JP4151570B2 - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、筒内噴射式内燃機関に関し、詳細には、ピストンの冠面にキャビティを設けるとともに、燃料供給用のインジェクタをこのキャビティの中央部上方に設置した筒内噴射式内燃機関に関する。

燃料供給用のインジェクタを燃焼室に臨ませて設置し、所定の運転領域での燃焼に際し、このインジェクタにより圧縮行程中に燃料を噴射させ、混合気を層状に形成する内燃機関が知られている。この筒内噴射式内燃機関によれば、低負荷域及び中負荷域で混合気を層状化することで、これらの運転領域での燃料消費量を大幅に削減することができる。混合気を層状化して行う成層燃焼では、着火性を確保するため、燃料の噴霧を点火プラグ周りに集中させて混合気塊を形成することが必要である。

従来、筒内噴射式内燃機関として、次のものが知られている。すなわち、ピストンの冠面にキャビティが形成されるとともに、シリンダヘッドにおいて、このキャビティの中央部上方に、ピストンの冠面に対向させてインジェクタが設置されたものである。このものによれば、インジェクタにより噴射された燃料の噴霧（以下、単に「噴霧」という。）をキャビティの壁面に沿って案内して、筒内に噴霧の循環流を形成し、この循環流により拡散を抑制しつつ、噴霧を点火プラグ周りに集中させることができる（特許文献１）。
特開平１１−０８２０２８号公報（段落番号００１０〜００１２）

しかしながら、上記の筒内噴射式内燃機関には、次のような問題がある。すなわち、成層燃焼では、供給される燃料の量に対して適切な大きさの混合気塊を形成し、混合気塊の空燃比を全体として適度なものとすることが望まれる。燃料供給量に対して混合気塊が小さ過ぎるときは、混合気塊が全体として過濃となって、炭化水素（以下「ＨＣ」という。）及び一酸化炭素（以下「ＣＯ」という。）の増加や、燃焼温度の上昇による窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）の生成の原因となり、他方、燃料供給量に対して混合気塊が大き過ぎるときは、混合気塊が全体として希薄となって、失火によるＨＣ及びＣＯの増加の原因となるからである。ここで、形成される混合気塊の大きさは、噴霧を案内するキャビティの形状及び容積によりほぼ決定される。キャビティの形状等を低負荷時に適合させて設定した場合は、小さな混合気塊が形成されるため、高負荷時に混合気塊が過濃となり、高負荷時に適合させて設定した場合は、大きな混合気塊が形成されるため、低負荷時に混合気塊が希薄となる傾向にある。

本発明は、ピストンの冠面にキャビティを有し、かつこのキャビティの中央部上方にインジェクタが設置された筒内噴射式内燃機関において、広い運転領域で適切な大きさの混合気塊を形成することを可能とし、混合気塊の空燃比を全体として適度なものとして、成層燃焼時のエミッションを低減することを目的とする。

本発明は、筒内噴射式内燃機関を提供する。本発明に係る装置は、冠面にキャビティを有するピストンと、キャビティの中央部上方に位置し、かつ噴射方向がピストンの移動方向と平行であるインジェクタと、インジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグとを含んで構成される。インジェクタは、その先端部中央を通る噴射方向線を基準とした周方向に複数の噴孔を有し、ピストンは、キャビティの側壁を形成するキャビティ外周壁において、インジェクタの隣り合う噴孔の中心軸の間に、キャビティ内から続く空間を形成する切欠きを有する。

本発明によれば、低負荷時にはキャビティにより噴霧を案内し、燃料供給量に応じた適切な大きさの混合気塊を形成することができる。他方、高負荷時にはキャビティにより噴霧を案内するとともに、切欠きにより形成される空間を介した噴霧の拡散を許容して、キャビティ自体により形成されるものよりも大きな混合気塊を形成することができる。このため、同じキャビティでありながら、形成される混合気塊の大きさを異ならせ、広い運転領域で燃料供給量に応じた適切な大きさの混合気塊を形成し、混合気塊全体の空燃比を常に適度なものとすることができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る筒内噴射式内燃機関（以下「エンジン」という。）１の構成を示している。
シリンダブロック１１には、ピストン１２が挿入されており、ピストン１２の冠面とシリンダヘッド１３の下面との間に形成される空間が、燃焼室１４となる。シリンダヘッド１３には、気筒中心軸ｍを基準とした一側に吸気ポート１５が形成されており、吸気ポート１５は、図示しない吸気マニホールドと接続して、吸気通路を形成している。吸気ポート１５は、吸気弁１６により開放及び遮断される。一方、気筒中心軸ｍを基準とした他側に排気ポート１７が形成されており、排気ポート１７は、図示しない排気マニホールドと接続して、排気通路を形成している。排気ポート１７は、排気弁１８により開放及び遮断される。吸気弁１６及び排気弁１８は、吸気カム１９及び排気カム２０により夫々駆動される。

また、シリンダヘッド１３には、燃焼室１４の上部略中央に臨ませてインジェクタ２１が設置されるとともに、このインジェクタ２１に隣接させて点火プラグ２２が設置されている。
インジェクタ２１は、気筒中心軸ｍ上に設置されている。インジェクタ２１は、先端のノズル部において、周方向に複数（本実施形態では、４つ）の噴孔が設けられたマルチホール型のインジェクタであり、各噴孔から噴射された燃料は、全体として中空のコーン状噴霧を形成する。このコーンの中心線がインジェクタ１２の噴射方向線に相当し、この噴射方向線は、気筒中心軸ｍと平行に設定されている（本実施形態では、噴射方向線と気筒中心軸ｍとが一致している。）。なお、ここでいう「平行」とは、完全な平行に限らず、実質的な平行を含む概念である。すなわち、噴射方向線は、気筒中心軸ｍと平行又はこれに近い状態にあり、キャビティ１２１により噴霧を案内して、点火プラグ２２に向かう噴霧の循環流を形成するという、後述する作用が得られる状態にあればよい。インジェクタ２１へは、燃料ポンプ２３により加圧された燃料が、燃料配管２４を介して規定圧力で供給される。燃料ポンプ２３は、エンジン１の出力により駆動される。

ピストン１２の冠面には、噴霧を案内するためのキャビティ１２１が形成されている。このキャビティ１２１は、冠面の中央部に形成された内側キャビティ１２１ａと、その周囲に形成された外側キャビティ１２１ｂとから構成される。内側キャビティ１２１ａは、気筒中心軸ｍに垂直な断面で、気筒中心軸ｍを中心とした円形に形成されており、外側キャビティ１２１ｂは、同じ断面で概略環状に、内側キャビティ１２１ａと同心に形成されている。また、内側キャビティ１２１ａの底面は、気筒中心軸ｍに垂直な面内で平坦に形成されており、外側キャビティ１２１ｂの底面は、内側キャビティ１２１ａの底面に対して傾斜させて形成され、気筒中心軸ｍから離れるに従い外側キャビティ１２１ｂの深さが増大している。内側及び外側キャビティ１２１ａ，１２１ｂの各周壁面は、気筒中心軸ｍと平行に形成されており、対応する底面に対し、適度な曲面により滑らかに接続されている。

本実施形態では、ピストンの頂面１２１ｃを基準とした深さが、内側及び外側キャビティ１２１ａ，１２１ｂのそれぞれについて等しい値に設定されているが、ピストン１２のうち、内側キャビティ１２１ａの側壁を形成する壁部（以下「キャビティ外周壁」という。）１２１ｄの高さｈ１と、外側キャビティ１２１ｂの側壁を形成する壁部（以下「冠面外周部」という。）１２１ｅの高さｈ２とは、冠面外周部１２１ｅの方がキャビティ外周壁１２１ｄよりも大きな値に設定されている。

ｈ１＜ｈ２ ・・・（１）
図２（ａ）は、ピストン１２を気筒中心軸ｍに沿って上方から見た状態を示しており、同図（ｂ），（ｃ）は、ピストン１２のＡ−Ａ線断面及びＢ−Ｂ線断面を示している。
本実施形態では、ピストン１２の冠面において、キャビティ外周壁１２１ｄに切欠き１２１ｆを設け、内側キャビティ１２１ａ内に噴射された噴霧の適度な拡散を許容することとしている。

ピストン１２の冠面において、切欠き１２１ｆは、インジェクタ２１の各噴孔の中心軸ａ１〜ａ４のうち、隣り合うものの間に１つずつ、合計で４箇所に設けられている。切欠き１２１ｆは、キャビティ外周壁１２１ｄの半径方向の幅全体に渡り設けられている。切欠き１２１ｆの深さｄは、キャビティ外周壁１２１ｄの高さｈ１と等しい値に設定されており（図２（ｂ））、切欠き１２１ｆの底面は、内側キャビティ１２１ａの底面と同一面内で形成されている（図２（ｃ））。また、切欠き１２１ｆは、気筒中心軸ｍ（すなわち、キャビティの中央部）から離れるに従い幅ｗが増大するように、気筒中心軸ｍを中心として、概略扇状に形成されている。各噴孔の中心軸ａ１〜ａ４上では、キャビティ外周壁１２１ｄが残されており、各噴孔からの噴霧は、残されたキャビティ外周壁１２１ｄにより受け止められ、点火プラグ２２に向けて案内される。

なお、点火プラグ２２は、噴孔の中心軸（例えば、ａ１）上で、キャビティ外周壁１２１ｄの上方に配置されている。
図１に戻り、エンジン１の運転は、コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という。）３１により統合的に制御される。エンジン１には、吸入空気量ＱＭを検出するエアフローメータ４１からの信号、クランク角センサ４２からの信号（これをもとに、エンジン回転数ＮＥを算出する。）、及び冷却水温度Ｔｗを検出する温度センサ４３からの信号等が入力される。ＥＣＵ３１は、これらの信号をもとに、インジェクタ２１の燃料噴射量及び噴射時期、並びに点火プラグ２２の点火時期を演算し、設定する。

本実施形態では、エンジン１の運転状態に応じ、拡散燃焼と成層燃焼との間で燃焼形態を切り換える。拡散燃焼では、空燃比を理論空燃比に設定するとともに、燃料噴射時期を吸気行程中に設定し、噴霧を燃焼室１４全体に拡散させて混合気を形成する。成層燃焼では、空燃比を理論空燃比よりも大きな値に設定するとともに、燃料噴射時期を圧縮行程中に設定し、点火プラグ２２近傍の領域に噴霧を集中させ、混合気を層状に形成する。

次に、ＥＣＵ３１の動作について、フローチャートにより説明する。
図３は、燃料噴射制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、イグニッションスイッチがオンされることにより起動され、その後、所定の時間毎に実行される。このルーチンでは、運転状態に応じた燃焼形態が選択されるとともに、選択された燃焼形態のもと、燃料噴射量Ｑｆ及び燃料噴射時期ＩＴが設定される。

Ｓ１０１では、吸入空気量ＱＭ、エンジン回転数ＮＥ及び冷却水温度Ｔｗ等、各種の運転状態を読み込む。
Ｓ１０２では、エンジン１の運転状態が属する領域を判定する。この判定は、回転速度（例えば、エンジン回転数ＮＥ）及び負荷（例えば、一回転毎の吸入空気量＝ＱＭ／ＮＥ）に基づいて図４に示すマップを検索し、エンジン１の運転状態が負荷に応じた領域Ａ〜Ｃのいずれに属するかを判定することにより行う。負荷が低い領域Ａに属するときは、Ｓ１０３へ進み、負荷が高い領域Ｃに属するときは、Ｓ１０５へ進む。これらの領域Ａ，Ｃの中間の領域Ｂに属するときは、Ｓ１０４へ進む。

Ｓ１０３では、一度噴き成層燃焼モードを選択し、図５に示すフローチャートに従い燃料噴射量Ｑｆ及び燃料噴射時期ＩＴを設定する。
Ｓ１０４では、二度噴き成層燃焼モードを選択し、図７に示すフローチャートに従い燃料噴射量Ｑｆ等を設定する。
Ｓ１０５では、拡散燃焼モードを選択し、図１０に示すフローチャートに従い燃料噴射量Ｑｆ等を設定する。

図５に示すフローチャートにおいて、Ｓ２０１では、燃料噴射量Ｑｆを演算する。一度噴き成層燃焼モードでは、空燃比が理論空燃比よりも大きな値に設定され、燃料噴射量Ｑｆは、次式により算出される。なお、ｋを理論空燃比相当の燃料噴射量を与える係数とし、ＬＡＭＢを当量比とし、ＣＯＥＦを冷却水温度Ｔｗ等に応じた増量補正係数とする。
Ｑｆ＝ｋ×（ＱＭ／ＮＥ）×ＬＡＭＢ×ＣＯＥＦ ・・・（２）
Ｓ２０２では、燃料噴射時期ＩＴを設定する。燃料噴射時期ＩＴは、圧縮行程中の比較的に遅い時期に、負荷が低いときほど遅角させて設定される（図６）。設定されたＩＴにおいて、燃料は、内側キャビティ１２１ａに向けて噴射される。

図７に示すフローチャートにおいて、Ｓ３０１では、燃料噴射量Ｑｆを演算する。二度噴き成層燃焼モードでは、空燃比が理論空燃比よりも大きな値に設定され、負荷に応じた量の燃料が２回に分けて噴射される。燃料噴射量Ｑｆは、（２）式により算出され、算出されたＱｆは、１サイクル当たりに噴射される燃料の総量を示す。
Ｓ３０２では、先の燃料噴射で噴射する燃料の量（以下「一度目噴射量」という。）Ｑ１を設定する。一度目噴射量Ｑ１は、燃料噴射量Ｑｆに所定の割合ｒを乗算して算出する。

Ｑ１＝Ｑｆ×ｒ ・・・（３）
Ｓ３０３では、先の燃料噴射を開始する時期（以下「一度目噴射時期」という。）ＩＴ１を設定する。一度目噴射時期ＩＴ１は、圧縮行程中の比較的に早い時期に、負荷が低いときほど遅角させて設定される（図８）。設定されたＩＴ１において、燃料は、外側キャビティ１２１ｂに向けて噴射される。

Ｓ３０４では、後の燃料噴射で噴射する燃料の量（以下「二度目噴射量」という。）Ｑ２を設定する。二度目噴射量Ｑ２は、燃料噴射量Ｑｆから一度目噴射量Ｑ１を減算して算出する。
Ｑ２＝Ｑｆ−Ｑ１・・・（４）
Ｓ３０５では、後の燃料噴射を開始する時期（以下「二度目噴射時期」という。）ＩＴ２を設定する。二度目噴射時期ＩＴ２は、圧縮行程中の、一度目噴射時期ＩＴ１よりも遅い時期に、負荷が低いときほど遅角させて設定される（図９）。設定されたＩＴ２において、燃料は、内側キャビティ１２１ａに向けて噴射される。

図１０に示すフローチャートにおいて、Ｓ４０１では、（２）式により燃料噴射量Ｑｆを演算する。拡散燃焼モードでは、空燃比が理論空燃比に設定される。
Ｓ４０２では、燃料噴射時期ＩＴを設定する。燃料噴射時期ＩＴは、吸気行程中に設定される。
次に、以上の燃料噴射制御による混合気形成の概念について説明する。

図１１は、一度噴き成層燃焼モード（領域Ａ）による場合のうち、負荷が比較的に低いときのものを示しており、（ａ）が燃料噴射時期ＩＴでの状態を、（ｂ）が点火時期での状態を示している。
ここでの燃料噴射時期ＩＴは、燃料が内側キャビティ１２１ａに向けて噴射される時期に設定されるが、領域Ａのなかでも特に遅い時期（「第１の噴射時期」に相当する。）に設定される。噴霧Ｓは、内側キャビティ１２１ａの底面に衝突し、この底面に沿って外向きに広がるとともに、内側キャビティ１２１ａの周壁面に沿って上方へ案内されて、点火プラグ２２ヘ向かう縦方向の循環流を形成する。燃料噴射時期ＩＴが遅い時期に設定されることで、噴霧Ｓの拡散が進む前に点火時期を迎えることになり、点火時期には、内側キャビティ１２１ａ内及びその上方に噴霧Ｓが集中した、比較的に小さな混合気塊Ｍが形成される。

図１２は、一度噴き成層燃焼モード（領域Ａ）による場合のうち、負荷が比較的に高いときのものを示しており、（ａ）が燃料噴射時期ＩＴでの状態を、（ｂ）が点火時期での状態を示している。
ここでの燃料噴射時期ＩＴは、燃料が内側キャビティ１２１ａに向けて噴射される時期に設定されるが、上記の低負荷時におけるよりも早い時期（「第２の噴射時期」に相当する。）に設定される。噴霧Ｓが内側キャビティ１２１ａの底面及び周壁面に沿って案内され、循環流を形成するのは、前述同様である。ここでは、燃料噴射時期ＩＴが比較的に早い時期に設定されることで、点火時期を迎えるまでにある程度の時間が確保される。このため、噴霧Ｓは、内側キャビティ１２１ａから切欠き１２１ｆ内に流入して、側方へ拡散し、点火時期には、内側キャビティ１２１ａ及び切欠き１２１ｆ内及びその上方に噴霧Ｓが集中した、低負荷時におけるよりも大きな混合気塊Ｍが形成される。

図１３は、二度噴き成層燃焼モード（領域Ｂ）による場合のものを示しており、（ａ）が一度目噴射時期ＩＴ１での状態を、（ｂ）が二度目噴射時期ＩＴ２直前での状態を、（ｃ）が二度目噴射時期ＩＴ２での状態を、（ｄ）が点火時期での状態を示している。（ａ）〜（ｄ）は、筒内の状態を時系列順に示している。
一度目噴射時期ＩＴ１は、圧縮行程中の比較的に早い時期（「第３の噴射時期」に相当する。）に設定され、設定されたＩＴ１において、燃料は、外側キャビティ１２１ｂに向けて噴射される。噴霧Ｓ１は、外側キャビティ１２１ｂの底面に衝突し、この底面に沿って外向きに広がるとともに、外側キャビティ１２１ｂの周壁面に沿って上方へ案内されて、縦方向の循環流を形成する。他方、二度目噴射時期ＩＴ２は、圧縮行程中の、一度目噴射時期ＩＴ１よりも遅い時期に設定され、設定されたＩＴ２において、燃料は、内側キャビティ１２１ａに向けて噴射される。噴霧Ｓ２は、一度噴き成層燃焼モードによる場合と同様に、内側キャビティ１２１ａの底面及び周壁面に沿って案内され、循環流を形成する。点火時期には、内側キャビティ１２１ａ及び外側キャビティ１２１ｂ内及びその上方に噴霧Ｓが集中した、大きな混合気塊Ｍが形成される。

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
第１に、本実施形態では、キャビティ外周壁１２１ｄに切欠き１２１ｆを設け、成層燃焼（具体的には、一度噴き成層燃焼）による運転に際し、低負荷時には噴霧Ｓの拡散を抑制して、混合気を良好に層状化させる一方、高負荷時には切欠き１２１ｆにより噴霧Ｓを適度に拡散させて、混合気塊を拡大させることとした。このため、同じ内側キャビティ１２１ａでありながら、負荷に応じて混合気塊の大きさを変化させることができ、特に高負荷時において、低負荷時におけるよりも大きな混合気塊を形成することで、混合気塊の空燃比を全体として適度なものとし、成層燃焼時のエミッションを改善することができる。

第２に、切欠き１２１ｆの深さｄをキャビティ外周壁１２１ｆの高さｈ１と等しくしたことで、噴霧Ｓを円滑に拡散させることができる。
第３に、点火プラグ２２を噴孔の中心軸（例えば、ａ１）に対応させて、キャビティ外周壁１２１ｄの上方に配置したことで、噴霧Ｓを点火プラグ２２ヘ向けて確実に案内することができる。

第４に、切欠き１２１ｆの数をインジェクタの噴孔の数と等しくしたことで、切欠き１２１ｆにより噴霧Ｓを均等に拡散させることができる。
第５に、切欠き１２１ｆを概略扇状に形成し、気筒中心軸ｍから離れるに従い切欠き１２１ｆの幅を増大させたことで、噴霧Ｓを積極的に拡散させ、特に高負荷時において、混合気塊Ｍが過濃となるのを確実に防止することができる。

第６に、成層燃焼域のなかでも負荷が比較的に高い領域Ｂにおいて、負荷に応じた量の燃料を２回に分けて噴射することとし、先の燃料噴射は外側キャビティ１２１ｂを指向して、後の燃料噴射は内側キャビティ１２１ａを指向して行うこととした。このため、混合気塊の大きさを調節するとともに、点火プラグ２２周りに適度な空燃比で燃料を集中させることができ、着火性を確保することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１４は、本実施形態に係るピストン１２の構成を示している。
本実施形態では、切欠き１２１ｆの幅ｗを半径方向に渡り一定の値に設定している。ピストン１２の冠面に内側及び外側キャビティ１２１ａ，１２１ｂが設けられる点、切欠き１２１ｆがインジェクタ２１の隣り合う噴孔の間に設けられる点、及び切欠き１２１ｆの深さｄがキャビティ外周壁１２１ｄの高さｈ１と等しい点など、切欠き１２１ｆの幅ｗ以外の構成は、第１の実施形態のものと同様である。

本実施形態によれば、切欠き１２１ｆの幅を一定としたので、高負荷時に切欠き１２１ｆにより噴霧Ｓが過剰に拡散し、混合気塊Ｍが却って希薄となるのを防止することができる。
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図１５は、本実施形態に係るピストン１２の構成を示している。

本実施形態では、切欠き１２１ｆの数と、インジェクタ２１の噴孔の数とを異ならせ、噴孔の数（例えば、４）よりも１つ少ない数（＝３）の切欠き１２１ｆを設けることとしている。切欠き１２１ｆが隣り合う噴孔の中心軸の間に１つずつ設けられる点など、切欠き１２１ｆの数以外の構成は、第１の実施形態のものと同様である。
本実施形態によれば、噴孔の数よりも少ない数の切欠き１２１ｆを設けたことで、噴霧Ｓの拡散度合いを周方向で異ならせ、切欠き１２１ｆにより噴霧Ｓの拡散を促す一方、切欠き１２１ｆが設けられていない箇所での噴霧Ｓの拡散を抑えることができる。このため、拡散が抑制されて噴霧Ｓがより集中する位置に点火プラグ２２を設置することで、着火性を向上させることができる。

なお、このような効果は、噴孔の数と同じ数の切欠き１２１ｆを設けながら、切欠き１２１ｆ同士の間隔を周方向で不均等に設定することにより得ることもできる。
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図１６は、本実施形態に係るピストン１２の構成を示している。
本実施形態では、切欠きの数と、インジェクタ２１の噴孔の数とを一致させながら、位置に応じて切欠きの深さｄを異ならせることとしている。すなわち、噴孔の中心軸ａ２，ａ３の間に設けられる切欠き１２１ｆ'の深さｄ２をキャビティ外周壁１２１ｄの高さｈ１よりも小さな値に設定する一方、それ以外の切欠き１２１ｆの深さｄ１をこの高さｈ１と等しい値に設定している。切欠き１２１ｆ，１２１ｆ'が隣り合う噴孔の中心軸の間に設けられる点など、切欠きの深さｄ１，ｄ２以外の構成は、第２の実施形態のものと同様である。

本実施形態によれば、切欠き１２１ｆ'の深さｄ２をキャビティ外周壁１２１ｄの高さｈ１よりも小さな値としたことで、この切欠き１２１ｆ'と内側キャビティ１２１ａとの間に段差が形成される。この段差により切欠き１２１ｆ'による噴霧Ｓの拡散が弱められるため、形成される混合気塊において、その大きさと成層度合いとを両立させることができる。

また、位置に応じて切欠きの深さｄを異ならせ、一部の切欠き１２１ｆ'を浅く形成したことで、この切欠き１２１ｆ'による噴霧Ｓの拡散をそれ以外の切欠き１２１ｆによるものよりも弱め、噴霧Ｓを集中させることができる。このため、浅い切欠き１２１ｆ'の近くに点火プラグ２２を配置することで、点火プラグ２２周りに噴霧Ｓを集中させ、着火性を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係るエンジンの構成 同上実施形態に係るピストンの構成 燃料噴射制御ルーチンのフローチャート 領域判定マップ 一度噴き成層燃焼モードでの制御のフローチャート 同上燃焼モードの燃料噴射時期設定テーブル 二度噴き成層燃焼モードでの制御のフローチャート 一度目噴射時期設定テーブル 二度目噴射時期設定テーブル 拡散燃焼モードでの制御のフローチャート 成層燃焼域のうち、低負荷域での混合気形成の概念 成層燃焼域のうち、中負荷域での混合気形成の概念 成層燃焼域のうち、高負荷域での混合気形成の概念 本発明の第２の実施形態に係るピストンの構成 本発明の第３の実施形態に係るピストンの構成 本発明の第４の実施形態に係るピストンの構成

符号の説明

１…エンジン、１１…シリンダブロック、１２…ピストン、１２１…キャビティ、１２１ａ…内側キャビティ、１２１ｂ…外側キャビティ、１２１ｄ…キャビティ外周壁、１２１ｅ…冠面外周部、１２１ｆ…切欠き、１３…シリンダヘッド、１４…燃焼室、１５…吸気ポート、１６…吸気弁、１７…排気ポート、１８…排気弁、２１…インジェクタ、２２…点火プラグ、３１…コントロールユニット、４１…エアフローメータ、４２…クランク角センサ、４３…冷却水温度センサ、Ｓ…噴霧、Ｍ…混合気塊。

Claims (9)

1. 冠面にキャビティを有するピストンと、
   キャビティの中央部上方に位置し、かつ噴射方向がピストンの移動方向と平行であるインジェクタと、
   インジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグと、を含んで構成され、
   インジェクタは、その先端部中央を通る噴射方向線を基準とした周方向に複数の噴孔を有し、
   ピストンは、キャビティとして、冠面中央部に形成され、かつ外周が第１のキャビティ外周壁で囲まれた内側キャビティと、この内側キャビティの外周に円環状に形成され、かつ外周が第２のキャビティ外周壁で囲まれた外側キャビティと、を有し、
   上記第１のキャビティ外周壁から上記第２のキャビティ外周壁に達するように上記外側キャビティを横切って放射状に延びる凹溝状の切欠きが形成されており、この切欠きの底面は上記内側キャビティの底面と段差なく連続しており、かつ各切欠きは、インジェクタの隣り合う噴孔の中心軸の間に位置していることを特徴とする筒内噴射式内燃機関。
2. インジェクタの動作を制御するコントローラを更に含んで構成され、
   コントローラは、インジェクタの噴射時期として、クランク角に関して比較的に遅い第１の噴射時期と、第１の噴射時期よりも早い第２の噴射時期とを設定し、これらをエンジンの運転状態に応じて切り換える請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関。
3. 第１及び第２の噴射時期の双方において、内側キャビティに向けて燃料が噴射される請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関。
4. コントローラが、所定の運転状態において、インジェクタの噴射時期として、第２の噴射時期よりも早い第３の噴射時期を設定し、第３の噴射時期において、外側キャビティに向けて燃料が噴射される請求項３に記載の筒内噴射式内燃機関。
5. 点火プラグの点火位置が、第１のキャビティ外周壁の上方に設定された請求項１〜４のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
6. 切欠きの数が、インジェクタの噴孔の数に等しい請求項１〜５のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
7. 切欠きの幅が、キャビティの半径方向に渡り等しい請求項１〜６のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
8. 切欠きの幅が、キャビティの中央部から離れるに従い増大する請求項１〜６のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
9. 切欠きが、内側キャビティの中央部を中心とした扇状の凹溝をなす請求項８に記載の筒内噴射式内燃機関。

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