(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、オゾン生成デバイス６０が、溝形成面５６に拡がるように設置されている。オゾン生成デバイス６０の作動により、少なくとも混合気の燃焼期間にオゾンが生成される。【選択図】図３
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【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、オゾン生成デバイスが、前記溝形成面に拡がるように設置されていて、当該オゾン生成デバイスの作動により、少なくとも混合気の燃焼期間にオゾンが生成されるエンジンの燃焼室。
【請求項２】
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、オゾン生成デバイスが、前記溝形成面に拡がるように設置されていて、当該オゾン生成デバイスの作動により、少なくとも膨張行程の前半にオゾンが生成され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、
前記燃焼室の中の温度が所定温度を超える運転領域では、前記オゾン生成デバイスの作動が停止され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、
前記溝形成面に、誘電体からなる被覆層が形成され、
前記オゾン生成デバイスは、
前記被覆層の外面側に配置された露出電極と、
前記被覆層の内面側に配置された被覆電極と、
を有し、
前記露出電極及び前記被覆電極に交流電圧が供給されることにより、縁面放電が生じるエンジンの燃焼室。
【請求項６】
請求項５に記載のエンジンの燃焼室において、
前記露出電極は、少なくともその一部が前記溝と交わった状態で、前記溝形成面に拡がっているエンジンの燃焼室。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載のエンジンの燃焼室において、
前記オゾン生成デバイスが、プラズマアクチュエータとして機能するエンジンの燃焼室。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載のエンジンの燃焼室において、
前記オゾン生成デバイスが、前記溝形成面の外周部分に設置されているエンジンの燃焼室。
【請求項９】
請求項１〜請求項８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、前記オゾン生成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、前記オゾン生成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】
また、特許文献１には、燃焼室の壁面を、特定の断熱層で被覆することも開示されている。この断熱層により、冷却損失を更に低減している。また、燃焼室の壁面を高温にすることでカーボン粒子を燃焼し、溝にカーボンデポジットが形成され難くしている。
【０００５】
特許文献１では、このような効果を得るためには、溝を所定の大きさに設定することが必要とされており、その具体例として、幅８μｍ程度、深さ５．６μｍ程度の溝が示されている。
【０００６】
燃焼室を対象としたものではないが、カーボンデポジットを抑制する技術として、特許文献２には、ＥＧＲ弁やインタークーラ等に付着したカーボンデポジットを、オゾンによって酸化除去する排気浄化装置が開示されている。そこでは、オゾンを生成するために、エンジン本体とは別に独立して設置された、無声放電方式による周知のオゾン生成器が用いられている。オゾン生成器は、オゾン供給通路を介してＥＧＲ通路や吸気通路等と接続されており、ＥＧＲ弁やインタークーラ等にオゾンを供給することで、これらに形成されるカーボンデポジットを酸化除去している。
【０００７】
なお、特許文献３には、圧縮自己着火式エンジンにおいて、着火を促進するために、燃料の噴射と併せて、燃焼室の中でオゾンが発生するように、シリンダヘッドに設置されたプラズマリアクタで、燃焼室の上部からその中央に向けてプラズマを放出することが開示されている。燃焼室の温度上昇によってオゾンが分解し、生成される酸素ラジカルが燃料を酸化することによって着火が促進される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１７−４０２１６号公報
【特許文献２】特開２００７−１２０３９７号公報
【特許文献３】特開２０１４−２５３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
燃焼室の中で混合気が燃焼する際、燃焼が不十分であるとカーボン粒子が発生する。発生したカーボン粒子は、燃焼室の壁面に付着して堆積する。そのため、特許文献１の発明のように、燃焼室の壁面に、所定の大きさに設定された微細な溝を形成しても、時間が経過するに連れてカーボン粒子で溝が埋まっていき、カーボンデポジットが形成される。その結果、溝が本来の機能を果たせなくなり、冷却損失の低減効果が得られなくなってしまう。
【００１０】
そこで、特許文献１の技術では、カーボン粒子が燃焼するように、特定の断熱層で燃焼室の壁面を被覆しているが、カーボン粒子を燃焼させるには、所定以上の高温が必要である。更に、燃焼室の中の温度は、エンジンの運転状態によって変化するし、燃焼室の部位によってもばらつきがある。そのため、断熱層で被覆するだけでは、そのような高温を安定して確保するのは難しく、カーボンデポジットによる溝の機能低下は、冷却損失の低減効果を長期間維持するうえで重要な課題となっていた。
【００１１】
それに対し、特許文献１の技術に、特許文献２，３の技術を適用し、燃焼室内でオゾンを発生させることにより、溝でのカーボンデポジットの形成を抑制することが考えられる。
【００１２】
しかし、溝は、燃焼室の壁面に形成された微細な構造であるため、特許文献３のように、燃焼室の中央に向けてプラズマを放出すると、発生したオゾンは、溝に達する前に、そのほとんどが混合気の酸化によって消費されてしまう。更に、特許文献３では、燃焼室の上部の一箇所から燃焼室の中央に向けてプラズマを放出しているが、溝は燃焼室の壁面に拡がって形成されるため、その効力が及ぶにしても溝のほんの一部であり、満足のいく効果は得られない。
【００１３】
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、カーボンデポジットの形成によって埋まることを抑制し、エンジンの冷却損失の低減効果が、長期にわたって安定して得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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。
【００１５】
前記溝の幅が、２〜２５０μｍの範囲に設定されると共に、オゾン生成デバイスが、前記溝形成面に拡がるように設置されている。そして、当該オゾン生成デバイスの作動により、少なくとも混合気の燃焼期間にオゾンが生成される。
【００１６】
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。
【００１７】
更に、これらマイクロ溝が形成されている溝形成面に、オゾン生成デバイスが拡がるように設置されている。従って、オゾン生成デバイスがオゾンを生成すると、溝形成面の界面領域の広い範囲に、効率よくオゾンを行き渡らせることができ、マイクロ溝でのカーボンデポジットの形成を、広範囲で抑制できる。
【００１８】
加えて、オゾン生成デバイスは、少なくとも混合気の燃焼期間、すなわち、燃焼室の中に形成された混合気の燃焼が始まって完了するまでの期間に作動され、オゾンが生成される。カーボン粒子は混合気の燃焼期間に発生するため、混合気の燃焼期間は、カーボン粒子がマイクロ溝に入り込み易い。そして、混合気の燃焼期間は、燃焼室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、混合気の燃焼期間に、オゾン生成デバイスを作動させてオゾンを生成させることで、マイクロ溝にカーボン粒子が付着するのを効果的に抑制できる。
【００１９】
オゾン生成デバイスは、少なくとも膨張行程の前半に作動してオゾンを生成するようにしてもよい。膨張行程の前半は、燃焼室の中の温度が高くなる。そのため、溝形成面も高温になり易い。従って、その界面領域での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、膨張行程の前半で、オゾン生成デバイスを作動させてオゾンを生成させることで、マイクロ溝にカーボン粒子が付着するのを効果的に抑制できる。
【００２０】
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。
【００２１】
前記燃焼室の中の温度が所定温度を超える運転領域では、前記オゾン生成デバイスの作動が停止される、としてもよい。
【００２２】
すなわち、高負荷領域など、燃焼室の中が高温になる運転領域では、その高温状態がある程度維持される。そのため、カーボン粒子も生成し難いし、溝形成面の温度も高くなってカーボンデポジットも形成され難い。従って、オゾン生成デバイスを作動させなくても、マイクロ溝にカーボン粒子が付着するのを抑制できる。オゾン生成デバイスの作動に要する電力消費を抑制できるので、それに伴う燃費悪化が軽減できる。
【００２３】
前記溝形成面に、誘電体からなる被覆層が形成され、前記オゾン生成デバイスは、前記被覆層の外面側に配置された露出電極と、前記被覆層の内面側に配置された被覆電極と、を有し、前記露出電極及び前記被覆電極に交流電圧が供給されることにより、縁面放電が生じる、としてもよい。
【００２４】
そうすれば、微細で精密なオゾン生成デバイスを比較的安価に実現できる。マイクロ溝の形成パターンに応じた、適切な状態でオゾン生成デバイスを広い範囲に配置することができ、溝形成面の界面領域でオゾンを効率よく生成させることができる。
【００２５】
この場合、前記露出電極は、少なくともその一部が前記溝と交わった状態で、前記溝形成面に拡がっているようにするのが好ましい。
【００２６】
そうすれば、生成したオゾンをマイクロ溝に効率的に供給することができるので、反応性が高いオゾンを、ガスの酸化で浪費せずに、マイクロ溝に入り込んだカーボン粒子と効率よく反応させることができる。
【００２７】
特に、前記オゾン生成デバイスは、プラズマアクチュエータとしても機能させるのが好ましい。
【００２８】
前述した構成のオゾン生成デバイスであれば、露出電極と被覆電極とを所定の配置とすることで、いわゆるプラズマアクチュエータとしても機能させることができる。プラズマアクチュエータとして機能するオゾン生成デバイスを作動させると、溝形成面の界面領域に沿って、オゾンの流れを形成することができる。従って、オゾンをより効率よくマイクロ溝に供給できるので、カーボンデポジットの形成を、よりいっそう抑制できる。
【００２９】
前記オゾン生成デバイスは、前記溝形成面の外周部分に設置するのが好ましい。
【００３０】
溝形成面の外周部分は、燃焼室に臨む面積が大きいうえに、高温になり難くてカーボンデポジットが形成され易い。そのため、そこにオゾン生成デバイスを拡がるように設置することで、よりいっそう効率的にエンジンの冷却損失の低減効果を得ることができる。
【００３１】
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、前記オゾン生成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、前記オゾン生成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。
【００３２】
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、オゾン生成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オゾン生成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オゾン生成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】
【００３３】
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。加えて、オゾン生成デバイスが、これら溝にオゾンを効率的に供給するので、そのオゾンの酸化作用で、これら溝でのカーボンデポジットの形成が抑制され、エンジンの冷却損失の低減効果を、長期にわたって安定して維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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、オゾン生成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７】図７は、マイクロ溝とオゾン生成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８】図８は、オゾン生成デバイスを作動するタイミングを説明する図である。
【図９Ａ】図９Ａは、オゾン生成デバイスの配置の変形例を示す概略平面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、オゾン生成デバイスの配置の変形例を示す概略平面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａ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１０Ｂ】図１０Ｂ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１０Ｃ】図１０Ｃ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１１】図１１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。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
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。
【００３６】
＜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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
＜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、複数のオゾン生成デバイス６０が設けられているが、これらについては別途詳述する。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
（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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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）。
【００６２】
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。
【００６３】
（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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
［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。
【００６９】
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。更に、マイクロ溝５５が深いほど、カーボンデポジットは、形成され易くなり、除去し難い。
【００７０】
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、詰まり難く、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。
【００７１】
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。
【００７２】
（オゾン生成デバイス６０）
燃焼室５０の中で混合気が燃焼する際、燃焼が不十分であるとカーボン粒子が発生する。発生したカーボン粒子の多くは、排気行程で燃焼室５０から排出されるが、一部は、燃焼室５０の壁面に付着して堆積し、カーボンデポジットが形成される。
【００７３】
所定以上の高温になれば、カーボンデポジットも燃焼するが、燃焼室５０の中の温度は、エンジン１の運転状態によって変化するし、燃焼室５０の部位によってもばらつきがある。特に、燃焼室５０の壁面は、燃焼の中心となる燃焼室５０の中央部位から離れているので、燃焼室５０の中でも温度は高くなり難い不利がある。特に、燃焼室５０の周辺のスキッシュエリア５４に臨む溝形成面５６の外周部分は、高温になり難い。
【００７４】
従って、燃焼室５０の壁面に適切なマイクロ溝５５を形成していても、カーボンデポジットの形成によってマイクロ溝５５が本来の機能を果たせなくなり、冷却損失の低減効果が得られなくなってしまう。そこで、このエンジン１の燃焼室５０には、マイクロ溝５５におけるカーボンデポジットの形成を抑制するために、オゾン生成デバイス６０が設置されている。
【００７５】
図３，図４に示すように、オゾン生成デバイス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の広い範囲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、複数のオゾン生成デバイス６０が設置されている。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、複数のオゾン生成デバイス６０が設置されている。これらオゾン生成デバイス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、シリンダの中心に対して同心円状に配置されている。
【００７６】
図６に、オゾン生成デバイス６０の断面構造を示す。オゾン生成デバイス６０は、誘電体６１、露出電極６２、被覆電極６３などで構成されている。
【００７７】
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）。
【００７８】
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。
【００７９】
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、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。
【００８０】
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、このオゾン生成デバイス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、これらを含むオゾン生成デバイス６０としての厚みは数μｍ〜数１００μｍに過ぎない。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
具体的には、図１に示すように、シリンダヘッド１１には、燃焼室天井面５２に設置されているオゾン生成デバイス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に設置されているオゾン生成デバイス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。
【００８４】
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、吸気バルブ２３及び排気バルブ２４の各バルブ面２３ｃ，２４ｃに設置された各オゾン生成デバイス６０と接続されている。また、ヘッド側デバイスユニット６４は、電気配線６６ｂ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オゾン生成デバイス６０とも接続されている。そして、ピストン側デバイスユニット６５は、電気配線６６ｃを通じ、吸気側対向傾斜面５１ａ及び排気側対向傾斜面５１ｂに設置された各オゾン生成デバイス６０と接続されている。
【００８５】
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、燃焼室天井面５２に設置されているオゾン生成デバイス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。
【００８６】
一方、ピストン側デバイスユニット６５には、オゾン生成デバイス６０に電力を供給する蓄電可能なデバイス電源部６５ａと、オゾン生成デバイス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。
【００８７】
従って、ピストン上面５１に設置されているオゾン生成デバイス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、オゾン生成デバイス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から独立したオゾン生成デバイス６０の制御が行えるので、無線による通信であってもオゾン生成デバイス６０を安定して作動させることができる。
【００８８】
オゾン生成デバイス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に面する界面領域にプラズマが発生し、オゾンが生成される。
【００８９】
またこのとき、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。すなわち、露出電極６２と被覆電極６３とを、図６に示すような所定の配置とすることで、オゾン生成デバイス６０は、いわゆるプラズマアクチュエータとしても機能させることができる。
【００９０】
従って、オゾン生成デバイス６０を作動させることにより、図６に矢印で示すように、溝形成面５６の界面領域に沿って、オゾンの流れ（オゾン流）を形成することができる。高温のカーボン粒子は、オゾンと反応すると酸化されるので、カーボンデポジットの形成を抑制できる。また、カーボンデポジットが形成されても、オゾンの酸化作用によって除去できる。このようなオゾン生成デバイス６０を、溝形成面５６の広い範囲に拡がるように設置することで、マイクロ溝５５におけるカーボンデポジットの形成を抑制することが可能になり、マイクロ溝５５の機能を安定して維持できるようになる。
【００９１】
溝形成面５６にオゾン生成デバイス６０を設置すれば、溝形成面５６の界面領域に沿ってオゾン流を形成できるので、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。しかし、オゾンは反応性が高いため、生成したオゾンをマイクロ溝５５に効率的に供給するためには、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。
【００９２】
マイクロ溝５５は、μｍ単位の微細な構造であるため、オゾン生成デバイス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に段差が生じてオゾン生成デバイス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７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。
【００９３】
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。
【００９４】
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、オゾン生成デバイス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。
【００９５】
図７に示すように、オゾン生成デバイス６０を作動させることで、マイクロ溝５５に沿って流れるオゾン流を形成できるので、マイクロ溝５５にカーボン粒子が堆積することを効果的に抑制できる。特に、溝形成面５６の外周部分は、燃焼室５０に臨む面積が大きいうえに、高温になり難くてカーボンデポジットが形成され易いため、そこにオゾン生成デバイス６０を拡がるように設置することで、よりいっそう効率的にエンジン１の冷却損失の低減効果を得ることができる。
【００９６】
オゾン生成デバイス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、オゾン生成デバイス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。
【００９７】
具体的には、図８に示すように、オゾン生成デバイス６０は、圧縮行程の後半（圧縮行程を二等分したうちの後半）から膨張行程の前半（膨張行程を二等分したうちの前半）の期間、少なくとも膨張行程の前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。
【００９８】
この時、燃焼室５０は、図２に示すような状態であり、スキッシュエリア５４では、スキッシュ流が形成される。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、放熱を効率よく抑制できる。しかも、オゾン生成デバイス６０で生成されるオゾンは、溝形成面５６に沿って流れるスキッシュ流の主流の作用で、マイクロ溝５５に沿って流れるため、マイクロ溝５５にカーボン粒子が付着、堆積するのを効果的に抑制できる。
【００９９】
更に、オゾン生成デバイス６０は、マイクロ溝５５に沿った流れを形成するプラズマアクチュエータとしても機能する。そのため、スキッシュ流の主流と合わさって、マイクロ溝５５に沿って強く流れるオゾン流が形成され、よりいっそう効果的である。燃焼室５０が圧縮されて混合気が高温になり、燃焼室５０の壁面と混合気との温度差も大きいため、効果的である。
【０１００】
また、膨張行程の前半でも、オゾン生成デバイス６０は、少なくとも混合気の燃焼期間に作動させるのが好ましい。混合気の燃焼期間、すなわち、図８に拡大して示すように、点火プラグ２８の点火により、燃焼室５０の中に形成された混合気の燃焼が始まって完了するまでの期間に、溝形成面５６の界面領域でオゾンが生成されるようにするのが好ましい。混合気の燃焼期間にカーボン粒子が発生するため、混合気の燃焼期間は、カーボン粒子がマイクロ溝５５に入り込み易い。そして、混合気の燃焼期間は、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、混合気の燃焼期間に、オゾン生成デバイス６０を作動させ、溝形成面５６の界面領域にオゾンを供給することで、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。
【０１０１】
また更に、自動車の走行状態に応じて変化するエンジン１の運転領域においても、燃焼室５０の中が高温になる運転領域では、オゾン生成デバイス６０の作動は停止させるとよい。
【０１０２】
すなわち、エンジン１の運転領域のうち、高負荷領域など、燃焼室５０の中の温度が、所定温度（例えば、最高到達温度の７０％値）を超える運転領域では、オゾン生成デバイス６０の作動を停止させる。具体的には、ＰＣＭ４が、エンジン１の運転がそのような領域にあると判断した場合には、オゾン生成デバイス６０の作動を停止し、そのような運転領域ではない場合には、オゾン生成デバイス６０を、前述した所定のタイミング及び期間で作動させる。
【０１０３】
燃焼室５０の中が高温になり、その状態がある程度維持される場合には、カーボン粒子も生成し難いし、溝形成面５６の温度も高くなってカーボンデポジットも形成され難い。そのため、オゾン生成デバイス６０を作動させなくても、マイクロ溝５５にカーボン粒子が付着するのを抑制できる。オゾン生成デバイス６０の作動に要する電力消費を抑制できるので、それに伴う燃費悪化が軽減できる。
【０１０４】
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。加えて、オゾン生成デバイス６０が、これらマイクロ溝５５にオゾンを効率的に供給するので、そのオゾンの酸化作用で、マイクロ溝５５でのカーボンデポジットの形成が抑制され、エンジン１の冷却損失の低減効果を、長期にわたって安定して維持できる。
【０１０５】
＜変形例＞
前述したオゾン生成デバイス６０の配置構造は一例に過ぎない。オゾン生成デバイス６０の配置構造は、仕様に応じて適宜設定できる。
【０１０６】
例えば、図９Ａに示すように、露出電極６２の両側に２つの被覆電極６３を設置してもよい。この場合、露出電極６２の両側でオゾンを生成することができる。更にこの場合、被覆電極６３の各々への通電を独立して制御できるように構成するとよい。そうすれば、被覆電極６３への通電を切り替えることで、プラズマアクチュエータ機能によって形成されるオゾン流の向きを反転させることが可能になる。その結果、例えば、順スキッシュ流と逆スキッシュ流に合わせてオゾン流の向きを反転させることができるので、マイクロ溝５５でのカーボンデポジットの形成をより効果的に抑制できる。
【０１０７】
また、図９Ｂに示すように、マイクロ溝５５に沿って延びるように、オゾン生成デバイス６０を配置してもよい。例えば、隣接する２つのマイクロ溝５５の間の凸な部分に露出電極６２が露出するように設置し、その両側の凸な部分に被覆電極６３が被覆層６１に被覆されるように設置する。そうすれば、マイクロ溝５５に沿った広い領域でオゾンを生成できるので、マイクロ溝５５でのカーボンデポジットの形成を効果的に抑制できる。
【０１０８】
図示しないが、オゾン生成デバイス６０は、マイクロ溝５５に対して斜めに配置してもよいし、異なる部位で配置パターンを変えてもよい。配置が異なるオゾン生成デバイス６０を組み合わせてもよい。配線が簡略化できるため、露出電極６２や被覆電極６３は、溝形成面５６に長く連なって配置するのが好ましいが、断片的に配置してあってもよい。
【０１０９】
また、前述したマイクロ溝５５の形成パターンも一例に過ぎない。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。
【０１１０】
図１０Ａ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、これら傾斜面が傾斜する方向に流れる。従って、その場合には、図１０Ａに示すように、マイクロ溝５５は、これら傾斜面の傾斜方向に延びるように形成するのが好ましい。
【０１１１】
この場合、オゾン生成デバイス６０は、マイクロ溝５５と直交するように配置するのが好ましい。そして、オゾン生成デバイス６０は、溝形成面５６の広範囲に形成するのが好ましいが、図１０Ａに示すように、溝形成面５６の外周部分にのみ配置してもよい。溝形成面５６の外周部分にカーボンデポジットが形成され易いので、そこに配置することでカーボンデポジットの形成を効果的に抑制できる。更に、順スキッシュ流により、生成されたオゾンは、マイクロ溝５５に沿って中心側に流れていくので、中心側の部分でも、カーボンデポジットの形成を効果的に抑制できる。
【０１１２】
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。
【０１１３】
その場合、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１０Ｂ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、オゾン生成デバイス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。
【０１１４】
更に、図３のように、マイクロ溝５５を、単に放射状に形成するのではなく、図１０Ｃに示すように、溝形成面５６を複数（図では３つ）の同心円状の環状領域５６ａ，５６ｂ，５６ｃに区画し、領域毎に、最適な幅ｓ及びピッチのマイクロ溝５５を形成してもよい。そうすれば、スキッシュ流の流速に応じた幅ｓのマイクロ溝５５を、溝形成面５６の広い範囲で密に形成することができるので、よりいっそう、冷却損失を抑制できる。
【０１１５】
この場合、各領域５６ａ，５６ｂ，５６ｃのマイクロ溝５５は、隣接する領域のマイクロ溝５５との間でズレが生じ、各領域５６ａ，５６ｂ，５６ｃの境界に、段差の有る断層構造が形成される。従って、オゾン生成デバイス６０は、図１０Ｃに示すように、マイクロ溝５５と直交するように、各領域の境界部分に、放射状に配置するのが好ましい。そうすれば、露出電極６２を、マイクロ溝５５との連続性を考慮せずに設置できるので、設計の自由度が拡大する。各領域のマイクロ溝５５にバランスよくオゾンを供給できる。従って、各領域のマイクロ溝５５でのカーボンデポジットの形成を効果的に抑制できる。
【０１１６】
＜マイクロ溝５５とガスの流動方向との関係＞
前述したエンジン１では、スキッシュエリア５４が設けられているため、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。
【０１１７】
ところが、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では、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。
【０１１８】
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確認されている。
【０１１９】
図１１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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
それに対し、オゾン生成デバイス６０を、プラズマアクチュエータとしても機能させれば、溝形成面５６に沿って流れるガスの流動（界面流動）を発生させることができる。溝形成面５６に沿って流れるガスの流動方向が、溝延長方向と多少異なっていても、オゾン生成デバイス６０の作動により、その流動方向を偏向し、ずれを修正することが可能になる。
【０１２３】
なお、本発明にかかるエンジンの燃焼室は、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。
【符号の説明】
【０１２４】
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  オゾン生成デバイス
Ｊ  軸線
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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