JP2002089269A - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関

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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来は、キャビティ付きピストンに中空円錐形
状の燃料噴霧を衝突させて点火プラグへ燃料を輸送して
いたが、燃料付着による後燃えによる排出ＨＣの低減や
混合気の成層化不十分に寄る燃焼安定性、燃費の向上に
問題があった。 【解決手段】点火プラグ７００に対して噴霧を指向させ
る。噴霧は、旋回式の燃料噴射弁１の噴射孔出口部にＬ
型の切り込みを設けて旋回成分が強く、しかも量的に多
く噴射できる偏向噴霧とする。これにより、排出ＨＣの
低減及び燃費の向上を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内に直接燃料を
供給する燃料噴射弁及びこれを搭載した内燃機関に係
り、特に、その燃料噴射方法の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】筒内に燃料を直接噴射する内燃機関にあ
っては、点火プラグ側に濃い混合気を集め周辺を希薄に
するという成層燃焼方式を実現して燃費の向上を図って
いる。
【０００３】このような、内燃機関として、特開平6−8
1651号公報に記載されたものがある。この従来技術で
は、シリンダ内にタンブル流を形成し、噴射された燃料
をピストンに衝突させキャビティの壁でガイドし、タン
ブルでサポートして燃料を点火プラグに供給するという
ものである。
【０００４】また、特開平6−81656 号公報は、シリン
ダ内にタンブルを形成し、燃料噴射弁の第１噴口からは
点火プラグ方向へ、第２噴口からはタンブルの流れに沿
った方向（吸気弁の直下を経て排気弁の直下近傍を狙
い、かつシリンダ方向に対して若干斜め下の方向）への
２方向に噴射供給するというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
ピストン、シリンダ壁面あるいはシリンダヘッドへの燃
料付着に対しては、必ずしも十分な配慮がなされておら
ず、ピストン等への燃料付着が生じるため、付着燃料の
不完全燃焼による排出ＨＣ（未燃炭化水素）を低減する
上においては好ましくない。
【０００６】燃料噴射弁より噴射される噴霧の特性や吸
気のタンブルは、内燃機関の燃焼特性に関与する。噴霧
の特性については、第一には噴霧形状であり、噴霧の広
がり角度や到達距離が因子となる。第二には噴霧粒径で
あり、大粒子の個数をできるかぎり少なくして粒径分布
の均一化を図る必要がある。第三には噴霧構造であり、
噴霧される燃料粒子の空間的分布を適正化する必要があ
る。
【０００７】一方、内燃機関の燃焼特性については、第
一には点火性向上のために、点火装置回りの燃料粒子分
布を多くして、可燃濃度の混合気の分布を高く、且つ混
合気を長く滞留させることである。燃焼安定範囲の拡大
が達成される。第二にはピストン方向への燃料粒子分布
を少なくさせ、燃料付着を抑制すれば燃焼の未燃ガス成
分（ＨＣ、ＣＯ）の低減が実現される。第三にはエンジ
ン回転数の低回転から高回転までの広い領域での燃焼安
定性確保には、筒内の圧力変化によって噴霧形状が変化
しないことが必要である。なぜならば、インジェクタと
点火装置の幾何学的な位置関係は固定されているため、
常に点火装置へ適切な濃度の噴霧を供給するためには、
噴霧の広がりは一定である事が重要だからである。言い
換えれば、従来のインジェクタが噴射する噴霧（例えば
ストレート噴孔で得られる軸対称中空噴霧）は、筒内圧
力が低い時には噴霧が広がり、筒内圧が増加すると噴霧
が潰れ噴霧は狭まる傾向があった。この場合、筒内圧が
比較的高い状態を基準にして、インジェクタと点火装置
の配置を決めると、筒内圧が低い時に、筒内のシリンダ
上面や側面あるいは、ピストンヘッドに燃料が付着し易
くなり、一方、筒内圧が比較的低い状態を基準にする
と、筒内圧が高くなった時に点火装置に燃焼に適切な噴
霧が到達し難くなる傾向があった。
【０００８】そこで、本発明の目的は、内燃機関の点火
性を良好とし燃焼安定範囲の拡大を図ると共に、燃焼の
未燃ガス成分の排出量を低減することができる内燃機関
を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明では、点火装置回
りの燃料粒子分布を多くして、可燃濃度の混合気の分布
を高く且つ混合気を長く滞留させることにより、燃焼安
定範囲の拡大を図る。また、ピストン方向への燃料粒子
分布を少なくさせ、燃料付着を抑制し、燃焼の未燃ガス
成分（ＨＣ、ＣＯ）の低減を図る。このために燃料噴射
弁から噴射する噴霧を、点火装置側において噴霧角を大
きく、ピストン側において噴霧角を狭く、かつ噴霧角を
大きくした側の噴霧部が点火装置の火花発生部よりピス
トンとは反対側を指向するようにして噴射するとよい。
このとき火花発生部よりピストンとは反対側を指向して
噴射される噴霧は周りの空気を誘引しながら火花発生部
に良好な可燃濃度の混合気を作る。筒内の圧力変化によ
る噴霧形状の変化を小さくすることにより、エンジン回
転数の低回転から高回転までの広い領域での燃焼安定性
を確保する。このために噴霧断面の一部を切ることで噴
霧内外の圧力差を小さくして噴霧を潰れにくくするとよ
い。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１乃至図７
を参照して説明する。
【００１１】尚、以下の説明では内燃機関のシリンダの
中心軸、すなわちピストンの移動方向が鉛直方向を向く
ように、シリンダを配置した状態について説明するが、
シリンダの配置はこの向きに限られるわけではない。
【００１２】図１は燃料噴射弁１を搭載した内燃機関の
システムの概要図である。
【００１３】吸気系は、吸入空気量を計測するエアーフ
ローセンサ３１０、該空気量を制御する電子制御スロッ
トル３２０、シリンダ６８０内にタンブルを生成するた
めの空気流動制御バルブ３３０、該バルブ３３０の下流
の通路を分割する仕切り板３４０（２段吸気ポートと称
す）、そして吸気弁３５０とよりなる。
【００１４】一方、排気系は、排気弁４００の下流側に
順次設置される、空燃比センサ４１０、三元触媒４２
０、排気温センサ４３０、ＮＯｘ触媒４４０、酸素濃度
センサ４５０を付加してなる。また、空燃比センサ４１
０の上流から吸気管コレクタ３６０に燃焼の排気ガスの
一部を循環させるための通路４６０が設けられており、
排気ガスを再循環することによりＮＯｘの排出量を抑制
している。この通路４６０の途中には、排気ガスの循環
量を制御するＥＧＲバルブ４７０が設けられている。
【００１５】燃料系は、燃料タンク５００より燃料を吸
い上げる低圧のフィードポンプ５１０、この低圧の燃料
を瞬時に昇圧して燃料噴射弁１に供給する小型の高圧燃
料ポンプ５２０、燃料温度を計測する燃料センサ５３０
よりなる。
【００１６】内燃機関３００のピストン６９０はキャビ
ティのないフラットな形状、シリンダ６８０内の旋回流
れ６７０は吸気弁３５０から流入して排気弁４００、ピ
ストン６９０へと向かう順タンブル６７０であり、燃料
噴射弁１は吸気弁３５０下の壁に水平から約４０度の角
度で設けられている。噴霧１００は点火プラグ７００方
向に広角の広がりを持った濃い噴霧を有する偏向噴霧で
ある。
【００１７】噴霧の形成方法は後述する。
【００１８】７１０はコントロールユニットであり、内
燃機関の運転情報であるクランク角センサ、アクセルペ
ダルセンサ、空燃比センサ３１０、燃料温度センサ５２
０、排気系の各種センサ等からの運転情報を基に電子制
御スロットル３２０や燃料噴射弁１、ＥＧＲバルブ４７
０等へ信号を送り、内燃機関の燃焼を適確に制御する。
【００１９】燃焼制御方法には、大別して成層燃焼と均
質燃焼の２つの方法がある。
【００２０】成層燃焼は、圧縮行程後半のシリンダ６８
０内の圧力が上昇した状態に燃料を噴射し、可燃混合気
を点火プラグ７００付近に集合させて燃料噴霧を成層化
し点火する燃焼方法である。燃料噴霧を成層化すること
で、シリンダ６８０内を空燃比４０程度の希薄な状態で
燃焼できるので燃費を向上させることが出来る。
【００２１】均質燃焼は、吸気行程中に燃料を均質に混
合してから点火する燃焼方法である。シリンダ６８０内
を全体として空燃比が理論空燃比程度に成るように燃料
を噴射するので、成層リーンバーンに比べ、高出力運転
を行うことができる。
【００２２】図２は内燃機関３００の拡大図であり、噴
霧１００をフラットピストンエンジンに適用し、タンブ
ル６７０との関係を示したものである。噴霧１００の内
部へタンブル流が導入される。旋回力が強く、点火プラ
グ方向又はその周辺へ向かって噴射された噴霧（図中の
Ａ）は、タンブルのサポート無しでも点火プラグ７００
に到達できるが、タンブル６７０によって点火プラグ７
００への到達をサポートされており、タンブル６７０に
乗って点火プラグ７００へ搬送される。また、ピストン
６９０方向へ向かって噴射された噴霧は、タンブル６７
０が幾分抵抗となってピストン６９０へ向かう力が抑制
されピストン６９０への到達が阻害されるので、燃料付
着が低減される。また、特徴的なのは、ピストン６９０
方向の狭角な広がりを持った噴霧は、一部が切れてお
り、噴霧内部への空気の進入が促進される。これによっ
て、ピストン６９０へ向かう力が抑制されピストン６９
０への到達が阻害されるので、燃料付着が低減される。
【００２３】図３は、従来のストレート噴孔を有する燃
料噴射弁２００で得られる中空円錐状噴霧を、シリンダ
６８０内の圧力が上昇した際に噴射した図である。この
場合、噴霧は潰れて噴霧角の狭いコンパクトな噴霧２１
０が形成される。このような噴霧はキャビティピストン
に噴霧を衝突させて成層化する場合には、噴霧がキャビ
ティに収まり成層化しやすいというメリットがあった。
しかし、フラットピストンでは図のように、順タンブル
と衝突して干渉するため成層化が困難である。また、点
火プラグ７００回りに可燃混合気を形成し難いため、安
定して着火する範囲が狭まり安定燃焼範囲が狭くなる傾
向がある。
【００２４】図４は、取り付けレイアウトに関わる諸元
について示した図である。内燃機関３００の種類によっ
ても異なるが、燃料噴射弁１の取り付け角βは２０〜４
０°の範囲である。点火プラグ７００の火花発生部７１
０は、燃料噴射弁１の噴射孔の中心から引き出した水平
線（ピストンの移動方向を直角に横切る方向）に対し
て、０〜γ°（５°程度）の位置に設置される。燃料噴
射弁１から噴射される偏向噴霧１００の外縁部１００ａ
と前記水平線とのなす角、すなわち、点火プラグ７００
方向の角度αは１０°以下に設定される。このαとβと
の和を偏向角度と称す。
【００２５】本実施例では、燃料噴射弁１から噴射する
噴霧を、点火装置７００側において噴霧角を大きく、ピ
ストン６９０側において噴霧角を狭く、かつ噴霧角を大
きくした側の噴霧部が点火装置７００の火花発生部７１
０よりピストン６９０とは反対側を指向するようにして
噴射する。火花発生部７１０よりピストン６９０とは反
対側を指向して噴射される噴霧は周りの空気を誘引しな
がら火花発生部７１０に良好な可燃濃度の混合気を作
る。
【００２６】図５は上記噴霧の計測装置を示している。
４０は円筒型の噴霧容器で３側面に光学ガラスを配置
し、１側面に燃料噴射弁１００を取り付ける構造であ
る。レーザ照射装置４１は、そ発行部に設けられたスリ
ットによりシート光４２を生成し、そのシート光４２を
回転することで噴霧の縦横断面に照射するようになって
いる。また、２側面に画像のズーム方向と左右方向の調
整が可能な撮影用カメラ４３を設け、されぞれモニタ４
４によって観察することができる。また、４５はパソコ
ンであり、画像取り込み４６及び燃料噴射弁１００への
開弁指令を与えるパルス発生４７を備える。なお、４８
は駆動回路、４９は燃料タンクでＮ2ボンベ５０により
加圧調整される。実験に際しては、ガソリンと特性が類
似している液体を代替え品として用いている。なお容器
内の圧力は、真空ポンプやＮ２ボンベにより、減圧及び
加圧調整が可能となっている。主要な操作手順は、燃料
噴射弁１００への開弁指令を設定→レーザシートを照射
するタイミングを設定→レーザシート位置を設定→画像
取り込みソフトを駆動→開弁指令を出す→画像取り込み
→画像保存である。この計測装置を使用して燃料噴射弁
１００から噴射される偏向噴霧の噴射方向（偏向角）や
到達距離（ペネトレーション）を、各種内燃機関に対し
て最適になるように設定することができた。
【００２７】図６及び図７は、その結果の一例を示して
いる。
【００２８】図６は、横軸に噴射時期、縦軸に点火時期
をとった場合の燃焼安定範囲を示す。従来の噴霧あるい
は従来の内燃機関では、燃費が最良になる点火時期での
燃焼安定範囲８０１は非常に狭い。このため、燃料噴射
弁の機差や経時変化等の条件に対応して燃焼を安定化さ
せるのは困難である。また、回転数が高くなると噴射か
ら点火までのクランク角度が長く必要となる。これは、
回転数の上昇によりピストンの動きが早くなるのに加
え、雰囲気圧力の上昇により噴霧が萎むなどしてその動
きの速度遅くなるためと考えられる。
【００２９】本実施例では、点火プラグ方向に向けられ
た偏向噴霧が雰囲気圧力の上昇によってもさほど変化し
ないので、従来のような問題が解消され、燃焼安定範囲
８００は広くなるので燃料噴射弁の機差等の多少の条件
が変化しても安定した燃焼を行うことが可能である。ま
た、内燃機関の回転数に寄らず安定した燃焼を行うこと
が可能である。
【００３０】図７は、横軸にシリンダ内に生成されるタ
ンブル６７０の強さ、縦軸に排気ガス成分であるＨＣ
（未然炭化水素）、ＮＯｘをとった場合のタンブル流動
の影響を示す。タンブル流６７０の強さのは、仕切り板
３４０の下側の通路の開口面積を空気流動制御バルブ３
３０の開度で調整している。
【００３１】従来の噴霧あるいは従来の内燃機関では、
点火プラグ７００に可燃混合気を導くために、ピストン
にキャビティを設けて噴霧をガイドしたり、圧力が上昇
して萎んだ噴霧をタンブルで持ち上げたりしていた。こ
のため、タンブル強さに所望の値、ある程度強い値が必
要だったので、狭い範囲でしか排気性能で良い領域が得
られていない。ピストンのキャビティに噴霧を閉じ込め
ているために、ピストンの壁面に燃料が付着し、後燃え
燃焼が起こることも領域を狭くしている原因である。
【００３２】本実施例では、点火プラグ７００方向に向
けられた偏向噴霧が雰囲気圧力の上昇によってもさほど
変化しないので、従来のような問題が解消され、排気性
能で良い範囲が広く存在する。特に、タンブル流６７０
の変化しても排気性能が大きく左右されることがないの
で仕切り板３４０を廃止したり、空気流動制御バルブ３
３０をＯＮＮ−ＯＦＦ制御に留めるなど、吸気制御のシ
ステムが簡素化できるという効果がある。
【００３３】次に、偏向噴霧を実現する各種燃料噴射弁
の実施形態について説明する。
【００３４】図８は、電磁式燃料噴射弁１の縦断面図を
示しており、この図を用いて、電磁式燃料噴射弁１の構
造及び動作について説明する。
【００３５】電磁式燃料噴射弁１は、コントロ−ルユニ
ットにより演算されたデュ−ティのＯＮ−ＯＦＦ信号に
よりシ−ト部の開閉を行うことにより燃料を噴射する。
磁気回路は、ヨ−ク３、ヨ−ク３の開口端を閉じる栓体
部２ａとヨ−ク３の中心部に延びる柱状部２ｂとからな
るコア２及びコア２に空隙を隔てて対面するアンカー４
とからなる。柱状部２ｂの中心には、アンカー４とロッ
ド５とボ−ル６からなる弁体３０を、ノズル部材７に形
成された燃料の通過を許す燃料噴射孔８の上流側のシ−
ト面９に押圧するように挿入した、弾性部材としてのス
プリング１０を保持するための穴４Ａが設けてある。こ
のとき、弁体３０はアンカー４とロッド５とボ−ル６と
が一体で駆動され、弁座との間で燃料通路を開閉する弁
体を構成している。またスプリング１０の上端は、セッ
ト荷重を調整するためにコア２の中心に挿通されたスプ
リングアジャスタ１１の下端に当接している。コア２の
柱状部２ｂ側とヨ−ク３の弁体３０側で対面する隙間部
には、コイル１４側へ燃料が流出するのを防ぐために、
両者間に機械的に固定されるシ−ルリング１２が設けら
れている。磁気回路を励磁するコイル１４はボビン１３
に巻かれ、その外周をプラスチック材でモ−ルドされて
いる。これらから成るコイル組立体１５の端子１７は、
コア２のつば２ａ部に設けた穴１６に挿入されている。
この端子１７は、図示しないコントロ−ルユニットの端
子と結合される。
【００３６】ヨ−ク３には、弁体３０を受容するプラン
ジャ受容部１８が開けられており、さらにプランジャ受
容部１８の径より大径でそこにストッパ１９及びノズル
部材７を受容するノズル受容部２０がヨ−ク３先端まで
貫設されている。弁体３０は磁性材料製アンカー４と一
端がアンカー４に一体的に形成されたロッド５と該ロッ
ド５の先端部に接合されたボ−ル６とより成るが、ロッ
ド５のアンカー４側には燃料の通過を許す空洞部５Ａが
設けてある。この空洞部５Ａには燃料の流出口５Ｂが設
けてある。また、弁体３０はアンカー４の外周がシ−ル
リング１２に当接することでその軸方向の動きを案内さ
れるとともに、ボ−ル６が接合されたロッド５の端部近
傍を、ノズル部材７の中空部の内壁２１に挿入されてい
る燃料旋回素子２２の内周面２３で、ガイドされてい
る。ノズル部材７には、ボ−ル６が接合されたロッド５
の端部近傍をガイドする燃料旋回素子２２につづいて、
ボ−ル６を着座するシ−ト面９が形成されており、シ−
ト面９の下流の中央部には燃料の通過を許す燃料噴射孔
８が設けられている。
【００３７】また、弁体３０のストロ−ク（図１では軸
上方への移動量）は、ロッド５の首部の受け面５Ｃとス
トッパ１９間の空隙の寸法で設定される。なお、フィル
タ−２４は燃料中や配管中のゴミや異物がボール６とシ
ート面９との間のバルブシ−ト側への侵入を防ぐために
設けられている。
【００３８】図９は、弁体３０の駆動力を発生する手段
として、コントロールコイル１１１とホールドコイル１
１２の２つのコイルを有してなる燃料噴射弁３１につい
て示している。コイル部分を除いて他の構成は、図９の
燃料噴射弁と同一もしくは同様の機能を有している。こ
の燃料噴射弁３１の特徴は、バッテリー電圧によって駆
動されることである。また、コントロールコイル１１１
によって、応答性を高めており、ホールドコイル１１２
によって保持電力の低減を図っているので、低い噴射量
領域まで精度良く燃料を噴射できること、また、消費電
力の少なくできることなどの特徴を有している。
【００３９】次に、図１０を参照しながら、本実施例の
Ｌ型切り欠き面構造のノズル部材７について説明する。
図２は、電磁式燃料噴射弁１、乃至３１のノズル部材７
部の拡大図を示しており、（ａ）はノズル部材７部の縦
断面図、（ｂ）は（ａ）のノズル部材７部を矢印Ｎ方向
から見た平面図を示している。
【００４０】燃料噴射孔８は、噴射孔の中心が弁体の軸
線（弁軸心）Ｊと一致し、かつ噴射孔の壁面が弁体の軸
線（弁軸心）Ｊと平行に形成されており、直径がｄoの
大きさに形成されている。またノズル部材７のシ−ト面
９は、シ−ト角度θに形成されている。燃料噴射孔８の
出口部には、軸線Ｊに直交する面７Ａ、７Ｂと軸線Ｊに
略平行な面Ａ１とによって構成され、面７Ｂと面Ａ１と
によってＬ型切り欠き部２８が形成されている。Ｌ型切
り欠き部２８は噴射される燃料の弁軸を横切る方向へ向
かう力を拘束する手段を構成している。面７Ａに続いて
テーパ面７Ｃが形成されており、この面７Ｃは、弁体５
の衝撃音を吸収するためのもので、剛性を上げる作用が
ある。
【００４１】上記の構造において、切り欠き面Ａ１等に
おける「切り欠き」とは加工方法を限定するものではな
く、一部が除かれた形状を意味するものであって、従っ
て切削加工等を用いて実際に切り欠いて加工されたもの
に限定されるわけではない。すなわち、型材を用いたプ
レス加工（塑性加工）や鋳造等の加工を用いてもよい。
これは以下の実施例においても同様である。また、ボー
ル６は、必ずしも球状でなくても良い。すなわち、円錐
状の針弁であってもよい。
【００４２】また、図２において、燃料旋回素子２２に
は、燃料旋回素子の外周部を平面セットした軸方向溝２
５と径方向溝２６が設けてある。本実施例では、軸方向
溝２５は平面で形成しているが、環状通路等他の形状で
あっても良い。かかる軸方向溝２５と径方向溝２６は、
燃料旋回素子２２上方より導入される燃料通路である
が、軸方向溝２５を通過した燃料は径方向溝２６にて軸
中心より偏心導入して、燃料に旋回を付与し、ノズル部
材７に設けた噴射孔８より噴射する際の微粒化を促進す
る働きがある。燃料旋回素子２２は、結合プレート部材
２７によりノズル７の内周面に押圧固定されている。
【００４３】ここで、燃料旋回素子２２により付与され
る旋回強度（スワール数Ｓ）は次式で求められる。
【００４４】
【数１】 Ｓ＝（角運動量）／（（噴射軸方向の運動量）×（噴射孔半径）） ＝２・ｄ0・Ｌｓ／ｎ・ｄｓ2・cos θs ここに、 ｄ0：燃料噴射孔の直径 Ｌｓ：溝の偏心量（弁軸心と溝（幅）中心間の距離） ｎ ：溝の数 θs ：弁座の角度／２ ｄｓ：流れ学的等価直径で溝幅Ｗと溝高さＨを用いて表
される＝２・Ｗ・Ｈ／Ｗ＋Ｈ （図１１の（ｂ）参
照） である。このスワール数を大きくすると、微粒化が促進
され噴霧が分散される。
【００４５】以上のように構成された、燃料噴射弁の動
作を説明する。電磁コイル１４に与えられる電気的なＯ
Ｎ−ＯＦＦ信号により、弁体３０を軸方向に上下動させ
てボール６とシート面９の隙間の開閉を行い、それによ
って燃料の噴射制御を行う。電気信号がコイル１４に与
えられると、コア２、ヨ−ク３、アンカー４で磁気回路
が形成され、アンカー４がコア２側に吸引される。アン
カー４が移動すると、これと一体になっているボ−ル６
も移動してノズル部材７の弁座のシ−ト面９から離れ、
燃料噴射孔８の上流側で燃料通路が開放される。
【００４６】燃料は、フィルタ２４から燃料噴射弁１の
内部に流入し、コア２の内部通路、アンカー４の外周部
及びアンカー４内に設けた燃料の通過を許す空洞部５Ａ
から燃料の流出口５Ｂを経て下流に至り、ストッパ１９
とロッド５の隙間、燃料旋回素子２２の軸方向燃料通路
２５、径方向燃料通路２６を通ってシ−ト部へ旋回供給
され、開弁時に燃料噴射孔８から噴射される。
【００４７】次に、図２及び図４、図１０を用いて、本
実施例の噴射弁によって得られる噴霧構造を説明する。
【００４８】図４は燃料を直接、燃焼室（シリンダ）内
に噴射する内燃機関に適用した様子を模式的に示したも
のである。
【００４９】図に示すように、本実施例の燃料噴射弁１
から噴射される噴霧は、点火プラグ７００側に偏向し、
偏向角はα＋βで示される。図１０（ｂ）に示したノズ
ル７面との対応は、図中に示した方向Ｍが、噴霧の偏向
方向に対応している。
【００５０】また、図２（ａ）に示すように、噴霧横断
面は、点火プラグ７００側に可燃濃度の混合気が濃く、
ピストン６９０側では可燃濃度の混合気がの存在しな
い。すなわちピストン６９０側で噴霧の一部が切れた形
状である。さらに、図２乃至図４から分かるように、本
実施例の燃料噴射弁１を、内燃機関３００に対して、取
り付け角β設置した場合、混合気は内燃機関３００に設
けられた点火プラグ７００の周辺に滞在し、一方、ピス
トン６９０側では希薄となる。このような噴霧は、さら
に、ピストン６９０の運動によってシリンダ内６８０の
圧力が変化しても、噴霧が希薄となった部分で部分的に
切れているために、噴霧内部と噴霧外部の圧力がバラン
スし易く、噴霧が潰れにくく、形状が一定に保たれると
いう利点を有している。
【００５１】このような噴霧の生成に当たっては、対称
とする内燃機関のシリンダの内径、すなわちエンジンの
容積と噴射弁の取付角によって適宜決められるものであ
るが、具体的には、図１０に示す（Ｌ'−Ｌ）や前記し
たスワール数Ｓ等によって設定される。
【００５２】図１１の（ａ）に、スワール数Ｓと噴霧角
（偏向角）、ペネトレーション（到達距離）との関係を
示す。スワール数Ｓが小さいとペネトレーションが大き
くなり、内燃機関に搭載した際、ピストン冠面に燃料が
付着するという問題が生じる。一方、スワール数Ｓが大
きすぎると、噴霧角が広くなり過ぎてシリンダヘッドの
内壁面に燃料が付着するという問題が生じる。本実施例
の燃料噴射弁では、スワール数Ｓが２〜７の範囲で有効
な偏向噴霧が生成できる。
【００５３】図１２に、スワール数Ｓが６．７で、Ｌ／
ｄ０が０．７における、背圧（雰囲気圧力）と噴霧角、
ペネトレーションの関係を、従来のストレート噴孔の噴
霧と比較して示す。従来のストレート噴孔では、背圧が
上昇すると、噴霧が萎んで噴霧角が小さくなるのに対し
て、本実施例の噴射弁では、背圧が上昇しても噴霧の内
外の圧力がバランスするために、噴霧角がほとんど変化
しない。
【００５４】一方、点火プラグ方向のペネトレーション
であるが、比較条件は、図４に示すような取り付けレイ
アウトにおいて、点火プラグ方向に噴霧が存在するとい
うことを条件としているが、従来のストレート噴孔で
は、背圧が上昇すると、噴霧がプラグ方向からそれるた
め適合できなくなるのに対して、本実施例の噴射弁で
は、雰囲気密度の増加によって多少変化するものの、プ
ラグ方向に噴霧が存在している。すなわち、本実施例に
よれば、点火プラグ回りに安定して可燃混合気を存在さ
せることが出来るので、安定燃焼範囲が拡大できる。
【００５５】次に、他の燃料噴射弁への適用例について
記述する。
【００５６】図１３乃至図１８は、ノズル部を細身にし
て且つ長めにした燃料噴射弁に関する。内燃機関に搭載
する場合、省スペースであることから、他の部品やシリ
ンダヘッドに干渉しないように設置できるので、取り付
けの自由度が高くなるという利点を有している。また、
この構造は、この種の燃料噴射弁において課題とされて
いる、部品の簡略化、アンカな材料利用による低コスト
化、確実な燃料シール、噴射量特性の高精度化、磁気回
路の高効率化、二次噴射防止等の少なくとも一つに応え
ることができる利点を併せ持っている。
【００５７】以下に、構造及び動作について説明する。
【００５８】図１３は、燃料噴射弁６０の縦断面図であ
る。中心から外形方向に向けて中空のコア６６、ノズル
ホルダ６９、コイル６８、ヨーク６７が配置され、ノズ
ルホルダ６９に弁体を有するプランジャ８０を内装し、
このプランジャ７４がリターンスプリング６５の力を受
けてオリフィスプレート７１側に付勢されている。コア
６６の中空円筒部分６６ａの外径は、ノズルホルダ６９
の細径部の内径よりも太い構成となっている。この燃料
噴射弁６０の基本動作は、コイル６８に通電させるとヨ
ーク６７、コア６６、アンカ７４（プランジャ８０の一
部）、ノズルホルダ６９のアンカ７４とコア６６に挟ま
れた部分が磁気回路を形成し、それによってプランジャ
８０がリターンスプリング６５の力に抗して吸引される
ことで、開弁動作が行われ、また、コイル６８への通電
を止めるとリターンスプリング６５の力でプランジャ８
０がオリフィスプレート７１に当接し、閉弁動作が行わ
れるものである。本形態では、コア６６の下端面が開弁
動作時にプランジャ８０を受け止めるストッパとしての
役割をなしている。このため、コア６６の下端面やアン
カ７４の上端面には、例えば、クロムメッキ等が電解メ
ッキ法等で施されていることが好ましい。
【００５９】コア６６は、中空円筒部分６６ａと中空円
盤部分６６ｂとから一体的に構成されている。コア６６
は、例えば、ステンレス系の磁性材（電磁ステンレス）
のプレス加工及び切削加工により成形しても良い。コア
６６の中空円筒部分６６ａの径は、ノズルホルダ６９の
細径部の内径よりも太い構成となっている。
【００６０】コア６６の中空円盤部分６６bの中空部分
と連通するように、燃料コネクタ６３が溶接されてい
る。コネクタパイプ６３のコア側は端面が拡張した構造
とし、溶接代を十分取れる形状となっている。この溶接
は、燃料シール性を保つためレーザ溶接等により、例え
ば符号で示す６３ａと６６ｃの個所のように接合境界部
の一周にわたり行われる。燃料コネクタパイプ６３の内
側には、燃料通路上流側から燃料中に混入しているゴミ
などを除去する燃料フィルタ７７、リターンスプリング
６５の初期荷重を規定するばね押え６４が挿入、固定さ
れるような段差を持つパイプである。このような段差
は、パイプ絞り加工にて安価に形成可能である。また、
燃料パイプコネクタ６３は、コア６６と別体で構成され
ていることにより、様々な燃料継ぎ手構造に変更するこ
とができる。ノズルホルダ６９は、ステンレス製の磁性
材（電磁ステンレス）を素材とし、細くて長いノズル部
分（６９ａから６９ｄ）と、このノズル部分の内径より
も大きな径でコア６６の円筒部分６６ａ部分の外径に沿
うような内径を持つ、アンカ・コアサポート（６９ｆか
ら６９ｊ）部の段差を持ったパイプ部材である。ノズル
ホルダ６９は、パイプ絞り加工により一体成形されてお
り、切削加工で形成されるより安価に製作可能である。
【００６１】ノズルホルダ６９のノズル部分の下端（６
９ａ）には、オリフィスプレート７１と燃料旋回素子７
２とが設けられるが、これらは別部材により形成され
る。
【００６２】ノズルホルダ６９の錐欠き部６９ｃ部に
は、燃焼ガスシールの役目を果たすテフロン（登録商
標）シール７０が備えられている。細径のノズル部分
（６９ａから６９ｄ）とアンカ・コアサポート部（６９
ｆから６９ｊ）を結ぶ段差形成部６９ｅを有する。本実
施形態では、この段差形成部６９ｅの軸方向に対する角
度がほぼ９０度であるが、これに限定されるものでなく
任意の角度で良い。
【００６３】プランジャ８０は、プランジャロッド７３
と、アンカ７４、そして各々を接合するためのジョイン
とパイプ７８で構成されている。また、ジョイントパイ
プ７８とアンカ７４との間には、環状の板バネ７５が挟
み装着されている。ジョイントパイプ７８もパイプ絞り
加工により形成される。ジョイントパイプ７８は、プラ
ンジャロッド７３に圧入されレーザ溶接により固定され
る。また、アンカ７４との接合も圧入及びレーザ溶接に
て固定される。アンカ７４は、中空構造で板バネ７５も
環状でその内側が打ち抜き個所となっている。また、ジ
ョイントパイプ７８には、燃料通路孔が開けられてい
る。板バネ７５のには、円筒形の可動質量体であるマス
リング７６の一端が受け止められている。マスリング７
６は、コア６６、アンカ７４間の磁気的短絡を防ぐた
め、例えばステンレス製の非磁性で形成される。マスリ
ング７６は、コア６６の内周一端とアンカ７４の内周一
端にかけて位置している。コア６６の中空孔は、燃料通
路となるもので、この中空孔に下から順に、マスリング
７６、リターンスプリング６５が配置され、さらに燃料
コネクタパイプ６３内には、リターンスプリング６５の
初期荷重を規定するばね押え６４燃料フィルタ７７の順
に配設されている。マスリング７６は、リターンスプリ
ング７６とプランジャ８０よの間に独立して軸方向に可
動に介在している。この独立した可動を補償するために
マスリング７６とプランジャ８０との間に板バネ７５を
介在させ、板バネ７５でマスリング７６を受けるように
したものである。このようにマスリング７６は、プラン
ジャ８０と独立しているため弁閉動作時にプランジャ８
０の跳ね返り動作を抑えるダイナミックダンパ作用をな
している。このタ゛ンハ゜作用は、プランじゃ８０が閉弁動
作時にリターンスプリング６５の力により弁座７８に衝
突すると、プランジャ８０は跳ね返ろうとするが、その
時の運動エネルギをマスリング７６の慣性と板バネ７５
の弾性変形により吸収して、跳ね返りを減衰するもので
あり、極めて有益な作用効果を発揮する。
【００６４】図１４は、ノズルホルダ６９の先端近傍部
の拡大断面図であり、図を用いて本発明に係る偏向噴霧
の生成方法やその製法等について説明する。
【００６５】ノズルホルダ６９のノズル部分の下端（先
端６９ａ）には、オリフィスプレート７１と燃料旋回素
子７２とが設けられるが、これらは別部材より構成され
ている。オリフィスプレート７１は、例えば、ステンレ
ス系の円盤状チップにより形成され、その中央に噴射孔
（オリフィス）７９が設けられ、それに続く上流部に弁
座７８が形成されている。オリフィスプレート７１は、
ノズルホルダ６９の先端６９ａに圧入により取り付ける
構成としてある。一方、燃料旋回素子７２は、ノズルホ
ルダ６９の先端６９ａに隙間嵌めにより圧入する構成と
してありＳＵＳ４１６ような焼結合金により形成されて
いる。この燃料旋回素子７２は、ほぼ円板に近い形のチ
ップ状で、その中央にプランじゃ８０を構成する部材の
一つであるプランジャロッド７３の先端７３ａを摺動案
内するための中央孔（ガイド）８１が設けられ、上面か
ら側面に架けては燃料を外周に導くための縦通路８２が
形成されている。一方、下面には、外周縁に環状の段差
（流路）８３が形成され、この環状通路８３と中央孔８
１との間に、燃料の旋回流を形成するオフセット通路８
４が複数個、例えば４から６個形成されている。通路８
４の出口部には、燃料の旋回流を安定に得られるよう
に、旋回室８５が形成されている。なお、オリフィスプ
レート７１は燃料旋回素子７２を押付ける様にして圧入
後、溶接固定されている。この溶接は、燃料シール性を
保つためレーザ溶接等により結合境界部の一周にわたり
行われる。また、燃料旋回素子７２の通路８４にはオリ
フィスプレート７１側の一部が（素材の一部が）入り込
んでその回り止めを確実にしていいる。
【００６６】噴射孔７９の出口部には、偏向噴霧を生成
するためのＬ型状の切り欠き８６が形成されている。切
り欠きの位置は、噴射孔７９の中心位置とほぼ一致する
部位に設けているが、詳細な形成法についての考え方
は、図１０で説明した方法と同様である。なお、噴射孔
７９の出口端は突起状８７に構成されているが、これは
剛性を高める構造としたもので、弁座７８にプランジャ
ロッド７３の先端７３ａが着座した時の衝撃音を減衰さ
せるためのものである。
【００６７】図１５乃至図１６は、オリフィスプレート
７１の成形法の一例を示したもので、図１５は加工フロ
ーチャートを示しており、図１６はそれぞれの加工行程
で成形された後の形状を示している。（ａ）冷間鍛造に
よってオリフィスプレートの外形７１ａが成形される。
この実施形態では、噴射孔成形部に相当する位置に該噴
射孔径よりやや大きめの径で、ほぼ同心的な半円状の壁
８８が設けられる。（ｂ）噴射孔７９ａがプレス成形さ
れる。この場合、先の壁８８とギャップδを介してほぼ
同心的に成形される。また、この噴射孔７９ａは打ち抜
かれるのではなく、任意の深さ分のみ成形される。図に
示すように、この成形によって凸部７１ｂできる。な
お、ギャップδは数十μm程度である。（ｃ）次の行程
では、シート部をなす弁座７８ａが切削加工等により成
形される。加工部位は先の凸部７１bであり、この部位
を取り除くことになる。次に、焼き入れを施した後、
（ｄ）主要部位の、例えば、シート面７８や噴射孔７９
等の仕上げを行う。
【００６８】図１７は、オリフィスプレート７１に係る
変形例を示している。（ａ）の実施形態は、Ｌ型の切り
欠き面を構成する壁面９０を噴射孔７９より長くして遠
ざけた場合である。また、（ｃ）の実施形態は、壁面９
１を噴射孔７９と同軸的に延長した後、壁の一部を凹部
状９２に取り除いた場合である。
【００６９】すなわち、このような実施形態において
は、エンジンの容積と噴射弁の取付角によって適宜変更
する部分を、オリフィスプレート７１のみに集約するこ
とで対応できるため、生産性の向上が期待できる。
【００７０】次に、ノズル先端部における他の実施例を
説明する。
【００７１】図１８は、オリフィスプレートの分割構造
に関する実施形態を示している。図は、ノズルホルダ６
９の先端近傍部の拡大断面図でる。
【００７２】本実施形態のオリフィスプレート９３は、
例えば、ステンレス系の円盤状チップにより形成され、
その中央に噴射孔（オリフィス）９５が設けられ、それ
に続く上流部に弁座９４が形成されている。オリフィス
プレート９３は、ノズルホルダ６９の先端６９ａに圧入
により取り付ける構成としてある。このオリフィスプレ
ート９３の下面に、Ｌ型の切り欠きに相当する機能を有
する噴霧形成用プレート９６が設けられている。この噴
霧形成用プレート９６には、略半円状の穴９７が打ち抜
き等により成形されており、噴射孔９５とほぼ同心的な
壁９７ａとほぼ噴射孔９５の軸心と一致する壁９７bと
が設けられている。なお、オリフィスプレート９３と噴
霧形成用プレート９６は、燃料旋回素子７２を押付ける
様にして圧入後、溶接固定されている。この溶接は、燃
料シール性を保つためレーザ溶接等により結合境界部の
一周にわたり行われる。また、燃料旋回素子７２の通路
８４にはオリフィスプレート９３側の一部が（素材の一
部が）入り込んでその回り止めを確実にしていいる。こ
の実施形態では、それぞれの部品の構造が単純化されて
いるので、コスト面で有利である。また、溶接時の熱変
形が高精度な仕上げ加工が施されている噴射孔９５や弁
座９４に及ばなくなるため組みつけにおいて有利であ
る。
【００７３】図１９は、ノズル先端面が円錐形状をなす
噴射弁に適用した実施形態を示す。ノズル１５０の先端
部にある円錐状１５１部の端面に位置する噴射孔１５２
には、該噴射孔１５２中心にほぼ位置する壁１５４ａと
任意の深さ切り込んだほぼ直交する壁１５４ｂよりなる
Ｌ型状の切り込みが形成されている。弁座１５３の上流
には、燃料旋回素子１５６がノズル内壁１５０ａを利用
して圧入固定されて成り、この燃料旋回素子１５６に設
けられている、縦通路１５７から旋回通路１５８を燃料
が通過することによって、旋回燃料が生成され、噴射孔
１５２から噴射される。この際、切り込みによって適宜
偏向噴霧が生成される。
【００７４】図２０は、燃料旋回素子が２分割されてな
る構造の実施形態である。
【００７５】ノズル１６０の拡径部１６０ａに、複数個
の縦通路１６６ａを有する燃料プレート１６６と複数個
の旋回通路１６７ａを有する旋回プレート１６７とより
成る燃料旋回部材が挿入され、この燃料旋回部材の下面
に接してオリフィスプレート１６１が挿入固定されてい
る。オリフィスプレート１６１には、弁座面１６３に続
いて噴射孔１６２が設けられており、この噴射孔１６２
部に該噴射孔１６２中心にほぼ位置する壁１６４ａと任
意の深さ切り込んだほぼ直交する壁１６４ｂよりなるＬ
型状の切り込みが形成されている。
【００７６】このように、旋回式の噴射弁の先端部に切
り込みを設けるという簡単な構成で偏向噴霧が生成さ
れ、この噴霧は加圧雰囲気下でも偏向角がさほど変化し
ないので、点火プラグ方向に安定して可燃混合気を生成
できる。
【００７７】次に、種々の形状を有する内燃機関への適
用例について説明する。
【００７８】図２１は、タンブル流保存用のキャビティ
を持つピストンを有する内燃機関への適用例を示す。内
燃機関８００は、浅皿状のキャビティ８２０を有するピ
ストン８１０で、タンブル６７０を保存することによっ
て、偏向噴霧１００のピストン８１０側への燃料付着を
抑制すると共に、点火プラグ７００方向への噴霧流動を
アシストし、安定して可燃混合気を点火プラグ７００に
導く作用をする。これによって、ＨＣの排出量が抑制さ
れると共に、安定した燃焼が行える。
【００７９】図２２は、タンブル流保存用と噴霧をガイ
ドする２つのキャビティを持つピストンを有する内燃機
関への適用例を示す。内燃機関８５０は、タンブル８６
０ガイド用のキャビティ８７０と噴霧ガイド用のキャビ
ティ８８０の２つを有するピストン８９０で、タンブル
６７０を保存することによって、点火プラグ７００方向
への噴霧流動をアシストすると共に、噴霧をガイドする
ことによって、安定して可燃混合気を点火プラグ７００
に導く作用をする。これによって、安定した燃焼が行え
る。
【００８０】図２３は、噴霧のペネトレーションを抑制
するために、１回の噴射タイミングの間に少なくとも２
回燃料を噴射する様にして、内燃機関８００に供給して
燃焼を行うというものである。噴射の方法は、様々であ
り、例えば、内燃機関８００が高負荷低回転にある時
は、吸気行程に複数回分割して噴射し噴霧のペネトレー
ションを抑制して、排気側のシリンダ６８０壁面やピス
トン８１０の冠面への燃料付着を抑制する。また、低負
荷低回転にある時は、圧縮行程で複数回噴射し燃料噴霧
をタンブル８２０でガイドし、成層燃焼による安定燃焼
を実現している。なお、図に示している噴霧形態は、こ
の低負荷低回転時の様子を示したもので、１回目に噴射
された燃料噴霧１００ａが点火プラグ７００回りに滞在
しており、その後、まもなく２回目の燃料噴霧１００ｂ
が追いついて、結果として点火プラグ７００回りには、
可燃混合気が長く滞在し、従来いかなる内燃機関でも成
層燃焼が困難とされている領域において安定燃焼を実現
している。
【００８１】図２４は、上記の試験に用いた、燃料噴射
弁３１の駆動回路４００の配線構成を説明する図（ａ）
と、駆動電流波形を説明する図（ｂ）である。
【００８２】図（b）において、燃料噴射弁３１につい
てはコア２とコントロールコイル１１１とホールドコイ
ル１１２が記載されている。制御回路４００には、バッ
テリーＶＢよりバッテリー電圧が供給されており、エン
ジンコントローラ４１からの制御信号に基づき、コント
ロールコイル１１１、ホールドコイル１１２への通電制
御を行う。制御回路４００には、ホールドコイル１１２
への通電制御を行うホールドコイルトランジスタＯＮ／
ＯＦＦ回路１０４とコントロールコイル１１１への通電
制御を行うコントロールコイルトランジスタＯＮ／ＯＦ
Ｆ回路１１４とがある。それぞれのトランジスタＯＮ／
ＯＦＦ回路は、ホールドコイル電流検出抵抗１０３Ｒ、
コントロールコイル電流検出抵抗１１３Ｒで検出され
た、それぞれのコイルへの電流情報を共有し、これらの
情報と、エンジンコントローラ４１からの噴射信号を基
準とした信号処理回路１２０の出力に応じてホールドコ
イル用パワートランジスタ１０２ｔ、コントロールコイ
ル用パワートランジスタ１１２ｔに通電信号を送る。ホ
ールドコイル用パワートランジスタ１０２ｔ、コントロ
ールコイル用パワートランジスタ１１２ｔがオンになる
と、ホールドコイル１１２とコントロールコイル１１１
にバッテリＶＢの電圧が印加されることになる。
【００８３】１０１Ｒ、１１１Ｒは、それぞれホールド
コイル１１２とコントロールコイル１１１の内部抵抗及
び駆動回路の等価抵抗である。ホールドコイル１１２と
コントロールコイル１１１は、それぞれ異なった電気特
性となっている。これはホールドコイル１１２とコント
ロールコイル１１１がそれぞれ閉弁、開弁、開弁保持、
閉弁の各段階において役割が違うからである。コントロ
ールコイル１１１は、この実施例においては、専ら開弁
初期状態で使うコイルであり、ホールドコイル１１２は
開弁保持状態で使うコイルである。
【００８４】開弁時のコイル、すなわち本実施例のコン
トロールコイル１１１とこのコイル１１１のパワートラ
ンジスタ１１２ｔは、以下のように構成する。まず、コ
ントロールコイル１１１の巻き線径は、抵抗率の小さい
太い巻き線とする。また、パワートランジスタ１１２ｔ
はバイポーラ、ＣＭＯＳまたはバイＣＭＯＳとすること
により通電時のＯＮ抵抗を低減し、コントロールコイル
回路の等価内部抵抗１１１Ｒを低減する。さらに、その
様な構成に基づき決定される内部抵抗１１１Ｒの抵抗値
に応じて到達起磁力が最も大きい近辺の巻き数とする。
【００８５】ホールドコイル１１２への通電開始は、噴
射信号入力と同時でなくても良く、遅れてからでも十分
である。ホールドコイル１１２の噴射立ち上がり時の到
達電流は、噴射信号と同時に通電を開始する場合より低
くすることができる。このように、ホールドコイル１１
２への通電を遅らせることにより、噴射信号立ち下がり
時に、すなわち、閉弁指令時の電流を低減することがで
き、閉弁遅れを短絡することができる。
【００８６】本実施例では、このように特性が決定され
たコントロールコイル１１１、ホールドコイル１１２に
は１回の噴射タイミングにおいて２回の電流通流遮断が
生じる。
【００８７】このように構成された燃料噴射装置は、次
のように動作する。ＥＣＵ４１が機関の運転状態に応じ
て複数回噴射の指令Ｔｓｇを駆動回路４００に出力す
る。駆動回路４００は、第１噴射Ｔ２のために、信号処
理回路１２０から回路１１４を介してコントロールコイ
ル用トランジスタ１１２ｔとホールドコイル用トランジ
スタ１０２ｔをオンする。バッテリから見た時の総合電
流は図（b）の下側の図の太い線で示されるている。ト
ランジスタ１１２ｔは通電から時間ｔ２が経過した後に
ＯＦＦされる。トランジスタ１０２tは第１噴射期間Ｔ
２の間ずっとＯＮ状態に制御される。これによって、両
コイルの起磁力の総和で開弁した弁はコイル１１１の保
持力で開弁状態が維持される。この間燃料は、燃料旋回
素子２２を通って噴射孔から燃焼室内に噴射される。
【００８８】時間Ｔ２が経過すると、トランジスタ１０
２tへの通電も断たれるのでコイルは消磁されプランじ
ゃ４Aがリターンスプリング１６で押し戻されて弁３０
は弁座６に着座し燃料噴射孔をふさぐ。しかしながら、
わずかな閉弁区間ｔ４の後、駆動回路４００は第２噴射
Ｔ３のために、再び信号処理回路１２０から回路１１４
を介してコントロールコイル用トランジスタ１１２ｔと
ホールドコイル用トランジスタ１０２ｔをオンする。バ
ッテリから見た時の総合電流は、図（b）の下側の図
（左）に太い線で示されている。トランジスタ１１２t
は通電から時間ｔ３が経過した後にＯＦＦされる。トラ
ンジスタ１０２ｔは、第２噴射期間Ｔ３の間ずっとON状
態に制御される。これによって、両コイルの起磁力の総
和で開弁した弁はコイル１１１の保持力で開弁状態が維
持される。この間、燃料は燃料旋回素子２２を通って噴
射孔から燃焼室内に噴射される。
【００８９】時間Ｔ３が経過すると、トランジスタ１１
２ｔへの通電も断たれるのでコイルは消磁されプランジ
ャ４Ａがリターンスプリング１０で押し戻されて弁３０
は弁座６に着座し、燃料噴射孔を塞ぎ２回目の噴射が終
了する。
【００９０】この実施例では、燃料噴射弁は高速で駆動
されるにもかかわらず、電源電圧で駆動できる。しかも
開弁後はわずかな保持電流で保持するため１噴射タイミ
ングの間に２回あるいはそれ以上燃料噴射弁を開閉動作
させても電力消費は少なくてすむ。なお、バッテリＶＢ
が４２Ｖになれば、電圧が高くなった分駆動電流を下げ
たり、電流を同じにしておく場合にはコイルの巻き数を
減じることができ、燃料噴射弁を小さくできる。
【００９１】図２５は、２回噴射による効果を燃焼安定
範囲で示したものである。横軸に噴射時期を、縦軸に点
火時期をとった場合の燃焼安定範囲を本発明の第１実施
例と比較して示している。燃費が最良に成る点火時期
で、従来エンジンに比べてはるかに広くなった第１実施
例の燃焼安定範囲９００に比べて、２回噴射することに
よって、点火プラグ回りに可燃混合気が長期にわたって
滞留するため、さらに燃焼安定範囲９１０が広がってい
る。これによって、エンジン回転数に寄らず更に安定し
た燃焼を行うことができ、燃費をより向上させることが
できる。
【００９２】
【発明の効果】本発明によれば、内燃機関の点火性を良
好とし燃焼安定範囲の拡大を図ると共に、燃焼の未燃ガ
ス成分の排出量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関のシステム図。
【図２】本発明に係る内燃機関の断面図。
【図３】従来の噴霧を有する内燃機関の断面図。
【図４】本発明に係る噴霧と点火プラグの位置関係を示
す断面図。
【図５】噴霧計測装置の一例を示す図。
【図６】燃焼安定範囲を示す図。
【図７】タンブル強さと排気の関係を示す図。
【図８】高電圧駆動燃料噴射弁の断面図。
【図９】バッテリ電圧駆動燃料噴射弁の縦断面図。
【図１０】ノズル先端面を示す拡大断面図（１）。
【図１１】燃料スワール数と噴霧角の関係を示す図。
【図１２】噴霧特性（背圧の影響）を示す図。
【図１３】小径ロングノズル型燃料噴射弁の縦断面図。
【図１４】ノズル先端面を示す拡大断面図（２）。
【図１５】噴射孔の加工工程を示す図。
【図１６】噴射孔の加工説明図。
【図１７】噴射孔プレートの他の実施例を示す図。
【図１８】噴射弁ノズルの他の実施例（１）を示す図。
【図１９】噴射弁ノズルの他の実施例（２）を示す図。
【図２０】噴射弁ノズルの他の実施例（３）を示す図。
【図２１】内燃機関の断面図（２）。
【図２２】内燃機関の断面図（３）。
【図２３】内燃機関断面図（４）。
【図２４】駆動回路の構成を示す図。
【図２５】燃焼安定範囲（２）を示す図。
【符号の説明】
１…電磁式燃料噴射弁、６…ボ−ル弁、８…燃料噴射
孔、７…ノズル、Ａ１…Ｌ型切り欠き面、２２…燃料旋
回素子、２５…軸方向燃料通路、２６…燃料旋回室、３
０…弁体、１００…偏向噴霧の分布形状、３００…内燃
機関、６９０…ピストン、６７０…タンブル。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｍ 61/18 ３４０ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３４０Ｃ ３６０ ３６０Ｊ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１Ａ (72)発明者 門向 裕三 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 安部 元幸 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 富樫 盛典 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 久保 博雅 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 藤井 敬士 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 石川 亨 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 野木 利治 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号番地 株式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 3G019 AA09 KA12 KA15 3G023 AA00 AA01 AA04 AB03 AC05 AD03 AD08 AD29 AG01 AG02 3G066 AA02 AA04 AA05 AB02 AD12 BA01 BA14 BA26 BA61 CC06U CC14 CC15 CC21 CC24 CC32 CC37 CC43 CC48 CE22 CE31

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シリンダと、このシリンダの中で往復運動
    するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸気
    手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気手
    段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁
    と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する燃
    料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内に
    導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ内
    に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを備
    えた内燃機関において、 前記燃料噴射弁をこの燃料噴射弁の弁軸が前記ピストン
    の移動方向に対して傾斜するように設け、この燃料噴射
    弁に、前記点火装置側において噴霧角を大きく、前記ピ
    ストン側において噴霧角を狭く、かつ噴霧角を大きくし
    た側の噴霧部が前記点火装置の火花発生部より前記ピス
    トンとは反対側を指向するように燃料を噴射する手段を
    設けたことを特徴とする内燃機関。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の内燃機関において、前記
    燃料噴射弁に設けた手段は噴射される燃料の弁軸を横切
    る方向へ向かう力を拘束する手段であることを特徴とす
    る内燃機関。
  3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の内燃機関におい
    て、前記燃料噴射弁に、噴射される燃料に旋回力を付与
    する燃料旋回手段を備え、中空の噴霧を形成するように
    したことを特徴とする内燃機関。
  4. 【請求項４】請求項３に記載の内燃機関において、前記
    燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧は前記ピストン側に
    希薄な部分を有することを特徴とする内燃機関。
  5. 【請求項５】請求項１に記載の内燃機関において、前記
    ピストンの移動方向が鉛直方向を向くようにシリンダを
    配置した状態で、点火装置の火花発生部は、燃料噴射弁
    の燃料噴射孔の中心から引き出した水平線に対して０〜
    ５°の位置に設置され、燃料噴射弁から噴射される噴霧
    の点火装置側外縁部と水平線とのなす角は１０°以下に
    設定され、噴霧の点火装置側外縁が前記火花発生部より
    も前記ピストンとは反対側に存在するように燃料を噴射
    することを特徴とする内燃機関。
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