WO2001055567A1 - Moteur a combustion interne a injection directe - Google Patents

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WO2001055567A1
WO2001055567A1 PCT/JP2001/000424 JP0100424W WO0155567A1 WO 2001055567 A1 WO2001055567 A1 WO 2001055567A1 JP 0100424 W JP0100424 W JP 0100424W WO 0155567 A1 WO0155567 A1 WO 0155567A1
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intake
fuel
combustion chamber
intake air
internal combustion
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PCT/JP2001/000424
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French (fr)
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Kiyomi Nakakita
Takayuki Fuyuto
Kazuhisa Inagaki
Yoshihiro Hotta
Kazuhiro Akihama
Minaji Inayoshi
Ichiro Sakata
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Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho
Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for stratifying intake air in a combustion chamber in a direct injection internal combustion engine that injects fuel into a combustion chamber.
  • the combustion chamber concentrically forms a swirl flow in the same direction: two intake ports are provided, and the intake port on the upstream side of the swirl flow provides a small-diameter swirl flow in the center of the combustion chamber and the downstream side. In the intake port, a large swirl flow is formed around the combustion chamber.
  • the recirculated exhaust gas is mixed into the intake air passing through the upstream intake port, and the recirculated exhaust gas is not mixed into the intake air passing through the downstream intake port.
  • intake air containing recirculated exhaust gas is arranged, and intake air containing no recirculated exhaust gas is arranged in a circular area around the combustion chamber.
  • a normal fuel injection valve 2 is installed in the center of the ceiling in the combustion chamber 1, and the fuel injection valve 2 is located along the ceiling at multiple locations around the ceiling.
  • the fuel injection valve 31 for premixing is provided to inject in a direction slightly inclined from the direction to the top side of the piston. A part of the required amount of fuel is injected from a plurality of premixing fuel injection valves 31 at a premixing injection timing before 30 ° BTDC in the intake stroke or compression stroke, and normal fuel injection valves 2 The remaining amount of the required amount of fuel is injected at the normal injection timing near the end of the compression stroke.
  • the amount of fuel injected from the premixing fuel injection valve 31 at the premixing time on the inner wall surface of the combustion chamber 1 decreases, and HC ( (Hydrocarbons), S ⁇ F (soluble organic matter) and white smoke are reduced.
  • the intake tumble flow mixed with fuel does not pass through the entire squish area of the combustion chamber, but passes through only a part thereof, and the amount of fuel distributed to the squish area of the combustion chamber is reduced. Production of HC and other substances due to extinction is reduced.
  • the fuel flow injected from the fuel injection valve during the intake of the combustion chamber entrains the surrounding air into the fuel flow at the root side, and It entrains air around the fuel flow and induces an air flow that accompanies the fuel flow.
  • the fuel flow injected into the intake air of the combustion chamber flies at high speed, splits and atomizes. It becomes steam, and it burns at the tip side where it becomes steam, generating a flame.
  • the fuel flow may burn on the base side from the tip side to generate a flame, but the portion where high-temperature flame is generated on a large scale is the front end portion of the fuel flow.
  • a fuel-air mixture region is formed at the base of the fuel flow to mix fuel and air to form a fuel-air mixture while fuel is being injected and combusted, and at the front end of the fuel flow.
  • a flame generation region in which the mixture burns violently and a high-temperature flame is generated on a large scale is formed.
  • the flame generation region is roughly divided into a mixture formation region and a flame generation region.
  • composition of the mixture formed in the mixture formation region of the combustion chamber is affected by the composition of the intake air present in the mixture formation region at the time of fuel injection or at the start of combustion.
  • the air-fuel mixture formed in the air-fuel mixture formation region of the combustion chamber is carried to the flame generation region of the combustion chamber by the fuel flow or the air-fuel mixture flow.
  • the flame generation region of the combustion chamber is generated by the mixture carried from the mixture formation region to the flame generation region, the intake air existing in the flame generation region before the start of combustion, and the combustion of fuel in the flame generation region.
  • fuel is burned in a mixed state.
  • the combustion state of the fuel in the combustion chamber is affected by the composition of the gas present in the flame generation area at the start of combustion.
  • a gas having a composition suitable for forming a desired air-fuel mixture is selected as a gas present in the air-fuel mixture formation region of the combustion chamber at the time of fuel injection or the start of combustion. If a gas having a composition suitable for generating a desired combustion state is selected as the gas present in the flame generation region, the combustion state of the fuel in the combustion chamber can be controlled as desired.
  • the combustion state of the fuel in the combustion chamber can be controlled by stratifying the intake air of the combustion chamber into the mixture formation region and the flame generation region.
  • the flame start position where large-scale high-temperature flame starts at the front end of the fuel flow is defined as the spray split distance from the injection port of the fuel injection valve to the fuel split start position.
  • the position is about 1 to 1.5 times the spray separation from the valve orifice.
  • the spray split distance 15 ⁇ 8 (fuel density / air density) 1/2 ⁇ (fuel injection valve orifice diameter).
  • the fuel injection valve has a large number of injection ports located in the center of the ceiling of the combustion chamber facing the top surface of the piston, and the number of injection directions is large and radial. It tilts to the top side and heads toward the periphery of the cavity in the center of the piston top near the end of the compression stroke.
  • the flame generation area of the combustion chamber is an area that is about 1 to 1.5 times or more the spray split distance from the position of the fuel injection valve orifice in the combustion chamber in each fuel injection direction. It is almost symmetrical.
  • the air-fuel mixture formation region is a region within about 1 to 1.5 times the split distance between the injection port of the combustion chamber and the fuel injection valve in each fuel injection direction, and is almost symmetrical with respect to the center axis of the combustion chamber. Become.
  • a plurality of intake swirl flows in the same direction are formed in the combustion chamber by a plurality of intake ports, and the fuel is injected directly into the combustion chamber from the center of the ceiling to the periphery of the cavity at the center of the top of the piston.
  • the intake air will be stratified as follows: be able to.
  • the combustion chamber 1 In the vicinity of the end of the compression stroke in which fuel starts to burn, as shown in FIG. 1, the combustion chamber 1 is located in a region within a roughly flat hemisphere 13 centered on the center position of the ceiling surface where fuel is injected. Means that the first intake 11 mainly exists, and the second intake 12 mainly exists outside the region. At the start of fuel combustion, inside and outside of the approximate hemisphere or roughly flat hemisphere centered on the fuel injection position of the combustion chamber. Intakes 1 1 and 1 2 with different compositions are formed into eyebrows become.
  • No recirculation exhaust gas is mixed in the first intake 11 and recirculation exhaust is mixed in the second intake 12.
  • the combustion chamber 1 has intake or recirculation in which the recirculated exhaust gas is not mixed into the area inside and outside the roughly hemispherical surface or roughly flat hemispherical surface 13 around the fuel injection position.
  • the intake air having a low exhaust gas concentration and the intake air containing the recirculated exhaust gas or the intake air having a high return exhaust gas concentration are stratified.
  • the combustion chamber 1 at the start of fuel combustion will have a substantially hemispherical or In the inner and outer regions of the substantially flat hemisphere 13, fuel-mixed intake or fuel-rich intake, and fuel-free intake or fuel-intake low-intake are formed. Will be.
  • the stratification degree of the combustion chamber 1 is changed.
  • the ratio of the specific component concentration outside the roughly flat hemisphere 13 to the specific component concentration inside the roughly flat hemisphere 13 and the degree of stratification decrease.
  • the combustion chamber is located at the squish area and the periphery of the cavity as illustrated in Figs. 11 (a) and 12 (a).
  • a high temperature region occurs in which the fuel flow injected from the fuel injector burns.
  • N Ox element oxide
  • the oxygen-deficient combustion region on the rich side of the stoichiometric air-fuel ratio that is, the fuel injection valve Soot is generated at the tip of the fuel flow injected from the fuel flow or at the valley of the cavity.
  • the fuel injection valve Soot To suppress the generation of soot, supply oxygen to the fuel flow tip that burns in an element-deficient state. It is effective to eliminate the lack of oxygen at the front end of the fuel flow.
  • fresh air is distributed around the base of the fuel flow injected from the fuel injection valve without distributing the recirculated exhaust gas.
  • the combustion chamber is filled with intake air with no recirculated exhaust gas or with low recirculated exhaust gas concentration in the mixture formation region including the base side of the fuel flow injected from the fuel injection valve. If the intake air containing the recirculated exhaust gas or the intake air with the high recirculated exhaust gas concentration is placed in the flame generation area outside of the flame, both NOx and the amount of the exhaust gas can be reduced.
  • the stratification pattern of the combustion chamber is reversed to make a reverse stratification pattern.
  • the intake air containing recirculated exhaust gas or the intake air with a high recirculated exhaust gas concentration, and the outer peripheral portion of the intake air or recirculated exhaust gas containing no recirculated exhaust gas. Place a thin intake. Then, outside the cavity of the combustion chamber and in the squish area, the oxygen concentration increases, soot production is suppressed, and at the same time, soot oxidation is promoted and soot decreases. However, at this time, the oxygen concentration is controlled so as not to increase to the NOx generation value, and the NOx is prevented from increasing.
  • the recirculation exhaust gas concentration outside the roughly hemispherical or roughly flat hemispherical surface is reduced, and the roughly hemispherical or roughly flat hemispherical surface is reduced. And reduce NOx over a wide area.
  • ⁇ ⁇ the approximate hemisphere or ⁇ the approximate semi-spherical hemisphere is enlarged by increasing the recirculation exhaust gas concentration outside the approximate hemisphere or the approximate ⁇ flat hemisphere to increase the portability.
  • N Ox and the cost can be further reduced.
  • the combustion chamber has the characteristic that both the temperature at the center and the temperature at the periphery are higher when the load on the internal combustion engine is high and when it is low. At the time of high load.
  • the fuel mixing ratio of the intake air located at the periphery of the combustion chamber with respect to the fuel mixing ratio of the intake air located at the center of the combustion chamber including the center of the ceiling at the start of combustion Decrease the ratio of Then, the fuel concentration in the center of the combustion chamber becomes low, preventing the combustion temperature from becoming excessively high and suppressing the increase in NOx. Also, the fuel concentration in the periphery of the combustion chamber increases, but the temperature is high, so that HC does not increase, but rather the ratio of fuel to acid increases, which has the effect of effectively utilizing oxygen.
  • the ratio of the fuel concentration of the intake air located at the periphery of the combustion chamber to the fuel concentration of the intake air located at the center of the combustion chamber, including the center, at the start of combustion is determined.
  • harmful substances in exhaust gas can be further reduced.
  • An intake stratification method in which intake air with different compositions is placed in the center and periphery including the fuel injection position in the combustion chamber.
  • “Intakes with different compositions” include “Intake J with different concentrations of specific components such as recirculated exhaust gas and fuel,
  • the stratification pattern of the combustion chamber is changed to a positive eyebrow pattern in which the concentration of the specific component of intake air is lower at the center than at the periphery, and at the center, from the periphery.
  • the pattern is changed to an inverted eyebrow pattern in which the concentration of the specific component of inhalation increases, or to a uniform pattern in which the concentration of the specific component of inhalation is equal between the above-mentioned central portion and the above peripheral portion.
  • the stratification degree of the combustion chamber and the ratio of the concentration of the specific component of the intake air in the peripheral portion to the concentration of the specific component of the intake air in the central portion are changed according to the operation conditions of the internal combustion engine. 4)
  • a plurality of intake swirl flows in the same direction are formed in the combustion chamber at the plurality of intake ports, and the fuel is supplied to the combustion chamber from the center of the ceiling facing the top of the piston to the center of the cavity at the center of the piston top.
  • a swirl flow of the first intake air along the peripheral wall is formed at the upper part of the combustion chamber, and the second intake air flow along the peripheral wall is formed at the lower part of the combustion chamber.
  • a swirl flow is formed, and a state in which the swirl flow of the first intake and the swirl flow of the second intake are arranged in the combustion chamber is continued until the middle of the compression stroke,
  • the first intake air is supplied to the area inside the approximate hemisphere or the approximately flat hemisphere centered on the fuel injection position ⁇ of the combustion chamber, and the second intake air is supplied to the outer area.
  • Intake stratification system mainly configured
  • the above-mentioned roughly hemispherical surface or roughly flattened hemispherical surface is separated from the fuel injection position of the combustion chamber by about 1 to 1.5 times the spray split distance in the fuel injection direction.
  • the combustion chamber mixes intake air with no recirculated exhaust gas or intake air with low recirculated exhaust gas concentration and recirculated exhaust gas into the central and peripheral areas including the fuel injection position ⁇ .
  • the intake air or the intake air with a high recirculation exhaust gas concentration is arranged.
  • the combustion chamber arranges the intake air containing the recirculated exhaust gas or the intake air with the high recirculated exhaust gas concentration at the center at the start of fuel combustion near the end of the compression stroke.
  • the feature is that intake air with no recirculated exhaust gas or intake air with low recirculated exhaust gas concentration is arranged in the peripheral area.
  • the ratio of the concentration of the recirculated exhaust gas in the peripheral portion to the concentration of the recirculated exhaust gas in the central portion is changed according to the operating conditions.
  • the combustion chamber has a central part including the central part of the tempura bowl, and a squish area in the periphery. Near the inner wall of the cavity, there is intake air with fuel or intake air with high fuel concentration, and fuel is mixed. A configuration is adopted in which no intake air or intake air with low fuel concentration is arranged.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a direct-period internal combustion engine employing an intake stratification device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view of a combustion chamber in the middle of an intake stroke in the internal combustion engine.
  • Figure 3 is a schematic plan view of the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of a combustion chamber at the end of an intake stroke in the internal combustion engine.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of a combustion chamber in the middle of the compression stroke in the internal combustion engine.
  • 6 (a), 6 (b) and 6 (c) are schematic longitudinal sectional views of a combustion chamber near the end of a compression stroke in the internal combustion engine, showing a flow state of intake air.
  • Figs. 7 (a) and 7 (b) are schematic vertical cross-sectional views of the combustion chamber at the end of the compression stroke in an internal combustion engine, showing the flow state of intake air.
  • FIGS. 8 (a) and (b) are diagrams showing an air stratification state at the end of the compression stroke of the simulation example in the first example of the embodiment.
  • Figure 9 shows the intake valve lift diagram of a direct injection internal combustion engine equipped with an intake stratification device in the second example.
  • FIG. 10 shows the combustion of the direct injection type internal combustion engine equipped with the intake stratification device in the third example.
  • FIGS. 11 (a), (b), (c) and (d) are diagrams showing the distribution of the temperature, fuel vapor, NO and soot at 10 '° AT DC in the simulation example of the fifth example.
  • Figures 12 (a) (b) (c) (d) are similar to Figure 11 (a) (b) (c) (d).
  • FIG. 13 is a schematic diagram of an intake passage portion of a direct injection internal combustion engine in an eighth example.
  • Fig. 14 is an operation map of the internal combustion engine.
  • FIG. 15 is a schematic perspective view of the internal combustion engine in the tenth example in the middle of the compression stroke.
  • Fig. 16 is a schematic longitudinal sectional view of a second prior art premixed internal combustion engine. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the direct-injection compression ignition internal combustion engine equipped with the intake stratification device of this example is shown in Fig. 1.
  • a large number of injection ports of the fuel injection valve 2 are arranged in the center of the ceiling surface of the combustion chamber 1, and the combustion chamber
  • Two intake ports 3 and 4 and intake valves 5 and 6 are provided on one side of the ceiling surface of 1, and two exhaust ports 7 and exhaust valves 8 are provided on the other side.
  • a cavity 9 having a central axis symmetrical shape is formed concentrically.
  • the cavity 9 has a peak 10 at the center of the bottom surface, and the periphery of the peak 10 is a valley.
  • the fuel injection valve 2 injects fuel from a large number of nozzles in the radial direction toward the periphery of the capite 9 near the end of the compression stroke.
  • the two intake ports 3 and 4 form a swirl flow 11 1 and 12 of the intake air in the same direction in the combustion unit 1.
  • the suction port 3 on the downstream side of the swirl flow has a helicopter port shape as shown in Figs. 2 and 3.
  • the intake air flows out almost along the ceiling surface of the combustion chamber 1 and the combustion chamber 1
  • a strong swirl flow 11 of the first intake air is formed along the peripheral wall at the upper part on the ceiling side of the airbag.
  • the intake port 4 on the upstream side has a tangential port shape.In order to avoid collision with the swirl flow 11 of the first intake, the intake air flows obliquely downward, and the lower part of the combustion chamber 1 on the top side of the piston. Then, a swirl flow 12 of the second intake air is formed along the peripheral wall.
  • the combustion chamber 1 The swirl flow 1 1 of the first intake and the swirl flow 1 2 of the second intake along the peripheral wall are formed at the end of the intake stroke, as shown in Fig. 4. Then, the swirl flow 11 of the first intake and the swirl flow 12 of the second intake are stratified up and down. At the end of the intake stroke. Since the last part of the second intake 1 2 that last flowed in from the intake port 4 on the upstream side exists above the combustion chamber 1, the first intake 1 1 1 and the second intake 1 2 The boundary surface 13 is not a plane parallel to the piston top surface, but an inclined uneven curved surface.
  • the first intake air 11 and the second P air 1.2 which differ in the composition of the combustion chamber 1, mix with each other over time so that components contained only in one intake air are also included in the other intake air. Since the concentration of the component continuously changes, a surface where the concentration of the component is substantially an intermediate value is defined as a boundary surface 13 between the first intake 11 and the second intake 12.
  • the swirl flow on the periphery of the top of the biston is carried by the squish flow into the cavity 9 in the center of the top of the biston, and the swirl due to the diameter reduction Due to the centrifugal force due to the increase in the directional speed, the water does not flow toward the center of the cavity 9 but flows along the peripheral wall of the cavity 9 and then toward the bottom surface of the cavity 9.
  • the interior of the cavity 9 changes from a state in which the second intake 12 at the bottom of the combustion chamber 1 is filled to a state at the center area, where One intake 11 flows in, leaving a second intake 12 only in the peripheral and bottom regions.
  • the first intake 11 mainly exists in the area inside 13
  • the second intake 12 mainly exists in the area outside 13.
  • the combustion chamber 1 has the intake air 11.1.2 in the inner area and the outer area in the outer area of the substantially flat flat hemisphere 13.
  • the above roughly flat semi-spherical surface 13 has a radius in the fuel injection direction of 1 to 1 of the spray split distance.
  • the intake air 1 1 and 1 2 are stratified in the air-fuel mixture formation region and the flame generation region of the combustion chamber 1.
  • the first intake 11 is composed of the mountain 10 of the cavity 9 and the peripheral wall.
  • a toroidal flow descending in the middle of the chamber 9 displaces the second intake 12 existing in the middle to the peripheral area and the bottom area of the cavity 9, and a roughly flat hemisphere centered on the fuel injection position of the combustion chamber 1.
  • the intake air 1 1 and 1 2 are stratified inside and outside 13.
  • the intake stratification device of the present example includes the combustion chamber 1 and the suction chamber that determine the flow characteristics of the squish flow ⁇ swirl flow of the intake air 11 and 12 so that the intake air 11 and 12 are stratified in this way.
  • Ports 3 and 4 are selected and shaped. With these shapes, the degree of stratification of the intake air 11, 12 and the shape and dimensions of the boundary surface 13 can be controlled.
  • Examples of the above shapes include the shape of the cavity 9 of the combustion chamber 1, the distance between the periphery of the piston top surface and the periphery of the ceiling surface, and the amount of dent on the lower surface of the intake valves 5, 6 from the ceiling. Simulation experiment example
  • the first intake 11 flowing into the combustion chamber 1 from the downstream intake port 3 is made 100% fresh air, and the first intake 11 flowing into the combustion chamber 1 from the intake port 4 on the upstream side.
  • the distribution of the recirculated exhaust gas concentration in the combustion chamber 1 at the end of the compression stroke was calculated by numerical calculation when the intake air 12 was 50% fresh air and 50% recirculated exhaust gas.
  • Fig. 8 (b) shows the central longitudinal section of the combustion chamber 1 passing between the downstream and upstream intake ports 3 and 4, and Fig. 8 (a) shows the recirculated exhaust gas concentration at the central longitudinal section perpendicular to the central longitudinal section. The distribution of the EGR ratio is shown by lightness.
  • the contour surface of the recirculated exhaust gas concentration distribution of the combustion chamber 1 appears in a substantially flat hemispherical shape centered on the fuel injection position, and approaches the fuel injection position.
  • the concentration of the recirculated exhaust gas becomes thinner according to.
  • the distribution of the recirculated exhaust gas concentration is almost axisymmetric PC
  • the intake air of the combustion chamber 1 indicates that the intake air 11 and the intake air 12 are formed inside and outside a substantially flat hemisphere centered on the fuel injection position.
  • the intake eyebrow forming apparatus of this example is different from that of the first example in that the opening periods of the intake valves 5 and 6 are shifted between the intake ports 3 and 4 on the downstream side and the upstream side in order to increase the degree of intake stratification.
  • the intake valve 5 is opened late and closed late.
  • the intake valve 6 is opened early and closed early.
  • the first intake 11 and the second intake 12 are compared with the first example in which the opening periods of the intake valves 5 and 6 match at the downstream and upstream intake ports 3 and 4.
  • the degree of stratification in the vertical direction increases, and the degree of stratification of intake air 11 and 12 inside and outside the roughly flat hemisphere 13 centered on the fuel injection position increases at the end of the compression stroke.
  • the intake stratification device of this example is different from that of the first example in that the second intake air 12 flows into the combustion chamber 1 only from one side of the intake port 4 on the upstream side in order to increase the degree of intake air stratification.
  • the intake air flows obliquely downward and slightly hits the peripheral wall of the combustion chamber 1 to form a swirl flow along the peripheral wall below the combustion chamber 1.
  • the intake air flowing out of the combustion chamber 1 peripheral wall side is shorter than the intake air flowing out of the combustion chamber 1 center wall until it collides with the peripheral wall of the combustion chamber 1 and flows into the lower part of the combustion chamber 1 Easy to do.
  • the intake port 4 on the upstream side is, as shown in FIG.
  • the partition wall 21 is divided into two parts on the central and central sides, and the second intake 12 having a low S degree of a specific component such as recirculated exhaust gas flows through the peripheral side of the combustion chamber 1 of the intake port 4.
  • the second intake air 12 flows into the lower part of the combustion chamber 1 from the intake port 4 side of the combustion chamber 1 peripheral wall.
  • the first intake 11 flows through the center of the combustion chamber 1 of the intake port 4 in the same manner as the intake port 3 on the upstream side.
  • the first intake 11 burns from the center of the combustion chamber 1 of the intake port 4. Flow into room I.
  • the second intake air 12 flowing into the combustion chamber 1 from the portion of the peripheral wall of the combustion chamber 1 of the intake port 4 has a narrow airflow, and is difficult to mix with the first intake air 11.
  • the first intake 11 and the second intake 12 rise and fall compared to the first example in which the second intake 12 flows into the combustion chamber 1 from the entire intake port 4 on the upstream side.
  • the degree of stratification increases, and at the end of the compression stroke, the degree of stratification of the intake air 11 and 12 inside and outside the roughly flat hemisphere 13 centered on the fuel injection position increases.
  • the intake stratification device of this example is different from that of the first example in that a subport through which intake air is easily introduced is provided at a lower portion or an upper portion of the combustion chamber 1 in order to increase the degree of intake stratification.
  • an auxiliary intake port similar to that on the peripheral wall side of the combustion chamber 1 of the intake port 4 where intake air easily flows into the lower part of the combustion chamber 1 in the lower part of the combustion chamber 1 is provided.
  • the second intake 1 2 with a large air flow is introduced.
  • the direct injection compression ignition internal combustion engine of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, except that it is provided with an exhaust gas recirculation device. Part of the exhaust gas passing through the exhaust port 7 enters the second intake 12 passing through the intake port 4 on the upstream side. The recirculated exhaust gas is not mixed into the first intake air 11 passing through the downstream intake port 3.
  • the combustion chamber 1 has a schematic shape centered on the center of the ceiling surface where fuel is injected.
  • the first intake air 11 mainly exists in the inward area of the flat hemisphere 13
  • the second air intake 12 mainly exists in the area outside the inward area.
  • Combustion chamber 1 has a roughly flat hemispherical surface. 13 Intake air with a low degree of recirculation exhaust port 1 in the area inside 3 and recirculation in the outside area. Suction intake 1 2 of exhaust concentration is arranged.
  • the squish area of the combustion chamber 1 and the flame generation area including the vicinity of the cavity are provided with the intake air port 12 with the recirculated exhaust gas concentration, so the combustion temperature decreases and NOx is generated. Decrease.
  • the intake air 11 with a low recirculated exhaust gas concentration is arranged, and the intake air 11 with a high oxygen concentration is supplied to the front end of the fuel flow by the fuel flow and burned. Oxygen deficiency at the fuel flow tip or cavity 9 is reduced and soot generation is reduced.
  • NO is generated in the lean region near the stoichiometric air-fuel ratio, as shown in Figs. 11 (b) and (c) and Figs. 12 (b) and (c). It can be seen that in the flame generation area including the squish area of the combustion chamber and the periphery of the cavity, if intake air with a recirculated exhaust gas concentration is distributed during the combustion period, the combustion temperature decreases and the generation of NO decreases. .
  • the oxygen-deficient combustion region on the rich side of the stoichiometric air-fuel ratio that is, injection from the fuel injection valve A strike occurs at the tip of the injected fuel stream or at the valley of the cavity.
  • start burning At times, when intake air having a low recirculation exhaust gas concentration is distributed to the air-fuel mixture formation region including the base portion of the fuel flow, the intake air is carried to the front end of the fuel flow by the fuel flow or the air-fuel mixture, and the front end of the fuel flow is produced.
  • the lack of oxygen in the cavity valley is reduced and the occurrence of soot is reduced.
  • control is performed so that the oxygen concentration does not rise to the N Ox generation value to prevent NOx from increasing.
  • the intake air at the downstream and upstream intake ports 3.4 is increased in the same manner as in the second embodiment in order to increase the degree of eyebrows of the intake air mixed with the recirculated exhaust gas. Stagger the opening periods of valves 5 and 6.
  • the second intake air was supplied only from one side of the upstream intake port 4 as in the third example. 1 2 flows into the combustion chamber 1.
  • the internal combustion engine of the present example is different from that of the first example in that an exhaust gas recirculation device is provided, and the stratification pattern and the degree of stratification of the intake air of the combustion unit 1 are changed according to the operating conditions of the internal combustion engine.
  • the first intake passage 23 connected to the intake port 3 on the downstream side of the swirl flow is connected to the first intake passage 23 via the first flow control valve 24 as shown in FIG.
  • a second exhaust gas recirculation passage 28 is connected via a second flow control valve 27.
  • a device 29 is provided for controlling the opening of the first flow control valve 24 and the opening of the second flow control valve 27 according to operating conditions.
  • the opening of the first flow control valve 24 and the opening of the second flow control valve 27 are controlled in accordance with the operating conditions of the internal combustion engine, respectively.
  • Mixing into the first intake air passing through the downstream intake port 3 The amount of recirculated exhaust gas and the amount of recirculated exhaust gas mixed into the second intake air passing through the intake port 4 on the upstream side are respectively increased and decreased, and the stratification pattern of the combustion chamber 1 is changed.
  • a positive stratified pattern in which the recirculation exhaust gas concentration is lower in the region inside the roughly flat hemispherical surface 13 of the combustion chamber 1 than in the region outside the same.
  • a reverse stratified pattern in which the recirculation exhaust gas concentration is higher in the region inside the roughly flat hemispherical surface 13 of the combustion chamber 1 than in the region outside the same. Furthermore, a homogeneous pattern is obtained in which the recirculation exhaust gas concentration is equal in the region inside the substantially flat hemispherical surface 13 of the combustion chamber 1 and in the region outside thereof.
  • the normal stratification pattern, reverse stratification pattern and homogeneous pattern can be switched as shown on the operation map in Fig.14.
  • the stratification pattern of the combustion chamber 1 is a positive stratification pattern. If the load or rotation speed increases, a uniform pattern is obtained. When the load or rotation speed further increases, a reverse stratification pattern is formed.
  • the degree of stratification of the combustion chamber 1 is changed.
  • the ratio of the return exhaust gas port and the stratification of the area around the bottom of the cavity outside the roughly flat hemisphere 13 will increase or decrease.
  • the internal combustion engine of this example is of a premix type.
  • fuel is injected at a pre-injection injection timing in an intake stroke.
  • the fuel injection valve 2 A part or all of the amount of fuel, ie, the premixing fuel, is injected from a number of nozzles in a radial direction toward the swirl flow 11 of the first intake air. Fuel spray is mixed into the swirl flow 11 of the first intake.
  • the swirl flow 12 of the second intake hardly contains fuel spray.
  • the combustion chamber 1 Near the end of the compression stroke, the combustion chamber 1 is located at the fuel injection position on the ceiling surface, the first intake 11 mainly exists in the area inside the center 13 including the center, and the area outside the first intake 11 Mainly has a second intake 1 2.
  • the combustion chamber 1 At the start of fuel combustion, the combustion chamber 1 is located in the central part 13 with a symmetrical central axis.
  • the intake air 1 2 with a low fuel mixing ratio is arranged in the air.
  • the squish area around the combustion chamber 1 and the inner wall surface of the cavity 9 have a low fuel concentration. Flame quenching is less likely to occur near the squish area and the inner wall of the cavity 9. Further, the fuel is concentrated and burns in the central portion 13 of the combustion chamber 1 where the fuel concentration is high, and the combustion temperature increases in the central portion 13 of the combustion chamber 1 and the combustion rate increases. As a result, the effect of reducing HC, SOF and white smoke in exhaust gas is enhanced.
  • part or all of the fuel required for the load at that time is premixed and combusted, so that the output torque at full load increases, while NOx and smoke in the exhaust gas decrease.
  • the internal combustion engine of this example differs from that of the ninth example in that a normal fuel injection valve 2 is provided at the center of the ceiling surface of the combustion chamber 1 as shown in FIG. 15, while an intake port 3 downstream of the swirl is provided in advance.
  • a fuel injection valve 20 for mixing is provided.
  • the child mixing fuel injection valve 20 supplies a part of the amount of fuel required for the load to the first intake passing through the downstream intake port 3 for premixing. Inject fuel. Fuel is mixed into the swirl flow 11 of the first intake air in the combustion chamber 1 that has passed through the intake port 3 on the downstream side. Fuel passing through the upstream intake port 4 Fuel is hardly mixed in the swirl flow 12 of the second intake in the firing chamber 1.
  • the intake 11 with a high fuel mixing ratio is located in the central portion 13 of the combustion chamber 1 with the central axis symmetrical shape.
  • the intake air 1 2 having a low fuel mixing rate is arranged near the wall surface.
  • the normal injection fuel injection valve 2 supplies the remaining amount of fuel to the intake 11 having a high fuel mixing rate located in the central portion 13 of the combustion chamber 1. Inject.
  • the degree of stratification of intake air with high fuel concentration and intake air with low fuel concentration increases in the central part 13 of the combustion chamber 1, the squish area in the peripheral part, and the inner wall surface of the cavity 9. .
  • the effect of preventing extinction occurring near the squish area of the combustion chamber 1 and the inner wall surface of the cavity 9 is enhanced.
  • the effect of reducing HC and S ⁇ F in the exhaust gas and white smoke in the cold is enhanced.
  • the number of premixing fuel injection valves 20 is one per combustion chamber 1. Does not require multiple books. In a multi-cylinder engine having a plurality of combustion chambers 1, one premixing fuel injection valve 20 may be provided in a common intake passage communicating with the intake port 3 of each combustion chamber 1.
  • the internal combustion engine of this example is the same as that of the ninth example, except that the fuel injection valve 2 provided at the center of the ceiling surface of the combustion chamber 1 is capable of changing the spray characteristics such as the injection direction, the injection angle, and the AA force.
  • the variable fuel injection valve 2 starts combustion of a part of the fuel required for the load at that time, premix fuel, at a premix injection timing of 30 ° BTDC before the intake stroke or compression stroke.
  • the first intake swirl flow 11, which is sometimes mainly located in the central portion 13 of the combustion chamber 1, is sprayed with spray characteristics suitable for mixing most of the fuel spray only into the swirl flow 11. I do.
  • the remainder of the required amount of fuel is sprayed at a normal injection timing near the end of the compression stroke with spray characteristics suitable for normal injection.
  • high-fuel-concentration intake and low-fuel-intake intake are stratified in the central part 13 of the combustion chamber 1 that is symmetrical with the central axis, and in the peripheral area of the squish area and cavity 9 near the inner wall.
  • the degree increases.
  • the effect of preventing extinction occurring near the squish area of the combustion chamber 1 and the inner wall surface of the cavity 9 is enhanced.
  • Other points are the same as in the ninth example.
  • the premixing injection is divided into multiple injections to reduce the injection amount and penetration force per injection, and to adjust the injection direction and spray angle for each injection.
  • the premix fuel may be configured to increase the effect of mixing only into a specific intake swirl flow.
  • the internal combustion engine of this example is the same as that of the ninth example.
  • the intake air at the downstream and upstream intake ports 3 and 4 is the same as in the second example. Stagger the opening periods of valves 5 and 6.
  • the first intake 11 and the second intake 1 2 are different from the case of the ninth example in which the opening periods of the intake valves 5 and 6 are the same at the downstream and upstream intake ports 3 and 4.
  • the opening periods of the intake valves 5 and 6 are the same at the downstream and upstream intake ports 3 and 4.
  • a variable valve timing device will be provided.
  • the opening timing and closing timing of the intake valve 5 at the downstream intake port 3 and the opening timing and closing timing of the intake valve 6 at the upstream intake port 4 are changed according to the operating conditions of the internal combustion engine.
  • the ratio of the fuel concentration of the intake air arranged outside to the fuel concentration of the intake air arranged inside the central portion 13 of the combustion chamber 1 is changed depending on the operating conditions.
  • a variable device for swirl strength will be provided.
  • the strength of the first intake swirl flow 11 and the strength of the second intake swirl flow 12 are changed depending on the operating conditions of the internal combustion engine. At the start of combustion, the ratio of the fuel S degree of the intake air disposed outside to the fuel concentration of the intake air disposed inside the central portion 13 of the combustion chamber 1 is changed depending on the operating conditions.
  • the direct injection type internal combustion engine of the present invention is used as a power source for automobiles, aircraft, ships, and the like.

Description

明 細 書
直接噴射式内燃機関 技術分野
本発明は、 燃料を燃焼室に噴射する直接噴射式内燃機関において. 燃焼室の吸 気を成層化する技術に関する。 背景技術
第 1従来技術 （日本特開平 1 1一 1 4 8 4 2 9号公報）
排気還流装置を備えた直接噴射式圧縮着火内燃機関 おいて， 排気中の有害物 質を低減するため、 燃焼室の吸気を成層化する技術が提案された。
燃焼室は，同一方向のスワール流を同心状に形成する: 2個の吸気ポ一トを設け、 スワール流の上流側の吸気ポートでは、 燃焼室の中心部に小径のスワール流を、 下流側の吸気ポートでは、 燃焼室の周辺部に大径のスワール流を形成する。
上流側の吸気ポートを通過する吸気には還流排気を混入し， 下流側の吸気ポー トを通過する吸気には還流排気を混入せず， 燃焼室中' (1、部の円柱状領域には、 還 流排気を混入した吸気を、 燃焼室周辺部の円澴状領域には， 還流排気を混入しな い吸気を配置する。
ところ力、 この技術においては、 燃焼室に小径のスワール流と大径のスワール 流を内外に形成するとしているが、 スワール流は、 径を拡大させる遠心力がある ので、 小径のスワール流は、 遠心力によって外側に拡太し、 燃焼室の周壁によつ て径が拡大しない大径のスワール流と衝突して混合することになる。 従って. 燃 焼室の中心部の円柱状領域と周辺部の円環状領域に， ίί流排気を混入した吸気と 混入しない吸気を配置することは困難である。
また、 吸気行程において、 燃焼室に小径と大径のスワール流が内外に形成され たとしても. 次の圧縮行程には、 ピストン頂面の周辺部上、 スキッシュエリアの 吸気がビストン頂面の中央部のキヤビティに流入する ^キッシュ流が発生するの で、 燃焼窒周辺部の大径のスワール流は、 スキッシュ流によって燃焼室中心側に 運ばれ、 燃焼室中心部の小径のスワール流と衝突して^合することになる。 従つ て、 吸気行程において形成した吸気の円柱状と円環伏の内外の成層状態を圧縮行 程の終期近傍まで維持することは困難である，
結局、 燃料が燃焼室に噴 IIされて燃焼を開始する圧縮行程の終期近傍の時点で は， 還流排気を混入した吸気と混入しない吸気、 又は、 還流排気濃度の濃い吸気 と薄い吸気、 即ち、 組成の異なる吸気が燃焼室の中心部の円柱状領域と周辺部の 円環状領域に配置されているものとは認められない。 排気中の有害物質が低減す るのか不明である。
燃焼室の吸気が燃料の燃焼開始時に所望の状態に成層化されていなけれぱ、 燃 焼室における燃料の燃焼を所望の通りに制御することができない。
第 2従来技術 （図 1 6 )
予混合式の直接噴射式圧縮着火内燃機関において、 燃焼室 1に， 天井面の中心 部に通常の燃料噴射弁 2を設ける一方、 天井面の周辺部の複数箇所に、 それぞれ， 天井面に沿う方向からビストン頂面側に少し傾斜した方向に噴射する予混合用の 燃料噴射弁 3 1を設けている。 複数の予混合用燃料噴射弁 3 1から、 所要量の燃 料の一部を吸気行程又は圧縮行程の 3 0 ° B T D C以前の予混合用噴射時期に噴 射し、 通常の燃料噴射弁 2から、 所要量の燃料の残部を圧縮行程の終期近傍の通 常噴射時期に噴射する。
この技術においては、 予混合用燃料噴射弁 3 1から予混合用時期に噴射される 燃料が燃焼室 1のキヤビティ内壁面に付着する量が減少し、 キヤビティ内壁面近 傍での消炎による H C (炭化水素）、 S〇F (可溶性有機物） や白煙などの生成が 減少する。
ところが， 予混合用燃料が燃焼室のキヤビティ内壁面に付着することに起因す る H Cなどの生成が減少するが、 燃料が燃焼室のスキッシュエリアに分布するこ とに起因する H Cなどの生成は、 減少しない， 排気中の H Cなどの低減効果が高 くない。
また、 燃焼室の天井面中心部に設ける通常の燃料噴射弁とは別に、 天井面の周 辺部に設ける予混合用燃料噴射弁を複数必要とする。 構造が複雑になる。
第 3従来技術 （日本特許第 2 9 0 6 9 3 2号公報）
希薄燃焼式の火花点火内燃機関において、 吸気行程に、 複数の吸気ポートで燃 焼室に 2本又は 3本の同一方向の吸気タンブル流を左右又は左右中央に形成し、 燃焼室天井面の点火栓を通過する吸気タンブル流を形成する吸気ポートにのみ燃 料を噴射する。
この技術においては、 燃料が混入した吸気タンブル流は、 燃焼室のスキッシュ エリアの全域を通過せず、 一部分のみを通過し， 燃焼室のスキッシュエリアに分 布する燃料が減少し， スキッシュエリアでの消炎による H Cなどの生成が減少す る。
ところが、 燃料が混入していない吸気タンブル流が通過する燃焼室のスキッシ ユエリア部分には、 燃料が分布しないが、 燃料が混入した吸気タンブル流が通過 する燃焼室のスキッシュエリア部分には、 燃料が分布し、 燃焼室のスキッシュェ リアに分布する燃料の減少が十分ではない。 スキッシュエリァでの消炎による H Cなどの生成の低減効果が不十分である。 発明の開示
燃焼室の吸気の成眉化に関する研究
1 ) 直接噴射式圧縮着火内燃機関において， 燃焼室の吸気中に燃料噴射弁から 噴射された燃料流は， 根元側部分では、 その周囲の空気を燃料流内部に卷き込む と共に、 その周囲の空気を燃料流外周に連行し、 燃料流に随伴する空気流を誘起 する。
また、 燃焼室の吸気中に噴射された燃料流は、 高速で飛翔しながら、 分裂して 微粒化し. 蒸気になり、 蒸気になる先端側部分で燃焼して火炎を生ずる。 なお、 燃料流は、 先端側部分より根元側で燃焼して火炎を生ずる場合もあるが、 高温の 火炎が大規模に発生する部分は、 燃料流の先端側部分である。
燃焼室は、 燃料を噴射して燃焼している間、 燃料流の根元側に、 燃料と空気を 混合して混合気を形成する混合気形成領域が形成されると共に， 燃料流の先端側 に. 混合気が激しく燃焼して高温の火炎が大規模に発生する火炎発生領域が形成 される， 混合気形成領域と火炎発生領域に大別される。
燃焼室の混合気形成領域において形成される混合気の組成は， 燃料噴射時ない し燃焼開始時に、 混合気形成領域に存在する吸気の組成に影響される。 O 01/55567
4
また、 燃焼室の混合気形成領域で形成された混合気は、 燃料流ないし混合気流 によって燃焼室の火炎発生領域に運ばれる。 燃焼室の火炎発生領域は， 混合気形 成領域から火炎発生領域に運ばれた混合気と、 燃焼開始前から火炎発生領域に存 在した吸気、 及び、 火炎発生頜域で燃料の燃焼により発生した気体が存在するこ とになり， それらが混在した状態の中で燃料の燃焼が行われる。 燃焼室の燃料の 燃焼伏態は， 燃焼開始時に、 火炎発生領域に存在する気体の組成に影響される。 換言すると、 燃料噴射時ないし燃焼開始時に燃焼室の混合気形成領域に存在す る気体に、 所望の混合気を形成するのに適した組成の気体を選択すると共に、 燃 焼開始時に燃焼室の火炎発生領域に存在する気体に、 所望の燃焼状態を発生させ るのに適した組成の気体を選択すると、 燃焼室の燃料の燃焼状態を所望の通りに 制御することができる。
即ち、燃焼室の吸気を混合気形成領域と火炎発生領域に成層化することにより、 燃焼室の燃料の燃焼状態を制御することができる。
2 ) 燃料流の先端側部分において大規模な高温火炎の発生が始まる火炎発生開 始位置は， 燃料噴射弁の噴口から燃料流の分裂開始位置までの距離を噴霧分裂距 離とすると、 燃料噴射弁噴口位置から噴霧分裂 離の 1〜 1 . 5倍位離れた位置 になる。 なお、 噴霧分裂距離 = 1 5 · 8 (燃料密度ノ空気密度） 1 / 2 · (燃料噴射 弁噴口径） である。
また、 燃料噴射弁は、 ピストン頂面と対面する燃焼室天井面の中心部に多数の 噴口を配置し、 ¾射方向は、 多数であって放射方向であり、 燃焼室の半径方向か らピストン頂面側に傾斜し、 圧縮行程の終期近傍においてビストン頂面中央部の キヤビティの周辺部に向かう。
従って， 燃焼室の火炎発生領域は、 各燃料噴射方向には燃焼室の燃料噴射弁噴 口位置から噴霧分裂距離の約 1〜 1 . 5倍以上離れた領域になり. 燃焼室の中心 軸に対してほぼ対称になる。 混合気形成領域は、 各燃料噴射方向には燃焼室の 料噴射弁噴口位置から噴露分裂距離の約 1〜 1 . 5倍以内の領域になり、 燃焼室 の中心軸に対してほぼ対称になる。
これらのことから、 燃料が燃焼を関始する圧縮行程の終期近傍において、 燃料 が噴射される燃焼室の天井面中心部を中心とする概略半球面ないし概略^平半球 面の内側の領域と外側の領域に燃焼室の吸気を成層化することができると、 上記 の内側の領域と外側の領域にそれぞれ所望の組成の吸気を配置することにより、 燃料の燃焼状態を制御することができる。
3 ) 複数の吸気ポートで燃焼室に複数の同一方向の吸気スワール流を形成し， 燃料を燃焼室にその天井面の中心部からビストン頂面中央部のキヤビティの周辺 部に向けて噴射する直接噴射式圧縮着火内燃機関において、 燃焼室や吸気ポート の形状， 従って、 吸気のスキッシュ流ゃスワール流の流動特性を選択して吸気成 層化装置を構成すると、 吸気を次のように成層化することができる。
吸気行程において、 図 2に例示するように、 スワール流の下流側の吸気ポー卜 3では、 燃焼室 1の上部にその周壁に沿う第 1吸気 1 1のスワール流を、 上流側 の吸気ポート 4では、 燃焼室 1の下部にその周壁に沿う第 2吸気 1 2のスワール 流を形成する。 図 4と図 5に例示するように. 燃焼室 1において組成の Sなる第 1吸気 1 1のスワール流と第 2吸気 1 2のスワール流が上下に配置された状態は、 圧縮行程の中程まで継続される，
スキッシュ流が発生する圧縮行程の後半において、 ピストン頂面の周辺部上の スワール流は、 スキッシュ流によってビストン頂面の中央部のキヤビティ内に運 ばれ、 径の縮小に伴うスワール方向速度の増加による遠心力によって、 キヤビテ ィの中心に向かわず、 キヤビティの周壁に沿って流れ、 キヤビティの底面に向か う， キ ビティは、 スキッシュ流の発生前には、 全域に第 2吸気が存在するが、 ' スキッシュ流が発生すると、 図 6 ( a ) ( b ) ( c ) に時間経過順に例示するよう に、 中央領域に第 1吸気 1 1が流入し、 周辺領域と底部領域のみに第 2吸気 1 2 が存在することになる。
燃料が燃焼を開始する圧縮行程の終期近傍においては，図 1に例示するように、 燃焼室 1は、 燃料が噴射される天井面中心位置を中心とする概略扁平半球面 1 3 内の領域には， 第 1吸気 1 1が主に存在し， その外側の領域には， 第 2吸気 1 2 が主に存在することになる。 燃料の燃焼開始時に燃焼室の燃料噴射位置を中心と する概略半球面ないし概略扁平半球面の内側の領域と外側の領域に. 組成の異な る吸気 1 1 、 1 2が成眉化されることになる。
3 - 1 ) 第 1吸気 1 1には還流排気を混入せず、 第 2吸気 1 2に還流排気を混 入すると、 燃料の燃焼開始時に燃焼室 1は， 燃料噴射位置を中心とする概略半球 面ないし概略扁平半球面 1 3の内側の領域と外側の領域に、 還流排気が混入して いない吸気又は還流排気濃度が薄い吸気と、 還流排気が混入している吸気又は還 流排気濃度が濃い吸気が成層化されることになる。
逆に、 第 1吸気 1 1には燃料を混入し、第 2吸気 1 2には燃料を混入しないと、 燃料の燃焼開始時に燃焼室 1は、 燃料噴射位置を中心とする概略半球面ないし概 略扁平半球面 1 3の内側の領域と外側の領域に、 燃料が混入している吸気又は燃 料濃度が濃い吸気と、 燃料が混入していない吸気又は燃料濃度が薄い吸気が成眉 化されることになる。
3— 2 ) 第 1吸気 1 1と第 2吸気にそれぞれ還流排気や燃料のような特定成分 を混入し、 第 1吸気 1 1に混入する特定成分の量と、 第 2吸気に混入する特定成 分の量をそれぞれ増減すると、 燃焼室 1の成層パターンは、 変更される。 燃焼室 1の概略扁平半球面 1 3内の領域でその外側の領域より特定成分の濃度が低くな る正成眉パターンになる。 また、 燃焼室 1の概略扁平半球面 1 3内の領域でその 外側の領域より特定成分の濃度が高くなる逆成層パターンになる。 更に、 燃焼室 , 1の概略扁平半球面 1 3内の領域とその外側の領域で特定成分の濃度が等しくな る均質パターンになる。
また、 第 1吸気 1 1に混入する特定成分の量と、 第 2吸気に混入する特定成分 の量をそれぞれ増減すると、 燃焼室 1の成層度が変更される。 概略扁平半球面 1 3内の特定成分濃度に対する、 概略扁平半球面 1 3外の特定成分濃度の比、 成層 度が塘減する。
還流排気が混入した吸気の成眉化に関する研究
4 ) 本発明者の研究によると、 直接噴射式圧縮着火内燃機関において， 燃焼室 は. 図 1 1 ( a ) と図 1 2 ( a ) に例示するように、 スキッシュエリアとキヤビ ティ周辺部に、 燃料噴射弁から噴射された燃料流が燃焼する高温領域が生ずる。 その高温燃焼領域において， 図 1 1 ( b ) ( c ) と図 1 2 ( b ) ( c ) に例示す るように、 理論空燃比近傍のリーン側領域で N Ox (窆素酸化物） が生成する。 従 つて、 燃焼室のスキッシュエリアとキヤビティ周辺部に、 燃焼期間中に、 還流排 気を分布させると. 高温燃焼領域の酸素濃度、 燃焼温度が低下して、 N Ox の生 成が減少する。
また. 高温燃焼領域において、 図 1 1 ( b ) ( d ) と図 1 2 ( b ) ( d ) に例示 するように， 理論空燃比よりリッチ側の酸素不足燃焼領域、 即ち、 燃料噴射弁か ら噴射された燃料流の先端部ないしキヤビティの谷部でス一ト （すす〉 が生成す る。 スートの生成を抑制するには， ^素不足状態で燃焼する燃料流先端部に酸素 を供給し、燃料流先端部の酸素不足を解消することが有効である。燃焼期間中に、 燃料噴射弁から噴射される燃料流の根元側部分の周囲に， 還流排気を分布させず に、 新鮮空気を分布させると、 燃料流ないし混合気流によってその先端部に新鮮 空気が運ばれ、 酸素不足状態で燃焼する燃料流先端部ないしキヤビティ谷部に酸 素が供給され、 スートの生成が減少する。 だだし、 この時、 酸素濃度が N Ox 生 成値までには上昇しないように制御し、 ' Oxの増加を防止する。
結局， 燃焼室には、 燃焼開始時に、 燃料噴射弁から噴射される燃料流の.根元側 部分を含む混合気形成領域に、 還流排気が混入していない吸気又は還流排気濃度 が薄い吸気を、 その外側の火炎発生領域に， 還流排気が混入している吸気又は還 流排気濃度が濃い吸気を配置すると、 N Ox とス一卜の両者を低減することがで さる。
5 ) 内燃機関の負荷が多くて燃料の噴射終了時期が遅いとき， 又は， 内燃機闋 の回転数が^くて逆スキッシュ流が強いときには、 燃料は， 燃焼室のキヤビティ 外に流出する割合が高くなり， キヤビティ外で酸素不足伏態で燃焼し、 キヤビテ ィ内で酸素過剰状態で燃焼する。 すると、 キヤビティ外で主にスートが生成し、 キヤビティ内で主に NOxが生成する。
このようなときには、燃焼室の成層パターンを逆にし，逆成層パターンにする。 燃焼室の燃料 ¾射位置を含む中央部に、 還流排気が混入している吸気又は還流排 気濃度が濃い吸気を、 その外側の周辺部に， 還流排気が混入していない吸気又は 還流排気濃度が薄い吸気を配置する。 すると、 燃焼室のキヤビティ外、 スキッシ ユエリアでは、 酸素濃度が増加し、 スートの生成が抑制されると同時にスートの 酸化が促進されて. スートが減少する。 だだし、 この時、 酸素濃度が N Ox 生成 値までには上昇しないように制御し、 N Oxの増加を防ぐ。
内燃機関の運転条件に応じて. 燃焼室 1の成層パターンを変更すると， N Ox とス一トの低減効杲を高くすることができる。
6 ) 燃焼室の燃料噴射位置を中心とする概略半球面ないし概略扁平半球面の外 側の領域に、 還流排気が混入している吸気又は還流排気濃度が濃い吸気を配置す る場合、 還流排気の量を一定とすると， 概略半球面ないし概略扁平半球面外の還 流排気濃度が増加するに従って、 概略半球面ないし概略扁平半球面の半径が増加 する。
N Ox の生成領域が広くて概略半球面ないし概略扁平半球面の内側に及ぶとき には、 概略半球面ないし概略扁平半球面外の還流排気濃度を低下させて概略半球 面ないし概略^平半球面の半径を縮小し， 広い領域で N Oxを低減させる。 逆に、 N Ox の生成領域が狭いときには， 铵略半球面ないし概略覉平半球面外の還流排 気濃度を増加させて概略半球面ないし锼略^平半球面の半径を拡大し、 港度が濃 い還流排気で N Oxを低減させる。
このように、 N Ox 生成領域の広さに応じて. 即ち > 内燃機閱の運転条件に応 じて、 概略半球面ないし概略扁平半球面の内側又は外側の領域における還流排気 濃度を変化させると、 N Oxとス一トを一層低減することができる。
燃料が混入した吸気の成層化に関する研究
7 ) 第 2、 第 3従来技術の内燃機関において、' 排気中の H C， S〇Fや白煙な どの有害物質を低減する効杲が不十分である原因は、 冷却され易くて消炎が生じ 易い燃焼室のスキッシュエリアとキヤビティ内壁面近傍に燃料が分布することに 起因している。 そこで， 燃料の璣焼開始時に、 燃焼室の周辺部のスキッシュエリ ァとキヤビティ内壁面近傍に、 燃料が混入していない吸気又は燃料濃度が薄い吸 気を配置し、 燃焼室の中央部に. 燃料が混入している吸気又は燃料濃度が濃い吸 気を配置することが有効であることに気付いた。
このように吸気を成層化すると， 燃料の燃焼開始時に、 燃焼室のスキッシュェ リアとキヤビティ内壁面近傍に， 燃料が分布しない、 又は、 燃料分布量が減少す る。 消炎が生じ易い頜域に存在する '燃料が減少する。 更に， 燃料が燃焼室の中央 部に集中して燃焼することになり， 燃焼温度が高くなって燃料の未燃率が低下す る。 これらの結果、 排気中の H C；、 S◦ Fや白煙などの有害物質を低減する効果 が高くなる。 8 ) 内燃機関の負荷が多いときには， 少ないときに比較して、 燃焼室は、 中央 部の温度と周辺部の温度が共に高くなる特徴がある。 高負荷時には. 低負荷時に 比較して、 燃焼開始時に燃焼室の天井面中心部を含む中央部に配置される吸気の 燃料混入率に対する、 燃焼室の周辺部に配置される吸気の燃料混入率の比を^く する。 すると， 燃焼室の中央部は、 燃料濃度が低くなり、 燃焼温度が過度に高く なるのが防止されて N Ox の増加が抑制される。 また、 燃焼室の周辺部は、 燃料 濃度が高くなるが、 温度が高いので、 H Cが増加せず， むしろ酸^に対する燃料 の割合が増加して酸素を有効に利用する効果がある。
内燃機関の運転条件に応じて、 燃焼開始時に燃焼室の天井面中心部を含む中央 部に配置される吸気の燃料濃度に対する、 燃焼室の周辺部に配置される吸気の燃 料濃度の比を変化させると. 排気中の有害物質を一層低減することができる。 発明の要旨
燃焼室の吸気の成暦化
1 ) 燃料を燃焼室に噴射する直接噴射式内燃機関において.
圧縮行程終期近傍の燃料の燃焼開始時に. 燃焼室の燃料噴射位置を含む中心部 と周辺部に、 組成の異なる吸気を配置する吸気成層化方法。
「組成の異なる吸気」は、 「還流排気や燃料のような特定成分の濃度が異なる吸 気 J が例示される，
2 ) 上記の吸気成層化方法において、
上記の内燃機関の運転条件に応じて， 燃焼室の成層パターンを、 上記の中心部 で上記の周辺部より吸気の特定成分濃度が低くなる正成眉パターン、 上記の中心 部で上記の周辺部より吸気の特定成分濃度が高ぐなる逆成眉パターン、 又は， 上 記の中心部と上記の周辺部で吸気の特定成分濃度が等しくなる均質パターンに変 更する。
3 ) 上記の吸気成眉化方法において、
上記の内燃機関の運転籴件に応じて、 燃焼室の成層度、 上記の中心部における 吸気の特定成分濃度に対する， 上記の周辺部における吸気の特定成分濃度の比を 変更する。 4 ) 複数の吸気ポートで燃焼室に複数の同一方向の吸気スワール流を形成し、 燃料を燃焼室にそのビストン頂面と対面する天井面の中心部からピストン頂面中 央部のキヤビティの周辺部に向けて噴射する直接噴射式内燃機関において、 吸気行程において、 燃焼室の上部にその周壁に沿う第 1吸気のスワール流を形 成し、 燃焼室の下部にその周壁に沿う第 2吸気のスワール流を形成し、 圧縮行程 の中程まで、 燃焼室において第 1吸気のスワール流と第 2吸気のスワール流が上 下に配置された状態を継続し、
スキッシュ流が発生する圧縮行程の後半に. ビストン頂面中央部のキヤビティ において、 中央領域に第 1吸気を流入させ、 周辺領域と底部領域に第 2吸気を残 存させ、
燃料が燃焼を開始する圧縮行程の終期近傍において、 燃焼室の燃料噴射位笸を 中心とする概略半球面ないし概略扁平半球面の内側の領域に第 1吸気を、 外側の 領域に第 2吸気を主に配置する構成にした吸気成層化装置
5 ) 上記の吸気成層化装置において、
上記の概略半球面ないし概略扁平半球面は， 燃料の噴射方向には燃焼室の燃料 噴射位置から噴霧分裂距離の 1〜 1 . 5倍位離れている。
還流排気が混入した吸気の成層化
6 ) 燃料を燃焼室に噴射する直接噴射式内燃機関において、
燃焼室は、 圧縮行程終期近傍の燃料燃焼開始時に、 燃料噴射位笸を含む中心部 と周辺部に， 還流排気が混入していない吸気又は還流排気濃度の薄い吸気と、 還 流排気が混入している吸気又は還流排気濃度の濃い吸気を配置する構成にした。
7 ) 上記の直接噴射式内燃機関において、
高負荷時又は高回転時には、燃焼室は、 圧縮行程終期近傍の燃料燃焼開始時に、 上記の中心部に， 還流排気が混入している吸気又は還流排気濃度の濃い吸気を配 置し、 上記の周辺部に， 還流排気が混入していない吸気又は還流排気濃度の薄い 吸気を配置する構成にしたことを特徵とする。
8 ) 上記の直接噴射式内燃機関において、
運転条件に応じて、 上記の中心部における還流排気の濃度に対する、 上記の周 辺部における還流排気の濃度の比を変更する構成にした。 燃料が混入した吸気の成層化
9 ) 燃焼室の吸気又は燃焼室の吸気と吸気通路の吸気に燃料を噴射し， 燃料を 圧縮行程の終期近傍で燃焼開始させる圧縮着火式又は火花点火式の直接噴射式内 燃機関において，
燃焼開始時に、 燃焼室は、 天丼面中心部を含む中央部と、 周辺部のスキッシュ エリア. キヤビティ内壁面近傍に、 燃料が混入している吸気又は燃料濃度が濃い 吸気と， 燃料が混入していない吸気又は燃料の濃度が薄い吸気を配置する構成に した。
1 0 ) 上記の直接噴射式内燃機関において，
運転条件に応じて， 燃焼開始時に燃焼室の天井面中心部を含む中央部に配置さ れる吸気の燃料濃度に対する、 燃焼室の周辺部に配置される吸気の燃料濃度の比 を変更する構成にした。 図面の簡単な説明
図 1は. 本発明の実施形態の第 1例における吸気成層化装置を傭えた直接頃射 式内燃機関の概略縦断面図，
図 2は、 同内燃機関における吸気行程中程の燃焼室の概略钭視図。
図 3は、 同内燃機関における燃焼室の概略平面図，
図 4は、 同内燃機関における吸気行程終期の燃焼室の概略斜視図。
図 5は、 同内燃機関における圧縮行程中程の燃焼室の概略斜視図。
図 6 ( a ) ( b ) ( c ) は、 同内燃機関における圧縮行程終期近傍の燃焼室の概 略縦断面図で、 吸気の流動状態を示す図。
図 7 ( a ) ( b ) は、 内燃機関における圧縮行程終期の燃焼室の概略縦断面図で， 吸気の流動状態を示す図。
図 8 ( a ) ( b ) は、 実施形態の第 1例における模擬実験例の圧縮行程終期の吸 気成層化状態を示す図.
図 9は， 第 2例における吸気成層化装置を備えた直接噴射式内燃機関の吸気弁 揚程図.
図 1 0は、 第 3例における吸気成層化装置を備えた直接噴射式内燃機関の燃焼 室の概略平面図。
図 1 1 (a) (b) ( c ) (d) は、 第 5例における模擬実験例の 1 0'° AT DC 時の温度、 燃料蒸気、 NOとスートの分布状態を示す図。
図 1 2 (a) (b) (c) (d) は、 図 1 1 (a) (b) (c) (d) と同様な図で、
20° ATD C時の状態を示す図。
図 1 3は、 第 8例における直接噴射式内燃機関の吸気通路部分の概略図。
図 14は， 同内燃機関における作動マップの図。
図 1 5は、 第 10例における内燃機関の圧縮行程中程の概略斜視図。
図 1 6は， 第 2従来技術の予混合式内燃機関の概略縦断面図。 発明を実施するための最良の形態
〔第 1例 （図 1〜図 8参照）]
本例の吸気成層化装置を備えた直接噴射式圧縮着火内燃機関は、 図 1に示すよ うに. 燃焼室 1の天井面の中心部に燃料噴射弁 2の多数の噴口を配置し、 燃焼室 1の天井面の一側側に 2個の吸気ポート 3、 4と吸気弁 5、 6を、 他側側に 2個 の排気ポート 7と排気弁 8を設けている。 ピストン頂面の中央部には、 中心軸対 称形状のキヤビティ 9を同心状に形成している。 キヤビティ 9は、 底面中央部に 山部 1 0を設け、 山部 1 0の周囲を谷部にしている。 燃料噴射弁 2は， 圧縮行程 の終期近傍において， 燃料を多数の噴口から放射方向にキヤピティ 9の周辺部に 向けて噴射する。
2個の吸気ポート 3、 4は、 吸気行程において. 図 2に示すように、 燃焼窒 1 に吸気のスワール流 1 1、 1 2を同一方向に形成する。 スワール流の下流側の吸 気ポート 3は、 図 2と図 3に示すように. ヘリ力ルポ一卜形状であり、 吸気がほ ぼ燃焼室 1天井面に沿う向きに流出し、 燃焼室 1の天井面側の上部にその周壁に 沿う強い第 1吸気のスワール流 1 1を形成する。 上流側の吸気ポート 4は、 タン ジェンシャルポ一ト形状であり、 第 1吸気のスワール流 1 1との衝突を避けるた め、 吸気が斜め下向きに流出し、 燃焼室 1のピストン頂面側の下部にその周壁に 沿う第 2吸気のスワール流 1 2を形成する。
本例の吸気成層化装匿においては、 吸気行程に. 図 2に示すように、 燃焼室 1 の上部と下部に、 それぞれ. その周壁に沿う第 1吸気のスワール流 1 1、 第 2吸 気のスワール流 1 2を形成すると、 吸気行程の終期に、 図 4に示すように、 燃焼 室 1に第 1吸気のスワール流 1 1と第 2吸気のスワール流 1 2が上下に成層化さ れる。 吸気行程の終期には. 上流側の吸気ポート 4から最後に流入した第 2吸気 1 2の最後尾部分が燃焼室 1の上部に存在するため、 第 1吸気 1 1と第 2吸気 1 2の境界面 1 3は， ピストン頂面に平行する平面にならず、 傾斜した凹凸曲面に なる。
燃焼室 1の組成の異なる第 1吸気 1 1と第 2 P及気 1. 2は， 時間の経過に従って 混ざり合い、 一方の吸気にのみ含まれていた成分が他方の吸気にも含まれるよう になり、 その成分の濃度が連続して変化する状態になるので、 その成分の濃度が ほぼ中間値になる面を第 1吸気 1 1と第 2吸気 1 2の境界面 1 3とする。
圧縮行程になると. 第 2吸気 1 2の最後尾部分が燃焼室 1の下部に移動し、 第 1吸気 1 1と第 2吸気 1 2の混合が進行し、 圧縮行程の中程には、 図 5に示すよ うに、 第 1吸気 1 1と第 2吸気 1 2の境界面 1 3は、 ビストン頂面に平行する平 面に近づく。 燃焼室 1に第 1吸気スワール流 1 1と第 2吸気スワール流 1 2が上 下に成層化された状態は、 圧縮行程の中程まで謎続する。
スキッシュ流が発生する圧縮行程の後半には， ビストン頂面の周辺部上のスヮ ール流は、 スキッシュ流によってビストン頂面の中央部のキヤビティ 9内に運ば れ、 径の縮小に伴うスワール方向速度の增加による遠心力によって、 キヤビティ 9の中心に向かわず、 キヤビティ 9の周壁に沿って流れ、 キヤビティ 9の底面に 向かう。 キヤビティ 9内は、 図 6 ( a ) ( b ) ( c ) に時問経過順に示すように、 燃焼室 1下部の第 2吸気 1 2が充満した状態から、 中央領域に燃焼室 1上部の第 1吸気 1 1が流入し、 周辺領域と底部領域のみに第 2吸気 1 2が残る。
燃料が燃料噴射弁 2から噴射されて燃焼を開始する圧縮行程の終期近傍には、 図 1に示すように、 燃燒室 1の燃料が噴射される天井面中心部を中心とする概略 扁平半球面 1 3の内側の領域には第 1吸気 1 1が主に存在し、 その外側の領域に は第 2吸気 1 2が主に存在する。 燃料の燃焼開始時には、 燃焼室 1は、 概峪扁平 半球面 1 3の内側の領域と外側の領域に吸気 1 1 . 1 2が成眉化される。
上記の概略扁平半球面 1 3は、 燃料噴射方向の半径を噴霧分裂距離の 1 ~ 1 . O 01/55567
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5倍位にすると. 燃焼室 1の混合気形成領域と火炎発生領域に吸気 1 1 , 1 2が 成層化される。
圧縮行程の終期近傍において、 第 1吸気 1 1のスワール流が強過ぎると， 図 7 ( a ) に示すように， 第 1吸気 1 1は、 スキッシュ流によってキヤビティ 9の底 面に運ばれる際、 キヤビティ 9の周壁を下る逆トロイダル流になり、 キヤビティ 9の底面に流入し、 キヤビティ 9の周壁と底面に存在した第 2吸気 1 2をキヤビ ティ 9の中央部に押し退ける。
本例においては、 吸気 1 1 、 1 2のスワール流とスキッシュ流が適度であるの で、 図 7 ( b ) に示すように、 第 1吸気 1 1は、 キヤビティ 9の山部 1 0と周壁 の中間部を下るトロイダル流になり、 その中間部に存在した第 2吸気 1 2をキヤ ビティ 9の周辺領域と底部領域に押し退け、 燃焼室 1の燃料噴射位置を中心とす る概略扁平半球靣 1 3の内外に吸気 1 1 , 1 2が成層化される。
本例の吸気成層化装置は、 吸気 1 1 , 1 2がこのように成層化されるように、 吸気 1 1 、 1 2のスキッシュ流ゃスワール流の流動特性を決定する燃焼室 1や吸 気ポート 3 、 4の形状を選护、している。 これらの形状によって吸気 1 1 、 1 2の 成層の度合いや境界面 1 3の形状寸法を制御することができる。
上記の形状には、 燃焼室 1のキヤビティ 9形状、 ピストン頂面周辺部と天井面 周辺部との間の間隔や、 天并面からの吸気弁 5 、 6下面の凹み量が例示される。 模擬実験例
本例の吸気成層化装置において、 燃焼室 1に下流側の吸気ポート 3から流入す る第 1吸気 1 1を新餑空気 1 0 0 %にし、 上流側の吸気ポ一ト 4から流入する第 2吸気 1 2を新鮮空気 5 0 %と還流排気 5 0 %にした場合について、 圧縮行程の 終期における,燃焼室 1の還流排気濃度の分布を数値計算により求めた。
図 8 ( b ) は下流側と上流側の吸気ポート 3 、 4の間を通る燃焼室 1の中央縦 断面、 同図 （a ) はその中央縱断面に直交する中央縦断面における還流排気濃度 ( E G R率） の分布を明度で示す。
これらの図から明らかなように、 圧縮行程の終期に、 燃焼室 1の還流排気濃度 分布の等高面が燃料噴射位置を中心とする概略扁平半球面状に現れ、 燃料 ¾射位 置に近付くに従って還流排気濃度が薄くなり. 還流排気濃度の分布がほぼ軸対称 PC
1δ
になる。 燃焼室 1の吸気は、 燃料噴射位置を中心とする概略扁平半球面の内外に 吸気 1 1 、 1 2が成眉化されることを示している。
[第 2例 （図 9参照）]
本例の吸気成眉化装置は、第 1例のそれにおいて、 吸気の成層度を高めるため、 下流側と上流側の吸気ポート 3 ， 4で吸気弁 5、 6の開放期間をずらす。
燃焼室 1の上部に第 1吸気 r 1を流入させる下流側の吸気ポート 3では. 9 に示すように、 吸気弁 5を遅い時期に開いて遅い時期に閉じる。 燃焼室 1の下部 に第 2吸気 1 2を流入させる上流側の吸気ポート 4では、 吸気弁 6を早い時期に 開いて早い時期に閉じる。
吸気行程の前期には、 上流側の吸気ポート 4の吸気弁 6のみが開放し、 燃焼室 1の下部に配置する第 2吸気 1 2のみが燃焼室 1に流入する。 吸気行程の中期に は、 両者の吸気ポート 3， 4の吸気弁 5 、 6が開放して第 1吸気 1 1と第 2吸気 1 2が燃焼室 1に流入する。 吸気行程の後期には， 下流側の吸気ボート 3の吸気 弁 5のみが開放し、 燃焼室 1の上部に配置する第 1吸気 1 1のみが燃焼室 1に流 入する。
下流側と上流側の吸気ポート 3 , 4で吸気弁 5、 6の開放期間が一致する第 1 例の場合に比較して、 吸気行程の終期に第 1吸気 1 1と第 2吸気 1 2が上下に成 層化される度合いが高くなり， 圧縮行程の終期に吸気 1 1 , 1 2が燃料噴射位置 を中心とする概略扁平半球面 1 3の内外に成層化される度合いが高くなる。
その他の点は、 第 1例におけるのと同様である。
[第 3例 （図 1 0参照）]
本例の吸気成層化装笸は.第 1例のそれにおいて、 吸気の成層度を高めるため、 上流側の吸気ポ一卜 4の片側のみから第 2吸気 1 2を燃焼室 1に流入させる。 上流側の吸気ポート 4においては、 吸気が斜め下向きに流出して燃焼室 1の周 壁に钭めに衝突し、 燃饶室 1下部の周壁に沿うスワール流になる， タンジェンシ ャルボート形状の吸気ポート 4の燃焼室 1周壁側部分を流出する吸気の方が， 燃 焼室 1中心側部分を流出する吸気より、 燃焼室 1の周壁に衝突するまでの距離が 短く、 燃焼室 1の下部に流入し易い。
そこで、 上流側の吸気ポート 4は、 図 1 0に示すように、 燃焼室 1の周壁側部 分と中心側部分に 2分割する仕切り壁 2 1を設け， 吸気ポート 4の燃焼室 1周壁 側部分に， 還流排気のような特定成分の S度を髙くした第 2吸気 1 2を流し、 吸 気ポ一ト 4の燃焼室 1周壁側部分から第 2吸気 1 2を燃焼室 1の下部に流入させ る。 吸気ポート 4の燃焼室 1中心側部分には、 上流側の吸気ポート 3と同様に第 1吸気 1 1を流し. 吸気ポ一卜 4の燃焼室 1中心側部分から第 1吸気 1 1を燃焼 室 Iに流入させる。
吸気ポート 4の燃焼室 1周壁側部分から燃焼室 1に流入する第 2吸気 1 2は， 気流が細くなつて、 第 1吸気 1 1と混合し難くなる。
上流側の吸気ポート 4の全体から第 2吸気 1 2を燃焼室 1に流入させる第 1例 の場合に比較して、 吸気行程の終期に第 1吸気 1 1と第 2吸気 1 2が上下に成層 化される度合いが高くなり， 圧縮行程の終期に吸気 1 1 、 1 2が燃料噴射位置を 中心とする概略 平半球面 1 3の内外に成層化される度合いが高くなる。
その他の点は、 第 1例におけるのと同様である。
[第 4例]
本例の吸気成層化装置は，第 1例のそれにおいて， 吸気の成層度を高めるため、 燃焼室 1の下部又は上部に吸気が流入し易いサブポートを設ける。
第 3例における、 燃焼室 1の下部に吸気が流入し易い吸気ポート 4の燃焼室 1 周壁側部分と同様な補助吸気ポートを設け、 補助吸気ポートから燃焼室 1の下部 に、 特定成分の濃度を髙くした第 2吸気 1 2を流入させる。
[第 5例 （図 1 1と図 1 2参照）]
本例の直接噴射式圧縮着火内燃機関は、 第 1例のそれにおいて、 排気還流装置 を備えている。 排気ポート 7を通過する排気の一部は、 上流側の吸気ポート 4を 通過する第 2吸気 1 2に混入する。 下流側の吸気ポート 3を通過する第 1吸気 1 1には， 還流排気を混入しない。
燃料が燃料噴射弁 2から噴射されて燃焼を開始する圧縮行程の終期近傍には ,· 図 1に示すように、 燃焼室 1は、 燃料が噴射される天井面中心部を中心とする概 略甭平半球面 1 3の内倒の領域には第 1吸気 1 1が主に存在し、 その外側の領域 には第 2吸気 1 2が主に存茳する。 燃料の燃焼開始時には. 燃焼室 1は、 概略扁 平半球面 1 3の内側の領域に還流排気港度の薄い吸気 1 1が、 外側の領域に還流 排気濃度の漉い吸気 1 2が配置される。
上記の概略扁平半球面 1 3は、 燃料噴射方向の半径を噴霧分裂距離の 1〜 1. 5倍位にすると、 燃焼室 1の混合気形成領域と火炎発生領域に吸気 1 1、 1 2が 成眉化される。 燃料の燃焼開始時に、 燃焼室 1のスキッシュエリアとキヤビティ 周辺部を含む火炎発生頜域は、 還流排気濃度の港い吸気 1 2が配置されるので、 燃焼温度が低下して、 NOx の発生が減少する。 また， 同時に， 燃焼室 1の混合 気形成領域は， 還流排気濃度の薄い吸気 1 1が配置されるので、 その酸素濃度の 濃い吸気 1 1が燃料流によって燃料流先端部に供給され、 燃焼する燃料流先端部 ないしキヤビティ 9の酸素不足が低減されて、 スートの発生が減少する。
その他の点は、 第 1例におけるのと同様である。
模擬実験例
排気を還流しない内燃機関において、 機関回転数は 1 8 0 0 r m. 燃料噴射 弁の噴口数は 5個， 噴口径は 0. 1 8 mm、 噴射量は 3 5mm3、 噴射圧力は 5 5MP a、 噴射期間は 0。 〜 1 2. 5 ° A T D Cにした場合について、 燃焼室の 温度、 燃料蒸気、 O (一酸化窆素） とス一卜の分布を数値計算により求めた。 図 1 1は 1 0 ° ATD C時、 ！211 2は 2 0° AT D C時の分布を示し、 それら の図の （a) は温度分布、 （b) は燃料蒸気分布， （c ) は NO 分布， （d) はス 一ト分布を示す。
燃焼室は， 図 1 1 (a) と図 1 2 (a) に示すように， スキッシュエリアとキ ャビティ周辺部に、 燃料噴射弁から噴射された燃料流が燃焼する |¾温領域が生ず る。
その高温燃焼領域において、 図 1 1 (b) (c) と図 1 2 (b) ( c ) に示すよ うに， 理論空燃比近傍のリーン側領域で NOが発生する。 燃焼室のスキッシュェ リアとキヤビティ周辺部を含む火炎発生領域は、 燃焼期間中に、 還流排気濃度の 渥い吸気を分布させると、 燃焼温度が低下して， NOの発生が減少することが分 かる。
また、 高温燃焼領域において、 図 1 1 (b) (d) と図 1 2 (b) (d) に示す ように、 理論空燃比よりリッチ側の酸素不足燃焼領域、 即ち、 燃料噴射弁から噴 射された燃料流の先端部ないしキヤビティの谷部でス一トが発生する。 燃焼開始 時に、 燃料流の根元側部分を含む混合気形成領域に還流排気濃度の薄い吸気を分 布させると、 その吸気が燃料流ないし混合気流によつて燃料流先端部に運ばれ、 燃料流先端部ないしキヤビティ谷部の酸素不足が低減されて、 ス一トの発生が減 少することが分かる。 だだし. この時. 酸素濃度が N Ox 生成値までには上昇し ないように制御し， NOxの増加を防止する，
[第 6例]
本例の内燃機関は、 第 5例のそれにおいて、 還流排気が混入した吸気の成眉度 を高めるため、 第 2例におけるのと同様に， 下流側と上流側の吸気ポート 3 . 4 で吸気弁 5 、 6の開放期間をずらす。
吸気弁 5 . 6の開放期間が一致する第 5例の場合に比較して、 圧縮行程の終期 に燃料噴射位置を中心とする概略扁平半球面 1 3の内側に配置される吸気と、 外 側に配置される吸気との還流排気濃度差が大きくなる。 N Ox とスートの両者を 低減する効果が高くなる。
その他の点は， 第 5例におけるのと同様である。
[第 7例]
本例の内燃機関は、 第 5例のそれにおいて、 還流排気が混入した吸気の成層度 を高めるため、 第 3例におけるのと同様に、 上流側の吸気ポート 4の片側のみか ら第 2吸気 1 2を燃焼室 1に流入させる。
上流側の吸気ポ一ト 4の全体から第 2吸気 1 2を燃焼室 1に流入させる第 5例 の場合に比較して、 圧縮行程の終期に燃料^射位笸を中心とする概略扁平半球面 1 3の内側に配置される吸気と. 外側に配置される吸気との還流排気濃度差が大 きくなる。 N Oxとス一トの両者を低減する効果が高くなる。
その他の点は、 第 5例におけるのと同様である。
〔第 8例 （図 1 3と図 1 4参照）]
本例の内燃機関は. 第 1例のそれにおいて、 排気還流装置を備え、 内燃機関の 運転条件に応じて、 燃焼窒 1の吸気の成層パターンと成暦度を変更する。
第 1例の内燃機関において、 スワール流の下流側の吸気ポート 3に接続した第 1吸気通路 2 3に、 図 1 3に示すように、 第 1流量制御弁 2 4を介.して第 1排気 還流通路 2 5を接銃し、 また、 上流側の吸気ポー卜 4に接続した第 2吸気通路 2 6に、 第 2流量制御弁 2 7を介して第 2排気還流通路 2 8を接統する。 第 1流量 制御弁 2 4の開度と第 2流量制御弁 2 7の開度をそれぞれ運転条件によって制御 する装置 2 9を設ける。
内燃機関の運転条件に応じて、 第 1流量制御弁 2 4の開度と第 2流量制御弁 2 7の開度をそれぞれ制御すると. 下流側の吸気ポート 3を通過する第 1吸気に混 入される還流排気の量と. 上流側の吸気ポート 4を通過する第 2吸気に混入され る還流排気の量がそれぞれ増減し、 燃焼室 1の成層パターンは > 変更される。 燃 焼室 1の概略扁平半球面 1 3内の領域でその外側の領域より還流排気濃度が低く なる正成層パターンになる。 また、 燃焼室 1の概略扁平半球面 1 3内の領域でそ の外側の領域より還流排気濃度が高くなる逆成層パターンになる。 更に、 燃焼室 1の概略扁平半球面 1 3内の領域とその外側の領域で還流排気濃度が等しくなる 均質パターンになる。
正成層パターン、 逆成層パターンと均質パターンは、 図 1 4の作動マップ上に 示すように、 切り替えられる。
内燃機関の負荷が少なくて内燃機関の回転数が低いときには、 燃焼室 1の成層 パターンは、 正成層パターンにする。 負荷又は回転数が多くなると、 均質パター ンにする。 更に負荷又は回転数が多くなると、 逆成層パターンにする。
また、 内燃機関の運転条件に応じて、 第 1流量制御弁 2 4の開度と第 2流量制 御弁 2 7の開度をそれぞれ制御すると、 燃焼室 1の成層度が変更される。 概略扁 平半球面 1 3内の還流排気濃度に対する、 概略扁平半球面 1 3外の還流排気濃度 の比. 具体的には、 概略扁平半球面 1 3内における燃料噴射位置の還流排気瀵度 に対する、 概略扁平半球面 1 3外におけるキヤビティ底部周辺領域の還流排気港 度の比、 成層度が増減する.
[第 9例]
本例の内燃機関は、 予混合式である。 第 1例の内燃機関において、 吸気行程の 予涅合用噴射時期に燃料を噴射する。
第 1例の内燃機関において， 吸気行程に、 燃焼室 1の上部と下部に， それぞれ、 その周壁に沿う第 1吸気のスワール流 1 1、 第 2吸気のスワール流 1 2を形成す ると、 吸気行程の予混合用噴射時期に、 燃料噴射弁 2は、 その時の負荷に必要な 量の燃料の一部又は全部、 即ち， 予混合用燃料を多数の噴口から放射方向に第 1 吸気のスワール流 1 1に向けて噴射する。 第 1吸気のスワール流 1 1には、 燃料 噴霧が混入する。 第 2吸気のスワール流 1 2には、 燃料噴霧がほとんど混入しな い。
圧縮行程の終期近傍には、 燃焼室 1は、 天井面の燃料噴射位置、 中心部を含む 中央部 1 3の内側の領域には第 1吸気 1 1が主に存在し、 その外側の領域には第 2吸気 1 2が主に存在する。 燃料の燃焼開始時には、 燃焼室 1は、 中心軸対称形 状の中央部 1 3に燃料混入率の高い吸気 1 1力 周辺部のスキッシュエリアと、 キヤビティ 9の周面と底面即ち内壁面の近傍に燃料混入率の低い吸気 1 2が配置 される。
燃料の燃焼開始時に、 燃焼室 1の周辺部のスキッシュエリァとキヤビティ 9内 壁面近傍は， 燃料濃度が薄い。 スキッシュエリアとキヤビティ 9内壁面近傍で消 炎が生じ難くなる。 更に、 燃料が燃料濃度の濃い燃焼室 1中央部 1 3に集中して 燃焼することになり、 燃焼室 1の中央部 1 3で， 燃焼温度が ¾くなり、 燃焼率が 高くなる。 それらの結果、 排気中の H C、 S O Fや白煙を低減する効果が高くな る。
また、 同時に、 その時の負荷に必要な量の燃料の一部又は全部を予混合燃焼さ せるので、 全負荷時の出力トルクが増加する一方， 排気中の N Ox や煙が低減す る。
[第 1 0例 （図 1 S参照）] ,
本例の内燃機関は、 第 9例のそれにおいて、 図 1 5に示すように、 燃焼室 1の 天井面中心部に通常の燃料噴射弁 2を設ける一方、 スワール下流側の吸気ポート 3に予混合用の燃料噴射弁 2 0を設ける。
吸気行程には、 第 9例におけるのと同様に、 燃焼室 1の上部と下部に、 それぞ れ， その周壁に沿う第 1吸気のスワール流 1 1、 第 2吸気のスワール流 1 2力 ϊ形 成される。 吸気行程の子混合用噴射時期に、 子混合用燃料噴射弁 2 0は、 下流側 の吸気ポート 3を通過する第 1吸気に、 その時の負荷に必要な量の燃料の一部、 予混合用燃料を噴射する。 下流側の吸気ポート 3を通過した燃焼室 1内の第 1吸 気のスワール流 1 1には、 燃料が混入する。 上流側の吸気ポート 4を通過した燃 焼室 1内の第 2吸気のスワール流 1 2には、 燃料がほとんど混入しない。
圧縮行程の終期近傍には， 第 9例におけるのと同様に、 燃焼室 1の中心軸対称 形状の中央部 1 3に燃料混入率の高い吸気 1 1が、 周辺部のスキッシュエリア、 キヤビティ 9内壁面近傍に燃料混入率の低い吸気 1 2が配置される。 更に、 圧縮 行程の終期近傍の通常噴射時期に、 通常の噴射燃料噴射弁 2は， 燃焼室 1の中央 部 1 3に位置する燃料混入率の高い吸気 1 1に、所要量の燃料の残部を噴射する。 燃焼開始時に， 燃娆室 1の中央部 1 3と、 周辺部のスキッシュエリア、 キヤビ ティ 9内壁面近傍に、 燃料濃度が濃い吸気と、 燃料濃度が薄い吸気が成層化され る度合いが高くなる。 その結果、 燃焼室 1のスキッシュエリアとキヤビティ 9内 壁面近傍で生ずる消炎を防止する効果が高くなる。 排気中の H C、 S〇Fや冷間 時の白煙などを低減する効果が高くなる。
予混合用燃料噴射弁 2 0は， 燃焼室 1の一室当り 1本である。 複数本を必要と しない。 燃焼室 1が複数ある多気筒機関では、 各燃焼室 1の吸気ポート 3に連通 した共通の吸気通路に 1本の予混合用燃料噴射弁 2 0を設けてもよい。
その他の点は， 第 9例におけるのと同様である。
[第 1 1例]
本例の内燃機関は、 第 9例のそれにおいて、 燃焼室 1の天井面中心部に設けた 燃料噴射弁 2は、 噴射方向、 噴孬角ゃ莨徹力などの噴霧特性を変化可能な可変式 にする。
可変式の燃料噴射弁 2は、 その時の負荷に必要な量の燃料の一部、 予混合用燃 料を、 吸気行程又は圧縮行程の 3 0 ° B T D C以前の予混合用噴射時期に、 燃焼 開始時に燃焼室 1の中央部 1 3に主に配置されることになる第 1吸気スワール流 1 1に、 そのスワール流 1 1のみに燃料噴霧の大部分が混入するのに適した噴霧 特性で噴霧する。所要量の燃料の残部は、圧縮行程の終期近傍の通常噴射時期に、 通常噴射に適した噴霧特性で噴霧する。
燃焼開始時に、 燃焼室 1の中心軸対称形状の中央部 1 3と、 周辺部のスキッシ ユエリア、 キヤビティ 9内壁面近傍に、 燃料濃度が高い吸気と、 燃料澳度が低い 吸気が成層化される度合いが高くなる。 その結果、 燃焼室 1のスキッシュエリア とキヤビティ 9内壁面近傍で生ずる消炎を防止する効果が高くなる。 その他の点は， 第 9例におけるのと同様である。
なお、 可変式又は非可変式の燃料噴射弁を用い、 予混合用噴射を複数回に分け て行い、 一回当りの噴射量や貫徹力を減らしたり， 各回の噴射方向や噴霧角など を調整したりして、 予混合用燃料が特定の吸気スワール流のみに混入する効杲を 高める構成にしてもよい。
[第 1 2例〗
本例の内燃機関は， 第 9例のそれにおいて. 燃料が混入した吸気の成層度を制 御するため、 第 2例におけるのと同様に、 下流側と上流側の吸気ポート 3 , 4で 吸気弁 5 、 6の開放期間をずらす。
下流側と上流側の吸気ポー卜 3 、 4で吸気弁 5 、 6の開放期間が一致する第 9 例の場合に比較して、 吸気行程の終期に第 1吸気 1 1と第 2吸気 1 2が上下に成 層化される度合いが高くなり、 圧縮行程終期の燃焼開始時に燃烧室 1の中央部 1 3の内側に配置される吸気と、 外側に配置される吸気との燃料濃度差が大きくな る，
また. バルブタイミングの可変装置を設ける。 下流側の吸気ポート 3における 吸気弁 5の開放時期と閉鎖時期、 及び、 上流側の吸気ポート 4における吸気弁 6 の開放時期と閉鎖時期を、 内燃機関の運転条件によって変更する。 燃焼開始時に 燃焼室 1の中央部 1 3の内側に配笸される吸気の燃料濃度に対する、 外側に配置 される吸気の燃料濃度の比が運転条件によって変更される。
また、 スワール強度の可変装置を設ける。 第 1吸気スワール流 1 1の強さと第 2吸気スワール流 1 2の強さを. 内燃機関の運転条件によって変更する。 燃焼開 始時に燃焼室 1の中央部 1 3の内側に配置される吸気の燃料濃度に対する、 外側 に配笸される吸気の燃料 S度の比が運転条件によって変更される。
その他の点は， 第 9例におけるのと同様である。 産業上の利用可能性
本発明の直接噴射式内燃機関は、 自動車. 航空機や船舶などの動力源に利用さ れる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 燃料を燃焼室に噴射する直接噴射式内燃機関において.
圧縮行程終期近傍の燃料の燃焼開始時に、 燃焼室の燃料噴射位置を含む中心部 と周辺部に、 組成の異なる吸気を配置することを特徴とする吸気成層化方法。
2 組成の異なる吸気は、 特定成分の濃度が異なる吸気であることを特徵とする 請求の範囲 1 に記載の吸気成層化方法。
3 上記の内燃機関の違転条件に応じて、 燃焼室の成層パターンを、 上記の中心 部で上記の周辺部より吸気の特定成分濃度が低くなる正成層パターン、 上記の中 心部で上記の周辺部より吸気の特定成分濃度が高くなる逆成眉パターン、 又は、 上記の中心部と上記の周辺部で吸気の特定成分濃度が等しくなる均質パターンに 変更することを特徴とする請求の範囲 2に記載の吸気成層化方法。 4 上記の内燃機関の運転条件に応じて， 上記の中心部における吸気の特定成分 濃度に対する、 上記の周辺部における吸気の特定成分濃度の比を変更することを 特徵とする請求の範囲 2に記載の吸気成層化方法。
5 上記の内燃機関は、 圧縮着火内燃機関であることを特徵とする請求の範囲 1 〜 4のいずれかに記載の吸気成層化方法。
6 複数の吸気ポートで燃焼室に複数の同一方向の吸気スワール流を形成し、 燃 料を燃燒室にそのピストン頂面と対面する天井面の中心部からピストン頂面中央 部のキヤビティの周辺部に向けて噴射する直接噴射式内燃機関において、 吸気行程において、 燃焼室の上部にその周壁に沿う第 1吸気のスワール流を形 成し、 燃焼室の下部にその周壁に沿う第 2吸気のスワール流を形成し、 圧縮行程 の中程まで. 燃娆室において第 1吸気のスワール流と第 2吸気のスワール流が上 下に配置された状態を継銃し、
スキッシ i流が発生する圧縮行程の後半に、 ビストン頂面中央部のキヤビティ において、 中央領域に第 1吸気を流入させ、 周辺領域と底部領域に第 2吸気を残 存させ、
燃料が燃焼を開始する圧縮行程の終期近傍において， 燃焼室の燃料噴射位置を 中心とする概略半球面ないし概略扁平半球面の内側の領域に第 1吸気を、 外側の 領域に第 2吸気を主に配置する構成にしたことを特徴とする吸気成層化装置。
7 上記の概略半球面ないし概略扁平半球面は、 燃料の噴射方向には燃焼室の燃 料噴射位置から噴窈分 ¾距離の 1〜 1 . 5倍位離れていることを特徴とする請求 の範囲 6に記載の吸気成層化装置。
8 上記の内燃機関は、 圧縮着火内燃機関であることを特徵とする請求の範囲 6 又は 7に記載の吸気成層化装置。
9 燃焼室の上部に第 1吸気のスワール流を形成する吸気ポートと、 燃焼室の下 部に第 2吸気のスワール流を形成する吸気ポートとで吸気弁の開放期間をずらし、 吸気行程の前期には、 後者の吸気ポ一トの吸気弁のみが開放して第 2吸気のみが 燃焼室に流入し、 吸気行程の中期には、 両者の吸気ポートの吸気弁が開放して第
1吸気と第 2吸気が燃焼室に流入し、 吸気行程の後期には、 前者の吸気ポートの 吸気弁のみが開放して第 1吸気のみが燃焼室に流入する構成にしたことを特徴と する請求の範囲 6又は 7に記載の吸気成層化装置。
1 0 燃料を燃焼室に噴射する直接噴射式内燃機関において、
燃焼室は、 圧縮行程終期近傍の燃料燃焼開始時に、 燃料噴射位置を含む中心部 と周辺部に、 還流排気が混入していない吸気又は還流排気港度の薄い吸気と、 還 流排気が混入している吸気又は還流排気濃度の濃い吸気を配置する構成にしたこ とを特徵とする直接噴射式内燃機関。
1 1 高負荷時又は高回転時には、 燃焼室は、 圧縮行程終期近傍の燃料燃焼開始 時に、 上記の中心部に、 還流排気が混入している吸気又は還流排気濃度の港い吸 気を配匱し、 上記の周辺部に， 還流排気が混入していない吸気又は還流排気漉度 の薄い吸気を配置する構成にしたことを特徴とする請求の範囲 1 0に記載の直接 噴射式内燃機関。 1 2 運転条件に応じて、 上記の中心部における還流排気の濃度に対する、 上記 の周辺部における還流排気の濃度の比を変更する構成にしたことを特徴とする請 求の範囲 1 0又は 1 1に記載の直接噴射式内燃機関。
1 3 複数の吸気ポートで燃焼室に複数の同一方向の吸気スワール流を形成し、 燃料を燃焼室にそのピストン頂面と対面する天井面の中心部からピストン頂面中 央部のキヤビティの周辺部に向けて ¾射する直接噴射式内燃機関において、 吸気行程において、 還流排気が混入していない第 1吸気を燃焼室上部の周壁に ¾ぅスワール流にし、 還流排気が混入している第 2吸気を燃焼室下部の周壁に沿 ぅスワール流にし、
スキッシュ流が発生する圧縮行程の後半に、 ピストン頂面中央部のキヤビティ において、 中央領域に第 1吸気を流入させ、 周辺領域と底部領域に第 2吸気を残 存させ，
燃料が燃焼を開始する圧縮行程の終期近傍において、 燃焼室は、 燃料噴射位置 を中心とする概略半球面ないし概略扁平半球面の内側の領域に、 還流排気が混入 していない吸気又は還流排気濃度の薄い吸気を、 外側の領域に、 還流排気が混入 している吸気又は還流排気濃度の濃い吸気を配笸する構成にしたことを特徵とす る直接噴射式内燃機関。
1 4 燃焼室の上部に第 1吸気のスワール流を形成する吸気ポートと、 燃焼室の 下部に第 2吸気のスワール流を形成する吸気ポートとで吸気弁の開放期間をすら し、 吸気行程の前期には、 後者の吸気ポートの吸気弁のみが開放して第 2吸気の みが燃焼室に流入し、 吸気行程の中期には、 両者の吸気ポートの吸気弁が開放し て第 1吸気と第 2吸気が燃焼室に流入し、 吸気行程の後期には、 前者の吸気ポー トの吸気弁のみが開放して第 1吸気のみが燃焼室に流入する構成にしたことを特 01/55567
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徵とする請求の範囲 1 3に記載の直接噴射式内燃機関。
1 5 上記の概略半球面ないし概略扁平半球面は， 燃料の噴射方向には燃料噴射 位置から噴霧分裂距離の 1 〜 1 . 5倍位離れていることを特徵とする請求の範囲 i 3又は 1 4に記載の直接噴射式内燃機関。
1 6 上記の内燃機関は、 圧縮着火内燃機関であることを特徵とする請求の範囲 1 0 、 1 1 、 1 3又は 1 4に記載の直接噴射式内燃機関。 1 7 燃焼室の吸気又は燃焼室の吸 ¾と吸気通路の吸気に燃料を噴射し、 燃料を 圧縮行程の終期近傍で燃焼開始させる圧縮着火式又は火花点火式の直接噴射式内 燃機関において、
燃焼開始時に、 燃焼室は. 天井面中心部を含む中央部と、 周辺部のスキッシュ エリア、 キヤビティ内壁面近傍に、 燃料が混入している吸気又は燃料谩度が濃い 吸気と、 燃料が混入していない吸気又は燃料濃度が薄い吸気を配置する構成にし たことを特徵とする直接噴射式内燃機関。
1 S 燃焼開始時に燃焼室の天井面中心部を含む中央部に配置される吸気の燃料 濃度に対する. 燃焼室の周辺部に配置される吸気の燃料濃度の比を、 運転条件に 応じて変更する構成にしたことを特徵とする請求の範囲 1 7に記載の直接噴射式 内燃機関。
1 9 複数の吸気ポートで燃焼室に複数の同一方向の吸気スワール流を形成し、 燃焼室又は吸気通路の吸気に予混合用燃料を吸気行程又は圧縮行程の 3 0 ° B T D C以前の予混合用噴射時期に噴射し、 燃料を圧縮行程の終期近傍で燃焼開始さ せる圧縮着火式又は火花点火式の ¾接噴射式内燃機関において、
予混合用燃料は、 燃焼室の特定の吸気スワール流， 又は. 特定の吸気ポート若 しくは特定の吸気ポートを含む吸気通路の吸気に噴射し、 燃焼開始時に、 燃焼室 は. 天井面中心部を含む中央部に、 燃料が混入している吸気又は燃料濃度が濃い 吸気を、 周辺部のスキッシュエリア， キヤビティ内壁面近傍に， 燃料が混入して いない吸気又は燃料濃度が薄い吸気をそれぞれ配置する構成にしたことを特徵と する直接噴射式内燃機関。 2 0 複数の吸気ポートで燃焼室に複数の同一方向の吸気スワール流を形成し. 燃焼室又は吸気通路の吸気に予混合用燃料を吸気行程又は圧縮行程の 3 Ο β B T D C以前の予混合用噴射時期に噴射し、 燃料を圧縮行程の終期近傍で燃焼開始さ せる圧縮着火式叉は火花点火式の直接噴射式内燃機関において、
吸気行程において、 第 1吸気を燃焼室上部の周壁に沿うスワール流にし、 第 2 吸気を燃焼室下部の周壁に沿うスワール流にし、 予混合用燃料は、 第 1吸気に噴 射し，
スキッシュ流が発生する圧縮行程の後半に， ピストン頂面中央部のキヤビティ において， 中央領域に第 1吸気を流入させ. 周辺領域と底部領域に第 2吸気を残 存させ、
燃燒開始時に、 燃焼室は、 天井面中心部を含む中央部に、 燃料が混入している 吸気又は燃料濃度が濃い吸気を、 周辺部のスキッシュエリア、 キヤビティ内壁面 近傍に、 燃料が混入していない吸気又は燃料濃度が薄い吸気をそれぞれ配置する 構成にしたことを特徴とする直接噴射式内燃機関。 2 1 複数の吸気ボートで燃焼室に複数の同一方向の吸気スワール流を形成し、 燃焼室天井面の燃料噴射弁から、 燃焼室の吸気に、 その時の負荷に必要な量の燃 料の一部を、 吸気行程又は圧縮行程の 3 0 ° B T D C以前の予混合用噴射時期に 噴射し、 燃料の残部を圧縮行程の終期近傍の通常噴射時期に噴射し、 燃料を圧縮 行程の終期近傍で燃焼開始させる圧縮着火式又は火花点火式の直接噴射式内燃機 関において、
燃料噴射弁は、 噴射方向、 噴.霧角や貫徹力などの噴霧特性を変化可能な可変式 にし，
可変式の燃料噴射弁から、 予混合用噴射時期に、 燃焼開始時に燃焼室の天井面 中心部を含む中央部に主に配置される吸気スワール流にその吸気スワール流のみ に燃料噴-霧の大部分が混入するのに適した噴霧特性で噴霧する構成にしたことを 特徵とする直接噴射式内燃機関。
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