(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダの一端を覆うシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに対向する冠面を備え前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記シリンダヘッドに取り付けられた燃料噴射弁とを有するディーゼルエンジンであって、
前記ピストンの冠面には、前記シリンダヘッドとは反対側に凹んだ平面視円形のキャビティと、前記キャビティの周縁から前記ピストンの径方向外側に凹んだ溝部とが形成され、
前記溝部は、前記シリンダヘッドとは反対側の端部から前記シリンダヘッド側の端部に向けて前記ピストンの周方向に傾斜するように延び、
前記燃料噴射弁には、前記溝部を指向する噴孔が形成され、
前記シリンダヘッドには、前記シリンダ内にスワール流を生成するように吸気ポートが形成されて、
前記溝部は、前記シリンダヘッドとは反対側の端部から前記シリンダヘッド側の端部に向けて前記スワール流が流れる方向に傾斜し、
前記溝部の底面は、前記シリンダヘッド側の端部に近いほど、前記シリンダの内周面に対して略平行になるように形成され、
前記溝部の前記シリンダヘッドとは反対側の端部は、前記キャビティの底面の周縁に近接した位置に配置されている、
ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記ピストンの冠面には、複数の前記溝部が形成されている、請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項３】
前記燃料噴射弁には、前記キャビティ内に平面視で放射状に燃料を噴霧するように複数の前記溝部を指向する複数の前記噴孔が形成されている、請求項２に記載の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、ディーゼルエンジンに係わり、特に、シリンダの一端を覆うシリンダヘッドと、シリンダヘッドに対向する冠面を備えシリンダ内を往復動するピストンと、シリンダヘッドに取り付けられた燃料噴射弁とを有するディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン、特に、乗用車等に用いられる比較的小型のディーゼルエンジンにおいては、ピストンの冠面にリエントラント型のキャビティ、つまり、中央部が隆起するとともに開口部が上窄まり状に絞られたキャビティが形成することが知られている（例えば下記特許文献１参照）。【０００３】
リエントラント型のキャビティをピストンに形成し特許文献１のようなディーゼルエンジンでは、例えばエンジンの中負荷域または高負荷域において燃料噴射弁が比較的多量の燃料を噴射したときに、キャビティの周縁部に到達した燃料噴霧がキャビティの壁面に沿って反転する（即ちピストンの径方向中心側に向けて方向転換する）ような流れが起き、これによって燃料噴霧と空気との混合が促進される。これにより、燃料がリッチな領域において局所燃焼による高温と酸素不足に起因して発生するＮＯｘやスート（煤）の発生量を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２３２２８８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、キャビティ内に噴射された燃料は拡散燃焼しながら燃焼室内を流動するが、乗用車等に用いられる比較的小型のディーゼルエンジンにおいては燃焼室が小さいため、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧は低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達してしまう。その結果、冷却損失が増大するので、エンジンの燃費性能が低下する。【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを防止し、冷却損失を低減することが可能なディーゼルエンジ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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明によるディーゼルエンジンは、シリンダの一端を覆うシリンダヘッドと、シリンダヘッドに対向する冠面を備えシリンダ内を往復動するピストンと、シリンダヘッドに取り付けられた燃料噴射弁とを有するディーゼルエンジンであって、ピストンの冠面には、シリンダヘッドとは反対側に凹んだ平面視円形のキャビティと、キャビティの周縁からピストンの径方向外側に凹んだ溝部とが形成され、溝部は、シリンダヘッドとは反対側の端部からシリンダヘッド側の端部に向けてピストンの周方向に傾斜するように延び、燃料噴射弁には、溝部を指向する噴孔が形成され、シリンダヘッドには、シリンダ内にスワール流を生成するように吸気ポートが形成されて、溝部は、シリンダヘッドとは反対側の端部からシリンダヘッド側の端部に向けてスワール流が流れる方向に傾斜し、溝部の底面は、シリンダヘッド側の端部に近いほど、シリンダの内周面に対して略平行になるように形成され、溝部のシリンダヘッドとは反対側の端部は、キャビティの底面の周縁に近接した位置に配置されていることを特徴とする。
このように構成された本発明においては、キャビティの周縁からピストンの径方向外側に凹んだ溝部は、シリンダヘッドとは反対側の端部からシリンダヘッド側の端部に向けてピストンの周方向に傾斜するように延び、燃料噴射弁の噴孔は溝部を指向しているので、噴孔から噴射された燃料噴霧は、溝部に沿ってピストンの周方向に向きを変えながらシリンダヘッド側に向かってらせん状に緩やかに上昇する。したがって、従来のディーゼルエンジンのように燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧がそのまま噴射方向に進んでシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達する場合と比較して、燃料噴霧が噴孔から噴射された後シリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達するまでの移動経路を延長することができる。これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを防止し、冷却損失を低減することが可能となる。
また、溝部は、シリンダヘッドとは反対側の端部からシリンダヘッド側の端部に向けて、スワール流が流れる方向に傾斜しているので、溝部のシリンダヘッド側の端部に到達した燃料噴霧を、溝部の上方を流れるスワール流に引き込んでシリンダの中心軸線まわりに旋回させることができ、これにより、燃料噴霧が噴孔から噴射された後シリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達するまでの移動経路を確実に延長して、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを防止することができる。
【０００９】
また、本発明において、好ましくは、ピストンの冠面には、複数の溝部が形成されている。
このように構成された本発明においては、複数の溝部によって、噴孔から噴射された燃料噴霧の流動方向をより確実にピストンの周方向に変えることができ、これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを一層確実に防止し、冷却損失を低減することができる。【００１０】
また、本発明において、好ましくは、燃料噴射弁には、キャビティ内に平面視で放射状に燃料を噴霧するように複数の溝部を指向する複数の噴孔が形成されている。
このように構成された本発明においては、キャビティ内に平面視で放射状に噴霧された燃料の流動方向を、各噴孔が指向する溝部によってより確実にピストンの周方向に変えることができ、これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを一層確実に防止し、冷却損失を低減することができる。
また、複数の噴孔から噴射された燃料噴霧が複数の溝部に沿って向きを変え、各溝部からピストンの周方向に沿って流出するので、各溝部から流出した燃料噴霧における多量のスートが存在する領域を、溝部からの流出方向とは反対側において隣接する燃料噴霧における多量のＯＨラジカルが存在する領域と接触させることができ、これにより、スートをＯＨラジカルにより酸化して排ガス中におけるスートの量を低減することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のディーゼルエンジンによれば、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを防止し、冷却損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態によるディーゼルエンジンにおける吸気ポート及び排気ポートの配置を概略的に示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態による燃料噴射弁の先端部の部分断面図である。
【図４】本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの運転状態に応じて異なるように設定された燃料の噴射形態の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態によるピストンの斜視図である。
【図６】本発明の実施形態によるピストンの平面図である。
【図７】図６中のVII−VIIに沿って見たピストン及びシリンダヘッドなどの部分断面図である。
【図８】本発明の実施形態による燃焼室内の燃料噴霧の流動を概念的に示す斜視図である。
【図９】本発明の実施形態による燃焼室内の燃料噴霧と空気の流動を概念的に示す斜視図である。
【図１０】図６中のX−Xに沿って見た、本発明の実施形態による燃焼室内の燃料噴霧の流動を概念的に示す部分断面図である。
【図１１】本発明の実施形態による燃焼室内の燃料噴霧の流動を概念的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンを説明する。
【００１４】
まず、図１乃至図４を参照して、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの構成を説明する。
図１は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの構成を示す概略図であり、図２は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンにおける吸気ポート及び排気ポートの配置を概略的に示す平面図であり、図３は、本発明の実施形態による燃料噴射弁の先端部の部分断面図であり、図４は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの運転状態に応じて異なるように設定された燃料の噴射形態の一例を示す図である。
【００１５】
図１において、符号１は本発明の実施形態によるディーゼルエンジンを示し、ディーゼルエンジン１は、気筒２（シリンダ）が設けられたシリンダブロック４と、このシリンダブロック４上に配設されたシリンダヘッド６と、シリンダブロック４の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン８とを有している。気筒２内には、ピストン１０が往復動可能に嵌挿されていて、シリンダヘッド６に対向するピストン１０の冠面１０ａには、シリンダヘッド６と反対側に凹んだキャビティ１２が形成されている。ピストン１０は、コンロッド１４を介してクランク軸１６と連結されている。
【００１６】
シリンダヘッド６には、第１及び第２の吸気ポート１８、２０並びに第１及び第２の排気ポート２２、２４が形成されている。これら第１及び第２の吸気ポート１８、２０は、シリンダヘッド６のピストン１０側の面（下面）と、シリンダヘッド６の一方の側面（吸気側の側面）とに開口し、第１及び第２の排気ポート２２、２４は、シリンダヘッド６のピストン１０側の面と、シリンダヘッド６の他方の側面（排気側の側面）とに開口している。
【００１７】
また、シリンダヘッド６には、第１及び第２の吸気ポート１８、２０のピストン側開口１８ａ、２０ａをそれぞれ開閉する第１及び第２の吸気弁２６、２８と、第１及び第２の排気ポート２２、２４のピストン側開口２２ａ、２４ａをそれぞれ開閉する第１及び第２の排気弁３０、３２とが配設されている。
【００１８】
さらに、シリンダヘッド６には、燃料を噴射する燃料噴射弁３４と、ディーゼルエンジン１の冷間時に吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ３６とが設けられている。燃料噴射弁３４は、ピストン１０側の端部がキャビティ１２の中心部を臨むような姿勢で取り付けられている。なお、燃料噴射弁３４は、燃料供給管３８を介して図外のコモンレールに連結されていて、燃料供給管３８及びコモンレールを介して図外の燃料タンクから燃料が供給される。余剰燃料は、リターン管４０を通じて燃料タンクへ戻される。
【００１９】
シリンダヘッド６の吸気側の側面には、第１及び第２の吸気ポート１８、２０に連通するように吸気通路４２が接続されている。この吸気通路４２の上流端部には、吸入空気を濾過する図外のエアクリーナが配設されており、このエアクリーナで濾過した吸入空気が吸気通路４２及び吸気ポート１８、２０を介して気筒２内に供給される。吸気通路４２における下流端近傍には、サージタンク４４が配設されている。このサージタンク４４よりも下流側の吸気通路４２は、第１及び第２の吸気ポート１８、２０にそれぞれ対応して分岐する独立通路４２ａ、４２ｂとされ、これら各独立通路４２ａ、４２ｂの下流端が気筒２の吸気ポート１８、２０にそれぞれ接続されている。
【００２０】
シリンダヘッド６の排気側の側面には、気筒２内から既燃ガス（排気ガス）を排出するための排気通路４６が接続されている。この排気通路４６の上流側の部分は、第１及び第２の排気ポート２２、２４にそれぞれ対応して分岐する独立通路４６ａ、４６ｂとされ、これら各独立通路４６ａ、４６ｂの上流端が排気ポート２２、２４にそれぞれ接続されている。
【００２１】
図２に示すように、第１及び第２の吸気ポート１８、２０のピストン側開口１８ａ、２０ａ並びに第１及び第２の排気ポート２２、２４のピストン側開口２２ａ、２４ａは、気筒２の中心軸線方向のシリンダヘッド６側（上側）から見て、反時計回りに、第２の吸気ポート２０のピストン側開口２０ａ、第１の吸気ポート１８のピストン側開口１８ａ、第２の排気ポート２４のピストン側開口２４ａ、第１の排気ポート２２のピストン側開口２２ａの順に配置されている。
【００２２】
気筒２内には、吸気行程において上側から見て反時計回りの吸気スワール流Ｓ（気筒２の中心軸線まわりに流れる横渦）が生成される。本実施形態において、第１の吸気ポート１８は、ピストン側開口１８ａから気筒２内に流入する吸気の流れを気筒２の周方向（第１の吸気ポート１８のピストン側開口１８ａの近傍を流れる吸気スワール流Ｓの進行方向）に指向させるいわゆるタンジェンシャルポートとして形成されている。また、第２の吸気ポート２０は、ピストン側開口２０ａから気筒２内に吸気を螺旋状に流入させるいわゆるヘリカルポートとして形成されている。これらの第１及び第２の吸気ポート１８、２０により、気筒２内の吸気スワール流Ｓが強化される。
【００２３】
図３に示すように、燃料噴射弁３４は、コモンレールから燃料が導入される燃料流路４８が内部に形成された筒状のバルブボディ５０と、バルブボディ５０の燃料流路４８内に進退可能に配設されたニードル弁５２とを有している。バルブボディ５０は半球状の先端部５０ａを有しており、この先端部５０ａに対応する燃料流路４８の終端は半球状の副室４８ａとされている。さらに、副室４８ａの周囲のバルブボディ５０の内面には、ニードル弁５２の前進時にその先端部が着座されるシート部５４が形成されている。
【００２４】
バルブボディ５０の先端部５０ａには複数の噴孔５６が設けられている。各噴孔５６は先端部５０ａを貫通するように設けられ、バルブボディ５０の先端部５０ａの表面と副室４８ａとを連通している。なお、本実施形態では、合計１０個の噴孔５６が先端部５０ａに設けられており、各噴孔５６は周方向にほぼ等間隔に並ぶように配設されている。このような噴孔５６を通過することにより、燃料は平面視で放射状に噴射される。
【００２５】
バルブボディ５０には、図外のソレノイドが設けられており、このソレノイドの吸引力によってニードル弁５２が進退駆動される。ニードル弁５２が前進駆動されてシート部５４に着座すると、副室４８ａへの燃料の導入が遮断され、各噴孔５６からの燃料の噴射が停止される。一方、その状態からニードル弁５２が後退駆動されると（図３はこの状態を図示）、副室４８ａに燃料が導入されて、各噴孔５６からの燃料の噴射が開始される。ニードル弁５２を後退駆動する時間を制御することにより、燃料の噴射量を調節することができる。
【００２６】
燃料噴射弁３４は、気筒２と同軸に取り付けられている。即ち、バルブボディ５０の先端部５０ａの中心を通って上下方向に延びる直線を燃料噴射弁３４の中心軸線とすると、この中心軸線が気筒２の中心軸線と一致するような姿勢で燃料噴射弁３４が取り付けられている。
【００２７】
図４に示すように、本実施形態のディーゼルエンジン１では、例えばエンジンの負荷が極めて低い運転領域Ａ１において、３回のプレ噴射Ｑｐ１と１回のメイン噴射Ｑｍ１とに分けて燃料噴射弁３４から燃料が噴射される。メイン噴射Ｑｍ１では、圧縮上死点（圧縮行程終了時の上死点）付近で燃料噴射が開始され、その噴射量は１〜５ｍｍ3程度に設定される。プレ噴射Ｑｐ１では、メイン噴射Ｑｍ１よりも少ない量の燃料が圧縮上死点よりも前に噴射される。
【００２８】
一方、運転領域Ａ１よりも負荷が高く加速時に多用される中負荷の運転領域Ａ２では、２回のプレ噴射Ｑｐ２と、１回のメイン噴射Ｑｍ２と、さらに１回のアフター噴射Ｑａ２とに分けて燃料噴射弁３４から燃料が噴射される。メイン噴射Ｑｍ２では、圧縮上死点付近で燃料噴射が開始され、その噴射量は１０〜３０ｍｍ3程度に設定される。プレ噴射Ｑｐ２では、メイン噴射Ｑｍ２よりも少ない量の燃料が圧縮上死点よりも前に噴射される。アフター噴射Ｑａ２では、メイン噴射Ｑｍ２よりも少ない量の燃料が、メイン噴射Ｑｍ２が終了した後（膨張行程の途中）で噴射される。
【００２９】
なお、図示されていないＡ１、Ａ２以外の運転領域での燃料噴射の形態（噴射回数、噴射タイミング、噴射量）としては種々のパターンが採用され得るが、総じていえば、メイン噴射（圧縮上死点付近で開始される燃料噴射）の噴射量は負荷が高くなるほど増大される傾向にある。このため、例えば運転領域Ａ２よりもさらに高負荷側では、メイン噴射の噴射量が運転領域Ａ２の場合（１０〜３０ｍｍ3）よりもさらに増やされることになる。
【００３０】
以上のような各運転領域での燃料噴射の形態は、図外のＰＣＭ（Powertrain Control Module）の制御によって実現される。即ち、ＰＣＭは、エアフローセンサ、エンジン回転速度センサ、アクセル開度センサ等（何れも不図示）の各種センサから入力された信号によりエンジンの運転状態を逐次判断し、運転状態ごとに予め設定された目標の噴射形態に適合するように燃料噴射弁３４を制御する。
【００３１】
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の実施形態によるピストン１０の形状を説明する。
図５は、本発明の実施形態によるピストン１０の斜視図であり、図６は、図５に示したピストン１０の平面図であり、図７は、図６中のVII−VIIに沿って見たピストン１０及びシリンダヘッド６などの部分断面図である。
なお、図７では、上死点まで上昇したときのピストン１０を示すとともに、図６及び図７では、燃料噴射弁３４の噴孔５６から噴射された燃料の噴霧を符号Ｆとして示している。これらの図から理解されるように、キャビティ１２は、少なくともピストン１０が上死点にあるときに燃料噴射弁３４から噴射された燃料（噴霧Ｆ）を受け入れ可能な形状および大きさに形成されている。
【００３２】
図５乃至図７に示すように、キャビティ１２は、いわゆるリエントラント型のキャビティとされている。即ち、キャビティ１２を形成する壁面は、ほぼ山型の中央隆起部５８と、中央隆起部５８よりもピストン１０の径方向外側に形成された平面視円形の周辺凹部６０と、周辺凹部６０とピストン１０の冠面１０ａとの間（即ちキャビティ１２の周縁）に形成された平面視円形のリップ部６２とを有している。
【００３３】
中央隆起部５８は、キャビティ１２の中心側ほど燃料噴射弁３４に近づくように隆起しており、その隆起の頂部が燃料噴射弁３４の先端部５０ａの直下方に位置するように形成されている。周辺凹部６０は、中央隆起部５８と連続し、断面視でピストン１０の径方向外側に凹入する円弧状をなすように形成されている。リップ部６２は、周辺凹部６０と連続し、図７に示すように断面視でピストン１０の径方向内側に凸となる円弧状をなすように形成されている。燃料噴射弁３４の各噴孔５６は、リップ部６２と周辺凹部６０との接続部付近を指向している。
【００３４】
図５及び図６に示すように、リップ部６２には、キャビティ１２の周縁からピストン１０の径方向外側に凹んだ複数の溝部６４が形成されている。
各溝部６４は、シリンダヘッド６とは反対側の端部（即ちキャビティ１２の周辺凹部６０側の端部。以下「下端部６４ａ」という）からシリンダヘッド６側の端部（即ちピストン１０の冠面１０ａ側の端部。以下「上端部６４ｂ」という）に向けて、吸気スワール流Ｓが流れる方向（本実施形態ではシリンダヘッド６側（上側）から見て、反時計回り）に傾斜するように延びている。
【００３５】
詳細には、図６に示すように、溝部６４は、平面視でピストン１０の径方向内側に突出するリップ部６２の先端からピストン１０の径方向外側に凹んだＵ字形の凹形に形成されている。即ち、溝部６４を形成する壁面は、平面視でピストン１０の周方向に延びる底面６４ｃと、底面６４ｃの両端からピストン１０の径方向内側に延びる２つの側面６４ｄとを有している。
溝部６４の底面６４ｃは、下端部６４ａにおいて周辺凹部６０からピストン１０の径方向外側に向かって傾斜して延び、上端部６４ｂに近づくほど気筒２の内周面とほぼ平行になるように湾曲して形成されている。
平面視においてピストン１０の中心と溝部６４の底面６４ｃの両端とを結ぶ直線が成す中心角α（溝部６４の幅に相当する）は、本実施形態では例えばピストン１０の冠面１０ａにおいて１４°である。また、溝部６４の下端部６４ａにおいて底面６４ｃと周辺凹部６０とが成す角θは、本実施形態では例えば４５°である。
また、側面６４ｄとピストン１０の軸線方向との成す角γ（溝部６４の傾斜角に相当）は種々の値を取り得るが、本実施形態の側面６４ｄは、ピストン１０の軸線方向から吸気スワール流Ｓが流れる方向に４５°傾斜するように形成されている。
【００３６】
各溝部６４は、それぞれの下端部６４ａ付近が燃料噴射弁３４の噴孔５６の各指向方向に位置するように配置される。上述したように、本実施形態では、合計１０個の噴孔５６が周方向にほぼ等間隔に並ぶように配設されており、燃料は平面視で放射状に噴射される。したがって図６に示すように、本実施形態では、合計１０個の溝部６４が、それぞれの下端部６４ａ付近が燃料噴射弁３４の噴孔５６の各指向方向に位置するように周方向にほぼ等間隔に配置されている。
【００３７】
次に、図８乃至図１１を参照して、本発明の実施形態によるディーゼルエンジン１の作用を説明する。図８は、本発明の実施形態による燃焼室内の燃料噴霧の流動を概念的に示す斜視図であり、図９は、本発明の実施形態による燃焼室内の燃料噴霧と空気の流動を概念的に示す斜視図であり、図１０は、図６中のX−Xに沿って見た、本発明の実施形態による燃焼室内の燃料噴霧の流動を概念的に示す部分断面図であり、図１１は、本発明の実施形態による燃焼室内の燃料噴霧の流動を概念的に示す平面図である。
【００３８】
圧縮行程が進み圧縮上死点付近で燃料噴射弁３４により燃料噴射が行われると、図８に示すように、噴孔５６からピストン１０の径方向外側に向かって噴射された燃料噴霧Ｆは溝部６４の下端部６４ｄ付近に到達し、その一部が溝部６４内に進入する。
溝部６４内に進入した噴霧Ｆは、図９に示すように、溝部６４の底面６４ｃ及び側面６４ｄに沿ってピストン１０の径方向外側且つシリンダヘッド６側に進み、溝部６４の上端部６４ａからピストン１０の冠面１０ａの上方に向かって、ピストン１０の周方向に沿って流出する。
【００３９】
上述したように、気筒２内には、吸気行程において上側から見て反時計回りのスワール流Ｓが生成され、第１及び第２の吸気ポート１８、２０により、気筒２内のスワール流Ｓが強化されているが、各溝部６４は、下端部６４ａから上端部６４ｂに向けて、このスワール流Ｓが流れる方向に傾斜するように延びている。
したがって、溝部６４の上端部６４ａに到達した燃料噴霧Ｆは、この上端部６４ａの上方を流れるスワール流Ｓに引き込まれて溝部６４から流出し、スワール流Ｓと合流して気筒２の中心軸線まわりに旋回する。
このように、本実施形態によれば、噴孔５６からピストン１０の径方向外側に向かって噴射された燃料噴霧Ｆは、溝部６４に沿ってピストン１０の周方向に向きを変えながらシリンダヘッド６側に向かってらせん状に緩やかに上昇するので、従来のディーゼルエンジンのように燃料噴射弁からピストンの径方向外側に向かって噴射された燃料噴霧がそのままピストンの径方向に進んでシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達する場合と比較して、燃料噴霧Ｆが噴孔５６から噴射された後シリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達するまでの移動経路を延長することができる。これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧Ｆが低温のシリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達することを防止し、冷却損失を低減することが可能となる。
【００４０】
また、噴孔５６から噴射された燃料は拡散燃焼しながら溝部６４の下端部６４ｄ付近に向かうが、このときの燃料噴霧Ｆにおけるキャビティ１２の壁面側の領域（図１０において符号Ｉにより示す下側の領域。以下「スート領域」という）は、周辺凹部６０から溝部６４の底面６４ｃに面して流れるので空気と混合され難く、酸素不足によりスートが発生する。
一方、噴孔５６から噴射された直後の燃料噴霧Ｆにおけるキャビティ１２の壁面とは反対側の領域（図１０において符号Ｏにより示す上側の領域。以下「完全燃焼領域」という）は、周囲の空気と接触しており十分な酸素が得られるので完全燃焼が行われる。
この燃料噴霧Ｆが溝部６４の底面６４ｃ及び側面６４ｄに沿って向きを変え、上端部６４ｂからピストン１０の周方向に沿って流出すると、図１１に示すように、各溝部６４から流出した燃料噴霧Ｆにおけるスート領域Ｉは、溝部６４からの流出方向とは反対側において隣接する燃料噴霧Ｆにおける完全燃焼領域Ｏと接触する。この完全燃料領域Ｏには、燃焼の過程で発生する多量のＯＨラジカルが存在するので、スート領域Ｉに存在するスートがＯＨラジカルにより酸化される。これにより、従来のディーゼルエンジンのように燃料噴射弁からピストンの径方向外側に向かって噴射された燃料噴霧がそのままピストンの径方向に進む場合と比較して、排ガス中におけるスートの量を低減することができる。
【００４１】
次に、本発明の実施形態のさらなる変形例を説明する。
上記した実施形態では、平面視においてピストン１０の中心と溝部６４の底面６４ｃの両端とを結ぶ直線が成す中心角αが例えば１４°であり、溝部６４の下端部６４ａにおいて底面６４ｃと周辺凹部６０とが成す角θが４５°であり、側面６４ｄはピストン１０の軸線方向から吸気スワール流Ｓが流れる方向に４５°傾斜すると説明したが、溝部６４をこれとは異なる寸法により形成してもよい。
【００４２】
また、上記した実施形態では、１０個の噴口２７を備えた燃料噴射弁３４を示したが、本発明は、これとは異なる複数の噴口２７を備えた燃料噴射弁３４を有するエンジンにも適用可能である。
【００４３】
また、上記した実施形態では、気筒２内には、吸気行程において上側から見て反時計回りのスワール流Ｓが生成され、第１及び第２の吸気ポート１８、２０により、気筒２内のスワール流Ｓが強化されると説明したが、スワール流が生成されないエンジンにおいても、上述した実施形態と同様の溝部６４をキャビティ１２の周縁に設けることにより、燃料噴霧Ｆが噴孔５６から噴射された後シリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達するまでの移動経路を延長し、冷却損失を低減することができる。
【００４４】
次に、上述した本発明の実施形態及び本発明の実施形態の変形例によるディーゼルエンジン１の作用効果を説明する。
【００４５】
まず、ピストン１０の冠面１０ａには、キャビティ１２の周縁からピストン１０の径方向外側に凹んだ溝部６４が形成され、溝部６４はシリンダヘッド６とは反対側の下端部６４ａからシリンダヘッド６側の上端部６４ｂに向けてピストン１０の周方向に傾斜するように延び、燃料噴射弁３４の噴孔５６は溝部６４を指向しているので、噴孔５６から噴射された燃料噴霧Ｆは、溝部６４に沿ってピストン１０の周方向に向きを変えながらシリンダヘッド６側に向かってらせん状に緩やかに上昇する。したがって、従来のディーゼルエンジンのように燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧がそのまま噴射方向に進んでシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達する場合と比較して、燃料噴霧Ｆが噴孔５６から噴射された後シリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達するまでの移動経路を延長することができる。これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧Ｆが低温のシリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達することを防止し、冷却損失を低減することが可能となる。
【００４６】
特に、シリンダヘッド６には、気筒２内にスワール流Ｓを生成するように吸気ポート１８、２０が形成され、溝部６４は、シリンダヘッド６とは反対側の下端部６４ａからシリンダヘッド６側の上端部６４ｂに向けて、スワール流Ｓが流れる方向に傾斜しているので、溝部６４の上端部６４ａに到達した燃料噴霧Ｆを、この上端部６４ａの上方を流れるスワール流Ｓに引き込んで気筒２の中心軸線まわりに旋回させることができ、これにより、燃料噴霧Ｆが噴孔５６から噴射された後シリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達するまでの移動経路を確実に延長して、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧Ｆが低温のシリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達することを防止することができる。
【００４７】
また、ピストン１０の冠面１０ａには、複数の溝部６４が形成されているので、噴孔５６から噴射された燃料噴霧Ｆの流動方向を、複数の溝部６４によってより確実にピストン１０の周方向に変えることができ、これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧Ｆが低温のシリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達することを一層確実に防止し、冷却損失を低減することができる。
【００４８】
また、燃料噴射弁３４には、キャビティ１２内に平面視で放射状に燃料を噴霧するように複数の溝部６４を指向する複数の噴孔５６が形成されているので、キャビティ１２内に平面視で放射状に噴霧された燃料の流動方向を、各噴孔５６が指向する溝部６４によってより確実にピストン１０の周方向に変えることができ、これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧Ｆが低温のシリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達することを一層確実に防止し、冷却損失を低減することができる。
また、複数の噴孔５６から噴射された燃料噴霧Ｆが複数の溝部６４に沿って向きを変え、各溝部６４の上端部６４ｂからピストン１０の周方向に沿って流出するので、各溝部６４から流出した燃料噴霧Ｆにおける多量のスートが存在する領域Ｉを、溝部６４からの流出方向とは反対側において隣接する燃料噴霧Ｆにおける多量のＯＨラジカルが存在する領域Ｏと接触させることができ、これにより、スートをＯＨラジカルにより酸化して排ガス中におけるスートの量を低減することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  ディーゼルエンジン
２  気筒
６  シリンダヘッド
１０  ピストン
１０ａ  冠面
１２  キャビティ
１８  第１の吸気ポート
２０  第２の吸気ポート
２２  第１の排気ポート
２４  第２の排気ポート
３４  燃料噴射弁
５６  噴孔
５８  中央隆起部
６０  周辺凹部
６２  リップ部
６４  溝部
６４ａ  下端部
６４ｂ  上端部
６４ｃ  底面
６４ｄ  側面
Ｓ  スワール流
【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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