(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
谷部で連結された２つのヘッド側斜面を含む天井部を有し、ペントルーフ型の燃焼室の一部を区画するシリンダヘッドと、
稜部で連結され、２つの前記ヘッド側斜面と対向する２つのピストン側斜面を含む頂面を有し、シリンダに内挿されるピストンと、
前記谷部に設けられた燃料噴射弁とを備え、
一方の前記ヘッド側斜面には、吸気ポートが開口し、他方の前記ヘッド側斜面には、排気ポートが開口しており、
前記各ヘッド側斜面の、前記谷部と反対側の端部には、該ヘッド側斜面から山折り状に屈曲して拡がるヘッド側裾面が設けられ、
前記頂面には、凹陥するキャビティが前記稜部を横切って形成され、
前記各ピストン側斜面の、前記稜部と反対側の端部には、該ピストン側斜面から谷折り状に屈曲して拡がるピストン側裾面が設けられ、
前記各ヘッド側斜面と前記各ピストン側斜面との間から前記各ヘッド側裾面と前記各ピストン側裾面との間に亘って、屈曲したスキッシュエリアが形成され、
前記排気ポート側における、前記ヘッド側斜面と前記ピストン側斜面との間のスキッシュエリアと前記ヘッド側裾面と前記ピストン側裾面との間のスキッシュエリアとのなす角は、前記吸気ポート側における、前記ヘッド側斜面と前記ピストン側斜面との間のスキッシュエリアと前記ヘッド側裾面と前記ピストン側裾面との間のスキッシュエリアとのなす角よりも小さい直噴エンジンの燃焼室構造。
【請求項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、
前記ヘッド側裾面及びピストン側裾面は、前記シリンダの軸心に直交している直噴エンジンの燃焼室構造。
【請求項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、
前記排気ポート側の前記ヘッド側裾面は、前記吸気ポート側の前記ヘッド側裾面よりも、前記シリンダの軸心の方向において前記谷部側に配置され、
前記排気ポート側の前記ピストン側裾面は、前記吸気ポート側の前記ピストン側裾面よりも、前記シリンダの軸心の方向において前記稜部側に配置されている直噴エンジンの燃焼室構造。
【請求項４】
請求項３に記載の直噴エンジンの燃焼室構造において、
前記谷部には、前記燃料噴射弁を配設するための凹部が形成され、
前記燃料噴射弁の噴口は、前記凹部内に設けられている直噴エンジンの燃焼室構造。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の直噴エンジンの燃焼室構造において、
前記ヘッド側裾面は、前記シリンダヘッドのうちシリンダブロックとの合わせ面よりも没入した位置に設けられている直噴エンジンの燃焼室構造。
【請求項６】
請求項５に記載の直噴エンジンの燃焼室構造において、
前記ヘッド側裾面と前記シリンダヘッドの合わせ面との間には、該合わせ面に向かうにつれて前記シリンダの軸心から離れるように傾斜しながら該ヘッド側裾面と該合わせ面と繋ぐヘッド側テーパ面が設けられ、
前記ピストン側裾面と前記ピストンの側周面との間には、該側周面に向かうにつれて前記シリンダの軸心から離れるように傾斜しながら該ピストン側裾面と該側周面と繋ぐピストン側テーパ面が設けられ、
前記ヘッド側テーパ面と前記ピストン側テーパ面との間にスキッシュエリアが形成される直噴エンジンの燃焼室構造。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１つに記載の直噴エンジンの燃焼室構造において、
幾何学的圧縮比は、１５以上に設定されている直噴エンジンの燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、冷却損失を低減することによってエンジンの熱効率を高める技術が開示されている。具体的には、吸気にオゾンを添加することによって燃焼を早め、それにより、燃焼室を区画する壁面まで到達する火炎を抑制している。壁面まで到達する火炎が抑制されることによって壁面に伝達する熱が低減されるので、冷却損失が低減される。
【０００３】
特許文献２には、ペントルーフ型の燃焼室構造が開示されている。このペントルーフ型の燃焼室構造では、シリンダヘッドの天井部が稜線で連結された２つの斜面を有するように形成されており、一方の斜面に吸気ポートの開口部が設けられ、他方の斜面に排気ポートの開口部が設けられている。これにより、比較的大きな吸排気バルブ径を確保しつつ、燃焼室容積を小さくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１９４７１２号公報
【特許文献２】特開２００７−１００５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に開示されたようなペントルーフ型の燃焼室構造においては、吸気ポートから燃焼室内へ流入した吸気が、排気側で下降し、ピストン頂面に沿って吸気側へ方向を変え、吸気側では上昇し、シリンダヘッドの天井部近傍で排気側へ方向を変えるような縦渦の旋回流、即ち、タンブル流となる。ここで、天井部の近傍のタンブル流は、吸気側から排気側へ向かう流れとなっているので、天井部に配置された燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧がタンブル流に乗って、排気側へ飛びやすくなっている。その結果、燃料噴霧及び混合気が、燃焼室を区画する壁面のうち排気側の壁面に到達しやすくなり、冷却損失が増大する虞がある。
【０００６】
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、タンブル流による冷却損失の増大を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示された直噴エンジンの燃焼室構造は、谷部で連結された２つのヘッド側斜面を含む天井部を有し、ペントルーフ型の燃焼室の一部を区画するシリンダヘッドと、稜部で連結され、２つの前記ヘッド側斜面と対向する２つのピストン側斜面を含む頂面を有し、シリンダに内挿されるピストンと、前記谷部に設けられた燃料噴射弁とを備え、一方の前記ヘッド側斜面には、吸気ポートが開口し、他方の前記ヘッド側斜面には、排気ポートが開口しており、前記各ヘッド側斜面の、前記谷部と反対側の端部には、該ヘッド側斜面から山折り状に屈曲して拡がるヘッド側裾面が設けられ、前記頂面には、凹陥するキャビティが前記稜部を横切って形成され、前記各ピストン側斜面の、前記稜部と反対側の端部には、該ピストン側斜面から谷折り状に屈曲して拡がるピストン側裾面が設けられ、前記各ヘッド側斜面と前記各ピストン側斜面との間から前記各ヘッド側裾面と前記各ピストン側裾面との間に亘って、屈曲したスキッシュエリアが形成され、前記排気ポート側における、前記ヘッド側斜面と前記ピストン側斜面との間のスキッシュエリアと前記ヘッド側裾面と前記ピストン側裾面との間のスキッシュエリアとのなす角は、前記吸気ポート側における、前記ヘッド側斜面と前記ピストン側斜面との間のスキッシュエリアと前記ヘッド側裾面と前記ピストン側裾面との間のスキッシュエリアとのなす角よりも大きい。
【０００８】
この構成によれば、吸気ポート側と排気ポート側とのそれぞれにおいて、各ヘッド側斜面と各ピストン側斜面との間から各ヘッド側裾面と各ピストン側裾面との間に亘ってスキッシュエリアが形成される。ヘッド側斜面とヘッド側裾面とは屈曲し、ピストン側斜面とピストン側裾面とは屈曲しているので、スキッシュエリアも屈曲している。このスキッシュエリアにおいて発生したスキッシュ流は、ピストンの頂面に形成されたキャビティ内に流入する。
【０００９】
ここで、排気ポート側におけるヘッド側斜面とピストン側斜面との間のスキッシュエリア（以下、「斜面エリア」という）とヘッド側裾面とピストン側裾面との間のスキッシュエリア（以下、「裾エリア」という）とのなす角は、吸気ポート側における斜面エリアと裾エリアとのなす角よりも大きい。これにより、排気ポート側では、スキッシュ流が裾エリアから斜面エリアに流入する際の減衰が小さくなり、吸気ポート側では、スキッシュ流が裾エリアから斜面エリアに流入する際の減衰が大きくなる。その結果、排気側の裾エリア及び斜面エリアを通ってキャビティへ流入するスキッシュ流の方が、吸気側の裾エリア及び斜面エリアを通ってキャビティへ流入するスキッシュ流よりも強くなる。
【００１０】
一方、キャビティにおいては、吸気ポートからの吸気流に起因するタンブル流が残留しており、シリンダヘッドの天井部近傍におけるタンブル流は、吸気側から排気側へ流れている。つまり、前述の排気側からのスキッシュ流は、シリンダヘッドの天井部近傍におけるタンブル流と打ち消し合う方向に流れ、吸気側からのスキッシュ流は、該タンブル流を助長する向きに流れる。前述のように、排気側からのスキッシュ流を強く、吸気側からのスキッシュ流を弱くすることによって、スキッシュ流によりタンブル流を弱めることができる。その結果、キャビティの内面のうち排気側の部分に到達する燃料噴霧及び混合気を低減することができる。
【００１１】
尚、「ヘッド側斜面とピストン側斜面との間のスキッシュエリア（斜面エリア）とヘッド側裾面とピストン側裾面との間のスキッシュエリア（裾エリア）とのなす角」とは、ヘッド側斜面とピストン側斜面との間の中間面とヘッド側裾面とピストン側裾面との間の中間面とのなす角であって、１８０度よりも小さい方のなす角を意味する。
【００１２】
また、前記ヘッド側裾面及びピストン側裾面は、前記シリンダの軸心に直交していてもよい。
【００１３】
この構成によれば、裾エリアはシリンダの軸心に直交し且つ、排気ポート側の斜面エリアと裾エリアとのなす角が相対的に大きいので、シリンダの軸心に対する排気側の斜面エリアの傾斜角は、相対的に大きくなる。そのため、排気側からのスキッシュ流は、シリンダの軸心に対して直交する方向の成分、すなわち、燃焼噴射弁から噴射された燃料噴霧の側方に当たる成分が多くなる。これにより、燃料噴射弁から噴射され且つタンブル流に乗って排気側の斜め下方へ流れてくる燃料噴霧及び混合気を排気側の斜め下方へ、即ち、キャビティの底壁の方へ押し戻すことができる。その結果、排気側に広がりやすい燃料噴霧をコンパクトにまとめることができる。
【００１４】
一方、シリンダの軸心に対する吸気側の斜面エリアの傾斜角は、相対的に大きくなる。これにより、吸気側からのスキッシュ流は、キャビティ内に流入する際に、燃料噴射弁の噴口に向かう成分が多くなる。その結果、燃料噴霧の飛散距離を抑制し、キャビティの内周面に到達する燃料噴霧を低減することができる。
【００１５】
また、前記排気ポート側の前記ヘッド側裾面は、前記吸気ポート側の前記ヘッド側裾面よりも、前記シリンダの軸心の方向において前記谷部側に配置され、前記排気ポート側の前記ピストン側裾面は、前記吸気ポート側の前記ピストン側裾面よりも、前記シリンダの軸心の方向において前記稜部側に配置されていてもよい。
【００１６】
前記の構成によれば、シリンダの軸心に対する吸気ポート側のヘッド側斜面の傾斜角が排気ポート側のヘッド側斜面よりも小さいので、谷部はシリンダの軸心よりも吸気ポート側にずれる傾向にある。それに対し、排気ポート側のヘッド側裾面の、シリンダの軸心方向の位置を、吸気ポート側のヘッド側裾面よりも谷部側に配置することによって、谷部をシリンダの軸心に近づけることができる。谷部には燃料噴射弁が設けられているので、谷部をシリンダの軸心に近づけることによって、燃料噴射弁をシリンダの軸心に近づけることができる。
【００１７】
同様に、シリンダの軸心に対する吸気ポート側のピストン側斜面の傾斜角が排気ポート側のピストン側斜面よりも小さいので、稜部はシリンダの軸心よりも吸気ポート側にずれる傾向にある。それに対し、排気ポート側のピストン側裾面の、シリンダの軸心方向の位置を、吸気ポート側のピストン側裾面よりも稜部側に配置することによって、稜部をシリンダの軸心に近づけることができる。稜部を横切るようにしてキャビティが形成されているので、稜部をシリンダの軸心に近づけることによって、キャビティをシリンダの軸心に近づけることができる。
【００１８】
それに加えて、前記谷部には、前記燃料噴射弁を配設するための凹部が形成され、前記燃料噴射弁の噴口は、前記凹部内に設けられていてもよい。
【００１９】
この構成によれば、燃料噴射弁の噴口は、凹部内に設けられている。噴口は凹部の内周壁に囲まれた状態となっているので、噴口から噴射された燃料噴霧は、凹部の内周壁にガイドされながら燃焼室内に拡がっていく。このとき、凹部の内周壁の有無及び大きさに応じて、燃焼噴霧の広がり及び飛散距離は変わる。詳しくは、燃料噴霧は、周辺の空気を巻き込むことによって、巻き込んだ空気に助長され、飛散距離が長くなる性質がある。それに対し、燃料噴霧の周囲に凹部の内周壁が存在すると、燃料噴霧に巻き込まれる空気が少ないので、燃料噴霧の飛散距離が低減される。ここで、谷部がシリンダの軸心から大きくずれた構成において、燃料噴射弁をシリンダの軸心の近くに配置しようとすると、燃料噴射弁を谷部ではなく、一方のヘッド側斜面に凹部を形成し、その凹部内に燃料噴射弁を配置することになる。その場合、ヘッド側斜面は傾斜しているので、凹部の内周壁は、燃料噴射弁の噴口の全周囲に亘って均一ではなく、谷部に近い側では内周壁が短く、谷部から離れた側では内周壁が長くなる。その結果、谷部に近い側では燃料噴霧の飛散距離が長くなり、谷部から離れた側では燃料噴霧の飛散距離が短くなり、燃料噴霧の形状が不均一になる。それに対し、前述のように、排気ポート側のヘッド側裾面の、シリンダの軸心方向の位置を、吸気ポート側のヘッド側裾面よりも谷部側に配置することによって、谷部をシリンダの軸心に近づけることができる。谷部がシリンダの軸心に近ければ、谷部に凹部を形成し、該凹部に燃料噴射弁を配設することができる。その結果、凹部の内周壁を、吸気側と排気側とで同様の形状とすることができ、燃料噴霧の飛散条件を吸気側と排気側とで同様にすることができる。
【００２０】
また、前記ヘッド側裾面は、前記シリンダヘッドのうちシリンダブロックとの合わせ面よりも没入した位置に設けられていてもよい。
【００２１】
それに加えて、前記ヘッド側裾面と前記シリンダヘッドの合わせ面との間には、該合わせ面に向かうにつれて前記シリンダの軸心から離れるように傾斜しながら該ヘッド側裾面と該合わせ面と繋ぐヘッド側テーパ面が設けられ、前記ピストン側裾面と前記ピストンの側周面との間には、該側周面に向かうにつれて前記シリンダの軸心から離れるように傾斜しながら該ピストン側裾面と該側周面と繋ぐピストン側テーパ面が設けられ、前記ヘッド側テーパ面と前記ピストン側テーパ面との間にスキッシュエリアが形成されてもよい。
【００２２】
この構成によれば、ヘッド側裾面及びピストン側裾面よりも外周側のヘッド側テーパ面とピストン側テーパ面との間でもスキッシュ流が発生する。このヘッド側テーパ面とピストン側テーパ面との間で発生したスキッシュ流も、裾エリア及び斜面エリアを通ってキャビティへ流入する。
【００２３】
さらに、幾何学的圧縮比は、１５以上に設定されていてもよい。
【００２４】
このように幾何学的圧縮比が大きなエンジンにおいては、スキッシュエリアが比較的大きく、キャビティが比較的小さくなるので、スキッシュ流が比較的強くなる。このスキッシュ流を有効に活用することによって、タンブル流に起因する冷却損失の増大を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２５】
前記の直噴エンジンの燃焼室構造によると、タンブル流による冷却損失の増大を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】エンジンの構成を示す概略図である。
【図２】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】ピストンの頂面形状を示す斜視図である。
【図４】図３のIV−IV線に相当する燃焼室の縦断面図である。
【図５】図４における吸気側スキッシュエリアの拡大図である。
【図６】図４における排気側スキッシュエリアの拡大図である。
【図７】変形例に係るピストンの頂面形状を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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とを備えており、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、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されたピストン１６が摺動自在に嵌挿されている。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。
【００３０】
本実施形態では、燃焼室１７の天井部１３０（シリンダヘッド１３の下面）は、吸気ポート１８の開口部１８０が設けられかつ、シリンダ１１の中央に向かって登り勾配となった吸気側斜面１３１と、排気ポート１９の開口部１９０が設けられかつ、シリンダ１１の中央に向かって登り勾配となった排気側斜面１３２と、吸気側斜面１３１と排気側斜面１３２とを連結する谷部１３３とを備えている。燃焼室１７は、ペントルーフ型の燃焼室である。尚、谷部１３３は、ペントルーフの稜部であり、シリンダ１１のボア中心（軸心）を通る場合、及び通らない場合の両方があり得る。吸気側斜面１３１及び排気側斜面１３２は、ヘッド側斜面の一例である。
【００３１】
また、ピストン１６の頂面１６０は、天井部１３０の吸気側斜面１３１及び排気側斜面１３２に対応するように三角屋根状に隆起している。具体的には、頂面１６０は、吸気側においてピストン１６の中央に向かって登り勾配となった吸気側斜面１６１と、排気側においてピストン１６の中央に向かって登り勾配となった排気側斜面１６２と、吸気側斜面１６１と排気側斜面１６２とを連結する稜部１６３（図３参照）とを有する。吸気側斜面１６１は、吸気側斜面１３１と対向し、排気側斜面１６２は、排気側斜面１３２と対向する。稜部１６３は、谷部１３３と対向している。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１６４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。吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２は、ピストン側斜面の一例である。
【００３２】
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１３１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、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と共に、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１３２に、エンジン出力軸の方向に並んで設けられ、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。
【００３３】
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。
【００３４】
シリンダヘッド１３には、吸気弁２１及び排気弁２２が、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を燃焼室１７から遮断（閉）することができるように配設されている。吸気弁２１は吸気弁駆動機構により、排気弁２２は排気弁駆動機構により、それぞれ駆動される。吸気弁２１及び排気弁２２は所定のタイミングで往復動して、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉し、シリンダ１１内のガス交換を行う。吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、図示は省略するが、それぞれ、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及び排気カムシャフトを有し、これらの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。吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、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、２４を、少なくとも含んで構成されている。尚、吸気弁駆動機構及び／又は排気弁駆動機構は、ＶＶＴ２３、２４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。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。
【００３５】
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。つまり、エンジン１は、直噴エンジンである。燃料噴射弁６は、天井部１３０の谷部１３３に設けられ、図２に示すように、シリンダ１１の軸心（ボア中心）Ｘに対して、エンジン出力軸方向の一側（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）に、ずれて配設されている。谷部１３３には、燃料噴射弁６を配設するための凹部１３３ａが形成されている（図４も参照）。燃料噴射弁６の噴口は、凹部１３３ａ内に配置され、燃焼室１７内に臨んでいる。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いる。燃料噴射弁６は、キャビティ１６４に対向するように設けられている。燃料噴射弁６は、このキャビティ１６４内に向かって、燃料を噴射する。
【００３６】
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１６４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。本願出願人が先に出願した特願２０１３−２４２５９７号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ため、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１６４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度合い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、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１６４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。
【００３７】
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１６４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１６４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。
【００３８】
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、天井部１３０の谷部１３３に設けられ、シリンダ１１のボア中心Ｘ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、先端が燃料噴射弁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Ｘ近傍に、互いに近接して配設される。
【００３９】
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。
【００４０】
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１３０）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１３０側の開口近傍のポート壁面に遮熱層を設けてもよい。
【００４１】
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。
【００４２】
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して、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ようにすることが好ましい。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
具体的には、燃焼室１７内の外周部に新気を含むガス層が形成されかつ中心部に混合気層が形成されるように、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１６４内に燃料を噴射させることにより、図２に示すように、燃料噴射弁６の近傍の、キャビティ１６４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。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り、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。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混合気層よりも燃料リーンであればよい。
【００４６】
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、混合気層の火炎のシリンダ１１の壁面への接触が抑制され、その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。
【００４７】
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ところ、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。
【００４８】
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。
【００４９】
次に、燃焼室を構成するピストン１６の頂面１６０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１６０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。
【００５０】
前述したように、ピストン１６の頂面１６０は、図３に示すように、吸気側斜面１６１と排気側斜面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おり、これにより、ピストン１６の頂面１６０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。
【００５１】
吸気側斜面１６１は、相対的に凹んだバルブリセス１６１ａと、相対的に突出した島状部１６１ｂとを有している。バルブリセス１６１ａの表面及び島状部１６１ｂの表面は、実質的に平坦な面である。バルブリセス１６１ａは、開動作を行うときの吸気弁２１との干渉を避けるための部分である。バルブリセス１６１ａは、平面視で吸気弁２１の外形よりも少し大きい形状をしている。天井部１３０の吸気側斜面１３１には２つの吸気弁２１が近接して設けられ且つ吸気弁２１のバルブヘッドの外形は円形状であるので、バルブリセス１６１ａは、２つの円が部分的に重なり合ったような形状をしている。バルブリセス１６１ａがこのような形状に形成された結果、吸気側斜面１６１のうち稜部１６３とは反対側の部分であって２つの吸気弁２１のバルブヘッドの間に相当する部分に略三角形状の島状部１６１ｂが形成される。
【００５２】
排気側斜面１６２は、相対的に凹んだバルブリセス１６２ａと、相対的に突出した島状部１６２ｂとを有している。バルブリセス１６２ａの表面及び島状部１６２ｂの表面は、実質的に平坦な面である。バルブリセス１６２ａは、開動作を行うときの排気弁２２との干渉を避けるための部分である。バルブリセス１６２ａは、平面視で排気弁２２の外形よりも少し大きい形状をしている。天井部１３０の排気側斜面１３２には２つの排気弁２２が近接して設けられ且つ排気弁２２のバルブヘッドの外形は円形状であるので、バルブリセス１６２ａは、２つの円が部分的に重なり合ったような形状をしている。バルブリセス１６２ａがこのような形状に形成された結果、排気側斜面１６２のうち稜部１６３とは反対側の部分であって２つの排気弁２２のバルブヘッドの間に相当する部分に略三角形状の島状部１６２ｂが形成される。
【００５３】
稜部１６３は、尖鋭な形状ではなく、湾曲したＲ面となっており、吸気側斜面１６１と排気側斜面１６２とを滑らかに連結している。稜部１６３は、エンジン出力軸方向に延びている。
【００５４】
また、ピストン１６の頂面１６０は、ピストン１６の側周面１６ａと稜部１６３との間に設けられ、稜部１６３に向かうにつれてキャビティ１６４に近づくように傾斜しながら側周面１６ａと稜部１６３とを繋ぐテーパ面１６５をさらに有する。テーパ面１６５のうち側周面１６ａ側の部分１６５ａは、円錐の側面で形成されており、頂面１６０の外周部の全域に亘って設けられている。テーパ面１６５のうち稜部１６３側の部分１６５ｂは、側周面１６ａ側の部分１６５ａよりもシリンダ１１の軸心に対する傾斜角が大きくなっており、頂面１６０の外周部の全域ではなく、稜部１６３よりも半径方向外側だけに設けられている。このテーパ面１６５は、シリンダヘッド１３の天井部１３０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。
【００５５】
前述したように、ピストン１６の頂面１６０にはキャビティ１６４が凹陥している。キャビティ１６４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おり、キャビティ１６４は、ピストン１６の頂面１６０に連続する側壁１６４１と、側壁１６４１に連続する底壁１６４２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１６４は、バスタブのような形状を有している。側壁１６４１は、ピストン１６の頂面１６０及び底壁１６４２とは異なる角度を有しており、ピストン１６の頂面１６０と側壁１６４１との間、及び、側壁１６４１と底壁１６４２との間には、それぞれＲ面が設けられている。
【００５６】
キャビティ１６４は、図３に示すように、略楕円形状の開口縁１６４ａを有する。この楕円は、広義の楕円であり、オーバル形状や長円形状も含む。キャビティ１６４はまた、図２に示すように、その中心位置（より正確には、キャビティ１６４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１６４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。前述したように、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１６４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。
【００５７】
キャビティ１６４は、稜部１６３を横切って吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２に亘って形成されている。これにより、稜部１６３は、キャビティ１６４を挟んで２つに分割される。また、キャビティ１６４の開口縁１６４ａが略楕円形状であり且つ、吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２は下り勾配なので、吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２の一部はそれぞれ、キャビティ１６４によって抉られる。吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２におけるキャビティ１６４の開口縁１６４ａは、両側の稜部１６３から次第に下方に窪むように湾曲した形状となっている。さらに、キャビティ１６４が前述のようにシリンダ１１のボア中心からずれて設けられることに伴い、吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２におけるキャビティ１６４の開口縁１６４ａもまた、図２に示すように、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。それに加え、エンジン出力軸方向の一側の稜部１６３が相対的に短くかつ、エンジン出力軸方向の他側の稜部１６３が相対的に長くなる。
【００５８】
このように、シリンダヘッド１３の天井部１３０に対応させて、ピストン１６の頂面１６０を隆起させた構成においては、スキッシュエリアが大きくなる。詳しくは、燃焼室１７は、図２に示すように、シリンダヘッド１３の天井部１３０とピストン１６のキャビティ１６４とで囲まれた主燃焼室１７１と、シリンダヘッド１３の天井部１３０とピストン１６の頂面１６０とで挟まれたスキッシュエリアとを有している。スキッシュエリアにおいては、圧縮行程の終盤（上死点近傍）に、キャビティ１６４の方へ向かうスキッシュ流が発生する。スキッシュ流は、キャビティ１６４の開口縁１６４ａからキャビティ１６４内へ流入する。
【００５９】
スキッシュエリアには、シリンダヘッド１３の谷部１３３とピストン１６の稜部１６３との間の稜部スキッシュエリア１７２（図２参照）と、主にシリンダヘッド１３の吸気側斜面１３１とピストン１６の吸気側斜面１６１との間に形成された吸気側スキッシュエリア１７３（図４参照）と、主にシリンダヘッド１３の排気側斜面１３２とピストン１６の排気側斜面１６２との間に形成された排気側スキッシュエリア１７４（図４参照）とが含まれる。稜部スキッシュエリア１７２は、図２に示すように、キャビティ１６４を挟んで２箇所に形成される。また、吸気側スキッシュエリア１７３と排気側スキッシュエリア１７４とは、図４に示すように、キャビティ１６４を挟んで対向する位置に配置されている。
【００６０】
ここで、吸気側スキッシュエリア１７３及び排気側スキッシュエリア１７４について詳細に説明する。図５は、図４における吸気側スキッシュエリア１７３の拡大図であり、図６は、図４における排気側スキッシュエリア１７４の拡大図である。
【００６１】
図５に示すように、シリンダヘッド１３の吸気側斜面１３１の、谷部１３３と反対側の端部には、該吸気側斜面１３１から山折り状に屈曲して拡がる吸気側裾面１３４が設けられている。吸気側裾面１３４は、シリンダヘッド１３のうちシリンダブロックとの合わせ面１３ａよりも没入した位置に設けられ、シリンダ１１の軸心Ｘに直交している。吸気側裾面１３４とシリンダヘッド１３の合わせ面１３ａとの間には、合わせ面１３ａに向かうにつれてシリンダ１１の軸心Ｘから離れるように傾斜しながら吸気側裾面１３４と合わせ面１３ａと繋ぐ吸気側テーパ面１３５が設けられている。吸気側裾面１３４は、ヘッド側裾面の一例であり、吸気側テーパ面１３５は、ヘッド側テーパ面の一例である。
【００６２】
一方、ピストン１６の吸気側斜面１６１の、稜部１６３（図５では図示省略）と反対側の端部には、該吸気側斜面１６から谷折り状に屈曲して拡がる吸気側裾面１６６が設けられている。吸気側裾面１６６は、シリンダ１１の軸心Ｘに直交している。吸気側裾面１６６とピストン１６の側周面１６ａとの間には、側周面１６ａに向かうにつれてシリンダ１１の軸心Ｘから離れるように傾斜しながら吸気側裾面１６６と側周面１６ａと繋ぐテーパ面１６５ａが設けられている。このテーパ面１６５ａは、前述の側周面１６ａと稜部１６３とを繋ぐテーパ面１６５の側周面１６ａ側の部分１６５ａであり、円錐の側面で形成されている。吸気側裾面１６６は、ピストン側裾面の一例であり、テーパ面１６５ａは、ピストン側テーパ面の一例である。
【００６３】
こうして、吸気側斜面１３１と吸気側斜面１６１との間から吸気側裾面１３４と吸気側裾面１６６との間、さらには、吸気側テーパ面１３５とテーパ面１６５ａとの間に亘って、屈曲した吸気側スキッシュエリア１７３が形成されている。吸気側スキッシュエリア１７３は、吸気側斜面１３１と吸気側斜面１６１との間の吸気側斜面エリア１７３ａと、吸気側裾面１３４と吸気側裾面１６６との間の吸気側裾エリア１７３ｂと、吸気側テーパ面１３５とテーパ面１６５ａとの間の吸気側テーパエリア１７３ｃとを含んでいる。
【００６４】
図６に示すように、シリンダヘッド１３の排気側斜面１３２の、谷部１３３と反対側の端部には、該排気側斜面１３２から山折り状に屈曲して拡がる排気側裾面１３６が設けられている。排気側裾面１３６は、シリンダヘッド１３の合わせ面１３ａよりも没入した位置に設けられ、シリンダ１１の軸心Ｘに直交している。排気側裾面１３６は、吸気側裾面１３４よりも、シリンダ１１の軸心Ｘの方向において谷部１３３側に配置されている。すなわち、排気側裾面１３６は、吸気側裾面１３４よりも合わせ面１３ａから没入している。排気側裾面１３６とシリンダヘッド１３の合わせ面１３ａとの間には、合わせ面１３ａに向かうにつれてシリンダ１１の軸心Ｘから離れるように傾斜しながら排気側裾面１３６と合わせ面１３ａと繋ぐ排気側テーパ面１３７が設けられている。排気側裾面１３６は、ヘッド側裾面の一例であり、排気側テーパ面１３７は、ヘッド側テーパ面の一例である。
【００６５】
一方、ピストン１６の排気側斜面１６２の、稜部１６３（図６では図示省略）と反対側の端部には、該吸気側斜面１６１から谷折り状に屈曲して拡がる排気側裾面１６８が設けられている。排気側裾面１６８は、シリンダ１１の軸心Ｘに直交している。排気側裾面１６８は、吸気側裾面１６６よりも、シリンダ１１の軸心Ｘの方向において稜部１６３側に配置されている。すなわち、排気側裾面１６８は、吸気側裾面１６６よりも隆起している。排気側裾面１６８とピストン１６の側周面１６ａとの間には、側周面１６ａに向かうにつれてシリンダ１１の軸心Ｘから離れるように傾斜しながら排気側裾面１６８と側周面１６ａと繋ぐテーパ面１６５ａが設けられている。このテーパ面１６５ａは、前述の側周面１６ａと稜部１６３とを繋ぐテーパ面１６５の側周面１６ａ側の部分１６５ａであり、円錐の側面で形成されている。排気側裾面１６８は、ピストン側裾面の一例であり、テーパ面１６５ａは、ピストン側テーパ面の一例である。
【００６６】
こうして、排気側斜面１３２と排気側斜面１６２との間から排気側裾面１３６と排気側裾面１６８との間、さらには、排気側テーパ面１３７とテーパ面１６５ａとの間に亘って、屈曲した排気側スキッシュエリア１７４が形成されている。排気側スキッシュエリア１７４は、排気側斜面１３２と排気側斜面１６２との間の排気側斜面エリア１７４ａと、排気側裾面１３６と排気側裾面１６８との間の排気側裾エリア１７４ｂと、排気側テーパ面１３７とテーパ面１６５ａとの間の排気側テーパエリア１７４ｃとを含んでいる。
【００６７】
これら吸気側スキッシュエリア１７３及び排気側スキッシュエリア１７４で発生したスキッシュ流は、半径方向外側にはシリンダ１１の内周面等によって行き場が無いので、半径方向内側のキャビティ１６４へ流入する。
【００６８】
ここで、排気側斜面エリア１７４ａと排気側裾エリア１７４ｂとのなす角α２は、吸気側斜面エリア１７３ａと吸気側裾エリア１７３ｂとのなす角α１よりも大きい。尚、「吸気側斜面エリア１７３ａと吸気側裾エリア１７３ｂとのなす角α１」とは、吸気側斜面１３１と吸気側斜面１６１との間の中間面と吸気側裾面１３４と吸気側裾面１６６との間の中間面とのなす角であって且つ、１８０度よりも小さい方のなす角を意味する。「排気側斜面エリア１７４ａと排気側裾エリア１７４ｂとのなす角α２」とは、排気側斜面１３２と排気側斜面１６２との間の中間面と排気側裾面１３６と排気側裾面１６８との間の中間面とのなす角であって且つ、１８０度よりも小さい方のなす角を意味する。つまり、排気側斜面エリア１７４ａと排気側裾エリア１７４ｂとの屈曲の程度は、吸気側斜面エリア１７３ａと吸気側裾エリア１７３ｂとの屈曲の程度よりも小さい。
【００６９】
こうすることで、吸気側においてスキッシュ流が吸気側裾エリア１７３ｂから吸気側斜面エリア１７３ａに流入する際の減衰が大きくなる。一方、排気側においてスキッシュ流が排気側裾エリア１７４ｂから排気側斜面エリア１７４ａに流入する際の減衰が小さくなる。その結果、排気側スキッシュエリア１７４を通ってキャビティ１６４へ流入するスキッシュ流の方が、吸気側スキッシュエリア１７３を通ってキャビティ１６４へ流入するスキッシュ流よりも強くなる。
【００７０】
キャビティ１６４においては、図４に示すように、タンブル流Ｔが残留している。排気側からのスキッシュ流を相対的に強くすることによって、タンブル流Ｔを抑制することができる。詳しくは、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１６０において吸気側に向かうように流れ、吸気側においてシリンダ１１の内周面に沿うように上昇し、天井部１３０において排気側へ向かうように流れ、タンブル流Ｔを形成する。このように、天井部１３０の近傍においては、タンブル流Ｔが吸気側から排気側へ流れている。天井部１３０の谷部１３３には、燃料噴射弁６が設けられており、燃料噴射弁６から噴射された燃料噴霧及び混合気がこのタンブル流Ｔに乗ると、燃料噴霧及び混合気がキャビティ１６４の排気側の側壁１６４１へ到達しやすい。このようなタンブル流Ｔに対し、排気側からのスキッシュ流Ｓ２は、タンブル流Ｔと打ち消し合う方向に流れ、吸気側からのスキッシュ流Ｓ１は、該タンブル流Ｔを助長する向きに流れる。そして、排気側からのスキッシュ流Ｓ２が強く、吸気側からのスキッシュ流Ｓ１が弱くなっているので、全体として、スキッシュ流によりタンブル流Ｔ１を弱めることができる。その結果、キャビティ１６４の排気側の側壁１６４１に到達する燃料噴霧及び混合気を低減することができる。
【００７１】
それに加え、シリンダ１１の軸心Ｘに対する排気側斜面エリア１７４ａの傾斜角β２は、シリンダ１１の軸心Ｘに対する吸気側斜面エリア１７３ａの傾斜角β１よりも大きい。これにより、排気側からのスキッシュ流は、吸気側からのスキッシュ流に比べて、燃料噴射弁６の噴口へ向かう成分が少なく、軸心Ｘと直交する方向に向かう成分やキャビティ１６４の底壁１６４２に向かう成分が多くなる。つまり、燃料噴射弁６から噴射され且つタンブル流Ｔに乗って排気側の斜め下方へ流れそうになる燃料噴霧を吸気側の斜め下方に押し戻すことができる。これにより、燃料噴霧をコンパクトにまとめ、キャビティ１６４の排気側の側壁１６４１に到達する燃料噴霧及び混合気をより一層低減することができる。一方、吸気側からのスキッシュ流は、排気側からのスキッシュ流に比べて、燃料噴射弁６の噴口へ向かう成分が多くなる。これにより、燃料噴霧の飛散距離を抑制し、吸気側においてキャビティ１６４の側壁１６４１及び底壁１６４２に到達する燃料噴霧を低減することができる。
【００７２】
また、排気側裾面１３６は、吸気側裾面１３４よりも、軸心Ｘの方向において谷部１３３側に配置されている。
【００７３】
これにより、吸気側斜面１３１と排気側斜面１３２とが交わる部分である谷部１３３がシリンダ１１の軸心Ｘに近づく。前述のように、吸気側斜面１３１の傾斜角と排気側斜面１３２の傾斜角とが異なるので、吸気側裾面１３４と排気側裾面１３６との軸心Ｘの方向の位置が同じであれば、谷部１３３がシリンダ１１の軸心Ｘからずれる。それに対し、排気側裾面１３６を軸心Ｘの方向において谷部１３３側に配置することによって、軸心Ｘに対する傾斜角が相対的に大きい排気側斜面１３２を軸心Ｘの方向において谷部１３３側に平行移動させることができる。その結果、谷部１３３がシリンダ１１の軸心Ｘに近づくようになる。
【００７４】
そして、谷部１３３には、燃料噴射弁６が設けられているので、谷部１３３を軸心Ｘに近づけることによって、燃料噴射弁６を軸心Ｘに近づけることができる。つまり、燃焼室１７内において軸心Ｘの近傍に混合気を形成できるようになる。
【００７５】
さらに詳しくは、谷部１３３には、図２，４に示すように、燃料噴射弁６を配設するための凹部１３３ａが形成されている。燃料噴射弁６の噴口は、凹部１３３ａの内周壁に囲まれた状態となっている。凹部１３３ａの内周壁の有無及び大きさに応じて、燃焼噴霧の広がり及び飛散距離は変わる。詳しくは、燃料噴霧は、周辺の空気を巻き込むことによって、巻き込んだ空気に助長され、飛散距離が長くなる性質がある。それに対し、燃料噴霧の周囲に凹部１３３ａの内周壁が存在すると、燃料噴霧に巻き込まれる空気が少ないので、燃料噴霧の飛散距離が低減される。ここで、谷部１３３がシリンダ１１の軸心Ｘから大きくずれた構成において、燃料噴射弁６を軸心Ｘの近くに配置しようとすると、燃料噴射弁６を谷部１３３ではなく、吸気側斜面１３１又は排気側斜面１３２に配置することになり、凹部も吸気側斜面１３１又は排気側斜面１３２に形成されることになる。その場合、吸気側斜面１３１及び排気側斜面１３２は傾斜しているので、凹部の内周壁は、燃料噴射弁６の噴口の全周囲に亘って均一ではなく、谷部１３３に近い側では内周壁が短く、谷部１３３から離れた側では内周壁が長くなる。その結果、谷部１３３に近い側では燃料噴霧の飛散距離が長くなり、谷部１３３から離れた側では燃料噴霧の飛散距離が短くなり、燃料噴霧の形状が不均一になる。それに対し、前述のように、排気側裾面１３６を吸気側裾面１３４よりも軸心Ｘの方向において谷部１３３側に配置することによって、谷部１３３を軸心Ｘに近づけることができる。谷部１３３が軸心Ｘに近ければ、谷部１３３に凹部１３３ａを形成し、該凹部１３３ａに燃料噴射弁６を配設することができる。その結果、凹部１３３ａの内周壁を、吸気側と排気側とで同様の形状とすることができ、燃料噴霧の飛散条件を吸気側と排気側とで同様にすることができる。これにより、燃料噴霧の形状を排気側と吸気側とで均一にすることができる。
【００７６】
同様に、ピストン１６の排気側裾面１６８は、吸気側裾面１６６よりも軸心Ｘの方向において稜部１６３側に配置されている。
【００７７】
軸心Ｘに対する吸気側斜面１６１の傾斜角が排気側斜面１６２よりも小さいので、稜部１６３は軸心Ｘよりも吸気側にずれる傾向にある。それに対し、排気側裾面１６８の軸心Ｘ方向の位置を、吸気側裾面１６６よりも稜部１６３側に配置することによって、稜部１６３を軸心Ｘに近づけることができる。稜部１６３を横切るようにしてキャビティ１６４が形成されているので、稜部１６３を軸心Ｘ近づけることによって、キャビティ１６４を軸心Ｘに近づけることができる。つまり、軸心Ｘの近傍において燃焼を行わせることができる。
【００７８】
さらに、本実施形態では、吸気側裾エリア１７３ｂ及び排気側裾エリア１７４ｂを形成するために、吸気側裾面１３４及び排気側裾面１３６をシリンダヘッド１３の合わせ面１３ａよりも没入させている。これにより、吸気側裾面１３４及び排気側裾面１３６、さらには、吸気側テーパ面１３５及び排気側テーパ面１３７に形成した遮熱層の剥離の可能性を低減することができる。例えば、吸気側裾面１３４又は排気側裾面１３６をシリンダヘッド１３の合わせ面１３ａに形成する構成もあり得る。その場合、吸気側裾面１３４又は排気側裾面１３６に遮熱層を形成すると、合わせ面１３ａに遮熱層が形成されることになる。合わせ面１３ａは、シリンダヘッド１３の外表面を形成し、外部に露出するので、シリンダヘッド１３の搬送中等に他の物体と接触する可能性がある。そのため、合わせ面１３ａに遮熱層を形成すると、遮熱層が他の物体と接触して剥離する虞がある。それに対し、吸気側裾面１３４及び排気側裾面１３６は、合わせ面１３ａから没入した位置に設けられているので、吸気側裾面１３４及び排気側裾面１３６に遮熱層を形成しても、遮熱層が外部に露出しない。そのため、遮熱層の剥離の可能性を低減することができる。また、吸気側裾面１３４及び排気側裾面１３６を合わせ面１３ａから没入させた結果、吸気側テーパ面１３５及び排気側テーパ面１３７も合わせ面１３ａから没入させることができる。これにより、吸気側テーパ面１３５及び排気側テーパ面１３７に形成された遮熱層の剥離の可能性も低減される。
【００７９】
さらに、吸気側裾面１６６又は排気側裾面１６８をシリンダ１１の軸心Ｘに対して直交する面に形成することによって、該吸気側裾面１６６又は排気側裾面１６８をピストン１６の組付け精度の確認に利用することができる。例えば、ピストン１６の組付け後に、ピストン１６の上死点位置等を該該吸気側裾面１６６又は排気側裾面１６８を利用して確認することができる。
【００８０】
以上のように、エンジン１の燃焼室構造は、谷部１３３で連結された吸気側斜面１３１及び排気側斜面１３２を含む天井部１３０を有し、ペントルーフ型の燃焼室１７の一部を区画するシリンダヘッド１３と、稜部１６３で連結され、天井部１３０の吸気側斜面１３１及び排気側斜面１３２と対向する吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２を含む頂面１６０を有し、シリンダ１１に内挿されるピストン１６と、谷部１３３に設けられた燃料噴射弁６とを備え、吸気側斜面１３１には、吸気ポート１８が開口し、排気側斜面１３２には、排気ポート１９が開口しており、吸気側斜面１３１及び排気側斜面１３２のそれぞれの、谷部１３３と反対側の端部には、吸気側斜面１３１及び排気側斜面１３２から山折り状に屈曲して拡がる吸気側裾面１３４及び排気側裾面１３６が設けられ、頂面１６０には、凹陥するキャビティ１６４が稜部１６３を横切って形成され、吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２のそれぞれの、稜部１６３と反対側の端部には、吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２から谷折り状に屈曲して拡がる吸気側裾面１６６及び排気側裾面１６８が設けられ、吸気側斜面１３１と吸気側斜面１６１との間から吸気側裾面１３４と吸気側裾面１６６との間に亘って、屈曲した吸気側スキッシュエリア１７３が形成されると共に、排気側斜面１３２と排気側斜面１６２との間から排気側裾面１３６と排気側裾面１６８との間に亘って、屈曲した排気側スキッシュエリア１７４が形成され、排気側斜面エリア１７４ａと排気側裾エリア１７４ｂとのなす角α２は、吸気側斜面エリア１７３ａと吸気側裾エリア１７３ｂとのなす角α１よりも小さくなっている。
【００８１】
この構成によれば、排気側スキッシュエリア１７４からキャビティ１６４に流入するスキッシュ流Ｓ２を、吸気側スキッシュエリア１７３からキャビティ１６４に流入するスキッシュ流Ｓ１よりも強くすることができる。排気側からのスキッシュ流を強くすることによって、天井部１３０の近傍におけるタンブル流Ｔを弱めることができる。その結果、キャビティ１６４の側壁１６４１に到達する燃料噴霧及び混合気を低減することができ、冷却損失を低減することができる。
【００８２】
また、エンジン１の幾何学的圧縮比は、１５以上に設定されている。
【００８３】
このように幾何学的圧縮比が大きなエンジン１においては、スキッシュエリアが比較的大きく、キャビティ１６４が比較的小さくなるので、スキッシュ流が比較的強くなる。このスキッシュ流を有効に活用することによって、タンブル流に起因する冷却損失の増大を抑制することができる。
【００８４】
《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【００８５】
前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００８６】
ピストン１６の構成は一例に過ぎず、これに限定されるものではない。例えば、キャビティ１６４がオフセットして配置されているが、キャビティ１６４がボア中心に配置されていてもよい。また、バルブリセスや島状部の形状も任意に設定することができる。
【００８７】
例えば、図７に示すように、稜部１６３を島状部で構成してもよい。稜部１６３の島状部は、排気側斜面１６２のバルブリセス１６２ａから段差状に隆起すると共に、吸気側斜面１６１のバルブリセス１６１ａから段差状に隆起している。ただし、稜部１６３の表面は、一様に湾曲したＲ面となっている。
【００８８】
また、図７の構成に限らず、吸気側斜面１６１の島状部１６１ｂを削除して、吸気側斜面１６１を実質的に平坦な面としてもよい。同様に、排気側斜面１６２の島状部１６２ｂを削除して、排気側斜面１６２を実質的に平坦な面としてもよい。つまり、吸気側斜面１６１、排気側斜面１６２及び稜部１６３における島状部の有無は任意に設定することができる。
【００８９】
また、吸気側裾面１３４、排気側裾面１３６、吸気側裾面１６６及び排気側裾面１６８は、シリンダ１１の軸心Ｘに対して直交していなくてもよい。すなわち、吸気側裾面１３４、排気側裾面１３６、吸気側裾面１６６及び排気側裾面１６８は、シリンダ１１の軸心Ｘに対して傾斜していてもよい。
【００９０】
さらに、スキッシュエリアの間隔は、一定でなくてもよい。例えば、吸気側スキッシュエリア１７３の間隔がキャビティ１６４に向かって徐々に拡がっていてもよい。
【００９１】
また、吸気側テーパ面１３５、排気側テーパ面１３７及びテーパ面１６５ａを省略して、吸気側テーパエリア１７３ｃ及び排気側テーパエリア１７４ｃを省略してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
以上説明したように、ここに開示された技術は、直噴エンジンの燃焼室構造について有用である。
【符号の説明】
【００９３】
１      エンジン
１１    シリンダ
１２    シリンダブロック
１３    シリンダヘッド
１３０  天井部
１３１  吸気側斜面（ヘッド側斜面）
１３２  排気側斜面（ヘッド側斜面）
１３３  谷部
１３３ａ  凹部
１３４  吸気側裾面（ヘッド側裾面）
１３５  吸気側テーパ面（ヘッド側テーパ面）
１３６  排気側裾面（ヘッド側裾面）
１３７  排気側テーパ面（ヘッド側テーパ面）
１６    ピストン
１６０  頂面
１６１  吸気側斜面（ピストン側斜面）
１６２  排気側斜面（ピストン側斜面）
１６３  稜部
１６４  キャビティ
１６５ａ  テーパ面（ピストン側テーパ面）
１６６  吸気側裾面（ピストン側裾面）
１６８  排気側裾面（ピストン側裾面）
１７    燃焼室
１７３  吸気側スキッシュエリア
１７３ａ  吸気側斜面エリア
１７３ｂ  吸気側裾エリア
１７３ｃ  吸気側テーパエリア
１７４  排気側スキッシュエリア
１７４ａ  排気側斜面エリア
１７４ｂ  排気側裾エリア
１７４ｃ  排気側テーパエリア
１８    吸気ポート
１９    排気ポート
６      燃料噴射弁
Ｘ      軸心
【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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