JP2000008857A

JP2000008857A - 直噴式エンジン用のピストン及び直噴式エンジン

Info

Publication number: JP2000008857A
Application number: JP10170231A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Takimoto; 和寿滝本; Masahiko Kanehara; 雅彦金原; Ten Ito; 天伊藤; Hiroki Kusano; 弘揮草野; Hiroyuki Sami; 弘之佐味; Takayoshi Takano; 孝義高野
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 2000-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】直噴式エンジンにおいて、ピストンの壁面に
付着する燃料の気化を促進させ、エミッションの低減お
よび燃費の向上を実現する。【解決手段】直噴式のディーゼルエンジンのピストン
３のキャビティ１６の内周面側壁には、インジェクタの
六つの噴孔から噴射される燃料の当たる位置に六つのセ
ラミック膜１７が周方向にほぼ等間隔に形成されてい
る。セラミック膜１７はジルコニアの溶射膜からなる。
ジルコニアは、燃料が膜沸騰する壁面温度を高温側にシ
フトさせるなど燃料の気化を促進させる一種の触媒効果
を有する。セラミック膜１７の断熱効果によって吸入空
気量が減らないように、セラミック膜１７の面積は必要
最小限にとどめられ、インジェクタの噴射角未満の面積
となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直噴式ディーゼル
エンジンや直噴式（筒内噴射式）ガソリンエンジン等の
ように気筒内に燃料が直接噴射される直噴式エンジン用
のピストン及び直噴式エンジンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンには燃料噴射方式の
違いにより副室式と直噴式とがある。直噴式のエンジン
では、各気筒の中央上部にインジェクタが配置される。
インジェクタから噴射される燃料は、ピストンの上面中
央に形成されたキャビティ内を指向して噴射される。

【０００３】また、近年、直噴式（筒内噴射式）のガソ
リンエンジンも実用化されており、ピストンの頂面が渦
流（タンブル流やスワール流）を形成し得る形状に形成
され、頂面にはインジェクタから噴射された燃料を渦流
にのせて点火プラグまで案内するための案内面（キャビ
ティ）が形成されている。インジェクタからの燃料の噴
射は案内面を指向して行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、インジェクタ
から噴射された燃料は全て空中で気化（蒸発）する訳で
はなく、ピストンの壁面、すなわちディーゼルエンジン
であればキャビティの内壁面に燃料の一部が付着するこ
とがあった。また、直噴式のガソリンエンジンであって
もキャビティの内周面に燃料が付着していることがあ
る。ピストンの壁面に燃料が付着すると壁面温度が下が
るので、一旦壁面に付着した燃料は気化し難い。このた
め、噴霧の中心部で液滴（噴霧粒子）の濃度が高い部分
がピストンの壁面上に当たるところには、燃料の液膜が
形成される場合があった。

【０００５】一旦形成された燃料の液膜は気化し難く、
液状のまま酸素不足で燃焼し、スス（Ｃ）や一酸化炭素
（ＣＯ）等のエミッションを増やしたり、燃費の悪化の
原因となっていた。このため、エミッションの低減や燃
費の向上を図るうえにおいて、ピストンの壁面に付着し
た燃料の蒸発率を高める必要があった。

【０００６】例えば特開平４−１２４４４３号公報に
は、ピストンのキャビティの中央に突起部（窒化珪素）
を設け、燃料の衝突面であるその上部を炭化珪素や窒化
珪素などからなる被覆層で被覆した技術が知られてい
る。この技術によると、燃料の衝突面が炭化珪素や窒化
珪素などからなり、燃料との濡れ性が悪いため、燃料が
衝突面に付着残留することがない。しかしながら、濡れ
性が悪いといっても全く付着残留しない訳ではない。ま
た、噴霧中の液滴は衝突面に衝突した際に異方向に飛散
して互いに結合し合って液状の塊に成長するものがあ
る。このように液状の塊に一旦成長したものは非常に気
化し難く、エミッションの発生や燃費の悪化の原因とな
る。また、衝突面に付着残留せずそこから飛散した燃料
液滴がキャビティの内壁面に付着して、例えば液膜を形
成することもあり得た。つまり、燃料の付着を避けよう
とするものではあるが、燃料を積極的に蒸発させようと
するものではないので、燃料の蒸発率を十分に高められ
るものではなかった。

【０００７】また、従来、燃焼室の内壁を全体または部
分的にセラミックで被覆して、燃焼室の断熱効果を高め
てエンジン出力を向上させようとする試みがなされてき
た。燃焼室を断熱によって高温化できれば、インジェク
タからの燃料は高温中に噴射されることになるので、ピ
ストン壁面に到達するまでに気化され、壁面に付着する
燃料を減らすことができるものと考えられる。

【０００８】これらはいずれも燃焼室の断熱効果を高め
るために、セラミック被覆面積をできるだけ広くしよう
とする考え方に基づくものであった。しかし、燃焼室を
断熱によって高温にすると、熱損失は減るものの、吸入
ガス量（空気量や混合気量）が熱膨張によって減ること
になるので、エンジン出力を高められなかった。このた
め、断熱効果をねらってピストンにセラミックを被覆す
ることは、エミッションの低減および燃費の向上を図る
うえで、期待するほどの効果が得られていない。

【０００９】本発明は前記課題を解決するためになされ
たものであって、その目的は、直噴式エンジンにおい
て、ピストンの壁面に付着する燃料の気化を促進させ、
エミッションの低減および燃費の向上を実現できる直噴
式エンジン用のピストン及び直噴式エンジンを提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明では、直噴式エンジンのピスト
ンには、インジェクタから噴射された燃料が当たる位置
に、該インジェクタの噴射角未満の面積でセラミック膜
が形成されている。

【００１１】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記セラミック膜は前記インジェク
タの噴射角の領域のほぼ中央部に位置している。請求項
３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発
明において、前記インジェクタが複数の噴孔を有してい
る直噴式ディーゼルエンジンのピストンであって、頂面
に形成されたキャビティの内周面には、前記噴孔と同数
の前記セラミック膜が、該各噴孔から噴射された燃料が
当たる位置に点在するように周方向にほぼ等間隔に形成
されている。

【００１２】請求項４に記載の発明では、請求項１又は
請求項２に記載の発明において、前記インジェクタから
噴射された燃料の噴射指向先に相当する位置にキャビテ
ィが形成されている直噴式ガソリンエンジンのピストン
であって、前記キャビティの内周面には、前記インジェ
クタから噴射された燃料が当たる位置に、前記セラミッ
ク膜が形成されている。

【００１３】請求項５に記載の発明では、請求項１〜請
求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記セラ
ミック膜は、前記インジェクタから噴射された燃料が前
記ピストンの金属母材からなる壁面に付着してできる液
膜面積よりも小さな面積に形成されている。

【００１４】請求項６に記載の発明では、請求項１〜請
求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記セラ
ミック膜は、前記噴射角の領域に相当する面積の約１／
２未満の面積を有する。

【００１５】請求項７に記載の発明では、請求項１〜請
求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記セラ
ミック膜は、ジルコニアもしくはジルコニアを主成分と
する材料からなる。

【００１６】請求項８に記載の発明では、請求項１〜請
求項７のいずれか一項に記載の発明において、前記セラ
ミック膜は、溶射膜である。請求項９に記載の発明で
は、直噴式エンジン用のピストンには、インジェクタか
ら噴射された燃料が当たる位置に、金属母材に溶射され
たジルコニアもしくはジルコニアを主成分とするセラミ
ック膜が点在している。なお、溶射は、ジルコニアもし
くはジルコニアを主成分とするその材質と金属母材との
接着性を高めるための中間層が介在されていてもよい。
また、点在するとは、１個でも複数個でもよく、その個
数はインジェクタの噴孔数に対応する。

【００１７】請求項１０に記載の発明では、直噴式エン
ジンには、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の
前記ピストンが備えられている。（作用）従って、請求項１に記載の発明によれば、イン
ジェクタから噴射された燃料噴霧のうち液滴濃度の濃い
部分がピストンの壁面に付着すると、セラミック膜上に
燃料液膜を形成しようとする。セラミック膜は、燃料の
気化促進作用を有することが知られている。このため、
セラミック膜上には燃料液膜が形成され難く、燃料液膜
ができたとしても速やかに気化する。この結果、壁面に
付着した燃料が高温の燃焼ガスによって表面で気化し、
酸素不足で不完全燃焼する量が減ってエミッションが低
減し、また蒸発率が高まることから燃費向上に繋がる。
また、セラミック膜はインジェクタの噴射角未満の面積
しかなく、その面積がほぼ必要最小限のサイズなので、
セラミック膜の断熱効果によってもたらされる熱膨張に
よって吸入ガス量（空気量や混合気量）が低減する心配
がほとんどない。よって、吸入ガス量の低減による出力
低下（燃費悪化）の心配もない。

【００１８】請求項２に記載の発明によれば、インジェ
クタから噴射された燃料噴霧はその噴射角中央部分で液
滴濃度が濃く、ピストンの壁面に付着したときに噴射角
領域の中央部で液膜を作り易い。セラミック膜は、液膜
ができ易いこのインジェクタの噴射角領域の中央部に形
成されているので、燃料液膜がなるべくセラミック膜上
で形成されるようになる。よって、液状燃料の付着量が
減ることになる。

【００１９】請求項３に記載の発明によれば、インジェ
クタの複数の噴孔から燃料が噴射される。各噴孔から噴
射された燃料は、ピストンのキャビティの内周面にその
周方向にほぼ等間隔に点在するセラミック膜を指向し、
ピストン壁面に到達するものの多くはセラミック膜に付
着する。特に液膜を形成し得るほど濃度の濃い部分の液
滴群はセラミック膜に付着する。付着した燃料（液滴）
はセラミック膜上で液膜を形成しようとするが、その気
化促進作用によって、液膜が形成され難く、液膜が形成
されたとしても速やかに気化する。従って、エミッショ
ンの低減および燃費の向上が図られる。

【００２０】請求項４に記載の発明によれば、直噴式ガ
ソリンエンジンでは、ピストンに形成されたキャビティ
を指向してインジェクタから燃料が噴射される。燃料は
セラミック膜上に付着して液膜を形成しようとするが、
セラミック膜の気化促進作用によって、液膜が形成され
難く、液膜が形成されたとしても速やかに気化する。従
って、直噴式ガソリンエンジンのエミッションの低減お
よび燃費の向上が図られる。

【００２１】請求項５に記載の発明によれば、セラミッ
ク膜は気化促進作用を有するので、インジェクタから噴
射された燃料がピストン壁面に付着して液膜を形成しよ
うとしても、液膜が形成され難い。このため、液膜が形
成されたとしてもその液膜面積は、ピストンの金属母材
からなる壁面に燃料が付着したときにできる液膜面積に
比べかなり小さなものとなる。よって、セラミック膜の
面積をほぼ必要最小限にしようとした場合、ピストンの
金属母材からなる壁面に形成される液膜面積より小さな
面積で足りる。そして、このような必要最小限の小さな
面積にすることによって、燃料の蒸発率を高く維持した
まま、その断熱効果による吸入ガス量の低減がより一層
回避される。

【００２２】請求項６に記載の発明によれば、セラミッ
ク膜上に形成される燃料の液膜は、セラミックのもつ気
化促進作用によって、小さな面積に抑えられる。セラミ
ック膜上に燃料の液膜が形成されたとしても、セラミッ
ク膜が噴射角領域の面積の約１／２の面積を有すれば、
液膜はセラミック膜上のみで形成される。そして、液膜
がセラミック膜上のみで形成されるように、セラミック
膜の面積を、噴射角領域の面積の約１／２未満という必
要最小限に抑えることにより、燃料の蒸発率を高く維持
し、しかもセラミックの断熱効果による吸入ガス量の低
減が効果的に回避される。

【００２３】請求項７に記載の発明によれば、セラミッ
ク膜は、ジルコニアもしくはジルコニアを主成分とする
ので、その材料の特性から膜沸騰が起こる温度が高温側
にシフトする。そのため、セラミック膜上では膜沸騰に
より燃料が浮き上がる現象（ライデンフロスト現象）が
起き難くなる。よって、セラミック膜上の燃料の液滴や
液膜との間で広い熱伝達面積が確保され、燃焼室内の高
温下であっても高い気化促進作用が得られる。

【００２４】請求項８に記載の発明によれば、セラミッ
ク膜は溶射膜であるため、その粗い表面粗度によって、
その表面に付着した燃料の液滴や液膜との間の接触面
積、すなわち熱伝達面積が広く確保される。よって、セ
ラミック膜の気化促進作用が向上する。

【００２５】請求項９に記載の発明によれば、インジェ
クタから噴射された燃料は、ピストンの壁面上に点在す
るセラミック膜に当たる。セラミック膜はジルコニアも
しくはジルコニアを主成分とし、燃料の気化を促進させ
る一種の触媒効果を有するので、ピストンに付着した燃
料の気化が促進されてその蒸発率が高められる。セラミ
ック膜は燃料（噴霧）が当たる位置、すなわちピストン
の壁面上に燃料が付着したまま残るようなエリアをカバ
ーできる面積あればよく、点在するのみなので、セラミ
ック膜の断熱効果によって吸入ガス量が低減する心配は
ない。

【００２６】請求項１０に記載の発明によれば、直噴式
エンジンは、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載
のピストンを有するので、請求項１〜請求項９のいずれ
か一項に記載の発明と同様の作用が得られる。

【００２７】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
を具体化した第１の実施形態を図１〜図５を用いて説明
する。

【００２８】図５に示すように、直噴式エンジンとして
のディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１
の各気筒を構成するシリンダ２内にはピストン３が収容
されている。各気筒毎のピストン３はコネクティングロ
ッド４によりクランク軸５に連結されている。シリンダ
ヘッド６には、シリンダ２、ピストン３およびシリンダ
ヘッド６によって形成される燃焼室７内に先端部を突出
させたインジェクタ８が装着されている。

【００２９】インジェクタ８は多孔ノズルであって、本
例では六つの噴孔を有する六噴孔式である。インジェク
タ８は配管９等を通じて燃料噴射ポンプ（図示せず）に
接続されている。インジェクタ８からの燃料の噴射のタ
イミングは、電子制御または機械式制御によってその時
のエンジン回転数やエンジン負荷等のパラメータに応じ
て公知の方法により決められる。本実施形態では、燃料
噴射タイミングは、ピストン３が上死点（ＴＤＣ）付近
のクランク角にあるときに噴射が開始され、その噴射が
所定時間継続された後、上死点を少し過ぎたクランク角
で燃焼が開始される。また、エンジン１には吸気通路１
０と排気通路１１とが接続されている。吸気通路１０が
燃焼室７に繋がる部分には吸気バルブ１２が設けられ、
排気通路１１が燃焼室７に繋がる部分に排気バルブ１３
が設けられている。

【００３０】次にピストン３の構造を図１，図２を用い
て説明する。図１はピストン３の平断面図、図２はピス
トン３の側断面図を示す。ピストン３は頂面中央にキャ
ビティ１６が形成されている。キャビティ１６は底面側
ほど拡開する円周面状の側壁面を有するとともに、底面
中央に突部３ａを有する形状に形成されている。キャビ
ティ１６の内周面側壁には、インジェクタ８の各噴孔か
ら噴射された燃料が当たる位置に、六つのセラミック膜
１７が周方向にほぼ等間隔に形成されている。

【００３１】セラミック膜１７は、本例ではジルコニア
（ＺｒＯ₂）の溶射膜からなり、ピストン３の金属母材
（例えばアルミ合金）に中間層（図示せず）を介して形
成されている。中間層はジルコニア溶射膜と母材との中
間の熱膨張率を有する材料からなり、ジルコニア溶射膜
と母材との密着性を高めるために使用している。セラミ
ック膜１７は、ジルコニア（例えばＹ₂Ｏ₃やＣａＯな
どの安定化剤によって安定化・部分安定化されたものを
含む）からなることに限定されず、ジルコニアを主成分
（例えば５０ｗｔ％以上）とする混合物または化合物で
あってもよい。

【００３２】ジルコニアを使用するのは、例えば特開平
９−８８７４０号公報および特開平９−８８７９４号公
報等に述べられているように、燃料（液滴）が膜沸騰す
る温度を高温側にシフトさせる特性を有するなど、燃料
の気化を促進させる一種の触媒効果を有するからであ
り、セラミック材料の中でも特に高い気化促進作用をも
つからである。また、セラミック膜１７は溶射法（例え
ばプラズマ溶射法）により形成された溶射膜であるの
で、そのバルク中に多数の微細な空隙があり、その表面
粗度は例えば１０〜５０μｍの微細な凹凸をもつ粗いも
のとなっている。

【００３３】本実施形態では、セラミック膜１７は、図
３に示すように、インジェクタ８の噴射角θの領域のほ
ぼ中央部に、噴射角θ未満の領域に相当する面積で形成
されている。セラミック膜１７の面積は、インジェクタ
８から噴射されてキャビティ１６の側壁に付着した多数
の噴霧液滴によって形成される燃料液膜FL（図４を参
照）がセラミック膜１７上のみにおいて形成され得るサ
イズに設定されている。より詳しくは、セラミック膜１
７の面積は、本例では噴射角θの領域に相当する面積の
約１／２の広さになっている。

【００３４】一般に多孔ノズルのインジェクタを備えた
のディーゼルエンジンにおいては、ピストン３の金属母
材の壁面に形成される液膜面積が噴射角θの領域に相当
する面積のおよそ半分程度である。セラミック膜１７上
に燃料液膜が形成される本実施形態では、セラミック
（ジルコニア）のもつ気化促進作用によって液膜面積が
小さく抑えられるので、セラミック膜１７は前記金属母
材上に形成される液膜面積より小さくてよく、噴射角θ
の領域に相当する面積の約１／２以下で足りる。そし
て、セラミック膜１７の面積を必要最小限にとどめるこ
とを目的とし、噴射角θの領域に相当する面積の約１／
２にしている。セラミック膜１７の面積を必要最小限に
とどめるのは、セラミック膜１７の断熱効果によって燃
焼室７が高温になって吸入される空気量が熱膨張により
低減することを防ぎ、エンジン１の出力低下がもたらさ
れることを防ぐためである。

【００３５】図４は、燃料の液膜の成長をセラミック膜
１７の有無でその違いを比較した模式図であり、（ａ）
は本実施形態のセラミック膜１７を形成した場合、
（ｂ）は金属母材（アルミ合金）に燃料の液膜が形成さ
れる場合である。図４（ｂ）に示すように、金属母材に
燃料の液膜が形成されるときは、燃料噴射初期に、噴霧
中で液滴濃度の高い噴射角θの中央部に相当する中央位
置から液膜FLが形成し始め、噴射継続とともに後続の液
滴が次々と液膜FLに吸収されてその中央部から広がるよ
うに液膜FLが成長する。液滴付着初期は燃料が膜沸騰し
て気化が進み難く、液膜が成長してくると、気化熱が奪
われることによって壁面温度が低下するため、気化が進
み難い。そのため、最大液膜サイズ（面積）がかなり大
きいものとなる。

【００３６】これに対し、図４（ａ）に示すように、セ
ラミック膜１７が形成されている場合、燃料噴射初期に
同様に噴射角θの領域中央部に液膜FLが形成される。し
かし、セラミック膜１７はジルコニアからなるので、燃
料が膜沸騰し難い。また、燃料との濡れ性の良さ、粗い
表面粗度による接触面積が広く確保されることなども、
燃料の液滴や液膜の気化を促進させる要因となる。この
ため、図４（ｂ）の場合に比べ、液膜FLの成長速度がか
なり遅くなって、最大液膜サイズ（面積）がかなり小さ
なものとなる。このため、セラミック膜１７の面積を、
金属母材に直接形成される燃料液膜の最大面積よりも狭
くでき、噴射角θの領域に相当する面積の約１／２にす
ることが可能になっている。もちろん、液膜を小さく抑
えられるのであれば、セラミック膜１７の面積を、噴射
角θの領域に相当する面積の約１／２未満にすることも
できる。なお、燃料噴霧中の液滴（噴霧粒子）はセラミ
ック膜１７以外の部位（金属母材上）に付着するが、液
滴状態で液膜にならないものについては直ぐに気化して
残留することがないので、その部位までセラミックで被
覆することはしていない。

【００３７】また、セラミック膜１７の形状を略円形と
している。これは、ピストン３がほぼ上死点のクランク
角に位置するとき、インジェクタ８の各噴孔がそれぞれ
の噴射指向方向においてキャビティ１６の内周面側壁に
対向する。つまり、インジェクタ８から噴射された燃料
は、ピストン３のキャビティ１６の内周面側壁に対して
正面寄り（例えば入射角６０〜１２０度）から当たるこ
とになる。この場合、燃料の液膜は略円形状となるの
で、セラミック膜１７をなるべく小さな面積にするため
に、この液膜形状（略円形）に合わせてセラミック膜１
７の形状も略円形にしている。

【００３８】次にエンジン１の動作を説明する。ピスト
ン３が上死点付近のクランク角の位置にあるとき、イン
ジェクタ８の各噴孔から六方向に燃料が噴射される。各
噴孔から噴射された燃料はピストン３のキャビティ１６
の側壁上に点在する六つのセラミック膜１７をそれぞれ
指向する。各セラミック膜１７は噴射角θの領域の中央
部に位置するため、噴霧中の液滴の濃い部分がセラミッ
ク膜１７に当たる。

【００３９】セラミック膜１７は、次の３つの特徴から
燃料の液滴や液膜FLとの接触面積が広く確保される。
(a) ジルコニアからなり、液滴が壁面から浮き上がる膜
沸騰が起こる壁面温度（表面温度）を高温側にシフトで
き、通常、直噴式のディーゼルエンジン１の燃焼室７の
壁面温度と言われる約３００℃程度では、セラミック膜
１７上で燃料が膜沸騰しないなど、燃料を気化促進させ
る一種の触媒効果を有すること。(b) セラミック膜１７
の表面粗度が粗いこと。(c) 酸化物であるために燃料と
の濡れ性がよいこと。これらの理由で、液滴や液膜との
接触面積を稼ぎ、熱伝達面積が広く確保される。

【００４０】また、セラミック膜１７は気化を促進する
効果があり、セラミック膜１７上の液滴や液膜の気化が
促進される。よって、セラミック膜１７上には液膜が形
成され難く、液膜が形成されたとしても小さく抑えられ
る。つまり、ピストン３の壁面に付着した燃料の蒸発率
が高くなり、エミッションが低減するとともに、燃費の
向上に繋がる。

【００４１】以上詳述したように本実施形態によれば、
以下の効果が得られる。（１）インジェクタ８から噴射された燃料が当たる位置
に、その噴射角θの領域中央部に、噴射角θの領域に相
当する面積の約１／２というほぼ必要最小限の面積のセ
ラミック膜１７を形成したので、ピストン３の壁面に付
着した燃料の蒸発率を高め、エミッションの低減および
燃費の向上を実現させることができる。また、セラミッ
ク膜１７の面積を必要最小限にとどめたので、セラミッ
ク膜１７による断熱効果を最小限に抑えることができ、
熱膨張が原因で吸入空気量が低減することによるエンジ
ン１の出力低下を回避できる。

【００４２】（２）セラミック膜１７を、ジルコニアの
溶射膜としたので、膜沸騰が起こる温度の高温側へのシ
フト、表面粗さ、燃料との濡れ性の良さなどの理由か
ら、液滴や液膜との熱伝達面積を広く確保でき、その気
化促進作用を著しく高めることができる。

【００４３】（３）セラミック膜１７の気化促進作用に
よって、セラミック膜１７上に形成される燃料の液膜の
最大面積を小さく抑えることができるので、セラミック
膜１７に要求される必要最小限の面積を小さくできる。
よって、セラミック膜１７の断熱効果による吸入空気量
の低減をより一層小さく抑えることができる。

【００４４】（４）セラミック膜１７の形状を液膜形状
に合わせた略円形状にしたので、セラミック膜１７に要
求される必要最小限の面積を小さくでき、セラミック膜
１７の断熱効果による吸入空気量の低減をより一層小さ
く抑えることができる。

【００４５】（５）多噴孔ノズルのインジェクタ８を備
えたディーゼルエンジン１において適用したので、燃料
の液膜形成面積が単噴孔ノズルのものに比べて小さくで
き、セラミック膜１７で覆われる面積比率を少しでも小
さくできる。

【００４６】（第２の実施形態）次に本発明を具体化し
た第２の実施形態を図６，図７に従って説明する。この
実施形態は、直噴式（筒内噴射式）のガソリンエンジン
に適用した例である。

【００４７】図６に示すように、直噴式エンジンとして
の筒内噴射式のガソリンエンジン（以下、単にエンジン
という）２１には、各気筒を構成するシリンダ２２内に
ピストン２３が収容されている。シリンダ２２、ピスト
ン２３およびシリンダヘッド２４によって燃焼室２５が
形成される。エンジン２１に接続された吸気通路２６が
燃焼室２５に繋がる部分には吸気バルブ２７が設けら
れ、エンジン２１に接続された排気通路２８が燃焼室２
５に繋がる部分には排気バルブ２９が設けられている。

【００４８】インジェクタ３０は、吸気側に配置され、
シリンダ２２の中心に対して所定角度（例えば５０〜６
０°）傾いて燃焼室２５に先端部を突出させた状態でシ
リンダヘッド２４に装着されている。

【００４９】ピストン２３の冠面は、図７に示すよう
に、上面から見て吸気側に略ハート型のキャビティ（凹
み）３１が形成されている。インジェクタ３０はキャビ
ティ３１の底面上の外周寄り所定位置を指向し、インジ
ェクタ３０から噴射された燃料はキャビティ３１内の空
間部に溜まるようになっている。インジェクタ３０の噴
射タイミングは、圧縮行程後期の点火プラグ３２の点火
直前に設定されている。噴霧された燃料は、スワール流
に乗ってキャビティ３１の中を一方向旋回し、略ハート
型の頂点の部分で燃焼室２５の中央に押し出されて点火
プラグ３２によって点火される。

【００５０】図６，図７に示すように、ピストン２３の
キャビティ３１の底面には、セラミック膜３３が、イン
ジェクタ３０から噴射された燃料が当たる位置に、その
噴射角θの領域の中央部に、噴射角θ未満の面積で形成
されている。セラミック膜３３は、前記第１の実施形態
と同様に、ジルコニアの溶射膜からなる。その材質は、
ジルコニアを主成分とする混合物または化合物とするこ
ともできる。

【００５１】燃料はスワール流が発生することなどもあ
って気化し易く、セラミック膜３３の面積は、噴射角θ
の領域に相当する面積の約１／２にしている。セラミッ
ク膜３３の面積を必要最小限に制限するのは、セラミッ
クの断熱効果によって燃焼室温度が高くなり、熱膨張に
って吸入される空気量が減ることを防ぐためである。

【００５２】この実施形態によれば、次の効果が得られ
る。（６）筒内噴射式のガソリンエンジン２１において、
ピストン２３の冠面に形成されたキャビティ３１の底面
上に、燃料（噴霧）が当たる位置にセラミック膜３３を
形成したので、ピストン２３に付着した燃料の気化を促
進し、蒸発率を高くできる。しかもセラミック膜３３の
面積を噴射角θ未満の面積、特に噴射角θの領域に相当
する面積の約１／２という必要最小限に制限したので、
吸入空気量の低減の心配もない。よって、筒内噴射式の
ガソリンエンジン２１において、エミッションの低減お
よび燃費の向上を実現できる。

【００５３】（第３の実施形態）次に本発明を具体化し
た第３の実施形態を図８，図９に従って説明する。この
実施形態は、直噴式（筒内噴射式）のガソリンエンジン
において、主噴射に先だって少量の燃料を噴射するパイ
ロット制御を実施した例である。

【００５４】図８に示すように、直噴式エンジンとして
の筒内噴射式のガソリンエンジン（以下、単にエンジン
という）２１には、各気筒を構成するシリンダ２２内に
ピストン３５が収容されている。シリンダ２２、ピスト
ン３５およびシリンダヘッド２４によって燃焼室２５が
形成される。吸気通路２６が燃焼室２５に繋がる部分に
は吸気バルブ２７が設けられ、排気通路２８が燃焼室２
５に繋がる部分には排気バルブ２９（図９に図示）が設
けられている。

【００５５】図８，図９に示すように、ピストン３５の
冠面には、その中央よりやや排気側に偏位してキャビテ
ィ（凹み）３５ａが形成され、そのトップランド３５ｂ
は吸気側において広くなっている。トップランド３５ｂ
には吸気側部位におけるリップ部分にセラミック膜３６
が形成されている。

【００５６】インジェクタ３０は、気筒中心に位置して
シリンダヘッド２４に装着されている。本実施形態で
は、インジェクタ３０からの燃料の噴射は、主噴射と、
主噴射に先だって少量の燃料を噴射するパイロット噴射
との二回実施される。主噴射のタイミングは、その時々
のエンジンの運転状態から決まり、ほぼ上死点付近のク
ランク角において実行される。

【００５７】一方、パイロット噴射のタイミングは、ピ
ストン３５が上死点に達するときのクランク角より早い
時期に設定され、詳しくはピストン３５が上死点に近づ
たときに発生するスキッシュ流の発生時期、もしくはこ
の発生時期より少し早いタイミングに設定されている。
よって、ピストン３５が上死点に達する前にパイロット
噴射は原則として完了する。

【００５８】インジェクタ３０の噴孔から噴射される燃
料の噴射指向方向は、パイロット噴射時期の位置（図８
における実線の位置）にあるときのピストン３５に対
し、図８に示すようにトップランド３５ｂ上のセラミッ
ク膜３６を指向するように設定されている。つまり、イ
ンジェクタ３０の噴孔の噴射指向角度が、同図に示すよ
うにシリンダ２２の軸線に対して所定角度（例えば２０
〜５０°）だけ吸気側に傾いて設定されている。

【００５９】点火プラグ３２は、セラミック膜３６を指
向して噴射されてトップランド３５ｂの表面付近に存在
するパイロット噴射の燃料が、ピストン３５が上死点に
接近する際に発生するスキッシュ流によって押し出され
る方向の下流側に、その先端の点火部を位置させる状態
でシリンダヘッド２４に装着されている。点火プラグ３
２は、主噴射とパイロット噴射ごとに１回ずつ点火され
る。パイロット噴射のときの点火タイミングは、スキッ
シュ流によって押し出された燃料Ｆｇが点火プラグ３２
の点火部に到達したタイミングに設定されている。な
お、パイロット噴射のタイミングは、パイロット噴射の
燃料の点火の後に主噴射が実行されるように、主噴射の
タイミングを基に決められる。

【００６０】セラミック膜３６は、図８，図９に示すよ
うにインジェクタ３０から噴射された燃料が当たる位置
に、その噴射角θの領域のほぼ中央部に、噴射角θ未満
の面積で形成されている。セラミック膜３６は、前記第
１及び第２の実施形態と同様に、ジルコニアの溶射膜か
らなる。但し、その材質はジルコニアを主成分とする混
合物または化合物とすることもできる。

【００６１】セラミック膜３６の面積は、噴射角θの領
域（噴射角θの噴射域がトップランド３５ｂと交差する
面領域）に相当する面積の約１／２にしている。セラミ
ック膜３６の面積を必要最小限に制限することで、セラ
ミックの断熱効果によって燃焼室温度が高くなり、熱膨
張にって吸入される空気量が減ることを防いでいる。

【００６２】以上のように構成された直噴式のガソリン
エンジン２１では、ピストン３５が上死点に達する前の
図８に実線で示す位置にある所定時期にまずパイロット
噴射がトップランド３５ｂ上のセラミック膜３６を指向
して実行される。このとき燃料の噴射角θの中央部に燃
料の液膜が形成されることがあるが、そのような液膜は
セラミック膜３６上に形成されるため、セラミック膜３
６の気化促進作用によって速やかに気化する。

【００６３】セラミック膜３６を指向して実行されたパ
イロット噴射の燃料は、トップランド３５ｂの表面付近
（特にリップ付近）に存在する。ピストン３５が図８の
鎖線位置まで上昇したとき、トップランド３５ｂの表面
付近に存在する燃料Ｆｇは、スキッシュ流によって点火
プラグ３２の点火部に向かって押し出される。燃料Ｆｇ
が点火プラグ３２の点火部に到達したところで点火プラ
グ３２が点火され、燃料Ｆｇがキャビティ３５ａ内で燃
焼する。

【００６４】こうして高温になったキャビティ３５ａ内
に主噴射が実行される。このため、主噴射された燃料の
気化が促進される。そして、点火プラグ３２が点火され
ると、燃料はほぼ完全燃焼に近い状態で燃焼する。

【００６５】セラミック膜３６を指向して噴射されたト
ップランド３５ｂのリップ付近の燃料は、気筒の周縁側
から押し出されてくる空気（スキッシュ流）によってそ
のほぼ全てが押し出され、トップランド３５ｂの表面付
近にほとんど残らない。また、トップランド３５ｂの幅
が噴射指向先側で広くなっていてセラミック膜３６付近
で押し出されるガス量が多いことと、燃料Ｆｇがスキッ
シュ流が強くなるリップ付近に存在することから、燃料
Ｆｇは強いスキッシュ流によって確実に点火プラグ３２
の点火部まで運ばれる。

【００６６】この実施形態によれば、次の効果が得られ
る。（７）直噴式のガソリンエンジン２１において、ピスト
ン３５のトップランド３５ｂにセラミック膜３６を形成
するとともに、セラミック膜３６を指向したパイロット
噴射の燃料をスキッシュ流を利用して点火プラグ３２の
点火部に送るようにし、その燃焼によって主噴射の噴射
域であるキャビティ３５ａ内を効果的に予熱（高温化）
できる。よって、主噴射された燃料の気化促進を図れ、
エミッションの低減および燃費の向上を実現できる。

【００６７】その他、雰囲気温度が低い段階で実行され
るパイロット噴射の指向先にセラミック膜３６を設けた
ことにより、前記第２の実施形態で述べた前記（６）の
効果が同様に得られる。

【００６８】なお、実施形態は、上記に限定されず以下
のように変更してもよい。 ○ 筒内噴射式のガソリンエンジンにおいて、ピストン
の冠面形状は前記第２の実施形態に限定されない。例え
ば図１０に示す筒内噴射式のガソリンエンジン４１のよ
うに直立吸気ポート４２を備え、吸気バルブ４３の開弁
によって直立吸気ポート４２から吸入された空気を、タ
ンブル流（縦方向の渦流）が形成されるように案内する
ため、冠面が湾曲頂面形状に形成されたピストン４４に
おいて実施することもできる。ピストン４４の湾曲頂面
にはインジェクタ４５の噴射指向先に相当する部位にキ
ャビティ（凹み）４６が形成され、キャビティ４６を指
向して噴射された燃料（噴霧）はタンブル流によって点
火プラグ４７に運ばれる。キャビティ４６の底面（内周
面）には、燃料が当たる位置に、インジェクタ４５の噴
射角θの中央部に位置し、セラミック膜４８が、噴射角
θ未満の面積、より詳しくは噴射角θの領域に相当する
面積の約１／２の面積にて形成されている。セラミック
膜４８はジルコニアの溶射膜からなるが、ジルコニアを
主成分とする混合物または化合物とすることもできる。
この構成によっても、前記第２の実施形態と同様の効果
が得られる。

【００６９】○ セラミック膜の位置は、インジェクタ
の噴射指向角度、噴射時期、噴射期間などの条件に応じ
て、燃料の当たる位置ならばピストンの壁面上のどの位
置であってもよい。例えば主噴射に先立って少量の燃料
を噴射するパイロット噴射を行う燃料噴射制御が採用さ
れた直噴式エンジンにおいて、パイロット噴射した燃料
の当たる位置にその噴射角未満の面積でセラミック膜
（ジルコニア溶射膜）を形成した構成とすることもで
き、例えばピストンのトップランドにセラミック膜を形
成してもよい。

【００７０】○ セラミック膜の面積は、噴射角未満の
面積であれば適宜のサイズにすることができる。例えば
燃料の液膜をカバーし切れないような液膜面積より狭い
ものであってもよい。この場合、液膜のうちセラミック
膜１７上に形成された部分については気化が促進される
ので、一応の効果は得られる。

【００７１】○ セラミック膜は略円形状に限定されな
い。燃料噴射期間にピストン３の位置が変化することに
よって燃料の当たる位置が変化し、またエンジン回転数
等によって燃料の噴射タイミングが異なって燃料の当た
る位置が変化するので、これらの要因を考慮してセラミ
ック膜の形状を決めるようにしてもよい。例えば前記第
１の実施形態において、キャビティの内周面においてピ
ストン３の軸線方向に延びる楕円形状などとしてもよ
い。

【００７２】○ セラミック膜１７の材料はジルコニア
もしくはジルコニアを主成分にすることに限定されな
い。例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、シリカ（Ｓｉ
Ｏ₂）、マグネシア（ＭｇＯ）、イットリア（Ｙ
₂Ｏ₃）またはこれらを主成分とする化合物などを使用
してもよい。その他のセラミック材料を使用しても、溶
射膜であること、酸化物であることを満たせば、気化促
進効果は得られる。また、酸化物以外の例えば炭化物や
窒化物、硼化物などセラミック材料であっても、母材の
金属面のままの場合よりも気化促進効果は得られる。ま
た、母材と同じ材料や母材と異なる金属材料からなる溶
射膜を形成し、燃料の付着するエリアの表面粗度を粗く
することにより、燃料の気化促進効果を図ることもでき
る。

【００７３】○ セラミック膜１７，３５，４８の面積
は、インジェクタの噴射角θの領域に相当する面積の約
１／２以下には限定されない。セラミック膜は必要範囲
でなるべく狭くすることが望ましいが、インジェクタと
ピストンとの組付誤差などを考慮して少し広めにしてお
いてもよい。例えば噴射角θ未満の面積であれば、セラ
ミック膜の断熱もさほど影響を与えない。さらにセラミ
ック膜の断熱効果の程度はその面積に依存するが、例え
ば噴射角θが小さい場合は、噴射角θの領域より少し広
くしても、セラミック膜が燃焼室の内壁全面積に占める
割合は小さくなるので、このような場合は、セラミック
膜を噴射角θの領域より少し広い面積とすることができ
る。

【００７４】○ セラミック膜の形成方法は溶射法に限
定されない。その他の物理蒸着法（ＰＶＤ）や化学蒸着
法（ＣＶＤ）によってセラミック膜を形成しても構わな
い。例えば溶射法に比べて緻密な膜が形成されてその粗
度が小さくても構わない。また、セラミック板をピスト
ンの母材に接合させることによりセラミック膜を形成し
てもよい。

【００７５】○ インジェクタ８の噴孔数は適宜変更す
ることができる。例えば五噴孔タイプであってもよい。
また、単噴孔タイプのインジェクタを使用した直噴式デ
ィーゼルエンジンにおいて実施することもできる。

【００７６】○ 燃料は軽油やガソリンに限定されな
い。例えば植物性燃料を使用する直噴式エンジンにおい
て実施することもできる。次に、前記各実施形態及び別
例から把握できる請求項に記載した発明以外の技術的思
想について、それらの効果と共に以下に記載する。

【００７７】（１）直噴式エンジンのピストンにおい
て、インジェクタから噴射された燃料の当たる位置にだ
け気化促進膜が形成されている。この構成によれば、ピ
ストンに到達した燃料は気化促進膜上に付着し、気化促
進膜によってその気化が促進される。ピストンの壁面に
付着した燃料の蒸発率を高め、エミッションの低減およ
び燃費の向上を実現できる。また、気化促進膜が燃料の
当たる位置にだけ形成されているので、気化促進膜の材
料や形成の手間が少なくて済む。

【００７８】（２）前記（１）において、前記気化促進
膜は、金属溶射膜である。この構成によれば、溶射膜で
あることから、その表面粗度が粗く、燃料の液滴や液膜
との接触面積（熱伝達面積）が広く確保されるので、気
化促進作用が得られる。

【００７９】（３）請求項１、２、５〜１０のいずれか
において、直噴式のガソリンエンジンのピストンであっ
て、キャビティの回りのトップランドに、少なくともイ
ンジェクタから噴射された燃料が当たる位置にセラミッ
ク膜が形成されている。この構成によれば、トップラン
ドを指向して噴射した燃料をスキッシュ流を利用して点
火プラグの点火部に送るようにした直噴式のガソリンエ
ンジンにおいて、燃料の蒸発率を高め、エミッションの
低減および燃費の向上を実現できる。

【００８０】（４）直噴式のガソリンエンジンにおい
て、キャビティの回りのトップランドに、少なくともイ
ンジェクタから噴射された燃料が当たる位置に気化促進
膜が形成されているピストンと、前記インジェクタから
噴射されて前記トップランドの表面付近に存在する燃料
が、前記ピストンが上死点に近づいたときに発生するス
キッシュ流によって運ばれる方向の下流側に点火部が位
置するように設けられた点火プラグと、前記ピストンが
上死点に達する前に前記インジェクタからの燃料の噴射
を完了し得る所定時期に燃料噴射するように燃料の噴射
制御を行う燃料噴射制御手段とを備える。なお、気化促
進膜はセラミック膜３６により構成される。この構成に
よれば、スキッシュ流を利用して燃料を点火プラグの点
火部に送ることにより、直噴式のガソリンエンジンを実
現できる。また、ピストンのトップランドに付着した燃
料はセラミック膜の気化促進作用によって速やかに気化
され、燃料の蒸発率を高めてエミッションの低減および
燃費の向上を実現できる。

【００８１】（５）前記（３）又は（４）において、前
記気化促進膜は前記ピストンのトップランドのリップ部
分に形成されている。この構成によれば、強いスキッシ
ュ流によって燃料を点火プラグの点火部まで確実に運ぶ
ことができる。

【００８２】（６）請求項１〜７，９，１０及び前記
（３）〜（５）のいずれかにおいて、前記セラミック膜
の材料は、酸化物である。この構成によれば、セラミッ
ク膜は酸化物からなるので、非酸化物材料に比べ燃料と
の濡れ性がよく、高い気化促進作用を得ることができ
る。

【００８３】（７）請求項７及び前記（３）〜（５）の
いずれかにおいて、前記セラミック膜は、前記噴射角の
領域の面積の約１／２である。この構成によれば、通常
の直噴式エンジンであればほぼどのような場合でもセラ
ミック膜上においてのみ燃料の液膜を形成させることが
できる。

【００８４】（８）直噴式エンジン用のピストンにおい
て、インジェクタから噴射された燃料が当たる位置に、
酸化物からなるセラミック膜が点在している。この構成
によれば、セラミック膜は酸化物であって燃料との濡れ
性がよいので、燃料との間で広い接触面積（熱伝達面
積）が確保され、気化促進作用を高くできる。

【００８５】（９）請求項７又は９及び前記（３）〜
（５）のいずれかにおいて、前記セラミック膜はジルコ
ニアからなる。この構成によれば、燃料の高い気化促進
作用が得られる。なお、ここでいうジルコニアとは、ジ
ルコニアを安定化または部分安定化させるために添加さ
れる安定化剤（例えばＹ₂Ｏ₃、ＣａＯ）は含むものと
する。

【００８６】（１０）請求項１〜１０及び前記（６）〜
（９）のいずれかにおいて、前記セラミック膜は、前記
インジェクタから噴射された燃料が前記ピストンの壁面
に当たって形成される液膜の形状に応じた形状を有して
いる。この構成によれば、セラミク膜が燃料の液膜の形
状に応じた形状を有しているので、セラミック膜を必要
最小限の面積にすることができ、セラミック膜の断熱に
よる吸入ガス量の低減を回避し易い。

【００８７】（１１）前記（１０）において、インジェ
クタの噴孔とその噴射指向方向において対向する前記ピ
ストンの壁面上に前記セラミック膜が形成されており、
前記セラミック膜は略円形を有する。この構成によれ
ば、インジェクタの噴孔とその噴射指向方向においてセ
ラミック膜が対向し、燃料噴霧がセラミック膜に対して
ほぼ正面から当たり、このとき略円形の燃料液膜ができ
るので、セラミック膜を液膜に応じた略円形とすること
で、セラミック膜を小面積にすることができる。

【００８８】（１２）請求項１，２，５〜１０及び前記
（１),（２),（６）〜（１１）のいずれかにおいて、前
記直噴式エンジンはディーゼルエンジンである。ディー
ゼルエンジンに使用される燃料は気化し難いので、ディ
ーゼルエンジンに適用することで大きな効果が期待でき
る。

【００８９】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１及び請求項
１０に記載の発明によれば、ピストンにインジェクタか
ら噴射された燃料が当たる位置に噴射角未満の面積でセ
ラミック膜を形成したので、セラミックのもつ気化促進
作用によって燃料の蒸発率を高め、エミッションの低減
および燃費の向上を実現できる。

【００９０】請求項２及び請求項１０に記載の発明によ
れば、セラミック膜を噴射角領域の中央部に位置させた
ので、噴霧の濃度の濃い部分がセラミック膜に当たるよ
うになって、ピストン壁面上に燃料の液膜を形成され難
くすることができる。よって、エミッションの低減およ
び燃費の向上を一層図り易くなる。

【００９１】請求項３及び請求項１０に記載の発明によ
れば、請求項１〜３のいずれかの発明の効果に加え、イ
ンジェクタの複数の噴孔から噴射される燃料が当たる位
置ごとにセラミック膜を点在させたので、セラミック膜
一つ当たりに付着する燃料量が減って、燃料の液膜をほ
ぼ無いに等しい状態にすることができる。

【００９２】請求項４及び請求項１０に記載の発明によ
れば、直噴式ガソリンエンジンにおいて、ピストンのキ
ャビティ上のセラミック膜に燃料を付着させることによ
りその蒸発率を高め、エミッションの低減および燃費の
向上を実現できる。

【００９３】請求項５及び請求項１０に記載の発明によ
れば、セラミック膜のもつ気化促進作用によって燃料の
液膜面積を小さくできることから、ピストンの金属母材
からなる壁面上に形成される燃料の液膜面積よりセラミ
ック膜の面積を小さくしたので、セラミック膜の断熱効
果による吸入ガス量の低減を一層抑え易い。

【００９４】請求項６及び請求項１０に記載の発明によ
れば、セラミック膜を噴射角の領域の面積の約１／２未
満の面積としたので、セラミック膜の断熱効果による吸
入ガス量の低減を効果的に抑えることができる。

【００９５】請求項７及び請求項１０に記載の発明によ
れば、セラミック膜は、ジルコニアもしくはジルコニア
を主成分とするので、その材料の特性から燃焼室内の高
温化でも膜沸騰を抑え、高い気化促進作用を得ることが
できる。

【００９６】請求項８及び請求項１０に記載の発明によ
れば、セラミック膜は溶射膜であるので、その粗い表面
粗度から熱伝達面積を広く確保でき、高い気化促進作用
を得ることができる。

【００９７】請求項９及び請求項１０に記載の発明によ
れば、インジェクタから噴射された燃料はピストンの壁
面上に点在するジルコニアもしくはジルコニアを主成分
とするセラミック膜に当たって気化促進されるので、燃
料の蒸発率を高め、エミッションの低減および燃費の向
上を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態におけるピストンの平断面図。

【図２】ピストンの側断面図。

【図３】セラミック膜と噴射角との関係を示す模式平面
図。

【図４】液膜成長過程を示す模式図であり、（ａ）はセ
ラミック膜があるもの、（ｂ）はセラミック膜がないも
のである。

【図５】ディーゼルエンジンの一部破断側面図。

【図６】第２の実施形態におけるガソリンエンジンの部
分側断面図。

【図７】ピストンの平面図。

【図８】第３の実施形態におけるガソリンエンジンの部
分側断面図。

【図９】ピストンの平面図。

【図１０】別例のガソリンエンジンの部分側断面図。

【符号の説明】

１…直噴式エンジンとしてのディーゼルエンジン、３，
２３，４４…ピストン、８…インジェクタ、１６，３
１，３５ａ，４６…キャビティ、１７，３３，３６，４
８…セラミック膜、２１，４１…直噴式エンジンとして
のガソリンエンジン、３５ｂ…トップランド、θ…噴射
角。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤天愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者草野弘揮愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者佐味弘之愛知県名古屋市天白区久方２丁目12番地１豊田工業大学内 (72)発明者高野孝義愛知県名古屋市天白区久方２丁目12番地１豊田工業大学内Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA04 AB03 AB05 AC05 AD02 AD08 AD09 AD14 AE04 AE07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インジェクタから噴射された燃料が当た
る位置に、該インジェクタの噴射角未満の面積でセラミ
ック膜が形成されている直噴式エンジン用のピストン。
【請求項２】前記セラミック膜は前記インジェクタの
噴射角の領域のほぼ中央部に位置している請求項１に記
載の直噴式エンジン用のピストン。
【請求項３】前記インジェクタが複数の噴孔を有して
いる直噴式ディーゼルエンジンのピストンであって、頂面に形成されたキャビティの内周面には、前記噴孔と
同数の前記セラミック膜が、該各噴孔から噴射された燃
料が当たる位置に点在するように周方向にほぼ等間隔に
形成されている請求項１又は請求項２に記載の直噴式エ
ンジン用のピストン。
【請求項４】前記インジェクタから噴射された燃料の
噴射指向先に相当する位置にキャビティが形成されてい
る直噴式ガソリンエンジンのピストンであって、前記キャビティの内周面には、前記インジェクタから噴
射された燃料が当たる位置に、前記セラミック膜が形成
されている請求項１又は請求項２に記載の直噴式エンジ
ン用のピストン。
【請求項５】前記セラミック膜は、前記インジェクタ
から噴射された燃料が前記ピストンの金属母材からなる
壁面に付着してできる液膜面積よりも小さな面積に形成
されている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の
直噴式エンジン用のピストン。
【請求項６】前記セラミック膜は、前記噴射角の領域
に相当する面積の約１／２未満の面積を有する請求項１
〜請求項５のいずれか一項に記載の直噴式エンジン用の
ピストン。
【請求項７】前記セラミック膜は、ジルコニアもしく
はジルコニアを主成分とする材料からなる請求項１〜請
求項６のいずれか一項に記載の直噴式エンジン用のピス
トン。
【請求項８】前記セラミック膜は、溶射膜である請求
項１〜請求項７のいずれか一項に記載の直噴式エンジン
用のピストン。
【請求項９】インジェクタから噴射された燃料が当た
る位置に、金属母材に溶射されたジルコニアもしくはジ
ルコニアを主成分とするセラミック膜が点在している直
噴式エンジン用のピストン。
【請求項１０】請求項１〜請求項９のいずれか一項に
記載の前記ピストンを有する直噴式エンジン。