(57)【要約】    【課題】成層燃焼時における混合気の層状化と、拡散燃焼時における混合気の均質化とを、１つのインジェクタにより両立させる。    【解決手段】インジェクタの噴孔として、噴射方向軸ｎに対して角度ａ１をなす軸Ｃ１を中心とする第１の噴孔２１１と、噴射方向軸ｎに対して第１の角度ａ１よりも大きな角度ａ２をなす軸Ｃ２を中心とする第２の噴孔２１２とを形成する。各噴孔からの噴霧の貫徹力に差を設け、第１の噴孔２１１からの噴霧の貫徹力を、第２の噴孔２１２からの噴霧の貫徹力よりも大きくする。貫徹力に差を付けるため、燃料流入部２１１ａ，２１２ａの形状又は孔径φ１，φ２を各噴孔の間で異ならせる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冠面にキャビティを有するピストンと、
前記キャビティの中央部上方に位置し、かつ噴射方向がピストンの移動方向と平行であるインジェクタと、
インジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグと、を含んで構成され、
インジェクタは、中心軸が噴射方向との間に第１の角度をなす第１の噴孔と、中心軸が噴射方向との間に第１の角度よりも大きい第２の角度をなし、かつ噴霧に対し、第１の噴孔とは異なる貫徹力を与える第２の噴孔とを有する筒内噴射式内燃機関。
【請求項２】
第１の噴孔が与える貫徹力が、第２の噴孔が与える貫徹力よりも大きい請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項３】
第１の噴孔は、燃料流入部が下流から上流に向け、第２の噴孔の燃料流入部よりも大きく拡径している請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項４】
第１の噴孔は、孔径が第２の噴孔よりも大きい請求項２又は３に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項５】
第１の噴孔と第２の噴孔とが、インジェクタの中心軸を基準とした周方向に交互に位置する請求項１〜４のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項６】
着火時に形成される混合気塊において、キャビティ内に第１の噴孔からの噴霧が、その上方に第２の噴孔からの噴霧が分布する請求項１〜５のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項７】
インジェクタの動作を制御するコントローラを更に含んで構成され、
コントローラは、インジェクタの噴射時期として、クランク角に関して比較的に遅い第１の噴射時期と、第１の噴射時期よりもクランク角に関して早い第２の噴射時期とを設定し、これらの噴射時期をエンジンの運転状態に応じて切り換える請求項１〜６のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項８】
キャビティとして、ピストンの冠面中央部に形成された内側キャビティと、この内側キャビティの周囲に形成された外側キャビティとが設けられ、
第１の噴射時期において、第１の噴孔からの燃料が内側キャビティ内に向けて、第２の噴孔からの燃料が外側キャビティ内又はキャビティ外に向けて噴射される請求項７に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項９】
キャビティとして、ピストンの冠面中央部に形成された内側キャビティと、この内側キャビティの周囲に形成された外側キャビティとが設けられ、
第２の噴射時期において、第１の噴孔からの燃料が外側キャビティ内に向けて、第２の噴孔からの燃料がキャビティ外に向けて噴射される請求項７に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項１０】
キャビティとして、ピストンの冠面中央部に形成された内側キャビティと、この内側キャビティの周囲に形成された外側キャビティとが設けられ、
第１の噴射時期において、第１の噴孔からの燃料が内側キャビティ内に向けて、第２の噴孔からの燃料が外側キャビティ内又はキャビティ外に向けて噴射され、
第２の噴射時期において、第１の噴孔からの燃料が外側キャビティ内に向けて、第２の噴孔からの燃料がキャビティ外に向けて噴射され、
コントローラは、エンジンの運転状態が低負荷側の領域にあるときに第１の噴射時期を選択し、この運転状態が高負荷側の領域にあるときに第２の噴射時期を選択する請求項７に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項１１】
点火プラグは、第２の噴霧の燃料を着火させる請求項１〜１０のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項１２】
冠面にキャビティを有するピストンと、
前記キャビティの中央部上方に位置し、かつ噴射方向がピストンの移動方向と平行であるインジェクタと、
インジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグと、を含んで構成され、
インジェクタは、第１の噴孔と第２の噴孔とを有し、
第１の噴孔から噴射された燃料の第１の噴霧は、インジェクタの噴射方向との間に第１の角度をなす方向に進行し、
第２の噴孔から噴射された燃料の第２の噴霧は、インジェクタの噴射方向との間に第１の角度よりも大きい第２の角度をなす方向に、かつ第１の噴霧とは異なる貫徹力で進行する筒内噴射式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内噴射式内燃機関に関し、詳細には、ピストンの冠面にキャビティを設けるとともに、燃料供給用のインジェクタをこのキャビティの中央部上方に設置した筒内噴射式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料供給用のインジェクタを燃焼室に臨ませて設置し、所定の運転領域での燃焼に際し、このインジェクタにより圧縮行程中に燃料を噴射させ、混合気を層状に形成する内燃機関が知られている。この筒内噴射式内燃機関によれば、低負荷域及び中負荷域で混合気を層状化することで、これらの運転領域での燃料消費量を大幅に削減することができる。混合気を層状化して行う成層燃焼では、着火性を確保するため、燃料の噴霧を点火プラグ周りに集中させて混合気塊を形成することが必要である。
【０００３】
従来、筒内噴射式内燃機関として、次のものが知られている。すなわち、ピストンの冠面にキャビティを形成し、このキャビティの中央部に、キャビティの周壁面から滑らかに接続する隆起部を設ける一方、インジェクタを隆起部の上方に設置するとともに、点火プラグをインジェクタに隣接させて設置したものである（特許文献１）。このものによれば、インジェクタにより噴射された燃料の噴霧（以下、単に「噴霧」という。）は、キャビティの周壁面沿いに案内されて中央部に向かい、さらに隆起部沿いに案内されてキャビティから上昇し、点火プラグに向かう。このため、成層燃焼に際し、噴霧を点火プラグ周りに集中させて混合気塊を形成することができる。
【特許文献１】特開平１１−０８２０２８号公報（段落番号００１０〜００１２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の筒内噴射式内燃機関には、次のような問題がある。すなわち、このものでは、成層燃焼に際し、噴霧をキャビティの周壁面に衝突させるため、噴霧が形成するコーンの頂角を小さく抑える必要がある。また、噴霧をキャビティの周壁面等により案内して、点火プラグ周りに集中させるため、噴霧にある程度大きな貫徹力を持たせることも必要となる。このため、燃料の拡散及び気化特性が低くなり、燃料を燃焼室全体に分布させて行う拡散燃焼では、燃料と空気との混合が充分に行われず、所要の燃焼性能を達成し得ない場合がある。他方、拡散燃焼の燃焼性能を確保するため、コーンの頂角を拡大させることとすれば、成層燃焼時に噴霧をキャビティの周壁面に衝突させることができず、噴霧を点火プラグ周りに集中させることができなくなる。かりに衝突させることができたとしても、噴霧にある程度の貫徹力を持たせているため、拡散燃焼時に噴霧が燃焼室の壁面に到達するおそれがあり、潤滑オイルを希釈させることが問題となる。この希釈の問題を回避するため、コーンの頂角を拡大させたうえ、噴霧の貫徹力を弱めることとすれば、貫徹力の低下により噴霧を点火プラグ周りに良好に案内することができなくなり、成層燃焼の燃焼性能を悪化させることとなる。
【０００５】
なお、要求される噴射条件に応じ、複数のインジェクタを設けることは、各インジェクタのレイアウトや、コスト上の問題から好ましくない。
本発明は、成層燃焼時における混合気の層状化と、拡散燃焼時における混合気の均質化とを、１つのインジェクタにより両立させ、各燃焼形態の所要の燃焼性能を達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、筒内噴射式内燃機関を提供する。本発明に係る装置は、冠面にキャビティを有するピストンと、このキャビティの中央部上方に位置し、かつ噴射方向がピストンの移動方向と平行であるインジェクタと、インジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグとを含んで構成され、インジェクタにおいて、中心軸が噴射方向との間に第１の角度をなす第１の噴孔と、中心軸が噴射方向との間に第１の角度よりも大きい第２の角度をなし、かつ噴霧に対し、第１の噴孔とは異なる貫徹力を与える第２の噴孔とを有することを特徴とする。好ましくは、第１の噴孔が与える貫徹力を、第２の噴孔が与える貫徹力よりも大きくする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、インジェクタの噴孔として、小さな頂角のコーンを形成する第１の噴孔と、大きな頂角のコーンを形成する第２の噴孔とを設けたので、成層燃焼時には、第１の噴孔からの噴霧をキャビティにより案内して、点火プラグ周りに集中させる一方、拡散燃焼時には、第２の噴孔からの噴霧を燃焼室全体に、より円滑に拡散させることができる。このため、成層燃焼時における混合気の層状化と、拡散燃焼時における混合気の均質化とを、１つのインジェクタにより両立させることができる。また、第２の噴孔が与える貫徹力を、第１の噴孔が与える貫徹力とは異ならせ、第１の噴孔が与えるものよりも小さくすることで、噴霧が燃焼室の壁面に到達し、潤滑オイルが希釈されるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る筒内噴射式内燃機関（以下「エンジン」という。）１ａの構成を示している。
シリンダブロック１１には、ピストン１２が挿入されており、ピストン１２の冠面とシリンダヘッド１３の下面との間に形成される空間が、燃焼室１４となる。シリンダヘッド１３には、気筒中心軸ｍを基準とした一側に吸気ポート１５が形成されており、吸気ポート１５は、図示しない吸気マニホールドと接続して、吸気通路を形成している。吸気ポート１５は、吸気弁１６により開放及び遮断され、この吸気弁１６は、吸気カム１７により駆動される。一方、気筒中心軸ｍを基準とした他側に排気ポート１８が形成されており、排気ポート１８は、図示しない排気マニホールドと接続して、排気通路を形成している。排気ポート１８は、排気弁１９により開放及び遮断され、この排気弁１９は、排気カム２０により駆動される。
【０００９】
また、シリンダヘッド１３には、燃焼室１４の上部略中央に臨ませてインジェクタ２１が設置されるとともに、このインジェクタ２１に隣接させて点火プラグ２２が設置されている。
インジェクタ２１は、気筒中心軸ｍ上に配置されており、その噴射方向は、気筒中心軸ｍと平行に、噴射方向線ｎ上に設定されている。なお、ここでいう「平行」とは、完全な平行に限らず、実質的な平行を含む概念である。すなわち、インジェクタ２１の噴射方向は、気筒中心軸ｍと平行又はこれに近い状態にあり、キャビティ１２１により噴霧を案内して、点火プラグ２２周りに向かう噴霧の循環流を形成するという、後述する作用が得られる状態にあればよい。インジェクタ２１からは、中空のコーン状に燃料が噴射される。インジェクタ２１には、噴孔として、後述のように噴霧に対して異なる貫徹力を与える２つの噴孔が形成されており、各噴孔からの噴霧Ｓ１，Ｓ２が、頂角の異なる２つのコーンを形成する。インジェクタ２１へは、燃料ポンプ２３により加圧された燃料が、燃料配管２４を介して規定圧力で供給される。燃料ポンプ２３は、吸気カム１７のカムシャフトに結合されており、エンジン１ａの出力により駆動される。
【００１０】
ピストン１２の冠面には、噴霧を案内するためのキャビティ１２１が形成されている。このキャビティ１２１は、気筒中心軸ｍを中心に形成されており、冠面の中央部に形成された内側キャビティ１２１ａと、その周囲に形成された外側キャビティ１２１ｂとから構成される。内側キャビティ１２１ａは、気筒中心軸ｍに垂直な断面で円形に形成されており、その底面は、平坦に形成されている。一方、外側キャビティ１２１ｂは、同じ断面で環状に形成されており、その底面は、気筒中心軸ｍから離れるに従って外側キャビティ１２１ｂの深さが増すように、傾斜させて形成されている。内側及び外側キャビティ１２１ａ，１２１ｂには、気筒中心軸ｍとほぼ平行に形成された側壁１２１ｄ，１２１ｅが設けられており、これらの側壁により内側キャビティ１２１ａと外側キャビティ１２１ｂとの間、及び外側キャビティ１２１ｂとキャビティ外の冠面外周部１２１ｃとの間が隔てられている。
【００１１】
図２は、インジェクタ２１の先端部の構成を示している。図２（ｂ）は、インジェクタ２１の先端部を正面から見た状態を、同図（ａ）は、この先端部を噴射方向線ｎに平行な、ｘ−ｘで示す平面による断面を示している。
インジェクタ２１には、前述のように２つの噴孔が形成されている。第１の噴孔２１１は、噴霧（以下、第１の噴孔２１１から噴射される燃料の噴霧を「第１の噴霧」という。）Ｓ１に対して比較的に大きな貫徹力を与えるものであり、噴射方向線ｎとの間に第１の角度ａ１をなす軸Ｃ１を中心に形成されている。第２の噴孔２１２は、噴霧（以下、第２の噴孔２１２から噴射される燃料の噴霧を「第２の噴霧」という。）Ｓ２に対し、第１の噴霧Ｓ１よりも小さな貫徹力を与えるものであり、噴射方向線ｎとの間に、第１の角度ａ１よりも大きな第２の角度ａ２をなす軸Ｃ２を中心に形成されている。各噴孔の中心軸Ｃ１，Ｃ２は、噴射方向線ｎ上で交差させている。第１の噴霧Ｓ１と第２の噴霧Ｓ２との間で貫徹力を異ならせるため、本実施形態では、第１の噴孔２１１において、燃料流入部２１１ａを上流に向けて大きく拡径させている。すなわち、第１の噴孔の燃料流入部２１１ａを大きな半径Ｒ１を持たせた曲面により形成し、この燃料流入部２１１ａを第２の噴孔の燃料流入部２１２ａよりも大きく拡径させることで、第１の噴孔２１１に対し、燃料が壁面に沿ってより円滑に流れ込むように構成している。なお、本実施形態では、各噴孔の孔径φ１，φ２は、等しく設定されている。また、第１及び第２の噴孔２１１，２１２は、噴射方向線ｎを基準として周方向に交互に配置され、４つずつ形成されている。
【００１２】
エンジン１の運転は、エンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という。）３１により制御される。ＥＣＵ３１には、吸入空気量ＱＭを検出するエアフローメータ４１からの信号、アクセル開度ＡＰＯを検出するアクセルセンサ４２からの信号、クランク角センサ４３からの信号（この信号をもとに、エンジン回転数ＮＥを算出する。）、及び冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ４４からの信号等が入力される。ＥＣＵ３１は、これらの信号をもとに、インジェクタ２１の燃料噴射量及び噴射時期、並びに点火プラグ２２の点火時期を演算し、設定する。インジェクタ２１には、ソレノイドアクチュエータが内蔵されており、このソレノイドアクチュエータがＥＣＵ３１からの信号に応じて作動して、ニードル２１３を駆動することで、各噴孔２１１，２１２から燃料が噴射される。
【００１３】
本実施形態では、エンジン１の運転状態に応じ、拡散燃焼と成層燃焼との間で燃焼形態を切り換える。拡散燃焼では、空燃比を理論空燃比に設定するとともに、燃料噴射時期を吸気行程中に設定し、噴霧を燃焼室１４全体に拡散させて混合気を形成する。成層燃焼では、空燃比を理論空燃比よりも高い値に設定するとともに、燃料噴射時期を圧縮行程中に設定し、点火プラグ２２近傍の領域に噴霧を集中させ、混合気を層状に形成する。また、成層燃焼では、エンジン１の負荷に応じて燃料噴射時期をクランク角に関して異ならせる。すなわち、低負荷側の領域では、燃料噴射時期を比較的に遅い時期に設定し、高負荷側の領域では、燃料噴射時期を低負荷側の領域におけるよりも早い時期に設定する。
【００１４】
次に、図３を参照して、各燃焼形態による運転に際して形成される混合気について、概念的に説明する。
図３（ａ）は、成層燃焼による運転領域のうち、低負荷側の領域で形成される混合気を示している。この領域では、燃料噴射時期は、圧縮行程中の比較的に遅い時期に設定される。設定された燃料噴射時期において、第１の噴孔２１１からの燃料は、内側キャビティ１２１ａ内に向けて噴射され、第２の噴孔２１２からの燃料は、外側キャビティ１２１ｂ内又はキャビティ外の冠面外周部１２１ｃに向けて噴射される。噴射後、第１の噴霧Ｓ１は、内側キャビティ１２１ａの底面に衝突し、底面及び側壁１２１ｄに沿って上方へ案内される。点火時期において、内側キャビティ１２１ａ内に第１の噴霧Ｓ１が分布するとともに、その上方に第２の噴霧Ｓ２が分布する、比較的に小さな混合気塊が形成される。なお、点火時期において、点火プラグ２２は、プラグギャップが第２の噴霧Ｓ２内にあり、第２の噴霧Ｓ２の燃料を着火させる。
【００１５】
図３（ｂ）は、成層燃焼による運転領域のうち、高負荷側の領域で形成される混合気を示している。この領域では、燃料噴射時期は、圧縮行程において、低負荷側の領域におけるよりも早い時期に設定される。設定された燃料噴射時期において、第１の噴孔２１１からの燃料は、外側キャビティ１２１ｂ内に向けて噴射され、第２の噴孔２１２からの燃料は、キャビティ外の冠面外周部１２１ｃに向けて噴射される。噴射後、第１の噴霧Ｓ１は、外側キャビティ１２１ｂの底面に衝突し、底面及び側壁１２１ｅに沿って上方へ案内される。点火時期において、内側及び外側キャビティ１２１ａ，１２１ｂ内に第１の噴霧Ｓ１が分布するとともに、その上方に第２の噴霧Ｓ２が分布する、低負荷側の領域におけるよりも大きな混合気塊が形成される。なお、点火時期において、点火プラグ２２のプラグギャップは、前述同様に第２の噴霧Ｓ２内にある。
【００１６】
図３（ｃ）は、拡散燃焼による運転領域で形成される混合気を示している。この領域では、燃料噴射時期は、吸気行程中に設定される。第１の噴霧Ｓ１は、大きな貫徹力を持つため、インジェクタ２１から離れた遠い位置にまで到達し、筒内の下方空間を中心に分布することとなる。第２の噴霧Ｓ２は、中心軸Ｃ２の設定により第１の噴霧Ｓ１の外側に向けて噴射され、筒内の上方空間を中心に分布することとなる。点火時期において、燃焼室１４全体に噴霧が均一に拡散した混合気が形成される。
【００１７】
なお、点火プラグ２２のプラグギャップは、燃料の付着による燻りの発生を防止するため、第２の噴孔２１２の中心軸Ｃ２を外して配置されている。
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
第１に、インジェクタ２１の噴孔として、第１の噴孔２１１と第２の噴孔２１２とを設けるとともに、各噴孔の中心軸Ｃ１，Ｃ２が噴射方向線ｎとの間になす角度ａ１，ａ２を異ならせ、角度ａ２の方を大きな値に設定することとした。このため、成層燃焼時には、第１の噴孔２１１からの第１の噴霧Ｓ１をキャビティ１２１により案内して、点火プラグ２２周りに集中させる一方、拡散燃焼時には、第２の噴孔２１２からの第２の噴霧Ｓ２を燃焼室１４の壁面近傍にまで速やかに拡散させることができ、成層燃焼時における混合気の層状化と、拡散燃焼時における混合気の均質化とを、１つのインジェクタ２１により両立させることができる。
【００１８】
第２に、第１の噴孔２１１と第２の噴孔２１２との間で燃料流入部の形状を異ならせ、中心軸を含む平面による断面において、第１の噴孔の燃料流入部２１１ａを第２の噴孔の燃料流入部２１２ａよりも大きな半径Ｒ１を持つ曲面により拡径させることとした。このため、燃料が第１の噴孔２１１により円滑に流れ込み、第１の噴霧Ｓ１の貫徹力が増大することになるので、各噴霧Ｓ１，Ｓ２の間に簡単に差を付けることができる。
【００１９】
第３に、第２の噴霧Ｓ２の貫徹力を、第１の噴霧Ｓ１の貫徹力よりも小さくすることで、第２の噴霧Ｓ２が燃焼室１４の壁面に到達し、潤滑オイルが希釈されるのを防止することができる。
第４に、成層燃焼時において、エンジン１の負荷に応じて燃料噴射時期を異ならせ、低負荷側の領域では、第１の噴孔２１１からの燃料を内側キャビティ１２１ａ内に向けて噴射することで、内側キャビティ１２１ａ内及びその上方に噴霧を分布させた、比較的に小さな混合気塊を形成する一方、高負荷側の領域では、第１の噴孔２１１からの燃料を外側キャビティ１２１ｂ内に向けて噴射することで、内側及び外側キャビティ１２１ａ，１２１ｂ内及びその上方に噴霧を分布させた、低負荷側の領域におけるよりも大きな混合気塊を形成することとした。このため、噴射される燃料の量の応じて混合気塊の大きさを変化させ、混合気塊の空燃比を全体として適切なものとすることができるので、空燃比が過度に高くなったり、低くなったりすることで、エミッションが悪化するのを防止することができる。
【００２０】
第５に、貫徹力の小さな第２の噴霧Ｓ２の燃料を着火させることで、点火プラグ２２による良好な着火性を得ることができる。
以上では、第１の噴霧Ｓ１と第２の噴霧Ｓ２との間で貫徹力を異ならせるため、噴孔の燃料流入部２１１ａ，２１２ａの形状を異ならせることとした。貫徹力を異ならせる方法として、次に示す他の方法を採用してもよい。
【００２１】
図４，５は、ともにインジェクタ２１の先端部の形状を示しており、インジェクタ２１の先端部を正面から見た状態を（ｂ）に、この先端部を噴射方向線ｎに平行な平面による断面を（ａ）に示している。
図４に示すインジェクタ２１では、噴孔の孔径φを第１の噴孔２１１（φ＝φ１）と、第２の噴孔２１２（φ＝φ２）との間で異ならせることで、噴霧の貫徹力を異ならせることとしている。第１の噴孔２１１の孔径φ１を、第２の噴孔２１２の孔径φ２よりも大きな値に設定している。中心軸Ｃ１，Ｃ２が噴射方向線ｎとの間になす角度ａ１，ａ２の関係や、中心軸Ｃ１，Ｃ２の交点と噴射方向線ｎとの関係等、孔径φ以外の設定は、前述同様である。
【００２２】
図５に示すインジェクタ２１では、第１の噴孔２１１と第２の噴孔２１２との間で燃料流入部の形成を異ならせるとともに、孔径φを異ならせることで、噴霧の貫徹力により顕著な差を付けることとしている。
図６は、本発明の他の実施形態に係るエンジン１ｂの構成を示している。
エンジン１ｂは、先のエンジン１ａに対し、ピストンのキャビティ１２１の形状のみが異なる。他の構成は、エンジン１ａと同様である。すなわち、エンジン１ｂにおいて、ピストン１２の冠面には、気筒中心軸ｍを中心として、底面１２１ｆが平坦に形成された１つのキャビティ１２１のみが設けられている。このキャビティ１２１とキャビティ外の冠面外周部１２１ｃとの間は、気筒中心軸ｍとほぼ平行に形成された側壁１２１ｄにより隔てられている。
【００２３】
次に、エンジン１ｂを採用した場合に形成される混合気について、図７を参照して説明する。
図７（ａ）は、成層燃焼による運転領域のうち、低負荷側の領域で形成される混合気を示している。この領域では、燃料噴射時期は、圧縮行程中の比較的に遅い時期に設定される。設定された燃料噴射時期において、第１の噴孔２１１からの燃料は、キャビティ１２１の中央部付近に向けて噴射され、第２の噴孔２１２からの燃料は、キャビティ１２１の外縁部付近又はキャビティ外の冠面外周部１２１ｃに向けて噴射される。噴射後、第１の噴霧Ｓ１は、キャビティ１２１の底面１２１ｆに衝突し、底面１２１ｆに沿って外側へ案内される。点火時期において、キャビティ１２１の中央部及びその周囲に第１の噴霧Ｓ１が分布するとともに、その上方に第２の噴霧Ｓ２が分布する、比較的に小さな混合気塊が形成される。なお、点火時期は、噴射後、第１の噴霧Ｓ１の拡散が進んでこの噴霧Ｓ１が側壁１２１ｄに到達する前に設定する。点火時期において、点火プラグ２２は、プラグギャップが第２の噴霧Ｓ２内にあり、第２の噴霧Ｓ２の燃料を着火させる。
【００２４】
図７（ｂ）は、成層燃焼による運転領域のうち、高負荷側の領域で形成される混合気を示している。この領域では、燃料噴射時期は、圧縮行程において、低負荷側の領域におけるよりも早い時期に設定される。設定された燃料噴射時期において、第１の噴孔２１１からの燃料は、キャビティ１２１の外縁部付近に向けて噴射され、第２の噴孔２１２からの燃料は、キャビティ外の冠面外周部１２１ｃに向けて噴射される。噴射後、第１の噴霧Ｓ１は、キャビティ１２１の底面１２１ｆに衝突し、底面１２１ｆ及び側壁１２１ｄに沿って上方へ案内される。点火時期において、キャビティ１２１内に第１の噴霧Ｓ１が分布するとともに、その上方に第２の噴霧Ｓ２が分布する、低負荷側の領域におけるよりも大きな混合気塊が形成される。点火時期に点火プラグ２２のプラグギャップが第２の噴霧Ｓ２内にあることは、前述同様である。
【００２５】
図７（ｃ）は、拡散燃焼による運転領域で形成される混合気を示している。この領域では、燃料噴射時期は、吸気行程中に設定される。先のエンジン１ａによる場合の拡散燃焼時と同様に、燃焼室１４全体に噴霧が均一に拡散した混合気が形成される。
本実施形態によっても先の実施形態によると同様の効果を得ることができる。
すなわち、インジェクタ２１の噴孔として、中心軸Ｃ１，Ｃ２が噴射方向線ｎとの間になす角度ａ１，ａ２と、噴霧Ｓ１，Ｓ２に与える貫徹力とが異なる第１及び第２の噴孔２１１，２１２を設けたことで、成層燃焼時における混合気の層状化と、拡散燃焼時における混合気の均質化とを両立させることができる。第２の噴霧Ｓ２の貫徹力を第１の噴霧Ｓ１の貫徹力よりも小さくすることで、潤滑オイルが希釈されるのを防止しつつ、この効果を得ることができる。
【００２６】
また、成層燃焼時において、エンジン１の負荷に応じて燃料噴射時期を異ならせ、低負荷側の領域では、第１の噴孔２１１からの燃料がキャビティ１２１の中央部付近に向けて噴射される一方、高負荷側の領域では、第１の噴孔２１１からの燃料がキャビティ１２１の外縁部付近に向けて噴射されるようにしたことで、噴射される燃料の量に応じて混合気塊に適度な大きさを持たせ、混合気塊の空燃比を全体として適切なものとすることができる。本実施形態に係るピストン１２は、キャビティ１２１の形状が簡単であるため、製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る筒内噴射式内燃機関の構成
【図２】同上実施形態に係るインジェクタの先端部の構成
【図３】同上実施形態に係る混合気形成の概念
【図４】インジェクタの先端部の構成の他の例
【図５】インジェクタの先端部の構成を更に別の例
【図６】本発明の第２の実施形態に係る筒内噴射式内燃機関の構成
【図７】同上実施形態に係る混合気形成の概念
【符号の説明】
【００２８】
１ａ，１ｂ…エンジン、１１…吸気通路、１２…ピストン、１２１…キャビティ、１２１ａ…内側キャビティ、１２１ｂ…外側キャビティ、１３…シリンダヘッド、１４…燃焼室、１５…吸気ポート、１６…吸気弁、１８…排気ポート、１９…排気弁、２１…インジェクタ、２２…点火プラグ、３１…コントロールユニット、４１…エアフローメータ、４２…アクセルセンサ、４３…クランク角センサ、４４…水温センサ、ｍ…気筒中心軸、ｎ…噴射方向線、Ｓ１…第１の噴霧、Ｓ２…第２の噴霧。
【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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