(57)【要約】【課題】点火プラグ近傍の可燃混合気を火花点火により燃焼させて気筒内の圧力を上昇させることにより、予混合気を自着火させる予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、予混合気の自着火燃焼に伴う騒音発生を抑制する。【解決手段】気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁１と点火プラグ２とを具備し、燃料噴射弁による圧縮行程後期での燃料噴射によって点火プラグ近傍に可燃混合気Ｍ１を形成し、点火プラグによる火花点火によって可燃混合気を燃焼させ、ピストンによる圧縮に可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇が加わっても自着火しない予混合気を気筒内に形成し、予混合気を自着火させるために、燃料噴射弁は、可燃混合気のための燃料噴射以前に、一回の燃料噴射を実施し、可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇時に自着火して気筒内の圧力をさらに上昇させるための混合気Ｍ２を気筒内の一部に形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と点火プラグとを具備し、前記燃料噴射弁による圧縮行程後期での燃料噴射によって前記点火プラグ近傍に可燃混合気を形成し、前記点火プラグによる火花点火によって前記可燃混合気を燃焼させ、ピストンによる圧縮に前記可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇が加わっても自着火しない予混合気を気筒内に形成し、前記予混合気を自着火させるために、前記燃料噴射弁は、前記可燃混合気のための前記燃料噴射以前に、一回の燃料噴射を実施し、前記可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇時に自着火して気筒内の圧力をさらに上昇させるための混合気を気筒内の一部に形成することを特徴とする予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項２】
気筒内の一部に形成する前記混合気及び前記予混合気は２０以上のリーン空燃比とし、前記予混合気の空燃比は前記混合気の空燃比より大きくすることを特徴とする請求項１に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項３】
気筒内の一部に形成する前記混合気のための燃料量は機関運転状態により定まる必要燃料量の約一割とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項４】
前記可燃混合気のための燃料量は１から２ｍｍ3とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項５】
ピストン頂面にはキャビティが形成され、気筒内の一部として前記混合気は前記キャビティ内に形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項６】
前記キャビティとしてピストン頂面のバルブリセスが利用されることを特徴とする請求項５に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項７】
気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と点火プラグとを具備し、前記燃料噴射弁による圧縮行程後期の燃料噴射によって前記点火プラグ近傍に可燃混合気を形成し、前記点火プラグによる火花点火によって前記可燃混合気を燃焼させ、ピストンによる圧縮に前記可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇が加わっても自着火しない予混合気を気筒内に形成し、前記予混合気を自着火させるために、前記燃料噴射弁は、前記可燃混合気のための前記燃料噴射以前に、複数回の燃料噴射を実施し、前記可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇時から順次自着火して気筒内の圧力を段階的に上昇させるための複数の混合気をそれぞれ気筒内の一部に形成することを特徴とする予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項８】
それぞれが気筒内の一部に形成される複数の前記混合気及び前記予混合気は２０以上のリーン空燃比とし、前記予混合気の空燃比は複数の前記混合気のそれぞれの空燃比より大きくし、複数の前記混合気の空燃比は互いに異なることを特徴とする請求項７に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項９】
前記可燃混合気のための燃料量は１から２ｍｍ3とすることを特徴とする請求項７又は８に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項１０】
ピストン頂面には複数のキャビティが形成され、気筒内の一部として複数の前記混合気はそれぞれ各前記キャビティ内に形成されることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項１１】
各前記キャビティとして、ピストン頂面のバルブリセスが利用されることを特徴とする請求項１０に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項１２】
前記燃料噴射弁及び前記点火プラグは気筒上部略中心に配置され、前記燃料噴射弁は略気筒軸線に沿って中空円錐形状に燃料を噴射し、前記可燃混合気は前記燃料噴射弁により噴射される燃料により直接的に気筒内に形成されることを特徴とする請求項１から１１に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項１３】
前記燃料噴射弁及び前記点火プラグは気筒上部略中心に配置され、前記燃料噴射弁は、複数の噴孔を有し、気筒内の一部に前記混合気を形成するために、圧縮行程中期において、各噴孔からピストン頂面の対応するバルブリセス内へ燃料を噴射し、前記可燃混合気は前記燃料噴射弁により噴射される燃料により直接的に気筒内に形成されることを特徴とする請求項１から４に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項１４】
前記可燃混合気のための燃料噴射終了から前記点火プラグの点火時期までの時間は、前記可燃混合気のための燃料噴射時間と略等しくすることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項１５】
前記点火プラグは気筒上部略中心に配置され、前記燃料噴射弁は気筒上部周囲に配置され、前記可燃混合気は前記燃料噴射弁により噴射された燃料をピストン頂面に形成された凹部により前記点火プラグ近傍へ偏向することにより気筒内に形成されることを特徴とする請求項１から１１に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項１６】
気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と点火プラグとを具備し、前記燃料噴射弁による圧縮行程後期での燃料噴射によって前記点火プラグ近傍に可燃混合気を形成し、前記点火プラグによる火花点火によって前記可燃混合気を燃焼させ、ピストンによる圧縮に前記可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇が加わっても自着火しない予混合気を気筒内に形成し、前記予混合気を自着火させるために、前記燃料噴射弁は、前記可燃混合気のための前記燃料噴射以降に燃料噴射を実施し、前記可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇時に自着火して気筒内の圧力をさらに上昇させるための混合気を気筒内の一部に形成することを特徴とする予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項１７】
気筒内の一部に形成する前記混合気はリッチ空燃比とし、前記予混合気は２０以上のリーン空燃比とすることを特徴とする請求項１又は１６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項１８】
前記可燃混合気は理論空燃比又はリッチ空燃比とすることを特徴とする請求項２、８、又は、１７に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項１９】
前記可燃混合気のための燃料量は機関運転状態により定まる必要燃料量の設定割合分とされ、前記可燃混合気のための噴射開始時期は、前記必要燃料量が多いほどを進角されると共に、機関回転数が高いほど進角されることを特徴とする請求項１８に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項２０】
気筒内の一部に形成する前記混合気のための燃料量は機関運転状態により定まる必要燃料量の設定割合分とされ、前記可燃混合気のための噴射開始時期は、前記必要燃料量が多いほどを進角されると共に、機関回転数が高いほど進角されることを特徴とする請求項１７に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項２１】
前記点火プラグは気筒上部略中心に配置され、前記燃料噴射弁は気筒上部周囲に配置され、ピストン頂面には、中央部から前記燃料噴射弁の方向に延在する溝が形成され、前記燃料噴射弁は、前記可燃混合気のための燃料を前記溝内に噴射して前記溝の終端部により前記点火プラグ近傍へ偏向して前記可燃混合気を形成し、気筒内の一部に前記混合気を形成するための燃料を前記溝内に噴射して前記溝内に前記混合気を形成することを特徴とする請求項１６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項２２】
前記点火プラグは気筒上部略中心に配置され、前記燃料噴射弁は気筒上部周囲に配置され、ピストン頂面には、中央部から前記燃料噴射弁の方向に延在する溝が形成され、前記燃料噴射弁は、前記可燃混合気のための燃料を前記溝内に噴射して前記溝の終端部により前記点火プラグ近傍へ偏向して前記可燃混合気を形成し、気筒内の一部に前記混合気を形成するための燃料の少なくとも一部を前記溝外へ噴射することを特徴とする請求項１６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項２３】
前記溝の側面には前記溝内に噴射された燃料の前記側面からの流出を抑制するためのオーバーバング部が設けられていることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項２４】
前記点火プラグ及び前記燃料噴射弁は気筒上部略中心に配置され、ピストン頂面の中央部にはキャビティが形成され、前記燃料噴射弁は、前記可燃混合気のための燃料を前記キャビティ内に噴射して前記キャビティにより前記点火プラグ近傍へ偏向して前記可燃混合気を形成し、気筒内の一部に前記混合気を形成するための燃料を前記キャビティ内に噴射して前記キャビティ内に前記混合気を形成することを特徴とする請求項１６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【請求項２５】
前記燃料噴射弁とは別に前記予混合気のための燃料を噴射する燃料噴射弁が吸気ポートに配置されていることを特徴とする請求項１から２４に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内に形成された予混合気を自着火させる予混合圧縮自着火ガソリンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンにおいて、予混合気を圧縮して自着火燃焼させれば、火炎伝播により燃焼させる場合に比較して、予混合気は多数の位置において同時に自着火して燃焼を開始するために、燃焼時間が短くなって高い熱効率を得るのに有利である。しかしながら、単に予混合気を自着火させると、特に、燃料噴射量が多くなる機関高負荷時において、圧縮上死点よりかなり前で予混合気の自着火が発生し、反って熱効率が低下することがある。
【０００３】
所望時期に予混合気を自着火させるために、ピストンによる圧縮では予混合気が自着火しないように圧縮比及び予混合気の空燃比を設定し、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と点火プラグとを設けて、圧縮行程後半において燃料噴射弁により噴射される燃料によって点火プラグ近傍に可燃混合気を形成し、この可燃混合気を点火プラグにより火花点火して燃焼させることにより、気筒内の圧力をさらに上昇させて所望時期に気筒内の予混合気を自着火させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−４４４９８
【特許文献２】特開２００１−２５４６６０
【特許文献３】特開平１１−２１０５３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように点火プラグ近傍の可燃混合気を燃焼させ、ピストンによる圧縮に加えて気筒内の圧力をさらに上昇させることにより予混合気を自着火させれば、機関高負荷時においても予混合気を所望時期に自着火させることができる。しかしながら、特に、予混合気のための燃料噴射量が多い機関高負荷時においては、このように自着火させた予混合気の発生熱量のピーク時には気筒内圧力が急激に高まって、ノッキングのような大きな騒音を発生することがある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、点火プラグ近傍の可燃混合気を火花点火により燃焼させて気筒内の圧力を上昇させることにより、予混合気を自着火させる予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、予混合気の自着火燃焼に伴う騒音発生を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による請求項１に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と点火プラグとを具備し、前記燃料噴射弁による圧縮行程後期での燃料噴射によって前記点火プラグ近傍に可燃混合気を形成し、前記点火プラグによる火花点火によって前記可燃混合気を燃焼させ、ピストンによる圧縮に前記可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇が加わっても自着火しない予混合気を気筒内に形成し、前記予混合気を自着火させるために、前記燃料噴射弁は、前記可燃混合気のための前記燃料噴射以前に、一回の燃料噴射を実施し、前記可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇時に自着火して気筒内の圧力をさらに上昇させるための混合気を気筒内の一部に形成することを特徴とする。
【０００８】
本発明による請求項２に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、気筒内の一部に形成する前記混合気及び前記予混合気は２０以上のリーン空燃比とし、前記予混合気の空燃比は前記混合気の空燃比より大きくすることを特徴とする。
【０００９】
本発明による請求項３に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１又は２に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、気筒内の一部に形成する前記混合気のための燃料量は機関運転状態により定まる必要燃料量の約一割とすることを特徴とする。
【００１０】
本発明による請求項４に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１から３のいずれか一項に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、前記可燃混合気のための燃料量は１から２ｍｍ3とすることを特徴とする。
【００１１】
本発明による請求項５に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１から４のいずれか一項に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、ピストン頂面にはキャビティが形成され、気筒内の一部として前記混合気は前記キャビティ内に形成されることを特徴とする。
【００１２】
本発明による請求項６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項５に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、前記キャビティとしてピストン頂面のバルブリセスが利用されることを特徴とする。
【００１３】
本発明による請求項７に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と点火プラグとを具備し、前記燃料噴射弁による圧縮行程後期の燃料噴射によって前記点火プラグ近傍に可燃混合気を形成し、前記点火プラグによる火花点火によって前記可燃混合気を燃焼させ、ピストンによる圧縮に前記可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇が加わっても自着火しない予混合気を気筒内に形成し、前記予混合気を自着火させるために、前記燃料噴射弁は、前記可燃混合気のための前記燃料噴射以前に、複数回の燃料噴射を実施し、前記可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇時から順次自着火して気筒内の圧力を段階的に上昇させるための複数の混合気をそれぞれ気筒内の一部に形成することを特徴とする。
【００１４】
本発明による請求項８に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項７に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、それぞれが気筒内の一部に形成される複数の前記混合気及び前記予混合気は２０以上のリーン空燃比とし、前記予混合気の空燃比は複数の前記混合気のそれぞれの空燃比より大きくし、複数の前記混合気の空燃比は互いに異なることを特徴とする。
【００１５】
本発明による請求項９に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項７又は８に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、前記可燃混合気のための燃料量は１から２ｍｍ3とすることを特徴とする。
【００１６】
本発明による請求項１０に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項７から９のいずれか一項に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、ピストン頂面には複数のキャビティが形成され、気筒内の一部として複数の前記混合気はそれぞれ各前記キャビティ内に形成されることを特徴とする。
【００１７】
本発明による請求項１１に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１０に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、各前記キャビティとして、ピストン頂面のバルブリセスが利用されることを特徴とする。
【００１８】
本発明による請求項１２に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１から１１に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、前記燃料噴射弁及び前記点火プラグは気筒上部略中心に配置され、前記燃料噴射弁は略気筒軸線に沿って中空円錐形状に燃料を噴射し、前記可燃混合気は前記燃料噴射弁により噴射される燃料により直接的に気筒内に形成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明による請求項１３に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１から４に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、前記燃料噴射弁及び前記点火プラグは気筒上部略中心に配置され、前記燃料噴射弁は、複数の噴孔を有し、気筒内の一部に前記混合気を形成するために、圧縮行程中期において、各噴孔からピストン頂面の対応するバルブリセス内へ燃料を噴射し、前記可燃混合気は前記燃料噴射弁により噴射される燃料により直接的に気筒内に形成されることを特徴とする。
【００２０】
本発明による請求項１４に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１２又は１３に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、前記可燃混合気のための燃料噴射終了から前記点火プラグの点火時期までの時間は、前記可燃混合気のための燃料噴射時間と略等しくすることを特徴とする。
【００２１】
本発明による請求項１５に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１から１１に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、前記点火プラグは気筒上部略中心に配置され、前記燃料噴射弁は気筒上部周囲に配置され、前記可燃混合気は前記燃料噴射弁により噴射された燃料をピストン頂面に形成された凹部により前記点火プラグ近傍へ偏向することにより気筒内に形成されることを特徴とする。
【００２２】
本発明による請求項１６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と点火プラグとを具備し、前記燃料噴射弁による圧縮行程後期での燃料噴射によって前記点火プラグ近傍に可燃混合気を形成し、前記点火プラグによる火花点火によって前記可燃混合気を燃焼させ、ピストンによる圧縮に前記可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇が加わっても自着火しない予混合気を気筒内に形成し、前記予混合気を自着火させるために、前記燃料噴射弁は、前記可燃混合気のための前記燃料噴射以降に燃料噴射を実施し、前記可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇時に自着火して気筒内の圧力をさらに上昇させるための混合気を気筒内の一部に形成することを特徴とする。
【００２３】
本発明による請求項１７に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１又は１６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、気筒内の一部に形成する前記混合気はリッチ空燃比とし、前記予混合気は２０以上のリーン空燃比とすることを特徴とする。
【００２４】
本発明による請求項１８に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項２、８、又は、１７に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、前記可燃混合気は理論空燃比又はリッチ空燃比とすることを特徴とする。
【００２５】
本発明による請求項１９に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１８に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、前記可燃混合気のための燃料量は機関運転状態により定まる必要燃料量の設定割合分とされ、前記可燃混合気のための噴射開始時期は、前記必要燃料量が多いほどを進角されると共に、機関回転数が高いほど進角されることを特徴とする。
【００２６】
本発明による請求項２０に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１７に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、気筒内の一部に形成する前記混合気のための燃料量は機関運転状態により定まる必要燃料量の設定割合分とされ、前記可燃混合気のための噴射開始時期は、前記必要燃料量が多いほどを進角されると共に、機関回転数が高いほど進角されることを特徴とする。
【００２７】
本発明による請求項２１に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、前記点火プラグは気筒上部略中心に配置され、前記燃料噴射弁は気筒上部周囲に配置され、ピストン頂面には、中央部から前記燃料噴射弁の方向に延在する溝が形成され、前記燃料噴射弁は、前記可燃混合気のための燃料を前記溝内に噴射して前記溝の終端部により前記点火プラグ近傍へ偏向して前記可燃混合気を形成し、気筒内の一部に前記混合気を形成するための燃料を前記溝内に噴射して前記溝内に前記混合気を形成することを特徴とする。
【００２８】
本発明による請求項２２に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、前記点火プラグは気筒上部略中心に配置され、前記燃料噴射弁は気筒上部周囲に配置され、ピストン頂面には、中央部から前記燃料噴射弁の方向に延在する溝が形成され、前記燃料噴射弁は、前記可燃混合気のための燃料を前記溝内に噴射して前記溝の終端部により前記点火プラグ近傍へ偏向して前記可燃混合気を形成し、気筒内の一部に前記混合気を形成するための燃料の少なくとも一部を前記溝外へ噴射することを特徴とする。
【００２９】
本発明による請求項２３に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項２１又は２２に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、前記溝の側面には前記溝内に噴射された燃料の前記側面からの流出を抑制するためのオーバーバング部が設けられていることを特徴とする。
【００３０】
本発明による請求項２４に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、前記点火プラグ及び前記燃料噴射弁は気筒上部略中心に配置され、ピストン頂面の中央部にはキャビティが形成され、前記燃料噴射弁は、前記可燃混合気のための燃料を前記キャビティ内に噴射して前記キャビティにより前記点火プラグ近傍へ偏向して前記可燃混合気を形成し、気筒内の一部に前記混合気を形成するための燃料を前記キャビティ内に噴射して前記キャビティ内に前記混合気を形成することを特徴とする。
【００３１】
本発明による請求項２５に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、請求項１から２４に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、前記燃料噴射弁とは別に前記予混合気のための燃料を噴射する燃料噴射弁が吸気ポートに配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明による請求項１に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、ピストンによる圧縮に点火プラグ近傍の可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇が加わっても自着火しない予混合気を気筒内に形成し、この予混合気を自着火させるために、燃料噴射弁は、可燃混合気のための燃料噴射以前に、一回の燃料噴射を実施し、可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇時に自着火して気筒内の圧力をさらに上昇させるための混合気を気筒内の一部に形成するようになっている。このような混合気を形成するのに機関運転状態により定まる必要燃料量の一部が使用されるために、予混合気を形成するのに使用される燃料量は少なくなり、予混合気の自着火燃焼におけるピーク発生熱量を低減することができると共に、気筒内の一部に形成された混合気の自着火燃焼後に予混合気が自着火するために、予混合気の自着火燃焼における発生熱量のピーク時を圧縮上死点から遅くして予混合気の発生熱量のピーク時における気筒内容積を大きくすることができ、発生熱量ピーク時の気筒内の圧力上昇が抑制されて大きな騒音の発生を抑制することができる。また、気筒内の一部に形成される混合気は、可燃混合気の燃焼時の圧力上昇までは自着火しない程度の燃料量により形成されるために、自着火により急激に燃焼しても大きな騒音を発生することはない。こうして、大きな騒音を発生させることなく、可燃混合気のための僅かな燃料量を除く必要燃料量の大部分を所望時期から自着火により燃焼させることができ、高い熱効率を実現することができる。
【００３３】
本発明による請求項２に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、気筒内の一部に形成する混合気及び予混合気は２０以上のリーン空燃比とし、予混合気の空燃比は混合気の空燃比より大きくするようになっている。それにより、気筒内の一部に形成される混合気の自着火前に予混合気が自着火することはなく、また、自着火燃焼は燃焼温度が低いためにＮＯXの発生が抑制されるが、空燃比を２０以上とすることにより、混合気及び予混合気の自着火燃焼に際してＮＯXの発生量をさらに少なくすることができる。
【００３４】
本発明による請求項３に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１又は２に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、気筒内の一部に形成する混合気のための燃料量は機関運転状態により定まる必要燃料量の約一割とするようになっている。それにより、予混合気のための燃料量を確実に減少させることができると共に、気筒内の一部に形成される混合気のための燃料量もそれほど多くはなく、予混合気及び気筒内の一部に形成される混合気の自着火燃焼に際して大きな騒音が発生することを確実に抑制することができる。
【００３５】
本発明による請求項４に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１から３のいずれか一項に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、可燃混合気のための燃料量は１から２ｍｍ3とするようになっている。それにより、このような僅かな燃料を除いて必要燃料量の大部分を自着火により燃焼させることができ、高い熱効率を実現することができる。
【００３６】
本発明による請求項５に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１から４のいずれか一項に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、ピストン頂面にはキャビティが形成され、気筒内の一部として混合気はキャビティ内に形成されるようになっている。それにより、キャビティによって混合気が過剰に拡散することは抑制され、可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇によって混合気を確実に自着火させることができる。
【００３７】
本発明による請求項６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項５に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、キャビティとしてピストン頂面のバルブリセスが利用されるようになっている。それにより、ピストン頂面にキャビティを新たに形成しなくても良い。
【００３８】
本発明による請求項７に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、ピストンによる圧縮に点火プラグ近傍の可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇が加わっても自着火しない予混合気を気筒内に形成し、この予混合気を自着火させるために、燃料噴射弁は、可燃混合気のための燃料噴射以前に、複数回の燃料噴射を実施し、可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇時から順次自着火して気筒内の圧力を段階的に上昇させるための複数の混合気をそれぞれ気筒内の一部に形成するようになっている。このような複数の混合気を形成するのに、機関運転状態により定まる必要燃料量の一部が使用されるために、予混合気を形成するのに使用される燃料量は十分に少なくなり、また、複数の混合気が順次自着火した後に予混合気が自着火するために、予混合気の自着火燃焼における発生熱量のピーク時を圧縮上死点から十分に遅らせることができ、この時の気筒内の圧力上昇が抑制されて大きな騒音の発生を抑制することができる。また、気筒内の一部にそれぞれ形成される複数の混合気は、可燃混合気の燃焼時の圧力上昇から順次自着火するような燃料量から形成されるために、各燃料量はそれほど多くはなく、このような複数の混合気はそれぞれの自着火により急激に燃焼しても大きな騒音を発生することはない。こうして、大きな騒音を発生させることなく、可燃混合気のための僅かな燃料量を除く必要燃料量の大部分を所望時期から自着火により燃焼させることができ、高い熱効率を実現することができる。
【００３９】
本発明による請求項８に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項７に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、それぞれが気筒内の一部に形成される複数の混合気及び予混合気は２０以上のリーン空燃比とし、予混合気の空燃比は複数の混合気のそれぞれの空燃比より大きくし、複数の混合気の空燃比は互いに異なるようになっている。それにより、気筒内の一部にそれぞれが形成される複数の混合気を順次自着火させることができ、複数の混合気が順次自着火する以前に予混合気が自着火することはなく、また、自着火燃焼は燃焼温度が低いためにＮＯXの生成が抑制されるが、空燃比を２０以上とすることにより、複数の混合気及び予混合気の自着火燃焼に際してＮＯXの生成量をさらに少なくすることができる。
【００４０】
本発明による請求項９に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項７又は８に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、可燃混合気のための燃料量は１から２ｍｍ3とするようになっている。それにより、このような僅かな燃料を除いて必要燃料量の大部分を自着火により燃焼させることができ、高い熱効率を実現することができる。
【００４１】
本発明による請求項１０に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項７から９のいずれか一項に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、ピストン頂面には複数のキャビティが形成され、気筒内の一部として複数の混合気はそれぞれ各キャビティ内に形成されるようになっている。それにより、各キャビティによって複数の混合気のそれぞれが過剰に拡散することは抑制され、複数の混合気は可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇時から確実に順次自着火して気筒内の圧力を段階的に上昇させることができる。
【００４２】
本発明による請求項１１に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１０に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、各キャビティとして、ピストン頂面のバルブリセスが利用されるようになっている。それにより、ピストン頂面にキャビティを新たに形成しなくても良い。
【００４３】
本発明による請求項１２に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１から１１に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、燃料噴射弁及び点火プラグは気筒上部略中心に配置され、燃料噴射弁は略気筒軸線に沿って中空円錐形状に燃料を噴射し、可燃混合気は燃料噴射弁により噴射される燃料により直接的に気筒内に形成されるようになっている。それにより、燃料噴射弁により圧縮行程後期に噴射される燃料により可燃混合気を点火プラグ近傍に容易に形成することができ、また、可燃混合気のための燃料噴射以前に燃料噴射弁により噴射される燃料により気筒内の一部に一つ又は複数の混合気を容易に形成することができる。
【００４４】
本発明による請求項１３に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１から４に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、燃料噴射弁及び点火プラグは気筒上部略中心に配置され、燃料噴射弁は、複数の噴孔を有し、気筒内の一部に混合気を形成するために、圧縮行程中期において、各噴孔からピストン頂面の対応するバルブリセス内へ燃料を噴射し、可燃混合気は燃料噴射弁により噴射される燃料により直接的に気筒内に形成されるようになっている。それにより、気筒内の一部として複数のバルブリセス内にはそれぞれ混合気が形成されて混合気の過剰拡散が抑制され、また、燃料噴射弁により圧縮行程後期に噴射される燃料により点火プラグ近傍には可燃混合気を容易に形成することができる。
【００４５】
本発明による請求項１４に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１２又は１３に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、可燃混合気のための燃料噴射終了から点火プラグの点火時期までの時間は、可燃混合気のための燃料噴射時間と略等しくするようになっている。それにより、噴射燃料は燃料噴射時間と略等しい時間で空燃比が約１８の可燃混合気となるために、火花点火により確実に着火燃焼させることができ、また、燃焼に際してＮＯX生成が抑制されると共に、リーン空燃比であるためにＨＣ及びＣＯの生成も抑制される。
【００４６】
本発明による請求項１５に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１から１１に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、点火プラグは気筒上部略中心に配置され、燃料噴射弁は気筒上部周囲に配置され、可燃混合気は燃料噴射弁により噴射された燃料をピストン頂面に形成された凹部により点火プラグ近傍へ偏向することにより気筒内に形成されるようになっている。それにより、噴射燃料はピストンの熱を利用して気化し易くなり、点火プラグ近傍に確実に可燃混合気を形成することができる。
【００４７】
本発明による請求項１６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、ピストンによる圧縮に点火プラグ近傍の可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇が加わっても自着火しない予混合気を気筒内に形成し、この予混合気を自着火させるために、燃料噴射弁は、可燃混合気のための燃料噴射以降に燃料噴射を実施し、可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇時に自着火して気筒内の圧力をさらに上昇させるための混合気を気筒内の一部に形成するようになっている。このような混合気を形成するのに機関運転状態により定まる必要燃料量の一部が使用されるために、予混合気を形成するのに使用される燃料量は少なくなり、予混合気の自着火燃焼におけるピーク発生熱量を低減することができると共に、気筒内の一部に形成された混合気の自着火燃焼後に予混合気が自着火するために、予混合気の自着火燃焼における発生熱量のピーク時を圧縮上死点から遅くして予混合気の発生熱量のピーク時における気筒内容積を大きくすることができ、発生熱量ピーク時の気筒内の圧力上昇が抑制されて大きな騒音の発生を抑制することができる。また、気筒内の一部に形成される混合気は、可燃混合気の燃焼時の圧力上昇までは自着火しない程度の燃料量により形成されるために、自着火により急激に燃焼しても大きな騒音を発生することはない。こうして、大きな騒音を発生させることなく、可燃混合気のための僅かな燃料量を除く必要燃料量の大部分を所望時期から自着火により燃焼させることができ、高い熱効率を実現することができる。
【００４８】
本発明による請求項１７に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１又は１６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、気筒内の一部に形成する混合気はリッチ空燃比とし、予混合気は２０以上のリーン空燃比とするようになっている。それにより、気筒内の一部に形成される混合気の自着火前に予混合気が自着火することはなく、また、自着火燃焼は燃焼温度が低いためにＮＯXの発生が抑制されるが、予混合気の空燃比を２０以上とすることにより、予混合気の自着火燃焼に際してＮＯXの発生量をさらに少なくすることができる。また、気筒内の一部に形成される混合気中の燃料は、可燃混合気の燃焼熱によってさらに気化して拡散するために、可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇時に自着火する際の混合気の空燃比は当初のリッチ空燃比より増大することとなるが、２０より小さなリーン空燃比となってＮＯXを多量に発生するようなことはない。
【００４９】
本発明による請求項１８に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項２、８、又は、１７に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、可燃混合気は理論空燃比又はリッチ空燃比とされ、点火プラグによる火花点火によって確実に着火燃焼させることができる。
【００５０】
本発明による請求項１９に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１８に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、可燃混合気のための燃料量は機関運転状態により定まる必要燃料量の約５％のような設定割合分とされるために、必要燃料量が多くなるほど多くされる。それにより、可燃混合気のための噴射開始時期は、必要燃料量が多いほど進角され、また、機関回転数が高いほど進角されるようになっており、噴射終了から点火までの時間が短くなって点火時期における可燃混合気の空燃比が過剰リッチとなることを防止している。
【００５１】
本発明による請求項２０に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１７に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、気筒内の一部に形成する混合気のための燃料量は機関運転状態により定まる必要燃料量の約５％又は約１０％のような設定割合分とされるために、必要燃料量が多くなるほど多くされる。それにより、可燃混合気のための噴射開始時期は、必要燃料量が多いほどを進角され、また、機関回転数が高いほど進角されるようになっており、噴射終了から可燃混合気の点火時期までの時間が短くなって、この時の混合気の空燃比が過剰リッチとなることを防止している。
【００５２】
本発明による請求項２１に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、点火プラグは気筒上部略中心に配置され、燃料噴射弁は気筒上部周囲に配置され、ピストン頂面には、中央部から燃料噴射弁の方向に延在する溝が形成され、燃料噴射弁は、可燃混合気のための燃料を溝内に噴射して溝の終端部により点火プラグ近傍へ偏向して可燃混合気を形成し、気筒内の一部に混合気を形成するための燃料を溝内に噴射して溝内に混合気を形成するようになっており、それにより、溝内の混合気を容易に意図する空燃比とすることができる。
【００５３】
本発明による請求項２２に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、点火プラグは気筒上部略中心に配置され、燃料噴射弁は気筒上部周囲に配置され、ピストン頂面には、中央部から燃料噴射弁の方向に延在する溝が形成され、燃料噴射弁は、可燃混合気のための燃料を溝内に噴射して溝の終端部により点火プラグ近傍へ偏向して可燃混合気を形成し、気筒内の一部に混合気を形成するための燃料の少なくとも一部をピストン頂面の溝外へ噴射するようになっており、それにより、ピストン頂面の溝外へ噴射された燃料は、可燃混合気のための燃料を気化させるのに熱が奪われた溝内ではなく、ピストン頂面の溝外から良好に熱を奪って気化して混合気の少なくとも一部を形成する。
【００５４】
本発明による請求項２３に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項２１又は２２に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、溝の側面には溝内に噴射された燃料の側面からの流出を抑制するためのオーバーバング部が設けられ、それにより、溝内に噴射された可燃混合気のための燃料のほぼ全てを点火プラグ近傍へ偏向することができる。
【００５５】
本発明による請求項２４に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１６に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、点火プラグ及び燃料噴射弁は気筒上部略中心に配置され、ピストン頂面の中央部にはキャビティが形成され、燃料噴射弁は、可燃混合気のための燃料をキャビティ内に噴射してキャビティにより点火プラグ近傍へ偏向して可燃混合気を形成し、気筒内の一部に混合気を形成するための燃料をキャビティ内に噴射してキャビティ内に混合気を形成するようになっており、それにより、キャビティ内の混合気を容易に意図する空燃比とすることができる。
【００５６】
本発明による請求項２５に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンによれば、請求項１から２４に記載の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンにおいて、燃料噴射弁とは別に予混合気のための燃料を噴射する燃料噴射弁が吸気ポートに配置されている。それにより、可燃混合気及び気筒内の一部に形成される混合気を形成するために少量の燃料を噴射する燃料噴射弁により、予混合気を形成するための比較的多量の燃料を噴射する必要がなく、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を少量の燃料噴射に適したものとすることができる。また、予混合気を形成する燃料は、吸気ポートに噴射されるために、吸気と共に微粒化して気筒内へ供給され、点火時期までに十分に均質化した良好な予混合気を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
図１及び図２は本発明による予混合圧縮自着火ガソリンエンジンの実施形態を示す概略縦断面図であり、図１は圧縮行程中期を、図２は圧縮行程末期の可燃混合気の点火時期をそれぞれ示している。これらの図において、１は気筒上部略中心に配置されて気筒内へ直接的に燃料を噴射する第一燃料噴射弁であり、２は気筒上部略中心に配置された点火プラグである。第一燃料噴射弁１は、気筒軸線に沿って（すなわち、気筒軸線と噴射燃料の中心線とを平行として）燃料を中空円錐形状に噴射するものである。４は一対の吸気弁３を介して気筒上部に接続された一対の吸気ポートであり、６は一対の排気弁５を介して気筒上部に接続された一対の排気ポートである。吸気ポート４の一方には第二燃料噴射弁７が配置されている。８はピストンである。
【００５８】
図示していないが、排気ポート６は、排気マニホルドを介して排気通路に接続され、排気通路には、ターボチャージャのタービンが配置され、その下流側には、燃焼空燃比を理論空燃比とする場合には三元触媒装置が配置され、燃焼空燃比をリーン空燃比とする場合にはＮＯX吸蔵還元触媒装置が配置される。ＮＯX吸蔵還元触媒装置は、排気ガスの酸素濃度が高い時にはＮＯXを良好に吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯXを放出するものであり、このようなＮＯXの吸放出作用を利用して大気中へＮＯX放出量を低減する。
【００５９】
一方、吸気ポート４は、吸気マニホルドを介して吸気通路に接続され、吸気通路にはスロットル弁が配置され、スロットル弁の上流側にはインタークーラが配置され、その上流側は、ターボチャージャのコンプレッサが配置されてエアクリーナを介して大気へ通じている。
【００６０】
このように構成された本予混合圧縮自着火ガソリンエンジンは、機関負荷及び機関回転数に基づく機関運転状態毎の必要燃料量の多くを吸気行程初期又は吸気行程前に第二燃料噴射弁７により吸気ポート４内へ噴射する。それにより、吸気行程において吸気と共に燃料が微粒化して気筒内へ供給され、気筒内全体には均質化された予混合気が形成される。このように形成された予混合気を断熱圧縮による昇温によって自着火させれば、火花点火させる場合に比較して、多数位置において同時に自着火するために、燃焼時間が短く高い熱効率を得るのに有利となる。しかしながら、ピストン８による圧縮によって単に自着火させたのでは予混合気の自着火の時期を制御することができない。
【００６１】
それにより、予混合気の空燃比及び内燃機関の圧縮比を適当に設定することにより、ピストン８による圧縮では予混合気が自着火しないようにすると共に、圧縮行程後期に第一燃料噴射弁１により僅かな燃料を噴射して点火プラグ２近傍に可燃混合気を形成し、この可燃混合気を点火プラグ２により火花点火させて燃焼させることにより、気筒内圧力をさらに上昇させて予混合気をさらに断熱圧縮して自着火させれば、予混合気を所望時期に自着火させることができる。
【００６２】
しかしながら、このように予混合気を自着火させると、特に、機関高負荷時のように予混合気のための燃料量が多い時には、クランク角度毎の熱発生量のグラフである図３に実線で示すように、予混合気の自着火燃焼におけるピーク熱発生量が大きく、また、このピーク時は、燃焼速度が速い自着火燃焼では、圧縮上死点（ＴＤＣ）直後となるために、気筒内の圧力が急激に上昇して大きな騒音を発生することがある。
【００６３】
この騒音を抑制するために、本実施形態の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンでは、図１に示すように、圧縮行程中期において（例えば、ＴＤＣ前５０から７０クランク角度範囲から）、例えば必要燃料量の約一割の燃料Ｆを第一燃料噴射弁１により噴射し、圧縮行程後期において（例えば、点火時期前数ｍｓから）、例えば１から２ｍｍ3（常温常圧換算）の僅かな燃料を第一燃料噴射弁１により噴射するようにしている。本実施形態において、予混合気のために第二燃料噴射弁７により噴射される燃料量は、必要燃料量から第一燃料噴射弁１により圧縮行程中期及び圧縮行程後期に噴射される燃料量を減算した量とされる。
【００６４】
このような第一燃料噴射弁１の燃料噴射によって、圧縮行程末期の点火時期においては、図２に示すように、圧縮行程後期の噴射燃料により点火プラグ２近傍には着火性の良好な可燃混合気Ｍ１が形成されると共に、圧縮行程中期に噴射された中空円錐形状の燃料Ｆにより気筒内の一部にはドーナツの混合気Ｍ２が形成される。
【００６５】
このようにして、点火時期において点火プラグ２により可燃混合気Ｍ１を火花点火させると、可燃混合気Ｍ１の燃焼により気筒内の圧力が上昇する。予混合気は、ピストンによる断熱圧縮に可燃混合気Ｍ１の燃焼による圧力上昇に伴う断熱圧縮が加わっても自着火しないように、空燃比及び内燃機関の圧縮比（例えば、８から１４）が設定されており、一方、気筒内の一部に形成された混合気Ｍ２は、ピストンによる断熱圧縮に伴う温度に可燃混合気Ｍ１の燃焼による圧力上昇の断熱圧縮に伴う温度上昇が加わった時に自着火するように空燃比が設定されている。
【００６６】
それにより、可燃混合気Ｍ１の燃焼による圧力上昇時には、混合気Ｍ２が自着火して気筒内の圧力をさらに上昇させ、この時には、予混合気の自着火が開始されて予混合気は燃焼する。このように、予混合気を自着火させるために、第一燃料噴射弁１によって、点火プラグ２近傍に可燃混合気Ｍ１を形成するための燃料噴射以前に、一回の燃料噴射を実施して、可燃混合気Ｍ１の燃焼による気筒内の圧力上昇時に自着火して気筒内の圧力をさらに上昇させる混合気Ｍ２が気筒内の一部に形成されると、図３に点線で示すように、予混合気を形成するのに使用される燃料量は少なくなって予混合気の自着火燃焼におけるピーク発生熱量を低減することができる。また、気筒内の一部に形成された混合気Ｍ１の自着火燃焼後に予混合気が自着火するために、予混合気の自着火燃焼における発生熱量のピーク時は圧縮上死点から遅くなり（本実施形態では、混合気Ｍ２が形成されない場合に比較して約２クランク角度ほど遅くなる）、予混合気の発生熱量のピーク時における気筒内容積を大きくすることができる。それにより、この時の気筒内の圧力上昇が抑制されて大きな騒音の発生を抑制することができる。
【００６７】
また、気筒内の一部に混合気Ｍ２を形成するための燃料量は、混合気Ｍ２がピストン８による圧縮に伴う気筒内温度に可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇に伴う温度上昇が加わるまで自着火しないようにしなければならず、必要燃料量の一割程度とされるために、自着火により急激に燃焼しても大きな騒音を発生することはない。こうして、大きな騒音を発生させることなく、可燃混合気Ｍ１のための僅かな燃料量を除く必要燃料量の大部分を所望時期から自着火により燃焼させることができ、高い熱効率を実現することができる。
【００６８】
本実施形態において、点火時期における気筒内全体の空燃比は、理論空燃比としても良いが、燃料消費を低減するためにリーン空燃比とすることが好ましい。リーン空燃比の燃焼では、ＮＯX発生量を抑制することが望ましい。自着火燃焼は、火花点火燃焼に比較して燃焼温度が低く、ＮＯXは発生し難いが、本実施形態では、さらにＮＯX発生量を減少させるために、予混合気、気筒内の一部に形成する混合気Ｍ２、及び、可燃混合気Ｍ１の空燃比を設定している。図４は空燃比に対するＮＯX発生量のグラフである。このグラフに示すように、空燃比が約１６の時にＮＯX発生量はピークとなり、空燃比を１４以下又は２０以上とすれば、ＮＯX発生量を十分に減少させることができる。それにより、本実施形態では、空燃比が小さいほど低温で自着火することを考慮して、予混合気の空燃比を例えば３２とし、気筒内の一部に形成する混合気Ｍ２の空燃比を例えば２２としている。可燃混合気Ｍ１の空燃比は例えば１２とし、可燃混合気Ｍ１の良好な着火性を確保している。
【００６９】
このように可燃混合気Ｍ１の空燃比を１２のようなリッチ空燃比とすると、ＮＯX発生量は少ないが、ＨＣ及びＣＯが発生するために、例えば１８のようなリーン空燃比としても良い。これ以上のリーン空燃比とすると、火花点火による着火性が悪化する。こうして、ＮＯX発生量は僅かに多くなるが、ＨＣ及びＣＯの発生量を十分に低減することができる。
【００７０】
図５は、本実施形態のように第一燃料噴射弁１と点火プラグ２とがいずれも気筒上部略中心に配置される等して互いに近接している場合において、第一燃料噴射弁１の噴射開始（０ｍｓ）からの経過時間に対する点火プラグ２の点火ギャップでの空燃比のグラフである。実線は１ｍｍ3の燃料を１ｍｓで噴射した場合であり、点線は２ｍｍ3の燃料を２ｍｓで噴射した場合である。このように少量の燃料が噴射される時には、いずれの場合においても、噴射終了から噴射時間（１ｍｓ又は２ｍｓ）と等しい時間が経過した時に、点火プラグ２の点火ギャップでの空燃比が約１８となっている。
【００７１】
それにより、図６に示すように、１ｍｍ3の燃料を１ｍｓで噴射する場合には、燃料噴射終了から点火時期Ａまでを１ｍｓとし、２ｍｍ3の燃料を２ｍｓで噴射する場合には、燃料噴射終了から点火時期Ａまでを２ｍｓとすれば良い。すなわち、可燃混合気Ｍ１のための燃料噴射終了から点火時期までの時間を可燃混合気Ｍ１のための燃料噴射時間とほぼ等しくすることにより、点火時期Ａにおいて、点火プラグ２近傍の可燃混合気の空燃比を約１８とすることができる。
【００７２】
本実施形態において、気筒内の一部に形成する混合気Ｍ２のための燃料噴射は、ＴＤＣ前５０から７０クランク角度範囲から実施するようにし、必要燃料量の約一割の燃料を使用する点火時期における混合気Ｍ２の空燃比はリーン（例えば２２）とされている。しかしながら、燃料噴射を、例えば、ＴＤＣ前２５クランク角度から実施するようにして、必要燃料量の約一割の燃料を使用する点火時期（例えば、ＴＤＣ前１０クランク角度）における混合気Ｍ２の空燃比をリッチ（例えば１１）とするようにしても良い。
【００７３】
このように、点火時期の比較的近くで噴射される燃料により混合気Ｍ２が形成される場合には、混合気Ｍ２中の燃料は、可燃混合気Ｍ１の点火時期において十分に気化しておらず、可燃混合気Ｍ１の燃焼熱によってさらに気化して拡散するために、混合気Ｍ２の空燃比は、可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇時に自着火する際には、当初（可燃混合気Ｍ１の点火時期）のリッチ空燃比よりリーン側となるが、当初の空燃比をリッチとしているために、自着火時の空燃比が理論空燃比近傍となって良好に自着火させることができ、また、自着火時の空燃比が２０より小さなリーン空燃比となってＮＯXを多量に発生するようなことはない。
【００７４】
また、可燃混合気Ｍ１のための燃料量を、必要燃料量の約５％として、ＴＤＣ前２０クランク角度から燃料噴射を実施するようにしても良い。このように、可燃混合気Ｍ１のための燃料量が、機関運転状態により定まる必要燃料量の設定割合分（５％）とされる場合には、必要燃料量が多くなるほど可燃混合気Ｍ１のための燃料量も多くなるために、燃料噴射開始時期は、必要燃料量が多いほど進角され、また、機関回転数が高いほど進角されるようにし、噴射終了から点火時期までの時間が短くなって点火時期における可燃混合気Ｍ１の空燃比が過剰リッチとなることを防止することが好ましい。こうして、可燃混合気Ｍ１のための燃料噴射開始時期は、必要燃料量（又は機関負荷）及び機関回転数に対してマップ化されることが好ましい。
【００７５】
所望リッチ空燃比の混合気Ｍ２を気筒内の一部に形成する場合にも、混合気Ｍ２のための燃料量が必要燃料量の設定割合（例えば１０％）とされている場合には、同様に、その燃料噴射開始時期を、必要燃料量が多いほど進角し、また、機関回転数が高いほど進角するようにし、噴射終了から点火時期までの時間が短くなって点火時期における混合気Ｍ２の空燃比が過剰リッチとなることを防止することが好ましい。混合気Ｍ２のための燃料噴射開始時期も、必要燃料量（又は機関負荷）及び機関回転数に対してマップ化されることが好ましい。
【００７６】
図７は前述の実施形態とは別の実施形態を示すピストン平面図である。本実施形態において、燃料噴射弁１’及び点火プラグ２の位置は、前述の実施形態と同じであるが、燃料噴射弁１’は、四つの噴孔を有し、各噴孔からは柱状の燃料を噴射するものである。ピストン８’の頂面には、上死点において、開弁する吸気弁及び排気弁との干渉を防止するために、吸気弁用及び排気弁用のバルブリセス８ａ’及び８ｂ’が形成されている。
【００７７】
前述した実施形態において、気筒内の一部に形成する混合気Ｍ２は、気筒内に浮遊するために拡散し易く、僅かに燃料噴射時期が早まると、可燃混合気Ｍ１の点火時期において、混合気Ｍ２の空燃比は所望空燃比よりリーンとなって可燃混合気Ｍ１の燃焼による圧力上昇時に自着火しないことがある。本実施形態では、圧縮行程中期において、第一燃料噴射弁１’は各バルブリセス８ａ’及び８ｂ’内へ各燃料Ｆ’を噴射するようにして、気筒内の一部として各バルブリセス８ａ’及び８ｂ’内に混合気Ｍ２を形成する。それにより、混合気Ｍ２の過剰拡散は防止され、可燃混合気Ｍ１の燃焼による圧力上昇時には、確実に混合気Ｍ２が自着火して気筒内圧力をさらに上昇させ、予混合気の確実な自着火を実現することができる。
【００７８】
ここで、第一燃料噴射弁１’は、点火プラグ２近傍を通過する方向へも燃料を噴射するために、圧縮行程後期に噴射される燃料は互いに一塊の混合気となって、点火プラグ２近傍の可燃混合気Ｍ１を形成することができる。また、第一燃料噴射弁１’は、全てのバルブリセス内へ燃料を噴射しなくても良く、噴射方向の一つ、二つ、又は三つを省略しても良い。しかしながら、可燃混合気Ｍ１を形成するために点火プラグ２近傍を通過する一方向へは燃料が噴射されることが必要である。本実施形態では、点火プラグ２が第一燃料噴射弁１’の排気弁側に位置するために、排気弁用のバルブリセス８ｂ’の少なくとも一方へ燃料が噴射されるようにすれば良い。
【００７９】
本実施形態では、ピストン頂面のバルブリセス８ａ’及び８ｂ’を、気筒内の一部に形成する混合気Ｍ２の過剰拡散を防止するためのキャビティとして利用したが、もちろん、このようなバルブリセスが形成されていない場合には、ピストン頂面に混合気Ｍ２のためのキャビティを形成するようにしても良い。この場合には、第一燃料噴射弁１’の噴孔数及び噴孔形状（例えば、スリット噴孔としても良い）を任意に設定しても、それに合わせたキャビティを形成することができる。また、このようにしてバルブリセス又はキャビティ内に形成する混合気Ｍ２は、可燃混合気Ｍ１の点火時期において、前述したように、２０以上のリーン空燃比とするだけでなく、リッチ空燃比（例えば１１）としても良い。
【００８０】
図８はさらに別の実施形態を示す概略縦断面図であり、図９は図８のピストン平面図である。本実施形態において、点火プラグ２は気筒上部略中心に配置されているが、第一燃料噴射弁１”は気筒上部周囲の吸気弁３側（二つの吸気弁の間）に配置されている。吸気通路４には前述同様に第二燃料噴射弁が配置され、第二燃料噴射弁により噴射される燃料によって気筒内に予混合気が形成される。５は排気弁であり、６は排気ポートである。ピストン８”の頂面には、吸気弁用の一対のバルブリセス８ａ”と、排気弁用の一対のバルブリセス８ｂ”とが形成されると共に、中央部から第一燃料噴射弁１”の方向に延在する溝８ｃ”が形成されている。第一燃料噴射弁１”は、二つの噴孔を有して、各噴孔から柱状の燃料を噴射する。
【００８１】
図８において、実線で示すピストン位置Ａは、可燃混合気を形成するための圧縮行程後期の燃料噴射時期である。この時に、第一燃料噴射弁１”により燃料（１ｍｍ3から２ｍｍ3）が噴射されると、図８及び図９に示すように、二方向の噴射燃料ｆ１はいずれもピストン頂面の溝８ｃ”内に侵入し、溝８ｃ”に沿ってピストン頂面の中央部に進行して気筒上部略中心に配置された点火プラグ２の下側に可燃混合気Ｍ１”を形成する。このように、噴射燃料を溝８ｃ”に沿わせて進行させることにより、噴射燃料はピストン８”からの受熱により気化し易くなり、点火プラグ２近傍に形成される可燃混合気Ｍ１”の着火燃焼性を向上させることができる。本実施形態では、このようにして可燃混合気Ｍ１”を形成するために、噴射燃料により直接的に可燃混合気Ｍ１を形成する前述の実施形態に比較して、点火時期に対して燃料噴射時期を多少進角することが必要である。
【００８２】
また、一点鎖線で示すピストン位置Ｂは、気筒内の一部に混合気を形成するための圧縮行程中期の燃料噴射時期である。この時に、第一燃料噴射弁１”により燃料（例えば必要燃料量の一割）が噴射されると、図８及び図９に示すように、二方向の噴射燃料ｆ２は、それぞれ吸気弁用のバルブリセス８ａ”内に侵入する。こうして、吸気弁用の各バルブリセス８ａ”内には混合気が形成され、この混合気の過剰分散は防止される。この混合気の空燃比は、前述の実施形態の混合気Ｍ２と同じであり、ピストンによる圧縮では自着火せずに可燃混合気の火花点火燃焼による気筒内の圧力上昇時に自着火するようにされる。
【００８３】
また、一点鎖線で示すピストン位置Ｃも、気筒内の一部に混合気を形成するための圧縮行程初期の燃料噴射時期である。この時に、第一燃料噴射弁１”により燃料が噴射されると、図８及び図９に示すように、二方向の噴射燃料ｆ３は、それぞれ排気弁用のバルブリセス８ｂ”内に侵入する。こうして、排気弁用の各バルブリセス８ｂ”内には混合気が形成され、この混合気の過剰分散は防止される。この混合気の空燃比は、吸気弁用のバルブリセス８ａ”内に形成された混合気より大きくされ（リーン側）、可燃混合気の火花点火燃焼による気筒内の圧力上昇時には自着火せずに、この圧力上昇によって吸気弁用のバルブリセス８ａ”内の混合気が自着火して気筒内圧力をさらに上昇させた時に自着火するようにされる。
【００８４】
また、第二燃料噴射弁による噴射燃料により気筒内に形成される予混合気の空燃比は、前述の実施形態の予混合気に比較して大きくされ、吸気弁用のバルブリセス８ａ”内の混合気が自着火して気筒内圧力を上昇させた時には自着火せずに、この圧力上昇により排気弁用のバルブリセス８ｂ”内の混合気が自着火して気筒内圧力をさらに上昇させた時に自着火するようにされる。
【００８５】
本実施形態では、このように、可燃混合気Ｍ１”のための燃料噴射以前に、二回の燃料噴射を実施して、それぞれの燃料噴射により気筒内の一部に形成される混合気は、可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇時から順次自着火して気筒内の圧力を段階的に上昇させ、最終的に予混合気を自着火させる。それにより、図３に一点鎖線で示すように、予混合気を形成するのに使用される燃料量は、可燃混合気のための燃料噴射以前の二回の燃料噴射によってさらに少なくなって予混合気の自着火燃焼におけるピーク発生熱量を低減することができる。また、この二回の燃料噴射により形成された混合気が順次自着火燃焼した後に予混合気が自着火するために、予混合気の自着火燃焼における発生熱量のピーク時は圧縮上死点から遅くなり（本実施形態では、混合気Ｍ２が形成されない場合に比較して約４クランク角度ほど遅くなる）、予混合気の発生熱量のピーク時における気筒内容積を大きくすることができる。それにより、この時の気筒内の圧力上昇がさらに抑制されて大きな騒音の発生を抑制することができる。
【００８６】
また、二回の燃料噴射のうちの圧縮行程中期に噴射される燃料量は、必要燃料量の一割程度とされるために、この噴射燃料により形成される混合気が自着火により急激に燃焼しても大きな騒音を発生することはない。また、圧縮行程初期に噴射される燃料量は、さらに少なく、この噴射燃料により形成される混合気が自着火により急激に燃焼しても大きな騒音を発生することはない。こうして、前述の実施形態に比較してさらに騒音を抑制することができる。また、可燃混合気Ｍ１”のための僅かな燃料量を除く必要燃料量の大部分を所望時期から自着火により燃焼させることができ、高い熱効率を実現することができる。
【００８７】
本実施形態において、予混合気を自着火させるための段階的な圧力上昇は、可燃混合気の燃焼を除いて二段階としたが、もちろん、さらに自着火する混合気を形成して多段階に圧力を上昇させるようにしても良い。図１及び２に示した実施形態においても、可燃混合気のための燃料噴射以前に、二回又は複数回の燃料噴射を実施して、予混合気を自着火させるために、可燃混合気の燃焼を除いて気筒内の圧力を二段階又は多段階に上昇させるようにしても良い。
【００８８】
ピストン頂面にバルブリセスが形成されていない場合には、ピストン頂面に各混合気の過剰拡散を抑制するキャビティが形成されれば良い。この場合には、可燃混合気の燃焼後において、先に自着火する混合気ほど空燃比が小さくされて拡散し易いために、拡散抑制のためのキャビティの容積は、小さくすることが好ましい。
【００８９】
図１０は図８及び図９の実施形態とは別の実施形態を示すピストン平面図である。これら二つの実施形態の違いは、本実施形態においては、第一燃料噴射弁がスリット状の噴孔から平らな略三角形状の燃料を噴射し、圧縮行程中期のピストン位置Ｂでの燃料噴射が省略されることである。
【００９０】
それにより、圧縮行程後期のピストン位置Ａにおいて第一燃料噴射弁から噴射される燃料ｆ１’は、ピストン頂面の溝８ｃ”内に侵入して前述同様に点火プラグ２近傍に可燃混合気を形成する。また、圧縮行程初期のピストン位置Ｃにおいて第一燃料噴射弁から噴射される燃料ｆ３’は、排気弁用の二つのバルブリセス８ｂ”内に侵入すると共にピストン頂面の二つのバルブリセス８ｂ”の間に付着する。こうして、排気弁用の二つのバルブリセス８ｂ”内及び二つのバルブリセス８ｂ”の間には、一塊の混合気が形成され、この混合気の大部分は二つのバルブリセス８ｂ”内に位置するために、過剰分散は防止される。
【００９１】
この混合気の空燃比は、可燃混合気の火花点火燃焼による気筒内の圧力上昇時に自着火するようにされる。こうして、第一燃料噴射弁は、可燃混合気のための燃料噴射以前に、一回の燃料噴射を実施し、ピストンによる圧縮に可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇が加わっても自着火しない予混合気を自着火させるために、可燃混合気の燃焼による気筒内の圧力上昇時に自着火して気筒内の圧力をさらに上昇させるための混合気が形成される。それにより、図１及び２の実施形態と同様に大きな騒音の発生を抑制して、熱効率の高い自着火燃焼を実現することができる。
【００９２】
図１１はもう一つの実施形態を示すピストンの平面図であり、図１２は図１１の実施形態の点火時期直前の概略縦断面図である。本実施形態において、点火プラグ２０は気筒上部略中心に配置され、第一燃料噴射弁１０は気筒上部周囲の吸気弁３側（二つの吸気弁の間）に配置されている。吸気通路４には前述同様に第二燃料噴射弁７が配置され、第二燃料噴射弁７により噴射される燃料によって気筒内に予混合気が形成される。５は排気弁であり、６は排気ポートである。ピストン８０の頂面には、吸気弁用の一対のバルブリセス８０ａと、排気弁用の一対のバルブリセス８０ｂとが形成されると共に、中央部から第一燃料噴射弁１０の方向に延在する溝８１が形成されている。第一燃料噴射弁１０は、中空又は中実円錐形状に燃料を噴射する。
【００９３】
第一燃料噴射弁１０は、例えばＴＤＣ前３０クランク角度から必要燃料量の約５％の燃料を可燃混合気Ｍ１の形成のために溝８１内に噴射する。こうして噴射された燃料は、溝８１内に沿ってピストン頂面の中央方向へ進行し、溝８１の終端部によって点火プラグ２０近傍に偏向される。この間において、燃料は溝８１から熱を奪って気化し、点火時点（例えばＴＤＣ前１０クランク角度）において、点火プラグ２０近傍の可燃混合気Ｍ１となる。可燃混合気Ｍ１の点火時期における空燃比は、理論空燃比又は理論空燃比より僅かにリッチな空燃比として確実な着火性を確保することが好ましい。
【００９４】
溝８１の側面のピストン頂面中央側には、オーバーハング部８１ａを設けて、可燃混合気Ｍ１を形成するための燃料が溝８１の側面から流出し難くすることにより、可燃混合気Ｍ１が点火プラグ２０近傍から過剰に分散しないようにすることが好ましい。
【００９５】
また、第一燃料噴射弁１０は、例えばＴＤＣ前２０クランク角度から必要燃料量の約５％の燃料Ｆを混合気Ｍ２の形成のために溝８１内に噴射する。燃料噴射時期の違いによって、燃料Ｆは、可燃混合気Ｍ１の形成のための燃料より外側において溝８１に衝突するために、溝８１の熱を利用して燃料Ｆの気化が促進される。燃料Ｆにより溝８１内に形成される混合気Ｍ２の点火時期における空燃比はリッチ空燃比（例えば１１）とされる。
【００９６】
このようにしてリッチ空燃比の混合気Ｍ２が形成されれば、前述したように、可燃混合気Ｍ１の燃焼熱により混合気Ｍ２中の燃料の気化及び拡散が促進され、混合気Ｍ２は自着火時点において理論空燃比近傍となり、多量のＮＯXを発生させることなく良好に自着火燃焼して、気筒内の圧力をさらに上昇させ、予混合気を自着火させる。
【００９７】
図１３はもう一つの実施形態を示す点火時期直前の概略縦断面図である。本実施形態において、点火プラグ２１及び第一燃料噴射弁１１は気筒上部略中心に配置されている。吸気通路４には前述同様に第二燃料噴射弁７が配置され、第二燃料噴射弁７により噴射される燃料によって気筒内に予混合気が形成される。５は排気弁であり、６は排気ポートである。ピストン８５の頂面中央部には、キャビティ８６が形成されている。第一燃料噴射弁１１は、中空又は中実円錐形状に燃料を噴射する。
【００９８】
第一燃料噴射弁１１は、例えばＴＤＣ前２５クランク角度から必要燃料量の約５％の燃料を可燃混合気Ｍ１の形成のためにキャビティ８６内に噴射する。キャビティ８６は僅かに点火プラグ２１方向に偏倚しているために、こうして噴射された燃料は、キャビティ８６内で受熱して気化し、点火時点（例えばＴＤＣ前１０クランク角度）において、点火プラグ２１近傍の可燃混合気Ｍ１となる。可燃混合気Ｍ１の点火時期における空燃比は、理論空燃比又は理論空燃比より僅かにリッチな空燃比として確実な着火性を確保することが好ましい。
【００９９】
また、第一燃料噴射弁１１は、例えばＴＤＣ前１７．５クランク角度から必要燃料量の約５％の燃料Ｆを混合気Ｍ２の形成のためにキャビティ８６内に噴射する。こうして、燃料Ｆはキャビティ８６内にリッチ空燃比（例えば１１）の混合気Ｍ２を形成する。本実施形態においては、第一燃料噴射弁１１から噴射される燃料は、図１１及び１２に示す実施形態に比較して、あまり移動せずに、可燃混合気Ｍ１及び混合気Ｍ２を形成するために、それぞれの燃料噴射開始時期は、前述の実施形態に比較して点火時期に近づけられている。
【０１００】
このようにしてリッチ空燃比の混合気Ｍ２が形成されれば、前述したように、可燃混合気Ｍ１の燃焼熱により混合気Ｍ２中の燃料の気化及び拡散が促進され、混合気Ｍ２は自着火時点において理論空燃比近傍となり、多量のＮＯXを発生させることなく良好に自着火燃焼して、気筒内の圧力をさらに上昇させ、予混合気を自着火させる。
【０１０１】
図１４及び１５は、図１１及び１２に示す実施形態の変形例を示すピストン平面図であり、図１４は可燃混合気Ｍ１のための燃料噴射時期を示し、図１５は混合気Ｍ２のためのその後の燃料噴射時期を示している。図１１及び１２に示す実施形態と本変形例との違いについてのみ以下に説明する。
【０１０２】
本変形例において、少なくとも、ピストン８０’の頂面の吸気弁用のバルブリセス８０ａ’の底面は、ペントルーフ形状のシリンダヘッドにおいて気筒中心軸線に対して斜めに移動する吸気弁に合わせて、水平面（気筒中心軸線に対して垂直な平面）に対して斜め（第一燃料噴射弁１０’側が低い）に形成されている。８０ｂ’は排気弁用のバルブリセスである。また、水平面と略平行な底面を有して、中央部から第一燃料噴射弁１０’の方向に延在する溝８１’が形成されている。また、第一燃料噴射弁１０’は、二方向に柱状に燃料Ｆ１及びＦ２を噴射するものである。
【０１０３】
第一燃料噴射弁１０’は、例えばＴＤＣ前３０クランク角度から必要燃料量の約５％の燃料Ｆ１を可燃混合気Ｍ１の形成のために溝８１内に噴射する。こうして噴射された燃料Ｆ１は、溝８１’内の二つの衝突位置Ａ１に衝突して、ピストン頂面の中央方向へ進行し、溝８１’の終端部によって点火プラグ近傍に偏向される。この間において、燃料は溝８１’から熱を奪って気化し、点火時点（例えばＴＤＣ前１０クランク角度）において、点火プラグ近傍の可燃混合気Ｍ１となる。可燃混合気Ｍ１の点火時期における空燃比は、理論空燃比又は理論空燃比より僅かにリッチな空燃比として確実な着火性を確保することが好ましい。
【０１０４】
溝８１’の側面のピストン頂面中央側には、オーバーハング部８１ａを設けて、可燃混合気Ｍ１を形成するための燃料が溝８１’の側面から流出し難くすることにより、可燃混合気Ｍ１が点火プラグ近傍から過剰に分散しないようにすることが好ましい。
【０１０５】
また、第一燃料噴射弁１０’は、例えばＴＤＣ前２０クランク角度から必要燃料量の約５％の燃料Ｆ２を混合気Ｍ２の形成のために噴射する。燃料噴射時期の違いによって、燃料Ｆ２の二つの衝突位置Ａ２は、溝８１’内ではなく、バルブリセス８０ａ’の斜めの面となり、衝突後の燃料Ｆ２は、バルブリセス８０ａ’から良好に受熱して溝８１’内ではなく、バルブリセス８０ａ’内のそれぞれに混合気Ｍ２を形成する。各混合気Ｍ２の点火時期における空燃比はリッチ空燃比（例えば１１）とされる。
【０１０６】
このようにしてリッチ空燃比の混合気Ｍ２が形成されれば、前述したように、可燃混合気Ｍ１の燃焼熱により混合気Ｍ２中の燃料の気化及び拡散が促進され、それぞれの混合気Ｍ２は自着火時点において一つに繋がって理論空燃比近傍となり、多量のＮＯXを発生させることなく良好に自着火燃焼して、気筒内の圧力をさらに上昇させ、予混合気を自着火させる。
【０１０７】
本実施形態において、第一燃料噴射弁１０’は二方向に燃料を噴射するものとしたが、これら二方向の間にさらに一方向に燃料を噴射するようにしても良い。このように三方向に燃料を噴射する場合には、可燃混合気Ｍ１を形成するための燃料噴射において、いずれの噴射燃料も溝８１’内に衝突し、噴射燃料の全てによって可燃混合気Ｍ１が形成される。また、混合気Ｍ２を形成するための燃料噴射において、中央の一方向に噴射される燃料は、溝８１’内に噴射されて溝８１’内に混合気Ｍ２を形成すると共に、両側の二方向に噴射される燃料は、前述同様に、それぞれの吸気弁用のバルブリセス８０ａ’内に混合気Ｍ２を形成する。これら三つの混合気Ｍ２は自着火時点においては互いに繋がって一つの混合気となる。このように、混合気Ｍ２を形成するための噴射燃料の少なくとも一部が溝外へ噴射されれば、可燃混合気Ｍ１のための噴射燃料により既に温度低下した溝内ではなく、温度低下していない溝外において良好に受熱して噴射燃料の気化を促進することができる。
【０１０８】
これまで説明した実施形態においては、予混合気を形成するために吸気ポートに比較的多量に燃料を噴射する第二燃料噴射弁が配置されている。それにより、比較的少量の燃料しか噴射しない第一燃料噴射弁は、少量の燃料噴射に適したものとすることができる。しかしながら、もちろん、第二燃料噴射弁を省略して、第一燃料噴射弁により吸気行程で燃料を噴射して気筒内に予混合気を形成するようにしても良い。
【０１０９】
機関低負荷時においては、必要燃料量も少なく、単に予混合気をピストンの圧縮により自着火させるようにしても、自着火時期が圧縮上死点よりかなり前となるようなことはなく、発生熱量も比較的小さく大きな騒音を発生することもない。それにより、必要燃料量が設定量より少ない時には、第一燃料噴射弁による燃料噴射を中止して、又は、第一燃料噴射弁により圧縮行程後期の燃料噴射だけを実施して可燃混合気を形成するようにして、予混合気を自着火させるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明による予混合圧縮自着火ガソリンエンジンの実施形態を示す圧縮行程中期の概略縦断面図である。
【図２】図１の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンの圧縮行程末期の概略縦断面図である。
【図３】クランク角度に対する熱発生量変化のグラフである。
【図４】空燃比に対するＮＯX発生量変化のグラフである。
【図５】燃料噴射開始からの経過時間に対する点火プラグ近傍の混合気空燃比変化のグラフである。
【図６】可燃混合気のための燃料噴射のタイムチャートである。
【図７】本発明による予混合圧縮自着火ガソリンエンジンのもう一つの実施形態を示すピストン平面図である。
【図８】本発明による予混合圧縮自着火ガソリンエンジンのさらにもう一つの実施形態を示す概略縦断面図である。
【図９】図８の予混合圧縮自着火ガソリンエンジンのピストン平面図である。
【図１０】本発明による予混合圧縮自着火ガソリンエンジンのさらにもう一つの実施形態を示すピストン平面図である。
【図１１】本発明による予混合圧縮自着火ガソリンエンジンのもう一つの実施形態を示すピストン平面図である。
【図１２】図１１の実施形態を示す概略縦断面図である。
【図１３】本発明による予混合圧縮自着火ガソリンエンジンのもう一つの実施形態を示す概略縦断面図である。
【図１４】図１１及び１２に示す実施形態の変形例を示す可燃混合気形成のための燃料噴射時期におけるピストン平面図である。
【図１５】図１１及び１２に示す実施形態の変形例を示す混合気形成のための燃料噴射時期におけるピストン平面図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１，１’，１”，１０，１０’    第一燃料噴射弁
２，２０，２１    点火プラグ
３    吸気弁
４    吸気ポート
５    排気弁
６    排気ポート
７    第二燃料噴射弁
８，８’，８”，８０，８０’，８５    ピストン
【図１】
2008106737.tif 000003
【図２】
2008106737.tif 000004
【図３】
2008106737.tif 000005
【図４】
2008106737.tif 000006
【図５】
2008106737.tif 000007
【図６】
2008106737.tif 000008
【図７】
2008106737.tif 000009
【図８】
2008106737.tif 000010
【図９】
2008106737.tif 000011
【図１０】
2008106737.tif 000012
【図１１】
2008106737.tif 000013
【図１２】
2008106737.tif 000014
【図１３】
2008106737.tif 000015
【図１４】
2008106737.tif 000016
【図１５】
2008106737.tif 000017