JP2012137004A

JP2012137004A - Internal combustion engine

Info

Publication number: JP2012137004A
Application number: JP2010289584A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Date; 知善伊達; Toyoki Iguchi; 豊樹井口; Akira Uchida; 亮内田; Tomohiro Sakata; 知弘坂田; Daisuke Tanaka; 大輔田中
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2030-12-27
Also published as: JP5652197B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine in which production of soot can be suppressed, which is caused by luminous flame produced by peeling of deposited fuel.SOLUTION: In the internal combustion engine carrying out a fuel injection in first timing when a piston is near the upper dead point so that main fuel injection directly injecting fuel from the side to the inside of the cylinder is directed to a cavity 1204 in a case that the temperature of the piston is below a predetermined temperature, and carrying out the fuel injection in second timing earlier than the first timing in a piston position lower than the piston position in the first timing so that the main fuel injection is directed to the crown face of the piston which is outside the cavity 1204 and opposite to a fuel injection valve in a case that the temperature of the piston is equal to or above the predetermined temperature, the sidewall surface opposed to the fuel injection valve in the bottom surface of the cavity 1204 and the sidewall surface of the cavity 1204 has higher oil repellency than that of the crown surface of the outside of the cavity 1204.

Description

本発明は、内燃機関に関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine.

筒内直接噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴射を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に行い、かつ、噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うとともに、この圧縮上死点付近で噴射された燃料噴射が、ピストン頂部の面で反射するように、その噴射方向が設定され、圧縮上死点付近で噴射された燃料噴射が衝突するピストンの頂部の面に、撥油性を有するコーティングを施したものが知られている（特許文献１）。 In the cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine, fuel injection is performed in a period across the compression top dead center such that the injection start timing is before the compression top dead center and the injection end timing is after the compression top dead center, and Ignition is performed after the compression top dead center delayed from the injection start timing, and the injection direction is set so that the fuel injection injected in the vicinity of the compression top dead center is reflected by the surface of the piston top, and the compression top dead center An oil-repellent coating is known on the surface of the top of a piston where fuel injection injected near a point collides (Patent Document 1).

特開２００６−３７７９４号公報JP 2006-37794 A

しかしながら、ピストンのキャビティの縁（ふち）部分に燃料が付着すると、付着燃料が剥離して輝炎となり、煤が発生する可能性があった。 However, if the fuel adheres to the edge (edge) of the cavity of the piston, the adhering fuel peels off to form a bright flame, and soot may be generated.

本発明が解決しようとする課題は、付着燃料が剥離して輝炎となり、煤が発生することを抑制する内燃機関を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an internal combustion engine that suppresses the generation of soot by the adhering fuel peeling off and forming a luminous flame.

本発明は、ピストンの冠面に形成されたキャビティの底面及びキャビティの側壁面のうち燃料噴射バルブと反対側の側壁面の撥油性を、キャビティの外側の冠面の撥油性より高く設定することによって上記課題を解決する。 According to the present invention, the oil repellency of the bottom surface of the cavity formed on the crown surface of the piston and the side wall surface of the cavity opposite to the fuel injection valve is set higher than the oil repellency of the crown surface outside the cavity. To solve the above problem.

本発明によれば、キャビティを利用して燃焼させた場合に、燃料噴射がキャビティの底面及びキャビティの側壁面のうち燃料噴射バルブと反対側の側壁面に付着し難いため、キャビティの縁部分における輝炎及び煤の発生を防ぐことができる。 According to the present invention, when combustion is performed using a cavity, fuel injection hardly adheres to the side wall surface opposite to the fuel injection valve among the bottom surface of the cavity and the side wall surface of the cavity. Generation of bright flames and soot can be prevented.

本発明の実施形態に係る直噴型火花点火エンジンＥＧを示すブロック図である。1 is a block diagram showing a direct injection spark ignition engine EG according to an embodiment of the present invention. 図１のピストンの冠面を示す平面図である。It is a top view which shows the crown surface of the piston of FIG. 図２のIII−III線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the III-III line of FIG. 図２のIV-IV線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the IV-IV line of FIG. 図１のエンジンＥＧにおいて、冷機時におけるピストンと燃料噴射との位置関係を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a positional relationship between a piston and fuel injection in the engine EG of FIG. 図１のエンジンＥＧにおいて、暖機中又は暖機後におけるピストンと燃料噴射との位置関係を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a positional relationship between a piston and fuel injection during warm-up or after warm-up in the engine EG of FIG. 1. 図５（ｃ）の燃料噴射タイミングにおける燃料噴射の指向位置を示すピストン冠面の平面図である。It is a top view of the piston crown surface which shows the directing position of the fuel injection in the fuel injection timing of FIG.5 (c). 図６（ｂ）の燃料噴射タイミングにおける燃料噴射の指向位置を示すピストン冠面の平面図である。It is a top view of the piston crown surface which shows the directing position of the fuel injection in the fuel injection timing of FIG.6 (b). 図１のエンジンコントロールユニットの制御手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control procedure of the engine control unit of FIG. （ａ）は時間に対するピストンの冠面温度の特性を示すグラフ，（ｂ）は時間に対する燃料噴射タイミングの特性を示すグラフ，（ｃ）は時間に対するエンジン回転数の特性を示すグラフ，（ｄ）は時間に対する窒化リンＰＮの特性を示すグラフである。(A) is a graph showing the characteristics of the crown surface temperature of the piston with respect to time, (b) is a graph showing the characteristics of the fuel injection timing with respect to time, (c) is a graph showing the characteristics of the engine speed with respect to time, (d) Is a graph showing the characteristics of phosphorus nitride PN with respect to time.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

《第１実施形態》
図１は、本発明の一実施の形態を適用した直噴型火花点火エンジンＥＧを示すブロック図であり、エンジンＥＧの吸気通路１１１には、エアーフィルタ１１２、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１３、吸入空気流量を制御するスロットルバルブ１１４およびコレクタ１１５が設けられている。 << First Embodiment >>
FIG. 1 is a block diagram showing a direct injection spark ignition engine EG to which an embodiment of the present invention is applied. An air filter 112 and an air flow meter 113 for detecting an intake air flow rate are provided in an intake passage 111 of the engine EG. A throttle valve 114 and a collector 115 for controlling the intake air flow rate are provided.

スロットルバルブ１１４には、当該スロットルバルブ１１４の開度を調整するＤＣモータ等のアクチュエータ１１６が設けられている。このスロットルバルブアクチュエータ１１６は、運転者のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを達成するように、エンジンコントロールユニット１１からの駆動信号に基づき、スロットルバルブ１１４の開度を電子制御する。また、スロットルバルブ１１４の開度を検出するスロットルセンサ１１７が設けられて、その検出信号をエンジンコントロールユニット１１へ出力する。なお、スロットルセンサ１１７はアイドルスイッチとしても機能させることができる。 The throttle valve 114 is provided with an actuator 116 such as a DC motor that adjusts the opening of the throttle valve 114. The throttle valve actuator 116 electronically controls the opening of the throttle valve 114 based on the drive signal from the engine control unit 11 so as to achieve the required torque calculated based on the driver's accelerator pedal operation amount and the like. Further, a throttle sensor 117 for detecting the opening degree of the throttle valve 114 is provided, and the detection signal is output to the engine control unit 11. The throttle sensor 117 can also function as an idle switch.

燃料噴射バルブ１１８は、燃焼室１２３に臨ませて設けられており、燃焼室１２３の側方から筒内に直接燃料を噴射するように配置されている。燃料噴射バルブ１１８は、エンジンコントロールユニット１１において設定される駆動パルス信号によって開弁駆動され、図外の燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を筒内に直接噴射する。 The fuel injection valve 118 is provided so as to face the combustion chamber 123, and is arranged so as to inject fuel directly into the cylinder from the side of the combustion chamber 123. The fuel injection valve 118 is driven to open by a drive pulse signal set in the engine control unit 11 and directly injects fuel, which is pumped from a fuel pump (not shown) and controlled to a predetermined pressure by a pressure regulator, into the cylinder.

シリンダ１１９と、当該シリンダ内を往復移動するピストン１２０の冠面１２０１と、吸気バルブ１２１及び排気バルブ１２２が設けられたシリンダヘッドとで囲まれる空間が燃焼室１２３を構成する。点火プラグ１２４は、各気筒の燃焼室１２３に臨んで装着され、エンジンコントロールユニット１１からの点火信号に基づいて吸入混合気に対して点火を行う。なお、ピストン１２０の冠面１２０１の詳細な構成は、後述する。 A space surrounded by the cylinder 119, the crown surface 1201 of the piston 120 that reciprocates in the cylinder, and the cylinder head provided with the intake valve 121 and the exhaust valve 122 constitutes a combustion chamber 123. The spark plug 124 is mounted facing the combustion chamber 123 of each cylinder, and ignites the intake air-fuel mixture based on an ignition signal from the engine control unit 11. The detailed configuration of the crown surface 1201 of the piston 120 will be described later.

一方、排気通路１２５には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出することにより排気、ひいては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ１２６が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。この空燃比センサ１２６は、リッチ・リーン出力する酸素センサであってもよいし、空燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサであってもよい。 On the other hand, the exhaust passage 125 is provided with an air-fuel ratio sensor 126 for detecting an exhaust gas by detecting a specific component in the exhaust gas, for example, oxygen concentration, and thus an air-fuel ratio of the intake air-fuel mixture. Is output. The air-fuel ratio sensor 126 may be an oxygen sensor that performs rich / lean output, or a wide-area air-fuel ratio sensor that linearly detects the air-fuel ratio over a wide area.

また、排気通路１２５には、排気を浄化するための排気浄化触媒１２７が設けられている。この排気浄化触媒１２７としては、ストイキ（理論空燃比，λ＝１、空気重量／燃料重量＝１４．７）近傍において排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣを酸化するとともに、窒素酸化物ＮＯｘの還元を行って排気を浄化することができる三元触媒、或いは排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣの酸化を行う酸化触媒を用いることができる。 The exhaust passage 125 is provided with an exhaust purification catalyst 127 for purifying the exhaust. The exhaust purification catalyst 127 oxidizes carbon monoxide CO and hydrocarbon HC in the exhaust in the vicinity of stoichiometric (theoretical air-fuel ratio, λ = 1, air weight / fuel weight = 14.7), and nitrogen oxide NOx. It is possible to use a three-way catalyst that can purify the exhaust gas by reducing the above, or an oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide CO and hydrocarbon HC in the exhaust gas.

排気通路１２５の排気浄化触媒１２７の下流側には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出し、リッチ・リーン出力する酸素センサ１２８が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。なお、図１において１２９はマフラである。 On the downstream side of the exhaust purification catalyst 127 in the exhaust passage 125, there is provided an oxygen sensor 128 that detects a specific component in the exhaust, for example, oxygen concentration, and outputs a rich / lean output, and the detection signal is output to the engine control unit 11. The In FIG. 1, reference numeral 129 denotes a muffler.

エンジンＥＧのクランク軸１３０にはクランク角センサ１３１が設けられ、エンジンコントロールユニット１１は、クランク角センサ１３１から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントすることで、又は、クランク基準角信号の周期を計測することで、機関回転速度Ｎｅを検出することができる。 The crankshaft 130 of the engine EG is provided with a crank angle sensor 131, and the engine control unit 11 counts a crank unit angle signal output from the crank angle sensor 131 in synchronization with the engine rotation for a predetermined time, or By measuring the cycle of the crank reference angle signal, the engine speed Ne can be detected.

エンジンＥＧの冷却ジャケット１３２には、水温センサ１３３が当該冷却ジャケットに臨んで設けられ、冷却ジャケット１３２内の冷却水温度Ｔｗを検出し、これをエンジンコントロールユニット１１へ出力する。 The cooling jacket 132 of the engine EG is provided with a water temperature sensor 133 facing the cooling jacket, detects the cooling water temperature Tw in the cooling jacket 132, and outputs it to the engine control unit 11.

次に図２〜図４を用いて、ピストン１２０の冠面１２０１の構成を説明する。図２はピストン１２０の冠面１２０１の平面図を示し、図３は図２のIII-III線に沿った断面図を示し、図４は図２のIV-IV線に沿った断面図を示す。ピストン１２０の冠面１２０１には、ピストン冠面１２０１の中心に対して吸気バルブ１２１側（燃料噴射バルブ１１８が設けられた側を意味し、図２に燃料噴射バルブ１１８を二点鎖線で示す。）に偏心した位置に凹部形状に形成された吸気バルブリセス１２０２と、ピストン冠面１２０１の中心に対して排気バルブ１２２側（燃料噴射バルブ１１８が設けられた側と反対側を意味する。）に偏心した位置に凹部形状に形成された吸気バルブリセス１２０３と、ピストン冠面１２０１の中心に対して吸気バルブ１２１側に偏心した位置に凹部形状に形成されているキャビティ１２０４とが形成されている。 Next, the configuration of the crown surface 1201 of the piston 120 will be described with reference to FIGS. 2 shows a plan view of the crown surface 1201 of the piston 120, FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2, and FIG. 4 shows a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. . The crown surface 1201 of the piston 120 means the intake valve 121 side (the side on which the fuel injection valve 118 is provided) with respect to the center of the piston crown surface 1201, and the fuel injection valve 118 is shown by a two-dot chain line in FIG. ) And an exhaust valve recess 1202 formed in a recessed shape at a position eccentric to the center of the piston crown surface 1201 and an exhaust valve 122 side (meaning the side opposite to the side where the fuel injection valve 118 is provided). An intake valve recess 1203 formed in a recessed shape at the position is formed, and a cavity 1204 formed in a recessed shape is formed at a position eccentric to the intake valve 121 side with respect to the center of the piston crown surface 1201.

吸気バルブリセス１２０２は、ピストン冠面１２０１と吸気バルブ１２１のバルブヘッド１２１Ａとの干渉を回避するために設けられた凹部であり、排気バルブリセス１２０３は、ピストン冠面１２０１と排気バルブ１２２のバルブヘッド１２２Ａとの干渉を回避するために設けられた凹部である。図１のブロック図では簡易な構成で示したが、実際には吸気バルブ１２１はペントルーフ型に形成された燃焼室１２３の一方の吸気側の傾斜面に設けられており、排気バルブ１２２はペントルーフ型に形成された燃焼室１２３の一方の排気側の傾斜面に設けられている。このため、吸気バルブリセス１２０２は、バルブヘッド１２１Ａの傾斜に対応して傾斜して形成され、同様に排気バルブリセス１２０３は、バルブヘッド１２２Ａの傾斜に対応して傾斜して形成されている。なお、ピストン冠面１２０１とバルブヘッド１２１Ａ，１２２Ａが干渉しない構造であればこれら吸気バルブリセス１２０２及び排気バルブリセス１２０３を省略してもよい。 The intake valve recess 1202 is a recess provided to avoid interference between the piston crown surface 1201 and the valve head 121A of the intake valve 121, and the exhaust valve recess 1203 includes the piston crown surface 1201 and the valve head 122A of the exhaust valve 122. It is a recessed part provided in order to avoid interference. Although shown in the block diagram of FIG. 1 in a simple configuration, in actuality, the intake valve 121 is provided on an inclined surface on one intake side of a combustion chamber 123 formed in a pent roof type, and the exhaust valve 122 is provided in a pent roof type. Is provided on one of the inclined surfaces on the exhaust side of the combustion chamber 123. For this reason, the intake valve recess 1202 is formed to be inclined corresponding to the inclination of the valve head 121A, and similarly, the exhaust valve recess 1203 is formed to be inclined corresponding to the inclination of the valve head 122A. The intake valve recess 1202 and the exhaust valve recess 1203 may be omitted as long as the piston crown surface 1201 and the valve heads 121A and 122A do not interfere with each other.

キャビティ１２０４は、ピストン１２０の軸を含む断面において、図３に示すように凹部状に形成され、凹部の底面１２０４ａと、当該凹部の側壁面のうち燃料噴射バルブ１１８側の側壁面１２０４ｂと、当該凹部の側壁面のうち燃料噴射バルブ１１８側と反対側の側壁面１２０４ｃとにより構成されている。後述するように、ピストン１２０が上死点付近にあるときに、燃焼噴射バルブ１１８により噴射される主たる燃料噴射が当該キャビティ２６を指向するように底面１２０４ａが形成されており、底面１２０４ａ及び燃料バルブ１１８側と反対側の側面１２０４ｃが、噴射燃料を受け止めてこれを跳ね上げ、点火プラグ１２４の周囲に案内するように形成されている。なお底面１２０４ａは平面である必要はなく湾曲させてもよい。 As shown in FIG. 3, the cavity 1204 is formed in a recess shape in a cross section including the axis of the piston 120, and includes a bottom surface 1204 a of the recess, a side wall surface 1204 b on the fuel injection valve 118 side of the side wall surface of the recess, Of the side wall surface of the recess, the side wall surface 1204c is opposite to the fuel injection valve 118 side. As will be described later, a bottom surface 1204a is formed so that main fuel injection injected by the combustion injection valve 118 is directed to the cavity 26 when the piston 120 is near top dead center. A side surface 1204c opposite to the 118 side is formed to receive the injected fuel, jump it up, and guide it around the spark plug 124. Note that the bottom surface 1204a is not necessarily flat and may be curved.

冠面１２０１のうち、キャビティ１２０４が形成されていない冠面、すなわちキャビティ１２０４の外側の冠面のうち、燃料噴射バルブ１１８側を冠面１２０１ａと称し、燃料噴射バルブ１１８と反対側を冠面１２０１ｂと称する。後述するように、ピストン１２０が上記の上死点位置より低い位置にあるときに、燃焼噴射バルブ１１８により噴射される主たる噴射燃料が当該キャビティ２６の冠面１２０１ｂを指向する。 Of the crown surface 1201, the crown surface in which the cavity 1204 is not formed, that is, the crown surface outside the cavity 1204, the fuel injection valve 118 side is referred to as a crown surface 1201a, and the opposite side to the fuel injection valve 118 is the crown surface 1201b. Called. As will be described later, when the piston 120 is at a position lower than the top dead center position, the main fuel injected by the combustion injection valve 118 is directed toward the crown surface 1201b of the cavity 26.

キャビティ１２０４の底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃには、例えばフッ素化合物を含む材料による表面処理または、表面を１μｍ以下の凹凸面とする微細粗面化処理が施される一方で、キャビティ１２０４の外側の冠面１２０１ｂには、このような表面処理又は微細粗面化処理は施されていない。これにより、少なくともキャビティ１２０４の底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃは、キャビティ１２０４の外側の冠面１２０１ｂより高い撥油性を有することになる。なお、キャビティ１２０４の側壁面１２０４ａにも、底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃと同様に、撥油性を有するような処理を施してもよい。 The bottom surface 1204a and the side wall surface 1204c of the cavity 1204 are subjected to, for example, a surface treatment with a material containing a fluorine compound or a fine roughening treatment with a surface having an uneven surface of 1 μm or less. Such a surface treatment or a fine roughening treatment is not performed on the surface 1201b. Accordingly, at least the bottom surface 1204 a and the side wall surface 1204 c of the cavity 1204 have higher oil repellency than the crown surface 1201 b outside the cavity 1204. Note that the side wall surface 1204a of the cavity 1204 may be subjected to a treatment having oil repellency, similarly to the bottom surface 1204a and the side wall surface 1204c.

またピストン１２０のキャビティ１２０４の外側の冠面１２０１ｂには、ピストン１２０の基材より低い熱伝導性の材料（ジルコニアやチタン等）により表面処理が施される一方で、ピストン１２０のキャビティ１２０４の外側の冠面１２０１ａには、こうした表面処理が施されずにピストン１２０の基材が露出している。 The crown 1201b outside the cavity 1204 of the piston 120 is subjected to a surface treatment with a material having lower thermal conductivity (zirconia, titanium, etc.) than the base material of the piston 120, while the outer surface of the cavity 1204 of the piston 120 is outside. The base surface of the piston 120 is exposed to the crown surface 1201a without being subjected to such surface treatment.

次に、図５〜図８を用いて、ピストン１２０の位置（行程）に対する燃料噴射と、主たる燃料噴射が指向する面との関係について説明する。図５は冷機時におけるピストン１２０と燃料噴射との位置関係を示すブロック図であり、（ａ）は吸気行程の上死点（ＴＤＣ）の状態を、（ｂ）は吸気行程の下死点（ＢＤＣ）の状態を、（ｃ）は圧縮行程の上死点（ＴＤＣ）の直前の状態を示す。図６は暖機中又は暖機後におけるピストン１２０の位置（行程）と燃料噴射との位置関係を示すブロック図であり、（ａ）は吸気行程の上死点（ＴＤＣ）の状態を、（ｂ）は、吸気行程の上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）との間の状態を示す。図７は、冷機時に燃料噴射が吹き付けられる面を示すピストン１２０の冠面１２０１の平面図である。図８は、暖機中又は暖機後に燃料噴射が吹き付けられる面を示すピストン１２０の冠面１２０１の平面図である。なお、図７及び図８において、点線で囲った領域は、燃料噴射バルブ１１８により噴射される主な燃料の付着部分を示す。 Next, the relationship between the fuel injection with respect to the position (stroke) of the piston 120 and the surface on which the main fuel injection is directed will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a block diagram showing the positional relationship between the piston 120 and the fuel injection during cold operation, where (a) shows the top dead center (TDC) state of the intake stroke, and (b) shows the bottom dead center of the intake stroke ( (BDC) shows the state immediately before the top dead center (TDC) of the compression stroke. FIG. 6 is a block diagram showing the positional relationship between the position (stroke) of the piston 120 and the fuel injection during or after warm-up, and (a) shows the state of top dead center (TDC) of the intake stroke ( b) shows a state between the top dead center (TDC) and the bottom dead center (BDC) of the intake stroke. FIG. 7 is a plan view of the crown surface 1201 of the piston 120 showing the surface to which fuel injection is sprayed when cold. FIG. 8 is a plan view of a crown surface 1201 of the piston 120 showing a surface to which fuel injection is sprayed during or after warm-up. 7 and 8, a region surrounded by a dotted line indicates a portion where main fuel is injected by the fuel injection valve 118.

本例では、水温センサ１３３により検出されるエンジン冷却水の温度から、ピストン１２０の温度を推定し、ピストン温度に応じて、燃料噴射のタイミングを変える制御を実行する。すなわち、エンジンコントロールユニット１１により、ピストン１２０の温度が所定温度未満の場合には、エンジンＥＧが冷機状態であると判断し、図５に示すタイミングで、燃料噴射を行う。一方、ピストン１２０の温度が所定温度以上の場合には、エンジンＥＧが暖機状態、又は、暖機後の状態であると判断し、図６に示すタイミングで、燃料噴射を行う。 In this example, the temperature of the piston 120 is estimated from the temperature of the engine coolant detected by the water temperature sensor 133, and control for changing the fuel injection timing is executed according to the piston temperature. That is, when the temperature of the piston 120 is lower than the predetermined temperature, the engine control unit 11 determines that the engine EG is in the cold state, and performs fuel injection at the timing shown in FIG. On the other hand, when the temperature of the piston 120 is equal to or higher than the predetermined temperature, it is determined that the engine EG is in a warm-up state or a state after the warm-up, and fuel injection is performed at the timing shown in FIG.

冷機時には、図５（ａ）に示すようにピストン１２０が吸気行程の上死点の位置にある状態から、図５（ｂ）に示すようにピストン１２０が吸気行程の下死点の位置に移動した後に、図５（ｃ）に示すようにピストン１２０が圧縮行程の上死点付近にある状態、または、ピストン１２０が圧縮上死点の直前の位置にある状態で、噴射燃料がピストン１２０に吹き付けられる。冷機時におけるタイミングで吹き付けられる燃料噴射のうち主たる燃料噴射は、キャビティ１２０４を指向しており、図７に示すように、吹き付けられる燃料噴射のうち大半を占める燃料がキャビティ１２０４の底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃに向けて吹き付けられる。 When cold, the piston 120 moves from the top dead center position of the intake stroke as shown in FIG. 5 (a) to the bottom dead center position of the intake stroke as shown in FIG. 5 (b). After that, as shown in FIG. 5C, the injected fuel is transferred to the piston 120 in a state where the piston 120 is near the top dead center of the compression stroke or in a state immediately before the compression top dead center. Be sprayed. The main fuel injection among the fuel injections sprayed at the timing when the engine is cold is directed to the cavity 1204. As shown in FIG. 7, the fuel occupying most of the fuel injections sprayed is the bottom surface 1204a and the side wall surface of the cavity 1204. Sprayed toward 1204c.

一方、暖機中、又は、暖機後には、図６（ａ）に示すようにピストン１２０が吸気行程の上死点の位置にある状態から移動し、図６（ｂ）に示すようにピストン１２０が吸気行程の下死点の位置に移動する前の状態で、燃料噴射がピストン１２０に吹き付けられる。すなわち、暖機中、又は、暖機後には、冷機時の燃料噴射より早いタイミングであり、ピストン１２０が冷機時の燃料噴射時のピストン１２０の位置より低い位置にあるタイミングで燃料噴射が行われる。暖機時のタイミングで吹き付けられる燃料噴射のうち主たる燃料噴射は、燃料噴射バルブ１１８が設けられた位置と反対側の冠面１２０１ｂを指向しており、図８に示すように、吹き付けられる燃料噴射のうち大半を占める燃料が冠面１２０１ｂに吹き付けられる。なお、冠面１２０１ａには、冷機時に噴射される主たる燃料噴射が指向せず、暖機中又は暖機後に噴射される主たる燃料噴射が指向されない。 On the other hand, during or after warm-up, the piston 120 moves from the state at the top dead center of the intake stroke as shown in FIG. 6 (a), and the piston as shown in FIG. 6 (b). In a state before 120 moves to the position of the bottom dead center of the intake stroke, fuel injection is sprayed onto the piston 120. That is, during or after the warm-up, the fuel injection is performed at a timing earlier than the fuel injection at the time of cold operation and at a timing when the piston 120 is at a position lower than the position of the piston 120 at the time of fuel injection at the time of cold operation. . Of the fuel injections sprayed at the timing of warm-up, the main fuel injection is directed to the crown surface 1201b opposite to the position where the fuel injection valve 118 is provided, and as shown in FIG. The fuel occupying most of the fuel is sprayed onto the crown surface 1201b. In addition, the main fuel injection injected at the time of cold-down is not directed to the crown surface 1201a, and the main fuel injection injected during or after the warm-up is not directed to the crown surface 1201a.

次に、図９を用いて、エンジンコントロールユニット１１の制御手順を説明する。図９は、本例のエンジンＥＧを制御する制御手順を示すフローチャートである。なお、図９に示す制御フローは繰り返し行われる。 Next, the control procedure of the engine control unit 11 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart showing a control procedure for controlling the engine EG of this example. Note that the control flow shown in FIG. 9 is repeated.

ステップＳ１にて、エンジンコントロールユニット１１は、運転者によるイグニションスイッチのオン操作に基づき、エンジンＥＧの始動要求信号を受信する。ステップＳ２にて、エンジンコントロールユニット１１は、水温センサ１３３の検出温度に基づき、ピストン１２０の冠面温度を推定する。ステップＳ３にて、エンジンコントロールユニット１１は、ステップＳ２で推定したピストン１２０の冠面温度と、予め設定されている閾値温度（Ｔｃ）とを比較する。ここで、閾値温度（Ｔｃ）は、エンジンＥＧが冷機の状態であるか、暖機中又は暖機後の状態であるかを判定するための閾値温度（Ｔｃ）であって、設計段階で予め設定される温度である。エンジンＥＧの状態と冷却水の温度との間には相関性があるため、閾値温度（Ｔｃ）は、当該相関性に基づいて設定されている。 In step S1, the engine control unit 11 receives a start request signal for the engine EG based on the ON operation of the ignition switch by the driver. In step S <b> 2, the engine control unit 11 estimates the crown surface temperature of the piston 120 based on the temperature detected by the water temperature sensor 133. In step S3, the engine control unit 11 compares the crown surface temperature of the piston 120 estimated in step S2 with a preset threshold temperature (Tc). Here, the threshold temperature (Tc) is a threshold temperature (Tc) for determining whether the engine EG is in a cold state, in a warming-up state, or in a state after the warming-up. This is the set temperature. Since there is a correlation between the state of the engine EG and the temperature of the cooling water, the threshold temperature (Tc) is set based on the correlation.

ピストン１２０の冠面温度が閾値温度（Ｔｃ）より低い場合には、エンジンコントロールユニット１１は、冷機中であると判断して、ステップＳ４にて、冷機時の燃料噴射のタイミングで、燃料噴射を制御する。一方、ピストン１２０の冠面温度が閾値温度（Ｔｃ）以上である場合には、エンジンコントロールユニット１１は、暖機中又は暖機後であると判断して、ステップＳ４にて、暖機中又は暖機後の燃料噴射のタイミングで、燃料噴射を制御する。そして、ステップＳ４又はステップＳ５の処理が行われると本例の制御は終了する。 If the crown surface temperature of the piston 120 is lower than the threshold temperature (Tc), the engine control unit 11 determines that the engine is cold, and in step S4, performs fuel injection at the fuel injection timing during cold. Control. On the other hand, when the crown surface temperature of the piston 120 is equal to or higher than the threshold temperature (Tc), the engine control unit 11 determines that it is warming up or after warming up, and in step S4, Fuel injection is controlled at the timing of fuel injection after warm-up. And control of this example will be completed if processing of Step S4 or Step S5 is performed.

次に、本例のエンジンＥＧにおける、窒化リン（ＰＮ）の個数について、図１０を用いて説明する。図１０において、（ａ）は時間に対するピストン１２０の冠面温度の特性を示すグラフであり、（ｂ）は時間に対する燃料噴射タイミング（ＡＴＤＣ）を示すグラフであり、（ｃ）は時間に対するエンジン回転数を示し、（ｄ）は時間に対するＰＮ（個）の特性を示すグラフである。図１０（ｄ）のグラフＡは、ピストン１２０のキャビティ１２０４の底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃと、ピストン１２０の冠面１２０１ｂとに、それぞれ上記のような表面処理を施した場合（本発明の実施例）のＰＮ特性を示しており、グラフＢは、ピストン１２０の冠面１２０１に対して何ら表面処理を施していない場合（本発明の比較例）のＰＮ特性を示している。 Next, the number of phosphorus nitride (PN) in the engine EG of this example will be described with reference to FIG. 10A is a graph showing characteristics of the crown surface temperature of the piston 120 with respect to time, FIG. 10B is a graph showing fuel injection timing (ATDC) with respect to time, and FIG. 10C is an engine rotation with respect to time. (D) is a graph showing the characteristics of PN (pieces) with respect to time. Graph A in FIG. 10D shows a case where the above-described surface treatment is applied to the bottom surface 1204a and the side wall surface 1204c of the cavity 1204 of the piston 120 and the crown surface 1201b of the piston 120 (Example of the present invention). The graph B shows the PN characteristic when no surface treatment is applied to the crown surface 1201 of the piston 120 (comparative example of the present invention).

まず時間（ｔ_１）の時点で、エンジン始動要求があり、図１０（ｃ）に示すように、エンジンＥＧが回転し始める。そして、時間（ｔ_２）の時点から、燃料が噴射される。時間（ｔ_２）の時点で、ピストン１２０の冠面温度は閾値温度（Ｔｃ）より低いため、エンジンコントロールユニット１１は、図１０（ｂ）に示すように、冷機時の燃料噴射タイミングで燃料を噴射する。そして、時間（ｔ_２）の後に、エンジンＥＧが完爆し、エンジン回転数が増加しつつ、ピストン１２０の冠面温度が増加する。 First, at time (t ₁ ), there is an engine start request, and the engine EG starts to rotate as shown in FIG. Then, fuel is injected from the time (t ₂ ). Since the crown surface temperature of the piston 120 is lower than the threshold temperature (Tc) at the time (t ₂ ), the engine control unit 11 supplies the fuel at the fuel injection timing during cold as shown in FIG. Spray. Then, after the time (t ₂ ), the engine EG is completely exploded, and the crown temperature of the piston 120 increases while the engine speed increases.

図１０（ａ）に示すように、ピストン１２０の冠面温度は、時間（ｔ_３）の時点まで、閾値温度（Ｔｃ）より低いため、エンジンコントロールユニット１１は冷機時の燃料噴射タイミングで燃料を噴射し続ける。そして、時間（ｔ_３）の時点で、ピストン１２０の冠面温度が閾値温度（Ｔｃ）に達すると、エンジンコントロールユニット１１は燃料噴射タイミングを、冷機時の燃料噴射タイミングから、暖機時又は暖機中の燃料噴射タイミングに変更して、燃料を噴射する。 As shown in FIG. 10 (a), since the crown temperature of the piston 120 is lower than the threshold temperature (Tc) until the time (t ₃ ), the engine control unit 11 supplies the fuel at the fuel injection timing at the time of cold. Continue to spray. When the crown surface temperature of the piston 120 reaches the threshold temperature (Tc) at the time (t ₃ ), the engine control unit 11 changes the fuel injection timing from the fuel injection timing at the time of cold, Change to the fuel injection timing in the machine and inject fuel.

図１０（ｄ）に示すように、時間（ｔ_２）から時間（ｔ_３）の間で、本例におけるＰＮは、本例のように表面処理を施していない場合と比べて減少している。 As shown in FIG. 10D, the PN in this example decreases from the time (t ₂ ) to the time (t ₃ ) compared to the case where the surface treatment is not performed as in this example. .

ところで、キャビティ１２０４の底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃに、本例のような表面処理を施していない場合には、キャビティ１２０４の表面に燃料が付着し易くなる。また、キャビティ１２０４の底面１２０４ａが撥油性を有し、側壁面１２０４ｃが撥油性を有していない場合には、燃料がキャビティ１２０４の縁（ふち）である側壁面１２０４ｃに付着し易くなる。そして、キャビティ１２０４の表面に付着した燃料は、剥離して輝炎となってしまうため、煤が発生してしまい、図１０（ｄ）のグラフＢに示すように、ＰＮが増加してしまう。 By the way, when the surface treatment as in this example is not performed on the bottom surface 1204a and the side wall surface 1204c of the cavity 1204, the fuel easily adheres to the surface of the cavity 1204. Further, when the bottom surface 1204a of the cavity 1204 has oil repellency and the side wall surface 1204c does not have oil repellency, the fuel easily adheres to the side wall surface 1204c which is an edge (edge) of the cavity 1204. Then, the fuel adhering to the surface of the cavity 1204 is peeled off and becomes a bright flame, so that soot is generated and PN increases as shown in the graph B of FIG.

本例では、キャビティ１２０４の底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃが撥油性を有しているため、燃料がキャビティ１２０４の底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃに付着することが抑制される。また、本例ではキャビティ１２０４の底面１２０４ａだけではなく、側壁面１２０４ｃも撥油性を有するため、底面１２０４ａから跳ね上げられた燃料が、側壁面１２０４ｃに衝突する場合に、当該燃料は側壁面１２０４ｃに付着せず、燃焼室１２３内に案内される。そのため、本例は、キャビティ１２０の縁に燃料が付着することを抑制することができる。 In this example, since the bottom surface 1204a and the side wall surface 1204c of the cavity 1204 have oil repellency, the adhesion of fuel to the bottom surface 1204a and the side wall surface 1204c of the cavity 1204 is suppressed. Further, in this example, not only the bottom surface 1204a of the cavity 1204 but also the side wall surface 1204c has oil repellency. Therefore, when the fuel splashed from the bottom surface 1204a collides with the side wall surface 1204c, the fuel hits the side wall surface 1204c. It does not adhere and is guided into the combustion chamber 123. Therefore, this example can suppress the fuel from adhering to the edge of the cavity 120.

また、本例では、ピストン１２０の冠面１２０１ｂが低熱伝導性を有しているため、冠面１２０１ｂの温度を早く上昇させることができ、冠面１２０１ｂにおいて、キャビティ１２０４の底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃから跳ね上げられた燃料の気化を促進することができる。これにより、本例は、燃料が冠面１２０１に付着することを防ぐことができ、図１０（ｄ）のグラフＡに示すように、ＰＮの個数を減少させることができる。 Further, in this example, since the crown surface 1201b of the piston 120 has low thermal conductivity, the temperature of the crown surface 1201b can be increased quickly, and the bottom surface 1204a and the side wall surface 1204c of the cavity 1204 can be increased in the crown surface 1201b. It is possible to promote the vaporization of the fuel splashed from the fuel. Thereby, this example can prevent the fuel from adhering to the crown surface 1201, and can reduce the number of PNs as shown in the graph A of FIG.

上記のように、本例は、ピストンの冠面温度が閾値温度（Ｔｃ）未満の場合には、燃料噴射がキャビティを指向するように、冷機時のタイミングで燃料噴射を行い、ピストンの冠面温度が閾値温度（Ｔｃ）以上の場合には、燃料噴射が冠面１２０１ｂを指向するように、暖機中又は暖機後のタイミングで燃料噴射を行い、キャビティ１２０４の底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃが撥油性を有する。これにより、本例は、冷機時にはキャビティ１２０４による成層燃焼を行うため、着火性を高めることができ、また点火時期を、燃料噴射時期に対して遅角させることで、早く暖機状態になるように促進させることができる。そして本例では、底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃが撥油性を有するため、冷機時において噴射された燃料がキャビティ１２０４の底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃに付着することを抑制することができる。また底面１２０４ａから跳ね上げられた燃料が側壁面１２０４ｃに付着することを防ぐことができ、キャビティ１２０４の縁に燃料が付着することを抑制することができる。 As described above, in this example, when the crown surface temperature of the piston is lower than the threshold temperature (Tc), the fuel injection is performed at the cold timing so that the fuel injection is directed to the cavity. When the temperature is equal to or higher than the threshold temperature (Tc), fuel injection is performed at the timing of warming up or after warming up so that the fuel injection is directed to the crown surface 1201b, and the bottom surface 1204a and the side wall surface 1204c of the cavity 1204 Has oil repellency. Thus, in this example, since stratified combustion is performed by the cavity 1204 during cold operation, the ignitability can be improved, and the ignition timing is retarded with respect to the fuel injection timing, so that the warm-up state can be quickly achieved. Can be promoted. In this example, since the bottom surface 1204a and the side wall surface 1204c have oil repellency, it is possible to suppress the fuel injected during cold operation from adhering to the bottom surface 1204a and the side wall surface 1204c of the cavity 1204. Further, the fuel splashed up from the bottom surface 1204a can be prevented from adhering to the side wall surface 1204c, and the fuel can be prevented from adhering to the edge of the cavity 1204.

また、本例において、暖機中又は暖機後には、ピストン１２０からの受熱により、ピストン１２０の冠面温度が上昇しており、冠面１２０１ｂに吹き付けられる噴射燃料は気化され易くなるため、燃料液膜が冠面１２０１ｂに形成されることを防ぐことができる。 Further, in this example, during or after warming up, the crown surface temperature of the piston 120 rises due to heat received from the piston 120, and the injected fuel sprayed on the crown surface 1201b is easily vaporized. The liquid film can be prevented from being formed on the crown surface 1201b.

また本例において、底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃは、ピストン１２０の基材より高い撥油性を有し、ピストン１２０の冠面１２０１ｂは、ピストン１２０の基材より低い熱伝導性を有する。これにより、暖機中又は暖機後には、噴射燃料が指向する冠面１２０１ｂの温度が早く上昇するため、冠面１２０１ｂにおいて、キャビティ１２０４の底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃから跳ね上げられた燃料の気化を促進することができ、燃料液膜が冠面１２０１に形成されることを抑制することができる。 Further, in this example, the bottom surface 1204 a and the side wall surface 1204 c have higher oil repellency than the base material of the piston 120, and the crown surface 1201 b of the piston 120 has lower thermal conductivity than the base material of the piston 120. As a result, the temperature of the crown surface 1201b to which the injected fuel is directed quickly rises during or after warming up, so that the fuel splashed from the bottom surface 1204a and the side wall surface 1204c of the cavity 1204 is vaporized at the crown surface 1201b. And the formation of a fuel liquid film on the crown surface 1201 can be suppressed.

また本例において、ピストン１２０の基材は、冠面１２０１ａから露出している。これにより、冠面１２０１ａの熱伝導性が高くなるため、高負荷時のノッキングを抑制することができる。また冠面１２０１ａの表面処理が不要になるため、コストを抑制することができる。 Further, in this example, the base material of the piston 120 is exposed from the crown surface 1201a. Thereby, since the thermal conductivity of the crown surface 1201a is increased, knocking at a high load can be suppressed. Further, since the surface treatment of the crown surface 1201a is not necessary, the cost can be suppressed.

また本例において、キャビティ１２０４の底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃはピストン１２０の基材より低い熱伝導性を有する。これにより、噴射燃料が底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃに吹き付けられる場合に、噴射燃料が底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃの温度は早く上昇するため、燃料の気化を促進することができ、燃料液膜が底面１２０４ａ及び側壁面１２０４ｃに形成されることを抑制することができる。 In this example, the bottom surface 1204 a and the side wall surface 1204 c of the cavity 1204 have lower thermal conductivity than the base material of the piston 120. Thereby, when the injected fuel is sprayed on the bottom surface 1204a and the side wall surface 1204c, the temperature of the bottom surface 1204a and the side wall surface 1204c rises quickly, so that the vaporization of the fuel can be promoted and the fuel liquid film is formed on the bottom surface. It can suppress forming in 1204a and the side wall surface 1204c.

ＥＧ…エンジン（内燃機関）
１１…エンジンコントローラ
１１１…吸気通路
１１２…エアーフィルタ
１１３…エアフローメータ
１１４…スロットルバルブ
１１５…コレクタ
１１６…スロットルバルブアクチュエータ
１１７…スロットルセンサ
１１８…燃料噴射バルブ
１１９…シリンダ
１２０…ピストン
１２１…吸気バルブ
１２２…排気バルブ
１２３…燃焼室
１２４…点火プラグ
１２５…排気通路
１２６…空燃比センサ
１２７…排気浄化触媒
１２８…酸素センサ
１２９…マフラ
１３０…クランク軸
１３１…クランク角センサ
１３２…冷却ジャケット
１３３…水温センサ
１２０１…冠面
１２０１ａ、１２０１ｂ…冠面
１２０２…吸気バルブリセス
１２０３…排気バルブリセス
１２０４…キャビティ
１２０４ａ…底面
１２０４ｂ、１２０４ｃ…側壁面 EG ... Engine (internal combustion engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Engine controller 111 ... Intake passage 112 ... Air filter 113 ... Air flow meter 114 ... Throttle valve 115 ... Collector 116 ... Throttle valve actuator 117 ... Throttle sensor 118 ... Fuel injection valve 119 ... Cylinder 120 ... Piston 121 ... Intake valve 122 ... Exhaust Valve 123 ... Combustion chamber 124 ... Spark plug 125 ... Exhaust passage 126 ... Air-fuel ratio sensor 127 ... Exhaust purification catalyst 128 ... Oxygen sensor 129 ... Muffler 130 ... Crankshaft 131 ... Crank angle sensor 132 ... Cooling jacket 133 ... Water temperature sensor 1201 ... Crown Surface 1201a, 1201b ... Crown 1202 ... Intake valve recess 1203 ... Exhaust valve recess 1204 ... Cavity 1204a ... Bottom 1204b, 1204c ... Side wall surface

Claims

A fuel injection valve arranged to inject fuel directly into the cylinder from the side of the combustion chamber;
A piston having a cavity in at least a portion of the crown surface,
When the temperature of the piston is lower than a predetermined temperature, fuel injection is performed at a first timing at which the piston is near top dead center so that main fuel injection by the fuel injection valve is directed to the cavity,
When the temperature of the piston is equal to or higher than the predetermined temperature, the main fuel injection by the fuel injection valve is directed to the crown surface of the piston outside the cavity and opposite to the fuel injection valve. In an internal combustion engine that performs fuel injection at a second timing that is earlier than a first timing and at which the position of the piston is lower than the position of the piston at the first timing,
The internal combustion engine characterized in that a side wall surface opposite to the fuel injection valve among the bottom surface of the cavity and the side wall surface of the cavity has higher oil repellency than a crown surface outside the cavity.

Of the bottom surface of the cavity and the side wall surface of the cavity, the side wall surface opposite to the fuel injection valve has higher oil repellency than the base material of the piston,
The internal combustion engine according to claim 1, wherein a crown surface of the piston to which fuel injection at the second timing is directed has lower thermal conductivity than a base material of the piston.

3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the base material of the piston is exposed from a crown surface of the piston that is not directed at any of the fuel injections at the first timing and the second timing. .

The side wall surface opposite to the fuel injection valve among the bottom surface of the cavity and the side wall surface of the cavity has lower thermal conductivity than the piston base material. The internal combustion engine described in 1.