JP3928716B2 - 筒内噴射型火花点火内燃機関 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射型火花点火内燃機関（以下、エンジンという）に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
エンジンの筒内に直接燃料を噴射して点火プラグ近傍に点火性の良好な混合気を形成した上で、その周囲を燃料希薄状態とし、これにより全体空燃比をリーンとした成層燃焼を可能とする筒内噴射型火花点火エンジンが実用化されている。成層燃焼を実現するための手法には種々のものがあるが、例えば、ピストンに深皿キャビティを形成するとともに、直立して形成された吸気ポートから筒内に吸気を導入して逆タンブル流を生起させ、燃料噴射弁からの噴射燃料を逆タンブル流により点火プラグ近傍に導くようにしたものがある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、上記した特許文献１の技術では、吸気流動を利用して燃料を輸送するために、燃料噴射弁として傘状に燃料噴霧を拡散させるスワールインジェクタを用いており、その結果、圧縮行程で燃料噴射を行う圧縮行程噴射では噴霧の貫徹力が弱過ぎる傾向がある。このため、噴霧としてピストン壁面に衝突した燃料がそのまま壁面に留まり易く、局所的なオーバーリッチ化に起因して燃焼効率の低下、ＨＣやスートの増大を引き起こすという問題があった。
【０００４】
そこで、吸気流動に頼ることなく、燃料の運動量とピストンのキャビティ形状とを利用して燃料輸送するようにした手法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。当該特許文献２では、燃料噴射弁から２方向に燃料を噴射し、その噴霧をピストンのキャビティ底壁上を進行させた後、対向側壁の両側部だけにより偏向させて点火プラグ近傍に導くように構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２９４６９１７号明細書
【特許文献２】
特開２０００−２８２８７２号公報（図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特許文献２の技術では、キャビティの対向側壁により偏向された噴霧が運動量を保持したまま点火プラグ近傍に向けて進むことになるため、点火プラグ近傍に燃料を集合させた状態を維持できる期間が短く、点火プラグ近傍に燃料を効率良く集合させて燃焼効率を向上させる点では、未だ改良の余地があった。なお、この現象を緩和するには燃料噴霧の貫徹力を弱める必要があるが、この場合には、対向側壁により正常に燃料を偏向できなくなり、この手法が意図している本来の燃料輸送作用が実現されなくなってしまう。
【０００７】
本発明の目的は、ピストン壁面などへの燃料付着に起因する燃焼効率の低下、ＨＣやスートの増大を回避できるとともに、燃料を点火プラグ近傍に効率よく集合させて燃焼効率を向上させることができる筒内噴射型火花点火内燃機関を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、ピストン頂部に形成された周縁壁部を有するキャビティと、キャビティ内に臨んで配置された点火プラグと、キャビティの周縁壁部に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、燃料噴射弁は、相互に広がる２方向に分けて燃料を噴射するように構成され、キャビティは、周縁壁部により２つの燃料流をキャビティ周縁に沿って案内し、２つの周縁壁の合流部から放たれた２つの燃料流が衝突した後、燃料流が点火プラグ近傍に輸送されるように形成されたものである。
【０００９】
従って、燃料噴射弁からは相互に広がる２方向に分けて燃料が噴射され、これらの燃料はピストン頂部に形成されたキャビティの周縁壁部によりキャビティ周縁に沿ってそれぞれ案内されて、点火プラグ近傍に運ばれる。
このように燃料の運動量を利用して燃料輸送を行うため、燃料はピストン壁面に留まることなく確実に点火プラグの下方に導かれて、ピストン壁面での局所的なオーバリッチが防止される一方、その後の衝突により燃料の運動量が喪失するため、点火プラグの下方に燃料が集合した状態を安定して維持可能となる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、キャビティ周縁壁部が、燃料の流れをキャビティ周縁方向に偏向させるようリエントラント形状となっているものである。
従って、燃料噴射弁から噴射された燃料は、キャビティ周縁壁部のリエントラント形状によりキャビティ周縁方向に案内され、燃料の流れが効率よく捕獲される。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１において、キャビティの周縁壁部が、平面視で点火プラグ側に向けて広がる一対のガイド部を有し、ガイド部間の平面視角度が、燃料噴射弁から噴射される２方向の噴射間の平面視角度と略一致するように設定されるとともに、２方向の噴射燃料がガイド部近傍に向けて噴射されるよう燃料噴射弁が構成されているものである。
【００１２】
従って、燃料噴射時期の変更に伴って燃料噴射弁とピストンとの位置関係が変化しても、２方向に噴射された燃料とキャビティのガイド部との関係は大きく変化しないため、燃料噴射時期に関わらずキャビティの周縁壁部により燃料を確実に案内可能となる。
請求項４の発明は、請求項１において、キャビティが、平面視略ハート型をなして略ハート型の先端部を燃料噴射弁側に向けるとともに、略ハート型の両肩部間の窪み部が点火プラグ下方に近接して位置するように形成され、燃料噴射弁が、略ハート型の先端部から両肩部に亘る周縁壁部に向けて２方向の燃料噴射を行うように構成されたものである。
【００１３】
従って、略ハート型をなすキャビティの周縁壁部に沿って燃料が案内されることから、噴射から点火までの燃料輸送の行路長が長くなり、燃料と周囲の空気との混合時間が十分に確保される。
請求項５の発明は、請求項１において、キャビティの底壁に、衝突した燃料を上方に案内する上方案内部が形成されているものである。
【００１４】
従って、キャビティ周縁に沿って案内されて点火プラグの下方で衝突した燃料は、上方案内部により上方に案内されるため、燃料は点火プラグ近傍に確実に導かれ、高温のピストンキャビティ壁面からの受熱が得られて燃料の気化が促進される。
請求項６の発明は、請求項１において、燃料噴射弁から噴射される燃料が棒状をなすものである。
【００１５】
従って、燃料が棒状に噴射されるため、キャビティの周縁壁部に沿って確実に案内可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した筒内噴射型火花点火エンジンの一実施形態を説明する。
本実施形態のエンジンは気筒当たり４弁を備えた直列４気筒ガソリンエンジンとして構成されている。図１は当該エンジンの特定気筒におけるヘッド部分の構成を示す断面図であり、図中の上段には平断面が、下段には側断面が相互に関連付けて表されている。以下、同図に従って特定気筒のヘッド部分の構成を説明するが、他の気筒も全く同一構成となっている。
【００１７】
シリンダヘッド１には筒内に臨むように点火プラグ２が設けられ、点火プラグ２は平面視（図１の平断面に相当）において、シリンダブロック３側のピストン４のほぼ中央に配置されている。この点火プラグ２を中心として、図中の左方には一対の吸気ポート５（一方のみ図示）の一端側が開口し、図中の右方には同じく一対の排気ポート６（一方のみ図示）の一端が開口している。各吸気ポート５には吸気弁５ａが、各排気ポート６には排気弁６ａがそれぞれ配設され、これらの吸排気弁５ａ，６ａは、図示しないカム軸によりクランク軸の回転に同期して対応するポート５，６を開閉する。
【００１８】
吸気ポート５および排気ポート６は一般的なものと同様の形状をなしており、図示はしないが、吸気ポート５の他端側はシリンダヘッド１の一側面に開口して、スロットル弁などが備えられた吸気通路と連通し、一方、排気ポート６の他端側はシリンダヘッド１の他側面に開口して、触媒や消音器が備えられた排気通路と連通している。吸気通路からの吸気はスロットル弁で流量調整された後に吸気弁５ａの開弁に伴って吸気ポート５から筒内に導入される一方、筒内で燃焼後の排ガスは排気弁６ａの開弁に伴って排気ポート６から排気通路に案内されて、触媒および消音器を経て外部に排出される。
【００１９】
シリンダヘッド１の吸気ポート５の外周側には燃料噴射弁７が設けられ、燃料噴射弁７は水平より若干傾斜した姿勢に保持されて先端のノズル部を筒内に臨ませている。図２は燃料噴射弁７のノズル構造を示す図1の上段に対応する平断面図、図３は同じくノズル構造を示す図１の下段に対応する側断面図、図４は同じくノズル構造を示す図２のＡ矢視図であり、燃料噴射弁７のノズル部には細孔状をなす一対のノズル孔７ａが形成され（所謂２ホールタイプ）、両ノズル孔７ａは下方、且つ、燃料噴射弁７の軸線を中心として左右に拡開するように指向している。
【００２０】
このノズル構造により燃料噴射弁７からの燃料は、図１に示すように水平から角度αをもって下方に偏向するとともに、角度βをもって左右に２条に分割されて噴射される。また、細孔状のノズル孔７ａから噴射される燃料はほとんど拡散せずに棒状の噴霧を形成し、噴霧の貫徹力を比較した図５に示すように、筒内噴射型火花点火エンジンに使用される一般的な燃料噴射弁（例えば、噴霧を傘状に拡散させるスワールインジェクタなど）に比較して、本実施形態のノズル構造によれば噴霧に強い貫徹力が与えられる。
【００２１】
一方、図１に示すようにピストン４の頂部にはキャビティ１１が形成され、このキャビティ１１は、平面視において燃料噴射弁７を中心とした左右対称の略ハート型をなすとともに、側面視（図１の側断面に相当）において浅皿状をなしている。キャビティ１１の周縁は、略ハート型の先端部１２（一般的なハート型の姿勢において下側）から２方向に分岐した直線状をなす一対のガイド部１３（周縁壁部）と、これらのガイド部１３からそれぞれ円弧状をなして連続し、双方が交わる箇所で窪み部１４を形成する一対の肩部１５（周縁壁部）とから構成されている。キャビティ１１は、先端部１２を上記燃料噴射弁７のノズル部の直下に近接して位置させるとともに、窪み部１４を上記点火プラグ２の直下に近接して位置させており、平面視において、両ガイド部１３間の角度は燃料噴射弁７の２条の噴霧がなす角度βと一致している。
【００２２】
図６はキャビティ１１のガイド部１３を示す図１のVI−VI線断面図であり、この図６と図１に示された肩部１５の断面形状から明らかなように、ガイド部１３と肩部１５（つまり、キャビティの周縁全体）は、これらのガイド部１３や肩部１５に沿って燃料を案内するために最適な凹状断面のリエントラント形状をなしている。また、図７はキャビティ１１のジャンプ台１６を示す図１のVII−VII線断面図であり、両肩部１５は窪み部１４において相互に交わりながら上方に隆起し、この箇所をジャンプ台１６（上方案内部）としている。
【００２３】
以上のように構成されたエンジンは図示しないＥＣＵ（電子制御ユニット）により総合的に制御される。例えば燃料噴射制御については、予め設定された図８に示すマップに従って、エンジンの目標平均有効圧Ｐe（機関負荷）とエンジン回転速度Ｎeとから燃料噴射モードが決定される。目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeが比較的低い運転領域では圧縮行程噴射モードが選択され、圧縮行程で燃料噴射が実行されて空燃比がリーン側に制御される一方、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeの増加に伴って吸気行程噴射モードに切換えられ、吸気行程で燃料噴射が実行されて空燃比がストイキオやリッチ側に制御される。
【００２４】
以上の圧縮行程噴射モードおよび吸気行程噴射モードにおいて、燃料噴射弁７から噴射された燃料は筒内で以下のようにして燃焼に供される。
図９〜１１は圧縮行程噴射モードにおける燃料の輸送状況を示す説明図であり、当該圧縮行程噴射モードではピストン４の上昇中に燃料噴射が行われる。図９に矢印で示すように、燃料は下方に角度αをもって偏向した状態で、左右に角度βをもって２条に分割されて噴射され、その噴霧はキャビティ１１内の左右のガイド部１３に沿った何れかの地点に直接的に衝突してリエントラント面に捉えられる。ガイド部１３上での噴霧の衝突位置は、燃料噴射時期、換言すれば燃料噴射弁７とピストン４との位置関係に応じて変化するが、上記のように両ガイド部１３間の角度が噴霧の角度βと略一致していることから、燃料噴射時期が変化しても噴霧とガイド部１３との左右方向（ガイド部１３と直交する方向）の位置関係は大きく変化せず、燃料噴射時期に関わらず噴霧はガイド部１３のリエントラント面に確実に捉えられる。
【００２５】
そして、強い貫徹力を付与された噴霧はガイド部１３のリエントラント面により効率良く案内されながら、図１０に矢印で示すように、自己の運動量を利用して左右のガイド部１３から肩部１５に輸送され、肩部１５の湾曲に沿って進行方向を次第に変更されながら窪み部１４に到達する。
噴霧は窪み部１４のジャンプ台１６により上向きのベクトルを付与されてキャビティ１１から確実に切り離され、点火プラグ２直下近傍で左右から衝突して運動量を喪失する。図１１に矢印で示すように、衝突により噴霧は上昇気流を併せもつ双子渦を形成して周囲の空気と混合し、可燃混合気として点火プラグ２直下に滞留してピストン４の上昇運動により点火プラグ２近傍まで後押しされる。これにより点火プラグ２近傍に点火性の良好な混合気が形成される一方、その周囲は空気過剰となり、点火プラグ２の点火により成層燃焼が実現される。
【００２６】
一方、図１２〜１４は吸気行程噴射モードにおける燃料の輸送状況を示す説明図であり、当該吸気行程噴射モードではピストン４の下降中に燃料噴射が行われるが、キャビティ１１内での噴霧の輸送は上記圧縮行程噴射の場合と同様である。即ち、図１２，１３に矢印で示すように、噴霧はリエントラント面に捉えられた状態で左右のガイド部１３から肩部１５に輸送された後、ジャンプ台１６によりキャビティ１１から切り離されて、左右からの衝突により運動量を喪失する。
【００２７】
そして、図１４に矢印で示すように、このときの噴霧はピストン４の下降運動に伴ってキャビティ１１から完全に離脱して双子渦を形成し、点火プラグ２直下で保存流として残存する。この保存流の作用と吸気ポート５から流入される吸気流の作用とが相俟って燃料と空気との混合が促進され、点火までに時間的な余裕があることから筒内で混合気は均質化され、点火プラグ２の点火により予混合燃焼が実現される。
【００２８】
以上の圧縮行程噴射による成層燃焼、吸気行程噴射による予混合燃焼を実現するためには、燃料噴射弁７からの燃料をピストン４のキャビティ１１内に確実に到達させる必要があり、このために本実施形態のエンジンでは、ＥＣＵにより噴射開始時期などを以下のように制御している。
図１５は噴霧をキャビティ１１内に到達可能な噴霧到達時期と噴射開始時期との関係を示すタイムチャートである。
【００２９】
まず、上記のように燃料噴射弁７からの噴霧をキャビティ１１内に到達させるためには、ピストン位置に関する制限がある。本実施形態のエンジンの仕様では、キャビティ１１の形状や燃料噴射弁７の噴霧角度α，βを最適化することにより、図１，１５に示すように、圧縮行程噴射でクランク角が30°〜90°BTDCの範囲内、吸気行程噴射でクランク角が270°〜330°BTDCの範囲内（ピストン位置としては共通）において噴霧をキャビティ１１内に到達可能に構成されている（以下、この時期を噴霧到達時期という）。よって、燃料噴射開始から終了までの噴霧の内、この噴霧到達時期にキャビティ１１内に到達した噴霧は、上記したキャビティ１１上での輸送作用により成層燃焼や予混合燃焼に供される一方、この噴霧到達時期を外れた噴霧は、キャビティ１１上で正常に輸送されずに成層燃焼や予混合燃焼の実現に貢献しなくなる。
【００３０】
一方、上記噴霧到達時期に噴霧をキャビティ１１内に到達させるには、それに先行して燃料噴射を開始することになるが、適切な噴射開始時期を達成するには、燃料噴射開始から噴霧の先端がピストン４のキャビティ１１に到達するまでの時間（以下、到達所要時間Δｔという）、および燃料噴射量を考慮する必要がある。
【００３１】
エンジン回転速度Ｎeと燃料噴射時のクランク角が一定の場合、図１６に示すように到達所要時間Δｔは燃料噴射弁７の燃圧に依存する。上記した図５では燃圧を可変可能な範囲が示されているが、この範囲内において燃圧が低いほど到達所要時間Δｔは長くなるため、それに伴って噴射開始時期を先行させる必要が生じる。
【００３２】
また、燃料噴射量はエンジンの運転状態、より具体的には、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeに基づく燃料噴射モードや目標空燃比などから決定されるが、目標平均有効圧Ｐeやエンジン回転速度Ｎeの高い運転域では、燃料噴射量の増加とともに燃料噴射時間が延長化されるため、燃料噴射終了までの全ての噴霧をキャビティ１１内に到達させるには、噴射開始時期を先行させる必要が生じる。
【００３３】
よって、本実施形態のエンジンでは、燃料噴射開始から終了までの全ての噴霧が上記噴霧到達時期にキャビティ１１内に到達するように、ＥＣＵにより燃料噴射弁７の噴射開始時期および燃圧が制御される。但し、燃料噴射弁７の開弁時間が長くなる高回転高負荷域では、燃料噴射開始側または終了側の一部の噴霧は噴霧到達時期の範囲を外れてしまう場合があるが、この場合には燃料噴射量の達成を優先させる。
【００３４】
以上のように構成された本実施形態の筒内噴射型火花点火エンジンでは、上記した特許文献１の技術に比較して、以下に述べる利点を有する。
１）細孔状のノズル孔７ａを備えた燃料噴射弁７により棒状の貫徹力の強い噴霧を形成し、噴霧自体の強い運動量を利用してキャビティ１１上で噴霧を高速で輸送するため、ピストン４壁面上に燃料が溜まり難い。また、棒状の噴霧はキャビティ１１と噴霧との間の接触面積が小さいため、ピストン４から効率良く受熱して気化が促進されることも、ピストン４壁面への燃料付着の抑制に貢献する。よって、噴霧の貫徹力が弱過ぎて圧縮行程噴射ではピストン壁面に燃料が溜まり易い特許文献１に比較すると、局所的なオーバリッチ化が防止され、燃焼効率の低下、ＨＣやスートの増大を抑制できる。
【００３５】
２）噴霧自体の貫徹力は強いものの、リエントラント面による輸送後に噴霧を左右から衝突させて、噴霧の運動量を喪失させた後に筒内に解放するため、燃料はシリンダ壁面に直撃することなく燃焼に有効に供される。特許文献１では、吸気行程噴射において傘状に拡散された噴霧がシリンダ壁面に直撃する虞があるが、この現象が防止されることでオイル希釈を未然に回避できる。
【００３６】
３）吸気流動を利用して燃料輸送する特許文献１では、吸気流動の影響を直接的に受ける上に、噴霧の貫徹力が弱いために筒内圧や筒内温度に応じて噴霧特性が変化する。よって、噴霧の挙動の予測が困難であるが、本実施形態では、吸気流動の影響を受けることなく噴霧の運動量主体で燃料輸送し、且つ、筒内圧や筒内温度などに影響され難い貫徹力の強い噴霧であるため、噴霧の挙動を比較的容易且つ正確に予測できる。その結果、噴射された噴霧が点火プラグ２近傍に到達するまでの所要時間を正確に演算でき、演算結果に基づいてエンジン回転速度Ｎeの変化に追従して最適な燃料噴射時期に制御できる。また、キャビティ１１上で所期の燃料輸送が行われるように上記燃圧制御により積極的に噴霧の運動量（つまり、貫徹力）を調整すれば、燃料輸送時間の演算精度をより向上できる。これらの要因により、成層燃焼が実行される圧縮行程噴射モードの領域を拡大して、燃費向上を達成できる。
【００３７】
４）ピストン４に形成した浅皿キャビティ１１は、深皿キャビティの特許文献１に比較してＳ／Ｖ比が小さく、熱損失の低減と抗ノック性の改善とを実現できる。
５）Ｓ／Ｖ比の縮小は消炎層の縮小に繋がるため、消炎層で生成される未燃燃料を減少してＨＣやスートを低減できる。
【００３８】
６）キャビティ１１のガイド部１３から肩部１５に沿って噴霧を案内するため、噴射から点火までの燃料輸送の行路長が長く、燃料と周囲の空気との混合時間が十分に確保される上に、噴霧が左右から衝突したときの双子渦の作用により燃料と空気とが十分に混合され、この要因も燃焼効率の向上に貢献する。
７）貫徹力の強い噴霧は筒内のカーボン堆積の影響を受け難いとともに、吸気流動を利用しない燃料輸送は吸気ポート５のデポジット堆積の影響を受け難いため、経時変化に起因する燃焼特性の変化が少なく、その信頼性を向上できる。
【００３９】
８）エンジン設計上の利点として、特許文献１では、直立吸気ポート専用の生産設備、エンジン全高に起因するカーデザインの制約、構造複雑なスワールインジェクタによるコストアップなどの問題を有するが、本実施形態では吸排気ポート５，６のレイアウトを自由に設計できるため、生産設備やカーデザイン上の制約がない上に、２条の棒状噴霧のシンプルな燃料噴射弁７を採用することでコスト低減を達成できる。
【００４０】
一方、特許文献２の技術と比較すると、本実施形態の筒内噴射型火花点火エンジンは、上記２）に関する要因により、以下に述べる利点を有する。
即ち、本実施形態では、圧縮行程噴射においてリエントラント面による輸送後の噴霧を左右から衝突させて、運動量を喪失させた後に筒内に解放するため、噴霧は混合気として点火プラグ２近傍に長く滞留する。よって、運動量を保持したままの噴霧を点火プラグ近傍に導く特許文献２に比較して、点火プラグ２近傍に燃料を集合させた状態を長時間維持でき、もって、点火プラグ２近傍に燃料を効率良く集合させて燃焼効率を向上させることができる。
【００４１】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、４弁式の直列４気筒ガソリンエンジンとして構成したが、エンジンの動弁機構の形式や気筒配列はこれに限らず、吸排気弁５ａ，６ａの数を変更したり、Ｖ型６気筒やＶ型８気筒エンジンとして構成したりしてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、平面視で左右対称の略ハート型をなすようにキャビティ１１を形成した。この構成は燃料噴射弁７からの２条の噴霧をガイド部１３と肩部１５により均等に案内して、ジャンプ台１６で噴霧を確実に衝突できるという利点があるが、必ずしもキャビティ１１の形状をこれに限ることはない。例えば吸気ポート５の配置が左右非対称の場合や、点火プラグ２が筒内の偏心位置に配置されている場合などには、噴霧に対する吸気流の影響、或いは噴霧の最適な衝突位置などを考慮した上で、キャビティ１１を左右非対称の形状としてもよい。また、キャビティ形状は対称であっても略ハート型に限ることはなく、例えばガイド部１３を直線状とせずに、肩部１５に比較して曲率の大きい円弧状に形成してもよい。
【００４３】
さらに、上記実施形態では、燃料噴射弁７のノズル部に細孔状をなす一対のノズル孔７ａを設けて棒状の噴霧を形成したが、貫徹力の強い噴霧を形成可能であれば、ノズル孔７ａの形状はこれに限らず、例えば図１７に示すように、左右にノズル孔７ｂを複数設けたり（マルチホールタイプ）、図１８に示すように左右にスリット状のノズル孔７ｃを設けたりして（２スリットタイプ）、扁平断面の噴霧を形成してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明の筒内噴射型火花点火内燃機関によれば、燃料の運動量を利用して燃料輸送を行うようにしたため、ピストン壁面などへの燃料付着に起因する燃焼効率の低下、ＨＣやスートの増大を回避できるとともに、その後に衝突により燃料の運動量を喪失させるようにしたため、燃料を点火プラグ近傍に効率よく集合させて燃焼効率を向上させることができる。
【００４５】
請求項２の発明の筒内噴射型火花点火内燃機関によれば、請求項１に加えて、キャビティ周縁壁部のリエントラント形状により燃料をキャビティ周縁方向に案内させるようにしたため、燃料の流れを効率良く点火プラグ近傍に導くことができる。
請求項３の発明の筒内噴射型火花点火内燃機関によれば、請求項１に加えて、キャビティに形成した一対のガイド部間の平面視角度を、燃料の２方向の噴射間の平面視角度と略一致させたため、燃料噴射時期に関わらずキャビティの周縁壁部により燃料を確実に案内することができる。
【００４６】
請求項４の発明の筒内噴射型火花点火内燃機関によれば、請求項１に加えて、噴射から点火までの燃料輸送の行路長を長くしたため、燃料と周囲の空気との混合時間を十分に確保して混合気を均質化でき、キャビティ壁面からの受熱により燃料の気化を促進することができる。
請求項５の発明の筒内噴射型火花点火内燃機関によれば、請求項１に加えて、衝突した燃料を上方案内部により上方に案内するようにしたため、燃料を点火プラグ近傍に確実に導くことができる。
【００４７】
請求項６の発明の筒内噴射型火花点火内燃機関によれば、請求項１に加えて、燃料を棒状に噴射するようにしたため、キャビティの周縁壁部に沿って燃料を確実に案内することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の筒内噴射型火花点火エンジンの特定気筒におけるヘッド部分の構成を示す断面図である。
【図２】燃料噴射弁のノズル構造を示す図1の上段に対応する平断面図である。
【図３】同じくノズル構造を示す図１の下段に対応する側断面図である。
【図４】同じくノズル構造を示す図２のＡ矢視図である。
【図５】燃料噴射弁の噴霧の貫徹力を比較した特性図である。
【図６】キャビティのガイド部を示す図１のVI−VI線断面図である。
【図７】キャビティのジャンプ台を示す図１のVII−VII線断面図である。
【図８】エンジンの運転領域に対する燃料噴射モードの設定状況を示すマップである。
【図９】圧縮行程噴射モードにおける燃料の噴射直後を示す説明図である。
【図１０】圧縮行程噴射モードにおける燃料の輸送中を示す説明図である。
【図１１】圧縮行程噴射モードにおける燃料の衝突直後を示す説明図である。
【図１２】吸気行程噴射モードにおける燃料の噴射直後を示す説明図である。
【図１３】吸気行程噴射モードにおける燃料の輸送中を示す説明図である。
【図１４】吸気行程噴射モードにおける燃料の衝突直後を示す説明図である。
【図１５】噴霧到達時期と噴射開始時期との関係を示すタイムチャートである。
【図１６】燃圧と到達所要時間との関係を示す特性図である。
【図１７】燃料噴射弁のノズル孔をマルチホールタイプとしたノズル構造の別例を示す図である。
【図１８】燃料噴射弁のノズル孔を２スリットタイプとしたノズル構造の別例を示す図である。
【符号の説明】
２ 点火プラグ
４ ピストン
７ 燃料噴射弁
１１ キャビティ
１２ 先端部
１３ ガイド部（周縁壁部）
１４ 窪み部
１５ 肩部（周縁壁部）
１６ ジャンプ台（上方案内部）

Claims (6)

1. ピストン頂部に形成された周縁壁部を有するキャビティと、
   上記キャビティ内に臨んで配置された点火プラグと、
   上記キャビティの周縁壁部に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、
   上記燃料噴射弁は、相互に広がる２方向に分けて燃料を噴射するように構成され、
   上記キャビティは、上記周縁壁部により上記２つの燃料流をキャビティ周縁に沿って案内し、該２つの燃料流を衝突させて上記点火プラグ近傍に向かわせるように形成されていることを特徴とする筒内噴射型火花点火内燃機関。
2. 上記キャビティ周縁壁部は、燃料の流れをキャビティ周縁方向に案内するようリエントラント形状となっていることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型火花点火内燃機関。
3. 上記キャビティの周縁壁部は、平面視で点火プラグ側に向けて広がる一対のガイド部を有し、上記ガイド部間の平面視角度は、上記燃料噴射弁から噴射される２方向の噴射間の平面視角度と略一致するように設定されるとともに、該２方向の噴射燃料が上記ガイド部近傍に向けて噴射されるよう上記燃料噴射弁が構成されていることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型火花点火内燃機関。
4. 上記キャビティは、平面視略ハート型をなして略ハート型の先端部を上記燃料噴射弁側に向けるとともに、略ハート型の両肩部間の窪み部が上記点火プラグ下方に近接して位置するように形成され、上記燃料噴射弁は、上記略ハート型の先端部から両肩部に亘る周縁壁部に向けて上記２方向の燃料噴射を行うように構成されていることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型火花点火内燃機関。
5. 上記キャビティの底壁には、衝突した燃料を上方に案内する上方案内部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型火花点火内燃機関。
6. 上記燃料噴射弁から噴射される燃料は棒状であることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型火花点火内燃機関。

Images