の着火性をより一層向上させることができる。これにより、第一ダクトを通過させて着火位置を延長させた噴霧と、第二ダクトを通過させて着火性を向上させた噴霧の同時形成が可能なため、スモークの抑制と着火性の向上との両立が可能となる。

第４の発明によれば、内燃機関は、複数のダクトのうちの低着火性ダクトの出口に露出せずに高着火性ダクトの出口に露出した加熱装置を備えている。これにより、当該高着火性ダクトを通過した燃料噴霧を加熱することができる。これにより、低着火性ダクトを通過させて着火位置を延長させた噴霧と、高着火性ダクトを通過させて着火性を向上させた噴霧の同時形成が可能なため、スモークの抑制と着火性の向上との両立が可能となる。

ダクト内径が大きいダクトほど、着火位置の延長効果が小さい。このため、大径ダクトは、小径ダクトと比較して内燃機関の冷間時の着火性が高い。第６の発明によれば、加熱装置は、大径ダクトの出口部に露出して設けられている。このような構成によれば、大径ダクトの着火性をより一層向上させることができる。これにより、小径ダクトを通過させて着火位置を延長させた噴霧と、大径ダクトを通過させて着火性を向上させた噴霧の同時形成が可能なため、スモークの抑制と着火性の向上との両立が可能となる。

熱伝導率が高いダクトほど、着火位置の延長効果が小さい。このため、高熱伝導率ダクトは、低熱伝導率ダクトと比較して内燃機関の冷間時の着火性が高い。第７の発明によれば、加熱装置は、高熱伝導率ダクトの出口部に露出して設けられている。このような構成によれば、高熱伝導率ダクトの着火性をより一層向上させることができる。これにより、低熱伝導率ダクトを通過させて着火位置を延長させた噴霧と、高熱伝導率ダクトを通過させて着火性を向上させた噴霧の同時形成が可能なため、スモークの抑制と着火性の向上との両立が可能となる。

ダクトを通過しない燃料噴霧は、ダクトを通過する燃料噴霧と比較して内燃機関の冷間時の着火性が高い。第８の発明によれば、ダクトを通過しない燃料噴霧を加熱装置によって加熱することができるので、ダクトを通過しない燃料噴霧の着火性をより一層向上させることができる。これにより、ダクトを通過させて着火位置を延長させた噴霧と、ダクトを通過させずに着火性を向上させた噴霧の同時形成が可能なため、スモークの抑制と着火性の向上との両立が可能となる。

実施の形態１に係る内燃機関の燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。図１中の内燃機関をＡ－Ａ線で切断して内部構造を側面側から模式的に透視した図である。実施の形態１のエンジンが備える制御装置の概略構成を示す図である。比較例のエンジンのグロープラグの配置を説明するための模式図である。図４に示す比較例のエンジンの低回転速度時の燃焼室内の気流の影響を下面側から模式的に透視した図である。図４に示す比較例のエンジンの高回転速度時の燃焼室内の気流の影響を下面側から模式的に透視した図である。実施の形態１のエンジンのグロープラグの配置を説明するための模式図である。実施の形態１のエンジンの高回転速度時の燃焼室内の気流の影響を下面側から模式的に透視した図である。実施の形態２に係るエンジンの燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。図９中のエンジンをＢ－Ｂ線で切断して内部構造を側面側から模式的に透視した図である。実施の形態２の変形例に係るエンジンの燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。図１１中のエンジンをＣ－Ｃ線で切断して内部構造を側面側から模式的に透視した図である。実施の形態３に係るエンジンの燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。実施の形態３の変形例としてのエンジンの内部構造を側面側から模式的に透視した図である。実施の形態４に係るエンジンの燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。実施の形態５に係るエンジンの燃焼室の内部構造を側面側から模式的に透視した図である。実施の形態５の変形例としてのエンジンの内部構造を側面側から模式的に透視した図である。実施の形態６に係るエンジンの燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。実施の形態６の変形例としてのエンジンの内部構造を側面側から模式的に透視した図である。実施の形態６の変形例としてのエンジンの燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。実施の形態７に係るエンジンの燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。実施の形態８に係るエンジンの燃焼室の内部構造を側面側から模式的に透視した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
実施の形態１について図を参照して説明する。

［実施の形態１の構成］
図１は、実施の形態１に係る内燃機関の燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。また、図２は、図１中の内燃機関をＡ－Ａ線で切断して内部構造を側面側から模式的に透視した図である。実施の形態１の内燃機関２は、複数気筒を備えた圧縮自着火式の内燃機関（以下、単に「エンジン」と称する）である。なお、図１及び図２では、エンジン２が備える複数の気筒のうちの１つの気筒の内部構造を示している。

図１及び図２に示すように、エンジン２は、シリンダヘッド４とシリンダブロック６とを備えている。シリンダブロック６にはシリンダボア６２が形成されている。図示しないピストンは、シリンダボア６２の内部に配置されている。シリンダヘッド４、シリンダボア６２及びピストンの頂面で囲まれた空間には、燃焼室８が形成されている。

燃焼室８を形成するシリンダヘッド４の天面部４２には、吸気バルブ及び排気バルブ（何れも図示せず）が、それぞれ２つずつ配置されている。天面部４２の中央には、燃料噴射ノズル１６が配置されている。より詳しくは、天面部４２の中央には、気筒中心軸線Ｌ１を中心軸として、燃料噴射ノズル１６を固定するための取付穴４４が貫通している。燃料噴射ノズル１６は、ボデー１６１の内部にニードル１６２を備えた構成を有している。燃料噴射ノズル１６には、燃焼室８のボア壁面に向かって均等に放射状に噴射される６つの噴孔１８が設けられている。燃料噴射ノズル１６は、先端の噴孔１８が燃焼室８内へ露出するように取付穴４４に固定されている。

実施の形態１のエンジン２は、シリンダヘッド４の天面部４２に固定されたダクト２０を備えている。ダクト２０は、入口２０２から出口２０４に向かって貫通する直線の中空管により構成されている。ダクト２０は、中空管の中心軸線が噴孔軸線Ｌ２と一致する位置になるように、６つの噴孔１８のそれぞれに対して設けられている。

実施の形態１のエンジン２は、その特徴的な構成として、ダクト２０を加熱するためのグロープラグ２２を備えている。グロープラグ２２は、ダクト２０を加熱する加熱装置の一例である。グロープラグ２２は、例えば、発熱部であるその先端部２２０がダクト２０に接触する又は近接する位置となるように、シリンダヘッド４に固定されている。

以上のように構成されるエンジン２は、制御装置１００によって制御される。図３は、実施の形態１のエンジンが備える制御装置の概略構成を示す図である。制御装置１００はＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。ＥＣＵ１００の処理回路は、少なくとも入出力インタフェース１０２と少なくとも１つのメモリ１０４と少なくとも１つのＣＰＵ（プロセッサ）１０６とを備えている。入出力インタフェース１０２は、エンジンに取り付けられた各種センサ５０からセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関が備えるアクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられている。ＥＣＵ１００が信号を取り込む各種センサ５０には、吸気通路に取り込まれた新気の流量を計測するためのエアフローメータ、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ等、エンジンの制御に必要な各種のセンサが含まれる。ＥＣＵ１００が操作信号を出すアクチュエータ５２には、上述したグロープラグ２２等の各種アクチュエータが含まれる。メモリ１０４には、内燃機関を制御するための各種の制御プログラム、マップ等が記憶されている。ＣＰＵ（プロセッサ）１０６は、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。

なお、制御装置１００の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも１つのメモリ１０４に格納される。少なくとも１つのプロセッサ１０６は、少なくとも１つのメモリ１０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置１００の各機能を実現する。少なくとも１つのプロセッサ１０６は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう。例えば、少なくとも１つのメモリ１０４は、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄ－ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク等である。

また、制御装置１００の処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェアを備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものである。制御装置１００の各部の機能がそれぞれ処理回路で実現されても良い。また、制御装置１００の各部の機能がまとめて処理回路で実現されても良い。

また、制御装置１００の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、他の一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、制御装置１００の各機能を実現する。

［実施の形態１の動作］
圧縮自着火式のエンジン２では、燃焼室８内に充填された空気が圧縮された状態で、燃料噴射ノズル１６から燃料が噴射される。噴射された燃料噴霧は、充填空気と混合されて燃料濃度の均質化が進められた後、自着火による燃焼が行われることが好ましい。しかしながら、例えば、ダクト２０を備えていない構成では、燃料噴射ノズル１６から噴射された燃料噴霧が、燃焼室８の熱を受けて逸早く過熱し、充填空気と十分に混合される前に自着火してしまうおそれがある。この場合、過濃燃料が燃焼することによるスモークの発生や、後燃え期間が長期化することによる熱効率の低下が問題となる。

これに対して、ダクト２０を備えた構成では、燃料噴射ノズル１６から噴射された燃料噴霧が入口２０２からダクト２０の内部へと導入される。ダクト２０内に燃料を通過させるとダクト２０内を通過させない場合に比べて強いペネトレーション（貫徹力）の効果が得られる。これにより、燃焼室８のボア壁面付近の充填空気を効率よく活用することができる。

このように、実施の形態１のエンジン２によれば、噴射された燃料噴霧がダクト２０を通過する過程で、自着火を抑制しながら燃料噴霧と充填空気との予混合を促進することができる。これにより、均質化される前の過濃燃料が自着火することによるスモークの発生を抑制することが可能となる。また、実施の形態１のエンジン２によれば、ダクト２０を通過する間の自着火が抑制されるため、自着火時期を遅らせることができる。これにより、後燃え期間が短縮されるので、熱効率の向上を図ることができる。

ここで、本出願の発明者は、上述のダクト２０についての以下の課題を認識した。それは、燃焼室８内にダクト２０を設置した場合、低外気温時やエンジン２の冷間時等、着火性が低下する運転条件においても、着火位置が燃焼室８のボア壁面寄りに延長されるということである。その結果、エンジン２の冷間時等には、燃料噴霧が着火前にボア壁面に衝突し、ＨＣの増加や失火を引き起こすおそれがある。

そこで、本出願の発明者は、グロープラグ等の加熱装置を用いて着火性を向上させる構成に着目した。図４は、比較例のエンジンのグロープラグの配置を説明するための模式図である。なお、この図に示す比較例のエンジンにおいて、実施の形態１のエンジンと共通する要素については同一の符号を付している。この図に示す比較例のエンジンでは、ダクト２０の下流側の空間に発熱部である先端部２２０が露出するようにグロープラグ２２が配置されている。このような配置によれば、ダクト２０を通過して出口２０４から拡散した燃料噴霧をグロープラグ２２の先端の発熱部によって加熱することができる。

しかしながら、この比較例のエンジンには、以下の課題がある。それは、ダクトを通過した燃料噴霧は、グロープラグ２２の先端部２２０による「点での加熱」になるということである。このような構成では、ダクトを通過した燃料噴霧の全体を加熱することができないため、依然としてＨＣの増加や失火の課題が残る。

また、比較例のグロープラグ２２の配置では、燃焼室内の気流の観点からも課題がある。図５は、図４に示す比較例のエンジンの低回転速度時の燃焼室内の気流の影響を下面側から模式的に透視した図である。また、図６は、図４に示す比較例のエンジンの高回転速度時の燃焼室内の気流の影響を下面側から模式的に透視した図である。なお、これらの図に示す比較例のエンジンにおいて、実施の形態１のエンジンと共通する要素については同一の符号を付している。図５に示すように、エンジンの低回転速度時には、例えば比較的弱い低スワール流が発生している場合がある。この場合、ダクト２０を通過した燃料噴霧は低スワール流を受けて気流の下流側に流される。また、図６に示すように、エンジンの高回転速度時には、例えば比較的強い高スワール流が発生している場合がある。この場合、ダクト２０を通過した燃料噴霧は高スワール流を受けて気流の下流側に大きく流される。

このように、ダクト２０を通過した燃料噴霧は、スワール流の影響を受けて気流下流側に流される。このため、これらの図に示すように、燃料噴霧とグロープラグによる加熱点との位置関係は、エンジンの運転条件に応じて変化してしまう。このため、種々の運転条件において、燃料噴霧とグロープラグ２２による加熱点との位置関係を最適化するためには、運転条件毎に燃料の噴射圧力や噴射時期等の適合を行うことが求められる。

このように、ダクト２０の下流側にグロープラグ２２を配置する比較例のエンジンでは、ダクト２０を通過した燃料噴霧の着火性を向上させる点において課題がある。

図７は、実施の形態１のエンジンのグロープラグの配置を説明するための模式図である。この図に示すように、実施の形態１のエンジン２では、先端の加熱部がダクト２０に接触又は近接するように、グロープラグ２２がシリンダヘッド４に固定されている。このような構成によれば、グロープラグ２２の先端部２２０の熱がダクト２０の全体に伝達される。これにより、ダクト２０を通過する燃料噴霧は、ダクト２０の内壁面全体から受熱する。これにより、グロープラグ２２から燃料噴霧への受熱が促進されるので、燃料噴霧の着火性を有効に向上させることができる。

図８は、実施の形態１のエンジンの高回転速度時の燃焼室内の気流の影響を下面側から模式的に透視した図である。この図に示すように、実施の形態１のエンジン２によれば、ダクト２０を通過する過程で燃料噴霧が加熱される。これにより、スワール流の影響を受ける前に燃料噴霧を加熱することが可能となるため、運転条件によらずに安定した燃料噴霧の加熱を実現することが可能となる。

このように、実施の形態１のエンジン２によれば、燃料噴霧の安定した加熱が可能となるため、ＨＣの増加及び失火の発生を効果的に抑制することが可能となる。

［実施の形態１の変形例］
実施の形態１のエンジン２は、以下のように変形した形態を採用してもよい。

ダクト２０の構成は、燃料噴射ノズル１６の噴孔１８から噴射された燃料噴霧が入口２０２から出口２０４へ通過するように構成されていれば、その形状、本数等に限定はない。例えば、複数の円筒形状のダクト２０が形成された円環形状の部材がシリンダヘッド４の天面部４２に取り付けられている構成でもよい。

制御装置１００は、エンジン２の運転条件に応じてグロープラグ２２の通電状態を制御するように構成されていてもよい。例えば、制御装置１００は、各種センサ５０の検出値に基づいてエンジン２の冷間時や低外気温時の期間を特定し、当該期間に限りグロープラグ２２への通電を行うように構成されていてもよい。これにより、不要な電力の消費を抑えることができるので、エネルギ効率の向上が可能となる。なお、この変形例は、後述する実施の形態２のエンジン２に対しても適用することができる。

グロープラグ２２は、複数のダクト２０の全てに設けられていなくてもよい。すなわち、グロープラグ２２は、複数のダクト２０のうちの少なくとも１つのダクト２０に対応して設けられていればよい。これにより、着火性の向上とエネルギ効率の向上との両立を図ることが可能となる。なお、この変形例は、後述する他の実施の形態のエンジンに対しても適用することができる。

ダクト２０を加熱する加熱装置はグロープラグ２２に限られない。すなわち、加熱装置は、ダクト２０を直接的に加熱することができるのであれば、例えば、ダクト２０の周囲に接触或いは近接して配置された熱線でもよい。なお、この変形例は、後述する他の実施の形態のエンジンに対しても適用することができる。

実施の形態２．
実施の形態２について図を参照して説明する。

［実施の形態２の構成］
図９は、実施の形態２に係るエンジンの燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。また、図１０は、図９中のエンジンをＢ－Ｂ線で切断して内部構造を側面側から模式的に透視した図である。なお、図９及び図１０において、図１又は図２と共有する要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図９及び図１０に示すように、実施の形態２に係るエンジン２では、ダクト２０がシリンダヘッド４の内部に構成されている。より詳しくは、ダクト２０は、取付穴４４の側面に設けられた入口２０２から天面部４２に設けられた出口２０４に向かってシリンダヘッド４の内部を貫通する直線の貫通孔によって構成されている。また、ダクト２０は、貫通孔の中心軸線が噴孔軸線Ｌ２と一致する位置になるように構成されている。実施の形態２のエンジン２では、６つの噴孔１８の噴孔軸線Ｌ２に対してそれぞれダクト２０が設けられている。

複数のダクト２０のうちの少なくとも１つには、グロープラグ２２が設けられている。グロープラグ２２は、例えば、発熱部であるその先端部２２０がダクト２０に接触する又は近接する位置となるように、シリンダヘッド４に固定されている。

［実施の形態２の動作］
実施の形態２のエンジン２では、シリンダヘッド４の内部に形成されているダクト２０を、グロープラグ２２によって加熱することができる。ダクト２０を通過する燃料噴霧は、ダクト２０の内壁面全体から受熱する。これにより、グロープラグ２２から燃料噴霧への受熱が促進されるので、エンジン２の冷間時の燃料噴霧の着火性を有効に向上させることができる。

また、実施の形態２のエンジン２では、ダクト２０がシリンダヘッド４の内部に形成されているため、部品点数を削減しつつエンジン２の冷間時の燃料噴霧の着火性を向上させることができる。

［実施の形態２の変形例］
実施の形態２のエンジン２は、以下のように変形した形態を採用してもよい。

ダクト２０を加熱する加熱装置は、グロープラグ２２に限られない。図１１は、実施の形態２の変形例に係るエンジンの燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。また、図１２は、図１１中のエンジンをＣ－Ｃ線で切断して内部構造を側面側から模式的に透視した図である。なお、図１１及び図１２において、図１又は図２と共有する要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

この図に示すように、加熱装置は、ダクト２０を直接的に加熱することができるのであれば、例えば、ダクト２０の天面部４２に設けられた円環状の発熱体２２２として構成されていてもよい。発熱体２２２は、通電を受けて発熱するヒータとして構成されている。発熱体２２２は、制御装置１００によって制御される。例えば、発熱体２２２は、始動時のプレヒート期間において、３５０℃以上となるようにダクト２０の出口２０４を加熱する。このような構成によれば、ダクト２０に付着したデポジットを燃焼させるとともに、エンジン２の冷間時の燃料噴霧の着火性を有効に向上させることができる。

実施の形態３．
実施の形態３について図を参照して説明する。

［実施の形態３の構成］
図１３は、実施の形態３に係るエンジンの燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。なお、図１３において、図１と共有する要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１３に示すように、実施の形態３に係るエンジン２では、複数のダクト２０は、複数の第一ダクト２０６と単一の第二ダクト２０７とを含んでいる。第二ダクト２０７は、第一ダクト２０６よりもダクト長が短くなるように構成されている。そして、グロープラグ２２は、第二ダクト２０７に対応して設けられている。

［実施の形態３の特徴］
ダクト長が短いダクトほど、着火位置の延長効果が小さい。このため、第二ダクト２０７は、第一ダクト２０６と比較してエンジン２の冷間時の着火性が高い。実施の形態３のエンジン２によれば、グロープラグ２２が第二ダクト２０７に対応して設けられているため、第二ダクト２０７の着火性をより一層向上させることができる。これにより、第一ダクト２０６を通過させて着火位置を延長させた噴霧と、第二ダクト２０７を通過させて着火性を向上させた噴霧の同時形成が可能なため、スモークの抑制と着火性の向上との両立が可能となる。

［実施の形態３の変形例］
実施の形態３のエンジン２は、以下のように変形した形態を採用してもよい。

第二ダクト２０７は複数個設けてもよい。この場合、グロープラグ２２は、複数の第二ダクト２０７のうちの少なくとも１つに対応して設ける構成であればよい。

第二ダクト２０７及び第一ダクト２０６は、シリンダヘッド４の内部に形成された貫通孔として構成されていてもよい。図１４は、実施の形態３の変形例としてのエンジンの内部構造を側面側から模式的に透視した図である。この図に示すように、第二ダクト２０７及び第一ダクト２０６は、シリンダヘッド４の内部の貫通孔として構成されている。そして、第二ダクト２０７は天面部４２側から座繰り穴２０８を加工することによってダクト長を第一ダクト２０６よりも短くしている。このような構成によっても、第二ダクト２０７及び第一ダクト２０６を形成することができる。

実施の形態４．
実施の形態４について図を参照して説明する。

［実施の形態４の構成］
図１５は、実施の形態４に係るエンジンの燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。なお、図１５において、図１と共有する要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１５に示すように、実施の形態４に係るエンジン２では、複数のダクト２０のうちの１つがダクト内径の大きい大径ダクト２１０として構成され、その他のダクト２０が大径ダクト２１０よりも内径の小さい小径ダクト２１２として構成されている。そして、グロープラグ２２は、大径ダクト２１０に対応して設けられている。

［実施の形態４の特徴］
ダクト内径が大きいダクトほど、着火位置の延長効果が小さい。このため、大径ダクト２１０は、小径ダクト２１２と比較してエンジン２の冷間時の着火性が高い。実施の形態４のエンジン２によれば、グロープラグ２２が大径ダクト２１０に対応して設けられているため、大径ダクト２１０の着火性をより一層向上させることができる。これにより、小径ダクト２１２を通過させて着火位置を延長させた噴霧と、大径ダクト２１０を通過させて着火性を向上させた噴霧の同時形成が可能なため、スモークの抑制と着火性の向上との両立が可能となる。

［実施の形態４の変形例］
実施の形態４のエンジン２は、以下のように変形した形態を採用してもよい。

大径ダクト２１０は複数個設けてもよい。この場合、グロープラグ２２は、複数の大径ダクト２１０のうちの少なくとも１つに対応して設ける構成であればよい。

大径ダクト２１０及び小径ダクト２１２は、シリンダヘッド４の内部に形成された貫通孔として構成されていてもよい。

実施の形態４の大径ダクト２１０は、更に実施の形態３の第二ダクト２０７としての構成を兼ね備えていてもよい。

実施の形態５．
実施の形態５について図を参照して説明する。

［実施の形態５の構成］
図１６は、実施の形態５に係るエンジンの燃焼室の内部構造を側面側から模式的に透視した図である。なお、図１６において、図１と共有する要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１６に示すように、実施の形態５に係るエンジン２では、複数のダクト２０のうちの１つが熱伝導率の高い材料で形成された高熱伝導率ダクト２１４として構成され、その他のダクト２０が高熱伝導率ダクト２１４よりも熱伝導率が低い材料で形成された低熱伝導率ダクト２１６として構成されている。そして、グロープラグ２２は、高熱伝導率ダクト２１４に対応して設けられている。高熱伝導率ダクト２１４の材料としては、例えば、アルミニウムを用いることができる。また、低熱伝導率ダクト２１６の材料としては、例えば、クロム鋼やステンレスを用いることができる。

［実施の形態５の特徴］
高熱伝導率ダクト２１４は、低熱伝導率ダクト２１６と比較してエンジン２の冷間時の着火性が高い。実施の形態５のエンジン２によれば、グロープラグ２２が高熱伝導率ダクト２１４に対応して設けられているため、高熱伝導率ダクト２１４の着火性をより一層向上させることができる。これにより、低熱伝導率ダクト２１６を通過させて着火位置を延長させた噴霧と、高熱伝導率ダクト２１４を通過させて着火性を向上させた噴霧の同時形成が可能なため、スモークの抑制と着火性の向上との両立が可能となる。

［実施の形態５の変形例］
実施の形態５のエンジン２は、以下のように変形した形態を採用してもよい。

高熱伝導率ダクト２１４は複数個設けてもよい。この場合、グロープラグ２２は、複数の高熱伝導率ダクト２１４のうちの少なくとも１つに対応して設ける構成であればよい。

高熱伝導率ダクト２１４及び低熱伝導率ダクト２１６は、シリンダヘッド４の内部に形成された貫通孔として構成されていてもよい。図１７は、実施の形態５の変形例としてのエンジンの内部構造を側面側から模式的に透視した図である。この図に示すように、高熱伝導率ダクト２１４及び低熱伝導率ダクト２１６は、シリンダヘッド４の内部の貫通孔として構成されている。シリンダヘッド４は、高熱伝導部材であるアルミニウムによって構成されている。そして、低熱伝導率ダクト２１６の周囲のシリンダヘッド４の天面部４２及び取付穴４４の側面は、低熱導電率部材であるクロム鋼によって形成された表面処理層２１７によって覆われている。このような構成によっても、高熱伝導率ダクト２１４及び低熱伝導率ダクト２１６を形成することができる。

実施の形態５のエンジン２は、実施の形態１から４の何れかのエンジンの構成と組み合わせて構成してもよい。

実施の形態６．
実施の形態６について図を参照して説明する。

［実施の形態６の構成］
図１８は、実施の形態６に係るエンジンの燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。なお、図１８において、図１３と共有する要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１８に示すように、実施の形態６に係るエンジン２では、複数のダクト２０のうちの１つがダクト長の短い第二ダクト２０７として構成され、その他のダクト２０が第二ダクト２０７よりもダクト長が長い第一ダクト２０６として構成されている。そして、グロープラグ２２は、第二ダクト２０７の下流側（出口側）の燃焼室に露出して設けられている。

［実施の形態６の特徴］
ダクト長が短いダクトほど、着火位置の延長効果が小さい。このため、第二ダクト２０７は、第一ダクト２０６と比較してエンジン２の冷間時の着火性が高い。つまり、第一ダクト２０６は低着火性ダクトに相当し、第二ダクト２０７は、第一ダクト２０６よりも着火性の高い高着火性ダクトに相当する。実施の形態６のエンジン２によれば、高着火性ダクトである第二ダクト２０７を通過した燃料噴霧をグロープラグ２２によって加熱することができるので、第二ダクト２０７を通過した燃料噴霧の着火性をより一層向上させることができる。これにより、第一ダクト２０６を通過させて着火位置を延長させた噴霧と、第二ダクト２０７を通過させて着火性を向上させた噴霧の同時形成が可能なため、スモークの抑制と着火性の向上との両立が可能となる。

［実施の形態６の変形例］
実施の形態６のエンジン２は、以下のように変形した形態を採用してもよい。

また、第二ダクト２０７及び第一ダクト２０６は、シリンダヘッド４の内部に形成された貫通孔として構成されていてもよい。図１９は、実施の形態６の変形例としてのエンジンの内部構造を側面側から模式的に透視した図である。この図に示すように、第二ダクト２０７及び第一ダクト２０６は、シリンダヘッド４の内部の貫通孔として構成されている。そして、第二ダクト２０７は天面部４２側から座繰り穴２０８を加工することによってダクト長を第一ダクト２０６よりも短くしている。グロープラグ２２の先端部２２０は、第二ダクト２０７の出口２０４に露出するように配置されている。このような構成によっても、第二ダクト２０７及び第一ダクト２０６を形成することができる。

実施の形態６のエンジン２は、第二ダクト２０７を設けない構成でもよい。図２０は、実施の形態６の変形例としてのエンジンの燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。なお、図２０において、図１８と共有する要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図２０に示すように、実施の形態６の変形例に係るエンジン２では、第二ダクト２０７を配置していない。そして、グロープラグ２２は、第二ダクト２０７を配置していない噴孔からの燃料噴霧に露出するように設けられている。

ダクトを通過しない燃料噴霧は、ダクトを通過する燃料噴霧と比較してエンジン２の冷間時の着火性が高い。実施の形態６の変形例に係るエンジン２によれば、ダクトを通過しない燃料噴霧をグロープラグ２２によって加熱することができるので、着火性を向上させることができる。これにより、第一ダクト２０６を通過させて着火位置を延長させた噴霧と、ダクトを通過させずに着火性を向上させた噴霧の同時形成が可能なため、スモークの抑制と着火性の向上との両立が可能となる。

実施の形態７．
実施の形態７について図を参照して説明する。

［実施の形態７の構成］
図２１は、実施の形態７に係るエンジンの燃焼室の内部構造を下面側から模式的に透視した図である。なお、図２１において、図１５と共有する要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図２１に示すように、実施の形態７に係るエンジン２では、複数のダクト２０のうちの１つがダクト内径の大きい大径ダクト２１０として構成され、その他のダクト２０が大径ダクト２１０よりも内径の小さい小径ダクト２１２として構成されている。そして、グロープラグ２２は、大径ダクト２１０の出口２０４から噴射される燃料噴霧に露出するように設けられている。

［実施の形態７の特徴］
ダクト内径が大きいダクトほど、着火位置の延長効果が小さい。このため、大径ダクト２１０は、小径ダクト２１２と比較してエンジン２の冷間時の着火性が高い。つまり、小径ダクト２１２は低着火性ダクトに相当し、大径ダクト２１０は、小径ダクト２１２よりも着火性の高い高着火性ダクトに相当する。実施の形態７のエンジン２によれば、高着火性ダクトである大径ダクト２１０を通過した燃料噴霧をグロープラグ２２によって加熱することができるので、大径ダクト２１０を通過した燃料噴霧の着火性をより一層向上させることができる。これにより、小径ダクト２１２を通過させて着火位置を延長させた噴霧と、大径ダクト２１０を通過させて着火性を向上させた噴霧の同時形成が可能なため、スモークの抑制と着火性の向上との両立が可能となる。

［実施の形態７の変形例］
実施の形態７のエンジン２は、以下のように変形した形態を採用してもよい。

実施の形態７のエンジン２は、実施の形態６のエンジンの構成と組み合わせて構成してもよい。

実施の形態８．
実施の形態８について図を参照して説明する。

［実施の形態８の構成］
図２２は、実施の形態８に係るエンジンの燃焼室の内部構造を側面側から模式的に透視した図である。なお、図２２において、図１６と共有する要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図２２に示すように、実施の形態８に係るエンジン２では、複数のダクト２０のうちの１つが熱伝導率の高い材料で形成された高熱伝導率ダクト２１４として構成され、その他のダクト２０が高熱伝導率ダクト２１４よりも熱伝導率が低い材料で形成された低熱伝導率ダクト２１６として構成されている。そして、グロープラグ２２は、高熱伝導率ダクト２１４の出口２０４から噴射される燃料噴霧に露出するように設けられている。

［実施の形態８の特徴］
高熱伝導率ダクト２１４は、低熱伝導率ダクト２１６と比較してエンジン２の冷間時の着火性が高い。つまり、低熱伝導率ダクト２１６は低着火性ダクトに相当し、高熱伝導率ダクト２１４は、低熱伝導率ダクト２１６よりも着火性の高い高着火性ダクトに相当する。実施の形態８のエンジン２によれば、グロープラグ２２が高着火性ダクトである高熱伝導率ダクト２１４を通過した燃料噴霧をグロープラグ２２によって加熱することができるので、高熱伝導率ダクト２１４を通過した燃料噴霧の着火性をより一層向上させることができる。これにより、低熱伝導率ダクト２１６を通過させて着火位置を延長させた噴霧と、高熱伝導率ダクト２１４を通過させて着火性を向上させた噴霧の同時形成が可能なため、スモークの抑制と着火性の向上との両立が可能となる。

［実施の形態８の変形例］
実施の形態８のエンジン２は、以下のように変形した形態を採用してもよい。

高熱伝導率ダクト２１４は複数個設けてもよい。この場合、グロープラグ２２は、複数の高熱伝導率ダクト２１４のうちの少なくとも１つに対応して設ける構成であればよい。また、高熱伝導率ダクト２１４及び低熱伝導率ダクト２１６は、シリンダヘッド４の内部に形成された貫通孔として構成されていてもよい。この場合、シリンダヘッド４は、高熱伝導部材であるアルミニウムによって構成し、低熱伝導率ダクト２１６の周囲のシリンダヘッド４の天面部４２及び取付穴４４の側面は、低熱導電率部材であるクロム鋼によって形成された表面処理層によって覆われるようにすればよい。このような構成によっても、高熱伝導率ダクト２１４及び低熱伝導率ダクト２１６を形成することができる。

実施の形態８のエンジン２は、実施の形態６又は７のエンジンの構成と組み合わせて構成してもよい。

２内燃機関（エンジン）
４シリンダヘッド
６シリンダブロック
８燃焼室
１６燃料噴射ノズル
１８噴孔
２０ダクト
２２グロープラグ
４２天面部
４４取付穴
５０各種センサ
５２アクチュエータ
６２シリンダボア
１００制御装置
１０２入出力インタフェース
１０４メモリ
１０６プロセッサ
１６１ボデー
１６２ニードル
２０２入口
２０４出口
２０６第一ダクト
２０７第二ダクト
２０８座繰り穴
２１０大径ダクト
２１２小径ダクト
２１４高熱伝導率ダクト
２１６低熱伝導率ダクト
２１７表面処理層
２２２発熱体

Claims

圧縮された燃焼室に燃料を噴射することにより燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関において、
燃料を噴射する複数の噴孔を有し、前記複数の噴孔が前記内燃機関のシリンダヘッドから前記燃焼室へ露出するように設けられた燃料噴射ノズルと、
入口及び出口が前記燃焼室に露出するように構成された複数の中空のダクトと、を備え、
前記複数のダクトは、前記燃料噴射ノズルの前記複数の噴孔から噴射された燃料噴霧がそれぞれ前記入口から前記出口へ通過するように構成され、
前記複数のダクトのうちの少なくとも１つを加熱する加熱装置を備え、
前記複数のダクトは、
第一ダクトと、
前記第一ダクトよりもダクト長が短い第二ダクトと、を含んで構成され、
前記加熱装置は、前記第一ダクトを加熱せずに前記第二ダクトを加熱するように構成されていることを特徴とする内燃機関。
圧縮された燃焼室に燃料を噴射することにより燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関において、
燃料を噴射する複数の噴孔を有し、前記複数の噴孔が前記内燃機関のシリンダヘッドから前記燃焼室へ露出するように設けられた燃料噴射ノズルと、
入口及び出口が前記燃焼室に露出するように構成された複数の中空のダクトと、を備え、
前記複数のダクトは、前記燃料噴射ノズルの前記複数の噴孔から噴射された燃料噴霧がそれぞれ前記入口から前記出口へ通過するように構成され、
前記複数のダクトのうちの少なくとも１つを加熱する加熱装置を備え、
前記複数のダクトは、
小径ダクトと、
前記小径ダクトよりも内径が大きい大径ダクトと、を含んで構成され、
前記加熱装置は、前記小径ダクトを加熱せずに前記大径ダクトを加熱するように構成されていることを特徴とする内燃機関。
圧縮された燃焼室に燃料を噴射することにより燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関において、
燃料を噴射する複数の噴孔を有し、前記複数の噴孔が前記内燃機関のシリンダヘッドから前記燃焼室へ露出するように設けられた燃料噴射ノズルと、
入口及び出口が前記燃焼室に露出するように構成された複数の中空のダクトと、を備え、
前記複数のダクトは、前記燃料噴射ノズルの前記複数の噴孔から噴射された燃料噴霧がそれぞれ前記入口から前記出口へ通過するように構成され、
前記複数のダクトのうちの少なくとも１つを加熱する加熱装置を備え、
前記複数のダクトは、
低熱伝導率ダクトと、
前記低熱伝導率ダクトよりも熱伝導率の高い高熱伝導率ダクトと、を含んで構成され、
前記加熱装置は、前記低熱伝導率ダクトを加熱せずに前記高熱伝導率ダクトを加熱するように構成されていることを特徴とする内燃機関。
圧縮された燃焼室に燃料を噴射することにより燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関において、
燃料を噴射する複数の噴孔を有し、前記複数の噴孔が前記内燃機関のシリンダヘッドから前記燃焼室へ露出するように設けられた燃料噴射ノズルと、
入口及び出口が前記燃焼室に露出するように構成された複数の中空のダクトと、を備え、
前記複数のダクトは、前記燃料噴射ノズルの前記複数の噴孔から噴射された燃料噴霧がそれぞれ前記入口から前記出口へ通過するように構成され、
前記複数のダクトは、
通過した燃料噴霧の着火性が異なる低着火性ダクトと、高着火性ダクトと、を含んで構成され、
前記低着火性ダクトの前記出口に露出せずに前記高着火性ダクトの前記出口に露出した加熱装置を備えることを特徴とする内燃機関。
前記高着火性ダクトは、前記低着火性ダクトに比べてダクト長が短くなるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
前記高着火性ダクトは、前記低着火性ダクトに比べて内径が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関。
前記高着火性ダクトは、前記低着火性ダクトに比べて熱伝導率が高くなるように構成されていることを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載の内燃機関。
圧縮された燃焼室に燃料を噴射することにより燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関において、
燃料を噴射する複数の噴孔を有し、前記噴孔が前記内燃機関のシリンダヘッドから前記燃焼室へ露出するように設けられた燃料噴射ノズルと、
入口及び出口が前記燃焼室に露出するように設けられ、前記燃料噴射ノズルの前記噴孔から噴射された燃料噴霧が前記入口から前記出口へ通過するように構成された中空のダクトと、を備え、
前記複数の噴孔は、前記燃料噴霧が前記燃焼室のボア壁面に向かって放射状に噴射されるように設けられ、
前記ダクトは、前記複数の噴孔の一部に対応して配置され、
前記複数の噴孔のうち、前記ダクトが配置されていない噴孔から噴射された燃料噴霧を加熱する加熱装置を備えることを特徴とする内燃機関。