JPWO2014203381A1 - 圧縮着火式内燃機関 - Google Patents

Abstract

圧縮着火式内燃機関は、シリンダブロック及びシリンダヘッドと、前記シリンダブロック及びシリンダヘッドにより燃焼室を画定するキャビティを含むピストンと、前記燃焼室に燃料を噴射するノズルと、を備え、前記キャビティは、前記ノズルに向けて隆起した隆起部、前記隆起部周囲に形成された底面、前記底面に連続したオープン面及びリエントラント面、を含み、前記オープン面は、前記ピストンの径方向外側に向かって深さが浅くなり、前記ノズルから前記オープン面までの距離は、前記ノズルから前記リエントラント面までの距離よりも長く、前記底面と前記オープン面との稜線の、前記ピストンの中心軸方向での高さ位置は、前記底面と前記リエントラント面との稜線の前記中心軸方向での高さ位置よりも低く、前記ノズルは、前記オープン面及びリエントラント面のそれぞれに向けて第１及び第２燃料噴霧を噴射する。

Description

本発明は、圧縮着火式内燃機関に関する。

内燃機関のピストンには、キャビティが形成されている。特許文献１〜６には、キャビティが形成されたピストンが開示されている。キャビティの形状としては、例えばリエントラント型やオープン型がある。

特開２００１−０９０５４２号公報 特開２０１１−１８５２４２号公報 特開平０４−２１９４１７号公報 特開２００１−２１４７４２号公報 特開２０１０−０５３７１０号公報 特開２００９−２１５９７８号公報

リエントラント型の場合、スキッシュ流により燃料と空気との混合を促進することができる。これにより、例えばスモークを低減できる。しかしながら、既燃ガスがピストン頂面を流動するため、ピストンの熱損失により燃費が悪化するおそれがある。

オープン型の場合、スキッシュエリアが小さいため、既燃ガスがピストン頂面を流動することを抑制でき、燃費の悪化を抑制できる。しかしながら、スキッシュ流を十分に確保できないため、燃料と空気との混合を促進できずに、スモークが悪化するおそれがある。

本発明は上記課題に鑑み、性能が向上した圧縮着火式内燃機関を提供することを目的とする。

上記目的は、シリンダブロック及びシリンダヘッドと、前記シリンダブロック及びシリンダヘッドにより燃焼室を画定するキャビティを含むピストンと、前記燃焼室に燃料を噴射するノズルと、を備え、前記キャビティは、前記ノズルに向けて隆起した隆起部、前記隆起部周囲に形成された底面、前記底面に連続したオープン面及びリエントラント面、を含み、前記オープン面は、前記ピストンの径方向外側に向かって深さが浅くなり、前記ノズルから前記オープン面までの距離は、前記ノズルから前記リエントラント面までの距離よりも長く、前記底面と前記オープン面との稜線の、前記ピストンの中心軸方向での高さ位置は、前記底面と前記リエントラント面との稜線の前記中心軸方向での高さ位置よりも低く、前記ノズルは、前記オープン面及びリエントラント面のそれぞれに向けて第１及び第２燃料噴霧を噴射する、圧縮着火式内燃機関によって達成できる。

前記底面は、前記隆起部と前記オープン面との間に位置し部分的に隆起した隆起底面部を含む、構成でもよい。

前記ノズルは、前記第１及び第２燃料噴霧間に第３燃料噴霧を噴射する、構成でもよい。

前記ノズルは、前記第３燃料噴霧との間で前記第１燃料噴霧を挟む第４燃料噴霧を噴射し、前記中心軸方向から前記ピストンを見た場合、前記第３燃料噴霧の方向と交差する前記オープン面の外周縁上の地点から前記ノズルまでの距離は、前記第４燃料噴霧の方向と交差する前記オープン面の外周縁上の地点から前記ノズルまでの距離よりも長い、構成であってもよい。

前記ピストンは、前記オープン面よりも前記中心軸方向で高い位置にあり、前記オープン面に連続したバルブリセス面が形成されている、構成であってもよい。

前記ピストンは、前記中心軸方向で前記バルブリセス面よりも高い位置にある頂面を含み、前記燃焼室内で生じるスワール流の方向に、前記頂面、前記バルブリセス面、前記オープン面、の順で連続している、構成であってもよい。

前記ピストンは、前記中心軸方向で前記バルブリセス面よりも高い位置にある頂面を含み、前記燃焼室内で生じるスワール流の方向に、前記オープン面、前記バルブリセス面、前記頂面の順で連続している、構成であってもよい。

前記第１燃料噴霧の前記中心軸方向での高さ位置は、前記第２燃料噴霧の高さ位置よりも高い、構成であってもよい。

前記中心軸方向から見た場合に、前記第１及び第３燃料噴霧間の角度間隔は、前記第２及び第３燃料噴霧間の角度間隔よりも狭い、構成であってもよい。

前記ピストンは、前記オープン面に沿ってオイルが流通可能なクーリングチャンネルが設けられ、前記クーリングチャンネルは、前記リエントラント面から径方向外側には設けられていない、構成であってもよい。

前記ピストンは、前記リエントラント面に沿ってオイルが流通可能なクーリングチャンネルが設けられ、前記クーリングチャンネルは、前記オープン面から径方向外側には設けられていない、構成であってもよい。

前記オープン面は、前記中心軸を介して対向した第１及び第２オープン面を含み、前記中心軸方向から見て前記第１及び第２オープン面が並んだ方向は、クランクシャフトの延びた方向に対してずれている、構成であってもよい。

前記中心軸方向から見て２つの吸気バルブが並んだ方向は、前記クランクシャフトの延びた方向に対してずれており、前記燃焼室内に生じるスワール流の方向にずれている、構成であってもよい。

前記オープン面に噴射される燃料噴霧の数は、前記リエントラント面に噴射される燃料噴霧の数よりも多い、構成であってもよい。

前記中心軸方向から見た場合の前記第１及び第２オープン面間の最大距離をＤ１とし、前記中心軸方向から見た場合の前記第１及び第２リエントラント面間の最大距離をＤ２とし、前記ノズルは、中心軸心周りに等間隔に複数の噴孔が形成され、前記隣接する噴孔間の等角度間隔をＡ（ｒａｄ）とすると、以下の数１及び数２の式を満たす、構成であってもよい。
（数１）Ａ×Ｄ２／２＞５
（数２）２＞Ｄ１／Ｄ２＞１．０５

前記ノズルは、前記第１及び第２燃料噴霧をそれぞれ噴射する第１及び第２噴孔を含み、前記第１噴孔の長さは、前記第２噴孔の長さよりも長い、構成であってもよい。

前記ノズルは、前記第１及び第２燃料噴霧をそれぞれ噴射する第１及び第２噴孔を含み、前記第１噴孔の径は、前記第２噴孔の径よりも大きい、構成であってもよい。

性能の優れた圧縮着火式内燃機関を提供できる。

図１は、圧縮着火式の内燃機関の説明図である。 図２は、ピストンの斜視図である。 図３は、ピストンの上面図である。 図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。 図５は、図３のＢ−Ｂ断面図である。 図６Ａ〜６Ｃは、ピストンの上面の概略図である。 図７Ａ、７Ｂは、ピストンのキャビティの形状の説明図である。 図８Ａ〜８Ｃは、各燃料噴霧の時間経過による変化を示したグラフである。 図９は、変形例のピストンの上面図である。 図１０は、図９のＣ−Ｃ断面図である。 図１１Ａ〜１１Ｆは、ノズルの噴孔の説明図である。 図１２は、燃料噴霧間の角度が異なる場合の説明図である。 図１３Ａ、１３Ｂは、変形例のピストンの上面の概略図である。 図１４は、変形例のピストンの斜視図である。 図１５は、変形例のピストンの上面図である。 図１６は、変形例のピストンの斜視図である。 図１７は、変形例のピストンの上面図である。 図１８は、変形例のピストンの斜視図である。 図１９は、変形例のピストンの上面図である。 図２０は、変形例のピストンの斜視図である。 図２１は、変形例のピストンの上面図である。

図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は、圧縮着火式の内燃機関の説明図である。圧縮着火式の内燃機関は、例えばディーゼルエンジンである。内燃機関は燃焼室Ｅにスワール流が生成される内燃機関とすることができる。シリンダブロック８０にはシリンダ８１が形成されている。シリンダ８１内にはピストン１が収容されている。シリンダブロック８０の上部にはシリンダヘッド９０が固定されている。

シリンダヘッド９０、シリンダブロック８０、ピストン１は燃焼室Ｅを形成している。シリンダヘッド９０の底壁部のうち燃焼室Ｅを形成する部分である中央部９１はペントルーフ形状を有しているがこれに限定されない。

シリンダヘッド９０には不図示の２つの吸気ポート、２つの排気ポートが設けられている。吸気ポート、排気ポートは、それぞれ吸気弁、排気弁により開閉される。

シリンダヘッド９０には燃料を噴射するノズルＮが設けられている。ノズルＮは燃焼室Ｅに燃料を噴射する。ノズルＮは略中心軸ＣＰ上に設けられている。中心軸ＣＰは、シリンダ８０の中心軸である。尚、ノズルＮには、燃料を噴射する噴孔が８つ設けられているがこれに限定されない。

図２は、ピストン１の斜視図である。図３は、ピストン１の上面図である。図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。図５は、図３のＢ−Ｂ断面図である。ピストン１の上部には燃料が噴射されるキャビティが形成されている。ピストン１の下部には、コネクティングロッドを連結するためのピンを挿入する孔Ｈが形成されている。

キャビティは凹状に形成され、具体的には次のように構成されている。中央部にノズルＮ側、即ち上方に隆起した隆起部３、隆起部３周囲に形成された底面５、を含む。図３に示すように、上面から見てキャビティは、略楕円形状である。図４、５に示すように、底面５は、断面視で略円弧状となっている。

２つのオープン面１１、１２、２つのリエントラント面２１、２２は底面５に連続して形成されている。オープン面１１、１２は中心軸ＣＰを介して互いに対向する。リエントラント面２１、２２も同様である。オープン面１１、１２の間に、リエントラント面２１が位置する。換言すれば、周方向に、オープン面１１、リエントラント面２１、１２、２２の順に形成されている。上面視でオープン面１１、１２の略中心を通過する線分と、リエントラント面２１、２２の略中心を通過する線分とは直交する。オープン面１１、リエントラント面２１、オープン面１２、リエントラント面２２は、９０度の角度間隔毎に設けられている。図３に示すように、上面から見てオープン面１１、１２は中心軸ＣＰに対して略点対称である。リエントラント面２１、２２も同様である。

オープン面１１、１２は、それぞれ径方向外側に従って深さが浅くなる。図２、３に示すように、各オープン面１１、１２の面積は、各リエントラント面２１、２２の面積よりも大きい。各オープン面１１、１２の周方向での長さは、各リエントラント面２１、２２の周方向での長さよりも長い。各オープン面１１、１２の径方向の最大長さは、リエントラント面２１、２２の径方向の最大長さよりも長い。尚、周方向とは、中心軸ＣＰ周りの周方向を意味し、径方向とは中心軸ＣＰを中心とする径方向を意味する。また、中心軸ＣＰに直交する方向でのオープン面１１、１２間の最大距離は、リエントラント面２１、２２間の最大距離よりも長い。

稜線１１１は、オープン面１１と底面５との境界を示す。同様に、稜線１２１、２１１、２１２は、それぞれ、オープン面１２と底面５との境界、リエントラント面２１と底面５との境界、リエントラント面２２と底面５との境界を示す。各稜線１１１、１２１は、各稜線２１１、２１２よりも中心軸ＣＰの方向で低い位置にある。

尚、リエントラント面２１、２２のそれぞれの稜線２１１、２２１は、上面視で見える部分に形成されているが、見えなくてもよい。即ち、リエントラント面上の、最も中心軸に近いリップ部よりも底面５側に稜線が形成されていてもよい。

ピストン１のキャビティの形状は、図４の断面図ではオープン型であり、図５の断面図ではリエントラント型である。図５では、キャビティの形状は、内径が上方に向かって部分的に縮小するリエントラント型である。これに対し、図４では、キャビティの形状は、内径が上方に向かって縮小しないオープン型である。このように、ピストン１のキャビティの形状は、部分的にオープン型であり部分的にリエントラント型である。図４、５に示すように、底面５は、断面視で円弧状である。図５に示すように、中心軸ＣＰからの底面５の最大半径は、中心軸ＣＰに垂直な方向で中心軸ＣＰからリエントラント面２１までの距離よりも大きいがこれに限定されない。オープン面１１、１２に交差する断面視で、キャビティの形状は内径が上方に向かって拡大するオープン型であってもよい。

図４、５には、ピストン１が上死点に位置する場合でのノズルＮの位置を示している。ノズルＮの先端からオープン面１１までの距離Ｌ１は、ノズルＮの先端からリエントラント面２１までの距離Ｌ２よりも長い。距離Ｌ１は、ノズルＮからオープン面１１へ噴射される燃料噴霧の噴射方向での距離である。距離Ｌ２は、ノズルＮからリエントラント面２１へ噴射される燃料噴霧の噴射方向での距離である。換言すれば、距離Ｌ１、Ｌ２は、それぞれオープン面１１、リエントラント面２１へ燃料を噴射する噴孔の軸心方向での距離である。尚、中心軸ＣＰに対するオープン面１１へ噴射される燃料噴霧の方向の角度と、中心軸ＣＰに対するリエントラント面２１へ噴射される燃料噴霧の方向の角度とは等しいがこれに限定されない。

オープン面１１、１２、リエントラント面２１、２２よりも径方向外側には、バルブリセス面５１〜５４が形成されている。バルブリセス面５１、５２は、２つの吸気弁との接触を回避する底の浅い凹状である。バルブリセス面５３、５４は、２つの排気弁との接触を回避する底の浅い凹状である。バルブリセス面５１〜５４は、中心軸ＣＰの方向で略同じ高さに位置する。バルブリセス面５１〜５４は、オープン面１１、１２、リエントラント面２１、２２よりも高い位置にある。

頂面７１〜７４は、バルブリセス面５１〜５４よりも高い位置にある。頂面７１〜７４は、同一の平面上にある。頂面７１は、オープン面１１よりも径方向外側にありバルブリセス面５２、５３の間にある。頂面７２は、中心軸ＣＰを介して頂面７１と対向する位置にあり、オープン面１２よりも径方向外側にあり、バルブリセス面５１、５４の間にある。頂面７３は、リエントラント面２１よりも径方向外側にありバルブリセス面５３、５４の間にある。頂面７４は、中心軸ＣＰを介して頂面７３と対向する位置にあり、リエントラント面２２よりも径方向外側にある。各頂面７３、７４の面積は、各頂面７１、７２の面積よりも大きい。

また、図４、５に示すように、ピストン１には、内部にオイルの流通を許容する連通路ＣＨＰ、クーリングチャンネルＣＨが形成されている。クーリングチャンネルＣＨは、キャビティ周囲に形成されている。オイルがクーリングチャンネルＣＨ内を流れることにより、ピストン１が冷却される。

図６Ａ〜６Ｃは、ピストン１の上面の概略図である。図６Ａに示すように、燃料室内には時計方向にスワール流が発生する。面積が大きい頂面７３、７４付近では、頂面７１、７２付近よりも強いスキッシュ流、逆スキッシュ流が発生する。従って、リエントラント面２１、２２付近では空気の流動が大きく、オープン面１１の中心付近、オープン面１２の中心付近では空気の流動は小さい。ここで、オープン面１１の中心とは、中心軸ＣＰ方向から見た場合での、オープン面１１の周方向での長さの中心を意味する。オープン面１２の中心についても同様である。

図６Ｂに示すように、ノズルＮは等角度間隔（４５度間隔）で８つの燃料噴霧を噴射する。オープン面１１、１２、リエントラント面２１、２２に向けてそれぞれ燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ２１、Ｆ２２が噴射される。燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ２１間には燃料噴霧Ｆ３１が噴射され、燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ２２間には燃料噴霧Ｆ４１が噴射される。燃料噴霧Ｆ１２、Ｆ２２間には燃料噴霧Ｆ３２が噴射される。燃料噴霧Ｆ２１、Ｆ１２間には燃料噴霧Ｆ４２が噴射される。燃料噴霧Ｆ３１は、オープン面１１の中心とリエントラント面２１との間にあるオープン面１１上の位置に噴射される。燃料噴霧Ｆ４１は、オープン面１１の中心とリエントラント面２２との間にあるオープン面１１上の位置に噴射される。燃料噴霧Ｆ３２は、オープン面１２の中心とリエントラント面２２との間にあるオープン面１２上の位置に噴射される。燃料噴霧Ｆ４２は、オープン面１２の中心とリエントラント面２２との間にあるオープン面１２上の位置に噴射される。燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ１２は、第１燃料噴霧の一例である。燃料噴霧Ｆ２１、Ｆ２２は、第２燃料噴霧の一例である。燃料噴霧Ｆ３１、Ｆ３２は、第３燃料噴霧の一例である。燃料噴霧Ｆ４１、Ｆ４２は、第４燃料噴霧の一例である。

これらの燃料噴霧は同時に噴射される。従って、最初に燃料噴霧Ｆ２１、Ｆ２２がそれぞれリエントラント面２１、２２に衝突する。次に、燃料噴霧Ｆ３１、Ｆ４１はオープン面１１に、燃料噴霧Ｆ３２、Ｆ４２はオープン面１２に衝突する。最後に燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ１２はそれぞれオープン面１１、１２に衝突する。このように燃料噴霧がピストン１のキャビティに衝突して、燃料と空気とが攪拌されて燃料が着火する。

従って、最初に燃料噴霧Ｆ２１、Ｆ２２が着火する。次に燃料噴霧Ｆ３１、Ｆ３２、Ｆ４１、Ｆ４２が着火する。最後に、燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ１２が着火する。従って、燃料噴霧Ｆ２１、Ｆ２２が、パイロット噴射に相当する。燃料噴霧Ｆ３１、Ｆ３２、Ｆ４１、Ｆ４２はメイン噴射に相当する。燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ１２はアフター噴射に相当する。

上述したようにリエントラント面２１、２２付近では空気の流動が大きいため、燃料噴霧Ｆ２１、Ｆ２２は早く着火してそれぞれリエントラント面２１、２２付近での強い空気の流動により速く燃える。これに対して、オープン面１１の中心、オープン面１２の中心付近では空気の流動が小さいため、燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ１２は遅く着火してオープン面１１、１２の中心付近での弱い空気の流動により遅く燃える。燃料噴霧Ｆ３１が噴射されるオープン面１１上の位置での空気の流動の強さは、リエントラント面２１付近での空気の流動の強さよりも弱く、オープン面１１の中心付近での空気の流動の強さよりも強い。燃料噴霧Ｆ３２、Ｆ４１、Ｆ４２が噴射される位置での空気の流動の強さも同様である。このため、燃料噴霧Ｆ３１は、燃料噴霧Ｆ２１が着火して燃料噴霧Ｆ１１が着火する前に着火して、中程度の強さの空気の流動により燃える。燃料噴霧Ｆ３２、Ｆ４１、Ｆ４２についても同様である。

これにより、燃料噴霧毎に燃焼速度差を確保することができる。これにより、複数の燃料噴霧が同時に着火して燃焼速度差が小さい場合と比較して、熱量のピーク値を抑制して燃焼温度を抑制できる。これにより、ＮＯｘを低減でき、燃焼騒音も抑制できる。このように本実施例の内燃機関は性能が向上している。

また、図６Ｃに示すように、リエントラント面２１、２２に噴射された燃料噴霧Ｆ２１、Ｆ２２は、強い空気の流動を受けて大きく拡散する。これに対して、オープン面１１、オープン面１２に噴射された燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ１２は、比較的拡散しない。これにより、部分的に当量比を低減でき、スモークを抑制できる。また、キャビティに衝突した後の複数の燃料噴霧は、径方向にずれて拡散する。これにより、燃焼室全体に燃料を均質に拡散できる。ピストン１のキャビティをこのような形状にすることにより、燃料の着火時期を制御したり、燃焼速度差を確保できる。

また、ピストン１のキャビティの形状によれば、一回の燃料噴射で、パイロット噴射、メイン噴射、及びアフター噴射に相当する燃料噴霧を形成できる。ここで、一回の行程でパイロット噴射、メイン噴射、アフター噴射を実行する場合には、噴射の切替の応答性が優れたノズルを用意する必要がある。また噴射の切替の応答性には制約があるため、パイロット噴射、メイン噴射、アフター噴射の時間間隔は所定以上に短縮化できない。本実施例では、このようなノズルの制約を受けずに、所望の燃焼状態を確保することができる。

図７Ａ、７Ｂは、ピストン１のキャビティの形状の説明図である。図７Ｂには、キャビティの内面に衝突した噴霧の流動を示している。図８Ａ〜８Ｃは、各燃料噴霧の時間経過による変化を示したグラフである。図８Ａは、各燃料噴霧の幅を示している。燃料噴霧Ｆ１１等は、噴射されてキャビティの内面に衝突して拡散した後に幅が大きくなる。図８Ｂは、各燃料噴霧が噴射されてからの各先端部の位置を示している。図８Ｃは、各燃料噴霧の先端の厚さを示している。

中心軸ＣＰに直交する方向でのオープン面１１、１２間の最大距離Ｄ１とする。中心軸ＣＰに直交する方向でのリエントラント面２１、２２間の最大距離Ｄ２とする。燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ２１、Ｆ３１のそれぞれの長さをｒ１、ｒ２、ｒ３とする。燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ２１、Ｆ３１の先端部がピストン１の径方向で重ならないようにするためには、ｒ１−ｔ＞ｒ３、ｒ３−ｔ＞ｒ２を満たす必要がある。即ち、燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ２１、Ｆ３１がそれぞれ衝突する位置が、ピストン１の径方向で接近しすぎていると、各噴霧の先端が重なるおそれがある。

また、各噴霧がピストン1のキャビティに最初に衝突するためには、ｒ２＝Ｄ２／２、ｒ１＝Ｄ１／２を満たす必要がある。上記式により、Ｄ１／２−ｔ＞Ｄ２／２を求めることができる。時間的な変化に伴う変数Ｃ１がＣ１＜Ｄ１／Ｄ２を満たすとすると、２＞Ｄ１／Ｄ２＞１．０５を満たすことが望まれる。

また、各燃料噴霧がピストン１の周方向で重ならないようにするためには、隣接する燃焼噴霧の等角度間隔をＡ（ｒａｄ）とすると、Ａ（ｒａｄ）×ｒ１＞Ａ（ｒａｄ）×ｒ３＞Ａ（ｒａｄ）×ｒ２＞ｗ２／２を満たす必要がある。ここでｗ２は、ノズルＮから最も近いリエントラント面２１に噴射される燃料噴霧Ｆ２１がリエントラント面２１に衝突して拡散した後の噴霧の幅を意味する。ｒ２＝Ｄ２／２である。従って上記式から、Ａ（ｒａｄ）×Ｄ２／２（ｍｍ）＞５を満たすことが望まれる。

また、図７Ｂに示すように、燃料噴霧Ｆ１１がオープン面１１に衝突して噴霧ｆ１が形成されると、噴霧ｆ１はスワール流により半径をｒ１とする周方向へ流動する。燃料噴霧Ｆ２１がリエントラント面２１に衝突して噴霧ｆ２が形成されると、噴霧ｆ２はスワール流と共に比較的強いスキッシュ流により周方向及び径方向に広く拡散される。燃料噴霧Ｆ３１がキャビティの内面に衝突して噴霧ｆ３が形成されると、噴霧ｆ３は、噴霧ｆ２が受けるスキッシュ流よりも弱いスキッシュ流を受ける。

スワール流の下流にこれら噴霧ｆ１〜ｆ３が拡散することにより、燃焼室内で燃料と空気とが均一に混合される。噴霧ｆ１は、オープン面１１の傾斜角度等によりスキッシュエリアに誘導されやすくなっている。これにより、オープン面１１からスキッシュエリアに燃料噴霧が誘導される過程で空気利用率が向上している。これによりスモークを低減でき、熱効率も改善されている。また、噴霧ｆ２は、噴霧ｆ１と比較してスキッシュエリアには誘導され難く、圧縮行程では強いスキッシュ流により、膨張行程では逆スキッシュ流により強く流動され、空気利用率が向上している。これによっても、スモークを低減でき、熱効率も改善されている。

次に、ピストンの複数の変形例について説明する。尚、同一、類似の部分には同一、類似の符号を付することにより重複する説明を省略する。図９は、変形例のピストン１´の上面図である。図１０は、図９のＣ−Ｃ断面図である。底面５´には、部分的に隆起している２つの隆起部５ａが設けられている。隆起部５ａは、底面５´の他の部分よりも高い位置にある。２つの隆起部５ａは、上面視でそれぞれオープン面１１、１２と対向している。隆起部５ａは、隆起底面部の一例である。

上述したピストン１では、オープン面１１、１２に噴射される燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ１２は、スキッシュエリアに誘導されやすいため、オープン面１１、１２近傍の底面５付近の空気は燃焼に利用しにくい。変形例のピストン１´では底面５´に隆起部５ａが部分的に隆起しているため、燃焼に利用されない空気の量を減らしてスモークを低減することができる。

また、２つのクーリングチャンネルＣＨ´はそれぞれ、上面視でオープン面１１、１２と重なるように、オープン面１１、１２に沿って形成され、リエントラント面２１、２２から避けた位置に形成されている。具体的には、リエントラント面２１、２２から径方向外側には、クーリングチャンネルＣＨ´は形成されていない。これにより、オープン面１１、１２を冷却でき、リエントラント面２１、２２の温度を確保することができる。これにより、リエントラント面２１、２２にそれぞれ噴射される燃料噴霧Ｆ２１、Ｆ２２の着火を促進でき、燃料噴霧Ｆ２１、Ｆ２２の着火時期と、オープン面１１、１２のそれぞれに噴射される燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ１２の着火時期との差を大きくすることができる。

尚、クーリングチャンネルの一部分が、上面視でリエントラント面２１の一部分の径方向外側に位置していてもよい。即ち、リエントラント面２１の径方向外側の一部分に、クーリングチャンネルが形成されていない領域があればよい。クーリングチャンネルは、上面視でオープン面１１の径方向外側に位置する部分での長さは、リエントラント面２１の径方向外側に位置する部分での長さよりも長くてもよい。また、２つのリエントラント面２１、２２のうち、何れか一方の径方向外側にまでクーリングチャンネルが延びて形成されていてもよい。

図１１Ａ、１１Ｂは、ノズルＮの説明図である。図１１Ａ、１１Ｂは、ノズルＮの先端部の断面を示している。ノズルＮは、複数の噴孔が形成されたボディＮ２、ボディＮ２内を昇降するニードルＮ１を含む。ボディＮ２の内側のシート面からニードルＮ１が上昇することにより、ボディＮ２とニードルＮ１の隙間から燃料がサック室ＦＨに流れる。サック室ＦＨに流れた燃料は、ニードルＮ１の噴孔Ｈ１から噴射される。噴孔Ｈ１は、燃料噴霧Ｆ１１を噴射する。噴孔Ｈ２は、燃料噴霧Ｆ２１を噴射する。

噴孔Ｈ２は、上流側は径が大きく、途中から下流側にかけて径が小さい。具体的には、噴孔Ｈ２の上流側の径は噴孔Ｈ１の径よりも大きく、噴孔Ｈ２の下流側の径は噴孔Ｈ１の径と同じである。従って、噴孔Ｈ２の径が小さい部分の長さが実質的な噴孔Ｈ２の長さである。よって、実質的な噴孔Ｈ２の長さは、噴孔Ｈ１よりも短い。これにより、噴孔Ｈ１から噴射される燃料噴霧Ｆ１１の噴射距離の方が、噴孔Ｈ２から噴射される燃料噴霧Ｆ２１の噴射距離よりも長くなる。このように、ノズルＮから離れたオープン面１１に燃料を噴射するための噴孔Ｈ１を長くし、ノズルＮに近いリエントラント面２１に燃料を噴射するための噴孔Ｈ２の長さを短くしてもよい。

尚、燃料噴霧Ｆ３１を噴射する噴孔は、噴孔Ｈ１、Ｈ２の何れかと長さが同じであってもよいし、噴孔Ｈ１よりも短く噴孔Ｈ２よりも長くてもよい。尚、燃料噴霧Ｆ１２を噴射するための噴孔は噴孔Ｈ１と同じであり、燃料噴霧Ｆ２２を噴射するための噴孔は噴孔Ｈ２と同じである。尚、ノズルＮの複数の噴孔は、径、長さ、形状が全て同じものであってもよい。

図１１Ｃ、１１Ｄは、変形例であるノズルＮ´の説明図である。噴孔Ｈ１´、Ｈ２´は、長さが同じであるが、噴孔Ｈ１´の径は、噴孔Ｈ２´の径よりも大きい。これにより、噴孔Ｈ１´から噴射される燃料噴霧Ｆ１１の噴射距離の方が、噴孔Ｈ２´から噴射される燃料噴霧Ｆ２１の噴射距離よりも長くなる。尚、燃料噴霧Ｆ３１を噴射する噴孔は、噴孔Ｈ１、Ｈ２の何れかと径が同じであってもよいし、噴孔Ｈ１よりも径が小さく噴孔Ｈ２よりも径が大きくてもよい。尚、燃料噴霧Ｆ１２を噴射するための噴孔は噴孔Ｈ１´と同じであり、燃料噴霧Ｆ２２を噴射するための噴孔は噴孔Ｈ２´と同じである。

図１１Ｅ、１１Ｆは、変形例であるノズルＮ´´の説明図である。噴孔Ｈ１、Ｈ２´´は径が同じであるが、水平方向に対する角度が異なっている。噴孔Ｈ２´´の方が、噴孔Ｈ１よりも下方側に延びている。これにより、噴孔Ｈ１から噴射される燃料噴霧Ｆ１１の中心軸方向での高さ位置は、噴孔Ｈ２´´から噴射される燃料噴霧Ｆ２１よりも高くなる。これにより、噴孔Ｈ１から噴射される燃料噴霧Ｆ１１をスキッシュエリア側に誘導でき、噴孔Ｈ２´´から噴射される燃料噴霧Ｆ２１をキャビティの底面５側に誘導できる。尚、燃料噴霧Ｆ３１を噴射する噴孔は、噴孔Ｈ１と角度が同じであってもよいし、噴孔Ｈ１、Ｈ２´´の間の角度であってもよい。尚、燃料噴霧Ｆ１２を噴射するための噴孔は噴孔Ｈ１と同じであり、燃料噴霧Ｆ２２を噴射するための噴孔は噴孔Ｈ２´´と同じである。燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ２１をそれぞれ噴射するための噴孔は、径及び角度は同じである高さ位置が異なっていてもよい。

図１２は、燃料噴霧間の角度が異なる場合の説明図である。図１２に示すように、各燃料噴霧間の角度間隔は異なっていてもよい。具体的には、燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ３１の角度間隔は、燃料噴霧Ｆ２１、Ｆ３１の角度間隔よりも狭い。同様に、燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ４１の角度間隔は、燃料噴霧Ｆ４１、Ｆ２２の角度間隔よりも狭い。これにより、オープン面１１により多くの燃料を接触させることができる。同様に、燃料噴霧Ｆ１２、Ｆ４２間の角度間隔、燃料噴霧Ｆ１２、Ｆ３２間の角度間隔も、燃料噴霧Ｆ２１、Ｆ４２間の角度間隔、燃料噴霧Ｆ２２、Ｆ３２間の角度間隔よりも狭くなっている。尚、燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ３１の角度間隔、燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ４１の角度間隔、燃料噴霧Ｆ１２、Ｆ４２間の角度間隔、燃料噴霧Ｆ１２、Ｆ３２間の角度間隔は、互いに異なっていてもよいし、これらの角度間隔のうち少なくとも２つの角度間隔が同じであってもよい。燃料噴霧の角度間隔は、ノズルの噴孔間の角度間隔に依存する。

図１３Ａは、変形例であるピストン１´´の上面の概略図である。図１３Ａには、２つの吸気弁ＩＶ、２つの排気弁ＥＶの位置を点線で示している。図１３Ａに示すように、中心軸ＣＰに直交しオープン面１１、１２の中心を通過する中心線ＣＡは、クランクシャフトの方向ＣＳＤに対してスワール流の方向ＳＷに角度αだけずれている。角度αは０度から９０度未満である。ここで、クランクシャフトの方向ＣＳＤは、コネクティングロッドとピストンとを連結するピンの延びた方向とも同じである。クランクシャフトの方向ＣＳＤと直交する直線上でのピストン１´´の頂面の両端の位置ＰＦには、鉛直下方に大きな燃焼圧力を受ける。これにより、クランクシャフトの方向ＣＳＤ上でのピストン１´´の頂面の両端の位置ＰＰには、ピンを略中心とする周方向に引張応力ｔｓが作用する。

例えば、クランクシャフトの方向ＣＳＤと、オープン面１１、１２の中心を通過する中心線ＣＡとが一致する場合、オープン面１１、１２の径方向外側の頂面の面積が小さい部分にこのような引張応力が作用する。このような頂面の面積が小さい部分に大きな引張応力が作用する、その部分が変形するおそれがある。本変形例のピストン１´´では、クランクシャフトの方向ＣＳＤは、オープン面１１、１２の中心を通過する中心線ＣＡからずれている。これにより、面積が比較的大きい部分に引張応力を作用させることができる。これによりピストン１´´の変形が抑制されている。

図１３Ｂは、図１３Ａとは吸気弁ＩＶ、排気弁ＥＶの位置が異なっている変形例の説明図である。２つの吸気弁ＩＶを通過する吸気弁中心軸ＩＶＣは、クランクシャフトの方向ＣＳＤに対してスワール流の方向ＳＷに角度βだけずれている。角度βは０度から９０度未満である。このような構成であってもよい。

図１４は、変形例のピストンＡの斜視図であり、図１５は、変形例のピストンＡの上面図である。図１５には、等角度間隔に８つの燃料噴霧が噴射される場合を示している。図１５に示すように、燃料噴霧Ｆ３１の方向とオープン面１１ａの円弧状の外周縁部とが交差する地点Ｐ３１から中心軸ＣＰまでの距離は、燃料噴霧Ｆ４１の方向とオープン面１１ａの円弧状の外周縁部とが交差する地点Ｐ４１から中心軸ＣＰまでの距離よりも長い。これにより、燃料噴霧Ｆ３１、Ｆ４１がオープン面１１ａに衝突するタイミングをずらすことができる。これにより、燃料噴霧Ｆ３１、Ｆ４１が着火するタイミングをずらすことができ、熱発生のピークを抑制することができる。

同様に、燃料噴霧Ｆ３２の方向とオープン面１２ａの円弧状の外周縁部とが交差する地点Ｐ３２から中心軸ＣＰまでの距離は、燃料噴霧Ｆ４２の方向とオープン面１２ａの円弧状の外周縁部と交差する地点Ｐ４２から中心軸ＣＰまでの距離よりも長い。これにより、燃料噴霧Ｆ３２、Ｆ４２が着火するタイミングをずらすことができる。

また、燃料噴霧Ｆ３１がオープン面１１ａに衝突する位置の径方向の距離と、燃料噴霧Ｆ４１がそれぞれオープン面１１ａに衝突する位置の径方向の距離とは異なっている。このため、燃料噴霧Ｆ３１、Ｆ４１がオープン面１１ａに衝突した後に生じる噴霧を拡散できる。このため、キャビティ内で均質に燃料と空気とを混合させることができる。オープン面１２ａに衝突する燃料噴霧Ｆ３２、Ｆ４２についても同様である。

ここで、オープン面１１ａは略球面状である。中心軸ＣＰ方向から見た場合に、オープン面１１ａを含む仮想の球体の中心位置は、燃料噴霧Ｆ１１の中心軸からずれている。オープン面１１ａの略中心付近に噴射される燃料噴霧Ｆ１１の中心軸からずれた位置を中心としてオープン面１１ａが加工されている。同様に、オープン面１２ａは球面状である。中心軸ＣＰ方向から見た場合に、オープン面１２ａを含む仮想の球体の中心位置は、燃料噴霧Ｆ１２の中心軸からずれている。尚、各燃料噴霧の角度間隔は等しいが、これに限定されない。

尚、オープン面１１ａ、１２ａに交差する断面視では、キャビティの内径が上方に向かって拡大している。尚、オープン面１１ａ、１２ａのそれぞれの稜線１１１ａ、１２１ａ、は、稜線２１１、２２１よりも低い位置にある。また、ピストンＡが上死点に位置する場合でのノズルからオープン面１１ａまでの距離は、ノズルからリエントラント面２１までの距離よりも長い。オープン面１２ａ、リエントラント面２２についても同様である。

クーリングチャンネルＣＨ´´は、上面視でリエントラント面２１、２２の径方向外側に沿うように形成され、オープン面１１ａ、１２ａに重ならない位置に設けられている。ここで、オープン面１１ａ、１２ａよりもリエントラント面２１、２２のほうが燃料が強く衝突するため、リエントラント面２１、２２の方が熱負荷が大きくなるおそれがある。リエントラント面２１、２２側にクーリングチャンネルＣＨ´´を設けることにより、リエントラント面２１、２２側を冷却して熱負荷を低減できる。

また、例えば、クーリングチャンネルは、上面視でリエントラント面２１の径方向外側に位置し、オープン面１１ａに部分的に重なるように設けてもよい。具体的には、オープン面１１ａの中心付近又は燃料噴霧Ｆ１１が噴射される付近を避けて、クーリングチャンネルを設けてもよい。クーリングチャンネルは、上面視でオープン面１１ａの径方向外側に位置する部分での長さは、リエントラント面２１の径方向外側に位置する部分での長さよりも短くてもよい。また、２つのオープン面１１ａ、１２ａのうち一方の径方向外側にまでクーリングチャンネルが延びて形成されていてもよい。

図１６は、ピストンＢの斜視図である。図１７は、ピストンＢの上面図である。ピストンＢには、４つのオープン面１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂが略９０度間隔で周方向に形成されている。また、４つのリエントラント面２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂが９０度間隔で周方向に形成されている。リエントラント面２１ｂは、周方向でオープン面１１ｂ、１３ｂ間にある。リエントラント面とオープン面とが周方向に交互に並ぶように形成されている。オープン面１１ｂ、１２ｂは対向し、オープン面１３ｂ、１４ｂは対向している。リエントラント面２１ｂ、２２ｂは対向し、リエントラント面２３ｂ、２４ｂは対向している。

ノズルから噴射される８つの燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ２１、Ｆ２２、Ｆ３１、Ｆ３２、Ｆ４１、Ｆ４２は、それぞれ、オープン面１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、リエントラント面２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂに向けて噴射される。バルブリセス面５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂは、それぞれオープン面１４ｂ、１１ｂ、１３ｂ、１２ｂの径方向外側に位置している。

バルブリセス面５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂは、それぞれオープン面１４ｂ、１１ｂ、１３ｂ、１２ｂの大部分と重なる位置に形成されている。換言すると、オープン面１４ｂ、１１ｂ、１３ｂ、１２ｂは、それぞれバルブリセスを兼ねている。このため、底が浅いため燃焼に寄与しにくいバルブリセス面の面積を抑制されている。このため、オープン面とバルブリセス面とが離れて形成されている場合と比較し、ピストンＢの体積を確保でき、燃焼室の燃焼に寄与しない無駄な容積を低減して小型化でき、圧縮比を確保できる。

尚、図１６、１７に示すように、中心軸ＣＰ方向から見て互いに対向するオープン面１１ｂ、１２ｂが並んだ方向は、孔Ｈの延びた方向に対して、即ち、クランクシャフトの延びた方向に対してずれている。同様に、オープン面１３ｂ、１４ｂが並んだ方向もクランクシャフトの延びた方向に対してずれている。これにより、頂面７４ｂ、７３ｂに比較的大きな燃焼圧が作用し、頂面７１ｂ、７２ｂに引張応力が作用する。ここで、頂面７１ｂ、７２ｂは、それぞれ、リエントラント面２１ｂ、２２ｂの径方向外側に位置して、比較的面積が確保されている。このため、頂面７１ｂ、７２ｂに引張応力が作用しても、ピストンＢの変形が抑制される。

尚、各稜線１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂ、１４１ｂは、各稜線２１１ｂ、２２１ｂ、２３１ｂ、２４１ｂよりも低い位置にある。また、ピストンＡが上死点に位置する場合でのノズルからオープン面１１ｂまでの距離は、ノズルからリエントラント面２１ｂまでの距離よりも長い。オープン面１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂについても同様である。

図１８は、ピストンＣの斜視図である。図１９は、ピストンＣの上面図である。オープン面１１ｃは、バルブリセス面５２ｃよりもスワール流の方向ＳＷにずれている。オープン面１２ｃ〜１４ｃもそれぞれバルブリセス面５４ｃ、５３ｃ、５１ｃに対して方向ＳＷにずれている。ここで、頂面７４ｃ、バルブリセス面５２ｃ、オープン面１１ｃの順に高さが低くなっている。また、頂面７４ｃ、バルブリセス面５２ｃ、オープン面１１ｃは方向ＳＷで順に連続している。頂面７１ｃ、バルブリセス面５３ｃ、オープン面１３ｃも同様である。頂面７３ｃ、バルブリセス面５４ｃ、オープン面１２ｃも同様である。頂面７２ｃ、バルブリセス面５１ｃ、オープン面１４ｃも同様である。

これにより、吸気行程の初期である吸気弁の開き始めにおいて、気筒内に流入した空気が頂面７４ｃに接触し、頂面７４ｃからバルブリセス面５２ｃへ、バルブリセス面５２ｃからオープン面１１ｃへと案内される。このように、気筒内に導入された空気は、スワール流の方向ＳＷに徐々に深くなっていく頂面７４ｃ、バルブリセス面５１ｃ、オープン面１１ｃによりスワール流の方向ＳＷへと案内されやすくなる。これにより、スワール流を強化することができる。

尚、ピストンＣにおいて、スワール流の方向が逆方向であった場合には、例えばオープン面１１ｃへ噴射された燃料噴霧は、スワール流の方向に徐々に深さが浅くなっていくオープン面１１ｃ、バルブリセス面５２ｃ、頂面７４ｃへと順に案内されやすくなる。これにより、燃料をスワール流の方向へスムーズに流して燃料を攪拌することができる。

尚、面２１ｃ〜２４ｃと底面５ｃとの間には稜線は設けられていない。即ち、面２１ｃ〜２４ｃは、底面５ｃから滑らかに連続して形成されている。面２１ｃ〜２４ｃは、底面５から鉛直上方に延び、途中で径方向外側に延びている。底面５ｃの中心軸ＣＰからの最大半径と、中心軸ＣＰから面２１ｃの鉛直面までの距離とは、略同じであるがこれに限定されない。面２２ｃ〜２４ｃについても同様である。

また、隆起部３ｃは、他のピストンの隆起部３よりも低く形成されている。また、ピストンＣが上死点に位置する場合でのノズルからオープン面１１ｃまでの距離は、ノズルから面２１ｃまでの距離よりも長い。オープン面１２ｃ〜１４ｃ、面２２ｃ〜２４ｃについても同様である。

図２０は、ピストンＤの斜視図である。図２１は、ピストンＤの上面図である。ピストンＤは、３つのオープン面１１ｄ、１２ｄ、１３ｄが略１２０度間隔で周方向に設けられ、３つのリエントラント面２１ｄ、２２ｄ、２３ｄが周方向に略１２０度間隔で設けられている。尚、これらは等間隔に設けられていることに限定されない。オープン面１１ｄには２つの燃料噴霧Ｆ１１１、Ｆ１１２が噴射される。同様に、オープン面１２ｄには、２つの燃料噴霧Ｆ１２１、Ｆ１２２が噴射され、オープン面１３ｄには、２つの燃料噴霧Ｆ１３１、Ｆ１３２が噴射される。リエントラント面２１ｄ、２２ｄ、２３ｄは、それぞれ一つの燃料噴霧Ｆ２１、Ｆ２２、Ｆ２３が噴射される。従って、ピストンＤに採用されるノズルの噴孔数は９つである。このように、各オープン面１１ｄ、１２ｄ、１３ｄに噴射される燃料噴霧の数が、各リエントラント面２１ｄ、２２ｄ、２３ｄに噴射される燃料噴霧の数よりも多くてもよい。

尚、頂面７２ｄの中心付近、頂面７３ｄとバルブリセス面５１ｄを含む全体の中心付近、頂面７１ｄとバルブリセス面５２ｄを含む全体の中心付近で、強いスキッシュ流Ｓが生じる。このため、燃料と空気の拡散を促進でき、スモークを低減できる。

尚、各稜線１１１ｄ、１２１ｄ、１３１ｄは、各稜線２１１ｄ、２２１ｄ、２３１ｄよりも低い位置にある。また、ピストンＣが上死点に位置する場合でのノズルからオープン面１１ｃまでの距離は、ノズルからリエントラント面２１ｄまでの距離よりも長い。オープン面１２ｄ、１３ｄ、１４ｄ、リエントラント面２２ｄ、２３ｄ、２４ｄについても同様である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明は、上述した複数例の一例の一部分を、他の例に採用した構成も含む。

ノズルから同時に噴射される燃料噴霧の数は、上記例に記載した数に限定されない。

単一のピストンに設けられる複数のオープン面は、形状又は大きさの少なくとも一方が異なっていてもよい。単一のピストンに設けられる複数のリエントラント面は、形状又は大きさの少なくとも一方が異なっていてもよい。

１ ピストン
３ 隆起部
５ 底面
５ａ 隆起部（隆起底面部）
１１、１２ オープン面
２１、２２ リエントラント面
１１１、１１２、２１１、２２１ 稜線
５１〜５４ バルブリセス面
７１〜７４ 頂面
Ｎ ノズル
ＣＰ 中心軸
ＣＨ クーリングチャンネル

上記目的は、シリンダブロック及びシリンダヘッドと、前記シリンダブロック及びシリンダヘッドにより燃焼室を画定するキャビティを含むピストンと、前記燃焼室に燃料を噴射するノズルと、を備え、前記キャビティは、前記ノズルに向けて隆起した隆起部、前記隆起部周囲に形成された底面、前記底面に連続したオープン面及びリエントラント面、を含み、前記オープン面は、前記ピストンの径方向外側に向かって深さが浅くなり、前記ノズルから前記オープン面までの距離は、前記ノズルから前記リエントラント面までの距離よりも長く、前記底面と前記オープン面との稜線の、前記ピストンの中心軸方向での高さ位置は、前記底面と前記リエントラント面との稜線の前記中心軸方向での高さ位置よりも低く、前記ノズルは、前記オープン面及びリエントラント面のそれぞれに向けて第１及び第２燃料噴霧を、前記第１及び第２燃料噴霧間に第３燃料噴霧を、及び前記第３燃料噴霧との間で前記第１燃料噴霧を挟む第４燃料噴霧を噴射し、前記中心軸方向から前記ピストンを見た場合、前記第３燃料噴霧の方向と交差する前記オープン面の外周縁上の地点から前記ノズルまでの距離は、前記第４燃料噴霧の方向と交差する前記オープン面の外周縁上の地点から前記ノズルまでの距離よりも長い、圧縮着火式内燃機関によって達成できる。

前記オープン面は、前記中心軸を介して対向した第１及び第２オープン面を含み、前記リエントラント面は、前記中心軸を介して対向した第１及び第２リエントラント面を含み、前記中心軸方向から見た場合の前記第１及び第２オープン面間の最大距離をＤ１（ｍｍ）とし、前記中心軸方向から見た場合の前記第１及び第２リエントラント面間の最大距離をＤ２（ｍｍ）とし、前記ノズルは、中心軸心周りに等間隔に複数の噴孔が形成され、隣接する前記噴孔間の等角度間隔をＡ（ｒａｄ）とすると、以下の数１及び数２の式を満たす、構成であってもよい。
（数１）Ａ×Ｄ２／２＞５
（数２）２＞Ｄ１／Ｄ２＞１．０５

シリンダヘッド９０には燃料を噴射するノズルＮが設けられている。ノズルＮは燃焼室Ｅに燃料を噴射する。ノズルＮは略中心軸ＣＰ上に設けられている。中心軸ＣＰは、シリンダブロック８０の中心軸である。尚、ノズルＮには、燃料を噴射する噴孔が８つ設けられているがこれに限定されない。

２つのオープン面１１、１２、２つのリエントラント面２１、２２は底面５に連続して形成されている。オープン面１１、１２は中心軸ＣＰを介して互いに対向する。リエントラント面２１、２２も同様である。オープン面１１、１２の間に、リエントラント面２１が位置する。換言すれば、周方向に、オープン面１１、リエントラント面２１、オープン面１２、リエントラント面２２の順に形成されている。上面視でオープン面１１、１２の略中心を通過する線分と、リエントラント面２１、２２の略中心を通過する線分とは直交する。オープン面１１、リエントラント面２１、オープン面１２、リエントラント面２２は、９０度の角度間隔毎に設けられている。図３に示すように、上面から見てオープン面１１、１２は中心軸ＣＰに対して略点対称である。リエントラント面２１、２２も同様である。

稜線１１１は、オープン面１１と底面５との境界を示す。同様に、稜線１２１、２１１、２２１は、それぞれ、オープン面１２と底面５との境界、リエントラント面２１と底面５との境界、リエントラント面２２と底面５との境界を示す。各稜線１１１、１２１は、各稜線２１１、２１２よりも中心軸ＣＰの方向で低い位置にある。

図６Ａ〜６Ｃは、ピストン１の上面の概略図である。図６Ａに示すように、燃焼室内には時計方向にスワール流が発生する。面積が大きい頂面７３、７４付近では、頂面７１、７２付近よりも強いスキッシュ流、逆スキッシュ流が発生する。従って、リエントラント面２１、２２付近では空気の流動が大きく、オープン面１１の中心付近、オープン面１２の中心付近では空気の流動は小さい。ここで、オープン面１１の中心とは、中心軸ＣＰ方向から見た場合での、オープン面１１の周方向での長さの中心を意味する。オープン面１２の中心についても同様である。

図６Ｂに示すように、ノズルＮは等角度間隔（４５度間隔）で８つの燃料噴霧を噴射する。オープン面１１、１２、リエントラント面２１、２２に向けてそれぞれ燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ２１、Ｆ２２が噴射される。燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ２１間には燃料噴霧Ｆ３１が噴射され、燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ２２間には燃料噴霧Ｆ４１が噴射される。燃料噴霧Ｆ１２、Ｆ２２間には燃料噴霧Ｆ３２が噴射される。燃料噴霧Ｆ２１、Ｆ１２間には燃料噴霧Ｆ４２が噴射される。燃料噴霧Ｆ３１は、オープン面１１の中心とリエントラント面２１との間にあるオープン面１１上の位置に噴射される。燃料噴霧Ｆ４１は、オープン面１１の中心とリエントラント面２２との間にあるオープン面１１上の位置に噴射される。燃料噴霧Ｆ３２は、オープン面１２の中心とリエントラント面２１との間にあるオープン面１２上の位置に噴射される。燃料噴霧Ｆ４２は、オープン面１２の中心とリエントラント面２２との間にあるオープン面１２上の位置に噴射される。燃料噴霧Ｆ１１、Ｆ１２は、第１燃料噴霧の一例である。燃料噴霧Ｆ２１、Ｆ２２は、第２燃料噴霧の一例である。燃料噴霧Ｆ３１、Ｆ３２は、第３燃料噴霧の一例である。燃料噴霧Ｆ４１、Ｆ４２は、第４燃料噴霧の一例である。

また、各燃料噴霧がピストン１の周方向で重ならないようにするためには、隣接する燃料噴霧の等角度間隔をＡ（ｒａｄ）とすると、Ａ（ｒａｄ）×ｒ１＞Ａ（ｒａｄ）×ｒ３＞Ａ（ｒａｄ）×ｒ２＞ｗ２／２を満たす必要がある。ここでｗ２は、ノズルＮから最も近いリエントラント面２１に噴射される燃料噴霧Ｆ２１がリエントラント面２１に衝突して拡散した後の噴霧の幅を意味する。ｒ２＝Ｄ２／２である。従って上記式から、Ａ（ｒａｄ）×Ｄ２／２（ｍｍ）＞５を満たすことが望まれる。

図１１Ｃ、１１Ｄは、変形例であるノズルＮ´の説明図である。噴孔Ｈ１´、Ｈ２´は、長さが同じであるが、噴孔Ｈ１´の径は、噴孔Ｈ２´の径よりも大きい。これにより、噴孔Ｈ１´から噴射される燃料噴霧Ｆ１１の噴射距離の方が、噴孔Ｈ２´から噴射される燃料噴霧Ｆ２１の噴射距離よりも長くなる。尚、燃料噴霧Ｆ３１を噴射する噴孔は、噴孔Ｈ１´、Ｈ２´の何れかと径が同じであってもよいし、噴孔Ｈ１よりも径が小さく噴孔Ｈ２よりも径が大きくてもよい。尚、燃料噴霧Ｆ１２を噴射するための噴孔は噴孔Ｈ１´と同じであり、燃料噴霧Ｆ２２を噴射するための噴孔は噴孔Ｈ２´と同じである。

また、燃料噴霧Ｆ３１がオープン面１１ａに衝突する位置の径方向の距離と、燃料噴霧Ｆ４１がオープン面１１ａに衝突する位置の径方向の距離とは異なっている。このため、燃料噴霧Ｆ３１、Ｆ４１がオープン面１１ａに衝突した後に生じる噴霧を拡散できる。このため、キャビティ内で均質に燃料と空気とを混合させることができる。オープン面１２ａに衝突する燃料噴霧Ｆ３２、Ｆ４２についても同様である。

尚、各稜線１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂ、１４１ｂは、各稜線２１１ｂ、２２１ｂ、２３１ｂ、２４１ｂよりも低い位置にある。また、ピストンＡが上死点に位置する場合でのノズルからオープン面１１ｂまでの距離は、ノズルからリエントラント面２１ｂまでの距離よりも長い。オープン面１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、リエントラント面２２ｂ、２３ｂ、２４ｂについても同様である。

面２１ｃ〜２４ｃは、底面５から鉛直上方に延び、途中で径方向外側に延びている。底面５ｃの中心軸ＣＰからの最大半径と、中心軸ＣＰから面２１ｃの鉛直面までの距離とは、略同じであるがこれに限定されない。面２２ｃ〜２４ｃについても同様である。

尚、各稜線１１１ｄ、１２１ｄ、１３１ｄは、各稜線２１１ｄ、２２１ｄ、２３１ｄよりも低い位置にある。また、ピストンＤが上死点に位置する場合でのノズルからオープン面１１ｄまでの距離は、ノズルからリエントラント面２１ｄまでの距離よりも長い。オープン面１２ｄ、１３ｄ、１４ｄ、リエントラント面２２ｄ、２３ｄ、２４ｄについても同様である。

Claims (17)

1. シリンダブロック及びシリンダヘッドと、
   前記シリンダブロック及びシリンダヘッドにより燃焼室を画定するキャビティを含むピストンと、
   前記燃焼室に燃料を噴射するノズルと、を備え、
   前記キャビティは、前記ノズルに向けて隆起した隆起部、前記隆起部周囲に形成された底面、前記底面に連続したオープン面及びリエントラント面、を含み、
   前記オープン面は、前記ピストンの径方向外側に向かって深さが浅くなり、
   前記ノズルから前記オープン面までの距離は、前記ノズルから前記リエントラント面までの距離よりも長く、
   前記底面と前記オープン面との稜線の、前記ピストンの中心軸方向での高さ位置は、前記底面と前記リエントラント面との稜線の前記中心軸方向での高さ位置よりも低く、
   前記ノズルは、前記オープン面及びリエントラント面のそれぞれに向けて第１及び第２燃料噴霧を噴射する、圧縮着火式内燃機関。
2. 前記底面は、前記隆起部と前記オープン面との間に位置し部分的に隆起した隆起底面部を含む、請求項１の圧縮着火式内燃機関。
3. 前記ノズルは、前記第１及び第２燃料噴霧間に第３燃料噴霧を噴射する、請求項１又は２の圧縮着火式内燃機関。
4. 前記ノズルは、前記第３燃料噴霧との間で前記第１燃料噴霧を挟む第４燃料噴霧を噴射し、
   前記中心軸方向から前記ピストンを見た場合、前記第３燃料噴霧の方向と交差する前記オープン面の外周縁上の地点から前記ノズルまでの距離は、前記第４燃料噴霧の方向と交差する前記オープン面の外周縁上の地点から前記ノズルまでの距離よりも長い、請求項３の圧縮着火式内燃機関。
5. 前記ピストンは、前記オープン面よりも前記中心軸方向で高い位置にあり、前記オープン面に連続したバルブリセス面が形成されている、請求項１乃至４の何れかの圧縮着火式内燃機関。
6. 前記ピストンは、前記中心軸方向で前記バルブリセス面よりも高い位置にある頂面を含み、
   前記燃焼室内で生じるスワール流の方向に、前記頂面、前記バルブリセス面、前記オープン面、の順で連続している、請求項５の圧縮着火式内燃機関。
7. 前記ピストンは、前記中心軸方向で前記バルブリセス面よりも高い位置にある頂面を含み、
   前記燃焼室内で生じるスワール流の方向に、前記オープン面、前記バルブリセス面、前記頂面の順で連続している、請求項５の圧縮着火式内燃機関。
8. 前記第１燃料噴霧の前記中心軸方向での高さ位置は、前記第２燃料噴霧の高さ位置よりも高い、請求項１乃至７の何れかの圧縮着火式内燃機関。
9. 前記中心軸方向から見た場合に、前記第１及び第３燃料噴霧間の角度間隔は、前記第２及び第３燃料噴霧間の角度間隔よりも狭い、請求項３又は４の圧縮着火式内燃機関。
10. 前記ピストンは、前記オープン面に沿ってオイルが流通可能なクーリングチャンネルが設けられ、
    前記クーリングチャンネルは、前記リエントラント面から径方向外側には設けられていない、請求項１乃至９の何れかの圧縮着火式内燃機関。
11. 前記ピストンは、前記リエントラント面に沿ってオイルが流通可能なクーリングチャンネルが設けられ、
    前記クーリングチャンネルは、前記オープン面から径方向外側には設けられていない、請求項１乃至９の何れかの圧縮着火式内燃機関。
12. 前記オープン面は、前記中心軸を介して対向した第１及び第２オープン面を含み、
    前記中心軸方向から見て前記第１及び第２オープン面が並んだ方向は、クランクシャフトの延びた方向に対してずれている、請求項１乃至１１の何れかの圧縮着火式内燃機関。
13. 前記中心軸方向から見て２つの吸気バルブが並んだ方向は、前記クランクシャフトの延びた方向に対してずれており、前記燃焼室内に生じるスワール流の方向にずれている、請求項１２の圧縮着火式内燃機関。
14. 前記オープン面に噴射される燃料噴霧の数は、前記リエントラント面に噴射される燃料噴霧の数よりも多い、請求項１乃至１３の何れかの圧縮着火式内燃機関。
15. 前記中心軸方向から見た場合の前記第１及び第２オープン面間の最大距離をＤ１とし、
    前記中心軸方向から見た場合の前記第１及び第２リエントラント面間の最大距離をＤ２とし、
    前記ノズルは、中心軸心周りに等間隔に複数の噴孔が形成され、
    前記隣接する噴孔間の等角度間隔をＡ（ｒａｄ）とすると、
    以下の数１及び数２の式を満たす、請求項１乃至１４の何れかの圧縮着火式内燃機関。
    （数１）Ａ×Ｄ２／２＞５
    （数２）２＞Ｄ１／Ｄ２＞１．０５
16. 前記ノズルは、前記第１及び第２燃料噴霧をそれぞれ噴射する第１及び第２噴孔を含み、
    前記第１噴孔の長さは、前記第２噴孔の長さよりも長い、請求項１乃至１５の何れかの圧縮着火式内燃機関。
17. 前記ノズルは、前記第１及び第２燃料噴霧をそれぞれ噴射する第１及び第２噴孔を含み、
    前記第１噴孔の径は、前記第２噴孔の径よりも大きい、請求項１乃至１５の何れかの圧縮着火式内燃機関。
    

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