(57)【要約】【課題】  ペントルーフ型ピストンを備えた燃料直噴ディーゼルエンジンにおいて、キャビティの円周方向の全ての方向で燃料および空気を均一に混合できるようにする。【解決手段】  ピストン中心軸Ｌｐ方向に見て該ピストン中心軸Ｌｐと直交する面上で、ピストン１３の頂面の高さが最高位を指向する第１燃料噴射軸Ｌｉ１が、ピストン１３の頂面の高さが低くなる方向で隣接する第２、第３燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ３と成す角度αが、第２、第３燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ３が相互に成す角度βよりも小さく設定されるので、各燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ３に沿って噴射される燃料が分担するキャビティ２５の容積を一定にし、キャビティ２５内における燃料および空気の混合状態を円周方向に均一化してエンジンの出力向上および排気有害物質の低減を図ることができる。しかも、そのためにインジェクタの噴孔の径や噴孔の数を変える必要がないので、インジェクタの加工コストが上昇するのを回避することができる。【選択図】        図５
2008038650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂面の高さが円周方向に変化するピストン（１３）と、前記ピストン（１３）の中央部に凹設されたキャビティ（２５）内に、ピストン中心軸（Ｌｐ）上から円周方向に離間する複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３）に沿って燃料を噴射するフュエルインジェクタ（２３）とを備えた燃料直噴ディーゼルエンジンにおいて、
前記ピストン中心軸（Ｌｐ）の方向から見て、円周方向におけるピストン（１３）の頂面の高さが最低位から最高位に向かう間を指向する燃料噴射軸（Ｌｉ２）が、円周方向のうちピストン（１３）の頂面の高さが低くなる方向で隣接する燃料噴射軸（Ｌｉ３）と成す角度（β）よりも、円周方向のうちピストン（１３）の頂面の高さが高くなる方向で隣接する燃料噴射軸（Ｌｉ１）と成す角度（α）の方が小さい関係を有することを特徴とする燃料直噴ディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記キャビティ（２５）内を、円周方向に沿って容積が等しい前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３）と同数のエリアに区分けし、各エリア毎に前記燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３）が配置されるとともに、各燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３）に沿う燃料噴射量が等しく設定されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料直噴ディーゼルエンジン。
【請求項３】
前記キャビティ（２５）内を、円周方向に沿って容積が等しい前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３）の２倍の数のエリアに区分けし、各燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３）に対して二つのエリアを割り当てるとともに、各燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３）が前記二つのエリアの境界線上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料直噴ディーゼルエンジン。
【請求項４】
シリンダ列線（Ｌｃ）方向に対して略直交する方向に延びる複数の吸気ポート（１９）を有し、これらの吸気ポート（１９）はスロート部が直線状に形成されたストレートポートであることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の燃料直噴ディーゼルエンジン。    
【請求項５】
ｎ番目の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３）を通る前記キャビティ（２５）の断面を燃料噴射断面Ｓｎとし、
前記燃料噴射断面Ｓｎと前記キャビティ（２５）の開口周縁との交点を第１特定点Ａｎとし、
前記第１特定点Ａｎを通りかつ前記燃料噴射断面Ｓｎにおけるシリンダヘッド（１６）の下面と平行な線上には第２特定点Ｂｎが存在し、
前記燃料噴射断面Ｓｎにおける前記キャビティ（２５）の底壁部（２５ｃ）上には第３特定点Ｃｎが存在し、
前記第２特定点Ｂｎは前記第１特定点Ａｎよりもピストン中心軸（Ｌｐ）に近い位置にあり、
前記第３特定点Ｃｎは前記キャビティ（２５）の底壁部（２５ｃ）の最大外径位置よりもピストン中心軸（Ｌｐ）に近い位置にあり、
前記第１，２特定点Ａｎ，Ｂｎを前記燃料噴射断面Ｓｎにおける前記シリンダヘッド（１６）の下面に沿う線で結ぶ経路ＡｎＢｎと、前記第１、第３定点Ａｎ，Ｃｎを前記燃料噴射断面Ｓｎにおける前記キャビティ（２５）の壁面に沿って結ぶ経路ＡｎＣｎと、前記第２、第３特定点Ｂｎ，Ｃｎを最短直線で結ぶ経路ＢｎＣｎとで囲まれる断面形状が、各燃料噴射断面Ｓｎにおいて略等しいことを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の燃料直噴ディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頂面の高さが円周方向に変化するピストンと、前記ピストンの中央部に凹設されたキャビティ内に、ピストン中心軸上から円周方向に離間する複数の燃料噴射軸に沿って燃料を噴射するフュエルインジェクタとを備えた燃料直噴ディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に燃料直噴ディーゼルエンジンのピストンの頂面は平坦に形成されているが、ピストンの頂面をペントルーフ状に突出させた燃料直噴ディーゼルエンジンが、下記特許文献１により公知である。
【０００３】
ペントルーフ型のピストンの頂面に凹設したキャビティ内を、その円周方向に沿って複数のエリアに区分けし、キャビティの中心部上方に配置したフュエルインジェクタの噴射ノズルに前記各エリアに燃料を噴射する複数の噴孔を形成することで、各エリアの容積の大小に応じた量の燃料を噴射して燃料と空気との混合状態をキャビティの円周方向に均一化するものが、下記特許文献１により公知である。
【特許文献１】特開昭６２−２５５５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで上記従来のものは、各エリアの容積の大小に応じた量の燃料を噴射するために、フュエルインジェクタの噴射ノズルの噴孔の径を異ならせたり、一つのエリアに対して上下異なる方向を指向する複数の噴孔を形成したりしている。
【０００５】
噴孔の径を小さくすると排気有害物質が減少し、噴孔の径を大きくすると排気有害物質が増加することが知られているが、フュエルインジェクタの噴射ノズルの噴孔の径を異ならせる場合には、径の大きい噴孔を設ける必要があるために排気有害物質の増加が懸念される。しかも径が種々に異なる噴孔をフュエルインジェクタの噴射ノズルに形成すると、噴射ノズルの加工コストが増加する問題がある。
【０００６】
また噴孔から出た噴霧は広がりながら進行するため、一つのエリアに対して複数の噴孔を上下に配置すると、各噴孔からの噴霧が互いに重なって燃料分布が不均一なる可能性がある。
【０００７】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ペントルーフ型ピストンを備えた燃料直噴ディーゼルエンジンにおいて、キャビティの円周方向の全ての方向で燃料および空気を均一に混合できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、頂面の高さが円周方向に変化するピストンと、前記ピストンの中央部に凹設されたキャビティ内に、ピストン中心軸上から円周方向に離間する複数の燃料噴射軸に沿って燃料を噴射するフュエルインジェクタとを備えた燃料直噴ディーゼルエンジンにおいて、前記ピストン中心軸の方向から見て、円周方向におけるピストンの頂面の高さが最低位から最高位に向かう間を指向する燃料噴射軸が、円周方向のうちピストンの頂面の高さが低くなる方向で隣接する燃料噴射軸と成す角度よりも、円周方向のうちピストンの頂面の高さが高くなる方向で隣接する燃料噴射軸と成す角度の方が小さい関係を有することを特徴とする燃料直噴ディーゼルエンジンが提案される。
【０００９】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記キャビティ内を、円周方向に沿って容積が等しい前記複数の燃料噴射軸と同数のエリアに区分けし、各エリア毎に前記燃料噴射軸が配置されるとともに、各燃料噴射軸に沿う燃料噴射量が等しく設定されることを特徴とする燃料直噴ディーゼルエンジンが提案される。
【００１０】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記キャビティ内を、円周方向に沿って容積が等しい前記複数の燃料噴射軸の２倍の数のエリアに区分けし、各燃料噴射軸に対して二つのエリアを割り当てるとともに、各燃料噴射軸が前記二つのエリアの境界線上に配置されることを特徴とする燃料直噴ディーゼルエンジンが提案される。
【００１１】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、気筒配列方向に対して略直交する方向に延びる複数の吸気ポートを有し、これらの吸気ポートはスロート部が直線状に形成されたストレートポートであることを特徴とする燃料直噴ディーゼルエンジンが提案される。
【００１２】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れかの構成に加えて、ｎ番目の燃料噴射軸を通る前記キャビティの断面を燃料噴射断面Ｓｎとし、前記燃料噴射断面Ｓｎと前記キャビティの開口周縁との交点を第１特定点Ａｎとし、前記第１特定点Ａｎを通りかつ前記燃料噴射断面Ｓｎにおけるシリンダヘッドの下面と平行な線上には第２特定点Ｂｎが存在し、前記燃料噴射断面Ｓｎにおける前記キャビティの底壁部上には第３特定点Ｃｎが存在し、前記第２特定点Ｂｎは前記第１特定点Ａｎよりもピストン中心軸に近い位置にあり、前記第３特定点Ｃｎは前記キャビティの底壁部の最大外径位置よりもピストン中心軸に近い位置にあり、前記第１，２特定点Ａｎ，Ｂｎを前記燃料噴射断面Ｓｎにおける前記シリンダヘッドの下面に沿う線で結ぶ経路ＡｎＢｎと、前記第１、第３定点Ａｎ，Ｃｎを前記燃料噴射断面Ｓｎにおける前記キャビティの壁面に沿って結ぶ経路ＡｎＣｎと、前記第２、第３特定点Ｂｎ，Ｃｎを最短直線で結ぶ経路ＢｎＣｎとで囲まれる断面形状が、各燃料噴射断面Ｓｎにおいて略等しいことを特徴とする燃料直噴ディーゼルエンジンが提案される。
【発明の効果】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１の構成によれば、ピストン中心軸の方向から見て、円周方向におけるピストンの頂面の高さが最低位から最高位に向かう間を指向する燃料噴射軸が、円周方向のうちピストンの頂面の高さが低くなる方向で隣接する燃料噴射軸と成す角度よりも、円周方向のうちピストンの頂面の高さが高くなる方向で隣接する燃料噴射軸と成す角度の方が小さい関係を有するので、各燃料噴射軸に沿って噴射される燃料が分担するキャビティの容積を一定にし、キャビティ内における燃料および空気の混合状態を円周方向に均一化してエンジンの出力向上および排気有害物質の低減を図ることができる。しかも、そのためにインジェクタの噴孔の径や噴孔の数を変える必要がないので、インジェクタの加工コストが上昇するのを回避することができる。
【００１４】
また請求項２の構成によれば、キャビティ内を円周方向に沿って容積が等しい複数の燃料噴射軸と同数のエリアに区分けし、各エリア毎に燃料噴射軸を配置し、かつ各燃料噴射軸に沿う燃料噴射量を等しく設定したので、各燃料噴射軸に沿って噴射される燃料が分担するキャビティの容積を一定にし、キャビティ内における燃料および空気の混合状態を円周方向に均一化してエンジンの出力向上および排気有害物質の低減を図ることができる。しかも、そのためにインジェクタの噴孔の径や噴孔の数を変える必要がないので、インジェクタの加工コストが上昇するのを回避することができる。
【００１５】
また請求項３の構成によれば、キャビティ内を円周方向に沿って容積が等しい複数の燃料噴射軸の２倍の数のエリアに区分けし、各燃料噴射軸に対して二つのエリアを割り当て、各燃料噴射軸を前記二つのエリアの境界線上に配置したので、各燃料噴射軸に沿って噴射される燃料が分担するキャビティの容積を一定にし、キャビティ内における燃料および空気の混合状態を円周方向に均一化してエンジンの出力向上および排気有害物質の低減を図ることができる。しかも、そのためにインジェクタの噴孔の径や噴孔の数を変える必要がないので、インジェクタの加工コストが上昇するのを回避することができる。
【００１６】
また請求項４の構成によれば、気筒配列方向に対して略直交する方向に延びる複数の吸気ポートが、スロート部が直線状に形成されたストレートポートであるので、キャビティ内にスワールが発生するのを抑制して燃料および空気の均一な混合状態を維持することができる。
【００１７】
また請求項５の構成によれば、頂面の高さが円周方向に変化するピストンの中央部に凹設されたキャビティ内に、ピストン中心軸上に配置したフュエルインジェクタから複数の燃料噴射軸に沿って燃料を噴射する際に、ｎ番目の燃料噴射軸を通るキャビティの断面を燃料噴射断面Ｓｎとし、その燃料噴射断面Ｓｎ上で第１〜第３特定点Ａｎ，Ｂｎ，Ｃｎにより規定されるキャビティの断面形状を各燃料噴射断面Ｓｎにおいて略等しくなるように設定したので、複数の燃料噴射軸の間隔を均一に設定しても各燃料噴射断面Ｓｎにおける燃料および空気の混合状態を均一化してエンジンの出力向上および排気有害物質の更なる低減を図ることができる。またピストンの頂面が傾斜した部分におけるキャビティの開口縁が鋭角化しないため、耐熱応力面でも優位となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１〜図６は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１はディーゼルエンジンの要部縦断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図１の３−３線矢視図、図４はピストンの上部斜視図、図５は燃料噴射軸の配置を説明する図、図６はキャビティの単位角度毎の容積を示すグラフである。
【００２０】
図１〜図３に示すように、燃料直噴型のディーゼルエンジンは、シリンダブロック１１に形成されたシリンダ１２に摺動自在に嵌合するピストン１３を備えており、ピストン１３はピストンピン１４およびコネクティングロッド１５を介して図示せぬクランクシャフトに接続される。シリンダブロック１１の上面に結合されるシリンダヘッド１６の下面に、ピストン１３の頂面に対向する２個の吸気バルブ孔１７，１７と、２個の排気バルブ孔１８，１８とが開口しており、吸気バルブ孔１７，１７に吸気ポート１９，１９が連通し、排気バルブ孔１８，１８に排気ポート２０，２０が連通する。吸気バルブ孔１７，１７は吸気バルブ２１，２１で開閉され、排気バルブ孔１８，１８は排気バルブ２２，２２で開閉される。ピストン中心軸Ｌｐ上に位置するようにフュエルインジェクタ２３が設けられるとともに、フュエルインジェクタ２３に隣接するようにグロープラグ２４が設けられる。
【００２１】
吸気ポート１９，１９は、シリンダ列線Ｌｃ（図２参照）に対して直角方向に略直線状に延びるストレートポートであり、これらの吸気ポート１９，１９から吸気バルブ孔１７，１７を通ってシリンダ１２に供給された吸気にスワールが発生しないように構成される。
【００２２】
図１および図４から明らかなように、ピストン１３の頂面と、そこに対向するシリンダヘッド１６の下面とは平坦ではなく断面三角形のペントルーフ状に傾斜しており、この形状により、吸気ポート１９および排気ポート２０の湾曲度を小さくするとともに吸気バルブ孔１７，１７および排気バルブ孔１８，１８の直径を確保し、吸気効率および排気効率を高めることができる。
【００２３】
ピストン１３の頂面には、ピストン中心軸Ｌｐを中心とするキャビティ２５が凹設される。キャビティ２５の径方向外側には、ピストンピン１４と平行に直線状に延びる頂部１３ａ，１３ａから吸気側および排気側に向かって下向きに傾斜する一対の傾斜面１３ｂ，１３ｂと、傾斜面１３ｂ，１３ｂの下端近傍に形成されてピストン中心軸Ｌｐに直交する一対の平坦面１３ｃ，１３ｃと、頂部１３ａ，１３ａの両端を平坦に切り欠いた一対の切欠き部１３ｄ，１３ｄとが形成される。
【００２４】
ペントルーフ型のピストン形状により、キャビティ２５の深さはピストンピン１４の方向で深くなり、ピストンピン１４に直交する方向で浅くなるため、ピストン中心軸Ｌｐまわりの単位角度当たりのキャビティ２５の容積は、ピストンピン１４の方向で大きくなり、ピストンピン１４に直交する方向で小さくなる（図６参照）。
【００２５】
図５に示すように、ピストン中心軸Ｌｐに沿って配置されたフュエルインジェクタ２３は、ピストン中心軸Ｌｐ上の仮想的な点である燃料噴射点Ｏｉｎｊを中心として円周方向に不等間隔で離間する６つの方向に各々同量の燃料を噴射する。６本の燃料噴射軸のうちの２本の第１燃料噴射軸Ｌｉ１は、ピストン中心軸Ｌｐ方向に見てピストンピン１４と重なっており、２本の第１燃料噴射軸Ｌｉ１から時計方向に角度α回転した位置に２本の第２燃料噴射軸Ｌｉ２が配置され、２本の第１燃料噴射軸Ｌｉ１から反時計方向に角度α回転した位置に２本の第３燃料噴射軸Ｌｉ３が配置される。第２燃料噴射軸Ｌｉ２および第３燃料噴射軸Ｌｉ３は角度βを成しており、角度βは角度αよりも大きく設定される。
【００２６】
言い換えると、ピストン中心軸Ｌｐ方向に見て該ピストン中心軸Ｌｐと直交する面上で、ピストン１３の頂面の高さが最低位（ピストンピン１４直交方向）から最高位（ピストンピン１４方向）に向かう間を指向する第２、第３燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ３が、ピストン１３の頂面の高さが低くなる方向で隣接する第２、第３燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ３と成す角度βよりも、ピストン１３の頂面の高さが高くなる方向で隣接する第１燃料噴射軸Ｌｉ１と成す角度αの方が小さく設定される。
【００２７】
キャビティ２５は、ピストン中心線Ｌｐを通る６本の直線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆにより、容積が等しい１２個の領域ａ…，ｂ…，ｃ…に区画される。直線Ａはピストンピン１４方向に一致し、直線Ｄはピストンピン１４直交方向に一致している。ピストンピン１４方向と、それと直交する方向との間の９０°の範囲に３個の領域ａ，ｂ，ｃが含まれており、ピストン１３の頂面が高い方向に位置する領域ａの角度は小さく、ピストン１３の頂面が低い方向に位置する領域ｃの角度は大きく、その間の領域ｂの角度はその中間の値になる。
【００２８】
第１燃料噴射軸Ｌｉ１に沿って噴射される燃料は、その両側の二つの領域ａ，ａを分担し、第２、第３燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ３に沿って噴射される燃料は、その両側の二つの領域ｂ，ｃを分担する。上述したように、領域ａ，ｂ，ｃの容積は等しく設定されているため、第１燃料噴射軸Ｌｉ１に沿って噴射される燃料が分担する二つの領域ａ，ａの容積と、第２、第３燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ３に沿って噴射される燃料が分担する二つの領域ｂ，ｃの容積とは等しくなるため、キャビティ２５の各部における空気および燃料の混合状態を円周方向に均一化し、混合気の燃焼状態を改善してエンジン出力の増加および排気有害物質の低減を図ることができる。
【００２９】
以上の説明では、６本の直線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆでキャビティ２５を容積が等しい１２個の領域ａ…，ｂ…，ｃ…に区画し、二つの領域の境界（直線Ａ，Ｃ，Ｅ上）に第１〜第３燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ３を配置しているが、３本の直線Ｂ，Ｄ，Ｆでキャビティ２５を容積が等しい６個の領域に区画し、各領域に第１〜第３燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ３をそれぞれ配置すると考えても同じことである。
【００３０】
このとき、吸気ポート１９，１９がストレートポートで構成されているため、吸気ポート１９，１９からシリンダ１２に供給された吸気にスワールが発生することがなく、よって前記空気および燃料の均一な混合状態が崩れることがない。
【００３１】
しかも、フュエルインジェクタ２３の噴孔の径や上下方向の噴孔数を変える必要がないので、フュエルインジェクタの加工コストが上昇するのを回避することができる。
【００３２】
尚、フュエルインジェクタ２３が実際に燃料を噴射する噴射点はピストン中心軸Ｌｐから径方向外側に僅かにずれているが、前記燃料噴射点Ｏｉｎｊは前記第１〜第３燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ３がピストン中心軸Ｌｐと交差する点として定義される。
【００３３】
図７〜図１０は本発明の第２の実施の形態を示すもので、図７は図３の７−７線断面図、図８は図３の８−８線断面図、図９は図３の９−９線断面図、図１０は燃料噴射軸の方向を円周方向に変化させたときの、燃料噴射軸の左右各３０°の範囲のキャビティ容積の変化率を示すグラフである。
【００３４】
本発明の第２の実施の形態はキャビティ２５の断面形状に特徴を有している。第１の実施の形態のキャビティ２５は、ピストンピン１４の方向で最も深く、それと直交する方向で最も浅くなっており、よってキャビティ２５の単位角度当たりの容積は円周方向に変化していた（図６参照）。それに対し、第２の実施の形態のキャビティ２５は、円周方向に深さが略一定になっている。
【００３５】
以下、キャビティ２５の形状を詳細に説明する。尚、図７はピストンピン１４に対して直交する方向の断面であり、図８は（ピストンピン１４に対して角度αで交差する方向の断面（第２燃料噴射軸Ｌｉ２および第３燃料噴射軸Ｌｉ３を含む断面）であり、図９はピストンピン１４に沿う方向の断面（第１燃料噴射軸Ｌｉ１を含む断面）である。
【００３６】
ここで重要なことは、図７〜図９の断面は、何れも燃料噴射点Ｏｉｎｊを通ってピストン１３の頂面に直交する方向の断面であるということである。図７のピストンピン１４直角方向の断面と、図９のピストンピン１４方向の断面とは、その切断面がピストン１３の頂面と直交し、かつピストン中心軸Ｌｐを含んでいる。それに対し、図８のピストンピン１４に対して角度αで交差する方向の断面は、第２燃料噴射軸Ｌｉ２あるいは第３燃料噴射軸Ｌｉ３を通り、かつピストン１３の頂面（つまり傾斜面１３ｂ，１３ｂ）に直交しており、ピストン中心軸Ｌｐを含まない断面となっている。即ち、図３において、７−７線に沿う切断面と９−９線に沿う切断面とは紙面に直交しているが、８−８線に沿う切断面は紙面に直交しておらず、ピストン１３の傾斜面１３ｂ，１３ｂに直交している。
【００３７】
本実施の形態の特徴は、燃料噴射点Ｏｉｎｊを通ってピストン１３の頂面に直交する任意の断面において、キャビティ２５の形状が略一致していることである。キャビティ２５の断面形状は燃料噴射点Ｏｉｎｊを挟んで左右二つの部分に分かれており、その二つの部分は図９のピストンピン１４方向の断面では概ね直線状に繋がっているが、図７のピストンピン１４直角方向の断面と、図８のピストンピン１４に対して角度αで交差する方向の断面とでは、ピストン１３のペントルーフ形状に応じて山型に繋がっている。しかしながら、キャビティ２５の断面形状の主要部、つまり図７〜図９に網かけをして示す部分の形状は完全に一致している。
【００３８】
図７〜図９から明らかなように、ピストン中心軸Ｌｐを中心として形成されたキャビティ２５は、ピストン１３の頂面から下向きに直線状に延びる周壁部２５ａと、周壁部２５ａの下端からピストン中心軸Ｌｐに向かってコンケーブ状に湾曲する曲壁部２５ｂと、曲壁部２５ｂの径方向内端からピストン中心軸Ｌｐに向かって斜め上方に直線状に延びる底壁部２５ｃと、ピストン中心軸Ｌｐ上で底壁部２５ｃの径方向内端に連なる頂部２５ｄとで構成される。
【００３９】
キャビティ２５に対向するシリンダヘッド１６の下面を示す線Ｌ−Ｒ１，Ｌ−Ｒ２から下方に距離Ｈａだけ離れて平行に延びるラインをピストン頂面基本線Ｌ−ａ１，Ｌ−ａ２とする。同様にシリンダヘッド１６の下面を示す線Ｌ−Ｒ１，Ｌ−Ｒ２から下方に距離Ｈｂｃだけ離れて平行に延びる線をキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１，Ｌ−ｂｃ２とし、シリンダヘッド１６の下面を示す線Ｌ−Ｒ１，Ｌ−Ｒ２から下方に距離Ｈｄだけ離れて平行に延びる線をキャビティ頂部基本線Ｌ−ｄ１，Ｌ−ｄ２とする。
【００４０】
燃料噴射点Ｏｉｎｊを中心とする半径Ｒａの円弧と前記ピストン頂面基本線Ｌ−ａ１，Ｌ−ａ２との交点をａ１，ａ２とする。同様に燃料噴射点Ｏｉｎｊを中心とする半径Ｒｂの円弧と前記キャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１，Ｌ−ｂｃ２との交点をｂ１，ｂ２とし、燃料噴射点Ｏｉｎｊを中心とする半径Ｒｃの円弧と前記キャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１，Ｌ−ｂｃ２との交点をｃ１，ｃ２とし、燃料噴射点Ｏｉｎｊを中心とする半径Ｒｄの円弧と前記キャビティ頂部基本線Ｌ−ｄ１，Ｌ−ｄ２との交点をｄ１，ｄ２とする。交点ｅ１，ｅ２は、前記交点ｄ１，ｄ２からピストン頂面基本線Ｌ−ａ１，Ｌ−ａ２に下ろした垂線が該ピストン頂面基本線Ｌ−ａ１，Ｌ−ａ２に交差する点である。
【００４１】
キャビティ２５の周壁部２５ａは直線ａ１ｂ１、ａ２，ｂ２の上にあり、キャビティ２５の底壁部２５ｃは直線ｃ１ｄ１、ｃ２，ｄ２に一致し、キャビティ２５の曲壁部２５ｂは直線ａ１ｂ１，ａ２ｂ２および直線ｃ１ｄ１，ｃ２ｄ２を滑らかに接続する。
【００４２】
しかして、交点ａ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１あるいは交点ａ２，ｃ２，ｄ２，ｅ２によって決まる網かけした断面形状が，燃料噴射点Ｏｉｎｊを通ってピストン１３の頂面に直交する任意の断面において等しくなるように、キャビティ２５の形状が設定される。
【００４３】
前記交点ａ１，ａ２は本発明の第１特定点Ａｎに対応し、前記交点ｅ１，ｅ２は本発明の第２特定点Ｂｎに対応し、前記交点ｄ１，ｄ２は本発明の第３特定点Ｃｎに対応するものである。
【００４４】
図８および図９に示す第１〜第３燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ３を通る断面については、図９に示すピストンピン１４方向の断面（燃料噴射断面Ｓ１）における網かけ部分と、図８に示すピストンピン１４に対して角度αで交差する方向の断面（燃料噴射断面Ｓ２）における網かけ部分とは同形になる。                      
【００４５】
ピストン中心軸Ｌｐに直交する方向に見て、６本の第１〜第３燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ３は斜め下向きに傾斜しており、その下向きの度合いは第１燃料噴射軸Ｌｉ１については小さく、第２、第３燃料噴射軸Ｌｉ２，ＬＩ３については大きくなっている。
【００４６】
図９に示すピストンピン１４方向の断面において、第１燃料噴射軸Ｌｉ１がキャビティ２５と交差する点を燃料衝突点Ｐ１とし、図８に示すピストンピン１４に対して角度αで交差する方向の断面において、第２燃料噴射軸Ｌｉ２および第３燃料噴射軸Ｌｉ３がキャビティ２５と交差する点を燃料衝突点Ｐ２とする。二つの燃料衝突点Ｐ１，Ｐ２は、網かけした同一形状の断面上の同じ位置に存在している。従って、燃料衝突点Ｐ２の位置は燃料衝突点Ｐ１の位置よりも低くなり、燃料噴射点Ｏｉｎｊから延びる第２燃料噴射軸Ｌｉ２および第３燃料噴射軸Ｌｉ３は第１燃料噴射軸Ｌｉ１よりも更に下向きに燃料を噴射することになる。
【００４７】
燃料噴射点Ｏｉｎｊから燃料衝突点Ｐ１までの距離Ｄ１は、燃料噴射点Ｏｉｎｊから燃料衝突点Ｐ２までの距離Ｄ２に一致する。また燃料衝突点Ｐ１におけるキャビティ２５の接線と第１燃料噴射軸Ｌｉ１とが成す燃料衝突角α１は、燃料衝突点Ｐ２におけるキャビティ２５の接線と第２燃料噴射軸Ｌｉ２とが成す燃料衝突角α２に一致する。
【００４８】
以上のように本実施の形態によれば、燃料噴射点Ｏｉｎｊを通ってピストン１３の頂面に直交する任意の断面において、燃料噴射点Ｏｉｎｊの近傍のごく一部（交点ｅ１，ｄ１，ｄ２，ｅ２で囲まれた領域）を除いて、キャビティ２５の断面形状が同一に形成されている。特に、第１〜第３燃料噴射軸Ｌｉ１２〜Ｌｉ３を含む二つの断面（図８および図９参照）においてもキャビティ２５の断面形状が同一に形成されており、しかも前記二つの断面において燃料噴射点Ｏｉｎｊから燃料衝突点Ｐ１，Ｐ２までの距離Ｄ１，Ｄ２が等しく設定され、かつ燃料衝突点Ｐ１，Ｐ２における燃料衝突角α１，α２が等しく設定されるので、キャビティ２５の各部における空気および燃料の混合状態を円周方向に更に均一化し、混合気の燃焼状態を改善してエンジン出力の増加および排気有害物質の更なる低減を図ることができる。
【００４９】
また図７および図８に示すピストン１３の頂面が傾斜する断面においても、キャビティ２５の開口のエッジ（交点ａ２の部分）が成す角度が、図９に示すピストン１３の頂面が平坦な場合に比べて鋭角化することがないため、その部分の熱負荷を軽減して耐熱性を高めることができる。
【００５０】
また燃料噴射点Ｏｉｎｊを通るキャビティ２５の断面のうち、燃料および空気の混合に大きな影響を与える断面は、ピストン中心軸Ｌｐを含む断面ではなく、ピストン１３の頂面に直交する断面である。なぜならば、キャビティ２５内における燃料微粒子の円周方向の拡散はピストン１３の頂面に沿う方向に発生し、その拡散方向に直交する断面がピストン１３の頂面に直交する断面だからである。本実施の形態では、燃料噴射点Ｏｉｎｊを通ってピストン１３の頂面に直交する任意の断面において、キャビティ２５の形状を略一致させたことで、キャビティ２５の各部における燃料および空気の混合状態をより一層均一化することができる。
【００５１】
また交点ｄ１，ｄ２はキャビティ２５の底壁部２５ｃと頂部２５ｄとの境界に位置するので、交点ｄ１，ｄ２および交点ｅ１，ｅ２をできるだけピストン中心軸Ｌｐに接近させ、網かけした断面形状が各燃料噴射断面Ｓｎにおいて占める比率を高くし、キャビティ２５の円周方向の各断面における燃料および空気の混合状態のばらつきを最小限に抑えることができる。
【００５２】
図１０は、燃料噴射軸の方向をピストンピン１４の方向を基準（０°）としてピストン中心軸Ｌｐまわりに左右に各６０°の範囲で移動させたとき、前記燃料噴射軸の左右各３０°の範囲におけるキャビティ２５の容積の変化率を示すものである。実線は燃料噴射点Ｏｉｎｊを通ってピストン１３の頂面に直交する任意の断面におけるキャビティ２５の断面形状を一致させた本実施の形態に対応し、破線は従来例に対応する。同図から明らかなように、従来例では容積の変化率が２０％を越えているのに対し、本実施の形態では容積の変化率が１０％未満に抑えられていることが分かる。
【００５３】
本実施の形態は、燃料噴射点Ｏｉｎｊを通ってピストン１３の頂面に直交する任意の断面において、キャビティ２５の形状を略一致させたものであるが、キャビティ２５の形状が略一致するとは、上述した容積の変化率が１０％未満となるような僅かな形状の変化、例えば燃料噴射断面Ｓｎがピストン中心軸Ｌｐを通る場合や、燃料噴射断面Ｓｎがピストン１３の頂面と直交した状態から僅かに傾く場合を許容するものとして定義される。
【００５４】
以上のように、第２の実施の形態では、キャビティ２５の単位角度毎の容積が円周方向に殆ど変化しないので、第１燃料噴射軸Ｌｉ１が第２、第３燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ３に対して成す角度αと、第２燃料噴射軸Ｌｉ２および第３燃料噴射軸Ｌｉ３が相互に成す角度βとの差を減少させることができる。
【００５５】
ところで、第１、第２の実施の形態は６本の燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ３を備えているが、燃料噴射軸の数は６本に限定されるものではない。
【００５６】
図１１（Ａ）に示す第３の実施の形態は４本の燃料噴射軸Ｌｉを備えており、ピストン中心軸Ｌｐ方向に見て該ピストン中心軸Ｌｐと直交する面上で、ピストンピン１４の方向を挟む二つの燃料噴射軸Ｌｉの成す角度αは、ピストンピン１４に直交する方向を挟む二つの燃料噴射軸Ｌｉの成す角度βよりも小さく設定される。
【００５７】
図１１（Ｂ）に示す第４の実施の形態は８本の燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ３を備えており、ピストンピン１４の方向に沿う２本の第１燃料噴射軸Ｌｉ１と、ピストンピン１４に直交する方向に沿う２本の第３燃料噴射軸Ｌｉ３と、それらに間に配置される４本の第２燃料噴射軸Ｌｉ２とを備えており、ピストン中心軸Ｌｐ方向に見て該ピストン中心軸Ｌｐと直交する面上で、第１、第２燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ２の成す角度αは、第２、第３燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ３の成す角度βよりも小さく設定される。
【００５８】
これらの第３、第４の実施の形態によっても、上述した第１、第２の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００６０】
例えば、実施の形態では第１燃料噴射軸Ｌｉ１がピストン１３の頂面の高さが最も高い方向を指向しているが、必ずしも前記最も高い方向を指向する必要はない。
【００６１】
また第１の実施の形態では、第１〜第３燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ３がピストン中心線Ｌｐに対して成すコーン角が同一に設定されているが、例えば噴霧の吹きこぼれを防止するために、第１の実施の形態の変形例として、第１〜第３燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ３毎にコーン角を異ならせても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】ディーゼルエンジンの要部縦断面図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】図１の３−３線矢視図
【図４】ピストンの上部斜視図
【図５】燃料噴射軸の配置を説明する図
【図６】キャビティの単位角度毎の容積を示す図
【図７】図３の７−７線断面図
【図８】図３の８−８線断面図
【図９】図３の９−９線断面図
【図１０】燃料噴射軸の方向を円周方向に変化させたときの、燃料噴射軸の左右各３０°の範囲のキャビティ容積の変化率を示すグラフ
【図１１】本発明の第３、第４の実施の形態を示す図
【符号の説明】
【００６３】
１３        ピストン
１９        吸気ポート
２３        フュエルインジェクタ
２５        キャビティ
２５ｃ      底壁部
Ｌｉ１      燃料噴射軸
Ｌｉ２      燃料噴射軸
Ｌｉ３      燃料噴射軸
Ｌｃ        シリンダ列線
Ｌｐ        ピストン中心軸
α          角度
β          角度
【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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