特許 5978677 圧縮自己着火エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5978677

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月24日

(54)【発明の名称】圧縮自己着火エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02B 23/06 20060101AFI20160817BHJP

   F02F 1/00 20060101ALI20160817BHJP

   F02F 1/24 20060101ALI20160817BHJP

   F02F 3/26 20060101ALI20160817BHJP

   F02F 3/28 20060101ALI20160817BHJP

   F16J 1/00 20060101ALI20160817BHJP

【ＦＩ】

   F02B23/06 R

   F02B23/06 T

   F02B23/06 L

   F02B23/06 H

   F02F1/00 R

   F02F1/24 N

   F02F3/26 C

   F02F3/28 B

   F16J1/00

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-60767(P2012-60767)

(22)【出願日】2012年3月16日

(65)【公開番号】特開2013-194559(P2013-194559A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2015年1月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】乃生 芳尚

(72)【発明者】

【氏名】楢原 和晃

(72)【発明者】

【氏名】藤本 昌彦

(72)【発明者】

【氏名】田中 達也

【審査官】 永田 和彦

(56)【参考文献】

【文献】 実開平５−８３３２８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５３−１５３１０２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−４７１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１６１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２３４５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−１５４２３６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第２００７／１４８４６７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ２３／００−２３／１０，７７／１１，

Ｆ０２Ｆ １／００−３／２８，

Ｆ１６Ｊ １／００−１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に気筒が形成されたシリンダブロックと、該シリンダブロック上に配置されたシリンダヘッドと、前記気筒内に嵌挿されたピストンと、前記シリンダブロックと該シリンダヘッドと前記ピストンとによって区画される燃焼室内に燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁と、を備え、前記燃料噴射弁により燃料噴霧を噴射する期間を圧縮行程後期に設定すると共に、前記燃焼室内に噴射した燃料噴霧を自己着火させるようした圧縮自己着火エンジンであって、
前記ピストンは、その冠面に凹部が形成されており、
前記凹部は、該凹部底部から該凹部開口に向かって拡径するように、その側壁が前記気筒の軸心方向に対して傾斜して構成されていると共に、その側壁の外周部に圧縮行程後期に前記凹部の内壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流れるスキッシュ流を前記シリンダヘッドの下面と共に発生させるスキッシュ発生部が全周に亘って形成され、その側壁における該スキッシュ発生部の径方向の内方に前記凹部の底壁と前記スキッシュ発生部とに連続する中間部が全周に亘って形成されており、
前記燃料噴射弁は、前記シリンダヘッドに前記気筒の軸心に沿って配置されかつ、燃料噴霧を前記凹部内に前記気筒の軸心を中心とするコーン状に噴射することを特徴とする圧縮自己着火エンジン。

【請求項2】

請求項１に記載の圧縮自己着火エンジンにおいて、
前記凹部は、その底壁に径方向の外方から中央に向かって隆起する隆起部が形成されていることを特徴とする圧縮自己着火エンジン。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の圧縮自己着火エンジンにおいて、
前記燃焼室を区画する区画面のうち少なくとも前記シリンダヘッドの下面には断熱層が設けられていることを特徴とする圧縮自己着火エンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気筒内に供給された燃料を圧縮自己着火により燃焼させる圧縮自己着火エンジンに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、エンジンにおける希薄混合気の燃焼改善のために、様々な方法が提案されている。例えば特許文献１には、圧縮行程終期に吸気側及び排気側のスキッシュエリアからそれぞれ燃焼室天井面及びピストン冠面に沿って流れるスキッシュ流を発生させ、混合気を燃焼室中央部に集合させることで、燃料の着火性を改善すると共に、希薄燃焼を実現した火花点火式エンジンが記載されている。

【0003】

また、希薄混合気の燃焼改善を図る目的で、燃焼期間を短縮させて燃焼させる圧縮自己着火燃焼を行うことが既に知られている。この圧縮自己着火燃焼によれば、有効膨張比を高めることで、排気損失を低減して、機関運転効率を向上させることができる。圧縮自己着火燃焼においては、着火時期に筒内温度を高めることが必要であるため、高温の既燃ガスを燃焼室内に残す残留ガス量を制御したり、吸入ガスの温度を高めたり、幾何学的圧縮比を高めたりしている。ここで、幾何学的圧縮比を高めると、機関運転効率を向上させることができる反面、圧縮上死点における燃焼室の容積が小さくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開平５−８３３２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、圧縮自己着火エンジンにおいて、高負荷運転時や高回転運転時に過早着火や燃焼騒音を抑制するために、圧縮行程後期に燃焼噴射弁から燃料を噴射することがある。

【0006】

しかしながら、圧縮行程後期に燃焼室の容積が小さくなる高圧縮比の圧縮自己着火エンジンにおいて、圧縮行程後期に燃料を噴射すると、噴射された燃料が燃焼室の壁面に到達し、燃焼室壁面付近でも混合気濃度が高まり、高温の燃焼ガスが燃焼室壁面に接触して、冷却損失が大きくなるという課題がある。特に、幾何学的圧縮比が高くなるほど、気筒内の混合気が圧縮されて燃焼ガス温度が高くなるため、燃焼室壁面を通じて放出される熱放出量が大きくなる。従って、従来よりも高圧縮化したものにおいて、前記課題はとりわけて顕著になる。

【0007】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、気筒内に供給された燃料を圧縮自己着火により燃焼させる圧縮自己着火エンジンにおいて、冷却損失を低減することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記の課題を解決するため、本発明は、圧縮行程後期にピストンの冠面に形成された凹部の内壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流れるスキッシュ流を発生させるようにしたことを特徴とする。

【0009】

具体的には、本発明は、内部に気筒が形成されたシリンダブロックと、該シリンダブロック上に配置されたシリンダヘッドと、前記気筒内に嵌挿されたピストンと、前記シリンダブロックと該シリンダヘッドと前記ピストンとによって区画される燃焼室内に燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁と、を備え、前記燃料噴射弁により燃料噴霧を噴射する期間を圧縮行程後期に設定すると共に、前記燃焼室内に噴射した燃料噴霧を自己着火させるようした圧縮自己着火エンジンを対象とし、次のような解決手段を講じた。

【0010】

すなわち、第１の発明は、前記ピストンは、その冠面に凹部が形成されており、前記凹部は、該凹部底部から該凹部開口に向かって拡径するように、その側壁が前記気筒の軸心方向に対して傾斜して構成されていると共に、その側壁の外周部に圧縮行程後期に前記凹部の内壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流れるスキッシュ流を前記シリンダヘッドの下面と共に発生させるスキッシュ発生部が全周に亘って形成され、その側壁における該スキッシュ発生部の径方向の内方に前記凹部の底壁と前記スキッシュ発生部とに連続する中間部が全周に亘って形成されており、前記燃料噴射弁は、前記シリンダヘッドに前記気筒の軸心に沿って配置されかつ、燃料噴霧を前記凹部内に前記気筒の軸心を中心とするコーン状に噴射することを特徴とするものである。

【0011】

これによれば、スキッシュ流を、圧縮行程後期にピストンの冠面に形成された凹部の内壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流すため、圧縮行程後期に噴射された燃料噴霧がその先端側に広がっていくことをスキッシュ流によって抑制する（エアーブロックする）ことができ、燃料噴霧がピストンの冠面（凹部の内壁）に到達（衝突）することを抑制することができる。その結果、燃焼ガスがピストンの冠面に接触することを抑制することができ、冷却損失を低減することができる。

【0012】

尚、冷却損失は、冷却損失＝熱伝達率×伝熱面積×（ガス温度−燃焼室の区画面の温度）によって決定されるため、前述したように、エアーブロックすると、熱伝達率が大きくなってしまうが、従来のように、圧縮行程後期に噴射された燃料が燃焼室の区画面に到達して燃焼ガスの熱が燃焼室区画面を通じて放出される場合よりも、冷却損失が低減する。

【0013】

第２の発明は、前記第１の発明において、前記凹部は、その底壁に径方向の外方から中央に向かって隆起する隆起部が形成されていることを特徴とするものである。

【0014】

これによれば、凹部の底壁に径方向の外方から中央に向かって隆起する隆起部を形成しているため、スキッシュ流を隆起部の側壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流すことができる。このことによって、隆起部と燃料噴霧との間に空気層（エアーカーテン）を形成することができ、燃料噴霧がピストンの冠面に到達することをより抑制することができる。その結果、燃焼ガスがピストンの冠面に接触することをより抑制することができ、冷却損失をより低減することができる。

【0015】

また、隆起部を凹部の底壁に形成しているため、燃焼室の容積を小さくすることができる。

【0016】

第３の発明は、前記第１又は第２の発明において、前記燃焼室を区画する区画面のうち少なくとも前記シリンダヘッドの下面には断熱層が設けられていることを特徴とするものである。

【0017】

これによれば、燃焼室を区画する区画面のうち少なくともシリンダヘッドの下面に断熱層を設けているため、燃焼室を断熱化することができ、冷却損失をより低減することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、スキッシュ流を、圧縮行程後期にピストンの冠面に形成された凹部の内壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流すため、圧縮行程後期に噴射された燃料噴霧がその先端側に広がっていくことをスキッシュ流によって抑制することができ、燃料噴霧がピストンの冠面に到達することを抑制することができ、その結果、圧縮行程後期に燃焼室内に燃料噴霧を噴射しかつ、圧縮行程後期に燃焼室の容積が小さくなる高圧縮比の圧縮自己着火エンジンにおいて、冷却損失を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの構成を概略的に示す図である。

【図2】燃料噴射弁の構成を示す図であり、（ａ）は、燃料噴射弁の下部の構成を示す部分断面図であり、（ｂ）は、燃料噴射弁の要部の構成を示す断面図である。

【図3】スキッシュ流速とクランク角との関係を示すグラフである。

【図4】ディーゼルエンジンの変形例の構成を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、実施形態に係るディーゼルエンジンを図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。図１は、実施形態に係るエンジン１の概略構成を示す。このエンジン１は、自動車等の車両に搭載されると共に、軽油を主成分とした燃料が供給される圧縮自己着火式内燃機関であって、図例では一つのみ図示するが、複数のシリンダ（気筒）１１を有する。エンジン１は、その出力軸は、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。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の内部にシリンダ１１が形成されている。各シリンダ１１内には、ピストン１４が摺動可能に嵌挿されており、ピストン１４は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１５を区画している。

【0021】

シリンダヘッド１３の下面（燃焼室１５の上面を区画する天井面）には、その中央部に内壁（内面）が径方向の中央から外方に向かって下方に傾斜する円錐状の中央側凹部１３ａが凹嵌して形成されている。中央側凹部１３ａは、その中心軸がシリンダ１１の軸心Ｘに一致して配置されている。シリンダヘッド１３の下面には、中央側凹部１３ａの径方向の外方にシリンダ１１の軸心Ｘ方向から見ると円環状でかつ、横断面が略三角形状の外周側凹部１３ｂが凹嵌して形成されている。外周側凹部１３ｂは、その中心軸がシリンダ１１の軸心Ｘに一致して配置され、その内周面が径方向の中央から外方に向かって上方に傾斜している。また、外周側凹部１３ｂは、その外周面がシリンダの軸心Ｘと平行に延びている。シリンダヘッド１３の下面には、中央側凹部１３ａ及び外周側凹部１３ｂの間にこれらに連続する、シリンダ１１の軸心Ｘ方向から見ると円環状の中間部１３ｃが形成されている。中間部１３ｃは、その中心軸がシリンダ１１の軸心Ｘに一致して配置され、シリンダ１１の軸心Ｘに対して垂直な面で構成されている。

【0022】

ピストン１４の冠面には、略円錐台状のピストン側凹部１４ａが凹嵌して形成されている。ピストン側凹部１４ａは、その中心軸がシリンダ１１の軸心Ｘに一致して配置され、この例では、その底壁（底面）に径方向の外方から中央に向かって隆起する略円錐台状の隆起部１４ｂが形成されている。隆起部１４ｂは、その中心軸がシリンダ１１の軸心Ｘに一致して配置され、その側壁（側面）が後述する燃料噴射弁１７により噴射される燃料噴霧Ｆに対応した形状でかつ、燃料噴霧Ｆに沿った形状に形成されている。また、隆起部１４ｂは、隆起部１４ｂ頂部が径方向の外方から中央に向かって沈下するように、その頂壁が、シリンダ１１の軸心Ｘに直交する方向に対して傾斜している。また、ピストン側凹部１４ａ底部からピストン側凹部１４ａ開口に向かって、ピストン側凹部１４ａが拡径するように、ピストン側凹部１４ａの側壁が、シリンダ１１の軸心Ｘ方向に対して傾斜している。ピストン側凹部１４ａの側壁は、その外周部でかつ、外周側凹部１３ｂに対応する部分にシリンダ１１の軸心Ｘ方向から見ると円環状のスキッシュ発生部１４ｃが全周に亘って形成されている。スキッシュ発生部１４ｃは、その中心軸がシリンダ１１の軸心Ｘに一致して配置され、外周側凹部１３ｂの内周面に対応して、外周側凹部１３ｂの内周面と平行に延びている。また、ピストン側凹部１４ａの側壁は、スキッシュ発生部１４ｃの径方向の内方にピストン側凹部１４ａの底壁とスキッシュ発生部１４ｃとに連続する、シリンダ１１の軸心Ｘ方向から見ると円環状の中間部１４ｄが全周に亘って形成されている。中間部１４ｄは、その中心軸がシリンダ１１の軸心Ｘに一致して配置され、シリンダ１１の軸心Ｘ方向に対する傾斜がスキッシュ発生部１４ｃと同じである。また、中間部１４ｄ及び隆起部１４ｂの側壁は、その連続部が曲面状になるように滑らかに連続している。

【0023】

こうして、このエンジン１では、中央側凹部１３ａと、ピストン側凹部１４ａと、隆起部１４ｂと、外周側凹部１３ｂの内周面とスキッシュ発生部１４ｃとにより区画されるスキッシュエリア１６とによって、高い幾何学的圧縮比を実現している。幾何学的圧縮比は、本実施形態では、好ましくは２０以上、より好ましくは２５以上４０以下である。

【0024】

シリンダヘッド１３には、各シリンダ１１毎に吸気ポート及び排気ポート（図示省略）が２つずつ形成されていると共に、これら吸気ポート及び排気ポートの燃焼室１５側の開口を開閉する吸気弁及び排気弁（図示省略）がそれぞれ配設されている。

【0025】

シリンダヘッド１３には、各シリンダ１１毎に燃料噴射弁１７が設けられている。燃料噴射弁１７は、シリンダ１１の軸心Ｘに沿って配置され、例えばブラケットを使用する等の周知の構造でシリンダヘッド１３に取り付けられている。燃料噴射弁１７の先端は、燃焼室１５の天井面（中央側凹部１３ａの内壁）の中心に臨んでいる。

【0026】

図２に示すように、燃料噴射弁１７は、燃焼室１５内に燃料噴霧Ｆを噴射するノズル口１８を開閉する外開弁１９を有する、外開弁式のインジェクタである。ノズル口１８は、シリンダ１１の軸心Ｘに沿って延びる燃料管２０の先端部において、先端側ほど径が大きくなるテーパ状に形成されている。燃料管２０の基端側の端部は、内部にピエゾ素子（図示省略）が配設されたケース２１に接続されている。外開弁１９は、弁本体１９ａと、弁本体１９ａから燃料管２０内を通ってピエゾ素子に接続された連結部１９ｂとを有している。弁本体１９ａの連結部１９ｂ側の部分が、ノズル口１８と略同じ形状を有しており、該部分がノズル口１８に当接（着座）しているときには、ノズル口１８が閉状態となる。このとき、弁本体１９ａの先端側の部分は、燃料管２０の外側に突出した状態となっている。

【0027】

ピエゾ素子は、電圧の印加による変形により、外開弁１９をシリンダ１１の軸心Ｘ方向の燃焼室１５側に押圧することで、その外開弁１９を、ノズル口１８を閉じた状態からリフトさせてノズル口１８を開放する。このとき、ノズル口１８から燃焼室１５内（詳しくはピストン側凹部１４ａ内）に燃料噴霧Ｆが、シリンダ１１の軸心Ｘを中心とするコーン状（詳しくはホローコーン状）に噴射される。そして、ピエゾ素子への電圧の印加が停止すると、ピエゾ素子が元の状態に復帰することで、外開弁１９がノズル口１８を再び閉状態とする。

【0028】

そうして、このエンジン１では、燃料噴射弁１７により燃料噴霧Ｆを噴射する噴射期間を、圧縮行程後期でかつ、スキッシュエリア１６によって発生させる（生成する）スキッシュ流Ｓの発生期間の範囲内、例えばエンジン回転数が２０００ｒｐｍのときにおいてＢＴＤＣ２０°〜３０°ＣＡ（圧縮行程上死点付近）に設定する。スキッシュ流Ｓの発生期間は、例えば図３に示すように、ＢＴＤＣ５０°〜６０°ＣＡから上死点の範囲である。この例では、スキッシュ流速は、徐々に速くなって、ＢＴＤＣ５°ＣＡ付近で最大となり、その後、徐々に遅くなって、上死点で０となる。尚、図３のスキッシュ流速は、燃焼室１５の、スキッシュ発生部１４ｃと中間部１４ｄとの境界部（外周側凹部１３ｂと中間部１３ｃとの境界部）におけるスキッシュ流Ｓの平均流速を示している。また、膨張行程では、逆スキッシュ流が発生する。

【0029】

ここで、図中の符号Ｙは、ノズル口１８の中心軸線（燃料噴霧Ｆの噴霧軸線）であり、この中心軸線Ｙは、断面視においてノズル口１８のコーン状開放部分（図２の（ｂ）を参照）の中心を通る、各位置における直線を示している。

【0030】

また、燃焼室１５は、図１に示すように、シリンダ１１の壁面と、ピストン１４の冠面と、シリンダヘッド１３の下面と、吸気弁及び排気弁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おり、シリンダヘッド１３の下面に、後述する構成を有する断熱層２２が設けられることによって、燃焼室１５が断熱化されている。断熱層２２は、これらの区画面の全てに設けてもよいし、少なくともシリンダヘッド１３の下面を含む、これらの区画面の一部に設けてもよい。尚、図１に図示する断熱層２２の厚みは実際の厚みを示すものではなく単なる例示である。

【0031】

燃焼室１５の断熱構造について、さらに詳細に説明する。燃焼室１５の断熱構造は、前述したように、燃焼室１５を区画する各区画面のうちシリンダヘッド１３の下面に設けた断熱層２２によって構成されるが、この断熱層２２は、燃焼室１５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１５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。ここで、シリンダヘッド１３の下面に設けた断熱層２２についてはシリンダヘッド１３が母材である。従って、母材の材質は、シリンダヘッド１３については、アルミニウム合金や鋳鉄となる。

【0032】

また、断熱層２２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、燃焼室１５内のガス温度は燃焼サイクルの進行によって変動するが、燃焼室の断熱構造を有しない従来のエンジンは、シリンダヘッドやシリンダブロック内に形成したウォータージャケット内を冷却水が流れることにより、燃焼室を区画する面の温度は、燃焼サイクルの進行にかかわらず、概略一定に維持される。

【0033】

一方で、冷却損失は、冷却損失＝熱伝達率×伝熱面積×（ガス温度−区画面の温度）によって決定されることから、ガス温度と壁面の温度との差温が大きくなればなるほど冷却損失は大きくなってしまう。冷却損失を抑制するためには、ガス温度と区画面の温度との差温は小さくすることが望ましいが、前述したように、燃焼室１５の区画面の温度を概略一定に維持した場合、ガス温度の変動に伴い差温が大きくなることは避けられない。

【0034】

そこで、前記の断熱層２２は熱容量を小さくし、燃焼室１５の区画面の温度が、燃焼室１５内のガス温度の変動に追従して変化することが好ましい。

【0035】

断熱層２２の例示として、この断熱層２２は、シリンダヘッド１３の下面に、例えばプラズマ溶射により形成した、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、又は、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）の皮膜によって構成してもよい。ジルコニア又は部分安定化ジルコニアは、熱伝導率が比較的低くかつ、容積比熱も比較的小さいため、母材よりも熱伝導率が低くかつ、容積比熱が母材と同じか、それよりも小さい断熱層２２が構成される。

【0036】

ここで、エンジン１は、前述したように、シリンダヘッド１３内に形成したウォータージャケット内を冷却水が流れることにより、シリンダヘッド１３は、ピストン１４よりも冷却損失が大きくなる。

【0037】

圧縮行程後期における燃焼室１５内の状態について説明する。圧縮行程後期に、ピストン１４の上昇に伴って、径方向の外方から中央に向かって下方に傾斜する外周側凹部１３ｂの内周面及びスキッシュ発生部１４ｃに挟まれた部分の空気が径方向の中央側のより広い空間へと押し出されることによって、スキッシュエリア１６からピストン側凹部１４ａの内壁（ピストン側凹部１４ａの側壁及び隆起部１４ｂの側壁）に沿って径方向の外方から中央に向かって流れるスキッシュ流Ｓが発生する。そして、圧縮行程上死点付近で、燃料噴射弁１７のノズル口１８から燃焼室１５内に燃料噴霧Ｆが、シリンダ１１の軸心Ｘ位置から径方向の外方にかつ、ピストン側凹部１４ａの側壁に向かって、コーン状に噴射される。このとき、上死点において、ノズル口１８の中心軸線Ｙは、ピストン側凹部１４ａの側壁と交差している。

【0038】

燃料噴霧Ｆの噴射に伴って燃料噴射弁１７の先端付近に負圧が発生することによって、燃料噴霧Ｆの上方側及び下方側（径方向の外方側及び内方側）それぞれに、燃料噴霧Ｆから離れる方向に流れた後に燃料噴射弁１７の先端に向かって（燃料噴霧Ｆの噴霧方向とは逆方向に）流れる噴霧渦流Ｒが発生する。燃料噴霧Ｆ上方側（シリンダヘッド１３側）の噴霧渦流Ｒは、燃料噴霧Ｆ下方側（ピストン１４側）の噴霧渦流Ｒよりも大きさが大きい。また、燃焼室１５の中央部に、燃料噴射弁１７の先端に向かって上方に流れるファンネルフロー（図示省略）も発生する。

【0039】

ここで、前述したように、スキッシュ流Ｓを、圧縮行程後期にピストン側凹部１４ａの内壁（スキッシュ発生部１４ｃ、ピストン側凹部１４ａの側壁及び隆起部１４ｂの側壁）に沿って径方向の外方から中央に向かって流すことによって、圧縮行程上死点付近で噴射された燃料噴霧Ｆがその先端側（径方向の外方）に広がっていくことをスキッシュ流Ｓによって抑制する（エアーブロックする）ことができ、燃料噴霧Ｆがピストン１４の冠面（ピストン側凹部１４ａの側壁）に到達（衝突）することを抑制することができる。その結果、燃焼ガスがピストン１４の冠面に接触することを抑制することができ、冷却損失を低減することができる。

【0040】

また、ピストン側凹部１４ａの底壁に径方向の外方から中央に向かって隆起する隆起部１４ｂを形成していることによって、スキッシュ流Ｓを隆起部１４ｂの側壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流すことができる。このことによって、隆起部１４ｂと燃料噴霧Ｆとの間に空気層（エアーカーテン）を形成することができ、燃料噴霧Ｆがピストン１４の冠面に到達することをより抑制することができる。その結果、燃焼ガスがピストン１４の冠面に接触することをより抑制することができ、冷却損失をより低減することができる。

【0041】

さらに、中間部１４ｄ（ピストン側凹部１４ａの側壁）及び隆起部１４ｂの側壁を、その連続部が曲面状になるように滑らかに連続させていることによって、スキッシュ流Ｓをピストン側凹部１４ａの側壁及び隆起部１４ｂの側壁に沿って滑らかに流すことができ、スキッシュ流Ｓが燃料噴霧Ｆに向かって流れることを抑制することができる。

【0042】

また、隆起部１４ｂをピストン側凹部１４ａの底壁に形成していることによって、ピストン１４の上昇に伴ってコーン状に噴射された燃料噴霧Ｆ内の中央空間を隆起部１４ｂによって圧縮することができ、燃料噴霧Ｆがピストン１４の冠面に到達することをより抑制することができる。その結果、燃焼ガスがピストン１４の冠面に接触することをより抑制することができ、冷却損失をより低減することができる。

【0043】

さらに、隆起部１４ｂをピストン側凹部１４ａの底壁に形成していることによって、燃料噴霧Ｆが径方向の外方に広がるのに伴って燃料噴霧Ｆ下方側の噴霧渦流Ｒが径方向の外方に広がっていくことを隆起部１４ｂによって抑制することができ、燃料噴霧Ｆ下方側の噴霧渦流Ｒを燃焼室１５の中央部に集中させることができる。

【0044】

また、隆起部１４ｂを、その側壁が燃料噴霧Ｆに対応した形状でかつ、燃料噴霧Ｆに沿った形状に形成していることによって、燃料噴霧Ｆの形状を維持することができる。

【0045】

さらに、隆起部１４ｂ頂部が径方向の外方から中央に向かって沈下するように、隆起部１４ｂの頂壁を、シリンダ１１の軸心Ｘに直交する方向に対して傾斜させていることによって、隆起部１４ｂの頂壁を燃料噴霧Ｆ下方側の噴霧渦流Ｒに対応した形状にすることができ、燃料噴霧Ｆ下方側の噴霧渦流Ｒを隆起部１４ｂの頂壁によって、確実に燃料噴射弁１７の先端に向かって上方に流すことができる。

【0046】

また、燃料噴霧Ｆをピストン側凹部１４ａ内に噴射することによって、燃料噴霧Ｆを、冷却損失が大きいシリンダヘッド１３の下面（中央側凹部１３ａの内壁）に到達しないようにすることができ、中央側凹部１３ａの内壁と燃料噴霧Ｆとの間に空気層（エアーカーテン）を介在させることができる。その結果、燃焼ガスがシリンダヘッド１３の下面に接触することを抑制することができ、冷却損失をより低減することができる。

【0047】

（その他の実施形態）
尚、ピストン側凹部１４ａの底壁には、隆起部１４ｂが形成されているが、例えば図４に示すように、隆起部を形成しなくてもよい。つまり、ピストン側凹部１４ａの底壁は、シリンダ１１の軸心Ｘに対して垂直な面で構成されている。このとき、スキッシュ流Ｓがピストン側凹部１４ａの内壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流れ、これによって、圧縮行程上死点付近で噴射された燃料噴霧Ｆがその先端側に広がっていくことをスキッシュ流Ｓによって抑制することができ、燃料噴霧Ｆがピストン１４の冠面に到達することを抑制することができ、その結果、冷却損失を低減することができる。

【0048】

また、隆起部１４ｂは、その頂壁がシリンダ１１の軸心Ｘに直交する方向に対して傾斜しているが、隆起部は、その頂壁がシリンダ１１の軸心Ｘに対して垂直な面で構成されてもよい。

【0049】

さらに、中央側凹部１３ａの内壁の、シリンダ１１の軸心Ｘに対する傾斜の大きさは、全周に亘って同一であるが、その大きさは、０にならない限り、変化してもよい。同様に、外周側凹部１３ｂの内周面、ピストン側凹部１４ａの側壁及び隆起部１４ｂの側壁の、傾斜の大きさも、変化してもよい。

【0050】

また、スキッシュ発生部１４ｃは、外周側凹部１３ｂの内周面と平行に延びているが、スキッシュ発生部は、スキッシュ流Ｓがピストン側凹部１４ａの内壁に沿って径方向の外方から中央に向かって流れる限り、外周側凹部１３ｂの内周面に対して傾斜してもよい。

【0051】

さらに、燃料噴射期間は、圧縮行程上死点付近に設定されているが、燃料噴射期間は、圧縮行程後期でかつ、スキッシュ流Ｓの発生期間の範囲内で、適宜設定すればよい。

【0052】

また、断熱層２２は、ジルコニア又は部分安定化ジルコニアの皮膜によって構成しているが、断熱層は、例えば、ジルコニア以外のセラミック系、非セラミック系、又は、シリコン系樹脂の皮膜によって構成してもよい。

【0053】

さらに、エンジン１は、ディーゼルエンジンによって構成しているが、エンジンは、例えば、ガソリンエンジンによって構成してもよい。このとき、エンジンは、例えば、ＨＣＣＩモードで運転される。

【0054】

また、燃料噴射弁１７は、アクチュエータとしてピエゾ素子を採用しているが、燃料噴射弁は、例えば、アクチュエータとしてソレノイドを採用してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0055】

以上説明したように、本発明に係る圧縮自己着火エンジンは、冷却損失を低減することが必要な用途等に適用することができる。

【符号の説明】

【0056】

１ エンジン
１１ シリンダ（気筒）
１２ シリンダブロック
１３ シリンダヘッド
１３ａ 中央側凹部
１３ｂ 外周側凹部
１３ｃ 中間部
１４ ピストン
１４ａ ピストン側凹部
１４ｂ 隆起部
１４ｃ スキッシュ発生部
１４ｄ 中間部
１５ 燃焼室
１６ スキッシュエリア
１７ 燃料噴射弁
１８ ノズル口
２２ 断熱層
Ｆ 燃料噴霧
Ｒ 噴霧渦流
Ｓ スキッシュ流
Ｘ シリンダの軸心
Ｙ ノズル口の中心軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】