(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド燃焼室壁面の中央部より燃焼室内に臨ませた点火プラグと、シリンダヘッド燃焼室壁面の吸気弁側の側部から燃焼室内に臨ませた燃料噴射弁と、燃焼室内に吸入空気のタンブル流を生成する吸気系構造と、ピストン冠面に形成されてタンブル流を案内する円筒面形状のキャビティと、を備え、少なくとも所定の運転条件にて圧縮行程にて燃料噴射弁から燃料を噴射して成層燃焼を行わせる直噴火花点火式内燃機関において、
シリンダヘッド燃焼室壁面の前記タンブル流を挟む両側部に、前記タンブル流と略平行な平面を有する側壁を形成し、ピストン冠面に形成されたキャビティの円筒面軸方向の幅を、シリンダヘッドに形成された側壁間の幅より狭くし、これらの段差をキャビティ側に設けた傾斜面によりつないだことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関。
【請求項２】
前記側壁を、吸気弁と排気弁との対向方向と平行にしたことを特徴とする請求項１記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項３】
前記側壁を、吸気ポートからの吸入空気の流入方向と平行にしたことを特徴とする請求項１記載の直噴火花点火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンブル流を用いて成層燃焼を行わせる直噴火花点火式内燃機関の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直噴火花点火式内燃機関では、例えば特開平１０−３０４１１号公報に示されるように、シリンダヘッド燃焼室壁面の中央部より燃焼室内に臨ませた点火プラグと、シリンダヘッド燃焼室壁面の吸気弁側の側部から燃焼室内に臨ませた燃料噴射弁と、を備え、低中速・低負荷条件における燃費向上のため、圧縮行程にて燃料噴射弁から燃料を噴射して、超希薄混合比による成層燃焼を行わせている。
【０００３】
ここで、吸気系構造（吸気ポートの設定）により、燃焼室内に吸気のタンブル流（縦方向の旋回流；縦渦）として順タンブル流（燃料噴射弁から直接点火プラグへ向かう方向のタンブル流）を生成することで、成層燃焼を行わせる成層運転時に、燃料の拡散を防止しつつ燃料を点火プラグ近傍へ確実に輸送して、燃料の成層化を可能にしている。
【０００４】
また、タンブル流の生成を助長するため、ピストン冠面にタンブル流を案内する円筒面形状のキャビティを凹設することもよく知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような直噴火花点火式内燃機関では、機関をアイドル域のように低速・低負荷条件で運転した場合に、燃焼不良を生じやすく、延いては機関の運転性悪化を生じやすいという問題点があった。
【０００６】
これは、機関回転数が低いために、吸気の旋回流動が弱まり、圧縮行程において、タンブル流が減衰、崩壊することによる。このため、混合気が成層化せず、燃焼が不安定となりやすくなるのである。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、圧縮行程におけるタンブル流の減衰、崩壊を極力抑制できるようにして、低回転成層運転時の燃焼安定性を向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、シリンダヘッド燃焼室壁面の中央部より燃焼室内に臨ませた点火プラグと、シリンダヘッド燃焼室壁面の吸気弁側の側部から燃焼室内に臨ませた燃料噴射弁と、燃焼室内に吸入空気のタンブル流を生成する吸気系構造と、ピストン冠面に形成されてタンブル流を案内する円筒面形状のキャビティと、を備え、少なくとも所定の運転条件にて圧縮行程にて燃料噴射弁から燃料を噴射して成層燃焼を行わせる直噴火花点火式内燃機関において、シリンダヘッド燃焼室壁面の前記タンブル流を挟む両側部に、前記タンブル流と略平行な平面を有する側壁を形成し、ピストン冠面に形成されたキャビティの円筒面軸方向の幅を、シリンダヘッドに形成された側壁間の幅より狭くし、これらの段差をキャビティ側に設けた傾斜面によりつないだことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明では、前記側壁を、吸気弁と排気弁との対向方向（以下、「吸気−排気方向」という）と平行にしたことを特徴とする。
請求項３に係る発明では、前記側壁を、吸気ポートからの吸入空気の流入方向と平行にしたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、シリンダヘッド燃焼室壁面のタンブル流を挟む両側部に、タンブル流と略平行な平面を有する側壁を形成したことで、これら側壁によりタンブル流が圧縮行程において減衰、崩壊するのを抑止することができる。よって、機関低回転時においても十分なタンブル流を維持して、機関の燃費向上と安定した運転との両立が得られる。
【００１１】
また、ピストン冠面に形成されたキャビティの円筒面軸方向の幅を、シリンダヘッドに形成された側壁間の幅より狭くし、これらの段差をキャビティ側に設けた傾斜面によりつないだことで、より高圧縮比化できると共に、段差によるタンブル流の崩壊を低減できる。
【００１２】
請求項２に係る発明によれば、前記側壁を、吸気−排気方向と平行にしたことで、タンブル流の崩壊をより確実に抑止できる。
請求項３に係る発明によれば、前記側壁を、吸気ポートからの吸入空気の流入方向と平行にしたことで、スワール流（横方向の旋回流；横渦）を利用する際でも同様な効果が得られ、より低回転領域での機関の安定性を得やすくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
先ず本発明の第１実施形態について図１〜図４により説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１実施形態の構成を示し、上から、直噴火花点火式内燃機関の正面縦断面図、シリンダヘッド側の概略平面図及びそのＡ−Ａ断面図、ピストン側の概略平面図を示している。
【００１５】
シリンダヘッド１、シリンダブロック２及びピストン３により、燃焼室４が形成されている。
シリンダヘッド１には、シリンダヘッド燃焼室壁面の中央部から燃焼室４内に臨ませた点火プラグ５を囲んで、２つの吸気弁６と２つの排気弁７とが対向配置されている。８は吸気ポート、９は排気ポートである。
【００１６】
シリンダヘッド１にはまた、シリンダヘッド燃焼室壁面の吸気弁６側の側部（２つの吸気弁６，６間でかつ下側）から燃焼室４内に臨ませた燃料噴射弁１０が取付けられ、この燃料噴射弁１０から直接燃焼室４内に斜め下向きに燃料を噴射するようにしてある。
【００１７】
ここで、吸気ポート８の設定により、燃焼室４内に、吸入空気のタンブル流（縦渦）として、排気弁７側を下向きに流れ、吸気弁６側を上向きに流れる順タンブル流（すなわち、燃料噴射弁１０近傍から直接点火プラグ５近傍に向う方向のタンブル流）を生成するようにしてある（図２参照）。
【００１８】
また、タンブル流の強化のため、吸気ポート８の内部に流れ方向に沿って隔壁１１を設けることで、２つの吸気ポート８ａ，８ｂに分け、更に隔壁１１の上流側にタンブル流制御弁１２を設けてある。このタンブル流制御弁１２は図１の上側部分に切欠きを設けたバタフライバルブであり、開弁回動位置においては両方の吸気ポート８ａ，８ｂを開通させるが、閉弁回動位置においては一方の吸気ポート８ａのみを開通させ、他方の吸気ポート８ｂを遮断することで、タンブル流を強化できる。
【００１９】
そして、ピストン３の冠面には、前記タンブル流を助長するように案内する円筒面形状のキャビティ（凹溝）１３が形成されている（詳細は図４により後述する）。
従って、吸気行程にて、燃焼室４内にタンブル流が生成され、これが圧縮行程まで維持されることで、成層運転時に圧縮行程にて燃料噴射弁１０から燃料が噴射されると、この燃料噴霧はタンブル流に乗って、点火プラグ５近傍に運ばれ、これにより着火して成層燃焼がなされる。
【００２０】
本発明に係る構成として、シリンダヘッド１には、シリンダヘッド燃焼室壁面の前記タンブル流を挟む両側部に、前記タンブル流と平行な平面、すなわち、吸気−排気方向（吸気弁６と排気弁７との対向方向）と平行な平面を有する側壁１４，１４を形成してある。
【００２１】
言い換えれば、シリンダヘッド燃焼室壁面の前記タンブル流を挟む両側部を、周面のままではなく、肉付けして、平面（１４）としてある。
【００２２】
次に作用を説明する。
図２には通常アイドル時のガス流動生成、崩壊の概念図を示す。
吸気行程で形成されたタンブル流は、圧縮行程に入り、燃焼室４内が扁平化していくことにより崩壊が始まる。そのため、タンブル流が当初より弱い低回転時には、燃料噴射弁１０より噴射された燃料は、筒内圧力が上昇し、燃料噴霧の到達距離（ペネトレーション）が減少すると共に、タンブル流が崩壊して点火プラグ５まで燃料を運びづらくなる。
【００２３】
そこで、本発明（本実施形態）では、シリンダヘッド燃焼室壁面のタンブル流を挟む両側部に吸気−排気方向と平行な側壁１４，１４を設けることにより、タンブル流の崩壊を抑止し、低回転時での機関安定性を確保するものである。
【００２４】
図３にはタンブル流の崩壊抑止の概念図を示す。
吸気行程で生成されたタンブル流は、圧縮されるに従い、ハの字又は逆ハの字状に押しつぶされていく（右上図参照）。
【００２５】
これに対し、シリンダヘッド燃焼室壁面の両側部に側壁１４，１４を設けることで、より圧縮行程後半までタンブル流の崩壊が抑止されることになる（右下図参照）。そのため、より低回転での安定した成層運転が可能になると共に、燃料噴射時期、点火時期をより燃費最良点（ＭＢＴ）に近づけることができ、燃費向上もあわせて得られる。
【００２６】
図４は同じく第１実施形態の構成を示し、上から、シリンダヘッド及びピストン（上死点位置）の側面から見た概略断面図、ピストン側の概略平面図を示している。
【００２７】
ここで、ピストン３の冠面に形成されたキャビティ１３の円筒面軸方向（円筒形の端面間）の幅Ｗｃを、シリンダヘッド１に形成された側壁１４，１４間の幅Ｗｓより狭くしてある。
【００２８】
また、キャビティ１３の幅Ｗｃと側壁１４，１４間の幅Ｗｓとの段差を、キャビティ１３側に設けた傾斜面（面取り部）１５によりつないで、これらがなだらかに連なるようにしてある。
【００２９】
効果としては、キャビティ１３の幅Ｗｃを側壁１４，１４間の幅Ｗｓと同じにした場合に対し、より高い圧縮比を実現できる。
ピストン３に設けられるキャビティ１３は、タンブル流の崩壊抑止の観点から適当な曲率を有するため、その容積の増大により、設定できる圧縮比に制約を受けることになる。
【００３０】
そこで、本実施形態では、キャビティ１３の幅Ｗｃを小さく抑えることで、燃焼室４の容積を調整することにより、高圧縮比化を図る。
しかし、キャビティ１３の幅Ｗｃと側壁１４，１４間の幅Ｗｓとに差異がありすぎると、タンブル流の崩壊の原因となりうる。
【００３１】
そこで、本実施形態では、両者の段差をキャビティ１３側に設けた傾斜面（面取り部）１５によってなだらかにつなげることで、この段差がタンブル流の崩壊の原因となるのを防止している。
【００３２】
次に本発明の第２実施形態について図５により説明する。
図５は本発明の第２実施形態の構成を示し、上から、直噴火花点火式内燃機関の正面縦断面図、シリンダヘッド側の概略平面図及びそのＣ−Ｃ断面図、ピストン側の概略平面図を示している。
【００３３】
この第２実施形態では、吸気ポート８が吸気−排気方向に対し斜めに吸入空気を流入させるようになっている。
このため、シリンダヘッド１側の側壁１４，１４も吸気ポート８からの吸入空気の流入方向と略平行になるよう斜めに配置してある。また、ピストン３側のキャビティ１３も同様に、円筒形の端面が吸入空気の流入方向と略平行になるよう斜めに配置してある。その他は、第１実施形態と同様である。
【００３４】
このような構成とすることで、吸気ポート８の流入形状に従って、側壁１４、１４を設定でき、第１実施形態と同様の効果を得られる一方、スワール流（横渦）を積極的に利用する場合にも適応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態を示す構成図（直噴火花点火式内燃機関の正面縦断面図、シリンダヘッド側の概略平面図及びそのＡ−Ａ断面図、ピストン側の概略平面図）
【図２】  通常アイドル時のガス流動生成、崩壊の概念図
【図３】  タンブル流の崩壊抑止の概念図
【図４】  同じく第１実施形態の構成図（シリンダヘッド及びピストンの側面から見た概略断面図、ピストン側の概略平面図）
【図５】  本発明の第２実施形態を示す構成図
【符号の説明】
１  シリンダヘッド
２  シリンダブロック
３  ピストン
４  燃焼室
５  点火プラグ
６  吸気弁
７  排気弁
８（８ａ，８ｂ）  吸気ポート
９  排気ポート
１０  燃料噴射弁
１１  隔壁
１２  タンブル流制御弁
１３  キャビティ
１４  側壁
１５  傾斜面（面取り部）
【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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