JP6565987B2 - エンジン - Google Patents

Description

本発明は、火花点火式のエンジンに関する。

自動車などの車両の火花点火式のエンジンでは、インジェクタから燃焼室内に燃料を噴射し、当該噴射燃料が霧化されてなる混合気に対して、点火プラグを用いて着火させる構成が採用されている。このようなエンジンに対しては、更なる熱効率の向上が求められており、そのため高圧縮比化するための種々の取り組みがなされている。

エンジンを高圧縮比化しようとする場合、圧縮行程における筒内温度上昇率が高まることに起因して、プリイグニッションが発生し易くなることが懸念される。高圧縮比化しながらプリイグニッションの発生を抑える方策として、直噴エンジンにおいては、点火プラグによる着火の直前、即ち、圧縮上死点付近に燃料噴射タイミングを設定することが考えられる。

ここで、プリイグニッションは、高負荷運転時のような燃焼温度が高くなるような状況下で発生し易くなるので、燃料噴射開始から点火プラグによる着火までの期間を、燃焼室温度が高い運転領域であるほど短くすることが必要となる。このため、インジェクタと点火プラグの着火部との距離をできるだけ短くし、燃料を噴射して直ぐに着火できるようにすることが考えられる。

なお、特許文献１には、ディーゼルエンジンのインジェクタにおいて、グロープラグから見てスワール流の上流側となる部分により多くの燃料を噴射させるため、副燃料噴射孔を設けた構成が開示されている。

特開２００２−３６４３６６号公報

しかしながら、プリイグニッションの発生を抑制するためにインジェクタと点火プラグの着火部との距離を短くした場合には、プラグ被りが発生する場合がある。即ち、インジェクタと点火プラグの着火部との距離を短くした場合には、燃焼室の温度が比較的低い運転状況下において、噴射された燃料が十分に霧化されない状態で点火プラグの着火部に到達してしまい、プラグに霧化されていない燃料が付着して炭化する場合が生じ得る。

本発明は、上記のような問題の解決を図ろうとなされたものであって、熱効率向上のために高圧縮比化を図った場合にもプリイグニッションの発生を抑制できるとともに、プラグ被りを抑制することが可能なエンジンを提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る火花点火式のエンジンは、ピストンの冠面と、シリンダヘッドに形成された燃焼室天井面と、前記燃焼室天井面に設けられたインジェクタ及び点火プラグと、を備え、前記冠面は、キャビティを有し、前記燃焼室天井面は、２つの吸気側開口部を有し、前記点火プラグは、側面視でＬ字形の接地電極を具備する着火部を備え、当該着火部が気筒軸方向視で前記２つの吸気側開口部の間であってかつ気筒軸方向視で前記キャビティの内側に位置するように配設されるとともに、前記接地電極の先端が前記インジェクタとは反対側の燃焼室径方向外側を向いており、前記インジェクタは、燃料を噴射するノズルヘッドを備え、当該ノズルヘッドが気筒軸方向視で前記燃焼室天井面において前記着火部よりも燃焼室中心寄りに位置するように配設されて、前記ピストンが圧縮上死点又はその近傍にあるときに燃料を噴射し、前記キャビティは、気筒軸方向視で前記ノズルヘッドと重複する位置に山型の凸部を有し、前記ノズルヘッドは、それぞれが前記冠面を臨む複数の噴射孔を備え、前記複数の噴射孔のうち、互いに隣接する第１噴射孔及び第２噴射孔は、気筒軸方向の一方側からの平面視において、各々の指向軸が前記点火プラグの着火部の両脇部を通過して前記キャビティの前記点火プラグに対応する領域と前記凸部との境界部分に指向するように配設されている。

上記局面に係るエンジンでは、インジェクタにおける第１噴射孔の指向軸と第２噴射孔の指向軸とが点火プラグの着火部の両脇部を通過するようにしているので、インジェクタと点火プラグの着火部とを近付けて圧縮上死点又はその近傍で燃料噴射することによりプリイグニッションを抑制した場合においても、プラグ被りを抑制することができる。即ち、上記局面では、第１噴射孔及び第２噴射孔から噴射された燃料が着火部に直接噴霧されることが抑制でき、インジェクタと点火プラグの着火部との距離が短い場合においても、プラグ被りを抑制することができる。
また、第１噴射孔及び第２噴射孔からの燃料が、キャビティの表面近傍を経由して着火部に到達するので、霧化のための十分な時間が確保され、プラグ被りをより確実に抑制することができる。
また、点火プラグの先端を径方向外側に向けているので、高い着火性を確保するのに優位である。即ち、燃焼室内における筒内流動のスワール成分は、燃焼室の径方向外縁部分を進行するので、径方向外側を向いた着火部（接地電極と中心電極との対向部分）にスワール成分をスムーズに流れ込ませることができる。
また、点火プラグにおける接地電極の先端を燃焼室の径方向外側を向くようにすることで、接地電極の背部（Ｌ字形の背部）である基部がインジェクタの側を向くこととなる。このような配置形態によっても、インジェクタの噴射孔から噴射された燃料が、接地電極と中心電極とのギャップに直接噴射されるのを防ぐことができる。

従って、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、熱効率向上のために高圧縮比化を図った場合にもプリイグニッションの発生を抑制できるとともに、プラグ被りを抑制することが可能である。

本発明の別局面に係るエンジンでは、上記局面において、前記インジェクタは、備える全ての噴射孔からの燃料噴射量が同じである。

上記局面に係るエンジンでは、インジェクタが備える全ての噴射孔からの燃料噴射量が同じであるので、混合気の濃度に偏りが生じ難く、均一な燃焼を生じさせるのに優位である。

本発明の別局面に係るエンジンでは、前記キャビティは、前記点火プラグに対応する領域が、当該点火プラグに対応しない領域よりも気筒軸方向において相対的に前記燃焼室天井面に近くなるように形成されている。

上記局面に係るエンジンでは、点火プラグに対応する領域が、当該点火プラグに対応しない領域よりも気筒軸方向において相対的に前記燃焼室天井面に近くなるように形成されている。このため、ピストンの上昇時において、点火プラグに対応しない領域でのスワール成分は、点火プラグに対応する領域において、燃焼室天井面側に持ち上げられることとなり、新気と燃料との混合気が点火プラグの着火部近傍により近付くことになる。よって、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、着火部近傍の残留ガスを押し流すことができるとともに、着火安定性の向上を図ることができる。

本発明の別局面に係るエンジンでは、気筒軸方向の一方側からの平面視において、前記燃焼室天井面には、当該燃焼室の中央部分を挟んだ一方側の領域に吸気口、他方側の領域に排気口が開口されており、前記燃焼室において前記吸気口が配置される側を吸気側、前記排気口が配置される側を排気側とするとき、前記冠面は、前記点火プラグに対応する領域よりも吸気側に位置する吸気側平面部と、この吸気側平面部と前記点火プラグに対応する領域との間に位置し、吸気側から排気側に向かって先上がりに傾斜する吸気側斜面部とを備え、前記点火プラグは、前記着火部が側面視でＬ字形の接地電極を有するとともに、気筒軸方向の一方側からの平面視において、当該着火部が前記インジェクタよりも径方向外側の箇所となるように前記燃焼室天井面に対して設けられている。

上記局面に係るエンジンでは、ピストンの上昇に伴い、燃焼室天井面とピストンの吸気側平面部との間で混合気（吸気）が圧縮され、吸気側斜面部に沿って燃焼室天井面に向かうスキッシュ流が生成される。この際、接地電極の先端が径方向内側を向くように点火プラグが配置されていることで、スキッシュ流により残留ガスを押し出し易くなり、着火部周りの掃気効果が高められる。

上記の各局面に係るエンジンでは、熱効率向上のために高圧縮比化を図った場合にもプリイグニッションの発生を抑制できるとともに、プラグ被りを抑制することが可能である。

第１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気筒軸方向での概略断面図である。 図１におけるシリンダヘッド要部の断面図である。 図１におけるエンジンのピストンの斜視図である。 ピストンの冠面の平面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 図４のＶＩ―ＶＩ線断面図である。 （ａ）は、インジェクタにおけるノズルヘッドの構成を示す断面図であり、（ｂ）は、インジェクタにおけるノズルヘッドを−Ｚ側から平面視した平面図である。 燃料噴射期間及び点火タイミングとクランク角との関係を示すタイムチャートである。 燃焼室への燃料噴射の様子と、燃焼室内で生じるスワール流とを示す平面図である。 燃焼室内で生じるスワール流と点火プラグにおける着火部の配置関係を示す断面図である。 燃焼室に噴射された燃料と点火プラグにおける着火部の配置関係とを示す一部断面図である。 第１噴射孔から噴射された燃料、及び第２噴射孔から噴射された燃料と、点火プラグにおける着火部との位置関係を示す平面図である。 第２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のシリンダヘッド要部の断面図である。 燃焼室天井面の平面図である。 ピストンに対する点火プラグ及びインジェクタの配置を示す斜視図である。 ピストンに対する点火プラグ及びインジェクタの配置を示す平面図である。 ピストンの冠面の平面図である。 ピストンの正面図（吸気側から視た図）である。 ピストンの背面図（排気側から視た図）である。 ピストンの側面図である。 図１７のＸＸＩ−ＸＸＩ線断面図である。 図１７のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線断面図である。 ピストンの斜視図（排気側から視た斜視図）である。 ピストンの斜視図（吸気側から視た斜視図）である。 ピストンが上死点にあるときの燃焼室を示す断面図である。 圧縮行程の燃焼室を示す断面図である。 吸気の流れとインジェクタ（ノズルヘッド）との関係を説明するための断面図である。

以下では、本発明の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明する形態は、本発明の一態様であって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。

（第１の実施形態）
［エンジンの全体構成］
図面に基づいて、第１実施形態に係る火花点火式のエンジンの燃焼室構造を詳細に説明する。図１は、第１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に示されたシリンダヘッドの要部の断面図である。図１及び図２、及び図３以降において、ＸＹＺの方向表示を付している。Ｚ方向は気筒軸方向、Ｙ方向はクランク軸の延伸方向、Ｘ方向はＺ方向及びＹ方向の双方と直交する方向である。

本実施形態に係るエンジンは、シリンダ及びピストンを含み、自動車等の車両の走行駆動用の動力源として、車両に搭載される多気筒エンジンである。エンジンは、エンジン本体１と、これに組み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、ガソリンを主成分とするものである。

本実施形態に係るエンジン本体１は、点火プラグにて燃焼室内の混合気に強制点火する通常のＳＩ（Ｓｐａｒｋ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）燃焼と、ＳＩ燃焼において燃料噴射のタイミングを圧縮上死点（ＴＤＣ）付近とするリタードＳＩ燃焼と、ＳＩ燃焼とＣＩ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）燃焼とを組み合わせたＳＩＣＩ燃焼と、を実行することが可能とされている。ＳＩ燃焼では、吸気行程の中期に燃料が噴射され、圧縮行程のＴＤＣ付近で混合気に強制点火されるが、リタードＳＩ燃焼では、圧縮行程のＴＤＣ前後で燃料が噴射され、その後の膨張行程初期に混合気に強制点火される。ＳＩＣＩ燃焼では、燃焼室の混合気に強制点火して火炎伝播により燃焼させるとともに、燃焼室内の未燃混合気を自己着火により燃焼させる。

なお、ＳＩＣＩ燃焼において、自己着火を発生させず、火炎伝播により燃焼を完了させる場合もある。これらの燃焼態様は、運転領域に応じて選択される。例えば、ＳＩ燃焼は、エンジンの高回転・高負荷領域で、リタードＳＩ燃焼は低回転・高負荷領域で、ＳＩＣＩ燃焼は回転数に依らず低負荷領域で、各々選択される。

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シリンダ２（気筒／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上に取り付けられ、シリンダ２の上部開口を塞いでいる。ピストン５は、各シリンダ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。ピストン５の構造については、後述する。

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は燃焼室天井面６Ｕであり、この燃焼室天井面６Ｕは、上向きに僅かに凸のペントルーフ型の形状（扁平ペントルーフ型形状）を有している。燃焼室天井面６Ｕ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。

なお、本実施形態に係るエンジン本体１は、ダブルオーバーヘッドカムシャフト式（ＤＯＨＣ）エンジンであり、吸気側開口部４１と排気側開口部４２とは、各シリンダ２につき２つずつ設けられると共に、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２も２つずつ設けられている。

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、所謂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。

本実施形態において、燃焼室６を区画する燃焼室壁面は、シリンダ２の内壁面、ピストン５の上面（＋Ｚ側の面）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。すなわち、シリンダブロック３、シリンダヘッド４、ピストン５及びバルブ１１、１２は、燃焼室６を構成する燃焼室構成部材と言える。

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、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２が駆動される。これら吸気バルブ１１及び排気バルブ１２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。

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。また、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。吸気側ＶＶＴ１５は吸気カム軸に設けられた電動式のＶＶＴであり、排気側ＶＶＴ１６は排気カム軸に設けられた電動式のＶＶＴである。そして、吸気側ＶＶＴ１５はクランク軸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し、排気側ＶＶＴ１６はクランク軸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。

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、各シリンダ２につき１つずつ取り付けられている。点火プラグ１７は、その先端に着火部１７Ａを備え、この着火部１７Ａ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。

シリンダヘッド４（燃焼室天井面６Ｕ）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（燃料噴射弁）が、各シリンダ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が接続されており、当該
燃料供給管１９を通して供給された燃料を燃焼室６に噴射する。

なお、図示を省略しているが、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が接続されている。そして、高圧燃料ポンプと燃料供給管１９との間には、全シリンダ２に共通の蓄圧用のコモンレールが設けられている。この構成により、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。

［ピストンの詳細構造］
図３〜図６を参照して、ピストン５の構造、とりわけ冠面５０の構造について詳細に説明する。図３は、ピストン５の斜視図、図４は、冠面５０の平面図である。また、図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図であり、図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線断面図である。

ピストン５は、ピストンヘッド５Ａと、その下方（−Ｚ側）に連接されたスカート部５Ｓを含む。ピストンヘッド５Ａは円柱体からなり、燃焼室６の壁面の一部（底面）を構成する冠面５０を上面に備えると共に、シリンダ２の内壁面と摺接する側周面とを備える。なお、スカート部５Ｓは、ピストンヘッド５Ａの＋Ｘ側及び−Ｘ側に配置され、ピストン５の往復運動の際の首振り揺動を抑制する。図６に示されるように、ピストンヘッド５Ａの下方には、Ｙ方向に延びるピン孔を区画するピストンボス５Ｂが設けられている。ピストンボス５Ｂのピン孔には、ピストンピン８１が挿通される。ピストンピン８１は、コネクティングロッド８の小端部８Ｓと、ピストン５とを連結するピンである。

冠面５０は、燃焼室天井面６ＵとＺ方向に対向する面であって、その径方向（Ｘ方向及びＹ方向）の概ね中央部分にキャビティ５Ｃを含む。キャビティ５Ｃは、−Ｚ側に凹入された部分であり、インジェクタ１８から燃料の噴射を受ける部分である。冠面５０におけるキャビティ５Ｃの外周には、吸気側平面部５５、排気側平面部５６及び一対の側方上面５７が配置されている。吸気側平面部５５は、キャビティ５Ｃの−Ｘ側に隣接する領域に設けられる平面、排気側平面部５６は、キャビティ５Ｃの＋Ｘ側に隣接する領域に設けられる平面、一対の側方上面５７はキャビティ５Ｃの＋Ｙ側及び−Ｙ側に各々隣接する、概ね平坦な面である。また、キャビティ５Ｃの内側部分には、キャビティ５Ｃの底部よりも＋Ｚ側に隆起した凸部５３が設けられている。なお、以下の説明では、適宜、燃焼室６において、吸気ポート９が配置される側（−Ｘ側）を吸気側、排気ポート１０が配置される側（＋Ｘ側）を排気側と称す。

吸気側平面部５５は、ピストン５が上死点（ＴＤＣ）付近にあるときに、図２に示されるシリンダヘッド４における吸気側天面４３に僅かな隙間を空けて沿うよう設けられており、排気側平面部５６は、同様に、ピストン５が上死点（ＴＤＣ）付近にあるときに、図２に示されるシリンダヘッド４における排気側天面４４に沿うよう設けられている。ここで、エンジン本体１においては、吸気側平面部５５と吸気側天面４３との組み合わせにより逆スキッシュ生成部が構成されている。具体的に、逆スキッシュ流生成部とは、ピストン５が上死点（ＴＤＣ）付近にある状態から下降して行く際に、燃焼室の径方向中央領域から径方向外縁領域に向けた混合気の流れを生成する部分である。

キャビティ５Ｃは、小キャビティ５１（本発明の点火プラグに対応する領域）、大キャビティ５２（本発明の点火プラグに対応しない領域）及び凸部５３を含む。図示を省略するが、小キャビティ５１は、点火プラグ１７の着火部１７Ａに対応する位置、つまり着火部１７Ａの真下の位置に凹設されている。大キャビティ５２は、小キャビティ５１に隣接する位置に凹設され、＋Ｚ側からの平面視において、小キャビティ５１よりも大きい投影面積を有している。例えば、大キャビティ５２の投影面積は、小キャビティ５１の投影面積に対して８倍程度大きい。凸部５３は、冠面５０のＸＹ方向の中央付近に配置されている。凸部５３は、ＸＹ面方向において、燃焼室６の略中央部分に設けられており、インジェクタ１８のノズルヘッド１８Ｎ（図２を参照。）の真下の位置に凸設されている。

小キャビティ５１は、当該小キャビティ５１を区画する外周縁である第１周縁５１１を含む。大キャビティ５２は、当該大キャビティ５２を区画する外周縁である第２周縁５２１を含む。第１周縁５１１は、＋Ｚ側からの平面視において、略扇形の形状であり、凸部５３、吸気側平面部５５及び大キャビティ５２との境界線となる。第２周縁５２１は、＋Ｚ側からの平面視において、略Ｃ字形の形状を有する。つまり、大キャビティ５２は、冠面５０を＋Ｚ側から平面視した場合において、略Ｃ字形状をしている。第２周縁５２１は、凸部５３、吸気側平面部５５、排気側平面部５６及び小キャビティ５１との境界線となる。

第１周縁５１１の一部は、第２周縁５２１の一部を兼ねる共通周縁部である。換言すると、小キャビティ５１の第１周縁５１１は、その一部において、大キャビティ５２の第２周縁５２１の一部と境界を接する。より具体的には、第１周縁５１１における、凸部５３及び吸気側平面部５５と各々境界をなす円弧状部分を除いた部分は、第２周縁５２１の一部と共通である。この第２周縁５２１の一部は、Ｃ字形状の開放部分（開放端縁）に相当する。共通周縁部は、図４等に示されているように、上方へ突出した稜線５４である。即ち、本実施形態では、稜線５４を境に小キャビティ５１と大キャビティ５２とが隣り合っている。

図４等に示されるように、大キャビティ５２は＋Ｚ側からの平面視において略円形の凸部５３を取り囲むＣ字形状を有している。小キャビティ５１は、このような大キャビティの、Ｃ字形状の開放部分に挟まれる位置に形成されている。これにより、稜線５４で区切られてはいるが、小キャビティ５１及び大キャビティ５２によって、凸部５３と略同心の環状凹部が冠面５０に形成されている。

また、凸部５３の外周縁である周縁部５３１は、小キャビティ５１の第１周縁５１１の一部及び大キャビティ５２の第２周縁５２１の一部と境界を接する。なお、本実施形態では、凸部５３は山形状に形成されており、周縁部５３１が山の裾野となっている。

インジェクタ１８のノズルヘッド１８Ｎには、放射状に複数の噴射孔１８１が設けられており（図２を参照）、噴射された燃料（噴射燃料１８Ｅ）は、小キャビティ５１及び大キャビティ５２に向かうことになる。このとき、噴射燃料１８Ｅは、斜面である第１周縁５１１及び第２周縁５２１に沿って各キャビティ５１，５２内へと円滑に導入される。

図６に示すように、吸気側平面部５５及び排気側平面部５６を基準としたときの大キャビティ５２の深さｈ２は、小キャビティ５１の深さｈ１よりも深くなっている。換言すれば、小キャビティ５１は大キャビティ５２よりも気筒軸方向（シリンダ２の軸方向／Ｚ方向）において相対的に燃焼室天井面６Ｕに近くなるように形成されている。上述のように、大キャビティ５２の投影面積は、小キャビティ５１の投影面積よりも大きいので、各キャビティ５１，５２の深さ（凹入深さ）ｈ１，ｈ２を合わせて考慮するとき、大キャビティ５２は小キャビティ５１に比べて大きな容積を以って形成されていることになる。

［インジェクタ１８におけるノズルヘッド１８Ｎの構造］
インジェクタ１８におけるノズルヘッド１８Ｎの構造について、図７を用い説明する。図７（ａ）は、インジェクタ１８におけるノズルヘッド１８Ｎの構成を示す断面図であり、図７（ｂ）は、インジェクタ１８におけるノズルヘッド１８Ｎを−Ｚ側（下方側）から平面視した平面図である。

図７（ａ）に示すように、インジェクタ１８におけるノズルヘッド１８Ｎには、複数の噴射孔１８１が開口されている。ノズルヘッド１８Ｎの内方には、ノズル室１８２が設けられている。そして、ノズル室１８２内には、可動可能なニードル１８３が収納されている。インジェクタ１８においては、ニードル１８３の可動により、ノズル室１９２内の燃料が各噴射孔１８１から燃焼室６内に噴射する（噴射燃料１８Ｅ）。

図７（ｂ）に示すように、ノズルヘッド１８Ｎに開口された複数の噴射孔１８１ａ〜１８１ｊは、同心円状に設けられており、各噴射孔１８１ａ〜１８１ｊの指向軸１８Ｅａ〜１８Ｅｊは放射状に設定されている。即ち、ノズルヘッド１８Ｎの複数の噴射孔１８１ａ〜１８１ｊは、それぞれの指向軸１８Ｅａ〜１８Ｅｊが互いに異なる方向を向くようになっている。

なお、本実施形態において「指向軸１８Ｅａ〜１８Ｅｊが互いに異なる方向を向くようになっている」とは、例えば、＋Ｚ側から平面視した場合において、指向軸１８Ｅａ〜１８Ｅｊ同士が重複しないことを意味する。

また、各噴射孔１８１ａ〜１８１ｊの開口径は、同一であり、燃料の噴射量も同一である。そして、インジェクタ１８においては、各指向軸１８Ｅａ〜１８Ｅｊに向けて噴射される燃料の量も、同一となっている。

なお、ノズルヘッド１８Ｎにおける噴射孔１８１ａ〜１８１ｊを、順に、第１噴射孔１８１ａ、第２噴射孔１８１ｂ、第３噴射孔１８１ｃ、第４噴射孔１８１ｄ、第５噴射孔１８１ｅ、第６噴射孔１８１ｆ、第７噴射孔１８１ｇ、第９噴射孔１８１ｈ、第１０噴射孔１８１ｉとする。

また、各噴射孔１８１ａ〜１８１ｉの指向軸１８Ｅａ〜１８Ｅｉを、順に、第１指向軸１８Ｅａ、第２指向軸１８Ｅｂ、第３指向軸１８Ｅｃ、第４指向軸１８Ｅｄ、第５指向軸１８Ｅｅ、第６指向軸１８Ｅｆ、第７指向軸１８Ｅｇ、第９指向軸１８Ｅｈ、第１０指向軸１８Ｅｉとする。

［燃料噴射期間及び点火タイミングとクランク角］
図８を参照して、燃料噴射期間及び点火タイミングとクランク角との関係を説明する。図８は、燃料噴射期間及び点火タイミングとクランク角との関係を示すタイムチャートである。

図８に示すように、本実施形態に係るエンジン本体１は、少なくともモードＩ及びモードＩＩの燃料噴射期間及び点火タイミングで、運転を成立させる。

モードＩは、上述のリタードＳＩ燃焼の実行の際に採用されるもので、燃料噴射期間ＰＦ１は圧縮行程のＴＤＣ前後、点火タイミングは膨張行程初期である。即ち、ＴＤＣよりも前の圧縮行程終盤のクランク角−ＣＡ１１のタイミングＴ１１からインジェクタ１８による燃料噴射が開始され、ＴＤＣ後の膨張行程開始初期のクランク角＋ＣＡ１２のタイミングＴ１２まで燃料噴射が実行される。その後、膨張行程初期の所定のクランク角＋ＣＡ１３のタイミングＴ１３において、点火プラグ１７によって混合気に点火される。各クランク角は、例えば、−ＣＡ１１がＴＤＣ前１５°（より好ましくはＴＤＣ前、１０°）、＋ＣＡ１２がＴＤＣ後５°（より好ましくは、ＴＤＣ後２°）、＋ＣＡ１３が圧縮ＴＤＣ後８〜１０°（より好ましくは、ＴＤＣ後９°）である。このモードＩによれば、ＴＤＣ前後で燃料が噴射されるので、ノッキングを防止することができる。

モードＩＩは、上述のＳＩ燃焼及びＳＩＣＩ燃焼の際に採用されるもので、燃料噴射期間ＰＦ２は吸気行程の中期、点火タイミングは圧縮行程のＴＤＣ付近である。即ち、排気工程におけるＴＤＣからピストン５が行程の半分程度下降するクランク角ＣＡ２を挟んだタイミングＴ２１〜Ｔ２２が、燃料噴射期間ＰＦ２とされる。点火タイミングは、ＴＤＣに至るタイミングＴ２３である。ＣＡ２は、例えば、ＴＤＣ後７０°である。

なお、ノッキング防止のため、ＴＤＣ前のクランク角ＣＡ３で、ＣＡ２に加えて追加的に燃料噴射を行わせてもよい。

［燃料噴射とスワール流］
燃焼室６への燃料噴射の形態と、燃焼室６内で生じるスワール流と、の関係について、図９及び図１０を用い説明する。図９は、燃焼室６への燃料噴射の形態と、燃焼室６内で生じるスワール流ＦＳとを示す平面図であり、図１０は、燃焼室６内で生じるスワール流ＦＳと点火プラグ１７における着火部１７Ａの配置関係を示す断面図である。

図９に示すように、＋Ｚ側（上方側）からの平面視で、インジェクタ１８のノズルヘッド１８Ｎは、燃焼室６の略中央部であって、ピストン５の冠面５０における凸部５３と重複する位置に配設されている。また、点火プラグ１７の着火部１７Ａは、小キャビティ５１の一部と重複する位置に配設されている。換言すると、小キャビティ５１は、点火プラグ１７の着火部１７Ａの下方及びその周辺領域に設けられている。

インジェクタ１８の各噴射孔１８１ａ〜１８１ｊ（図７（ｂ）を参照。）は、各指向軸１８Ｅａ〜１８Ｅｊが冠面５０のキャビティ５１，５２内に向くように設定されている。そのうち、互いに隣り合う第１噴射孔１８１ａと第２噴射孔１８１ｂとは、指向軸１８Ｅａ，１８Ｅｂが小キャビティ５１内を向くようになっている。

一方、複数の噴射孔１８１ａ〜１８１ｊのうち、残りの噴射孔１８１ｃ〜１８１ｊは、モードＩ及びモードＩＩの両方において、指向軸１８Ｅｃ〜１８Ｅｊが大キャビティ５２内を向くようになっている。

ここで、＋Ｚ側からの平面視において、第１噴射孔１８１ａの第１指向軸１８Ｅａと第２噴射孔１８１ｂの第２指向軸１８Ｅｂとは、点火プラグ１７における着火部１７Ａの両脇部を通過するようになっている。即ち、インジェクタ１８は、噴射孔１８１ａ〜１８１ｊから噴射の燃料が点火プラグ１７の着火部１７Ａを直撃しないようになっている（各噴射燃料１８Ｅが着火部１７Ａに直接噴射されないようになっている）。

次に、吸気ポート９は、点火プラグ１７を挟んで＋Ｙ及び−Ｙの両側に配設されているが、強いスワール流ＦＳを発生させようとする場合には、＋Ｙ側の吸気ポートを閉状態とする。これにより、−Ｙ側の吸気側開口部４１から燃焼室６内に導入された空気は、白矢印で示すように、大キャビティ５２の外縁部を周回し、小キャビティ５１へと流れる。そして、インジェクタ１８から噴射された噴射燃料１８Ｅと混合された混合気がスワール流ＦＳとなって点火プラグ１７の着火部１７Ａへと運ばれる。

なお、図１０にも示すように、エンジン本体１においては、点火プラグ１７の接地電極１７２が側面視でＬ字形をしているが、当該Ｌ字形の先端（接地電極１７２の対向部１７３）が−Ｘ側（インジェクタ１８とは反対側）を向くようになっている。このため、キャビティ５１，５２の外縁部を周回するスワール流ＦＳは、点火プラグ１７の着火部１７ＡにおけるギャップＧ（中心電極１７１と接地電極１７２との対向部分）にスムーズに供給されることとなる。

また、図１０に示すように、小キャビティ５１の凹入深さｈ１は、大キャビティ５２の凹入深さｈ２よりも浅く設定されているので、スワール流ＦＳは、点火プラグ１７の着火部１７Ａに向けて＋Ｚ側に持ち上げられ、優れた着火性を確保することができる。

［インジェクタ１８から噴射された燃料の飛翔経路］
インジェクタ１８から噴射された燃料（噴射燃料１８Ｅ）の飛翔経路について、図１１及び図１２を用い説明する。図１１は、燃焼室に噴射された燃料と点火プラグにおける着火部の配置関係とを示す一部断面図であり、図１２は、第１噴射孔から噴射された燃料、
及び第２噴射孔から噴射された燃料と、点火プラグにおける着火部との位置関係を示す平面図である。

図１１に示すように、インジェクタ１８のノズルヘッド１８Ｎは、キャビティ５Ｃの凸部５３の＋Ｚ側に配設されており、複数の噴射孔１８１ａ〜１８１ｊからの燃料（噴射燃料１８Ｅ）は、小キャビティ５１の第１周縁５１１と大キャビティ５２の第２周縁５２１に対して噴射される。なお、上述のように、第１噴射孔１８１ａ及び第２噴射孔１８１ｂから噴射された燃料が小キャビティ５１内に侵入し、その他の噴射孔１８１ｃ〜１８１ｊから噴射された燃料が大キャビティ５２内に侵入する。

大キャビティ５２内に噴射された燃料は、小キャビティ５１からの火炎伝播により着火するとともに、一部がスワール流ＦＳにより小キャビティ５１へと流れ、小キャビティ５１内で着火する。

一方、小キャビティ５１内に噴射された燃料は、小キャビティ５１を臨む壁面に沿って−Ｘ側へと送られ、点火プラグ１７の着火部１７Ａ付近に到達する。そして、点火プラグ１７の着火部１７Ａで着火される。

ここで、図１２に示すように、インジェクタ１８においては、第１噴射孔１８１ａと第２噴射孔１８１ｂ（図７（ｂ）を参照。）は、＋Ｚ側からの平面視において、各指向軸１８Ｅａ，１８Ｅｂが点火プラグ１７の着火部１７Ａの両脇部を通過するように設定されている。そして、各噴射孔１８１ａ，１８１ｂからの燃料は、扇状の広がり（燃料噴射範囲１８Ｅａａ，１８Ｅｂｂ）を以って噴射される。

本実施形態では、インジェクタ１８における第１噴射孔１８１ａ及び第２噴射孔１８１ｂを、燃料噴射範囲１８Ｅａａと燃料噴射範囲１８Ｅｂｂとの重複領域１８Ｅａｂに点火プラグ１７の着火部１７Ａ（より具体的には、中心電極１７１接地電極１７２とのギャップＧ）がくるように配設されている。

以上のような構成を採用することにより、エンジン本体１においては、プラグ被りを抑制しながら、着火安定性を確保することができる。

［効果］
図９及び図１２に示すように、本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６の構造では、インジェクタ１８における複数の噴射孔１８１ａ〜１８１ｊのうち、互いに隣接する第１噴射孔１８１ａ及び第２噴射孔１８１ｂが、＋Ｚ側からの平面視において、各指向軸１８Ｅａ，１８Ｅｂが点火プラグ１７の着火部１７Ａの両脇部を通過するように配設されている。

本実施形態では、上記のような構成を採用することにより、インジェクタ１８と点火プラグ１７の着火部１７Ａとを近付けて圧縮上死点又はその近傍で燃料噴射することによりプリイグニッションを抑制した場合においても、点火プラグ１７の被りを抑制することができる。即ち、図１２に示すように、本実施形態では、第１噴射孔１８１ａ及び第２噴射孔１８１ｂから噴射された燃料１８Ｅａａ，１８Ｅｂｂのうち、指向軸１８Ｅａ，１８Ｅｂとその近傍の部分が着火部１７Ａに直接噴霧されることが抑制でき、インジェクタ１８と点火プラグ１７の着火部１７Ａとの距離（直線距離）が短い場合においても、点火プラグ１７の被りを抑制することができる。

従って、本実施形態に係るエンジン本体１では、熱効率向上のために高圧縮比化を図った場合にもプリイグニッションの発生を抑制できるとともに、点火プラグ１７の被りを抑
制することが可能である。

また、図９に示すように、本実施形態に係るインジェクタ１８では、全ての噴射孔１８１ａ〜１８１ｊの各指向軸１８Ｅａ〜１８Ｅｊが、互いに異なる方向を向くように設定されている。このため、燃焼室６内において、混合気の濃度に偏りが生じ難く、均一な燃焼を生じさせるのに優位である。

また、上述のように、本実施形態に係るインジェクタ１８では、全ての噴射孔１８１ａ〜１８１ｊからの燃料噴射量が同じである。このため、混合気の濃度に偏りが生じ難く、均一な燃焼を生じさせるのに優位である。

また、本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、ピストン５が上死点（ＴＤＣ）位置及びその近傍にあるときに、インジェクタ１８から燃料を噴射できるように構成されており、また、小キャビティ５１が、＋Ｚ側からの平面視において、点火プラグ１７の着火部１７Ａと重複する箇所とその周辺を含み構成されている。そして、インジェクタ１８の第１噴射孔１８１ａ及び第２噴射孔１８１ｂは、小キャビティ５１内に向けて燃料を噴射可能に各々の指向軸１８Ｅａ，１８Ｅｂが向けられている。このため、本実施形態では、第１噴射孔１８１ａ及び第２噴射孔１８１ｂからの燃料が、点火プラグ１７の着火部１７Ａの近傍に向けて直に噴射されるのではなく、小キャビティ５１の表面（底面）を経由するように噴射されるので、霧化のための十分な時間が確保され、点火プラグ１７の被りをより確実に抑制することができる（図１１を参照）。

また、本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、点火プラグ１７の着火部１７Ａが、燃焼室天井面６Ｕにおける吸気側の領域（−Ｘ側の領域）に配設されている。そして、本実施形態では、インジェクタ１８における複数の噴射孔１８１ａ〜１８１ｊのうち、噴射孔１８１ｃ〜１８１ｊが、大キャビティ５２内に向けて燃料を噴射可能に各指向軸１８Ｅｃ〜１８Ｅｊが向けられており、さらに大キャビティ５２の凹入深さｈ２が小キャビティ５１の凹入深さｈ１よりも深くなっている。このため、本実施形態では、ピストン５の上昇時において、大キャビティ５２内でのスワール成分（スワール流ＦＳ）が、小キャビティ５１内において、燃焼室天井面６Ｕ側に持ち上げられることとなり、新気と燃料との混合気が点火プラグ１７の着火部１７Ａ近傍により近付くことになる。よって、本実施形態に係る燃焼室６の構造では、点火プラグ１７の着火部１７Ａ近傍の残留ガスを押し流すことができるとともに、着火安定性の向上を図ることができる。

また、本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６の構造では、＋Ｚ側からの平面視において、点火プラグ１７の接地電極１７２におけるＬ字形の先端（対向部１７３）が、インジェクタ１８とは反対側の径方向外側（−Ｘ側）を向いている。換言すると、点火プラグ１７の接地電極１７２は、その基部１７４がインジェクタ１８に対して背向するように設けられている。このため、本実施形態に係る燃焼室６の構造では、高い着火性を確保するのに優位である。具体的に、図９に示すように、燃焼室６内における筒内流動のスワール成分（スワール流ＦＳ）は、燃焼室６におけるキャビティ５Ｃの外縁部分を進行するので、径方向外側（−Ｘ側）を向いた着火部１７Ａ（接地電極１７２と中心電極１７１との対向部分）にスワール成分をスムーズに流れ込ませることができる。

また、本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６の構造では、点火プラグ１７における接地電極１７２のＬ字形の先端（対向部１７３）を燃焼室６の径方向外側（−Ｘ側）を向くようにすることで、接地電極１７２のＬ字形の背部である基部１７４がインジェクタ１８の側を向くこととなる。このような配置形態によっても、インジェクタ１８の第１噴射孔１８１ａ及び第２噴射孔１８１ｂから噴射された燃料（噴射燃料１８Ｅ）が、接地電極１７２と中心電極１７１とのギャップＧに直接噴射されるのを防ぐことができる。よって、本実施形態では、点火プラグ１７の被りをより確実に抑制することが可能である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る火花点火式のエンジンの燃焼室構造を詳細に説明する。なお、第２実施形態の基本的な構造は第１実施形態と共通するため、以下の説明では、第１実施形態と共通する構成要素については同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主に第１実施形態に係る燃焼室構造との相違点について詳細に説明する。

図１３は、第２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のシリンダヘッドの要部の断面図であり、図１４は、燃焼室天井面の平面図である。

燃焼室天井面６Ｕは、第１実施形態と同様にペントルーフ型の形状である。第１実施形態の燃焼室天井面６Ｕが、図２に示すような浅型の（勾配の小さい）ペントルーフ型であるのに対して、第２実施形態の燃焼室天井面６Ｕは、深型の（勾配が大きい）ペントルーフ型である。つまり、第２実施形態の燃焼室６は、第１実施形態よりも燃焼室６の容積を大きくして圧縮比を下げた構造となっている。

このような深型のペントルーフ型の燃焼室天井面６Ｕにおいて、２つの吸気側開口部４１の間にインジェクタ１８を配置しながら、必要とされる各吸気側開口部４１の開口面積を確保するには、Ｘ方向において、２つの吸気側開口部４１をよりシリンダ２の中心寄りに配置する必要がある。そのため、第２実施形態では、図１４に示すように、２つの吸気側開口部４１は、それら一部分がシリンダ２の中心２ａよりも排気側に位置するように配置されている。

これに伴い、インジェクタ１８（ノズルヘッド１８Ｎ）もシリンダ２の中心２ａから排気側にオフセットされた配置となっている。インジェクタ１８のオフセット量は、主にモードＩＩにおける燃料噴射時、すなわち吸気行程の中期にノズルヘッド１８Ｎから噴射される燃料が、吸気側開口部４１から燃焼室６に導入される吸気の主流に乗って拡散し易い位置に設定されており、当例では、インジェクタ１８は、シリンダ２の中心２ａから約２ｍｍだけ排気側にオフセットされている。

図２７は、吸気行程の中期の吸気の流れとインジェクタ１８との関係を説明するための断面図である。同図に示すように、吸気ポート９を通じて燃焼室６に導入される吸気の主流Ｍｓは、吸気ポート９の上側壁面に沿って燃焼室６に導入されつつタンブル流を形成する。このような状態において、シリンダ２の中心２ａにインジェクタ１８の中心が位置する場合には、燃料の一部は吸気の主流Ｍｓよりも下方でノズルヘッド１８Ｎから噴射されることとなり、吸気の主流Ｍｓに乗り難くなる。これに対して、インジェクタ１８がシリンダ２の中心２ａから排気側にオフセットされた構成によれば、吸気の主流Ｍｓよりも上方又はその近傍位置でノズルヘッド１８Ｎから噴射されるため、燃料が吸気の主流Ｍｓに乗って拡散し易くなる。

なお、この実施形態では、シリンダ２の中心２ａからインジェクタ１８（ノズルヘッド１８Ｎ）の中心が約２ｍｍだけ排気側にオフセットされているが、この場合のオフセット量は、インジェクタ１８から噴射される燃料が吸気の主流Ｍｓに乗って良好に拡散されるように設定されていればよく、例えば、シリンダ２の中心２ａから、当該シリンダ２の直径（ボア径）の２〜５％の範囲内で排気側にオフセットされているのが好適である。

第２実施形態のピストン５の冠面５０もキャビティ５Ｃ、吸気側平面部５５、排気側平面部５６及び一対の側方上面５７を含む点で第１実施形態と構成が共通している。しかし、以下の点で第１実施形態と具体的な構造が相違している。

図１５は、ピストン５に対する点火プラグ１７及びインジェクタ１８の配置関係を示す斜視図、図１６は、同配置関係を示す平面図である。図１８は、ピストン５の冠面５０の平面図であり、図１８〜図２０は、それぞれピストン５の正面図（吸気側から視た図）、背面図（排気側から視た図）、側面図であり、図２１、図２２は、それぞれ図１７のＸＸＩ−ＸＸＩ線、ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線断面図である。また、図２３は、排気側から視たピストン５の斜視図であり、図２４は、吸気側から視たピストン５の斜視図である。

第２実施形態のキャビティ５Ｃは、小キャビティ５１と大キャビティ５２とが稜線５４により区切られることなく（換言すれば、稜線を介することなく）滑らかに連続した形状を有している。つまり、キャビティ５Ｃは、図１７に示すように、凸部５３とこれを取り囲むように滑らかに連続する一つの環状のキャビティ（以下、環状キャビティ５８と称す）とを含む。環状キャビティ５８は、稜線５４により区切られていないが、環状キャビティ５８のうち、主に吸気側の底面（第１実施形態の小キャビティ５１の底面５１２に対応する部分）はそれ以外の部分の底面（第１実施形態の大キャビティ５２の底面５２２に対応する部分）よりも気筒軸方向において高い位置に形成されている。すなわち、環状キャビティ５８のうち、点火プラグ１７に対応する領域が、当該点火プラグ１７に対応しない領域よりも気筒軸方向において相対的に燃焼室天井面６Ｕに近くなるように形成されている。

図１７〜図２０に示すように、冠面５０のうち、吸気側平面部５５と環状キャビティ５８との間であってかつ一対の側方上面５７の間には、吸気側斜面部６１が設けられ、排気側平面部５６と環状キャビティ５８との間であってかつ一対の側方上面５７の間には排気側斜面部６２が設けられている。

吸気側斜面部６１は、吸気側平面部５５の末端部分から排気側に向かって先上がりに傾斜する平坦な斜面であり、排気側斜面部６２は、排気側平面部５６の末端部分から吸気側に向かって先上がりに傾斜する平坦な斜面である。図２５に示すように、各斜面部６１、６２は、ピストン５が上死点位置にあるときに、燃焼室天井面６Ｕのペントルーフ部分に近接して対向し、当該ペントルーフ部分と略平行に延びる面である。

環状キャビティ５８は、冠面５０において排気側に偏って形成されている。凸部５３は、図１７に示すように、気筒軸方向視においてＸ方向の寸法５３ＸがＹ方向の寸法５３Ｙよりも大きい、つまりＸ方向に細長いオーバル形状（長円形）を有している。凸部５３の中心５３ａは、インジェクタ１８に対応して冠面５０の中心５ａ（シリンダ２の中心２ａ）から排気側にオフセットされており、これにより、凸部５３の中心はインジェクタ１８（ノズルヘッド１８Ｎ）の直下に位置している。

環状キャビティ５８は、当該環状キャビティ５８を区画する周縁である内周縁５８１と外周縁５８２とを含む。内周縁５８１は、凸部５３との境界線となり、外周縁５８２は、吸気側斜面部６１、排気側斜面部６２及び側方上面５７との境界線となる。

外周縁５８２のうち、冠面５０の中心５ａ（図１７中のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線）よりも排気側の部分（排気側外周縁５８２ｂ）であって側方上面５７との境界線となる部分は、当該中心５ａを中心とする略真円に沿った円弧状であり、他方、冠面５０の中心５ａよりも吸気側の部分（吸気側外周縁５８２ａ）であって側方上面５７との境界線となる部分は、当該中心５ａを中心とする楕円又はＹ方向に細長い長円に沿った円弧状である。このように、環状キャビティ５８及び凸部５３が形成される結果、当該環状キャビティ５８は冠面５０において排気側に偏っている。

第２実施形態では、図１３及び図１５に示すように、点火プラグ１７は第１実施形態とは反対の向きで燃焼室天井面６Ｕ（プラグ凹部４５）に配置されている。具体的には、点火プラグ１７は、接地電極１７２の先端、すなわち対向部１７３の反基部側の末端が、気筒軸方向視において燃焼室６の径方向内側を向くように配置されている。燃焼室天井面６Ｕが深型のペントルーフ型とされ、冠面５０に吸気側斜面部６１が設けられている第２実施形態では、このように点火プラグ１７が配置されることで、圧縮行程時に着火部１７Ａの周りの掃気効果を高めるようにされている。つまり、ピストン５の冠面５０に、燃焼室天井面６Ｕのペントルーフ部分に対応する吸気側斜面部６１が設けられる第２実施形態では、圧縮行程時に、燃焼室天井面６Ｕの吸気側天面４３とピストン５の吸気側平面部５５との間で吸気又は混合気が圧縮されるに伴い、図２６中に矢印で示すように、吸気側斜面部６１に沿って燃焼室天井面６Ｕに向かうスキッシュ流が生成される。この際、接地電極１７２の先端が燃焼室６の径方向内側を向くように点火プラグ１７が配置されていることで、当該スキッシュ流によりプラグ凹部４５内の残留ガスを押し出し易くなる。つまり、着火部１７Ａの周りの掃気効果が高められる。

環状キャビティ５８のキャビティ形状は、モードＩにおいて、ピストン５が圧縮上死点位置又はその近傍にあるときにインジェクタ１８から噴射される燃料を燃焼室天井面６Ｕに沿って円滑に巻き上げることが可能な形状とされている。詳しくは、環状キャビティ５８は、図２５に示すように、当該環状キャビティ５８の内周側に位置し、ピストン５が圧縮上死点位置又はその近傍にあるときにインジェクタ１８から噴射された燃料を凸部５３に沿って外向きに案内する助走部５９ａと、この助走部５９ａの外周に位置し、当該助走部５９ａに沿って案内される燃料を燃焼室天井面６Ｕに向かって巻き上げる巻き上げ部５９ｂとを含む。助走部５９ａは凸部５３に滑らかに連続する断面円弧状であり、巻き上げ部５９ｂは助走部５９ａよりも曲率半径が小さい断面円弧状である。吸気側斜面部６１及び排気側斜面部６２に対応する部分では、これら斜面部６１、６２が設けられている分、巻き上げ部５９ｂがより上方まで延在している。これにより、図２５中に破線矢印で示すように、ノズルヘッド１８Ｎから噴射される燃料が燃焼室天井面６Ｕのペントルーフ部分に沿って効果的に巻き上げられ、燃料の霧化促進が図られるようになっている。

なお、環状キャビティ５８の吸気側外周縁５８２ａのうち、一対の側方上面５７の末端に対応する部分（図１６の破線丸枠の部分）は、気筒軸方向視で点火プラグ１７の着火部１７Ａに湾曲して指向している。すなわち、一対の側方上面５７の末端に対応する部分から吸気側外周縁５８２ａを延長したとすると、吸気側外周縁５８２ａが着火部１７Ａを通るように、当該吸気側外周縁５８２ａのうち一対の側方上面５７の末端に対応する部分が形成されている。これにより、図１６中の矢印で示すように、環状キャビティ５８に沿って排気側から吸気側に流れる混合気が着火部１７Ａに向かって案内されるようになっている。

第２実施形態のピストン５においては、図１８〜図２０に示すように、当該ピストン５のピストンヘッド５Ａの上端部外周に段差部６３が形成されている。この段差部６３は、膨張行程において、当該ピストンヘッド５Ａの上端部外周面とシリンダ２の内周面との間に未燃焼ガスを逃がすための隙間を形成するためのものであり、これによりノック音の発生が抑制されるようになっている。

以上が第２実施形態の燃焼室構造である。第２実施形態の燃焼室構造は、燃焼室６の容積を大きくして圧縮比を下げるために、燃焼室天井面６Ｕが深型のペントルーフ型とされたものであるが、基本的な構造は第１実施形態と共通する。そのため、第２実施形態の燃焼室構造についても第１実施形態の燃焼室構造とほぼ同等の作用効果を享受することができる。すなわち、インジェクタ１８と点火プラグ１７の着火部１７Ａとを近付けて圧縮上死点又はその近傍で燃料噴射することによりプリイグニッションを抑制した場合においても、点火プラグ１７の被りを抑制することができる。また、ピストン５の上昇時において、環状キャビティ５８内でのスワール成分（スワール流ＦＳ）が、点火プラグ１７に対応する領域において燃焼室天井面６Ｕ側に持ち上げられることとなり、混合気が点火プラグ１７の着火部１７Ａ近傍により近付くことになる。よって、点火プラグ１７の着火部１７Ａ近傍の残留ガスを押し流すことができるとともに、着火安定性の向上を図ることができる。

［変形例］
以上、本発明の一態様としての実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、次のような変形例を採用することも可能である。

（１）上記第１実施形態では、小キャビティ５１と大キャビティ５２とが、稜線５４を介して互いに接するように配置されている例を示したが、本発明はこれに限定を受けるものではない。例えば、第１キャビティである小キャビティと第２キャビティである大キャビティとは、混合気の流れ（スワール流）及び火炎伝播の観点で実質的に隣接配置されていればよく、構造的に互いが離間していてもよい。

（２）上記第１、第２実施形態では、ピストン５の冠面５０に吸気側平面部５５を設け、シリンダヘッド４の底面４ａに吸気側天面４３を設けることで、逆スキッシュ流生成部を構成することとした。即ち、吸気側平面部５５を吸気側天面４３に沿うようにしたことにより、ピストン５がＴＤＣ付近から下降する際に、近接していた吸気側平面部５５が吸気側天面４３から離間することで、キャビティ５Ｃが設けられた側（燃焼室６の中央側）から吸気側へと混合気が引き込まれる。

しかしながら、本発明は、逆スキッシュ流生成部を必ずしも具備しなくてもよい。

また、上記第１、第２実施形態では、吸気側平面部５５を平面状に設けることとしたが、当該部分は曲面を以って構成することとしてもよい。

（３）上記第１実施形態では、ピストン５の冠面５０に設けた小キャビティ５１と大キャビティ５２とについて、大キャビティ５２の投影面積が小キャビティ５１の投影面積よりも広く、かつ、大キャビティ５２の深さｈ２が小キャビティ５１の深さｈ１よりも深いとの構成を例として示したが、本発明はこれに限定を受けるものではない。例えば、大キャビティと小キャビティとの深さを同一とし、投影面積の差異だけで、大キャビティの容積を小キャビティの容積よりも大きくすることも可能である。

（４）上記第１実施形態では、ピストン５の冠面５０に２つのキャビティ（小キャビティ５１と大キャビティ５２）を設けることとしたが、本発明はこれに限定を受けるものではない。例えば、上記実施形態と同様の特徴を有する小キャビティ及び大キャビティの他に、１又は複数のキャビティを形成することとしてもよい。

（５）上記第１、第２実施形態では、インジェクタ１８のノズルヘッド１８Ｎが燃焼室６内に配置され、直噴方式で燃料が燃焼室６内に噴射される例を示したが、本発明はこれに限定を受けるものではない。例えば、吸気ポート９にインジェクタ１８を配置するポート噴射方式を採用することとしてもよい。

（６）上記第１、第２実施形態では、燃焼室天井面６Ｕに２つの吸気側開口部４１が設けられてなる例を示したが、そのうちの１つの吸気側開口部４１に連通する吸気ポート９に、スワールコントロールバルブを設け、燃焼室６内におけるスワール流を積極的に発生させることが可能な構成を採用することとしてもよい。

スワール流を積極的に活用する状況において、スワールコントロールバルブによって一方の吸気側開口部４１を閉止し、シリンダ軸回り（気筒軸周り）の渦流であるスワール流を発生させ易くすることができる。これにより、例えば、上述のＳＩ燃焼やＳＩＣＩ燃焼（モードＩＩ）の燃焼において、スワールコントロールバルブを動作させることが望ましい。

（７）上記第１、第２実施形態では、吸気側開口部４１及び排気側開口部４２を燃焼室天井面６Ｕに開口することとしたが、本発明はこれに限定を受けるものではない。例えば、燃焼室６の上部におけるシリンダ２の側周面に開口することとしてもよい。

１ エンジン本体
２ シリンダ（気筒）
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
５ ピストン
５Ｃ キャビティ
１７ 点火プラグ
１７Ａ 着火部
１８ インジェクタ
１８Ｅａ 第１指向軸
１８Ｅｂ 第２指向軸
４３ 吸気側天面
５０ 冠面
５１ 小キャビティ（点火プラグに対応する領域）
５２ 大キャビティ（点火プラグに対応しない領域）
５３ 凸部
５４ 稜線
５５ 吸気側平面部
１７２ 接地電極
１８１ａ 第１噴射孔
１８１ｂ 第２噴射孔

Claims (4)

1. 火花点火式のエンジンであって、
   ピストンの冠面と、
   シリンダヘッドに形成された燃焼室天井面と、
   前記燃焼室天井面に設けられたインジェクタ及び点火プラグと、を備え、
   前記冠面は、キャビティを有し、
   前記燃焼室天井面は、２つの吸気側開口部を有し、
   前記点火プラグは、側面視でＬ字形の接地電極を具備する着火部を備え、当該着火部が気筒軸方向視で前記２つの吸気側開口部の間であってかつ気筒軸方向視で前記キャビティの内側に位置するように配設されるとともに、前記接地電極の先端が前記インジェクタとは反対側の燃焼室径方向外側を向いており、
   前記インジェクタは、燃料を噴射するノズルヘッドを備え、当該ノズルヘッドが気筒軸方向視で前記燃焼室天井面において前記着火部よりも燃焼室中心寄りに位置するように配設されて、前記ピストンが圧縮上死点又はその近傍にあるときに燃料を噴射し、
   前記キャビティは、気筒軸方向視で前記ノズルヘッドと重複する位置に山型の凸部を有し、
   前記ノズルヘッドは、それぞれが前記冠面を臨む複数の噴射孔を備え、
   前記複数の噴射孔のうち、互いに隣接する第１噴射孔及び第２噴射孔は、気筒軸方向の一方側からの平面視において、各々の指向軸が前記点火プラグの着火部の両脇部を通過して前記キャビティの前記点火プラグに対応する領域と前記凸部との境界部分に指向するように配設されている、
   エンジン。
2. 請求項１に記載のエンジンであって、
   前記インジェクタは、備える全ての噴射孔からの燃料噴射量が同じである、
   エンジン。
3. 請求項１に記載のエンジンであって、
   前記キャビティは、前記点火プラグに対応する領域が、当該点火プラグに対応しない領域よりも気筒軸方向において相対的に前記燃焼室天井面に近くなるように形成されている、
   エンジン。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載のエンジンであって、
   気筒軸方向の一方側からの平面視において、前記燃焼室天井面には、当該燃焼室の中央部分を挟んだ一方側の領域に吸気口、他方側の領域に排気口が開口されており、前記燃焼室において前記吸気口が配置される側を吸気側、前記排気口が配置される側を排気側とするとき、
   前記冠面は、前記点火プラグに対応する領域よりも吸気側に位置する吸気側平面部と、この吸気側平面部と前記点火プラグに対応する領域との間に位置し、吸気側から排気側に向かって先上がりに傾斜する吸気側斜面部とを備え、
   前記点火プラグは、前記着火部が側面視でＬ字形の接地電極を有するとともに、気筒軸方向の一方側からの平面視において、当該着火部が前記インジェクタよりも径方向外側の箇所となるように前記燃焼室天井面に対して設けられている、
   エンジン。

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