(57)【要約】【課題】本発明は、エンジン冷間時における触媒活性化促進を図る火花点火式直噴エンジンにおいて、エンジンの圧縮比を高い状態で維持しつつ、キャビティ内に多くの噴霧を確実に入れて滞留させるようにして、エンジン冷間時の燃焼状態を安定させることができる火花点火式直噴エンジンを提供することを目的とする。【解決手段】（ａ）に示すように、吸気側の傾斜面３１には、噴霧を受ける受け面３７を形成している。この受け面３７は、一段凹んだ平面視略Ｕ字形状の凹部で形成している。このＵ字形状は、キャビティ側（反インジェクタ側）が徐々に広くなるように形成している。そして、受け面３７の上側の一部を、凹状キャビティ３４にかかるように形成することで、（ｂ）に示すように、凹状キャビティ３４のインジェクタ側上縁端３４ａが、反インジェクタ側上縁端３４ｂよりも下方側に位置するように設定している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室天井壁の周縁に斜め下方に複数の噴霧を噴射する多噴口を設けたインジェクタを備え、燃焼室天井壁の中央部に点火プラグを備えた火花点火式直噴エンジンであって、
ピストン冠面には前記点火プラグに対応する凹状のキャビティを形成し、
該キャビティのインジェクタ側にはペントルーフ状の斜面を形成すると共に、
前記インジェクタには、上側に位置する第１噴霧を平面視で前記キャビティを指向するように噴射する第１噴口と、
平面視で前記第１噴霧と重なり、正面視で第１噴霧の下側に位置する第２噴霧を噴射する第２噴口と、の少なくとも２つの噴口を設け、
前記ペントルーフ状の斜面には、前記第２噴霧が衝突する一段低い第２の斜面を設けており、
該第２の斜面を前記キャビティに繋がるように形成することで、キャビティの周縁部のインジェクタ側を、反インジェクタ側より低く設定して、
エンジン冷間の運転領域で、圧縮行程後半の所定時期に、燃料を噴射することで第１噴霧がキャビティに入るように、第２噴霧が第２の斜面に衝突するように設定した
火花点火式直噴エンジン。
【請求項２】
前記第２の斜面を、平面視でキャビティ側に徐々に広がるように形成された略Ｕ字形状とした
請求項１記載の火花点火式直噴エンジン。
【請求項３】
平面視で前記第２噴霧と重なり、正面視で第２噴霧の下側に位置する第３噴霧を噴射する第３噴口を設けた
請求項１又は２いずれか記載の火花点火式直噴エンジン。
【請求項４】
前記所定時期の燃料噴射終了時期を、圧縮行程の３／４以降に設定すると共に、
前記点火プラグの点火時期を、上死点後に設定した
請求項１〜３いずれか記載の火花点火式直噴エンジン。
【請求項５】
前記圧縮行程の燃料噴射に加えて、吸気行程で燃料噴射を行なう
請求項４記載の火花点火式直噴エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、火花点火式直噴エンジンに関し、特に、エンジン冷間時における触媒活性化促進を図る火花点火式直噴エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃費向上を図る等のため、燃料を直接筒内に噴射する直噴エンジンが採用されている。こうした直噴エンジンによると、圧縮比を高くでき、エンジン効率を高めることができる。また、吸入吸気量に関わらず燃料噴射量を自由に調整できる。
【０００３】
一方で、近年では、排気ガスのエミッション規制も強化されており、触媒の早期活性化を図ることも求められている。こうした触媒の早期活性化のためには、排気ガス温度を早期に昇温させることが必要であり、点火タイミングをできるだけ遅角することで、排気ガス温度を高めることが考えられる。
【０００４】
しかし、点火タイミングを大幅に遅角させると、燃焼安定性が悪化してしまうため、この燃焼安定化を確保した上で、点火タイミングを遅角する技術が求められていた。
【０００５】
そこで、下記特許文献１では、燃料噴射を、上死点を跨ぐタイミングで行なう主噴射と、吸気行程等のタイミングで行なう早期噴射の、前後二回に分けて行い、点火タイミングを上死点よりも大幅に遅角して、燃焼を行なわせるエンジン装置が提案されている。
【０００６】
このように、燃料噴射を予め吸気行程等のタイミングで行うことで、噴射された燃料を、主噴射の噴射前に筒内に拡散させておけるため、主噴射の噴霧に点火されて、燃焼が開始したときには、筒内全体に相対的に緩慢な燃焼を生じさせることができ、燃焼を安定的に生じさせることができるのである。
【０００７】
すなわち、筒内の状態を、点火プラグ周りに濃い混合気を位置させてその周囲には空気だけとする、いわゆる「成層状態」から、その周囲にも薄い混合気を位置させる、いわゆる「弱成層状態」にすることで、エンジンの燃焼状態を安定させるのである。
【０００８】
なお、この特許文献１にも記載されているように、燃料を噴射するインジェクタは、マルチホール型インジェクタを用いることが考えられる。
【０００９】
また、特許文献２には、エンジン冠面の凹部を、点火プラグの点火点を中心とした球曲面に形成したものが開示されている。このように凹部を球曲面にすることで、燃焼室を略球面形状とすることができ、常に均一かつ良好な燃焼状態を維持することができる。
【特許文献１】特開２００６−２５００５０号公報
【特許文献２】特開２００７−１５４８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、燃費向上を図るためには、エンジン効率を高めるため、圧縮比を高めることが行われる。この圧縮比を高める方法としては、ピストン冠面に、燃焼室のペントルーフ形状に沿うような、ペントルーフ形状の斜面を有する隆起部を設けることが考えられる。
【００１１】
もっとも、特許文献１のエンジン装置のようにエンジン冷間時の触媒の早期活性化を考慮すると、点火タイミングの時期に、点火プラグ周りに濃い混合気を滞留させる必要があるため、この隆起部の点火プラグに対応する位置に、特許文献２と同様に、凹状のキャビティを形成することで、このキャビティを燃焼空間とすることが考えられる。
【００１２】
ここで、特許文献１のエンジン装置においては、燃料の主噴射を点火プラグに向かって噴射するように構成しているが、噴霧タイミングの時期から点火タイミングまでの時間が少しでもズレると、着火性が悪化して、安定した燃焼状態を得られないおそれがある。
【００１３】
そこで、凹状のキャビティに向かって燃料を噴射して、キャビティ内に噴霧を滞留させることで、長期間、点火プラグ周りに噴霧（濃い混合気）を位置させることが考えられる。
【００１４】
しかし、マルチホール型インジェクタを用いた場合には、噴射される噴霧が複数あり、様々な方向に向って噴射されるため、どのように、これらの噴霧を効果的にキャビティに入れるかが問題となる。
【００１５】
ここで、例えば、上方に位置する第１噴口から噴射される第１噴霧を、キャビティに直接噴射すると共に、その下方に位置する第２噴口から噴射される第２噴霧を、キャビティの手前の隆起部の斜面に衝突させて、その衝突後に、第１噴霧の通過によって生じた負圧を利用して、第２噴霧をキャビティ内に引き込むことが考えられる。こうすることで、第１噴霧のみならず第２噴霧をキャビティ内に入れることが可能となる。
【００１６】
もっとも、このように、第１噴霧の通過によって生じた負圧を利用して、第２噴霧をキャビティ内に引き込むとしても、発生する負圧の状態が一定ではないため、第２噴霧が確実にキャビティ内に引き込まれない可能性がある。
【００１７】
また、負圧を利用して第２噴霧をキャビティに引き込んだとしても、容易に第１噴霧等がキャビティから外部に漏れてしまうと、第２噴霧を引き込んだ効果が半減してしまうという問題もある。
【００１８】
そこで、本発明は、エンジン冷間時における触媒活性化促進を図る火花点火式直噴エンジンにおいて、エンジンの圧縮比を高い状態で維持しつつ、キャビティ内に多くの噴霧を確実に入れて滞留させるようにすることで、エンジン冷間時の燃焼状態を安定させることができる火花点火式直噴エンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明の火花点火式直噴エンジンは、燃焼室天井壁の周縁に斜め下方に複数の噴霧を噴射する多噴口を設けたインジェクタを備え、燃焼室天井壁の中央部に点火プラグを備えた火花点火式直噴エンジンであって、ピストン冠面には前記点火プラグに対応する凹状のキャビティを形成し、該キャビティのインジェクタ側にはペントルーフ状の斜面を形成すると共に、前記インジェクタには、上側に位置する第１噴霧を平面視で前記キャビティを指向するように噴射する第１噴口と、平面視で前記第１噴霧と重なり、正面視で第１噴霧の下側に位置する第２噴霧を噴射する第２噴口と、の少なくとも２つの噴口を設け、前記ペントルーフ状の斜面には、前記第２噴霧が衝突する一段低い第２の斜面を設けており、該第２の斜面を前記キャビティに繋がるように形成することで、キャビティの周縁部のインジェクタ側を、反インジェクタ側より低く設定して、エンジン冷間の運転領域で、圧縮行程後半の所定時期に、燃料を噴射することで第１噴霧がキャビティに入るように、第２噴霧が第２の斜面に衝突するように設定したものである。
【００２０】
上記構成によれば、ピストン冠面にペントルーフ状の斜面を形成することで、エンジンの圧縮比を高めることができる。また、エンジン冷間時には、第１噴霧がキャビティに向かって噴射されて、第２噴霧が第２の斜面に衝突するように噴射されることで、第２噴霧が第１噴霧の通過によって発生した負圧によってキャビティ内に引き込まれる。そして、第２の斜面がペントルーフ状の斜面よりも一段低いため、第２噴霧が第２の斜面で案内されてキャビティ内に導かれる。さらに、キャビティの周縁部のインジェクタ側が反インジェクタ側より低いため、第１噴霧と第２噴霧は、キャビティに入り易くなり、また、出にくくなる。
【００２１】
このため、エンジンの圧縮比を高めつつも、第２噴霧を負圧を利用してキャビティ内に引き込むにあたり、負圧の状態にさほど影響を受けずに、第２噴霧を確実にキャビティ内に入れることができる。また、第２噴霧をキャビティ内に入れても、第１噴霧等がキャビティから出にくいため、多くの噴霧をキャビティ内に留めることができる。
【００２２】
この発明の一実施態様においては、前記第２の斜面を、平面視でキャビティ側に徐々に広がるように形成された略Ｕ字形状としたものである。  
上記構成によれば、第２の斜面がキャビティ側に徐々に広がる略Ｕ字形状として形成されることで、第２噴霧が第２の斜面に衝突した後に、円滑にキャビティ側に案内されることになる。  
よって、第２噴霧をより確実にキャビティに入れることが可能になり、濃い混合気を確実に点火プラグ周りに位置させることができる。
【００２３】
この発明の一実施態様においては、平面視で前記第２噴霧と重なり、正面視で第２噴霧の下側に位置する第３噴霧を噴射する第３噴口を設けたものである。  
上記構成によれば、燃料噴射時に、第２噴霧の下側に第３噴霧が位置するため、第２噴霧に加えて第３噴霧も、第２の斜面等に衝突することになる。  
このため、第２の斜面等を利用して、上下に並ぶ第２噴霧と第３噴霧を、キャビティ側に案内することができ、より多くの噴霧をキャビティ内に入れることができる。  
よって、さらに多くの濃い混合気（噴霧）を、点火プラグ周りに滞留させることができる。
【００２４】
この発明の一実施態様においては、前記所定時期の燃料噴射終了時期を、圧縮行程の３／４以降に設定すると共に、前記点火プラグの点火時期を、上死点後に設定したものである。  
上記構成によれば、ピストンが上死点近傍に位置するときに、燃料を噴射することで、ピストン冠面に正確に噴霧を衝突させることができ、第１噴霧と第２噴霧等を、より正確にキャビティ内に入れることができる。そして、点火プラグの点火時期を上死点後に設定して、点火タイミングを遅らせたとしても、点火プラグ周りに、濃い混合気を滞留させているため、エンジンの燃焼性を確保することができる。  
よって、点火タイミングを遅角して燃焼することが可能となり、排気ガス温度を昇温することができる。
【００２５】
この発明の一実施態様においては、前記圧縮行程の燃料噴射に加えて、吸気行程でも燃料噴射を行なうものである。  
上記構成によれば、吸気行程でも燃料噴射を行なって、二分割噴射とすることにより、筒内をいわゆる弱成層化することができる。  
よって、点火タイミングを遅角して燃焼させる場合の燃焼安定性を高めることができ、より確実に排気ガス温度を昇温することができる。
【発明の効果】
【００２６】
この発明によれば、エンジンの圧縮比を高めつつも、第２噴霧を負圧を利用してキャビティ内に引き込むにあたり、負圧の状態にさほど影響を受けずに、第２噴霧を確実にキャビティ内に入れることができる。また、第２噴霧をキャビティ内に入れても、第１噴霧等がキャビティから出にくいため、多くの噴霧をキャビティ内に留めることができる。  
よって、本発明は、エンジン冷間時における触媒活性化促進を図る火花点火式直噴エンジンにおいて、エンジンの圧縮比を高い状態で維持しつつ、キャビティ内に多くの噴霧を確実に入れて滞留させるようにすることで、エンジン冷間時の燃焼状態を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳述する。  
図１は本発明を採用した実施形態の火花点火式直噴エンジンの概略構成図である。  
この図１に示すように、このエンジンＥは、いわゆる４サイクルのレシプロエンジンであり、クランクシャフト１を回転自在に支持するシリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に配置されたシリンダヘッド３とで一体的に構成している。またこのシリンダブロック２とシリンダヘッド３には、複数の気筒４を設けている。
【００２８】
各気筒４には、コンロッド５を介してクランクシャフト１に連結されたピストン６と、ピストン上方に形成される燃焼室７とを設けている。
【００２９】
シリンダヘッド３の下面には、気筒４毎に燃焼室７の天井壁部８を形成している。この天井壁部８は、中央部分からシリンダヘッド３下端まで延びる２つの対向する傾斜面８ａ，８ｂを有する、いわゆるペントルーフ型となっている。
【００３０】
前記燃焼室７の天井壁部８には、各々独立した２つの吸気ポート９と排気ポート１０が設けられ、吸気２弁１６、排気２弁１７の４弁構成としている。
【００３１】
燃焼室７の側縁部には、燃料供給システムに接続されているマルチホール型インジェクタ１１を斜め下方を向いて設置している。このマルチホール型インジェクタ１１は、燃料供給システム１２がコントロールユニット１３からの燃料噴射パルスを受けることで、このパルス幅に対応する燃料を、燃焼室７に噴射するように構成している。  
なお、このマルチホール型インジェクタ１１の詳細構造については、後述する。
【００３２】
また、各気筒４には、シリンダヘッド３に固定されて、燃焼室７内に電極を臨ませて配置される点火プラグ１４を設けている。この点火プラグ１４は、燃焼室７の略中央位置に配置している。点火プラグ１４には、電子制御による点火タイミングのコントロール可能な点火回路１５が接続されており、この点火回路１５によって制御されるように構成している。
【００３３】
各気筒４の吸気弁１６及び排気弁１７には、それぞれタペットユニット１８，１９が設けられている。このタペットユニット１８，１９は、シリンダヘッド３に設けられた動弁機構のカム軸のカム２０，２１によって、周期的に駆動されるように構成している。
【００３４】
エンジンＥの吸気ポート９には、インテークマニホールドの分岐吸気管２２が接続されている。分岐吸気管２２は気筒毎に設けられており、それぞれがインテークマニホールドに等長の吸気経路を形成した状態で接続されている。
【００３５】
次に、排気ポート１０には、各気筒に２つ一組で形成された二股状の分岐排気管２３が接続されている。各分岐排気管２３の下流側には、排気ガスの浄化を行なう触媒コンバータ２４を設置している。この触媒コンバータ２４には、触媒温度を検出する触媒温度センサ２５を設けており、活性化温度まで触媒が昇温したか否かを検出するようにしている。
【００３６】
コントロールユニット１３は、ＣＰＵ等で構成しており、図示しない入力センサ（クランク角センサ等）や前述の触媒温度センサ２５等の入力要素と、前述した燃料供給システム１２や点火回路１５等の出力要素４を、接続することにより、エンジンの運転状態を制御するように構成している。
【００３７】
図２はマルチホール型インジェクタとピストンと点火プラグの詳細構造を示した斜視図であり、図３は（ａ）ピストン冠面の平面図と（ｂ）ピストン冠面のＡ−Ａ線矢視断面図である。  
図２に示すように、マルチホール型インジェクタ１１は、先端の噴射面１１ａが斜め下方に向くように設置しており、ピストン６の冠面３０側に向けて複数の噴霧Ｇを噴射するように構成している。
【００３８】
このマルチホール型インジェクタ１１の噴射面１１ａには、５つの噴口４０…を設けている。具体的には、噴射面詳細図に示すように、上段中央に第一噴口４０ａを、二段目中央に第二噴口４０ｂを、三段目左右両側に第三噴口４０ｃと第四噴口４０ｄを、下段中央に第五噴口４０ｅを、それぞれ並ぶように設けている。
【００３９】
このように、各噴口４０…を設けることで、各噴口４０から噴射される噴霧Ｇを、斜め下方に向かって筒内に満遍なく均等に噴射することができる。よって、通常運転時の均質燃焼時には、全筒内全てに燃料が行き渡り、効率的燃焼させることができる。
【００４０】
また、後述するように、エンジン冷間時に、噴射タイミングを適切に制御することで、弱成層状態を筒内（４）に生成することもできる。  
ここで、弱成層状態とは、点火プラグ周りの混合気の濃度を濃くして、その周囲の混合気を薄くなるように、筒内（４）の混合気比率を調整する状態をいう。
【００４１】
また、各噴口４０…は、極小の径（例えば、０．１ｍｍ程度）で形成されており、この径や向き等によって、各噴口４０…からの噴射量や指向方向が決定される。
【００４２】
各噴霧Ｇ…の指向方向は、各噴口４０…の位置に対応して設定されており、第一噴口４０ａからの第一噴霧Ｇａが最も上方を指向して、第二噴口４０ｂからの第二噴霧Ｇｂがその下方で中央を指向して、第三噴口４０ｃからの第三噴霧Ｇｃと、第四噴口４０ｄからの第四噴霧Ｇｄが、さらにその下方で左右外方側を指向して、第五噴口４０ｅからの第五噴霧Ｇｅが最も下方で中央を指向するように設定されている。なお、第一噴霧Ｇａは、図２にも示すように、点火プラグ１４の電極１４ａに燃料が付着しないように、電極１４ａよりも下方位置を指向するように設定されている。
【００４３】
この実施形態のピストン６は、ピストン冠面３０にクランク軸方向に沿って対向する一対の傾斜面３１ａ，３１ｂを有する隆起部３１を形成している。この隆起部３１の傾斜面３１ａ，３１ｂは、前述した燃焼室７のペントルーフ型の天井壁部８に沿うように、ペントルーフ形状で傾斜するように形成している。
【００４４】
また、隆起部３１のインジェクタ側、反インジェクタ側には、ピストン冠面３０の基準面となる水平面部３２，３３をそれぞれ設けている。そして、この水平面部３２，３３には、吸気弁１６と排気弁１７にそれぞれ対応するように、吸気弁リセス３２ａと排気弁リセス３３ａを形成している。
【００４５】
この隆起部３１の中央には、平面視略円形の凹状キャビティ３４を形成している。この凹状キャビティ３４は、略半球面状に形成された内周面３５と、略水平面状に形成された平底面３６と、を備えており、ピストン６が上死点に位置した際には、点火プラグ１４の電極１４ａを中心とした略球状の燃焼空間を構成するようにしている。
【００４６】
このように、凹状キャビティ３４を形成して、略球面状の燃焼空間を構成することで、圧縮比が極めて高いエンジンにすることができ、エンジン効率を高めることができる。
【００４７】
図３（ａ）に示すように、吸気側の傾斜面３１には、噴霧を受ける受け面３７を形成している。この受け面３７は、一段凹んだ平面視略Ｕ字形状の凹部で形成している。このＵ字形状は、キャビティ側（反インジェクタ側）が徐々に広くなるように形成しており、後述するように、噴霧Ｇを受けた際に噴霧Ｇを凹状キャビティ３４内に案内するようにしている。
【００４８】
この受け面３７の上部の一部を、凹状キャビティ３４にかかるように形成することで、図３（ｂ）に示すように、凹状キャビティ３４のインジェクタ側上縁端３４ａが、反インジェクタ側上縁端３４ｂよりも下方側に位置するように設定している。  
このため、後述するように、マルチホール型インジェクタ１１から噴射された噴霧（Ｇａ、Ｇｂ…）が、凹状キャビティ３４内に、入り易く、且つ、出にくくなる。
【００４９】
なお、図３（ａ）に示すように、隆起部３１の凹状キャビティ３４の両側の頂部分には上面部３８，３８を形成している。この上面部３８，３８は、外側端をやや下げた傾斜面で構成している。こうすることで、ピストン６が上死点にある場合であっても、筒内（４）上部で吸気側と排気側を連通する連通空間を形成することができる。
【００５０】
次に、図４、図５、図６により、エンジン冷間時におけるエンジン運転状態（燃料噴射状態）を説明する。図４はエンジン冷間時の燃料噴射タイミングと点火タイミングのタイムチャートであり、図５は吸気行程での燃料噴射状態を示す側面図であり、図６は圧縮行程での燃料噴射状態を示す側面図である。
【００５１】
コントロールユニット１３で制御されるマルチホール型インジェクタ１１と点火プラグ１４は、エンジン冷間時には、図４のタイムチャートに示すように制御される。
【００５２】
すなわち、触媒温度センサ２５等でエンジン冷間状態を検出した際には、燃料噴射タイミングが吸気行程で１回、圧縮行程で１回の合計２回に設定され、１サイクル当りの燃料噴射が２分割で行われる。
【００５３】
具体的には、例えば、クランク角度８０度（以下、「°ＣＡ」とする）に一回目の燃料噴射Ｆ１が終了して、３２５°ＣＡに二回目の燃料噴射Ｆ２が終了するように設定している。なお、各噴射パルスの幅ｗ１，ｗ２は、各噴射タイミングにおける燃料噴射量に比例するように設定しており、この二回の燃料噴射量の合計が、ほぼ理論空燃比となるような燃料噴射量に設定している。
【００５４】
このように、２分割で燃料を噴射することにより、まず、１回目の燃料噴射Ｆ１によって、燃料を早期に筒内で気化霧化でき、その後、２回目の燃料噴射Ｆ２で、点火プラグ１４周りに、混合気の濃いリッチな層を形成できる。すなわち、このような２分割の噴射タイミングによって、筒内をいわゆる弱成層化することができるのである。
【００５５】
そして、その後、上死点（ＴＤＣ）を経過した後、３８０°ＣＡ（＝排気行程の２０°ＣＡ）で点火プラグ１４を点火している。すなわち、排気行程に入る時期まで点火タイミングＳを遅角しているのである。
【００５６】
このように、点火タイミングＳを遅角することで、エンジンの燃焼エネルギーが熱エネルギーに多く使われることになり、排気温度が高いまま、排気ガスが排気側に排出されることになる。
【００５７】
このため、触媒コンデンサ２４には、温度の高い排気ガスが供給されて、早期に触媒コンデンサ２４の温度を上昇させることができ、触媒を活性化することができる。  
よって、エンジン始動時などにおいて、早期に排気ガスを浄化することができる。
【００５８】
なお、点火プラグ１４の点火タイミングＳを遅角すると、燃焼状態が不安定になり、燃焼が確実に生じないおそれがある。しかし、本実施形態では、筒内を確実に弱成層化しているため、点火タイミングＳが大幅に遅角したとしても、安定した燃焼状態を得ることができる。
【００５９】
図５に示すように、吸気行程での燃料噴射（１回目の燃料噴射Ｆ１）では、最下部の第五噴口４０ｅから噴射された第五噴霧Ｇｅが、ピストン冠面３０の凹状キャビティ３４に入るように設定されている。すなわち、最も下方に指向する第五噴霧Ｇｅが、筒内４の側壁面４ａ（ライナー）に到達（付着）することなく、ピストン冠面３０に指向するように、噴射されるのである。
【００６０】
このように、第五噴霧Ｇｅがピストン冠面３０を指向するように、燃料が噴射されることで、筒内４で最も温度が低い側壁面４ａ（ライナー）の下部４ａ１に、燃料が付着することがなく、吸気行程での燃料の気化霧化を促進することができる。このため、排気ガスに未燃ガスであるＨＣが含有されることを防ぐことができる。
【００６１】
また、９０°ＣＡ近傍で燃料を噴射することで、ピストンスピードが最も速く、筒内流動が最も大きい時期に、燃料を噴射することになるため、気化霧化をより促進することができる。
【００６２】
図６に示すように、圧縮行程での燃料噴射（２回目の燃料噴射Ｆ２）では、最上部の第一噴口４０ａから噴射された第一噴霧Ｇａがピストン冠面３０の凹状キャビティ３４を指向するように設定されている。すなわち、最も上方に指向する第一噴霧Ｇａが、凹状キャビティ３４の内周面３５に指向するように設定されているのである。
【００６３】
一方、第二噴霧Ｇｂは、凹状キャビティ３４手前の受け面３７に指向するように設定されている。もっとも、このように、第二噴霧Ｇｂが受け面３７に指向しても、第二噴霧Ｇｂは凹状キャビティ３４内に入ることになる。すなわち、受け面３７に衝突して勢いが弱まった第二噴霧Ｇｂは、第一噴霧Ｇａが通過した後に発生する負圧によって、凹状キャビティ３４内に引き込まれるのである。
【００６４】
また、第二噴霧Ｇｂの下方に位置する第五噴霧Ｇｅも、受け面３７及びその手前の水平面部３２に指向するように設定されている。もっとも、この第五噴霧Ｇｅも第二噴霧Ｇｂ同様に、第一噴霧Ｇａが発生した負圧によって凹状キャビティ３４内に引き込まれる。
【００６５】
これらの引き込み挙動について、図７の模式図を利用して説明する。図７の（ａ）は噴射直後の側面模試図、（ｂ）はその後の側面模式図である。
【００６６】
（ａ）に示すように、第一噴霧Ｇａは、凹状キャビティ３４の略半球面状の内周面３５に、指向するように噴射される。  
このため、第一噴霧Ｇａは、（ｂ）に示すように、内周面３５の円弧状傾斜面３５ａに案内されて、上方にスムーズに反転して、点火プラグ１４側（天井壁部８側）に向かうことになる。
【００６７】
一方、（ａ）に示すように、第二噴霧Ｇｂは、受け面３７に指向するように噴射される。  
このため、第二噴霧Ｇｂは、受け面３７に衝突して勢いが弱まり、受け面３７の上方を漂うことになる。しかし、（ｂ）に示すように、第一噴霧Ｇａが通過した後には、凹状キャビティ３４内に引き込む負圧が発生しているため、第二噴霧Ｇｂは、この負圧によって、凹状キャビティ３４内に引き込まれる。  
このように、第二噴霧Ｇｂが凹状キャビティ３４に引き込まれることで、点火プラグ１４周りに、濃い混合気を多く位置させることができる。
【００６８】
そして、第二噴霧Ｇｂだけでなく、その後方の第五噴霧Ｇｅも、受け面３７と水平面部３２に衝突して勢いが弱まった状態で、負圧によって凹状キャビティ３４内に引き込まれる。  
このため、第五噴霧Ｇｅも、凹状キャビティ３４内に引き込まれることになり、点火プラグ１４周りに、より濃い混合気が多く位置することになる。  
また、図８の噴射状態を示した平面図に示すように、第一噴霧と重なるように噴射される第二噴霧Ｇｂは、傾斜面３１ａから一段凹んだ受け面３７に噴射されるため、側方側（ライナー側）に漏れることがなく、確実に凹状キャビティ３４内に案内されることになる。
【００６９】
特に、受け面３７は、キャビティ側（反インジェクタ側）に向かって、徐々に広くなる略Ｕ字形状で形成しているため、第二噴霧Ｇｂの流れが阻害されることなく、確実に凹状キャビティ３４内に案内することができる。
【００７０】
また、第五噴霧Ｇｅも、第一噴霧Ｇａと第二噴霧Ｇｂ同様に、中央に位置して、平面視で重なるように噴射されるため、この受け面３７による案内機能を受けることができ、キャビティ内に確実に案内されることになる。
【００７１】
図９〜図１２は、この実施形態の噴射状態のシミュレーション図である。図９は３２５°ＣＡのシミュレーション図、図１０は３４０°ＣＡのシミュレーション図、図１１は３５０°ＣＡのシミュレーション図、図１２は３６０°ＣＡのシミュレーション図である。また、各図において、（ａ）が第一噴霧の噴射状態、（ｂ）が第二噴霧の噴射状態、（ｃ）が第一噴霧の噴霧状態と第二噴霧の噴霧状態を組み合わせたものである。そして、上段が平面図、下端が側面図である。また、各ドッドが噴霧の液滴である。
【００７２】
図９に示すように、噴射完了直後の３２５°ＣＡでは、（ａ）のように、第一噴霧Ｇａは、凹状キャビティ３４内に噴射される。また、第二噴霧Ｇｂは、（ｂ）のように受け面３７に衝突して上方に漂うようになっている。このため、（ｃ）のように、インジェクタ側には、多くの液滴が位置することになる。
【００７３】
図１０に示すように、その後の３４０°ＣＡでは、（ａ）のように、第一噴霧Ｇａは、凹状キャビティ３４内の内周面３５に当接して上方に案内される。また、第二噴霧Ｇｂは、（ｂ）のように、第一噴霧Ｇａが通過した際に生じる負圧によって、凹状キャビティ３４内（図面では上方）に引き込まれる。このため、（ｃ）のように、点火プラグ１４の周りには、多くの液滴が位置することになる。
【００７４】
図１１に示すように、その後の３５０°ＣＡでは、（ａ）のように、第一噴霧Ｇａは、凹状キャビティ３４の一方側に偏る。また、第二噴霧Ｇｂは、（ｂ）のように、凹状キャビティ３４を中心に広がる。このため、（ｃ）のように、点火プラグ１４の周りには、液滴が位置することになる。なお、図１０よりも、液滴が減少しているのは、液滴が順調に蒸発（気化）しているからである。
【００７５】
図１２に示すように、上死点の位置である３６０°ＣＡでは、（ａ）に示すように、第一噴霧Ｇａは、凹状キャビティ３４の一方側に偏った状態で気化している。また、第二噴霧Ｇｂは、（ｂ）のように、全体に広がって気化する。このため、（ｃ）のように、液滴は、一部凹状キャビティ３４の一方側に偏った状態で位置するものの、ほとんど気化することになる。
【００７６】
以上のように、燃料を気化霧化して着火性能を高めているため、点火タイミングＳを遅らせたとしても、確実に混合気を燃焼させることができ、排気ガスの温度を高めることができる。
【００７７】
次に、このように構成した本実施形態の作用効果について説明する。  
この実施形態では、隆起部３１の傾斜面３１ａに凹状キャビティ３４に繋がるように一段凹んだ受け面３７を形成して、凹状キャビティ３４のインジェクタ側上縁端３４ａを、反インジェクタ側上縁端３４ｂより低く設定して、エンジン冷間時の運転領域において、圧縮行程後半に燃料を噴射することで、第一噴霧Ｇａが凹状キャビティ３４に入るように噴射し、第二噴霧Ｇｂが受け面３７に衝突するように噴射するように設定している。
【００７８】
これにより、ピストン冠面３０にペントルーフ状の隆起部３１を形成することで、エンジンの圧縮比を高めることができつつも、第二噴霧Ｇｂが第一噴霧Ｇａの通過によって発生した負圧によって凹状キャビティ３４内に引き込まれる。そして、受け面３７が隆起部３１の傾斜面３１ａよりも一段低いため、第二噴霧Ｇｂが受け面３７で案内されて凹状キャビティ３４内に導かれる。さらに、凹状キャビティ３４のインジェクタ側上縁端３４ａが反インジェクタ側上縁端３４ｂより低いため、第一噴霧Ｇａと第二噴霧Ｇｂは、凹状キャビティ３４に入り易くなり、且つ、出にくくなる。
【００７９】
このため、エンジンの圧縮比を高めつつも、第二噴霧Ｇｂを負圧を利用して凹状キャビティ３４内に引き込むにあたり、負圧の状態にさほど影響を受けずに、第二噴霧Ｇｂを確実に凹状キャビティ３４内に入れることができる。また、第二噴霧Ｇｂを凹状キャビティ３４内に入れても、第一噴霧Ｇａや第二噴霧Ｇｂが凹状キャビティ３４から出にくいため、多くの噴霧Ｇを凹状キャビティ３４内に留めることができる。
【００８０】
よって、エンジン冷間時における触媒活性化促進を図る火花点火式直噴エンジンにおいて、エンジンＥの圧縮比を高い状態で維持しつつ、凹状キャビティ３４内に多くの噴霧Ｇを確実に入れて滞留させるようにして、エンジン冷間時の燃焼状態を安定させることができる。
【００８１】
また、この実施形態では、受け面３７を、平面視で凹状キャビティ３４側に徐々に広がるように形成された略Ｕ字形状としている。  
これにより、第二噴霧Ｇｂが受け面３７に衝突した後に、円滑に凹状キャビティ３４側に案内されることになる。  
よって、第二噴霧Ｇｂをより確実に凹状キャビティ３４に入れることが可能になり、濃い混合気を、確実に点火プラグ１４周りに位置させることができる。
【００８２】
また、この実施形態では、平面視で第二噴霧Ｇｂと重なり、正面視で第二噴霧Ｇｂの下側に位置する、第五噴霧Ｇｅを噴射する第五噴口４０ｅを設けている。  
これにより、燃料噴射時に、第二噴霧Ｇｂの下側に第五噴霧Ｇｅが位置するため、第二噴霧Ｇｂに加えて第五噴霧Ｇｅも受け面３７等に衝突することになる。  
このため、受け面３７と水平面部３２を利用して、上下に並ぶ第二噴霧Ｇｂと第五噴霧Ｇｅを、凹状キャビティ３４側に案内することができ、より多くの噴霧Ｇを凹状キャビティ３４内に入れることができる。  
よって、さらに多くの濃い混合気（噴霧Ｇ）を点火プラグ１４周りに滞留させることができる。
【００８３】
また、この実施形態では、燃料噴射終了時期（Ｆ２）を、噴射終了時点が３４５°ＣＡとなるように設定すると共に、点火プラグ１４の点火時期（Ｓ）を、上死点後に設定している。  
これにより、ピストン６が上死点近傍に位置するときに、燃料を噴射することで、ピストン冠面３０に正確に噴霧を衝突させることができ、第一噴霧Ｇａと第二噴霧Ｇｂ等を、より正確に凹状キャビティ３４内に入れることができる。そして、点火プラグ１４の点火時期（Ｓ）を、上死点後に設定して、点火タイミングを遅らせたとしても、点火プラグ１４周りに濃い混合気を滞留させているため、エンジンの燃焼性を確保することができる。  
よって、点火タイミングを遅角して燃焼することが可能となり、排気ガス温度を昇温することができる。
【００８４】
また、この実施形態では、圧縮行程の燃料噴射（Ｆ２）に加えて、吸気行程でも燃料噴射（Ｆ１）を行なうものである。  
上記構成によれば、燃料噴射を、吸気行程と圧縮行程で行なう二分割噴射（Ｆ１，Ｆ２）とすることにより、筒内をいわゆる弱成層化することができる。  
よって、点火タイミングを遅角して燃焼させる場合の燃焼安定性を高めることができ、より確実に排気ガス温度を昇温することができる。  
したがって、より安定的な燃焼を得つつ、排気系の昇温を図ることができ、触媒の活性化を図ることができる。
【００８５】
以上、この発明の構成と前述の実施形態との対応において、
この発明のインジェクタは、実施形態のマルチホール型インジェクタ１１に対応して、
以下、同様に、
キャビティは、凹状キャビティ３４に対応し、
ペントルーフ状の斜面は、傾斜面３１ａに対応し、
第２の斜面は、受け面３７に対応し、
第１噴口は、第一噴口４０ａに対応し、
第２噴口は、第二噴口４０ｂに対応し、
第３噴口は、第五噴口４０ｅに対応するも、
この発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、あらゆる火花点火式直噴エンジンに適用する実施形態を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明を採用した実施形態の火花点火式直噴エンジンの概略構成図。
【図２】マルチホール型インジェクタとピストンと点火プラグの詳細構造を示した斜視図。
【図３】（ａ）ピストン冠面の平面図と（ｂ）ピストン冠面のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図４】エンジン冷間時の燃料噴射タイミングと点火タイミングのタイムチャート。
【図５】吸気行程での燃料噴射状態を示す側面図。
【図６】圧縮行程での燃料噴射状態を示す側面図。
【図７】（ａ）噴射直後の側面模試図、（ｂ）その後の側面模式図。
【図８】噴射状態を示した平面図。
【図９】３２５°ＣＡのシミュレーション図。
【図１０】３４０°ＣＡのシミュレーション図。
【図１１】３５０°ＣＡのシミュレーション図。
【図１２】３６０°ＣＡのシミュレーション図。
【符号の説明】
【００８７】
６…ピストン
１１…マルチホール型インジェクタ
１４…点火プラグ
３１…隆起部
３１ａ…傾斜面
３４…凹状キャビティ
３７…受け面
４０…噴口
Ｇ…噴霧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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