(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペントルーフ型に形成された燃焼室天井部と所定のガス流動を発生可能な吸気手段と排気手段とを有するシリンダヘッドと、
該シリンダヘッドと対向する上面部を平面状に形成しかつ該上面部の所定位置に所定形状の凹部を設けたピストンと、
前記燃焼室天井部の所定位置からピストンに向けてシリンダの軸方向に燃料を噴射する噴射手段と、
前記シリンダヘッドに取付けられ、前記凹部の内方上部位置でかつ凹部の中心から吸気手段側へ偏位した位置に着火部を有する点火手段と、を有し、
前記ピストンの凹部は、前記噴射中心軸上の所定位置を中心とする所定の曲率半径の球面形状を有する中央底領域と、該中央底領域の外周に前記中央底領域の曲率半径よりも小さな曲率半径の曲面形状を有して前記上面部へ立ち上がる立ち上がり領域とからなる略深皿型に形成されたことを特徴とする筒内噴射式エンジン。
【請求項２】
ペントルーフ型に形成された燃焼室天井部と所定のガス流動を発生可能な吸気手段と排気手段とを有するシリンダヘッドと、
該シリンダヘッドと対向する上面部を平面状に形成しかつ該上面部の所定位置に所定形状の凹部を設けたピストンと、
前記燃焼室天井部の所定位置からピストンに向けてシリンダの軸方向に燃料を噴射する噴射手段と、
前記シリンダヘッドに取付けられ、前記凹部の内方上部位置でかつ凹部の中心から吸気手段側へ偏位した位置に着火部を有する点火手段と、を有し、
前記ピストンの凹部は、縦断面が略半楕円形に形成されたことを特徴とする筒内噴射式エンジン。
【請求項３】
前記凹部の外周に、前記ピストン上面部から前記燃焼室天井部に向けて該燃焼室天井部の形状に対応して突出し、かつ前記ピストンが上死点近傍に上昇した位置で前記点火手段との干渉を回避して前記点火プラグ側に前記キャビティを開放させる周壁部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射式エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内噴射式エンジンの燃焼室に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンの燃費を向上させる手法として、理論熱効率の向上、ポンピングロスの低減、フリクションの低減などが提唱されている。そのうち理論熱効率の向上やポンピングロスの低減を図るために、燃焼室内の圧縮比または膨脹比を上昇させる方法の他に、希薄燃焼制御や高ＥＧＲ（exhaust gas recirculation ）燃焼制御等を行う方法がある。これら希薄燃焼制御や高ＥＧＲ制御においては、シリンダ内にタンブル、スワール、スキッシュなどのガス流動を発生させて、燃焼室内における混合気の燃焼性の向上を図っている。
【０００３】
そして、このようなエンジンは、吸気行程において燃焼室内に均一な混合気を形成することを基本としていたが、一方では燃料の噴射方向や時期を調整することにより混合気の空燃比を局所的に変えることも意図的に行われていた。すなわち、局所的に空燃比をリッチにし、あるいは局所的な部分にだけ混合気を形成する等により、燃焼室内全体ではトータルとしてリーンな空燃比で燃焼させる成層燃焼方式などが提案されていた。
【０００４】
しかしながら、従来の成層燃焼方式では、このような燃焼室内における局所的な混合気の形成は十分なものではなく、混合気形成の自由度の大幅な向上が望まれていた。そこで、その対策としてシリンダ内に燃料を直接噴射する筒内噴射式エンジンが種々提案されている。
【０００５】
例えば、特開平５−１５４４号公報には、吸気バルブ周りの一部に吸気ポートを通過する吸入空気の流れを方向づけるマスク壁を設け、シリンダ内において強制的に逆タンブル流を発生させ、圧縮行程時に吸気ポートの下側に設けられた噴射手段からシリンダ軸方向に対して斜めに噴射される燃料を逆タンブル流に乗せ、混合気を燃焼室頭頂部に設けられた点火プラグの方向に導くようにした構成例が示されている。
【０００６】
また、特開平６−１４６８８６号公報には、噴射手段を、上記特開平５−１５４４号公報の技術と同様に吸気ポートの下側位置に取り付け、吸気ポートの断面形状をその一方側半分が拡幅された構成としている。そして、吸気流の中心を偏心させて逆タンブル流の生成を促進し、燃料をシリンダ軸方向に対して斜めに噴射して逆タンブル流に乗せ、混合気を燃焼室頭頂部に設けられた点火プラグの方向に導くようにした構成例が示されている。
【０００７】
更に、特開平６−４２３５２号公報では、噴射手段を燃焼室の頭頂部中心位置に下方に向けて取り付け、点火プラグを２つの吸気ポートの間から燃焼室内に突出させて着火を行うようにした構成が示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平５−１５４４号公報に開示された筒内噴射式内燃機関では、マスク壁により強制的に逆タンブル流を発生させる吸気ポートを採用しているので、高速高負荷領域において吸入抵抗が過大となるおそれがある。これにより、吸入空気量の不十分な状態が生じ出力性能に影響が出るおそれがある。
【０００９】
次に、特開平６−１４６８８６号公報に開示された技術では、上述のように吸気ポートの断面形状の調整による逆タンブル流の生成を行い、ピストン上面の湾曲部によりこの逆タンブル流の生成を促進するようにしている。しかし、湾曲部内のみが燃焼室空間を形成する構成をとっているので圧縮比が過剰に高くなるおそれがある。これにより、通常の実用エンジンで必要な燃料、いわゆるレギュラーガソリンに見合う圧縮比を設定するのが困難である。
【００１０】
また、燃料噴射弁の噴射口と点火プラグの電極との間に距離があるために、電極付近の局所空燃比を精細に制御することが難しく、燃焼の安定性や着火性が低い。
【００１１】
更に、上述の２つの公報には、噴射手段がシリンダ軸方向に対して斜めに燃料噴射を行う旨の技術が開示されている。しかし、燃料を斜め方向に噴射した場合、燃料がシリンダ内周壁面上の潤滑油を洗い流すことにより、その部分だけ潤滑性が低下し、シリンダ内周面の偏摩耗やこれに起因して圧縮漏れ等の機能障害が発生するという不具合を有する。
【００１２】
次に、特開平６−４２３５２号公報の内燃機関の燃焼室構造では、点火プラグは燃焼室頭頂部のほぼ中央で真下に向けて設置され、この点火プラグの着火部分は、噴射手段の噴射領域内に配置されている。しかし、この従来例は、ピストンの上面に当って反射した燃料に対して点火するよりも、噴射した燃料の後端側に着火し、着火後の濃混合気が燃焼室中央に向かい、燃焼室中央位置にて燃焼を行うようにすることを主眼としている。
【００１３】
しかし、この方法では、低噴射領域においては良好な成層燃焼を得ることができるが、噴射量が増大していく状況では、スモークの発生を抑制することが困難となる。
【００１４】
本発明は、上記種々の従来技術における課題を解決するためになされたものであり、その目的はエンジンの種々の動作状態においてピストン上面での燃料の反射を利用して常に良好な成層燃焼を確保することのできる簡単な構成の筒内噴射式エンジンを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る筒内噴射式エンジンは、ペントルーフ型に形成された燃焼室天井部と所定のガス流動を発生可能な吸気手段と排気手段とを有するシリンダヘッドと、シリンダヘッドと対向する上面部を平面状に形成しかつ上面部の所定位置に所定形状の凹部を設けたピストンと、燃焼室天井部の所定位置からピストンに向けてシリンダの軸方向に燃料を噴射する噴射手段と、シリンダヘッドに取付けられ、凹部の内方上部位置でかつ凹部の中心から吸気手段側へ偏位した位置に着火部を有する点火手段とを有し、ピストンの凹部は、噴射中心軸上の所定位置を中心とする所定の曲率半径の球面形状を有する中央底領域と、中央底領域の外周に中央底領域の曲率半径よりも小さな曲率半径の曲面形状を有して上面部へ立ち上がる立ち上がり領域とからなる略深皿型に形成されたことを特徴とする。
【００１６】
これにより、凹部内で反射し拡散した燃料は、シリンダ内周壁側への拡散を抑制され凹部上方位置に混合気を形成し、凹部外で反射し拡散した燃料は、ペントルーフ型の燃焼室天井部の傾斜面によって、シリンダの略中央に混合気を形成する。そして、これらの混合気は、吸気手段からの空気の吸入方向及びピストンの上昇動作によりシリンダ内に存する所定のガス流動によって、所定の方向性を持って点火手段の着火部周辺に集合するように誘導される。
【００１７】
したがって、凹部を中心とするコンパクトな燃焼室において適切な混合気を着火部の近傍に積極的に集合させることができ、点火による着火性の向上と安定した成層燃焼を行うことができる。特に、ピストンの凹部が、噴射中心軸上の所定位置を中心とする所定の曲率半径の球面形状を有する中央底領域と、中央底領域の外周に中央底領域の曲率半径よりも小さな曲率半径の曲面形状を有して上面部へ立ち上がる立ち上がり領域とからなる略深皿型に形成されているので、立ち上がり領域により、底部領域から這い回りにより流れてきた燃料をスムーズに上方へ拡散することができる。したがって、凹部における燃料の拡散をより良好な方向に調整することができ、低負荷及び中負荷運転領域において良好な成層燃焼を得ることができる。
【００１８】
また、噴射燃料の一部が直接シリンダの内周壁面に衝突することによって生じる冷却作用による燃焼の悪化や、シリンダとピストンとの間の潤滑性の悪化を防止することができる。
【００１９】
請求項２に係る筒内噴射式エンジンは、ペントルーフ型に形成された燃焼室天井部と所定のガス流動を発生可能な吸気手段と排気手段とを有するシリンダヘッドと、シリンダヘッドと対向する上面部を平面状に形成しかつ上面部の所定位置に所定形状の凹部を設けたピストンと、燃焼室天井部の所定位置からピストンに向けてシリンダの軸方向に燃料を噴射する噴射手段と、シリンダヘッドに取付けられ、凹部の内方上部位置でかつ凹部の中心から吸気手段側へ偏位した位置に着火部を有する点火手段とを有し、ピストンの凹部は、縦断面が略半楕円形に形成されたことを特徴とする。
【００２０】
これにより、凹部内で反射し拡散した燃料は、シリンダ内周壁側への拡散を抑制され凹部上方位置に混合気を形成し、凹部外で反射し拡散した燃料は、ペントルーフ型の燃焼室天井部の傾斜面によって、シリンダの略中央に混合気を形成する。そして、これらの混合気は、吸気手段からの空気の吸入方向及びピストンの上昇動作によりシリンダ内に存する所定のガス流動によって、所定の方向性を持って点火手段の着火部周辺に集合するように誘導される。
【００２１】
したがって、凹部を中心とするコンパクトな燃焼室において適切な混合気を着火部の近傍に積極的に集合させることができ、点火による着火性の向上と安定した成層燃焼を行うことができる。特に、ピストンの凹部が、縦断面が略楕円形になるように形成されているので、凹部の表面の形状をなだらかな曲面としかつ凹部の深さが深く形成され、燃料の拡散をより好適な方向に調整することができ、凹部空間の中央付近に混合気を形成することができる。これにより、低負荷及び中負荷運転領域において良好な成層燃焼を得ることができる。
【００２２】
また、噴射燃料の一部が直接シリンダの内周壁面に衝突することによって生じる冷却作用による燃焼の悪化や、シリンダとピストンとの間の潤滑性の悪化を防止することができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の筒内噴射式エンジンにおいて、凹部の外周に、ピストン上面部から燃焼室天井部に向けて燃焼室天井部の形状に対応して突出し、かつピストンが上死点近傍に上昇した位置で点火手段との干渉を回避して点火プラグ側にキャビティを開放させる周壁部を設けたことを特徴とする。
【００２４】
このように、凹部の外周に周壁部を設けることにより、吸気手段側に偏位して設けられている点火手段以外の方向への燃料の拡散を抑制でき、混合気のちぎれを減少することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態を説明するための参考例１である筒内噴射式エンジン１０を概略的に説明する断面説明図であり、図２は、図１のピストン１８の上面図である。図３は、図１の天井部１２をシリンダボア２０側より見た概略説明図である。筒内噴射式エンジン１０は、ペントルーフ型の燃焼室天井部（以下、単に「天井部」という）１２を有するシリンダヘッド１４と、上面部１６が基本的に平面形状であるいわゆるフラット型のピストン１８と、ピストン１８が往復動可能に嵌挿されるシリンダボア２０を有するシリンダ２２とを基本的な構成要素としている。
【００３５】
そして、天井部１２は２つの傾斜面１２ａ、１２ｂを屋根状に有した切妻屋根形に似た形状をなし、シリンダボア２０の中心よりも後述する排気バルブ２８側に偏心する位置に形成されている。
【００３６】
また、図３に示したように、天井部１２の２つの傾斜面１２ａ、１２ｂには、シリンダヘッド１４に設けられた吸気ポート及び排気ポート（図示せず）と燃焼室２４との間を連通・遮断する吸気手段及び排気手段である吸気バルブ２６と排気バルブ２８が各２個設けられている。
【００３７】
点火手段である点火プラグ３０は、各吸気バルブ２６の間からシリンダボア２０の軸方向に対して傾斜して燃焼室２４内に突出するようにシリンダヘッド１４に螺合されている。点火プラグ３０は、燃焼室２４側に突出した先端部分に着火部である電極部３２を有しており、電極部３２は点火プラグ３０をシリンダヘッド１４に螺合させた状態で、ほぼシリンダボア２０の中心軸上又は若干吸気バルブ２６側に偏位した位置となるように配置されている。
【００３８】
天井部１２のほぼ中心上方位置には、燃料噴射手段であるインジェクタ３４がピストンに対して直立するように設けられている。インジェクタ３４は、燃料ｆをシリンダボア２０の軸方向に向けて噴射し、その噴射形状は噴射中心軸ｆｍを中心として漸次広がる略円すい中空形状を形成する。
【００３９】
この噴射燃料の略円すい中空形状の形成は、例えば噴射の広がり角を４０度〜８０度程度とする噴射角を設定し、燃料ｆに回転成分を与えつつ噴射することにより容易に形成することができる。具体的には、スワールノズルを用いたインジェクタ３４によるホローコーン噴霧により形成することができる。上記噴射広がり角の設定は、ピストン１８が所定位置において後述するピストンの凹部３６内に噴射範囲がおさまるように設定されている。
【００４０】
そして、吸気バルブ２６により燃焼室２４と連通・遮断される吸気ポート（図示せず）の形状により、燃焼室２４内には正方向の弱タンブルのガス流動が生じるように構成されており、そのタンブル比はおよそ０．５〜２となるように設定されている。
【００４１】
次に、参考例１のピストン１８の形状について説明する。図示したように、ピストン１８は、上面部１６の形状をシリンダボア２０の中心軸ｓｍ方向と直交する平面形状を基本としている。そして、上面部１６には縦断面が略長方形型である、いわゆるパンケーキ型の凹部３６を有している。凹部３６は、上面部１６と平行でかつ所定深さｈに設けられた真円の円形底部３８を有し、かつ円形底部３８の周縁から所定の曲率で連続する曲面３８ａを介在して上面部１６へほぼ垂直に立ち上がる周壁部４０を有しており、上面部１６に真円の開口部３９を形成している。
【００４２】
そして、凹部３６は、シリンダボア２０の中心軸ｓｍよりも排気バルブ２８側にオフセットした位置で、凹部３６の中心位置をインジェクタ３４の噴射中心軸ｆｍとほぼ同軸上となるように凹設されている。また、凹部の開口径ｄは、シリンダボア２０の径Ｄに対して３０〜７０％程度の大きさに設定され、凹部３６の深さｈはシリンダボア２０の径Ｄの１５％程度迄を限界として設定されている。
【００４３】
また、点火プラグ３０の電極部３２は、ピストン１８が上死点の際に、凹部３６内上方でかつ凹部３６の中心から吸気バルブ２６側へオフセットした位置となるようにセッティングされている。
【００４４】
次に、上記構成を有する筒内噴射式エンジンの動作及び作用効果について説明する。図４は、エンジン１０が低・中負荷運転の場合における圧縮行程中の混合気の移動状態を示した説明図である。なお、本参考例１が適用される筒内噴射式エンジン１０は、エンジン動作状態が高負荷運転領域にある場合には、吸気行程中に燃料を噴射することにより、エンジン出力を増加させるものであるが、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
図示のように、圧縮行程において、ピストン１８が所定位置まで上昇した時点でインジェクタ３４から燃料ｆがホローコーン形状に噴射される。そして、燃料ｆは、更に上昇を続けるピストン１８の凹部３６の底部３８と衝突する。その際に、形成されていたホローコーン形状が崩壊し、凹部３６内において反射、這い回り、跳ね上がりなどによる燃料ｆの効率的な拡散を生ぜしめる。
【００４６】
そして、周壁部４０では、上記反射等により拡散した燃料ｆの勢いが抑制され、燃料ｆの広がり方向がコントロールされる。また、ピストン１８の上昇動作に伴って凹部３６の外側に飛び出した燃料ｆは傾斜面１２ａ、１２ｂと衝突して再び燃焼室２４の中心側へ跳ね返り、拡散する。したがって、燃料ｆは、シリンダ内周壁面４２側に拡散することなく、天井部１２と凹部３６との間に形成されたコンパクトな燃焼空間に効率よく拡散して、燃焼空間内に混合気を形成する。
【００４７】
そして、燃焼室２４内には吸気行程時に生成された弱タンブル流（図中、矢印Ｃ）が存しているので、混合気は弱タンブル流Ｃに乗って点火プラグ３０側に誘導され、電極部３２周辺に集合することとなり、所定の点火時期において電極部３２周辺に着火性の良い最適な濃混合気を集中形成することができる。
【００４８】
したがって、成層燃焼に適した混合気を形成することができ、かつ着火性が向上する。この結果、火炎伝播が遮られる混合気のちぎれやオーバーリーン領域の発生を防ぐことができ、全体としてリーンな空燃比で適切かつ急速な燃焼を得ることができ、パーシャルバーンの発生を防止することができる。したがって、低負荷、中負荷領域の広い運転条件で上記のような良好な成層燃焼を得ることができる。
【００４９】
なお、ペントルーフ型の天井部１２の傾斜面１２ａ、１２ｂにより、圧縮行程においても弱タンブル流Ｃが維持され、上死点付近では燃料の拡散に寄与する適度なタンブル流の乱れが発生し燃焼改善に寄与することができる。
【００５０】
上記種々の作用により、低負荷、中負荷領域で行われる成層燃焼をより良好に行うことができ、その結果として良好な運転性、ＨＣの低減 ＮＯｘの低減さらに燃費の向上も達成される。また、凹部３６とペントルーフ型の天井部１２とにより形成されるコンパクトは燃焼室２４を確保することにより圧縮比は高くならないので、通常の燃料、いわゆるレギュラーガソリンを使用することができる。
【００５１】
また、燃料ｆは、その噴射方向及び凹部３６の作用によってシリンダ内周壁面４２側には拡散しにくいので、シリンダ内周壁面４２に対して燃料ｆが付着することによる潤滑性の低下を防止でき、ピストン動作における機能障害の発生も有効に防止することができる。
【００５２】
次に、本発明の実施の形態を説明するための参考例２について以下に説明する。図５は、参考例２における筒内噴射式エンジン１０の概略構成図であり、図６はピストン１８の上面説明図である。図中において、参考例１と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
【００５３】
参考例２において上記参考例１と異なる構成は、上面部１６に設けられた凹部３６の形状にある。すなわち、凹部３６の形状がインジェクタ３４の噴射中心軸ｆｍ上の所定位置を中心とする単一の曲率半径Ｒを有する球面形状の略浅皿型に形成されていることである。
【００５４】
本参考例２における凹部３６は、単一の曲率半径を有する球面に構成されており、この曲率半径Ｒはシリンダボア２０の径Ｄの５０〜１００％程度の半径を有し、開口部３９の径ｄは、シリンダボア２０の径Ｄに対して３０〜７０％程度の直径に設定され、凹部３６の深さｈはシリンダボア２０の径Ｄの１５％程度迄を限界として設定されている。
【００５５】
上記構成によれば、インジェクタ３４より凹部３６内に噴射された燃料ｆは、単一の曲率半径Ｒを有する曲率面４４で受け止められ、反射、這い回り、跳上りなどによる燃料の効率的な拡散が生起される。したがって、全体としてはある規則性をもって勢いを止めることなく上記のような拡散動作が得られる。
【００５６】
そして、凹部３６を単一の曲率面Ｒとしたことによりピストン１８の上昇動作と燃焼室２４内に生じている弱タンブル流Ｃとによる点火プラグ３０の電極部３２側への混合気の流れ作用をより良好なものとすることができる。したがって、良好な成層燃焼が達成され、上記参考例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５７】
次に、本発明の第１の実施の形態について以下に説明する。図７は、第１の実施の形態の概略構成図であり、図８は本実施の形態に用いられるピストン１８の上面説明図である。図中において、参考例１と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
【００５８】
本実施の形態において特徴的な構成は、凹部３６の形状が２種類の曲率半径を含む複合的球面により構成された縦断面形状がいわゆる深皿型となっていることである。すなわち、凹部３６は、インジェクタ３４の噴射中心軸ｆｍ上の所定位置を中心とする曲率半径Ｒ１の球面形状を有する中央底領域である球面底４６と、その周縁から曲率半径Ｒ１よりも小さい曲率半径Ｒ２の曲面形状を有して上面部１６へ立ち上る立ち上がり領域である曲面壁４８とにより構成されており、上面部１６の開口形状を真円形状に形成していることである。
【００５９】
ここで、曲率半径Ｒ１はシリンダボア２０の径Ｄの５０〜８０％程度の半径に、曲率半径Ｒ２はシリンダボア２０の径Ｄの１０〜３０％程度の半径に設定されている。また、開口部３９の径ｄは、シリンダボア２０の径Ｄに対して３０〜７０％程度に設定され、凹部３６の深さｈはシリンダボア２０の径Ｄの１５％程度迄を限界として設定されている。
【００６０】
上記構成によれば、その作用効果は上述の実施の形態とほぼ同様であり、燃料の効率的な拡散と点火プラグ３０の電極部３２側への混合気の流れ作用とを良好なものとすることができる。
【００６１】
次に、本発明の実施の形態を説明するための参考例３について以下に説明する。図９は、参考例３の概略構成図であり、図１０は参考例３のピストン１８の上面説明図である。図中において、参考例１と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
【００６２】
本参考例３において特徴的な構成は、凹部３６の形状が上面部１６と平行でかつ所定深さｈに設けられた真円形状の円形底部５０を有し、かつ円形底部５０の周縁から上面部１６へ移行するにしたがって漸次その径が直線的に大きくなる斜面部５２とにより構成された縦断面が略逆さ台型となっていることである。
【００６３】
すなわち、参考例３における凹部３６は、斜面部５２の傾斜が上面部１６に対して９０度〜１５０度の傾きに形成され、円形底部５０の周縁と斜面部５２とのつながり部分は滑かな曲面で連続形成されている。そして、凹部３６の開口部３９の径ｄは、シリンダボア２０の径Ｄに対して３０〜７０％程度の大きさに設定され、凹部３６の深さｈはシリンダボア２０の径Ｄの１５％程度迄を限界として設定されている。
【００６４】
上記構成によれば、その作用効果は上述の実施の形態とほぼ同様であるが、他の実施の形態よりも凹部容積を大きめに確保することができるので、圧縮比の調整が容易に行えるという効果も有するものである。
【００６５】
次に、本発明の第２の実施の形態について以下に説明する。図１１は、第２の実施の形態の概略構成図であり、図１２は本実施の形態に用いられるピストン１８の上面説明図である。図中において、参考例１と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
【００６６】
本実施の形態において特徴的な構成は、凹部３６の形状がその縦断面形状を半楕円形状となるように形成していること、及び点火プラグ３０の電極部３２の位置をより吸気バルブ２６側へ偏位させて、インジェクタ１２により噴射したホローコーン形状の燃料ｆが直接電極部３２に付着しない位置にセッティングしたことである。その他の構成は、上述の実施の形態とほぼ同様である。
【００６７】
本実施の形態における凹部３６は、開口部３９の径ｄがシリンダボア２０の径Ｄに対して３０〜７０％程度の直径に設定され、凹部３６の深さｈがシリンダボア２０の径Ｄの１５％程度迄を限界として設定されている。
【００６８】
上記構成によれば、その作用効果は上述の実施の形態とほぼ同様であるが、他の実施の形態と比較して、凹部がより滑かな曲面を形成しているので、上述のようにシリンダ内周壁面４２への燃料の流れを抑制しつつ混合気の均質化を図るのが容易である。
【００６９】
次に、本発明の第３の実施の形態について以下に説明する。図１３は、第３の実施の形態の概略構成図であり、図１４は、本実施の形態に用いられるピストン１８の上面説明図である。図中において、参考例１と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
【００７０】
本実施の形態において特徴的な構成は、凹部３６の外周に、上面部１６から天井部１２に向けて突出し、かつピストン１８が上死点近傍に上昇した位置で点火プラグ３０との干渉を回避した周壁部５４が設けられていることである。
【００７１】
図示したように、周壁部５４は、高さ方向の形状が天井部１２と対応するように形成され、周壁部５４の大きさは、ピストン１８が上死点の際に燃焼室２４内に収容されかつ吸気バルブ２６及び排気バルブ２８のバルブリセスを考慮した大きさに設定されている。
【００７２】
また、第２の実施の形態と同様に、点火プラグ３０は、その配置位置をインジェクタ３４から噴射された燃料ｆが直接電極部３２に付着しない位置に設け、かつ電極部３２を凹部３６の曲面部６２側へ向けている。
【００７３】
したがって、上記構成によれば、ピストン１８が上死点の際には、凹部１６は吸気バルブ２６側に大きく開放することとなり、その作用効果は上述の実施の形態の作用の他に、更に点火プラグ３０の電極部３２以外の方向への燃料の拡散を抑制することができ、混合気のちぎれをより一層減少させることができる。
【００７４】
なお、本実施の形態は、上記の凹部３６の形状に限られるものではなく、他の実施の形態の凹部３６の形状、例えば浅皿型、深皿型等の凹部形状を用いることができ、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
以上説明した、上記各実施の形態は、燃焼室２４に弱タンブル流のガス流動が存する場合について説明したが、ガス流動はこのようなタンブル流に限定されるものではなく、スワールガス流動を生じさせるように吸気バルブ２６を構成した場合にも応用することができる。
【００７６】
スワールガス流動の場合、各実施の形態におけるピストン上面の形状は平面状に形成されているので、スワール流を乱すことがなく、このスワール流によって燃料ｆがシリンダ内周壁面４２側へ拡散することを抑制することができ、また円周方向での混合気の均一化も図ることができる。
【００７７】
このようなスワールガス流動を利用することにより、凹部３６によるコンパクトな燃焼室２４内においてドーナツ状の適度な混合気が形成され、上述の実施の形態のように全体としてリーンな空燃比での成層燃焼に適した混合気状態を得ることができる。この実施の形態によるその他の作用効果については上述の各実施の形態と同様でありその説明を省略する。
【００７８】
なお、本発明は、上述の各実施の形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記各実施の形態ではピストン１６の上面１６ａに設けられた凹部３６の形状を種々説明したが、上記のような形状に限定されるものではなく、凹部３６により形成されるコンパクトな燃焼領域内に噴射された燃料ｆをスムーズに拡散動作させることのできる形状であれば種々の形状を採用することが可能である。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る筒内噴射式エンジンによれば、エンジンの燃焼室内の所定位置に局部的に濃い混合気をより適切に形成することができる。すなわち、低負荷、中負荷領域の広い運転条件において、成層燃焼を実施するのに適した混合気の状態を全体としてリーンな空燃比を確保しつつ達成することができる。これにより、排気ミッションの向上、運転性の向上さらには燃費の向上にも貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例１における筒内噴射式エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図２】図１のピストンの上面説明図である。
【図３】図１の天井部１２をシリンダボア２０側より見た概略説明図である。
【図４】参考例１における筒内噴射式エンジンの低・中負荷運転時における混合気の移動状態を示した説明図である。
【図５】参考例２における筒内噴射式エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図６】図５のピストンの上面説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における筒内噴射式エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図８】図７のピストンの上面説明図である。
【図９】参考例３における筒内噴射式エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図１０】図９のピストンの上面説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における筒内噴射式エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図１２】図１１のピストンの上面説明図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態における筒内噴射式エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図１４】図１３のピストンの上面説明図である。
【符号の説明】
１２ 燃焼室天井部
１４ シリンダヘッド
１８ ピストン
２２ シリンダ
２４ 燃焼室
２６ 吸気バルブ（吸気手段）
２８ 排気バルブ（排気手段）
３０ 点火プラグ（点火手段）
３２ 電極部（着火部）
３４ インジェクタ（噴射手段）
３６ 凹部
４２ シリンダ内周壁面
ｆ 燃料
Ｃ 弱タンブル流（ガス流動）
【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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