JP2010144539A - 燃料直噴エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料直噴エンジンにおいて、逆スキッシュ流の大きさが円周方向に不均一であっても、キャビティ内の燃料および空気の混合状態をより一層均一化する。
【解決手段】 キャビティからピストンの外周部に向かって流れる逆スキッシュ流の大きさがピストンピンの方向で最小であり、それに直交する方向で最大であるエンジンにおいて、フュエルインジェクタからキャビティ内に均等な噴射軸間角βで燃料を噴射する複数の燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ２…の方向を、逆スキッシュ流が最小になる方向から第１離間角γ１外れるように設定したので、逆スキッシュ流が最小になる方向を指向する燃料噴射軸から噴射された燃料がキャビティの外部に巻き上がり難くなって該燃料噴射軸の上方に未利用空気が発生するのを防止し、キャビティにおける燃料および空気の混合状態が部分的に不均一になるのを防止することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ペントルーフ型ピストンのような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と、前記キャビティ内の円周方向に離間する複数方向を指向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る燃料直噴エンジンに関する。

ペントルーフ型のピストンを備えたエンジンでは、ピストンが上死点から下降を開始したときにキャビティからピストンの外周部に向かって流れる逆スキッシュ流の大きさが円周方向に不均一になり易いため、逆スキッシュ流の小さい部分で燃料がキャビティの底部に滞留したり、逆スキッシュ流の大きい部分で燃料がキャビティの外部に流出したりし、混合気の燃焼状態が悪化する可能性があった。

この問題を解決するために、逆スキッシュ流が小さい領域ではキャビティの開口端の方向から下向きに測った燃料噴射角を小さくして燃料をキャビティの浅い位置に噴射し、逆スキッシュ流が大きい領域では前記燃料噴射角を大きくして燃料をキャビティの深い位置に噴射することで、逆スキッシュ流の大小に関わらずにキャビティの全域に亘って燃料および空気の混合状態を均一化するものが、下記特許文献１により提案されている。
特開２００８−２５５９３５号公報

ところで上記従来のものは、フュエルインジェクタの６本の燃料噴射軸のうちの２本がペントルーフ型のピストンの頂面の頂部（稜線）に沿う方向を指向しているが、ピストンの頂部に沿う方向はスキッシュ流が際立って小さくなる方向であるため、上記燃料噴射角の変更だけでは補償しきれず、ピストンの頂部に沿う方向を指向する燃料噴射軸に沿って噴射された燃料がキャビティ内で上方に巻き上がりにくなり、前記燃料噴射軸の上方に未利用空気が発生する可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、燃料直噴エンジンにおいて、逆スキッシュ流の大きさが円周方向に不均一であっても、キャビティ内の燃料および空気の混合状態をより一層均一化することを目的とする。

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、前記キャビティ内の円周方向に離間する複数方向を指向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、相互に隣接する二つの燃料噴射軸が成す噴射軸間角が、各噴射軸間角間で略均一になるように前記複数の燃料噴射軸の方向が設定された燃料直噴エンジンにおいて、前記ピストンが上死点から下降するときに発生する逆スキッシュ流の大きさが円周方向に変化し、前記複数の燃料噴射軸の方向を、逆スキッシュ流が最小になる方向を外して設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

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、逆スキッシュ流が最小になる方向に対して前記複数の燃料噴射軸が成す角度を離間角としたとき、最小の離間角が最大化するように前記複数の燃料噴射軸の方向を設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記複数の燃料噴射軸の方向を、逆スキッシュ流が最大になる方向を外して設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、逆スキッシュ流が最小になる方向に対して前記複数の燃料噴射軸が成す角度を第１離間角とし、逆スキッシュ流が最大になる方向に対して前記複数の燃料噴射軸が成す角度を第２離間角としたとき、前記第１、第２離間角のうちの最小の離間角が最大化するように前記複数の燃料噴射軸の方向を設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

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１項の構成に加えて、スキッシュエリアが円周方向に変化し、前記スキッシュエリアが最小になる方向と逆スキッシュ流が最小になる方向とが一致し、前記スキッシュエリアが小さい方向を指向する前記燃料噴射軸が前記キャビティの開口端の方向に対して成す燃料噴射角よりも、前記スキッシュエリアが大きい方向を指向する前記燃料噴射軸が前記キャビティの開口端の方向に対して成す燃料噴射角が大きくなるように設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

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、スキッシュエリアの幅が円周方向に変化し、前記スキッシュエリアの幅が最小になる方向と逆スキッシュ流が最小になる方向とが一致し、前記幅が小さい方向を指向する前記燃料噴射軸が前記キャビティの開口端の方向に対して成す燃料噴射角よりも、前記幅が大きい方向を指向する前記燃料噴射軸が前記キャビティの開口端の方向に対して成す燃料噴射角が大きくなるように設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

また請求項７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、スキッシュエリアの稜線長さが円周方向に変化し、前記スキッシュエリアの稜線長さが最小になる方向と逆スキッシュ流が最小になる方向とが一致し、前記稜線長さが小さい方向を指向する前記燃料噴射軸が前記キャビティの開口端の方向に対して成す燃料噴射角よりも、前記稜線長さが大きい方向を指向する前記燃料噴射軸が前記キャビティの開口端の方向に対して成す燃料噴射角が大きくなるように設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

また請求項８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、スキッシュクリアランスが円周方向に変化し、前記スキッシュクリアランスが最小になる方向と逆スキッシュ流が最小になる方向とが一致し、前記スキッシュクリアランスが大きい方向を指向する前記燃料噴射軸が前記キャビティの開口端の方向に対して成す燃料噴射角よりも、前記スキッシュクリアランスが小さい方向を指向する前記燃料噴射軸が前記キャビティの開口端の方向に対して成す燃料噴射角が大きくなるように設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

また請求項９に記載された発明によれば、ピストンピン軸線と平行に延びる頂部を挟んで傾斜する二つの傾斜面を含むペントルーフ型の頂面を有するピストンと、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、前記キャビティ内の円周方向に離間する複数方向を指向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、相互に隣接する二つの燃料噴射軸が成す噴射軸間角が、各噴射軸間角間で略均一になるように前記複数の燃料噴射軸の方向が設定された燃料直噴エンジンにおいて、前記複数の燃料噴射軸の方向を、前記ピストンの頂部の方向を外して設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

また請求項１０に記載された発明によれば、請求項９の構成に加えて、前記ピストンの頂部の方向に対して前記複数の燃料噴射軸が成す角度を離間角としたとき、最小の離間角が最大化するように前記複数の燃料噴射軸の方向を設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

また請求項１１に記載された発明によれば、請求項９または請求項１０の構成に加えて、前記複数の燃料噴射軸の方向を、前記ピストンの頂部の方向に直交する方向を外して設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

また請求項１２に記載された発明によれば、請求項１１の構成に加えて、前記ピストンの頂部の方向に対して前記複数の燃料噴射軸が成す角度を第１離間角とし、前記ピストンの頂部の方向に直交する方向に対して前記複数の燃料噴射軸が成す角度を第２離間角としたとき、前記第１、第２離間角のうちの最小の離間角が最大化するように前記複数の燃料噴射軸の方向を設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

また請求項１３に記載された発明によれば、請求項１２の構成に加えて、前記複数の燃料噴射軸の数ｎが４の倍数であるとき、前記最小の離間角が３６０°÷２ｎとなるように、前記複数の燃料噴射軸の方向を設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

また請求項１４に記載された発明によれば、請求項１２の構成に加えて、前記複数の燃料噴射軸の数ｎが４の倍数でない偶数であるとき、前記最小の離間角が３６０°÷４ｎとなるように、前記複数の燃料噴射軸の方向を設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

また請求項１５に記載された発明によれば、請求項１２の構成に加えて、前記複数の燃料噴射軸の数ｎが３以上の奇数であるとき、前記最小の離間角が３６０°÷８ｎとなるように、前記複数の燃料噴射軸の方向を設定したことを特徴とする燃料直噴エンジンが提案される。

請求項１の構成によれば、キャビティからピストンの外周部に向かって流れる逆スキッシュ流の大きさが円周方向に変化するエンジンにおいて、フュエルインジェクタからキャビティ内に均等な噴射軸間角で燃料を噴射する複数の燃料噴射軸の方向を、逆スキッシュ流が最小になる方向から外れるように設定したので、逆スキッシュ流が最小になる方向を指向する燃料噴射軸から噴射された燃料がキャビティの外部に巻き上がり難くなって該燃料噴射軸の上方に未利用空気が発生するのを防止し、キャビティにおける燃料および空気の混合状態が部分的に不均一になるのを防止することができる。

また請求項２の構成によれば、逆スキッシュ流が最小になる方向に対して複数の燃料噴射軸が成す角度を離間角としたとき、最小の離間角が最大化するように複数の燃料噴射軸の方向を設定したので、燃料噴射軸の方向を逆スキッシュ流が最小になる方向からできるだけ遠ざけ、キャビティにおける燃料および空気の混合状態の均一化を図ることができる。

また請求項３の構成によれば、複数の燃料噴射軸の方向を、逆スキッシュ流が最大になる方向を外して設定したので、逆スキッシュ流が最大になる方向を指向する燃料噴射軸から噴射された燃料がキャビティの外部に強く巻き上げられ、キャビティにおける燃料および空気の混合状態が部分的に不均一になるのを防止することができる。

また請求項４の構成によれば、逆スキッシュ流が最小になる方向に対して複数の燃料噴射軸が成す角度を第１離間角とし、逆スキッシュ流が最大になる方向に対して複数の燃料噴射軸が成す角度を第２離間角としたとき、第１、第２離間角のうちの最小の離間角が最大化するように複数の燃料噴射軸の方向を設定したので、燃料噴射軸の方向を逆スキッシュ流が最小になる方向および最大になる方向の何れからもできるだけ遠ざけ、キャビティにおける燃料および空気の混合状態の均一化を図ることができる。

また請求項５の構成によれば、逆スキッシュ流が小さい方向（即ちスキッシュエリアが小さい方向）で燃料噴射角が小さくなって燃料がキャビティの浅い位置に噴射され、逆スキッシュ流が大きい方向（即ちスキッシュエリアが大きい方向）で燃料噴射角が大きくなって燃料がキャビティの深い位置に噴射されるため、逆スキッシュ流の大小に関わらずにキャビティの全域に亘って燃料および空気の混合状態を均一化することができる。

また請求項６の構成によれば、スキッシュエリアの幅が円周方向に変化するために逆スキッシュ流の大きさが円周方向に変化しても、逆スキッシュ流が小さい方向（即ちスキッシュエリアの幅が小さい方向）で燃料噴射角が小さくなって燃料がキャビティの浅い位置に噴射され、逆スキッシュ流が大きい方向（即ちスキッシュエリアの幅が大きい方向）で燃料噴射角が大きくなって燃料がキャビティの深い位置に噴射されるため、逆スキッシュ流の大小に関わらずにキャビティの全域に亘って燃料および空気の混合状態を均一化することができる。

また請求項７の構成によれば、スキッシュエリアの稜線長さが円周方向に変化するために逆スキッシュ流の大きさが円周方向に変化しても、逆スキッシュ流が小さい方向（即ちスキッシュエリアの稜線長さが小さい方向）で燃料噴射角が小さくなって燃料がキャビティの浅い位置に噴射され、逆スキッシュ流が大きい方向（即ちスキッシュエリアの稜線長さが大きい方向）で燃料噴射角が大きくなって燃料がキャビティの深い位置に噴射されるため、逆スキッシュ流の大小に関わらずにキャビティの全域に亘って燃料および空気の混合状態を均一化することができる。

また請求項８の構成によれば、スキッシュクリアランスが円周方向に変化するために逆スキッシュ流の大きさが円周方向に変化しても、逆スキッシュ流が小さい方向（即ちスキッシュクリアランスが大きい方向）で燃料噴射角が小さくなって燃料がキャビティの浅い位置に噴射され、逆スキッシュ流が大きい方向（即ちスキッシュクリアランスが小さい方向）で燃料噴射角が大きくなって燃料がキャビティの深い位置に噴射されるため、逆スキッシュ流の大小に関わらずにキャビティの全域に亘って燃料および空気の混合状態を均一化することができる。

また請求項９の構成によれば、ピストンピン軸線と平行に延びる頂部を挟んで傾斜する二つの傾斜面を含むペントルーフ型の頂面を有するピストンを備え、キャビティからピストンの外周部に向かって流れる逆スキッシュ流の大きさが円周方向に変化するエンジンにおいて、フュエルインジェクタからキャビティ内に均等な噴射軸間角で燃料を噴射する複数の燃料噴射軸の方向を、逆スキッシュ流が最小になるピストンの頂部の方向を外して設定したので、逆スキッシュ流が最小になるピストンの頂部の方向を指向する燃料噴射軸から噴射された燃料がキャビティの外部に巻き上がり難くなって該燃料噴射軸の上方に未利用空気が発生するのを防止し、キャビティにおける燃料および空気の混合状態が部分的に不均一になるのを防止することができる。

また請求項１０の構成によれば、逆スキッシュ流が最小になるピストンの頂部の方向に対して複数の燃料噴射軸が成す角度を離間角としたとき、最小の離間角が最大化するように複数の燃料噴射軸の方向を設定したので、燃料噴射軸の方向を逆スキッシュ流が最小になる方向からできるだけ遠ざけ、キャビティにおける燃料および空気の混合状態の均一化を図ることができる。

また請求項１１の構成によれば、複数の燃料噴射軸の方向を、逆スキッシュ流が最大になるピストンの頂部の方向に直交する方向を外して設定したので、逆スキッシュ流が最大になる方向を指向する燃料噴射軸から噴射された燃料がキャビティの外部に強く巻き上げられ、キャビティにおける燃料および空気の混合状態が部分的に不均一になるのを防止することができる。

また請求項１２の構成によれば、逆スキッシュ流が最小になるピストンの頂部の方向に対して複数の燃料噴射軸が成す角度を第１離間角とし、逆スキッシュ流が最大になるピストンの頂部の方向に直交する方向に対して複数の燃料噴射軸が成す角度を第２離間角としたとき、第１、第２離間角のうちの最小の離間角が最大化するように複数の燃料噴射軸の方向を設定したので、燃料噴射軸の方向を逆スキッシュ流が最小になる方向および最大になる方向の何れからもできるだけ遠ざけ、キャビティにおける燃料および空気の混合状態の均一化を図ることができる。

また請求項１３の構成によれば、複数の燃料噴射軸の数ｎが４の倍数であるとき、最小の離間角が３６０°÷２ｎとなるように複数の燃料噴射軸の方向を設定したので、最小の離間角を簡単に算出することができる。

また請求項１４の構成によれば、複数の燃料噴射軸の数ｎが４の倍数でない偶数であるとき、最小の離間角が３６０°÷４ｎとなるように複数の燃料噴射軸の方向を設定したので、最小の離間角を簡単に算出することができる。

また請求項１５の構成によれば、複数の燃料噴射軸の数ｎが３以上の奇数であるとき、最小の離間角が３６０°÷８ｎとなるように複数の燃料噴射軸の方向を設定したので、最小の離間角を簡単に算出することができる。

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。

図１〜図９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はキャビティの第１〜第３燃料噴射断面を示す図、図９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。

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。

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。

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。

図３および図４から明らかなように、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６０°の燃料噴射軸間隔β（図３参照）で配置された６つの方向に燃料を噴射する。第１〜第６燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ６の方向は、ピストンピン１４の方向（ピストン１４の頂部１３ａ，１３ａの方向）にも、ピストンピン１４の方向に直交する方向にも一致していない。またピストン中心軸Ｌｐに直交する方向に見て、第１〜第６燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ６は斜め下向きに傾斜しており、その下向きの度合いはピストンピン１４の方向に近い燃料噴射軸ほど小さく、ピストンピン１４の方向に直交する方向に近い燃料噴射軸ほど大きくなっている。

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。

次に、図５〜図７を参照してキャビティ２５の断面形状を詳述する。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であり、図７はピストンピン１４に沿う方向の断面である。

ここで重要なことは、図５〜図７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（つまり傾斜面１３ｂ，１３ｂ）に直交する方向の断面であるということである。図５のピストンピン１４直角方向の断面と、図７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６のピストンピン１４に対して６０°で交差する方向の断面は、ピストン１３の頂面に直交しており、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、５−５線に沿う切断面と７−７線に沿う切断面とは紙面に直交しているが、６−６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。

本実施の形態の一つの特徴は、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直角方向の断面と、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。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図８（Ａ）は、ピストンピン１４の方向に最も近い第１、第４燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ４を含むキャビティ２５の断面（第１燃料噴射断面Ｓ１）を示し、図８（Ｂ）は、ピストンピン１４の方向に２番目に近い第３、第６燃料噴射軸Ｌｉ３，Ｌｉ６を含むキャビティ２５の断面（第２燃料噴射断面Ｓ２）を示し、図８（Ｃ）は、ピストンピン１４の方向から最も遠い（ピストンピン１４の方向に直交する方向に最も近い）第２、第５燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ５を含むキャビティ２５の断面（第３燃料噴射断面Ｓ３）を模式的に示している。

図８（Ａ）の第１燃料噴射断面Ｓ１において、第１、第４燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ４がキャビティ２５の壁面と交差する点を燃料衝突点Ｐ１とし、図８（Ｂ）の第２燃料噴射断面Ｓ２において、第３、第６燃料噴射軸Ｌｉ３，Ｌｉ６がキャビティ２５の壁面と交差する点を燃料衝突点Ｐ２とし、図８（Ｃ）の第３燃料噴射断面Ｓ３において、第２、第５燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ５がキャビティ２５の壁面と交差する点を燃料衝突点Ｐ３とする。三つの燃料衝突点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、網かけした同一形状の第１〜第３燃料噴射断面Ｓ１〜Ｓ３上の異なる位置に存在している。

即ち、第２燃料噴射断面Ｓ２において、第１燃料噴射断面Ｓ１の燃料衝突点Ｐ１に対応する位置はＰ２′であるが、実際の燃料衝突点Ｐ２はＰ２′よりも低い位置（キャビティ２５の深い位置）に存在する。従って、燃料噴射点Ｏｉｎｊとキャビティ２５の開口端を規定する第１特定点Ａｎとを結ぶ直線に対して、第１、第４燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ４が成す第１燃料噴射角α１に比べて、第３、第６燃料噴射軸Ｌｉ３，Ｌｉ６が成す第２燃料噴射角α２は大きくなる。

また第３燃料噴射断面Ｓ３において、第２燃料噴射断面Ｓ２の燃料衝突点Ｐ２に対応する位置はＰ３′であるが、実際の燃料衝突点Ｐ３はＰ３′よりも低い位置（キャビティ２５の深い位置）に存在する。従って、燃料噴射点Ｏｉｎｊとキャビティ２５の開口端を規定する第１特定点Ａｎとを結ぶ直線に対して、第３、第６燃料噴射軸Ｌｉ３，Ｌｉ６が成す第２燃料噴射角α２に比べて、第２、第５燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ５が成す第３燃料噴射角α３は大きくなる。

換言すると、図８（Ａ）の第１燃料噴射面Ｓ１では第１、第４燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ４はキャビティ２５の浅い位置（開口端に近い位置）を指向し、図８（Ｃ）の第３燃料噴射面Ｓ３では第２、第５燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ５はキャビティ２５の深い位置（底壁に近い位置）を指向し、図８（Ｂ）の第２燃料噴射面Ｓ２では第３、第６燃料噴射軸Ｌｉ３，Ｌｉ６はキャビティ２５の中程度に深い位置を指向することになる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

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ことにより、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。

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。

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。

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。

図９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、破線はその構成を備えていない比較例に対応する。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。

尚、本願発明では燃料噴射点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ているが、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。

ところで、圧縮行程でピストン１３が上死点に接近すると、ピストン１３のキャビティ２５を囲む頂面とシリンダヘッド１６の下面との間に形成される環状のスキッシュエリアＳＡ（図５〜図７参照）の容積が減少することで、スキッシュエリアＳＡからキャビティ２５に向かって径方向内向きに流れるスキッシュ流が発生する。またピストン１３が上死点から下降を開始するとスキッシュエリアＳＡの容積が増加することで、キャビティ２５からスキッシュエリアＳＡに向かって径方向外向きに流れる逆スキッシュ流が発生する。ピストン１３の円周方向の各位置において、スキッシュ流と逆スキッシュ流とは方向が逆で略同じ大きさになるが、本実施の形態では、ピストン１３がペントルーフ状の頂面を備えていることで、スキッシュ流および逆スキッシュ流の大きさは円周方向に不均一になる。

逆スキッシュ流の大きさはスキッシュエリアＳＡの形状に左右され、本実施の形態ではピストンピン１４に沿う方向の断面（図７参照）で逆スキッシュ流が最も小さくなり、ピストンピン１４に直交する方向の断面（図５参照）で逆スキッシュ流が最も大きくなる。よってピストンピン１４の方向に近い第１、第４燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ４を含む第１燃料噴射断面Ｓ１（図８（Ａ）参照）での逆スキッシュ流は小さく、ピストンピン１４の方向に直交する方向に近い第２、第５燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ５を含む第３燃料噴射断面Ｓ３（図８（Ｃ）参照）での逆スキッシュ流は大きく、第３、第６燃料噴射軸Ｌｉ３，Ｌｉ６を含む第２燃料噴射断面Ｓ２（図８（Ｂ）参照）での逆スキッシュ流はその中間の大きさになる。

その理由は、図３から明らかなように、ピストン中心線Ｌｐ方向に見たキャビティ２５の形状がピストンピン１４の方向に長軸を一致させた楕円形状となるため、ピストンピン１４に沿う方向の断面ではスキッシュエリアＳＡの幅ＷがＷ１と小さくなり、ピストンピン１４に対して直交する方向の断面ではスキッシュエリアＳＡの幅ＷがＷ２と大きくなるからである。

このように、逆スキッシュ流の大きさは基本的にスキッシュエリアＳＡの径方向の幅Ｗに依存するが、スキッシュエリアＳＡの径方向の稜線長さに依存するとも言える。スキッシュエリアＳＡの径方向の稜線長さとは、断面となって示されるスキッシュエリアＳＡに沿う屈曲した折れ線の長さであり、その稜線長さが小さいほど逆スキッシュ流が小さくなり、その稜線長さが大きいほど逆スキッシュ流が大きくなる。

更に、逆スキッシュ流の大きさは、ピストン１３の上死点におけるスキッシュエリアＳＡの厚さであるスキッシュクリアランスＣにも依存し、スキッシュクリアランスＣが小さいと逆スキッシュ流が大きくなり、スキッシュクリアランスＣが大きいと逆スキッシュ流が小さくなる。本実施の形態ではピストンピン１４に沿う方向の断面（図７参照）ではスキッシュクリアランスＣがＣ１と大きくなって逆スキッシュ流が小さくなり、ピストンピン１４に対して直交する方向の断面（図５参照）ではスキッシュクリアランスＣがＣ２と小さくなって逆スキッシュ流が大きくなる。

以上説明したように、スキッシュエリアＳＡの形状に応じて逆スキッシュ流の大きさが円周方向に不均一になると、フュエルインジェクタ２３がキャビティ２５の内部に均一に燃料を噴射しても、逆スキッシュ流が大きい部分では燃料がキャビティ２５の開口端から吸い出されてしまい、逆に逆スキッシュ流が小さい部分では燃料がキャビティ２５の底部に滞留してしまい、せっかく燃料噴射点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の断面形状を同一に形成しても、その利点を充分に活かしきれず、混合気の燃焼状態が悪化したり、排気有害物質が増加したり、煤が発生したりする可能性がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、逆スキッシュ流が小さい側の第１、第４燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ４を含む第１燃料噴射断面Ｓ１を、逆スキッシュ流が最も小さくなるピストンピン１４の方向からずらすとともに、その第１燃料噴射断面Ｓ１における第１燃料噴射角α１を小さくして燃料をキャビティ２５の浅い位置に噴射することで、逆スキッシュ流が小さくても燃料がキャビティ２５の底部に滞留するのを抑制し、燃料をキャビティ２５の内部で一層均一に拡散させることができる。

また逆スキッシュ流が大きい側の第２、第５燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ５を含む第３燃料噴射断面Ｓ３を、逆スキッシュ流が最も大きくなるピストンピン１４の方向に直交する方向からずらすとともに、その第３燃料噴射断面Ｓ３における第３燃料噴射角α３を大きくして燃料をキャビティ２５の深い位置に噴射することで、逆スキッシュ流が大きくても燃料がキャビティ２５から流出するのを抑制し、燃料をキャビティ２５の内部で均一に拡散させることができる。

以上のように、第１、第６燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ６を時計回りに回転角１５°だけ回転させ、かつ第１〜第３燃料噴射角α１〜α３を異ならせることで、噴射された燃料がキャビティ２５の底部に滞留する傾向と、逆スキッシュ流が燃料をキャビティ２５から吸い出す傾向とを相殺させ、キャビティ２５内の全域で燃料を均一に拡散させて外部への流出を防止し、混合気の燃焼状態を改善して排気有害物質や煤の発生を抑制することができる。

ところで、本実施の形態では、第１〜第６燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ６の方向は、ピストンピン１４の方向（逆スキッシュ流が最小になる方向）と、ピストンピン１４の方向の直交する方向（逆スキッシュ流が最大になる方向）とに一致せず、かつ最大限に離間する方向に設定される。即ち、図１０（Ｂ）において、燃料噴射軸の数ｎがｎ＝６の場合、基準となるピストンピン１４の方向の一方に対して第１燃料噴射軸Ｌｉ１の方向は時計回りに１５°ずれるように、６本の第１燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ６が１５°回転している。

その結果、ピストンピン１４の方向に対して第１、第４燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ４の方向が成す第１離間角γ１はγ１＝１５°となり、かつピストンピン１４の方向に直交する方向に対して第２、第５燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ５の方向が成す第２離間角γ２はγ２＝１５°となり、第１〜第６燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ６の方向を、逆スキッシュ流が最小になるピストンピン１４の方向と、逆スキッシュ流が最大になるピストンピン１４の方向の直交する方向とに対し、最大限に離間させることができる。

このように、ｎ＝６の場合には基準となるピストンピン１４の方向の一方に対して第１燃料噴射軸Ｌｉ１の方向を時計回りに回転角＝１５°回転させることで、第１〜第６燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ６の方向を、逆スキッシュ流が最小になる方向と、逆スキッシュ流が最大になる方向から最大限に離間させることができるので、逆スキッシュ流が過小であるために燃料がキャビティ２５内に保持されて該キャビティ２５の上方の未利用空気が増加するのを防止するとともに、逆スキッシュ流が過大であるためにキャビティ２５内の方に燃料が上方に巻き上がって外部に流出するのを防止し、キャビティ２５内の全域で燃料をより一層均一に拡散させることができる。

一つの燃料噴射軸の第１離間角γ１を増加させると他の燃料噴射軸の第１離間角γ１が減少し、一つの燃料噴射軸の第２離間角γ２を増加させると他の燃料噴射軸の第２離間角γ２が減少し、一つの燃料噴射軸の第１離間角γ１を増加させると他の燃料噴射軸の第２離間角γ２が減少し、一つの燃料噴射軸の第２離間角γ２を増加させると他の燃料噴射軸の第１離間角γ１が減少することがある。よって、全ての燃料噴射軸の第１、第２離間角γ１，γ２のうちの最小の離間角を最大にするには、つまり、第１〜第６燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ６が逆スキッシュ流が最小になる方向および最大になる方向からできるだけ離れるようにするには、燃料噴射軸の数ｎ＝６の場合には第１燃料噴射軸Ｌｉ１の方向をピストンピン１４の方向から時計回りに１５°回転させれば良い。

次に、燃料噴射軸の数ｎと燃料噴射軸の回転角との関係を考察する。

図１０に示すように、燃料噴射軸の数ｎが４の倍数でない偶数の場合、つまりｎ＝２、ｎ＝６、ｎ＝１０…の場合、回転角は３６０°／４ｎで算出される。

図１０（Ａ）はｎ＝２の場合を示すもので、この場合の回転角＝３６０°／８＝４５°となる。よって、ピストンピン１４の方向に対して第１、第２燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ２の方向が成す第１離間角γ１は４５°となり、かつピストンピン１４の方向に直交する方向に対して第１、第２燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ２の方向が成す第２離間角γ２は４５°となり、第１、第２燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ２の方向を、逆スキッシュ流が最小になるピストンピン１４の方向と、逆スキッシュ流が最大になるピストンピン１４の方向に直交する方向とに対し、最大限に離間させることができる。

図１０（Ｂ）はｎ＝６の場合を示すもので、この場合の回転角＝３６０°／２４＝１５°となり、ピストンピン１４の方向に対して第１、第４燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ４の方向が成す第１離間角γ１は１５°となり、かつピストンピン１４の方向に直交する方向に対して第２、第５燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ５の方向が成す第２離間角γ２は１５°となり、第１〜第６燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ６の方向を、逆スキッシュ流が最小になるピストンピン１４の方向と、逆スキッシュ流が最大になるピストンピン１４の方向に直交する方向とに対し、最大限に離間させることができる。

図１０（Ｃ）はｎ＝１０の場合を示すもので、この場合の回転角＝３６０°／４０＝９°となり、ピストンピン１４の方向に対して第１、第６燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ６の方向が成す第１離間角γ１は９°となり、かつピストンピン１４の方向に直交する方向に対して第３、第８燃料噴射軸Ｌｉ３，Ｌｉ８の方向が成す第２離間角γ２は９°となり、第１〜第１０燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ１０の方向を、逆スキッシュ流が最小になるピストンピン１４の方向と、逆スキッシュ流が最大になるピストンピン１４の方向に直交する方向とに対し、最大限に離間させることができる。

図１１に示すように、燃料噴射軸の数ｎが４の倍数の場合、つまりｎ＝４、ｎ＝８、ｎ＝１２…の場合、回転角は３６０°／２ｎで算出される。

図１１（Ａ）はｎ＝４の場合を示すもので、この場合の回転角＝３６０°／８＝４５°となる。よって、ピストンピン１４の方向に対して第１〜第４燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ４の方向が成す第１離間角γ１は４５°となり、かつピストンピン１４の方向に直交する方向に対して第１〜第４燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ４の方向が成す第２離間角γ２は４５°となり、第１〜第４燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ６の方向を、逆スキッシュ流が最小になるピストンピン１４の方向と、逆スキッシュ流が最大になるピストンピン１４の方向に直交する方向とに対し、最大限に離間させることができる。

図１１（Ｂ）はｎ＝８の場合を示すもので、この場合の回転角＝３６０°／１６＝２２．５°となり、ピストンピン１４の方向に対して第１、第４、第５、第８燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ４，Ｌｉ５，Ｌｉ８の方向が成す第１離間角γ１は２２．５°となり、かつピストンピン１４の方向に直交する方向に対して第２、第３、第６、第７燃料噴射軸Ｌｉ２，Ｌｉ３，Ｌｉ６，Ｌｉ７の方向が成す第２離間角γ２は２２．５°となり、第１〜第８燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ８の方向を、逆スキッシュ流が最小になるピストンピン１４の方向と、逆スキッシュ流が最大になるピストンピン１４の方向に直交する方向とに対し、最大限に離間させることができる。

図１１（Ｃ）はｎ＝１２の場合を示すもので、この場合の回転角＝３６０°／２４＝１５°となり、ピストンピン１４の方向に対して第１、第６、第７、第１２燃料噴射軸Ｌｉ１，Ｌｉ６，Ｌｉ７，Ｌｉ１２の方向が成す第１離間角γ１は１５°となり、かつピストンピン１４の方向に直交する方向に対して第３、第４、第９、第１０燃料噴射軸Ｌｉ３，Ｌｉ４，Ｌｉ９，Ｌｉ１０の方向が成す第２離間角γ２は１５°となり、第１〜第１２燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ１２の方向を、逆スキッシュ流が最小になるピストンピン１４の方向と、逆スキッシュ流が最大になるピストンピン１４の方向に直交する方向とに対し、最大限に離間させることができる。

図１２に示すように、燃料噴射軸の数ｎが３以上の奇数の場合、つまりｎ＝３、ｎ＝５、ｎ＝７、ｎ＝９、ｎ＝１１…の場合、回転角は３６０°／８ｎで算出される。尚、ｎ＝１の場合（燃料噴射軸が１本の場合）には、キャビティ２５内の燃料の拡散が極端に不均一になるために除外される。

図１２（Ａ）はｎ＝３の場合を示すもので、この場合の回転角＝３６０°／２４＝１５°となる。よって、ピストンピン１４の方向に対して第１燃料噴射軸Ｌｉ１の方向が成す第１離間角γ１は１５°となり、かつピストンピン１４の方向に直交する方向に対して第３燃料噴射軸Ｌｉ３の方向が成す第２離間角γ２は１５°となり、第１〜第３燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ３の方向を、逆スキッシュ流が最小になるピストンピン１４の方向と、逆スキッシュ流が最大になるピストンピン１４の方向に直交する方向とに対し、最大限に離間させることができる。

図１２（Ｂ）はｎ＝５の場合を示すもので、この場合の回転角＝３６０°／４０＝９°となり、ピストンピン１４の方向に対して第１燃料噴射軸Ｌｉ１の方向が成す第１離間角γ１は９°となり、かつピストンピン１４の方向に直交する方向に対して第２燃料噴射軸Ｌｉ２の方向が成す第２離間角γ２は９°となり、第１〜第５燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ５の方向を、逆スキッシュ流が最小になるピストンピン１４の方向と、逆スキッシュ流が最大になるピストンピン１４の方向に直交する方向とに対し、最大限に離間させることができる。

図１２（Ｃ）はｎ＝７の場合を示すもので、この場合の回転角＝３６０°／５６＝６．４３°となり、ピストンピン１４の方向に対して第１燃料噴射軸Ｌｉ１の方向が成す第１離間角γ１は６．４３°となり、かつピストンピン１４の方向に直交する方向に対して第６燃料噴射軸Ｌｉ６の方向が成す第２離間角γ２は６．４３°となり、第１〜第７燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ７の方向を、逆スキッシュ流が最小になるピストンピン１４の方向と、逆スキッシュ流が最大になるピストンピン１４の方向に直交する方向とに対し、最大限に離間させることができる。

図１２（Ｄ）はｎ＝９の場合を示すもので、この場合の回転角＝３６０°／７２＝５°となり、ピストンピン１４の方向に対して第１燃料噴射軸Ｌｉ１の方向が成す第１離間角γ１は５°となり、かつピストンピン１４の方向に直交する方向に対して第３燃料噴射軸Ｌｉ３の方向が成す第２離間角γ２は５°となり、第１〜第９燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ９の方向を、逆スキッシュ流が最小になるピストンピン１４の方向と、逆スキッシュ流が最大になるピストンピン１４の方向に直交する方向とに対し、最大限に離間させることができる。

図１２（Ｅ）はｎ＝１１の場合を示すもので、この場合の回転角＝３６０°／８８＝４．０９°となり、ピストンピン１４の方向に対して第１燃料噴射軸Ｌｉ１の方向が成す第１離間角γ１は４．０９°となり、かつピストンピン１４の方向に直交する方向に対して第９燃料噴射軸Ｌｉ９の方向が成す第２離間角γ２は４．０９°となり、第１〜第１１燃料噴射軸Ｌｉ１〜Ｌｉ１１の方向を、逆スキッシュ流が最小になるピストンピン１４の方向と、逆スキッシュ流が最大になるピストンピン１４の方向に直交する方向とに対し、最大限に離間させることができる。

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。

例えば、実施の形態のキャビティ２５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断面形状が同一に形成されているが、本発明は前記断面形状が同一に形成されていないものに対しても適用することができる。

また実施の形態では燃料直噴ディーゼルエンジンについて説明したが、本発明はディーゼルエンジン以外の燃料直噴エンジンに対して適用することができる。

また実施の形態では傘状に配置された複数の燃料噴射軸のうちの隣接する２本の燃料噴射軸の間隔である燃料噴射軸間隔βを、ピストン中心線Ｌｐ方向に見たときの角度として定義したが、前記燃料噴射軸間隔βを隣接する２本の燃料噴射軸が実際に成す角度として定義しても良い。

ディーゼルエンジンの要部縦断面図 図１の２−２線矢視図 図１の３−３線矢視図 ピストンの上部斜視図 図３の５−５線断面図 図３の６−６線断面図 図３の７−７線断面図 キャビティの第１〜第３燃料噴射断面を示す図 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 燃料噴射軸の数が２の倍数で４の倍数でないときの燃料噴射軸の回転角および第１、第２離間角γ１，γ２を示す図 燃料噴射軸の数が４の倍数であるときの燃料噴射軸の回転角および第１、第２離間角γ１，γ２を示す図 燃料噴射軸の数が３以上の奇数であるときの燃料噴射軸の回転角および第１、第２離間角γ１，γ２を示す図

符号の説明

１３ ピストン
１３ａ 頂部
１３ｂ 傾斜面
２３ フュエルインジェクタ
２５ キャビティ
Ｃ スキッシュクリアランス
Ｌｉ１，Ｌｉ２… 燃料噴射軸
ＳＡ スキッシュエリア
Ｗ スキッシュエリアの幅
α 燃料噴射角
β 噴射軸間角
γ１ 第１離間角（離間角）
γ２ 第２離間角

Claims (15)

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）内の円周方向に離間する複数方向を指向する複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）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、
   相互に隣接する二つの燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が成す噴射軸間角（β）が、各噴射軸間角（β）間で略均一になるように前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の方向が設定された燃料直噴エンジンにおいて、
   前記ピストン（１３）が上死点から下降するときに発生する逆スキッシュ流の大きさが円周方向に変化し、前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の方向を、逆スキッシュ流が最小になる方向を外して設定したことを特徴とする燃料直噴エンジン。
2. 逆スキッシュ流が最小になる方向に対して前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が成す角度を離間角（γ１）としたとき、最小の離間角（γ１）が最大化するように前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の方向を設定したことを特徴とする、請求項１に記載の燃料直噴エンジン。
3. 前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の方向を、逆スキッシュ流が最大になる方向を外して設定したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の燃料直噴エンジン。
4. 逆スキッシュ流が最小になる方向に対して前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が成す角度を第１離間角（γ１）とし、逆スキッシュ流が最大になる方向に対して前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が成す角度を第２離間角（γ２）としたとき、前記第１、第２離間角（γ１，γ２）のうちの最小の離間角（γ１，γ２）が最大化するように前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の方向を設定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。
5. スキッシュエリア（ＳＡ）が円周方向に変化し、前記スキッシュエリア（ＳＡ）が最小になる方向と逆スキッシュ流が最小になる方向とが一致し、
   前記スキッシュエリア（ＳＡ）が小さい方向を指向する前記燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が前記キャビティ（２５）の開口端の方向に対して成す燃料噴射角（α）よりも、前記スキッシュエリア（ＳＡ）が大きい方向を指向する前記燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が前記キャビティ（２５）の開口端の方向に対して成す燃料噴射角（α）が大きくなるように設定したことを特徴とする、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。
6. スキッシュエリア（ＳＡ）の幅（Ｗ）が円周方向に変化し、前記スキッシュエリア（ＳＡ）の幅（Ｗ）が最小になる方向と逆スキッシュ流が最小になる方向とが一致し、
   前記幅（Ｗ）が小さい方向を指向する前記燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が前記キャビティ（２５）の開口端の方向に対して成す燃料噴射角（α）よりも、前記幅（Ｗ）が大きい方向を指向する前記燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が前記キャビティ（２５）の開口端の方向に対して成す燃料噴射角（α）が大きくなるように設定したことを特徴とする、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。
7. スキッシュエリア（ＳＡ）の稜線長さが円周方向に変化し、前記スキッシュエリア（ＳＡ）の稜線長さが最小になる方向と逆スキッシュ流が最小になる方向とが一致し、
   前記稜線長さが小さい方向を指向する前記燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が前記キャビティ（２５）の開口端の方向に対して成す燃料噴射角（α）よりも、前記稜線長さが大きい方向を指向する前記燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が前記キャビティ（２５）の開口端の方向に対して成す燃料噴射角（α）が大きくなるように設定したことを特徴とする、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。
8. スキッシュクリアランス（Ｃ）が円周方向に変化し、前記スキッシュクリアランス（Ｃ）が最小になる方向と逆スキッシュ流が最小になる方向とが一致し、
   前記スキッシュクリアランス（Ｃ）が大きい方向を指向する前記燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が前記キャビティ（２５）の開口端の方向に対して成す燃料噴射角（α）よりも、前記スキッシュクリアランス（Ｃ）が小さい方向を指向する前記燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が前記キャビティ（２５）の開口端の方向に対して成す燃料噴射角（α）が大きくなるように設定したことを特徴とする、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。
9. ピストンピン軸線と平行に延びる頂部（１３ａ）を挟んで傾斜する二つの傾斜面（１３ｂ）を含むペントルーフ型の頂面を有するピストン（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）内の円周方向に離間する複数方向を指向する複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）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、
   相互に隣接する二つの燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が成す噴射軸間角（β）が、各噴射軸間角（β）間で略均一になるように前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の方向が設定された燃料直噴エンジンにおいて、
   前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の方向を、前記ピストン（１３）の頂部（１３ａ）の方向を外して設定したことを特徴とする燃料直噴エンジン。
10. 前記ピストン（１３）の頂部（１３ａ）の方向に対して前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が成す角度を離間角（γ）としたとき、最小の離間角（γ）が最大化するように前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の方向を設定したことを特徴とする、請求項９に記載の燃料直噴エンジン。
11. 前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の方向を、前記ピストン（１３）の頂部（１３ａ）の方向に直交する方向を外して設定したことを特徴とする、請求項９または請求項１０に記載の燃料直噴エンジン。
12. 前記ピストン（１３）の頂部（１３ａ）の方向に対して前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が成す角度を第１離間角（γ１）とし、前記ピストン（１３）の頂部（１３ａ）の方向に直交する方向に対して前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）が成す角度を第２離間角（γ２）としたとき、前記第１、第２離間角（γ１，γ２）のうちの最小の離間角（γ１，γ２）が最大化するように前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の方向を設定したことを特徴とする、請求項１１に記載の燃料直噴エンジン。
13. 前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の数ｎが４の倍数であるとき、前記最小の離間角が３６０°÷２ｎとなるように、前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の方向を設定したことを特徴とする、請求項１２に記載の燃料直噴エンジン。
14. 前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の数ｎが４の倍数でない偶数であるとき、前記最小の離間角が３６０°÷４ｎとなるように、前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の方向を設定したことを特徴とする、請求項１２に記載の燃料直噴エンジン。
15. 前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の数ｎが３以上の奇数であるとき、前記最小の離間角が３６０°÷８ｎとなるように、前記複数の燃料噴射軸（Ｌｉ１，Ｌｉ２…）の方向を設定したことを特徴とする、請求項１２に記載の燃料直噴エンジン。

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