JP6056841B2 - 直噴エンジンの燃焼室構造 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、直噴エンジンの燃焼室構造に関する。

特許文献１には、冷却損失を低減することによってエンジンの熱効率を高める技術が開示されている。具体的には、吸気にオゾンを添加することによって燃焼を早め、それにより、燃焼室を区画する壁面まで到達する火炎を抑制している。壁面まで到達する火炎が抑制されることによって壁面に伝達する熱が低減されるので、冷却損失が低減される。

特許文献２には、ペントルーフ型の燃焼室構造が開示されている。このペントルーフ型の燃焼室構造では、シリンダヘッドの天井部が稜線で連結された２つの斜面を有するように形成されており、一方の斜面に吸気ポートの開口部が設けられ、他方の斜面に排気ポートの開口部が設けられている。これにより、比較的大きな吸排気バルブ径を確保しつつ、燃焼室容積を小さくしている。

特開２０１３−１９４７１２号公報 特開２００７−１００５４９号公報

特許文献２に係る直噴エンジンでは、シリンダヘッドの天井部に対応させて、ピストンの頂面も凸状に形成している。そのため、ピストンが上死点に位置するときには、シリンダヘッドの天井部とピストンのキャビディとで主燃焼室が形成される一方、シリンダヘッドの天井部とピストンの頂面との間にスキッシュエリアが形成される。こうして、比較的大きなスキッシュエリアが形成されるようになると、スキッシュ流が燃料噴霧及び混合気に与える影響も大きくなる。例えば、キャビティにおいてスキッシュ流に起因して発生する下降流が大きくなる場合には、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧がキャビティの底面へ押し付けられ、冷却損失が増大する虞がある。

ここに開示する技術は、か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、スキッシュ流による冷却損失の増大を防止することにある。

ここに開示された直噴エンジンの燃焼室構造は、谷部で連結された２つの斜面を含む天井部を有し、ペントルーフ型の燃焼室の一部を区画するシリンダヘッドと、稜部で連結され、前記天井部の２つの斜面と対向する２つの斜面を含む頂面を有しかつ、前記頂面が前記天井部に対応して隆起している、シリンダに内挿されるピストンと、前記天井部の谷部に設けられた燃料噴射弁とを備え、前記頂面には、凹陥するキャビティが前記稜部を横切って前記２つの斜面に亘って形成され、前記稜部は、前記天井部の前記谷部が伸びる方向において、前記キャビティを挟んだ一側の稜部と他側の稜部とに分割され、前記一側の稜部と前記谷部との間、及び、前記他側の稜部と前記谷部との間には稜部スキッシュエリアが形成され、前記ピストンの２つの斜面と前記天井部の２つの斜面との間には斜面スキッシュエリアが形成され、前記一側の稜部における前記キャビティの開口縁、及び、前記他側の稜部における前記キャビティの開口縁は共に、前記谷部が伸びる方向に直交する方向において、前記ピストンの前記２つの斜面における前記キャビティの開口縁よりも高い位置にあり、前記稜部スキッシュエリアのスキッシュ流は、前記斜面スキッシュエリアのスキッシュ流よりも高い位置から前記キャビティ内に流入し、前記頂面は、前記ピストンの側周面と前記一側の稜部との間、及び、前記ピストンの側周面と前記他側の稜部との間のそれぞれに設けられ、該稜部に向かうにつれて前記キャビティに近づくように傾斜しながら該側周面と該稜部とを繋ぐテーパ面をさらに含み、前記天井部のうち前記テーパ面と対向する部分である対向部は、該テーパ面との間に、前記稜部スキッシュエリアにつながるテーパスキッシュエリアを形成するように傾斜しており、前記テーパ面と前記対向部との間隔は、前記ピストンの側周面側の部分に比べて、前記稜部側の部分の方が広くなっている。尚、テーパ面と対向部との間隔とは、テーパ面と対向部との、テーパ面の法線方向への距離を意味する。

この構成によれば、ピストンの稜部とシリンダヘッドの谷部との間にスキッシュエリアが形成される。このスキッシュエリアにおいて発生したスキッシュ流は、稜部と谷部との隙間を通って、ピストンの頂面に形成されたキャビティ内に流入する。このスキッシュ流は、比較的高い位置からキャビティ内に流入する。仮に、このスキッシュ流が強いと、キャビティを挟んで一方側の稜部と谷部との隙間からのスキッシュ流と、他方側の稜部と稜部との隙間からのスキッシュ流とが、キャビティ内の比較的高い位置で衝突し、下降流に変わる。その結果、スキッシュ流は、燃料噴霧及び混合気をキャビティの底面に押し付ける流れとなる。特に、シリンダヘッドの谷部には燃料噴射弁が設けられているので、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧がこのスキッシュ流に起因する下降流に乗ると、キャビティの底面へ到達しやすくなってしまう。

ここで、稜部は、ピストンの側周面に直接繋がっているわけではなく、テーパ面を介して側周面に繋がっている。テーパ面は、稜部に向かうにつれてキャビティに近づくように傾斜している。一方、シリンダヘッドの天井部のうちテーパ面と対向する対向部も、テーパ面と同様に傾斜している。こうして、テーパ面と対向部と間にもスキッシュエリアが形成される。

テーパ面及び対向部は、シリンダの軸心を中心として稜部及び谷部よりも半径方向外側に位置しているので、稜部と谷部との隙間を通ってキャビティに流入するスキッシュ流には、テーパ面と対向部との隙間で発生するスキッシュ流も含まれる。詳しくは、圧縮行程においてピストンが上昇すると、ピストンのテーパ面とシリンダヘッドの対向部との間隔、及びピストンの稜部とシリンダヘッドの谷部との間隔は徐々に小さくなっていく。しだいにそれらの間隔が小さくなり、スキッシュ流が発生し始める。半径方向外側にはシリンダの内周面等が存在するので、スキッシュ流は半径方向外側には行き場がない。一方、半径方向内側には相対的に大きな容積を有するキャビティが存在するので、スキッシュ流は、キャビティの方へ向かう流れとなる。こうして、テーパ面と対向部とで押し出された空気は、稜部と谷部との隙間へ流入し、その空気は、さらに稜部と谷部とによって押し出されてキャビティ内へ流入する。

ここで、テーパ面と対向部との間で発生したスキッシュ流が強いと、必然的に、稜部と谷部との隙間を通ってキャビティへ流入するスキッシュ流も強くなる。それに対し、前記の構成によれば、テーパ面と対向部との間隔は、ピストンの側周面側の部分に比べて、稜部側の部分の方が広くなっているので、テーパ面と対向部との間で発生するスキッシュ流を弱めることができる。詳しくは、テーパ面は、ピストンの側周面から稜部に向かうにつれてキャビティに近づくように、即ち、シリンダの軸心に近づくように傾斜している。そのため、テーパ面と対向部と間に形成されるスペースの円周方向の寸法は、稜部に近づくにつれて、小さくなる。仮に、テーパ面と対向部との間隔がピストンの側周面から稜部に向かって一定であれば、該スペースの円周方向の寸法が稜部に向かって小さくなるので、該スペースの断面積も稜部に向かって小さくなる。その結果、テーパ面と対向部との隙間で発生するスキッシュ流の流速は、稜部に向かってしだいに速くなってしまう。それに対し、テーパ面と対向部との間隔は、ピストンの側周面側の部分に比べて稜部側の部分の方が広くなっているので、スペースの断面積の縮小を抑制でき、ひいては、稜部へ向かうスキッシュ流の流速の上昇を抑制することができる。

こうして、テーパ面と対向部との隙間から稜部と谷部との隙間へ向かうスキッシュ流を弱めることによって、稜部と谷部との隙間からキャビティへ流入するスキッシュ流も弱めることができる。これにより、谷部と稜部との隙間からのスキッシュ流に起因するキャビティ内における下降流を低減することができ、キャビティの底面に到達する燃料噴霧及び混合気を低減することができる。その結果、スキッシュ流による冷却損失の増大を防止することができる。

また、前記テーパ面は、前記ピストンの側周面と前記稜部との間の屈曲部において屈曲しており、前記テーパ面のうち前記屈曲部よりも前記ピストンの側周面側に位置する第１テーパ面の、前記シリンダの軸心に対する傾斜角は、該屈曲部よりも前記稜部側に位置する第２テーパ面の、前記シリンダの軸心に対する傾斜角よりも小さく、前記第２テーパ面と前記対向部との間隔は、前記第１テーパ面と前記対向部との間隔よりも広くなっていてもよい。

この構成によれば、少なくとも、第２テーパ面と対向部との間隔は、第１テーパ面と対向部との間隔よりも広くなっているので、第１テーパ面と対向部との隙間で発生したスキッシュ流が第２テーパ面と対向部との隙間へ流入するときのスキッシュ流の流速の上昇が抑制される。それに加えて、テーパ面と対向部との間の隙間も屈曲することになるので、スキッシュ流が第１テーパ面と対向部との隙間から第２テーパ面と対向部との隙間へ流入する際に屈曲部において減衰する。これによっても、テーパ面と対向部との隙間から稜部と谷部との隙間へ向かうスキッシュ流を弱めることができる。

さらに、前記稜部と前記谷部との間隔は、前記テーパ面と前記対向部との間隔よりも広くてもよい。

この構成によれば、テーパ面と対向部との隙間で発生したスキッシュ流が稜部と谷部との隙間へ流入する際のスキッシュ流の流速の上昇も抑制することができる。また、稜部と谷部との間隔が大きいと、稜部と谷部との隙間で発生するスキッシュ流自体も弱くなる。

さらに、幾何学的圧縮比は、１５以上に設定されていてもよい。

このように幾何学的圧縮比が大きなエンジンにおいては、スキッシュエリアが比較的大きく、キャビティが比較的小さくなり、その結果、燃料噴霧及び混合気に与えるスキッシュ流の影響が比較的大きくなる傾向にある。そのため、前述の構成が特に有効となる。

前記の直噴エンジンの燃焼室構造によると、スキッシュ流による冷却損失の増大を防止することができる。

実施形態１に係るエンジンの構成を示す概略図である。 燃焼室の構成を示す、エンジン出力軸方向の縦断面図である。 ピストンの頂面形状を示す斜視図である。 図３のIV−IV線に相当する燃焼室の縦断面図である。 図３のＶ−Ｖ線に相当する燃焼室の縦断面図である。 狭いスキッシュエリアを有する燃焼室の図４に相当する縦断面図である。 図３のIV−IV線における稜部スキッシュエリア及びテーパスキッシュエリアを示す燃焼室の拡大縦断面図である。 ピストンが上死点に位置するときのスキッシュエリアの断面形状を示し、（Ａ）は、第１テーパ面（図７の（Ａ）点）におけるテーパスキッシュエリアの断面を、（Ｂ）は、第２テーパ面（図７の（Ｂ）点）におけるテーパスキッシュエリアの断面を、（Ｃ）は、稜部（図７の（Ｃ）点）における稜部スキッシュエリアの断面を示す。 シリンダの軸心からの半径方向への距離に対する、スキッシュエリアの断面積の関係を示すグラフである。 実施形態２における、図３のIV−IV線における稜部スキッシュエリア及びテーパスキッシュエリアを示す燃焼室の拡大縦断面図である。 ピストンが上死点に位置するときの、稜部（図１０の（Ｄ）点）における稜部スキッシュエリアの断面形状を示す図である。 シリンダの軸心からの半径方向への距離に対する、スキッシュエリアの断面積の関係を示すグラフである。 その他の実施形態に係るピストンの頂面形状を示す斜視図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明は例示である。

《実施形態１》
図１は、実施形態１に係るエンジン１の構成を示している。エンジン１のクランクシャフト１５は、図示しないが、変速機を介して駆動輪に連結されている。エンジン１の出力が駆動輪に伝達されることによって、車両が推進する。ここで、エンジン１の燃料は、本実施形態ではガソリンであるが、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよく、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。

エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えており、シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１が形成されている（図１では、１つのみ示す）。エンジン１は、多気筒エンジンである。シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の内部には、図示は省略するが冷却水が流れるウォータージャケットが形成されている。各シリンダ１１内には、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されたピストン１６が摺動自在に嵌挿されている。ピストン１６は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画している。

本実施形態では、燃焼室１７の天井部１３０（シリンダヘッド１３の下面）は、吸気ポート１８の開口部１８０が設けられかつ、シリンダ１１の中央に向かって登り勾配となった吸気側斜面１３１と、排気ポート１９の開口部１９０が設けられかつ、シリンダ１１の中央に向かって登り勾配となった排気側斜面１３２と、吸気側斜面１３１と排気側斜面１３２とを連結する谷部１３３とを備えている。燃焼室１７は、ペントルーフ型の燃焼室である。尚、谷部１３３は、ペントルーフの稜部であり、シリンダ１１のボア中心（軸心）を通る場合、及び通らない場合の両方があり得る。

また、ピストン１６の頂面１６０は、天井部１３０の吸気側斜面１３１及び排気側斜面１３２に対応するように三角屋根状に隆起している。具体的には、頂面１６０は、吸気側においてピストン１６の中央に向かって登り勾配となった吸気側斜面１６１と、排気側においてピストン１６の中央に向かって登り勾配となった排気側斜面１６２と、吸気側斜面１６１と排気側斜面１６２とを連結する稜部１６３（図３参照）とを有する。吸気側斜面１６１は、吸気側斜面１３１と対向し、排気側斜面１６２は、排気側斜面１３２と対向する。稜部１６３は、谷部１３３と対向している。これにより、このエンジン１の幾何学的圧縮比は、１５以上の高い圧縮比に設定されている。また、ピストン１６の頂面１６０には、凹状のキャビティ１６４が形成されている。ピストン１６の頂面１６０の形状については、後で詳述する。

図１には１つのみ示すが、シリンダ１１毎に２つの吸気ポート１８がシリンダヘッド１３に形成されている。吸気ポート１８の開口部１８０は、シリンダヘッド１３の吸気側斜面１３１に、エンジン出力軸（つまり、クランクシャフト１５）の方向に並んで設けられ、吸気ポート１８は、この開口部１８０を通じて燃焼室１７に連通している。２つの吸気ポート１８の開口部１８０は、シリンダ１１のボア中心に対して対称に配設されていると共に、吸気ポート１８のスロート部の軸線は、シリンダ１１のボア中心に対して対称となるように設けられている。同様に、シリンダ１１毎に２つの排気ポート１９がシリンダヘッド１３に形成されている。排気ポート１９の開口部１９０は、シリンダヘッド１３の排気側斜面１３２に、エンジン出力軸の方向に並んで設けられ、排気ポート１９は、この開口部１９０を通じて燃焼室１７に連通している。２つの排気ポート１９の開口部１９０は、シリンダ１１のボア中心に対して対称に配設されている。

吸気ポート１８は、吸気通路１８１に接続されている。吸気通路１８１には、図示は省略するが、吸気流量を調節するスロットル弁が介設されている。排気ポート１９は、排気通路１９１に接続されている。排気通路１９１には、図示は省略するが、１つ以上の触媒コンバータを有する排気ガス浄化システムが配設されている。触媒コンバータは、三元触媒を含む。

シリンダヘッド１３には、吸気弁２１及び排気弁２２が、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を燃焼室１７から遮断（閉）することができるように配設されている。吸気弁２１は吸気弁駆動機構により、排気弁２２は排気弁駆動機構により、それぞれ駆動される。吸気弁２１及び排気弁２２は所定のタイミングで往復動して、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉し、シリンダ１１内のガス交換を行う。吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、図示は省略するが、それぞれ、クランクシャフト１５に駆動連結された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを有し、これらのカムシャフトはクランクシャフト１５の回転と同期して回転する。吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、この例では、吸気カムシャフトの位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式又は電動式の位相可変機構（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）２３、２４を、少なくとも含んで構成されている。尚、吸気弁駆動機構及び／又は排気弁駆動機構は、ＶＶＴ２３、２４と共に、弁リフト量を変更可能なリフト可変機構を備えるようにしてもよい。リフト可変機構は、リフト量を連続的に変更可能なＣＶＶＬ（Continuous Variable Valve Lift）としてもよい。尚、吸気弁２１及び排気弁２２を駆動する動弁機構は、どのようなものであってもよく、例えば油圧式や電磁式の駆動機構を採用してもよい。

シリンダヘッド１３には、燃焼室１７内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁６が取り付けられている。つまり、エンジン１は、直噴エンジンである。燃料噴射弁６は、天井部１３０の谷部１３３に設けられ、図２に示すように、シリンダ１１のボア中心に対して、エンジン出力軸方向の一側（図２における紙面左側であり、これは、この実施形態ではエンジン１において反トランスミッション側の、いわゆるエンジン前側に相当する）に、ずれて配設されている。燃料噴射弁６はまた、その噴射軸心が、シリンダ１１の軸心に沿うように配設されて、噴口が、燃焼室１７内に臨んでいる。燃料噴射弁６は、キャビティ１６４に対向するように設けられている。燃料噴射弁６は、このキャビティ１６４内に向かって、燃料を噴射する。

燃料噴射弁６は、詳細は後述するが、図２に概念的に示すように、燃焼室１７内（つまり、キャビティ１６４内）に、（可燃）混合気層と、その周囲の断熱ガス層とが形成可能に構成されている。燃料噴射弁６は、例えば外開弁式の燃料噴射弁としてもよい。外開弁式の燃料噴射弁は、リフト量を調整することにより、噴射する燃料噴霧の粒径を変更することが可能である。本願出願人が先に出願した特願２０１３−２４２５９７号に開示しているように、この外開弁式の燃料噴射弁の特性を利用して、多段噴射を基本とした燃料噴射態様を、適宜制御することにより、燃料噴霧の進行方向への飛散距離及び燃料噴霧の噴射軸心に対する広がりを調整することができるため、圧縮上死点付近のタイミングで燃料を噴射することにより、キャビティ１６４の中央部に混合気層を、その外周囲に断熱ガス層を形成することが可能である。また、外開弁式の燃料噴射弁に限らず、ＶＯＣ（Valve Covered Orifice）ノズルタイプのインジェクタも、ノズル口に発生するキャビテーションの度合い調整することにより、噴口の有効断面積を変更して、噴射する燃料噴霧の粒径を変更することが可能である。従って、外開弁式の燃料噴射弁と同様に、圧縮上死点付近のタイミングで噴射する燃料噴霧の進行方向への飛散距離及び燃料噴霧の噴射軸心に対する広がりを調整することにより、キャビティ１６４内の中央部に混合気層を、その外周囲に断熱ガス層を形成することが可能である。

また、ヒータによって所定の温度まで加熱した燃料を、高圧雰囲気の燃焼室１７内に噴射することにより、燃料を超臨界状態とすることによっても、キャビティ１６４内の中央部に混合気層を、その外周囲に断熱ガス層を形成することが可能である。この技術は、燃焼室１７内に噴射した燃料を瞬時に気化させることによって燃料噴霧のペネトレーションが短くなり、図２に示すように、キャビティ１６４内における燃料噴射弁６の近傍に、混合気層を形成するものである。尚、燃料噴射弁は、例えば複数の噴口を有するマルチホールタイプの燃料噴射弁において、燃料を加熱するヒータを備えて構成される。また、この構成以外の燃料噴射弁であってもよい。こうした燃料噴射弁の構成は、公知であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

シリンダヘッド１３には、点火プラグ７が取り付けられている。点火プラグ７は、図２に示すように、天井部１３０の谷部１３３に設けられ、シリンダ１１の軸心（ボア中心）Ｘに対してエンジン出力軸方向の他側（つまり、エンジン後側）にずれて配設されている。点火プラグ７は、先端が燃料噴射弁６に近づく方向に、シリンダ１１の軸線に対し傾いて配設されている。これにより、燃料噴射弁６と点火プラグ７とは、シリンダ１１のボア中心近傍に、互いに近接して配設される。

このエンジン１は、前述したように、幾何学的圧縮比εが１５以上に設定されている。幾何学的圧縮比は、４０以下とすればよく、特に２０以上３５以下が好ましい。エンジン１は圧縮比が高いほど膨張比も高くなる構成から、高圧縮比と同時に、比較的高い膨張比を有するエンジン１でもある。このエンジン１は、基本的には全運転領域でシリンダ１１内に噴射した燃料を圧縮着火により燃焼させるよう構成されており、高い幾何学的圧縮比は、圧縮着火燃焼を安定化する。

燃焼室１７は、シリンダ１１の内周面と、ピストン１６の頂面１６０と、シリンダヘッド１３の下面（天井部１３０）と、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッドの面と、によって区画形成されている。冷却損失を低減すべく、これらの区画面に、遮熱層を設けることによって、燃焼室１７が遮熱化されている。遮熱層は、これらの区画面の全てに設けてもよいし、これらの区画面の一部に設けてもよい。また、燃焼室１７を直接区画する壁面ではないが、吸気ポート１８や排気ポート１９における、燃焼室１７の天井部１３０側の開口近傍のポート壁面に遮熱層を設けてもよい。

これらの遮熱層は、燃焼室１７内の燃焼ガスの熱が、区画面を通じて放出されることを抑制するため、燃焼室１７を構成する金属製の母材よりも熱伝導率が低く設定される。

また、遮熱層は、冷却損失を低減する上で、母材よりも容積比熱が小さいことが好ましい。つまり、遮熱層の熱容量を小さくして、燃焼室１７の区画面の温度が、燃焼室１７内のガス温度の変動に追従して変化するようにすることが好ましい。

前記遮熱層は、例えば、母材上にＺｒＯ_２等のセラミック材料をプラズマ溶射によってコーティングして形成すればよい。このセラミック材料の中には、多数の気孔を含んでいてもよい。このようにすれば、遮熱層の熱伝導率及び容積比熱をより低くすることができる。

本実施形態では、前記の燃焼室の遮熱構造に加えて、シリンダ１１内（つまり、燃焼室１７内）においてガス層による断熱層を形成することで、冷却損失を大幅に低減するようにしている。

具体的には、燃焼室１７内の外周部に新気を含むガス層が形成されかつ中心部に混合気層が形成されるように、圧縮行程以降において燃料噴射弁６の噴射先端からキャビティ１６４内に燃料を噴射させることにより、図２に示すように、燃料噴射弁６の近傍の、キャビティ１６４内の中心部に混合気層が形成されかつ、その周囲に新気を含むガス層が形成されるという、成層化が実現する。尚、ここでいう混合気層は、可燃混合気によって構成及び形成される層であり、可燃混合気は、例えば当量比φ＝０．１以上の混合気としてもよい。ガス層は、新気のみであってもよく、新気に加えて、既燃ガス（ＥＧＲガス）を含んでいてもよい。尚、ガス層に少量の燃料が混じっても問題はなく、ガス層が断熱層の役割を果たせるように混合気層よりも燃料リーンであればよい。

前記のようにガス層と混合気層とが形成された状態で燃料が圧縮着火燃焼すれば、混合気層とシリンダ１１の壁面との間のガス層により、混合気層の火炎のシリンダ１１の壁面への接触が抑制され、そのガス層が断熱層となって、シリンダ１１の壁面からの熱の放出を抑えることができるようになる。この結果、冷却損失を大幅に低減することができる。

尚、冷却損失を低減させるだけでは、その冷却損失の低減分が排気損失に転換されて図示熱効率の向上にはあまり寄与しないところ、このエンジン１では、高圧縮比化に伴う高膨張比化によって、冷却損失の低減分に相当する燃焼ガスのエネルギを、機械仕事に効率よく変換している。すなわち、エンジン１は、冷却損失及び排気損失を共に低減させる構成を採用することによって、図示熱効率を大幅に向上させているということができる。

このような混合気層とガス層とを燃焼室１７内に形成するために、燃料を噴射するタイミングにおいては、燃焼室１７内のガス流動は弱いことが望ましい。そのため、吸気ポートは、燃焼室１７内でスワールが生じない、又は、生じ難いようなストレート形状を有していると共に、タンブル流もできるだけ弱くなるように、構成されている。

次に、燃焼室を構成するピストン１６の頂面１６０の形状について、図を参照しながらさらに詳細に説明をする。図３は、ピストン１６の頂面１６０の形状を示す斜視図である。図３における紙面右手前が吸気側、紙面左奥が排気側であり、紙面左手前がエンジン出力軸方向の一側（つまり、エンジン前側）、紙面右奥がエンジン出力軸方向の他側（つまり、エンジン後側）である。

前述したように、ピストン１６の頂面１６０は、吸気側斜面１６１と排気側斜面１６２とがそれぞれ、ピストン１６の中央に向かって登り勾配となって構成されており、これにより、ピストン１６の頂面１６０は、エンジン出力軸における一方の側から、エンジン出力軸に沿う方向にピストン１６を見たときに、両側それぞれから中央部に向かって次第に隆起した三角屋根状を成している。排気側斜面１６２は、相対的に凹んだバルブリセス１６２ａと、相対的に突出した島状部１６２ｂとを有している。バルブリセス１６２ａの表面及び島状部１６２ｂの表面は、実質的に平坦な面である。バルブリセス１６２ａは、開動作を行うときの排気弁２２との干渉を避けるための部分である。バルブリセス１６２ａは、平面視で排気弁２２の外形よりも少し大きい形状をしている。天井部１３０の排気側斜面１３２には２つの排気弁２２が近接して設けられ且つ排気弁２２のバルブヘッドの外形は円形状であるので、バルブリセス１６２ａは、２つの円が部分的に重なり合ったような形状をしている。バルブリセス１６２ａがこのような形状に形成された結果、排気側斜面１６２のうち稜部１６３とは反対側の部分であって２つの排気弁２２のバルブヘッドの間に相当する部分に略三角形状の島状部１６２ｂが形成される。

一方、吸気側斜面１６１は、排気側斜面１６２のような凹凸はなく、実質的に平坦な面である。吸気側斜面１６１は、バルブリセスが形成されていないというよりはむしろ、全面がバルブリセスである。つまり、吸気側斜面１６１の高さは、ピストン１６が上死点に位置するときでも、開動作を行う吸気弁２１と干渉しない高さとなっている。

稜部１６３は、尖鋭な形状ではなく、湾曲したＲ面となっており、吸気側斜面１６１と排気側斜面１６２とを滑らかに連結している。稜部１６３は、エンジン出力軸方向に延びている。

また、ピストン１６の頂面１６０は、ピストン１６の側周面１６ａと稜部１６３との間に設けられ、稜部１６３に向かうにつれてキャビティ１６４に近づくように傾斜しながら側周面１６ａと稜部１６３とを繋ぐテーパ面１６５をさらに有する。

テーパ面１６５は、側周面１６ａと稜部１６３との間において屈曲している。この屈曲する部分を屈曲部１６６とする。テーパ面１６５は、屈曲部１６６よりも側周面１６ａ側に位置する第１テーパ面１６５ａと、屈曲部１６６よりも稜部１６３側に位置する第２テーパ面１６５ｂとを含んでいる。シリンダ１１の軸心Ｘに対して、第２テーパ面１６５ｂは、第１テーパ面１６５ａよりも傾いている。シリンダ１１の軸心Ｘに対する第１テーパ面１６５ａの傾斜角は、シリンダ１１の軸心Ｘに対する第２テーパ面１６５ｂの傾斜角よりも小さくなっている。

第１テーパ面１６５ａは、円錐の側面と同様の形状をしている。つまり、第１テーパ面１６５ａの断面は、直線となる。一方、第２テーパ面１６５ｂは、自由曲面であり、第２テーパ面１６５ｂの断面は、曲線となる。第２テーパ面１６５ｂは、該曲線を軸心Ｘ回りに回転させて形成される回転体の側面と同様の形状をしている。

前述したように、ピストン１６の頂面１６０にはキャビティ１６４が凹陥している。キャビティ１６４は、図２に示すように、開口縁から凹陥するに従い、その大きさが次第に縮小するように設けられており、キャビティ１６４は、ピストン１６の頂面１６０に連続する側壁１６４１と、側壁１６４１に連続する底壁１６４２とから構成されている。図２に示すように、ピストン１６の中心を通る縦断面において、キャビティ１６４は、バスタブのような形状を有している。側壁１６４１は、ピストン１６の頂面１６０及び底壁１６４２とは異なる角度を有しており、ピストン１６の頂面１６０と側壁１６４１との間、及び、側壁１６４１と底壁１６４２との間には、それぞれＲ面が設けられている。

キャビティ１６４は、図３に示すように、略楕円形状の開口縁１６４ａを有する。この楕円は、広義の楕円であり、オーバル形状や長円形状も含む。キャビティ１６４はまた、図２に示すように、その中心位置（より正確には、キャビティ１６４の最大幅に相当する箇所において吸気側の端縁と排気側との端縁との中点でかつ、エンジン出力軸方向の一側の端縁と他側の端点との中点である中心位置）が、燃料噴射弁６の噴射軸心に一致するように設けられている。これは、前述したように、キャビティ１６４内の中心部に混合気層を形成する上で有利な構成である。前述したように、燃料噴射弁６の噴射軸心は、エンジン出力軸方向の一側にずれているため、キャビティ１６４もまた、ピストン１６の頂面１６０において、ピストン１６の中心に対し、エンジン出力軸方向の一側にずれて位置することになる。

キャビティ１６４は、稜部１６３を横切って吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２に亘って形成されている。これにより、稜部１６３は、キャビティ１６４を挟んで２つに分割される。また、キャビティ１６４の開口縁１６４ａが略楕円形状であり且つ、吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２は下り勾配なので、吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２の一部はそれぞれ、キャビティ１６４によって抉られる。吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２におけるキャビティ１６４の開口縁１６４ａは、両側の稜部１６３から次第に下方に窪むように湾曲した形状となっている。さらに、キャビティ１６４が前述のようにシリンダ１１のボア中心からずれて設けられることに伴い、吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２におけるキャビティ１６４の開口縁１６４ａもまた、図２に示すように、ボア中心に対称となるのではなく、エンジン出力軸方向の一側にずれることになる。それに加え、エンジン出力軸方向の一側の稜部１６３が相対的に短くかつ、エンジン出力軸方向の他側の稜部１６３が相対的に長くなる。

このように、シリンダヘッド１３の天井部１３０に対応させて、ピストン１６の頂面１６０を隆起させた構成においては、スキッシュエリアが大きくなる。詳しくは、燃焼室１７は、図２に示すように、シリンダヘッド１３の天井部１３０とピストン１６のキャビティ１６４とで囲まれた主燃焼室１７４と、シリンダヘッド１３の天井部１３０とピストン１６の頂面１６０とで挟まれたスキッシュエリア１７５とを有している。

ここで、吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２を合わせた面積は、頂面１６０（キャビティ１６４を除く）の全面積の１／２以上となっている。つまり、ピストン１６は、主燃焼室１７４に比べてスキッシュエリア１７５が比較的大きく、これにより、高圧縮比の実現が可能となっている。

スキッシュエリア１７５には、シリンダヘッド１３の谷部１３３とピストン１６の稜部１６３との間の稜部スキッシュエリア１７６（図４参照）と、シリンダヘッド１３の吸気側斜面１３１及び排気側斜面１３２とピストン１６の吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２との間の斜面スキッシュエリア１７７（図５参照）と、シリンダヘッド１３のうち、ピストン１６のテーパ面１６５と対向する部分である対向部１３４と該テーパ面１６５との間のテーパスキッシュエリア１７８（図７参照）とが含まれる。稜部スキッシュエリア１７６は、キャビティ１６４を挟んで対向する２箇所に形成されている。斜面スキッシュエリア１７７は、キャビティ１６４を挟んで対向する２か所に形成されている。

尚、斜面スキッシュエリア１７７を吸気側と排気側とで区別するときには、吸気側斜面１３１と吸気側斜面１６１との間の斜面スキッシュエリア１７７を吸気側スキッシュエリア１７７ａと称し、排気側斜面１３２と排気側斜面１６２との間の斜面スキッシュエリア１７７を排気側スキッシュエリア１７７ｂと称する。

スキッシュエリア１７５においては、圧縮行程の終盤（上死点近傍）に、キャビティ１６４の方へ向かうスキッシュ流が発生する。スキッシュ流は、キャビティ１６４の開口縁１６４ａからキャビティ１６４内へ流入する。ピストン１６の吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２におけるキャビティ１６４の開口縁１６４ａは、前述の如く、下方に窪むように湾曲しているので、斜面スキッシュエリア１７７のスキッシュ流は、比較的低い位置からキャビティ１６４内に流入する。一方、稜部１６３におけるキャビティ１６４の開口縁１６４ａは、比較的高い位置に位置しているので、稜部スキッシュエリア１７６のスキッシュ流は、比較的高い位置からキャビティ１６４内に流入する。

ここで、図６に示すように、稜部スキッシュエリア１７６’の隙間が狭い場合には、稜部スキッシュエリア１７６’のスキッシュ流Ｓが強くなる。スキッシュ流Ｓは、キャビティ１６４内に流入するときに拡散するが、スキッシュ流Ｓの流れが強い場合には、キャビティ１６４内においてもスキッシュエリアでの流れ方向と同じ方向へ進む成分が多くなる。つまり、稜部スキッシュエリア１７６’からのスキッシュ流Ｓは、谷部１３３に沿ってキャビティ１６４の中央に向かって進んでいき、反対側の稜部スキッシュエリア１７６’からのスキッシュ流Ｓとキャビティ１６４の略中央で衝突する。２つのスキッシュ流Ｓは、略同一平面上の流れであり且つ比較的高い位置で衝突するので、衝突後に下降流となる。この下降流は、燃料噴霧及び混合気をキャビティ１６４の底壁１６４２に押し付けるように作用する。その結果、キャビティ１６４の底壁１６４２の近傍で燃焼が発生し、ピストン１６へ伝達する熱量が増加してしまう。特に、２つのスキッシュ流Ｓが衝突する部分の近傍には、燃料噴射弁６の噴口が位置するので、燃料噴射弁６から噴射された燃料噴霧は、下降流に乗りやすい。

それに対し、図４に示すように、稜部スキッシュエリア１７６の間隔Ｇ１が広くなっている。尚、本明細書において、スキッシュエリアの間隔とは、頂面１６０と天井部１３０との、頂面１６０の法線方向への距離を意味する。具体的には、図５に示す排気側スキッシュエリア１７７ｂの間隔Ｇ２よりも広くなっている。尚、排気側スキッシュエリア１７７ｂの間隔Ｇ２とは、排気側斜面１６２のうち島状部１６２ｂと天井部１３０の排気側斜面１３２との間隔である。このように、稜部スキッシュエリア１７６の間隔Ｇ１を広くすることにより、稜部スキッシュエリア１７６からのスキッシュ流Ｓが弱くなる。それにより、稜部スキッシュエリア１７６からのスキッシュ流Ｓの大部分が、キャビティ１６４内に流入するときに拡散し、該スキッシュ流Ｓに起因する下降流が抑制される。尚、この例では、稜部スキッシュエリア１７６の間隔Ｇ１は、排気側斜面１６２のうちバルブリセス１６２ａと天井部１３０の排気側斜面１３２との間隔よりも広い。

それに加えて、テーパスキッシュエリア１７８のスキッシュ流を弱めることによって、稜部スキッシュエリア１７６からのスキッシュ流Ｓを弱くしている。詳しくは、図７に示すように、シリンダヘッド１３のうちピストン１６のテーパ面１６５と対向する対向部１３４は、テーパ面１６５と同様に傾斜し、テーパ面１６５との間にテーパスキッシュエリア１７８を形成している。詳しくは、対向部１３４は、シリンダ１１の内周面と谷部１３３との間に設けられ、谷部１３３に向かうにつれて軸心Ｘに近づくように傾斜しながらシリンダ１１の内周面と谷部１３３とを繋いでいる。テーパスキッシュエリア１７８は、稜部スキッシュエリア１７６よりも半径方向外側に位置し、テーパスキッシュエリア１７８よりも半径方向外側にはシリンダ１１の内周面が存在するので、テーパスキッシュエリア１７８で発生したスキッシュ流は半径方向外側には行き場がない。一方、テーパスキッシュエリア１７８の半径方向内側には稜部スキッシュエリア１７６やキャビティ１６４が存在するので、テーパスキッシュエリア１７８で発生したスキッシュ流は、稜部スキッシュエリア１７６へ向かう流れとなる。つまり、稜部スキッシュエリア１７６からキャビティ１６４へ流入するスキッシュ流には、テーパスキッシュエリア１７８で発生したスキッシュ流が含まれている。

図８に、ピストン１６が上死点に位置するときのスキッシュエリアの断面形状を示し、（Ａ）は、第１テーパ面１６５ａ（図７の（Ａ）点）におけるテーパスキッシュエリア１７８の断面を、（Ｂ）は、第２テーパ面１６５ｂ（図７の（Ｂ）点）におけるテーパスキッシュエリア１７８の断面を、（Ｃ）は、稜部１６３（図７の（Ｃ）点）における稜部スキッシュエリア１７６の断面を示す。各断面は、シリンダ１１の軸心Ｘを中心とする扇形状に切断したスキッシュエリアの断面であり、シリンダ１１の軸心Ｘを含む平面に直交する平面であって且つ各点における頂面１６０の法線を含む平面でスキッシュエリアを切断した断面である。

ピストン１６のテーパ面１６５とシリンダヘッド１３の対向部１３４との間隔（テーパ面１６５の法線方向におけるテーパ面１６５と対向部１３４との距離）は、ピストンの側周面１６ａ側の部分に比べて、稜部１６３側の部分の方が広くなっている。詳しくは、図８の（Ａ），（Ｂ）に示すように、第２テーパ面１６５ｂと対向部１３４との間隔Ｇ５は、第１テーパ面１６５ａと対向部１３４との間隔Ｇ４よりも広くなっている。さらに詳しくは、第１テーパ面１６５ａと対向部１３４との間隔Ｇ４は、ピストン１６の側周面１６ａ側から稜部１６３側に向かってしだいに広くなっている。また、第２テーパ面１６５ｂと対向部１３４との間隔Ｇ５は、ピストン１６の側周面１６ａ側から稜部１６３側に向かってしだいに広くなっている。その結果、テーパスキッシュエリア１７８の全体に亘って、テーパ面１６５と対向部１３４との間隔は、ピストン１６の側周面１６ａ側から稜部１６３側に向かってしだいに広くなっている。

また、図８の（Ｂ），（Ｃ）に示すように、稜部スキッシュエリア１７６の間隔Ｇ１は、第２テーパ面１６５ｂと対向部１３４との間隔Ｇ５よりも広くなっている。

図９に、シリンダ１１の軸心Ｘからの半径方向への距離に対する、スキッシュエリアの断面積の関係を示。図９における（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、それぞれ図７，８の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に対応している。

前述のようにスキッシュエリアの間隔を設定することによって、図９に示すように、テーパスキッシュエリア１７８の断面積をリンダ軸心Ｘに向かってしだいに大きくすることができ、さらには、稜部スキッシュエリア１７６の断面積をテーパスキッシュエリア１７８の断面積よりも大きくすることができる。

詳しくは、テーパ面１６５は、ピストン１６の側周面１６ａから稜部１６３に向かうにつれてキャビティ１６４に近づくように、即ち、シリンダ１１の軸心Ｘに近づくように傾斜している。そのため、テーパ面１６５と対向部１３４と間に形成されるスペースの円周方向の寸法は、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、軸心Ｘに近づくにつれて小さくなる。そのため、スキッシュエリアの間隔がピストン１６の側周面１６ａからキャビティ１６４に向かって一定であれば、図９の二点鎖線で示すようにスキッシュエリアの断面積も軸心Ｘに向かってしだいに小さくなる。その結果、スキッシュ流の流速は、軸心Ｘに向かってしだいに速くなってしまう。

それに対し、テーパスキッシュエリア１７８の間隔を、ピストン１６の側周面１６ａ側から稜部１６３側に向かってしだいに広くすることによって、テーパスキッシュエリア１７８の断面積が軸心Ｘに向かってしだいに拡大している。さらには、第２テーパ面１６５ｂにおけるテーパスキッシュエリア１７８の間隔Ｇ５よりも稜部スキッシュエリア１７６の間隔Ｇ１を広くすることによって、稜部スキッシュエリア１７６の断面積がテーパスキッシュエリア１７８の断面積よりも拡大している。これにより、テーパスキッシュエリア１７８を稜部１６３側へ向かって流れるスキッシュ流の流速の上昇を抑制することができる。さらには、スキッシュ流がテーパスキッシュエリア１７８から稜部スキッシュエリア１７６へ流入する際に流速が上昇することを抑制することができる。

尚、稜部スキッシュエリア１７６の間隔Ｇ１は、半径方向外側においては半径方向内側へ向かって拡大するものの、キャビティ１６４の近傍においては略一定となっている。そのため、キャビティ１６４の近傍においては、半径方向内側に向かって稜部スキッシュエリア１７６の円周方向寸法が縮小することに伴い、稜部スキッシュエリア１７６の断面積も縮小している。しかしながら、稜部スキッシュエリア１７６の断面積が最も小さくなったときでも、その断面積はテーパスキッシュエリア１７８の断面積の最大値よりも大きい。

こうして、テーパスキッシュエリア１７８から稜部スキッシュエリア１７６へ向かうスキッシュ流を弱めることによって、稜部スキッシュエリア１７６からキャビティ１６４へ流入するスキッシュ流も弱めることができる。これにより、稜部スキッシュエリア１７６からのスキッシュ流に起因するキャビティ１６４内における下降流を低減することができ、キャビティ１６４の底面に到達する燃料噴霧及び混合気を低減することができる。その結果、スキッシュ流による冷却損失の増大を防止することができる。

さらに、テーパ面１６５が屈曲部１６６において屈曲することによって、テーパスキッシュエリア１７８も屈曲することになる。そのため、テーパスキッシュエリア１７８におけるスキッシュ流が第１テーパ面１６５ａと対向部１３４との隙間から第２テーパ面１６５ｂと対向部１３４との隙間へ流入する際に屈曲部１６６において減衰する。これによっても、テーパスキッシュエリア１７８から稜部スキッシュエリア１７６へ向かうスキッシュ流を弱めることができる。

また、このエンジン１は、前述のように、燃焼室１７内で成層化を実施している。その観点においても、稜部スキッシュエリア１７６からのスキッシュ流Ｓに起因する下降流を抑制することが有効である。つまり、成層化を実現するためには、燃焼室１７、特に、キャビティ１６４（主燃焼室１７４）内でのガス流動が弱いことが好ましい。稜部スキッシュエリア１７６からのスキッシュ流Ｓを弱めることによって、キャビティ１６４内でのガス流動を抑制することができる。

以上のように、エンジン１の燃焼室構造は、谷部１３３で連結された吸気側斜面１３１及び排気側斜面１３２を含む天井部１３０を有し、ペントルーフ型の燃焼室１７の一部を区画するシリンダヘッド１３と、稜部１６３で連結され、天井部１３０の吸気側斜面１３１及び排気側斜面１３２と対向する吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２を含む頂面１６０を有し、シリンダ１１に内挿されるピストン１６と、天井部１３０の谷部１３３に設けられた燃料噴射弁６とを備え、頂面１６０には、凹陥するキャビティ１６４が稜部１６３を横切って吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２に亘って形成され、頂面１６０は、ピストン１６の側周面１６ａと稜部１６３との間に設けられ、稜部１６３に向かうにつれてキャビティ１６４に近づくように傾斜しながら側周面１６ａと稜部１６３とを繋ぐテーパ面１６５をさらに含み、稜部１６３と谷部１３３との間には稜部スキッシュエリア１７６が形成され、天井部１３０のうちテーパ面１６５と対向する部分である対向部１３４は、テーパ面１６５との間にテーパスキッシュエリア１７８を形成するように傾斜しており、テーパ面１６５と対向部１３４との間隔は、ピストン１６の側周面１６ａ側の部分に比べて、稜部１６３側の部分の方が広くなっている。

この構成によれば、テーパスキッシュエリア１７８から稜部スキッシュエリア１７６へ向かうスキッシュ流を弱めることによって、稜部スキッシュエリア１７６からキャビティ１６４へ流入するスキッシュ流も弱めることができる。これにより、稜部スキッシュエリア１７６からのスキッシュ流に起因するキャビティ１６４内における下降流を低減することができ、キャビティ１６４の底面に到達する燃料噴霧及び混合気を低減することができる。その結果、スキッシュ流による冷却損失の増大を防止することができる。

また、エンジン１の幾何学的圧縮比は、１５以上に設定されている。

このように幾何学的圧縮比が大きなエンジン１においては、スキッシュエリア１７５が比較的大きく、キャビティ１６４が比較的小さくなり、その結果、燃料噴霧及び混合気に与えるスキッシュ流の影響が比較的大きくなる傾向にある。そのため、前述の構成が特に有効となる。

《実施形態２》
続いて、実施形態２に係るエンジン１について説明する。図１０は、図３のIV−IV線における稜部スキッシュエリア及びテーパスキッシュエリアを示す燃焼室の拡大縦断面図である。図１１は、ピストン１６が上死点に位置するときの、稜部１６３（図１０の（Ｄ）点）における稜部スキッシュエリア１７６の断面形状である。図１２に、シリンダ１１の軸心Ｘからの半径方向への距離に対する、スキッシュエリアの断面積の関係を示す。尚、図１１における断面は、シリンダ１１の軸心Ｘを中心とする扇形状に切断したスキッシュエリアの断面であり、シリンダ１１の軸心Ｘを含む平面に直交する平面であって且つ各点における頂面１６０の法線を含む平面でスキッシュエリアを切断した断面である。図１２における（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、図１０の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に対応している。

実施形態２に係るエンジン１は、シリンダヘッド１３の天井部の形状が実施形態１と異なる。以下では、実施形態１と異なる部分を中心に説明し、実施形態１と同様の構成については同様の符号を付して、説明を省略する場合がある。

実施形態２に係るエンジン１のシリンダヘッド１３の天井部２１３０は、吸気側斜面１３１と同様の吸気側斜面（図示省略）と、排気側斜面１３２と同様の排気側斜面（図示省略）と、吸気側斜面と排気側斜面とを連結する谷部１３３と、ピストン１６のテーパ面１６５と対向する対向部１３４とを有している。そして、谷部１３３と対向部１３４とで形成される隅部には、凹部１３５が形成されている。凹部１３５によって、谷部１３３と対向部１３４とで形成される隅部は、ピストン１６の頂面１６０から離れる方向に凹んでいる。

稜部スキッシュエリア１７６とテーパスキッシュエリア１７８とは屈曲しており、凹部１３５は、２つのスキッシュエリアの屈曲部の外側に位置する。そのため、テーパスキッシュエリア１７８で発生したスキッシュ流は、稜部スキッシュエリア１７６に流入する際に凹部１３５内に進入する。凹部１３５を出たスキッシュ流は、稜部スキッシュエリア１７６を通ってキャビティ１６４へ流入する。ここで、スキッシュ流は、凹部１３５に一旦入って凹部１３５から出てくる際に、凹部１３５が凹む方向とは反対向きに案内される。凹部１３５は、キャビティ１６４とは反対側に凹んでいるので、凹部１３５から出てくるスキッシュ流は、シリンダ１１の軸心Ｘに直交する平面と平行ではなく、該平面よりもキャビティ１６４の方へ向かうようになる。その結果、稜部スキッシュエリア１７６からキャビティ１６４内に流入するスキッシュ流のうち、軸心Ｘに直交する方向に飛散して燃料噴射弁６の噴口の方へ向かう成分が減少し、キャビティ１６４の底壁１６４２の方へ向かう成分が増える。これにより、キャビティ１６４内で発生する下降流を低減することができる。

尚、凹部１３５が形成される構成においても、テーパスキッシュエリア１７８において、ピストン１６のテーパ面１６５とシリンダヘッド１３の対向部１３４との間隔は、ピストンの側周面１６ａ側の部分に比べて、稜部１６３側の部分の方が広くなっている。ただし、図１１に示すように、凹部１３５が形成されることによって、スキッシュエリアの断面積は拡大される。そのため、図１２に示すように、凹部１３５が位置する部分のスキッシュエリアの断面積は、実施形態１に比べて大きくなっている。

以上のように、実施形態２に係るエンジン１の燃焼室構造によっても、テーパスキッシュエリア１７８から稜部スキッシュエリア１７６へ向かうスキッシュ流を弱めることによって、稜部スキッシュエリア１７６からキャビティ１６４へ流入するスキッシュ流も弱めることができる。これにより、稜部スキッシュエリア１７６からのスキッシュ流に起因するキャビティ１６４内における下降流を低減することができ、キャビティ１６４の底壁１６４２に到達する燃料噴霧及び混合気を低減することができる。それに加えて、谷部１３３と対向部１３４との隅部に凹部１３５を形成することによって、稜部スキッシュエリア１７６からキャビティ１６４内に流入するスキッシュ流のうち、燃料噴射弁６の噴口の方へ向かう成分を減少させ、キャビティ１６４内で発生する下降流を低減することができる。その結果、スキッシュ流による冷却損失の増大を防止することができる。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

ピストン１６の構成は一例に過ぎず、これに限定されるものではない。例えば、キャビティ１６４がオフセットして配置されているが、キャビティ１６４がボア中心に配置されていてもよい。また、バルブリセスや島状部の形状も任意に設定することができる。

例えば、図１３に示すように、吸気側斜面１６１に島状部を設け、稜部１６３を島状部で構成してもよい。つまり、吸気側斜面１６１に、バルブリセス１６１ａと島状部１６１ｂとを有している。稜部１６３は、排気側斜面１６２のバルブリセス１６２ａ及び吸気側斜面１６１のバルブリセス１６１ａから段差状に隆起する島状に形成されている。ただし、稜部１６３の表面は、一様に湾曲したＲ面となっている。

また、図１３の構成に限らず、図３の構成において排気側斜面１６２の島状部１６２ｂを削除して、排気側斜面１６２を吸気側斜面１６１と同様の実質的に平坦な面としてもよい。つまり、吸気側斜面１６１、排気側斜面１６２及び稜部１６３における島状部の有無は任意に設定することができる。

また、テーパ面１６５及び対向部１３４の形状も前記の構成に限られるものではない。例えば、テーパ面１６５は、屈曲していなくてもよい。

テーパ面１６５と対向部１３４との間隔は、ピストン１６の側周面１６ａから稜部１６３に向かってしだいに増大するものに限られない。例えば、第１テーパ面１６５ａと対向部１３４との間隔はその全域に亘って一律であり、第２テーパ面１６５ｂと対向部１３４との間隔はその全域に亘って一律であって且つ第１テーパ面１６５ａと対向部１３４との間隔より広くなっていてもよい。

さらに、稜部１６３と谷部１３３との間隔Ｇ１、排気側斜面１６２と排気側斜面１３２との間隔Ｇ２、及び吸気側斜面１６１と吸気側斜面１３１との間隔Ｇ３の関係も前記の関係に限られるものではない。

また、稜部１６３は、エンジン出力軸方向に延びているがこれに限られるものではない。例えば、稜部１６３は、キャビティ１６４に向かって、斜め下方、即ち、キャビティ１６４の底壁１６４２の方へ傾斜しながら延びていてもよい。

以上説明したように、ここに開示された技術は、直噴エンジンの燃焼室構造について有用である。

１ エンジン
１１ シリンダ
１３ シリンダヘッド
１３０ 天井部
１３１ 吸気側斜面
１３２ 排気側斜面
１３３ 谷部
１６ ピストン
１６１ 吸気側斜面
１６２ 排気側斜面
１６３ 稜部
１６４ キャビティ
１６５ テーパ面
１６５ａ 第１テーパ面
１６５ｂ 第２テーパ面
１６６ 屈曲部
１７ 燃焼室
１７５ スキッシュエリア
１７６ 稜部スキッシュエリア
１７８ テーパスキッシュエリア
１８ 吸気ポート
１９ 排気ポート
６ 燃料噴射弁
Ｇ１ 間隔
Ｇ４ 間隔
Ｇ５ 間隔
Ｘ 軸心

Claims (4)

1. 谷部で連結された２つの斜面を含む天井部を有し、ペントルーフ型の燃焼室の一部を区画するシリンダヘッドと、
   稜部で連結され、前記天井部の２つの斜面と対向する２つの斜面を含む頂面を有しかつ、前記頂面が前記天井部に対応して隆起している、シリンダに内挿されるピストンと、
   前記天井部の谷部に設けられた燃料噴射弁とを備え、
   前記頂面には、凹陥するキャビティが前記稜部を横切って前記２つの斜面に亘って形成され、前記稜部は、前記天井部の前記谷部が伸びる方向において、前記キャビティを挟んだ一側の稜部と他側の稜部とに分割され、
   前記一側の稜部と前記谷部との間、及び、前記他側の稜部と前記谷部との間には稜部スキッシュエリアが形成され、
   前記ピストンの２つの斜面と前記天井部の２つの斜面との間には斜面スキッシュエリアが形成され、
   前記一側の稜部における前記キャビティの開口縁、及び、前記他側の稜部における前記キャビティの開口縁は共に、前記谷部が伸びる方向に直交する方向において、前記ピストンの前記２つの斜面における前記キャビティの開口縁よりも高い位置にあり、
   前記稜部スキッシュエリアのスキッシュ流は、前記斜面スキッシュエリアのスキッシュ流よりも高い位置から前記キャビティ内に流入し、
   前記頂面は、前記ピストンの側周面と前記一側の稜部との間、及び、前記ピストンの側周面と前記他側の稜部との間のそれぞれに設けられ、該稜部に向かうにつれて前記キャビティに近づくように傾斜しながら該側周面と該稜部とを繋ぐテーパ面をさらに含み、
   前記天井部のうち前記テーパ面と対向する部分である対向部は、該テーパ面との間に、前記稜部スキッシュエリアにつながるテーパスキッシュエリアを形成するように傾斜しており、
   前記テーパ面と前記対向部との間隔は、前記ピストンの側周面側の部分に比べて、前記稜部側の部分の方が広くなっている直噴エンジンの燃焼室構造。
2. 請求項１に記載の直噴エンジンの燃焼室構造において、
   前記テーパ面は、前記ピストンの側周面と前記稜部との間の屈曲部において屈曲しており、
   前記テーパ面のうち前記屈曲部よりも前記ピストンの側周面側に位置する第１テーパ面の、前記シリンダの軸心に対する傾斜角は、該屈曲部よりも前記稜部側に位置する第２テーパ面の、前記シリンダの軸心に対する傾斜角よりも小さく、
   前記第２テーパ面と前記対向部との間隔は、前記第１テーパ面と前記対向部との間隔よりも広くなっている直噴エンジンの燃焼室構造。
3. 請求項１又は２に記載の直噴エンジンの燃焼室構造において、
   前記稜部と前記谷部との間隔は、前記テーパ面と前記対向部との間隔よりも広い直噴エンジンの燃焼室構造。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載の直噴エンジンの燃焼室構造において、
   幾何学的圧縮比は、１５以上に設定されている直噴エンジンの燃焼室構造。

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