(57)【要約】【課題】外側キャビティ１６と内側キャビティ１７とのいずれを用いた場合でも、良好な成層燃焼を行えるようにする。【解決手段】ピストン往復軸線１４上に、燃焼室１内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁１１を配置する。この燃料噴射弁１１の近傍に点火プラグ１２を配置する。ピストン冠面１５に、ピストン往復軸線１４に対してほぼ軸回転体形状をなす外側キャビティ１６を凹設する。この外側キャビティ１６に、同じくピストン往復軸線１４に対してほぼ軸回転体形状をなす内側キャビティ１７を凹設する。【選択図】　図１
2004011441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン往復軸線上又はその近傍に配置され、燃焼室内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁と、
上記ピストン往復軸線上又はその近傍に配置され、上記燃焼室内の混合気を火花点火する点火プラグと、
ピストン冠面に凹設され、上記ピストン往復軸線に対してほぼ軸回転体形状をなす外側キャビティと、
この外側キャビティに凹設され、上記ピストン往復軸線に対してほぼ軸回転体形状をなす内側キャビティと、を有する筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項２】
上記外側キャビティは、燃料噴霧が斜めに衝突する第１外側壁面と、この第１外側壁面の外周側に連続する第２外側壁面と、この第２外側壁面に連続する第３外側壁面と、を有し、
上記第２外側壁面は、上記第３外側壁面へ向けて滑らかに湾曲する外側湾曲面を含み、
上記第３外側壁面は、上記燃料噴霧の噴射方向に近い角度で傾斜する傾斜面である請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項３】
上記内側キャビティは、燃料噴霧が斜めに衝突する第１内側壁面と、この第１内側壁面の外周側に連続する第２内側壁面と、この第２内側壁面に連続する第３内側壁面と、を有し、
上記第２内側壁面は、上記第３内側壁面へ向けて滑らかに湾曲する内側湾曲面を含み、
上記第３内側壁面は、上記燃料噴霧の噴射方向に近い角度で傾斜する傾斜面である請求項２に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項４】
上記内側湾曲面の曲率半径が、上記外側湾曲面の曲率半径よりも小さい請求項３に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項５】
上記第３外側壁面が、ピストン上方へ向かうほどピストン往復軸線に近づくリエントラント形状をなしている請求項２〜４のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項６】
上記第３内側壁面が、ピストン上方へ向かうほどピストン往復軸線に近づくリエントラント形状をなしている請求項３又は４に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項７】
上記ピストン往復軸線に対する第３内側壁面の傾きが、ピストン往復軸線に対する第３外側壁面の傾きよりも大きい請求項３〜６のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項８】
上記ピストン往復軸線に対する第３内側壁面の傾きが、ピストン往復軸線に対する第３外側壁面の傾きよりも小さい請求項３〜６のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項９】
上記ピストン冠面に対する内側キャビティの深さが、ピストン冠面に対する外側キャビティの深さよりも小さい請求項１〜８のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１０】
上記ピストン冠面に対する内側キャビティの深さが、ピストン冠面に対する外側キャビティの深さよりも大きい請求項１〜８のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１１】
上記内側キャビティ自身の深さが、外側キャビティ自身の深さよりも小さい請求項１〜１０のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１２】
上記第１外側壁面は、ピストン往復軸線へ向かうほど高くなる傾斜面である請求項１〜１１のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１３】
上記第１内側壁面は、ピストン往復軸線へ向かうほど高くなる傾斜面である請求項１〜１２のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１４】
上記ピストン往復軸線の直交面に対する上記第１内側壁面の傾きが、上記直交面に対する上記第１外側壁面の傾きよりも小さい請求項１２又は１３に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１５】
上記第１内側壁面は、ほぼピストン往復軸線に直交する平坦面である請求項１〜１２のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１６】
上記燃料噴射弁がマルチホール噴射弁である請求項１〜１５のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１７】
圧縮行程後期に燃料が噴射される成層燃焼を行う場合において、負荷により噴射時期を変化させるとともに、低負荷運転条件における噴射時期よりも高負荷運転条件における噴射時期を進角する請求項１〜１６のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１８】
上記燃料噴射弁が噴射方向を変更可能な噴射弁であり、
ピストン往復軸線に対する噴射方向の角度を、低負荷条件のときに高負荷条件のときよりも大きくする請求項１〜１７のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１９】
上記燃料噴射弁の噴射方向が、高負荷運転条件では外側キャビティを指向し、低負荷運転条件では内側キャビティを指向する請求項１７または１８に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストン往復軸線上又はその近傍に燃料噴射弁及び点火プラグを配置したセンターインジェクション型の筒内直接噴射式内燃機関に関し、特に、ピストン冠面に凹設されるキャビティ形状の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒内直接噴射式内燃機関として、特開２０００−２６５８４１号公報には、ピストン往復軸線上又はその近傍に燃料噴射弁及び点火プラグを配置したセンターインジェクション型のエンジンが開示されている。ピストン冠面には、ピストン往復軸線に対してほぼ軸対称形状をなす深皿部（内側キャビティ）が凹設されるとともに、この深皿部の周囲に複数の浅皿部（外側キャビティ）が間欠的に凹設されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の浅皿部は、吸・排気弁との干渉を回避するバルブリセス形状をなしており、ピストン往復軸線に対して軸対称形状となっていない。このため、浅皿部を利用して成層燃焼を行う場合に、浅皿部へ噴射された燃料噴霧が隣り合う浅皿部の間からこぼれ、燃費の悪化や未燃ＨＣの増加などを招くおそれがある。また、深皿部を利用して成層燃焼を行う場合にも、深皿部の側壁がなだらかに浅皿部へ連なっているため、深皿部へ噴射された燃料噴霧が深皿部から浅皿部へこぼれ易く、やはり燃費の悪化や未燃ＨＣの増加などが懸念される。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の筒内直接噴射式内燃機関では、ピストン往復軸線上又はその近傍に燃料噴射弁及び点火プラグが配置され、燃料噴射弁から燃焼室内に直接的に燃料が噴射され、この燃料噴霧で形成された混合気が火花点火プラグにより火花点火される。ピストン冠面には、ピストン往復軸線に対してほぼ軸回転体形状をなす外側キャビティが形成され、この外側キャビティには、上記ピストン往復軸線に対してほぼ軸回転体形状をなす内側キャビティが凹設される。典型的には、成層高負荷運転条件では外側キャビティを利用して成層燃焼を実現し、成層低負荷運転条件では内側キャビティを利用して成層燃焼を実現する。
【０００５】
【発明の効果】
外側キャビティ及び内側キャビティともにピストン往復軸線に対してほぼ軸回転体形状をなしているため、主として外側キャビティを利用して成層燃焼を行う場合と、主として内側キャビティを利用して成層燃焼を行う場合と、のいずれの場合であっても、燃費が良く未燃ＨＣの排出が充分に抑制された成層燃焼を実現できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０００７】
図１は、本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関を簡略的に示している。燃焼室１は、シリンダヘッド２と、シリンダブロック３と、このシリンダブロック３のシリンダ３ａ内に嵌合するピストン４と、により画成される。シリンダヘッド２には燃焼室１へ開口する吸気ポート５及び排気ポート６が形成されている。これらのポート６，７を開閉する吸気弁７及び排気弁８は、吸気弁用カム９及び排気弁用カム１０を用いて駆動される。
【０００８】
シリンダヘッド２には、ピストン４の冠面１５へ向けて燃料を燃焼室１内へ直接的に噴射する燃料噴射弁１１と、燃焼室１内の混合気を火花点火する点火プラグ１２とが、燃焼室１に臨ませた状態で、シリンダ中心軸線すなわちピストン往復軸線１４上又はその近傍に、互いに近接して配置されている。ここでは特に、燃料噴射弁１１をピストン往復軸線１４上に配置し、この燃料噴射弁１１に近接して点火プラグ１２を配置している。燃料噴射弁１１は、圧縮行程後半における筒内圧力上昇時にも噴霧形状の変化が小さくなるように、指向性の強いマルチホール型の噴射弁を用いている。これら燃料噴射弁１１及び点火プラグ１２の動作はエンジンコントロールユニット１３により制御される。
【０００９】
ピストン冠面１５は、シリンダヘッド２に形成されるペントルーフ型の燃焼室１の頂面の形状に沿うように、上に凸な（仮想）三角錐状すなわちペントルーフ形状をなしている。このピストン冠面１５には、その中央部を切り欠くように、外側キャビティ１６が凹設され、この外側キャビティ１６の表面に、更に内側キャビティ１７が凹設されている。即ち、ピストン冠面１５に２つのキャビティ１６，１７が同心状に形成された二重キャビティ構造をなしている。
【００１０】
外側キャビティ１６は、ピストン往復軸線１４に対してほぼ軸回転体形状（軸対称形状，トロイダル形状）をなしている。但し、この外側キャビティ１６が凹設されるピストン冠面１５が軸回転体形状ではないために、図２に示すように、ピストン冠面１５を上（燃焼噴射弁側）から見た場合、その開口部１６ｋがピストン往復軸線１４を中心とする完全な真円形ではない。内側キャビティ１７は、ピストン往復軸線１４に対して軸回転体形状（軸対称形状，トロイダル形状）をなしており、図２に示すように、ピストン冠面１５を上（燃焼噴射弁側）から見た場合、その開口部１７ｋがピストン往復軸線１４を中心とする真円形をなしている。
【００１１】
図３は、成層高負荷運転条件における噴霧挙動を簡略的に示している。外側キャビティ１６の壁面は、第１外側壁面１６ａと、この第１外側壁面１６ａの外周側に連続する第２外側壁面１６ｂと、この第２外側壁面１６ｂに連続する第３外側壁面１６ｃと、に分けることができる。第１外側壁面１６ａは、中央のピストン往復軸線１４に向かうほど高くなる傾斜面となっており、全体として上に凸な仮想円錐形状をなしている。この第１外側壁面１６ａの中央部を切り欠くように上記の内側キャビティ１７が凹設されている。第２外側壁面１６ｂは、第３外側壁面１６ｃへ向けて滑らかに湾曲する外側湾曲面を含み、かつ、一部がピストン往復軸線１４にほぼ直交する平坦面１６ｄとなっている。第３外側壁面１６ｃは、外側キャビティ１６全体の外壁面を構成するもので、ピストン上方（図３の上方）へ向かうほどピストン往復軸線１４に近づく方向へ傾斜するリエントラント形状をなしている。
【００１２】
燃料噴射弁１１から噴射された燃料噴霧は、ピストン往復軸線１４を中心とする下に凸な中空円錐形状をなしている。図３（ａ）に示すように、成層高負荷運転条件での燃料噴霧Ｆ１は、第１外側壁面１６ａに斜めに衝突するように設定されている。この噴霧Ｆ１の（中心）噴射方向Ｆ２と、第１外側壁面１６ａの噴霧進行方向側（噴霧が衝突する部分よりも径方向外側）の部分と、のなす角度θ１が、鈍角（９０°〜１８０°）に設定されている。従って、燃料噴霧Ｆ１は緩い角度で第１外側壁面１６ａに衝突することとなり、衝突後の燃料噴霧Ｆ１は、不用意に飛散することなく、この第１外側壁面１６ａに沿うようにして外周側すなわち第２外側壁面１６ｂの側へ良好に誘導される。この第２外側壁面１６ｂの外側湾曲面により、噴霧は第３外側壁面１６ｃに沿うように良好に誘導される。
【００１３】
この第３外側壁面１６ｃは、噴霧方向Ｆ２に近い角度で傾斜する傾斜面となっている。詳しくは、第３外側壁面１６ｃの延長線１６ｃ’と噴射方向Ｆ２の平行線Ｆ２’とのなす角度θ２が充分に小さい。但し、ピストン往復軸線１４に対する第３外側壁面１６ｃのリエントラント角度ｄはピストン往復軸線１４に対する噴射方向Ｆ２の角度よりも小さい。このような第３外側壁面１６ｃによって燃料噴霧は元の噴射された方向へ向かうように良好に誘導される。結果として、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ピストン往復軸線１４に沿う縦方向に渦のように旋回する旋回流Ｆ３が生成される。この旋回流Ｆ３により周囲の空気が巻き込まれ、外側キャビティ１６の上空に生成される混合気は、濃度むらのない均質な混合気塊Ｋ１となる。
【００１４】
図４は、成層低負荷運転条件における噴霧挙動を簡略的に示している。内側キャビティ１７の壁面は、第１内側壁面１７ａと、この第１内側壁面１７ａの外周側に連続する第２内側壁面１７ｂと、この第２内側壁面１７ｂに連続する第３内側壁面１７ｃと、に分けることができる。第１内側壁面１７ａは、中央のピストン往復軸線１４に向かうほど高くなる傾斜面となっており、全体として上に凸な円錐形状をなしている。第２内側壁面１７ｂは、第３内側壁面１７ｃへ向けて滑らかに湾曲する内側湾曲面をなしている。第３内側壁面１７ｃは、内側キャビティ１７全体の外壁面を構成するもので、ピストン上方（図４の上方）へ向かうほどピストン往復軸線１４に近づく方向へ傾斜するリエントラント形状をなしている。
【００１５】
図４（ａ）に示すように、成層低負荷運転条件での燃料噴霧Ｆ４は、第１内側壁面１７ａに斜めに衝突するように設定されている。この噴霧Ｆ４の（中心）噴射方向Ｆ５と、第１内側壁面１７ａの噴霧進行方向側（噴霧が衝突する部分よりも径方向外側）の部分と、のなす角度θ３が、鈍角（９０°〜１８０°）に設定されている。従って、燃料噴霧Ｆ４は緩い角度で第１内側壁面１７ａに衝突することとなり、衝突後の燃料噴霧Ｆ４は、不用意に飛散することなく、この第１内側壁面１７ａに沿うようにして外周側すなわち第２内側壁面１７ｂの側へ良好に誘導される。また、滑らかに湾曲する第２内側壁面１７ｂにより、噴霧は第３内側壁面１７ｃに沿うように良好に誘導される。
【００１６】
この第３内側壁面１７ｃは、噴射方向Ｆ５に近い角度で傾斜する傾斜面となっている。詳しくは、第３内側壁面１７ｃの延長線１７ｃ’と噴射方向Ｆ５の平行線Ｆ５’とのなす角度θ４が充分に小さい。但し、ピストン往復軸線１４に対する第３内側壁面１７ｃのリエントラント角度ｅはピストン往復軸線１４に対する噴射方向Ｆ５の角度よりも小さい。このような第３内側壁面１７ｃによって燃料噴霧は元の噴射された方向へ向かうように良好に誘導される。結果として、図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ピストン往復軸線１４に沿う縦方向に渦のように旋回する旋回流Ｆ６が生成される。この旋回流Ｆ６により周囲の空気が巻き込まれ、キャビティ１７の上空に生成される混合気は、濃度むらのない均質な混合気塊Ｋ２となる。この混合気塊Ｋ２は、図３に示した外側キャビティ１６により形成される混合気塊Ｋ１よりも充分に小さい。
【００１７】
高負荷運転領域に比して噴射時期が遅角側に設定されるため、低負荷運転領域と高負荷運転領域とで噴射方向Ｆ２，Ｆ４が同一であっても、上述したように高負荷域では噴霧が第１外側壁面１６ａに衝突し、低負荷域では噴霧が第１内側壁面１７ａに衝突することとなり、負荷に応じた外側キャビティ１６と内側キャビティ１７との使い分けが可能となる。
【００１８】
例えば特開２０００−３０３９３６号公報に示されるような噴射方向を変更可能な噴射弁を用いる場合、好ましくは、燃料噴射方向を、成層高負荷領域ではシリンダ３ａに近い外側キャビティ１６を指向し、成層低負荷領域では中心に近い内側キャビティ１７を指向するように、その噴射方向を可変制御する。具体的には、ピストン往復軸線１４に対する噴射方向の角度を、成層高負荷域では相対的に大きくし、成層低負荷域では相対的に小さくする。
【００１９】
図５を参照して、ピストンの具体的な形状及びそれに伴う作用効果について更に詳述する。
【００２０】
ピストン冠面１５に対する内側キャビティ１７の深さｂは、ピストン冠面１５に対する外側キャビティ１６の深さａよりも大きい。これにより、噴射時期が遅角側に設定される低負荷運転領域において、冠面壁流を有効に抑制・防止することができる。
【００２１】
内側キャビティ１７自身の深さｃは、外側キャビティ１６自身の（最も浅い部分の）深さａよりも小さい。これにより、高負荷運転領域において、噴霧が内側キャビティ１７により遮られることなく良好に外側キャビティ１６ヘ導入される。
【００２２】
外側キャビティ１６の第３外側壁面１６ｃ及び内側キャビティ１７の第３内側壁面１７ｃ共に、ピストン上方へ向かうほどピストン往復軸線１４へ近づくリエントラント形状をなしているため、キャビティ１６，１７内に良好に混合気を封じ込めることができる。特に、内側キャビティ１７のリエントラント角度ｅは、外側キャビティ１６のリエントラント角度ｄよりも大きく設定されている。これにより、内側キャビティ１７からの燃料こぼれを積極的に防止し、アイドルなど極低負荷運転領域においても安定した成層燃焼を実現できる。
【００２３】
内側キャビティ１７の第１内側壁面１７ａとピストン往復軸線１４の直交面とのなす角度ｇは、外側キャビティ１６の第３外側壁面１６ｃとピストン往復軸線１４の直交面とのなす角度ｆよりも小さい。これにより、特に冠面壁流が増加し易い高負荷成層運転領域において、冠面壁流を有効に抑制・防止することができる。なお、後述する第２実施例に示すように、内側キャビティ１７の傾斜角度ｇをゼロとし、第１内側壁面１７ａをピストン往復軸線１４に直交する平坦面としても良い。
【００２４】
第２内側壁面１７ｂつまり内側湾曲面の曲率半径Ｒｉは、第２外側壁面１６ｂの外側湾曲面の曲率半径Ｒｈよりも小さい。これにより、内側キャビティ１７で生成される成層混合気塊Ｋ２がコンパクトなものとなり、低負荷運転領域における成層燃焼が安定化する。
【００２５】
図６は、第２実施例に係るピストン冠面形状を概略的に示している。なお、第１実施例と実質的に同じ構成には同じ参照符号を付して重複する説明を省略する。この第２実施例では、内側キャビティ１７により生成される混合気塊が、第１実施例よりも小さい。すなわち、低負荷成層運転領域の中でも、アイドルなど極低負荷運転領域における安定性を高めるように、そのピストン形状が設定されている。詳しくは、内側キャビティ１７の第１内側壁面１７ａ’が、ピストン往復軸線１４に直交する平坦面となっている。ピストン冠面１５に対する内側キャビティの深さｂ’は、ピストン冠面１５に対する外側キャビティ１６の深さａ’よりも小さい。また、ピストン往復軸線１４に対する第３内側壁面１７ｃのリエントラント角度は、ピストン往復軸線１４に対する第３外側壁面１６ｃのリエントラント角度よりも小さいか同等に設定されている。これにより、低負荷から中負荷で内側キャビティ１７内の混合気が過濃となるのを防ぎ、スモークや未燃ＨＣの発生を有効に抑制・防止することができる。
【００２６】
上記実施例から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００２７】
（１）ピストン往復軸線上又はその近傍に燃料噴射弁と点火プラグとを配置したセンターインジェクション型の筒内直接噴射式内燃機関において、上記ピストン往復軸線に対してほぼ軸回転体形状をなす外側キャビティをピストン冠面に凹設し、この外側キャビティに、同じくピストン往復軸線に対してほぼ軸回転体形状をなす内側キャビティを凹設している。このような二重キャビティ構造とし、例えば低負荷域では内側キャビティを利用して成層燃焼を実現し、高負荷域では外側キャビティを利用して成層燃焼を実現することにより、低負荷域及び高負荷域を含む幅広い負荷範囲において、安定して燃費が良く未燃ＨＣが少ない成層燃焼が実現できる。
【００２８】
（２）外側キャビティの壁面に、燃料噴霧が斜めに衝突する第１外側壁面と、この第１外側壁面の外周側に連続する第２外側壁面と、この第２外側壁面に連続する第３外側壁面と、を設け、上記第２外側壁面の一部又は全てを、上記第３外側壁面へ向けて滑らかに湾曲する外側湾曲面とし、上記第３外側壁面を、上記燃料噴霧の噴射方向に近い角度で傾斜する傾斜面とする。これにより、例えば成層高負荷域で噴射され、第１外側壁面に衝突した燃料が、第２外側壁面の外側湾曲面及び第３外側壁面に誘導されて、外側キャビティ及びその上空を縦方向に旋回・循環する旋回流が生成される。これにより、燃料が空気と混合し易く、濃度むらもでき難いため、外側キャビティ内に均質な混合気場（塊）を形成することができる。従って、スモークの排出が抑制及び防止され、かつ大量にＥＧＲを導入しても安定した燃焼が得られるためにＮＯｘの排出も少ない良好な成層燃焼が実現できる。また、内側キャビティに比して容積の大きな外側キャビティにより成層混合気塊を形成するため、比較的負荷の大きい高負荷運転領域において安定した燃焼を実現できる。
【００２９】
（３）内側キャビティの壁面に、燃料噴霧が斜めに衝突する第１内側壁面と、この第１内側壁面の外周側に連続する第２内側壁面と、この第２内側壁面に連続する第３内側壁面と、を設け、上記第２内側壁面の一部又は全てを、上記第３内側壁面へ向けて滑らかに湾曲する内側湾曲面とし、上記第３内側壁面を、上記燃料噴霧の噴射方向に近い角度で傾斜する傾斜面とする。これにより、例えば成層低負荷域で噴射され、第１内側壁面に衝突した燃料が、第２内側壁面の内側湾曲面及び第３内側壁面に誘導されて、内側キャビティ及びその上空を縦方向に旋回・循環する旋回流が生成される。これにより、燃料が空気と混合し易く、濃度むらもでき難いため、内側キャビティ内に均質な混合気場（塊）を形成することができる。従って、スモークの排出が抑制及び防止され、かつ大量にＥＧＲを導入しても安定した燃焼が得られるためにＮＯｘの排出も少ない良好な成層燃焼が実現できる。また、外側キャビティに比して容積の小さい内側キャビティにより成層混合気塊を形成するため、比較的低負荷運転領域において安定した燃焼を実現できる。
【００３０】
（４）内側湾曲面の曲率半径を外側湾曲面の曲率半径よりも小さくする。これにより、内側キャビティを利用する低負荷成層条件において、小さな混合気塊を形成し易くなり、安定した成層燃焼を実現できる。
【００３１】
（５）上記第３外側壁面を、ピストン上方へ向かうほどピストン往復軸線に近づくリエントラント形状とする。これにより、外側キャビティに噴射された燃料を良好に封じ込めることができ、未燃ＨＣが少なく燃費の良い良好な成層燃焼を実現できる。
【００３２】
（６）上記第３内側壁面を、ピストン上方へ向かうほどピストン往復軸線に近づくリエントラント形状とする。これにより、内側キャビティに噴射された燃料を良好に封じ込めることができ、未燃ＨＣが少なく燃費の良い成層燃焼を実現できる。
【００３３】
（７）上記ピストン往復軸線に対する第３内側壁面の傾きを、ピストン往復軸線に対する第３外側壁面の傾きよりも大きくする。これにより、特に内側キャビティ内から燃料噴霧がこぼれることをより確実に防止し、アイドルなど極低負荷において安定した成層燃焼を実現できる。
【００３４】
（８）上記ピストン往復軸線に対する第３内側壁面の傾きを、ピストン往復軸線に対する第３外側壁面の傾きよりも小さくする。これにより、内側キャビティ内の混合気が過濃となるのを防ぎ、スモークおよび未燃ＨＣの発生を抑制・防止することができる。
【００３５】
（９）上記ピストン冠面に対する内側キャビティの深さを、ピストン冠面に対する外側キャビティの深さよりも小さくする。これにより、特に内側キャビティ内に形成される成層混合気塊がコンパクトなものとなり、アイドルなど極低負荷域において安定した成層燃焼を実現できる。
【００３６】
（１０）上記ピストン冠面に対する内側キャビティの深さを、ピストン冠面に対する外側キャビティの深さよりも大きくする。この場合、内側キャビティ内に形成される成層混合気塊が比較的大きなものとなり、低負荷域から中負荷域において安定した成層燃焼を実現できる。
【００３７】
（１１）上記内側キャビティ自身の深さを、外側キャビティ自身の深さよりも小さくする。これにより、内側キャビティで形成される混合気塊が相対的に小さく、外側キャビティで形成される混合気塊が相対的に大きくなり、内側キャビティを利用する低負荷域と、外側キャビティを利用する高負荷域の双方で、安定した成層燃焼を実現できる。
【００３８】
（１２）上記第１外側壁面を、ピストン往復軸線へ向かうほど高くなる傾斜面とする。これにより、第１外側壁面に衝突する燃料噴霧の運動量をやわらげて壁流を防止し、スモークの生成や未燃ＨＣの増加を低減・防止することができる。
【００３９】
（１３）上記第１内側壁面を、ピストン往復軸線へ向かうほど高くなる傾斜面とする。これにより、第１内側壁面に衝突する燃料噴霧の運動量をやわらげて壁流を防止し、スモークの生成や未燃ＨＣの増加を低減・防止することができる。
【００４０】
（１４）上記ピストン往復軸線の直交面に対する上記第１内側壁面の傾きを、上記直交面に対する上記第１外側壁面の傾きよりも小さくする。これにより、特に外側キャビティの壁流が確実に低減・防止され、噴射量が多くスモークや未燃ＨＣが増加し易い成層高負荷運転領域において、外側キャビティを利用してスモークの生成や未燃ＨＣの増加を有効に低減・防止することができる。
【００４１】
（１５）上記第１内側壁面を、ほぼピストン往復軸線に直交する平坦面とすることにより、もともとスモークや未燃ＨＣの排出が少ないアイドルなどの極低負荷成層運転領域における燃焼安定性を確保しつつ、加工性の向上及び冷却損失の低減化を図ることができる。
【００４２】
（１６）上記燃料噴射弁をマルチホール噴射弁とすると、圧縮行程後半の筒内圧力が高くなった場合にも、噴霧の指向性が強く噴霧旋回流が生成し易いために、均一性の高い成層混合気塊を生成し易い。
【００４３】
（１７）圧縮行程後期に燃料が噴射される成層燃焼を行う場合、低負荷運転条件における噴射時期よりも高負荷運転条件における噴射時期を進角する。これにより、低負荷運転条件及び高負荷運転条件の双方で適切な大きさの混合気塊を形成することができ、低負荷及び高負荷の双方で安定した成層燃焼を実現できる。
【００４４】
（１８）上記燃料噴射弁が噴射方向を変更できる場合、ピストン往復軸線に対する噴射方向の角度を、低負荷条件のときには内側キャビティを指向するように相対的に大きくし、高負荷条件のときには外側キャビティを指向するように相対的に小さくする。
【００４５】
（１９）このように、燃料噴射弁の噴射方向が、高負荷運転条件では外側キャビティを指向し、低負荷運転条件では内側キャビティを指向することにより、低負荷運転条件においては内側キャビティにより比較的小さな混合気塊を形成し、高負荷運転条件においては外側キャビティにより比較的大きな混合気塊を形成することができ、低負荷域及び高負荷域の双方で安定した成層燃焼を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関を簡略的に示す構成図。
【図２】ピストン冠面を上から見た上面対応図。
【図３】第１実施例に係るピストン形状及び成層高負荷条件での噴霧挙動を示す説明図。
【図４】第１実施例に係るピストン形状及び成層低負荷条件での噴霧挙動を示す説明図。
【図５】第１実施例に係るピストンの形状及び各種寸法を示す断面対応図。
【図６】第２実施例に係るピストンの形状及び各種寸法を示す断面対応図。
【符号の説明】
１…燃焼室
４…ピストン
１１…燃料噴射弁
１２…点火プラグ
１５…ピストン冠面
１６…外側キャビティ
１６ａ…第１外側壁面
１６ｂ…第２外側壁面
１６ｃ…第３外側壁面
１７…内側キャビティ
１７ａ…第１内側壁面
１７ｂ…第２内側壁面
１７ｃ…第３内側壁面
【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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