JP4442542B2 - 往復動ピストン型エンジン - Google Patents

Description

本発明は往復動ピストン型エンジンに関する。

一般に、いわゆるオフセットクランク機構は、クランクシャフトが時計方向に回転する方向に見えるクランクシャフト一端側から見て、シリンダボア中心線がクランクシャフト中心に対して右側にオフセットした形式の機構である。

このオフセットクランク機構においては、燃費を低減でき、しかも広範な運転領域で圧縮自己着火を実現することができる等の利点があるため、特許文献１〜３に例示されるように、オフセットクランク機構を有する往復動ピストン型エンジンが多数提案されている。
特許第３０３９２３４ 特開２００３−２１４１６０ 特開２００２−１７４１３１

近年、経済面のみならず、地球の温暖化防止という環境面においてもエンジンの燃費向上要求が一段と高まりつつあり、オフセットクランク機構を採用したエンジンにおいても、例外ではない。往復動ピストン型エンジンにおいて燃費を向上するには燃焼効率を高めればよく、その有力な手段として圧縮比の増大があげられる。

しかしながら、単に燃焼室構造を工夫する等して高圧縮比を実現したとしても、それで直ちに実用上有効な燃焼を行わせることができるとは限らない。よく知られているように、圧縮比を高めるとノッキング等の異常燃焼（以下ノッキング等という）が起こりやすくなるからである。つまり実用上は、ノッキング等の発生しない範囲でしか圧縮比を高めることができない。

しかしそれは、ノッキング等の発生を抑制することができれば、つまり耐ノッキング性能を向上させることができれば、より圧縮比を高めることができることをも意味する。

本発明は、上記のような事情に鑑み、オフセットクランク機構を備えた直噴エンジンにおいて、耐ノッキング性能を向上させることにより、実用上有効に圧縮比を高めることができる往復動ピストン型エンジンを提供することを課題としている。

本願発明者は、前期主燃焼期間（燃焼質量の１０％から９０％が燃焼する主燃焼期間のうち、１０％以上５０％未満が燃焼する期間）では低速で燃焼させ、後期主燃焼期間（主燃焼期間のうち、燃焼質量の５０％以上９０％未満が燃焼する期間）では未燃燃料を高速燃焼させて速やかに燃焼を完了させる燃焼形態（以下本明細書において、「後期重心型燃焼」と称する）に着目し、鋭意研究の結果、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、燃焼室を形成するシリンダヘッドと、このシリンダヘッドの下面に上面を接合させて合わせ面とし、且つ前記燃焼室と連通するシリンダボアを形成するシリンダブロックと、このシリンダボア内を往復動するピストンと、このピストンに連結されたクランクシャフトとを備え、正転時の前記クランクシャフトが時計方向に回転する方向に見えるクランクシャフト一端側から見て、前記シリンダボアの中心線がクランクシャフトの中心に対して右側にオフセットした往復動ピストン型のエンジンであって、前記シリンダボアの中心線が、前記合わせ面と垂直な垂直線に対して上端側が左側に傾斜するように前記シリンダボアを前記シリンダブロックに形成し、前記クランクシャフト一端側から見て、ペントルーフ状の燃焼室天井壁の左側に排気ポートが開口する排気エリアと、ペントルーフ状の燃焼室天井壁の右側に吸気ポートが開口する吸気エリアと、燃焼室の中央部分に点火プラグの電極が開口する電極エリアとをそれぞれ設け、前記ピストンの冠面には、当該ピストンが上死点にあるときに前記電極エリアと吸気エリアおよび排気エリアとの間に環状の隘路を形成する凸部が形成され、該凸部の外側および内側に、相対的に没入した周縁側凹部および中央側凹部がそれぞれ形成され、前記周縁側凹部と燃焼室天井壁との間に前記吸気エリアおよび排気エリアが形成され、前記中央側凹部と燃焼室天井壁との間に前記電極エリアが形成され、前記凸部の排気側部位と燃焼室天井壁との間に形成される隘路が、他の部位の隘路に対し最も狭い間隙となるように前記凸部が形成されていることを特徴とする往復動ピストン型エンジンである。この態様では、既存の燃焼室やクランクシャフトの構造に変更を加えることなく、専らシリンダブロックの仕様を僅かに変更するだけで容易にオフセットクランク機構を実現することが可能になるので、オフセットクランク機構を廉価に製造することが可能になる。しかも、中心線が、前記合わせ面と垂直な垂直線に対して上端側が左側に傾斜するように前記シリンダボアを前記シリンダブロックに形成しているとともに、ピストンが上死点にあるときに前記電極エリアと吸気エリアおよび排気エリアとの間に環状の隘路を形成する凸部がピストン冠面に形成されているので、前期主燃焼期間においては、点火プラグの電極付近に生成された火炎面が隘路によってピストン周縁へ肥大することが抑制される結果、未燃燃料の過早着火が効果的に抑制されることになる。このため筒内圧力や温度の上昇も抑制されて、高い耐ノッキング性能を得ることが可能になる。他方、後期主燃焼期間においては、火炎面が隘路を経て吸気エリアおよび排気エリアに達するので、火炎伝播が速やかに進行し、吸気エリア並びに排気エリアにおいて火炎が成長する結果、燃焼速度が高くなる。この結果、燃え残りを核とする自着火を抑制することができるので、やはり耐ノッキング性能を高めることができ、燃焼全体としての主燃焼期間を殆ど延ばすことなく、効果的にノッキングを抑制することができる。このように前期主燃焼期間では比較的低速の燃焼が行われ、後期主燃焼期間では比較的高速の燃焼が行われるので、オフセットクランク機構を構成しつつ、後期重心型燃焼を容易に実現することが可能になり、ペントルーフ形状の燃焼室天井面を採用していることと相俟って、極めて高い圧縮比の燃焼室構造を実用化可能になっている。なお本件発明者は、本発明の燃焼室構造によって、耐ノッキング性能を悪化させることなく圧縮比を従来比で０．５以上高めることができることを確認している。

好ましい態様において、前記燃焼室天井壁は、傾斜の等しいペントルーフ形状に形成されている。この態様では、球状に拡がった火炎面を全周にわたって均等に伝播させることができるので、前期主燃焼期間においては隘路による過燃焼抑制効果を、後期燃焼期間においては、環状面に形成される外周燃焼エリアでの急速燃焼効果を均等に奏することができる。

好ましい態様において、前記ピストン冠面は、シリンダボアの中心線に直交している。この態様では、燃焼室の天井面からピストン冠面までの距離は、排気側が大きくなるので、より、後期重心型燃焼を促進することが可能になる。

好ましい態様において、前記シリンダボアの中心線は、当該合わせ面とクランクシャフトの中心を通る垂直線との交点を通過するものである。この態様では、シリンダボアの傾斜角度を少なくしつつ、クランクシャフトの中心に対する右方向へのオフセット量を大きくすることができ、シリンダブロックの周辺形状の変更を最小限に留めつつ、所望のオフセット量を確保することが可能になる。

好ましい態様において、前記シリンダボアの両側に排気側と吸気側のウォータジャケットを形成し、排気側のウォータジャケットは、吸気側よりも水量が多くなるように容量が設定されている。この態様では、排気側のウォータジャケットの容量が多い分だけ、排気側の放熱性を向上させることができるとともに、吸気側においては、容量が少ないので、過冷却を防止することが可能になる。

好ましい態様において、前記排気側のウォータジャケットは、吸気側のウォータジャケットよりもシリンダブロック上端からの深さが深く設定されている。この態様では、シリンダボアの傾斜態様を利用して、容量の異なるウォータジャケットを容易に構成することが可能になる。

好ましい態様において、ピストン裏面の排気側に噴射方向が指向するオイルジェットを備えている。この態様では、排気側の放熱性が一層向上する。

以上説明したように本発明によれば、オフセットクランク機構を構成しつつ、後期重心型燃焼を容易に実現することが可能になり、ペントルーフ形状の燃焼室天井面を採用していることと相俟って、極めて高い圧縮比の燃焼室構造を実用化することができるという顕著な効果を奏する。また、オフセットクランク機構と高圧縮比との相乗効果で大幅な燃費改善を図ることが可能になる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１および図２は、本発明の実施の一形態に係る往復動ピストン式の火花点火式直噴ガソリンエンジン１０の構造を示す断面略図である。また、図３は同エンジン１０の模式図である。

図１および図２を参照して、図示の火花点火式直噴ガソリンエンジン１０は、クランクシャフト２１を回転自在に支持するシリンダブロック２２と、シリンダブロック２２の上部に配置されたシリンダヘッド２３とを一体的に有しており、これらシリンダブロック２２およびシリンダヘッド２３間には、合わせ面（詳しくは、シリンダヘッド２３とシリンダブロック２２との間に設けられた図略のヘッドガスケットとの合わせ面）ＳＬが形成されている。

シリンダブロック２２には、シリンダボアを形成する複数の気筒２４が形成されており、各気筒２４には、コンロッド２５を介してクランクシャフト２１に連結されたピストン２６と、ピストン２６が気筒２４内に形成する燃焼室２７とが設けられている。本実施形態において、各気筒２４の幾何学的圧縮比は１４に設定されている。なお、シリンダブロック２２の適所には、オイルジェット２２１が設けられている。オイルジェット２２１は、シリンダブロック２２内の各潤滑油路と通じており、主としてピストン裏面の排気側の潤滑要部に潤滑油を供給するように当該潤滑油の噴射方向が指向されている。

図示の通り、正転時のクランクシャフト２１が時計方向に回転する方向に見えるクランクシャフト２１一端側から見て、すなわち、図１〜図３で見て、シリンダボア中心線ＣＬがクランクシャフト２１の回転中心Ｏに対して右側にオフセットしている。

図３を参照してより詳細に説明すると、クランクシャフト２１の回転中心Ｏを通って前記合わせ面ＣＬに対し、垂直な線をＬＮ１とするとき、本実施形態におけるシリンダボア中心線ＣＬは、この垂直線ＬＮ１と合わせ面ＣＬとの交点Ａｐを通って、垂直線ＬＮ１に対し、角度αの傾きで、下死点側が図の右側（吸気側）に傾斜している。

本実施形態においては、ピストン２６が往復動するストロークＳＴがシリンダボア径Ｄよりも大きいロングストローク仕様になっているため、このオフセット量Ｓも比較的大きな値になっている。

コンロッド２５とピストン２６とを連結する連結ピン２５ａの回転中心（Ｘｐ，Ｙｐ）とコンロッド２５とクランクシャフト２１とを連結する連結ピン２５ｂの回転中心（Ｘｃ，Ｙｃ）の距離をＡ_１、連結ピン２５ｂの回転中心（Ｘｃ，Ｙｃ）とクランクシャフト２１の回転中心Ｏの距離をＡ_２、オフセット量をＳ、クランクシャフト２１の回転中心Ｏを通る垂直線ＬＮ１とシリンダボア中心線ＣＬのなす角度をαとすると、ピストン２６の仕様がロングストロークである場合、各距離Ａ_１、Ａ_２が長くなることに伴い、クランクシャフトの回転中心Ｏから前記合わせ面ＳＬまでの高さＹ_Ｌｇは、スケアストローク（ＳＴ／Ｄ＝１）の高さＹ_Ｓや、ショートストローク（ＳＴ／Ｄ＜１）の高さＹ_Ｓｈに比べて高く設定されるので、同じ傾斜角度αであったとしても、よりオフセット量Ｓを大きく設定することができる。そのため、ピストンの移動速度を速め、低速運転領域でのタンブル流を速めることが可能になる。また、オフセットクランク機構の効能を高めることが可能になる。

上述のようなオフセットクランク機構を構成した場合、クランク角度に対するピストン２６の速度は、式（１）で表わすことが可能である。

・・・（式１）
図４は、クランク角度に対するピストンの速度を表わすグラフである。

図４を参照して、オフセット量Ｓ＝０の場合、速度ｖは、ｔ＝０（図４において、クランク角度ＣＡ＝０°のとき）のとき（式１）の第２項は０となるので、クランク角度ＣＡ＝０°に対して対称な正弦波となる。

これに対して、オフセット量Ｓ＞０とした場合、（式１）の第２項の値によって、ピストン２６の波形は非対称となり、ピストン２６が最も高速で移動する点は、左右非対称となる。この結果、仮に、ピストン２６が上死点にある時の点を中心に前後同量のクランク角度ωｔの移動量Ｙ_１、Ｙ_２を考えると、上死点近傍から上死点に至るまでの移動量Ｙ_１は比較的大きくなり、ピストン２６は、速い速度で移動するのに対し、上死点を越えた後の移動量Ｙ_２は比較的小さくなり、ピストン２６は、比較的遅い速度で移動することになる。

図１および図２を参照して、シリンダブロック２２には、メインギャラリ２２ａから導入されたオイルを潤滑要部に潤滑できるように構成されている。また、メインギャラリ２２ａの上部には、サブギャラリ２２ｂが形成されており、このサブギャラリ２２ｂを介して、メインギャラリ２２ａと、シリンダヘッド２３の潤滑要部とに潤滑油が供給されるようになっている。

さらにシリンダブロック２２には、冷却用のウォータジャケット２２ｃ、２２ｄが、図の左右（吸気側と排気側）とに形成されている。吸気側のウォータジャケット２２ｃは、比較的浅く形成されており、容量が小さくなっている。これにより、図示の実施形態では、吸気側の過冷却を防止するようにしている。他方、排気側のウォータジャケット２２ｄは、吸気側に比べて深く形成されており、吸気側よりも容量が大きくなっている。本実施形態においては、図１〜図３で見て、シリンダボア中心線ＣＬがクランクシャフト２１の回転中心Ｏに対して下死点側が右側にオフセットしているため、吸気側と排気側とで容量の異なるウォータジャケット２２ｃ、２２ｄを構成するのに都合よくなっている。

シリンダヘッド２３には、各気筒２４の燃焼室２７を構成する天井面が形成されている。

図５は本実施形態に係る燃焼室を示す図２の要部拡大図であり、図６は同燃焼室の底面図である。

図５、図６を参照して、本実施形態の燃焼室２７はペントルーフ型であり、図５には、ピストン２６が上死点近傍にある状態を示している。燃焼室２７は、シリンダブロック２２の気筒２４と、ピストン２６の冠面２６０と、燃焼室２７に臨むシリンダヘッド２３の下面である天井部とに囲まれた空間である。燃焼室２７の天井部は、吸気側天井壁２７ａと排気側天井壁２７ｂとが屋根形をなすように形成されている。

気筒２４の吸気側天井壁２７ａにおける気筒２４の周縁部から燃焼室２７に先端が臨設されたマルチホール型インジェクタ３２（燃料噴射装置）が設けられている。マルチホール型インジェクタ３２の先端には複数の噴口３２ａ（図８参照）が設けられ、後述するようにそのうちの３個が、点火プラグ３４の電極３４ａに指向している。また気筒２４の径方向中央付近には、両天井壁２７ａ、２７ｂの稜線部分から燃焼室２７に先端が臨設された点火プラグ３４が設けられている。

吸気側天井壁２７ａには、これに開口する２箇所の吸気ポート２８が設けられており、各吸気ポート２８には所定の吸気タイミングで開く吸気バルブ３０が設けられている。また排気側天井壁２７ｂには、これに開口する２箇所の排気ポート２９が設けられており、各排気ポート２９には所定の排気タイミングで開く排気バルブ３１が設けられている。吸気バルブ３０および排気バルブ３１の、燃焼室２７に臨む面は、それぞれ吸気側天井壁２７ａおよび排気側天井壁２７ｂの一部を形成している。

排気側天井壁２７ｂの、点火プラグ３４越しに噴口３２ａと対向する位置付近に、急傾斜壁面２３１が設けられている。急傾斜壁面２３１は排気側天井壁２７ｂの一部であり、周囲よりもより傾斜が急になっている箇所である。図６に示すように、急傾斜壁面２３１は、平面視でシリンダボア周縁形状に略平行な円弧状の曲面に形成されている。急傾斜壁面２３１の下端は天井壁下端周縁部２３２となっている。天井壁下端周縁部２３２はシリンダボア周縁よりもシリンダボア中央寄りに位置している。従って天井壁下端周縁部２３２において急傾斜壁面２３１と気筒２４の壁面との間に段差が形成されている。

図５に示すように、燃焼室２７の主要部は、ピストン２６が上死点にある状態で、マルチホール型インジェクタ３２周辺から点火プラグ３４周辺にかけて広がる電極エリア２７０と、天井壁下端周縁部２３２からシリンダボア周縁部にかけて広がる吸気エリア２７１および排気エリア２７２とによって形成されている。

ここで、ピストン２６の形状、特に冠面２６０の形状について説明する。

図７は本実施形態のピストンを示すものであり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。

図７を参照して、冠面２６０には、平面視で吸気側（図７（Ｂ）での右側）が切り欠かれた略円環状（以下Ｃ字状という）をなして上方に突出するとともに、クランクシャフト２１の中心線Ｏ方向に対向して対をなす隆起部２６１が設けられている。各隆起部２６１の一方（図７（Ｂ）での左側）は燃焼室２７内での排気側に位置するように配設され、連続部２６２によってＣ字状に連続し、冠面２６０の外周と略同心の円弧状となるように形成されている。隆起部２６１並びに連続部２６２の円弧半径はピストン２６の平均半径の半分よりもやや大きい。

隆起部２６１は一定の厚みを有しており、隆起部２６１の正面形状は、燃焼室２７の天井壁２７ａ、２７ｂの形状に沿って頂部がフラットになった山形に形成されており、燃焼室２７の吸気側天井壁２７ａに対向する吸気側上面２６１ａと、排気側天井壁２７ｂに対向する排気側上面２６１ｂと、天井部の稜線２３０に対向する頂面２６１ｃとを滑らかに連続させている。

連続部２６２は、燃焼室２７の天井壁下端周縁部２３２に対向する曲面形状の隆起部位である。本実施形態においては、排気側が下向きになるように気筒２４のシリンダボア中心線ＣＬを傾斜させているので、排気エリア２７２が吸気エリア２７１に対して広くなる傾向にある。そこで、この連続部２６２を形成することにより、後期重心型燃焼を確実に実現するための隘路２７４（特に隘路２７４ｄ）を形成するようになっている。

隆起部２６１および連続部２６２の外側には、連続部２６２よりも低くなったＣ字形の周縁側凹部２６３が形成されている。

周縁側凹部２６３は、隆起部２６１および連続部２６２のＣ字形外側で、連続部２６２に対して相対的に没入した部分である。周縁側凹部２６３は略水平で冠面２６０よりやや低く、冠面２６０の外周と略同心の略円環形状となっている。周縁側凹部２６３は、隆起部２６１のＣ字形の開いた側の外側（吸気側部位２６６）に対し、斜面２６７を介して滑らかに接続している。

冠面２６０のうち、隆起部２６１によってＣ字形に囲繞された部位の吸気側には、浅く没入した卵形凹部２６４が設けられている。卵形凹部２６４は平面視で卵形、つまり吸気側から排気側に延びる略長円で、吸気側の径が排気側の径より大なる形状となっている。卵形凹部２６４の側壁２６４ａは緩やかな環状の傾斜面となっている。

次に、図５を参照して再び燃焼室２７の詳細構造について説明する。電極エリア２７０は、ピストン２６の冠面２６０、卵形凹部２６４および吸気側部位２６６と天井部との間に形成されている。従って電極エリア２７０は、マルチホール型インジェクタ３２から点火プラグ３４にかけて一体的に連続する空間となっている。また吸気エリア２７１および排気エリア２７２は、隆起部２６１および連続部２６２の外側の領域であって、且つピストン２６の周縁側凹部２６３と天井部との間に略環状（平面視でＣ字状）に形成されている。

そして電極エリア２７０と吸気エリア２７１および排気エリア２７２とを連通する隘路２７４は、ピストン２６の隆起部２６１および連続部２６２と天井部との間に平面視でＣ字状（冠面２６０に隆起部２６１が形成されている箇所）に形成されている。

隆起部２６１および連続部２６２が呈する円弧部の半径は、ピストン２６の平均半径の半分よりもやや大きいので、隘路２７４は、気筒２４の径方向における、点火プラグ３４からシリンダボア周縁との中間点よりもシリンダボア周縁寄りに形成されている。その最適位置は、エンジンの特性等によって異なるが、概ね点火プラグ３４からシリンダボア周縁までの距離の６０〜８５％の範囲内にある。

隘路２７４は、詳細には隘路２７４ａ、隘路２７４ｂ、隘路２７４ｃ、および最隘路２７４ｄからなる。隘路２７４ａは、ピストン２６の吸気側上面２６１ａと、これに対向する吸気側天井壁２７ａとの間の間隙である。隘路２７４ｂは、ピストン２６の排気側上面２６１ｂと、これに対向する排気側天井壁２７ｂとの間の間隙である。隘路２７４ｃは、ピストン２６の隆起部２６１の頂面２６１ｃと、これに対向する稜線部２３０付近との間の間隙である。隘路２７４は、電極エリア２７０と吸気エリア２７１および排気エリア２７２との間に形成される狭い間隙であるが、特に隘路２７４のうち、連続部２６２と、これに対向する天井壁下端周縁部２３２付近との間の間隙である最隘路２７４ｄは、他の隘路２７４ａ〜２７４ｃに対して最も狭い間隙となっている。

次に、マルチホール型インジェクタ３２について説明する。

図８は本実施形態に係るマルチホール型インジェクタ３２の先端部の拡大断面図である。また、図９は同マルチホール型インジェクタ３２から噴射される燃料噴霧の方向を示す図であり、マルチホール型インジェクタ３２の軸芯から燃料の噴射方向を見たとき、マルチホール型インジェクタ３２の噴口が向けられている角度を示す図である。

図８および図９を参照して、マルチホール型インジェクタ３２の先端部は、円筒状の本体３２０と、その中で往復移動するニードル３２１とを有する。本体３２０の先端は、端壁３２２で閉塞されている。端壁３２２の中央部には、半球状のドーム３２３が形成されている。このドーム３２３には、本体３２０の内部と連通する６つの微少な噴口３２ａが形成されている。ニードル３２１は、ソレノイド型のアクチュエータ（図示せず）によって往復移動され、ニードル３２１が前進すると、本体３２０内の通路が閉鎖されて燃料噴霧は停止され、後退すると燃料の通路が開放されて、マルチホール型インジェクタ３２内部の燃料が、噴口３２ａを通して燃焼室２７内に噴射されるようになっている。なお、本実施形態においては、マルチホール型インジェクタ３２の各噴口３２ａの直径は約０．３ｍｍ〜約０．５ｍｍであり、本体３２０内には、約２０ＭＰａに加圧された燃料が供給されるようになっている。

これら６つの噴口３２ａにより、マルチホール型インジェクタ３２は、図９に示すように、点火プラグ３４の電極３４ａ（図１、図５参照）の両側に噴射される噴霧Ｆａ、Ｆｂと、前記電極３４ａの直下に噴射される噴霧Ｆｃと、噴霧Ｆｃよりもさらに電極３４ａの下方に噴射される噴霧Ｆｄと、噴霧Ｆｄの両側に噴射される噴霧Ｆｄ、Ｆｆとを出力できるように構成されている。

マルチホール型インジェクタ３２による燃料噴射タイミングは、図略のコントロールユニットによって制御されるように構成されている。このコントロールユニットは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されており、図略のセンサ（クランク角度センサ、エンジン温度センサ、吸気圧センサ、スロットル開度センサ、アクセルセンサ、ブレーキセンサ等）の入力要素並びにマルチホール型インジェクタ３２、点火プラグ３４の点火回路を初めとする種々の出力要素と接続されることにより、エンジン１０の運転状態を検出する運転状態検出手段、燃料噴射タイミングと燃料噴射量（或いはペネトレーション）を制御する燃料噴射制御手段、並びに点火タイミングを制御する点火制御手段等を機能的に構成している。

図１０は本実施形態に係るエンジン１０の運転領域を示す特性図である。

図１０を参照して、上記コントロールユニットには、同図に基づく制御マップが記憶されており、この制御マップに基づいて、低速低負荷側の成層燃焼運転領域とそれ以外の均質燃焼運転領域とを判定し、これら運転領域毎に異なるタイミングで燃料噴射タイミングや点火タイミング等を制御できるように構成されている。

次に、本実施形態の動作について説明する。

以下の説明では、低負荷、低回転時、すなわち、図１０で示す成層燃焼運転領域での例を説明する。

まず吸気行程において吸気バルブ３０が開くとともに、ピストン２６が降下する。それに伴って吸気ポート２８から燃焼室２７内に空気が負圧吸引される。

続く圧縮行程において吸気バルブ３０が閉じるとともに、ピストン２６が上昇する。それに伴って、燃焼室２７内の空気が圧縮され、温度と圧力が上昇する。

低負荷、低回転でエンジン１０を運転する場合には、マルチホール型インジェクタ３２から燃焼室２７内に噴霧される燃料の総量が少ないため、燃料の噴霧は、圧縮行程後期におけるピストン２６の上死点前３５°ないし２５°付近で開始される。本実施形態においては、マルチホール型インジェクタ３２は、６つの噴口３２ａを有するので、６つの噴霧Ｆａ〜Ｆｆが燃焼室２７内に噴射される。

図１１は本実施形態における燃焼室内の流れをシミュレーションした結果を示すグラフである。

図１１を参照して、一般に、空気中に燃料が噴射されると、噴射された燃料の流れによって噴霧の周囲に空気の流れが生じる。この噴霧の周囲に生成される空気の流れは、燃料の流れに沿う方向の渦流となる。例えば、図１１に示すような方向に燃料が噴射された場合には、噴霧の下側には、反時計回りの渦流が生成され、噴霧の上側には、時計回りの渦流が生成される。

しかしながら、上述したマルチホール型インジェクタ３２によるように、上下方向に近接する燃料噴霧Ｆａ〜Ｆｆによって形成される渦流は、回転方向が逆であるため、互いに打ち消しあって大きな渦流には成長しない。例えば、電極側の噴霧Ｆａ〜Ｆｃの下側に生成される反時計回りの渦流と、ピストン側の噴霧Ｆｄ〜Ｆｆの上側に生成される時計回りの渦流は、互いに打ち消し合い、それらの燃料噴霧Ｆａ〜Ｆｆの間に大きな渦流が生成されることはない。このような渦流の生成および相殺によって、燃焼室２７内には、最終的に、図１１に示す３つの大きな渦流Ｖ１〜Ｖ３が成長する。

渦流Ｖ１は、ピストン側の噴霧Ｆｄ〜Ｆｆの下側、すなわち、吸気エリア２７１の周縁側に生成される反時計回りの渦流であり、ピストン側の噴霧Ｆｄ〜Ｆｆと卵形凹部２６４との間で旋回する流れである。

渦流Ｖ２は、電極３４ａへの噴霧Ｆａ〜Ｆｃの上側に形成された時計回りの渦流が、空気の流れとともに燃焼室２７の中央付近に移動しながら成長した流れである。

渦流Ｖ３は、電極３４ａへの噴霧Ｆａ〜Ｆｃの下側に形成された反時計回りの渦流が、渦流Ｖ２によって排気エリア２７２へ弾き出されるように移動しながら成長した流れである。このように、燃焼室２７内に生成される各渦流は、互いに複雑に影響を及ぼし合いながら燃焼室２７内全体の流れを形成している。その他の渦流は、他の燃料噴霧によって生成された渦流と互いに相殺され、大きな渦流には成長しない。

電極３４ａに向かって噴射された燃料（噴霧Ｆａ〜Ｆｃ）の多くは、気化しながら点火プラグ３４の点火点ＳＰの回りに滞留する。一方、ピストン２６に向けて噴射された燃料（噴霧Ｆｄ〜Ｆｆ）は、気化しながら下方に向かう。その混合気は、ピストン２６の冠面２６０に形成された卵形凹部２６４の排気側の底面に沿って上昇し、さらに渦流Ｖ２と渦流Ｖ３の間に挟まれるように流れて点火点ＳＰの回りに滞留する。

このような渦流Ｖ２、Ｖ３による噴霧の流れは、両渦流Ｖ２、Ｖ３の運動エネルギーが等しい場合、或いは、排気側の渦流Ｖ３の運動エネルギーが幾分大きい方が好ましい。しかし、燃料が吸気側から噴射される場合、渦流Ｖ２が渦流Ｖ３よりも運動エネルギーが高まる傾向にあった。ここで本実施形態では、ピストン２６がオフセットクランク機構を構成して吸気エリア２７１が狭くなっているとともに、卵形凹部２６４が吸気側に寄せられた状態で形成されているので、渦流Ｖ１が相当大きな運動エネルギーを伴って成長する。このため、渦流Ｖ１と逆向きに回転する渦流Ｖ２の運動エネルギーが渦流Ｖ１によって相殺され、渦流Ｖ２は、渦流Ｖ３と等しいか、或いは若干弱くなる傾向を有する。このように本実施形態では、ピストン２６のオフセットクランク機構と卵形凹部２６４とによって、長期にわたり、混合気を点火点ＳＰの周囲に滞留させることが可能になっている。

図１２は、本実施形態に係る成層ロバスト性の向上を示す特性図であり、（Ａ）は本実施形態によるもの、（Ｂ）は従来技術によるものである。図１２の条件としては、エンジン回転速度が１２００ｒｐｍ、筒内圧力が１００ＫＰａの低回転低負荷運転領域での状態を示している。

各図において、実線ＲＬで示す六角形は、燃料噴射目標値となるセット点ＴＧを中心に噴射終了タイミング、点火タイミングが好適な目標とされる範囲（以下、「目標範囲ＲＬ」という）を示したものであり、目標範囲ＲＬの外側にある範囲ＡＬは、その許容範囲である。許容範囲ＡＬの両外側領域Ｚは、燃焼不安定ゾーンを示している。

図１２（Ａ）（Ｂ）を参照して、上述のようなオフセットクランク機構と卵形凹部２６４による渦流Ｖ１〜Ｖ３の生成により、本実施形態では、目標範囲ＲＬがＴＤＣ噴射タイミング、点火タイミングとも従来技術に比べてＴＤＣ側に拡がっており、点火タイミングでは、約２０°ＣＡ、燃料噴射終了タイミングでは、２°ＣＡ進角できるようになっている。このように、低回転低負荷運転領域、すなわち成層燃焼運転領域において、燃料噴射（終了）タイミング、点火タイミングをＴＤＣよりにしても安定した燃焼特性を得ることができ、成層ロバスト性は大幅に向上するのである。

上述したように、本実施形態では、図１２（Ａ）で示した目標範囲ＲＬで点火プラグ３４の電極３４ａから火花が飛ばされる。電極３４ａから飛ばされた火花によって電極３４ａ付近の混合気が着火し、火炎核が形成される。

続く膨張行程では、火炎核の火炎面が略球状に拡がりながら燃焼が進行する。この燃焼は、本明細書で後期重心型燃焼と呼ぶ燃焼形態を呈する。後期重心型燃焼は、端的に表現すれば前期主燃焼期間（燃焼質量の１０％以上５０％未満が燃焼する期間）での燃焼速度が比較的低く、後期主燃焼期間（燃焼質量の５０％以上９０％未満が燃焼する期間）での燃焼速度が比較的高い燃焼形態である。後期重心型燃焼は、本実施形態の燃焼室構造と密接な関係があり、この燃焼室構造によってなし得る燃焼形態である。

後期重心型燃焼について、燃焼室構造と関連付けながら説明する。

図５を参照して、点火プラグ３４の電極３４ａから火花が飛ばされると、その周囲の混合気（特に噴霧Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ）が着火し、火炎核が形成される。そしてその火炎面（火炎伝播の最前線）が点火点ＳＰを中心に略同心球状に拡がりながら伝播する。つまり電極エリア２７０において燃焼が行われる。その際、火炎面は未燃ガスを押し出すようにして拡がって行く。

ところが、電極エリア２７０の外側には、隆起部２６１および連続部２６２によって隘路２７４が設けられている。従って、火炎面に押し出された未燃ガスが隘路２７４を通過する際、一種の絞り作用を受ける。その影響を受けて火炎伝播が抑制される。この結果、前期主燃焼期間では、電極エリア２７０における燃焼速度が比較的低く抑えられる。

他方、後期主燃焼期間では、火炎面が隘路２７４を経て吸気エリア２７１および排気エリア２７２に達し、もはや隘路２７４による絞り作用の影響を受けなくなる。このため、速やかに火炎伝播が進行する。つまり吸気エリア２７１および排気エリア２７２における燃焼速度が比較的高くなる。

こうして、主として電極エリア２７０での前期主燃焼期間には比較的低速の燃焼が行われ、主として吸気エリア２７１および排気エリア２７２での後期主燃焼期間には比較的高速の燃焼が行われるという、後期重心型燃焼が行われることになる。

ところで、上述したように、火炎面は点火プラグ３４の電極３４ａ付近に形成された火炎核を中心とする略同心球状に拡がって行くが、より厳密には、排気側への伝播速度が吸気側への伝播速度よりもやや高くなっている。高温の排気側では、より燃焼反応が促進されるからである。本実施形態では、シリンダボア中心線ＣＬが図３で示したように傾斜したオフセットクランク機構並びにピストン２６の冠面２６０に形成された連続部２６２が燃焼室２７の天井面と区画する最隘路２７４ｄによって、排気側へのガス流を他よりも強く絞っているので、高くなりがちな排気側への火炎伝播速度が比較的強く抑制される。これにより、全体的にはより均等な火炎伝播速度を得ることができ、円滑な燃焼を図ることができる。また火炎面の電極エリア２７０から吸気エリア２７１および排気エリア２７２への移行を、より均等に行わせることができる。

図１３は、本実施形態の後期重心型燃焼における燃焼特性を示す特性図である。横軸にクランク角（°ＣＡ）、縦軸に燃焼質量割合（％）を示す。燃焼質量割合とは、燃焼した燃料の質量全体を１００％とし（無次元化）、当該クランク角時点までに燃焼した燃料の積算値を示したものである。

図示のように、燃焼質量割合が１０％未満の領域を初期燃焼領域８１といい、その期間を初期燃焼期間θ_０という。また燃焼質量割合が１０％以上９０％未満の領域を主燃焼領域８０という。主燃焼領域８０は５０％を境にして前期と後期に分けられ、燃焼質量割合が１０％以上５０％未満の領域を前期主燃焼領域８０ａといい、５０％以上９０％未満の領域を後期主燃焼領域８０ｂという。そして前期主燃焼領域８０ａの期間を前期主燃焼期間θ_１といい、後期主燃焼領域８０ｂの期間を後期主燃焼期間θ_２という。

図１３には、本実施形態の燃焼特性Ｔ１を示すとともに、比較のために従来の一般的な燃焼特性Ｔ１’を併記している。

本実施形態の燃焼特性Ｔ１では、初期燃焼期間θ_０は点火時期〜約３°ＣＡ、前期主燃焼期間θ_１は約３〜約１３°ＣＡ、後期主燃焼期間θ_２は約１３〜約２０°ＣＡとなっている。一方、従来の燃焼特性Ｔ１’では、初期燃焼期間θ_０’は点火時期〜約４°ＣＡ、前期主燃焼期間θ_１’は約４〜約１３°ＣＡ、後期主燃焼期間θ_２’は約１３〜約２１°ＣＡとなっている。

つまり本実施形態の燃焼特性Ｔ１は、従来の燃焼特性Ｔ１’に比べ、初期燃焼期間θ_０が約１°ＣＡ短縮され、前期主燃焼期間θ_１が約１°ＣＡ延ばされ、後期主燃焼期間θ_２が約１°ＣＡ短縮されている。これは、主として電極エリア２７０で燃焼が行われる前期主燃焼期間θ_１では燃焼速度が相対的に低く、主として吸気エリア２７１および排気エリア２７２で燃焼が行われる後期主燃焼期間θ_２では燃焼速度が相対的に高くなっていることを示している。つまり後期重心型燃焼となっていることがわかる。

また初期燃焼期間θ_０および前期主燃焼期間θ_１での燃焼は、ともに主として電極エリア２７０での燃焼であるが、初期燃焼期間θ_０はむしろ短縮されている。これは、隘路２７４が、点火プラグ３４に近すぎない適所（詳しくは点火プラグ３４からシリンダボア周縁までの距離の６０〜８５％の範囲内の適所）に設けられていることによって、隘路２７４による絞り作用の影響が初期燃焼期間θ_０にまでは及んでいないことを示している。

図１４は、図１３に示す燃焼特性を別の視点から表した特性図である。横軸にクランク角ＣＡ（Ｄｅｇ．）、縦軸に熱発生率（％）を示す。ここで熱発生率とは、図１３の熱発生割合の微分値であり、燃焼による全体の熱発生量を１００％とし（無次元化）、当該クランク角時点における熱発生量の割合を示したものである。

図１４には、本実施形態の燃焼特性Ｔ２を示すとともに、比較のために従来の一般的な燃焼特性Ｔ２’を併記している。特性Ｔ２’と比較して、特性Ｔ２の顕著な特徴として、前期主燃焼期間θ_１において傾きの緩やかな棚部Ｔ２ａを有している点、および後期主燃焼期間θ_２において最大熱発生率の極大値が大きくなっている点である。この二点が後期重心型燃焼を特徴づけるものとなっている。これらの特徴によって、横軸と特性Ｔ２とで囲まれる略三角形の図形の重心が、特性Ｔ２’のものよりも後期寄り（クランク角の大きい側）にある。これが「後期重心型燃焼」の名称の由来となっている。

棚部Ｔ２ａについて説明すると、これは、初期燃焼期間θ_０から前期主燃焼期間θ_１に移行後、熱発生率の増大率が一時的に低下していることを示している。これは隘路２７４による絞り効果によって、前期主燃焼期間θ_１での燃焼速度が比較的低くなったからであると考えられる。

その後、後期主燃焼期間θ_２において最大熱発生率の極大値が大きくなっている点については、比較的多く残留した未燃燃料が、充分な容積が確保された吸気エリア２７１および排気エリア２７２で高速で燃焼したためであると考えられる。

このように、本実施形態の燃焼室構造によれば、簡単な構造で後期重心型燃焼を容易に行わせることができる。そして上述のように、後期重心型燃焼を行わせることにより、
耐ノッキング性能を向上させ、実用上有効に圧縮比を高めることができる。本願発明者は、例えば従来構造と同程度の耐ノッキング性能を確保した場合、圧縮比を０．５以上高めることができることを確認した。そして圧縮比を高めることにより燃焼効率を高め、燃費を向上させることができる。

後期重心型燃焼によって筒内圧力が急速に高められるので、ピストン２６は、大きな力で押し下げられる。しかも、本実施形態においては、ピストン２６がオフセットクランク機構を構成しているので、ピストン２６を押し下げる力が大きく高められた状態でコンロッド２５等を介してクランクシャフト２１を回転させる。

続く排気行程では、排気バルブ３１が開くとともにピストン２６が上昇に転じる。ピストン２６の上昇によって既燃ガス（排ガス）が排気ポート２９から押し出され、排出される。

以上の説明で明らかなように、本実施形態の燃焼室構造は、オイル希釈を効果的に抑制するとともに、後期重心型燃焼を行わせることによって実用上有効に圧縮比を高めることができる。特に急傾斜壁面２３１や、その下端部である天井壁下端周縁部２３２は、何れの作用効果を得るためにも重要な役割を果たす構成要素となっている。換言すれば、急傾斜壁面２３１や天井壁下端周縁部２３２という簡単な構造を用いることにより、オイル希釈の抑制と圧縮比の向上とを同時に可能にしている。

以上説明したように、本実施形態においては、燃焼室２７を形成するシリンダヘッド２３と、このシリンダヘッド２３の下面に上面を接合させて合わせ面ＳＬとし、且つ前記燃焼室２７と連通する気筒（シリンダボア）２４を形成するシリンダブロック２２と、この気筒２４内を往復動するピストン２６と、このピストン２６に連結されたクランクシャフト２１とを備え、正転時の前記クランクシャフト２１が時計方向に回転する方向に見えるクランクシャフト２１の一端側から見て、前記シリンダボア中心線ＣＬがクランクシャフト２１の中心Ｏに対して右側にオフセットしたエンジン１０であって、前記シリンダボア中心線ＣＬが、前記合わせ面ＳＬと垂直な垂直線ＬＮ１に対して上端側が左側に傾斜するように前記気筒２４を前記シリンダブロック２２に形成し、前記ピストン２６が往復動するストロークＳＴが前記気筒２４径よりも大きいロングストローク（ＳＴ／Ｄ＞１）に設定している。

このため本実施形態では、既存の燃焼室２７やクランクシャフト２１の構造に変更を加えることなく、専らシリンダブロック２２の仕様を僅かに変更するだけで容易にオフセットクランク機構を実現することが可能になるので、シリンダボア径Ｄに対してピストン２６ストロークＳＴ量が長く設定されたいわゆるロングストローク（ＳＴ／Ｄ＞１）仕様のオフセットクランク機構を廉価に製造することが可能になる。また、同じ傾斜角度αであっても、スケアストローク（ＳＴ／Ｄ＝１）やショートストローク（ＳＴ／Ｄ＜１）に設定された構成に比べ、オフセット量Ｓも大きくなるので、上死点付近の燃焼を有効に運動エネルギーとしてピストン２６に作用させることができ、より大きな運動エネルギーを得ることが可能になる。

また本実施形態では、前記シリンダボア中心線ＣＬは、当該合わせ面ＳＬとクランクシャフト２１の中心Ｏを通る垂直線ＬＮ１との交点Ａｐを通過するものである。このため本実施形態では、気筒２４の傾斜角度αを少なくしつつ、クランクシャフト２１の中心Ｏに対する右方向へのオフセット量Ｓを大きくすることができ、シリンダブロック２２の周辺形状の変更を最小限に留めつつ、所望のオフセット量Ｓを確保することが可能になる。

また本実施形態では、前記クランクシャフト２１の一端側から見て、燃焼室２７の天井部の左側に排気ポート２９が開口する排気エリア２７２と、燃焼室２７の天井部の右側に吸気ポート２８が開口する吸気エリア２７１とをそれぞれ設け、前記気筒２４の両側に排気側と吸気側のウォータジャケット２２ｃを形成し、排気側のウォータジャケット２２ｄは、吸気側よりも水量が多くなるように容量が設定されている。このため本実施形態では、排気側のウォータジャケット２２ｄの容量が多い分だけ、排気側の放熱性を向上させることができるとともに、吸気側においては、容量が少ないので、過冷却を防止することが可能になる。

また本実施形態では、前記排気側のウォータジャケット２２ｄは、吸気側のウォータジャケット２２ｃよりも、シリンダブロック２２上端からの深さが深く設定されている。このため本実施形態では、気筒２４の傾斜態様を利用して、容量の異なるウォータジャケット２２ｃ、２２ｄを容易に構成することが可能になる。

本実施形態は、シリンダボア中心線ＣＬが、当該合わせ面ＳＬとクランクシャフト２１の中心Ｏを通る垂直線ＬＮ１との交点Ａｐを通過した状態で前記垂直線ＬＮ１に対して上端側が左側に傾斜するように前記気筒２４を前記シリンダブロック２２に形成し、前記クランクシャフト２１の一端側から見て、燃焼室２７の天井部の左側に排気ポート２９が開口する排気エリア２７２と、燃焼室２７の天井部の右側に吸気ポート２８が開口する吸気エリア２７１とをそれぞれ設け、前記気筒２４の両側に排気側と吸気側のウォータジャケット２２ｃ、２２ｄを形成し、排気側のウォータジャケット２２ｄは、シリンダブロック上端からの深さが深く設定されている。このため本実施形態では、気筒２４の傾斜態様を利用して、容量の異なるウォータジャケット２２ｃ、２２ｄを容易に構成することが可能になるので、排気側のウォータジャケット２２ｄの容量が多い分だけ、排気側の放熱性を向上させることができるとともに、吸気側においては、容量が少ないので、過冷却を防止することが可能になる。

また本実施形態では、ピストン２６裏面の排気側に噴射方向が指向するオイルジェット２２１を備えている。このため本実施形態では、排気側の放熱性が一層向上する。

また本実施形態は、シリンダボア中心線ＣＬが、前記合わせ面ＳＬと垂直な垂直線ＬＮ１に対して上端側が左側に傾斜するように前記気筒２４を前記シリンダブロック２２に形成し、前記クランクシャフト２１の一端側から見て、ペントルーフ状の燃焼室２７の天井部の左側に排気ポート２９が開口する排気エリア２７２と、ペントルーフ状の燃焼室２７の天井部の右側に吸気ポート２８が開口する吸気エリア２７１と、燃焼室２７の中央部分に点火プラグ３４の電極３４ａが開口する電極エリア２７０とをそれぞれ設け、前記ピストン２６の冠面２６０には、当該ピストン２６が上死点にあるときに前記電極エリア２７０と吸気エリア２７１および排気エリア２７２との間に環状の隘路２７４を形成する隆起部２６１、連続部２６２が形成されている。このため本実施形態では、シリンダボア中心線ＣＬが、前記合わせ面ＳＬと垂直な垂直線ＬＮ１に対して上端側が左側に傾斜するように前記気筒２４を前記シリンダブロック２２に形成しているとともに、ピストン２６が上死点にあるときに前記電極エリア２７０と吸気エリア２７１および排気エリア２７２との間に環状の隘路２７４を形成する隆起部２６１、連続部２６２がピストン２６の冠面２６０に形成されているので、前期主燃焼期間においては、点火プラグ３４の電極３４ａ付近に生成された火炎面が隘路２７４によってピストン２６周縁へ肥大することが抑制される結果、未燃燃料の過早着火が効果的に抑制されることになる。このため筒内圧力や温度の上昇も抑制されて、高い耐ノッキング性能を得ることが可能になる。他方、後期主燃焼期間においては、火炎面が隘路２７４を経て吸気エリア２７１および排気エリア２７２に達するので、火炎伝播が速やかに進行し、吸気エリア２７１並びに排気エリア２７２において火炎が成長する結果、燃焼速度が高くなる。この結果、燃え残りを核とする自着火を抑制することができるので、やはり耐ノッキング性能を高めることができ、燃焼全体としての主燃焼期間を殆ど延ばすことなく、効果的にノッキングを抑制することができる。このように前期主燃焼期間では比較的低速の燃焼が行われ、後期主燃焼期間では比較的高速の燃焼が行われるので、オフセットクランク機構を構成しつつ、後期重心型燃焼を容易に実現することが可能になり、ペントルーフ形状の燃焼室２７天井面を採用していることと相俟って、極めて高い圧縮比の燃焼室２７構造を実用化可能になっている。

また本実施形態では、前記燃焼室２７の天井部は、傾斜の等しいペントルーフ形状に形成されている。このため本実施形態では、球状に拡がった火炎面を全周にわたって均等に伝播させることができるので、前期主燃焼期間においては隘路２７４による過燃焼抑制効果を、後期燃焼期間においては、環状面に形成される外周燃焼エリアでの急速燃焼効果を均等に奏することができる。

また本実施形態では、前記ピストン２６の冠面２６０は、シリンダボア中心線ＣＬに直交している。このため本実施形態では、燃焼室２７の天井面からピストン２６の冠面２６０までの距離は、排気側が大きくなるので、より、後期重心型燃焼を促進することが可能になる。

また、本実施形態においては、燃焼室２７周縁部における吸気側に、複数の噴口３２ａを有するマルチホール型インジェクタ３２を設け、このマルチホール型インジェクタ３２の一部の噴口３２ａは前記吸気エリア２７１に近いピストン２６の冠面２６０に向けて燃料を噴射し、別の噴口３２ａは前記点火プラグ３４の電極３４ａ付近に向けて燃料を噴射するように噴射方向を設定し、少なくとも低負荷運転領域において前記マルチホール型インジェクタ３２から圧縮行程後半に燃料を噴射するように燃料噴射時期を設定されている。このため本実施形態では、噴射された燃料の噴霧は、ピストン２６の上昇に伴ってタンブルとしての渦流Ｖ１〜Ｖ３を形成する。この渦流Ｖ１〜Ｖ３は、電極３４ａを境にして、吸気側と排気側との両側に生成され、クランクシャフト２１と平行な軸回りで対称形に燃焼室２７内の混合気を電極３４ａに指向させる一対の主渦流Ｖ２、Ｖ３と、容積が狭くなった吸気エリア２７１で生成される反時計回り（正転時の前記クランクシャフト２１が時計方向に回転する方向に見えるクランクシャフト２１の一端側から見て反時計回り）の副渦流Ｖ１である。ここで、両主渦流Ｖ２、Ｖ３の運動エネルギーが等しい場合には、ピストン２６の冠面２６０に向けて噴射された噴霧が効率よく点火プラグ３４の電極３４ａに滞留する。しかし、マルチホール型インジェクタ３２は、吸気側に配置されていることから、両主渦流Ｖ２、Ｖ３のうち、排気側は弱く、吸気側は強くなる傾向がある。ここで、本実施形態では、気筒２４が斜めに形成されたオフセットクランク機構を採用しているとともに、ピストン２６の冠面２６０がシリンダボア中心線ＣＬに直交しているので、吸気エリア２７１に生成された副渦流Ｖ１は、吸気側の主渦流Ｖ２、Ｖ３を相殺する作用を奏する結果、排気側の主渦流Ｖ２、Ｖ３と吸気側の主渦流Ｖ２、Ｖ３とが概ね均衡した運動エネルギーで噴霧を点火プラグ３４回りに集めることになる。この結果、両主渦流Ｖ２、Ｖ３が互いに反対方向に流れて互いの運動エネルギーを相殺することと相俟って、比較的弱く均等な運動エネルギーでピストン２６側の噴霧Ｆｄ〜Ｆｆが点火プラグ３４に集められる結果、点火プラグ３４回りには、リッチな混合気が滞留し続けることとなり、図１２で説明したように、点火タイミングを相当リタードさせたとしても、良好な成層燃焼特性を得ることが可能になる。従って、成層ロバスト性も大幅に上昇する。

また本実施形態では、前記ピストン２６の冠面２６０を略平坦面に形成している。このため本実施形態では、圧縮比を高めることが可能になる。

また本実施形態では、前記ピストン２６の冠面２６０の、前記吸気ポート２８が開口する吸気エリア２７１に近い部分に、浅い卵形凹部２６４を設けている。このため本実施形態では、少なくとも低負荷運転領域において生成される副渦流Ｖ１の運動エネルギーをこの卵形凹部２６４によって一層高めることが可能になるので、排気側の主渦流Ｖ２、Ｖ３の運動エネルギーを相対的に高くし、点火時のピストン２６への燃料噴霧Ｆｄ〜Ｆｆをより効率よく電極３４ａに滞留させることが可能になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲内で種々の変形を行ってもよい。

例えば上記各実施形態は、本発明を４サイクルエンジンに適用した場合を示しているが、それ以外の、例えば２サイクルエンジンに適用してもよい。

噴口３２ａの数は、６個に限定するものではない。電極３４ａ方向に指向する少なくとも１個の噴口３２ａがあれば良く、６個以外の複数個、或いは１個であってもよい。

その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施の一形態に係る往復動ピストン式の火花点火式直噴ガソリンエンジンの構造を示す断面略図である。 本発明の実施の一形態に係る往復動ピストン式の火花点火式直噴ガソリンエンジンの構造を示す断面略図である。 同エンジンの模式図である。 クランク角度に対するピストンの速度を表わすグラフである。 本実施形態に係る燃焼室を示す図２の要部拡大図である。 本実施形態に係る燃焼室の底面図である。 本実施形態のピストンを示すものであり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。 本実施形態に係るマルチホール型インジェクタの先端部の拡大断面図である。 同マルチホール型インジェクタから噴射される燃料噴霧の方向を示す図であり、マルチホール型インジェクタの軸芯から燃料の噴射方向を見たとき、マルチホール型インジェクタの噴口が向けられている角度を示す図である。 本実施形態に係るエンジンの運転領域を示す特性図である。 本実施形態における燃焼室内の流れをシミュレーションした結果を示すグラフである。 本実施形態に係る成層ロバスト性の向上を示す特性図であり、（Ａ）は本実施形態によるもの、（Ｂ）は従来技術によるものである。 本実施形態の後期重心型燃焼における燃焼特性を示す特性図である。 図１３に示す燃焼特性を別の視点から表した特性図である。

符号の説明

１０ 火花点火式直噴ガソリンエンジン
２１ クランクシャフト
２２ シリンダブロック
２２ａ メインギャラリ
２２ｂ サブギャラリ
２２ｃ ウォータジャケット
２２ｄ ウォータジャケット
２３ シリンダヘッド
２４ 気筒（シリンダボア）
２６ ピストン
２７ 燃焼室
２８ 吸気ポート
２９ 排気ポート
３２ マルチホール型インジェクタ
３２ａ 噴口
３４ 点火プラグ
３４ａ 電極
２３１ 急傾斜壁面
２６０ 冠面
２６１ 隆起部（凸部）
２６２ 連続部（凸部の排気側部位）
２６３ 周縁側凹部
２６４ 卵形凹部（中央側凹部）
２７０ 電極エリア
２７１ 吸気エリア
２７２ 排気エリア
２７４ 隘路
ＣＬ シリンダボア中心線
Ｆａ〜Ｆｆ 燃料噴霧
ＬＮ１ 鉛直線
Ｏ 回転中心
Ｓ オフセット量
ＳＬ 合わせ面
ＳＰ 点火点
Ｖ１〜Ｖ３ 渦流

Claims (7)

1. 燃焼室を形成するシリンダヘッドと、このシリンダヘッドの下面に上面を接合させて合わせ面とし、且つ前記燃焼室と連通するシリンダボアを形成するシリンダブロックと、このシリンダボア内を往復動するピストンと、このピストンに連結されたクランクシャフトとを備え、正転時の前記クランクシャフトが時計方向に回転する方向に見えるクランクシャフト一端側から見て、前記シリンダボアの中心線がクランクシャフトの中心に対して右側にオフセットした往復動ピストン型のエンジンであって、
   前記シリンダボアの中心線が、前記合わせ面と垂直な垂直線に対して上端側が左側に傾斜するように前記シリンダボアを前記シリンダブロックに形成し、
   前記クランクシャフト一端側から見て、ペントルーフ状の燃焼室天井壁の左側に排気ポートが開口する排気エリアと、ペントルーフ状の燃焼室天井壁の右側に吸気ポートが開口する吸気エリアと、燃焼室の中央部分に点火プラグの電極が開口する電極エリアとをそれぞれ設け、
   前記ピストンの冠面には、当該ピストンが上死点にあるときに前記電極エリアと吸気エリアおよび排気エリアとの間に環状の隘路を形成する凸部が形成され、該凸部の外側および内側に、相対的に没入した周縁側凹部および中央側凹部がそれぞれ形成され、前記周縁側凹部と燃焼室天井壁との間に前記吸気エリアおよび排気エリアが形成され、前記中央側凹部と燃焼室天井壁との間に前記電極エリアが形成され、前記凸部の排気側部位と燃焼室天井壁との間に形成される隘路が、他の部位の隘路に対し最も狭い間隙となるように前記凸部が形成されていることを特徴とする往復動ピストン型エンジン。
   
2. 請求項１記載の往復動ピストン型エンジンにおいて、
   前記燃焼室天井壁は、傾斜の等しいペントルーフ形状に形成されていることを特徴とする往復動ピストン型エンジン。
3. 請求項１または２記載の往復動ピストン型エンジンにおいて、
   前記ピストン冠面は、シリンダボアの中心線に直交していることを特徴とする往復動ピストン型エンジン。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載の往復動ピストン型エンジンにおいて、
   前記シリンダボアの中心線は、当該合わせ面とクランクシャフトの中心を通る垂直線との交点を通過するものであることを特徴とする往復動ピストン型エンジン。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の往復動ピストン型エンジンにおいて、
   前記シリンダボアの両側に排気側と吸気側のウォータジャケットを形成し、排気側のウォータジャケットは、吸気側よりも水量が多くなるように容量が設定されていることを特徴とする往復動ピストン型エンジン。
6. 請求項５記載の往復動ピストン型エンジンにおいて、
   前記排気側のウォータジャケットは、吸気側のウォータジャケットよりもシリンダブロック上端からの深さが深く設定されていることを特徴とする往復動ピストン型エンジン。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載の往復動ピストン型エンジンにおいて、
   ピストン裏面の排気側に噴射方向が指向するオイルジェットを備えていることを特徴とする往復動ピストン型エンジン。

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