(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射ノズルを群噴孔ノズル（２０）とし、該群噴孔ノズル（２０）のノズルホルダ（２２）の周方向に群噴孔（２４・２４）を複数個具備させ、該群噴孔ノズル（２０）の群噴孔（２４・２４）は、前記ノズルホルダ（２２）のノズル軸に対して同径上、すなわちノズル軸を通る同一断面において、ノズルホルダ（２２）の先端の半球状の円頂部（２３）には、斜め下向きに同列的に近接して穿設し、燃焼室（１００）内で上下するピストンの頂面には、径方向外周に向けて高さが増加する、少なくとも１つの円形のステップを設け、前記各群噴孔（２４・２４）と前記ステップまでの距離を、同一距離とし、該群噴孔（２４・２４）のそれぞれの中心軸が形成する角を開き角（γ）とし、該群噴孔（２４・２４）の、それぞれの噴霧角（θ）を合成して形成される合成噴霧角（φ）とし、該合成噴霧角（φ）の中心軸がノズル軸方向でなす角度を噴孔角（α）とすると、該群噴孔（２４・２４）を有する群噴孔ノズル（２０）の中心が、前記燃焼室（１００）の中心に対してオフセットした構成において、前記群噴孔（２４・２４）における各噴孔間の開き角（γ）をそれぞれ異なる角度とし、該各開き角（γ）を合成した合成噴霧角（φ）をも、それぞれ異なる角度としたことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
請求項１記載のディーゼルエンジンにおいて、前記開き角（γ）は、前記群噴孔（２４・２４）から燃焼室（１００）の壁面までの距離が短い場合は大きく、該群噴孔（２４・２４）から燃焼室（１００）壁面までの距離が長い場合は小さくしたことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項３】
請求項１記載のディーゼルエンジンにおいて、前記ステップにおいて、下面と傾斜部との境界の直径をステップ開始径（ｄ１）とすると、ステップ開始径（ｄ１）は、燃焼室（１００）のボア径（Ｄ）の７５％以下としたことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項４】
請求項１記載のディーゼルエンジンにおいて、前記ステップは、ピストン径方向の断面視において壁面が垂直であることを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項５】
請求項１記載のディーゼルエンジンにおいて、前記ステップは、ピストン径方向の断面視において壁面が傾斜していることを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項６】
請求項１記載のディーゼルエンジンにおいて、前記ステップは、ピストン径方向の断面視において、上面から壁面、又は壁面から下面に向かって少なくとも一方は円弧を形成することを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項７】
請求項１乃至６項のうちいずれか１項に記載のディーゼルエンジンにおいて、前記開き角（γ）と、前記噴孔角（α）との和は、１８０°以下であることを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項８】
請求項１乃至７項のうちいずれか１項に記載のディーゼルエンジンにおいて、前記ピストンが上死点にあるとき、前記各群噴孔（２４・２４）の噴霧は、ピストンに構成したキャビティ（Ｃ）の壁面に衝突するように構成したことを特徴とする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、より詳しくは燃料噴射ノズルに形成される複数の噴孔により、任意の合成噴霧角を形成する群噴孔を少なくとも１つ有するディーゼルエンジンの燃焼室の構造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、空気のみを圧縮して、燃料を直接噴射して自己着火させ、燃焼エネルギーを動力とする内燃機関として公知である。ディーゼルエンジンの燃焼室は、上昇・下降するピストンの頂面及びシリンダライナ壁面から構成されている。また、ディーゼルエンジンの燃焼室の上部には、燃料噴射ノズルが設けられている。
【０００３】
燃料噴射ノズルは、噴孔が形成されるノズルボディ、並びに噴孔を開閉するノズル等を備える燃料噴射装置である。燃料噴射の際には、電磁アクチュエータ等によりノズルがリフトされて、噴孔から燃料が燃焼室に噴射供給される。
【０００４】
群噴孔ノズルは、ノズル軸方向に同列的に近接する２つ以上の噴孔を配置する燃料噴射ノズルである。群噴孔ノズルは、単噴孔ノズル（通常ノズル）に比較して総噴孔面積が同じ場合に各噴孔径を小さくできるため、噴霧粒径が小さく、合成噴霧角が広く、並びに噴霧先端到達距離が同噴孔径の通常ノズルに比べて大きい特徴を有する。そのため、空気と燃料との混合を改善し、燃焼騒音低下及びスモーク低下の効果が得られる。とりわけ、群噴孔ノズルは、通常ノズルならば小噴孔化によって噴霧の貫徹力が低下するところ、近接する噴霧同士の相互作用によって貫徹力維持できるため、ボア径の大きいエンジンに対して有効である。
【０００５】
特許文献１は、燃料噴射の拡散性を向上するため、同列的に設けられ、ねじれの関係にある２つの噴孔からなる群噴孔を有する燃料噴射ノズルを開示している。
【特許文献１】特開２００６−０７０８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、高速・高負荷時に代表されるような燃料噴射が、ピストン下降時に行なわれるような運転モードでは、群噴射される燃料は、ピストン頂面に接触後シリンダライナ壁面方向に進展し衝突するため、シリンダライナ壁面において潤滑油の燃焼及び希釈化し、或いはピストン頂面近傍、及びクレビス領域において局所的な空気不足を生じ、ひいてはスモーク悪化が生じる。この傾向は、通常ノズルにも見られるが、合成噴霧角が大きく並びに噴霧の貫徹力が強い群噴孔ノズルの場合は特に顕著となる。そこで、解決しようとする課題は、群噴孔ノズルを有するディーゼルエンジンの燃焼室において、シリンダライナ壁面における潤滑油の燃焼及び希釈化、或いはピストン頂面近傍及びクレビス領域における局所的な空気不足に起因するスモーク発生を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
請求項１においては、燃料噴射ノズルを群噴孔ノズル（２０）とし、該群噴孔ノズル（２０）のノズルホルダ（２２）の周方向に群噴孔（２４・２４）を複数個具備させ、該群噴孔ノズル（２０）の群噴孔（２４・２４）は、前記ノズルホルダ（２２）のノズル軸に対して同径上、すなわちノズル軸を通る同一断面において、ノズルホルダ（２２）の先端の半球状の円頂部（２３）には、斜め下向きに同列的に近接して穿設し、燃焼室（１００）内で上下するピストンの頂面には、径方向外周に向けて高さが増加する、少なくとも１つの円形のステップを設け、前記各群噴孔（２４・２４）と前記ステップまでの距離を、同一距離とし、該群噴孔（２４・２４）のそれぞれの中心軸が形成する角を開き角（γ）とし、該群噴孔（２４・２４）の、それぞれの噴霧角（θ）を合成して形成される合成噴霧角（φ）とし、該合成噴霧角（φ）の中心軸がノズル軸方向でなす角度を噴孔角（α）とすると、該群噴孔（２４・２４）を有する群噴孔ノズル（２０）の中心が、前記燃焼室（１００）の中心に対してオフセットした構成において、前記群噴孔（２４・２４）における各噴孔間の開き角（γ）をそれぞれ異なる角度とし、該各開き角（γ）を合成した合成噴霧角（φ）をも、それぞれ異なる角度としたものである。
【０００９】
請求項２においては、請求項１記載のディーゼルエンジンにおいて、前記開き角（γ）は、前記群噴孔（２４・２４）から燃焼室（１００）の壁面までの距離が短い場合は大きく、該群噴孔（２４・２４）から燃焼室（１００）壁面までの距離が長い場合は小さくしたものである。
【００１０】
請求項３においては、請求項１記載のディーゼルエンジンにおいて、前記ステップにおいて、下面と傾斜部との境界の直径をステップ開始径（ｄ１）とすると、ステップ開始径（ｄ１）は、燃焼室（１００）のボア径（Ｄ）の７５％以下としたものである。
【００１１】
請求項４においては、請求項１記載のディーゼルエンジンにおいて、前記ステップは、ピストン径方向の断面視において壁面が垂直であるものである。
【００１２】
請求項５においては、請求項１記載のディーゼルエンジンにおいて、前記ステップは、ピストン径方向の断面視において壁面が傾斜しているものである。
【００１３】
請求項６においては、請求項１記載のディーゼルエンジンにおいて、前記ステップは、ピストン径方向の断面視において、上面から壁面、又は壁面から下面に向かって少なくとも一方は円弧を形成するものである。
【００１４】
請求項７においては、請求項１乃至６項のうちいずれか１項に記載のディーゼルエンジンにおいて、前記開き角（γ）と、前記噴孔角（α）との和は、１８０°以下であるものである。
【００１５】
請求項８においては、請求項１乃至７項のうちいずれか１項に記載のディーゼルエンジンにおいて、前記ピストンが上死点にあるとき、前記各群噴孔（２４・２４）の噴霧は、ピストンに構成したキャビティ（Ｃ）の壁面に衝突するように構成したものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１７】
請求項１においては、燃料噴射ノズルを群噴孔ノズル（２０）とし、該群噴孔ノズル（２０）のノズルホルダ（２２）の周方向に群噴孔（２４・２４）を複数個具備させ、該群噴孔ノズル（２０）の群噴孔（２４・２４）は、前記ノズルホルダ（２２）のノズル軸に対して同径上、すなわちノズル軸を通る同一断面において、ノズルホルダ（２２）の先端の半球状の円頂部（２３）には、斜め下向きに同列的に近接して穿設し、燃焼室（１００）内で上下するピストンの頂面には、径方向外周に向けて高さが増加する、少なくとも１つの円形のステップを設け、前記各群噴孔（２４・２４）と前記ステップまでの距離を、同一距離とし、該群噴孔（２４・２４）のそれぞれの中心軸が形成する角を開き角（γ）とし、該群噴孔（２４・２４）の、それぞれの噴霧角（θ）を合成して形成される合成噴霧角（φ）とし、該合成噴霧角（φ）の中心軸がノズル軸方向でなす角度を噴孔角（α）とすると、該群噴孔（２４・２４）を有する群噴孔ノズル（２０）の中心が、前記燃焼室（１００）の中心に対してオフセットした構成において、前記群噴孔（２４・２４）における各噴孔間の開き角（γ）をそれぞれ異なる角度とし、該各開き角（γ）を合成した合成噴霧角（φ）をも、それぞれ異なる角度としたので、ピストン頂面に径方向に対して高さが増加するステップを設けることで、ピストン下降時にピストン頂面に接触した噴霧の進展方向を上方に変更し、噴霧とシリンダライナ壁面との接触を妨げるため、シリンダライナ壁面における潤滑油の燃焼及び希釈化、或いはピストン頂面近傍及びクレビス領域における局所的な空気不足に起因するスモーク発生を防止できる。
【００１８】
また、設計上の制約により、燃焼室の中心とノズル軸の位置が異なっている場合、或いは燃焼室の中心とノズル軸の位置が異なり、かつ群噴孔とシリンダライナ壁面の距離に応じて群噴孔の開き角を変化させている場合であっても、燃焼室周囲において、請求項１の効果を確実に得ることができる。
【００１９】
また、前記開き角（γ）と合成噴霧角（φ）を、それぞれ異なる角度にすることで、設計自由度が向上できる。
【００２０】
請求項２に記載の如く、請求項１記載のディーゼルエンジンにおいて、前記開き角（γ）は、前記群噴孔（２４・２４）から燃焼室（１００）の壁面までの距離が短い場合は大きく、該群噴孔（２４・２４）から燃焼室（１００）壁面までの距離が長い場合は小さくしたので、特殊な燃焼室においても、各群噴孔とステップまでの距離は均一とすることにより、群噴孔から噴射されてキャビティ壁面で衝突したときの開き角は略同一角度となり、キャビティ壁面部分における反射は略均一となる。
【００２１】
請求項３においては、請求項１記載の効果に加え、ステップの直径をボア径（シリンダライナの直径）の７５％以下にすることで、ステップによる反射後の噴霧とピストン頂面との間に十分な空気が配置されるため、空気利用率を向上でき、スモークの改善ができる。
【００２２】
請求項４においては、請求項１記載の効果に加え、噴霧の径方向への貫徹力が高い、例えば噴孔角が大きい燃料噴射ノズルであっても、ステップを形成する壁面を垂直とすることで、請求項１の効果を確実に得られる。
【００２３】
請求項５においては、熱負荷の厳しいピストンの場合であっても、ステップを形成する壁面を傾斜させることで、請求項１の効果を確実に得られる。
【００２４】
請求項６においては、請求項１記載の効果に加え、スキッシュ流が強い燃焼室形状であっても、ステップを形成する壁面を円弧状とすることで、バックスキッシュの流動を殺さないため、請求項１の効果を確実に得られる。
【００２５】
請求項７においては、請求項１乃至請求項６の効果に加え、噴孔角と開き角の和を１８０°以下とすることで、ステップを有効的に活用し、開き角を大きくする効果を利用できる。例えば、中低速において、トルクアップしつつスモーク悪化を防止できる。
【００２６】
請求項８においては、請求項１乃至請求項７の効果に加え、通常燃焼は上死点付近にて開始・完了するため、ピストン下降行程以外において、全ての噴霧を燃焼室内に供給し燃焼することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施例に係る群噴孔ノズルと単噴孔ノズルとを比較する構成を示す断面構成図、図２は同じく群噴孔ノズルの課題を示す断面構成図、図３は同じく実施例１を示す断面構成図である。図４は同じく実施例２を示す断面構成図、図５は同じく実施例３を示す断面構成図、図６は同じく実施例４を示す断面構成図である。図７は同じく実施例５を示す断面構成図、図８は同じく実施例６を示す断面構成図、図９は本発明の噴孔角と開き角の関係を示す側面構成図である。図１０は同じく各群噴孔からステップまでの距離示す平面及び断面構成図、図１１は同じく各群噴孔からステップまでの距離示す平面及び側面構成図、図１２は同じく上死点における断面構成図である。
【００２８】
まず、図１を用いて、本発明に係る群噴孔ノズルについて、簡単に説明する。図１において、図１（ａ）は単噴孔ノズル（通常ノズル）１０、図１（ｂ）は群噴孔ノズル２０を示している。図１（ａ）に示すように、単噴孔ノズル１０は、直接噴射式ディーゼルエンジンの各シリンダヘッド１０３（図２参照）に取り付けられ、燃料噴射ポンプ（図示略）によって高圧に加圧された燃料、または、コモンレールに高圧に蓄圧された燃料を後述する燃焼室１００（図２参照）に噴射する燃料噴射ノズルである。また、単噴孔ノズル１０は、略円筒状に形成されるノズルホルダ１２及びニードル（図示略）を備えている。ノズルホルダ１２には、先端に半球状の円頂部１３が形成されている。円頂部１３には、斜め下向きに噴孔１４が穿設されている。なお、図示していないが、噴孔１４のノズル軸を通る同一断面にも噴孔１４とノズル軸に対し対称的に噴孔１４が穿設されている。これら一対の噴孔１４・１４の中心軸（図１（ａ）における一点鎖線）がノズル軸において下方向でなす角度を噴孔角αと定義する。また、噴孔１４の噴霧により形成される角度を噴霧角θと定義する。
【００２９】
図１（ｂ）に示すように、群噴孔ノズル２０は、ノズルホルダ２２のノズル軸に対して同径上、すなわちノズル軸を通る同一断面において、同列的に近接した群噴孔２４・２４が穿設されている。ノズルホルダ２２及び円頂部１３は、単噴孔ノズル１０同様のため説明を省略する。ここで、群噴孔２４・２４のそれぞれの噴霧を合成して形成される噴霧角θを合成噴霧角φと定義する。また、単噴孔ノズル１０同様に、合成噴霧角φの中心軸（図１（ｂ）における二点鎖線）がノズル軸方向でなす角度を噴孔角αと定義する。さらに、群噴孔２４・２４のそれぞれの中心軸（以下、図における一点鎖線）が形成する角を開き角γと定義する。群噴孔ノズル２０は、単噴孔ノズル１０に比較して総噴孔面積が同じである場合に各群噴孔２４・２４の径を小さくできるため、噴霧粒径が小さく、合成噴霧角φが広く、並びに噴霧先端到達距離（貫徹力）が同噴孔径の通常ノズルに比べて大きい特徴を有する。そのため、燃焼騒音低下、空気と燃料との混合改善、並びにスモーク低下の効果が得られる。
【００３０】
さらに、群噴孔２４・２４の開き角γを別の角度にすることで、合成噴霧角φを広くする等の設計自由度が向上できる。
【００３１】
また、図２を用いて、群噴孔ノズル２０の課題について、詳細に説明する。
図２は、ピストン９０の上下運動において下降する際（以下、図において白抜き矢印で示す）の群噴孔ノズル２０による燃料噴射を示している。燃焼室１００は、ピストン９０の下降行程において、ピストン９０のピストン頂面１０１、シリンダヘッド１０３、シリンダライナ壁面１０４、及びキャビティ（図における領域Ｃ）から構成される空間である。
上述するように、群噴孔ノズル２０による燃料噴射の場合、噴霧は従来の単噴孔ノズル１０に比較して貫徹力が強い。そのため、燃料噴射による噴霧は、ピストン頂面１０１に接触後、シリンダライナ壁面１０４方向に進展する。そのため、クレビス領域（図２における領域Ｂ）において、シリンダライナ壁面１０４に衝突する燃料は、潤滑油を燃焼させ並びに希釈化する。さらに、ピストン頂面１０１近傍（図２における領域Ａ）及びクレビス領域においては、燃料に対する空気不足が生じてスモーク発生の起因となる。
【００３２】
以下に、図３乃至図６を用いて、群噴孔ノズル２０が設けられる燃焼室１００において、ピストン頂面１０１の形状についての実施例について説明する。
【００３３】
ここで、図３を用いて、本発明の実施例１としてピストン頂面１１１について、詳細に説明する。図３に示すように、ピストン頂面１１１には、径方向の外周に向かって（図における右方向、以下同じ）高さが増加するステップ（段差部）１１５が設けられている。本実施例において、ステップ１１５は、ピストン１１０径方向断面視において、下面１１５ａから上面１１５ｃに向かって、ステップ１１５の壁面として傾斜部１１５ｂが形成されている。本実施例において、下面１１５ａと傾斜部１１５ｂとの角度、並びに傾斜部１１５ｂと上面１１５ｃとの角度の大きさについて、特に限定しない。なお、傾斜部１１５ｂは、ピストン１１０の外径に対して同心円状に設けられる。
【００３４】
このような構成とすることで、ピストン下降時において、ピストン頂面１１１に接触した燃料噴射の噴霧の進展方向は、ステップ１１５によって上方に変更されるため、噴霧とシリンダライナ壁面１０４との接触を妨げることができる。このようにして、シリンダライナ壁面１０４における潤滑油の燃焼又は希釈化、或いはピストン頂面１１１近傍及びクレビス領域における局所的な空気不足に起因するスモーク発生を防止できる。
【００３５】
また、図４を用いて、本発明の実施例２としてピストン頂面１２１について、詳細に説明する。図４に示すように、ピストン頂面１２１は、ステップ１２５並びにステップ１２５の断面形状が傾斜している構成は実施例１同様である。本実施例では、ステップ１２５において、下面１２５ａと傾斜部１２５ｂとの境界の直径をステップ開始径ｄ１と定義するとき、ステップ開始径ｄ１はボア径Ｄの７５％以下としている。
【００３６】
例えば、ステップ１２５がシリンダライナ壁面１０４近傍にある場合は、噴霧の進展方向を上方に変更することができない。そのため、本実施例のように、ステップ１２５をピストン頂面１２１において所定領域以内に設けることで、確実にピストン下降時にピストン頂面１２１に接触した噴霧の進展方向はステップ１２５によって上方に変更されるため、噴霧とシリンダライナ壁面１０４との接触を妨げることができる。このようにして、実施例１同様の効果を確実に得られる。
【００３７】
また、図５を用いて、本発明の実施例３としてピストン頂面１３１について、詳細に説明する。図５に示すように、ピストン頂面１３１には、複数（本実施例では２箇所）のステップ１３５・１３６が設けられている。また、ステップ１３５・１３６は、断面視における壁面が傾斜している構成は実施例１同様である。ここで、それぞれのステップ１３５・１３６は、群噴孔ノズル２０の各群噴孔２４・２４に対し一位に（それぞれに対応して）形成されている。つまり、群噴孔ノズル２０の各群噴孔２４・２４により燃料噴射が行われた時に、それぞれ衝突する位置にステップ１３５・１３６が形成されている。言い換えれば、群噴孔２４・２４の中心軸の延長上にステップ１３５・１３６が配置されている。本実施例では、ステップ１３５・１３６の傾斜角度については特に限定しない。
【００３８】
このような構成とすることで、群噴孔ノズル２０が噴霧する燃料噴射において、各群噴孔２４・２４による燃料噴射は、対応するステップ１３５・１３６によって上方に変更されるため、噴霧とシリンダライナ壁面１０４との接触を妨げることができる。このようにして、各群噴孔２４・２４の開き角γが大きい場合であっても、実施例１同様の効果を確実に得られる。
【００３９】
また、図６を用いて、本発明の実施例４としてピストン頂面１４１について、詳細に説明する。図６に示すように、ピストン頂面１４１には、２箇所のステップ１４５・１４６が設けられている。また、ステップ１４５・１４６は、断面視における壁面が傾斜している構成は実施例１同様である。ステップ１４６は、ピストン１４０の上昇行程時における群噴孔ノズル２０の噴霧が衝突する位置に形成されている。一方、ステップ１４５は、ピストン１４０の下降行程時における噴霧が衝突する位置に形成されている。本実施例では、ステップ１４５・１４６の傾斜角度については特に限定しない。
【００４０】
このような構成とすることで、群噴孔ノズル２０の噴霧は、ピストン１４０の下降行程のみならず上昇行程においても対応するステップ１４６によって、斜め上方に変更されるため、噴霧とシリンダライナ壁面１０４との接触を妨げることができる。このようにして、ピストン１４０上昇行程の場合であっても、実施例１同様の効果が確実に得られる。
【００４１】
以下に、図７乃至図８を用いて、群噴孔ノズル２０が設けられる燃焼室１００において、ステップ１１５についての実施例６及び７について説明する。なお、実施例５及び６のステップ１５５・１６５は、上述する実施例１乃至４にも適用することもでき、実施例１乃至４と同様の効果が得られる。
【００４２】
ここで、図７を用いて、本発明の実施例５としてピストン頂面１５１について、詳細に説明する。図７に示すように、ピストン頂面１５１には、径方向外周に向けて高さが増加するステップ１５５が設けられている。本実施例において、ステップ１５５は、ピストン１５０径方向断面視において、下面１５５ａから上面１５５ｃに向かって、ステップ１５５の壁面として垂直部１５５ｂが形成されている。すなわち、本実施例において、下面１５５ａと垂直部１５５ｂとの角度、並びに垂直部１５５ｂと上面１５５ｃとの角度は共に９０°としている。
【００４３】
例えば、噴孔角αが大きい群噴孔ノズル２０では、噴霧の貫徹力が高い。そのため、本実施例のような構成とすることで、ピストン１５０下降時において、ピストン頂面１５１に接触した噴霧の進展方向は、確実にステップ１５５によって上方に変更されるため、噴霧とシリンダライナ壁面１０４との接触を妨げることができる。このようにして、例えば噴孔角αが大きい群噴孔ノズル２０を備える燃焼室１００であっても、実施例１同様の効果が確実に得られる。
【００４４】
ここで、図８を用いて、本発明の実施例６としてピストン頂面１６１について、詳細に説明する。図８に示すように、ピストン頂面１６１には、径方向外周に向けて高さが増加するステップ１６５が設けられている。本実施例において、ステップ１６５は、ピストン１６０径方向断面視において、下面１６５ａから上面１６５ｃに向かって曲面部１６５ｂを形成して構成されている。本実施例において、下面１６５ａと曲面部１６５ｂとは円弧形状、並びに曲面部１６５ｂと上面１６５ｃとの角度は９０°にて構成されている。
【００４５】
このような構成とすることで、キャビティ内（図における領域Ｃ）からバックスキッシュ流の進展方向は、スムーズに上方へ変更される（図における実線矢印）。同時に、ピストン下降時にピストン頂面１６１に接触した噴霧の進展方向はステップ１６５によって上方に変更される。このようにして、例えばスキッシュ流が強い燃焼室１００の場合であっても、バックスキッシュ流に影響を与えることなく、実施例１同様の効果が得られる。
【００４６】
ここで、図９乃至１２を用いて、上述する実施例１乃至６のステップ１１５・・・・１６５を構成する燃焼室１００について、詳細に説明する。
【００４７】
まず、図９を用いて、群噴孔ノズル２０の噴孔角αと開き角γの関係について、詳細に説明する。通常、群噴孔ノズル２０は、開き角γを大きくすると、合成噴霧角φが増大し空間利用率が向上されるため、低空気過剰状態において燃焼を改善することができる。しかし、開き角γを大きくすると、実施例１乃至６によるステップ１１５・・・・１６５の高さを必要以上に高くしなければ、効果が得られない。一方、開き角γを大きくするに伴い、噴孔角αを小さくする必要がある。このとき、噴孔角αを縮小すると、スモークが悪化する。  そこで、実施例１乃至６において、噴孔角αと開き角γとの和は、１８０°以下とされている。
【００４８】
このようにして、ステップ１１５・・・・１６５を有効に併用しつつ、開き角γを大きくする効果を利用できる。例えば、中低速において、トルクアップしつつスモーク悪化を防止できる。
【００４９】
次に、図１０及び図１１を用いて、上述する実施例１乃至６のステップ１１５・・・・１６５の平面構成について、さらに詳細に説明する。図１０及び図１１に示すように、燃焼室１００において、各群噴孔２４Ａ・・・・・２４Ｆとステップ１１５までの距離は均一とされている。以下に、この燃焼室１００の構成を適用する２つの場合について、詳細に説明する。
【００５０】
図１０は、上側に燃焼室１００及び群噴孔ノズル２０の平面構成図、下側に同じく断面構成図を示している。図１０に示すように、群噴孔ノズル２０は、平面視において、例えば群噴孔２４・２４を６箇所設けている（図１０における２４Ａ乃至２４Ｆ）。また、燃焼室１００において、例えばピストン頂面１１１は、上述する実施例１の傾斜形状のステップ１１５を形成している。さらに、燃焼室１００の中心と群噴孔ノズル２０の中心が一致する場合もあるが、本構成において、燃焼室１００の中心と群噴孔ノズル２０とがオフセットさせる場合がある。すなわち、各群噴孔２４Ａ・・・・・２４Ｆと燃焼室１００の壁面までの距離（図１０におけるＬｅとＬｂ）がそれぞれ異なる。このような燃焼室１００の中心と群噴孔ノズル２０とがオフセットする燃焼室１００としては、例えば吸気弁及び排気弁がそれぞれ一つの場合や吸気弁と排気弁の数が異なる場合の燃焼室１００が挙げられ、群噴孔ノズル２０を燃焼室１００の中心に配置することが困難な場合の構成である。このような燃焼室１００においても、各群噴孔２４Ａ・・・・・２４Ｆとステップ１１５までの距離（例えば図１０におけるＬＳｅとＬＳｂ）は均一とする。このようにして、燃焼室１００の全ての群噴孔２４Ａ・・・・・２４Ｆにおいて、実施例１の効果が得られる。
【００５１】
図１１は、上側に燃焼室１００及び群噴孔ノズル２０の平面構成図、下側に群噴孔ノズル２０のそれぞれの開き角γａ、γｂ及びγｅの構成を示している。図１１に示すように、６箇所の群噴孔（２４Ａ・２４Ａ）・・・・（２４Ｆ・２４Ｆ）を有する群噴孔ノズル２０の中心が、燃焼室（キャビティＣ）１００の中心に対してオフセットしている場合には、各群噴孔（２４Ａ・２４Ａ）・・・・（２４Ｆ・２４Ｆ）の各開き角γは、キャビティＣ壁面までの距離（例えば図１１におけるＬｅとＬｂ）に応じて異なる構成としている。つまり、群噴孔２４・２４から燃焼室１００の壁面までの距離が短いと開き角γは大きく、群噴孔２４・２４からキャビティＣ壁面までの距離が長いと開き角γは小さくする。例えば、群噴孔２４・２４からキャビティＣ壁面までの距離が最も長い（距離Ｌｂ）群噴孔２４Ｂ・２４Ｂの開き角は最も小さい開き角γｂとし、群噴孔２４・２４からキャビティＣ壁面までの距離が最も短い（距離Ｌｅ）群噴孔２４Ｅ・２４Ｅの開き角は最も大きい開き角γｅとする。具体的には、各群噴孔２４・２４とキャビティＣ壁面との距離Ｌを、全群噴孔（２４Ａ・２４Ａ）・・・・（２４Ｆ・２４Ｆ）とキャビティＣ壁面までの距離の平均距離Ｌｍで除した値（Ｌ／Ｌｍ）に応じて開き角γを設定する。例えば、群噴孔２４・２４とキャビティＣ壁面との距離が最も長い群噴孔２４・２４の開き角は平行（γ＝０ｄｅｇ）とし、最小距離の群噴孔２４・２４の開き角γは５ｄｅｇとし、その他の各群噴孔２４・２４の開き角は比例した角度（５×Ｌ／Ｌｍ）とする。このような燃焼室１００においても、各群噴孔（２４Ａ・２４Ａ）・・・・（２４Ｆ・２４Ｆ）とステップ１１５までの距離（例えば図１０におけるＬＳｅとＬＳｂ）は均一とする。このようにして、群噴孔２４・２４から噴射されてキャビティＣ壁面で衝突したときの開き角は略同一角度となり、キャビティＣ壁面部分における反射は略均一となる。このようにして、燃焼室１００の全ての群噴孔（２４Ａ・２４Ａ）・・・・（２４Ｆ・２４Ｆ）において、実施例１の効果が得られる。
【００５２】
次に、図１２を用いて、上述する実施例１乃至６のステップを構成する燃焼室１００の上死点における燃料噴射について、詳細に説明する。上述するように、ピストン１１０下降時において、燃焼室１００は、ピストン９０のピストン頂面１０２、シリンダヘッド１０３、及びシリンダライナ壁面１０４から構成される空間である。しかし、ピストン１１０の上死点において、燃焼室１００は、すなわちキャビティ（図における領域Ｃ）である。燃焼室１００において、例えばピストン頂面１１１は、上述する実施例１の傾斜形状のステップ１１５を形成している。ここで、ピストン１１０の上死点において、全ての噴霧は燃焼室１００すなわちキャビティの壁面に衝突するように構成されている。このようにして、全ての噴霧は燃焼室内に供給され、理想的な燃焼が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例に係る群噴孔ノズルと単噴孔ノズルとを比較する構成を示す断面構成図。
【図２】同じく群噴孔ノズルの課題を示す断面構成図。
【図３】同じく実施例１を示す断面構成図。
【図４】同じく実施例２を示す断面構成図。
【図５】同じく実施例３を示す断面構成図。
【図６】同じく実施例４を示す断面構成図。
【図７】同じく実施例５を示す断面構成図。
【図８】同じく実施例６を示す断面構成図。
【図９】本発明の噴孔角と開き角の関係を示す側面構成図。
【図１０】同じく各群噴孔からステップまでの距離示す平面及び断面構成図。
【図１１】同じく各群噴孔からステップまでの距離示す平面及び側面構成図。
【図１２】同じく上死点における断面構成図。
【符号の説明】
【００５４】
１０    単噴孔ノズル
１４    噴孔
２０    群噴孔ノズル
２４・２４    群噴孔
１００    燃焼室
９０・１１０．１２０・・・・１６０    ピストン
１０１・１１１・・・・・１６１    ピストン頂面
１１５・・・・１６５    ステップ
α    噴孔角
γ    開き角
φ    合成噴霧角
θ    噴霧角
Ｃ    キャビティ
Ｄ    ボア径
ｄ１    ステップの直径
【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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