JP2002188447A - 筒内直接噴射式内燃機関 - Google Patents
筒内直接噴射式内燃機関Info
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- F02B23/0696—W-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder wall
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
(57)【要約】
【課題】圧縮自己着火燃焼時に着火時期を遅らせること
で、筒内圧の上昇率を抑制し、圧縮自己着火燃焼領域の
高負荷側への拡大を可能にする。 【解決手段】ピストン冠面の中央に第１キャビティ４１
を形成し、その周囲に環状の第２キャビティ４２を形成
する一方、燃料噴射弁１０を、シリンダヘッド５の中央
にシリンダ軸方向が噴射方向となるように設ける。そし
て、圧縮行程後半から上死点近傍における噴射とそれ以
前の噴射との２回の燃料噴射によって、上死点近傍にお
いて第１キャビティ４１に濃い混合気１７を配し、第２
キャビティ４２に薄い混合気１８を配し、濃い混合気１
７を上死点後に火花点火によって燃焼させ、該燃焼によ
る発熱で薄い混合気１８を圧縮自己着火燃焼に至らしめ
る。
で、筒内圧の上昇率を抑制し、圧縮自己着火燃焼領域の
高負荷側への拡大を可能にする。 【解決手段】ピストン冠面の中央に第１キャビティ４１
を形成し、その周囲に環状の第２キャビティ４２を形成
する一方、燃料噴射弁１０を、シリンダヘッド５の中央
にシリンダ軸方向が噴射方向となるように設ける。そし
て、圧縮行程後半から上死点近傍における噴射とそれ以
前の噴射との２回の燃料噴射によって、上死点近傍にお
いて第１キャビティ４１に濃い混合気１７を配し、第２
キャビティ４２に薄い混合気１８を配し、濃い混合気１
７を上死点後に火花点火によって燃焼させ、該燃焼によ
る発熱で薄い混合気１８を圧縮自己着火燃焼に至らしめ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内直接噴射式内
燃機関に関し、特に、ガソリンのようなセタン価の低い
燃料を用いて圧縮自己着火燃焼を行わせる機関に関す
る。
燃機関に関し、特に、ガソリンのようなセタン価の低い
燃料を用いて圧縮自己着火燃焼を行わせる機関に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧縮自己着火燃焼を行う内燃機関
として、特開平１０−１９６４２４号公報に開示される
ものがあった。このものは、シリンダ内のピストンとは
別に、補助圧縮手段としてコントロールピストンを備
え、自己着火寸前の高温にまで圧縮された混合気に対
し、前記コントロールピストンによる圧縮をさらに加え
ることで、上記混合気を一斉に自己着火させる構成とな
っている。
として、特開平１０−１９６４２４号公報に開示される
ものがあった。このものは、シリンダ内のピストンとは
別に、補助圧縮手段としてコントロールピストンを備
え、自己着火寸前の高温にまで圧縮された混合気に対
し、前記コントロールピストンによる圧縮をさらに加え
ることで、上記混合気を一斉に自己着火させる構成とな
っている。
【０００３】また、点火プラグによる火花点火により自
己着火を引き起こすよう構成された機関が、特開平１１
−２１０５３９号公報に開示されている。このものは、
圧縮行程末期におけるシリンダ内のガス温度が、点火す
ると混合気全体の自己着火を引き起こす目標温度である
か否かを判断し、この判断に基づいて吸気弁の開弁時期
を制御することにより、圧縮行程末期におけるシリンダ
内のガス温度を上記目標温度に維持するようにしてい
る。
己着火を引き起こすよう構成された機関が、特開平１１
−２１０５３９号公報に開示されている。このものは、
圧縮行程末期におけるシリンダ内のガス温度が、点火す
ると混合気全体の自己着火を引き起こす目標温度である
か否かを判断し、この判断に基づいて吸気弁の開弁時期
を制御することにより、圧縮行程末期におけるシリンダ
内のガス温度を上記目標温度に維持するようにしてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、圧縮自己着
火燃焼は、火炎伝播による燃焼と異なり、局所的な燃焼
温度が低く、ＮＯｘが極微量にしか発生しないという利
点があるが、その反面、均質な混合気場においては、シ
リンダ内全域が一斉に着火するため、負荷の上昇に伴っ
て混合気を濃くすると、シリンダ内の圧力上昇率が大き
くなりすぎ、振動・騒音が大きくなるという問題があ
る。
火燃焼は、火炎伝播による燃焼と異なり、局所的な燃焼
温度が低く、ＮＯｘが極微量にしか発生しないという利
点があるが、その反面、均質な混合気場においては、シ
リンダ内全域が一斉に着火するため、負荷の上昇に伴っ
て混合気を濃くすると、シリンダ内の圧力上昇率が大き
くなりすぎ、振動・騒音が大きくなるという問題があ
る。
【０００５】従って、圧縮自己着火燃焼運転を行わせる
負荷領域を高負荷側に拡大するためには、着火時期を上
死点付近又はそれ以降に設定し、大部分の燃焼を上死点
より後の期間に生じさせることで、シリンダ内の圧力上
昇率を抑制する必要がある。しかしながら、着火時期を
上死点付近又はそれ以降に遅らせた場合には、ピストン
の下降と共に初期の燃焼が進むことになるため、燃焼が
不安定になり易く、圧縮自己着火燃焼運転を行わせる負
荷領域を高負荷側に拡大するためには、着火の時期を遅
らせ、かつ、安定した燃焼性が得られるようにする必要
がある。
負荷領域を高負荷側に拡大するためには、着火時期を上
死点付近又はそれ以降に設定し、大部分の燃焼を上死点
より後の期間に生じさせることで、シリンダ内の圧力上
昇率を抑制する必要がある。しかしながら、着火時期を
上死点付近又はそれ以降に遅らせた場合には、ピストン
の下降と共に初期の燃焼が進むことになるため、燃焼が
不安定になり易く、圧縮自己着火燃焼運転を行わせる負
荷領域を高負荷側に拡大するためには、着火の時期を遅
らせ、かつ、安定した燃焼性が得られるようにする必要
がある。
【０００６】一方、均質な混合気場において、特開平１
１−２１０５３９号公報に開示されるような点火プラグ
によるアシストを適用すれば、圧縮自己着火燃焼の着火
時期を安定させることができる。しかし、上記の方法で
は、上死点付近又はそれ以降に圧縮自己着火燃焼が発生
するとしても、着火時期を遅らせることができず、圧縮
自己着火燃焼領域の高負荷側への拡大には効果を発揮し
ない。
１−２１０５３９号公報に開示されるような点火プラグ
によるアシストを適用すれば、圧縮自己着火燃焼の着火
時期を安定させることができる。しかし、上記の方法で
は、上死点付近又はそれ以降に圧縮自己着火燃焼が発生
するとしても、着火時期を遅らせることができず、圧縮
自己着火燃焼領域の高負荷側への拡大には効果を発揮し
ない。
【０００７】また、圧縮自己着火燃焼において、局所的
に濃い混合気場を形成し、そこから自己着火或いは火花
着火させ、濃い混合気場からの燃焼により周囲の燃料を
圧縮自己着火させる方法が特開平１１−２１０５３９号
公報に開示されている。しかし、特開平１１−２１０５
３９号公報に開示されるように、燃焼室の吸気弁が配置
される側の周壁からピストン冠面に向け燃料を噴射し、
ピストン冠面に設けられた壁面に沿って燃料噴霧を持ち
上げて点火プラグ周りに集める構成では、濃い混合気を
一定の場所に留めておくことが困難であって、シリンダ
ヘッド中心に配した点火プラグヘ濃い混合気を安定供給
するためには、多くの燃料を噴射する必要があり、上死
点付近もしくはそれ以降に着火時期を遅らせることがで
きたとしても、濃い混合気が多く存在するため、圧力上
昇率を下げることは困難である。
に濃い混合気場を形成し、そこから自己着火或いは火花
着火させ、濃い混合気場からの燃焼により周囲の燃料を
圧縮自己着火させる方法が特開平１１−２１０５３９号
公報に開示されている。しかし、特開平１１−２１０５
３９号公報に開示されるように、燃焼室の吸気弁が配置
される側の周壁からピストン冠面に向け燃料を噴射し、
ピストン冠面に設けられた壁面に沿って燃料噴霧を持ち
上げて点火プラグ周りに集める構成では、濃い混合気を
一定の場所に留めておくことが困難であって、シリンダ
ヘッド中心に配した点火プラグヘ濃い混合気を安定供給
するためには、多くの燃料を噴射する必要があり、上死
点付近もしくはそれ以降に着火時期を遅らせることがで
きたとしても、濃い混合気が多く存在するため、圧力上
昇率を下げることは困難である。
【０００８】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、濃い混合気場からの燃焼により周囲の燃料を圧縮
自己着火させることで、確実に圧力上昇率を抑制するこ
とができ、以って、圧縮自己着火燃焼領域を高負荷側に
拡大することが可能となる筒内直接噴射式内燃機関を提
供することを目的とする。
あり、濃い混合気場からの燃焼により周囲の燃料を圧縮
自己着火させることで、確実に圧力上昇率を抑制するこ
とができ、以って、圧縮自己着火燃焼領域を高負荷側に
拡大することが可能となる筒内直接噴射式内燃機関を提
供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そのため、請求項１記載
の発明では、上死点近傍において、シリンダ内の略中央
に濃い混合気を配すると共に、該濃い混合気の周りを囲
むように薄い混合気を配し、前記濃い混合気の燃焼によ
り前記薄い混合気を圧縮自己着火燃焼に至らしめるよう
構成した。
の発明では、上死点近傍において、シリンダ内の略中央
に濃い混合気を配すると共に、該濃い混合気の周りを囲
むように薄い混合気を配し、前記濃い混合気の燃焼によ
り前記薄い混合気を圧縮自己着火燃焼に至らしめるよう
構成した。
【００１０】かかる構成によると、上死点近傍におい
て、シリンダ中央に濃い混合気が配される一方、この濃
い混合気を取り囲むよう環状に薄い混合気が配され、中
央の濃い混合気が火花点火或いは圧縮自己着火によって
燃焼すると、その発熱によって周囲の薄い混合気が自己
着火する。請求項２記載の発明では、シリンダヘッドの
中央付近に略シリンダ軸方向に向け燃料を噴射する燃料
噴射弁を備える一方、ピストン冠面の略中心に第１キャ
ビティを形成すると共に、該第１キャビティの周囲に環
状の第２キャビティを形成する構成とした。
て、シリンダ中央に濃い混合気が配される一方、この濃
い混合気を取り囲むよう環状に薄い混合気が配され、中
央の濃い混合気が火花点火或いは圧縮自己着火によって
燃焼すると、その発熱によって周囲の薄い混合気が自己
着火する。請求項２記載の発明では、シリンダヘッドの
中央付近に略シリンダ軸方向に向け燃料を噴射する燃料
噴射弁を備える一方、ピストン冠面の略中心に第１キャ
ビティを形成すると共に、該第１キャビティの周囲に環
状の第２キャビティを形成する構成とした。
【００１１】かかる構成によると、ピストン冠面の略中
心に形成される第１キャビティとその周囲の環状の第２
キャビティとによって、混合気の形成場がシリンダ中心
部とその周囲とに分けられる一方、燃料噴射弁は、シリ
ンダ軸方向を噴霧軸としてピストン冠面の略中心に向け
て燃料を噴射することで、第１キャビティと第２キャビ
ティとに異なる濃度（空燃比）の混合気を配することが
可能となる。
心に形成される第１キャビティとその周囲の環状の第２
キャビティとによって、混合気の形成場がシリンダ中心
部とその周囲とに分けられる一方、燃料噴射弁は、シリ
ンダ軸方向を噴霧軸としてピストン冠面の略中心に向け
て燃料を噴射することで、第１キャビティと第２キャビ
ティとに異なる濃度（空燃比）の混合気を配することが
可能となる。
【００１２】請求項３記載の発明では、上死点近傍にお
いて、前記第１キャビティに濃い混合気を配し、前記第
２キャビティに薄い混合気を配するよう構成した。かか
る構成によると、上死点近傍において第１キャビティに
より制限されるシリンダ中央の局所的な領域に濃い混合
気が配され、その周囲の第２キャビティ内には環状に薄
い混合気が配され、第１キャビティに配される濃い混合
気の燃焼により、周囲の第２キャビティ内の薄い混合気
を圧縮自己着火燃焼に至らしめることが可能である。
いて、前記第１キャビティに濃い混合気を配し、前記第
２キャビティに薄い混合気を配するよう構成した。かか
る構成によると、上死点近傍において第１キャビティに
より制限されるシリンダ中央の局所的な領域に濃い混合
気が配され、その周囲の第２キャビティ内には環状に薄
い混合気が配され、第１キャビティに配される濃い混合
気の燃焼により、周囲の第２キャビティ内の薄い混合気
を圧縮自己着火燃焼に至らしめることが可能である。
【００１３】請求項４記載の発明では、前記第１キャビ
ティに配した濃い混合気が上死点近傍において圧縮自己
着火に至る混合気であり、該濃い混合気の圧縮自己着火
により、前記第２キャビティに配した薄い混合気を圧縮
自己着火燃焼に至らしめる構成とした。かかる構成によ
ると、第１キャビティに配した濃い混合気が上死点近傍
において圧縮自己着火に至ると、該第１キャビティにお
ける燃焼による発熱によって、周囲の第２キャビティ内
の薄い混合気が圧縮自己着火燃焼に至る。
ティに配した濃い混合気が上死点近傍において圧縮自己
着火に至る混合気であり、該濃い混合気の圧縮自己着火
により、前記第２キャビティに配した薄い混合気を圧縮
自己着火燃焼に至らしめる構成とした。かかる構成によ
ると、第１キャビティに配した濃い混合気が上死点近傍
において圧縮自己着火に至ると、該第１キャビティにお
ける燃焼による発熱によって、周囲の第２キャビティ内
の薄い混合気が圧縮自己着火燃焼に至る。
【００１４】請求項５記載の発明では、前記第１キャビ
ティに配した濃い混合気を点火プラグの火花点火によっ
て着火させることにより、前記第２キャビティに配した
薄い混合気を圧縮自己着火燃焼に至らしめる構成とし
た。かかる構成によると、第１キャビティに配した濃い
混合気を点火プラグの火花点火によって着火させると、
該第１キャビティにおける燃焼による発熱によって、周
囲の第２キャビティ内の薄い混合気が圧縮自己着火燃焼
に至る。
ティに配した濃い混合気を点火プラグの火花点火によっ
て着火させることにより、前記第２キャビティに配した
薄い混合気を圧縮自己着火燃焼に至らしめる構成とし
た。かかる構成によると、第１キャビティに配した濃い
混合気を点火プラグの火花点火によって着火させると、
該第１キャビティにおける燃焼による発熱によって、周
囲の第２キャビティ内の薄い混合気が圧縮自己着火燃焼
に至る。
【００１５】請求項６記載の発明では、前記燃料噴射弁
により圧縮行程中に燃料を噴射することにより、上死点
近傍において、前記第１キャビティに濃い混合気を配
し、前記第２キャビティに薄い混合気を配する構成とし
た。かかる構成によると、圧縮行程中に燃料を噴射する
ことで、燃料噴霧が第１キャビティに衝突して、第１キ
ャビティに濃い混合気が溜まり、また、第１キャビティ
からの拡散によって周囲の第２キャビティに薄い混合気
が形成されることになる。
により圧縮行程中に燃料を噴射することにより、上死点
近傍において、前記第１キャビティに濃い混合気を配
し、前記第２キャビティに薄い混合気を配する構成とし
た。かかる構成によると、圧縮行程中に燃料を噴射する
ことで、燃料噴霧が第１キャビティに衝突して、第１キ
ャビティに濃い混合気が溜まり、また、第１キャビティ
からの拡散によって周囲の第２キャビティに薄い混合気
が形成されることになる。
【００１６】請求項７記載の発明では、同一サイクル内
において、圧縮行程後半から上死点近傍における燃料噴
射と、該噴射時期よりも前の燃料噴射との少なくとも２
回に分けて燃料を噴射させることで、前記第１キャビテ
ィに濃い混合気を配し、前記第２キャビティに薄い混合
気を配する構成とした。かかる構成によると、圧縮行程
後半から上死点近傍において噴射される燃料は、第１キ
ャビティ内に留まって濃い混合気を形成する一方、該圧
縮行程後半から上死点近傍における噴射時期よりも前の
時期において噴射された燃料は、拡散によって第２キャ
ビティに薄い混合気を形成する。
において、圧縮行程後半から上死点近傍における燃料噴
射と、該噴射時期よりも前の燃料噴射との少なくとも２
回に分けて燃料を噴射させることで、前記第１キャビテ
ィに濃い混合気を配し、前記第２キャビティに薄い混合
気を配する構成とした。かかる構成によると、圧縮行程
後半から上死点近傍において噴射される燃料は、第１キ
ャビティ内に留まって濃い混合気を形成する一方、該圧
縮行程後半から上死点近傍における噴射時期よりも前の
時期において噴射された燃料は、拡散によって第２キャ
ビティに薄い混合気を形成する。
【００１７】請求項８記載の発明では、前記燃料噴射弁
が噴霧角の切り換えが可能な燃料噴射弁であって、同一
サイクル内において、狭噴霧角により前記第１キャビテ
ィに配する燃料を噴射させる燃料噴射と、広噴霧角によ
り前記第２キャビティに配する燃料を噴射させる燃料噴
射とに分けて燃料を噴射させることで、前記第１キャビ
ティに濃い混合気を配し、前記第２キャビティに薄い混
合気を配する構成とした。
が噴霧角の切り換えが可能な燃料噴射弁であって、同一
サイクル内において、狭噴霧角により前記第１キャビテ
ィに配する燃料を噴射させる燃料噴射と、広噴霧角によ
り前記第２キャビティに配する燃料を噴射させる燃料噴
射とに分けて燃料を噴射させることで、前記第１キャビ
ティに濃い混合気を配し、前記第２キャビティに薄い混
合気を配する構成とした。
【００１８】かかる構成によると、狭噴霧角で燃料を噴
射することで、第１キャビティに集中的に燃料を供給し
て濃い混合気を形成する一方、広噴霧角で燃料を噴射す
ることで、第２キャビティに薄い混合気が形成される。
請求項９記載の発明では、２つの吸気ポートを備え、少
なくとも一方の吸気ポートをヘリカルポートとすること
により、シリンダ内の吸気による流動に対しスワール流
れを強化する構成とした。
射することで、第１キャビティに集中的に燃料を供給し
て濃い混合気を形成する一方、広噴霧角で燃料を噴射す
ることで、第２キャビティに薄い混合気が形成される。
請求項９記載の発明では、２つの吸気ポートを備え、少
なくとも一方の吸気ポートをヘリカルポートとすること
により、シリンダ内の吸気による流動に対しスワール流
れを強化する構成とした。
【００１９】かかる構成によると、ヘリカルポートによ
ってシリンダ内におけるスワール流れ（渦流）、即ち、
第１キャビティ内の濃い混合気を取り囲むような吸気流
れが強化される。請求項１０記載の発明では、２つの吸
気ポートを備え、少なくとも一方の吸気ポートに設けた
整流弁により、シリンダ内の吸気による流動に対しスワ
ール流れを強化する構成とした。
ってシリンダ内におけるスワール流れ（渦流）、即ち、
第１キャビティ内の濃い混合気を取り囲むような吸気流
れが強化される。請求項１０記載の発明では、２つの吸
気ポートを備え、少なくとも一方の吸気ポートに設けた
整流弁により、シリンダ内の吸気による流動に対しスワ
ール流れを強化する構成とした。
【００２０】かかる構成によると、整流弁（スワールコ
ントロールバルブ）によってシリンダ内におけるスワー
ル流れ（渦流）、即ち、第１キャビティ内の濃い混合気
を取り囲むような吸気流れが強化される。
ントロールバルブ）によってシリンダ内におけるスワー
ル流れ（渦流）、即ち、第１キャビティ内の濃い混合気
を取り囲むような吸気流れが強化される。
【００２１】
【発明の効果】請求項１記載の発明によると、薄い混合
気で囲まれるシリンダ中央に濃い混合気を配する構成と
することで、濃い混合気を局所的な領域に安定的に配す
ることが容易となり、また、濃い混合気の燃焼により薄
い混合気を圧縮自己着火燃焼に至らしめることで、大部
分の燃焼を上死点付近又はそれ以降に生じさせることが
可能となり、これにより圧縮自己着火燃焼による圧力上
昇率を抑制して、圧縮自己着火燃焼領域を高負荷側に拡
大することができるようになるという効果がある。
気で囲まれるシリンダ中央に濃い混合気を配する構成と
することで、濃い混合気を局所的な領域に安定的に配す
ることが容易となり、また、濃い混合気の燃焼により薄
い混合気を圧縮自己着火燃焼に至らしめることで、大部
分の燃焼を上死点付近又はそれ以降に生じさせることが
可能となり、これにより圧縮自己着火燃焼による圧力上
昇率を抑制して、圧縮自己着火燃焼領域を高負荷側に拡
大することができるようになるという効果がある。
【００２２】請求項２記載の発明によると、第１キャビ
ティと第２キャビティとに異なる濃度（空燃比）の混合
気を安定的に配することが可能で、中央の混合気場とそ
れを囲む環状の混合気場とからなる混合気の成層化を安
定的に実現できるという効果がある。請求項３記載の発
明によると、濃い混合気の周囲が薄い混合気で囲まれる
混合気の成層化を安定的に行え、濃い混合気の燃焼によ
って薄い混合気を圧縮自己着火燃焼に至らしめる場合
に、濃い混合気の燃焼による発熱を必要最小限として、
大部分の燃焼を上死点付近もしくはそれ以降に発生させ
ることが可能になるという効果がある。
ティと第２キャビティとに異なる濃度（空燃比）の混合
気を安定的に配することが可能で、中央の混合気場とそ
れを囲む環状の混合気場とからなる混合気の成層化を安
定的に実現できるという効果がある。請求項３記載の発
明によると、濃い混合気の周囲が薄い混合気で囲まれる
混合気の成層化を安定的に行え、濃い混合気の燃焼によ
って薄い混合気を圧縮自己着火燃焼に至らしめる場合
に、濃い混合気の燃焼による発熱を必要最小限として、
大部分の燃焼を上死点付近もしくはそれ以降に発生させ
ることが可能になるという効果がある。
【００２３】請求項４記載の発明によると、第１キャビ
ティに配される濃い混合気の圧縮自己着火燃焼により周
囲の第２キャビティに配される薄い混合気を圧縮自己着
火燃焼に至らしめるので、大部分の燃焼を上死点付近も
しくはそれ以降に発生させ、圧力上昇率を抑制すること
ができ、圧縮自己着火燃焼領域を高負荷側に拡大するこ
とができるようになるという効果がある。
ティに配される濃い混合気の圧縮自己着火燃焼により周
囲の第２キャビティに配される薄い混合気を圧縮自己着
火燃焼に至らしめるので、大部分の燃焼を上死点付近も
しくはそれ以降に発生させ、圧力上昇率を抑制すること
ができ、圧縮自己着火燃焼領域を高負荷側に拡大するこ
とができるようになるという効果がある。
【００２４】請求項５記載の発明によると、第１キャビ
ティに配される濃い混合気の火花点火燃焼により周囲の
第２キャビティに配される薄い混合気を圧縮自己着火燃
焼に至らしめるので、大部分の燃焼を上死点付近もしく
はそれ以降に発生させ、圧力上昇率を抑制することがで
き、圧縮自己着火燃焼領域を高負荷側に拡大することが
できると共に、第１キャビティに配される濃い混合気を
火花点火燃焼させるので、自己着火時期を、圧力上昇率
を抑制できかつ燃焼安定度を確保できる範囲内に制御す
ることができるという効果がある。
ティに配される濃い混合気の火花点火燃焼により周囲の
第２キャビティに配される薄い混合気を圧縮自己着火燃
焼に至らしめるので、大部分の燃焼を上死点付近もしく
はそれ以降に発生させ、圧力上昇率を抑制することがで
き、圧縮自己着火燃焼領域を高負荷側に拡大することが
できると共に、第１キャビティに配される濃い混合気を
火花点火燃焼させるので、自己着火時期を、圧力上昇率
を抑制できかつ燃焼安定度を確保できる範囲内に制御す
ることができるという効果がある。
【００２５】請求項６記載の発明によると、圧縮行程中
の噴射によって、第１キャビティに濃い混合気を配し、
第２キャビティに薄い混合気を配することが容易に行え
るという効果がある。請求項７記載の発明によると、同
一サイクル内で２回以上に分けて燃料を噴射する構成と
し、かつ、圧縮行程後半から上死点近傍において２回目
以降の燃料噴射を行わせることで、第１キャビティ内に
安定的に濃い混合気を形成することができるという効果
がある。
の噴射によって、第１キャビティに濃い混合気を配し、
第２キャビティに薄い混合気を配することが容易に行え
るという効果がある。請求項７記載の発明によると、同
一サイクル内で２回以上に分けて燃料を噴射する構成と
し、かつ、圧縮行程後半から上死点近傍において２回目
以降の燃料噴射を行わせることで、第１キャビティ内に
安定的に濃い混合気を形成することができるという効果
がある。
【００２６】請求項８記載の発明によると、第１，第２
キャビティのいずれに燃料を供給するかによって噴霧角
を切り換えて燃料を噴射させるので、第１キャビティ内
により安定的に濃い混合気を配することができると共
に、第２キャビティ内に供給する燃料を噴射させるとき
に噴霧角が広げられることで、燃料噴霧の貫通力が弱ま
り、燃料の壁面付着量を低減することが可能となるとい
う効果がある。
キャビティのいずれに燃料を供給するかによって噴霧角
を切り換えて燃料を噴射させるので、第１キャビティ内
により安定的に濃い混合気を配することができると共
に、第２キャビティ内に供給する燃料を噴射させるとき
に噴霧角が広げられることで、燃料噴霧の貫通力が弱ま
り、燃料の壁面付着量を低減することが可能となるとい
う効果がある。
【００２７】請求項９，１０記載の発明によると、シリ
ンダ内におけるスワール流れの強化によって、第１キャ
ビティ内の濃い混合気の拡散が抑制され、第１キャビテ
ィ内の濃い混合気の安定した燃焼を行わせることがで
き、また、第２キャビティ内に供給する燃料を噴射させ
るときの燃料の壁面付着量を低減することが可能となる
という効果がある。
ンダ内におけるスワール流れの強化によって、第１キャ
ビティ内の濃い混合気の拡散が抑制され、第１キャビテ
ィ内の濃い混合気の安定した燃焼を行わせることがで
き、また、第２キャビティ内に供給する燃料を噴射させ
るときの燃料の壁面付着量を低減することが可能となる
という効果がある。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は、本発明が適用される筒内直
接噴射式のガソリン機関を示す。この図１において、機
関１の燃焼室２は、シリンダ３，ピストン４，シリンダ
ヘッド５によって形成される。
基づいて説明する。図１は、本発明が適用される筒内直
接噴射式のガソリン機関を示す。この図１において、機
関１の燃焼室２は、シリンダ３，ピストン４，シリンダ
ヘッド５によって形成される。
【００２９】前記燃焼室２に連通する吸気ポート６には
吸気バルブ７が介装され、同じく燃焼室２に連通する排
気ポート８には排気バルブ９が介装される。前記シリン
ダヘッド５は略フラットに形成され、その略中央には、
シリンダ軸方向に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１０
が設けられる。また、前記燃料噴射弁１０近傍のシリン
ダヘッド５には、燃料噴射弁１０直下の混合気を火花点
火すべく点火プラグ１１が設けられる。
吸気バルブ７が介装され、同じく燃焼室２に連通する排
気ポート８には排気バルブ９が介装される。前記シリン
ダヘッド５は略フラットに形成され、その略中央には、
シリンダ軸方向に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１０
が設けられる。また、前記燃料噴射弁１０近傍のシリン
ダヘッド５には、燃料噴射弁１０直下の混合気を火花点
火すべく点火プラグ１１が設けられる。
【００３０】前記ピストン４の冠面には、第１キャビテ
ィ４１及び第２キャビティ４２が形成される。前記第１
キャビティ４１は、ピストン４の冠面中心に、円形の開
口部で（図２参照）、かつ、底面が中心ほど深くなるよ
うに円弧状に形成される。また、前記第２キャビティ４
２は、前記第１キャビティ４１の周囲に同心円状に形成
される環状のキャビティであり（図２参照）、前記第１
キャビティ４１よりも深くかつ径方向の横断面で円弧状
となる底面によって構成される。
ィ４１及び第２キャビティ４２が形成される。前記第１
キャビティ４１は、ピストン４の冠面中心に、円形の開
口部で（図２参照）、かつ、底面が中心ほど深くなるよ
うに円弧状に形成される。また、前記第２キャビティ４
２は、前記第１キャビティ４１の周囲に同心円状に形成
される環状のキャビティであり（図２参照）、前記第１
キャビティ４１よりも深くかつ径方向の横断面で円弧状
となる底面によって構成される。
【００３１】前記第１キャビティ４１と第２キャビティ
４２とを隔てる隔壁４３は、シリンダ壁近傍の平らなピ
ストン冠面よりも低くなるように形成される。前記燃料
噴射弁１０による噴射量・噴射時期及び点火プラグ１１
による点火時期を制御するエンジンコントロールユニッ
ト（以下、ＥＣＵという）２０は、圧縮自己着火燃焼と
火花点火燃焼とのいずれの燃焼方式で運転を行うかを運
転条件に応じて判定する燃焼パターン判定部２１、火花
点火燃焼時に前記燃料噴射弁１０及び点火プラグ１１を
制御する火花点火燃焼制御部２２、圧縮自己着火燃焼時
に前記燃料噴射弁１０及び点火プラグ１１を制御する自
己着火燃焼制御部２３によって構成される。
４２とを隔てる隔壁４３は、シリンダ壁近傍の平らなピ
ストン冠面よりも低くなるように形成される。前記燃料
噴射弁１０による噴射量・噴射時期及び点火プラグ１１
による点火時期を制御するエンジンコントロールユニッ
ト（以下、ＥＣＵという）２０は、圧縮自己着火燃焼と
火花点火燃焼とのいずれの燃焼方式で運転を行うかを運
転条件に応じて判定する燃焼パターン判定部２１、火花
点火燃焼時に前記燃料噴射弁１０及び点火プラグ１１を
制御する火花点火燃焼制御部２２、圧縮自己着火燃焼時
に前記燃料噴射弁１０及び点火プラグ１１を制御する自
己着火燃焼制御部２３によって構成される。
【００３２】前記燃焼パターン判定部２１は、図３に示
すように、機関負荷Ｔとエンジン回転数Ｎ（rpm）に基
づいて燃焼方式を判別する構成であり、低中負荷・低中
回転領域を圧縮自己着火燃焼領域として判定し、それ以
外の高負荷・高回転領域を火花点火燃焼領域と判定す
る。尚、前記燃焼パターン判定部２１，火花点火燃焼制
御部２２及び自己着火燃焼制御部２３は、ハードワイヤ
ードの論理回路で構成することが可能であるが、本実施
形態では、マイクロコンピュータのプログラムとして実
現される。
すように、機関負荷Ｔとエンジン回転数Ｎ（rpm）に基
づいて燃焼方式を判別する構成であり、低中負荷・低中
回転領域を圧縮自己着火燃焼領域として判定し、それ以
外の高負荷・高回転領域を火花点火燃焼領域と判定す
る。尚、前記燃焼パターン判定部２１，火花点火燃焼制
御部２２及び自己着火燃焼制御部２３は、ハードワイヤ
ードの論理回路で構成することが可能であるが、本実施
形態では、マイクロコンピュータのプログラムとして実
現される。
【００３３】ここで、前記燃焼パターン判定部２１で火
花点火燃焼領域であると判定されると、前記火花点火燃
焼制御部２２は、図４に示すように、吸気行程中に前記
燃料噴射弁１０から必要燃料量を１度に全量噴射するこ
とで、燃焼室内に均一の混合気を形成する。そして、上
死点前の点火時期において、点火プラグ１１の火花点火
により前記均一な混合気を着火燃焼させる。
花点火燃焼領域であると判定されると、前記火花点火燃
焼制御部２２は、図４に示すように、吸気行程中に前記
燃料噴射弁１０から必要燃料量を１度に全量噴射するこ
とで、燃焼室内に均一の混合気を形成する。そして、上
死点前の点火時期において、点火プラグ１１の火花点火
により前記均一な混合気を着火燃焼させる。
【００３４】一方、圧縮自己着火燃焼領域であると判定
されると、前記自己着火燃焼制御部２３は、上死点近傍
において、前記第１キャビティ４１にストイキ（理論空
燃比）付近の濃い混合気１７を配し、前記第２キャビテ
ィ４２にストイキよりも薄い混合気１８を配すべく（図
５参照）、前記燃料噴射弁１０による噴射量及び噴射時
期を制御する。
されると、前記自己着火燃焼制御部２３は、上死点近傍
において、前記第１キャビティ４１にストイキ（理論空
燃比）付近の濃い混合気１７を配し、前記第２キャビテ
ィ４２にストイキよりも薄い混合気１８を配すべく（図
５参照）、前記燃料噴射弁１０による噴射量及び噴射時
期を制御する。
【００３５】具体的には、図４に示すように、圧縮自己
着火燃焼領域の中負荷領域では、まず、吸気行程後半か
ら圧縮行程前半において１度目の燃料噴射を行わせ、こ
の噴射により第２キャビティ４２から第２キャビティ４
２の外側にかけた領域に、低成層度の薄い混合気１８を
形成する。上記１度目の燃料噴射の後、圧縮行程後半か
ら上死点近傍において、１度目よりも低流量で２度目の
燃料噴射を行わせ、この２度目の燃料噴射によって前記
第１キャビティ４１にストイキ（理論空燃比）付近の濃
い混合気１７を形成する。
着火燃焼領域の中負荷領域では、まず、吸気行程後半か
ら圧縮行程前半において１度目の燃料噴射を行わせ、こ
の噴射により第２キャビティ４２から第２キャビティ４
２の外側にかけた領域に、低成層度の薄い混合気１８を
形成する。上記１度目の燃料噴射の後、圧縮行程後半か
ら上死点近傍において、１度目よりも低流量で２度目の
燃料噴射を行わせ、この２度目の燃料噴射によって前記
第１キャビティ４１にストイキ（理論空燃比）付近の濃
い混合気１７を形成する。
【００３６】そして、上死点後に、第１キャビティ４１
に配されるストイキ（理論空燃比）付近の濃い混合気１
７を点火プラグ１１による火花着火により燃焼させ、該
燃焼による発熱で、周囲の第２キャビティ４２に配され
るストイキよりも薄い混合気１８を圧縮自己着火燃焼に
至らしめる。また、圧縮自己着火燃焼領域の低負荷領域
では、まず、圧縮行程前半から圧縮行程後半において１
度目の燃料噴射を行わせ、この噴射により第２キャビテ
ィ４２に、高成層度の薄い混合気１８を形成する。
に配されるストイキ（理論空燃比）付近の濃い混合気１
７を点火プラグ１１による火花着火により燃焼させ、該
燃焼による発熱で、周囲の第２キャビティ４２に配され
るストイキよりも薄い混合気１８を圧縮自己着火燃焼に
至らしめる。また、圧縮自己着火燃焼領域の低負荷領域
では、まず、圧縮行程前半から圧縮行程後半において１
度目の燃料噴射を行わせ、この噴射により第２キャビテ
ィ４２に、高成層度の薄い混合気１８を形成する。
【００３７】上記１度目の燃料噴射の後、圧縮行程後半
から上死点近傍において、１度目よりも低流量で２度目
の燃料噴射を行わせ、この２度目の燃料噴射によって前
記第１キャビティ４１にストイキ（理論空燃比）付近の
濃い混合気１７を形成する。そして、上死点後に、第１
キャビティ４１に配されるストイキ（理論空燃比）付近
の濃い混合気１７を点火プラグ１１による火花着火によ
り燃焼させ、該燃焼による発熱で、周囲の第２キャビテ
ィ４２付近に配されるストイキよりも薄い混合気１８を
圧縮自己着火燃焼に至らしめる。
から上死点近傍において、１度目よりも低流量で２度目
の燃料噴射を行わせ、この２度目の燃料噴射によって前
記第１キャビティ４１にストイキ（理論空燃比）付近の
濃い混合気１７を形成する。そして、上死点後に、第１
キャビティ４１に配されるストイキ（理論空燃比）付近
の濃い混合気１７を点火プラグ１１による火花着火によ
り燃焼させ、該燃焼による発熱で、周囲の第２キャビテ
ィ４２付近に配されるストイキよりも薄い混合気１８を
圧縮自己着火燃焼に至らしめる。
【００３８】上記のように、ストイキ近傍の濃い混合気
１７を上死点後に火花点火によって燃焼させることによ
り、該混合気１７の発熱によって薄い混合気１８を圧縮
自己着火燃焼に至らしめる構成であれば、大部分の燃焼
が上死点よりも後の期間に発生することになる。即ち、
均一混合気場で圧縮自己着火燃焼させる場合には、上死
点付近で圧力及び温度の条件が整ったときに一斉に自己
着火することになり、着火時期を遅らせることができな
いが、上記のように、濃い混合気１７の燃焼による発熱
で、薄い混合気１８を圧縮自己着火燃焼に至らしめる構
成であれば、上死点から自己着火の時期を遅らせること
ができる。
１７を上死点後に火花点火によって燃焼させることによ
り、該混合気１７の発熱によって薄い混合気１８を圧縮
自己着火燃焼に至らしめる構成であれば、大部分の燃焼
が上死点よりも後の期間に発生することになる。即ち、
均一混合気場で圧縮自己着火燃焼させる場合には、上死
点付近で圧力及び温度の条件が整ったときに一斉に自己
着火することになり、着火時期を遅らせることができな
いが、上記のように、濃い混合気１７の燃焼による発熱
で、薄い混合気１８を圧縮自己着火燃焼に至らしめる構
成であれば、上死点から自己着火の時期を遅らせること
ができる。
【００３９】そして、図６に示すように、着火時期が遅
れることで、ノッキングの原因となるシリンダ内の圧力
上昇率が抑制され、圧縮自己着火領域を燃料量の要求が
増える高負荷側に拡大させることができる。また、圧縮
自己着火時期を左右するシリンダ内温度は、シリンダ内
の残留ガスに影響を受け、１度自己着火時期が進角する
と、図６に示すように熱発生が多くなる分シリンダ内温
度が上昇し、着火時期がより進角する傾向を示すが、上
記のように、ストイキ近傍の濃い混合気１７を火花点火
によって燃焼させることにより、薄い混合気１８を圧縮
自己着火燃焼に至らしめる構成であれば、自己着火時期
を、火花点火時期を介して制御でき、図７に示すよう
に、ノッキング限界内でかつ燃焼安定度を確保できる狭
い範囲内に、自己着火時期を制御することが可能とな
る。
れることで、ノッキングの原因となるシリンダ内の圧力
上昇率が抑制され、圧縮自己着火領域を燃料量の要求が
増える高負荷側に拡大させることができる。また、圧縮
自己着火時期を左右するシリンダ内温度は、シリンダ内
の残留ガスに影響を受け、１度自己着火時期が進角する
と、図６に示すように熱発生が多くなる分シリンダ内温
度が上昇し、着火時期がより進角する傾向を示すが、上
記のように、ストイキ近傍の濃い混合気１７を火花点火
によって燃焼させることにより、薄い混合気１８を圧縮
自己着火燃焼に至らしめる構成であれば、自己着火時期
を、火花点火時期を介して制御でき、図７に示すよう
に、ノッキング限界内でかつ燃焼安定度を確保できる狭
い範囲内に、自己着火時期を制御することが可能とな
る。
【００４０】また、ピストン冠面の中央に第１キャビテ
ィ４１、その周囲に第２キャビティ４２を設け、かつ、
シリンダ中央にシリンダ軸方向に向けて燃料を噴射する
ように燃料噴射弁１０を設ける構成としたことで、濃い
混合気１７を第１キャビティ４１に配して留めておき、
薄い混合気１８を周囲の第２キャビティ４２に配する混
合気の成層化が容易に行え、薄い混合気１８を圧縮自己
着火燃焼に至らしめるのに充分な発熱をする最低限の燃
料を第１キャビティ４１に供給すれば良く、圧力上昇率
を確実に抑制することができる。
ィ４１、その周囲に第２キャビティ４２を設け、かつ、
シリンダ中央にシリンダ軸方向に向けて燃料を噴射する
ように燃料噴射弁１０を設ける構成としたことで、濃い
混合気１７を第１キャビティ４１に配して留めておき、
薄い混合気１８を周囲の第２キャビティ４２に配する混
合気の成層化が容易に行え、薄い混合気１８を圧縮自己
着火燃焼に至らしめるのに充分な発熱をする最低限の燃
料を第１キャビティ４１に供給すれば良く、圧力上昇率
を確実に抑制することができる。
【００４１】尚、上記実施形態では、前記第１キャビテ
ィ４１に配されるストイキ（理論空燃比）付近の濃い混
合気１７に火花点火する構成としたが、前記第１キャビ
ティ４１に配される濃い混合気１７を圧縮自己着火燃焼
させ、該燃焼による発熱で薄い混合気１８を圧縮自己着
火燃焼に至らしめるよう構成することもできる。上記の
場合も、均一混合気を一斉に圧縮自己着火燃焼させる場
合に比べて、大部分の燃焼を遅らせることができ、これ
によって、圧力上昇率を抑制することが可能となるが、
前記第１キャビティ４１に配される濃い混合気１７を火
花点火させる構成であれば、より自己着火時期を遅らせ
ることが可能で、かつ、薄い混合気の自己着火時期を制
御することが可能であるので、より安定した自己着火燃
焼を行わせることができる。
ィ４１に配されるストイキ（理論空燃比）付近の濃い混
合気１７に火花点火する構成としたが、前記第１キャビ
ティ４１に配される濃い混合気１７を圧縮自己着火燃焼
させ、該燃焼による発熱で薄い混合気１８を圧縮自己着
火燃焼に至らしめるよう構成することもできる。上記の
場合も、均一混合気を一斉に圧縮自己着火燃焼させる場
合に比べて、大部分の燃焼を遅らせることができ、これ
によって、圧力上昇率を抑制することが可能となるが、
前記第１キャビティ４１に配される濃い混合気１７を火
花点火させる構成であれば、より自己着火時期を遅らせ
ることが可能で、かつ、薄い混合気の自己着火時期を制
御することが可能であるので、より安定した自己着火燃
焼を行わせることができる。
【００４２】ところで、上記実施形態では、第１キャビ
ティ４１にストイキ（理論空燃比）付近の濃い混合気１
７に配し、第２キャビティ４２にストイキよりも薄い混
合気１８を配するために、同一サイクル内で２回に分け
て燃料を噴射させる構成としたが、圧縮行程中の１回の
噴射のみによって、混合気１７，１８の生成を行わせる
ことも可能である。
ティ４１にストイキ（理論空燃比）付近の濃い混合気１
７に配し、第２キャビティ４２にストイキよりも薄い混
合気１８を配するために、同一サイクル内で２回に分け
て燃料を噴射させる構成としたが、圧縮行程中の１回の
噴射のみによって、混合気１７，１８の生成を行わせる
ことも可能である。
【００４３】即ち、圧縮行程中に燃料を噴射すれば、燃
料噴霧が第１キャビティに衝突し、第１キャビティ４１
に濃い混合気１７が溜まる一方、第１キャビティからの
拡散によって周囲の第２キャビティ４２に薄い混合気１
８が形成させることが可能である。但し、２回に分けて
燃料を噴射させる構成とした方が、高成層度の混合気形
成が安定して行える。
料噴霧が第１キャビティに衝突し、第１キャビティ４１
に濃い混合気１７が溜まる一方、第１キャビティからの
拡散によって周囲の第２キャビティ４２に薄い混合気１
８が形成させることが可能である。但し、２回に分けて
燃料を噴射させる構成とした方が、高成層度の混合気形
成が安定して行える。
【００４４】また、燃料噴射弁１０として噴霧角を切り
換えることが可能な燃料噴射弁を用い、２回に分けて燃
料を噴射させる構成において、１回目の噴射と２回目の
噴射とで噴霧角を切り換えるようにすることができる。
図８は、燃料噴射弁１０において噴霧角を切り換えるた
めの構成を示す図である。
換えることが可能な燃料噴射弁を用い、２回に分けて燃
料を噴射させる構成において、１回目の噴射と２回目の
噴射とで噴霧角を切り換えるようにすることができる。
図８は、燃料噴射弁１０において噴霧角を切り換えるた
めの構成を示す図である。
【００４５】図８は、燃料噴射弁１０のノズルボディ部
分の拡大断面図であり、先端に噴孔１０１が開口される
中空のノズルボディ１０２の円筒状中空部１０２ａに、
針弁１０３が図で上下方向に移動可能に支持される。前
記針弁１０３は、噴孔１０１の内部側の開口端に形成さ
れるすり鉢状のシート面１０１ａに先端が着座すること
で、噴孔１０１を閉塞するものであり、図示しないアク
チュエータによって図で上方にリフトすると噴孔１０１
が開かれ、前記円筒状中空部１０２に連通する燃料供給
路１０４を介して供給される燃料が噴射される。
分の拡大断面図であり、先端に噴孔１０１が開口される
中空のノズルボディ１０２の円筒状中空部１０２ａに、
針弁１０３が図で上下方向に移動可能に支持される。前
記針弁１０３は、噴孔１０１の内部側の開口端に形成さ
れるすり鉢状のシート面１０１ａに先端が着座すること
で、噴孔１０１を閉塞するものであり、図示しないアク
チュエータによって図で上方にリフトすると噴孔１０１
が開かれ、前記円筒状中空部１０２に連通する燃料供給
路１０４を介して供給される燃料が噴射される。
【００４６】また、前記針弁１０３の先端から噴孔１０
１を貫通して、ノズルボディ１０２の外部にまで延びる
棒状の支持部材１０５の先端には、針弁１０３と同心に
円盤状の針弁傘１０５が支持されている。上記構成にお
いて、燃料噴射時の針弁１０３のバルブリフト量が大き
い場合には、前記針弁傘１０５が噴孔１０１により近づ
くために噴霧角が大きくなり、逆に、バルブリフト量が
小さい場合には、前記針弁傘１０５が噴孔１０１から遠
くなるため噴霧角は小さくなる。
１を貫通して、ノズルボディ１０２の外部にまで延びる
棒状の支持部材１０５の先端には、針弁１０３と同心に
円盤状の針弁傘１０５が支持されている。上記構成にお
いて、燃料噴射時の針弁１０３のバルブリフト量が大き
い場合には、前記針弁傘１０５が噴孔１０１により近づ
くために噴霧角が大きくなり、逆に、バルブリフト量が
小さい場合には、前記針弁傘１０５が噴孔１０１から遠
くなるため噴霧角は小さくなる。
【００４７】上記のように、図８に示す構成の燃料噴射
弁１０においては、バルブリフト量を変化させることで
噴霧角を切り換えることができる。そこで、上記の２回
に分けて燃料を噴射させる構成において、第２キャビテ
ィ４２に薄い混合気を形成するための１回目の噴射にお
いて、バルブリフト量を大きくして広噴霧角で燃料を噴
射させ、第１キャビティ４１に濃い混合気を形成するた
めの２回目の低流量の噴射においては、バルブリフト量
を小さくして狭噴霧角で燃料を噴射させる。
弁１０においては、バルブリフト量を変化させることで
噴霧角を切り換えることができる。そこで、上記の２回
に分けて燃料を噴射させる構成において、第２キャビテ
ィ４２に薄い混合気を形成するための１回目の噴射にお
いて、バルブリフト量を大きくして広噴霧角で燃料を噴
射させ、第１キャビティ４１に濃い混合気を形成するた
めの２回目の低流量の噴射においては、バルブリフト量
を小さくして狭噴霧角で燃料を噴射させる。
【００４８】第１キャビティ４１に濃い混合気を形成す
るための噴射において噴霧角を狭くすれば、第１キャビ
ティ４１に向け集中的に燃料を噴射できることから、局
所的な濃い混合気を安定して形成させることができる一
方、第２キャビティ４２に薄い混合気を形成するための
噴射において噴霧角を広くすると、燃料噴霧の貫通力が
弱められることから、壁面付着量を低減させつつ、ピス
トン冠面周辺の第２キャビティ４２に薄い混合気を形成
させることができる。
るための噴射において噴霧角を狭くすれば、第１キャビ
ティ４１に向け集中的に燃料を噴射できることから、局
所的な濃い混合気を安定して形成させることができる一
方、第２キャビティ４２に薄い混合気を形成するための
噴射において噴霧角を広くすると、燃料噴霧の貫通力が
弱められることから、壁面付着量を低減させつつ、ピス
トン冠面周辺の第２キャビティ４２に薄い混合気を形成
させることができる。
【００４９】但し、噴霧角を切り換えるための構成を、
図８に示したような針弁傘を用いる構成に限定するもの
ではなく、例えば特開２０００−１４５５８４号公報に
開示されるように、ノズルボディにスワーラを備え、該
スワーラに形成されるスワール孔の開口面積及び前記ス
ワール孔が連通するスワール室の容積を、針弁のリフト
量に応じて変化させることで、噴霧角及び噴霧到達距離
を変化させる構成であっても良い。
図８に示したような針弁傘を用いる構成に限定するもの
ではなく、例えば特開２０００−１４５５８４号公報に
開示されるように、ノズルボディにスワーラを備え、該
スワーラに形成されるスワール孔の開口面積及び前記ス
ワール孔が連通するスワール室の容積を、針弁のリフト
量に応じて変化させることで、噴霧角及び噴霧到達距離
を変化させる構成であっても良い。
【００５０】また、シリンダ内における吸気によるスワ
ール流れを強化することで、第２キャビティ４２に配す
る混合気を均一化でき、また、第１キャビティ４１に配
する燃料の拡散を抑制することができることから、図９
に示すように、自己着火燃焼における安定度を増大させ
ることができる。従って、吸気ポート６にスワール流れ
を強化する構成を付加することが好ましく、スワール流
れを強化するための構成としては、図１０に示すヘリカ
ルポートを用いる構成や、図１１に示すスワールコント
ロールバルブ（整流弁）を用いる構成がある。
ール流れを強化することで、第２キャビティ４２に配す
る混合気を均一化でき、また、第１キャビティ４１に配
する燃料の拡散を抑制することができることから、図９
に示すように、自己着火燃焼における安定度を増大させ
ることができる。従って、吸気ポート６にスワール流れ
を強化する構成を付加することが好ましく、スワール流
れを強化するための構成としては、図１０に示すヘリカ
ルポートを用いる構成や、図１１に示すスワールコント
ロールバルブ（整流弁）を用いる構成がある。
【００５１】図１０に示す構成では、シリンダ中心に燃
料噴射弁１０及び点火プラグ１１を配する一方、２つの
吸気ポート６ａ，６ｂ及び２つの排気ポート８ａ，８ｂ
を備える。そして、前記２つの吸気ポート６ａ，６ｂの
うちの吸気ポート６ａを、スワールを発生させる効果を
有するヘリカルポートとしてある。また、図１１に示す
構成では、図１０に示した構成と同様に、シリンダ中心
に燃料噴射弁１０及び点火プラグ１１を配する一方、２
つの吸気ポート６ａ，６ｂ及び２つの排気ポート８ａ，
８ｂを備えるが、２つの吸気ポート６ａ，６ｂはストレ
ートポートであり、一方の吸気ポート６ａにスワールコ
ントロールバルブ２０１を介装させてある。
料噴射弁１０及び点火プラグ１１を配する一方、２つの
吸気ポート６ａ，６ｂ及び２つの排気ポート８ａ，８ｂ
を備える。そして、前記２つの吸気ポート６ａ，６ｂの
うちの吸気ポート６ａを、スワールを発生させる効果を
有するヘリカルポートとしてある。また、図１１に示す
構成では、図１０に示した構成と同様に、シリンダ中心
に燃料噴射弁１０及び点火プラグ１１を配する一方、２
つの吸気ポート６ａ，６ｂ及び２つの排気ポート８ａ，
８ｂを備えるが、２つの吸気ポート６ａ，６ｂはストレ
ートポートであり、一方の吸気ポート６ａにスワールコ
ントロールバルブ２０１を介装させてある。
【００５２】上記スワールコントロールバルブ２０１を
低中負荷時に閉じると、他方の吸気ポート６ｂのみから
吸気がなされることで偏心した吸気流れとなり、これに
よってスワール流れが強化される。高負荷時には、前記
スワールコントロールバルブ２０１を開いて必要な吸気
量の確保を図る。尚、上記各実施形態では、シリンダヘ
ッド５の形状をフラットとしたが、例えば、図１２に示
すようにペントルーフ形状としても良く、シリンダヘッ
ド５の形状を限定するものではない。
低中負荷時に閉じると、他方の吸気ポート６ｂのみから
吸気がなされることで偏心した吸気流れとなり、これに
よってスワール流れが強化される。高負荷時には、前記
スワールコントロールバルブ２０１を開いて必要な吸気
量の確保を図る。尚、上記各実施形態では、シリンダヘ
ッド５の形状をフラットとしたが、例えば、図１２に示
すようにペントルーフ形状としても良く、シリンダヘッ
ド５の形状を限定するものではない。
【図１】実施形態における内燃機関の構成図。
【図２】上記内燃機関においてピストン冠面のキャビテ
ィを示す上面図。
ィを示す上面図。
【図３】実施形態における自己着火燃焼領域と火花点火
燃焼領域とを示す図。
燃焼領域とを示す図。
【図４】実施形態における噴射タイミングを示す図。
【図５】実施形態における混合気の形成状態を示す状態
図。
図。
【図６】圧縮自己着火時期と圧力及び発生熱量との相関
を示す線図。
を示す線図。
【図７】ノッキング及び燃焼安定度と着火時期との相関
を示す線図。
を示す線図。
【図８】噴霧角を切り換えるための構成を示す燃料噴射
弁の先端部拡大断面図。
弁の先端部拡大断面図。
【図９】スワール比と燃焼安定度との相関を示す線図。
【図１０】ヘリカルポートを備える実施形態を示す図。
【図１１】スワールコントロールバルブを備える実施形
態を示す図。
態を示す図。
【図１２】シリンダヘッドの形状をペントルーフとした
実施形態を示す図。
実施形態を示す図。
１…内燃機関 ２…燃焼室 ３…シリンダ ４…ピストン ５…シリンダヘッド ６…吸気ポート ７…吸気バルブ ８…排気ポート ９…排気バルブ １０…燃料噴射弁 １１…点火プラグ ２０…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ） ２１…燃焼パターン判定部 ２２…火花点火燃焼制御部 ２３…自己着火燃焼制御部 ４１…第１キャビティ ４２…第２キャビティ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｂ 31/02 Ｆ０２Ｂ 31/02 Ｃ Ｊ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３５１ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３５１ 41/38 41/38 Ｂ 41/40 41/40 Ｄ Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｆ０２Ｆ 3/26 Ａ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｄ 61/18 ３６０ 61/18 ３６０Ｊ (72)発明者 又吉 豊 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA01 AA06 AB03 AB06 AC05 AD02 AD06 AD07 AD29 AG01 3G066 AA02 AA03 AB02 AD12 BA00 BA01 BA22 CC14 CC34 CC43 CC48 DA04 DA08 DB06 3G301 HA01 HA04 HA16 JA21 JA22 KA06 KA23 LA05 LB04 MA18 MA27 NE11 NE12 PA17A PE01A
Claims (10)
- 【請求項１】上死点近傍において、シリンダ内の略中央
に濃い混合気を配すると共に、該濃い混合気の周りを囲
むように薄い混合気を配し、前記濃い混合気の燃焼によ
り前記薄い混合気を圧縮自己着火燃焼に至らしめるよう
構成したことを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関。 - 【請求項２】シリンダヘッドの中央付近に略シリンダ軸
方向に向け燃料を噴射する燃料噴射弁を備える一方、ピ
ストン冠面の略中心に第１キャビティを形成すると共
に、該第１キャビティの周囲に環状の第２キャビティを
形成したことを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関。 - 【請求項３】上死点近傍において、前記第１キャビティ
に濃い混合気を配し、前記第２キャビティに薄い混合気
を配するよう構成したことを特徴とする請求項２記載の
筒内直接噴射式内燃機関。 - 【請求項４】前記第１キャビティに配した濃い混合気が
上死点近傍において圧縮自己着火に至る混合気であり、
該濃い混合気の圧縮自己着火により、前記第２キャビテ
ィに配した薄い混合気を圧縮自己着火燃焼に至らしめる
ことを特徴とする請求項３記載の筒内直接噴射式内燃機
関。 - 【請求項５】前記第１キャビティに配した濃い混合気を
点火プラグの火花点火によって着火させることにより、
前記第２キャビティに配した薄い混合気を圧縮自己着火
燃焼に至らしめることを特徴とする請求項３記載の筒内
直接噴射式内燃機関。 - 【請求項６】前記燃料噴射弁により圧縮行程中に燃料を
噴射することにより、上死点近傍において、前記第１キ
ャビティに濃い混合気を配し、前記第２キャビティに薄
い混合気を配することを特徴とする請求項３〜５のいず
れか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。 - 【請求項７】同一サイクル内において、圧縮行程後半か
ら上死点近傍における燃料噴射と、該噴射時期よりも前
の燃料噴射との少なくとも２回に分けて燃料を噴射させ
ることで、前記第１キャビティに濃い混合気を配し、前
記第２キャビティに薄い混合気を配することを特徴とす
る請求項３〜５のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式
内燃機関。 - 【請求項８】前記燃料噴射弁が噴霧角の切り換えが可能
な燃料噴射弁であって、同一サイクル内において、狭噴
霧角により前記第１キャビティに配する燃料を噴射させ
る燃料噴射と、広噴霧角により前記第２キャビティに配
する燃料を噴射させる燃料噴射とに分けて燃料を噴射さ
せることで、前記第１キャビティに濃い混合気を配し、
前記第２キャビティに薄い混合気を配することを特徴と
する請求項３〜５のいずれか１つに記載の筒内直接噴射
式内燃機関。 - 【請求項９】２つの吸気ポートを備え、少なくとも一方
の吸気ポートをヘリカルポートとすることにより、シリ
ンダ内の吸気による流動に対しスワール流れを強化する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の
筒内直接噴射式内燃機関。 - 【請求項１０】２つの吸気ポートを備え、少なくとも一
方の吸気ポートに設けた整流弁により、シリンダ内の吸
気による流動に対しスワール流れを強化することを特徴
とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の筒内直接噴
射式内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000389328A JP2002188447A (ja) | 2000-12-21 | 2000-12-21 | 筒内直接噴射式内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000389328A JP2002188447A (ja) | 2000-12-21 | 2000-12-21 | 筒内直接噴射式内燃機関 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002188447A true JP2002188447A (ja) | 2002-07-05 |
Family
ID=18855901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000389328A Pending JP2002188447A (ja) | 2000-12-21 | 2000-12-21 | 筒内直接噴射式内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002188447A (ja) |
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-
2000
- 2000-12-21 JP JP2000389328A patent/JP2002188447A/ja active Pending
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