JP2003227339A - 火花点火式直噴エンジンの燃焼室構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気筒２内燃焼室６の天井部略中央に点火プラ
グ１６を配設し、該燃焼室６の周縁部にインジェクタ１
８を配設するとともに、ピストン５の冠面にレモン形の
凹部５０を形成し、その凹部５０に沿って流れるタンブ
ル流Ｔに対向するようにインジェクタ１８により燃料を
噴射させて、混合気を点火プラグ１６の電極周りに成層
化するようにした火花点火式直噴エンジン１において、
凹部側壁面５０ａへの燃料の付着を十分に抑制しなが
ら、所要の強さのスキッシュ流Ｓにより混合気の拡散を
抑えて、着火安定性を向上する。 【解決手段】 気筒中心線Ｚに沿って見て、燃料噴霧中
心線Ｆが延びる方向をＸ方向とし且つ該Ｘ方向に直交す
る方向をＹ方向としたときに、点火プラグ１６の電極の
Ｙ方向両側に近接するプラグ側方部位Ｐ，Ｐのスキッシ
ュエリア幅ＳＬを、気筒２の直径をＢとし且つ気筒中心
線Ｚに沿って見た燃料噴霧のプラグ側方部位Ｐにおける
幅をＷとして、略０．１５×Ｂ≦ＳＬ≦（Ｂ−Ｗ）／２
なる関係を満たすように設定する。

Description

【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し、特に、気筒の圧縮行
程後期に混合気の適切な成層化を補助するような強いス
キッシュ流を生成可能な燃焼室の構造の技術分野に属す
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、例えば特開２０００−１０４５５０号公報
に開示されるように、成層燃焼時に気筒内の燃焼室に生
成するタンブル流に対向して燃料を噴射するように該燃
焼室の周縁部に噴口を臨ませて燃料噴射弁を配設すると
ともに、ピストンの冠面には燃料の噴射軸線（燃料噴霧
の中心線）に対して左右両側に燃料噴霧の拡散を阻止す
るように一対の立壁を設けたものがある。すなわち、こ
のものでは、気筒内の燃焼室に強いタンブル流を生成
し、このタンブル流に対向するように前記燃料噴射弁に
より燃料を噴射して、タンブル流との衝突により燃料の
微粒化や気化霧化を促進し、且つ左右両側の立壁によっ
て燃料の拡散を抑制しながら、燃料噴霧や混合気をタン
ブル流に載せて点火プラグ側に輸送するようにしてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来例の
直噴エンジンの場合、まず、混合気を強いタンブル流に
載せて点火プラグ側に輸送するようにしているので、点
火時期までに点火プラグ電極の周り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り、この混
合気に点火することのできる期間が短いことから、点火
時期制御の自由度が極めて低い。また、着火安定性にも
問題がある。

【０００４】また、強いタンブル流との衝突によって燃
料噴霧の一部が噴射軸線の左右に飛び散ることになり、
この燃料が立壁に付着することが避けられないので、排
気中の未燃ＨＣの濃度が高くなってしまうし、その立壁
が気筒の中心線付近に位置することから、特に均一燃焼
状態のときに燃焼初期の火炎核の成長や火炎面の伝播が
立壁によって阻害されることになり、燃焼性が低下する
という不具合もある。

【０００５】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、このタンブル流の強さに均衡する比較的小さな貫徹
力でもって燃料を噴射することで、燃料噴霧の拡散を抑
えながら徐々に減速させて、気筒の点火時期までに点火
プラグの電極の付近に混合気を到達させ、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）。

【０００６】すなわち、前記提案例の火花点火式直噴エ
ンジンでは、気筒内の燃焼室周縁部に臨むように燃料噴
射弁を配設するとともに、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
長い凹部を形成し、気筒の吸気行程で燃焼室に生成する
比較的弱いタンブル流を前記凹部に沿ってスムーズに流
れるようにすることで、その流れをあまり減衰させずに
保持できるようにする。そして、気筒の圧縮行程中期以
降に前記凹部内を燃料噴射弁に向かって流れるタンブル
流に対向するように、燃料を噴射する。

【０００７】そのような弱いタンブル流との衝突では燃
料噴霧があまり大きく飛び散ることはなく、しかも、ピ
ストン冠面の凹部が点火プラグの電極付近で拡がるレモ
ン形状とされているので、燃料の凹部側壁面への付着量
は従来例（特開２０００−１０４５５０号公報）の立壁
への付着量に比べればはるかに少ない。また、凹部側壁
面は気筒の中心線からは十分に離れているので、燃焼初
期の火炎核の成長や火炎面の伝播を阻害することもな
い。加えて、前記凹部よりも外周側のピストン冠面には
スキッシュエリアが形成されており、凹部の内方に向か
うスキッシュ流によって混合気の拡散が抑制されるよう
になっている。

【０００８】ところで、前記の如く、ピストンの冠面に
設ける凹部の側壁面は点火プラグの電極から離れている
ほど燃料の付着量が少なくなり、また、火炎伝播等にも
悪い影響を及ぼし難いものであるが、このためには該凹
部の開口幅を拡げなくてはならないので、自ずとスキッ
シュエリアの面積が小さくなってしまい、スキッシュ流
によって混合気の拡散を抑えることが難しくなる。反対
に、凹部の開口幅を狭めればスキッシュエリアの面積は
容易に確保できるようになるが、この場合には凹部側壁
面への燃料の付着量は増大する傾向にある。

【０００９】この点について、本願発明者らは、前記提
案例（特開２００１−１５９３１５号公報）と同様の構
成の火花点火式直噴エンジンを用いてさらなる実験研究
を重ねた結果、凹部の開口幅を十分に大きくしてその側
壁面への燃料の付着を軽減しながら、特に点火プラグの
付近でスキッシュエリアの面積を十分に確保できるよう
な適切な寸法範囲を見出し、もって、本願発明を完成す
るに至った。

【００１０】すなわち、本願発明の目的は、前記提案例
の如き火花点火式直噴エンジンにおいて、主に、ピスト
ンの冠面に設ける凹部及びスキッシュエリアの大きさを
最適化することで、該凹部側壁面への燃料の付着を十分
に抑制しながら、所要の強さのスキッシュ流により混合
気の拡散を抑えて着火安定性を向上することにある。

【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、気筒中心線に沿って見たと
きに点火プラグ電極の左右両側のプラグ側方部位におけ
る凹部の開口幅、言い換えると、当該部位におけるスキ
ッシュエリアの大きさを所定範囲内の値に設定するよう
にした。

【００１２】具体的に、請求項１の発明では、気筒内燃
焼室の天井部に点火プラグを配設し、該燃焼室の周縁部
に燃料噴射弁を配設するとともに、前記天井部に対向す
るピストンの冠面に凹部を形成して、成層燃焼運転時に
は前記凹部に沿って流れる燃焼室の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るように
した火花点火式直噴エンジンの燃焼室構造を前提とす
る。

【００１３】そして、前記気筒の中心線に沿って見て、
即ち気筒中心線の延びる方向のいずれか一端側から見た
平面視において、前記燃料噴射弁からの燃料噴霧の中心
線が延びる方向をＸ方向とし且つ該Ｘ方向に直交する方
向をＹ方向としたときに、前記点火プラグの電極を通り
且つＸ方向に垂直な断面による前記燃焼室天井部の断面
形状をピストンの冠面に向かって開口する略コ字状とす
る。また、前記ピストン冠面の凹部は、気筒中心線に沿
って見たときにＸ方向に長く開口し且つその開口幅が前
記点火プラグ電極をＹ方向の両側から挟むプラグ側方部
位で最大となるように形成し、その凹部を除いたピスト
ン冠面の外周側部分には、燃焼室の天井部と対峙する平
面状のスキッシュエリアを、少なくとも前記プラグ側方
部位を含むように形成する。

【００１４】そして、前記スキッシュエリアのプラグ側
方部位におけるＹ方向の長さＳＬを、気筒の直径をＢと
し、且つ、気筒の圧縮行程で噴射された燃料噴霧を気筒
中心線に沿って見たときの当該燃料噴霧の前記プラグ側
方部位における幅をＷとして、 略０．１５×Ｂ ≦
ＳＬ ≦ （Ｂ−Ｗ）／２ なる関係を満たすように設
定する構成とする。

【００１５】前記の構成により、エンジンの成層燃焼運
転時に気筒内の燃焼室においてピストン冠面の凹部に沿
って流れるタンブル流に向かい略正面から衝突するよう
に、燃料噴射弁により燃料が噴射されると、この燃料噴
霧は、タンブル流に衝突して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て、気
筒の点火時期までに可燃混合気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】その際、気筒の圧縮行程中期以降には、ピ
ストン冠面において少なくともプラグ側方部位のスキッ
シュエリアとこれに対向する燃焼室の天井部との間にお
いて凹部内に向かうＹ方向のスキッシュ流が生成され
る。このスキッシュ流により燃料噴霧の横方向への飛散
が抑制されて凹部の側壁面への燃料の付着量が減少する
とともに、点火プラグ電極の周りに滞留する混合気の拡
散が抑制されて、該混合気に安定して着火可能な期間が
長くなり、点火時期制御の自由度が高まるとともに着火
安定性が向上する。

【００１７】ここで、前記スキッシュエリアは、少なく
とも凹部のＹ方向両側のプラグ側方部位においてそれぞ
れＹ方向の長さＳＬが気筒の直径Ｂの略０．１５倍以上
とされており、このことで、点火プラグの電極に向かっ
てＹ方向両側から混合気を寄せ集めるような強いスキッ
シュ流が容易に得られるので、混合気の濃度が十分に高
くなって良好な着火安定性が得られるようになる。

【００１８】一方、前記スキッシュエリアの長さＳＬ
は、気筒の圧縮行程における燃料噴霧の幅Ｗに対して、
ＳＬ≦（Ｂ−Ｗ）／２となるように設定されている。こ
れは、燃料噴霧が幾何学的に凹部の側壁面に接触しない
範囲であり、このことで、前記の強いスキッシュ流によ
って燃料噴霧の飛散が抑えられることとも相俟って、凹
部側壁面への燃料の付着は最小限度のものとなる。

【００１９】つまり、ピストン冠面のスキッシュエリア
の幅（Ｙ方向の長さ）を少なくともプラグ側方部におい
て前記式１の関係を満たすように設定することで、ピス
トン冠面の凹部側壁面への燃料の付着を十分に抑えなが
ら、混合気の側方への拡散を抑制する所要の強さのスキ
ッシュ流を生成させて、着火安定性を向上できる。

【００２０】請求項２の発明では、燃焼室は、天井部の
Ｘ方向略中央部分にＹ方向に延びる帯状の平面部が形成
されるとともに、該平面部からＸ方向の両端側に向かっ
て徐々にピストン冠面に接近するように延びる２つの傾
斜面部が形成されたペントルーフ型のものとし、前記ピ
ストン冠面のスキッシュエリアには、少なくとも、前記
燃焼室天井面の平面部と対峙してＹ方向に延びる帯状の
平面部を形成する構成とする。

【００２１】この構成により、燃焼室の天井部とピスト
ン冠面との間で互いに対峙する２つの平面部において点
火プラグの電極に向かってＹ方向の両側から流れる強い
スキッシュ流が生成されるようになり、このことで、前
記請求項１の発明の作用効果が十分に得られる。

【００２２】請求項３の発明では、請求項２の発明にお
けるピストン冠面の凹部を、気筒中心線に沿って見て、
プラグ側方部位からＸ方向の両端側に向かって徐々に開
口幅が狭くなるレモン形状とし、前記ピストン冠面のス
キッシュエリアは、前記凹部のＹ方向両側においてそれ
ぞれ該凹部の開口部に沿うように形成する構成とする。

【００２３】この構成では、ピストン冠面のスキッシュ
エリアが凹部のレモン形状の開口部に対しそのＹ方向両
側に沿うように形成されているので、このスキッシュエ
リアの全体で当該凹部の内方に向かうようなスキッシュ
流が生成されることになり、混合気の拡散をＹ方向だけ
でなくＸ方向についても抑制して、着火安定性をさらに
向上することができる。

【００２４】請求項４の発明では、請求項３の発明にお
ける燃焼室天井部の一方の傾斜面部に吸気ポートが開口
され、また、他方の傾斜面部には排気ポートが開口され
ており、さらに、前記一方の傾斜面部の外周側の端部よ
りも外周側には燃料噴射弁の先端部を収容する孔部が開
口されている。そして、ピストン冠面のスキッシュエリ
アは、前記燃焼室天井部の吸気側及び排気側の傾斜面部
並びにそれらの中間の平面部とそれぞれ対峙する吸気
側、排気側及び中間のエリアからなるものとし、前記中
間のスキッシュエリアと天井部の平面部との間の間隔を
吸気側スキッシュエリアと吸気側傾斜面部との間の間隔
よりも狭くする構成とする。

【００２５】すなわち、提案例（特開２００１−１５９
３１５号公報）のように気筒内のタンブル流によって燃
料噴霧の挙動を制御するようにした直噴エンジンの場
合、燃焼室には気筒の圧縮行程後期までタンブル流が残
り、燃料噴霧との衝突によって大幅に減衰するものの、
天井部の付近では点火プラグの電極周りに滞留する混合
気を吸気側から排気側に押し流そうとする流れが残存す
る。

【００２６】そこで、この発明では、点火プラグの電極
付近に位置するピストン冠面の中間スキッシュエリアと
これに対峙する天井部の平面部との間の間隔を狭くし
て、その中間スキッシュエリアにおいて混合気をＹ方向
の両側から寄せ集めるような強いスキッシュ流を生成す
るとともに、吸気側スキッシュエリアとこれに対峙する
吸気側傾斜面部との間の間隔は相対的に広くして、前記
混合気に対して吸気側から作用するスキッシュ流の強さ
を相対的に弱くしており、従って、吸気側のスキッシュ
流が混合気の排気側（Ｘ方向）への移動を助長すること
はない。

【００２７】請求項５の発明では、請求項４の発明にお
ける排気側スキッシュエリアと燃焼室天井部の排気側傾
斜面部との間の間隔を、吸気側スキッシュエリアと吸気
側傾斜面部との間の間隔よりも狭くするものとする。こ
うすることで、前記排気側スキッシュエリアにおいて混
合気に対し排気側から作用するスキッシュ流が吸気側か
らのスキッシュ流よりも強くなるので、混合気の排気側
への拡散を抑制しながら、その混合気が燃焼室に残るタ
ンブル流によって排気側に流されることも阻止できる。

【００２８】請求項６の発明では、気筒の直径を略６０
ｍｍ以上であって且つ略９０ｍｍ以下とする。すなわ
ち、気筒の直径が略９０ｍｍよりも大きい場合には、ピ
ストン冠面に形成する凹部の開口幅をその側壁面への燃
料の付着が殆どなくなるように大きくしても、その外周
側のピストン冠面に十分に大きなスキッシュエリアを容
易に確保できるから、前記請求項１の発明に記載の関係
式はあまり重要ではなくなる。

【００２９】一方、気筒の直径が略６０ｍｍよりも小さ
い場合には、前記関係式を満たすようにスキッシュエリ
アの長さＳＬを設定していても、スキッシュエリアの面
積は相対的に小さくなってしまうし、凹部の開口幅もあ
まり大きくはならないから、前記請求項１の発明の作用
効果はあまり有効なものとはいえない。つまり、本願発
明の作用効果は、気筒の直径が前記範囲内の寸法である
ときに特に有効なものとなるのである。

【００３０】次に、請求項７の発明では、前記請求項１
の発明と同じ前提構成を有する火花点火式直噴エンジン
において、その燃焼室を、天井部の略中央部分に帯状の
平面部が形成されるとともに、該平面部の幅方向両端側
から徐々にピストン冠面に接近するように延びる２つの
傾斜面部が形成されたペントルーフ型のものとし、ま
た、その天井部の一方の傾斜面部に吸気ポートを開口さ
せ、他方の傾斜面部には排気ポートを開口させるととも
に、前記一方の傾斜面部の外周側の端部よりも外周側に
は燃料噴射弁の先端部を収容する孔部を開口させる。

【００３１】そして、前記ピストン冠面の凹部を、気筒
中心線に沿って見て、前記燃料噴射弁からの燃料噴霧の
中心線が延びる方向に長く開口し、且つその開口幅が前
記点火プラグ電極を両側から挟むプラグ側方部位におい
て最大となる一方、そこから長さ方向の両端側に向かっ
て徐々に狭くなるレモン形状とし、その凹部を除いたピ
ストン冠面の外周側部分に、前記天井部の吸気側及び排
気側の傾斜面部並びにそれらの中間の平面部とそれぞれ
対峙する吸気側、排気側及び中間のスキッシュエリアを
形成して、そのうちの中間のスキッシュエリアと天井部
の平面部との間の間隔を吸気側スキッシュエリアと吸気
側傾斜面部との間の間隔よりも狭くする構成とする。

【００３２】この構成により、前記請求項１の発明と同
様に、エンジンの成層燃焼運転時に気筒の圧縮行程で燃
料噴射弁により噴射した燃料噴霧をタンブル流によって
減速させて、可燃混合気として点火プラグの電極付近に
滞留させることができる。その際、前記請求項３の発明
と同様に、レモン形状の凹部の周囲を囲むスキッシュエ
リアにおいて当該凹部の内方に向かうようにスキッシュ
流が生成され、これにより混合気の拡散を抑えて着火安
定性を向上することができる。

【００３３】さらに、前記請求項４の発明と同様に、燃
料の噴射方向に対し左右両側から前記混合気に作用する
スキッシュ流を十分に強くしながら、当該混合気に対し
て吸気側から作用するスキッシュ流の強さを相対的に弱
くすることができるので、燃焼室に残るタンブル流によ
って混合気が排気側へ流されることを助長することな
く、混合気の拡散を十分に抑制できる。

【００３４】請求項８の発明では、前記請求項７の発明
において、排気側スキッシュエリアと燃焼室天井部の排
気側傾斜面部との間の間隔を、吸気側スキッシュエリア
と吸気側傾斜面部との間の間隔よりも狭くするものとす
る。こうすることで、前記請求項５の発明と同様に、点
火プラグの電極付近に滞留する混合気の拡散を十分に抑
制しながら、この混合気に排気側から作用するスキッシ
ュ流の強さを吸気側に比べて強くして、タンブル流によ
る混合気の排気側への移動を阻止することができる。

【００３５】

【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。

【００３６】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。

【００３７】前記各気筒２の燃焼室６は、詳しくは後述
するが、図示の如く気筒列方向に見たときに、天井部の
略中央で左右両側の２つの傾斜面６０ａ，６０ｂ（図５
参照）が互いに差し掛けられた屋根のような形状をなす
いわゆるペントルーフ型のものである。そして、該２つ
の傾斜面６０ａ，６０ｂに吸気ポート１０及び排気ポー
ト１１がそれぞれ２つずつ開口していて、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。
前記吸気ポート１０，１０は、図３にも示すようにそれ
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）に互いに独立し
て開口しており、一方、前記２つの排気ポート１１，１
１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。

【００３８】前記吸気弁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、吸気弁１２及び排気弁１３が
それぞれ各気筒２毎に所定のタイミングで開閉作動され
るようになっている。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１
２の開閉作動時期が変更される。

【００３９】前記燃焼室６の上方には、図５にも示すよ
うに、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、一方、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１参照）が設けられている。

【００４０】また、前記燃焼室６の周縁部には、２つの
吸気ポート１０，１０の下方に挟まれるようにしてイン
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
沿うようにホローコーン状に噴射する公知のスワールイ
ンジェクタである。このスワールインジェクタ１８によ
る燃料噴霧は、大気圧下の雰囲気では中空の円錐状とな
り、雰囲気圧力が低いときほど燃料噴霧の拡がり角が大
きくなって噴霧全体としての貫徹力が小さくなる一方、
雰囲気圧力が高くなると拡がり角が小さくなり、全体と
して円錐形状ではあっても徐々に中心部の燃料の密度が
高くなって噴霧全体としての貫徹力も大きくなる。ま
た、燃料の噴射圧力（燃圧）が高いほど燃料噴霧の貫徹
力が大きくなる。

【００４１】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２０Ｍ
Ｐａ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１９ａが付設されている。

【００４２】前記エンジン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２１
が接続されている。この吸気通路２１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に吸入される吸入空気量を検出するホッ
トワイヤ式エアフローセンサ２２と、吸気通路２１を絞
る電気式スロットル弁２３と、サージタンク２４とがそ
れぞれ配設されている。前記電気式スロットル弁２３
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、図示しない電動式駆動モータにより駆動されて
開閉するようになっている。

【００４３】また、前記サージタンク２４よりも下流側
の吸気通路２１は、各気筒２毎に分岐する独立通路とさ
れていて、該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の流速を調節するための吸気
流動調節弁２５が配設され、例えばステッピングモータ
（図示せず）によって開閉作動されるようになってい
る。この吸気流動調節弁２５，２５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、この実施形態では
弁軸よりも下側の部分を切り欠いている。そして、吸気
流動調節弁２５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
ブル流を生成する。一方、吸気流動調節弁２５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、タンブル流の強度は徐々に弱められる。

【００４４】尚、前記吸気ポート１０や吸気流動調節弁
２５の形状は上述したものに限られず、例えば、吸気ポ
ートは上流側で１つに合流するいわゆるコモンポートで
あってもよい。この場合、吸気流動調節弁はコモンポー
トの断面形状に対応する形状のバタフライバルブをベー
スとして、前記したものと同様に該バタフライバルブの
一部分を切り欠いた形状とすればよい。

【００４５】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２６が接続さ
れている。この排気通路２６の上流端部は、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２
７であり、該排気マニホルド２７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２８が配設されて
いる。このリニアＯ2センサ２８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ようになっている。

【００４６】また、前記排気マニホルド２７の集合部よ
りも下流側の排気通路２６は排気管２９により構成され
ていて、この排気管２９にはその上流側から略理論空燃
比近傍の排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化する三元触
媒３０と、この三元触媒３０の劣化状態を判定するため
のラムダＯ2センサ３１と、理論空燃比よりもリーンな
排気中のＮＯｘを浄化可能ないわゆるリーンＮＯｘ触媒
３２（ＮＯｘ吸蔵還元触媒、ＮＯｘ吸着還元触媒を含
む）とが順に配設されている。

【００４７】さらに、前記排気マニホルド２７の下流側
には、そこから分岐するようにして排気の一部を吸気系
に還流させる排気還流通路３３（以下、ＥＧＲ通路とい
う）の上流端が接続されている。このＥＧＲ通路３３の
下流端は前記スロットル弁２３とサージタンク２４との
間の吸気通路２１に接続され、その近傍には開度調整可
能な電気式の流量制御弁からなるＥＧＲ弁３４が配設さ
れていて、このＥＧＲ弁３４によりＥＧＲ通路３３を流
れる排気の還流量が調整されるようになっている。

【００４８】前記可変動弁機構１５、点火プラグ１６の
点火回路１７、インジェクタ１８、燃料供給系２０（高
圧レギュレータ）、電気式スロットル弁２３、吸気流動
調節弁２５、電気式ＥＧＲ弁３４等は、いずれもエンジ
ンコントロールユニット４０（以下、ＥＣＵという）に
よって作動制御される。一方、このＥＣＵ４０には、少
なくとも、前記クランク角センサ９、エアフローセンサ
２２、リニアＯ2センサ２８、ラムダＯ2センサ３１等か
らの各出力信号が入力され、加えて、アクセルペダルの
開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ
３８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３９からの出
力信号とが入力されるようになっている。

【００４９】そして、前記ＥＣＵ４０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、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２３により調節される吸
入空気量、吸気流動調節弁２５の開度、ＥＧＲ弁３４に
より調節される排気の還流割合等をそれぞれエンジン１
の運転状態に応じて制御する。すなわち、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の圧縮行程の所定
時期に燃料を噴射させて、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２３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。

【００５０】一方、高速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２３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。

【００５１】尚、前記エンジン１の低速低負荷側では、
ＥＧＲ弁３４を開弁させてＥＧＲ通路３３により排気の
一部を吸気通路２１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。また、エ
ンジン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３４は全閉とするようにしている。

【００５２】（層状混合気の形成）この実施形態の直噴
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
極の周り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、エンジン１を成層燃焼状態とする
ときには、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、燃焼室６周縁部に配置したインジェクタ１８によ
り適当な貫徹力でもって燃料を噴射させる（図１３参
照）。こうすると、燃料噴霧はタンブル流Ｔにより徐々
に減速されながら点火プラグ１６側に移動し、その間に
燃料液滴の気化霧化や空気との混合が促進されて、当該
気筒２の点火時期までに可燃混合気となって点火プラグ
１６の電極の周りに滞留するようになる（図１４参
照）。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もな
く、混合気塊となって点火プラグ１６の電極の周りに滞
留するのである。このために、この実施形態のエンジン
１では、成層燃焼時に気筒２の吸気行程におけるタンブ
ル比が、略１．１〜略２．３の範囲の値になるように吸
気流動調節弁２５の開度を制御している。

【００５３】前記のような混合気形成のために、この実
施形態のエンジン１では、ピストン５の冠面に形成する
凹部５０とインジェクタ１８との間の配置関係を概ね以
下のようなものとしている。具体的には、図１に示すよ
うに気筒中心線Ｚに沿って見たとき、即ち、気筒中心線
Ｚの延びる方向のいずれか一端側から見た平面視におい
て、ピストン５冠面の凹部５０の長さ方向とインジェク
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、以下Ｘ方向ともいう）とが大略一致してい
る。これは、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の長さ方向とが一致するとい
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が比較的弱いものであっても、気筒２の圧縮行程後
期まで安定して保持される。

【００５４】一方、図３に示すように気筒列方向に見る
と、インジェクタ１８の軸心（この実施形態では燃料噴
霧の中心線Ｆに一致する）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°）をなすように配置されており、また、該
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、この実施形態のものでは、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は例えばθ＝２０
°〜６０°の範囲とされている。このことで、気筒２の
圧縮行程中期以降の燃料噴射時点において前記の如くピ
ストン５冠面の凹部５０に沿って流れるタンブル流Ｔに
対して、インジェクタ１８により燃料噴霧の大部分を略
正対して衝突させることができる。

【００５５】尚、前記燃料噴霧拡がり角θの定義として
は、図４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）。ここで、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。これは、まず、インジェクタにより噴射させる
流体として燃料性状相当の試料を用い、この試料の圧力
を所定値（例えば１０ＭＰａ）に設定するとともに、噴
霧の撮影が可能なレーザ通過窓と計測用窓とを備えた圧
力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。

【００５６】そして、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１
８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、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。

【００５７】前記のようにピストン５冠面の凹部５０と
インジェクタ１８との位置関係を定め且つ該インジェク
タ１８による燃料噴霧拡がり角θを設定したことで、エ
ンジン１の各気筒２の燃料噴射時点（図１３参照）にお
いて前記の如くピストン５冠面の凹部５０に沿って流れ
るタンブル流Ｔに対し、燃料噴霧の大部分を略正対して
衝突させることができる。そして、各気筒２毎に点火時
期から逆算した所定のタイミングでもってインジェクタ
１８を作動させて、燃料を噴射させるようにすれば、燃
料噴霧をタンブル流Ｔにより狙い通りに減速させて、ち
ょうど気筒２の点火時点までに点火プラグ１６の電極付
近に混合気を到達させることができる。

【００５８】そのように滞留する混合気に対して確実に
点火できるように、この実施形態のエンジン１では点火
プラグ１６の電極が気筒中心線Ｚに沿って燃焼室６の天
井部から所定量だけ突出するように配置されている。こ
のことで、点火プラグ１６の電極は燃料の噴射から点火
までの間、タンブル流Ｔの渦の中心寄りに位置すること
になり、その周囲に混合気の滞留し易い状態に保たれ
る。

【００５９】さらに、エンジン１の運転状態に応じて吸
気ポート１０に設けられた吸気流動調節弁２５の開度が
制御されて、タンブル流Ｔの流速が適切な範囲（気筒の
吸気行程でタンブル比が略１．１〜略２．３となる範
囲）に収まるように調節されるとともに、インジェクタ
１８へ供給される燃圧が制御されて燃料噴霧の貫徹力が
前記タンブル流Ｔの流速に見合ったものとなるように調
節される。このことで、例えばエンジン回転速度の変化
に伴いタンブル流の流速が変化しても、そのタンブル流
Ｔの強さと燃料噴霧の貫徹力とを強過ぎず且つ弱過ぎな
い最適な範囲で均衡させて、前記の如き混合気の成層化
を実現することができる。

【００６０】（燃焼室の構造）次に、本願発明の特徴部
分であるエンジン１の燃焼室構造について詳細に説明す
る。

【００６１】まず、図３及び図５に示すように、各気筒
２内の燃焼室６の天井部は、シリンダヘッド４の底面に
各気筒２毎に形成された天井壁６０と、この天井壁６０
の傾斜面部６０ａ，６０ｂにそれぞれ２つずつ配設され
た吸排気弁１２，１３の傘部（図５では省略する）とに
よって構成される。すなわち、図３に示すように気筒列
方向に見たときに、燃焼室６の天井壁６０には略中央か
ら左右両端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る吸気側及び排気側の２つの傾斜面
部６０ａ，６０ｂと、それらの中間に連続して気筒列方
向（気筒中心線Ｚに沿って見てＸ方向に直交する方向、
以下Ｙ方向ともいう）に延びる帯状の平面部６０ｃとが
形成されている。このことで、燃焼室６の天井部は、点
火プラグ１６の電極を通り且つＸ方向に垂直な断面で見
ると、ピストン５冠面に向かって開口する略コ字状の断
面形状となっている（図７参照）。

【００６２】また、前記吸気側傾斜面部６０ａに開口す
る吸気ポート１０，１０の各開口部は排気側傾斜面部６
０ｂに開口する排気ポート１１，１１の各開口部よりも
大径である。このため、それらの間に挟まれる平面部６
０ｃは気筒中心線Ｚに対して排気側寄りにずれており、
この平面部６０ｃのＹ方向略中央部に開口するプラグホ
ール６１も気筒中心線Ｚに対して排気側にずれている。
前記各吸気ポート１０の開口部周縁にはこれを取り囲む
円環状の凹部１０ａが形成されており、この凹部１０ａ
の分だけ、各吸気ポート１０の開口部が吸気側傾斜面部
６０ａよりも深い位置にある。言い換えると、吸気ポー
ト１０の開口部は燃焼室６において排気ポート１１の開
口部よりも高い（気筒中心線Ｚに沿ってピストン５冠面
から遠い）位置にある。これは、インジェクタ１８が２
つの吸気ポート１０，１０の間に挟まれるようにしてそ
れらに近接して配置されることに対応して、吸気ポート
１０，１０の位置を全体として排気ポート１１，１１よ
りも高い位置にずらして設定したことに因る。

【００６３】尚、前記吸気側傾斜面部６０ａよりも外周
側の天井壁６０の外周縁部には、Ｙ方向について２つの
吸気ポート１０，１０開口部の中間にインジェクタ１８
の先端部を収容する孔部６２が開口されている。また、
図例では該孔部６２に連続してＸ方向に延びるように断
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）。

【００６４】一方、図１、３及び図６(a)にも示すよう
に、前記燃焼室６の天井部に対向するピストン５の冠面
には、上述の如くＸ方向に長いレモン形状の凹部５０が
形成されている。この凹部５０の開口幅は、気筒中心線
Ｚに沿って見ると、点火プラグ１６の電極を両側から挟
むプラグ側方部位Ｐ，Ｐにおいて最大となる一方、そこ
から凹部５０の長さ方向（Ｘ方向）両端側に向かって徐
々に狭くなっている。また、そのプラグ側方部位Ｐ，Ｐ
における凹部５０の開口幅Ｌは、図１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、当該気筒２内の空気流動が無いと仮定したときのプ
ラグ側方部位Ｐ，Ｐにおける燃料噴霧の幅Ｗ以上の大き
さとされている。

【００６５】従って、燃料噴霧が凹部５０の幅方向の側
壁面５０ａ，５０ａに接触することはなく、後述の如く
スキッシュ流Ｓによって燃料噴霧の側方への飛散が抑え
られることを考慮すれば、凹部側壁面５０ａへの燃料の
付着は最小限度のものとなる。また、ピストン５が圧縮
上死点（ＴＤＣ）にあるときでも、凹部５０の幅方向両
側の側壁面５０ａ，５０ａはいずれも点火プラグ１６の
電極から十分に離れているので、該側壁面５０ａによっ
て火炎核の成長が阻害されたり、火炎面の伝播性が低下
したりすることはない。

【００６６】尚、図６(b)(c)に示すように、前記凹部５
０の底壁面５０ｂは略平坦になっていて、その長さ方向
（Ｘ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（プラグ側
方部位Ｐ）において最も高くなっている。

【００６７】前記凹部５０を除いたピストン５冠面の外
周側部分は、前記した燃焼室天井壁６０に対応する形状
とされ、この天井壁６０の吸気側及び排気側傾斜面部６
０ａ，６０ｂ並びに平面部６０ｃとそれぞれ対峙するよ
うに、吸気側及び排気側スキッシュエリア５１ａ，５１
ｂ並びにそれらの中間の中間スキッシュエリア５１ｃが
形成されている。すなわち、ピストン５冠面の外周側に
は吸気側及び排気側においてそれぞれ凹部５０の開口部
に沿うように傾斜面が形成されていて、吸気側の傾斜面
が燃焼室天井壁６０の吸気側傾斜面部６０ａと略平行な
吸気側スキッシュエリア５１ａとなり、反対の吸気側の
傾斜面が天井壁６０の排気側傾斜面部６０ｂと略平行な
排気側スキッシュエリア５１ｂとなる。但し、前記吸気
側スキッシュエリア５１ａ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
成されている。

【００６８】また、前記吸気側及び排気側スキッシュエ
リア５１ａ，５１ｂの中間に連続して、ピストン５冠面
外周側のＸ方向略中央部には凹部５０の幅方向両側にお
いてそれぞれＹ方向に延びる帯状の平面部が形成されて
いて、この平面部が燃焼室天井壁６０の平面部６０ｃと
略平行な中間スキッシュエリア５１ｃとなる。この中間
スキッシュエリア５１ｃは、気筒中心線Ｚに沿って見た
ときに点火プラグ１６の電極を凹部５０の幅方向（Ｙ方
向）両側から挟むプラグ側方部位Ｐ，Ｐを含んでいる。

【００６９】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、図１や図７、図１
４にも示すように、ピストン５冠面のスキッシュエリア
５１と燃焼室６の天井部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る。す
なわち、前記中間スキッシュエリア５１ｃと燃焼室天井
壁６０の平面部６０ｃとの間で点火プラグ１６電極に向
かうように凹部５０の幅方向両側から流れる強いスキッ
シュ流Ｓが生成される。また、前記吸気側スキッシュエ
リア５１ａと燃焼室天井壁６０の吸気側傾斜面部６０ａ
及び吸気弁１２の傘部との間で幅方向両側から凹部５０
の内方に向かい且つ吸気側から排気側に向かうスキッシ
ュ流Ｓが生成され、同様に、排気側スキッシュエリア５
１ｂと排気側傾斜面部６０ｂ及び排気弁１３の傘部との
間で幅方向両側から凹部５０の内方に向かい且つ排気側
から吸気側に向かうスキッシュ流Ｓが生成される。

【００７０】但し、前記したように、吸気側スキッシュ
エリア５１ａにはバルブリセス５３，５３が形成されて
おり、しかも、吸気ポート１０，１０の開口部が排気側
に比べて高い位置にあるため、ここではあまり強いスキ
ッシュ流Ｓは生成しない。つまり、スキッシュ流Ｓは、
凹部５０の内方に向かう開口幅方向の成分と排気側から
吸気側に向かう成分とがそれぞれ強くなる一方、吸気側
から排気側に向かう成分は相対的に弱くなっている。

【００７１】前記の如く、気筒２の圧縮行程後期にはピ
ストン５冠面外周側のスキッシュエリア５１ａ〜ｃと燃
焼室６天井部との間で当該燃焼室６の略中心に向かうよ
うに流れるスキッシュ流Ｓが生成され、これにより、点
火プラグ１６の電極付近に滞留する混合気の拡散が抑制
される。すなわち、この実施形態の直噴エンジン１で
は、上述したように、各気筒２毎にその圧縮行程中期以
降にインジェクタ１８により噴射させた燃料をピストン
５冠面の凹部５０に沿って流れるタンブル流Ｔにより減
速させて、燃焼室６略中央の点火プラグ１６電極の付近
に到達させるとともに、その燃料噴霧がタンブル流Ｔと
の衝突に伴い飛散することや、点火プラグ１６の電極付
近に到達した混合気が拡散することを凹部５０の幅方向
からの強いスキッシュ流Ｓによって抑えるようにしてい
る。

【００７２】ここで、凹部５０の幅方向から点火プラグ
１６の電極に向かう強いスキッシュ流を得るためには、
ピストン５冠面の中間スキッシュエリア５１ｃの面積を
十分に大きくする必要があり、少なくともプラグ側方部
位Ｐ，Ｐにおけるスキッシュエリア幅ＳＬ（中間スキッ
シュエリア５１ｃのＹ方向の長さ：図６(a)にのみ示
す）を所定以上に大きくすることが好ましい。しかし、
スキッシュエリア幅ＳＬが大きいということは、その
分、点火プラグ１６の電極付近で凹部５０の開口幅が狭
くなって、該凹部５０の幅方向両側の側壁面５０ａ，５
０ａが点火プラグ１６電極に近づくということであるか
ら、それら側壁面５０ａ，５０ａへの燃料の付着量が増
大する傾向があり、また、該側壁面５０ａ，５０ａが火
炎伝播等に及ぼす影響も自ずと大きくなる。

【００７３】この点について、本願の発明者らは、この
実施形態の如き火花点火式直噴エンジン１において各気
筒２の直径ＢがＢ＝６０〜９０ｍｍくらいの場合に、ピ
ストン５冠面の凹部５０の開口幅を大きくしてその側壁
面５０ａ，５０ａへの燃料の付着を十分に抑制し且つ火
炎伝播等に悪い影響を及ぼさないようにしながら、中間
スキッシュエリア５１ｃの面積を十分に大きく確保でき
るような適切な寸法範囲のあることを見出した。

【００７４】具体的には、図１に示すように、気筒２の
圧縮行程で噴射された燃料噴霧を気筒中心線Ｚに沿って
見たときの当該燃料噴霧のプラグ側方部位Ｐ，Ｐにおけ
る幅をＷとして、凹部５０の幅方向両側に位置する各中
間スキッシュエリア５１ｃのプラグ側方部位Ｐ，Ｐにお
けるＹ方向の長さ（スキッシュエリア幅）ＳＬを、以下
の関係式を満たすように設定すればよい。

【００７５】 略０．１５×Ｂ ≦ ＳＬ ≦ （Ｂ−Ｗ）／２ ・・・（式１） この関係式について説明すると、まず、スキッシュエリ
ア幅ＳＬを気筒２の直径Ｂの略０．１５倍以上とするの
は、こうすることによって、中間スキッシュエリア５１
ｃの幅が十分に広くなり、強いスキッシュ流Ｓによって
混合気を点火プラグ１６の電極に向けて集めることがで
きるからである。すなわち、図８にスキッシュエリア幅
ＳＬ（或いは凹部５０の開口幅Ｌ）と点火プラグ１６付
近の局所的空燃比との関係を調べた実験結果を示すと、
全体的な傾向としてはスキッシュエリア幅ＳＬが広いほ
ど、点火プラグ１６付近の局所空燃比がリッチになり、
その中でもスキッシュエリア幅ＳＬが所定値αよりもや
や広いときに局所空燃比が最もリッチになる。また、そ
れよりもスキッシュエリア幅ＳＬを拡げると今度はスキ
ッシュエリア幅ＳＬの拡大に伴い、空燃比が希薄化して
しまう。

【００７６】前記の実験結果から、スキッシュ流Ｓを強
くして混合気の拡散を抑制するためには、スキッシュエ
リア幅ＳＬを前記所定値α以上とするのが好ましいとい
うことができ、そして、この所定値αが気筒２の直径Ｂ
の略０．１５倍に相当するのである。

【００７７】尚、前記のようにスキッシュエリア幅ＳＬ
を広くし過ぎた場合に、空燃比が希薄化するのは、その
ことによって凹部５０の開口幅があまりに狭くなってし
まい、その凹部５０の側壁面５０ａ，５０ａへの燃料の
付着量が増大して、結果的に混合気全体の空燃比が希薄
化することに因ると考えられる。この場合には壁面５０
ａに付着した燃料が未燃状態で排出されることになるの
で、排気中のＨＣ濃度が極めて高くなるという問題もあ
る。

【００７８】一方、スキッシュエリア幅ＳＬを、ＳＬ≦
（Ｂ−Ｗ）／２とするということは、気筒２内の空気流
動がないと仮定した場合にプラグ側方部位Ｐ，Ｐにおい
て燃料噴霧が幾何学的に凹部５０の側壁面５０ａ，５０
ａに接触しないということである。そして、そのように
燃料噴霧が幾何学的に凹部５０の側壁面５０ａ，５０ａ
に接触しないようにすれば、該側壁面５０ａ，５０ａへ
の燃料の付着が殆ど無くなり、混合気全体の希薄化を阻
止できることは勿論、排気中のＨＣ濃度を許容範囲内に
低減することができる。すなわち、図９に凹部５０の開
口幅Ｌ（スキッシュエリア幅ＳＬ）と該凹部の側壁面５
０ａへの燃料付着量との関係を調べた実験結果を示すよ
うに、燃料付着量は凹部５０の開口幅Ｌが広いほど（ス
キッシュエリア幅ＳＬが狭いほど）、少なくなるのであ
るが、その中でも凹部開口幅Ｌの減少に伴い燃料付着量
の急増する特異点βが存在し、この点βに対応するスキ
ッシュエリア幅ＳＬが、ＳＬ＝（Ｂ−Ｗ）／２なのであ
る。

【００７９】そして、図１０に実線のグラフで示すよう
に、凹部５０の開口幅Ｌ（スキッシュエリア幅ＳＬ）と
排気中のＨＣ濃度との関係を調べた結果、前記特異点β
に対して凹部５０の開口幅Ｌを大きくする（スキッシュ
エリア幅ＳＬを狭くする）ことで排気中のＨＣ濃度を許
容値以下にすることができるが、凹部開口幅Ｌをあまり
大きくし過ぎると、再びＨＣ濃度が高くなることが分か
った。これは、図に破線で示すように、凹部側壁面５０
ａへの燃料付着が減少して排気中のＨＣ濃度が低くなる
ことと（図９参照）、前記したように側方からのスキッ
シュ流Ｓが弱くなることによって混合気全体が希薄化
し、これにより燃料の燃え残りが多くなってＨＣ濃度が
増大する（図に一点鎖線で示す）こととが組み合わされ
た結果であると考えられる。

【００８０】前記図８〜１０に示す実験結果により、ス
キッシュエリア幅ＳＬを前記式１の関係を満たすように
設定することで、ピストン５冠面の凹部５０の開口幅を
大きくしてその側壁面５０ａ，５０ａへの燃料の付着を
十分に抑制し且つ火炎伝播等への悪影響を解消しなが
ら、中間スキッシュエリア５１ｃの面積を十分に確保し
て、強いスキッシュ流Ｓにより点火プラグ１６電極の付
近に滞留する混合気の拡散を十分に抑制できることが分
かった。

【００８１】尚、前記式１の関係は、気筒２の直径が略
６０ｍｍ以上であって且つ略９０ｍｍ以下のときに特に
重要なものとなる。すなわち、気筒２の直径が略６０ｍ
ｍよりも小さいときには式１を満たすようにスキッシュ
エリア幅ＳＬを設定しても、あまり効果的ではない。反
対に、気筒２の直径が略９０ｍｍよりも大きいときに
は、凹部５０の開口幅Ｌを十分に大きくしながら、その
外周側のピストン５冠面に所要のスキッシュエリア面積
を容易に確保できるから、前記式１の関係はあまり重要
なものではなくなるのである。

【００８２】ここで、前記燃料噴霧の幅Ｗについて考察
する。まず、図１１に示すように気筒列方向に見たと
き、インジェクタ１８の噴口位置Ａが点火プラグ１６の
電極と略同じ高さ位置にあるとして、一般的に、インジ
ェクタ１８からの燃料噴霧は、その輪郭が点火プラグ１
６電極に接するように燃料噴射方向及び噴霧拡がり角θ
を設定する。ここで、インジェクタ１８の軸心が燃料噴
射方向（燃料噴霧中心線Ｆ）と略一致している場合に
は、該インジェクタの設置角（インジェクタ軸心が気筒
２の横断面に対してなす傾斜角度）をδとし、また、噴
霧中心線Ｆの周りに円錐状に拡がる燃料噴霧の拡がり角
をθとし、さらに、インジェクタ１８の噴口位置Ａから
点火プラグ１６電極付近の所定位置（図例では点火プラ
グ１６の軸心）までの距離をｄとすると、前記燃料噴霧
の幅Ｗについては幾何学的に、 Ｗ／２ ＝ （ｄ／cosδ）× tan（θ／２） ・・・（式２） という関係がある。

【００８３】従って、前記（式１）においてＳＬ≦（Ｂ
−Ｗ）／２として規定されるスキッシュエリア幅ＳＬの
上限については、実際に気筒２の圧縮行程における気筒
中心線Ｚに沿って見た燃料噴霧の幅ｗを求めるのではな
く、気筒の直径Ｂと、燃料の噴射方向、即ちインジェク
タの設置角δと、燃料噴霧の拡がり角θと、インジェク
タ１８の噴口から点火プラグ１６電極までの距離ｄとに
よって求めることもできる。

【００８４】（エンジンの成層燃焼運転）次に、本願発
明の火花点火式直噴エンジン１の成層燃焼時の動作及び
作用効果について説明する。

【００８５】このエンジン１が成層燃焼領域（イ）にあ
るときには、図１２に示すように、気筒２の吸気行程に
おいてピストン５が上死点位置から下降すると、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の開口端の点火プラ
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。

【００８６】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は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。

【００８７】このため、図１３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１４に示す当該
気筒２の点火時期において燃焼室６の略中央、即ち点火
プラグ１６の電極周りに滞留するようになる。

【００８８】その際、図１や図７に示すように、ピスト
ン５冠面外周側のスキッシュエリア５１から気筒中心に
向かうように強いスキッシュ流Ｓが発生し、タンブル流
Ｔとの衝突に伴う燃料噴霧の飛散を抑えるとともに、点
火プラグ１６の電極付近に滞留する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する。また、排気
側スキッシュエリア５１ｂから混合気に向かうスキッシ
ュ流Ｓが燃焼室６天井部に残存して吸気側から排気側に
向かうタンブル流Ｔの影響を低減させて、混合気の点火
プラグ１６電極周り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、そこから外周側に向かって
火炎面が伝播して良好な成層燃焼が行われる。

【００８９】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の燃焼室構造によると、エンジン１が
低速低負荷側で成層燃焼状態になるときには、気筒２の
燃焼室６におけるタンブル流Ｔ及びスキッシュ流Ｓによ
り燃料噴霧の挙動を制御して、運転状態の変化に依らず
混合気の最適な成層化を実現し、これによる良好な成層
燃焼の実現によって燃費及び出力を改善することができ
る。

【００９０】しかも、ピストン５冠面の凹部５０の開口
幅Ｌ（或いはスキッシュエリア幅ＳＬ）を広過ぎず且つ
狭過ぎない最適な範囲に設定したことで、前記エンジン
１の成層燃焼状態において、燃料の凹部５０側壁面５０
ａ，５０ａへの付着を十分に抑制しながら、点火プラグ
１６の電極付近に滞留する混合気の拡散を抑制し且つそ
の混合気の排気側への移動を阻止することができる。こ
のことで、燃料噴着量の減少によって排気中のＨＣ濃度
を低減できるとともに、最適な濃度状態の混合気を十分
に長く点火プラグ１６周りに留めることができること
で、該混合気に安定して着火可能な期間が極めて長くな
り、これにより着火安定性が向上する上に、気筒２の点
火時期制御の自由度が高まることによって燃費及び出力
のさらなる改善が図られる。

【００９１】さらに、前記ピストン５冠面の凹部５０の
開口幅Ｌが広過ぎず且つ狭過ぎない最適な範囲に設定さ
れていることで、前記エンジン１の均一燃焼状態におい
て、燃焼初期に点火プラグ１６の電極付近で火炎核の成
長や火炎面の伝播が阻害されることもなくなり、このこ
とによって、エンジン１の均一燃焼時の燃費及び出力を
さらに向上することができる。

【００９２】（他の実施形態）本発明の構成は前記実施
形態のものに限定されることはなく、その他の種々の構
成を包含するものである。すなわち、前記実施形態で
は、点火プラグ１６の電極を気筒中心線Ｚの付近（やや
排気側寄り）に位置付けているが、これに限らず、点火
プラグ１６の電極を吸気弁側或いは排気弁側にずらして
配置することも可能である。

【００９３】また、前記実施形態では、図６(c)や図７
に示すように、ピストン５冠面の中間スキッシュエリア
５１ｃを燃焼室天井壁６０の平面部６０ｃに略平行に気
筒列方向（Ｙ方向）に延びる平面部として形成している
が、これに限らず、例えば図１５に示すように、中間ス
キッシュエリア５１ｃ′を、凹部５０の開口部からピス
トン５冠面の外周縁部に向かって徐々に高さが低くなる
傾斜面として形成することもできる。但し、この場合に
十分に強いスキッシュ流を得るためには、中間スキッシ
ュエリア５１ｃ′の傾斜の度合いを、図に仮想線で示す
中間スキッシュエリア５１ｃ′の延長線が、例えば気筒
２の圧縮上死点前７０°ＣＡ近傍で点火プラグ１６の電
極付近に滞留する混合気塊の上縁部（空燃比が所定以上
にリッチな部分の燃焼室６天井部に近い側）よりも上方
に延びるように設定することが望ましい。

【００９４】さらに、前記実施形態では、図３や図６
(a)等に示すように、ピストン５冠面の吸気側スキッシ
ュエリア５１ａにバルブリセス５３を設けているが、こ
れに限るものではない。但し、混合気の拡散を狙い通り
に抑制するためには、その混合気に対してＹ方向の両側
から作用するスキッシュ流Ｓの強さを十分に強くする必
要があり、このためには中間スキッシュエリア５１ｃと
天井壁６０の平面部６０ｃとの間の間隔は、吸気側スキ
ッシュエリア５１ａと吸気側傾斜面部６０ａとの間の間
隔よりも狭くするのが好ましい。加えて、混合気の滞留
精度を高めるためには、排気側からのスキッシュ流Ｓを
吸気側からのものよりも強くするのが好ましいので、吸
気側スキッシュエリア５１ａにバルブリセス５３を設け
ない場合には、該吸気側スキッシュエリア５１ａと吸気
側傾斜面部６０ａとの間の間隔を、排気側スキッシュエ
リア５１ｂと排気側傾斜面部６０ｂとの間の間隔よりも
広くするのが好ましい。

【００９５】

【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の燃焼室構造によると、
気筒内燃焼室の周縁部に配設した燃料噴射弁から該燃焼
室のタンブル流に対向するように燃料を噴射させて、混
合気を点火プラグの電極周りに成層化するようにしたも
のにおいて、気筒中心線に沿って見て燃料噴霧中心線が
延びる方向をＸ方向とし且つ該Ｘ方向に直交する方向を
Ｙ方向としたときに、点火プラグ電極のＹ方向両側に近
接するプラグ側方部位のスキッシュエリア幅ＳＬを、気
筒２の直径をＢとし且つ気筒中心線Ｚに沿って見た燃料
噴霧のプラグ側方部位における幅をＷとして、略０．１
５×Ｂ≦ＳＬ≦（Ｂ−Ｗ）／２なる関係を満たすように
設定したことで、前記凹部の側壁面への燃料の付着を十
分に抑制しながら、混合気の側方への拡散を抑える所要
の強さのスキッシュ流を生成させて、着火安定性を向上
することができる。

【００９６】請求項２の発明によると、ピストン冠面の
スキッシュエリアとして、少なくとも燃焼室天井部の平
面部と対峙してＹ方向に延びる帯状の平面部を形成した
ことで、点火プラグの電極に向かいＹ方向の両側から流
れる強いスキッシュ流を生成させて、前記請求項１の発
明の効果を十分に得ることができる。

【００９７】請求項３の発明によると、ピストン冠面の
凹部をＸ方向に長いレモン形状とし、その開口部のＹ方
向両側にそれぞれ沿うようにスキッシュエリアを形成し
たことで、該スキッシュエリアの全体から凹部の内方に
向かうようなスキッシュ流を生成させて、混合気の拡散
をＹ方向だけでなくＸ方向についても抑制することがで
き、これにより着火安定性をさらに向上できる。

【００９８】請求項４の発明によると、ピストン冠面の
中間のスキッシュエリアと燃焼室天井部の平面部との間
の間隔を吸気側のスキッシュエリアと吸気側傾斜面部と
の間の間隔よりも狭くしたことで、混合気の排気側への
移動を助長することなく、凹部の幅方向に流れる強いス
キッシュ流により混合気の拡散をさらに効果的に抑制で
きる。

【００９９】請求項５の発明によると、排気側のスキッ
シュエリアと燃焼室天井部の排気側傾斜面部との間の間
隔を吸気側スキッシュエリアと吸気側傾斜面部との間の
間隔よりも狭くしたことで、排気側からのスキッシュ流
を吸気側からのものよりも強くして、燃焼室に残るタン
ブル流による混合気の排気側への移動を阻止できるの
で、混合気の滞留精度を向上できる。

【０１００】請求項６の発明によると、気筒の直径を略
６０ｍｍ以上で且つ略９０ｍｍ以下としたときに、本願
発明の効果が特に有効なものとなる。

【０１０１】次に、請求項７の発明に係る火花点火式直
噴エンジンの燃焼室構造によると、請求項１の発明と同
様に、エンジンの成層燃焼運転時に気筒の圧縮行程で燃
料噴射弁により噴射した燃料噴霧をタンブル流によって
減速させて、可燃混合気として点火プラグの電極付近に
滞留させることができるとともに、レモン形状の凹部を
囲むスキッシュエリアから当該凹部の内方に向かうよう
なスキッシュ流を生成させて、これにより混合気の拡散
を抑えて着火安定性を向上することができる。その際、
前記請求項４の発明と同様に混合気の排気側への移動を
助長することなく、凹部の幅方向に流れる強いスキッシ
ュ流により混合気の拡散を効果的に抑制できる。

【０１０２】請求項８の発明では、前記請求項７の発明
において、前記請求項５の発明と同様に排気側からのス
キッシュ流を吸気側からのものよりも強くして、燃焼室
に残るタンブル流による混合気の排気側への移動を阻止
できる。これにより、混合気の点火プラグ電極付近の滞
留精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る火花点火式直噴エンジ
ンの燃焼室を気筒中心線に沿って見て、ピストン冠面の
凹部、スキッシュエリア及び燃料噴霧の相互の位置関係
を示す説明図である。

【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】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５】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６】(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７】Ｘ方向に見て、Ｙ方向のスキッシュ流により混
合気の拡散が抑制される様子を示す説明図である。

【図８】スキッシュエリア幅を変更して、そのときの点
火プラグ電極付近の局所空燃比の変化を調べた実験結果
のグラフ図である。

【図９】凹部の開口幅を変更して、そのときの凹部側壁
面への燃料付着量の変化を調べた実験結果のグラフ図で
ある。

【図１０】凹部の開口幅（スキッシュエリア幅）を変更
して、そのときの排気中のＨＣ濃度の変化を調べた実験
結果のグラフ図である。

【図１１】気筒中心線に沿って見たときのプラグ側方部
位における燃料噴霧幅を求める演算式の説明図である。

【図１２】気筒の吸気行程においてピストンの下降に伴
い燃焼室に生成されるタンブル流の説明図である。

【図１３】気筒の圧縮行程中期以降にタンブル流に向か
って略正対するように噴射される燃料噴霧の説明図であ
る。

【図１４】気筒の点火時期近傍で点火プラグ電極付近に
滞留する混合気の説明図である。

【図１５】中間スキッシュエリアを傾斜面とした他の実
施形態に係る図７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 １１ 排気ポート １６ 点火プラグ １８ インジェクタ（燃料噴射弁） ５０ ピストン冠面の凹部 ５１ スキッシュエリア ５１ａ 吸気側スキッシュエリア ５１ｂ 排気側スキッシュエリア ５１ｃ 中間スキッシュエリア（平面部） ６０ 燃焼室の天井壁 ６０ａ 吸気側傾斜面部 ６０ｂ 排気側形斜面部 ６０ｃ 平面部 ６２ 孔部 Ｆ 燃料噴霧の中心線 Ｌ 凹部のプラグ側方部位での開口幅 Ｐ プラグ側方部位 Ｓ スキッシュ流 Ｔ タンブル流 Ｚ 気筒中心線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｂ 23/08 Ｆ０２Ｂ 23/08 Ｕ Ｆ０２Ｆ 1/24 Ｆ０２Ｆ 1/24 Ｈ Ｊ 3/26 3/26 Ａ (72)発明者 斉藤 史彦 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 陰山 明 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 乃生 芳尚 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 山川 正尚 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 藤原 義幸 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AB03 AC05 AD02 AD06 AD08 AD09 AD14 AD29 AE05 AG01 AG03 3G024 AA04 DA01 DA06

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気筒内燃焼室の天井部に点火プラグを配
   設し、該燃焼室の周縁部に燃料噴射弁を配設するととも
   に、前記天井部に対向するピストンの冠面に凹部を形成
   して、成層燃焼運転時には前記凹部に沿って流れる燃焼
   室のタンブル流に対向するように前記燃料噴射弁により
   燃料を噴射させるようにした火花点火式直噴エンジンの
   燃焼室構造であって、 前記気筒の中心線に沿って見て、前記燃料噴射弁からの
   燃料噴霧の中心線が延びる方向をＸ方向とし且つ該Ｘ方
   向に直交する方向をＹ方向としたときに、前記点火プラ
   グの電極を通り且つＸ方向に垂直な断面による前記燃焼
   室天井部の断面形状がピストンの冠面に向かって開口す
   る略コ字状であり、 前記ピストン冠面の凹部は、気筒中心線に沿って見たと
   きにＸ方向に長く開口し且つその開口幅が前記点火プラ
   グ電極をＹ方向の両側から挟むプラグ側方部位で最大と
   なるように形成され、 前記凹部を除いたピストン冠面の外周側部分には、燃焼
   室の天井部と対峙する平面状のスキッシュエリアが少な
   くとも前記プラグ側方部位を含むように形成され、 前記スキッシュエリアのプラグ側方部位におけるＹ方向
   の長さＳＬは、気筒の直径をＢとし、且つ、気筒の圧縮
   行程で噴射された燃料噴霧を気筒中心線に沿って見たと
   きの当該燃料噴霧の前記プラグ側方部位における幅をＷ
   として、 略０．１５×Ｂ ≦ ＳＬ ≦ （Ｂ−Ｗ）／２ なる関係を満たすように設定されていることを特徴とす
   る火花点火式直噴エンジンの燃焼室構造。
2. 【請求項２】 請求項１において、 燃焼室は、天井部のＸ方向略中央部分にＹ方向に延びる
   帯状の平面部が形成されるとともに、該平面部からＸ方
   向の両端側に向かって徐々にピストン冠面に接近するよ
   うに延びる２つの傾斜面部が形成されたペントルーフ型
   のものであり、 前記ピストン冠面のスキッシュエリアには、少なくと
   も、前記燃焼室天井面の平面部と対峙してＹ方向に延び
   る帯状の平面部が形成されていることを特徴とする火花
   点火式直噴エンジンの燃焼室構造。
3. 【請求項３】 請求項２において、 ピストン冠面の凹部は、気筒中心線に沿って見て、プラ
   グ側方部位からＸ方向の両端側に向かって徐々に開口幅
   が狭くなるレモン形状のものであり、 前記ピストン冠面のスキッシュエリアは、前記凹部のＹ
   方向両側においてそれぞれ該凹部の開口部に沿うように
   形成されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジ
   ンの燃焼室構造。
4. 【請求項４】 請求項３において、 燃焼室の天井部の一方の傾斜面部に吸気ポートが開口さ
   れ、他方の傾斜面部には排気ポートが開口されており、 前記一方の傾斜面部の外周側の端部よりも外周側には、
   燃料噴射弁の先端部を収容する孔部が開口され、 ピストン冠面のスキッシュエリアは、前記燃焼室天井部
   の吸気側及び排気側の傾斜面部並びにそれらの中間の平
   面部とそれぞれ対峙する吸気側、排気側及び中間のエリ
   アからなり、 前記中間のスキッシュエリアと天井部の平面部との間の
   間隔が吸気側のスキッシュエリアと天井部の吸気側傾斜
   面部との間の間隔よりも狭いことを特徴とする火花点火
   式直噴エンジンの燃焼室構造。
5. 【請求項５】 請求項４において、 排気側のスキッシュエリアと燃焼室天井部の排気側傾斜
   面部との間の間隔が吸気側のスキッシュエリアと吸気側
   傾斜面部との間の間隔よりも狭いことを特徴とする火花
   点火式直噴エンジンの燃焼室構造。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１つにおいて、 気筒の直径が略６０ｍｍ以上であって且つ略９０ｍｍ以
   下であることを特徴とする火花点火式直噴エンジンの燃
   焼室構造。
7. 【請求項７】 気筒内燃焼室の天井部に点火プラグを配
   設し、該燃焼室の周縁部に燃料噴射弁を配設するととも
   に、前記天井部に対向するピストンの冠面に凹部を形成
   して、成層燃焼運転時には前記凹部に沿って流れる燃焼
   室のタンブル流に対向するように前記燃料噴射弁により
   燃料を噴射させるようにした火花点火式直噴エンジンの
   燃焼室構造であって、 前記燃焼室は、天井部の略中央部分に帯状の平面部が形
   成されるとともに、該平面部の幅方向両端側から徐々に
   ピストン冠面に接近するように延びる２つの傾斜面部が
   形成されたペントルーフ型のものであり、 前記天井部の一方の傾斜面部に吸気ポートが開口され、
   他方の傾斜面部には排気ポートが開口されるとともに、
   前記一方の傾斜面部の外周側の端部よりも外周側には燃
   料噴射弁の先端部を収容する孔部が開口され、 前記ピストン冠面の凹部は、気筒中心線に沿って見て、
   前記燃料噴射弁からの燃料噴霧の中心線が延びる方向に
   長く開口され、且つその開口幅が前記点火プラグ電極を
   両側から挟むプラグ側方部位において最大となる一方、
   そこから長さ方向の両端側に向かって徐々に狭くなるレ
   モン形状のものであり、 前記凹部を除いたピストン冠面の外周側部分には、前記
   天井部の吸気側及び排気側の傾斜面部並びにそれらの中
   間の平面部とそれぞれ対峙する吸気側、排気側及び中間
   のスキッシュエリアが形成され、 前記中間のスキッシュエリアと天井部の平面部との間の
   間隔が吸気側スキッシュエリアと吸気側傾斜面部との間
   の間隔よりも狭いことを特徴とする火花点火式直噴エン
   ジンの燃焼室構造。
8. 【請求項８】 請求項７において、 排気側のスキッシュエリアと燃焼室天井部の排気側傾斜
   面部との間の間隔が吸気側のスキッシュエリアと吸気側
   傾斜面部との間の間隔よりも狭いことを特徴とする火花
   点火式直噴エンジンの燃焼室構造。