(57)【要約】【課題】均質・成層燃焼の双方において、良好な燃焼を行うことのできる筒内噴射式内燃機関を提供すること。【解決手段】本発明の筒内噴射式内燃機関は、成層燃焼時に濃厚混合気を点火プラグ５近傍に導く凹部２ｂがピストン２の上面２ａに形成されているもので、この凹部２ｂがほぼ円形の形態を有し、該凹部２ｂの一方の側とピストン上面２ａとの間にほぼ三日月型の隆起部２ｃが形成され、該隆起部２ｃの少なくとも一方の端部側に、ピストン上面２ａと凹部２ｂ底面とを連続的に連通させる連通凹部２ｄが形成され、該連通凹部２ｄを介してピストン上面２ａから凹部２ｂに流れる気流を案内する壁部２ｅが連通凹部２ｄに沿って形成されていることを特徴としている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成層燃焼時に濃厚混合気を点火プラグ近傍に導く凹部がピストン上面に形成されている筒内噴射式内燃機関において、
前記凹部がほぼ円形の形態を有し、該凹部の一方の側と前記ピストン上面との間にほぼ三日月型の隆起部が形成され、該隆起部の少なくとも一方の端部側に、前記ピストン上面と前記凹部底面とを連続的に連通させる連通凹部が形成され、該連通凹部を介して前記ピストン上面から前記凹部に流れる気流を案内する壁部が前記連通凹部に沿って形成されていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関。
【請求項２】
前記連通凹部が前記隆起部の両端部にそれぞれ形成され、各連通凹部に沿って形成された二つの前記壁部が前記凹部の中心に向けて頂点を有するように接合され、かつ、二弁噴射式インジェクタを有していることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項３】
前記連通凹部が前記隆起部の両端部にそれぞれ形成され、かつ、一対の吸気バルブ又は一対の吸気バルブを有し、前記連通凹部が該吸気バルブ又は該排気バルブのバルブリセスとして機能することを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内に燃料を直接噴射させる筒内噴射式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダ（燃焼室）内に燃料を直接噴射させて燃焼を行う筒内噴射式内燃機関（以下、簡単に直噴エンジンとも言うこととする）が知られている。ガソリンを燃料とする直噴エンジンの特徴の一つとして、シリンダ内の点火プラグ近傍に空燃比の濃い部分を形成させると共に空燃比の濃い部分の周囲に空燃比の薄い部分を形成させて燃焼を行う、いわゆる成層燃焼が可能であることが挙げられる。このような成層燃焼が可能な直噴エンジンでも、吸気行程噴射などによって通常の均質燃焼（空燃比がシリンダ内のどの場所でもほぼ均等な状態での燃焼）も行える。
【０００３】
成層燃焼を行うことで、燃焼室全体の空燃比を大きくして燃費性能を向上させることができる。このような成層燃焼が可能な直噴エンジンでは、成層燃焼時に噴射された燃料を点火プラグ近傍に導くために、ピストン上面に凹部や隆起部を形成させるなどして種々の工夫が行われている（特開平１１−２１０４７１号公報、、特開平１０−３３１６４４号公報、特開平１０−２３８３５２号公報、特開平７−１０２９７６号公報など）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ピストン上面に凹部などを形成させることで、均質燃焼時にこの凹部に未燃燃料が溜まったり、その結果としてデポジットが付着して燃焼不良を誘発することが懸念されていた。このような現象が生じると、排気ガス中の浄化すべき成分が増加してしまうことにもなる。従って、本発明の目的は、均質・成層燃焼の双方において、良好な燃焼を行うことのできる筒内噴射式内燃機関を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関は、成層燃焼時に濃厚混合気を点火プラグ近傍に導く凹部がピストン上面に形成されているもので、この凹部がほぼ円形の形態を有し、該凹部の一方の側とピストン上面との間にほぼ三日月型の隆起部が形成され、該隆起部の少なくとも一方の端部側に、ピストン上面と凹部底面とを連続的に連通させる連通凹部が形成され、該連通凹部を介してピストン上面から凹部に流れる気流を案内する壁部が連通凹部に沿って形成されていることを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関において、連通凹部が隆起部の両端部にそれぞれ形成され、各連通凹部に沿って形成された二つの壁部が凹部の中心に向けて頂点を有するように接合され、かつ、二弁噴射式インジェクタを有していることを特徴としている。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関において、連通凹部が隆起部の両端部にそれぞれ形成され、かつ、一対の吸気バルブ又は一対の吸気バルブを有し、連通凹部が該吸気バルブ又は該排気バルブのバルブリセスとして機能することを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の筒内噴射式内燃機関の実施形態について、図面を参照しつつ以下に説明する。第一実施形態を図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す。図１（ａ）はシリンダ１の断面図である。図１（ｂ）はピストン頭頂部の斜視図である。
【０００９】
本発明の特徴は、主として、ピストン２の頭頂部の形状にある。ピストン２はシリンダ１の内部に往復運動可能にはめ込まれている。そして、シリンダ１の上部には、一対の吸気バルブ３と一対の排気バルブ４とが配設されている。四つのバルブのほぼ中央には、点火プラグ５が配置されている。また、一対の吸気バルブ３の間には、先端をシリンダ１の内壁上端に露出させたインジェクタ６が配設されている。ピストン２の上面２ａには、図１（ａ）に示されるように、インジェクタ６から噴射された燃料を点火プラグ５近傍に導くための凹部２ｂが形成されている。
【００１０】
凹部２ｂは、図１（ｂ）に示されるように、ほぼ円形とされており、インジェクタ６と対向する側に三日月型の隆起部２ｃが形成されている。さらに、この隆起部２ｃの両端には、ピストン２の上述した上面２ａと凹部２ｂの底面とを連続的に連通させた連通凹部２ｄがそれぞれ形成されている。各連通凹部２ｄは、ピストン２上昇時に発生する上面２ａ→連通凹部２ｄ→凹部２ｂと流れる気流［図１（ａ）中の矢印を参照］を発生させる。各連通凹部２ｄに沿って、湾曲した壁部２ｅがそれぞれ形成されている。各壁部２ｅは、各連通凹部２ｄにおける隆起部２ｃとは反対側に形成されており、ピストン２上昇時に発生する上面２ａ→連通凹部２ｄ→凹部２ｂと流れる気流を円滑に案内する。
【００１１】
さらに、本実施形態では、一対の壁部２ｅの間に、切欠部２ｆが形成されている。この切欠部２ｆは、インジェクタ６から噴射される燃料を避けるために形成されている。切欠部２ｆが形成されることで、インジェクタ６から噴射された燃料は凹部２ｂの内面に直接あたり、そのまま内面に沿って点火プラグ５近傍まで案内される。この結果、成層燃焼が行える。また、ここでは、上述した連通凹部２ｄは、吸気バルブ３とピストン２との干渉を防止するバルブリセスとしても機能する。なお、バルブリセスとして機能して吸気バルブ３とピストン２との干渉を防止するのは、タイミングベルト（チェーン）破断時のみでも良いし、通常運転時（例えば、バルブタイミングやリフト量を可変制御する際に干渉する可能性がある場合）であっても良い。
【００１２】
上述したように、ピストン２の頭頂部の形状を構築する、特に、連通凹部２ｄと壁部２ｅを形成させることで、均質燃焼時には図１（ｂ）中の矢印によって示されるような気流を形成させて凹部２ｂ内に未燃燃料などが滞留してしまうようなことを防止し、混合気を効果的に攪拌させることができる（吸気行程噴射でも圧縮行程初期噴射でも同様である）。この結果、良好な燃焼を行え、燃費性能及び排ガス浄化性能を向上させることが可能となる。
【００１３】
また、成層燃焼時においても、ピストン２が上昇中に図１（ｂ）中の矢印によって示されるような気流が形成され、ピストン２が上死点近傍となって噴射された燃料は、この気流の影響で点火プラグ５の近傍に円滑に運ばれるようになって燃焼が最適化されるという効果もある。特に、凹部２ｂ内への未燃燃料や濃厚混合気の滞留は高回転となる程生じやすいが、本発明のような工夫を行うことで改善することができる。
【００１４】
図２に第二実施形態を示す。図２は図１（ｂ）相当図である。本実施形態は上述した第一実施形態に準ずる構成を有するものである。よって、第一実施形態と同一又は同等の構成部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。以下に、ときに第一実施形態と異なる部分について詳しく説明する。
【００１５】
図２に示されるように、本実施形態では、インジェクタ６０が二弁噴射式のものである。二弁噴射式のインジェクタ６０からは、燃料が図に示されるようにある角度を持って二方向に噴射される。そして、ここでは、成層燃焼時の燃料噴射が、一対の連通凹部２ｄから凹部２ｂに流入する各気流に向けてそれぞれ噴射されるようになっている。そして、これに伴って、上述した第一実施形態における切欠部２ｆが廃止されており、二つの壁部２ｅが凹部２ｂの中心に向けて頂点を有するように接合されている。
【００１６】
インジェクタ６０からの噴射が二方向となったため、切欠部２ｆを形成させなくても成層燃焼時に噴射された燃料は凹部２ｂに添って点火プラグ５近傍に導かれる。そして、二つの壁部２ｅが凹部２ｂの中心に向けて頂点を有するように接合されているため、ピストン２上昇時に発生する上面２ａ→連通凹部２ｄ→凹部２ｂと流れる気流（特に、連通凹部２ｄから凹部２ｂに流れ込む部分）がよりきれいに形成されるようになり、均質燃焼時における混合気の攪拌効果や成層燃焼時における濃厚混合気の点火プラグ近傍への案内がより好適に行われるようになる。この結果、より一層良好な燃焼を行え、燃費性能及び排ガス浄化性能を向上させることが可能となる。
【００１７】
図３に第三実施形態を示す。図３も図１（ｂ）相当図である。本実施形態も上述した第一実施形態に準ずる構成を有するものである。よって、第一実施形態と同一又は同等の構成部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。以下に、ときに第一実施形態と異なる部分について詳しく説明する。
【００１８】
図３に示されるように、本実施形態では、連通凹部２ｄが、隆起部２ｃの一方の端部側にのみ形成されている。隆起部２ｃの他方の端部側には、通常のバルブリセス２ｇが形成されている。バルブリセス２ｇは、上面２ａと凹部２ｂの底面とを連続的に連通させてはいない。このため、ピストン２上昇時に発生する上面２ａ→連通凹部２ｄ→凹部２ｂと流れる気流は隆起部２ｃの一方の側においてのみ発生し、この結果、シリンダ内にスワールが形成される。本実施形態は、スワールを発生させて燃焼を改善させる際に効果的である。スワールによって、均質燃焼時における混合気の攪拌効果や成層燃焼時における濃厚混合気の点火プラグ近傍への案内をより好適に行える場合に採用する。この結果、より一層良好な燃焼を行え、燃費性能及び排ガス浄化性能を向上させることが可能となる。
【００１９】
本発明の操舵制御装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては連通凹部２ｄがバルブリセスとして機能しており、この連通凹部２ｄが吸気バルブ３側に形成された。しかし、均質燃焼時の混合気攪拌という観点からみれば、連通凹部を排気バルブ側に設けることも可能である。また、同様に、成層燃焼時の濃厚混合気案内という観点から見れば、インジェクタとの位置関係を考慮さえすれば、連通凹部を排気バルブ側に設けることも可能である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の筒内噴射式内燃機関は、成層燃焼時に濃厚混合気を点火プラグ近傍に導くほぼ円形の凹部がピストン上面に形成されており、該凹部の一方の側とピストン上面との間にほぼ三日月型の隆起部が形成され、該隆起部の少なくとも一方の端部側にピストン上面と凹部底面とを連続的に連通させる連通凹部が形成され、この連通凹部を介してピストン上面から凹部に流れる気流を案内する壁部が連通凹部に沿って形成されている。このため、本発明によれば、この気流によって混合気の攪拌を促進し、良好な燃焼を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の筒内噴射式内燃機関の第一実施形態を示しており、（ａ）はシリンダ断面図（成層燃焼時）、（ｂ）はピストン頭頂部の斜視図である。
【図２】本発明の筒内噴射式内燃機関の第二実施形態の図１（ｂ）相当図である。
【図３】本発明の筒内噴射式内燃機関の第三実施形態の図１（ｂ）相当図である。
【符号の説明】
１…シリンダ、２…ピストン、２ａ…（ピストンの）上面、２ｂ…凹部、２ｃ…隆起部、２ｄ…連通凹部、２ｅ…壁部、２ｆ…切欠部、２ｇ…バルブリセス、３…吸気バルブ、４…排気バルブ、５…点火プラグ、６，６０…インジェクタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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