(57)【要約】【課題】本発明は、燃焼室の容積をできるだけ維持したまま、簡単な構造でスキッシュエリアの燃焼効率を高めた直接噴射式ディーゼル内燃機関のピストンを提供する。【解決手段】ピストン１は、噴孔Ｈから噴射した勢いで燃料を霧化する燃料噴射ノズルＮに対応した直接噴射式ディーゼル内燃機関のピストンであって、燃焼室１０と窪み２０とを備える。燃焼室１０は、頂部１ａに設けられる。窪み２０は、燃料噴射ノズルＮの複数の噴孔Ｈから噴射された燃料噴霧Ｍの拡散範囲に個別に対応させて燃焼室１０の外周に独立して設けられる。ピストン１の半径方向に沿う窪み２０の断面形状は、ピストン１の中心線Ｃに対する周方向位置によって異なる燃料噴霧Ｍの燃料濃度の分布に対応させて設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔から噴射した勢いで燃料を霧化する燃料噴射ノズルに対応した直接噴射式ディーゼル内燃機関のピストンであって、
頂部に凹設された燃焼室と、
前記燃料噴射ノズルの複数の噴孔から噴射された燃料噴霧の拡散範囲に個別に対応させて前記燃焼室の外周に独立して設けられる窪みと
を備え、前記ピストンの半径方向に沿う前記窪みの断面形状は、前記ピストンの中心に対する周方向位置によって異なる前記燃料噴霧の燃料濃度の分布に応じて設けられていることを特徴とするピストン。
【請求項２】
請求項１に記載されたピストンにおいて、
前記燃料噴霧の燃料濃度の分布が最大となる前記周方向位置で、前記窪みの断面形状の面積は最大となることを特徴とする。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載されたピストンにおいて、
前記ピストンの周方向に前記窪みが設けられる範囲は、前記周方向に前記燃料噴霧が拡散される範囲と一致することを特徴とする。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載されたピストンにおいて、
前記窪みは、前記燃焼室にスワールが設定される場合、スワールの下流方向へオフセットして設けられることを特徴とする。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載されたピストンにおいて、
前記窪みは、前記燃料噴射ノズルに近い側の側壁を頂面に対して鋭角に設け、前記燃料噴射ノズルに遠い側の側壁を頂面に対して鈍角に設けることを特徴とする。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載されたピストンにおいて、
前記窪みは、周方向位置によって異なる前記燃料噴霧の燃料濃度の分布に応じた深さに設けられることを特徴とする。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載されたピストンにおいて、
前記窪みは、前記燃料噴射ノズルを中心とする半径方向の開口幅が、周方向位置によって異なる前記燃料噴霧の燃料濃度の分布に応じた寸法に設けられることを特徴とする。
【請求項８】
請求項１または請求項２に記載されたピストンにおいて、
前記窪みは、前記頂部の外周から前記燃焼室の外周縁までの距離の半分よりも内側に設けられることを特徴とする。
【請求項９】
請求項１または請求項２に記載されたピストンにおいて、
前記窪みは、前記燃料噴射ノズルを中心とする半径方向の開口幅が、前記頂部の外周から前記燃焼室の外周縁までの距離の１／３以下であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接噴射式ディーゼル内燃機関のスモークやＮＯｘなどの発生を低下させるために頂部に設けられた燃焼室の外周に改良を施されたピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
噴射した勢いで燃料を燃焼室に霧化させる構造の燃料噴射ノズルに対応したピストンの場合、噴射された燃料のうち約９０％が燃焼室で燃焼し、残りの約１０％がスキッシュエリアで燃焼することが分かっている。スキッシュエリアで燃焼した燃料から発生する煤は、トップランドに侵入してピストンやピストンリングの焼き付きの原因となったり、潤滑オイルの劣化の原因になったりする。そのため、スキッシュエリアの燃焼効率を高めて煤の酸化を促進する必要がある。
【０００３】
ディーゼル内燃機関から排出されるＮＯｘ量を低減する方法としてリッチ・リーンバーンがある。これは、点火から初期までの間にリッチ燃焼を行い、その後の中後期にリーン燃焼を行うものである。このようにすることで、ＮＯｘの発生量を抑制しつつ、初期のリッチ燃焼で生成された可燃性の中間性生物（ＣＯ，ＨＣ，シアン等）やスモーク成分（Ｃ）を後期のリーン燃焼によって再燃焼させ、結果としてＮＯｘおよびスモークの発生量を低減させている。
【０００４】
リッチ・リーンバーンを行える燃焼室の構造が、特許文献１の従来の技術に開示されている。これによれば、ピストンの頂面に設けられた燃焼室の外周に環状溝を形成する。同じ圧縮比を維持するために環状溝を設けた分だけ燃焼室の容積が小さくなる。上死点近傍において燃焼室ではリッチ燃焼を行い、その後の膨張行程において環状溝内の空気を利用して可燃性中間生成物やスモークを燃焼させるリーン燃焼を行っている。
【特許文献１】特開平１０−２３８３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１の従来技術に記載されたピストン構造は、衝突拡散によって燃焼室内に燃料噴霧を作り、吸気ポートから入った空気のスワールによって燃料噴霧と空気とを攪拌、混合する。そのため、吸気ポートから入った空気の一部が燃焼室の周囲に設けた環状溝に導かれてしまうと、スワールによる燃焼室の攪拌力が不足するので、これを補うべく別途装置を必要としている。
【０００６】
また、特許文献１の従来技術に記載されたピストン構造の場合、燃料を衝突拡散させているため、燃焼室の外周に環状溝を設けても燃料噴霧が到達しにくい。これに対して、噴射した勢いで燃料を霧化させる構造の燃料噴射ノズルに対応したピストン構造の場合、圧縮行程で噴射された燃料噴霧が燃焼室を越えて環状溝に入り込んでしまう可能性がある。入り込んだ燃料噴霧は、燃焼初期において環状溝内の酸素を消費する。その結果、燃焼後期で酸素が不足し、スキッシュエリアの燃焼効率は改善されなくなってしまう。
【０００７】
十分な酸素を供給するために環状溝の容積を大きくすることも考えられる。しかし、燃焼室の圧縮比を維持するために燃焼室の容積を小さくしなければならなくなるので、好ましくない。
【０００８】
そこで、本発明は、燃焼室の容積をできるだけ維持したまま、簡単な構造でスキッシュエリアの燃焼効率を高めた直接噴射式ディーゼル内燃機関のピストンを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るピストンは、噴孔から噴射した勢いで燃料を霧化する燃料噴射ノズルに対応した直接噴射式ディーゼル内燃機関のピストンであって、燃焼室と窪みとを備える。燃焼室は、頂部に設けられる。窪みは、燃料噴射ノズルの複数の噴孔から噴射された燃料噴霧の拡散範囲に個別に対応させて燃焼室の外周に独立して設けられる。そして、ピストンの半径方向に沿う窪みの断面形状は、ピストンの中心に対する周方向位置によって異なる燃料噴霧の燃料濃度の分布に応じて設ける。
【００１０】
この場合、燃料噴霧の燃料濃度の分布が最大となる周方向位置で、窪みの断面形状の面積も最大となるように設ける。また、ピストンの周方向に窪みが設けられる範囲は、周方向に燃料噴霧が拡散される範囲と一致させる。
【００１１】
燃焼室にスワールが設定される場合、窪みは、スワールの下流方向へオフセットして設けられる。または、窪みは、燃料噴射ノズルに近い側の側壁を頂面に対して鋭角に設け、燃料噴射ノズルに遠い側の側壁を頂面に対して鈍角に設ける。または、窪みの深さは、周方向位置によって異なる燃料噴霧の燃料濃度の分布に応じた寸法に設ける。または、燃料噴射ノズルを中心とする半径方向の窪みの開口幅は、周方向位置によって異なる燃料噴霧の燃料濃度の分布に応じた寸法に設ける。または、窪みは、頂部の外周から燃焼室の外周縁までの距離の半分よりも内側に設ける。または、窪みは、燃料噴射ノズルを中心とする半径方向の開口幅を、頂部の外周から燃焼室の外周縁までの距離の１／３以下にする。または、窪みは、燃料噴射ノズルを中心とする円弧形状にする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のピストンによれば、圧縮行程で窪みに溜めていた空気を膨張行程でスキッシュエリアに供給することができるので、スキッシュエリアの燃焼効率が向上する。その結果、スモークの発生量が少なくなる。また、各噴孔から噴出された燃料噴霧の拡散範囲に個別に対応させて窪みを設けている。窪みが無いピストンの燃焼室の容積に比べて、同じ圧縮比を維持するためには窪みを設けた分だけ燃焼室の容積を縮小させる必要はある。しかし、窪みを設けたことによって著しく燃焼室の圧縮比を低下させるものではない。つまり、燃焼室の容積は、従来のものとほぼ同じ大きさを維持することができるので、このピストンを装備するディーゼル内燃機関の特性に与える影響も小さい。
【００１３】
そして、ピストンの半径方向に沿う窪みの断面形状を燃料噴霧の燃料濃度の分布に応じて設けている。したがって、シリンダ内における燃料噴霧と空気との混合比が均質化されやすく、燃焼が安定する。
【００１４】
また、燃料噴霧の燃料濃度の分布に窪みの断面形状を合わせる、または、燃料噴霧の拡散範囲に窪みを設ける範囲を一致させる発明のピストンによれば、さらに燃料噴霧と空気との混合比の均質化が図れるため、燃焼が安定し、燃焼効率が向上する。
【００１５】
窪みの位置をスワールの分だけオフセットさせる発明のピストンによれば、燃料噴射ノズルから噴射されて霧化した燃料がスワールによって下流へと流された位置にちょうど窪みが配置されていることになる。したがって、スキッシュエリアへ拡散されてきた燃料噴霧に対して効率よく窪みに溜められた空気を提供することができるため、燃焼効率を向上させることができる。
【００１６】
窪みの内周側の側壁が頂面に対して成す角度を鋭角にした発明のピストンによれば、圧縮行程中に燃料噴射ノズルから噴射された燃料噴霧がスキッシュエリアに拡散された場合でも、窪みの中に燃料噴霧が入りにくい。窪みの内側に空気を確実に保持しておくことができるので、膨張行程でスキッシュエリアに十分な酸素を供給することができる。その結果、スキッシュエリアの燃焼効率が向上しスモークの発生量が減る。
【００１７】
窪みの深さを燃料噴霧の燃料濃度の分布に応じた深さにする発明のピストンによれば、燃料の量に応じた量の空気を窪みから供給することができる。したがって、スキッシュエリアの燃焼効率が向上し、スモークの発生量が減る。また、燃料濃度の分布に併せることによって、窪みの容積を必要最小限にとどめることができるので、燃焼室の容積を縮小させる量が少なくてすむ。つまり、このピストンを装備するディーゼル内燃機関の特性に与える影響も少ない。
【００１８】
さらに燃料噴霧の燃料濃度の分布に応じて窪みの深さが設定されているということは、周方向に窪みの両端が浅くなっていることである。スワールが設定されている場合、スワールによる気流が窪みの中に入り込んで攪拌する。運転条件が悪化して運転上煤が窪みの中に堆積しても、運転条件が回復した際に退役した煤がスワールの気流によって掻き出される。
【００１９】
ピストンの半径方向に沿う窪みの開口幅が、燃料噴霧の燃料濃度の分布に併せて周方向位置で異なっている形状の窪みを設けた発明のピストンによれば、燃料の量に応じた空気量を窪みから提供することができる。その結果、スキッシュエリアの燃焼効率が向上しスモーク発生量が減る。
【００２０】
ピストンの半径方向に窪みの開口幅の中心を、燃焼室の外周縁から頂部の外周までの距離の半分の位置よりも燃焼室寄りにした発明のピストンによれば、膨張行程でスキッシュエリアに吸い出された燃焼室内の燃焼ガスに早い段階で窪みから空気を供給することができる。したがって、燃焼ガスがスキッシュエリアに拡がりきる前に可燃性の中間生成物（ＣＯ，ＨＣ，シアン）やスモーク成分（Ｃ）を燃焼させることができる。そのため、煤の発生量を抑えることができる。
【００２１】
ピストンの半径方向に窪みの開口幅を、窪みの底壁の幅よりも小さくした、あるいは、燃焼室の外周縁から頂部の外周までの距離、すなわちスキッシュエリアの幅、の１／３以下にした発明のピストンによれば、窪みの内部に空気を保持しやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係る第１の実施形態のピストン１は、図１から図４を参照して説明する。このピストン１は、直接噴射式ディーゼル内燃機関用のピストンであって、噴孔Ｈから噴射した勢いで燃料を霧化する燃料噴射ノズルＮに対応した形状の燃焼室１０を有している。図１および図２に示すように、燃料噴射ノズルＮは、ピストン１の中心線Ｃ上に配置されており、等配に６方向放射状に燃料を噴射する噴孔Ｈを有している。燃焼室１０は燃料噴射ノズルＮを中心にピストン１の頂部１ａに設けられている。ピストン１が図３に示す上死点に位置する状態で、シリンダヘッド２の下面２ａとピストン１の頂面Ｔとの隙間がほとんど無くなる。
【００２３】
燃焼室１０の周壁１１は、燃料噴射ノズルＮから噴出された燃料が液柱から噴霧に変化した先に設けられる。また、燃焼室１０の底壁１２は、中央部が燃料噴射ノズルＮに向かって円錐形状に突出している。周壁１１とピストン１の頂面Ｔとによって形成される外周縁１３は、鋭角となるリエントラント角が設定されている。つまり、この燃焼室１０は、いわゆるリエントラント型燃焼室である。
【００２４】
燃焼室１０より外周に拡がるスキッシュエリア１４には、６つの噴孔Ｈから各々噴出された燃料噴霧Ｍの拡散範囲に個別に対応する位置に、窪み２０が設けられている。各窪み２０は、燃焼室１０および隣り合う窪み２０と独立しており、図２に示すように、燃料噴射ノズルＮを中心とする燃焼室１０の外周に沿った円弧形状に設けられている。本実施形態において「独立している」とは、ピストン１の頂面Ｔよりも凹んでいる部分（燃焼室１０と窪み２０）が互いにつながっていないことを意味する。
【００２５】
このとき、ピストン１の半径方向に窪み２０の中心位置Ｋは、ピストン１の頂部１ａの外周から燃焼室１０の外周縁１３までの距離の半分の位置Ｌよりも内側になるように設ける。また、燃料噴射ノズルＮを中心とする１半径方向の窪み２０の開口幅Ｗは、頂部１ａの外周から燃焼室１０の外周縁１３までの距離の１／３以下、すなわち、ピストン１の半径方向にスキッシュエリア１４の幅の１／３以下である。
【００２６】
以上のように構成されたピストン１に対して、図１に示すように圧縮行程において燃料を噴射すると、燃料は霧化して燃料噴霧Ｍの状態で周壁１１に当ったのち、一部が燃焼室１０の外周縁１３を越えてスキッシュエリア１４へ拡散される。このとき、スキッシュエリア１４に拡散された燃料噴霧Ｍのほとんどは、ピストン１が上死点に近づくにつれて、スキッシュエリア１４から燃焼室１０側に押し戻される。窪み２０の開口幅Ｗがスキッシュエリア１４の幅の１／３以下であるので、空気と置換されて窪み２０に侵入する燃料噴霧Ｍの量は少なく、空気が窪み２０に溜まる。
【００２７】
図３に示すように上死点において燃焼が開始されると、燃焼領域Ｂは、燃焼室１０内に拡がり、膨張行程でピストン１が下がるにつれて図４に示すようにスキッシュエリア１４へ拡がる。このとき、ピストン１が下がるにつれて燃焼室１０内の圧力も下がるため、窪み２０内に確保されていた空気がスキッシュエリア１４に放出される。その結果、圧縮行程でスキッシュエリア１４に入り込んだ燃料噴霧Ｍおよびスキッシュエリア１４へ拡がった燃焼領域Ｂに、窪み２０に入っていた空気中の酸素が供給されるので、スキッシュエリア１４での燃焼が促進される。
【００２８】
このように、このピストン１は、燃焼室１０の外周のスキッシュエリア１４に燃料噴霧Ｍの拡散範囲に対応させて窪み２０を設けている。圧縮行程でスキッシュエリア１４に侵入した燃料および膨張行程でスキッシュエリア１４に拡がる燃焼領域Ｂ中のスモーク成分の燃焼を促進させることができるので、煤の発生量が少なくなるとともに燃焼効率が向上する。
【００２９】
窪み２０は、ピストン１の半径方向にスキッシュエリア１４の半分よりも内側に開口幅Ｗの中心が来るように設けられている。したがって、膨張行程でスキッシュエリア１４に拡がってくる燃焼領域Ｂに対して、早い段階で窪み２０から空気を供給できる。
【００３０】
また、このピストン１は、燃焼後期の膨張行程でスキッシュエリア１４へ拡がる燃焼領域Ｂに対して、窪み２０に確保していた空気、つまりはその中の酸素を供給し、燃焼領域Ｂ中のスモークを燃焼させる。したがって、これまで燃費は良かったがスモーク発生量も多かった運転条件において、このピストン１は、スモーク発生量を減らすことができる。
【００３１】
さらに、このピストン１は、燃料噴霧Ｍの拡散範囲に対応させて窪み２０を設けている。したがって、図１および図２に示すように燃料噴霧Ｍが入り込んだ領域に対して効率よく酸素を供給できる。また、燃料噴霧Ｍの拡散範囲に対応する部分にのみ窪み２０を設けているので、燃焼室１０の圧縮比を維持するために燃焼室１０の容積を減らす量を最小限にとどめることができる。
【００３２】
本発明に係る第２の実施形態のピストン１は、図５を参照して説明する。このピストン１の燃焼室１０には、図５に示すように反時計回りのスワールＳが設定されている。したがって、燃料噴射ノズルＮの噴孔Ｈから噴射された燃料は、霧化されて燃料噴霧ＭになるとスワールＳに流される。そこで、本実施形態におけるピストン１の窪み２０は、図５に示すように、噴孔Ｈに対してスワールＳの下流方向へオフセットして設けられている。言い換えれば、スワールＳが設定されている分だけ、窪み２０に対して上流側に向けて燃料噴射ノズルＮの噴孔Ｈを設ける。
【００３３】
上記以外のピストン１の構成は、第１の実施形態のピストン１と同じであるので、図面中において同一の符号を付してその説明を省略する。また、ピストン１の頂部１ａの断面形状は、第１の実施形態の図１、図２および図３を参照するものとする。
【００３４】
本発明に係る第３の実施形態のピストン１は、図６および図７を参照して説明する。このピストン１の窪み２０は、図６に示すように、周方向に沿って深さが変化している。つまり、ピストン１の周方向に窪み２０の両方の端部２１は浅く、中央部分２２は深くなっている。燃料噴霧Ｍの燃料濃度（燃料密度）の分布は、図７に示すように、燃料噴霧Ｍの中心部で濃く、周辺部で薄い。
【００３５】
そこで、ピストン１の半径方向に沿う窪み２０の断面形状は、ピストン１の中心に対する周方向位置によって異なる燃料噴霧Ｍの燃料濃度の分布に応じて設けている。具体的には、図７に示すように、窪み２０の深さは、周方向位置によって異なる燃料噴霧Ｍの燃料濃度の分布に応じた寸法に設けている。そして、本実施形態では、燃料噴霧Ｍの燃料濃度が最大となる位置で、窪み２０の断面積が最大、この場合は、深さが最大となるように、窪み２０を設けている。
【００３６】
以上のように構成されたピストン１は、スキッシュエリア１４に入り込んだ燃料噴霧Ｍの密度分布に適応する分量の酸素を窪み２０から供給することができるようになる。その結果、燃焼領域Ｂ内における燃焼温度や燃焼速度が均質化し、煤の発生を減少させることができる。
【００３７】
上記以外のピストン１の構成は、第１の実施形態のピストン１と同じであるので、図面中において同一の符号を付してその説明を省略する。なお、スワールＳが設定される場合は、燃料噴霧Ｍの燃料密度の分布に合うように、例えばスワールＳの方向に沿って下流側が浅く上流側が深いというような偏りを含ませ、ピストン１の周方向に非対称な窪み２０を設ければよい。
【００３８】
本発明に係る第４の実施形態のピストン１は、図８を参照して説明する。このピストン１の窪み２０は、ピストン１の中心線Ｃおよび燃料噴射ノズルＮを中心とする半径方向の開口幅Ｗが先の実施形態と異なっている。本実施形態のピストン１の窪み２０の開口幅Ｗは、周方向位置によって異なる燃料噴霧Ｍの燃料濃度の分布に応じた寸法に設けられている。つまり、ピストン１の半径方向に沿う窪み２０の断面形状は、ピストン１の中心線Ｃに対する周方向位置によって異なる燃料噴霧の燃料濃度の分布に応じて設けており、本実施形態では、窪み２０の開口幅Ｗを燃料濃度の分布に対応させている。
【００３９】
図８に示すように、窪み２０は、二等辺三角形の底辺を燃料噴射ノズルに向けた開口形状であり、噴孔Ｈから噴射される燃料の噴射方向である燃料噴霧Ｍの中心が最も開口幅Ｗが大きく、中心から離れるにしたがって開口幅Ｗが小さくなる。
【００４０】
上記以外のピストン１の構成は、第１の実施形態のピストン１と同じであるので、図面中において同一の符号を付してその説明を省略する。また、燃焼室１０の断面形状や窪み２０の配置などについては、第１の実施形態および図１から図４を参照するものとする。スワールＳが設定されている場合は、図５に示されているように窪み２０の配置をオフセットするとともに、頂点がスワールＳの上流側に偏った三角形にすればよい。さらに、燃料噴霧Ｍの燃料密度の分布に対応させて窪み２０の深さを周方向位置によって変化させても良い。
【００４１】
本発明に係る第５の実施形態のピストン１は、図９を参照して説明する。このピストン１の窪み２０は、燃料噴射ノズルＮを中心とする半径方向の開口幅Ｗが第４の実施形態と同様に変化している。本実施形態のピストン１の窪み２０は、図９に示すように、周方向に長い菱形の開口形状を有している。第４の実施形態の窪み２０と同様に、開口幅Ｗは、燃料噴霧Ｍの燃料密度の分布に対応しており、燃料噴霧Ｍの中心が最も大きく、中心から離れるにしたがって小さくなっている。
【００４２】
上記以外のピストン１の構成は、第１の実施形態のピストン１と同じであるので、図中に同一の符号を付してその説明を省略する。また、燃焼室１０の断面形状や窪み２０の配置などについては、第１の実施形態および図１から図４を参照するものとする。また、スワールＳが設定されている場合は図５に示されているように窪み２０の配置をオフセットするとともに、ピストン１の中心線Ｃを通る対角線に対してスワールＳの下流側に長い菱形の開口形状にする。本実施形態では、燃料噴霧Ｍの燃料密度の分布に対して開口幅Ｗのみを変化させているが、第３の実施形態のように窪み２０にさらに深さ方向の変化を加えても良い。
【００４３】
本発明に係る第６の実施形態のピストン１は、図１０を参照して説明する。このピストン１の窪み２０は、燃料噴射ノズルＮを中心とする半径方向の開口幅Ｗが第４および第５の実施形態と同様に変化しているとともに、燃料噴霧Ｍの形状に沿う形の開口形状を有している。つまり、図１０に示すように、窪み２０の開口形状は、三日月形である。燃料噴霧Ｍに沿った開口形状が設けられているので、第４および第５の実施形態の窪み２０に対してさらに適した範囲に酸素を供給できるようになる。
【００４４】
上記以外のピストン１の構成は、第１の実施形態のピストン１と同じであるので、図中に同一の符号を付してその説明を省略する。また、燃焼室１０の断面形状や窪み２０の配置などについては、第１の実施形態および図１から図４を参照するものとする。また、スワールＳが設定されている場合は、図５に示すスワールＳによって作られる燃料噴霧Ｍの形状に沿って下流側に尾が延びる涙形の開口形状を設ける。本実施形態では、燃料噴霧Ｍの燃料密度の分布に対して開口幅Ｗのみを変化させているが、第３の実施形態のように窪み２０に深さ方向の変化を加えても良い。
【００４５】
本発明に係る第７の実施形態のピストン１は、図１１を参照して説明する。このピストン１の窪み２０は、図１１に示すように燃料噴射ノズルＮを中心とする半径方向の開口幅Ｗが一定であり、また、半径方向に対して直交する方向にまっすぐに延びた長円形の開口形状を有している。形状が簡単であるため加工がしやすい。
【００４６】
上記以外のピストン１の構成は、第１の実施形態のピストン１と同じであるので、図中に同一の符号を付してその説明を省略する。また、燃焼室１０の断面形状や窪み２０の配置などについては、第１の実施形態および図１から図４を参照するものとする。また、スワールＳが設定されている場合は、第２の実施形態と同様に、スワールＳの分だけオフセットして窪み２０を設ける。さらに、第３の実施形態のように窪み２０の深さは、燃料噴霧Ｍの燃料密度の分布に合わせて周方向位置で変えても良い。
【００４７】
本発明に係る第８の実施形態のピストン１は、図１２を参照して説明する。図１２に示すピストン１の窪み２０は、燃料噴射ノズルＮに近い内周側の側壁２３が頂面Ｔに対して鋭角に設けられている。また、燃料噴射ノズルＮに遠い外周側の側壁２４は、頂面Ｔに対して鈍角に設けられており、内周側の側壁２３とほぼ平行に対峙している。窪み２０の底壁２５は、頂面Ｔに平行に設けられており、ピストン１の周方向に深さが一定である。
【００４８】
窪み２０の開口形状は、燃焼室１０の外周縁１３に平行な円弧形状であっても、ピストン１の半径方向に対して直角に延びる長方形であってもよい。窪み２０は、燃料噴射ノズルＮから噴射されて拡散される燃料噴霧Ｍに対応してピストン１の頂部１ａに配置されている。
【００４９】
上記以外のピストン１の構成は、第１の実施形態のピストン１と同じであるので、図中に同一の符号を付してその説明を省略する。燃焼室１０および窪み２０の配置などについては、第１の実施形態および図２を参酌する。なお、スワールＳが設定されている場合は、第２の実施形態と同様にスワールＳの分だけオフセットして窪み２０を配置する。第３の実施形態のように、燃料噴霧Ｍの燃料密度の分布にあわせて周方向位置で窪み２０の深さ変化させても良い。また、第４から第６の実施形態のピストン１のように、窪み２０の開口幅Ｗを燃料噴霧Ｍの燃料密度の分布に合わせて変化させても良い。
【００５０】
以上のように構成されたピストン１は、圧縮行程の途中、−３０°〜０°ＡＴＤＣの範囲内で燃料が各噴孔Ｈから噴射される。図１２に示すように、スキッシュエリア１４とシリンダヘッド２との間に隙間があるため、燃焼室１０の外周縁１３を越えた燃料噴霧Ｍの一部は、スキッシュエリア１４側に拡散される。このとき、窪み２０の内周側の側壁２３が頂面Ｔに対して鋭角に設けられているため、窪み２０の中が燃料噴霧Ｍによって置換されにくい。したがって、窪み２０に空気がたくさん蓄えられる。上死点を越えて膨張行程に移行した際に、窪み２０に確保していた空気、すなわち空気中の酸素を供給することができる。その結果、燃焼室１０で完全燃焼しきらなかった燃料およびスキッシュエリア１４に侵入した燃料が燃焼されるため、スモークの排出量が減る。
【００５１】
本発明に係る第９の実施形態のピストン１は、図１３を参照して説明する。図１３に示すピストン１は、窪み２０の断面形状が先の実施形態のものと異なる。この窪み２０の内周側の側壁２３は、頂面Ｔに対して鋭角に設けられている。窪み２０の外周側の側壁２４は、下端が内周側の側壁２３の下端につながる程度に、頂面Ｔに対して鈍角に設けられている。したがって、この窪み２０は、ピストン１の半径方向に内側が深く、外側に行くにつれて浅く形成されている。上記以外のピストン１の構成は、第８の実施形態と同じである。
【００５２】
以上のように構成されたピストン１は、第８の実施形態と同様に、圧縮行程で噴射された燃料噴霧Ｍが窪み２０の内部に侵入しにくいため、膨張行程でスキッシュエリア１４に供給する空気をたくさん窪み２０に溜めておくことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る第１の実施形態のピストンとその周辺を示す断面図。
【図２】図１に示したピストンの頂面を示す平面図。
【図３】図１に示したピストンが上死点にあるときのピストン周辺を示す断面図。
【図４】図１に示したピストンが膨張行程にあるときのピストン周辺を示す断面図。
【図５】本発明に係る第２の実施形態のピストンの頂部を示す平面図。
【図６】本発明に係る第３の実施形態のピストンの窪みを示す斜視図。
【図７】図６に示したピストンの窪みと燃料密度との関係を示す図。
【図８】本発明に係る第４の実施形態のピストンの窪みを示す平面図。
【図９】本発明に係る第５の実施形態のピストンの窪みを示す平面図。
【図１０】本発明に係る第６の実施形態のピストンの窪みを示す平面図。
【図１１】本発明に係る第７の実施形態のピストンの窪みを示す平面図。
【図１２】本発明に係る第８の実施形態のピストンの窪みを示す断面図。
【図１３】本発明に係る第９の実施形態のピストンの窪みを示す断面図。
【符号の説明】
【００５４】
１…ピストン、１ａ…頂部、１０…燃焼室、１１…周壁、１２…底壁、１３…外周縁、１４…スキッシュエリア、２０…窪み、２３…（内周側の）側壁、２４…（外周側の）側壁、Ｃ…中心線、Ｈ…噴孔、Ｍ…燃料噴霧、Ｎ…燃料噴射ノズル、Ｓ…スワール、Ｔ…頂面。
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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