(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに対向する頂面に開口を有する第１キャビティと前記第１キャビティの底面に開口を有する第２キャビティとによってキャビティが構成されたピストンを備える直接噴射式ディーゼルエンジンであって、
前記ピストンが、前記第１キャビティの底面と該第１キャビティの側面とのなす隅部に一体的に形成され、且つ、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記第１キャビティの側面から延びる先細り状の突起部と、前記第１キャビティの側面に、前記ピストンの頂面に対して開放された窪み部とを有し、
前記突起部は、前記シリンダヘッドに対向する対向面と前記第１キャビティの底面とを繋ぐ一対の側面を有し、
当該一対の側面のうちでシリンダ内に生成されるスワール流の流れ方向に対して下流側に配置される下流側側面は、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記スワール流の流れ方向に対して上流側に配置される部位ほど前記突起部の先端部側に近くなるように配置される傾斜面であり、
前記窪み部は、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記下流側側面に連続する面であって前記スワール流の流れ方向における下流側へ延びる連続面を有するとともに、前記第１キャビティの側面に対する窪み量が前記ピストンの頂面の幅よりも小さく、かつ、前記第１キャビティの側面から遠ざかるほど幅狭となる形状を有する
ことを特徴とする直接噴射式ディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記連続面は、前記下流側側面を延伸させた面である
請求項１に記載の直接噴射式ディーゼルエンジン。
【請求項３】
前記ピストンの頂面が平坦面であり、
前記突起部は、前記シリンダヘッドに対向する対向面を前記ピストンの頂面と同一平面上、あるいは前記ピストンの頂面よりも前記第１キャビティの底面側に有する
請求項１または２に記載の直接噴射式ディーゼルエンジン。
【請求項４】
前記突起部は、前記第２キャビティの開口縁よりも前記第１キャビティの側面側に先端部を有する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の直接噴射式ディーゼルエンジン。
【請求項５】
前記突起部が、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記第２キャビティの中心より放射状に延びる仮想線上に基端部と先端部とを有する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の直接噴射式ディーゼルエンジン。
【請求項６】
前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記仮想線上に燃料が噴射される
請求項５に記載の直接噴射式ディーゼルエンジン。
【請求項７】
シリンダヘッドに対向する頂面に開口を有する第１キャビティと前記第１キャビティの底面に開口を有する第２キャビティとによってキャビティが構成される直接噴射式ディーゼルエンジン用ピストンであって、
前記第１キャビティの底面と該第１キャビティの側面とのなす隅部に一体的に形成され、且つ、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記第１キャビティの側面から延びる先細り状の突起部と、
前記第１キャビティの側面に、前記ピストンの頂面に対して開放された窪み部とを有し、
前記突起部は、前記シリンダヘッドに対向する対向面と前記第１キャビティの底面とを繋ぐ一対の側面を有し、
当該一対の側面のうちでシリンダ内に生成されるスワール流の流れ方向に対して下流側に配置される下流側側面は、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記スワール流の流れ方向に対して上流側に配置される部位ほど前記突起部の先端部側に近くなるように配置される傾斜面であり、
前記窪み部は、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記下流側側面に連続する面であって前記スワール流の流れ方向における下流側へ延びる連続面を有するとともに、前記第１キャビティの側面に対する窪み量が前記ピストンの頂面の幅よりも小さく、かつ、前記第１キャビティの側面から遠ざかるほど幅狭となる形状を有する
ことを特徴とする直接噴射式ディーゼルエンジン用ピストン。
【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エンジン、及び該直接噴射式ディーゼルエンジンに適用されるピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ディーゼルエンジンでは、排気ガスの一部を吸気側に還流させることによって、排気ガスに含まれるＮＯｘを低減する排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｃａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が行なわれている。こうした排気再循環では、シリンダ内の吸気に占める排気ガスの割合であるＥＧＲ率が高くなるに従ってＮＯｘを低減させることが可能である。
【０００３】
一方、上記ＥＧＲ率を高めるべく排気ガスの還流量を増やすと、吸気に占める空気の量が低減されるため、燃料の不完全燃焼によって粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）等を含んだ黒煙が発生しやすくなる。また、シリンダ内における吸気の圧力が高められることで圧縮行程におけるポンピングロスが大きくなり、その大きくなったポンピングロスの分だけ燃費が悪化する虞もある。
【０００４】
そのため、黒煙の発生及びポンピングロスを抑えつつＥＧＲ率を高めるうえでは、排気ガスの還流量を増やしたとしても黒煙の発生が抑えられるように、シリンダに吸入された空気の利用効率を高めること、すなわちシリンダ内の空気を隈無く利用することが求められる。
【０００５】
こうした要求を満足すべく、特許文献１には、次のようなディーゼルエンジンが開示されている。図１８は、特許文献１に開示されているディーゼルエンジンの構成を説明するための図であって、ピストン周辺におけるディーゼルエンジンの断面構造を示した断面図である。
【０００６】
図１８に示されるように、特許文献１に開示されたディーゼルエンジンは、直接噴射式ディーゼルエンジンであって、シリンダブロック５１とシリンダヘッド５２とによって形成されるシリンダ５３にピストン５５が収容されている。ピストン５５には、ピストン５５の頂面５８に円状の開口を有する第１キャビティ５６と、第１キャビティ５６の底面５７に円状の開口を有する第２キャビティ６０とによって構成される多段状のキャビティが形成されている。第１キャビティ５６の開口縁と第２キャビティ６０の開口縁は、ピストン５５の頂面５８に対向する平面視にて、ピストン５５の外周縁に対して同心円状に形成されている。
【０００７】
第１キャビティ５６は、ピストン５５の頂面５８に略平行な底面５７が、その外周端からピストン５５の頂面５８に向かって緩やかな曲面を描くように上昇して形成されている。第２キャビティ６０は、第１キャビティ５６の底面５７における開口縁であるリップ部６１と、リップ部６１から緩やかなＳ字カーブを描くように下降して前記リップ部６１よりも外側へ張り出す壁面部６２と、壁面部６２の下端から中央に向かって隆起する円錐状のセンターコーン６３とによって形成されている。そして、ピストン５５が圧縮上死点に到達する前後の期間において、燃料噴射弁６５に形成された複数の噴射口からリップ部６１に向けて放射状に燃料が噴射される。
【０００８】
低速運転時においては、燃料噴射弁６５から噴射された燃料は、リップ部６１に衝突することによって、第１キャビティ５６に向かう流れと第２キャビティ６０に向かう流れとに分配される。そして、第１キャビティ５６に分配された燃料の一部は、シリンダヘッド５２の下面５２ａとピストン５５の頂面５８との間の空間であるスキッシュエリア６７に流入する。すなわち、特許文献１に開示されたディーゼルエンジンにおいては、上述した第１キャビティ５６と第２キャビティ６０とによってキャビティが構成され、且つ第２キャビティ６０の開口縁であるリップ部６１に向けて燃料が噴射されることによって、キャビティ内とスキッシュエリア６７に対して燃料が分配される。すなわち、スキッシュエリア６７における空気の利用効率を高めることで、シリンダ５３内における空気の利用効率を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２１１６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一方、本発明者は、特許文献１に開示されたディーゼルエンジンについて鋭意研究する過程において、試験運転後のピストン５５についての調査を行なった。図１９は、特許文献１に開示されたディーゼルエンジンの一層の性能向上に向けた試験運転後におけるピストン頂部の様子を模式的に示した図である。なお、図１９では、シリンダ５３内に生成されるスワール流の流れ方向を矢印６８で示しているとともに、ピストン５５の頂面５８に対向する平面視における燃料の噴射方向である噴射口の軸線方向を仮想線６９で示している。
【００１１】
図１９に示されるように、本発明者が試験運転後のピストン５５を調査したところ、ピストン５５の頂面５８のうち、第１キャビティ５６の開口縁に近い部分であって燃料の噴射方向を示す仮想線６９の各々に対応する部分に煤７０が付着していることが認められた。このことから、スキッシュエリア６７には、シリンダ５３内にスワール流が生成されている場合であっても、燃料の噴射方向に対応するように、当量比が１を超えるような燃料濃度の高い領域が局所的に形成されているものと考えられる。
【００１２】
すなわち、特許文献１に開示されたディーゼルエンジンは、シリンダ内の空気の利用効率が高められることでポンピングロスを抑えつつ高いＥＧＲ率を得ることが可能であるものの、一層の黒煙低減を期待できた。
【００１３】
本開示の技術は、シリンダ内の空気を効率よく利用することが可能な直接噴射式ディーゼルエンジン及び直接噴射式ディーゼルエンジン用ピストン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】
【００１４】
本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つは、シリンダヘッドに対向する頂面に開口を有する第１キャビティと前記第１キャビティの底面に開口を有する第２キャビティとによってキャビティが構成されたピストンを備える直接噴射式ディーゼルエンジンであって、前記ピストンが、前記第１キャビティの底面と該第１キャビティの側面とのなす隅部に一体的に形成され、且つ、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記第１キャビティの側面から延びる先細り状の突起部と、前記第１キャビティの側面に、前記ピストンの頂面に対して開放された窪み部とを有し、前記突起部は、前記シリンダヘッドに対向する対向面と前記第１キャビティの底面とを繋ぐ一対の側面を有し、当該一対の側面のうちでシリンダ内に生成されるスワール流の流れ方向に対して下流側に配置される下流側側面は、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記スワール流の流れ方向に対して上流側に配置される部位ほど前記突起部の先端部側に近くなるように配置される傾斜面であり、前記窪み部は、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記下流側側面に連続する面であって前記スワール流の流れ方向における下流側へ延びる連続面を有するとともに、前記第１キャビティの側面に対する窪み量が前記ピストンの頂面の幅よりも小さく、かつ、前記第１キャビティの側面から遠ざかるほど幅狭となる形状を有する。
【００１５】
本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つによれば、第２キャビティの開口縁に向けて噴射された燃料は、該開口縁に衝突することによって、第２キャビティに向かう流れと第１キャビティに向かう流れとに分配される。そして、第１キャビティに分配された燃料の一部は、上記突起部の先端部に衝突することによって当該突起部を挟むような流れにさらに分配される。そのため、上記突起部が形成されることによって、スキッシュエリアのうち、燃料の噴射方向に対応する領域であって燃料濃度の高かった領域に分配される燃料が低減され、その低減された分の燃料が当該領域の周辺領域であって燃料濃度の低かった領域に分配されることになる。その結果、上記突起部が形成されていない場合に比べて、スキッシュエリアにおいて燃料が分散されやすくなることから、該スキッシュエリアにおける空気を効率よく利用することが可能である。それゆえに、シリンダ内の空気を効率よく利用することが可能である。なお、突起部は、燃料が噴射される噴射口の各々に対応して設けられていることが好ましく、また、直接噴射式ディーゼルエンジンの仕様、例えばシリンダ内の吸気の流れ、燃料の噴射圧や噴射態様等に応じた位置に形成されることが好ましい。
また、直接噴射式ディーゼルエンジンでは、通常、燃料と空気との混合を促進させるため、シリンダ内にスワール流が生成される。本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つによれば、燃料噴射弁から噴射された燃料の一部がスワール流によって流されたとしても、第１キャビティに分配された燃料の大部分が突起部の傾斜面に衝突することになる。そして、突起部の傾斜面に衝突した燃料は、スワール流の流れ方向に逆らうことなく傾斜面に案内される。その結果、一対の側面のうちでスワール流の下流側に配置される側面が上記仮想線に沿う面である場合に比べて、スキッシュエリアの周方向において燃料が分散されやすくなる。
また、本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つによれば、窪み部は、ピストンの頂面に対して開放されているとともに、突起部の側面に連続する面であってスワール流の流れ方向に対して下流側に延びる連続面を有している。そのため、突起部に衝突した燃料の一部は、該突起部の側面に案内されたのち、続けて窪み部に進入する。そして、窪み部に進入した燃料の一部は、ピストンの頂面における窪み部の開口からスキッシュエリアに分配される。
すなわち、スキッシュエリアの一部には、窪み部が形成されていない場合に比べて、ピストンの外周端に近い位置から燃料が分配される。その結果、スキッシュエリアにおける外側の領域に対して燃料が分配されやすくなることから、スキッシュエリアにおける空気の利用効率を高めることが可能である。
【００１６】
本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つは、前記ピストンの頂面が平坦面であり、前記突起部は、前記シリンダヘッドに対向する対向面を前記ピストンの頂面と同一平面上、あるいは前記ピストンの頂面よりも前記第１キャビティの底面側に有する。
【００１７】
ピストンの頂面から突起部がはみ出している場合、該はみ出している部分が障害となることで、スキッシュエリアのうちで燃料濃度の高かった領域に対して分配される燃料が過度に低減される虞がある。上述した本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つによれば、突起部は、シリンダヘッドに対向する対向面をピストンの頂面と同一平面上、あるいはピストンの頂面よりも第１キャビティの底面側に有している。すなわち、ピストンの頂面から突起部がはみ出していない。その結果、ピストンの頂面から突起部がはみ出している場合に比べて、上記燃料濃度の高かった領域に分配される燃料が過度に低減されることを抑えることが可能である。
【００１８】
本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つは、前記突起部は、前記第２キャビティの開口縁よりも前記第１キャビティの側面側に先端部を有する。
第２キャビティの開口縁まで突起部が延びている場合、該開口縁のうちで突起部の先端部周辺に衝突した燃料は、前記第１キャビティを有さない場合と同様に、突起部の先端部が障害となってスキッシュエリアに分配されにくくなる。この点、上述した本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つによれば、突起部は、第２キャビティの開口縁よりも第１キャビティの側面側に先端部を有している。そのため、前記第２キャビティの開口縁まで突起部が延びている場合に比べて、第２キャビティの開口縁に衝突した燃料がスキッシュエリアに分配されやすくなる。その結果、突起部が形成されていない場合に比べて、スキッシュエリアに対する燃料分配量が低下することを抑えることが可能である。
【００２１】
本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つは、前記突起部が、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記第２キャビティの中心より放射状に延びる仮想線上に基端部と先端部とを有する。
【００２２】
直接噴射式ディーゼルエンジンでは、通常、燃料と空気との混合を促進させるため、シリンダ内にスワール流が生成される。このため、キャビティ内の燃料はスワール流により周方向に流されるとともに、遠心力が働く。又、キャビティの中心は、通常、シリンダの中心と一致させる。このため、本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つによれば、キャビティに噴射された燃料には、前記第２キャビティの中心より放射状に遠心力が働くことから、第２キャビティの開口縁に衝突することによって、第２キャビティに向かう流れと第１キャビティに向かう流れとに分配される。そして、第１キャビティに分配された燃料の一部は、上記突起部の先端部に衝突することによって当該突起部を挟むような流れにさらに分配される。そのため、上記突起部が形成されることによって、スキッシュエリアのうち、燃料の噴射方向に対応する領域であって燃料濃度の高かった領域に分配される燃料が低減されること、その低減された分の燃料が当該領域の周辺領域であって燃料濃度の低かった領域に分配されること、これらが可能になる。その結果、上記突起部が形成されていない場合に比べて、スキッシュエリアにおいて燃料が分散されやすくなることから、該スキッシュエリアにおける空気を効率よく利用することが可能である。それゆえに、シリンダ内の空気を効率よく利用することが可能である。
【００２６】
本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つは、前記連続面は、前記下流側側面を延伸させた面である。
【００２７】
本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つによれば、上記側面に案内された燃料を窪み部に対して円滑に進入させることが可能である。
本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つは、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記仮想線上に燃料が噴射される直接噴射式ディーゼルエンジンである。
【００２８】
直接噴射式ディーゼルエンジンでは、通常、キャビティの中心から放射状に燃料が噴射される。このため、本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンの態様の一つによれば、キャビティに噴射された燃料には、燃料噴射装置が噴射圧力を加えることにより燃焼室中心から放射状に進むように力が働くことから、第２キャビティの開口縁に衝突することによって、第２キャビティに向かう流れと第１キャビティに向かう流れとに分配される。そして、第１キャビティに分配された燃料の一部は、上記突起部の先端部に衝突することによって当該突起部を挟むような流れにさらに分配される。そのため、上記突起部が形成されることによって、スキッシュエリアのうち、燃料の噴射方向に対応する領域であって燃料濃度の高かった領域に分配される燃料が低減され、その低減された分の燃料が当該領域の周辺領域であって燃料濃度の低かった領域に分配されることになる。その結果、上記突起部が形成されていない場合に比べて、スキッシュエリアにおいて燃料が分散されやすくなることから、該スキッシュエリアにおける空気を効率よく利用することが可能である。それゆえに、シリンダ内の空気を効率よく利用することが可能である。
【００２９】
本開示における直接噴射式ディーゼルエンジン用ピストンの態様の一つは、シリンダヘッドに対向する頂面に開口を有する第１キャビティと前記第１キャビティの底面に開口を有する第２キャビティとによってキャビティが構成される直接噴射式ディーゼルエンジン用ピストンであって、前記第１キャビティの底面と該第１キャビティの側面とのなす隅部に一体的に形成され、且つ、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記第１キャビティの側面から延びる先細り状の突起部と、前記第１キャビティの側面に、前記ピストンの頂面に対して開放された窪み部とを有し、前記突起部は、前記シリンダヘッドに対向する対向面と前記第１キャビティの底面とを繋ぐ一対の側面を有し、当該一対の側面のうちでシリンダ内に生成されるスワール流の流れ方向に対して下流側に配置される下流側側面は、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記スワール流の流れ方向に対して上流側に配置される部位ほど前記突起部の先端部側に近くなるように配置される傾斜面であり、前記窪み部は、前記ピストンの頂面に対向する平面視にて、前記下流側側面に連続する面であって前記スワール流の流れ方向における下流側へ延びる連続面を有するとともに、前記第１キャビティの側面に対する窪み量が前記ピストンの頂面の幅よりも小さく、かつ、前記第１キャビティの側面から遠ざかるほど幅狭となる形状を有する。
【００３０】
本開示における直接噴射式ディーゼルエンジン用ピストンの態様の一つによれば、第２キャビティの開口縁に向けて噴射された燃料は、該開口縁に衝突することによって、第２キャビティに向かう流れと第１キャビティに向かう流れとに分配される。そして、第１キャビティに分配された燃料の一部は、上記突起部の先端部に衝突することによって、ピストンの頂面に対向する平面視にて、当該突起部を挟むような流れにさらに分配される。そのため、上記突起部が形成されることによって、スキッシュエリアのうち、燃料の噴射方向に対応する領域であって燃料濃度の高かった領域に分配される燃料が低減され、その低減された分の燃料が当該領域の周辺領域であって燃料濃度の低かった領域に分配されることになる。その結果、上記突起部が形成されていない場合に比べて、スキッシュエリアにおいて燃料が分散されやすくなることから、該スキッシュエリアにおける空気を効率よく利用することが可能である。それゆえに、シリンダ内の空気を効率よく利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンに適用されるピストンを具体化した第１実施形態の斜視断面図であって、突起部が形成された部分を拡大して示した図。
【図２】第１実施形態におけるピストンの頂面の平面構造を示す平面図。
【図３】第１実施形態におけるピストンの頂面の平面構造を示す平面図であって、突起部の形状を説明するための図。
【図４】第１実施形態における突起部の形状を説明するための図であって、図３の１ａ−１ａ線における断面図に対して図３の１ｂ−１ｂ線における輪郭を重ねて示した図。
【図５】第１実施形態における突起部付近での燃料の流れを説明するための図。
【図６】第１実施形態において、突起部の突出量Ｗ１について行なったシミュレーションの結果の一例を示すグラフ。
【図７】第１実施形態において、突起部の角度θ２について行なったシミュレーションの結果の一例を示すグラフ。
【図８】第１実施形態において、突起部の角度θ１について行なったシミュレーションの結果の一例を示すグラフ。
【図９】本開示における直接噴射式ディーゼルエンジンに適用されるピストンの第２実施形態の斜視断面図であって、突起部が形成された部分を拡大して示した図。
【図１０】第２実施形態におけるピストンの頂面の平面構造を示す平面図であって、窪み部の形状を説明するための図。
【図１１】第２実施形態におけるピストンの形状を説明するための図であって、図９の２ａ−２ａ線における断面図に対して図３の２ｂ−２ｂ線における輪郭を重ねて示した図。
【図１２】第２実施形態における突起部付近での燃料の流れを説明するための図。
【図１３】第２実施形態における窪み部付近での燃料の流れを説明するための図。
【図１４】第２実施形態において、突起部の角度θ２について行なったシミュレーションの結果の一例を示すグラフ。
【図１５】第２実施形態において、突起部の角度θ１について行なったシミュレーションの結果の一例を示すグラフ。
【図１６】第２実施形態において、窪み部の角度θ３について行なったシミュレーションの結果の一例を示すグラフ。
【図１７】第２実施形態において、窪み部の窪み量Ｗ２について行なったシミュレーションの結果の一例を示すグラフ。
【図１８】特許文献１に開示されたディーゼルエンジンの構成を説明するための図。
【図１９】特許文献１に開示されたディーゼルエンジンの試験運転後におけるピストン頂部の様子を模式的に示した図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（第１実施形態）
以下、本開示の技術における直接噴射式ディーゼルエンジン（以下、単にディーゼルエンジンという。）及び該直接噴射式ディーゼルエンジンに適用されるピストンを具体化した第１実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。
【００３３】
図１に示されるように、第１実施形態において、ディーゼルエンジンのピストン１０は、図１８で説明したピストン５５と基本的な構造が同じである。すなわち、ピストン１０に形成されたキャビティは、平坦面であるピストン１０の頂面１１に開口を有する第１キャビティ１２と、第１キャビティ１２の底面１３に開口を有する第２キャビティ１５とによって構成される。第１キャビティ１２は、ピストン１０の頂面１１に略平行な底面１３と、該底面１３の外周端からピストン１０の頂面１１に向かって延びる側面１４とを有している。底面１３と側面１４との連結部分は、側面１４に近づくほど頂面１１に向かって緩やかに上昇する曲面状に形成されている。第２キャビティ１５は、第１キャビティ１２の底面１３における開口縁に先端部を有するリップ部１６と、リップ部１６から緩やかなＳ字カーブを描くように下降して前記リップ部１６よりも外側へ張り出す壁面部１７と、壁面部１７の下端から中央に向かって隆起する円錐状のセンターコーン１８とによって形成されている。側面１４による第１キャビティ１２の開口縁と第２キャビティ１５の開口縁は、ピストン１０の頂面１１に対向する平面視にて、ピストン１０の外周縁に対して同心円状に形成されている。そして、ピストン１０が圧縮上死点に到達する前後の期間において、燃料噴射弁からリップ部１６の先端部に向けて放射状に燃料が噴射される。
【００３４】
上記ピストン１０には、第１キャビティ１２の底面１３と該第１キャビティ１２の側面１４とがなす隅部に突起部２０が一体的に形成されている。突起部２０は、第１キャビティ１２の側面１４からリップ部１６の先端部に向けて延びている。突起部２０は、リップ部１６の先端部よりも第１キャビティ１２の側面１４側に先端部２１を有する先細り形状に形成されている。突起部２０は、シリンダヘッドに対向する面である対向面２２がピストン１０の頂面１１と同一平面上に配置されている。第１キャビティ１２の底面１３と突起部２０との連結部分は、突起部２０に近づくほど該突起部２０の対向面２２に向かって緩やかに上昇する曲面状に形成されている。第１キャビティ１２の側面１４と突起部２０との連結部分は、突起部２０に近づくほど該突起部２０の先端部２１に近づく緩やかな曲面状に形成されている。
【００３５】
突起部２０は、該突起部２０の対向面２２と第１キャビティ１２の底面１３とを繋ぐ一対の側面を有している。この一対の側面は、シリンダ内に生成されるスワール流の流れ方向２３を基準として、上流側に配置される上流側側面２４と下流側に配置される下流側側面２５とによって構成されている。上流側側面２４は、先端部２１側の部位ほどスワール流の下流側に配置されており、下流側側面２５は、先端部２１側の部位ほどスワール流の上流側に配置されている。上流側側面２４と下流側側面２５は、突起部２０の先端部２１に形成される、リップ部１６の先端部に向けて張り出す曲面を介して連結されている。上流側側面２４と対向面２２との連結部分は、該上流側側面２４に近づくほど第１キャビティ１２の底面１３に向かって下降する緩やかな曲面状に形成されている。同様に、下流側側面２５と対向面２２との連結部分は、該下流側側面２５に近づくほど第１キャビティ１２の底面１３に向かって下降する緩やかな曲面状に形成されている。なお、突起部２０の基端部は、第１キャビティ１２の側面１４に対する上流側側面２４の連結部分と第１キャビティ１２の側面１４に対する下流側側面２５の連結部分とを第１キャビティ１２の側面１４に沿うように結ぶ部位である。
【００３６】
突起部２０は、図２に示されるように、ピストン１０の頂面１１に対向する平面視にて、燃料の噴射方向であって燃料噴射弁に形成された噴射口の軸線方向を示す仮想線２９とリップ部１６の先端部とが交わる部位に向けて、第１キャビティ１２の側面１４から延びている。突起部２０は、仮想線２９の各々、すなわち燃料が噴射される噴射口の各々に対応するように設けられており、各仮想線２９上に基端部と先端部２１とを有している。
【００３７】
すなわち、突起部２０は、図３に示されるように、ピストン１０の頂面１１に対向する平面視にて、仮想線２９に対して角度θ１だけ傾斜する傾斜面となるように上流側側面２４が形成され、仮想線２９に対して角度θ２だけ傾斜する傾斜面となるように下流側側面２５が形成されている。また、突起部２０は、図４に示されるように、第１キャビティ１２の底面１３から該突起部２０の対向面２２までの高さｈが、第１キャビティ１２の底面１３からピストン１０の頂面１１までの高さＨと同じ高さに形成されている。また、突起部２０は、第１キャビティ１２の側面１４からの突出量Ｗ１が、リップ部１６の突出量Ｌ１よりも小さくなるように形成されている。なお、これら突出量Ｗ１及び角度θ１，θ２は、突起部２０の上流側側面２４と該突起部２０に隣接する突起部２０の下流側側面２５とが互いに干渉しない値に設定される。
【００３８】
次に、上述したピストン１０、及び該ピストン１０が適用されたディーゼルエンジンの作用について図５を参照しながら説明する。
図５に示されるように、リップ部１６の先端部に向けて噴射された燃料の一部は、リップ部１６の先端部に衝突したのち、第１キャビティ１２に向けた流れと第２キャビティ１５に向けた流れとに分配される。第１キャビティ１２に分配された燃料の一部は、続いて突起部２０の先端部２１に衝突する。突起部２０の先端部２１に衝突した燃料の一部は、さらに、突起部２０の上流側側面２４に案内される流れと突起部２０の下流側側面２５に案内される流れとに分配される。
【００３９】
すなわち、スキッシュエリアに分配される燃料の一部は、突起部２０の先端部２１で該突起部２０を挟むように分配された燃料となる。そのため、突起部２０が形成されていないときに燃料濃度の高かった領域に対する燃料分配量が低減され、その低減された燃料の一部が、突起部２０が形成されていないときに燃料濃度の低かった領域に分配されることになる。すなわち、突起部２０が形成されていない場合に比べてスキッシュエリアにおいて燃料が分散されることから、スキッシュエリアにおける空気を効率よく利用することが可能である。
【００４０】
ここで、突起部２０の対向面２２がピストン１０の頂面１１よりも高い位置に配置されているとなれば、該頂面１１からはみ出した部分が障害となって、燃料濃度の高かった領域に対する燃料分配量が過度に低減されてしまう虞がある。この点、上記突起部２０は、ピストン１０の頂面１１と同一平面上に対向面２２を有している。そのため、こうした突起部２０がピストン１０の頂面１１からはみ出している場合に比べて、燃料濃度の高かった領域に対する燃料分配量が過度に低減されることを抑えることが可能である。しかも、例えば既存のピストンが上記突起部２０を有するピストン１０に交換されたとしても、ピストン１０とシリンダヘッドとのクリアランスを確実に確保することもできる。
【００４１】
また、突起部２０がリップ部１６の先端部まで延びている場合、リップ部１６のうちで突起部２０の先端部２１近傍に衝突した燃料は、該突起部２０の先端部２１が障害となることで第１キャビティ１２に向かって流れにくくなる。この点、上記突起部２０は、リップ部１６の先端部よりも第１キャビティ１２の側面１４側に先端部２１を有している。そのため、リップ部１６の先端部に衝突した燃料が第１キャビティ１２に向けた流れを生成するうえで突起部２０が障害になりにくくなる。その結果、突起部２０を設ける場合でも、スキッシュエリアに対する燃料分配量を突起部２０を設けない場合と同様に得ることが可能である。
【００４２】
また、突起部２０の下流側側面２５は、ピストン１０の頂面１１に対向する平面視にて、仮想線２９に対して角度θ２だけ傾斜している。そのため、燃料の一部がスワール流の影響を受けて該スワール流の下流側へ流されたとしても、第１キャビティ１２に分配された燃料の大部分を突起部２０の下流側側面２５に衝突させることが可能になる。その結果、例えば突起部２０の下流側側面２５が仮想線２９に沿う面である場合に比べて、第１キャビティ１２に分配された燃料のうちで、突起部２０に衝突する燃料が多くなる。そして、突起部２０に衝突した燃料は、スワール流の流れ方向に逆らうことなく下流側側面２５に案内されることから、スキッシュエリアの周方向において燃料が分散されやすくなる。
【００４３】
次に、上述した突起部２０の突出量Ｗ１、下流側側面２５の角度θ２、上流側側面２４の角度θ１について行なった各種シミュレーションの結果の一例について図６〜図８を参照して説明する。
【００４４】
まず、突起部２０の突出量Ｗ１について行なったシミュレーションの結果の一例について図６を参照して説明する。本シミュレーションにおいて、本発明者は、以下の条件の下で突起部２０の突出量Ｗ１を変化させ、スキッシュエリアに対する燃料分配量Ｑについて解析した。その解析結果を図６に示す。なお、図６において、横軸は、リップ部１６の突出量Ｌ１に対する突起部２０の突出量Ｗ１の比率を示している。
【００４５】
・機関回転速度：１０００ｒｐｍ
・エンジン負荷：１００％
・突起部２０の高さｈ：高さＨ
・上流側側面２４の角度θ１：４５°
・下流側側面２５の角度θ２：６０°
その結果、図６に示されるように、突起部２０の突出量Ｗ１が「０×Ｌ１＜Ｗ１≦０．８×Ｌ１」の範囲では、スキッシュエリアに対する燃料分配量Ｑが突起部２０を設けない場合と略同等かそれ以上になることが確認された。一方、突起部２０の突出量Ｗ１が「０．８×Ｌ１＜Ｗ１≦Ｌ１」の範囲では、突出量Ｗ１が大きくなるにつれてスキッシュエリアに対する燃料分配量Ｑが減少することが確認された。すなわち、突起部２０の先端部２１をリップ部１６の先端部よりも第１キャビティ１２の側面１４側に配置することによって、「０．８×Ｌ１＜Ｗ１≦Ｌ１」の範囲では、スキッシュエリアに対する燃料分配量Ｑが減少するものの、突出量Ｗ１が少ないほど燃料分配量Ｑの減少が抑制されることが確認された。そして、互いに隣接する突起部２０の上流側側面２４と下流側側面２５とが干渉しない範囲で、上記条件を適宜変更して行なったシミュレーションにおいても同じような傾向の結果が得られた。すなわち、突起部２０の突出量Ｗ１は、「０×Ｌ１＜Ｗ１≦０．８×Ｌ１」の範囲であることが好ましいものと考えられる。
【００４６】
次に、突起部２０における下流側側面２５の角度θ２について行なったシミュレーションの結果の一例について図７を参照して説明する。本シミュレーションにおいて、本発明者は、以下の条件の下で下流側側面２５の角度θ２を変化させ、スキッシュエリアにおける当量比分布について解析した。そして、本発明者は、下記に示す煤の生成速度式に着目し、煤の生成速度が当量比の４乗で表現することが可能であることから、（Φ−Φ∞）＾４の分布を求め、その分布の重心にあたる値を評価値Ｅとして角度θ２の範囲を検討した。この評価値Ｅは、その値が高いほどスキッシュエリアに燃料濃度の高い領域が形成されており、黒煙が発生しやすいことを示している。今回、評価値Ｅの基準となる値をＥ０とする。
【００４７】
【数１】
0005953067.tif 000002
なお、Ａは係数、Ｐは燃焼室内の圧力（雰囲気圧力）、Φは当量比、Φ∞はすす生成臨界当量比、Ｋは係数、ｔは時間を表している。
【００４８】
・機関回転速度：１０００ｒｐｍ
・エンジン負荷：１００％
・突起部２０の高さｈ：高さＨ
・突起部２０の突出量Ｗ１：０．５×Ｌ１
・上流側側面２４の角度θ１：４５°
図７に示されるように、下流側側面２５の角度θ２が「４０°≦θ２≦７５°」の範囲では評価値Ｅが基準となる値Ｅ０より小さく、「０≦θ２＜４０°」及び「７５°＜θ２」の範囲では評価値Ｅが基準となる値Ｅ０より大きくなることが確認された。
【００４９】
これは、下流側側面２５の角度θ２が小さくなると、下流側側面２５に案内された燃料がスキッシュエリアの周方向に対する分散を図ることができないためと考えられる。また、下流側側面２５の角度θ２が大きくなると、第１キャビティ１２に分配された燃料が、下流側側面２５によって塞き止められやすくなり、下流側側面２５に案内されることなくスキッシュエリアに分配されるためと考えられる。
【００５０】
そして、互いに隣接する突起部２０の上流側側面２４と下流側側面２５とが干渉しない範囲で上記条件を変更したうえで行なったシミュレーションにおいても同じような傾向の結果が得られた。すなわち、下流側側面２５の角度θ２は、「４０°≦θ２≦７５°」の範囲であることが好ましいものと考えられる。
【００５１】
次に、突起部２０における上流側側面２４の角度θ１について行なったシミュレーションの結果の一例について図８を参照して説明する。本シミュレーションにおいて、本発明者は、以下の条件の下で上流側側面２４の角度θ１を変化させ、スキッシュエリアにおける当量比分布について解析し、上述した評価値Ｅに基づいて角度θ１の範囲を検討した。
【００５２】
・ディーゼルエンジンの機関回転速度：１０００ｒｐｍ
・エンジン負荷：１００％
・突起部２０の高さｈ：高さＨ
・突起部２０の突出量Ｗ１：０．５×Ｌ１
・下流側側面２５の角度θ２：６０°
図８に示されるように、上流側側面２４の角度θ１が「０≦θ１≦５５°」の範囲では評価値Ｅが基準となる値Ｅ０より小さく、「５５°＜θ１」の範囲では評価値Ｅが基準となる値Ｅ０より大きくなることが確認された。これは、上流側側面２４の角度θ１が「５５°＜θ１」の範囲では、第１キャビティ１２に分配された燃料が、上流側側面２４によって塞き止められやすくなるため、上流側側面２４に案内されることなくスキッシュエリアに分配されるためと考えられる。
【００５３】
そして、互いに隣接する突起部２０の上流側側面２４と下流側側面２５とが干渉しない範囲で、上記条件を変更して行なったシミュレーションにおいても同じような傾向の結果が得られた。すなわち、上流側側面２４の角度θ１は、「０≦θ１≦５５°」であることが好ましいものと考えられる。
【００５４】
以上説明したように、第１実施形態におけるディーゼルエンジン及びピストン１０によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）第１キャビティ１２に分配された燃料の一部は、続いて突起部２０に衝突することによって、突起部２０の上流側側面２４に案内される流れと突起部２０の下流側側面２５に案内される流れとにさらに分配される。その結果、突起部２０が形成されていない場合に比べて、スキッシュエリアにおいて燃料が分散されやすくなることから、スキッシュエリアにおける空気を効率よく利用することが可能である。
【００５５】
（２）突起部２０の対向面２２がピストン１０の頂面１１と同一平面上に配置されている。そのため、突起部２０がピストン１０の頂面１１からはみ出している場合に比べて、突起部２０が形成されていないときに燃料濃度の高かった領域に対する燃料分配量が過度に低減されることを抑えることが可能である。
【００５６】
（３）突起部２０は、リップ部１６の先端部よりも第１キャビティ１２の側面１４側に先端部２１を有している。そのため、突起部２０の先端部２１がリップ部１６の先端部まで延びている場合に比べて、スキッシュエリアに対して燃料が分配されやすくなる。
【００５７】
（４）ピストン１０の頂面１１に対向する平面視にて、突起部２０の下流側側面２５は、燃料の噴射方向を示す仮想線２９に対して角度θ２だけ傾斜している。そのため、キャビティに向けて噴射された燃料がスワール流の影響を受けて流されたとしても、下流側側面２５が仮想線２９に沿う面である場合に比べて、リップ部１６に衝突した燃料の大部分を突起部２０に衝突させることが可能であるとともにスキッシュエリアの周方向に対して燃料が分散されやすくなる。
【００５８】
（第２実施形態）
以下、本開示の技術におけるディーゼルエンジン、及び該ディーゼルエンジンに適用されるピストンを具体化した第２実施形態について、図９〜図１７を参照して説明する。
【００５９】
なお、第２実施形態におけるディーゼルエンジンのピストン３０は、第１実施形態のディーゼルエンジンのピストン１０と主要な構成が同じである。そのため、第２実施形態においては、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、第１実施形態と同様の部分については同様の符号を付すことによりその詳細な説明は省略する。
【００６０】
図９に示されるように、第２実施形態のピストン３０において、第１キャビティ１２の側面１４には、スワール流の流れ方向２３を基準にして、突起部２０の下流側にピストン３０の外周縁に向かって窪む窪み部４０が形成されている。窪み部４０は、第１キャビティ１２の底面１３に連なる底面４１を有しているとともに、ピストン３０の頂面１１に対して開放されている。窪み部４０は、底面４１とピストン３０の頂面１１とを繋ぐ面であって、スワール流の流れ方向２３を基準にして、上流側に配置される上流側側面４２と下流側に配置される下流側側面４３とを有している。各側面４２，４３と底面４１との連結部分は、各側面４２，４３に近づくにつれてピストン３０の頂面１１に向かって上昇する緩やかな曲面状に形成されている。また、上流側側面４２とピストン３０の頂面１１との連結部分は、該上流側側面４２に近づくほど窪み部４０の底面４１に向かって下降する緩やかな曲面状に形成されている。同様に、下流側側面４３とピストン３０の頂面１１との連結部分は、該下流側側面４３に近づくほど窪み部４０の底面４１に向かって下降する緩やかな曲面状に形成されている。
【００６１】
図１０に示されるように、ピストン３０の頂面１１に対向する平面視にて、上流側側面４２と下流側側面４３は、リップ部１６の先端部とは反対側に向かって張り出す曲面である接続面４４を介して接続されている。窪み部４０の上流側側面４２は、突起部２０の下流側側面２５に連続する連続面であって、該下流側側面２５を延伸させた面である。すなわち、窪み部４０の上流側側面４２は、突起部２０の下流側側面２５と同様に、仮想線２９に対して角度θ２だけ傾斜する面である。そして、窪み部４０の下流側側面４３は、該窪み部４０の上流側側面４２に対して角度θ３だけ傾斜する面である。
【００６２】
また、図１１に示されるように、窪み部４０は、第１キャビティ１２の側面１４に対して窪み量Ｗ２だけ窪んでいる。また、窪み部４０の底面４１は、接続面４４に近い部位ほどピストン３０の頂面１１側に配置される曲面状に形成されている。なお、突出量Ｗ１、窪み量Ｗ２、角度θ１，θ２，θ３は、突起部２０に連なる窪み部４０の下流側側面４３と該突起部２０に対してスワール流の下流側で隣接する突起部２０の上流側側面２４とが互いに干渉しない値に設定される。
【００６３】
次に、上述したピストン３０、及び該ピストン３０が適用されたディーゼルエンジンの作用について図１２及び図１３を参照しながら説明する。
リップ部１６の先端部に衝突して第１キャビティ１２に分配された燃料の一部は、突起部２０の先端部２１に衝突することによって該突起部２０の下流側側面２５に案内される。
【００６４】
ここで、ピストン３０に突起部２０のみが形成されている場合、突起部２０の下流側側面２５に案内された燃料には、スキッシュエリアに分配されずに第１キャビティ１２内に留まる燃料も存在する。
【００６５】
これに対し、第２実施形態のピストン３０には、突起部２０に加えて窪み部４０が形成されている。突起部２０の下流側側面２５に案内された燃料は、図１２に示されるように、続けて窪み部４０に進入する。窪み部４０に進入した燃料は、該窪み部４０の底面４１及び上流側側面４２に案内される。図１３に示されるように、底面４１に案内される燃料は、ピストン３０の頂面１１における窪み部４０の開口へと向かう流れを生成する。また、窪み部４０の接続面４４及び下流側側面４３に衝突した燃料の一部も、ピストン３０の頂面１１における窪み部４０の開口へと向かう流れを生成する。そして、それらの燃料は、ピストン３０の下降動作にともなって該開口からスキッシュエリアに分配される。
【００６６】
すなわち、ピストン３０のように突起部２０に加えて窪み部４０を形成することによって、突起部２０のみが形成されているときに第１キャビティ１２に留まっていた燃料がスキッシュエリアに分配されやすくなる。しかも、その燃料は、ピストン３０の外周端に近い位置からスキッシュエリアに燃料が分配される。その結果、燃焼に使用されていない空気の比較的多いスキッシュエリアの外側の領域に対して燃料が分配されやすくなることから、スキッシュエリアにおける空気の利用効率を高めることが可能である。
【００６７】
また、窪み部４０の底面４１が、接続面４４に近い部位ほどピストン３０の頂面１１側に配置される曲面状に形成されている。そのため、窪み部４０に進入した燃料が底面４１に案内されることによって、第１キャビティ１２の底面１３と窪み部４０の底面４１とによって平坦面が形成される場合に比べて、窪み部４０の開口に向けた燃料の流れが生成されやすくもなる。
【００６８】
次に、窪み部４０の窪み量Ｗ２、突起部２０における角度θ１，θ２、窪み部４０における角度θ３について行なった各種シミュレーションの結果の一例について図１４〜図１７を参照して説明する。
【００６９】
まず、突起部２０における角度θ２について行なったシミュレーションの結果の一例について図１４を参照して説明する。本シミュレーションにおいて、本発明者は、以下の条件の下で突起部２０の角度θ２を変化させてスキッシュエリアにおける当量比分布について解析し、評価値Ｅに基づいて角度θ２について検討した。
【００７０】
・ディーゼルエンジンの機関回転速度：１０００ｒｐｍ
・エンジン負荷：１００％
・突起部２０の高さｈ：高さＨ
・突起部２０の突出量Ｗ１：０．５×Ｌ１
・突起部２０における角度θ１：４５°
・窪み部４０の窪み量Ｗ２：０．２×Ｌ２
・窪み部４０における角度θ３：９０°
図１４に示されるように、突起部２０の下流側側面２５の角度θ２が「４０°≦θ２≦８０°」の範囲では評価値Ｅが基準となる値Ｅ０より小さく、「０≦θ２＜４０°」及び「８０°＜θ２」の範囲では評価値Ｅが基準となる値Ｅ０より小さくなることが確認された。そして、突起部２０の上流側側面２４と窪み部４０の下流側側面４３とが干渉しない範囲で上記条件を変更して行なったシミュレーションにおいても同じような傾向の結果が得られた。すなわち、突起部２０の下流側側面２５の角度θ２は、「４０°≦θ２≦８０°」の範囲であることが好ましいものと考えられる。
【００７１】
ここで、突起部２０のみが形成された第１実施形態のピストン１０よりも、角度θ２の上限値が高くなっている。これは、第１キャビティ１２に分配された燃料の一部が突起部２０の下流側側面２５で塞き止められてしまうものの、その燃料が該下流側側面２５に案内されて窪み部４０へと進入するためと考えられる。
【００７２】
次に、突起部２０における角度θ１について行なったシミュレーションの結果の一例について図１５を参照して説明する。本シミュレーションにおいて、本発明者は、以下の条件の下で突起部２０の上流側側面２４の角度θ１を変化させてスキッシュエリアにおける当量比分布について解析し、評価値Ｅに基づいて角度θ１の範囲について検討した。
【００７３】
・ディーゼルエンジンの機関回転速度：１０００ｒｐｍ
・エンジン負荷：１００％
・突起部２０の高さｈ：高さＨ
・突起部２０の突出量Ｗ１：０．５×Ｌ１
・突起部２０における角度θ２：６０°
・窪み部４０の窪み量Ｗ２：０．２×Ｌ２
・窪み部４０における角度θ３：９０°
図１５に示されるように、第１実施形態と同様、突起部２０の上流側側面２４の角度θ１が「０≦θ１≦５５°」の範囲では評価値Ｅが基準となる値Ｅ０より小さく、「５５°＜θ１」の範囲では評価値Ｅが基準となる値Ｅ０より大きくなることが確認された。そして、突起部２０の上流側側面２４と窪み部４０の下流側側面４３とが干渉しない範囲で、上記条件を変更して行なったシミュレーションにおいても同じような傾向の結果が得られた。すなわち、上流側側面２４の角度θ１は、「０≦θ１≦５５°」であることが好ましいものと考えられる。
【００７４】
次に、窪み部４０における角度θ３について行なったシミュレーションの結果の一例について図１６を参照して説明する。本シミュレーションにおいて、本発明者は、以下の条件の下で窪み部４０における角度θ３を変化させてスキッシュエリアにおける当量比分布について解析し、評価値Ｅに基づいて角度θ３の範囲について検討した。
【００７５】
・ディーゼルエンジンの機関回転速度：１０００ｒｐｍ
・エンジン負荷：１００％
・突起部２０の高さｈ：高さＨ
・突起部２０の突出量Ｗ１：０．５×Ｌ１
・突起部２０における角度θ１：４５°
・突起部２０における角度θ２：６０°
・窪み部４０の窪み量：０．２×Ｌ２
図１６に示されるように、窪み部４０の角度θ３が「８０°≦θ３」の範囲では評価値Ｅが基準となる値Ｅ０より小さく、「θ３＜８０°」の範囲では評価値Ｅが基準となる値Ｅ０より大きくなることが確認された。これは、θ３＜８０°の範囲では、窪み部４０に案内された燃料が、スキッシュエリアの周方向に対する分配を図ることができないためと考えられる。そして、突起部２０の上流側側面２４と窪み部４０の下流側側面４３とが干渉しない範囲で上記条件を変更して行なったシミュレーションにおいても同じような傾向の結果が得られた。すなわち、窪み部４０の角度θ３は、「８０°≦θ３」の範囲であることが好ましいものと考えられる。
【００７６】
次に、窪み部４０の窪み量Ｗ２について行なったシミュレーションの一例について図１７を参照して説明する。本シミュレーションにおいて、本発明者は、以下の条件の下で窪み部４０の窪み量Ｗ２を変化させてスキッシュエリアにおける当量比分布について解析し、評価値Ｅに基づいて窪み量Ｗ２の範囲について検討した。図１７において、横軸は、ピストン３０の頂面１１の幅Ｌ２に対する窪み部４０の窪み量Ｗ２の比率を示している。
【００７７】
・機関回転速度：１０００ｒｐｍ
・エンジン負荷：１００％
・突起部２０の高さｈ：高さＨ
・突起部２０の突出量Ｗ１：０．５×Ｌ１
・突起部２０における角度θ１：４５°
・突起部２０における角度θ２：６０°
・窪み部４０における角度θ３：９０°
図１７に示されるように、窪み部４０の窪み量Ｗ２が「０×Ｌ２＜Ｗ２≦０．５×Ｌ２」の範囲では評価値Ｅが基準となる値Ｅ０より小さく、「０．５×Ｌ２＜Ｗ２」の範囲では評価値Ｅが基準となる値Ｅ０より大きくなることが確認された。そして、突起部２０の上流側側面２４と窪み部４０の下流側側面４３とが干渉しない範囲で上記条件を変更して行なったシミュレーションにおいても同じような傾向の結果が得られた。すなわち、窪み量Ｗ２は、「０×Ｌ２＜Ｗ２≦０．５×Ｌ２」の範囲であることが好ましいものと考えられる。
【００７８】
以上説明したように、第２実施形態におけるディーゼルエンジン及びピストン３０によれば、第１実施形態に記載した（１）〜（４）の効果に加えて、以下に列挙する効果を得ることができる。
【００７９】
（５）ピストン３０には、突起部２０に加えて窪み部４０が形成されている。そのため、突起部２０のみが形成されていたときに第１キャビティ１２に留まっていた燃料の一部が、ピストン３０の外周端に近い位置からスキッシュエリアに分配されやすくなる。その結果、燃焼に使用されていない空気の比較的多いスキッシュエリアの外側の領域に対して燃料が分配されやすくなることから、スキッシュエリアにおける空気の利用効率を高めることが可能である。
【００８０】
（６）窪み部４０の上流側側面４２が突起部２０の下流側側面２５を延伸させた面であることから、突起部２０の下流側側面２５に案内された燃料は、窪み部４０に円滑に進入することになる。
【００８１】
（７）底面４１は、接続面４４に近い部位ほどピストン３０の頂面１１側に配置される曲面状に形成されている。そのため、例えば第１キャビティ１２の底面１３と同一平面上に底面４１が配置されている場合に比べて、窪み部４０においてピストン３０の頂面１１へ向かう流れが生成されやすくなる。その結果、窪み部４０の開口からスキッシュエリアに分配される燃料において、スキッシュエリアにおける外側へ向けた勢いが維持されやすくなることから、スキッシュエリアにおける外側の領域に対して燃料が分配されやすくなる。
【００８２】
なお、上記第１及び第２実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・第２実施形態において、窪み部４０の上流側側面４２は、突起部２０の下流側側面２５に連続して、且つスワール流の流れ方向２３における下流側へ延びる面であればよく、突起部２０の下流側側面２５を延伸させた面でなくてもよい。すなわち、窪み部４０の上流側側面４２は、突起部２０の下流側側面２５に対して所定の角度だけ屈曲していてもよい。
【００８３】
・第２実施形態において、窪み部４０の底面４１は、第１キャビティ１２の底面１３と同一平面上に配置される面であってもよい。
・第２実施形態において、窪み部４０の底面４１は、第１キャビティ１２の底面１３と、ピストン３０の頂面１１とを繋ぐ面であってもよい。
【００８４】
・第２実施形態において、窪み部４０の上流側側面４２及び下流側側面４３の少なくとも一方は、底面４１に近づくほど窪み部４０が幅狭となるように傾斜している面であってもよい。
【００８５】
・第２実施形態において、突出量Ｗ１、窪み量Ｗ２、角度θ１、角度θ２、角度θ３は、突起部２０に連なる窪み部４０の下流側側面４３と該突起部２０に隣接する突起部２０の上流側側面２４とが互いに干渉しない値に設定されていればよい。そのため、突出量Ｗ１、窪み量Ｗ２、角度θ１、角度θ２、角度θ３は、下流側側面４３と上流側側面２４が連続する面となるような値に設定されていてもよい。
【００８６】
・第１及び第２実施形態において、突起部２０は、ピストン１０，３０の頂面１１に対向する平面視にて、上流側側面２４及び下流側側面２５のいずれか一方が仮想線２９に沿って延びる面であってもよい。
【００８７】
・第１及び第２実施形態において、突起部２０は、第２キャビティの開口縁であるリップ部１６の先端部まで延びていてもよい。
・第１及び第２実施形態において、突起部２０は、ピストン１０，３０の頂面１１を含む平面よりも第１キャビティ１２の底面１３側に対向面２２を有していてもよい。すなわち、突起部２０の高さｈは、第１キャビティ１２の底面１３からピストン１０の頂面までの高さＨに対して０＜ｈ≦Ｈの範囲にあってもよい。
【００８８】
・第１及び第２実施形態において、突起部２０は、ピストン１０，３０の頂面１１を含む平面に対する第１キャビティ１２の底面１３の反対側に対向面２２を有していてもよい。すなわち、突起部２０は、ピストン１０，３０の頂面１１からはみ出していてもよい。
【００８９】
・第１及び第２実施形態において、突起部２０の先端部２１は、第１キャビティ１２の底面１３側の部位がピストン１０，３０の頂面１１側の部位よりもリップ部１６の先端部側に配置されるように傾斜していてもよい。
【００９０】
・第１及び第２実施形態において、突起部２０の上流側側面２４及び下流側側面２５の少なくとも一方は、第１キャビティ１２の底面１３に近づくほど突起部２０が幅広となるように、第１キャビティ１２の底面１３に対して傾斜していてもよい。
【００９１】
・突起部２０は、基端部及び先端部の少なくとも一方が仮想線２９上に配置されていなくてもよい。例えば、第１及び第２実施形態において、突起部２０は、基端部を仮想線２９上に有し、先端部を仮想線２９に対してスワール流の流れ方向２３の上流側に有していてもよい。また、ピストン１０の頂面１１に対向する平面視にて、第１キャビティ１２の側面１４と上流側側面２４とのなす角度が鋭角となるような形状であってもよい。
【００９２】
また例えば、第１実施形態において、突起部２０は、基端部を仮想線２９上に有し、先端部を仮想線２９に対してスワール流の流れ方向２３の下流側に有していてもよい。また、ピストン１０の頂面１１に対向する平面視にて、第１キャビティ１２の側面１４と下流側側面２５とのなす角度が鋭角となるような形状であってもよい。
【００９３】
・第１及び第２実施形態において、突起部２０は、燃料が噴射される噴射口の各々に対応して設けられているが、直接噴射式ディーゼルエンジンの仕様、例えばスワール比や燃料の噴射圧、噴射態様等に応じて、その設置数や配置を適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１０…ピストン、１１…頂面、１２…第１キャビティ、１３…底面、１４…側面、１５…第２キャビティ、１６…リップ部、１７…壁面部、１８…センターコーン、２０…突起部、２１…先端部、２２…対向面、２３…流れ方向、２４…上流側側面、２５…下流側側面、２９…仮想線、３０…ピストン、４０…窪み部、４１…底面、４２…上流側側面、４３…下流側側面、４４…接続面、５１…シリンダブロック、５２…シリンダヘッド、５２ａ…下面、５３…シリンダ、５５…ピストン、５６…第１キャビティ、５７…底面、５８…頂面、６０…第２キャビティ、６１…リップ部、６２…壁面部、６３…センターコーン、６５…燃料噴射弁、６７…スキッシュエリア、６９…仮想線、７０…煤。
【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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【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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