JP2005171879A - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷時における過濃混合気の形成を回避するとともに、低負荷時における着火性を確保して、広い運転領域で安定した成層燃焼を可能とする。
【解決手段】ピストンのキャビティ１２１内に、噴霧の一部を案内するガイド壁１２３を設ける。高負荷時には、噴霧全体をキャビティ１２１により案内し、比較的に大きな混合気塊を形成する。他方、低負荷時には、燃料噴射時期を遅らせて、ガイド壁１２３の内側に向けて燃料を噴射し、ガイド壁１２３により噴霧の一部を点火プラグに向けて案内する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、筒内噴射式内燃機関に関し、詳細には、ピストンの冠面にキャビティを設けるとともに、燃料供給用のインジェクタをこのキャビティの中央部上方に設置した筒内噴射式内燃機関に関する。

燃料供給用のインジェクタを燃焼室に臨ませて設置し、所定の運転領域での燃焼に際し、このインジェクタにより圧縮行程中に燃料を噴射させ、混合気を層状に形成する内燃機関が知られている。この筒内噴射式内燃機関によれば、低負荷域及び中負荷域で混合気を層状化することで、これらの運転領域での燃料消費量を大幅に削減することができる。混合気を層状化して行う成層燃焼では、着火性を確保するため、燃料の噴霧を点火プラグ周りに集中させて混合気塊を形成することが必要である。

従来、筒内噴射式内燃機関として、次のものが知られている。すなわち、ピストンの冠面にキャビティが形成されるとともに、シリンダヘッドにおいて、このキャビティの中央部上方に、ピストンの冠面に対向させてインジェクタが設置されたものである。このものによれば、インジェクタにより噴射された燃料の噴霧（以下、単に「噴霧」という。）をキャビティの壁面に沿って案内して、点火プラグに向かう噴霧の循環流を形成し、この循環流により拡散を抑制しつつ、噴霧を点火プラグ周りに集中させることができる（特許文献１）。
特開平１１−０８２０２８号公報（段落番号００１０〜００１２）

しかしながら、上記の筒内噴射式内燃機関には、次のような問題がある。すなわち、成層燃焼では、供給される燃料の量に対して適切な大きさの混合気塊を形成し、混合気塊の空燃比を全体として適度なものとすることが望まれる。燃料供給量に対して混合気塊が小さ過ぎるときは、混合気塊が全体として過濃となって、炭化水素（以下「ＨＣ」という。）及び一酸化炭素（以下「ＣＯ」という。）の増加や、燃焼温度の上昇による窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）の生成の原因となり、他方、燃料供給量に対して混合気塊が大き過ぎるときは、混合気塊が全体として希薄となって、着火性が低下し、失火によるＨＣ及びＣＯの増加の原因となるからである。ここで、形成される混合気塊の大きさは、噴霧を案内するキャビティの形状及び容積によりほぼ決定される。キャビティの形状等を低負荷時に適合させて設定した場合は、小さな混合気塊が形成されるため、高負荷時に混合気塊が過濃となり、高負荷時に適合させて設定した場合は、大きな混合気塊が形成されるため、低負荷時に混合気塊が希薄となる傾向にある。

本発明は、高負荷時における過濃混合気の形成を回避するとともに、低負荷時における着火性を確保して、広い運転領域でエミッションが少なく、かつ安定した成層燃焼を可能とすることを目的とする。

本発明は、筒内噴射式内燃機関を提供する。本発明に係る装置は、冠面にキャビティを有するピストンと、キャビティの中央部上方に位置し、かつ噴射方向がピストンの移動方向と平行であるインジェクタと、インジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグとを含んで構成される。ピストンは、冠面において、キャビティの外縁を定める第１の壁部と、この第１の壁部よりもキャビティの中央部に近い位置に設けられ、キャビティの底面から隆起する第２の壁部とを有し、この第２の壁部は、ピストンの周方向に端縁を有し、この端縁で周方向に終結する。好ましくは、第２の壁部を、ピストンの中心軸に垂直な平面による断面において、弧状に形成する。

本発明によれば、キャビティの形状等を高負荷時に適合させ、比較的に大きな混合気塊が形成されるようにすることで、成層燃焼による運転に際し、高負荷時には、過濃混合気の形成を回避し、混合気塊の空燃比を全体として適度なものとすることができる。他方、低負荷時には、混合気塊自体は大きなものとなるが、第２の壁部により噴霧の一部を案内して、キャビティ自体による場合とは異なる方向に向かわせることができるので、その方向に点火プラグを配置することで、点火プラグ周りに噴霧を分布させ、着火性を確保することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る筒内噴射式内燃機関（以下「エンジン」という。）１の構成を示している。
シリンダブロック１１には、ピストン１２が挿入されており、ピストン１２の冠面とシリンダヘッド１３の下面との間に形成される空間が、燃焼室１４となる。シリンダヘッド１３には、気筒中心軸ｍを基準とした一側に吸気ポート１５が形成されており、吸気ポート１５は、図示しない吸気マニホールドと接続して、吸気通路を形成している。吸気ポート１５は、吸気弁１６により開放及び遮断される。一方、気筒中心軸ｍを基準とした他側に排気ポート１７が形成されており、排気ポート１７は、図示しない排気マニホールドと接続して、排気通路を形成している。排気ポート１７は、排気弁１８により開放及び遮断される。吸気弁１６及び排気弁１８は、吸気カム１９及び排気カム２０により夫々駆動される。

また、シリンダヘッド１３には、燃焼室１４の上部略中央に臨ませて燃料供給用のインジェクタ２１が設置されるとともに、このインジェクタ２１に隣接させて点火プラグ２２が設置されている。
本実施形態では、インジェクタ２１は、気筒中心軸ｍ上に設置されている。インジェクタ２１は、先端のノズル部において、周方向に複数の噴孔が設けられたマルチホール型のインジェクタであり、各噴孔から噴射された燃料は、全体として中空のコーン状噴霧を形成する。このコーンの中心線がインジェクタ２１の噴射方向線に相当し、この噴射方向線は、気筒中心軸ｍと平行に設定されている（本実施形態では、噴射方向線と気筒中心軸ｍとが一致している。）。なお、ここでいう「平行」とは、完全な平行に限らず、実質的な平行を含む概念である。すなわち、噴射方向線は、気筒中心軸ｍと平行又はこれに近い状態にあり、キャビティ１２１により噴霧を案内して、点火プラグ２２に向かう噴霧の循環流を形成するという、後述する作用が得られる状態にあればよい。インジェクタ２１へは、燃料ポンプ２３により加圧された燃料が、燃料配管２４を介して規定圧力で供給される。燃料ポンプ２３は、エンジン１の出力により駆動される。

ピストン１２の冠面には、噴霧を案内するためのキャビティ１２１が形成されている。このキャビティ１２１は、気筒中心軸ｍに垂直な平面による断面で、円形に形成されており、その中心は、気筒中心軸ｍと一致している。キャビティの底面１２１ａは、気筒中心軸ｍに垂直な面内で平坦に形成されており、周壁面１２１ｂは、気筒中心軸ｍとほぼ平行に形成され、底面１２１ａに対し、適度な曲面により滑らかに接続されている。

また、ピストン１２の冠面には、キャビティ１２１内において、キャビティの底面１２１ａを基準として高さｈを持たせて形成されたガイド壁１２３が設けられている。このガイド壁１２３により、噴霧の一部がキャビティ１２１によるものとは異なる経路で案内される。ここで、ピストン１２のうち、キャビティの周壁面１２１ｂを内面とする壁部（以下「冠面外周部」という。）１２５が「第１の壁部」に、ガイド壁１２３が「第２の壁部」に相当する。

図２（ａ）は、ピストン１２を気筒中心軸ｍに沿って上方から見た状態を示しており、同図（ｂ），（ｃ）は、ピストン１２のＡ−Ａ線断面及びＢ−Ｂ線断面を示している。
本実施形態では、ピストン１２の冠面において、キャビティ１２１内にガイド壁１２３を設け、噴霧の一部をこのガイド壁１２３により、それ以外の噴霧をキャビティ１２１により案内することを可能としている。

ガイド壁１２３は、キャビティ１２１内において、気筒中心軸ｍを中心として概略扇状に形成されており、インジェクタ２１の各噴孔の中心軸ａ１〜ａ４のうち、所定のもの（ここでは、ａ２）を基準として線対称に設けられている。ガイド壁１２３は、気筒中心軸ｍを中心とした周方向に垂直な面内で形成された側面（第２の壁部の「端縁」を形成する。）１２３ｂ，１２３ｂを有し、これらの側面１２３ｂ，１２３ｂで周方向に終結している。側面１２３ｂ，１２３ｂは、キャビティの底面１２１ａに対して直角に接続している。他方、ガイド壁の内面１２３ａは、気筒中心軸ｍに垂直な平面による断面で弧状に形成されるとともに、キャビティの底面１２１ａに対し、気筒中心軸ｍからの距離が底面１２１ａに近い位置ほど長くなるように、９０°未満の角度で傾斜させて形成されている。なお、内面１２３ａは、気筒中心軸ｍと平行に形成してもよい。また、内面１２３ａは、キャビティの底面１２１ａに対し、適度な曲面により滑らかに接続されている。点火プラグ２２は、噴孔の中心軸ａ２上で、ガイド壁１２３よりも気筒中心軸ｍに近い位置に設置されており、内面１２３ａの具体的な形状は、インジェクタ２１の設置点（気筒中心軸ｍと一致する。）及び点火プラグ２２の設置点Ｐを焦点とする楕円の一部を形成するものであるとよい。ガイド壁１２３の高さｈは、周方向に一定であり、キャビティ１２１の深さｄよりも小さな値に設定されている。ガイド壁の上面１２３ｃは、気筒中心軸ｍ（すなわち、キャビティの中央部）から離れるに従いガイド壁１２３の高さｈが減少するように、キャビティの底面１２１ａに対して傾斜させて形成されている。ガイド壁１２３の半径方向外側の端縁は、キャビティの周壁面１２１ｂに対し、適度な曲面により滑らかに接続されている。

図１に戻り、エンジン１の運転は、コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という。）３１により統合的に制御される。エンジン１には、吸入空気量ＱＭを検出するエアフローメータ４１からの信号、クランク角センサ４２からの信号（これをもとに、エンジン回転数ＮＥを算出する。）、及び冷却水温度Ｔｗを検出する温度センサ４３からの信号等が入力される。ＥＣＵ３１は、これらの信号をもとに、インジェクタ２１の燃料噴射量及び噴射時期、並びに点火プラグ２２の点火時期を演算し、設定する。

本実施形態では、エンジン１の運転状態に応じ、拡散燃焼と成層燃焼との間で燃焼形態を切り換える。拡散燃焼では、空燃比を理論空燃比に設定するとともに、燃料噴射時期を吸気行程中に設定し、噴霧を燃焼室１４全体に拡散させて混合気を形成する。成層燃焼では、空燃比を理論空燃比よりも大きな値に設定するとともに、燃料噴射時期を圧縮行程中に設定し、点火プラグ２２近傍の領域に噴霧を集中させ、混合気を層状に形成する。

なお、インジェクタ２１から噴霧中心線（すなわち、気筒中心軸ｍ）を基準とした周方向の各位置に向けて向けて噴射される燃料の、燃料噴射量全体に占める割合（以下「噴射量割合」という。）ｒは、周方向で均一にしてもよいが、本実施形態では、これを周方向で異ならせ、ガイド壁１２３に向けて噴射される燃料を、それ以外の燃料よりも多くしている。マルチホール型のインジェクタ２１では、一部の噴孔（ここでは、中心軸ａ２のもの）の径をそれ以外の噴孔の径とは異ならせることで、容易に噴射量割合を調節することが可能であり、前者の噴孔の径を後者の噴孔の径よりも大きな値に設定することで、ガイド壁１２３に向けて噴射される燃料を多くすることができる。ガイド壁１２３に向けて噴射された噴霧は、ガイド壁１２３により受け止められて上方へ案内され、点火プラグ２２へ向かう。

次に、ＥＣＵ３１の動作について、フローチャートにより説明する。
図３は、燃料噴射制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、イグニッションスイッチがオンされることにより起動され、その後、所定の時間毎に実行される。このルーチンでは、運転状態に応じた燃焼形態が選択されるとともに、選択された燃焼形態のもと、燃料噴射量Ｑｆ及び燃料噴射時期ＩＴが設定される。

Ｓ１０１では、吸入空気量ＱＭ、エンジン回転数ＮＥ及び冷却水温度Ｔｗ等、各種の運転状態を読み込む。
Ｓ１０２では、エンジン１の運転状態が属する領域を判定する。この判定は、回転速度（例えば、エンジン回転数ＮＥ）及び負荷（例えば、一回転毎の吸入空気量＝ＱＭ／ＮＥ）により図４に示すマップを検索し、エンジン１の運転状態が負荷に応じた領域Ａ〜Ｃのいずれに属するかを判定することにより行う。負荷が低い領域Ａに属するときは、Ｓ１０３へ進み、負荷が高い領域Ｃに属するときは、Ｓ１０５へ進む。これらの領域Ａ，Ｃの中間の領域Ｂに属するときは、Ｓ１０４へ進む。

Ｓ１０３では、一度噴き成層燃焼モードを選択し、図５に示すフローチャートに従い燃料噴射量Ｑｆ及び燃料噴射時期ＩＴを設定する。
Ｓ１０４では、二度噴き成層燃焼モードを選択し、図７に示すフローチャートに従い燃料噴射量Ｑｆ等を設定する。
Ｓ１０５では、拡散燃焼モードを選択し、図１０に示すフローチャートに従い燃料噴射量Ｑｆ等を設定する。

図５に示すフローチャートにおいて、Ｓ２０１では、燃料噴射量Ｑｆを演算する。一度噴き成層燃焼モードでは、空燃比が理論空燃比よりも大きな値に設定され、燃料噴射量Ｑｆは、次式により算出される。なお、ｋを理論空燃比相当の燃料噴射量を与える係数とし、ＬＡＭＢを当量比とし、ＣＯＥＦを冷却水温度Ｔｗ等に応じた増量補正係数とする。
Ｑｆ＝ｋ×（ＱＭ／ＮＥ）×ＬＡＭＢ×ＣＯＥＦ ・・・（２）
Ｓ２０２では、燃料噴射時期（「第１の噴射時期」に相当する。）ＩＴを設定する。燃料噴射時期ＩＴは、圧縮行程中の比較的に遅い時期に、負荷が低いときほど遅角させて設定される（図６）。設定されたＩＴにおいて、燃料は、キャビティ１２１のうち、ガイド壁の内面１２３ａよりも内側に向けて噴射される。

図７に示すフローチャートにおいて、Ｓ３０１では、燃料噴射量Ｑｆを演算する。二度噴き成層燃焼モードでは、空燃比が理論空燃比よりも大きな値に設定され、負荷に応じた量の燃料が２回に分けて噴射される。燃料噴射量Ｑｆは、（２）式により算出され、算出されたＱｆは、１サイクル当たりに噴射される燃料の総量を示す。
Ｓ３０２では、先の燃料噴射で噴射する燃料の量（以下「一度目噴射量」という。）Ｑ１を設定する。一度目噴射量Ｑ１は、燃料噴射量Ｑｆに所定の割合ＲＴＯを乗算して算出する。

Ｑ１＝Ｑｆ×ＲＴＯ ・・・（３）
Ｓ３０３では、先の燃料噴射を開始する時期（以下「一度目噴射時期」といい、「第２の噴射時期」に相当する。）ＩＴ１を設定する。一度目噴射時期ＩＴ１は、圧縮行程中の比較的に早い時期に、負荷が低いときほど遅角させて設定される（図８）。設定されたＩＴ１において、燃料は、キャビティ１２１のうち、ガイド壁の内面１２３ａよりも外側に向けて噴射される。

Ｓ３０４では、後の燃料噴射で噴射する燃料の量（以下「二度目噴射量」という。）Ｑ２を設定する。二度目噴射量Ｑ２は、燃料噴射量Ｑｆから一度目噴射量Ｑ１を減算して算出する。
Ｑ２＝Ｑｆ−Ｑ１・・・（４）
Ｓ３０５では、後の燃料噴射を開始する時期（以下「二度目噴射時期」といい、「第３の噴射時期」に相当する。）ＩＴ２を設定する。二度目噴射時期ＩＴ２は、圧縮行程中の、一度目噴射時期ＩＴ１よりも遅い時期に、負荷が低いときほど遅角させて設定される（図９）。設定されたＩＴ２において、燃料は、キャビティ１２１のうち、ガイド壁の内面１２３ａよりも内側に向けて噴射される。

図１０に示すフローチャートにおいて、Ｓ４０１では、（２）式により燃料噴射量Ｑｆを演算する。拡散燃焼モードでは、空燃比が理論空燃比に設定される。
Ｓ４０２では、燃料噴射時期ＩＴを設定する。燃料噴射時期ＩＴは、吸気行程中に設定される。
次に、以上の燃料噴射制御による混合気形成の概念について説明する。

図１１は、一度噴き成層燃焼モード（領域Ａ）による場合のうち、負荷が比較的に低いときのものを示しており、（ａ）が燃料噴射時期ＩＴでの状態を、（ｂ）が点火時期での状態を示している。
ここでの燃料噴射時期ＩＴは、ガイド壁１２３の内側に向けて燃料が噴射される時期に設定されるが、領域Ａのなかでも特に遅い時期に設定される。噴霧Ｓは、キャビティの底面１２１ａに衝突し、この底面１２１ａに沿って外向きに広がる。ここで、噴霧Ｓの一部は、ガイド壁１２３によりその内面１２３ａに沿って上方へ案内されて、点火プラグ２２ヘ向かう縦方向の循環流を形成する。燃料噴射時期ＩＴが遅い時期に設定されることで、ガイド壁１２３に向けて噴射されたもの以外の噴霧Ｓがキャビティ１２１内に保持され、拡散が進む前に点火時期を迎えることになる。点火時期には、キャビティ１２１内に噴霧Ｓが保持されるとともに、点火プラグ２２周りに適度な空燃比で噴霧Ｓが分布した、比較的に小さな混合気塊Ｍが形成される。

図１２は、一度噴き成層燃焼モード（領域Ａ）による場合のうち、負荷が比較的に高いときのものを示しており、（ａ）が燃料噴射時期ＩＴでの状態を、（ｂ）が点火時期での状態を示している。
ここでの燃料噴射時期ＩＴは、ガイド壁１２３の内側に向けて燃料が噴射される時期に設定されるが、上記の低負荷時におけるよりも早い時期に設定される。噴霧Ｓは、キャビティの底面１２１ａに衝突して外向きに広がり、特にガイド壁１２３に向けて噴射されたものが循環流を形成し、点火プラグ２２ヘ向かうのは、前述同様である。ここでは、燃料噴射時期ＩＴが比較的に早い時期に設定されることで、点火時期を迎えるまでにある程度の時間が確保されており、ガイド壁１２３に向けて噴射されたもの以外の噴霧Ｓも、キャビティの周壁面１２１ｂに沿って上方へ案内される。このため、点火時期には、キャビティ１２１内（ガイド壁１２３により流れが阻害される領域を除く。）及びその上方に噴霧Ｓが集中した、低負荷時におけるよりも大きな混合気塊Ｍが形成される。なお、ここで形成される混合気塊Ｍも、次のより高負荷域で形成される混合気塊Ｍよりは大きさが抑えられており、噴霧Ｓの過拡散が防止される。

図１３は、二度噴き成層燃焼モード（領域Ｂ）による場合のものを示しており、（ａ）が一度目噴射時期ＩＴ１での状態を、（ｂ）が二度目噴射時期ＩＴ２直前での状態を、（ｃ）が二度目噴射時期ＩＴ２での状態を、（ｄ）が点火時期での状態を示している。（ａ）〜（ｄ）は、筒内の状態を時系列順に示している。
一度目噴射時期ＩＴ１は、圧縮行程中の比較的に早い時期に設定され、設定されたＩＴ１において、燃料は、ガイド壁１２３の外側に向けて噴射される。噴霧Ｓ１は、キャビティの底面１２１ａ及びガイド壁の上面１２３ｃに衝突し、これらの面１２１ａ，１２３ｃに沿って外向きに広がるとともに、キャビティの周壁面１２１ｂに沿って上方へ案内されて、循環流を形成する。他方、二度目噴射時期ＩＴ２は、圧縮行程中の、一度目噴射時期ＩＴ１よりも遅い時期に設定され、設定されたＩＴ２において、燃料は、ガイド壁１２３の内側に向けて噴射される。噴霧Ｓ２は、一度噴き成層燃焼モードによる場合と同様に、キャビティの底面１２１ａに沿って案内されるとともに、一部がガイド壁１２３により案内されて循環流を形成し、点火プラグ２２ヘ向かう。点火時期には、キャビティ１２１内全体及びその上方に噴霧Ｓが集中した、大きな混合気塊Ｍが形成される。

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
第１に、本実施形態では、キャビティ１２１内に、噴霧Ｓの一部を点火プラグ２２に向けて積極的に案内するためのガイド壁１２３を設け、成層燃焼域において、低負荷時にはガイド壁１２３の内側を指向して、高負荷時にはガイド壁１２３の外側を指向して燃料を噴射することとした。キャビティ１２１自体により形成される混合気塊Ｍが大きなものとなるため、高負荷時に過濃混合気が形成されるのを回避することができる。他方、混合気塊Ｍが大きなものとなることで、低負荷時に混合気塊Ｍが全体として希薄となる傾向にあるが、ガイド壁１２３により噴霧Ｓの一部が点火プラグ２２に向けて案内されるので、点火プラグ２２周りに噴霧Ｓを適度な空燃比で分布させることが可能となり、着火性を確保することができる。

第２に、ガイド壁１２３に側面１２３ｂを形成し、ガイド壁１２３の端縁に段差を設けることとしたので、ガイド壁１２３により案内される噴霧Ｓの、周方向への拡散を抑制することができる。このため、特に低負荷時において、点火プラグ２２周りに噴霧Ｓを積極的に集中させることができる。
第３に、ガイド壁の内面１２３ａを弧状に形成したことで、ガイド壁１２３に衝突した噴霧Ｓを上方（すなわち、点火プラグ２２）ヘ向け、良好に案内することができる。内面１２３ａの形状を、インジェクタ２１及び点火プラグ２２の各設置点を焦点とする楕円の一部とすることで、この効果がより良好なものとなる。

第４に、インジェクタ２１からガイド壁１２３に向けて噴射される燃料を、それ以外の方向に向けて噴射される燃料よりも多くすることで、点火プラグ２２周りに燃料を集中させて、着火性を向上させることができる。
第５に、成層燃焼域のなかでも負荷が比較的に高い領域Ｂにおいて、負荷に応じた量の燃料を２回に分けて噴射することとし、先の燃料噴射はガイド壁１２３の外側を指向して、後の燃料噴射はガイド壁１２３の内側を指向して行うこととした。このため、混合気塊Ｍ自体は大きなものとして、過濃混合気の形成を回避するとともに、点火プラグ２２周りの混合気が希薄となるのを防止して、着火性を確保することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図１４は、本実施形態に係るピストン１２の構成を示しており、同図（ａ）は、ピストン１２を気筒中心軸ｍに沿って上方から見た状態を、同図（ｂ），（ｃ）は、ピストン１２のＡ−Ａ線断面及びＢ−Ｂ線断面を示している。
本実施形態では、ガイド壁１２３の高さｈが、噴孔の中心軸（ここでは、ａ２）から周方向に離れるに従い徐々に減少しており、ガイド壁１２３の端縁がキャビティの底面１２１ａと同一面内に形成されている。このため、本実施形態では、ガイド壁１２３の端縁において、実質的な段差が形成されていない。また、本実施形態では、ガイド壁の上面１２３ｃの傾きを端縁に近い位置ほど増大させることで、内面１２３ａの中央部面積を大きくし、噴霧Ｓを案内する機能を確保している。ガイド壁１２３が中心軸ａ２を基準として線対称に設けられる点、内面１２３ａが弧状に形成される点、ガイド壁１２３の最大高さＨ（＝ｈ１）がキャビティ１２１の深さｄよりも小さな値に設定される点等、ガイド壁１２３の端縁に段差が形成されないようにした点以外の構成は、先の実施形態におけると同様である。

本実施形態によれば、ガイド壁の上面１２３ｃをキャビティの底面１２１ａに対して傾斜させ、ガイド壁１２３の端縁に段差が形成されないようにしたので（図１４（ｄ））、段差が形成される場合と比べ、ガイド壁１２３に衝突した噴霧Ｓの、周方向への拡散が許容される。このため、特に高負荷時において、ガイド壁１２３の案内により点火プラグ２２周りに噴霧Ｓが過度に集中し、燃焼が不完全となるのを防止することができる。

以上では、インジェクタ２１の噴射量割合を周方向で異ならせ、ガイド壁１２３に向けて噴射される燃料を、それ以外の方向に向けて噴射される燃料よりも多くすることとした。これとは逆に、後者の燃料を前者の燃料よりも多くすることで（換言すれば、ガイド壁１２３に向けて噴射される燃料を少なくすることで）、点火プラグ２２周りに燃料が過度に集中するのを防止して、着火性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの構成 同上実施形態に係るピストンの構成 燃料噴射制御ルーチンのフローチャート 領域判定マップ 一度噴き成層燃焼モードでの制御のフローチャート 同上燃焼モードの燃料噴射時期設定テーブル 二度噴き成層燃焼モードでの制御のフローチャート 一度目噴射時期設定テーブル 二度目噴射時期設定テーブル 拡散燃焼モードでの制御のフローチャート 成層燃焼域のうち、低負荷域での混合気形成の概念 成層燃焼域のうち、中負荷域での混合気形成の概念 成層燃焼域のうち、高負荷域での混合気形成の概念 本発明の他の実施形態に係るピストンの構成

符号の説明

１…エンジン、１１…シリンダブロック、１２…ピストン、１２１…キャビティ、１２１ａ…キャビティの底面、１２１ｂ…キャビティの周壁面、１２３…第２の壁部としてのガイド壁、１２３ａ…ガイド壁の内面、１２３ｂ…ガイド壁の側面、１２３ｃ…ガイド壁の上面、１２５…第１の壁部としての冠面外周部、１３…シリンダヘッド、１４…燃焼室、１５…吸気ポート、１６…吸気弁、１７…排気ポート、１８…排気弁、２１…インジェクタ、２２…点火プラグ、３１…コントロールユニット、４１…エアフローメータ、４２…クランク角センサ、４３…冷却水温度センサ、Ｓ…噴霧、Ｍ…混合気塊、Ｐ…点火プラグの設置点、ｍ…気筒中心軸。

Claims (13)

1. 冠面にキャビティを有するピストンと、
   キャビティの中央部上方に位置し、かつ噴射方向がピストンの移動方向と平行であるインジェクタと、
   インジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグと、を含んで構成され、
   ピストンは、冠面において、キャビティの外縁を定める第１の壁部と、この第１の壁部よりもキャビティの中央部に近い位置に設けられ、キャビティの底面から隆起する第２の壁部とを有し、
   第２の壁部は、ピストンの周方向に端縁を有し、この端縁で周方向に終結する筒内噴射式内燃機関。
2. 第２の壁部の内面が、ピストンの中心軸に垂直な平面による断面において、弧状である請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関。
3. 第２の壁部の内面が、前記断面において、インジェクタ及び点火プラグの各設置点を結ぶ直線を長軸とする楕円の一部を形成する請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関。
4. 第２の壁部が、気筒中心軸に対し、点火プラグが位置する一側に設けられた請求項１〜３のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
5. 点火プラグが、第２の壁部よりも気筒中心軸に近い位置に設けられた請求項４に記載の筒内噴射式内燃機関。
6. キャビティの底面と第２の壁部の内面との間に形成される角度が、９０°以下である請求項５に記載の筒内噴射式内燃機関。
7. インジェクタから、インジェクタの噴射方向線を基準とした周方向の所定の位置に向けて噴射される第１の噴霧に含まれる燃料が、それ以外の位置に向けて噴射される第２の噴霧に含まれる燃料よりも多い請求項１〜６のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
8. 第１の噴霧が、第２の壁部に向けて噴射される請求項７に記載の筒内噴射式内燃機関。
9. 第２の噴霧が、第２の壁部に向けて噴射される請求項７に記載の筒内噴射式内燃機関。
10. インジェクタの動作を制御するコントローラを更に含んで構成され、
    コントローラは、インジェクタの噴射時期として、クランク角に関して比較的に遅い圧縮行程中の第１の噴射時期と、この第１の噴射時期よりも早い圧縮行程中の第２の噴射時期とを設定し、これらの噴射時期をエンジンの運転状態に応じて切り換える請求項１〜９のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
11. 第１の噴射時期において、キャビティのうち、第２の壁部よりも内側の部分に向けて燃料が噴射される請求項１０に記載の筒内噴射式内燃機関。
12. 第２の噴射時期において、キャビティのうち、第２の壁部よりも外側の部分に向けて燃料が噴射される請求項１０又は１２に記載の筒内噴射式内燃機関。
13. 第２の噴射時期が設定される運転状態において、第２の噴射時期に加え、これよりも遅い圧縮行程中の第３の噴射時期が設定され、一サイクル当たりに第２及び第３の噴射時期のそれぞれで燃料が噴射され、
    第３の噴射時期において、燃料は、キャビティのうち第２の壁部よりも内側の部分に向けて噴射される請求項１２に記載の筒内噴射式内燃機関。

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