直喷发动机的燃烧室构造

摘要

燃料喷射阀(6)布置在相对于气缸(11)的缸径中心偏向于发动机输出轴的一方向的位置处。活塞(16)的顶面由于形成有斜面(161、162)而隆起，在相当于燃料喷射阀(6)的喷射轴心的位置处将斜面的一部分挖去，形成空腔(163)。空腔(163)构成为：在由通过燃烧室(17)内的进气另一侧区域内的特定位置和燃料喷射阀(6)的布置位置的平面切开的纵断面中，空腔(163)的特定位置处的壁面形状与喷射阀顶端之间的距离比相反一侧的对称位置处的壁面形状与喷射阀顶端之间的距离长。

权利要求

1.一种直喷发动机的燃烧室构造，其包括：活塞、气缸盖的天棚部以及燃料喷射阀，所述活塞插在气缸内且具有从该活塞的顶面凹陷而成的空腔，所述气缸盖的天棚部具有进气侧斜面和排气侧斜面，在所述进气侧斜面上且发动机输出轴方向上并排着布置有两个进气道的开口部，在所述排气侧斜面上设置有排气道的开口部，所述气缸盖的天棚部构成为：与所述气缸和所述活塞分隔出屋脊式燃烧室，所述燃料喷射阀布置在：所述气缸盖的所述天棚部且所述进气侧斜面和所述排气侧斜面相交的屋脊棱线上，相对于所述气缸的缸径中心偏向于所述发动机输出轴的一方向的位置处，所述燃料喷射阀的喷射轴心顺着所述气缸的轴线，并且所述燃料喷射阀构成为：从喷射阀顶端向与该喷射阀顶端相对的所述空腔内喷射燃料，该直喷发动机的燃烧室构造的特征在于：所述活塞的顶面由于在进气侧和排气侧各侧形成了倾斜的斜面而隆起，以便与所述天棚部的所述进气侧斜面和所述排气侧斜面各个斜面分别相对应，为了与所述燃料喷射阀的喷射轴心相对应，在偏向于所述发动机输出轴的一方向的位置将所述斜面的一部分挖去，形成所述空腔，在顺着所述气缸的轴线从一方观察到的俯视图中，在以所述燃料喷射阀的布置位置为中心，将所述燃烧室分隔为以下四个区域时，以上四个区域为：(1)夹着所述屋脊式燃烧室的棱线的进气侧且所述发动机输出轴的一方向即进气一侧区域、(2)进气侧且所述发动机输出轴的另一方向即进气另一侧区域、(3)夹着所述屋脊式燃烧室的棱线的排气侧且所述发动机输出轴的一方向即排气一侧区域、以及(4)排气侧且所述发动机输出轴的另一方向即排气另一侧区域，在用通过所述进气另一侧区域和所述燃料喷射阀的布置位置的平面切开的纵断面中，让所述空腔的所述进气另一侧区域内的特定位置处的壁面形状与所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端之间的距离比夹着所述燃料喷射阀位于所述特定位置的相反一侧的对称位置处的所述空腔的壁面形状与所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端之间的距离长。

2.根据权利要求1所述的直喷发动机的燃烧室构造,其特征在于:

所述空腔的所述特定位置处的形状构成为：保证在所述活塞的径向上，所述空腔的所述特定位置处的侧壁比所述空腔的所述对称位置处的侧壁靠外。

3.根据权利要求2所述的直喷发动机的燃烧室构造,其特征在于:

在所述活塞的径向上，所述空腔的所述特定位置处的开口缘比所述空腔的所述对称位置处的开口缘靠外。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的直喷发动机的燃烧室构造,其特征在于:

所述空腔的所述特定位置处的形状构成为：保证所述空腔的所述特定位置处的底壁比所述空腔的所述对称位置处的底壁深。

5.根据权利要求3所述的直喷发动机的燃烧室构造,其特征在于:

所述空腔呈相对于所述屋脊式燃烧室的棱线对称且在所述发动机输出轴方向上较长的椭圆形，并且所述空腔构成为：该空腔从所述燃料喷射阀到所述发动机输出轴的另一方向上的端缘的距离比该空腔从所述燃料喷射阀到所述发动机输出轴的一方向上的端缘的距离长的形状。

说明书

直喷发动机的燃烧室构造

技术领域

[0001] 这里公开的技术涉及一种直喷发动机的燃烧室构造。

背景技术

[0002] 专利文献1中记载有以下火花点火式直喷发动机，其将燃料喷向从活塞的顶面凹陷而形成的空腔构成的燃烧室内。该直喷发动机通过向引入气缸内的进气中添加臭氧而提前开始燃烧。火焰伴随着从设置在气缸的缸径中心的燃料喷射阀雾状喷射出的燃料飞散，从燃烧室的中心部朝着外周部扩大。在火焰到达空腔的壁面以前结束燃烧。这样一来，就会在燃烧室(亦即，空腔内)中心部的燃烧气体和空腔的壁面之间形成不参与燃烧的气体层，因此而能够大幅度地减少冷却损失。专利文献1中所记载的直喷发动机的几何压缩在15以上，比较高，该直喷发动机不仅上述冷却损失减少，热效率还大幅度地提高。

[0003] 本申请申请人在专利文献2中提出了另一减少冷却损失的技术。也就是说，该另一技术的详细情况如下：在压缩行程的后半段时间内向燃烧室内喷射燃料，并且对此时的燃料的喷射方式做了改进，由此而会在燃烧室内的中心部形成混合气层，并且在该混合气层周围形成绝热气体层，在该状态下让混合气燃烧。需要说明的是，这里所说的混合气层是由可燃混合气构成和形成的层。可燃混合气例如可以是当量比φ＝0.1以上的混合气。通过在燃烧室内形成混合气层和包围该混合气层的绝热气体层，来由绝热气体层抑制燃烧气体和壁面接触。与专利文献1中记载的技术一样，专利文献2中记载的技术能够大幅度地减少冷却损失。

[0004] 在燃烧室内形成混合气层和包围该混合气层的绝热气体层的技术中较有利的做法如下：布置燃料喷射阀时，保证喷射轴心位于与气缸的轴线平行的方向上，另一方面，在活塞上形成形状相对于燃料喷射阀的喷射轴心对称的空腔，以保证空腔与该燃料喷射阀的喷射阀顶端相对。这里，上述专利文献2中记载的发动机也将几何压缩比设定在15以上。在专利文献2中记载的发动机中，与气缸盖的呈屋脊状的顶棚面相对应，在进气侧和排气侧各侧形成倾斜的斜面即两个斜面而让活塞的顶面呈三角屋脊状隆起。形成在活塞顶面中央部位的空腔是通过挖去活塞顶面中的各斜面的一部分而形成的。

[0005] 专利文献1：日本公开专利公报特开2013-194712号公报

[0006] 专利文献2：日本公开专利公报特开2015-102004号公报

发明内容

[0007] －发明要解决的技术问题－

[0008] 火花点火式直喷发动机的火花塞一般布置在气缸的缸径中心附近。当要将燃料喷射阀布置在缸径中心附近时，有时会出现燃料喷射阀和火花塞分别从气缸的缸径中心稍微偏向于发动机输出轴方向而设的情况。为了在混合气层周围形成绝热气体层,理想状况是使形成在活塞上的空腔相对于燃料喷射阀的喷射轴心对称。将燃料喷射阀布置成偏离气缸的缸径中心，空腔也会随之偏离气缸的缸径中心。如上所述,当在活塞的呈三角屋脊状隆起的顶面上形成空腔时,各斜面就会有一部分被挖去,伴随着偏离气缸的缸径中心而形成空腔，斜面上被挖的地方也会偏离气缸的缸径中心。

[0009] 在混合气层周围形成绝热气体层来抑制混合气层与燃烧室的壁面接触的技术中,理想状况是在向燃烧室内喷射燃料的压缩行程的后半段时间内,燃烧室内的气流尽量弱。因此，进气道构成为：保证涡流或纵滚流尽可能较弱。然而,即使采取上述措施,在压缩行程的后半段时间内，在燃烧室内也会残留有较弱的纵滚流。本申请发明人们研究探讨的结果表明：纵滚流方向出现偏离的原因是：活塞顶面的空腔偏离气缸的缸径中心而设。本申请发明人们研究探讨的结果还表明：在压缩行程的后半段时间内从燃料喷射阀喷射燃料来形成混合气层时，纵滚流的方向出现偏离会导致混合气层朝着特定方向扩大，其结果是混合气层有可能与燃烧室的壁面(亦即,空腔的壁面)接触。

[0010] 这里所公开的技术正是为解决上述问题而完成的。其目的在于：在燃烧室内形成混合气层和绝热气体层的直喷发动机中，抑制出现以下不良现象：混合气层朝着特定方向扩大而导致该混合气层与燃烧室的壁面接触。

[0011] －用以解决技术问题的技术方案－

[0012] 首先，参照图8，进一步详细地说明产生混合气层朝着特定方向扩大这样的技术问题的机理。图8相当于从上往下观看由气缸盖的天棚部、活塞16的顶面以及气缸11的内周面分隔出的燃烧室17时所看到的俯视图。需要说明的是，这里所说的燃烧室17是广义的燃烧室，并不限于活塞到达压缩上止点时，还包括其它时候的由气缸盖的天棚部、活塞16的顶面以及气缸11的内周面分隔出的空间。

[0013] 图8中，纸面左侧表示排气侧，纸面右侧表示进气侧。在进气侧且发动机输出轴方向(亦即，纸面上下方向)上并排着形成有虚线示出的两个进气道的开口部180。在排气侧，也同样沿着发动机输出轴方向形成有虚线示出的两个排气道的开口部190。虽然图8也没有明确显示出来，但进气道的喉道部的轴线被布置成相对于气缸11的缸径中心对称。

[0014] 虽然图8也没有明确显示出来，但气缸盖的天棚部具有进气侧斜面和排气侧斜面。燃烧室17构成为屋脊式燃烧室。活塞16的顶面与屋脊式天棚部相对应，在进气侧和排气侧分别具有倾斜的斜面。活塞16的顶面呈三角屋脊状隆起。由此将该发动机的几何压缩比设定得较高。

[0015] 如虚线所示，向燃烧室17内喷射燃料的燃料喷射阀6布置在屋脊棱线上且相对于气缸11的缸径中心偏向于发动机输出轴的一方向(亦即，纸面下侧，例如相当于发动机的前侧)。燃料喷射阀6的喷射轴心被布置成顺着气缸11的轴心方向(亦即，与纸面垂直的方向)。如虚线所示，火花塞7布置在屋脊棱线上且相对于气缸11的缸径中心偏向于发动机输出轴的另一方向(亦即，纸面上侧，例如相当于发动机的后侧)。

[0016] 在呈三角屋脊状隆起的活塞16的顶面上形成有凹陷的空腔163，俯视时该空腔163近似椭圆形。为了在燃烧室17内(亦即空腔163内)形成混合气层及其周围的绝热气体层，使该空腔163的中心与燃料喷射阀6的喷射轴心一致。因此，近似椭圆形的空腔163相对于气缸11的缸径中心偏向发动机输出轴的一方向。

[0017] 如上所述，两个进气道被布置成相对于气缸的缸径中心对称。通过两个进气道的开口部180流入气缸11内的进气流(亦即，纵滚流)相对于气缸11的缸径中心对称地流动。需要说明的是，为形成混合气层和绝热气体层，进气道构成为：使纵滚流尽可能较弱。

[0018] 纵滚流在排气侧沿着气缸11的内周面下降后，在活塞16的顶面朝着进气侧流动。伴随着形成在活塞16的呈三角屋脊状隆起的顶面上的空腔163的位置偏向发动机输出轴的一方向，在活塞16的斜面上为形成空腔163，被挖的地方就会从气缸11的缸径中心偏向发动机输出轴的一方向。被挖的地方的高度就比活塞16顶面的高度低。与没有形成空腔163而使得活塞16顶面的高度相对较高的地方相比，纵滚流易于流向该为形成空腔163而被挖的地方。因此，如图8中虚线箭头所示，纵滚流的下降流从排气侧的发动机输出轴的另一方向偏向于朝向进气侧的发动机输出轴的一方向的方向。

[0019] 偏向的纵滚流的下降流分为：图8中由点划线围成的(1)沿着排气侧活塞的斜面而上升的方向上的气流(第一气流F1)、(2)流入空腔163内以后，在该空腔163内沿着发动机输出轴的一方向的空腔侧壁朝上的气流(第二气流F2)、以及(3)通过空腔163后，沿着进气侧活塞的斜面朝向气缸11的内周面的气流(第三气流F3)。

[0020] 在压缩行程中，伴随着活塞16上升，朝上的第二气流F2被加速，如空心箭头所示。这样一来，在空腔163内就会产生纵涡流，该纵涡流的方向是从排气侧的发动机输出轴的另一方向偏向于进气侧的发动机输出轴的一方向。在压缩行程的后半段时间内，第一气流F1成为朝向空腔163内的挤压流，如空心箭头所示。第三气流F3沿着气缸11的内周面分开而朝向发动机输出轴的一方向和另一端，如空心箭头所示。第三气流F3在压缩行程的后半段时间内也不会成为朝向空腔163内的气流。

[0021] 通过在活塞16的呈三角屋脊状隆起的顶面上且偏向于发动机输出轴的一方向形成空腔163，在喷射燃料的时间即压缩行程的后半段时间内，燃烧室17内的气流就成为上述状态。在该状态下，朝向空腔163内流动的气流变弱的地方是相对于空腔163内的纵涡流在进气侧与发动机输出轴的另一方向相邻的地方。当从燃料喷射阀6喷射燃料而形成了混合气层时，混合气层就易于朝着进气侧且发动机输出轴的另一方向扩大，如图8中箭头所示。其结果是，混合气层就有可能在这个地方与空腔163的侧壁和/或底壁接触。亦即，当偏向于发动机输出轴方向而形成了空腔163的时候，混合气层就容易在与该偏向方向相反一侧的进气侧扩大。

[0022] 这里公开的技术是本申请发明人等发现上述技术问题并为解决该技术问题而做出的发明。本申请发明人等在混合气层容易扩大的特定地方改变了空腔的形状，使其与其它地方不同，以便混合气层不与壁面接触。

[0023] 具体而言，这里所公开的技术涉及直喷发动机的燃烧室构造。其包括：活塞、气缸盖的天棚部以及燃料喷射阀。所述活塞插在气缸内且具有从该活塞的顶面凹陷而成的空腔，所述气缸盖的天棚部具有进气侧斜面和排气侧斜面，在所述进气侧斜面上且发动机输出轴方向上并排着布置有两个进气道的开口部，在所述排气侧斜面上设置有排气道的开口部，所述气缸盖的天棚部构成为：与所述气缸和所述活塞分隔出屋脊式燃烧室。所述燃料喷射阀布置在：所述气缸盖的所述天棚部且所述进气侧斜面和所述排气侧斜面相交的屋脊棱线上，相对于所述气缸的缸径中心偏向于所述发动机输出轴的一方向的位置处，所述燃料喷射阀的喷射轴心顺着所述气缸的轴线，并且所述燃料喷射阀构成为：从喷射阀顶端向与该喷射阀顶端相对的所述空腔内喷射燃料。

[0024] 所述活塞的顶面由于在进气侧和排气侧各侧形成了倾斜的斜面而隆起，以便与所述天棚部的所述进气侧斜面和所述排气侧斜面各个斜面分别相对应，为了与所述燃料喷射阀的喷射轴心相对应，在偏向于所述发动机输出轴的一方向的位置将所述斜面的一部分挖去，形成所述空腔，在顺着所述气缸的轴线从一方观察到的俯视图中，在以所述燃料喷射阀的布置位置为中心，将所述燃烧室分隔为以下四个区域时，以上四个区域为：(1)夹着所述屋脊式燃烧室的棱线的进气侧且所述发动机输出轴的一方向即进气一侧区域、(2)进气侧且所述发动机输出轴的另一方向即进气另一侧区域、(3)夹着所述屋脊式燃烧室的棱线的排气侧且所述发动机输出轴的一方向即排气一侧区域、以及(4)排气侧且所述发动机输出轴的另一方向即排气另一侧区域，在用通过所述进气另一侧区域内和所述燃料喷射阀的布置位置的平面切开的纵断面中，让所述空腔的所述进气另一侧区域内的特定位置处的壁面形状与所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端之间的距离比夹着所述燃料喷射阀位于所述特定位置的相反一侧的对称位置处的所述空腔的壁面形状与所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端之间的距离长。

[0025] 根据该构成方式，气缸盖的天棚部构成为：由进气侧斜面和排气侧斜面形成屋脊式燃烧室。活塞的顶面与该天棚部相对应，在进气侧和排气侧各侧形成倾斜的斜面而呈所谓的三角屋脊状隆起。这样一来，该直喷发动机的几何压缩比就能够被设定得较高。几何压缩比例如可以在15以上。需要说明的是，包括屋脊棱线与气缸的缸径中心一致的情况、和屋脊棱线与气缸的缸径中心不一致的情况这两种情况。

[0026] 直接向燃烧室内喷射燃料的燃料喷射阀布置在天棚部的屋脊棱线上且相对于气缸的缸径中心偏向于发动机输出轴的一方向的位置处。该布置方式是在将燃料喷射阀和火花塞相邻地布置在气缸的缸径中心附近时很有效的一种布置方式。燃料喷射阀的喷射轴心被布置成顺着气缸的轴线。

[0027] 在活塞的隆起的顶面上形成有凹陷的空腔。挖去斜面的一部分即形成空腔。在空腔内形成由从燃料喷射阀喷射出的燃料构成的混合气层。

[0028] 在以燃料喷射阀的布置位置为中心将燃烧室分割为进气一侧区域、进气另一侧区域、排气一侧区域以及排气另一侧区域这四个区域时，燃料喷射阀偏向于发动机输出轴的一方向。空腔也形成在偏向于发动机输出轴的一方向的位置处，以便与燃料喷射阀相对。只要使在发动机输出轴方向上扩大的空腔的发动机输出轴的一方向上的端缘和另一方向上的端缘的中点与燃料喷射阀的喷射轴心一致即可。因为空腔设置在已偏向的位置处，所以如上所述纵滚流会偏向。伴随于此，空腔内的混合气层容易在与空腔的偏向方向相反的一侧即进气另一侧区域朝着空腔外扩大。

[0029] 于是，在上述构成方式下，在用通过进气另一侧区域内的特定位置和燃料喷射阀的布置位置的平面切开的纵断面中，让空腔的特定位置处的壁面形状与燃料喷射阀的喷射阀顶端之间的距离比空腔的夹着燃料喷射阀相对于该特定位置而言的对称位置处的壁面形状与燃料喷射阀的喷射阀顶端之间的距离长。需要说明的是，对称位置包括在排气一侧区域内。

[0030] 在进气另一侧区域，空腔内的混合气容易向该区域外扩大。然而，因为空腔的壁面位于离燃料喷射阀的喷射阀顶端相对较远的位置处，所以能够抑制混合气层与空腔的壁面接触。其结果是，冷却损失减少。这里，能够适当地设定进气另一侧区域内的特定位置。可以这样构成：即在整个进气另一侧区域内，让空腔的壁面形状与燃料喷射阀的喷射阀顶端之间的距离比空腔的排气一侧区域内的对称位置处的壁面形状与燃料喷射阀的喷射阀顶端之间的距离长。还可以这样构成：即在进气另一侧区域内的一部分区域，让空腔的壁面形状与燃料喷射阀的喷射阀顶端之间的距离比空腔的排气一侧区域内的对称位置处的壁面形状与燃料喷射阀的喷射阀顶端之间的距离长。

[0031] 可以这样构成：在整个进气另一侧区域，让空腔的壁面与喷射阀顶端之间的距离比排气一侧区域的空腔的壁面形状与喷射阀顶端之间的距离长。在该情况下，进气另一侧区域的特定位置为进气另一侧区域内的任意位置。还可以这样构成：在进气另一侧区域的一部分区域，让空腔的壁面与喷射阀顶端之间的距离比排气一侧区域的空腔的壁面形状与喷射阀顶端之间的距离长。

[0032] 这里，空腔的壁面包括从活塞的顶面凹陷而成的空腔的侧壁和底壁。

[0033] 技术方案还可以是这样的，所述空腔的所述特定位置处的形状构成为：保证在所述活塞的径向上，所述空腔的所述特定位置处的侧壁比所述空腔的所述对称位置处的侧壁靠外。

[0034] 这样做以后，进气另一侧区域的空腔的特定位置处的侧壁与燃料喷射阀的喷射阀顶端之间的距离就比排气一侧区域的空腔的对称位置处的侧壁与燃料喷射阀的喷射阀顶端之间的距离长。能够防止空腔内形成的混合气层与空腔的侧壁接触。

[0035] 空腔的侧壁是从该侧壁本身与活塞的顶面的边界处到该侧壁本身与空腔的底壁的边界之间的部分，相对于活塞的顶面和空腔的底壁成一定的角度。当在所述纵断面的同一高度位置处对空腔的特定位置处的侧壁和空腔的对称位置处的侧壁进行比较时，只要让空腔的特定位置处的侧壁在活塞的径向上比对称位置处的侧壁靠外即可。例如，可以在让空腔的特定位置处的侧壁的角度与空腔的对称位置处的侧壁的角度相同的基础上，再让空腔的特定位置处的侧壁在活塞的径向上比空腔的对称位置处的侧壁靠外；还可以通过让空腔的特定位置处的侧壁的角度和空腔的对称位置处的侧壁的角度不同，而让空腔的特定位置处的侧壁在活塞的径向上比空腔的对称位置处的侧壁靠外；也可以既让空腔的特定位置处的侧壁的角度和空腔的对称位置处的侧壁的角度不同，又让空腔的特定位置处的侧壁在活塞的径向上比空腔的对称位置处的侧壁靠外。

[0036] 技术方案还可以是这样的，在所述活塞的径向上，所述空腔的所述特定位置处的开口缘比所述空腔的所述对称位置处的开口缘靠外。

[0037] 亦即，可以伴随着让空腔的特定位置处的侧壁在活塞的径向上靠外，让空腔的开口缘在活塞的径向上也靠外。

[0038] 技术方案还可以是这样的，所述空腔的所述特定位置处的形状构成为：保证所述空腔的所述特定位置处的底壁比所述空腔的所述对称位置处的底壁深。

[0039] 这样做以后，进气另一侧区域的空腔的特定位置处的底壁与燃料喷射阀的喷射阀顶端之间的距离比排气一侧区域的空腔的对称位置处的底壁与燃料喷射阀的喷射阀顶端之间的距离长。能够防止空腔内形成的混合气层与空腔的侧壁接触。

[0040] 这里，当在所述纵断面中与燃料喷射阀的喷射阀顶端的径向距离相等的地方，对空腔的特定位置处的底壁和空腔的排气一侧区域的对称位置处的底壁进行比较时，只要让空腔的特定位置处的底壁相对较深即可。

[0041] 上述各种形状中，至少进气另一侧区域的空腔的壁面形状与排气一侧区域的空腔的壁面形状不同。进气一侧区域的空腔的壁面形状和排气另一侧区域的空腔的壁面形状并没有特别进行规定。例如，在仅让进气另一侧区域的空腔的壁面形状与其它三个区域的空腔的壁面形状不同的情况下，整个空腔的形状就是非对称的。

[0042] 与此不同，技术方案还可以是这样的,所述空腔呈相对于所述屋脊式燃烧室的棱线对称且在所述发动机输出轴方向上较长的椭圆形，并且所述空腔构成为：该空腔从所述燃料喷射阀到所述发动机输出轴的另一方向上的端缘的距离比该空腔从所述燃料喷射阀到所述发动机输出轴的一方向上的端缘的距离长的形状。

[0043] 这里,椭圆形是广义的。在一个平面上与两个定点之间的距离和一定那样的点的轨迹即椭圆、由平滑连接起来的曲线形成的细长封闭圆形以及由曲线和直线连成的细长封闭圆形都包括在这里所说的椭圆状中。

[0044] 根据上述构成方式，空腔呈相对于屋脊棱线对称的椭圆状，并且空腔构成为：该空腔的从燃料喷射阀到发动机输出轴的另一方向上的端缘的距离比该空腔的从燃料喷射阀到发动机输出轴的一方向上的端缘的距离长的形状。这样一来，至少在进气另一侧区域，空腔的侧壁与燃料喷射阀的喷射阀顶端之间的距离比排气一侧区域和进气一侧区域的空腔的侧壁与燃料喷射阀的喷射阀顶端之间的距离长。因此，与上述构成方式一样，能够避免空腔内形成的混合气层与空腔的壁面接触。

[0045] 在所述结构下，构成为：与进气另一侧区域一样，在排气另一侧区域，也是空腔的侧壁与燃料喷射阀的喷射阀顶端之间的距离比排气一侧区域和进气一侧区域的空腔的侧壁与燃料喷射阀的喷射阀顶端之间的距离长。该结构下的空腔，为了与燃料喷射阀的布置位置相对应，而呈将偏向于发动机输出轴的一端而设的空腔延伸到发动机输出轴的另一端的形状。该空腔的发动机输出轴的一方向上的端缘和发动机输出轴的另一方向上的端缘的中点相对于气缸的缸径中心偏向于发动机输出轴的一方向。

[0046] 通过让空腔延伸到发动机输出轴的另一方向，在活塞顶面中的排气侧斜面上，为形成空腔而被挖的地方就会朝着发动机输出轴的另一方向扩大。这样一来，上述纵滚流的偏向就减轻了。因此，能够抑制空腔内的混合气层在进气另一侧区域向外扩大。上述结构有利于防止混合气层与空腔的壁面接触。

[0047] －发明的效果－

[0048] 根据上述直喷发动机的燃烧室构造，在偏向于发动机输出轴的一端设置燃料喷射阀的直喷发动机中，做到了：让设置在具有隆起的顶面的活塞上的空腔内且进气另一侧区域的特定位置处的壁面形状远离燃料喷射阀的喷射阀顶端。这样一来，即使空腔内形成的混合气层沿着特定方向扩大，也能够避免混合气层与空腔的壁面接触，从而能够抑制冷却损失。

附图说明

[0049] 图1是示出发动机的结构的简图。

[0050] 图2是示出燃烧室的结构且在发动机输出轴方向上的纵剖视图。

[0051] 图3是示出活塞顶面形状的立体图。

[0052] 图4示出形成在活塞顶面上的空腔的结构，(a)是俯视图，(b)进排气方向上的纵剖视图，(c)是发动机输出轴方向上的纵剖视图，(d)是包括特定位置和对称位置的纵剖视图。

[0053] 图5示出形成在活塞顶面上的、与图4不同的空腔的结构，(a)是俯视图，(b)是进排气方向上的纵剖视图，(c)是发动机输出轴方向上的纵剖视图，(d)是包括特定位置和对称位置的纵剖视图。

[0054] 图6示出形成在活塞顶面上的、与图4、图5不同的空腔的结构，(a)是俯视图，(b)是进排气方向上的纵剖视图，(c)是发动机输出轴方向上的纵剖视图，(d)是包括特定位置和对称位置的纵剖视图。

[0055] 图7示出形成在活塞顶面上的、与图4～图6不同的空腔的结构的俯视图。

[0056] 图8是俯视图，用于说明燃烧室内的气流情况。

具体实施方式

[0057] 下面参照附图说明实施方式。以下说明的例子为示例。

[0058] (发动机的整体结构)

[0059] 图1示出实施方式所涉及的发动机1的结构。发动机1的曲轴15经变速器与驱动轮相连结，未图示。发动机1的输出传递给驱动轮，车辆即可前进。这里，本实施方式中发动机1的燃料是汽油，但燃料也可以是含有生物乙醇等的汽油，只要是至少含有汽油的液体燃料，什么燃料都可以。

[0060] 发动机1包括气缸体12和载置于该气缸体12上的气缸盖13。在气缸体12的内部形成有多个气缸11(图1中仅示出一个气缸11)。发动机1为多气缸发动机。在气缸体12和气缸盖13的内部形成有供冷却水流动的水套，省略图示。活塞16可滑动地嵌插在各气缸11内，活塞16经连杆14与曲轴15相连结。活塞16与气缸11和气缸盖13一起分隔出燃烧室17。

[0061] 本实施方式中，燃烧室17的天棚部170(气缸盖13的下表面)具有进气侧斜面171和排气侧斜面172，该进气侧斜面171和排气侧斜面172分别朝着气缸11的中央倾斜着上升。在进气侧斜面171上形成有进气道18的开口部180；在排气侧斜面172上形成有排气道19的开口部190。燃烧室17是屋脊式燃烧室。需要说明的是，屋脊棱线有与气缸11的缸径中心一致和不一致这两种情况。由于在进气侧和排气侧分别具有朝着活塞的中央倾斜着上升的斜面161、162，因此活塞16的顶面160呈三角屋脊状隆起。斜面161与天棚部170的进气侧斜面171相对；斜面162与天棚部170的排气侧斜面172相对。这样一来，就能够将该发动机1的几何压缩比设定得较高，在15以上。在活塞16的顶面160上形成有凹状的空腔163。活塞16顶面160的形状在后面详述。

[0062] 每一个气缸11都在气缸盖13上形成有两个进气道18，图1中仅示出了一个进气道18。进气道18的开口部180位于气缸盖13的进气侧斜面171上且并排着形成在发动机输出轴(亦即，曲轴15)方向上(参照图4(a))。进气道18经该开口部180与燃烧室17连通。两个进气道18的开口部180相对于气缸11的缸径中心对称而设。进气道18的喉道部的轴线相对于气缸11的缸径中心对称，图4未明确示出。同样，每一个气缸11都在气缸盖13上形成有两个排气道19。排气道19的开口部190位于气缸盖13的排气侧斜面172上且排列在发动机输出轴的方向上(参照图4(a))。排气道19经该开口部190与燃烧室17连通。两个排气道19的开口部
190相对于气缸11的缸径中心对称而设。

[0063] 进气道18与进气通路181相连接。进气通路181上设置有调节进气流量的气门阀，未图示。排气道19与排气通路191相连接。排气通路191上设置有具有一个以上的催化剂转换器的尾气净化系统，省略图示。催化剂转换器包括三效催化剂。

[0064] 气缸盖13上设置有进气门21。进气门21关闭而切断进气道18和燃烧室17的连通状态。进气门21由进气门驱动机构驱动。气缸盖13上还设置有排气门22。排气门22关闭而切断排气道19与燃烧室17的连通状态。排气门22由排气门驱动机构驱动。进气门21在规定的时刻做往返运动而打开和关闭进气道18。排气门22在规定的时刻做往返运动而打开和关闭排气道19。由此进行气缸11内的换气。

[0065] 进气门驱动机构具有与曲轴15相连结并由曲轴驱动的进气凸轮轴，省略图示，进气凸轮轴与曲轴15同步旋转。该例中，进气门驱动机构至少包括：能够在规定的角度范围内连续地改变进气凸轮轴的相位的液压式或电动式可变配气相位机构(可变气门正时VVT：Variable Valve Timing)23。需要说明的是，还可以使进气门驱动机构不仅包括VVT23，还包括能够改变气门移动量的行程可变机构。行程可变机构可以使气门的移动量连续地发生变化(连续可变气门升程CVVL：Continuous Variable Valve Lift)。同样，排气门驱动机构具有与曲轴15相连结并由曲轴15驱动的排气凸轮轴，省略图示，排气凸轮轴与曲轴15同步旋转。该例中，排气门驱动机构也至少包括液压式或电动式VVT24。需要说明的是，还可以使排气门驱动机构不仅包括VVT24，还包括能够改变气门移动量的行程可变机构。行程可变机构可以使气门的移动量连续地发生变化。

[0066] 需要说明的是，驱动进气门21和排气门22的驱动机构可以为任意驱动机构，例如可以采用液压式或电磁式驱动机构。

[0067] 气缸盖13上安装有直接向燃烧室17内喷射燃料的燃料喷射阀6。燃料喷射阀6设置在进气侧斜面171和排气侧斜面172相交叉的屋脊棱线上。如图2所示，燃料喷射阀6相对于气缸11的缸径中心偏向于发动机输出轴的一方向而设。发动机输出轴的一方向是图2中纸面的左侧，在该实施方式中，这相当于发动机1中与传动系相反的一侧即所谓的发动机前侧。燃料喷射阀6的喷射轴心还沿着气缸11的轴心而设，喷射阀顶端朝向燃烧室17内部。活塞16上的空腔163被设置成与该燃料喷射阀6相对。燃料喷射阀6朝着该空腔163内喷射燃料。

[0068] 燃料喷射阀6的详情后述。图2概括地示出，燃料喷射阀6构成为：能够在燃烧室17内(亦即，空腔163内)形成(可燃)混合气层及其周围的绝热气体层。燃料喷射阀6例如可以是外开式燃料喷射阀。外开式燃料喷射阀，通过调节移动量就能够调节雾状喷射的燃料的粒径。像专利文献2(日本公开专利公报特开2015-102004号公报)中所公开的那样，利用该外开式燃料喷射阀的特性，适当地控制以多级喷射为基础的燃料喷射方式，就能够调节雾状燃料在前进方向上的喷射距离和雾状燃料相对于喷射轴心的扩散度。通过在压缩上止点附近的时刻喷射燃料，就能够在空腔163的中央部位形成混合气层，在空腔163的外围形成绝热气体层。并不限于外开式燃料喷射阀，VCO(Valve Covered Orifice)喷嘴式喷射器，也能够通过调节产生于喷嘴口的气蚀(cabitation)的大小来改变喷嘴口的有效截面积，从而改变所喷射的雾状燃料的粒径。因此，VOC喷嘴式喷射器也与外开式燃料喷射阀一样，通过调节在压缩上止点附近的时刻喷射的雾状燃料在前进方向上的喷射距离和雾状喷射的燃料相对于喷射轴心的扩散度，就能够在空腔163的中央部位形成混合气层，在空腔163的外围形成绝热气体层。

[0069] 通过向高压环境下的燃烧室17内喷射由加热器加热到规定温度的燃料而使燃料处于超临界状态，也能够在空腔163的中央部位形成混合气层，在空腔163的外围形成绝热气体层。该技术是这样的：通过让已喷射到燃烧室17内的燃料瞬间气化，雾状燃料的喷射距离就会变短，从而会在空腔163内且燃料喷射阀6附近形成混合气层，如图2所示。需要说明的是，在例如具有多个喷口的多孔式燃料喷射阀中，再加一个将燃料加热的加热器，这样来构成燃料喷射阀。还可以使用上述结构以外的燃料喷射阀。因为上述燃料喷射阀的结构是公知的,所以这里省略详细说明。

[0070] 气缸盖13上安装有火花塞7。如图2所示，火花塞7设置在屋脊棱线上且相对于气缸11的缸径中心偏向于发动机输出轴的另一方向(亦即，发动机后侧)。火花塞7相对于气缸11的轴线倾斜于燃料喷射阀6。这样一来，燃料喷射阀6和火花塞7就是彼此相邻地设置在气缸
11的缸径中心附近。

[0071] 如上所述，该发动机1的几何压缩比ε设定在15以上。几何压缩比在40以下即可，优选在20以上35以下。发动机1属于压缩比越高，膨胀比也越高的那种结构，因此，该发动机1在具有较高的压缩比的同时,还具有较高的膨胀比。该发动机1构成为：在整个运转区域基本上都是利用压缩点火让喷射到气缸11内的燃料燃烧，较高的几何压缩比会使压缩点火燃烧稳定。

[0072] 燃烧室17是由气缸11的内周面、活塞16的顶面160、气缸盖13的下表面(天棚部170)、进气门21的气门头的表面、排气门22的气门头的表面分隔出来的。为减少冷却损失而在这些隔离面上设置隔热层,从而实现了燃烧室17的隔热化。隔热层可以设置在所有这些隔离面上，还可以设置在这些隔离面中的一部分隔离面上。虽然进气道18、排气道19上的靠燃烧室17的天棚部170侧的开口附近的气道的壁面不是直接分隔出燃烧室17的壁面，但也可以在这些气道的壁面上设置隔热层。

[0073] 由于这些隔热层会抑制燃烧室17内的燃烧气体的热通过隔离面释放出来，因此使这些隔热层的导热系数比构成燃烧室17的金属母材的导热系数低。

[0074] 为减少冷却损失，优选使隔热层的容积比热比母材小。亦即，优选通过减小隔热层的热容量，让燃烧室17的隔离面的温度随着燃烧室17内的气体温度变化而变化。

[0075] 例如，利用等离子体喷涂将ZrO2等陶瓷材料涂布在母材上而形成所述隔热层即可。可以在该陶瓷材料中含有很多气孔。这样做以后，就能够使隔热层的导热系数和容积比热更低。

[0076] 本实施方式中，除了具有所述燃烧室的隔热构造，还在气缸11内(亦即，燃烧室17内)由气体层形成了绝热层，由此而做到了使冷却损失大幅度减少。

[0077] 具体而言，燃料喷射阀6在压缩行程以后从燃料喷射阀6的喷射阀顶端向空腔163内喷射燃料。这样一来，就实现了成层化，如图2所示。即，在燃料喷射阀6附近的空腔163内的中心部位形成混合气层，且在其周围形成含有新气的气体层。该气体层可以仅含有新气，也可以不仅含有新气，还含有已燃气体(EGR气体)。需要说明的是，气体层中混有少量燃料也没问题，让气体层中的燃料少于混合气层中的燃料，以便气体层发挥绝热层的作用即可。

[0078] 如果在按以上所述形成了气体层和混合气层的状态下燃料通过压缩点火而燃烧，那么，利用混合气层和气缸11的壁面之间的气体层就能够防止混合气层的火焰与气缸11的壁面接触。而且，气体层成为绝热层，而能够抑制热从气缸11的壁面释放出来。其结果是，能够大幅度地减少冷却损失。

[0079] 需要说明的是，仅减少冷却损失,所减少的这一部分冷却损失不会被转换成排气损失,不会有助于指示热效率的提高。然而,该发动机1由于伴随着高压缩比化的高膨胀比化,相当于所减少的这一部分冷却损失的燃烧气体的能量被有效地转换为机械功。也就是说,发动机1通过采用让冷却损失和排气损失都减少的结构,就能够大幅度地提高指示热效率。

[0080] 为了在燃烧室17内形成这样的混合气层和气体层，理想状况是燃烧室17内的气流在喷射燃料的时间内较弱。因此，进气道具有不会在燃烧室17内产生涡流或者难以在燃烧室17内产生涡流的直线形状，并且纵滚流也会尽可能地变弱。

[0081] 接下来，参照附图进一步详细地说明构成燃烧室的活塞顶面的形状。图3是示出活塞16顶面形状的立体图。图3中，纸面右前方为进气侧，纸面左后方为排气侧，纸面左前方为发动机输出轴的一方向(亦即，发动机前侧)，纸面右后方为发动机输出轴的另一方向(亦即，发动机后侧)。

[0082] 如上所述，活塞16的顶面160中的进气侧斜面161和排气侧斜面162分别朝着活塞16的中央倾斜着上升。这样一来，当从发动机输出轴的一方向沿顺着发动机输出轴的方向观看活塞16时，活塞16的顶面呈两侧分别朝着中央部位逐渐隆起的三角屋脊状。在进气侧斜面161和排气侧斜面162上分别形成有气门凹坑(valve recession)。其中，进气侧斜面
161上，相当于排列在发动机输出轴的方向上的两个进气门21的气门头之间的部分也与气门凹坑一样，被从该进气侧斜面161上挖掉。进气侧斜面161上尽管形成有气门凹坑，但是实质上是平面。另一方面，排气侧斜面162上，相当于排列在发动机输出轴的方向上的两个排气门22的气门头之间的部分未被挖去，残留了下来。该部分在活塞16到达上止点附近时成为挤压流区域164，在该挤压流区域164会产生从排气侧朝向燃烧室17的中央移动的挤压流。

[0083] 图2中也示出，活塞16的顶面160棱线附近且发动机输出轴方向两端的端部弯曲，使得活塞直径朝着顶面160逐渐缩小。顶面160的弯曲形状与气缸盖13的天棚部170的弯曲形状相对应。这是有利于提高发动机1的几何压缩比的结构。

[0084] 如上所述，空腔163在活塞16的顶面160上呈凹陷状。如图2所示，空腔163伴随着从开口缘开始凹陷，其大小逐渐缩小。空腔163由与活塞16的顶面160连为一体的侧壁1631和与侧壁1631连为一体的底壁1632构成。如图2所示，在通过活塞16中心的纵断面上，空腔163具有浴盆一样的形状。侧壁1631具有与活塞16的顶面160和底壁1632不同的角度。在活塞16的顶面160和侧壁1631之间、侧壁1631和底壁1632之间分别形成有圆弧。

[0085] 在以下说明中，让活塞16的顶面160和侧壁1631之间的圆弧包括在活塞16的顶面160中，将圆弧与侧壁1631相接的位置定为顶面160和侧壁1631的交界处。该交界处构成空腔163的开口缘。让侧壁1631和底壁1632之间的圆弧包括在侧壁1631中，将圆弧与底壁1632相接的位置定为侧壁1631和底壁1632的交界处。需要说明的是，还能够使对顶面160和侧壁
1631的交界处、以及侧壁1631和底壁1632的交界处的定义与上述定义不同。例如，可以让顶面160与侧壁1631之间的圆弧包括在侧壁1631中，将顶面160与圆弧相接的位置定为顶面
160与侧壁1631的交界处。还能够将该圆弧的中央定为顶面160与侧壁1631的交界处。同样，还可以让侧壁1631与底壁1632之间的圆弧包括在底壁1632中，将圆弧与侧壁1631相接的位置定为侧壁1631与底壁1632的交界处。又能够将该圆弧的中央定为侧壁1631与底壁1632的交界处。无论怎样定义顶面160、侧壁1631以及底壁1632，与以下说明的空腔形状相关的结构都能够成立。

[0086] 如图3所示，空腔163具有近似椭圆形状的开口缘。该椭圆是广义的椭圆。如图2和图4所示，空腔163的中心位置，更准确而言，在相当于空腔163的尺寸最大的地方，进气侧端缘和排气侧端缘的中点且发动机输出轴的一方向上的端缘和发动机输出轴的另一方向上的端缘的中点即中心位置与燃料喷射阀6的喷射轴心一致。如上所述，这是有利于在空腔163内的中心部形成混合气层的结构。因为燃料喷射阀6的喷射轴心偏向于发动机输出轴的一方向，所以空腔163也会位于活塞16的顶面160上相对于活塞16的中心偏向于发动机输出轴的一方向。

[0087] 因为空腔163形成在活塞16的呈三角屋脊状隆起的顶面160上，所以由图3也可以得知，为形成该空腔163，进气侧斜面161和排气侧斜面162分别有一部分被挖去。如图2所示，伴随着空腔163偏离气缸的缸径中心而设，进气侧斜面161和排气侧斜面162上被挖的地方也就不是相对于气缸11的缸径中心对称，而是偏向于发动机输出轴的一方向。伴随着空腔163偏向于发动机输出轴的一方向，活塞16的顶面160中夹着该空腔163的两侧中各侧的棱线中，发动机输出轴的一方向上的部分相对较短，且发动机输出轴的另一方向上的部分相对较长。

[0088] 如上所述，该发动机1构成为燃烧室17内的气流较弱，但是有可能在燃烧室17内产生较弱的纵滚流。如参照图8说明的那样，伴随着将近似椭圆形的空腔163设置在活塞16的呈三角屋脊状隆起的顶面160上且偏向于发动机输出轴的一方向，纵滚流就易于朝着偏离了气缸11的缸径中心的空腔163的方向流动。如图4(a)中虚线箭头所示，纵滚流在燃烧室17内从排气侧的发动机输出轴的另一方向偏向于朝向进气侧的发动机输出轴的一方向的方向。

[0089] 纵滚流偏向的结果如下：如图4(a)中实线箭头所示，在空腔163内由从燃料喷射阀6喷出的燃料形成的混合气层易于朝着进气侧的发动机输出轴的另一方向扩大，混合气层与空腔163的壁面接触的可能性提高。因此，该发动机1是通过对形成于活塞16的空腔163的形状做改进来防止混合气层与空腔163的壁面接触的。

[0090] 如图4(a)所示，以燃料喷射阀6的布置位置为中心，将燃烧室17分割为以下四个区域：(1)夹着屋脊式燃烧室的棱线的进气侧且发动机输出轴的一方向即进气一侧区域(图中右下区域)、(2)进气侧且发动机输出轴的另一方向即进气另一侧区域(图中右上区域)、(3)夹着屋脊式燃烧室的棱线的排气侧且发动机输出轴的一方向即排气一侧区域(图中左下区域)、以及(4)排气侧且发动机输出轴的另一方向即排气另一侧区域(图中左上区域)。在用通过了进气另一侧区域内的特定位置和燃料喷射阀6的布置位置的平面切开的纵断面(参照图4(d))中，让空腔163的特定位置处的壁面形状(图4(d)右上侧所示的壁面形状)与燃料喷射阀6的喷射阀顶端之间的距离，比夹着燃料喷射阀6位于特定位置的相反一侧的对称位置处的空腔163的壁面形状(图4(d)左下侧所示的壁面形状)与燃料喷射阀6的喷射阀顶端之间的距离长。图4(d)纸面右上侧所示的实线表示空腔163的特定位置处的侧壁1631，虚线表示空腔163的对称位置处的侧壁1631。亦即，虚线相当于图4(d)纸面左下侧所示的侧壁1631的对称形状。如该图所示，一边让空腔163的特定位置处的侧壁1631和空腔163的对称位置处的侧壁1631与底壁1632的交界位置相同，一边让包括圆弧的侧壁1631躺下(亦即，侧壁1631与水平面所成的角度较小)，结果是做到了让侧壁1631位于活塞16径向上靠外的位置处。伴随于此，在活塞16的径向上，空腔163的特定位置处的开口缘比对称位置处的开口缘靠外。其结果是，如图4(a)所示，空腔163的开口缘相对于燃料喷射阀6的喷射轴心不再呈对称的形状，空腔163构成为：在进气另一侧区域，开口缘朝着活塞16外鼓出来。

[0091] 在进气另一侧区域，增大空腔163的侧壁1631和燃料喷射阀6的喷射阀顶端之间的距离，这样做以后，即使混合气层朝着进气侧的发动机输出轴的另一方向扩大了，也能够抑制混合气层与空腔163的壁面接触，从而能够减少冷却损失。需要说明的是，只要适当地设定空腔163的特定位置处的侧壁1631的位置和空腔163的对称位置处的侧壁1631的位置之差即可。

[0092] 这里，由图4(a)明确可知：在图4所示的结构例下，在整个进气另一侧区域，让空腔163的侧壁1631位于活塞16径向上靠外的位置处。与此不同，还可以在进气另一侧区域的一部分区域让空腔163的侧壁1631位于活塞16径向上靠外的位置处，省略图示。该结构使空腔
163的容积尽可能小，有利于维持较高的几何压缩比。还可以与进气另一侧区域一样，在与进气另一侧区域(连为一体)相邻的进气一侧区域和/或排气另一侧区域的一部分区域让空腔163的侧壁1631位于活塞16径向上靠外的位置处。亦即，改变空腔163的壁面形状的范围并不限于进气另一侧区域内，还可以从进气另一侧区域扩大到进气一侧区域和/或排气另一侧区域的一部分区域。

[0093] 可以一边让空腔163的特定位置处的侧壁1631的角度与空腔163的对称位置处的侧壁1631的角度相同，一边让空腔163的特定位置处的侧壁1631在活塞16的径向上比对称位置处的侧壁1631靠外，省略图示。该结构下，在特定位置处，侧壁1631和底壁1632的交界位置、开口缘的位置都位于活塞的径向上靠外的位置处。

[0094] 省略图示，在例如不改变空腔163的开口缘的位置而是在特定位置处让侧壁1631立起来(亦即，侧壁1631与水平面的角度较大)的结构下，可以让侧壁1631位于活塞16径向上靠外的位置处。该结构下，侧壁1631和底壁1632的交界位置位于活塞径向上靠外的位置处。

[0095] 图5示出与图4不同的结构例。在图5所示的结构例中，改变了空腔163的底壁1632的位置。具体而言，在图5(d)的纸面右上侧，实线表示进气另一侧区域的空腔163的特定位置处的底壁1632。虚线相当于图5(d)的纸面左下侧所示的空腔163的对称位置处的底壁1632。空腔163的特定位置处的底壁1632比空腔163的对称位置处的底壁1632深。这样做以后，在用通过进气另一侧区域内的特定位置和燃料喷射阀6的布置位置的平面切开的纵断面(参照图5(d))中，让空腔163的特定位置处的壁面形状与燃料喷射阀6的喷射阀顶端之间的距离比空腔163的对称位置处的壁面形状与燃料喷射阀6的喷射阀顶端之间的距离长。其结果是，尽管形成在空腔163内的混合气层易于朝着进气侧的发动机输出轴的另一方向扩大，却难以与空腔163的底壁1632接触，从而能够减少冷却损失。

[0096] 该结构与图4所示的结构例不同，空腔163的开口缘的位置在进气另一侧区域也没有改变，故如图5(a)所示，空腔163的开口缘相对于燃料喷射阀6的喷射轴心呈对称形状。

[0097] 需要说明的是，只要适当地设定空腔163的特定位置处的底壁1632的深度和空腔163的对称位置处的底壁1632的深度之差即可。

[0098] 可以使空腔163的底壁1632的深度在整个进气另一侧区域相对较深，但也可以使空腔163的底壁1632的深度在进气另一侧区域中的一部分区域相对较深。也可以与进气另一侧区域一样，在与进气另一侧区域(连为一体)相邻的进气一侧区域和/或排气另一侧区域的一部分，使空腔163的底壁1632的深度相对较深。亦即，改变空腔163的壁面形状的范围并不限于进气另一侧区域内，还可以从进气另一侧区域扩大到进气一侧区域和/或排气另一侧区域的一部分区域。

[0099] 图6示出将让空腔163的侧壁1631位于活塞径向上靠外的位置处的结构例和让空腔163的底壁1632更深的结构例组合而成的结构。亦即，在图6所示的结构例中，在进气另一侧区域的特定位置处，让空腔163的侧壁1631和底壁1632的位置分别与排气一侧区域的空腔163的对称位置处的侧壁1631和底壁1632的位置不同。具体而言，在图6(d)的纸面右上侧，实线表示进气另一侧区域的空腔163的特定位置处的侧壁1631和底壁1632。虚线相当于图6(d)的纸面左下侧所示的空腔163的对称位置处的侧壁1631和底壁1632。空腔163的特定位置处的侧壁1631位于活塞16径向上相对靠外的位置处，底壁1632比空腔163的对称位置处的底壁1632深。这样做以后，在用通过进气另一侧区域内的特定位置和燃料喷射阀6的布置位置的平面切开的纵断面(参照图6(d))中，空腔163的特定位置处的壁面形状与燃料喷射阀6的喷射阀顶端之间的距离比空腔163的对称位置处的壁面形状与燃料喷射阀6的喷射阀顶端之间的距离长。其结果是，尽管形成在空腔163内的混合气层易于朝着进气侧的发动机输出轴的另一方向扩大，却难以与空腔163的底壁1632接触，从而能够减少冷却损失。

[0100] 需要说明的是，图6所示的结构例，与图4所示的结构例一样，在进气另一侧区域，空腔163的开口缘朝着活塞16的径向靠外鼓出去。

[0101] 图4～图6所示的结构例，分别仅在进气另一侧区域让空腔163的壁面形状与其它区域的空腔163的壁面形状不同。与此不同，图7所示的结构例，同时让进气另一侧区域和排气另一侧区域的空腔163的壁面形状分别与进气一侧区域和排气一侧区域中的空腔163的壁面形状不同。

[0102] 具体而言，图7所示的空腔结构具有相对于布置有燃料喷射阀6的屋脊式燃烧室的棱线对称的近似椭圆形。另一方面，当对近似椭圆形的空腔163从燃料喷射阀6到发动机输出轴的一方向上的端缘的距离和从燃料喷射阀6到发动机输出轴的另一方向上的端缘的距离做比较的时候，空腔163到另一方向上的端缘的距离较长。空腔163在近似椭圆形的空腔中尺寸最大的地方(亦即，相当于燃料喷射阀6的布置位置的地方)具有朝着发动机输出轴的另一方向扩张的形状。不过，也是以气缸11的缸径中心为基准，该空腔163的发动机输出轴的一方向上的端缘和另一方向上的端缘的中点偏向于发动机输出轴的一方向。

[0103] 在该空腔结构中，相对于图7中虚线所示的形状(该形状相当于进气一侧区域和排气一侧区域，空腔的开口缘的对称形状)，在进气另一侧区域空腔163的侧壁1631位于活塞16径向上靠外的位置处。这样一来，如上所述，即使混合气层从燃料喷射阀6朝着进气另一侧区域的方向扩大，也能够抑制混合气层与空腔163的侧壁1631接触。

[0104] 在图7所示的结构例中，在排气另一侧区域，也是空腔163的侧壁1631相对于虚线所示的对称形状位于活塞16径向上靠外的位置处。这等效于在活塞16的顶面160的排气侧斜面162上为形成空腔163而被挖的地方朝着发动机输出轴的另一方向扩大。亦即，因为被挖的地方没有偏向于发动机输出轴的一方向，故在图7所示的结构例中，如该图中虚线箭头所示，能够抑制纵滚流偏向。这样一来，就能够抑制混合气层从燃料喷射阀6朝着进气另一侧区域的方向扩大。因此，在图7所示的结构例中，也能够有效地抑制在空腔163内形成的混合气层与空腔163的壁面接触。

[0105] 需要说明的是，在图4～图6所示的结构例中，也可以使排气另一侧区域的空腔163的壁面形状与进气另一侧区域的空腔163的壁面形状相对应，以便相对于屋脊式燃烧室的棱线而对称。

[0106] －符号说明－

[0107] 1    发动机

[0108] 11   气缸

[0109] 13   气缸盖

[0110] 15   曲轴(发动机输出轴)

[0111] 16   活塞

[0112] 163  空腔

[0113] 1631 侧壁

[0114] 1632 底壁

[0115] 17   燃烧室

[0116] 170  天棚部

[0117] 18   进气道

[0118] 19   排气道

[0119] 6    燃料喷射阀