(57)【要約】【課題】  簡易な構成で安定した成層燃焼を行うことができるシステム。【解決手段】  ３本の筋（すじ）状燃料噴霧１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃを持つインジェクタ１２２を用い、１２５ａを点火プラグ１１３に指向させ、他をピストン１０７上の曲線溝１０９に指向させる。溝に入った噴霧は、これに沿って進み、点火プラグ１１３の略下側でお互いに衝突してまき上がる。さらに、これらの噴霧はタンブル１２０によって点火プラグ１１３の近傍に運ばれ、安定した成層混合気が形成される。このようにして、安定かつ良好な成層燃焼を行うことができる。【選択図】図９
2006291839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内でピストンに向かって燃料を噴射する第１の燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁、
当該燃料噴射弁からの前記第１燃料噴霧を点火プラグ側に偏向させる壁ガイドをその冠面に備えたピストン、
を有するものにおいて、
前記燃料噴射弁は前記点火プラグ側を指向する第２の燃料噴霧を噴射し、
前記ピストン冠面に設けられた壁ガイドは燃料噴射弁取付け側のピストン周縁部側から前記ピストンの中心部側に向かって延在する弧状のわん曲壁である
筒内直接燃料噴射型エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載したものにおいて、前記わん曲壁の中央には仕切り壁が位置し、
当該仕切り壁は前記両側から延びるわん曲壁の壁ガイドの終端部を形成している
筒内直接燃料噴射型エンジン。
【請求項３】
請求項１に記載したものにおいて、前記わん曲壁で囲まれたピストン冠面はピストン周縁側から中心に向かう上り傾斜面で形成されている
筒内直接燃料噴射型エンジン。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載したものにおいて、前記わん曲壁で囲まれたピストン冠面は前記燃料噴射弁側からピストン中心側に向かう下り傾斜面で形成されている
筒内直接燃料噴射型エンジン。
【請求項５】
請求項１または４のいずれかに記載したものにおいて、
前記燃料噴射弁が前記シリンダの吸気弁側のシリンダブロックに位置し、前記吸気弁からシリンダ内へ導入される空気の流れが順タンブル流になるよう構成されている
筒内直接燃料噴射型エンジン。
【請求項６】
請求項１または請求項５のいずれかに記載したものにおいて、前記壁の高さが２mm以下で、当該壁と前記ピストン冠面の傾斜面によって形成される溝の幅が１０mm以下である
筒内直接燃料噴射型エンジン。
【請求項７】
請求項５に記載したものにおいて、前記順タンブル流は前記わん曲壁に沿って前記点火プラグ方向へ向かう流れを形成する
筒内直接燃料噴射型エンジン。
【請求項８】
請求項１に記載したものにおいて、
始動後にエンジンおよび触媒の暖機のためにアイドル回転数アップを行う機構を備えた
筒内直接燃料噴射型エンジン。
【請求項９】
請求項１に記載したものにおいて、
負荷に応じて吸気制御弁の開閉制御により混合気を成層化したり、または均質な混合気を生成する手段を備えた
筒内直接燃料噴射型エンジン。
【請求項１０】
請求項１に記載したものにおいて、前記わん曲壁が並列に２条以上形成されている
筒内直接燃料噴射型エンジン。
【請求項１１】
請求項２に記載したものにおいて、前記仕切り壁の位置が前記点火プラグ直下よりも排気弁側に位置する
筒内直接燃料噴射型エンジン。
【請求項１２】
請求項１に記載の筒内直接燃料噴射型エンジンに用いるエンジンの制御方法であって、
前記エンジン始動直後に前記エンジンまたは触媒の温度が特定の値より低いとき、前記エンジンの排気温度が少なくとも７００℃以上になるように燃料噴射量，空気量、または点火時期を制御する
筒内直接燃料噴射型エンジンの制御方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の筒内直接燃料噴射型エンジンに用いるピストンであって、
冠面に左右一対の弧状のわん曲壁を備え、
当該一対のわん曲壁の中央には仕切り壁が位置し、
当該仕切り壁は前記両側から延びるわん曲壁の終端部を形成している
筒内直接燃料噴射型エンジンに用いるピストン。
【請求項１４】
請求項１に記載の筒内直接燃料噴射型エンジンに用いる燃料噴射弁であって、
中央に特定の偏向角を備えた第一噴霧を形成し、
当該第一噴霧を挟み、前記第１噴霧とは反対方向へ偏向する一対の第２噴霧を形成し、
筒内直接燃料噴射型エンジンに用いる燃料噴射弁。
【請求項１５】
シリンダヘッドに凹設されたペントルーフ型燃焼室に２つの吸気弁および２つの排気弁を有するとともに、シリンダ略中央に点火プラグを有し、かつ、シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁がシリンダ略中央を指向した姿勢で吸気弁側に配置され、シリンダ内にタンブル流成分を付与した状態で圧縮行程中に燃料噴射を行うことにより成層燃焼を実現する筒内直接燃料噴射型エンジンにおいて、
ピストン冠面に、プラグ直下近傍が深く形成されている凹部を形成し、
圧縮上死点付近に噴射された燃料噴霧を点火プラグ側へ案内するように、
ピストン冠面の前記凹部の中にあって、吸気弁側からピストン中央部に至る範囲に、前記ピストンの外周縁側からピストン中央部へ向かって延びる一対の弧状であって、上記凹部よりも更に凹んだ弧状凹部を形成し、
前記燃料噴射弁は前記点火プラグを指向する第１の燃料噴霧と、前記ピストン冠面の弧状凹部を指向する第２の燃料噴霧を形成する
筒内直接燃料噴射型エンジン。
【請求項１６】
請求項１５に記載したものにおいて、
前記ピストン冠面の凹部は前記吸気弁側から前記排気弁側へ延びる船底形状のわん曲溝である
筒内直接燃料噴射型エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，シリンダ内に直接燃料（例えばガソリン）を噴射する、いわゆる筒内直接燃料噴射型エンジンに関し、またそのエンジンの制御方法、そのエンジンに用いるピストン及びそのエンジンに用いる燃料噴射弁にも関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０００−１３０１７１号公報に示されている筒内直接燃料噴射型エンジンには、シリンダヘッドに凹設されたペントルーフ型燃焼室に２つの吸気弁および２つの排気弁を有するとともに、シリンダ略中央に点火プラグを有し、かつ、シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁がシリンダ略中央を指向した姿勢で吸気弁側に配置され、シリンダ内にタンブル流成分を付与した状態で圧縮行程中に燃料噴射を行うことにより成層燃焼を実現する直噴火花点火式内燃機関において、ピストン冠面の中央部に、燃料噴霧軸線と直交するピストン直径線に沿って延びる円筒面あるいは球面をなすボウルを凹設するとともに、圧縮上死点付近に噴射された燃料噴霧を点火プラグ側へ案内するように、ピストン冠面の吸気弁側からピストン中央部に至る範囲に、上記ボウルよりも更に深く凹んだ凹部を形成したものが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３０１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような構成においては、噴霧に通常の、円周方向に略均一な分布を持つ、円すい状噴霧を用いているため、噴霧の貫通力、すなわちペネトレーションが弱い。そのため、上死点前３０度前後の圧縮上死点近傍では、噴霧角を狭め、ピストンに向かって全量噴射し、ボウル状曲面の深さをクランク角上死点前３０度から１０度におけるシリンダ高さの約１／４と深くしなければならない。
【０００５】
さらにこれより深い凹部を設けるためピストン表面積が大きくなり、特に高負荷時において、冷却損失の増加による出力や燃費の低下を招きやすいという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、冷却損失が小さく、高出力で効率の良い燃焼システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために、シリンダに燃料を直接噴射する燃料噴射弁が、プラグ方向に指向する燃料噴霧と、ピストン冠面の壁ガイドに指向する燃料噴射とを有し、壁ガイドは、ピストンの周縁部から中心部側へ向かう弧状のわん曲壁を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
これにより、本発明では混合気の点火プラグへの集中度を高めることができ、安定した燃焼が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１から図４に、本発明の第１実施例におけるシステムの構成図を示す。図１は略横側から、図２はエンジン上方から見たもの、図３はピストンのみを上面から見たもの、図４は図３のピストン状の溝部を、図３記載のＡ−Ａに沿った仮想断面を展開し、曲線溝の作用を示したものである。なお、本実施例では主として多気筒エンジンを想定しているが、以降の図では簡単のために１つのシリンダについて説明する。
【００１０】
図１，図２において、ピストン１０７には、吸気弁１１１から排気弁１１２への方向に平行にわん曲部１０８が設けられている。さらに、わん曲部１０８に、２本の曲線溝部
１０９を設ける。曲線溝部１０９の始点はピストンわん曲部１０８の外周部にあり、ここから、インジェクタ１２２を起点として略同一距離になるように、ピストン１０７上で点火プラグ１１３の略下側に向かう。この際、図３に示したように、溝部１０９の深さは外周部で約２mm、幅は例えば約１０mmで、その深さは図４に示したように、ピストン１０７の中央部に向かうにつれて浅くなるようになっている。
【００１１】
吸気管１０１は、シリンダ１１８に近づくと、仕切り板１０２によって上下に分割される。その上流部に吸気制御弁１０３が、吸気管１０１の下部側通路を閉塞するように取り付けられている。
【００１２】
インジェクタ１２２は、シリンダ１１８内に直接燃料を噴射するように取り付けられている。また、このとき、燃料噴射弁１２２からの噴霧は、複数、本実施例では３本の筋
（すじ）状集中部を持ち、うち１本が点火プラグ１１３を直接指向し、他の２本がピストン１０７に直接向かうように構成されている。
【００１３】
図１および図２の右下側より空気が吸入され、エアクリーナ１０６を通り、エアフローメータ１０５で流量を計測し、電子制御スロットル１０４で流量を調節した後、コレクタ１１６で各気筒に分配される。その後、前述した吸気管１０１を通り、吸気弁１１１が開いた際にシリンダ１２３に流入する。シリンダで燃焼したガスは、排気弁１１２，排気管１１０，触媒１１５を通り、消音器１１７を通って大気中に排気される。
【００１４】
燃料噴射弁１２２の燃料噴射時期，点火プラグ１１３の点火時期，吸気制御弁１０３，電子制御スロットル１０４，ＥＧＲ制御弁のそれぞれの開度は、エアフローメータ１０５で計測された吸入空気量や、アクセルペダルの開度、そしてエンジン水温，エンジン回転数，車速（いずれもその入力を行うセンサを図示していない）などの情報を元に、コンピュータ２０１によって最適な値および時期に設定および制御される。
【００１５】
通常走行時にエンジンが低負荷状態であると判断されると、コンピュータ２０１は、吸気制御弁１０３を、より最適なタンブル強度になるように開度制御する。本実施例では、吸気制御弁１０３は全閉としている。そして、圧縮行程後半、例えば上死点前４０度で燃料噴射を行う。
【００１６】
図５および図６に、第１実施例のピストン上面における噴霧挙動の模式図を示す。
【００１７】
燃料噴霧のうち、ピストン１０７の略中心部、上方に配置された点火プラグ１１３（図示していない）を指向する１本の筋(すじ)状燃料噴霧１２５ａは、直接点火プラグ１１３の近傍に到達し、気化して混合気を形成する。一方、ピストン１０７に向かう２本の筋
（すじ）状燃料噴霧１２５ｂ，１２５ｃは、それぞれ曲線溝部１０９に入り、ピストンわん曲部１０８の周辺部から、点火プラグ１１３の略下側に輸送される。その後、対向する筋（すじ）状燃料噴霧１２５ｂと１２５ｃが曲線溝部１０９の終端から出て、互いに衝突してピストン１０７の中心付近で上昇する流れを作り、さらにタンブル１２０によってまき上げられて点火プラグ１１３に到達する。このようにして、良好な混合気をプラグ113周りに成層化させることができ、高い燃焼安定性を得ることができる。
【００１８】
図７に、第１の実施例における、低負荷時、吸気行程におけるシリンダ内の状態を示す。吸気弁１１１が開き、ピストン１０７が下降して吸気管１０１から空気が流入される。吸気制御弁１０３が閉じているので、仕切り板１０２の上面の吸気通路のみから空気が吸入され、これがシリンダ１１８内に流入し、紙面に略垂直な軸を持つタンブル１２０を形成する。排気弁１１２は閉じられている。
【００１９】
タンブル１２０は、ピストン１０７に設けられたわん曲部１０８に沿って回転し、ピストン１０７が他の形状である場合と比べて長期間、その回転が保存される。なお、本図および後述の図で、説明のため、ピストン１０７上の曲線溝部１０９は、その長さ方向全体の凹みとして描かれるが、実際には主に図３および図４で示したような形状である。
【００２０】
図８に、第１の実施例における、低負荷時、圧縮行程、例えば上死点前４０度前後におけるシリンダ内の状態を示す。吸気行程後、吸気弁１１１が閉じられ、ピストン１０７の上昇により、吸入空気が圧縮される。このとき、インジェクタ１２２から、３本の筋（すじ）状燃料噴霧１２５ａ,１２５ｂ,１２５ｃが噴射され、筋（すじ）状燃料噴霧１２５ａは点火プラグ１１３に、筋（すじ）状燃料噴霧１２５ｂ，１２５ｃは、ピストン１０７上の曲線溝部１０９を指向している。
【００２１】
図９に、第１の実施例における、低負荷時、圧縮行程後半、例えば上死点前２０度前後の混合気形成の状態を示す。ピストン１０７は図８と比べてさらに上昇する。図５および図６の筋（すじ）状燃料噴霧１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃのうち、筋（すじ）状燃料噴霧１２５ａは点火プラグ１１３に到達し、気化することにより、点火プラグ近傍に混合気が形成されている。そして、ピストン１０７に向かった筋（すじ）状燃料噴霧１２５ｂ，１２５ｃは、曲線溝部１０９に入り、これに沿って進み、点火プラグ１１３の略下側でお互いに衝突してまき上がる。さらに、これらの噴霧はタンブル１２０によって点火プラグ
１１３の近傍に運ばれ、混合気が形成される。
【００２２】
この状態で図１のコンピュータ２０１より点火信号が送られ、点火プラグ１１３により点火が行われると、点火プラグ１１３の近傍には濃い混合気が形成されているので安定した着火および火炎の形成が行われ、その後、徐々に当量比の小さいピストン外周側に火炎伝播していく。このようにして、安定かつ良好な成層燃焼を行うことができる。
【００２３】
なお、エンジン冷機時には、図７から図９と同様の手法により、点火プラグ１１３周りに混合気を形成し、この混合気が拡散しないうちのなるべく遅い時期に点火を行うことで、積極的に後燃えを起こし、排気温度を上昇させ、もって三次触媒１１５の早期活性化を図ることができる。
【００２４】
図１０に、第１の実施例における、中負荷時の混合気形成の状態を示す。図は吸気行程のものであり、吸気制御弁１０３を閉じた状態で吸気弁１１１を開くと、ピストン１０７の下降により、シリンダ１１８内にタンブル１２０が形成される。タンブルは、ピストン１０７に設けられたわん曲部１０８により保存される。同じくピストン１０７に設けられた曲線溝部１０９は、その深さが２mm程度で、わん曲部１０８と比べて浅いため、タンブル保存の障害にはならない。このとき、インジェクタ１２２からの筋（すじ）状燃料噴霧
１２５ａは点火プラグ１１３に直接指向するため、点火プラグ１１３の近傍には他の個所と比べてやや濃い混合気が形成され、確実に混合気に点火できるようにする。一方、ピストン１０７に指向する筋（すじ）状燃料噴霧１２５ｂ，１２５ｃは、前述の圧縮上死点前４０度での噴射の場合と異なり、ピストン１０７が下降しているので、曲線溝部１０９には入らず、直進して排気弁側に向かう。このような状態では、空燃比を理論混合比に近い状態とし、タンブル１２０により空気と燃料の混合が促進され、燃焼効率を上げることができる。この際、排気弁側の空気と筋（すじ）状燃料噴霧１２５ｂ，１２５ｃの混合が促進され、空気利用率を高めることができる。
【００２５】
なお、中負荷時でも、圧縮行程に燃料を噴射することは可能であり、この場合、本図のようにピストン１０７の位置が低い状態でインジェクタ１２２から燃料を噴射すると、筋（すじ）状燃料噴霧１２５ａのみを点火プラグ１１３の近傍に集め、筋（すじ）状燃料噴霧１２５ｂ，１２５ｃをピストン側、または排気側に混合気形成させるようにして、いわゆる弱成層の状態を容易に作ることができ、燃焼効率を向上させることができる。
【００２６】
図１１に、第１実施例における、高負荷時の混合気形成の状態を示す。図は吸気行程のものであり、吸気制御弁１０３を開き、吸気管１０１の、仕切り板１０２の上下から空気が吸入される。通路抵抗が小さいので、より多くの空気を吸入できる。このとき、図１０と同様に、筋（すじ）状燃料噴霧１２５ａが点火プラグ１１３に向かい、他の筋（すじ）状燃料噴霧１２５ｂ，１２５ｃは曲線溝部１０９に入らず、排気側に抜けることで、シリンダ１１８全体の空気利用率を高め、出力を向上させることができる。
【００２７】
図１２および図１３に、本発明の第２実施例を示す。第１実施例と同様、ピストン107上に、タンブルを保存するためのわん曲部１０８が設けられている。そして、わん曲部
１０８上に、インジェクタ１２２からピストン１０７に向かう筋（すじ）状燃料噴霧125b，１２５ｃを、点火プラグ１１３の直下に誘導する突起１０９ａを設ける。このとき、突起１０９ａの高さは低く、例えば２mm以下とする。さらに、図の下側である排気側に向かう速度成分を減衰させるために、突起の形状を図のような略Ｗ型とする。このように構成することにより、第１実施例と同様に、筋（すじ）状燃料噴霧１２５ｂ，１２５ｃを点火プラグ１１３の直下で互いに衝突させて点火プラグ１１３方向にまき上げ、さらにタンブル１２０により点火プラグ１１３に輸送することができ、良好な成層燃焼を実現できる。
【００２８】
図１４から図１６に、本発明の第３実施例を示す。第１実施例と同様、ピストン１０７上に、タンブルを保存するためのわん曲部１０８が設けられており、わん曲部１０８上に設けた曲線溝部１０９の内側に、別の曲線溝１０９ｂを設けている。これら曲線溝部109および１０９ｂの始点は、ピストン１０７の外周方向、わん曲部１０８の縁であり、ピストン１０７の外周側に向かう噴霧をゆるやかにピストン１０７の中心部に誘導できる形状とし、これを図１６のように、図１４上のＢ−Ｂ仮想断面から見たとき、曲線溝部１０９，１０９ｂ同士が接するように構成する。
【００２９】
このように構成することにより、第１実施例の場合よりも噴射時期を遅らせても、筋
（すじ）状燃料噴霧１２５ｂ，１２５ｃを、曲線溝１０９ｂにより、ピストン１０７の中心に誘導することができる。
【００３０】
そして、筋（すじ）状燃料噴霧１２５ｂ，１２５ｃを点火プラグ１１３の直下で互いに衝突させて点火プラグ１１３方向にまき上げ、さらにタンブル１２０により点火プラグ
１１３に輸送することができ、良好な成層燃焼を実現できる。
【００３１】
図１７に、本発明と従来との比較を示す。従来例に比べて確実かつ良好な成層燃焼を行えるので、空燃比を薄くしたり、ＥＧＲ量を増やすなどして、燃料消費量を抑えることができる。また、ピストン１０７やシリンダ１１８の壁面への燃料付着を抑えられるので、ＨＣ排出量も低くすることができる。さらに、エンジン始動直後などの冷機時に成層スライトリーン燃焼を行うことで、さらにＨＣやＮＯｘの排出を抑えることが可能である。
【００３２】
なお、本発明の範囲は必ずしもこれらの実施例に限定されるものではなく、例えば噴霧の筋（すじ）状集中部の本数が変わった場合でも、これらが点火プラグ１１３の略近傍と、ピストン１０７上に曲線溝部１０９、ないしは突起１０９ａを指向し、これらにより噴霧１２５が点火プラグ１１３の近傍に誘導される構成であれば明らかに本発明の範囲に含まれる。また、ピストン状の当該曲線溝部１０９や突起１０９ａの位置は、噴霧角やペネトレーション等の噴霧の特性や、ピストンのボア寸法などのエンジン側の特性により、その最適配置が変わることは自明であり、例えば噴霧角が狭く、ボアが大きい場合には、曲線溝部１０９の位置はピストンの中心寄りになり、周辺から中心に向かうという実施例の説明にそぐわなくなる可能性もあるが、これらも当然本発明の範囲に含まれるものである。
【００３３】
本実施例に拠れば以下のような課題が解決できた。
【００３４】
従来、シリンダ内に直接燃料を噴射する、火花点火式ガソリンエンジンが広く知られている。この機構においては、シリンダ内の混合気を点火プラグ近傍に偏在させる、いわゆる成層燃焼を行うことにより、ポンピングロスを低減し、燃費を向上する技術がある。そして、より広い運転領域の実現と、高負荷領域での出力の向上を目的として、シリンダ内で積極的にタンブルを生成し、これを利用する技術がある。
【００３５】
この技術に関しては、特開２０００−１３０１７１号公報に示されている技術では、エンジンのピストン冠面にわん曲部と、燃料噴射弁の下側に、その底面が点火プラグに指向するボウル状の曲面が設けられている。ボウル状曲面の深さは、クランク角で上死点前
３０度からシリンダ高さの約１／４とする。
【００３６】
吸気管から流入する空気流によりシリンダ内にタンブルを形成し、これをわん曲部により長期間保存しつつ、低負荷時にはクランク角で吸気上死点前４０度から１０度の時点で燃料を噴射し、これをわん曲部にさらに設けられたボウル状の曲面により点火プラグ近傍に輸送し、成層燃焼を行わせる。さらに、中負荷時には、噴射時期を上死点前７０度から３０度とし、前述のボウル状曲面によらずに、噴霧を、保存されたタンブル流によって巻き上げることで点火プラグ近傍に運び、成層燃焼を行う。そして、高負荷時には吸気行程で燃料を噴射し、わん曲部によって保存されたタンブル流により、燃料噴霧と空気の良好な混合を得て均質燃焼を行う。これにより、エンジンの広い運転範囲で良好な燃焼を得ることができるとしている。
【００３７】
しかしながら、上記のような構成においては、次に示すような問題点があった。
【００３８】
すなわち、上記構成においては、噴霧に通常の、円周方向に略均一な分布を持つ、円すい状噴霧を用いているため、噴霧の貫通力、すなわちペネトレーションが弱い。そのため、上死点前３０度前後の圧縮上死点近傍では、噴霧角を狭め、ピストンに向かって全量噴射し、ボウル状曲面の深さをクランク角上死点前３０度から１０度におけるシリンダ高さの約１／４と深くしなければならない。
【００３９】
上記構成においては、まず、わん曲部が深いため、ピストン表面積が大きくなり、特に高負荷時において、冷却損失の増加による出力や燃費の低下を招きやすいという問題点がる。
【００４０】
また、噴霧全体をボウル部で受け止めなければならないため、ボウル部の幅を大きくする必要があり、混合気の点火プラグへの集中度を高めることが難しく、また、ボウル部がわん曲部の曲線と大きく離れた形状となるため、タンブルが拡散しやすく、保存されにくいという問題点がある。
【００４１】
さらに、エンジンの始動直後、エンジンやピストンが冷えている状態で、圧縮行程に燃料を噴射する、いわゆる成層スライトリーン燃焼を行おうとする場合、噴霧全体がボウルに向かっているため、噴霧が上記の広いボウル状曲面に大量に付着してしまい、これが未燃炭化水素（ＨＣ）となって排気を悪化させたり、燃焼が不安定になりやすいといった問題点がある。
【００４２】
本実施例によれば以下のように課題が解消できる。
【００４３】
冷却損失が小さく、タンブル流を長期間保存でき、高出力で効率の良い成層燃焼システムが得られる。
【００４４】
また、タンブルを保存しながら、混合気の点火プラグへの集中度を高めることができるシステムが得られる。
【００４５】
さらに、始動直後などの冷機時にもピストンへの燃料付着が少なく、安定した成層スライトリーン燃焼が行えるシステムが得られる。
【００４６】
具体的な実施の態様は以下の通りである。
【００４７】
〔実施態様１〕
シリンダ（１１８）内でピストン（１０７）に向かって燃料を噴射する第１の燃料噴霧（筋状燃料噴霧１２５ｂ，１２５ｃ）を噴射する燃料噴射弁(インジェクタ１２２)を有し、当該燃料噴射弁(インジェクタ１２２)からの前記第１燃料噴霧（筋状燃料噴霧１２５ｂ，１２５ｃ）を点火プラグ(点火プラグ１１３)側に偏向させる壁ガイド(段差壁１０９Ａ)をその上面に備えたピストンを有し、前記燃料噴射弁（インジェクタ１２２）は前記点火プラグ（点火プラグ１１３）側を指向する第２の燃料噴霧（１２５ａ）を噴射し、前記ピストン冠面に設けられた壁ガイド(段差壁１０９Ａ)はインジェクタ(インジェクタ１２２)取り付け側のピストン周円部側（Ｓ）から前記ピストンの中心部側（Ｑ）に向かって延在する弧状のわん曲壁（段差壁１０９Ａ）として形成されている。
【００４８】
〔実施態様２〕
また、前記わん曲壁（段差壁１０９Ａ）の中央には仕切り壁（仕切り壁１０９Ｂ）が位置し、当該仕切り壁(仕切り壁１０９Ｂ)は前記両側から延びるわん曲壁(段差壁１０９Ａ)の壁ガイド（段差壁１０９Ａ）の終端部を形成している。
【００４９】
〔実施態様３〕
前記わん曲壁（段差壁１０９Ａ）で囲まれたピストン冠面はピストン周縁側（Ｓ）から中心に向かう上り傾斜面（上り傾斜１０９Ｃ）で形成されている。
【００５０】
〔実施態様４〕
前記わん曲壁（段差壁１０９Ａ）で囲まれたピストン冠面は前記燃料噴射弁（インジェクタ１２２）側からピストン中心側（Ｑ）に向かう下り傾斜面（下り傾斜１０９Ｄ）で形成されている。
【００５１】
〔実施態様５〕
前記燃料噴射弁（インジェクタ１２２）が前記シリンダ（シリンダ１１８）の吸気弁
（吸気弁１１１）側のシリンダブロックに位置し、前記吸気弁（吸気弁１１８）からシリンダ（シリンダ１２３）内へ導入される空気の流れが順タンブル流（タンブル１２０）になるよう構成されている。
【００５２】
〔実施態様６〕
前記壁（段差壁１０９Ａ）の高さが一番高いところ（溝の一番深いところ）で約２mm以下で、当該壁（段差壁１０９Ａ）と前記ピストン冠面の傾斜面（（上り傾斜１０９Ｃ））によって形成される溝（曲線溝部１０９）の幅が１０mm以下である。
【００５３】
〔実施態様７〕
前記順タンブル流（タンブル１２０）は前記わん曲壁（段差壁１０９Ａ）に沿ってピストン周縁部側（Ｓ）から中心部側（Ｑ）へ、そして前記点火プラグ（点火プラグ１１３）方向へ向かう流れを形成する。
【００５４】
〔実施態様８〕
始動後にエンジンおよび触媒の暖機のためにアイドル回転数アップを行う機構として、コンピュータ２０１によって、（イ）電子制御スロットル１０４のスロットルバルブを開いてアイドル回転数上昇制御を実行する。（ロ）点火プラグ１１３の点火時期を上死点後２５度程度までリタードさせる。
【００５５】
〔実施態様９〕
コンピュータ２０１によって、負荷に応じて吸気制御弁（吸気制御弁１０３）の開閉制御により混合気を成層化したり、または均質な混合気を生成する手段を備える。
【００５６】
〔実施態様１０〕
前記わん曲壁（段差壁１０９Ａ）が並列に２条（段差壁１０９Ｅ）以上形成されている。
【００５７】
〔実施態様１１〕
前記仕切り壁（仕切り壁１０９Ｂ）の位置が前記点火プラグ直下よりも排気弁側に位置する筒内直接燃料噴射型エンジン。
【００５８】
〔実施態様１２〕
筒内直接燃料噴射型エンジンに用いるエンジンの制御方法であって、前記エンジン始動直後に前記エンジンまたは触媒（三元触媒１１５）の温度が特定の値より低いとき、前記エンジンの排気温度が少なくとも７００℃以上になるように燃料噴射量，空気量、または点火時期を制御するエンジンの制御方法。
【００５９】
〔実施態様１３〕
筒内直接燃料噴射型エンジンに用いるピストン（ピストン１０７）であって、冠面に左右一対の弧状のわん曲壁(段差部１０９Ａ)を備え、当該一対のわん曲壁(段差部１０９Ａ)の中央には仕切り壁（仕切り壁１０９Ｂ）が位置し、当該仕切り壁（仕切り壁１０９Ｂ）は前記両側から延びるわん曲壁（段差部１０９Ａ）の終端部を形成しているピストン。
【００６０】
〔実施態様１４〕
筒内直接燃料噴射型エンジンに用いる燃料噴射弁（インジェクタ１２２）であって、中心から特定の偏向角を備えた第一噴霧（筋状燃料噴霧１２５ａ）を形成し、当該第一噴霧（筋状燃料噴霧１２５ａ）を挟み、前記第１噴霧とは反対方向へ偏向する一対の第２噴霧（筋状燃料噴霧１２５ｂ，１２５ｃ）を形成する燃料噴射弁。
【００６１】
〔実施態様１５〕
シリンダヘッドに凹設されたペントルーフ型燃焼室に２つの吸気弁（吸気弁１１１）および２つの排気弁（排気弁１１２）を有するとともに、シリンダ略中央に点火プラグ（点火プラグ１１３）を有し、かつ、シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ１２２）がシリンダ略中央を指向した姿勢で吸気弁（吸気弁１１１）側に配置され、シリンダ内にタンブル流（タンブル１２０）成分を付与した状態で圧縮行程中に燃料噴射を行うことにより成層燃焼を実現するものであって、ピストン（ピストン１０７）冠面に、プラグ（点火プラグ１１３）直下近傍が深く形成されている凹部（ピストンわん曲部
１０８）を形成し、圧縮上死点付近に噴射された燃料噴霧を点火プラグ側（点火プラグ
１１３）へ案内するように、ピストン（ピストン１０７）冠面の前記凹部（ピストンわん曲部１０８）の中にあって、吸気弁（吸気弁１１１）側からピストン（ピストン１０７）中央部に至る範囲に、前記ピストン（ピストン１０７）の外周縁側（Ｓ）からピストン中央部（Ｑ）へ向かって延びる一対の、上記凹部（ピストンわん曲部１０８）よりも更に凹んだ弧状凹部（曲線溝部１０９）を形成し、前記燃料噴射弁（インジェクタ１２２）は前記点火プラグ（点火プラグ１１３）を指向する第１の燃料噴霧（筋状燃料噴霧１２５ａ）と、前記ピストン（ピストン１０７）冠面の弧状凹部（曲線溝部１０９）を指向する第２の燃料噴霧（筋状燃料噴霧１２５ｂ，１２５ｃ）を形成する筒内直接燃料噴射型エンジン。
【００６２】
〔実施態様１６〕
前記ピストン（ピストン１０７）冠面の凹部（曲線溝部１０９）は前記吸気弁（吸気弁
１１１）側から前記排気弁（排気弁１１２）側へ延びる船底形状のわん曲溝である。
【００６３】
〔実施態様１７〕
燃料をシリンダ内に直接噴射する機構を備え、始動後にエンジンおよび触媒の暖機のためにアイドル回転数アップを行う機構を備えており、また、負荷に応じて吸気制御弁の開閉制御により混合気を成層化したり、または均質な混合気を生成する手段を備え、さらに、ピストン上にタンブルを保存するためのわん曲部を備え、燃料噴射弁すなわちインジェクタから噴射される噴霧が、３本以上の筋（すじ）状の噴霧集中部を持っている内燃機関において、インジェクタからの噴霧のうち、少なくとも１本がプラグ方向に指向するように構成し、かつ、ピストンに向かう残り２本以上の筋（すじ）状の噴霧集中部を誘導するために、上記タンブル保存のためのわん曲部に段差を設けており、上記段差は、タンブルの流れ方向に対して低くなるように構成したことを特徴とする、直噴ガソリンエンジン。
【００６４】
〔実施態様１８〕
燃料を点火プラグ直下に輸送するための段差が複数存在する。
【００６５】
〔実施態様１９〕
吸気弁側に燃料噴射弁を備え、かつ、ピストン上の段差の境界面が、ピストン上で点火プラグよりも排気弁側に向かったのち、点火プラグ側に向かって円弧を描くように構成されている直噴ガソリンエンジン。
【００６６】
〔実施態様２０〕
ピストンに設けた段差の境界面が、燃料噴射弁を起点とし、ここから略等距離になるように、略同心円状に配置されている。
【００６７】
以上のように構成した本実施例では以下のような作用効果が得られる。
【００６８】
まず、噴霧が従来例のような、円周方向に略均一な分布を持つ円すい噴霧ではなく、数本の筋（すじ）状噴霧であるので、同一燃料流量で比較した場合、より噴霧の集中度が高く、ペネトレーションが強く、高い背圧下で噴射する場合でも、燃料がそれ自身のエネルギにより、より遠い位置まで届くことになる。そして、筋（すじ）状の噴霧のうち少なくとも１本が直接点火プラグに指向しているので、点火プラグの近傍に噴霧を集中させて濃い混合気を生成しやすく、良好な成層燃焼を行うことができる。
【００６９】
さらに、圧縮行程後半に噴射する場合には、ピストン冠面に設けた曲線溝により、ピストンの外周方向に向かっていた筋（すじ）状噴霧を点火プラグ直下に集めることで、点火プラグ周りの混合気の成層化を一層進めることができる。ここで、曲線溝の深さは２mm以下とし、タンブル保存用のわん曲部の深さより十分小さいので、タンブル強度や保存性への影響はほとんどなく、エンジンの中負荷時にタンブルを用いて良好な空気と燃料との混合、および燃焼を行うことができる。
【００７０】
一方、エンジンの冷機始動時に圧縮行程噴射を行う場合、燃料は前述したような構成により、複数の筋となり、そのうち少なくとも１つは点火プラグに直接指向し、他の筋（すじ）状噴霧も、曲線溝を通って点火プラグに指向するため、ピストン面上やシリンダ壁に向かって拡散することがなく、シリンダ壁近傍のクエンチ層には、燃料が存在しないか、あってもごく少量に保たれる。このため、未燃のまま排出されるＨＣ量はごく少なく保たれることになる。
【００７１】
またこのとき、空燃比が理論空燃比前後、またはやや薄い（スライトリーン）状態になっているために、燃料に対する燃焼ガス量の割合が少なく、排気温度が高く保たれ、排気管内でのＨＣの後燃えが起こりやすくなる。クランク角で上死点から上死点後２５度に点火すると、主として例えば上死点後３０度以降にほとんどの質量が燃焼するようにでき、エンジンの有効軸トルク分を適切な量に抑えながら、後燃えを増やして排気温度の上昇にあてることができる。
【００７２】
総合的に、わん曲部を持つピストンにより、タンブルが長期間保存され、燃焼促進が図れ、冷却損失が小さく、高出力で効率の良い燃焼システムを実現できるという効果がある。
【００７３】
また、上記の特徴を備えながら、圧縮行程噴射により、混合気の点火プラグへの集中度を高めることができ、ポンピングロスを抑え、さらに燃費を向上することができるという効果がある。
【００７４】
さらに、エンジンの冷機時にピストンやシリンダ壁への燃料付着が少なく、成層スライトリーン燃焼を行う場合にも、より点火リタード側まで安定した燃焼を行え、排気ガスを低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１実施例をシリンダ略横側から見た構成図。
【図２】本発明の第１実施例の構成をエンジン上側から見た図。
【図３】第１実施例のピストンの上面図。
【図４】第１実施例のピストンを、曲線溝に沿って展開した図。
【図５】第１実施例の噴霧挙動を示す、ピストンの上面図。
【図６】第１実施例の噴霧挙動を示す、ピストンを曲線溝に沿って展開した図。
【図７】第１実施例における、低負荷時、吸気行程の状態を示した図。
【図８】第１実施例における、低負荷時、圧縮上死点前４０度前後の混合気形成の状態を示した図。
【図９】第１実施例における、低負荷時、圧縮上死点前２０度前後の混合気形成の状態を示した図。
【図１０】第１の実施例における、中負荷時の混合気形成の状態を示した図。
【図１１】第１の実施例における、高負荷時の混合気形成の状態を示した図。
【図１２】本発明の第２実施例の構成をエンジン上側から見た図。
【図１３】第２実施例のピストンを、曲線溝に沿って展開した図。
【図１４】本発明の第３実施例の構成をエンジン上面から見た図。
【図１５】第３実施例のピストンを、曲線溝に沿って展開した図。
【図１６】第３実施例のピストンを、溝に略垂直な仮想断面から見た図。
【図１７】本発明と、従来例における当量比，燃料消費量，ＨＣ排出量の比較を示した図。
【符号の説明】
【００７６】
１０１…吸気管、１０２…仕切り板、１０３…吸気制御弁、１０４…電子制御スロットル、１０５…エアフローメータ、１０６…エアクリーナ、１０７…ピストン、１０８…
(ピストン)わん曲部、１０９…（曲線）溝部、１１０…排気管、１１１…吸気弁、１１２…排気弁、１１３…点火プラグ、１１５…三元触媒、１１６…コレクタ、１１７…消音器、１１８…シリンダ、１２０…タンブル、１２２…インジェクタ、１２３…シリンダ壁、
１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ…筋（すじ）状燃料噴霧、１２６…混合気、１２８…排気フランジ、２０１…コンピュータ。
【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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【図１６】
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【図１７】
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