(57)【要約】【課題】断熱部を形成することに起因する冷却損失の増大を抑制することが可能な燃料噴射装置を提供する。【解決手段】本発明の燃料噴射装置１０は、キャビティ部１３１を形成する冠部１３０の少なくとも一部に他の部位よりも大きい値の表面粗さをもつ断熱部としての陽極酸化皮膜２０を有するピストン１３、を備えた内燃機関１に適用される燃料噴射装置である。燃焼噴射装置１０は、燃料噴射弁３０と、噴射制御部４２と、を備える。燃料噴射弁３０は、キャビティ部１３１に向かって噴孔３１から燃料を噴射する。噴射制御部４２は、陽極酸化皮膜２０での熱伝達率を低減するように燃料噴射弁３０による燃料噴射を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ部（１３１）を形成する冠部（１３０）の少なくとも一部に他の部位よりも大きい値の表面粗さをもつ断熱部（２０）を有するピストン（１３）、を備えた内燃機関（１）に適用される燃料噴射装置であって、
前記キャビティ部に向かって噴孔（３１，７０，８０）から燃料を噴射する燃料噴射弁（３０，５０，６０）と、
前記断熱部での熱伝達率を低減するように前記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御部（４２）と、
を備える燃料噴射装置。
【請求項２】
前記断熱部は、前記ピストンの前記冠部のうちスキッシュ部（１３２）以外の部位に形成されている請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記断熱部の表面粗さＲａは、２以上である請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記噴射制御部は、前記断熱部が形成されていない場合に設定される基準噴射圧より小さい噴射圧で燃料を噴射するように前記燃料噴射弁を制御する請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記噴孔は、燃料の噴射方向における外側の径が内側の径より大きい請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記噴孔は、その径が燃料の噴射方向における内側から外側へ向けて連続的に拡大している請求項５に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記噴孔（７０，８０）は、
燃料の噴射方向における内側に位置する小径孔部（７１，８１）と、前記小径孔部より前記噴射方向の外側に位置し前記小径孔部より径が大きい大径孔部（７２，８２）と、前記小径孔部と前記大径孔部との間に形成される段部（７３，８３）と、
を有する請求項５または請求項６に記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記小径孔部（８１）と前記大径孔部（８２）のうち少なくとも一方の孔部は、その径が燃料の噴射方向における内側から外側へ向けて連続的に拡大している請求項７に記載の燃料噴射装置。
【請求項９】
前記燃料噴射弁の開閉を複数回行うことで複数回の燃料噴射である多段噴射を行い、かつ、前記多段噴射のうちの噴射量が微少量の噴射に引き続き噴射量が多い主噴射を行うものであって、
前記燃料噴射弁は、噴射圧を可変であり、
前記噴射制御部は、前記多段噴射において噴射圧を切り替える請求項１〜請求項８のうちいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１０】
前記噴射制御部は、前記主噴射において噴射圧が連続で変化するように前記燃料噴射弁を制御する請求項９に記載の燃料噴射装置。
【請求項１１】
前記燃料噴射弁の開閉を複数回行うことで複数回の燃料噴射である多段噴射を行い、かつ、前記多段噴射のうちの噴射量が微少量の噴射に引き続き噴射量が多い主噴射を行うものであって、
前記燃料噴射弁は、燃料噴射方向を可変であり、
前記噴射制御部は、前記主噴射における中間時期において、前記噴孔と前記断熱部との距離が最大となる方向に燃料を噴射するように制御する請求項１〜請求項１０のうちいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１２】
前記噴射制御部は、前記多段噴射において噴射方向を切り替えるものである請求項１１に記載の燃料噴射装置。
【請求項１３】
前記噴射制御部は、前記主噴射において噴射方向が連続で変化するように前記燃料噴射弁を制御する請求項１２に記載の燃料噴射装置。
【請求項１４】
前記断熱部は、陽極酸化皮膜である請求項１〜請求項１３のうちいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の熱効率を高めるために、冷却損失を低減するための対策が採られている。例えば、特許文献１に記載の内燃機関では、燃焼室を区画するピストンの冠部の一部に、陽極酸化皮膜による断熱膜を設けることによって冷却損失を低減するようにしている。
上記の断熱膜は、アルミニウム合金などの従来エンジン壁面に対し、熱伝導率が１／１０以下、体積比熱が１／２以下の材料が望ましく、熱伝導率と体積比熱が低い断熱膜に燃焼で生じた熱が移動することで、断熱膜の温度が上昇するため、筒内の既燃ガスと断熱膜の温度差が低下することにより冷却損失を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−９４２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の内燃機関では、燃焼速度の低下抑制を狙い、キャビティ部の表面には断熱膜を設けていないが、本来、熱損失が最も大きいキャビティ部にこそ断熱膜を形成することが望ましい。しかし、単純にキャビティ部に断熱膜を形成しても、断熱膜を形成することで表面粗さが増加し、断熱膜近傍の乱流が増加して熱伝達率が増加してしまうため、結局は燃焼室での熱損失を十分に低減することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、断熱膜を形成することに伴う面粗さ増加に起因する冷却損失の増大を抑制することが可能な燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料噴射装置は、キャビティ部（１３１）を形成する冠部（１３０）の少なくとも一部に他の部位よりも大きい値の表面粗さをもつ断熱部（２０）を有するピストン（１３）、を備えた内燃機関（１）に適用される燃料噴射装置である。燃焼噴射装置は、燃料噴射弁（３０，６０）と、噴射制御部（４２）と、を備える。燃料噴射弁は、キャビティ部に向かって噴孔（３１，７０，８０）から燃料を噴射する。噴射制御部は、断熱部での熱伝達率を低減するように燃料噴射弁による燃料噴射を制御する。
【０００７】
本発明の構成によれば、燃料噴射弁による燃料噴射を、断熱部での熱伝達率を低減するように制御するため、断熱部を形成することに伴う面粗さ増加に起因する冷却損失の増大を抑制することができる。すなわち、断熱部形成に伴う面粗さ増加に起因して熱伝達率が増加しても、断熱部本来の冷却損失低減効果を十分に得ることができる。
【０００８】
さらに、好適な実施形態としては、噴射制御部は、断熱部が形成されていない場合に設定される基準噴射圧より小さい噴射圧で燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する。一般に噴射圧が大きくなると、乱流エネルギは増加する。噴射圧を下げることで噴霧流速が下がり、断熱部近傍の乱流エネルギが低減される。ひいては断熱部形成に伴う表面粗さ増加による熱伝達率の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射装置が適用されるエンジンを示す概略図である。
【図２】第１実施形態によるエンジンの燃焼室を拡大して示す断面図である。
【図３】第１実施形態による燃料噴射弁の噴孔の部位を拡大して示す断面図である。
【図４】クランクアングルごとの噴射量の推移を示す図であり、左側に示す図は比較形態によるものを示し、右側に示す図は第１実施形態による推移を示す。
【図５】燃料噴射装置が行う処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】噴霧流速と乱流エネルギとの関係をイメージで示す図であり、（ａ）は噴霧流速が大きいときを示し、（ｂ）は、（ａ）と比較して噴霧流速が小さいときを示す。
【図７】表面粗さと乱流エネルギとの関係をイメージで示す図であり、（ａ）はＲａ＝１のときを示し、（ｂ）はＲａ＝３のときを示す。
【図８】クランクアングルごとの噴射量の推移を示す図であり、左側に示す図は比較形態によるものを示し、右側に示す図は第２実施形態による推移を示す。
【図９】第３実施形態による、エンジンの燃焼室を拡大して示す断面図である。
【図１０】クランクアングルごとの噴射量の推移を示す図であり、左側に示す図は比較形態によるものを示し、右側に示す図は第３実施形態による推移を示す。
【図１１】クランクアングルごとの噴射量の推移を示す図であり、左側に示す図は比較形態によるものを示し、右側に示す図は第４実施形態による推移を示す。
【図１２】第５実施形態による燃料噴射弁の噴孔の部位を拡大して示す断面図である。
【図１３】第５実施形態による、エンジンの燃焼室を拡大して示す断面図である。
【図１４】第６実施形態による、エンジンの燃焼室を拡大して示す断面図である。
【図１５】第７実施形態による燃料噴射弁の噴孔の部位を拡大して示す断面図である。
【図１６】第８実施形態による燃料噴射弁の噴孔の部位を拡大して示す断面図である。
【図１７】その他の実施形態による、エンジンの燃焼室を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
〈第１実施形態〉
［構成］
第１実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。第１実施形態による燃料噴射装置１０は、図１に示す内燃機関としてのエンジン１に適用され、燃料噴射弁３０のエンジン１への燃料噴射を制御する。まず、エンジン１及びその周辺構成について説明する。
【００１１】
エンジン１は、例えば、軽油等の燃料が燃焼室１２に直接噴射される４ストロークディーゼルエンジンである。ピストン１３が上死点に到達する付近で、燃料噴射弁３０が燃料を噴射すると、吸気マニホールド１１から供給される空気と燃料との混合気が燃焼室１２で自己着火し、燃焼する。燃焼時の爆発力によりピストン１３が往復運動し、ピストン１３の往復運動は図示しないクランクシャフトの回転運動に変換される。燃焼により生じた既燃ガスは、排気マニホールド１４を経由して大気中に放出される。
【００１２】
燃焼室１２は、筒状のシリンダ１５、その開口に配置されたピストン冠部１３０、及び、シリンダヘッド１６の下面によって区画されている。燃焼室１２の入口であるシリンダヘッド１６の吸気ポートには、吸気弁１７が設けられており、燃焼室１２の出口であるシリンダヘッド１６の排気ポートには、排気弁１８が設けられている。吸気弁１７および排気弁１８は、図示しないバルブ駆動機構により開閉駆動される。
【００１３】
電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび入出力ポート等からなるマイクロコンピュータにより構成され、エンジン１の各部位に取り付けられた各種センサ等からの信号が入力される。ＥＣＵ４０は、これらの各種センサからの検出信号に基づき、エンジン１の運転状態を制御する。
【００１４】
本実施形態の燃料噴射装置１０は、燃料噴射弁３０及び噴射制御部４２を備えている。燃料噴射弁３０は、噴孔３１が燃焼室１２に露出するようにシリンダヘッド１６に設けられており、噴孔３１から燃焼室１２内に燃料を噴射可能である。噴射制御部４２は、例えばＥＣＵ４０内に構成されている。噴射制御部４２は、図示しないクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ等のエンジン１の運転状態を検出する各種センサや、アクセルペダルの操作量等のユーザの要求を検出する各種センサからの検出結果に基づき、燃料噴射弁３０の噴射を制御する。
【００１５】
燃料噴射装置１０の詳細について、図２を参照して説明する。
本実施形態において、燃料噴射弁３０は、燃焼室１２の径方向中心部に位置しており、燃焼室１２の径方向内側から径方向外側に向かって燃料を噴射する。すなわち、燃料噴射弁３０の噴射方向Ｄは、燃焼室１２の径方向内側から径方向外側に向かう方向である。噴射された燃料は、周囲の空気と混合しながら燃料噴霧流Ｆを形成する。
【００１６】
ここで、燃焼室１２を構成するピストン冠部１３０の上部には、リエントラント型のキャビティ部１３１が凹設されている。キャビティ部１３１の外側には、ピストントップとほぼ同じ高さで平坦なスキッシュ部１３２が形成されている。
【００１７】
ピストン冠部１３０の上面には、中央突起部１３３と、テーパ面部１３４と、窪み部１３５とが、ピストン１３の中央からに外縁に向かって順に連続して形成されている。中央突起部１３３の高さは、スキッシュ部１３２より低い。テーパ面部１３４は、中央突起部１３３から外縁に向かって下降している。窪み部１３５は、テーパ面部１３４の径方向外側端部からさらに下方へ窪んだ後、略Ｓ字状に立ち上がるように形成され、その径方向外側端部がスキッシュ部１３２に連続している。
【００１８】
ピストン冠部１３０の上面のうち、窪み部１３５を形成する部位に、陽極酸化皮膜２０が形成されている。すなわち、陽極酸化皮膜２０は、スキッシュ部１３２には形成されていない。陽極酸化皮膜２０は、多孔質皮膜と封孔材とから構成される。多孔質皮膜は、ピストン１３の母材であるアルミニウム合金の陽極酸化処理により形成される皮膜（アルマイト皮膜）である。封孔剤は、陽極酸化処理の過程で形成された細孔を封止してアルマイト皮膜の熱疲労を抑制する目的で設けられるものである。封孔材としては、シリカ等の耐熱性のある材料が主成分として作用する材料（好ましくはポリシラザン）が用いられる。
【００１９】
この陽極酸化皮膜２０は、特許請求の範囲に記載の「断熱部」の一例に相当する。陽極酸化皮膜２０の表面粗さＲａは、ピストン冠部１３０の上面のうち陽極酸化皮膜２０が形成されない他の部位より大きく、且つ、概ね２以上である。ここで、表面粗さＲａは、ＪＩＳ規格で定義される一般的な算術平均粗さである。また、「断熱部」としての陽極酸化皮膜２０は、体積比熱、熱伝導率、及び熱損失が、ピストン冠部１３０の上面のうち陽極酸化皮膜２０が形成されない部位よりいずれも小さい。
【００２０】
また、本実施形態の燃料噴射弁３０は、燃料噴射弁３０の中心軸を中心とする同心円上に形成された複数の噴孔３１を有している。これらの噴孔３１から噴霧される燃料噴霧流Ｆは、燃料噴射弁３０から放射状に燃焼室１２内を進む。なお、噴孔３１の数は、例えば１０個以上であることが好ましい。また、噴孔３１の径は、例えば１．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
図３に示すように、燃料噴射弁３０は、ハウジング３２と、ハウジング３２内に往復動可能に収納されるニードル３３とを備えている。このハウジング３２に、上述の噴孔３１が形成されている。ニードル３３がハウジング３２の内壁に着座する、又は離座することで噴孔３１が開閉される。ニードル３３が着座することで、ハウジング３２の内部と外部とが遮断される。ニードル３３が離座することで、ハウジング３２の内部と外部とが連通する。
【００２２】
また、ハウジング３２内には、図示しない高圧燃料通路を介して蓄圧配管としてのコモンレールから高圧燃料が供給されるようになっている。コモンレール内の燃圧を所望に制御することで、燃料噴射弁３０を介して噴射される際の燃料の圧力である噴射圧を所望に制御することができる。
本実施形態における噴孔３１は、燃料噴射方向における外側の径が内側の径より大きく、内側から外側へ向けて連続的に拡大している。
【００２３】
［作用、効果］
本実施形態の燃料噴射装置１０による燃料噴射について説明する。
本実施形態では、図４に示すように、１燃焼サイクル内に複数回の燃量噴射を行う多段噴射制御を採用する。図４において右側に示す図は、本実施形態で実行される燃料噴射制御におけるクランクアングルごとの噴射量の推移を示している。図４において左側に示す図は、陽極酸化皮膜２０が形成されておらず、陽極酸化皮膜２０に対応する壁面の表面粗さＲａが１である比較形態において決定される噴射量の推移を示している。断熱部としての陽極酸化皮膜２０が形成されない場合のキャビティ壁面の表面粗さＲａは概ね１であるため、この比較形態を用いる。
【００２４】
多段噴射では、最大の噴射量を有するメイン噴射を行う前に、複数回の微少噴射を行う。本実施形態では、メイン噴射と、メイン噴射の前に２回以上実行されるパイロット噴射と、メイン噴射の後に１回以上実行されるアフタ噴射と、の合計４回以上の噴射を実行する。
【００２５】
こうした燃料の噴射圧は、図５に示す制御フローチャートに基づいて決定する。まず、ステップＳ１において、エンジン１の運転条件を読み込む。このとき、ＥＣＵ４０は、アクセル開度や、吸気圧センサが検出する吸気の圧力やクランク角センサが検出するクランク角などの車両の運転状態を記録する。
【００２６】
次に、ステップＳ２において、Ｓ１で読み込んだ運転状態を示す各種パラメータに基づき、予めＲＯＭに記憶されたマップに従って、噴射圧を仮決めする。次に、ステップＳ３において、ＥＧＲの有無等の補正要素に基づき補正係数を決定する。次に、Ｓ４で、補正係数に基づいて仮決めした噴射圧の補正演算を行い、噴射圧を決定する。本処理は繰り返し実行される。
【００２７】
一般に、燃料の噴射圧はエンジン仕様が許容する範囲で可能な限り高い噴射圧が選択される。これは、噴射圧を高くすることで、燃料の噴霧を微粒化し、燃料と空気の混合を促進することができるためである。噴射圧を高くすることで、噴射圧が低い場合と比較して噴霧の中心部の燃え残りが少なくなり、燃料の完全燃焼により燃料消費量が低減でき、さらに、すすなどの粒子状物質の発生を抑制することができるためである。
【００２８】
特許請求の範囲に記載の「断熱部が形成されていない場合に設定される基準噴射圧」とは、陽極酸化皮膜２０が形成されておらず、図４において左側に比較形態として示すように噴霧の微粒化等を狙って最適条件として設定される噴射圧を意味する。なお、以下の図８、図１０、図１１に示す図面については、図４と同様に、左側に比較形態を示し、右側に各実施形態を示している。
【００２９】
［効果］
第１実施形態では、図４において右側に示すように、図４において左側に示す比較形態に対して噴射圧を全般的に小さくしている。一般に噴射圧が大きい場合には噴霧流速が大きく、図６にそのイメージを示すように、乱流エネルギは増加する。図６（ａ）と図６（ｂ）とでは、表面粗さは同一である。なお、図２において、破線で示すものが、噴霧流速が大きい場合の燃料噴霧流Ｅである。
【００３０】
本実施形態では、あえて噴射圧を下げることで噴霧流速を下げ、陽極酸化皮膜２０近傍の乱流エネルギを低減するようにしている。このため、陽極酸化皮膜２０の形成による熱伝達率の増加を抑制することができる。本出願人の研究によれば、陽極酸化皮膜２０が形成されている場合に上記比較形態の制御を行った場合の噴射圧及び熱伝達率を１としたとき、本実施形態の噴射圧を０．６に低減した場合には、本実施形態の熱伝達率は０．８に低減したことが結果として得られた。
【００３１】
また、乱流エネルギは、表面粗さの大小によっても変化し、図７にそのイメージを示すように、表面粗さが大きくなるほど乱流エネルギは大きくなる。図７（ａ）はＲａ＝１のときのイメージを示し、図７（ｂ）はＲａ＝３のときのイメージを示している。特に、陽極酸化皮膜２０の表面粗さＲａが３以上となったときには、乱流エネルギの増大は著しいが、本実施形態の制御により乱流エネルギを低減することができるため、効果がさらに顕著に得られる。
【００３２】
さらに、本実施形態では、噴孔３１は、燃料噴射方向における内側から外側へ向けて連続的に拡大している。このため、例えば燃料噴射方向における内側と外側の径が同一の場合と比較して、噴霧粒径を小さくすることができる。噴霧を高微粒化することで燃料と酸素の混合を促進し、噴射圧低減による燃焼悪化、例えば、後燃え増加や燃え残り増加、エミッション増加等を極力抑制することができる。
【００３３】
また、陽極酸化皮膜２０は、ピストン冠部１３０のうちスキッシュ部１３２以外の部位に形成されている。すなわち、スキッシュ部１３２には陽極酸化皮膜２０は形成されないため、スキッシュ流を阻害することもなく、また、皮膜処理面積が小さくてすみ処理工程を簡略化することができる。
【００３４】
〈第２実施形態〉
次に、本発明の第２実施形態について図８を参照して説明する。機械的構成については上記第１実施形態と同様であるので説明は省略し、異なる部分のみについて説明する。図８において右側に示すように、第２実施形態では、主噴射の噴射圧は、第１実施形態と同様に比較形態に対して下げるが、２回以上のパイロット噴射及び１回以上のアフタ噴射の噴射圧は上げるように制御する。
【００３５】
第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏し、さらに、主噴射前の噴霧の噴射圧増でエミッションを低減し、着火遅れ期間を短縮することができる。さらに、主噴射後の噴射圧増で燃え残りを低減することができる。
【００３６】
〈第３実施形態〉
次に、本発明の第３実施形態について図９、図１０を参照して説明する。機械的構成については上記第１実施形態と略同様であるが、第３実施形態では、二つの燃料噴射弁を備えている点が異なる。図９に示すように、第１実施形態の燃料噴射弁３０とは別に、更に備える燃料噴射弁５０は、燃焼室１２の外縁近傍に位置している。
【００３７】
燃料噴射弁５０は、燃焼室１２の径方向外側から径方向内側に向かって、噴孔５１から燃料を噴射する。すなわち、燃料噴射弁５０の噴射方向Ｇは、燃焼室１２の径方向外側から径方向内側に向かう方向である。噴射された燃料は、周囲の空気と混合しながら燃料噴霧流Ｈを形成する。燃料噴射弁３０と燃料噴射弁５０とを組み合わせることで、第３実施形態では、噴射期間の途中で噴射圧を可変可能である。
【００３８】
図１０において右側に示すように、第３実施形態では、噴射圧を比較形態に対して下げることは第１実施形態と同様であるが、主噴射において噴射圧を徐々に増大させている点が異なる。
【００３９】
第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、ピストン下降により噴射装置とキャビティとの距離が大きくなるため、主噴射の噴射後半では噴射圧を大きくすることができ、噴射圧を徐々に大きくすることで筒内の酸素利用を向上させることができる。また、噴射初期の噴射圧を低減することで乱流エネルギを低減すると同時に、噴射後半の噴射圧を大きくすることで後燃え増加を抑制することができる。
【００４０】
〈第４実施形態〉
次に、本発明の第４実施形態について図１１を参照して説明する。機械的構成については上記第３実施形態と同様であるので説明は省略し、異なる部分のみについて説明する。図１１において右側に示すように、第４実施形態では、主噴射においては第３実施形態と同様に噴射圧を徐々に増大させており、２回以上のパイロット噴射及び１回以上のアフタ噴射の噴射圧は上げるように制御する。
第４実施形態によれば、上記第２実施形態及び第３実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４１】
〈第５実施形態〉
次に、本発明の第５実施形態について図１２、図１３を参照して説明する。機械的構成については上記第１実施形態と略同様であるが、第５実施形態では、燃料噴射弁６０から噴射する燃料の噴射方向を可変である点が上記各実施形態とは異なる。
【００４２】
図１２に示すように、第５実施形態の燃料噴射弁６０は、ダブルニードル式であり、ハウジング６１内に、インナニードル６２、アウタニードル６３を備える。ハウジング６１には、インナ用噴孔６４、及びアウタ用噴孔６５が形成されている。インナニードル６２は、ハウジング６１の内側に往復動可能に収容され、インナ用噴孔６４を開閉する。アウタニードル６３は、インナニードル６２の径方向外側に設けられている筒状の部材である。アウタニードル６３は、ハウジング６１の内側を往復移動可能かつインナニードル６２に対して相対移動可能であり、アウタ用噴孔６５を開閉する。
【００４３】
第５実施形態では、主噴射の中間時期において、図１３に示すように、開となっている噴孔６４，６５と陽極酸化皮膜２０との距離が最大となる方向に燃料を噴射するように燃料噴射方向を制御する。噴射方向Ｄとキャビティ部１３１の接線とは垂直である。ここで言う「キャビティ部１３１の接線」とは、噴射方向Ｄとキャビティ部１３１との交点における接線である。なお、主噴射の「中間時期」とは、燃料噴射の始期と終期の中間であり、クランクアングルで言うと、噴射開始角度と噴射終了角度の中間角度のときである。
第５実施形態によれば、噴孔６４，６５から最も離れた陽極酸化皮膜２０の部位に噴射することで、陽極酸化皮膜２０近傍での噴霧流速が下がり、乱流エネルギが低減し、熱伝達率の増加を抑制することができる。
【００４４】
〈第６実施形態〉
次に、本発明の第６実施形態について図１４を参照して説明する。機械的構成については上記第５実施形態と同様である。第６実施形態では、多段噴射における噴射毎に噴射方向を切り替える。図１４に示すように、各噴射においてピストン１３の上下位置は異なるため、例えば、ピストン１３の動きに合わせて，各噴射時に噴孔６４，６５と陽極酸化皮膜２０との距離が最大となる方向に燃料を噴射するように制御する。
【００４５】
また、一つの噴射、例えば主噴射内で噴射方向を切り替えても良い。第６実施形態によれば、噴射方向を可変にすることで、燃焼室１２内の酸素を使い切り、燃焼悪化による効率低下を抑制することができる。
【００４６】
〈第７実施形態〉
次に、本発明の第７実施形態について図１５を参照して説明する。第７実施形態では、上記各実施形態において適用可能な噴孔の別な構成について説明する。図１５に示すように、噴孔７０は、その噴孔内が段状に形成されている。噴射方向の内側から外側に向けて順に設けられる小径孔部７１と、小径孔部７１より径が大きい大径孔部７２とを有する。小径孔部７１と大径孔部７２との境界に段部７３が形成されている。
第７実施形態によれば、噴霧をさらに高微粒子化することができ、燃焼悪化を抑制することができる。
【００４７】
〈第８実施形態〉
次に、本発明の第８実施形態について図１６を参照して説明する。第８実施形態は、第７実施形態の更なる変形例である。図１６に示すように、噴孔８０が有する小径孔部８１及び大径孔部８２は、内側から外側へ向けて連続的に拡大している。
【００４８】
なお、図１６に示す例では、小径孔部８１と大径孔部８２とが、共に孔径が拡大するように構成したが、いずれか一方の孔部のみ拡大するように構成しても良い。
第８実施形態によれば、第７実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４９】
〈他の実施形態〉
上記第５、第６実施形態における燃料噴射弁６０は、ダブルニードル式を採用し噴射方向を可変としたが、複数の噴孔を備えたシングルニードル式を採用し、燃料圧を変えることで噴射方向を可変となるように構成しても良い。
【００５０】
上記第３、第４実施形態において、二つの燃料噴射弁３０，５０を用いて噴射圧を可変としたが、第５実施形態に示すようにダブルニードル式の燃料噴射弁６０を一つ用いて噴射圧を可変としても良い。
【００５１】
上記各実施形態において、例えば図１７に示すように、ピストン冠部１３０の上面全体に断熱部としての陽極酸化皮膜２００を形成しても良い。すなわち、陽極酸化皮膜２００は、中央突起部１３３、テーパ面部１３４、窪み部１３５、スキッシュ部１３２の全てに亘って形成されている。各実施形態では、陽極酸化皮膜を形成することで表面粗さが増加し熱伝達率が増加する問題を、制御により好適に解消しているため、広い面積に陽極酸化皮膜を形成することが可能となる。
【００５２】
上記各実施形態において、燃料噴射弁３０は、燃焼室１２の径方向中心部に配置されているが、厳密な径方向中心に位置せずともよい。燃焼室１２の径方向内側から径方向外側に向かって燃料を噴射する燃料噴射弁であれば好適に利用できる。また、ピストン冠部１３０の形状は、リエントラント型に限られず、燃料が噴射される側にキャビティ部を有するものであればよい。
【００５３】
また、燃料噴射弁３０の噴孔３１の数や配置等は、上記実施形態に限られない。例えば、燃料噴射弁３０がより多くの数の噴孔３１を有する場合、２つ以上の同心円状上に噴孔３１が互い違いに配置されていてもよい。
【００５４】
上記各実施形態において、「断熱部」として陽極酸化皮膜を形成するものとしたが、その他例えばセラミックコートを形成するものとしても良い。
【００５５】
上記各実施形態では、メイン噴射の前に２回以上実行されるパイロット噴射と、メイン噴射の後に１回以上実行されるアフタ噴射とを実行するものとした。しかし、各噴射の回数はこれらに限定されるものではなく、種々の変更が可能である。アフタ噴射がない場合であっても良い。
【００５６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１    ・・・・エンジン（内燃機関）
１０    ・・・燃料噴射装置
２０    ・・・陽極酸化皮膜（断熱部）
１３    ・・・ピストン
１３０    ・・冠部
１３１    ・・キャビティ部
１３２    ・・スキッシュ部
３０      ・・燃料噴射弁
３１    ・・・噴孔
４２    ・・・噴射制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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