JP4702249B2

JP4702249B2 - 火花点火式直噴ガソリンエンジン

Info

Publication number: JP4702249B2
Application number: JP2006269228A
Authority: JP
Inventors: 正尚山川; 直宏山口; 隆養祖; 光夫人見
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: JP2008088861A

Description

本発明は高圧縮比の火花点火式直噴ガソリンエンジン関するものである。

エンジンの熱効率を高めて燃費を改善するためには、圧縮比を高めることが有効である。しかし、単にエンジンの幾何学的圧縮比を高めただけでは、エンジンの高負荷域でノッキングが生じやすくなるという問題が発生する。

このような問題を解決するため、例えば特許文献１に示されているように、ノッキングが発生する状態にあるとき、ノッキング回避制御として、可変圧縮比機構により圧縮比を低下させたり、点火時期の遅角を行ったりすることが知られている。
特開２００５−１４６９９１号公報

上記のようにノッキング回避制御として、点火時期の遅角を行ったりすると、それに伴ってエンジントルクが低下し、高負荷域でのエンジントルクの上昇が制限されてしまう。従って、エンジンの出力性能向上の面で改善の余地がある。また、ノッキング回避制御として圧縮比を低下させると、熱効率が悪化して燃費を損ってしまう。

本発明は上記の事情に鑑み、エンジンの高圧縮比化により熱効率を高めて燃費を改善し、かつ、ノッキングを回避しつつ、エンジンの高負荷域でのトルクを確保し、出力性能を向上することができる火花点火式直噴ガソリンエンジンを提供することを目的としている。

上記のような課題を解決するために、本発明は、トルクを出力するクランクシャフトと、このクランクシャフトに連結されるピストンと、このピストンを往復移動可能に嵌装して、当該ピストンと協働して混合気の燃焼室を区画する気筒と、ペントルーフ状の燃焼室天井面を形成するシリンダヘッドと、上記気筒内に先端を臨ませ燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた火花点火式直噴ガソリンエンジンにおいて、エンジンの幾何学的圧縮比が１４以上に設定され、上記燃焼室天井面の略シリンダボア中心の位置と燃焼室周辺部とを含む複数箇所に点火プラグが配置され、上記ピストンの冠面に、上記略シリンダボア中心の位置に配置した点火プラグに対応する位置に形成されて、凹状で底面が球面に近似した湾曲面となったリセスと、このリセスの周辺部の全周にわたり、ピストンが上死点の位置にあるときにシリンダヘッド下面よりも上方に突出して上記燃焼室天井面に沿うように、上記燃焼室天井面に対応した形状に隆起した隆起部とが設けられるとともに、上記燃焼室内にスワールを生成するものであって、エンジンの低速高負荷域でスワール生成を実施するスワール生成手段と、エンジンの低速高負荷域では、上記スワール生成手段によるスワール生成の実施とともに、上記複数箇所の点火プラグによる点火が圧縮上死点以降に行われるように点火時期を制御する点火制御手段とを備えているものである。

この発明によると、エンジンの幾何学的圧縮比が１４以上の高圧縮比とされることで燃費性能が改善されるとともに、エンジンの低速高負荷域では点火時期が圧縮上死点以降とされることで高圧縮比化に伴うノッキング悪化が抑制される。さらに、上記ピストン冠面に設けられたリセスにより、燃焼室が扁平な場合と比べて燃焼期間の前半の燃焼速度が速められ、また、上記隆起部と燃焼室天井面との間の狭い空間では火炎伝播速度が低下する傾向があるが、上記スワール生成手段により生成されて圧縮行程以降まで維持されるスワールにより、上記火炎伝播速度の低下が抑制され、燃焼期間の後半の燃焼速度も速められる。

このようにして、圧縮上死点以降の点火に拘わらず、燃焼速度が速められることにより、ノッキングが回避されつつ、高トルクが確保される。

本発明の火花点火式直噴ガソリンエンジンにおいて、上記ピストンの冠面のリセスが、ペントルーフ状の燃焼室天井面の稜線に沿った方向よりもこれに直交する方向に長く形成されていることが好ましい。

このようにすると、燃焼室天井面がペントルーフ状の場合に稜線に沿った方向と比べてこれと直交する方向の燃焼速度が遅くなる傾向が是正され、燃焼室全体への火炎伝播が良好に行われる。

また、上記ペントルーフ状の燃焼室天井面は、稜線を挟んでその両側に、吸気ポートが開口する吸気側斜面と排気ポートが開口する排気側斜面とを有し、上記ピストンの冠面のリセスは、上記燃焼室天井面の吸気側斜面と排気側斜面とに対応する範囲にわたって形成され、上記燃料噴射弁は先端部に複数の噴口を有し、その先端部が上記燃焼室天井面の吸気側斜面から燃焼室内に臨むように配置され、かつ、上記複数の噴口の少なくとも一部が点火プラグ近傍を通って上記燃焼室天井面の排気側斜面に指向するように設定されていることが好ましい。

このようにすると、燃焼室内に燃料が効果的に分散し、クエンチエリアとなり易い部位にも適度の濃度の混合気が与えられ、燃焼室全体にわたり燃焼性が高められ、燃焼速度が速められる。

とくに、上記点火プラグが上記燃焼室天井面の略シリンダボア中心の位置と稜線の端部付近とに設けられていることが好ましい。

このようにして複数点の点火が行われることにより、燃焼速度がさらに速められ、高トルクの確保に有利となる。

また、本発明の別の態様によるエンジンは、トルクを出力するクランクシャフトと、このクランクシャフトに連結されるピストンと、このピストンを往復移動可能に嵌装して、当該ピストンと協働して混合気の燃焼室を区画する気筒と、ペントルーフ状の燃焼室天井面を形成するシリンダヘッドと、上記気筒内に先端を臨ませ燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃焼室に対して吸気を過給する過給機とを備えた火花点火式直噴ガソリンエンジンにおいて、エンジンの幾何学的圧縮比が１３以上に設定され、上記燃焼室天井面の略シリンダボア中心の位置と燃焼室周辺部とを含む複数箇所に点火プラグが配置され、上記ピストンの冠面に、上記略シリンダボア中心の位置に配置した点火プラグに対応する位置に形成されて、凹状で底面が球面に近似した湾曲面となったリセスと、このリセスの周辺部の全周にわたり、ピストンが上死点の位置にあるときに、シリンダヘッド下面よりも上方に突出して、燃焼室天井面に沿うように、上記燃焼室天井面に対応した形状に隆起した隆起部とが設けられるとともに、上記燃焼室内にスワールを生成するものであって、エンジンの低速高負荷域でスワール生成を実施するスワール生成手段と、エンジンの低速高負荷域では、上記スワール生成手段によるスワール生成の実施とともに、上記複数箇所の点火プラグによる点火が圧縮上死点以降に行われるように点火時期を制御する点火制御手段とを備えているものである。

この発明によると、過給機付のエンジンにおいて、エンジンの高圧縮比化により燃費が改善され、かつ、ノッキングが回避されつつ、エンジンの高負荷域でのトルクが確保される。

以上説明したように、本発明によれば、エンジンの幾何学的圧縮比が１４以上の高圧縮比とされることで燃費性能が改善することができ、しかも、低速高負荷域で、ノッキングを回避しつつ、高トルクを確保することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の一形態に係る火花点火式直噴ガソリンエンジンの構造を示す断面略図である。

この図において、エンジン１０は、クランクシャフト１１を回転自在に支持するシリンダブロック１２と、シリンダブロック１２の上部に配置されたシリンダヘッド１３とを一体的に有しており、これらシリンダブロック１２およびシリンダヘッド１３には、複数の気筒１４が設けられている。

各気筒１４には、コンロッド１５を介してクランクシャフト１１に連結されたピストン１６が嵌装され、気筒１４内のピストン１６の上方に燃焼室１７が形成されている。本実施形態において、各気筒１４の幾何学的圧縮比は１４以上に設定されている。

本実施形態に係るエンジン１０は、当該クランクシャフト１１の回転方向が右回りになる側（すなわち図１の状態）から見て気筒１４のシリンダボア中心Ｚがクランクシャフト１１の回転中心Ｏから右側にオフセットしている。このオフセット量Ｓは、例えば気筒２４のボア径が７０ｍｍの場合、１ｍｍ〜２ｍｍに設定されている。

図２は気筒１４を拡大して示す平面略図である。

図１および図２に示すように、各気筒１４において、シリンダヘッド１３の下面は燃焼室１７の天井面を構成している。この天井面は中央部分からシリンダヘッド１３の下端まで延びる２つの斜面１７ａ、１７ｂを有するいわゆるペントルーフ型となっている。

燃焼室１７の天井面を構成する一方の斜面（図１，図２において右側の斜面）１７ａには各々独立した２つの吸気ポート１８が開口し、また、他方の斜面（図１，図２において左側の斜面）１７ｂには２つの排気ポート１９が開口しており、各ポート１８、１９の開口端に吸気弁２０および排気弁２１が設けられている。以下、吸気ポート１９が開口している斜面を吸気側斜面１７ａ、排気ポート１９が開口している斜面を排気側斜面１７ｂと呼ぶ。

吸気側斜面１７ａと排気側斜面１７ｂとの間の稜線１７ｃは、天井面のシリンダボア中心を通って直径方向に直線的に延びている。

また、上記各気筒１４に対し、燃料を燃焼室１７内に直接噴射する燃料噴射弁２２と、燃焼室１７内の混合気に対して点火を行う点火プラグ２３，２４とが設けられており、これら燃料噴射弁２２及び点火プラグ２３，２４はシリンダヘッド１３に取り付けられている。

点火プラグは少なくとも上記天井面の略シリンダボア中心の位置に設けられ、好ましくはこの位置と燃焼室周辺部とを含む複数個所に設けられる。当実施形態では、上記天井面の略シリンダボア中心の位置に主点火プラグ２３が設けられるとともに、上記天井面の稜線１７ｃの一端部付近に副点火プラグ２４が設けられている。各点火プラグ２３は、点火時期のコントロールが可能な点火回路２５に接続されている。そして、この点火回路２５がコントロールユニット２７に接続されることにより、各点火プラグ２３，２４の点火が制御されるようになっている。

上記点火回路２５及びコントロールユニット２７により点火制御手段が構成され、この点火制御手段により、運転状態に応じて各点火プラグ２３，２４の作動、及び点火時期が制御される。

また、上記天井面に対向するピストン１６の冠面には、上記主点火プラグ２３に対応する位置にリセス３０が設けられるとともに、このリセス３０の周辺部に隆起部３１が設けられている。この隆起部３１は、リセス３０の周辺部の全周にわたり、上記天井面に対応する形状に隆起し、ピストン１６が上死点位置にあるときに、シリンダヘッド１３の下面よりも上方に突出して、燃焼室天井面に沿うように形成されている。

図３乃至図５はピストン冠面の具体的形状を示している。これら図３乃至図５と図１とに基づいてピストン冠面の形状を具体的に説明すると、ピストン冠面の基本形状は、燃焼室の天井面に対応するようなペントルーフ状に隆起し、天井面の稜線１７ｃに対応する部分に頂部３１ｃを有し、その両側に、上記天井面の斜面１７ａ，１７ｂと略平行な斜面３１ａ，３１ｂを有する形状となっている。そして、このピストン冠面の頂部３１ｃとその両側の斜面３１ａ，３１ｂとにわたり、凹状に抉られた形のリセス３０が形成されている。このリセス３０の底面は球面に近似した湾曲面となっている。そして、平面視では、リセス３０は、円に近い形状であるが、頂部（稜線）に沿った方向の径Ｄ１よりもこれと直交する方向の径Ｄ２が若干長い楕円形となっている。

また、図６は燃料噴射弁２２の先端部の形状を概略的に示しており、この図に示すように、燃料噴射弁２２は先端部に複数の噴口２２ａを有している。そして、図１及び図２に示すように、この燃料噴射弁２２は、両吸気ポート１８間に位置して、燃焼室１７の天井面の吸気側斜面１７ａから燃焼室１７に臨むように配置され、かつ、上記複数の噴口２２ａから噴射される噴霧Ｆのうちの少なくとも一部が点火プラグ２３近傍を通って上記天井面の排気側の斜面１７ｂに指向するように噴射方向等が設定されている。

さらにこの火花点火式直噴ガソリンエンジンには、燃焼室１７内にスワールＳを生成するスワール生成手段が設けられている。当実施形態においてスワール生成手段は、図１及び図２に示すスワールコントロール弁３３により構成されている。

すなわち、前述のように燃焼室の天井面の吸気側斜面１７ａには各々独立した２つの吸気ポート１８が開口しており、これに対応して吸気マニホールドに設けられた気筒別吸気通路３２の下流側が２つに分岐し、各吸気ポート２８に接続されているが、一方の吸気ポート１８に対応する吸気通路３２の下流側分岐部にスワールコントロール弁３３が設けられている。そして、スワールコントロール弁３３が閉じた状態では、一方の吸気ポート１８が遮断され、他方の吸気ポートのみから燃焼室に吸気が流入することにより燃焼室内にスワールＳ（図２中の破線矢印）が生成され、スワールコントロール弁３３が開かれると、その開度が大きくなるにつれてスワールが弱められるようになっている。

スワールコントロール弁３３はアクチュエータ３４で作動され、このアクチュエータ３４もコントロールユニット２７により制御されるようになっている。

上記コントロールユニット２７には、クランク角を検出するクランク角センサ３５、吸気流量を検出するエアフローセンサ３６およびアクセル開度を検出するアクセルセンサ３７からそれぞれ検出信号が入力されている。そして、上記コントロールユニット２７は、クランク角センサ３５からの信号に基づいて検出されるエンジン回転数とエアフローセンサ３６、アクセルセンサ３７等からの信号に基づいて検出されるエンジン負荷等により運転状態を調べ、その運転状態に応じ、点火プラグ２３，２４による点火やスワールコントロール弁３３の作動を制御するようになっている。

図７は点火プラグ２３，２４およびスワールコントロール弁３３の制御のための運転領域の設定を示している。この図において、領域Ａは、エンジン回転数が所定回転数Ｎ１（２０００ｒｐｍ程度）以下の領域のうちの所定負荷以上の領域である低速高負荷域である。上記コントロールユニット２７は、上記低速高負荷域Ａでは、点火時期を圧縮上死点以降（例えばＡＴＤＣ８ｄｅｇ）とするとともに、上記両点火プラグ２３，２４による二点点火を行わせる、それ以外の領域Ｂでは、点火時期を圧縮上死点以前とするとともに、主点火プラグ２３のみによる点火を行わせるように、点火プラグ２３，２４を制御する。

また、少なくとも上記低速高負荷域Ａではスワールコントロール弁３３を閉じて燃焼室１７内にスワールＳを生じさせるようにスワールコントロール弁３３を制御する。

以上のような当実施形態の火花点火式直噴ガソリンエンジンによると、幾何学的圧縮比が１４以上の高圧縮比とされることにより、エンジンの熱効率が大幅に高められ、燃費が大幅に低減される。しかも、低速高負荷域で、ノッキングが回避されつつ、高トルクが確保され、出力性能も向上される。また、エミッションも改善される。これらの作用を、図８乃至図１０を参照しつつ説明する。

図８は、縦軸を熱発生率（ｄＱ／ｄθ）、横軸を圧縮上死点後のクランク角（ＣＡＡＴＤＣ）として、エンジン回転数が１５００ｒｐｍで全開負荷（ＷＯＴ）の運転状態において、熱発生率（ｄＱ／ｄθ）の変化について調べた実験結果を示すグラフである。このグラフ中の曲線１０１，１０２，１０３は、いずれも幾何学的圧縮比を１５、点火時期を圧縮上死点以後（ＡＴＤＣ８ｄｅｇ程度）とした場合のものである。そして、曲線１０１はピストン冠面にリセスを設けない基本的な燃焼室形状による場合、曲線１０２はピストン冠面にリセスを設けた燃焼室形状（当実施形態の燃焼室形状と同じ）とするがスワールを生成しなかった場合、曲線１０３はピストン冠面にリセスを設けた燃焼室形状とし、かつ、スワールを生成するようにした当実施形態による場合をそれぞれ示している。

このグラフから明らかなように、幾何学的圧縮比が１４以上の高圧縮比でも点火時期を上死点以降とすることで熱発生率（ｄＱ／ｄθ）が適度に調整されてノッキングの抑制に有利となるが、ピストン冠面にリセスを設けない場合（曲線１０１）は燃焼速度が遅くなり、熱発生率（ｄＱ／ｄθ）のピークが充分に高められず、エンジントルクの低下を招く。

ピストン冠面にリセス３０を設けた場合（曲線１０２）は、燃焼期間の前半の燃焼速度が速められる。すなわち、リセス３０が球形に近いキャビティを形成するので、扁平な空間と比べて火炎伝播が速くなる。

この場合、燃焼室天井面の稜線１７ｃに沿った方向には火炎が水平に広がるが、これと直交する方向には燃焼室天井面の斜面に沿って斜め下方に火炎が広がること等から、上記稜線１７ｃに沿った方向よりこれと直交する方向の方が火炎伝播速度が多少遅くなる傾向があるが、当実施形態のようにリセス３０の上記稜線１７ｃに沿った方向の径よりもこれと直交する方向の径を長くしておけば、上記傾向が是正されて、燃焼室全体に略均等に火炎が広がる。

こうして、リセスにより燃焼期間の前半の燃焼速度が速められるが、リセス３０を設けつつ１４以上の高圧縮比とするためには、リセス３０の周囲に隆起部３１を設けて、ピストン１６の上死点付近で上記隆起部３１と燃焼室天井面との隙間が狭くなるようにする必要があり、この部分において火炎伝播が遅くなるため、燃焼期間の後半の燃焼速度が遅くなる。

これに対し、スワール生成手段によって吸気行程でスワールＳを生成するようにした場合、スワールＳはタンブル等と比べて持続性が高いため、圧縮行程上死点以降まで持続し、このスワールによって燃焼期間の後半の燃焼速度が速められる。従って、当実施形態による場合（曲線１０３）、上記リセス３０により燃焼期間の前半の燃焼速度が速められるとともに、上記スワールＳにより燃焼期間の後半の燃焼速度が速められ、燃焼期間全体にわたり速やかに燃焼が行われて、燃焼期間が短くなる。

このように燃焼速度が速められて燃焼期間が短くなると、火炎が伝播するまでに未燃焼部分か自着火するノッキング現象を防止する作用がより一層高められ、しかも、他の場合（曲線１０１，１０２）と比べて熱発生率のピークが上昇し、エンジントルクが高められる。よって、低速高負荷域で、ノッキングが回避されつつ、高トルクが確保されることとなる。

また、図９は、横軸をエンジン回転速度、縦軸をトルクとして、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射エンジンの場合（曲線１１０）と、直噴エンジンで幾何学的圧縮比を１５とするが、ピストンの冠面にリセスを有しない燃焼室形状とした場合（曲線１１１）と、直噴エンジンで幾何学的圧縮比を１１．２とした場合（曲線１１２）と、ピストンの冠面にリセス３０を有する当実施形態のエンジンで幾何学的圧縮比を１５とした場合（曲線１１３）とにつき、全開負荷（ＷＯＴ）でのトルクを調べた実験結果を示すグラフである。

このグラフに示すように、当実施形態のエンジンによる場合（曲線１１３）は、ポート噴射エンジンの場合（曲線１１０）やピストンの冠面にリセスを有しない燃焼室形状とした場合（曲線１１１）と比べ、燃焼速度が速められることなどにより、エンジントルクが高められる。そして、幾何学的圧縮比を１１．２とした場合（曲線１１２）と略同程度のトルクが得られ、これと比べて高圧縮比であることにより燃費性能は大幅に改善される。

なお、この図に曲線１１３で示すデータは一つの点火プラグ（主点火プラグ２３）のみを用いた場合のみのであり、この場合、エンジンの低速側の運転域では、幾何学的圧縮比を１１．２とした場合（曲線１１２）と比べて若干トルクは低下するが、前述のように燃焼室中央部の主点火プラグ２３に加えて稜線１７ｃの端部付近の位置に副点火プラグ２４を設け、二点点火とすれば、低速高負荷域において、少なくとも、幾何学的圧縮比を１１．２とした場合（曲線１１２）とのトルク差を補い得る程度に、エンジントルクを高めることができる。

すなわち、主点火プラグ２３の点火により燃焼室中央部から周辺部へ火炎が広がるように燃焼が行われることに加え、副点火プラグ２４の点火により燃焼室周辺部からも燃焼が行われることにより、燃焼が促進され、燃焼終了までの時間が短縮される。これにより、一点点火の場合よりもエンジントルクが高められる。

さらに当実施形態のエンジンでは、燃焼室１７に直接燃料噴射する燃料噴射弁として、多噴口の燃料噴射弁２２（図６参照）が用いられているため、エンジントルク、エミッション及び燃費がより一層改善される。すなわち、多噴口の燃料噴射弁２２が燃焼室天井面の吸気側斜面１７ａから燃焼室１７内に臨むように配置され、かつ、上記複数の噴口２２ａの少なくとも一部が点火プラグ２３近傍を通って上記燃焼室天井面の排気側斜面２２ｂに指向するように設定されているため、多噴口から噴射された燃料の気化、霧化が良好に行われるとともに、燃焼室１７内に燃料が効果的に分散し、クエンチエリアとなり易い排気側斜面１７ｂの周辺等でも適度の濃度の混合気が確保される。これにより、燃焼室全体にわたり燃焼が良好に行われ、燃焼効率が高められる。

図１０（ａ）〜（ｄ）は、トルクと、排気中のＨＣの量と、ＮＯｘの量と、燃費とに関し、多噴口の燃料噴射弁２２を用いた当実施形態のエンジンによる場合（実線）と、単一噴口の燃料噴射弁を用いた場合（比較）とについて調べた実験結果を示すグラフであり、これらのグラフに示すように、多噴口の燃料噴射弁２２を用いた当実施形態のエンジンによると、単一噴口の燃料噴射弁を用いた場合と比べ、エンジントルクが高められ、排気中のＨＣおよびＮＯｘは概ね減少し、燃費は低減されることとなる。

なお、上記実施形態では、点火プラグを燃焼室中央部と稜線の端部付近との２箇所に設けて、二点点火としているが、燃焼室中央部と周辺部とを含む３箇所以上に点火プラグを設けて、低速高負荷時に多点点火を行うようにしてもよい。

また、上記実施形態の構成に加え、吸気弁の開閉タイミングを可変にするバルブタイミング可変機構等により有効圧縮比を変更可能として、低負荷域では吸気弁の早閉じ又は遅閉じ等により有効圧縮比を下げるようにしてもよく、このようにすれば、燃費改善効果がより一層高められる。

また、上記実施形態のエンジンは自然吸気エンジンであるが、本発明は図１１に示すような過給機付エンジンにも適用することができる。

すなわち、図１１に示すエンジン１０にはターボ過給機４０が装備されており、このターボ過給機４０は、排気マニフォールドより下流の排気通路４５に設けられたタービン４１と、吸気マニフォールドより上流の吸気通路４６に設けられて、上記タービン４１に連結されたコンプレッサ４２とを備え、排気ガスのエネルギーによりタービン４１が駆動され、それに伴うコンプレッサ４２の回転により吸気が過給されるようになっている。コンプレッサにより過給された吸気は、インタークーラ４７を経て、各気筒に供給される。

エンジン１０の燃焼室１７の形状、燃料噴射弁２２、点火プラグ２３、スワールコントロール弁３３等の構成は、先の実施形態と同様である。

この過給機付エンジンの場合、自然吸気エンジンと比べ、過給によりエンジンのトルクは高められるが、低速高負荷域でノッキングは生じ易くなる傾向があるため、幾何学的圧縮比は自然吸気エンジンの場合よりは低くされる。

ただし、この過給機付エンジンにおいて幾何学的圧縮比を１３以上の高圧縮比することは可能であり、この場合でも、ピストン１６の冠面に、点火プラグ２３に対応する位置に形成されたリセス３０と、このリセス３０の周辺の隆起部とが設けられるとともに、スワールコントロール弁３３などからなるスワール生成手段が設けられ、かつ、点火プラグ２３による点火がエンジンの低速高負荷域では圧縮上死点以降に行われるようにすることにより、低速高負荷域でノッキングが回避されつつ、高トルクが確保される。そして、高圧縮比化により燃費性能が改善される。

本発明の実施の一形態に係る火花点火式直噴ガソリンエンジンの構造を示す断面略図である。気筒を拡大して示す平面略図である。本実施形態におけるピストンの概略斜視図である。上記ピストンの平面図である。上記ピストンの断面図である。多噴口の燃料噴射弁の先端部を概略的に示す斜視図である。点火時期などの制御のため運転領域設定の一例を示す図である。本発明の実施形態による場合とそれ以外の場合とついて、燃焼に伴う熱発生率の変化を示すグラフである。本発明の実施形態による場合とそれ以外の場合とついて、エンジントルクとエンジン回転数の関係を示すグラフである。多噴口の燃料噴射弁を用いた場合とそうでない場合とにつき、（ａ）トルク、（ｂ）ＨＣ、（ｃ）ＮＯｘ、（ｄ）燃費をそれぞれ示すグラフである。本発明の別の実施形態に係るエンジンの断面図である。

符号の説明

１０エンジン本体
１１クランクシャフト
１６ピストン
１７燃焼室
１７ａ，１７ｂ燃焼室天井面の斜面
１８吸気ポート
１９排気ポート
２２燃料噴射弁
２３，２４点火プラグ
３０リセス
３１隆起部
３３スワールコントロール弁

Claims

トルクを出力するクランクシャフトと、このクランクシャフトに連結されるピストンと、このピストンを往復移動可能に嵌装して、当該ピストンと協働して混合気の燃焼室を区画する気筒と、ペントルーフ状の燃焼室天井面を形成するシリンダヘッドと、上記気筒内に先端を臨ませ燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた火花点火式直噴ガソリンエンジンにおいて、
エンジンの幾何学的圧縮比が１４以上に設定され、
上記燃焼室天井面の略シリンダボア中心の位置と燃焼室周辺部とを含む複数箇所に点火プラグが配置され、
上記ピストンの冠面に、上記略シリンダボア中心の位置に配置した点火プラグに対応する位置に形成されて、凹状で底面が球面に近似した湾曲面となったリセスと、このリセスの周辺部の全周にわたり、ピストンが上死点の位置にあるときにシリンダヘッド下面よりも上方に突出して上記燃焼室天井面に沿うように、上記燃焼室天井面に対応した形状に隆起した隆起部とが設けられるとともに、
上記燃焼室内にスワールを生成するものであって、エンジンの低速高負荷域でスワール生成を実施するスワール生成手段と、
エンジンの低速高負荷域では、上記スワール生成手段によるスワール生成の実施とともに、上記複数箇所の点火プラグによる点火が圧縮上死点以降に行われるように点火時期を制御する点火制御手段とを備えていることを特徴とする火花点火式直噴ガソリンエンジン。
上記ピストンの冠面のリセスが、ペントルーフ状の燃焼室天井面の稜線に沿った方向よりもこれに直交する方向に長く形成されていることを特徴とする請求項１記載の火花点火式直噴ガソリンエンジン。
上記ペントルーフ状の燃焼室天井面は、稜線を挟んでその両側に、吸気ポートが開口する吸気側斜面と排気ポートが開口する排気側斜面とを有し、上記ピストンの冠面のリセスは、上記燃焼室天井面の吸気側斜面と排気側斜面とに対応する範囲にわたって形成され、
上記燃料噴射弁は先端部に複数の噴口を有し、その先端部が上記燃焼室天井面の吸気側斜面から燃焼室内に臨むように配置され、かつ、上記複数の噴口の少なくとも一部が点火プラグ近傍を通って上記燃焼室天井面の排気側斜面に指向するように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の火花点火式直噴ガソリンエンジン。
上記点火プラグが、上記燃焼室天井面の略シリンダボア中心の位置と、ペントルーフ状をした燃焼室天井面の稜線の端部付近とに設けられていることを特徴とする請求項１記載の火花点火式直噴ガソリンエンジン。
トルクを出力するクランクシャフトと、このクランクシャフトに連結されるピストンと、このピストンを往復移動可能に嵌装して、当該ピストンと協働して混合気の燃焼室を区画する気筒と、ペントルーフ状の燃焼室天井面を形成するシリンダヘッドと、上記気筒内に先端を臨ませ燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃焼室に対して吸気を過給する過給機とを備えた火花点火式直噴ガソリンエンジンにおいて、
エンジンの幾何学的圧縮比が１３以上に設定され、
上記燃焼室天井面の略シリンダボア中心の位置と燃焼室周辺部とを含む複数箇所に点火プラグが配置され、
上記ピストンの冠面に、上記略シリンダボア中心の位置に配置した点火プラグに対応する位置に形成されて、凹状で底面が球面に近似した湾曲面となったリセスと、このリセスの周辺部の全周にわたり、ピストンが上死点の位置にあるときに、シリンダヘッド下面よりも上方に突出して、燃焼室天井面に沿うように、上記燃焼室天井面に対応した形状に隆起した隆起部とが設けられるとともに、
上記燃焼室内にスワールを生成するものであって、エンジンの低速高負荷域でスワール生成を実施するスワール生成手段と、
エンジンの低速高負荷域では、上記スワール生成手段によるスワール生成の実施とともに、上記複数箇所の点火プラグによる点火が圧縮上死点以降に行われるように点火時期を制御する点火制御手段とを備えていることを特徴とする火花点火式直噴ガソリンエンジン。