JP2001164979A - 圧縮自己着火式ガソリン内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮自己着火燃焼に必要な熱エネルギーとし
て利用する内部ＥＧＲガス量の低下と冷却損失の低下を
図る。 【解決手段】 吸，排気バルブ６，８のマイナスオーバ
ーラップによって燃焼室４内に残留した内部ＥＧＲガス
が、新気のスワール流によって燃焼室４内の中央部に分
布し、その周囲に新気が分布して層状化されることによ
り、内部ＥＧＲガスの高温が維持されるため、圧縮自己
着火燃焼に必要な内部ＥＧＲガス量を低減できて熱効率
を高められ、また、燃焼室４の外周部に分布した新気層
が遮熱層となって冷却損失を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧縮自己着火式ガソ
リン内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮自己着火燃焼は燃焼室の多点で燃焼
が開始されるため燃焼速度が速く、通常の火花点火燃焼
に較べて空燃比がリーンな状態でも安定した燃焼を実現
することができて燃料消費率の向上が可能であり、ま
た、空燃比がリーンなため燃焼温度が低下することか
ら、排気ガス中のＮＯx を大幅に低減することもでき
る。

【０００３】また、高回転・高負荷領域では通常の火花
点火燃焼を行わせ、低回転・低中負荷領域では前記火花
点火燃焼から圧縮自己着火燃焼に燃焼形態を切替えるこ
とにより、高回転・高負荷時の高出力確保と、低回転・
低中負荷時の燃料消費率向上，ＮＯx の低減化の両立を
図ることができる。

【０００４】ガソリンのような自己着火性の低い燃料を
用いて圧縮自己着火燃焼を行わせる場合、残留ガスの持
つ熱エネルギーを利用することが有効であり、これは例
えば特開平１０−２６６８７８号公報に示されているよ
うに排気行程から吸気行程に移行する際に、排気バルブ
と吸気バルブがともに閉となる密閉期間を設けて、残留
ガスを積極的に生じさせる所謂内部ＥＧＲを行わせるこ
とで実現される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧縮自己着
火燃焼による燃料消費率の向上を更に有効なものとする
ためには、燃焼中における燃焼ガスから燃焼室壁面への
冷却損失を低減することが重要となる。

【０００６】これは、圧縮自己着火燃焼では筒内ガス密
度が高いため燃焼ガスから燃焼室壁面への熱伝達率が高
くなり、低温の燃焼と言えども冷却損失として失うエネ
ルギーの比率はあまり低下しないためである。

【０００７】しかしながら、前記従来の構成にあっては
燃料が吸気ポートに噴射されて新気と混合した状態で燃
焼室内に導入され、燃焼室内に残留した内部ＥＧＲガス
と均一に混合するようになるため、内部ＥＧＲガスによ
る燃焼開始時点でのガス温度が高い上に、燃焼室壁面近
傍でも発熱が行われ、この結果、燃焼室壁面への冷却損
失の低減が図れず、圧縮自己着火燃焼による燃料消費率
の向上効果が十分に得られなくなってしまう。

【０００８】また、内部ＥＧＲガスは作動ガスの比熱比
を低下させるため、発生した熱エネルギーの圧力への変
換が妨げられ、機関の熱効率を低下させてしまう要因と
なるが、前記従来の構成では混合気と内部ＥＧＲガスと
を均一に混合させることから、圧縮自己着火燃焼発生の
ためには内部ＥＧＲガス量を多量に必要とし、従って、
このことによっても圧縮自己着火燃焼による燃料消費率
の向上効果を十分に果せなくなってしまう。

【０００９】そこで、本発明は圧縮自己着火燃焼に必要
な内部ＥＧＲガス量を低下させることができると共に、
冷却損失を低下させて、圧縮自己着火燃焼による燃料消
費率の向上効果を高めることができる圧縮自己着火式ガ
ソリン内燃機関を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にあって
は、ピストンの圧縮作用により燃焼室内の混合気を自己
着火して燃焼させる圧縮自己着火式ガソリン内燃機関に
おいて、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備
えると共に、排気バルブの閉時期（ＥＶＣ）が排気行程
途中で吸気バルブの開時期（ＩＶＯ）が吸気行程途中と
なるマイナスオーバーラップのバルブタイミングに制御
可能な動弁機構を備え、圧縮自己着火運転領域で吸，排
気バルブのバルブタイミングを前記マイナスオーバーラ
ップに設定して排気の一部を内部ＥＧＲガスとして残留
させる一方、新気を燃焼室内へスワール流として導入し
て、前記内部ＥＧＲガス層を燃焼室内の中央に分布させ
ると共にその周囲に新気を分布させて内部ＥＧＲガスと
新気とを層状化させ、前記燃料噴射弁により燃料を主と
して前記層状化した内部ＥＧＲガス層に噴射，分布させ
て、圧縮行程で自己着火燃焼を行わせるようにしたこと
を特徴としている。

【００１１】請求項２の発明にあっては、請求項１に記
載の圧縮自己着火運転領域における燃料噴射弁の燃料噴
射時期を、吸気行程後半から圧縮行程の期間中に設定し
たことを特徴としている。

【００１２】請求項３の発明にあっては、請求項１に記
載の圧縮自己着火運転領域における燃料噴射弁の燃料噴
射時期を、吸，排気バルブのマイナスオーバーラップ期
間中と、吸気行程後半から圧縮行程の期間中とに２回設
定したことを特徴としている。

【００１３】請求項４の発明にあっては、請求項１に記
載の圧縮自己着火運転領域における燃料噴射弁の燃料噴
射時期を、低負荷から中負荷域で吸，排気バルブのマイ
ナスオーバーラップ期間中と、吸気行程後半から圧縮行
程の期間中とに２回設定すると共に、中負荷域では負荷
の上昇に伴って２回目の燃料噴射時期を早め、かつ、高
負荷域では燃料噴射時期を吸気行程後半から圧縮行程の
期間中の１回に設定したことを特徴としている。

【００１４】請求項５の発明にあっては、請求項１〜４
に記載の圧縮自己着火運転領域における吸，排気バルブ
のマイナスオーバーラップ期間を負荷の上昇とともに短
くなるように制御し、かつ、所定の負荷以上となった時
に外部ＥＧＲガスを新気に混入して燃焼室に流入させる
ようにしたことを特徴としている。

【００１５】請求項６の発明にあっては、請求項１〜５
に記載の圧縮自己着火式ガソリン機関において、ピスト
ン冠面の略中央部に凹部を設けると共に、吸気バルブ配
置側および又は排気バルブ配置側からシリンダヘッド略
中央に向けてスキッシュ流を発生させるスキッシュ発生
手段を設けたことを特徴としている。

【００１６】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、燃焼室
内で内部ＥＧＲガス層を中央にしてその周囲に新気を分
布させて、これら内部ＥＧＲガス層と新気とを層状化さ
せ、そして、主としてこの内部ＥＧＲガス層に燃料を噴
射するため燃焼は燃焼室中央の内部ＥＧＲガスが多い部
分で発生し、かつ、シリンダヘッド近傍に分布する温度
の低い新気層が燃焼ガスと燃焼室壁面との間に遮熱層を
形成することで冷却損失の低減が図れる。

【００１７】また、このように内部ＥＧＲガスは新気と
均一に混らずに高温が維持されて燃料を自己着火可能な
温度まで上昇させ、圧縮自己着火燃焼に必要な内部ＥＧ
Ｒガス量を少なくすることができるため熱効率を改善で
き、前記冷却損失を低減できることと相俟って燃料消費
率を一段と向上することができる。

【００１８】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の発明の効果に加えて、内部ＥＧＲガス層と新気層との
層状化が安定する吸気行程後半から圧縮行程の期間中に
この内部ＥＧＲガス層に燃料を噴射，分布させるため、
燃焼室中央部分での燃焼発生をより確実に行わせること
ができる。

【００１９】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
の発明の効果に加えて、吸，排気バルブのマイナスオー
バーラップ期間中、即ち、燃焼室内に高温の内部ＥＧＲ
ガスを閉じ込めた直後に１回目の燃料噴射を行わせるこ
とによってラジカルを生成，増殖させることができ、そ
して、吸気行程でのスワール発生によりこのラジカルを
生成，増殖させた内部ＥＧＲガス層を中央にしてその周
囲に新気層を分布させて層状化するためラジカルが良好
に保持され、この内部ＥＧＲガス層と新気層との層状化
が安定する吸気行程後半から圧縮行程の期間中に、この
ラジカルが保持された内部ＥＧＲガス層に２回目の燃料
噴射を行わせるため、燃焼室中央部分での燃焼発生をよ
り確実に行わせて圧縮自己着火燃焼を安定化することが
できると共に、圧縮自己着火燃焼に必要な内部ＥＧＲガ
ス量を更に少なくすることができる。

【００２０】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
の発明の効果に加えて、圧縮自己着火運転領域でも低負
荷から中負荷域では吸，排気バルブのマイナスオーバー
ラップ期間中、即ち、燃焼室内に高温の内部ＥＧＲガス
を閉じ込めた直後に１回目の燃料噴射を行わせることに
よって燃料の部分的酸化を促し、燃料を改質することが
でき、そして、吸気行程でのスワール発生によりこの改
質燃料を含む内部ＥＧＲガス層を中央にしてその周囲に
新気層を分布させて層状化するため燃料が改質された状
態で良好に保持され、この内部ＥＧＲガス層と新気層と
の層状化が安定する吸気行程後半から圧縮行程の期間中
にこの改質燃料が保持された内部ＥＧＲガス層に２回目
の燃料噴射を行わせるため、少量の燃料であっても燃焼
室中央部分での燃焼発生をより確実に行わせて圧縮自己
着火燃焼を安定化させることができると共に、圧縮自己
着火燃焼に必要な内部ＥＧＲガス量を更に少なくするこ
とができる。

【００２１】しかも、中負荷域では負荷の上昇に伴って
２回目の燃料噴射時期を早めるため、燃焼室内の過度な
燃料の集中による燃焼温度の上昇を抑制して、ＮＯx 発
生量の増加を回避することができる。

【００２２】更に、高負荷域では燃料噴射時期を前記吸
気行程後半から圧縮行程の期間中の１回に設定するた
め、自己着火燃焼の発生時期が過早となるのを回避する
ことができる。

【００２３】この結果、低負荷域から高負荷域に亘る広
い負荷範囲でより安定した圧縮自己着火燃焼を行わせる
ことができる。

【００２４】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
〜４の発明の効果に加えて、圧縮自己着火運転領域にお
ける吸，排気バルブのマイナスオーバーラップ期間を負
荷の上昇とともに短くし、所定の負荷以上では外部ＥＧ
Ｒガスを新気に混入して燃焼室に流入させるため、例え
ば低負荷から中負荷域では負荷に応じて自己着火を生じ
させるのに必要な最適な内部ＥＧＲガス量を確保でき、
かつ、高負荷域では燃焼室中央部分において確実に自己
着火を生じさせると共に冷えた外部ＥＧＲガスを燃焼室
内の外周部に分布させて急激な燃焼を抑制できるため、
更に広い負荷範囲で安定した圧縮自己着火燃焼を行わせ
ることができる。

【００２５】請求項６に記載の発明によれば、請求項１
〜５の発明の効果に加えて、ピストン冠面の略中央部に
凹部を設けてあるため、スワール流の保存性を高められ
ると共に必要な燃焼室容積を確保することができる。

【００２６】また、スキッシュ発生手段によるスキッシ
ュ流の発生によって、燃焼室内の外周部に分布した冷え
た新気がシリンダヘッド壁面と中央の内部ＥＧＲガス層
との間に進入するため、燃焼ガスの遮熱領域が広がって
冷却損失の低減効果を増大することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面と
共に詳述する。

【００２８】図１，２において、１はシリンダブロッ
ク、２はピストン、３はシリンダヘッド、４はこれらシ
リンダブロック１，ピストン２，およびシリンダヘッド
３により形成された燃焼室を示す。

【００２９】シリンダヘッド３は２つの吸気ポート５と
これら吸気ポート５を開閉する吸気バルブ６、およびこ
れら吸気ポート５，吸気バルブ６と対向的に配置された
２つの排気ポート７とこれら排気ポート７を開閉する排
気バルブ８を備え、一側の吸気ポート５から吸気して他
側の排気ポート７から排気するクロスフローポート構造
としてある。

【００３０】吸気バルブ６と排気バルブ８はそれぞれ吸
気カム９と排気カム１０を介して図外のバルブ駆動系に
より開閉される。

【００３１】このバルブ駆動系はエンジンコントロール
ユニット２３により開閉時期可変手段１１，１２を介し
て吸，排気バルブ６，８の開閉時期を制御可能な構成と
してあり、機関の低中負荷域では実質的な圧縮比の変
更、内部ＥＧＲガス量等を制御し、圧縮自己着火運転が
可能な高温，高圧状態を実現できる構成としている。

【００３２】吸気ポート５の上流には吸気管１３が接続
されており、該吸気管１３には一方の吸気ポート５に対
応した位置にスワール制御バルブ１４を付設して、新気
を燃焼室４へ導入する際にスワール流の制御を可能とし
てある。

【００３３】吸気管１３のスワール制御バルブ１４より
も上流には空気量調整用スロットルバルブ１５と、図外
の吸気量測定用エアフローメータ，エアクリーナ等を設
けてある。

【００３４】スワール制御バルブ１４，スロットルバル
ブ１５は、それぞれエンジンコントロールユニット２３
により開度可変手段１６，１７を介してバルブ開度を制
御可能としてある。

【００３５】排気ポート７の下流には排気マニホルド１
８が接続されており、該排気マニホルド１８と前記吸気
管１３とをＥＧＲ通路１９により連通すると共に、該Ｅ
ＧＲ通路１９の途中にエンジンコントロールユニット２
３により開度制御されるＥＧＲ制御バルブ２０を設け
て、吸気管１３に導入する外部ＥＧＲガス量を制御可能
としてある。

【００３６】一方、シリンダヘッド３には燃焼室４内の
略中心位置に臨んで、燃料ポンプ２２から供給されるガ
ソリン燃料を直接燃焼室４内に噴射する燃料噴射弁２１
を設けてある。

【００３７】また、この燃料噴射弁２１の近傍には点火
プラグ２３を設けて、圧縮自己着火運転領域以外の非圧
縮自己着火運転領域、例えば高回転・高負荷運転時に
は、該点火プラグ２３によって火花点火燃焼を行わせる
ようにしている。

【００３８】エンジンコントロールユニット２４には、
機関運転条件を示す信号として、機関の回転数信号，ク
ランク角度信号，負荷信号，空気量信号，吸気温度信
号，排気温度信号，燃圧信号，油水温信号等が入力さ
れ、これら各種の入力信号に基いて演算処理を行って前
記吸，排気バルブ６，８のバルブタイミング、スワール
制御バルブ１４，スロットルバルブ１５，ＥＧＲ制御バ
ルブ２０の各バルブ開度、燃料噴射弁２１の燃料噴射量
と燃料噴射時期、および点火プラグ２３の点火時期をそ
れぞれ後述するように適切に制御するようにしてある。

【００３９】図３，４はピストン２の冠面の構造を示し
ており、該ピストン２の冠面の略中央部には略球面状の
凹部２５を設けてあり、吸気行程で燃焼室４内に形成さ
れた流動勢力をこの凹部２５により圧縮行程の後期まで
強いまま保存し得ると共に、該凹部２６により必要な燃
焼室容積を確保し得るようにしてある。

【００４０】また、前記凹部２５の周囲のピストン冠面
はペントルーフタイプの燃焼室４を形成するシリンダヘ
ッド３の略山形の傾斜面に合わせて傾斜成形して、吸気
バルブ６の配置側および排気バルブ８の配置側から該シ
リンダヘッド３の略中央に向けてスキッシュ流を発生さ
せるスキッシュエリア２６を形成している。

【００４１】図９の（イ），（ロ）は前記吸，排気バル
ブ６，８のバルブタイミングの可変制御の一例を示して
おり、火花点火運転時は通常の４サイクルガソリン機関
と同様に排気バルブ８（ＥＸＨ）の閉弁時期（ＥＶＣ）
と吸気バルブ６（ＩＮＴ）の開弁時期（ＩＶＯ）とがピ
ストン上死点（ＴＤＣ）付近となって所要のバルブオー
バーラップ（Ｏ／Ｌ）に設定される。

【００４２】圧縮自己着火運転時は火花点火運転時に対
して排気バルブ８の閉弁時期（ＥＶＣ）が進角して排気
行程中途に閉弁すると共に、吸気バルブ６の開弁時期
（ＩＶＯ）が遅角して吸気行程中途に開弁するように制
御されて、ピストン上死点付近におけるバルブオーバー
ラップは全く存在せず、マイナスオーバーラップ状態に
設定される。

【００４３】このように圧縮自己着火運転時にマイナス
オーバーラップを成すバルブタイミングとすることによ
り、排気バルブ８が排気行程中途にて閉弁されてその時
点での燃焼室容積に相当する高温の既熱ガスを燃焼室４
内に滞留させて次サイクルへの内部ＥＧＲガスとし、次
サイクルでは吸気行程途中で吸気バルブ６が開弁して新
気が吸入され、この内部ＥＧＲガスの熱エネルギーの有
効利用により後述するようにリーン空燃比での圧縮自己
着火燃焼がピストン上死点付近で実現される。

【００４４】一方、火花点火運転時は前述のように通常
の４サイクルガソリン機関と同様のバルブタイミングに
戻され、新気を吸気・圧縮して点火プラグ２３により火
花点火し、火炎伝播によって燃焼させる。

【００４５】次に本実施形態における動作について詳述
する。

【００４６】図２は圧縮自己着火運転時における新気と
内部ＥＧＲガスとの成層化過程の状態を示している。

【００４７】圧縮自己着火運転時は前述のように吸，排
気バルブ６，８のバルブタイミングがマイナスオーバー
ラップに設定され、これにより燃焼室４内に高温の既燃
ガスが内部ＥＧＲガスＧとして閉じ込められる。

【００４８】また、スロットルバルブ１５が全開される
と共にスワール制御バルブ１４が全閉されて２つの吸気
ポート５，５のうち一方を閉鎖し、吸気行程で他方の吸
気ポート５から矢印Ａで示すように新気が燃焼室４内に
スワール流Ｓとして流入する。

【００４９】この他方の吸気ポート５は場合によってヘ
リカルポートとして構成してスワール強さを増大し得る
ようにしてもよい。

【００５０】燃焼室４内に流入した新気はシリンダ壁面
に沿って流動して燃焼室４内に旋回流を生じさせる。

【００５１】内部ＥＧＲガスＧは高温低密度のガスであ
るのに対して、新気Ａは低温高密度のガスであるため、
前記旋回流により生じる遠心力は内部ＥＧＲガスＧより
も大きくなる。

【００５２】この結果、図５の（イ）に示すように新気
Ａは燃焼室４内の外周に分布し、内部ＥＧＲガスＧは燃
焼室中心部分に分布してこれら新気Ａと内部ＥＧＲガス
Ｇとが層状化される。

【００５３】そして、吸気行程の後半から圧縮行程の前
半で燃焼室中心に配置した燃料噴射弁２１より燃料Ｆを
噴射することにより、必然的にこの燃料Ｆは燃焼室中央
部分の前記高温の内部ＥＧＲガスＧ層に分布され、ピス
トン上死点付近で圧縮自己着火燃焼が行われる。

【００５４】このように燃焼室４内で内部ＥＧＲガスＧ
層を中央にしてその周囲に新気Ａを分布させて層状化
し、この内部ＥＧＲガスＧ層に燃料Ｆを噴射，分布させ
て圧縮自己着火燃焼を行わせることにより、燃焼は燃焼
室中央の内部ＥＧＲガスＧが多い部分で発生し、シリン
ダヘッド３の近傍では温度の低い新気Ａが燃焼ガスと燃
焼室壁面との間で遮熱層を形成して冷却損失を低減する
ことができる。

【００５５】また、内部ＥＧＲガスＧは新気Ａと均一に
混らずに高温が維持されて燃料を自己着火可能な温度ま
で上昇させ、圧縮自己着火燃焼に必要な内部ＥＧＲガス
量を少なくすることができる。

【００５６】この結果、図７に示すように熱効率は、従
来の内部ＥＧＲガス，新気，燃料がほぼ均一な混合気で
圧縮自己着火燃焼を行わせた場合（ｂ線）に対して、本
実施形態ではａ線で示すように冷却損失低減分および比
熱比増加分に相当する拡大幅αで熱効率を高められ、燃
料消費率の改善を実現することができる。

【００５７】また、本実施形態では内部ＥＧＲガスＧ層
と新気Ａ層との層状化が安定化する吸気行程後半から圧
縮行程の期間中にこの内部ＥＧＲガスＧ層に燃料Ｆを噴
射，分布させるため、燃焼室中央部分での燃焼発生を確
実に行わせて、圧縮自己着火燃焼を安定化することがで
きる。

【００５８】更に、圧縮行程後半では図５の（ロ）に示
すようにスキッシュエリア２６によって押し出された新
気Ａがシリンダヘッド３面に沿って燃焼室４の中心に向
かってスキッシュ流Ｓ・Ａとして流れ、燃焼室４内の外
周部に分布した冷えた新気がシリンダヘッド３の壁面と
中央の内部ＥＧＲガスＧ層との間に進入するため、燃焼
ガスの遮熱領域が広がって冷却損失の低減効果を高める
ことができる。

【００５９】前記燃料噴射弁２１による燃料噴射は、図
６に示すように吸，排気バルブ６，８のマイナスオーバ
ーラップ期間中に１回目の噴射を行って、２回目の噴射
を前記図５に示したように吸気行程後半から圧縮行程前
半に行わせるようにしてもよい。

【００６０】このように吸，排気バルブ６，８のマイナ
スオーバーラップ期間中、即ち、燃焼室４内に高温の内
部ＥＧＲガスＧを閉じ込めた直後に１回目の燃料噴射を
行わせることによって自己着火が発生し易い状態に燃料
の部分的酸化を促して、燃料を改質することができる。

【００６１】そして、吸気行程でのスワール発生により
この改質燃料を含む内部ＥＧＲガス層を中央にしてその
周囲に新気層を分布させて層状化するため改質された燃
料が良好に保持され、この内部ＥＧＲガス層と新気層と
の層状化が安定する吸気行程後半から圧縮行程の期間中
に、この改質燃料が保持された内部ＥＧＲガス層に２回
目の燃料噴射を行わせるため、少量の燃料であっても燃
焼室中央部分での燃焼発生をより確実に行わせて圧縮自
己着火燃焼を安定化することができると共に、圧縮自己
着火燃焼に必要な内部ＥＧＲガス量を更に少なくするこ
とができる。

【００６２】ここで、前記圧縮自己着火運転領域での２
回に亘る燃料噴射時期の設定は図８に示すように機関の
低負荷から中負荷域で行って、中負荷域では負荷の上昇
に伴って２回目の燃料噴射時期を早め、そして、高負荷
域では燃料噴射時期を吸気行程後半から圧縮行程の期間
中の１回に設定される。

【００６３】また、この燃料噴射時期の制御と共に吸，
排気バルブ６，８のマイナスオーバーラップ期間（密閉
期間）は負荷の上昇と共に短くなるように制御し、かつ
高負荷域ではＥＧＲ制御バルブ２０を開弁して負荷の上
昇に伴って外部ＥＧＲガス量を増加し、外部ＥＧＲガス
を新気に混入して燃焼室４内に供給するように制御す
る。

【００６４】このように機関の低・中負荷域では前記２
回の燃料噴射時期設定によって圧縮自己着火燃焼を安定
化することができると共に、圧縮自己着火燃焼に必要な
内部ＥＧＲガス量を少なくすることができ、かつ、中負
荷域では負荷の上昇に伴って２回目の燃料噴射時期を早
めるため、燃焼室４内の過度な燃料の集中による燃焼温
度の上昇を抑制して、ＮＯx 発生量の増加を回避するこ
とができる。

【００６５】更に、高負荷域では燃料噴射時期を前記吸
気行程後半から圧縮行程の期間中の１回に設定すること
によって、自己着火燃焼の発生時期が過早となるのを回
避することができる。

【００６６】また、前記吸，排気バルブ６，８のマイナ
スオーバーラップ期間を負荷の上昇とともに短くし、高
負荷域では外部ＥＧＲガスを新気に混入して燃焼室４内
に流入させるため、低負荷から中負荷域では負荷に応じ
て自己着火を生じさせるのに必要な最適な内部ＥＧＲガ
ス量を確保でき、かつ、高負荷域では燃焼室中央部分に
おいて確実に自己着火を生じさせると共に冷えた外部Ｅ
ＧＲガスを燃焼室４内の外周部に分布させて急激な燃焼
を抑制することができる。

【００６７】この結果、低負荷域から高負荷域に亘る広
い負荷範囲でより安定した圧縮自己着火燃焼を行わせる
ことができ、特に高負荷域では急激な燃焼を抑制して緩
慢な圧縮自己着火燃焼を行わせるため、圧縮自己着火燃
焼の高負荷限界を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を概略的に示す断面説明
図。

【図２】本発明の一実施形態の圧縮自己着火運転時の吸
気過程における燃焼室内の新気と内部ＥＧＲガスとの分
布状態を示す略示的平面説明図。

【図３】本発明の一実施形態のピストンの平面図。

【図４】本発明の一実施形態のピストンの断面図。

【図５】本発明の一実施形態の圧縮自己着火運転時の作
動説明図で、（イ）は吸気行程を、（ロ）は圧縮行程を
示す。

【図６】吸，排気バルブのマイナスオーバーラップ期間
中に１回目の燃料噴射を行った場合の作動説明図。

【図７】圧縮自己着火燃焼による熱効率を説明するグラ
フ。

【図８】圧縮自己着火運転時の燃料噴射時期，外部ＥＧ
Ｒ率，内部ＥＧＲ量の制御マップ図。

【図９】吸，排気バルブのバルブタイミングの設定の一
例を示す図で、（イ）は火花点火運転時を、（ロ）は圧
縮自己着火運転時を示す。

【符号の説明】

１ シリンダブロック ２ ピストン ３ シリンダヘッド ４ 燃焼室 ６ 吸気バルブ ８ 排気バルブ １４ スワール制御バルブ １９ ＥＧＲ通路 ２０ ＥＧＲ制御バルブ ２１ 燃料噴射弁 ２５ ピストン冠面の凹部 ２６ スキッシュエリア

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 AA00 BA05 BA13 BA15 BA20 BA21 BA23 CA00 CA03 CA04 DA02 FA00 FA02 FA07 FA18 FA27 FA33 FA38 FA39 3G092 AA00 AA06 AA11 AB02 BB01 BB06 BB18 BB19 DA01 DA02 DA08 DA12 DC01 DC06 DC09 DE03Y FA24 GA03 GA05 GA06 HA01Z HA04Z HB03Z HD01Z HE01Z HE03Z HE04Z

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンの圧縮作用により燃焼室内の混
   合気を自己着火して燃焼させる圧縮自己着火式ガソリン
   内燃機関において、燃焼室内にスワール流を発生可能な
   吸気系と、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を
   備えると共に、排気バルブの閉時期（ＥＶＣ）が排気行
   程途中で吸気バルブの開時期（ＩＶＯ）が吸気行程途中
   となるマイナスオーバーラップのバルブタイミングに制
   御可能な動弁機構を備え、圧縮自己着火運転領域で吸，
   排気バルブのバルブタイミングを前記マイナスオーバー
   ラップに設定して排気の一部を内部ＥＧＲガスとして残
   留させる一方、新気を燃焼室内へスワール流として導入
   して、前記内部ＥＧＲガス層を燃焼室内の中央に分布さ
   せると共にその周囲に新気を分布させて内部ＥＧＲガス
   と新気とを層状化させ、前記燃料噴射弁により燃料を主
   として前記層状化した内部ＥＧＲガス層に噴射，分布さ
   せて、圧縮行程で自己着火燃焼を行わせるようにしたこ
   とを特徴とする圧縮自己着火式ガソリン内燃機関。
2. 【請求項２】 圧縮自己着火運転領域における燃料噴射
   弁の燃料噴射時期を、吸気行程後半から圧縮行程の期間
   中に設定したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮自
   己着火式ガソリン内燃機関。
3. 【請求項３】 圧縮自己着火運転領域における燃料噴射
   弁の燃料噴射時期を、吸，排気バルブのマイナスオーバ
   ーラップ期間中と、吸気行程後半から圧縮行程の期間中
   とに２回設定したことを特徴とする請求項１に記載の圧
   縮自己着火式ガソリン内燃機関。
4. 【請求項４】 圧縮自己着火運転領域における燃料噴射
   弁の燃料噴射時期を、低負荷から中負荷域で吸，排気バ
   ルブのマイナスオーバーラップ期間中と、吸気行程後半
   から圧縮行程の期間中とに２回設定すると共に、中負荷
   域では負荷の上昇に伴って２回目の燃料噴射時期を早
   め、かつ、高負荷域では燃料噴射時期を吸気行程後半か
   ら圧縮行程の期間中の１回に設定したことを特徴とする
   請求項１に記載の圧縮自己着火式ガソリン内燃機関。
5. 【請求項５】 圧縮自己着火運転領域における吸，排気
   バルブのマイナスオーバーラップ期間を負荷の上昇とと
   もに短くなるように制御し、かつ、所定の負荷以上とな
   った時に外部ＥＧＲガスを新気に混入して燃焼室に流入
   させるようにしたことを特徴とする請求項１〜４の何れ
   かに記載の圧縮自己着火式ガソリン内燃機関。
6. 【請求項６】 ピストン冠面の略中央部に凹部を設ける
   と共に、吸気バルブ配置側および又は排気バルブ配置側
   からシリンダヘッド略中央に向けてスキッシュ流を発生
   させるスキッシュ発生手段を設けたことを特徴とする請
   求項１〜５の何れかに記載の圧縮自己着火式ガソリン内
   燃機関。