(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気行程で燃焼室に空気を供給する空気供給手段と、燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグと、ピストン冠面にキャビティ燃焼室とを備え、低負荷域で圧縮行程中に燃料を噴射させて成層燃焼を行わせると共に、高負荷域で吸気行程中に燃料を噴射させて均質燃焼を行わせるようにした筒内噴射式火花点火機関において、前記空気供給手段を、燃焼室に直接空気を噴射する空気噴射弁のみで構成し、成層燃焼時における空気噴射弁の噴射時期を、吸気行程で所定の供給空気量のうち一部を残して噴射させる第１噴射時期と、圧縮行程の前半で残りの空気量を噴射させる第２噴射時期とに多段に設定したことを特徴とする筒内噴射式火花点火機関。
【請求項２】
空気噴射弁を燃料噴射弁配置側に配設してこれらの取付角度を、噴射された燃料をキャビティ燃焼室へ輸送できる角度に設定したことを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項３】
空気噴射弁と燃料噴射弁の取付角度を、相互の噴射軸線が交差し、かつ、噴射方向が共にキャビティ燃焼室に指向する角度に設定したことを特徴とする請求項２記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項４】
空気噴射弁を複数個配設したことを特徴とする請求項２または３に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項５】
アイドリング時に１つの空気噴射弁から空気噴射を行わせて横向きの旋回流を形成させ、部分負荷および高負荷時に全空気噴射弁から空気噴射を行わせて縦向きの旋回流を形成させるようにした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機関。
【請求項６】
吸気行程で燃焼室に空気を供給する空気供給手段と、燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグと、ピストン冠面にキャビティ燃焼室とを備え、低負荷域で圧縮行程中に燃料を噴射させて成層燃焼を行わせると共に、高負荷域で吸気行程中に燃料を噴射させて均質燃焼を行わせるようにした筒内噴射式火花点火機関において、前記空気供給手段を、燃焼室に直接空気を噴射する空気噴射弁のみで構成し、この空気噴射弁を燃料噴射弁配置側に配設してこれらの取付角度を、噴射空気および噴射燃料がキャビティ燃焼室に指向し、かつ、噴射空気の噴射方向が噴射燃料の噴射方向よりも下向きとなって両噴射軸線が交差する角度に設定し、前記成層燃焼時における空気噴射弁の噴射時期を、吸気行程で所定の供給空気量のうち一部を残して噴射させる第１噴射時期と、圧縮行程で燃料噴射直前に残りの空気量を噴射させる第２噴射時期とに多段に設定したことを特徴とする筒内噴射式火花点火機関。
【請求項７】
空気噴射弁を膨脹行程でも噴射作動させるようにしたことを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項８】
空気噴射弁を排気行程でも噴射作動させるようにしたことを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項９】
空気噴射弁の空気通路に、不活性ガス供給通路を接続して、所定量の不活性ガスを混合した空気を噴射させるようにしたことを特徴とする請求項１〜８の何れか１つに記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項１０】
不活性ガス供給通路が、空気噴射弁の空気通路と機関排気通路とに跨って接続されて、排気ガスの一部を導入する排気還流通路であることを特徴とする請求項９に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼室に直接燃料を噴射する筒内噴射式火花点火機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒内噴射式火花点火機関は、例えば特開平９−７９０７９号公報や特許第２５７７０１９号公報等に示されているように、シリンダヘッドに吸，排気ポートと、これら吸，排気ポートを開閉する吸，排気弁と、燃焼室のほぼ中心に臨む位置に設けた点火プラグと、噴射ノズルが燃焼室に臨む燃料噴射弁と、を配設して、低負荷域では圧縮行程の後期に燃料噴射弁より直接燃料を燃焼室に噴射して成層燃焼を行わせる一方、高負荷域では吸気行程中に前記燃料噴射を行わせて均質燃焼を行わせるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
燃料噴射弁は排気弁配置側に配設すると既燃ガスの熱影響を大きく受けてしまい、また、燃焼室中心部に配設すると排気弁配置側に配設した場合と同様に熱影響を大きく受けてしまうことと、燃料噴射弁の中央設置により点火プラグ配設位置が燃焼室中央からずれて火炎伝播が良好に行われなくなってしまうことから、該燃料噴射弁は吸気弁配置側でしかも燃料と空気との混合性を考慮して吸気弁近傍位置に配設する必要があるため、該燃料噴射弁の配設位置が制約されてしまうばかりでなく、吸気ポート周りの構造によって取付角度にも制約を受けて成層燃焼および均質燃焼に最適な配設レイアウトを採ることが難しくなってしまう。
【０００４】
これは、特に吸，排気弁が多弁化したエンジンコンセプトでは益々顕著となってしまう。
【０００５】
また、このような燃料噴射弁の配設上の問題とは別に、吸気弁の開閉制御によって吸気ポートから吸気を行わせるため、ポンプ損失や動弁系のフリクション損失によるＣＶ値の低下は否めず、特に、筒内噴射式火花点火機関では成層燃焼時に圧縮行程中に噴射された燃料を燃焼室中央の点火プラグ周りに確実に輸送させることが肝要で、このため、吸気ポートには横方向旋回流（スワール）や縦方向旋回流（タンブル流）を生成させるための可変要素を付加する必要があるため、前述のポンプ損失やフリクション損失は更に増大してしまう。
【０００６】
更に、成層燃焼時には前述のように圧縮行程で噴射された燃料を新気の旋回流に乗せて点火プラグ周りに輸送させるのであるが、吸気行程で吸気ポートから吸入される新気は吸気ポートの旋回付与手段により旋回流が形成されても、この旋回流は燃料噴射時期には減衰されて、この減衰された旋回流に対して燃料を噴射して燃料の輸送と燃焼を行わせなければならないため、吸気制御と燃料噴射制御のマッチングが難しく、しかも、ガス流動が弱まるために成層燃焼の向上は大きく期待することはできない。
【０００７】
そこで、本発明は燃料噴射弁の配設レイアウトの自由度を拡大できると共に、吸気タイミングを適切に設定でき、かつ、強いガス流動を生成させることができて成層燃焼はもとより均質燃焼の燃焼性を一段と向上することができる筒内噴射式火花点火機関を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にあっては、吸気行程で燃焼室に空気を供給する空気供給手段と、燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグと、ピストン冠面にキャビティ燃焼室とを備え、低負荷域で圧縮行程中に燃料を噴射させて成層燃焼を行わせると共に、高負荷域で吸気行程中に燃料を噴射させて均質燃焼を行わせるようにした筒内噴射式火花点火機関において、前記空気供給手段を、燃焼室に直接空気を噴射する空気噴射弁のみで構成し、成層燃焼時における空気噴射弁の噴射時期を、吸気行程で所定の供給空気量のうち一部を残して噴射させる第１噴射時期と、圧縮行程の前半で残りの空気量を噴射させる第２噴射時期とに多段に設定したことを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明にあっては、請求項１に記載の空気噴射弁を燃料噴射弁配置側に配設してこれらの取付角度を、噴射された燃料をキャビティ燃焼室へ輸送できる角度に設定したことを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明にあっては、請求項２に記載の空気噴射弁と燃料噴射弁の取付角度を、相互の噴射軸線が交差し、かつ、噴射方向が共にキャビティ燃焼室に指向する角度に設定したことを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明にあっては、請求項２および３に記載の空気噴射弁を複数個配設したことを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明にあっては、請求項４に記載の空気噴射弁は、アイドリング時に１つの空気噴射弁から空気噴射を行わせて横向きの旋回流を形成させ、部分負荷および高負荷時に全空気噴射弁から空気噴射を行わせて縦向きの旋回流を形成させるようにしたことを特徴としている。
【００１４】
請求項６の発明にあっては、吸気行程で燃焼室に空気を供給する空気供給手段と、燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグと、ピストン冠面にキャビティ燃焼室とを備え、低負荷域で圧縮行程中に燃料を噴射させて成層燃焼を行わせると共に、高負荷域で吸気行程中に燃料を噴射させて均質燃焼を行わせるようにした筒内噴射式火花点火機関において、前記空気供給手段を、燃焼室に直接空気を噴射する空気噴射弁のみで構成し、この空気噴射弁を燃料噴射弁配置側に配設してこれらの取付角度を、噴射空気および噴射燃料がキャビティ燃焼室に指向し、かつ、噴射空気の噴射方向が噴射燃料の噴射方向よりも下向きとなって両噴射軸線が交差する角度に設定し、前記成層燃焼時における空気噴射弁の噴射時期を、吸気行程で所定の供給空気量のうち一部を残して噴射させる第１噴射時期と、圧縮行程で燃料噴射直前に残りの空気量を噴射させる第２噴射時期とに多段に設定したことを特徴としている。
【００１６】
請求項７の発明にあっては、請求項１〜６に記載の空気噴射弁を、膨脹行程でも噴射作動させるようにしたことを特徴としている。
【００１７】
請求項８の発明にあっては、請求項１〜７に記載の空気噴射弁を排気行程でも噴射作動させるようにしたことを特徴としている。
【００１８】
請求項９の発明にあっては、請求項１〜８に記載の空気噴射弁の空気通路に、不活性ガス供給通路を接続して、所定量の不活性ガスを混合した空気を噴射させるようにしたことを特徴としている。
【００１９】
請求項１０の発明にあっては、請求項９に記載の不活性ガス供給通路が、空気噴射弁の空気通路と機関排気通路とに跨って接続されて、排気ガスの一部を導入する排気還流通路であることを特徴としている。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、空気供給手段を燃焼室に直接空気を噴射する空気噴射弁で構成して、吸気ポートおよび吸気弁を廃止しているため、燃料噴射弁をこれら吸気ポート，吸気弁に制約されることなく最適な燃料噴射方向が得られる位置および角度に取付けることができる。
【００２１】
また、吸気弁およびその動弁系のフリクション損失がなく、しかも吸気弁，吸気ポートの通気抵抗によるポンプ損失がなくなることと併せて、吸気行程で噴射した高圧の空気がピストンの押し下げ方向に作用するためポンプ損失の低減効果が大きく、ＣＶ値を高めることができる。
【００２２】
更に、高圧の空気噴射によって強いガス流動を形成できるため旋回流付与手段を用いることなく成層燃焼時の点火プラグ周りへの燃料輸送を良好に行わせることができると共に、燃料と空気との干渉を意図的に設定できて燃料の微粒化や成層化を容易に行え、従って、成層燃焼および均質燃焼の燃焼性を向上することができる。
【００２３】
また、燃料の吸気行程噴射を行わせるのに際して、燃料噴射弁から噴射された燃料と吸気弁との干渉に留意する必要がないため、燃料噴霧角度を最適に設定することができるから、均質燃焼はもとより成層燃焼の燃焼性をより一層向上することができる。
しかも、成層燃焼時には圧縮行程の前半でも空気噴射を行わせるため、ガス流動を強化して点火プラグ周りへの燃料の輸送性を高められ、成層燃焼をより一層安定化することができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、空気噴射弁を吸気ポート，吸気弁による制約を受けることなく、成層燃焼時に噴射された燃料をキャビティ燃焼室へ輸送できる最適な角度に設定してあるから、ガス流動の保存性が高く燃料の点火プラグ周りへの輸送性を向上できて成層燃焼の燃焼性を更に向上することができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２の発明の効果に加えて、空気噴射軸線と燃料噴射軸線とが交差しているため、燃料の吸気行程噴射時に燃料の微粒化を行えると共に、噴射空気より気化潜熱を奮って空気温度を下げられるため、実充填効率を高められて高出力が要求される均質燃焼を行う高負荷域での出力の向上を実現することができ、しかも、噴射空気がキャビティ燃焼室に指向するため、キャビティ燃焼室に燃料が付着するのを抑制できてスモーク発生および未燃ＨＣの発生を低下させることができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２および３の発明の効果に加えて、空気噴射弁を複数個配設してあるため、１つの空気噴射弁では空気供給量が不十分な場合や、過給のようにより多くの空気が必要とする場合に適切に対応することができる。
【００２７】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４の発明の効果に加えて、アイドリング時には１つの空気噴射弁から空気噴射を行わせて横向きの旋回流（スワール）を形成させるため、供給空気量の少ないアイドリング時でもキャビティ燃焼室に確実にスワールを形成できて燃焼の安定化を図ることができ、他方、部分負荷および高負荷時には全空気噴射弁から空気噴射を行わせて縦向きの旋回流（タンブル流，逆タンブル流）を形成させるため、キャビティ燃焼室への燃料付着を抑制してスモーク，未燃ＨＣの発生を低減でき、均質燃焼，成層燃焼の安定化と出力の向上とを実現することができる。
【００２９】
請求項６に記載の発明によれば、空気供給手段を燃焼室に直接空気を噴射する空気噴射弁で構成して、吸気ポートおよび吸気弁を廃止しているため、燃料噴射弁をこれら吸気ポート，吸気弁に制約されることなく最適な燃料噴射方向が得られる位置および角度に取付けることができる。
また、吸気弁およびその動弁系のフリクション損失がなく、しかも吸気弁，吸気ポートの通気抵抗によるポンプ損失がなくなることと併せて、吸気行程で噴射した高圧の空気がピストンの押し下げ方向に作用するためポンプ損失の低減効果が大きく、ＣＶ値を高めることができる。
更に、高圧の空気噴射によって強いガス流動を形成できるため旋回流付与手段を用いることなく成層燃焼時の点火プラグ周りへの燃料輸送を良好に行わせることができると共に、燃料と空気との干渉を意図的に設定できて燃料の微粒化や成層化を容易に行え、従って、成層燃焼および均質燃焼の燃焼性を向上することができる。
また、燃料の吸気行程噴射を行わせるのに際して、燃料噴射弁から噴射された燃料と吸気弁との干渉に留意する必要がないため、燃料噴霧角度を最適に設定することができるから、均質燃焼はもとより成層燃焼の燃焼性をより一層向上することができる。しかも、噴射空気および噴射燃料が共にキャビティ燃焼室に指向し、かつ、噴射空気が噴射燃料よりも下向きに噴射されるため、成層燃焼時はキャビティ燃焼室に空気の膜を早い流れとして形成できて、その上に燃料を噴射させるためにキャビティ燃焼室への燃料付着を回避して成層燃焼の安定化と、スモーク，未燃ＨＣの低減化とを図ることができる。
【００３０】
また、均質燃焼時には噴射空気と噴射燃料との混合，攪拌を積極的に行えると共に燃料の微粒化を行えるから均質燃焼の安定化を図ることができ、しかも、キャビティ燃焼室に高圧の噴射空気が吹き当るため、該キャビティ燃焼室への燃料付着を回避できてスモーク，未燃ＨＣの低減化を図ることができる。
【００３１】
更に、成層燃焼時には圧縮行程で燃料噴射の直前にも空気噴射を行わせるため、キャビティ燃焼室に形成される空気の膜を強化して燃料付着をより確実に防止できると共に、ガス流動を強化できて点火プラグ周りへの燃料の輸送性を高めることができる。
【００３２】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜６の発明の効果に加えて、膨脹行程でも空気噴射弁からの空気噴射を行わせるため、未燃ＨＣの燃焼を活性化させて熱効率を向上できると共にスモーク，未燃ＨＣの低減化対策を徹底することができる。
【００３３】
請求項８に記載の発明によれば、請求項１〜７の発明の効果に加えて、排気行程でも空気噴射弁からの空気噴射を行わせるため掃気効率を高めることができる。
【００３４】
請求項９に記載の発明によれば、請求項１〜８の発明の効果に加えて、空気噴射弁からは不活性ガスを混合した空気を噴射させるためＮＯx の低減効果を得ることができる。
【００３５】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項９の発明の効果に加えて、不活性ガスとして既燃ガスを有効利用するため、排気還流によってコスト的に有利にＮＯx 低減効果を得ることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００３７】
図１，２において、１はシリンダブロック、２はピストン、３はシリンダヘッド、４はこれらシリンダブロック１，ピストン２およびシリンダヘッド３で形成された燃焼室を示す。
【００３８】
シリンダヘッド３には燃焼室４のほぼ中央に臨む位置に点火プラグ５を配設してあると共に、図外の排気弁の配置側と反対側の側部に、燃料を直接燃焼室４に噴射する燃料噴射弁６を配設してある。
【００３９】
このシリンダヘッド３には通常のエンジンとは異なって吸気ポートおよび吸気弁はなく、前記燃料噴射弁６の配置側に、高圧ポンプ８で圧縮されて空気通路９により送られてくる高圧の空気を直接燃焼室４に噴射する空気噴射弁７を配設してある。
【００４０】
ピストン２の冠面には前記燃料噴射弁６を配設した側に偏寄した略半部に、成層燃焼時に圧縮行程中に燃料噴射弁６から噴射された燃料を受容するキャビティ燃焼室１０を形成してある。
【００４１】
燃料噴射弁６は、成層燃焼時に圧縮行程中に燃料を噴射した際に、この噴射燃料がキャビティ燃焼室４に指向して該キャビティ燃焼室４に確実に受容される角度で取付けてある一方、空気噴射弁７は吸気行程で噴射された空気が例えば図２に矢印で示すように右旋回して横向きの旋回流（スワール）が形成され、圧縮行程でこのスワールがキャビティ燃焼室１０内に保存されて該圧縮行程中に噴射された燃料を点火プラグ５周りへ確実に輸送し得る角度で取付けてある。
【００４２】
図３は４サイクル行程における成層燃焼時の空気噴射弁７，燃料噴射弁６の各噴射時期と点火プラグ５の点火時期とを示し、また、図４は均質燃焼時のこれら空気噴射弁７，燃料噴射弁６の各噴射時期と点火プラグ５の点火時期とを示しており、Ａは空気の噴射時期を、Ｆは燃料の噴射時期を、Ｓは点火時期をそれぞれ示している。
【００４３】
従って、この第１実施形態の構成によれば、吸気行程で燃焼室４に空気を供給する空気供給手段を、該燃焼室４に直接高圧の空気を供給する空気噴射弁７で構成して、吸気ポートおよび吸気弁を廃止しているため、燃料噴射弁６をこれら吸気ポートや吸気弁に制約を受けることなく最適な燃料噴射方向が得られる位置および角度に取付けることができる。
【００４４】
また、吸気弁およびその動弁系のフリクション損失がなく、しかも吸気弁，吸気ポートの通気抵抗によるポンプ損失がなくなることと併せて、吸気行程で噴射した高圧の空気がピストン２の押し下げ方向に作用するためポンプ損失の低減効果が大きく、ＣＶ値を高めることができる。
【００４５】
更に、高圧の空気噴射によって強いガス流動を形成でき、かつ、空気噴射弁７を吸気ポートや吸気弁による制約を受けずにスワールを形成できる最適な角度で取付けることができるため、旋回流付与手段を用いることなくガス流動の保存性を高めることができ、従って、成層燃焼時に点火プラグ５周りへの燃料の輸送性を高められ、また、空気噴射弁７と燃料噴射弁６との取付角度は燃料と空気との干渉を意図的に設定することもできて燃料の微粒化や成層化を容易に行うことができるから、成層燃焼および均質燃焼の燃焼性を向上することができる。
【００４６】
また、燃料の吸気行程噴射を行わせるのに際して、燃料噴射弁６から噴射された燃料と吸気弁との干渉に留意する必要がないため、燃料噴霧角度を最適に設定することができるから、均質燃焼はもとより成層燃焼の燃焼性をより一層向上することができる。
【００４７】
図５は本発明の第２実施形態を示すもので、この実施形態にあっては前記図１，２に示した第１実施形態の構成において、成層燃焼時における前述の空気噴射弁７の噴射時期を、吸気行程で所定の供給空気量のうち一部を残して噴射させる第１噴射時期Ａ1 と、圧縮行程の前半で残りの空気量を噴射させる第２噴射時期Ａ2 とに多段に設定してある。
【００４８】
従って、この第２実施形態の構成によれば、前記第１実施形態の効果に加えて、成層燃焼時には圧縮行程の前半でも空気噴射を行わせるため、スワールを強化して点火プラグ５周りへの燃料の輸送性を高めることができて、成層燃焼をより一層安定化させることができる。
【００４９】
図６，７は本発明の第３実施形態を示すもので、この実施形態にあっては成層燃焼時（図６）および均質燃焼時（図７）の何れの運転状態時にも、膨脹行程で空気噴射弁７を噴射作動させて所要量の追加空気の噴射Ａα1 を行わせるようにしている。
【００５０】
従って、この第３実施形態の構成によれば、前記第１実施形態および第２実施形態の効果に加えて、膨脹行程でも燃焼温度の高い温度条件下で空気噴射弁７によって所要量の空気噴射Ａα1 を行わせるため、この追加空気によって未燃ＨＣの燃焼を活性化させて熱効率を向上できると共にスモークおよび未燃ＨＣの低減化対策を徹底することができる。
【００５１】
前記第３実施形態では追加空気の噴射を膨脹行程で行わせているが、図８，９に示す第４実施形態のように排気行程でも追加空気の噴射Ａα2 を行わせれば、掃気効率を高めることができる。
【００５２】
また、この排気行程での追加空気の噴射Ａα2 を、鎖線で示すように高い燃焼温度が維持される排気行程の前半で行わせれば、膨脹行程で追加空気の噴射Ａα1 を行った場合と同様に未燃ＨＣの燃焼の活性化を期待することができ、特に該排気行程ではピストンの上昇によって掻き落されるシリンダライナの付着未燃ＨＣの燃焼活性化を図ることもできる。
【００５３】
図１０，１１は本発明の第５実施形態を示すもので、この実施形態にあっては空気噴射弁７と燃料噴射弁６の取付角度を、両噴射軸線が上下方向および水平方向で交差し、かつ、噴射方向が共にキャビティ燃焼室１０に指向する角度に設定してある。
【００５４】
従って、この第５実施形態の構成によれば、前記第１実施形態と同様の効果が得られる他、空気噴射軸線と燃料噴射軸線とが交差しているため、燃料の吸気行程噴射時に燃料の微粒化を行えると共に、噴射空気より気化潜熱を奮って空気温度を下げられるため、実充填効率を高められて高出力が要求される均質燃焼を行う高負荷域での出力の向上を実現することができる。
【００５５】
しかも、噴射空気がキャビティ燃焼室１０に指向するため、キャビティ燃焼室１０に燃料が付着するのを抑制できてスモークおよび未燃ＨＣの発生を低下させることができる。
【００５６】
ここで、この第５実施形態において、空気噴射弁７の成層燃焼時における噴射時期を図５に示した第２実施形態と同様に、吸気行程における第１噴射時期Ａ1 と、圧縮行程前半における第２噴射時期Ａ2 とに多段に設定すれば、該第２噴射時期Ａ2 でキャビティ燃焼室１０に噴射された空気は該キャビティ燃焼室１０で十分にイナーシャーを持ったスワールとなって点火プラグ５周りにより確実に燃料を輸送することが可能となり、成層燃焼の安定性を更に高めることができる。
【００５７】
また、燃料の早噴き・遅点火を実現することもできるから、混合気形成が良好でかつＮＯx 低減効果が得られ、しかも、燃焼の熱発生時期が遅れるため熱効率を高めることもできる。
【００５８】
図１２，１３は本発明の第６実施形態を示すもので、この実施形態にあっては空気噴射弁７を複数個、具体的には２つの空気噴射弁７，７を燃料噴射弁６の配置側で、平面視して該燃料噴射弁６の噴射軸線を中心に内向きにほぼ線対称に取付けてある。
【００５９】
また、これら２つの空気噴射弁７，７は噴射空気が図１２の矢印で示すように、点火プラグ５の下側を通って図外の排気弁側からピストン２の冠面に向って流れる、所謂順タンブルの縦向き旋回流を形成し得る取付角度で配設してある。
【００６０】
従って、この第６実施形態の構成によれば、前記第１実施形態と同様の効果が得られる他、２つの空気噴射弁７，７を配設してあるため１つの空気噴射弁７では空気供給量が不十分な場合や、過給のようにより多くの空気が必要とする場合に適切に対応することができる。
【００６１】
また、アイドリング時には１つの空気噴射弁７からのみ空気噴射を行わせてスワールを形成させ、部分負荷および高負荷時には両空気噴射弁７，７から同時に空気噴射を行わせて順タンブル流を形成させるようにすれば、供給空気量の少ないアイドリング時でもキャビティ燃焼室１０に確実にスワールを形成できて燃焼の安定化を図ることができ、他方、部分負荷および高負荷時には順タンブル流によってキャビティ燃焼室１０への燃料付着を抑制してスモーク，未燃ＨＣの発生を低減できるため、均質燃焼，成層燃焼の安定化と出力の向上とを実現することができる。
【００６２】
更に、この第６実施形態の場合も図５に示した第２実施形態と同様に、成層燃焼時における２つの空気噴射弁７，７の噴射時期を吸気行程における第１噴射時期Ａ1 と、圧縮行程前半における第２噴射時期Ａ2 とに多段に設定することによって、順タンブル流を強化でき点火プラグ５周りへの燃料の輸送性を高めることができる。
【００６３】
なお、この実施形態では順タンブル流を形成させるようにしているが、逆タンブル流を形成できるように空気噴射弁７，７の取付角度を縦向きにすることも可能である。
【００６４】
図１４，１５は本発明の第７実施形態を示すもので、この実施形態にあっては空気噴射弁７を燃料噴射弁６のほぼ直上位置に配置し、これら空気噴射弁７，燃料噴射弁６の取付角度を、噴射空気および噴射燃料がキャビティ燃焼室１０に指向し、かつ、噴射空気の噴射方向が噴射燃料の噴射方向よりも下向きとなって相互の噴射軸線が上下方向に交差する角度に設定し、噴射空気が図１４の矢印で示すように燃料噴射弁６の前端部分を横切ってキャビティ燃焼室１０に向かい、該キャビティ燃焼室１０で反転して点火プラグ５に向って流れる、所謂逆タンブル流が形成されるようにしてある。
【００６５】
従って、この第７実施形態の構成によれば、前記第１実施形態と同様の効果が得られる他、噴射空気および噴射燃料が共にキャビティ燃焼室１０に指向し、かつ、噴射空気が噴射燃料よりも下向きに噴射されて逆タンブル流が形成されるため、成層燃焼時はキャビティ燃焼室１０に空気の膜を早い流れとして形成できて、その上に燃料を噴射させるためにキャビティ燃焼室１０への燃料付着を回避して成層燃焼の安定化と、スモーク，未燃ＨＣの低減化とを図ることができる。
【００６６】
また、均質燃焼時には噴射空気と噴射燃料との混合，攪拌を積極的に行えると共に燃料の微粒化を行えるから均質燃焼の安定化を図ることができ、しかも、キャビティ燃焼室１０に高圧の噴射空気が吹き当るため、該キャビティ燃焼室１０への燃料付着を回避できてスモーク，未燃ＨＣの低減化を図ることができる。
【００６７】
更に、前記図１０，１１に示した第５実施形態と同様にこの燃料の吸気行程噴射を行う均質燃焼時に、噴射燃料が噴射空気より気化潜熱を奮って空気温度を下げられるため、実充填効率を高められて高出力を得ることができる。
【００６８】
図１６は本発明の第８実施形態を示すもので、この実施形態にあっては前記図１４，１５に示した第７実施形態の構造において、成層燃焼時における前述の空気噴射弁７の噴射時期を、吸気行程で所定の供給空気量のうち一部を残して噴射させる第１噴射時期Ａ1 と、圧縮行程後期の燃料噴射時期Ｆの直前に残りの空気量を噴射させる第２噴射時期に設定してある。
【００６９】
従って、この第８実施形態の構成によれば成層燃焼時には圧縮行程で燃料噴射の直前にも空気噴射を行わせるため、キャビティ燃焼室１０に形成される空気の膜を強化して燃料付着をより確実に防止できるとともに、逆タンブル流を強化でき点火プラグ５周りへの燃料の輸送性を高めることができる。
【００７０】
なお、図１０〜１６に示した各実施形態において、図６，７、又は図８，９に示した実施形態と同様に膨脹行程、および又は排気行程でも空気噴射弁７を噴射作動させて追加の空気を噴射させることによって、未燃ＨＣの低減効果と掃気効率の向上とを図ることができる。
【００７１】
図１７は本発明の第９実施形態を示すもので、この実施形態ではＮＯx 低減対策のため、空気噴射弁７から不活性ガスを混合した空気を燃焼室４に噴射供給するようにしてある。
【００７２】
図１７では便宜的に図１に示した第１実施形態のエンジンコンセプトに適用した場合を示しており、本実施形態では空気噴射弁７の空気通路９の途中にミキサ室１１を設け、該ミキサ室１１と排気ポート１２とに跨って排気還流通路１３を接続し、該排気還流通路１３に介装した排気還流制御弁装置１４による制御の下に不活性ガスとして吸気量に応じた適正量の還流排気（ＥＧＲ）を行って、ミキサ室１１で新気と混合させて外部ＥＧＲを行わせ、ＮＯx の低減効果を得るようにしている。なお、図１７中、１５は排気弁を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を概略的に示す断面説明図。
【図２】本発明の第１実施形態の概略的平面説明図。
【図３】本発明の第１実施形態の成層燃焼時における空気噴射時期，燃料噴射時期および点火時期を示す説明図。
【図４】本発明の第１実施形態の均質燃焼時における空気噴射時期，燃料噴射時期および点火時期を示す説明図。
【図５】本発明の第２実施形態の成層燃焼時における空気噴射時期，燃料噴射時期および点火時期を示す説明図。
【図６】本発明の第３実施形態の成層燃焼時における空気噴射時期，燃料噴射時期および点火時期を示す説明図。
【図７】本発明の第３実施形態の均質燃焼時における空気噴射時期，燃料噴射時期および点火時期を示す説明図。
【図８】本発明の第４実施形態の成層燃焼時における空気噴射時期，燃料噴射時期および点火時期を示す説明図。
【図９】本発明の第４実施形態の均質燃焼時における空気噴射時期，燃料噴射時期および点火時期を示す説明図。
【図１０】本発明の第５実施形態の構成を概略的に示す断面説明図。
【図１１】本発明の第５実施形態の概略的平面説明図。
【図１２】本発明の第６実施形態の構成を概略的に示す断面説明図。
【図１３】本発明の第６実施形態の概略的平面説明図。
【図１４】本発明の第７実施形態の構成を概略的に示す断面説明図。
【図１５】本発明の第７実施形態の概略的平面説明図。
【図１６】本発明の第８実施形態の成層燃焼時における空気噴射時期，燃料噴射時期および点火時期を示す説明図。
【図１７】本発明の第９実施形態の構成を概略的に示す断面説明図。
【符号の説明】
１  シリンダブロック
２  ピストン
３  シリンダヘッド
４  燃焼室
５  点火プラグ
６  燃料噴射弁
７  空気噴射弁
９  空気通路
１０  キャビティ燃焼室
１２  排気ポート（排気通路）
１３  排気還流通路（不活性ガス供給通路）
【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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