WO2018167938A1 - ディーゼルエンジン - Google Patents

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piston
fuel
cylinder
diesel engine
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貴 隅本
淳 神崎
尚奎 金
片岡　一司
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マツダ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a diesel engine, and in particular, includes a cylinder head that covers one end of a cylinder, a piston that includes a crown surface facing the cylinder head and reciprocates in the cylinder, and a fuel injection valve attached to the cylinder head. Diesel engine related.
  • a reentrant type cavity that is, a cavity with a raised central portion and a narrowed opening is formed on the piston crown. It is known to form (see, for example, Patent Document 1 below).
  • the fuel injected into the cavity flows in the combustion chamber while diffusing and burning.
  • the combustion chamber is small. Reaches the low temperature cylinder head surface and cylinder liner surface. As a result, the cooling loss increases, and the fuel efficiency performance of the engine decreases.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and prevents the fuel spray from reaching the low-temperature cylinder head surface and the cylinder liner surface before the combustion of the fuel is completed, thereby reducing the cooling loss.
  • An object of the present invention is to provide a diesel engine that can be reduced.
  • a diesel engine includes a cylinder head that covers one end of a cylinder, a piston that has a crown surface facing the cylinder head and reciprocates in the cylinder, and a fuel attached to the cylinder head.
  • a diesel engine having an injection valve which has a circular cavity in plan view that is recessed on the opposite side of the cylinder head and a groove that is recessed radially outward of the piston from the periphery of the cavity.
  • the groove portion extends from the end opposite to the cylinder head toward the end on the cylinder head side so as to incline in the circumferential direction of the piston, and the fuel injection valve has an injection hole directed toward the groove portion. It is characterized by.
  • the groove that is recessed radially outward of the piston from the periphery of the cavity extends in the circumferential direction of the piston from the end opposite to the cylinder head toward the end of the cylinder head. Since the nozzle hole of the fuel injection valve extends toward the groove, the fuel spray injected from the nozzle hole is directed toward the cylinder head while changing the direction along the groove in the circumferential direction of the piston. It rises slowly in a spiral. Therefore, as compared with the case where the fuel spray injected from the fuel injection valve directly proceeds in the injection direction and reaches the cylinder head surface and the cylinder liner surface as in the conventional diesel engine, the fuel spray is injected from the injection hole.
  • the movement path to reach the rear cylinder head surface or the cylinder liner surface can be extended. Thereby, it is possible to prevent the fuel spray from reaching the low-temperature cylinder head surface and the cylinder liner surface before the combustion of the fuel is completed, and to reduce the cooling loss.
  • the cylinder head is formed with an intake port so as to generate a swirl flow in the cylinder, and the groove portion extends from an end opposite to the cylinder head to an end on the cylinder head side. It is inclined in the direction in which the swirl flows.
  • the groove is inclined in the direction in which the swirl flow flows from the end opposite to the cylinder head toward the end on the cylinder head side.
  • the fuel spray that has reached the end on the side can be drawn into a swirl flow that flows above the groove and swiveled around the central axis of the cylinder, so that after the fuel spray is injected from the nozzle hole, It is possible to reliably extend the movement path to reach the cylinder liner surface and prevent the fuel spray from reaching the low temperature cylinder head surface and the cylinder liner surface before the combustion of the fuel is completed.
  • a plurality of grooves are formed in the crown surface of the piston.
  • the flow direction of the fuel spray injected from the injection hole can be more reliably changed to the circumferential direction of the piston by the plurality of groove portions, and thus the combustion of the fuel is finished. It is possible to more reliably prevent the fuel spray from reaching the low-temperature cylinder head surface and the cylinder liner surface before, and reduce the cooling loss.
  • the fuel injection valve is formed with a plurality of injection holes directed to the plurality of grooves so as to spray the fuel radially in a plan view in the cavity.
  • the flow direction of the fuel sprayed radially in the cavity in the plan view can be more reliably changed to the circumferential direction of the piston by the groove portion directed to each nozzle hole. As a result, it is possible to more reliably prevent the fuel spray from reaching the low-temperature cylinder head surface or the cylinder liner surface before the combustion of the fuel is completed, and reduce the cooling loss.
  • the fuel spray injected from the plurality of nozzle holes changes direction along the plurality of grooves and flows out along the circumferential direction of the piston from each groove, there is a large amount of soot in the fuel spray flowing out from each groove.
  • the region to be exposed can be brought into contact with the region where a large amount of OH radicals exist in the adjacent fuel spray on the side opposite to the outflow direction from the groove, whereby the soot is oxidized by the OH radicals and the soot in the exhaust gas is oxidized. The amount can be reduced.
  • the diesel engine of the present invention it is possible to prevent the fuel spray from reaching the low-temperature cylinder head surface and the cylinder liner surface before the combustion of the fuel is completed, and to reduce the cooling loss.
  • FIG. 1 is a perspective view of a piston according to an embodiment of the present invention. It is a top view of the piston by the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a piston, a cylinder head, and the like viewed along VII-VII in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view conceptually showing the flow of fuel spray in a combustion chamber according to an embodiment of the present invention viewed along XX in FIG. 6. It is a top view which shows notionally the flow of the fuel spray in the combustion chamber by embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a diesel engine according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing an arrangement of intake ports and exhaust ports in the diesel engine according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the tip portion of the fuel injection valve according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows the fuel set differently depending on the operating state of the diesel engine according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows an example of the injection form.
  • reference numeral 1 denotes a diesel engine according to an embodiment of the present invention.
  • the diesel engine 1 includes a cylinder block 4 provided with a cylinder 2 (cylinder), and a cylinder head 6 disposed on the cylinder block 4. And an oil pan 8 disposed below the cylinder block 4 and storing lubricating oil.
  • a piston 10 is fitted into the cylinder 2 so as to be able to reciprocate, and a cavity 12 is formed on the crown surface 10 a of the piston 10 facing the cylinder head 6 so as to be recessed on the opposite side of the cylinder head 6. .
  • the piston 10 is connected to the crankshaft 16 via a connecting rod 14.
  • the cylinder head 6 is formed with first and second intake ports 18 and 20 and first and second exhaust ports 22 and 24. These first and second intake ports 18 and 20 open to the surface (lower surface) of the cylinder head 6 on the piston 10 side and one side surface (side surface on the intake side) of the cylinder head 6.
  • the two exhaust ports 22 and 24 are open to the piston 10 side surface of the cylinder head 6 and the other side surface (exhaust side surface) of the cylinder head 6.
  • the cylinder head 6 includes first and second intake valves 26 and 28 for opening and closing piston-side openings 18a and 20a of the first and second intake ports 18 and 20, respectively, and first and second exhaust ports.
  • First and second exhaust valves 30 and 32 for opening and closing the piston side openings 22a and 24a of the ports 22 and 24, respectively, are disposed.
  • the cylinder head 6 is provided with a fuel injection valve 34 for injecting fuel and a glow plug 36 for warming intake air to improve the ignitability of the fuel when the diesel engine 1 is cold.
  • the fuel injection valve 34 is attached in such a posture that the end on the piston 10 side faces the center of the cavity 12.
  • the fuel injection valve 34 is connected to a common rail (not shown) via a fuel supply pipe 38, and fuel is supplied from a fuel tank (not shown) via the fuel supply pipe 38 and the common rail. Excess fuel is returned to the fuel tank through the return pipe 40.
  • An intake passage 42 is connected to the intake side of the cylinder head 6 so as to communicate with the first and second intake ports 18 and 20.
  • An air cleaner (not shown) for filtering the intake air is disposed at the upstream end of the intake passage 42, and the intake air filtered by the air cleaner passes through the intake passage 42 and the intake ports 18, 20 into the cylinder 2.
  • a surge tank 44 is disposed near the downstream end of the intake passage 42.
  • the intake passage 42 on the downstream side of the surge tank 44 is formed as independent passages 42a and 42b corresponding to the first and second intake ports 18 and 20, respectively, and the downstream ends of these independent passages 42a and 42b. Are connected to the intake ports 18 and 20 of the cylinder 2, respectively.
  • An exhaust passage 46 for discharging burned gas (exhaust gas) from the cylinder 2 is connected to the side surface of the cylinder head 6 on the exhaust side.
  • the upstream portion of the exhaust passage 46 is formed as independent passages 46a and 46b that branch corresponding to the first and second exhaust ports 22 and 24, respectively, and the upstream ends of these independent passages 46a and 46b are exhaust ports. 22 and 24, respectively.
  • the piston side openings 18a, 20a of the first and second intake ports 18, 20 and the piston side openings 22a, 24a of the first and second exhaust ports 22, 24 are arranged at the center of the cylinder 2.
  • the piston side opening 18a of the first intake port 18 and the second exhaust port 24 are counterclockwise.
  • the piston side opening 24a and the piston side opening 22a of the first exhaust port 22 are arranged in this order.
  • a counterclockwise intake swirl flow S (lateral vortex flowing around the central axis of the cylinder 2) is generated in the intake stroke as viewed from above.
  • the first intake port 18 causes the intake air flowing into the cylinder 2 from the piston side opening 18a to flow in the circumferential direction of the cylinder 2 (the intake air flowing in the vicinity of the piston side opening 18a of the first intake port 18). It is formed as a so-called tangential port directed in the direction of travel of the swirl flow S).
  • the second intake port 20 is formed as a so-called helical port for allowing intake air to flow into the cylinder 2 from the piston side opening 20a in a spiral shape.
  • the fuel injection valve 34 can be advanced and retracted into a tubular valve body 50 in which a fuel flow path 48 into which fuel is introduced from a common rail is formed, and in the fuel flow path 48 of the valve body 50.
  • a needle valve 52 disposed on the surface.
  • the valve body 50 has a hemispherical tip 50a, and the end of the fuel flow path 48 corresponding to the tip 50a is a hemispherical sub chamber 48a.
  • a seat portion 54 is formed on the inner surface of the valve body 50 around the sub chamber 48a. The seat portion 54 is seated when the needle valve 52 is advanced.
  • a plurality of nozzle holes 56 are provided at the tip 50a of the valve body 50.
  • Each nozzle hole 56 is provided so as to penetrate the distal end portion 50a, and communicates the surface of the distal end portion 50a of the valve body 50 with the sub chamber 48a.
  • a total of ten nozzle holes 56 are provided in the distal end portion 50a, and the nozzle holes 56 are arranged so as to be arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction.
  • the valve body 50 is provided with a solenoid (not shown), and the needle valve 52 is driven forward and backward by the suction force of the solenoid.
  • the needle valve 52 is driven forward and seated on the seat portion 54, the introduction of fuel into the sub chamber 48a is blocked, and the fuel injection from each nozzle hole 56 is stopped.
  • the needle valve 52 is driven backward from this state (FIG. 3 shows this state)
  • fuel is introduced into the sub chamber 48a, and fuel injection from each injection hole 56 is started. By controlling the time during which the needle valve 52 is driven backward, the fuel injection amount can be adjusted.
  • the fuel injection valve 34 is attached coaxially with the cylinder 2. That is, if a straight line extending in the vertical direction through the center of the tip 50a of the valve body 50 is defined as the central axis of the fuel injection valve 34, the fuel injection valve 34 is in such a posture that the central axis coincides with the central axis of the cylinder 2. Is attached.
  • the fuel injection valve 34 is divided into three pre-injections Qp1 and one main injection Qm1. Fuel is injected. In the main injection Qm1, fuel injection is started near the compression top dead center (top dead center at the end of the compression stroke), and the injection amount is set to about 1 to 5 mm 3 . In the pre-injection Qp1, a smaller amount of fuel than the main injection Qm1 is injected before the compression top dead center.
  • the pre-injection Qp2, the main injection Qm2, and the after-injection Qa2 are divided into two. Fuel is injected from the fuel injection valve 34. In the main injection Qm2, fuel injection is started near the compression top dead center, and the injection amount is set to about 10 to 30 mm 3 . In the pre-injection Qp2, a smaller amount of fuel than the main injection Qm2 is injected before the compression top dead center. In the after-injection Qa2, a smaller amount of fuel than the main injection Qm2 is injected after the main injection Qm2 ends (during the expansion stroke).
  • PCM Powertrain Control Module
  • the PCM sequentially determines the operating state of the engine based on signals input from various sensors such as an airflow sensor, an engine rotation speed sensor, an accelerator opening sensor (not shown), and is preset for each operating state.
  • the fuel injection valve 34 is controlled so as to conform to the target injection form.
  • FIGS. 5 is a perspective view of the piston 10 according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a plan view of the piston 10 shown in FIG. 5
  • FIG. 7 is a view taken along VII-VII in FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the piston 10 and the cylinder head 6. 7 shows the piston 10 when it rises to the top dead center
  • the fuel spray injected from the injection hole 56 of the fuel injection valve 34 is shown as F.
  • the cavity 12 is formed in a shape and size capable of receiving the fuel (spray F) injected from the fuel injection valve 34 at least when the piston 10 is at the top dead center. Yes.
  • the cavity 12 is a so-called reentrant type cavity. That is, the wall surface forming the cavity 12 includes a substantially mountain-shaped central raised portion 58, a peripheral concave portion 60 formed in a radial direction outside the central raised portion 58 in the radial direction of the piston 10, a peripheral concave portion 60, and a piston. 10 lip portions 62 having a circular shape in plan view formed between the ten crown surfaces 10a (that is, the peripheral edge of the cavity 12).
  • the central raised portion 58 is raised so as to be closer to the fuel injection valve 34 toward the center of the cavity 12, and is formed so that the top of the raised portion is located directly below the distal end portion 50 a of the fuel injection valve 34.
  • the peripheral recessed portion 60 is continuous with the central raised portion 58 and is formed to have an arc shape that is recessed radially outward of the piston 10 in a sectional view.
  • the lip 62 is continuous with the peripheral recess 60 and is formed in an arc shape that protrudes radially inward of the piston 10 in a sectional view as shown in FIG.
  • Each injection hole 56 of the fuel injection valve 34 is directed near the connection portion between the lip portion 62 and the peripheral recess 60.
  • the lip portion 62 is formed with a plurality of groove portions 64 that are recessed from the peripheral edge of the cavity 12 to the radially outer side of the piston 10.
  • Each groove 64 has an end on the side opposite to the cylinder head 6 (that is, an end on the peripheral recess 60 side of the cavity 12; hereinafter referred to as “lower end 64a”) and an end on the cylinder head 6 side (that is, a crown of the piston 10).
  • lower end 64a an end on the cylinder head 6 side
  • the groove portion 64 is formed in a U-shaped concave shape that is recessed radially outward of the piston 10 from the tip of the lip portion 62 that protrudes radially inward of the piston 10 in plan view. ing. That is, the wall surface forming the groove portion 64 has a bottom surface 64c extending in the circumferential direction of the piston 10 in plan view and two side surfaces 64d extending radially inward of the piston 10 from both ends of the bottom surface 64c.
  • the bottom surface 64c of the groove portion 64 extends from the peripheral recess 60 toward the radially outer side of the piston 10 at the lower end portion 64a, and is curved so as to be substantially parallel to the inner peripheral surface of the cylinder 2 as the upper end portion 64b is approached. Is formed.
  • the central angle ⁇ (corresponding to the width of the groove portion 64) formed by a straight line connecting the center of the piston 10 and both ends of the bottom surface 64c of the groove portion 64 in plan view is, for example, 14 ° on the crown surface 10a of the piston 10. is there.
  • the angle ⁇ formed by the bottom surface 64c and the peripheral recess 60 in the lower end portion 64a of the groove portion 64 is, for example, 45 ° in the present embodiment.
  • the angle ⁇ (corresponding to the inclination angle of the groove 64) formed by the side surface 64d and the axial direction of the piston 10 can take various values.
  • the side surface 64d of the present embodiment has an intake swirl flow from the axial direction of the piston 10. It is formed so as to be inclined by 45 ° in the direction in which S flows.
  • Each groove portion 64 is arranged so that the vicinity of the respective lower end portion 64a is positioned in each directing direction of the injection hole 56 of the fuel injection valve 34.
  • a total of ten injection holes 56 are arranged so as to be arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction, and fuel is injected radially in plan view. Therefore, as shown in FIG. 6, in this embodiment, a total of ten groove portions 64 are substantially equal in the circumferential direction so that the vicinity of each lower end portion 64 a is positioned in each directing direction of the injection hole 56 of the fuel injection valve 34. Arranged at intervals.
  • FIG. 8 is a perspective view conceptually showing the flow of the fuel spray in the combustion chamber according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a conceptual view of the fuel spray and the flow of air in the combustion chamber according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view conceptually showing the flow of fuel spray in the combustion chamber according to the embodiment of the present invention, taken along line XX in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view conceptually showing the flow of fuel spray in a combustion chamber according to an embodiment of the present invention.
  • the fuel spray F injected from the injection hole 56 toward the radially outer side of the piston 10 is a groove portion. 64 reaches the vicinity of the lower end portion 64d of the 64, and a part thereof enters the groove portion 64. As shown in FIG. 9, the spray F that has entered the groove portion 64 proceeds radially outward of the piston 10 and toward the cylinder head 6 along the bottom surface 64 c and the side surface 64 d of the groove portion 64, and from the upper end portion 64 a of the groove portion 64 to the piston. 10 flows out along the circumferential direction of the piston 10 toward the upper surface of the crown surface 10a.
  • each groove 64 extends from the lower end 64a toward the upper end 64b so as to incline in the direction in which the swirl flow S flows. Therefore, the fuel spray F that has reached the upper end portion 64a of the groove portion 64 is drawn into the swirl flow S that flows above the upper end portion 64a, flows out of the groove portion 64, merges with the swirl flow S, and rotates around the central axis of the cylinder 2. Turn to.
  • the fuel spray F injected from the injection hole 56 toward the radially outer side of the piston 10 changes the direction along the groove portion 64 in the circumferential direction of the piston 10 while changing the direction of the cylinder head 6.
  • the fuel spray injected from the fuel injection valve toward the outside in the radial direction of the piston proceeds directly in the radial direction of the piston as in the case of a conventional diesel engine.
  • the fuel injected from the injection hole 56 heads to the vicinity of the lower end portion 64d of the groove portion 64 while diffusing and burning, but the region on the wall surface side of the cavity 12 in the fuel spray F at this time (the lower side indicated by symbol I in FIG. (Hereinafter referred to as “soot region”) flows from the peripheral concave portion 60 to the bottom surface 64c of the groove portion 64, so that it is difficult to mix with air and soot is generated due to lack of oxygen.
  • the region on the opposite side of the wall surface of the cavity 12 in the fuel spray F immediately after being injected from the injection hole 56 is the ambient air.
  • the central angle ⁇ formed by a straight line connecting the center of the piston 10 and both ends of the bottom surface 64c of the groove portion 64 in plan view is, for example, 14 °, and the bottom surface 64c and the peripheral recess 60 are formed at the lower end portion 64a of the groove portion 64.
  • the side surface 64d is inclined 45 ° in the direction in which the intake swirl flow S flows from the axial direction of the piston 10, but the groove portion 64 may be formed with a dimension different from this. .
  • the fuel injection valve 34 having ten injection holes 27 is shown.
  • the present invention is also applicable to an engine having the fuel injection valves 34 having a plurality of different injection holes 27. Is possible.
  • a swirl flow S that is counterclockwise when viewed from the upper side is generated in the cylinder 2 in the intake stroke, and the swirl in the cylinder 2 is formed by the first and second intake ports 18 and 20.
  • the fuel spray F is injected from the injection hole 56 by providing the groove portion 64 similar to the above-described embodiment at the periphery of the cavity 12. It is possible to extend the movement path to reach the inner peripheral surface of the rear cylinder head 6 or the cylinder 2 and reduce the cooling loss.
  • a groove portion 64 is formed on the crown surface 10a of the piston 10 so as to be recessed from the peripheral edge of the cavity 12 to the outside in the radial direction of the piston 10, and the groove portion 64 extends from the lower end portion 64a opposite to the cylinder head 6 to the cylinder head 6 side. Since the nozzle hole 56 of the fuel injection valve 34 is directed toward the groove part 64, the fuel spray F injected from the nozzle hole 56 is directed to the groove part. As the direction of the piston 10 changes along the circumferential direction of the piston 10, it gradually rises spirally toward the cylinder head 6.
  • the fuel spray F is injected from the injection hole 56. Then, the movement path until reaching the inner peripheral surface of the cylinder head 6 or the cylinder 2 can be extended. Thereby, it is possible to prevent the fuel spray F from reaching the low-temperature cylinder head 6 and the inner peripheral surface of the cylinder 2 before the combustion of the fuel is completed, and to reduce the cooling loss.
  • the cylinder head 6 is formed with intake ports 18 and 20 so as to generate a swirl flow S in the cylinder 2, and the groove portion 64 extends from the lower end portion 64 a on the side opposite to the cylinder head 6 to the cylinder head 6 side. Since it inclines in the direction in which the swirl flow S flows toward the upper end portion 64b, the fuel spray F that has reached the upper end portion 64a of the groove portion 64 is drawn into the swirl flow S that flows above the upper end portion 64a, and the cylinder 2 , By which the movement path until the fuel spray F reaches the inner peripheral surface of the cylinder head 6 or the cylinder 2 after the fuel spray F is injected from the injection hole 56 is reliably extended, It is possible to prevent the fuel spray F from reaching the low temperature cylinder head 6 and the inner peripheral surface of the cylinder 2 before the combustion of the fuel is completed.
  • the plurality of groove portions 64 are formed on the crown surface 10 a of the piston 10, the flow direction of the fuel spray F injected from the injection holes 56 is more reliably determined by the plurality of groove portions 64 in the circumferential direction of the piston 10. As a result, it is possible to more reliably prevent the fuel spray F from reaching the inner peripheral surface of the low-temperature cylinder head 6 or the cylinder 2 before the combustion of the fuel is completed, and reduce the cooling loss. Can do.
  • the fuel injection valve 34 is formed with a plurality of injection holes 56 directed to the plurality of groove portions 64 so as to spray fuel radially in the cavity 12 in a plan view.
  • the flow direction of the radially sprayed fuel can be more reliably changed to the circumferential direction of the piston 10 by the groove portions 64 directed to the respective injection holes 56, so that the fuel spray F can be changed before the combustion of the fuel is finished.
  • Reaching the inner peripheral surface of the low-temperature cylinder head 6 or the cylinder 2 can be more reliably prevented, and the cooling loss can be reduced.
  • the fuel spray F injected from the plurality of injection holes 56 changes direction along the plurality of groove portions 64 and flows out from the upper end portion 64b of each groove portion 64 along the circumferential direction of the piston 10, the fuel spray F is discharged from each groove portion 64.
  • the region I in which a large amount of soot in the fuel spray F that has flowed out can be brought into contact with the region O in which a large amount of OH radicals exist in the adjacent fuel spray F on the side opposite to the outflow direction from the groove 64.
  • the amount of soot in the exhaust gas can be reduced by oxidizing the soot with OH radicals.

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Abstract

燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを防止し、冷却損失を低減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)は、気筒(2)の一端を覆うシリンダヘッド(6)と、シリンダヘッドに対向する冠面(10a)を備え気筒内を往復動するピストン(10)と、シリンダヘッドに取り付けられた燃料噴射弁(34)とを有し、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(12)と、キャビティの周縁からピストンの径方向外側に凹んだ溝部(64)とが形成され、溝部は、シリンダヘッドとは反対側の下端部(64a)からシリンダヘッド側の上端部(64b)に向けてピストンの周方向に傾斜するように延び、燃料噴射弁には、溝部を指向する噴孔(56)が形成されている。

Description

ディーゼルエンジン
　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。
　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）。
　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。
特開２０１５－２３２２８８号公報
　ところで、キャビティ内に噴射された燃料は拡散燃焼しながら燃焼室内を流動するが、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燃焼室が小さいため、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧は低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達してしまう。その結果、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。
　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、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを防止し、冷却損失を低減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。
　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と、キャビティの周縁からピストンの径方向外側に凹んだ溝部とが形成され、溝部は、シリンダヘッドとは反対側の端部からシリンダヘッド側の端部に向けてピストンの周方向に傾斜するように延び、燃料噴射弁には、溝部を指向する噴孔が形成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、キャビティの周縁からピストンの径方向外側に凹んだ溝部は、シリンダヘッドとは反対側の端部からシリンダヘッド側の端部に向けてピストンの周方向に傾斜するように延び、燃料噴射弁の噴孔は溝部を指向しているので、噴孔から噴射された燃料噴霧は、溝部に沿ってピストンの周方向に向きを変えながらシリンダヘッド側に向かってらせん状に緩やかに上昇する。したがって、従来のディーゼルエンジンのように燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧がそのまま噴射方向に進んでシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達する場合と比較して、燃料噴霧が噴孔から噴射された後シリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達するまでの移動経路を延長することができる。これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを防止し、冷却損失を低減することが可能となる。
　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、溝部は、シリンダヘッドとは反対側の端部からシリンダヘッド側の端部に向けて、スワール流が流れる方向に傾斜している。
　このように構成された本発明においては、溝部は、シリンダヘッドとは反対側の端部からシリンダヘッド側の端部に向けて、スワール流が流れる方向に傾斜しているので、溝部のシリンダヘッド側の端部に到達した燃料噴霧を、溝部の上方を流れるスワール流に引き込んでシリンダの中心軸線まわりに旋回させることができ、これにより、燃料噴霧が噴孔から噴射された後シリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達するまでの移動経路を確実に延長して、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを防止することができる。
　また、本発明において、好ましくは、ピストンの冠面には、複数の溝部が形成されている。
　このように構成された本発明においては、複数の溝部によって、噴孔から噴射された燃料噴霧の流動方向をより確実にピストンの周方向に変えることができ、これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを一層確実に防止し、冷却損失を低減することができる。
　また、本発明において、好ましくは、燃料噴射弁には、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複数の溝部を指向する複数の噴孔が形成されている。
　このように構成された本発明においては、キャビティ内に平面視で放射状に噴霧された燃料の流動方向を、各噴孔が指向する溝部によってより確実にピストンの周方向に変えることができ、これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを一層確実に防止し、冷却損失を低減することができる。
　また、複数の噴孔から噴射された燃料噴霧が複数の溝部に沿って向きを変え、各溝部からピストンの周方向に沿って流出するので、各溝部から流出した燃料噴霧における多量のスートが存在する領域を、溝部からの流出方向とは反対側において隣接する燃料噴霧における多量のＯＨラジカルが存在する領域と接触させることができ、これにより、スートをＯＨラジカルにより酸化して排ガス中におけるスートの量を低減することができる。
　本発明のディーゼルエンジンによれば、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧が低温のシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達することを防止し、冷却損失を低減することができる。
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。 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。 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。 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。 本発明の実施形態によるピストンの斜視図である。 本発明の実施形態によるピストンの平面図である。 図６中のVII－VIIに沿って見たピストン及びシリンダヘッドなどの部分断面図である。 本発明の実施形態による燃焼室内の燃料噴霧の流動を概念的に示す斜視図である。 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。 図６中のX－Xに沿って見た、本発明の実施形態による燃焼室内の燃料噴霧の流動を概念的に示す部分断面図である。 本発明の実施形態による燃焼室内の燃料噴霧の流動を概念的に示す平面図である。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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、反時計回りに、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。
　気筒２内には、吸気行程において上側から見て反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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　次に、図５乃至図７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６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る。
　なお、図７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。
　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。
　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。
　図５及び図６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溝部６４が形成されている。
　各溝部６４は、シリンダヘッド６とは反対側の端部（即ちキャビティ１２の周辺凹部６０側の端部。以下「下端部６４ａ」という）からシリンダヘッド６側の端部（即ちピストン１０の冠面１０ａ側の端部。以下「上端部６４ｂ」という）に向けて、吸気スワール流Ｓが流れる方向（本実施形態ではシリンダヘッド６側（上側）から見て、反時計回り）に傾斜するように延びている。
　詳細には、図６に示すように、溝部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Ｕ字形の凹形に形成されている。即ち、溝部６４を形成する壁面は、平面視でピストン１０の周方向に延びる底面６４ｃと、底面６４ｃ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６４ｄとを有している。
　溝部６４の底面６４ｃは、下端部６４ａにおいて周辺凹部６０からピストン１０の径方向外側に向かって傾斜して延び、上端部６４ｂに近づくほど気筒２の内周面とほぼ平行になるように湾曲して形成されている。
　平面視においてピストン１０の中心と溝部６４の底面６４ｃの両端とを結ぶ直線が成す中心角α（溝部６４の幅に相当する）は、本実施形態では例えばピストン１０の冠面１０ａにおいて１４°である。また、溝部６４の下端部６４ａにおいて底面６４ｃと周辺凹部６０とが成す角θは、本実施形態では例えば４５°である。
　また、側面６４ｄとピストン１０の軸線方向との成す角γ（溝部６４の傾斜角に相当）は種々の値を取り得るが、本実施形態の側面６４ｄは、ピストン１０の軸線方向から吸気スワール流Ｓが流れる方向に４５°傾斜するように形成されている。
　各溝部６４は、それぞれの下端部６４ａ付近が燃料噴射弁３４の噴孔５６の各指向方向に位置するように配置される。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個の溝部６４が、それぞれの下端部６４ａ付近が燃料噴射弁３４の噴孔５６の各指向方向に位置するように周方向にほぼ等間隔に配置されている。
　次に、図８乃至図１１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８は、本発明の実施形態による燃焼室内の燃料噴霧の流動を概念的に示す斜視図であり、図９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り、図１０は、図６中のX－Xに沿って見た、本発明の実施形態による燃焼室内の燃料噴霧の流動を概念的に示す部分断面図であり、図１１は、本発明の実施形態による燃焼室内の燃料噴霧の流動を概念的に示す平面図である。
　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、図８に示すように、噴孔５６からピストン１０の径方向外側に向かって噴射された燃料噴霧Ｆは溝部６４の下端部６４ｄ付近に到達し、その一部が溝部６４内に進入する。
　溝部６４内に進入した噴霧Ｆは、図９に示すように、溝部６４の底面６４ｃ及び側面６４ｄに沿ってピストン１０の径方向外側且つシリンダヘッド６側に進み、溝部６４の上端部６４ａからピストン１０の冠面１０ａの上方に向かって、ピストン１０の周方向に沿って流出する。
　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反時計回りのスワール流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内のスワール流Ｓが強化されているが、各溝部６４は、下端部６４ａから上端部６４ｂに向けて、このスワール流Ｓが流れる方向に傾斜するように延びている。
　したがって、溝部６４の上端部６４ａに到達した燃料噴霧Ｆは、この上端部６４ａの上方を流れるスワール流Ｓに引き込まれて溝部６４から流出し、スワール流Ｓと合流して気筒２の中心軸線まわりに旋回する。
　このように、本実施形態によれば、噴孔５６からピストン１０の径方向外側に向かって噴射された燃料噴霧Ｆは、溝部６４に沿ってピストン１０の周方向に向きを変えながらシリンダヘッド６側に向かってらせん状に緩やかに上昇するので、従来のディーゼルエンジンのように燃料噴射弁からピストンの径方向外側に向かって噴射された燃料噴霧がそのままピストンの径方向に進んでシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達する場合と比較して、燃料噴霧Ｆが噴孔５６から噴射された後シリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達するまでの移動経路を延長することができる。これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧Ｆが低温のシリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達することを防止し、冷却損失を低減することが可能となる。
　また、噴孔５６から噴射された燃料は拡散燃焼しながら溝部６４の下端部６４ｄ付近に向かうが、このときの燃料噴霧Ｆにおけるキャビティ１２の壁面側の領域（図１０において符号Ｉにより示す下側の領域。以下「スート領域」という）は、周辺凹部６０から溝部６４の底面６４ｃに面して流れるので空気と混合され難く、酸素不足によりスートが発生する。
　一方、噴孔５６から噴射された直後の燃料噴霧Ｆにおけるキャビティ１２の壁面とは反対側の領域（図１０において符号Ｏにより示す上側の領域。以下「完全燃焼領域」という）は、周囲の空気と接触しており十分な酸素が得られるので完全燃焼が行われる。
　この燃料噴霧Ｆが溝部６４の底面６４ｃ及び側面６４ｄに沿って向きを変え、上端部６４ｂからピストン１０の周方向に沿って流出すると、図１１に示すように、各溝部６４から流出した燃料噴霧Ｆにおけるスート領域Ｉは、溝部６４からの流出方向とは反対側において隣接する燃料噴霧Ｆにおける完全燃焼領域Ｏと接触する。この完全燃料領域Ｏには、燃焼の過程で発生する多量のＯＨラジカルが存在するので、スート領域Ｉに存在するスートがＯＨラジカルにより酸化される。これにより、従来のディーゼルエンジンのように燃料噴射弁からピストンの径方向外側に向かって噴射された燃料噴霧がそのままピストンの径方向に進む場合と比較して、排ガス中におけるスートの量を低減することができる。
　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の中心と溝部６４の底面６４ｃの両端とを結ぶ直線が成す中心角αが例えば１４°であり、溝部６４の下端部６４ａにおいて底面６４ｃと周辺凹部６０とが成す角θが４５°であり、側面６４ｄはピストン１０の軸線方向から吸気スワール流Ｓが流れる方向に４５°傾斜すると説明したが、溝部６４をこれとは異なる寸法により形成してもよい。
　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。
　また、上記した実施形態では、気筒２内には、吸気行程において上側から見て反時計回りのスワール流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内のスワール流Ｓが強化されると説明したが、スワール流が生成されないエンジンにおいても、上述した実施形態と同様の溝部６４をキャビティ１２の周縁に設けることにより、燃料噴霧Ｆが噴孔５６から噴射された後シリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達するまでの移動経路を延長し、冷却損失を低減することができる。
　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。
　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溝部６４が形成され、溝部６４はシリンダヘッド６とは反対側の下端部６４ａからシリンダヘッド６側の上端部６４ｂに向けてピストン１０の周方向に傾斜するように延び、燃料噴射弁３４の噴孔５６は溝部６４を指向しているので、噴孔５６から噴射された燃料噴霧Ｆは、溝部６４に沿ってピストン１０の周方向に向きを変えながらシリンダヘッド６側に向かってらせん状に緩やかに上昇する。したがって、従来のディーゼルエンジンのように燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧がそのまま噴射方向に進んでシリンダヘッド面やシリンダライナ面に到達する場合と比較して、燃料噴霧Ｆが噴孔５６から噴射された後シリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達するまでの移動経路を延長することができる。これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧Ｆが低温のシリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達することを防止し、冷却損失を低減することが可能となる。
　特に、シリンダヘッド６には、気筒２内にスワール流Ｓを生成するように吸気ポート１８、２０が形成され、溝部６４は、シリンダヘッド６とは反対側の下端部６４ａからシリンダヘッド６側の上端部６４ｂに向けて、スワール流Ｓが流れる方向に傾斜しているので、溝部６４の上端部６４ａに到達した燃料噴霧Ｆを、この上端部６４ａの上方を流れるスワール流Ｓに引き込んで気筒２の中心軸線まわりに旋回させることができ、これにより、燃料噴霧Ｆが噴孔５６から噴射された後シリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達するまでの移動経路を確実に延長して、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧Ｆが低温のシリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達することを防止することができる。
　また、ピストン１０の冠面１０ａには、複数の溝部６４が形成されているので、噴孔５６から噴射された燃料噴霧Ｆの流動方向を、複数の溝部６４によってより確実にピストン１０の周方向に変えることができ、これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧Ｆが低温のシリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達することを一層確実に防止し、冷却損失を低減することができる。
　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複数の溝部６４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方向を、各噴孔５６が指向する溝部６４によってより確実にピストン１０の周方向に変えることができ、これにより、燃料の燃焼が終了する前に燃料噴霧Ｆが低温のシリンダヘッド６や気筒２の内周面に到達することを一層確実に防止し、冷却損失を低減することができる。
　また、複数の噴孔５６から噴射された燃料噴霧Ｆが複数の溝部６４に沿って向きを変え、各溝部６４の上端部６４ｂからピストン１０の周方向に沿って流出するので、各溝部６４から流出した燃料噴霧Ｆにおける多量のスートが存在する領域Ｉを、溝部６４からの流出方向とは反対側において隣接する燃料噴霧Ｆにおける多量のＯＨラジカルが存在する領域Ｏと接触させることができ、これにより、スートをＯＨラジカルにより酸化して排ガス中におけるスートの量を低減することができる。
　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　溝部
　６４ａ　下端部
　６４ｂ　上端部
　６４ｃ　底面
　６４ｄ　側面
　Ｓ　スワール流

Claims (4)

  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と、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溝部とが形成され、
    　前記溝部は、前記シリンダヘッドとは反対側の端部から前記シリンダヘッド側の端部に向けて前記ピストンの周方向に傾斜するように延び、
    　前記燃料噴射弁には、前記溝部を指向する噴孔が形成されている、
    　ことを特徴とするディーゼルエンジン。
  2. 　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、
    　前記溝部は、前記シリンダヘッドとは反対側の端部から前記シリンダヘッド側の端部に向けて、前記スワール流が流れる方向に傾斜している、請求項１に記載のディーゼルエンジン。
  3. 　前記ピストンの冠面には、複数の前記溝部が形成されている、請求項１又は２に記載のディーゼルエンジン。
  4. 　前記燃料噴射弁には、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複数の前記溝部を指向する複数の前記噴孔が形成されている、請求項３に記載のディーゼルエンジン。
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