DE102017203107A1 - COMBUSTION CHAMBER OF INTERNAL COMBUSTION MACHINE - Google Patents

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Abstract

Eine Hitzeschutzschicht PA wird auf einer oberen Fläche 12a und einer Bodenfläche 20a gebildet. Die Hitzeschutzschicht PA ist insbesondere eine poröse Aluminiumoxidschicht. Genauer gesagt ist die Hitzeschutzschicht PA eine anodische Oxidationsschicht, die durch Anodenoxidation des Kolbens 12 gebildet ist, der aus einer Aluminiumlegierung als einem Basismetall hergestellt ist. Eine Hitzeschutzschicht SRA wird in einzelnen kreisförmigen Bereichen auf einer Seitenfläche 20b gebildet. Die Hitzeschutzschicht SRA umfasst die Hitzeschutzschicht PA als eine untere Schicht und eine Siliziumdioxidschicht, die als eine obere Schicht die Oberfläche der Hitzeschutzschicht PA abdeckt und die Öffnungen der Poren blockiert. Die Siliziumdioxidschicht ist eine Abdichtschicht, die durch Aufbringen eines anorganischen oder organischen Lösungsmittels, das Siliziumdioxid bzw. Quarz enthält, wie Polysilazan, auf die Oberfläche des porösen Aluminiumoxids und Verbrennen des das Lösungsmittels gebildet wird.A heat protective layer PA is formed on an upper surface 12a and a bottom surface 20a. The heat protection layer PA is in particular a porous aluminum oxide layer. More specifically, the heat protective layer PA is an anodic oxidation layer formed by anode oxidation of the piston 12 made of an aluminum alloy as a base metal. A heat protection layer SRA is formed in individual circular areas on a side surface 20b. The heat protective layer SRA includes the heat protective layer PA as a lower layer and a silicon dioxide layer which, as an upper layer, covers the surface of the heat protective layer PA and blocks the openings of the pores. The silicon dioxide layer is a sealing layer formed by applying an inorganic or organic solvent containing silica, such as polysilazane, to the surface of the porous alumina and burning the solvent.

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Description

Hintergrundbackground

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer einer Maschine mit interner Verbrennung bzw. Brennkraftmaschine. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine, die einen Kolben mit einer Hitzeschutzschicht aufweist, die auf einer oberen Fläche desselben gebildet ist.The present invention relates to a combustion chamber of an internal combustion engine. More particularly, it relates to a combustion chamber of an internal combustion engine having a piston with a heat protection layer formed on an upper surface thereof.

Stand der TechnikState of the art

Eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine ist allgemein als ein Raum definiert, der durch eine Bohrungsfläche eines Zylinderblocks, eine obere Fläche eines Kolbens, der innerhalb der Bohrungsfläche untergebracht ist, und eine Bodenfläche eines Zylinderkopfs definiert ist, wenn der Zylinderkopf und der Zylinderblock miteinander gekoppelt sind. In manchen Fällen werden verschiedene Arten von Hitzeschutzschichten auf der Wand der Brennkammer gebildet, um zu verhindern, dass Wärme in der Brennkammer durch die Wand zur Außenseite abgeführt wird.A combustion chamber of an internal combustion engine is generally defined as a space defined by a bore area of a cylinder block, an upper surface of a piston housed inside the bore area, and a bottom surface of a cylinder head when the cylinder head and the cylinder block are coupled together. In some cases, various types of heat protective layers are formed on the wall of the combustion chamber to prevent heat in the combustion chamber from being dissipated through the wall to the outside.

Die JP 2008-215244 A offenbart eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine, die ein Kraftstoffdirekteinspritzventil aufweist und eine keramische Hitzeschutzschicht aufweist, die in dem Bereich der oberen Fläche des Kolbens neben dem Bereich gebildet ist, in dem der Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil direkt auftrifft. Wenn eine Hitzeschutzschicht in dem Bereich gebildet wird, in dem der Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil direkt auftrifft, steigt die Temperatur des Bereichs, wenn der Kraftstoff verbrannt wird. Dann ist der Kraftstoff mit hoher Konzentration, der gerade vom Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wurde, der Hochtemperaturatmosphäre ausgesetzt, wenn der Kraftstoff auf die obere Fläche trifft, und wird schnell verbrannt, so dass viel Ruß erzeugt wird. Im Hinblick darauf weist die vorstehend erläuterte Brennkammer die Hitzeschutzschicht in dem Bereich nicht auf, in dem der Kraftstoff vom Kraftstoffeinspritzventil direkt auftrifft, sodass der Kraftstoff, der in dem Bereich aufgetroffen ist, verbrannt werden kann, während er zerstreut wird bzw. diffundiert.The JP 2008-215244 A discloses a combustion chamber of an internal combustion engine having a direct fuel injection valve and having a ceramic heat protective layer formed in the region of the upper surface of the piston adjacent to the region where the fuel directly impinges from the fuel injection valve. When a heat-shielding layer is formed in the area where the fuel directly impinges from the fuel injection valve, the temperature of the area increases when the fuel is burned. Then, the high-concentration fuel that has just been injected from the fuel injection valve is exposed to the high-temperature atmosphere when the fuel hits the upper surface, and is burned quickly, so that much soot is generated. In view of this, the above-explained combustion chamber does not have the heat-shielding layer in the area where the fuel directly hits from the fuel injection valve, so that the fuel that has hit in the area may be burned while being diffused.

Kurze ErläuterungShort explanation

In den letzten Jahren wurde eine Hitzeschutzschicht eines neuen Typs, die sich von der herkömmlichen Hitzeschutzschicht unterscheidet, die die Temperatur des Gases in der Brennkammer hoch hält, genauer gesagt, eine Hitzeschutzschicht entwickelt, deren Oberflächentemperatur der Temperatur des Gases in der Brennkammer folgt. Die Hitzeschutzschicht des neuen Typs weist Wärmecharakteristiken auf, bei denen sowohl die Wärmeleitfähigkeit als auch die Wärmekapazität pro Einheitsvolumen gering sind. Die vorstehend erläuterte Rußerzeugung wird dadurch verursacht, dass die Oberflächentemperatur der Hitzeschutzschicht in dem Zeitabschnitt zwischen dem Abschluss der Verbrennung in einem Zyklus der Brennkraftmaschine und dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung des nachfolgenden Zyklus nicht ausreichend sinkt. Mit der Hitzeschutzschicht des neuen Typs steigt dagegen die Oberflächentemperatur im Explosionshub eines Zyklus, indem sie der Temperatur des Gases in der Brennkammer folgt, und sinkt, indem sie der Temperatur des Gases (der Temperatur der Ansaugluft) folgt, die im Ansaughub des nachfolgenden Zyklus in die Brennkammer fließt. Somit kann die Hitzeschutzschicht des neuen Typs die Rußerzeugung selbst dann verhindern, wenn die Hitzeschutzschicht in dem Bereich gebildet ist, in dem der eingespritzte Kraftstoff direkt auftrifft.In recent years, a heat-shielding layer of a new type, which is different from the conventional heat-shielding layer which keeps the temperature of the gas in the combustion chamber high, more specifically, a heat-shielding layer whose surface temperature follows the temperature of the gas in the combustion chamber has been developed. The heat protection layer of the new type has thermal characteristics in which both the thermal conductivity and the heat capacity per unit volume are small. The above-described formation of soot is caused by the surface temperature of the heat-protective layer not sufficiently decreasing in the period between the completion of the combustion in one cycle of the internal combustion engine and the start of the fuel injection of the subsequent cycle. With the heat protection layer of the new type, on the other hand, the surface temperature rises in the explosion stroke of one cycle by following the temperature of the gas in the combustion chamber, and decreases by following the temperature of the gas (the temperature of the intake air) in the intake stroke of the subsequent cycle the combustion chamber flows. Thus, the heat protection layer of the new type can prevent the generation of soot even if the heat protection layer is formed in the region where the injected fuel directly impacts.

Der Erfinder hat jedoch festgestellt, dass die Hitzeschutzschicht des neuen Typs weiter verbessert werden kann. Genauer gesagt hat der Erfinder herausgefunden, dass die Hitzeschutzschicht für eine Verschlechterung aufgrund einer thermischen Spannung anfällig ist, die durch die Temperaturdifferenz im Explosionshub zwischen der Oberfläche der Hitzeschutzschicht, deren Temperatur ansteigt, indem sie der Temperatur des Gases in der Brennkammer folgt, und dem inneren Teil der Hitzeschutzschicht verursacht wird, deren Temperatur vergleichsweise niedrig bleibt, weil die Hitzeschutzschicht Wärmecharakteristiken aufweist, bei denen sowohl die Wärmeleitfähigkeit als auch die Wärmekapazität pro Einheitsvolumen gering sind.However, the inventor has found that the heat protection layer of the new type can be further improved. More specifically, the inventor has found that the heat-shielding layer is susceptible to deterioration due to thermal stress caused by the temperature difference in the explosion stroke between the surface of the heat-shielding layer, the temperature of which increases by following the temperature of the gas in the combustion chamber, and the inner one Part of the heat protection layer is caused, the temperature remains comparatively low because the heat protection layer has thermal characteristics in which both the thermal conductivity and the heat capacity per unit volume are low.

Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einer Brennkraftmaschine, die eine auf einer Wand einer Brennkammer gebildeten Hitzeschutzschicht mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit und einer geringen Wärmekapazität pro Einheitsvolumen aufweist, eine Verschlechterung der Hitzeschutzschicht aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen einer Oberfläche der Schicht und einem inneren Teil der Schicht zu verhindern.The present invention has been made in view of the problems described above, and it is an object of the present invention, in an internal combustion engine, having a heat protective layer formed on a wall of a combustion chamber with a low heat conductivity and a low heat capacity per unit volume, a deterioration of the heat protective layer due to a temperature difference between a surface of the layer and an inner part of the layer.

Eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach der vorliegenden Erfindung umfasst einen Kolben und ein Kraftstoffeinspritzventil, wobei der Kolben eine Hitzeschutzschicht aufweist, die auf seiner oberen Fläche gebildet ist, die Hitzeschutzschicht eine poröse Hitzeschutzschicht ist, die Poren in einer Oberfläche derselben aufweist und eine geringere Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität pro Einheitsvolumen als ein Basismetall des Kolbens aufweist, und wobei das Kraftstoffeinspritzventil Kraftstoff direkt auf die obere Fläche einspritzt, und die Fläche der Hitzeschutzschicht einen abgeschirmten Bereich und einen freiliegenden Bereich umfasst, wobei der abgeschirmte Bereich einen Bereich umfasst, auf den Kraftstoff vom Kraftstoffeinspritzventil direkt auftrifft und der mit einem Quarz- bzw. Siliziumdioxidfilm abgedeckt ist, der Poren in der Oberfläche blockiert, und der freiliegende Bereich ist ein Bereich außer dem abgeschirmten Bereich, in dem Poren in der Oberfläche freiliegen.A combustion chamber of an internal combustion engine according to the present invention comprises a piston and a fuel injection valve, wherein the piston has a heat protection layer formed on its upper surface, the heat protection layer is a porous heat protection layer having pores in a surface thereof, and lower heat conductivity and heat capacity per unit volume as a base metal of the piston, and wherein the fuel injection valve Injecting fuel directly onto the upper surface, and the surface of the heat-shielding layer comprises a shielded portion and an exposed portion, the shielded portion comprising a portion directly hit by fuel from the fuel injection valve and covered with a silica film Pores in the surface are blocked and the exposed area is an area other than the shielded area where pores are exposed in the surface.

Weil die poröse Hitzeschutzschicht, die Poren in einer Oberfläche derselben aufweist und eine geringere Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität pro Einheitsvolumen als das Basismetall des Kolbens hat, auf der oberen Fläche des Kolbens als einem freiliegenden Bereich gebildet ist, folgt die Temperatur der oberen Fläche der Temperatur des Gases in der Brennkammer. Der Bereich, in dem der Kraftstoff vom Kraftstoffeinspritzventil direkt auftrifft, ist der Bereich, mit dem eine anfängliche Flamme, die durch Zünden des Kraftstoffs verursacht wird, in Kontakt kommt, so dass dort die Temperatur am höchsten wird und somit der Temperaturunterschied zwischen der Fläche und dem inneren Teil in der Oberfläche der Hitzeschutzschicht im Explosionshub am größten ist. Weil die Oberfläche der Hitzeschutzschicht, den abgeschirmten Bereich umfasst, der einen solchen Bereich aufweist, kann eine Verschlechterung der Schicht aufgrund des Temperaturunterschieds unterdrückt werden.Because the porous heat protective layer having pores in a surface thereof and having a lower heat conductivity and heat capacity per unit volume than the base metal of the piston is formed on the upper surface of the piston as an exposed portion, the temperature of the upper surface follows the temperature of the gas in the combustion chamber. The area where the fuel directly impinges from the fuel injection valve is the area with which an initial flame caused by the ignition of the fuel comes into contact, so that the temperature becomes highest there, and thus the temperature difference between the area and the inner part in the surface of the heat protection layer is the largest in the explosion stroke. Because the surface of the heat protective layer includes the shielded portion having such a region, deterioration of the layer due to the temperature difference can be suppressed.

Wenn das Kraftstoffeinspritzventil eine Vielzahl von Einspritzlöchern aufweist, die radial gebildet sind, wird in der Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass der abgeschirmte Bereich um eine Kreuzung der Oberfläche mit einer geraden Linie gebildet ist, die durch die Mitte jedes der Einspritzlöcher zu einem Zeitpunkt verläuft, zu dem sich der Kolben am oberen Kompressionstotpunkt befindet, und sich in einer Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, und jeweils zwei benachbarte Bereiche der abgeschirmten Bereiche sind durch den freiliegenden Bereich getrennt und sind nicht miteinander verbunden,.When the fuel injection valve has a plurality of injection holes formed radially, in the combustion chamber of an internal combustion engine according to the present invention, it is preferable that the shielded portion is formed around an intersection of the surface with a straight line passing through the center of each of the injection holes a time point at which the piston is located at the compression top dead center and extending in a fuel injection direction, and each two adjacent areas of the shielded areas are separated by the exposed area and are not connected to each other.

Wenn der Sliziumdioxidfilm in einem Bereich außer dem abgeschirmten Bereich gebildet wird, ist es möglich, dass Poren in der Oberfläche der Hitzeschutzschicht zu stark gefüllt werden, und die Wärmekapazität der Hitzeschutzschicht der gesamten oberen Fläche des Kolbens steigt, und sich ihre Fähigkeit verschlechtert, der Temperatur des Gases in der Brennkammer zu folgen. Wenn der abgeschirmte Bereich um die Kreuzung der Oberfläche der Hitzeschutzschicht mit der geraden Linie gebildet wird, die sich in der Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, indem sie durch die Mitte jedes der Einspritzlöcher zu einem Zeitpunkt geht, zu dem sich der Kolben am oberen Totpunkt befindet, und jeweils zwei benachbarte Bereiche der abgeschirmten Bereiche durch den freiliegenden Bereich getrennt sind und nicht miteinander verbunden sind, kann eine Verschlechterung der Schicht durch die Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche der Schicht und dem inneren Teil der Schicht unterdrückt werden, während die Fähigkeit sichergestellt ist, der Temperatur des Gases in der Brennkammer zu folgen, indem die Fläche des freiliegenden Bereichs in einem gewissen Ausmaß sichergestellt ist.When the silicon dioxide film is formed in a portion except for the shielded portion, it is possible that pores in the surface of the heat-shielding layer become over-filled, and the heat capacity of the heat-shielding layer of the entire top surface of the piston increases and its ability to deteriorate the temperature to follow the gas in the combustion chamber. When the shielded area is formed around the intersection of the surface of the heat shield layer with the straight line extending in the fuel injection direction, passing through the center of each of the injection holes at a time when the piston is at top dead center, and respectively two adjacent portions of the shielded portions are separated by the exposed portion and are not connected to each other, deterioration of the layer due to the temperature difference between the surface of the layer and the inner portion of the layer can be suppressed while ensuring the ability of the temperature of the gas in the combustion chamber by ensuring the area of the exposed area to some extent.

In der Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass der abgeschirmte Bereich um einen Schnittpunkt der Oberfläche mit einer geraden Linie gebildet wird, die sich in einer Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, indem sie durch die Mitte jedes der Einspritzlöcher zu einer Zeit geht, zu der der Kolben an einem oberen Totpunkt angeordnet ist, der in einer Richtung der Strömung eines Wirbels verschoben ist, der im Zylinder bei einer Maschinendrehzahl erzeugt wird, bei der eine Maximalleistung erreicht wird, wenn die Brennkraftmaschine so aufgebaut ist, dass ein Wirbel in einem Zylinder erzeugt wird und das Kraftstoffeinspritzventil eine Vielzahl von Einspritzlöchern aufweist, die radial gebildet sind.In the combustion chamber of an internal combustion engine according to the present invention, it is preferable that the shielded area is formed around an intersection of the surface with a straight line extending in a fuel injection direction by passing through the center of each of the injection holes at a time to the piston is disposed at a top dead center that is shifted in a direction of the flow of a vortex generated in the cylinder at an engine speed at which maximum power is achieved when the internal combustion engine is configured to generate a vortex in a cylinder and the fuel injection valve has a plurality of injection holes formed radially.

Wenn die Brennkraftmaschine mit der Motordrehzahl läuft, bei der die Maximalleistung erzielt wird, ist die in der Brennkammer erzeugte Wärmemenge maximal, und die Temperatur der Oberfläche der Hitzeschutzschicht, die im Explosionshub erreicht wird, ist ebenfalls am höchsten. Zweckmäßigerweise wird daher der abgeschirmte Bereich um den Schnittpunkt der Oberfläche der Hitzeschutzschicht mit der geraden Linie, die sich durch die Mitte jedes der Einspritzlöcher in der Kraftstoffeinspritzrichtung zu einem Zeitpunkt erstreckt, zu dem sich der Kolben am oberen Kolbentotpunkt befindet, in der Richtung des Wirbelflusses verschoben gebildet, der im Zylinder bei der Maschinendrehzahl erzeugt wird, bei der die Maximalleistung erzielt wird. So kann eine Verschlechterung der Schicht aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen der Oberfläche der Schicht und dem inneren Teil der Schicht selbst dann unterdrückt werden, wenn ein Wirbel in dem Zylinder erzeugt wird.When the engine is running at the engine speed at which the maximum output is achieved, the amount of heat generated in the combustion chamber is maximum, and the temperature of the surface of the heat protection layer reached in the explosion stroke is also highest. Conveniently, therefore, the shielded area around the intersection of the surface of the heat shield layer with the straight line extending through the center of each of the injection holes in the fuel injection direction at a time when the piston is at the upper piston dead center is displaced in the direction of the swirling flow formed in the cylinder at the engine speed at which the maximum power is achieved. Thus, deterioration of the film due to the temperature difference between the surface of the film and the inner part of the film can be suppressed even if a swirl is generated in the cylinder.

In der Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach der vorliegenden Erfindung wird der abgeschirmte Bereich vorzugsweise auf einer Seitenfläche gebildet, wenn der Kolben eine Aussparung in einem mittleren Teil der oberen Fläche aufweist und die Aussparung eine Bodenfläche und eine Seitenfläche aufweist, die mit der Bodenfläche und der oberen Fläche verbunden ist. Wenn es eine schräg zulaufende bzw. angefaste Fläche zwischen der Oberfläche und der Seitenfläche gibt, deren Durchmesser sich von der Oberfläche zur Seitenfläche verringert, ist der abgeschirmte Bereich vorzugsweise so geformt, dass er sich zwischen der Seitenfläche und der angefasten Fläche erstreckt. Der abgeschirmte Bereich kann entlang einer geraden Linie geformt sein, die sich in einer Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, indem sie durch die Mitte des Einspritzlochs des Kraftstoffeinspritzventils geht und sich auch über die Bodenfläche, die Seitenfläche und die angefaste Fläche erstreckt.In the combustion chamber of an internal combustion engine according to the present invention, the shielded portion is preferably formed on a side surface when the piston has a recess in a middle part of the upper surface and the recess has a bottom surface and a side surface coincident with the bottom surface and the top surface connected is. When there is a tapered surface between the surface and the side surface, the diameter of which reduces from the surface to the side surface, the shielded portion is preferably shaped such that it extends between the side surface and the chamfered surface. The shielded portion may be formed along a straight line extending in a fuel injection direction by passing through the center of the injection hole of the fuel injection valve and also extending over the bottom surface, the side surface, and the chamfered surface.

In einer Brennkraftmaschine, die eine Hitzeschutzschicht mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit und einer geringen Wärmekapazität pro Einheitsvolumen aufweist, die auf einer Wand einer Brennkammer gebildet ist, kann eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach der vorliegenden Erfindung die Beeinträchtigung bzw. Verschlechterung der Hitzeschutzschicht aufgrund eines Temperaturunterschieds zwischen der Oberfläche der Schicht und dem inneren Teil der Schicht unterdrücken.In an internal combustion engine having a heat-shielding layer with a low heat conductivity and a low heat capacity per unit volume formed on a wall of a combustion chamber, a combustion chamber of an internal combustion engine according to the present invention may deteriorate the heat-shielding layer due to a temperature difference between the surface suppress the layer and the inner part of the layer.

Kurze Erläuterung der FigurenBrief explanation of the figures

1 ist eine Querschnittsansicht einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 Fig. 10 is a cross-sectional view of a combustion chamber of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention;

2 ist eine perspektivische Ansicht eines in 1 gezeigten Kolbens 12; 2 is a perspective view of an in 1 shown piston 12 ;

3 ist ein Schaubild zum Veranschaulichen eines Aufbaus einer Hitzeschutzschicht PA und einer Hitzeschutzschicht SRA, die in 2 gezeigt sind; 3 FIG. 12 is a diagram illustrating a structure of a heat-shielding layer PA and a heat-resistant layer SRA included in FIG 2 are shown;

4 ist ein Schaubild, das die Vickers-Härte von zwei Arten von Hitzeschutzschichten zeigt, die unterschiedliche Schichtaufbauten aufweisen; 4 Fig. 12 is a graph showing the Vickers hardness of two types of heat-shielding layers having different layer constructions;

5 ist eine Schnittansicht einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 5 Fig. 10 is a sectional view of a combustion chamber of an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention;

6 ist eine perspektivische Ansicht eines in 5 gezeigten Kolbens 32; 6 is a perspective view of an in 5 shown piston 32 ;

7 ist eine Schnittansicht einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 7 Fig. 10 is a sectional view of a combustion chamber of an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention;

8 ist eine perspektivische Ansicht eines in 7 gezeigten Kolbens 42; 8th is a perspective view of an in 7 shown piston 42 ;

9 ist ein Schaubild zum Veranschaulichen eines Aufbaus von Hitzeschutzschichten nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 9 Fig. 12 is a diagram for illustrating a structure of heat protective layers according to a fourth embodiment of the present invention;

10 ist ein Schaubild zum Veranschaulichen eines Aufbaus von Hitzeschutzschichten nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 10 Fig. 12 is a diagram for illustrating a structure of heat protective layers according to a fifth embodiment of the present invention;

11 ist ein Schaubild zum Veranschaulichen eines Aufbaus von Hitzeschutzschichten nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 11 Fig. 12 is a diagram for illustrating a structure of heat protective layers according to a sixth embodiment of the present invention;

12 ist ein Schaubild zum Veranschaulichen eines Aufbaus von Hitzeschutzschichten nach einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 12 Fig. 12 is a diagram for illustrating a structure of heat protective layers according to a seventh embodiment of the present invention;

13 ist ein Schaubild, das einen Bereich einer in 12 gezeigten Bodenfläche 66a zeigt, die eine Wand einer Brennkammer bildet; 13 is a chart that shows an area of an in 12 shown floor area 66a shows, which forms a wall of a combustion chamber;

14 ist eine Schnittansicht einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 14 Fig. 10 is a sectional view of a combustion chamber of an internal combustion engine according to an eighth embodiment of the present invention;

15 ist ein Schaubild, das einen Bereich einer In 14 gezeigten Bodenfläche 70a zeigt, die eine Wand einer Brennkammer bildet; 15 is a graph showing an area of an In 14 shown floor area 70a shows, which forms a wall of a combustion chamber;

16 ist ein Schaubild, das eine Bodenfläche eines Zylinderkopfs einer Brennkammer nach einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 16 Fig. 12 is a diagram showing a bottom surface of a cylinder head of a combustion chamber according to a ninth embodiment of the present invention;

17 ist eine Schnittansicht einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 17 Fig. 10 is a sectional view of a combustion chamber of an internal combustion engine according to a tenth embodiment of the present invention; and

18 ist eine perspektivische Ansicht eines in 17 gezeigten Kolbens 76. 18 is a perspective view of an in 17 shown piston 76 ,

Genaue ErläuterungExact explanation

Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben. In den Figuren werden denselben Elementen dieselben Bezugszeichen zugeordnet und redundante Beschreibungen derselben werden weggelassen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the figures. In the figures, the same reference numerals are assigned to the same elements and redundant descriptions thereof are omitted. The present invention is not limited to the embodiments described below.

Erste AusführungsformFirst embodiment

Zunächst wird mit Bezug auf die 1 bis 4 eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.First, with respect to the 1 to 4 a combustion chamber of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention is described.

1 ist eine Schnittansicht der Brennkammer der Brennkraftmaschine nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine in 1 gezeigte Brennkraftmaschine 10 (genauer gesagt ein Dieselmotor) umfasst einen Kolben 12, einen Zylinderblock 14, der den Kolben 12 aufnimmt, und einen Zylinderkopf 18, der mit dem Zylinderblock 14 gekoppelt ist, wobei eine Dichtung 16 zwischen ihnen liegt. Die Brennkammer der Brennkraftmaschine 10 wird zumindest durch eine obere Fläche 12a des Kolbens 12, eine Bohrungsfläche 14a des Zylinderblocks 14 und eine Bodenfläche 18a des Zylinderkopfs 18 definiert. 1 FIG. 14 is a sectional view of the combustion chamber of the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention. FIG. An in 1 shown internal combustion engine 10 (more precisely one Diesel engine) comprises a piston 12 , a cylinder block 14 that the piston 12 and a cylinder head 18 that with the cylinder block 14 is coupled, with a seal 16 lies between them. The combustion chamber of the internal combustion engine 10 is at least through a top surface 12a of the piston 12 , a bore surface 14a of the cylinder block 14 and a floor area 18a of the cylinder head 18 Are defined.

Ein Hohlraum 20 ist in der Mitte der oberen Fläche 12a vorgesehen. Der Hohlraum 20 bildet auch einen Teil der Brennkammer der Brennkraftmaschine 10. Der Hohlraum 20 ist durch eine Bodenfläche 20a und eine Seitenfläche 20b definiert, die von der Bodenfläche 20a ansteigt und mit der oberen Fläche 12a verbunden ist. Der Zylinderkopf 18 umfasst ein Kraftstoffeinspritzventil 22, das Kraftstoff direkt in den Hohlraum 20 einspritzt. Das Kraftstoffeinspritzventil 22 weist insgesamt zehn (nicht gezeigte) Einspritzlöcher auf, die radial in einem oberen Endteil desselben geformt sind (es sei jedoch angemerkt, dass die Gesamtzahl der Einspritzlöcher nicht auf zehn beschränkt ist). Die zwei Achsen AX in 1 zeigen die Richtungen des Kraftstoffs, der durch zwei dieser Einspritzlöcher eingespritzt wird. In 1 befindet sich der Kolben 12 am oberen Totpunkt und die Seitenfläche 20b liegt auf Verlängerungen der zwei Achsen AX.A cavity 20 is in the middle of the upper surface 12a intended. The cavity 20 also forms part of the combustion chamber of the internal combustion engine 10 , The cavity 20 is through a floor surface 20a and a side surface 20b defined by the floor area 20a rises and with the upper surface 12a connected is. The cylinder head 18 includes a fuel injection valve 22 put the fuel directly into the cavity 20 injects. The fuel injector 22 has a total of ten injection holes (not shown) formed radially in an upper end part thereof (it should be noted, however, that the total number of injection holes is not limited to ten). The two axes AX in 1 show the directions of the fuel injected through two of these injection holes. In 1 is the piston 12 at top dead center and the side surface 20b lies on extensions of the two axes AX.

2 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Kolbens 12. Die Schnittansicht der Brennkraftmaschine 10 der 1 wird entlang einer Ebene aufgenommen, die durch die Linie A-A in 2 und die Mittellinie des Kolbens 12 definiert ist. Wie in 2 gezeigt ist eine Hitzeschutzschicht PA auf der oberen Fläche 12a und der Bodenfläche 20a geformt. Genauer gesagt ist die Hitzeschutzschicht PA eine poröse Aluminiumoxidschicht. Genauer gesagt ist die Hitzeschutzschicht PA eine anodische Oxidationsschicht, die durch anodische Oxidation des Kolbens 12 gebildet ist, der aus einer Aluminiumlegierung als einem Basismetall hergestellt ist. Eine Hitzeschutzschicht SRA wird in diskreten kreisförmigen Bereichen auf der Seitenfläche 20b gebildet. Der kreisförmige Bereich wird um den Schnittpunkt der Seitenfläche 20b mit der Achse AX in 1 gebildet, die sich in der Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, indem sie durch die Mitte des Einspritzlochs des Kraftstoffeinspritzventils 22 geht und umfasst ein Teil, an dem der Kraftstoff, der zu einem Zeitpunkt um den oberen Kompressionstotpunkt durch das Einspritzloch eingespritzt wird, direkt die Seitenfläche 20b trifft. Zudem überlappen sich zwei jeweils benachbarte kreisförmige Bereiche nicht und sind durch die Hitzeschutzschicht PA getrennt, die auf der Seitenfläche 20b gebildet ist. Somit ist die Anzahl der kreisförmigen Bereiche gleich der Gesamtzahl der Einspritzlöcher des Kraftstoffeinspritzventils 22. 2 is a perspective view of the in 1 shown piston 12 , The sectional view of the internal combustion engine 10 of the 1 is taken along a plane passing through the line AA in 2 and the center line of the piston 12 is defined. As in 2 Shown is a heat protective layer PA on the upper surface 12a and the floor area 20a shaped. More specifically, the heat protective layer PA is a porous aluminum oxide layer. More specifically, the heat protective layer PA is an anodic oxidation layer formed by anodic oxidation of the bulb 12 formed of an aluminum alloy as a base metal. A heat protection layer SRA is placed in discrete circular areas on the side surface 20b educated. The circular area becomes around the intersection of the side surface 20b with the axis AX in 1 extending in the fuel injection direction, passing through the center of the injection hole of the fuel injection valve 22 is a part where the fuel that is injected through the injection hole around the upper compression dead center at a time is directly the side surface 20b meets. In addition, two adjacent circular areas do not overlap each other and are separated by the heat protective layer PA, that on the side surface 20b is formed. Thus, the number of circular areas is equal to the total number of injection holes of the fuel injection valve 22 ,

3 ist ein Schaubild, das einen Aufbau der Hitzeschutzschicht PA und der Hitzeschutzschicht SRA veranschaulicht. Genauer gesagt ist die 3 eine entlang der durch die Linie A-A in 2 und die Mittellinie des Kolbens 12 definierten Ebene aufgenommene vergrößerte schematische Schnittansicht eines Teils des Kolbens 12, der die Seitenfläche 20b umfasst. Wie in 3 gezeigt wird die Hitzeschutzschicht PA durch eine poröse Aluminiumoxidschicht gebildet, die eine große Zahl von Poren aufweist, die von einer Schnittstelle mit der Aluminiumlegierung (dem Basismetall des Kolbens) bis zur Oberfläche der Schicht gebildet sind, wobei die Öffnungen der Poren freiliegen. Die Hitzeschutzschicht SRA umfasst die Hitzeschutzschicht PA als eine untere Schicht und eine Sliziumdioxid- bzw. Quarzschicht, die die Oberfläche der Hitzeschutzschicht PA abdeckt und die Öffnungen der Poren als eine obere Schicht blockiert. Die Siliziumdioxidschicht ist eine Abdichtschicht, die gebildet wird, indem ein anorganisches oder organisches Lösungsmittel wie Polysilazan, das Sliziumdioxid bzw. Quarz enthält, auf der Oberfläche des porösen Aluminiums aufgebracht wird und das Lösungsmittel verbrannt wird. Die Bereiche der Hitzeschutzschicht PA und die Bereiche der Hitzeschutzschicht SRA können passend dazu klassifiziert werden, ob die Abdichtschicht gebildet ist oder nicht: der Bereich, in dem die Abdichtschicht gebildet ist (das heißt, der Bereich der Hitzeschutzschicht SRA) kann als abgeschirmter bzw. abgedichteter Bereich bezeichnet werden, und der Bereich, in dem die Abdichtschicht nicht gebildet ist (das heißt, der Bereich der Hitzeschutzschicht PA) kann als freiliegender Bereich bezeichnet werden. 3 FIG. 12 is a diagram illustrating a structure of the heat protective layer PA and the heat protection layer SRA. More precisely, that is 3 one along the line AA in 2 and the center line of the piston 12 defined plane enlarged enlarged sectional view of a portion of the piston 12 , the side surface 20b includes. As in 3 That is, the heat protective layer PA is formed by a porous alumina layer having a large number of pores formed from an interface with the aluminum alloy (the base metal of the bulb) to the surface of the layer with the openings of the pores exposed. The heat protective layer SRA includes the heat protective layer PA as a lower layer and a silicon dioxide layer covering the surface of the heat protective layer PA and blocking the openings of the pores as an upper layer. The silicon dioxide layer is a sealing layer formed by applying an inorganic or organic solvent such as polysilazane containing silica or quartz to the surface of the porous aluminum and burning the solvent. The regions of the heat protective layer PA and the regions of the heat protective layer SRA may be classified according to whether the sealing layer is formed or not: the area where the sealing layer is formed (that is, the area of the heat protective layer SRA) may be shielded Area, and the area where the sealing layer is not formed (that is, the area of the heat protective layer PA) may be referred to as an exposed area.

Hinsichtlich der wärmerelevanten Eigenschaften zeigt die Hitzeschutzschicht PA mit dem porösen Aufbau wie in 3 gezeigt eine geringere Wärmeleitfähigkeit und eine geringere Wärmekapazität pro Einheitsvolumen als das Basismetall (die Aluminiumlegierung) des Kolbens oder herkömmliche Hitzeschutzschichten auf. Somit kann die Oberflächentemperatur der Hitzeschutzschicht PA der Temperatur des Gases in der Brennkammer folgen. Genauer gesagt kann die Oberflächentemperatur der Hitzeschutzschicht PA im Explosionshub eines Zyklus der Brennkraftmaschine steigen, indem sie der Temperatur des Gases in der Brennkammer folgt, wodurch der Kühlverlust verringert wird. Im Ansaughub des nachfolgenden Zyklus kann die Oberflächentemperatur der Hitzeschutzschicht PA sinken, indem sie der Temperatur des in die Brennkammer fließenden Gases (der Temperatur der Ansaugluft) folgt, wodurch sie das Auftreten einer abnormen Verbrennung unterdrückt.With regard to the heat-relevant properties, the heat-protective layer PA having the porous structure as shown in FIG 3 have lower thermal conductivity and lower heat capacity per unit volume than the base metal (aluminum alloy) of the piston or conventional heat protection layers. Thus, the surface temperature of the heat protective layer PA can follow the temperature of the gas in the combustion chamber. More specifically, the surface temperature of the heat protective layer PA in the explosion stroke of one cycle of the internal combustion engine may increase by following the temperature of the gas in the combustion chamber, thereby reducing the cooling loss. In the suction stroke of the subsequent cycle, the surface temperature of the heat protective layer PA may decrease by following the temperature of the gas flowing into the combustion chamber (the temperature of the intake air), thereby suppressing the occurrence of abnormal combustion.

Die Hitzeschutzschicht SRA mit dem in 3 gezeigten Aufbau weist eine höhere Härte als die Hitzeschutzschicht PA auf. 4 ist ein Schaubild, das die Vickers-Härte von zwei Arten von Hitzeschutzschichten mit unterschiedlichen Schichtaufbauten zeigt. Die linke Säule in 4 zeigt das Ergebnis einer porösen Aluminiumoxidschicht mit demselben Aufbau wie der Hitzeschutzschicht PA, und die rechte Säule zeigt das Ergebnis einer porösen Aluminiumoxidschicht mit einer Sliziumdioxidschicht mit demselben Aufbau wie die Hitzeschutzschicht SRA. Wie aus dieser Figur erkennbar, verstärkt die Sliziumdioxidschicht die poröse Aluminiumoxidschicht und verbessert die Härte der Hitzeschutzschicht.The heat protection layer SRA with the in 3 shown construction has a higher hardness than the heat protective layer PA. 4 is a graph that shows the Vickers hardness of two types of Heat protection layers with different layer structures shows. The left column in 4 Fig. 10 shows the result of a porous alumina layer having the same structure as the heat-shielding layer PA, and the right-hand column shows the result of a porous alumina layer having a silicon dioxide layer having the same construction as the heat-resistant layer SRA. As can be seen from this figure, the silicon dioxide layer enhances the porous aluminum oxide layer and improves the hardness of the heat protection layer.

Mit der Hitzeschutzschicht PA mit den vorstehend beschriebenen Wärmecharakteristiken tritt im Explosionshub ein Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche der Hitzeschutzschicht PA, deren Temperatur ansteigt, und dem inneren Teil der Hitzeschutzschicht PA auf, deren Temperatur vergleichsweise niedrig bleibt, und es ergibt sich eine thermische Belastung. Somit ist die Hitzeschutzschicht PA anfällig für eine Verschlechterung, wenn die Hitzeschutzschicht PA auf der gesamten oberen Fläche des Kolbens gebildet wird. Die in 2 gezeigten kreisförmigen Bereiche sind Bereiche, mit denen die Flamme (Startflamme), die durch Zündung des Kraftstoffs verursacht wird, in Kontakt kommt, und werden daher als Bereiche betrachtet, in denen die Temperatur am höchsten wird und somit der Temperaturunterschied zwischen der oberen Fläche und dem inneren Teil in der oberen Fläche 12a, die die Seitenfläche 20b umfasst, im Explosionshub am größten ist. Im Hinblick darauf schützt die Sliziumdioxidschicht, die die poröse Aluminiumoxidschicht in den kreisförmigen Bereichen verstärkt, die poröse Aluminiumoxidschicht gegen die durch den Temperaturunterschied verursachte thermische Belastung. Daher kann eine Verschlechterung der Hitzeschutzschicht SRA in den in 2 gezeigten kreisförmigen Bereichen unterdrückt werden.With the heat protective layer PA having the above-described heat characteristics, in the explosion stroke, a temperature difference occurs between the surface of the heat-shielding layer PA whose temperature rises and the inner part of the heat-shielding layer PA whose temperature remains comparatively low, and thermal stress results. Thus, the heat protective layer PA is liable to deteriorate when the heat protective layer PA is formed on the entire upper surface of the piston. In the 2 Circular areas shown are areas with which the flame (starting flame) caused by ignition of the fuel comes into contact, and therefore are considered as areas where the temperature becomes highest and thus the temperature difference between the upper surface and the inner part in the upper surface 12a that the side surface 20b includes, is greatest in the explosion stroke. In view of this, the silicon dioxide layer, which reinforces the porous aluminum oxide layer in the circular areas, protects the porous aluminum oxide layer against the thermal stress caused by the temperature difference. Therefore, deterioration of the heat protection layer SRA in the in 2 shown circular areas are suppressed.

Um die Verschlechterung der Hitzeschutzschicht PA zu unterdrücken, kann der Quarzfilm in den Bereichen außer den in 2 gezeigten kreisförmigen Bereichen so vorgesehen sein, dass die obere Fläche 12a wie in 2 gezeigt vollständig mit der Hitzeschutzschicht SRA abgedeckt ist. Wenn jedoch das Material der aufgebrachten Sliziumdioxidschicht zu dick ist, können die Poren der porösen Aluminiumoxidschicht zu stark gefüllt werden, die Wärmeaufnahmekapazität der Hitzeschutzschicht über die gesamte obere Fläche des Kolbens kann steigen und als Ergebnis kann die Fähigkeit der Hitzeschutzschicht beeinträchtigt werden, der Temperatur des Gases in der Brennkammer zu folgen. Zudem ist das Material der Sliziumdioxidschicht im Allgemeinen teuer, und der Einsatz von viel Sliziumdioxidschichtmaterial führt zu einem unerwünschten Kostenanstieg. Im Hinblick darauf wird nach dieser Ausführungsform das Sliziumdioxidschichtmaterial nur in den in 2 gezeigten kreisförmigen Bereichen verwendet, eine Verschlechterung der Hitzeschutzschicht, die auf der gesamten oberen Fläche des Kolbens gebildet ist, kann unterdrückt werden, und die Kostenerhöhung aufgrund der Verwendung des Sliziumdioxidschichtmaterials kann minimiert und die Fähigkeit der Hitzeschutzschicht, der Temperatur des Gases in der Brennkammer zu folgen, sichergestellt werden.In order to suppress the deterioration of the heat protective layer PA, the quartz film may be used in the areas other than those in FIG 2 shown circular areas may be provided so that the upper surface 12a as in 2 shown completely covered with the heat protection layer SRA. However, if the material of the applied silicon dioxide layer is too thick, the pores of the porous aluminum oxide layer may be over-filled, the heat-absorbing capacity of the heat-shielding layer over the entire top surface of the bulb may increase, and as a result, the ability of the heat-shielding layer to be affected, the temperature of the gas to follow in the combustion chamber. In addition, the material of the silicon dioxide layer is generally expensive, and the use of much silicon dioxide layer material leads to an undesirable cost increase. In view of this, according to this embodiment, the silicon dioxide layer material is only in the in 2 can be suppressed, and the cost increase due to the use of the silicon dioxide layer material can be minimized and the ability of the heat protection layer to follow the temperature of the gas in the combustion chamber , be ensured.

Der Teil, auf den der durch das Einspritzloch des Kraftstoffeinspritzventils 22 zu einem Zeitpunkt um den oberen Totpunkt eingespritzte Kraftstoff direkt auftrifft, ist idealerweise so festgelegt, dass er der tatsächliche Teil auf der Seitenfläche 20b ist, auf den der durch das Einspritzloch eingespritzte Kraftstoff trifft, wenn die Brennkraftmaschine 10 mit der Motordrehzahl läuft, bei der die Maximalleistung erzielt wird. Wenn die Maschine mit der Motordrehzahl läuft, bei der die Maximalleistung erzielt wird, ist die in der Brennkammer erzeugte Wärmemenge maximal, und die im Explosionshub erreichte Oberflächentemperatur der Hitzeschutzschicht ist am höchsten. Somit kann effektiv mit der durch den Temperaturunterschied verursachten thermischen Spannung umgegangen werden, indem der Teil, auf den der durch das Einspritzloch zu einem Zeitpunkt um den oberen Kompressionstotpunkt eingespritzte Kraftstoff direkt auftrifft, als der tatsächliche Teil der Seitenfläche 20b bestimmt wird, auf den der Kraftstoff während des Laufs mit dieser Motordrehzahl trifft.The part to which the through the injection hole of the fuel injection valve 22 At a time, fuel injected directly at top dead center is ideally set to be the actual portion on the side surface 20b to which the fuel injected through the injection hole meets when the internal combustion engine 10 running at the engine speed at which the maximum power is achieved. When the engine is running at the engine speed at which the maximum output is achieved, the amount of heat generated in the combustion chamber is maximum, and the surface temperature of the heat protection layer reached in the explosion stroke is highest. Thus, the thermal stress caused by the temperature difference can be effectively dealt with by the part to which the fuel injected through the injection hole directly around the compression top dead center hits directly as the actual part of the side surface 20b is determined to hit the fuel during the run at this engine speed.

In dieser Ausführungsform wurde ein Fall beispielhaft beschrieben, in dem jeweils zwei in 2 gezeigte kreisförmige Bereiche einander nicht überlappen. Wie vorstehend beschrieben muss der kreisförmige Bereich nur um den Schnittpunkt der Seitenfläche 20b mit der Achse AX gebildet werden, die sich in der Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, wobei sie durch die Mitte des Einspritzlochs des Kraftstoffeinspritzventils 22 geht, und ein Teil umfassen, auf das der Kraftstoff direkt auftrifft, der durch das Einspritzloch zu einem Zeitpunkt um den oberen Kompressionstotpunkt eingespritzt wird. Somit können die kreisförmigen Bereiche in der Seitenfläche 20b soweit etwas vergrößert werden, wie die Kostenerhöhung durch die Verwendung des Siliziumdioxidschichtmaterials zulässig ist. In diesem Fall können zwei benachbarte kreisförmige Bereiche einander teilweise überlappen.In this embodiment, a case has been exemplified in which each two in 2 shown circular areas do not overlap each other. As described above, the circular area needs only around the intersection of the side surface 20b are formed with the axis AX extending in the fuel injection direction, passing through the center of the injection hole of the fuel injection valve 22 and a portion directly impacted by the fuel injected through the injection hole at a time around the compression top dead center. Thus, the circular areas in the side surface 20b as far as slightly increased, as the cost increase by the use of the silicon dioxide layer material is allowed. In this case, two adjacent circular areas may partially overlap each other.

Zweite AusführungsformSecond embodiment

Als Nächstes wird mit Bezug auf die 5 und 6 eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Brennkammer nach dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der Brennkammer nach der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform in der Form der oberen Fläche des Kolbens und der Bereiche, in denen die Hitzeschutzschicht SRA gebildet wird, und die nachstehende Beschreibung hebt die Unterschiede hervor.Next, referring to the 5 and 6 a combustion chamber of an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention is described. The combustion chamber according to this embodiment differs from the combustion chamber according to the above-described first embodiment in the shape of the upper surface of the piston and the regions in which the heat protection layer SRA is formed, and The following description highlights the differences.

5 ist eine Schnittansicht der Brennkammer der Brennkraftmaschine nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau einer in 5 gezeigten Brennkraftmaschine 30 ist im Wesentlichen gleich dem Aufbau der vorstehend mit Bezug auf 1 beschriebenen Brennkraftmaschine 10. Genauer gesagt umfasst die Brennkraftmaschine 30 einen Kolben 32, den Zylinderblock 14 und den Zylinderkopf 18. Die Brennkammer der Brennkraftmaschine 30 wird durch zumindest eine obere Fläche 32a des Kolbens 32, die Bohrungsfläche 14a und die Bodenfläche 18a definiert. 5 FIG. 14 is a sectional view of the combustion chamber of the internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention. FIG. Building a in 5 shown internal combustion engine 30 is substantially the same as the structure of the above with reference to 1 described internal combustion engine 10 , More specifically, the internal combustion engine includes 30 a piston 32 , the cylinder block 14 and the cylinder head 18 , The combustion chamber of the internal combustion engine 30 is through at least one upper surface 32a of the piston 32 , the bore surface 14a and the floor area 18a Are defined.

Der Aufbau des Kolbens 32 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des vorstehend mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen Kolbens 12. Genauer gesagt wird ein Hohlraum 34 in der Mitte der oberen Fläche 32a geformt. Der Hohlraum 34 ist durch eine Bodenfläche 34a und eine Seitenfläche 34b definiert, die von der Bodenfläche 34a ansteigt. Im Unterschied zum Kolben 12 ist jedoch eine zulaufende bzw. angefaste oder Kegelstumpffläche 36 zwischen der oberen Fläche 32a und der Seitenfläche 34b vorgesehen, deren Durchmesser von der oberen Fläche 32a nach unten gehend sinkt. In 5 ist der Kolben 32 am oberen Kompressionstotpunkt angeordnet, und die Seitenfläche 34b liegt auf Verlängerungen von Achsen AX, die sich in Kraftstoffeinspritzrichtungen erstrecken, indem sie durch die Mitten der Einspritzlöcher des Kraftstoffeinspritzventils 22 gehen.The construction of the piston 32 essentially corresponds to the structure of the above with reference to 1 and 2 described piston 12 , More specifically, a cavity 34 in the middle of the upper surface 32a shaped. The cavity 34 is through a floor surface 34a and a side surface 34b defined by the floor area 34a increases. In contrast to the piston 12 however, is a tapered or truncated or frustoconical surface 36 between the upper surface 32a and the side surface 34b provided, whose diameter from the upper surface 32a going down sinks. In 5 is the piston 32 arranged at the upper compression dead center, and the side surface 34b is due to extensions of axles AX which extend in fuel injection directions, passing through the centers of the injection holes of the fuel injector 22 walk.

6 ist eine perspektivische Ansicht des in 5 gezeigten Kolbens 32. Die Schnittansicht der Brennkraftmaschine 30 der 5 ist entlang einer Ebene aufgenommen, die durch die Linie A-A in 6 und die Mittellinie des Kolbens 32 definiert ist. Wie in 5 gezeigt ist die Hitzeschutzschicht PA auf der oberen Fläche 32a und der Bodenfläche 34a gebildet. Die Hitzeschutzschicht SRA ist in diskreten kreisförmigen Bereichen gebildet, die sich zwischen der Seitenfläche 34b und der Kegelfläche 36 erstrecken. Die Hitzeschutzschicht PA und die Hitzeschutzschicht SRA sind wie vorstehend mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben. Der in 6 gezeigte kreisförmige Bereich ist um den Schnittpunkt der Seitenfläche 34b mit der Achse AX gebildet, die sich in der Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, indem er durch die Mitte des Einspritzlochs des in 5 gezeigten Kraftstoffeinspritzventils 22 geht, und umfasst ein Teil, auf das der Kraftstoff direkt auftrifft, der durch das Einspritzloch zu einem Zeitpunkt um den oberen Kompressionstotpunkt eingespritzt wird. 6 is a perspective view of the in 5 shown piston 32 , The sectional view of the internal combustion engine 30 of the 5 is taken along a plane passing through the line AA in 6 and the center line of the piston 32 is defined. As in 5 shown is the heat protective layer PA on the upper surface 32a and the floor area 34a educated. The heat protection layer SRA is formed in discrete circular areas extending between the side surface 34b and the conical surface 36 extend. The heat protective layer PA and the heat protective layer SRA are as described above with reference to the first embodiment. The in 6 shown circular area is around the intersection of the side surface 34b formed with the axis AX, which extends in the fuel injection direction, by passing through the center of the injection hole of the in 5 shown fuel injection valve 22 and includes a portion directly impacted by the fuel injected through the injection hole at a time around the upper compression dead center.

Wenn die Kegelstumpffläche 36 zwischen der oberen Fläche 32a und der Seitenfläche 34b vorgesehen ist, sind die in 6 gezeigten kreisförmigen Bereiche die Bereiche, mit denen eine Flamme (Zündflamme), die durch Zündung des Kraftstoffs verursacht wird, in Berührung kommt, und werden daher als Bereiche betrachtet, in denen die Temperatur am höchsten wird, und somit der Temperaturunterschied zwischen der oberen Fläche und dem inneren Teil in der oberen Fläche 32a, das die Seitenfläche 34b und die zulaufende Fläche 36 umfasst, im Explosionshub am größten wird. Somit weist die Brennkammer nach dieser Ausführungsform mit der Hitzeschutzschicht SRA, die in den kreisförmigen Bereichen wie in 6 gezeigt gebildet sind, im Wesentlichen dieselben Effekte wie die Brennkammer nach der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform auf.If the frustoconical surface 36 between the upper surface 32a and the side surface 34b is provided, the are in 6 Circular areas shown, the areas with which a flame (ignition flame), which is caused by ignition of the fuel comes into contact, and are therefore considered as areas in which the temperature is highest, and thus the temperature difference between the upper surface and the inner part in the upper surface 32a that the side surface 34b and the tapered surface 36 includes, becomes largest in the explosion stroke. Thus, according to this embodiment, the combustion chamber has the heat protection layer SRA provided in the circular areas as in FIG 6 are formed to have substantially the same effects as the combustion chamber according to the first embodiment described above.

Dritte AusführungsformThird embodiment

Als Nächstes wird mit Bezug auf 7 und 8 eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Brennkammer nach dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der Brennkammer nach der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform in den Bereichen, in denen die Hitzeschutzschicht SRA gebildet ist, und die nachstehende Beschreibung konzentriert sich auf den Unterschied.Next, referring to 7 and 8th a combustion chamber of an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention. The combustion chamber according to this embodiment differs from the combustion chamber according to the above-described second embodiment in the areas where the heat protection layer SRA is formed, and the following description focuses on the difference.

7 ist eine Schnittansicht der Brennkammer der Brennkraftmaschine nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der in 7 gezeigte Aufbau einer Brennkraftmaschine 40 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der vorstehend mit Bezug auf 5 beschriebenen Brennkraftmaschine 30. Genauer gesagt umfasst die Brennkraftmaschine 40 einen Kolben 42, den Zylinderblock 14 und den Zylinderkopf 18. Die Brennkammer der Brennkraftmaschine 40 wird durch zumindest eine obere Fläche 42a des Kolbens 42, die Bohrungsfläche 14a und die Bodenfläche 18a definiert. 7 FIG. 10 is a sectional view of the combustion chamber of the internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention. FIG. The in 7 shown construction of an internal combustion engine 40 essentially corresponds to the structure of the above with reference to 5 described internal combustion engine 30 , More specifically, the internal combustion engine includes 40 a piston 42 , the cylinder block 14 and the cylinder head 18 , The combustion chamber of the internal combustion engine 40 is through at least one upper surface 42a of the piston 42 , the bore surface 14a and the floor area 18a Are defined.

Der Aufbau des Kolbens 42 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des vorstehend mit Bezug auf 5 bis 6 beschriebenen Kolbens 32. Genauer gesagt wird ein Hohlraum 44 in einer Mitte der oberen Fläche 42a gebildet. Der Hohlraum 44 ist durch eine Bodenfläche 44a und eine Seitenfläche 44b definiert. Eine Kegelstumpffläche 46 ist zwischen der oberen Fläche 42a und der Seitenfläche 44b vorgesehen. In 7 ist der Kolben 42 am oberen Kompressionstotpunkt angeordnet, und die Seitenfläche 44b liegt in Verlängerungen der Achsen AX, die sich durch die Mitten der Einspritzlöcher der Kraftstoffeinspritzventile 22 gehend in Kraftstoffeinspritzrichtungen erstrecken.The construction of the piston 42 essentially corresponds to the structure of the above with reference to 5 to 6 described piston 32 , More specifically, a cavity 44 in a middle of the upper surface 42a educated. The cavity 44 is through a floor surface 44a and a side surface 44b Are defined. A truncated cone surface 46 is between the top surface 42a and the side surface 44b intended. In 7 is the piston 42 arranged at the upper compression dead center, and the side surface 44b lies in extensions of the axles AX, which extend through the centers of the injection holes of the fuel injection valves 22 extending in fuel injection directions.

8 ist eine perspektivische Ansicht des in 7 gezeigten Kolbens 42. Die Querschnittsansicht der Brennkraftmaschine 40 der 7 wird entlang einer Ebene aufgenommen, die durch die Linie A-A in 8 und die Mittellinie des Kolbens 42 definiert ist. Wie in 8 gezeigt wird die Hitzeschutzschicht PA auf der oberen Fläche 42a gebildet. Die Hitzeschutzschicht SRA ist in diskreten bandförmigen Bereichen gebildet, die sich über die Bodenfläche 44a, die Seitenfläche 44b und die zulaufende Fläche 46 erstrecken. Die Hitzeschutzschicht PA und die Hitzeschutzschicht SRA sind wie vorstehend mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben. Der in 8 gezeigte bandförmige Bereich erstreckt sich entlang der Achse AX um den Schnittpunkt der Seitenfläche 44b und der Achse AX, die sich in der Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, indem er durch die Mitte des Einspritzlochs des Kraftstoffeinspritzventils 22 wie in 7 gezeigt geht, und umfasst ein Teil, in dem der durch das Einspritzloch zu einem Zeitpunkt um den oberen Kompressionstotpunkt eingespritzte Kraftstoff direkt auftrifft. 8th is a perspective view of the in 7 shown piston 42 , The cross-sectional view of the internal combustion engine 40 of the 7 gets along a level added by the line AA in 8th and the center line of the piston 42 is defined. As in 8th the heat protective layer PA is shown on the upper surface 42a educated. The heat protection layer SRA is formed in discrete band-shaped areas extending across the bottom surface 44a , the side surface 44b and the tapered surface 46 extend. The heat protective layer PA and the heat protective layer SRA are as described above with reference to the first embodiment. The in 8th The band-shaped region shown extends along the axis AX about the intersection of the side surface 44b and the axis AX extending in the fuel injection direction, passing through the center of the injection hole of the fuel injection valve 22 as in 7 and includes a portion in which the fuel injected through the injection hole at a time around the compression top dead center directly impacts.

Wie vorstehend mit Bezug auf 6 beschrieben, sind die in 6 gezeigten kreisförmigen Bereiche die Bereiche, mit denen die Flamme (Zündflamme), die durch die Zündung des Kraftstoffs verursacht wird, in Kontakt kommt. Der Hauptteil des in der Zündflamme verbrannten Kraftstoffs befindet sich auf der Achse (genauer gesagt, der Achse AX in 7), die sich in der Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, indem er durch das Einspritzloch geht, das den Kraftstoff eingespritzt hat, der verwendet wird, um die Zündflamme zu verursachen. Somit pflanzt sich die Zündflamme in der Richtung entlang der Achse fort. Somit wird der Bereich, der sich in der Richtung der Fortpflanzung der Ausgangsflamme erstreckt, als ein Bereich betrachtet, in dem die Temperatur stark ansteigt und der Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und dem inneren Teil im Explosionshub groß wird, obwohl der Effekt weniger ausgeprägt als in dem in 6 gezeigten kreisförmigen Bereich ist. Im Hinblick darauf kann mit der durch den Temperaturunterschied verursachte thermische Spannung umgegangen werden, indem die die porösen Aluminiumoxidschichten in den bandförmigen Bereichen mit einer Sliziumdioxidschicht verstärkt werden. Somit weist die Brennkammer nach dieser Ausführungsform mit der Hitzeschutzschicht SRA, die in den bandförmigen Bereichen wie in 8 gezeigt gebildet ist, im Wesentlichen dieselben Effekte wie die Brennkammer nach der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform auf.As above with reference to 6 described are the in 6 Circular areas shown, the areas with which the flame (ignition flame), which is caused by the ignition of the fuel in contact. The main part of the fuel burnt in the pilot flame is located on the axis (more precisely, the axis AX in FIG 7 ) extending in the fuel injection direction by passing through the injection hole which has injected the fuel used to cause the pilot flame. Thus, the pilot flame propagates in the direction along the axis. Thus, the area extending in the direction of propagation of the output flame is regarded as an area in which the temperature rises sharply and the temperature difference between the surface and the inner portion in the explosion stroke becomes large, though the effect is less pronounced than that in FIG in 6 shown circular area. In view of this, the thermal stress caused by the temperature difference can be dealt with by reinforcing the porous aluminum oxide layers in the band-shaped regions with a silicon dioxide layer. Thus, according to this embodiment, the combustion chamber is provided with the heat protection layer SRA, which in the band-shaped areas as in 8th is formed to have substantially the same effects as the combustion chamber according to the second embodiment described above.

Vierte AusführungsformFourth embodiment

Als Nächstes wird mit Bezug auf 9 eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Brennkammer nach dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der Brennkammer nach der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform in den Bereichen, in denen die Hitzeschutzschicht SRA gebildet ist, und die nachstehende Beschreibung konzentriert sich auf den Unterschied.Next, referring to 9 a combustion chamber of an internal combustion engine according to a fourth embodiment of the present invention is described. The combustion chamber according to this embodiment differs from the combustion chamber according to the above-described first embodiment in the areas where the heat protection layer SRA is formed, and the following description focuses on the difference.

Die Brennkammer nach dieser Ausführungsform ist für die Nutzung für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, in der ein Wirbel bzw. Drall in einem Zylinder (einer Brennkammer) erzeugt wird. Beispielsweise wird ein Wirbel in einem Zylinder verursacht, indem einer von zwei in einem Zylinderkopf gebildeten Einlassanschlüssen als ein Tangentialanschluss verwendet wird, um einen Wirbel zu erzeugen, und der andere als spiralförmiger bzw. Helixanschluss, um eine Flussrate sicherzustellen. Ein solcher Ansauganschlussaufbau ist gut bekannt und wird daher nicht werter beschrieben.The combustion chamber according to this embodiment is intended for use with an internal combustion engine in which a swirl is generated in a cylinder (a combustion chamber). For example, a swirl is caused in a cylinder by using one of two intake ports formed in one cylinder head as a tangential port to create one swirl and the other as a helical port to ensure a flow rate. Such Ansauganschlussaufbau is well known and will therefore not be described wertwerter.

9 ist ein Schaubild zum Veranschaulichen eines Aufbaus der Hitzeschutzschichten nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau des in 9 gezeigten Kolbens 48 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des vorstehend mit Bezug auf die 1 bis 2 beschriebenen Kolbens 12. Genauer gesagt ist ein Hohlraum 50 in der oberen Fläche 48a des Kolbens 48 in seiner Mitte gebildet, und der Hohlraum 50 ist durch eine Bodenfläche 50a und eine Seitenfläche 50b definiert. 9 FIG. 14 is a diagram for illustrating a construction of the heat protective layers according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. The construction of in 9 shown piston 48 corresponds substantially to the structure of the above with reference to the 1 to 2 described piston 12 , More specifically, a cavity 50 in the upper area 48a of the piston 48 formed in its center, and the cavity 50 is through a floor surface 50a and a side surface 50b Are defined.

Wenn ein Wirbel SW in der durch den Pfeil in 9 gezeigten Richtung erzeugt wird, trifft der durch das Einspritzloch des Kraftstoffeinspritzventils eingespritzte Kraftstoff die Seitenfläche 50b, während er in der Flussrichtung des Wirbels SW fließt. Die einzelnen kreisförmigen Bereiche auf der Seitenfläche 50b umfassen jeweils ein Teil, auf das der Kraftstoff direkt auftrifft, der durch ein Einspritzloch des Kraftstoffeinspritzventils zu einem Zeitpunkt um den oberen Kompressionstotpunkt eingespritzt wird. Wie durch einen Vergleich zwischen den 2 und 9 zu erkennen, verschiebt sich jedoch die Mitte des in 9 gezeigten kreisförmigen Bereichs in der Flussrichtung des Wirbels SW vom Schnittpunkt auf der Seitenfläche 50b mit der Achse AX, die durch die Mitte des Einspritzlochs des in 2 oder 9 gezeigten Kraftstoffeinspritzventils gehend in der Kraftstoffeinspritzrichtung verläuft.If a swirl SW in the direction indicated by the arrow in 9 is generated, the fuel injected through the injection hole of the fuel injection valve hits the side surface 50b while flowing in the flow direction of the vortex SW. The individual circular areas on the side surface 50b each includes a portion directly impacted by the fuel injected through an injection hole of the fuel injection valve at a timing around the compression top dead center. As if by comparison between the 2 and 9 however, the middle of the shifts in 9 shown circular area in the flow direction of the swirl SW from the intersection on the side surface 50b with the axis AX passing through the center of the injection hole of the in 2 or 9 shown fuel injection valve going in the fuel injection direction.

Die Größe der Verschiebung wird wünschenswerterweise mit Bezug auf den Wert in dem Fall festgelegt, in dem der Kraftstoff, der in der Richtung des Wirbelflusses SW fließt, die Seitenfläche 50b trifft, wenn die Brennkraftmaschine mit der Motordrehzahl läuft, bei der die Maximalleistung erzielt wird. Wie vorstehend mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben ist die in der Brennkammer erzeugte Wärmemenge maximal, wenn die Brennkraftmaschine mit der Motordrehzahl läuft, bei der die maximale Leistung erzielt wird, und die Oberflächentemperatur der Hitzeschutzschicht, die im Explosionshub erzielt wird, ist am höchsten. Somit kann die thermische Spannung effektiv behandelt werden, die durch die Temperaturdifferenz verursacht wird, indem die Größe der Verschiebung mit Bezug auf eine derartige Motordrehzahl festgelegt wird. Somit weist die Brennkammer nach dieser Ausführungsform mit der in den in 9 gezeigten kreisförmigen Bereichen gebildeten Hitzeschutzschicht SRA dieselben Effekte wie die Brennkammer nach der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform selbst in dem Fall auf, in denen ein Wirbel im Zylinder erzeugt wird.The amount of displacement is desirably set with respect to the value in the case where the fuel flowing in the direction of the swirling flow SW side surface 50b occurs when the engine is running at the engine speed at which the maximum power is achieved. As described above with respect to the first embodiment, the amount of heat generated in the combustion chamber is maximum when the engine is running at the engine speed at which the maximum power is achieved, and the surface temperature of the heat-shielding layer achieved in the explosion stroke is highest. Thus, can the thermal stress caused by the temperature difference is effectively treated by setting the amount of displacement with respect to such engine speed. Thus, the combustion chamber according to this embodiment with the in the in 9 The heat-shielding layer SRA formed in the circular regions shown has the same effects as the combustion chamber of the above-described first embodiment even in the case where a vortex is generated in the cylinder.

Fünfte AusführungsformFifth embodiment

Als Nächstes wird mit Bezug auf 10 eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben Wie bei der vorstehend beschriebenen Brennkammer nach der vierten Ausführungsform ist die Brennkammer nach dieser Ausführungsform für den Einsatz für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, in der ein Wirbel in einem Zylinder erzeugt wird. Die Brennkammer nach dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der Brennkammer nach der zweiten Ausführungsform wie vorstehend beschrieben in den Bereichen, in denen die Hitzeschutzschicht SRA gebildet ist, und die nachstehende Beschreibung konzentriert sich auf den Unterschied.Next, referring to 10 A combustion chamber of an internal combustion engine according to a fifth embodiment of the present invention is described. As with the above-described combustion chamber according to the fourth embodiment, the combustion chamber of this embodiment is intended for use with an internal combustion engine in which a swirl is generated in a cylinder. The combustion chamber according to this embodiment differs from the combustion chamber according to the second embodiment as described above in the areas where the heat protection layer SRA is formed, and the following description focuses on the difference.

10 ist ein Schaubild zum Veranschaulichen eines Aufbaus einer Hitzeschutzschicht nach der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau eines in 10 gezeigten Kolbens 52 ist im Wesentlichen derselbe wie der Aufbau des vorstehend mit Bezug auf 5 bis 6 beschriebenen Kolbens 32. Genauer gesagt wird ein Hohlraum 54 in einer oberen Fläche 52a des Kolbens 52 in seiner Mitte gebildet, und der Hohlraum 54 ist durch eine Bodenfläche 54a und eine Seitenfläche 54b definiert. Eine zulaufende Fläche 56 ist zwischen der oberen Fläche 52a und der Seitenfläche 54b vorgesehen. 10 Fig. 12 is a diagram for illustrating a structure of a heat protective layer according to the fifth embodiment of the present invention. The construction of an in 10 shown piston 52 is essentially the same as the structure of the above with reference to 5 to 6 described piston 32 , More specifically, a cavity 54 in an upper surface 52a of the piston 52 formed in its center, and the cavity 54 is through a floor surface 54a and a side surface 54b Are defined. A tapered surface 56 is between the top surface 52a and the side surface 54b intended.

Wenn ein Wirbel SW in der durch den Pfeil in 10 gezeigten Richtung erzeugt wird, trifft der Kraftstoff, der durch das Einspritzloch des Kraftstoffeinspritzventils eingespritzt wird, die Seitenfläche 54b, während er in der Richtung der Strömung des Wirbels SW fließt. Die abgesetzten kreisförmigen Bereiche, die sich zwischen der Seitenfläche 54b und der zulaufenden Fläche 56 erstrecken, umfassen jeweils ein Teil, in dem der Kraftstoff direkt auftrifft, der durch ein Einspritzloch des Kraftstoffeinspritzventils zu einem Zeitpunkt um den oberen Kompressionstotpunkt eingespritzt wird. Wie aus einem Vergleich zwischen den 6 und 10 zu erkennen, ist die Mitte des kreisförmigen Bereichs wie in 10 gezeigt in der Richtung der Strömung des Wirbels SW gegenüber dem Schnittpunkt der Seitenfläche 54b mit der Achse AX verschoben, die sich in der Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, indem sie durch die Mitte des Einspritzlochs des in 6 oder 10 gezeigten Kraftstoffeinspritzventils verläuft.If a swirl SW in the direction indicated by the arrow in 10 is generated, the fuel injected through the injection hole of the fuel injection valve hits the side surface 54b while flowing in the direction of the flow of the vortex SW. The stepped circular areas extending between the side surface 54b and the tapered surface 56 each includes a portion in which the fuel directly impinges, which is injected through an injection hole of the fuel injection valve at a timing around the compression top dead center. As if from a comparison between the 6 and 10 To recognize, the center of the circular area is like in 10 shown in the direction of the flow of the vortex SW opposite the intersection of the side surface 54b shifted with the axis AX, which extends in the fuel injection direction by passing through the center of the injection hole of the in 6 or 10 shown fuel injection valve extends.

Wie in der vierten Ausführungsform wird die Größe der Verschiebung mit Bezug auf den Wert in dem Fall festgelegt, in dem der Kraftstoff, der in der Richtung der Strömung des Wirbels SW fließt, die Seitenfläche 54b trifft, wenn die Brennkraftmaschine mit der Motordrehzahl läuft, bei der die maximale Leistung erzielt wird. Somit hat die Brennkammer nach dieser Ausführungsform mit der Hitzeschutzschicht SRA, die in den kreisförmigen Bereichen wie in 10 gezeigt gebildet ist, dieselben Effekte wie die Brennkammer nach der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform selbst in dem Fall, in dem ein Wirbel im Zylinder erzeugt wird.As in the fourth embodiment, the magnitude of the displacement is set with respect to the value in the case where the fuel flowing in the direction of the flow of the vortex SW side surface 54b occurs when the engine is running at the engine speed at which maximum power is achieved. Thus, according to this embodiment, the combustion chamber has the heat protective layer SRA provided in the circular areas as in FIG 10 is formed as shown, the same effects as the combustion chamber according to the second embodiment described above, even in the case where a vortex is generated in the cylinder.

Sechste AusführungsformSixth embodiment

Als Nächstes wird mit Bezug auf 11 eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie bei der Brennkammer nach der vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsform ist die Brennkammer nach dieser Ausführungsform zur Nutzung für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, in der ein Wirbel in einem Zylinder erzeugt wird. Die Brennkammer nach dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der Brennkammer nach der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform in den Bereichen, in denen die Hitzeschutzschicht SRA gebildet ist, und die nachfolgende Beschreibung konzentriert sich auf den Unterschied.Next, referring to 11 a combustion chamber of an internal combustion engine according to a sixth embodiment of the present invention is described. As with the combustion chamber of the above-described fourth embodiment, the combustion chamber of this embodiment is provided for use with an internal combustion engine in which a swirl is generated in a cylinder. The combustion chamber according to this embodiment differs from the combustion chamber according to the above-described third embodiment in the areas where the heat protection layer SRA is formed, and the following description focuses on the difference.

11 ist ein Schaubild zum Veranschaulichen eines Aufbaus von Hitzeschutzschichten nach der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau eines in 11 gezeigten Kolbens 58 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des vorstehend mit Bezug auf 5 bis 6 beschriebenen Kolbens 32. Genauer gesagt wird ein Hohlraum 60 in einer oberen Fläche 58a des Kolbens 58 in seiner Mitte gebildet, und der Hohlraum 60 ist durch eine Bodenfläche 60a und eine Seitenfläche 60b definiert. Eine keilförmige Fläche 62 ist zwischen der oberen Fläche 58a und der Seitenfläche 60b vorgesehen. 11 Fig. 12 is a diagram for illustrating a structure of heat protective layers according to the sixth embodiment of the present invention. The construction of an in 11 shown piston 58 essentially corresponds to the structure of the above with reference to 5 to 6 described piston 32 , More specifically, a cavity 60 in an upper surface 58a of the piston 58 formed in its center, and the cavity 60 is through a floor surface 60a and a side surface 60b Are defined. A wedge-shaped surface 62 is between the top surface 58a and the side surface 60b intended.

Wenn ein Wirbel SW in der durch den Pfeil in 11 gezeigten Richtung erzeugt wird, trifft der Kraftstoff, der durch das Einspritzloch des Kraftstoffeinspritzventils eingespritzt wird, auf die Seitenfläche 60b, während er in der Richtung der Strömung des Wirbels SW fließt. Die diskreten bandförmigen Bereiche, die sich über die Seitenfläche 60b und die Fasenfläche 62 erstrecken, umfassen jeweils ein Teil, auf das der Kraftstoff direkt auftrifft, der durch ein Einspritzloch des Kraftstoffeinspritzventils zu einem Zeitpunkt um den oberen Kompressionstotpunkt eingespritzt wird. Wie aus einem Vergleich zwischen den 8 und 11 zu erkennen wird die Mitte des in 11 gezeigten bandförmigen Bereichs in der Richtung der Strömung des Wirbels SW gegenüber dem Schnittpunkt der Seitenfläche 60b mit der Achse AX verschoben, die sich in der Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, indem sie durch die Mitte des Einspritzlochs des in 8 oder 11 gezeigten Kraftstoffeinspritzventils geht.If a swirl SW in the direction indicated by the arrow in 11 is generated, the fuel injected through the injection hole of the fuel injection valve hits the side surface 60b while flowing in the direction of the flow of the vortex SW. The discrete band-shaped areas extending across the side surface 60b and the chamfer surface 62 each include a portion, which is incident on the fuel directly, through an injection hole of the fuel injection valve to a Time is injected at the top compression dead center. As if from a comparison between the 8th and 11 to recognize the middle of in 11 shown band-shaped area in the direction of the flow of the swirl SW with respect to the intersection of the side surface 60b shifted with the axis AX, which extends in the fuel injection direction by passing through the center of the injection hole of the in 8th or 11 shown fuel injector goes.

Wie in der vierten Ausführungsform wird die Größe der Verschiebung mit Bezug auf den Wert in dem Fall festgelegt, in dem der Kraftstoff, der in der Richtung der Strömung des Wirbels SW fließt, die Seitenfläche 60b trifft, wenn die Brennkraftmaschine mit der Motordrehzahl läuft, bei der die maximale Leistung erzielt wird. Somit weist die Brennkammer nach dieser Ausführungsform mit der Hitzeschutzschicht SRA, die in den in 11 gezeigten bandförmigen Bereichen gebildet wird, dieselben Effekte wie die Brennkammer nach der dritten Ausführungsform wie vorstehend beschrieben selbst in dem Fall auf, in dem ein Wirbel im Zylinder erzeugt wird.As in the fourth embodiment, the magnitude of the displacement is set with respect to the value in the case where the fuel flowing in the direction of the flow of the vortex SW side surface 60b occurs when the engine is running at the engine speed at which maximum power is achieved. Thus, the combustion chamber according to this embodiment with the heat protection layer SRA, which in the in 11 as shown above, even in the case where a vortex is generated in the cylinder, the same effects as the combustion chamber according to the third embodiment.

Siebte AusführungsformSeventh embodiment

Als Nächstes wird mit Bezug auf 12 und 13 eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Brennkammer nach dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der Brennkammer nach der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform in der Art der Hitzeschutzschicht, die auf der Bodenfläche des Zylinderkopfs gebildet wird, und die nachstehende Beschreibung konzentriert sich auf diesen Unterschied.Next, referring to 12 and 13 a combustion chamber of an internal combustion engine according to a seventh embodiment of the present invention. The combustion chamber according to this embodiment differs from the combustion chamber according to the above-described first embodiment in the type of heat-shielding layer formed on the bottom surface of the cylinder head, and the following description focuses on this difference.

12 ist eine Schnittansicht der Brennkammer der Brennkraftmaschine nach der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau einer Brennkraftmaschine 64 wie in 12 gezeigt ist im Wesentlichen gleich wie der Aufbau der vorstehend mit Bezug auf 1 beschriebenen Brennkraftmaschine 10. Genauer gesagt umfasst die Brennkraftmaschine 64 den Kolben 12, den Zylinderblock 14 und einen Zylinderkopf 66, der mit dem Zylinderblock 14 über die zwischen ihnen liegenden Dichtung 16 gekoppelt ist. Die Brennkammer der Brennkraftmaschine 64 wird zumindest durch die obere Fläche 12a, die Bohrungsfläche 14a und eine Bodenfläche 66a des Zylinderkopfs 66 definiert. 12 FIG. 10 is a sectional view of the combustion chamber of the internal combustion engine according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. The construction of an internal combustion engine 64 as in 12 is shown substantially the same as the structure of the above with reference to 1 described internal combustion engine 10 , More specifically, the internal combustion engine includes 64 the piston 12 , the cylinder block 14 and a cylinder head 66 that with the cylinder block 14 about the seal between them 16 is coupled. The combustion chamber of the internal combustion engine 64 is at least through the top surface 12a , the bore surface 14a and a floor area 66a of the cylinder head 66 Are defined.

Eine Hitzeschutzschicht TSZ wird auf der Bodenfläche 66a gebildet. 13 ist ein Schaubild, das einen Bereich der in 12 gezeigten Bodenfläche 66a zeigt, der die Wand der Brennkammer bildet. Wie in 13 gezeigt ist die Hitzeschutzschicht TSZ in einem mittleren Teil der Bodenfläche 66a gebildet. Genauer gesagt ist die Hitzeschutzschicht TSZ eine poröse Zirkoniaschicht. Noch genauer gesagt ist die Hitzeschutzschicht TSZ eine flammgespritzte Schicht, die durch Flammenspritzen von Zirkoniapulver auf die Bodenfläche 66a gebildet ist. Eine Hitzeschutzschicht SRZ wird in einem Bereich auf der Außenseite der Hitzeschutzschicht TSZ gebildet. Genauer wird die Hitzeschutzschicht SRZ wie in 12 gezeigt in einem sogenannten Quetschbereich auf der Außenseite einer Grenze L1 zwischen der oberen Fläche 12a und der Seitenfläche 20b gebildet.A heat protection layer TSZ will be on the floor surface 66a educated. 13 is a diagram that covers an area of 12 shown floor area 66a shows, which forms the wall of the combustion chamber. As in 13 The heat protection layer TSZ is shown in a middle part of the floor surface 66a educated. More specifically, the heat protective layer TSZ is a porous zirconia layer. More specifically, the heat-protective layer TSZ is a flame-sprayed layer obtained by flame-spraying zirconia powder on the bottom surface 66a is formed. A heat protective layer SRZ is formed in an area on the outside of the heat protective layer TSZ. More specifically, the heat protection layer SRZ is as in 12 shown in a so-called pinch area on the outside of a boundary L1 between the upper surface 12a and the side surface 20b educated.

Es gibt eine große Anzahl von Poren in der Oberfläche der Hitzeschutzschicht TSZ. Die Hitzeschutzschicht SRZ umfasst die Hitzeschutzschicht TSZ als eine untere Schicht und eine Sliziumdioxidschicht, die die Oberfläche der Hitzeschutzschicht TSZ abdeckt und die Öffnungen der Poren als eine obere Schicht blockiert. Die Sliziumdioxidschicht ist eine Abdichtschicht, die gebildet wird, indem ein anorganisches oder organisches Lösungsmittel wie Polysilazan, das Sliziumdioxid enthält, auf der Oberfläche des porösen Zirkonias aufgebracht wird und das Lösungsmittel verbrannt wird.There are a large number of pores in the surface of the heat protective layer TSZ. The heat protective layer SRZ comprises the heat protective layer TSZ as a lower layer and a silicon dioxide layer covering the surface of the heat protective layer TSZ and blocking the openings of the pores as an upper layer. The silicon dioxide layer is a sealing layer formed by applying an inorganic or organic solvent such as polysilazane containing silicon dioxide to the surface of the porous zirconia and burning the solvent.

Während in der vorstehend mit Bezug auf 1 beschriebenen Brennkraftmaschine 10 die Hitzeschutzschicht PA auf der Bodenfläche 18a des Zylinderkopfs 18 gebildet ist, wird nicht nur die Hitzeschutzschicht TSZ, sondern auch die Hitzeschutzschicht SRZ auf der in 12 gezeigten Bodenfläche 66a gebildet. Hinsichtlich der Wärmecharakteristiken zeigt die Hitzeschutzschicht TSZ wie die Hitzeschutzschicht PA eine geringere Wärmeleitfähigkeit und eine geringere Wärmekapazität pro Volumeneinheit als das Basismetall (die Aluminiumlegierung) des Kolbens oder herkömmliche Hitzeschutzschichten. Somit kann die Oberflächentemperatur der Hitzeschutzschicht TSZ der Temperatur des Gases in der Brennkammer folgen.While in the above with reference to 1 described internal combustion engine 10 the heat protection layer PA on the floor surface 18a of the cylinder head 18 is formed, not only the heat protective layer TSZ, but also the heat protective layer SRZ on the in 12 shown floor area 66a educated. As for the heat characteristics, the heat protective layer TSZ, like the heat protective layer PA, exhibits lower heat conductivity and lower heat capacity per unit volume than the base metal (aluminum alloy) of the bulb or conventional heat protection layers. Thus, the surface temperature of the heat protective layer TSZ may follow the temperature of the gas in the combustion chamber.

Die Hitzeschutzschicht TSZ ist jedoch eine Schicht, die auf der Bodenfläche 66a abgeschieden ist, während die Hitzeschutzschicht PA direkt aus dem Basismetall (der Aluminiumlegierung) des Zylinderkopfs 18 hergestellt ist. Daher ist die Haftfestigkeit der Hitzeschutzschicht TSZ auf dem Zylinderkopf 66 gering, und der Widerstand gegen die thermische Belastung, die durch den Temperaturunterschied erzeugt wird, ist vergleichsweise gering. Zudem wird der Quetschbereich, in dem das Gas mit einer hohen Geschwindigkeit fließt und somit die Wärmeleitung hoch ist, als ein Bereich angesehen, in dem die Temperatur sofort ansteigt und der Temperaturunterschied zwischen der oberen Fläche und dem inneren Teil im Explosionshub groß wird, obwohl der Effekt weniger ausgeprägt als im vorstehend mit Bezug auf 2 beschriebenen kreisförmigen Bereich ist. Im Hinblick darauf kann mit der durch den Temperaturunterschied hervorgerufenen thermischen Beanspruchung durch Verstärken der porösen Zirkoniaschicht in dem Bereich passend zum Quetschbereich mit einer Sliziumdioxidschicht umgegangen werden. Somit kann nicht nur die Verschlechterung der Hitzeschutzschicht TSZ in dem Bereich entsprechend dem in 13 gezeigten Quetschbereich, sondern auch die Verschlechterung der Hitzeschutzschicht TSZ im anderen Bereich unterdrückt werden.However, the heat-protective layer TSZ is a layer on the bottom surface 66a is deposited, while the heat protective layer PA directly from the base metal (the aluminum alloy) of the cylinder head 18 is made. Therefore, the adhesive strength of the heat protective layer TSZ on the cylinder head 66 low, and the resistance to the thermal stress generated by the temperature difference is comparatively small. In addition, the squish area in which the gas flows at a high speed, and thus the heat conduction is high, is regarded as an area in which the temperature immediately increases and the temperature difference between the upper surface and the inner part in the explosion stroke becomes large, although the Effect less pronounced than in the above with respect to 2 described circular area. In view of this, with the thermal stress caused by the temperature difference, by reinforcing the porous zirconia layer be handled in the area matching the pinch region with a Sliziumdioxidschicht. Thus, not only the deterioration of the heat protective layer TSZ in the range corresponding to that in FIG 13 shown squishing area, but also the deterioration of the heat protective layer TSZ be suppressed in the other area.

Die siebte Ausführungsform wurde so beschrieben, dass beispielhaft eine flammgespritzte Zirkoniaschicht verwendet wird. Anstelle der flammgespritzten Zirkoniaschicht kann eine flammgespritzte Keramikschicht wie Aluminiumoxid oder Titanoxid oder eine flammgespritzte Schicht von Kompositkeramiken wie Cermet, Mullit, Cordierit oder Steatit auf der Bodenfläche des Zylinderkopfs gebildet sein. Zudem kann als Alternative zur flammgespritzten Zirkoniaschicht eine Beschichtung eines Kunstharzes mit hohlen Partikeln wie Sliziumdioxid oder eine geschäumte Wärmeisolierungsschicht auf der Bodenfläche des Zylinderkopfs gebildet werden. All diese Schichten weisen einen porösen Aufbau auf und zeigen daher eine geringere Wärmeleitfähigkeit und eine geringere Wärmekapazität pro Einheitsvolumen als das Basismetall (Aluminiumlegierung) des Kolbens oder herkömmliche Hitzeschutzschichten. Zudem sind diese Schichten durch Abscheiden auf der Bodenfläche des Zylinderkopfs gebildet. Somit können durch Bilden einer Sliziumdioxidschicht, die die Öffnung der Poren in der Oberfläche dieser Schichten in dem Bereich entsprechend dem Quetschbereich blockiert, dieselben Effekte wie in der siebten Ausführungsform erzielt werden. Diese Modifizierungen können auch für die nachstehend beschriebenen achten bis zehnten Ausführungsformen eingesetzt werden.The seventh embodiment has been described as exemplifying a flame-sprayed zirconia sheet. Instead of the flame-sprayed zirconia layer, a flame-sprayed ceramic layer such as alumina or titanium oxide or a flame-sprayed layer of composite ceramics such as cermet, mullite, cordierite or steatite may be formed on the bottom surface of the cylinder head. In addition, as an alternative to the flame-sprayed zirconia layer, a coating of a hollow particle synthetic resin such as silicon dioxide or a foamed heat insulating layer may be formed on the bottom surface of the cylinder head. All of these layers have a porous structure and therefore have a lower thermal conductivity and a lower heat capacity per unit volume than the base metal (aluminum alloy) of the piston or conventional heat protection layers. In addition, these layers are formed by depositing on the bottom surface of the cylinder head. Thus, by forming a silicon dioxide layer which blocks the opening of the pores in the surface of these layers in the region corresponding to the pinch region, the same effects as in the seventh embodiment can be obtained. These modifications can also be applied to the eighth to tenth embodiments described below.

Achte AusführungsformEighth embodiment

Als Nächstes wird mit Bezug auf 14 bis 15 eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Brennkammer nach dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der Brennkammer nach der zweite Ausführungsform wie vorstehend beschrieben in der Art der auf der Bodenfläche des Zylinderkopfs gebildeten Hitzeschutzschicht, und die nachfolgende Beschreibung konzentriert sich auf den Unterschied.Next, referring to 14 to 15 a combustion chamber of an internal combustion engine according to an eighth embodiment of the present invention. The combustion chamber according to this embodiment differs from the combustion chamber according to the second embodiment as described above in the kind of the heat-shielding layer formed on the bottom surface of the cylinder head, and the following description focuses on the difference.

14 ist eine Schnittansicht der Brennkammer der Brennkraftmaschine nach der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der in 14 gezeigte Aufbau einer Brennkraftmaschine 68 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der vorstehend mit Bezug auf 5 beschriebenen Brennkraftmaschine 30. Genauer gesagt umfasst die Brennkraftmaschine 68 den Kolben 32, den Zylinderblock 14 und einen mit dem Zylinderblock 14 gekoppelten Zylinderkopf 70, wobei die Dichtung 16 zwischen ihnen liegt. Die Brennkammer der Brennkraftmaschine 68 ist zumindest durch die obere Fläche 32a, die Bohrungsfläche 14a und eine Bodenfläche 70a des Zylinderkopfs 70 definiert. 14 FIG. 10 is a sectional view of the combustion chamber of the internal combustion engine according to the eighth embodiment of the present invention. FIG. The in 14 shown construction of an internal combustion engine 68 essentially corresponds to the structure of the above with reference to 5 described internal combustion engine 30 , More specifically, the internal combustion engine includes 68 the piston 32 , the cylinder block 14 and one with the cylinder block 14 coupled cylinder head 70 , where the seal 16 lies between them. The combustion chamber of the internal combustion engine 68 is at least through the top surface 32a , the bore surface 14a and a floor area 70a of the cylinder head 70 Are defined.

Die Hitzeschutzschicht TSZ ist auf der Bodenfläche 70a gebildet. 15 ist ein Schaubild, das einen Bereich der in 14 gezeigten Bodenfläche 70a zeigt, der die Wand der Brennkammer bildet. Wie in 15 gezeigt ist die Hitzeschutzschicht TSZ in einem mittleren Teil der Bodenfläche 70a geformt. Die Hitzeschutzschicht SRZ wird in einem Bereich auf der Außenseite der Hitzeschutzschicht TSZ gebildet. Die Hitzeschutzschicht TSZ und die Hitzeschutzschicht SRZ sind wie vorstehend mit Bezug auf die siebte Ausführungsform beschrieben. Genauer gesagt ist die Hitzeschutzschicht SRZ wie in 14 gezeigt auf der Außenseite einer Grenze 12 zwischen der Seitenfläche 34b und der Kegelstumpffläche 36 gebildet.The heat protection layer TSZ is on the floor surface 70a educated. 15 is a diagram that covers an area of 14 shown floor area 70a shows, which forms the wall of the combustion chamber. As in 15 The heat protection layer TSZ is shown in a middle part of the floor surface 70a shaped. The heat protective layer SRZ is formed in an area on the outside of the heat protective layer TSZ. The heat protective layer TSZ and the heat protective layer SRZ are as described above with respect to the seventh embodiment. More specifically, the heat protective layer SRZ is as in 14 shown on the outside of a border 12 between the side surface 34b and the frustoconical surface 36 educated.

Wie vorstehend mit Bezug auf die siebte Ausführungsform beschrieben ist der gequetschte Bereich ein Bereich, in dem die Temperatur sofort ansteigt und der Temperaturunterschied zwischen der oberen Fläche und dem inneren Teil im Explosionshub groß wird. Zusätzlich sind wie vorstehend mit Bezug auf die zweite Ausführungsform beschrieben die kreisförmigen Bereiche wie in 6 gezeigt Bereiche, in denen die Temperatur am höchsten wird und somit der Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und dem inneren Teil in der oberen Fläche 32a inklusive der Seitenfläche 34b und der Kegelstumpffläche 36 im Explosionshub am größten ist. Zudem wird der Teil des kreisförmigen Bereichs auf der zulaufenden Fläche 36 wie in 6 gezeigt auch als ein Bereich angesehen, in dem die Temperatur sofort ansteigt und somit der Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und dem inneren Teil im Explosionshub groß ist, weil die Kegelstumpffläche 36, die mit dem Quetschbereich verbunden ist, in der Nähe der Bodenfläche 70a liegt. Im Hinblick darauf ist die in 14 gezeigte Hitzeschutzschicht SRZ in dem Bereich der Bodenfläche 70a gebildet, der auf der Außenseite der Grenze 12 zwischen der Seitenfläche 34b und der Kegelstumpffläche 36 liegt, und die Hitzeschutzschicht SRZ kann der durch den Temperaturunterschied hervorgerufenen thermischen Belastung standhalten. Somit zeigt die Brennkammer im Wesentlichen dieselben Effekte wie die Brennkammer nach der vorstehend beschriebenen siebten Ausführungsform.As described above with respect to the seventh embodiment, the crimped area is an area where the temperature immediately rises and the temperature difference between the upper surface and the inner part in the explosion stroke becomes large. In addition, as described above with respect to the second embodiment, the circular portions are as in FIG 6 shown areas where the temperature is highest and thus the temperature difference between the surface and the inner part in the upper surface 32a including the side surface 34b and the frustoconical surface 36 is the largest in the explosion stroke. In addition, the part of the circular area becomes on the tapered surface 36 as in 6 Also, it is considered as an area where the temperature immediately rises and thus the temperature difference between the surface and the inner part in the explosion stroke is large because of the frusto-conical surface 36 , which is connected to the pinch area, near the bottom surface 70a lies. In view of this, the in 14 shown heat protection layer SRZ in the area of the bottom surface 70a formed on the outside of the border 12 between the side surface 34b and the frustoconical surface 36 is located, and the heat protective layer SRZ can withstand the caused by the temperature difference thermal load. Thus, the combustion chamber exhibits substantially the same effects as the combustion chamber of the seventh embodiment described above.

Neunte AusführungsformNinth embodiment

Als Nächstes wird mit Bezug auf 16 eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Brennkammer nach dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Brennkammer nach der siebten Ausführungsform im Bereich, in dem die Hitzeschutzschicht SRZ auf der Bodenfläche des Zylinderkopfs gebildet wird, und die nachstehende Beschreibung konzentriert sich auf diesen Unterschied.Next, referring to 16 a combustion chamber of an internal combustion engine according to a ninth embodiment of the present invention. The combustion chamber according to this embodiment is different from the The combustion chamber according to the seventh embodiment described above is in the area where the heat-shielding layer SRZ is formed on the bottom surface of the cylinder head, and the following description focuses on this difference.

16 ist ein Schaubild, das eine Bodenfläche einer Brennkammer nach der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie vorstehend mit Bezug auf die dritte Ausführungsform beschrieben, ist die in der Brennkammer erzeugte Zündflamme entlang der Achse ausgerichtet, die sich durch die Mitte des Einspritzlochs des Kraftstoffeinspritzventils in der Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, und somit ist die ausgerichtete Zündflamme wie in 16 gezeigt auf eine Bodenfläche 72a des Zylinderkopfs gerichtet. Wie aus einem Vergleich zwischen 13 und 16 ersichtlich wird die Hitzeschutzschicht SRZ nach dieser Ausführungsform in einem Bereich geformt, in dem der Bereich, in dem die Hitzeschutzschicht SRZ wie in 13 gebildet ist, und eine Projektion PD der gerichteten Startflamme einander überlappen. 16 FIG. 12 is a diagram showing a bottom surface of a combustion chamber according to the ninth embodiment of the present invention. FIG. As described above with respect to the third embodiment, the pilot flame generated in the combustion chamber is aligned along the axis extending through the center of the injection hole of the fuel injection valve in the fuel injection direction, and thus the aligned pilot flame is as in FIG 16 shown on a floor surface 72a directed to the cylinder head. As if from a comparison between 13 and 16 it can be seen that the heat protective layer SRZ is formed according to this embodiment in an area in which the area in which the heat protection layer SRZ as in 13 is formed, and a projection PD of the directed start flame overlap each other.

Wie vorstehend mit Bezug auf die siebte Ausführungsform beschrieben ist der gequetschte Bereich ein Bereich, in dem die Temperatur sofort ansteigt und der Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und dem inneren Teil im Explosionshub groß wird. Wie vorstehend mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben, führt die Verwendung einer sehr großen Menge des Sliziumdioxidschichtmaterials nachteiligerweise zu einer Erhöhung der Kosten. Im Hinblick darauf kann eine Verschlechterung der auf der Bodenfläche des Zylinderkopfs gebildeten Hitzeschutzschicht unterdrückt werden, wenn man mit der thermischen Spannung, die durch den Temperaturunterschied verursacht wird, aufgrund der Haftfestigkeit zwischen der Hitzeschutzschicht TSZ und der Bodenfläche 72a zurechtkommt, falls die Sliziumdioxidschicht nur in dem in 16 gezeigten Bereich gebildet ist, in dem die Temperatur im Quetschbereich höher wird, wobei die Kostensteigerung aufgrund der Verwendung des Quarzschichtmaterials unterdrückt wird.As described above with respect to the seventh embodiment, the crimped area is an area in which the temperature immediately rises and the temperature difference between the surface and the inner part in the explosion stroke becomes large. As described above with respect to the first embodiment, the use of a very large amount of the silicon dioxide film material disadvantageously results in an increase in cost. In view of this, deterioration of the heat-protective layer formed on the bottom surface of the cylinder head can be suppressed when the thermal stress caused by the temperature difference due to the adhesion between the heat-protective layer TSZ and the bottom surface 72a cope, if the silicon dioxide layer only in the in 16 is formed in which the temperature becomes higher in the pinch region, wherein the cost increase due to the use of the quartz layer material is suppressed.

Die neunte Ausführungsform basiert auf dem Kolbenaufbau nach der siebten Ausführungsform, und die Hitzeschutzschicht SRZ wird in dem Bereich gebildet, in dem der in 13 gezeigte Bereich, in dem die Hitzeschutzschicht SRZ gebildet ist, und die Projektion PD der gerichteten Startflamme einander überlappen. Die neunte Ausführungsform kann jedoch auf dem Kolbenaufbau nach der achten Ausführungsform basieren. In diesem Fall kann die Hitzeschutzschicht SRZ in dem Bereich gebildet werden, in dem der Bereich, in dem die Hitzeschutzschicht SRZ wie in 15 gezeigt gebildet ist, und die Projektion PD der gerichteten Startflamme einander überlappen.The ninth embodiment is based on the piston structure of the seventh embodiment, and the heat protective layer SRZ is formed in the region where the in 13 shown region in which the heat protective layer SRZ is formed, and the projection PD of the directed start flame overlap each other. However, the ninth embodiment may be based on the piston structure of the eighth embodiment. In this case, the heat protective layer SRZ may be formed in the area where the area where the heat protective layer SRZ is as in FIG 15 is shown formed, and the projection PD of the directed start flame overlap each other.

Zehnte AusführungsformTenth embodiment

Schließlich wird mit Bezug auf die 17 bis 18 eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Brennkammer nach dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Brennkammer nach der siebten Ausführungsform in der Art der Hitzeschutzschicht, die auf der oberen Fläche des Kolbens gebildet ist, und die nachfolgende Beschreibung konzentriert sich auf den Unterschied.Finally, with respect to the 17 to 18 a combustion chamber of an internal combustion engine according to a tenth embodiment of the present invention will be described. The combustion chamber according to this embodiment differs from the above-described combustion chamber according to the seventh embodiment in the type of heat-shielding layer formed on the upper surface of the piston, and the following description focuses on the difference.

17 ist eine Schnittansicht der Brennkammer der Brennkraftmaschine nach der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau einer Brennkraftmaschine 74 wie in 17 gezeigt ist im Wesentlichen gleich dem Aufbau der vorstehend mit Bezug auf 12 beschriebenen Brennkraftmaschine 64 (das heißt, dem vorstehend mit Bezug auf 1 beschriebenen Aufbau der Brennkraftmaschine 10). Genauer gesagt umfasst die Brennkraftmaschine 74 einen Kolben 76, den Zylinderblock 14 und den Zylinderkopf 66. Die Brennkammer der Brennkraftmaschine 74 wird durch zumindest eine obere Fläche 76a des Kolbens 76, die Bohrungsfläche 14a und die Bodenfläche 66a des Zylinderkopfs 66 definiert. 17 FIG. 10 is a sectional view of the combustion chamber of the internal combustion engine according to the tenth embodiment of the present invention. FIG. The construction of an internal combustion engine 74 as in 17 is substantially similar to the structure of the above with reference to 12 described internal combustion engine 64 (That is, the above with reference to 1 described construction of the internal combustion engine 10 ). More specifically, the internal combustion engine includes 74 a piston 76 , the cylinder block 14 and the cylinder head 66 , The combustion chamber of the internal combustion engine 74 is through at least one upper surface 76a of the piston 76 , the bore surface 14a and the floor area 66a of the cylinder head 66 Are defined.

Der Aufbau des Kolbens 76 ist im Wesentlichen derselbe wie der des vorstehend mit Bezug auf die 1 bis 2 beschriebenen Kolbens 12. Das heißt, dass ein Hohlraum 78 in einer Mitte der oberen Fläche 76a gebildet ist, und der Hohlraum 78 ist durch eine Bodenfläche 78a und eine Seitenfläche 78b definiert. In 17 ist der Kolben 76 am oberen Kompressionstotpunkt angeordnet, und die Seitenfläche 78b liegt auf der Verlängerung von Achsen AX, die sich durch die Mitten der Einspritzlöcher der Kraftstoffeinspritzventile 22 gehend in die Kraftstoffeinspritzrichtungen erstrecken.The construction of the piston 76 is substantially the same as that of the above with reference to FIGS 1 to 2 described piston 12 , That is, a cavity 78 in a middle of the upper surface 76a is formed, and the cavity 78 is through a floor surface 78a and a side surface 78b Are defined. In 17 is the piston 76 arranged at the upper compression dead center, and the side surface 78b lies on the extension of axles AX, extending through the centers of the injection holes of the fuel injectors 22 extending in the fuel injection directions.

18 ist eine perspektivische Ansicht des in 17 gezeigten Kolbens 76. Die Schnittansicht der Brennkraftmaschine 74 der 17 wird entlang einer Ebene aufgenommen, die durch die Linie A-A in 18 und die Mittellinie des Kolbens 76 definiert ist. Wie in 18 gezeigt ist die Hitzeschutzschicht TSZ auf der Bodenfläche 78a geformt. Eine Hitzeschutzschicht SRZ ist auf der gesamten oberen Fläche 76a und in den einzelnen kreisförmigen Bereichen auf der Seitenfläche 78b gebildet. Die Hitzeschutzschicht TSZ und die Hitzeschutzschicht SRZ entsprechen den vorstehend mit Bezug auf die siebte Ausführungsform beschriebenen. Der kreisförmige Bereich wie in 18 gezeigt ist um den Schnittpunkt der Seitenfläche 78b mit der Achse AX in 17 gebildet, der sich in der Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, indem er durch die Mitte des Einspritzlochs des Kraftstoffeinspritzventils 22 geht und umfasst ein Teil, auf das der Kraftstoff direkt auftrifft, der durch das Einspritzloch zu einem Zeitpunkt um den oberen Kompressionstotpunkt eingespritzt wird. 18 is a perspective view of the in 17 shown piston 76 , The sectional view of the internal combustion engine 74 of the 17 is taken along a plane passing through the line AA in 18 and the center line of the piston 76 is defined. As in 18 shown is the heat protection layer TSZ on the floor surface 78a shaped. A heat protection layer SRZ is on the entire upper surface 76a and in the individual circular areas on the side surface 78b educated. The heat protective layer TSZ and the heat protective layer SRZ correspond to those described above with reference to the seventh embodiment. The circular area as in 18 is shown around the intersection of the side surface 78b with the axis AX in 17 extending in the fuel injection direction, passing through the center of the injection hole of the fuel injection valve 22 goes and includes Part directly hit by the fuel injected through the injection hole at a time around the upper compression dead center.

Wie vorstehend mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben, sind die in 2 gezeigten kreisförmigen Bereiche Bereiche, mit denen eine Flamme (Startflamme), die durch Zünden des Kraftstoffs verursacht wird, in Kontakt kommt, und sind somit Bereiche, in denen die Temperatur am höchsten wird, und somit der Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und dem inneren Teil in der oberen Fläche 76a inklusive der Seitenfläche 78b im Explosionshub am größten ist. Zudem ist wie vorstehend mit Bezug auf die siebte Ausführungsform beschrieben der Quetschbereich ein Bereich, in dem die Temperatur sofort steigt und der Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und dem inneren Teil im Explosionshub groß wird. Somit kann die Brennkammer nach dieser Ausführungsform mit der Hitzeschutzschicht SRZ, die auf der gesamten oberen Fläche 76a und in den in 18 gezeigten einzelnen kreisförmigen Bereichen auf der Seitenfläche 78b gebildet ist, nicht nur die Verschlechterung der Hitzeschutzschicht TSZ in diesen Bereichen, sondern auch die Verschlechterung der Hitzeschutzschicht TSZ in den anderen Bereichen unterdrücken.As described above with respect to the first embodiment, the in 2 shown circular areas areas with which a flame (starting flame), which is caused by ignition of the fuel, comes into contact, and thus are areas in which the temperature is highest, and thus the temperature difference between the surface and the inner part in the upper surface 76a including the side surface 78b is the largest in the explosion stroke. In addition, as described above with respect to the seventh embodiment, the squish area is an area in which the temperature immediately rises and the temperature difference between the surface and the inner part in the explosion stroke becomes large. Thus, according to this embodiment, the combustion chamber can be provided with the heat protection layer SRZ, which is on the entire upper surface 76a and in the in 18 shown individual circular areas on the side surface 78b is formed, not only suppress the deterioration of the heat protective layer TSZ in these areas, but also the deterioration of the heat protective layer TSZ in the other areas.

Zusammenfassend leistet die Erfindung Folgendes:
Eine Hitzeschutzschicht PA wird auf einer oberen Fläche 12a und einer Bodenfläche 20a gebildet. Die Hitzeschutzschicht PA ist insbesondere eine poröse Aluminiumoxidschicht. Genauer gesagt ist die Hitzeschutzschicht PA eine anodische Oxidationsschicht, die durch Anodenoxidation des Kolbens 12 gebildet ist, der aus einer Aluminiumlegierung als einem Basismetall hergestellt ist. Eine Hitzeschutzschicht SRA wird in einzelnen kreisförmigen Bereichen auf einer Seitenfläche 20b gebildet. Die Hitzeschutzschicht SRA umfasst die Hitzeschutzschicht PA als eine untere Schicht und eine Sliziumdioxidschicht, die als eine obere Schicht die Oberfläche der Hitzeschutzschicht PA abdeckt und die Öffnungen der Poren blockiert. Die Sliziumdioxidschicht ist eine Abdichtschicht, die durch Aufbringen eines anorganischen oder organischen Lösungsmittels, das Sliziumdioxid bzw. Quarz enthält, wie Polysilazan, auf die Oberfläche des porösen Aluminiumoxids, und Verbrennen des Lösungsmittels gebildet wird.In summary, the invention provides the following:
A heat protective layer PA is placed on an upper surface 12a and a floor area 20a educated. The heat protection layer PA is in particular a porous aluminum oxide layer. More specifically, the heat protective layer PA is an anodic oxidation layer formed by anode oxidation of the bulb 12 formed of an aluminum alloy as a base metal. A heat protection layer SRA is formed in individual circular areas on a side surface 20b educated. The heat protective layer SRA includes the heat protective layer PA as a lower layer and a silicon dioxide layer which, as an upper layer, covers the surface of the heat protective layer PA and blocks the openings of the pores. The silicon dioxide film is a sealing film formed by applying an inorganic or organic solvent containing silica, such as polysilazane, to the surface of the porous aluminum oxide and burning the solvent.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 2008-215244 A [0003] JP 2008-215244A [0003]

Claims (6)

Brennkammer einer Brennkraftmaschine, die einen Kolben (12, 32, 42, 48, 52, 58, 76) und ein Kraftstoffeinspritzventil (22) umfasst, wobei der Kolben (12, 32, 42, 48, 52, 58, 76) eine Hitzeschutzschicht (PA, SRA, TSZ, SRZ) aufweist, die auf einer oberen Fläche (12a, 32a, 42a, 48a, 52a, 58a, 76a) desselben gebildet ist, wobei die Hitzeschutzschicht (PA, SRA, TSZ, SRZ) eine poröse Hitzeschutzschicht mit Poren in einer Oberfläche derselben ist und eine geringere Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität pro Einheitsvolumen als ein Basismetall des Kolbens (12, 32, 42, 48, 52, 58, 76) aufweist, und das Kraftstoffeinspritzventil (22) Kraftstoff direkt auf die obere Fläche (12a, 32a, 42a, 48a, 52a, 58a, 76a) spritzt, wobei die Oberfläche der Hitzeschutzschicht (PA, SRA, TSZ, SRZ) einen abgedichteten Bereich und einen freiliegenden Bereich aufweist, der abgedichtete Bereich einen Bereich umfasst, in dem Kraftstoff vom Kraftstoffeinspritzventil (22) direkt auftrifft und mit einer Siliziumdioxidschicht abgedeckt ist, die Poren in der Oberfläche blockiert, und der freiliegende Bereich ein Bereich außer dem abgedichteten Bereich ist, in dem Poren in der Oberfläche freiliegen.Combustion chamber of an internal combustion engine, which is a piston ( 12 . 32 . 42 . 48 . 52 . 58 . 76 ) and a fuel injection valve ( 22 ), wherein the piston ( 12 . 32 . 42 . 48 . 52 . 58 . 76 ) has a heat protection layer (PA, SRA, TSZ, SRZ), which on an upper surface ( 12a . 32a . 42a . 48a . 52a . 58a . 76a ) thereof, wherein the heat-protective layer (PA, SRA, TSZ, SRZ) is a porous heat-protective layer having pores in a surface thereof and a lower heat-conductivity and heat capacity per unit volume than a base metal of the bulb (US Pat. 12 . 32 . 42 . 48 . 52 . 58 . 76 ), and the fuel injection valve ( 22 ) Fuel directly onto the upper surface ( 12a . 32a . 42a . 48a . 52a . 58a . 76a ), wherein the surface of the heat protective layer (PA, SRA, TSZ, SRZ) has a sealed portion and an exposed portion, the sealed portion includes a portion in which fuel is discharged from the fuel injection valve (10). 22 ) directly impinges and is covered with a silicon dioxide layer which blocks pores in the surface and the exposed area is an area other than the sealed area where pores are exposed in the surface. Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das Kraftstoffeinspritzventil (22) mehrere Einspritzlöcher aufweist, die radial gebildet sind, der abgedichtete Bereich so geformt ist, dass er einen Schnittpunkt der Oberfläche mit einer geraden Linie (AX) umfasst, die sich in einer Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, indem sie durch die Mitte jedes der Einspritzlöcher zu einem Zeitpunkt geht, zu dem der Kolben (12, 32, 42, 48, 52, 58, 76) an einem oberen Kompressionstotpunkt angeordnet ist, und jeweils zwei benachbarte Bereiche der abgedichteten Bereiche durch den freiliegenden Bereich getrennt sind und nicht miteinander verbunden sind.Combustion chamber of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel injection valve ( 22 ) has a plurality of injection holes formed radially, the sealed portion is formed to include an intersection of the surface with a straight line (AX) extending in a fuel injection direction, passing through the center of each of the injection holes at one time goes to which the piston ( 12 . 32 . 42 . 48 . 52 . 58 . 76 ) is located at an upper compression dead center, and each two adjacent areas of the sealed areas are separated by the exposed area and are not connected to each other. Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Brennkraftmaschine so aufgebaut ist, dass ein Wirbel (SW) in einem Zylinder erzeugt wird, das Kraftstoffeinspritzventil (22) mehrere Einspritzlöcher aufweist, die radial gebildet sind, und der abgedichtete Bereich so geformt ist, dass er einen Schnittpunkt der Oberfläche mit einer geraden Linie umfasst, die sich in einer Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, indem sie durch die Mitte jedes der Einspritzlöcher zu einer Zeit geht, zu der der Kolben (12, 32, 42, 48, 52, 58, 76) an einem oberen Kompressionstotpunkt angeordnet ist, wobei sie in einer Richtung der Strömung des Wirbels (SW) verschoben ist, der im Zylinder bei einer Motordrehzahl für eine maximale Leistung erzeugt wird.Combustion chamber of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is constructed so that a swirl (SW) is generated in a cylinder, the fuel injection valve ( 22 ) has a plurality of injection holes formed radially, and the sealed portion is formed to include an intersection of the surface with a straight line extending in a fuel injection direction by passing through the center of each of the injection holes at a time, to the piston ( 12 . 32 . 42 . 48 . 52 . 58 . 76 ) is located at an upper compression dead center, being displaced in a direction of the flow of the swirl (SW) generated in the cylinder at an engine speed for maximum power. Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kolben (12, 32, 42, 48, 52, 58, 76) einen Hohlraum (20, 34, 44, 50, 54, 60, 78) in einem mittleren Teil der oberen Fläche (12a, 32a, 42a, 48a, 52a, 58a, 76a) aufweist, der Hohlraum (20, 34, 44, 50, 60, 78) eine Bodenfläche (20a, 34a, 44a, 50a, 54a, 60a, 78a) und eine Seitenfläche (20b, 34b, 44b, 50b, 54b, 60b, 78b) aufweist, die sowohl mit der Bodenfläche (20a, 34a, 44a, 50a, 54a, 60a, 78a) als auch der oberen Fläche (12a, 32a, 42a, 48a, 52a, 58a, 76a) verbunden ist, und der abgedichtete Bereich auf der Seitenfläche (20b, 34b, 44b, 50b, 54b, 60b, 78b) gebildet ist.Combustion chamber of an internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, wherein the piston ( 12 . 32 . 42 . 48 . 52 . 58 . 76 ) a cavity ( 20 . 34 . 44 . 50 . 54 . 60 . 78 ) in a middle part of the upper surface ( 12a . 32a . 42a . 48a . 52a . 58a . 76a ), the cavity ( 20 . 34 . 44 . 50 . 60 . 78 ) a floor surface ( 20a . 34a . 44a . 50a . 54a . 60a . 78a ) and a side surface ( 20b . 34b . 44b . 50b . 54b . 60b . 78b ), which both with the bottom surface ( 20a . 34a . 44a . 50a . 54a . 60a . 78a ) as well as the upper surface ( 12a . 32a . 42a . 48a . 52a . 58a . 76a ), and the sealed area on the side surface ( 20b . 34b . 44b . 50b . 54b . 60b . 78b ) is formed. Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, wobei die obere Fläche (12a, 32a, 42a, 48a, 52a, 58a, 76a) eine Kegelstumpffläche (36, 46, 56, 62) zwischen der oberen Fläche (12a, 32a, 42a, 48a, 52a, 58a, 76a) und der Seitenfläche (20b, 34b, 44b, 50b, 54b, 60b, 78b) aufweist, deren Durchmesser von der oberen Fläche (12a, 32a, 42a, 48a, 52a, 58a, 76a) zur Seitenfläche (20b, 34b, 44b, 50b, 54b, 60b, 78b) abnimmt, und der abgedichtete Bereich so geformt ist, dass er sich zwischen der Seitenfläche (20b, 34b, 44b, 50b, 54b, 60b, 78b) und der Kegelstumpffläche (36, 46, 56, 62) erstreckt.Combustion chamber of an internal combustion engine according to claim 4, wherein the upper surface ( 12a . 32a . 42a . 48a . 52a . 58a . 76a ) a frustoconical surface ( 36 . 46 . 56 . 62 ) between the upper surface ( 12a . 32a . 42a . 48a . 52a . 58a . 76a ) and the side surface ( 20b . 34b . 44b . 50b . 54b . 60b . 78b ) whose diameter from the upper surface ( 12a . 32a . 42a . 48a . 52a . 58a . 76a ) to the side surface ( 20b . 34b . 44b . 50b . 54b . 60b . 78b ), and the sealed area is shaped so as to extend between the side surface (FIG. 20b . 34b . 44b . 50b . 54b . 60b . 78b ) and the frustoconical surface ( 36 . 46 . 56 . 62 ). Brennkammer einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, wobei der abgedichtete Bereich entlang einer geraden Linie (AX) geformt ist, die sich in einer Kraftstoffeinspritzrichtung erstreckt, indem sie durch die Mitte des Einspritzlochs des Kraftstoffeinspritzventils (22) geht und sich auch über die Bodenfläche (20a, 34a, 44a, 50a, 54a, 60a, 78a), die Seitenfläche (20b, 34b, 44b, 50b, 54b, 60b, 78b) und die Kegelstumpffläche (36, 46, 56, 62) erstreckt.A combustion chamber of an internal combustion engine according to claim 5, wherein said sealed area is formed along a straight line (AX) extending in a fuel injection direction by passing through the center of said injection hole of said fuel injection valve (10). 22 ) and also on the floor surface ( 20a . 34a . 44a . 50a . 54a . 60a . 78a ), the side surface ( 20b . 34b . 44b . 50b . 54b . 60b . 78b ) and the frustoconical surface ( 36 . 46 . 56 . 62 ).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019106026A1 (en) * 2017-12-01 2019-06-06 Volkswagen Aktiengesellschaft Layer stack for arrangement in a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a piston, and a method for producing same

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019143497A (en) 2018-02-16 2019-08-29 トヨタ自動車株式会社 Compression self-ignition type internal combustion engine
JP7084234B2 (en) 2018-07-04 2022-06-14 トヨタ自動車株式会社 Internal combustion engine
JP2020007977A (en) * 2018-07-09 2020-01-16 トヨタ自動車株式会社 Compression self-ignition internal combustion engine
JP7348100B2 (en) 2020-02-18 2023-09-20 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 Heat shielding film components

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008215244A (en) 2007-03-06 2008-09-18 Toyota Motor Corp Combustion chamber of internal combustion engine

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2643121B2 (en) * 1986-04-11 1997-08-20 トヨタ自動車株式会社 Diesel engine piston
JPH0158717U (en) * 1987-10-07 1989-04-12
JP2011220207A (en) * 2010-04-08 2011-11-04 Toyota Motor Corp Internal combustion engine, and method for manufacturing piston
JP5642640B2 (en) * 2011-09-12 2014-12-17 トヨタ自動車株式会社 Internal combustion engine and manufacturing method thereof
JP6232954B2 (en) * 2013-11-12 2017-11-22 トヨタ自動車株式会社 Internal combustion engine
JP6052142B2 (en) * 2013-11-15 2016-12-27 トヨタ自動車株式会社 Method for forming thermal barrier film of internal combustion engine
JP6070631B2 (en) * 2014-05-23 2017-02-01 トヨタ自動車株式会社 Piston of internal combustion engine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008215244A (en) 2007-03-06 2008-09-18 Toyota Motor Corp Combustion chamber of internal combustion engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019106026A1 (en) * 2017-12-01 2019-06-06 Volkswagen Aktiengesellschaft Layer stack for arrangement in a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a piston, and a method for producing same

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