(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の吸気側ルーフ面に開口する吸気ポートを、筒内吸入空気が燃焼室頂部から排気側ルーフ面に巻回してタンブル流を生成するように排気側ルーフ面の延長線に対しほぼ平行か或いは鋭角に配設し、上記吸気ポートを通過して供給される筒内吸入空気にタンブル流を生起させる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造において、
ピストンの頂面に、上記排気側ルーフ面側からのタンブル流を上記吸気側ルーフ面に方向へターンさせると共に、インジェクタからの燃料噴霧を衝突後反射可能な曲面形状のキャビティをインジェクタの直下方向の排気ポート側へやや偏倚した位置に形成し、
上記キャビティに流入したタンブル流及びキャビティに衝突した燃料噴霧の流出位置或は流出方向であって複数の吸気ポートの間に点火プラグの発火部を配設し、
且つ、前記タンブル流のエンジン１回転あたりの回転量の範囲を０．５〜１．７としたことを特徴とする筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。
【請求項２】
燃焼室の吸気側ルーフ面に開口する吸気ポートを、該吸気ポートからの空気流がピストン頂面へ指向するように、シリンダ軸線に対する傾斜角度を鋭角に配設し、筒内吸入空気にタンブル流を生起させる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造において、
ピストンの頂面に、上記吸気側ルーフ面側からのタンブル流を排気側ルーフ面に方向へターンさせると共に、インジェクタからの燃料噴霧を衝突後反射可能な曲面形状のキャビティをインジェクタの直下方向の排気ポート側へやや偏倚した位置に形成し、
上記キャビティに流入したタンブル流及びキャビティに衝突した燃料噴霧の流出位置或は流出方向であって複数の排気ポートの間に点火プラグの発火部を配設し、
且つ、前記タンブル流のエンジン１回転あたりの回転量の範囲を０．５〜１．７としたことを特徴とする筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内吸入空気にタンブル流を生起させて、燃料噴射終了時期を燃料噴射量に応じて広範囲に設定することのできる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の筒内直噴式火花点火エンジンでは、圧縮行程後半に燃料を噴射して混合気を成層化し、点火プラグの発火部の周囲に着火可能な混合気を形成して、希薄空燃比下でも安定した燃焼が得られる成層燃焼と、吸気行程中に燃料を噴射して、吸入空気と均一に混合させることで、いわゆる予混合と同等の空気利用率を確保する均一燃焼とを選択に切換えることが可能である。
【０００３】
このような上記成層燃焼と均一燃焼に適した燃焼室構造として、本出願人は、特開平６−４２３５２号公報において、インジェクタを燃焼室頂部中央に垂立状に配設し、また上記インジェクタの噴射方向に対設するピストン頂面にキャビティを形成し、さらに点火プラグの発火部を上記インジェクタの噴孔の近傍に臨ませた筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造を提案した。
【０００４】
この燃焼室構造によれば、成層燃焼時、点火時期直前で噴射終了した燃料噴霧の後端に着火し、或は上記ピストンキャビティに衝突して反射した混合気に着火することで、安定燃焼を得るようにしている。また、均一燃焼時には、吸気行程の比較的早い時期に噴射を開始することで、空気利用率の高い均一混合気を得ることができ、しかもインジェクタを燃焼室頂部に垂立状に配設したことで、燃料噴霧がシリンダボアの壁面に付着せず、いわゆる燃料冷却による燃焼の悪化等も防止することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記先行技術のように、燃料の噴霧作用のみによって点火プラグの発火位置に安定着火可能な可燃混合気を形成して安定着火させようとする場合の、着火が最良となる最適燃料噴射（終了）時期（ＢＩＴＩ）は、図１３に破線で示すように、燃料噴射量（負荷）に対する依存性は低く、すなわち、点火時期に対して噴射終了時期をほぼ一定に保てば良いことが解る。
【０００６】
しかし、燃料噴射量が増加すると、燃料噴霧の気化不足や混合不足による局所的な過濃により、煤が発生したり、ＣＯ（一酸化炭素）の増加による排気エミッションの悪化、及び燃焼室壁面、排気管等へのカーボンの堆積等に起因して、種々の機能障害を引き起す可能性がある。そのため、現実には、混合気形成の時間、すなわち燃料噴射終了から点火までの時間を燃料噴射量に応じて制御して、燃料の気化、拡散を調整する必要がある。
【０００７】
また、図１４に示すように、点火時期に対し燃料噴射（終了）時期を次第に早める（遠ざける）と、ある進角度以前では燃料噴射の拡散や気化の進行による予混合で、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯXが増大し、逆に、点火時期近傍へ次第に遅らせる（近づける）と、発火部周囲の空燃比過濃や気化不足によって煤の発生量が増加する。なお、この煤の発生時期は、同図に破線で示すように、燃料噴射量の増加に従い、次第に早い噴射時期で発生する。従って、排気ガス（煤、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯX等）対策の観点からの最適噴射時期（ＢＩＴＥ）制御では、図１３に実線で示すように、燃料噴射量（負荷）が増加するに従って噴射時期を早める制御を行う必要がある。
【０００８】
その結果、成層燃焼においては、着火性に主眼をおくＢＩＴＩ制御と、排気ガス対策に主眼をおくＢＩＴＥ制御とでは、制御領域が必然的に相違してくる。
【０００９】
ところが、上記ＢＩＴＥ制御であっても、例えば、図１５に示すような、ピストン１の頂面にフラットなキャビティ１ａが形成されている燃焼室構造では、燃料噴射（終了）時期を早期に設定すると、インジェクタ２から噴射された燃料噴霧は、上記キャビティ１ａに衝突して周囲に拡散されてしまい、点火プラグ３の発火部３ａ付近まで巻上がらず、この発火部３ａの周囲に着火可能な混合気を形成することができず、失火、或は燃焼不良を招く。従って、このようなピストン形状のエンジンでは、点火時期近傍で噴射を終了させ、燃料噴霧の後端に着火させる必要があり、燃料噴射（終了）時期を燃料噴射量に応じて早期化させるには限界がある。
【００１０】
この点、上記先行技術のように、ピストン頂面のキャビティを曲面形状に形成すれば、インジェクタから噴射された燃料は、上記キャビティの曲面に沿って巻上がり、点火プラグの発火部周囲に可燃混合気を形成することが可能になり、燃料噴射の早期化も在る程度は設定することができる。しかし、燃料の噴射霧作用のみで混合気を上記キャビティから点火プラグの発火部周囲に巻上げるためには、燃料（終了）噴射を早期に終了すると、この混合気が点火時期までの間に周囲に拡散してしまい、点火時には、上記点火プラグの発火部周囲に着火可能な混合気が形成されなくなる。
【００１１】
従って、上記先行技術に示されている燃焼室構造では、燃料噴射量に応じて噴射時期を次第に早期化すれば、点火時における発火部周囲の混合気が過度に希薄化し、着火不良、或は火炎伝播不良による燃焼悪化を招き、結果として、未燃焼燃料の排出を増大させてしまうことになる。
【００１２】
ところで、成層燃焼は点火プラグ周辺の空気を利用して着火させるようにしているため、平均空燃比が理論空燃比に近づくに従って、すなわち、燃料噴射量が増加するに従い、点火プラグの発火部周囲の混合気が過濃となり、或は気化不足が生じて煤、ＣＯ等が発生し易くなる。そのため、成層燃焼時の平均空燃比には一定のリッチ限界がある。一方、均一燃焼では、点火時には、既に予混合されているため、希薄混合気では充分に着火できず、空燃比には一定のリーン限界がある。
【００１３】
一般に、成層燃焼は低中負荷運転に適し、一方、均一燃焼は高負荷運転に適している。エンジン負荷は、走行中に連続的に変化するものであり、また空燃比をエンジン負荷に応じて可変設定する筒内直噴エンジンでは、成層燃焼時のリッチ限界が均一燃焼時のリーン限界よりも希薄な場合、運転領域が成層燃焼から均一燃焼に切換わったときの空燃比が極端にリーン化し、一方、均一燃焼から成層燃焼へ切換わったときには、空燃比が極端にリッチ化してしまう。
【００１４】
このように、燃焼方式が切換わる過渡的な状況では、エンジン負荷に応じて設定する空燃比の連続性が確保されず、燃焼の不安定化を招くばかりでなく、排気エミッションが悪化し、良好なドライバビリティが得られなくなる。すなわち、吸入空気量一定の条件下では、図１３に破線で示すＢＩＴＩ制御で、均一燃焼時のリーン限界Ｐ3に対して連続性を保つように成層燃焼時の燃料噴射量を上記リーン限界Ｐ3の燃料噴射量と同レベルＰ1に設定すると、煤の発生、及びＣＯ増加などの不都合が生じ、一方、この成層燃焼時の燃料噴射量の限界値を煤の発生、及びＣＯ増加を回避するリッチ限界Ｐ2に設定すれば、燃焼方式が成層燃焼から均一燃焼に切換わるときに、燃料噴射量がＰ2から、いきなり、Ｐ3に増加してしまい、エンジン負荷に対する出力の連続性が保たれなくなる。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、成層燃焼時の燃料噴射終了時期を、排気エミッションを悪化させることなく燃料噴射量に応じて広範囲に設定することができ、常に安定した着火性能が得られるばかりでなく、成層燃焼と均一燃焼との切換え時における負荷の連続性を確保することができて、良好なドライバビリティを得ることのできる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明は、燃焼室の吸気側ルーフ面に開口する吸気ポートを、筒内吸入空気が燃焼室頂部から排気側ルーフ面に巻回してタンブル流を生成するように排気側ルーフ面の延長線に対しほぼ平行か或いは鋭角に配設し、上記吸気ポートを通過して供給される筒内吸入空気にタンブル流を生起させる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造において、ピストンの頂面に、上記排気側ルーフ面側からのタンブル流を上記吸気側ルーフ面に方向へターンさせると共に、インジェクタからの燃料噴霧を衝突後反射可能な曲面形状のキャビティをインジェクタの直下方向の排気ポート側へやや偏倚した位置に形成し、上記キャビティに流入したタンブル流及びキャビティに衝突した燃料噴霧の流出位置或は流出方向であって複数の吸気ポートの間に点火プラグの発火部を配設し、且つ、前記タンブル流のエンジン１回転あたりの回転量の範囲を０．５〜１．７としたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、燃焼室の吸気側ルーフ面に開口する吸気ポートを、該吸気ポートからの空気流がピストン頂面へ指向するように、シリンダ軸線に対する傾斜角度を鋭角に配設し、筒内吸入空気にタンブル流を生起させる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造において、ピストンの頂面に、上記吸気側ルーフ面側からのタンブル流を排気側ルーフ面に方向へターンさせると共に、インジェクタからの燃料噴霧を衝突後反射可能な曲面形状のキャビティをインジェクタの直下方向の排気ポート側へやや偏倚した位置に形成し、上記キャビティに流入したタンブル流及びキャビティに衝突した燃料噴霧の流出位置或は流出方向であって複数の排気ポートの間に点火プラグの発火部を配設し、且つ、前記タンブル流のエンジン１回転あたりの回転量の範囲を０．５〜１．７としたことを特徴とする
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１１に基づいて本発明の実施の第一形態を説明する。
【００２３】
図１〜図７には、筒内直噴式火花点火エンジンの一例として４バルブＤＯＨＣエンジンの燃焼室構造が示されている。これらの図において、符号１１はシリンダブロック、１２はシリンダヘッド、１３はピストンで、このピストン１３が上死点付近のときのピストン１３の頂面１３ａとシリンダブロック１１の内壁と上記シリンダヘッド１２との底面とで筒内に燃焼室１４を形成する。
【００２４】
上記シリンダヘッド１２の底面には内面凹部１２ａが形成されている。この内面凹部１２ａはペントルーフ形で、その頂部１２ｂはシリンダボアの中心から一方へやや偏倚している。このペントルーフ形内面凹部１２ａの上記頂部１２ｂのほぼ中央に、インジェクタ１５が垂立され、その噴孔１５ａが上記燃焼室１４に臨まされている。また、上記シリンダヘッド１２の内面凹部１２ａの吸気側ペントルーフ面１２ｃの上記インジェクタ１５を挟む両側に吸気ポート１６が各々開口され、また排気側ペントルーフ面１２ｄの上記インジェクタ１５を挟む両側に排気ポート１７が各々開口されている。なお、上記シリンダヘッド１２の上記内面凹部１２ａの各ペントルーフ面１２ｃ，１２ｄの裾部分に、スキッシュエリア１８が形成されている。
【００２５】
また、上記吸気ポート１６及び排気ポート１７は、吸気カム１９、排気カム２０に連動する吸気弁２１及び排気弁２２により所定のタイミングで開閉される。図１に示すように、上記吸気ポート１６は、上記排気側ペントルーフ面１２dの延長線ＬEXとほぼ平行か或は鋭角に交差する傾斜角度θを有して形成されたストレートポートである。上記燃焼室１４へ供給される筒内吸入空気は、この吸気ポート１６から上記内面凹部１２ａの上記頂部１２ｂを通り上記排気側ペントルーフ面１２ｄの方向へ流れてタンブル流を生起する。
【００２６】
また、上記ピストン１３の上記頂面１３ａには、曲面形状のピストンキャビティ１３ｂが形成されている。このピストンキャビティ１３ｂは、上記タンブル流が流れ込み易く、しかも、上記吸気側ペントルーフ面１２ｃの方向へ無理なくターンさせる曲率、及び位置に形成されている。具体的には、図３に一点鎖線で示すように、上記インジェクタ１５の直下方向の上記排気ポート１７側へやや偏倚した位置に形成されている。
【００２７】
一方、点火プラグ２３の発火部２３ａは、吸気側ペントルーフ面１２ｃの吸気ポート１６間に臨まされ、上記ピストンキャビティ１３ｂから流出する上記タンブル流及び燃料噴霧の流出位置或は流出方向に配設されている。
【００２８】
上記タンブル流のタンブル比（定常流試験により求めたエンジン１回転あたりの筒内吸入空気の回転量）は、上記吸気ポート１６の傾斜角θ、燃焼室１４、及びピストン１３の形状等、種々の要素によって決定されるが、本実施の形態では、主に吸気ポート１６の傾斜角θとピストンキャビティ１３ｂの位置及び曲率で決定している。また、タンブル比は、実験から約０．５〜１．７を理想としている。タンブル比＜０．５では、圧縮行程前にタンブル流が減衰してしまい、混合気形成に有効に作用させることができない。一方、タンブル比＞１．７では、タンブル流が強すぎ、上記ピストン１３のキャビティ１３ｂから流出した筒内吸入空気はシリンダ壁面の方向へ偏在してしまい、すなわち吸気側ペントルーフ面１２ｃの方向へターンせずにボア方向へ広がってしまうため、上記ピストンキャビティ１３ｂに向って噴射された燃料の噴霧が上記タンブル流に沿って流れてしまい、点火プラグ２３の発火部２３ａ周辺に着火可能な混合気が形成されなくなる。従って、タンブル比は、０．５〜１．７に設定することが望ましい。
【００２９】
次に、上記構成による作用について説明する。
【００３０】
極低負荷時の成層燃焼では、燃料噴射量は少なく、最適燃料噴射時期は煤の発生が無く安定した着火が得られるＢＩＴＩ制御（＝無負荷相当のＢＩＴＥ制御）で行う。この場合、最適燃料噴射時期は、点火時期の近くに設定されるので、図４に示すように、インジェクタ１５の噴孔１５ａから噴射して、点火プラグ２３の発火部２３ａの周辺に自ら作りだした混合気に対して着火する。極低負荷運転時のガス流動の速度は低いため、この混合気がガス流動やピストン１３の頂面１３ａに形成したピストンキャビティ１３ｂの形状などの影響を受けることはない。
【００３１】
また、一定速度走行相当（Ｒ／Ｌ負荷）でのＢＩＴＥ制御は、図８に示すように、ＢＩＴＩ制御よりも早期に噴射終了となり、従って、噴射エンド時の燃料噴霧は、点火前に点火プラグ２３の発火部２３ａを通り過ぎてピストン１３の頂面１３ａに形成したピストンキヤビティ１３ｂに衝突して、図５に示すように、巻上がり、点火時には、上記点火プラグ２３の発火部２３ａの周囲に着火可能な混合気が形成される。その結果、図８に示すように、早期の燃料噴射タイミングでもＢＩＴＥ制御が可能になる。ここで、同図に一点鎖線で示す（ｂ）は、図１５に示すピストン頂面のキャビティがフラットな場合における同じタイミングで燃料噴射したときの着火性を示すもので、キャビティがフラットなピストンでは、キャビテイに衝突した燃料噴霧は上方へ反射せずにボア方向へ拡散し、点火プラグ２３の発火部２３ａに着火可能な混合気が形成されず、着火不良などにより燃焼が悪化する。従って、ＢＩＴＥ制御を行うことはできない。
【００３２】
さらに、加速負荷相当でのＢＩＴＥ制御では、図８に示すように燃料噴射（終了）時期がさらに早期になる。このように燃料噴射時期が早期化すると燃料噴霧の拡散や気化が進み、例えば、燃焼室１４にガス流動が生じていない場合は、図６に示すようにピストン１３の頂面１３ａに混合気が比較的広く分布した状態になる。ここで、図７に示すように、燃焼室１４にタンブル流によるガス流動を与えると、上記混合気は点火プラグ２３の発火部２３ａの方向へ巻上がり、点火時には、この発火部２３ａの周囲に安定着火、燃焼可能な混合気が形成される。従って、本形態では、図８に示すように、加速時相当の早期噴射でも、ＢＩＴＥ制御が可能になり、同図に太線で示すように、遅れ側（ａ）と早期側（ｄ）を失火限界とした広範囲に渡って良好な着火、燃焼性能を得ることができる。なお、同図（ａ）の領域は、点火時期に対して燃料噴射終了時期が近すぎるために、燃料噴霧が点火プラグ２３の放電経路を遮断することにより生じる失火限界を示す。
【００３３】
また、図１０に、タンブル比一定で、ピストンキャビティがフラットなエンジンと、本発明のようにピストンキャビテイが曲面形状のエンジンとの燃焼、排気ガス特性の比較結果を示す。
【００３４】
同図に太線で示す本発明によるエンジンでは、成層燃焼時に燃料噴射終了時期を早期に設定しても良好な着火、燃焼性能が得られ、従って、燃料噴射時期を広範囲に設定することができが、細線で示すピストンキャビティがフラットなエンジンでは、ガス流動による噴霧の反射や巻上げが有効に利用されず、燃料噴射終了時期がかなり点火時期の近くに設定しないと点火プラグの発火部の周囲に着火可能な混合気が形成できず、早期燃料噴射側での着火性が悪く、燃料噴射終了時期を広範囲に設定できない。
【００３５】
また、図１１にタンブル流の回転方向、及びタンブル比による燃焼、排気ガス特性の違いを比較した結果を示す。
【００３６】
まず、タンブル流の回転方向が本実施の形態による場合と、逆方向へタンブル流を生起させた場合とを比較すると、逆方向へのタンブル流を生起させた場合には、ピストンキャビティに衝突した燃料の噴霧が点火プラグの発火位置と逆の方向へ巻上がってしまうため、早期噴射では点火位置の混合気が希薄化し、着火性が悪い。次に、タンブル比の影響について比較すれば、タンブル比に最適値があることが解る。実験では、本発明の燃焼室、ピストン形状ではタンブル比1.0が最適値を示しており、タンブル比＝0.5〜1.7が安定着火、燃焼可能な範囲と設定することができる。すなわち、0.5＞タンブル比ではタンブル流が圧縮行程前で減衰し、混合気形成に有効に作用しない。また、2.0＜タンブル比では、タンブル流が強すぎて燃料噴霧が拡散してしまい、点火時に点火プラグの発火部に着火可能な混合気が形成されなくなる。
【００３７】
図９には、各運転領域でのＢＩＴＥ制御による燃料噴射時期で実際に運転可能な空燃比範囲を示す。各運転領域の空燃比及び燃料噴射終了時期は、前述した各実験結果に基づいて、すなわち燃料噴霧による放電経路遮断、煤の発生、混合気の希薄燃焼変動等の限界によって決定される。この図からわかるように、本発明の燃焼室構造を採用することで、成層燃焼から均一燃焼までのＢＩＴＥ及び空燃比を、着火性、燃焼性を損うこと無く連続的に変化させることが可能になる。
【００３８】
図１２に本発明の実施の第二形態を示す。
【００３９】
本形態では、前記第一の形態において吸気ポート１６間に発火部２３ａを臨まさせている点火プラグ２３を、排気ポート１７側に配設したものである。
【００４０】
この場合、吸気ポート１６のシリンダ軸線に対する傾斜角度θ１を前記第一形態よりも狭角の鋭角とし、前記第一形態と逆方向へタンブル流を生起させる。すなわち、吸気ポート１６から燃焼室１４内に流入する空気流がピストン１３の頂面１３ａ方向へ指向するようにシリンダ軸線に対する上記傾斜角度θを鋭角に形成し、又、上記ピストン１３の頂面１３ａに形成した曲面形状のピストンキャビティ１３ｂにより吸気側ペントルーフ面１２ｃ側からのタンブル流を排気側ペントルーフ面１２ｄ方向にターンさせると共にインジェクタからの燃料噴霧を衝突後反可能とする。そして、上記点火プラグ２３の発火部２３ａは、排気側ペントルーフ面１２ｄの排気ポート１７間に臨まされ、ピストンキャビティ１３ｄから流出するタンブル流及び燃料噴霧の流出位置に配設されている。
【００４１】
従って、本形態のタンブル流は、ピストンキャビティ１３ｂから巻上がった燃料噴霧を、吸気側ペントルーフ面１２ｃ側から排気側ペントルーフ面１２ｄ方向へ導いて、点火時の点火プラグ２３の発火部２３ａ周囲に着火可能な混合気を形成する。
【００４２】
本形態においては、上述の前記第一形態に対し、早期噴射における着火性能がやや劣るものの、点火プラグ２３を排気ポート１７側に配設することで、吸気バルブの大径化、吸気ポート形状をより抵抗の少ないものとすることができる。尚、本形態においても、上述のようにタンブル比は、０．５〜１．７に設定することが望ましい。
【００４３】
なお、本発明は上記各実施の形態に限るものではなく、例えば、吸気ポートに連通する吸気通路に、この吸気通路の一部を選択的に閉塞或は面積を連続的に減少させることの可能な吸気可変機構を併設することで、燃料噴射量に応じてガス流動の強さ及び吸入抵抗を最適に設定することができ、燃焼、燃費、出力性能を向上させることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、下記の効果を有する。
（イ）燃焼室に供給される筒内吸入空気は、吸気ポートから排気ポート側ルーフ面の方向へ流動し、ピストン頂面に形成した曲面形状のキャビティにガイドされて吸気ポートを開口する吸気側ルーフ面の方向へターンされてタンブル流が生起される。ここで、ピストン頂面のキャビティは、インジェクタの直下方向の排気ポート側へやや偏倚した位置に形成されており、キャビティに流入したタンブル流及びキャビティに衝突した燃料噴霧の流出位置或は流出方向であって複数の吸気ポートの間に点火プラグの発火部が配設されているので、エンジン負荷の変化に対応して燃料噴射が変化し燃料噴射時期が変化しても、広範囲にわたり良好に燃焼性を確保することができる。
すなわち、極低負荷の成層燃焼時は、燃料噴射量が少なく燃料噴射時期が点火時期の近くに設定されるため、点火プラグの発火部の周辺に自ら作り出した混合気に着火させることができ、着火が最良となる最適燃料噴射時期（ＢＩＴＩ）制御を行うことができる。また、一定走行相当（Ｒ／Ｌ負荷）での運転時は、ＢＩＴＩ制御よりも噴射終了時期を早期に設定し、噴射終了時の燃料噴霧が、タンブル流により点火前に点火プラグの発火部を通り過ぎ、インジェクタの直下方向の排気ポート側へやや偏倚した位置にピストン頂面に形成されたピストンキャビティに衝突して巻上がり、点火時に、複数の吸気ポート間に配設された点火プラグの発火部の周囲に着火可能な混合気が形成されるため、早期の燃料噴射タイミングであっても排気ガス対策の観点からの最適噴射時期（ＢＩＴＥ）制御を行うことができる。さらに、加速運転時は、排気ガス対策の観点から最適噴射時期（ＢＩＴＥ）制御により燃料噴射終了時期を更に早期化する必要が有り、燃料噴射時期を早期化すると燃料噴霧の拡散や気化が進むが、ピストン頂面のキャビティが、インジェクタの直下方向の排気ポート側へやや偏倚した位置に形成されているため、タンブル流によるガス流動を的確に与えることができ、また、点火プラグの発火部が、キャビティに流入したタンブル流及びキャビティに衝突した燃料噴霧の流出位置或は流出方向であって複数の吸気ポートの間に配設されているため、ピストンキャビティからの混合気が点火プラグの発火部方向に的確に巻上がり、点火時に、点火プラグの発火部の周囲に安定着火、燃焼可能な混合気を形成することができる。
従って、成層燃焼時の燃料噴射終了時期を、排気エミッションを悪化させることなく燃料噴射量に応じて広範囲に設定することが可能となり、常に安定した着火性能を得ることができる。また、成層燃焼から均一燃焼までの最適燃料噴射時期および空燃比を、着火性、燃焼性を損なうことなく連続的に変化させることができ、成層燃焼と均一燃焼との切換え時におけるエンジン負荷に対する出力の連続性を確保できて、良好なドライバビリティを得ることができる。
（ロ）また、タンブル流のエンジン１回転あたりの回転量の範囲を０．５〜１．７に設定することで、圧縮行程時にタンブル流が減衰されず、しかもタンブル流が強すぎて燃料が拡散することもなく、点火プラグの発火部に着火可能な混合気を確実に形成させることができる。
【００４５】
請求２記載の発明によれば、下記（ハ）の効果、および上記（ロ）の効果を有する。
（ハ）燃焼室に供給される筒内吸入空気は、吸気ポートからピストン頂面方向へ流動し、ピストン頂面に形成した曲面形状のキャビティにガイドされて吸気側ルーフ面側から排気側ルーフ面方向にターンされてタンブル流が生起される。ここで、ピストン頂面のキャビティは、インジェクタの直下方向の排気ポート側へやや偏倚した位置に形成されており、キャビティに流入したタンブル流及びキャビティに衝突した燃料噴霧の流出位置或は流出方向であって複数の排気ポートの間に、点火プラグの発火部が配設されているので、請求項１記載の発明に対し、逆方向のタンブル流を採用する筒内直噴式火花点火エンジンであっても、エンジン負荷の変化に対応して燃料噴射が変化し燃料噴射時期が変化しても、広範囲にわたり良好に燃焼性を確保することができる。
すなわち、極低負荷の成層燃焼時は、請求項１記載の発明と同様に、着火が最良となる最適燃料噴射時期（ＢＩＴＩ）制御を行うことができる。また、一定走行相当（Ｒ／Ｌ負荷）での運転時は、ＢＩＴＩ制御よりも噴射終了時期を早期に設定し、噴射終了時の燃料噴霧が、タンブル流により、インジェクタの直下方向の排気ポート側へやや偏倚した位置にピストン頂面に形成されたピストンキャビティに衝突して巻上がり、点火時に、複数の排気ポート間に配設された点火プラグの発火部の周囲に着火可能な混合気が形成されるため、早期の燃料噴射タイミングであっても排気ガス対策の観点からの最適噴射時期（ＢＩＴＥ）制御を行うことができる。さらに、加速運転時は、ピストン頂面のキャビティが、インジェクタの直下方向の排気ポート側へやや偏倚した位置に形成されているため、請求項１記載の発明に対し逆方向のタンブル流であっても、ガス流動を的確に与えることができ、また、点火プラグの発火部が、キャビティに流入したタンブル流及びキャビティに衝突した燃料噴霧の流出位置或は流出方向であって複数の排気ポートの間に配設されているため、ピストンキャビティからの混合気が点火プラグの発火部方向に的確に巻上がり、点火時に、点火プラグの発火部の周囲に安定着火、燃焼可能な混合気を形成することができる。
従って、請求項１記載の発明に対し、逆方向のタンブル流を採用する筒内直噴式火花点火エンジンであっても、成層燃焼時の燃料噴射終了時期を、排気エミッションを悪化させることなく燃料噴射量に応じて広範囲に設定することが可能となり、常に安定した着火性能を得ることができる。また、成層燃焼から均一燃焼までの最適燃料噴射時期および空燃比を、着火性、燃焼性を損なうことなく連続的に変化させることができ、成層燃焼と均一燃焼との切換え時におけるエンジン負荷に対する出力の連続性を確保できて、良好なドライバビリティを得ることができる。
（ニ）また、点火プラグを排気ポート側に配設するので、吸気バルブの大径化、吸気ポート形状をより抵抗の少ないものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第一形態に係わり、筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室形状の概略図
【図２】同上、筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室形状の構成図
【図３】同上、シリンダヘッドを燃焼室側から見た底面図
【図４】同上、点火時期直前に終了する燃料の噴霧状態を示す図２に相当する構成図
【図５】同上、ピストンキャビティに衝突した燃料の噴霧挙動を示す図２に相当する構成図
【図６】同上、加速時のタンブル流がない状態での燃料の噴霧挙動を示す図２に相当する構成図
【図７】同上、加速時のタンブル流が発生した状態での燃料の噴霧挙動を示す図２に相当する構成図
【図８】同上、噴射時期と燃焼安定性との関係を示す曲線図
【図９】同上、各燃焼限界による運転可能領域と最適燃料噴射時期との関係を示す曲線図
【図１０】同上、ピストンキャビティがフラットな場合と曲面形状に形成した場合との燃焼、排気ガス特性の比較結果を示す曲線図
【図１１】同上、タンブル流の回転方向、及びタンブル比による燃焼、排気ガス特性の相違の比較結果を示す曲線図
【図１２】本発明の実施の第二形態に係わり、筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室形状の概略図
【図１３】従来例の関し、燃料噴射終了時期と燃料噴射量との関係を示す曲線図
【図１４】同上、燃料噴射時期とエミッション排出量との関係を示す曲線図
【図１５】同上、筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室形状の概略図
【符号の説明】
１２ｂ  燃焼室頂部
１２ｃ  吸気側ルーフ面
１２ｄ  排気側ルーフ面
１３ａ  ピストン頂面
１３ｂ  キャビティ
１４  燃焼室
１５  インジェクタ
１６  吸気ポート
２３  点火プラグ
２３ａ  発火部
ＬEX  延長線
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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