(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室のルーフに開口する吸気ポートを通過して供給される吸気にタンブル流を生起させる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造において、
上記燃焼室のルーフに開口されている上記吸気ポートと排気ポートとの間に、シリンダの軸線に対して該排気ポート側へ第一の傾斜角だけ傾けられたインジェクタが配設され、
上記吸気ポートが上記排気ポート側のルーフに沿って吸気タンブル流を形成するように、上記排気ポート側のルーフへ傾斜し或いは該排気ポート側のルーフと平行に配設され、
ピストンの頂面に上記インジェクタから噴射された燃料噴霧を吸気タンブル流とともに上記吸気ポート側のルーフ方向へ反射させる曲面形状のピストンキャビティが形成され、
上記吸気ポート側のルーフに点火プラグが配設され、
上記点火プラグの電極が上記インジェクタの噴孔近傍であって上記吸気タンブル流及び上記ピストンキャビティによって反射された燃料噴霧の流出位置に臨まされていることを特徴とする筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。
【請求項２】
燃焼室のルーフに開口する吸気ポートを通過して供給される吸気にタンブル流を生起させる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造において、
上記燃焼室のルーフに開口されている上記吸気ポートと排気ポートとの間に、シリンダの軸線に対して該排気ポート側へ第一の傾斜角だけ傾けられたインジェクタが配設され、
上記吸気ポートが上記吸気をピストンへ直接衝突させて吸気タンブル流を形成するようにシリンダの軸線に対して第二の傾斜角だけ傾斜され、
ピストンの頂面に上記インジェクタから噴射された燃料噴霧を吸気タンブル流とともに上記排気ポート側のルーフ方向へ反射させる曲面形状のピストンキャビティが形成され、
上記吸気ポート側のルーフに点火プラグが配設され、
上記点火プラグの電極が上記インジェクタの噴孔近傍であって上記吸気タンブル流及び上記ピストンキャビティによって反射された燃料噴霧の流出位置に臨まされていることを特徴とする筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。
【請求項３】
上記第一の傾斜角は０〜２０°の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。
【請求項４】
上記第一の傾斜角は０〜−２０°の範囲にあることを特徴とする請求項２記載の筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。
【請求項５】
上記吸気ポートが上記排気ポート側のルーフに対して平行を含む鋭角に配設され、該鋭角が０〜１５°の範囲にあることを特徴とする請求項１或いは請求項３記載の筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。
【請求項６】
上記第二の傾斜角は０〜２０°の範囲にあることを特徴とする請求項２或いは請求項４記載の筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。
【請求項７】
上記タンブル流のエンジン１回転あたりの回転量を０．５〜１．７の範囲としたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造に関するものであり、特にタンブル流を生起させるシリンダーヘッドとピストンの構造とインジェクタから噴霧される燃料の燃焼を最適化するような点火プラグとインジェクタの配置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種の筒内直噴式火花点火エンジンでは、成層燃焼と均一燃焼の二つの燃焼方法を選択的に切換えることが可能である。成層燃焼は、圧縮行程後半に成層化し、点火プラグの周囲に可燃混合気を形成することにより達成され、均一燃焼は、吸気行程中に噴射された燃料を吸入空気と混合させることによって達成される。
【０００３】
このような成層燃焼と均一燃焼に適した燃焼室構造の一例として、本出願人は、特開平６−４２３５２号公報において、インジェクタを燃焼室頂部中央部に垂立状に配設し、また上記インジェクタの噴射方向に対設するピストン頂面にキャビティを形成したものを提案した。さらにこの発明においては、点火プラグの電極を上記インジェクタの噴孔の近傍に臨ませている。
【０００４】
この燃焼室構造によれば、成層燃焼時、点火時期直前で噴射終了した燃料噴霧の後端に点火プラグによって着火し、或いは上記ピストンキャビティに衝突して反射した混合気に着火することで、安定燃焼を得るようにしている。また、均一燃焼時には、吸気行程の比較的早い時期に噴射を開始することで、均一混合気を得ることができる。しかも、この燃焼室によれば、インジェクタが燃焼室頂部に垂立状に配設されていることで、燃料噴霧がシリンダボアの壁面に付着せず、いわゆる燃料冷却による燃焼の悪化等も防止することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、点火プラグの発火位置に可燃混合気を形成して安定燃焼させようとする場合、点火に最適な燃料噴射終了時期（ＢＩＴＩ）は、図１３に破線で示すような特性を有している。この特性線図から理解されるように、最適燃料噴射時期の燃料噴射量（エンジン負荷）に対する依存性は低く、すなわち、点火時期に対して噴射終了時期をほぼ一定に保てば良いことがわかる。
【０００６】
しかし、図１４に示すように、点火時期に対し燃料噴射（終了）時期を進角させる（早める）と、噴射燃料と空気の予混合が促進されるため、HCとNOｘの排出量は所定進角値まで増大し、その後、徐々に減少していく。逆に点火時期に対して燃料噴射時期を遅角させる（遅らせる）と、噴射燃料の小滴が燃えるので、燃料の気化不足によって煤の発生量が増加する。なお、この煤の発生時期は、燃料噴射量の増加に従い、次第に早い噴射時期で発生する傾向にある。従って、最適噴射時期（ＢＩＴＥ）制御において、排気ガス（煤、CO、HC、NOｘ等）対策の観点から、燃料噴射量（エンジン負荷）が増加するに従って噴射時期を進角させる必要がある。
【０００７】
その結果、成層燃焼においては、着火性に主眼をおくＢＩＴＩ制御と、排気ガス対策に主眼をおくＢＩＴＥ制御とでは、制御領域が必然的に相違してくる。
【０００８】
ところが、例えば、図１５に示すような、ピストンの頂面にフラットなキャビティ１ａが形成されている燃焼室構造では、燃料噴射（終了）時期を進角側に設定すると、インジェクタ２から噴射された燃料噴霧は、上記キャビティ１ａに衝突して周囲に拡散されてしまう。その結果、燃料噴霧が点火プラグ３の電極３ａ付近まで到達せず、この電極３ａの周囲に可燃混合気を形成することができず、失火、或は燃焼不良を招く。従って、このようなピストン形状のエンジンでは、点火時期近傍で噴射を終了させ、燃料噴霧の後端に着火させる必要がある。しかしながら、このように燃料噴射（終了）時期を燃料噴射量に応じて進角化させるには限界がある。
【０００９】
この問題を解決するために、ピストン頂面のフラットなキャビティ１ａを曲面形状に変更してインジェクタから噴射された燃料を上記キャビティの曲面に沿って巻き上げるようにすることが考えられる。この思想によれば、点火プラグの電極周囲に可燃混合気を形成することが可能となり、燃料噴射時期もある程度自由に設定することができる。しかし、この燃料噴射形状に頼る方法だと、燃料噴射時期がさらに進角された場合に、点火プラグの周囲に可燃混合気が十分に形成されなくなる。
【００１０】
一般に、成層燃焼の場合、平均空燃比が理論空燃比に近づくに従って、すなわち、燃料噴射量が増加するに従い、点火プラグの電極周辺の混合気が過濃となったり気化不足が生じたりして煤、CO、HC等が発生し易くなる。そのため、成層燃焼時の平均空燃比には一定のリッチ限界がある。一方、均一燃焼でも、混合気全体が均一に混合されているため、点火不可能なリーン限界がある。
【００１１】
成層燃焼は低中負荷運転に適し、一方、均一燃焼は高負荷運転に適していることが知られている。エンジン負荷は、走行中に連続的に変化するものである。さらに、筒内噴射エンジンでは空燃比はエンジン負荷に応じて可変に設定される。したがって、成層燃焼時のリッチ限界が均一燃焼時のリーン限界よりもリーン側にある場合、エンジンの運転領域が変化する度に空燃比が断続的に変化する、すなわち、運転領域が成層燃焼から均一燃焼に切換わったとき、空燃比がリッチ方向に瞬時に変化し、一方、均一燃焼から成層燃焼へ切換わったときは、空燃比がリーン方向に瞬時に変化する。
【００１２】
このように、燃焼方式が切換わる度に空燃比が断続的に変化する状況では、排気エミッションが悪化し、良好なドライバビリティが得られなくなる。この状況は図１３に示されている通りである。
【００１３】
空燃比（吸入空気量が一定の場合）の連続性を保つために、成層燃焼時の燃料噴射量を均一燃焼時のリーン限界Ｐ３の燃料噴射量と同レベルＰ１に設定すると、煤の発生、及びＣＯ増加などの不都合が生じる。一方、燃焼方式が成層燃焼から均一燃焼に切換わるときに燃料噴射量をこのような不都合を回避するリッチ限界Ｐ２に設定すれば、燃料噴射量がＰ２からいきなりＰ３に増加してしまい、エンジン負荷に対するエンジン出力の連続性が保たれなくなる。
【００１４】
一方、燃費及び排気エミッションの一層の改善を図るために高負荷領域へ成層燃焼を拡大することを考えると、燃料噴射時期を圧縮行程初期まで早める必要がある。この場合、燃料噴霧が拡散され、その一部がピストンキャビティからはみ出して消炎層となり未燃ＨＣの排出量が増大するばかりでなく、シリンダライナに付着した燃料が液化しオイルダイリューションを生起する。
【００１５】
本発明はこれらの従来例の不都合を回避することを意図するものである。
本発明の目的は、成層燃焼時の噴射終了時期をエミッションの悪化を招くことなく燃料噴射量に応じて広範囲に設定することができ、常に安定した着火性能が得られる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造を提供することである。
【００１６】
本発明の更なる目的は、成層燃焼から均一燃焼への切換え時におけるエンジン負荷の連続性を確保して良好なドライバビリティを得ることのできる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造を提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、成層燃焼を高負荷領域まで拡大し、燃費及び排気エミッションの一層の改善を図ることのできる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による第一の筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造は、
燃焼室のルーフに開口されている吸気ポートと排気ポートとの間に、シリンダの軸線に対して排気ポート側へ第一の傾斜角だけ傾けられたインジェクタが配設され、
吸気ポートが排気ポート側のルーフに沿って吸気タンブル流を形成するように、上記排気ポート側のルーフへ傾斜し或いは排気ポート側のルーフと平行に配設され、
ピストンの頂面にインジェクタから噴射された燃料噴霧を吸気タンブル流とともに吸気ポート側のルーフ方向へ反射させる曲面形状のピストンキャビティが形成され、
吸気ポート側のルーフに点火プラグが配設され、
点火プラグの電極が上記インジェクタの噴孔近傍であって吸気タンブル流及びピストンキャビティによって反射された燃料噴霧の流出位置に臨まされていることを特徴としている。
【００１９】
本発明による第二の筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造は、
燃焼室のルーフに開口する吸気ポートを通過して供給される吸気にタンブル流を生起させる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造において、
燃焼室のルーフに開口されている吸気ポートと排気ポートとの間に、シリンダの軸線に対して排気ポート側へ第一の傾斜角だけ傾けられたインジェクタが配設され、
吸気ポートが吸気をピストンへ直接衝突させて吸気タンブル流を形成するようにシリンダの軸線に対して第二の傾斜角だけ傾斜され、
ピストンの頂面にインジェクタから噴射された燃料噴霧を吸気タンブル流とともに排気ポート側のルーフ方向へ反射させる曲面形状のピストンキャビティが形成され、
吸気ポート側のルーフに点火プラグが配設され、
点火プラグの電極が上記インジェクタの噴孔近傍であって吸気タンブル流及びピストンキャビティによって反射された燃料噴霧の流出位置に臨まされていることを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１から図７に、筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室の例を示す。この例は４バルブDOHCエンジンの燃焼室を示す。これらの図において、符号１１はシリンダ、符号１２はシリンダヘッド、符号１３はピストンを示し、符号１４は上死点に位置したピストン１３の頂面１３ａとシリンダ１１の内壁とシリンダヘッド１２の底面によって形成される燃焼室を示す。
【００２１】
シリンダヘッド１２の底面には内面凹部１２ａが形成されている。この実施の形態において内面凹部１２ａはペントルーフ形である。シリンダ中央（ラインＡ）からわずかに離間して内面凹部１２ａの頂部１２ｂが形成されている。インジェクタ１５はその噴孔１５ａが燃焼室１４内に臨んだ状態で頂部１２ｂの中央付近に配置されている。内面凹部１２ａの吸気側ペントルーフ１２ｃのインジェクタ１５を挟む両側に吸気ポート１６が各々設けられ、内面凹部１２ａの排気側ペントルーフ１２ｄのインジェクタ１５を挟む両側に排気ポート１７が各々設けられている。さらに、ペントルーフ１２ｃ、１２ｄの底面にスキッシュエリア１８が形成されている。
【００２２】
さらに、吸気ポート１６と排気ポート１７に吸気バルブ２１と排気バルブ２２が各々設けられている。吸気バルブ２１は吸気カム１９により駆動され、排気バルブ２２は排気カム２０により駆動される。図１に示すように、吸気ポートはストレート形状であり、排気側ペントルーフ１２ｄの延長線ＬＥＸに平行に延び、又は、延長線ＬＥＸに対して上方に鋭角γで傾いている。鋭角γは０から１５度の範囲内であるのが望ましい。さらに、吸気ポート１６はシリンダ１１の垂直軸に対して傾斜角θ（０から２０度の範囲が望ましい）を有する。吸入空気はこのように構成された吸気ポート１６を通って吸入され、排気側ペントルーフ面１２ｄに沿って燃焼室１４に流れ込み、図１に示すように燃焼室１４内で反時計回りに廻るタンブル流を生起する。
【００２３】
さらに、この実施の形態では、より効果的な燃料噴射を得るようシリンダ１１の垂線に対して直線Bで示されているインジェクタ１５の中心線は、傾斜角度α（図面上で反時計回り）で排気ポート１７に向かって傾斜している。
【００２４】
ピストン１３の頂面１３ａに曲面形状のキャビティ１３ｂが形成されている。キャビティ１３ｂは、曲面形状の表面に沿ってタンブル流を導き、そのタンブル流を吸気側ペントルーフ１２ｃの方向へ円滑に巻き上げる形状と位置に形成されている。図３に一点斜線で示したように、キャビティ１３ｂはインジェクタ１５の真下で、排気ポート１７側に少しオフセットした位置に配置されている。
【００２５】
点火プラグ２３の電極２３ａは、キャビティ１３ｂによって反射されたタンブル流にぶつかるよう、そして、燃料が噴射されたとき燃料噴霧に臨まされるように、吸気側ペントルーフ１２ｃの吸気ポート１６の間に突出している。
【００２６】
一般に、タンブル流の強さを数字的に表すためにタンブル比という専門的な用語がある。タンブル比はクランクシャフト1回転あたりの吸入空気の回転量であり、吸入ポート１６の傾斜角、燃焼室１４の形状、ピストン１３の形状等のような様々な要因により決定される。この実施の形態において、タンブル比は主に吸入ポート１６の傾斜角とピストン１３のキャビティ１３ｂの位置と曲率により決定されている。実験により、タンブル比は０．５から１．７の範囲が最も望ましい結果を生じるということを発見している。タンブル比が０．５以下では、圧縮行程前にタンブル流が減衰し、混合気を形成することに失敗する。一方、タンブル比が１．７以上では、タンブル流が強く、ピストン１３のキャビティ１３ｂから巻き上がった吸入空気がシリンダ壁に向かって広がり、結果的に噴射された燃料噴霧は、散乱しているタンブル流により拡散し、可燃混合気が点火プラグ２３の電極２３ａの周りに形成されない。したがって、タンブル比は０．５から１．７の範囲に設定されることが望ましい。
【００２７】
さらに、実験により、傾斜角αが２０度から−５度、鋭角γが０度から１５度の組合わせが、タンブル流の形成に最も望ましい効果を与えることが分かった。さらに、キャビティ１３ｂの大きさと位置に対しては、その直径ｄ（ミリメータ）が以下の式のとき最も望ましい結果を生じることが分かった。
ｄ＝D×０．５−ｋ
ここで、Dはピストンの直径（ミリメータ）、ｋは０から５の範囲の定数である。その深さとシリンダ軸からのオフセット量は、それぞれ５から１０、０から５ミリメータの範囲の値が用いられる。
【００２８】
次に、このように形成された燃焼室の作用を説明する。
極低負荷での成層燃焼では、エンジンがＢＩＴＩコントロールで操作され、確実な燃焼が得られる。この場合、最良な燃料噴射時期は点火時期付近にセットされ、燃料噴霧自体が点火プラグ２３の電極２３ａ付近に混合気を作り、この混合気が点火時期で点火される。極低負荷で、ガス流動は大変遅く、このため、混合気はピストンキャビティ１３ｂの形状に影響されることはない。
【００２９】
さらに、一定速度走行（R／L負荷）相当でのＢＩＴＥ制御は、図８に示すように、インジェクタはＢＩＴＩ制御よりも早期に噴射終了となる。このため、噴射後期における燃料噴霧は、ピストンキャビティ１３ｂに衝突し、そして燃料噴霧の流れはそこから巻き上がる。すなわち、可燃混合気は、図５に示すように、点火プラグ１３の電極１３ｂの周りに形成される。図８における一点鎖線ｂは平らな表面のピストンの場合と同様の時期で噴射された燃料の着火性を示している（図１５参照）。平らな表面のピストンの場合、燃料噴霧が上方に巻き上げられることなくシリンダボア方向に拡散し、その結果、可燃混合気は点火プラグ２３の電極２３ａの周りに形成されない。したがって、この場合のＢＩＴＥ制御は、燃焼が悪化するため行われない。
【００３０】
さらに、加速負荷時のＢＩＴＥ制御では、図８に示すように、燃料噴射終了時期はより進角側になる。この場合において、早期の噴射時期は燃料噴霧の拡散又は気化を助長する。図６はピストンキャビティ１３ｂの表面全般に混合気が横たわっている燃焼室の例を示す。この状態でタンブル流が与えられると、これらの混合気は点火プラグ２３の電極２３ａに向かって巻き上がり、ちょうど点火されるときに可燃混合気が電極２３ｂの周りに形成される。すなわち、図８に示すように、ＢＩＴＥ制御は、加速相当時の点火が早期に行われる場合でさえも可能となる。本実施の形態において、燃焼は遅角側の失火限界（ａ）から進角側の失火限界（ｄ）までの広い範囲で確実に維持される。失火限界（ａ）は、限界線であり、限界線の左側は噴射時期を点火時期に近づけたことによる失火、すなわち、燃料噴霧により点火プラグ２３の放電路が切断されることを起因とする失火を引き起こす範囲を示す。
【００３１】
図１０は、平らな頂面のピストンと曲面形状のキャビティを持つピストンとの燃焼又は排気ガス特性の比較データである。
【００３２】
比較データより理解されるように、曲面形状のキャビティを持つピストンの場合、燃料噴射終了時期を進角側に設定しても、かなり進角させない限り燃焼に悪影響を与えない。この場合、燃料噴射時期を広範囲に設定することができる。一方、平らな頂面のピストンの場合、燃料噴射終了時期を進角側に設定すると、点火プラグ２３の電極２３ａの周りに混合気が形成されないため、悪い燃焼又は失火を引き起こす。したがって、この場合における燃料噴射終了時期の選択可能範囲は狭いものとなる。
【００３３】
図１１について言及すると、これらの図はタンブル流の回転方向とタンブル比に対する燃焼又は排気ガスの特性の違いを示す。
【００３４】
本実施の形態の回転方向とこれの逆回転を比較すると、逆回転方向を持つタンブル流は、点火プラグの電極に対して反対方向に燃料噴霧を巻き上げるため、着火性の点で劣っていることが証明された。この傾向は、燃料噴射がより早くなるほど、より顕著なものとなる。タンブル比の影響に対しては、タンブル比に特定の最適値が存在することが証明された。実験によると、本実施の形態で用いた燃焼室とピストンの形状において、タンブル比の最適値は１．０であることが証明された。さらに、確実な点火はタンブル比０．５から１．７の範囲において得られることが証明された。すなわち、タンブル比が０．５以下ならば、タンブル流は圧縮行程に達する前に減衰し、混合気の形成に用いられない。さらに、タンブル比が２．０以上ならば、タンブル流が強いため燃料噴霧が拡散し、その結果、可燃混合気が点火プラグの電極の周りに形成されない。
【００３５】
図９は、ＢＩＴＥ制御が行われた時の燃料噴射時期に対する運転可能な空燃比の範囲を斜線部を付して示している。各運転可能な範囲での空燃比の範囲と燃料噴射終了時期は、燃料噴霧による放電路の切断、煤の生成、燃焼変動等のような様々な限界によって決定される。この図から理解されるように、運転可能領域内における空燃比と燃料噴射終了時期により、エンジンの着火性および燃焼性に悪影響を与えることなく、成層燃焼から均一燃焼の範囲に及んで、ＢＩＴＥ制御が保持され、空燃比が連続的に変化され得る。
【００３６】
図１２は本発明の実施の第二形態を示す。
この第二形態では、点火プラグ２３が吸気ポート１６側から排気ポート１７側へ配置変えされ、その電極２３ａが二つの排気バルブ２２の間から燃焼室１４内へ突出している。この場合、シリンダ軸に対する吸気ポート１６の傾斜角度θ（図面上で時計回り）を前記第一形態よりも狭角に設計したことにより、タンブル流は前記第一形態と逆方向、すなわち、この図面上で示されるように時計回りに生起される。傾斜角θは、好ましくは、０から２０度の範囲に設定される。すなわち、吸気ポート１６から燃焼室１４内へ流入する空気流が最初にピストン１３の頂面１３ａに衝突し、その後、ピストン１３のピストンキャビティ１３ｂによりタンブル流が生成される。タンブル流は、ピストンキャビティ１３ｂから排気側ペントルーフ面１２ｄ方向へ巻き上がる。インジェクタ１５から噴射された燃料噴霧はタンブル流に衝突し、そこに混合気を形成する。本形態においては、インジェクタは、より効果的な燃料噴霧を得るように若干吸気ポート１６の方へ傾斜角αだけ傾斜されている。本形態において、インジェクタ１５の傾斜角αは、好ましくは０〜２０度の範囲にある。このように、可燃混合気が点火プラグ２３の電極２３ａの周囲に形成される。
【００３７】
前記第一形態に対し、点火プラグ２３を排気ポート側に配設することで、吸気バルブの大径化を図ることができるという利点がある。また、本形態においても、タンブル比を０．５〜１．７の範囲の値に設定することが望ましい。
【００３８】
ここでは本発明の好ましい形態が開示されたが、これらの開示は例示であり、発明の範囲を越えることなく種々の変更や修正を施すことが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第一形態によれば、燃焼室内に導かれた吸入空気は排気ポート側のペントルーフ面に沿って運ばれ、そしてピストン上面の曲面形状のピストンキャビティに衝突した後、タンブル流が点火プラグの電極近傍へ巻き上がる。一方、第二形態によれば、吸入空気は燃焼室内に導かれ、そして曲面形状のピストンキャビティに直接衝突した後、タンブル流が点火プラグの電極近傍へ巻き上がる。噴射時期が比較的遅い場合、すなわち、点火時期と比較的近い場合（成層燃焼領域）、混合気が噴霧された燃料自体によって点火プラグの電極近傍に形成され、点火プラグによって着火される。噴射時期が比較的早い場合、すなわち、点火時期から比較的離れている場合（成層燃焼領域）、噴霧された燃料はピストンキャビティにより反射され、反射された燃料噴霧は点火プラグの電極周辺に混合気を形成する。その後、その混合気は所定の点火時期に着火される。噴射時期がさらに早い場合（この領域では、先に成層燃焼が生じ、次いで均一燃焼が生ずる）、噴霧された燃料はピストンキャビティ内にトラップされ、このトラップされた燃料は上昇するタンブル流と混合し、そしてこの混合気が点火プラグの電極近傍へ到達する。その後、この混合気は所定の点火時期に着火される。成層燃焼から均一燃焼への切換えは連続的になされる。このように、エンジンのすべての運転状態において、安定した着火性と安定した燃焼性能が得られる。この安定した燃焼は許容以上のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の排気エミッションの抑制と燃費の向上をもたらし、成層燃焼を高負荷領域まで拡大することを許容するとともに、成層燃焼から均一燃焼への切換えを滑らかにして良好なドライバビリティを提供することができる。
【００４０】
さらに、エンジン１回転あたりのタンブル流の回転数を０．５〜１．７とすることによって、圧縮行程中のタンブル流が減衰されず、しかも燃料が拡散することもなく、可燃混合気が点火プラグの電極周辺に形成される。
【００４１】
第一形態によれば、図１、２、７における矢印は、吸気管１６と燃焼室１４の上面からピストン１３のキャビティ１３ｂへ導かれる空気流を示し、タンブル流は反時計回りに生じている。そのため、流入空気は上方側から噴射された燃料と効果的に混合する。
【００４２】
第二の形態によれば、図１２における矢印は燃焼室内、すなわちピストン１３のキャビティ１３ｂ内へ流入した空気を示している。タンブル流は時計回りに生ずる。そのため、流入した空気は上方側から噴射された燃料と効果的に混合され、最適な燃焼のために点火プラグ２３の電極２３ａによって効率的に着火される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第一形態における筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室を示す概略図
【図２】本発明の実施の第一形態の燃焼室の構造を示す側面図
【図３】本発明の実施の第一形態の燃焼室の平面図
【図４】図１の燃焼室内において、点火時期直前の燃料噴霧挙動を示す側面図
【図５】図１の燃焼室内において、ピストンキャビティ上へ衝突した燃焼噴霧挙動を示す側面図
【図６】図１の燃焼室内において、加速中にタンブル流がないときの燃料噴霧挙動を示す側面図
【図７】図１の燃焼室内において、加速中にタンブル流が生ずるときの燃料噴霧挙動を示す側面図
【図８】燃焼安定性と噴射時期との関係を示す特性図
【図９】運転可能領域と最適噴射時期との関係を示す特性図
【図１０】平らな頂面のピストンと曲面形状のキャビティを持つピストンとの燃焼又は排気ガス特性の比較データ
【図１１】タンブル流の回転方向とタンブル比に対する燃焼又は排気ガスの特性の違いを示す比較データ
【図１２】本発明の実施の第二形態における燃焼室を示す概略図
【図１３】先行技術における燃料噴射終了時期と燃料噴射量との関係を示す特性図
【図１４】エミッション排出量と燃料噴射時期との関係を示す特性図
【図１５】先行技術における筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室を示す概略図
【符号の説明】
１２ｂ  燃焼室頂部
１２ｃ  吸気側ペントルーフ面
１２ｄ  排気側ペントルーフ面
１３ａ  ピストン頂面
１３ｂ  キャビティ
１４  燃焼室
１５  インジェクタ
１６  吸気ポート
２３  点火プラグ
２３ａ  電極
【図１】
0004108806.tif 000002
【図２】
0004108806.tif 000003
【図３】
0004108806.tif 000004
【図４】
0004108806.tif 000005
【図５】
0004108806.tif 000006
【図６】
0004108806.tif 000007
【図７】
0004108806.tif 000008
【図８】
0004108806.tif 000009
【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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