JP2007092693A - 火花点火式直噴エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】マルチホール型インジェクタを有する火花点火式直噴エンジンにおいて、高い成層ロバスト性と均質燃焼運転領域での気化霧化とを両立し、広い運転領域での良好な燃焼特性を発揮し、燃費と排気性能とを一層向上させること。
【解決手段】ピストン冠面２６０の隆起部２６１間に凹部２６３を設ける。凹部２６３の吸気側部分２６３ａは、排気側部分２６３ｂよりも径の大きい平面視卵形形状に形成されている。吸気側に配置されたマルチホール型インジェクタ３２ａの噴霧Ｆｄ〜Ｆｆは、凹部２６３の吸気側部分２６３ａに受容され、点火プラグ３４側に拡散する。
【選択図】図８

Description

本発明は火花点火式直噴エンジンに関する。

近年、省資源化や環境問題へ対応するため、自動車に対する高効率低エミッション性への要請が非常に高くなっている。そのような要請に応えるため、火花点火式直噴エンジンにおいては、成層燃焼時における燃費や排気性能を向上することが不可欠である。

そこで、成層運転領域において、着火性を向上するために、本件出願人は、特許文献１に示されるように、複数の噴口を備えたマルチホール型インジェクタを採用した火花点火式直噴エンジンを提案している。この先行技術においては、点火プラグの電極回りに混合気を長時間滞留させるため、特許文献１に係るマルチホール型インジェクタでは、ピストンに向けて燃料を噴射する噴口の他に、点火プラグの電極に向けて燃焼を噴射する複数の噴口が設けられているとともに、各噴口のペネトレーションが異なっている。
特開２００５−９８１２１

ところで、マルチホール型インジェクタを採用し、さらなる燃費や排気性能の向上を図るためには、ノッキングやスモーキングを回避しつつ高圧縮比を実現でき、しかも、広範な運転領域にわたって、適切な濃度の混合気を点火プラグの電極付近に集めて点火することが要請される。しかしながら、ピストンに向けて噴射された噴霧を単にペネトレーションや燃料噴射量の調整のみで実現することには限界があった。

本発明は上述のような課題に鑑みてなされものであり、いわゆるマルチホール型インジェクタを採用した火花点火式直噴エンジンのさらなる改良を目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、混合気が燃焼される燃焼室を形成するシリンダヘッドと、前記燃焼室の中央から当該燃焼室内に電極が臨設された点火プラグと、前記シリンダヘッドとともに燃焼室を形成し、クランクシャフトに連結されたピストンと、平面視で前記クランクシャフトの軸芯を境に前記燃焼室の片側に形成されて、当該燃焼室に新気を導入する吸気ポートと、前記クランクシャフトの軸芯を境に前記燃焼室の吸気ポートと反対側に形成されて、燃焼室の既燃ガスを排出する排気ポートと、前記燃焼室の当該吸気ポート側に配置されているとともに、前記点火プラグの電極に対して燃料を噴射する電極側噴口並びに前記ピストンの冠面方向に対して燃料を噴射するピストン側噴口を有するマルチホール型インジェクタとを備えた火花点火式直噴エンジンにおいて、燃焼室内にスワールを生成するスワール生成手段と、前記クランクシャフトの軸芯方向に対向して前記ピストン冠面に形成され、前記燃焼室の天井面の起伏に沿う一対の隆起部と、各隆起部間に形成され、前記クランクシャフトの軸芯と直交する方向に延びる凹部とを設け、前記凹部の吸気側は、ピストンが上死点位置にあるときに前記ピストン側噴口からの噴霧を受容する広さを有して周縁部が円弧形状に形成されているとともに、排気側は、その周縁部が吸気側の周縁部よりも小さな円弧形状に形成されていて、これら吸気側と排気側の両周縁部が滑らかに連なる滑らかに連なる形状を呈し、且つ吸気側の底面は、排気側の内周縁に噴霧をガイドする傾斜を有していることを特徴とする火花点火式直噴エンジンである。この態様では、燃焼室の天井面の起伏に沿う一対の隆起部を形成しているので、高い圧縮比を確保し、燃費を向上させることが可能になる。さらに両隆起部間に、凹部を設け、この凹部の吸気側でマルチホール型インジェクタのピストン側噴口から噴射された燃料の噴霧を受容するようにしているので、ピストン側に噴射された噴霧は、凹部の吸気側に受けられる。このため、ピストン側に噴射された燃料の噴霧がピストン冠面の外側に漏出されることが防止されるため、燃焼室から漏れた燃料がエンジンオイルを希釈するオイル希釈化を招来するおそれが無くなる。ここで、この態様では、燃焼室内にスワールを生成するスワール生成手段を設け、さらに、凹部の吸気側底面は、排気側の内周縁に噴霧をガイドする傾斜が形成されているので、通常は冠面に衝突した時点で著しく低下する噴霧の運動エネルギー吸気側の底面によってが保持され、排気側に滑らかに拡散する。しかも、凹部の排気側も円弧形状に形成されているので、前記スワールを保持し、拡散した噴霧を点火プラグ回りにガイドすることが可能になる。また、凹部の排気側は、吸気側に比べて小さな円弧に形成されているので、スワール保持機能を保ちつつ、高い圧縮比を維持することが可能になっている。この結果、噴霧の運動エネルギーが急速に減衰することによって、ピストン冠面の中央に液溜まりが生じ、オーバーリッチ状態での燃焼によるスモークやノッキングを効果的に防止することも可能になり、成層燃焼運転領域でのロバスト性が向上する。また、ピストン側に噴射された噴霧を拡散しつつ凹部内に保持することが可能になるので、均質燃焼運転領域においては、燃料の気化霧化を促進することも可能になる。加えて、凹部が滑らかに連なる形状に形成されていることから、点火時に生成された火炎がピストン冠面上で球状に成長し、大きな燃焼エネルギーを生成することが可能になる。なお本発明において、凹部の吸気側の「傾斜」は、平らな傾斜のみならず、湾曲した傾斜であってもよい。

好ましい態様において、前記凹部は、平面視略卵形に形成されている。この態様では、凹部の吸気側に受容された噴霧が滑らかに排気側にガイドされ、スワール保持性能が向上する。

好ましい態様において、前記凹部の排気側内周縁は、吸気側からの噴霧を点火プラグの電極側へガイドする湾曲面を有している。この態様では、凹部の排気側でスワールを保持するに際し、吸気側からの噴霧をより点火プラグの電極へ送り込み、良好な成層燃焼を実現することが可能になる。

好ましい態様において、前記凹部は、吸気側と排気側とが概ね均等に前記ピストン冠面の外周側に拡がっているとともに、吸気側の凹部容積を排気側の凹部容積以上に設定している。この態様では、より確実に噴霧の拡散を図り、成層ロバスト性の向上に寄与することが可能になる。

好ましい態様において、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出された運転状態に基づいて、前記マルチホール型インジェクタの燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段とを設け、前記燃料噴射制御手段は、成層燃焼領域の少なくとも高負荷側では、圧縮行程において、燃料を分割噴射するものである。この態様では、ピストンが上死点に向かう圧縮行程において、燃料が分割されて噴射されるため、後半に噴射された燃料のうち、ピストン側噴口から噴射された燃料は、相対的に大きなペネトレーションでピストン冠面に衝突することになるが、ピストン冠面に形成された凹部は、この噴霧の運動エネルギーを保持しつつ、排気側に拡散し、さらに凹部の排気側で噴霧の滞留時間を確保することができるので、点火タイミングが大きくリタードされる高負荷時の成層燃料運転領域においても、分割噴射による燃料の気化霧化と相俟って、良好な着火性能を得ることが可能になる。

好ましい態様において、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出された運転状態に基づいて、前記マルチホール型インジェクタの燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段とを設け、前記燃料噴射制御手段は、均質燃焼領域の少なくとも高負荷側では、吸気行程において、燃料を分割噴射するものである。この態様では、ピストンが下死点に向かう吸気行程において、燃料が分割されて噴射されるため、前半に噴射された燃料のうち、ピストン側噴口から噴射された燃料は、相対的に大きなペネトレーションでピストン冠面に衝突することになるが、ピストン冠面に形成された凹部は、この噴霧の運動エネルギーを保持しつつ、排気側に拡散し、さらに凹部の排気側で噴霧の滞留時間を確保することができるので、分割噴射による燃料の気化霧化性をより向上させることが可能になる。

好ましい態様において、前記マルチホール型インジェクタは、前記電極の両側部並びに電極の直下に噴射方向を指向する３つの噴口を前記電極側噴口として有しているとともに、前記電極の下方並びにその両側に噴射方向を指向する３つの噴口を前記ピストン側噴口として有しているものである。この態様では、各噴口から噴射される燃料のペネトレーションを可及的に抑制でき、燃料のライナー付着を低減することが可能になる。また、凹部を形成したことによる噴霧の拡散機能を享受できることから、成層性と均質性とを両立させた燃料噴射機能を奏することが可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、スワール保持機能を有する凹部をピストン冠面に形成し、マルチホール型インジェクタと組み合わせているので、高い成層ロバスト性と均質燃焼運転領域での気化霧化とを両立することが可能になり、広い運転領域での良好な燃焼特性を発揮し、燃費と排気性能とを一層向上させることが可能になるという顕著な効果を奏する。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の一形態に係るエンジン２０の概略構成を示す構成図である。

図１を参照して、図示の４サイクルガソリンエンジン２０は、クランクシャフト２１を回転自在に支持するシリンダブロック２２と、シリンダブロック２２の上部に配置されたシリンダヘッド２３とを一体的に有しており、これらシリンダブロック２２およびシリンダヘッド２３には、複数の気筒２４が設けられている。

各気筒２４には、コンロッド２５を介してクランクシャフト２１に連結されたピストン２６と、ピストン２６が気筒２４内に形成する燃焼室２７とが設けられている。

シリンダヘッド２３の下面には、気筒２４毎に燃焼室２７の天井部が構成され、この天井部は中央部分からシリンダヘッド２３の下端まで延びる２つの傾斜面を有するいわゆるペントルーフ型となっている。

前記燃焼室２７の天井部には各々独立した２つの吸気ポート２８および排気ポート２９が概ね対称形に開口しており、各ポート２８、２９の開口端に吸気弁３０および排気弁３１が設けられ、吸気２弁、排気２弁の４弁構成となっている。

燃焼室２７の側部には、燃料供給システム３２に接続されているマルチホール型インジェクタ３２ａが設けられている。マルチホール型インジェクタ３２ａは、前記燃料供給システム３２がコントロールユニット１００からの燃料噴射パルスを受けることにより、このパルス幅に対応する燃料を燃焼室２７に噴射するように構成されている。

図２はマルチホール型インジェクタ３２ａの燃料噴射方向を説明する説明図である。

図２を参照して、同マルチホール型インジェクタ３２ａは、６つの噴口３２Ａ〜３２Ｆを有している。このうち、噴口３２Ａ、３２Ｂは、点火プラグ３４の電極３４ａ（図１、図４参照）の両側に燃料を噴射する指向性を有しており、噴口３２Ｃは、前記電極３４ａの直下に燃料を噴射する指向性を有している。本実施形態においては、これら３つの噴口３２Ａ〜３２Ｃが電極側噴口を構成している。他方、噴口３２Ｄは、噴口３２Ｃよりもさらに電極３４ａの下方に燃料を噴射する指向性を有し、残余の噴口３２Ｅ、３２Ｆは、噴口３２Ｄの両側に燃料を噴射する指向性を有している。本実施形態においては、これら３つの噴口３２Ｄ〜３２Ｆがピストン側噴口を構成している。なお以下の説明では、各噴口３２Ａ〜３２Ｆから噴射された噴霧の符号をＦａ〜Ｆｆとして説明する。

図１を参照して、各気筒２４には、シリンダヘッド２３に固定され、燃焼室２７内に電極３４ａを臨ませてこの電極３４ａからスパークを発する点火プラグ３４が配設されている。各点火プラグ３４は、シリンダヘッド２３の稜線部分の略中央に配置されている。点火プラグ３４には、電子制御による点火タイミングのコントロールが可能な点火回路３５が接続されており、この点火回路３５が前記コントロールユニット１００に制御されるようになっている。

各気筒２４の吸気弁３０および排気弁３１には、それぞれ公知のタペットユニット３６が設けられている。タペットユニット３６は、シリンダヘッド２３に設けられた動弁機構のカム軸３７、３８のカム３７ａ、３８ａによって、周期的に駆動されるものである。

エンジン２０の吸気ポート２８には、インテークマニホールド４２の分岐吸気管４３が接続している。分岐吸気管４３は、気筒２４毎に設けられており、それぞれがインテークマニホールド４２に等長の吸気経路を形成した状態で接続されている。さらに一方の分岐吸気管４３には、スワール生成用のスワール弁６１が設けられている。スワール弁６１の駆動部（図示せず）は、前記コントロールユニット１００によって制御されるように構成されている。

次に、排気ポート２９には、各気筒２４に２つ一組で形成された二股状の分岐排気管５１が接続されている。各分岐排気管５１の下流端は、周知の構成と同様に、エキゾーストマニホールドを介して既燃ガスを排出する排気通路が接続されている。

コントロールユニット１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されており、図略のセンサ（クランク角度センサ、エンジン温度センサ、吸気圧センサ、スロットル開度センサ、アクセルセンサ、ブレーキセンサ等）の入力要素並びに上述した燃料供給システム３２、点火回路３５、並びにスワール弁６１の駆動部等の出力要素と接続されることにより、エンジン２０の運転状態を検出する運転状態検出手段、燃料噴射タイミングと燃料噴射量（或いはペネトレーション）を制御する燃料噴射制御手段、スワールの生成を制御するスワール生成制御手段、点火タイミングを制御する点火制御手段を機能的に構成している。

図３は本実施形態に係るエンジン２０の運転領域を示す特性図である。

図３を参照して、コントロールユニット１００には、同図に基づく制御マップが記憶されており、この制御マップに基づいて、低速低負荷側の成層燃焼運転領域とそれ以外の均質燃焼運転領域とを判定し、これら運転領域毎に異なるタイミングで燃料噴射タイミングや点火タイミング等を制御できるように構成されている。

次に図４を参照して、本発明に係るピストン２６について詳述する。

図４は本実施形態に係るピストン２６の詳細を示すものであり、（Ａ）は拡大断面図、（Ｂ）はピストン２６の平面図である。また、図５は図４（Ａ）の断面部分を示すものであり、（Ａ）は図４（Ｂ）のＡＡ断面図、（Ｂ）は同ＢＢ断面図である。さらに図６は吸気側から見たエンジンの断面部分略図である。

まず、図４（Ａ）（Ｂ）を参照して、ピストン２６の冠面２６０には、クランクシャフト２１の軸線２１ａ方向に沿って対向する一対の隆起部２６１を有している。隆起部２６１は、概ね正面視三角形に形成された壁状部位であり、燃焼室２７のペントルーフ型の天井部に沿う傾斜面２６１ａ、２６１ｂを有している。

吸気側の傾斜面２６１ａは、冠面２６０と同心の円弧に沿って吸気側に行くに連れて冠面２６０に近づくように概ね直線状に傾斜し、冠面２６０と連続している。

排気側の傾斜面２６１ｂは、同様にピストン２６の排気側に行くに連れて冠面２６０に近づくように直線状に傾斜している。さらにこの排気側の傾斜面２６１ｂは、両隆起部２６１間に形成された連続部２６２によって平面視Ｕ字状に連続している。この連続部２６２は、当該燃焼室２７の天井部に形成された図略の下縁周縁部に対応して形成されたものである。

これら隆起部２６１、２６１並びに連続部２６２の内方には、平面視卵形の凹部２６３が形成されている。

図４（Ａ）並びに図５（Ａ）に示すように、凹部２６３は、概ね平らな浅い窪みであるが、その吸気側部分２６３ａは、僅かな湾曲をもって滑らかな傾斜を有している。この傾斜により、吸気側部分２６３ａは、マルチホール型インジェクタ３２ａから噴射されたピストン２６側への噴霧Ｆｄ〜Ｆｆを滑らかに受容し、点火プラグ３４の下方に拡散できるように構成されている。さらに、図４（Ｂ）に示すように、吸気側部分２６３ａは、ピストン２６側への噴霧Ｆｄ〜Ｆｆを完全に隆起部２６１、２６１間に受容できるように、比較的大きな径に設定されている。これにより、噴霧が冠面２６０の外側にこぼれ出るのを防止し、燃料がエンジンオイルに滴下するオイル希釈を防止することが可能になっている。

他方、凹部２６３の排気側部分２６３ｂは、圧縮比を確保するために、吸気側部分２６３ａよりも小さな径で円弧をなしており、吸気側部分２６３ａとは、前後で対称形の滑らかな円弧で連続している。但し、図４（Ａ）並びに図５（Ｂ）に示すように、排気側部分２６３ｂの内周縁は、比較的大きな（すなわち、接線が鉛直に近い）傾斜を形成している。これにより、平面形状が概ね円形に形成されていることと相俟って、吸気側部分２６３ａから拡散された噴霧がスワールを保持しつつ上方に案内され、点火プラグ３４の電極３４ａ側へ導かれるようになっている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
以上説明したように本実施形態では、燃焼室２７の天井面の起伏に沿う一対の隆起部２６１並びに連続部２６２を形成しているので、高い圧縮比を確保し、燃費を向上させることが可能になる。さらに両隆起部２６１間に、凹部２６３を設け、この凹部２６３の吸気側部分２６３ａでマルチホール型インジェクタ３２ａのピストン側噴口３２Ｄ〜３２Ｆから噴射された燃料の噴霧Ｆｄ〜Ｆｆを受容するようにしているので、ピストン２６側に噴射された噴霧Ｆｄ〜Ｆｆは、凹部２６３の吸気側部分２６３ａに受けられる。このため、ピストン２６側に噴射された燃料の噴霧Ｆｄ〜Ｆｆがピストン２６の冠面２６０の外側に漏出されることが防止されるため、燃焼室２７から漏れた燃料がエンジンオイルを希釈するオイル希釈化を招来するおそれが無くなる。

ここで、本実施形態では、燃焼室２７内にスワールを生成するスワール生成手段としてのスワール弁６１を設け、さらに、凹部２６３の吸気側部分２６３ａ底面は、排気側部分２６３ｂの内周縁に噴霧Ｆｄ〜Ｆｆをガイドする傾斜が形成されているので、通常は冠面２６０に衝突した時点で著しく低下する噴霧Ｆｄ〜Ｆｆの運動エネルギーが保持され、点火プラグ３４回りまで到達し、滑らかに拡散する。

しかも、凹部２６３の排気側部分２６３ｂも円弧形状に形成されているので、前記スワールを保持し、拡散した噴霧Ｆｄ〜Ｆｆを点火プラグ３４回りにガイドすることが可能になる。また、凹部２６３の排気側部分２６３ｂは、吸気側部分２６３ａに比べて小さな円弧に形成されているので、スワール保持機能を保ちつつ、高い圧縮比を維持することが可能になっている。この結果、噴霧の運動エネルギーが低い成層燃焼運転域の軽負荷域では、噴霧のペネトレーションの急速減少を抑制し、点火プラグ３４近傍まで混合気を輸送し、着火安定性が向上する。また、噴霧の運動エネルギーが高い成層燃焼域の中高負荷では、噴霧のペネトレーションが高いため、ピストン２６の冠面２６０の中央から排気側２６３ｂにかけて液溜まりが生じ、オーバーリッチ状態での燃焼によるスモークやノッキングを保持されたスワール流による適度な混合気拡散効果によって防止することも可能になり、成層燃焼運転領域でのロバスト性が向上する。また、ピストン２６側に噴射された噴霧を拡散しつつ凹部２６３内に保持することが可能になるので、均質燃焼運転領域においては、燃料の気化霧化を促進することも可能になる。加えて、凹部２６３が滑らかに連なる形状（特に本実施形態では、略卵形）に形成されていることから、点火時に生成された火炎がピストン２６の冠面２６０上で球状に成長し、大きな燃焼エネルギーを生成することが可能になる。

また、本実施形態では、前記凹部２６３の排気側部分２６３ｂ内周縁は、吸気側部分２６３ａからの噴霧を点火プラグ３４の電極３４ａ側へガイドする湾曲面を形成している。このため本実施形態では、凹部２６３の排気側部分２６３ｂでスワールを保持するに際し、吸気側部分２６３ａからの噴霧をより点火プラグ３４の電極３４ａへ送り込み、良好な成層燃焼を実現することが可能になる。

また、本実施形態では、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、前記凹部２６３は、吸気側部分２６３ａと排気側部分２６３ｂとが概ね均等に前記ピストン２６の冠面２６０の外周側に拡がっているとともに、吸気側部分２６３ａの凹部容積を排気側部分２６３ｂの凹部容積以上に設定している。このため本実施形態では、より確実に噴霧の拡散を図り、成層ロバスト性の向上に寄与することが可能になる。

次に、本実施形態に係るコントロールユニット１００の制御による成層燃焼運転領域での高負荷時の燃料噴射特性と均質燃焼運転領域での高負荷時の燃料噴射特性について説明する。

図７は本実施形態に係るタイミングチャートであり、（Ａ）が成層燃焼運転領域での高負荷時の燃料噴射特性、（Ｂ）が均質燃焼運転領域での高負荷時の燃料噴射特性をそれぞれ示している。

図７（Ａ）を参照して、成層燃焼運転領域での高負荷時においては、比較的低速でピストン２６が移動している際に大きな燃焼エネルギーを生成する必要があることから、圧縮行程で分割噴射Ｆ１、Ｆ２を実行し、前段の燃料噴射Ｆ１で気化霧化を図るとともに、後段の燃料噴射Ｆ２で点火プラグ３４の電極３４ａ回りをリッチにして急速燃焼が図られている。

他方、図７（Ｂ）を参照して、均質燃焼運転領域での高負荷時においては、筒内全体に混合気を均質化する必要があることから、吸気行程において混合気の偏在を抑制し、より均質性を高めることが可能となる分割噴射を実行している。

図８は本実施形態においてピストン２６が上死点側にある時に燃料が噴射された場合を示し、図９は本実施形態においてピストン２６が下死点側にある時に燃料が噴射された場合を示している。各図において、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はピストンの平面図である。

各図（Ａ）（Ｂ）を参照して、成層燃焼運転領域での後段の燃料噴射Ｆ２と、均質燃焼運転領域での前段の燃料噴射Ｆ１とにおいては、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、ピストン２６が上死点に近いタイミングで燃料が噴射されるため、後半に噴射された燃料のうち、ピストン側噴霧Ｆｄ〜Ｆｆは、ピストン２６に噴射されることになるが、本実施形態では、ピストン２６の冠面２６０に形成された凹部２６３が、この噴霧Ｆｄ〜Ｆｆの運動エネルギーを保持しつつ、点火プラグ３４から排気側部分２６３ｂにかけて拡散していく。さらに点火プラグ３４から凹部２６３の排気側部分２６３ｂで噴霧の滞留時間を確保することができるので、点火タイミングが大きくリタードされる高負荷時の成層燃料運転領域においては、分割噴射による燃料の気化霧化と相俟って、良好な着火性能を得ることが可能になるとともに、均質燃焼領域の高負荷側では、凹部２６３の排気側部分２６３ｂで噴霧の滞留時間を確保することができるので、分割噴射による燃料の気化霧化性をより向上させることが可能になる。

他方、成層燃焼運転領域での前段の燃料噴射Ｆ１と、均質燃焼運転領域での後段の燃料噴射Ｆ２とにおいては、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、ピストン２６が下死点側にある時に燃料が噴射されることになるが、この場合においても、凹部２６３の吸気側部分２６３ａが大きな径に設定されているため、下死点側に拡散した噴霧Ｆｄ〜Ｆｆを確実に受容し、排気側部分２６３ｂ側へ拡散することが可能になる。

また、本実施形態では、図２で示したように、前記マルチホール型インジェクタ３２ａは、前記電極３４ａの両側部並びに電極３４ａの直下に噴射方向を指向する３つの噴口３２Ａ〜３２Ｃを前記電極側噴口として有しているとともに、前記電極３４ａの下方並びにその両側に噴射方向を指向する３つの噴口３２Ｄ〜３２Ｆを前記ピストン側噴口３２Ｄ〜３２Ｆとして有しているものである。このため本実施形態では、各噴口３２Ａ〜３２Ｆから噴射される燃料のペネトレーションを可及的に抑制でき、燃料のライナー付着を低減することが可能になる。また、凹部２６３を形成したことによる噴霧の拡散機能を享受できることから、成層性と均質性とを両立させた燃料噴射機能を奏することが可能になる。

以上説明したように、本実施形態によれば、スワール保持機能を有する凹部２６３をピストン２６の冠面２６０に形成し、マルチホール型インジェクタ３２ａと組み合わせているので、高い成層ロバスト性と均質燃焼運転領域での気化霧化とを両立することが可能になり、広い運転領域での良好な燃焼特性を発揮し、燃費と排気性能とを一層向上させることが可能になるという顕著な効果を奏する。

上述した実施形態は本発明の好ましい具体例を示したものに過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。

例えば、凹部２６３は、上述した平面視卵形が最も好ましいが、これに限らず、例えば、クランクシャフトの前後の形状が異なる非対称系であってもよく、また、吸気側部分２６３ａと排気側部分２６３ｂとの間は、直線状に連続するものであってもよい。何れの場合であっても、吸気側部分２６３ａが所定の径に設定されており、排気側部分２６３ｂがそれよりも小さく設定されていて、両周縁部が滑らかに連続する無端形状であればよい。

その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施の一形態に係るエンジンの概略構成を示す構成図である。 マルチホール型インジェクタの燃料噴射方向を説明する説明図である。 本実施形態に係るエンジンの運転領域を示す特性図である。 本実施形態に係るピストンの詳細を示すものであり、（Ａ）は拡大断面図、（Ｂ）はピストンの平面図である。 図４（Ａ）の断面部分を示すものであり、（Ａ）は図４（Ｂ）のＡＡ断面図、（Ｂ）は同ＢＢ断面図である。 吸気側から見たエンジンの断面部分略図である。 本実施形態に係るタイミングチャートであり、（Ａ）が成層燃焼運転領域での高負荷時の燃料噴射特性、（Ｂ）が均質燃焼運転領域での高負荷時の燃料噴射特性をそれぞれ示している。 本実施形態においてピストンが上死点側にある時に燃料が噴射された場合を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はピストンの平面図である。 本実施形態においてピストン２６が下死点側にある時に燃料が噴射された場合を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はピストンの平面図である。

符号の説明

Ｆａ〜Ｆｃ 電極側噴霧
Ｆｄ〜Ｆｆ ピストン側噴霧
２０ ４サイクルガソリンエンジン
２１ クランクシャフト
２１ａ 軸線
２３ シリンダヘッド
２４ 気筒
２５ コンロッド
２６ ピストン
２７ 燃焼室
２８ 吸気ポート
２９ 排気ポート
３２ 燃料供給システム
３２ａ マルチホール型インジェクタ
３２Ａ〜３２Ｃ 電極側噴口
３２Ｄ〜３２Ｆ ピストン側噴口
３４ 点火プラグ
３４ａ 電極
４３ 分岐吸気管
６１ スワール弁
１００ コントロールユニット
２６０ 冠面
２６１ 隆起部
２６２ 隆起部
２６３ 凹部
２６３ａ 吸気側部分
２６３ｂ 排気側部分

Claims (7)

1. 混合気が燃焼される燃焼室を形成するシリンダヘッドと、
   前記燃焼室の中央から当該燃焼室内に電極が臨設された点火プラグと、
   前記シリンダヘッドとともに燃焼室を形成し、クランクシャフトに連結されたピストンと、
   平面視で前記クランクシャフトの軸芯を境に前記燃焼室の片側に形成されて、当該燃焼室に新気を導入する吸気ポートと、
   前記クランクシャフトの軸芯を境に前記燃焼室の吸気ポートと反対側に形成されて、燃焼室の既燃ガスを排出する排気ポートと、
   前記燃焼室の当該吸気ポート側に配置されているとともに、前記点火プラグの電極に対して燃料を噴射する電極側噴口並びに前記ピストンの冠面方向に対して燃料を噴射するピストン側噴口を有するマルチホール型インジェクタと
   を備えた火花点火式直噴エンジンにおいて、
   燃焼室内にスワールを生成するスワール生成手段と、
   前記クランクシャフトの軸芯方向に対向して前記ピストン冠面に形成され、前記燃焼室の天井面の起伏に沿う一対の隆起部と、
   各隆起部間に形成され、前記クランクシャフトの軸芯と直交する方向に延びる凹部と
   を設け、前記凹部の吸気側は、ピストンが上死点位置にあるときに前記ピストン側噴口からの噴霧を受容する広さを有して周縁部が円弧形状に形成されているとともに、排気側は、その周縁部が吸気側の周縁部よりも小さな円弧形状に形成されていて、これら吸気側と排気側の両周縁部が滑らかに連なる滑らかに連なる形状を呈し、且つ吸気側の底面は、排気側の内周縁に噴霧をガイドする傾斜を有していることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
2. 請求項１記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
   前記凹部は、平面視略卵形に形成されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
3. 請求項１または２記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
   前記凹部の排気側内周縁は、吸気側からの噴霧を点火プラグの電極側へガイドする湾曲面を有していることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
   前記凹部は、吸気側と排気側とが概ね均等に前記ピストン冠面の外周側に拡がっているとともに、吸気側の凹部容積を排気側の凹部容積以上に設定していることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
   エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   検出された運転状態に基づいて、前記マルチホール型インジェクタの燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段と
   を設け、前記燃料噴射制御手段は、成層燃焼領域の少なくとも高負荷側では、圧縮行程において、燃料を分割噴射するものであることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
   エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   検出された運転状態に基づいて、前記マルチホール型インジェクタの燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段と
   を設け、前記燃料噴射制御手段は、均質燃焼領域の少なくとも高負荷側では、吸気行程において、燃料を分割噴射するものであることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
   前記マルチホール型インジェクタは、前記電極の両側部並びに電極の直下に噴射方向を指向する３つの噴口を前記電極側噴口として有しているとともに、前記電極の下方並びにその両側に噴射方向を指向する３つの噴口を前記ピストン側噴口として有しているものであることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。

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