(57)【要約】      （修正有）【課題】均質化が難しい運転状態においても容易にタンブル流を強化できるエンジンを提供する。【解決手段】ピストン２の頂面２ｂに第１キャビティ２１と第２キャビティ２２とを備え、第２キャビティはシリンダの軸心ｏに対して吸気ポート側に偏心した位置に最深部２２ｂを有して、吸排気方向を短軸、それに直交する方向を長軸とする平面視楕円形状であり、第１キャビティは第２キャビティの長軸よりも排気ポート側に位置する面積が吸気ポート側に位置する面積よりも大きく設定され、第１キャビティとピストンの頂面との境の成す第１外縁稜線部２０ａ及び第１キャビティと第２キャビティとの境の成す境界稜線部２０ｂはそれぞれ高さが全長に亘って一定であり、第１キャビティの底面は第１外縁稜線部から境界稜線部に向かって下り勾配で連続し、第２キャビティの底面は境界稜線部から最深部２２ｂに向かって下り勾配で連続している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に収容されたピストンと、
前記シリンダ内に通じる吸気ポート及び排気ポートと、
前記ピストンの頂面に形成された第１キャビティと、
前記第１キャビティ内に又は前記第１キャビティに隣接して形成され、前記第１キャビティの底面の最も深い位置よりも、さらに深い底面を有する第２キャビティと、を備え、
前記第２キャビティは前記シリンダの軸心に対して前記吸気ポート側に偏心した位置に最深部を有して、前記吸気ポート側と前記排気ポート側とを結ぶ吸排気方向を短軸、前記吸排気方向に直交する方向を長軸とする平面視楕円形状又は平面視オーバル形状であり、
前記第１キャビティは前記第２キャビティの前記長軸よりも前記排気ポート側に位置する面積が前記吸気ポート側に位置する面積よりも大きく設定され、
前記第１キャビティと前記第２キャビティとの境が成す境界稜線部は、前記第１キャビティと前記ピストンの頂面との境が成す第１外縁稜線部に対する前記シリンダの軸心方向における高さが全長に亘って一定であり、
前記第１キャビティの底面は前記第１外縁稜線部から前記境界稜線部に向かって下り勾配が連続しており、
前記第２キャビティの底面は前記境界稜線部から前記最深部に向かって下り勾配が連続しているエンジン。
【請求項２】
前記第１キャビティと前記ピストンの頂面との境が成す第１外縁稜線部及び前記第１キャビティと前記第２キャビティとの境が成す境界稜線部は、それぞれ前記シリンダの軸心方向における高さが全長に亘って一定である請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記第２キャビティは前記吸気ポート側で前記ピストンの頂面に直接接続されており、前記第２キャビティと前記ピストンの頂面との境が成す第２外縁稜線部は、前記シリンダの軸心方向における高さが全長に亘って一定である請求項１又は２に記載のエンジン。
【請求項４】
前記シリンダの軸心を含む任意の断面における前記第２キャビティの底面に対する前記第２外縁稜線部での接線方向は、前記シリンダの軸心方向に対して平行である請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記シリンダの軸心を含む任意の断面における前記第１キャビティの底面に対する前記第１外縁稜線部での接線方向は、前記シリンダの軸心方向に対して平行である請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジン。
【請求項６】
前記第１キャビティの底面は、前記第１外縁稜線部から前記境界稜線部へ向かって徐々に勾配が緩くなる円弧状の断面である請求項１〜５の何れか１項に記載のエンジン。
【請求項７】
前記第２キャビティの底面は、前記境界稜線部から前記最深部へ向かって徐々に勾配が緩くなる円弧状の断面である請求項１〜６の何れか１項に記載のエンジン。
【請求項８】
前記第１キャビティの底面は、前記吸排気方向及び前記シリンダの軸心に平行な任意の断面において、前記ピストンの頂面の面内に長軸を有する仮想楕円に一致している請求項１〜７の何れか１項に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、キャビティが形成されたピストンを備えたエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、種々のエンジンにおいて、その頂面に凹状のキャビティが形成されたピストンが広く採用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、その頂面に第１キャビティを備え、その第１キャビティ内に、第１キャビティの底面よりも深い底面を有する第２キャビティを備えたピストンが記載されている。シリンダ内に生じる縦方向への渦流であるタンブル流の流れ方向に対して、第２キャビティは、ピストン直上における流れ方向下流側、すなわち、吸気側にずれて設けられている。これにより、タンブル流の第２キャビティ内への流入を抑制し、タンブル流の質の低下を抑制できるとされている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２，３には、その頂面に設けたキャビティ内において、吸気側領域と排気側領域とで高低差を付けたピストンが記載されている。吸気側領域のキャビティの底面は、排気側領域のキャビティの底面よりも低くなっており、その境界に立ち上がり壁が設けられている。この立ち上がり壁に筒内噴射弁から噴射される霧状燃料が衝突することで、霧状燃料が点火プラグ側へ向かい、その結果、霧状燃料とタンブル流とが混ざりやすくなるとされている。また、特に、特許文献３では、キャビティ内において相対的に底面が高い排気側領域の中央に、立ち上がり壁の壁高さを低くする凹みを設けて、タンブル流のエネルギーロスを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−４４５１１号公報
【特許文献２】特開２０１５−２１４７３号公報
【特許文献３】特開２０１３−１８１４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来から、シリンダ内における燃焼効率の向上を目的として、燃焼室内にタンブル流を形成する種々の改善が行われている。この点、特許文献１では、ピストンの頂面に形成されたキャビティが、吸気ポートから燃焼室に吸気が導入される過程で生成されたタンブル流の燃焼室内での流速の低下に及ぼす影響を抑制している。しかし、特許文献１のキャビティは、タンブル流自体を新たに生起するものではない。このため、例えば、吸入空気量が少ない場合等、もともとタンブル流が弱く均質化が難しい運転状態でタンブル流をそれ以上に強化しようとすると、例えば、可変バルブシステムや可変吸気システムの採用、吸気ポートの形状の改良等、大がかりなタンブル流強化対策が求められる。
【０００７】
また、特許文献２も同様に、ピストンの頂面に形成されたキャビティは、タンブル流自体を新たに生起するものではない。さらに、特許文献３においては、キャビティの段差部におけるタンブル流のエネルギーロスを低減する工夫を行っているにすぎない。このため、特許文献２，３においても、吸入空気量が少ない場合等、均質化が難しい運転状態におけるタンブル流をより強化する目的には対応できない。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、吸入空気量が少ない場合等、均質化が難しい運転状態においても、容易にタンブル流を強化できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、この発明は、シリンダ内に収容されたピストンと、前記シリンダ内に通じる吸気ポート及び排気ポートと、前記ピストンの頂面に形成された第１キャビティと、前記第１キャビティ内に又は前記第１キャビティに隣接して形成され、前記第１キャビティの底面の最も深い位置よりも、さらに深い底面を有する第２キャビティと、を備え、前記第２キャビティは前記シリンダの軸心に対して前記吸気ポート側に偏心した位置に最深部を有して、前記吸気ポート側と前記排気ポート側とを結ぶ吸排気方向を短軸、前記吸排気方向に直交する方向を長軸とする平面視楕円形状又は平面視オーバル形状であり、前記第１キャビティは前記第２キャビティの前記長軸よりも前記排気ポート側に位置する面積が前記吸気ポート側に位置する面積よりも大きく設定され、前記第１キャビティと前記第２キャビティとの境が成す境界稜線部は、前記第１キャビティと前記ピストンの頂面との境が成す第１外縁稜線部に対する前記シリンダの軸心方向における高さが全長に亘って一定であり、前記第１キャビティの底面は前記第１外縁稜線部から前記境界稜線部に向かって下り勾配が連続しており、前記第２キャビティの底面は前記境界稜線部から前記最深部に向かって下り勾配が連続しているエンジンを採用した。
【００１０】
ここで、前記第１キャビティと前記ピストンの頂面との境が成す第１外縁稜線部及び前記第１キャビティと前記第２キャビティとの境が成す境界稜線部は、それぞれ前記シリンダの軸心方向における高さが全長に亘って一定である構成を採用することができる。
【００１１】
また、前記第２キャビティは前記吸気ポート側で前記ピストンの頂面に直接接続されており、前記第２キャビティと前記ピストンの頂面との境が成す第２外縁稜線部は、前記シリンダの軸心方向における高さが全長に亘って一定である構成を採用することができる。
【００１２】
このとき、前記シリンダの軸心を含む任意の断面における前記第２キャビティの底面に対する前記第２外縁稜線部での接線方向は、前記シリンダの軸心方向に対して平行である構成を採用することができる。
【００１３】
これらの各態様において、前記シリンダの軸心を含む任意の断面における前記第１キャビティの底面に対する前記第１外縁稜線部での接線方向は、前記シリンダの軸心方向に対して平行である構成を採用することができる。
【００１４】
これらの各態様において、前記第１キャビティの底面は、前記第１外縁稜線部から前記境界稜線部へ向かって徐々に勾配が緩くなる円弧状の断面である構成を採用することができる。
【００１５】
これらの各態様において、前記第２キャビティの底面は、前記境界稜線部から前記最深部へ向かって徐々に勾配が緩くなる円弧状の断面である構成を採用することができる。
【００１６】
これらの各態様において、前記第１キャビティの底面は、前記吸排気方向及び前記シリンダの軸心に平行な任意の断面において、前記ピストンの頂面の面内に長軸を有する仮想楕円に一致している構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明は、吸入空気量が少ない運転状態等、均質化が難しい運転状態においても、容易にタンブル流を強化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の一実施形態のピストンを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図２】圧縮行程初期を示し、（ａ）（ｂ）はピストンを備えたエンジンの縦断面図、（ｃ）はピストンの平面図である。
【図３】圧縮行程後期を示し、（ａ）（ｂ）はピストンを備えたエンジンの縦断面図、（ｃ）はピストンの平面図である。
【図４】高吸入空気量時の吸気行程を示し、（ａ）（ｂ）はピストンを備えたエンジンの縦断面図、（ｃ）はピストンの平面図である。
【図５】高吸入空気量時の圧縮行程を示し、（ａ）（ｂ）はピストンを備えたエンジンの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。この実施形態は、筒内噴射式の自動車用４サイクルガソリンエンジン１０（以下、エンジン１０と称する）、及び、そのエンジン１０に用いられるピストン２である。図１は、ピストン２の詳細を示し、図２〜図５は、このピストン２を収容したエンジン１０の要部を示すものである。これらの図では、この発明に直接関係する部材等のみを示し、他の部材等については図示省略している。また図２〜図５では、シリンダブロック１に設けられた１つのシリンダ３のみを示しているが、エンジン１０は、単気筒であってもよいし、複数のシリンダ３を備えた多気筒であってもよい。
【００２０】
図２に示すように、シリンダブロック１内には、シリンダ３の内壁面及びピストン２の頂面２ｂ等により、空気と燃料とからなる混合気が圧縮されて燃焼する燃焼室が形成されている。また、シリンダブロック１には、シリンダ３内に通じて空気をシリンダ３に導く吸気ポート５、シリンダ３内に通じてシリンダ３からの排気を外部へ送り出す排気ポート６、及び、シリンダヘッド側からシリンダ３の軸心ｏ、すなわち、気筒の筒軸方向に沿って下向きに配置された点火プラグ４等が備えられている。
【００２１】
シリンダブロック１には、シリンダ３内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁９が備えられている。燃料噴射弁９は、シリンダ３内の上方寄りの周縁部において、吸気ポート５の開口の近傍に配置されている。筒内噴射弁９の燃料の噴射方向は、図２（ａ）に示すように、その噴霧中心線がシリンダ３の周縁部からシリンダ３の軸心ｏに向かうにつれて、徐々にピストン２の頂面２ｂに近づくように傾斜した方向である。燃料は、この傾斜方向噴霧中心線を中心として、燃料噴射弁９の噴口から扇形状に均等に拡がるように噴射される。なお、燃料噴射弁９としては、この実施形態のようにシリンダ３内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁を採用してもよいし、それに加えて又はそれに代えて、吸気ポート５内に燃料を噴射するポート噴射弁を採用してもよい。
【００２２】
吸気ポート５には、シリンダ３への開口部を開閉する吸気バルブ７が設けられている。また、排気ポート６には、シリンダ３への開口部を開閉する排気バルブ８が設けられている。これらの吸気バルブ７及び排気バルブ８は、シリンダヘッド側に設けたカムシャフトの回転によって進退動作し、所定のタイミングで吸気ポート５、排気ポート６を開閉する。
【００２３】
吸気バルブ７や排気バルブ８、点火プラグ４、燃料噴射弁９、その他エンジン１０の動作に必要な機器は、このエンジン１０を搭載した車両が備える電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）に備えられた制御手段によって制御される。
【００２４】
ピストン２は、頂面２ｂ側が円柱状のトップランドを成し、その側方下部に対のピストンスカート、ピストンスカート間にピストンボス部を備えている。また、ピストン２の下部の外周面２ａには周方向への溝が設けられ、その溝にピストンリングが嵌められている（ピストンボス部、溝、ピストンリング等は図示省略）。
【００２５】
また、図１（ａ）に示すように、ピストン２の頂面２ｂには、凹状のキャビティ２０が形成されている。キャビティ２０は、第１キャビティ２１と、第１キャビティ２１の底面の最も深い位置よりも、さらに深い底面を有する第２キャビティ２２とを備えている。
【００２６】
第１キャビティ２１は、シリンダ３の軸心ｏ（ピストン２の中心線と一致）を中心とする真円状の領域内に形成される。ただし、その真円状の領域内には第２キャビティ２２も形成されるので、真円状の領域内のうち第２キャビティ２２を除いた部分が第１キャビティ２１に相当する。
【００２７】
第２キャビティ２２は、吸気ポート５側と排気ポート６側とを結ぶ吸排気方向を短軸、吸排気方向に直交する方向を長軸とする平面視楕円形状の凹部である。また、第２キャビティ２２は、シリンダ３の軸心ｏに対して、吸気ポート５側に偏心した位置に最も深い最深部を有している。この実施形態では、第２キャビティ２２を構成する楕円の短軸と長軸との交点ｐを最深部２２ｂとしている。
【００２８】
第２キャビティ２２は、第１キャビティ２１が設定される真円状の領域内のうち、最も吸気ポート５側に配置されている。このため、第１キャビティ２１は、第２キャビティ２２の長軸よりも排気ポート６側に位置する面積が、同じく長軸よりも吸気ポート５側に位置する面積よりも大きく設定されたものとなっている。
【００２９】
この実施形態では、第２キャビティ２２の平面視における面積は、シリンダボア面積の１／３程度となっているが、この面積の比率は適宜増減できる。第２キャビティ２２は、シリンダ３内における低吸入空気量時、すなわち、吸入空気量が少なく均質化が難しい運転状態等において、圧縮時の圧力集中させるためのスポットとして機能する。
【００３０】
キャビティ２０内の第２キャビティ２２を除く部分は、前述の第１キャビティ２１である。第１キャビティ２１は、ピストン２の頂面２ｂからの最大深さが、第２キャビティ２２の半分程度に設定されている（図１（ｂ）の符号Ｈ１，Ｈ２参照）。また、第１キャビティ２１の平面視における面積は、第２キャビティ２２の平面視における面積よりも大きく設定されている。また、第２キャビティ２２は、第１キャビティ２１の底面の最も深い位置よりも、さらに深い底面を有するものとなっている。
【００３１】
第１キャビティ２１の最も深い位置は、第１キャビティ２１と第２キャビティ２２との境が成す境界稜線部２０ｂである。境界稜線部２０ｂは、シリンダ３の軸心ｏ方向に対する高さが全長に亘って一定である。また、第１キャビティ２１の最も浅い位置は、第１キャビティ２１とピストン２の頂面２ｂとの成す第１外縁稜線部２０ａである。第１外縁稜線部２０ａも、シリンダ３の軸心ｏ方向に対する高さが全長に亘って一定である。第１外縁稜線部２０ａは、第１キャビティ２１が設定される真円状の領域の外縁であるので、その形状は真円の円周となっている。
【００３２】
このように、第１キャビティ２１のトップランドの高さと、第２キャビティ２２と第１キャビティ２１との境の高さをそれぞれ全長に亘って一定にすることで、第２キャビティ２２と第１キャビティ２１との境の全長に亘って、第１キャビティ２１のトップランドに対する高低差が一定となる。すなわち、第１キャビティ２１のトップランドに存在する気体の、第２キャビティ２２と第１キャビティ２１との境に対する位置エネルギーが一定であるため、第１キャビティ２１から第２キャビティ２２へ気体が流れ込む際に、その気体の流れが持つ運動エネルギの増加が全方向において一定となる。例えば、図１に示す矢印ｓ，ｔ，ｕの気流は上述の高低差が同じであるため、運動エネルギの増加も同じである（ただし、各気流ｓ，ｔ，ｕの移動距離Ｌｓ，Ｌｔ，Ｌｕは、Ｌｓ＞Ｌｔ＞Ｌｕとなる）。このため、その時点の吸気条件で発生しているタンブル流を阻害することなく、安定して第２キャビティ２２へ気流を導入することができる。すなわち、第１外縁稜線部２０ａと境界稜線部２０ｂとの高さの差が、周方向に沿って一定であれば、第１キャビティ２１から第２キャビティ２２へ流入する気体が持つ運動エネルギの増加を、全方向において一定にすることができ、第２キャビティ２２への安定した気流の導入が可能である。
【００３３】
また、第２キャビティ２２内においても、最深部２２ｂへ向かう気体の流れが持つ運動エネルギの増加が全方向において一定となる。例えば、図１に示す矢印ｖ，ｗ，ｘの気流は高低差が同じであるため、運動エネルギの増加も同じである（ただし、各気流ｖ，ｗ，ｘの移動距離Ｌｖ，Ｌｗ，Ｌｘは、Ｌｖ＜Ｌｗ＜Ｌｘとなる）。このため、第２キャビティ２２内で発生しているタンブル流を安定して維持することができる。
【００３４】
なお、この実施形態では、第２キャビティ２２は、吸気ポート５側でピストン２の頂面２ｂに直接接続されている。このため、第２キャビティ２２の最も浅い位置は、第２キャビティ２２とピストン２の頂面２ｂとの成す第２外縁稜線部２０ｃである。第２外縁稜線部２０ｃも、シリンダ３の軸心ｏ方向に対する高さが全長に亘って一定となっているので、第２外縁稜線部２０ｃ側においても、全方向への気流の運動エネルギの増減は一定である。
【００３５】
図１（ａ）（ｂ）に示す符号２１ａは、第１キャビティ２１内における第１外縁稜線部２０ａに近い第１キャビティ外縁領域部を示し、符号２１ｂは、第２キャビティ２２との境界稜線部２０ｂに近い第１キャビティ境界領域部を示している。また、符号２２ａは第２キャビティ２２内における境界稜線部２０ｂに近い第２キャビティ境界領域部を示し、符号２２ｂは最深部を示し、符号２２ｃは第２外縁稜線部２０ｃに近い第２キャビティ外縁領域部を示している。
【００３６】
第１キャビティ２１の底面は、第１外縁稜線部２０ａから境界稜線部２０ｂに向かって下り勾配で連続している（矢印ｓ，ｔ，ｕ参照）。また、第２キャビティ２２の底面は、境界稜線部２０ｂ及び第２外縁稜線部２０ｃからそれぞれ最深部２２ｂに向かって下り勾配で連続している（矢印ｖ，ｗ，ｘ参照）。この実施形態では、この下り勾配を成す第１キャビティ２１の底面として、第１外縁稜線部２０ａから境界稜線部２０ｂへ向かって徐々に勾配が緩くなる円弧状の滑らかな断面に設定されている。また、第２キャビティ２２の底面も同様に、境界稜線部２０ｂ及び第２外縁稜線部２０ｃから最深部２２ｂへ向かって徐々に勾配が緩くなる円弧状の滑らかな断面に設定されている。
【００３７】
第１キャビティ２１の底面としては、例えば、図１（ｂ）〜（ｄ）に示すように、シリンダ３の軸心ｏに平行な任意の断面において、ピストン２の頂面２ｂの面内に長軸を有する仮想楕円の一部に一致する設定とできる。例として、第２キャビティ２２の交点ｐから第１キャビティ２１の第１外縁稜線部２０ａまでの距離を長軸とする仮想楕円であって、その四半周（９０°）に相当する部分を第１キャビティ２１の底面とすることが考えられる。図中の符号３１は、第１キャビティ２１の底面のラインを示す第１キャビティ仮想楕円を示している。
【００３８】
また、シリンダ３の軸心ｏを含む任意の断面における第１キャビティ２１の底面に対する第１外縁稜線部２０ａでの接線方向は、シリンダの軸心ｏ方向に対して平行に設定されている。第１キャビティ２１のピストン２の周縁部２ｃ（頂面２ｂ）に対する接続部を、シリンダ３の軸心ｏ方向に平行としたことで、ピストン２上で発生している気流を、抵抗なく安定して第１キャビティ２１内へ導入することができる（図２の矢印Ａ及び矢印Ｂ参照）。また、シリンダ３の軸心ｏを含む任意の断面における第２キャビティ２２の底面に対する第２外縁稜線部２０ｃでの接線方向も、シリンダの軸心ｏ方向に対して平行に設定されている。第２キャビティ２２のピストン２の周縁部２ｃ（頂面２ｂ）に対する接続部を、シリンダ３の軸心ｏ方向に平行としたことで、第２キャビティ２２上で発生しているタンブル流に抵抗を生じさせず、タンブル流を第２キャビティ２２上で安定して維持することができる（図２の矢印Ｃ参照）。すなわち、第１キャビティ２１から第２キャビティ２２への気流は最深部２２ｂへ向かいやすくなり、第２キャビティ２２上のタンブル流は安定して集中していく。
【００３９】
ここで、この実施形態では、第１キャビティ２１の底面及び第２キャビティ２２の底面はそれぞれ平面箇所を持たず、その全面が円弧状に湾曲したものとなっている。このため、シリンダ３内の気流が弱い場合等で均質化しにくい運転状態においても、ピストン２の形状的な特徴によって、圧縮行程中にタンブルを再形成し均質化を自立的に促すことができる。
【００４０】
図２は、圧縮行程初期の状態を示している。吸入空気量が少ない場合、圧縮行程初期におけるシリンダ３内の吸気の流れＡに対し、第１キャビティ２１の下り勾配によって第２キャビティ２２へ向かう流れが増幅されて、流れＢが発生する。第２キャビティ２２へ気体が流れ込む際、圧縮行程初期ではさらに運動エネルギが増幅されて、平面視楕円形状の第２キャビティ２２内で流速が加速し、第２キャビティ２２の円弧状の底面に沿った渦Ｃが発生する。図中の符号４１は、渦Ｃの外縁を示している。
【００４１】
第２キャビティ２２で発生した渦Ｃは、圧縮行程中、圧力集中したまま渦Ｃを巻き続け、やがてその渦Ｃは、ピストン２の加速度がマイナスとなる際に、シリンダ３内に反射波として開放され、タンブル流がシリンダ３内全体に再形成される。この状態を図３に示す。図３は、圧縮行程後期の状態を示している。再形成されたタンブル流Ｄは、シリンダ３内全体をその領域としている。また、ピストン２近くの領域では、第１キャビティ２１の下り勾配によって第２キャビティ２２へ向かう流れが増幅されて、流れＢ’が継続して発生しており、第２キャビティ２２内で流速が加速して発生した渦Ｃ’も継続して発生している。図中の符号４２，４３は、それぞれ渦Ｃ’、タンブル流Ｄの外縁を示している。
【００４２】
図４は、吸入空気量が多い場合を示している。吸入空気量が多い場合、圧縮行程初期におけるシリンダ３内の吸気の流れＡ’に対し、第１キャビティ２１において圧縮行程初期の圧力集中と渦Ｅが発生する。吸入空気量が多いので、図２の低吸入空気量時よりも渦は発生しやすい。このとき、圧力集中のポイントは、図２の低吸入空気量時とは異なるものの、排気ポート６側から吸気ポート５側への流れが、第１キャビティ２１の下り勾配によって第２キャビティ２２への流れに増幅されることは同様である（図中矢印Ｂ”参照）。また、第２キャビティ２２内での渦の発生も同様である（図中矢印Ｃ”参照）。図中の符号４４，４５は、それぞれ渦Ｃ”、渦Ｅの外縁を示している。
【００４３】
図４における渦Ｅは、低吸入空気量時と同様に圧縮行程中、圧力集中したまま渦を巻き続け、ピストン２の加速度がマイナスとなる際に、シリンダ３内に反射波として開放される。このとき、シリンダ３内における吸入空気量が多いことから、圧力開放される際に、第２キャビティ２２の深さが深い分、第２キャビティ２２上の気体は第１キャビティ２１上の気体に比べてエネルギが大きくなる。このため、圧力開放される際の渦Ｅの反射波とともに、図５に示すように、第２キャビティ２２からの反射で発生する渦Ｆという相乗効果の渦が発生し、タンブル流Ｇがシリンダ全体に再形成される。図中の符号４６は、その再形成されたタンブル流Ｇの外縁を示している。
【００４４】
このように、この発明では、第１キャビティ２１と第２キャビティ２２からなる２段のキャビティ２０を採用することで、従来は、ピストン２の隅で滞留していた気体を、キャビティ２０の効果でタンブル流を再形成する要素として用いることができる。これにより、吸入空気量が少ない場合においてもタンブル流の強化が図れることに加え、ピストン２の外縁部付近における気体の滞留抑制の効果も期待でき、シリンダ３内の均質化を図ることができる。
【００４５】
上記の実施形態では、第１キャビティ２１内に第２キャビティ２２を形成し、特に、第１キャビティ２１を設定する領域の吸気ポート５側の端部が、第２キャビティ２２の吸気ポート５側の端部に一致する配置とした。これを変形して、例えば、第２キャビティ２２をやや排気ポート６側へ寄せて、第２キャビティ２２の周縁全周に亘って第１キャビティ２１が位置するようにしてもよい。この場合、第２キャビティ２２の周縁全周の縁が、境界稜線部２０ｂを成すものとなる。
【００４６】
また、キャビティ２０の他の形態として、第１キャビティ２１と第２キャビティ２２とを隣接して形成し、その領域が互いに接するようにしてもよい。この場合も、第２キャビティ２２と第１キャビティ２１とが接する部分の境が、境界稜線部２０ｂを成すものとなる。
【００４７】
さらに、上記の実施形態では、第２キャビティ２２を平面視楕円形状としたが、ここでいう楕円形状とは数学的幾何学的に定義される完全な楕円には限定されず、数学的に定義される楕円の外形の一部を、その外形に沿う滑らかな円弧状のラインで外側へ拡大あるいは内側へ縮小した平面視楕円形状であってもよい。また、図１に示す第２キャビティ２２の平面視楕円形状は、長軸を挟んで吸気ポート５側の第２外縁稜線部２０ｃを構成する楕円と、排気ポート６側の境界稜線部２０ｂを構成する楕円が、互いに異なる諸元からなる組み合わせとなっている（境界稜線部２０ｂと第２外縁稜線部２０ｃの高さが異なるため）が、このような異なる諸元の楕円を組みあわせた形状も、平面視楕円形状である。
【００４８】
また、第２キャビティ２２を平面視オーバル形状としてもよい。平面視オーバル形状とは、楕円のほか、幾何学的な卵形、長円、陸上トラックのように二つの等しい長さの平行線と二つの半円形からなる角丸長方形等を含み、いずれも微分可能な滑らかな線で構成される長手状の形状で定義される。
【符号の説明】
【００４９】
１  シリンダブロック
２  ピストン
２ａ  外周面
２ｂ  頂面
２ｃ  周縁部
３  シリンダ
４  点火プラグ
５  吸気ポート
６  排気ポート
７  吸気バルブ
８  排気バルブ
９  燃料噴射弁
１０  エンジン
２０  キャビティ
２０ａ  第１外縁稜線部
２０ｂ  境界稜線部
２０ｃ  第２外縁稜線部
２１  第１キャビティ
２２  第２キャビティ
２２ｂ  最深部
ｏ  シリンダの軸心
ｐ  交点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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