(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペントルーフ型燃焼室の天井部に点火プラグを配設し、この天井部の吸気側及び排気側の傾斜面にそれぞれ吸気及び排気ポートを２つずつ開口させるとともに、吸気側の燃焼室周縁部に燃料噴射弁を配設して、成層燃焼運転時には前記燃焼室を流れるタンブル流に対向するように前記燃料噴射弁により燃料を噴射させて点火プラグの電極周りに成層化させるようにした火花点火式直噴エンジンにおいて、
前記燃料噴射弁の噴口は、気筒列方向に見て、気筒の外周端よりも内周側に位置し、
前記燃料噴射弁による燃料の噴射方向は、気筒列方向に見て、燃料噴霧の中心線と点火プラグの軸線とが交わる位置が該点火プラグの電極からピストン冠面側に離間するように設定され、
前記燃焼室天井部の吸気側傾斜面には、前記吸気ポートの開口部の全周を取り囲むように円環状凹部が形成され、
前記吸気ポートの開口部は、前記吸気側傾斜面よりも深い位置に形成され、気筒列方向に見て排気ポートの開口部よりもピストン冠面から遠くなるように、ずらして配置されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項２】
請求項１において、
２つの吸気ポート及び排気ポートはそれぞれ開口部が同径であり、且つ該吸気ポート開口部の直径が排気ポート開口部の直径よりも大きいことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気筒内の燃焼室に噴射した燃料噴霧の挙動をタンブル流により制御して、点火プラグの電極周りに混合気を成層化させるようにした火花点火式直噴エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の火花点火式直噴エンジンとしては、燃焼室に直接、噴射した燃料噴霧を比較的強い空気流動に載せて点火プラグの電極側に輸送し、気筒の点火時期近傍までに該点火プラグの電極周りに混合気を層状に分布させるようにしたものが知られている（例えば特開２０００−１０４５５０号公報を参照）。
【０００３】
しかし、前記のように混合気を強い空気流動に載せて輸送するようにしたものでは、気筒の点火時期までに点火プラグ電極の付近に到達した混合気がその後、電極付近を通過してしまうことになるので、混合気に点火できる期間が短くて、点火時期制御の自由度が低くならざるを得ず、着火安定性にも問題がある。
【０００４】
これに対し、本願の発明者らは、気筒の圧縮行程で燃焼室を流れるタンブル流を比較的弱いものとし、その強さに均衡する比較的小さな貫徹力でもってタンブル流に対向するように燃料を噴射させることにより、燃料噴霧を徐々に減速させて気筒の点火時期までに点火プラグの電極の付近に到達させ、且つそこに滞留させるという新規な層状混合気の形成方法を既に提案している（特開２００１−１５９３１５号公報参照）。
【０００５】
前記提案例の直噴エンジンでは、燃料噴射弁を気筒内の燃焼室の周縁部に臨ませて燃料を点火プラグ電極の下方（ピストン冠面側）に向かって噴射するように配設するとともに、ピストンの冠面には気筒中心線に沿って見て前記燃料噴射弁からの燃料の噴霧方向に長くなるようにレモン形状の凹部を設ける。そして、気筒の圧縮行程において前記凹部内を燃料噴射弁に向かって流れるタンブル流に対向させて、燃料を噴射させる。
【０００６】
そのような弱いタンブル流との衝突では燃料噴霧はあまり飛散することもなく、タンブル流によって徐々に減速されながら移動し、その間に燃料の気化霧化が十分に促進されて良好な燃焼性を有する混合気となり、気筒の点火時期までに点火プラグの電極の付近に到達して、そこに滞留するようになる。従って、前記従来までの直噴エンジン（特開２０００−１０４５５０号公報等）に比べて混合気に点火可能な時間が長くなり、比較的良好な着火安定性が得られるとともに、点火時期制御の自由度も高くなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、提案例のエンジンにおいて前記の如く燃焼室に滞留する混合気の濃度はその中心付近で高くなるから、混合気への着火性を高めるためには、燃料噴射弁による燃料の噴射方向（燃料噴霧の中心線）をできるだけ点火プラグの電極に近付けることが好ましいが、一方で、燃料の液滴が直接、点火プラグの電極に当たることは避けなければならない。そこで、前記提案例の場合、気筒列方向から見て燃料噴霧の輪郭（液滴のエリア）が点火プラグの電極に略接するようにして、該電極に噴霧の輪郭が掛からない範囲で燃料の噴射方向をできるだけ上向き（燃焼室天井部寄り）に設定している。
【０００８】
しかしながら、一般的に、燃料噴霧の形状はその中心線に沿って外側に拡がる円錐状なので、前記の如く燃料噴霧の輪郭が点火プラグ電極に掛からないようにした場合、気筒の半径が大きいときほど、幾何学的に燃料噴霧の中心と点火プラグの電極とが離れることになり、その点火プラグの電極付近における混合気の濃度が相対的に低くなって、着火性が低下する傾向がある。
【０００９】
この点について、例えば特開平１１−２９４３０７号公報には、点火プラグの燃焼室天井部からの突出量を可変とする機構を設け、エンジンの均一燃焼状態では点火プラグの突出量を小さくする一方、成層燃焼状態では突出量を大きくして点火プラグの電極位置を混合気の中心に近付けるようにするという技術が開示されている。しかし、このものでは高圧の燃焼室に臨む点火プラグを進退作動させるための機構が複雑なものとなり、信頼性にも問題が生じる虞れがあるし、動弁機構等が配設されるシリンダヘッドの限られたスペースに新たに点火プラグの作動機構を追加することが難しく、現実的な対応とは言い難い。
【００１０】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、前記提案例（特開２００１−１５９３１５号公報）の如き火花点火式直噴エンジンにおいて、主に燃焼室の天井部における点火プラグや燃料噴射弁のレイアウト構成に工夫を凝らすことで、気筒半径の相対的に大きいエンジンでも点火プラグの電極付近の混合気濃度を十分に高め得るようにして、良好な着火安定性を確保することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の解決手段では、ペントルーフ型燃焼室の天井部において吸気ポートの開口部を排気ポート開口部よりも高い位置にずらして配置し、その分、燃料噴射弁の噴口を気筒内周側に位置付けて点火プラグに近付けるようにした。
【００１２】
具体的に、請求項１の発明では、ペントルーフ型燃焼室の天井部に点火プラグを配設し、この天井部の吸気側及び排気側の傾斜面にそれぞれ吸気及び排気ポートを２つずつ開口させるとともに、吸気側の燃焼室周縁部に燃料噴射弁を配設して、成層燃焼運転時には前記燃焼室を流れるタンブル流に対向するように前記燃料噴射弁により燃料を噴射させて点火プラグの電極周りに成層化させるようにした火花点火式直噴エンジンを前提とする。
【００１３】
そして、前記燃料噴射弁の噴口を、気筒列方向に見て気筒の外周端よりも内周側に位置付け、該燃料噴射弁による燃料の噴射方向を、気筒列方向に見て燃料噴霧の中心線と点火プラグの軸線とが交わる位置が該点火プラグの電極からピストン冠面側に離間するように設定するとともに、前記燃焼室天井部の吸気側傾斜面には前記吸気ポートの開口部の全周を取り囲むように円環状凹部を形成し、吸気ポートの開口部は、前記吸気側傾斜面よりも深い位置に形成して、気筒列方向に見て排気ポートの開口部よりもピストン冠面から遠くなるように、ずらして配置する構成とする。
【００１４】
ここで、吸気ポートの開口部をずらして配置するというのは、一般的な形状のペントルーフ型燃焼室の天井部を基準として、排気ポート開口部に対し吸気ポート開口部の位置がずれているということであり、そうして吸気ポートの開口部をピストンの冠面から遠くなるように、即ち上方にずらすということは、吸気ポート全体が相対的に上方にずれるということなので、そのことによって該吸気ポートの下方に生じるスペースに燃料噴射弁を寄せて配置することが可能となり、該燃料噴射弁の噴口を相対的に燃焼室内周側に近付けることができる。
【００１５】
前記の構成により、まず、エンジンの成層燃焼運転時には、気筒の圧縮行程中期以降に点火プラグの電極の下方（ピストン冠面側）に向かって燃料が噴射され、この燃料噴霧が気筒内の燃焼室を流れるタンブル流に略正面から衝突して、その微粒化や空気との混合が促進されるとともに、該タンブル流により減速されながら移動して、気筒の点火時期までに混合気塊となって点火プラグの電極付近に滞留するようになる。
【００１６】
ここで、一般的に、燃料噴霧の形状はその中心線に沿って進行方向に拡がる円錐状であり、この燃料噴霧の輪郭が点火プラグの電極に掛からないように、燃料の噴射方向が下向きに（ピストン冠面に向かうように）設定されているので、気筒の半径が大きいときには、その分、燃料噴霧の中心と点火プラグの電極とが離れることになり、該電極付近の混合気濃度が低くなって、着火性の低下することが懸念される。
【００１７】
これに対し、この発明では、前記の如く、燃焼室の天井部において吸気側傾斜面に開口する吸気ポートの開口部を、気筒列方向に見て排気ポートの開口部よりもピストン冠面から遠くなるように、ずらして配置し、そのことによって吸気ポートの下方に生じるスペースに燃料噴射弁を寄せて配置することを可能として、該燃料噴射弁の噴口を相対的に燃焼室内周側に近付けることができるようにした。
【００１８】
このことで、気筒の半径が相対的に大きいときであっても、その分だけ燃料噴射弁の噴口と点火プラグの電極との間隔が拡がるのではなく、燃料噴射弁の噴口を点火プラグの電極に近付けて、両者の間隔を気筒半径の大小に拘わらず、適切な範囲に収めることが可能となる。
【００１９】
つまり、本発明では、吸排気ポートのレイアウトの工夫によって、気筒半径の相対的に大きいときでも点火プラグの電極と燃料噴射弁の噴口との間隔を相対的に狭くすることができ、これにより、燃焼室に滞留する混合気の中心を点火プラグの電極に近付けて、該電極付近の混合気濃度を十分に高めることによって、良好な着火安定性を確保することができる。
【００２０】
しかも、前記の構成では、燃焼室天井部の吸気側傾斜面に、吸気ポート開口部の全周を取り囲むように円環状凹部を形成し、該吸気ポート開口部を吸気側傾斜面よりも深い位置に形成している。
【００２１】
こうすると、燃焼室天井部の吸気側傾斜面の位置を変更せずに、吸気ポート開口部の位置だけをずらすことができるし、吸気弁軸を短縮すれば動弁系の配置を変更する必要もない。従って、例えば、本願発明に係る直噴エンジンとシリンダブロック等を共通化したポート噴射仕様のエンジンを生産する場合に、シリンダヘッドについても生産設備を共用することが可能となり、これにより、製造コストの大幅な低減が図られる。
【００２２】
請求項２の発明では、請求項１の発明における２つの吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ開口部が同径とし、且つ該吸気ポート開口部の直径を排気ポート開口部の直径よりも大きくした。
【００２３】
すなわち、自然吸気式エンジンにおいて燃焼室の天井部の限られた面積に吸排気ポートの各開口部面積をそれぞれ確保する場合、高圧の既燃ガス（排気）を排出する排気ポートに比べて、外気を吸引する吸気ポートの開口部をより大径とすることが好ましく、こうすることで、十分な吸気充填量を確保しながら、吸気損失と排気損失とを合わせたポンプ損失の低減が図られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。なお、説明の便宜のために、まず、本発明と概ね同様の構成を有する火花点火式直噴エンジンについて参考例として説明し、その後、本発明の実施例について説明する。
【００２５】
（参考例）
図２は本発明に係る火花点火式直噴エンジン１の全体的な構成を示す。このエンジン１は、複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）が直列に設けられたシリンダブロック３と、このシリンダブロック３上に配置されたシリンダヘッド４とを有し、それら各気筒２内にピストン５が上下方向に往復動可能に嵌挿されていて、そのピストン５の冠面とシリンダヘッド４の下面との間の気筒２内に燃焼室６が区画形成されたものである。また、前記気筒２，２，…を囲むシリンダブロック３の側壁部には、図示しないがウオータジャケットが形成されており、さらに、該シリンダブロック３の下側部分には、気筒２，２，…に連通するようにクランク室７が形成され、その内部にクランク軸８が回転自在に配設されている。このクランク軸８の一端側にはその回転角度を検出するための電磁式のクランク角センサ９が配設されている。
【００２６】
前記各気筒２の燃焼室６は、図１や図３に詳細を示すように、天井壁６０の２つの傾斜面６０ａ，６０ｂ（図１にのみ示す）が互いに差し掛けられた屋根のような形状をなすペントルーフ型のものである。この傾斜面６０ａ、６０ｂは、図３の如く気筒列方向に見たときに、天井部の略中央から左右両側に向かってそれぞれ徐々にピストン５冠面に近づくように延びていて、一方（図の右側）の傾斜面６０ａに２つの吸気ポート１０、１０が開口され、他方（図の左側）の傾斜面６０ｂに２つの排気ポート１１、１１が開口されていて、その各ポート開口部に吸気及び排気弁１２，１３が配置されている。すなわち、前記天井壁６０とその吸気側及び排気側にそれぞれ２つずつ配設された吸排気弁１２，１３の傘部（図６では省略する）とによって、燃焼室６の天井部が構成されている。
【００２７】
前記吸気ポート１０，１０は、それぞれ燃焼室６から斜め上方に向かって直線的に延びていて、エンジン１の一側面（図の右側面）に独立して開口しており、一方、前記２つの排気ポート１１，１１は途中で１つに合流して略水平に延び、エンジン１の他側面（図の左側面）に開口している。また、吸気弁１２及び排気弁１３は、シリンダヘッド４の内部に軸支された２本のカム軸１４，１４により弁軸方向に押圧されて開作動されるもので、該２本のカム軸１４，１４がそれぞれ前記クランク軸８に同期して回転されることで、全気筒２，２，…の吸気弁１２及び排気弁１３がそれぞれ所定のタイミングで開閉作動される。また、吸気側のカム軸１４にはクランク軸８に対する回転位相を所定の角度範囲において連続的に変化させる周知構造の可変動弁機構１５が付設されていて、この可変動弁機構１５により前記吸気弁１２の開弁時期及び閉弁時期が同期して変更される。
【００２８】
前記燃焼室６の上方には、４つの吸排気弁１２，１３に取り囲まれるようにして点火プラグ１６が配設されている。この点火プラグ１６の先端の電極は燃焼室６の天井壁６０から所定距離だけ突出しており、該点火プラグ１６の基端部には点火回路１７が接続されていて、各気筒２毎に所定の点火タイミングで点火プラグ１６に通電するようになっている。一方、前記燃焼室６の底部となるピストン５の冠面には、気筒中心線ｚに沿って見たときにレモン形状となる凹部５０（図５参照）が設けられている。
【００２９】
また、前記燃焼室６の吸気側の周縁部には、２つの吸気ポート１０，１０の下方においてそれらに挟まれるようにインジェクタ（燃料噴射弁）１８が配設されている。このインジェクタ１８は、先端部の噴口から燃料を旋回流として噴出させて、インジェクタ１８の軸心の延びる方向に沿う略円錐状となるように噴射する公知のスワールインジェクタである（図７参照）。この略円錐状の燃料噴霧は、雰囲気圧力の低いときほど拡がり角θが大きくなって中空状となる一方、雰囲気圧力が高くなると拡がり角θが小さくなって、中心部の燃料の密度が高くなる。また、燃圧が高いほど、燃料噴霧の貫徹力は大きくなる。
【００３０】
一方、前記インジェクタ１８の基端部には、全気筒２，２，…に共通の燃料分配管１９が接続されていて、燃料供給系２０から供給される高圧の燃料を各気筒２に分配するようになっている。この燃料供給系２０についての詳しい説明は省略するが、例えば、燃料タンクから汲み上げた燃料を高圧燃料ポンプにより昇圧した後に高圧レギュレータにより流量調節し、余剰の燃料は燃料タンクに戻すことで、燃料分配管１９へ供給する燃料の圧力状態を適正な範囲（例えば略３ＭＰａ〜略２０ＭＰａくらい）に調節する。尚、前記燃料分配管１９にはその内部の燃料の圧力状態（燃圧）を検出する燃圧センサ２１が付設されている。
【００３１】
エンジン１の一側面には、各気筒２の吸気ポート１０，１０にそれぞれ連通する吸気通路２３が接続されている。この吸気通路２３は、エンジン１の燃焼室６に対し図外のエアクリーナで濾過した吸気を供給するものであり、その上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される空気の流量を検出するホットワイヤ式エアフローセンサ２４と、後述のタービン３７により駆動されて吸気を圧縮するコンプレッサ２５と、このコンプレッサ２５により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ２６と、バタフライバルブからなり、吸気通路２３を絞る電気式スロットル弁２７と、サージタンク２８とが配設されている。前記電気式スロットル弁２７は、図外のアクセルペダルに対し機械的には連結されておらず、図示しない電動モータにより駆動されて、アクセプペダルの操作量（アクセル開度）に対応する適切な開度となるように開閉される。
【００３２】
また、前記サージタンク２８よりも下流側の吸気通路２３は、各気筒２毎に分岐する独立通路とされていて、これらの各独立通路の下流端部がさらに２つに分岐してそれぞれ吸気ポート１０，１０に連通している。この２つの吸気ポート１０，１０の双方の上流側には、燃焼室６におけるタンブル流Ｔの強さを調節するための開閉弁３０，３０（Tumble Control Valve：以下、ＴＣＶと略称する）が配設され、例えばステッピングモータ（図示せず）等のアクチュエータによって開閉作動されるようになっている。このＴＣＶ３０は、いずれもバタフライバルブの一部を切り欠いたもので、この参考例では弁軸よりも下側の部分を切り欠いている。そして、ＴＣＶ３０，３０が閉じられたときには吸気が前記の切り欠き部分のみから下流側に流れて、燃焼室６に強いタンブル流Ｔを生成する一方、ＴＣＶ３０，３０が開かれるに従い、吸気は該切り欠き部分以外からも流通するようになり、タンブル流Ｔの強度は徐々に弱められる。
【００３３】
尚、前記吸気ポート１０やＴＣＶ３０の形状は上述したものに限られず、例えば、バタフライバルブの弁軸よりも上側の部分を切り欠いたものでもよい。また、吸気ポートは、上流側で１つに合流されたいわゆるコモンポートであってもよく、この場合には、ＴＣＶとして、コモンポートの断面形状に対応する形状のバタフライバルブの一部分を切り欠いたものとすればよい。
【００３４】
一方、エンジン１の他側面には、燃焼室６から既燃ガス（排気）を排出する排気通路３３が接続されている。この排気通路３３の上流端は、各気筒２毎に分岐して排気ポート１１に連通する排気マニホルド３４により構成され、該排気マニホルド３４の集合部には排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ2センサ３５が配設されている。このリニアＯ2センサ３５は排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出するために用いられるもので、理論空燃比を含む所定の空燃比範囲において酸素濃度に対しリニアな出力が得られるものである。
【００３５】
また、前記排気マニホルド３４の集合部には、排気流を受けて回転されるタービン３７と、排気管３６とが接続されていて、この排気管３６の上流側から下流側に向かって順に、略理論空燃比近傍の排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化する三元触媒３８と、理論空燃比よりもリーンな排気中のＮＯｘを浄化可能なリーンＮＯｘ触媒３９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒、ＮＯｘ吸着還元触媒を含む）とが配設されている。前記タービン３７は、吸気通路２３のコンプレッサ２５と共にターボ過給機４０を構成するものであり、排気流によりタービン３７が回転されると、このタービン３７と一体に回転するコンプレッサ２５が吸気を圧縮して過給する。また、このターボ過給機４０には、前記タービン３７をバイパスして排気管３６の上流側から下流側へ排気を流通させるウエストゲート通路４１と、このウエストゲート通路４１を流通する排気の流量を調整するウエストゲート弁４２とが設けられている。尚、前記ターボ過給機４０に代えて、エンジン１のクランク軸８により駆動される機械式過給機や電動モータにより駆動する過給機等を用いることもできる。
【００３６】
尚、図２に示す符号４３は、三元触媒３８の劣化状態を判定するためにその下流側に配設されたラムダＯ2センサである。また、図示は省略するが、前記排気通路３３におけるタービン３７よりも上流側の部位には、排気の一部を吸気側に還流させるＥＧＲ通路の上流端が分岐接続されている。このＥＧＲ通路の下流端は前記サージタンク２８に接続され、その近傍には開度調節可能な電気式のＥＧＲ弁が配設されていて、ＥＧＲ通路による排気の還流量を調節できるようになっている。
【００３７】
前記可変動弁機構１５、点火回路１７、インジェクタ１８、燃料供給系２０、電気式スロットル弁２７、ＴＣＶ３０等は、いずれもエンジンコントロールユニット４５（以下、ＥＣＵという）によって作動制御される。一方、このＥＣＵ４５には、少なくとも、前記クランク角センサ９、燃圧センサ２１、エアフローセンサ２４、リニアＯ2センサ３５、ラムダＯ2センサ４３等からの各出力信号が入力されるとともに、シリンダブロック３のウオータジャケットに臨んで冷却水の温度（エンジン水温）を検出する水温センサ４７からの出力信号が入力され、さらに、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ４８からの出力信号と、エンジン回転速度（クランク軸８の回転速度）を検出する回転速度センサ４９からの出力信号とが入力される。
【００３８】
そして、前記ＥＣＵ４５は、各センサから入力される信号に基づいて、吸排気弁１２，１３の開閉作動時期、点火プラグ１６による点火時期、インジェクタ１８による燃料噴射量、噴射時期及び噴射圧力、スロットル弁２７の開度、ＴＣＶ３０の開度等をそれぞれエンジン１の運転状態に応じて制御する。例えば、エンジン１が温間で且つ低速低負荷側の運転状態にあるときには、インジェクタ１８により気筒２の圧縮行程で燃料を噴射させて、点火プラグ１６の近傍に混合気が層状に偏在する状態で燃焼させる（成層燃焼状態）。このときには、エンジン１の吸気損失を低減するためにスロットル弁２７の開度を相対的に大きくするようにしており、このときの燃焼室６の平均的な空燃比は理論空燃比よりもリーンになる。
【００３９】
一方、高速側ないし高負荷側の運転状態ではインジェクタ１８により主に気筒２の吸気行程で燃料を噴射させて吸気と十分に混合し、燃焼室６全体に均一な混合気を形成した上で燃焼させる（均一燃焼状態）。このときには、大部分の運転領域において混合気の空燃比が略理論空燃比（Ａ/Ｆ≒１４．７）になるように、燃料の噴射量やスロットル弁２７の開度等を制御するが、特に全負荷付近では空燃比を理論空燃比よりもリッチな状態（例えばＡ/Ｆ＝１３くらい）に制御して、高負荷に対応した大出力を得られるようにしている。
【００４０】
尚、前記温間の低速低負荷側では、ＥＧＲ弁を開弁させてＥＧＲ通路により排気の一部を吸気通路２３に還流させるようにしており、これによりＮＯｘの生成を抑制することができる。一方、冷間時には燃焼安定性の確保を最優先し、エンジン１の全ての運転状態で均一燃焼状態とするとともに、ＥＧＲ弁は全閉とするようにしている。
【００４１】
（燃焼室のレイアウト構成）
この参考例の直噴エンジン１の特徴は、上述の如き成層燃焼状態のときに、燃焼室６の空気流動を利用して点火プラグ１６の電極の付近にリッチな混合気塊を滞留させるようにしたことにある。すなわち、成層燃焼状態では気筒２の圧縮行程中期以降に燃焼室６を流れるタンブル流Ｔに対して略正対する方向から衝突するように、インジェクタ１８により適当な貫徹力でもって燃料を噴射させ、この燃料噴霧をタンブル流Ｔにより減速させて、点火プラグ１６の電極付近に到達させるようにする。その際、タンブル流Ｔの強度及び燃料噴霧の貫徹力をいずれも相対的に弱いものとすれば、燃料噴霧はタンブル流Ｔとの衝突によってあまり飛散することなく、適切な濃度の混合気塊となって点火プラグ１６電極の付近に滞留するのである。
【００４２】
そのような特徴的な混合気形成を実現するために、この参考例の直噴エンジン１では、ピストン５冠面の凹部５０の形状や点火プラグ１６及びインジェクタ１８のレイアウトを以下のように互いに関連付けて適切に設定している。
【００４３】
具体的に、まず、ピストン５の冠面には、図４及び図５に示すように気筒中心線Ｚに沿って見たときに、インジェクタ１８による燃料の噴射方向（燃料噴霧の中心線Ｆが延びる方向）に長いレモン形状の凹部５０が形成されている。これは、気筒中心線Ｚに沿って見て、吸気ポート１０，１０から燃焼室６へ吸気の流入する方向と凹部５０の長さ方向とが大体、同じになるということであり、このことで、気筒２の吸気行程から圧縮行程にかけてタンブル流Ｔが前記凹部５０の壁面に沿ってインジェクタ１８に向かうように流れ、このタンブル流Ｔが気筒２の圧縮行程後期まで安定して保持されるようになる。
【００４４】
また、前記凹部５０の開口幅は、前記図４(a)に示すように、点火プラグ１６の電極を囲む長さ方向の略中央部で最大となり、そこから凹部５０の長さ方向両端側に向かって徐々に狭くなっている。この凹部５０の開口幅は、前記図５に示すように、気筒２の圧縮行程においてインジェクタ１８により噴射された燃料噴霧が点火プラグ１６の付近にまで到達したとして、その燃料噴霧を包含するような大きさとされており、このことで、該燃料噴霧が凹部５０の幅方向の両側壁面５０ａ，５０ａに接触することがなく、該側壁面５０ａへの燃料の付着量が極めて少なくなる。
【００４５】
また、前記図４(b)(c)に示すように、前記凹部５０の底壁面５０ｂは略平坦になっていて、その長さ方向の両端側に緩やかに湾曲して上方に向かう湾曲部が連続しており、特に吸気側の湾曲部に連続して燃料噴霧との干渉を避けるための切り欠き部５２が形成されている。また、前記凹部５０の底壁面５０ｂの幅方向両端側には側壁面５０ａ，５０ａが連続していて、この側壁の高さは凹部５０の長さ方向の略中央部において最も高くなっている。
【００４６】
前記凹部５０を除いたピストン５冠面の外周側部分は、上下に対向する燃焼室６の天井壁６０に略平行に沿うような形状とされていて、該天井壁６０の吸気側傾斜面６０ａから排気側傾斜面６０ｂに亘る範囲と対峙するように、凹部５０の幅方向両側においてそれぞれ吸気側から排気側まで連続するスキッシュエリア５１が形成されている。そして、気筒２の圧縮行程においてピストン５が上死点に向かって上昇すると、ピストン５冠面のスキッシュエリア５１と燃焼室６の天井壁６０との間に挟まれる空間から凹部５０の内方に向かうように空気が押し出されて、図５に矢印Ｓ，Ｓ，…で示すように、凹部５０の内方に向かってその幅方向両側から流れ込む強いスキッシュ流が生成される。
【００４７】
尚、前記吸気側のスキッシュエリアには、吸気弁１２，１２の傘部との干渉を避けるようにバルブリセス５３，５３が形成されており、ここではあまり強い流れは生成されない。従って、スキッシュ流Ｓは、凹部５０の幅方向内方に向かう成分と該凹部５０の排気側からの成分とがそれぞれ強くなり、一方、吸気側からの成分は相対的に弱くなる。このことで、スキッシュ流Ｓにより混合気の拡散を十分に抑制しながら、燃焼室６の天井部付近に残るタンブル流Ｔの影響を低減させて、混合気の滞留性を向上できる。
【００４８】
続いて、インジェクタ１８のレイアウトについて説明する。図３に示すように気筒列方向に見て、インジェクタ１８は、その軸心が気筒２の横断面に対して所定の傾斜角度δ（好ましくはδ＝２５°〜４０度、図例では略３０°）をなすように設置されている。この参考例では、インジェクタ１８はその軸線に沿って燃料を噴射するものなので、燃料噴霧の中心線Ｆとインジェクタ１８の軸線とは略一致していて、該燃料噴霧中心線Ｆは、成層燃焼時の気筒２の燃料噴射時期において点火プラグ１６の電極とピストン５冠面の凹部５０の底面５０ｂとの間を通り、図６に示すように気筒列方向に見たときに、点火プラグ１６の軸線ｚ１と交わる位置Ｋが該点火プラグ１６の電極からピストン５冠面側（下方）に離間している。そのようにインジェクタ１８の設置角δを設定したことで、ピストン５冠面に形成された凹部５０との相互の位置関係により、気筒２の圧縮行程中期以降に該凹部５０に沿って流れるタンブル流Ｔに対して燃料噴霧を略正面から効果的に衝突させることができる（図１０参照）。
【００４９】
また、前記図３に示すように気筒列方向に見て、インジェクタ１８の噴口は、燃焼室６の天井壁６０の吸気側傾斜面６０ａの外周側の端部よりも外周側に位置し、図例では、気筒２の外周端よりも外側に位置している。すなわち、エンジン１のシリンダヘッド４には、各気筒２毎に吸気側の側壁外面に開口してインジェクタ１８の先端側を収容するインジェクタ収容部４ａが形成され、該インジェクタ収容部４ａの奥には燃焼室天井壁６０の外周縁部に開口する孔部６２が連通していて、そこにインジェクタ１８先端部の噴口が配置されている。このことで、インジェクタ１８の噴口は気筒２内の燃焼室６から一段、引っ込んで、その分、燃焼による熱の影響を受け難い状態になっており、これにより、噴口付近へのカーボンデポジットの堆積が未然に防止される。尚、インジェクタ１８の噴口は吸気側傾斜面６０ａの外周端よりも外周側にあればよく、必ずしも気筒２の外周端よりも外側に位置付ける必要はない。
【００５０】
さらに、前記インジェクタ１８による燃料噴霧の拡がり角θは、雰囲気圧力、即ち燃焼室６の圧力状態によって変化するものであるが、この参考例のものでは、図６に示すように気筒２の圧縮行程中期以降における燃料噴霧の拡がり角θが、θ＝略４５°とされていて、略円錐状の燃料噴霧の輪郭（液滴のエリア）が点火プラグ１６の電極に略接するようになっている。このことで、燃料の噴射方向（燃料噴霧の中心線Ｆ）をできるだけ点火プラグ１６の電極に接近させて、混合気への着火性を高めながら、その電極に対してインジェクタ１８からの初期噴霧に含まれる粗大な燃料液滴が付着することは回避することができ、該点火プラグ１６のくすぶりを未然に防止できる。
【００５１】
尚、前記インジェクタ１８による燃料噴霧の拡がり角θが大きいときには、自ずと燃料噴霧が拡散し易くなり、点火プラグ１６電極の周りの混合気が全体として希薄化する。反対に、燃料噴霧の拡がり角θが小さ過ぎるときには、燃料噴霧の中心線付近で燃料の過集中が起こり、燃料液滴の空気との混合や気化霧化が不十分になって混合気の燃焼性が悪化する虞がある。このため、燃料噴霧の拡がり角θは、θ＝２０〜６０°の範囲とするのがよく、特にθ＝４０〜５５°くらいが好ましい。
【００５２】
ここで、前記燃料噴霧の拡がり角θの定義としては、図７に模式的に示すように、インジェクタ１８の先端部Ａ点から２０ｍｍ下流の位置において噴霧中心線Ｆの通る仮想平面と燃料噴霧の輪郭とが交差する２点Ｂ，Ｃを決定し、∠ＢＡＣをもって燃料噴霧の拡がり角θを定義する（θ＝∠ＢＡＣ）。また、燃料噴霧の輪郭については例えばレーザシート法により求めるようにすればよい。
【００５３】
尚、レーザシート法というのは、まず、燃料噴霧の撮影が可能な圧力容器内にインジェクタを設置し、この容器内を気筒の圧縮行程中期以降の燃料噴射時期に相当する圧力状態（例えば０．２５ＭＰａ）に加圧するとともに、燃料性状相当の試料を燃料噴射圧に相当する所定圧（例えば１０ＭＰａ）に加圧して、常温下において、１パルス当たりの噴射量が９mm３/strokeになるようにインジェクタに所定パルス幅の駆動パルス信号を入力して、燃料を噴射させる。その際、燃料噴霧に対しその噴霧中心線を通るように厚さ１ｍｍ程度のレーザシート光を照射しておいて、このレーザシート光面に対して直交する方向から高速度カメラにて噴霧画像を撮影する。そして、前記駆動パルス信号の入力時期から１．５６ミリ秒後の撮影画面に基づいて噴霧の拡がり角θを計測すればよい。
【００５４】
次に、点火プラグ１６の電極の位置について説明する。まず、上述の如く、点火プラグ１６は燃焼室６に滞留する混合気に対して確実に点火できるよう、その電極を気筒中心線ｚに沿って燃焼室６の天井部から突出するように配置されている。具体的には、点火プラグ１６の電極は、インジェクタ１８により燃料を斜め下方のピストン５冠面側に噴射させるこの参考例においては、該インジェクタ１８の噴口と概ね同じ高さ位置（気筒中心線ｚ方向の位置）にあり、気筒２の圧縮行程中期以降のタンブル流Ｔの主流からは離れて、その渦の中心付近に位置している。つまり、点火プラグ１６電極の付近は燃料の噴射から点火までの間、混合気の滞留し易い状態に保たれている。
【００５５】
ここで、気筒２の点火時期近傍における点火プラグ電極と燃料噴霧（混合気）との位置関係についてさらに詳しく考察する。まず、図８に一例を示すように、気筒の圧縮行程のような高圧下でスワールインジェクタにより燃料を噴射したとき、中実の噴霧内の燃料（液滴及び蒸気）の密度分布は、その燃料噴霧の中心線付近で高くなり、そこから外周側に向かって徐々に低下していく。具体的には、図に破線で示すＡタイプのインジェクタの場合、燃料噴霧の中心線近傍の燃料密度が極めて高く、そこから燃料密度が一旦、急激に低下した後に比較的緩やかに低下している。また、図に実線で示すＢタイプのインジェクタの場合は、Ａタイプのものに比べて燃料密度の偏りが小さく、燃料噴霧の中心線近傍から噴霧の外周側に向かって略一定の割合で燃料密度が低下している。従って、前記のいずれのタイプのインジェクタを用いるにしても、混合気に安定して点火するためには、点火プラグの電極を燃料噴霧の中心線に対しある程度以上、近付ける必要がある。
【００５６】
このような観点でこの参考例のエンジン１を見ると、図６に模式的に示すように、スワールインジェクタ１８からの燃料噴霧はその中心線Ｆに沿って進行方向に徐々に拡大する略円錐形状となるから、前記したように燃料噴霧の輪郭を点火プラグ１６の電極に略接するように位置付けた場合、燃料噴霧中心線Ｆと点火プラグ１６電極との距離ｄ１は該電極とインジェクタ１８の噴口との間の気筒半径方向の距離ｄ２に略比例して大きくなることが分かる。換言すれば、エンジン１の気筒半径が大きいほど、点火プラグ１６の電極が燃料噴霧の中心線Ｆから遠ざかってその付近の燃料密度が低くなり、着火安定性が低下してしまう。
【００５７】
そこで、この参考例に係る直噴エンジン１では、本発明の特徴部分として、点火プラグ１６の電極を気筒中心線Ｚよりも吸気側寄りに配置することで、その電極とインジェクタ１８の噴口とを近付けるようにしている。すなわち、一般的に、ペントルーフ型の燃焼室を有する４弁式エンジンでは、吸気効率を高めるために吸気弁の直径を排気弁よりも大きくしており、このときに、燃焼室天井壁の限られたスペースに吸排気ポートの各開口面積をできるだけ大きく確保しようとすれば、４つの弁の傘部に囲まれる点火プラグの電極は自ずと気筒中心線よりも排気側寄りに位置することになる。
【００５８】
これに対し、この参考例のものでは、吸気ポート１０，１０の開口部を排気ポート１１，１１の開口部よりも小径とし、且つ２つの吸気ポート１０，１０同士の間隔を拡げて、点火プラグ１６の電極を気筒中心線Ｚよりも吸気側寄りに配置できるようにした。具体的には図１に示すように、吸気弁１２及び排気弁１３を省略して燃焼室６の天井壁６０を気筒中心線Ｚに沿って下方から見ると、天井壁６０の吸気側傾斜面６０ａに開口する２つの吸気ポート１０，１０は互いに同径であり、また、同様に排気側傾斜面６０ｂに開口する２つの排気ポート１１，１１も互いに同径であって、その各排気ポート１１の開口部が各吸気ポート１０の開口部よりも大径とされている。
【００５９】
さらに、前記２つの吸気ポート１０，１０の開口部同士の間隔Ｄ１は、２つの排気ポート１１，１１の開口部同士の間隔Ｄ２よりも大きく、このことで天井壁６０の略中央部から吸気側寄りの部位に残るスペースに、４つのポート開口部に囲まれ且つ気筒中心線Ｚに対し吸気側に偏心して、プラグホール６１が開口されている。尚、前記吸気側傾斜面６０ａの外周側の周縁部には、インジェクタ収容部４ａに連通する孔部６２が開口していて、そこからインジェクタ１８先端部の噴口が燃焼室６に臨んでいる。また、図例では、該孔部６２に連続してインジェクタ１８からの燃料噴霧との干渉を避けるように、断面三角形状のリセス６３が形成されている（このリセス６３は無くてもよい）。
【００６０】
ここで、吸排気ポート１０，１１の開口部を前記のようにレイアウトしたのは、シリンダヘッド４の信頼性を担保するためである。すなわち、従来周知の通り、燃焼室６に臨む天井壁６０はエンジン１のシリンダヘッド４の中で最も熱負荷の高い部位であり、特に吸排気ポート１０，１１の開口部とプラグホール６１との間のブリッジ部の熱負荷が高くなるから、この部分の肉厚の確保はシリンダヘッド４の信頼性上、極めて重要である。従って、この参考例のものでは、点火プラグ１６の電極を気筒２の中心線Ｚよりも吸気側寄りに配置するために、前記の如く一般的なペントルーフ型燃焼室とは異なる吸排気ポート１０，１１のレイアウトによって、燃焼室天井壁６０の略中央部から吸気側寄りの部位に亘ってプラグホール６１のスペースを確保しているのである。
【００６１】
そして、上述したように、点火プラグ１６の電極を気筒中心線Ｚよりも吸気側寄りに配置したことで、この電極の位置は気筒２の吸気側周縁部に位置するインジェクタ１８の噴口に近付くことになり、気筒２の半径が相対的に大きいときであっても点火プラグ１６の電極とインジェクタ１８の噴口との間の距離を相対的に短くして、適切な範囲に収めることが可能となる。これにより、この参考例の直噴エンジン１では、気筒半径の大小に拘わらず点火プラグ１６の電極を燃焼室６の混合気の中心に近付けて、良好な着火安定性を得ることができる。
【００６２】
また、この参考例のエンジン１では、各気筒２の燃焼室６へ吸気を過給するターボ過給機４０が設けられているので、前記したように吸気ポート１０，１０の開口部面積が相対的に小さなものであっても、十分な吸気充填量を容易に確保することができ、これにより、高速側ないし高負荷側で均一燃焼状態となるときにも十分な出力が得られる。
【００６３】
（エンジンの運転動作）
次に、本願発明の火花点火式直噴エンジン１の運転動作について説明する。
【００６４】
まず、エンジン１が低速低負荷側にあって成層燃焼状態となるときには、図９に示すように、気筒２の吸気行程においてピストン５が上死点位置から下降するときに、開状態の吸気弁１２の傘部と吸気ポート１０の開口部との間隙から吸気が燃焼室６へ流入し、同図に矢印で示すように燃焼室６全体に亘る大きなタンブル流Ｔが生成される。詳しくは、ピストン５の下降によって燃焼室６へ吸い込まれる吸気は、主に吸気ポート１０の開口部の点火プラグ１６寄りの部位から燃焼室６へ流入し、ピストン５のさらなる下降に伴い排気側（図の左側）の気筒内周面に沿って下方に向かった後に、ピストン５の冠面に沿って吸気側（図の右側）へ曲げられて、そこからさらに上方に向かって流れ、全体として燃焼室６の縦方向に旋回するタンブル流Ｔとなる。
【００６５】
続いて、当該気筒２が圧縮行程に移行して、ピストン５が下死点位置から上昇すると、このピストン５の上昇に伴う燃焼室６容積の減少によってタンブル流Ｔが潰されてコンパクトなものとなり、その流速も徐々に低下する。しかし、気筒２の圧縮行程中期以降においてもペントルーフ型の燃焼室６天井部とピストン５冠面の凹部５０との間に適切な形状の空間が残っているため、タンブル流Ｔは崩壊することなく、当該気筒２の圧縮行程後期まで保持される。このとき、ピストン５冠面の凹部５０に沿って排気側から吸気側（図の左側から右側）に向かう流れがインジェクタ１８の噴口の付近で折り返し、燃焼室６の天井部に沿って吸気側から排気側へ流れるようになるが、特に前記凹部５０に沿って吸気側に向かう流れは、該凹部５０の底壁面５０ｂの吸気側の湾曲部により天井部に向かうように案内されて、インジェクタ１８の噴口に向かって流れることになる。
【００６６】
このため、図１０に示すように、気筒２の圧縮行程中期以降にインジェクタ１８により燃料が噴射されると、この燃料噴霧の中心がタンブル流Ｔの流れの強いところに略正対して衝突することになり、これにより、燃料液滴の気化霧化や周囲の空気との混合が促進されるとともに、該燃料噴霧はタンブル流Ｔを押し退けるように進みながら徐々に減速されて、図１１に示す当該気筒２の点火時期までに燃焼室６の略中央部、即ち点火プラグ１６の電極付近に到達して、そこに滞留するようになる。
【００６７】
その際、ピストン５冠面外周側のスキッシュエリア５１から燃焼室６中心に向かうスキッシュ流Ｓが発生し、このスキッシュ流Ｓが混合気の拡散を抑制して、着火性に優れた混合気塊を形成させる。また、特に排気側から混合気に向かうスキッシュ流Ｓが燃焼室６天井部に残るタンブル流Ｔの影響を軽減して、混合気の滞留精度を向上させる。そして、この状態で点火プラグ１６に通電されることよって前記混合気塊に確実に着火されて、良好な成層燃焼が行われる。
【００６８】
一方、エンジン１が相対的に高速側ないし高負荷側にあって均一燃焼状態になるときには、図１２に示すように、気筒２の吸気行程において燃焼室６に吸気が導入される際にインジェクタ１８により燃料が噴射される。この燃料噴霧は相対的に低圧の気筒２内で大きく拡がり、ピストン５の下降移動に伴う燃焼室６容積の拡大によって広く分散して、燃焼室６全体に略均一な可燃混合気を生成する。この際、燃焼室６のタンブル流Ｔによって燃料噴霧と空気との混合が促進され、かつ燃料の気化霧化が十分に促進される。そして、その後の点火時期において点火プラグ１６の電極に通電されると、その近傍にて生成した火炎核が急速に成長して、良好な均一燃焼状態となる。
【００６９】
したがって、この参考例に係る火花点火式直噴エンジン１によると、各気筒２内の燃焼室６天井部の吸気側の周縁部にインジェクタ１８の噴口を臨ませて、ピストン５冠面側に向かって所定の傾斜角度で燃料を噴射させることにより、この燃料噴霧を燃焼室６のタンブル流Ｔに略正面から衝突させて、点火プラグ１６の電極付近に混合気として滞留させることができ、そして、その混合気に対して点火プラグ１６により点火して成層燃焼状態とすることによって、燃費及び出力の改善が図られる。
【００７０】
しかも、ペントルーフ型燃焼室６の天井部において、吸気ポート１０，１０の開口部を排気ポート１１，１１の開口部よりも小径とし、且つ吸気ポート１０，１０の開口部同士の間隔Ｄ１を排気ポート１１，１１の開口部同士の間隔Ｄ２よりも大きくしたことで、エンジン１の信頼性を損なうことなく、燃焼室６の天井壁６０の中心よりも吸気側にプラグホール６１の開口スペースを確保して、点火プラグ１６の電極を気筒中心線Ｚよりも吸気側寄りに位置付けている。このことで、エンジン１の気筒２の半径が相対的に大きいときであっても、インジェクタ１８の噴口と点火プラグ１６の電極との距離を相対的に短い適切な範囲に収めることができ、これにより、点火プラグ１６の電極位置と燃焼室６の混合気の中心位置とを相対的に近付けて、該点火プラグ１６による混合気への良好な着火安定性を確保することができる。
【００７１】
また、ターボ過給機４０により前記各気筒２への吸気を過給することで、前記の如く吸気ポート１０，１０の開口部面積が相対的に小さなものであっても、均一燃焼状態のときに必要な吸気充填量を容易に確保して、高出力を得ることができる。
【００７２】
つまり、この参考例の直噴エンジン１では、吸気ポート１０，１０の開口部面積が相対的に小さくてもターボ過給によって十分な吸気充填量が得られることを利用して、前記の如き吸排気ポート１０，１１及び点火プラグ１６の特徴的なレイアウトにより成層燃焼運転時の良好な混合気形成を図りつつ、一方で均一燃焼運転時の出力要求を十分に満足することができる。
【００７３】
尚、前記参考例の火花点火式直噴エンジン１において、ターボ過給機４０等の過給機を備えないものとしてもよい。この場合には、吸気ポート１０，１０の開口径が相対的に小さいことに対応して、吸気側の弁揚程特性を、少なくとも高速側ないし高負荷側の均一燃焼状態において作動角（吸気弁１２の開弁から閉弁までの間のクランク角）又はリフト量の少なくとも一方が排気側よりも大きくなるように設定することが好ましい。すなわち、例えば、吸気側のカム軸１４においてカムプロファイルを排気側よりも高リフトのものや作動角の大きいものとすればよく、或いは、吸気側のカム軸１４にカムプロファイルを変更可能な周知構造の可変機構を付設して、エンジン１が高速側ないし高負荷側にあるときにのみ吸気弁１２，１２の作動角やリフト量を排気側よりも大きくするようにしてもよい。
【００７４】
こうすることで、燃焼室６の天井壁６０において吸気ポート１０，１０の開口面積が相対的に小さくても、高出力の要求される高速側ないし高負荷側の運転状態において過給なしで十分な吸気充填量を確保することが可能となり、しかも、そのときの吸気抵抗を比較的小さくすることができる。このような構成は、参考例のように過給機を備えたエンジン１にも適用することができる。
【００７５】
（実施形態）
図１３及び図１４には、本発明の実施形態に係る火花点火式直噴エンジン１の燃焼室６の構造を示す。この実施形態のエンジン１は前記参考例のものとは異なり、ターボ過給機４０を備えていない自然吸気式のものである。また、図１３に示すように気筒中心線Ｚに沿って見ると、吸気ポート１０，１０の各開口部の直径が排気ポート１１，１１に比べて大きく、点火プラグ１６の電極が気筒中心線Ｚに対して排気側寄りに位置していて、この点で前記参考例のものとは異なる一般的な構成のペントルーフ型燃焼室６になっている。尚、この実施形態のエンジン１の全体構成は前記参考例のものと同様なので、同一部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００７６】
そして、この実施形態のエンジン１の特徴は、図１４に示すように気筒列方向に見たときに、吸気ポート１０，１０の各開口部が排気ポート１１，１１の各開口部よりも高くなるように、即ちピストン５の冠面から遠くなるように、ずらして配置されていることと、そのことによって吸気ポート１０，１０の下方（シリンダブロックとの合わせ面に近い方）におけるインジェクタ１８の配置スペースが大きくなることを利用して、インジェクタ１８が吸気ポート１０，１０に寄せて、即ち気筒２の内周側寄りに配置されていることとにある。
【００７７】
より詳しくは、図１３に示すように、燃焼室６の天井壁６０の吸気側傾斜面６０ａには、各吸気ポート１０の開口部全周を取り囲むように円環状凹部１０ａが形成されていて、この凹部１０ａの分だけ、各吸気ポート１０開口部が吸気側傾斜面６０ａよりも深い位置に形成されている。このことで、燃焼室６の天井部において吸気側傾斜面６０ａの位置は変更せずに、吸気ポート１０の開口部の位置だけをずらすことができる。また、吸気弁１２の弁軸の長さを短縮すれば、動弁系のレイアウト等を変更する必要もない。従って、例えば、この実施形態の直噴エンジン１とは別に、シリンダブロック３等を共通化したポート噴射仕様のエンジンを生産する場合に、両者の吸排気弁１２，１３の挟み角が同じになり、シリンダヘッド４についても生産設備を共用することができる。
【００７８】
また、図１３及び図１４から明らかなように、実施形態のエンジン１では、インジェクタ１８の先端部の噴口が気筒２の外周端よりも内側に位置している。すなわち、インジェクタ１８の噴口は、前記参考例のものと同様に燃焼室６の天井壁６０における吸気側傾斜面６０ａの外周端部よりも外周側に位置するものの、相対的に気筒２の内周側に、即ち点火プラグ１６の電極の近くに位置している。このことで、点火プラグ１６を気筒中心線Ｚよりも排気側寄りに配置していても、インジェクタ１８の噴口を気筒２の内周側に位置付けて両者の間隔を狭めることができる。
【００７９】
さらに、この実施形態のエンジン１では、２つの吸気ポート１０，１０及び排気ポート１１，１１をそれぞれ開口部が同径であって且つ該吸気ポート１０開口部の直径が排気ポート１１開口部の直径よりも大きいものとしており、このことで、燃焼室天井壁６０の限られた面積に吸排気ポート１０，１１の各開口部面積をそれぞれ最大限に確保して、高負荷域でも十分な吸気充填量を確保できるとともに、吸気損失と排気損失とを合わせたポンプ損失の低減が図られている。
【００８０】
したがって、この実施形態に係る火花点火式直噴エンジン１によれば、自然吸気式エンジン１において、各気筒２の燃焼室６をペントルーフ型燃焼室の一般的な構造の通り、吸気ポート１０，１０の開口径を排気ポート１１，１１よりも大きくして、点火プラグ１６は気筒中心線Ｚよりも排気側寄りに配置しながら、該吸気ポート１０，１０の各開口部の位置を排気ポート１１，１１に比べて高くなるようにずらして配置し、その分、インジェクタ１８の噴口を気筒２の内周側に位置付けることにより、前記参考例のエンジン１と同様に、気筒２の半径が相対的に大きいときでもインジェクタ１８の噴口と点火プラグ１６電極との間の距離を相対的に短い適切な範囲に収めることができ、これにより、点火プラグ１６電極付近の混合気濃度を十分に高くして、良好な着火安定性を確保することができる。
【００８１】
（他の実施形態）
本発明の構成は前記実施形態のものには限定されず、その他の種々の構成を包含するものである。すなわち、前記参考例や実施形態では、いずれも、燃焼室６の天井壁６０に開口する２つの吸気ポート１０，１０及び２つの排気ポート１１，１１を、それぞれ開口部の直径の等しいものとしているが、これに限るものではなく、例えば、２つの吸気ポート１０，１０のうちの一方の開口部を他方の開口部に比べて大径としてもよい。
【００８２】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１の発明に係る火花点火式直噴エンジンによると、ペントルーフ型燃焼室の天井部の吸気側周縁部に燃料噴射弁の噴口を臨ませ、成層燃焼運転時には前記燃焼室を流れるタンブル流に対向するように燃料を噴射させて、点火プラグ電極の付近に混合気を滞留させるようにしたものにおいて、ペントルーフ型燃焼室の天井部において吸気ポートの開口部を排気ポートの開口部よりも高い位置にずらして配置し、その分、燃料噴射弁の噴口を点火プラグの電極に近付けたことで、両者の間隔を気筒半径の大小に拘わらず適切な範囲に収めることができ、エンジンの気筒半径が相対的に大きいときであっても、点火プラグの電極付近の混合気濃度を十分に高めて、良好な着火安定性を確保することができる。
【００８３】
また、吸気ポートの開口部を吸気側傾斜面からずらして形成することで、前記請求項１の発明の効果を十分に得られるとともに、製造コストの大幅な低減が図られる。
【００８４】
請求項２の発明によると、自然吸気式エンジンにおいて吸気充填量を確保しながら、ポンプ損失の低減が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例に係る火花点火式直噴エンジンの各気筒毎の燃焼室天井部の構成を示す図である。
【図２】  エンジンの全体構成図である。
【図３】  気筒列方向に見た燃焼室の縦断面図である。
【図４】  (a)ピストン冠面の構成を示す上面図、(b)Ｙ方向に見たピストンの縦断面図及び(c)Ｘ方向に見たピストンの縦断面図である。
【図５】  気筒中心線に沿って見て、ピストン冠面の凹部とインジェクタからの燃料噴霧との相互の位置関係を示す説明図である。
【図６】  気筒列方向に見て、点火プラグ電極及びインジェクタ噴口の間の距離と該点火プラグ電極及び燃料噴霧中心線の間の距離との関係を示す説明図である。
【図７】  インジェクタからの燃料噴霧の拡がり角の定義を示す説明図である。
【図８】  燃料噴霧内の燃料の密度分布と噴霧中心線からの距離との関係を調べた実験結果の一例を示すグラフ図である。
【図９】  成層燃焼状態において気筒の吸気行程で燃焼室にタンブル流の生成される様子を示す説明図である。
【図１０】  成層燃焼状態において気筒の圧縮行程中期以降にタンブル流に衝突するように噴射される燃料噴霧の様子を示す説明図である。
【図１１】  成層燃焼状態において気筒の点火時期近傍で点火プラグの電極付近に滞留する混合気の様子を示す説明図である。
【図１２】  均一燃焼状態において気筒の吸気行程で燃焼室に生成されるタンブル流及びインジェクタからの燃料噴霧の様子を示す説明図である。
【図１３】  実施形態に係る図１相当図である。
【図１４】  実施形態に係る図３相当図である。
【符号の説明】
１      火花点火式直噴エンジン
２      気筒
５      ピストン
６      燃焼室
１０    吸気ポート
１０ａ  環状凹部
１１    排気ポート
１６    点火プラグ
１８    インジェクタ（燃料噴射弁）
４０    ターボ過給機（過給機）
５０    ピストン冠面の凹部
６０    燃焼室天井壁
６０ａ  吸気側傾斜面
６０ｂ  排気側形斜面
Ｆ      燃料噴霧中心線
Ｔ      タンブル流
Ｚ      気筒中心線
ｚ１    点火プラグ軸線
【図１】
0004032762.tif 000002
【図２】
0004032762.tif 000003
【図３】
0004032762.tif 000004
【図４】
0004032762.tif 000005
【図５】
0004032762.tif 000006
【図６】
0004032762.tif 000007
【図７】
0004032762.tif 000008
【図８】
0004032762.tif 000009
【図９】
0004032762.tif 000010
【図１０】
0004032762.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0004032762.tif 000013
【図１３】
0004032762.tif 000014
【図１４】
0004032762.tif 000015