JP2000008858A - Direct injection engine and its piston - Google Patents

Direct injection engine and its piston

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JP2000008858A
JP2000008858A JP10170271A JP17027198A JP2000008858A JP 2000008858 A JP2000008858 A JP 2000008858A JP 10170271 A JP10170271 A JP 10170271A JP 17027198 A JP17027198 A JP 17027198A JP 2000008858 A JP2000008858 A JP 2000008858A
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injection
fuel
piston
injector
film
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Japanese (ja)
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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
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Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress discharging of emission of HC or the like, in a direct injection engine performing fuel injection executing pilot injection prior to main injection. SOLUTION: Six ceramic films 33 are formed in a peripheral direction at almost equal intervals in a position hit by fuel injected from six nozzles of an injector 8, in a lip part of a top land 3b in a piston 3 of a direct injection diesel engine. The ceramic film 33 has vaporization promoting action, pilot injection is executed to be directed to the ceramic film 33. The injection timing thereof is set to the timing moving vaporized fuel in the vicinity of the nozzle of the injector self ignited in this spot by a squish flow strengthened when the piston 3 approaches the top dead center. Vaporized fuel (including also liquid drop) existing in the vicinity of a surface of the top land 3b flows into a cavity 3a by a squish flow, to generate concentric combustion in the cavity 3a. Consequently, a high temperature is generated in an injection region of main injection.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、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などの燃料
噴射が、ピストンのトップランドを指向して実行される
直噴式エンジン及びそのピストンに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct injection engine in which fuel injection, such as pilot injection, which injects a small amount of fuel prior to main injection, is directed toward a top land of a piston, and a piston thereof. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ディーゼルエンジンでは主噴射を
行う前に予め少量の燃料を噴射するパイロット噴射の研
究が盛んである。パイロット噴射により主噴射に先立っ
て少量の燃料を噴射し、一度燃料噴射を中断し、その燃
料が着火状態になったところで本格的な燃料噴射(主噴
射)を行うものである。着火遅れ期間中の燃料噴射量の
減少により予混合燃焼が減少し、NOx および騒音の低
減に効果がある。
2. Description of the Related Art In recent years, research on pilot injection in which a small amount of fuel is injected before a main injection in a diesel engine has been actively conducted. The pilot injection injects a small amount of fuel prior to the main injection, suspends the fuel injection once, and performs full-scale fuel injection (main injection) when the fuel is ignited. The decrease in fuel injection amount during the ignition delay period reduces premixed combustion, which is effective in reducing NOx and noise.

【0003】同時にパイロット噴射による燃焼により、
燃焼室の雰囲気温度が上昇する。これにより、主噴射に
より噴射された燃料の気化が促進され、HC等のエミッ
ション排出が抑制される。
At the same time, combustion by pilot injection
The ambient temperature of the combustion chamber increases. Thereby, the vaporization of the fuel injected by the main injection is promoted, and the emission of HC and the like is suppressed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、パイロット
噴射のタイミングは、一般的に上死点前で、雰囲気温度
が高くない。そのため、図12(a)に示すように、イ
ンジェクタ51から噴射されたパイロット噴射による燃
料は、気化し難く、燃焼室25の壁面、例えばピストン
53の壁面にまで到達し、付着し易いという問題があっ
た。よって、図12(b)に示すように、燃焼したとき
にピストン53の壁面に付着した燃料が不完全燃焼にな
ってエミッションの原因になるという問題があった。
However, the pilot injection timing is generally before the top dead center and the ambient temperature is not high. For this reason, as shown in FIG. 12A, the fuel injected by the pilot injection injected from the injector 51 hardly vaporizes, reaches the wall surface of the combustion chamber 25, for example, the wall surface of the piston 53, and easily attaches. there were. Therefore, as shown in FIG. 12 (b), there is a problem that the fuel adhered to the wall surface of the piston 53 during combustion becomes incomplete combustion and causes emission.

【0005】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、HC等のエミッションの
排出を抑制できる直噴式エンジン及びそのピストンを提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a direct injection engine and a piston thereof which can suppress emission of HC and the like.

【0006】[0006]

【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、直噴式エンジンには、上
面にキャビティを有し、トップランドにおける少なくと
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
から前記気化促進膜を指向して噴射した燃料が、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
によって燃焼前に前記トップランドから前記キャビティ
側へ押し出されることが可能なタイミングで、前記気化
促進膜を指向する前記インジェクタから燃料噴射を実行
する燃料噴射制御装置とが備えられている。
According to the first aspect of the present invention, a direct injection engine has a cavity on an upper surface, and a fuel injected from at least an injector in a top land is applied to the top land. A piston having a vaporization promoting film formed at a position thereof, and fuel injected from the injector toward the vaporization promoting film is subjected to the squish flow generated when the piston approaches the top dead center before the top is burned. There is provided a fuel injection control device for executing fuel injection from the injector directed to the vaporization promoting film at a timing at which the fuel can be pushed out from the land to the cavity side.

【0007】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、前記気化促進膜を指向して実行され
る前記燃料噴射は、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であって、前記燃料噴射制御装置
は、前記パイロット噴射の燃料が少なくとも燃焼開始
後、前記インジェクタの噴射方向が前記キャビティ内を
指向し得るタイミングで、燃料の主噴射を実行すること
をその要旨とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the fuel injection executed in a direction directed to the vaporization promoting film is a pilot injection for injecting a small amount of fuel prior to the main injection. The gist of the invention is that the fuel injection control device executes the main injection of the fuel at a timing at which the injection direction of the injector can be directed in the cavity after at least the fuel of the pilot injection starts burning. .

【0008】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。請求項4に記載の発明では、請求項2又は請求項3
に記載の発明において、前記直噴式エンジンはディーゼ
ルエンジンであって、前記パイロット噴射は、その噴射
された燃料が前記トップランド付近からスキッシュ流に
よって前記キャビティ内に流れ込んでから自己着火し得
るタイミングで実行されることをその要旨とする。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the vaporization promoting film is formed on a lip portion of a top land of the piston. According to the invention described in claim 4, according to claim 2 or claim 3,
In the invention described in the above, the direct injection engine is a diesel engine, and the pilot injection is performed at a timing when the injected fuel can flow into the cavity by squish flow from the vicinity of the top land and then self-ignite. The gist is that it is done.

【0009】請求項5記載の発明では、請求項2〜請求
項4のいずれか一項に記載の発明において、前記インジ
ェクタは、ほぼ上死点で実行される前記主噴射が前記キ
ャビティの側壁を指向し得る噴射指向角度に設定され、
前記パイロット噴射は、該インジェクタから前噴射指向
記角度で噴射された燃料が前記ピストンのトップランド
上の前記気化促進膜を指向し得るタイミングで実行され
ることをその要旨とする。
In the invention described in claim 5, in the invention described in any one of claims 2 to 4, the injector is configured such that the main injection, which is executed substantially at a top dead center, forms a side wall of the cavity. It is set to an injection directional angle that can be directed,
The gist of the invention is that the pilot injection is executed at a timing at which fuel injected from the injector at a pre-injection directivity angle can be directed to the vaporization promoting film on the top land of the piston.

【0010】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、前記気化
促進膜は、セラミック膜であることをその要旨とする。
請求項7に記載の発明では、請求項6に記載の発明にお
いて、前記インジェクタは複数の噴孔を有しており、前
記トップランドには、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の当たる位置に周方
向にほぼ等間隔に点在している。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the gist is that the vaporization promoting film is a ceramic film.
In the invention according to claim 7, in the invention according to claim 6, the injector has a plurality of injection holes, and the same number of the ceramic films as the injection holes are provided on the top land. It is scattered at substantially equal intervals in the circumferential direction at the position where the fuel injected from the injection hole hits.

【0011】請求項8に記載の発明では、請求項6又は
請求項7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溶射膜で
ある。
According to the invention described in claim 8, in the invention described in claim 6 or claim 7, the ceramic film is
Zirconia or a thermal spray coating containing zirconia as a main component.

【0012】請求項9に記載の発明では、請求項6〜請
求項8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、前記ピストンの前記トップランドにおいて
前記インジェクタの噴射角未満の領域に形成されてい
る。
According to a ninth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the sixth to eighth aspects, the ceramic film is formed in a region of the top land of the piston less than the injection angle of the injector. Is formed.

【0013】請求項10に記載の発明では、ピストン
は、請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の構造を
備えている。 (作用)従って、請求項1に記載の発明によれば、燃料
噴射制御装置により噴射時期になると、インジェクタか
ら燃料が噴射される。燃料はピストンのトップランド上
の気化促進膜を指向して噴射される。気化促進膜に燃料
の一部が付着しても、その気化促進作用によって燃料は
速やかに気化する。噴射された燃料は、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キャ
ビティ側へ運ばれ、キャビティ内で集中的に燃焼する。
According to a tenth aspect of the present invention, the piston has the structure according to any one of the first to ninth aspects. (Operation) Therefore, according to the first aspect of the invention, when the fuel injection control device reaches the injection timing, the fuel is injected from the injector. Fuel is injected toward the vaporization enhancing film on the top land of the piston. Even if a part of the fuel adheres to the vaporization promoting film, the fuel is quickly vaporized by the vaporization promoting action. The injected fuel is carried to the cavity side by the squish flow generated when the piston approaches the top dead center, and burns intensively in the cavity.

【0014】請求項2に記載の発明によれば、インジェ
クタからピストンのトップランド上の気化促進膜を指向
してパイロット噴射が実行される。気化促進膜に燃料が
付着しても速やかに気化する。ピストンが上死点に近づ
いてトップランドの表面にスキッシュ流が強くなると、
トップランドの表面近くの燃料(気化燃料や噴霧液滴)
がトップランドからキャビティ側に押し出される。そし
て、燃料が自己着火あるいは点火されると、燃料はキャ
ビティ内で集中的に燃焼する。よって、主噴射の噴射域
であるキャビティ内が局所的に高温化される。その後、
燃料噴射制御装置により燃料の主噴射がキャビティ内の
高温域に向かって実行され、主噴射の燃料の気化・燃焼
が一気に進む。
According to the second aspect of the present invention, the pilot injection is executed from the injector toward the vaporization promoting film on the top land of the piston. Even if fuel adheres to the vaporization promoting film, it is vaporized quickly. When the piston approaches the top dead center and the squish flow becomes stronger on the topland surface,
Fuel near the surface of the topland (vaporized fuel or spray droplets)
Is extruded from the top land to the cavity side. When the fuel self-ignites or ignites, the fuel burns intensively in the cavity. Therefore, the inside of the cavity which is the injection region of the main injection is locally heated. afterwards,
The main injection of the fuel is executed by the fuel injection control device toward the high temperature region in the cavity, and the vaporization and combustion of the fuel of the main injection progresses at a stretch.

【0015】請求項3に記載の発明によれば、トップラ
ンドのリップ部分には強いスキッシュ流が発生する。イ
ンジェクタから気化促進膜を指向して噴射された燃料は
リップ部分の強いスキッシュ流によってトップランドか
らキャビティ内に一気に送り込まれる。また、強いスキ
ッシュ流によって燃料の気化が促進される。
According to the third aspect of the invention, a strong squish flow is generated at the lip portion of the top land. The fuel injected from the injector toward the vaporization promoting film is sent from the top land into the cavity at once by a strong squish flow at the lip portion. Further, the vaporization of the fuel is promoted by the strong squish flow.

【0016】請求項4に記載の発明によれば、パイロッ
ト噴射された燃料は、トップランド付近からスキッシュ
流によってキャビティ内に流れ込んでから自己着火す
る。このため、主噴射の噴射域が高温になる。例えばエ
ンジンが低温始動性を確保する設計であると、スキッシ
ュ流によって燃料がキャビティ側に押し出されてから燃
料を自己着火させるためには、パイロット噴射の時期を
上死点側に遅らせる必要がある。この場合、パイロット
噴射時のインジェクタとピストンとの距離が短くなって
トップランドに燃料が付着し易くなるが、気化促進膜に
よって付着した燃料の気化が促進されるので、ピストン
のトップランドに燃料が付着したまま残る心配はあまり
ない。
According to the fourth aspect of the invention, the pilot injected fuel flows into the cavity from the vicinity of the top land by the squish flow and then self-ignites. For this reason, the temperature of the injection region of the main injection becomes high. For example, if the engine is designed to ensure low temperature startability, it is necessary to delay the timing of pilot injection to the top dead center side in order to self-ignite the fuel after the fuel is pushed out to the cavity side by the squish flow. In this case, the distance between the injector and the piston at the time of the pilot injection is shortened, so that the fuel easily adheres to the top land.However, the vaporization of the adhered fuel is promoted by the vaporization promoting film. There is not much worry about sticking.

【0017】請求項5に記載の発明によれば、ほぼ上死
点で実行される主噴射がキャビティの側壁を指向し得る
噴射指向角度に設定されたインジェクタから、燃料をト
ップランド上の気化促進膜を指向して噴射できるタイミ
ングにパイロット噴射の実行時期が設定される。パイロ
ット噴射された燃料は、スキッシュ流によってトップラ
ンドからキャビティ内に流れ込んで自己着火する。
According to the fifth aspect of the present invention, the fuel is vaporized on the top land from the injector whose injection angle is set such that the main injection executed substantially at the top dead center is directed to the side wall of the cavity. The execution timing of the pilot injection is set to the timing at which the injection can be directed toward the film. The fuel injected by the pilot flows into the cavity from the top land by the squish flow and self-ignites.

【0018】請求項6に記載の発明によれば、気化促進
膜はセラミック膜であるので、燃料が気化するときに熱
が奪われても金属に比べて冷え難いので、高い燃料の気
化促進作用が得られる。
According to the sixth aspect of the present invention, since the vaporization promoting film is a ceramic film, even if heat is taken away when the fuel is vaporized, it is difficult to cool as compared with a metal, so that a high fuel vaporization promoting effect is obtained. Is obtained.

【0019】請求項7に記載の発明によれば、インジェ
クタの複数の噴孔から噴射された燃料は、噴孔と同数で
トップランド上に点在する各気化促進膜に当たる。気化
促進膜がセラミック膜であっても必要部分に点在させる
ことによって、その面積がほぼ必要最小限で済み、セラ
ミックのもつ断熱効果による吸入空気量の熱膨張による
低減が極力抑えられる。
According to the present invention, the fuel injected from the plurality of injection holes of the injector impinges on the respective vaporization promoting films scattered on the top land in the same number as the injection holes. Even if the vaporization accelerating film is a ceramic film, it is scattered in a necessary portion, so that the area thereof is almost required to be a minimum, and the reduction of the intake air amount due to the thermal expansion due to the heat insulating effect of the ceramic is suppressed as much as possible.

【0020】請求項8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(ライデンフロスト現
象)の起こる温度をより高い温度にシフトでき、膜沸騰
による燃料のセラミック面からの浮き上がり現象を抑え
るなど、高い燃料の気化促進作用が得られる。また、溶
射膜であるので、その表面粗度が粗く、燃料の液滴や液
膜との接触面積、すなわち熱伝達面積が広く確保される
ため、高い燃料の気化促進作用が得られる。また、衝突
後にはねかえって飛散する噴霧が少ない。
According to the eighth aspect of the present invention, since the ceramic film contains zirconia or zirconia as a main component, the temperature at which film boiling (Leidenfrost phenomenon) occurs can be shifted to a higher temperature due to the characteristics of the material. In addition, a high fuel vaporization promoting effect can be obtained, for example, by suppressing the phenomenon of fuel floating from the ceramic surface due to film boiling. Further, since the thermal spray coating is used, the surface roughness is large, and the contact area between the fuel droplet and the liquid film, that is, the heat transfer area is widened, so that a high fuel vaporization promoting action can be obtained. In addition, there is little spray that scatters after the collision.

【0021】請求項9に記載の発明によれば、セラミッ
ク膜は、ピストンのトップランドにおいてインジェクタ
の噴射角未満の領域に形成されているので、セラミック
膜の形成面積をなるべく小さく制限して、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る吸入空気
量の低減が極力抑えられる。
According to the ninth aspect of the present invention, since the ceramic film is formed in a region less than the injection angle of the injector on the top land of the piston, the area for forming the ceramic film is limited as small as possible. Reduction of the amount of intake air due to thermal expansion caused by the heat insulating effect of the membrane is suppressed as much as possible.

【0022】請求項10に記載の発明によれば、直噴式
ディーゼルエンジンは、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。
According to the tenth aspect of the present invention, a direct-injection diesel engine has the piston according to any one of the first to ninth aspects. The same effect as the invention described in one aspect is obtained.

【0023】[0023]

【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8を用いて説明
する。
(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0024】図8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。
As shown in FIG. 8, a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 1 as a direct injection type engine is provided.
A piston 3 is accommodated in a cylinder 2 constituting each cylinder. A piston 3 for each cylinder is connected to a crankshaft 5 by a connecting rod 4. The cylinder head 6 is provided with an injector 8 having a distal end projecting into a combustion chamber 7 formed by the cylinder 2, the piston 3 and the cylinder head 6.

【0025】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を通じてコモンレール(図7に示す)10
に接続されている。また、エンジン1には吸気通路11
と排気通路12とが接続されている。吸気通路11が燃
焼室7に繋がる部分には吸気バルブ13が設けられ、排
気通路12が燃焼室7に繋がる部分に排気バルブ14が
設けられている。
The injector 8 is a multi-hole nozzle, and in this embodiment, is a six-hole type having six nozzles. An injector 8 is connected to a common rail 10 (shown in FIG.
It is connected to the. The engine 1 has an intake passage 11.
And the exhaust passage 12 are connected. An intake valve 13 is provided at a portion where the intake passage 11 is connected to the combustion chamber 7, and an exhaust valve 14 is provided at a portion where the exhaust passage 12 is connected to the combustion chamber 7.

【0026】図7は、本実施形態で採用するコモンレー
ル式の燃料噴射制御装置17を示す。燃料噴射制御装置
17は、インジェクタ8と、燃料を高圧に蓄えるコモン
レール10と、コモンレール10に燃料を圧送するため
の高圧サプライポンプ18と、ECU(エレクトリック
・コントロール・ユニット)19などを備える。
FIG. 7 shows a common rail type fuel injection control device 17 employed in this embodiment. The fuel injection control device 17 includes an injector 8, a common rail 10 for storing fuel at high pressure, a high-pressure supply pump 18 for pumping fuel to the common rail 10, and an ECU (Electric Control Unit) 19.

【0027】高圧サプライポンプ18へはフィードポン
プ20が燃料タンク21から吸い上げた燃料が圧送され
る。高圧サプライポンプ18はエンジン1の出力によっ
て回転するカム22と、該カム22に当接するピストン
23とを備え、ピストン23がエンジン運転時に昇降運
動することによってコモンレール10に対して燃料が圧
送される。コモンレール10にはその内部に蓄えられた
燃料の圧力(以下、燃料圧という)を検出する圧力セン
サ24が取付けられている。ECU19が圧力センサ2
4により検出された検出値に基づいて高圧サプライポン
プ18に設けられた電磁弁25を励消磁制御することに
より、コモンレール10内の燃料圧が予め決められた設
定圧となるように調節される。
The fuel pumped by the feed pump 20 from the fuel tank 21 is pumped to the high-pressure supply pump 18. The high-pressure supply pump 18 includes a cam 22 that rotates by the output of the engine 1, and a piston 23 that contacts the cam 22, and the piston 23 moves up and down during operation of the engine to feed fuel to the common rail 10 under pressure. The common rail 10 is provided with a pressure sensor 24 for detecting the pressure of fuel stored inside (hereinafter referred to as fuel pressure). ECU 19 is pressure sensor 2
By controlling the solenoid valve 25 provided in the high-pressure supply pump 18 based on the detection value detected by the step 4, the fuel pressure in the common rail 10 is adjusted to a predetermined set pressure.

【0028】インジェクタ8はECU19により励消磁
制御される三方電磁弁26を備える。三方電磁弁26が
消磁されたときの位置に配置されているときは、コモン
レール10内の燃料圧によって油圧ピストン27が押し
下げられて下降位置に保持され、スプール弁28が閉弁
位置に配置され、ノズル8aの各噴孔からの燃料の噴射
が止められる。三方電磁弁26が励磁されたときの位置
に配置されているときは、コモンレール10内の燃料圧
が油圧ピストン27に作用しなくなって油圧ピストン2
7が上昇位置に復帰し、スプール弁28が開弁位置に配
置され、コモンレール10からの燃料が油路29を通っ
てノズル8aの各噴孔から噴射される。
The injector 8 includes a three-way solenoid valve 26 that is controlled to be demagnetized by the ECU 19. When the three-way solenoid valve 26 is arranged at the position where it was demagnetized, the hydraulic piston 27 is pushed down by the fuel pressure in the common rail 10 and held at the lowered position, and the spool valve 28 is arranged at the closed position. Fuel injection from each nozzle hole of the nozzle 8a is stopped. When the three-way solenoid valve 26 is located at the position where it was excited, the fuel pressure in the common rail 10 no longer acts on the hydraulic piston 27 and the hydraulic piston 2
7 returns to the raised position, the spool valve 28 is arranged at the valve open position, and fuel from the common rail 10 is injected from each injection hole of the nozzle 8a through the oil passage 29.

【0029】ECU19には、気筒判別センサ30、エ
ンジン回転数センサ31、アクセルセンサ32などが接
続され、これら各センサ30〜32等により得られた検
出値(気筒判別、エンジン回転数、カム角度、エンジン
負荷等)に基づいて次サイクルで燃料噴射の対象とすべ
き気筒の決定、その気筒のインジェクタ8に対する燃料
噴射時期および燃料噴射時間の演算を行う。本実施形態
では、主噴射に先立って少量の燃料を噴射するパイロッ
ト噴射を実行する燃料噴射制御が行われ、パイロット噴
射と主噴射のそれぞれについて燃料噴射時期および燃料
噴射時間が演算される。なお、燃料噴射時間によって燃
料噴射量が決まる。
The ECU 19 is connected to a cylinder discriminating sensor 30, an engine speed sensor 31, an accelerator sensor 32, and the like. Detection values (cylinder discriminating, engine speed, cam angle, Based on the engine load, the cylinder to be subjected to fuel injection in the next cycle is determined, and the fuel injection timing and fuel injection time for the injector 8 of the cylinder are calculated. In the present embodiment, fuel injection control for executing a pilot injection for injecting a small amount of fuel is performed prior to the main injection, and the fuel injection timing and the fuel injection time are calculated for each of the pilot injection and the main injection. The fuel injection amount is determined by the fuel injection time.

【0030】本実施形態では、パイロット噴射によって
噴射された燃料が、ピストン3が上死点に近づいてスキ
ッシュ流が発生してから、主噴射の実行前までに自己着
火するタイミングとなるように、従来エンジンに比べ、
パイロット噴射の時期をより上死点寄りのクランク角に
遅らせている。このようにパイロット噴射の時期を遅ら
せたとき、インジェクタ8の各噴孔から噴射される少量
の燃料の噴射指向先が、ピストン3のキャビティ3a周
りにできたトップランド3b(図1,図2等を参照)の
リップ部分となるように、インジェクタ8の各噴孔の噴
射指向角度が設定されている(図5(a)を参照)。こ
こで、リップ部分とは、トップランド3b上におけるキ
ャビティ3aの周縁部分を指し、特に本例ではピストン
上昇時にある程度の強さのスキッシュ流の起こる領域を
指している。例えばトップランド3bの幅に対して内周
寄り半分の領域を指す。
In this embodiment, the fuel injected by the pilot injection is self-ignited before the main injection is performed after the piston 3 approaches the top dead center and a squish flow is generated, and before the main injection is performed. Compared to conventional engines,
The timing of the pilot injection is delayed to a crank angle closer to the top dead center. When the pilot injection timing is delayed in this way, the injection destination of a small amount of fuel injected from each injection hole of the injector 8 is directed to the top land 3b formed around the cavity 3a of the piston 3 (FIGS. 1, 2 and the like). (See FIG. 5A) so that the injection directional angle of each injection hole of the injector 8 is set so as to form a lip portion. Here, the lip portion refers to a peripheral portion of the cavity 3a on the top land 3b, and particularly in this example refers to a region where a squish flow having a certain strength occurs when the piston is raised. For example, it indicates a half area closer to the inner circumference with respect to the width of the top land 3b.

【0031】主噴射のタイミングは、ピストン3がほぼ
上死点に位置するクランク角の時期に実行されるように
設定されている。インジェクタ8の各噴孔が指向する噴
射指向角度が前記の条件を満たして設定されていると
き、主噴射による燃料の噴射指向方向がキャビティの内
部、特に本例ではキャビティ3aの側壁を指向するよう
になる(図6(b)を参照)。このように設定されたパ
イロット噴射と主噴射の各噴射タイミングが実現される
ように、その時々のエンジン回転数に応じた適切な噴射
時期がECU19により演算されるようになっている。
The timing of the main injection is set so as to be executed at a crank angle when the piston 3 is located substantially at the top dead center. When the injection directional angle of each injection hole of the injector 8 is set so as to satisfy the above condition, the injection directional direction of the fuel by the main injection is directed to the inside of the cavity, in particular, to the side wall of the cavity 3a in this example. (See FIG. 6B). The ECU 19 calculates an appropriate injection timing according to the engine speed at each time so that the injection timings of the pilot injection and the main injection set as described above are realized.

【0032】図1はピストン3の平面図、図2はピスト
ン3の側断面を示す。図1,図2に示すように、ピスト
ン3の上面(頂面)中央部にはキャビティ3aが形成さ
れている。ピストン3のキャビティ3a周りの上面を形
成するトップランド3aには、インジェクタ8のノズル
8aに形成された六つの噴孔からパイロット噴射された
それぞれの燃料の当たる位置に、気化促進膜としての六
つのセラミック膜33がそれぞれ形成されている。本実
施形態では、インジェクタ8の噴孔と同数(六つ)のセ
ラミック膜33が、ピストン3のトップランド3bのリ
ップ部分に、その周方向にほぼ等間隔に点在するように
形成されている。
FIG. 1 is a plan view of the piston 3, and FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, a cavity 3 a is formed at the center of the upper surface (top surface) of the piston 3. The top land 3a forming the upper surface around the cavity 3a of the piston 3 has six fuel injection holes formed in the nozzle 8a of the injector 8 at positions corresponding to the respective fuels pilot-injected from the six injection holes. Each of the ceramic films 33 is formed. In the present embodiment, the same number (six) of the ceramic films 33 as the number of the injection holes of the injector 8 are formed on the lip portion of the top land 3b of the piston 3 so as to be scattered at substantially equal intervals in the circumferential direction. .

【0033】セラミック膜33は、本例ではジルコニア
(ZrO2 )の溶射膜であり、ピストン3の母材(例え
ばアルミ合金)に中間層(図示せず)を介して形成され
たものである。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33は、ジルコニア(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。
The ceramic film 33 is a sprayed film of zirconia (ZrO 2 ) in this embodiment, and is formed on the base material (for example, aluminum alloy) of the piston 3 via an intermediate layer (not shown). The intermediate layer is made of a material having a thermal expansion coefficient intermediate between that of the zirconia sprayed film and the base material, and is used to increase the adhesion between the zirconia sprayed film and the base material. The ceramic film 33 is not limited to being made of zirconia (including those stabilized and partially stabilized), and may be a mixture or a compound containing zirconia as a main component (for example, 50 wt% or more).

【0034】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有
するからである。また、セラミック膜33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。
The use of zirconia shifts the temperature at which fuel (droplets) undergoes film boiling to a higher temperature, as described in, for example, JP-A-9-88740 and JP-A-9-88794. This is because it has a property of promoting the vaporization among the ceramic materials. Further, since the ceramic film 33 is a sprayed film formed by a thermal spraying method (for example, a plasma spraying method), there are many fine voids in its bulk, and its surface roughness has fine irregularities of, for example, 10 to 50 μm. It is rough.

【0035】本実施形態では、セラミック膜33は、図
3に示すように、インジェクタ8の各噴孔からパイロッ
ト噴射される燃料の噴射角θの領域のほぼ中央部に、噴
射角θ未満の面積にて形成されている。セラミック膜3
3の面積は、パイロット噴射された際にピストン3の上
面に多数の噴霧液滴によって形成される燃料液膜FLのほ
ぼ全てがセラミック膜33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
33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。セラミック膜33の面
積を必要最小限に制限するのは、セラミック膜33の断
熱効果に起因する燃焼室7の高温化によって、吸入空気
量が熱膨張によって減ってエンジン1の出力低下がもた
らされることを防ぐためである。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the ceramic film 33 has an area smaller than the injection angle θ substantially at the center of the area of the injection angle θ of the fuel that is pilot-injected from each injection hole of the injector 8. Is formed. Ceramic membrane 3
The area of 3 is set to such a size that almost all of the fuel liquid film FL formed by a large number of spray droplets on the upper surface of the piston 3 upon pilot injection can be formed only on the ceramic film 33. More specifically, in this example, the area of the ceramic film 33 is about の of the area corresponding to the region of the injection angle θ. The reason why the area of the ceramic film 33 is limited to a necessary minimum is that the temperature of the combustion chamber 7 is increased due to the heat insulating effect of the ceramic film 33, so that the amount of intake air is reduced due to thermal expansion and the output of the engine 1 is reduced. It is to prevent.

【0036】セラミック膜33をここまで小さくできる
のは、気化促進作用を有するためである。図4は、燃料
の液膜の成長の仕方を示した図であり、(a)は本実施
形態のセラミック膜33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、燃料噴射初期に噴射角θの領域中央
部から液膜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。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。
The reason why the ceramic film 33 can be made so small is that it has a vaporization promoting action. 4A and 4B are diagrams showing a method of growing a fuel liquid film. FIG. 4A shows a case where the ceramic film 33 of the present embodiment is formed, and FIG. 4B shows a case where the fuel liquid film is formed on a metal base material (aluminum alloy). This is the case where a film is formed. As shown in FIG. 4 (b), when a liquid film of the fuel is formed on the metal base material, a liquid film FL starts to be formed from the center of the area of the injection angle θ at the beginning of the fuel injection, and the subsequent injection continues. The liquid film FL grows so that the liquid droplets are successively absorbed by the liquid film FL and spread from the center. Therefore, the maximum liquid film size (area) becomes considerably large.

【0037】これに対し、図4(a)に示すように、セ
ラミック膜33が形成されている場合は、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、噴
射継続とともに液膜FLが同様に成長はするが、セラミッ
ク膜33に付着した燃料は図4(b)の場合に比べて気
化が促進されて、液膜FLの成長速度が遅くなる。このた
め、最大液膜サイズ(面積)が、セラミック膜33のな
い母材に直接液膜が形成される場合に比べ、かなり小さ
なものとなる。このことから、必要なセラミック膜33
の面積が、その気化促進特性に起因する液膜の成長抑制
作用から小さくできる。このため、セラミック膜33の
面積を噴射角θの領域に相当する面積の約1/2にした
ことは、セラミック膜33の無い従来のピストンにおい
てその母材に直接形成される燃料液膜の最大面積よりも
狭い面積となっている。なお、セラミック膜33の面積
は、前記噴射角θの領域に相当する面積の約1/2に限
定されない。
On the other hand, as shown in FIG. 4A, when the ceramic film 33 is formed, the liquid film FL is similarly formed at the center of the injection angle θ region at the beginning of the fuel injection, and the fuel film FL is formed. As the liquid film FL continues to grow, the fuel attached to the ceramic film 33 is further vaporized and the growth rate of the liquid film FL becomes slower than in the case of FIG. 4B. For this reason, the maximum liquid film size (area) is considerably smaller than when a liquid film is formed directly on the base material without the ceramic film 33. From this, the necessary ceramic film 33
Can be reduced due to the effect of suppressing the growth of the liquid film due to its vaporization promoting characteristics. For this reason, making the area of the ceramic film 33 approximately 1 / of the area corresponding to the region of the injection angle θ means that the conventional piston without the ceramic film 33 has a maximum fuel liquid film directly formed on its base material. The area is smaller than the area. Note that the area of the ceramic film 33 is not limited to about の of the area corresponding to the area of the injection angle θ.

【0038】次にエンジン1の動作を説明する。図5
(a)に示すように、パイロット噴射Jp は、ピストン
3が上死点に近づいた所定時期にそのトップランド3b
上のセラミック膜33を指向して実行される。パイロッ
ト噴射された燃料のうちピストン3の壁面に付着して液
膜を形成することになる液滴は、全てトップランド3b
上のセラミック膜33に付着する。
Next, the operation of the engine 1 will be described. FIG.
As shown in (a), the pilot injection Jp changes its top land 3b at a predetermined time when the piston 3 approaches the top dead center.
The process is performed with the upper ceramic film 33 directed. Among the fuel injected by the pilot, droplets that adhere to the wall surface of the piston 3 to form a liquid film are all formed on the top land 3b.
It adheres to the upper ceramic film 33.

【0039】セラミック膜33は、(a) ジルコニアから
なり、燃料液滴の膜沸騰(ライデンフロスト現象)が起
こる壁面温度が高温側にシフトし、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3
00℃程度では膜沸騰しないこと、(b) セラミック膜3
3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などを理由に、付着した液滴や多
数の液滴によって形成された液膜との接触面積、つまり
熱伝達面積が広く確保される。そのため、セラミック膜
33に付着した燃料の液滴および液膜の気化が促進され
る。
The ceramic film 33 is made of (a) zirconia, the wall temperature at which film boiling of fuel droplets (Leidenfrost phenomenon) occurs shifts to a high temperature side, and the temperature of the combustion chamber 7 of the direct injection diesel engine 1 is usually increased. About 3 which is called wall temperature
The film does not boil at about 00 ° C. (B) Ceramic film 3
(3) The contact area with the liquid film formed by adhering droplets or a large number of droplets, because of the rough surface roughness of (3) and the good wettability with fuel because it is an oxide That is, a large heat transfer area is secured. Therefore, the vaporization of the fuel droplets and the liquid film attached to the ceramic film 33 is promoted.

【0040】パイロット噴射時期は、主噴射がキャビテ
ィ3aの側壁を指向するように設定された同じインジェ
クタ8の各噴孔から噴射される燃料がピストン3のトッ
プランド3bのリップ部分を指向するようになった時期
に設定されている。
The pilot injection timing is set so that the fuel injected from each injection hole of the same injector 8 set so that the main injection is directed to the side wall of the cavity 3a is directed to the lip portion of the top land 3b of the piston 3. It is set at the time when it became.

【0041】よって、パイロット噴射されてトップラン
ド3bの表面付近に存在(滞留)する気化燃料(噴霧液
滴も含む)FGは、図5(b)に示すようにスキッシュ流
(同図における矢印)Sによって、トップランド3bの
表面付近からキャビティ3a内へ流れ込む。また、セラ
ミック膜33に付着した燃料の気化がスキッシュ流Sに
よっても促進される。
Therefore, the vaporized fuel (including the spray droplets) FG that is pilot-injected and stays (resides) near the surface of the top land 3b is a squish flow (arrow in FIG. 5) as shown in FIG. By S, it flows into the cavity 3a from near the surface of the top land 3b. Further, the vaporization of the fuel attached to the ceramic film 33 is also promoted by the squish flow S.

【0042】そして、気化燃料FGはキャビティ3aに流
れ込んでから、キャビティ3a内のインジェクタ8のノ
ズル近傍で自己着火する。その結果、図6(a)に示す
ようにパイロット噴射された燃料はその大部分がキャビ
ティ3aの内部で集中的に燃焼する。従来エンジンでは
低温始動性を確保するための設計(スキッシュ流が発生
する前に自己着火する圧縮比となるような設計)となっ
ているため、パイロット噴射された燃料がスキッシュ流
が強くなる前に自己着火していたため、気筒の径方向に
広範囲な燃焼となり、シリンダの壁面から熱を奪われ易
いうえ、熱が広範囲に分散して、主噴射の噴射域の高温
化を図り難かった。これに対し、この実施形態では、低
温始動性を確保する設計がなされていても、燃焼がキャ
ビティ3a内部に集中するので、主噴射の噴射域、すな
わちインジェクタ8のノズル8aの近傍に従来にも増し
て高温な高温域が作り出される。
After the vaporized fuel FG flows into the cavity 3a, it self-ignites near the nozzle of the injector 8 in the cavity 3a. As a result, most of the pilot-injected fuel burns intensively inside the cavity 3a as shown in FIG. 6A. Conventional engines are designed to ensure low-temperature startability (designed to have a compression ratio that causes self-ignition before squish flow occurs). Due to the self-ignition, a wide range of combustion occurred in the radial direction of the cylinder, and heat was easily taken away from the cylinder wall surface. In addition, the heat was dispersed over a wide range, making it difficult to raise the temperature of the injection region of the main injection. On the other hand, in this embodiment, even if a design that ensures low-temperature startability is made, combustion concentrates inside the cavity 3a, so that the injection region of the main injection, that is, the vicinity of the nozzle 8a of the injector 8 is conventionally used. An even higher temperature zone is created.

【0043】このとき、スキッシュ流Sによって気化燃
料FGがキャビティ3a内に流れ込んだときの気流によっ
て空気とよく混合される。よって、自己着火した燃料は
ほぼ完全燃焼する。
At this time, the vaporized fuel FG is well mixed with the air by the gas flow when it flows into the cavity 3a by the squish flow S. Therefore, the self-ignited fuel burns almost completely.

【0044】そして、図6(b)に示すように、ピスト
ン3がほぼ上死点のクランク角に位置するときに高温化
された高温領域内にインジェクタ8から燃料の主噴射J
m が実行される。主噴射された燃料(噴霧液滴)は一気
に気化し、気筒内のほぼ中央部分(軸心付近)において
その燃焼が一気に進む。このため、大きな爆発力が瞬発
的に得られ、エンジン1のクランク軸5から大きな出力
が得られるので、燃費が向上することになる。
Then, as shown in FIG. 6B, when the piston 3 is located at a crank angle substantially at the top dead center, the fuel 8 is injected from the injector 8 into the high-temperature region where the temperature is increased.
m is executed. The main-injected fuel (spray droplets) is vaporized at a stretch, and its combustion proceeds at a burst at a substantially central portion (near the axis) in the cylinder. For this reason, a large explosive power is obtained instantaneously, and a large output is obtained from the crankshaft 5 of the engine 1, so that fuel efficiency is improved.

【0045】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)ピストン3のトップランド3bのリップ部分に形
成したセラミック膜33を指向してパイロット噴射をす
るとともに、パイロット噴射の時期をその噴射された燃
料がスキッシュ流が強くなってから自己着火するタイミ
ングとなるようにした。よって、セラミック膜33に付
着した燃料は直ちに気化し、燃料の壁面に付着したまま
の燃焼に起因するエミッションを増やさず、パイロット
噴射の燃料をスキッシュ流によりキャビティ3a内に流
し込んでからキャビティ3a内で集中的に燃焼させるこ
とができる。その結果、主噴射の噴射域であるインジェ
クタ8の近傍を従来エンジンに比べさらに高温化でき
る。従って、主噴射された燃料を気筒中央部分で一気に
燃焼させることができ、しかもシリンダ2の壁面から熱
も奪われ難いので、燃費を向上させることができる。
As described in detail above, according to the present embodiment,
The following effects can be obtained. (1) Pilot injection is performed by directing the ceramic film 33 formed on the lip portion of the top land 3b of the piston 3 and the timing of the pilot injection is determined such that the injected fuel becomes self-ignited after the squish flow becomes strong. It was made to become. Therefore, the fuel adhering to the ceramic film 33 is immediately vaporized and the fuel of the pilot injection is flown into the cavity 3a by the squish flow without increasing the emission caused by the combustion remaining on the wall surface of the fuel, and then is injected into the cavity 3a. Can be intensively burned. As a result, the temperature in the vicinity of the injector 8, which is the injection region of the main injection, can be further increased as compared with the conventional engine. Therefore, the main injected fuel can be burned at once in the central portion of the cylinder, and heat is hardly taken off from the wall surface of the cylinder 2, so that fuel efficiency can be improved.

【0046】(2)セラミック膜33をトップランド3
bのうちスキッシュ流が強く発生するリップ部分に形成
したので、セラミック膜33を指向して噴射された燃料
をより多くキャビティ3a内に流し込むことができ、主
噴射の噴射域であるインジェクタ8の近傍をより高温化
できる。
(2) The ceramic film 33 is placed on the top land 3
Since b is formed at the lip portion where the squish flow is strongly generated, more fuel injected toward the ceramic film 33 can flow into the cavity 3a, and the vicinity of the injector 8 which is the injection region of the main injection Can be heated to a higher temperature.

【0047】(3)セラミック膜33の気化促進作用に
よって付着した燃料は直ぐに気化し、しかもスキッシュ
流によってキャビティ3a内で燃料と空気がよく混合さ
れるので、HC等のエミッションが増えることがない。
(3) The fuel adhering due to the vaporization promoting action of the ceramic film 33 is immediately vaporized, and the fuel and the air are well mixed in the cavity 3a by the squish flow, so that the emission of HC and the like does not increase.

【0048】(4)セラミック膜33をジルコニアの溶
射膜としたので、その材料のもつ膜沸騰の起こる温度の
高温化、表面粗さ、燃料との濡れ性の良さなどの複数の
理由から、液滴および液膜との熱伝達面積を広く確保で
き、その気化促進効果を顕著に高くすることができる。
(4) Since the ceramic film 33 is a zirconia sprayed film, the liquid is used for a plurality of reasons such as a high temperature at which film boiling occurs, surface roughness, and good wettability with fuel. A large heat transfer area between the droplet and the liquid film can be secured, and the effect of promoting vaporization can be significantly increased.

【0049】(5)セラミック膜33の形成域をインジ
ェクタ8の噴孔の噴射角未満のほぼ必要最小限の範囲に
限定したので、セラミック膜33による断熱効果を抑え
て熱膨張による吸入空気量の低下を極力抑えることがで
きる。特に本例では、セラミック膜33の面積を、イン
ジェクタ8の噴孔から噴射される燃料の噴射角θに相当
する面積の約1/2としたので、吸入空気量の低下を一
層抑え易い。よって、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。
(5) Since the formation area of the ceramic film 33 is limited to a substantially necessary minimum range smaller than the injection angle of the injection hole of the injector 8, the heat insulation effect of the ceramic film 33 is suppressed and the intake air amount due to thermal expansion is reduced. The decrease can be minimized. In particular, in this example, the area of the ceramic film 33 is set to about の of the area corresponding to the injection angle θ of the fuel injected from the injection hole of the injector 8, so that the reduction in the intake air amount can be more easily suppressed. Therefore, it is possible to avoid a decrease in the output of the engine 1 due to a decrease in the amount of intake air due to thermal expansion.

【0050】(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9,図10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。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is an example in which pilot control for injecting a small amount of fuel prior to main injection is performed in a direct injection (in-cylinder injection) gasoline engine.

【0051】図9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)41には、各気筒を構成するシリンダ42内に
ピストン43が収容されている。シリンダ42、ピスト
ン43およびシリンダヘッド44によって燃焼室45が
形成される。吸気通路46が燃焼室45に繋がる部分に
は吸気バルブ47が設けられ、排気通路48が燃焼室4
5に繋がる部分には排気バルブ49(図10に図示)が
設けられている。
As shown in FIG. 9, in a direct injection type gasoline engine (hereinafter simply referred to as an engine) 41 as a direct injection type engine, a piston 43 is housed in a cylinder 42 constituting each cylinder. A combustion chamber 45 is formed by the cylinder 42, the piston 43, and the cylinder head 44. An intake valve 47 is provided at a portion where the intake passage 46 is connected to the combustion chamber 45, and the exhaust passage 48 is connected to the combustion chamber 4.
An exhaust valve 49 (shown in FIG. 10) is provided in a portion connected to 5.

【0052】図9,図10に示すように、ピストン43
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)43aが形成され、そのトップランド43
bは吸気側において広くなっている。トップランド43
bには吸気側部位におけるリップ部分にセラミック膜5
0が形成されている。
As shown in FIG. 9 and FIG.
A cavity (depression) 43a is formed in the crown surface of the top land 43 so as to be slightly displaced from the center toward the exhaust side.
b is wider on the intake side. Topland 43
b shows a ceramic film 5 on the lip portion on the intake side.
0 is formed.

【0053】インジェクタ51は、気筒中心に位置して
シリンダヘッド44に装着されている。本実施形態で
は、インジェクタ51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。
The injector 51 is mounted on the cylinder head 44 at the center of the cylinder. In the present embodiment, the injection of the fuel from the injector 51 includes a main injection,
Prior to the main injection, it is performed twice with a pilot injection that injects a small amount of fuel. The timing of the main injection is determined from the operating state of the engine at each time, and is executed at a crank angle substantially near the top dead center.

【0054】一方、パイロット噴射のタイミングは、ピ
ストン43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43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43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。
On the other hand, the timing of the pilot injection is set earlier than the crank angle at which the piston 43 reaches the top dead center, and more specifically, the generation of a squish flow generated when the piston 43 approaches the top dead center. The timing is set to a timing or a timing slightly earlier than this occurrence timing.
Therefore, the pilot injection is completed in principle before the piston 43 reaches the top dead center.

【0055】インジェクタ51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9
における実線の位置)にあるときのピストン43に対
し、図9に示すようにトップランド43b上のセラミッ
ク膜50を指向するように設定されている。つまり、イ
ンジェクタ51の噴孔の噴射指向角度が、同図に示すよ
うにシリンダ42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。
The direction of fuel injection from the injection hole of the injector 51 is determined by the position of the pilot injection timing (FIG. 9).
The position is set so that the ceramic film 50 on the top land 43b is directed to the piston 43 when the piston 43 is at the position indicated by the solid line in FIG. That is, the injection directivity angle of the injection hole of the injector 51 is set to a predetermined angle (for example, 20 degrees) with respect to the axis of the cylinder 42 as shown in FIG.
(.About.50 °) to the intake side.

【0056】点火プラグ52は、セラミック膜50を指
向して噴射されてトップランド43b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43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44に装着されている。点火プラグ5
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52
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。
The fuel of the pilot injection, which is injected toward the ceramic film 50 and exists near the surface of the top land 43b, is pushed out by the squish flow generated when the piston 43 approaches the top dead center. It is attached to the cylinder head 44 in a state where the ignition portion at the tip thereof is located on the downstream side in the direction in which the ignition is performed. Spark plug 5
2 is ignited once for each main injection and pilot injection. The ignition timing at the time of the pilot injection is such that the fuel Fg pushed out by the squish flow
Is set at the timing of reaching the ignition section. The timing of the pilot injection is determined based on the timing of the main injection so that the main injection is performed after the ignition of the fuel for the pilot injection.

【0057】セラミック膜50は、図9,図10に示す
ようにインジェクタ51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50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。
As shown in FIG. 9 and FIG. 10, the ceramic film 50 is formed at a position where the fuel injected from the injector 51 hits, substantially at the center of the region of the injection angle θ, with an area smaller than the injection angle θ. ing. The ceramic film 50 is made of a sprayed zirconia film as in the first and second embodiments. However, the material may be a mixture or a compound containing zirconia as a main component.

【0058】セラミック膜50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43b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50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。
The area of the ceramic film 50 is set to about 面積 of the area corresponding to the area of the injection angle θ (the surface area where the injection area of the injection angle θ intersects with the top land 43b). By limiting the area of the ceramic film 50 to a necessary minimum, the temperature of the combustion chamber is increased by the heat insulating effect of the ceramic, and the amount of air taken in due to thermal expansion is prevented from being reduced.

【0059】以上のように構成された直噴式のガソリン
エンジン41では、ピストン43が上死点に達する前の
図9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43b上のセラミック膜50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50上に形成されるため、セラミック膜5
0の気化促進作用によって速やかに気化する。
In the direct-injection gasoline engine 41 configured as described above, before the piston 43 reaches the top dead center, at a predetermined timing at the position shown by the solid line in FIG. The operation is performed with the film 50 facing. At this time, a liquid film of the fuel may be formed at the center of the fuel injection angle θ, but such a liquid film is formed on the ceramic film 50, so that the ceramic film 5
It is quickly vaporized by the vaporization promoting action of 0.

【0060】セラミック膜50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43bの表面付近
(特にリップ付近)に存在する。ピストン43が図9の
鎖線位置まで上昇したとき、トップランド43b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52の点火部(つまりキャビティ43a)に向か
って押し出される。燃料Fgが点火プラグ52の点火部
に到達したところで点火プラグ52が点火され、燃料F
gがキャビティ43a内で燃焼する。
The fuel of the pilot injection executed toward the ceramic film 50 exists near the surface of the top land 43b (especially near the lip). When the piston 43 rises to the position shown by the dashed line in FIG. 9, the fuel Fg existing near the surface of the top land 43b is pushed out toward the ignition portion (that is, the cavity 43a) of the ignition plug 52 by the squish flow. When the fuel Fg reaches the ignition portion of the ignition plug 52, the ignition plug 52 is ignited, and
g burns in the cavity 43a.

【0061】こうして高温になったキャビティ43a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52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。
The main injection is performed in the cavity 43a having a high temperature. Therefore, vaporization of the main injected fuel is promoted. Then, when the ignition plug 52 is ignited, the fuel burns in a state almost close to complete combustion.

【0062】セラミック膜50を指向して噴射されたト
ップランド43b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43bの表面付
近にほとんど残らない。また、トップランド43bの幅
が噴射指向先側で広くなっていてセラミック膜50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52
の点火部まで運ばれる。
Almost all of the fuel near the lip of the top land 43b injected toward the ceramic film 50 is pushed out by air (squish flow) pushed out from the peripheral side of the cylinder, and the surface of the top land 43b Almost no remains near. Further, since the width of the top land 43b is wide on the injection direction destination side and the amount of gas pushed out near the ceramic film 50 is large, and the fuel Fg exists near the lip where the squish flow is strong, the fuel Fg is The strong squish flow ensures that the spark plug 52
To the ignition section.

【0063】この実施形態によれば、次の効果が得られ
る。 (6)直噴式のガソリンエンジン41において、ピスト
ン43のトップランド43bにセラミック膜50を形成
するとともに、セラミック膜50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52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43a内を効果的に高温化できる。
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。
According to this embodiment, the following effects can be obtained. (6) In the direct injection type gasoline engine 41, the ceramic film 50 is formed on the top land 43b of the piston 43, and the fuel of the pilot injection directed to the ceramic film 50 is applied to the ignition portion of the ignition plug 52 by using the squish flow. The temperature of the cavity 43a, which is the injection region of the main injection, can be effectively raised by the combustion.
Therefore, the vaporization of the main injected fuel can be promoted, and the emission can be reduced and the fuel efficiency can be improved.

【0064】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、パイロット噴射の燃料の気化促進を図れる
など、前記第1の実施形態で述べた前記(2)〜(5)
の効果が同様に得られる。
In addition, the provision of the ceramic film 36 at the directing point of the pilot injection executed at the stage where the ambient temperature is low enables the vaporization of the fuel for the pilot injection to be promoted. (2)-(5)
The same effect can be obtained.

【0065】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。 ○ 前記実施形態では、セラミック膜33をパイロット
噴射の燃料の当たる位置に点在させて形成したが、例え
ば図11に示すように、ピストン3のトップランド3b
のリップ部分全体に帯状にセラミック膜35を形成して
も構わない。この構成によれば、前記実施形態で述べた
(1)〜(4)の効果を同様に得ることができる他、ピ
ストン3とインジェクタ8との組付け誤差によって周方
向の位置ずれが生じても、パイロット噴射の燃料を確実
にセラミック膜35に付着させることができる。また、
セラミック膜35はリップ部分だけでその面積が小さい
ので、吸入空気量の低減によるエンジン出力の低下も比
較的少ない。また、ピストン3とインジェクタ8との組
付け誤差による周方向の位置ずれを考慮し、セラミック
膜を周方向に長い形状(楕円等)にセラミック膜を形成
することもできる。
The embodiment is not limited to the above, but may be modified as follows. In the above embodiment, the ceramic film 33 is formed so as to be scattered at the position where the fuel of the pilot injection is applied. However, for example, as shown in FIG.
A ceramic film 35 may be formed in a strip shape over the entire lip portion. According to this configuration, the effects (1) to (4) described in the above embodiment can be obtained in the same manner, and even if a positional displacement in the circumferential direction occurs due to an assembly error between the piston 3 and the injector 8. Therefore, the fuel of the pilot injection can be securely attached to the ceramic film 35. Also,
Since the area of the ceramic film 35 is small only in the lip portion, the decrease in the engine output due to the reduction in the intake air amount is relatively small. In addition, in consideration of a circumferential displacement due to an assembling error between the piston 3 and the injector 8, the ceramic film may be formed in a shape that is long in the circumferential direction (an ellipse or the like).

【0066】○ アイドリング時などはパイロット噴射
だけを実施する燃料噴射制御方法を採用した直噴式エン
ジンであってもよい。 ○ セラミック膜の位置は、スキッシュ流の発生する領
域内であれば足りる。トップランド3b上において外周
側ほどスキッシュ流は弱くはなるが、セラミック膜がト
ップランド3b上に位置すればスキッシュ流が弱いもの
のキャビティ3aに向かって燃料は流れるので、主噴射
の噴射域の高温化を図ることはできる。よって、セラミ
ック膜の位置は、ピストン3のトップランド3b上のど
の箇所にでも変更できる。セラミック膜がトップランド
3b上に位置すれば、前記実施形態における(1),
(3)〜(5)の効果を同様に得ることができる。
A direct injection type engine employing a fuel injection control method in which only pilot injection is performed during idling or the like may be used. ○ The position of the ceramic membrane is sufficient if it is within the area where the squish flow occurs. On the top land 3b, the squish flow becomes weaker toward the outer periphery, but if the ceramic film is located on the top land 3b, the squish flow is weak, but the fuel flows toward the cavity 3a, so that the temperature of the injection region of the main injection increases. Can be planned. Therefore, the position of the ceramic film can be changed to any position on the top land 3b of the piston 3. If the ceramic film is located on the top land 3b, (1),
The effects (3) to (5) can be obtained similarly.

【0067】○ セラミック膜を燃料の当たる位置に点
在させる場合、その形状は前記実施形態のような略円形
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。例えばトップランド3bの半径方向に延びる楕円形
状などとしてもよい。
When the ceramic film is scattered at the position where the fuel is applied, the shape is not limited to the substantially circular shape as in the above embodiment. A change in the position of the piston 3 during the fuel injection period causes a change in the position where the fuel strikes, and a change in the fuel injection timing due to the engine speed and the like causes a change in the position where the fuel strikes. The shape of the ceramic film may be determined. For example, an elliptical shape extending in the radial direction of the top land 3b may be used.

【0068】○ セラミック膜33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(Al2 3 )、シリカ(Si
2 )、マグネシア(MgO)、イットリア(Y
2 3 )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としても、熱容量が
金属に比べて高いので、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。
The material of the ceramic film 33 is not limited to zirconia or zirconia as a main component. For example, alumina (Al 2 O 3 ), silica (Si
O 2 ), magnesia (MgO), yttria (Y
2 O 3 ) or a compound containing these as a main component may be used. Even if other ceramic materials are used, a vaporization promoting effect can be obtained as long as the material is a sprayed film or an oxide. Further, even when a ceramic material other than an oxide, such as a carbide, a nitride, or a boride, has a higher heat capacity than a metal, a vaporization promoting effect can be obtained as compared with the case where the metal surface of the base material is not changed. Further, by forming a sprayed film made of the same material as the base material or a metal material different from the base material and making the surface roughness of the area where the fuel adheres rough, the effect of promoting the vaporization of the fuel can be achieved.

【0069】○ セラミック膜33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33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。
The method for forming the ceramic film 33 is not limited to the thermal spraying method. The ceramic film 33 may be formed by other physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD). For example, a dense film may be formed and the roughness may be small as compared with the thermal spraying method. Further, the ceramic film may be formed by bonding a ceramic plate to a base material of the piston.

【0070】○ 主噴射の燃料が当たる位置、すなわち
キャビティ3aの側壁にも必要に応じてセラミック膜を
形成しても構わない。 ○ 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。
A ceramic film may be formed on the position of the main injection fuel, that is, on the side wall of the cavity 3a, if necessary. ○ The number of injection holes of the injector 8 can be changed as appropriate. For example, a five-hole type may be used. Further, the present invention can be implemented in a direct injection diesel engine using a single injection hole type injector.

【0071】○ 燃料噴射制御装置はコモンレール式に
限定されない。電磁スピル弁を備えた分配型燃料噴射ポ
ンプを使用することもできる。要するにパイロット噴射
をすることができる燃焼噴射制御装置であれば足りる。
The fuel injection control device is not limited to the common rail type. A distributed fuel injection pump with an electromagnetic spill valve can also be used. In short, any combustion injection control device that can perform pilot injection is sufficient.

【0072】○パイロット噴射を採用する燃料噴射方式
の直噴式エンジンに限定されない。例えば第2実施形態
における直噴式ガソリンエンジン41において、1回の
噴射のみとし、インジェクタ51から燃料をセラミック
膜50を指向して噴射する。噴射タイミングは、スキッ
シュ流によって噴射燃料がトップランド43bからキャ
ビティ43a側へ押し出され、押し出されたタイミング
で点火されるように設定する。この構成によれば、セラ
ミック膜50の気化促進作用によってピストン43の壁
面に燃料が残り難くなるので、噴射燃料をスキッシュ流
を利用して点火プラグ52の点火部に運ぶことによる燃
焼方式を実現できる。
The present invention is not limited to a fuel injection type direct injection engine employing pilot injection. For example, in the direct injection gasoline engine 41 according to the second embodiment, only one injection is performed, and the fuel is injected from the injector 51 to the ceramic film 50. The injection timing is set so that the injected fuel is pushed out of the top land 43b toward the cavity 43a by the squish flow, and is ignited at the pushed-out timing. According to this configuration, since the fuel is less likely to remain on the wall surface of the piston 43 due to the vaporization promoting action of the ceramic film 50, a combustion system in which the injected fuel is carried to the ignition portion of the ignition plug 52 using a squish flow can be realized. .

【0073】○ 燃料は軽油に限定されない。例えば植
物性燃料を使用する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。つまり、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実行する燃料噴射制
御を採用したあらゆるエンジンに適用できる。
The fuel is not limited to light oil. For example, the present invention can be implemented in a direct injection diesel engine using a vegetable fuel. That is, the present invention can be applied to any engine that employs fuel injection control that executes pilot injection for injecting a small amount of fuel prior to main injection.

【0074】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。 (1)請求項1又は2において、前記気化促進膜の位置
は、前記トップランドのうち圧縮行程でスキッシュ流の
発生する領域内である。この構成によれば、トップラン
ドを指向して噴射されたパイロット噴射の燃料を、スキ
ッシュ流によってキャビティ内に流し込むことができ
る。
Next, regarding technical ideas other than the invention described in the claims that can be understood from the above embodiments and other examples,
These effects are described below. (1) In claim 1 or 2, the position of the vaporization promoting film is in a region of the top land where a squish flow is generated in a compression stroke. According to this configuration, the fuel of the pilot injection injected toward the top land can be poured into the cavity by the squish flow.

【0075】(2)請求項2〜5のいずれかにおいて、
前記インジェクタは、ほぼ上死点で実行される前記主噴
射が前記キャビティの側壁を指向し得る噴射指向角度に
設定され、前記パイロット噴射のタイミングは、該イン
ジェクタから前記噴射指向角度で噴射された燃料が前記
ピストンのトップランドのリップ部分を指向する時期に
設定されている。この構成によれば、請求項5の発明と
同様の効果が得られ、しかも強いスキッシュ流によって
パイロット噴射されたトップランド付近の燃料をより多
くキャビティ内に流し込むことができる。よって、主噴
射の噴射域をより高温化できる。 (3)請求項1〜3のいずれかにおいて、前記直噴式エ
ンジンは、直噴式ガソリンエンジンであって、前記ピス
トンには前記トップランドの周方向に偏在して前記気化
促進膜が形成され、前記インジェクタから前記気化促進
膜を指向して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点火プラグが設けられてい
る。なお、気化促進膜はセラミック膜50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ができる。その他、請
求項1〜3のいずれかの発明と同様の効果が得られる。
(2) In any one of claims 2 to 5,
The injector is set at an injection directional angle at which the main injection executed substantially at the top dead center can point toward the side wall of the cavity, and the timing of the pilot injection is determined based on the fuel injected from the injector at the injection directional angle. Is set at a time pointed toward the lip portion of the top land of the piston. According to this configuration, the same effect as the invention of claim 5 can be obtained, and more fuel near the top land, which has been pilot-injected by the strong squish flow, can flow into the cavity more. Therefore, the injection range of the main injection can be made higher. (3) The direct-injection engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the direct-injection engine is a direct-injection gasoline engine; Fuel that is injected from the injector toward the vaporization promoting film and is present near the surface of the top land is ignited downstream in the direction in which the fuel is carried by the squish flow generated when the piston approaches TDC. The ignition plug is provided so as to be located. Note that the vaporization promoting film is constituted by the ceramic film 50. According to this configuration, the fuel can be sent to the ignition portion of the ignition plug using the squish flow. In addition, the same effect as any one of the first to third aspects of the invention can be obtained.

【0076】(4)前記キャビティが前記ピストンの軸
心に対して偏位して形成され、前記トップランドは前記
気化促進膜が形成された側で幅広くなっている。この構
成によれば、上死点に近づいたときにトップランドの幅
広の部分により押し出されるガス量が相対的に多いこと
から、気化促進膜の近くで強いスキッシュ流が発生し、
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。
(4) The cavity is formed so as to be deviated from the axis of the piston, and the top land is wider on the side where the vaporization promoting film is formed. According to this configuration, since the amount of gas pushed out by the wide portion of the top land when approaching the top dead center is relatively large, a strong squish flow is generated near the vaporization promoting film,
The fuel can be reliably transported to the ignition portion of the ignition plug.

【0077】(5)請求項1〜5及び前記(1)〜
(4)のいずれかにおいて、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円環をなす帯状に
形成されている。この構成によれば、インジェクタとピ
ストンの組付誤差によりインジェクタの噴孔の向きがば
らついても、燃料(パイロット噴射の燃料)を確実に気
化促進膜(セラミック膜)に付着させることができる。
(5) Claims 1-5 and (1)-
In any one of (4) and (4), the vaporization promoting film is formed in an annular band shape on a lip portion of a top land of the piston. According to this configuration, even if the direction of the injection hole of the injector varies due to an assembly error between the injector and the piston, the fuel (pilot injection fuel) can be reliably adhered to the vaporization promoting film (ceramic film).

【0078】(6)請求項1〜10及び前記(1)〜
(4)のいずれかにおいて、前記気化促進膜(セラミッ
ク膜)は、パイロット噴射期間でのピストンの位置の変
化、エンジン回転数等に応じたパイロット噴射時期の変
更を考慮して、前記ピストンの半径方向に延びた細長形
状に形成されている。この構成によれば、パイロット噴
射期間でのピストンの位置の変化、エンジン回転数等に
応じたパイロット噴射時期の変更があっても、その噴射
された燃料を確実にセラミック膜に付着させることがで
きる。
(6) Claims 1 to 10 and (1) to
In any one of (4) and (4), the vaporization promoting film (ceramic film) may have a radius of the piston in consideration of a change in the position of the piston during the pilot injection period and a change in the pilot injection timing according to the engine speed and the like. It is formed in an elongated shape extending in the direction. According to this configuration, even if there is a change in the position of the piston during the pilot injection period, or a change in the pilot injection timing according to the engine speed, etc., the injected fuel can be reliably attached to the ceramic film. .

【0079】(7)請求項1〜10及び前記(1),
(2),(5),(6)のいずれかにおいて、前記直噴式エ
ンジンは直噴式ディーゼルエンジンであって、低温始動
性を確保する設計がなされている。
(7) Claims 1 to 10 and (1),
In any one of (2), (5) and (6), the direct-injection engine is a direct-injection diesel engine, and is designed to ensure low-temperature startability.

【0080】(8)前記(7)において、前記直噴式デ
ィーゼルエンジンは、前記ピストンが上死点に近づいて
スキッシュ流が発生する前に自己着火する圧縮比となる
ように設計されている。
(8) In the above (7), the direct-injection diesel engine is designed to have a compression ratio such that the piston approaches self-ignition before approaching the top dead center and generating a squish flow.

【0081】(9)請求項1〜7及び前記(1)〜
(8)のいずれかにおいて、前記気化促進膜は、溶射膜
である。この構成によれば、気化促進膜は溶射膜である
ので、その粗い表面粗度から熱伝達面積を広く確保で
き、高い気化促進効果を得ることができる。
(9) Claims 1-7 and (1)-
In any one of the constitutions (8), the vaporization promoting film is a sprayed film. According to this configuration, since the vaporization promoting film is a thermal sprayed film, a large heat transfer area can be secured from the rough surface roughness, and a high vaporization promoting effect can be obtained.

【0082】(10)請求項6、7、9、10のいずれ
かにおいて、前記セラミック膜は酸化物からなる。この
構成によれば、酸化物からなるセラミック膜は、非酸化
物に比べ燃料との濡れ性がよく熱伝達面積を広く確保で
きるので、高い気化促進効果を得ることができる。
(10) In any one of the sixth, seventh, ninth and tenth aspects, the ceramic film is made of an oxide. According to this configuration, the ceramic film made of an oxide has better wettability with fuel than a non-oxide and can secure a wide heat transfer area, so that a high vaporization promoting effect can be obtained.

【0083】(11)請求項6又は7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。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(ラ
イデンフロスト現象)を抑えられるなど、高い気化促進
効果を得ることができる。
(11) In claim 6 or 7, the ceramic film contains zirconia or zirconia as a main component. Since the ceramic film contains zirconia or zirconia as a main component, a high vaporization promoting effect such as suppression of film boiling (Leidenfrost phenomenon) can be obtained from the characteristics of the material.

【0084】[0084]

【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、トップランド上の少なくと
も燃料の噴射指向先位置に気化促進膜を設けるととも
に、燃料が燃焼前にスキッシュ流によってトップランド
からキャビティ側へ運ばれるタイミングで燃焼させるの
で、より多くの燃料をキャビティ内で集中的に燃焼さ
せ、エミッションの排出を抑制することができる。
As described above in detail, according to the first and tenth aspects of the present invention, a vaporization promoting film is provided at least at a fuel injection destination position on the top land, and the fuel is heated before combustion. Since the fuel is burned at the timing of being transported from the top land to the cavity side by the squish flow, more fuel is intensively burned in the cavity, and emission of emissions can be suppressed.

【0085】請求項2及び請求項10に記載の発明によ
れば、ピストンのトップランド上の気化促進膜を指向し
てパイロット噴射を実行し、パイロット噴射による燃料
をスキッシュ流によってキャビティ側に運んでからキャ
ビティ内で集中的に燃焼させるので、主噴射の噴射域を
より高温にすることができ、エミッションの排出の抑制
および燃費の向上を実現できる。
According to the second and tenth aspects of the present invention, the pilot injection is executed by pointing the vaporization promoting film on the top land of the piston, and the fuel by the pilot injection is carried to the cavity side by the squish flow. Since the fuel is intensively burned in the cavity, the injection region of the main injection can be heated to a higher temperature, thereby suppressing emission of the emission and improving fuel efficiency.

【0086】請求項3及び請求項10に記載の発明によ
れば、強いスキッシュ流が発生するトップランドのリッ
プ部分に気化促進膜が形成されているので、気化促進膜
を指向して噴射したトップランド付近の燃料をより多く
キャビティ内に送り込むことができ、エミッションの排
出の抑制および燃費向上に一層寄与する。
According to the third and tenth aspects of the present invention, since the vaporization promoting film is formed on the lip portion of the top land where a strong squish flow is generated, the top sprayed with the vaporization promoting film directed toward the lip portion. More fuel near the land can be sent into the cavity, which further contributes to suppressing emissions and improving fuel efficiency.

【0087】請求項4及び請求項10に記載の発明によ
れば、パイロット噴射の燃料がトップランド付近からス
キッシュ流によってキャビティ内に流れ込んでから自己
着火して燃焼するので、主噴射の噴射域であるキャビテ
ィ内を高温化でき、直噴式ディーゼルエンジンにおい
て、エミッションの排出の抑制および燃費の向上を実現
できる。
According to the fourth and tenth aspects of the present invention, the fuel of the pilot injection flows into the cavity from the vicinity of the top land by the squish flow and then self-ignites and burns. A certain cavity can be heated to a high temperature, and in a direct-injection diesel engine, emission of emissions can be suppressed and fuel efficiency can be improved.

【0088】請求項5及び請求項10に記載の発明によ
れば、ほぼ上死点で実行される主噴射がキャビティの側
壁を指向し得る噴射指向角度のインジェクタによるパイ
ロット噴射のタイミングを、トップランド上の気化促進
膜を指向する時期に設定したので、燃料がスキッシュ流
によってキャビティ内に流れ込んでから自己着火するタ
イミングとすることができる。
According to the fifth and tenth aspects of the present invention, the timing of the pilot injection by the injector having an injection directing angle at which the main injection executed substantially at the top dead center can point to the side wall of the cavity is determined by the top land. Since the timing is set so as to direct the vaporization promoting film, it is possible to set the timing for self-ignition after the fuel flows into the cavity by the squish flow.

【0089】請求項6及び請求項10に記載の発明によ
れば、気化促進膜はセラミック膜であるので、金属に比
べ高い気化促進効果を得ることができる。請求項7及び
請求項10に記載の発明によれば、インジェクタの複数
の噴孔から噴射された燃料の当たる位置に、噴孔と同数
の気化促進膜を点在させることによって、その面積がほ
ぼ必要最小限に抑えたので、セラミックのもつ断熱効果
による吸入空気量の熱膨張による低減を極力抑えること
ができる。
According to the sixth and tenth aspects of the present invention, since the vaporization promoting film is a ceramic film, a higher vaporization promoting effect can be obtained as compared with a metal. According to the seventh and tenth aspects of the present invention, the same number of vaporization promoting films as the injection holes are interspersed at positions where the fuel injected from the plurality of injection holes of the injector hits, so that the area thereof is substantially Since it is kept to the minimum necessary, it is possible to minimize the reduction in the amount of intake air due to thermal expansion due to the heat insulating effect of ceramic.

【0090】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、ジルコニアもしくはジルコニア
を主成分とする溶射膜であるので、その材料の特性から
膜沸騰(ライデンフロスト現象)を抑えられるととも
に、その粗い表面粗度から熱伝達面積を広く確保でき、
高い気化促進効果を得ることができる。
According to the eighth and tenth aspects of the present invention, since the ceramic film is a sprayed film containing zirconia or zirconia as a main component, film boiling (Leidenfrost phenomenon) is suppressed due to the characteristics of the material. And a large heat transfer area can be secured from the rough surface roughness.
A high vaporization promoting effect can be obtained.

【0091】請求項9及び請求項10に記載の発明によ
れば、セラミック膜はインジェクタの噴射角未満の領域
に形成されているので、セラミックのもつ断熱効果によ
る吸入空気量の熱膨張による低減を極力抑えつつ、エミ
ッションの低減および燃費向上を実現できる。
According to the ninth and tenth aspects of the present invention, since the ceramic film is formed in a region smaller than the injection angle of the injector, a reduction in the amount of intake air due to thermal expansion due to the heat insulating effect of the ceramic is prevented. It is possible to reduce emissions and improve fuel efficiency while minimizing emissions.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施形態におけるピストンの平断面図。FIG. 1 is a plan sectional view of a piston according to a first embodiment.

【図2】ピストンの側断面図。FIG. 2 is a side sectional view of a piston.

【図3】セラミック膜と噴射角との関係を示す部分側面
図。
FIG. 3 is a partial side view showing a relationship between a ceramic film and an injection angle.

【図4】パイロット噴射時の燃料液膜形成過程を示す部
分側面図であり、(a)はセラミック膜があるもの、
(b)セラミック膜がないものである。
4A and 4B are partial side views showing a process of forming a fuel liquid film at the time of pilot injection, wherein FIG.
(B) No ceramic film.

【図5】燃料噴射制御を説明するための燃焼室の模式側
断面図。
FIG. 5 is a schematic side sectional view of a combustion chamber for explaining fuel injection control.

【図6】同じく燃焼室の模式側断面図。FIG. 6 is a schematic side sectional view of the combustion chamber.

【図7】燃料噴射制御装置の模式図。FIG. 7 is a schematic diagram of a fuel injection control device.

【図8】ディーゼルエンジンの模式側断面図。FIG. 8 is a schematic side sectional view of a diesel engine.

【図9】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。
FIG. 9 is a partial side sectional view of a gasoline engine according to a second embodiment.

【図10】ピストンの平面図。FIG. 10 is a plan view of a piston.

【図11】別例のピストンの平面図。FIG. 11 is a plan view of another example of a piston.

【図12】従来技術のパイロット噴射を説明する燃焼室
の模式側断面図。
FIG. 12 is a schematic side sectional view of a combustion chamber illustrating a pilot injection according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…直噴式エンジンとしてのディーゼルエンジン、2…
シリンダ、3…ピストン、3a…キャビティ、3b…ト
ップランド、5…クランク軸、7…燃焼室、8…インジ
ェクタ、8a…ノズル、10…コモンレール、17…高
圧サプライポンプ、17…燃料噴射制御装置、19…E
CU、33,35,50…気化促進膜としてのセラミッ
ク膜、41…直噴式エンジンとしての直噴式ガソリンエ
ンジン、43…ピストン、43a…キャビティ、43b
…トップランド、Jp…パイロット噴射、Jm…主噴射、S
…スキッシュ流、θ…噴射角。
1. Diesel engine as direct injection type engine 2.
Cylinder, 3 ... piston, 3a ... cavity, 3b ... top land, 5 ... crankshaft, 7 ... combustion chamber, 8 ... injector, 8a ... nozzle, 10 ... common rail, 17 ... high pressure supply pump, 17 ... fuel injection control device, 19 ... E
CU, 33, 35, 50: ceramic film as vaporization promoting film, 41: direct injection gasoline engine as direct injection engine, 43: piston, 43a: cavity, 43b
… Top land, Jp… Pilot injection, Jm… Main injection, S
... Squish flow, θ ... Injection angle.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 41/02 380 F02D 41/02 380A 41/38 41/38 B F02F 3/14 F02F 3/14 (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 AB01 AB05 AC05 AD02 AD08 AD09 AD11 AE04 3G060 AA03 AB00 CA01 CA02 CA03 CB06 DA00 GA00 GA02 GA03 GA14 3G301 HA01 HA02 HA06 JA02 JA26 LB13 MA11 MA18 MA23 MA27 PA17Z PB03A PB03Z PB05A PB05Z PB08Z PE01Z PE03Z PE05Z ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F02D 41/02 380 F02D 41/02 380A 41/38 41/38 B F02F 3/14 F02F 3/14 (72 ) Inventor Akira Ito 2-1-1 Toyota-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Toyota Industries Corporation (72) Inventor Hiroyuki Kusano 2-1-1 Toyota-cho, Kariya City, Aichi Prefecture Inside Toyota Industries Corporation ( 72) Inventor Hiroyuki Sami 2-12-1, Kugakata, Tempaku-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture Inside Toyota Institute of Technology (72) Inventor Takayoshi Takano 2-12-1, Kugagata, Tempaku-ku Nagoya City, Aichi Prefecture F-term (Reference) 3G023 AA02 AA04 AB01 AB05 AC05 AD02 AD08 AD09 AD11 AE04 3G060 AA03 AB00 CA01 CA02 CA03 CB06 DA00 GA00 GA02 GA03 GA14 3G301 HA01 HA02 HA06 JA02 JA26 LB13 MA11 M A18 MA23 MA27 PA17Z PB03A PB03Z PB05A PB05Z PB08Z PE01Z PE03Z PE05Z

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 上面にキャビティを有し、トップランド
における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前記気化促進膜を指向して噴射し
た燃料が、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燃焼前に前記トップランドか
ら前記キャビティ側へ押し出されることが可能なタイミ
ングで、前記気化促進膜を指向する前記インジェクタか
ら燃料噴射を実行する燃料噴射制御装置とを備えている
直噴式エンジン。
Claims: 1. A piston having a cavity on an upper surface and having a vaporization promoting film formed at least on a top land at a position where fuel injected from an injector hits, and the injector directing and injecting the vaporization promoting film from the injector. At a timing at which fuel can be pushed out from the top land to the cavity side before combustion by a squish flow generated when the piston approaches the top dead center, fuel is injected from the injector pointing to the vaporization promoting film. A direct injection engine comprising: a fuel injection control device for performing injection.
【請求項2】 前記気化促進膜を指向して実行される前
記燃料噴射は、主噴射に先だって少量の燃料を噴射する
パイロット噴射であって、 前記燃料噴射制御装置は、前記パイロット噴射の燃料が
少なくとも燃焼開始後、前記インジェクタの噴射方向が
前記キャビティ内を指向し得るタイミングで、燃料の主
噴射を実行する請求項1に記載の直噴式エンジン。
2. The fuel injection executed in a direction directed to the vaporization promoting film is a pilot injection for injecting a small amount of fuel prior to a main injection. 2. The direct injection engine according to claim 1, wherein the main injection of the fuel is performed at least at a timing after the start of combustion at which the injection direction of the injector can be directed in the cavity.
【請求項3】 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請求項1又は請求
項2に記載の直噴式エンジン。
3. The direct injection engine according to claim 1, wherein the vaporization promoting film is formed on a lip portion of a top land of the piston.
【請求項4】 前記直噴式エンジンはディーゼルエンジ
ンであって、 前記パイロット噴射は、その噴射された燃料が前記トッ
プランド付近からスキッシュ流によって前記キャビティ
内に流れ込んでから自己着火し得るタイミングで実行さ
れる請求項2又は請求項3に記載の直噴式エンジン。
4. The direct injection engine is a diesel engine, and the pilot injection is executed at a timing when the injected fuel can self-ignite after flowing into the cavity by squish flow from near the top land. A direct injection engine according to claim 2 or claim 3.
【請求項5】 前記インジェクタは、ほぼ上死点で実行
される前記主噴射が前記キャビティの側壁を指向し得る
噴射指向角度に設定され、前記パイロット噴射は、該イ
ンジェクタから前噴射指向記角度で噴射された燃料が前
記ピストンのトップランド上の前記気化促進膜を指向し
得るタイミングで実行される請求項2〜請求項4のいず
れか一項に記載の直噴式エンジン。
5. An injector according to claim 1, wherein said injector is set at an injection directing angle at which said main injection executed substantially at a top dead center is directed to a side wall of said cavity. The direct injection engine according to any one of claims 2 to 4, wherein the injection is performed at a timing at which the injected fuel can be directed to the vaporization promoting film on the top land of the piston.
【請求項6】 前記気化促進膜は、セラミック膜である
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。
6. The direct injection engine according to claim 1, wherein the vaporization promoting film is a ceramic film.
【請求項7】 前記インジェクタは複数の噴孔を有して
おり、前記トップランドには、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の当たる位
置に周方向にほぼ等間隔に点在している請求項6に記載
の直噴式エンジン。
7. The injector has a plurality of injection holes, and the same number of the ceramic films as the injection holes are provided on the top land in a circumferential direction at a position where the fuel injected from each of the injection holes hits. 7. The direct-injection engine according to claim 6, wherein the direct-injection engine is dotted at substantially equal intervals.
【請求項8】 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溶射膜である請求項6又は
請求項7に記載の直噴式エンジン。
8. The direct injection engine according to claim 6, wherein the ceramic film is zirconia or a thermal sprayed film containing zirconia as a main component.
【請求項9】 前記セラミック膜は、前記ピストンの前
記トップランドにおいて前記インジェクタの噴射角未満
の領域に形成されている請求項6〜請求項8のいずれか
一項に記載の直噴式エンジン。
9. The direct injection engine according to claim 6, wherein the ceramic film is formed in a region of the top land of the piston that is smaller than an injection angle of the injector.
【請求項10】 請求項1〜請求項9のいずれか一項に
記載のピストン。
10. A piston according to any one of claims 1 to 9.
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