(57)【要約】【課題】点火プラグの周囲に長い期間に亘って可燃混合気を形成して、成層燃焼時における制御自由度を拡大できる内燃機関の燃料噴射装置を提供する。【解決手段】燃料噴射弁８から点火プラグ５に向けて断面逆Ｖ字状の燃料噴霧Ｆを噴射し、燃料噴霧Ｆの主流から巻き上がった燃料噴霧Ｆａを点火プラグ５に直接移送すると共に、平坦部１０内の両ガイド壁１１ａ，１１ｂに噴射された燃料噴霧Ｆの主流を、ガイド壁１１ａ，１１ｂに沿って移送した後に上昇中のピストン２により押し上げて、時間差をもって遅れて点火プラグ５に移送する。【選択図】      図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室の略中央に点火プラグを配設すると共に、該燃焼室の吸気側の一側に、点火プラグの軸線に対して所定角度をもって交差する燃料噴霧を噴射するように燃料噴射弁を配設し、圧縮行程において上記燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料を噴射して成層燃焼を行う内燃機関の燃料噴射装置において、
ピストン頂面の吸気側寄りの平坦部の周囲に形成され、上記燃料噴霧の両側からそれぞれ上記点火プラグの下方近傍まで延設されて合流する一対のガイド壁を備え、
上記燃料噴射弁は、上記点火プラグ側に凸状で、且つ上記ピストン側に凹状をなす断面形状の燃料噴霧を形成し、該燃料噴霧の凸側を上記点火プラグ近傍に向け、且つ該燃料噴霧の凹側を両ガイド壁近傍に向けて噴射することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
上記燃料噴射弁の噴孔は、逆Ｖ字状或いは逆Ｕ字状をなすように形成されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
上記燃料噴射弁は、上記燃料噴霧の主流の上端が上記点火プラグの下方近傍に向かうように、取付角度または燃料噴霧角が設定されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
上記ガイド壁は、上記平坦部の周囲を隆起することにより構成されると共に、該ガイド壁の高さが上記燃焼室中心側で最も高くなるよう上記隆起部の高さが設定されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項５】
上記ガイド壁は、上記燃料噴霧の凹側を上記ガイド壁の上記燃料噴射弁に対向する側壁面に沿って案内することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射型火花点火内燃機関（以下、単にエンジンという）の燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射型のエンジンでは、筒内での燃焼状態に燃料の噴霧形状が大きく関与することから、適切な燃料噴霧を形成するために種々の提案がなされており、例えば燃料噴射弁として、燃料噴霧を円錐状に拡散させるスワールインジェクタを用いたものがある（例えば、特許文献１，２）。
【０００３】
これらの特許文献に記載された技術では、ピストン頂面に深皿キャビティを形成すると共に、吸気ポートを略直立して形成し、圧縮行程において吸気ポートから流入した吸気をキャビティにより上方に反転させ、これにより生起された逆タンブル流を利用してスワールインジェクタからの燃料噴霧を点火プラグ近傍まで移送し、点火プラグの周囲に点火可能な混合気を形成した上で、その周囲を燃料希薄とした成層燃焼を可能としている。
【０００４】
しかしながら、吸気流動を利用して燃料噴霧をピストンのキャビティ上で反転させるため、燃料がピストン頂面に付着して溜まり易く、局所的なオーバーリッチ化により熱効率の低下やＨＣ、スート、スモーク等（以下、まとめてエミッションという）の増大を招いてしまう問題があった。又、スワールインジェクタの燃料噴霧は貫徹力が弱いため、筒内圧や筒内温度に応じて噴霧特性が変化する上に、吸気流動を利用した燃料移送は燃焼室内でのカーボン堆積等の影響を受け易いため、安定した燃料移送が阻害され、ひいては確実な成層燃焼を実現し難いという問題もあった。
【０００５】
そこで、吸気流動に頼ることなく、燃料の運動量とピストンのキャビティ形状とを利用して燃料移送するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。当該特許文献３では、燃料噴射弁から２方向に燃料を噴射し、その噴霧をピストンのキャビティ底壁上を進行させた後、対向側壁の両側部により上方に偏向させて点火プラグ近傍に導くように構成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３０８７３０９号明細書
【特許文献２】
特開平１０−２８８０３９号公報
【特許文献３】
特開２０００−２８２８７２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
周知のように、この種の成層燃焼を行う燃料噴射装置では、点火時期において点火プラグの周囲に適切な混合気が形成されていないと正常な点火が望めない。しかしながら、上記した特許文献３の技術では、キャビティの対向側壁により偏向された燃料噴霧が点火プラグ近傍に到達して可燃混合気を形成する期間が非常に短いため、適切なタイミングで可燃混合気を形成するには、燃料噴射時期を緻密に制御する必要があった。
【０００８】
本発明の目的は、ピストン頂面への燃料付着に起因する熱効率の低下やエミッションの増大を未然に防止すると共に、筒内圧や筒内温度或いはカーボン堆積等の影響を受けることなく確実に成層燃焼を実現でき、しかも、点火プラグの周囲に長い期間に亘って可燃混合気を形成して、成層燃焼時における制御自由度を拡大することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の燃焼室の略中央に点火プラグを配設すると共に、燃焼室の吸気側の一側に、点火プラグの軸線に対して所定角度をもって交差する燃料噴霧を噴射するように燃料噴射弁を配設し、圧縮行程において燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料を噴射して成層燃焼を行う内燃機関の燃料噴射装置において、ピストン頂面の吸気側寄りの平坦部の周囲に形成され、燃料噴霧の両側からそれぞれ点火プラグの下方近傍まで延設されて合流する一対のガイド壁を備え、燃料噴射弁は、点火プラグ側に凸状で、且つピストン側に凹状をなす断面形状の燃料噴霧を形成し、燃料噴霧の凸側を点火プラグ近傍に向け、且つ燃料噴霧の凹側を両ガイド壁近傍に向けて噴射するものである。
【００１０】
従って、内燃機関の圧縮行程において、燃料噴射弁からは点火プラグの軸線に対して所定角度をもって交差するように燃料噴霧が噴射され、燃料噴霧の断面形状が点火プラグ側に凸状で、且つピストン側に凹状をなすため、広い面積をもって吸気と接触して良好に混合される。そして、燃料噴霧の凸側が点火プラグ近傍に向け、且つ燃料噴霧の凹側は両ガイド壁近傍に向けて噴射され、燃料噴霧の凹側は、その後、それぞれガイド壁に沿って点火プラグの下方近傍まで移送されて合流し、ピストンの上昇に伴って点火プラグ近傍に押し上げられる。
【００１１】
このように燃料噴霧の運動量を利用して燃料を移送することから、吸気流動を用いた燃料移送に比較して、筒内圧や筒内温度或いはカーボン堆積等の影響を受け難い上に、燃料噴霧がピストンの平坦部内に付着し難くなる。
又、燃料噴射時において、点火プラグには燃料噴霧の凸側の微粒子が周辺空気の慣性流に取り込まれて輸送されると共に、燃料噴霧の凸側に対して燃料噴霧の凹側はピストンガイド壁を経由して時間差をもって遅れて移送され、結果的に点火プラグの周囲に長い期間に亘って可燃混合気を形成する。よって、広い範囲のピストン位置（換言すれば、点火時期）において点火プラグの周囲に可燃混合気が存在することになり、燃料噴射時期や点火時期に関する制御自由度が拡大される。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１において、燃料噴射弁の噴孔が、逆Ｖ字状或いは逆Ｕ字状をなすように形成されたものである。
従って、燃料噴射弁の噴孔と対応して逆Ｖ字状或いは逆Ｕ字状の断面形状をなすように燃料噴霧が噴射され、燃料噴霧の凸側の微粒子が点火プラグに直接輸送されると共に、燃料噴霧の凹側が両ガイド壁近傍に噴射され、燃料噴霧の凸側に対し時間差をもって遅れて移送される。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１において、燃料噴霧の主流の上端が点火プラグの下方近傍に向かうように、燃料噴射弁の取付角度または燃料噴霧角が設定されたものである。
従って、燃料噴霧の主流の上端が点火プラグの下方近傍に向かい、点火プラグへの燃料噴霧の衝突が防止されると共に、噴射された噴霧主流の動圧により誘発された周囲の空気流に運動量を喪失した燃料微粒子が取り込まれる燃料噴霧の巻き上がり現象が生じ、主流から巻き上がった燃料噴霧微粒子が点火プラグに移送される。そして、この燃料噴霧による可燃混合気形成から時間差をもって遅れてガイド壁を経た燃料噴霧が点火プラグに移送されて可燃混合気を形成し、長い期間に亘る可燃混合気の形成が実現される。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１において、ガイド壁が、平坦部の周囲を隆起することにより構成されると共に、ガイド壁の高さが燃焼室中心側で最も高くなるよう隆起部の高さが設定されたものである。
従って、圧縮行程中に噴射された凹側の燃料はガイド壁にせき止められ、ガイド壁に沿って移送中の燃料噴霧は次第に拡散して体積を増加する上に、合流時には体積が倍増するが、これに合わせて点火プラグが位置する燃焼室中心側でガイド壁の高さが最も高くなるため、平坦部内から燃料噴霧がこぼれる事態が防止されて、ガイド壁による燃料噴霧の移送が確実に行われる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１において、ガイド壁が、燃料噴霧の凹側をガイド壁の燃料噴射弁に対向する側壁面に沿って案内するものである。
従って、凹側の燃料噴霧をガイド壁に沿って案内することによって、燃料噴霧と平坦部との接触面積を小さくして、平坦部への付着燃料を極力少なくすることができる。
【００１６】
好ましくは、燃焼室を形成するシリンダヘッドの下面及びピストンの頂面を、吸気側及び排気側に傾斜する傾斜面を有するペントルーフ型としてそれぞれ形成することが望ましい。この場合、隆起部はペントルーフ型の両傾斜面及び上面により構成される。
このように構成すれば、ピストンの上昇に伴ってペントルーフ型をなすシリンダヘッドの下面とピストンの頂面とが接近して、燃焼室中央に向かうスキッシュ流が生起されるため、このスキッシュ流により、点火プラグ近傍から燃料噴霧が拡散する事態が抑制されると共に、ガイド壁に沿って移送された燃料噴霧が排気側に流出する事態が抑制される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したエンジンの燃料噴射装置の一実施形態を説明する。本実施形態のエンジンは気筒当たり４弁を備えた直列４気筒ガソリンエンジンとして構成されている。図１は当該エンジンの特定気筒におけるヘッド部分の構成を示す断面図、図２は図１のＡ矢視から見た側断面図であり、図１中の上段には平断面が、下段には側断面が相互に関連付けて表されている。以下、同図に従って特定気筒のヘッド部分の構成を説明するが、他の気筒も全く同一構成となっている。
【００１８】
シリンダブロック１のシリンダ１ａ内には摺動自在にピストン２が嵌挿され、これらのシリンダ１ａ内及びピストン２の頂面とシリンダヘッド３の下面との間には燃焼室４が形成されている。
シリンダヘッド３には燃焼室４内の略中央に臨むように点火プラグ５が配設され、この点火プラグ５を中心として、図中の左方には一対の吸気ポート６（一方のみ図示）の一端側が開口し、図中の右方には同じく一対の排気ポート７（一方のみ図示）の一端が開口している。各吸気ポート６には吸気弁６ａが、各排気ポート７には排気弁７ａがそれぞれ配設され、これらの吸排気弁６ａ，７ａは、図示しないカム軸によりクランク軸の回転に同期して対応するポート６，７を開閉する。
【００１９】
吸気ポート６及び排気ポート７は一般的なエンジンと同様の形状をなしており、図示はしないが、吸気ポート６の他端側はシリンダヘッド３の一側面に開口して、スロットル弁等が備えられた吸気通路と連通し、一方、排気ポート７の他端側はシリンダヘッド３の他側面に開口して、触媒や消音器が備えられた排気通路と連通している。吸気通路からの吸気はスロットル弁で流量調整された後に吸気弁６ａの開弁に伴って吸気ポート６から燃焼室４内に流入される一方、燃焼室４内で燃焼後の排ガスは排気弁７ａの開弁に伴って排気ポート７から排気通路に案内されて、触媒及び消音器を経て外部に排出される。
【００２０】
シリンダヘッド３の両吸気ポート６の間には、燃焼室４の外周側に位置するように燃料噴射弁８が設けられ、燃料噴射弁８は水平より若干先端側を下方に傾斜させた姿勢に保持されて、その先端を点火プラグ５に向けて指向させている。その結果、燃料噴射弁８からは、側面視において点火プラグ５の軸線Ｌに対して所定角度をもって交差し、且つ、平面視においては点火プラグ５の軸線Ｌに向けて燃料噴霧Ｆが噴射される。
【００２１】
図３は燃料噴射弁８のノズル構造を示す図１の上段に対応する平断面図、図４は同じくノズル構造を示す図３のＢ矢視図、図５は図３のＢ矢視から見た燃料噴霧Ｆの断面形状を示す図である。燃料噴射弁８の先端にはスリット状をなす噴孔８ａが形成され（所謂シングルスリットタイプ）、図４に示すように、噴孔８ａは逆Ｖ字状をなしている。このノズル構造により、両噴孔８ａからは噴射方向と直交する方向の断面形状が逆Ｖ字状をなす扁平な燃料噴霧Ｆが噴射される。
【００２２】
又、噴射後の燃料噴霧Ｆは次第に拡散するが、図１の上段に示すように、燃料噴霧Ｆの拡散角度ψは５０〜８０°の範囲となるように、図１の下段に示すように、水平（例えば、シリンダヘッド３の下面）を基準とした燃料噴霧Ｆの下端の稜線角度θ１は３０〜４５°の範囲となるように、同じく水平を基準とした燃料噴霧Ｆの上端の稜線角度θ２は２０〜−１５°（負の場合は燃料噴霧Ｆが水平より上方に拡散することを意味する）の範囲となるように、燃料噴射弁８の取付角度や噴孔８ａの形状等が設定されている。
【００２３】
ここで、稜線角度θ１は、ピストン頂面に燃料噴霧Ｆを供給可能な値として設定されたものであり、所定の燃料噴射時期（換言すれば、ピストン位置）において、燃料噴霧Ｆの主流（後述する巻き上がり現象により生成された燃料噴霧Ｆａを除く燃料噴霧Ｆを意味する）が後述するピストン２の平坦部１０内に供給されるように設定されている。又、下側の稜線角度θ２は、燃料噴霧Ｆの上端（断面逆Ｖ字状の凸側に相当）が点火プラグ５に到達するように設定されている。
【００２４】
又、双方の稜線角度の差（θ１−θ２）が燃料噴霧Ｆの上下方向の拡散角度θ０となるが（稜線角度θ１，θ２及び拡散角度θ０を燃料噴霧角と総称する）、当該拡散角度θ０は上記した稜線角度θ１，θ２の設定の結果、例えば一般的な筒内噴射型エンジンに用いられるスワールインジェクタ等と比較して狭く設定されている。尚、最適な稜線角度θ１は、燃料噴射弁８の取付角度や燃料噴射時期等に応じて異なり、同じく最適な稜線角度θ２は、燃料噴射弁８と点火プラグ５との位置関係等に応じて異なる。よって、稜線角度θ１，θ２は必ずしも上記範囲内に限ることはなく、エンジンの仕様に応じて任意に設定できる。
【００２５】
又、燃料噴射弁８に供給される燃料圧は、上記スワールインジェクタ等に適用される燃料圧（５〜８ＭＰａ程度）に比較して高く設定され、例えば１２〜１４ＭＰａに設定されている。
一方、ピストン２の頂面は、最上部の平坦面２ａを挟んで吸気側及び排気側に傾斜する傾斜面２ｂが形成されたペントルーフ型をなし、このピストン２頂面と対応するように、燃焼室４を構成するシリンダヘッド３の下面もペントルーフ型をなしている。
【００２６】
ピストン２頂面の吸気側（吸気ポート）寄りの位置には平坦部１０が形成され、平坦部１０の周縁は、ピストン２頂面から隆起する平坦面２ａ及び吸排傾斜面２ｂ（隆起部）によりガイド壁として構成されている。ガイド壁は平坦部１０の周縁に沿って連続しているが、後述のように燃料噴射弁８の両側で個別に燃料移送作用を奏することから、説明の便宜上、燃料噴射弁８を挟んで一対のガイド壁１１ａ，１１ｂとして区分する。よって、それぞれのガイド壁１１ａ，１１ｂは燃料噴射弁８の両側から排気側に延設されて、点火プラグ５の下方近傍で合流することになる。
【００２７】
そして、平坦部１０が水平に形成され、ピストン２頂面がペントルーフ型をなすことから、図１の上段に示すように、平面視において平坦部１０は吸気側に開放された略円形状をなし、図１の下段に示すように、側面視においてガイド壁１１ａ，１１ｂの高さは吸気側（燃料噴射弁側）よりも排気側で高く、燃焼室中央側で最も高くなっている。
【００２８】
図６はガイド壁１１ａ，１１ｂの断面形状を示す図１のＶＩ−ＶＩ線断面図であり、ガイド壁１１ａ，１１ｂの断面は所定半径ｒで円形状に形成され、その半径ｒはガイド壁１１ａ，１１ｂの高さＨより小さく設定されているため、ガイド壁１１ａ，１１ｂは上方に狭まるリエントラント状の断面形状をなしている。
以上のように構成されたエンジンは図示しないＥＣＵ（電子制御ユニット）により総合的に制御される。燃料噴射制御については、運転領域（例えば、エンジン回転速度Ｎｅ及びエンジン負荷）に応じて燃料噴射を圧縮行程で行う圧縮行程噴射と吸気行程で行う吸気行程噴射とを選択的に実行する。
【００２９】
例えば、エンジン回転速度Ｎｅやエンジン負荷が比較的低い領域では圧縮行程噴射に切換えて、燃料噴霧Ｆを点火プラグ近傍に移送する成層燃焼を行う一方、エンジン回転速度Ｎｅやエンジン負荷の増加に伴って吸気行程噴射に切換えて、燃料噴霧と吸気とを均一に混合させる均一燃焼を行う。そして、圧縮行程噴射では、燃料噴霧を２つの経路を辿って点火プラグ近傍まで移送しており、以下、圧縮行程噴射での燃料噴霧の移送状況を説明する。
【００３０】
図７は噴射中の燃料噴霧Ｆを示す図、図８は噴射後の燃料噴霧Ｆを示す図、図９は点火直前の燃料噴霧Ｆを示す図であり、図１と同じく各図中の上段には平断面が、下段には側断面が表されている。又、図１０は図７のＣ矢視から見た側断面図、図１１は図８のＤ矢視から見た側断面図、図１２は図９のＥ矢視から見た側断面図である。又、図１３は燃料噴霧Ｆの巻き上がりを示す部分拡大図であり、経時的には図７から図８への移行途中に相当する。
【００３１】
圧縮行程においてピストン２が上昇すると、図７，１０に示すように、所定のクランク角で燃料噴射弁８から燃料が噴射される。噴射された燃料噴霧Ｆは断面逆Ｖ字状をなすため、広い面積をもって吸気と接触して良好に混合され、且つ、稜線角度θ２に基づいて点火プラグ５への衝突が防止される。
ここで、点火プラグ５への衝突が防止されるのは燃料噴霧Ｆの主流であり、図１３に示すように、この燃料噴射の時点では、ピストン５の上昇に伴って噴射された燃料主流の動圧に起因して、主流近傍の空気流が慣性で誘発され、その空気流に運動量を喪失した燃料微粒子が次々に取り込まれる燃料噴霧Ｆの巻き上がり現象が生じ、主流から巻き上がった燃料噴霧微粒子Ｆａが点火プラグ５に移送される。十分に微粒化できていない燃料噴霧Ｆの主流が点火プラグ５に直接衝突した場合、燃料過濃となり点火プラグ５に燃料が液相のまま付着して点火プラグ５を燻らせる可能性があるが、このように主に巻き上がった燃料噴霧微粒子Ｆａが点火プラグ５に移送されるため、点火プラグ５の周囲には点火に好適な混合気（可燃混合気）が形成される。
【００３２】
一方、図８，１１に示すように、稜線角度θ１及び拡散角度ψの設定に基づいて、燃料噴霧Ｆの主流は下端（断面逆Ｖ字状の凹側に相当）から平坦部１０内の両ガイド壁１１ａ，１１ｂの近傍に供給され、供給された燃料噴霧Ｆは、自己の運動量によりそれぞれガイド壁１１ａ，１１ｂに沿って点火プラグ５の下方近傍まで移送されて合流する。この燃料噴霧Ｆの運動は、燃料圧力を旋回方向成分の運動に変換するスワールインジェクタに比べて進行方向の噴霧運動量が強い点及び高燃圧に設定されていることによって生起される。
【００３３】
ガイド壁１１ａ，１１ｂに沿って移送中の燃料噴霧Ｆは次第に拡散して体積を増加する上に、合流時には体積が倍増するが、この燃料噴霧Ｆの体積増加に合わせてガイド壁１１ａ，１１ｂの高さが高くなるため、平坦部１０内から燃料噴霧Ｆがこぼれる事態が防止されて、ガイド壁１１ａ，１１ｂによる燃料噴霧Ｆの移送が確実に行われる。
【００３４】
ピストン２が圧縮上死点に接近して点火時期の直前に至ると、図９，１２に示すように、上昇するピストン２により燃料噴霧Ｆは点火プラグ近傍に押し上げられ、点火プラグ５の周囲に可燃混合気を形成する。この時点では、ペントルーフ型をなすシリンダヘッド３の下面とピストン２の頂面とが接近して、矢印で示す燃焼室４の中央に向かうスキッシュ流Ｓが生起されているため、このスキッシュ流により、点火プラグ近傍から燃料噴霧Ｆが拡散する事態が抑制される。
【００３５】
又、スキッシュ流Ｓは、上記した合流後の燃料噴霧Ｆが平坦部１０内から排気側に流出する事態を防止する作用も奏する。即ち、合流に伴って燃料噴霧Ｆの運動量は完全に喪失されるのが望ましいが、実際には噴射方向の運動量が残存して平坦部１０内から排気側に流出する場合もあり、流出した燃料噴霧Ｆは点火プラグ近傍への移送が困難になる。上記のように排気側よりスキッシュ流Ｓが生起されることで、排気側への燃料噴霧Ｆの流出が抑制されるため、結果として燃料噴霧Ｆは点火プラグ近傍により確実に移送される。
【００３６】
以上のように移送された燃料噴霧Ｆ、巻き上がった燃料噴霧微粒子Ｆａにより点火プラグ５の周囲には可燃混合気が形成された上で、その周囲は燃料希薄に保持される。よって、その後の点火プラグ５の点火により混合気が点火されて、成層燃焼が実現される。
そして、このように本実施形態では燃料噴霧Ｆの運動量を利用して燃料を移送することから、例えば特許文献１，２の技術のように吸気流動を用いて燃料移送した場合に比較して、筒内圧や筒内温度或いはカーボン堆積等の影響を受け難く、安定した燃料移送により確実に成層燃焼を実現できる。又、燃料圧力を旋回方向成分の運動に変換するスワールインジェクタに比べて進行方向の噴霧運動量を強い点及び高燃圧に設定されているため、運動量をもった燃料噴霧Ｆはピストン２の平坦部１０内に溜まり難い上に、平坦部１０内に噴射されるのは燃料噴霧全体の一部であるため、平坦部１０内に付着して溜まったとしてもごく僅かとなり、燃料付着による局所的なオーバリッチ化を防止して、熱効率の低下やエミッションの増大を未然に防止することができる。
【００３７】
又、上記のように燃料噴霧Ｆ、巻き上がった燃料噴霧微粒子Ｆａは２つの経路を辿って点火プラグ近傍まで移送され、まず、主流から巻き上がった燃料噴霧Ｆａが点火プラグ５に直接移送され、その後、ピストン頂面のガイド壁１１ａ，１１ｂを経て、燃料噴霧Ｆの主流が時間差をもって遅れて点火プラグ５に移送される。しかも、先行して移送される燃料噴霧微粒子Ｆａと同様に、ガイド壁１１ａｓ，１１ｂを経て遅れて移送される燃料噴霧Ｆは合流により運動量を喪失しているため、点火プラグ５の周囲に比較的長く留まる。よって、点火プラグ５の周囲には長い期間に亘って可燃混合気が形成され、広い範囲のピストン位置（換言すれば、点火時期）において点火プラグ５の周囲に可燃混合気が存在することになり、燃料噴射時期や点火時期に関する制御自由度を大幅に拡大することができる。
【００３８】
一方、本実施形態では、特許文献１，２の技術のように逆タンブル流を生起するための直立吸気ポートを必要としない。特許文献１，２の技術では、直立吸気ポート専用の生産設備、エンジン全高に起因するカーデザインの制約、構造複雑なスワールインジェクタによるコストアップ等の問題を有するが、本実施形態では吸気ポート６のレイアウトを自由に設計できるため、生産設備やカーデザイン上の制約がない上に、噴孔形状を変更しただけのシンプルな燃料噴射弁８を採用することでコスト低減を達成できるという利点もある。
【００３９】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、４弁式の直列４気筒ガソリンエンジンの燃料噴射装置として具体化したが、エンジンの動弁機構を吸排気２弁に変更したり、或いはエンジンの気筒配列を変更したりしてもよい。
又、上記実施形態では、平坦部１０を略円形状に形成し、その周縁をリエントラント状のガイド壁１１ａ，１１ｂとしたが、点火プラグ５の下方近傍に燃料噴霧Ｆを移送可能であれば、平坦部１０やガイド壁１１ａ，１１ｂの形状はこれに限定されることはない。よって、例えば、先端を吸気側に指向させた略ハート型にキャビティを形成して、その周縁をガイド壁として利用したり、図１４に示すように、直立した断面形状のガイド壁１２を形成してもよい。
【００４０】
更に、上記実施形態では、ピストン頂面をペントルーフ型とすることで、ガイド壁１１ａ，１１ｂの高さを吸気側よりも排気側で高く、即ち、燃焼室中心側で最も高くなるように設定したが、これに代えてピストン頂面を平坦に形成し、平坦部１０の底面をピストン２の中央側を深くするように傾斜させることで、同様にガイド壁１１ａ，１１ｂの高さを変化させてもよい。
【００４１】
又、上記実施形態では、燃料噴霧Ｆの主流が点火プラグ５に衝突する事態を防止できるように下側の稜線角度θ２を設定したが、点火プラグ５に顕著な燻りが発生しない限り、多少の噴霧衝突が生じても支障はない。よって、燃料噴霧Ｆの主流の一部が点火プラグ５に直接移送されるように下側の稜線角度θ２を設定してもよい。
【００４２】
一方、上記実施形態では、燃料噴射弁８にスリット状をなす逆Ｖ字状の噴孔８ａを形成し、それと対応する断面形状の燃料噴霧Ｆを噴射したが、噴孔８ａの形状はこれに限ることはなく種々に変更可能である。例えば、図１５に示すように逆Ｕ字状の噴孔３１を形成したり、図１６に示すように略ハ字状の噴孔３２（所謂マルチスリットタイプ）を形成したりしてもよい。
【００４３】
又、図１７に示すように逆Ｖ字状の噴孔３３を併設してもよく、このように構成した場合には、併設した噴孔３３から噴射された燃料噴霧Ｆが衝突しながら合流するため、より扁平な燃料噴霧が形成され、接触面積の増大に伴って吸気との混合を一層促進できる。
又、図１８，１９に示すように、複数の噴孔３４ａ，３５ａからなる噴孔群３４，３５として形成してもよい（所謂マルチホールタイプ）。図１６の噴孔群３４は、図４のスリット状の噴孔８ａと同様の機能を奏し、図１７の噴孔群１７は、図１５のスリット状の噴孔３３と同様の機能を奏するが、これらのスリット状の噴孔８ａ，３３に比較して各噴孔３４ａ，３５ａの径が縮小されるため、燃料噴霧Ｆを微粒化して吸気との混合を一層促進できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１，２の発明の内燃機関の燃料噴射装置によれば、ピストン頂面への燃料付着に起因する熱効率の低下やエミッションの増大を未然に防止すると共に、筒内圧や筒内温度或いはカーボン堆積等の影響を受けることなく確実に成層燃焼を実現でき、しかも、点火プラグの周囲に長い期間に亘って可燃混合気を形成して、成層燃焼時における制御自由度を拡大することができる。
【００４５】
請求項３の発明の内燃機関の燃料噴射装置によれば、請求項１に加えて、燃料噴霧の主流が衝突したときの点火プラグの燻りを未然に防止して、一層確実な成層燃焼を実現することができる。
請求項４の発明の内燃機関の燃料噴射装置によれば、請求項１に加えて、ガイド壁から燃料噴霧がこぼれる事態を防止して、一層確実な成層燃焼を実現することができる。
【００４６】
請求項５の発明の内燃機関の燃料噴射装置によれば、請求項１に加えて、平坦部への燃料付着を極力少なくすることで、熱効率の低下を抑制できると共に、排気エミッションを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のエンジンのヘッド部分の構成を示す断面図である。
【図２】同じくヘッド部分の構成を示す図１のＡ矢視から見た側断面図である。
【図３】燃料噴射弁のノズル構造を示す図１の上段に対応する平断面図である。
【図４】同じくノズル構造を示す図３のＢ矢視図である。
【図５】図３のＢ矢視から見た燃料噴霧の断面形状を示す図である。
【図６】ガイド壁の断面形状を示す図１のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】噴射中の燃料噴霧を示す図である。
【図８】噴射後の燃料噴霧を示す図である。
【図９】点火直前の燃料噴霧を示す図である。
【図１０】図７のＣ矢視から見た側断面図である。
【図１１】図８のＤ矢視から見た側断面図である。
【図１２】図９のＥ矢視から見た側断面図である。
【図１３】燃料噴霧の巻き上がりを示す部分拡大図である。
【図１４】ガイド壁を縦壁として形成した別例を示す断面図である。
【図１５】噴孔を逆Ｕ字状に形成した別例を示す図である。
【図１６】噴孔を略ハ字状に形成した別例を示す図である。
【図１７】逆Ｖ字状の噴孔を併設した別例を示す図である。
【図１８】噴孔を噴孔群として形成した別例を示す図である。
【図１９】噴孔を噴孔群として形成した別例を示す図である。
【符号の説明】
２                    ピストン
４                    燃焼室
５                    点火プラグ
８                    燃料噴射弁
１０                  平坦部
１１ａ，１１ｂ，１２  ガイド壁
Ｆ，Ｆａ              燃料噴霧
８ａ，３１〜３３，３４ａ，３５ａ  噴孔
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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