(57)【要約】【課題】本発明は、筒内噴射式火花点火内燃機関において内燃機関の圧縮比を可及的に高く設定するとともに、燃料噴射弁からの燃料噴射流量のより広い変動に対しても成層燃焼を可能とする筒内噴射式火花点火内燃機関を提供する。【解決手段】シリンダヘッド１１の吸気弁６側に設けられ、燃焼室９の中央方向に燃料を噴射する燃料噴射弁１と、燃焼室９の略中央に設けられた第一点火栓２と、シリンダヘッド１１の、燃料噴射弁１に対向した部位に設けられた第二点火栓３と、を備える筒内噴射式火花点火内燃機関１０において、ピストン８の頂部にシリンダヘッド１１の内壁面の形状に対応した丘状部８ａを設け、且つ、第一点火栓２と対向する丘状部８ａに第一キャビティ８ｂと第二点火栓３と対向する丘状部８ａに第二キャビティ８ｃとを設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドの吸気弁側に設けられ、燃焼室の中央方向に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃焼室の略中央に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第一点火栓と、
前記シリンダヘッドの、前記燃料噴射弁に対向した部位に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第二点火栓と、を備える筒内噴射式火花点火内燃機関において、
ピストンの頂部に前記シリンダヘッドの内壁面の形状に対応した丘状部を設け、且つ、前記第一点火栓と対向する前記丘状部に第一キャビティと前記第二点火栓と対向する前記丘状部に第二キャビティとを設けることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項２】
シリンダヘッドの吸気弁側に設けられ、燃焼室の中央方向に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃焼室の略中央に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第一点火栓と、
前記シリンダヘッドの、前記燃料噴射弁に対向した部位に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第二点火栓と、を備える筒内噴射式火花点火内燃機関において、
ピストンの頂部に前記シリンダヘッドの内壁面の形状に対応した丘状部を設け、且つ、前記燃料噴射弁と対向する前記丘状部の部位から前記第二点火栓に対向する前記丘状部の部位まで連通し、前記第一点火栓側に開口する混合気形成溝を設けることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項３】
前記混合気形成溝の横断面積は、前記燃料噴射弁側から前記第二点火栓側に進むに従い、増大することを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項４】
前記燃料噴射弁は、前記シリンダヘッドの、前記吸気弁の下方の部位に設けられ、
前記第二点火栓は、前記シリンダヘッドの、排気弁の下方の部位に設けられることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項５】
前記燃焼室と排気ポートとの開口部は水平方向に設けられ、
前記第二点火栓が設けられた前記シリンダヘッドの内壁面は、前記開口部に対して垂直方向に設けられることを特徴とする請求項４に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項６】
前記第二点火栓は、複数の点火栓により構成されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項７】
前記燃料噴射弁からの燃料噴射流量が所定の基準噴射流量以下のときは、前記第一点火栓によって前記燃焼室内に形成される混合気に点火し、
前記燃料噴射弁からの燃料噴射流量が前記所定の基準噴射流量を超えるときは、更に前記第二点火栓によっても前記燃焼室内に形成される混合気に点火することを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項８】
前記燃料噴射弁からの燃料噴射流量が、前記所定の基準噴射流量を超えるときは、前記燃料噴射弁からの燃料の噴射を二回に分けて行うことを特徴とする請求項７に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備える火花点火内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、筒内噴射式火花点火内燃機関においては、燃費の改善等を目的として、点火栓近傍に局所的に混合気を形成することで、成層燃焼が行われる。例えば、ピストンの中央頂部にキャビティを設けることで、噴射した燃料を、該キャビティに集約させることで点火栓近傍に局所的に混合気を形成する技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
また、ピストンの中央頂部にキャビティを設けた場合、燃料噴射弁からの燃料の噴射流量によっては、該キャビティに燃料を確実に集約させることが困難となり、以て成層燃焼の実現が困難となることから、該キャビティを設ける代わりに複数の点火栓を設けて、燃料噴射弁からの燃料の噴射流量に応じて、混合気に点火する点火栓を切り替えて使用する技術が公開されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【特許文献１】特開平２−１６９８３４号公報
【特許文献２】特開平１０−１６９４４６号公報
【特許文献３】特開２０００−１７９４４１号公報
【特許文献４】特開平４−３６５９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
筒内噴射式火花点火内燃機関において成層燃焼を行う場合、燃料噴射弁から噴射された燃料を点火栓の周囲に局所的に集める必要があり、該燃料が燃焼室内に拡散してしまうと成層燃焼を行うことによる燃費の改善が十分に図られない虞がある。
【０００５】
また、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射流量によって、燃焼室内での成層状の混合気の形成の程度が変動する。即ち、噴射流量が少ないときと噴射流量が多いときとでは、燃料噴射から成層燃焼に適した空燃比の混合気を形成するまでの時間は異なる。具体的には、燃料噴射流量が多くなるに従い、燃料噴射から成層燃焼に適した空燃比の混合気を形成するまでの時間は長くなるとともに、一般に、噴射された燃料は、燃焼室内において燃料噴射弁からより離れた位置へ移動する。従って、一の燃料点火栓しか持たない筒内噴射式火花点火内燃機関では、効率的な成層燃焼が困難となる虞がある。
【０００６】
更に、成層燃焼によって内燃機関の燃費を改善するためには、内燃機関の圧縮比を可及的に高く設定することが好ましい。
【０００７】
本発明では、上記した問題に鑑み、筒内噴射式火花点火内燃機関において内燃機関の圧縮比を可及的に高く設定するとともに、燃料噴射弁からの燃料噴射流量のより広い変動に対しても成層燃焼を可能とする筒内噴射式火花点火内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するために、筒内噴射式火花点火内燃機関において燃料噴射弁や点火栓が対向するピストン頂部の形状に着目した。ピストン頂部形状によって内燃機関の圧縮比を高めることが可能であるとともに、点火栓の近傍に燃料噴射弁から噴射された燃料を集約することが可能となるからである。
【０００９】
そこで、本発明は、先ず、シリンダヘッドの吸気弁側に設けられ、燃焼室の中央方向に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室の略中央に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第一点火栓と、前記シリンダヘッドの、前記燃料噴射弁に対向した部位に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第二点火栓と、を備える筒内噴射式火花点火内燃機関において、ピストンの頂部に前記シリンダヘッドの内壁面の形状に対応した丘状部を設け、且つ、前記第一点火栓と対向する前記丘状部に第一キャビティと前記第二点火栓と対向する前記丘状部に第二キャビティとを設ける。
【００１０】
上述のように構成される筒内噴射式火花点火内燃機関においては、ピストンの頂部に丘状部を設けることで、ピストンの位置が上死点となったときの燃焼室の容積が低減され、以て内燃機関の圧縮比を上昇させることが可能である。
【００１１】
また、燃焼室の略中央に第一点火栓と、シリンダヘッドの、燃料噴射弁に対向した部位に第二点火栓と、を設けることで、特に燃料噴射弁と第一点火栓、第二点火栓が概ね一直線上に位置するようになる。燃料噴射弁からの燃料の噴射流量が増加し、成層燃焼に適した空燃比の成層混合気が燃料噴射弁より離れた位置に形成される場合でも、第一点火栓と第二点火栓によって、成層混合気に、より確実に点火することが可能となる。更に、第一点火栓と第二点下線のそれぞれに対向した丘状部にキャビティを設けることで、第一点火栓と第二点火栓のそれぞれによって点火すべき成層混合気を、より確実にそれぞれの点火栓の近傍に集約することが可能となる。
【００１２】
これにより、筒内噴射式火花点火内燃機関において内燃機関の圧縮比を可及的に高く設定するとともに、燃料噴射弁からの燃料噴射流量が低噴射流量から高噴射流量までのより広い範囲で成層燃焼が可能となる。
【００１３】
更に、上記の筒内噴射式火花点火内燃機関に加えて、以下に示す筒内噴射式火花点火内燃機関も有用である。即ち、シリンダヘッドの吸気弁側に設けられ、燃焼室の中央方向に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室の略中央に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第一点火栓と、前記シリンダヘッドの、前記燃料噴射弁に対向した部位に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第二点火栓と、を備える筒内噴射式火花点火内燃機関において、ピストンの頂部に前記シリンダヘッドの内壁面の形状に対応した丘状部を設け、且つ、前記燃料噴射弁と対向する前記丘状部の部位から前記第二点火栓に対向する前記丘状部の部位まで連通し、前記第一点火栓側に開口する混合気形成溝を設ける。
【００１４】
上述した筒内噴射式火花点火内燃機関と異なる点は、丘状部にキャビティではなく混合気形成溝を設ける点である。混合気形成溝が設けられることで、燃料噴射弁から噴射された燃料による混合気が、混合気形成溝とシリンダヘッドの内壁面とによって囲まれる限定した領域に存在することになり、その結果、燃焼室内に混合気が拡散するのが抑制される。また、混合気形成溝によって混合気が第一点火栓と第二点火栓とが設けられている位置に導かれるため、より効率的な成層燃焼が可能となる。
【００１５】
また、混合気形成溝の横断面積が、燃料噴射弁側から第二点火栓側に進むに従い、増大するようにすることで、即ち混合気形成溝が、燃料噴射弁側から第二点火栓側に向かって末広がりの形状となることで、噴射された燃料が第一点火栓および第二点火栓の方向へ流
れやすくなる。その結果、燃料噴射弁からの燃料の噴射流量が増加しても、第二点火栓の近傍に成層燃焼により適した空燃比、即ち成層燃焼にあたり過濃でない空燃比を形成することが可能となる。
【００１６】
これにより、筒内噴射式火花点火内燃機関において内燃機関の圧縮比を可及的に高く設定するとともに、燃料噴射弁からの燃料噴射流量が低噴射流量から高噴射流量までのより広い範囲で成層燃焼が可能となる。
【００１７】
ここで、上述した筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁の設置位置をシリンダヘッドの、前記吸気弁の下方の部位とし、前記第二点火栓の設置位置を、シリンダヘッドの、排気弁の下方の部位とする。
【００１８】
このように、燃料噴射弁と第二点火栓を設置することで、燃焼室内で生成される燃焼ガス、特に第二点火栓による点火で生成される燃焼ガスを、速やかに燃焼室の外部に排出することが可能となる。また、燃料噴射弁によって噴射された燃料と、吸気弁の開弁により燃焼室内に吸入された新気とがより速やかに混合され、成層燃焼に適した空燃比の混合気がより確実に形成される。
【００１９】
更には、前記燃焼室と排気ポートとの開口部を水平方向に設け、且つ前記第二点火栓が設けられた前記シリンダヘッドの内壁面は、前記開口部に対して垂直方向に設ける。これにより、第二点火栓による混合気への点火がより確実に行われるとともに、燃料の燃焼によって生成された燃焼ガスを燃焼室の外部により速やかに排出することが可能となる。
【００２０】
また、前記第二点火栓は、複数の点火栓により構成されるようにしてもよい。これにより、第二点火栓による混合気への点火がより確実に行われる。
【００２１】
ここで、燃料噴射弁からの燃料噴射流量によって、燃料噴射から成層燃焼に適した空燃比の混合気が形成されるまでの時間が変動し、燃焼室における該混合気が形成される位置も変動するのは、先述の通りである。そこで、前記燃料噴射弁からの燃料噴射流量が所定の基準噴射流量以下のときは、前記第一点火栓によって前記燃焼室内に形成される混合気に点火し、前記燃料噴射弁からの燃料噴射流量が前記所定の基準噴射流量を超えるときは、更に前記第二点火栓によっても前記燃焼室内に形成される混合気に点火する。
【００２２】
燃料噴射弁からの燃料噴射流量が比較的少ないときは、燃料噴射から成層燃焼に適した空燃比の混合気が形成されるまでの時間は比較的短く、燃焼室における該混合気が形成される位置は燃焼室の中央近傍である。一方で、燃料噴射弁からの燃料噴射流量が比較的多いときは、燃料噴射から成層燃焼に適した空燃比の混合気が形成されるまでの時間は比較的長いため、該混合気は燃料噴射弁に対向するシリンダヘッドの内壁近傍、即ち第二点火栓の近傍に形成される。
【００２３】
そこで、燃料噴射弁からの燃料噴射流量に応じて、混合気に点火する点火栓を使い分けることで、より効率的な成層燃焼が可能となる。従って、前記所定の基準噴射流量とは、より効率的な成層燃焼を行うために、混合気に点火する点火栓を使い分けるための燃料噴射弁からの燃料噴射流量の閾値である。
【００２４】
更に、前記燃料噴射弁からの燃料噴射流量が、前記所定の基準噴射流量を超えるときは、前記燃料噴射弁からの燃料の噴射を二回に分けて行うことが有用である。燃料噴射流量が比較的多くなると、第一点火栓と第二点火栓との間にも、ある程度の濃度を有する混合気が存在する。このような場合、第一点火栓と第二点火栓によって点火を行っても、第一点火栓と第二点火栓との間の混合気が十分に燃焼しない虞があるため、成層燃焼を効率的
に行うのが困難となる。そこで、燃料噴射を二回にわけることで、先に噴射した燃料を第二点火栓の近傍に集約させるとともに、後に噴射した燃料を第一点火栓の近傍に集約させることが可能となる。その結果、噴射した燃料を、より確実に成層燃焼によって燃焼させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
筒内噴射式火花点火内燃機関において内燃機関の圧縮比を可及的に高く設定するとともに、燃料噴射弁からの燃料噴射流量のより広い変動に対しても成層燃焼が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
ここで、本発明にかかる筒内噴射式火花点火内燃機関の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、筒内噴射式火花点火内燃機関としての４サイクルガソリンエンジン（以下、単に「内燃機関」という）１０の一のシリンダにおける縦断面図である。図２は、図１に示す内燃機関１０の燃焼室９を、シリンダヘッド１１側から見た上面図である。
【００２８】
内燃機関１０は、シリンダヘッド１１とシリンダブロック１２からなるシリンダ内を軸線方向に往復摺動するピストン８を備えている。また、シリンダヘッド１１側には、吸気ポート４および排気ポート５が設けられており、燃焼室９と吸気ポート４および排気ポート５との連通は、吸気弁６および排気弁７の開弁動作によって行われる。また、吸気ポート４と燃焼室９との開口部は開口部４ａと、排気ポート５と燃焼室９との開口部は開口部５ａとして、図２中、点線で示されている。
【００２９】
また、吸気弁６の下方のシリンダヘッド１１に燃料噴射弁１が設けられ、燃料噴射弁１は燃焼室９の中央方向に向かって、燃料を噴射する弁である。また、吸気側の開口部４ａと、排気側の開口部５ａとに挟まれる位置であって、燃焼室９の略中央には第一点火栓２が設けられている。更に、燃焼室９の中心を挟んで燃料噴射弁１に対向するシリンダヘッド１１には第二点火栓３が設けられている。ここで、図１および図２に示すように、燃料噴射弁１、第一点火栓２および第二点火栓３は、概ね一直線上に位置している。また、排気側の開口部５ａは、シリンダの軸線方向に対して垂直となる水平方向に設けられ、第二点火栓３が設けられているシリンダヘッド１１の内壁は、シリンダの軸線方向に対して平行となる垂直方向に設けられている。
【００３０】
ここで、図１に示すように、ピストン８の頂部は、燃焼室９を形成するシリンダヘッド１１の内壁面に沿った形状である丘状部８ａが設けられている。図１は、ピストン８が上死点近傍の位置にあるときの図である。よって、ピストン８が上死点近傍の位置にあると、丘状部８ａによって、シリンダヘッド１１の内壁面とピストンの頂面との距離が短くなることで、燃焼室９の容積が小さくなり、以て内燃機関１０の圧縮比が上昇する。
【００３１】
更に、丘状部８において、第一点火栓２に対向する部位に第一点火栓２側に開口する第一キャビティ８ｂが設けられ、第二点火栓３に対向する部位に第二点火栓３側に開口する第一キャビティ８ｃが設けられている。尚、第一キャビティ８ｂおよび第二キャビティ８ｃは、丘状部８ａにおいてそれぞれ独立したキャビティである。
【００３２】
このように構成される内燃機関１０においては、ピストン８の丘状部８ａによって内燃機関１０の圧縮比を上げることが可能となるとともに、燃料噴射弁１から噴射された燃料によって形成される混合気を第一キャビティ８ｂまたは第二キャビティ８ｃに集約することで、第一点火栓２または第二点火栓３の近傍に成層混合気を形成することが可能となる
。そして、成層燃焼を行うことで、内燃機関１０の燃費の改善を図ることが可能となる。また、第二点火栓３が設けられているシリンダヘッド１１の内壁が垂直方向であることより、燃料噴射弁１の方向から流れてくる混合気に対して、より確実に点火することが可能となるとともに、排気側の開口部５ａが、シリンダの軸線方向に対して垂直となる水平方向に設けられていることより、燃焼室９内で生成された燃焼ガス、特に第二点火栓３の点火により生成された燃焼ガスをより容易に燃焼室９外へ排出することが可能となる。
【００３３】
尚、内燃機関１０の機関回転速度や機関負荷等の運転領域によって、燃料噴射弁１から噴射される燃料の流量は変動し、それに伴い燃料の噴射に要する時間も変動する。そのため、燃焼室９において形成される混合気の状態が、内燃機関１０の運転領域によって変動し、効率的な成層燃焼を行う条件が変動する。そこで、内燃機関１０の運転領域に応じて、より効率的な成層燃焼を行うための成層燃焼制御について、図３および図４に基づいて説明する。尚、該成層燃焼制御は、図示しない電子制御ユニットであるＥＣＵが、実行する。
【００３４】
図３は、該成層燃焼制御を実行するための制御フローチャートである。図４は、内燃機関１０の運転領域を、成層燃焼に対応した４つの領域（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）に分類した図である。横軸は内燃機関１０の機関回転速度を示し、図示しないクランクポジションセンサ等からの検出信号より算出される。また、縦軸は圧縮着火内燃機関１０の機関負荷を示し、図示しないアクセル開度センサからの検出信号等より算出される。ここで、４つの領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、図４に表すように、内燃機関１０の機関回転速度（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）および機関負荷（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）によって決定される。ここで、機関回転速度（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）の関係は、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４となる。また、機関負荷（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）の関係は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４となる。図４に示す内燃機関１０の運転領域を踏まえて、図３に示す成層燃焼制御の説明を以下に行う。
【００３５】
先ず、Ｓ１０１では、内燃機関１０において成層燃焼が可能か否か、が判断される。具体的には、クランクポジションセンサやアクセル開度センサの信号から内燃機関１０の運転領域が、成層燃焼が不可能な運転領域であるＲ４以外の領域、即ち領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の何れかの領域に属しているか否かが判断される。内燃機関１０の運転領域が領域Ｒ４に属しているときは、内燃機関１０の機関負荷や機関回転速度が過大であるため、成層燃焼を行うことが困難となる。内燃機関１０において成層燃焼が可能と判断されるとＳ１０２へ進み、内燃機関１０において成層燃焼が可能ではないと判断されるとＳ１０８へ進む。
【００３６】
Ｓ１０２では、内燃機関１０の機関負荷や機関回転速度から、燃料噴射弁１から噴射される燃料の噴射流量Ｑを算出する。機関負荷が増大し、または機関回転速度が増大すると、燃料噴射流量Ｑも増大する。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００３７】
Ｓ１０３では、Ｓ１０２で算出された燃料噴射流量Ｑが小噴射流量か否かが判断される。換言すると、内燃機関１０の運転領域が、Ｒ１に属するか否かが判断される。燃料噴射流量Ｑが小噴射流量であると判断されるとＳ１０４へ進み、燃料噴射流量Ｑが小噴射流量ではないと判断されるとＳ１０５へ進む。
【００３８】
Ｓ１０４では、燃料噴射弁１から燃料を噴射し、該燃料によって形成される成層混合気に対して点火を行う。このとき、燃料は噴射流量が小さいため、燃料の噴射時期はピストン８が圧縮行程上死点に比較的近づいた時点である。そこで、燃料噴射弁１から噴射された燃料は吸気ポート４から燃焼室９へ流入してきた新気と混合するが、燃料噴射流量が小さいため、混合気は燃焼室９の中心近傍の位置までしか到達しない。従って、混合気は第
一キャビティ８ｂに集約され、ピストン８が上死点近傍に到達すると、第一点火栓２の周囲に成層混合気が形成される。そして、この場合は第一点火栓２によって、当該成層混合気に点火することで、成層燃焼がより確実に実行される。Ｓ１０４の処理が終了すると、本制御を終了する。
【００３９】
Ｓ１０５では、Ｓ１０２で算出された燃料噴射流量Ｑが中噴射流量か否かが判断される。換言すると、内燃機関１０の運転領域が、Ｒ２に属するか否かが判断される。燃料噴射流量Ｑが中噴射流量であると判断されるとＳ１０６へ進み、燃料噴射流量Ｑが中噴射流量ではないと判断されると、燃料噴射流量Ｑが大噴射流量であること、即ち内燃機関１０の運転領域が領域Ｒ３に属していることを意味し、Ｓ１０７へ進む。
【００４０】
Ｓ１０６では、燃料噴射弁１から燃料を噴射し、該燃料によって形成される成層混合気に対して点火を行う。このとき、燃料は噴射流量が中程度であるため、上述の小程度である場合と比べ、燃料の噴射時期は、圧縮行程においてピストン８が圧縮行程上死点から比較的離れた時点である。そこで、燃料噴射弁１から噴射された燃料は吸気ポート４から燃焼室９へ流入してきた新気と混合するが、燃料噴射流量が中程度であるため、混合気は燃料噴射弁１と対向する位置にある第二点火栓３近傍にまで到達する。そして、従って、ピストン８が上死点近傍に到達すると、混合気は第一キャビティ８ｂおよび第二キャビティ８ｃに集約され、第一点火栓２の周囲と第二点火栓３の周囲に成層混合気が形成される。そして、この場合は第一点火栓２および第二点火栓３によって、当該成層混合気に点火することで、成層燃焼がより確実に実行される。Ｓ１０６の処理が終了すると、本制御を終了する。
【００４１】
Ｓ１０７では、上述したように、Ｓ１０２で算出された燃料噴射流量Ｑが大噴射流量であるため、上述の中程度である場合と比べ、燃料の噴射時期はピストン８が圧縮行程上死点から更に離れた時点である。ここで、燃料噴射流量Ｑが大程度であることより、燃料噴射回数を２回に分割する。これによって、ピストン８が圧縮行程上死点に至ったときに、最初に噴射された燃料は燃焼室９内における噴射距離が長くなるため、主に第二点火栓３近傍にまで到達する。また、最後に噴射された燃料は燃焼室における噴射距離が短くなるため、主に燃焼室９の中心近傍にまでしか至らない。
【００４２】
従って、ピストン８が上死点近傍に到達した時点において、混合気は第一キャビティ８ｂおよび第二キャビティ８ｃに効率的に集約され、更に第一キャビティ８ｂと第二キャビティ８ｃとの間の空間に残る混合気、換言すると、点火栓の周囲に成層混合気として形成されない混合気の量を可及的に減じることが可能となる。そして、第一点火栓２および第二点火栓３によって、当該成層混合気に点火することで、成層燃焼がより確実に実行される。Ｓ１０７の処理が終了すると、本制御を終了する。
【００４３】
また、Ｓ１０８では、内燃機関１０の運転領域がＲ４に属し成層燃焼が可能ではないため、均質燃焼を行う。均質燃焼では、吸気行程において燃料を燃焼室９内に噴射して、より均質な混合気を燃焼室９内に形成し、第一点火栓２および第二点火栓３によって点火をする。Ｓ１０８の処理が終了すると、本制御を終了する。
【００４４】
本制御によると、ピストン８に丘状部８ａを設けることで内燃機関１０の圧縮比を可及的に高く設定するとともに、第一キャビティ８ｂおよび第二キャビティ８ｃによって、燃料噴射弁１からの燃料噴射流量が小噴射流量から大噴射流量まで変動した場合でも、第一点火栓２または第二点火栓３の周囲に成層混合気を集約し、より確実に成層燃焼を実行することが可能となる。即ち、燃料噴射弁１からの燃料噴射流量の広い変動に対しても成層燃焼が可能となる。
【実施例２】
【００４５】
内燃機関の圧縮比を高めるとともに、燃料噴射弁からの燃料噴射流量の広い変動に対しても成層燃焼を可能とする筒内噴射式火花点火内燃機関の別の実施の形態について、図５および図６に基づいて説明する。図５は、内燃機関１０の一のシリンダにおける縦断面図である。図６は、図５に示す内燃機関１０の燃焼室９を、シリンダヘッド１１側から見た上面図である。尚、図１および図２に示す内燃機関１０と同一の構成要素については、同一の参照番号を付することでその説明を省略する。
【００４６】
本実施の形態における内燃機関１０において、図１および図２に示す内燃機関１０と異なる点は、第二点火栓３の個数と、ピストン８の頂部に設けられた丘状部８ａの形状である。本実施の形態における内燃機関１０においては、第二点火栓３は第二点火栓３ａと３ｂの２つの点火栓によって構成されている。また、第一キャビティ８ｂおよび第二キャビティ８ｃに代えて、混合気形成溝８ｄが設けられている。混合気形成溝８ｄは、燃料噴射弁１と対向する丘状部８ａの部位から第二点火栓３ａ、３ｂと対向する丘状部８ａの部位に至るまでの溝であって、第一点火栓２側に開口している。また、混合気形成溝８ｄは、燃料噴射弁１から第二点火栓３ａ、３ｂの方向に向かうに従い、その横断面積が徐々に広くなっていく。従って、図６に示すように、燃料噴射弁１から第二点火栓３ａ、３ｂの方向に向かって、末広がりの形状となっている。混合気形成溝８ｄをこのような形状とすることで、成層燃焼を行うにあたり、燃料噴射弁１から噴射された燃料と新気とで形成される混合気の、混合気形成溝８ｄでの流れをより円滑とすることが可能となる。
【００４７】
このように構成される内燃機関１０において、成層燃焼を行うために燃料噴射弁１から噴射された燃料は、吸気ポート４から燃焼室９内に流入した新気と混合した後、混合気形成溝８ｄの形状に沿って、第一点火栓２または第二点火栓３ａ、３ｂの位置まで到達する。従って、成層燃焼のための混合気が、燃焼室９内に広く拡散することなく、第一点火栓２または第二点火栓３ａ、３ｂの周囲に集約され、より効率的な成層燃焼が可能となる。
【００４８】
ここで、本実施の形態に係る内燃機関１０においても、図４に示した成層燃焼制御は実行可能である。即ち、内燃機関１０の運転領域が、成層燃焼が可能な運転領域に属している場合であって、燃料噴射弁１からの燃料噴射流量が小程度であるときは、第一点火栓２によって成層混合気に点火し、燃料噴射弁１からの燃料噴射流量が中程度であるときは、第一点火栓２および第二点火栓３ａ、３ｂによって成層混合気に点火する。また、燃料噴射弁１からの燃料噴射流量が大程度であるときは、燃料噴射弁１からの燃料噴射回数を２回に分割して、第一点火栓２および第二点火栓３ａ、３ｂによって成層混合気に点火する。
【００４９】
このようにすることで、内燃機関１０の圧縮比を可及的に高く設定するとともに、燃料噴射弁１からの燃料噴射流量が小噴射流量から大噴射流量まで変動した場合でも、第一点火栓２または第二点火栓３ａ、３ｂの周囲に成層混合気を集約し、より確実に成層燃焼を実行することが可能となる。即ち、燃料噴射弁１からの燃料噴射流量の広い変動に対しても成層燃焼が可能となる。
【００５０】
本実施の形態に示すように、第二点火栓３として第二点火栓３ａおよび３ｂの２つの点火栓を設けることで末広がり状の形状を有する混合気形成溝８ｄに沿って流れる混合気に対して、より確実に点火を行うことが可能となる。尚、第二点火栓の数は、２つに限られず、一又は複数であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態にかかる筒内噴射式火花点火内燃機関において、一のシリンダにおける縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる筒内噴射式火花点火内燃機関において、シリンダヘッド側から見た、ピストン頂部の上面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる筒内噴射式火花点火内燃機関において、成層燃焼制御を実行するための制御フローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態にかかる筒内噴射式火花点火内燃機関において、内燃機関の運転領域を成層燃焼に対応した４つの領域に分類した図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる筒内噴射式火花点火内燃機関において、一のシリンダにおける第二の縦断面図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる筒内噴射式火花点火内燃機関において、シリンダヘッド側から見た、ピストン頂部の第二の上面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・・燃料噴射弁
２・・・・第一点火栓
３・・・・第二点火栓
３ａ・・・・第二点火栓
３ｂ・・・・第二点火栓
４・・・・吸気ポート
４ａ・・・・開口部
５・・・・排気ポート
５ａ・・・・開口部
６・・・・吸気弁
７・・・・排気弁
８・・・・ピストン
８ａ・・・・丘状部
８ｂ・・・・第一キャビティ
８ｃ・・・・第二キャビティ
８ｄ・・・・混合気形成溝
９・・・・燃焼室
１０・・・・内燃機関
１１・・・・シリンダヘッド
１２・・・・シリンダブロック
【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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