(57)【要約】吸気弁の軸線が傾斜しており、かつ、吸気弁のカサ部の下面のうち少なくともクランク軸線に近い側の一部の領域とピストンの冠面との隙間が、クランク軸線に近づくほど広がっている。吸気弁と該吸気弁とクランク軸線を挟んで対向する排気弁との間に位置するシリンダヘッドの下面と、上死点にあるピストンの冠面との間の最小隙間をＧ１、吸気弁および排気弁の双方が開弁するバルブオーバラップ期間の中央時点における吸気弁のカサ部の下面とピストンの冠面との隙間のうち、最もクランク軸線に近い位置の隙間をＧ２としたとき、Ｇ２＞Ｇ１の関係が成立する。
2014030319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の気筒を有するシリンダブロックと、前記気筒を気筒軸線方向の一方側から覆うシリンダヘッドと、前記気筒に往復動可能に挿入されたピストンと、クランク軸線を挟んだ２領域のうちの一方側に１気筒あたり２つ設けられた吸気弁と、クランク軸線を挟んだ２領域のうちの他方側に１気筒あたり２つ設けられた排気弁とを備え、少なくとも低負荷域において圧縮自己着火が行われるエンジンに適用される燃焼室構造であって、
前記気筒の幾何学的圧縮比が１５以上に設定され、
前記ピストンの冠面の中央部にキャビティが形成され、
気筒軸線方向視において、前記各吸気弁のカサ部の一部が前記キャビティとオーバラップされており、
前記ピストンの冠面に、前記各吸気弁のカサ部とピストンとの干渉を防止するためのバルブリセスが、前記キャビティに連なるように形成され、
クランク軸線方向視において、前記吸気弁の軸線が、前記カサ部から離れるにしたがって気筒軸線から離間するように傾斜しており、かつ、前記カサ部の下面のうち少なくとも前記クランク軸線に近い側の一部の領域と前記ピストンの冠面との隙間が、前記クランク軸線に近づくほど広がっており、
前記吸気弁と該吸気弁とクランク軸線を挟んで対向する排気弁との間に位置する前記シリンダヘッドの下面と、上死点にある前記ピストンの冠面との間の最小隙間をＧ１、前記吸気弁および排気弁の双方が開弁するバルブオーバラップ期間の中央時点における前記吸気弁のカサ部の下面とピストンの冠面との隙間のうち、最もクランク軸線に近い位置の隙間をＧ２としたとき、Ｇ２＞Ｇ１の関係が成立する、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項２】
請求項１において、
前記バルブリセスは、前記２つの吸気弁に対応して個別に設けられた第１バルブリセスおよび第２バルブリセスであり、該第１、第２バルブリセスの間に位置するピストン冠面の周縁部に、両バルブリセスの底面よりも高さが高くされた平坦面が形成されている、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項３】
請求項１または２において、
気筒軸線と吸気弁のカサ部中心とを結ぶ仮想線と直交しかつ前記吸気弁の軸線と平行な任意の断面によって前記カサ部を切断することを想定した場合の各断面位置をＳｉ、断面位置Ｓｉにおける吸気弁のカーテンエリア面積をＳｉ＾１、断面位置Ｓｉにおける前記カサ部下方の隙間面積をＳｉ＾２としたとき、Ｓｉ＾２≧Ｓｉ＾１の関係が成立する、ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
ここに、「断面位置Ｓｉにおけるカーテンエリア面積Ｓｉ＾１」とは、前記バルブオーバラップ期間の中央時点におけるバルブシート面とこれに着座される前記カサ部との間の最短距離と、前記断面位置Ｓｉよりも気筒軸線から遠い側の領域と前記カサ部の第３象限および第４象限との重複部分の周方向の長さとによって画定される面積のことであり、
「断面位置Ｓｉにおけるカサ部下方の隙間面積」とは、前記オーバラップ期間の中央時点において前記カサ部を断面位置Ｓｉで切断した場合のカサ部の切断面の底辺の長さと、該底辺からこれに対向するピストン冠面までの離間距離とによって画定される面積のことであり、
「カサ部の第３象限」とは、気筒軸線方向視で、前記吸気弁のカサ部中心を通りかつクランク軸線と直交するＸ軸と、前記吸気弁のカサ部中心を通りかつクランク軸線と平行なＹ軸とによって前記カサ部を４つの領域に分けた場合に、気筒軸線から最も遠くに位置する領域のことであり、
「カサ部の第４象限」とは、前記第３象限に対し前記Ｘ軸方向に隣接する領域のことである。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
前記ピストン冠面のうち前記バルブリセスおよび前記キャビティを除いた殆どの部分が、気筒軸線と直交する面に沿って拡がる平坦面とされ、
前記シリンダヘッド下面のうち前記ピストン冠面の前記平坦面に対向する部分が、気筒軸線と直交する面に沿って拡がる平坦面とされている、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項５】
請求項４において、
前記バルブリセスの底面は、前記吸気弁のカサ部中心に対応する境界位置よりもクランク軸線から遠い側の領域に、クランク軸線から離れるにつれて徐々に高さが低くなる傾斜面を有し、
前記吸気弁のカサ部の下面と前記バルブリセスの傾斜面とが平行に設定されている、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項６】
請求項５において、
前記バルブリセスは、前記吸気弁のカサ部中心に対応する境界位置において、前記ピストン冠面の平坦面と段差なく連なっている、ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項７】
請求項４において、
前記ピストン冠面のうち、前記吸気弁と該吸気弁とクランク軸線を挟んで対向する排気弁との間に位置するシリンダヘッドの下面に対向する部分が平坦面とされ、前記バルブリセスの底面は、当該平坦面よりも全体的に高さが低くされている、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、
前記２つの吸気弁の間に点火プラグが配設されている、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項９】
請求項８において、
前記２つの排気弁の間にも点火プラグが配設されている、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項１０】
請求項９において、
前記ピストン冠面のうち、前記２つの吸気弁の間に配設された点火プラグの下方と、前記２つの排気弁の間に配設された点火プラグの下方とに、前記キャビティに連なる凹部がそれぞれ形成されている、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮自己着火を行うようにしたエンジンの燃焼室構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンを主成分とする燃料を用いるエンジンにあっては、点火プラグを用いて混合気を強制的に着火させる火花点火方式を採用するのが一般的である。一方、最近では、燃費の大幅な向上を目指すために、ガソリンを主成分とする燃料を用いつつ、エンジンの幾何学的圧縮比を１５以上の高圧縮比とすることにより、混合気を圧縮自己着火（予混合圧縮自己着火）させることが提案されている。【０００３】
下記特許文献１には、圧縮自己着火式のエンジンではないものの、幾何学的圧縮比を１３以上の高圧縮比とした火花点火式のエンジンが開示されており、その燃焼室として、ペントルーフ型の燃焼室が採用されている。そして、吸気弁の往復直線運動方向と平行で、かつ吸気弁のカサ部を通過する互いに平行な複数の仮想切断面における燃焼室の各断面積をＳｉ１とし、上記カサ部とバルブシートとの間の有効開口面積（カーテンエリア面積）をＳｉ２としたとき、吸気弁と排気弁とが開弁されるバルブオーバラップ期間の中央時点において、いずれの仮想切断面でもＳｉ１≧Ｓｉ２となるように、燃焼室等の各部の形状が設定されている。これにより、カサ部の周縁部から燃焼室に供給された吸気がカサ部の下面をスムーズに通過できるので、掃気性および充填効率を向上させることができる。【０００４】
下記特許文献２には、２サイクルのディーゼルエンジンにおいて、吸気弁の軸線を気筒軸線に対して傾斜させる等により、吸気弁からの吸気がシリンダ内壁面に沿って流れるループ流を形成するようにしたものが開示されている。【０００５】
ところで、圧縮自己着火を行うためには気筒内にできるだけ均質な混合気を形成することが好ましく、そのためには、燃料噴射弁を気筒の中央に配置して、当該燃料噴射弁から気筒内の全体に均一に燃料を噴射させることが好ましい。【０００６】
しかしながら、上述のように幾何学的圧縮比が極めて大きいエンジンの気筒内に十分な量の均質な混合気を形成することは容易ではない。その理由は、幾何学的圧縮比が高いエンジンでは、ピストンの上死点位置およびその付近において、シリンダヘッド下面とピストン冠面との間の隙間が極めて小さくなり、吸気弁と排気弁とが共に開弁するオーバラップ期間中での掃気性が悪化するからである。とりわけ、ピストン冠面にキャビティが設けられている場合には、このキャビティ内の掃気が不十分となり、キャビティ内に十分な吸気を供給することが難しくなる。このことは、充填効率の低下、ひいては出力低下を招く大きな要因となってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１６２１５４号公報
【特許文献２】特開平０５−１１３１２０号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、幾何学的圧縮比が１５以上の高圧縮比エンジンにおいて、ピストン冠面の中央部に形成されたキャビティ内を十分に掃気できるようにした燃焼室構造を提供することにある。
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明では、燃焼室に供給される吸気、特に、気筒軸線から遠い側の吸気弁のカサ部周縁から燃焼室に供給される吸気を、キャビティ内にスムーズに導入することを企図して、次のような燃焼室構造を採用した。
【００１０】
すなわち、本発明の燃焼室構造は、１つ以上の気筒を有するシリンダブロックと、前記気筒を気筒軸線方向の一方側から覆うシリンダヘッドと、前記気筒に往復動可能に挿入されたピストンと、クランク軸線を挟んだ２領域のうちの一方側に１気筒あたり２つ設けられた吸気弁と、クランク軸線を挟んだ２領域のうちの他方側に１気筒あたり２つ設けられた排気弁とを備え、少なくとも低負荷域において圧縮自己着火が行われるエンジンに適用される。前記気筒の幾何学的圧縮比は１５以上に設定され、前記ピストンの冠面の中央部にはキャビティが形成されている。気筒軸線方向視において、前記各吸気弁のカサ部の一部が前記キャビティとオーバラップされている。前記ピストンの冠面には、前記各吸気弁のカサ部とピストンとの干渉を防止するためのバルブリセスが、前記キャビティに連なるように形成されている。クランク軸線方向視において、前記吸気弁の軸線が、前記カサ部から離れるにしたがって気筒軸線から離間するように傾斜しており、かつ、前記カサ部の下面のうち少なくとも前記クランク軸線に近い側の一部の領域と前記ピストンの冠面との隙間が、前記クランク軸線に近づくほど広がっている。前記吸気弁と該吸気弁とクランク軸線を挟んで対向する排気弁との間に位置する前記シリンダヘッドの下面と、上死点にある前記ピストンの冠面との間の最小隙間をＧ１、前記吸気弁および排気弁の双方が開弁するバルブオーバラップ期間の中央時点における前記吸気弁のカサ部の下面とピストンの冠面との隙間のうち、最もクランク軸線に近い位置の隙間をＧ２としたとき、Ｇ２＞Ｇ１の関係が成立する。
【００１１】
本発明によれば、圧縮自己着火を行う高圧縮比エンジンにおいて、キャビティ内の掃気を十分に行うことにより、充填効率を効果的に向上させることができる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の燃焼室構造が適用されるエンジンの具体例を示す概略断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態を示すもので、１つの気筒を気筒軸線方向の一方側（上方側）からみた概略平面図。
【図３】第１の実施形態で用いられるピストンの具体的形状を示す斜視図。
【図４】図３のピストンをクランク軸方向の一方側から見た側面図。
【図５】図３のピストンを上方から見た平面図。
【図６】吸・排気弁とキャビティとの位置関係を示す概略平面図。
【図７】図２のVII−VII線相当断面図。
【図８】図２のVIII−VIII線相当断面図。
【図９】図５のIX−IX線相当断面図。
【図１０】図５のX−X線相当断面図。
【図１１】図２のXI−XI線相当断面図。
【図１２】吸・排気弁のオーバラップ期間の設定例を示す特性図。
【図１３】吸気弁のカーテンエリア面積と吸気弁のカサ部下方の隙間面積とを規定するための仮想切断面の位置（切断位置）を示す平面図。
【図１４】カーテンエリア面積とカサ部下方の隙間面積とを同時に示す断面斜視図。
【図１５】カーテンエリア面積とカサ部下方の隙間面積との具体的な設定例を示す特性図。
【図１６】断面位置Ｓ−１２でのカーテンエリア面積の範囲を示す要部平面図。
【図１７】断面位置Ｓ−８でのカーテンエリア面積の範囲を示す要部平面図。
【図１８】断面位置Ｓ−４でのカーテンエリア面積の範囲を示す要部平面図。
【図１９】断面位置Ｓ０でのカーテンエリア面積の範囲を示す要部平面図。
【図２０】断面位置Ｓ４でのカーテンエリア面積の範囲を示す要部平面図。
【図２１】断面位置Ｓ８でのカーテンエリア面積の範囲を示す要部平面図。
【図２２】断面位置Ｓ０でのカサ部下方の隙間面積を示す要部断面図。
【図２３】断面位置Ｓ８でのカサ部下方の隙間面積を示す要部断面図。
【図２４】第２の実施形態で用いられるピストンを示すもので、図５に対応した平面図。
【図２５】第２の実施形態で用いられるピストンを示すもので、図３に対応した斜視図。
【図２６】第２の実施形態を示すもので、図１１に対応した断面図。
【図２７】第３の実施形態で用いられるピストンを示すもので、図５に対応した平面図。
【図２８】第３の実施形態を示すもので、図１１に対応した断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態にかかる燃焼室構造が適用されたエンジンの概略構成を示す図である。本図に示されるエンジンは、自動車に搭載される直列多気筒型のガソリンエンジンであり、紙面に直交する方向に並ぶ複数の気筒５（図１にはそのうちの１つのみを示す）を有するシリンダブロック２０と、各気筒５を上面から覆うようにシリンダブロック２０に取り付けられるシリンダヘッド３０と、各気筒５に往復動可能に挿入されたピストン１０とを有している。ピストン１０の上方には、ピストン１０の上下位置によって容積が変化する燃焼室が形成されている。ピストン１０は、コネクティングロッド８を介してクランク軸９と連結されており、ピストン１０の往復動に応じてクランク軸９が軸回りに回転する。
【００１４】
各気筒５の幾何学的圧縮比、つまりピストン１０が上死点にあるときの燃焼室容積とピストン１０が下死点にあるときの燃焼室容積との比は、１５以上に設定されている。幾何学的圧縮比は１５以上であれば適宜の値をとり得るが、より好ましい値として、例えば幾何学的圧縮比を１８とすることができる。
【００１５】
図２は、１つの気筒５を平面的に示した図である。この図２および先の図１において、符号Ｊは、気筒５の中心線である気筒軸線を示し、符号Ｋは、クランク軸９の中心線であるクランク軸線を示す。気筒軸線Ｊとクランク軸線Ｋとは、互いに直交している。
【００１６】
シリンダヘッド３０には、１つの気筒５につき、２つの吸気弁１Ａ，１Ｂおよび２つの排気弁２Ａ，２Ｂが配設されている。吸気弁１Ａ，１Ｂは、シリンダヘッド３０に設けられた吸気ポート６を閉止可能な円板状のカサ部１ａと、カサ部１ａから上方に延びる弁軸１ｂとをそれぞれ有している。同様に、排気弁２Ａ，２Ｂは、シリンダヘッド３０に設けられた排気ポート７を閉止可能な円板状のカサ部２ａと、カサ部２ａから上方に延びる弁軸２ｂとをそれぞれ有している。
【００１７】
気筒軸線Ｊの一方側（上方側）から見たとき、吸気弁１Ａ，１Ｂは、クランク軸線Ｋによって気筒５を２分割した場合の一方側（図１の左側）の領域においてクランク軸線Ｋに沿って並ぶように配設されている。同様に、排気弁２Ａ，２Ｂは、クランク軸線Ｋによって気筒５を２分割した場合の他方側（図１の右側）の領域においてクランク軸線Ｋに沿って並ぶように配設されている。吸気弁１Ａは、クランク軸線Ｋを挟んで排気弁２Ａと対向しており、吸気弁１Ｂは、クランク軸線Ｋを挟んで排気弁２Ｂと対向している。
【００１８】
図１２に示すように、吸気弁１Ａ，１Ｂと排気弁２Ａ，２Ｂとは、圧縮上死点を挟んだ所定のオーバラップ期間Ｔにわたって同時に開弁される。このように吸・排気弁の双方が開弁するオーバラップ期間Ｔを設ける一つの理由は、燃焼室からの既燃ガスの排出（つまり掃気）のためである。なお、図中の符号Ｔｃは、オーバラップ期間Ｔの中央時点を示している。図１２の例では、このオーバラップ期間の中央時点Ｔｃが、ピストンの上死点よりも若干進角側に設定されている。
【００１９】
シリンダヘッド３０には、１つの気筒５につき、１つの燃料噴射弁３および２つの点火プラグ（第１、第２点火プラグ）４Ａ，４Ｂが配設されている。燃料噴射弁３は、各気筒５において、気筒軸線Ｊと一致する方向に延びるように配設されている。第１点火プラグ４Ａは、各気筒５において２つの吸気弁１Ａ，１Ｂの間に配設されており、第２点火プラグ４Ｂは、各気筒５において２つの排気弁２Ａ，２Ｂの間に配設されている。
【００２０】
燃料噴射弁３からは、通常の火花点火式エンジンと同様に、ガソリンを主成分とする燃料が噴射される。なお、「ガソリンを主成分とする燃料」としているのは、ガソリン以外の副成分が含有された燃料を用いてもよいという趣旨である。つまり、本実施形態のエンジンに用いられる燃料は、ガソリンが１００％の燃料であってもよいし、ガソリン以外にエタノール等の副成分が含有された燃料であってもよい。
【００２１】
以上のようなエンジンにおいては、その低負荷域で、圧縮自己着火による燃焼、より詳しくは、ＨＣＣＩ（Ｈｏｍｏｇｅｎｎｅｏｕｓ−Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ−Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）と呼ばれる予混合圧縮自己着火による燃焼が行われる。
【００２２】
具体的に、圧縮自己着火が行われる低負荷域では、圧縮上死点よりも十分に前の時点で燃料噴射弁３から燃料が噴射される。噴射された燃料は、燃焼室に供給される吸気と混合されながら、ピストン１０の圧縮作用により受熱し、ピストン１０が圧縮上死点付近まで移動した時点で自己着火へと至る。なお、このような圧縮自己着火による燃焼は、Ｇ／Ｆで表されるガス空燃比が２０以上となるリーンな環境下で行われる。ここに、Ｇは新規空気およびＥＧＲガスの合計ガス量（重量）であり、Ｆは燃料量（重量）である。
【００２３】
一方、圧縮自己着火が行われる運転領域を除いた他の運転領域（つまりエンジンの高負荷域）では、点火プラグ４Ａ，４Ｂからの火花点火により混合気を強制的に燃焼させる火花点火燃焼が行われる。具体的に、エンジンの高負荷域では、圧縮上死点の直前に燃料噴射弁３から燃料が噴射されて、その後に、２つの点火プラグ４Ａ，４Ｂからそれぞれ火花点火による着火エネルギーが供給される。このような火花点火を行うときの空燃比は、圧縮自己着火を行うときの空燃比よりも十分にリッチな値、より詳しくは、理論空燃比またはそれに近いリーン空燃比とされる。
【００２４】
なお、火花点火燃焼が行われる運転領域と、圧縮自己着火燃焼が行われる運転領域との境界となる負荷は、エンジン回転数が高まるほど低負荷側に設定される。
【００２５】
図３〜図５は、ピストン１０の形状を示す図である。これらの図に示すように、ピストン１０の冠面（上面）の中央部には、下方（シリンダヘッド３０とは反対側）に凹んだキャビティ１１が形成されている。キャビティ１１は、気筒軸線方向視でほぼ円形とされており、その中央部には、山形の突起部１１ａが形成されている。
【００２６】
ピストン１０の冠面におけるキャビティ１１を除いた部分には、気筒軸線Ｊと直交する面に沿って拡がる平坦面１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが形成されているともに、キャビティ１１よりも浅く凹んだバルブリセス１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂおよび凹部１２Ａ，１２Ｂが形成されている。
【００２７】
具体的に、本実施形態では、吸気弁１Ａ，１Ｂの各カサ部１ａと対向する部分のピストン１０の冠面にバルブリセス１５Ａ，１５Ｂが形成されるとともに、排気弁２Ａ，２Ｂの各カサ部２ａと対向する部分のピストン１０の冠面にバルブリセス１６Ａ，１６Ｂが形成されている。また、第１、第２点火プラグ４Ａ，４Ｂに対向する部分のピストン１０の冠面には、凹部１２Ａ，１２Ｂがキャビティ１１と連なるように形成されている。なお、以下では、上記４つのバルブリセス１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂを区別して指す場合、吸気弁１Ａ用のバルブリセス１５Ａを「第１バルブリセス」、吸気弁１Ｂ用のバルブリセス１５Ｂを「第２バルブリセス」、排気弁２Ａ用のバルブリセス１６Ａを「第３バルブリセス」、排気弁２Ｂ用のバルブリセス１６Ｂを「第４バルブリセス」ということがある。
【００２８】
ピストン１０の冠面のうち、上記キャビティ１１、バルブリセス１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ、および凹部１２Ａ，１２Ｂを除いた部分は、全て平坦面（１０ａ〜１０ｄ）とされている。本実施形態では、吸気弁１Ａ用の第１バルブリセス１５Ａと吸気弁１Ｂ用の第２バルブリセス１５Ｂとの間に位置する平坦面を１０ａ、排気弁２Ａ用の第３バルブリセス１６Ａと排気弁２Ｂ用の第４バルブリセス１６Ｂとの間に位置する平坦面を１０ｂ、吸気弁１Ａ用の第１バルブリセス１５Ａと排気弁２Ａ用の第３バルブリセス１６Ａとの間に位置する平坦面を１０ｃ、吸気弁１Ｂ用の第２バルブリセス１５Ｂと排気弁２Ｂ用の第４バルブリセス１６Ｂとの間に位置する平坦面を１０ｄとしている。これら平坦面１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの高さは、キャビティ１１の底面、バルブリセス１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂの底面、および凹部１２Ａ，１２Ｂの底面のいずれよりも高く、全て同一の高さに設定されている。
【００２９】
図６に示すように、吸気弁１Ａ，１Ｂおよび排気弁２Ａ，２Ｂは、気筒軸線方向視において、そのカサ部１ａ，２ａの一部がピストン１０のキャビティ１１とオーバラップするように配設されている。
【００３０】
図７、図８に示すように、燃料噴射弁３は、キャビティ１１の突起部１１ａの真上に位置するように配設されている。また、図７に示すように、第１点火プラグ４Ａは、その先端（電極部）が凹部１２Ａ内に収容されるように配設され、第２点火プラグ４Ｂは、その先端（電極部）が凹部１２Ｂ内に収容されるように配設されている。
【００３１】
図７、図８に示すように、シリンダヘッド３０の下面のうち、ピストン１０の平坦面１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと対向する面は、気筒軸線Ｊと直交する面に沿って拡がる平坦面とされている。これにより、上死点時のピストンの平坦面１０ａ〜１０ｄとシリンダヘッド３０との隙間が一様に小さくなるので、幾何学的圧縮比の上昇（高圧縮比化）とスキッシュ流（燃焼室の周縁部から中心に向かう流れ）の形成とが促進される。また、上記のように平坦面１０ａ〜１０ｄの上方の燃焼室隙間が小さいことから、ピストン１０が上死点にあるときの燃焼室容積は、その大部分がキャビティ１１によって占められることになる。
【００３２】
図３、図５、図１１において、符号Ｒ１は、吸気弁１Ａ，１Ｂ用の第１、第２バルブリセス１５Ａ、１５Ｂと、これに隣接する平坦面１０ｃ，１０ｄとの境界位置を示している。この境界位置Ｒ１は、吸気弁１Ａ、１Ｂの各カサ部１ａの中心に対応する（気筒軸線方向視でカサ部１ａの中心とほぼ一致する）位置において、クランク軸線Ｋと平行に延びるように設定されている。第１、第２バルブリセス１５Ａ、１５Ｂは、吸気弁１Ａ，１Ｂの各カサ部１ａと対向する部分のピストン１０の冠面のうち、上記境界位置Ｒ１よりもクランク軸線Ｋから遠い側の領域に形成されている。この第１、第２バルブリセス１５Ａ，１５Ｂの底面は、特に図１１に示すように、クランク軸線Ｋから離れるにしたがって徐々に高さが低くなるように傾斜した傾斜面とされている。
【００３３】
境界位置Ｒ１よりもクランク軸線Ｋに近い側のピストン１０の冠面は、上述した平坦面１０ｃ，１０ｄとされている。つまり、第１、第２バルブリセス１５Ａ，１５Ｂは、境界位置Ｒ１において、ピストン１０の平坦面１０ｃ，１０ｄと段差なく連なっている。
【００３４】
上記のような構成は、排気弁２Ａ，２Ｂ用の第３、第４バルブリセス１６Ａ，１６Ｂでも同様である。すなわち、排気弁２Ａ、２Ｂの各カサ部２ａの中心に対応しかつクランク軸線Ｋと平行な境界位置Ｒ２を想定したとき、第３、第４バルブリセス１６Ａ，１６Ｂは、排気弁２Ａ，２Ｂの各カサ部２ａと対向する部分のピストン１０の冠面のうち、上記境界位置Ｒ２よりもクランク軸線Ｋから遠い側の領域に形成されている。この第３、第４バルブリセス１６Ａ，１６Ｂの底面は、クランク軸線Ｋから離れるにしたがって徐々に高さが低くなるように傾斜した傾斜面とされている。
【００３５】
境界位置Ｒ２よりもクランク軸線Ｋに近い側のピストン１０の冠面は、上述した平坦面１０ｃ，１０ｄとされている。つまり、第３、第４バルブリセス１６Ａ，１６Ｂは、境界位置Ｒ２において、ピストン１０の平坦面１０ｃ，１０ｄと段差なく連なっている。
【００３６】
上記のように、本実施形態では、境界位置Ｒ１とＲ２との間に位置するピストン１０の冠面に、クランク軸線Ｋと直交する面に沿って拡がる比較的広い面積の平坦面１０ｃ，１０ｄが形成されている。このような広い面積の平坦面１０ｃ，１０ｄがピストン１０の周縁部に形成されていれば、当該平坦面１０ｃ，１０ｄがピストン１０の上昇時にシリンダヘッド３０に近接することにより、広い範囲で良好なスキッシュ流が得られる。また、平坦面１０ｃ，１０ｄ上を周方向に流れる吸気の流れが起きにくくなるので、吸気弁１Ａ側から排気弁２Ａ側へ向かう吸気の流れが抑制されるとともに、吸気弁１Ｂ側から排気弁２Ｂ側へ向かう吸気の流れが抑制される。
【００３７】
次に、吸気弁１Ａと第１バルブリセス１５Ａとの関係について、図１１を参照しつつ説明する。吸気弁１Ａの弁軸１ｂは、クランク軸線Ｋと直交する平面上に沿って配置されている一方、気筒軸線Ｊに対しては、所定角度θ（ここでは５度）だけ傾斜するように配置されている。具体的に、弁軸１ｂの中心線は、クランク軸線方向視で、吸気弁１Ａのカサ部１ａから離間するにしたがって（上方に向かうにつれて）徐々に気筒軸線Ｊから離間するように傾斜している。図１１では、気筒軸線Ｊと平行な仮想軸線が符号Ｊ１で示され、この仮想軸線Ｊ１と弁軸１ｂの中心線とのなす角度が上記θとして示される。
【００３８】
第１バルブリセス１５Ａの底面の傾斜角度も、上記弁軸１ｂの傾斜角度θに対応した角度とされている。つまり、吸気弁１Ａのカサ部１ａの下面と第１バルブリセス１５Ａの底面とは互いに平行とされている。ただし、第１バルブリセス１５Ａの境界位置Ｒ１が、カサ部１ａの略中心に位置しているので、境界位置Ｒ１よりもクランク軸線Ｋに近い側では、カサ部１ａの下面とピストン１０の平坦面１０ｃとの隙間が、クランク軸線Ｋに近づくほど徐々に広がるように設定されている。つまり、図１１において左端にあたるカサ部１ａの周縁部（図２では特に、後述するカサ部１ａの第３象限Ａの周縁部）から燃焼室に供給された吸気は、カサ部１ａの下面を通過する際、上述した傾斜角度θの設定によって徐々に拡大された上記隙間をスムーズに通過することが可能である。特に、本実施形態では、図５に示すように、第１バルブリセス１５Ａの一部（隣接する第２バルブリセス１５Ｂに近い部分）がキャビティ１１に連なっているため、上記カサ部１ａの下面をスムーズに流れた吸気は、キャビティ１１内に容易に導入される。
【００３９】
また、本実施形態では、第１バルブリセス１５Ａと第３バルブリセス１６Ａとの間に、比較的広い面積の平坦面１０ｃが形成されており、このことがまた、上述したキャビティ１１への吸気の導入を促進する。より具体的に、本実施形態では、吸気弁１Ａと当該吸気弁１Ａとクランク軸線Ｋを挟んで対向する排気弁２Ａとの間に位置するシリンダヘッド３０の下面と、これと対向する上記ピストン１０の平坦面１０ｃとの間の最小隙間が、バルブオーバラップ期間の中央時点Ｔｃにおいて、図１１に示す値Ｇ１とされている。これに対し、同じくバルブオーバラップ期間の中央時点Ｔｃにおける吸気弁１Ａのカサ部１ａの下面と平坦面１０ｃとの隙間の最大値、つまり、カサ部１ａにおける最もクランク軸線Ｋに近い側の周縁部（図１１の右側端部）と平坦面１０ｃとの隙間をＧ２とすると、この最大隙間Ｇ２と上記最小隙間Ｇ１との関係は、Ｇ２＞Ｇ１とされている。これにより、吸気弁１Ａ側から排気弁２Ａ側へ向けて流れる吸気の流れが阻害されるので、上述したキャビティ１１内への吸気の導入がより促進されることになる。
【００４０】
ここで、気筒軸線方向視で見た吸気弁１Ａのカサ部１ａを、仮想的に４つの領域（象限）に分割する。具体的には、図２に示すように、吸気弁１Ａのカサ部１ａの中心を通りかつクランク軸線Ｋと直交する方向をＸ軸、吸気弁１Ａのカサ部１ａの中心を通りかつクランク軸線Ｋと平行に延びる方向をＹ軸とする。このＸ軸とＹ軸とでカサ部１ａを分割してできる４つの領域のうち、気筒軸線Ｊからもっとも離れた領域を第３象限Ａとする。そして、この第３象限Ａに対しＸ軸方向に隣接する領域を第４象限Ｂ、第３象限Ａに対しＹ軸方向に隣接する領域を第２象限Ｃ、第２象限Ｃに対しＸ軸方向に隣接する領域を第１象限Ｄとする。
【００４１】
カサ部１ａの第３象限Ａおよび第４象限Ｂの周縁部から燃焼室に供給された吸気は、上述したしくみ（傾斜角度θの設定による隙間Ｇ２の拡大）によって主にキャビティ１１に向けて流され、図２において矢印αで示すような流れを形成する。一方、図２では、第３、第４象限Ａ、Ｂから排気弁２Ａ側に向けて流れる吸気の流れを矢印βとして示している。ただし、この矢印βで示す吸気の流れは、上述したしくみ（隙間Ｇ１の狭小化）によって阻害されるので、その分、矢印αの方向への流れが強化される。このように、矢印αの方向に流れる吸気の流れが強化されることにより、キャビティ１１内への吸気の導入が促進されて、キャビティ１１内が十分に掃気されることになる。
【００４２】
さらに、本実施形態では、矢印α方向の流れをより強化するために、吸気弁１Ａにつき次のような構成が採用されている。
【００４３】
まず、図１３に示すように、気筒軸線方向視において、気筒軸線Ｊと吸気弁１Ａのカサ部１ａの中心とを結ぶ仮想線Ｚを想定する。また、この仮想線Ｚと直交しかつ吸気弁１の軸線（弁軸１ｂの中心線）と平行な任意の断面に沿ってカサ部１ａを切断することを想定し、その場合の各断面位置をＳｉとする。なお、この断面位置Ｓｉの「ｉ」は、仮想線Ｚ上において、カサ部１ａの中心（バルブセンタ）から気筒軸線Ｊ側への離間距離（ｍｍ）を表している。したがって、上記「ｉ」は、断面位置がバルブセンタを通る場合は０となり、断面位置がバルブセンタから気筒５の径方向外側（シリンダライナ側）に離れている場合はマイナスの数値となり、断面位置がバルブセンタから気筒５の径方向内側（気筒軸線Ｊ側）に離れている場合はプラスの数値となる。図１３には、このような法則に則った断面位置の一例として、Ｓ−１２，Ｓ−８，Ｓ−４，Ｓ０，Ｓ４，Ｓ８を図示している。例えば、Ｓ−１２はバルブセンタから径方向外側に−１２ｍｍ離れた断面位置であり、Ｓ０はバルブセンタを通る断面位置であり、Ｓ８はバルブセンタから径方向内側に８ｍｍ離れた断面位置である。
【００４４】
さらに、本実施形態では、上記任意の断面位置Ｓｉにおける吸気弁１Ａの特性値として、図１４に示すような、カサ部１ａのカーテンエリア面積Ｓｉ＾１と、カサ部１ａの下方の隙間面積Ｓｉ＾２を規定する。例えば、断面位置Ｓ−１２におけるカーテンエリア面積はＳ−１２＾１であり、断面位置Ｓ０におけるカーテンエリア面積はＳ−０＾１であり、断面位置Ｓ８におけるカーテンエリア面積はＳ−８＾１である。また、断面位置Ｓ−１２におけるカサ部１ａ下方の隙間面積はＳ−１２＾２であり、断面位置Ｓ０におけるカサ部１ａ下方の隙間面積はＳ０＾２であり、断面位置Ｓ８におけるカサ部１ａ下方の隙間面積はＳ８＾２である。
【００４５】
ここで、「断面位置Ｓｉにおけるカーテンエリア面積Ｓｉ＾１」とは、図１４および図１６〜図２１に示すように、バルブオーバラップ期間の中央時点Ｔｃにおけるバルブシート面とこれに着座されるカサ部１ａとの間の最短距離ｄ（図１４）と、断面位置Ｓｉに依存して定まる周方向の長さＷ（図１６〜図２１）とによって画定される面積、より詳しくは、上記最短距離ｄを上記周方向の長さＷの範囲にわたって積分した値のことである。また、ここでいう周方向の長さＷとは、断面位置Ｓｉよりも気筒軸線Ｊから遠い側の領域とカサ部１ａの第３象限Ａおよび第４象限Ｂとの重複部分の周縁部の長さに相当するものである。なお、図１６〜図２１では、カーテンエリア面積Ｓｉ＾１を円弧状の白抜き領域として示してある。
【００４６】
一方、「断面位置Ｓｉにおけるカサ部１ａ下方の隙間面積Ｓｉ＾２」とは、図１４に示すように、オーバラップ期間の中央時点Ｔｃにおいてカサ部１ａを断面位置Ｓｉで切断した場合のカサ部１ａの切断面の底辺の長さＬと、当該底辺からこれに対向するピストン１０の冠面までの離間距離ｈとによって画定される面積、より詳しくは、上記離間距離ｈを上記底辺の長さＬの範囲にわたって積分した値のことである。
【００４７】
図１５は、上記カーテンエリア面積Ｓｉ＾１とカサ部１ａ下方の隙間面積Ｓｉ＾２との具体的数値例を示すグラフである。本図に示すように、本実施形態では、Ｓ−１２〜Ｓ８のいずれの断面位置においても、カサ部１ａ下方の隙間面積Ｓｉ＾２の方が、カーテンエリア面積Ｓｉ＾１よりも大きくされており、言い換えると、全ての断面位置Ｓｉにおいて、Ｓｉ＾２≧Ｓｉ＾１の関係が成立している。
【００４８】
なお、上記実施形態のように、カサ部１ａの第３象限Ａおよび第４象限Ｂにのみ着目してカーテンエリア面積Ｓｉ＾１を規定したのは、次のような理由による。カサ部１ａの第３、第４象限Ａ，Ｂ以外の領域、つまりカサ部１ａの第１象限Ｄや第２象限Ｃの周縁部から燃焼室に供給された吸気は、そのほとんどが、カサ部１ａの下方に回り込むことなく、第１、第２象限Ｃ，Ｄの外側の燃焼室隙間を通って、比較的スムーズにキャビティ１１内に導入されるものと考えられる。これに対し、カサ部１ａの第３、第４象限Ａ，Ｂの周縁部から燃焼室に供給された吸気は、カサ部１ａの下方を通らないとスムーズにキャビティ１１内に入り込むことができない。このため、上記第３、第４象限Ａ，Ｂからの吸気をカサ部１ａの下方に容易に回り込ませるために、上記Ｓｉ＾２≧Ｓｉ＾１の関係を満足させるようにしている。
【００４９】
以上、吸気弁１Ａと第１バルブリセス１５Ａとの関係や、吸気弁１Ａのカーテンエリア面積Ｓｉ＾１とカサ部１ａ下方の隙間面積Ｓｉ＾２との関係等について説明したが、このような吸気弁１Ａに関する構成は、もう一方の吸気弁１Ｂについても同様に採用されている。
【００５０】
すなわち、吸気弁１Ｂの軸線は気筒軸線Ｊに対し所定角度θ（ここでは５度）だけ傾斜している。吸気弁１Ｂに対応するバルブリセス１５Ｂの境界位置Ｒ１よりもクランク軸線Ｋに近い側では、カサ部１ａの下面とピストン１０の平坦面１０ｄとの隙間がクランク軸線Ｋに近づくほど徐々に広がるように設定されている。また、当該隙間の最大値（図１１のＧ２相当）は、平坦面１０ｄ上方の最大隙間（図１１のＧ１相当）よりも大きい。さらに、吸気弁１Ｂのカサ部１ａの中心と気筒軸線Ｊとを結ぶ仮想線と直交しかつ吸気弁１Ｂの軸線と平行な任意の断面位置において、吸気弁１Ｂのカサ部１ａ下方の隙間面積（図１４のＳｉ＾２相当）は、カーテンエリア面積（図１４のＳｉ＾１相当）以上の値に設定されている。
【００５１】
また、以上のような吸気弁１Ａ，１Ｂに関する構成は、排気弁２Ａ，２Ｂについても同様に採用されている。
【００５２】
図２４〜図２６は、本発明の第２の実施形態を示している。ここでは、上述した実施形態と同一の構成要素には同一符号を付してその重複した説明は省略する。
【００５３】
第２実施形態では、バルブリセス１５Ａ、１５Ｂ、１６Ａ、１６Ｂのいずれもが、吸・排気弁の各カサ部１ａ，２ａの大部分、より詳しくは、カサ部１ａ，２ａのうちキャビティ１１とのオーバラップ部分を除いた部分を全て収納できるように形成されている。具体的に、各バルブリセス１５Ａ、１５Ｂ、１６Ａ、１６Ｂの底面は全て平坦に形成されており、その高さは、全体的にピストン１０の冠面における平坦面１０ａ〜１０ｄよりもわずかに（例えば１ｍｍ）低くされている。
【００５４】
図２６は、吸気弁１Ａおよびこれに対応した第１バルブリセス１５Ａの断面形状を示している。この図２６から明らかなように、吸気弁１Ａのカサ部１ａは、第１バルブリセス１５Ａを全体的に覆うように配置されており、これらカサ部１ａの下面と第１バルブリセス１５Ａとの隙間は、全体にわたって、クランク軸線Ｋに近づくほど徐々に大きくされている。第１バルブリセス１５Ａと、これよりも排気弁２Ａ側に位置する平坦面１０ｃとの間には、段差Ｐが形成されている。なお、他の吸気弁１Ｂとバルブリセス１５Ｂとの関係や、排気弁２Ａ、２Ｂとバルブリセス１６Ａ、１６Ｂとの関係も、これと同様に設定されている。
【００５５】
このような構成によれば、平坦面１０ｃ（１０ｄ）上を通って排気弁２Ａ，２Ｂ側に向かう吸気の流れが、段差Ｐによって阻害されるので、キャビティ１１内への吸気の導入がより促進される。また、バルブリセス１５Ａ（１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ）の形成が容易になる。
【００５６】
図２７、図２８は、本発明の第３の実施形態（上記第２実施形態の変形例）を示している。この第３実施形態では、図２４〜図２６に示した第２実施形態と同様、各バルブリセス１５Ａ、１５Ｂ、１６Ａ、１６Ｂの底面の高さが、全体的に、ピストン１０の平坦面１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄよりも低く設定されている。ただし、第３実施形態では、上記第２実施形態とは異なり、バルブリセス１５Ａ、１５Ｂ、１６Ａ、１６Ｂの底面の一部が傾斜面とされている。
【００５７】
具体的に、バルブリセス１５Ａ（１５Ｂ、１６Ａ、１６Ｂ）の底面は、カサ部１ａの中心に対応する境界位置Ｒ１’（Ｒ２’，Ｒ３’，Ｒ４’）を境に、平坦面と傾斜面とに分割されている。例えば、バルブリセス１５Ａについていえば、図２８に示すように、境界位置Ｒ１’よりもクランク軸線Ｋから遠い側の領域に、クランク軸線Ｋから離れるほど高さが低くなる傾斜面が形成されている。これに対し、境界位置Ｒ１’よりもクランク軸線Ｋに近い側の領域は、平坦面とされている。このバルブリセス１５Ａの平坦面とこれよりも排気弁２Ａ側に位置するピストン１０の平坦面１０ｃとの間には、段差Ｐが形成されている。
【００５８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。
【００５９】
例えば、吸気弁１Ａ，１Ｂの軸線（弁軸１ｂの中心線）のみを気筒軸線Ｊに対し傾斜させる一方、排気弁２の軸線については気筒軸線Ｊと平行に設定してもよい。これにより、よりフラットな形状の燃焼室を得ることができる。また、吸気弁１Ａ，１Ｂの軸線を、気筒軸線方向視で吸気弁１のカサ部１ａの中心と気筒軸線Ｊとを結んだ仮想線の方向（図２４において矢印δで示す方向）に傾斜させてもよい。この場合、バルブリセス１５Ａ，１５ｂの底面は、気筒５の径方向外側に向かうほど高さが低くなるように形成される。
【００６０】
また、上記実施形態では、自動車に搭載される直列多気筒エンジン（クランク軸線Ｋに沿って複数の気筒５が配列されたエンジン）に本発明の燃焼室構造を適用した例について説明したが、本発明の燃焼室構造は、自動車用エンジンに限らず、適宜の用途のエンジンに採用することができる。また、エンジンの気筒数および気筒の配列形式についても特に限定されない。したがって、例えばＶ型多気筒エンジンや単気筒エンジンなど、適宜の形式のエンジンに本発明の燃焼室構造を適用することができる。
【００６１】
また、上記実施形態では、低負荷域においてのみ圧縮自己着火を行うエンジンに本発明の燃焼室構造を適用した例について説明したが、本発明の燃焼室構造は、低負荷域以外の運転領域でも圧縮自己着火を行うことが可能なエンジン、例えば負荷方向の全域で圧縮自己着火が可能なエンジンに対しても、好適に適用することができる。
【００６２】
＜実施形態のまとめ＞
最後に、上記実施形態の中で開示された特徴的な構成およびそれに基づく作用効果についてまとめて説明する。
【００６３】
上記実施形態の燃焼室構造は、１つ以上の気筒を有するシリンダブロックと、前記気筒を気筒軸線方向の一方側から覆うシリンダヘッドと、前記気筒に往復動可能に挿入されたピストンと、クランク軸線を挟んだ２領域のうちの一方側に１気筒あたり２つ設けられた吸気弁と、クランク軸線を挟んだ２領域のうちの他方側に１気筒あたり２つ設けられた排気弁とを備え、少なくとも低負荷域において圧縮自己着火が行われるエンジンに適用される。前記気筒の幾何学的圧縮比は１５以上に設定され、前記ピストンの冠面の中央部にはキャビティが形成されている。気筒軸線方向視において、前記各吸気弁のカサ部の一部が前記キャビティとオーバラップされている。前記ピストンの冠面には、前記各吸気弁のカサ部とピストンとの干渉を防止するためのバルブリセスが、前記キャビティに連なるように形成されている。クランク軸線方向視において、前記吸気弁の軸線が、前記カサ部から離れるにしたがって気筒軸線から離間するように傾斜しており、かつ、前記カサ部の下面のうち少なくとも前記クランク軸線に近い側の一部の領域と前記ピストンの冠面との隙間が、前記クランク軸線に近づくほど広がっている。前記吸気弁と該吸気弁とクランク軸線を挟んで対向する排気弁との間に位置する前記シリンダヘッドの下面と、上死点にある前記ピストンの冠面との間の最小隙間をＧ１、前記吸気弁および排気弁の双方が開弁するバルブオーバラップ期間の中央時点における前記吸気弁のカサ部の下面とピストンの冠面との隙間のうち、最もクランク軸線に近い位置の隙間をＧ２としたとき、Ｇ２＞Ｇ１の関係が成立する。
【００６４】
この構成によれば、吸気弁のカサ部のうち気筒軸線から遠い側の領域の周縁部から燃焼室に供給された吸気が、傾斜している吸気弁のカサ部の下方を通ってキャビティ内に導入されるので、キャビティ内への吸気の導入を促進することができ、キャビティ内の掃気を十分に行うことができる。
【００６５】
前記燃焼室構造において、好ましくは、前記バルブリセスは、前記２つの吸気弁に対応して個別に設けられた第１バルブリセスおよび第２バルブリセスであり、該第１、第２バルブリセスの間に位置するピストン冠面の周縁部に、両バルブリセスの底面よりも高さが高くされた平坦面が形成されている。
【００６６】
この構成によれば、幾何学的圧縮比の上昇（高圧縮比化）を十分に図りながら、キャビティ内の掃気をより促進することができる。
【００６７】
前記燃焼室構造において、好ましくは、気筒軸線と吸気弁のカサ部中心とを結ぶ仮想線と直交しかつ前記吸気弁の軸線と平行な任意の断面によって前記カサ部を切断することを想定した場合の各断面位置をＳｉ、断面位置Ｓｉにおける吸気弁のカーテンエリア面積をＳｉ＾１、断面位置Ｓｉにおける前記カサ部下方の隙間面積をＳｉ＾２としたとき、Ｓｉ＾２≧Ｓｉ＾１の関係が成立する。ここに、「断面位置Ｓｉにおけるカーテンエリア面積Ｓｉ＾１」とは、前記バルブオーバラップ期間の中央時点におけるバルブシート面とこれに着座される前記カサ部との間の最短距離と、前記断面位置Ｓｉよりも気筒軸線から遠い側の領域と前記カサ部の第３象限および第４象限との重複部分の周方向の長さとによって画定される面積のことであり、「断面位置Ｓｉにおけるカサ部下方の隙間面積」とは、前記オーバラップ期間の中央時点において前記カサ部を断面位置Ｓｉで切断した場合のカサ部の切断面の底辺の長さと、該底辺からこれに対向するピストン冠面までの離間距離とによって画定される面積のことであり、「カサ部の第３象限」とは、気筒軸線方向視で、前記吸気弁のカサ部中心を通りかつクランク軸線と直交するＸ軸と、前記吸気弁のカサ部中心を通りかつクランク軸線と平行なＹ軸とによって前記カサ部を４つの領域に分けた場合に、気筒軸線から最も遠くに位置する領域のことであり、「カサ部の第４象限」とは、前記第３象限に対し前記Ｘ軸方向に隣接する領域のことである。
【００６８】
この構成によれば、吸気弁のカサ部の周縁部から燃焼室に供給された吸気が、カサ部の下面を通過するときに大きな抵抗を受けることなく、スムーズにキャビティへと流れるので、上述したキャビティ内の掃気をより促進することができる。
【００６９】
前記燃焼室構造において、好ましくは、前記ピストン冠面のうち前記バルブリセスおよび前記キャビティを除いた殆どの部分が、気筒軸線と直交する面に沿って拡がる平坦面とされ、前記シリンダヘッド下面のうち前記ピストン冠面の前記平坦面に対向する部分が、気筒軸線と直交する面に沿って拡がる平坦面とされる。
【００７０】
この構成によれば、ピストンの周縁部の大部分に大きな面積の平坦面を確保することができるので、均一なスキッシュ流を形成することができ、均一な燃焼を実現することができる。
【００７１】
前記構成において、より好ましくは、前記バルブリセスの底面は、前記吸気弁のカサ部中心に対応する境界位置よりもクランク軸線から遠い側の領域に、クランク軸線から離れるにつれて徐々に高さが低くなる傾斜面を有し、前記吸気弁のカサ部の下面と前記バルブリセスの傾斜面とが平行に設定されている。
【００７２】
この構成では、バルブリセスの底面の少なくとも一部が、吸気弁のカサ部の下面と平行な傾斜面となる。このことは、高い幾何学的圧縮比を得る上で好ましいものとなる。
【００７３】
前記構成において、より好ましくは、前記バルブリセスは、前記吸気弁のカサ部中心に対応する境界位置において、前記ピストン冠面の平坦面と段差なく連なっている。
【００７４】
このような構成は、スキッシュエリアを十分に確保する上で、また高い幾何学的圧縮比を得る上で好ましいものとなる。
【００７５】
前記構成とは別の態様として、前記ピストン冠面のうち、前記吸気弁と該吸気弁とクランク軸線を挟んで対向する排気弁との間に位置するシリンダヘッドの下面に対向する部分が平坦面とされ、前記バルブリセスの底面は、当該平坦面よりも全体的に高さが低くされていてもよい。
【００７６】
この構成によれば、バルブリセスと平坦面との間に段差ができるので、吸気弁のカサ部周縁から燃焼室に供給された吸気がそのまま排気弁側へと流れる事態を効果的に抑制することができる。
【００７７】
前記燃焼室構造において、好ましくは、前記２つの吸気弁の間に点火プラグが配設される。
【００７８】
このように、２つの吸気弁の間に点火プラグを配置した場合には、例えばエンジンの高負荷域で火花点火による強制燃焼を行う場合に、燃焼速度を速めることができる。
【００７９】
前記構成において、より好ましくは、前記２つの排気弁の間にも点火プラグが配設される。
【００８０】
この構成によれば、上述した火花点火燃焼時の燃焼速度をより速くすることができる。
【００８１】
前記構成において、より好ましくは、前記ピストン冠面のうち、前記２つの吸気弁の間に配設された点火プラグの下方と、前記２つの排気弁の間に配設された点火プラグの下方とに、前記キャビティに連なる凹部がそれぞれ形成される。
【００８２】
この構成によれば、２つの吸気弁のカサ部周縁から燃焼室に供給される吸気が、点火プラグ用の凹部を通じてキャビティ内に導入されやすくなり、上述したキャビティ内の掃気をより促進することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、例えば自動車用エンジンの分野で特に好適に利用することができる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2014030319.tif 000028
【図２７】
2014030319.tif 000029
【図２８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月11日(2014.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の気筒を有するシリンダブロックと、前記気筒を気筒軸線方向の一方側から覆うシリンダヘッドと、前記気筒に往復動可能に挿入されたピストンと、クランク軸線を挟んだ２領域のうちの一方側に１気筒あたり２つ設けられた吸気弁と、クランク軸線を挟んだ２領域のうちの他方側に１気筒あたり２つ設けられた排気弁とを備え、少なくとも低負荷域において圧縮自己着火が行われるエンジンに適用される燃焼室構造であって、
前記気筒の幾何学的圧縮比が１５以上に設定され、
前記ピストンの冠面の中央部にキャビティが形成され、
気筒軸線方向視において、前記各吸気弁のカサ部の一部が前記キャビティとオーバラップされており、
前記ピストンの冠面に、前記各吸気弁のカサ部とピストンとの干渉を防止するためのバルブリセスが、前記キャビティに連なるように形成され、
クランク軸線方向視において、前記吸気弁の軸線が、前記カサ部から離れるにしたがって気筒軸線から離間するように傾斜しており、かつ、前記カサ部の下面のうち少なくとも前記クランク軸線に近い側の一部の領域と前記ピストンの冠面との隙間が、前記クランク軸線に近づくほど広がっており、
前記吸気弁と該吸気弁とクランク軸線を挟んで対向する排気弁との間に位置する前記シリンダヘッドの下面と、上死点にある前記ピストンの冠面との間の最小隙間をＧ１、前記吸気弁および排気弁の双方が開弁するバルブオーバラップ期間の中央時点における前記吸気弁のカサ部の下面とピストンの冠面との隙間のうち、最もクランク軸線に近い位置の隙間をＧ２としたとき、Ｇ２＞Ｇ１の関係が成立する、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項２】
請求項１において、
前記バルブリセスは、前記２つの吸気弁に対応して個別に設けられた第１バルブリセスおよび第２バルブリセスであり、該第１、第２バルブリセスの間に位置するピストン冠面の周縁部に、両バルブリセスの底面よりも高さが高くされた平坦面が形成されている、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項３】
請求項１または２において、
気筒軸線と吸気弁のカサ部中心とを結ぶ仮想線と直交しかつ前記吸気弁の軸線と平行な任意の断面によって前記カサ部を切断することを想定した場合の各断面位置をＳｉ、断面位置Ｓｉにおける吸気弁のカーテンエリア面積をＳｉ＾１、断面位置Ｓｉにおける前記カサ部下方の隙間面積をＳｉ＾２としたとき、Ｓｉ＾２≧Ｓｉ＾１の関係が成立する、ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
ここに、「断面位置Ｓｉにおけるカーテンエリア面積Ｓｉ＾１」とは、前記バルブオーバラップ期間の中央時点におけるバルブシート面とこれに着座される前記カサ部との間の最短距離と、前記断面位置Ｓｉよりも気筒軸線から遠い側の領域と前記カサ部の第３象限および第４象限との重複部分の周方向の長さとによって画定される面積のことであり、
「断面位置Ｓｉにおけるカサ部下方の隙間面積Ｓｉ＾２」とは、前記オーバラップ期間の中央時点において前記カサ部を断面位置Ｓｉで切断した場合のカサ部の切断面の底辺の長さと、該底辺からこれに対向するピストン冠面までの離間距離とによって画定される面積のことであり、
「カサ部の第３象限」とは、気筒軸線方向視で、前記吸気弁のカサ部中心を通りかつクランク軸線と直交するＸ軸と、前記吸気弁のカサ部中心を通りかつクランク軸線と平行なＹ軸とによって前記カサ部を４つの領域に分けた場合に、気筒軸線から最も遠くに位置する領域のことであり、
「カサ部の第４象限」とは、前記第３象限に対し前記Ｘ軸方向に隣接する領域のことである。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
前記ピストン冠面のうち前記バルブリセスおよび前記キャビティを除いた殆どの部分が、気筒軸線と直交する面に沿って拡がる平坦面とされ、
前記シリンダヘッド下面のうち前記ピストン冠面の前記平坦面に対向する部分が、気筒軸線と直交する面に沿って拡がる平坦面とされている、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項５】
請求項４において、
前記バルブリセスの底面は、前記吸気弁のカサ部中心に対応する境界位置よりもクランク軸線から遠い側の領域に、クランク軸線から離れるにつれて徐々に高さが低くなる傾斜面を有し、
前記吸気弁のカサ部の下面と前記バルブリセスの傾斜面とが平行に設定されている、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項６】
請求項５において、
前記バルブリセスは、前記吸気弁のカサ部中心に対応する境界位置において、前記ピストン冠面の平坦面と段差なく連なっている、ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項７】
請求項４において、
前記ピストン冠面のうち、前記吸気弁と該吸気弁とクランク軸線を挟んで対向する排気弁との間に位置するシリンダヘッドの下面に対向する部分が平坦面とされ、前記バルブリセスの底面は、当該平坦面よりも全体的に高さが低くされている、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、
前記２つの吸気弁の間に点火プラグが配設されている、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項９】
請求項８において、
前記２つの排気弁の間にも点火プラグが配設されている、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項１０】
請求項９において、
前記ピストン冠面のうち、前記２つの吸気弁の間に配設された点火プラグの下方と、前記２つの排気弁の間に配設された点火プラグの下方とに、前記キャビティに連なる凹部がそれぞれ形成されている、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
まず、図１３に示すように、気筒軸線方向視において、気筒軸線Ｊと吸気弁１Ａのカサ部１ａの中心とを結ぶ仮想線Ｚを想定する。また、この仮想線Ｚと直交しかつ吸気弁１Ａの軸線（弁軸１ｂの中心線）と平行な任意の断面に沿ってカサ部１ａを切断することを想定し、その場合の各断面位置をＳｉとする。なお、この断面位置Ｓｉの「ｉ」は、仮想線Ｚ上において、カサ部１ａの中心（バルブセンタ）から気筒軸線Ｊ側への離間距離（ｍｍ）を表している。したがって、上記「ｉ」は、断面位置がバルブセンタを通る場合は０となり、断面位置がバルブセンタから気筒５の径方向外側（シリンダライナ側）に離れている場合はマイナスの数値となり、断面位置がバルブセンタから気筒５の径方向内側（気筒軸線Ｊ側）に離れている場合はプラスの数値となる。図１３には、このような法則に則った断面位置の一例として、Ｓ−１２，Ｓ−８，Ｓ−４，Ｓ０，Ｓ４，Ｓ８を図示している。例えば、Ｓ−１２はバルブセンタから径方向外側に−１２ｍｍ離れた断面位置であり、Ｓ０はバルブセンタを通る断面位置であり、Ｓ８はバルブセンタから径方向内側に８ｍｍ離れた断面位置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
さらに、本実施形態では、上記任意の断面位置Ｓｉにおける吸気弁１Ａの特性値として、図１４に示すような、カサ部１ａのカーテンエリア面積Ｓｉ＾１と、カサ部１ａの下方の隙間面積Ｓｉ＾２を規定する。例えば、断面位置Ｓ−１２におけるカーテンエリア面積はＳ−１２＾１であり、断面位置Ｓ０におけるカーテンエリア面積はＳ０＾１であり、断面位置Ｓ８におけるカーテンエリア面積はＳ８＾１である。また、断面位置Ｓ−１２におけるカサ部１ａ下方の隙間面積はＳ−１２＾２であり、断面位置Ｓ０におけるカサ部１ａ下方の隙間面積はＳ０＾２であり、断面位置Ｓ８におけるカサ部１ａ下方の隙間面積はＳ８＾２である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
例えば、吸気弁１Ａ，１Ｂの軸線（弁軸１ｂの中心線）のみを気筒軸線Ｊに対し傾斜させる一方、排気弁２の軸線については気筒軸線Ｊと平行に設定してもよい。これにより、よりフラットな形状の燃焼室を得ることができる。また、吸気弁１Ａ，１Ｂの軸線を、気筒軸線方向視で吸気弁１のカサ部１ａの中心と気筒軸線Ｊとを結んだ仮想線の方向（図２４において矢印δで示す方向）に傾斜させてもよい。この場合、バルブリセス１５Ａ，１５Ｂの底面は、気筒５の径方向外側に向かうほど高さが低くなるように形成される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
前記燃焼室構造において、好ましくは、気筒軸線と吸気弁のカサ部中心とを結ぶ仮想線と直交しかつ前記吸気弁の軸線と平行な任意の断面によって前記カサ部を切断することを想定した場合の各断面位置をＳｉ、断面位置Ｓｉにおける吸気弁のカーテンエリア面積をＳｉ＾１、断面位置Ｓｉにおける前記カサ部下方の隙間面積をＳｉ＾２としたとき、Ｓｉ＾２≧Ｓｉ＾１の関係が成立する。ここに、「断面位置Ｓｉにおけるカーテンエリア面積Ｓｉ＾１」とは、前記バルブオーバラップ期間の中央時点におけるバルブシート面とこれに着座される前記カサ部との間の最短距離と、前記断面位置Ｓｉよりも気筒軸線から遠い側の領域と前記カサ部の第３象限および第４象限との重複部分の周方向の長さとによって画定される面積のことであり、「断面位置Ｓｉにおけるカサ部下方の隙間面積Ｓｉ＾２」とは、前記オーバラップ期間の中央時点において前記カサ部を断面位置Ｓｉで切断した場合のカサ部の切断面の底辺の長さと、該底辺からこれに対向するピストン冠面までの離間距離とによって画定される面積のことであり、「カサ部の第３象限」とは、気筒軸線方向視で、前記吸気弁のカサ部中心を通りかつクランク軸線と直交するＸ軸と、前記吸気弁のカサ部中心を通りかつクランク軸線と平行なＹ軸とによって前記カサ部を４つの領域に分けた場合に、気筒軸線から最も遠くに位置する領域のことであり、「カサ部の第４象限」とは、前記第３象限に対し前記Ｘ軸方向に隣接する領域のことである。
【国際調査報告】
2014030319.tif 000031
2014030319.tif 000032
2014030319.tif 000033