JP2002106354A - 火花点火式直噴エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ペントルーフ形状のピストン冠面に吸気側に
オフセットしてキャビティを設け、吸気側に燃料噴射弁
を配置して、燃料噴霧をスワールによりキャビティ内で
点火プラグ周りに移送し成層燃焼させる火花点火式直噴
エンジンにおいて、成層度の確保と圧縮比低減を両立さ
せる。 【解決手段】 ピストン冠面のキャビティ２５の周縁の
点火プラグ７に対しスワール上流側で燃料噴射弁２６に
対しスワール下流側の側壁２７を、滑らかな円弧形状と
し、点火プラグ７に対しスワール下流側で燃料噴射弁２
６に対しスワール上流側の側壁２８は、ペントルーフの
稜線部分２４ａ近傍からスワール下流側に、キャビティ
径方向に膨出した形状の曲率の大きい膨出部分２８ａを
形成する。また、点火プラグ７に対しスワール下流側で
燃料噴射弁２６に対しスワール上流側の側壁２８の膨出
部分２８ａ周辺の冠面周縁部を、燃料噴射弁２６側の側
壁２９の高さと略同じ高さまでカットする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ内に直接
燃料を噴射してピストン頂部のキャビティ内にトラップ
し成層燃焼させる火花点火式直噴エンジン、特に過給機
付等の低圧縮比設定の火花点火式直噴エンジンに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ピストン頂部に点火プラグを包囲する配
置で凹陥状のキャビティを設けるとともに、該キャビテ
ィに向けてシリンダ内に直接燃料を噴射するよう燃料噴
射弁を配設し、低回転低負荷側の所定運転域においてシ
リンダ内にスワールを生成するとともに、燃料を圧縮上
死点前に噴射してピストン頂部のキャビティ内にトラッ
プし、燃料噴霧をスワールによって点火プラグの周りに
移送して、プラグ周りに可燃混合気を形成し、点火し成
層燃焼させる火花点火式直噴エンジン（直噴ガソリンエ
ンジンあるいは筒内噴射型火花点火式エンジンとも云
う。）が従来から知られている。特開平８−３５４２９
号公報記載のものはその一例である。また、特開２００
０−５４８９４号公報には、成層燃焼領域を有する過給
機付花点火式直噴エンジンが記載されている。

【０００３】上記直噴ガソリンエンジンは、例えばシリ
ンダヘッドの下面にクランク軸方向の稜線部分を挟んで
吸気側および排気側に傾斜面を構成するペントルーフ形
状の燃焼室凹部が形成され、その例えば稜線部分に点火
プラグが配設されるとともに、吸気側および排気側の傾
斜面に吸気ポートおよび排気ポートが形成されて、それ
ら吸気ポートおよび排気ポートに吸気弁および排気弁が
それぞれ配設され、また、ピストン冠面がシリンダヘッ
ドの燃焼室凹部に沿ったペントルーフ形状に形成され、
該ペントルーフ形状のピストン冠面（すなわち頂面）に
凹陥状のキャビティが設けられ、燃焼室凹部の周縁にキ
ャビティに向けて直接燃料を噴射するよう燃料噴射弁が
配設され、低回転低負荷の所定運転域において燃料噴射
弁から噴射された燃料が噴霧となってスワールによりキ
ャビティ内で点火プラグの周りに移送され、点火プラグ
周りに混合気が偏在し成層化するよう構成される。そし
て、燃料噴射弁は、排気側では排気弁による熱の影響や
カーボンの付着等があって信頼性に問題があるため、吸
気側に配設される。また、キャビティは、燃料噴射弁か
らの燃料噴霧がスワールに乗って略シリンダ軸線上の点
火プラグの近傍に運ばれるよう、シリンダ軸線近傍の点
火プラグを囲んで吸気側にオフセット（偏位）して設け
られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようにシリンダヘ
ッド下面の燃焼室凹部に沿ったペントルーフ形状のピス
トン冠面に吸気側にオフセットしてキャビティを設け、
吸気側に燃料噴射弁を配置して、所定運転域で燃料噴霧
をスワールによりキャビティ内で点火プラグの周りに移
送し、成層燃焼させるについては、キャビティ内に十分
なスワールを生成させることが必要であり、また、その
スワールに乗った燃料噴霧がキャビティ外へ流出するの
を抑制することが必要である。燃料噴霧は特に点火プラ
グに対しスワール上流でキャビティ周壁を越えて流出し
やすく、流出すると、点火プラグ周りへ混合気の偏在化
が崩れて成層度が低下し、リーン限界が低下して、燃費
が悪化する。

【０００５】ところで、火花点火式直噴エンジンを例え
ば過給機付とする場合のように、ノッキング抑制のため
圧縮比を低減する必要がある場合は、上記キャビティ内
でのスワールの生成を確保するとともに燃料噴霧の流出
を抑制し成層度を確保して燃費改善効果を維持しつつ、
圧縮比低減をいかにして実現するかが重要な問題とな
る。

【０００６】ピストン上死点位置を下げれば圧縮比は下
がるが、キャビティ内でのスワール生成を確保できず、
成層度を確保できない。

【０００７】したがって、シリンダヘッド下面の燃焼室
凹部に沿ったペントルーフ形状のピストン冠面に吸気側
にオフセットしてキャビティを設け、吸気側に燃料噴射
弁を配置して、所定運転域で燃料噴霧をスワールにより
キャビティ内で点火プラグの周りに移送し成層燃焼させ
る火花点火式直噴エンジンにおいて、成層度の確保と圧
縮比低減を両立させることが課題である。本発明はこの
ような課題を解決することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
シリンダヘッドの下面にクランク軸方向の稜線部分を挟
んで吸気側および排気側のシリンダボア周縁近傍に達す
る傾斜面を成すペントルーフ形状の燃焼室凹部が形成さ
れ、該燃焼室凹部の上記稜線部分に点火プラグが配設さ
れるとともに、吸気側および排気側の傾斜面に吸気ポー
トおよび排気ポートが形成されて、それら吸気ポートお
よび排気ポートに吸気弁および排気弁がそれぞれ配設さ
れ、ピストン冠面が上記シリンダヘッドの燃焼室凹部に
沿ったペントルーフ形状に形成され、該ペントルーフ形
状のピストン冠面にシリンダ軸線に対し吸気側に偏位し
排気側周縁が上記点火プラグよりも排気側となる凹陥状
のキャビティが設けられ、上記燃焼室凹部の吸気側に上
記キャビティに向けて直接燃料を噴射するよう燃料噴射
弁が配設され、シリンダ内にスワールを生成するスワー
ル生成手段が設けられ、該スワール生成手段により生成
されたスワールによって上記燃料噴射弁からの燃料噴霧
が上記キャビティ内の点火プラグの周りに移送され、該
点火プラグ周りに混合気が偏在し成層化するよう構成さ
れた火花点火式直噴エンジンにおいて、上記キャビティ
周縁の点火プラグに対しスワール上流側で燃料噴射弁に
対しスワール下流側の側壁を、平面視にて滑らかな円弧
形状とし、上記キャビティ周縁の点火プラグに対しスワ
ール下流側で燃料噴射弁よりスワール上流側の側壁を、
上記ペントルーフ形状のピストン冠面の稜線部分近傍の
中途部位からスワール下流側がキャビティ径方向に膨出
した形状としたものである。

【０００９】この場合、点火プラグに対しスワール上流
側の滑らかな円弧形状の側壁をガイドとしてキャビティ
内のスワール生成を促進できるとともに、スワール下流
側の側壁が膨出した分だけキャビティ容積が拡大するこ
とによって、圧縮比低減が可能となる。そして、キャビ
ティ容積の拡大により圧縮比を低減できるため、ピスト
ン上死点におけるピストン冠面とヘッド側燃焼室凹部内
面との間隙を小さくでき、それによって、キャビティ内
でのスワール生成を一層促進でき、また、キャビティ外
への燃料噴霧の流出を抑制できる。こうして成層度の確
保と圧縮比低減を共に達成できる。

【００１０】請求項２に係る発明は、請求項１に係る上
記構成の上記火花点火式直噴エンジンにおいて、キャビ
ティ周縁の点火プラグに対しスワール上流側で燃料噴射
弁に対しスワール下流側の側壁を、キャビティ周縁の点
火プラグに対しスワール下流側で燃料噴射弁に対しスワ
ール上流側の側壁の膨出部分に対して相対的に曲率の小
さい形状としたものである。

【００１１】こうすることにより、点火プラグに対しス
ワール上流側の側壁を滑らかな円弧形状とし、点火プラ
グに対しスワール下流側の側壁を所定部位でキャビティ
径方向に膨出した形状とすることができる。

【００１２】請求項３に係る発明は、請求項２に係る上
記構成の火花点火式直噴エンジンにおいて、キャビティ
を、膨出部分のキャビティ径方向最膨出部位が、キャビ
ティ周縁の点火プラグに対しスワール上流側で燃料噴射
弁に対しスワール下流側の側壁のペントルーフ稜線方向
対称部位に対して、ピストン冠面において相対的に外周
側に寄った配置としたものである。

【００１３】この構成により、キャビティ容積の確保と
スワール生成の確保の両立が容易となる。

【００１４】請求項４に係る発明は、請求項１に係る上
記構成の火花点火式直噴エンジンにおいて、キャビティ
周縁の点火プラグに対しスワール下流側で燃料噴射弁に
対しスワール上流側の側壁の、ペントルーフ形状のピス
トン冠面の稜線部分近傍の中途部位からスワール下流側
を、キャビティ周縁の点火プラグに対しスワール上流側
で燃料噴射弁に対しスワール下流側の側壁のペントルー
フ稜線方向対称部位に対して相対的に低くしたものであ
る。

【００１５】この場合、点火プラグに対しスワール上流
側の滑らかな円弧形状の側壁がガイドとなるのに加え
て、点火プラグに対しスワール上流側及び排気側の側壁
が高いことにより、キャビティ内でのスワール生成を一
層促進でき、また、キャビティ外への燃料噴霧の流出を
抑制して成層度を確保するようにできるとともに、スワ
ール下流側の側壁が膨出した分に、点火プラグに対しス
ワール下流側の側壁が低くなった分が加わって、キャビ
ティ容積が拡大することにより、圧縮比低減が一層容易
となる。そして、キャビティ容積の拡大により圧縮比を
低減できることにより、ピストン上死点におけるピスト
ン冠面とヘッド側燃焼室凹部内面との間隙を小さくで
き、それによって、キャビティ内でのスワール生成を一
層促進でき、また、キャビティ外への燃料噴霧の流出を
一層抑制できる。こうして成層度の確保と圧縮比低減を
共に達成できる。

【００１６】請求項５に係る発明は、シリンダヘッドの
下面にクランク軸方向の稜線部分を挟んで吸気側および
排気側のシリンダボア周縁近傍に達する傾斜面を成すペ
ントルーフ形状の燃焼室凹部が形成され、該燃焼室凹部
の上記稜線部分に点火プラグが配設されるとともに、吸
気側および排気側の傾斜面に吸気ポートおよび排気ポー
トが形成されて、それら吸気ポートおよび排気ポートに
吸気弁および排気弁がそれぞれ配設され、ピストン冠面
が上記シリンダヘッドの燃焼室凹部に沿ったペントルー
フ形状に形成され、該ペントルーフ形状のピストン冠面
にシリンダ軸線に対し吸気側に偏位し排気側周縁が上記
点火プラグよりも排気側となる凹陥状のキャビティが設
けられ、上記燃焼室凹部の吸気側に上記キャビティに向
けて直接燃料を噴射するよう燃料噴射弁が配設され、シ
リンダ内にスワールを生成するスワール生成手段が設け
られ、該スワール生成手段により生成されたスワールに
よって上記燃料噴射弁からの燃料噴霧が上記キャビティ
内の点火プラグの周りに移送され、該点火プラグ周りに
混合気が偏在し成層化するよう構成された火花点火式直
噴エンジンにおいて、上記キャビティ周縁の点火プラグ
に対しスワール下流側で燃料噴射弁に対しスワール上流
側の側壁の高さを、上記キャビティ周縁の点火プラグに
対しスワール上流側で燃料噴射弁に対しスワール下流側
の側壁の高さに対し、ペントルーフ稜線方向対称の所定
部位において相対的に低くしたものである。

【００１７】この場合、点火プラグに対しスワール上流
側の側壁が高く、キャビティ周縁排気側の側壁の高さも
確保されることにより、キャビティ内でのスワール生成
を促進でき、また、キャビティ外への燃料噴霧の流出を
抑制できて、成層度を確保できる。また、点火プラグに
対しスワール下流側の側壁が低くなった分だけキャビテ
ィ容積が拡大することにより、圧縮比低減が可能とな
る。そして、キャビティ容積の拡大により圧縮比を低減
できるため、ピストン上死点におけるピストン冠面とヘ
ッド側燃焼室凹部内面との間隙を小さくでき、それによ
って、キャビティ内でのスワール生成を一層促進でき、
また、キャビティ外への燃料噴霧の流出を一層抑制でき
る。こうして成層度の確保と圧縮比低減を共に達成でき
る。

【００１８】請求項６に係る発明は、請求項５に係る上
記構成の火花点火式直噴エンジンにおいて、キャビティ
周縁の点火プラグに対しスワール上流側で燃料噴射弁に
対しスワール下流側の側壁を、平面視にて滑らかな円弧
形状とし、上記キャビティ周縁の点火プラグに対しスワ
ール下流側で燃料噴射弁に対しスワール上流側の側壁
を、上記ペントルーフ形状のピストン冠面の稜線部分近
傍の中途部位からスワール下流側がキャビティ径方向に
膨出した形状としたものである。

【００１９】この場合、点火プラグに対しスワール上流
側及び排気側の側壁が高いことに加えて、点火プラグに
対しスワール上流側の滑らかな円弧形状の側壁がガイド
となるのことにより、キャビティ内でのスワール生成を
一層促進でき、また、キャビティ外への燃料噴霧の流出
を抑制して成層度を確保するようにできるとともに、点
火プラグに対しスワール下流側の側壁が低くなった分
に、スワール下流側の側壁が膨出した分が加わって、キ
ャビティ容積が拡大することにより、圧縮比低減が一層
容易となる。そして、キャビティ容積の拡大により圧縮
比を低減できることにより、ピストン上死点におけるピ
ストン冠面とヘッド側燃焼室凹部内面との間隙を小さく
でき、それによって、キャビティ内でのスワール生成を
一層促進でき、また、キャビティ外への燃料噴霧の流出
を一層抑制できる。こうして成層度の確保と圧縮比低減
を共に達成できる。

【００２０】請求項７に係る発明は、請求項５に係る上
記構成の火花点火式直噴エンジンにおいて、キャビティ
周縁の点火プラグに対しスワール下流側で燃料噴射弁に
対しスワール上流側の側壁の、ペントルーフ形状のピス
トン冠面の稜線部分近傍の中途部位からスワール下流側
を、キャビティ周縁の点火プラグに対しスワール上流側
で燃料噴射弁に対しスワール下流側の側壁のペントルー
フ稜線方向対称部位に対して相対的に低くしたものであ
る。

【００２１】キャビティ周縁側壁の高さを相対的に低く
する部位は、このようにペントルーフ形状のピストン冠
面の稜線部分近傍の中途部位からスワール下流側とする
のがよく、それにより、キャビティ排気側側壁の高さを
確保してスワール生成を確保するとともに、燃料噴霧の
流出を防止することができる。

【００２２】請求項８に係る発明は、請求項５に係る上
記構成の火花点火式直噴エンジンにおいて、キャビティ
周縁の点火プラグに対しスワール下流側で燃料噴射弁に
対しスワール上流側の側壁を、ペントルーフ形状のピス
トン冠面の稜線部分近傍の中途部位からスワール下流側
において、キャビティ周縁の燃料噴射弁側の側壁の高さ
と略同じ高さで、シリンダヘッド下面と略平行となる設
定としたものである。

【００２３】この構成により、圧縮比を大きく低減する
ことができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２５】（実施の形態１）図１は実施の形態１に係
る火花点火式直噴エンジンのシステム図、図２はピスト
ンの平面図、図３はＡ−Ａ断面図である。

【００２６】この実施の形態１の火花点火式直噴エンジ
ンは、ターボ過給機付エンジンで、図１に示すように、
エンジン本体１のシリンダ２の上部にシリンダヘッド３
が組み付けられ、シリンダ２内に上下方向すなわちシリ
ンダ軸線方向に往復動可能にピストン４が嵌装され、ピ
ストン４は、連結棒５を介してクランク軸（図示せず）
に連結される。

【００２７】シリンダヘッド３の下面には、シリンダ軸
線近傍を前後方向すなわちクランク軸方向に延びる稜線
部分を挟んで吸気側（図１において左側）及び排気側
（図１において右側）がそれぞれ傾斜しシリンダボア周
縁近傍に達する吸気側傾斜面と排気側傾斜面とを構成す
る所謂ペントルーフ形状の燃焼室凹部６が形成されてい
る。そして、その燃焼室凹部６の略シリンダ軸線上に点
火プラグ７が配設され、吸気側傾斜面の図１において前
後に略重なる位置に吸気ポート８が二つ形成され、排気
側傾斜面のやはり前後に略重なる位置に排気ポート９が
二つ形成され、それら吸気ポート８及び排気ポート９に
吸気弁１０及び排気弁１１がそれぞれ配設されている。
吸気弁１０及び排気弁１１は、シリンダヘッド３の上部
に配設される吸気用カム１２及び排気用カム１３によっ
てそれぞれ開閉駆動される。これら吸気用カム１２及び
排気用カム１３からなる動弁機構は、吸気側のバルブタ
イミングにより吸排気オーバーラップを調整する可変バ
ルブタイミング機構（ＶＶＴ）を備えたものである。

【００２８】エンジン本体１には吸気通路１４及び排気
通路１５が接続されている。そして、吸気通路１４に
は、ターボ過給機１６のブロア１７が配設され、その下
流にインタークーラ１８が配設され、インタークーラ１
８の下流にスロットル弁１９が配設されている。スロッ
トル弁１９は、モータ駆動される所謂エレキスロットル
である。

【００２９】また、排気通路１５には、ターボ過給機１
６のタービン２０が配設され、タービン２０を迂回する
バイパス通路２１に、負圧アクチュエータ２２により駆
動されるウエストゲート弁２３が配設されている。

【００３０】ピストン４の頂面（ピストン冠面）は、シ
リンダヘッド３下面の燃焼室凹部６に沿った稜線部分２
４ａを挟んで吸気側部分２４ｂと排気側部分２４ｃとが
左右周縁に向け下がった全体として中高のペントルーフ
を基本形状とするものである。そして、そのペントルー
フ形状のピストン冠面には、シリンダ軸線に対し吸気側
にオフセット（偏位）し排気側周縁が点火プラグ７より
も排気側となる、平面視にて図２に示すようにペントル
ーフの稜線方向（稜線部分２４ａの長手方向）に長い略
長円形で凹陥状のキャビティ２５が設けられている。

【００３１】そして、シリンダヘッド３には、燃焼室凹
部６の吸気側周縁に臨む位置に、ピストン冠面の上記キ
ャビティ２５に向けて直接燃料を噴射するよう噴口軸線
がシリンダ軸線と交差し斜め下方に所定の設置角をなす
設定で燃料噴射弁２６が配設されている。

【００３２】図示されていないが、スロットル弁１８の
下流で吸気通路１４は気筒毎の独立吸気通路に分岐し、
各独立吸気通路は更に二つの通路部分に分岐して気筒毎
の二つの吸気ポート８にそれぞれ接続され、それら二つ
の通路部分の一方に通路面積を制御する制御弁が設けら
れて、この一方の通路部分の制御弁を閉制御することに
より、他方の通路部分につながる吸気ポート８からの吸
気流動によりシリンダ２内に図２において反時計周り
（矢印で示す方向）のスワール（横渦）が生成されるよ
うになっている。つまり、二つの吸気ポート８と、上記
各通路部分及び上記制御弁とでスワール生成手段が構成
されている。そして、上記制御弁の開度によってスワー
ル強度が制御可能である。

【００３３】ピストン冠面の上記キャビティ２５は、上
述のようにペントルーフ稜線方向に長い略長円形であ
る。そして、図２に示すように、キャビティ２５の周縁
の点火プラグ７に対しスワール上流側で燃料噴射弁２６
に対しスワール下流側の側壁２７は、平面視にて滑らか
な所定曲率の円弧形状で、点火プラグ７に対しスワール
下流側で燃料噴射弁２６に対しスワール上流側の側壁２
８は、点火プラグ７に対しスワール上流側の側壁２７と
対称で略同じ曲率の円弧形状をベースとして、ピストン
冠面の稜線部分２４ａ近傍の中途部位からスワール下流
側に、キャビティ径方向に膨出した形状の相対的に曲率
の大きい膨出部分２８ａが形成されている。

【００３４】キャビティ２５は、上記膨出部分２８ａの
キャビティ径方向最膨出部位（図２において最上方側の
部位）が、キャビティ２５の周縁の点火プラグ７に対し
スワール上流側で燃料噴射弁２６に対しスワール下流側
の側壁２７のペントルーフ稜線方向対称部位（図２にお
いて最下方側の部位）に対して、ピストン冠面において
相対的に外周側に寄った配置となっている。

【００３５】また、図３に示すように、キャビティ２５
の周縁の点火プラグ７に対しスワール下流側で燃料噴射
弁２６に対しスワール上流側の側壁２８の、稜線部分２
４ａ近傍の中途部位からスワール下流側の上記膨出部分
２８ａは、キャビティ２５の周縁の点火プラグ７に対し
スワール上流側で燃料噴射弁２６に対しスワール下流側
の側壁２７のペントルーフ稜線方向対称部位に対して、
相対的に低く、この部分の冠面周縁部がキャビティ２５
の周縁の燃料噴射弁２６側の側壁２９の高さと略同じ高
さで、シリンダヘッド３の下面と略平行となるようカッ
トされた形状を呈している。

【００３６】ピストン冠面がこのように構成されたこと
により、点火プラグ７に対しスワール上流側の滑らかな
円弧形状の側壁２６がガイドとなり、また、点火プラグ
７に対しスワール上流側の側壁２６及び排気側の側壁３
０が高いことによって、キャビティ２５内でのスワール
生成が促進されるとともに、キャビティ２５外への燃料
噴霧の流出が抑制されて、成層度が確保される。

【００３７】また、点火プラグ７よりスワール下流側の
側壁２８の膨出部分２８ａによってキャビティ容積が拡
大し、また、膨出部分２８ａの周辺の冠面周縁部がキャ
ビティ２５の周縁の燃料噴射弁２６側の側壁２９の高さ
と略同じ高さまでカットされていることによってキャビ
ティ容積が一層拡大し、それが圧縮比低減に寄与する。

【００３８】そして、キャビティ容積の拡大により圧縮
比を低減できることにより、ピストン上死点におけるピ
ストン冠面と燃焼室凹部６内面との間隙を小さくでき、
それによって、キャビティ２５内でのスワール生成を一
層促進でき、また、キャビティ２５外への燃料噴霧の流
出を一層抑制できる。こうして成層度の確保と圧縮比低
減を共に達成できる。

【００３９】（実施の形態２）図４は実施の形態２のピ
ストンの平面図、図５はＡ−Ａ断面図である。

【００４０】この実施の形態２の火花点火式直噴エンジ
ンは、やはりターボ過給機付エンジンで、全体システム
は上記実際の形態１で説明した図１のとおりである。そ
して、ピストン４の頂面（ピストン冠面）は、やはりシ
リンダヘッド３下面の燃焼室凹部６に沿った稜線部分２
４ａを挟んで吸気側部分２４ｂと排気側部分２４ｃとが
左右周縁に向け下がった全体として中高のペントルーフ
を基本形状とし、そのピストン冠面には、図４に示すよ
うにやはりシリンダ軸線に対し吸気側にオフセット（偏
位）し排気側周縁が点火プラグ７よりも排気側となる、
平面視にてペントルーフの稜線方向（稜線部分２４ａの
長手方向）に長い略長円形で凹陥状のキャビティ２５が
設けられている。また、シリンダヘッド３の燃焼室凹部
６の吸気側周縁に臨む位置に、ピストン冠面の上記キャ
ビティ２５に向けて直接燃料を噴射するよう噴口軸線が
シリンダ軸線と交差し斜め下方に所定の設置角をなす設
定で燃料噴射弁２６が配設されている。そして、実施の
形態１と同様のスワール生成手段が設けられている。

【００４１】また、ペントルーフ稜線方向に長い略長円
形のキャビティ２５は、図４に示すように、やはりキャ
ビティ２５の周縁の点火プラグ７に対しスワール上流側
で燃料噴射弁２６に対しスワール下流側の側壁２７が、
平面視にて滑らかな所定曲率の円弧形状で、点火プラグ
７に対しスワール下流側で燃料噴射弁２６に対しスワー
ル上流側の側壁２８は、点火プラグ７に対しスワール上
流側の側壁２７と対称で略同じ曲率の円弧形状をベース
として、ピストン冠面の稜線部分２４ａ近傍の中途部位
からスワール下流側に、キャビティ径方向に膨出した形
状の相対的に曲率の大きい膨出部分２８ａが形成されて
いる。

【００４２】そして、やはりキャビティ２５は、上記膨
出部分２８ａのキャビティ径方向最膨出部位（図４にお
いて最上方側の部位）が、キャビティ２５の周縁の点火
プラグ７に対しスワール上流側で燃料噴射弁２６に対し
スワール下流側の側壁２７のペントルーフ稜線方向対称
部位（図４において最下方側の部位）に対して、ピスト
ン冠面において相対的に外周側に寄った配置となってい
る。

【００４３】また、図５に示すように、キャビティ２５
の周縁の点火プラグ７に対しスワール下流側で燃料噴射
弁２６に対しスワール上流側の側壁２８の、稜線部分２
４ａ近傍の中途部位からスワール下流側の上記膨出部分
２８ａは、この部分の冠面周縁部がキャビティ２５の周
縁の燃料噴射弁２６側の側壁２９の高さと略同じ高さ
で、シリンダヘッド３の下面と略平行となるようカット
された形状とされている。

【００４４】そして、この実施の形態２では、キャビテ
ィ２５の周縁の点火プラグ７に対しスワール上流側で燃
料噴射弁２６に対しスワール下流側の側壁２７の、稜線
部分２４ａ近傍の中途部位からスワール上流側の部分２
７ａの冠面周縁部が、図５に示すように稜線部分２４ａ
近傍で、点火プラグ７に対しスワール下流側の上記膨出
部分２８ａが稜線部分２４ａ近傍からいきなり低くなる
のに対し、相対的に緩やかな傾斜して低くなり、スワー
ル上流側でキャビティ２５の周縁の燃料噴射弁２６側の
側壁２９の高さと略同じ高さとなるようカットされてい
る。

【００４５】この場合も、点火プラグ７に対しスワール
上流側の滑らかな円弧形状の側壁２６がガイドとなっ
て、キャビティ２５内でのスワール生成が促進される。
また、排気側の側壁３０が高く、点火プラグ７に対しス
ワール上流側の側壁２７も排気側に近い部分で高さが確
保されることにより、スワール生成のガイド機能が損な
われることはなく、キャビティ２５外への燃料噴霧の流
出も抑制される。そのため、成層度が十分に確保され
る。

【００４６】そして、スワール下流側の側壁２８の膨出
部分２８ａによってキャビティ容積が拡大し、膨出部分
２８ａの周辺の冠面周縁部がキャビティ２５の周縁の燃
料噴射弁２６側の側壁２９の高さと略同じ高さまでカッ
トされているのに加えて、点火プラグ７に対しスワール
上流側の側壁２７のスワール上流側の部分２７ａの冠面
周縁部がカットされていることにより、キャビティ容積
が更に拡大し、それが圧縮比低減に大きく寄与する。

【００４７】そして、キャビティ容積の拡大により圧縮
比を低減できることにより、ピストン上死点におけるピ
ストン冠面と燃焼室凹部６内面との間隙を小さくでき、
それによって、キャビティ２５内でのスワール生成を一
層促進でき、また、キャビティ２５外への燃料噴霧の流
出を一層抑制できる。こうして成層度の確保と圧縮比低
減を共に達成できる。

【００４８】以上、過給機付火花点火式直噴エンジンの
例を説明したが、本発明は過給機無しの火花点火式直噴
エンジンに対しても適用できることは勿論である。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、シリンダヘッド下面の燃焼室凹部に沿ったペ
ントルーフ形状のピストン冠面に吸気側にオフセットし
てキャビティを設け、吸気側に燃料噴射弁を配置して、
所定運転域で燃料噴霧をスワールによりキャビティ内で
点火プラグの周りに移送し成層燃焼させる火花点火式直
噴エンジンにおいて、キャビティ内でのスワール生成と
噴霧移送に必要な、滑らかで高さのある排気側及びスワ
ール上流側の側壁を確保しつつ、キャビティ容積を拡大
し、また、冠面周縁部を低くすることができ、成層度確
保と圧縮比低減を両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る過給機付火花点火式
直噴エンジンのシステム図である。

【図２】実施の形態１のピストンの平面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】実施の形態２のピストンの平面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１ エンジン本体 ２ シリンダ ３ シリンダヘッド ４ ピストン ６ 燃焼室凹部 ７ 点火プラグ ８ 吸気ポート ９ 排気ポート １０ 吸気弁 １１ 排気弁 ２４ａ 稜線部分 ２４ｂ 吸気側部分 ２４ｃ 排気側部分 ２５ キャビティ ２６ 燃料噴射弁 ２７ スワール上流側の側壁 ２８ スワール下流側の側壁 ２８ａ 膨出部分 ２９ 燃料噴射弁側の側壁 ３０ 排気側の側壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸原 正志 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 藤井 幹公 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 荒木 啓二 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 山台 芳彰 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 中山 佳映 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA04 AA07 AB03 AC05 AD02 AD09 AD12 AF03 AG01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドの下面にクランク軸方向
   の稜線部分を挟んで吸気側および排気側のシリンダボア
   周縁近傍に達する傾斜面を成すペントルーフ形状の燃焼
   室凹部が形成され、該燃焼室凹部の上記稜線部分に点火
   プラグが配設されるとともに、吸気側および排気側の傾
   斜面に吸気ポートおよび排気ポートが形成されて、それ
   ら吸気ポートおよび排気ポートに吸気弁および排気弁が
   それぞれ配設され、 ピストン冠面が上記シリンダヘッドの燃焼室凹部に沿っ
   たペントルーフ形状に形成され、該ペントルーフ形状の
   ピストン冠面にシリンダ軸線に対し吸気側に偏位し排気
   側周縁が上記点火プラグよりも排気側となる凹陥状のキ
   ャビティが設けられ、 上記燃焼室凹部の吸気側に上記キャビティに向けて直接
   燃料を噴射するよう燃料噴射弁が配設され、 シリンダ内にスワールを生成するスワール生成手段が設
   けられ、該スワール生成手段により生成されたスワール
   によって上記燃料噴射弁からの燃料噴霧が上記キャビテ
   ィ内の点火プラグの周りに移送され、該点火プラグ周り
   に混合気が偏在し成層化するよう構成された火花点火式
   直噴エンジンにおいて、 上記キャビティ周縁の点火プラグに対しスワール上流側
   で燃料噴射弁に対しスワール下流側の側壁を、平面視に
   て滑らかな円弧形状とし、上記キャビティ周縁の点火プ
   ラグに対しスワール下流側で燃料噴射弁に対しスワール
   上流側の側壁を、上記ペントルーフ形状のピストン冠面
   の稜線部分近傍の中途部位からスワール下流側がキャビ
   ティ径方向に膨出した形状としたことを特徴とする火花
   点火式直噴エンジン。
2. 【請求項２】 上記キャビティ周縁の点火プラグに対し
   スワール上流側で燃料噴射弁に対しスワール下流側の側
   壁を、上記キャビティ周縁の点火プラグに対しスワール
   下流側で燃料噴射弁に対しスワール上流側の側壁の膨出
   部分に対して相対的に曲率の小さい形状としたことを特
   徴とする請求項１記載の火花点火式直噴エンジン。
3. 【請求項３】 上記キャビティは、上記膨出部分のキャ
   ビティ径方向最膨出部位が、上記キャビティ周縁の点火
   プラグに対しスワール上流側で燃料噴射弁に対しスワー
   ル下流側の側壁のペントルーフ稜線方向対称部位に対し
   て、ピストン冠面において相対的に外周側に寄った配置
   であることを特徴とする請求項２記載の火花点火式直噴
   エンジン。
4. 【請求項４】 上記キャビティ周縁の点火プラグに対し
   スワール下流側で燃料噴射弁に対しスワール上流側の側
   壁の、上記ペントルーフ形状のピストン冠面の稜線部分
   近傍の中途部位からスワール下流側を、上記キャビティ
   周縁の点火プラグに対しスワール上流側で燃料噴射弁に
   対しスワール下流側の側壁のペントルーフ稜線方向対称
   部位に対して相対的に低くしたことを特徴とする請求項
   １記載の火花点火式直噴エンジン。
5. 【請求項５】 シリンダヘッドの下面にクランク軸方向
   の稜線部分を挟んで吸気側および排気側のシリンダボア
   周縁近傍に達する傾斜面を成すペントルーフ形状の燃焼
   室凹部が形成され、該燃焼室凹部の上記稜線部分に点火
   プラグが配設されるとともに、吸気側および排気側の傾
   斜面に吸気ポートおよび排気ポートが形成されて、それ
   ら吸気ポートおよび排気ポートに吸気弁および排気弁が
   それぞれ配設され、 ピストン冠面が上記シリンダヘッドの燃焼室凹部に沿っ
   たペントルーフ形状に形成され、該ペントルーフ形状の
   ピストン冠面にシリンダ軸線に対し吸気側に偏位し排気
   側周縁が上記点火プラグよりも排気側となる凹陥状のキ
   ャビティが設けられ、 上記燃焼室凹部の吸気側に上記キャビティに向けて直接
   燃料を噴射するよう燃料噴射弁が配設され、 シリンダ内にスワールを生成するスワール生成手段が設
   けられ、該スワール生成手段により生成されたスワール
   によって上記燃料噴射弁からの燃料噴霧が上記キャビテ
   ィ内の点火プラグの周りに移送され、該点火プラグ周り
   に混合気が偏在し成層化するよう構成された火花点火式
   直噴エンジンにおいて、 上記キャビティ周縁の点火プラグに対しスワール下流側
   で燃料噴射弁に対しスワール上流側の側壁の高さを、上
   記キャビティ周縁の点火プラグに対しスワール上流側で
   燃料噴射弁に対しスワール下流側の側壁の高さに対し、
   ペントルーフ稜線方向対称の所定部位において相対的に
   低くしたことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
6. 【請求項６】 上記キャビティ周縁の点火プラグに対し
   スワール上流側で燃料噴射弁に対しスワール下流側の側
   壁を、平面視にて滑らかな円弧形状とし、上記キャビテ
   ィ周縁の点火プラグに対しスワール下流側で燃料噴射弁
   に対しスワール上流側の側壁を、上記ペントルーフ形状
   のピストン冠面の稜線部分近傍の中途部位からスワール
   下流側がキャビティ径方向に膨出した形状としたことを
   特徴とする請求項５記載の火花点火式直噴エンジン。
7. 【請求項７】 上記キャビティ周縁の点火プラグに対し
   スワール下流側で燃料噴射弁に対しスワール上流側の側
   壁の、上記ペントルーフ形状のピストン冠面の稜線部分
   近傍の中途部位からスワール下流側を、上記キャビティ
   周縁の点火プラグに対しスワール上流側で燃料噴射弁に
   対しスワール下流側の側壁のペントルーフ稜線方向対称
   部位に対して相対的に低くしたことを特徴とする請求項
   ５記載の火花点火式直噴エンジン。
8. 【請求項８】 上記キャビティ周縁の点火プラグに対し
   スワール下流側で燃料噴射弁に対しスワール上流側の側
   壁を、上記ペントルーフ形状のピストン冠面の稜線部分
   近傍の中途部位からスワール下流側において、上記キャ
   ビティ周縁の燃料噴射弁側の側壁の高さと略同じ高さ
   で、シリンダヘッド下面と略平行となる設定としたこと
   を特徴とする請求項５記載の火花点火式直噴エンジン。