(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
谷部で連結された２つの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、
頂面に凹陥するキャビティが形成され、シリンダに内挿されるピストンと、
前記天井部に設けられた燃料噴射弁とを備え、
前記天井部の一方の斜面には、２つの吸気通路の開口部がエンジン出力軸方向に並んで配置されており、
前記キャビティは、前記エンジン出力軸方向において、前記シリンダのボア中心からオフセットした位置に配置され、
前記２つの吸気通路のうち、前記キャビティのオフセットと同じ側の吸気通路の流量は、該オフセットと反対側の吸気通路の流量よりも大きい直噴エンジンの吸気装置。
【請求項２】
請求項１に記載の直噴エンジンの吸気装置において、
前記２つの吸気通路は、上流側の合流部において合流して１つの集合通路となる２つの分岐通路であり、
前記合流部は、上流側ほど、前記キャビティのオフセットと反対側に位置するように傾斜している直噴エンジンの吸気装置。
【請求項３】
請求項１に記載の直噴エンジンの吸気装置において、
前記２つの吸気通路は、上流側の合流部において合流して１つの集合通路となる２つの分岐通路であり、
前記合流部は、前記エンジン出力軸に直交する平面と平行に延びており、前記２つの開口部の中間位置に対して、前記キャビティのオフセットと同じ側にオフセットして配置されている直噴エンジンの吸気装置。
【請求項４】
請求項１に記載の直噴エンジンの吸気装置において、
前記２つの吸気通路は、上流側の合流部において合流して１つの集合通路となる２つの分岐通路であり、
前記２つの分岐通路の間には、該２つの分岐通路を分離させる隔壁が設けられており、
前記隔壁は、前記分岐通路の上流側ほど、前記キャビティのオフセットと反対側に位置するように傾斜している直噴エンジンの吸気装置。
【請求項５】
請求項１に記載の直噴エンジンの吸気装置において、
少なくとも２つの前記シリンダが、前記エンジン出力軸方向に並んで設けられており、
前記ピストン及び燃料噴射弁は、少なくとも２組設けられており、
２つの前記ピストンの前記キャビティは、前記エンジン出力軸方向において前記シリンダの中心に対して同じ側にオフセットしており、
前記２つの吸気通路は、上流側の合流部において合流して１つの集合通路となる２つの分岐通路であり、
少なくとも２つの前記シリンダのうち前記キャビティのオフセットと同じ側のシリンダにおける前記合流部は、上流側ほど、前記キャビティのオフセットと反対側に位置するように傾斜し、
少なくとも２つの前記シリンダのうち前記キャビティのオフセットと反対側のシリンダにおける前記合流部は、前記エンジン出力軸に直交する平面と平行に延びており、前記２つの開口部の中間位置に対して、前記キャビティのオフセットと同じ側にオフセットして配置されている直噴エンジンの吸気装置。
【請求項６】
請求項１に記載の直噴エンジンの吸気装置において、
少なくとも２つの前記シリンダが、前記エンジン出力軸方向に並んで設けられており、
前記ピストン及び燃料噴射弁は、少なくとも２組設けられており、
２つの前記ピストンの前記キャビティは、前記エンジン出力軸方向において前記シリンダの中心に対してそれぞれ逆側であって、２つの該キャビティが互いに離間するようにオフセットしており、
前記２つの吸気通路は、上流側の合流部において合流して１つの集合通路となる２つの分岐通路であり、
前記合流部は、上流側ほど、前記キャビティのオフセットと反対側に位置するように傾斜している直噴エンジンの吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、直噴エンジンの吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃焼室内のタンブル流の強さを調整する技術が開示されている。特許文献１に開示されたエンジンは、燃焼室内にタンブル流を発生させることによって、燃料噴霧がピストン頂面と接触することを防止すると共に、燃料噴霧を点火プラグ移の近傍に運んでいる。そして、このエンジンは、エンジン回転数又はスロットル開度に基づいてタンブル流の強さを調整することによって、エンジン回転数等の変動にかかわらず、燃料噴霧をタンブル流により点火プラグの近傍に適切に分布させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２４５２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃焼室内において混合気を所望の状態とするためには、燃焼室内でのガス流動の影響が重要となる。特許文献１で言及されているタンブル流は、燃焼室内でのガス流動の１つである。タンブル流は、縦渦の旋回流であり、吸気ポートから燃焼室内へ流入した吸気が、排気ポート側では下降し、ピストン頂面に沿って吸気ポート側へ方向を変え、吸気ポート側では上昇するような流れである。そして、このようなタンブル流の基本的な流れを前提として、例えば、タンブル流の強さを調整したり、タンブル流とスキッシュ流との関係を調整したり、燃料の噴射タイミング及び噴射形態を調整したりすることによって、燃焼室内の混合気の状態を制御する。
【０００５】
ところが、本願出願人は、燃焼室内でのタンブル流の影響の研究を進めていくうちに、ピストンの頂面にキャビティが形成され、このキャビティがボア中心からオフセットした位置に配置されたエンジンにおいては、キャビティ内に生じるタンブル流が偏向することを見出した。そして、混合気の状態を適切に制御するためには、タンブル流の偏向に合わせて、様々な調整を変更する必要があり、調整が複雑になってしまう。
【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、燃焼室内でのタンブル流の偏向を低減することにある。
【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吸気装置は、谷部で連結された２つの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、頂面に凹陥するキャビティが形成され、シリンダに内挿されるピストンと、前記天井部に設けられた燃料噴射弁とを備え、前記天井部の一方の斜面には、２つの吸気通路の開口部がエンジン出力軸方向に並んで配置されており、前記キャビティは、前記エンジン出力軸方向において、前記シリンダのボア中心からオフセットした位置に配置され、前記２つの吸気通路のうち、前記キャビティのオフセットと同じ側の吸気通路の流量は、該オフセットと反対側の吸気通路の流量よりも大きくなっている。
【０００８】
この構成によれば、キャビティがシリンダのボア中心からオフセットしているので、タンブル流の方向が偏向しやすい。詳しくは、タンブル流は、吸気通路の開口部から流入し、排気側において下降した後、ピストンの頂面に沿って吸気側に向かい、吸気側において上昇し、縦渦の旋回流となる。通常は、タンブル流の旋回軸は、エンジン出力軸と概ね平行である。しかしながら、キャビティがボア中心からエンジン出力軸方向にオフセットしている場合には、タンブル流の下降流が、キャビティへ向かって、キャビティのオフセットと同じ側（以下、「オフセット側」ともいう）へ偏向していく。こうして、偏向しながらキャビティ内に流入した吸気は、キャビティ内を単純に排気側から吸気側へ流れるのではなく、オフセット側に傾斜して排気側から吸気側へ流れる。該吸気は、キャビティの、吸気側且つオフセット側の内壁で案内され、上昇流となる。このとき、該気流は、オフセット側の内壁にも案内されるため、キャビティのオフセットと反対側（以下、「反オフセット側」ともいう）へ偏向しながら上昇流となる。こうして、タンブル流の旋回軸は、エンジン出力軸方向に対して傾斜する傾向にある。
【０００９】
それに対し、２つの吸気通路のうちキャビティのオフセット側の吸気通路の流量が、反オフセット側の吸気通路の流量よりも大きくなっている。これにより、オフセット側の吸気通路からの吸気流の方が反オフセット側の吸気通路からの吸気流よりも強いので、タンブル流の下降流は、反オフセット側へ偏向しやすい。反オフセット側へ偏向しながらキャビティ内に流入した流れは、キャビティの、吸気側且つ反オフセット側の内壁で案内され、オフセット側へ偏向しながら上昇流となる。つまり、このタンブル流は、キャビティのオフセットに起因して偏向するタンブル流とは反対側に偏向する。
【００１０】
その結果、キャビティのオフセットに起因するタンブル流の偏向と、流量の不均衡に起因するタンブル流の偏向とが互いに打ち消し合い、燃焼室全体としてのタンブル流の偏向を低減することができる。
【００１１】
例えば、前記２つの吸気通路は、上流側の合流部において合流して１つの集合通路となる２つの分岐通路であり、前記合流部は、上流側ほど、前記キャビティのオフセットと反対側に位置するように傾斜していてもよい。
【００１２】
この構成によれば、合流部は、下流側へ向かってオフセット側に傾斜している。つまり、合流部を流れる吸気は、オフセット側へ傾斜した流れとなる。その結果、吸気が合流部から２つの分岐通路へ分岐する際には、オフセット側の分岐通路の流量の方が、反オフセット側の分岐通路の流量よりも大きくなる。
【００１３】
また、前記２つの吸気通路は、上流側の合流部において合流して１つの集合通路となる２つの分岐通路であり、前記合流部は、前記エンジン出力軸に直交する平面と平行に延びており、前記２つの開口部の中間位置に対して、前記キャビティのオフセットと同じ側にオフセットして配置されていてもよい。
【００１４】
この構成によれば、２つの吸気通路の開口部の中間位置を通り且つエンジン出力軸の直交する平面で合流部を分割すると、オフセット側の部分の方が反オフセット側の部分よりも大きくなる。その結果、吸気が合流部から２つの分岐通路へ分岐する際には、オフセット側の分岐通路の流量の方が、反オフセット側の分岐通路の流量よりも大きくなる。
【００１５】
さらにまた、前記２つの吸気通路は、上流側の合流部において合流して１つの集合通路となる２つの分岐通路であり、前記２つの分岐通路の間には、該２つの分岐通路を分離させる隔壁が設けられており、前記隔壁は、前記分岐通路の上流側ほど、前記キャビティのオフセットと反対側に位置するように傾斜していてもよい。
【００１６】
この構成によれば、２つの吸気通路の間の隔壁が上流側ほど反オフセット側へ傾斜しているので、吸気が合流部から２つの吸気通路へ分岐する際に、オフセット側の吸気通路へ流入しやすくなっている。その結果、オフセット側の分岐通路の流量の方が、反オフセット側の分岐通路の流量よりも大きくなる。
【００１７】
また、少なくとも２つの前記シリンダが、前記エンジン出力軸方向に並んで設けられており、前記ピストン及び燃料噴射弁は、少なくとも２組設けられており、２つの前記ピストンの前記キャビティは、前記エンジン出力軸方向において前記シリンダの中心に対して同じ側にオフセットしており、前記２つの吸気通路は、上流側の合流部において合流して１つの集合通路となる２つの分岐通路であり、少なくとも２つの前記シリンダのうち前記キャビティのオフセットと同じ側のシリンダにおける前記合流部は、上流側ほど、前記キャビティのオフセットと反対側に位置するように傾斜し、少なくとも２つの前記シリンダのうち前記キャビティのオフセットと反対側のシリンダにおける前記合流部は、前記エンジン出力軸に直交する平面と平行に延びており、前記２つの開口部の中間位置に対して、前記キャビティのオフセットと同じ側にオフセットして配置されていてもよい。
【００１８】
この構成によれば、直噴エンジンは、少なくとも２気筒以上の多気筒エンジンである。そして、２つのピストンのキャビティは同じ側にオフセットしている一方で、吸気通路の合流部の構成は、２つのシリンダで異なる。詳しくは、オフセット側のシリンダにおいては、合流部が上流側ほど反オフセット側へ傾斜している。一方、反オフセット側のシリンダにおいては、合流部がエンジン出力軸に直交する平面と平行に延びており且つ２つの開口部の中間位置に対してオフセット側に（即ち、キャビティと同じ側に）オフセットしている。何れのシリンダにおいても、オフセット側の分岐通路の流量の方が反オフセット側の分岐通路の流量よりも大きくなる。それに加えて、オフセット側のシリンダの合流部は、上流側へ向かって反オフセット側へ傾斜しているので、その集合通路は、反オフセット側へ延ばしやすい。また、反オフセット側のシリンダの合流部は、オフセット側へオフセットしているので、その集合通路は、オフセット側へ延ばしやすい。そのため、２つの集合通路を、エンジン出力軸方向において２つのシリンダの中間位置あたりに集め易い。これにより、２つの集合通路の長さを同程度にしたり、形状を同様にしたりすることができる。
【００１９】
さらに、少なくとも２つの前記シリンダが、前記エンジン出力軸方向に並んで設けられており、前記ピストン及び燃料噴射弁は、少なくとも２組設けられており、２つの前記ピストンの前記キャビティは、前記エンジン出力軸方向において前記シリンダの中心に対してそれぞれ逆側であって、２つの該キャビティが互いに離間するようにオフセットしており、前記２つの吸気通路は、上流側の合流部において合流して１つの集合通路となる２つの分岐通路であり、前記合流部は、上流側ほど、前記キャビティのオフセットと反対側に位置するように傾斜しているようにしてもよい。
【００２０】
この構成によれば、直噴エンジンは、少なくとも２気筒以上の多気筒エンジンである。そして、２つのピストンのキャビティは互いに逆側であって且つ２つのキャビティが互いに離間するようにオフセットしている。そして、２つのシリンダとも、合流部が上流側ほど反オフセット側へ傾斜している。ただし、２つのピストンのキャビティは互いに逆側にオフセットしているので、２つの合流部は互いに逆向きに傾斜している。さらに、２つのキャビティは互いに離間するようにオフセットしているので、２つの合流部は上流側ほど互いに接近するように傾斜している。そのため、２つの集合通路を、エンジン出力軸方向において２つのシリンダの中間位置あたりに集め易い。これにより、２つの集合通路の長さを同程度にしたり、形状を同様にしたりすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
前記の直噴エンジンの吸気装置によると、燃焼室内でのタンブル流の偏向を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】燃焼室内のガス流れを示す平面説明図である。
【図５】４気筒の各燃焼室及び吸気通路を上から見た平面図である。
【図６】変形例１に係る各燃焼室及び吸気通路を上から見た平面図である。
【図７】変形例２に係る各燃焼室及び吸気通路を上から見た平面図である。
【図８】変形例３に係る各燃焼室及び吸気通路を上から見た平面図である。
【図９】変形例４に係る各燃焼室及び吸気通路を上から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、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１７１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１７２と、吸気側斜面１７１と排気側斜面１７２とが連結する谷部１７３とを備えて構成されている。燃焼室１７は、ペントルーフ型の燃焼室である。尚、谷部１７３は、ペントルーフの稜部であり、シリンダ１１のボア中心を通る場合、及び通らない場合の両方があり得る。また、ピストン１６の頂面１６０は、天井部１７０の吸気側斜面１７１及び排気側斜面１７２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、ピストンの中央に向かって登り勾配となった吸気側斜面１６１及び排気側斜面１６２によって、三角屋根状に隆起している。吸気側斜面１６１は、吸気側斜面１７１と対向し、排気側斜面１６２は、排気側斜面１７２と対向する。吸気側斜面１６１と排気側斜面１６２とは稜部１６３において連結されている。稜部１６３は、谷部１７３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。
【００２７】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に吸気ポート１８が形成されている。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。開口部１８０は、シリンダ１１毎に２つ設けられている。２つの開口部１８０は、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、シリンダ１１のボア中心に対して対称に配設されている。シリンダヘッド１３には、吸気マニホールド１８１（図１に一部だけ図示）が取り付けられ、吸気ポート１８は、吸気マニホールド１８１と連通する。吸気マニホールド１８１には吸気管（図示省略）が接続されている。吸気ポート１８、吸気マニホールド１８１及び吸気管が吸気通路１８３を形成する。吸気通路１８３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。吸気通路１８３の構成については、後で詳述する。
【００２８】
同様に、シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に排気ポート１９が形成されている。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。開口部１９０は、シリンダ１１毎に２つ設けられている。２つの開口部１９０は、エンジン出力軸の方向に並んで設けられ、シリンダ１１のボア中心に対して対称に配設されている。シリンダヘッド１３には、排気マニホールド１９１が取り付けられ、排気ポート１９は、排気マニホールド１９１と連通する。排気マニホールド１９１には排気管（図示省略）が接続されている。排気ポート１９、排気マニホールド１９１及び排気管が排気通路１９３を形成する。排気通路１９３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。
【００２９】
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。
【００３０】
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１７０の谷部１７３に設けられ、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（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。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。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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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１７０の谷部１７３に設けられ、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、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のボア中心近傍に、互いに近接して配設される。
【００３４】
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２５以上３５以下が好ましい。エンジン１は圧縮比＝膨張比となる構成から、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。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１７０の排気側斜面１７２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。
【００４５】
一方、吸気側斜面１６１は、排気側斜面１６２のような凹凸はなく、実質的に平坦な面である。吸気側斜面１６１は、バルブリセスが形成されていないというよりはむしろ、全面がバルブリセスである。つまり、吸気側斜面１６１は、開動作を行うときの吸気弁２１と干渉しない高さとなっている。
【００４６】
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。
【００４７】
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１６５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。
【００４８】
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。
【００４９】
キャビティ１６４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オフセットしているため、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オフセットした位置に配置される。
【００５０】
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の開口縁もまた、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。
【００５１】
このように、キャビティ１６４がシリンダ１１のボア中心からオフセットした位置に配置されることにより、燃焼室１７のタンブル流は、エンジン出力軸と平行な軸回りの旋回流ではなく、エンジン出力軸に対して傾斜した軸回りの旋回流となる傾向にある。この点について、図４を参照しながら詳述する。図４は、シリンダヘッドの天井部、ピストン１６の頂面１６０、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１６０、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。ここでは、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は、シリンダ１１のボア中心に対して均等であると仮定する。
【００５２】
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１７０において排気側へ向かうように流れ、タンブル流を形成する。ここで、ピストン１６の頂面１６０に設けたキャビティ１６４の位置がエンジン出力軸方向の前側にオフセットしているので、タンブル流の下降流は、キャビティ１６４に向かって、前側に偏向するようになる。偏向しながらキャビティ１６４内に流入したタンブル流は、キャビティ１６４の前側の内壁に案内され、エンジン出力軸方向の後側へ偏向しながら上昇する。タンブル流の下降流には、キャビティ１６４内に流入せず、ピストン１６の頂面１６０に沿って流れる成分もあるが、圧縮行程におけるピストン１６の上昇に伴い、キャビティ１６４の前側の内壁に案内され、エンジン出力軸方向の後側へ偏向しながら上昇する流れが強くなる。その結果、燃焼室１７には、エンジン出力軸方向の前側に偏向しながら下降し、後側に偏向しながら上昇するタンブル流が発生しやすい。
【００５３】
タンブル流がこのように偏向すると、キャビティ１６４に噴射される燃料噴霧がその影響を受ける。詳しくは、タンブル流の偏向が強くなる圧縮行程の後半は、燃料の噴射を行うタイミングでもある。偏向したタンブル流は、排気側からキャビティ１６４内に進入し、キャビティ１６４の前側の内壁に沿って上昇していくので、キャビティ１６４の排気側且つ前側の内壁近傍には強いタンブル流が存在する。その一方で、キャビティ１６４の吸気側且つ後側の内壁近傍のタンブル流は非常に弱くなっている。そのため、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、キャビティ１６４の吸気側且つ後側の内壁の方へ広がりやすくなる。このように、キャビティ１６４内において特定の方向へ混合気層が広がりやすいことは、成層化にとって好ましくない。
【００５４】
そこで、エンジン１は、２つの吸気ポート１８からの吸気量のバランスを調整することによって、キャビティ１６４のオフセットに起因するタンブル流の偏向を抑制している。詳しくは、２つの吸気ポート１８のうちキャビティ１６４のオフセット側の吸気ポート１８の流量が反オフセット側の吸気ポート１８よりも大きくなっている。以下、この点について詳述する。図５は、４気筒の各燃焼室１７を上から見た平面図に相当する。尚、前側から順に、第１シリンダ１１ａ、第２シリンダ１１ｂ、第３シリンダ１１ｃ、第４シリンダ１１ｄとする。
【００５５】
吸気ポート１８の下流側の部分は２本に分岐し、それぞれ開口部１８０を通じて燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８の上流側の部分は１本に集合しており、１つの開口部１８２を介してシリンダヘッド１３の吸気側の側面に開口している。シリンダヘッド１３の吸気側の側面には吸気マニホールド１８１が取り付けられている。吸気マニホールド１８１の各分岐管１８１ａが各吸気ポート１８に連通している。
【００５６】
こうして形成される吸気通路１８３は、吸気ポート１８の分岐部で形成される２つの分岐通路１８４と、吸気ポート１８の集合部と分岐管１８１ａで形成される集合通路１８５とを含んでいる。２つの分岐通路１８４は、集合通路１８５の下流端部である合流部１８５ａで合流する。合流部１８５ａは、吸気ポート１８の集合部と分岐管１８１ａの下流端部で形成されている。ここで、分岐管１８１ａの下流端部とは、分岐管１８１ａのうち下流端から、吸気ポート１８の分岐部と同じ長さを有する部分としてもよい。
【００５７】
ここで、合流部１８５ａは、エンジン出力軸に直交する平面（以下、「直交平面」ともいう）Ｐと平行に延びるのではなく、上流側ほど反オフセット側（即ち、後側）に傾斜している。尚、４つのシリンダ１１ａ〜１１ｄにおいて、全てのキャビティ１６４は前側にオフセットしているので、全ての合流部１８５ａは、上流側ほど後側へ傾斜し、互いに略平行になっている。尚、合流部１８５ａは、図５では直線状に描かれているが、直線状ではなく、反オフセット側の壁面を内側にオフセット側の壁面を外側にして湾曲する形状であってもよい。
【００５８】
それに加えて、２つの分岐通路１８４は、２つの開口部１８０の中間位置を通る直交平面Ｐに対して対称ではなく、オフセット側（即ち、前側）の分岐通路１８４の方が該直交平面Ｐに対する傾斜が大きくなっている。すなわち、該直交平面Ｐに対して対称な吸気通路（図５の一点鎖線）と比べると、反オフセット側の分岐通路１８４の該直交平面Ｐに対する傾斜角は小さくなり、オフセット側の分岐通路１８４の該直交平面Ｐに対する傾斜角は大きくなっている。それに伴い、シリンダヘッド１３の吸気側の側壁における吸気ポート１８の開口部１８２も反オフセット側にオフセットしている。
【００５９】
これにより、合流部１８５ａを流通する吸気Ｆは、エンジン出力軸に直交する向きではなく、オフセット側へ傾斜した方向に流れる。そして、吸気が合流部１８５ａから２つの分岐通路１８４へ分岐する際には、オフセット側の分岐通路１８４の流量の方が、反オフセット側の分岐通路１８４の流量よりも大きくなる。
【００６０】
こうして、２つの開口部１８０から燃焼室１７に流入する吸気の流量が不均衡となり、オフセット側の開口部１８０から流入する吸気の流量が、反オフセット側の開口部１８０から流入する吸気の流量よりも大きくなる。その結果、２つの開口部１８０からの吸気流で形成されるタンブル流Ｔ２は、排気側において反オフセット側（即ち、後側）へ偏向しながら下降する。反オフセット側へ偏向しながらキャビティ１６４内に流入した流れは、キャビティ１６４の、反オフセット側の内壁で案内され、オフセット側（即ち、前側）へ偏向しながら上昇流となる。つまり、このタンブル流Ｔ２は、キャビティ１６４のオフセットに起因して偏向するタンブル流Ｔ１とは反対側に偏向する。
【００６１】
その結果、キャビティ１６４のオフセットに起因するタンブル流Ｔ１の偏向と、流量の不均衡に起因するタンブル流Ｔ２の偏向とが互いに打ち消し合い、燃焼室１７全体としてのタンブル流の偏向を低減することができる。
【００６２】
以上のように、直噴エンジンの吸気装置は、谷部１７３で連結された吸気側斜面１７１及び排気側斜面１７２を含む天井部１７０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、頂面１６０に凹陥するキャビティ１６４が形成され、シリンダ１１に内挿されるピストン１６と、天井部１７０に設けられた燃料噴射弁６とを備え、天井部１７０の吸気側斜面１７１には、２つの吸気通路の開口部１８０がエンジン出力軸方向に並んで配置されており、キャビティ１６４は、エンジン出力軸方向において、シリンダ１１のボア中心からオフセットした位置に配置され、２つの吸気通路のうち、キャビティ１６４のオフセットと同じ側の吸気通路の流量は、オフセットと反対側の吸気通路の流量よりも大きくなっている。
【００６３】
この構成によれば、キャビティ１６４がオフセットして設けられているので、燃焼室１７は、タンブル流が偏向し易い形状となっている。一方、２つの吸気通路のうち一方の吸気通路の流量が他方の吸気通路の流量よりも大きくなっているので、吸気流量の不均衡によりタンブル流が偏向しやすくなっている。ここで、吸気流量の不均衡に起因するタンブル流の偏向の向きがキャビティ１６４のオフセットに起因するタンブル流の偏向の向きと逆になるように、２つの吸気通路の流動の大小関係が設定されているので、キャビティ１６４のオフセットに起因するタンブル流の偏向と、吸気流量の不均衡に起因するタンブル流の偏向とが互いに打ち消し合い、燃焼室１７全体としてのタンブル流の偏向を低減することができる。
【００６４】
そして、吸気流量の不均衡に起因するタンブル流の偏向の向きがキャビティ１６４のオフセットに起因するタンブル流の偏向の向きと逆になるように、２つの吸気通路のうちオフセット側の吸気通路の流量を大きくしている。その一例として、上記の説明では、合流部１８５ａを上流側ほど反オフセット側に位置するように傾斜されている。
【００６５】
しかし、２つの吸気通路のうちオフセット側の吸気通路の流量を大きくすることは、他の構成でも実現可能であり、以下に変形例について説明する。図６に、変形例１に係るエンジンの各燃焼室１７を上から見た平面図を示す。
【００６６】
変形例１においては、第３及び第４シリンダ１１ｃ，１１ｄの吸気通路２８３の形状が図５に示す吸気通路１８３と異なる。尚、第１及び第２シリンダ１１ａ，１１ｂの吸気通路１８３の形状は、図５に示す吸気通路１８３と同様である。
【００６７】
詳しくは、第３及び第４シリンダ１１ｃ，１１ｄにおける合流部２８５ａは、直交平面Ｐと略平行に延びている。さらに、合流部２８５ａは、２つの開口部１８０の中間位置（即ち、シリンダ１１のボア中心）に対して前側、即ち、キャビティ１６４のオフセットと同じ側にオフセットしている。そのため、第３及び第４シリンダ１１ｃ，１１ｄの吸気ポート２８の形状も第１及び第２シリンダ１１ａ，１１ｂの吸気ポート１８の形状と異なる。シリンダヘッド１３の吸気側の側壁における吸気ポート２８の開口部２８２が、２つの開口部１８０の中間位置に対して前側にオフセットしている。また、第３及び第４シリンダ１１ｃ，１１ｄの、吸気マニホールドの分岐管２８１ａも、２つの開口部１８０の中間位置に対して前側にオフセットしている。
【００６８】
これにより、２つの開口部１８０の中間位置を通る直交平面Ｐで合流部２８５ａを分割すると、オフセット側の部分Ｓ１の方が反オフセット側の部分Ｓ２よりも大きくなる。その結果、吸気が合流部２８５ａから２つの分岐通路２８４へ分岐する際には、オフセット側の分岐通路２８４の流量の方が、反オフセット側の分岐通路２８４の流量よりも大きくなる。
【００６９】
このような構成においても、オフセット側の開口部１８０から流入する吸気の流量が、反オフセット側の開口部１８０から流入する吸気の流量よりも大きくなる。よって、キャビティ１６４のオフセットに起因するタンブル流Ｔ１の偏向と、流量の不均衡に起因するタンブル流Ｔ２の偏向とが互いに打ち消し合い、燃焼室１７全体としてのタンブル流の偏向を低減することができる。
【００７０】
ここで、４つのシリンダ１１ａ〜１１ｄのうちオフセット側の第１及び第２シリンダ１１ａ，１１ｂにおいては、合流部１８５ａが上流側ほど反オフセット側に傾斜している。一方、反オフセット側の第３及び第４シリンダ１１ｃ，１１ｄにおいては、合流部１８５ａがオフセット側にオフセットしている。その結果、４つの集合通路１８５，２８５を、エンジン出力軸方向において第２シリンダ１１ｂと第３シリンダ１１ｃとの中間位置（即ち、気筒列方向の中間位置）あたりに集合させ易い。そうすることにより、第１シリンダ１１ａの吸気通路１８３の長さと第４シリンダ１１ｄの吸気通路２８３の長さとを同程度にしたり、第２シリンダ１１ｂの吸気通路１８３の長さと第３シリンダ１１ｃの吸気通路２８３の長さとを同程度にしたりすることが容易になる。
【００７１】
尚、第１及び第２シリンダ１１ａ，１１ｂの合流部１８５ａも、第３及び第４シリンダ１１ｃ，１１ｄと同様にキャビティ１６４のオフセットと同じ側にオフセットさせてもよい。つまり、全てのシリンダ１１の合流部を第３及び第４シリンダ１１ｃ，１１ｄの合流部２８５ａと同様の形状に統一してもよい。
【００７２】
図７に、変形例２に係るエンジンの各燃焼室１７を上から見た平面図を示す。変形例２においては、吸気ポートの形状が図５に示す吸気ポート１８と異なる。
【００７３】
詳しくは、変形例２に係る吸気ポート３８は、２つの分岐部（即ち、２つの分岐通路３８４）を分離させる隔壁３８６が、上流側ほど反オフセット側（即ち、後側）へ傾斜している。それ以外の構成は、吸気ポート１８と同様である。また、吸気マニホールドの分岐管３８１ａも分岐管１８１ａと同様の構成をしている。つまり、合流部３８５ａは、上流側ほど反オフセット側に傾斜している。
【００７４】
これにより、合流部３８５ａを流通する吸気Ｆは、エンジン出力軸に直交する向きではなく、オフセット側へ傾斜した方向に流れる。そのため、吸気が合流部３８５ａから２つの分岐通路３８４へ分岐する際には、オフセット側の分岐通路３８４の流量の方が、反オフセット側の分岐通路３８４の流量よりも大きくなる。それに加えて、２つの分岐通路３８４を分離させる隔壁３８６も上流側ほど反オフセット側に傾斜しているので、このことによっても、吸気が合流部３８５ａから２つの分岐通路３８４へ分岐する際には、オフセット側の分岐通路３８４の流量の方が、反オフセット側の分岐通路３８４の流量よりも大きくなる。
【００７５】
その結果、オフセット側の開口部１８０から流入する吸気の流量が、反オフセット側の開口部１８０から流入する吸気の流量よりも大きくなる。よって、キャビティ１６４のオフセットに起因するタンブル流Ｔ１の偏向と、流量の不均衡に起因するタンブル流Ｔ２の偏向とが互いに打ち消し合い、燃焼室１７全体としてのタンブル流の偏向を低減することができる。
【００７６】
尚、図７においては、隔壁３８６を上流側ほど反オフセット側に傾斜させることに加えて、合流部３８５ａも上流側ほど反オフセット側に傾斜させているが、合流部３８５ａを傾斜させることなく、直交平面Ｐと略平行に延びるように形成してもよい。つまり、隔壁３８６を上流側ほど反オフセット側に傾斜させることだけでも、オフセット側の分岐通路３８４の流量を反オフセット側の分岐通路３８４の流量よりも大きくすることができる。あるいは、合流部３８５ａを、合流部２８５ａのように、直交平面Ｐと略平行に延ばし且つ、２つの開口部１８０の中間位置に対してキャビティ１６４のオフセットと同じ側にオフセットさせてもよい。つまり、合流部２８５ａの構成と隔壁３８６とを組み合わせてもよい。
【００７７】
図８に、変形例３に係るエンジンの各燃焼室１７を上から見た平面図を示す。変形例３においては、吸気ポートの形状が図５に示す吸気ポート１８と異なる。
【００７８】
詳しくは、変形例３に係る吸気ポート４８は、２つの分岐部（即ち、２つの分岐通路４８４）が延長されている。すなわち、隔壁４８６が延長されている。例えば、吸気ポート４８において、分岐部の方が集合部よりも長くなっている。さらに、少なくともオフセット側の分岐通路４８４が上流側ほど反オフセット側に傾斜し且つ、集合部４８５ａも上流側ほど反オフセット側に傾斜している。
【００７９】
これにより、合流部４８５ａを流通する吸気Ｆは、エンジン出力軸に直交する向きではなく、オフセット側へ傾斜した方向に流れる。そのため、吸気が合流部４８５ａから２つの分岐通路４８４へ分岐する際には、オフセット側の分岐通路４８４の流量の方が、反オフセット側の分岐通路４８４の流量よりも大きくなる。それに加えて、オフセット側の分岐通路４８４も上流側ほど反オフセット側へ傾斜しているので、オフセット側に傾斜した方向に流通する吸気に対する該吸気通路４８４の流通抵抗が小さい。これらにより、吸気が合流部４８５ａから２つの分岐通路４８４へ分岐する際には、オフセット側の分岐通路４８４の流量の方が、反オフセット側の分岐通路４８４の流量よりも大きくなる。
【００８０】
さらに、隔壁４８６が上流側ほど反オフセット側に傾斜している。このことによっても、オフセット側の分岐通路４８４の流量が大きくなる。
【００８１】
図９に、変形例４に係るエンジンの各燃焼室１７を上から見た平面図を示す。変形例４においては、キャビティのオフセット方向がシリンダに応じて異なっている点がこれまでの構成と大きく異なる。
【００８２】
詳しくは、第１及び第２シリンダ１１ａ，１１ｂでは、キャビティ１６４が前側にオフセットし、合流部１８５ａが上流側ほど後側へ傾斜している。一方、第３及び第４シリンダ１１ｃ，１１ｄでは、キャビティ５６４が後側にオフセットし、合流部５８５ａが上流側ほど前側へ傾斜している。どちらのシリンダ１１においても、合流部は、上流側ほどキャビティのオフセットとは反対側に傾斜している。そのため、どのシリンダ１１においても、オフセット側の分岐通路１８４，５８４の流量の方が、反オフセット側の分岐通路１８４，５８４の流量よりも大きくなり、燃焼室１７全体としてのタンブル流の偏向を低減することができる。
【００８３】
さらに、この構成では、エンジン出力軸方向の中心よりも前側のシリンダ（第１及び第２シリンダ１１ａ，１１ｂ）では、合流部１８５ａが上流側ほど後側へ傾斜し、エンジン出力軸方向の中心よりも後側のシリンダ（第３及び第４シリンダ１１ｃ，１１ｄ）では、合流部５８５ａが上流側ほど前側へ傾斜している。その結果、４つの集合通路１８５，５８５を、エンジン出力軸方向において第２シリンダ１１ｂと第３シリンダ１１ｃとの中間位置（即ち、気筒列方向の中間位置）あたりに集合させ易い。そうすることにより、第１シリンダ１１ａの吸気通路１８３の長さと第４シリンダ１１ｄの吸気通路５８３の長さとを同程度にしたり、第２シリンダ１１ｂの吸気通路１８３の長さと第３シリンダ１１ｃの吸気通路５８３の長さとを同程度にしたりすることが容易になる。
【００８４】
尚、第１及び第２シリンダ１１ａ，１１ｂでは、キャビティを後側にオフセットさせ、合流部を直交平面Ｐと略平行に延ばし且つ後側へオフセットさせる一方、第３及び第４シリンダ１１ｃ，１１ｄでは、キャビティを前側にオフセットさせ、合流部を直交平面Ｐと略平行に延ばし且つ後側へオフセットさせてもよい。つまり、変形例１の合流部２８５ａの構成を採用してもよい。この場合には、キャビティのオフセットの方向を図９とは逆にする。こうすることで、燃焼室１７全体としてのタンブル流の偏向を低減しつつ、４つの集合通路を気筒列方向の中間位置あたりに容易に集合させることができる。
【００８５】
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。
【００８６】
前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００８７】
例えば、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、キャビティの頂面は、三角屋根状に隆起しているが、平坦に形成されていてもよい。
【００８８】
また、吸気ポートは、分岐部と集合部とを有しているが、集合部を有さず、分岐部だけであってもよい。すなわち、吸気ポート１８の下流端は、２つの開口部１８０を介して燃焼室１７に開口している一方、吸気ポート１８の上流端は、１つの開口部１８２を介してシリンダヘッド１３の吸気側の側面に開口している。しかしながら、吸気ポート１８の上流端は、２つの開口部を介してシリンダヘッド１３の吸気側の側面に開口していてもよい。つまり、２つの分岐部を分離させる隔壁がシリンダヘッド１３において燃焼室から吸気側の側面まで延びていてもよい。吸気ポート１８の２つの分岐部は、吸気マニホールドの分岐管１８１ａの下流端部において合流する。この場合、分岐管１８１ａの下流端部が合流部１８５ａを形成する。
【００８９】
図６，９の構成では、エンジン出力軸方向の前側の２つのシリンダと後側の２つのシリンダとで、吸気通路の構成やキャビティのオフセットの方向を変えているが、シリンダの分け方はこのように２つずつに限られるものではない。エンジン出力軸方向の前側の１つのシリンダと後側の３つのシリンダとで、吸気通路の構成やキャビティのオフセットの方向を変えてもよい。さらには、４気筒エンジンに限られず、シリンダの個数が４つ以外の場合であっても、シリンダをエンジン出力軸方向の位置に基づいて適宜分けて、吸気通路の構成やキャビティのオフセットの方向を異ならせることができる。
【００９０】
以上の説明では、様々な構成について説明しているが、それらは適宜組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
以上説明したように、ここに開示された技術は、直噴エンジンの吸気装置について有用である。
【符号の説明】
【００９２】
１      エンジン
１１    シリンダ
１３    シリンダヘッド
１６    ピストン
１６４，５６４  キャビティ
１７    燃焼室
１７０  天井部
１７１  吸気側斜面
１７２  排気側斜面
１７３  谷部
１８，２８，３８，４８，５８    吸気ポート
１８０  開口部
１８３，２８３，３８３，４８３，５８３  吸気通路
１８４，２８４，３８４，４８４，５８４  分岐通路（吸気通路）
１８５，２８５，３８５，４８５，５８５  集合通路
１８５ａ，２８５ａ，３８５ａ，４８５ａ，５８５ａ  合流部
３８６，４８６  隔壁
６      燃料噴射弁
【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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