(57)【要約】  燃料噴霧のペネトレーションを強めることなくキャビティ内の空気の流動性を高めることにより、冷却損失の低減と、燃料噴霧と空気の混合性向上とを両立することが可能なディーゼルエンジンを提供する。ディーゼルエンジン(1)のピストン(10)の冠面(10a)には、シリンダヘッド(6)とは反対側に凹んだ平面視円形のキャビティ(12)が形成され、キャビティを形成する壁面は、キャビティの周縁に形成され且つピストンの径方向内側に突出したリップ部(62)を有し、リップ部には、キャビティの周縁からピストンの径方向外側に凹んだ複数の切欠き部(64)が形成され、燃料噴射弁(34)は、シリンダヘッドの中央に配置され、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キャビティ内を指向する複数の噴孔(56)が形成され、切欠き部は、複数の噴孔の各指向方向の間に配置されている。
2018096592.tif 000002
【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が形成され、
前記キャビティを形成する壁面は、当該キャビティの周縁に形成され且つ前記ピストンの径方向内側に突出したリップ部を有し、
前記リップ部には、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複数の切欠き部が形成され、
前記燃料噴射弁は、前記シリンダヘッドの中央に配置され、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当該キャビティ内を指向する複数の噴孔が形成され、
前記切欠き部は、前記複数の噴孔の各指向方向の間に配置されている、
ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記噴孔は、前記ピストンの径方向における前記リップ部の先端よりも前記シリンダヘッドとは反対側を指向する、請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項３】
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いる請求項１又は２に記載のディーゼルエンジン。
【請求項４】
前記キャビティを形成する壁面は、当該キャビティの中心側ほど前記燃料噴射弁に近づくように隆起した中央隆起部を有する、請求項１乃至３の何れか１項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】
上記のような中・高負荷域での燃料噴霧と空気の混合の促進効果をより高めるには、燃料噴射弁から噴射される燃料のペネトレーション（貫徹力）を強めることが考えられる。噴霧のペネトレーションが強いと、燃料噴射弁から十分に離れた位置でも噴霧の速度が高速に保たれるので、燃焼室内でより広範囲に噴霧を行き渡らせることが可能だからである。【０００６】
しかしながら、低負荷域では燃料噴射量が少ないので、燃料噴霧がキャビティの壁面に沿って反転するような流れはほとんど起きない。この場合、燃焼ガスはキャビティの周縁部近傍からあまり移動せずにキャビティの壁面に接触する。したがって、中・高負荷域での燃料噴霧と空気の混合性向上のために噴霧のペネトレーションを強くし過ぎると、低負荷域において燃焼ガスがキャビティの壁面に接触する面積が大きくなり、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。【０００７】
したがって、冷却損失の低減と、燃料噴霧と空気の混合性向上とを両立するためには、燃料噴霧のペネトレーションを強めることなくキャビティ内の空気の流動性を高めることが求められる。【０００８】
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、燃料噴霧のペネトレーションを強めることなくキャビティ内の空気の流動性を高めることにより、冷却損失の低減と、燃料噴霧と空気の混合性向上とを両立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】
【０００９】
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が形成され、キャビティを形成する壁面は、キャビティの周縁に形成され且つピストンの径方向内側に突出したリップ部を有し、リップ部には、キャビティの周縁からピストンの径方向外側に凹んだ複数の切欠き部が形成され、燃料噴射弁は、シリンダヘッドの中央に配置され、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キャビティ内を指向する複数の噴孔が形成され、切欠き部は、複数の噴孔の各指向方向の間に配置されている、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、ピストン冠面のキャビティの周縁に形成され且つピストンの径方向内側に突出したリップ部に、ピストンの径方向外側に凹んだ複数の切欠き部が形成されているので、ピストン冠面の上方においてキャビティよりもピストンの径方向外側を流れる空気が切欠き部からキャビティ内へ流入し、キャビティの壁面に沿ってピストンの径方向内側へ進む空気流動が発生する。これにより、キャビティ内における空気の流動性を高めることができる。また、切欠き部は燃料噴射弁の噴孔の各指向方向の間に配置されているので、キャビティ内に平面視で放射状に噴霧され、リップ部に沿ってピストンの径方向内側に反転する燃料の流れと、切欠き部からキャビティ内へ流入したピストンの径方向の速度成分を持つ空気流動とを合流させ、キャビティ内における燃料と空気との混合を促進することができる。このように、燃料噴霧のペネトレーションを強めることなくキャビティ内における空気の流動性を高めることができ、冷却損失の低減と、燃料噴霧と空気の混合性向上とを両立することができる。【００１０】
また、本発明において、好ましくは、噴孔は、ピストンの径方向におけるリップ部の先端よりもシリンダヘッドとは反対側を指向する。
このように構成された本発明においては、燃料噴射弁から噴射された燃料は、リップ部の先端よりもシリンダヘッドとは反対側においてキャビティの壁面に沿ってピストンの径方向内側に反転し、ピストンの中心側に向けて流れるので、その燃料の流れと同じ方向に、切欠き部からキャビティ内へ流入したピストンの径方向の速度成分を持つ空気流動を発生させることができ、これにより、キャビティ内における燃料と空気との混合を一層促進することができる。【００１１】
また、本発明において、好ましくは、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いる。
このように構成された本発明においては、ピストン冠面の上方においてキャビティよりもピストンの径方向外側を流れるスワール流が切欠き部からキャビティ内へ流入し、キャビティの壁面に沿ってピストンの径方向内側へ進む空気流動が発生する。このように、スワール流によるシリンダの中心軸線まわりに流れる横渦に加えて、ピストンの径方向の速度成分を持つ空気流動を発生させることにより、燃料噴霧のペネトレーションを強めることなくキャビティ内における空気の流動性を一層高めることができ、冷却損失の低減と、燃料噴霧と空気の混合性向上とを両立することができる。【００１２】
また、本発明において、好ましくは、キャビティを形成する壁面は、キャビティの中心側ほど燃料噴射弁に近づくように隆起した中央隆起部を有する。
このように構成された本発明においては、キャビティの壁面に沿ってピストンの径方向内側に反転し、中央隆起部に沿ってピストンの径方向内側へ進む燃料の流れと、切欠き部からキャビティ内へ流入し中央隆起部に沿ってピストンの径方向内側へ進む空気流動とを合流させ、キャビティ内における燃料と空気との混合を一層促進することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のディーゼルエンジンによれば、燃料噴霧のペネトレーションを強めることなくキャビティ内の空気の流動性を高めることにより、冷却損失の低減と、燃料噴霧と空気の混合性向上とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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５中のVII−VIIに沿って見た、本発明の実施形態による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】図6中のVIII−VIIIに沿って見た、本発明の実施形態による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９】本発明の実施形態による燃焼室内の空気流動を概念的に示す斜視図である。
【図１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、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。
【００２４】
気筒２内には、吸気行程において上側から見て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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
次に、図５乃至図８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５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り、図８は、図５中のVIII−VIII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及び図８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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
図５、図６及び図８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切欠き部６４が形成されている。各切欠き部６４は、燃料噴射弁３４の噴孔５６の各指向方向の間に配置される。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個の切欠き部６４が、燃料噴射弁３４の噴孔５６の各指向方向の間に周方向にほぼ等間隔に並ぶように配置されている。
【００３７】
図６に示すように、切欠き部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ほぼ矩形の凹形に形成されている。即ち、切欠き部６４を形成する壁面は、平面視でピストン１０の周方向に沿って延びる底面６４ａと、底面６４ａ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６４ｂとを有している。平面視においてピストン１０の中心と切欠き部６４の底面６４ａの両端とを結ぶ直線が成す中心角α（切欠き部６４の幅に相当する）は、本実施形態では例えば１４°である。
また、図８に示すように、切欠き部６４の底面６４ａは、断面視でキャビティ１２の底面６４ａからピストン１０の冠面１０ａに向かってピストン１０の径方向外側に傾斜している。切欠き部６４の底面６４ａとピストン１０の軸線方向とが成す角（すり鉢角）θは、本実施形態では例えば３０°である。切欠き部６４の底面６４ａの周辺凹部６０側の端部は、周辺凹部６０の周縁と連続している。
【００３８】
次に、図９及び図１０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９は、本発明の実施形態による燃焼室内の空気流動を概念的に示す斜視図であり、図１０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時計回りの吸気スワール流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内の吸気スワール流Ｓが強化される。
【００４０】
続く圧縮行程において、ピストン冠面１０ａの上方においてキャビティ１２よりもピストン１０の径方向外側を流れる吸気スワール流Ｓ（気筒２の中心軸線まわりに流れる横渦）は、図９に示すように、切欠き部６４からキャビティ１２の周辺凹部６０へ落ち込み、中央隆起部５８に沿ってピストン１０の径方向内側へ進む。これにより、キャビティ１２内には、吸気スワール流Ｓによる気筒２の中心軸線まわりに流れる横渦に加えて、ピストン１０の径方向の速度成分を持つ空気流動Ｖが発生する。本実施形態によれば、周辺凹部６０に沿って流れる空気流動Ｖのピストン１０の径方向の速度成分は、切欠き部６４を有しない場合の約３倍に達する。
【００４１】
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、噴孔５６から噴射された燃料はリップ部６２と周辺凹部６０との接続部付近に到達する。
図４における運転領域Ａ１のような低負荷域では、燃料噴射弁３４からの燃料の噴射量が少ないので、燃料の噴霧Ｆはリップ部６２と周辺凹部６０との接続部付近に到達した時点でかなり減速している。したがって、噴霧Ｆがキャビティ１２の壁面に沿って径方向内側に反転するような流れは、噴霧Ｆ自体の運動量によってはほとんど生じない。
しかしながら、吸気スワール流Ｓが切欠き部６４からキャビティ１２の周辺凹部６０へ落ち込むことにより、キャビティ１２内には、ピストン１０の径方向の速度成分を持つ空気流動Ｖが存在している。したがって、図１０に示すように、リップ部６２と周辺凹部６０との接続部付近に到達した噴霧Ｆは空気流動Ｖと合流し、キャビティ１２の壁面に沿って径方向内側に反転しながら空気と混合する。これにより、燃料の噴射量が少ない低負荷域においても燃料噴霧Ｆと空気との混合性を向上することができ、冷却損失を低減することができる。
【００４２】
また、図４における運転領域Ａ２のような中負荷域、あるいはさらに高負荷側の領域では、燃料噴射弁３４からの燃料の噴射量が多いので、噴霧Ｆは、キャビティ１２の壁面に沿って径方向内側に反転し、キャビティ１２の壁面に沿ってピストン１０の中心側に向けて流れるとともに、その過程で空気と反応し、燃焼する。このとき、低負荷域における冷却損失低減のために燃料噴霧Ｆのペネトレーションを弱めていると、キャビティ１２の中心側に向かう噴霧Ｆの流れが弱くなる。
しかしながら、吸気スワール流Ｓが切欠き部６４からキャビティ１２の周辺凹部６０へ落ち込むことにより、キャビティ１２内には、ピストン１０の径方向の速度成分を持つ空気流動Ｖが存在している。したがって、図１０に示すように、リップ部６２と周辺凹部６０との接続部付近に到達した噴霧Ｆは、キャビティ１２の壁面に沿って径方向内側に反転しながら空気流動Ｖと合流し、空気と混合する。これにより、中・高負荷域において燃料噴霧Ｆのペネトレーションを強めることなく燃料噴霧Ｆと空気との混合性を向上することができ、ＮＯｘやスート（煤）の発生量を低減することができる。
【００４３】
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の中心と切欠き部６４の底面６４ａの両端とを結ぶ直線が成す中心角αが例えば１４°であり、切欠き部６４の底面６４ａとピストン１０の軸線方向とが成す角（すり鉢角）θが例えば３０°であると説明したが、切欠き部６４をこれとは異なる寸法により形成してもよい。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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切欠き部６４が形成されているので、ピストン冠面１０ａの上方においてキャビティ１２よりもピストン１０の径方向外側を流れるスワール流Ｓが切欠き部６４からキャビティ１２内へ流入し、キャビティ１２の壁面に沿ってピストン１０の径方向内側へ進む空気流動が発生する。このように、スワール流Ｓによる気筒２の中心軸線まわりに流れる横渦に加えて、ピストン１０の径方向の速度成分を持つ空気流動を発生させることにより、燃料噴霧Ｆのペネトレーションを強めることなくキャビティ１２内における空気の流動性を高めることができ、冷却損失の低減と、燃料噴霧Ｆと空気の混合性向上とを両立することができる。
【００４７】
特に、ピストン１０の冠面１０ａには、複数の切欠き部６４が形成されているので、キャビティ１２内のより広い範囲においてピストン１０の径方向の速度成分を持つ空気流動を発生させることができ、これにより、キャビティ１２内における空気の流動性を一層高めることができる。
【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キャビティ１２内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を、ピストン１０の径方向の速度成分を持つ空気流動により促進することができ、燃料噴霧Ｆのペネトレーションを強めることなく燃料噴霧Ｆと空気の混合性を一層向上することができる。
【００４９】
特に、切欠き部６４は、複数の噴孔５６の各指向方向の間に配置されているので、キャビティ１２内に平面視で放射状に噴霧され、キャビティ１２の壁面に沿ってピストン１０の径方向内側に反転する燃料の流れと、スワール流Ｓが切欠き部６４からキャビティ１２内に流入することにより発生したピストン１０の径方向の速度成分を持つ空気流動とを合流させ、キャビティ１２内における燃料と空気との混合を促進することができ、これにより、燃料噴霧Ｆのペネトレーションを強めることなく燃料噴霧Ｆと空気の混合性を一層向上することができる。
【００５０】
また、ピストン冠面１０ａのキャビティ１２の周縁に形成され且つピストン１０の径方向内側に突出したリップ部６２に、ピストン１０の径方向外側に凹んだ複数の切欠き部６４が形成されているので、ピストン冠面１０ａの上方においてキャビティ１２よりもピストン１０の径方向外側を流れる空気が切欠き部６４からキャビティ１２内へ流入し、キャビティ１２の壁面に沿ってピストン１０の径方向内側へ進む空気流動が発生する。これにより、キャビティ１２内における空気の流動性を高めることができる。また、切欠き部６４は燃料噴射弁３４の噴孔５６の各指向方向の間に配置されているので、キャビティ１２内に平面視で放射状に噴霧され、リップ部６２に沿ってピストン１０の径方向内側に反転する燃料の流れと、切欠き部６４からキャビティ１２内へ流入したピストン１０の径方向の速度成分を持つ空気流動とを合流させ、キャビティ１２内における燃料と空気との混合を促進することができる。このように、燃料噴霧Ｆのペネトレーションを強めることなくキャビティ１２内における空気の流動性を高めることができ、冷却損失の低減と、燃料噴霧Ｆと空気の混合性向上とを両立することができる。
【００５１】
特に、噴孔５６は、ピストン１０の径方向におけるリップ部６２の先端よりもシリンダヘッド６とは反対側を指向するので、燃料噴射弁３４から噴射された燃料は、リップ部６２の先端よりもシリンダヘッド６とは反対側においてキャビティ１２の壁面に沿ってピストン１０の径方向内側に反転し、ピストン１０の中心側に向けて流れるので、その燃料の流れと同じ方向に、切欠き部６４からキャビティ１２内へ流入したピストン１０の径方向の速度成分を持つ空気流動を発生させることができ、これにより、キャビティ１２内における燃料と空気との混合を一層促進することができる。
【００５２】
また、キャビティ１２を形成する壁面は、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た中央隆起部５８を有するので、キャビティ１２の壁面に沿ってピストン１０の径方向内側に反転し、中央隆起部５８に沿ってピストン１０の径方向内側へ進む燃料の流れと、切欠き部６４からキャビティ１２内へ流入し中央隆起部５８に沿ってピストン１０の径方向内側へ進む空気流動とを合流させ、キャビティ１２内における燃料と空気との混合を一層促進することができる。
【符号の説明】
【００５３】
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  切欠き部
６４ａ  底面
６４ｂ  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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【国際調査報告】
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