JP3799929B2 - 直噴火花点火式内燃機関 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴火花点火式内燃機関に関し、特にピストンの冠面形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直噴火花点火式内燃機関のピストンにおいては、例えば特開平１０−２０５４１３号公報や特開平１０−３３９１３８号公報に示されるように、その冠面に、凹状でかつ周縁部が隆起して稜線をなすキャビティ（凹状燃焼室）を有し、かつ、このキャビティはその内側の周縁部上方に点火プラグが位置するようにピストン中心に対しオフセットして設けられている。そして、所定の運転条件で、圧縮行程にて燃料噴射弁からキャビティ内に向けて燃料を噴射し、燃焼室内のスワール成分のあるガス流動を用いて、点火プラグ回りに集中的に層状の混合気を形成して成層燃焼を行うようにしている。
【０００３】
また、他の運転条件では、吸気行程にて燃料を噴射することにより、燃焼室全体に燃料を拡散させて均質の混合気を形成して均質燃焼を行うようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の直噴火花点火式内燃機関においては、成層燃焼時に、回転数が上昇して（中速回転）、スワール流が強くなると、噴霧がスワール下流側へ流されて、キャビティからはみ出し、成層化をなし得なくなる（点火プラグ回りの空燃比が薄過ぎる）と共に、噴霧が点火プラグに届きにくくなるという問題点があった。
【０００５】
逆にアイドルのような極低回転では、スワール流が弱いので、噴射された直後の勢いのある噴霧は曲げられずに直進して点火プラグに達するものの、燃料量が少なく、言い換えれば噴霧のかたまりが小さいので、次第に気化することにより、キャビティ内での噴霧の貫徹力は弱く、スワール流が弱いものの、キャビティ内のスワール流に流されて点火プラグ付近を短時間で通過してしまうことから、成層化できるタイミングが限られるという問題点があった。
【０００６】
ここで、特開平１０−２０５４１３号公報では、キャビティをスワール下流方向にオフセットして設けているが、燃料噴射弁からの燃料噴霧の噴射方向も点火プラグ方向ではなく、スワール下流側に設定しているため、燃料噴霧のキャビティからのはみ出しを防止することができない。
【０００７】
また、特開平１０−３３９１３８号公報では、燃料噴射弁からの燃料噴霧の噴射方向を点火プラグ方向に設定して、キャビティの上面側開口部に対し、底面平坦部をスワール下流方向にオフセットしているが、このような形状であると、キャビティ内のスワールが乱れやすく、また傾斜の大きな方の側壁部から燃料噴霧が逃げやすくなってしまう。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、ピストン冠面に、凹状でかつ周縁部が隆起して稜線をなすキャビティを有し、かつ、このキャビティはその内側の周縁部上方に点火プラグが位置するようにピストン中心に対しオフセットして設けられ、所定の運転条件で、圧縮行程にて燃料噴射弁からキャビティ内に向けて燃料を噴射し、燃焼室内のスワール成分のあるガス流動を用いて、点火プラグ回りに集中的に層状の混合気を形成して成層燃焼を行うようにした直噴火花点火式内燃機関において、燃料噴霧の成層化を確実にして、成層燃焼性能を向上させることを主たる目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、上記の直噴火花点火式内燃機関において、上面視で、燃料噴射弁からの噴霧を点火プラグに向けて噴射させる一方、前記キャビティを、上面視で、燃料噴射弁と点火プラグとを結ぶ直線を点火プラグを中心にスワール下流方向に１０〜３０°回転させた直線上に中心を有する円形としたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明では、上記の直噴火花点火式内燃機関において、上面視で、燃料噴射弁からの噴霧を点火プラグに向けて噴射させる一方、前記キャビティを、上面視で、燃料噴射弁と点火プラグとを結ぶ直線上に中心を有する第１の円と、該第１の円を点火プラグを中心にスワール下流方向に所定角度回転させた第２の円と、を想定したときに、前記第１の円のスワール上流側の円弧と前記第２の円のスワール下流側の円弧とをつないだ長円形状とし、燃料噴射弁からの噴霧が衝突するキャビティの内壁に傾斜した直線部を持つようにしたことを特徴とする。請求項３に係る発明では、請求項２に係る発明において、前記回転角度を１０〜３０°の範囲としたことを特徴とする。
【００１１】
更に、成層燃焼性能の向上に加え、均質燃焼性能をも併せて向上させることを目的として、以下のような最適化を提供する。
請求項４に係る発明では、ピストン冠面の最外周部の平坦な基準平面からの、前記キャビティの底面平坦部の深さＡを、３〜９ｍｍの範囲としたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明では、ピストン冠面の最外周部の平坦な基準平面からの、前記キャビティの底面平坦部の深さをＡ、前記基準平面からの、前記稜線の最上部の高さをＨとしたとき、これらの合計値Ｂ＝Ａ＋Ｈを、１０〜２０ｍｍの範囲としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明では、前記キャビティ内の隅部のアールＲを、５〜２０ｍｍの範囲としたことを特徴とする。
請求項７に係る発明では、ピストン冠面の前記キャビティの稜線の外周側に、ピストン冠面の外周側に向かって低くなる円錐面からなる傾斜面を形成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項８に係る発明では、前記傾斜面を、前記キャビティの稜線の外周側に連なる内側傾斜面と、この内側傾斜面とピストン冠面の最外周部の平坦な基準平面とをつなげる外側傾斜面とで、２段の角度で形成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項９に係る発明では、前記内側傾斜面の水平面に対する角度αを、１０〜６０°の範囲としたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、成層燃焼において、中速回転時に、燃料噴射弁から点火プラグ方向に噴射された噴霧がスワール流によって流されても、キャビティをスワール下流方向にオフセットしているので、噴霧がキャビティからはみ出すことがない。従って、スワールで転向した噴霧もキャビティ内に収まり、良好な成層化が可能となる。
【００１７】
また、極低回転時には、スワール流が弱いため、燃料噴射弁からの噴霧は直進して、キャビティの内壁に衝突する。この際、キャビティをスワール下流方向にオフセットしたことで、噴霧が衝突するキャビティ内壁が噴霧の衝突方向に対し傾斜しているので、キャビティ内壁に沿って、ベクトル（噴霧の貫徹力）を生じ、このベクトルがキャビティ内のスワールと対向するので、これらのバランスにより、噴霧が点火プラグ回りに長く留まることになり、良好な成層化が可能となる。従って、極低回転から中速回転まで、広範囲な成層運転が可能となる。
【００１８】
請求項２、３に係る発明によれば、成層燃焼において、中速回転時には、燃料噴射弁から点火プラグ方向に噴射された噴霧がスワール流によって流されても、キャビティを長円形状としてスワール下流方向に長くしているので、噴霧がキャビティからはみ出すことがない。従って、スワールで転向した噴霧もキャビティ内に収まり、良好な成層化が可能となる。また、キャビティ内のスワールは上流側に渦中心を持つので、噴霧を点火プラグ側へ容易に届かせることができる。
【００１９】
また、極低回転時には、スワール流が弱いため、燃料噴射弁からの噴霧は直進して、キャビティの内壁に衝突する。この際、キャビティをスワール下流方向に長くしてキャビティの内壁に傾斜した直線部を持つようにしたことで、この傾斜した直線部に沿って、燃料噴霧にベクトル（噴霧の貫徹力）を生じ、このベクトルがキャビティ内のスワールと対向するので、これらのバランスにより、噴霧が点火プラグ回りに長く留まることになり、良好な成層化が可能となる。従って、極低回転から中速回転まで、広範囲な成層運転が可能となる。
【００２０】
請求項４に係る発明によれば、キャビティの底面平坦部の深さＡを最適化することで、成層燃焼性能を確保しつつ、均質燃焼性能を良好にすることができる。すなわち、深さＡを大きくすれば、成層燃焼時にキャビティ内の燃料保持性を向上させて成層混合気を形成し易くなり、成層燃焼性能が向上するが、均質燃焼時にキャビティ内外の空間不連続（ピストンの凹凸）により、燃焼室全体に均質混合気を形成し難くなるので、これらを両立させる範囲とするのである。
【００２１】
請求項５に係る発明によれば、キャビティの底面平坦部の深さＡと稜線の最上部の高さＨとの合計値Ｂ＝Ａ＋Ｈを最適化することで、成層燃焼性能を確保しつつ、均質燃焼性能を良好にすることができる。すなわち、合計深さＢについても、深さＡと同様に、これを大きくすれば、成層燃焼時に成層混合気を形成し易くなり、成層燃焼性能が向上するが、均質燃焼時にキャビティ内外の空間不連続により、均質混合気を形成し難くなるので、これらを両立させる範囲とするのである。また、ピストンコンプレッションハイト（ピストンピン中心からピストン最上部までの高さ）を短縮でき、ピストン軽量化と、首振り防止による音振性能向上という効果も得ることができる。
【００２２】
請求項６に係る発明によれば、キャビティ内の隅部のアールＲを最適化することで、成層燃焼時にキャビティ内の燃料噴霧を点火プラグ側へ指向させて確実に輸送する効果を得ることができる。
【００２３】
請求項７に係る発明によれば、ピストン冠面のキャビティを囲む稜線の外周側に、平坦部を設けることなく、ピストン冠面の外周側に向かって低くなる円錐面からなる傾斜面を形成したので、均質燃焼時に、キャビティ内と外との間でのガス流動を確保できて、混合気の均質化を促進できると共に、ピストン表面積を低減して、冷却損失を低減できる。
【００２４】
また、請求項８に係る発明によれば、前記傾斜面を、内側傾斜面と外側傾斜面とで、２段の角度で形成してあるため、燃費向上のためピストン側の容積を大きくして高圧縮比化を図る場合、外側傾斜面の立上がりによって内側傾斜面を緩傾斜として稜線につなげることができ、該稜線の外側に平坦部分が生じるのを回避できて、均質燃焼時の火炎伝播の阻害要因をなくすことができることと併せて、キャビティ内と外とでのガス流動を確保できて燃費の向上と良好な燃焼性の保持との両立を図ることができる。
【００２５】
また、請求項９に係る発明によれば、前記内側傾斜面の角度を、均質燃焼時の軸トルクと成層燃焼時の燃費とを勘案した最適値に設定することで、均質燃焼時の出力の向上と成層燃焼時の燃費の向上とを図ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
先ず本発明の第１実施形態について説明する。
【００２７】
図１は第１実施形態を示す直噴火花点火式内燃機関の概略平面図、図２は同上の概略断面図、図３は図１のａ−ａ’断面に相当するピストンの断面図である。
シリンダヘッド１には、点火プラグ２を挟んで、２つの吸気バルブ３Ａ，３Ｂと２つの排気バルブ４Ａ，４Ｂとが対向配置され、点火プラグ２はシリンダ中心（ピストン中心）より若干排気バルブ４Ａ，４Ｂ側にオフセットして配置されている。
【００２８】
また、２つの吸気バルブ３Ａ，３Ｂにそれぞれ連なる吸気ポート５Ａ，５Ｂのうち、一方の吸気ポート５Ｂには、所定の運転条件にて閉じるスワール制御弁６が設けられていて、燃焼室内に図１で反時計方向のスワール流Ｓを生成できるようになっている。
【００２９】
シリンダヘッド１にはまた、吸気バルブ３Ａ，３Ｂ間でかつこれらより燃焼室外周側に、斜め下向きで、かつ上面視（図１）で点火プラグ２を指向するように、燃料噴射弁７を配置してある。
【００３０】
ピストン１０の冠面は、最外周側に環状に平坦な基準平面１１を残して、２段の傾斜面１２，１３により、円錐状に隆起させ、その隆起させた部分に、凹状（皿状）のキャビティ１４を形成してある。従って、キャビティ１４は、凹状でかつ周縁部が隆起して稜線１５をなしている。
【００３１】
このキャビティ１４は、その内側の周縁部上方に点火プラグ２が位置するように、ピストン中心に対し吸気バルブ３Ａ，３Ｂ側（燃料噴射弁７側）にオフセットして設けられると共に、上面視（図１）で、燃料噴射弁７と点火プラグ２とを結ぶ直線Ｌ１を点火プラグ２を中心にスワール下流方向に所定角度θ回転させた直線Ｌ２上に中心Ｃ０を有する円形としてある。回転角度θは、１０〜３０°の範囲とする。
【００３２】
また、キャビティ１４内の隅部にはアールＲが設けられ、底面は平坦部１６をなしている。
また、キャビティ１４のピストン中心側の周縁部の稜線１５の外周側には、前記傾斜面１２，１３より緩傾斜の緩傾斜面１７を設けて、ピストン１０の最高部の高さを抑えてある。更に、図では省略したが、稜線１５の一部を切り欠いて、吸気バルブ３Ａ，３Ｂ（又は排気バルブ４Ａ，４Ｂ）を逃げるバルブリセスを形成するようにし、バルブタイミングあるいは圧縮比の要求に応えるようにしてもよい。尚、最外周部の平坦な基準平面１１は最小限の幅を持たせ、生産加工時に基準面として用いる。
【００３３】
ここにおいて、上面視で、燃料噴射弁７からの噴霧を点火プラグ２に向けて噴射させる一方、キャビティ１４を、上面視で、燃料噴射弁７と点火プラグ２とを結ぶ直線Ｌ１を点火プラグ２を中心にスワール下流方向にθ＝１０〜３０°回転させた直線Ｌ２上に中心Ｃ０を有する円形としたことで、中速回転及び極低回転での成層燃焼時にそれぞれ次のような作用効果が得られる。
【００３４】
図４（ａ）は中速回転での燃料噴射中、図４（ｂ）は中速回転での点火時期付近の噴霧形態をそれぞれ示している。
燃料噴射弁７から点火プラグ２方向に噴射された噴霧がスワール流によって流されても、キャビティ１４をスワール下流方向にオフセットしているので、噴霧がキャビティ１４からはみ出すことがない。従って、スワールで転向した燃料もキャビティ１４内に収まり、良好な成層化が可能となる。
【００３５】
尚、図１４はキャビティを回転させていない場合の中速回転での噴霧形態で、噴霧がスワール下流側へ流されると、キャビティからはみ出し、成層化をなし得なくなる（点火プラグ回りの空燃比が薄過ぎる）と共に、噴霧が点火プラグに届きにくくなることを示している。
【００３６】
図５（ａ）は極低回転での燃料噴射中、図５（ｂ）は極低回転での点火時期付近の噴霧形態をそれぞれ示している。
この場合は、スワール流が弱いため、燃料噴射弁７からの噴霧は直進して、キャビティ１４の内壁に衝突する。この際、キャビティ１４をスワール下流方向にオフセットしたことで、噴霧が衝突するキャビティ１４の内壁が噴霧の衝突方向に対し傾斜しているので、キャビティ１４の内壁に沿って、図５で時計方向のベクトル（噴霧の貫徹力）Ｖを生じ、このベクトルＶがキャビティ１４内のスワールと対向するので、これらのバランスにより、噴霧が点火プラグ２回りに長く留まることになり、良好な成層化が可能となる。
【００３７】
尚、図１５はキャビティを回転させていない場合の極低回転での噴霧形態で、スワール流が弱いので、噴射された直後の勢いのある噴霧は曲げられずに直進して点火プラグに達するものの、燃料量が少なく、キャビティ内での貫徹力が弱いことから、スワール流が弱くても、キャビティ内のスワール流に流されて点火プラグ付近を短時間で通過してしまい、成層化できるタイミングが限られることを示している。
【００３８】
ここで、前記回転角度θは、１０〜３０°の範囲とする。
図６は、横軸をキャビティ回転角度θとして、縦軸に成層燃焼時の燃費をとったグラフであり、θ＝１０〜３０°の範囲で成層燃焼時の燃費を向上できることを示している。
【００３９】
すなわち、中速回転では、キャビティ回転角度θを大きくすると、スワールで転向した燃料もキャビティ内に収まり、成層度が向上し、燃費が向上する。但し、θが大き過ぎると、キャビティのスワール上流側の噴霧干渉の影響により、成層度が悪化して、燃費が悪化すると考えられる。
【００４０】
極低回転では、キャビティ回転角度θを大きくすると、前記ベクトル（噴霧の貫徹力）とキャビティ内のスワールとがバランスされ、点火プラグ回りに燃料が長く留まり、点火時期の設定自由度が大きくなって、燃費が向上する。但し、θが大き過ぎると、やはりキャビティのスワール上流側の噴霧干渉の影響により、成層度が悪化して、燃費が悪化すると考えられる。
【００４１】
本実施形態では、成層燃焼性能の向上に加え、均質燃焼性能をも併せて向上させるという観点から、以下のような各部の最適化をも行っている。
ピストン冠面の最外周部の平坦な基準平面１１からの、キャビティ１４の底面平坦部１６の深さＡは、３〜９ｍｍの範囲とする。
【００４２】
図７は、横軸を深さＡとして、縦軸に均質燃焼時の軸トルク（実線示）及び成層燃焼時の燃費（点線示）をとったグラフであり、Ａ＝３〜９ｍｍの範囲で、均質燃焼時の軸トルクと成層燃焼時の燃費とを両立できることを示している。
【００４３】
すなわち、深さＡを大きくすれば、成層燃焼時にキャビティ１４内の燃料保持性を向上させて成層混合気を形成し易くなり、成層燃焼性能が向上するが、均質燃焼時にキャビティ１４内外の空間不連続により、燃焼室全体に均質混合気を形成し難くなるので、これらを両立させる範囲とするのである。
【００４４】
また、ピストン冠面の最外周部の平坦な基準平面１１からの、キャビティ１４の底面平坦部１６の深さをＡ、前記基準平面１１からの、稜線１５の最上部の高さをＨとしたとき、これらの合計値（合計深さ）Ｂ＝Ａ＋Ｈは、１０〜２０ｍｍの範囲とする。
【００４５】
図８は、横軸を合計深さＢ＝Ａ＋Ｈとして、縦軸に均質燃焼時の軸トルク及び成層燃焼時の燃費をとったグラフであり、Ｂ＝１０〜２０ｍｍの範囲で、均質燃焼時の軸トルクと成層燃焼時の燃費とを両立できることを示している。
【００４６】
すなわち、深さＡと同様に、合計深さＢを大きくすれば、成層燃焼時にキャビティ１４内に成層混合気を形成し易くなり、成層燃焼性能が向上するが、均質燃焼時にキャビティ１４内外の空間不連続により、均質混合気を形成し難くなるので、これらを両立させる範囲とするのである。
【００４７】
また、キャビティ１４内の隅部のアールＲは、５〜２０ｍｍの範囲とする。
図９は、横軸をＲとして、縦軸に均質燃焼時の軸トルク及び成層燃焼時の燃費をとったグラフであり、Ｒ＝５〜２０ｍｍの範囲で、均質燃焼時の軸トルクと成層燃焼時の燃費とを両立できることを示している。
【００４８】
アールＲにより、成層燃焼時に成層混合気をスムーズに点火プラグ２近傍に輸送する一方、均質燃焼時にキャビティ１４内外をスムーズに混合気が流れるようにするのであり、アールＲが小さ過ぎると、その役目を果たせず、アールＲが大き過ぎても、成層混合気がキャビティ１４外へ誘導され、点火プラグ２への輸送が良好になされないからである。
【００４９】
また、本実施形態では、ピストン１０冠面のキャビティ１４を囲む稜線１５の外周側に、平坦部を設けることなく、ピストン１０冠面の外周側に向かって低くなる円錐面からなる傾斜面１２，１３を形成したので、均質燃焼時に、キャビティ１４内と外との間のガス流動を確保でき、混合気の均質化を促進できる。また、平坦部を設けないので、ピストン１０の表面積を低減でき、冷却損失を低減できる。
【００５０】
しかも、この傾斜面は、キャビティ１４の稜線１５の外周側に連なる内側傾斜面１３と、この内側傾斜面１３と最外周部の平坦な基準平面１１とをつなげる外側傾斜面１２とで、２段の角度で形成してある。
【００５１】
このようにすることで、燃費向上のためピストン側の容積を大きくして高圧縮比化を図る場合、外側傾斜面１２の立上がりによって内側傾斜面１３を緩傾斜として稜線１５につなげることができ、該稜線１５の外側に平坦部分が生じるのを回避できて、均質燃焼時の火炎伝播の阻害要因をなくすことができることと併せて、キャビティ１４内と外とでのガス流動を確保できて燃費の向上と良好な燃焼性の保持との両立を図ることができる。
【００５２】
ここで、前記内側傾斜面１３の水平面（基準平面１１と平行）に対する角度αは、１０〜６０°の範囲、望ましくは１５〜４５°の範囲に設定する。
図１０は、横軸を傾斜面角度αとして、縦軸に均質燃焼時の軸トルク及び成層燃焼時の燃費をとったグラフであり、α＝１０〜６０°の範囲で、均質燃焼時の軸トルクと成層燃焼時の燃費とを両立できることを示している。
【００５３】
但し、傾斜面角度αが大きくなると、ピストン高さが高くなるので、同じ燃焼性能であれば、Ｓ／Ｖ比、すなわち冠面表面積の観点からも前記範囲内でできるだげθを小さく設定するのが好ましく、また前述のキャビティ深さ等の最適化を考慮して前記範囲内で設定する。
【００５４】
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図１１は第２実施形態を示す直噴火花点火式内燃機関の概略平面図である。尚、同上の概略断面図については図２と同様であり、図１のａ−ａ’断面（若しくはａ−ａ断面）に相当するピストンの断面図についても図３と同様であるので、省略した。
【００５５】
本実施形態でのキャビティ１４は、上面視（図１）で、燃料噴射弁７と点火プラグ２とを結ぶ直線Ｌ１上に中心Ｃ１を有する第１の円と、該第１の円を点火プラグ２を中心にスワール下流方向に所定角度θ回転させた第２の円（燃料噴射弁７と点火プラグ２とを結ぶ直線Ｌ１を点火プラグ２を中心に所定角度θ回転させた直線Ｌ２上に中心Ｃ２を有する第２の円）と、を想定したときに、前記第１の円のスワール上流側の円弧Ａ１と前記第２の円のスワール下流側の円弧Ａ２とをつないだ長円形状としたことを特徴とする。回転角度θは、１０〜３０°の範囲とする。
【００５６】
ここで、２つの円弧Ａ１，Ａ２は、点火プラグ２側では直線（接線）Ｔによりつなぎ、反対側は直線又は弧状につなぐ。
その他の構成は、第１実施形態（図１）と同じである。
【００５７】
ここにおいて、上面視で、燃料噴射弁７からの噴霧を点火プラグ２に向けて噴射させる一方、キャビティ１４を、上面視で、燃料噴射弁７と点火プラグ２とを結ぶ直線Ｌ１上に中心Ｃ１を有する第１の円と、該第１の円を点火プラグ２を中心にスワール下流方向に所定角度θ＝１０〜３０°回転させた第２の円（直線Ｌ２上に中心Ｃ２を有する第２の円）と、を想定したときに、前記第１の円のスワール上流側の円弧Ａ１と前記第２の円のスワール下流側の円弧Ａ２とをつないだ長円形状としたことで、中速回転及び極低回転での成層燃焼時にそれぞれ次のような作用効果が得られる。
【００５８】
図１２（ａ）は中速回転での燃料噴射中、図１２（ｂ）は中速回転での点火時期付近の噴霧形態をそれぞれ示している。
燃料噴射弁７から噴射された噴霧がスワール流によって流されても、キャビティ１４を長円形状としてスワール下流方向に長くしているので、噴霧がキャビティ１４からはみ出すことがない。従って、スワールで転向した噴霧もキャビティ１４内に収まり、良好な成層化が可能となる。また、キャビティ１４内のスワールは上流側に渦中心を持つので、噴霧を点火プラグ２側へ容易に届かせることができる。
【００５９】
図１３（ａ）は極低回転での燃料噴射中、図１３（ｂ）は極低回転での点火時期付近の噴霧形態をそれぞれ示している。
この場合は、スワール流が弱いため、燃料噴射弁７からの噴霧は直進して、キャビティ１４の内壁に衝突する。この際、キャビティ１４をスワール下流方向に長くして傾斜した直線部Ｔを持つようにしたことで、この傾斜した直線部Ｔに沿って、燃料噴霧に、図１３で時計方向のベクトル（噴霧の貫徹力）Ｖを生じ、このベクトルＶがキャビティ１４内のスワールと対向するので、これらのバランスにより、噴霧が点火プラグ２回りに長く留まることになり、良好な成層化が可能となる。
【００６０】
本実施形態においても、回転角度θにより図６の特性が得られるので、回転角度θは、１０〜３０°の範囲とするのがよい。
また、本実施形態におけるその他の構成（キャビティ深さＡ等）は、第１実施形態（図１）と同じであるので、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態を示す直噴火花点火式内燃機関の概略平面図
【図２】 同上の概略断面図
【図３】 図１のａ−ａ’断面に相当するピストンの断面図
【図４】 中速回転での噴霧形態を示す図
【図５】 極低回転での噴霧形態を示す図
【図６】 回転角度θの適正範囲を示す図
【図７】 深さＡの適正範囲を示す図
【図８】 合計深さＢの適正範囲を示す図
【図９】 アールＲの適正範囲を示す図
【図１０】 傾斜面角度αの適正範囲を示す図
【図１１】 第２実施形態を示す直噴火花点火式内燃機関の概略平面図
【図１２】 第２実施形態の中速回転での噴霧形態を示す図
【図１３】 第２実施形態の極低回転での噴霧形態を示す図
【図１４】 参考例の中速回転での噴霧形態を示す図
【図１５】 参考例の極低回転での噴霧形態を示す図
【符号の説明】
１ シリンダヘッド
２ 点火プラグ
３Ａ，３Ｂ 吸気バルブ
４Ａ，４Ｂ 排気バルブ
６ スワール制御弁
７ 燃料噴射弁
１０ ピストン
１１ 基準平面
１２ 外側傾斜面
１３ 内側傾斜面
１４ キャビティ
１５ 稜線
１６ 底面平坦部
１７ 緩傾斜面

Claims (9)

1. ピストン冠面に、凹状でかつ周縁部が隆起して稜線をなすキャビティを有し、かつ、このキャビティはその内側の周縁部上方に点火プラグが位置するようにピストン中心に対しオフセットして設けられ、
   所定の運転条件で、圧縮行程にて燃料噴射弁からキャビティ内に向けて燃料を噴射し、燃焼室内のスワール成分のあるガス流動を用いて、点火プラグ回りに集中的に層状の混合気を形成して成層燃焼を行うようにした直噴火花点火式内燃機関において、
   上面視で、燃料噴射弁からの噴霧を点火プラグに向けて噴射させる一方、
   前記キャビティを、上面視で、燃料噴射弁と点火プラグとを結ぶ直線を点火プラグを中心にスワール下流方向に１０〜３０°回転させた直線上に中心を有する円形としたことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関。
2. ピストン冠面に、凹状でかつ周縁部が隆起して稜線をなすキャビティを有し、かつ、このキャビティはその内側の周縁部上方に点火プラグが位置するようにピストン中心に対しオフセットして設けられ、
   所定の運転条件で、圧縮行程にて燃料噴射弁からキャビティ内に向けて燃料を噴射し、燃焼室内のスワール成分のあるガス流動を用いて、点火プラグ回りに集中的に層状の混合気を形成して成層燃焼を行うようにした直噴火花点火式内燃機関において、
   上面視で、燃料噴射弁からの噴霧を点火プラグに向けて噴射させる一方、
   前記キャビティを、上面視で、燃料噴射弁と点火プラグとを結ぶ直線上に中心を有する第１の円と、該第１の円を点火プラグを中心にスワール下流方向に所定角度回転させた第２の円と、を想定したときに、前記第１の円のスワール上流側の円弧と前記第２の円のスワール下流側の円弧とをつないだ長円形状とし、燃料噴射弁からの噴霧が衝突するキャビティの内壁に傾斜した直線部を持つようにしたことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関。
3. 前記回転角度を１０〜３０°の範囲としたことを特徴とする請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関。
4. ピストン冠面の最外周部の平坦な基準平面からの、前記キャビティの底面平坦部の深さＡを、３〜９ｍｍの範囲としたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関。
5. ピストン冠面の最外周部の平坦な基準平面からの、前記キャビティの底面平坦部の深さをＡ、前記基準平面からの、前記稜線の最上部の高さをＨとしたとき、これらの合計値Ｂ＝Ａ＋Ｈを、１０〜２０ｍｍの範囲としたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関。
6. 前記キャビティ内の隅部のアールＲを、５〜２０ｍｍの範囲としたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関。
7. ピストン冠面の前記キャビティの稜線の外周側に、ピストン冠面の外周側に向かって低くなる円錐面からなる傾斜面を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関。
8. 前記傾斜面を、前記キャビティの稜線の外周側に連なる内側傾斜面と、この内側傾斜面とピストン冠面の最外周部の平坦な基準平面とをつなげる外側傾斜面とで、２段の角度で形成したことを特徴とする請求項７記載の直噴火花点火式内燃機関。
9. 前記内側傾斜面の水平面に対する角度αを、１０〜６０°の範囲としたことを特徴とする請求項８記載の直噴火花点火式内燃機関。

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