(57)【要約】【課題】高負荷運転域での運転においてもプリイグニッションの発生を抑制しながら、高速かつ燃焼室全体での均質な燃焼が可能であるエンジンの燃焼室構造を提供する。【解決手段】インジェクタ１８は、少なくとも＋Ｘ側（排気口側）に向けて燃料を噴射可能に構成されている。点火プラグ１７は、着火部１７Ａが−Ｘ側（吸気口側）に配置されている。点火プラグ１７の着火部１７Ａを通り、Ｚ方向に延びる仮想線ＬＳＰを引く。ピストン５が圧縮上死点にあるとき、仮想線ＬＳＰよりも−Ｘ側の部分（矢印Ｂで指し示す部分）の燃焼室容積は、仮想線ＬＳＰよりも＋Ｘ側の部分（矢印Ａで指し示す部分）の燃焼室容積よりも、小さくなっている。これにより、燃焼室の−Ｘ側（吸気口側）では、逆スキッシュ流生成部が形成されている。【選択図】図９
2019035397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火花点火式のエンジンの燃焼室構造であって
ピストンの冠面と、
シリンダヘッドに形成された燃焼室天井面と、
前記燃焼室天井面に設けられたインジェクタと、
前記燃焼室天井面に設けられ、前記燃焼室を臨むように設けられた着火部を有する点火プラグと、
前記燃焼室天井面に開口された吸気口及び排気口と、を備え、
気筒軸方向の一方側からの平面視において、前記燃焼室の中心部分を基準とし、前記吸気口が開口された側を前記燃焼室の吸気口側、前記排気口が開口された側を前記燃焼室の排気口側とするとき、
前記点火プラグは、前記着火部が前記吸気口側に配置されているとともに、前記ピストンが圧縮上死点を通過した後のタイミングで点火するように構成されており、
前記インジェクタは、前記中心部分に配置されているとともに、少なくとも前記排気口側に向けて燃料を噴射可能に構成されており、
前記ピストンの冠面は、少なくとも前記着火部の下方よりも前記排気口側の領域に、気筒軸方向に凹設されてなるキャビティを含み、
前記燃焼室には、膨張行程中の前記ピストンの移動に伴い混合気を前記吸気口側へと引き込む逆スキッシュ流生成部が設けられてなる、
エンジンの燃焼室構造。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの燃焼室構造であって、
前記ピストンが圧縮上死点位置にある場合に、前記吸気口側における燃焼室容積が、前記排気口側における燃焼室容積よりも小さくなるように、前記燃焼室が構成されており、
前記逆スキッシュ流生成部は、前記吸気口側と前記排気口側とでの前記燃焼室容積の差異を以って構成されている、
エンジンの燃焼室構造。
【請求項３】
請求項１に記載のエンジンの燃焼室構造であって、
前記燃焼室の前記吸気口側には、前記燃焼室天井面の一部領域と前記ピストンの冠面の一部領域とが、互いに沿う状態で対向するとともに、前記中心部分よりも互いに近接する領域が形成されており、
前記逆スキッシュ流生成部は、前記互いに近接する前記燃焼室天井面の一部領域と前記ピストンの冠面の一部領域との組み合わせを以って構成されている、
エンジンの燃焼室構造。
【請求項４】
請求項３に記載のエンジンの燃焼室構造であって、
前記燃焼室天井面の一部領域、及び前記ピストンの冠面の一部領域は、それぞれ平面である、
エンジンの燃焼室構造。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載のエンジンの燃焼室構造であって、
前記キャビティは、前記排気口側から前記点火プラグの着火部の側に向けて深さが漸次浅くなるように、底面が形成されている、
エンジンの燃焼室構造。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れかに記載のエンジンの燃焼室構造であって、
前記ピストンの冠面は、気筒軸方向の一方側からの平面視で、前記インジェクタが配設された箇所と少なくとも一部が重複する箇所に、気筒軸方向に膨出されてなる凸部を含み、
前記凸部の周縁部は、前記キャビティの周縁部の一部と境界を接する、
エンジンの燃焼室構造。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れかに記載のエンジンの燃焼室構造であって、
気筒軸方向の一方側からの平面視において、
前記キャビティは、略Ｃ字形状を有し、
前記点火プラグの着火部は、前記Ｃ字形状の開放部分に挟まれる位置に配置されている、
エンジンの燃焼室構造。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れかに記載のエンジンの燃焼室構造であって、
前記ピストンの冠面は、気筒軸方向の一方側からの平面視で、前記点火プラグの着火部と少なくとも一部が重複する領域にも、気筒軸方向に凹設されてなるキャビティを含み、
前記点火プラグの着火部と少なくとも一部が重複する領域に凹設されたキャビティを第１キャビティとし、前記排気口側の領域に凹設されてなるキャビティを第２キャビティとするとき、
前記インジェクタは、前記点火プラグの点火前のタイミングで、前記第２キャビティに対するよりも少量の燃料を前記第１キャビティに向けて供給可能に構成されている、
エンジンの燃焼室構造。
【請求項９】
請求項８に記載のエンジンの燃焼室構造であって、
前記第１キャビティと前記第２キャビティとは、隣接配置されている、
エンジンの燃焼室構造。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載のエンジンの燃焼室構造であって、
気筒軸方向の一方側からの平面視において、前記第１キャビティと前記第２キャビティとは、全体として環状のキャビティを構成するよう設けられている、
エンジンの燃焼室構造。
【請求項１１】
請求項１０に記載のエンジンの燃焼室構造であって、
前記環状のキャビティの外縁は、気筒軸方向視において前記点火プラグの着火部に指向して湾曲するプラグ指向部を有する、
エンジンの燃焼室構造。
【請求項１２】
請求項３に記載のエンジンの燃焼室構造であって、
前記ピストンの冠面の一部領域として、前記点火プラグに対応する領域よりも吸気口側に位置する吸気側平面部と、この吸気側平面部と前記点火プラグに対応する領域との間に位置し、吸気口側から排気口側に向かって先上がりに傾斜する吸気側斜面部とが形成され、
前記点火プラグは、前記着火部が側面視でＬ字形の接地電極を有するとともに、気筒軸方向の一方側からの平面視において、前記接地電極の先端が気筒の径方向内側を向いている、
エンジンの燃焼室構造。
【請求項１３】
請求項１に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記インジェクタは、前記ピストンが圧縮上死点に至る前に燃料噴射を開始するように構成され、
前記キャビティは、気筒軸方向においてほぼ円形の外縁を有する椀状のキャビティである、
エンジンの燃焼室構造。
【請求項１４】
請求項１３に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記インジェクタは、吸気行程中に前記キャビティ内に向かって燃料を噴射するように構成されている、ことを特徴とする、
エンジンの燃焼室構造。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記キャビティは、気筒軸方向に湾曲した湾曲面を以って構成されており、
気筒軸方向の一方側からの平面視において、前記キャビティの周縁部のうち機関出力軸方向の両側部分は、当該周縁部の内側の領域よりも曲率半径が小さい湾曲面を以って構成されている、
エンジンの燃焼室構造。
【請求項１６】
請求項１５に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記キャビティの周縁部のうち機関出力軸方向の両側部分は、前記ピストンが圧縮上死点位置にあるときに前記着火部を間に挟み得る位置にある、
エンジンの燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火式のエンジンの燃焼室構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両の火花点火式のエンジンでは、インジェクタから燃焼室内に燃料を噴射し、当該噴射燃料が霧化されてなる混合気に対して、点火プラグを用いて着火させる構成が採用されている。特許文献１には、ピストンの冠面にキャビティを配置してなる燃焼室構造が開示されている。
【０００３】
ところで、エンジンを高負荷運転領域で運転する場合には、燃焼室が高温となる。このため、高負荷運転域においては、ピストンが圧縮上死点近傍にあるタイミングで燃料噴射することにより、プリイグニッションの発生を抑えることがなされる。
【０００４】
プリイグニッションの発生を抑えるために上記タイミングで燃料噴射する場合には、燃料噴射から着火までの時間が短くなる。このように燃料噴射から着火までの時間が短くなった場合にも、十分な霧化を図るために、相対的に内壁温度が高い排気口側に向けて燃料噴射する構成を利用することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１２１６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、点火プラグについては、その冷却性能を確保する必要があるため、比較的冷却し易い場所、具体的には吸気側の場所に配置することが望ましい。このため、上記のように排気側に向けて燃料噴射した場合には、霧化された燃料が分布する排気側と、吸気側に配置された点火プラグの着火部との間の距離が長くなり、着火性への影響が問題となることが考えられる。場合によっては、着火不良を生じ、エンジントルクの低下を招くことも懸念される。
【０００７】
本発明は、上記のような問題の解決を図ろうとなされたものであって、高負荷運転域での運転においてもプリイグニッションの発生を抑制しながら、高速かつ燃焼室全体での均質な燃焼が可能であるエンジンの燃焼室構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一局面に係る火花点火式のエンジンの燃焼室構造は、ピストンの冠面と、シリンダヘッドに形成された燃焼室天井面と、前記燃焼室天井面に設けられたインジェクタと、前記燃焼室天井面に設けられ、前記燃焼室を臨むように設けられた着火部を有する点火プラグと、前記燃焼室天井面に開口された吸気口及び排気口と、を備える。
【０００９】
本局面に係るエンジンの燃焼室構造では、気筒軸方向の一方側からの平面視において、中心部分を基準とし、前記吸気口が開口された側を前記燃焼室の吸気口側、前記排気口が開口された側を前記燃焼室の排気口側とするとき、前記点火プラグは、前記着火部が前記吸気口側に配置されているとともに、前記ピストンが圧縮上死点を通過した後のタイミングで点火するように構成されており、前記インジェクタは、前記中心部分に配置されているとともに、少なくとも前記排気口側に向けて燃料を噴射可能に構成されている。そして、前記ピストンの冠面は、少なくとも前記着火部の下方よりも前記排気口側の領域に、気筒軸方向に凹設されてなるキャビティを含み、前記燃焼室には、膨張行程中の前記ピストンの移動に伴い混合気を前記吸気口側へと引き込む逆スキッシュ流生成部が設けられてなる。
【００１０】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、インジェクタが比較的高温の排気口側に向けて燃料噴射可能に構成されているので、プリイグニッションの発生抑制のために圧縮上死点近傍で燃料噴射する場合にあっても、短時間で十分な燃料の霧化が可能である。
【００１１】
また、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、ピストンの冠面における排気口側の領域にキャビティを設けているので、燃料は、当該キャビティ内に噴射された後、キャビティの底面形状に沿って進むこととなるので、キャビティがない場合に比べて、燃料を霧化するのに必要な燃料の移動距離を確保することができる。そして、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、平面視における中心部分にインジェクタを配置しているので、インジェクタからキャビティまでの距離が近く、キャビティ内に素早く燃料を噴射することができる。
【００１２】
なお、上記局面において、「中心部分」とは、完全な中心だけでなく、その周囲も含む領域を表わしている。
【００１３】
また、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、逆スキッシュ流生成部が設けられているので、膨張行程時においてピストンが下降するのに伴い、排気口側で霧化された混合気を点火プラグの側へと引き込むことができる。よって、上記局面では、燃焼室全体の酸素を使って燃焼を生じさせ、燃焼室内に未燃燃料が残ることを抑制でき、エミッション性能の低下を抑制することができる。
【００１４】
また、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、点火プラグの着火部を吸気口側に配置しているので、その冷却性能の確保が可能である。
【００１５】
従って、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、高負荷運転域での運転においてもプリイグニッションの発生を抑制しながら、高速かつ燃焼室全体での均質な燃焼が可能である。
【００１６】
本発明の別局面に係るエンジンの燃焼室構造は、上記局面において、前記ピストンが圧縮上死点位置にある場合に、前記吸気口側における燃焼室容積が、前記排気口側における燃焼室容積よりも小さくなるように、前記燃焼室が構成されており、前記逆スキッシュ流生成部は、前記吸気口側と前記排気口側とでの前記燃焼室容積の差異を以って構成されている。
【００１７】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、吸気口側と排気口側との燃焼室容積の差異を以って逆スキッシュ流生成部が形成されているので、膨張行程時においてピストンが下降するのに伴い、排気口側から吸気口側へと向かう気流（逆スキッシュ流）を生成することができ、排気口側で霧化された混合気を吸気口側の点火プラグ（の着火部）に向けて導くことができる。よって、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、燃焼室内の酸素を使い全体での均質な燃焼が可能であって、エミッション性能の低下を抑制することができる。
【００１８】
本発明の別局面に係るエンジンの燃焼室構造は、上記局面において、前記燃焼室の前記吸気口側には、前記燃焼室天井面の一部領域と前記ピストンの冠面の一部領域とが、互いに沿う状態で対向するとともに、前記中心部分よりも互いに近接する領域が形成されており、前記逆スキッシュ流生成部は、前記互いに近接する前記燃焼室天井面の一部領域と前記ピストンの冠面の一部領域との組み合わせを以って構成されている。
【００１９】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、互いに沿い、且つ、互いに近接する燃焼室天井面の一部領域とピストンの冠面の一部領域とにより、逆スキッシュ流生成部を構成しているので、ピストンが圧縮上死点を通過した後に生じる上記領域間での負圧を利用して、燃焼室内に逆スキッシュ流を生成することができる。
【００２０】
よって、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、燃焼室全体の酸素を使って燃焼を生じさせ、エミッション性能の低下を抑制することができる。
【００２１】
本発明の別局面に係るエンジンの燃焼室構造は、上記局面において、前記燃焼室天井面の一部領域、及び前記ピストンの冠面の一部領域は、それぞれ平面である。
【００２２】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、燃焼室天井面の上記一部領域と、ピストンの冠面の上記一部領域と、をそれぞれ平面で構成することとしているので、これら領域を曲面で構成する場合に比べて、製造が容易であり、製造コストの上昇を抑えながら逆スキッシュ流生成部を設けることが可能となる。
【００２３】
本発明の別局面に係るエンジンの燃焼室構造は、上記局面において、前記キャビティは、前記排気口側から前記点火プラグの着火部の側に向けて深さが漸次浅くなるように、底面が形成されている。
【００２４】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、排気口側から点火プラグの着火部の側に向けて深さが漸次浅くなるように、キャビティの底面を形成しているので、ピストンの上昇時において、キャビティ内でのスワール成分は、点火プラグの着火部に向けて持ち上げられることになる。よって、新気と燃料との混合気が点火プラグの着火部近傍に導かれ、着火部及びその近傍の残留ガスを押し流すことができる。
【００２５】
また、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、ピストンの下降時に生じる逆スキッシュ流を利用する場合においても、点火プラグの着火部に向けてスムーズに混合気が導かれる。
【００２６】
本発明の別局面に係るエンジンの燃焼室構造は、上記局面において、前記ピストンの冠面は、気筒軸方向の一方側からの平面視で、前記インジェクタが配設された箇所と少なくとも一部が重複する箇所に、気筒軸方向に膨出されてなる凸部を含み、前記凸部の周縁部は、前記キャビティの周縁部の一部と境界を接する。
【００２７】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、凸部の周縁部とキャビティの周縁部の一部とが、境界を接するように設けられているので、インジェクタから噴射された燃料が凸部の周縁部に沿ってキャビティ内へとスムーズに導かれる。よって、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、キャビティに対して高効率に燃料を供給することができ、インジェクタで燃料を噴射してから霧化されるまでの時間を短縮することができる。
【００２８】
本発明の別局面に係るエンジンの燃焼室構造は、上記局面において、気筒軸方向の一方側からの平面視で、前記キャビティは、略Ｃ字形状を有し、前記点火プラグの着火部は、前記Ｃ字形状の開放部分に挟まれる位置に配置されている。
【００２９】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、キャビティが平面視で略Ｃ字形状をしており、且つ、当該Ｃ字形状の開放部分に挟まれる位置に点火プラグの着火部が配置されているので、燃焼室内においてスワール流を積極的に利用して混合気を着火部近傍に導くことができる。よって、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、高い着火性を確保することができる。
【００３０】
本発明の別局面に係るエンジンの燃焼室構造は、上記局面において、前記ピストンの冠面は、気筒軸方向の一方側からの平面視で、前記点火プラグの着火部と少なくとも一部が重複する領域にも、気筒軸方向に凹設されてなるキャビティを含み、前記点火プラグの着火部と少なくとも一部が重複する領域に凹設されたキャビティを第１キャビティとし、前記排気口側の領域に凹設されてなるキャビティを第２キャビティとするとき、前記インジェクタは、前記点火プラグの点火前のタイミングで、前記第２キャビティに対するよりも少量の燃料を前記第１キャビティに向けて供給可能に構成されている。
【００３１】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、点火前のタイミングで、第１キャビティに対して少量の燃料を噴射可能に構成されている。このため、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、第１キャビティに供給された燃料に着火することで火種を形成することができる。また、相対的に多量の燃料が噴射される第２キャビティでは、霧化の促進が図られる。このため、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、点火プラグの着火部に対する混合気の輸送スピードが低下した場合であっても、確実に高い着火性を確保することができる。
【００３２】
本発明の別局面に係るエンジンの燃焼室構造は、上記局面において、前記第１キャビティと前記第２キャビティとは、隣接配置されている。
【００３３】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、第１キャビティと第２キャビティとが隣接配置されているので、第１キャビティ内で着火した火炎を第２キャビティ内にも伝搬させることができる。よって、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、燃焼室内に未燃燃料を残すことなく、燃焼室全体に均質な燃焼を行うことができる。
【００３４】
本発明の別局面に係るエンジンの燃焼室構造は、上記局面において、気筒軸方向の一方側からの平面視で、前記第１キャビティと前記第２キャビティとは、全体として環状のキャビティを構成するよう設けられている。
【００３５】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、第１キャビティと第２キャビティとが、全体として環状のキャビティを構成するよう設けられているので、ピストンが圧縮上死点に近付くに従って、混合気が相対的に高温の排気口側から相対的に低温の吸気口側へとスムーズに流れ、点火プラグの着火部近傍へと導かれる。よって、上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、高い着火性を確保することができる。
【００３６】
本発明の別局面に係るエンジンの燃焼室構造は、上記局面において、前記環状のキャビティの外縁は、気筒軸方向視において前記点火プラグの着火部に指向して湾曲するプラグ指向部を有する。
【００３７】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、環状のキャビティに沿って案内される混合気が点火プラグの着火部近傍に良好に導かれる。そのため、優れた着火性を確保することができる。
【００３８】
本発明の別局面に係るエンジンの燃焼室構造は、上記局面において、前記ピストンの冠面の一部領域として、前記点火プラグに対応する領域よりも吸気口側に位置する吸気側平面部と、この吸気側平面部と前記点火プラグに対応する領域との間に位置し、吸気口側から排気口側に向かって先上がりに傾斜する吸気側斜面部とが形成され、前記点火プラグは、前記着火部が側面視でＬ字形の接地電極を有するとともに、気筒軸方向の一方側からの平面視において、前記接地電極の先端が気筒の径方向内側を向いている。
【００３９】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、圧縮行程においてピストンが移動（上昇）すると、燃焼室天井面とピストンの吸気側平面部との間で混合気（吸気）が圧縮され、吸気側斜面部に沿って燃焼室天井面に向かうスキッシュ流が生成される。そしてこの際、接地電極の先端が気筒の径方向内側を向くように点火プラグが配置されていることで、スキッシュ流により残留ガスを押し出し易くなり、着火部周りの掃気効果が高められる。
【００４０】
本発明の別局面に係るエンジンの燃焼室構造は、上記局面において、前記インジェクタが、前記ピストンが圧縮上死点に至る前に燃料噴射を開始するように構成され、前記キャビティは、気筒軸方向においてほぼ円形の外縁を有する椀状のキャビティである。
【００４１】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、キャビティの内側に障害物が存在しないので、キャビティ内で燃料の霧化を促進させながら混合気をスムーズに点火プラグに導くことができるとともに、着火後の火炎伝搬をスムーズに実行させることが可能となる。
【００４２】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造において、前記インジェクタは、吸気行程中に前記キャビティ内に向かって燃料を噴射するように構成されている。
【００４３】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、キャビティ内に噴霧を集約させつつその霧化を促進させることができ、これにより混合気の高い着火性を確保することが可能となる。
【００４４】
本発明の別局面に係るエンジンの燃焼室構造は、上記局面において、前記キャビティは、気筒軸方向に湾曲した湾曲面を以って構成されており、気筒軸方向の一方側からの平面視において、前記キャビティの周縁部のうち機関出力軸方向の両側部分は、当該周縁部の内側の領域よりも曲率半径が小さい湾曲面を以って構成されている。
【００４５】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、キャビティの周縁部のうち機関出力軸方向の両側部分がそれよりも内側の領域に比べて立ち上がった形状となるので、キャビティ内の混合気がよりスムーズに点火プラグに導かれ、また、着火により形成された火炎が、燃焼室内において機関出力軸方向にスムーズに広がることとなる。
【００４６】
本発明の別局面に係るエンジンの燃焼室構造は、上記局面において、前記キャビティの周縁部のうち機関出力軸方向の両側部分は、前記ピストンが圧縮上死点位置にあるときに前記着火部を間に挟み得る位置にある。
【００４７】
上記局面に係るエンジンの燃焼室構造では、圧縮行程中におけるピストンの上昇に伴って、燃焼室内における筒内流動がキャビティ内に集約される際に、混合気が点火プラグ及びその周辺に良好に導かれる。そのため、より高い着火性を確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００４８】
上記の各態様に係るエンジンの燃焼室構造では、高負荷運転域での運転においてもプリイグニッションの発生を抑制しながら、高速かつ燃焼室全体での均質な燃焼が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１実施形態に係るエンジンの燃焼室構造が適用されるエンジンを示す気筒軸方向での概略断面図である。
【図２】図１におけるシリンダヘッド要部の断面図である。
【図３】図１におけるエンジンのピストンの斜視図である。
【図４】ピストンに対する点火プラグ及びインジェクタの配置を示す斜視図である。
【図５】ピストンの冠面の平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図５のＶＩＩ―ＶＩＩ線断面図である。
【図８】燃料噴射期間及び点火タイミングとクランク角との関係を示すタイムチャートである。
【図９】ピストンが圧縮上死点付近にある状態での燃焼室を示す断面図である。
【図１０】（ａ）は、ピストンが圧縮上死点付近にある状態での燃焼室を示す断面図であり、（ｂ）は、ピストンが圧縮上死点後に下降した状態での燃焼室を示す断面図である。
【図１１】燃焼室内で生じるスワール流と点火プラグにおける着火部の配置を示す断面図である。
【図１２】燃焼室に噴射された燃料と燃焼室内で生じるスワール流とを示す平面図である。
【図１３】第２実施形態に係るエンジンの燃焼室構造が適用されるエンジンのシリンダヘッド要部の断面図である。
【図１４】燃焼室天井面の平面図である。
【図１５】ピストンに対する点火プラグ及びインジェクタの配置を示す斜視図である。
【図１６】ピストンに対する点火プラグ及びインジェクタの配置を示す平面図である。
【図１７】ピストンの冠面の平面図である。
【図１８】ピストンの正面図（吸気側から視た図）である。
【図１９】ピストンの背面図（排気側から視た図）である。
【図２０】ピストンの側面図である。
【図２１】図１７のＸＸＩ−ＸＸＩ線断面図である。
【図２２】図１７のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線断面図である。
【図２３】ピストンの斜視図（排気側から視た斜視図）である。
【図２４】ピストンの斜視図（吸気側から視た斜視図）である。
【図２５】ピストンが上死点にあるときの燃焼室を示す断面図である。
【図２６】圧縮行程の燃焼室を示す断面図である。
【図２７】吸気の流れとインジェクタ（ノズルヘッド）との関係を説明するための断面図である。
【図２８】第３実施形態に係るエンジンの燃焼室構造が適用されるエンジンの要部断面図である。
【図２９】ピストンの斜視図である。
【図３０】ピストンの冠面の平面図である。
【図３１】図３０のＸＸＸＩ−ＸＸＸＩ線断面図である。
【図３２】図３０のＸＸＸＩＩ−ＸＸＸＩＩ線断面図である。
【図３３】モードＩＩＩに係る燃料噴射期間及び点火タイミングとクランク角との関係を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下では、本発明の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明の形態は、本発明の一態様であって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
【００５１】
（第１の実施形態）
［エンジンの全体構成］
図面に基づいて、第１実施形態に係る火花点火式のエンジンの燃焼室構造を詳細に説明する。図１は、第１実施形態に係るエンジンの燃焼室構造が適用されるエンジンを示す概略断面図、図２は、図１に示されたシリンダヘッドの要部の断面図である。図１及び図２、及び図３以降において、ＸＹＺの方向表示を付している。Ｚ方向は気筒軸方向、Ｙ方向はクランク軸の延伸方向、Ｘ方向はＺ方向及びＹ方向の双方と直交する方向である。
【００５２】
本実施形態に係るエンジンは、シリンダ及びピストンを含み、自動車等の車両の走行駆動用の動力源として、車両に搭載される多気筒エンジンである。エンジンは、エンジン本体１と、これに組み付けられた図外の吸排気マニホールド及び各種ポンプ等の補機とを含む。エンジン本体１に供給される燃料は、ガソリンを主成分とするものである。
【００５３】
本実施形態に係るエンジン本体１は、点火プラグにて燃焼室内の混合気に強制点火する通常のＳＩ（Ｓｐａｒｋ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）燃焼と、ＳＩ燃焼において燃料噴射のタイミングを圧縮上死点（ＴＤＣ）付近とするリタードＳＩ燃焼と、ＳＩ燃焼とＣＩ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）燃焼とを組み合わせたＳＩＣＩ燃焼と、を実行することが可能とされている。ＳＩ燃焼では、吸気行程の中期に燃料が噴射され、圧縮行程のＴＤＣ付近で混合気に強制点火されるが、リタードＳＩ燃焼では、圧縮行程のＴＤＣ前後で燃料が噴射され、その後の膨張行程初期に混合気に強制点火される。ＳＩＣＩ燃焼では、燃焼室の混合気に強制点火して火炎伝播により燃焼させるとともに、燃焼室内の未燃混合気を自己着火により燃焼させる。
【００５４】
なお、ＳＩＣＩ燃焼において、自己着火を発生させず、火炎伝播により燃焼を完了させる場合もある。これらの燃焼態様は、運転領域に応じて選択される。例えば、ＳＩ燃焼は、エンジンの高回転・高負荷領域で、リタードＳＩ燃焼は低回転・高負荷領域で、ＳＩＣＩ燃焼は回転数に依らず低負荷領域で、各々選択される。
【００５５】
エンジン本体１は、シリンダブロック３、シリンダヘッド４及びピストン５を備える。シリンダブロック３は、図１の紙面に垂直な方向に並ぶ複数のシリンダ２（気筒／図中ではそのうちの１つのみを示す。）を有している。シリンダヘッド４は、シリンダブロック３上に取り付けられ、シリンダ２の上部開口を塞いでいる。ピストン５は、各シリンダ２に往復摺動可能に収容されており、コネクティングロッド８を介してクランク軸７と連結されている。ピストン５の往復摺動に応じて、クランク軸７はその中心軸回りに回転する。ピストン５の構造については、後述する。
【００５６】
ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。シリンダヘッド４には、燃焼室６と連通する吸気ポート９及び排気ポート１０が形成されている。シリンダヘッド４の底面４ａは燃焼室天井面６Ｕであり、この燃焼室天井面６Ｕは、上向きに僅かに凸のペントルーフ型の形状（扁平ペントルーフ型形状）を有している。燃焼室天井面６Ｕには、吸気ポート９の下流端である吸気側開口部（吸気口）４１と、排気ポート１０の上流端である排気側開口部（排気口）４２とが形成されている。シリンダヘッド４には、吸気側開口部４１を開閉する吸気バルブと、排気側開口部４２を開閉する排気バルブ１２とが組み付けられている。
【００５７】
なお、本実施形態に係るエンジン本体１は、ダブルオーバーヘッドカムシャフト式（ＤＯＨＣ）エンジンであり、吸気側開口部４１と排気側開口部４２とは、各シリンダ２につき２つずつ設けられると共に、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２も２つずつ設けられている。
【００５８】
図２に示されるように、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２は、所謂ポペットバルブである。吸気バルブ１１は、吸気側開口部４１を開閉する傘状の弁体１１ａと、この弁体１１ａから垂直に延びるステム１１ｂとを含む。同様に、排気バルブ１２は、排気側開口部４２を開閉する傘状の弁体１２ａと、この弁体１２ａから垂直に延びるステム１２ｂとを含む。吸気バルブ１１の弁体１１ａは、燃焼室６に臨むバルブ面１１ｃを有する。排気バルブ１２の弁体１２ａは、燃焼室６に臨むバルブ面１２ｃを有する。
【００５９】
本実施形態において、燃焼室６を区画する燃焼室壁面は、シリンダ２の内壁面、ピストン５の上面（＋Ｚ側の面）である冠面５０、シリンダヘッド４の底面４ａ、吸気バルブ１１のバルブ面１１ｃ及び排気バルブ１２のバルブ面１２ｃからなる。すなわち、シリンダブロック３、シリンダヘッド４、ピストン５及びバルブ１１、１２は、燃焼室６を構成する燃焼室構成部材と言える。
【００６０】
シリンダヘッド４には、吸気バルブ１１、排気バルブ１２を各々駆動する吸気側動弁機構１３、排気側動弁機構１４が配設されている。これら動弁機構１３，１４によりクランク軸７の回転に連動して、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２が駆動される。これら吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の駆動により、吸気バルブ１１の弁体１１ａが吸気側開口部４１を開閉し、排気バルブ１２の弁体１２ａが排気側開口部４２を開閉する。
【００６１】
吸気側動弁機構１３には、吸気側可変バルブタイミング機構（吸気側ＶＶＴ）１５が組み込まれている。また、排気側動弁機構１４には、排気側可変バルブタイミング機構（排気側ＶＶＴ）１６が組み込まれている。吸気側ＶＶＴ１５は吸気カム軸に設けられた電動式のＶＶＴであり、排気側ＶＶＴ１６は排気カム軸に設けられた電動式のＶＶＴである。
そして、吸気側ＶＶＴ１５はクランク軸７に対する吸気カム軸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１１の開閉タイミングを変更し、排気側ＶＶＴ１６はクランク軸７に対する排気カム軸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１２の開閉タイミングを変更する。
【００６２】
シリンダヘッド４には、燃焼室６内の混合気に点火エネルギを供給する点火プラグ１７が、各シリンダ２につき１つずつ取り付けられている。点火プラグ１７は、その先端に着火部１７Ａを備え、この着火部１７Ａが燃焼室６内に臨む姿勢でシリンダヘッド４に取り付けられている。点火プラグ１７は、図外の点火回路からの給電に応じてその先端から火花を放電して、燃焼室６内の混合気に点火する。なお、本実施形態では、点火プラグ１７は、着火部１７Ａが燃焼室６のＸ方向中心部分よりも−Ｘ側（吸気口側）に配置されるよう、シリンダヘッド４に取り付けられている。
【００６３】
シリンダヘッド４（燃焼室天井面６Ｕ）には、先端部から燃焼室６内にガソリンを主成分とする燃料を噴射するインジェクタ１８（燃料噴射弁）が、各シリンダ２につき１つずつ取り付けられている。なお、本実施形態では、インジェクタ１８は、点火プラグ１７の着火部１７Ａよりも＋Ｘ側であって、燃焼室６におけるＸ方向の中心部分に配設されている。
【００６４】
インジェクタ１８には、燃料供給管１９が接続されており、当該燃料供給管１９を通して供給された燃料を燃焼室６に噴射する（噴射燃料１８Ｅ）。図２に示すように、本実施形態では、インジェクタ１８からは、燃焼室６内の少なくとも排気口側（＋Ｘ側）に向けて燃料噴射可能となっている。
【００６５】
なお、図示を省略しているが、燃料供給管１９の上流側には、クランク軸７と連動連結されたプランジャー式のポンプ等からなる高圧燃料ポンプが接続されている。そして、高圧燃料ポンプと燃料供給管１９との間には、全シリンダ２に共通の蓄圧用のコモンレールが設けられている。この構成により、インジェクタ１８からは、高い圧力の燃料が燃焼室６内に噴射される。
【００６６】
［ピストンの詳細構造］
図３〜図７を参照して、ピストン５の構造、とりわけ冠面５０の構造について詳細に説明する。図３は、ピストン５の斜視図、図４は、ピストン５の冠面５０と点火プラグ１７及びインジェクタ１８との配置関係を示す斜視図、図５は、冠面５０の平面図である。また、図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図であり、図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【００６７】
ピストン５は、ピストンヘッド５Ａと、その下方（−Ｚ側）に連接されたスカート部５Ｓを含む。ピストンヘッド５Ａは円柱体からなり、燃焼室６の壁面の一部（底面）を構成する冠面５０を上面に備えると共に、シリンダ２の内壁面と摺接する側周面とを備える。なお、スカート部５Ｓは、ピストンヘッド５Ａの＋Ｘ側及び−Ｘ側に配置され、ピストン５の往復運動の際の首振り揺動を抑制する。図７に示されるように、ピストンヘッド５Ａの下方には、Ｙ方向に延びるピン孔を区画するピストンボス５Ｂが設けられている。ピストンボス５Ｂのピン孔には、ピストンピン８１が挿通される。ピストンピン８１は、コネクティングロッド８の小端部８Ｓと、ピストン５とを連結するピンである。
【００６８】
冠面５０は、燃焼室天井面６ＵとＺ方向に対向する面であって、その径方向（Ｘ方向及びＹ方向）の概ね中央部分に略環状のキャビティ５Ｃを含む。キャビティ５Ｃは、−Ｚ側に凹入された部分であり、インジェクタ１８から燃料の噴射を受ける部分である。冠面５０におけるキャビティ５Ｃの外周には、吸気側平面部５５、排気側平面部５６及び一対の側方上面５７が配置されている。吸気側平面部５５は、キャビティ５Ｃの−Ｘ側に隣接する領域に設けられる平面、排気側平面部５６は、キャビティ５Ｃの＋Ｘ側に隣接する領域に設けられる平面、一対の側方上面５７はキャビティ５Ｃの＋Ｙ側及び−Ｙ側に各々隣接する、概ね平坦な面である。また、キャビティ５Ｃの内側部分には、キャビティ５Ｃの底部よりも＋Ｚ側に隆起した凸部５３が設けられている。
【００６９】
吸気側平面部５５は、ピストン５が上死点（ＴＤＣ）付近にあるときに、図２に示されるシリンダヘッド４における吸気側天面４３に僅かな隙間を空けて沿うよう設けられており、排気側平面部５６は、同様に、ピストン５が上死点（ＴＤＣ）付近にあるときに、図２に示されるシリンダヘッド４における排気側天面４４に沿うよう設けられている。ここで、エンジン本体１においては、吸気側平面部５５と吸気側天面４３との組み合わせにより逆スキッシュ流生成部が構成されている。具体的に、逆スキッシュ流生成部とは、ピストン５が上死点（ＴＤＣ）付近にある状態から−Ｚ側に下降して行く際に、燃焼室６の径方向中央領域から径方向外縁領域に向けた混合気の流れを生成する部分である。
【００７０】
キャビティ５Ｃは、小キャビティ５１（第１キャビティ）、大キャビティ５２（第２キャビティ）を含む。図４に示すように、小キャビティ５１は、点火プラグ１７の着火部１７Ａに対応する位置、つまり着火部１７Ａの真下の位置に凹設されている。大キャビティ５２は、小キャビティ５１に隣接する位置に凹設され、＋Ｚ側からの平面視において、小キャビティ５１よりも大きい投影面積を有している。例えば、大キャビティ５２の投影面積は、小キャビティ５１の投影面積に対して８倍程度大きい。凸部５３は、冠面５０のＸＹ方向の中央付近に配置されている。凸部５３は、ＸＹ面方向において、燃焼室６の略中央部分に設けられており、インジェクタ１８のノズルヘッド１８Ｎ（図４を参照。）の真下の位置に凸設されている。
【００７１】
小キャビティ５１は、当該小キャビティ５１を区画する外周縁である第１周縁５１１を含む。大キャビティ５２は、当該大キャビティ５２を区画する外周縁である第２周縁５２１を含む。第１周縁５１１は、＋Ｚ側からの平面視において、略扇形の形状であり、凸部５３、吸気側平面部５５及び大キャビティ５２との境界線となる。第２周縁５２１は、＋Ｚ側からの平面視において、略Ｃ字形の形状を有する。つまり、大キャビティ５２は、冠面５０を＋Ｚ側から平面視した場合において、略Ｃ字形状をしている。第２周縁５２１は、凸部５３、吸気側平面部５５、排気側平面部５６及び小キャビティ５１との境界線となる。
【００７２】
第１周縁５１１の一部は、第２周縁５２１の一部を兼ねる共通周縁部である。換言すると、小キャビティ５１の第１周縁５１１は、その一部において、大キャビティ５２の第２周縁５２１の一部と境界を接する。より具体的には、第１周縁５１１における、凸部５３及び吸気側平面部５５と各々境界をなす円弧状部分を除いた部分は、第２周縁５２１の一部と共通である。この第２周縁５２１の一部は、Ｃ字形状の開放部分（開放端縁）に相当する。共通周縁部は、図４等に示されているように、上方へ突出した稜線５４である。即ち、本実施形態では、稜線５４を境に小キャビティ５１と大キャビティ５２とが隣り合っている。
【００７３】
図５等に示されるように、大キャビティ５２は＋Ｚ側からの平面視において略円形の凸部５３を取り囲むＣ字形状を有している。小キャビティ５１は、このような大キャビティ５２の、Ｃ字形状の開放部分に挟まれる位置に形成されている。これにより、稜線５４で区切られてはいるが、小キャビティ５１及び大キャビティ５２によって、凸部５３の周囲を囲む略環状のキャビティ５Ｃが冠面５０に形成されている。
【００７４】
なお、＋Ｚ側からの平面視において、点火プラグ１７の着火部１７Ａは、大キャビティ５２におけるＣ字形状の開放部分に挟まれる位置の上方（＋Ｚ側）に配置されている。
【００７５】
また、凸部５３の外周の周縁部５３１は、小キャビティ５１の第１周縁５１１の一部及び大キャビティ５２の第２周縁５２１の一部と境界を接する。
【００７６】
インジェクタ１８のノズルヘッド１８Ｎには、放射状に複数の噴射孔１８１が設けられており、ノズルヘッド１８Ｎの各噴射孔からは、小キャビティ５１及び大キャビティ５２に向けて燃料が噴射される。このとき、噴射燃料１８Ｅは、斜面である第１周縁５１１及び第２周縁５２１に沿って各キャビティ５１，５２内へと円滑に導入される。
【００７７】
なお、インジェクタ１８におけるノズルヘッド１８Ｎの各噴射孔から噴射される燃料は、相対的に大キャビティ５２に向けて多量に噴射され、小キャビティ５１に向けて少量噴射される。
【００７８】
図７に示すように、吸気側平面部５５及び排気側平面部５６を基準としたときの大キャビティ５２の深さｈ２は、小キャビティ５１の深さｈ１よりも深くなっている。これにより、キャビティ５Ｃとしては、底面が排気口側（＋Ｘ側）から吸気口側（−Ｘ側）に行くのに従って＋Ｚ側へと持ち上げられるようになっている。より具体的には、キャビティ５Ｃの底面は、＋Ｘ側から点火プラグ１７の着火部１７Ａの真下へと行くのに従って、上方（＋Ｚ側）へと漸次上がっている。
【００７９】
また、上述のように、大キャビティ５２の投影面積は、小キャビティ５１の投影面積よりも大きいので、各キャビティ５１，５２の深さ（凹入深さ）ｈ１，ｈ２を合わせて考慮するとき、大キャビティ５２は小キャビティ５１に比べて大きな容積を以って形成されていることになる。
【００８０】
［燃料噴射期間及び点火タイミングとクランク角］
図８を参照して、燃料噴射期間及び点火タイミングとクランク角との関係を説明する。図８は、燃料噴射期間及び点火タイミングとクランク角との関係を示すタイムチャートである。
【００８１】
図８に示すように、本実施形態に係るエンジン本体１は、少なくともモードＩ及びモードＩＩの燃料噴射期間及び点火タイミングで、運転を成立させる。
【００８２】
モードＩは、上述のリタードＳＩ燃焼の実行の際に採用されるもので、燃料噴射期間ＰＦ１は圧縮行程のＴＤＣ前後、点火タイミングは膨張行程初期である。即ち、ＴＤＣよりも前の圧縮行程終盤のクランク角−ＣＡ１１のタイミングＴ１１からインジェクタ１８による燃料噴射が開始され、ＴＤＣ後の膨張行程開始初期のクランク角＋ＣＡ１２のタイミングＴ１２まで燃料噴射が実行される。その後、膨張行程初期の所定のクランク角＋ＣＡ１３のタイミングＴ１３において、点火プラグ１７によって混合気に点火される。各クランク角は、例えば、−ＣＡ１１がＴＤＣ前１５°（より好ましくはＴＤＣ前、１０°）、＋ＣＡ１２がＴＤＣ後５°（より好ましくは、ＴＤＣ後２°）、＋ＣＡ１３が圧縮ＴＤＣ後８〜１０°（より好ましくは、ＴＤＣ後９°）である。このモードＩによれば、ＴＤＣ前後で燃料が噴射されるので、ノッキングを防止することができる。
【００８３】
モードＩＩは、上述のＳＩ燃焼及びＳＩＣＩ燃焼の際に採用されるもので、燃料噴射期間ＰＦ２は吸気行程の中期、点火タイミングは圧縮行程のＴＤＣ付近である。即ち、排気工程におけるＴＤＣからピストン５が行程の半分程度下降するクランク角ＣＡ２を挟んだタイミングＴ２１〜Ｔ２２が、燃料噴射期間ＰＦ２とされる。点火タイミングは、ＴＤＣに至るタイミングＴ２３である。ＣＡ２は、例えば、ＴＤＣ後７０°である。
【００８４】
なお、ノッキング防止のため、ＴＤＣ前のクランク角ＣＡ３で、ＣＡ２に加えて追加的に燃料噴射を行わせてもよい。
【００８５】
［逆スキッシュ流］
燃焼室６内で生じる逆スキッシュ流について、図９及び図１０を用い説明する。図９及び図１０（ａ）は、ピストン５がＴＤＣ付近にある場合の燃焼室６を示す断面図、図１０（ｂ）は、ＴＤＣ後にピストン５が下降した状態での燃焼室６を示す断面図である。
【００８６】
先ず、図９に示すように、点火プラグ１７の着火部１７Ａを通り、Ｚ方向に延びる仮想線ＬＳＰを引く。
【００８７】
図９に示すように、ピストン５がＴＤＣ付近にある場合、上記仮想線ＬＳＰよりも＋Ｘ側の部分（Ａ部分；矢印Ａで指し示す部分）と、上記仮想線ＬＳＰよりも−Ｘ側の部分（Ｂ部分；矢印Ｂで指し示す部分）と、を比較する。図９からも明らかなように、本実施形態に係る燃焼室６の構造では、Ｂ部分の容積は、Ａ部分の容積よりも小さくなっている。
【００８８】
燃焼室６においては、上記のような燃焼室容積の差異により、膨張行程中のピストン５の下降に伴い混合気を＋Ｘ側から−Ｘ側へと引き込む逆スキッシュ流が生成されることになる。即ち、燃焼室６では、上記燃焼室容積の差異により、逆スキッシュ流生成部を形成している。
【００８９】
次に、図１０（ａ）に示すように、ピストン５がＴＤＣ付近にある場合、ピストン５の冠面５０が燃焼室天井面６Ｕに最も接近した状態となっている。このため、吸気側平面部５５が吸気側天面４３に対して僅かな隙間を空けた状態で対向し（矢印Ｃで指し示す部分を参照）、排気側平面部５６も排気側天面４４に対して狭い隙間を空けた状態で対向している。
【００９０】
図１０（ｂ）に示すように、ＴＤＣ後の膨張行程において、ピストン５が下降してゆくと吸気側平面部５５が吸気側天面４３から離間し（矢印Ｄで指し示す部分を参照）、排気側平面部５６も排気側天面４４から離間する。このとき、ハッチングを付した矢印で示すように、−Ｘ側に向けた逆スキッシュ流（混合気を−Ｘ側の領域に引き込む流れ）が生成される。本実施形態では、吸気側平面部５５と吸気側天面４３とにより、逆スキッシュ流生成部が構成されているといえる。
【００９１】
なお、排気側平面部５６と排気側天面４４とについても互いに沿った状態にあるが、ピストン５及び燃焼室天井面６Ｕでは、吸気側平面部５５と吸気側天面４３との対向面積が、排気側平面部５６と排気側天面４４との対向面積よりも大きいため、矢印で示すような逆スキッシュ流が生成される。
【００９２】
ここで、図１０（ａ）に示す状態において、互いに近接して対向する排気側平面部５６と排気側天面４４とを設けることにより、ＴＤＣ付近で燃料噴射された際に、噴射燃料がシリンダ２の内壁面（シリンダライナ）に直接付着することが防止される。
【００９３】
［スワール流］
燃焼室６内で生じるスワール流について、図１１及び図１２を用い説明する。図１１は、燃焼室６内で生じるスワール流ＦＳを示す断面図であり、図１２は、燃焼室６内で生じるスワール流ＦＳを示す平面図である。
【００９４】
図１２に示すように、燃焼室６の径方向中心部分に配設されたインジェクタ１８のノズルヘッド１８Ｎからは、放射状に燃料が噴射される（噴射燃料１８Ｅ）。即ち、インジェクタ１８からは、排気口側である＋Ｘ側にある大キャビティ５２内に向けて燃料が噴射されるとともに、吸気口側である−Ｘ側にある小キャビティ５１に向けても燃料が噴射される。上述のように、大キャビティ５２に対しては相対的に多量の燃料が噴射され、小キャビティ５１に対しては相対的に小量の燃料が噴射される。
【００９５】
ここで、小キャビティ５１に向けての燃料噴射は、点火プラグ１７の着火部１７Ａに対して指向軸が向かないようになっている。即ち、小キャビティ５１に向けての燃料噴射は、指向軸が点火プラグ１７の着火部１７Ａの両脇を通過するようになっている。これにより、プラグ被りの発生を抑制することができる。また、本実施形態では、点火プラグ１７における接地電極１７２の背部（基部１７４）が、−Ｘ側（燃焼室６の径方向外側）を向けられている。これによっても、プラグ被りの発生を抑制することができる。
【００９６】
燃焼室６内には、図１２の白抜き矢印で示すように、環状のキャビティ５Ｃ（小キャビティ５１と大キャビティ５２との組み合わせ）の外縁部分を周回するようにスワール流ＦＳが生じる。そして、新気と燃料との混合気がスワール流ＦＳにより点火プラグ１７の着火部１７Ａの近傍へと導かれる。
【００９７】
ここで、環状のキャビティ５Ｃの底面に仮想線Ｌ５２Ｂを引くとき、当該底面は、箇所Ｐ１から箇所Ｐ２を通り箇所Ｐ３へと行くに従って上方（図１２の紙面手前側）に上がってくるように構成されている。このため、図１１に示すように、スワール流ＦＳに導かれた混合気が、＋Ｘ側から点火プラグ１７の着火部１７Ａ付近に向けて＋Ｚ側へと漸次持ち上げられる。よって、燃焼室６では、着火部１７Ａ近傍の残留ガスを押し流すことができる。
【００９８】
［効果］
本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、図２等を用い説明したように、インジェクタ１８におけるノズルヘッド１８Ｎが比較的高温の排気口側（＋Ｘ側）に向けて燃料噴射可能に構成されているので、プリイグニッションの発生抑制のために圧縮上死点近傍で燃料噴射する場合にあっても、短時間で十分な燃料の霧化が可能である。
【００９９】
また、本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、図４や図１２を用い説明したように、ピストン５の冠面５０における排気口側（＋Ｘ側）を含む領域に大キャビティ５２を設けているので、燃料は、当該大キャビティ５２内に噴射された後、大キャビティ５２の底面形状に沿って進むこととなるので、キャビティがない場合に比べて、燃料を霧化するのに必要な燃料の移動距離を確保することができる。そして、図２等を用い説明したように、エンジン本体１の燃焼室６では、＋Ｚ側からの平面視で、燃焼室天井面６Ｕの中心部分にインジェクタ１８を配置しているので、インジェクタ１８のノズルヘッド１８Ｎから大キャビティ５２までの距離が近く、大キャビティ５２内に素早く燃料を噴射することができる。
【０１００】
また、本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、図９及び図１０を用い説明したように、逆スキッシュ流生成部が設けられているので、膨張行程時においてピストン５が下降するのに伴い、排気口側（＋Ｘ側）で霧化された混合気を点火プラグ１７の着火部１７Ａ側へと引き込むことができる。よって、本実施形態では、燃焼室６全体の酸素を使って燃焼を生じさせ、燃焼室６内に未燃燃料が残ることを抑制でき、エミッション性能の低下を抑制することができる。
【０１０１】
また、本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、図２等を用い説明したように、点火プラグ１７の着火部１７Ａを、燃焼室天井面６Ｕの中心部分よりも吸気口側（−Ｘ側）に配置しているので、その冷却性能の確保が可能である。
【０１０２】
従って、本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、高負荷運転域での運転においてもプリイグニッションの発生を抑制しながら、高速かつ燃焼室６全体での均質な燃焼が可能である。
【０１０３】
なお、本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、図９を用い説明したように、吸気口側のＢ部分と排気口側のＡ部分との燃焼室容積の差異を以って逆スキッシュ流生成部が形成されているので、膨張行程時においてピストン５が下降するのに伴い、排気口側又は中心部分から吸気口側（−Ｘ側）へと向かう気流（逆スキッシュ流）を生成することができ、排気口側で霧化された混合気を吸気口側の点火プラグ１７の着火部１７Ａに向けて導くことができる。よって、本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、燃焼室６内の酸素を使い全体での均質な燃焼が可能であって、エミッション性能の低下を抑制することができる。
【０１０４】
また、本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、図１０を用い説明したように、互いに沿い、且つ、互いに近接する燃焼室天井面６Ｕの一部領域（吸気側天面４３）とピストン５の冠面５０の一部領域（吸気側平面部５５）とにより、逆スキッシュ流生成部を構成しているので、ピストン５がＴＤＣを通過した後に生じる上記領域間（図１０（ｂ）に矢印Ｄで指し示す部分）での負圧を利用して、燃焼室６内に逆スキッシュ流を生成することができる。
【０１０５】
よって、本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、燃焼室６全体の酸素を使って燃焼を生じさせ、エミッション性能の低下を抑制することができる。
【０１０６】
本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、図１１及び図１２を用い説明したように、排気口側から点火プラグ１７の着火部１７Ａの側に向けて深さが漸次浅くなるように、キャビティ５Ｃの底面を形成しているので、ピストン５の上昇時において、キャビティ５Ｃ内でのスワール流ＦＳは、点火プラグ１７の着火部１７Ａに向けて持ち上げられることになる。よって、新気と燃料との混合気が点火プラグ１７の着火部１７Ａ近傍に導かれ、着火部１７Ａ及びその近傍の残留ガスを押し流すことができる。
【０１０７】
また、本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、ピストン５の下降時に生じる逆スキッシュ流を利用する場合においても、点火プラグ１７の着火部１７Ａに向けてスムーズに混合気が導かれる。
【０１０８】
本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、図５等を用い説明したように、凸部５３の周縁部と小キャビティ５１及び大キャビティ５２の各周縁部（第１周縁部５１１、第２周縁部５２１）とが、境界を接するように設けられているので、インジェクタ１８から噴射された燃料が山形状の凸部５３の周縁部（裾野部）に沿ってキャビティ５１，５２内へとスムーズに導かれる。よって、燃焼室６では、小キャビティ５１及び大キャビティ５２に対して高効率に燃料を供給することができ、インジェクタ１８で燃料を噴射してから霧化されるまでの時間を短縮することができる。
【０１０９】
本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、図５などに示すように、大キャビティ５２が平面視で略Ｃ字形状をしており、且つ、当該Ｃ字形状の開放部分に挟まれる位置（小キャビティ５１が配設された位置）の上方（＋Ｚ側）に点火プラグ１７の着火部１７Ａが配置されているので、燃焼室６内においてスワール流ＦＳを積極的に利用して混合気を着火部１７Ａ近傍に導くことができる（図１２等を参照）。よって、燃焼室６では、高い着火性を確保することができる。
【０１１０】
本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、点火プラグ１７の点火前のタイミングで、小キャビティ５１に対して少量の燃料を噴射可能に構成されている。このため、燃焼室６では、小キャビティ５１に供給された燃料に着火することで火種を形成することができる。また、相対的に多量の燃料が噴射される大キャビティ５２では、霧化の促進が図られる。このため、エンジン本体１の燃焼室６では、点火プラグ１７の着火部１７Ａに対する混合気の輸送スピードが低下した場合であっても、確実に高い着火性を確保することができる。
【０１１１】
本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、小キャビティ５１と大キャビティ５２とが隣接配置されているので、小キャビティ５１内で着火した火炎を大キャビティ５２内にも伝搬させることができる。よって、燃焼室６では、燃焼室６内に未燃燃料を残すことなく、燃焼室６全体に均質な燃焼を行うことができる。
【０１１２】
本実施形態に係るエンジン本体１の燃焼室６では、小キャビティ５１と大キャビティ５２との組み合わせを以って構成されるキャビティ５Ｃが、＋Ｚ側からの平面視で略環状となっているので、ピストン５がＴＤＣに近付くに従って、混合気が相対的に高温の排気口側（＋Ｘ側）から相対的に低温の吸気口側（−Ｘ側）へとスムーズに流れ、点火プラグ１７の着火部１７Ａ近傍へと導かれる。よって、燃焼室６では、高い着火性を確保することができる。
【０１１３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る火花点火式のエンジンの燃焼室構造を詳細に説明する。なお、第２実施形態の基本的な構造は第１実施形態と共通するため、以下の説明では、第１実施形態と共通する構成要素については同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主に第１実施形態に係る燃焼室構造との相違点について詳細に説明する。
【０１１４】
図１３は、第２実施形態に係るエンジンの燃焼室構造が適用されるエンジンのシリンダヘッドの要部の断面図であり、図１４は、燃焼室天井面の平面図である。
【０１１５】
燃焼室天井面６Ｕは、第１実施形態と同様にペントルーフ型の形状である。第１実施形態の燃焼室天井面６Ｕが、図２に示すような浅型の（勾配の小さい）ペントルーフ型であるのに対して、第２実施形態の燃焼室天井面６Ｕは、深型の（勾配が大きい）ペントルーフ型である。つまり、第２実施形態の燃焼室６は、第１実施形態よりも燃焼室６の容積を大きくして圧縮比を下げた構造となっている。
【０１１６】
このような深型のペントルーフ型の燃焼室天井面６Ｕにおいて、２つの吸気側開口部４１の間にインジェクタ１８を配置しながら、必要とされる各吸気側開口部４１の開口面積を確保するには、Ｘ方向において、２つの吸気側開口部４１をよりシリンダ２の中心寄りに配置する必要がある。そのため、第２実施形態では、図１４に示すように、２つの吸気側開口部４１は、それら一部分がシリンダ２の中心２ａよりも排気口側に位置するように配置されている。
【０１１７】
これに伴い、インジェクタ１８（ノズルヘッド１８Ｎ）もシリンダ２の中心２ａから排気口側にオフセットされた配置となっている。インジェクタ１８のオフセット量は、主にモードＩＩにおける燃料噴射時、すなわち吸気行程の中期にノズルヘッド１８Ｎから噴射される燃料が、吸気側開口部４１から燃焼室６に導入される吸気の主流に乗って拡散し易い位置に設定されており、当例では、インジェクタ１８は、シリンダ２の中心２ａから約２ｍｍだけ排気口側にオフセットされている。
【０１１８】
図２７は、吸気行程の中期の吸気の流れとインジェクタ１８との関係を説明するための断面図である。同図に示すように、吸気ポート９を通じて燃焼室６に導入される吸気の主流Ｍｓは、吸気ポート９の上側壁面に沿って燃焼室６に導入されつつタンブル流を形成する。このような状態において、シリンダ２の中心２ａにインジェクタ１８の中心が位置する場合には、燃料の一部は吸気の主流Ｍｓよりも下方でノズルヘッド１８Ｎから噴射されることとなり、吸気の主流Ｍｓに乗り難くなる。これに対して、インジェクタ１８がシリンダ２の中心２ａから排気口側にオフセットされた構成によれば、吸気の主流Ｍｓよりも上方又はその近傍位置でノズルヘッド１８Ｎから噴射されるため、燃料が吸気の主流Ｍｓに乗って拡散し易くなる。
【０１１９】
なお、この実施形態では、シリンダ２の中心２ａからインジェクタ１８（ノズルヘッド１８Ｎ）の中心が約２ｍｍだけ排気口側にオフセットされているが、この場合のオフセット量は、インジェクタ１８から噴射される燃料が吸気の主流Ｍｓに乗って良好に拡散されるように設定されていればよく、例えば、シリンダ２の中心２ａから、当該シリンダ２の直径（ボア径）の２〜５％の範囲内で排気口側にオフセットされているのが好適である。
【０１２０】
第２実施形態のピストン５の冠面５０もキャビティ５Ｃ、吸気側平面部５５、排気側平面部５６及び一対の側方上面５７を含む点で第１実施形態と構成が共通している。しかし、以下の点で第１実施形態と具体的な構造が相違している。
【０１２１】
図１５は、ピストン５に対する点火プラグ１７及びインジェクタ１８の配置関係を示す斜視図、図１６は、同配置関係を示す平面図である。図１８は、ピストン５の冠面５０の平面図であり、図１８〜図２０は、それぞれピストン５の正面図（吸気口側から視た図）、背面図（排気口側から視た図）、側面図であり、図２１、図２２は、それぞれ図１７のＸＸＩ−ＸＸＩ線、ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線断面図である。また、図２３は、排気側から視たピストン５の斜視図であり、図２４は、吸気口側から視たピストン５の斜視図である。
【０１２２】
第２実施形態のキャビティ５Ｃは、小キャビティ５１と大キャビティ５２とが稜線５４により区切られることなく（換言すれば、稜線５４を介することなく）滑らかに連続した形状を有している。つまり、キャビティ５Ｃは、図１７に示すように、凸部５３とこれを取り囲むように滑らかに連続する一つの環状のキャビティ（以下、環状キャビティ５８と称す）とを含む。環状キャビティ５８は、稜線５４により区切られていないが、第１実施形態と同様に、環状キャビティ５８（キャビティ５Ｃ）の底面は、排気側から点火プラグ１７の着火部１７Ａの真下へと行くのに従って、上方（＋Ｚ側）へと漸次上がっている。
【０１２３】
図１７〜図２０に示すように、冠面５０のうち、吸気側平面部５５と環状キャビティ５８との間であってかつ一対の側方上面５７の間には、吸気側斜面部６１が設けられ、排気側平面部５６と環状キャビティ５８との間であってかつ一対の側方上面５７の間には排気側斜面部６２が設けられている。
【０１２４】
吸気側斜面部６１は、吸気側平面部５５の末端部分から排気口側に向かって先上がりに傾斜する平坦な斜面であり、排気側斜面部６２は、排気側平面部５６の末端部分から吸気側に向かって先上がりに傾斜する平坦な斜面である。図２５に示すように、各斜面部６１、６２は、ピストン５が上死点位置にあるときに、燃焼室天井面６Ｕのペントルーフ部分に近接して対向し、当該ペントルーフ部分と略平行に延びる面である。なお、燃焼室天井面６Ｕが深型のペントルーフ型であるため、冠面５０のうち各側方上面５７に対応する部分は、当該燃焼室天井面６Ｕに向かって錐台状に突出している。以下の説明では、この錐台状の突出部分のことを側方上面部５７と称する場合がある。
【０１２５】
環状キャビティ５８は、冠面５０において排気口側に偏って形成されている。凸部５３は、図１７に示すように、気筒軸方向視においてＸ方向の寸法５３ＸがＹ方向の寸法５３Ｙよりも大きい、つまりＸ方向に細長いオーバル形状（長円形）を有している。凸部５３の中心５３ａは、インジェクタ１８に対応して冠面５０の中心５ａ（シリンダ２の中心２ａ）から排気口側にオフセットされており、これにより、凸部５３の中心はインジェクタ１８（ノズルヘッド１８Ｎ）の直下に位置している。
【０１２６】
環状キャビティ５８は、当該環状キャビティ５８を区画する周縁である内周縁５８１と外周縁５８２とを含む。内周縁５８１は、凸部５３との境界線となり、外周縁５８２は、吸気側斜面部６１、排気側斜面部６２及び側方上面５７との境界線となる。
【０１２７】
外周縁５８２のうち、冠面５０の中心５ａ（図１７中のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線）よりも排気側の部分（排気側外周縁５８２ｂ）であって側方上面５７との境界線となる部分は、当該中心５ａを中心とする略真円に沿った円弧状であり、他方、冠面５０の中心５ａよりも吸気口側の部分（吸気側外周縁５８２ａ）であって側方上面５７との境界線となる部分は、当該中心５ａを中心とする楕円又はＹ方向に細長い長円に沿った円弧状である。このように、環状キャビティ５８及び凸部５３が形成される結果、当該環状キャビティ５８は冠面５０において排気口側に偏っている。
【０１２８】
第２実施形態では、図１３及び図１５に示すように、点火プラグ１７は第１実施形態とは反対の向きで燃焼室天井面６Ｕ（プラグ凹部４５）に配置されている。具体的には、点火プラグ１７は、接地電極１７２の先端、すなわち対向部１７３の反基部側の末端が、気筒軸方向視において燃焼室６の径方向内側を向くように配置されている。燃焼室天井面６Ｕが深型のペントルーフ型とされ、冠面５０に吸気側斜面部６１が設けられている第２実施形態では、このように点火プラグ１７が配置されることで、圧縮行程時に着火部１７Ａの周りの掃気効果を高めるようにされている。つまり、ピストン５の冠面５０に、燃焼室天井面６Ｕのペントルーフ部分に対応する吸気側斜面部６１が設けられる第２実施形態では、圧縮行程時に、燃焼室天井面６Ｕの吸気側天面４３とピストン５の吸気側平面部５５との間で吸気又は混合気が圧縮されるに伴い、図２６中に矢印で示すように、吸気側斜面部６１に沿って燃焼室天井面６Ｕに向かうスキッシュ流が生成される。この際、接地電極１７２の先端が燃焼室６の径方向内側を向くように点火プラグ１７が配置されていることで、当該スキッシュ流によりプラグ凹部４５内の残留ガスを押し出し易くなる。つまり、着火部１７Ａの周りの掃気効果が高められる。
【０１２９】
環状キャビティ５８のキャビティ形状は、モードＩにおいて、ピストン５が圧縮上死点位置又はその近傍にあるときにインジェクタ１８から噴射される燃料を燃焼室天井面６Ｕに沿って円滑に巻き上げることが可能な形状とされている。詳しくは、環状キャビティ５８は、図２５に示すように、当該環状キャビティ５８の内周側に位置し、ピストン５が圧縮上死点位置又はその近傍にあるときにインジェクタ１８から噴射された燃料を凸部５３に沿って外向きに案内する助走部５９ａと、この助走部５９ａの外周に位置し、当該助走部５９ａに沿って案内される燃料を燃焼室天井面６Ｕに向かって巻き上げる巻き上げ部５９ｂとを含む。助走部５９ａは凸部５３に滑らかに連続する断面円弧状であり、巻き上げ部５９ｂは助走部５９ａよりも曲率半径が小さい断面円弧状である。吸気側斜面部６１及び排気側斜面部６２に対応する部分では、これら斜面部６１、６２が設けられている分、巻き上げ部５９ｂがより上方まで延在している。これにより、図２５中に破線矢印で示すように、ノズルヘッド１８Ｎから噴射される燃料が燃焼室天井面６Ｕのペントルーフ部分に沿って効果的に巻き上げられ、燃料の霧化促進が図られるようになっている。
【０１３０】
なお、環状キャビティ５８の吸気側外周縁５８２ａのうち、一対の側方上面５７の末端に対応する部分（図１６の破線丸枠の部分／本発明のプラグ指向部に相当する）は、気筒軸方向視で点火プラグ１７の着火部１７Ａに湾曲して指向している。すなわち、一対の側方上面５７の末端に対応する部分から吸気側外周縁５８２ａを延長したとすると、吸気側外周縁５８２ａが着火部１７Ａを通るように、当該吸気側外周縁５８２ａのうち一対の側方上面５７の末端に対応する部分が形成されている。これにより、図１６中の矢印で示すように、環状キャビティ５８に沿って排気口側から吸気口側に流れる混合気が着火部１７Ａに向かって案内されるようになっている。
【０１３１】
第２実施形態のピストン５においては、図１８〜図２０に示すように、当該ピストン５のピストンヘッド５Ａの上端部外周に段差部６３が形成されている。この段差部６３は、膨張行程において、当該ピストンヘッド５Ａの上端部外周面とシリンダ２の内周面との間に未燃焼ガスを逃がすための隙間を形成するためのものであり、これによりノック音の発生が抑制されるようになっている。
【０１３２】
以上が第２実施形態の燃焼室構造である。第２実施形態の燃焼室構造は、燃焼室６の容積を大きくして圧縮比を下げるために、燃焼室天井面６Ｕが深型のペントルーフ型とされたものであるが、基本的な構造は第１実施形態と共通する。そのため、第２実施形態の燃焼室構造についても第１実施形態の燃焼室構造とほぼ同等の作用効果を享受することができる。すなわち、ノズルヘッド１８Ｎが比較的高温の排気口側（＋Ｘ側）に向けて燃料噴射可能に構成されているので、プリイグニッションの発生抑制のために圧縮上死点近傍で燃料噴射する場合にあっても、短時間で十分な燃料の霧化が可能である。また、燃料は、環状キャビティ５８内に噴射された後、当該環状キャビティ５８の底面形状に沿って進むこととなるので、キャビティがない場合に比べて、燃料を霧化するのに必要な燃料の移動距離を確保することができる。さらに、膨張行程においてピストン５が−Ｚ側へと下降する際には、混合気を吸気口側へと引き込む逆スキッシュ流が生成され、燃焼室６における全体の酸素を使って燃焼を生じさせ、エミッション性能の低下を抑制することが可能となる。
【０１３３】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る火花点火式のエンジンの燃焼室構造を詳細に説明する。第３実施形態の基本的な構造は第２実施形態と共通するため、以下の説明では、主に第２実施形態に係る燃焼室構造との相違点について詳細に説明する。
【０１３４】
図２８は、第３実施形態に係るエンジンの燃焼室構造が適用されるエンジンの要部断面図である。また、図２９〜図３２は、ピストン５を示しており、具体的は、図２９は斜視図で、図３０は平面図で、図３１及び図３２は断面図でそれぞれピストン５を示している。
【０１３５】
第３実施形態のピストン５の冠面５０もキャビティ５Ｃ（気筒軸方向視においてほぼ円形の外縁を有するキャビティ）、吸気側平面部５５、排気側平面部５６、一対の側方上面５７（側方上面部５７）、吸気側斜面部６１及び排気側斜面部６２を含む点で第２実施形態と構成が共通している。しかし、以下の点で第２実施形態と具体的な構造が相違している。
【０１３６】
第２実施形態では、冠面５０には、凸部５３とこれを取り囲む環状キャビティ５８とを含むキャビティ５Ｃが設けられていたが、第３実施形態では、下向きに（−Ｚ側）に凹入した一つの椀状のキャビティ５Ｃが冠面５０に設けられている。
【０１３７】
このキャビティ５Ｃは、側方立面部５１２と、排気側立面部５１３と、吸気側立面部５１４と、底面部５１１とを有している。この内、側方立面部５１２、排気側立面部５１３、及び吸気側立面部５１４は、ピストン５の冠面５０を平面視する場合に、キャビティ５Ｃの周縁部に配設されている。これに対して、底面部５１１は、キャビティ５Ｃの内側の領域に配設されている。
【０１３８】
図３１に示すように、キャビティ５Ｃにおいて、底面部５１１は、曲率半径Ｒ５１１の湾曲面を以って構成されており、側方立面部５１２は、曲率半径Ｒ５１２の湾曲面を以って構成されている。曲率半径Ｒ５１２は曲率半径Ｒ５１１よりも小さい。つまり、側方立面部５１２は、底面部５１１よりもＺ方向に立ち上がった湾曲面を以って構成されている。なお、側方立面部５１２と底面部５１１とは、互いの境界部分Ｐ５１で湾曲面同士が接している。
【０１３９】
図３０に示すように、側方立面部５１２は側方上面部５７に対応するキャビティ５Ｃの側面であり、この図３０及び図２８から見てとれるように、各側方立面部５１２は、ピストン５が圧縮上死点（ＴＤＣ）にある場合に、間に点火プラグ１７の着火部１７Ａを挟み得るような位置まで立ち上がっている（図２８の二点鎖線参照）。これにより、側方立面部５１２は、圧縮行程中におけるピストン５の上昇に伴って、燃焼室６内における筒内流動がキャビティ５Ｃ内に集約される際に、混合気の流れを点火プラグ１７の着火部１７Ａに向けて導く案内部として機能する。なお、詳細図は示していないが、第３実施形態では、点火プラグ１７は、第１実施形態と同様に、接地電極１７２の先端、すなわち対向部１７３の反基部側の末端が、気筒軸方向視において燃焼室６の径方向外側を向くように配置されている。
【０１４０】
側方立面部５１２と同様に、排気側立面部５１３及び吸気側立面部５１４も底面部５１１よりもＺ方向に立ち上がった湾曲面を以って構成されており、底面部５１１と境界部分で接している。そして、図３０に示すように、排気側立面部５１３は、排気側斜面部６２に稜線を介して連続し、吸気側立面部５１４は、吸気側斜面部６１に稜線を介して連続している。
【０１４１】
なお、この第３実施形態に係るエンジン本体１は、上述したようなモードＩＩと、図３３に示すモードＩＩＩの燃焼噴射時期及び点火タイミングで運転を成立させる。モードＩＩはＳＩ燃焼の際に採用され、モードＩＩＩはＳＩＣＩ燃焼の際に主に採用される。そのため、エンジンの高回転域では主にモードＩＩが選択され、高負荷低回転域から高負荷中回転域では主にモードＩＩＩが選択される。
【０１４２】
モードＩＩＩの燃料噴射期間ＰＦ３、ＰＦ４は吸気行程の中期および圧縮行程の後期であり、点火タイミングは膨張行程の初期である。即ち、排気工程におけるＴＤＣからピストン５が行程の半分程度下降するクランク角ＣＡ４を挟んだタイミングＴ３１〜Ｔ３２が前段の燃料噴射期間ＰＦ３とされ、圧縮工程の後期のタイミングＴ３３から圧縮行程におけるＴＤＣ直前のタイミングＴ３４が後段の燃料噴射期間ＰＦ４とされる。また、点火タイミングは、膨張行程初期の所定のクランク角＋ＣＡ５のタイミングＴ３５である。ＣＡ４は、ＴＤＣ後７０°である。後段の燃料噴射期間ＰＦ４の始期は例えば圧縮行程におけるＴＤＣ前１０°である。なお、このようにモードＩＩとモードＩＩＩとで運転を成立させる場合、図８に示す、モードＩＩの燃料噴射期間ＰＦ２の終期（タイミングＴ２２）は、例えば圧縮工程中期とされ、吸気行程から圧縮行程に亘って一括して燃料が噴射されるようにしてもよい。
【０１４３】
以上のような第３実施形態の燃焼室構造の場合も、ノズルヘッド１８Ｎが比較的高温の排気口側（＋Ｘ側）に向けて燃料噴射可能に構成されているので、短時間で十分な燃料の霧化が可能である。また、燃料は、キャビティ５Ｃに噴射された後、当該キャビティ５Ｃの底面部５１１に沿って進むこととなるので、キャビティ５Ｃがない場合に比べて、燃料を霧化するのに必要な燃料の移動距離を確保することができる。さらに、膨張行程においてピストン５が−Ｚ側へと下降する際には、混合気を吸気口側へと引き込む逆スキッシュ流が生成され、燃焼室６における全体の酸素を使って燃焼を生じさせ、エミッション性能の低下を抑制することが可能となる。
【０１４４】
特に第３実施形態では、キャビティ５Ｃは、下向き（燃焼室天井面６Ｕから離れる方向）に凹入した椀状であり、内側に障害物が存在しない、つまり底面部５１１に障害物が存在しないので、キャビティ５Ｃ内の混合気をスムーズに点火プラグ１７の着火部１７Ａに導くことができるとともに、着火後の火炎伝搬がスムーズに実行される。
【０１４５】
また、キャビティ５Ｃは、ピストン５が圧縮上死点（ＴＤＣ）にあるときに点火プラグ１７の着火部１７Ａを間に挟む側方立面部５１２を備えているので、ピストン５の上昇に伴って燃焼室６内の筒内流動がキャビティ５Ｃ内に集約される際に、混合気が当該側方立面部５１２によって点火プラグ１７の着火部１７Ａ及びその周辺にスムーズに導かれる。そのため、高い着火性が実現される。
【０１４６】
特に、キャビティ５Ｃの側方立面部５１２が湾曲面を以って構成されているとともに、当該側方立面部５１２の曲率半径Ｒ５１２が底面部５１１の曲率半径Ｒ５１１よりも小さくなっているので、キャビティ５Ｃ内の混合気をよりスムーズに点火プラグ１７の着火部１７Ａに導くことができるとともに、着火により形成された火炎を、燃焼室６内においてＹ方向（機関出力軸方向）にスムーズに広げることができる。
【０１４７】
また、第３実施形態では、エンジン本体１は、筒内流動が比較的弱い吸気行程の中盤にインジェクタ１８からキャビティ５Ｃに向かって燃料噴射を実行するように構成されているので、キャビティ５Ｃ内に噴霧を集約させて、シリンダ２の内壁面への燃料付着を抑制することができる。従って、着火時に点火プラグ１７の着火部１７Ａ及びその周辺に混合気を良好に存在させることができ、これにより混合気の高い着火性を確保することができる。
【０１４８】
［変形例］
以上、本発明の一態様としての実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、次のような変形例を採用することも可能である。
【０１４９】
（１）上記第１実施形態では、小キャビティ５１と大キャビティ５２とが、稜線５４を介して互いに接するように配置されている例を示したが、本発明はこれに限定を受けるものではない。例えば、第１キャビティである小キャビティと第２キャビティである大キャビティとは、混合気の流れ（スワール流ＦＳ）及び火炎伝播の観点で実質的に隣接配置されていればよく、構造的に互いが離間していてもよい。
【０１５０】
また、上記第１実施形態では、小キャビティ５１と大キャビティ５２との組み合わせを以ってキャビティ５Ｃを構成することとしたが、一体の環状キャビティを構成することとしてもよいし、３つ以上のキャビティの組み合わせを以って環状キャビティを構成してもよい。
【０１５１】
さらに、第１キャビティについては、必ずしも設ける必要はなく、第２キャビティについても、少なくとも排気口側の領域に設けることとしてもよい。
【０１５２】
（２）上記第１〜第３実施形態では、吸気側平面部５５及び吸気側天面４３をそれぞれ平面でもうけることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、互いに対向する曲面を以って構成することとしてもよい。
【０１５３】
（３）上記第１実施形態では、ピストン５の冠面５０に設けた小キャビティ５１と大キャビティ５２とについて、大キャビティ５２の投影面積が小キャビティ５１の投影面積よりも広く、かつ、大キャビティ５２の深さｈ２が小キャビティ５１の深さｈ１よりも深いとの構成を例として示したが、本発明はこれに限定を受けるものではない。例えば、大キャビティと小キャビティとの深さを同一とし、投影面積の差異だけで、大キャビティの容積を小キャビティの容積よりも大きくすることも可能である。
【０１５４】
（４）上記第１〜第３実施形態では、燃焼室天井面６Ｕに２つの吸気側開口部４１が設けられてなる例を示したが、そのうちの１つの吸気側開口部４１に連通する吸気ポート９に、スワールコントロールバルブを設け、燃焼室６内におけるスワール流ＦＳを積極的に発生させることが可能な構成を採用することとしてもよい。
【０１５５】
スワール流ＦＳを積極的に活用する状況において、スワールコントロールバルブによって一方の吸気側開口部４１を閉止し、シリンダ軸回り（気筒軸周り）の渦流であるスワール流を発生させ易くすることができる。これにより、例えば、上述のＳＩ燃焼やＳＩＣＩ燃焼（モードＩＩ、ＩＩＩ）の燃焼において、スワールコントロールバルブを動作させることが望ましい。
【０１５６】
（５）上記第１〜第３実施形態では、吸気側開口部４１及び排気側開口部４２を燃焼室天井面６Ｕに開口することとしたが、本発明はこれに限定を受けるものではない。例えば、燃焼室６の上部におけるシリンダ２の側周面に開口することとしてもよい。
【０１５７】
（６）上記第１〜第３実施形態では、燃焼室６の天井面（燃焼室天井面６Ｕ）を比較的扁平なペントルーフ形状で構成することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、より高レシオのペントルーフ形状とすることなどもできる。これによって、さらに強いタンブル流を生成するのに優位となる。
【０１５８】
（７）上記第１実施形態では、図９に示すようなＡ部分とＢ部分との燃焼室容積の差異、及び図１０に示すような吸気側平面部５５と吸気側天面４３との組み合わせ、を以って逆スキッシュ流生成部を構成することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、Ａ部分とＢ部分との燃焼室容積の差異だけを以って逆スキッシュ流生成部を構成することとしてもよいし、逆に、吸気側平面部５５と吸気側天面４３との組み合わせだけを以って逆スキッシュ流生成部を構成することとしてもよい。
【０１５９】
（８）上記第３実施形態では、ピストン５のキャビティ５Ｃについて（図３０のＸＸＸＩ−ＸＸＸＩ断面において）、１つの底面部５１１と２つの側方立面部５１２との組み合わせを以って断面を構成することとしたが、本発明は、これに限定されない。例えば、底面部５１１と側方立面部５１２との間に湾曲面や平面が介挿された断面構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【０１６０】
１  エンジン本体
２  シリンダ（気筒）
３  シリンダブロック
４  シリンダヘッド
５  ピストン
５Ｃ  キャビティ
１７  点火プラグ
１７Ａ  着火部
１８  インジェクタ
４３  吸気側天面
４４  排気側天面
５０  冠面
５１  小キャビティ（第１キャビティ）
５２  大キャビティ（第２キャビティ）
５３  凸部
５５  吸気側平面部
５６  排気側平面部
【図１】
2019035397.tif 000003
【図２】
2019035397.tif 000004
【図３】
2019035397.tif 000005
【図４】
2019035397.tif 000006
【図５】
2019035397.tif 000007
【図６】
2019035397.tif 000008
【図７】
2019035397.tif 000009
【図８】
2019035397.tif 000010
【図９】
2019035397.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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