(57)【要約】【課題】燃料噴射弁の燃料噴射時期の進角側へのばらつきを許容しつつ、燃料噴射時期が遅角側へずれたときの霧化性の向上を図ることが可能な内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１０は、燃焼室４０に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁５０と、燃焼室４０の天井壁２２の中央部２２ａに設けられ、火花放電部５５ａが燃焼室４０に突出している点火プラグ５５と、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧を点火プラグ５５側に導くことが可能なキャビティ壁３３が頂部３１に形成されているピストン３０とを備えている。そして、ピストン３０の頂部３１または燃焼室４０の天井壁２２には、燃料噴射弁５０の遅角噴射時のみ燃料噴霧が干渉する部位に凸部３６が設けられている。【選択図】図５
2012002201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁と、
燃焼室の天井壁の中央部に設けられ、火花放電部が燃焼室に突出している点火プラグと、
上記燃料噴射弁により噴射された燃料噴霧を点火プラグ側に導くことが可能なキャビティ壁が頂部に形成されているピストンとを備えた内燃機関であって、
上記ピストンの頂部または上記燃焼室の天井壁には、上記燃料噴射弁の遅角噴射時のみ燃料噴霧が干渉する部位に凸部が設けられていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
燃焼室に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁と、
燃焼室の天井壁の中央部に設けられ、火花放電部が燃焼室に突出している点火プラグと、
上記燃焼室の側方から燃料噴射弁により噴射された燃料噴霧を点火プラグ側に導くことが可能なキャビティ壁が頂部に形成されているピストンとを備えた内燃機関であって、
上記ピストンの頂部または上記燃焼室の天井壁には、上記燃料噴射弁により噴射された燃料噴霧が突き当たる部位に凸部が設けられていることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関において、
上記凸部がピストンの頂部に設けられる場合、上記凸部の頂部は、ピストンの頂面と略同じ高さに位置していることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関において、
上記凸部は、上記燃料噴射弁の燃料噴射方向と直交する方向に延びるように形成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関において、
上記凸部は、山型形状に形成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項４に記載の内燃機関において、
上記凸部は、板状のフィンにより構成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関において、
上記凸部は、複数の円柱状の突起により構成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の内燃機関において、
上記凸部は、平面視で、上記燃料噴射弁の燃料噴射方向の正面位置を避けて配置されていることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁によって燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射式の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内噴射式の内燃機関は、低燃費、高出力などの点で優れていることから、近年では、需要が急増している。筒内噴射式の内燃機関は、例えば、燃焼室に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁、燃焼室の天井壁の中央部に設けられ、火花放電部が燃焼室に突出している点火プラグ、燃料噴射弁により噴射された燃料噴霧を点火プラグ側に導くことが可能なキャビティ壁が頂部に形成されているピストンなどを備えた構成になっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、最近では、排気ガスのエミッション規制も強化されており、始動時などに触媒の早期活性化を図ることも求められている。触媒の早期活性化には、排気ガス温度を早期に昇温させることが必要であり、そのためには、点火プラグの点火時期および燃料噴射弁の燃料噴射時期を遅角側にずらすような制御を行う必要がある。この場合、燃料噴射弁の燃料噴射時期は、圧縮行程の後半の時期、例えば、クランク角度で圧縮上死点前２０°〜４０°に設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料噴射弁の燃料噴射時期は、内燃機関のばらつき（例えば、燃料噴射弁の取付角度のばらつきなど）、経時劣化（例えば、デポジット付着など）に起因してずれる可能性があり、この燃料噴射時期のずれを進角側または遅角側への適合により所定の範囲内に抑える必要がある。しかし、燃料噴射時期のずれを所定の範囲内に抑えたとしても、燃料噴射時期が遅角側にずれた場合、燃料噴射弁により噴射された燃料噴霧が蒸発（霧化）するまでの時間が短いため、燃焼が不安定になることが懸念される。このような問題は、特に、上述したように触媒の早期活性化を図る触媒暖機制御を行ったときに懸念される。
【０００６】
一方、燃料噴霧が蒸発するまでの時間を確保するために、燃料噴射時期を進角側に適合させると、逆に燃料噴射時期が進角側にずれた場合、点火プラグの周囲に形成される混合気がリーンになりすぎることが懸念される。
【０００７】
本発明は、そのような問題点に鑑みてなされたものであり、燃料噴射弁の燃料噴射時期の進角側へのばらつきを許容しつつ、燃料噴射時期が遅角側へずれたときの霧化性の向上を図ることが可能な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、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、燃焼室に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁と、燃焼室の天井壁の中央部に設けられ、火花放電部が燃焼室に突出している点火プラグと、上記燃料噴射弁により噴射された燃料噴霧を点火プラグ側に導くことが可能なキャビティ壁が頂部に形成されているピストンとを備えた内燃機関であって、上記ピストンの頂部または上記燃焼室の天井壁には、上記燃料噴射弁の遅角噴射時のみ燃料噴霧が干渉する部位に凸部が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
上記構成によれば、燃料噴射弁の遅角噴射時には、燃料噴射弁により噴射された燃料噴霧が凸部に干渉する際、凸部から受熱することによって燃料噴霧の蒸発（霧化）が促進される。また、凸部がピストンの頂部に設けられる構成では、凸部によって天井壁側（点火プラグの火花放電部側）に流れの向きを変えられた燃料噴霧が、天井壁から受熱することによって燃料噴霧の蒸発が促進される。これにより、燃料噴霧の霧化性を向上させることができ、燃焼の安定性を確保することができる。
【００１０】
そして、従来とは異なり、燃料噴霧が蒸発するまでの時間を確保するために燃料噴射弁の燃料噴射時期を進角側に適合させることが不要になる。このため、燃料噴射弁の燃料噴射時期が進角側にずれたとしても、点火プラグの火花放電部の周囲に形成される混合気がリーンになりすぎることを回避できる。したがって、燃料噴射弁の燃料噴射時期の進角側へのばらつきを許容しつつ、燃料噴射時期が遅角側へずれたときの霧化性の向上を図ることができる。
【００１１】
また、本発明は、燃焼室に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁と、燃焼室の天井壁の中央部に設けられ、火花放電部が燃焼室に突出している点火プラグと、上記燃焼室の側方から燃料噴射弁により噴射された燃料噴霧を点火プラグ側に導くことが可能なキャビティ壁が頂部に形成されているピストンとを備えた内燃機関であって、上記ピストンの頂部または上記燃焼室の天井壁には、上記燃料噴射弁により噴射された燃料噴霧が突き当たる部位に凸部が設けられていることを特徴としている。なお、上記凸部がピストンの頂部に設けられる場合、上記凸部の頂部は、ピストンの頂面と略同じ高さに位置していることが好ましい。
【００１２】
燃料噴射弁によって燃焼室の上方から燃料が噴射される構成では、燃料噴射弁により噴射された燃料噴霧が、燃料噴射弁の遅角噴射時だけではなく、燃料噴射弁の進角噴射時や、通常噴射時にも凸部に突き当たり干渉する可能性がある。しかし、上記構成では、燃料噴射弁によって、燃焼室の上方からではなく側方から燃料が噴射されるので、燃料噴射弁の進角噴射時や、通常噴射時には燃料噴霧が凸部に突き当たりにくく、燃料噴射弁の遅角噴射時のみ燃料噴霧が凸部に突き当たり干渉しやすくなっている。これにより、燃料噴射弁の遅角噴射時には、燃料噴射弁により噴射された燃料噴霧が凸部に突き当たり、凸部から受熱することによって燃料噴霧の蒸発が促進される。したがって、燃料噴射時期が遅角側へずれたときの霧化性の向上を図ることができる。
【００１３】
そして、従来とは異なり、燃料噴霧が蒸発するまでの時間を確保するために燃料噴射弁の燃料噴射時期を進角側に適合させることが不要になる。このため、燃料噴射弁の燃料噴射時期が進角側にずれたとしても、点火プラグの火花放電部の周囲に形成される混合気がリーンになりすぎることを回避できる。したがって、燃料噴射弁の燃料噴射時期の進角側へのばらつきを許容しつつ、燃料噴射時期が遅角側へずれたときの霧化性の向上を図ることができる。
【００１４】
本発明において、上記凸部は、上記燃料噴射弁の燃料噴射方向と直交する方向に延びるように形成されていることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、燃料噴射弁により噴射された燃料噴霧を凸部に効率よく衝突させることができ、燃料噴霧の凸部からの受熱を促進させることができる。
【００１６】
ここで、凸部の具体的な構成として、山型形状に形成されたもの、板状のフィンにより構成されたもの、複数の円柱状の突起により構成されたものなどを挙げることができる。
【００１７】
本発明において、上記凸部は、平面視で、上記燃料噴射弁の燃料噴射方向の正面位置を避けて配置されていることが好ましい。
【００１８】
燃料噴射弁により噴射された燃料噴霧が凸部と干渉することで、気筒内の燃料噴霧の流れが乱される可能性があるが、この構成によれば、凸部による気筒内の燃料噴霧の流れへの影響をできるだけ抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、燃料噴射弁の燃料噴射時期の進角側へのばらつきを許容しつつ、燃料噴射時期が遅角側へずれたときの霧化性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の気筒周辺の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の内燃機関のピストンを示す平面図である。
【図３】図１において、燃料噴射弁の通常の燃料噴射時の燃料噴霧の拡がりの一例を示す図である。
【図４】図２において、燃料噴射弁の通常の燃料噴射時の燃料噴霧の拡がりの一例を示す図である。
【図５】図１において、燃料噴射弁の遅角噴射時の燃料噴霧の拡がりの一例を示す図である。
【図６】図２において、燃料噴射弁の遅角噴射時の燃料噴霧の拡がりの一例を示す図である。
【図７】図１の内燃機関のピストンの変形例を示す平面図である。
【図８】他の実施形態に係る内燃機関の気筒周辺の概略構成を示す断面図である。
【図９】図８の内燃機関のピストンを示す平面図である。
【図１０】図８の内燃機関のピストンの変形例を示す平面図である。
【図１１】さらに他の実施形態に係る内燃機関の気筒周辺の概略構成を示す断面図である。
【図１２】図１１の内燃機関のシリンダヘッドの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明を具体化した実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００２２】
まず、本発明の実施形態に係る内燃機関の概略構成について、図１、図２を参照して説明する。図１は、内燃機関の気筒周辺の構成を示す断面図である。図１には、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。図２は、図１の内燃機関のピストンを示す平面図である。
【００２３】
実施形態に係る内燃機関１０は、図１に示すように、燃料噴射弁（インジェクタ）５０によって気筒内に燃料（ガソリン）を直接噴射する筒内噴射式のガソリン機関であり、気筒内に形成される混合気に点火プラグ５５により点火を行う火花点火機関である。なお、この実施形態の内燃機関１０には、燃料噴射弁５０および点火プラグ５５を制御する手段として、図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）が設けられている。内燃機関１０は、多気筒エンジンとして構成されることが好ましく、例えば４気筒エンジンとして構成される。
【００２４】
図１に示すように、内燃機関１０には、内部に気筒が形成される機関本体系の部品として、シリンダブロック１２、シリンダヘッド２０、ピストン３０、図示しないコネクティングロッド、クランクシャフトが設けられている。シリンダブロック１２には、シリンダボア１４が形成されており、ピストン３０が、シリンダボア１４内をその軸心に沿って往復運動する。ピストン３０は、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結されている。ピストン３０は、ピストンピン１６によりコネクティングロッドの小端部に連結されている。そして、ピストン３０の往復運動が、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに伝達され、ここで回転運動に変換されて、内燃機関１０の出力として取り出されるようになっている。
【００２５】
シリンダブロック１２には、ピストン３０に対向してシリンダボア１４を塞ぐようにシリンダヘッド２０が結合されている。シリンダブロック１２とシリンダヘッド２０との合わせ面となる平面は、シリンダボア１４の軸心に直交する方向に延びている。シリンダヘッド２０には、ペントルーフ型の燃焼室４０が形成されている。また、シリンダヘッド２０の一方の側（図１では右側）には、吸入空気を燃焼室４０に導く吸気ポート２４が形成され、他方の側（図１では左側）には、燃焼室４０からの排気ガスを排出する排気ポート２６が形成されている。吸気ポート２４および排気ポート２６は、１つの気筒にそれぞれ２つ設けられている。なお、以下では、吸気ポート２４が設けられる一方の側を「吸気側」と言い、排気ポート２６が設けられる他方の側を「排気側」と言う。
【００２６】
また、シリンダヘッド２０には、吸気ポート２４および排気ポート２６に対応して、それぞれ吸気バルブ２５および排気バルブ２７が設けられている。これら吸気バルブ２５および排気バルブ２７は、図示しないカムシャフトを介して、クランクシャフトからの機械的動力を受けて駆動される。吸気バルブ２５および排気バルブ２７は、クランクシャフトの回転角度位置（クランク角度）に応じて所定のタイミングで開閉可能に構成されている。
【００２７】
吸気バルブ２５が開かれると、吸気ポート２４と燃焼室４０とが連通し、図示しない吸気通路からの空気が、吸気ポート２４から気筒内の燃焼室４０に吸入される。また、排気バルブ２７が開かれると、排気ポート２６と燃焼室４０とが連通し、気筒内の燃焼室４０にある排気ガスが、排気ポート２６から図示しない排気通路に排出されるようになっている。排気通路には、排気ガスを浄化するための図示しない触媒が設けられている。
【００２８】
シリンダヘッド２０の燃焼室４０の形状を規定する壁面である天井壁２２は、燃焼室４０の中央から吸気側および排気側に離れるに従って、シリンダブロック１２との距離が小さくなるよう形成されている。燃焼室４０の天井壁２２は、その周縁においてシリンダボア１４の壁面であるシリンダ壁１５に滑らかに連続するよう形成されている。
【００２９】
図１、図２に示すように、ピストン３０の頂部３１には、キャビティ４４が形成されている。キャビティ４４は、クランク側（図１では下側）に凹む空間である。キャビティ４４は、平面視で、排気側に向かうに従ってクランクシャフトの軸方向（図１では紙面に直交する方向）に拡がるような略扇状に形成されている。ピストン３０の頂部３１には、キャビティ４４の形状を規定する湾曲した壁面であるキャビティ壁３３が形成されている。キャビティ壁３３は、燃料噴射弁５０により噴射された燃料（燃料噴霧）を点火プラグ５５側に導くことが可能な形状とされている。
【００３０】
具体的には、図２に示すように、キャビティ壁３３は、ピストン３０の略中央部に設けられており、略平坦に形成された底面３３ａを有している。底面３３ａは、キャビティ壁３３のうち最も下側に凹んだ部分であり、シリンダボア１４の軸心に直交するように形成されている。底面３３ａは、排気側の側面３３ｂを介してピストン３０の頂面３２に接続されている。排気側の側面３３ｂは、キャビティ壁３３の側面のうち排気側に設けられた部分であり、底面３３ａの排気側の縁部から上方に向けて立ち上がるように形成されている。排気側の側面３３ｂは、平面視で、略円弧状に形成されている。
【００３１】
また、ピストン３０の頂部３１には、吸気バルブ２５，２５に対向する位置に吸気バルブ２５，２５との干渉を回避するためのバルブリセス３４，３４が形成されている。同様に、ピストン３０の頂部３１には、排気バルブ２７，２７に対向する位置に排気バルブ２７，２７との干渉を回避するためのバルブリセス３５，３５が形成されている。さらに、ピストン３０の頂部３１には、山型の凸部３６が形成されている。この凸部３６の詳細については後述する。
【００３２】
そして、ピストン３０の頂面３２およびキャビティ壁３３と、シリンダブロック１２のシリンダ壁１５と、シリンダヘッド２０の天井壁２２とによって囲まれた空間が、いわゆる「気筒」となっている。気筒には、シリンダヘッド２０に形成された燃焼室４０と、ピストン３０に形成されたキャビティ４４とが含まれている。
【００３３】
図１に示すように、シリンダヘッド２０には、気筒内に形成される混合気に点火する点火装置として、点火プラグ５５が設けられている。点火プラグ５５は、点火火花を発生させる火花放電部（電極）５５ａを有しており、火花放電部５５ａが燃焼室４０に突出するように配設されている。
【００３４】
点火プラグ５５は、燃焼室４０の天井壁２２の中央部２２ａに設けられている。詳細には、点火プラグ５５は、天井壁２２の中央部２２ａの中央位置２２ｂ（図２参照）よりも排気側の部位に配設されている。また、点火プラグ５５の火花放電部５５ａが、図２に示すように、平面視で、キャビティ壁３３の排気側の側面３３ｂの上方に配置されている。点火プラグ５５は、図示しない点火コイルから２次電流の供給を受けて火花放電部５５ａに点火火花を生じさせる。この点火火花により気筒内の燃焼室４０に形成される混合気は、着火して燃焼を開始する。点火プラグ５５が点火火花を生じさせる点火時期は、ＥＣＵにより制御される。
【００３５】
また、図１に示すように、シリンダヘッド２０には、気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置として、燃料噴射弁５０が設けられている。燃料噴射弁５０は、略円柱状を呈する電磁駆動式の噴射弁であり、その燃焼室４０側の先端部にはスリット状の噴孔５０ａが設けられている。燃料噴射弁５０は、噴孔５０ａが燃焼室４０に露出するように配設されている。
【００３６】
燃料噴射弁５０は、燃焼室４０の天井壁２２の周縁部２２ｃのうち吸気側の部位に設けられている。具体的には、燃料噴射弁５０は、吸気ポート２４の下方に配置される。また、燃料噴射弁５０は、平面視で、２つの吸気ポート２４，２４に挟まれた部位に配設される。燃料噴射弁５０は、図示しない燃料レールから所定の燃圧（例えば、１０ＭＰａ）で燃料の供給を受けている。燃料噴射弁５０が開弁して燃料を噴射する燃料噴射期間、すなわち、燃料噴射時期および燃料噴射時間長さは、ＥＣＵにより制御される。
【００３７】
燃料噴射弁５０は、噴孔５０ａが排気側（キャビティ４４側）を向くように配設されている。燃料噴射弁５０が噴孔５０ａから燃料を噴射する方向である燃料噴射方向は、図４の矢印Ｆ１で示すように、燃焼室４０の中心（気筒中心）に向けた方向とされている。また、燃料噴射弁５０の燃料噴射方向は、図３の矢印Ｆ１で示すように、斜め下方とされている。図１の例では、燃料噴射弁５０の燃料噴射方向のシリンダヘッド２０の下面に対する角度が、約３０°とされている。つまり、この実施形態では、いわゆるサイドインジェクション方式が採用されており、燃料噴射弁５０によって気筒内に側方から燃料が直接噴射されるようになっている。
【００３８】
燃料噴射弁５０は、上述の燃料噴射方向を中心として、噴孔５０ａから排気側すなわちキャビティ４４に向かうに従ってクランクシャフトの軸方向（以下では、単に「軸方向」と言う。）に拡がる扇状の燃料噴霧を形成する（図４、図６参照）。燃料噴射弁５０からキャビティ４４に向けて噴射された扇状の燃料噴霧は、キャビティ壁３３に沿って排気側に流動し、周囲の空気と混合されて点火プラグ５５の火花放電部５５ａの近傍に混合気を形成することとなる。
【００３９】
次に、ピストン３０の頂部３１に設けられる凸部３６について、図１、図２を参照して説明する。
【００４０】
図１、図２に示すように、凸部３６は、キャビティ４４を構成するキャビティ壁３３上に燃焼室４０の天井壁２２側に向けて突出して形成されている。凸部３６は、軸方向の一方側から見ると、山型形状に形成されており、その断面形状が二等辺三角形とされている。凸部３６は、軸方向に沿って延びており、キャビティ壁３３の軸方向の一端から他端にわたって連続的に形成されている。このように、凸部３６は、燃料噴射弁５０の燃料噴射方向と直交する方向に延びるように形成されている。
【００４１】
凸部３６の頂部３６ａは、シリンダボア１４の中心（気筒中心）よりも吸気側の部位に設けられている。凸部３６の吸気側の側面３６ｂおよび排気側の側面３６ｃは、平坦な面とされている。凸部３６の高さ、つまり、キャビティ壁３３の底面３３ａから頂部３６ａまでの距離は、キャビティ壁３３の底面３３ａから排気側の側面３３ｂの上端までの距離と略同じになっている。言い換えれば、凸部３６の頂部３６ａは、ピストン３０の頂面３２と略同じ高さ位置に設けられている。
【００４２】
そして、この実施形態では、凸部３６は、燃料噴射弁５０の遅角噴射時のみ燃料噴霧が干渉する部位に設けられている。この点について、図３〜図６を参照して説明する。図３、図４は、燃料噴射弁５０の通常の燃料噴射時の燃料噴霧の拡がりの一例を示す図である。図５、図６は、燃料噴射弁５０の遅角噴射時の燃料噴霧の拡がりの一例を示す図である。図３〜図６では、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧をドットで示している。
【００４３】
図３、図４に例示するように、ＥＣＵによって通常行われる燃料噴射制御では、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧は、凸部３６の上方を通過し、凸部３６とは干渉しないようになっている。この場合、燃料噴射弁５０の燃料噴射時期が、圧縮行程の後半の時期、例えば、クランク角度で圧縮上死点前５０°とされている。燃料噴射弁５０の通常の燃料噴射時には、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧は、キャビティ壁３３の底面３３ａ、排気側の側面３３ｂなどに衝突し（突き当たり）、図３の矢印Ｘ１で示すように、排気側の側壁３３ｂによって燃料噴霧の流れの向きが上方に変えられる。これにより、燃料噴霧が点火プラグ５５の火花放電部５５ａの近傍に集められる。
【００４４】
これに対し、図５、図６に例示するように、燃料噴射弁５０の遅角噴射時には、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧が、凸部３６と干渉するようになる。燃料噴射弁５０の遅角噴射時とは、燃料噴射弁５０の燃料噴射時期が遅角側にずれた場合のことである。具体的には、ＥＣＵによって燃料噴射弁５０の燃料噴射時期を遅角側にずらす燃料噴射制御が行われた場合、内燃機関１０のばらつき（例えば、燃料噴射弁５０の取付角度のばらつきなど）、経時劣化（例えば、デポジット付着など）に起因して燃料噴射弁５０の燃料噴射時期が遅角側にずれた場合などがある。燃料噴射弁５０の燃料噴射時期を遅角側にずらす燃料噴射制御としては、例えば、始動時などに触媒を早期に活性化させる触媒暖機制御を行う場合などがあり、この場合、燃料噴射弁５０の燃料噴射時期が、圧縮行程の後半の時期、例えば、クランク角度で圧縮上死点前２０°〜４０°に設定される。そして、燃料噴射弁５０の遅角噴射時には、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧は、凸部３６などに衝突し、図５の矢印Ｘ２で示すように、凸部３６の吸気側の側面３６ｂによって燃料噴霧の流れの向きが斜め上方に変えられる。これにより、燃料噴霧が点火プラグ５５の火花放電部５５ａの近傍に集められる。
【００４５】
なお、図示していないが、燃料噴射弁５０の進角噴射時には、上述した燃料噴射弁５０の通常の燃料噴射時と同様に、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧は、凸部３６とは干渉しないようになっている。燃料噴射弁５０の進角噴射時とは、燃料噴射弁５０の燃料噴射時期が進角側にずれた場合のことであり、具体的には、内燃機関１０のばらつきや、経時劣化に起因して燃料噴射弁５０の燃料噴射時期が進角側にずれた場合などがある。
【００４６】
以上のように、燃料噴射弁５０の遅角噴射時のみ燃料噴霧が干渉する部位に凸部３６が設けられているので、次のような効果が得られる。すなわち、燃料噴射弁５０の遅角噴射時には、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧が凸部３６に衝突する際、凸部３６から受熱することによって燃料噴霧の蒸発（霧化）が促進される。また、凸部３６によって天井壁２２側（点火プラグ５５の火花放電部５５ａ側）に流れの向きを変えられた燃料噴霧が、天井壁２２から受熱することによって燃料噴霧の蒸発が促進される。これにより、燃料噴霧の霧化性を向上させることができ、燃焼の安定性を確保することができる。
【００４７】
ここで、凸部３６を設けない場合には、燃料噴射弁５０の遅角噴射時、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧は、キャビティ壁３３の底壁３３ａ、排気側の側壁３３ｂに衝突することになるが、このとき、燃料噴霧は、排気側の側壁３３ｂを乗り越えてピストン３０の頂面３２側へ拡散する可能性がある。しかし、この実施形態では、キャビティ壁３３の排気側の側壁３３ｂよりも手前側に凸部３６を設けているので、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧を確実かつ迅速に天井壁２２側に導くことができ、燃料噴霧の霧化性の向上を図ることができる。
【００４８】
そして、従来とは異なり、燃料噴霧が蒸発するまでの時間を確保するために燃料噴射弁５０の燃料噴射時期を進角側に適合させることが不要になる。このため、燃料噴射弁５０の燃料噴射時期が進角側にずれたとしても、点火プラグ５５の火花放電部５５ａの周囲に形成される混合気がリーンになりすぎることを回避できる。したがって、燃料噴射弁５０の燃料噴射時期の進角側へのばらつきを許容しつつ、燃料噴射時期が遅角側へずれたときの霧化性の向上を図ることができる。
【００４９】
また、凸部３６が燃料噴射弁５０の燃料噴射方向と直交する方向に延びているので、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧を凸部３６に効率よく衝突させることができ、燃料噴霧の凸部３６からの受熱を促進させることができる。
【００５０】
ところで、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧が凸部３６と干渉することで、気筒内の燃料噴霧の流れが乱される可能性がある。そこで、凸部による気筒内の燃料噴霧の流れへの影響をできるだけ抑制する観点から、図７に示すように、凸部３６Ａ，３６Ｂを、平面視で、燃料噴射弁５０の燃料噴射方向（矢印Ｆ１参照）の正面位置を避けて配置することも可能である。図７の例では、上述した例の凸部３６を同じ断面形状を有する２つの凸部３６Ａ，３６Ｂが、キャビティ壁３３の底壁３３ａの中央部を避けて配置されている。
【００５１】
ここで、燃料噴射弁５０によって燃焼室４０の上方から燃料が噴射される構成では、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧が、燃料噴射弁５０の遅角噴射時だけではなく、燃料噴射弁５０の進角噴射時や、通常噴射時にも凸部３６に突き当たり干渉する可能性がある。しかし、この実施形態では、燃料噴射弁５０が燃焼室４０の天井壁２２の周縁部２２ｃに設けられており、燃料噴射弁５０によって、燃焼室４０の上方からではなく側方から燃料が噴射されるので、燃料噴射弁５０の進角噴射時や、通常噴射時には、燃料噴霧が凸部３６に突き当たりにくく、燃料噴射弁５０の遅角噴射時のみ燃料噴霧が凸部３６に突き当たり干渉しやすくなっている。これにより、燃料噴射弁５０の遅角噴射時には、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧が凸部３６に突き当たり、凸部３６から受熱することによって燃料噴霧の蒸発（霧化）が促進される。したがって、燃料噴射時期が遅角側へずれたときの霧化性の向上を図ることができる。
【００５２】
−他の実施形態−
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。
【００５３】
上記実施形態で挙げた凸部の形状や配置は一例であって、それ以外の形状や配置を採用してもよい。上記実施形態では、凸部の形状を山型形状に形成したが、凸部を、燃料噴射弁５０の燃料噴射方向に直交する方向に延びる板状のフィンによって構成することも可能である。板状のフィンは、燃料噴射弁５０の燃料噴射方向に複数並べて配置することが可能である。
【００５４】
また、例えば、図８、図９に示すように、凸部を、複数の突起３７，３７，…により構成することが可能である。各突起３７は、円柱状に形成され、キャビティ壁３３に立設されている。なお、図１０に示すように、凸部による気筒内の燃料噴霧の流れへの影響をできるだけ抑制する観点から、突起３７を、平面視で、燃料噴射弁５０の燃料噴射方向（矢印Ｆ１参照）の正面位置を避けて配置することも可能である。凸部を板状のフィンや、円柱状の突起３７とすることで、山型形状とした場合よりも凸部が高温になるので、燃料噴霧の凸部３６からの受熱を促進させることができる。
【００５５】
上記実施形態では、凸部をピストン３０の頂部３１に設けた例を挙げたが、同様の凸部（山型形状、板状のフィン、円柱状の突起など）を燃焼室４０の天井壁２２に設ける構成としてもよい。図１１の例では、燃焼室４０の天井壁２２の吸気側の部位に凸部２２ｄが形成されている。この場合、凸部２２ｄは、燃焼室４０の天井壁２２を下方に向けて突出させた構成となっている。図１２の例では、燃焼室４０の天井壁２２の吸気側の部位に、複数の円柱状の突起２２ｅ，２２ｅ，…が形成されている。
【００５６】
なお、凸部をピストン３０の頂部３１に設けた場合には、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧が凸部に突き当たり直接干渉するのに対し、凸部を燃焼室４０の天井壁２２に設けた場合には、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧が上昇中のピストン３０によって流れの向きを変えられることによって干渉しやすくなっている。つまり、燃料噴射弁５０の遅角噴射時には、気筒内が狭くなっており、しかも、ピストン３０が上昇しているので、燃料噴射弁５０により噴射された燃料噴霧がピストン３０によって上側（天井壁２２側）へ流れの向きを変えやすくなっている。そこで、燃焼室４０の天井壁２２の下向きに突出する凸部を設け、この凸部に上側（天井壁２２側）へ流れの向きを変えた燃料噴霧を衝突させることによって、燃料噴霧の凸部からの受熱を促進させるようにしている。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、燃料噴射弁によって気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式の内燃機関に利用可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１０    内燃機関
１２    シリンダブロック
２０    シリンダヘッド
２２    天井壁
２２ａ  中央部
３０    ピストン
３１    頂部
３２    頂面
３３    キャビティ壁
３３ａ  底面
３３ｂ  排気側の側面
３６    凸部
３６ａ  頂部
３６ｂ  吸気側の側面
３６ｃ  排気側の側面
４０    燃焼室
４４    キャビティ
５０    燃料噴射弁
５５    点火プラグ
【図１】
2012002201.tif 000003
【図２】
2012002201.tif 000004
【図３】
2012002201.tif 000005
【図４】
2012002201.tif 000006
【図５】
2012002201.tif 000007
【図６】
2012002201.tif 000008
【図７】
2012002201.tif 000009
【図８】
2012002201.tif 000010
【図９】
2012002201.tif 000011
【図１０】
2012002201.tif 000012
【図１１】
2012002201.tif 000013
【図１２】
2012002201.tif 000014