JP4010211B2

JP4010211B2 - 直噴火花点火式内燃機関

Info

Publication number: JP4010211B2
Application number: JP2002264855A
Authority: JP
Inventors: 勇堀田; 康治平谷
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2022-09-11
Also published as: JP2004100607A

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する。
【０００２】
【従来の技術】
火花点火燃焼に際し、燃料噴射弁から筒内に燃料を直接噴射し、筒内に成層化した混合気を形成することで、大幅な希薄燃焼を行う内燃機関は、特に低・中負荷において、大幅に燃料消費が低減できることが知られている。
【０００３】
このような直噴火花点火式内燃機関においては、混合気を着実に点火・燃焼せしめるために、機関の回転・負荷に応じて、筒内に適切な大きさ・空燃比の混合気塊を、確実に成層化した状態で形成することが重要である。
【０００４】
このような直噴火花点火式内燃機関において、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧をピストンボウル（ピストン冠面に形成されたキャビティ）へ衝突させ、ピストンボウル形状に沿った噴霧の循環流を形成することにより、筒内に適切な成層混合気を形成する手法があり、このような成層混合気形成手段として、燃料噴射弁をピストンボウルの真上近傍に配置し、燃料噴霧をピストンボウル周壁面に衝突させ、ピストンボウル中心部へ向かう噴霧循環流を形成することにより、筒内に適切な成層混合気を形成するものが知られている（特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−８２０２８号公報（第２−３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、機関の負荷の増減に対して、混合気塊の空燃比をいわゆる理論空燃比近傍に維持するためには、混合気塊の大きさを制御する必要があるが、前記のようにピストンボウルを使って主に混合気の成層化を行う場合、ピストンボウル容積を負荷に対して可変にすることは困難であるので、低負荷時は混合気塊の空燃比が過薄となり、高負荷時は混合気塊の空燃比が過濃となる傾向が生じてしまうという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の直噴火花点火式内燃機関は、ピストン冠面に燃料噴射弁から噴射される噴霧の中心軸と中心が略一致するキャビティが形成し、成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的低負荷運転領域においては、キャビティ周壁面からキャビティ中心軸方向へと成長する燃料噴霧を形成し、成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的高負荷運転領域においては、キャビティ中心軸からキャビティ周壁面方向へと成長する燃料噴霧を形成する。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、混合気塊の大きさを制御することができるので、広い運転領域において適切な濃度の混合気を形成することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の第１実施形態の構成を示すものである。この内燃機関は、シリンダヘッド１、シリンダブロック２及びピストン３により画成される燃焼室４を有し、排気バルブ５及び吸気バルブ６を介して、吸気ポート７から新気を導入及び排気ポート８から排気を排出する。前記バルブを駆動するカム軸端には燃料ポンプ９が配置されている。燃料ポンプ９により加圧された燃料は燃料配管１０を介して燃料噴射弁１１より燃焼室４へ噴射可能である。また、燃料噴射弁１１は少なくとも２つの異なる燃料噴霧角を制御可能となっている。ピストン３の燃料噴射弁１１に対面するピストン冠面には、キャビティ３ａが形成されており、噴射された燃料は主にこのキャビティ３ａ内に成層化された混合気塊を形成する。そして、この混合気は、点火プラグ１２により点火・燃焼せしめられる。但し、燃料ポンプ９は、別に配置された電気モータにより駆動される形式としてもよい。
【００１１】
尚、この内燃機関はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１３にて統合的に制御される。このためＥＣＵ１３にはクランク角センサ信号、冷却水温、アクセル開度信号が入力され、これらの信号を基に、前記の各制御を行う。
【００１２】
また、本内燃機関では、燃焼形態として主に、圧縮行程中（特に、圧縮行程後半）に燃料噴射を行うことでリーン運転を実現し燃費を向上させる成層燃焼モードと、吸気行程中（特に吸気行程前半）に燃料噴射を行いストイキ運転（理論空燃比運転）を実現する均質燃焼モードとが設けられており、運転状態に応じて選択されるようになっている。
【００１３】
図２には、第１実施形態における運転負荷と燃料噴射弁より噴射される燃料噴霧角との関係を示し、図３は第１実施形態における各運転負荷毎の燃焼室内の燃料混合気分布を示している。
【００１４】
成層燃焼モードにおける低負荷においては、噴射される燃料量が少ないため、燃料噴霧角が小さいと、噴射された燃料が燃焼室内部で高拡散され、着火及び燃焼安定性の悪い希薄混合気が形成される。そのため、この第１実施形態においては、低負荷時に燃料噴霧角を大きくし、燃料噴霧をキャビティ周壁面に衝突させてキャビティ中心軸方向への流れを起こさせることにより、噴霧の高拡散を抑制し、着火及び燃焼安定性に優れるストイキ近傍の混合気を形成可能となる（図３ａ）。
【００１５】
一方、成層燃焼モードにおける高負荷時においては、噴射される燃料量が多いため、燃料噴霧角が大きいと、噴射された燃料が燃焼室内部で比較的コンパクトに混合気形成され、エミッション性能の悪い過濃混合気が形成される。そのため、この第１実施形態においては、高負荷時に燃料噴霧角を小さくし、燃料噴霧をキャビティ底面へ衝突させてキャビティ周壁面方向への流れを起こさせる。換言すれば、この第１実施形態においては、高負荷時に燃料噴霧角を小さくすることで、燃料噴霧をキャビティ底面に衝突させ、その後噴霧をキャビティ外周方向に誘導し、キャビティ周壁面に沿ってキャビテイ３ａ上空へ誘導する。これによって、噴霧を高拡散させ、着火及び燃焼安定性に優れるストイキ近傍の混合気を形成可能となる（図３ｂ）。
【００１６】
尚、均質燃焼モードにおける燃焼室内の混合気分布は、図３ｃに示すようなものとなる。
【００１７】
以上のように、負荷に応じて燃料噴射弁より噴射される燃料噴霧角を制御することで、成層燃焼モードの低負荷時においては、噴霧の拡散を抑制して、比較的小さな混合気塊を形成し、成層燃焼モードの比較的高負荷時においては、噴霧の拡散・混合を促進して、キャビティ３ａ内から外部に至る比較的大きな混合気塊を形成し、幅広い機関運転条件下において、良好に燃焼せしめるのである。
【００１８】
図４は、上述した実施形態におけるＥＣＵ１３での制御フローを示したものである。本実施形態は、燃焼室内における燃料混合気塊の大きさを制御するものであるが、その制御は以下に示すように、予め運転条件に対して割り付けた燃料噴射タイミング、燃料噴射量及び燃料噴霧角テーブルを参照することで、容易に実現可能である。尚、これらのテーブルは予め実験結果より求めておく。
【００１９】
先ずステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、クランク各センサ、アクセル開度等からの信号に基づき、機関の回転速度や負荷を検出する。
【００２０】
次にステップ２では、機関の運転条件に基づいた燃料噴射タイミング、燃料噴射量及び燃料噴霧角を予め記憶させておいたテーブルより読み込む。ここで、これらテーブルの設定により機関負荷に応じて、キャビティ周壁面からキャビティ中心軸方向へと成長する燃料噴霧を形成させるか、キャビティ中心軸からキャビティ周壁面方向へと成長する燃料噴霧を形成させるのかが選択される。キャビティ中心軸方向へと成長する燃料噴霧を形成させる場合は噴霧角を大きくし、キャビティ周壁面方向へと成長する燃料噴霧を形成させる場合は噴霧角を小さくすることは言うまでもない。
【００２１】
次にステップ３では、前ステップまでに決まった噴射パラメータに従って、所定の燃料圧力を供給する燃料ポンプ９及び燃料噴射弁１１の針弁を駆動する信号を出力することで、燃料噴射を制御する。
【００２２】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態では上述した第１実施形態との違いについてのみ説明する。
【００２３】
第２実施形態での構成は、基本的に第１実施形態（図１）の構成に類似しているが、燃料ポンプ９は、燃圧センサを有しておりフィードバック制御により任意の圧力に制御可能となっている。
【００２４】
図５は、この第２実施形態における、運転負荷と燃料噴射圧力との関係を示し、図６はこの第２実施形態における各運転負荷毎の燃焼室内の燃料混合気分布を示している。
【００２５】
成層燃焼モードにおける低負荷においては、比較的早期に燃料噴射を行い、燃料噴霧をキャビティ周壁面へ衝突させてキャビティ中心軸方向への流れを起こさせることにより、噴霧の拡散を抑制して比較的小さな混合気塊を形成することが可能となる（図６ａ）。
【００２６】
一方、成層燃焼モードにおける高負荷においては、比較的遅い時期に燃料噴射を行い、燃料噴霧をキャビティ底面へ衝突させてキャビティ周壁面方向への流れを起こさせることにより、噴霧の拡散・混合を促進して、キャビティ３ａ内から外部に至る比較的大きな混合気塊を形成することが可能となる（図６ｂ）。換言すれば、この第２実施形態においては、比較的遅い時期に燃料噴射を行うことで、燃料噴霧をキャビティ底面に衝突させ、その後噴霧をキャビティ外周方向に誘導し、キャビティ周壁面に沿ってキャビテイ３ａ上空へ誘導する。
【００２７】
また、成層燃焼モードにおいて運転負荷の増大に応じて燃料噴射圧力を増大させるのは、噴射燃料量の多くなる高負荷側で噴射時期を遅くするために、燃料噴射率を増加する必要があるためである。
【００２８】
尚、均質燃焼モードにおける燃焼室内の混合気分布は、図３ｃに示すようなものとなる。
【００２９】
図７はこの第２実施形態におけるＥＣＵ１３での制御フローを示したものである。本実施形態は、燃焼室内における燃料混合気塊の大きさを制御するものであるが、その制御は以下に示すように、予め運転条件に対して割り付けた燃料噴射タイミング、燃料噴射量及び燃料噴射圧力テーブルを参照することで、容易に実現可能である。尚、これらのテーブルは予め実験結果より求めておく。
【００３０】
先ずステップ２１（図にはＳ２１と記す。以下同様）では、クランク各センサ、アクセル開度等からの信号に基づき、機関の回転速度や負荷を検出する。
【００３１】
次にステップ２２では、機関の運転条件に基づいた燃料噴射タイミング、燃料噴射量及び燃料噴射圧力を予め記憶させておいたテーブルより読み込む。ここで、これらテーブルの設定により機関負荷に応じて、キャビティ周壁面からキャビティ中心軸方向へと成長する燃料噴霧を形成させるか、キャビティ中心軸からキャビティ周壁面方向へと成長する燃料噴霧を形成させるのかが選択される。
【００３２】
次にステップ２３では、前ステップまでに決まった噴射パラメータに従って、所定の燃料圧力を供給する燃料ポンプ９及び燃料噴射弁１１の針弁を駆動する信号を出力することで、燃料噴射を制御する。
【００３３】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では上述した第１実施形態との違いについてのみ説明する。
【００３４】
第３実施形態での構成は、基本的に上述した第１実施形態（図１）の構成に類似しているが、燃料噴射弁１１はピエゾ式のアクチュエータを有し、針弁リフト量を任意に制御可能となっており、任意の噴口断面積に制御可能となっている。
【００３５】
図８は、この第３実施形態における運転負荷と噴孔断面積との関係を示し、図９は、この第３実施形態における各運転負荷毎の燃焼室内の燃料混合気分布を示している。つまり、この第３実施形態の成層燃焼モードでは、運転負荷の増大に応じて、燃料噴射弁１１の噴孔断面積を増大させている。
【００３６】
成層燃焼モードにおける低負荷においては、比較的早期に燃料噴射を行い、燃料噴霧をキャビティ周壁面へ衝突させてキャビティ中心軸方向への流れを起こさせることにより、噴霧の拡散を抑制して比較的小さな混合気塊を形成することが可能となる（図９ａ）。
【００３７】
一方、成層燃焼モードにおける高負荷においては、比較的遅い時期に燃料噴射を行い、燃料噴霧をキャビティ底面へ衝突させてキャビティ周壁面方向への流れを起こさせることにより、噴霧の拡散・混合を促進して、キャビティ３ａ内から外部に至る比較的大きな混合気塊を形成することが可能となる（図９ｂ）。換言すれば、この第３実施形態においては、高負荷時に燃料噴霧角を小さくすることで、燃料噴霧をキャビティ底面に衝突させ、その後噴霧をキャビティ外周方向に誘導し、キャビティ周壁面に沿ってキャビテイ３ａ上空へ誘導する。
【００３８】
また、成層燃焼モードにおいて運転負荷の増大に応じて噴孔断面積を増大させるのは、噴射燃料量の多くなる高負荷側で噴射時期を遅くするために、燃料噴射率を増加する必要があるためである。
【００３９】
尚、均質燃焼モードにおける燃焼室内の混合気分布は、図９ｃに示すようなものとなる。
【００４０】
図１０は本実施形態におけるＥＣＵ１３での制御フローを示したものである。本実施形態は、燃焼室内における燃料混合気塊の大きさを制御するものであるが、その制御は以下に示すように、予め運転条件に対して割り付けた燃料噴射タイミング、燃料噴射量及び噴孔断面積テーブルを参照することで、容易に実現可能である。尚、これらのテーブルは予め実験結果より求めておく。
【００４１】
先ずステップ３１（図にはＳ３１と記す。以下同様）では、クランク各センサ、アクセル開度等からの信号に基づき、機関の回転速度や負荷を検出する。
【００４２】
次にステップ３２では、機関の運転条件に基づいた燃料噴射タイミング、燃料噴射量及び噴孔断面積を予め記憶させておいたテーブルより読み込む。ここで、これらテーブルの設定により機関負荷に応じて、キャビティ周壁面からキャビティ中心軸方向へと成長する燃料噴霧を形成させるか、キャビティ中心軸からキャビティ周壁面方向へと成長する燃料噴霧を形成させるのかが選択される。
【００４３】
次にステップ３３では、前ステップまでに決まった噴射パラメータに従って、所定の燃料圧力を供給する燃料ポンプ９及び燃料噴射弁１１の針弁を駆動する信号を出力することで、燃料噴射を制御する。
【００４４】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態では上述した形態との違いについてのみ説明する。
【００４５】
第４実施形態での構成は、基本的に第１実施形態（図１）の構成に類似しているが、キャビティ３ａが、ピストン冠面の略中心付近に位置する内側キャビティと、内側キャビティの外周を取り巻く外側キャビティと、からなる二重ボウル形状となっている。
【００４６】
図１１は、この第４実施形態における運転負荷と燃焼モードの関係を示し、図１２は、第４実施形態における各運転負荷毎の燃焼室内の燃料混合気分布を示している。
【００４７】
成層燃焼モードにおける高負荷においては、燃料噴射量が多くなるため比較的早期に燃料噴射を行い、燃料噴霧を２重ボウルの外側キャビティの底面へ衝突させて外側キャビティの周壁面方向への流れ起こさせることにより、噴霧の拡散・混合を促進して、キャビティ３ａ内から外部に至る比較的大きな混合気塊を形成することが可能となる（図１２ｂ）。換言すれば、この第４実施形態においては、高負荷時に燃料噴霧を外側キャビティ底面に衝突させ、その後噴霧をキャビティ外周方向に誘導し、外側キャビティ周壁面に沿ってキャビテイ３ａ上空へ誘導する。
【００４８】
一方、成層燃焼モードにおける低負荷においては、燃料噴射量が少なくなるため比較的遅い時期に燃料噴射を行い、燃料噴霧を２重ボウルの内側キャビティの周壁面へ衝突させてキャビティ中心軸方向への流れを起こさせることにより、噴霧の拡散を抑制して比較的小さな混合気塊を形成することが可能となる（図１２ａ）。
【００４９】
尚、均質燃焼モードにおける燃焼室内の混合気分布は、図１２ｃに示すようなものとなる。
【００５０】
図１３はこの第４実施形態におけるＥＣＵ１３での制御フローを示したものである。この第４実施形態は、燃焼室内における燃料混合気塊の大きさを制御するものであるが、その制御は以下に示すように、予め運転条件に対して割り付けた燃料噴射タイミング及び燃料噴射量テーブルを参照することで、容易に実現可能である。尚、これらのテーブルは予め実験結果より求めておく。
【００５１】
先ずステップ４１（図にはＳ４１と記す。以下同様）では、クランク各センサ、アクセル開度等からの信号に基づき、機関の回転速度や負荷を検出する。
【００５２】
次にステップ４２では、機関の運転条件に基づいた燃料噴射タイミング及び燃料噴射量を予め記憶させておいたテーブルより読み込む。ここで、これらテーブルの設定により機関負荷に応じて、キャビティ周壁面からキャビティ中心軸方向へと成長する燃料噴霧を形成させるか、キャビティ中心軸からキャビティ周壁面方向へと成長する燃料噴霧を形成させるのかが選択される。
【００５３】
次にステップ４３では、前ステップまでに決まった噴射パラメータに従って、所定の燃料圧力を供給する燃料ポンプ９及び燃料噴射弁１１の針弁を駆動する信号を出力することで、燃料噴射を制御する。
【００５４】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。この第５実施形態では上述した第１実施形態との違いについてのみ説明する。
【００５５】
第５実施形態での構成は、基本的に上述した第１実施形態（図１）の構成に類似しているが、キャビティ３ａが、ピストン冠面の略中心付近に位置する内側キャビティと、内側キャビティの外周を取り巻く外側キャビティと、とからなる二重ボウル形状となっている。
【００５６】
図１４は、この第５実施形態における各運転負荷毎の燃焼室内の燃料混合気分布を示している。
【００５７】
成層燃焼モードにおける低負荷においては、燃料噴射弁１１の燃料噴霧角を小さくし、燃料噴射弁１１から噴射された燃料を内側キャビティの周壁面へ衝突させてキャビティ中心軸方向への流れを起こさせることにより、噴霧の拡散を抑制して比較的小さな混合気塊を形成することが可能となる（図１４ａ）。
【００５８】
一方、成層燃焼モードにおける高負荷においては、燃料噴射弁１１の燃料噴霧角を低負荷時に比べて大きくし、燃料噴射弁１１から噴射された燃料を外側キャビティの底面へ衝突させて外側キャビティの周壁面方向への流れ起こさせることにより、噴霧の拡散・混合を促進して、キャビティ３ａ内から外部に至る比較的大きな混合気塊を形成することが可能となる（図１４ｂ）。換言すれば、この第５実施形態においては、燃料噴霧を外側キャビティ底面に衝突させ、その後噴霧をキャビティ外周方向に誘導し、外側キャビティ周壁面に沿ってキャビテイ３ａ上空へ誘導する。
【００５９】
すなわち、燃料噴射弁１１の燃料噴霧角をわずかに変化させるだけで、混合気塊の大きさを制御することができる。
【００６０】
上記各実施例から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００６１】
（ａ）燃焼室上部に設置された燃料噴射弁から筒内に燃料を直接噴射して火花点火燃焼を行うと共に、機関の運転状態に応じて、吸気行程中に燃料噴射を行う均質燃焼と、圧縮行程中に燃料噴射を行う成層燃焼との切り換えを実施する直噴火花点火式内燃機関において、ピストン冠面には燃料噴射弁から噴射される噴霧の中心軸と中心が略一致するキャビティが形成され、成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的低負荷運転領域においては、キャビティ周壁面からキャビティ中心軸方向へと成長する燃料噴霧を形成させ、成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的高負荷運転領域においては、キャビティ中心軸からキャビティ周壁面方向へと成長する燃料噴霧を形成させる。これによって、混合気塊の大きさを制御可能となり（図３を参照）、広い運転領域において適切な濃度の混合気を形成可能となる。
【００６２】
（ｂ）前記（ａ）の構成において、燃料噴射弁からの燃料噴霧角を変化させることによって燃料噴霧の成長方向を変化させる。これによって、燃料噴霧をキャビティ周壁面へ衝突させることによるキャビティ中心軸方向への流れと、燃料噴霧をキャビティ底面へ衝突させることによりキャビティ周壁面方向への流れと、を任意に制御可能となる。
【００６３】
（ｃ）前記（ｂ）の構成において、成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的高負荷運転領域においては、低負荷運転領域の場合と比較して燃料噴霧角を小さくする。これによって、高負荷運転領域領域では、比較的大きな混合気塊を形成可能となり、低負荷運転領域では、比較的小さな混合気塊を形成可能となり、広い運転において適切な濃度の混合気を形成可能となる。
【００６４】
（ｄ）前記（ａ）の構成において、燃料噴射時期を変化させることによって、燃料噴霧の成長方向を変化させる。これによって、噴射時期に応じて、燃料噴霧をキャビティ周壁面へ衝突させることによるキャビティ中心軸方向への流れと、燃料噴霧をキャビティ底面へ衝突させることによるキャビティ周壁面方向への流れとを任意に制御可能となる。
【００６５】
（ｅ）前記（ｄ）の構成において、成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的高負荷運転領域においては、低負荷運転領域の場合と比較して燃料噴射時期を遅角させる。これによって、燃料噴霧角一定でも、広い運転において適切な濃度の混合気を形成可能となる（図６を参照）。
【００６６】
（ｆ）前記（ｄ）の構成において、成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的高負荷運転領域においては、低負荷運転領域の場合と比較して燃料噴射圧力を増加させ、且つ燃料噴射時期を遅角させる。これによって、高負荷運転領域において燃料噴射率の増加による噴射期間の減少により、低負荷時よりも遅角噴射が可能となり、燃料噴霧角一定でも、広い運転において適切な濃度の混合気を形成可能となる（図６を参照）
（ｇ）前記（ｄ）の構成において、成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的高負荷運転領域においては、低負荷運転領域の場合と比較して燃料噴射弁の噴孔断面積を増加させ、且つ燃料噴射時期を遅角させる。これによって、高負荷運転領域において燃料噴射率の増加による噴射期間の減少により、低負荷時よりも遅角噴射が可能となり、燃料噴霧角一定でも、広い運転において適切な濃度の混合気を形成可能となる（図６を参照）。
【００６７】
（ｈ）前記（ａ）の構成において、上記キャビティは、ピストン冠面の略中心付近に位置する内側キャビティと、上記内側キャビティの外周を取り巻く外側キャビティと、からなる二重ボウル形状となっている。これによって、混合気塊の大きさを容易に制御可能となる（図１２を参照）。
【００６８】
（ｉ）前記（ｈ）の構成において、成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的高負荷運転領域においては、低負荷運転領域の場合と比較して燃料噴射時期を進角させる。これによって、燃料噴射圧力の制御や噴孔断面積の制御等の付加的な制御を行わずに混合気塊の大きさを制御できる（図１２を参照）。
【００６９】
（ｊ）前記（ｈ）の構成において、成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的高負荷運転領域においては、低負荷運転領域の場合と比較して燃料噴霧角を大きくする。これによって、噴霧角度をわずかに変化させるだけで混合気塊の大きさを制御できる（図１４を参照）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成図。
【図２】本発明の第１実施形態における運転負荷と燃料噴霧の噴霧角の関係を示す説明図。
【図３】本発明の第１実施形態における各運転負荷毎の燃焼室内の混合気分布を示す説明図。
【図４】本発明の第１実施形態における制御の流れを示すフローチャート。
【図５】本発明の第２実施形態における運転負荷と燃料噴射圧力の関係を示す説明図。
【図６】本発明の第２実施形態における各運転負荷毎の燃焼室内の混合気分布を示す説明図。
【図７】本発明の第２実施形態における制御の流れを示すフローチャート。
【図８】本発明の第３実施形態における運転負荷と燃料噴射弁の噴孔断面積の関係を示す説明図。
【図９】本発明の第３実施形態における各運転負荷毎の燃焼室内の混合気分布を示す説明図。
【図１０】本発明の第３実施形態における制御の流れを示すフローチャート。
【図１１】本発明の第４実施形態における運転負荷と燃焼モードの関係を示す説明図。
【図１２】本発明の第４実施形態における各運転負荷毎の燃焼室内の混合気分布を示す説明図。
【図１３】本発明の第４実施形態における制御の流れを示すフローチャート。
【図１４】本発明の第５実施形態における各燃料噴霧角における燃焼室内の混合気分布を示す説明図。
【符号の説明】
１…シリンダヘッド
２…シリンダブロック
３…ピストン
３ａ…キャビティ
４…燃焼室
５…排気バルブ
６…吸気バルブ
７…吸気ポート
８…排気ポート
９…燃料ポンプ
１０…燃料配管
１１…燃料噴射弁
１２…点火プラグ
１３…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）

Claims

燃焼室上部に設置された燃料噴射弁から筒内に燃料を直接噴射して火花点火燃焼を行うと共に、機関の運転状態に応じて、吸気行程中に燃料噴射を行う均質燃焼と、圧縮行程中に燃料噴射を行う成層燃焼との切り換えを実施する直噴火花点火式内燃機関において、
ピストン冠面には燃料噴射弁から噴射される噴霧の中心軸と中心が略一致するキャビティが形成され、
成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的低負荷運転領域においては、キャビティ周壁面からキャビティ中心軸方向へと成長する燃料噴霧を形成し、成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的高負荷運転領域においては、キャビティ中心軸からキャビティ周壁面方向へと成長する燃料噴霧を形成することを特徴とする直噴火花点火式内燃機関。
燃料噴射弁からの燃料噴霧角を変化させることによって、燃料噴霧の成長方向を変化させることを特徴とする請求項１に記載の直噴火花点火式内燃機関。
成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的高負荷運転領域においては、低負荷運転領域の場合と比較して燃料噴霧角を小さくすることを特徴とする請求項２に記載の直噴火花点火式内燃機関。
燃料噴射時期を変化させることによって、燃料噴霧の成長方向を変化させることを特徴とする請求項１に記載の直噴火花点火式内燃機関。
成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的高負荷運転領域においては、低負荷運転領域の場合と比較して燃料噴射時期を遅角させることを特徴とする請求項４に記載の直噴火花点火式内燃機関。
成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的高負荷運転領域においては、低負荷運転領域の場合と比較して燃料噴射圧力を増加させ、且つ燃料噴射時期を遅角させることを特徴とする請求項４に記載の直噴火花点火式内燃機関。
成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的高負荷運転領域においては、低負荷運転領域の場合と比較して燃料噴射弁の噴孔断面積を増加させ、且つ燃料噴射時期を遅角させることを特徴とする請求項４に記載の直噴火花点火式内燃機関。
上記キャビティは、ピストン冠面の略中心付近に位置する内側キャビティと、上記内側キャビティの外周を取り巻く外側キャビティと、からなる二重ボウル形状となっていることを特徴とする請求項１に記載の直噴火花点火式内燃機関。
成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的高負荷運転領域においては、低負荷運転領域の場合と比較して燃料噴射時期を進角させることを特徴とする請求項８に記載の直噴火花点火式内燃機関。
成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的高負荷運転領域においては、低負荷運転領域の場合と比較して燃料噴霧角を大きくすることを特徴とする請求項８に記載の直噴火花点火式内燃機関。