JP2001027170A - 筒内直噴式ガソリンエンジン及び燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成層燃焼時に燃料を点火プラグ付近に集める
とともに、均質燃焼時に燃料が点火プラグをくすぶらせ
ることを防止する。 【解決手段】 燃焼室１の中央部に点火プラグが配設さ
れ、図示しない２つの吸気弁の間から燃焼室１内へ噴射
弁１０が燃料を噴射する。成層燃焼時の燃料噴霧１１の
噴射弁軸方向の断面形状は、シリンダ軸方向に長軸Ｌ２
を有する楕円形状とし、均質燃焼時の燃料噴霧１２の噴
射弁軸方向の断面形状は、シリンダ軸と直角方向に長軸
Ｌ１を有する楕円形状とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に直接燃
料を噴射する筒内直噴式ガソリンエンジン及びこれに好
適な燃料噴射弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガソリン機関の燃費低減と最大出力とを
両立させるため、筒内直噴式ガソリンエンジンが開発さ
れている。燃費を低減するには、低負荷時の希薄燃焼が
不可欠であるが、希薄燃焼領域においても安定な燃焼を
起こさせるためには、点火プラグ付近に燃料を集める成
層化を行って着火性を向上させる必要がある。

【０００３】従来の筒内噴射式ガソリン機関として、こ
のような成層化を行うものは、たとえば特開平９−３１
７４７９号公報や特開平９−２０９７５８号公報、特開
平９−１４４５４３号公報がある。

【０００４】特開平９−３１７４７９号公報記載の第一
従来技術では、吸気に逆タンブルを生成し、ピストン冠
部の略中央付近に燃料の誘導溝と球面形の凹部を設け、
誘導溝と凹部により点火プラグ近傍に燃料を集めて、成
層燃焼を実現しようとしている。

【０００５】また、特開平９−２０９７５８号公報記載
の第二従来技術では、ピストン冠部に吸気側と排気側と
を分けるような山脈状の隆起部を設けるとともに、この
隆起部の頂部の点火プラグと対向する位置に球面形の凹
部を形成している。そして、順タンブル流が前記隆起部
により持ち上げられる流れを形成し、この流れに燃料噴
霧を乗せて点火プラグ付近に燃料を集めて成層燃焼を実
現しようとしている。

【０００６】さらに、特開平９−１４４５４３号公報記
載の第三従来技術では、第二従来技術の球面形凹部を設
ける代わりに、山脈状の隆起部を排気側に偏心させて、
燃料噴霧の壁面付着量を抑制している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記第一
従来技術の構成では、筒内を旋回する逆タンブルにより
燃料噴霧がピストン冠面に押し付けられるように働くた
め、ピストン冠面に付着した燃料により、未燃ＨＣやス
モークの発生を増大させる場合がある。

【０００８】一方、このような構成で、吸気のタンブル
の旋回方向を逆転させて順タンブルとした場合、エンジ
ン回転数が高い場合は燃料噴霧がタンブル流によって燃
焼室上側に偏向され、点火プラグ方向へ燃焼室上側を経
由して輸送されるが、燃料噴射弁と点火プラグの間に設
けた突起部により成層化が阻害され、安定した燃焼がで
きなくなる恐れがあるという問題点があった。

【０００９】また、上記第二及び第三従来技術の構成で
は、低回転時にはタンブル流が弱いため、燃料が点火プ
ラグ方向へ十分に移送されず、安定した成層燃焼が行え
ない恐れがある。また、低回転時に燃料が点火プラグ方
向へ向かうように噴射方向を予め点火プラグ方向にした
場合、均質燃焼時や冷間時に点火プラグがくすぶる恐れ
があるという問題点があった。

【００１０】以上の問題点に鑑み本発明の課題は、点火
プラグ方向へ安定した燃料移送を行うとともに、均質燃
焼時や冷間時に点火プラグがくすぶることを防止した筒
内直噴式ガソリンエンジン及びこれに好適な燃料噴射弁
を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するため、２つの吸気弁と、燃焼室中央
部分に配置した点火プラグと、２つの吸気弁の間で燃焼
室側部から該燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁
とを備えた筒内直噴式ガソリンエンジンにおいて、燃料
噴射弁から噴射される噴霧の噴射弁軸方向の断面形状が
略楕円形状であり、運転条件に応じて楕円の長軸、短軸
方向が可変であることを要旨とする。

【００１２】請求項２記載の発明は、上記課題を解決す
るため、２つの吸気弁と、燃焼室中央部分に配置した点
火プラグと、２つの吸気弁の間で燃焼室側部から該燃焼
室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた筒内直
噴式ガソリンエンジンにおいて、噴霧の噴射弁軸方向の
断面形状が略楕円形状となる燃料噴射弁と、前記燃料噴
射弁を略その中心軸回りに回動させる回動機構と、を備
え、運転条件に応じて前記回動機構により前記燃料噴射
弁を回動させて前記楕円の長軸、短軸方向を変更するこ
とを要旨とする。

【００１３】請求項３記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項１または請求項２記載の筒内直噴式ガソ
リンエンジンにおいて、前記燃料噴射弁から噴射される
噴霧の噴射弁軸方向の断面形状を、成層燃焼時はシリン
ダ軸方向に長い楕円形状とし、均質燃焼時はシリンダ軸
と垂直方向に長い楕円形状とすることを要旨とする。

【００１４】請求項４記載の発明は、上記課題を解決す
るため、２つの吸気弁と、燃焼室中央部分に配置した点
火プラグと、２つの吸気弁の間で燃焼室側部から該燃焼
室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた筒内直
噴式ガソリンエンジンにおいて、燃料噴射弁から噴射さ
れる燃料噴霧の断面形状が運転条件に応じて、シリンダ
軸方向に長軸を有する略楕円と円形とに可変であること
を要旨とする。

【００１５】請求項５記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の
筒内直噴式ガソリンエンジンにおいて、前記燃料噴射弁
から噴射される噴霧の噴射弁軸方向の断面形状が機関温
度に応じて可変であり、機関温度が低い時は均質燃焼と
し、かつ噴霧形状をシリンダ軸と垂直方向に長い楕円形
状または円形とし、暖気後の成層運転時に噴霧形状をシ
リンダ軸方向に長い楕円形状とすることを要旨とする。

【００１６】請求項６記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の
筒内直噴式ガソリンエンジンにおいて、前記燃料噴射弁
から噴射される噴霧の噴射弁軸方向の断面形状がエンジ
ン負荷に応じて可変であり、エンジン高負荷時の均質燃
焼時はシリンダ軸と垂直方向に長い楕円形状または円形
とし、エンジン低負荷時の成層燃焼時にはシリンダ軸方
向に長い楕円形状とするよう噴霧形状を可変とすること
を要旨とする。

【００１７】請求項７記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の
筒内直噴式ガソリンエンジンにおいて、前記燃料噴射弁
から噴射される噴霧の噴射弁軸方向の断面形状がエンジ
ン回転数に応じて可変であり、高回転時の均質燃焼時は
シリンダ軸と垂直方向に長い楕円形状または円形とし、
低回転時の成層燃焼時にはシリンダ軸方向に長い楕円形
状とするよう噴霧形状を可変とすることを要旨とする。

【００１８】請求項８記載の発明は、上記課題を解決す
るため、燃料噴射弁の中心軸を挟んで対向して配置され
るとともにそれぞれが指向する方向が略前記中心軸上で
交差する第１及び第２の噴口と、前記中心軸を挟んで対
向して配置されるとともにそれぞれが指向する方向が略
前記中心軸上で交差する第３及び第４の噴口と、前記第
１及び第２の噴口へ至るそれぞれの燃料通路を同時に開
閉する第１の針弁と、第１の針弁を駆動する第１のコイ
ルと、前記第３及び第４の噴口へ至るそれぞれの燃料通
路を同時に開閉する第２の針弁と、第２の針弁を駆動す
る第２のコイルと、を備え、前記第１及び第２の噴口を
結ぶ線と、前記第３及び第４の噴口を結ぶ線とが略直角
を成すように配設されたことを要旨とする燃料噴射弁で
ある。

【００１９】請求項９記載の発明は、上記課題を解決す
るため、燃料噴射弁の中心軸を挟んで対向して配置され
るとともに各噴口の指向する方向が略前記中心軸上で交
差する第１及び第２の噴口と、前記中心軸上に配置され
た第３の噴口と、前記第１及び第２の噴口へ至るそれぞ
れの燃料通路を同時に開閉する第１の針弁と、第１の針
弁を駆動する第１のコイルと、前記第３の噴口へ至る燃
料通路を開閉する第２の針弁と、第２の針弁を駆動する
第２のコイルと、を備えたことを要旨とする燃料噴射弁
である。

【００２０】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、２つの吸
気弁と、燃焼室中央部分に配置した点火プラグと、２つ
の吸気弁の間で燃焼室側部から該燃焼室内に直接燃料を
噴射する燃料噴射弁とを備えた筒内直噴式ガソリンエン
ジンにおいて、燃料噴射弁から噴射される噴霧の噴射弁
軸方向の断面形状が略楕円形状であり、運転条件に応じ
て楕円の長軸、短軸方向が可変であるようにしたので、
成層燃焼時には前記楕円の長軸方向とシリンダ軸方向と
を近づけて点火プラグ付近に効率よく燃料を集め、均質
燃焼時には前記楕円の長軸方向をシリンダ軸方向から離
して点火プラグのくすぶりを防止できるという効果があ
る。

【００２１】請求項２記載の発明によれば、２つの吸気
弁と、燃焼室中央部分に配置した点火プラグと、２つの
吸気弁の間で燃焼室側部から該燃焼室内に直接燃料を噴
射する燃料噴射弁とを備えた筒内直噴式ガソリンエンジ
ンにおいて、噴霧の噴射弁軸方向の断面形状が略楕円形
状となる燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁を略その中心軸
回りに回動させる回動機構と、を備え、運転条件に応じ
て前記回動機構により前記燃料噴射弁を回動させて前記
楕円の長軸、短軸方向を変更するようにしたので、成層
燃焼時には前記楕円の長軸方向とシリンダ軸方向とを近
づけて点火プラグ付近に効率よく燃料を集め、均質燃焼
時には前記楕円の長軸方向をシリンダ軸方向から離して
点火プラグのくすぶりを防止できるという効果がある。

【００２２】請求項３記載の発明によれば、請求項１ま
たは請求項２記載の発明の効果に加えて、前記燃料噴射
弁から噴射される噴霧の噴射弁軸方向の断面形状を、成
層燃焼時はシリンダ軸方向に長い楕円形状とし、均質燃
焼時はシリンダ軸と垂直方向に長い楕円形状とするよう
にしたので、噴霧形状を最適化できるという効果があ
る。

【００２３】請求項４記載の発明によれば、２つの吸気
弁と、燃焼室中央部分に配置した点火プラグと、２つの
吸気弁の間で燃焼室側部から該燃焼室内に直接燃料を噴
射する燃料噴射弁とを備えた筒内直噴式ガソリンエンジ
ンにおいて、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の断面
形状が運転条件に応じて、シリンダ軸方向に長軸を有す
る略楕円と円形とに可変であるようにしたので、成層燃
焼時には点火プラグ付近に効率よく燃料を集めて着火を
確実にするとともに、均質燃焼時には燃焼室内に均一に
燃料が拡散するので空燃比の均質性が向上し点火プラグ
のくすぶりを防止できるという効果がある。

【００２４】請求項５記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項４の発明の効果に加えて、前記燃料噴射弁か
ら噴射される噴霧の噴射弁軸方向の断面形状が機関温度
に応じて可変であり、機関温度が低い時は均質燃焼と
し、かつ噴霧形状をシリンダ軸と垂直方向に長い楕円形
状または円形とし、暖気後の成層運転時に噴霧形状をシ
リンダ軸方向に長い楕円形状とするようにしたので、機
関温度に係わらず常に良好な燃焼を行うことができる。

【００２５】請求項６記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項４の発明の効果に加えて、前記燃料噴射弁か
ら噴射される噴霧の噴射弁軸方向の断面形状がエンジン
負荷に応じて可変であり、エンジン高負荷時の均質燃焼
時はシリンダ軸と垂直方向に長い楕円形状または円形と
し、エンジン低負荷時の成層燃焼時にはシリンダ軸方向
に長い楕円形状とするよう噴霧形状を可変とするように
したので、エンジン負荷の高低に係わらず、常に良好な
燃焼を行うことができる。

【００２６】請求項７記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項４の発明の効果に加えて、前記燃料噴射弁か
ら噴射される噴霧の噴射弁軸方向の断面形状がエンジン
回転数に応じて可変であり、高回転時の均質燃焼時はシ
リンダ軸と垂直方向に長い楕円形状または円形とし、低
回転時の成層燃焼時にはシリンダ軸方向に長い楕円形状
とするよう噴霧形状を可変とするようにしたので、エン
ジン回転数の高低に係わらず、常に良好な燃焼を行うこ
とができる。

【００２７】請求項８記載の発明によれば、燃料噴射弁
の中心軸を挟んで対向して配置されるとともにそれぞれ
が指向する方向が略前記中心軸上で交差する第１及び第
２の噴口と、前記中心軸を挟んで対向するように配置さ
れるとともにそれぞれが指向する方向が略前記中心軸上
で交差する第３及び第４の噴口と、前記第１及び第２の
噴口へ至るそれぞれの燃料通路を同時に開閉する第１の
針弁と、第１の針弁を駆動する第１のコイルと、前記第
３及び第４の噴口へ至るそれぞれの燃料通路を同時に開
閉する第２の針弁と、第２の針弁を駆動する第２のコイ
ルと、を備え、前記第１及び第２の噴口を結ぶ線と、前
記第３及び第４の噴口を結ぶ線とが略直角を成すように
配設されたことにより、運転状態によって駆動する針弁
を切り換えることができ、噴霧の噴射弁軸方向の断面形
状を成す楕円形状の長軸方向を垂直方向と水平方向とに
切り換えることができるという効果がある。

【００２８】請求項９記載の発明によれば、燃料噴射弁
の中心軸を挟んで対向して配置されるとともに各噴口の
指向する方向が略前記中心軸上で交差する第１及び第２
の噴口と、前記中心軸上に配置された第３の噴口と、前
記第１及び第２の噴口へ至るそれぞれの燃料通路を同時
に開閉する第１の針弁と、第１の針弁を駆動する第１の
コイルと、前記第３の噴口へ至る燃料通路を開閉する第
２の針弁と、第２の針弁を駆動する第２のコイルと、を
備えたことにより、運転状態によって駆動する針弁を切
り換えることができ、噴霧の噴射弁軸方向の断面形状を
楕円形状と円形との間で切り換えることができるという
効果がある。

【００２９】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る筒内直噴式ガ
ソリンエンジン及び燃料噴射弁の実施の形態を図面を参
照して詳細に説明する。

【００３０】〔第１実施形態〕図１，図２は、本発明の
係る筒内直噴式ガソリンエンジン及び燃料噴射弁（以
下、単に噴射弁と呼ぶ）の第１実施形態における噴霧パ
ターンと噴霧弁構造を示す図である。また、図１２は本
発明における成層燃焼時の燃料の運動の概略を示すもの
である。本第１実施形態の筒内直噴ガソリンエンジン
は、請求項１、３、５、６、７に対応し、本第１実施形
態の噴射弁は請求項８に対応する。

【００３１】図１２に示すように、吸気行程中にピスト
ン下降によって、筒内に順タンブルが形成され、圧縮行
程後半まで、排気側シリンダボアを下降し、吸気側シリ
ンダボアを上昇する大きな渦として、筒内を旋回する。

【００３２】エンジン回転が高い場合やタンブル強化手
段でガス流動を強くした場合、筒内を大きく旋回するタ
ンブルが比較的圧縮行程後半まで残り易く、圧縮行程後
半に噴射弁により噴射された燃料は噴射直後にタンブル
により燃焼室上側に押し上げられ、気化しながら点火プ
ラグ方向に輸送され、成層化がなされる。

【００３３】しかし、エンジン回転が低い場合は、筒内
全体を旋回するタンブルが弱いため、圧縮行程後半に噴
射弁により噴射された燃料は燃焼室上側に偏向されるこ
となく、噴射弁軸方向に飛翔するため、タンブルによる
燃料の点火プラグへの輸送を期待することができない。
本発明によれば、成層燃焼時は噴射弁から噴射される燃
料噴霧の噴射弁軸方向の断面形状をシリンダ軸方向に長
い楕円形状としたため、低回転時などのタンブルが弱い
場合であっても、燃料噴霧が点火プラグ方向へ飛翔する
ため、安定した成層燃焼を行うことができる。

【００３４】一方、均質燃焼時には、燃料が吸気行程中
の筒内圧の低い状態で噴射されるため、噴射角が広くな
り点火プラグに直撃し易くなる。そのため、均質燃焼を
行う高負荷時や冷間時などに点火プラグのくすぶりが生
じ、安定した燃焼が行えなくなることが懸念される。

【００３５】本実施の形態においては、図１に示すよう
に燃料噴霧の噴射弁軸方向の断面形状である略楕円形状
の長軸方向を運転状態に応じて変化させている。

【００３６】図１において、（ａ）、（ｂ）は、暖機後
の成層燃焼時の噴霧形状を示す図であり、（ａ）はシリ
ンダ縦断面の模式図であり、（ｂ）はＡ矢視図である。
図１（ａ）において、燃焼室１の略中央部分に点火プラ
グ２が配設され、図示しない２つの吸気弁の間で燃焼室
１側部から噴射弁１０が燃焼室１内に燃料噴射できるよ
うになっている。

【００３７】そして、この成層燃焼時には、噴射弁１０
から噴射される燃料噴霧１１の形状は、噴射弁１０の軸
方向の断面がシリンダ軸方向に長軸を有する楕円形状と
なっている。これにより筒内のタンブル流動が弱くなる
低回転の成層燃焼時にも点火プラグ付近に燃料を集め、
確実に着火させることができる。

【００３８】図１（ｃ）、（ｄ）は、冷間時などに吸気
行程噴射、または均質燃焼する場合の噴霧形状を示す図
であり、（ｃ）はシリンダ縦断面の模式図であり、
（ｄ）はＡ矢視図である。図１（ｃ）において、点火プ
ラグ２及び噴射弁１０の配置は図１（ａ）と同様であ
る。そして、吸気行程噴射、または均質燃焼時には、燃
料噴霧１２の形状は、噴射弁１０の軸方向の断面がシリ
ンダ軸と直角方向に長軸を有する楕円形状となってい
る。

【００３９】これにより、点火プラグのくすぶりを回避
しつつ、混合気の均質化による出力の向上、スモーク排
出の抑制が可能となる。また、吸気行程噴射する場合、
シリンダ軸と垂直方向に長い楕円形状とすることで、ピ
ストン冠面への燃料の付着を抑制できるため、冷間時の
未燃ＨＣを抑制することが可能となる。

【００４０】図２は、第１実施形態で用いられる噴射弁
の構造を示す部分断面図である。図２に示すように、第
１実施形態の噴射弁１０は、噴射弁ボディ５１の先端部
にノズル５２が設けられ、ノズル５２には、図示しない
噴射弁軸を挟んで互いに対向する噴口５３、５４、及び
同様に対向する噴口５５、５６が設けられている。

【００４１】噴射弁ボディ５１内には、噴口５３、５４
を同時に開閉する板状の針弁６１と、針弁６１が貫通す
る孔６３ｃを備え、噴口５５、５６を同時に開閉する針
弁６３とが略直角に配置され、これら針弁６１、６３が
互いに独立に噴射弁ボディ５１内を上下に滑動可能とな
っている。

【００４２】また噴射弁ボディ５１内には、針弁６１、
６３をそれぞれ上方へ開弁側に駆動するコイル６２、６
４が設けられ、さらに針弁６１、６３をそれぞれ下方へ
閉弁側に付勢するコイルバネを用いたリターンスプリン
グ６７、６８が設けられている。

【００４３】針弁６３の上部は中空状の燃料通路６６と
なっており、図示しない噴射弁後端部から供給されるガ
ソリンが燃料通路６６を通り、さらに噴射弁ボディ５１
と針弁６１、６３との間を流下し、燃料たまり６５に貯
留される。そして針弁６１または６３の開弁時に燃料た
まり６５から噴口５３、５４、又は噴口５５、５６から
噴射されるようになっている。

【００４４】噴口５３と噴口５４とのそれぞれ指向する
方向は、噴射弁１０の略中心軸上で交差するように設定
され、同様に噴口５５と噴口５６とのそれぞれ指向する
方向は、噴射弁１０の略中心軸上で交差するように設定
されている。そして、噴口５３と５４とを結ぶ線５７
と、噴口５５と５６とを結ぶ線５８とが略直角を成すよ
うに配置されている。

【００４５】この噴口配置により、噴口５３および５４
から噴射された燃料噴霧は、互いに衝突して線５７の方
向の運動量を失うことになるので、これら噴口を結ぶ線
５７の方向には広がり難く、線５７と直角の方向には広
がり易い。このため、噴口５３及び５４から噴射された
燃料噴霧の噴射弁軸方向の断面形状は、線５７と直角方
向に長軸方向が一致する略楕円形状となる。

【００４６】同様に噴口５５および５６から噴射された
燃料噴霧は、互いに衝突して線５８の方向の運動量を失
うことになるので、これら噴口を結ぶ線５８の方向には
広がり難く、線５８と直角の方向には広がり易い。この
ため、噴口５５及び５６から噴射された燃料噴霧の噴射
弁軸方向の断面形状は、線５８と直角方向に長軸方向が
一致する略楕円形状となる。

【００４７】この噴口５３と５４との対、噴口５５と５
６との対を運転状態により切り換えれば、噴射弁軸方向
に楕円形の断面形状を有する燃料噴霧の長軸方向をシリ
ンダ軸方向と、シリンダ軸に直角方向とに切り換えるこ
とができる。

【００４８】例えば噴口５５、５６を結ぶ線５８をシリ
ンダ軸方向に合わせて噴射弁１０をシリンダヘッドに取
り付けたとすると、針弁６１を開閉することによりシリ
ンダ軸方向に長い楕円形状の燃料噴霧となり、針弁６３
を開閉すればシリンダ軸方向と直角方向に長い楕円形状
の燃料噴霧を得ることができる。こうして、駆動する針
弁を切り換えることにより、燃料噴霧形状を変えること
ができる。

【００４９】また、針弁６１と６３とを同時に開閉すれ
ば、４つの噴口５３、５４、５５、５６から同時に噴射
することができるので、上記２つの楕円形状を合成した
略円形の断面形状を持つ燃料噴霧が得られ、混合気の均
質化を短時間で図ることができるとともに、大きな燃料
流量が得られるので、高負荷かつ高回転時の燃料噴射を
短時間で行うことができる。

【００５０】図９は、本第１実施形態の動作を説明する
フローチャートである。まず、アクセル開度センサ、油
水温センサ、クランク角センサ等の各種センサからの信
号を読み込む（ステップ１０、以下ステップをＳと略
す）。

【００５１】次いで油水温が所定の暖機状態、例えば６
０°Ｃより高いか否かを判断する（Ｓ２０）。油水温が
６０°Ｃより高ければ、次いでクランク角センサ信号に
基づいて計算したエンジン回転数を判断する（Ｓ３
０）。油水温が６０°以下であれば、吸気行程噴射かつ
均質燃焼を行うべく、後述するＳ１１０へ移る。

【００５２】エンジン回転数が低〜中回転であれば、次
いでアクセル開度を判断する（Ｓ４０）。Ｓ４０でアク
セル開度が低〜中負荷を示していれば、成層燃焼を行う
べく、噴射弁の第１コイルの通電時間（噴射時間）、噴
射時期を設定し（Ｓ６０）、第１コイルに通電して第１
針弁をリフトする（Ｓ７０）ことにより、シリンダ軸方
向に長軸を有する楕円形状の断面をもつ燃料噴射を行
う。

【００５３】Ｓ４０の判断で、アクセル開度が中〜高負
荷を示していれば、吸気行程噴射かつ均質燃焼を行うた
め、第１コイル、第２コイルの通電時間（噴射時間）、
及び噴射時期を設定し（Ｓ８０）、第１コイルに通電し
第１針弁をリフトし（Ｓ９０）、第２コイルに通電し第
２針弁をリフトする（Ｓ１００）。これにより、４つの
噴口から燃料が噴射されるので、噴霧の噴射弁軸方向の
断面形状は略円形となる。

【００５４】Ｓ３０のエンジン回転数の判断で、エンジ
ン回転数が中〜高回転であれば、次いでアクセル開度を
判断する（Ｓ５０）。Ｓ５０でアクセル開度が低〜中負
荷を示していれば、均質燃焼を行うべく、Ｓ８０へ移
る。

【００５５】Ｓ４５の判断で、アクセル開度が低〜中負
荷を示していれば、吸気行程噴射かつ均質燃焼を行うた
め、第２コイルの通電時間（噴射時間）、及び噴射時期
を設定し（Ｓ１１０）、第２コイルに通電し第２針弁を
リフトする（Ｓ１２０）。これにより、第３及び第４の
噴口から燃料が噴射されるので、噴霧の噴射弁軸方向の
断面形状はシリンダ軸と直角方向に長い楕円形状とな
る。

【００５６】〔第２実施形態〕次に、図３、図４及び図
１０を参照して、第２実施形態を説明する。本第２実施
形態の筒内直噴ガソリンエンジンは、請求項４、５、
６、７に対応し、本第２実施形態の噴射弁は請求項９に
対応する。

【００５７】本実施の形態においては、図３に示すよう
に燃料噴霧の噴射弁軸方向の断面形状をシリンダ軸と直
角方向に長軸を有する略楕円形状と円形とに運転状態に
応じて変化させている。

【００５８】図３において、（ａ）、（ｂ）は、暖機後
の成層燃焼時の噴霧形状を示す図であり、（ａ）はシリ
ンダ縦断面の模式図であり、（ｂ）はＡ矢視図である。
図３（ａ）において、燃焼室１の略中央部分に点火プラ
グ２が配設され、図示しない２つの吸気弁の間で燃焼室
１側部から噴射弁２１が燃焼室１内に燃料噴射できるよ
うになっている。

【００５９】そして、この成層燃焼時には、噴射弁２１
から噴射される燃料噴霧２２の形状は、噴射弁２１の軸
方向の断面がシリンダ軸方向に長軸を有する楕円形状と
なっている。これにより筒内のタンブル流動が弱くなる
低回転の成層燃焼時にも点火プラグ付近に燃料を集め、
確実に着火させることができる。

【００６０】図３（ｃ）、（ｄ）は、冷間時などに吸気
行程噴射、または均質燃焼する場合の噴霧形状を示す図
であり、（ｃ）はシリンダ縦断面の模式図であり、
（ｄ）はＡ矢視図である。図３（ｃ）において、点火プ
ラグ２及び噴射弁１０の配置は図３（ａ）と同様であ
る。そして、吸気行程噴射、または均質燃焼時には、燃
料噴霧２３の形状は、噴射弁２１の軸方向の断面が円形
となっている。

【００６１】これにより、点火プラグのくすぶりを回避
しつつ、混合気の均質化による出力の向上、スモーク排
出の抑制が可能となる。また、吸気行程噴射する場合、
噴霧形状を略円錐形状とすることで、ピストン冠面への
燃料の付着を抑制できるため、冷間時の未燃ＨＣを抑制
することが可能となる。

【００６２】図４は、第２実施形態で用いられる噴射弁
の構造を示す部分断面図である。図４に示すように、第
２実施形態の噴射弁２１は、噴射弁ボディ７１の先端部
にノズル７２が設けられ、ノズル７２には、図示しない
噴射弁軸を挟んで互いに対向する噴口７３、７４、及び
噴射弁軸上に噴口７５が設けられている。

【００６３】噴射弁ボディ７１内には、噴口７３、７４
を同時に開閉する円筒状の針弁７７と、針弁７７の中心
部を同軸状に貫通するとともに噴口７５を開閉する略円
柱状の針弁７９が配置され、これら針弁７７、７９が互
いに独立に噴射弁ボディ７１内を上下に滑動可能となっ
ている。

【００６４】また噴射弁ボディ７１内には、針弁７７、
７９をそれぞれ上方へ開弁側に駆動するコイル７８、８
０が設けられ、さらに針弁７７、７９をそれぞれ下方へ
閉弁側に付勢するコイルバネを用いたリターンスプリン
グ８１、８２が設けられている。

【００６５】針弁７９の上部は中空状の燃料通路８４と
なっており、図示しない噴射弁後端部から供給されるガ
ソリンが燃料通路８４を通り、さらに噴射弁ボディ７１
と針弁７７、７９との間を流下し、燃料たまり８３に貯
留される。

【００６６】そして針弁７７の開弁時には、燃料たまり
８３から噴口７３、７４を介して燃料が噴射されるよう
になっている。また針弁７９の開弁時は、燃料たまり８
３から針弁７７に設けられた孔７７ａ，７７ｂを通じて
噴口７５に至る経路が開いて燃料が噴射されるようにな
っている。

【００６７】噴口７３と噴口７４とのそれぞれ指向する
方向は、噴射弁２１の略中心軸上で交差するように設定
され、噴口７５の指向する方向は、噴射弁２１の略中心
軸方向に設定されている。

【００６８】この噴口配置により、噴口７３および７４
から噴射された燃料噴霧は、互いに衝突してこれら噴口
７３、７４を結ぶ線の方向の運動量を失うことになるの
で、これら噴口を結ぶ線の方向には広がり難く、これと
直角の方向には広がり易い。このため、噴口７３及び７
４から噴射された燃料噴霧の噴射弁軸方向の断面形状
は、噴口７３と７４とを結ぶ線と直角方向に長軸方向が
一致する略楕円形状となる。

【００６９】この噴口７３と７４との対、または中央噴
口である噴口７５を運転状態により切り換えれば、燃料
噴霧の形状を噴射弁軸方向の断面形状が楕円形と円形と
に切り換えることができる。

【００７０】そして、噴口７３、７４を結ぶ線をシリン
ダ軸方向に合わせて噴射弁２１をシリンダヘッドに取り
付けたとすると、針弁７７を開閉することによりシリン
ダ軸方向に長い楕円形状の燃料噴霧となり、針弁７９を
開閉すればシリンダ軸方向と直角方向に長い楕円形状の
燃料噴霧を得ることができる。こうして、駆動する針弁
を切り換えることにより、燃料噴霧形状を変えることが
できる。

【００７１】本第２実施形態においては、成層燃焼時は
外側針弁７７を開閉して噴霧形状をシリンダ軸方向に長
い楕円形状とし、均質燃焼時は内側針弁７９を開閉して
略円形状とする。

【００７２】図１０は、本第２実施形態の動作を説明す
るフローチャートである。まず、アクセル開度センサ、
油水温センサ、クランク角センサ等の各種センサからの
信号を読み込む（Ｓ１０）。

【００７３】次いで油水温が６０°Ｃより高いか否かを
判断する（Ｓ２０）。油水温が６０°Ｃより高ければ、
次いでアクセル開度及びエンジン回転数によって運転状
態を判断する（Ｓ２１０）。

【００７４】運転状態が低〜中負荷かつ低〜中回転であ
れば、圧縮行程噴射かつ成層燃焼を行うため、第１コイ
ルの通電時間（噴射期間）及び噴射時期を設定し（Ｓ２
２０）、第１コイルに通電して第１針弁（外側針弁）を
リフトして第１及び第２の噴口（左右の噴口）から長軸
方向がシリンダ軸方向と一致する楕円形の断面を有する
燃料噴霧を行う（Ｓ２３０）。

【００７５】Ｓ２１０の判断で、運転状態が中〜高負
荷、または回転数が中〜高回転であれば、吸気行程噴射
かつ均質燃焼を行うため、第２コイルの通電時間（噴射
期間）及び噴射時期を設定し（Ｓ２４０）、第２コイル
に通電して第２針弁（内側針弁）をリフトして中央噴口
から円錐形に広がる燃料噴霧を行う（Ｓ２５０）。

【００７６】また、Ｓ２０の油水温の判断で６０°以下
であれば、暖機中の均質燃焼を行うため、Ｓ２４０へ移
る。

【００７７】〔第３実施形態〕次に、本発明の第３実施
形態を説明する。先に説明した第１、第２実施形態にお
いては、噴射弁は各々噴霧形状が異なる複数組の噴口
と、これら噴口を開閉する複数の針弁を備えて構成さ
れ、運転状態に応じて駆動する針弁を切り換えることに
より運転状態に適した噴霧形状を得ていた。

【００７８】ところが噴射弁に複数の針弁を組み込むこ
とが工作精度上困難な場合、或いは複数の針弁を備える
噴射弁が高価となる場合の対応策として、以下に第３実
施形態を説明する。

【００７９】即ち、本第３実施形態においては、噴射弁
からの噴霧形状は単一の楕円錘形状とし、噴射弁をその
軸方向に回動可能にシリンダヘッドに取り付けて、運転
状態に応じて噴射弁を回動することにより、燃焼室に対
する噴霧形状を変えるものである。

【００８０】本第３実施形態の筒内直噴ガソリンエンジ
ンは、請求項１、２対応し、本第３実施形態で用いる噴
射弁本体は従来より公知であるが、噴射弁本体のエンジ
ンへの取付方法及び回動機構が本実施形態の要点であ
る。

【００８１】次に、図５、６、７、８及び１１を参照し
て本第３実施形態を説明する。本実施の形態において
は、図５に示すように燃料噴霧の噴射弁軸方向の断面形
状である略楕円形状の長軸の方向をシリンダ軸方向とシ
リンダ軸とは直角の方向とに運転状態に応じて変化させ
ている。

【００８２】図５（ａ）は、暖機後の成層燃焼時の噴霧
形状を示すシリンダ縦断面の模式図であり、図５（ｂ）
は、冷間時などに吸気行程噴射、または均質燃焼を行う
場合の噴霧形状を示すシリンダ縦断面の模式図である。

【００８３】図５（ａ）において、燃焼室１の略中央部
分に点火プラグ２が配設され、吸気ポート９と燃焼室１
との連通を断続する図示しない２つの吸気弁の間で燃焼
室１側部から噴射弁本体３１が燃焼室１内に燃料噴射で
きるようになっている。噴射弁本体３１は、噴射弁ホル
ダ３２により図示しないシリンダヘッドに対して回動可
能に取り付けられている。噴射弁本体３１には、ピニオ
ン３４が固着され、ピニオン３４に嵌合するラック３５
により、気筒数分の噴射弁が同時に回動されるようにな
っている。そして、成層燃焼時の燃料噴霧３３ａの噴射
弁軸方向の断面形状は、シリンダ軸方向に長い楕円形状
となっている。

【００８４】図５（ｂ）に示す均質燃焼時には、噴射弁
本体３１が図５（ｂ）の状態から噴射弁軸回りに約９０
°回動されていて、燃料噴霧３３ｂの噴射弁軸方向の断
面形状は、シリンダ軸と直角方向に長い楕円形状となっ
ている。

【００８５】図６（ａ）、（ｂ）は、図５（ａ）、
（ｂ）におけるそれぞれＡ矢視図であり、燃料噴霧３３
ａ、３３ｂの形状をそれぞれ示している。

【００８６】図７（ａ）、（ｂ）は、図５（ａ）におけ
るそれぞれＢ矢視図、Ｃ矢視図である。同図において、
噴射弁本体３１をそれぞれのシリンダに回動可能に取り
付ける噴射弁ホルダ３２は、略正方形のフランジ３７
と、フランジ３７の四隅に設けられたビス孔３８に挿通
してシリンダヘッドに締め付けられる図示しないビスよ
り図示しないシリンダヘッドに取り付けられている。

【００８７】ラック３５は、各噴射弁本体３１に固着さ
れた各ピニオン３４と嵌合して、図示しないラック駆動
部により図中左右に駆動され、各ピニオン３４をそれぞ
れ略９０°回動することができるようになっている。こ
れにより、運転状態に応じてラック３４を駆動すること
により、燃料噴霧の形状を切り換えることができる。

【００８８】図８は、噴射弁の取付構造を示す縦断面図
である。同図において、噴射弁本体３１は、Ｏリング４
５ａとシールリング４５ｂとを介してシリンダヘッド３
９に押しつけられ、燃焼圧シール面４６を形成してい
る。

【００８９】また噴射弁本体３１には、後端部にピニオ
ン３４が固着され、図示しないラックでピニオン３４が
回動されると、噴射弁本体３１も一緒に回動されるよう
になっている。ピニオン３４より図中右側の噴射弁先端
側には、円盤状のシールフランジ４０が噴射弁本体３１
に気密的に固着され、シールフランジ４０より右側に
は、スリーブ４１が被せられている。

【００９０】そして、シールフランジ４０及びスリーブ
４１の外側には、略円筒形の噴射弁ホルダが設けられて
いる。噴射弁ホルダの前端部とスリーブ４１の前端部と
の間にはコイルバネ４２が圧縮して設けられ、スリーブ
４１を常に図中左側へ押圧している。噴射弁ホルダ３２
とシールフランジ４０との間、及びシールフランジ４０
とスリーブ４１の後端部との間には、それぞれＯリング
４３が設けられ、シールフランジの両面を密閉してい
る。またスリーブ４１と噴射弁ホルダ３２との間にはＯ
リング４４が設けられ、この間を密閉している。

【００９１】噴射弁ホルダ３２の後半部の内部には、空
洞の燃料室４７が設けられ、燃料室４７には燃料パイプ
３６を通じて加圧されたガソリンが供給される。燃料室
４７のガソリンは、スリーブ４１の孔４８、及び噴射弁
本体３１の孔４９を介して噴射弁本体３１の中心軸に設
けられた燃料通路５０に流入し、図示しない針弁が開弁
したとき、図外の噴射弁先端部に設けられた噴口から噴
射できるようになっている。

【００９２】この燃料噴射弁本体３１の噴口は、図２の
噴口５３及び５４に示した様な形状をしており（噴口５
５、５６はない）、１つの針弁で同時に開閉できるもの
である。そして、これら噴口から噴射された燃料噴霧の
噴射弁軸方向の断面形状は略楕円形状を成すものであ
り、従来から公知の形状である。

【００９３】本第３実施形態においては、噴射弁本体３
１を噴射弁ホルダ３２によってシリンダヘッドに対して
噴射弁軸回りに回動可能に取付け、噴射弁本体３１に固
着されたピニオン３４と嵌合するラック３５により噴射
弁本体３１を回動できるようにしてある。燃料は噴射弁
ホルダ３２の上部から供給され、燃料供給部においてメ
カニカルシールにより燃料および筒内圧が密閉されてい
る。すなわち回転接触間に燃圧とばね力が加わることに
より燃料と筒内圧のシールを行う。

【００９４】図１１は、第３実施形態の動作を説明する
フローチャートである。まず、アクセル開度センサ、油
水温センサ、クランク角センサ等の各種センサからの信
号を読み込む（Ｓ１０）。

【００９５】次いで油水温が６０°Ｃより高いか否かを
判断する（Ｓ２０）。油水温が６０°Ｃより高ければ、
次いでアクセル開度及びエンジン回転数によって運転状
態を判断する（Ｓ３１０）。

【００９６】運転状態が低〜中負荷かつ低〜中回転であ
れば、圧縮行程噴射かつ成層燃焼を行うため、ラックを
駆動して噴射弁を回動することにより噴射方向をＬ１＜
Ｌ２、即ち燃料噴霧の噴射弁軸方向の断面形状がシリン
ダ軸方向に長い楕円形状に設定（Ｓ３２０）し、噴射期
間、噴射時期を設定する（Ｓ３３０）。

【００９７】Ｓ３１０の判断で、運転状態が中〜高負
荷、または回転数が中〜高回転であれば、吸気行程噴射
かつ均質燃焼を行うため、ラックを駆動して噴射弁を回
動することにより噴射方向をＬ１＞Ｌ２、即ち燃料噴霧
の噴射弁軸方向の断面形状がシリンダ軸と直角方向に長
い楕円形状にに設定し（Ｓ３４０）、噴射期間、噴射時
期を設定する（Ｓ３５０）。

【００９８】また、Ｓ２０の油水温の判断で６０°以下
であれば、暖機中の均質燃焼を行うため、Ｓ３４０へ移
る。

【００９９】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、噴射弁から噴射される燃料噴霧の噴射弁軸方向の断
面形状を楕円形状とし、噴射弁をその軸方向に回動可能
に燃焼室に取り付けて、運転条件に応じて噴射弁を回動
することにより、燃料噴霧の断面形状の楕円の長軸方向
をシリンダ軸方向とこれに直角な方向とに切り換えるよ
うにしたため、成層燃焼時には燃料噴霧の楕円の長軸方
向をシリンダ軸方向とし、均質燃焼時には楕円の長軸方
向をシリンダ軸とは直角方向とすることができ、エンジ
ン運転条件によらず、常に安定した燃焼と出力の向上が
図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の噴霧パターンを示す図である。

【図２】第１実施形態の噴射弁の構造を示す部分断面図
である。

【図３】第２実施形態の噴霧パターンを示す図である。

【図４】第２実施形態の噴射弁の構造を示す部分断面図
である。

【図５】第３実施形態の噴霧パターンを示す図である。

【図６】第３実施形態の噴霧パターンを示す図である。

【図７】第３実施形態における噴射弁回動機構を示す図
である。

【図８】第３実施形態における噴射弁の構造を示す部分
断面図である。

【図９】第１実施形態の動作を説明するフローチャート
図である。

【図１０】第２実施形態の動作を説明するフローチャー
ト図である。

【図１１】第３実施形態の動作を説明するフローチャー
ト図である。

【図１２】成層燃焼時の燃料の運動の概略を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 燃焼室 ２ 点火プラグ ５ ピストン １０ 噴射弁 １１ 燃料噴霧（成層燃焼時） １２ 燃料噴霧（均質燃焼時）

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） Ｆ０２Ｂ 23/10 Ｆ０２Ｂ 23/10 Ｍ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ａ 41/04 ３０１ 41/04 ３０１Ｃ Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｌ Ｚ 61/04 61/04 Ｈ 61/10 61/10 Ａ 61/14 ３１０ 61/14 ３１０Ａ ３１０Ｍ Ｆターム(参考） 3G023 AA01 AA18 AB03 AC05 AD02 AD03 AD07 AD09 AG01 3G066 AA02 AA03 AA05 AB02 AD12 BA14 BA16 BA24 BA26 CC00 CC06U CC13 CC23 CC26 CC29 CC30 CC48 CC51 CC66 CD26 CE01 CE25 CE38 DB12 DB13 DC04 DC05 DC09 DC14 3G301 HA01 HA04 HA16 JA21 LB04 MA11 MA19 PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの吸気弁と、燃焼室中央部分に配置
   した点火プラグと、２つの吸気弁の間で燃焼室側部から
   該燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた
   筒内直噴式ガソリンエンジンにおいて、 燃料噴射弁から噴射される噴霧の噴射弁軸方向の断面形
   状が略楕円形状であり、運転条件に応じて楕円の長軸、
   短軸方向が可変であることを特徴とする筒内直噴式ガソ
   リンエンジン。
2. 【請求項２】 ２つの吸気弁と、燃焼室中央部分に配置
   した点火プラグと、２つの吸気弁の間で燃焼室側部から
   該燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた
   筒内直噴式ガソリンエンジンにおいて、 噴霧の噴射弁軸方向の断面形状が略楕円形状となる燃料
   噴射弁と、 前記燃料噴射弁を略その中心軸回りに回動させる回動機
   構と、を備え、 運転条件に応じて前記回動機構により前記燃料噴射弁を
   回動させて前記楕円の長軸、短軸方向を変更することを
   特徴とする筒内直噴式ガソリンエンジン。
3. 【請求項３】 前記燃料噴射弁から噴射される噴霧の噴
   射弁軸方向の断面形状を、成層燃焼時はシリンダ軸方向
   に長い楕円形状とし、均質燃焼時はシリンダ軸と垂直方
   向に長い楕円形状とすることを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載の筒内直噴式ガソリンエンジン。
4. 【請求項４】 ２つの吸気弁と、燃焼室中央部分に配置
   した点火プラグと、２つの吸気弁の間で燃焼室側部から
   該燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた
   筒内直噴式ガソリンエンジンにおいて、 燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の断面形状が運転条
   件に応じて、シリンダ軸方向に長軸を有する略楕円と円
   形とに可変であることを特徴とする筒内直噴式ガソリン
   エンジン。
5. 【請求項５】 前記燃料噴射弁から噴射される噴霧の噴
   射弁軸方向の断面形状が機関温度に応じて可変であり、
   機関温度が低い時は均質燃焼とし、かつ噴霧形状をシリ
   ンダ軸と垂直方向に長い楕円形状または円形とし、暖気
   後の成層運転時に噴霧形状をシリンダ軸方向に長い楕円
   形状とすることを特徴とする請求項１ないし請求項４の
   いずれか１項記載の筒内直噴式ガソリンエンジン。
6. 【請求項６】 前記燃料噴射弁から噴射される噴霧の噴
   射弁軸方向の断面形状がエンジン負荷に応じて可変であ
   り、エンジン高負荷時の均質燃焼時はシリンダ軸と垂直
   方向に長い楕円形状または円形とし、エンジン低負荷時
   の成層燃焼時にはシリンダ軸方向に長い楕円形状とする
   よう噴霧形状を可変とすることを特徴とする請求項１な
   いし請求項４のいずれか１項記載の筒内直噴式ガソリン
   エンジン。
7. 【請求項７】 前記燃料噴射弁から噴射される噴霧の噴
   射弁軸方向の断面形状がエンジン回転数に応じて可変で
   あり、高回転時の均質燃焼時はシリンダ軸と垂直方向に
   長い楕円形状または円形とし、低回転時の成層燃焼時に
   はシリンダ軸方向に長い楕円形状とするよう噴霧形状を
   可変とすることを特徴とする請求項１ないし請求項４の
   いずれか１項記載の筒内直噴式ガソリンエンジン。
8. 【請求項８】 燃料噴射弁の中心軸を挟んで対向して配
   置されるとともにそれぞれが指向する方向が略前記中心
   軸上で交差する第１及び第２の噴口と、 前記中心軸を挟んで対向して配置されるとともにそれぞ
   れが指向する方向が略前記中心軸上で交差する第３及び
   第４の噴口と、 前記第１及び第２の噴口へ至るそれぞれの燃料通路を同
   時に開閉する第１の針弁と、 第１の針弁を駆動する第１のコイルと、 前記第３及び第４の噴口へ至るそれぞれの燃料通路を同
   時に開閉する第２の針弁と、 第２の針弁を駆動する第２のコイルと、を備え、 前記第１及び第２の噴口を結ぶ線と、前記第３及び第４
   の噴口を結ぶ線とが略直角を成すように配設されたこと
   を特徴とする燃料噴射弁。
9. 【請求項９】 燃料噴射弁の中心軸を挟んで対向して配
   置されるとともに各噴口の指向する方向が略前記中心軸
   上で交差する第１及び第２の噴口と、 前記中心軸上に配置された第３の噴口と、 前記第１及び第２の噴口へ至るそれぞれの燃料通路を同
   時に開閉する第１の針弁と、 第１の針弁を駆動する第１のコイルと、 第３の噴口へ至る燃料通路を開閉する第２の針弁と、 第２の針弁を駆動する第２のコイルと、 を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。