WO2015162796A1 - 筒内直噴内燃機関 - Google Patents

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WO2015162796A1
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piston
squish
combustion engine
internal combustion
direct injection
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Inventor
佳宏 今岡
尊雄 井上
鈴木　琢磨
Original Assignee
日産自動車株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/28—Other pistons with specially-shaped head
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a spark ignition type direct injection internal combustion engine.
  • JP2004-263570A As a spark ignition type direct injection internal combustion engine, JP2004-263570A is provided with a squish area over the entire combustion chamber ceiling and piston top surface, and the squish area leads from the outer peripheral edge of the combustion chamber toward the center. A so-called oblique squish that slopes upward as it is disclosed is disclosed.
  • the slanted squish is generated in the entire region, thereby suppressing the fuel injected toward the piston cavity from diffusing and ensuring the ignitability.
  • an object of the present invention is to provide an in-cylinder direct injection internal combustion engine that can suppress the occurrence of knocking to a higher compression ratio.
  • FIG. 1 is a view of an in-cylinder direct injection internal combustion engine according to the present embodiment as viewed from the axial direction of a piston pin.
  • FIG. 2 is a view of the direct injection internal combustion engine according to the present embodiment as viewed from the direction orthogonal to the axial direction of the piston pin and the lifting / lowering direction of the piston.
  • FIG. 3 is a perspective view of the piston.
  • FIG. 4 is a top view of the piston.
  • FIG. 5 is a view of the combustion chamber as viewed from below.
  • FIG. 6 is a view of flame propagation as seen from the axial direction of the piston pin.
  • FIG. 7 is a view of the state of flame propagation as viewed from the direction perpendicular to the axial direction of the piston pin and the lifting and lowering direction of the piston.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the forward and backward squish and the knock margin.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the effect of the present embodiment.
  • FIG. 1 is a view of an in-cylinder direct injection internal combustion engine (hereinafter also simply referred to as an internal combustion engine) 1 according to the present embodiment as viewed from the axial direction of a piston pin 7.
  • FIG. 2 is a view of the in-cylinder direct injection internal combustion engine 1 according to the present embodiment as viewed from the direction orthogonal to the axial direction of the piston pin 7 and the ascending / descending direction of the piston 6. Both FIG. 1 and FIG. 2 show a state where the piston is at top dead center. Further, in FIG. 1 and FIG. 2, an intake valve, an exhaust valve, and a valve recess described later are omitted.
  • the vertical direction of the piston 6 is the vertical direction
  • the direction along the axis of the piston pin 7 is the front-rear direction
  • the direction perpendicular to the vertical direction and the front-rear direction is the left-right direction.
  • the side on which the omitted intake valve is disposed is the intake side
  • the side on which the omitted exhaust valve is disposed is the exhaust side.
  • the internal combustion engine 1 is a spark ignition type in-cylinder direct injection internal combustion engine in which an ignition plug 4 is disposed at the top of a combustion chamber ceiling surface 8A and a fuel injection valve 5 is disposed so as to directly inject fuel into the combustion chamber 8. is there.
  • an intake-side head-side squish generation surface 13 is provided in a predetermined region including the intake-side edge
  • an exhaust-side head-side squish generation surface 14 is provided in a predetermined region including the exhaust-side edge. Is formed. Both the head-side squish generation surfaces 13 and 14 are inclined upwardly from the outer edge side of the combustion chamber 8 toward the center side.
  • piston-side squish generating surfaces 11, 12 that are inclined upward as it goes from the outer peripheral edge side toward the center side and face the head-side squish generating surfaces 13, 14 are formed.
  • the head-side squish generating surface 13 and the piston-side squish generating surface 11, and the head-side squish generating surface 14 and the piston-side squish generating surface 12 are parallel to each other.
  • the top surface of the piston 6 is positioned above the lower ends of the piston-side squish generating surfaces 11 and 12, and at least when the piston 6 is at the top dead center,
  • the flat part 10 located in is provided. That is, at least the flat surface portion 10 enters the combustion chamber 8 of the cylinder head 2 at the top dead center of the piston. Details of the plane portion 10 will be described later.
  • FIG. 3 is a perspective view of the piston 6.
  • FIG. 4 is a view of the piston 6 as viewed from above.
  • FIG. 5 is a view of the combustion chamber ceiling surface 8A as viewed from below.
  • the hatched area in FIG. 4 is the plane portion 10.
  • the top surface of the piston 6 prevents interference between the intake valve recess 21 for preventing interference with the intake valve 30 and the exhaust valve 31.
  • the exhaust valve recess 22 is provided.
  • the flat portion 10 extends in a range sandwiched between the pair of piston-side squish generation surfaces 11 and 12 in the left-right direction, and extends to the outer periphery in the front-rear direction. More specifically, the flat surface portion 10 is a region surrounded by a pair of intake valve recesses 21, a pair of exhaust valve recesses 22 and a piston-side squish generating surface 12, and an outer peripheral edge of the piston 6.
  • the combustion chamber ceiling surface 8 ⁇ / b> A has a shape in which a portion (hereinafter referred to as “side wall”) 15 facing the outer peripheral edge in the front-rear direction of the planar portion 10 can prevent interference with the planar portion 10. .
  • side wall a portion facing the outer peripheral edge in the front-rear direction of the planar portion 10 can prevent interference with the planar portion 10.
  • FIG. 2 it has a shape including a portion perpendicular to the lower end surface of the cylinder head near the lower end and an arcuate shoulder 15R connected to the vertical portion.
  • the width of the vertical portion is determined according to the protruding amount of the flat portion 10 toward the cylinder head.
  • the radius R of the shoulder portion 15 ⁇ / b> R is set such that squish does not occur in the sidewall 15.
  • the radius R is 1/10 or more of the cylinder bore.
  • a concave cavity 20 is provided in a predetermined range centering on a portion facing the spark plug 4 of the flat portion 10.
  • the cavity 20 is provided so as not to prevent flame formation by spark ignition.
  • the distance from the plug gap center of the spark plug 4 to the wall surface of the cavity 20 is larger than the radius of a sphere having a volume of 5% of the combustion chamber volume at the piston top dead center when it is assumed that there is no cavity 20. If it comprises, a flame can be formed.
  • the combustion chamber ceiling surface 8A is also provided with a plug hole 4A in which the spark plug 4 is disposed and an injector hole 32 in which the fuel injection valve 5 is disposed.
  • the piston 6 has a flat surface portion 10 protruding upward from the lower ends of the piston-side squish generating surfaces 11 and 14.
  • the flat portion 10 protrudes upward from the lower end surface of the cylinder head 2 at the piston top dead center. That is, as the amount of protrusion of the flat portion 10 toward the cylinder head increases and the area of the flat portion 10 increases, the compression ratio of the internal combustion engine 1 increases.
  • FIGS. 6 and 7 are views showing how the flame of the internal combustion engine 1 propagates at the top dead center of the piston. 6 and 7 are cross-sectional views of the internal combustion engine 1 as viewed from the same direction as FIGS. 1 and 2, respectively.
  • ⁇ A spark is generated in the plug gap by spark ignition of the spark plug 4, and a flame centering on the center of the plug gap radiates from the spark.
  • the space between the spark plug 4 and the top surface of the piston 6 is narrowed by reducing the volume of the combustion chamber for a high compression ratio, the air-fuel mixture around the plug gap is less, so the flame The growth of the can be inhibited and misfires.
  • the piston 6 since the piston 6 includes the cavity 20 described above, an air-fuel mixture necessary for flame growth is ensured.
  • the presence of the cavity 20 ensures the growth of the flame. Is done.
  • piston-side squish generating surfaces 11 and 12 and the head-side squish generating surfaces 13 and 14 are inclined upward as they go from the outer edge side of the combustion chamber 8 toward the center side.
  • the piston-side squish generation surface 11 and the head-side squish generation surface 13, and the piston-side squish generation surface 12 and the head-side squish generation surface 14 are parallel to each other. Thereby, the diagonal squish which goes to a combustion chamber center side from a combustion chamber outer edge side is produced
  • the generation of unburned mixture is suppressed by promoting the flame propagation, and the end gas zones on the intake side and the exhaust side are slanted by squish. Since the temperature rise is suppressed, the occurrence of knocking is suppressed.
  • FIG. 8 shows a known internal combustion engine in which a horizontal squish is generated on the intake side and the exhaust side and a squish in the front-rear direction is generated on the sidewall portion.
  • FIG. 10 is a diagram showing a change in the knock margin when changing to a configuration in which no squish is generated.
  • the vertical axis represents torque [Nm]
  • the horizontal axis represents the combustion gravity center position [deg. ATDC]. Circles in the figure indicate cases where no squish is generated, and triangles in the figure indicate cases where squish is generated.
  • the knock margin is a value indicating how close the combustion center of gravity can be to the optimum ignition timing (MBT).
  • the knock margin is reduced by adopting a configuration in which squish in the front-rear direction is not generated.
  • the amount of change in the knock margin varies depending on various conditions such as the compression ratio and the cylinder bore diameter, but the average result is that the crank angle is reduced by about 2 [deg]. Then, if the combustion center of gravity is brought close to MBT by the amount that the knock margin is improved, the torque is improved. Further, instead of changing the combustion center of gravity, the compression ratio can be increased. If the compression ratio is increased, the combustion efficiency of the internal combustion engine 1 is improved.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining that the compression ratio is improved by the amount of improvement in the knock margin, and the circles in the figure indicate the higher compression ratio by the amount of improved knock margin, and the triangles indicate the knock. It shows the thing before margin improvement.
  • Knocking is more likely to occur as the compression ratio increases. That is, the knock margin increases as the compression ratio increases. Therefore, the compression ratio is increased until the knock margin improved by making the intake side and exhaust side squish obliquely squish and not causing squish on the side walls 15 returns to the value before improvement. As a result, the compression ratio can be increased without changing the knock margin.
  • the allowance for improving the compression ratio varies depending on the shape of the combustion chamber ceiling surface 8A and the like, if the improvement of the knock margin is about 2 [deg], the compression ratio can be increased by about 0.5. In order to increase the compression ratio, for example, the protruding amount of the flat portion 10 toward the cylinder head is increased.
  • the clearance between the plane part 10 and the sidewall 15 is the minimum necessary. It has become. For this reason, it is possible to prevent the oil adhering to the wall surface of the cylinder from being exposed to the flame propagating in the direction of the sidewall 15.
  • the combustion chamber ceiling surface 8A extends from the combustion chamber outer edge side to the combustion chamber center side from the combustion chamber outer edge side to the predetermined region including the intake side edge.
  • the piston top surface is inclined upward as it goes from the outer peripheral edge side toward the piston top surface central portion side, and is opposed to the head-side squish generation surfaces 13, 14.
  • the flat portion 10 extends in a direction within a range sandwiched between the pair of piston-side squish generating surfaces 11 and 12, and extends in the front-rear direction to the outer peripheral edge.
  • the plane portion 10 is positioned above the lower ends of the piston side squish generation surfaces 11 and 12.
  • the piston 6 since the flat portion 10 is located above the lower ends of the piston-side squish generating surfaces 11 and 12, the piston 6 has a convex shape upward, and the compression ratio can be easily increased.
  • the in-cylinder direct injection internal combustion engine 1 of the present embodiment is not only easy to increase the compression ratio, but also when the compression ratio is increased, the temperature suppression effect of the end gas zone by the oblique squish and the longitudinal direction by the flat portion 10 The occurrence of knocking can be suppressed by the effect of promoting flame propagation.
  • the piston 6 is configured such that the flat surface portion 10 is above the lower end surface of the cylinder head 2 at least at the top dead center of the piston. That is, the volume of the combustion chamber 8 is reduced by the amount by which the top surface of the piston 6 protrudes from the lower end surface of the cylinder head 2 toward the cylinder head, and the compression ratio is increased. Further, since the flat portion 10 protrudes from the lower end surface of the cylinder head 2 to the cylinder head side, it is possible to prevent the oil adhering to the cylinder wall from being exposed to the flame propagated in the front-rear direction. The occurrence of knocking due to temperature rise can be suppressed.
  • the squish is generated only by the piston side squish generation surfaces 11 and 12 and the head side squish generation surfaces 13 and 14. That is, no squish is generated in the front-rear direction. Thereby, the flame propagation in the front-rear direction is further promoted.

Abstract

　筒内直噴内燃機関は、燃焼室天井面の頂部に配置された点火栓と、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、を含んで構成される。さらに、ピストンの昇降方向を上下方向とし、ピストンピンの軸線に沿う方向を前後方向とし、前記上下方向及び前記前後方向に直交する方向を左右方向とした場合に、筒内直噴内燃機関は、燃焼室天井面が吸気側端縁を含む所定領域と排気側端縁を含む所定領域とに、燃焼室外縁側から燃焼室中央側に向かうに連れて上方に傾斜する一対のヘッド側スキッシュ生成面を備える。一方、ピストン頂面が、外周縁側からピストン頂面中央部側に向かうに連れて上方に傾斜して前記ヘッド側スキッシュ生成面に対向する一対のピストン側スキッシュ生成面と、左右方向には前記一対のピストン側スキッシュ生成面に挟まれた範囲内に広がり、前後方向には外周縁まで広がる平面部とを備える。そして、平面部は、ピストン側スキッシュ生成面の下端よりも上方に位置する。

Description

筒内直噴内燃機関
　本発明は、火花点火式の筒内直噴内燃機関に関する。
　火花点火式の筒内直噴内燃機関として、ＪＰ２００４－２６３５７０Ａには、燃焼室天井面及びピストン頂面の全域にわたってスキッシュエリアを設け、これらのスキッシュエリアによって、燃焼室の外周縁側から中央側に向かうにつれて上方に傾斜する、いわゆる斜めスキッシュを生成するものが開示されている。上記文献の筒内直噴内燃機関では、全域で斜めスキッシュを生成することにより、ピストンのキャビティに向けて噴射した燃料が拡散してしまうことを抑制し、着火性を確保するものである。
　しかしながら、上記文献のように全域で斜めスキッシュを生成すると、燃料の拡散が抑制されることによって着火性は向上するものの、燃焼後半のエンドゾーンへの火炎伝播が遅くなるため未燃焼ガスが発生し易くなる。未燃焼ガスが増加すればノッキング発生の可能性も高まる。また、ノッキングは高圧縮比になるほど発生し易くなる。つまり、上記文献の筒内直噴内燃機関では、熱効率の向上を狙って圧縮比を高めようとすると、ノッキングが発生し易くなってしまうという問題がある。
　そこで、本発明では、より高い圧縮比までノッキングの発生を抑制し得る筒内直噴内燃機関を提供することを目的とする。
図１は、本実施形態にかかる筒内直噴内燃機関をピストンピンの軸線方向から見た図である。 図２は、本実施形態に係る筒内直噴内燃機関を、ピストンピンの軸線方向及ピストンの昇降方向に直交する方向から見た図である。 図３は、ピストンの斜視図である。 図４は、ピストンの上面図である。 図５は、燃焼室を下方から見た図である。 図６は、火炎伝播の様子をピストンピンの軸線方向から見た図である。 図７は、火炎伝播の様子をピストンピンの軸線方向及ピストンの昇降方向に直交する方向から見た図である。 図８は、前後方向のスキッシュとノック余裕度との関係を説明する為の図である。 図９は、本実施形態の効果を説明する為の図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
　図１は、本実施形態に係る筒内直噴内燃機関（以下、単に内燃機関ともいう）１を、ピストンピン７の軸線方向から見た図である。図２は、本実施形態に係る筒内直噴内燃機関１を、ピストンピン７の軸線方向及ピストン６の昇降方向に直交する方向から見た図である。図１、図２のいずれも、ピストンが上死点にある状態を示している。また、図１、図２では、吸気バルブ、排気バルブ、後述するバルブリセスを省略している。
　以下の説明では、ピストン６の昇降方向を上下方向とし、ピストンピン７の軸線に沿う方向を前後方向とし、上下方向及び前後方向に直交する方向を左右方向とする。なお、左右方向の、省略した吸気バルブが配置される側を吸気側、省略した排気バルブが配置される側を排気側とする。
　内燃機関１は、点火栓４が燃焼室天井面８Ａの頂部に配置され、燃料噴射弁５が燃焼室８に燃料を直接噴射するよう配置された、火花点火式の筒内直噴内燃機関である。
　燃焼室天井面８Ａの、吸気側端縁を含む所定領域には吸気側のヘッド側スキッシュ生成面１３が、排気側端縁を含む所定領域には排気側のヘッド側スキッシュ生成面１４が、それぞれ形成されている。ヘッド側スキッシュ生成面１３、１４は、いずれも燃焼室８の外縁側から中央側に向かうに連れて上方に傾斜している。
　ピストン６の頂面には、外周縁側から中央側に向かうに連れて上方に傾斜し、ヘッド側スキッシュ生成面１３、１４に対向するピストン側スキッシュ生成面１１、１２が形成されている。ヘッド側スキッシュ生成面１３とピストン側スキッシュ生成面１１と、及びヘッド側スキッシュ生成面１４とピストン側スキッシュ生成面１２とは、それぞれ平行である。
　また、ピストン６の頂面には、ピストン側スキッシュ生成面１１、１２の下端よりも上方側に位置し、少なくともピストン６が上死点にある場合には、シリンダヘッド２の下端面より上方側に位置する平面部１０が設けられている。すなわち、ピストン上死点では、少なくとも平面部１０がシリンダヘッド２の燃焼室８へ入りこむ。平面部１０の詳細については後述する。
　図３は、ピストン６の斜視図である。図４は、ピストン６を上方から見た図である。図５は、燃焼室天井面８Ａを下方から見た図である。なお、図４の斜線を付した領域が平面部１０である。
　ピストン６の頂面には、ピストン側スキッシュ生成面１１、１２及び平面部１０の他に、吸気バルブ３０との干渉を防止するための吸気バルブリセス２１と、排気バルブ３１との干渉を防止するための排気バルブリセス２２とが設けられている。
　平面部１０は、左右方向には一対のピストン側スキッシュ生成面１１、１２に挟まれた範囲内に広がり、前後方向には外周縁まで広がる。より具体的には、平面部１０は、一対の吸気バルブリセス２１と、一対の排気バルブリセス２２及びピストン側スキッシュ生成面１２と、ピストン６の外周縁と、で囲まれた領域である。
　上記のように、平面部１０は前後方向にはピストン６の外周縁まで広がっており、かつ、ピストン上死点ではシリンダヘッド側へ突き出す。このため、燃焼室天井面８Ａは、平面部１０の前後方向の外周縁と対向する部位（以下、「サイドウォール」という）１５が、平面部１０との干渉を防止し得る形状となっている。具体的には、図２に示すように、下端付近のシリンダヘッド下端面に対して垂直な部分と、垂直な部分につながる円弧状の肩部１５Ｒとを含む形状となっている。なお、垂直な部分の広さは、平面部１０のシリンダヘッド側への突き出し量に応じて定まる。肩部１５Ｒの半径Ｒは、サイドウォール１５においてスキッシュが発生しないような大きさとする。例えば、半径Ｒはシリンダボアの１／１０以上の大きさとする。
　また、平面部１０の、点火栓４と対向する部位を中心とした所定範囲には、凹状のキャビティ２０が設けられている。キャビティ２０は、火花点火による火炎形成を妨げないようにするためのものである。例えば、点火栓４のプラグギャップ中心からキャビティ２０の壁面までの距離が、キャビティ２０がないと仮定した場合のピストン上死点における燃焼室容積の５％の容積を有する球体の半径より大きくなるように構成すれば、火炎を形成できる。
　なお、燃焼室天井面８Ａには、点火栓４が配置されるプラグホール４Ａ及び燃料噴射弁５が配置されるインジェクタホール３２も設けられている。
　（作用効果の説明）
　次に、内燃機関１を上記のような構成にすることによる作用効果について説明する。
　ピストン６は、ピストン側スキッシュ生成面１１、１４の下端よりも上方に突き出た平面部１０を有する。そして、平面部１０は、ピストン上死点においてシリンダヘッド２の下端面より上方に突き出す。すなわち、平面部１０のシリンダヘッド側への突き出し量が大きくなるほど、また、平面部１０の面積が広くなるほど、内燃機関１の圧縮比は高くなる。
　図６及び図７は、ピストン上死点における内燃機関１の火炎伝播の様子を示す図である。図６、図７は、それぞれ図１、図２と同方向から見た、内燃機関１の断面図である。
　点火栓４の火花点火によってプラグギャップに火種が生成され、この火種からプラグギャップ中心を中心とした火炎が放射状に広がる。このとき、例えば、高圧縮比のために燃焼室容積を小さくすることで、点火栓４とピストン６の頂面との間の空間が狭くなると、プラグギャップの周辺の混合気が少ないために火炎の成長が阻害され、失火する可能性がある。しかし、本実施形態ではピストン６が上述したキャビティ２０を備えるので、火炎の成長に必要な混合気が確保される。
　すなわち、高圧縮比化のために平面部１０のシリンダヘッド側への突き出し量をより大きくし、かつ平面部１０の面積をより広くしても、キャビティ２０があることによって、火炎の成長が確保される。
　また、ピストン側スキッシュ生成面１１、１２及びヘッド側スキッシュ生成面１３、１４は、燃焼室８の外縁側から中央側に向かうに連れて上方に傾斜している。そして、ピストン側スキッシュ生成面１１とヘッド側スキッシュ生成面１３、及びピストン側スキッシュ生成面１２とヘッド側スキッシュ生成面１４が、それぞれ平行になっている。これにより、燃焼室外縁側から燃焼室中心側へ向かう斜めスキッシュが生成される。一方、サイドウォール１５ではスキッシュが生成されない。
　つまり、吸気側及び排気側のエンドガスゾーンの混合気は、斜めスキッシュにより燃焼室８の中央側へ押し出されるが、サイドウォール１５周辺のエンドガスゾーンには混合気が残る。そして、前後方向には平面部１０がピストン６の外縁部まで広がっているので、プラグギャップ中心からエンドガスゾーンまで、バルブリセス２１、２２やピストン側スキッシュ生成面１１、１２といった障害物がない。このため、サイドウォール１５方向への火炎伝播が促進されて、サイドウォール１５付近のエンドガスゾーンでは未燃混合気が発生し難くなる。その結果、サイドウォール１５付近のエンドガスゾーンではノッキングが発生し難くなる。
　一方、吸気側及び排気側のエンドガスゾーンでは、サイドウォール１５付近に比べると未燃混合気が発生し易いが、斜めスキッシュにより拡散されるため、エンドガスゾーンの温度上昇が抑制される。エンドガスゾーンの温度上昇が抑制されることで、ノッキングは発生し難くなる。
　すなわち、本実施形態によれば、サイドウォール１５付近のエンドガスゾーンについては、火炎伝播の促進により未燃混合気の発生が抑制され、吸気側及び排気側のエンドガスゾーンについては、斜めスキッシュによって温度上昇が抑制されるので、ノッキングの発生が抑制される。
　ここで、上述したノッキング抑制効果について説明する。
　図８は、吸気側と排気側で水平方向のスキッシュが生成され、サイドウォール部で前後方向のスキッシュが生成される公知の内燃機関を、吸気側及び排気側で斜めスキッシュが生成され、前後方向にはスキッシュが生成されない構成に変更した場合の、ノック余裕度の変化を示す図である。図８の縦軸はトルク[Ｎｍ]、横軸は燃焼重心位置[ｄｅｇ．ＡＴＤＣ]である。図中の丸はスキッシュが生成されない場合を、図中の三角はスキッシュが生成される場合を、それぞれ示している。なお、ノック余裕度とは、燃焼重心を最適点火時期（ＭＢＴ）にどれだけ近づけることができるのか、を示す値である。
　図８に示すように、前後方向のスキッシュが生成されない構成にすることで、ノック余裕度が小さくなる。ノック余裕度の変化量は圧縮比やシリンダボア径等といった種々の条件により異なるが、平均するとクランク角度で２[ｄｅｇ]程度は小さくなるという結果が得られた。そして、ノック余裕度が改善した分、燃焼重心をＭＢＴに近づければ、トルクが向上する。また、燃焼重心を変更する代わりに、圧縮比を高めることもできる。圧縮比を高めれば内燃機関１の燃焼効率が向上する。
　図９は、ノック余裕度が改善した分、圧縮比を向上することを説明するための図であり、図中の丸は、ノック余裕度が改善した分高圧縮比化したもの、三角はノック余裕度改善前のものについて示している。
　ノッキングは圧縮比が高くなるほど発生し易くなる。つまり、圧縮比を高めるほどノック余裕度が大きくなる。そこで、吸気側及び排気側のスキッシュを斜めスキッシュにし、サイドウォール１５でスキッシュを発生させない構成にすることで改善したノック余裕度が改善前の値に戻るまで、圧縮比を高める。これにより、結果的にはノック余裕度を変えることなく、高圧縮比化することができる。圧縮比の向上代は燃焼室天井面８Ａの形状等によっても異なるが、ノック余裕度の改善が２[ｄｅｇ]程度であれば、圧縮比を０．５程度は高めることができる。なお、圧縮比を高めるためには、例えば、平面部１０のシリンダヘッド側への突き出し量をより大きくする。
　ところで、本実施形態では、平面部１０がシリンダヘッド側へ突き出しており、この平面部１０はピストン６の外周縁まで広がっているので、平面部１０とサイドウォール１５とのクリアランスは、必要最小限となっている。このため、シリンダの壁面に付着しているオイルが、サイドウォール１５の方向に伝播してきた火炎に曝されることを防止できる。
　シリンダ壁面には、オイルリングやピストンリングでかき落とし切れなかったオイルが付着しており、これが火炎に曝されて温度上昇すると、ノッキングの原因になり得る。しかし、本実施形態によれば、平面部１０によってシリンダ壁面に付着したオイルが火炎に曝されることを防止できる。
　以上説明した本実施形態の構成と作用効果についてまとめると、次のようになる。
（１）本実施形態の筒内直噴内燃機関１は、燃焼室天井面８Ａが吸気側端縁を含む所定領域と排気側端縁を含む所定領域とに、燃焼室外縁側から燃焼室中央側に向かうに連れて上方に傾斜する一対のヘッド側スキッシュ生成面１３、１４を備える。また、ピストン頂面が、外周縁側からピストン頂面中央部側に向かうに連れて上方に傾斜してヘッド側スキッシュ生成面１３、１４に対向する一対のピストン側スキッシュ生成面１１、１２と、左右方向には一対のピストン側スキッシュ生成面１１、１２に挟まれた範囲内に広がり、前後方向には外周縁まで広がる平面部１０とを備える。そして、平面部１０は、ピストン側スキッシュ生成面１１、１２の下端よりも上方に位置する。
　上記のようにピストン側スキッシュ生成面１１、１２とヘッド側スキッシュ生成面１３、１４とで、いわゆる斜めスキッシュを生成するので、吸気側及び排気側のエンドガスゾーンの温度上昇を抑制できる。そして、前後方向に外周縁まで広がる平面部１０では、前後方向の火炎伝播の障害となるものがないので、前後方向の火炎伝播が促進され、前後方向のエンドガスゾーンには未燃混合気が発生し難い。したがって、ノッキングの発生を抑制し得る。
　また、平面部１０はピストン側スキッシュ生成面１１、１２の下端よりも上方に位置するので、ピストン６は上方に凸な形状となり、圧縮比を高めやすい。特に、ピストン側スキッシュ生成面１１、１２の下端からの平面部１０の突き出し量を大きく、かつ平面部１０の面積を広くするほど、高圧縮比化することができる。
　すなわち、本実施形態の筒内直噴内燃機関１は、圧縮比を高め易いだけでなく、圧縮比を高めた場合でも、斜めスキッシュによるエンドガスゾーンの温度抑制効果と、平面部１０による前後方向の火炎伝播促進効果により、ノッキングの発生を抑制できる。
（２）本実施形態の筒内直噴内燃機関１では、ピストン６が、少なくともピストン上死点では平面部１０がシリンダヘッド２の下端面よりも上方になるように構成されている。つまり、ピストン６の頂面がシリンダヘッド２の下端面からシリンダヘッド側へ突き出した分だけ燃焼室８の容積が小さくなり、圧縮比が高まる。また、平面部１０がシリンダヘッド２の下端面からシリンダヘッド側へ突き出していることにより、シリンダ壁に付着しているオイルが前後方向に伝播した火炎に曝されることを防止できるので、オイルの温度上昇に起因するノッキングの発生を抑制できる。
（３）本実施形態の筒内直噴内燃機関１では、ヘッド側スキッシュ生成面１３、１４とピストン側スキッシュ生成面１１、１２とが平行なので、より強いスキッシュを生成することができる。
（４）本実施形態の筒内直噴内燃機関１では、スキッシュはピストン側スキッシュ生成面１１、１２とヘッド側スキッシュ生成面１３、１４とによってのみ生成される。つまり、前後方向にはスキッシュが生成されない。これにより、前後方向への火炎伝播がさらに促進される。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

Claims (4)

  1. 　燃焼室天井面の頂部に配置された点火栓と、
    　燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
    を含む筒内直噴内燃機関において、
    　ピストンの昇降方向を上下方向とし、ピストンピンの軸線に沿う方向を前後方向とし、前記上下方向及び前記前後方向に直交する方向を左右方向とした場合に、
    　燃焼室天井面が、吸気側端縁を含む所定領域と排気側端縁を含む所定領域とに、燃焼室外縁側から燃焼室中央側に向かうに連れて上方に傾斜する一対のヘッド側スキッシュ生成面を備え、
    　ピストン頂面が、外周縁側からピストン頂面中央部側に向かうに連れて上方に傾斜して前記ヘッド側スキッシュ生成面に対向する一対のピストン側スキッシュ生成面と、左右方向には前記一対のピストン側スキッシュ生成面に挟まれた範囲内に広がり、前後方向には外周縁まで広がる平面部とを備え、
    　前記平面部は、前記ピストン側スキッシュ生成面の下端よりも上方に位置する筒内直噴内燃機関。
  2. 　請求項１に記載の筒内直噴内燃機関において、
    　前記ピストンは、少なくともピストン上死点では前記平面部がシリンダヘッドの下端面よりも上方に位置するよう構成されている筒内直噴内燃機関。
  3. 　請求項１または２に記載の筒内直噴内燃機関において、
    　前記ヘッド側スキッシュ生成面と前記ピストン側スキッシュ生成面とが平行である筒内直噴内燃機関。
  4. 　請求項１から３のいずれかに記載の筒内直噴内燃機関において、
    　スキッシュは前記ピストン側スキッシュ生成面と前記ヘッド側スキッシュ生成面とによってのみ生成される筒内直噴内燃機関。
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