(57)【要約】【課題】エンジンの冷却損失を低減する。【解決手段】ピストン上面５１及びシリンダヘッド１１の下面の少なくとも一方が、複数の微細な溝５５が形成されている溝形成面５６となっているエンジン１の燃焼室５０である。溝５５の幅ｓが、２〜２５０μｍの範囲に設定されると共に、界面流動発生デバイス６０が、溝形成面５６に拡がるように設置されている。少なくとも混合気の燃焼が始まる前に界面流動発生デバイス６０が作動し、溝形成面５６に沿って流れるガスの主流を、溝５５が延びる方向に偏向させる。【選択図】図３
2019002289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの上面と、当該ピストンを往復摺動可能に収容するシリンダの周面と、前記ピストンの上面と対向するシリンダヘッドの下面と、によって区画され、前記ピストンの上面及び前記シリンダヘッドの下面の少なくとも一方が、複数の微細な溝が形成されている溝形成面となっているエンジンの燃焼室であって、
前記溝の幅が、２〜２５０μｍの範囲に設定されると共に、前記溝形成面に沿って流れる界面流動を発生させる界面流動発生デバイスが、前記溝形成面に拡がるように設置されていて、
少なくとも混合気の燃焼が始まる前に、前記界面流動発生デバイスが作動して、前記溝形成面に沿って流れるガスの主流を、前記溝が延びる方向に偏向させるエンジンの燃焼室。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの燃焼室において、
前記溝の幅は、当該溝の深さ以上の大きさに設定されているエンジンの燃焼室。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のエンジンの燃焼室において、
前記界面流動発生デバイスが、圧縮行程の後半に作動するエンジンの燃焼室。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの燃焼室において、
前記燃焼室の周辺部分に、スキッシュ流を発生させるスキッシュエリアが形成され、
前記スキッシュエリアに臨む前記溝形成面に、前記スキッシュ流の流動方向に延びるように形成された前記溝と、前記界面流動発生デバイスと、が配置され、
前記界面流動発生デバイスが、前記シリンダの径方向内側に向かう前記スキッシュ流と同じ向きの前記界面流動を発生させるエンジンの燃焼室。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジンの燃焼室において、
前記エンジンは、前記燃焼室の中にスワール流を発生させるスワール流発生機構を備え、
前記スワール流のうち、前記溝形成面に沿って流れる流動が、前記界面流動発生デバイスによって偏向されるエンジンの燃焼室。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のエンジンの燃焼室において、
前記界面流動発生デバイスにプラズマアクチュエータが用いられ、
前記プラズマアクチュエータが、前記溝と交差する方向に延びるように配置されているエンジンの燃焼室。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のエンジンの燃焼室において、
前記ピストンの上面が前記溝形成面となっており、
前記ピストンには、前記界面流動発生デバイスに電力を供給する蓄電可能なデバイス電源部と、前記界面流動発生デバイスを制御するデバイス制御部と、が設置され、
前記デバイス電源部及び前記デバイス制御部に対し、無線による給電及び通信が行われるエンジンの燃焼室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここで開示する技術は、エンジンの冷却損失を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの冷却損失を低減するため、燃焼室の中に形成されるガスの主流（スワール流、タンブル流、スキッシュ流等）に沿って延びるように、放射状や同心円状等の複数の微細な溝を、燃焼室を区画している壁面（ピストンの上面、ピストンの上面と対向するシリンダヘッドの下面等）に形成することは、特許文献１に開示されている。
【０００３】
ガスの主流は、通常、その流れの周りに旋回する微細な渦（直径がμｍレベル）を伴う。この渦は、微視的なレベルの乱流を引き起こす。そのため、ガスの主流が燃焼室の壁面の近くを通過する際には、その界面領域で発生する微視的な乱流により、壁面を通じて燃焼室外への放熱が促進される。その結果、高温のガスが冷却されてエネルギーロスとなる（冷却損失）。それに対し、燃焼室の壁面に、特許文献１のような微細な溝を形成することで、渦が、溝の縁に妨げられて溝の底に近づき難くなるため、放熱が抑制され、冷却損失を低減できる。
【０００４】
開示する技術に関し、特許文献２には、プラズマアクチュエータを利用したエンジンが開示されている。そのエンジンでは、吸気ポートの内周面に、４つの円弧状のプラズマアクチュエータを全周にわたって設置している。燃焼室にガスを導入する際、これらプラズマアクチュエータの作動を制御して、ガスの流れを強弱させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−４０２１６号公報
【特許文献２】特開２０１６−２０００１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のような微細な溝を燃焼室の壁面に形成しても、これら溝の有る壁面に沿って流れるガスの流動方向が、溝が延びる方向と一致せず、これらの間でずれが生じると、放熱抑制効果が低下することが判明した。
【０００７】
そこで、ここで開示する技術の目的は、燃焼室の壁面に形成された特定の微細な溝が、放熱を効率よく抑制できるようにし、エンジンの冷却損失の低減効果を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
開示する技術は、ピストンの上面と、当該ピストンを往復摺動可能に収容するシリンダの周面と、前記ピストンの上面と対向するシリンダヘッドの下面と、によって区画され、前記ピストンの上面及び前記シリンダヘッドの下面の少なくとも一方が、複数の微細な溝が形成されている溝形成面となっているエンジンの燃焼室に関する。
【０００９】
前記溝の幅が、２〜２５０μｍの範囲に設定されると共に、前記溝形成面に沿って流れる界面流動を発生させる界面流動発生デバイスが、前記溝形成面に拡がるように設置されている。そして、少なくとも混合気の燃焼が始まる前に、前記界面流動発生デバイスが作動して、前記溝形成面に沿って流れるガスの主流を、前記溝が延びる方向に偏向させる。
【００１０】
すなわち、このエンジンの燃焼室では、燃焼室を区画している壁面のうち、ピストンの上面及びシリンダヘッドの下面の少なくとも一方に、放熱抑制効果が得られる、複数の微細な溝（マイクロ溝）が形成されている。従って、冷却損失の低減効果が得られる。
【００１１】
更に、これらマイクロ溝が形成されている溝形成面には、それに沿って流れる界面流動を発生させる界面流動発生デバイスが拡がるように設置されていて、少なくとも混合気の燃焼が始まる前に、界面流動発生デバイスが作動し、溝形成面に沿って流れるガスの主流を、マイクロ溝が延びる方向に偏向させる。
【００１２】
従って、溝形成面に沿って流れるガスの主流の流動方向が、マイクロ溝が延びる方向と一致せず、これらの間で大きなずれが生じる場合であっても、界面流動発生デバイスが作動することで、そのずれを修正し、小さくすることができる。その結果、放熱抑制効果の低下が抑制でき、エンジンの冷却損失の低減効果が向上する。
【００１３】
前記溝の幅は、当該溝の深さ以上の大きさに設定するのが好ましい。このように溝幅を設定することによって、上記の効果をより高めることができる。
【００１４】
混合気の燃焼が始まると、燃焼室の中は最高温に達し、燃焼室のガスと溝形成面との温度差が大きくなる。従って、少なくとも混合気の燃焼が始まる前に、界面流動発生デバイスが作動すれば、最も放熱し易いタイミングで、マイクロ溝の放熱抑制効果を適切に発揮させることができるので、効果的である。
【００１５】
具体的には、前記界面流動発生デバイスを、圧縮行程の後半に作動させるとよい。そうすれば、混合気の燃焼が始まる前には、溝形成面に沿って流れるガスの主流の流動方向を安定して修正でき、適正化できる。界面流動発生デバイスの作動時間を必要最小限にできるので、電力の浪費が防げて、燃費の向上が図れる。
【００１６】
より具体的には、前記燃焼室の周辺部分に、スキッシュ流を発生させるスキッシュエリアが形成され、前記スキッシュエリアに臨む前記溝形成面に、前記スキッシュ流の流動方向に延びるように形成された前記溝と、前記界面流動発生デバイスと、が配置され、前記界面流動発生デバイスが、前記シリンダの径方向内側に向かう前記スキッシュ流と同じ向きの前記界面流動を発生させる、としてもよい。
【００１７】
この場合、燃焼室の周辺部分に、スキッシュ流を発生させるスキッシュエリアが形成されているので、燃焼室の中が最も高温になる時のガスの流動は、通常、スキッシュ流が支配的になる。そのスキッシュエリアに臨む溝形成面に、スキッシュ流の流動方向に延びるようにマイクロ溝が形成されているので、高い放熱抑制効果が得られる。
【００１８】
更に、界面流動発生デバイスが、シリンダの径方向内側に向かうスキッシュ流（順スキッシュ流）と同じ向きの界面流動を発生させる。混合気の燃焼が始まる前の圧縮行程では、スキッシュエリアに順スキッシュ流が形成される。界面流動発生デバイスが、それと同じ向きの界面流動を発生させることで、例えば、燃焼室にスワール流やタンブル流の影響が強く残っていても、順スキッシュ流と相俟って、円滑かつ効率的に、界面領域を流れるガスの流動方向を、マイクロ溝が延びる方向に偏向できる。従って、よりいっそう高い放熱抑制効果が得られる。
【００１９】
前記エンジンは、前記燃焼室の中にスワール流を発生させるスワール流発生機構を備え、前記スワール流のうち、前記溝形成面に沿って流れる流動が、前記界面流動発生デバイスによって偏向される、としてもよい。
【００２０】
この場合、スワール流発生機構が作動することで、燃焼室の中が最も高温になる時のスキッシュエリアでは、ガスの流動方向が周方向に偏り、スキッシュ流ではなく、スワール流が支配的にもなり得る。そのような場合、マイクロ溝がその機能を十分に発揮できずに、放熱抑制効果の低下を招く。それに対し、スワール流における界面流動を、界面流動発生デバイスによって偏向すれば、マイクロ溝本来の機能を発揮させることができ、放熱抑制効果の低下を抑制できる。
【００２１】
前記界面流動発生デバイスにプラズマアクチュエータを用い、前記プラズマアクチュエータが、前記溝と交差する方向に延びるように配置するのが好ましい。
【００２２】
界面流動発生デバイスにプラズマアクチュエータを用いれば、比較的容易に、高精度な界面流動を発生させることができる。そして、そのプラズマアクチュエータを、マイクロ溝と交差する方向に延びるように配置すれば、マイクロ溝が延びる方向に流れる界面流動が発生して、マイクロ溝本来の機能を発揮させることができる。従って、放熱抑制効果の低下が抑制できる。
【００２３】
前記ピストンの上面が前記溝形成面となっている場合には、前記ピストンに、前記界面流動発生デバイスに電力を供給する蓄電可能なデバイス電源部と、前記界面流動発生デバイスを制御するデバイス制御部と、を設置し、前記デバイス電源部及び前記デバイス制御部に対し、無線による給電及び通信を行うようにするとよい。
【００２４】
そうすれば、往復動するピストンに対して、複雑な配線を施す必要が無くなる。ピストンに、蓄電可能なデバイス電源部が設けられているので、無線による給電であっても、界面流動発生デバイスやデバイス制御部に安定して電力を供給することができる。そして、デバイス制御部により、ピストンの外部から独立して界面流動発生デバイスの制御が行えるので、無線による通信であっても界面流動発生デバイスを安定して作動させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
開示した技術によれば、放熱が抑制できる特定構造の微細な溝が、燃焼室の壁面の広い範囲に形成されているので、エンジンの冷却損失の低減効果が得られる。壁面近くを流れるガスの主流の流動方向が、溝の延長方向に対して大きくずれると、エンジンの冷却損失の低減効果が低下するが、界面流動発生デバイスにより、その流動方向を偏向して適正化できるので、エンジンの冷却損失低減効果の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の燃焼室を適用したエンジンの一例を示す概略断面図である。
【図２】図２は、燃焼室の断面構造を拡大して示す概略図である。
【図３】図３は、図２の矢印Ｉの方向から見たときのピストン上面を示す図である。
【図４】図４は、図２の矢印ＩＩの方向から見たときの燃焼室天井面を示す図である。
【図５】図５は、マイクロ溝の構造を説明する図であり、図３の拡大図において矢印Ｘ−Ｘで示す概略断面図である。
【図６】図６は、マイクロ溝の溝延長方向に対する、界面領域を流れるガスの流動方向のずれ角と、溝形成面の熱伝達率の低減率との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、界面流動発生デバイスの構造を説明する図であり、図３の拡大図において矢印Ｙ−Ｙで示す概略断面図である。
【図８】図８は、界面流動発生デバイスによる界面流動の偏向作用を説明する図である。
【図９】図９は、マイクロ溝と界面流動発生デバイスとの交わり部分の一例を示す概略斜視図である。
【図１０】図１０は、界面流動発生デバイスを作動するタイミングを説明する図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、マイクロ溝の形成パターンの変形例を示す概略平面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、マイクロ溝の形成パターンの変形例を示す概略平面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、マイクロ溝の形成パターンの変形例を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。
【００２８】
＜エンジンの構成＞
図１に、本発明の燃焼室を適用したエンジンの一例を示す。このエンジン１は、往復ピストンエンジンであり、主に自動車の動力源として用いられる。エンジン１は、エンジン本体２や、エンジン本体２に対して吸気及び排気を行う吸排気系システム３、エンジン１の運転を制御するＰＣＭ４（パワートレイン・コントロール・モジュール）などで構成されている。
【００２９】
エンジン１の燃料は、ガソリンである。ただし、バイオエタノール等を含むガソリンでよい。すなわち、ガソリンを主成分とする液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。
【００３０】
エンジン本体２は、シリンダブロック１０と、その上に載置されるシリンダヘッド１１とを備える。シリンダブロック１０の内部には、上下方向に延びるように、複数の円筒状のシリンダ１２が形成されている。すなわち、このエンジン１は、多気筒エンジンである（図１では、１つのシリンダ１２のみを示す）。シリンダ１２の上側の開口は、シリンダヘッド１１によって塞がれている。
【００３１】
各シリンダ１２には、ピストン１３が、往復摺動可能に収容されている。シリンダ１２の下側の開口は、ピストン１３によって塞がれている。ピストン１３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と連結されている。ピストン１３がシリンダ１２の内部を往復運動することによってクランクシャフト１５が回転し、その回転動力が、自動車の駆動力として出力される。
【００３２】
シリンダ１２の上部には、燃焼室５０（混合気が燃焼する空間）が形成されている。具体的には、シリンダ１２の周面、ピストン１３の上面、及びこのピストン１３の上面と対向するシリンダヘッド１１の下面により、シリンダ１２の上部の空間の、側面、下面、及び上面の各々が区画され、それによって燃焼室５０が形成されている（燃焼室５０の下面を構成しているピストン１３の上面は、ピストン上面５１ともいい、燃焼室５０の上面を構成しているシリンダヘッド１１の下面は、燃焼室天井面５２ともいう）。なお、燃焼室５０の詳細については、別途後述する。
【００３３】
シリンダヘッド１１には、燃焼室５０と連通する吸気ポート１７及び排気ポート１８が形成されている。燃焼室天井面５２には、吸気ポート１７の下流端である吸気開口１９と、排気ポート１８の上流端である排気開口２０とが形成されている。吸気ポート１７の上流端は、シリンダヘッド１１の一方の側面に開口し、燃焼室５０に導入する新気やＥＧＲガスが流れる吸気通路２１（吸排気系システム３の吸気系システムを構成）に接続されている。排気ポート１８の上流端は、シリンダヘッド１１の他方の側面に開口し、燃焼室５０から導出される既燃ガスが流れる排気通路２２（吸排気系システム３の排気系システムを構成）に接続されている。
【００３４】
シリンダヘッド１１には、吸気開口１９を開閉する吸気バルブ２３と、排気開口２０を開閉する排気バルブ２４とが組み付けられている。吸気バルブ２３は、軸状のバルブステム２３ａと、バルブステム２３ａの下端に設けられた傘状のバルブヘッド２３ｂとを有している。同様に、排気バルブ２４も、バルブステム２４ａとバルブヘッド２４ｂとを有している。吸気開口１９及び排気開口２０は、これらバルブヘッド２３ｂ，２４ｂによって開閉され、各バルブヘッド２３ｂ，２４ｂは、燃焼室５０に臨むバルブ面２３ｃ，２４ｃを有している。吸気開口１９及び吸気バルブ２３、並びに、排気開口２０及び排気バルブ２４は、各シリンダ１２に２つずつ設けられている。
【００３５】
このエンジン１の吸気通路２１（詳細には一方の吸気ポート１７に接続された給気通路）には、燃焼室５０に導入される吸気の流動を制御する吸気流動制御弁２５（スワール流発生機構の一例）が設置されている。吸気流動制御弁２５は、その開度によって、燃焼室５０の中でのスワール流の強さを調整する。すなわち、吸気流動制御弁２５の開度が大きいと、スワール流の強さが弱くなり、吸気流動制御弁２５の開度が小さいと、吸気の流れが制限されることによって、スワール流の強さが強くなる。
【００３６】
シリンダヘッド１１にはまた、吸気バルブ２３を駆動する吸気動弁機構２６と、排気バルブ２４を駆動する排気動弁機構２７とが設置されている。吸気動弁機構２６は、クランクシャフト１５の回転に連動して吸気バルブ２３を駆動し、吸気開口１９を開閉する。排気動弁機構２７は、クランクシャフト１５の回転に連動して排気バルブ２４を駆動し、排気開口２０を開閉する。
【００３７】
吸気動弁機構２６には、可変バルブタイミング機構が組み込まれている（吸気ＶＶＴ）。吸気側ＶＶＴは、電動式や液圧式のＶＶＴであり、クランクシャフト１５に対する吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更することにより、吸気バルブ２３の開閉タイミングを変更する。同様に、排気動弁機構２７には、排気側ＶＶＴが組み込まれている。排気側ＶＶＴも、電動式や液圧式のＶＶＴであり、クランクシャフト１５に対する排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更することにより、排気バルブ２４の開閉タイミングを変更する。
【００３８】
シリンダヘッド１１にはまた、燃焼室５０の中で混合気に点火する点火プラグ２８が設置されている。点火プラグ２８は、各シリンダに１つずつ配置されている。点火プラグ２８は、その先端に、火花を発生させる電極２８ａを有し、その電極２８ａが燃焼室５０に臨んで位置するように、シリンダヘッド１１に組み付けられている。
【００３９】
シリンダヘッド１１には、燃料を噴射するインジェクタ２９が設置されている。インジェクタ２９も、各シリンダに１つずつ配置されている。インジェクタ２９は、その先端に、燃料を噴射する多噴口型等のノズル２９ａを有し、そのノズル２９ａが燃焼室５０に臨んで位置するように、シリンダヘッド１１に組み付けられている。各シリンダのインジェクタ２９は、燃料供給管３０を通じて、高圧の燃料を蓄える共通のコモンレール（図示せず）に接続されている。このコモンレールで蓄圧された燃料が、各インジェクタ２９に供給される。それにより、各インジェクタ２９から同じ圧力で高圧の燃料が噴射可能となっている。
【００４０】
エンジン１の運転状態を検知するために、エンジン１には、図示しないが、温度センサや角度センサ、流量センサ等の、各種センサが取り付けられている。ＰＣＭ４は、これらセンサから入力される信号と、マップなどの予め実装されている各種制御データとに基づいて、エンジン１を構成している各装置を制御する。例えば、吸気流動制御弁２５の開度や、吸気動弁機構２６及び排気動弁機構２７の作動、点火プラグ２８の点火タイミング、インジェクタ２９による燃料の噴射タイミングや噴射時間などは、エンジン１の運転状態に応じてＰＣＭ４により制御される。
【００４１】
＜燃焼室５０の構成＞
図２に、燃焼室５０の断面構造を拡大して示す。また、図３に、図２の矢印Ｉの方向から見たときのピストン上面５１を示し、図４に、図２の矢印ＩＩの方向から見たときの燃焼室天井面５２を示す。符号Ｊは、シリンダの中心を通る軸線である。尚、ピストン上面５１や燃焼室天井面５２には、複数のマイクロ溝５５や、複数の界面流動発生デバイス６０が設けられているが、これらについては別途詳述する。
【００４２】
このエンジン１の燃焼室天井面５２は、軸線Ｊを間に挟んだ両側に、対称状に位置する二つの傾斜面を有している（いわゆるペントルーフ形状）。図２、図４に示すように、燃焼室天井面５２は、２つの吸気開口１９が配置された吸気側傾斜面５２ａと、２つの排気開口２０が配置された排気側傾斜面５２ｂと、を有している。これら吸気側傾斜面５２ａ及び排気側傾斜面５２ｂの間には、これら吸気側傾斜面５２ａ及び排気側傾斜面５２ｂの上端縁に沿って延びる棟面５２ｃが形成されている。
【００４３】
吸気側傾斜面５２ａ及び排気側傾斜面５２ｂの各々は、軸線Ｊを中心として上向きに凹んだカップ状の微曲面で構成されており、互いの逆方向に向かって、緩やかに下り傾斜している。２つの吸気開口１９及び２つの排気開口２０は、各々、棟面５２ｃに沿って並ぶように配置されている。各バルブ面２３ｃ，２４ｃも、吸気側傾斜面５２ａ及び排気側傾斜面５２ｂと同様に、微曲面で構成されている。
【００４４】
それにより、吸気バルブ２３が閉じられたときには、そのバルブ面２３ｃは燃焼室天井面５２と段差無く連なり、排気バルブ２４が閉じられたときには、そのバルブ面２４ｃも燃焼室天井面５２と段差無く連なるようになっている。
【００４５】
棟面５２ｃの中央に軸線Ｊが位置しており、インジェクタ２９は、その中心線が軸線Ｊの近傍に平行して位置するように、シリンダヘッド１１に配置されている。ノズル２９ａは、棟面５２ｃの略中央から燃焼室５０に臨んでいる。点火プラグ２８は、傾斜した状態で、シリンダヘッド１１のインジェクタ２９に隣接した位置に配置されている。電極２８ａは、棟面５２ｃの長手方向にノズル２９ａと近接して配置されており、棟面５２ｃの略中央から燃焼室５０に臨んでいる。
【００４６】
図２、図３に示すように、ピストン上面５１は、燃焼室天井面５２に対応した形状に形成されている。すなわち、ピストン上面５１には、吸気側傾斜面５２ａ及び排気側傾斜面５２ｂの各々と対向する吸気側対向傾斜面５１ａ及び排気側対向傾斜面５１ｂが形成されている。これら吸気側対向傾斜面５１ａ及び排気側対向傾斜面５１ｂの各々は、吸気側傾斜面５２ａ及び排気側傾斜面５２ｂの各々と同等の曲率を有する、軸線Ｊを中心として上向きに僅かに膨らんだカップ状の微曲面で構成されている。従って、吸気側対向傾斜面５１ａと吸気側傾斜面５２ａとの間の間隔、及び、排気側対向傾斜面５１ｂと排気側傾斜面５２ｂとの間の間隔（軸線Ｊ方向の間隔）は、ピストン１３の位置によって大小に変化するが、径方向においては略一定である。
【００４７】
ピストン上面５１にはまた、キャビティ５３（窪み）が形成されている。キャビティ５３は、ピストン上面５１の中央部分に位置し、長軸が棟面５２ｃと平行なオーバル形状の開口縁を有している。キャビティ５３の壁面は、その開口縁に連なる曲面で構成されており、その底部中心を軸線Ｊが通っている。
【００４８】
エンジン１の運転時には、ピストン１３が往復動し、排気バルブ２４や吸気バルブ２３が所定のタイミングで開閉される。そうして、インジェクタ２９から所定のタイミングで燃焼が噴射され、所定のタイミングで点火プラグ２８により点火が行われる。それにより、燃焼室５０では、吸気、圧縮、膨張、及び排気の各行程からなる燃焼サイクルが行われる。このエンジン１は、圧縮比（幾何学的圧縮比）が比較的高いエンジンであり、ピストン１３が上死点に位置したときには、図２に示すように、ピストン上面５１は燃焼室天井面５２に近接する。
【００４９】
（ガスの流動）
燃焼サイクルが行われている燃焼室５０の中では、様々なガスの流れが形成される。これらガスの主な流れ（主流）は、その向きや形態に基づいてモデル化すると、スワール流、タンブル流、及びスキッシュ流に大別できる。スワール流は、軸線Ｊの周りに旋回するガスの流れ（横渦）であり、タンブル流は、軸線Ｊと直交する軸の周りに旋回するガスの流れ（縦渦）である。いずれも燃焼室５０の中を大きく旋回する流れである。
【００５０】
このエンジン１では、吸気流動制御弁２５により、スワール流を発生させ、その強さの調整ができる。また、吸気流動制御弁２５が無くても、吸気ＶＶＴを備えた吸気動弁機構２６により、吸気バルブ２３の開閉タイミングを変更することで、スワール流を発生させ、その強さの調整ができる。従って、吸気動弁機構２６も、スワール流発生機構を構成し得る。
【００５１】
一方、スキッシュ流は、燃焼室５０の周辺部分に設けられるスキッシュエリア５４で形成されるガスの流れである。この燃焼室５０では、吸気側対向傾斜面５１ａと吸気側傾斜面５２ａとの間の空間、及び排気側対向傾斜面５１ｂと排気側傾斜面５２ｂとの間の空間により、スキッシュエリア５４が構成される。スキッシュエリア５４は、ピストン１３が圧縮上死点の近くに位置する、圧縮行程から膨張行程に移行する過程で形成される。
【００５２】
図２に矢印で示すように、スキッシュ流は、シリンダ１２の径方向に向かうガスの流れである。スキッシュ流には、ピストン１３が上昇する圧縮行程でガスが押し出されて、径方向内側に向かう流れ（順スキッシュ流）と、ピストン１３が下降する膨張行程でガスが引き込まれて、径方向外側に向かう流れ（逆スキッシュ流）とがある。
【００５３】
これらガスの主流は、二次的な流れ（副流）として、その流れの周りに旋回する、直径がμｍレベルの微細な渦（マイクロ渦ｍｓ）を伴うことが知られている。このマイクロ渦ｍｓは、微視的なレベルの乱流を引き起こす。そのため、ガスの主流が燃焼室５０の壁面の近くを通過する際には、その界面領域で発生する微視的な乱流により、壁面を通じて燃焼室５０外への放熱が促進される。その結果、高温のガスが冷却されてエネルギーロスとなる（冷却損失）。
【００５４】
このようなマイクロ渦ｍｓに起因した放熱の促進に対し、燃焼室５０の壁面に、所定の大きさに設定された微細な溝を形成することで、放熱が抑制できることが知られている（特許文献１参照）。このエンジン１の燃焼室５０の壁面、すなわち、図３、図４に示すように、ピストン上面５１及び燃焼室天井面５２の双方には、冷却損失を抑制するために、そのような微細な溝（マイクロ溝５５）が形成されている。
【００５５】
（マイクロ溝５５）
マイクロ溝５５は、そのマイクロ溝５５が形成される壁面に沿って流れるガスの主流の流動方向に延びるように形成される。ガスと壁面との間の温度差が大きいほど、それだけ高い放熱抑制効果が得られる。従って、マイクロ溝５５は、燃焼室５０の中が最も高温になるときの主流の流動方向に合わせて形成するのが好ましいが、その形成パターンは、エンジン１の仕様に応じて適宜選択できる。
【００５６】
図３、図４に示すように、この構成例では、スキッシュ流に合わせてマイクロ溝５５が形成されており、スキッシュエリア５４を構成している、ピストン上面５１及び燃焼室天井面５２の双方に、マイクロ溝５５が形成されている（マイクロ溝５５が形成されている面を「溝形成面５６」ともいう）。具体的には、ピストン上面５１の吸気側対向傾斜面５１ａ及び排気側対向傾斜面５１ｂの各々のほぼ全域、キャビティ５３の周縁部からこれら傾斜面の外縁部に至る範囲に、複数のマイクロ溝５５が形成されている。また、燃焼室天井面５２では、吸気バルブ２３及び排気バルブ２４の各バルブ面２３ｃ，２４ｃを含む、吸気側傾斜面５２ａ及び排気側傾斜面５２ｂの各々のほぼ全域、棟面５２ｃの周縁部からこれら傾斜面の外縁部に至る範囲に、複数のマイクロ溝５５が形成されている。
【００５７】
これらマイクロ溝５５は、スキッシュエリア５４を径方向に流れるスキッシュ流の流動方向に合わせ、シリンダ１２の径方向の中心から放射状に延びるように配列されている。なお、マイクロ溝５５は、隣接するマイクロ溝５５が互いに接する程度に密に配列されているが、便宜上、図示のマイクロ溝５５は簡略化して表示している。
【００５８】
図５に示すように、マイクロ溝５５の幅ｓ（両側縁間の最大幅ｓ）は、マイクロ渦ｍｓの直径ｄよりも小さく設定されている。それにより、マイクロ渦ｍｓがマイクロ溝５５に入り込むことができなくなり、溝形成面５６が平坦である場合と比べて、微視的な乱流が壁面から離れた位置で発生する。その結果、ガスと溝形成面５６との間で熱伝達が行われ難くなり、放熱が抑制される。なお、マイクロ溝５５の幅ｓは小さ過ぎると、平滑面に近づいてマイクロ溝５５としての機能が損なわれるため、小さ過ぎないようにも設定される。
【００５９】
このような適切なマイクロ溝５５の幅ｓは、ガスの主流の流速等に基づいて設定される。例えば、マイクロ渦ｍｓの直径ｄは、ガスの主流の流速が高くなるほど小さくなる。従って、マイクロ溝５５の幅ｓもそれに合わせて設定される。エンジン１の主たる運転領域での、異なる回転数及び負荷に対する、マイクロ溝５５の幅ｓの適切な設定値の一例を次に示す。
【００６０】
［回転数］      ［負荷］        ［マイクロ溝５５の幅ｓ］
・１０００ｒｐｍ／２５０ｋＰａ：    １０〜２００μｍ
・１０００ｒｐｍ／５５０ｋＰａ：    ７〜２５０μｍ
・２５００ｒｐｍ／９００ｋＰａ：    ２．５〜８０μｍ
・３２５０ｒｐｍ／５３０ｋＰａ：    ２〜７０μｍ
すなわち、マイクロ溝５５の幅ｓは、２μｍ〜２５０μｍの範囲で設定するのが好ましい。幅ｓが２μｍよりも小さいと燃焼室５０の壁面が平滑面に近くなり、幅ｓが２５０μｍを超過するとマイクロ渦ｍｓがマイクロ溝５５に入り込み易くなる。いずれも冷却損失の低減効果が期待できない。
【００６１】
マイクロ溝５５の深さｈも幅ｓに応じて適切に設定するのが好ましい。マイクロ溝５５を深くするほど、微視的な乱流を溝形成面５６から遠ざけることができるが、マイクロ溝５５を深くすると、溝形成面５６の表面積が大きくなる。表面積が大きくなると放熱し易くなるため、溝形成面５６の表面積が大きくなり過ぎると、反って放熱を促進させてしまう。
【００６２】
従って、マイクロ溝５５の幅ｓは、その深さｈ以上の大きさに設定するのが好ましい。具体的には、マイクロ溝５５の幅ｓに対する深さｈの割合（ｈ／ｓ）が０．５〜１．０の範囲となるように設定すればよい。これらのことから、２μｍ〜２５０μｍの範囲で、深さｈ以上の大きさの幅ｓに設定することで、冷却損失の低減効果に優れたマイクロ溝５５を形成することができる。これらの範囲内であれば、マイクロ溝５５の幅ｓや深さｈは、その全長にわたって一様でなくてもよい。すなわち、一端から他端にわたって次第に幅ｓや深さｈが大きくなったり、部分的に幅ｓや深さｈが異なったりしてもよい。尤も、幅ｓや深さｈが一様なマイクロ溝５５は、加工が容易な点で有利である。
【００６３】
マイクロ溝５５の断面形状は、Ｖ字状、Ｕ字状、円弧状、矩形状等、仕様に応じて適宜設定できる（この構成例では、Ｖ字状の断面形状を例示）。単位面積当たりのマイクロ溝５５の数は多い方が冷却損失の低減効果が高まる。そのため、隣接するマイクロ溝５５の間は狭い方が好ましい。従って、マイクロ溝５５の側縁部が隣接するマイクロ溝５５の側縁部と一致するのが特に好ましいが、図５に示すように、隣接するマイクロ溝５５の間に、平らな領域が存在していてもよい。
【００６４】
（界面流動発生デバイス６０）
スキッシュエリア５４が設けられているこのエンジン１では、燃焼室５０の中が最も高温になる時のガスの流動は、スキッシュ流が支配的である。そのため、スキッシュエリア５４に臨む溝形成面５６でのマイクロ溝５５の形成パターンは、スキッシュ流に合わせてある。
【００６５】
ところが、前述したように、燃焼室５０の内部では、効率的な燃焼を実現するために、様々なタイミングで様々なガスの流動が形成される場合がある。例えば、吸気流動制御弁２５によってスワール流が強化されたり、吸気バルブ２３の開閉タイミングの変更やエンジン回転数の高低によって支配的なガスの主流の割合が変化したりする。そのため、エンジン１の運転状態によっては、燃焼室５０の中が最も高温になる時のスキッシュエリア５４で、スワール流やタンブル流が支配的になる場合もあり得る。また、燃焼室５０の中が最も高温になる周辺の温度帯で、スキッシュエリア５４におけるガスの流動が変化する場合もあり得る。
【００６６】
それに対し、溝形成面５６に沿って流れるガスの流動方向が、マイクロ溝５５が延びる方向（溝延長方向ともいう）と一致せず、これらの間でずれが生じると、放熱抑制効果が低下することが判明した。
【００６７】
図６に、溝延長方向に対して、溝形成面５６に沿って流れるガスの流動方向が偏っている角度（ずれ角：ｄｅｇ）と、所定の条件下での溝形成面５６における熱伝達率低減率（％）との関係を示す。熱伝達率低減率が高いほど、放熱の抑制効果が高い。なお、黒丸印を含む実線は、前述したマイクロ溝５５の幅ｓに対する深さｈの割合（ｈ／ｓ）が０．５の場合、白四角印を含む実線は、ｈ／ｓが１．０の場合、をそれぞれ表している。
【００６８】
いずれの場合においても、ずれ角が、約１５ｄｅｇを超えると、ずれ角が大きくなるほど、放熱の抑制効果が低下する傾向が認められた。従って、ずれ角は、小さくするのが好ましく、１５ｄｅｇ以内にするのがより好ましい。
【００６９】
従って、燃焼室５０の壁面にマイクロ溝５５を形成しても、放熱抑制効果を効率的に得るためには、溝形成面５６に沿って流れるガスの流動方向を、溝延長方向とできるだけ一致させる必要がある。しかし、マイクロ溝５５を形成するだけでは、多様なガスの流動方向に対応できない。そこで、このエンジン１の燃焼室５０では、溝形成面５６に沿って流れるガスの流動（界面流動）を発生させる界面流動発生デバイス６０が、マイクロ溝５５と共に設置されている。
【００７０】
図３，図４に示すように、界面流動発生デバイス６０は、外観が線状に見える微細な構造体であり、溝形成面５６に拡がるように設置されている。この構成例では、ピストン上面５１の吸気側対向傾斜面５１ａ及び排気側対向傾斜面５１ｂの各々、すなわちスキッシュエリア５４を構成している領域の外縁部に沿って延びるように、界面流動発生デバイス６０が設置されている。また、燃焼室５０天井面５２でも、吸気側傾斜面５２ａ及び排気側傾斜面５２ｂの各々の、スキッシュエリア５４を構成している領域の外縁部に沿って延びるように、界面流動発生デバイス６０が設置されている。これら界面流動発生デバイス６０は、放射状に延びる複数のマイクロ溝５５と交差する方向（好ましくは直交する方向）に延びるように配置されている。
【００７１】
図７に、界面流動発生デバイス６０の断面構造を示す。界面流動発生デバイス６０には、いわゆるプラズマアクチュエータが用いられており、誘電体６１、露出電極６２、被覆電極６３などで構成されている。
【００７２】
このエンジン１では、溝形成面５６の表面（燃焼室５０に面する面）が特定構造を有する被覆層で被覆されており、誘電体６１は、その被覆層によって構成されている（被覆層６１ともいう）。
【００７３】
被覆層６１は、熱し易くかつ冷め易いように、熱容量の小さい素材で形成されている。例えば、中空粒子を含むシリコーン樹脂で、被覆層６１を形成することができる。具体的には、フライアッシュバルーン、シラスバルーン、シリカバルーン、エアロゲルバルーン等の微細なセラミック系の中空粒子を含む、ポリアルキルフェニルシロキサン等のシリコーン樹脂を用いて被覆層６１を形成することができる。
【００７４】
このような被覆層６１によって誘電体を構成することで、溝形成面５６に遮熱機能を付与することができる。それにより、放熱が抑制されるので、冷却損失の低減効果がより向上する。溝形成面５６がより高温になるので、マイクロ溝５５でのカーボンデポジットの形成を抑制する効果も期待できる。
【００７５】
露出電極６２及び被覆電極６３は、いずれも薄膜の金属からなる導電体で形成されており、この界面流動発生デバイス６０では、線状ないし帯状に形成されている。露出電極６２及び被覆電極６３の各々の厚みや幅、形状等は、仕様に応じて適宜設定できる。通常、露出電極６２及び被覆電極６３の厚みは薄く、これらを含む界面流動発生デバイス６０としての厚みは数μｍ〜数１００μｍに過ぎない。
【００７６】
露出電極６２は、被覆層６１の外面側に配置されている。露出電極６２の一部は燃焼室５０に露出しているのが好ましい。対して、被覆電極６３は、誘電体である被覆層６１を露出電極６２との間に介在させた状態で、被覆層６１の内面側に配置されている。被覆電極６３は、溝形成面５６に沿って露出電極６２から離れた部位が生じるように、露出電極６２の設置位置から外れた位置にオフセットして配置されている。
【００７７】
露出電極６２及び被覆電極６３の各々は、例えば数ＫＨｚ以上かつ数１０ｋＶ以上の、高出力が可能な電源と電気的に接続されていて、電力の供給が可能となっている。
【００７８】
具体的には、図１に示すように、シリンダヘッド１１には、燃焼室５０天井面５２に設置されている界面流動発生デバイス６０に対応したヘッド側デバイスユニット６４が取り付けられている。ピストン１３の内部には、その上面５１に設置されている界面流動発生デバイス６０に対応したピストン側デバイスユニット６５が取り付けられている。
【００７９】
図２に示すように、ヘッド側デバイスユニット６４は、電気配線６６ａを通じ、吸気側傾斜面５２ａ及び排気側傾斜面５２ｂの各々に設置された各界面流動発生デバイス６０と接続されている。そして、ピストン側デバイスユニット６５は、電気配線６６ｂを通じ、吸気側対向傾斜面５１ａ及び排気側対向傾斜面５１ｂに設置された各界面流動発生デバイス６０と接続されている。
【００８０】
ヘッド側デバイスユニット６４は、ケーブル６７を通じ、ＰＣＭ４や主電源であるバッテリー５と接続されている。従って、燃焼室５０天井面５２に設置されている界面流動発生デバイス６０には、ヘッド側デバイスユニット６４を通じて、有線による給電及び通信が行われる。
【００８１】
一方、ピストン側デバイスユニット６５には、界面流動発生デバイス６０に電力を供給する蓄電可能なデバイス電源部６５ａと、界面流動発生デバイス６０を制御するデバイス制御部６５ｂと、これらデバイス電源部６５ａ及びデバイス制御部６５ｂの各々に電力及び制御信号を供給するデバイス受信部６５ｃと、が内蔵されている。このデバイス受信部６５ｃとの間で無線による給電及び通信を可能にする送信器６８が、エンジン本体２の近傍に配置されている。送信器６８は、ケーブル６７を通じ、ＰＣＭ４や主電源であるバッテリー５と接続されている。
【００８２】
従って、ピストン上面５１に設置されている界面流動発生デバイス６０には、送信器６８及びピストン側デバイスユニット６５を通じて、無線による給電及び通信が行われる。ピストン側デバイスユニット６５に、蓄電可能なデバイス電源部６５ａが設けられているので、無線による給電であっても、界面流動発生デバイス６０やデバイス制御部６５ｂに安定して電力を供給することができる。そして、デバイス制御部６５ｂにより、ＰＣＭ４から独立した界面流動発生デバイス６０の制御が行えるので、無線による通信であっても界面流動発生デバイス６０を安定して作動させることができる。
【００８３】
界面流動発生デバイス６０は、高電圧を供給することで作動する。すなわち、露出電極６２と被覆電極６３（ＧＮＤ）との間に高電圧が印加されると、露出電極６２と被覆電極６３との間に縁面放電が生じる。その結果、露出電極６２と被覆電極６３との間の、燃焼室５０に面する界面領域では、露出電極６２の側から被覆電極６３の側に向かうガスの流れが誘起される。またこのとき、その界面領域にはプラズマが発生するため、オゾンが生成される。すなわち、界面流動発生デバイス６０は、オゾン生成デバイスとしても機能する。
【００８４】
界面流動発生デバイス６０を作動させることにより、図７に矢印で示すように、溝形成面５６の界面領域に沿って流れるガスの流動（界面流動）を形成することができる。従って、界面流動発生デバイス６０により、溝形成面５６に沿って流れるガスの主流の流動方向を偏向したり強化したりできる。具体的には、溝形成面５６に沿って流れるガスの主流の流動方向が溝延長方向と異なる場合には、その流動方向を、溝延長方向に偏向させることができる。また、溝形成面５６に沿って流れるガスの主流の流動方向が溝延長方向と同じ場合には、その流動を強化することができる。
【００８５】
図３や図４に示すように、この構成例では、界面流動発生デバイス６０が、スキッシュエリア５４を構成する領域の外縁部に沿って延びるように配置されている。そして、露出電極６２は、被覆電極６３よりも、シリンダ１２の径方向外側に位置するように配置されている。
【００８６】
従って、図８に白抜き矢印で示すように、スワール流の影響により、スキッシュエリア５４の界面領域で、流動を周方向に向かわせる外力がガスの主流に作用しても、界面流動発生デバイス６０が作動することにより、スキッシュエリア５４の外縁部では、細矢印が示すように、マイクロ溝５５に沿って、順スキッシュ流と同じ、シリンダの径方向内側に向かう界面流動が形成される。それにより、周方向に偏るガスの流動方向が径方向に偏向され、溝延長方向とのずれ角を小さくできる。その結果、放熱抑制効果の低下が抑制できる。
【００８７】
界面流動発生デバイス６０によって形成される界面流動の向きが、順スキッシュ流と同じであるため、順スキッシュ流の形成に合わせて界面流動発生デバイス６０を作動させれば、円滑かつ効率的に、界面領域を流れるガスの主流の流動方向を偏向できる。
【００８８】
順スキッシュ流の上流端である、スキッシュエリア５４の外縁部に界面流動発生デバイス６０が配置されているので、順スキッシュ流が流れる溝形成面５６の広い範囲に、界面流動発生デバイス６０が形成した界面流動の影響を及ぼすことができ、効果的である。
【００８９】
界面流動発生デバイス６０を、マイクロ溝５５と交差する方向に延びるように配置すれば、溝形成面５６に、溝延長方向に流れる界面流動を形成できるので、露出電極６２とマイクロ溝５５とは、必ずしも交わっていなくてもよい（離れていてもよい）。しかし、露出電極６２とマイクロ溝５５とが交わっていれば、マイクロ溝５５の凹凸との組み合わせにより、溝延長方向に流れる界面流動をより効果的に形成できる。従って、露出電極６２の少なくとも一部は、マイクロ溝５５と交わった状態で、溝形成面５６に拡がるように形成するのが好ましい。
【００９０】
マイクロ溝５５は、μｍ単位の微細な構造であるため、界面流動発生デバイス６０をマイクロ溝５５と交わるように設置すると、マイクロ溝５５に段差が生じて界面流動発生デバイス６０によってマイクロ溝５５の機能が阻害されるおそれがある。そのため、図９に示すように、露出電極６２は、界面流動を発生させつつガス流動を阻害させない程度に、被覆層６１のマイクロ溝５５から極僅かに突出させただけの、実質、段差無く連続するように形成するのが好ましい。
【００９１】
具体的には、ピストン１３の上面やシリンダヘッド１１の下面の母材表面の所定部位に被覆電極６３を設置する。その後、被覆電極６３を設置したその母材表面の上に被覆層６１を塗布等によって形成する。被覆層６１の形成と同時又はその後に、被覆層６１の表面の所定部位に露出電極６２を設置する。その際、露出電極６２の下部は被覆層６１に埋設する。そうした後、露出電極６２及び被覆層６１が形成されたピストン１３の上面やシリンダヘッド１１の下面の所定部位を、切削加工することによってマイクロ溝５５を形成する。
【００９２】
切削加工であれば、μｍ単位の多数のマイクロ溝５５であっても、高い精度で安価に形成できる。露出電極６２及び被覆層６１の区別なく、一様なマイクロ溝５５が形成できる。マイクロ溝５５には実質、段差が生じないので、界面流動発生デバイス６０をマイクロ溝５５と交わるように設置しても、マイクロ溝５５の機能を損なわない。マイクロ溝５５が露出電極６２の上側部分を通過し、露出電極６２の下側部分は連なっているので、露出電極６２は、いずれかの部位に通電するだけで、露出電極６２全体に電圧が印加できる。すなわち、配線が容易である。
【００９３】
図９に示すように、界面流動発生デバイス６０を作動させることで、マイクロ溝５５に沿って流れる円滑なガスの流動を形成できる。またこの時、そのガスにはオゾンが含まれるので、マイクロ溝５５にカーボン粒子が堆積して、カーボンデポジットが形成されることを効果的に抑制できる。
【００９４】
界面流動発生デバイス６０は、エンジン１の運転期間中、絶えず作動させてもよいが、電力の消費量が多くなり、燃費に影響する。従って、界面流動発生デバイス６０は、適切なタイミング及び期間で作動させるのが好ましい。
【００９５】
具体的には、図１０に示すように、界面流動発生デバイス６０は、少なくとも混合気の燃焼が始まる前、すなわち、点火プラグ２８の点火により、膨張行程の前半で、燃焼室５０の中に形成された混合気の燃焼が開始する前に作動させるのが好ましい。更には、圧縮行程の後半（圧縮行程を二等分したうちの後半）の期間に作動させるのが好ましい。特に、ピストン１３が圧縮上死点の近傍に位置するタイミングで作動させるのが好ましい。
【００９６】
この時、燃焼室５０は、図２に示すような状態であり、ピストン１３は圧縮上死点に向かって上昇している。従って、スキッシュエリア５４では、順スキッシュ流が形成されている。マイクロ溝５５は、スキッシュ流の流動方向に適したパターンに形成されているため、ずれ角は小さく、放熱を効率よく抑制できる。溝延長方向に対して、界面領域を流れるガスの主流の流動方向が多少ずれていても、界面流動発生デバイス６０の作動により、溝延長方向に偏向される。また、界面流動発生デバイス６０の作動により、順スキッシュ流が強化される。
【００９７】
燃焼室５０は、圧縮上死点で最大に圧縮されて混合気が高温になる。そして、その後直ぐに、混合気の燃焼が開始する。従って、燃焼室５０の中が最も高温になるタイミングで、前述したずれ角を小さくできる。その結果、放熱抑制効果の低下が効率的に抑制できるので、優れた冷却損失の低減効果が得られる。混合気の燃焼が始まる前に、適切な界面流動になっていればよいので、界面流動発生デバイス６０は、混合気の燃焼が始まれば、その作動は停止してもよい。
【００９８】
尤も、混合気の燃焼が行われる膨張行程の前半にも、圧縮行程の後半に引き続いて界面流動発生デバイス６０を作動させてもよい。すなわち、混合気の燃焼中には、カーボン粒子が発生する。カーボン粒子がマイクロ溝５５に入り込んで付着し、カーボンデポジットが形成されると、マイクロ溝５５が本来の機能を発揮できなくなってしまう。一方、膨張行程の前半は、燃焼室５０の中の温度が最も高くなるため、カーボン粒子やオゾンの反応性が高く、カーボン粒子がオゾンによって酸化され易い。従って、膨張行程の前半にも、界面流動発生デバイス６０を作動させることで、マイクロ溝５５にカーボン粒子が付着するのを効果的に抑制できる。
【００９９】
このように、開示したエンジン１の燃焼室５０によれば、放熱が抑制できるマイクロ溝５５が、燃焼室５０の壁面の広い範囲に形成されているので、エンジン１の冷却損失の低減効果が得られる。界面領域を流れるガスの主流の流動方向が、溝延長方向に対して大きくずれると、エンジン１の冷却損失の低減効果が低下するが、界面流動発生デバイス６０により、その流動方向が偏向できる。従って、界面領域を流れるガスの主流の流動方向が、溝延長方向とは多少異なる場合があっても、適正化できる。
【０１００】
＜変形例＞
前述したマイクロ溝５５の形成パターンは一例に過ぎない。マイクロ溝５５の形成パターンは、燃焼室５０の仕様に応じて適宜設定できる。
【０１０１】
図１１Ａに、溝形成面５６（ピストン上面５１を例示）の変形例を示す。例えば、吸気側対向傾斜面５１ａ、吸気側傾斜面５２ａ、排気側対向傾斜面５１ｂ、及び排気側傾斜面５２ｂの各々が、微曲面でなく平坦面となっている場合には、スキッシュ流は、傾斜方向に流れる。従って、その場合には、図１１Ａに示すように、マイクロ溝５５は、傾斜方向に延びるように形成するのが好ましい。
【０１０２】
前述した実施形態では、スキッシュエリア５４の外縁部にのみ、界面流動発生デバイス６０を設置した場合を示したが、図１１Ｂに示すように、溝形成面５６の広範囲に多数の界面流動発生デバイス６０を設置してもよい。例えば、図１１Ｂでは、ピストン上面５１の吸気側対向傾斜面５１ａ及び排気側対向傾斜面５１ｂの各々のほぼ全域、キャビティ５３の周縁部からこれら傾斜面の外縁部に至る範囲に、複数の界面流動発生デバイス６０が設置されている。これら界面流動発生デバイス６０は、放射状に延びる複数のマイクロ溝５５と交差するように、シリンダ１２の中心に対して同心円状に配置されている。
【０１０３】
このように、溝形成面５６の広範囲に、多数の界面流動発生デバイス６０を、マイクロ溝５５と交差するように設置すれば、ガスの流動をより強力に偏向できる、その結果、ガスの主流の流動方向が、溝延長方向と大きく異なっていても、マイクロ溝５５の機能を発揮させることができるので、様々なエンジン１の運転状態で放熱を効率よく抑制できるようになり、エンジン１の冷却損失の低減効果を向上させることができる。
【０１０４】
また、前述した実施形態では、燃焼室５０の内部が高温となる期間にスキッシュ流が支配的となる場合を示したが、スワール流が支配的となる場合もある。例えば、吸気流動制御弁２５を制御するなどして、スワール流が強化され、前述した期間に、スキッシュ流ではなく、スワール流が主体となるように制御される場合などである。また、燃焼室５０の内部が高温となる期間でなく、その周辺の温度帯などでスワール流が主体となる場合もある。
【０１０５】
そのような場合、溝形成面５６の境界領域で作用するマイクロ渦ｍｓの向きも、そのスワール流に伴って変化するので、図１１Ｃに示すように、スワール流に対応して、マイクロ溝５５を同心円状に配置するとよい。そして、この場合、界面流動発生デバイス６０は、マイクロ溝５５と直交するように、放射状に配置するのが好ましい。
【０１０６】
そうすれば、例えば、スキッシュ流に起因して、シリンダ１２の径方向に偏ったガスの流動が形成されても、界面流動発生デバイス６０の作動により、マイクロ溝５５が延びる周方向に偏向させることができる。
【０１０７】
なお、本発明にかかるエンジンの燃焼室５０は、前述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、前述した燃焼室５０では、燃焼室天井面５２とピストン上面５１の双方が溝形成面５６とされているが、いずれか一方だけであってもよい。
【０１０８】
界面流動発生デバイス６０として、前述した実施形態ではプラズマアクチュエータを例示したが、界面流動発生デバイス６０は、それに限るものではない。例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）の技術を利用すれば、指向性のある界面流動を発生させることができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１  エンジン
２  エンジン本体
１２  シリンダ
１３  ピストン
２８  点火プラグ
２９  インジェクタ
５０  燃焼室
５１  ピストン上面
５２  燃焼室天井面
５３  キャビティ
５４  スキッシュエリア
５５  マイクロ溝
５６  溝形成面
６０  界面流動発生デバイス
Ｊ  軸線
【図１】
2019002289.tif 000003
【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】
2019002289.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
2019002289.tif 000013
【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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