(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の吸気弁、燃焼室中央部分に配置した点火プラグ、および燃焼室に直接燃料を噴霧する燃料噴射弁を備えると共に、ピストン冠面にキャビティ燃焼室を備え、吸気にスワールを付与した状態で圧縮行程中に前記キャビティ燃焼室に向けて燃料噴射を行うことにより成層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、前記キャビティ燃焼室を、その開口縁がピストン冠面の外径からはみ出さないで、かつ、複数の吸気弁の動作方向の投影面を包含する所要の面積範囲でそれぞれ凹設されて互いに連通する複数の凹部で構成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】
２つの吸気弁、燃焼室中央部分に配置した点火プラグ、および燃焼室に直接燃料を噴霧する燃料噴射弁を備えると共に、ピストン冠面に点火プラグとの干渉を避けるプラグ逃げ溝を有するキャビティ燃焼室を備え、吸気にスワールを付与した状態で圧縮行程中に前記キャビティ燃焼室に向けて燃料噴射を行うことにより成層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、前記キャビティ燃焼室を、その開口縁がピストン冠面の外径からはみ出さないで、かつ、２つの吸気弁の動作方向の投影面を包含する所要の面積範囲でそれぞれ凹設されて互いに連通する略円形の第１スワール室と第２スワール室とで構成したことを特徴とする筒内噴射式火花点火機関。
【請求項３】
第１スワール室と第２スワール室は、それぞれ吸気弁の動作方向の投影面部に最深部を備えてい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機関。
【請求項４】
最深部の底面を平坦に形成したことを特徴とする請求項３に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項５】
キャビティ燃焼室は、燃料噴射弁から噴霧された燃料を該キャビティ燃焼室内にガイドする噴霧ガイド溝を備えていることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項６】
第１スワール室と第２スワール室の両最深部の隣接部分に、底面をこれら最深部の底面と整合して同一面に形成した連設部を設けて、該連設部によって前記両最深部を連通したことを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項７】
第１スワール室と第２スワール室の両最深部の隣接部分に、底面をプラグ逃げ溝の底面と整合して同一面に形成した連設部を設けて、該連設部によってプラグ逃げ溝を前記両最深部と連通したことを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項８】
プラグ逃げ溝の底面と連設部の底面を、第１スワール室と第２スワール室の両最深部の底面と整合して同一面に形成した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機関。
【請求項９】
第１スワール室および第２スワール室の両最深部の周壁とプラグ逃げ溝の周壁との連設部分を、これら第１スワール室および第２スワール室で生成される吸気のスワールの略接線方向に直線的に形成したことを特徴とする請求項７または８に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項１０】
第１スワール室と第２スワール室を、それぞれピストン冠面の吸気弁と対向配置した排気弁設置側に向けて略楕円形状に拡大して形成したことを特徴とする請求項２〜９の何れか１項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項１１】
第１スワール室と第２スワール室の両最深部を、それぞれピストン冠面の排気弁設置側に向けて略楕円形状に拡大して形成したことを特徴とする請求項１０に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項１２】
第１スワール室の最深部とプラグ逃げ溝および連設部の各底面を、第２スワール室の最深部の底面よりも一段下げて形成したことを特徴とする請求項７又は９〜１１の何れか１項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項１３】
第２スワール室の最深部とプラグ逃げ溝および連設部の各底面を、第１スワール室の最深部の底面よりも一段下げて形成したことを特徴とする請求項７又は９〜１１の何れか１項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項１４】
プラグ逃げ溝と連設部の両底面を、第１スワール室および第２スワール室の両最深部の底面よりも一段下げて形成したことを特徴とする請求項７又は９〜１１の何れか１項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項１５】
第１スワール室および第２スワール室の各プラグ逃げ溝に隣接する側の周壁をリエントラント形状に形成したことを特徴とする請求項２〜１４の何れか１項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項１６】
第１スワール室に対応する吸気弁を配設した第１吸気ポート、および第２スワール室に対応する吸気弁を配設した第２吸気ポートをそれぞれ独立したストレートポートとして構成し、これら吸気ポートの一方には成層燃焼時に該一方の吸気ポートを遮蔽し、均質燃焼時に該一方の吸気ポートを開放する遮蔽弁を設けたことを特徴とする請求項２〜１５の何れか１項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項１７】
吸気弁は機関の運転条件に合わせて開閉特性を変化させる可変動弁機構を備えていることを特徴とする請求項２〜１６の何れか１項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霧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８−３５４２９号公報に示されているように、高負荷運転域（以下、単に高負荷域と称する）では燃焼室に略均質な空燃比の混合気を形成して所謂均質燃焼を行わせる一方、低負荷運転域（以下、単に低負荷域と称する）では点火プラグ周りにのみ比較的濃い混合気を形成し、平均的な空燃比を非常に大きく（稀薄化）して所謂成層燃焼を行わせるようにしたものである。
【０００３】
このような筒内噴射式火花点火機関は、ペントルーフタイプの燃焼室を形成するシリンダヘッドの一側部に２つの吸気弁を、および他側部に２つの排気弁を配設し、燃焼室中央に点火プラグを配設すると共に燃焼室側部の２つの吸気ポート開口部間近傍に燃料噴射弁を配設する一方、ピストン冠面は燃焼室のペントルーフ形状に合わせて山形に形成して、該ピストン冠面の吸気弁配置側の一側部に偏寄して、前記点火プラグのプラグ電極を受容できる範囲に非円形のキャビティ燃焼室を凹設してある。
【０００４】
吸気弁をそれぞれ配設した吸気ポートは例えばサイヤミズドポートとしてそれぞれ独立ポートに形成し、そのうちの一方の吸気ポートは燃焼室で吸気に強いスワールを付与し得るようにヘリカルポートとして構成している。
【０００５】
そして、低負荷域では圧縮行程でピストン上死点付近において前記燃料噴射弁から、キャビティ燃焼室に生成された吸気のスワール（以下、単にスワールと称する）の上流側に向けて燃料を噴霧することにより前述した成層燃焼を可能としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
機関の出力を高めるために吸気弁の作動角やバルブリフトを大きくしたり、あるいは吸排気弁のバルブオーバーラップを大きくしたりする要請があるが、このような弁特性を設定する場合前述のピストン冠面には吸気弁との干渉を避けるためにバルブリセスを形成する必要がある。
【０００７】
一方、前述したキャビティ燃焼室は圧縮比との兼ね合いで非円形の開口面積をむやみに大きくすることはできず、自ずとその開口形成エリアが制限されることから該ピストン冠面にバルブリセスを設けようとすると、該バルブリセスがキャビティ燃焼室の開口縁に部分的に跨るようになってしまう。
【０００８】
この結果、成層燃焼時にキャビティ燃焼室に強いスワールを生成してもその一部がバルブリセスからキャビティ燃焼室外へ逃げてしまい、また、燃料噴射弁からキャビティ燃焼室に向けて噴霧された燃料も、その一部がバルブリセスからキャビティ燃焼室外へ逃げてしまうことから、点火プラグ周りでの濃い混合気の形成が不十分となってしまい、結果的には平均的な空燃比を非常に大きく（稀薄化）することができなくなってしまう。
【０００９】
そこで、本発明は成層燃焼の安定性や機関圧縮比を損なうことなく吸気弁とピストン冠面との干渉を回避できて、可変動弁機構等による吸気弁の弁特性を可変と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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にあっては、複数の吸気弁、燃焼室中央部分に配置した点火プラグ、および燃焼室に直接燃料を噴霧する燃料噴射弁を備えると共に、ピストン冠面にキャビティ燃焼室を備え、吸気にスワールを付与した状態で圧縮行程中に前記キャビティ燃焼室に向けて燃料噴射を行うことにより成層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、前記キャビティ燃焼室を、その開口縁がピストン冠面の外径からはみ出さないで、かつ、複数の吸気弁の動作方向の投影面を包含する所要の面積範囲でそれぞれ凹設されて互いに連通する複数の凹部で構成したことを特徴としている。
【００１１】
２つの吸気弁、燃焼室中央部分に配置した点火プラグ、および燃焼室に直接燃料を噴霧する燃料噴射弁を備えると共に、ピストン冠面に点火プラグとの干渉を避けるプラグ逃げ溝を有するキャビティ燃焼室を備え、吸気にスワールを付与した状態で圧縮行程中に前記キャビティ燃焼室に向けて燃料噴射を行うことにより成層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、前記キャビティ燃焼室を、その開口縁がピストン冠面の外径からはみ出さないで、かつ、２つの吸気弁の動作方向の投影面を包含する所要の面積範囲でそれぞれ凹設されて互いに連通する略円形の第１スワール室と第２スワール室とで構成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明にあっては、請求項２に記載の第１スワール室と第２スワール室は、それぞれ吸気弁の動作方向の投影面部に最深部を備えていることを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明にあっては、請求項３に記載の最深部の底面を平坦に形成したことを特徴としている。
【００１４】
請求項５の発明にあっては、請求項２〜４に記載のキャビティ燃焼室は、燃料噴射弁から噴霧された燃料を該キャビティ燃焼室内にガイドする噴霧ガイド溝を備えていることを特徴としている。
【００１５】
請求項６の発明にあっては、請求項３〜５に記載の第１スワール室と第２スワール室の両最深部の隣接部分に、底面をこれら最深部の底面と整合して同一面に形成した連設部を設けて、該連設部によって前記両最深部を連通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３〜５に記載の第１スワール室と第２スワール室の両最深部の隣接部分に、底面をプラグ逃げ溝の底面と整合して同一面に形成した連設部を設けて、該連設部によってプラグ逃げ溝を前記両最深部と連通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７に記載のプラグ逃げ溝の底面と連設部の底面を、第１スワール室と第２スワール室の両最深部の底面と整合して同一面に形成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７，８に記載の第１スワール室および第２スワール室の両最深部の周壁とプラグ逃げ溝の周壁との連設部分を、これら第１スワール室および第２スワール室で生成される吸気のスワールの略接線方向に直線的に形成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２〜９に記載の第１スワール室と第２スワール室を、それぞれピストン冠面の吸気弁と対向配置した排気弁設置側に向けて略楕円形状に拡大して形成したことを特徴としている。
【００２０】
請求項１１の発明にあっては、請求項１０に記載の第１スワール室と第２スワール室の両最深部を、それぞれピストン冠面の排気弁設置側に向けて略楕円形状に拡大して形成したことを特徴としている。
【００２１】
請求項１２の発明にあっては、請求項７又は９〜１１に記載の第１スワール室の最深部とプラグ逃げ溝および連設部の各底面を、第２スワール室の最深部の底面よりも一段下げて形成したことを特徴としている。
【００２２】
請求項１３の発明にあっては、請求項７又は９〜１１に記載の第２スワール室の最深部とプラグ逃げ溝および連設部の各底面を、第１スワール室の最深部の底面よりも一段下げて形成したことを特徴としている。
【００２３】
請求項１４の発明にあっては、請求項７又は９〜１１に記載のプラグ逃げ溝と連設部の両底面を、第１スワール室および第２スワール室の両最深部の底面よりも一段下げて形成したことを特徴としている。
【００２４】
請求項１５の発明にあっては、請求項２〜１４に記載の第１スワール室および第２スワール室の各プラグ逃げ溝に隣接する側の周壁をリエントラント形状に形成したことを特徴としている。
【００２５】
請求項１６の発明にあっては、請求項２〜１５に記載の第１スワール室に対応する吸気弁を配設した第１吸気ポート、および第２スワール室に対応する吸気弁を配設した第２吸気ポートをそれぞれ独立したストレートポートとして構成し、これら吸気ポートの一方には成層燃焼時に該一方の吸気ポートを遮蔽し、均質燃焼時に該一方の吸気ポートを開放する遮蔽弁を設けたことを特徴としている。
【００２６】
請求項１７の発明にあっては、請求項２〜１６に記載の吸気弁は、機関の運転条件に合わせて開閉特性を変化させる可変動弁機構を備えていることを特徴としている。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ピストン冠面のキャビティ燃焼室を構成する複数の凹部は、各吸気弁の投影面を包含する所要の面積範囲でそれぞれ凹設してあるため、機関の出力向上を目的として吸気弁の作動角，バルブリフト等の弁特性を可変とした場合に、該吸気弁がピストン冠面と干渉するのを回避することができる。
【００２８】
そして、ピストン冠面にはキャビティ燃焼室に跨るバルブリセスを設けていないため、成層燃焼時にスワールおよび燃料がキャビティ燃焼室外へ逃げるようなことがなく、従って、強いスワールを生成できて成層燃焼の安定性を維持することができ、しかも、キャビティ燃焼室の開口面積を必要以上に拡大することもないので機関圧縮比の低下を回避することができる。
【００２９】
更に、成層燃焼時に圧縮行程中にキャビティ燃焼室の凹部に向けて噴霧された燃料は当該凹部で生成された強いスワールに乗って、燃焼室中央の点火プラグ周りに集合して、該点火プラグ周りに濃い混合気が形成されるため良好な着火性を維持することができる。
【００３０】
請求項２に記載の発明によれば、ピストン冠面のキャビティ燃焼室を構成する第１スワール室と第２スワール室は、各吸気弁の投影面を包含する所要の面積範囲でそれぞれ略円形に凹設してあるため、機関の出力向上を目的として吸気弁の作動角，バルブリフト等の弁特性を可変とした場合に、該吸気弁がピストン冠面と干渉するのを回避することができる。
【００３１】
そして、ピストン冠面にはキャビティ燃焼室に跨るバルブリセスを設けていないため、成層燃焼時にスワールおよび燃料がキャビティ燃焼室外へ逃げるようなことがなく、従って、強いスワールを生成できて成層燃焼の安定性を維持することができ、しかも、キャビティ燃焼室の開口面積を必要以上に拡大することもないので機関圧縮比の低下を回避することができる。
【００３２】
更に、成層燃焼時に圧縮行程中にキャビティ燃焼室の第１スワール室又は第２スワール室に向けて噴霧された燃料は当該スワール室で生成された強いスワールに乗って、これら第１スワール室と第２スワール室との中間部分のプラグ逃げ溝に集合して、点火プラグ周りに濃い混合気が形成されるため良好な着火性を維持することができる。
【００３３】
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、第１スワール室および第２スワール室には、それぞれ対応する吸気弁の投影面部に最深部を設定してあるため、キャビティ燃焼室をその開口面積をピストン冠面の制約された面積範囲内で吸気弁と干渉することなく極力小さくし、かつ、最適な機関圧縮比が得られる容積として形成することができる。
【００３４】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３の発明の効果に加えて、第１スワール室および第２スワール室の各最深部の底面を平坦に形成してあるため、これら最深部の底面にデポジットが生じるのを回避できると共に、燃料の壁面付着を回避して燃焼性を向上できるためスモークの発生をなくしてＨＣの低減を実現することができる。
【００３５】
請求項５に記載の発明によれば、請求項２〜４の発明の効果に加えて、成層燃焼時に圧縮行程のピストン上死点付近でキャビティ燃焼室に向けて噴霧された燃料は、噴霧ガイド溝によって全キャビティ燃焼室に供給され、噴霧燃料の一部がピストン冠面に当ってキャビティ燃焼室外へ逃げるのを回避できるため、成層燃焼の安定性向上と燃費の向上を実現することができる。
【００３６】
請求項６に記載の発明によれば、請求項３〜５の発明の効果に加えて、第１スワール室と第２スワール室の両最深部は、底面がこれら両最深部の底面と整合して同一面に形成された連設部で連通しているため、これら両最深部でも燃料の相互移動がスムーズに行われて燃料の混合，拡散と気化促進を良好に行え、しかも、燃焼期間中における燃料の壁面付着を回避できるため、成層燃焼の安定性向上とスモークの発生をなくしてＨＣの低減を実現することができる。
【００３７】
請求項７に記載の発明によれば、請求項３〜５の発明の効果に加えて、プラグ逃げ溝は底面を該プラグ逃げ溝の底面と同一面に整合して形成した連設部を介して第１スワール室と第２スワール室の両最深部と連通しているため、これら両最深部でもそれらの周面に沿うスワールに乗って流動する燃料をプラグ逃げ溝に集めて点火プラグ周りに濃い混合気を形成できるため、着火性を高められて成層燃焼の安定性向上と燃費の向上とを実現することができる。
【００３８】
請求項８に記載の発明によれば、請求項７の発明の効果に加えて、プラグ逃げ溝の底面と連設部の底面は、第１スワール室と第２スワール室の両最深部の底面と同一面に整合してあるから、前記燃料のプラグ逃げ溝への集合をスムーズに行えて着火性をより一層高められることと併せて燃料の壁面付着を回避できることによって、成層燃焼の安定性と燃費を更に向上できると共に、スモークの発生をなくしてＨＣの低減を実現することができる。
【００３９】
請求項９に記載の発明によれば、請求項７，８の発明の効果に加えて、第１スワール室および第２スワール室の両最深部の周壁とプラグ逃げ溝の周壁との連設部分を、これら第１スワール室および第２スワール室で生成されるスワールの略接線方向に直線的に形成してあるため、前記燃料のプラグ逃げ溝への集合をより一層スムーズに行わせることができる。
【００４０】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項２〜９の発明の効果に加えて、第１スワール室と第２スワール室を、それぞれピストン冠面の排気弁設置側に向けて略楕円形状に拡大して形成してあるため、これら第１スワール室および第２スワール室の容積を広げられて成層燃焼時における燃料のキャビティ燃焼室外への逃げを可及的に抑えることができて、成層燃焼の安定性と燃費をより一層向上できると共にスモークの発生をなくしてＨＣの低減を実現することができる。
【００４１】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項１０の発明の効果に加えて、第１スワール室と第２スワール室の両最深部も、それぞれピストン冠面の排気弁設置側に向けて略楕円形状に拡大して形成してあるため、第１スワール室，第２スワール室の容積の拡大化をピストンの構造上無理なく実現できて、成層燃焼の安定性等を更に向上することができる。
【００４２】
請求項１２に記載の発明によれば、請求項７又は９〜１１の発明の効果に加えて、第１スワール室の最深部とプラグ逃げ溝および連設部の各底面を、第２スワール室の最深部の底面よりも一段下げて形成してあるため、成層燃焼時に第１スワール室側に向けて燃料を噴霧した場合に、該第１スワール室側とプラグ逃げ溝とに燃料を溜めて気化を促進させ、点火プラグ周りに濃い混合気を確実に形成できるため、成層燃焼の安定性等を更に向上することができる。
【００４３】
請求項１３に記載の発明によれば、請求項７又は９〜１１の発明の効果に加えて、第２スワール室の最深部とプラグ逃げ溝および連設部の各底面を、第１スワール室の最深部の底面よりも一段下げて形成してあるため、成層燃焼時に第１スワール室側に向けて燃料を噴霧した場合に、第１スワール室から速かにプラグ逃げ溝へ燃料を集合させて気化を促進させ、点火プラグ周りに濃い混合気を確実に形成できて着火性を向上できると共に、第２スワール室側への火陥伝播を速かに行え、かつ、燃焼の後期に燃料のキャビティ燃焼室外への逃げを抑えて成層燃焼の安定性向上と燃費の向上とを実現することができる。
【００４４】
請求項１４に記載の発明によれば、請求項７又は９〜１１の発明の効果に加えて、プラグ逃げ溝と連設部の両底面を、第１スワール室および第２スワール室の両最深部の底面よりも一段下げて形成してあるため、成層燃焼時に第１スワール室，第２スワール室のスワールに乗った燃料を連設部からプラグ逃げ溝へより速かに集合させて気化を促進させ、点火プラグ周りに濃い混合気を形成できて成層燃焼の安定性等を更に向上することができる。
【００４５】
請求項１５に記載の発明によれば、請求項２〜１４の発明の効果に加えて、第１スワール室および第２スワール室の各プラグ逃げ溝に隣接する側の周壁をリエントラント形状に形成してあるため、キャビティ燃焼室の容積を拡大できることと相俟ってキャビティ燃焼室外へのスワールおよび燃料の逃げをなくして点火プラグ周りに確実に濃い混合気を形成できて、成層燃焼の安定性を更に向上することができる。
【００４６】
請求項１６に記載の発明によれば、請求項２〜１５の発明の効果に加えて、第１吸気ポートと第２吸気ポートの何れも独立したストレートポートとして構成し、一方の吸気ポートは遮蔽弁により成層燃焼時には該吸気ポートを遮蔽し、均質燃焼時には該吸気ポートを開放するようにしてあるため、成層燃焼時に該一方の吸気ポートを遮蔽して他方の吸気ポートからのみ吸気を行わせることによって良好にスワールを生成することができ、従来のようにスワール生成のため一方の吸気ポートをヘリカルポートとしてポート径を絞らなくてもよいから充填効率を高めて機関出力を高めることができる。
【００４７】
請求項１７に記載の発明によれば、請求項２〜１６発明の効果に加えて、２つの吸気弁は可変動弁機構によって機関運転条件に合わせて開閉特性を変化させるようにしてあるから、成層燃焼を行う低負荷域および均質燃焼を行う高負荷域のそれぞれの運転状態に合わせて作動角やバルブリフト等の弁特性を最適に制御できて、安定した燃焼性と出力の向上とを図ることができる。
【００４８】
【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。
【００４９】
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とで形成された燃焼室を示す。
【００５０】
燃焼室４はペントルーフタイプの燃焼室形状に形成してあって、前記ピストン２の冠面はこの燃焼室４のペントルーフ形状に合わせて冠面中央部に分水嶺を持つ山形に形成して周縁部にスキッシュエリアＳを形成してある。
【００５１】
シリンダヘッド３は２つの吸気弁５，５と、該吸気弁５，５と対向配置した２つの排気弁６，６を備え、一側の吸気ポート７から吸気して他側の排気ポート８から排気するクロスフローポート構造としてある。
【００５２】
吸気弁５，５を配設した第１吸気ポート７Ａと第２吸気ポート７Ｂは、何れも独立したストレートポートとして構成してあり、下流側を２股に分岐させてサイヤミズド構造とした吸気マニホールド９に連通接続してある。
【００５３】
第２吸気ポート７Ｂには成層燃焼を行う低負荷域では該第２吸気ポート７Ｂを遮蔽し、均質燃焼を行う高負荷域では運転状態に合わせて弁開度が制御されて該第２吸気ポート７Ｂを開放する遮蔽弁１０を配設してあり、成層燃焼時にスワールが生成されるようにしてある。
【００５４】
また、シリンダヘッド３には燃焼室４の略中央部にプラグ電極１１ａを臨ませて点火プラグ１１を配設してあると共に、燃焼室４の側部の２つの吸気ポート７Ａ，７Ｂの開口部間近傍に後述するキャビティ燃焼室１３に燃料噴射方向が指向する所用の俯角で燃料噴射弁１２を設けて、該燃料噴射弁１２から直接燃料を燃焼室４に噴霧するようにしてある。
【００５５】
ピストン冠面にはその頂部の稜線から前記吸気弁５，５を設置した側に偏寄した略半部にキャビティ燃焼室１３を形成してある。
【００５６】
このキャビティ燃焼室１３は図３〜５にも示すように、その開口縁がピストン冠面の外径からはみ出さないで、かつ、前記第１吸気ポート７Ａの吸気弁５および第２吸気ポート７Ｂの吸気弁５の投影面を包含する所要の面積範囲でそれぞれ凹設されて互いに連通する略円形（楕円形を含む）の第１スワール室１４と第２スワール室１５とで構成している。
【００５７】
第１スワール室１４および第２スワール室１５は何れも互いにラップする部分で相互に連通する円形に形成してあり、これら第１スワール室１４，第２スワール室１５は、それぞれ吸気弁５，５の投影面部に底面を平坦に形成した最深部１６，１７を備えている。
【００５８】
隣接する最深部１６，１７は中央の突縁部１８で区画され、他の周側壁は傾斜して立上がるキャビティ傾斜面１９として形成してある。
【００５９】
キャビティ燃焼室１３は点火プラグ１１のプラグ電極１１ａとの干渉を避けるためピストン冠面に凹設されたプラグ逃げ溝２０を含んでいて、このプラグ逃げ溝２０は第１スワール室１４と第２スワール室１５のピストン冠面中心側の交点部分に形成してある。
【００６０】
第１スワール室１４および第２スワール室１５は何れも全体として吸気弁５，５の位置よりもピストン冠面中心側に偏心して形成してあり、前記キャビティ傾斜面１９の傾斜角度がプラグ逃げ溝２０を設けた部分よりも緩傾斜となって、後述する噴霧燃料がプラグ逃げ溝２０に集合し易く、かつ、点火プラグ１１のプラグ電極１１ａに向けて上昇し易いようにしてある。
【００６１】
前記燃料噴射弁１２は燃料が第１スワール室１４側で図３の矢印で示す流れ方向に生成されるスワールに沿って噴霧されるように噴霧角度が任意に設定されている。
【００６２】
また、第１スワール室１４と第２スワール室１５のピストン冠面周縁側の交点部分（燃料噴射弁１２の下方位置となる部分）には、キャビティ燃焼室１３側に向けて傾斜する噴霧ガイド溝２１を設けてあり、成層燃焼時に圧縮行程のピストン上死点付近で燃料噴射弁１２から噴霧される燃料の一部がピストン冠面に当ってキャビティ燃焼室１３外へ逃げることなく、この噴霧ガイド溝２１に沿って全ての燃料がキャビティ燃焼室１３に供給され得るようにしてある。
【００６３】
一方、前記吸気弁５，５は可変動弁機構３０によって、機関の運転条件に合わせて開閉特性が制御されるようになっている。
【００６４】
この可変動弁機構３０として、例えば吸気弁５，５のリフトカーブを切り換え制御する公知（特開平５−３３２１１２号公報，特開平６−１２３２０７号公報参照）の可変バルブリフト装置を用いることができる。
【００６５】
図２７〜２９はこの可変バルブリフト装置３０を示すもので２つの吸気弁５，５に対応して平面略方形の単一のメインロッカーアーム３１が設けられている。
【００６６】
このメインロッカーアーム３１の基端はロッカーシャフト３２を介してシリンダヘッド３に揺動自在に支持され、その先端には吸気弁５，５のステム頂部を当接させるアジャストスクリュー３３を配設してある。
【００６７】
吸気弁駆動用カムシャフト３４には低速用カム３５と高速用カム３６とが設けられ、機関の低回転時と高回転時において要求されるバルブリフト特性を満足するように異なる形状（大きさが異なる相似形も含む）に形成されており、高速用カム３６は低速用カム３５と較べせてバルブリフト量を大きくするカムプロフィルを有している。
【００６８】
メインロッカーアーム３１には低速用カム３５に対応する位置にローラー３７を回転自在に軸支して、該ローラー３７を低速用カム３５に転接させている。
【００６９】
メインロッカーアーム３１の高速用カム３６に対応する位置にはサブロッカーアーム３８を支軸４３を介してメインロッカーアーム３１と相対回転可能に軸支してある。
【００７０】
このサブロッカーアーム３８は吸気弁５，５に当接する部位は持たず、その先端上面には高速用カム３６に当接するカムフォロワ３９を設けてあり、その下側には該カムフォロワ３９を高速用カム３６に押し付けるロストモーションスプリング４０を配設してある。
【００７１】
また、サブロッカーアーム３８の先端にはサブロッカーアーム３８のメインロッカーアーム３１に対する相対回転を停止（ロック）させるための連結手段４１を設けてある。
【００７２】
この連結手段４１はサブロッカーアーム３８とメインロッカーアーム３１とに跨って同軸上に隣接配置した複数個のプランジャを備え、ロッカーシャフト３２の中心部に設けたオイルギャラリ４２を介して該プランジャ連の一端側に作動油圧が供給されることによりロック作動してサブロッカーアーム３８の相対回転を停止（ロック）し、作動油圧が解除されることによってロック解除作動するもので、この作動油圧の切換制御は図外のソレノイドバルブによって行われ、機関の高回転時には前記連結手段４１への油圧供給を行い、機関の低回転時には油圧解除を行わせるようにしてある。
【００７３】
即ち、この可変バルブリフト装置３０は機関の高回転時にはサブロッカーアーム３８が連結手段４１によってロックされることにより、低速用カム３５と高速用カム３６のうち該高速用カム３６による２つの吸気弁５，５の開閉作動が優先され（ローラー３７は低速用カム３５から離間する）、該高速用カム３６のカムプロフィルによって２つの吸気弁５，５のバルブリフト量が拡大される。
【００７４】
そして、機関の低回転時には前記連結手段４１がロック解除作動することによってサブロッカーアーム３８の相対回転が許容されるから、高速用カム３６の回転によってもサブロッカーアーム３８が空振り回転するだけで、２つの吸気弁５，５は低速用カム３５のカムプロフィルで設定されたバルブリフト量に切り換えられ、以て、吸気弁５，５を機関の高回転時と低回転時とでそれぞれ適切なリフトカーブに切り換えて出力の向上を図ることができる。
【００７５】
以上の実施形態の構造によれば、成層燃焼を行う低負荷域では第２吸気ポート７Ｂが遮蔽弁１０によって遮蔽されて第１吸気ポート７Ａからのみ図３の矢印で示すように吸気が行われるため、燃焼室４内には同図矢印で示すようにスワールが生成されると共に、圧縮行程でキャビティ燃焼室１３の第１スワール室１４および第２スワール室１５で強いスワールが生成される。
【００７６】
この圧縮行程のピストン上死点付近で燃料噴射弁１２により第１スワール室１４に向けて該第１スワール室１４のスワールに沿って燃料が噴射されると、燃料は該第１スワール室１４のスワールに乗ってプラグ逃げ溝２０側に移動し、第２スワール室１５のスワールと共に混合と拡散が行われ、壁面の熱により気化が促進されながら燃料の一部がプラグ逃げ溝２０に集合するようになり、点火プラグ１１のプラグ電極１１ａ周りに濃い混合気が形成される。
【００７７】
従って、該点火プラグ１１による着火が確実に行われると共に、第２スワール室１５で燃焼が継続されるようになり、この結果、平均的な空燃比を非常に大きく（稀薄化）しても安定した成層燃焼が行われる。
【００７８】
ここで、キャビティ燃焼室１３を構成する第１スワール室１４と第２スワール室１５は、吸気弁５，５の投影面を包含する所要の面積範囲でそれぞれ円形に凹設してあるため、吸気弁５，５を可変動弁機構３０によって機関の運転条件に合わせて開閉特性を可変としてあっても、これら吸気弁５，５がピストン冠面と干渉するようなことがなく、従って、成層燃焼を行う低負荷域および均質燃焼を行う高負荷域のそれぞれの運転状態に合わせて該可変動弁機構３０により吸気弁５，５の弁特性を最適に制御できて、安定した燃焼性と出力の向上とを図ることができる。
【００７９】
そして、キャビティ燃焼室１３を前述の特定の形状構造とすることによって、ピストン冠面にはキャビティ燃焼室１３に跨るバルブリセスを設ける必要がないため、前記成層燃焼時にスワールおよび燃料がキャビティ燃焼室１３外へ逃げるようなことがなく、第１スワール室１４および第２スワール室１５で強いスワールを生成できて成層燃焼の安定性を維持することができる。
【００８０】
しかもキャビティ燃焼室１３の開口面積を吸気バルブ５，５との干渉回避のため必要以上に大きくすることもないので機関圧縮比の低下を回避することができる。
【００８１】
特に、本実施形態では、第１スワール室１４および第２スワール室１５には、それぞれ対応する吸気弁５，５の投影面部に最深部１６，１７を設定してあるため、キャビティ燃焼室１３はその開口面積をピストン冠面の制約された面積範囲内で吸気弁５，５と干渉することなく極力小さくして、かつ、最適な機関圧縮比が得られる容積として形成することができる。
【００８２】
また、この最深部１６，１７はその底面を平坦に形成してあるため、該底面にデポジットが生じるのを回避できると共に、燃料の壁面付着を回避して燃焼性を向上できるため失火や不完全燃焼によるスモークの発生をなくしてＨＣの低減を実現することができる。
【００８３】
しかも、キャビティ燃焼室１３には成層燃焼時に圧縮行程のピストン上死点付近で燃料噴射弁１２から噴霧された燃料を該キャビティ燃焼室１３へガイドする噴霧ガイド溝２１を設けてあるため、噴霧燃料の一部がピストン冠面に当ってキャビティ燃焼室１３外へ逃げることがなく、燃料の全てをキャビティ燃焼室１３へ供給できるため成層燃焼の安定性向上と燃費の向上とを実現することができる。
【００８４】
更に、本実施形態ではキャビティ燃焼室１３の第１スワール室１４に対応した吸気弁５を配設した第１吸気ポート７Ａ、および第２スワール室１５に対応した吸気弁５を配設した第２吸気ポート７Ｂの何れも独立したストレートポートとして構成し、この第２吸気ポート７Ｂを遮蔽弁１０により成層燃焼時には遮蔽し、均質燃焼時には開放するようにしてあるため、成層燃焼時に第１吸気ポート７Ａからのみ吸気を行わせることによって良好にスワールを発生させることができ、従来のように第１吸気ポート７Ａをスワール生成のためヘリカルポートとしてポート径を絞らなくてもよいから充填効率を高めて機関出力を高めることができる。
【００８５】
図６〜２６はキャビティ燃焼室１３の各異なる例を示すもので、これらは何れも第１スワール室１４の最深部１６と第２スワール室１５の最深部１７とを連設部２２によって連通して形成してある。
【００８６】
図６〜８に示す実施形態にあっては、第１スワール室１４の最深部１６と第２スワール室１５の最深部１７とを区画していた突縁部１８を切除して連設部２２を設け、該連設部２２によって前記両最深部１６，１７を連通している。
【００８７】
この連設部２２はその底面を最深部１６，１７の底面と整合して同一面に形成してキャビティ燃焼室１３の底面全体を平坦に形成してある。
【００８８】
従って、この実施形態の構造によれば、第１スワール室１４の最深部１６と第２スワール室１５の最深部１７との間でも連設部２２を通してスワールの相互移動がスムーズに行われるため、燃料の混合，拡散と気化促進を良好に行わせることができると共に、燃焼期間中における燃料の壁面付着を回避できて、成層燃焼の安定性向上とスモークの発生をなくしてＨＣの低減を実現することができる。
【００８９】
図９〜１１に示す実施形態は、第１スワール室１４と第２スワール室１５の両最深部１６，１７の隣接部分に、底面をプラグ逃げ溝２０の底面と整合して同一面に形成した連設部２２を設けて、該連設部２２によってプラグ逃げ溝２０を前記最深部１６，１７と連通してある。
【００９０】
本実施形態ではプラグ逃げ溝２０の底面と連設部２２の底面を、前記最深部１６，１７の底面と整合して同一面に形成して、このプラグ逃げ溝２０の底面を含めてキャビティ燃焼室１３の底面全体を平坦に形成してある。
【００９１】
この実施形態の構造によれば、プラグ逃げ溝２０がその底面部で連設部２２を介して最深部１６，１７と連通しているため、これら最深部１６，１７の部分でもそれらの周面に沿うスワールに乗って流動する燃料をプラグ逃げ溝２０に集合させ易くなって、点火プラグ１１周りに濃い混合気を確実に形成できるようになり、従って、着火性を高められて成層燃焼の安定性向上と燃費の向上とを実現することができる。
【００９２】
特に、本実施形態では前述のようにプラグ逃げ溝２０の底面を含めてキャビティ燃焼室１３の底面全体を平坦に形成してあるから、前記燃料のプラグ逃げ溝２０への集合をスムーズに行えて着火性をより一層高めることができることと併せて燃料の壁面付着を回避できることによって、成層燃焼の安定性と燃費を更に向上できると共に、スモークの発生をなくしてＨＣの低減を実現することができる。
【００９３】
このように本実施形態では、第１スワール室１４と第２スワール室１５の両最深部１６，１７からプラグ逃げ溝２０に亘る連続した平坦な底面部構造によって、点火プラグ１１の周囲に濃い混合気が形成され易くなるが、均質燃焼が行われる高負荷域では燃料噴射弁１２の燃料噴射タイミングが適切に制御されるため、均質燃焼に特に問題となるようなことはなく、むしろ、該均質燃焼時にあっても点火プラグ１１周りに濃い燃焼混合気が形成されるため、着火性が良好となって均質燃焼の安定性を向上することもできる。
【００９４】
図１２に示す実施形態は前記第３実施形態に示したキャビティ燃焼室１３の構造を基本構造として、第１スワール室１４および第２スワール室１５の両最深部１６，１７の周壁とプラグ逃げ溝２０の周壁との周壁連設部分を、これら第１スワール室１４および第２スワール室１５で生成されるスワールの略接線方向に直線的に形成してある。
【００９５】
従って、この実施形態の構造によれば、前記第３実施形態の構造と較べて、プラグ逃げ溝２０がテーパ状に広がって最深部１６，１７に連通しているためスワールに乗った燃料のプラグ逃げ溝２０への集合がよりスムーズに行われて着火性を更に高めることができると共に、着火後に第２スワール室１５で燃焼が継続される際の火陥伝播が速かに行われるようになって成層燃焼の安定性を更に高めることができる。
【００９６】
図１３〜１５に示す実施形態は前記第３実施形態に示したキャビティ燃焼室１３の構造を基本構造として、第１スワール室１４と第２スワール室１５をそれぞれピストン冠面の排気弁６を設置した側に向けて拡大したもので、具体的にはこれら第１スワール室１４と第２スワール室１５の各キャビティ傾斜面１９，１９を前記ピストン冠面の排気弁設置側に向けて略楕円形状に拡大して形成してある。
【００９７】
この実施形態の構造によれば、第１スワール室１４および第２スワール室１５の容積を広げられるため、成層燃焼時における燃料のキャビティ燃焼室１３外への逃げを可及的に抑えることができて、成層燃焼の安定性と燃費をより一層向上できると共に、スモークの発生をなくしてＨＣの低減を実現することができる。
【００９８】
図１６示す実施形態は図１３〜１５に示した前記第５実施形態のキャビティ燃焼室１３の構造を基本構造として、第１スワール室１４および第２スワール室１５の各最深部１６，１７も、それぞれピストン冠面の排気弁設置側に向けて略楕円形状に拡大して形成したもので、この構造よればキャビティ燃焼室１３の開口面積の拡大を抑えて第１スワール室１４および第２スワール室１５の容積の拡大化をピストン２の構造上無理なく実現することができる。
【００９９】
図１７〜１９に示す実施形態は、第１スワール室１４の底面とプラグ逃げ溝２０の底面および連設部２２の底面とを整合して同一面に形成すると共に、これらの底面を第２スワール室１５の底面よりも一段下げて形成してある。
【０１００】
この実施形態の構造によれば、成層燃焼時に燃料噴射弁１２から第１スワール室１４のスワールの流れに沿って燃料が噴霧されると、この燃料は第１スワール室１４から連設部２２を経由してプラグ逃げ溝２０に溜められて気化が促進されるようになり、点火プラグ１１周りに濃い混合気をより確実に形成できるようになって成層燃焼の安定性および燃費を更に向上することができる。
【０１０１】
図２０，２１に示す実施形態は前記第７実施形態とは逆に、第２スワール室１５の底面とプラグ逃げ溝２０の底面および連設部２２の底面とを整合して同一面に形成すると共に、これらの底面を第１スワール室１４の底面よりも一段下げて形成してある。
【０１０２】
この実施形態の場合は、成層燃焼時に燃料噴射弁１２から第１スワール室１４のスワールの流れに沿って燃料が噴霧されると、該第１スワール室１４から速かにプラグ逃げ溝２０へ燃料を集合させて気化を促進させ、点火プラグ１１周りに濃い混合気を確実に形成できて着火性を向上できると共に、第２スワール室１５側への火陥伝播を速やかに行え、かつ、燃焼の後期に燃料のキャビティ燃焼室１３外への逃げを抑えて成層燃焼の安定性向上と燃費の向上とを実現することができる。
【０１０３】
図２２〜２４に示す実施形態にあっては、連設部２２をプラグ逃げ溝２０と同一幅にしてそれらの底面を整合して同一面に形成すると共に、これらプラグ逃げ溝２０と連設部２２の両底面を、第１スワール室１４および第２スワール室１５の両最深部１６，１７の底面よりも一段下げて形成してある。
【０１０４】
この実施形態の構造によれば、成層燃焼時に第１スワール室１４および第２スワール室１５のスワールに乗った燃料を連設部２２からプラグ逃げ溝２０へより速かに集合させて気化を促進させ、点火プラグ１１周りに濃い混合気を形成できて成層燃焼の安定性の向上と燃費の向上とを実現することができる。
【０１０５】
図２５，２６に示す実施形態は前記図９〜１１に示した第３実施形態のキャビティ燃焼室１３の底部構造を基本構造として、第１スワール室１４および第２スワール室１５の各プラグ逃げ溝２０に隣接する側の周壁をリエントラント形状に形成してある。
【０１０６】
従って、この実施形態の構造によれば、第１スワール室１４，第２スワール室１５の周壁のリエントラント形状により、キャビティ燃焼室１３の容積を拡大できることと、キャビティ燃焼室１３外へのスワールおよび燃料の逃げをなくして点火プラグ１１周りに確実に濃い混合気を形成できることによって、成層燃焼の安定性、燃費を更に向上することができると共に、スモークの発生をなくしてＨＣを低減することができる。
【０１０７】
なお、前述の実施形態では吸気ポート７の第１吸気ポート７Ａおよび第２吸気ポート７Ｂを何れも独立したストレートポートとして、第２吸気ポート７Ｂに遮蔽弁１０を設けた構造を示したが、従来のように第１吸気ポート７Ａをヘリカルポートとし、ストレートポートの第２吸気ポート７Ｂにスワールコントロールバルブを設けた吸気系構造をとしても所期の目的を達成することができる。
【０１０８】
また、キャビティ燃焼室１３の底面部構造は前記各実施形態のものに限定されることはなく、請求項に記載した範囲で任意に組合わせることができる。
【０１０９】
更に、可変動弁機構３０として吸気弁５のリフトカーブを可変にする可変バルブリフト装置を例示したが、この他、吸気弁５のバルブタイミングを可変にする可変バルブタイミング装置を用いることもできる。
【０１１０】
また前記実施形態では２つの吸気弁を持つ機関を例示したが、３つ以上の吸気弁を持つ機関に適用して前述と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る筒内噴射式火花点火機関を示す断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図。
【図３】キャビティ燃焼室の第１実施形態を示す平面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図５】図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図６】キャビティ燃焼室の第２実施形態を示す平面図。
【図７】図６のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図８】図６のＥ−Ｅ線に沿う断面図。
【図９】キャビティ燃焼室の第３実施形態を示す平面図。
【図１０】図９のＦ−Ｆ線に沿う断面図。
【図１１】図９のＧ−Ｇ線に沿う断面図。
【図１２】キャビティ燃焼室の第４実施形態を示す平面図。
【図１３】キャビティ燃焼室の第５実施形態を示す平面図。
【図１４】図１３のＨ−Ｈ線に沿う断面図。
【図１５】図１３のＩ−Ｉ線に沿う断面図。
【図１６】キャビティ燃焼室の第６実施形態を示す平面図。
【図１７】キャビティ燃焼室の第７実施形態を示す平面図。
【図１８】図１７のＪ−Ｊ線に沿う断面図。
【図１９】図１７のＫ−Ｋ線に沿う断面図。
【図２０】キャビティ燃焼室の第８実施形態を示す平面図。
【図２１】図２０のＬ−Ｌ線に沿う断面図。
【図２２】キャビティ燃焼室の第９実施形態を示す平面図。
【図２３】図２２のＭ−Ｍ線に沿う断面図。
【図２４】図２２のＮ−Ｎ線に沿う断面図。
【図２５】キャビティ燃焼室の第１０実施形態を示す平面図。
【図２６】図２５のＯ−Ｏ線に沿う断面図。
【図２７】可変動弁機構の一例を示す平面図。
【図２８】図２７のＰ−Ｐ線に沿う断面図。
【図２９】図２７のＱ−Ｑ線に沿う断面図。
【符号の説明】
２  ピストン
４  燃焼室
５  吸気弁
６  排気弁
７Ａ  第１吸気ポート
７Ｂ  第２吸気ポート
１０  遮蔽弁
１１  点火プラグ
１２  燃料噴射弁
１３  キャビティ燃焼室
１４  第１スワール室
１５  第２スワール室
１６  第１スワール室の最深部
１７  第２スワール室の最深部
２０  プラグ逃げ溝
２１  噴霧ガイド溝
２２  連設部
３０  可変動弁機構
【図１】
0003988218.tif 000002
【図２】
0003988218.tif 000003
【図３】
0003988218.tif 000004
【図４】
0003988218.tif 000005
【図５】
0003988218.tif 000006
【図６】
0003988218.tif 000007
【図７】
0003988218.tif 000008
【図８】
0003988218.tif 000009
【図９】
0003988218.tif 000010
【図１０】
0003988218.tif 000011
【図１１】
0003988218.tif 000012
【図１２】
0003988218.tif 000013
【図１３】
0003988218.tif 000014
【図１４】
0003988218.tif 000015
【図１５】
0003988218.tif 000016
【図１６】
0003988218.tif 000017
【図１７】
0003988218.tif 000018
【図１８】
0003988218.tif 000019
【図１９】
0003988218.tif 000020
【図２０】
0003988218.tif 000021
【図２１】
0003988218.tif 000022
【図２２】
0003988218.tif 000023
【図２３】
0003988218.tif 000024
【図２４】
0003988218.tif 000025
【図２５】
0003988218.tif 000026
【図２６】
0003988218.tif 000027
【図２７】
0003988218.tif 000028
【図２８】
0003988218.tif 000029
【図２９】
0003988218.tif 000030