JP2007315383A - 火花点火式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で火花点火式内燃機関のノックの発生を抑制する。
【解決手段】吸気行程では、吸気ポート用燃料噴射弁２１から噴射された燃料と空気の混合気が燃焼室１３内に導入され、濃度分布が均質となる予混合気３１が燃焼室１３内に形成される。圧縮行程では、筒内用燃料噴射弁２２から燃焼室１３内の周囲部へ向けて燃料を直接噴射して、燃焼室１３内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気層３２を形成する。点火栓２３により燃焼室１３内の中央部の予混合気３１に点火することで、燃焼室１３内の混合気３１，３２を火炎伝播燃焼させる。燃焼室１３内の周囲部には不均質な混合気層３２が存在しているため、燃焼室１３内の周囲部に自着火が局所的に発生したとしても、その自着火が他の領域に瞬時に拡がるのを抑制することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃焼室内の混合気に点火して混合気を燃焼させる火花点火式内燃機関に関し、特に、ノックの抑制を図った火花点火式内燃機関に関する。

火花点火式内燃機関は運転条件によって、点火栓による火花を核とした燃焼ではなく、加熱、圧縮によって燃料が自着火（ノック）を起こして燃焼する場合がある。この自着火による燃焼が過大になると、異常燃焼となり、騒音の発生、機関の損傷を招くことになる。そのため、ノックの発生を抑制できることが望ましい。

ノックの抑制を図った火花点火式内燃機関としては、下記特許文献１によるものが開示されている。特許文献１においては、燃焼室内に高オクタン価燃料の混合気を形成した後に、燃焼室内の複数箇所に低オクタン価燃料の噴霧塊を点在させて自然発火を促す。この結果、燃焼室内の複数箇所を起点として火炎が拡がることで、実質的な燃焼速度を上げ、ノックが発生する前に燃焼を完了させるようにしている。

また、その他の背景技術として、ディーゼル燃焼と予混合圧縮自着火燃焼（２燃料供給含む）と火花点火燃焼を行うための装置を備え、複合的な運転を行うことを可能とする内燃機関が下記特許文献２に開示されている。

特開２００４−１９７６６０号公報 米国特許出願公開第２００４／０１４９２５５号明細書

特許文献１においては、ノックの発生を抑制するために、オクタン価の異なる２種類の燃料を用いる必要がある。そのため、燃料供給系の構成が複雑化して、全体構成の複雑化を招くことになる。

また、特許文献２においては、耐ノック性を向上させることができる混合気形成方法について、何ら示されていない。

本発明は、簡易な構成でノックの発生を抑制することができる火花点火式内燃機関を提供することを目的とする。

本発明に係る火花点火式内燃機関は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る火花点火式内燃機関は、内燃機関の燃焼室内に均質な混合気を形成するための第１燃料供給装置と、燃焼室内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気を形成するための第２燃料供給装置と、燃焼室内の混合気を火炎伝播させるための点火栓と、を備えることを要旨とする。

本発明によれば、第２燃料供給装置から噴射した燃料の気化熱により燃焼室内の周囲部の温度を下げることができ、ノックの発生を抑制することができる。また、燃焼室内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気が形成されるため、燃焼室内の周囲部に自着火が局所的に発生したとしても、その自着火が他の領域に瞬時に拡がるのを抑制することができ、燃焼室内の急激な圧力上昇を抑制することができる。したがって、簡易な構成でノックの発生を抑制することができる。

本発明の一態様では、第１燃料供給装置から内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射して燃焼室内に均質な予混合気を形成し、第２燃料供給装置から燃焼室内に燃料を直接噴射して燃焼室内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気を形成することもできる。この態様では、内燃機関の圧縮行程にて第２燃料供給装置から燃焼室内に燃料を直接噴射することが好適である。

本発明の一態様では、第１燃料供給装置から燃焼室内の中央部へ向けて燃料を直接噴射して燃焼室内に均質な混合気を形成し、その後、第２燃料供給装置から燃焼室内の周囲部へ向けて燃料を直接噴射して燃焼室内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気を形成することもできる。この態様では、ピストンの頂面の中央部に凹曲面が形成されており、第１燃料供給装置から前記凹曲面へ向けて燃料を噴射して燃焼室内に均質な混合気を形成することもできる。また、この態様では、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する第３燃料供給装置を設けることもできる。

また、この態様では、内燃機関の吸気行程または圧縮行程にて第１燃料供給装置による燃料の噴射を開始した後に、内燃機関の圧縮行程にて第２燃料供給装置による燃料の噴射を開始することもできる。あるいは、点火栓は、第１燃料供給装置により形成された混合気に点火して火炎伝播させ、第２燃料供給装置は、噴射した燃料が拡散燃焼するように燃焼室内の周囲部へ向けて燃料を直接噴射することもできる。第２燃料供給装置から噴射された燃料を拡散燃焼させる場合は、点火栓による点火時期後に第２燃料供給装置による燃料の噴射を開始することが好適である。

本発明の一態様では、ピストンの頂面の周囲部に窪み部が形成されており、第２燃料供給装置からピストンの頂面の周囲部へ向けて燃料を噴射して燃焼室内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気を形成することもできる。この態様では、前記窪み部がピストンの頂面の周方向に関して複数並んで配置されており、第２燃料供給装置の複数の噴孔からピストンの頂面の周囲部へ向けて燃料を噴射することもできる。

本発明の一態様では、第１燃料供給装置は、内燃機関の吸気行程から圧縮行程前半にかけてのいずれかの期間に、燃焼室内の周囲部へ向けて燃料を１回あたりの噴射量を制限しながら直接噴射して燃焼室内に均質な混合気を形成するための装置であり、第２燃料供給装置は、内燃機関の圧縮行程後半にて燃焼室内の周囲部へ向けて燃料を直接噴射して燃焼室内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気を形成するための装置であり、第１燃料供給装置及び第２燃料供給装置を共通の燃料供給装置により構成することもできる。この態様では、前記共通の燃料供給装置は、少なくとも吸気行程にて燃焼室内の周囲部へ向けて燃料を１回あたりの噴射量を制限しながら直接噴射して燃焼室内に均質な混合気を形成することもできる。また、この態様では、前記共通の燃料供給装置は、圧縮行程後半にて燃焼室内の周囲部へ向けて分散性の高い燃料噴霧を噴射することもできる。

また、本発明に係る火花点火式内燃機関は、内燃機関の燃焼室内に混合気を形成するための第１燃料供給装置と、第１燃料供給装置により形成された混合気に点火して火炎伝播させるための点火栓と、燃焼室内の周囲部へ向けて燃料を直接噴射する第２燃料供給装置と、を備え、第２燃料供給装置は、噴射した燃料が拡散燃焼するように燃焼室内の周囲部へ向けて燃料を直接噴射する装置であることを要旨とする。

本発明によれば、第２燃料供給装置から燃焼室内の周囲部への燃料噴射量を調整することで、燃焼室内の周囲部における自着火の発生状態を調整することができる。そのため、燃焼室内の急激な圧力上昇を抑制するように第２燃料供給装置の燃料噴射量を調整することで、自着火が他の領域に瞬時に拡がるのを抑制することができ、簡易な構成でノックの発生を抑制することができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

「実施形態１」
図１，２は、本発明の実施形態１に係る火花点火式内燃機関１の概略構成を示す図であり、図１はシリンダ１１の上側から見た図を示し、図２はシリンダ１１の軸線方向と直交する方向から見た図を示す。本実施形態に係る火花点火式内燃機関１は、例えばガソリンエンジンにより構成され、点火栓２３により燃焼室１３内の混合気に火花点火して火炎伝播させるものである。

内燃機関（エンジン）１は、シリンダブロック９及びシリンダヘッド１０を備え、シリンダブロック９及びシリンダヘッド１０によりシリンダ１１を形成する。シリンダ１１内には、その軸線方向に往復運動するピストン１２が収容されている。ピストン１２の頂面１２ａ、シリンダ１１（シリンダブロック９）の内壁、及びシリンダヘッド１０に囲まれた空間は、燃焼室１３を形成する。

シリンダヘッド１０には、燃焼室１３に連通する吸気ポート１４、及び燃焼室１３に連通する排気ポート１５が形成されている。さらに、吸気ポート１４と燃焼室１３との境界を開閉する吸気弁１６、及び排気ポート１５と燃焼室１３との境界を開閉する排気弁１７が設けられている。

吸気ポート１４には、第１の燃料供給装置として吸気ポート用燃料噴射弁２１が設置されている。吸気ポート用燃料噴射弁２１は、吸気ポート１４に燃料（燃料噴霧）を噴射し、より具体的には、吸気弁１６へ向けて燃料を噴射する。シリンダヘッド１０には、第２の燃料供給装置として筒内用燃料噴射弁２２が設けられている。筒内用燃料噴射弁２２は、噴孔が形成された先端部を燃焼室１３内のほぼ中央部に臨ませて配置されており、噴孔から燃料（燃料噴霧）を燃焼室１３内に直接噴射する。ここで、吸気ポート用燃料噴射弁２１及び筒内用燃料噴射弁２２から噴射される燃料としては、同じ種類の燃料を用いることができ、例えばガソリンを用いることができる。さらに、シリンダヘッド１０には、燃焼室１３内の混合気に火花点火して混合気を火炎伝播燃焼させるための点火栓（点火プラグ）２３が設けられている。点火栓２３は、その火花放電部分を燃焼室１３内のほぼ中央部に臨ませて配置されている。

圧縮行程から排気行程の間に、吸気ポート用燃料噴射弁２１から吸気ポート１４に例えば数百ｋＰａ程度に加圧された燃料２１ａが噴射される。吸気行程では、図２に示すように、吸気弁１６の開弁に伴って、燃料２１ａと空気の混合気３０が燃焼室１３内に導入される。吸気行程時の混合気の運動慣性、並びに吸気行程から圧縮行程にかけてのピストン１２の運動により、燃料の蒸発や混合気流動が促進されて、図３に示すように、濃度分布（空燃比分布）が均質となる混合気（予混合気）３１が燃焼室１３内に形成される。このように、本実施形態では、吸気ポート用燃料噴射弁２１（第１の燃料供給装置）から吸気ポート１４に燃料を噴射して、燃焼室１３内に均質な予混合気３１を形成している。

圧縮行程においては、図４に示すように、筒内用燃料噴射弁２２から燃焼室１３内の周囲部へ向けて燃料（燃料噴霧）２２ａが筒内噴射される。筒内用燃料噴射弁２２の先端に設けられたノズル部には、例えば５０〜１００μｍ程度の直径を持つ複数の噴孔が放射状に開いており、数十ＭＰａ程度に加圧された燃料２２ａが電子制御装置（図示せず）からの指示信号に同期して複数の噴孔から噴射される。筒内用燃料噴射弁２２から燃料噴霧２２ａが筒内噴射された直後の状態を、図５，６に模式的に示す。図５は筒内用燃料噴射弁２２が６個の噴孔を有する例を示し、図６は筒内用燃料噴射弁２２が１２個の噴孔を有する例を示す。ここでは、貫徹力の高い燃料噴霧２２ａを噴射し、燃料噴霧２２ａが成す円錐角α１（図４参照）を例えば１２０°〜１５０°程度の大きい角度にする。筒内用燃料噴射弁２２から噴射された貫徹力の高い燃料噴霧２２ａは、シリンダヘッド１０の表面に衝突することなく、燃焼室１３内の周囲部に到達する。その結果、点火栓２３により点火を開始する時期（点火時期）までには、図３，４に示すように、燃焼室１３内の中心部に均質な濃度分布を有する混合気３１が形成されるとともに、燃焼室１３内の周囲部（混合気３１の周囲）に不均質な濃度分布（空燃比分布）を有する混合気層３２が形成される。このように、本実施形態では、筒内用燃料噴射弁２２（第２の燃料供給装置）から燃焼室１３内の周囲部へ向けて燃料を直接噴射して、燃焼室１３内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気層３２を形成している。

ここで、吸気ポート用燃料噴射弁２１及び筒内用燃料噴射弁２２からの燃料噴射により燃焼室１３内に形成される混合気３１，３２の濃度分布（空燃比分布）を計算した結果を図７に示す。図７の計算結果に示すように、燃焼室１３内の中心部に均質な濃度分布を有する混合気３１が形成され、燃焼室１３内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気３２が形成されていることがわかる。

さらに、筒内用燃料噴射弁２２の噴孔を小さくして、噴射する燃料２２ａの圧力を増大させると、燃焼室１３内の周囲部に形成される混合気層３２の濃度分布をより不均質にする（不均質度を上げる）ことができる。そして、点火時期直前において燃焼室１３内の周囲部に形成される混合気層３２の不均質度をさらに上げるためには、筒内用燃料噴射弁２２による燃料２２ａの噴射を圧縮行程後期に行う（圧縮行程後期から開始する）ことが好ましい。ただし、筒内用燃料噴射弁２２による燃料２２ａの噴射を圧縮行程初期から開始しても、点火時期直前において不均質な混合気層３２を燃焼室１３内の周囲部に形成することができる。

また、筒内用燃料噴射弁２２から噴射される燃料噴霧２２ａの特性だけでなく、ピストン１２の頂面１２ａの形状も混合気層３２の濃度分布に影響を与える。図８Ａ，８Ｂに、６個の噴孔を有する筒内用燃料噴射弁２２を使用した場合（図５に示す燃料噴霧形状の場合）に好適なピストン頂面１２ａの形状の一例を示す。図８Ａ，８Ｂに示すように、ピストン頂面１２ａの周囲部には、窪み１２ｂが形成されている。ここでは、ピストン頂面１２ａの周囲部に凹曲面が形成されることで、三日月形状の窪み１２ｂが形成される。窪み１２ｂは、ピストン頂面１２ａの周方向に関して複数（図８Ａに示す例では噴孔の数と同じ６個）並んで配置されている。そして、各窪み１２ｂは、筒内用燃料噴射弁２２の各噴孔と燃料噴霧２２ａの飛翔方向に関して対向配置されており、筒内用燃料噴射弁２２は、各噴孔から各窪み１２ｂ（ピストン頂面１２ａの周囲部）へ向けて燃料噴霧２２ａを噴射する。

高い貫徹力を持つ燃料噴霧２２ａは、飛翔の過程で気化し、誘起流を発生させる。誘起流が発生した燃料噴霧２２ａは、ピストン頂面１２ａの周囲部に衝突してはね返る際に、ピストン頂面１２ａの周囲部に設けた窪み１２ｂの影響を受けて、複雑な流れ場を形成する。そのような流れ場は、燃料蒸発の過程と複合されて、燃焼室１３内の周囲部に不均質な濃度群を持つ混合気層３２をより積極的に形成させる。さらに、燃焼室１３内にスワール流やスキッシュ流を発生させることで、燃焼室１３内の周囲部における混合気層３２の濃度分布をより積極的に不均質化することが可能となる。

なお、窪み１２ｂは、吸気弁１６と排気弁１７のバルブリセスと兼ね備えることもできる。また、図８Ａでは、筒内用燃料噴射弁２２の噴孔の数と窪み１２ｂの数を等しく設定し、各噴孔からの燃料噴霧２２ａの飛翔方向に各窪み１２ｂを配置するものとした。ただし、例えば図９Ａに示すように、燃料噴霧２２ａの飛翔方向に対し位相をずらして窪み１２ｂを配置することも可能である。そして、例えば図９Ｂに示すように、筒内用燃料噴射弁２２の噴孔の数と窪み１２ｂの数を異ならせることも可能である。また、例えば図９Ｃに示すように、窪み１２ｂ同士の周方向に関する間隔は等間隔でなくてもよく、筒内用燃料噴射弁２２から噴射される燃料噴霧２２ａ同士の周方向に関する間隔も等間隔でなくてもよい。

また、以上の説明では、筒内用燃料噴射弁２２の先端部を燃焼室１３内のほぼ中央部に臨ませて配置するものとした。ただし、燃焼室１３内の周囲部に不均質な混合気層３２を形成することができれば、筒内用燃料噴射弁２２の先端部を必ずしも燃焼室１３内の中央部に臨ませて配置しなくてもよい。

点火時期においては、点火栓２３の火花放電により燃焼室１３内の中央部の予混合気３１に点火することで、燃焼室１３内の混合気３１，３２を火炎伝播燃焼させる。ただし、燃焼室１３内の中央部から周囲部へ向けて火炎が伝播する際には、燃焼室１３内の周囲部に存在する未燃混合気が点火栓２３から拡がる火炎（圧力波）により圧縮されることで自着火（ノック）を起こしやすくなる。この自着火による燃焼が過大になると、燃焼室１３内に急激な圧力上昇が発生する。その結果、騒音（ノック音）の発生、機関の損傷を招きやすくなる。

これに対して本実施形態では、圧縮行程中に筒内用燃料噴射弁２２から燃焼室１３内の周囲部へ向けて燃料２２ａを筒内噴射して、点火時期前に燃焼室１３内の周囲部に不均質な濃度分布を持つ混合気層３２を形成する。その結果、筒内噴射した燃料２２ａの気化熱により燃焼室１３内の周囲部の温度を下げることができ、燃焼室１３内の周囲部における自着火（ノック）の発生を抑制することができる。さらに、燃焼室１３内の周囲部には不均質な混合気層３２が存在しているため、燃焼室１３内の周囲部に自着火が局所的に発生したとしても、その自着火が他の領域に瞬時に拡がるのを抑制することができる。そのため、燃焼室１３内の周囲部全体での自着火の発生を防止することができ、燃焼室１３内の急激な圧力上昇を抑制することができる。さらに、自着火（ノック）の発生を抑制するために、特許文献１のようにオクタン価の異なる２種類の燃料を用いる必要もなく、単一燃料の使用でよい。したがって、本実施形態によれば、簡易な構成で自着火の発生を抑制することができ、耐ノック性の高いエンジン燃焼を実現することができる。

さらに、本実施形態では、ピストン頂面１２ａの周囲部に窪み１２ｂを形成し、筒内用燃料噴射弁２２からピストン頂面１２ａの周囲部へ向けて燃料２２ａを噴射することで、燃焼室１３内の周囲部に不均質な濃度群を持つ混合気層３２をより積極的に形成することができる。その結果、耐ノック性をさらに向上させることができる。

「実施形態２」
図１０，１１は、本発明の実施形態２に係る火花点火式内燃機関１の概略構成を示す図であり、図１０はシリンダ１１の上側から見た図を示し、図１１はシリンダ１１の軸線方向と直交する方向から見た図を示す。以下の実施形態２では、実施形態１と異なる点を中心に説明し、実施形態１と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態では、第１の燃料供給装置として第１の筒内用燃料噴射弁（以下、第１噴射弁とする）２４と、第２の燃料供給装置として第２の筒内用燃料噴射弁（以下、第２噴射弁とする）２２とがシリンダヘッド１０に設けられている。第１噴射弁２４は、噴孔が形成された先端部を燃焼室１３内のほぼ中央部に臨ませて配置されており、噴孔から燃料（燃料噴霧）を燃焼室１３内の中央部へ向けて直接噴射する。第２噴射弁２２については、実施形態１の筒内用燃料噴射弁２２と同様の構成である。なお、第１噴射弁２４及び第２噴射弁２２から噴射される燃料としては、同じ種類の燃料を用いることができ、例えばガソリンを用いることができる。

圧縮行程においては、図１１に示すように、第１噴射弁２４から燃焼室１３内の中央部へ向けて燃料（燃料噴霧）２４ａが噴射される。ただし、ここでは吸気行程（例えば吸気行程後期）にて第１噴射弁２４による燃料２４ａの噴射を開始することもできるし、圧縮行程（例えば圧縮行程初期）にて第１噴射弁２４による燃料２４ａの噴射を開始することもできる。図１２Ａ〜１４Ｂに、第１噴射弁２４から噴射される燃料噴霧２４ａの特性、及びピストン頂面１２ａの形状の好適な例を示す。

図１２Ａ，１２Ｂは、第１噴射弁２４の噴孔から円錐形状の燃料噴霧２４ａをピストン頂面１２ａの中央部へ向けて噴射する例を示す。この燃料噴霧２４ａを受けとめるピストン頂面１２ａの中央部には、凹曲面が形成されていることで窪み１２ｃが形成されている。図１２Ａ，１２Ｂは、円形状の窪み１２ｃが形成された例を示している。

第１噴射弁２４から噴射された高い貫徹力を持つ燃料噴霧２４ａは、蒸発して、周囲空気を巻き込みながら、ピストン頂面１２ａの中央部に設けられた窪み１２ｃ（凹曲面）の形状に沿って巻き上がることで、図１１，１５に示すように、燃焼室１３内の中央部に均質な濃度分布（空燃比分布）を有する混合気３１を形成する。その時点で、燃焼室１３内の周囲部には、空気層もしくは非常に希薄な混合気層が存在する。このように、本実施形態では、第１噴射弁２４（第１の燃料供給装置）から燃焼室１３内の中央部（ピストン頂面１２ａの中央部）へ向けて燃料を噴射して、燃焼室１３内の中央部に均質な混合気３１を形成する。なお、燃焼室１３内の中央部に均質な混合気３１を形成するとともに燃焼室１３内の周囲部に空気層もしくは非常に希薄な混合気層を存在させるためには、燃料噴霧２４ａの噴霧角β１（図１２Ａ参照）を燃料噴霧２２ａの円錐角α１（図４参照）よりも狭く設定することが好適であり、例えば３０°〜６０°程度の狭角に設定することが好適である。

図１３Ａ，１３Ｂは、第１噴射弁２４の先端部に設けた複数の微小噴孔から燃料噴霧２４ａをピストン頂面１２ａの中央部へ向けて噴射する例を示す。この燃料噴霧２４ａを受けとめるピストン頂面１２ａの中央部には、凹曲面が形成されていることで窪み１２ｃが形成されている。図１３Ａ，１３Ｂも、円形状の窪み１２ｃが形成された例を示している。図１３Ａ，１３Ｂに示す構成例においても、第１噴射弁２４から噴射された燃料噴霧２４ａは、ピストン頂面１２ａの中央部に設けられた窪み１２ｃ（凹曲面）の形状に沿って巻き上がることで、図１１，１５に示すように、燃焼室１３内の中央部に均質な濃度分布を有する混合気３１を形成する。なお、燃焼室１３内の中央部に均質な混合気３１を形成するとともに燃焼室１３内の周囲部に空気層もしくは非常に希薄な混合気層を存在させるためには、燃料噴霧２４ａの円錐角β２（図１３Ａ参照）を燃料噴霧２２ａの円錐角α１よりも狭く設定することが好適であり、例えば３０°〜６０°程度の狭角に設定することが好適である。

図１４Ａ，１４Ｂは、第１噴射弁２４の噴孔から、吸気ポート１４の軸線１４ａ（図１０参照）に沿った方向において偏平な形状の燃料噴霧２４ａをピストン頂面１２ａの中央部へ向けて噴射する例を示す。ピストン頂面１２ａの中央部には、凹曲面が形成されていることで窪み１２ｃが形成されている。図１４Ａ，１４Ｂは、偏平な燃料噴霧２４ａを受けとめる形で、楕円形状の窪み１２ｃが形成された例を示している。このような偏平な燃料噴霧２４ａを噴射した場合でも、燃料噴霧２４ａは楕円形状の窪み１２ｃに沿って巻き上がることで、燃焼室１３内の中央部に同心円状の均質な混合気３１を形成することができる。なお、燃焼室１３内の中央部に均質な混合気３１を形成するとともに燃焼室１３内の周囲部に空気層もしくは非常に希薄な混合気層を存在させるためには、燃料噴霧２４ａの噴霧角β３（図１４Ａ参照）を燃料噴霧２２ａの円錐角α１よりも狭く設定することが好適であり、例えば３０°〜９０°程度に設定することが好適である。

ただし、本実施形態では、ピストン頂面１２ａの中央部に窪み１２ｃ（凹曲面）が形成されていなくてもよく、例えばピストン頂面１２ａの中央部が平坦であってもよい。その場合は、第１噴射弁２４から燃焼室１３内の中央部へ向けて貫徹力の弱い燃料噴霧２４ａを噴射することで、燃焼室１３内の中央部に均質な混合気３１を形成することが可能である。

第１噴射弁２４による燃料２４ａの噴射を開始して燃焼室１３内の中央部に均質な混合気３１が形成された後は、図１６に示すように、第２噴射弁２２による燃料２２ａの噴射を開始する。ここでは、圧縮行程（例えば圧縮行程後期）にて第２噴射弁２２による燃料２２ａの噴射を開始する。そして、実施形態１と同様に、第２噴射弁２２から燃焼室１３内の周囲部へ向けて燃料（燃料噴霧）２２ａを筒内噴射して、燃焼室１３内の周囲部に不均質な濃度分布（空燃比分布）を有する混合気層３３を形成する。その結果、点火時期までには、図１５，１６に示すように、燃焼室１３内の中心部に均質な濃度分布を有する混合気３１が形成されるとともに、燃焼室１３内の周囲部（混合気３１の周囲）に不均質な濃度分布を有する混合気層３３が形成される。本実施形態では、第２噴射弁２２による燃料２２ａの噴射を開始する前には、燃焼室１３内の周囲部に空気層もしくは非常に希薄な混合気層が存在しているため、実施形態１と比較して、燃焼室１３内の周囲部に形成される混合気層３３がリッチになりにくい。なお、第１噴射弁２４の機能と第２噴射弁２２の機能を統合化して、混合気３１，３３を形成するための噴射弁を１本にすることも可能である。

本実施形態でも実施形態１と同様に、燃焼室１３内の周囲部における混合気層３３の濃度分布をより積極的に不均質化するためには、例えば図１７Ａ，１７Ｂ，１８に示すように、ピストン頂面１２ａの周囲部に窪み１２ｂが形成されていることが好ましい。図１７Ａ，１７Ｂは、ピストン頂面１２ａの中央部に円形状の窪み１２ｃが形成され、ピストン頂面１２ａの周囲部に三日月形状の窪み１２ｂが周方向に複数並んで形成された例を示す。図１８は、ピストン頂面１２ａの中央部に楕円形状の窪み１２ｃが形成され、ピストン頂面１２ａの周囲部に三日月形状の窪み１２ｂが周方向に複数並んで形成された例を示す。第２噴射弁２２は、実施形態１と同様に、複数の噴孔からピストン頂面１２ａの周囲部へ向けて燃料２２ａを噴射することで、燃焼室１３内の周囲部における混合気層３３の濃度分布をより積極的に不均質化することが可能となる。

点火時期においては、点火栓２３の火花放電により燃焼室１３内の中央部の混合気３１に点火することで、燃焼室１３内の混合気３１，３３を中央部から周囲部へ向けて火炎伝播燃焼させる。本実施形態でも実施形態１と同様に、第２噴射弁２２から筒内噴射した燃料２２ａの気化熱により燃焼室１３内の周囲部の温度を下げることができ、燃焼室１３内の周囲部における自着火（ノック）の発生を抑制することができる。そして、燃焼室１３内の周囲部に自着火が局所的に発生したとしても、その自着火が他の領域に瞬時に拡がるのを抑制することができる。

さらに、本実施形態では実施形態１と比較して、燃焼室１３内の中央部に形成する均質な混合気３１、並びに燃焼室１３内の周囲部に形成する不均質な混合気層３３に関して、その濃度及び分布の制御性を高めることができる。その結果、より耐ノック性の高いエンジン燃焼を実現することができる。

なお、本実施形態では、吸気ポート１４に燃料を噴射する吸気ポート用燃料噴射弁２１を第３の燃料供給装置として設けることもできる。吸気ポート用燃料噴射弁２１から吸気ポート１４に燃料を補助的に噴射して、第１噴射弁２４による燃料２４ａの噴射を開始する前に燃焼室１３内に希薄な予混合気を形成することで、耐ノック性の高い混合気をより効果的に燃焼室１３内に形成することが可能となる。なお、図１０，１１，１６は、吸気ポート用燃料噴射弁２１が吸気ポート１４に設けられた例を示しているが、吸気ポート用燃料噴射弁２１を省略することも可能である。

「実施形態３」
本発明の実施形態３に係る火花点火式内燃機関１の構成は、実施形態２と同様である。以下の実施形態３では、実施形態２と異なる点を中心に説明し、実施形態２と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態では実施形態２と比較して、第２噴射弁２２による燃焼室１３内の周囲部への燃料２２ａの噴射開始時期をさらに遅らせる。より具体的には、第２噴射弁２２から燃焼室１３内の周囲部へ向けて噴射された燃料２２ａが拡散燃焼するように、点火栓２３による点火時期後に第２噴射弁２２による燃料２２ａの噴射を開始する。

本実施形態でも実施形態２と同様に、吸気行程または圧縮行程にて第１噴射弁２４による燃焼室１３内の中央部への燃料２４ａの噴射を開始して、図１９に示すように、燃焼室１３内の中央部に均質な混合気３１を形成する。その時点で、燃焼室１３内の周囲部には、空気層もしくは非常に希薄な混合気層が存在する。そして、点火時期においては、点火栓２３の火花放電により燃焼室１３内の中央部に形成された混合気３１に点火することで、混合気３１を中央部から周囲部へ向けて火炎伝播燃焼させる。燃焼室１３内の中央部の均質な混合気３１はシリンダボア径よりも火炎伝播距離が小さくなるため、混合気３１の周囲部における自着火（ノック）の発生を抑制することができる。

点火時期後は膨張行程初期までに、燃焼室１３内の周囲部は、混合気３１の火炎伝播燃焼による圧力上昇により、燃料が自着火可能な条件に達している。そのため、点火時期後に第２噴射弁２２から燃焼室１３内の周囲部へ向けて燃料２２ａを筒内噴射することで、噴射された燃料２２ａが自着火して拡散燃焼（ディーゼル燃焼）する。つまり、図１９に示すように、燃焼室１３内の中央部を火炎伝播燃焼領域として用い、燃焼室１３内の周囲部を拡散燃焼領域として用いる。

本実施形態では、第２噴射弁２２から燃焼室１３内の周囲部への燃料２２ａの供給量を調整することで、燃焼室１３内の周囲部における自着火の発生状態を調整することができる。そのため、燃焼室１３内の急激な圧力上昇を抑制するように第２噴射弁２２による燃料２２ａの噴射率を調整することで、燃料２２ａの自着火が他の領域に瞬時に拡がるのを抑制することができ、簡易な構成でノックの発生を抑制することができる。さらに、高負荷条件下で、スモーク発生の非常に少ないストイキ近傍燃焼を実現することができる。

「実施形態４」
図２０，２１は、本発明の実施形態４に係る火花点火式内燃機関１の概略構成を示す図であり、図２０はシリンダ１１の上側から見た図を示し、図２１はシリンダ１１の軸線方向と直交する方向から見た図を示す。以下の実施形態４では、実施形態１〜３と異なる点を中心に説明し、実施形態１〜３と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態では、実施形態２と比較して、第１噴射弁２４（第１の燃料供給装置）及び第２噴射弁２２（第２の燃料供給装置）が１つの筒内用燃料噴射弁（以下、単に燃料噴射弁とする）１２２に共通化されて構成されている。共通化された燃料噴射弁１２２は、噴孔が形成された先端部を燃焼室１３内のほぼ中央部に臨ませてシリンダヘッド１０に配設されており、噴孔から燃料（燃料噴霧）１２２ａを燃焼室１３内の周囲部へ向けて直接噴射する。燃料噴射弁１２２の先端に設けられたノズル部には、複数の噴孔が等ピッチで放射状に形成されており、加圧された燃料１２２ａが電子制御装置（図示せず）からの指示信号に同期して各噴孔から放射状に噴射されることで、指示信号の時間幅に応じた量の燃料１２２ａが噴射される。図２２は、１２個の噴孔の各々から燃料１２２ａが放射状に噴射される例を示している。ここでは、微粒化状態が良好で且つ分散性の高い燃料噴霧１２２ａを噴射するために、噴孔の数を増やし、各噴孔の直径を小さくし、燃料１２２ａの噴射圧力を高くすることが好ましい。一例を挙げると、各噴孔の直径は８０μｍ程度であり、噴射圧力は数十ＭＰａ程度である。そして、燃料噴霧１２２ａが成す円錐角α２（図２１参照）を例えば１５０°程度の大きい角度にし、燃料噴射方向をシリンダブロック９の内壁（ライナ部）へ向けるものとする。そのため、ピストン１２が上死点に達した時期に全負荷時相当条件の燃料を１回で噴射したとしても、燃料噴霧１２２ａがピストン頂面１２ａ及びシリンダヘッド１０に直接衝突することはない。

まず、吸気弁１６が開いている吸気行程において、燃料噴射弁１２２の各噴孔（細孔）から全供給燃料量の一部を燃焼室１３内の周囲部へ向けて噴射する。細孔から高圧噴射された燃料噴霧１２２ａは、貫徹力が高いために吸気流れにその飛翔を影響されることがほとんどない。そのため、ここでは、噴射された燃料噴霧１２２ａがシリンダ１１（シリンダブロック９）の内壁に直接衝突することがないように、１回あたりの噴射期間を所定期間以下に制限することで、１回あたりの噴射量を所定量以下に制限する。同様にして、圧縮行程の前半までに、１回あたりの噴射期間を所定期間以下に制限しながら（１回あたりの噴射量を所定量以下に制限しながら）、全供給燃料量の７０〜９０％程度の燃料を複数回に分けて燃料噴射弁１２２から噴射する。吸気行程時の吸気の運動慣性、並びに吸気行程から圧縮行程にかけてのピストン１２の運動により、燃料の蒸発や混合気流動が促進されて、図２３に示すように、濃度分布が均質となる混合気層３１が燃焼室１３内に形成される。その際には、１回あたりの噴射量を制限しながら複数回に分けて燃料噴射を行うことで、噴射された燃料噴霧１２２ａがシリンダ１１の内壁に直接衝突するのを抑止することができ、混合気層３１の均質化を促進させることができる。最後に、圧縮行程後半で残りの燃料（全供給燃料量の１０〜３０％程度）を燃料噴射弁１２２から燃焼室１３内の周囲部へ向けて噴射することで、図２１，２３に示すように、燃焼室１３内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気層３２を形成する。ここでは、放射状に高分散性の燃料噴霧１２２ａを噴射する。

図２３は、濃度分布が均質となる混合気層３１を燃焼室１３内に形成するために、吸気行程時に２回、圧縮行程前半に１回噴射する例を示している。ただし、吸気行程から圧縮行程前半にかけての噴射回数については、全供給燃料量に応じて決定することができる。例えば全供給燃料量が少ない場合は、吸気行程から圧縮行程前半にかけての噴射回数が１回で済むこともある。また、吸気行程から圧縮行程前半にかけての期間のうち、１回あたりの噴射量を制限しながら吸気行程のみに噴射することもできるし、１回あたりの噴射量を制限しながら圧縮行程前半のみに噴射することもできる。このように、本実施形態では、吸気行程から圧縮行程前半にかけてのいずれかの期間に燃焼室１３内の周囲部へ向けて燃料を１回あたりの噴射量（噴射期間）を制限しながら噴射して燃焼室１３内に均質な混合気層３１を形成するための第１の燃料供給装置と、圧縮行程後半にて燃焼室１３内の周囲部へ向けて燃料を噴射して燃焼室１３内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気層３２を形成するための第２の燃料供給装置とを、共通の燃料噴射弁１２２により実現している。

図２４は、圧縮上死点前２０°（−２０°ＡＴＤＣ）の圧縮行程後半にて全供給燃料量の２５％を噴射し且つ圧縮上死点前１０°（−１０°ＡＴＤＣ）にて火花点火させた場合に、圧縮上死点後３０°（３０°ＡＴＤＣ）における火炎面の状態を表す計算結果である。図中の一点鎖線は燃料噴霧１２２ａの中心軸（飛翔方向）を表し、この中心軸に沿って火炎帯が燃焼室１３の周囲部へ向けて凸状に湾曲している。これは、圧縮行程後半での燃料噴射により火炎変形が起こったことを示している。このように、圧縮行程後半での燃料噴射は、噴射による乱れの増加に加えて火炎面の面積増大をもたらせて、燃焼期間の短縮を引き出す。さらに、圧縮行程後半での燃料噴射は、燃焼室１３内の周囲部に燃焼室１３内の中央部より混合気濃度の高い不均質な混合気層３２を形成させる。混合気濃度の高い領域は燃料の気化冷却により温度が低くなるため、自着火の発生が抑制される。

一方で、過度な高濃度混合気層の形成は、着火遅れ時間の短縮をもたらすため、却って自着火発生の誘引を招くこともある。その作用を図２５に示す計算結果を用いて説明する。図２５において、横軸はクランク角、縦軸はＬＷ（Livengood-Wu）積分値を示している。ＬＷ積分値とは、着火遅れ時間の積分によりノックの発生しやすさを指標化した値で、その値が大きいほどノックが発生しやすい状態であることを表す。図中の一番上のＡ線は、燃焼室全体に均質な混合気を形成してそれを燃焼させた場合の燃焼室周囲部におけるＬＷ積分値の履歴を示している。図２５のＡ線に示すように、クランク角の増加に伴う燃焼室周囲部の未燃混合気の温度上昇によりＬＷ積分値が増加する。

図２５のＢ線は、均質な混合気中に高分散燃料噴霧を−２０°ＡＴＤＣの圧縮行程後半にて燃焼室周囲部へ向けて噴射した場合のＬＷ積分値の履歴を示している。−２０°ＡＴＤＣでの燃料噴射後は、均質混合気のみを燃焼させた場合（Ａ線）と比較して、ＬＷ積分値が小さな値で遷移しており、耐ノック性の高い燃焼系が形成できていることがわかる。Ａ線とＢ線との差は、圧縮行程後半で噴射された燃料の気化冷却作用と、燃焼室周囲部での混合気濃度増加に伴う着火遅れ時間の短縮作用との相殺関係で決まる。図２５のＣ線は、気化冷却作用のみが働いた場合のＬＷ積分値の履歴であり、これに着火遅れ時間の短縮作用が加味されてＢ線となる。例えば噴孔数を減らす等して燃料噴霧の分散性が低下すると、着火遅れ時間の短縮を招きやすくなる。本実施形態では、高燃圧、細噴孔径、等ピッチ多孔を特徴とする非常に分散性の高い燃料噴霧を用いることで、着火遅れ時間の短縮作用を抑えることができる。

図２６は、トレースノックが発生する時点での図示平均有効圧力、燃焼期間、及びスモーク発生量の燃料噴射時期に対する関係を表す実験結果である。ここでは、圧縮行程後半にて均質な混合気中に全供給燃料量の１０％の燃料を噴射している。図２６に示すように、燃料噴射時期を圧縮上死点前６０°（−６０°ＡＴＤＣ）以降にすることで、燃焼期間が短縮し、図示平均有効圧力が増加していることがわかる。一方で、噴射時期遅角に伴いスモーク発生量が微増している。これに対しては、高分散性の燃料噴霧を用いることで、スモーク発生量の増加を最小限に留めることができる。

以上説明した本実施形態においては、濃度分布が均質となる混合気層３１を燃焼室１３内に形成するために、吸気行程中に燃料を燃焼室１３内に噴射すると、燃料の気化に伴って吸入空気の温度が下がる。その結果、空気密度が増加して、エンジン筒内により多くの空気を充填することができ、内燃機関の出力の向上を図ることができる。さらに、上記のような吸入空気温度の低下は、燃料噴射時期に関わらず、エンジン筒内に燃料を直接噴射した際に生じる。その結果、火炎伝播後半にて燃焼室１３内の周囲部に存在する未燃混合気の温度が下がるため、それらの混合気の自着火を抑制して耐ノック性の高いエンジン燃焼を実現することができる。

また、不均質な濃度分布を有する混合気層３２を燃焼室１３内の周囲部に形成するための圧縮行程後半における燃料噴射は、燃焼室１３内の周囲部に存在する混合気温度の低下のみでなく、その噴射に伴う乱れ生成が燃焼促進を助長して、燃焼期間の短縮効果をもたらす。その結果、燃焼室１３内の周囲部に存在する未燃混合気の自着火が発生する前に燃焼を完了させることができ、耐ノック性の高いエンジン燃焼を実現することができる。なお、上記のような圧縮行程後半における燃料噴射はスモーク発生量の増加を招きやすくなるが、本実施形態では、圧縮行程後半にて放射状に高分散性の燃料噴霧を噴射することで、スモーク発生量の増加を最小限に抑えることができる。その結果、耐ノック性とスモーク抑制とを両立させることができる。

さらに、本実施形態では、均質な混合気層３１の形成と、燃焼室１３内の周囲部における不均質な混合気層３２の形成とを、１本の燃料噴射弁１２２で実現することができるので、内燃機関の構成を簡素化することができる。

以上の説明では、燃料噴射弁１２２の先端部を燃焼室１３内のほぼ中央部に臨ませて配置するものとした。ただし、燃焼室１３内の周囲部に不均質な混合気層３２を形成することができれば、燃料噴射弁１２２の先端部を必ずしも燃焼室１３内の中央部に臨ませて配置しなくてもよい。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の実施形態１に係る火花点火式内燃機関の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る火花点火式内燃機関の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る火花点火式内燃機関の動作を説明する図である。 本発明の実施形態１に係る火花点火式内燃機関の動作を説明する図である。 筒内用燃料噴射弁から燃料噴霧が筒内噴射された直後の状態を模式的に示す図である。 筒内用燃料噴射弁から燃料噴霧が筒内噴射された直後の状態を模式的に示す図である。 燃焼室内に形成される混合気の濃度分布を計算した結果を示す図である。 本発明の実施形態１におけるピストン頂面の形状例を示す図である。 本発明の実施形態１におけるピストン頂面の形状例を示す図である。 本発明の実施形態１におけるピストン頂面の形状例を示す図である。 本発明の実施形態１におけるピストン頂面の形状例を示す図である。 本発明の実施形態１におけるピストン頂面の形状例を示す図である。 本発明の実施形態２に係る火花点火式内燃機関の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態２に係る火花点火式内燃機関の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態２における第１噴射弁から噴射される燃料噴霧の特性及びピストン頂面の形状の好適な例を示す図である。 本発明の実施形態２における第１噴射弁から噴射される燃料噴霧の特性及びピストン頂面の形状の好適な例を示す図である。 本発明の実施形態２における第１噴射弁から噴射される燃料噴霧の特性及びピストン頂面の形状の好適な例を示す図である。 本発明の実施形態２における第１噴射弁から噴射される燃料噴霧の特性及びピストン頂面の形状の好適な例を示す図である。 本発明の実施形態２における第１噴射弁から噴射される燃料噴霧の特性及びピストン頂面の形状の好適な例を示す図である。 本発明の実施形態２における第１噴射弁から噴射される燃料噴霧の特性及びピストン頂面の形状の好適な例を示す図である。 本発明の実施形態２に係る火花点火式内燃機関の動作を説明する図である。 本発明の実施形態２に係る火花点火式内燃機関の動作を説明する図である。 本発明の実施形態２におけるピストン頂面の形状例を示す図である。 本発明の実施形態２におけるピストン頂面の形状例を示す図である。 本発明の実施形態２におけるピストン頂面の形状例を示す図である。 本発明の実施形態３に係る火花点火式内燃機関の動作を説明する図である。 本発明の実施形態４に係る火花点火式内燃機関の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態４に係る火花点火式内燃機関の概略構成を示す図である。 筒内用燃料噴射弁から燃料噴霧が筒内噴射された直後の状態を模式的に示す図である。 本発明の実施形態４に係る火花点火式内燃機関の動作を説明する図である。 本発明の実施形態４に係る火花点火式内燃機関において、火炎面の状態を表す計算結果の一例を示す図である。 ＬＷ積分値のクランク角に対する関係を表す計算結果の一例を示す図である。 トレースノックが発生する時点での図示平均有効圧力、燃焼期間、及びスモーク発生量の燃料噴射時期に対する関係を表す実験結果の一例を示す図である。

符号の説明

１ 火花点火式内燃機関、９ シリンダブロック、１０ シリンダヘッド、１１ シリンダ、１２ ピストン、１２ａ 頂面、１２ｂ，１２ｃ 窪み、１３ 燃焼室、１４ 吸気ポート、１５ 排気ポート、１６ 吸気弁、１７ 排気弁、２１ 吸気ポート用燃料噴射弁、２２，２４，１２２ 筒内用燃料噴射弁、２３ 点火栓。

Claims (18)

1. 内燃機関の燃焼室内に均質な混合気を形成するための第１燃料供給装置と、
   燃焼室内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気を形成するための第２燃料供給装置と、
   燃焼室内の混合気を火炎伝播させるための点火栓と、
   を備える、火花点火式内燃機関。
2. 請求項１に記載の火花点火式内燃機関であって、
   第１燃料供給装置は、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射して燃焼室内に均質な予混合気を形成するための装置であり、
   第２燃料供給装置は、燃焼室内に燃料を直接噴射して燃焼室内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気を形成するための装置である、火花点火式内燃機関。
3. 請求項２に記載の火花点火式内燃機関であって、
   ピストンの頂面の周囲部に窪み部が形成されており、
   第２燃料供給装置は、ピストンの頂面の周囲部へ向けて燃料を噴射して燃焼室内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気を形成するための装置である、火花点火式内燃機関。
4. 請求項３に記載の火花点火式内燃機関であって、
   前記窪み部がピストンの頂面の周方向に関して複数並んで配置されており、
   第２燃料供給装置は、複数の噴孔からピストンの頂面の周囲部へ向けて燃料を噴射して燃焼室内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気を形成するための装置である、火花点火式内燃機関。
5. 請求項２〜４のいずれか１に記載の火花点火式内燃機関であって、
   第２燃料供給装置は、内燃機関の圧縮行程にて燃焼室内に燃料を直接噴射して燃焼室内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気を形成するための装置である、火花点火式内燃機関。
6. 請求項１に記載の火花点火式内燃機関であって、
   第１燃料供給装置は、燃焼室内の中央部へ向けて燃料を直接噴射して燃焼室内に均質な混合気を形成するための装置であり、
   第２燃料供給装置は、燃焼室内の周囲部へ向けて燃料を直接噴射して燃焼室内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気を形成するための装置であり、
   第１燃料供給装置による燃料の噴射を開始した後に、第２燃料供給装置による燃料の噴射を開始する、火花点火式内燃機関。
7. 請求項６に記載の火花点火式内燃機関であって、
   ピストンの頂面の中央部に凹曲面が形成されており、
   第１燃料供給装置は、前記凹曲面へ向けて燃料を噴射して燃焼室内に均質な混合気を形成するための装置である、火花点火式内燃機関。
8. 請求項６または７に記載の火花点火式内燃機関であって、
   ピストンの頂面の周囲部に窪み部が形成されており、
   第２燃料供給装置は、ピストンの頂面の周囲部へ向けて燃料を噴射して燃焼室内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気を形成するための装置である、火花点火式内燃機関。
9. 請求項８に記載の火花点火式内燃機関であって、
   前記窪み部がピストンの頂面の周方向に関して複数並んで配置されており、
   第２燃料供給装置は、複数の噴孔からピストンの頂面の周囲部へ向けて燃料を噴射して燃焼室内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気を形成するための装置である、火花点火式内燃機関。
10. 請求項６〜９のいずれか１に記載の火花点火式内燃機関であって、
    内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する第３燃料供給装置を備える、火花点火式内燃機関。
11. 請求項６〜１０のいずれか１に記載の火花点火式内燃機関であって、
    内燃機関の吸気行程または圧縮行程にて第１燃料供給装置による燃料の噴射を開始した後に、内燃機関の圧縮行程にて第２燃料供給装置による燃料の噴射を開始する、火花点火式内燃機関。
12. 請求項１に記載の火花点火式内燃機関であって、
    第１燃料供給装置は、内燃機関の吸気行程から圧縮行程前半にかけてのいずれかの期間に、燃焼室内の周囲部へ向けて燃料を１回あたりの噴射量を制限しながら直接噴射して燃焼室内に均質な混合気を形成するための装置であり、
    第２燃料供給装置は、内燃機関の圧縮行程後半にて燃焼室内の周囲部へ向けて燃料を直接噴射して燃焼室内の周囲部に不均質な濃度分布を有する混合気を形成するための装置であり、
    第１燃料供給装置及び第２燃料供給装置が共通の燃料供給装置により構成されている、火花点火式内燃機関。
13. 請求項１２に記載の火花点火式内燃機関であって、
    前記共通の燃料供給装置は、少なくとも吸気行程にて燃焼室内の周囲部へ向けて燃料を１回あたりの噴射量を制限しながら直接噴射して燃焼室内に均質な混合気を形成するための装置である、火花点火式内燃機関。
14. 請求項１２または１３に記載の火花点火式内燃機関であって、
    前記共通の燃料供給装置は、圧縮行程後半にて燃焼室内の周囲部へ向けて分散性の高い燃料噴霧を噴射する装置である、火花点火式内燃機関。
15. 請求項１に記載の火花点火式内燃機関であって、
    点火栓は、第１燃料供給装置により形成された混合気に点火して火炎伝播させ、
    第２燃料供給装置は、噴射した燃料が拡散燃焼するように燃焼室内の周囲部へ向けて燃料を直接噴射する装置である、火花点火式内燃機関。
16. 請求項１５に記載の火花点火式内燃機関であって、
    点火栓による点火時期後に第２燃料供給装置による燃料の噴射を開始する、火花点火式内燃機関。
17. 内燃機関の燃焼室内に混合気を形成するための第１燃料供給装置と、
    第１燃料供給装置により形成された混合気に点火して火炎伝播させるための点火栓と、
    燃焼室内の周囲部へ向けて燃料を直接噴射する第２燃料供給装置と、
    を備え、
    第２燃料供給装置は、噴射した燃料が拡散燃焼するように燃焼室内の周囲部へ向けて燃料を直接噴射する装置である、火花点火式内燃機関。
18. 請求項１７に記載の火花点火式内燃機関であって、
    点火栓による点火時期後に第２燃料供給装置による燃料の噴射を開始する、火花点火式内燃機関。

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