(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックのシリンダボア内にピストンを配置し、
シリンダヘッドのピストン上面に対向する部分に、シリンダブロックとの合わせ面より上方へ凹陥した燃焼室天井部を形成し、
該燃焼室天井部において排気ポートの開口部が配置される排気ポート側部分を傾斜面とするとともに吸気ポートの開口部が配置される吸気ポート側部分を上記傾斜面の上端に連なる面として、該燃焼室天井部とピストン上面との間に燃焼室を形成し、
該燃焼室天井部の吸気ポート側部分の周縁部にインジェクタの先端部を配置し、低負荷低回転域では圧縮行程後期に噴射を行い、高負荷領域や高回転領域では吸気行程で噴射を行うようにした火花点火式の筒内噴射型エンジンであって、
上記インジェクタは吸気ポートが配設された部分の下方に、点火プラグは点火ギャップが上記燃焼室天井部の略中央に位置するように、それぞれシリンダヘッドに取り付け、
上記インジェクタの先端部を斜め下方に向くように配置して、上記インジェクタからの噴霧エリア内に上記点火ギャップが介在するように設定し、
上記ピストンの上面に、上記インジェクタの噴射方向前方側ほど次第に凹陥し、かつ、該噴射方向と直交する方向の幅が圧縮行程後期噴射におけるインジェクタの噴射幅よりも大きいリセスをインジェクタ先端部に対向する排気側の燃焼室周縁部付近にまで亘って設け、
上記インジェクタ先端部から該先端部が対向する上記リセスの排気側の端部までの距離を、圧縮行程後期噴射における噴射開始から点火時期までの間の噴霧到達距離よりも大きく設定するとともに、
上記インジェクタ先端部から上記点火ギャップまでの距離を上記噴霧到達距離よりも小さく設定したことを特徴とする筒内噴射型エンジン。
【請求項２】
上記インジェクタは、圧縮行程後期噴射における噴射角が３０°以下の狭角インジェクタからなることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型エンジン。
【請求項３】
上記インジェクタを、圧縮行程後期噴射が行われる低負荷低回転域で噴射角が３０°以下の狭角となり、高負荷域および高回転域で噴射角が広がるように構成したことを特徴する請求項２記載の筒内噴射型エンジン。
【請求項４】
上記インジェクタとして雰囲気圧が高くなるにつれて噴射角が狭くなる高圧スワールインジェクタを設けるとともに、低負荷低回転域で圧縮行程後期噴射、高負荷域および高回転域で吸気行程噴射を行うように運転状態に応じてインジェクタの噴射時期を設定したことを特徴とする請求項３記載の筒内噴射型エンジン。
【請求項５】
燃焼室内のガス流動を調節するガス流動調節手段を設け、圧縮行程後期噴射が行われる運転領域で上記ガス流動調節手段により燃焼室内のガス流動を強化するように構成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の筒内噴射型エンジン。
【請求項６】
ガス流動調節手段がスワール生成手段を含み、圧縮行程後期噴射が行われる運転領域の中では低負荷側より高負荷側の方がスワール比が大きく、かつ低回転側より高回転側の方がスワール比が小さくなるようにスワール生成手段を作動させる構成としたことを特徴とする請求項５に記載の筒内噴射型エンジン。
【請求項７】
ガス流動調節手段は、スワール生成用の第１吸気ポートと、タンブル生成用の第２吸気ポートと、該第２吸気ポートを開閉するスワール調節弁とを有することを特徴とする請求項５または６記載の筒内噴射型エンジン。
【請求項８】
燃焼室の略周縁部にインジェクタの先端部を配置し、少なくとも低負荷低回転域で圧縮行程後期に噴射を行うようにした火花点火式の筒内噴射型エンジンにおいて、
インジェクタ先端部から該先端部が対向する燃焼室端までの距離を、圧縮行程後期噴射における噴射開始から点火時期までの間の噴霧到達距離よりも大きく設定するとともに、
インジェクタからの噴霧エリア内に点火ギャップが介在するように点火プラグを配置し、インジェクタ先端部から点火ギャップまでの距離を上記噴霧到達距離よりも小さく設定し、
さらに、燃焼室内のガス流動を調節するガス流動調節手段を設け、圧縮行程後期噴射が行われる運転領域で上記ガス流動調節手段により燃焼室内のガス流動を強化するように構成したことを特徴とする筒内噴射型エンジン。
【請求項９】
ガス流動調節手段がスワール生成手段を含み、圧縮行程後期噴射が行われる運転領域の中では低負荷側より高負荷側の方がスワール比が大きく、かつ低回転側より高回転側の方がスワール比が小さくなるようにスワール生成手段を作動させる構成としたことを特徴とする請求項８に記載の筒内噴射型エンジン。
【請求項１０】
ガス流動調節手段は、スワール生成用の第１吸気ポートと、タンブル生成用の第２吸気ポートと、該第２吸気ポートを開閉するスワール調節弁とを有することを特徴とする請求項８または９記載の筒内噴射型エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インジェクタの先端部を燃焼室内に配置し、少なくとも低負荷低回転域で圧縮行程後期に噴射を行うようにした火花点火式の筒内噴射型エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平６−８１６５１号公報に示されるように、点火プラグを備えるとともに、燃料を燃焼室内に直接噴射供給するインジェクタを備え、成層燃焼による燃費改善を図るようにした火花点火式の筒内噴射型エンジンは知られている。この種のエンジンでは、少なくとも低負荷低回転域で、圧縮行程後期に上記インジェクタから燃焼室内に燃料を噴射することにより、燃料の拡散を抑えて成層化が図られるが、この場合、燃料の拡散を抑えつつも微粒化を促進し、かつ、点火プラグ付近に着火可能な適度の空燃比の混合気が偏在する状態を確保することが要求される。
【０００３】
このため、上記公報に示される筒内噴射型エンジンでは、ピストンの上面に、凹状の曲面とこれに連なる隆起部とを設ける一方、ピストンの上方のシリンダヘッドに、ピストンが上死点付近に達したときに上記凹状の曲面に向けて燃料を噴射するようにインジェクタを配置するとともに、上記隆起部に対向する位置に点火プラグを配置することにより、上記インジェクタから噴射された燃料がピストンの凹状の曲面に衝突し、衝突後に飛散した燃料が空気と混合して点火プラグ付近に漂うようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来の筒内噴射型エンジンは、インジェクタから噴射した燃料をいったん燃焼室壁面（例えばピストン上面）に衝突させるようにしているが、このようにすると、燃焼室壁面に衝突した燃料の一部は飛散せずに壁面に付着した状態で残り、この燃料が充分に燃焼せずに排出されるため、排気ガス中のＨＣが増加してエミッションを悪化させるとともに、燃費改善を妨げるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑み、インジェクタからの噴霧が燃焼室の壁面に付着することを防止しつつ、着火安定性を確保して効果的に成層燃焼を行わせることができ、燃費およびエミッション性能を大幅に向上することができる筒内噴射型エンジンを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、シリンダブロックのシリンダボア内にピストンを配置し、シリンダヘッドのピストン上面に対向する部分に、シリンダブロックとの合わせ面より上方へ凹陥した燃焼室天井部を形成し、該燃焼室天井部において排気ポートの開口部が配置される排気ポート側部分を傾斜面とするとともに吸気ポートの開口部が配置される吸気ポート側部分を上記傾斜面の上端に連なる面として、該燃焼室天井部とピストン上面との間に燃焼室を形成し、該燃焼室天井部の吸気ポート側部分の周縁部にインジェクタの先端部を配置し、低負荷低回転域では圧縮行程後期に噴射を行い、高負荷領域や高回転領域では吸気行程で噴射を行うようにした火花点火式の筒内噴射型エンジンであって、上記インジェクタは吸気ポートが配設された部分の下方に、点火プラグは点火ギャップが上記燃焼室天井部の略中央に位置するように、それぞれシリンダヘッドに取り付け、上記インジェクタの先端部を斜め下方に向くように配置して、上記インジェクタからの噴霧エリア内に上記点火ギャップが介在するように設定し、上記ピストンの上面に、上記インジェクタの噴射方向前方側ほど次第に凹陥し、かつ、該噴射方向と直交する方向の幅が圧縮行程後期噴射におけるインジェクタの噴射幅よりも大きいリセスをインジェクタ先端部に対向する排気側の燃焼室周縁部付近にまで亘って設け、上記インジェクタ先端部から該先端部が対向する上記リセスの排気側の端部までの距離を、圧縮行程後期噴射における噴射開始から点火時期までの間の噴霧到達距離よりも大きく設定するとともに、上記インジェクタ先端部から上記点火ギャップまでの距離を上記噴霧到達距離よりも小さく設定したものである。
【０００７】
この構成によると、少なくとも低負荷低回転域で、圧縮行程後期にインジェクタから燃焼室内に燃料が噴射されることにより、成層燃焼が行われる。この場合に、上記のように各距離の関係が設定されていることにより、点火時期にはインジェクタからの噴霧が燃焼室壁面にまで到達しておらず、かつ、点火プラグの点火ギャップまわりに噴霧が存在する状態が確保される。従って、燃焼室壁面への噴霧の付着が防止されつつ、着火安定性が確保されて有効に成層燃焼が行われる。
【０００９】
また、圧縮行程後期噴射が行われる場合に、インジェクタからの噴霧が点火時期までに燃焼室壁面に付着することを避けるような設定を行うことが、構造的に容易に可能となる。
【００１０】
さらに、シリンダボア内に配置したピストンの上面に、インジェクタの噴射方向前方側ほど次第に凹陥し、かつ、該噴射方向と直交する方向の幅が圧縮行程後期噴射におけるインジェクタの噴射幅よりも大きいリセスを設け、インジェクタ先端部から該リセスの端部までの距離を圧縮行程後期噴射における噴射開始から点火時期までの間の噴霧到達距離よりも大きくしていることにより、圧縮行程後期噴射による成層燃焼が良好に行われるとともに、ピストン上面への噴霧の付着が確実に防止される。
【００１１】
上記インジェクタは、圧縮行程後期噴射における噴霧角が３０°以下の狭角インジェクタからなるものが好ましく、このようにすると圧縮行程後期噴射時に噴霧の拡散が抑制されて効果的に成層化が行われる。
【００１２】
さらに上記インジェクタを、圧縮行程後期噴射が行われる低負荷低回転域で噴霧角が３０°以下の狭角となり、高負荷域および高回転域で噴霧角が広がるように構成しておけば、低負荷低回転域で成層燃焼を行わせる一方、高負荷域や高回転域では燃料を拡散させて均一燃焼を行わせるのに有利となる。
【００１３】
とくに、上記インジェクタとして雰囲気圧が高くなるにつれて噴霧角が狭くなる高圧スワールインジェクタを設けるとともに、低負荷低回転域で圧縮行程後期噴射、高負荷域および高回転域で吸気行程噴射を行うように運転状態に応じてインジェクタの噴射時期を設定しておけば、低負荷低回転域での成層燃焼および高負荷域や高回転域での均一燃焼が効果的に行われ、かつ、高圧スワールインジェクタによって燃料の微粒化が促進され、成層燃焼時における着火性、燃焼性が高められる。
【００１４】
また、この発明において、燃焼室内のガス流動を調節するガス流動調節手段を設け、圧縮行程後期噴射が行われる運転領域で上記ガス流動調節手段により燃焼室内のガス流動を強化するように構成しておくことが好ましい。このようにすると、成層燃焼時に、上記ガス流動によって燃料の微粒化、空気とのミキシング等が良好に行われる。
【００１５】
さらに、ガス流動調節手段がスワール生成手段を含み、圧縮行程後期噴射が行われる運転領域の中では低負荷側より高負荷側の方がスワール比が大きく、かつ低回転側より高回転側の方がスワール比が小さくなるようにスワール生成手段を作動させる構成としておけば、圧縮行程後期噴射が行われる運転領域の中で燃料噴射量が多くなる高負荷側ではミキシング等が良好に行われる一方、低負荷側や高回転側の領域ではスワールによる過拡散や噴霧の曲がりが生じるといった事態が防止される。
【００１６】
上記ガス流動調節手段は、例えばスワール生成用の第１吸気ポートと、タンブル生成用の第２吸気ポートと、該第２吸気ポートに設けられて該吸気ポートを開閉するスワール調節弁とを有している。このようにすれば、スワールが抑制される領域ではタンブルによりガス流動性が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態による筒内噴射型エンジンの断面図、図２は断面の概略図、図３は平面視の概略図である。これらの図において、１はシリンダブロック２上に設置されたシリンダヘッド、３はシリンダブロック２のシリンダボア４内に配置されたピストンであり、ピストン３の上面とシリンダヘッド１の下面との間に燃焼室５が形成されており、この部分におけるシリンダヘッド１の下面側には燃焼室５の天井部を構成する凹陥部が設けられている。
【００１８】
上記シリンダヘッド１には燃焼室５に開口する吸気ポートおよび排気ポートが形成され、当実施形態では気筒毎に２個の吸気ポート６，７と２個の排気ポート８，９とが形成されている。各吸気ポート６，７にはそれぞれ吸気弁１０が装備され、各排気ポート８，９にはそれぞれ排気弁１１が装備されており、吸気弁用カムシャフト１２および排気弁用カムシャフト１３の各カムにより吸気弁１０および排気弁１１が駆動されるようになっている。
【００１９】
さらに、燃焼室５内に直接燃料を噴射するインジェクタ１５と、点火プラグ１６とがシリンダヘッド１に取り付けられており、上記インジェクタ１５の先端部は燃焼室５の略周縁部に配置され、点火プラグ１６の先端は燃焼室５の天井部の略中央に配置されている。
【００２０】
これらの構造をより具体的に説明すると、上記両吸気ポート６，７はカム軸方向に並んだ状態で燃焼室５の天井部の片半部側に開口し、上記両排気ポート８，９はカム軸方向に並んだ状態で燃焼室５の天井部の他半部側に開口するが、燃焼室５の天井部は、略中央の頂部から排気ポート側が次第にシリンダヘッド下端面（シリンダブロック２との合わせ面）に近づくような所定角度の傾斜面とされる一方、吸気ポート側が略水平面（シリンダヘッド１とシリンダブロック２との合わせ面と略平行な面）とされ、この吸気ポート側の面の周辺とシリンダヘッド下端面との間に縦壁部１８が設けられており、カムシャフト１２，１３と直交する方向の断面で見た燃焼室形状は略台形となっている（図１，図２参照）。
【００２１】
上記両吸気ポート６，７のうちの第１吸気ポート６はスワール生成用のポート、第２吸気ポート７はタンブル生成用のポートであって、両吸気ポート６，７は上流側が斜め上方に延びてシリンダヘッド１の一側壁上部に達し、かつ、スロート部より上流で第２吸気ポート７は第１吸気ポート６よりも上方にずれている。この両ポート６，７には、これらに対応する吸気通路２１，２２を備えた吸気マニホールド２０が接続されている。また、上記第２吸気ポート７もしくはこれに連なる吸気通路２２に、この吸気ポート７を開閉するスワール調節弁２３が設けられている。そして、上記スワール調節弁２３が閉じられたときには第１吸気ポート６からの吸気によって燃焼室５内にスワール（横渦）が生成され、スワール調節弁２３が開かれるとその開度が大きくなるにつれて上記スワールが弱められるとともに第２吸気ポート７からの吸気によってタンブル（縦渦）が生成されるようになっている。
【００２２】
また、上記インジェクタ１５は、燃焼室５の一側方において吸気ポート６，７が配設された部分の下方でシリンダヘッド１に取り付けられ、インジェクタ１５先端部が上記縦壁部１８から燃焼室５内に臨んでいる。
【００２３】
上記インジェクタ１５は、少なくとも圧縮行程後期噴射が行われるときに噴霧角が３０°以下となるような狭角インジェクタからなる。当実施形態では、噴霧にスワールを生じさせるような噴射口形状となっている高圧スワールインジェクタを用いており、この高圧スワールインジェクタによると、雰囲気圧が高くなるにつれて噴霧角が狭くなる傾向があって、燃焼室５内の圧力が高くなる圧縮行程後期に噴射が行われるときには噴霧角が３０°以下の狭角となり（図４参照）、燃焼室５内の圧力が低い吸気行程で噴射が行われるときには圧縮行程後期噴射と比べて噴霧角が広くなる（図５参照）ようになっている。なお、２５はインジェクタ１５からの噴霧である。
【００２４】
図１および図２に示すように、上記インジェクタ１５からの噴射方向は斜め下方を向くように設定されている。つまり、シリンダヘッド１とシリンダブロック２との合わせ面に対し傾斜して、インジェクタ配置部分に対向する燃焼室周縁付近のピストン３上面側に向かう方向に燃料を噴射するように、インジェクタ１５が配置されている。
【００２５】
また、図１〜図３に示すように、上記ピストン３の上面は、基本的には全体が平面状に形成され、その略中央部からインジェクタ１５に対向する側（排気側）の燃焼室周縁部付近にまで亘ってリセス２６が形成されている。このリセス２６はインジェクタ１５からの噴射方向の前方側ほど次第に凹陥し、かつ、該噴射方向と直交する方向の幅が圧縮行程後期噴射におけるインジェクタ１５の噴射幅よりも大きくなっており、インジェクタ１５からの噴霧２５の広がりに見合うように噴射方向前方側で幅が広くなっている。なお、上記リセス２６が設けられることにより燃焼室容積が増大して圧縮比が低下する傾向が生じるが、これを是正して圧縮比を確保するため、ピストン３上面の吸気側の部分には上方に突出する突出部２７が設けられている。
【００２６】
上記インジェクタ１５の先端部から該先端部が対向する燃焼室端までの距離は、圧縮行程後期噴射における噴射開始から点火時期までの間の噴霧到達距離よりも大きく設定されている。また、上記点火プラグ１６は、その先端の点火ギャップ１６ａがインジェクタ１５からの噴霧エリア内に介在するように配置されており、インジェクタ１５の先端部から点火ギャップ１６ａまでの距離は上記噴霧到達距離よりも小さく設定されている。
【００２７】
このような設定を当実施形態について具体的に説明すると、圧縮行程後期において上記ピストン３が上死点付近にあるときに、ピストン３上面のリセス２６の終端部が上記インジェクタ１５の先端部に対向する燃焼室端に相当するので、このときのインジェクタ１５の先端部からリセス２６の終端（燃焼室端）までの距離をＬとし、また、少なくとも低負荷低回転域での圧縮行程後期噴射における噴射開始から点火時期までの間の噴霧到達距離をｌ１とし、インジェクタ先端部から点火プラグ１６の点火ギャップ１６ａまでの距離をｌ２とすると、Ｌ＞ｌ１＞ｌ２となるように、インジェクタ１５、点火プラグ１６およびリセス２６等の位置関係や噴射開始時期および点火時期の関係等が設定されている。
【００２８】
インジェクタ１５からの噴射時期は運転状態に応じて図６のように制御される。すなわち、この図の中でハッチングを付した領域Ａは圧縮行程後期噴射が行われる領域、それ以外の領域Ｂは吸気行程噴射が行われる領域であり、この図のように、所定負荷以下の低・中負荷で、かつ所定エンジン回転数以下の低・中回転の運転領域Ａでは、圧縮行程後期に燃料噴射が行われる。また、この領域Ａのうちでも燃料噴射量が少ない低負荷域Ａ１（同図中に破線で示す負荷以下の領域）では、圧縮行程後期に１回だけ燃料噴射が行われるが、燃料噴射量がある程度多くなる中負荷域Ａ２（同図中に破線で示す負荷よりも高負荷側の領域）では、燃料噴射が圧縮行程中に２回が行われる。一方、所定負荷よりも高負荷の領域や、所定回転より高回転の領域では、吸気行程中に燃料噴射が行われるようになっている。
【００２９】
また、圧縮行程噴射が行われる運転領域の中で、運転状態に応じてスワールの制御が図７，図８に示すように行われる。すなわち、エンジン負荷に応じたスワール制御としては、図７に示すように、低負荷側ではスワール調節弁２３の開度がある程度大きくされることでスワール比が小さくされ、圧縮行程噴射が行われる運転領域内における高負荷側ほど、スワール調節弁２３の開度が小さくされることでスワール比が増大されるようになっている。また、エンジン回転数に応じたスワール制御としては、図８に示すように、低回転側ではスワール調節弁２３の開度が小さくされることでスワール比が大きくされ、圧縮行程噴射が行われる運転領域内における高回転側ほど、スワール調節弁２３の開度が大きくされることでスワール比が減少されるようになっている。
【００３０】
なお、この他に図外のスロットル弁の開度も運転状態に応じて調節されるが、当実施形態の装置では、低負荷時に吸入空気量が多くて燃料が少ない高リーン状態でも成層化により燃焼性が確保されるので、基本的には全運転領域でスロットル弁が全開とされ、始動時や暖機運転中で排気温度が低い場合等の限られた運転状態でのみ、排気浄化用触媒の暖機促進等のため、スロットル弁が閉じられる。
【００３１】
以上のような当実施形態の装置による作用を、次に説明する。
【００３２】
低負荷低回転側の運転領域では、圧縮行程後期に上記インジェクタ１５から燃焼室５内に燃料が噴射され、成層燃焼が行われる。この場合、インジェクタ１５の先端部からこれに対向する燃焼室端までの距離Ｌが、噴射開始から点火時期までの間の噴霧到達距離ｌ１よりも大きくなっているために、点火時期までに噴霧２５がインジェクタ先端に対向する燃焼室端の壁面に付着することが避けられる。また、点火プラグ１６の先端の点火ギャップ１６ａが噴霧エリアに介在し、インジェクタ先端部から点火ギャップ１６ａまでの距離ｌ２よりも上記噴霧到達距離ｌ１の方が大きいため、点火時期に点火ギャップ１６ａまわりに噴霧２５が存在する状態が確保される。
【００３３】
このため、着火安定性が確保されて有効に成層燃焼が行われ、しかも、燃焼室壁面への燃料付着が抑制されることでＨＣ排出量が低減され、燃費およびエミッション性能が向上される。
【００３４】
この場合、インジェクタ１５および燃焼室５の構造等が、上記設定と相まって、成層燃焼時の着火安定性の確保と燃焼室壁面への燃料付着の防止とを達成できるようになっている。
【００３５】
すなわち、上記インジェクタ１５は高圧スワールインジェクタからなり、この高圧スワールインジェクタは、燃料噴霧に旋回渦を与えることで微粒化を促進して着火性を向上するとともに、雰囲気圧が高くなる圧縮行程後期噴射においては噴霧角が３０°以下に狭くなる（図４参照）ため、噴霧２５の拡散による燃焼室壁面への付着を防止し、かつ点火ギャップ１６ａ付近の噴霧２５の濃度を安定させ、着火安定性を高めることができる。
【００３６】
また、上記燃焼室５は排気ポート側部分が傾斜面、吸気ポート側部分が略水平面となった断面略台形とされ、その吸気ポート側部分の周縁部にインジェクタ１５の先端部が斜め下方に向くように配置されていることにより、噴霧２５が点火ギャップ１６ａ付近を通るようにしながらも、燃焼室壁面への燃料の付着が防止される。
【００３７】
つまり、仮に燃焼室を一般的なペントルーフ形状として、その両側傾斜面に吸気ポート開口部および排気ポート開口部をそれぞれ配置し、中央頂部付近に点火ギャップを配置するとともに、吸気ポート側の傾斜面の下端部付近にインジェクタの先端部を位置させるとすれば、噴霧が点火ギャップを通るようにするにはインジェクタから斜め上方に向けて燃料を噴射させるようにする必要があるが、このように吸気ポート側の傾斜面の下端部付近から斜め上方に向けて燃料を噴射すると、排気ポート側の傾斜面に噴霧が付着し易くなる。
【００３８】
これに対し、当実施形態のように吸気ポート側部分が略水平面となった断面略台形に燃焼室５を形成して、その吸気ポート側部分の周縁部にインジェクタ１５の先端部を配置し、ここから斜め下方に燃料を噴射するようにしておけば、噴霧２５が点火ギャップ１６ａ付近を通り、しかも排気ポート側の傾斜面への噴霧２５の付着が抑制される。
【００３９】
さらに、ピストン３の上面にはリセス２６が設けられ、このリセス２６がインジェクタ１５からの噴射方向の前方側ほど次第に凹陥する形状とされ、かつ、インジェクタ１５の先端部からリセス２６の終端までの距離およびリセス２６の幅と圧縮行程後期噴射における点火時期までの噴霧到達距離および噴霧幅との関係が上記のように設定されているため、噴霧２５がピストン３の上面に付着することも避けられ、図２に示すように噴霧２５がリセス２６内およびその上方の空間に漂った状態で着火、燃焼が良好に行われる。
【００４０】
ところで、成層燃焼が行われる運転領域Ａのうち、燃料噴射量が少ない低負荷域Ａ１では、圧縮行程後期に１回だけ燃料噴射が行われるが、燃料噴射量が比較的多い中負荷域（領域Ａの中の高負荷側の領域）Ａ２では、燃料噴射が圧縮行程の前記と後期とに分けて２回行われ、これによって成層燃焼が良好に行われる。
【００４１】
すなわち、燃料噴射量がある程度多くなる領域では、前述のＬ＞ｌ１の関係を満足するタイミングで圧縮行程後期に１回だけ燃料噴射を行うと、比較的多い噴射燃料を充分に気化させるだけの時間的余裕がないため、点火ギャップ付近に気化不足の燃料が多く集まって着火、燃焼性が悪くなり、また、ある程度噴射タイミングを早めて圧縮行程途中で１回だけ燃料噴射を行うと、燃焼室壁面に噴射燃料が多く付着して燃焼室壁面近くで混合気がオーバーリッチ状態となるため、燃費およびエミッションが悪化する。
【００４２】
これに対し、図９（ａ）に示すように燃料噴射Ｉａ，Ｉｂが圧縮行程の前記と後期とに分けて２回行われると、１回目に噴射された燃料はインジェクタ１５の先端部に対向する側の燃焼室壁面に付着するものの、点火時期までには気化されつつある程度まで拡散されて、点火ギャップと燃焼室壁面との間の区域に適度の空燃比の混合気３１を形成し、また、２回目には低負荷時と同程度の燃料が前述のＬ＞ｌ１の関係を満足するタイミングで噴射されて、点火ギャップ１６ａ回りに適度の空燃比の混合気３２を形成し、この混合気３２と１回目に噴射燃料による混合気３１とがつながる状態となる（図９（ｂ）参照）。このため、着荷性および燃焼性が良好に保たれ、成層燃焼が良好に行われて燃費、エミッションが向上される。
【００４３】
なお、仮に１回目の噴射が吸気行程中に行われると、その噴射燃料が点火時期までに拡散しすぎ、燃焼室全体としての空燃比がリーンな状態で成層燃焼が行われるときにこのように噴射燃料が拡散しすぎると、その拡散した燃料は著しくオーバーリーンとなって燃焼に寄与しなくなり、効果的な成層燃焼を行うことができないので、上記のように中負荷域で２回に分けて燃料噴射を行うときの１回目の噴射は圧縮行程とすることが好ましい。
【００４４】
また、成層燃焼を行うべき運転領域内でのスワールの制御は、前述のように、エンジン負荷およびエンジン回転数に応じて図７，図８に示すように行われる。すなわち、エンジン負荷に応じた制御として、燃料噴射量の少ない低負荷時は、スワール比が小さくされることによりスワールによる噴霧の過拡散や曲がりが抑制され、負荷が高くなって燃料噴射量が増加するにつれ、スワール比が大きくされることにより、燃料の微粒化、ミキシング等が促進される。また、エンジン回転数に応じた制御として、エンジン回転数が高くなるにつれ、絶対流速が増加することに見合うようにスワール比が小さくされ、スワールによる噴霧の過拡散や曲がりが抑制される。
【００４５】
エンジンの全負荷乃至それに近い高負荷の領域や高回転の領域（図６中の領域Ｂ）では、上記インジェクタ１５からの噴射が吸気行程中に行われることにより、噴射燃料が燃焼室５全体に拡散されて、出力性能を高めるべく均一燃焼が行われる。この場合、インジェクタ１５に高圧スワールインジェクタを用いれば、雰囲気圧が低い吸気行程では噴射燃料が比較的広い角度に噴射されるので、噴射から点火までの時間間隔が長いことと相まって、充分に噴霧が拡散され、有効に均一燃焼が行われる。
【００４６】
なお、本願発明の具体的構造は上記実施形態に限定されず、種々変更可能である。
【００４７】
例えば、上記のようにスワールの制御が行われても圧縮行程後期噴射において噴霧がスワールで多少は曲げられるので、ピストン３の上面に形成するリセス２６´を、図３中に二点鎖線で示すように、スワール方向に多少傾けて形成しておいてもよい。
【００４８】
また、図１０に示すように、ピストン３の上面において突出部２７とリセス２６との間の部分に、点火プラグ１６方向に突出する棚部２８を設け、圧縮行程後期にインジェクタ１５から噴射された燃料の一部が上記棚部２８に当接して矢印のように点火プラグ１６方向に導かれるようにしてもい。このようにすると、燃焼室５内への点火プラグ１６先端の突出量を小さくすることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、シリンダヘッドに上方へ凹陥した燃焼室天井部を形成し、上記インジェクタは吸気ポートが配設された部分の下方に、点火プラグは点火ギャップが上記燃焼室天井部の略中央に位置するようにし、インジェクタからの噴霧エリア内に上記点火ギャップが介在するように設定し、上記ピストンの上面に、上記インジェクタの噴射方向前方側ほど次第に凹陥し、かつ、該噴射方向と直交する方向の幅が圧縮行程後期噴射におけるインジェクタの噴射幅よりも大きいリセスをインジェクタ先端部に対向する排気側の燃焼室周縁部付近にまで亘って設け、上記インジェクタ先端部から該先端部が対向する上記リセスの排気側の端部までの距離を、圧縮行程後期噴射における噴射開始から点火時期までの間の噴霧到達距離よりも大きく設定するとともに、インジェクタ先端部から上記点火ギャップまでの距離を上記噴霧到達距離よりも小さく設定しているため、圧縮行程後期にインジェクタから燃料を噴射して成層燃焼を行わせる場合に、燃焼室壁面への噴霧の付着を防止しつつ、着火安定性を確保して良好に成層燃焼を行わせることができる。これにより、従来の筒内噴射型エンジンと比べても、燃費およびエミッション性能を大幅に向上することができる。
【００５１】
また、この発明において、上記インジェクタとして高圧スワールインジェクタ等を用い、圧縮行程後期噴射が行われるときに噴霧角が３０°以下の狭角となるようにしておけば、噴射燃料の燃焼室壁面への付着を防止するとともに燃焼安定性を確保するのに有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による筒内噴射型エンジンの断面図である。
【図２】燃焼室およびその付近の概略断面図である。
【図３】燃焼室およびその付近の概略平面図である。
【図４】高圧スワールインジェクタから圧縮行程後期噴射を行った場合の噴霧の広がりを示す説明図である。
【図５】高圧スワールインジェクタから吸気行程噴射を行った場合の噴霧の広がりを示す説明図である。
【図６】圧縮行程噴射を行う運転領域および吸気行程噴射を行う運転領域を示す説明図である。
【図７】エンジン負荷に応じたスワール制御の特性を示す図である。
【図８】エンジン回転数に応じたスワール制御の特性を示す図である。
【図９】（ａ）は圧縮行程中に２回噴射を行う場合の第１回目および第２回目の噴射タイミングを示す図であり、（ｂ）は噴霧の分布状態を示す図である。
【図１０】別の実施形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  シリンダヘッド
３  ピストン
５  燃焼室
６，７  吸気ポート
８，９  排気ポート
１５  インジェクタ
１６  点火プラグ
１６ａ  点火ギャップ
２３  スワール調節弁
２６  リセス
【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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