(57)【要約】【課題】  量産に対するエンジンのロバスト性を確保する観点から燃料噴霧を好適に案内でき、同時に未燃燃料の排出を好適に抑制可能なエンジンのピストンを提供する。【解決手段】  ピストン５３は、燃料噴射弁５８を備えるとともに成層燃焼を行うエンジン５０に用いられ、燃料噴射弁５８が噴射した燃料の噴霧を案内するキャビティ５３ａを備えている。キャビティ５３ａは、キャビティ５３ａの縁を形成する部分のうち、エンジン５０において燃料の噴霧に対向する部分に、上面視で広がり方向両端に位置する燃料の噴霧に対応させて設けられた第１の部位５３ａａと、第１の部位５３ａａから燃料噴射弁５８の中心軸線Ｐの延伸方向に沿って延伸する第２の部位５３ａｂとを有している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、成層燃焼を行うエンジンに用いられ、
前記燃料噴射弁が噴射した燃料の噴霧を案内するキャビティを備え、
前記キャビティが、前記キャビティの縁を形成する部分のうち、前記エンジンにおいて前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧に対向する部分に、前記エンジンにおいて上面視で前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧のうち、広がり方向両端に位置する燃料の噴霧に対応させて設けられるとともに、燃料の噴霧を上方に向かって案内する第１の部位と、前記エンジンにおいて上面視で前記第１の部位から前記燃料噴射弁の中心軸線の延伸方向に沿って、且つ前記燃料噴射弁から離れる方向に向かって延伸する第２の部位とを有するエンジンのピストン。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンのピストンであって、
前記第１の部位が、前記エンジンにおいて上面視で前記燃料噴射弁の噴孔部を中心とした所定の半径で描かれる円弧状の部位であるエンジンのピストン。
【請求項３】
請求項１または２記載のエンジンのピストンであって、
前記エンジンが成層燃焼とともに、触媒暖機遅角制御が行われるエンジンであるエンジンのピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンのピストンに関し、特に筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備え、成層燃焼を行うエンジンに用いられるとともに、燃料噴射弁が噴射した燃料の噴霧を案内するキャビティを備えたエンジンのピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば筒内燃料直接噴射式のガソリンエンジンなど筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備え、成層燃焼を行うエンジンが知られている。また従来、かかるエンジンに用いられるピストンとして、燃料噴霧を案内するためのキャビティが形成されたピストンが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンはソフト面やハード面でのばらつきがあっても所定の運転を行えること、すなわち量産に対するロバスト性が高いことが必要とされる。この点、キャビティによって案内した燃料噴霧で所望の混合気を形成し、成層燃焼を行うエンジンにあっては、量産されるエンジンにばらつきがあっても、キャビティが燃料噴霧を好適に案内可能な形状を有することが必要とされる。具体的には、キャビティは例えば所定の運転条件について適合した燃料噴射時期やＡ／Ｆ（空燃比）に対して、実際のエンジンで燃料噴射時期やＡ／Ｆに所定のばらつきがあった場合でも、燃料噴霧を好適に案内できる形状を有することが望ましい。同時にキャビティは燃料噴霧を案内する際に燃料の液化を抑制することで、未燃燃料の排出を所定の範囲内に収めることが可能な形状を有することが望ましい。
【０００５】
この点、燃料の液化は、例えばキャビティで燃料噴霧を案内する際に燃料噴霧がキャビティに局所的に集まることで発生する。具体的には例えば図３（ａ）に示すピストン５３Ｘにおいては、キャビティ５３ａＸの縁を形成する部分のうち、燃料噴霧に対向する部分をそのまま燃料噴射弁５８に近づけ過ぎると、燃料噴霧のうち、広がり方向両端に位置する燃料噴霧が上方に案内されにくくなり、この結果、キャビティ５３ａＸの縁に局所的に集まることで液化し易くなる。
ところが、実際のエンジンにおいてＡ／Ｆがリッチ側にばらついていた場合にも燃焼可能な混合気を形成できるようにするためには、例えば燃料の噴霧がある程度キャビティ５３ａＸを乗り越えるようにすることで対応する必要がある。そしてこのためにはキャビティ５３ａＸの縁を形成する部分のうち、燃料噴霧に対向する部分をある程度燃料噴射弁に近づけた配置にする必要もある。
また、燃料の液化に対しては例えば図３（ｂ）に示すピストン５３Ｙに設けられたキャビティ５３ａＹのようにキャビティを拡大することも考えられる。しかしながらこの場合には、案内した後の燃料噴霧に広がりが発生し、この結果、燃焼可能な混合気が形成されにくくなることから、燃料噴射時期のばらつきに対する余裕が低下してしまうことになる。
【０００６】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、量産に対するエンジンのロバスト性を確保する観点から燃料噴霧を好適に案内でき、同時に未燃燃料の排出を好適に抑制可能なエンジンのピスト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】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、成層燃焼を行うエンジンに用いられ、前記燃料噴射弁が噴射した燃料の噴霧を案内するキャビティを備え、前記キャビティが、前記キャビティの縁を形成する部分のうち、前記エンジンにおいて前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧に対向する部分に、前記エンジンにおいて上面視で前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧のうち、広がり方向両端に位置する燃料の噴霧に対応させて設けられるとともに、燃料の噴霧を上方に向かって案内する第１の部位と、前記エンジンにおいて上面視で前記第１の部位から前記燃料噴射弁の中心軸線の延伸方向に沿って、且つ前記燃料噴射弁から離れる方向に向かって延伸する第２の部位とを有するエンジンのピストンである。
【０００８】
また本発明は前記第１の部位が前記エンジンにおいて上面視で前記燃料噴射弁の噴孔部を中心とした所定の半径で描かれる円弧状の部位であることが好ましい。
【０００９】
また本発明は前記エンジンが成層燃焼とともに、触媒暖機遅角制御が行われるエンジンであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、量産に対するエンジンのロバスト性を確保する観点から燃料噴霧を好適に案内でき、同時に未燃燃料の排出を好適に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例にかかるピストンを備えたエンジンの概略構成図である。
【図２】実施例にかかるピストンを備えたエンジンの要部を示す図である。
【図３】従来のキャビティ形状の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【００１３】
図１に示すエンジン５０は筒内燃料直接噴射式のガソリンエンジンであり、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、吸気弁５５と、排気弁５６と、点火プラグ５７と、燃料噴射弁５８とを備えている。シリンダブロック５１にはシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内にはピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５４はシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。
【００１４】
シリンダヘッド５２には吸気ポート５２ａと排気ポート５２ｂとが形成されている。吸気ポート５２ａは燃焼室５４に吸気を導き、排気ポート５２ｂは燃焼室５４のガスを排気する。シリンダヘッド５２にはこれら吸排気ポート５２ａ及び５２ｂを開閉するための吸排気弁５５、５６が設けられている。またシリンダヘッド５２には、燃焼室５４の上部略中央に電極を突出させた状態で点火プラグ５７が設けられている。さらにシリンダヘッド５２には、燃料噴射弁５８が筒内に燃料を直接噴射できるように設けられている。
【００１５】
ピストン５３には燃料噴射弁５８が噴射した燃料の噴霧を案内するためのキャビティ５３ａが設けられている。キャビティ５３ａは具体的には点火プラグ５７周辺に燃料噴霧を集めるように燃料噴霧を案内する。点火プラグ５７周辺に集められた燃料噴霧は燃焼室５４内の他の部分よりも濃い混合気を形成し、エンジン５０ではこの混合気に着火することで成層燃焼が行われる。
図２に示すように、キャビティ５３ａは具体的にはキャビティ５３ａの縁を形成する部分のうち、エンジン５０において燃料噴射弁５８から噴射される燃料の噴霧に対向する部分に、第１の部位５３ａａと第２の部位５３ａｂと第３の部位５３ａｃとを有している。第１、第２および第３の部位５３ａａ、５３ａｂ、５３ａｃはこの順で燃料噴射弁５８に近くに配置されている。燃料噴射弁５８は上面視でその中心軸線Ｐが燃焼室５４の中心Ｑに対向するように設けられている。燃料噴射弁５８は噴射した燃料で横方向に拡がりを有する三角形状の扁平な燃料噴霧を形成する。
【００１６】
第１の部位５３ａａは、エンジン５０において上面視で、燃料噴射弁５８から噴射される燃料の噴霧のうち、広がり方向両端に位置する燃料の噴霧に対応させて設けられるとともに、燃料の噴霧を上方に向かって案内する部位となっており、キャビティ５３ａにおいて燃料の噴霧を上方に向かって案内可能な曲面状の壁面を形成している。
具体的には第１の部位５３ａａは、エンジン５０において上面視で、燃料噴射弁５８の噴孔部５８ａを中心とした所定の半径ｒで描かれる円弧状の部位となっており、中心軸線Ｐを挟んで対称な形状となる２つの円弧状の部位それぞれによって構成されている。所定の半径ｒで描かれた第１の部位５３ａａは、ピストン５３のうち、中心軸線Ｐの延伸方向において燃焼室５４の中心Ｑよりも燃料噴射弁５８側の部分に設けられている。なお、第１の部位５３ａａは、必ずしも燃焼室５４の中心Ｑよりも燃料噴射弁５８側の部分に設けられていなくてもよい。
【００１７】
第２の部位５３ａｂは、エンジン５０において上面視で、第１の部位５３ａａから中心軸線Ｐの延伸方向に沿って、且つ燃料噴射弁５８から離れる方向に向かって延伸する直線状の部位であり、キャビティ５３ａにおいて平面状の壁面を形成している。第２の部位５３ａｂは、具体的には中心軸線Ｐを挟んで対称な形状となる２つの直線状の部位それぞれによって構成されており、キャビティ５３ａにおいて中心軸線Ｐの延伸方向および気筒延伸方向に平行な壁面を形成している。
【００１８】
第３の部位５３ａｃは、第２の部位５３ａｂを構成する２つの直線状の部位それぞれを結ぶとともに、燃料の噴霧を上方に向かって案内する部位となっており、キャビティ５３ａにおいて燃料の噴霧を上方に向かって案内可能な曲面状の壁面を形成している。この点、第１、第２および第３の部位５３ａａ、５３ａｂ、５３ａｃのうち、第３の部位５３ａｃが、エンジン５０で成層燃焼を行うべく、燃料噴射弁５８から噴射された燃料の噴霧を点火プラグ５７の周辺に集め、所望の混合気を形成するために設けられた部位となっている。第３の部位５３ａｃは上面視で円弧状の部位となっており、ピストン５３のうち、中心軸線Ｐの延伸方向において燃焼室５４の中心Ｑよりも燃料噴射弁５８から離れた部分に設けられている。この点、第１の部位５３ａａとの関係では、第３の部位５３ａｃのほうが第１の部位５３ａａよりも燃焼噴射弁５８から離れた位置に設けられる。
【００１９】
図１に戻り、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）７０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる図示しないマイクロコンピュータや図示しない入出力回路を備えている。ＥＣＵ７０には、エンジン５０の回転数を検出するためのクランク角センサ８１や、エンジン５０の冷却水の温度を検知する水温センサ８２や、エンジン５０の吸入空気量を計測するためのエアフロメータ８３などの各種のセンサ・スイッチ類が電気的に接続されている。またＥＣＵ７０には燃料噴射弁５８やエンジン５０の吸入空気量を調節するための電子制御式スロットル９１などの各種の制御対象が電気的に接続されている。
【００２０】
ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ７０では各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが機能的に実現される。
この点、ＥＣＵ７０では、触媒暖機遅角制御を行うための制御手段が機能的に実現される。制御手段は具体的には触媒暖機遅角制御として、機関冷間始動時（例えば冷却水の温度が７５℃以下である場合の機関始動時）に点火時期の遅角制御を行うように実現される。また、制御手段は触媒暖機遅角制御として、さらにエンジン５０の吸入空気量を通常のアイドル運転時よりも増大させるための制御を行うように実現される。
エンジン５０では、触媒暖機遅角制御を行うことでより多くの混合気をより排気行程に近い時期で燃焼させることができるため、より高い温度で排気ガスを触媒に到達させることができ、この結果、素早く触媒を活性化させることができる。またエンジン５０では、成層燃焼とともに触媒暖機遅角制御を行うことで低燃費性能と排気性能の両立を実現することができる。
【００２１】
次にピストン５３の作用効果について説明する。第１および第２の部位５３ａａ、５３ａｂをキャビティ５３ａに有するピストン５３では、成層燃焼を行うために第３の部位５３ａｃを適切な位置に設けることができる。このためピストン５３は、量産されるエンジン５０において、予め適合された燃料噴射時期に対する燃料噴射時期の余裕を確保できる。この点、ピストン５３ではこの際に第２の部位５３ａｂが燃料の噴霧を早期に誘導する役割を果たす。そして、これによりピストン５３は、量産されるエンジン５０において、予め適合された燃料噴射時期に対する燃料噴射時期の余裕を好適に確保することができる。
同時にピストン５３では、成層燃焼を行うために第３の部位５３ａｃを適切な位置に設けることで、燃料噴霧の乗り越え量が適切な量になるようにすることができる。このためピストン５３は、量産されるエンジン５０において、空燃比が予め適合された空燃比に対してリッチ側にずれていた場合でも、燃焼可能な混合気を形成しやすくなり、以って空燃比の余裕も好適に確保することができる。
【００２２】
一方、燃料の液化に対し、ピストン５３では、第２の部位５３ａｂが燃料の噴霧を上方に向かって案内する代わりに、第３の部位５３ａｃへ燃料噴霧を案内するように機能する。このためピストン５３は、燃料噴霧が第２の部位５３ａｂに集まることで液化することも抑制でき、以ってＨＣの排出も好適に抑制できる。
またピストン５３では、広がり方向両端に位置する燃料噴霧に対応させて上方に燃料を案内する第１の部位５３ａａを第３の部位５３ａｃとは別に設けることで、適切な位置に設けることができる。このためピストン５３は、燃料噴霧の広がり方向両端に位置する燃料噴霧も第１の部位５３ａａで好適に案内でき、これにより燃料噴霧が第１の部位５３ａａに集まり、液化することも抑制できる。このためピストン５３は、これによってもＨＣの排出を好適に抑制できる。
【００２３】
一方、エンジン５０では、成層燃焼とともに触媒暖機遅角制御を行うことで低燃費性能と排気性能の両立を実現するため、これらの性能を損なわないよう、量産に対する高いロバスト性を確保する必要がある。
この点、かかるロバスト性を確保するにあたって、量産されるエンジン５０は成層燃焼および触媒暖機遅角制御実行時に、燃料噴射時期が予め適合した燃料噴射時期に対して所定のばらつきの範囲内（例えば±１０°ＣＡ以内）にあること、Ａ／Ｆが予め適合したＡ／Ｆに対して所定のばらつきの範囲内（例えば±１．５以内）にあることが要求される。同時にエンジン５０は未燃燃料であるＨＣの排出量が適合中心で所定値（例えば４００ｐｐｍ）以下であることが要求される。
これに対してピストン５３は、上述のように量産されるエンジン５０の燃料噴射時期およびＡ／Ｆの余裕を確保できるとともにＨＣの排出を抑制できることから、成層燃焼とともに触媒暖機遅角制御が行われるエンジン５０に好適である。
【００２４】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例では、エンジン５０がガソリンエンジンである場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、エンジンは例えばアルコール混合燃料などの代替燃料であってもよい。
【符号の説明】
【００２５】
５０      エンジン
５３、５３Ｘ、５３Ｙ      ピストン
５３ａ、５３ａＸ、５３ａＹ    キャビティ
５３ａａ  第１の部位
５３ａｂ  第２の部位
５３ａｃ  第３の部位
５８      燃料噴射弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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