JP6344455B2 - Engine combustion chamber structure - Google Patents

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Description

本発明は、シリンダ及びピストンを含むエンジンの燃焼室構造に関する。   The present invention relates to an engine combustion chamber structure including a cylinder and a piston.

エンジンの熱効率を向上させるための技術として、特許文献１には、ピストンの冠面に複数のディンプル（半球面状の凹部）が形成されたエンジンの燃焼室構造が開示されている。特許文献１に係る燃焼室構造によれば、燃料燃焼時にディンプル内に空気が留まることにより、この空気が断熱層の役割を果たす。このため、ピストンを介した熱損失が低減され、熱効率の向上を図ることができるとされている。しかし、上記ディンプル内に空気を留めるためには、ディンプルは、燃料噴射弁からの噴射燃料が直接当たらない位置に設けられる必要がある。このため、特許文献１の図２に示されるように、ディンプルが形成される領域は狭い領域に限定されており、熱効率の向上が十分とは言えない。   As a technique for improving the thermal efficiency of the engine, Patent Document 1 discloses an engine combustion chamber structure in which a plurality of dimples (hemispherical concave portions) are formed on a crown surface of a piston. According to the combustion chamber structure according to Patent Document 1, air stays in the dimples during fuel combustion, and this air serves as a heat insulating layer. For this reason, it is said that the heat loss through the piston is reduced and the thermal efficiency can be improved. However, in order to retain air in the dimple, the dimple needs to be provided at a position where the injected fuel from the fuel injection valve does not directly hit. For this reason, as shown in FIG. 2 of Patent Document 1, the region where the dimples are formed is limited to a narrow region, and it cannot be said that the thermal efficiency is sufficiently improved.

特開２０１１−９４４９６号公報JP 2011-94496 A

そこで、熱損失低減の異なるアプローチとして、燃焼室を区画する燃焼室壁面に、筒内ガスの主流（スキッシュ流等）方向に沿って延びる複数の微細溝を形成することが考えられる。前記主流は、主流方向を回転方向とする縦渦（副流）を伴うが、この縦渦（以下、渦流と称す）が前記微細溝の頂部に留まるようになる。これにより、前記渦流が燃焼室壁面から離間され、燃焼室壁面を通した放熱（冷却損失）が抑制される。しかしながら、例えばスキッシュ方向に単に微細溝を形成しただけでは、十分に冷却損失を抑制できない場合がある。   Thus, as a different approach for reducing heat loss, it is conceivable to form a plurality of fine grooves extending along the main flow (squish flow, etc.) direction of the in-cylinder gas on the combustion chamber wall surface that defines the combustion chamber. The main flow is accompanied by a vertical vortex (secondary flow) whose main flow direction is the rotation direction, and this vertical vortex (hereinafter referred to as a vortex flow) remains at the top of the fine groove. As a result, the vortex is separated from the combustion chamber wall surface, and heat radiation (cooling loss) through the combustion chamber wall surface is suppressed. However, for example, simply forming the fine grooves in the squish direction may not sufficiently suppress the cooling loss.

本発明の目的は、燃焼室壁面に形成する微細溝構造をより適正化することで、冷却損失の一層の低減を図ることが可能なエンジンの燃焼室構造を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an engine combustion chamber structure capable of further reducing cooling loss by optimizing the fine groove structure formed on the combustion chamber wall surface.

本発明の一局面に係るエンジンの燃焼室構造は、シリンダ及びピストンを含むエンジンの燃焼室であって、当該燃焼室内にスキッシュ方向の筒内ガス主流が生じる燃焼室を区画する燃焼室壁面を有する燃焼室構成部材と、前記燃焼室壁面に形成され、前記燃焼室の径方向へ放射状に延びる複数の微細溝と、を備え、前記燃焼室壁面が、少なくとも前記燃焼室の径方向内側の第１環状領域と、前記第１環状領域に隣接し前記第１環状領域よりも径方向外側の第２環状領域とを含み、前記第１環状領域において前記複数の微細溝の各々は、一定の第１の溝幅で径方向に延びており、前記第２環状領域において前記複数の微細溝の各々は、前記第１の溝幅よりも広い一定の第２の溝幅で径方向に延びていることを特徴とする。 An engine combustion chamber structure according to an aspect of the present invention includes an engine combustion chamber including a cylinder and a piston, and includes a combustion chamber wall surface that defines a combustion chamber in which a cylinder main gas flow in a squish direction is generated in the combustion chamber. A combustion chamber constituent member and a plurality of fine grooves formed radially on the combustion chamber wall surface and extending radially in the radial direction of the combustion chamber, wherein the combustion chamber wall surface is at least a first radially inner side of the combustion chamber. An annular region and a second annular region adjacent to the first annular region and radially outward of the first annular region, wherein each of the plurality of microgrooves is a fixed first extends in the groove width in the radial direction, each of said plurality of fine grooves in said second annular region, that extends radially wider constant second groove width than the first groove width It is characterized by.

本発明者らの知見によれば、エンジンの圧縮／膨張工程時において燃焼室内で発生するスキッシュ方向の筒内ガス主流（スキッシュ流）の流速は、燃焼室の径方向内側へ向かうほど大きくなる傾向がある。また、スキッシュ流の流速が大きいほど、その副流である渦流の径（スケール）が小さくなる傾向がある。つまり、燃焼室の径方向内側の方が前記渦流の径が小さくなる。さらに、微細溝は、燃焼室壁面の表面積を徒に増加させることなく、前記渦流を溝内に入り込ませずに溝頂部付近に留め、前記渦流からの前記燃焼室壁面に対する熱伝達を抑制することが可能な溝幅を有することが望ましい。   According to the knowledge of the present inventors, the flow velocity of the in-cylinder gas main flow in the squish direction (squish flow) generated in the combustion chamber during the compression / expansion process of the engine tends to increase toward the radially inner side of the combustion chamber. There is. In addition, as the flow velocity of the squish flow increases, the diameter (scale) of the vortex that is the secondary flow tends to decrease. That is, the diameter of the eddy current is smaller on the radially inner side of the combustion chamber. Furthermore, the fine groove suppresses heat transfer from the eddy current to the combustion chamber wall surface without increasing the surface area of the combustion chamber wall without stopping the vortex from entering the groove. It is desirable to have a groove width that can be

かかる知見に基づき、上記燃焼室構造では、燃焼室の径方向内側の第１環状領域には所定の第１の溝幅を有する微細溝を配置する一方で、径方向外側の第２環状領域には前記第１の溝幅よりも広い第２の溝幅を有する微細溝を配置する。これにより、燃焼室の径方向におけるスキッシュ流の流速変化に応じた微細溝を、燃焼室壁面に設定することができる。つまり、前記微細溝が、径方向における渦流の径変化に応じた溝幅を具備するようになり、前記第１、第２環状領域の各々において、渦流を適正に燃焼室壁面から離間させることができる。従って、冷却損失を一層低減させることができ、エンジンの熱効率を高めることができる。   Based on this knowledge, in the combustion chamber structure described above, fine grooves having a predetermined first groove width are arranged in the first annular region radially inward of the combustion chamber, while in the second annular region radially outside. Arranges a fine groove having a second groove width wider than the first groove width. Thereby, the fine groove | channel according to the flow velocity change of the squish flow in the radial direction of a combustion chamber can be set to a combustion chamber wall surface. That is, the fine groove has a groove width corresponding to the diameter change of the vortex in the radial direction, and the vortex can be appropriately separated from the combustion chamber wall surface in each of the first and second annular regions. it can. Therefore, the cooling loss can be further reduced, and the thermal efficiency of the engine can be increased.

上記のエンジンの燃焼室構造において、前記第１の溝幅及び前記第２の溝幅は、２μｍ〜２５０μｍの範囲から選ばれることが望ましい。   In the engine combustion chamber structure, the first groove width and the second groove width are preferably selected from a range of 2 μm to 250 μm.

この燃焼室構造によれば、前記第１、第２の溝幅のサイズが適正化される。溝幅が２μｍよりも小さいと、燃焼室壁面が平面に近くなり、前記スキッシュ流の前記渦流を前記燃焼室壁面から離間させ難くなる。一方、溝幅が２５０μｍを超過すると、前記渦流が溝内に入り込み易くなり、やはり前記渦流を前記燃焼室壁面から離間させ難くなる。   According to this combustion chamber structure, the size of the first and second groove widths is optimized. If the groove width is smaller than 2 μm, the combustion chamber wall surface becomes close to a flat surface, and the vortex of the squish flow becomes difficult to be separated from the combustion chamber wall surface. On the other hand, when the groove width exceeds 250 μm, the eddy current easily enters the groove, and it is difficult to separate the vortex from the combustion chamber wall surface.

上記のエンジンの燃焼室構造において、前記微細溝の溝幅をＳとし、溝高さをｈとするとき、Ｓ≧ｈの関係を満たすことが望ましい。この場合、ｈ／Ｓが、０．５〜１．０の範囲に設定されていることが特に望ましい。   In the engine combustion chamber structure described above, it is desirable that the relationship of S ≧ h is satisfied, where S is the groove width of the fine groove and h is the groove height. In this case, it is particularly desirable that h / S is set in the range of 0.5 to 1.0.

前記渦流を燃焼室壁面からなるべく離間させるには、溝高さを高くすれば良いことになるが、過度にこれを高くすると燃焼室壁面の表面積が大きくなりすぎる。この場合、表面積の増加に伴う放熱性向上が、前記渦流を燃焼室壁面から離間させる効果に勝ってしまう。しかし、上記の燃焼室構造によれば、微細溝の形成による燃焼室壁面の表面積増加と、前記渦流を前記燃焼室壁面から離間させることによる熱伝導抑制の効果とのバランスを取ることができる。   In order to make the vortex flow away from the combustion chamber wall surface as much as possible, it is sufficient to increase the groove height. However, if this is excessively increased, the surface area of the combustion chamber wall surface becomes too large. In this case, the heat dissipation improvement accompanying the increase in the surface area is superior to the effect of separating the vortex from the combustion chamber wall surface. However, according to the combustion chamber structure described above, it is possible to balance the increase in the surface area of the combustion chamber wall surface due to the formation of the fine grooves and the effect of suppressing heat conduction by separating the vortex from the combustion chamber wall surface.

本発明の他の局面に係るエンジンの燃焼室構造は、シリンダ及びピストンを含むエンジンの燃焼室であって、当該燃焼室内にスキッシュ方向の筒内ガス主流が生じる燃焼室を区画する燃焼室壁面を有する燃焼室構成部材と、前記燃焼室壁面に形成され、前記燃焼室の径方向へ放射状に延びる複数の微細溝と、を備え、前記燃焼室壁面が、少なくとも前記燃焼室の径方向内側の第１環状領域と、前記第１環状領域に隣接し前記第１環状領域よりも径方向外側の第２環状領域とを含み、前記第１環状領域において前記複数の微細溝の各々は、第１の溝幅を有し、前記第２環状領域において前記複数の微細溝の各々は、前記第１の溝幅よりも広い第２の溝幅を有し、前記第１環状領域には、前記第１の溝幅を有する複数の第１微細溝が、円周方向に第１配列ピッチで配置され、前記第２環状領域には、前記第２の溝幅を有する複数の第２微細溝が、円周方向に第２配列ピッチで配置され、前記第１環状領域と前記第２環状領域との境界には、前記第１の溝幅と前記第２の溝幅との溝幅差に基づき、前記第１配列ピッチと前記第２配列ピッチとが前記円周方向にオフセットした断層部が形成されている。 A combustion chamber structure of an engine according to another aspect of the present invention is a combustion chamber of an engine including a cylinder and a piston, and includes a combustion chamber wall surface defining a combustion chamber in which a main flow of in-cylinder gas in the squish direction is generated in the combustion chamber. And a plurality of fine grooves formed in the combustion chamber wall surface and extending radially in the radial direction of the combustion chamber, wherein the combustion chamber wall surface is at least radially inward of the combustion chamber. One annular region and a second annular region adjacent to the first annular region and radially outside the first annular region, wherein each of the plurality of microgrooves in the first annular region includes a first annular region Each of the plurality of fine grooves in the second annular region has a second groove width wider than the first groove width, and the first annular region includes the first annular region. A plurality of first fine grooves having a groove width of A plurality of second fine grooves having the second groove width are arranged at a second arrangement pitch in the circumferential direction in the second annular region, and arranged in the second annular region. Based on the groove width difference between the first groove width and the second groove width, the first array pitch and the second array pitch are offset in the circumferential direction at the boundary with the second annular region. A tomographic fault is formed .

この燃焼室構造によれば、複数の微細溝の各々が、燃焼室の径方向中心から外側に向けて直線状に延びるのではなく、前記断層部においてオフセットすることになる。つまり、上記燃焼室構造では、少なくとも一部の第１微細溝と第２微細溝との、径方向における直線的な連続性が失われることを許容する。従って、前記第１、第２環状領域の各々において、前記第１、第２微細溝を、スキッシュ流の流速変化に応じた適正な溝幅にて自在に設定することができる。   According to this combustion chamber structure, each of the plurality of fine grooves does not extend linearly from the radial center of the combustion chamber toward the outside, but is offset at the tomographic portion. That is, in the combustion chamber structure, the linear continuity in the radial direction between at least some of the first fine grooves and the second fine grooves is allowed to be lost. Accordingly, in each of the first and second annular regions, the first and second fine grooves can be freely set with an appropriate groove width corresponding to a change in the flow velocity of the squish flow.

上記のエンジンの燃焼室構造において、前記第１配列ピッチと前記第１の溝幅とが実質的に同じであり、前記第２配列ピッチと前記第２の溝幅とが実質的に同じであることが望ましい。   In the engine combustion chamber structure, the first arrangement pitch and the first groove width are substantially the same, and the second arrangement pitch and the second groove width are substantially the same. It is desirable.

この燃焼室構造によれば、微細溝の配列ピッチと溝幅とが実質的に同じであるので、隣り合う第１微細溝同士、及び隣り合う第２微細溝同士は、その上部開口縁同士が隣接するようになる。このため、微細溝の延伸方向と直交する断面視において、微細溝間に尖った山部が存在する構造、つまり、微細溝間には平面部が実質的に存在しない構造となる。従って、前記スキッシュ流の前記渦流が平面部と対峙する部分が存在しなくなり、前記渦流と前記燃焼室壁面との間における熱エネルギーの授受を効果的に抑制することができる。   According to this combustion chamber structure, since the arrangement pitch and the groove width of the fine grooves are substantially the same, the upper opening edges of the adjacent first fine grooves and the adjacent second fine grooves are the same. It becomes adjacent. For this reason, in a cross-sectional view orthogonal to the extending direction of the fine grooves, a structure in which sharp peaks are present between the fine grooves, that is, a structure in which no flat portion is substantially present between the fine grooves is obtained. Accordingly, there is no portion where the vortex of the squish flow is opposed to the flat portion, and transfer of thermal energy between the vortex and the combustion chamber wall surface can be effectively suppressed.

上記のエンジンの燃焼室構造において、前記燃焼室壁面の一部は、前記ピストンの冠面で形成され、前記冠面の径方向中央部分には、凹没したキャビティが備えられ、前記第１及び第２環状領域は、前記キャビティの開口縁と前記ピストンの外周縁との間において前記冠面に配置されていることが望ましい。   In the combustion chamber structure of the engine, a part of the wall surface of the combustion chamber is formed by a crown surface of the piston, and a concave cavity is provided at a radial center portion of the crown surface. The second annular region is preferably disposed on the crown surface between the opening edge of the cavity and the outer peripheral edge of the piston.

ピストンの冠面は、燃焼室の径方向に延びる面であるため、燃焼室の径方向へ放射状に延びる複数の微細溝を形成するには適した面である。また、キャビティが備えられている場合、スキッシュ流の流速はキャビティに隣接する箇所、つまり径方向内側部分において顕著に大きくなる。例えば正スキッシュ流は、キャビティに流入する箇所において圧力が急激に開放されることに伴い噴流的な流れとなり、流速が特に大きくなる。従って、本発明に係る微細溝の形成箇所として、ピストンの冠面は好適である。   Since the crown surface of the piston is a surface extending in the radial direction of the combustion chamber, it is suitable for forming a plurality of fine grooves extending radially in the radial direction of the combustion chamber. Further, when the cavity is provided, the flow velocity of the squish flow is significantly increased at a location adjacent to the cavity, that is, a radially inner portion. For example, the normal squish flow becomes a jet-like flow as the pressure is suddenly released at the portion flowing into the cavity, and the flow velocity becomes particularly large. Therefore, the crown surface of the piston is suitable as a location for forming the fine groove according to the present invention.

本発明のさらに他の局面に係るエンジンの燃焼室構造は、シリンダ及びピストンを含むエンジンの燃焼室であって、当該燃焼室内にスキッシュ方向の筒内ガス主流が生じる燃焼室を区画する燃焼室壁面を有する燃焼室構成部材と、前記燃焼室壁面に形成され、前記燃焼室の径方向へ放射状に延びる複数の微細溝と、を備え、前記燃焼室壁面が、少なくとも前記燃焼室の径方向内側の第１環状領域と、前記第１環状領域に隣接し前記第１環状領域よりも径方向外側の第２環状領域とを含み、前記第１環状領域において前記複数の微細溝の各々は、第１の溝幅を有し、前記第２環状領域において前記複数の微細溝の各々は、前記第１の溝幅よりも広い第２の溝幅を有し、前記燃焼室壁面が、径方向に３以上の環状領域に区分され、前記環状領域の各々に、前記スキッシュ方向の筒内ガス主流の流速に応じて設定された溝幅を有する微細溝が配置されている。 A combustion chamber structure of an engine according to still another aspect of the present invention is a combustion chamber of an engine including a cylinder and a piston, and a combustion chamber wall surface defining a combustion chamber in which a cylinder main gas flow in the squish direction is generated in the combustion chamber. And a plurality of fine grooves formed in the combustion chamber wall surface and extending radially in the radial direction of the combustion chamber, the combustion chamber wall surface at least radially inward of the combustion chamber A first annular region; and a second annular region adjacent to the first annular region and radially outward of the first annular region, wherein each of the plurality of microgrooves in the first annular region is a first annular region. Each of the plurality of fine grooves in the second annular region has a second groove width wider than the first groove width, and the combustion chamber wall surface is 3 in the radial direction. The annular region is divided into the above annular regions. S in, that has said squish direction of the cylinder interior gas main of the fine groove having a set groove width in accordance with the flow rate is disposed.

この燃焼室構造によれば、スキッシュ流の流速に応じて径方向に多段階に微細溝の溝幅を変更することが可能となる。従って、冷却損失を一層低減させることができる。   According to this combustion chamber structure, the groove width of the fine groove can be changed in multiple stages in the radial direction according to the flow velocity of the squish flow. Therefore, the cooling loss can be further reduced.

本発明の燃焼室構造によれば、燃焼室壁面に形成する微細溝構造を適正化し、エンジンの冷却損失の一層の低減を図ることができる。   According to the combustion chamber structure of the present invention, the fine groove structure formed on the combustion chamber wall surface can be optimized to further reduce the cooling loss of the engine.

図１は、本発明の実施形態に係るエンジンの燃焼室構造が適用されるエンジンを示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an engine to which an engine combustion chamber structure according to an embodiment of the present invention is applied. 図２は、図１に示された燃焼室付近を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the vicinity of the combustion chamber shown in FIG. 図３は、図１に前記燃焼室をシリンダヘッド側から見た平面図である。3 is a plan view of the combustion chamber of FIG. 1 as viewed from the cylinder head side. 図４（Ａ）は、前記燃焼室内においてピストンの冠面上で発生するスキッシュ流を説明するための模式図、図４（Ｂ）は、スキッシュ流の態様を示す模式図である。FIG. 4A is a schematic diagram for explaining the squish flow generated on the crown surface of the piston in the combustion chamber, and FIG. 4B is a schematic diagram showing an aspect of the squish flow. 図５は、比較例に係る微細溝パターンが形成された、ピストンの冠面を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a crown surface of a piston in which a fine groove pattern according to a comparative example is formed. 図６（Ａ）は、燃焼室壁面が平坦な場合における、スキッシュ流の縦渦（渦流）と当該燃焼室壁面との位置関係を示す図、図６（Ｂ）は、燃焼室壁面に微細溝が形成されている場合における、前記渦流と当該燃焼室壁面との位置関係を示す図である。FIG. 6A is a diagram showing the positional relationship between a squish flow longitudinal vortex (vortex) and the combustion chamber wall surface when the combustion chamber wall surface is flat, and FIG. 6B is a micro groove on the combustion chamber wall surface. It is a figure which shows the positional relationship of the said eddy current and the said combustion chamber wall surface in the case where is formed. 図７は、本発明の実施形態に係る微細溝パターンが採用された、ピストンの冠面を示す平面図である。FIG. 7 is a plan view showing a crown surface of a piston in which the fine groove pattern according to the embodiment of the present invention is employed. 図８は、本実施形態の微細溝パターンを説明するための模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the fine groove pattern of the present embodiment. 図９は、微細溝の模式的な断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a fine groove. 図１０は、比較例の微細溝パターンを説明するための模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a fine groove pattern of a comparative example. 図１１は、微細溝による冷却損失低減効果を示すグラフであって、微細溝の無次元溝幅と冷却損失低減率との関係を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the cooling loss reduction effect by the fine grooves, and is a graph showing the relationship between the dimensionless groove width of the fine grooves and the cooling loss reduction rate. 図１２は、微細溝の無次元長さと燃焼室壁面に対する熱伝達率低減率との関係を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the dimensionless length of the fine groove and the heat transfer coefficient reduction rate with respect to the combustion chamber wall surface. 図１３は、本実施形態の変形例に係る微細溝パターンを説明するための模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram for explaining a fine groove pattern according to a modification of the present embodiment. 図１４は、本実施形態の他の変形例に係る微細溝パターンを説明するための模式図である。FIG. 14 is a schematic diagram for explaining a fine groove pattern according to another modification of the present embodiment.

［エンジンの全体構成］
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るエンジンの燃焼室構造を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るエンジンの燃焼室構造が適用されるエンジンを示す概略断面図、図２は、図１に示す燃焼室付近を拡大して示す断面図、図３は、図１に前記燃焼室をシリンダヘッド側から見た平面図である。ここに示されるエンジンは、自動車等の車両の走行駆動用の動力源として、前記車両に搭載される往復ピストン型の多気筒ガソリンエンジンである。エンジンは、エンジン本体１と、これに組付けられた図外の吸排気マニホールド及び各種ポンプ等の補機とを含む。エンジン本体１に供給される燃料は、本実施形態では、ガソリンを主成分とするものである。 [Entire engine configuration]
Hereinafter, a combustion chamber structure of an engine according to an embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings. 1 is a schematic sectional view showing an engine to which a combustion chamber structure of an engine according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the combustion chamber shown in FIG. FIG. 1 is a plan view of the combustion chamber as viewed from the cylinder head side. The engine shown here is a reciprocating piston type multi-cylinder gasoline engine mounted on the vehicle as a power source for driving the vehicle such as an automobile. The engine includes an engine body 1 and auxiliary equipment such as an intake / exhaust manifold and various pumps (not shown) assembled thereto. In the present embodiment, the fuel supplied to the engine body 1 is mainly composed of gasoline.

エンジン本体１は、シリンダブロック３、シリンダヘッド４及びピストン５（これらは、本発明における「燃焼室構成部材」の一例である）を備える。シリンダブロック３は、図１の紙面に垂直な方向に並ぶ複数の気筒２（図中ではそのうちの１つのみを示す）を有している。シリンダヘッド４は、シリンダブロック３の上面に取り付けられ、気筒２の上部開口を塞いでいる。ピストン５は、各気筒２に往復摺動可能に収容されており、コネクティングロッド８を介してクランク軸７と連結されている。ピストン５の往復運動に応じて、クランク軸７はその中心軸回りに回転する。   The engine body 1 includes a cylinder block 3, a cylinder head 4, and a piston 5 (these are examples of the “combustion chamber constituent member” in the present invention). The cylinder block 3 has a plurality of cylinders 2 (only one of them is shown in the figure) arranged in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. The cylinder head 4 is attached to the upper surface of the cylinder block 3 and closes the upper opening of the cylinder 2. The piston 5 is accommodated in each cylinder 2 so as to be reciprocally slidable, and is connected to the crankshaft 7 via a connecting rod 8. In response to the reciprocating motion of the piston 5, the crankshaft 7 rotates about its central axis.

ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。シリンダヘッド４には、燃焼室６と連通する吸気ポート９及び排気ポート１０が形成されている。シリンダヘッド４の底面４ａには、吸気ポート９の下流端である吸気側開口部４１と、排気ポート１０の上流端である排気側開口部４２とが形成されている。シリンダヘッド４には、吸気側開口部４１を開閉する吸気バルブ１１と、排気側開口部４２を開閉する排気バルブ１２とが組み付けられている。図３に示す通り、本実施形態のエンジンは、ダブルオーバーヘッドカムシャフト式（ＤＯＨＣ）エンジンである。吸気側開口部４１と排気側開口部４２とは、各気筒２につき２つずつ設けられるとともに、吸気バルブ１１および排気バルブ１２も２つずつ設けられている。   A combustion chamber 6 is formed above the piston 5. An intake port 9 and an exhaust port 10 communicating with the combustion chamber 6 are formed in the cylinder head 4. An intake side opening 41 that is a downstream end of the intake port 9 and an exhaust side opening 42 that is an upstream end of the exhaust port 10 are formed on the bottom surface 4 a of the cylinder head 4. The cylinder head 4 is assembled with an intake valve 11 for opening and closing the intake side opening 41 and an exhaust valve 12 for opening and closing the exhaust side opening 42. As shown in FIG. 3, the engine of the present embodiment is a double overhead camshaft (DOHC) engine. Two intake side openings 41 and two exhaust side openings 42 are provided for each cylinder 2, and two intake valves 11 and two exhaust valves 12 are also provided.

図２に示されるように、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２は、いわゆるポペットバルブである。吸気バルブ１１は、吸気側開口部４１を開閉する傘状の弁体１１ａと、この弁体１１ａから垂直に延びるステム１１ｂとを含む。同様に、排気バルブ１２は、排気側開口部４２を開閉する傘状の弁体１２ａと、この弁体１２ａから垂直に延びるステム１２ｂとを含む。吸気バルブ１１の弁体１１ａは、燃焼室６に臨むバルブ面１１ｃを有する。排気バルブ１２の弁体１２ａは、燃焼室６に臨むバルブ面１２ｃを有する。   As shown in FIG. 2, the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are so-called poppet valves. The intake valve 11 includes an umbrella-shaped valve body 11a that opens and closes the intake-side opening 41, and a stem 11b that extends perpendicularly from the valve body 11a. Similarly, the exhaust valve 12 includes an umbrella-shaped valve body 12a that opens and closes the exhaust-side opening 42, and a stem 12b that extends perpendicularly from the valve body 12a. The valve body 11 a of the intake valve 11 has a valve surface 11 c that faces the combustion chamber 6. The valve body 12 a of the exhaust valve 12 has a valve surface 12 c that faces the combustion chamber 6.

吸気バルブ１１及び排気バルブ１２も、上記の「燃焼室構成部材」に相当する。本実施形態において、燃焼室６を区画する燃焼室壁面は、気筒２の内壁面、ピストン５の上面である冠面５０、シリンダヘッド４の底面４ａ、吸気バルブ１１のバルブ面１１ｃ及び排気バルブ１２のバルブ面１２ｃからなる。   The intake valve 11 and the exhaust valve 12 also correspond to the “combustion chamber constituent member” described above. In the present embodiment, the combustion chamber wall surfaces that define the combustion chamber 6 are the inner wall surface of the cylinder 2, the crown surface 50 that is the upper surface of the piston 5, the bottom surface 4 a of the cylinder head 4, the valve surface 11 c of the intake valve 11, and the exhaust valve 12. The valve surface 12c.

シリンダヘッド４には、吸気バルブ１１、排気バルブ１２を各々駆動する吸気側動弁機構１３、排気側動弁機構１４が配設されている。これら動弁機構１３、１４によりクランク軸７の回転に連動して、各ステム１１ｂ、１２ｂが駆動される。これらステム１１ｂ、１２ｂの駆動により、吸気バルブ１１の弁体１１ａが吸気側開口部４１を開閉し、排気バルブ１２の弁体１２ａが排気側開口部４２を開閉する。   The cylinder head 4 is provided with an intake side valve mechanism 13 and an exhaust side valve mechanism 14 for driving the intake valve 11 and the exhaust valve 12, respectively. The stems 11b and 12b are driven by the valve mechanisms 13 and 14 in conjunction with the rotation of the crankshaft 7. By driving the stems 11b and 12b, the valve body 11a of the intake valve 11 opens and closes the intake side opening 41, and the valve body 12a of the exhaust valve 12 opens and closes the exhaust side opening 42.

吸気側動弁機構１３には、吸気側可変バルブタイミング機構（吸気側ＶＶＴ）１５が組み込まれている。吸気側ＶＶＴ１５は、吸気カム軸に設けられた電動式のＶＶＴであり、クランク軸７に対する吸気カム軸の回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更することにより、吸気バルブ１１の開閉タイミングを変更する。同様に、排気側動弁機構１４には、排気側可変バルブタイミング機構（排気側ＶＶＴ）１６が組み込まれている。排気側ＶＶＴ１６は、排気カム軸に設けられた電動式のＶＶＴであり、クランク軸７に対する排気カム軸の回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更することにより、排気バルブ１２の開閉タイミングを変更する。   An intake side variable valve timing mechanism (intake side VVT) 15 is incorporated in the intake side valve mechanism 13. The intake side VVT 15 is an electric VVT provided on the intake camshaft, and the intake valve 11 is opened and closed by continuously changing the rotation phase of the intake camshaft with respect to the crankshaft 7 within a predetermined angle range. To change. Similarly, an exhaust side variable valve timing mechanism (exhaust side VVT) 16 is incorporated in the exhaust side valve mechanism 14. The exhaust side VVT 16 is an electric VVT provided on the exhaust camshaft, and the exhaust valve 12 is opened and closed by continuously changing the rotational phase of the exhaust camshaft with respect to the crankshaft 7 within a predetermined angular range. To change.

シリンダヘッド４には、燃焼室６内の混合気に点火エネルギーを供給する点火プラグ１７が各気筒２につき１つずつ取り付けられている。点火プラグ１７は、その点火点が燃焼室６内に臨む姿勢でシリンダヘッド４に取り付けられている。点火プラグ１７は、図外の点火回路からの給電に応じてその先端から火花を放電して、燃焼室６内の混合気に点火する。   One ignition plug 17 for supplying ignition energy to the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is attached to the cylinder head 4, one for each cylinder 2. The spark plug 17 is attached to the cylinder head 4 so that the ignition point faces the combustion chamber 6. The spark plug 17 discharges a spark from its tip in response to power supply from an ignition circuit (not shown), and ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 6.

シリンダヘッド４には、先端部から燃焼室６内にガソリンを主成分とする燃料を噴射するインジェクタ１８が、各気筒２につき１つずつ取り付けられている。インジェクタ１８には燃料供給管１９が接続されている。インジェクタ１８は、燃料供給管１９を通じて供給された燃料を噴射する。燃料供給管１９の上流側には、クランク軸７と連動連結されたプランジャー式のポンプ等からなる高圧燃料ポンプ（図示せず）が接続されている。この高圧燃料ポンプと燃料供給管１９との間には、全気筒２に共通の蓄圧用のコモンレール（図示せず）が設けられている。このコモンレール内で蓄圧された燃料が各気筒２のインジェクタ１８に供給されることにより、各インジェクタ１８からは、高い圧力の燃料が燃焼室６内に噴射される。   The cylinder head 4 is provided with one injector 18 for each cylinder 2 for injecting fuel mainly composed of gasoline into the combustion chamber 6 from the tip. A fuel supply pipe 19 is connected to the injector 18. The injector 18 injects the fuel supplied through the fuel supply pipe 19. Connected to the upstream side of the fuel supply pipe 19 is a high-pressure fuel pump (not shown) composed of a plunger-type pump or the like interlocked with the crankshaft 7. A common rail (not shown) for accumulating pressure common to all the cylinders 2 is provided between the high-pressure fuel pump and the fuel supply pipe 19. The fuel accumulated in the common rail is supplied to the injectors 18 of the respective cylinders 2, whereby high pressure fuel is injected from the injectors 18 into the combustion chamber 6.

［燃焼室の詳細構造］
図２を参照して、燃焼室６の底面はピストン５の冠面５０であり、燃焼室６の上面は燃焼室天井面６０である。燃焼室天井面６０は、シリンダヘッド４の底面４ａ、２つの吸気バルブ１１のバルブ面１１ｃ及び２つの排気バルブ１２のバルブ面１２ｃによって構成されている。燃焼室天井面６０は、上向きに凸の緩やかな曲面形状を有している。 [Detailed structure of combustion chamber]
Referring to FIG. 2, the bottom surface of combustion chamber 6 is a crown surface 50 of piston 5, and the upper surface of combustion chamber 6 is a combustion chamber ceiling surface 60. The combustion chamber ceiling surface 60 is constituted by the bottom surface 4 a of the cylinder head 4, the valve surfaces 11 c of the two intake valves 11, and the valve surfaces 12 c of the two exhaust valves 12. The combustion chamber ceiling surface 60 has a gently curved shape that is convex upward.

詳述すると、シリンダヘッド４の底面４ａは、その径方向中心、すなわち気筒２の軸線ｕ１上の点を頂部として、径方向外側に向かうに従って高さが低くなる略円錐面状に形成されている。吸気バルブ１１のバルブ面１１ｃ及び排気バルブ１２のバルブ面１２ｃは、シリンダヘッド４の底面４ａと同じ曲率で湾曲する湾曲面に形成されている。インジェクタ１８は、その先端部が燃焼室天井面６０の頂部近傍に位置し、その軸線が軸線ｕ１と一致するように配設されている。   More specifically, the bottom surface 4a of the cylinder head 4 is formed in a substantially conical surface shape whose height decreases toward the outer side in the radial direction with the radial center, that is, the point on the axis u1 of the cylinder 2 as the top. . The valve surface 11 c of the intake valve 11 and the valve surface 12 c of the exhaust valve 12 are formed as curved surfaces that are curved with the same curvature as the bottom surface 4 a of the cylinder head 4. The injector 18 is disposed such that its tip is located near the top of the combustion chamber ceiling surface 60 and its axis coincides with the axis u1.

図３に示されるように、弁体１１ａが開閉する吸気側開口部４１と弁体１２ａが開閉する排気側開口部４２とは、燃焼室天井面６０に、その周方向に並んで開口している。２つの吸気側開口部４１と２つの排気側開口部４２とは、燃焼室６の天井面６０の中心を通る直線ｕ２を挟んで両側に設けられている。図３の例では、２つの吸気側開口部４１（弁体１１ａ）は、燃焼室天井面６０の直線ｕ２の左側に設けられており、２つの排気側開口部４２（弁体１２ａ）は、燃焼室天井面６０の直線ｕ２の右側に設けられている。   As shown in FIG. 3, an intake side opening 41 that opens and closes the valve body 11 a and an exhaust side opening 42 that opens and closes the valve body 12 a are opened on the combustion chamber ceiling surface 60 side by side in the circumferential direction thereof. Yes. The two intake side openings 41 and the two exhaust side openings 42 are provided on both sides of a straight line u2 passing through the center of the ceiling surface 60 of the combustion chamber 6. In the example of FIG. 3, the two intake side openings 41 (valve elements 11 a) are provided on the left side of the straight line u <b> 2 of the combustion chamber ceiling surface 60, and the two exhaust side openings 42 (valve elements 12 a) It is provided on the right side of the straight line u <b> 2 of the combustion chamber ceiling surface 60.

冠面５０は、燃焼室天井面６０と上下方向に対向する面であり、その径方向中央部分に配置されたキャビティ５Ｃと、キャビティ５Ｃの外周に同心円状に配置された基準面５１とを備えている。キャビティ５Ｃは、冠面５０の径方向中央領域が下方に凹没湾曲された部分であり、インジェクタ１８から燃料の噴射を受ける部分である。基準面５１は、燃焼室天井面６０の湾曲形状に沿う、上向きに凸の緩やかな曲面形状を有している。すなわち、基準面５１は、キャビティ５Ｃとの境界となる開口縁５２から、径方向外側に向かうにつれて下方に傾斜する緩い凸曲面である。基準面５１と燃焼室天井面６０との間においては、燃焼室６の上下方向の間隔は略一定である。   The crown surface 50 is a surface facing the combustion chamber ceiling surface 60 in the vertical direction, and includes a cavity 5C disposed in the central portion in the radial direction and a reference surface 51 disposed concentrically on the outer periphery of the cavity 5C. ing. The cavity 5 </ b> C is a portion where the central region in the radial direction of the crown surface 50 is recessed downward and is a portion that receives fuel injection from the injector 18. The reference surface 51 has a gently curved upward convex shape along the curved shape of the combustion chamber ceiling surface 60. That is, the reference surface 51 is a gently convex curved surface that is inclined downward from the opening edge 52 serving as a boundary with the cavity 5C toward the outside in the radial direction. Between the reference surface 51 and the combustion chamber ceiling surface 60, the vertical interval of the combustion chamber 6 is substantially constant.

冠面５０は、上述のキャビティ５Ｃと基準面５１とが径方向に連なった凹凸面である。冠面５０の径方向中心付近には、キャビティ５Ｃの最深部である底面部５３が位置している。キャビティ５Ｃの開口縁５２には、基準面５１の内周縁が連設されている。基準面５１の外周縁５４は、気筒２の壁面に近接している。   The crown surface 50 is an uneven surface in which the above-described cavity 5C and the reference surface 51 are continuous in the radial direction. Near the center of the crown surface 50 in the radial direction, a bottom surface portion 53 that is the deepest portion of the cavity 5C is located. The inner peripheral edge of the reference surface 51 is connected to the opening edge 52 of the cavity 5C. An outer peripheral edge 54 of the reference surface 51 is close to the wall surface of the cylinder 2.

エンジン本体１における吸気工程、圧縮工程、膨張工程及び排気工程において、燃焼室６内には筒内ガスの流れが発生する。筒内ガスの流れの向きや形態は、燃焼室６の形状、燃焼室６内の圧力や温度等により様々に変化するが、モデル化すると、スキッシュ方向、スワール方向及びタンブル方向の筒内ガス主流に区分することができる。本実施形態に係る燃焼室６は、圧縮／膨張工程時において、少なくともスキッシュ方向の筒内ガス主流（スキッシュ流）が生じる燃焼室である。   In the intake process, compression process, expansion process, and exhaust process in the engine main body 1, a cylinder gas flow is generated in the combustion chamber 6. The direction and form of the in-cylinder gas flow vary depending on the shape of the combustion chamber 6, the pressure and temperature in the combustion chamber 6, etc., but when modeled, the in-cylinder gas mainstream in the squish direction, swirl direction, and tumble direction Can be divided into The combustion chamber 6 according to the present embodiment is a combustion chamber in which an in-cylinder gas main flow (squish flow) in at least the squish direction is generated during the compression / expansion process.

図４（Ａ）は、燃焼室６内においてピストン５の冠面５０上で発生するスキッシュ流３０を説明するための模式的な平面図である。燃焼室６内には、スキッシュ流３０として、正スキッシュ流ＳＱと逆スキッシュ流ＲＳＱとが生じる。圧縮工程においては、冠面５０の外周縁５４から径方向内側に向かい、キャビティ５Ｃに至る正スキッシュ流ＳＱが生じる。一方、膨張工程では、キャビティ５Ｃから径方向外側に向かい、外周縁５４に至る逆スキッシュ流ＲＳＱが生じる。   FIG. 4A is a schematic plan view for explaining the squish flow 30 generated on the crown surface 50 of the piston 5 in the combustion chamber 6. A forward squish flow SQ and a reverse squish flow RSQ are generated in the combustion chamber 6 as the squish flow 30. In the compression process, a positive squish flow SQ is generated from the outer peripheral edge 54 of the crown surface 50 toward the inside in the radial direction and reaching the cavity 5C. On the other hand, in the expansion process, a reverse squish flow RSQ is generated from the cavity 5 </ b> C outward in the radial direction and reaching the outer peripheral edge 54.

図４（Ｂ）は、スキッシュ流３０の態様を示す模式図である。スキッシュ流３０は、主流３１と、この主流３１に伴う副流である渦流３２とを含む。主流３１は、スキッシュ方向に向かうガス流である。渦流３２は、主流３１の進行軸の軸回りに旋回する縦渦である。この渦流３２には、熱を輸送する性質が強いという特徴がある。他の筒内ガス主流（スワール流及びタンブル流）についても同様である。   FIG. 4B is a schematic diagram illustrating an aspect of the squish flow 30. The squish flow 30 includes a main flow 31 and a vortex flow 32 that is a side flow accompanying the main flow 31. The main flow 31 is a gas flow toward the squish direction. The vortex flow 32 is a vertical vortex that swirls around the axis of travel of the main flow 31. The eddy current 32 is characterized by a strong property of transporting heat. The same applies to other in-cylinder gas main flows (swirl flow and tumble flow).

［微細溝の利点及び問題点］
上述の通り、渦流３２が熱輸送の性質を有することから、スキッシュ流３０が燃焼室壁面、つまりピストン５の冠面５０に近接する位置を通過すると、渦流３２と冠面５０との間における熱エネルギーの授受（熱伝達）が活発となってしまう。このような熱伝達は、燃焼室６内の熱が燃焼室壁面を通して放熱されてしまう冷却損失に繋がり、エンジンの熱効率を低下させる。 [Advantages and problems of fine grooves]
As described above, since the vortex flow 32 has the property of heat transport, when the squish flow 30 passes through the combustion chamber wall surface, that is, the position close to the crown surface 50 of the piston 5, the heat between the vortex flow 32 and the crown surface 50. Energy transfer (heat transfer) becomes active. Such heat transfer leads to a cooling loss in which the heat in the combustion chamber 6 is dissipated through the wall surface of the combustion chamber, and reduces the thermal efficiency of the engine.

この問題の解決手段として、燃焼室６を区画する燃焼室壁面に、筒内ガスの主流方向に沿って延びる複数の微細溝を形成する方法がある。図５は、スキッシュ方向に延びる微細溝２００が形成された、ピストン５の冠面５０を示す平面図である。冠面５０の、キャビティ５Ｃを除くスキッシュエリア（基準面５１）には、ピストン５の径方向中心から放射状に延びる複数の微細溝２００が設けられている。図５では、図示簡略化のため複数の微細溝２００が粗に配列されているが、実際は溝同士が隣接する程度に密に配列される。   As a means for solving this problem, there is a method of forming a plurality of fine grooves extending along the main flow direction of the in-cylinder gas on the combustion chamber wall surface defining the combustion chamber 6. FIG. 5 is a plan view showing a crown surface 50 of the piston 5 in which a fine groove 200 extending in the squish direction is formed. A plurality of fine grooves 200 extending radially from the radial center of the piston 5 are provided in the squish area (reference surface 51) of the crown surface 50 excluding the cavity 5C. In FIG. 5, a plurality of fine grooves 200 are roughly arranged for simplification of illustration, but actually, the fine grooves 200 are densely arranged so that the grooves are adjacent to each other.

このような微細溝２００を形成することの利点を図６（Ａ）、（Ｂ）に基づき説明する。図６（Ａ）は比較例であり、燃焼室壁面（例えば冠面５０）が平坦な場合における、スキッシュ流３０の渦流３２と当該燃焼室壁面との位置関係を示す図である。燃焼室壁面が平坦であると、渦流３２は燃焼室壁面に接近することが可能となり、これに伴い両者間で熱伝達が行われ易くなる。このため、燃焼室６内の熱が前記燃焼室壁面を通して外部に放熱され易くなる。   The advantage of forming such a fine groove 200 will be described with reference to FIGS. 6 (A) and 6 (B). FIG. 6A is a comparative example, and is a diagram showing the positional relationship between the vortex flow 32 of the squish flow 30 and the combustion chamber wall surface when the combustion chamber wall surface (for example, the crown surface 50) is flat. When the combustion chamber wall surface is flat, the vortex flow 32 can approach the combustion chamber wall surface, and heat transfer between the both becomes easy. For this reason, the heat in the combustion chamber 6 is easily radiated to the outside through the combustion chamber wall surface.

一方、図６（Ｂ）は、燃焼室壁面（冠面５０）に微細溝２００が形成されている場合における、渦流３２と冠面５０との位置関係を示す図である。微細溝２００は、断面Ｕ字状の溝であり、その溝幅Ｓは、スキッシュ流３０の渦流３２の渦スケールＤ（直径）よりも小さく設定されている。このような微細溝２００が冠面５０に設けられていることで、渦流３２（乱流）は微細溝２００に入り込むことができず、微細溝２００の頂部に留まるようになる。つまり、図６（Ａ）のように平坦な燃焼室壁面の場合に比べて、渦流３２が燃焼室壁面（冠面５０）から離間されるようになる。従って、渦流３２と冠面５０との間において熱伝達は行われ難くなり、冠面５０を通した放熱が抑制される。   On the other hand, FIG. 6B is a diagram showing the positional relationship between the vortex flow 32 and the crown surface 50 when the fine groove 200 is formed on the combustion chamber wall surface (crown surface 50). The fine groove 200 is a groove having a U-shaped cross section, and the groove width S is set smaller than the vortex scale D (diameter) of the vortex 32 of the squish flow 30. By providing such a fine groove 200 on the crown surface 50, the vortex 32 (turbulent flow) cannot enter the fine groove 200 and remains at the top of the fine groove 200. That is, as compared with a flat combustion chamber wall surface as shown in FIG. 6A, the vortex 32 is separated from the combustion chamber wall surface (crown surface 50). Therefore, it is difficult for heat transfer to occur between the vortex 32 and the crown surface 50, and heat dissipation through the crown surface 50 is suppressed.

しかしながら、本発明者らの検討によれば、冠面５０にスキッシュ方向へ放射状に延びる微細溝２００を単に形成しただけでは、十分に冷却損失を抑制できない場合があることが判明した。換言すると、微細溝の形成パターンを工夫することで、より熱効率を向上させる余地があることが判明した。   However, according to the study by the present inventors, it has been found that simply forming the minute grooves 200 extending radially in the squish direction on the crown surface 50 may not sufficiently suppress the cooling loss. In other words, it has been found that there is room for further improving the thermal efficiency by devising the formation pattern of the fine grooves.

図５に示すように、キャビティ５Ｃの開口縁５２から外周縁５４にかけて、直線的に、放射状に延びる複数の微細溝２００であると、微細溝２００同士の間隔が、冠面５０の径方向外側に向かうほど広くなってしまう。すなわち、微細溝２００の溝幅が径方向に一定である場合、冠面５０の径方向内側の領域では隣り合う微細溝２００同士が近接するが、径方向外側の領域では隣り合う微細溝２００同士の間隔が開いてしまう。従って、前記径方向外側の領域では、微細溝２００間に平面部が形成されてしまう。この場合、図６（Ａ）に基づき説明した通り、前記平面部にスキッシュ流３０の渦流３２が接近し得るようになるので、冷却損失を十分に抑制できなくなる。   As shown in FIG. 5, when the plurality of microgrooves 200 extend linearly from the opening edge 52 to the outer peripheral edge 54 of the cavity 5 </ b> C, the interval between the microgrooves 200 is the radially outer side of the crown surface 50. It gets wider as you go to. That is, when the groove width of the fine groove 200 is constant in the radial direction, the adjacent fine grooves 200 are close to each other in the radially inner region of the crown surface 50, but adjacent to each other in the radially outer region. The interval of will open. Therefore, a flat portion is formed between the fine grooves 200 in the radially outer region. In this case, as described with reference to FIG. 6A, the vortex flow 32 of the squish flow 30 can approach the flat portion, so that the cooling loss cannot be sufficiently suppressed.

各々の微細溝２００の溝幅を、径方向外側に向かうほど幅広とし、隣り合う微細溝２００同士を径方向全長に亘って近接させることも考えられる。しかし、この場合、径方向外側に向かうに従って溝幅が大きくなり過ぎ、平面に近い状態となるため、径方向外側の領域において、熱伝達抑制効果が小さくなる。   It is also conceivable that the groove width of each fine groove 200 becomes wider toward the outside in the radial direction, and the adjacent fine grooves 200 are brought close to each other over the entire length in the radial direction. However, in this case, the groove width becomes excessively large toward the outer side in the radial direction, and becomes a state close to a flat surface, so that the heat transfer suppressing effect is reduced in the radially outer region.

［微細溝パターンの実施形態］
図７は、本実施形態に係る微細溝パターンが採用された、ピストン５の冠面５０を示す平面図である。図７では、燃焼室６（冠面５０）の径方向を矢印Ａ、円周方向を矢印Ｂで示している。冠面５０（燃焼室壁面）には、基準面５１の領域において、燃焼室６の径方向Ａの中心Ｏから径方向Ａの外側へ放射状に延びる複数の微細溝２０が設けられている。 [Embodiment of fine groove pattern]
FIG. 7 is a plan view showing a crown surface 50 of the piston 5 in which the fine groove pattern according to the present embodiment is employed. In FIG. 7, the radial direction of the combustion chamber 6 (crown surface 50) is indicated by an arrow A, and the circumferential direction is indicated by an arrow B. The crown surface 50 (combustion chamber wall surface) is provided with a plurality of fine grooves 20 extending radially from the center O in the radial direction A of the combustion chamber 6 to the outside in the radial direction A in the region of the reference surface 51.

冠面５０は、径方向Ａの内側から外側に向けて、５つの円環状の領域、第１環状領域Ｒ１、第２環状領域Ｒ２、第３環状領域Ｒ３、第４環状領域Ｒ４及び第５環状領域Ｒ５に区分されている。この領域区分は一例であり、後述する通り、スキッシュ流３０の流速分布に応じて適宜区分することができる。第１環状領域Ｒ１は、最も径方向内側に位置する領域である。第２環状領域Ｒ２は、第１環状領域Ｒ１に隣接し当該第１環状領域Ｒ１よりも径方向外側に位置している。以下同様に、第３環状領域Ｒ３、第４環状領域Ｒ４及び第５環状領域Ｒ５が径方向外側に向けて順次配置されている。   The crown surface 50 has five annular regions, a first annular region R1, a second annular region R2, a third annular region R3, a fourth annular region R4, and a fifth annular region, from the inner side to the outer side in the radial direction A. It is divided into a region R5. This region division is an example, and can be appropriately divided according to the flow velocity distribution of the squish flow 30 as described later. The first annular region R1 is a region located on the innermost radial direction. The second annular region R2 is adjacent to the first annular region R1 and is located on the radially outer side than the first annular region R1. Similarly, the third annular region R3, the fourth annular region R4, and the fifth annular region R5 are sequentially arranged outward in the radial direction.

第１環状領域Ｒ１には、径方向Ａ（スキッシュ方向）に延びる多数の第１微細溝２１が配置されている。多数の第１微細溝２１は、第１環状領域Ｒ１の内周縁から外周縁にかけて、中心Ｏを基準として放射線状に延びている。同様に、第２環状領域Ｒ２には多数の第２微細溝２２が、第３環状領域Ｒ３には多数の第３微細溝２３が、第４環状領域Ｒ４には多数の第４微細溝２４が、第５環状領域Ｒ５には多数の第５微細溝２５が各々配置されている。図７では、第１〜第５微細溝２１〜２５が第１〜第５環状領域Ｒ１〜Ｒ５の一部に刻設されているように描かれているが、これは図示簡略化のためであり、実際は微細溝２１〜２５が環状領域Ｒ１〜Ｒ５の全域に刻設されている。   A number of first fine grooves 21 extending in the radial direction A (squish direction) are arranged in the first annular region R1. A number of first fine grooves 21 extend radially from the inner periphery to the outer periphery of the first annular region R1 with the center O as a reference. Similarly, a large number of second fine grooves 22 are formed in the second annular region R2, a large number of third fine grooves 23 are formed in the third annular region R3, and a large number of fourth fine grooves 24 are formed in the fourth annular region R4. In the fifth annular region R5, a large number of fifth fine grooves 25 are arranged. In FIG. 7, the first to fifth fine grooves 21 to 25 are depicted as being engraved in a part of the first to fifth annular regions R1 to R5. In fact, the fine grooves 21 to 25 are engraved in the entire area of the annular regions R1 to R5.

図８は、本実施形態に係る微細溝パターンを説明するための模式図であり、第１〜第５微細溝２１〜２５からなる微細溝２０を平面的に示した図である。図８には、図７に示した径方向Ａ及び円周方向Ｂに各々対応する矢印Ａ、Ｂが記載されている。図９は、微細溝２０の断面形状を示している。   FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the fine groove pattern according to the present embodiment, and is a view showing the fine groove 20 including the first to fifth fine grooves 21 to 25 in a plan view. FIG. 8 shows arrows A and B corresponding to the radial direction A and the circumferential direction B shown in FIG. FIG. 9 shows a cross-sectional shape of the fine groove 20.

第１微細溝２１は、所定長の溝幅からなる第１の溝幅Ｓ１を有する、断面Ｖ字型の溝である。第１微細溝２１は、Ｖ字溝の開口縁である一対の頂部２０１と、Ｖ字溝の最深部である谷部２０２と、一対の頂部２０１と谷部２０２との間に存在する一対の傾斜面２０３とからなる（第２〜第５微細溝２２〜２５も同様）。一対の傾斜面２０３がなす角度θは、例えば６０°に設定することができる。図８では、頂部２０１を太線で、谷部２０２を細線で描いている。これは、両者の識別を容易にするためであり、頂部２０１及び谷部２０２の実際の幅を示すものではない。なお、微細溝２０の形状は適宜選択することができ、図６（Ｂ）に示したような断面Ｕ字型の溝、或いは断面矩形型の溝等であっても良い。   The first fine groove 21 is a groove having a V-shaped cross section having a first groove width S1 having a predetermined groove width. The first fine groove 21 includes a pair of top portions 201 that are the opening edges of the V-shaped groove, a trough portion 202 that is the deepest portion of the V-shaped groove, and a pair of top portions 201 and a trough portion 202 that exist between It consists of the inclined surface 203 (the 2nd-5th fine groove 22-25 is the same). The angle θ formed by the pair of inclined surfaces 203 can be set to 60 °, for example. In FIG. 8, the top part 201 is drawn with a thick line, and the trough part 202 is drawn with a thin line. This is for facilitating identification between the two, and does not indicate the actual widths of the top portion 201 and the valley portion 202. The shape of the fine groove 20 can be selected as appropriate, and may be a groove having a U-shaped section, a groove having a rectangular section, or the like as shown in FIG.

複数の第１微細溝２１は、円周方向Ｂに第１配列ピッチで配置されている。本実施形態では、図９に示すように、微細溝２０の溝幅Ｓと微細溝２０の配列ピッチＰとが実質的に同じとされている。すなわち、隣り合う微細溝２０は、その頂部２０１同士が隣接（接合）するように、円周方向Ｂに配列されている。このため、微細溝２０の延伸方向と直交する断面視（図９）において、隣り合う微細溝２０間に頂部２０１同士の接合部からなる尖った山部が存在する構造、つまり、微細溝２０間には平面部が実質的に存在しない構造とされている。ここで、溝幅Ｓと配列ピッチＰとが「実質的に」同じとしているのは、隣り合う微細溝２０の頂部２０１間に、加工上において不可避的に生じる微細幅の平面部や、前記山部が尖りすぎないように僅かな幅の平面部を積極的に形成するケースが想定されているからである。   The plurality of first fine grooves 21 are arranged in the circumferential direction B at the first arrangement pitch. In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the groove width S of the fine grooves 20 and the arrangement pitch P of the fine grooves 20 are substantially the same. That is, the adjacent fine grooves 20 are arranged in the circumferential direction B so that the top portions 201 are adjacent (joined). For this reason, in a cross-sectional view orthogonal to the extending direction of the fine groove 20 (FIG. 9), a structure in which a sharp peak portion formed by a joint portion between the top portions 201 exists between the adjacent fine grooves 20, that is, between the fine grooves 20 Has a structure in which a plane portion does not substantially exist. Here, the groove width S and the arrangement pitch P are assumed to be “substantially” the same between the top portions 201 of the adjacent fine grooves 20 and the flat portions of the fine width that are inevitably generated during processing, and the peaks. This is because a case where a flat portion having a slight width is positively formed so that the portion is not too sharp is assumed.

第２微細溝２２は、第１の溝幅Ｓ１よりも広い第２の溝幅Ｓ２を有している。また、複数の第２微細溝２２は、第２の溝幅Ｓ２と実質的に同一の第２配列ピッチで円周方向Ｂに配列されている。第１環状領域Ｒ１と第２環状領域Ｒ２とは仮想的に区画された領域であるが、第１微細溝２１と第２微細溝２２との溝幅差（Ｓ１＜Ｓ２）に起因して、第１環状領域Ｒ１と第２環状領域Ｒ２との境界には、断層部Ｃ１が形成されている。   The second fine groove 22 has a second groove width S2 that is wider than the first groove width S1. Further, the plurality of second fine grooves 22 are arranged in the circumferential direction B at a second arrangement pitch substantially the same as the second groove width S2. Although the first annular region R1 and the second annular region R2 are virtually partitioned regions, due to the groove width difference (S1 <S2) between the first fine groove 21 and the second fine groove 22, A tomographic section C1 is formed at the boundary between the first annular region R1 and the second annular region R2.

断層部Ｃ１では、第１の溝幅Ｓ１と第２の溝幅Ｓ１との溝幅差に基づき、前記第１配列ピッチ（≒Ｓ１）と前記第２配列ピッチ（≒Ｓ２）とが前記円周方向にオフセットしている。つまり、第１微細溝２１及び第２微細溝２２の各配列ピッチが相互に異なるため、断層部Ｃ１において第１微細溝２１と第２微細溝２２との径方向Ａにおける連続性が途絶えている。このことは、第１、第２環状領域Ｒ１、Ｒ２間における微細溝の連続性を考慮から外し、各環状領域Ｒ１、Ｒ２において最適な溝幅Ｓ１、Ｓ２を有する第１、第２微細溝２１、２２を配置可能とすることを意味する。   In the tomographic section C1, the first arrangement pitch (≈S1) and the second arrangement pitch (≈S2) are determined based on the groove width difference between the first groove width S1 and the second groove width S1. It is offset in the direction. That is, since the arrangement pitches of the first fine grooves 21 and the second fine grooves 22 are different from each other, the continuity in the radial direction A between the first fine grooves 21 and the second fine grooves 22 is interrupted in the tomographic portion C1. . This excludes the continuity of the fine grooves between the first and second annular regions R1 and R2, and the first and second fine grooves 21 having the optimum groove widths S1 and S2 in each of the annular regions R1 and R2. , 22 can be arranged.

第３微細溝２３は、第２の溝幅Ｓ２よりも広い第３の溝幅Ｓ３を有している。複数の第３微細溝２３は、第３の溝幅Ｓ３と実質的に同一の第３配列ピッチで円周方向Ｂに配列されている。同様に、複数の第４微細溝２４は、各々第３の溝幅Ｓ３よりも広い第４の溝幅Ｓ４を有し、第４の溝幅Ｓ４と実質的に同一の第４配列ピッチで円周方向Ｂに配列されている。複数の第５微細溝２５は、各々第４の溝幅Ｓ４よりも広い第５の溝幅Ｓ５を有し、第５の溝幅Ｓ５と実質的に同一の第５配列ピッチで円周方向Ｂに配列されている。   The third fine groove 23 has a third groove width S3 that is wider than the second groove width S2. The plurality of third fine grooves 23 are arranged in the circumferential direction B at a third arrangement pitch substantially the same as the third groove width S3. Similarly, each of the plurality of fourth fine grooves 24 has a fourth groove width S4 that is wider than the third groove width S3, and has a fourth arrangement pitch substantially the same as the fourth groove width S4. They are arranged in the circumferential direction B. Each of the plurality of fifth fine grooves 25 has a fifth groove width S5 wider than the fourth groove width S4, and the circumferential direction B has a fifth arrangement pitch substantially the same as the fifth groove width S5. Is arranged.

上記と同様に、第２微細溝２２と第３微細溝との溝幅差（Ｓ２＜Ｓ３）に起因して、第２環状領域Ｒ２と第３環状領域Ｒ３との境界には、断層部Ｃ２が形成されている。また、第３、第４微細溝２３、２４の溝幅差（Ｓ３＜Ｓ４）に起因して、第３、第４環状領域Ｒ３、Ｒ４の境界には断層部Ｃ３が、第４、第５微細溝２４、２５の溝幅差（Ｓ４＜Ｓ５）に起因して、第４、第５環状領域Ｒ４、Ｒ５の境界には断層部Ｃ４が形成されている。   Similarly to the above, due to the groove width difference (S2 <S3) between the second fine groove 22 and the third fine groove, the boundary between the second annular region R2 and the third annular region R3 has a fault C2 Is formed. Further, due to the groove width difference (S3 <S4) between the third and fourth fine grooves 23 and 24, the tomographic part C3 is formed at the boundary between the third and fourth annular regions R3 and R4, and the fourth and fifth Due to the difference in groove width between the fine grooves 24 and 25 (S4 <S5), a tomographic part C4 is formed at the boundary between the fourth and fifth annular regions R4 and R5.

以上の通り、第１〜第５の溝幅Ｓ１〜Ｓ５の相互の関係は、
Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３＜Ｓ４＜Ｓ５
とされている。つまり、冠面５０の径方向Ａの外側の環状領域ほど、当該領域に形成される微細溝の溝幅が広く設定されている。このような溝幅設定が行われるのは、スキッシュ流３０の流速と渦流３２との関係を考慮してのことである。エンジンの圧縮／膨張工程時において燃焼室６内で発生するスキッシュ流３０の流速は、燃焼室６の径方向内側へ向かうほど大きくなる傾向がある。本実施形態のように、ペントルーフ型の燃焼室６であって冠面５０の径方向中央部分にキャビティ５Ｃが備えられている場合、一層その傾向は強くなる。例えば正スキッシュ流ＳＱは、キャビティ５Ｃに流入する箇所において圧力が急激に開放されることに伴い噴流的な流れとなり、流速が特に大きくなる。 As described above, the mutual relationship between the first to fifth groove widths S1 to S5 is as follows.
S1 <S2 <S3 <S4 <S5
It is said that. That is, the groove width of the fine groove formed in the annular region on the outer side in the radial direction A of the crown surface 50 is set wider. Such groove width setting is performed in consideration of the relationship between the flow velocity of the squish flow 30 and the vortex flow 32. The flow speed of the squish flow 30 generated in the combustion chamber 6 during the compression / expansion process of the engine tends to increase as it goes inward in the radial direction of the combustion chamber 6. When the cavity 5C is provided in the radial center portion of the crown surface 50 in the pent roof type combustion chamber 6 as in the present embodiment, the tendency is further increased. For example, the normal squish flow SQ becomes a jet-like flow as the pressure is suddenly released at the portion flowing into the cavity 5C, and the flow velocity becomes particularly large.

また、スキッシュ流３０の流速が大きいほど、渦流３２の渦スケールＤ（径）が小さくなる傾向がある。つまり、径方向Ａの外側ではスキッシュ流３０のレイノルズ数は低く、渦流３２の渦スケールＤは比較的大きいが、径方向Ａの内側ではスキッシュ流３０のレイノルズ数は高く、渦スケールＤは比較的小さくなる。後記で詳述するが、燃焼室壁面と渦流３２との間の熱伝達を低減させるために、渦流３２の渦スケールＤに適した溝幅Ｓが存在する。すなわち、スキッシュ流３０の径方向Ａにおける流速分布に応じた最適な溝幅Ｓが存在する。従って、第１〜第５の溝幅Ｓ１〜Ｓ５を、Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３＜Ｓ４＜Ｓ５という関係とすることで、径方向Ａにおける渦流３２の渦スケール変化に応じた溝幅を有する微細溝２１〜２５を各環状領域Ｒ１〜Ｒ５に設けることが可能となる。   Further, the vortex scale D (diameter) of the vortex flow 32 tends to decrease as the flow velocity of the squish flow 30 increases. That is, the Reynolds number of the squish flow 30 is low outside the radial direction A and the vortex scale D of the vortex flow 32 is relatively large, but the Reynolds number of the squish flow 30 is high inside the radial direction A and the vortex scale D is relatively high. Get smaller. As will be described in detail later, there is a groove width S suitable for the vortex scale D of the vortex 32 in order to reduce heat transfer between the combustion chamber wall surface and the vortex 32. That is, there is an optimum groove width S corresponding to the flow velocity distribution in the radial direction A of the squish flow 30. Therefore, the first to fifth groove widths S1 to S5 have a relationship of S1 <S2 <S3 <S4 <S5, so that the fine groove has a groove width corresponding to the vortex scale change of the vortex 32 in the radial direction A. 21 to 25 can be provided in each of the annular regions R1 to R5.

このように本実施形態では、第１〜第５環状領域Ｒ１〜Ｒ５の各々に、スキッシュ流３０の流速に基づいて設定される最適な溝幅Ｓ１〜Ｓ５を有する微細溝２１〜２５が配置される。結果的に、断層部Ｃ１〜Ｃ４において隣接する微細溝間の配列ピッチにオフセットが生じるが、各環状領域Ｒ１〜Ｒ５においては実質的に平面部が生じないように微細溝２１〜２５を形成し易くなる。   Thus, in the present embodiment, the fine grooves 21 to 25 having the optimum groove widths S1 to S5 set based on the flow velocity of the squish flow 30 are arranged in each of the first to fifth annular regions R1 to R5. The As a result, offsets occur in the arrangement pitch between adjacent microgrooves in the tomographic sections C1 to C4, but the microgrooves 21 to 25 are formed so that substantially flat surfaces do not occur in each annular region R1 to R5. It becomes easy.

図１０は、比較例の微細溝パターンを説明するための模式図である。ここでは、図５に示したような、冠面５０の径方向中心Ｏから単純に放射状に延びる複数の微細溝２００の一部を拡大して示している。この比較例では、隣接する一対の微細溝２００Ａ、２００Ｂ間の間隔は、円周長の漸増に従って、径方向Ａの内側では小さいが、径方向Ａの外側に向かうにつれ大きくなっている。つまり、微細溝２００Ａの頂部２０１Ａと微細溝２００Ｂの頂部２０１Ｂとは、径方向Ａの内側では隣接しているが、径方向Ａの外側では大きく離間している。この結果、一対の微細溝２００Ａ、２００Ｂ間には、径方向Ａの外側に向かうほど幅広となる平面部２０４が形成されるようになる。このような平面部２０４は、冷却損失の抑制を阻害する。これに対し、本実施形態では図８に示したように、第１〜第５環状領域Ｒ１〜Ｒ５の各々において、第１〜第５微細溝２１〜２５を密に形成し、微細溝間に平面部が生じないようにすることができる。   FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a fine groove pattern of a comparative example. Here, as shown in FIG. 5, a part of the plurality of fine grooves 200 extending radially from the center O in the radial direction of the crown surface 50 is shown enlarged. In this comparative example, the interval between a pair of adjacent fine grooves 200A and 200B is small on the inner side in the radial direction A as the circumferential length gradually increases, but becomes larger toward the outer side in the radial direction A. That is, the top part 201A of the fine groove 200A and the top part 201B of the fine groove 200B are adjacent on the inner side in the radial direction A, but are largely separated on the outer side in the radial direction A. As a result, a flat portion 204 is formed between the pair of fine grooves 200 </ b> A and 200 </ b> B so as to increase in width toward the outer side in the radial direction A. Such a plane part 204 inhibits suppression of cooling loss. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 8, in each of the first to fifth annular regions R1 to R5, the first to fifth fine grooves 21 to 25 are formed densely, and between the fine grooves. It is possible to prevent the flat portion from occurring.

微細溝２０は、様々な加工方法にて冠面５０のスキッシュエリア（基準面５１）に形成することができる。例えば、スキッシュエリアにレーザー加工を施して微細溝２０を刻設する方法、微細溝構造を表面に備えたローラーをスキッシュエリアに押圧、転動させることによって微細溝２０を刻設する方法、あるいは、ピストン５を成型する鋳型の内面に微細溝構造を設けておく方法、等を挙げることができる。   The fine groove 20 can be formed in the squish area (reference surface 51) of the crown surface 50 by various processing methods. For example, a method of engraving the squish area by laser machining the fine groove 20, a method of engraving the fine groove 20 by pressing and rolling a roller having a fine groove structure on the surface, or A method of providing a fine groove structure on the inner surface of a mold for molding the piston 5 can be exemplified.

ピストン５の表面に遮熱層が設けられる場合がある。例えば、アルミニウム合金ＡＣ８Ａなどの金属製母材にて鋳造されたピストン５の冠面５０に、遮熱層として耐熱性シリコーン樹脂が施工される。この遮熱層により、燃焼室６の熱損失が抑制される。この場合、前記遮熱層に微細溝２０が形成される。前記金属製母材に遮熱層が施工された後、上述のレーザー加工或いは微細溝構造付きローラーによって前記遮熱層に微細溝２０が刻設される。あるいは、前記遮熱層の形成用として内面に微細溝構造を有する鋳型を準備し、当該鋳型に前記金属製母材を収容して前記遮熱層材料を注型することによって、微細溝２０付きの遮熱層が施工される。   A heat shield layer may be provided on the surface of the piston 5. For example, a heat-resistant silicone resin is applied as a heat shield layer to the crown surface 50 of the piston 5 cast from a metal base material such as an aluminum alloy AC8A. This heat shield layer suppresses heat loss in the combustion chamber 6. In this case, fine grooves 20 are formed in the heat shield layer. After the heat shield layer is applied to the metal base material, the fine groove 20 is formed in the heat shield layer by the above-described laser processing or the roller with the fine groove structure. Alternatively, by preparing a mold having a fine groove structure on the inner surface for forming the heat shielding layer, housing the metal base material in the mold and casting the heat shielding layer material, the fine groove 20 is provided. A thermal barrier layer is applied.

［溝幅の決定方法］
続いて、燃焼室６の冷却損失の低減効果を得ることができる微細溝２０の溝幅Ｓの決定方法の一例について、具体的に説明する。微細溝２０による冷却損失の低減効果は、溝幅Ｓを無次元化したＳ＋（無次元溝幅）によって変化する。Ｓ＋は、溝幅をＳ［ｍ］、摩擦速度をＵτ［ｍ／ｓ］、動粘性係数をν［ｍ２／ｓ］とするとき、次の式（１）で定義される。 [Determination method of groove width]
Next, an example of a method for determining the groove width S of the fine groove 20 that can obtain the effect of reducing the cooling loss of the combustion chamber 6 will be specifically described. The effect of reducing the cooling loss by the fine groove 20 varies depending on S + (non-dimensional groove width) obtained by making the groove width S dimensionless. S + is defined by the following equation (1), where the groove width is S [m], the friction velocity is Uτ [m / s], and the kinematic viscosity coefficient is ν [m 2 / s].

Figure 0006344455
Figure 0006344455

式（１）における摩擦速度Ｕτは、スキッシュ流３０の平均流速をＵｍ［ｍ／ｓ］、摩擦係数をＣｆとするとき、次の式（２）で定義される。   The friction velocity Uτ in the equation (1) is defined by the following equation (2), where the average flow velocity of the squish flow 30 is Um [m / s] and the friction coefficient is Cf.

Figure 0006344455
Figure 0006344455

上記式（１）及び式（２）より、溝幅Ｓは次の式（３）で与えられる。   From the above formulas (1) and (2), the groove width S is given by the following formula (3).

Figure 0006344455
Figure 0006344455

ここで、摩擦係数Ｃｆは、レイノルズ数Ｒｅを用いて、次の式（４）で表すことができる。また、レイノルズ数Ｒｅは、次の式（５）で定義される。式（５）において、Ｄｈは水力相当直径［ｍｍ］である。   Here, the friction coefficient Cf can be expressed by the following equation (4) using the Reynolds number Re. The Reynolds number Re is defined by the following equation (5). In Formula (5), Dh is a hydraulic equivalent diameter [mm].

Figure 0006344455
Figure 0006344455

以上の式（１）〜式（５）より、溝幅Ｓは、次の式（６）にて求めることができる。   From the above formulas (1) to (5), the groove width S can be obtained by the following formula (6).

Figure 0006344455
Figure 0006344455

ここで、動粘性係数νは、エンジンの負荷によって決まる物理量であり、その数値範囲は、２．３４×１０−７〜４．５×１０−７［ｍ２／ｓ］である。スキッシュ流３０の平均流速Ｕｍは、エンジンの回転数によって決まる物理量であり、その数値範囲は、０．３〜５０［ｍ／ｓ］である。水力相当直径Ｄｈは、燃焼室６の形状によって定まる物理量であり、その数値範囲は、５．５〜６．４［ｍｍ］である。 Here, the kinematic viscosity coefficient ν is a physical quantity determined by the load of the engine, and its numerical range is from 2.34 × 10 −7 to 4.5 × 10 −7 [m 2 / s]. The average flow velocity Um of the squish flow 30 is a physical quantity determined by the rotational speed of the engine, and the numerical range thereof is 0.3 to 50 [m / s]. The hydraulic equivalent diameter Dh is a physical quantity determined by the shape of the combustion chamber 6, and its numerical range is 5.5 to 6.4 [mm].

図１１は、微細溝２０による冷却損失低減効果を示すグラフである。ここでは、筒内ガス主流（スキッシュ流）の流速を所定の値に設定した場合における、微細溝２０の無次元溝幅Ｓ＋と冷却損失低減率との関係を示している。図１１のグラフより、冷却損失低減率（燃焼室６の熱損失低減率）は、無次元溝幅Ｓ＋がゼロを少し超えた辺りから３０より少し小さい辺りまでの領域（図１１では「低減領域」と表示している）において正の値であり、この低減領域において微細溝による冷却損失低減効果が認められることがわかる。とりわけ、無次元溝幅Ｓ＋が１３〜１７である場合に冷却損失低減率が特に大きく、無次元溝幅Ｓ＋が１５である場合に冷却損失低減率が最大になることが分かる。 FIG. 11 is a graph showing the cooling loss reduction effect by the fine groove 20. Here, the relationship between the dimensionless groove width S + of the fine groove 20 and the cooling loss reduction rate when the flow velocity of the in-cylinder gas main flow (squish flow) is set to a predetermined value is shown. From the graph of FIG. 11, the cooling loss reduction rate (heat loss reduction rate of the combustion chamber 6) is a region from the region where the dimensionless groove width S + slightly exceeds zero to the region where it is slightly smaller than 30 (“reduction” in FIG. 11). It is clear that the cooling loss reduction effect due to the fine grooves is recognized in this reduced region. Especially, in particular greater cooling loss reduction rate when the dimensionless groove width S + is 13 to 17, cooling loss reduction rate when the dimensionless groove width S + is 15 it can be seen that a maximum.

上記の低減領域で冷却損失低減率が正の値となる理由は、渦流３２が微細溝２０の溝内に入り込まず、かつ、溝幅Ｓが渦流３２の渦スケールＤに対して小さ過ぎないという条件が、無次元溝幅Ｓ＋が上記低減領域にある場合に満たされるためである。溝幅Ｓが渦流３２の渦スケールＤよりも狭広であれば、渦流３２は微細溝２０内に入り込むことができる。このため、図６（Ｂ）に示す状態が形成できず、渦流３２を冠面５０（燃焼室壁面）から離間させることができない。また、溝幅Ｓが渦流３２の渦スケールＤに対して小さ過ぎると、図６（Ａ）に示す「平坦な燃焼室壁面」に近似してしまい、やはり渦流３２を冠面５０から離間させることができない。 The reason why the cooling loss reduction rate becomes a positive value in the above-described reduction region is that the vortex 32 does not enter the groove of the fine groove 20 and the groove width S is not too small with respect to the vortex scale D of the vortex 32. This is because the condition is satisfied when the dimensionless groove width S + is in the reduced region. If the groove width S is narrower than the vortex scale D of the vortex 32, the vortex 32 can enter the fine groove 20. For this reason, the state shown in FIG. 6B cannot be formed, and the vortex 32 cannot be separated from the crown surface 50 (combustion chamber wall surface). Further, if the groove width S is too small with respect to the vortex scale D of the vortex 32, it approximates the “flat combustion chamber wall surface” shown in FIG. 6A, and the vortex 32 is also separated from the crown surface 50. I can't.

無次元溝幅Ｓ＋が３０以上になると、冷却損失低減率が負の値に転じている（図１１では「悪化領域」と表示している）。その理由は、渦流３２が微細溝２０の溝内に入り込むためである。渦流３２が微細溝２０内に入ってしまうと、渦流３２による熱輸送の影響が燃焼室壁面の広範囲に及び、悪化領域を生んでしまうものである。 When the dimensionless groove width S + is 30 or more, the cooling loss reduction rate has turned to a negative value (indicated as “deteriorated region” in FIG. 11). The reason is that the vortex flow 32 enters the groove of the fine groove 20. If the eddy current 32 enters the fine groove 20, the influence of the heat transport by the eddy current 32 extends over a wide range of the wall surface of the combustion chamber, thereby creating a deteriorated region.

図１１に示したように、無次元溝幅Ｓ＋＝１５である場合に冷却損失低減率が最大になるため、溝幅Ｓの決定に際しては、式（６）のＳ＋＝１５が代入される。式（６）の動粘性係数ν、平均流速Ｕｍ及び水力相当直径Ｄｈは、それぞれ、エンジンの負荷［ｋＰａ］、回転数［ｒｐｍ］及び燃焼室６の形状に応じた値が代入される。 As shown in FIG. 11, when the dimensionless groove width S + = 15, the cooling loss reduction rate is maximized. Therefore, when determining the groove width S, S + = 15 in Expression (6) is substituted. The The values corresponding to the engine load [kPa], the rotational speed [rpm], and the shape of the combustion chamber 6 are substituted for the kinematic viscosity coefficient ν, the average flow velocity Um, and the hydraulic equivalent diameter Dh in Equation (6), respectively.

式（６）を用い、供試ガソリンエンジンについて、異なる運転条件下（負荷及び回転数を変更）において、スキッシュエリアの径方向内側から外側まで（キャビティ５Ｃの開口縁５２から冠面５０の外周縁５４まで）の望ましい溝幅Ｓの分布を算出した例を下記に示す。
［回転数］ ［負荷］ ［溝幅分布：内側〜外側］
・１０００ｒｐｍ／２５０ｋＰａ： １０〜２００μｍ
・１０００ｒｐｍ／５５０ｋＰａ： ７〜２５０μｍ
・２５００ｒｐｍ／９００ｋＰａ： ２．５〜８０μｍ
・３２５０ｒｐｍ／５３０ｋＰａ： ２〜７０μｍ Using the equation (6), for the test gasoline engine, from the radially inner side to the outer side of the squish area (from the opening edge 52 of the cavity 5C to the outer peripheral edge of the crown surface 50) under different operating conditions (load and rotational speed are changed) An example of calculating the distribution of the desired groove width S (up to 54) is shown below.
[Rotation speed] [Load] [Groove width distribution: Inside to outside]
・ 1000 rpm / 250 kPa: 10 to 200 μm
・ 1000 rpm / 550 kPa: 7 to 250 μm
-2500 rpm / 900 kPa: 2.5-80 μm
・ 3250 rpm / 530 kPa: 2 to 70 μm

以上の算出結果より、微細溝２０の溝幅Ｓは、２μｍ〜２５０μｍの範囲から選ばれることが望ましい。上述の通り、溝幅Ｓが２μｍよりも小さいと燃焼室壁面が平面に近くなり、溝幅が２５０μｍを超過すると渦流３２が微細溝２０内に入り込み易くなり、いずれも冷却損失低減効果が期待できない。そして、この範囲から、スキッシュエリアの径方向位置に応じて、最適な溝幅Ｓを設定すれば良い。例えば、図７に示した冠面５０の場合ならば、最も径方向内側の第１環状領域Ｒ１に設ける第１微細溝２１の溝幅Ｓ１は、上記溝幅分布の下限付近の値（２〜２０μｍ程度）とし、最も径方向外側の第５環状領域Ｒ５に設ける第５微細溝２５の溝幅Ｓ５は、上記溝幅分布の上限付近の値（５０〜２５０μｍ程度）とし、これらの間の第２〜第４微細溝２２〜２４の溝幅Ｓ２〜Ｓ５については、両者間の適宜な値に設定することができる。   From the above calculation results, the groove width S of the fine groove 20 is preferably selected from the range of 2 μm to 250 μm. As described above, if the groove width S is smaller than 2 μm, the wall surface of the combustion chamber becomes nearly flat, and if the groove width exceeds 250 μm, the vortex 32 easily enters the fine groove 20, and none of them can be expected to reduce the cooling loss. . From this range, an optimal groove width S may be set according to the radial position of the squish area. For example, in the case of the crown surface 50 shown in FIG. 7, the groove width S1 of the first fine groove 21 provided in the first annular region R1 at the innermost radial direction is a value near the lower limit of the groove width distribution (2 to 2). The groove width S5 of the fifth fine groove 25 provided in the outermost radial annular region R5 is a value near the upper limit of the groove width distribution (about 50 to 250 μm). The groove widths S2 to S5 of the second to fourth fine grooves 22 to 24 can be set to appropriate values between them.

溝幅Ｓは上記の通り決定するとして、溝高さｈも適正に設定することが望ましい。渦流３２を燃焼室壁面（冠面５０）からなるべく離間させるには、溝高さｈを高くすれば良いことになるが、過度にこれを高くすると燃焼室壁面の表面積が大きくなりすぎる。この場合、表面積の増加に伴う放熱性向上が、渦流３２を燃焼室壁面から離間させる効果に勝ってしまう。従って、微細溝２０の溝幅Ｓと、溝高さｈとは、Ｓ≧ｈを満たす関係とすることが望ましい。   As the groove width S is determined as described above, it is desirable to set the groove height h appropriately. In order to separate the eddy current 32 from the combustion chamber wall surface (crown surface 50) as much as possible, the groove height h should be increased. However, if the groove height h is excessively increased, the surface area of the combustion chamber wall surface becomes too large. In this case, the heat dissipation improvement accompanying the increase in the surface area is superior to the effect of separating the vortex 32 from the combustion chamber wall surface. Therefore, it is desirable that the groove width S of the fine groove 20 and the groove height h satisfy the relationship of S ≧ h.

ここで、溝高さｈが低すぎると、渦流３２を燃焼室壁面から離間させる効果が比較的小さくなってしまう。従って、ｈ／Ｓが０．５〜１．０の範囲となるよう、微細溝２０の溝幅Ｓ及び溝高さｈを設定することが特に望ましい。これにより、微細溝２０の形成による燃焼室壁面の表面積増加と、渦流３２を燃焼室壁面から離間させることによる熱伝導抑制の効果とのバランスを取ることができる。   Here, if the groove height h is too low, the effect of separating the vortex 32 from the combustion chamber wall surface becomes relatively small. Therefore, it is particularly desirable to set the groove width S and the groove height h of the fine groove 20 so that h / S is in the range of 0.5 to 1.0. Thereby, it is possible to balance the increase in the surface area of the combustion chamber wall surface due to the formation of the fine grooves 20 and the effect of suppressing heat conduction by separating the vortex 32 from the combustion chamber wall surface.

図７に一例を示した通り、本実施形態では微細溝２０は、いわば第１〜第５微細溝２１〜２５に径方向Ａに分割されている。つまり、第１〜第５環状領域Ｒ１〜Ｒ５の各境界には、微細溝の配列ピッチがオフセットした断層部Ｃ１〜Ｃ４が存在し、微細溝２０の径方向Ａにおける直線性が失われている。このため、断層部Ｃ１〜Ｃ４において、渦流３２（乱流）を燃焼室壁面から良好に離間させ得るか、つまり熱伝達を抑制できるのかについて懸念が生じる。   As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the fine groove 20 is divided into the first to fifth fine grooves 21 to 25 in the radial direction A in the present embodiment. That is, the tomographic portions C1 to C4 in which the arrangement pitch of the fine grooves is offset exist at each boundary of the first to fifth annular regions R1 to R5, and the linearity in the radial direction A of the fine grooves 20 is lost. . For this reason, in the tomographic sections C1 to C4, there is a concern about whether the vortex flow 32 (turbulent flow) can be satisfactorily separated from the combustion chamber wall surface, that is, whether heat transfer can be suppressed.

しかし、本発明者らのＤＮＳ（直接数値シミュレーション）によれば、第１〜第５微細溝２１〜２５を、Ｓ＋＝１５を満たす溝幅Ｓとすることで、熱伝達を抑制することが判明した。図１２は、微細溝の径方向Ａにおける無次元長さと、燃焼室壁面に対する熱伝達率低減率との関係を示すグラフである。図１２のグラフにおいて、横軸の無次元長さは、一本の微細溝の径方向長さであり、図７に当て嵌めれば、第１〜第５微細溝２１〜２５のいずれかの径方向長さに相当する。 However, according to the DNS (direct numerical simulation) of the present inventors, heat transfer can be suppressed by setting the first to fifth fine grooves 21 to 25 to the groove width S satisfying S + = 15. found. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the dimensionless length in the radial direction A of the fine groove and the heat transfer coefficient reduction rate with respect to the combustion chamber wall surface. In the graph of FIG. 12, the dimensionless length of the horizontal axis is the radial length of one fine groove, and if applied to FIG. 7, any one of the first to fifth fine grooves 21 to 25. Corresponds to radial length.

無次元溝幅Ｓ＋＝１５の場合、微細溝の無次元長さに関わらず、熱伝達率低減率は一定である。つまり、直線的に延びる一本の微細溝の無次元長さが２５程度であっても、３６０程度であっても、良好な熱伝達率低減率を確保できる。点線ｅ１は、無次元溝幅Ｓ＋＝１５の微細溝が無限長に延びている場合の熱伝達率低減率である。このことから、Ｓ＋＝１５であれば、短尺の微細溝の複数が、径方向に非直線的に配列されていても、熱伝達率低減率において無限長の微細溝と相違が無いことが分かる。すなわち、図７の例のように、第１〜第５微細溝２１〜２５の配列ピッチがオフセットしていても、Ｓ＋＝１５であれば熱伝達率低減率が良好であることが分かる。 When the dimensionless groove width S + = 15, the heat transfer coefficient reduction rate is constant regardless of the dimensionless length of the fine groove. That is, even if the dimensionless length of one fine groove extending linearly is about 25 or about 360, a good heat transfer coefficient reduction rate can be secured. A dotted line e1 represents a heat transfer rate reduction rate when a fine groove having a dimensionless groove width S + = 15 extends to an infinite length. From this, if S + = 15, even if a plurality of short microgrooves are arranged non-linearly in the radial direction, there is no difference in infinite length microgrooves in the heat transfer coefficient reduction rate. I understand. That is, as in the example of FIG. 7, even when the arrangement pitch of the first to fifth fine grooves 21 to 25 is offset, it can be seen that the heat transfer rate reduction rate is good when S + = 15.

これに対し、Ｓ＋＝３０、４５の場合は、微細溝の無次元長さが短いほど、熱伝達率低減率は悪化する。点線ｅ２、ｅ３は、Ｓ＋＝３０、４５の微細溝が無限長に延びている場合の熱伝達率低減率であるが、これに比較してもＳ＋＝３０、４５の熱伝達率低減率は悪化している。Ｓ＋＝１５の微細溝では、そもそも渦流３２が微細溝内に入り込まないので、無次元長さが短くても、つまり断層部Ｃ１〜Ｃ４が存在していても特段影響はない。しかし、Ｓ＋＝３０、４５クラスの微細溝では、断層部Ｃ１〜Ｃ４の上流側で燃焼室壁面近傍に渦流３２が存在し、無次元長さが短いほど、渦流３２による熱輸送の影響が燃焼室壁面の広範囲に及ぶため、熱伝達率低減率を悪化させる。 On the other hand, in the case of S + = 30, 45, the heat transfer coefficient reduction rate deteriorates as the dimensionless length of the fine groove is shorter. Dotted lines e2 and e3 are heat transfer rate reduction rates when the fine grooves of S + = 30, 45 extend to infinite length, but even compared to this, heat transfer rate reductions of S + = 30, 45 The rate is getting worse. In the fine groove of S + = 15, since the vortex 32 does not enter the fine groove in the first place, even if the dimensionless length is short, that is, the fault portions C1 to C4 are present, there is no particular influence. However, in the fine groove of S + = 30, 45 class, the eddy current 32 exists in the vicinity of the combustion chamber wall surface on the upstream side of the fault portions C1 to C4. The shorter the dimensionless length, the more the influence of the heat transport by the eddy current 32 is. Since it covers a wide area of the combustion chamber wall surface, the heat transfer rate reduction rate is deteriorated.

［本実施形態の効果］
本実施形態に係るエンジンの燃焼室構造によれば、冠面５０（燃焼室壁面）が径方向Ａにおいて複数の環状領域Ｒ１〜Ｒ５に区分される。そして径方向内側の第１環状領域Ｒ１には第１の溝幅Ｓ１を有する微細溝２１が配置される一方で、第１環状領域Ｒ１よりも径方向外側の第２環状領域Ｒ２には、第１の溝幅Ｓ１よりも広い第２の溝幅Ｓ２を有する微細溝２２が配置される。このような溝幅の関係が、第２〜第５環状領域Ｒ２〜Ｒ５の相互間においても成立するよう、第３〜第５の溝幅Ｓ３〜Ｓ５が設定される。 [Effect of this embodiment]
According to the combustion chamber structure of the engine according to the present embodiment, the crown surface 50 (combustion chamber wall surface) is divided into a plurality of annular regions R1 to R5 in the radial direction A. The fine groove 21 having the first groove width S1 is disposed in the first annular region R1 on the radially inner side, while the second annular region R2 on the radially outer side than the first annular region R1 includes the first annular region R1. A fine groove 22 having a second groove width S2 wider than one groove width S1 is disposed. The third to fifth groove widths S <b> 3 to S <b> 5 are set so that the relationship between the groove widths is also established between the second to fifth annular regions R <b> 2 to R <b> 5.

これにより、燃焼室６の径方向におけるスキッシュ流３０の流速変化に応じた微細溝２１〜２５を、冠面５０に設定することができる。つまり、冠面５０上の微細溝２０が、冠面５０の径方向Ａにおける渦流３２の渦スケールＤの変化に応じた溝幅Ｓ１〜Ｓ５を具備するようになり、第１〜第５環状領域Ｒ１〜Ｒ５の各々において、渦流３２を適正に冠面５０から離間させることができる。従って、冷却損失を一層低減させることができ、エンジンの熱効率を高めることができる。   Thereby, the fine grooves 21 to 25 corresponding to the flow velocity change of the squish flow 30 in the radial direction of the combustion chamber 6 can be set on the crown surface 50. That is, the fine groove 20 on the crown surface 50 has groove widths S1 to S5 corresponding to changes in the vortex scale D of the vortex 32 in the radial direction A of the crown surface 50, and the first to fifth annular regions. In each of R1 to R5, the vortex 32 can be appropriately separated from the crown surface 50. Therefore, the cooling loss can be further reduced, and the thermal efficiency of the engine can be increased.

また、複数の第１〜第５微細溝２１〜２５の配列ピッチが、断層部Ｃ１〜Ｃ４においてオフセットしている。つまり、第１〜第５微細溝２１〜２５が燃焼室６の径方向中心Ｏから外側に向けて直線状に繋がるように延びず、断層部Ｃ１〜Ｃ４において直線的な連続性が失われることを許容している。従って、第１〜第５環状領域Ｒ１〜Ｒ５の各々において、第１〜第５微細溝２１〜２５を、スキッシュ流３０の流速変化に応じた適正な溝幅Ｓ１〜Ｓ５にて自在に設定することができる。   Further, the arrangement pitch of the plurality of first to fifth fine grooves 21 to 25 is offset in the tomographic sections C1 to C4. That is, the first to fifth fine grooves 21 to 25 do not extend so as to be linearly connected from the radial center O of the combustion chamber 6 toward the outside, and linear continuity is lost in the tomographic sections C1 to C4. Is allowed. Therefore, in each of the first to fifth annular regions R1 to R5, the first to fifth fine grooves 21 to 25 are freely set with appropriate groove widths S1 to S5 corresponding to the flow velocity change of the squish flow 30. be able to.

さらに、図９に例示したように、微細溝２０（２１〜２５）の配列ピッチＰと溝幅Ｓとが実質的に同じとされている。これにより、隣り合う微細溝２０同士は、その上部開口縁である頂部２０１同士が隣接するようになる。このため、微細溝２０間に尖った山部が存在し、両者間には平面部が実質的に存在しない構造となる。従って、スキッシュ流３０の渦流３２が平面部と対峙する部分が存在しなくなり、渦流３２と燃焼室壁面との間における熱エネルギーの授受を効果的に抑制することができる。   Furthermore, as illustrated in FIG. 9, the arrangement pitch P and the groove width S of the fine grooves 20 (21 to 25) are substantially the same. As a result, the adjacent fine grooves 20 are adjacent to each other at the tops 201 which are upper opening edges. For this reason, a sharp peak portion exists between the fine grooves 20, and a planar portion does not substantially exist between the two. Accordingly, there is no portion where the vortex flow 32 of the squish flow 30 faces the flat portion, and the transfer of thermal energy between the vortex flow 32 and the combustion chamber wall surface can be effectively suppressed.

［変形実施形態の説明］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば下記のような変形実施形態を取ることができる。 [Description of Modified Embodiment]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, For example, the following modified embodiment can be taken.

（１）図１３は、本実施形態の変形例に係る微細溝パターンを説明するための模式図である。上記実施形態では、燃焼室壁面としてのピストン５の冠面５０が、径方向Ａに第１〜第５環状領域Ｒ１〜Ｒ５の５つに区分される例を示した。これに対し、図１３では、燃焼室壁面が径方向Ａに第１、第２環状領域Ｒ１、Ｒ２の２つに区分される例を示す。第１環状領域Ｒ１には第１の溝幅Ｓ１の第１微細溝２１が配置され、第２環状領域Ｒ２には第２の溝幅Ｓ２（Ｓ１＜Ｓ２）の第２微細溝２２が配置されている。   (1) FIG. 13 is a schematic diagram for explaining a fine groove pattern according to a modification of the present embodiment. In the said embodiment, the crown surface 50 of piston 5 as a combustion chamber wall surface showed the example divided into five of 1st-5th cyclic | annular area | region R1-R5 in the radial direction A. On the other hand, FIG. 13 shows an example in which the combustion chamber wall surface is divided into the first and second annular regions R1 and R2 in the radial direction A. A first fine groove 21 having a first groove width S1 is arranged in the first annular region R1, and a second fine groove 22 having a second groove width S2 (S1 <S2) is arranged in the second annular region R2. ing.

このように、燃焼室壁面を径方向Ａに２つの領域に区分し、各領域に適した溝幅を有する微細溝を配置するだけでも、冷却損失の低減効果を得ることができる。もちろん、燃焼室壁面が、径方向Ａに３以上の環状領域に区分され、前記環状領域の各々に、スキッシュ流３０の流速に応じて設定された溝幅を有する微細溝が配置されていることがより望ましい。例えば、燃焼室壁面を径方向Ａに１０〜１５程度の領域に区分し、各領域に適した溝幅を有する微細溝を各々配置することが望ましい。   As described above, the effect of reducing the cooling loss can be obtained only by dividing the combustion chamber wall surface into two regions in the radial direction A and arranging the fine grooves having the groove width suitable for each region. Of course, the combustion chamber wall surface is divided into three or more annular regions in the radial direction A, and fine grooves having a groove width set according to the flow velocity of the squish flow 30 are arranged in each of the annular regions. Is more desirable. For example, it is desirable to divide the wall surface of the combustion chamber into regions of about 10 to 15 in the radial direction A, and to arrange fine grooves each having a groove width suitable for each region.

（２）図１４は、本実施形態の他の変形例に係る微細溝パターンを説明するための模式図である。ここでは、燃焼室壁面が径方向Ａに第１〜第４環状領域Ｒ１〜Ｒ４の４つに区分され、各環状領域Ｒ１〜Ｒ４には溝幅Ｓ１〜Ｓ４（Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３＜Ｓ４）を各々有する第１〜第４微細溝２１Ａ〜２４Ａが配置されている。上記実施形態と相違する点は、第１〜第４微細溝２１Ａ〜２４Ａの配列ピッチが相互にオフセットしていない点である。すなわち、第１〜第４微細溝２１Ａ〜２４Ａは、各々独自の頂部２０１を有するが、谷部２０２は共通である。このような態様であっても、第１〜第４微細溝２１Ａ〜２４Ａの溝幅Ｓ１〜Ｓ４がスキッシュ流３０の流速に応じた溝幅であれば、冷却損失の低減効果を得ることができる。   (2) FIG. 14 is a schematic diagram for explaining a fine groove pattern according to another modification of the present embodiment. Here, the combustion chamber wall surface is divided into four first to fourth annular regions R1 to R4 in the radial direction A, and each annular region R1 to R4 has a groove width S1 to S4 (S1 <S2 <S3 <S4). First to fourth fine grooves 21 </ b> A to 24 </ b> A each having the above are arranged. The difference from the above embodiment is that the arrangement pitch of the first to fourth fine grooves 21A to 24A is not offset from each other. That is, the first to fourth fine grooves 21 </ b> A to 24 </ b> A each have their own top part 201, but the valley part 202 is common. Even in such an embodiment, if the groove widths S1 to S4 of the first to fourth fine grooves 21A to 24A are groove widths corresponding to the flow velocity of the squish flow 30, an effect of reducing the cooling loss can be obtained. .

（３）上記実施形態では、燃焼室６を形成する燃焼室壁面のうち、径方向Ａに拡がりをもつ壁面としてピストン５の冠面５０に着目し、この冠面５０に微細溝２０を形成する例を示した。これに代えて、燃焼室天井面６０に図７に示した微細溝パターンを設けるようにしても良い。或いは、燃焼室天井面６０の表面に遮熱層を設け、当該遮熱層に微細溝パターンを設けても良い。勿論、冠面５０及び燃焼室天井面６０の双方に、微細溝パターンを設けても良い。   (3) In the above embodiment, focusing on the crown surface 50 of the piston 5 as the wall surface extending in the radial direction A among the combustion chamber wall surfaces forming the combustion chamber 6, the fine groove 20 is formed in the crown surface 50. An example is shown. Instead, the fine groove pattern shown in FIG. 7 may be provided on the ceiling surface 60 of the combustion chamber. Alternatively, a heat shield layer may be provided on the surface of the combustion chamber ceiling surface 60, and a fine groove pattern may be provided on the heat shield layer. Of course, fine groove patterns may be provided on both the crown surface 50 and the combustion chamber ceiling surface 60.

１ エンジン本体
２ 気筒（燃焼室壁面）
３ シリンダブロック（燃焼室構成部材）
４ シリンダヘッド（燃焼室構成部材）
５ ピストン（燃焼室構成部材）
５Ｃ キャビティ
５０ 冠面（燃焼室壁面）
６ 燃焼室
６０ 燃焼室天井面（燃焼室壁面）
１１ 吸気バルブ（燃焼室構成部材）
１２ 排気バルブ（燃焼室構成部材）
２０ 微細溝
２１〜２５ 第１〜第５微細溝
３０ スキッシュ流
３１ 主流
３２ 渦流（主流方向を回転軸とする縦渦）
Ｓ 溝幅
Ｓ１〜Ｓ５ 第１〜第５の溝幅
ｈ 溝高さ
Ａ、Ｂ 径方向、円周方向
Ｃ１〜Ｃ４ 断層部
Ｏ 径方向中心
Ｐ 配列ピッチ
Ｒ１〜Ｒ５ 第１〜第５環状領域 1 Engine body 2 Cylinder (combustion chamber wall)
3 Cylinder block (combustion chamber component)
4 Cylinder head (combustion chamber component)
5 Piston (combustion chamber component)
5C Cavity 50 Crown (combustion chamber wall)
6 Combustion chamber 60 Combustion chamber ceiling (combustion chamber wall)
11 Intake valve (combustion chamber component)
12 Exhaust valve (combustion chamber component)
20 fine grooves 21-25 first to fifth fine grooves 30 squish flow 31 main flow 32 vortex (longitudinal vortex with the main flow direction as the rotation axis)
S Groove width S1 to S5 1st to 5th groove width h Groove height A, B Radial direction, circumferential direction C1 to C4 Fault section O Radial center P Arrangement pitch R1 to R5 1st to 5th annular region

Claims (8)

シリンダ及びピストンを含むエンジンの燃焼室であって、当該燃焼室内にスキッシュ方向の筒内ガス主流が生じる燃焼室を区画する燃焼室壁面を有する燃焼室構成部材と、
前記燃焼室壁面に形成され、前記燃焼室の径方向へ放射状に延びる複数の微細溝と、を備え、
前記燃焼室壁面が、少なくとも前記燃焼室の径方向内側の第１環状領域と、前記第１環状領域に隣接し前記第１環状領域よりも径方向外側の第２環状領域とを含み、
前記第１環状領域において前記複数の微細溝の各々は、一定の第１の溝幅で径方向に延びており、
前記第２環状領域において前記複数の微細溝の各々は、前記第１の溝幅よりも広い一定の第２の溝幅で径方向に延びているエンジンの燃焼室構造。 A combustion chamber constituting member having a combustion chamber wall surface that defines a combustion chamber in which an in-cylinder gas main flow in the squish direction is generated in the combustion chamber of the engine including a cylinder and a piston;
A plurality of fine grooves formed on a wall surface of the combustion chamber and extending radially in a radial direction of the combustion chamber;
The combustion chamber wall surface includes at least a first annular region radially inward of the combustion chamber, and a second annular region adjacent to the first annular region and radially outward of the first annular region;
In the first annular region, each of the plurality of fine grooves extends in a radial direction with a constant first groove width,
In the second annular region, each of the plurality of fine grooves extends in a radial direction with a constant second groove width wider than the first groove width. 請求項１に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記第１の溝幅及び前記第２の溝幅は、２μｍ〜２５０μｍの範囲から選ばれる、エンジンの燃焼室構造。 The combustion chamber structure of the engine according to claim 1,
The combustion chamber structure of the engine, wherein the first groove width and the second groove width are selected from a range of 2 μm to 250 μm. 請求項１又は２に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記微細溝の溝幅をＳとし、溝高さをｈとするとき、Ｓ≧ｈの関係を満たす、エンジンの燃焼室構造。 The engine combustion chamber structure according to claim 1 or 2,
An engine combustion chamber structure satisfying a relationship of S ≧ h, where S is a groove width of the fine groove and h is a groove height. 請求項３に記載のエンジンの燃焼室構造において、
ｈ／Ｓが、０．５〜１．０の範囲に設定されている、エンジンの燃焼室構造。 The combustion chamber structure for an engine according to claim 3,
An engine combustion chamber structure in which h / S is set in a range of 0.5 to 1.0. シリンダ及びピストンを含むエンジンの燃焼室であって、当該燃焼室内にスキッシュ方向の筒内ガス主流が生じる燃焼室を区画する燃焼室壁面を有する燃焼室構成部材と、
前記燃焼室壁面に形成され、前記燃焼室の径方向へ放射状に延びる複数の微細溝と、を備え、
前記燃焼室壁面が、少なくとも前記燃焼室の径方向内側の第１環状領域と、前記第１環状領域に隣接し前記第１環状領域よりも径方向外側の第２環状領域とを含み、
前記第１環状領域において前記複数の微細溝の各々は、第１の溝幅を有し、
前記第２環状領域において前記複数の微細溝の各々は、前記第１の溝幅よりも広い第２の溝幅を有し、
前記第１環状領域には、前記第１の溝幅を有する複数の第１微細溝が、円周方向に第１配列ピッチで配置され、
前記第２環状領域には、前記第２の溝幅を有する複数の第２微細溝が、円周方向に第２配列ピッチで配置され、
前記第１環状領域と前記第２環状領域との境界には、前記第１の溝幅と前記第２の溝幅との溝幅差に基づき、前記第１配列ピッチと前記第２配列ピッチとが前記円周方向にオフセットした断層部が形成されている、エンジンの燃焼室構造。 A combustion chamber constituting member having a combustion chamber wall surface that defines a combustion chamber in which an in-cylinder gas main flow in the squish direction is generated in the combustion chamber of the engine including a cylinder and a piston;
A plurality of fine grooves formed on a wall surface of the combustion chamber and extending radially in a radial direction of the combustion chamber;
The combustion chamber wall surface includes at least a first annular region radially inward of the combustion chamber, and a second annular region adjacent to the first annular region and radially outward of the first annular region;
Each of the plurality of fine grooves in the first annular region has a first groove width;
Each of the plurality of fine grooves in the second annular region has a second groove width wider than the first groove width ;
In the first annular region, a plurality of first fine grooves having the first groove width are arranged at a first arrangement pitch in the circumferential direction,
In the second annular region, a plurality of second fine grooves having the second groove width are arranged at a second arrangement pitch in the circumferential direction,
The boundary between the first annular region and the second annular region is based on a groove width difference between the first groove width and the second groove width. A combustion chamber structure of an engine, in which a tomographic part offset in the circumferential direction is formed. 請求項５に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記第１配列ピッチと前記第１の溝幅とが実質的に同じであり、前記第２配列ピッチと前記第２の溝幅とが実質的に同じである、エンジンの燃焼室構造。 The combustion chamber structure of the engine according to claim 5,
A combustion chamber structure of an engine, wherein the first arrangement pitch and the first groove width are substantially the same, and the second arrangement pitch and the second groove width are substantially the same. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記燃焼室壁面の一部は、前記ピストンの冠面で形成され、前記冠面の径方向中央部分には、凹没したキャビティが備えられ、
前記第１及び第２環状領域は、前記キャビティの開口縁と前記ピストンの外周縁との間において前記冠面に配置されている、エンジンの燃焼室構造。 The engine combustion chamber structure according to any one of claims 1 to 6,
A part of the wall surface of the combustion chamber is formed by a crown surface of the piston, and a radially central portion of the crown surface is provided with a recessed cavity,
The combustion chamber structure of an engine, wherein the first and second annular regions are disposed on the crown surface between an opening edge of the cavity and an outer peripheral edge of the piston. シリンダ及びピストンを含むエンジンの燃焼室であって、当該燃焼室内にスキッシュ方向の筒内ガス主流が生じる燃焼室を区画する燃焼室壁面を有する燃焼室構成部材と、
前記燃焼室壁面に形成され、前記燃焼室の径方向へ放射状に延びる複数の微細溝と、を備え、
前記燃焼室壁面が、少なくとも前記燃焼室の径方向内側の第１環状領域と、前記第１環状領域に隣接し前記第１環状領域よりも径方向外側の第２環状領域とを含み、
前記第１環状領域において前記複数の微細溝の各々は、第１の溝幅を有し、
前記第２環状領域において前記複数の微細溝の各々は、前記第１の溝幅よりも広い第２の溝幅を有し、
前記燃焼室壁面が、径方向に３以上の環状領域に区分され、
前記環状領域の各々に、前記スキッシュ方向の筒内ガス主流の流速に応じて設定された溝幅を有する微細溝が配置されている、エンジンの燃焼室構造。 A combustion chamber constituting member having a combustion chamber wall surface that defines a combustion chamber in which an in-cylinder gas main flow in the squish direction is generated in the combustion chamber of the engine including a cylinder and a piston;
A plurality of fine grooves formed on a wall surface of the combustion chamber and extending radially in a radial direction of the combustion chamber;
The combustion chamber wall surface includes at least a first annular region radially inward of the combustion chamber, and a second annular region adjacent to the first annular region and radially outward of the first annular region;
Each of the plurality of fine grooves in the first annular region has a first groove width;
Each of the plurality of fine grooves in the second annular region has a second groove width wider than the first groove width;
The combustion chamber wall surface is divided into three or more annular regions in the radial direction;
A combustion chamber structure of an engine, wherein fine grooves having a groove width set in accordance with a flow velocity of the cylinder main gas flow in the squish direction are arranged in each of the annular regions.
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