JP2002161831A - 火花点火型直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁および燃料噴射装置 - Google Patents
火花点火型直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁および燃料噴射装置Info
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- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
- F02B23/101—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on or close to the cylinder centre axis, e.g. with mixture formation using spray guided concepts
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 均質燃焼領域と成層燃焼領域とで、燃料噴霧
の形態を異ならせ、成層燃焼では、点火プラグ２２側へ
燃料を多く分布させる。 【解決手段】 針弁２の先端のピン部８が噴射弁本体３
の噴孔４を貫通する。シート部５の上流に、旋回成分を
付与するためのスワラーチップ６を備える。ピン部８の
先端には、大径の傘部９が設けられ、所定の角度θで傾
斜した燃料衝突面９ａを有する。ピン部８は、点火プラ
グ側に切欠部８ａを有し、噴孔４との間の流路面積が部
分的に拡大している。成層燃焼領域では、必要な燃料噴
射量を複数回に分割した微小パルス信号でもって噴射を
行う。短期間の噴射では、燃料は旋回成分を伴わずに直
進して傘部９に衝突し、点火プラグ近傍に燃料が分布す
る。均質燃焼領域では、１回の長い噴射パルスとなリ、
燃料が強い旋回成分を伴い、噴孔４から傘部９と干渉せ
ずに円錐状に広がった噴霧が得られる。
の形態を異ならせ、成層燃焼では、点火プラグ２２側へ
燃料を多く分布させる。 【解決手段】 針弁２の先端のピン部８が噴射弁本体３
の噴孔４を貫通する。シート部５の上流に、旋回成分を
付与するためのスワラーチップ６を備える。ピン部８の
先端には、大径の傘部９が設けられ、所定の角度θで傾
斜した燃料衝突面９ａを有する。ピン部８は、点火プラ
グ側に切欠部８ａを有し、噴孔４との間の流路面積が部
分的に拡大している。成層燃焼領域では、必要な燃料噴
射量を複数回に分割した微小パルス信号でもって噴射を
行う。短期間の噴射では、燃料は旋回成分を伴わずに直
進して傘部９に衝突し、点火プラグ近傍に燃料が分布す
る。均質燃焼領域では、１回の長い噴射パルスとなリ、
燃料が強い旋回成分を伴い、噴孔４から傘部９と干渉せ
ずに円錐状に広がった噴霧が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、運転条件に応じ
て均質燃焼と成層燃焼とが可能な火花点火型直接噴射式
内燃機関に適した燃料噴射弁および燃料噴射装置に関す
る。
て均質燃焼と成層燃焼とが可能な火花点火型直接噴射式
内燃機関に適した燃料噴射弁および燃料噴射装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】火花点火型内燃機関において希薄燃焼を
実現するために、シリンダ内に燃料を直接に噴射する火
花点火型直接噴射式内燃機関が従来から知られている。
一般に、この種の内燃機関は、その噴射時期の切換等に
よって、高負荷域ではシリンダ内に燃料を広く均質に分
布させて均質燃焼を行うとともに、低中負荷域では、点
火プラグ近傍のみに比較的濃い混合気を集めるようにし
た成層燃焼を行う構成となっている。
実現するために、シリンダ内に燃料を直接に噴射する火
花点火型直接噴射式内燃機関が従来から知られている。
一般に、この種の内燃機関は、その噴射時期の切換等に
よって、高負荷域ではシリンダ内に燃料を広く均質に分
布させて均質燃焼を行うとともに、低中負荷域では、点
火プラグ近傍のみに比較的濃い混合気を集めるようにし
た成層燃焼を行う構成となっている。
【０００３】一方、特開平９−２３６０６９号公報に
は、直噴ディーゼル機関用の燃料噴射弁ではあるが、噴
孔を開閉する針弁の先端に、噴孔から突出した位置とな
るように傘部を一体に形成し、かつ噴孔の上流に、旋回
成分を付与するための螺旋状通路を設けた構成が開示さ
れている。このものでは、針弁のリフトが小さい段階で
は旋回成分が弱いことから、噴孔から燃料が直進して傘
部に衝突し、その後、リフトに伴って旋回成分が強くな
って噴霧が円錐状に広がろうとするので、噴霧の方向
が、時間の経過とともに半径方向および軸方向の双方に
ついて変化する。従って、噴霧がシリンダ内に広く拡散
する。
は、直噴ディーゼル機関用の燃料噴射弁ではあるが、噴
孔を開閉する針弁の先端に、噴孔から突出した位置とな
るように傘部を一体に形成し、かつ噴孔の上流に、旋回
成分を付与するための螺旋状通路を設けた構成が開示さ
れている。このものでは、針弁のリフトが小さい段階で
は旋回成分が弱いことから、噴孔から燃料が直進して傘
部に衝突し、その後、リフトに伴って旋回成分が強くな
って噴霧が円錐状に広がろうとするので、噴霧の方向
が、時間の経過とともに半径方向および軸方向の双方に
ついて変化する。従って、噴霧がシリンダ内に広く拡散
する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の燃料噴射弁
は、あくまでもシリンダ内により均質に燃料を分布させ
ようとしたものであって、例えば火花点火型直接噴射式
内燃機関に適用した場合に、成層混合気の形成のために
点火プラグ近傍にのみ燃料噴霧を案内することについて
は上記公報には開示されていない。
は、あくまでもシリンダ内により均質に燃料を分布させ
ようとしたものであって、例えば火花点火型直接噴射式
内燃機関に適用した場合に、成層混合気の形成のために
点火プラグ近傍にのみ燃料噴霧を案内することについて
は上記公報には開示されていない。
【０００５】本発明は、機関運転条件に応じた成層燃焼
と均質燃焼との切換が可能な火花点火型直接噴射式内燃
機関に好適な燃料噴射弁および燃料噴射装置を提供する
ことを目的とする。
と均質燃焼との切換が可能な火花点火型直接噴射式内燃
機関に好適な燃料噴射弁および燃料噴射装置を提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る火花点火
型直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁は、請求項１に記載
のように、先端に単一の噴孔を有する噴射弁本体と、こ
の噴射弁本体内部に軸方向に移動可能に配置され、かつ
噴射弁本体のシート部に着座することにより上記噴孔を
開閉する針弁と、この針弁の先端に、上記噴孔を通るピ
ン部を介して一体に設けられ、かつ該ピン部よりも大径
となって上記噴孔に対向する傘部と、上記シート部を通
して上記噴孔に流入する燃料の流れに旋回成分を付与す
るスワール手段と、を備え、複数回に分割された短期間
の噴射では燃料が上記傘部に衝突し、かつ、長期間の噴
射では上記旋回成分により燃料が上記傘部に干渉するこ
となく円錐状に広がるように構成されていることを特徴
としている。
型直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁は、請求項１に記載
のように、先端に単一の噴孔を有する噴射弁本体と、こ
の噴射弁本体内部に軸方向に移動可能に配置され、かつ
噴射弁本体のシート部に着座することにより上記噴孔を
開閉する針弁と、この針弁の先端に、上記噴孔を通るピ
ン部を介して一体に設けられ、かつ該ピン部よりも大径
となって上記噴孔に対向する傘部と、上記シート部を通
して上記噴孔に流入する燃料の流れに旋回成分を付与す
るスワール手段と、を備え、複数回に分割された短期間
の噴射では燃料が上記傘部に衝突し、かつ、長期間の噴
射では上記旋回成分により燃料が上記傘部に干渉するこ
となく円錐状に広がるように構成されていることを特徴
としている。
【０００７】また、本発明に係る火花点火型直接噴射式
内燃機関の燃料噴射装置は、請求項５に記載のように、
先端に単一の噴孔を有する噴射弁本体と、この噴射弁本
体内部に軸方向に移動可能に配置され、かつ噴射弁本体
のシート部に着座することにより上記噴孔を開閉する針
弁と、この針弁の先端に、上記噴孔を通るピン部を介し
て一体に設けられ、かつ該ピン部よりも大径となって上
記噴孔に対向する傘部と、上記シート部を通して上記噴
孔に流入する燃料の流れに旋回成分を付与するスワール
手段と、を備えた燃料噴射弁を用い、内燃機関の均質燃
焼領域では、噴霧が旋回成分により円錐状に広がるよう
に必要な燃料量を１回の噴射でもって噴射し、かつ成層
燃焼領域では、噴霧が旋回成分を伴わずに上記傘部に衝
突するように、必要な燃料量を複数回に分割して噴射す
ることを特徴としている。
内燃機関の燃料噴射装置は、請求項５に記載のように、
先端に単一の噴孔を有する噴射弁本体と、この噴射弁本
体内部に軸方向に移動可能に配置され、かつ噴射弁本体
のシート部に着座することにより上記噴孔を開閉する針
弁と、この針弁の先端に、上記噴孔を通るピン部を介し
て一体に設けられ、かつ該ピン部よりも大径となって上
記噴孔に対向する傘部と、上記シート部を通して上記噴
孔に流入する燃料の流れに旋回成分を付与するスワール
手段と、を備えた燃料噴射弁を用い、内燃機関の均質燃
焼領域では、噴霧が旋回成分により円錐状に広がるよう
に必要な燃料量を１回の噴射でもって噴射し、かつ成層
燃焼領域では、噴霧が旋回成分を伴わずに上記傘部に衝
突するように、必要な燃料量を複数回に分割して噴射す
ることを特徴としている。
【０００８】すなわち、本発明では、成層燃焼とすべき
ときには、必要な燃料量が１回で噴射されずに、複数回
の短期間の噴射に分割して行われる。例えば針弁をソレ
ノイドによって駆動する場合には、パルス幅の短い噴射
パルスが複数回与えられる。このような短期間の噴射で
は、噴孔から出る燃料は、殆ど旋回成分を伴わず、従っ
て、噴孔から直進して傘部に衝突する。そのため、燃料
が過度に広く拡散することなく、局部的に濃い混合気つ
まり成層化した混合気が生成される。
ときには、必要な燃料量が１回で噴射されずに、複数回
の短期間の噴射に分割して行われる。例えば針弁をソレ
ノイドによって駆動する場合には、パルス幅の短い噴射
パルスが複数回与えられる。このような短期間の噴射で
は、噴孔から出る燃料は、殆ど旋回成分を伴わず、従っ
て、噴孔から直進して傘部に衝突する。そのため、燃料
が過度に広く拡散することなく、局部的に濃い混合気つ
まり成層化した混合気が生成される。
【０００９】これに対し、均質燃焼とすべきときには、
必要な燃料量が１回の比較的長い噴射期間でもって噴射
される。この場合、燃料は、スワール手段により付与さ
れる旋回成分が強くなり、旋回しつつ噴孔から出るの
で、傘部に衝突することなく円錐状に広く拡散する。な
お、噴射初期の少量の燃料は、短期間の噴射の場合と同
じく傘部に衝突して拡散する。従って、シリンダ内に広
く燃料が分布し、比較的均質な混合気が形成される。
必要な燃料量が１回の比較的長い噴射期間でもって噴射
される。この場合、燃料は、スワール手段により付与さ
れる旋回成分が強くなり、旋回しつつ噴孔から出るの
で、傘部に衝突することなく円錐状に広く拡散する。な
お、噴射初期の少量の燃料は、短期間の噴射の場合と同
じく傘部に衝突して拡散する。従って、シリンダ内に広
く燃料が分布し、比較的均質な混合気が形成される。
【００１０】請求項１の燃料噴射弁をより具体化した請
求項２の発明は、上記の短期間の噴射により上記傘部に
衝突した噴霧が点火プラグの電極へ向かうように、上記
傘部の燃料衝突面の角度が設定されていることを特徴と
している。これにより、点火プラグ近傍に比較的濃い混
合気が確実に形成される。
求項２の発明は、上記の短期間の噴射により上記傘部に
衝突した噴霧が点火プラグの電極へ向かうように、上記
傘部の燃料衝突面の角度が設定されていることを特徴と
している。これにより、点火プラグ近傍に比較的濃い混
合気が確実に形成される。
【００１１】さらに請求項３の発明においては、上記ピ
ン部と上記噴孔との間に生じる実質的な流路面積は、点
火プラグ側の方向の流路面積が反対側の方向の流路面積
よりも相対的に大きくなっている。つまり、ピン部と噴
孔との間に生じる実質的な流路面積は周方向に均一では
なく、点火プラグ側で大きくなっている。これにより、
傘部で衝突して分散する燃料の分布も、点火プラグ側で
相対的に多いものとなり、希薄成層燃焼の際により良好
な成層化が図れる。
ン部と上記噴孔との間に生じる実質的な流路面積は、点
火プラグ側の方向の流路面積が反対側の方向の流路面積
よりも相対的に大きくなっている。つまり、ピン部と噴
孔との間に生じる実質的な流路面積は周方向に均一では
なく、点火プラグ側で大きくなっている。これにより、
傘部で衝突して分散する燃料の分布も、点火プラグ側で
相対的に多いものとなり、希薄成層燃焼の際により良好
な成層化が図れる。
【００１２】請求項３の発明をより具体化した請求項４
の発明では、上記ピン部の周方向の一部に、上記の流路
面積差を形成するための異形部が設けられているととも
に、この針弁が回転しないように噴射弁本体に対するガ
イド部を備えている。
の発明では、上記ピン部の周方向の一部に、上記の流路
面積差を形成するための異形部が設けられているととも
に、この針弁が回転しないように噴射弁本体に対するガ
イド部を備えている。
【００１３】例えば異形部として、ピン部の点火プラグ
側の一部に切欠部や溝部を設けることにより、点火プラ
グ側の流路面積を相対的に拡大することが可能である。
この場合、針弁の回転を規制する必要があるので、例え
ば互いに係合するガイド溝と突起部などからなるガイド
部が設けられる。
側の一部に切欠部や溝部を設けることにより、点火プラ
グ側の流路面積を相対的に拡大することが可能である。
この場合、針弁の回転を規制する必要があるので、例え
ば互いに係合するガイド溝と突起部などからなるガイド
部が設けられる。
【００１４】また請求項５の燃料噴射装置をさらに限定
した請求項６の発明は、上記シート部の上流側に、上記
スワール手段による旋回成分付与作用を受けない燃料溜
まり部が設けられており、成層燃焼時に分割可能な回数
をＮ、成層燃焼領域での最も高い負荷での要求燃料噴射
量をＱとしたときに、上記燃料溜まり部が、（Ｑ／Ｎ）
よりも大きな容積を有していることを特徴としている。
した請求項６の発明は、上記シート部の上流側に、上記
スワール手段による旋回成分付与作用を受けない燃料溜
まり部が設けられており、成層燃焼時に分割可能な回数
をＮ、成層燃焼領域での最も高い負荷での要求燃料噴射
量をＱとしたときに、上記燃料溜まり部が、（Ｑ／Ｎ）
よりも大きな容積を有していることを特徴としている。
【００１５】上記のような燃料溜まり部を設けた場合、
この燃料溜まり部の中に溜められていた燃料は、旋回成
分を伴わずに噴孔から直進して傘部に衝突する。従っ
て、この燃料溜まり部の容積を上記のように十分大きく
確保することにより、成層燃焼領域で最も要求燃料噴射
量が多いときでも、分割噴射によって確実に傘部に衝突
させて点火プラグ近傍に噴霧をとどめることができる。
この燃料溜まり部の中に溜められていた燃料は、旋回成
分を伴わずに噴孔から直進して傘部に衝突する。従っ
て、この燃料溜まり部の容積を上記のように十分大きく
確保することにより、成層燃焼領域で最も要求燃料噴射
量が多いときでも、分割噴射によって確実に傘部に衝突
させて点火プラグ近傍に噴霧をとどめることができる。
【００１６】
【発明の効果】この発明に係る火花点火型直接噴射式内
燃機関の燃料噴射弁および燃料噴射装置によれば、必要
な燃料量を１回で噴射するか、あるいは複数回の短期間
の噴射に分割して行うか、の切換によって、燃料噴霧の
分布形態を、均質混合気あるいは局部的に濃い成層混合
気に制御することができる。従って、均質燃焼による出
力確保等と成層燃焼による安定した希薄燃焼とを、一層
高いレベルで両立させることが可能となる。
燃機関の燃料噴射弁および燃料噴射装置によれば、必要
な燃料量を１回で噴射するか、あるいは複数回の短期間
の噴射に分割して行うか、の切換によって、燃料噴霧の
分布形態を、均質混合気あるいは局部的に濃い成層混合
気に制御することができる。従って、均質燃焼による出
力確保等と成層燃焼による安定した希薄燃焼とを、一層
高いレベルで両立させることが可能となる。
【００１７】また特に請求項２〜４のように、短期間の
噴射により傘部に衝突させた際に、より多量の燃料噴霧
が点火プラグ近傍へ向かうようにすれば、より確実に成
層化を行うことができる。
噴射により傘部に衝突させた際に、より多量の燃料噴霧
が点火プラグ近傍へ向かうようにすれば、より確実に成
層化を行うことができる。
【００１８】さらに請求項６のように、スワール手段の
影響を受けない燃料溜まり部を設けることにより、成層
燃焼領域の中で必要な燃料噴射量が多くなる高負荷側に
おいても、燃料が旋回成分により円錐状に拡散してしま
うことを防止して、確実に成層化することが可能であ
る。
影響を受けない燃料溜まり部を設けることにより、成層
燃焼領域の中で必要な燃料噴射量が多くなる高負荷側に
おいても、燃料が旋回成分により円錐状に拡散してしま
うことを防止して、確実に成層化することが可能であ
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。
形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】図１１は、この発明に係る火花点火型直接
噴射式内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁
１を示している。この燃料噴射弁１は、内燃機関のシリ
ンダ２１（図４参照）内に向けて取り付けられる噴射弁
本体３と、この噴射弁本体３内に軸方向に沿って移動可
能に配置された針弁２と、を備えている。上記噴射弁本
体３は、先端中心に単一の噴孔４を有するとともに、こ
の噴孔４の入口側にテーパ状のシート部５を有し、か
つ、このシート部５の外周側に、略接線方向に流れを案
内することで燃料流に旋回成分を付与するスワラーチッ
プ６が設けられている。上記針弁２は、先端が略円錐面
をなし、かつシート線７において上記シート部５に着座
するようになっているとともに、噴孔４を貫通するピン
部８が一体に設けられており、かつ該ピン部８先端に、
該ピン部８よりも大径となった傘部９が形成されてい
る。
噴射式内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁
１を示している。この燃料噴射弁１は、内燃機関のシリ
ンダ２１（図４参照）内に向けて取り付けられる噴射弁
本体３と、この噴射弁本体３内に軸方向に沿って移動可
能に配置された針弁２と、を備えている。上記噴射弁本
体３は、先端中心に単一の噴孔４を有するとともに、こ
の噴孔４の入口側にテーパ状のシート部５を有し、か
つ、このシート部５の外周側に、略接線方向に流れを案
内することで燃料流に旋回成分を付与するスワラーチッ
プ６が設けられている。上記針弁２は、先端が略円錐面
をなし、かつシート線７において上記シート部５に着座
するようになっているとともに、噴孔４を貫通するピン
部８が一体に設けられており、かつ該ピン部８先端に、
該ピン部８よりも大径となった傘部９が形成されてい
る。
【００２１】上記ピン部８は、上記噴孔４よりも小径な
円柱形状をなしているとともに、その周方向の一部が、
図２に示すように、平面をなすように切り取られてい
る。換言すれば、周面の一部に切欠部８ａが形成されて
いる。これによって、ピン部８と噴孔４との間の間隙か
らなる実質的な流路面積は、上記切欠部８ａの部分にお
いて部分的に拡大している。内燃機関に取り付けた状態
においては、上記切欠部８ａが、点火プラグ２２（図４
参照）側となる。上記傘部９は、上記噴孔４を貫通可能
なように該噴孔４よりも僅かに小径であり、針弁２のリ
フト時においても噴孔４から突出した位置にある。この
傘部９の噴孔４に対向する燃料衝突面９ａは、緩いテー
パ面をなし、その角度θは、噴孔４を直進して該燃料衝
突面９ａに当たった燃料が点火プラグ２２の電極へ向か
うように、点火プラグ２２との位置関係を考慮して設定
されている。燃料衝突面９ａに衝突した噴霧は、燃料衝
突面９ａの角度θより若干小さな角度をなす方向へ向か
うので、上記角度θは、実際の電極方向への角度よりも
若干大きな角度として設定される。なお、ピン部８を囲
む燃料衝突面９ａを円錐面とせずに、一つの平面とし、
その全体を点火プラグ２２側へ僅かに傾斜させるように
構成することも可能である。
円柱形状をなしているとともに、その周方向の一部が、
図２に示すように、平面をなすように切り取られてい
る。換言すれば、周面の一部に切欠部８ａが形成されて
いる。これによって、ピン部８と噴孔４との間の間隙か
らなる実質的な流路面積は、上記切欠部８ａの部分にお
いて部分的に拡大している。内燃機関に取り付けた状態
においては、上記切欠部８ａが、点火プラグ２２（図４
参照）側となる。上記傘部９は、上記噴孔４を貫通可能
なように該噴孔４よりも僅かに小径であり、針弁２のリ
フト時においても噴孔４から突出した位置にある。この
傘部９の噴孔４に対向する燃料衝突面９ａは、緩いテー
パ面をなし、その角度θは、噴孔４を直進して該燃料衝
突面９ａに当たった燃料が点火プラグ２２の電極へ向か
うように、点火プラグ２２との位置関係を考慮して設定
されている。燃料衝突面９ａに衝突した噴霧は、燃料衝
突面９ａの角度θより若干小さな角度をなす方向へ向か
うので、上記角度θは、実際の電極方向への角度よりも
若干大きな角度として設定される。なお、ピン部８を囲
む燃料衝突面９ａを円錐面とせずに、一つの平面とし、
その全体を点火プラグ２２側へ僅かに傾斜させるように
構成することも可能である。
【００２２】上記針弁２は、図示せぬリターンスプリン
グによって常時着座方向へ付勢されているとともに、図
示せぬソレノイドの磁力によってリフトする構成となっ
ている。そして、この針弁２の外周面の一部に、軸方向
に沿ったガイド溝１１が形成されており、噴射弁本体３
側の突起部１２に係合している（図３参照）。つまり、
これらのガイド溝１１および突起部１２によって、針弁
２の回転姿勢を規制するガイド部が構成されており、上
述したピン部８の切欠部８ａが常に点火プラグ２２側に
位置するようになっている。
グによって常時着座方向へ付勢されているとともに、図
示せぬソレノイドの磁力によってリフトする構成となっ
ている。そして、この針弁２の外周面の一部に、軸方向
に沿ったガイド溝１１が形成されており、噴射弁本体３
側の突起部１２に係合している（図３参照）。つまり、
これらのガイド溝１１および突起部１２によって、針弁
２の回転姿勢を規制するガイド部が構成されており、上
述したピン部８の切欠部８ａが常に点火プラグ２２側に
位置するようになっている。
【００２３】また、図１に示すように上記スワラーチッ
プ６とシート部５との間に、少量の燃料が溜まる燃料溜
まり部１３を設けるようにしてもよい。この燃料溜まり
部１３から噴孔４へ向かう燃料は、スワラーチップ６に
よる旋回作用を受けることがない。なお、スワール手段
として、スワラーチップ６に代えて、針弁２先端部に螺
旋状の凹溝を形成した構成を用いることもできる。
プ６とシート部５との間に、少量の燃料が溜まる燃料溜
まり部１３を設けるようにしてもよい。この燃料溜まり
部１３から噴孔４へ向かう燃料は、スワラーチップ６に
よる旋回作用を受けることがない。なお、スワール手段
として、スワラーチップ６に代えて、針弁２先端部に螺
旋状の凹溝を形成した構成を用いることもできる。
【００２４】図４および図７は、上記構成の燃料噴射弁
１が点火プラグ２２とともにシリンダ２１へ向けて取り
付けられた状態を示しているが、低速低負荷側の成層燃
焼とすべき運転条件においては、図４に示すように、ピ
ストン２３が上死点にある程度近付いた圧縮行程後半に
おいて、燃料が噴射される。そして、このとき、図５に
示すように、必要な燃料噴射量を複数回の微小噴射パル
スに分割した形で噴射を実行する。燃料噴射弁１の応答
性にもよるが、例えば、０．３ｍｓ以下のパルス幅に分
割することが望ましい。このような短期間の噴射では、
スワラーチップ６による旋回成分は十分に発達せず、図
６に矢印Ｆで示すように、燃料は噴孔４から直進しよう
とする。そのため、ピン部８先端の傘部９に衝突し、そ
の衝突エネルギによって微粒化するとともに、傘部９に
より方向を曲げられて、点火プラグ２２近傍に向かう。
特に、前述したピン部８の切欠部８ａによって、周方向
に見て点火プラグ２２側へ相対的に多くの燃料が分布す
る。従って、全体として希薄な空燃比でもって、確実に
成層化を実現することができる。また、上記のように燃
料溜まり部１３を設けるようにすれば、旋回成分を伴わ
ずに噴射される燃料量が増えるため、微小噴射パルスの
パルス幅をある程度大きなものとすることが可能であ
る。
１が点火プラグ２２とともにシリンダ２１へ向けて取り
付けられた状態を示しているが、低速低負荷側の成層燃
焼とすべき運転条件においては、図４に示すように、ピ
ストン２３が上死点にある程度近付いた圧縮行程後半に
おいて、燃料が噴射される。そして、このとき、図５に
示すように、必要な燃料噴射量を複数回の微小噴射パル
スに分割した形で噴射を実行する。燃料噴射弁１の応答
性にもよるが、例えば、０．３ｍｓ以下のパルス幅に分
割することが望ましい。このような短期間の噴射では、
スワラーチップ６による旋回成分は十分に発達せず、図
６に矢印Ｆで示すように、燃料は噴孔４から直進しよう
とする。そのため、ピン部８先端の傘部９に衝突し、そ
の衝突エネルギによって微粒化するとともに、傘部９に
より方向を曲げられて、点火プラグ２２近傍に向かう。
特に、前述したピン部８の切欠部８ａによって、周方向
に見て点火プラグ２２側へ相対的に多くの燃料が分布す
る。従って、全体として希薄な空燃比でもって、確実に
成層化を実現することができる。また、上記のように燃
料溜まり部１３を設けるようにすれば、旋回成分を伴わ
ずに噴射される燃料量が増えるため、微小噴射パルスの
パルス幅をある程度大きなものとすることが可能であ
る。
【００２５】これに対し、高速高負荷側の均質燃焼とす
べき運転条件においては、図７に示すように、吸気行程
もしくは圧縮行程前半において、燃料が噴射される。こ
の場合には、図８に示すように、必要な燃料噴射量の全
量が１回の噴射パルスでもって噴射される。このように
噴射期間が長いと、初期の噴射燃料は、前述した成層燃
焼の場合と同様に傘部９に衝突するものの、その後のス
ワラーチップ６を通って流れる燃料は、旋回成分が強く
与えられるので、遠心力でもって半径方向外側へ向かお
うとする。そのため、図７および図９に矢印Ｆで示すよ
うに、噴孔４から円錐状に広がった噴霧が得られ、傘部
９と干渉することがない。従って、燃料は、シリンダ２
１内に広く分布し、均質な混合気が形成される。
べき運転条件においては、図７に示すように、吸気行程
もしくは圧縮行程前半において、燃料が噴射される。こ
の場合には、図８に示すように、必要な燃料噴射量の全
量が１回の噴射パルスでもって噴射される。このように
噴射期間が長いと、初期の噴射燃料は、前述した成層燃
焼の場合と同様に傘部９に衝突するものの、その後のス
ワラーチップ６を通って流れる燃料は、旋回成分が強く
与えられるので、遠心力でもって半径方向外側へ向かお
うとする。そのため、図７および図９に矢印Ｆで示すよ
うに、噴孔４から円錐状に広がった噴霧が得られ、傘部
９と干渉することがない。従って、燃料は、シリンダ２
１内に広く分布し、均質な混合気が形成される。
【００２６】図１０は、上記のような燃料噴射を実現す
るための制御の流れを示すフローチャートである。この
図に示すように、まずステップ１において、そのときの
運転条件が成層燃焼領域であるか均質燃焼領域であるか
を判別する。これは、図１１に示すように、機関回転数
と負荷、例えばスロットル開度とに基づいて、決定され
る。ここで、均質燃焼領域であれば、ステップ２へ進
み、必要な燃料噴射量Ｑを算出するとともに、ステップ
３でパルス繰り返し回数Ｎを１とし、かつ、ステップ４
で、燃料噴射量Ｑに対応したパルス幅を算出する。そし
て、ステップ８に進み、所定のタイミングにおいて、駆
動パルス信号を燃料噴射弁１へ出力する。一方、成層燃
焼領域であれば、ステップ１からステップ５へ進み、同
様に必要な燃料噴射量Ｑを算出するとともに、ステップ
６で、パルス繰り返し回数Ｎを決定する。これは、例え
ば燃料噴射量Ｑ自体の大小や機関回転数などを考慮して
決定される。そして、ステップ７で１回当たりのパルス
幅を算出し、ステップ８へ進んで、駆動パルス信号を出
力する。
るための制御の流れを示すフローチャートである。この
図に示すように、まずステップ１において、そのときの
運転条件が成層燃焼領域であるか均質燃焼領域であるか
を判別する。これは、図１１に示すように、機関回転数
と負荷、例えばスロットル開度とに基づいて、決定され
る。ここで、均質燃焼領域であれば、ステップ２へ進
み、必要な燃料噴射量Ｑを算出するとともに、ステップ
３でパルス繰り返し回数Ｎを１とし、かつ、ステップ４
で、燃料噴射量Ｑに対応したパルス幅を算出する。そし
て、ステップ８に進み、所定のタイミングにおいて、駆
動パルス信号を燃料噴射弁１へ出力する。一方、成層燃
焼領域であれば、ステップ１からステップ５へ進み、同
様に必要な燃料噴射量Ｑを算出するとともに、ステップ
６で、パルス繰り返し回数Ｎを決定する。これは、例え
ば燃料噴射量Ｑ自体の大小や機関回転数などを考慮して
決定される。そして、ステップ７で１回当たりのパルス
幅を算出し、ステップ８へ進んで、駆動パルス信号を出
力する。
【００２７】次に、図１２は、この発明に係る燃料噴射
弁１の異なる実施例を示している。この実施例において
は、針弁２および噴射弁本体３の中心軸線Ｌに対し、噴
孔４が僅かに偏心して加工されている。具体的には、内
燃機関への取付状態において点火プラグ２２側となる方
向に片寄って噴孔４が形成されている。なお、シート部
５やスワラーチップ６は、上記中心軸線Ｌを中心として
配置されている。
弁１の異なる実施例を示している。この実施例において
は、針弁２および噴射弁本体３の中心軸線Ｌに対し、噴
孔４が僅かに偏心して加工されている。具体的には、内
燃機関への取付状態において点火プラグ２２側となる方
向に片寄って噴孔４が形成されている。なお、シート部
５やスワラーチップ６は、上記中心軸線Ｌを中心として
配置されている。
【００２８】また、この実施例では、針弁２先端のピン
部８および傘部９が、上記中心軸線Ｌを中心とした対称
形状に形成されている。換言すれば、前述した切欠部８
ａのような異形部を具備せずに、ピン部８が単純な円柱
状をなしており、かつ傘部９の燃料衝突面９ａが、周方
向に均等な緩いテーパの円錐面をなしている。
部８および傘部９が、上記中心軸線Ｌを中心とした対称
形状に形成されている。換言すれば、前述した切欠部８
ａのような異形部を具備せずに、ピン部８が単純な円柱
状をなしており、かつ傘部９の燃料衝突面９ａが、周方
向に均等な緩いテーパの円錐面をなしている。
【００２９】この実施例の構成によれば、噴孔４を偏心
させたことにより、図１２に明らかなように、噴孔４と
ピン部８との間の環状の流路面積が、周方向で均等では
なくなり、点火プラグ２２側で最も広く、これと１８０
°異なる方向で最も狭いものとなる。従って、前述した
実施例と同様に、点火プラグ２２側へ燃料を多く分布さ
せることができる。特に、この実施例の構成によれば、
針弁２の回転姿勢が問題とならないため、格別のガイド
部を設ける必要がなく、しかも針弁２の構成も異形部が
ないことから単純化できる利点がある。
させたことにより、図１２に明らかなように、噴孔４と
ピン部８との間の環状の流路面積が、周方向で均等では
なくなり、点火プラグ２２側で最も広く、これと１８０
°異なる方向で最も狭いものとなる。従って、前述した
実施例と同様に、点火プラグ２２側へ燃料を多く分布さ
せることができる。特に、この実施例の構成によれば、
針弁２の回転姿勢が問題とならないため、格別のガイド
部を設ける必要がなく、しかも針弁２の構成も異形部が
ないことから単純化できる利点がある。
【図１】この発明に係る燃料噴射弁の一実施例の要部を
示す断面図。
示す断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図４】成層燃焼におけるシリンダ内の噴霧の形態を示
す説明図。
す説明図。
【図５】成層燃焼における分割した噴射パルスを示す波
形図。
形図。
【図６】微小噴射パルスによる燃料の流れを示す説明
図。
図。
【図７】均質燃焼におけるシリンダ内の噴霧の形態を示
す説明図。
す説明図。
【図８】均質燃焼における噴射パルスを示す波形図。
【図９】１回の長い噴射パルスによる燃料の流れを示す
説明図。
説明図。
【図１０】この発明に係る制御の流れを示すフローチャ
ート。
ート。
【図１１】均質燃焼領域と成層燃焼領域とを示す特性
図。
図。
【図１２】この発明に係る燃料噴射弁の他の実施例を示
す断面図。
す断面図。
１…燃料噴射弁 ２…針弁 ４…噴孔 ６…スワラーチップ ８…ピン部 ８ａ…切欠部 ９…傘部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５Ｇ 41/34 41/34 Ｈ Ｆ０２Ｍ 45/02 Ｆ０２Ｍ 45/02 61/12 61/12 61/14 ３１０ 61/14 ３１０Ｓ 61/18 ３１０ 61/18 ３１０Ｂ ３６０ ３６０Ｊ (72)発明者 山口 浩一 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 漆原 友則 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA07 AB03 AC05 AD03 AD12 AG01 3G066 AA02 AA05 AB02 AD12 CC06U CC14 CC37 CC43 CE22 DA09 3G301 HA01 HA04 HA16 HA17 JA23 LB04 MA26 ND03 PA11Z PB03A PB03Z
Claims (6)
- 【請求項１】 先端に単一の噴孔を有する噴射弁本体
と、この噴射弁本体内部に軸方向に移動可能に配置さ
れ、かつ噴射弁本体のシート部に着座することにより上
記噴孔を開閉する針弁と、この針弁の先端に、上記噴孔
を通るピン部を介して一体に設けられ、かつ該ピン部よ
りも大径となって上記噴孔に対向する傘部と、上記シー
ト部を通して上記噴孔に流入する燃料の流れに旋回成分
を付与するスワール手段と、を備え、複数回に分割され
た短期間の噴射では燃料が上記傘部に衝突し、かつ、長
期間の噴射では上記旋回成分により燃料が上記傘部に干
渉することなく円錐状に広がるように構成されているこ
とを特徴とする火花点火型直接噴射式内燃機関の燃料噴
射弁。 - 【請求項２】 上記の短期間の噴射により上記傘部に衝
突した噴霧が点火プラグの電極へ向かうように、上記傘
部の燃料衝突面の角度が設定されていることを特徴とす
る請求項１記載の火花点火型直接噴射式内燃機関の燃料
噴射弁。 - 【請求項３】 上記ピン部と上記噴孔との間に生じる実
質的な流路面積は、点火プラグ側の方向の流路面積が反
対側の方向の流路面積よりも相対的に大きくなっている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の火花
点火型直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁。 - 【請求項４】 上記ピン部の周方向の一部に、上記の流
路面積差を形成するための異形部が設けられているとと
もに、この針弁が回転しないように噴射弁本体に対する
ガイド部を備えていることを特徴とする請求項３記載の
火花点火型直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁。 - 【請求項５】 先端に単一の噴孔を有する噴射弁本体
と、この噴射弁本体内部に軸方向に移動可能に配置さ
れ、かつ噴射弁本体のシート部に着座することにより上
記噴孔を開閉する針弁と、この針弁の先端に、上記噴孔
を通るピン部を介して一体に設けられ、かつ該ピン部よ
りも大径となって上記噴孔に対向する傘部と、上記シー
ト部を通して上記噴孔に流入する燃料の流れに旋回成分
を付与するスワール手段と、を備えた燃料噴射弁を用
い、 内燃機関の均質燃焼領域では、噴霧が旋回成分により円
錐状に広がるように必要な燃料量を１回の噴射でもって
噴射し、かつ成層燃焼領域では、噴霧が旋回成分を伴わ
ずに上記傘部に衝突するように、必要な燃料量を複数回
に分割して噴射することを特徴とする火花点火型直接噴
射式内燃機関の燃料噴射装置。 - 【請求項６】 上記シート部の上流側に、上記スワール
手段による旋回成分付与作用を受けない燃料溜まり部が
設けられており、成層燃焼時に分割可能な回数をＮ、成
層燃焼領域での最も高い負荷での要求燃料噴射量をＱと
したときに、上記燃料溜まり部が、（Ｑ／Ｎ）よりも大
きな容積を有していることを特徴とする請求項５記載の
火花点火型直接噴射式内燃機関の燃料噴射装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000358711A JP3578081B2 (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 火花点火型直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁および燃料噴射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000358711A JP3578081B2 (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 火花点火型直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁および燃料噴射装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002161831A true JP2002161831A (ja) | 2002-06-07 |
| JP3578081B2 JP3578081B2 (ja) | 2004-10-20 |
Family
ID=18830566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000358711A Expired - Lifetime JP3578081B2 (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 火花点火型直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁および燃料噴射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3578081B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012229691A (ja) * | 2011-04-15 | 2012-11-22 | Nippon Soken Inc | 燃料噴射制御システム |
| JP2017020470A (ja) * | 2015-07-15 | 2017-01-26 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 流量制御弁 |
| JP7411669B2 (ja) | 2019-02-20 | 2024-01-11 | サウジ アラビアン オイル カンパニー | 内燃機関のプレイグニッションを低減する方法 |
-
2000
- 2000-11-27 JP JP2000358711A patent/JP3578081B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012229691A (ja) * | 2011-04-15 | 2012-11-22 | Nippon Soken Inc | 燃料噴射制御システム |
| JP2017020470A (ja) * | 2015-07-15 | 2017-01-26 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 流量制御弁 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3578081B2 (ja) | 2004-10-20 |
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