WO2016079941A1 - 直噴エンジンの燃焼室構造 - Google Patents

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WO2016079941A1
WO2016079941A1 PCT/JP2015/005556 JP2015005556W WO2016079941A1 WO 2016079941 A1 WO2016079941 A1 WO 2016079941A1 JP 2015005556 W JP2015005556 W JP 2015005556W WO 2016079941 A1 WO2016079941 A1 WO 2016079941A1
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WO
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cavity
intake
exhaust
combustion chamber
injection valve
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PCT/JP2015/005556
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French (fr)
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太田　統之
芳尚 乃生
和晃 楢原
永澤　健
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マツダ株式会社
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Publication date
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    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
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    • F02B2275/02—Attachment or mounting of cylinder heads on cylinders
    • 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
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    • 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 technology disclosed herein relates to the combustion chamber structure of a direct injection engine.
  • Patent Document 1 describes a spark ignition direct injection engine that injects fuel into a combustion chamber constituted by a cavity recessed from the top surface of a piston.
  • combustion is accelerated by adding ozone to the intake air introduced into the cylinder.
  • the flame spreads from the center of the combustion chamber to the outer periphery as the fuel spray injected from the fuel injection valve disposed at the center of the bore of the cylinder flies. Combustion is terminated before the flame reaches the cavity wall.
  • a gas layer that does not contribute to combustion is formed between the combustion gas at the center in the combustion chamber (that is, in the cavity) and the wall surface of the cavity. This makes it possible to significantly reduce the cooling loss.
  • the direct injection engine described in Patent Document 1 is also configured to have a high compression ratio of 15 or more in geometric compression ratio. This direct injection engine is greatly improved in thermal efficiency in combination with the reduction in cooling loss described above.
  • the present applicant has also proposed another technique for reducing cooling loss in Patent Document 2. That is, this other technique injects fuel into the combustion chamber in the latter half of the compression stroke and devise a fuel injection mode at that time.
  • This is a technique in which an air-fuel mixture layer is provided at the center of the combustion chamber, an insulating gas layer is formed around the air-fuel mixture layer, and the air-fuel mixture is combusted in that state.
  • the air-fuel mixture layer is a layer constituted and formed by a combustible air-fuel mixture.
  • the heat insulating gas layer suppresses contact between the combustion gas and the wall surface. Therefore, like the technique described in Patent Document 1, the technique described in Patent Document 2 can significantly reduce the cooling loss.
  • the fuel injection valve is arranged such that the injection axis is in the direction along the axis of the cylinder, It is advantageous to provide the piston with a cavity having a symmetrical shape with respect to the injection axis of the fuel injection valve so as to face the injection tip of the fuel injection valve.
  • the engine described in Patent Document 2 also sets the geometric compression ratio to 15 or more.
  • the engine described in Patent Document 2 corresponds to the fact that the ceiling surface of the cylinder head is a pent roof type, and the top surface of the piston is triangular with two inclined surfaces inclined on the intake side and the exhaust side, respectively. It is raised like a roof.
  • the cavity provided in the center part of the top surface of the piston is provided so as to cover a part of each inclined surface of the top surface of the piston.
  • JP 2013-194712 A Japanese Patent Laying-Open No. 2015-102004
  • a spark plug is disposed near the center of the cylinder bore.
  • the fuel injection valve and the spark plug may be disposed slightly shifted from the center of the cylinder bore in the engine output shaft direction.
  • the cavity provided in the piston is desirably provided so as to be symmetrical with respect to the injection axis of the fuel injection valve. As the fuel injection valve is displaced from the cylinder bore center, the cavity is also displaced from the cylinder bore center.
  • the gas flow in the combustion chamber is It is desirable to be as weak as possible. Therefore, the intake port is configured so that swirl flow and tumble flow are as weak as possible. However, even if such measures are taken, a weak tumble flow may remain in the combustion chamber in the second half of the compression stroke. As a result of studies by the inventors of the present application, it has been found that the direction of the tumble flow is deflected due to the fact that the cavity on the piston top surface is shifted from the center of the cylinder bore.
  • the fact that the direction of the tumble flow is deflected means that when the air-fuel mixture layer is formed by injecting fuel from the fuel injection valve in the latter half of the compression stroke, the air-fuel mixture layer spreads in a specific direction. Invited, it was found that it could come into contact with the wall of the combustion chamber (that is, the cavity wall).
  • the technology disclosed herein has been made in view of such a point, and the object thereof is to provide a mixture layer in a specific direction in a direct injection engine in which a mixture layer and a heat insulating gas layer are formed in a combustion chamber. Is to prevent the mixture layer from coming into contact with the wall surface of the combustion chamber.
  • FIG. 8 corresponds to a plan view of the combustion chamber 17 defined by the ceiling portion of the cylinder head, the top surface of the piston 16, and the inner peripheral surface of the cylinder 11 as viewed from above.
  • the combustion chamber 17 here has a broad meaning, and is not limited to when the piston reaches compression top dead center, but is defined by the ceiling of the cylinder head, the top surface of the piston 16, and the inner peripheral surface of the cylinder 11. Means the space to be played.
  • FIG. 8 The left side of FIG. 8 is the exhaust side, and the right side of FIG. 8 is the intake side.
  • two intake port openings 180 indicated by broken lines are arranged side by side in the engine output shaft direction (that is, in the vertical direction on the paper surface).
  • two exhaust port openings 190 indicated by broken lines are arranged side by side in the engine output shaft direction.
  • the axis of the throat portion of the intake port is disposed so as to be symmetric with respect to the bore center of the cylinder 11.
  • the cylinder head ceiling has an intake side slope and an exhaust side slope.
  • the combustion chamber 17 constitutes a pent roof type combustion chamber.
  • the top surface of the piston 16 has inclined surfaces that are inclined on the intake side and the exhaust side so as to correspond to the pent roof type ceiling.
  • the top surface of the piston 16 is raised like a triangular roof. Thereby, the geometric compression ratio of this engine is set high.
  • the fuel injection valve 6 that injects fuel into the combustion chamber 17 is one side in the engine output shaft direction (that is, the lower side in the drawing) with respect to the bore center of the cylinder 11 on the ridgeline of the pent roof, as indicated by a broken line. For example, corresponding to the front side of the engine).
  • the injection axis of the fuel injection valve 6 is arranged along the axial direction of the cylinder 11 (that is, the direction orthogonal to the paper surface).
  • the spark plug 7 is located on the ridgeline of the pent roof with respect to the bore center of the cylinder 11 on the other side in the engine output shaft direction (that is, on the upper side of the drawing, for example, corresponding to the rear side of the engine). It is shifted and arranged.
  • a cavity 163 having a substantially elliptical shape in a plan view is recessed on the top surface of the piston 16 protruding like a triangular roof.
  • the center of the cavity 163 coincides with the injection axis of the fuel injection valve 6 so that an air-fuel mixture layer and a surrounding insulating gas layer are formed in the combustion chamber 17 (that is, in the cavity 163). Is set. Therefore, the substantially elliptical cavity 163 is shifted to one side in the engine output shaft direction with respect to the bore center of the cylinder 11.
  • the two intake ports are arranged so as to be symmetric with respect to the bore center of the cylinder.
  • the flow of intake air that flows into the cylinder 11 through the openings 180 of the two intake ports (that is, the tumble flow) is a uniform flow with respect to the bore center of the cylinder 11.
  • the intake port is configured so that the tumble flow is as weak as possible in order to form an air-fuel mixture layer and an insulating gas layer.
  • the tumble flow flows downward along the inner peripheral surface of the cylinder 11 on the exhaust side, and then flows toward the intake side on the top surface of the piston 16.
  • a portion of the inclined surface of the piston 16 beaten by the cavity 163 is a cylinder.
  • the center of the 11 bores shifts to one side in the engine output shaft direction.
  • the height of the top surface of the piston 16 is low.
  • the cavity 163 is not provided, so that the tumble flow is easier to flow than the portion where the height of the top surface of the piston 16 is relatively high. Therefore, the downward flow of the tumble is deflected from the other side in the engine output shaft direction on the exhaust side toward the one side in the engine output shaft direction on the intake side, as indicated by the dashed arrow in FIG. Become.
  • the downward flow of the deflected tumble is surrounded by an alternate long and short dash line in FIG. 8.
  • first flow F1 Flow in the upward direction along the piston inclined surface on the exhaust side
  • second flow F2 In the cavity 163
  • third flow F3 the flow that flows upward along the cavity side wall on one side in the engine output axial direction
  • the flow is divided into a flow (third flow F3) toward the inner peripheral surface of the cylinder 11 along the piston inclined surface.
  • the upward second flow F2 is accelerated as indicated by the white arrow.
  • a vertical vortex deflected in the direction from the other side in the engine output shaft direction on the exhaust side toward one side in the engine output shaft direction on the intake side is generated.
  • the first flow F ⁇ b> 1 becomes a squish toward the inside of the cavity 163 in the latter half of the compression stroke, as indicated by a white arrow.
  • the third flow F3 is divided into one side and the other side in the engine output shaft direction along the inner peripheral surface of the cylinder 11 as indicated by a white arrow. The third flow F3 does not flow toward the inside of the cavity 163 even in the latter half of the compression stroke.
  • a gas in the combustion chamber 17 in the latter half of the compression stroke which is the timing of fuel injection, is provided by shifting the cavity 163 on the top surface of the triangular roof-like raised piston 16 to one side in the engine output axis direction.
  • the flow is as described above.
  • the portion where the gas flow toward the inside of the cavity 163 becomes weak is the portion adjacent to the other side in the engine output shaft direction on the intake side with respect to the vertical vortex in the cavity 163.
  • the air-fuel mixture layer can come into contact with the side wall and / or the bottom wall of the cavity 163 at this point. That is, when the cavity 163 is displaced in the engine output shaft direction, the air-fuel mixture layer tends to spread on the intake side opposite to the displacement direction.
  • the technology disclosed herein has been completed by the inventors of the present invention finding the problems described above.
  • the inventors of the present application decided to change the shape of the cavity from that of the other portion so that the air-fuel mixture layer does not contact the wall surface at a specific location where the air-fuel mixture layer tends to spread.
  • the technology disclosed herein relates to a combustion chamber structure of a direct injection engine, which includes a piston having a cavity inserted into a cylinder and recessed from the top surface thereof, and two intake ports.
  • a combustion chamber structure of a direct injection engine which includes a piston having a cavity inserted into a cylinder and recessed from the top surface thereof, and two intake ports.
  • the pent roof type combustion chamber together with the cylinder and the piston, and an intake side inclined surface in which an opening of the exhaust gas is disposed side by side in the engine output shaft direction and an exhaust side inclined surface provided with an opening of the exhaust port.
  • the cylinder head ceiling portion configured to partition, and on the ridgeline of the pent roof where the intake-side inclined surface and the exhaust-side inclined surface intersect the ceiling portion of the cylinder head, with respect to the bore center of the cylinder, It is disposed at a position shifted to one side in the engine output shaft direction so that the injection axis is in a direction along the axis of the cylinder, and from the injection tip to And a fuel injection valve configured to inject fuel into the cavity mutually have.
  • the top surface of the piston is raised by an inclined surface inclined on each of the intake side and the exhaust side so as to correspond to each of the intake side inclined surface and the exhaust side inclined surface of the ceiling portion, and the cavity Is provided so as to cover a part of the inclined surface at a position shifted to one side in the engine output shaft direction so as to correspond to the injection shaft center of the fuel injection valve. Centering on the valve disposition position, (1) an intake side region that is one side of the engine output shaft direction on the intake side across the ridge line of the pent roof, and (2) the intake side and the engine output shaft direction.
  • a longitudinal section cut along a plane passing through a specific position in the intake other side region and the arrangement position of the fuel injection valve when divided into four regions of the exhaust other side region which is the other side of the direction The wall shape at the specific position of the cavity is a distance from the injection tip of the fuel injection valve rather than the wall shape of the cavity at the symmetrical position on the opposite side of the fuel injection valve with respect to the specific position. However, it is comprised so that it may become long.
  • the ceiling portion of the cylinder head is configured to be a pent roof type combustion chamber by the intake side inclined surface and the exhaust side inclined surface.
  • the top surface of the piston bulges in a triangular roof shape so as to correspond to the ceiling portion by inclined surfaces inclined on the intake side and the exhaust side.
  • this direct injection engine is set to have a relatively high geometric compression ratio.
  • the geometric compression ratio may be 15 or more, for example.
  • bore center of a cylinder correspond and the case where it does not correspond are included.
  • the fuel injection valve that directly injects fuel into the combustion chamber is disposed on the ridgeline of the pent roof in the ceiling portion at a position shifted to one side in the engine output shaft direction with respect to the cylinder bore center.
  • This arrangement is an effective layout when the fuel injection valve and the spark plug are arranged adjacent to each other near the bore center of the cylinder.
  • the fuel injection valve is also arranged such that its injection axis is along the axis of the cylinder.
  • a cavity is recessed in the raised top surface of the piston.
  • the cavity is provided so as to cover a part of the inclined surface.
  • An air-fuel mixture layer composed of the fuel injected from the fuel injection valve is formed in the cavity.
  • the combustion chamber When the combustion chamber is divided into four regions, an intake one side region, an intake other side region, an exhaust one side region, and an exhaust other side region, with the fuel injection valve disposed at the center, It is shifted to one side in the engine output shaft direction.
  • the cavity is also provided at a position shifted to one side in the engine output shaft direction so as to face the fuel injection valve.
  • the midpoint between the end edge on one side and the end edge on the other side of the cavity extending in the engine output shaft direction may be coincident with the injection axis of the fuel injection valve. Since the cavity is provided at a shifted position, the tumble flow is deflected as described above. Along with this, the air-fuel mixture layer in the cavity tends to spread outward in the other side of the intake air that is opposite to the direction in which the cavity is displaced.
  • the wall surface shape at the specific position of the cavity is defined with respect to the specific position in a longitudinal section cut by a plane passing through the specific position in the intake other side region and the fuel injection valve arrangement position.
  • the distance from the injection tip of the fuel injection valve is longer than the wall shape of the cavity at the symmetrical position with the fuel injection valve interposed therebetween.
  • the symmetrical position is included in the exhaust one side region.
  • the air-fuel mixture in the cavity tends to spread outward in the other side of the intake air.
  • the wall surface of the cavity is positioned far from the injection tip of the fuel injection valve, the mixture layer is prevented from coming into contact with the wall surface of the cavity. As a result, the cooling loss is reduced.
  • the specific position in the intake other-side region can be set as appropriate.
  • the wall surface shape of the cavity is configured so that the distance from the injection tip of the fuel injection valve is longer than the wall surface shape of the cavity at the symmetrical position in the exhaust one side region throughout the entire area on the other side of the intake air. Also good.
  • the cavity wall shape is configured such that the distance from the injection tip of the fuel injection valve is longer than the cavity wall shape at the symmetrical position in the exhaust one side region. May be.
  • the wall surface of the cavity may be configured such that the distance from the injection tip is longer than the wall surface shape of the cavity in the exhaust side region over the entire area of the other side of the intake air.
  • the specific position of the intake other side region is an arbitrary position in the intake other side region.
  • the wall surface of the cavity may be configured such that the distance from the injection tip is longer than the wall shape of the cavity in the exhaust one side region.
  • the wall surface of the cavity includes the side wall and the bottom wall of the cavity recessed from the top surface of the cavity.
  • the shape of the cavity at the specific position may be configured such that the side wall of the cavity at the specific position is located outward of the piston with respect to the side wall of the cavity at the symmetrical position.
  • the side wall of the cavity at a specific position in the intake other side region is longer than the side wall of the cavity at the symmetrical position in the exhaust one side region from the injection tip of the fuel injection valve. It is suppressed that the air-fuel mixture layer formed in the cavity contacts the side wall of the cavity.
  • the side wall of the cavity is between the boundary with the top surface of the piston and the boundary with the bottom wall of the cavity, and is a portion having an angle with respect to the top surface of the piston and the bottom wall of the cavity.
  • the side wall of the cavity at the specific position is located outward of the piston.
  • the angle of the side wall of the cavity at the specific position and the angle of the side wall of the cavity at the symmetrical position may be the same, and the position of the side wall of the cavity at the specific position may be located outside the piston.
  • the cavity side wall position at the specific position may be relatively positioned outward of the piston by making the angle of the cavity side wall at the specific position different from the angle of the cavity side wall at the symmetrical position.
  • the position of the side wall of the cavity at the specific position may be relatively positioned outward of the piston while the angle of the side wall of the cavity at the specific position is different from the angle of the side wall of the cavity at the symmetrical position.
  • the opening edge of the cavity at the specific position may be located outward of the piston from the opening edge of the cavity at the symmetrical position.
  • the opening edge of the cavity may be located outside the piston.
  • the shape of the cavity at the specific position may be configured such that the bottom wall of the cavity at the specific position is deeper than the bottom wall of the cavity at the symmetrical position.
  • the bottom wall of the cavity at a specific position in the intake other side region becomes longer from the injection tip of the fuel injection valve than the bottom wall of the cavity at the symmetrical position in the exhaust one side region.
  • the mixture layer formed in the cavity is prevented from coming into contact with the bottom wall of the cavity.
  • the bottom wall of the cavity at a specific position was compared with the bottom wall of the cavity at a symmetrical position in the exhaust one side region at the same radial distance from the injection tip of the fuel injection valve in the longitudinal section.
  • the bottom wall of the cavity at the specific position only needs to be relatively deep.
  • Each of the above-mentioned shapes is such that at least the wall surface shape of the cavity in the other side region of the intake air is different from the wall surface shape of the cavity in the one side region of the exhaust.
  • the wall shape of the cavity in the intake one side region and the cavity shape in the exhaust other side region are not particularly defined.
  • the overall shape of the cavity is asymmetric.
  • the cavity has an elliptical shape that is symmetrical with respect to the ridgeline of the pent roof and that is long in the engine output shaft direction, and extends from the fuel injection valve to an edge on the other side in the engine output shaft direction.
  • the distance may be longer than the distance from the fuel injection valve to the edge on one side in the engine output shaft direction.
  • the oval shape is a broad oval shape.
  • an ellipse that is a locus of points where the sum of distances from two fixed points on a plane is constant, a smoothly connected curve, or an oval shape configured endlessly by a curve and a straight line, It is included in the elliptical shape here.
  • the cavity has an elliptical shape that is symmetrical with respect to the ridgeline of the pent roof, and the distance from the fuel injection valve to the other edge of the engine output shaft direction is the fuel injection valve to the engine output shaft direction. It is comprised in the shape longer than the distance to the edge of one side.
  • the side wall of the cavity is configured to have a longer distance from the injection tip of the fuel injection valve than the side wall of the cavity in the one exhaust region and the one intake region. Therefore, similarly to the above-described configuration, the mixture layer formed in the cavity is prevented from coming into contact with the wall surface of the cavity.
  • the side wall of the cavity is further away from the injection tip of the fuel injection valve than the side wall of the cavity in the exhaust one side region and the intake one side region. It is configured to increase the distance.
  • the cavity of this configuration has a shape such that a cavity that is shifted to one side of the engine output shaft so as to correspond to the position of the fuel injection valve is extended to the other side of the engine output shaft. The midpoint between one end edge of the cavity in the engine output axis direction and the other end edge is shifted to one side in the engine output axis direction with respect to the bore center of the cylinder.
  • the portion struck by the cavity on the inclined surface on the exhaust side of the top surface of the piston extends toward the other side of the engine output shaft.
  • the above-described deflection of the tumble flow is alleviated. Therefore, the air-fuel mixture layer in the cavity is prevented from spreading outward in the intake other side region itself.
  • the above configuration is advantageous in preventing the air-fuel mixture layer from contacting the wall surface of the cavity.
  • the combustion chamber structure of the direct injection engine in the direct injection engine in which the fuel injection valve is shifted to one side of the engine output shaft, the other side region of the cavity provided in the piston having the raised top surface The wall surface shape at the specific position was kept away from the injection tip of the fuel injection valve. Thereby, even if the air-fuel mixture layer formed in the cavity spreads in a specific direction, the contact between the air-fuel mixture layer and the wall surface of the cavity can be avoided and the cooling loss can be suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the engine.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view in the engine output shaft direction showing the configuration of the combustion chamber.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the shape of the top surface of the piston. 4 shows the configuration of the cavity provided on the top surface of the piston, (a) plan view, (b) longitudinal sectional view in the intake / exhaust direction, (c) longitudinal sectional view in the engine output shaft direction, (d) specific It is a longitudinal cross-sectional view containing a position and a symmetrical position.
  • FIG. 5 shows a configuration of a cavity different from FIG.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view including a specific position and a symmetrical position.
  • 6A and 6B show a configuration of a cavity different from that shown in FIGS. 4 and 5 provided on the top surface of the piston.
  • FIG. 6A is a plan view
  • FIG. 6B is a longitudinal sectional view in the intake / exhaust direction
  • FIG. (D) It is a longitudinal cross-sectional view containing a specific position and a symmetrical position.
  • FIG. 7 is a plan view showing a structure of a cavity different from that shown in FIGS. 4 to 6 provided on the top surface of the piston.
  • FIG. 8 is an explanatory plan view showing the gas flow in the combustion chamber.
  • FIG. 1 shows a configuration of an engine 1 according to the embodiment.
  • the crankshaft 15 of the engine 1 is connected to drive wheels via a transmission.
  • the vehicle is propelled by the output of the engine 1 being transmitted to the drive wheels.
  • the fuel of the engine 1 is gasoline in the present embodiment, but it may be gasoline containing bioethanol or the like, and may be any fuel as long as it is a liquid fuel containing at least gasoline.
  • the engine 1 includes a cylinder block 12 and a cylinder head 13 mounted thereon.
  • a plurality of cylinders 11 are formed inside the cylinder block 12 (only one is shown in FIG. 1).
  • the engine 1 is a multi-cylinder engine.
  • a water jacket through which cooling water flows is formed inside the cylinder block 12 and the cylinder head 13.
  • a piston 16 is slidably inserted in each cylinder 11.
  • the piston 16 is connected to the crankshaft 15 via the connecting rod 14.
  • the piston 16 divides the combustion chamber 17 together with the cylinder 11 and the cylinder head 13.
  • the ceiling portion 170 (the lower surface of the cylinder head 13) of the combustion chamber 17 is configured to include an intake-side inclined surface 171 and an exhaust-side inclined surface 172 that are each inclined upward toward the center of the cylinder 11. ing.
  • the intake side inclined surface 171 is provided with an opening 180 of the intake port 18.
  • An opening 190 of the exhaust port 19 is provided on the exhaust-side slope 172.
  • the combustion chamber 17 is a pent roof type combustion chamber. Note that the ridgeline of the pent roof may both coincide with the bore center of the cylinder 11 and may not coincide.
  • top surface 160 of the piston 16 protrudes in a triangular roof shape on each of the intake side and the exhaust side by inclined surfaces 161 and 162 having an upward slope toward the center of the piston.
  • the inclined surface 161 corresponds to the intake-side inclined surface 171 of the ceiling portion 170.
  • the inclined surface 162 corresponds to the exhaust-side inclined surface 172 of the ceiling portion 170.
  • the geometric compression ratio of the engine 1 is set to a high compression ratio of 15 or more.
  • a concave cavity 163 is formed on the top surface 160 of the piston 16. The shape of the top surface 160 of the piston 16 will be described in detail later.
  • two intake ports 18 are formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11.
  • the opening 180 of the intake port 18 is provided on the intake side inclined surface 171 of the cylinder head 13 side by side in the direction of the engine output shaft (that is, the crankshaft 15) (see FIG. 4A).
  • the intake port 18 communicates with the combustion chamber 17 through the opening 180.
  • the openings 180 of the two intake ports 18 are disposed symmetrically with respect to the bore center of the cylinder 11.
  • the axis of the throat portion of the intake port 18 is provided so as to be symmetric with respect to the bore center of the cylinder 11.
  • two exhaust ports 19 are formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11.
  • the opening 190 of the exhaust port 19 is provided on the exhaust side inclined surface 172 of the cylinder head 13 side by side in the direction of the engine output shaft (see FIG. 4A).
  • the exhaust port 19 communicates with the combustion chamber 17 through the opening 190.
  • the openings 190 of the two exhaust ports 19 are arranged symmetrically with respect to the bore center of the cylinder 11.
  • the intake port 18 is connected to the intake passage 181. Although not shown, the intake passage 181 is provided with a throttle valve for adjusting the intake flow rate.
  • the exhaust port 19 is connected to the exhaust passage 191. Although not shown, an exhaust gas purification system having one or more catalytic converters is disposed in the exhaust passage 191.
  • the catalytic converter includes a three-way catalyst.
  • the cylinder head 13 is provided with an intake valve 21.
  • the intake valve 21 blocks (closes) the intake port 18 from the combustion chamber 17.
  • the intake valve 21 is driven by an intake valve drive mechanism.
  • the cylinder head 13 is also provided with an exhaust valve 22.
  • the exhaust valve 22 blocks (closes) the exhaust port 19 from the combustion chamber 17.
  • the exhaust valve 22 is driven by an exhaust valve drive mechanism.
  • the intake valve 21 reciprocates at a predetermined timing to open and close the intake port 18.
  • the exhaust valve 22 reciprocates at a predetermined timing to open and close the exhaust port 19. As a result, the gas in the cylinder 11 is exchanged.
  • the intake valve drive mechanism has an intake camshaft that is drivingly connected to the crankshaft 15 although not shown.
  • the intake camshaft rotates in synchronization with the rotation of the crankshaft 15.
  • the intake valve driving mechanism includes at least a hydraulic or electric variable phase mechanism (Variable Valve Timing: VVT) 23 capable of continuously changing the phase of the intake camshaft within a predetermined angle range. It is configured.
  • VVT hydraulic or electric variable phase mechanism
  • the intake valve drive mechanism may include a variable lift mechanism capable of changing the valve lift amount together with the VVT 23.
  • the lift variable mechanism may be CVVL (Continuous Variable Valve Lift) in which the lift amount can be continuously changed.
  • the exhaust valve drive mechanism has an exhaust camshaft that is drivingly connected to the crankshaft 15 although not shown.
  • the exhaust camshaft rotates in synchronization with the rotation of the crankshaft 15.
  • the exhaust valve driving mechanism is also configured to include at least the hydraulic or electric VVT 24.
  • the exhaust valve drive mechanism may also include a variable lift mechanism that can change the valve lift amount together with the VVT 24.
  • the lift variable mechanism may be a CVVL that can continuously change the lift amount.
  • valve operating mechanism for driving the intake valve 21 and the exhaust valve 22 may be used, and for example, a hydraulic or electromagnetic drive mechanism may be employed.
  • the cylinder head 13 is provided with a fuel injection valve 6 that directly injects fuel into the combustion chamber 17.
  • the fuel injection valve 6 is disposed on the ridgeline of the pent roof where the intake side slope 171 and the exhaust side slope 172 intersect. As shown in FIG. 2, the fuel injection valve 6 is also shifted from the bore center of the cylinder 11 on one side in the engine output shaft direction. One side in the engine output shaft direction is the left side in FIG. 2, and this corresponds to a so-called engine front side on the non-transmission side in the engine 1 in this embodiment.
  • the fuel injection valve 6 is also disposed such that its injection axis is along the axis of the cylinder 11, and the injection tip faces the combustion chamber 17.
  • the cavity 163 of the piston 16 is provided so as to face the fuel injection valve 6.
  • the fuel injection valve 6 injects fuel into the cavity 163.
  • the fuel injection valve 6 has a (combustible) air-fuel mixture layer and a surrounding heat insulating gas layer in the combustion chamber 17 (that is, in the cavity 163), as conceptually shown in FIG. Is configured to be formed.
  • the fuel injection valve 6 may be, for example, an externally opened fuel injection valve.
  • the outer-open fuel injection valve can change the particle size of the fuel spray to be injected by adjusting the lift amount.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-102004
  • the fuel injection mode based on multi-stage injection is appropriately controlled using the characteristics of this externally opened fuel injection valve.
  • the scattering distance in the traveling direction of the fuel spray and the spread of the fuel spray with respect to the injection axis can be adjusted.
  • the VOC (Valve Covered Orifice) nozzle type injector is not limited to the externally open fuel injection valve, and the effective sectional area of the nozzle is changed by adjusting the size of the cavitation generated at the nozzle port. It is possible to change the particle size of the fuel spray to be injected.
  • the VOC nozzle type injector also has a spread in the traveling direction of the fuel spray to be injected at a timing near the compression top dead center and the spread of the fuel spray with respect to the injection axis as in the case of the externally opened fuel injection valve.
  • a spread in the traveling direction of the fuel spray to be injected at a timing near the compression top dead center and the spread of the fuel spray with respect to the injection axis as in the case of the externally opened fuel injection valve.
  • the air-fuel mixture layer is formed in the central portion of the cavity 163 by bringing the fuel into a supercritical state. It is possible to form a heat insulating gas layer on the outer periphery.
  • the fuel spray penetration is shortened by instantaneously vaporizing the fuel injected into the combustion chamber 17, and as shown in FIG. 2, an air-fuel mixture layer is formed in the vicinity of the fuel injection valve 6 in the cavity 163.
  • the fuel injection valve is, for example, a multi-hole type fuel injection valve having a plurality of injection holes, and includes a heater for heating the fuel. Further, a fuel injection valve other than this configuration may be used. Since the structure of such a fuel injection valve is well-known, detailed description here is abbreviate
  • the ignition plug 7 is attached to the cylinder head 13. As shown in FIG. 2, the spark plug 7 is disposed on the ridgeline of the pent roof and shifted to the other side in the engine output shaft direction (that is, the engine rear side) with respect to the bore center of the cylinder 11. The spark plug 7 is inclined with respect to the axis of the cylinder 11 in a direction approaching the fuel injection valve 6. Thereby, the fuel injection valve 6 and the spark plug 7 are disposed close to each other in the vicinity of the bore center of the cylinder 11.
  • the engine 1 has a geometric compression ratio ⁇ set to 15 or more.
  • the geometric compression ratio may be 40 or less, and particularly preferably 20 or more and 35 or less. Since the engine 1 is configured such that the higher the compression ratio is, the higher the expansion ratio is. Therefore, the engine 1 is also an engine 1 having a relatively high expansion ratio simultaneously with the high compression ratio.
  • the engine 1 is basically configured to burn the fuel injected into the cylinder 11 in the entire operation region by compression ignition, and the high geometric compression ratio stabilizes the compression ignition combustion.
  • the combustion chamber 17 is defined by the inner peripheral surface of the cylinder 11, the top surface 160 of the piston 16, the lower surface (ceiling portion 170) of the cylinder head 13, and the valve head surfaces of the intake valve 21 and the exhaust valve 22. Is formed.
  • the combustion chamber 17 is insulated by providing a heat shielding layer on these sections.
  • the heat shielding layer may be provided on all of these section screens, or may be provided on a part of these section screens. Further, although it is not the wall surface that directly partitions the combustion chamber 17, a heat shield layer may be provided on the port wall surface near the opening on the ceiling portion 170 side of the combustion chamber 17 in the intake port 18 or the exhaust port 19.
  • thermal barrier layers are set to have a lower thermal conductivity than the metal base material constituting the combustion chamber 17 in order to prevent the heat of the combustion gas in the combustion chamber 17 from being released through the section screen.
  • the heat shield layer preferably has a specific volume heat smaller than that of the base material in order to reduce cooling loss. That is, it is preferable that the temperature of the section screen of the combustion chamber 17 changes following the fluctuation of the gas temperature in the combustion chamber 17 by reducing the heat capacity of the heat shield layer.
  • the thermal barrier layer may be formed, for example, by coating a ceramic material such as ZrO 2 on the base material by plasma spraying.
  • the ceramic material may contain a number of pores. If it does in this way, the thermal conductivity and volume specific heat of a thermal insulation layer can be made lower.
  • a heat insulation layer is formed by a gas layer in the cylinder 11 (that is, in the combustion chamber 17), so that the cooling loss is greatly reduced. Yes.
  • the fuel injection valve 6 injects fuel into the cavity 163 from the injection tip of the fuel injection valve 6 after the compression stroke.
  • a mixture layer is formed in the center of the cavity 163 in the vicinity of the fuel injection valve 6, and a gas layer containing fresh air is formed around the mixture layer.
  • This gas layer may be only fresh air, and may contain burned gas (EGR gas) in addition to fresh air. It should be noted that there is no problem even if a small amount of fuel is mixed in the gas layer, and the gas layer may be leaner than the gas mixture layer so that the gas layer can serve as a heat insulating layer.
  • the gas layer between the mixture layer and the wall surface of the cylinder 11 causes the flame of the mixture layer to be in the cylinder 11. Contact with the wall surface is prevented. Further, the gas layer becomes a heat insulating layer, and the release of heat from the wall surface of the cylinder 11 can be suppressed. As a result, the cooling loss can be greatly reduced.
  • the gas flow in the combustion chamber 17 is weak at the timing of fuel injection.
  • the intake port is configured to have a straight shape in which swirl does not occur or hardly occurs in the combustion chamber 17, and the tumble flow is also weakened as much as possible.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the shape of the top surface of the piston 16.
  • the right front side of the page is the intake side
  • the left back side of the paper is the exhaust side
  • the left front side of the page is one side in the engine output axis direction (that is, the front side of the engine)
  • the right back side of the page is the other side in the engine output axis direction (that is, , The rear side of the engine).
  • the top surface 160 of the piston 16 is configured such that the inclined surface 161 on the intake side and the inclined surface 162 on the exhaust side are each ascending toward the center of the piston 16.
  • the top surface of the piston 16 forms a triangular roof shape that gradually rises from both sides toward the center when viewed from the one side of the engine output shaft in the direction along the engine output shaft. is doing.
  • Valve recesses are formed on the intake-side inclined surface 161 and the exhaust-side inclined surface 162, respectively.
  • the inclined surface 161 is also cut off together with the valve recess in the portion corresponding to the space between the valve heads of the two intake valves 21 aligned in the direction of the engine output shaft.
  • the inclined surface 161 on the intake side constitutes a substantially flat surface although a valve recess is provided.
  • a portion corresponding to the space between the valve heads of the two exhaust valves 22 aligned in the direction of the engine output shaft is left without being cut. This portion becomes a squish area 164 that generates a squish from the exhaust side toward the center of the combustion chamber 17 when the piston 16 reaches near the top dead center.
  • both end portions in the engine output shaft direction in the vicinity of the ridgeline of the top surface 160 of the piston 16 are curved so that the piston diameter decreases toward the top surface 160.
  • This curve is provided corresponding to the curve shape of the ceiling portion 170 of the cylinder head 13. This is an advantageous configuration for increasing the geometric compression ratio of the engine 1.
  • the cavity 163 is recessed in the top surface 160 of the piston 16. As shown in FIG. 2, the cavity 163 is provided such that the size thereof gradually decreases as the cavity 163 is recessed from the opening edge.
  • the cavity 163 includes a side wall 1631 that is continuous with the top surface 160 of the piston 16 and a bottom wall 1632 that is continuous with the side wall 1631. As shown in FIG. 2, the cavity 163 has a bathtub-like shape in a longitudinal section passing through the center of the piston 16.
  • the side wall 1631 has an angle different from that of the top surface 160 and the bottom wall 1632 of the piston 16.
  • R are provided between the top surface 160 and the side wall 1631 of the piston 16 and between the side wall 1631 and the bottom wall 1632, respectively.
  • the boundary between the top surface 160 and the side wall 1631 of the piston 16 is included in the top surface 160 of the piston 16
  • the position where the radius and the side wall 1631 contact each other is defined as the boundary between the top surface 160 and the side wall 1631.
  • This boundary constitutes the opening edge of the cavity 163.
  • the radius between the side wall 1631 and the bottom wall 1632 is included in the side wall 1631
  • the position where the radius and the bottom wall 1632 contact each other is defined as the boundary between the side wall 1631 and the bottom wall 1632.
  • the boundary between the top surface 160 and the side wall 1631 and the boundary between the side wall 1631 and the bottom wall 1632 may be set differently from the above-described definitions.
  • a position where the top surface 160 and the radius are in contact with each other may be a boundary between the top surface 160 and the side wall 1631.
  • the center of the radius can be the boundary between the top surface 160 and the side wall 1631.
  • the radius between the side wall 1631 and the bottom wall 1632 is included in the bottom wall 1632, and the position where the radius is in contact with the side wall 1631 may be the boundary between the side wall 1631 and the bottom wall 1632.
  • the center of the round can be a boundary between the side wall 1631 and the bottom wall 1632.
  • the cavity 163 has a substantially elliptical opening edge, as shown in FIG.
  • This ellipse is an ellipse in a broad sense.
  • the cavity 163 also has a central position, more precisely, a midpoint between the intake-side edge and the exhaust-side edge at a position corresponding to the maximum width of the cavity 163.
  • the center position which is the midpoint between the end edge on one side and the end point on the other side in the engine output shaft direction, is provided so as to coincide with the injection axis of the fuel injection valve 6. As described above, this is an advantageous configuration for forming an air-fuel mixture layer at the center of the cavity 163.
  • the cavity 163 is also located on one side in the engine output shaft direction on the top surface 160 of the piston 16 with respect to the center of the piston 16. It will be shifted to the position.
  • the cavity 163 Since the cavity 163 is provided on the top surface 160 of the piston 16 protruding like a triangular roof, as can be seen from FIG. 3, the cavity 163 defines the intake-side inclined surface 161 and the exhaust-side inclined surface 162. Each is beaten. As the cavities 163 are shifted from each other, the portions of the inclined surface 161 on the intake side and the inclined surface 162 on the exhaust side are not symmetrical with respect to the bore center of the cylinder 11 as shown in FIG. , It will shift to one side in the engine output shaft direction.
  • the ridge line portion on the top surface 160 of the piston 16 remaining on both sides sandwiching the cavity 163 is relative to the one side portion in the engine output axis direction.
  • the other side of the engine output shaft is relatively long.
  • the engine 1 is configured so that the gas flow in the combustion chamber 17 becomes weak, but a weak tumble flow can be generated in the combustion chamber 17.
  • the substantially elliptical cavity 163 is shifted to one side in the engine output axis direction on the top surface 160 of the piston 16 protruding like a triangular roof.
  • the tumble flow is likely to flow in the direction of the cavity 163 deviated from the bore center of the cylinder 11.
  • the tumble flow is directed in the combustion chamber 17 from the other side in the engine output shaft direction on the exhaust side toward one side in the engine output shaft direction on the intake side. , Will be deflected.
  • the air-fuel mixture layer formed in the cavity 163 by the fuel injected from the fuel injection valve 6 is in the direction of the engine output shaft on the intake side, as indicated by the solid line arrow in FIG. It becomes easy to spread in the direction of the other side, and the possibility that the air-fuel mixture layer contacts the wall surface of the cavity 163 increases. Therefore, in this engine 1, the shape of the cavity 163 provided in the piston 16 is devised to prevent the air-fuel mixture layer from contacting the wall surface of the cavity 163.
  • the inside of the combustion chamber 17 is centered on the position where the fuel injection valve 6 is disposed, (1) on the intake side across the ridgeline of the pent roof and on one side in the engine output shaft direction. Intake one side area (lower right area in the figure), (2) Intake other side area (upper right area in the figure) on the intake side and the other side in the engine output axis direction, (3) The ridgeline of the pent roof is sandwiched An exhaust side region (lower left region in the figure) that is on the exhaust side and one side in the engine output axis direction, and (4) an exhaust side region that is on the exhaust side and the other side in the engine output axis direction (in the drawing) The upper left area is divided into four areas.
  • the wall surface shape in the specific position of a cavity 163 (FIG. 4 (d) is a wall surface shape shown on the upper right side of FIG. 4D, and a wall surface shape of the cavity 163 at the opposite symmetrical position with the fuel injection valve 6 sandwiched from the specific position (the wall shape shown on the lower left side of FIG. 4D). ), The distance from the injection tip of the fuel injection valve 6 is longer.
  • FIG. 4D shows the side wall 1631 of the cavity 163 at the specific position
  • the broken line shows the side wall 1631 of the cavity 163 at the symmetrical position. That is, the broken line corresponds to the symmetrical shape of the side wall 1631 shown on the lower left side of the drawing in FIG.
  • the side wall 1631 of the cavity 163 at the specific position lays down the side wall 1631 including the radius while making the boundary position of the side wall 1631 and the bottom wall 1632 the same as the side wall of the cavity 163 at the symmetrical position. (In other words, the angle of the side wall 1631 with respect to the horizontal plane is reduced). As a result, the side wall 1631 is positioned outside the piston 16.
  • the position of the opening edge of the cavity 163 at the specific position is also positioned outward of the piston 16 relative to the opening edge at the symmetrical position.
  • the opening edge of the cavity 163 is not symmetrical with respect to the injection axis of the fuel injection valve 6.
  • the cavity 163 is configured to bulge outward.
  • the air-fuel mixture layer spreads in the other direction of the engine output shaft on the intake side by increasing the distance between the side wall 1631 of the cavity 163 and the injection tip of the fuel injection valve 6.
  • the air-fuel mixture layer is suppressed from contacting the wall surface of the cavity 163, and the cooling loss is reduced.
  • what is necessary is just to set the difference of the position of the side wall 1631 of the cavity 163 in a specific position, and the position of the side wall 1631 of the cavity 163 in a symmetrical position suitably.
  • the side wall of the cavity 163 is positioned outside the piston 16 over the entire intake other side region. .
  • the side wall of the cavity 163 may be located outside the piston 16 in a part of the intake other side region.
  • This configuration makes the volume of the cavity 163 as small as possible, which is advantageous in maintaining a high geometric compression ratio.
  • the side wall 1631 of the cavity 163 is connected to the piston 16 in the same manner as the intake other side region. You may make it locate outside. That is, the range in which the wall shape of the cavity 163 is changed is not limited to the intake other side region, but is expanded from the intake other side region to a part of the intake one side region and / or the exhaust other side region. Also good.
  • the angle of the side wall 1631 of the cavity 163 is the same as the angle of the side wall 1631 of the cavity 163 at the symmetrical position, and the position of the side wall 1631 of the cavity 163 at the specific position is changed to the piston. You may make it position 16 outward. In this configuration, at the specific position, the position of the boundary between the side wall 1631 and the bottom wall 1632 and the position of the opening edge are both positioned outside the piston.
  • the position of the side wall 1631 may be outside the piston 16. In this configuration, the position of the boundary between the side wall 1631 and the bottom wall 1632 is positioned outside the piston.
  • FIG. 5 shows a configuration example different from FIG.
  • the position of the bottom wall 1632 of the cavity 163 is changed.
  • the bottom wall 1632 of the cavity 163 at a specific position in the intake other side region is indicated by a solid line on the upper right side of the drawing in FIG.
  • the broken line corresponds to the bottom wall 1632 of the cavity 163 at the symmetrical position shown on the lower left side of the drawing in FIG.
  • the bottom wall 1632 of the cavity 163 at the specific position is configured to be deeper than the bottom wall 1632 of the cavity 163 at the symmetrical position.
  • the wall shape at the specific position of the cavity 163 is The distance from the injection tip of the fuel injection valve 6 becomes longer than the wall surface shape of the cavity 163 at the symmetrical position. As a result, although the air-fuel mixture layer formed in the cavity 163 tends to spread in the other direction of the engine output shaft on the intake side, it becomes difficult to contact the bottom wall 1632 of the cavity 163, and cooling loss can be reduced. .
  • the depth of the bottom wall 1632 of the cavity 163 may be relatively deep over the entire intake other side region. You may make it deeper. Further, the depth of the bottom wall 1632 of the cavity 163 is also similar to the intake other side region in a portion of the intake one side region and / or the exhaust other side region adjacent to the intake other side region (continuously). May be relatively deep. That is, the range in which the wall shape of the cavity 163 is changed is not limited to the intake other side region, but is expanded from the intake other side region to a part of the intake one side region and / or the exhaust other side region. Also good.
  • FIG. 6 shows a configuration in which a configuration example in which the side wall 1631 of the cavity 163 is positioned outward of the piston and a configuration example in which the bottom wall 1632 of the cavity 163 is deeper are combined. That is, in the configuration example shown in FIG. 6, the positions of the side wall 1631 and the bottom wall 1632 of the cavity 163 at the specific position in the other side region of the intake air It is different from the position 1632. Specifically, the side wall 1631 and the bottom wall 1632 of the cavity 163 at a specific position in the intake other side region are indicated by solid lines on the upper right side of the drawing in FIG.
  • the broken lines correspond to the side wall 1631 and the bottom wall 1632 of the cavity 163 at the symmetrical position shown on the lower left side of the drawing in FIG.
  • the side wall 1631 of the cavity 163 in the specific position is positioned relatively outside the piston 16, and the bottom wall 1632 is configured to be deeper than the bottom wall 1632 of the cavity 163 in the symmetrical position.
  • the wall shape at the specific position of the cavity 163 is The distance from the injection tip of the fuel injection valve 6 is longer than the wall shape of the cavity 163 at the symmetrical position.
  • the opening edge of the cavity 163 is configured to swell outward of the piston 16 in the intake other side region as in the configuration example shown in FIG. 4.
  • the wall surface shape of the cavity 163 is different from the wall surface shape of the cavity 163 in the other region only in the intake other side region.
  • the wall surface shape of the cavity 163 in the exhaust other side region is different from the wall shape of the cavity 163 in the intake one side region and the exhaust one side region. ing.
  • the cavity configuration shown in FIG. 7 has a substantially elliptical shape symmetrical with respect to the ridgeline of the pent roof where the fuel injection valve 6 is disposed.
  • the substantially elliptical cavity 163 has a distance from the fuel injection valve 6 to one end edge in the engine output axis direction and a distance from the fuel injection valve to the other end edge in the engine output axis direction. When compared, the distance to the edge on the other side is longer.
  • This has a shape in which the widest portion (that is, the portion corresponding to the position where the fuel injection valve 6 is disposed) is expanded toward the other side in the engine output shaft direction in the substantially elliptical cavity. is doing.
  • the midpoint between the one end edge in the engine output axis direction and the other end edge is shifted to one side in the engine output axis direction from the bore center of the cylinder 11.
  • the shape indicated by a broken line in FIG. 7 (this shape corresponds to the symmetrical shape of the opening edge of the cavity in the intake one-side region and the exhaust one-side region),
  • the side wall 1631 is located outside the piston 16.
  • the side wall 1631 of the cavity 163 is located outside the piston 16 with respect to the symmetrical shape indicated by the broken line also in the exhaust other region.
  • This is equivalent to the fact that a portion beaten by the cavity 163 extends to the other side in the engine output shaft direction on the inclined surface 162 on the exhaust side of the top surface 160 of the piston 16. That is, since the beaten portion does not shift to one side in the engine output shaft direction, in the configuration example shown in FIG. 7, the deflection of the tumble flow is suppressed as indicated by the dashed arrow in the figure. As a result, the spread of the air-fuel mixture layer in the direction from the fuel injection valve 6 toward the intake other side region is suppressed. Thus, even in the configuration example shown in FIG. 7, the mixture layer formed in the cavity 163 is effectively suppressed from coming into contact with the wall surface of the cavity 163.
  • the wall surface shape of the cavity 163 in the exhaust other side region is changed to the wall surface shape of the cavity 163 in the intake other side region so as to have a symmetric shape with respect to the ridgeline of the pent roof.
  • a corresponding shape may be used.

Landscapes

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Abstract

　燃料噴射弁（６）は、シリンダ（１１）のボア中心に対し、エンジン出力軸方向の一側にずれた位置に配設される。ピストン（１６）の頂面は、傾斜面（１６１、１６２）によって隆起しており、キャビティ（１６３）は、燃料噴射弁（６）の噴射軸心に対応する位置に、傾斜面の一部を抉るように設けられる。燃焼室（１７）内における吸気他側領域内の特定位置と、燃料噴射弁（６）の配設位置とを通る平面で切った縦断面において、キャビティ（１６３）の特定位置における壁面形状は、逆側の対称位置における壁面形状よりも、噴射先端からの距離が、長くなるように構成されている。

Description

直噴エンジンの燃焼室構造
　ここに開示する技術は、直噴エンジンの燃焼室構造に関する。
　特許文献１には、ピストンの頂面から凹陥するキャビティによって構成される燃焼室内に、燃料を噴射する火花点火式直噴エンジンが記載されている。この直噴エンジンでは、シリンダ内に導入する吸気にオゾンを添加することによって燃焼を早めている。火炎は、シリンダのボア中心に配設した燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧が飛翔することに伴い燃焼室の中心部から外周部に広がる。火炎がキャビティの壁面に到達する前に、燃焼を終了させる。こうすることにより、燃焼室（つまり、キャビティ内）における中心部の燃焼ガスと、キャビティ壁面との間に、燃焼に寄与しないガス層が形成される。このことにより、冷却損失を大幅に低減することが可能になる。特許文献１に記載されている直噴エンジンはまた、幾何学的圧縮比が１５以上の高い圧縮比となるように構成されている。この直噴エンジンは、前述した冷却損失の低減と組み合わさって、熱効率が大幅に向上する。
　本願出願人はまた、特許文献２において、冷却損失を低減する別の技術を提案している。すなわち、この別の技術は、圧縮行程の後半に燃焼室内に燃料を噴射すると共に、そのときの燃料の噴射形態を工夫する。このことによって、燃焼室内の中心部に混合気層を設けると共に、その混合気層の周囲に断熱ガス層を形成し、その状態で、混合気を燃焼させる技術である。尚、ここでいう混合気層は、可燃混合気によって構成及び形成される層である。可燃混合気は、例えば当量比φ＝０．１以上の混合気としてもよい。燃焼室内に混合気層と、それを囲む断熱ガス層とを形成することによって、断熱ガス層が、燃焼ガスと壁面との接触を抑制する。よって、特許文献１に記載している技術と同様に、特許文献２に記載している技術は、冷却損失を大幅に低減することが可能になる。
　燃焼室内に混合気層と、それを囲む断熱ガス層とを形成する技術においては、燃料噴射弁を、噴射軸心がシリンダの軸線に沿う方向となるように燃料噴射弁を配置する一方で、この燃料噴射弁の噴射先端に対して向かい合うように、燃料噴射弁の噴射軸心に対して対称な形状のキャビティを、ピストンに設けることが、有利になる。ここで、前記特許文献２に記載しているエンジンも、幾何学的圧縮比を１５以上に設定している。特許文献２に記載しているエンジンは、シリンダヘッドの天井面をペントルーフ型にしていることに対応して、ピストンの頂面を、吸気側及び排気側のそれぞれにおいて傾斜する２つの傾斜面によって三角屋根状に隆起させている。ピストンの頂面の中央部に設けられるキャビティは、ピストンの頂面の各傾斜面の一部を抉るようにして設けられる。
特開２０１３－１９４７１２号公報 特開２０１５－１０２００４号公報
　火花点火式直噴エンジンにおいては一般的に、点火プラグがシリンダのボア中心付近に配設される。燃料噴射弁を、ボア中心付近に配設しようとしたときに、燃料噴射弁及び点火プラグをそれぞれ、シリンダのボア中心から、エンジン出力軸方向に若干ずらして配設する場合がある。混合気層の周囲に断熱ガス層を形成する上で、ピストンに設けるキャビティは、燃料噴射弁の噴射軸心に対して対称となるように設けることが望ましい。燃料噴射弁をシリンダのボア中心からずらして配設することに伴い、キャビティもまた、シリンダのボア中心からずらして設けることになる。前述したように、三角屋根状に隆起したピストンの頂面にキャビティを設けると、各傾斜面の一部が抉られるようになるが、キャビティをシリンダのボア中心からずらして設けることに伴い、傾斜面が抉られる箇所もまた、シリンダのボア中心からずれるようになる。
　混合気層の周囲に断熱ガス層を形成して、混合気層の燃焼室壁面への接触を抑制する技術においては、燃焼室内に燃料を噴射する圧縮行程の後半において、燃焼室内のガス流動はできるだけ弱いことが望ましい。そのため、吸気ポートはスワール流やタンブル流ができるだけ弱くなるように構成される。しかしながら、そうした対策を施しても、圧縮行程の後半において、燃焼室内には弱いタンブル流が残り得る。本願発明者らが検討したところ、ピストン頂面のキャビティを、シリンダのボア中心からずらして設けることに起因して、タンブル流の方向が偏向することが判明した。また、タンブル流の方向が偏向することが、圧縮行程の後半に燃料噴射弁から燃料を噴射することによって混合気層を形成したときに、混合気層が、特定の方向に広がってしまうことを招き、燃焼室の壁面（つまり、キャビティ壁面）に接触し得ることが判明した。
　ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃焼室内に混合気層と断熱ガス層とを形成する直噴エンジンにおいて、特定方向に混合気層が広がって当該混合気層が燃焼室の壁面と接触することを抑制することにある。
　先ず、図８を参照しながら、混合気層が特定の方向に広がってしまうという前記の課題が生じるメカニズムについて、さらに詳細に説明をする。図８は、シリンダヘッドの天井部、ピストン１６の頂面、及びシリンダ１１の内周面によって区画される燃焼室１７を上から見た平面図に相当する。尚、ここでいう燃焼室１７は広義の意味であり、ピストンが圧縮上死点に至ったときに限らず、シリンダヘッドの天井部、ピストン１６の頂面、及びシリンダ１１の内周面によって区画される空間を意味する。
　図８の紙面左側が排気側であり、紙面右側が吸気側である。吸気側には、破線で示す２つの吸気ポートの開口部１８０が、エンジン出力軸方向（つまり、紙面上下方向）に並んで配置されている。排気側にも同様に、破線で示す２つの排気ポートの開口部１９０が、エンジン出力軸方向に並んで配置されている。図８からは明らかではないが、吸気ポートのスロート部の軸線は、シリンダ１１のボア中心に対して対称となるように配設されている。
　図８からは明らかではないが、シリンダヘッドの天井部は、吸気側斜面と排気側斜面とを有している。燃焼室１７は、ペントルーフ型の燃焼室を構成している。また、ピストン１６の頂面は、ペントルーフ型の天井部に対応するように、吸気側及び排気側のそれぞれにおいて傾斜する傾斜面を有している。ピストン１６の頂面は、三角屋根状に隆起している。これにより、このエンジンの幾何学的圧縮比は高く設定されている。
　燃焼室１７内に燃料を噴射する燃料噴射弁６は、破線で示すように、ペントルーフの稜線上で、シリンダ１１のボア中心に対してエンジン出力軸方向の一側（つまり、紙面下側であり、例えばエンジンの前側に相当）にずれて配設されている。燃料噴射弁６の噴射軸心は、シリンダ１１の軸心方向（つまり、紙面に直交する方向）に沿うように配設されている。また、点火プラグ７は、破線で示すように、ペントルーフの稜線上で、シリンダ１１のボア中心に対してエンジン出力軸方向の他側（つまり、紙面上側であり、例えばエンジンの後側に相当）にずれて配設されている。
　三角屋根状に隆起したピストン１６の頂面には、平面視で略楕円形状となるキャビティ１６３が凹陥している。燃焼室１７内（つまり、キャビティ１６３内）に混合気層と、その周囲の断熱ガス層とを形成するように、このキャビティ１６３の中心は、燃料噴射弁６の噴射軸心と一致するように設定されている。従って、略楕円形状のキャビティ１６３は、シリンダ１１のボア中心に対してエンジン出力軸方向の一側にずれている。
　前述したように、２つの吸気ポートはシリンダのボア中心に対して対称となるように配設されている。２つの吸気ポートの開口部１８０を通じてシリンダ１１内に流入する吸気の流れ（つまり、タンブル流）は、シリンダ１１のボア中心に対して均等な流れとなる。尚、吸気ポートは、混合気層と断熱ガス層とを形成するために、タンブル流はできるだけ弱くなるように構成されている。
　タンブル流は、排気側においてシリンダ１１の内周面に沿うように下降した後、ピストン１６の頂面において吸気側に向かうように流れる。三角屋根状に隆起するピストン１６の頂面に設けたキャビティ１６３の位置が、エンジン出力軸方向の一側にずれていることに伴い、ピストン１６の傾斜面においてキャビティ１６３により抉られる箇所が、シリンダ１１のボア中心から、エンジン出力軸方向の一側にずれることになる。その抉られた箇所はピストン１６の頂面の高さが低くなっている。この箇所は、キャビティ１６３が設けられておらず、それによりピストン１６の頂面の高さが相対的に高い箇所よりも、タンブル流が流れやすくなる。そのため、タンブルの下降流は、図８に破線の矢印で示すように、排気側のエンジン出力軸方向の他側から、吸気側のエンジン出力軸方向の一側に向かう方向に、偏向するようになる。
　偏向したタンブルの下降流は、図８にそれぞれ一点鎖線で囲むように、（１）排気側のピストン傾斜面に沿って、上昇する方向の流れ（第１流れＦ１）、（２）キャビティ１６３内に流入した後、そのキャビティ１６３内において、エンジン出力軸方向の一側におけるキャビティ側壁に沿って上向きに流れる流れ（第２流れＦ２）、及び、（３）キャビティ１６３を通過した後、吸気側のピストン傾斜面に沿ってシリンダ１１の内周面に向かう流れ（第３流れＦ３）に分かれる。
　圧縮行程においてピストン１６が上昇するに伴い、白抜きの矢印で示すように、上向きの第２流れＦ２が加速される。これにより、キャビティ１６３内において、排気側のエンジン出力軸方向の他側から、吸気側のエンジン出力軸方向の一側に向かう方向に偏向した縦渦が生じる。また、第１流れＦ１は、白抜きの矢印で示すように、圧縮行程の後半においてキャビティ１６３の内方に向かうスキッシュとなる。さらに、第３流れＦ３は、白抜きの矢印で示すように、シリンダ１１の内周面に沿ってエンジン出力軸方向の一側及び他側に分かれるようになる。第３流れＦ３は、圧縮行程の後半においてもキャビティ１６３の内方に向かう流れとはならない。
　三角屋根状の隆起したピストン１６の頂面に、エンジン出力軸方向の一側にずれて、キャビティ１６３を設けることにより、燃料の噴射を行うタイミングである圧縮行程の後半における燃焼室１７内のガスの流れは、前述した状態となる。この状態において、キャビティ１６３の内方に向かうガス流れが弱くなる箇所は、キャビティ１６３内の縦渦に対し、吸気側でエンジン出力軸方向の他側に隣接する箇所である。燃料噴射弁６から燃料を噴射して混合気層を形成したときに、混合気層は、図８に矢印で示すように、吸気側のエンジン出力軸方向の他側の方向に広がりやすくなる。その結果、当該箇所において、混合気層が、キャビティ１６３の側壁及び／又は底壁に接触し得る。つまり、キャビティ１６３をエンジン出力軸方向にずらして配置したときに、そのずれ方向とは逆側の吸気側において、混合気層が広がりやすくなるのである。
　ここに開示する技術は、本願発明者等が前述した課題を見出したことにより完成に至ったものである。本願発明者等は、混合気層が広がりやすい特定箇所において、混合気層が壁面に接触しないように、キャビティの形状を、他の箇所とは変更することにした。
　具体的に、ここに開示する技術は、直噴エンジンの燃焼室構造に係り、この燃焼室構造は、シリンダに内挿されかつ、その頂面から凹陥するキャビティを有するピストンと、２つの吸気ポートの開口部がエンジン出力軸方向に並んで配置された吸気側斜面と、排気ポートの開口部が設けられた排気側斜面とを有しかつ、前記シリンダ及び前記ピストンと共に、ペントルーフ型の燃焼室を区画するよう構成されたシリンダヘッドの天井部と、前記シリンダヘッドの前記天井部において、前記吸気側斜面と前記排気側斜面とが交差するペントルーフの稜線上で、前記シリンダのボア中心に対し、前記エンジン出力軸方向の一側にずれた位置でかつ、噴射軸心が前記シリンダの軸線に沿う方向となるように配設されかつ、噴射先端から、それに向かい合う前記キャビティ内に燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、を備える。
　そして、前記ピストンの頂面は、前記天井部の前記吸気側斜面及び前記排気側斜面のそれぞれに対応するように、吸気側及び排気側のそれぞれにおいて傾斜した傾斜面によって隆起しており、前記キャビティは、前記燃料噴射弁の噴射軸心に対応するように前記エンジン出力軸方向の一側にずれた位置に、前記傾斜面の一部を抉るように設けられ、前記燃焼室内を、前記燃料噴射弁の配設位置を中心として、（１）前記ペントルーフの稜線を挟んだ吸気側でかつ前記エンジン出力軸方向の一側である吸気一側領域、（２）吸気側でかつ前記エンジン出力軸方向の他側である吸気他側領域、（３）前記ペントルーフの稜線を挟んだ排気側でかつ前記エンジン出力軸方向の一側である排気一側領域、及び、（４）排気側でかつ前記エンジン出力軸方向の他側である排気他側領域の、４つの領域に分割したときの、前記吸気他側領域内の特定位置と、前記燃料噴射弁の配設位置とを通る平面で切った縦断面において、前記キャビティの前記特定位置における壁面形状は、前記特定位置に対して前記燃料噴射弁を挟んだ逆側の対称位置における前記キャビティの壁面形状よりも、前記燃料噴射弁の前記噴射先端からの距離が、長くなるように構成されている。
　この構成によると、シリンダヘッドの天井部は、吸気側斜面と排気側斜面とによって、ペントルーフ型の燃焼室となるように構成されている。ピストンの頂面は、この天井部に対応するように、吸気側及び排気側のそれぞれにおいて傾斜した傾斜面によって、いわば三角屋根状に隆起している。これにより、この直噴エンジンは、幾何学的圧縮比が比較的高く設定される。幾何学的圧縮比は、例えば１５以上としてもよい。尚、ペントルーフの稜線と、シリンダのボア中心とは一致する場合、及び、一致しない場合の両方が含まれる。
　燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁は、天井部におけるペントルーフの稜線上で、シリンダのボア中心に対してエンジン出力軸方向の一側にずれた位置に配設される。この配置は、燃料噴射弁と点火プラグとを、シリンダのボア中心付近で隣り合って配設するときに有効なレイアウトである。燃料噴射弁はまた、その噴射軸心がシリンダの軸線に沿うように配設される。
　ピストンの、隆起した頂面には、キャビティが凹陥して設けられている。キャビティは、傾斜面の一部を抉るように設けられる。燃料噴射弁から噴射された燃料によって構成される混合気層は、キャビティ内に形成される。
　燃焼室内を、燃料噴射弁の配設位置を中心として、吸気一側領域、吸気他側領域、排気一側領域、及び排気他側領域の４つの領域に分割したときに、燃料噴射弁は、エンジン出力軸方向の一側にずれている。キャビティもまた、燃料噴射弁に向かい合うように、エンジン出力軸方向の一側にずれた位置に設けられる。エンジン出力軸方向に広がるキャビティの、一側の端縁と他側の端縁との中点が、燃料噴射弁の噴射軸心に一致する、とすればよい。キャビティがずれた位置に設けられているため、前述したようにタンブル流が偏向する。それに伴い、キャビティ内の混合気層は、キャビティのずれた方向とは逆側である吸気他側領域において、その外方に広がりやすくなる。
　そこで、前記の構成では、吸気他側領域内の特定位置と、燃料噴射弁の配設位置とを通る平面で切った縦断面において、キャビティの特定位置における壁面形状を、その特定位置に対して燃料噴射弁を挟んだ対称位置におけるキャビティの壁面形状よりも、燃料噴射弁の噴射先端からの距離が長くなるように構成する。尚、対称位置は、排気一側領域内に含まれる。
　キャビティ内の混合気は、吸気他側領域において、その外方に広がりやすくなる。しかしながら、キャビティの壁面は、燃料噴射弁の噴射先端に対して相対的に遠い位置になるから、混合気層がキャビティの壁面に接触してしまうことが抑制される。その結果、冷却損失が低減する。ここで、吸気他側領域内の特定位置は、適宜、設定することが可能である。吸気他側領域内の全体に亘って、キャビティの壁面形状が、排気一側領域内の対称位置におけるキャビティの壁面形状よりも、燃料噴射弁の噴射先端からの距離が長くなるように構成してもよい。また、吸気他側領域内の一部において、キャビティの壁面形状が、排気一側領域内の対称位置におけるキャビティの壁面形状よりも、燃料噴射弁の噴射先端からの距離が長くなるように構成してもよい。
　キャビティの壁面は、吸気他側領域の全域に亘って、排気一側領域におけるキャビティの壁面形状よりも、噴射先端からの距離が長くなるように構成してもよい。この場合、吸気他側領域の特定位置は、吸気他側領域内の任意の位置となる。また、吸気他側領域の一部において、キャビティの壁面を、排気一側領域におけるキャビティの壁面形状よりも、噴射先端からの距離が長くなるように構成してもよい。
　ここで、キャビティの壁面は、キャビティの頂面から凹陥したキャビティにおける側壁及び底壁を含むものである。
　前記特定位置における前記キャビティの側壁が、前記対称位置における前記キャビティの側壁よりも、前記ピストンの外方に位置するように、前記キャビティの前記特定位置における形状が構成されている、としてもよい。
　こうすることで、吸気他側領域の特定位置におけるキャビティの側壁は、排気一側領域の対称位置におけるキャビティの側壁よりも、燃料噴射弁の噴射先端からの距離が長くなる。キャビティ内に形成した混合気層が、キャビティの側壁に接触することが抑制される。
　キャビティの側壁は、ピストンの頂面との境界から、キャビティの底壁との境界までの間であり、ピストンの頂面及びキャビティの底壁に対して角度を有する部分である。前記縦断面の同じ高さにおいて、特定位置におけるキャビティの側壁と、対称位置におけるキャビティの側壁とを比較したときに、特定位置におけるキャビティの側壁の方が、ピストンの外方に位置していればよい。例えば特定位置におけるキャビティの側壁の角度と、対称位置におけるキャビティの側壁の角度とを同じにした上で、特定位置におけるキャビティの側壁の位置を、ピストンの外方に位置させてもよい。また、特定位置におけるキャビティの側壁の角度と、対称位置におけるキャビティの側壁の角度とを異ならせることによって、特定位置におけるキャビティの側壁の位置を、相対的にピストンの外方に位置させてもよい。さらに、特定位置におけるキャビティの側壁の角度を、対称位置におけるキャビティの側壁の角度とは異ならせつつ、特定位置におけるキャビティの側壁の位置を、相対的にピストンの外方に位置させてもよい。
　前記特定位置における前記キャビティの開口縁は、前記対称位置における前記キャビティの開口縁よりも、前記ピストンの外方に位置している、としてもよい。
　つまり、特定位置におけるキャビティの側壁の位置を、ピストンの外方に位置することに伴い、キャビティの開口縁も、ピストンの外方に位置するようにしてもよい。
　前記特定位置における前記キャビティの底壁が、前記対称位置における前記キャビティの底壁よりも深くなるように、前記キャビティの前記特定位置における形状が構成されている、としてもよい。
　こうすることで、吸気他側領域の特定位置におけるキャビティの底壁は、排気一側領域の対称位置におけるキャビティの底壁よりも、燃料噴射弁の噴射先端からの距離が長くなる。キャビティ内に形成した混合気層が、キャビティの底壁に接触することが抑制される。
　ここで、前記縦断面において燃料噴射弁の噴射先端に対し同じ径方向の距離となる箇所において、特定位置におけるキャビティの底壁と、排気一側領域の対称位置におけるキャビティの底壁とを比較したときに、特定位置におけるキャビティの底壁が、相対的に深くなっていればよい。
　前述した各形状は、少なくとも吸気他側領域におけるキャビティの壁面形状が、排気一側領域におけるキャビティの壁面形状とは相違するものである。吸気一側領域におけるキャビティの壁面形状及び排気他側領域におけるキャビティ形状は、特に規定していない。例えば、吸気他側領域におけるキャビティの壁面形状のみを、他の３つの領域におけるキャビティの壁面形状と異ならせた場合、キャビティの全体形状は、非対称の形状となる。
　これとは異なり、前記キャビティは、前記ペントルーフの稜線に対して対称でかつ前記エンジン出力軸方向に長い楕円状であると共に、前記燃料噴射弁から前記エンジン出力軸方向の他側の端縁までの距離が、前記燃料噴射弁から前記エンジン出力軸方向の一側の端縁までの距離よりも長い形状に構成されている、としてもよい。
　ここで、楕円状は、広義の楕円状である。一平面上で２定点からの距離の和が一定であるような点の軌跡である楕円の他に、滑らかにつながる曲線、又は、曲線及び直線によって無端に構成される長円状の形状も、ここでいう楕円状に含まれる。
　前記の構成によると、キャビティは、ペントルーフの稜線に対して対称な楕円状であると共に、燃料噴射弁からエンジン出力軸方向の他側の端縁までの距離が、燃料噴射弁からエンジン出力軸方向の一側の端縁までの距離よりも長い形状に構成されている。これにより、少なくとも吸気他側領域においては、キャビティの側壁が、排気一側領域及び吸気一側領域のキャビティの側壁よりも、燃料噴射弁の噴射先端からの距離が長くなるように構成される。従って、前記の構成と同様に、キャビティ内に形成した混合気層がキャビティの壁面に接触することが回避される。
　前記の構成はまた、排気他側領域においても、吸気他側領域と同様に、キャビティの側壁が、排気一側領域及び吸気一側領域のキャビティの側壁よりも、燃料噴射弁の噴射先端からの距離が長くなるように構成される。この構成のキャビティは、燃料噴射弁の配設位置に対応するようエンジン出力軸の一側にずらして設けたキャビティを、エンジン出力軸の他側に引き延ばしたような形状となる。当該キャビティのエンジン出力軸方向の一側の端縁と他側の端縁との中点は、シリンダのボア中心に対して、エンジン出力軸方向の一側にずれている。
　キャビティを、エンジン出力軸の他側に引き延ばすように形成することにより、ピストンの頂面における排気側の傾斜面において、キャビティによって抉られる箇所はエンジン出力軸の他側の方向に広がることになる。このことにより、前述した、タンブル流の偏向が緩和されることになる。そのため、キャビティ内の混合気層が、吸気他側領域において外方に広がること自体が抑制される。前記の構成は、混合気層がキャビティの壁面に接触することを防止する上で有利になる。
　前記の直噴エンジンの燃焼室構造によると、燃料噴射弁をエンジン出力軸の一側にずらして配設した直噴エンジンにおいて、隆起した頂面を有するピストンに設けたキャビティの、吸気他側領域の特定位置における壁面形状を、燃料噴射弁の噴射先端から遠ざけるようにした。これにより、キャビティ内に形成した混合気層が、特定方向に広がっても、混合気層とキャビティの壁面との接触を回避して、冷却損失を抑制することができる。
図１は、エンジンの構成を示す概略図である。 図２は、燃焼室の構成を示す、エンジン出力軸方向の縦断面図である。 図３は、ピストンの頂面形状を示す斜視図である。 図４は、ピストンの頂面に設けたキャビティの構成を示す、（ａ）平面図、（ｂ）吸排気方向の縦断面図、（ｃ）エンジン出力軸方向の縦断面図、（ｄ）特定位置と対称位置とを含む縦断面図である。 図５は、ピストンの頂面に設けた、図４とは異なるキャビティの構成を示す、（ａ）平面図、（ｂ）吸排気方向の縦断面図、（ｃ）エンジン出力軸方向の縦断面図、（ｄ）特定位置と対称位置とを含む縦断面図である。 図６は、ピストンの頂面に設けた、図４及び図５とは異なるキャビティの構成を示す、（ａ）平面図、（ｂ）吸排気方向の縦断面図、（ｃ）エンジン出力軸方向の縦断面図、（ｄ）特定位置と対称位置とを含む縦断面図である。 図７は、ピストンの頂面に設けた、図４～図６とは異なるキャビティの構成を示す平面図である。 図８は、燃焼室内のガス流れを示す平面説明図である。
　以下、実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明は例示である。
　（エンジンの全体構成）
　図１は、実施形態に係るエンジン１の構成を示している。エンジン１のクランクシャフト１５は、図示しないが、変速機を介して駆動輪に連結されている。エンジン１の出力が駆動輪に伝達されることによって、車両が推進する。ここで、エンジン１の燃料は、本実施形態ではガソリンであるが、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよく、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。
　エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１が形成されている（図１では、１つのみ示す）。エンジン１は、多気筒エンジンである。シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の内部には、図示は省略するが冷却水が流れるウォータージャケットが形成されている。各シリンダ１１内には、ピストン１６が摺動自在に嵌挿されている。ピストン１６は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン１６は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画している。
　本実施形態では、燃焼室１７の天井部１７０（シリンダヘッド１３の下面）は、シリンダ１１の中央に向かってそれぞれ登り勾配となった吸気側斜面１７１と、排気側斜面１７２とを備えて構成されている。吸気側斜面１７１には、吸気ポート１８の開口部１８０が設けられている。排気側斜面１７２には、排気ポート１９の開口部１９０が設けられている。燃焼室１７は、ペントルーフ型の燃焼室である。尚、ペントルーフの稜線は、シリンダ１１のボア中心に一致する場合、及び一致しない場合の両方があり得る。また、ピストン１６の頂面１６０は、吸気側及び排気側のそれぞれにおいて、ピストンの中央に向かって登り勾配となった傾斜面１６１、１６２によって、三角屋根状に隆起している。傾斜面１６１は、天井部１７０の吸気側斜面１７１に対応する。傾斜面１６２は、天井部１７０の排気側斜面１７２に対応する。これにより、このエンジン１の幾何学的圧縮比は、１５以上の高い圧縮比に設定されている。また、ピストン１６の頂面１６０には、凹状のキャビティ１６３が形成されている。ピストン１６の頂面１６０の形状については、後で詳述する。
　図１には１つのみ示すが、シリンダ１１毎に２つの吸気ポート１８がシリンダヘッド１３に形成されている。吸気ポート１８の開口部１８０は、シリンダヘッド１３の吸気側斜面１７１に、エンジン出力軸（つまり、クランクシャフト１５）の方向に並んで設けられる（図４（ａ）参照）。吸気ポート１８は、この開口部１８０を通じて燃焼室１７に連通している。２つの吸気ポート１８の開口部１８０は、シリンダ１１のボア中心に対して対称に配設されている。図４には明示しないが、吸気ポート１８のスロート部の軸線は、シリンダ１１のボア中心に対して対称となるように設けられている。同様に、シリンダ１１毎に２つの排気ポート１９がシリンダヘッド１３に形成されている。排気ポート１９の開口部１９０は、シリンダヘッド１３の排気側斜面１７２に、エンジン出力軸の方向に並んで設けられる（図４（ａ）参照）。排気ポート１９は、この開口部１９０を通じて燃焼室１７に連通している。２つの排気ポート１９の開口部１９０は、シリンダ１１のボア中心に対して対称に配設されている。
　吸気ポート１８は、吸気通路１８１に接続されている。吸気通路１８１には、図示は省略するが、吸気流量を調節するスロットル弁が介設されている。排気ポート１９は、排気通路１９１に接続されている。排気通路１９１には、図示は省略するが、１つ以上の触媒コンバータを有する排気ガス浄化システムが配設されている。触媒コンバータは、三元触媒を含む。
　シリンダヘッド１３には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、吸気ポート１８を燃焼室１７から遮断（閉）する。吸気弁２１は吸気弁駆動機構により駆動される。シリンダヘッド１３にはまた、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、排気ポート１９を燃焼室１７から遮断（閉）する。排気弁２２は排気弁駆動機構により駆動される。吸気弁２１は、所定のタイミングで往復動して、吸気ポート１８を開閉する。排気弁２２は所定のタイミングで往復動して、排気ポート１９を開閉する。このことによって、シリンダ１１内のガス交換を行う。
　吸気弁駆動機構は、図示は省略するが、クランクシャフト１５に駆動連結された吸気カムシャフトを有する。吸気カムシャフトは、クランクシャフト１５の回転と同期して回転する。吸気弁駆動機構は、この例では、吸気カムシャフトの位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式又は電動式の位相可変機構（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）２３を少なくとも含んで構成されている。尚、吸気弁駆動機構は、ＶＶＴ２３と共に、弁リフト量を変更可能なリフト可変機構を備えるようにしてもよい。リフト可変機構は、リフト量を連続的に変更可能なＣＶＶＬ（Continuous Variable Valve Lift）としてもよい。同様に、排気弁駆動機構は、図示は省略するが、クランクシャフト１５に駆動連結された排気カムシャフトを有する。排気カムシャフトはクランクシャフト１５の回転と同期して回転する。排気弁駆動機構も、この例では、液圧式又は電動式のＶＶＴ２４を、少なくとも含んで構成されている。尚、排気弁駆動機構も、ＶＶＴ２４と共に、弁リフト量を変更可能なリフト可変機構を備えるようにしてもよい。リフト可変機構は、リフト量を連続的に変更可能なＣＶＶＬとしてもよい。
　尚、吸気弁２１及び排気弁２２を駆動する動弁機構は、どのようなものであってもよく、例えば油圧式や電磁式の駆動機構を採用してもよい。
　シリンダヘッド１３には、燃焼室１７内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁６が取り付けられている。燃料噴射弁６は、吸気側斜面１７１と排気側斜面１７２とが交差するペントルーフの稜線上に配設されている。燃料噴射弁６はまた、図２に示すように、シリンダ１１のボア中心に対して、エンジン出力軸方向の一側に、ずれて配設されている。エンジン出力軸方向の一側は、図２における紙面左側であり、これは、この実施形態ではエンジン１において反トランスミッション側の、いわゆるエンジン前側に相当する。燃料噴射弁６はまた、その噴射軸心が、シリンダ１１の軸心に沿うように配設されて、噴射先端が、燃焼室１７内に臨んでいる。ピストン１６のキャビティ１６３は、この燃料噴射弁６に向かい合うように設けられている。燃料噴射弁６は、このキャビティ１６３内に向かって、燃料を噴射する。
　燃料噴射弁６は、詳細は後述するが、図２に概念的に示すように、燃焼室１７内（つまり、キャビティ１６３内）に、（可燃）混合気層と、その周囲の断熱ガス層とが形成可能に構成されている。燃料噴射弁６は、例えば外開弁式の燃料噴射弁としてもよい。外開弁式の燃料噴射弁は、リフト量を調整することにより、噴射する燃料噴霧の粒径を変更することが可能である。特許文献２（特開２０１５－１０２００４号公報）に開示しているように、この外開弁式の燃料噴射弁の特性を利用して、多段噴射を基本とした燃料噴射態様を、適宜制御することにより、燃料噴霧の進行方向への飛散距離及び燃料噴霧の噴射軸心に対する広がりを調整することができる。圧縮上死点付近のタイミングで燃料を噴射することにより、キャビティ１６３の中央部に混合気層を、その外周囲に断熱ガス層を形成することが可能である。また、外開弁式の燃料噴射弁に限らず、ＶＯＣ（Valve Covered Orifice）ノズルタイプのインジェクタも、ノズル口に発生するキャビテーションの大きさを調整することにより、噴口の有効断面積を変更して、噴射する燃料噴霧の粒径を変更することが可能である。従って、ＶＯＣノズルタイプのインジェクタも、外開弁式の燃料噴射弁と同様に、圧縮上死点付近のタイミングで噴射する燃料噴霧の進行方向への飛散距離及び燃料噴霧の噴射軸心に対する広がりを調整することにより、キャビティ１６３内の中央部に混合気層を、その外周囲に断熱ガス層を形成することが可能である。
　また、ヒータによって所定の温度まで加熱した燃料を、高圧雰囲気の燃焼室１７内に噴射することにより、燃料を超臨界状態とすることによっても、キャビティ１６３内の中央部に混合気層を、その外周囲に断熱ガス層を形成することが可能である。この技術は、燃焼室１７内に噴射した燃料を瞬時に気化させることによって燃料噴霧のペネトレーションが短くなり、図２に示すように、キャビティ１６３内における燃料噴射弁６の近傍に、混合気層を形成するものである。尚、燃料噴射弁は、例えば複数の噴口を有するマルチホールタイプの燃料噴射弁において、燃料を加熱するヒータを備えて構成される。また、この構成以外の燃料噴射弁であってもよい。こうした燃料噴射弁の構成は、公知であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
　シリンダヘッド１３には、点火プラグ７が取り付けられている。点火プラグ７は、図２に示すように、ペントルーフの稜線上でかつ、シリンダ１１のボア中心に対してエンジン出力軸方向の他側（つまり、エンジン後側）にずれて配設されている。点火プラグ７は、燃料噴射弁６に近づく方向に、シリンダ１１の軸線に対し傾いて配設されている。これにより、燃料噴射弁６と点火プラグ７とは、シリンダ１１のボア中心近傍に、互いに近接して配設される。
　このエンジン１は、前述したように、幾何学的圧縮比εが１５以上に設定されている。幾何学的圧縮比は、４０以下とすればよく、特に２０以上３５以下が好ましい。エンジン１は圧縮比が高いほど膨張比も高くなる構成から、高圧縮比と同時に、比較的高い膨張比を有するエンジン１でもある。このエンジン１は、基本的には全運転領域でシリンダ１１内に噴射した燃料を圧縮着火により燃焼させるよう構成されており、高い幾何学的圧縮比は、圧縮着火燃焼を安定化する。
　燃焼室１７は、シリンダ１１の内周面と、ピストン１６の頂面１６０と、シリンダヘッド１３の下面（天井部１７０）と、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッドの面と、によって区画形成されている。冷却損失を低減すべく、これらの区画面に、遮熱層を設けることによって、燃焼室１７が遮熱化されている。遮熱層は、これらの区画面の全てに設けてもよいし、これらの区画面の一部に設けてもよい。また、燃焼室１７を直接区画する壁面ではないが、吸気ポート１８や排気ポート１９における、燃焼室１７の天井部１７０側の開口近傍のポート壁面に遮熱層を設けてもよい。
　これらの遮熱層は、燃焼室１７内の燃焼ガスの熱が、区画面を通じて放出されることを抑制するため、燃焼室１７を構成する金属製の母材よりも熱伝導率が低く設定される。
　また、遮熱層は、冷却損失を低減する上で、母材よりも容積比熱が小さいことが好ましい。つまり、遮熱層の熱容量を小さくすることによって、燃焼室１７の区画面の温度が、燃焼室１７内のガス温度の変動に追従して変化することが好ましい。
　前記遮熱層は、例えば、母材上にＺｒＯ２等のセラミック材料をプラズマ溶射によってコーティングして形成すればよい。このセラミック材料の中には、多数の気孔を含んでいてもよい。このようにすれば、遮熱層の熱伝導率及び容積比熱をより低くすることができる。
　本実施形態では、前記の燃焼室の遮熱構造に加えて、シリンダ１１内（つまり、燃焼室１７内）においてガス層による断熱層を形成することで、冷却損失を大幅に低減するようにしている。
　具体的には、燃料噴射弁６は、圧縮行程以降において燃料噴射弁６の噴射先端からキャビティ１６３内に燃料を噴射する。このことにより、図２に示すように、燃料噴射弁６の近傍の、キャビティ１６３内の中心部に混合気層が形成されかつ、その周囲に新気を含むガス層が形成されるという、成層化が実現する。このガス層は、新気のみであってもよく、新気に加えて、既燃ガス（ＥＧＲガス）を含んでいてもよい。尚、ガス層に少量の燃料が混じっても問題はなく、ガス層が断熱層の役割を果たせるように、ガス層は、混合気層よりも燃料リーンであればよい。
　前記のようにガス層と混合気層とが形成された状態で燃料が圧縮着火燃焼すれば、混合気層とシリンダ１１の壁面との間のガス層により、混合気層の火炎がシリンダ１１の壁面に接触することが防止される。また、ガス層が断熱層となって、シリンダ１１の壁面からの熱の放出を抑えることができるようになる。この結果、冷却損失を大幅に低減することができる。
　尚、冷却損失を低減させるだけでは、その冷却損失の低減分が排気損失に転換されて図示熱効率の向上にはあまり寄与しない。しかしながら、このエンジン１では、高圧縮比化に伴う高膨張比化によって、冷却損失の低減分に相当する燃焼ガスのエネルギを、機械仕事に効率よく変換している。すなわち、エンジン１は、冷却損失及び排気損失を共に低減させる構成を採用することによって、図示熱効率を大幅に向上させているということができる。
　このような混合気層とガス層とを燃焼室１７内に形成するために、燃料を噴射するタイミングにおいては、燃焼室１７内のガス流動は弱いことが望ましい。そのため、吸気ポートは、燃焼室１７内でスワールが生じない、又は、生じ難いようなストレート形状を有していると共に、タンブル流もできるだけ弱くなるように、構成されている。
　次に、燃焼室を構成するピストンの頂面の形状について、図を参照しながらさらに詳細に説明をする。図３は、ピストン１６の頂面の形状を示す斜視図である。図３における紙面右手前が吸気側、紙面左奥が排気側であり、紙面左手前がエンジン出力軸方向の一側（つまり、エンジン前側）、紙面右奥がエンジン出力軸方向の他側（つまり、エンジン後側）である。
　前述したように、ピストン１６の頂面１６０は、吸気側の傾斜面１６１と、排気側の傾斜面１６２とがそれぞれ、ピストン１６の中央に向かって登り勾配となって構成されている。これにより、ピストン１６の頂面は、エンジン出力軸における一方の側から、エンジン出力軸に沿う方向にピストン１６を見たときに、両側それぞれから中央部に向かって次第に隆起した三角屋根状を成している。吸気側の傾斜面１６１及び排気側の傾斜面１６２には、それぞれバルブリセスが形成されている。この内、吸気側の傾斜面１６２では、エンジン出力軸の方向に並んだ２つの吸気弁２１のバルブヘッドの間に相当する部分も、バルブリセスと共に、傾斜面１６１が削られている。吸気側の傾斜面１６１は、バルブリセスが設けられているものの、実質的に平坦な面を構成する。一方、排気側の傾斜面１６２では、エンジン出力軸の方向に並んだ２つの排気弁２２のバルブヘッドの間に相当する部分は、削られずに残されている。この部分は、ピストン１６が上死点付近に至ったときに、排気側から燃焼室１７の中央に向かうスキッシュを発生させるスキッシュエリア１６４となる。
　ピストン１６の頂面１６０の稜線付近における、エンジン出力軸方向の両側端部は、図２にも示すように、頂面１６０に向かってピストン径が縮小するように湾曲している。この湾曲は、シリンダヘッド１３の天井部１７０の湾曲形状に対応して設けられている。これは、エンジン１の幾何学的圧縮比を高くする上で有利な構成である。
　前述したように、ピストン１６の頂面１６０にはキャビティ１６３が凹陥している。キャビティ１６３は、図２に示すように、開口縁から凹陥するに従い、その大きさが次第に縮小するように設けられている。キャビティ１６３は、ピストン１６の頂面１６０に連続する側壁１６３１と、側壁１６３１に連続する底壁１６３２とから構成されている。図２に示すように、ピストン１６の中心を通る縦断面において、キャビティ１６３は、バスタブのような形状を有している。側壁１６３１は、ピストン１６の頂面１６０及び底壁１６３２とは異なる角度を有している。ピストン１６の頂面１６０と側壁１６３１との間、及び、側壁１６３１と底壁１６３２との間には、それぞれアールが設けられている。
　以下においては、ピストン１６の頂面１６０と側壁１６３１との間のアールは、ピストン１６の頂面１６０に含まれるとして、アールと側壁１６３１とが接する位置を、頂面１６０と側壁１６３１との境界とする。この境界は、キャビティ１６３の開口縁を構成する。また、側壁１６３１と底壁１６３２との間のアールは、側壁１６３１に含まれるとして、アールと底壁１６３２とが接する位置を、側壁１６３１と底壁１６３２との境界とする。尚、頂面１６０と側壁１６３１との境界、及び、側壁１６３１と底壁１６３２との境界はそれぞれ、前述した定義とは異なるように設定することも可能である。例えば、頂面１６０と側壁１６３１との間のアールは、側壁１６３１に含まれるとして、頂面１６０とアールとが接する位置を、頂面１６０と側壁１６３１との境界としてもよい。また、そのアールの中央を、頂面１６０と側壁１６３１との境界とすることも可能である。同様に、側壁１６３１と底壁１６３２との間のアールは、底壁１６３２に含まれるとして、アールと側壁１６３１とが接する位置を、側壁１６３１と底壁１６３２との境界としてもよい。また、そのアールの中央を、側壁１６３１と底壁１６３２との境界とすることも可能である。頂面１６０、側壁１６３１及び底壁１６３２をどのように定義しても、以下に説明するキャビティ形状に関する構成は、全て成立し得る。
　キャビティ１６３は、図３に示すように、略楕円形状の開口縁を有する。この楕円は、広義の楕円である。キャビティ１６３はまた、図２及び図４に示すように、その中心位置、より正確には、キャビティ１６３の最大幅に相当する箇所において吸気側の端縁と排気側との端縁との中点でかつ、エンジン出力軸方向の一側の端縁と他側の端点との中点である中心位置が、燃料噴射弁６の噴射軸心に一致するように設けられている。これは、前述したように、キャビティ１６３内の中心部に混合気層を形成する上で有利な構成である。燃料噴射弁６の噴射軸心は、エンジン出力軸方向の一側にずれているため、キャビティ１６３もまた、ピストン１６の頂面１６０において、ピストン１６の中心に対し、エンジン出力軸方向の一側にずれて位置することになる。
　キャビティ１６３は、三角屋根状に隆起したピストン１６の頂面１６０に設けられているため、図３からもわかるように、このキャビティ１６３によって、吸気側の傾斜面１６１及び排気側の傾斜面１６２の一部はそれぞれ、抉られる。キャビティ１６３がずれて設けられることに伴い、吸気側の傾斜面１６１及び排気側の傾斜面１６２において抉られる箇所もまた、図２に示すように、シリンダ１１のボア中心に対称となるのではなく、エンジン出力軸方向の一側にずれることになる。また、キャビティ１６３がエンジン出力軸方向の一側にずれることに伴い、このキャビティ１６３を挟んだ両側それぞれに残るピストン１６の頂面１６０における稜線部分は、エンジン出力軸方向の一側の部分が相対的に短くかつ、エンジン出力軸方向の他側の部分が相対的に長くなる。
　前述したように、このエンジン１は、燃焼室１７内のガス流動が弱くなるように構成されているが、燃焼室１７内で、弱いタンブル流は発生し得る。三角屋根状に隆起したピストン１６の頂面１６０に、略楕円形状のキャビティ１６３を、エンジン出力軸方向の一側にずれて配設することに伴い、図８を参照しながら説明をしたように、タンブル流が、シリンダ１１のボア中心からずれたキャビティ１６３の方向に流れやすくなる。図４（ａ）に破線の矢印で示すように、タンブル流は、燃焼室１７内において、排気側のエンジン出力軸方向の他側から、吸気側のエンジン出力軸方向の一側に向かう方向に、偏向するようになる。
　タンブル流が偏向する結果、燃料噴射弁６から噴射した燃料により、キャビティ１６３内に形成される混合気層は、図４（ａ）に実線の矢印で示すように、吸気側のエンジン出力軸方向の他側の方向に広がりやすくなり、混合気層が、キャビティ１６３の壁面に接触する可能性が高まる。そこで、このエンジン１では、ピストン１６に設けたキャビティ１６３の形状を工夫することによって、混合気層がキャビティ１６３の壁面に接触することを防止するようにしている。
　図４（ａ）に示すように、燃焼室１７内を、燃料噴射弁６の配設位置を中心として、（１）ペントルーフの稜線を挟んだ吸気側でかつエンジン出力軸方向の一側である吸気一側領域（図の右下の領域）、（２）吸気側でかつエンジン出力軸方向の他側である吸気他側領域（図の右上の領域）、（３）ペントルーフの稜線を挟んだ排気側でかつエンジン出力軸方向の一側である排気一側領域（図の左下の領域）、及び、（４）排気側でかつエンジン出力軸方向の他側である排気他側領域（図の左上の領域）の、４つの領域に分割する。そして、吸気他側領域内の特定位置と、燃料噴射弁６の配設位置と、を通る平面で切った縦断面（図４（ｄ）参照）において、キャビティ１６３の特定位置における壁面形状（図４（ｄ）の右上側に示す壁面形状）を、特定位置に対して燃料噴射弁６を挟んだ逆側の対称位置におけるキャビティ１６３の壁面形状（図４（ｄ）の左下側に示す壁面形状）よりも、燃料噴射弁６の噴射先端からの距離が、長くなるように構成している。図４（ｄ）の紙面右上側に示す実線は、特定位置におけるキャビティ１６３の側壁１６３１を示し、破線は、対称位置におけるキャビティ１６３の側壁１６３１を示している。つまり、破線は、図４（ｄ）の紙面左下側に示す側壁１６３１の対称形状に相当する。同図に示すように、特定位置におけるキャビティ１６３の側壁１６３１は、対称位置におけるキャビティ１６３の側壁に対して、側壁１６３１と底壁１６３２との境界位置を同じにしつつ、アールを含む側壁１６３１を寝かせる（つまり、側壁１６３１の水平面に対する角度が小さくなる）ように構成する結果、側壁１６３１の位置を、ピストン１６の外方となるようにしている。これに伴い、特定位置におけるキャビティ１６３の開口縁の位置も、対称位置における開口縁よりも、ピストン１６の外方に位置づけられる。その結果、図４（ａ）に示すように、キャビティ１６３の開口縁は、燃料噴射弁６の噴射軸心に対して対称な形状ではなくなり、吸気他側領域において、開口縁が、ピストン１６の外方に膨らむように、キャビティ１６３が構成される。
　こうして、吸気他側領域において、キャビティ１６３の側壁１６３１と、燃料噴射弁６の噴射先端との距離を離すことにより、吸気側のエンジン出力軸方向の他側の方向に混合気層が広がったとしても、混合気層がキャビティ１６３の壁面に接触することが抑制され、冷却損失の低減が図られる。尚、特定位置におけるキャビティ１６３の側壁１６３１の位置と、対称位置におけるキャビティ１６３の側壁１６３１の位置との差は、適宜設定すればよい。
　ここで、図４に示す構成例では、同図（ａ）から明らかなように、吸気他側領域の全体に亘って、キャビティ１６３の側壁を、ピストン１６の外方に位置させるようにしている。これとは異なり、図示は省略するが、吸気他側領域における一部分において、キャビティ１６３の側壁を、ピストン１６の外方に位置させるようにしてもよい。この構成は、キャビティ１６３の容積をできる限り小さくすることになり、幾何学的圧縮比を高く維持する上で有利になる。さらに、吸気他側領域に（連続して）隣り合う、吸気一側領域及び／又は排気他側領域の一部においても、吸気他側領域と同じように、キャビティ１６３の側壁１６３１を、ピストン１６の外方に位置させるようにしてもよい。つまり、キャビティ１６３の壁面形状を変更する範囲を、吸気他側領域内に限定するのではなく、吸気他側領域から、吸気一側領域及び／又は排気他側領域の一部にまで拡大してもよい。
　また、図示は省略するが、特定位置においては、キャビティ１６３の側壁１６３１の角度を、対称位置におけるキャビティ１６３の側壁１６３１の角度と同じにしつつ、特定位置におけるキャビティ１６３の側壁１６３１の位置を、ピストン１６の外方に位置づけるようにしてもよい。この構成では、特定位置において、側壁１６３１と底壁１６３２との境界の位置、及び、開口縁の位置が共に、ピストンの外方に位置づけられる。
　さらに、図示は省略するが、例えばキャビティ１６３の開口縁の位置を変更せずに、特定位置において、側壁１６３１を立たせる（つまり、側壁１６３１の水平面に対する角度が大きくなる）ように構成する結果、側壁１６３１の位置を、ピストン１６の外方となるようにしてもよい。この構成では、側壁１６３１と底壁１６３２との境界の位置が、ピストンの外方に位置づけられる。
　図５は、図４とは異なる構成例を示している。図５に示す構成例においては、キャビティ１６３の底壁１６３２の位置を変更している。具体的には、吸気他側領域の特定位置におけるキャビティ１６３の底壁１６３２は、図５（ｄ）の紙面右上側において実線で示される。破線は、図５（ｄ）の紙面左下側に示す対称位置におけるキャビティ１６３の底壁１６３２に相当する。特定位置におけるキャビティ１６３の底壁１６３２は、対称位置におけるキャビティ１６３の底壁１６３２よりも、深くなるように構成されている。これにより、吸気他側領域内の特定位置と、燃料噴射弁６の配設位置とを通る平面で切った縦断面（図５（ｄ）参照）において、キャビティ１６３の特定位置における壁面形状は、対称位置におけるキャビティ１６３の壁面形状よりも、燃料噴射弁６の噴射先端からの距離が、長くなる。その結果、キャビティ１６３内に形成した混合気層は、吸気側のエンジン出力軸方向の他側の方向に広がりやすいものの、キャビティ１６３の底壁１６３２に接触し難くなり、冷却損失の低減が図られる。
　この構成では、図４に示す構成例とは異なり、キャビティ１６３の開口縁の位置は、吸気他側領域においても変更されないため、図５（ａ）に示すように、キャビティ１６３の開口縁の形状は、燃料噴射弁６の噴射軸心に対し、対称な形状となる。
　尚、特定位置におけるキャビティ１６３の底壁１６３２の深さと、対称位置におけるキャビティ１６３の底壁１６３２との深さの差は、適宜設定すればよい。
　また、キャビティ１６３の底壁１６３２の深さは、吸気他側領域の全体に亘って、相対的に深くしてもよいが、吸気他側領域における一部分において、キャビティ１６３の底壁を、相対的に深くするようにしてもよい。さらに、吸気他側領域に（連続して）隣り合う、吸気一側領域及び／又は排気他側領域の一部においても、吸気他側領域と同じように、キャビティ１６３の底壁１６３２の深さを、相対的に深くしてもよい。つまり、キャビティ１６３の壁面形状を変更する範囲を、吸気他側領域内に限定するのではなく、吸気他側領域から、吸気一側領域及び／又は排気他側領域の一部にまで拡大してもよい。
　図６は、キャビティ１６３の側壁１６３１をピストンの外方に位置づける構成例と、キャビティ１６３の底壁１６３２をより深くする構成例とを組み合わせた構成を示している。つまり、図６に示す構成例においては、吸気他側領域の特定位置において、キャビティ１６３の側壁１６３１及び底壁１６３２の位置それぞれを、排気一側領域の対称位置におけるキャビティ１６３の側壁１６３１及び底壁１６３２の位置とは異ならせている。具体的には、吸気他側領域の特定位置におけるキャビティ１６３の側壁１６３１及び底壁１６３２は、図６（ｄ）の紙面右上側において実線で示される。破線は、図６（ｄ）の紙面左下側に示す対称位置におけるキャビティ１６３の側壁１６３１及び底壁１６３２に相当する。特定位置におけるキャビティ１６３の側壁１６３１は、相対的にピストン１６の外方に位置すると共に、底壁１６３２は、対称位置におけるキャビティ１６３の底壁１６３２よりも、深くなるように構成されている。これにより、吸気他側領域内の特定位置と、燃料噴射弁６の配設位置とを通る平面で切った縦断面（図６（ｄ）参照）において、キャビティ１６３の特定位置における壁面形状は、対称位置におけるキャビティ１６３の壁面形状よりも、燃料噴射弁６の噴射先端からの距離が長くなる。その結果、キャビティ１６３内に形成した混合気層は、吸気側のエンジン出力軸方向の他側の方向に広がりやすいものの、キャビティ１６３の底壁１６３２に接触し難くなり、冷却損失の低減が図られる。
　尚、図６に示す構成例では、図４に示す構成例と同様に、吸気他側領域においては、キャビティ１６３の開口縁が、ピストン１６の外方に膨らむように構成される。
　図４～図６に示す構成例はそれぞれ、吸気他側領域のみにおいて、キャビティ１６３の壁面形状を、他の領域におけるキャビティ１６３の壁面形状と異ならせている。これとは異なり、図７に示す構成例は、吸気他側領域と共に、排気他側領域におけるキャビティ１６３の壁面形状を、吸気一側領域及び排気一側領域におけるキャビティ１６３の壁面形状とは異ならせている。
　具体的に、図７に示すキャビティ構成は、燃料噴射弁６が配設されるペントルーフの稜線に対して対称な、略楕円形状を有している。一方で、略楕円形状のキャビティ１６３は、燃料噴射弁６からエンジン出力軸方向の一側の端縁までの距離と、燃料噴射弁からエンジン出力軸方向の他側の端縁までの距離とを比較したときに、他側の端縁までの距離の方が長くなるように形成されている。これは、略楕円形状のキャビティにおいて、最も幅の広い箇所（つまり、燃料噴射弁６の配設位置に相当する箇所）を、エンジン出力軸方向の他側に向かって拡張したような形状を有している。但し、このキャビティ１６３においても、エンジン出力軸方向の一側の端縁と他側の端縁との中点は、シリンダ１１のボア中心よりも、エンジン出力軸方向の一側にずれている。
　このキャビティ構成において、図７に破線で示す形状（この形状は、吸気一側領域及び排気一側領域におけるキャビティの開口縁の対称形状に相当する）に対し、吸気他側領域において、キャビティ１６３の側壁１６３１は、ピストン１６の外方に位置することになる。これにより、前述したように、混合気層が、燃料噴射弁６から吸気他側領域の方向に広がっても、混合気層がキャビティ１６３の側壁１６３１に接触してしまうことが抑制される。
　また、図７に示す構成例では、排気他側領域においても、キャビティ１６３の側壁１６３１が、破線で示す対称形状に対して、ピストン１６の外方に位置することになる。これは、ピストン１６の頂面１６０の排気側の傾斜面１６２において、キャビティ１６３によって抉られる箇所が、エンジン出力軸方向の他側に広がることと等価である。つまり、抉られた箇所が、エンジン出力軸方向の一側に片寄らないため、図７に示す構成例では、同図に破線の矢印で示すように、タンブル流の偏向が抑制される。このことにより、燃料噴射弁６から吸気他側領域の方向に混合気層が広がること自体が抑制される。こうして、図７に示す構成例でも、キャビティ１６３内に形成した混合気層が、キャビティ１６３の壁面に接触してしまうことが、効果的に抑制される。
　尚、図４～図６の構成例においても、ペントルーフの稜線に対して対称な形状となるように、排気他側領域におけるキャビティ１６３の壁面形状を、吸気他側領域におけるキャビティ１６３の壁面形状に対応する形状にしてもよい。
１　エンジン
１１　シリンダ
１３　シリンダヘッド
１５　クランクシャフト（エンジン出力軸）
１６　ピストン
１６３　キャビティ
１６３１　側壁
１６３２　底壁
１７　燃焼室
１７０　天井部
１８　吸気ポート
１９　排気ポート
６　燃料噴射弁

Claims (5)

  1. 　シリンダに内挿されかつ、その頂面から凹陥するキャビティを有するピストンと、
    　２つの吸気ポートの開口部がエンジン出力軸方向に並んで配置された吸気側斜面と、排気ポートの開口部が設けられた排気側斜面とを有しかつ、前記シリンダ及び前記ピストンと共に、ペントルーフ型の燃焼室を区画するよう構成されたシリンダヘッドの天井部と、
    　前記シリンダヘッドの前記天井部において、前記吸気側斜面と前記排気側斜面とが交差するペントルーフの稜線上で、前記シリンダのボア中心に対し、前記エンジン出力軸方向の一側にずれた位置でかつ、噴射軸心が前記シリンダの軸線に沿う方向となるように配設されかつ、噴射先端から、それに向かい合う前記キャビティ内に燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、を備え、
    　前記ピストンの頂面は、前記天井部の前記吸気側斜面及び前記排気側斜面のそれぞれに対応するように、吸気側及び排気側のそれぞれにおいて傾斜した傾斜面によって隆起しており、
    　前記キャビティは、前記燃料噴射弁の噴射軸心に対応するように前記エンジン出力軸方向の一側にずれた位置に、前記傾斜面の一部を抉るように設けられ、
    　前記燃焼室内を、前記燃料噴射弁の配設位置を中心として、（１）前記ペントルーフの稜線を挟んだ吸気側でかつ前記エンジン出力軸方向の一側である吸気一側領域、（２）吸気側でかつ前記エンジン出力軸方向の他側である吸気他側領域、（３）前記ペントルーフの稜線を挟んだ排気側でかつ前記エンジン出力軸方向の一側である排気一側領域、及び、（４）排気側でかつ前記エンジン出力軸方向の他側である排気他側領域の、４つの領域に分割したときの、前記吸気他側領域内の特定位置と、前記燃料噴射弁の配設位置とを通る平面で切った縦断面において、前記キャビティの前記特定位置における壁面形状は、前記特定位置に対して前記燃料噴射弁を挟んだ逆側の対称位置における前記キャビティの壁面形状よりも、前記燃料噴射弁の前記噴射先端からの距離が、長くなるように構成されている直噴エンジンの燃焼室構造。
  2. 　請求項１に記載の直噴エンジンの燃焼室構造において、
    　前記特定位置における前記キャビティの側壁が、前記対称位置における前記キャビティの側壁よりも、前記ピストンの外方に位置するように、前記キャビティの前記特定位置における形状が構成されている直噴エンジンの燃焼室構造。
  3. 　請求項２に記載の直噴エンジンの燃焼室構造において、
    　前記特定位置における前記キャビティの開口縁は、前記対称位置における前記キャビティの開口縁よりも、前記ピストンの外方に位置している直噴エンジンの燃焼室構造。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の直噴エンジンの燃焼室構造において、
    　前記特定位置における前記キャビティの底壁が、前記対称位置における前記キャビティの底壁よりも深くなるように、前記キャビティの前記特定位置における形状が構成されている直噴エンジンの燃焼室構造。
  5. 　請求項３に記載の直噴エンジンの燃焼室構造において、
    　前記キャビティは、前記ペントルーフの稜線に対して対称でかつ前記エンジン出力軸方向に長い楕円状であると共に、前記燃料噴射弁から前記エンジン出力軸方向の他側の端縁までの距離が、前記燃料噴射弁から前記エンジン出力軸方向の一側の端縁までの距離よりも長い形状に構成されている直噴エンジンの燃焼室構造。
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