(57)【要約】【課題】  ペントルーフ型ピストンを備えた燃料直噴エンジンにおいて、キャビティの円周方向全域で燃料および空気を均一に混合して燃焼状態を改善しながら、ピストンの円周方向全域を均一に冷却できるようにする。【解決手段】  ピストン１３の頂面の中央部に凹設したキャビティ２５をＮ個の仮想的なキャビティ区分に区画したとき、各々の仮想的なキャビティ区分の容積を略等しくすることで、燃料および空気の混合状態を均一化することができる。しかもキャビティ２５の裏部にオイルが供給されるクーリングチャネル２６を円周方向に設け、キャビティ２５とクーリングチャネル２６との最短距離ｄが円周方向に略均一になるように、クーリングチャネル２６の高さを円周方向に変化させたので、キャビティ２５の冷却状態も各々の仮想的なキャビティ区分において略等しくなり、キャビティ２５における混合気の燃焼状態を更に均一化することができる。【選択図】        図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂面のピストン中心軸（Ｌｐ）方向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）の頂面の中央部に凹設されたキャビティ（２５）と、前記キャビティ（２５）内に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エンジンであって、
Ｎを２以上の自然数とし、前記キャビティ（２５）の内壁面と、ピストン中心軸（Ｌｐ）から放射方向に延びて互いに均等な挟み角を有するＮ個の半平面（Ｘ１〜Ｘ６）とで、前記キャビティ（２５）をＮ個の仮想的なキャビティ区分（２５Ａ〜２５Ｆ）に区画したとき、前記各々の仮想的なキャビティ区分（２５Ａ〜２５Ｆ）の容積が略等しくなるように、前記キャビティ（２５）の内壁面の形状を設定するとともに、前記ピストン（１３）における前記キャビティ（２５）の裏部にオイルが供給されるクーリングチャネル（２６）を円周方向に設けたものにおいて、
前記キャビティ（２５）と前記クーリングチャネル（２６）との最短距離（ｄ）が円周方向に略均一になるように、前記クーリングチャネル（２６）のピストン中心軸（Ｌｐ）方向の高さを円周方向に変化させたことを特徴とする燃料直噴エンジン。
【請求項２】
前記クーリングチャネル（２６）の断面形状が円周方向に略同一であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料直噴エンジン。
【請求項３】
前記クーリングチャネル（２６）の下部のピストン中心軸（Ｌｐ）方向の高さが円周方向に略同一であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料直噴エンジン。
【請求項４】
前記クーリングチャネル（２６）の上部のピストン中心軸（Ｌｐ）方向の高さは、ピストンピン軸線（Ｌ２）の方向で最も高く、ピストンピン軸線（Ｌ２）に対して直交する方向で最も低く、かつ前記二つの方向の間で単調に変化しており、前記クーリングチャネル（２６）の高さが変化する傾斜部分から下向きに延びるオイル供給通路（２７）内に、ピストン（１３）の下方に設けたオイルジェット（３０）からオイルを噴射す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エンジン。
【請求項５】
前記クーリングチャネル（２６）を中空パイプ（３３）で構成し、その外周面にピストンリング（３１）を保持する耐摩環（３３ａ）を一体に形成したことを特徴とする、請求項３に記載の燃料直噴エンジン。
【請求項６】
前記クーリングチャネルはピストンピン軸線（Ｌ２）を挟んで二つのクーリングチャネル（２６）に分離されており、前記各々のクーリングチャネル（２６）の一端側からオイルを供給して他端側からオイルを排出することを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の燃料直噴エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頂面のピストン中心軸方向の高さが円周方向に変化するピストンと、前記ピストンの頂面の中央部に凹設されたキャビティと、前記キャビティ内に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エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料直噴エンジンのピストンの平坦な頂面に形成されるキャビティの形状を、フュエルインジェクタからの燃料噴射方向ではキャビティの径を増加させて深さを浅くし、燃料噴射方向以外の方向ではキャビティの径を減少させて深さを深くしたものにおいて、ピストンの内部に形成される環状のクーリングチャネルを波状にうねらせることで、クーリングチャネルとキャビティとの距離を円周方向に一定にし、ピストン全体の均一な冷却を図るものが、下記特許文献１により公知である。
【０００３】
また燃料直噴エンジンのペントルーフ型のピストンの内部に、キャビティの外周に沿う環状のクーリングチャネルと、ピストンボス部のピストンピン穴の吸気側および排気側をピストン中心軸方向に延びるオイル通路とを形成し、このオイル通路を前記クーリングチャネルに連通させて更にピストン頂面側まで延長することで、ピストン全体の均一な冷却を図るものが、下記特許文献２により公知である。
【特許文献１】実公平１−２１１６８号公報
【特許文献１】特開２００７−２７８２５１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、ペントルーフ型のピストンを有する上記特許文献２に記載された燃料直噴エンジンでは、クーリングチャネルからの距離が大きくなるピストン頂面の稜線部近傍を効率的に冷却すべく、ピストン中心軸方向に延びるオイル通路をクーリングチャネルを超えてピストン頂面側まで延長しているため、ピストンの内部構造が複雑になって加工コストが嵩むだけでなく、オイル通路の上端が袋小路になっているために充分な量のオイルを供給することができず、ピストンの全体の均一な冷却を図ることが困難となる可能性があった。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ペントルーフ型のピストンを備えた燃料直噴エンジンにおいて、キャビティの円周方向全域で燃料および空気を均一に混合して燃焼状態を改善しながら、ピストンの円周方向全域を均一に冷却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】
【０００６】
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、頂面のピストン中心軸方向の高さが円周方向に変化するピストンと、前記ピストンの頂面の中央部に凹設されたキャビティと、前記キャビティ内に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エンジンにおいて、Ｎを２以上の自然数とし、前記キャビティの内壁面と、ピストン中心軸から放射方向に延びて互いに均等な挟み角を有するＮ個の半平面とで、前記キャビティをＮ個の仮想的なキャビティ区分に区画したとき、前記各々の仮想的なキャビティ区分の容積が略等しくなるように、前記キャビティの内壁面の形状を設定するとともに、前記ピストンにおける前記キャビティの裏部にオイルが供給されるクーリングチャネルを円周方向に設けたものにおいて、前記キャビティと前記クーリングチャネルとの最短距離が円周方向に略均一になるように、前記クーリングチャネルのピストン中心軸方向の高さを円周方向に変化させたことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。
【０００７】
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、前記クーリングチャネルの断面形状が円周方向に略同一であることを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。
【０００８】
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、前記クーリングチャネルの下部のピストン中心軸方向の高さが円周方向に略同一であることを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。
【０００９】
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、前記クーリングチャネルの上部のピストン中心軸方向の高さは、ピストンピン軸線の方向で最も高く、ピストンピン軸線に対して直交する方向で最も低く、かつ前記二つの方向の間で単調に変化しており、前記クーリングチャネルの高さが変化する傾斜部分から下向きに延びるオイル供給通路内に、ピストンの下方に設けたオイルジェットからオイルを噴射することを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。
【００１０】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記クーリングチャネルを中空パイプで構成し、その外周面にピストンリングを保持する耐摩環を一体に形成したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。
【００１１】
また請求項６に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記クーリングチャネルはピストンピン軸線を挟んで二つのクーリングチャネルに分離されており、前記各々のクーリングチャネルの一端側からオイルを供給して他端側からオイルを排出することを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。
【００１２】
尚、実施の形態のプレッシャリング３１は本発明のピストンリングに対応する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の構成によれば、ピストンの頂面の中央部に凹設したキャビティをＮ個の仮想的なキャビティ区分に区画したとき、各々の仮想的なキャビティ区分の容積が略等しくなるようにキャビティの内壁面の形状を設定したので、キャビティ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低減を図ることができる。しかもキャビティの裏部にオイルが供給されるクーリングチャネルを円周方向に設ける際に、キャビティとクーリングチャネルとの最短距離が円周方向に略均一になるように、クーリングチャネルのピストン中心軸方向の高さを円周方向に変化させたので、キャビティの冷却状態も各々の仮想的なキャビティ区分において略等しくなり、キャビティにおける混合気の燃焼状態を更に均一化することができる。
【００１４】
また請求項２の構成によれば、クーリングチャネルの断面形状が円周方向に略同一であるので、クーリングチャネルの各部のオイルの流速が一定になり、ピストンを円周方向により一層均一に冷却することができる。
【００１５】
また請求項３の構成によれば、クーリングチャネルの下部のピストン中心軸方向の高さが円周方向に略同一であるので、クーリングチャネルの波打ちを少なくして燃料の流動を促進することができるだけでなく、ピストンの鋳造時にクーリングチャネルを成形する中子の下部を平坦にして、中子の製造および金型内での中子の支持を容易化することができる。
【００１６】
また請求項４の構成によれば、クーリングチャネルの上部のピストン中心軸方向の高さが、ピストンピン軸線の方向で最も高く、ピストンピン軸線に対して直交する方向で最も低く、かつ前記二つの方向の間で単調に変化しており、クーリングチャネルの高さが変化する傾斜部分から下向きに延びるオイル供給通路内に、ピストンの下方に設けたオイルジェットからオイルを噴射するので、オイルジェットからオイル供給通路内に噴射された燃料はクーリングチャネルの傾斜部に供給されるため、その燃料の多くはオイル供給通路に対して鈍角を成すクーリングチャネルの高い側に流入する。その結果、クーリングチャネルにおける燃料の流動方向を一定にし、ピストンの冷却を安定させることができる。
【００１７】
また請求項５の構成によれば、中空パイプで構成したクーリングチャネルの外周面にピストンリングを保持する耐摩環を一体に形成したので、ピストンの鋳造時に中子を用いずに耐摩環を利用してクーリングチャネルを形成することができる。このとき、クーリングチャネルの下部のピストン中心軸方向の高さが円周方向に略同一であるため、耐摩環の形成に支障を来すことはない。
【００１８】
また請求項６の構成によれば、クーリングチャネルをピストンピン軸線を挟んで二つのクーリングチャネルに分離し、各々のクーリングチャネルの一端側からオイルを供給して他端側からオイルを排出するので、環状のクーリングチャネルと異なってオイルの入口から出口への流路が一通りしかなくなり、クーリングチャネル内のオイルの流れが安定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１〜図１４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１２の１−１線断面図）、図２は図１の２−２線矢視図、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は図３の５−５線断面図、図６は図３の６−６線断面図、図７は図３の７−７線断面図、図８は補正後のキャビティの断面形状を示す、前記図５に対応する図、図９は補正後のキャビティの断面形状を示す、前記図６に対応する図、図１０は仮想的なキャビティ区分の説明図、図１１はキャビティ区分の方向を円周方向に変化させたときの、該キャビティ区分の容積の変化率を示すグラフ、図１２は図１の１２方向矢視図、図１３はピストンのクーリングチャネル、オイル供給通路およびオイル排出通路を示す図、図１４は図１３の１４Ａ−１４Ａ線断面図および１４Ｂ−１４Ｂ線断面図である。
【００２１】
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−ト１９が連通し、排気バルブ孔１８，１８に排気ポート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。
【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−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】
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６０°間隔で離間する６つの方向に燃料を噴射する。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、他の４本の第２燃料噴射軸Ｌｉ２は、ピストンピン１４の方向に対して６０°の角度で交差している。またピストン中心軸Ｌｐに直交する方向に見て、６本の第１、第２燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ２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燃料噴射軸Ｌｉ１については大きくなっている（図６および図７参照）。
【００２５】
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２燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ２がピストン中心軸Ｌｐと交差する点として定義される。
【００２６】
次に、図５〜図７を参照して先願発明（特開２００８−００２４４３号公報参照）のキャビティ２５の断面形状を詳述する。先願発明のキャビティ２５の断面形状を説明する理由は、先願発明のキャビティ２５の断面形状を補正して本願発明のキャビティ２５の断面形状を得るからである。図５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６はピストンピン１４に対して６０°で交差する方向の断面（第２燃料噴射軸Ｌｉ２を含む断面）であり、図７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。
【００２７】
先願発明は、ピストン中心軸Ｌｐを通る任意の断面において、キャビティ２５の形状を可及的に一致させることを狙ったものである。キャビティ２５の断面形状はピストン中心軸Ｌｐ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７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５のピストンピン１４直交方向の断面と、図６のピストンピン１４に対して６０°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。但し、キャビティ２５の断面形状の主要部、つまり図５〜図７に網かけをして示す部分の形状は完全に一致している。
【００２８】
図５〜図７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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
キャビティ２５の周壁部２５ａは直線ａ１ｂ１，ａ２ｂ２の上にあり、キャビティ２５の底壁部２５ｃは直線ｃ１ｄ１，ｃ２ｄ２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。
【００３２】
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，ピストン中心軸Ｌｐを通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。
【００３３】
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。
【００３４】
図６および図７に示す第１、第２燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ２を通る断面については、図７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６に示すピストンピン１４に対して６０°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。                      
【００３５】
図７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６に示すピストンピン１４に対して６０°で交差する方向の断面において、第２燃料噴射軸Ｌｉ２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。
【００３６】
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に略一致する。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に略一致する。
【００３７】
以上のように先願発明によれば、ピストン中心軸Ｌｐを通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２燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ２を含む二つの断面（図６および図７参照）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が略等しく設定され、かつ燃料衝突点Ｐ１，Ｐ２における燃料衝突角α１，α２が略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。
【００３８】
また図５および図６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７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。
【００３９】
ところで先願発明は、図５〜図７におけるキャビティ２５の断面形状が、網かけをして示す部分では完全に一致しているものの、燃料噴射点Ｏｉｎｊの近傍の交点ｅ１，ｄ１，ｄ２，ｅ２で囲まれた白抜きの領域で不一致になっている。その理由は、キャビティ２５の断面形状のピストン中心軸Ｌｐを挟む二つの部分が、図７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５のピストンピン１４直交方向の断面と、図６のピストンピン１４に対して６０°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ため、交点ｅ１，ｄ１，ｄ２，ｅ２で囲まれた白抜きの領域の面積が、図７のピストンピン１４方向の断面で最も大きく、図６のピストンピン１４に対して６０°で交差する方向の断面で減少し、図５のピストンピン１４直交方向の断面で更に減少するためである。
【００４０】
本実施の形態は、交点ｅ１，ｄ１，ｄ２，ｅ２で囲まれた白抜きの領域の面積が最大になるピストンピン１４方向のキャビティ２５の断面形状（図７参照）を基準とし、その他の方向の断面形状を拡大する方向（つまり、キャビティ２５の深さを増加させる方向）に補正することで、前記交点ｅ１，ｄ１，ｄ２，ｅ２で囲まれた白抜きの領域の面積の差異を補償し、キャビティ２５の全ての方向の断面で空気および燃料の混合状態の一層の均一化を図るものである。
【００４１】
図８は、図５のピストンピン１４直交方向におけるキャビティ２５の断面形状の補正手法を説明するものであり、鎖線の形状は先願発明のものを示し、実線の形状は本実施の形態のものを示している。  
【００４２】
本実施の形態によるキャビティ２５の断面形状の補正は、交点ｂ１および交点ｃ１の位置を、それぞれ交点ｂ１′および交点ｃ１′となるように下方に移動させることで、網かけ部分の面積を増加させることにより行われる。
【００４３】
先ずキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１と、直線ｅ１ｄ１の下方への延長線との交点をｆ１として決定する。続いて交点ｆ１を通るキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１を、交点ｆ１を中心として所定角度βだけ下方に回転させ、新たなキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１′を設定する。続いて燃料噴射点Ｏｉｎｊを中心とする半径Ｒｂの円弧と新たなキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１′との交点を前記ｂ１′として決定し、燃料噴射点Ｏｉｎｊを中心とする半径Ｒｃの円弧と新たなキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１′との交点を前記ｃ１′として決定する。
【００４４】
しかして、補正後のキャビティ２５の断面形状では、キャビティ２５の周壁部２５ａは直線ａ１ｂ１′の上にあり、キャビティ２５の底壁部２５ｃは直線ｃ１′ｄ１に一致し、キャビティ２５の曲壁部２５ｂは直線ａ１ｂ１′および直線ｃ１′ｄ１を滑らかに接続している。
【００４５】
尚、キャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１とピストン中心軸Ｌｐとの交点をｆとし、この交点ｆを中心としてキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１を所定角度βだけ下方に回転させることで、新たなキャビティ底面基本線Ｌ−ｂｃ１′を設定しても良い。
【００４６】
このように、キャビティ２５の内壁面における経路ＡｎＣｎのうち、経路ＡｎＣｎの最下部から第３特定点Ｃｎまでの区間は第２燃料噴射軸Ｌｉ２と近接するが、その区間の形状を変化させることでキャビティ２５の内壁面への燃料の付着を抑制して燃焼悪化を防止することができる。
【００４７】
本実施の形態では、正味平均有効圧力ＮＭＥＰが、煤が発生しない状態で、先願発明に対して２％程度向上した。
【００４８】
図９は、図６のピストンピン１４に対して６０°で交差する方向におけるキャビティ２５の断面形状の補正手法を説明するものであり、鎖線の形状は先願発明のものを示し、実線の形状は本実施の形態のものを示している。
【００４９】
図７（ピストンピン１４方向）および図５（ピストンピン１４直交方向）における交点ｅ１，ｄ１，ｄ２，ｅ２で囲まれた白抜きの領域の面積の差異に比べ、図７（ピストンピン１４方向）および図６（ピストンピン１４に対して６０°で交差する方向）の前記面積の差異は小さいため、図９（ピストンピン１４に対して６０°で交差する方向）におけるキャビティ２５の断面形状の拡大量は、図８（ピストンピン１４直交方向）におけるキャビティ２５の断面形状の拡大量よりも小さなものとなる。
【００５０】
以上、ピストン中心軸Ｌｐの一側のキャビティ２５の断面形状の補正について説明したが、ピストン中心軸Ｌｐの他側のキャビティ２５の断面形状の補正も全く同様にして行われる。
【００５１】
以上のように、本実施の形態によれば、先願発明が有する問題点、つまり燃料噴射点Ｏｉｎｊの近傍の交点ｅ１，ｄ１，ｄ２，ｅ２で囲まれた領域におけるキャビティ２５の各断面形状の不一致が補償されるので、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一層均一化し、混合気の燃焼状態を改善してエンジン出力の更なる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。
【００５２】
図１０は、本実施の形態によるキャビティ２５の断面形状の補正を、別の視点で捕らえる説明図である。
【００５３】
同図において、キャビティ２５の中心を通るピストン中心軸Ｌｐから、６個の半平面Ｘ１〜Ｘ６が放射状に延びている。隣接する２個の半平面Ｘ１〜Ｘ６が成す角度（挟み角）は全て６０°であり、各半平面Ｘ１〜Ｘ６の間を２等分する６本の２等分線は、ピストン中心軸Ｌｐの方向に見て第１、第２燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ２と重なっている。キャビティ２５は６個の半平面Ｘ１〜Ｘ６によって６個の仮想的なキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆに分割されており、本実施の形態によれば、上述したキャビティ２５の断面形状の補正により、６個のキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの容積を理論的には同一に設定することが可能である。
【００５４】
しかしながら、６個のキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの容積を完全に同一に設定する必要はなく、それを略同一に設定するだけでも、特許文献１の発明あるいは先願発明に比べて燃料の混合状態を円周方向により均一化することができる。具体的には、６個のキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの容積のばらつき、つまり最大容積のキャビティ区分と最小容積のキャビティ区分の容積との差分を特許文献１の発明あるいは先願発明に比べて小さくすれば、燃料の混合状態を円周方向により均一化することができる。
【００５５】
図１１は、キャビティ区分の方向（つまり、キャビティ区分の挟み角の２等分線の方向）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、そのキャビティ区分の容積の変化率を示すものである。破線は従来例（特許文献１の発明）に対応し、実線は本実施の形態に対応する。
【００５６】
何れのものも、キャビティ区分の挟み角の２等分線の方向がピストンピン１４の方向に対して６０°で交差するとき（図１０のキャビティ区分２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｅ，２５Ｆ参照）を基準とし、そのときの変化率を０％としている。破線で示す従来例では、キャビティ区分の挟み角の２等分線の方向がピストンピン１４の方向に一致するとき（図１０のキャビティ区分２５Ａ，２５Ｄ参照）、変化率は最大になって７％程度であるが、実線で示す実施の形態では、同じ位置で変化率は最大になるが、その値は大幅に減少して僅か０．５％に抑えられている。
【００５７】
図１および図１２〜図１４に示すように、ピストン１３の内部には、キャビティ２５の裏部に近接するように環状のクーリングチャネル２６が形成される。クーリングチャネル２６はピストン中心軸Ｌｐ方向に見て該ピストン中心軸Ｌｐを囲むように環状に形成されており、その断面形状は縦長の小判型あるいは楕円状で円周方向に一定である。そしてクーリングチャネル２６はピストン１３の頂面の形状に沿うように波打っており、クーリングチャネル２６とキャビティ２５との最短距離ｄは円周方向の何れの位置においても同一である。
【００５８】
クーリングチャネル２６は、ピストンピン軸線Ｌ２方向において最も高く、ピストンピン軸線Ｌ２に直交する方向において最も低くなるように波打っているが、その中間の傾斜部、つまりピストンピン軸線Ｌ２に対して傾斜する方向から、対角位置に配置された２本のオイル供給通路２７，２７と、他の対角位置に配置された２本のオイル排出通路２８，２８とが下向きに形成される。一方、シリンダブロック２９の内部には、２個のオイルジェット３０，３０が上向きに設けられており、これらのオイルジェット３０，３０は前記２本のオイル供給通路２７，２７の下端開口部を指向する。
【００５９】
しかして、オイルジェット３０，３０から噴出したオイルはピストン１３のオイル供給通路２７，２７の下端から上向きに流れ、クーリングチャネル２６に達して円周方向に流れを変える。このとき、オイル供給通路２７，２７はクーリングチャネル２６の傾斜部に連なっているため、オイルの多くはオイル供給通路２７，２７との成す角度が鈍角であるピストンピン軸線Ｌ２方向に向かって斜め上向きに流れ、オイルの一部だけがピストンピン軸線Ｌ２に直交する方向に向かって斜め下向きに流れることになり、二股に分岐したオイルは２個のオイル排出通路２８，２８から排出される。そしてオイルがクーリングチャネル２６を流れる間に、高温のピストン１３を冷却する。
【００６０】
このとき、オイル供給通路２７，２７がクーリングチャネル２６の傾斜部に連なる位置が、その傾斜部の中間高さ位置よりも低い側に偏っているので、オイル供給通路２７，２７の上端からクーリングチャネル２６の傾斜部の高い方に向かって分岐する比較的に大量のオイルが、オイル排出通路２８，２８の上端に連なる位置までクーリングチャネル２６の内部を比較的に長い距離に亘って流れることになり、オイルによるピストン１３の冷却効果を高めることができる。またピストン１３の頂面が波打っていても、クーリングチャネル２６もキャビティ２５との距離が円周方向に一定の最短距離ｄになるように波打っているので、ピストン１３の全体を均等に冷却することができる。しかもクーリングチャネル２６の断面形状が円周方向に一定であるため、そこを流れるオイルの流速が一定になり、ピストン１３の全体を一層均等に冷却することができる。
【００６１】
またオイル供給通路２７，２７をクーリングチャネル２６の傾斜部に接続したので、オイルはクーリングチャネル２６の内部を予め定まった比率で予め定まった方向に流れ、ピストン１３の冷却を一層均一に行うことができる。仮に、オイル供給通路２７，２７をクーリングチャネル２６の最も高い位置、あるいは最も低い位置に設けた場合、オイルがオイル供給通路２７，２７からクーリングチャネル２６に達して円周方向に二股に分岐する際に、どの方向にどのような比率で流れるのかが不安定になり、ピストン１３の冷却が不均一になる可能性がある。
【００６２】
次に、図１５および図１６に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００６３】
第１の実施の形態ではクーリングチャネル２６の断面形状が円周方向に一定であるのに対し、第２の実施の形態のクーリングチャネル２６は、その上部とキャビティ２５との最短距離ｄを円周方向の一定にしながら、その下部を一定の高さにしている。即ち、クーリングチャネル２６の上部の高さはピストンピン軸線Ｌ２方向で最も高くなり、ピストンピン軸線Ｌ２に直交する方向で最も低くなる。
【００６４】
本実施の形態によっても、クーリングチャネル２６の上部とキャビティ２５との最短距離ｄが円周方向に一定であるため、ピストン１３を円周方向に均一に冷却することができる。しかもクーリングチャネル２６の下部が平坦であるため、オイルの流れがスムーズになってピストン１３の冷却性能が向上するだけでなく、ピストン１３の鋳造時に中子でクーリングチャネル２６を成形する際に、その中子の下端の保持が容易になるという利点がある。
【００６５】
次に、図１７および図１８に基づいて本発明の第３および第４の実施の形態を説明する。
【００６６】
第１、第２の実施の形態では、クーリングチャネル２６が環状に形成されているが、第３、第４の実施の形態では、クーリングチャネル２６，２６が略１８０°の中心角を有する二つの円弧状部分に分離されている。そして各円弧状のクーリングチャネル２６の一端側および他端側にそれぞれオイル供給通路２７およびオイル排出通路２８が接続される。
【００６７】
第３の実施の形態では、二つのクーリングチャネル２６，２６の一方の対向部側にオイル供給通路２７，２７が接続され、二つのクーリングチャネル２６，２６の他方の対向部側にオイル排出通路２８，２８が接続されている。
【００６８】
また第４の実施の形態では、二つのクーリングチャネル２６，２６のオイル供給通路２７，２７およびオイル排出通路２８，２８が対角位置に配置されている。
【００６９】
これら第３、第４の実施の形態によれば、環状のクーリングチャネル２６に比べてオイル供給通路２７からオイル排出通路２８への流路が一通りしかないので、クーリングチャネル２６，２６内のオイルの流れが安定する。
【００７０】
次に、図１９および図２０に基づいて本発明の第５の実施の形態を説明する。
【００７１】
第５の実施の形態は、上述した第２の実施の形態と同一形状のクーリングチャネル２６（下部が平坦であるもの）を備えているが、そのクーリングチャネル２６は環状の中空パイプ３３の内部に区画されており、ピストン１３に装着される１本のプレッシャリング３１および２本のオイルリング３２，３２のうち、プレッシャリング３１を支持する耐摩環３３ａが前記中空パイプ３３の外周面に一体に形成される。耐摩環３３ａを一体に備えた中空パイプ３３は、ピストン１３を鋳造する際にその内部に鋳ぐるまれる。
【００７２】
この第５の実施の形態によれば、プレッシャリング３１を保持する耐摩環を３３ａ一体に備えた中空パイプ３３を用いてクーリングチャネル２６を区画するので、ピストン１３の鋳造時に中子が不要になって製造工数の削減が可能になるだけでなく、耐摩環３３ａと一体化することで部品点数の削減にも寄与することができる。しかもクーリングチャネル２６の下部が平坦に形成されていて上部だけが波打っているので、プレッシャリング３１を支持するために平坦であることが要求される耐摩環３３ａを、クーリングチャネル２６の平坦な下部に沿って支障なく支持することができる。
【００７３】
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。
【００７４】
例えば、オイルジェット３０，３０の数は実施の形態の２個に限定されず、１個あるいは３個以上であっても良い。
【００７５】
また実施の形態では、仮想的なキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの数を６個に設定しているが（Ｎ＝６）、前記キャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの数は２個以上であれば良い（Ｎは２以上の自然数）。
【００７６】
このとき、キャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの数と燃料噴射軸の数とは、必ずしも一致させる必要はないが、それを一致させることで、一つのキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆに一つの燃料噴射軸が対応することになり、燃料の混合状態を円周方向により均一化することができる。尚、キャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの挟み角の２等分線を燃料噴射軸に一致させれば、一つのキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの中心に燃料噴射軸が位置することになり、燃料の混合状態を更に均一化することができる。
【００７７】
また実施の形態では、仮想的なキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの容積には、上死点にあるピストン１３の頂面とシリンダヘッド１６の下面とに挟まれた部分の容積を含めず、キャビティ２５の開口端縁までの容積（即ち、ピストン頂面基本線Ｌ−ａ１，Ｌ−ａ２より下の容積）としたが、それを含めたものを仮想的なキャビティ区分２５Ａ〜２５Ｆの容積として定義しても、同様の作用効果を奏することができる。
【００７８】
また実施の形態ではディーゼルエンジンについて説明したが、本願発明はディーゼルエンジンに限定されず、燃焼室内に燃料を直接噴射する任意の形式のエンジンに対して適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】第１の実施の形態に係るディーゼルエンジンの要部縦断面図（図１２の１−１線断面図）
【図２】図１の２−２線矢視図
【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】図３の５−５線断面図
【図６】図３の６−６線断面図
【図７】図３の７−７線断面図
【図８】補正後のキャビティの断面形状を示す、前記図５に対応する図
【図９】補正後のキャビティの断面形状を示す、前記図６に対応する図
【図１０】仮想的なキャビティ区分の説明図
【図１１】キャビティ区分の方向を円周方向に変化させたときの、該キャビティ区分の容積の変化率を示すグラフ
【図１２】図１の１２方向矢視図
【図１３】ピストンのクーリングチャネル、オイル供給通路およびオイル排出通路を示す図
【図１４】図１３の１４Ａ−１４Ａ線断面図および１４Ｂ−１４Ｂ線断面図
【図１５】第２の実施の形態に係る、前記図１３に対応する図
【図１６】図１５の１６Ａ−１６Ａ線断面図および１６Ｂ−１６Ｂ線断面図
【図１７】第３の実施の形態に係るクーリングチャネル、オイル供給通路およびオイル排出通路を示す図
【図１８】第４の実施の形態に係るクーリングチャネル、オイル供給通路およびオイル排出通路を示す図
【図１９】第５の実施の形態に係るピストンの縦断面図
【図２０】耐摩環を一体に備えた中空パイプの斜視図
【符号の説明】
【００８０】
１３        ピストン
２３        フュエルインジェクタ
２５        キャビティ
２５Ａ〜２５Ｆ        キャビティ区分
２６        クーリングチャネル
２７        オイル供給通路
３０        オイルジェット
３１        プレッシャリング（ピストンリング）
３３        中空パイプ
３３ａ      耐摩環
ｄ          最短距離
Ｌ２        ピストンピン軸線
Ｌｐ        ピストン中心軸
Ｘ１〜Ｘ６            半平面
【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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【図２０】
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