(57)【要約】【課題】オーバーリーン混合気の発生を抑制して成層燃焼が可能な筒内噴射式の火花点火内燃機関を提供する。【解決手段】燃焼室４０の天井壁中央部２２ａに燃料噴射弁５５と第１点火プラグ５１が設けられており、天井壁周縁部２２ｃには、第２点火プラグ５２が設けられている。燃料噴射弁５５は、第１点火プラグ５１の電極５１ａに向かう方向と、ピストン３０のキャビティ４４に向かう方向に、それぞれ燃料を噴射する。ピストン３０のキャビティ４４は、燃料噴射弁５５からの燃料を受けて天井壁周縁部２２ｃにある第２点火プラグ５１の電極５２ａに導く。第１点火プラグ５１の近傍と第２点火プラグ５２の近傍に、それぞれ別個の成層混合気を形成する。着火して膨張する成層混合気同士を衝突させることで、成層混合気の外側の部分が拡散してオーバーリーン混合気が生じてしまうことを抑制する。【選択図】図１
2008151000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内で成層燃焼が可能な内燃機関であって、
燃焼室の天井壁中央部に設けられた第１点火プラグと、
燃焼室の天井壁周縁部に設けられた第２点火プラグと、
燃焼室の天井壁中央部に設けられ、燃焼室内で２つの方向に直接燃料を噴射可能な燃料噴射装置と、
燃料噴射装置からの燃料を受けて第２点火プラグの火花放電部に導くことが可能なキャビティが設けられたピストンと、
を備え、
燃料噴射装置は、第１点火プラグの火花放電部に向かう方向と、キャビティに向かう方向に、それぞれ燃料を噴射することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関であって、
キャビティの形状を規定するキャビティ壁は、一方の縁部が燃料噴射装置のノズル部に対向しており、他方の縁部が第２点火プラグの火花放電部に対向していることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関であって、
第２点火プラグは、燃焼室の天井壁周縁部のうち排気側の部位に設けられていることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項２に記載の内燃機関であって、
第２点火プラグは、燃焼室の天井壁周縁部のうち吸気ポートの外縁と排気ポートの外縁に挟まれた部位に設けられていることを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の内燃機関であって、
燃料噴射装置は、１つの燃料噴射弁で構成されており、
燃料噴射弁には、第１点火プラグの火花放電部に向けて燃料を噴射する第１噴孔と、ピストンのキャビティ壁の一方の縁部に向けて燃料を噴射する第２噴孔が設けられており、
第１噴孔と第２噴孔からは、同時に燃料が噴射されることを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関であって、
第２噴孔は、第１噴孔に比べて、噴射された燃料噴霧の先端速度が大きくなるように噴孔形状が設定されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関であって、
第２噴孔は、第１噴孔に比べて、噴孔長さと噴孔径の比率であるＬ／Ｄ比が大きく設定されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関であって、
燃焼室の天井壁周縁部のうち第２点火プラグが設けられる側の反対側には、第１点火プラグに向かうスキッシュ流を発生させるスキッシュ流発生手段が設けられていることを特徴とする内燃機関。
【請求項９】
請求項８に記載の内燃機関であって、
スキッシュ流発生手段は、吸気弁又は排気弁の燃焼室側の表面と、当該表面と対向する部分が当該表面と平行となるように形成されたピストン頂面であることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内噴射式の火花点火内燃機関に関し、特に、成層燃焼が可能な内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内噴射式の火花点火内燃機関にあっては、燃費を向上させるために、点火プラグの火花放電部の周辺に層状の混合気（以下、成層混合気と記す）を形成し、これを燃焼させる、いわゆる成層燃焼を行うことが知られている。点火プラグの近傍に成層混合気を形成する手法として、従来から、エアガイド式、スプレーガイド式、及びウォールガイド式等が知られている。
【０００３】
スプレーガイド式は、点火プラグの火花放電部に向けて燃料を噴射することで、燃料噴霧による層状混合気を点火プラグの火花放電部に形成している。また、エアガイド式は、さらにスキッシュ等の筒内ガス流動を利用することで、低貫徹力の燃料噴霧を点火プラグの火花放電部に導き、ここに成層混合気を形成している。一方、ウォールガイド式は、高貫徹力の燃料噴霧を、ピストン頂面にあるキャビティ壁に沿わせることで点火プラグの火花放電部に導き、ここに成層混合気を形成している。
【０００４】
このように点火プラグの火花放電部に成層混合気を形成して成層燃焼が可能な内燃機関として、例えば、下記の特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載の技術では、ピストンのキャビティに向けて燃料を噴射し、この噴射燃料を、点火プラグに向けて傾斜したキャビティ壁で反射させて点火プラグの火花放電部に成層混合気を形成している。圧縮行程で生じるスキッシュ流により、点火プラグの火花放電部に形成された成層混合気が拡散してしまうことを抑制している。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１８２２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
点火プラグにより点火されて着火した成層混合気は、着火点から火炎が伝播するとともに、燃焼により膨張する。この膨張により、未着火である成層混合気の外側部分は、シリンダ壁側に押されて拡散する。このように成層混合気が膨張していく過程において、成層混合気の外側部分は、拡散することでより希薄なものとなり、火炎伝播限界（可燃限界）を超えた過希薄な混合気（以下、オーバーリーン混合気と記す）が生じることがある。
【０００７】
このようなオーバーリーン混合気は、燃焼しないまま既燃ガスと共に気筒から排出される。このため、オーバーリーン混合気が生じると、排気ガス中の未燃の炭化水素（ＨＣ）が増大するという問題が生じる。また、未燃の炭化水素が増大する分だけ、内燃機関における熱発生が減少して熱効率が低下してしまうという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、オーバーリーン混合気の発生を極力抑制して成層燃焼が可能な筒内噴射式の火花点火内燃機関を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、燃焼室内で成層燃焼が可能な内燃機関であって、燃焼室の天井壁中央部に設けられた第１点火プラグと、燃焼室の天井壁周縁部に設けられた第２点火プラグと、燃焼室の天井壁中央部に設けられ、燃焼室内で２つの方向に直接燃料を噴射可能な燃料噴射装置と、燃料噴射装置からの燃料を受けて第２点火プラグの火花放電部に導くことが可能なキャビティが設けられたピストンとを備え、燃料噴射装置は、第１点火プラグの火花放電部に向かう方向と、キャビティに向かう方向に、それぞれ燃料を噴射することを特徴とする。天井壁中央部にある燃料噴射弁が、同じく天井壁中央部にある第１点火プラグの火花放電部に向けて燃料を噴射すると共に、ピストンのキャビティに向けて燃料を噴射する。ピストンのキャビティは、燃料噴射弁からの燃料を受けて天井壁周縁部にある第２点火プラグの火花放電部に導く。
【００１０】
本発明に係る内燃機関において、キャビティの形状を規定するキャビティ壁は、その一方の縁部が燃料噴射装置のノズル部に対向しており、他方の縁部が第２点火プラグの火花放電部に対向しているものとすることができる。
【００１１】
本発明に係る内燃機関において、第２点火プラグは、燃焼室の天井壁周縁部のうち排気側の部位に設けられているものとすることができる。
【００１２】
本発明に係る内燃機関において、第２点火プラグは、燃焼室の天井壁周縁部のうち吸気ポートの外縁と排気ポートの外縁に挟まれた部位に設けられているものとすることができる。
【００１３】
本発明に係る内燃機関において、燃料噴射装置は、１つの燃料噴射弁で構成されているものとすることができ、燃料噴射弁には、第１点火プラグの火花放電部に向けて燃料を噴射する第１噴孔と、ピストンのキャビティ壁の一方の縁部に向けて燃料を噴射する第２噴孔が設けられているものとすることができ、第１噴孔と第２噴孔からは、同時に燃料が噴射されるものとすることができる。
【００１４】
本発明に係る内燃機関において、第２噴孔は、第１噴孔に比べて、噴射された燃料噴霧の先端速度が大きくなるように噴孔形状が設定されているものとすることができる。
【００１５】
本発明に係る内燃機関において、第２噴孔は、第１噴孔に比べて、噴孔長さと噴孔径の比率であるＬ／Ｄ比が大きく設定されているものとすることができる。
【００１６】
本発明に係る内燃機関において、燃焼室の天井壁周縁部のうち第２点火プラグが設けられる側の反対側には、第１点火プラグに向かうスキッシュ流を発生させるスキッシュ流発生手段が設けられているものとすることができる。
【００１７】
本発明に係る内燃機関において、スキッシュ流発生手段は、吸気弁又は排気弁の燃焼室側の表面と、当該表面と対向する部分が当該表面と平行となるように形成されたピストン頂面であるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、天井壁中央部にある燃料噴射弁が、同じく天井壁中央部にある第１点火プラグの火花放電部に向けて燃料を噴射すると共に、ピストンのキャビティに向けて燃料を噴射する。ピストンのキャビティは、燃料噴射弁からの燃料を天井壁周縁部にある第２点火プラグの火花放電部に導くものとしたので、第１点火プラグの火花放電部の近傍と、第２点火プラグの火花放電部の近傍に、それぞれ別個の成層混合気を形成することができる。これら成層混合気を第１及び第２点火プラグにより、それぞれ着火して、膨張する成層混合気同士を衝突させることで、成層混合気の外側にある未燃部分が拡散を抑制し、この外側部分にオーバーリーン混合気が生じることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２０】
まず、本実施例に係る内燃機関の構成について図１〜図３を用いて説明する。図１は、内燃機関の気筒周辺の構成を示す断面図である。図２は、燃料噴射弁と点火プラグと吸・排気弁の配置関係を示す図であり、ピストン側からシリンダヘッドを見た図である。図３は、ピストンに形成されたキャビティと、燃料噴射弁及び点火プラグの配置関係を示す図であり、シリンダヘッド側からピストン頂面を見た図である。なお、図１〜図３には、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。
【００２１】
本実施例に係る内燃機関は、燃料噴射弁が気筒内に直接燃料（ガソリン）を噴射する、筒内噴射式のガソリン機関であり、気筒内に形成される混合気に点火プラグにより点火を行う火花点火機関である。なお、本実施例において、内燃機関１０には、燃料噴射弁及び点火プラグを制御する手段として図示しない電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）が設けられている。以下、内燃機関が有する複数の気筒のうち一つの気筒について説明する。
【００２２】
図１に示すように、内燃機関１０には、内部に気筒が形成される機関本体系の部品として、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド２０と、ピストン３０と、図示しないコンロッド及びクランク軸が設けられている。シリンダブロック１２には、シリンダボア１４が形成されており、ピストン３０は、シリンダボア１４内を、その軸心（以下、ボア軸芯と記し、一点鎖線Ｃで示す）に沿って往復運動する。
【００２３】
なお、以下の説明において、シリンダボア１４の軸心Ｃに沿う方向を、「ボア軸方向」と記す。また、ボア軸方向のうち、ピストン３０が気筒内の気体を圧縮する向きを「上方」と記し、図に矢印Ｕで示す。また、上方とは反対の向きを「下方」と記し、図に矢印Ｄで示す。また、ボア軸心Ｃに直交する方向であり、シリンダボア１４の径方向を、「ボア径方向」と記し、図に矢印Ｒで示す。
【００２４】
シリンダブロック１２には、ピストン３０に対向してシリンダボア１４を塞ぐようにシリンダヘッド２０が結合されている。シリンダブロック１２とシリンダヘッド２０との合わせ面となる平面を、以下、「トップデッキ平面」と記し、図に二点鎖線Ｔで示す。なお、トップデッキ平面Ｔは、ボア軸心Ｃに直交している。
【００２５】
シリンダヘッド２０には、ペントルーフ型の燃焼室４０が形成されている。具体的には、燃焼室４０の形状を規定するシリンダヘッド２０の壁面２２（以下、天井壁と記す）は、燃焼室４０の中央すなわちボア軸心Ｃからボア径方向Ｒを吸気側（図中、符号ＩＮで示す）又は排気側（図中、符号ＥＸで示す）に離れるに従って、トップデッキ平面Ｔとの距離が小さくなるよう形成されている。天井壁２２は、燃焼室４０の周縁４０ｅにおいて、シリンダボア１４の壁面１５（以下、シリンダ壁と記す）に滑らかに連続するよう形成されている。
【００２６】
ピストン３０には、複数のピストンリング３７，３８，３９が設けられている。ピストン３０が往復運動すると、これらピストンリング３７，３８，３９がシリンダ壁１５と摺接することで、燃焼室４０と図示しないクランクケース間における気密を保っている。なお、最もシリンダヘッド２０側にあるピストンリングを「トップリング」という。トップリング３７より上方Ｕには、シリンダ壁１５とピストン３０の側壁３０ｅとの間の空隙であるクレビスボリューム４３が形成されている。
【００２７】
ピストン３０の往復運動は、回転運動に変換されて図示しないクランク軸から出力される。内燃機関１０には、クランク軸の回転角位置（以下、クランク角と記す）を検出するクランク角センサ（図示せず）が設けられており、クランク角に係る信号を、ＥＣＵに送出している。
【００２８】
また、ピストン３０には、ボア軸方向を下方Ｄに凹む空間であるキャビティ４４が形成されている。換言すれば、ピストン３０の頂面３２には、キャビティ４４の形状を規定する湾曲した壁面３３（以下、キャビティ壁と記す）が形成されている。キャビティ４４及びキャビティ壁３３の詳細な形状については、後述する。
【００２９】
以上に説明した、シリンダブロック１２のシリンダ壁１５、シリンダヘッド２０の天井壁２２、及びピストン３０の頂面３２（キャビティ壁３３を含む）で囲まれた空間が、いわゆる「気筒」となる。気筒には、シリンダヘッド２０に形成された燃焼室４０と、ピストン３０に形成されたキャビティ４４が含まれている。
【００３０】
また、シリンダヘッド２０には、図１に示すように、ボア軸心Ｃを挟んで、一方の側には、吸入空気を燃焼室４０に導く吸気ポート２４が形成されており、他方の側には、燃焼室４０からの排気ガスを排出する排気ポート２６が形成されている。
【００３１】
また、シリンダヘッド２０には、吸気ポート２４及び排気ポート２６に対応して、それぞれ吸気弁２５と排気弁２７が設けられている。これら吸気弁２５と排気弁２７は、カムシャフトを介して、クランク軸からの機械的動力を受けて駆動される。吸気弁２５及び排気弁２７は、クランク軸の回転角位置（以下、クランク角と記す）に応じて所定のタイミングで開閉可能に構成されている。
【００３２】
吸気弁２５を開くと、吸気ポート２４と燃焼室４０が連通し、図示しない吸気通路からの空気を、吸気ポートから気筒内の燃焼室４０に吸入することが可能となる。また、排気弁２７を開くと、排気ポート２６と燃焼室４０が連通し、気筒内の燃焼室４０にある排気ガスを、排気ポート２６から図示しない排気通路に排出することが可能となる。
【００３３】
これら吸気ポート２４と排気ポート２６は、図２に示すように、それぞれ２つ設けられており、シリンダボア軸芯Ｃを含み、且つ図示しないクランク軸の軸方向に延びる仮想の平面（図中、一点鎖線Ｌで示す）を挟んで、互いに対向するよう配置されている。つまり、各気筒において、吸気ポート２４と排気ポート２６は、いわゆるクロスフロー式の配置となっている。
【００３４】
なお、以下の説明において、ボア軸心Ｃを含む平面Ｌに対して吸気ポート２４が設けられる側を、吸気側と記し、図に符号ＩＮで示す。一方、平面Ｌに対して排気ポート２６が設けられる側を、排気側と記し、図に符号ＥＸで示す。
【００３５】
また、シリンダヘッド２０には、図１に示すように、気筒内に形成される成層混合気（燃料噴霧を含む）に点火する点火装置として、２つの点火プラグ５１，５２が設けられている。これら第１及び第２の点火プラグ５１，５２は、点火火花を発生させる火花放電部としての電極５１ａ，５２ａを有している。これら電極５１ａ，５２ａが燃焼室４０に突き出すように第１及び第２点火プラグ５１，５２は配設されている。
【００３６】
第１点火プラグ５１は、図１及び図２に示すように、シリンダヘッド２０に形成された燃焼室４０の天井壁中央部２２ａに設けられている。詳細には、第１点火プラグ５１は、天井壁中央部２２ａのうち軸心Ｃを含む平面Ｌより排気側に配設されており、電極５１ａは、燃焼室４０の中央に向けて突き出ている。
【００３７】
一方、第２点火プラグ５２は、シリンダヘッド２０に形成された燃焼室４０の天井壁周縁部２２ｃに設けられている。詳細には、第２点火プラグ５２は、天井壁周縁部２２ｃの排気側の部位、すなわち天井壁２２の周縁２２ｅと、２つの排気ポート２６の外縁２６ｅに挟まれた部位に配設されており、電極５２ａは、燃焼室４０の周縁部４０ｃの排気側に突き出ている。
【００３８】
なお、「天井壁中央部」２２ａとは、図２に示すように、燃焼室４０の天井壁２２のうちボア軸心Ｃが通る部位を含み、吸気ポート２４の外縁２４ｅと排気ポート２６の外縁２６ｅとの間に挟まれた部位である。一方、「天井壁周縁部」２２ｃとは、燃焼室４０の周縁４０ｅすなわち天井壁２２の周縁２２ｅを含む部位であり、天井壁２２の周縁２２ｅと、吸気ポート２４の外縁２４ｅ又は排気ポート２６の外縁２６ｅとの間に挟まれた部位である。
【００３９】
第１及び第２点火プラグ５１，５２は、それぞれ図示しない点火コイルから２次電流の供給を受けて火花放電部としての電極５１ａ，５２ａに点火火花を生じさせる。この点火火花により気筒内の燃焼室４０に形成される成層混合気（燃料噴霧を含む）は、着火して燃焼を開始する。第１及び第２点火プラグ５１，５２が点火火花を生じさせる点火時期は、ＥＣＵにより制御される。
【００４０】
また、シリンダヘッド２０には、図１に示すように、気筒内すなわち燃焼室４０に直接燃料を噴射する燃料噴射装置として、１つの燃料噴射弁５５が設けられている。燃料噴射弁５５は、略円柱形状を呈する電磁駆動式の噴射弁であり、複数の噴孔が設けられたノズル部５５ａを有している。燃料噴射弁５５は、ノズル部５５ａが燃焼室４０に突き出すよう配設されている。燃料噴射弁５５は、ボア軸心Ｃを挟んで第１点火プラグ５１と対向するよう、天井壁中央部２２ａの吸気側に配設されている。なお、燃料噴射弁５５は、ノズル部５５ａが排気側を向くように、その軸心（図中、一点鎖線Ｊで示す）がボア軸心Ｃに対して所定角度傾斜した状態で配設されている。
【００４１】
燃料噴射弁５５は、図示しない燃料レールから所定の燃圧で燃料の供給を受けている。燃料噴射弁５５が開弁して燃料を噴射する開弁期間、すなわち開弁時期及び開弁時間長さは、図示しないＥＣＵにより制御される。
【００４２】
燃料噴射弁５５のノズル部５５ａには、複数の噴孔（図示せず）が形成されており、各噴孔が燃焼室４０に露出している。これら噴孔から噴射された燃料は、燃料噴霧の塊（クラウド）となって燃焼室４０内を流動する。燃料噴霧は、その流動過程において、周辺にある空気と混合されて、層状の混合気（以下、成層混合気と記す）を形成することとなる。
【００４３】
本実施例に係る燃料噴射弁５５は、ノズル部５５ａに２つの噴孔６３，６４（第１噴孔６３及び第２噴孔６４）が形成されている。以下、燃料噴射弁の噴孔の詳細について、図４を用いて説明する。図４は、第１及び第２噴孔のＬ／Ｄ比と燃料噴霧との関係を説明する図であり、（ａ）は、Ｌ／Ｄ比が大きい噴孔（第２噴孔）からの噴射燃料の態様を示す図であり、（ｂ）は、Ｌ／Ｄ比が小さい噴孔（第１噴孔）からの噴射燃料の態様を示す図である。
【００４４】
燃料噴射弁５５のノズル部５５ａには、図４に示すように、噴孔形状の異なる第１噴孔６３と第２噴孔６４が形成されている。図において符号Ｌ１，Ｌ２は噴孔長さを示し、符号Ｄ１，Ｄ２は噴孔径を示している。第２噴孔６４の噴孔長さＬ２は、第１噴孔６３の噴孔長さに比べて大きく設定されている。また第２噴孔６４の噴孔径Ｄ２は、第１噴孔６３の噴孔径Ｄ１に比べて小さなものに設定されている。つまり、第２噴孔６４は、噴孔長さＬと噴孔径Ｄの比率であるＬ／Ｄ比が、第１噴孔６３に比べて大きく設定されている。
【００４５】
噴孔のＬ／Ｄ比を大きく設定すると、図４（ａ）に示すように、噴射角βが小さくなると共に、噴射燃料の速度Ｖ２が大きくなる。これにより、噴射直後の燃料噴霧は、細長い形状となり、その流動速度も大きくなる。一方、噴孔のＬ／Ｄ比を小さく設定すると、図４（ｂ）に示すように、噴射角αが大きくなると共に、噴射燃料の速度Ｖ１が小さくなる。これにより、噴射直後の燃料噴霧は、燃料が拡散して太く短い形状となり、その流動速度が小さくなる。
【００４６】
第２噴孔６４は、第１噴孔６３に比べてＬ／Ｄ比が大きく設定されているため、第１噴孔６３に比べて、噴霧角が小さく、且つ噴射された燃料噴霧の流動速度を大きなものとすることができる。このようにして、第１噴孔６３からの燃料噴霧の流動、第２噴孔６４のＬ／Ｄ比を、第１噴孔６３のＬ／Ｄ比に比べて大きく設定することで、第２噴孔６４から噴射された燃料噴霧の流動速度を、第１噴孔６３からの燃料噴霧の流動速度に比べて、大きなものにすることができる。
【００４７】
なお、燃料噴霧の流動速度を異ならせる手法として、噴孔から噴射される燃料流量を異ならせるという手法もある。噴孔から噴射される燃料流量を、他の噴孔に比べて大きくなるよう燃料噴射弁の内部構造を設定することで、燃料噴霧の運動量を増大させることができ、これにより燃料噴霧の流動速度を大きくするものとしても良い。
【００４８】
以上のように構成された燃料噴射弁５５が開弁すると、第１噴孔６３及び第２噴孔６４からは、それぞれ異なる方向に異なる流動速度の燃料が噴射されて、それぞれ流動経路の異なる燃料噴霧を形成することが可能となっている。これら２つの燃料噴霧は、それぞれ流動過程において空気と混合されて、２つの独立した成層混合気を形成することとなる。
【００４９】
第１噴孔６３から噴射された燃料は、第１の燃料噴霧の塊（以下、第１燃料噴霧と記す）を形成する。第１燃料噴霧は、燃料噴射弁５５のノズル部５５ａから第１点火プラグ５１の電極５１ａに向けて流動する。つまり、燃料噴射弁５５の第１噴孔６３は、噴射した第１燃料噴霧が第１点火プラグ５１に向かうように形状が設定されている。第１燃料噴霧は、第１点火プラグ５１の電極５１ａの近傍に流動すると共に空気と混合されて、第１の層状の混合気（以下、第１成層混合気と記す）を形成することとなる。
【００５０】
一方、第２噴孔６４から噴射された燃料は、第２の燃料噴霧の塊（以下、第２燃料噴霧と記す）を形成する。第２燃料噴霧は、燃料噴射弁５５のノズル部５５ａからピストン３０のキャビティ４４に向けて流動する。つまり、燃料噴射弁５５の第２噴孔６４は、噴射した第２燃料噴霧がキャビティ４４に向かうよう設定されている。第２燃料噴霧は、キャビティ４４により第２点火プラグ５２に導かれると共に空気と混合されて、第２の層状の混合気（以下、第２成層混合気と記す）を形成することとなる。
【００５１】
なお、本実施例において、一つの噴孔が１つの燃料噴霧の塊（クラウド）を形成するものとして説明したが、燃料噴霧の形成手法は、これに限定されるものではない。複数の噴孔により一つの燃料噴霧の塊を形成するものとしても良い。
【００５２】
そして、ピストン３０には、燃料噴射弁５５からの第２燃料噴霧を受ける皿形状のキャビティ４４が、ピストン３０の略中央から排気側に形成されている。キャビティ４４の形状を規定するキャビティ壁３３は、図３に示すように、ピストン３０の略中央にある縁部３３ａ（以下、中央側縁部と記す）が燃料噴射弁５５のノズル部５５ａに対向するように形成されている。加えて、キャビティ壁３３には、中央側縁部３３ａに対向するピストン３０の周縁側にある縁部３３ｃ（以下、周縁側縁部と記す）が第２点火プラグ５２の電極５２ａに対向するように形成されている。すなわち、ピストン３０は、周縁側縁部３３ｃが排気側を向くように位置決めされて、シリンダボア１４内に設けられる。図１に示すように、キャビティ壁３３において、中央側縁部３３ａと周縁側縁部３３ｃは、滑らかに連続している。
【００５３】
ピストン３０は、燃焼室４０の略中央において上方Ｕから下方Ｄに流動してくる燃料噴霧を、キャビティ壁３３のピストン中央側縁部３３ａで受けることが可能となっている。加えて、ピストン３０は、中央側縁部３３ａで受けた第２燃料噴霧を、キャビティ壁３３に沿わせて、周縁側縁部３３ｃに導くことが可能となっている。つまり、ピストン３０のキャビティ４４は、上方Ｕへの移動時（ピストンの上昇時）において、中央側縁部３３ａからキャビティ４４内に流入した燃料噴霧を、もう一方の縁部である周縁側縁部３３ｃに導くことができる。
【００５４】
このように構成されたピストン３０は、内燃機関１０の圧縮行程、すなわちピストン３０の上昇時において、天井壁中央部２２ａにある燃料噴射弁５５から噴射された第２燃料噴霧を、キャビティ４４により天井壁周縁部２２ｃの排気側にある第２点火プラグ５２の電極５２ａに向けて導くことができる。これにより、内燃機関１０は、第２点火プラグ５２の電極５２ａの近傍すなわち燃焼室４０の周縁部４０ｃに第２成層混合気を形成することが可能となっている。
【００５５】
また、ピストン３０の頂面３２のうち吸気側には、燃焼室４０の中央部４０ａ（ボア軸心Ｃが通る領域）に向かうスキッシュ流を発生させるために、スキッシュ面３６が形成されている。スキッシュ面３６は、吸気弁２５の燃焼室４０側の表面２５ｆ（以下、吸気弁表面と記す）と対向しており、且つ吸気弁表面２５ｆと平行となるように設定されている。ピストン３０が上方Ｕに移動すると、吸気弁表面２５ｆとスキッシュ面３６との間にあるガスが圧縮されて、ここから燃焼室４０の中央部４０ａに向かうスキッシュ流が発生することとなる。
【００５６】
ＥＣＵは、クランク角センサからの信号を受けて、クランク軸の回転角位置（以下、クランク角と記す）を検出している。このクランク角に基づき内燃機関１０のクランク軸の回転速度（以下、機関回転速度と記す）を算出している。また、ＥＣＵは、図示しないアクセルポジションセンサからの信号を受けて、内燃機関に要求される出力トルク（以下、機関負荷と記す）を検出している。機関回転速度及び機関負荷に基づいて、ＥＣＵは、内燃機関１０に均質燃焼を行わせるか、成層燃焼を行わせるかを判断すると共に、燃料噴射弁５５の開弁期間や、点火プラグの点火時期を調整している。
【００５７】
以上のように構成された内燃機関１０は、高回転速度又は高負荷で作動する場合、均質燃焼を行う。均質燃焼を行う場合、燃料噴射弁５５を吸気行程において燃料を噴射させることで、内燃機関１０は、吸気行程から圧縮行程にかけて、気筒内に均質な混合気を形成する。そして、上死点前の適切なタイミングで、内燃機関１０は、第１及び第２点火プラグ５１，５２を同時に点火させる。均質燃焼時において、内燃機関１０は、２つの点火プラグで筒内混合気に点火することで、混合気の着火と火炎伝播を安定したものとすることができる。これにより、点火プラグが１つだけ設けられている内燃機関１０に比べて出力トルクに変動が生じることを抑制することができる。
【００５８】
一方、低回転速度且つ低負荷で作動する場合に、内燃機関１０は成層燃焼を行う。以下に、本実施例に係る内燃機関１０が成層燃焼を行う場合の動作について、図５〜図７を用いて説明する。図５は、内燃機関の成層燃焼時における燃料噴射時期及び点火時期を示すタイミングチャートである。図６−１〜図６−４は、内燃機関の気筒周辺の構成を示す断面図であり、図６−１は、燃料噴射開始時における噴射角を示す図である。図６−２は、燃料噴射が完了して燃料噴霧が形成された状態を示す図である。図６−３は、燃料噴霧が流動して第１及び第２点火プラグの近傍にそれぞれ成層混合気が形成された状態を示す図である。図６−４は、点火プラグにより着火された成層混合気が膨張し、成層混合気同士が衝突する直前の状態を示す図である。なお、図５において、点火上死点（圧縮上死点）を「ＩＴＤＣ」で示し、下死点を「ＢＤＣ」で示している。
【００５９】
まず、内燃機関１０は、図５に示すように圧縮行程の時点Ｔ１において、ＥＣＵにより制御されて、燃料噴射弁５５を開弁させる。燃料噴射弁５５は、第１噴孔６３及び第２噴孔６４から、同時に燃料噴射を開始する。図５−１に示すように、内燃機関１０の燃料噴射弁５５は、第１噴孔６３から第１点火プラグ５１の電極５１ａに向かう燃料を噴射すると共に、第２噴孔６４から、ピストン３０に形成されているキャビティ壁３３の中央側縁部３３ａに向けて燃料を噴射する。
【００６０】
燃料噴射弁５５において、第１噴孔６３から噴射される燃料の噴射角（図６−１に角度αで示す）は、第２噴孔６４から噴射される燃料の噴射角（図６−１に角度βで示す）に比べて広角なものとなっている。なお、この時点Ｔ１すなわち燃料噴射弁５５の開弁時期は、点火上死点前３０〜５０°ＣＡとなるよう設定されている。
【００６１】
そして、時点Ｔ２において、内燃機関１０は、ＥＣＵにより制御されて燃料噴射弁５５を閉弁させる。このとき、図６−２に示すように、燃料噴射弁５５は、第１噴孔６３から噴射した燃料により第１点火プラグ５１の電極５１ａに向けて流動する第１燃料噴霧６１を形成している。これと共に、燃料噴射弁５５は、第２噴孔６４から噴射した燃料により、ピストン３０のキャビティ４４に向けて流動する第２燃料噴霧６２を形成している。
【００６２】
第２噴孔６４から噴射された第２燃料噴霧６２は、第１噴孔６３から噴射された第１燃料噴霧６１に比べて細長い形状となっている。第２燃料噴霧６２の「先端」の移動速度Ｂ（以下、先端速度と記す）は、第１燃料噴霧６１の先端速度Ａに比べて大きなものとなっている。なお、燃料噴霧の「先端」とは、燃料噴霧の移動経路上の進行方向側の端を意味している。
【００６３】
燃料噴射弁５５の第２噴孔６４から噴射された第２燃料噴霧６２は、先端速度Ｂでキャビティ４４に向けて流動し、ピストン３０のキャビティ壁３３の中央側縁部３３ａに衝突する。衝突した第２燃料噴霧６２は、キャビティ壁３３に沿って排気側にあるもう一方の縁部３３ｃに流動する（図中、流動経路を矢印Ｇで示す）。このようにして、第２燃料噴霧６２は、上昇するピストン３０によりキャビティ４４内を第２点火プラグ５２の電極５２ａに向けて導かれる。一方、第１噴孔６３から噴射された第１燃料噴霧６１は、噴霧自体の運動量（貫徹力）で、第１点火プラグ５１の電極５１ａに向けて排気側に流動する。
【００６４】
そして、時点Ｔ３において、第１燃料噴霧６１は、流動中に周辺の空気と混合されて、図６−３に示すように、第１点火プラグ５１の電極５１ａの近傍に第１成層混合気７１を形成している。一方、キャビティ壁３３に沿って流動する第２燃料噴霧６２は、流動中に周辺の空気と混合されて、キャビティ壁３３の周縁側縁部３３ｃから第２点火プラグ５２の電極５２ａにかけて第２成層混合気７２を形成している。なお、図６−３において、第１及び第２成層混合気７１，７２の外縁をそれぞれ破線で示している。
【００６５】
このようにして、内燃機関１０は、燃料噴射弁５５から噴射された第１燃料噴霧６１を、その貫徹力で、即ちスプレーガイドで、第１点火プラグ５１の近傍に導き、ここに第１成層混合気７１を形成している。加えて、内燃機関１０は、燃料噴射弁５５から噴射された第２燃料噴霧６２を、キャビティ壁３３に沿わせることで、即ちウォールガイドで、第２点火プラグ５２の近傍に導き、ここに第２成層混合気７２を形成している。第２燃料噴霧６２が導かれる天井壁周縁部２２ｃの排気側の部位は、吸気側に比べて高温な部位であるため、第２燃料噴霧の気化を良好なものとすることができる。
【００６６】
この時点Ｔ３において、内燃機関１０は、ＥＣＵにより制御されて、第１点火プラグ５１及び第２点火プラグ５２を同時に点火する。第１及び第２点火プラグ５１，５２が、それぞれの電極５１ａ，５２ａに生じさせる点火火花により、第１及び第２成層混合気７１，７２は、それぞれ中心部が着火して燃焼を開始する。なお、この時点Ｔ３すなわち第１及び第２点火プラグ５１，５２の点火時期は、点火上死点前１０〜２０°ＣＡとなるよう設定されている。
【００６７】
第１及び第２成層混合気７１，７２は、混合気の略中心部から外側に向けて火炎伝播して燃焼する。これにより、第１成層混合気７１は、図６−４に示すように、燃焼室４０の中央部４０ａから吸気側及び排気側に向けて膨張する（図中、膨張方向を矢印Ｅｉ，矢印Ｅｅで示す）。一方、第２成層混合気７２は、燃焼室４０の周縁部４０ｃの排気側から燃焼室４０の中央に向けて膨張する（図中、膨張方向を矢印Ｅｃで示す）。なお、図６−４において、第１及び第２成層混合気７１，７２の外縁を破線で示している。
【００６８】
そして、点火上死点後５〜１０°ＣＡとなる時点Ｔ４において、膨張中の第１成層混合気７１と、同じく膨張中の第２成層混合気７２は、図６−４に示すように、それぞれの外縁（図中、破線で示す）が衝突寸前となる。この時点Ｔ４において、第１成層混合気７１は、図に一点鎖線Ｆｉ，Ｆｅで示す部位まで火炎が伝播しており、第２成層混合気７２は、図に一点鎖線Ｆｃで示す部位まで火炎が伝播している。
【００６９】
第１成層混合気７１において、それぞれ一点鎖線Ｆｉ，Ｆｅより外側の部分７１ｉ，７１ｅ（以下、外側部分と記す）は、未だ火炎が伝播しておらず、未燃の混合気となっている。この外側部分７１ｅ，７１ｉは、第１成層混合気７１の膨張と共に拡散し、周囲の空気と混合されることで、着火時に比べて希薄なものとなっている。同様に、第２成層混合気７２においても同様に、一点鎖線Ｆｃより外側の部分７２ｃ（以下、外側部分と記す）は、第２成層混合気７２の膨張と共に拡散し、着火時に比べて希薄なものとなっている。
【００７０】
この時点Ｔ４において、燃焼室４０のうち第１点火プラグ５１の電極５１ａと第２点火プラグ５２の電極５２ａとの間の領域では、燃焼室４０の排気側に向けて膨張する第１成層混合気７１の外側部分７１ｅ（流動方向を矢印Ｅｅで示す）と、吸気側に膨張する第２成層混合気７２の外側部分７２ｃ（流動方向を矢印Ｅｃで示す）が互いに対向している。
【００７１】
そして、時点Ｔ４の直後、排気側に膨張する第１成層混合気７１の外側部分７１ｅと、吸気側に膨張する第２成層混合気７２の外側部分７２ｃが互いに対向して衝突する。第１成層混合気７１と第２成層混合気７２が互いに押し合うことで、第１成層混合気７１の排気側の外側部分７１ｅと第２成層混合気７２の外側部分７２ｃは、これ以上拡散することができなくなる。これにより、第１成層混合気７１の排気側の外側部分７１ｅと第２成層混合気７２の外側部分７２ｃが過剰に希薄化してしまい、これら部分７１ｅ，７２ｃにオーバーリーン混合気が生じることを抑制することができる。
【００７２】
また、時点Ｔ４において、上昇するピストン３０のスキッシュ面３６と吸気弁２５ｆとの間には、燃焼室４０の吸気側から中央に向かうスキッシュ流（図中、流動方向を矢印Ｓで示す）が生じている。燃焼室４０のうち燃料噴射弁５５のノズル部５５ａと吸気弁２５との間の領域では、燃焼室４０の吸気側に膨張する第１成層混合気７１の外側部分７１ｉ（流動方向を矢印Ｅｉで示す）と、スキッシュ流Ｓが互いに対向している。
【００７３】
そして、時点Ｔ４の直後、吸気側に膨張する第１成層混合気７１と、吸気側から中央に向かうスキッシュ流Ｓが互いに押し合うことで、第１成層混合気７１の吸気側の外側部分７１ｉは、これ以上拡散することができなくなる。これにより、第１成層混合気７１の吸気側の外側部分７１ｉが過剰に希薄化してしまいオーバーリーン混合気を生じることを抑制することができる。また、燃焼室４０の吸気側の領域にスキッシュ流Ｓを生じさせることで、吸気側に膨張する第１成層混合気７１の外側部分７１ｉが、吸気側のクレビスボリューム４３に逃げ込んでしまうことを防止している。
【００７４】
以上に説明したように、本実施例では、燃焼室４０の天井壁中央部２２ａの吸気側に燃料噴射弁５５が設けられており、天井壁中央部２２ａの排気側に第１点火プラグ５１が設けられており、さらに、天井壁周縁部２２ｃには、第２点火プラグ５２が設けられている。燃料噴射弁５５は、第１点火プラグ５１の電極５１ａに向かう方向と、ピストン３０のキャビティ４４に向かう方向に、それぞれ燃料を噴射する。ピストン３０のキャビティ４４は、燃料噴射弁５５からの燃料を受けて第２点火プラグ５２の電極５２ａに導く。つまり、内燃機関１０は、天井壁中央部２２ａにある燃料噴射弁５５から噴射された燃料を、同じく天井壁中央部２２ａにある第１点火プラグ５１の近傍には、スプレーガイドで導くと共に、天井壁周縁部２２ｃにある第２点火プラグ５２の近傍には、ウォールガイドで導くものとした。
【００７５】
これにより、第１点火プラグ５１の近傍と、第２点火プラグ５２の近傍に、それぞれ別個の成層混合気７１，７２を形成することが可能となる。これら成層混合気７１，７２をそれぞれ着火し、膨張する成層混合気７１，７２同士を衝突させることで、成層混合気７１，７２の外側にある未燃の部分（外側部分）７１ｅ，７２ｃが拡散することを抑制し、これら外側部分７１ｅ，７２ｃにオーバーリーン混合気が生じることを抑制することができる。
【００７６】
また、本実施例では、ピストン３０のキャビティ壁３３は、ピストン中央側縁部３３ａが燃料噴射弁５５のノズル部５５ａに対向しており、ピストン周縁側縁部３３ｃが第２点火プラグ５２の電極５２ａに対向している。このため、ピストン３０が上死点付近に位置するときに、燃焼噴射弁５５からの燃料（第２燃料噴霧）を中央側縁部３３ａで受けて、受けた燃料をキャビティ壁３３に沿わせてもう一方の縁部である周縁側縁部３３ｃまで沿わせて流動させることができる。これにより、天井壁中央部２２ａにある燃料噴射弁５５からの燃料を、第２点火プラグ５２の近傍まで導くことが可能となる。
【００７７】
また、本実施例では、第２点火プラグ５２は、天井壁周縁部２２ｃのうち排気側に設けられるものとした。天井壁周縁部２２ｃの排気側は、吸気側に比べて高温な部位であるため、第２点火プラグ５２の近傍に導かれた燃料すなわち第２燃料噴霧の気化を良好なものとすることができる。また、第２点火プラグ５２を天井壁周縁部２２ｃの排気側に設けることで、天井壁周縁部２２ｃの吸気側において、吸気ポート２４の流路断面積を極力確保することができている。
【００７８】
また、本実施例では、燃料噴射装置は、１つの燃料噴射弁５５で構成されており、燃料噴射弁５５には、第１点火プラグ５１の火花放電部（電極）５１ａに向けて燃料を噴射する第１噴孔６３と、ピストン３０のキャビティ壁３３の中央側縁部３３ａに向けて燃料を噴射する第２噴孔６４を設けるものものとし、第１噴孔６３と第２噴孔６４からは同時に燃料が噴射されるものとした。１つの燃料噴射弁のノズル部に、噴孔径や噴孔長さの異なる噴孔を形成するだけで、特殊な構造の燃料噴射弁を用いることなく、燃焼室内に２つの成層混合気を形成する内燃機関用の燃料噴射装置を実現することができる。
【００７９】
また、本実施例では、燃焼室４０の天井壁周縁部２２ｃのうち第２点火プラグ５２が設けられる側の反対側には、第１点火プラグ５１に向かうスキッシュ流を発生させる手段（スキッシュ流発生手段）として、吸気弁２５の燃焼室４０側の表面２５ｆと、ピストン３０の頂面３２のうち表面２５ｆと対向する部分には、表面２５ｆと平行となるようにスキッシュ面３６が形成されている。ピストン３０が上昇すると、スキッシュ面３６と吸気弁表面２５ｆとの間には、ここから燃焼室４０の中央に向かうスキッシュ流Ｓを生じさせることができ、第１点火プラグ５１により着火されて膨張する第１成層混合気７１を、第２点火プラグ５２により着火されて膨張する第２成層混合気とスキッシュ流Ｓで挟み込むことができる。これにより、第１成層混合気７１の外側部分７１ｉ，７１ｅが拡散してオーバーリーン混合気が生じることを効果的に抑制することができる。
【実施例２】
【００８０】
本実施例に係る内燃機関について、図７及び図８を用いて説明する。図７は、燃料噴射弁と点火プラグと吸・排気弁の配置関係を示す図であり、ピストン側からシリンダヘッドを見た図である。図８は、ピストンに形成されたキャビティと、燃料噴射弁及び点火プラグの配置関係を示す図であり、シリンダヘッド側からピストン頂面を見た図である。なお、実施例１と共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８１】
図７に示すように、本実施例では、シリンダヘッド２０の天井壁２２Ｂにおいて、第２成層混合気に点火する第２点火プラグ５２Ｂが、天井壁周縁部２２ｃのうち吸気ポート２４の外縁２４ｅと排気ポート２６の外縁２６ｅと、天井壁２２Ｂの周縁２２ｅに挟まれた部位に配設されている。
【００８２】
この天井壁２２Ｂにおける第２点火プラグ５２Ｂの配置に併せて、図８に示すように、ピストン３０Ｂには、キャビティ４４Ｂが、ピストン３０Ｂの略中央から平面Ｌに沿う方向の一方の側にかけて形成されている。すなわちキャビティ４４Ｂの形状を規定するキャビティ壁３３Ｂは、ピストン３０Ｂの略中央にある縁部３３Ｂａ（以下、中央側縁部と記す）が燃料噴射弁５５のノズル５５ａに対向するように形成されている。ピストン３０Ｂの周縁側にある、もう一方の側の縁部３３Ｂｃ（以下、周縁側縁部と記す）は、第２点火プラグ５２Ｂの電極５２Ｂａに対向するよう形成されている。キャビティ壁３３Ｂにおいて、中央側縁部３３Ｂａと、周縁側縁部３３Ｂｃ（以下、周縁側縁部と記す）は、対向しており、且つ滑らかに連続している。
【００８３】
ピストン３０Ｂのキャビティ４４Ｂは、燃焼室４０の略中央部４０ａにおいて上方Ｕから下方Ｄに流動してくる燃料噴霧を、中央側縁部３３Ｂａで受けることができ、加えて、中央側縁部３３Ｂａで受けた燃料を、キャビティ壁３３Ｂに沿わせて、もう一方の側にある周縁側縁部３３Ｂｃに導くことが可能となっている。
【００８４】
このように、シリンダヘッド２０の天井壁２２Ｂ及びピストン３０Ｂを構成することで、内燃機関の圧縮行程すなわちピストン３０Ｂの上昇時において、燃料噴射弁５５から噴射された第２燃料噴霧を、天井壁周縁部２２ｃのうち吸気ポート２４の外縁２４ｅと排気ポート２６外縁２６ｅに挟まれた部位にある第２点火プラグ５２Ｂの電極５２Ｂａに向けて導くことができる。これにより内燃機関は、第２点火プラグ５２Ｂの電極５２Ｂａの近傍にすなわち燃焼室４０の周縁部４０ｃに第２成層混合気７２を形成することができる。
【００８５】
以上説明したように本実施例では、第２点火プラグ５２Ｂは、燃焼室４０の天井壁周縁部２２ｃのうち吸気ポート２４の外縁２４ｅと排気ポート２６の外縁２６ｅに挟まれた部位に設けられるものとしたので、第２点火プラグ５２を、２つの排気ポート２６の外縁２６ｅの間の部位に設ける場合に比べて、第２点火プラグ５２Ｂが受ける熱的負荷が小さくて済み、また排気ポート２６の流路断面積を極力確保して、燃焼室４０内に２つの成層混合気を形成することができる。これら２つの成層混合気を着火して衝突させることで、膨張する成層混合気の外側部分に生じるオーバーリーン混合気の発生を抑制することができる。
【００８６】
なお、上述した各実施例では、第２点火プラグ（５２；５２Ｂ）は、天井壁周縁部２２ｃのうち排気側の部位、又は天井壁周縁部２２ｃのうち吸気ポート２４の外縁２４ｅと排気ポート２６の外縁２６ｅに挟まれた部位に設けられるものとしたが、第２点火プラグが設けられる部位は、これに限定されるものではない。別個の混合気を形成できるよう天井壁中央部２２ａの第１点火プラグ５１から距離をあけた部位であれば良く、例えば、天井壁周縁部２２ｃの吸気側に第２点火プラグを設けるものとしても良い。
【００８７】
また、上述した各実施例では、第１点火プラグ５１と第２点火プラグ（５２；５２Ｂ）が同時に点火を行うものとしたが、これら２つの点火プラグの点火時期に時間差を設定するものとしても良い。第１点火プラグ５１により着火されて膨張する第１成層混合気と、第２点火プラグ（５２；５２Ｂ）により着火されて膨張する第２成層混合気を衝突させて、これら成層混合気の外側部分（未燃部分）の拡散が効果的に抑制できるような点火時期であれば良く、例えば、第２点火プラグ（５２；５２Ｂ）が点火した後、所定の時間経過後に第１点火プラグ５１を点火するものとしても良い。
【００８８】
また、上述した各実施例では、燃料噴射装置として、１つの燃料噴射弁５５で、２つの方向に燃料を噴射することで、流動経路の異なる２つの燃料噴霧６１，６２を形成するものとしたが、流動経路の異なる燃料噴霧を形成する手法は、これに限定されるものではない。第１点火プラグ５１の電極５１ａとピストン３０のキャビティ（４４；４４Ｂ）に向けて、それぞれ別個の燃料噴霧を形成できれば良い。複数の燃料噴射弁を設けて、燃料噴射弁ごとに、燃料噴霧を形成する構成としても良い。例えば、天井壁中央部２２ａに、第１点火プラグ５１に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁と、ピストン３０のキャビティ（４４；４４Ｂ）に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁とを、それぞれ別個に設けることも好適である。このように燃料噴射装置を構成すれば、各噴孔から時期をずらして燃料を噴射することが容易となり、キャビティ（４４；４４Ｂ）に向かう燃料の噴射を、第１点火プラグ５１に向かう燃料噴射に比べて、より早い時期に行うことができる。これにより、第１点火プラグ５１の近傍と第２点火プラグ（５２；５２Ｂ）の近傍に同時に成層混合気を形成することを、より容易に実現することができる。
【００８９】
また、上述した各実施例では、燃焼室４０の天井壁中央部２２ａの吸気側にある燃料噴射弁５５から、排気側にある第１点火プラグ５１の電極５１ａには、燃料の貫徹力（スプレーガイド）で燃料を導くものとしたが、燃料噴霧を導く手法は、これに限定されるものではない。ピストン３０の頂面３２及び燃焼室４０の天井壁２２にスキッシュエリアを形成するなどして、ピストン３０の上昇により燃料噴射弁５５から第１点火プラグ５１に向かうスキッシュ流を発生させることで、燃焼噴射弁５５のノズル部５５ａからの燃料噴霧を、第１点火プラグ５１の電極５１ａに導くものとしても良い。また、スプレーガイドとエアガイドを組み合わせて、燃料噴射弁５５のノズル部５５ａから第１点火プラグ５１の電極５１ａの周辺に燃料噴霧を導くこととしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、燃焼室内で成層燃焼が可能な筒内噴射式の火花点火機関に有用であり、特に、自動車に原動機として搭載されるガソリン機関に適している。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】内燃機関の気筒周辺の構成を示す断面図である。
【図２】実施例１に係る燃料噴射弁と点火プラグと吸・排気弁の配置関係を示す図であり、ピストン側からシリンダヘッドを見た図である。
【図３】実施例１に係るピストンに形成されたキャビティと、燃料噴射弁及び点火プラグの配置関係を示す図であり、シリンダヘッド側からピストン頂面を見た図である。
【図４】実施例１に係る燃料噴射弁の噴孔のＬ／Ｄ比と燃料噴霧との関係を説明する図である。
【図５】実施例１に係る内燃機関の成層燃焼時における燃料噴射時期及び点火時期を示すタイミングチャートである。
【図６−１】実施例１に係る内燃機関の気筒周辺の構成を示す断面図であり、燃料噴射開始時（時点Ｔ１）における噴射角を示す図である。
【図６−２】実施例１に係る内燃機関の気筒周辺の構成を示す断面図であり、燃料噴射が完了して燃料噴霧が形成された状態（時点Ｔ２）を示す図である。
【図６−３】実施例１に係る内燃機関の気筒周辺の構成を示す断面図であり、燃料噴霧が流動して第１及び第２点火プラグの近傍にそれぞれ成層混合気が形成された状態（時点Ｔ３）を示す図である。
【図６−４】実施例１に係る内燃機関の気筒周辺の構成を示す断面図であり、点火プラグにより着火された成層混合気が膨張し、成層混合気同士が衝突する直前の状態（時点Ｔ４）を示す図である。
【図７】実施例２に係る燃料噴射弁と点火プラグと吸・排気弁の配置関係を示す図であり、ピストン側からシリンダヘッドを見た図である。
【図８】実施例２に係るピストンに形成されたキャビティと、燃料噴射弁及び点火プラグの配置関係を示す図であり、シリンダヘッド側からピストン頂面を見た図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０  内燃機関
１２  シリンダブロック
１５  シリンダ壁
２０  シリンダヘッド
２２，２２Ｂ  天井壁
２２ａ  天井壁中央部
２２ｃ  天井壁周縁部
２４  吸気ポート
２４ｅ  吸気ポートの外縁
２５  吸気弁
２５ｆ  吸気弁表面
２６  排気ポート
２６ｅ  排気ポートの外縁
２７  排気弁
３０，３０Ｂ  ピストン
３２  頂面
３３，３３Ｂ  キャビティ壁
３３ａ，３３Ｂａ  中央側縁部
３３ｃ，３３Ｂｃ  周縁側縁部
３６  スキッシュ面
４０  燃焼室
４４，４４Ｂ  キャビティ
５１  第１点火プラグ
５２  第２点火プラグ
５１ａ，５２ａ，５２Ｂａ  電極（火花放電部）
５５  燃料噴射弁
５５ａ  ノズル部
６１  第１燃料噴霧
６２  第２燃料噴霧
６３  第１噴孔
６４  第２噴孔
７１  第１成層混合気
７２  第２成層混合気
Ｃ  シリンダボア軸芯
Ｌ  平面
ＥＸ  排気側
ＩＮ  吸気側
Ｓ  スキッシュ流
【図１】
2008151000.tif 000003
【図２】
2008151000.tif 000004
【図３】
2008151000.tif 000005
【図４】
2008151000.tif 000006
【図５】
2008151000.tif 000007
【図６−１】
2008151000.tif 000008
【図６−２】
2008151000.tif 000009
【図６−３】
2008151000.tif 000010
【図６−４】
2008151000.tif 000011
【図７】
2008151000.tif 000012
【図８】
2008151000.tif 000013