JP2007138779A - 筒内噴射内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁がピストンの冠面に対向させて配置された筒内噴射内燃機関において、冠面から巻き上がった噴霧の点火プラグの近傍への集中を回避し、点火プラグの燻りを防止する。
【解決手段】燃料噴射弁２１により噴霧に与えられるペネトレーションを、噴射中心軸ｎを基準とする点火プラグ２２側の一側と、これとは反対の他側との間で異ならせ、点火プラグ２２側の一側において、その他側におけるよりも噴霧ｓ１，ｆ１のペネトレーションを低下させる。点火は、このような燃料噴射弁２１により噴射された、ピストン１２の冠面に対する衝突前の噴霧ｓ１に対して行う。
【選択図】 図６

Description

本発明は、筒内噴射内燃機関に関し、詳細には、燃料噴射弁がピストンの冠面に対向させて配置され、この燃料噴射弁により噴射された、ピストンの冠面に対する衝突前の噴霧に点火するものにおいて、冠面から巻き上がった噴霧が点火プラグに向かうことにより生じる点火プラグの燻りを防止するための技術に関する。

筒内噴射内燃機関は、シリンダヘッドに燃料噴射弁が設置され、この燃料噴射弁により筒内に燃料を直接噴射することで、層状の混合気を形成するものである。この筒内噴射内燃機関によれば、燃焼の大幅な希薄化が可能であるとともに、吸気に伴うポンプロスの低減の効果も相俟って、特に低負荷域における燃料消費量を低減し得ることが知られている。

筒内噴射内燃機関として、燃料噴射弁が気筒中心軸に対して傾斜させて、シリンダヘッドの側方から気筒中心に向けて配設された、いわゆる側方噴射タイプのもののほか、燃料噴射弁が気筒中心軸に対して平行に、シリンダヘッドの上方からピストンの冠面に対向させて配置された中央噴射タイプのものが知られている。
後者の中央噴射タイプの筒内噴射内燃機関に関し、燃料の微細化が充分に進んでいない噴射直後の噴霧の衝突による点火プラグの燻りを防止する次のような技術が知られている。すなわち、噴霧において、噴孔形状の変更により燃料の粗な部分と密な部分とを形成し、前者の粗な部分を点火プラグに向かわせることである（特許文献１）。
特開２００３−１２０２９９号公報（段落番号００２６，００４２）

しかしながら、前掲特許文献１に記載の技術には、次のような問題がある。すなわち、この公知の技術では、ピストンの冠面に形成されたキャビティにより案内されて、冠面から巻き上がった噴霧が形成する混合気塊に対して点火が行われる（段落番号００４２）。このような燃焼形態のもとでは、上記の通り噴霧に燃料の粗密を形成することで、燃料噴射弁から点火プラグに直接向かう噴霧の衝突による燻りの防止に関する効果が期待されるものと考えられる。しかしながら、点火プラグの燻りは、この直接向かう噴霧に限らず、キャビティを介してピストンの冠面から巻き上がった噴霧も原因となり得る。点火プラグに対して燃料の粗な部分を指向させたとしても、キャビティの形状や、筒内における気流の影響等により、前記巻き上がった噴霧が点火プラグに向かい、点火プラグの近傍に集中することも考えられ、この場合において、点火プラグの近傍で燃料過剰な状態での燃焼が生じ、発生したスモークが点火プラグに付着するからである。

本発明は、燃料噴射弁がピストンの冠面に対向させて配置された筒内噴射内燃機関において、冠面から巻き上がった噴霧の点火プラグの近傍への集中を回避し、点火プラグの燻りを防止することを目的とする。

本発明は、筒内噴射内燃機関を提供するものであり、この機関は、冠面にキャビティが形成されたピストンと、このピストンの冠面に対向させて配置され、キャビティに向けて燃料を噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁に隣接して配置された点火プラグとを含んで構成される。燃料噴射弁の中心軸を噴射中心軸として、この噴射中心軸を基準とする点火プラグ側の一側で、これとは反対の他側におけるよりも噴霧のペネトレーションを低下させる。点火は、このような燃料噴射弁により噴射された、ピストンの冠面に対する衝突前の噴霧に対して行う。なお、本発明に関し、「噴霧」には、燃焼により生じた拡散火炎の一部が含まれるものとする。

本発明によれば、噴射中心軸を基準とする点火プラグ側の一側で、その他側におけるよりも噴霧のペネトレーションを低下させたことで、キャビティを介した噴霧が保持する指向性を低下させ、この噴霧の冠面からの巻き上がりを抑え、点火プラグの近傍への集中、延いては点火プラグの燻りを防止することができる。なお、点火プラグ側の一側における噴霧のペネトレーションを低下させたことで、この噴霧の微細化を促し、点火プラグによる着火性を確保することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１，２は、本発明の第１の実施形態に係る筒内噴射内燃機関（以下「エンジン」という。）１の構成を、気筒中心軸ｍを含む平面による断面で示している。図１の断面は、気筒列方向に垂直な平面により、図２の断面は、気筒列方向に平行な、図１のＸ−Ｘ線で示す平面による。エンジン１は、燃料噴射弁２１がピストン１２の冠面に対向させて配置された、いわゆる中央噴射タイプの筒内噴射内燃機関である。

シリンダブロック１１には、ピストン１２が挿入され、その冠面の中央には、円形のキャビティ１２１が形成されている。ピストン１２の冠面とシリンダヘッド１３の下面との間に形成される空間１４が燃焼室となる。気筒中心軸ｍを基準としたシリンダヘッド１３の一側には、吸気ポート１５が形成され、吸気ポート１５は、図示しない吸気マニホールドと接続されて、吸気通路を形成している。吸気ポート１５は、吸気弁１６により開放及び遮断される。シリンダヘッド１３の他側には、排気ポート１７が形成され、排気ポート１７は、図示しない排気マニホールドと接続されて、排気通路を形成している。排気ポート１７は、排気弁１８により開放及び遮断される。吸気弁１６及び排気弁１８は、各弁１６，１８の上方に設置された、図示しない吸気カム又は排気カムにより開方向に駆動される。

また、シリンダヘッド１３には、燃焼室１４の上部中央に臨ませて、気筒中心軸ｍに対してほぼ平行に燃料噴射弁２１が設置されるとともに、燃料噴射弁２１に隣接させて点火プラグ２２が設置されている。本実施形態では、レイアウト上の制約から、燃料噴射弁２１を気筒中心軸ｍから気筒列方向にずらして配置するとともに、燃料の噴射方向の制約から、燃料噴射弁２１（その中心軸を「噴射中心軸」として、符合ｎで示す（図２）。）を気筒中心軸ｍに対して若干傾斜させている。このような燃料噴射弁２１の配置との関係で、キャビティ１２１が冠面の中心からずらして形成されている。本実施形態では、燃料噴射弁２１として、圧縮行程噴射時における噴霧形状の乱れを抑制し得るマルチホールタイプのインジェクタを採用しており、噴射中心軸ｎを基準とした周方向に配列された各噴孔から燃料が噴射され、噴射された燃料により、全体として中空円錐状の噴霧が形成される。

燃料噴射弁２１及び点火プラグ２２の動作は、エンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という。）３１により制御される。ＥＣＵ３１へは、エンジン１の吸入空気量を検出するエアフローメータ４１の検出信号、エンジン１に対する要求負荷に相関するアクセル開度を検出するアクセルセンサ４２の検出信号、クランクシャフト（図示せず。）の基準位置及び単位位置を検出するクランク角センサ４３の検出信号（これをもとに、エンジン１の回転速度を算出することができる。）、及びエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ４４の検出信号等が入力される。ＥＣＵ３１は、入力した各種の検出信号をもとに、燃料噴射弁２１等のエンジン制御デバイスに対する制御信号を形成する。

本実施形態では、エンジン１の運転状態に応じて燃焼形態を切り換え、暖機後の通常運転時において、低負荷域では成層燃焼により、それ以外の高負荷域では均質燃焼により運転を行わせる。後者の均質燃焼では、目標とする空燃比が理論値に設定されるとともに、燃料の噴射時期が吸気行程中に設定され、燃焼室１４の全体に噴霧を拡散させた状態で燃焼を行わせる。他方、成層燃焼では、目標とする空燃比が理論値よりも大きな値に設定されるとともに、燃料の噴射時期が圧縮行程中に設定される。燃焼形態の切り換えは、ＥＣＵ３１により判断される。成層燃焼による運転に際し、本実施形態では、燃料の噴射時期を圧縮行程の後半に設定するとともに、点火時期を燃料の噴射期間の終期又は終了直後に設定し、キャビティ１２１による案内前の（又は冠面に対する衝突前の）噴霧に点火する。このような燃焼形態は、スプレーガイド燃焼として知られ、成層燃焼に包括されるものである。スプレーガイド燃焼において、噴霧（及び燃焼により生じた拡散火炎の一部）は、キャビティ１２１に受け止められ、その周壁により上向きに案内されて、ピストン１２の冠面から巻き上がる。この巻き上がった噴霧が点火プラグ２２に向かい、これに衝突することで、点火プラグ２２の近傍で燃料過剰な状態での燃焼が生じ、点火プラグ２２の燻りを生じさせることとなる。このため、本実施形態では、燃料噴射弁２１の設計パラメータの値を噴孔毎に調整し、噴霧の特性を改善することで、キャビティ１２１を介した噴霧の冠面からの巻き上がりを抑え、点火プラグ２２の燻りを防止する。

図３は、燃料噴射弁２１のノズル部の構成を示しており、同図（ａ）は、噴射中心軸ｎを含む平面による断面で、同図（ｂ）は、噴射方向に関して前方から見た状態で示している。
本実施形態では、「設計パラメータ」として噴孔２１１の長さＬを採用し、この長さＬを点火プラグ２２の方向に向く一部の噴孔（「第１の噴孔」に相当する。）２１１ａと、これ以外の噴孔（「第２の噴孔」に相当する。）２１１ｂとの間で異ならせている。噴孔２１１ａの長さＬ１を噴孔２１１ｂの長さＬ２よりも小さな値に設定することで、この噴孔２１１ａから噴射された噴霧のペネトレーションを、他の噴孔２１１ｂから噴射されたものよりも低下させている。本実施形態では、長さＬの短縮のため、燃料噴射弁２１のノズル部において、噴孔２１１ａを形成する壁部を扇状に刳り貫き、その端面に凹部２１２を形成している。端面の比較的に広い範囲に亘るこの凹部２１２によれば、噴孔２１１ａを形成するための燃料噴射弁２１の加工が容易である。

図４は、燃料噴射弁２１により噴射された噴霧を示しており、第１の噴孔２１１ａから噴射されたものを符合ｓ１で、第２の噴孔２１１ｂから噴射されたものを符合ｓ２で示している。
本実施形態では、上記の通り噴孔の長さＬを調整し、第１の噴孔２１１ａの長さＬ１を第２の噴孔２１１ｂの長さＬ２よりも小さな値に設定したことで、点火プラグ２２を指向する噴霧ｓ１のペネトレーションが他の噴霧ｓ２のものよりも抑えられる。また、長さＬの短縮によることで、噴霧ｓ１において、他の噴霧ｓ２よりも大きな広がり角αが形成される。広がり角αの拡大は、点火プラグ２２による着火性を確保するうえで有利である。

図５は、噴霧ｓ１と点火プラグ２２との関係を示しており、同図（ｂ）は、これらの関係を噴射中心軸ｎに垂直な平面（以下「基準平面」という。）による断面で示し、プラグギャップの位置を符合ｐで示している。
本実施形態では、燃料の微細化が充分に進んでいない噴射直後の噴霧ｓ１の点火プラグ２２に対する衝突を回避するため、点火プラグ２２を、噴霧ｓ１，ｓ２の主流が形成する円錐ｃの外側で、かつ基準平面において、噴霧ｓ１の主流が進む流線と噴射中心軸ｎとを結ぶ直線上に配置している。このような配置によれば、長さＬの調整対象となる噴孔２１１ａが１つで済むため、加工が簡単であるとともに、一部の噴霧ｓ１の特性を他のものとは異ならせることに対し、噴霧ｓ１，ｓ２全体としての軸対称性を保ち易い。

図６は、成層燃焼時における筒内の状態を、気筒中心軸ｍを含む、図１にＹ−Ｙ線で示す平面による断面で時系列順に示している。図６を参照して、エンジン１の動作について説明する。なお、同図（ｂ）において、キャビティ１２１を介した噴霧を、拡散火炎の一部を含むものとして符合ｆで示し、点火前における噴霧ｓと区別している。
噴射期間の初期における状態を示す図６（ａ）において、圧縮行程の後半に噴射された噴霧ｓ１，ｓ２は、全体として中空の円錐を形成し、キャビティ１２１に向けて筒内を下方に進む。噴霧ｓ１，ｓ２の主流が形成する円錐の外側に点火プラグ２２が配置されたことで、噴射直後の噴霧ｓ１の衝突による点火プラグ２２の燻りが回避される。点火時期が噴射期間の終期又は終了直後に設定され、冠面に対する衝突前の噴霧ｓ１に対して点火が行われる。噴霧ｓ１の主流が進む流線上から点火プラグ２２を外すとともに、噴霧ｓ１の周辺で燃料と空気との混合が進み、燃料が拡散して形成された混合気内にプラグギャップｐ（図５）を配置することで、燻りを防止しつつ、点火プラグ２２による着火性が確保される。

また、点火後の状態を示す図６（ｂ）において、噴霧ｆ１，ｆ２は、キャビティ１２１の底面に衝突して、この底面を外向きに案内されるとともに、キャビティ１２１の周壁により上向きに案内される。噴孔２１１ａの長さＬ１が小さな値に設定され、この噴孔２１１ａから噴射された噴霧ｓ１のペネトレーションが抑えられたことで、キャビティ１２１による案内の過程も相俟って、キャビティ１２１を介した噴霧ｆ１が保持する指向性が低下し、この噴霧ｆ１の巻き上がりが抑えられる。このため、噴霧ｆ１を点火プラグ２２に向かう方向から逸らし（噴霧ｆ１は、点火プラグ２２を積極的に指向しない。）、点火プラグ２２の近傍への集中が回避される。

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態では、点火プラグ２２の方向に向く一部の噴孔２１１ａと、これ以外の噴孔２１１ｂとの間で設計パラメータ（ここでは、長さＬ）の値を異ならせ、噴孔２１１ａから噴射される噴霧ｓ１のペネトレーションを低下させたことで、キャビティ１２１を介した噴霧ｆ１が保持する指向性を低下させ、この噴霧ｆ１の巻き上がりを抑制することができる。このため、噴霧ｆ１の点火プラグ２２の近傍への集中を回避し、点火プラグ２２の燻りを防止することができる。なお、噴孔２１１ａ，２１１ｂから噴射される噴霧ｓ１，ｓ２の全てについて一律にペネトレーションを低下させたとすれば、コアンダ効果により噴霧ｓ１，ｓ２の全体にしぼみが生じ、噴霧ｓ１の主流が点火プラグ２２から遠ざかることで、燃料の希薄による失火を生じる可能性がある。これに対し、一部の噴孔２１１ａのみについて設計パラメータを変更し、噴霧ｓ１のみのペネトレーションを低下させることで、このようなしぼみを抑え、失火を防止することができる。

また、噴霧ｓ１のペネトレーションを低下させたことで、この噴霧ｓ１の拡散が促進されるため、点火プラグ２２を確実に混合気内に置くことができ、着火を安定して行わせることができる。特に、本実施形態では、長さＬの短縮によりペネトレーションを低下させたことで、噴霧ｓ１の広がり角αを拡大させることができるので、着火の安定に高い効果が得られる。

図７は、本実施形態に関し、燃料噴射弁２１の変更例を示している。同図は、図３（ａ）と同様に、燃料噴射弁２１のノズル部の構成を、噴射中心軸ｎを含む平面による断面で示している。
先の例（図３）では、長さＬの短縮のため、容易加工性を考慮してノズル部の端面に凹部２１２を形成することとした。これに対し、これらの変更例では、噴孔２１１ａを出口付近で拡大させ、段差２１３，２１４又はテーパ部２１５を形成することで、長さＬを実質的に短縮している。変更例によれば、ノズル部の材料強度を保つことができ、より高い圧力による燃料噴射に適用することができる。

図７（ａ）は、第１の変更例として、端面に垂直な軸を中心として（すなわち、噴孔２１１ａの中心軸に対して傾斜する軸を中心として）ノズル部を筒状に刳り貫いて形成された段差２１３を示している。
図７（ｂ）は、第２の変更例として、噴孔２１１ａと同軸にノズル部を筒状に刳り貫いて形成された段差２１４を示している。この段差２１４によれば、段差２１３と比較して加工に慎重さが要求されるものの、燃料の流れに対する段差２１４の干渉が抑えられ、噴霧形状を維持することができる。

図７（ｃ）は、第３の変更例として、噴孔２１１ａを端面に向けて拡大して形成されたテーパ部２１５を示している。テーパ部２１５によれば、広がり角αの拡大に高い効果が得られ、噴霧ｓ１の低Ｌ／Ｄ化に有利である。
以下に、本発明の他の実施形態について説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃料噴射弁２１のノズル部の構成を示しており、同図において、（ａ）は、噴射中心軸ｎを含む平面による断面で、（ｂ）は、噴射方向に関して前方から見た状態で示している。

本実施形態では、「設計パラメータ」として噴孔２１１の孔径Ｄを採用し、この孔径Ｄを点火プラグ２２の方向に向く第１の噴孔２１１ａと、これ以外の第２の噴孔２１１ｂとの間で異ならせている。第１の実施形態におけると同様に、一部の噴霧ｓ１のペネトレーションを低下させるため、噴孔２１１ａの孔径Ｄ１を噴孔２１１ｂの孔径Ｄ２よりも小さな値に設定している。なお、噴孔の長さＬは、全ての噴孔２１１ａ，２１１ｂについて一定の値に設定している。

本実施形態によれば、ペネトレーションの低下によりキャビティ１２１を介した噴霧ｆ１の巻き上がりを抑え、この噴霧ｆ１の点火プラグ２２の近傍への集中を回避することで、点火プラグ２２の燻りを防止することができる。また、ペネトレーションを低下させたことで、噴霧ｓ１の拡散を促し、着火性を確保することができる。特に、本実施形態では、孔径Ｄの縮小によりペネトレーションを低下させたことで、噴孔２１１ａを介する燃料の静流量が減少するため、ペネトレーションの低下、延いては燻りの防止に高い効果が得られる。コアンダ効果による噴霧ｓ１，ｓ２のしぼみは、一部の噴霧ｓ１のみのペネトレーションを低下させたことで、これを抑制することができる。

図９は、本実施形態に係る燃料噴射弁２１の変更例を示している。本実施形態では、孔径Ｄの縮小によりペネトレーションを低下させることから、噴孔２１１ａを介する燃料の静流量が相対的に低下し、噴霧ｓ１，ｓ２全体としての軸対象性が損なわれ易い。これらの変更例では、噴孔２１１ａ，２１１ｂが配列される周方向に関し、単位範囲当たりの噴孔２１１ａの数を増大させることで、この複数の噴孔２１１ａ，２１１ａ…により、燃料の静流量を全体として保持し、軸対象性を維持している。図９（ａ）は、２つの噴孔２１１ａを形成したものを示し、同図（ｂ）は、３つの噴孔２１１ａを形成したものを示している。この（ｂ）において、２つの噴孔２１１ａを周方向にずらして配置するとともに、他の１つの噴孔２１１ａを、この２つの噴孔２１１ａの間で、かつ噴射中心軸ｎを基準とする径方向に関して内側にずらして配置している。

図１０は、本実施形態に関し、噴霧ｓ１と点火プラグ２２（プラグギャップの位置を符合ｐで示す。）との関係を、基準平面による断面で示している。
本実施形態では、孔径Ｄの縮小により噴霧ｓ１のペネトレーションを低下させるとともに、噴孔２１１ａを介する静流量の低下に対して噴霧ｓ１，ｓ２の軸対象性を確保するため、噴孔２１１ａの数を増大させる。

図１０（ａ）は、「第１の噴孔」として１つの噴孔２１１ａを形成した場合（図８）のものを示している。ここでは、点火プラグ２２を、噴霧ｓ１，ｓ２の主流が形成する円錐ｃの外側で、噴霧ｓ１の主流が進む流線と、噴射中心軸ｎとを結ぶ直線上に配置している。
図１０（ｂ）は、「第１の噴孔」として２つの噴孔２１１ａを形成した場合（図９（ａ））のものを示している。噴孔２１１ａの数の増大に対し、点火プラグ２２を、隣り合う２つの噴孔２１１ａから噴射された噴霧ｓ１の主流が進む流線ｌ１，ｌ２の間に配置している。このような配置によれば、噴孔２１１ａに製造上のばらつきが生じた場合でも、着火性を確保することができる。

図１０（ｃ）は、「第１の噴孔」として３つの噴孔２１１ａを形成した場合（図９（ｂ））のものを示している。径方向にずらして配置した中間の噴孔２１１ａから噴射された噴霧ｓ１の主流が進む流線と、噴射中心軸ｎとを結ぶ直線上に点火プラグ２２を配置することで、点火プラグ２２を、３つの噴孔２１１ａから噴射された噴霧ｓ１の主流により略半周に亘り包囲させている。

図１１は、本発明の第３の実施形態に係る燃料噴射弁２１のノズル部の構成を示しており、同図において、（ａ）は、噴射中心軸ｎを含む平面による断面で、（ｂ）は、噴射方向に関して前方から見た状態で示している。
本実施形態では、噴孔２１１ａの長さＬを短縮するとともに、その孔径Ｄを縮小することで、これらの設計パラメータを個別に調整した場合と比較して、噴霧ｓ１のペネトレーションをより低下させ、燻りの防止と、噴霧ｓ１の拡散促進による着火性の確保とにおいて、高い効果を得ている。長さＬの短縮は、端面に垂直な軸を中心としてノズル部を刳り貫き、筒状の段差２１３を形成することによるほか、より広い範囲に亘り、たとえば扇状の凹部（図３の符合２１２）を形成することによる。

図１２，１３は、本実施形態に係る燃料噴射弁２１の変更例を示している。
図１２は、噴孔２１１ａの数を増大させて、「第１の噴孔」として２つの噴孔２１１ａを形成するとともに、長さＬの短縮のため、この２つの噴孔２１１ａを包含する広い範囲に亘り、断面長円の段差２１３を形成したものを示している。
図１３は、噴孔２１１ａの数を更に増大させ、周方向にずらして２つの噴孔２１１ａを形成するとともに、この２つの噴孔２１１ａの間で、かつ径方向に関して内側にずらして他の噴孔２１１ａを形成したものを示している。３つの噴孔２１１ａを包含する範囲に亘る筒状の段差２１３を形成し、長さＬを短縮している。

なお、本実施形態に関し、噴霧ｓ１と点火プラグ２２との関係は、図１０に示すものと同様であってよい。
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る燃料噴射弁２１による場合の筒内の状態を示している。
本実施形態では、以上の各実施形態に従い噴孔２１１ａの設計パラメータの値を調整して、噴霧ｓ１のペネトレーションを低下させるとともに、噴孔２１１ａが噴射中心軸ｎに対してなす角θ１を、他の噴孔２１１ｂのなす角θ２よりも大きな値に設定している。なお、角θ１，θ２により、噴霧ｓ１，ｓ２の主流が進む流線が噴射中心軸ｎに対してなす角（すなわち、傘角）が定められる。

本実施形態によれば、ペネトレーションの低下による燻り防止の効果に加え、噴孔２１１ａの角θ１の拡大により、噴霧ｓ１をより大きな傘角で形成することができるので、噴霧ｓ１とこれに隣接する他の噴霧ｓ２との干渉を抑制して、噴霧ｓ１，ｓ２のしぼみを抑え、燃料の希薄による失火を防止することができる。また、噴霧ｆ１がキャビティ１２１の周縁で冠面に衝突し、キャビティ１２１内を内向きに案内されることで、噴霧ｆ１の巻き上がり自体を回避することができる。なお、本実施形態により角θ１を拡大させた場合は、燃料の噴射時期次第で噴霧ｆ１がキャビティ１２１を外れることも考えられるが、角θ１の拡大が一部の噴霧ｆ１のみとの関連のもとで行われることから、排気性能に対する影響は少なく、逆にしぼみの抑制により、着火の安定に高い効果が得られる。

図１５は、先の例に対し、噴孔２１１ａの角θ１を他の噴孔２１１ｂのものよりも小さな値に設定した場合のものを示している。
角θ１を縮小する場合は、噴霧ｓ１，ｓ２同士の干渉を抑制するとともに、噴孔２１１ａを介し、噴霧ｓ１，ｓ２の全体が形成する円錐の内部に燃料を噴射することができるため、噴射中心軸ｎと点火プラグ２２のプラグギャップとの距離ｄを狭め、混合気の中心により近い位置で点火を行わせることができ、燃焼効率の向上を図ることができる。また、この場合は、噴霧ｆ１が他の噴霧ｆ２よりも早い時期にピストン１２の冠面に衝突することとなるが、角θ１を縮小した分長い距離に亘りキャビティ１２１内を案内されることになり、その間に噴霧ｆ１の指向性が低下するため、巻き上がりを充分に抑制することができる。

以上では、暖機後の通常運転にスプレーガイド燃焼を適用した場合について説明したが、スプレーガイド燃焼は、これに限らず、暖機前における排気浄化触媒の早期活性に適用することができる。燃焼形態としてスプレーガイド燃焼を採用するとともに、燃料の噴射時期を遅角させ、たとえば膨張行程中に設定することで、燃料の後燃えを生じさせ、触媒の加熱することができる。

また、以上では、噴孔の設計パラメータの値を異ならせることにより噴霧のペネトレーションを低下させることとしたが、これに限らず、燃料噴射弁のノズル部における流路形状の変更等により、噴射中心軸を基準とする各側で燃料の流れに対する抵抗を異ならせることで、点火プラグ側の一側における噴霧のペネトレーションを低下させることもできる。

更に、燃焼噴射弁２１のアクチュエータには、ソレノイドタイプのもののほか、応答精度の高さによりピエゾタイプのものを採用するのが好ましい。

本発明の第１の実施形態に係る筒内噴射内燃機関の構成 図１のＸ−Ｘ線断面 本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射弁のノズル部の構成 同上燃料噴射弁により噴射される噴霧 噴霧と点火プラグとの関係 点火前後における筒内の状態 本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射弁の変更例 本発明の第２の実施形態に係る燃料噴射弁のノズル部の構成 同上実施形態に係る燃料噴射弁の変更例 同上実施形態に係る噴霧と点火プラグとの関係 本発明の第３の実施形態に係る燃料噴射弁のノズル部の構成 同上実施形態に係る燃料噴射弁の第１の変更例 同上実施形態に係る燃料噴射弁の第２の変更例 本発明の第４の実施形態に係る燃料噴射弁の噴孔角の関係 同上噴孔角の関係の他の例

符号の説明

１…エンジン、１１…シリンダブロック、１２…ピストン、１２１…キャビティ、１３…シリンダヘッド、１４…燃焼室、１５…吸気ポート、１６…吸気弁、１７…排気ポート、１８…排気弁、２１…燃料噴射弁、２１１ａ…第１の噴孔、２１１ｂ…第２の噴孔、２１２…凹部、２１３，２１４…段差，２１５…テーパ部、２２…点火プラグ、３１…エンジンコントロールユニット、４１…エアフローメータ、４２…アクセルセンサ、４３…クランク角センサ、４４…冷却水温度センサ、ｍ…気筒中心軸、ｎ…噴射中心軸、ｓ１，ｓ２…点火前における噴霧、ｆ１，ｆ２…点火後における噴霧（拡散火炎の一部を含む。）、ｌ１，ｌ２…噴霧の流線。

Claims (9)

1. 冠面にキャビティが形成されたピストンと、
   このピストンの冠面に対向させて配置され、前記キャビティに向けて燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   この燃料噴射弁に隣接して配置された点火プラグと、を含んで構成され、
   前記燃料噴射弁は、その中心軸を噴射中心軸として、噴霧に対し、前記噴射中心軸を基準とする点火プラグ側の一側で、これとは反対の他側におけるよりも小さなペネトレーションを付与し、
   前記点火プラグは、点火時期において、前記燃料噴射弁により噴射された、前記ピストンの冠面に対する衝突前の噴霧に点火する筒内噴射内燃機関。
2. 前記燃料噴射弁は、噴霧のペネトレーションに関する噴孔の設計パラメータの値が、前記点火プラグ側の一側と、その他側との間で異ならせて設定された請求項１に記載の筒内噴射内燃機関。
3. 前記燃料噴射弁は、前記噴射中心軸を基準とする周方向に配列させて複数の噴孔が形成された多噴孔タイプの燃料噴射弁であり、前記点火プラグ側の一側における第１の噴孔の長さが、その他側における第２の噴孔の長さよりも小さな値に設定された請求項２に記載の筒内噴射内燃機関。
4. 前記燃料噴射弁は、前記噴射中心軸を基準とする周方向に配列させて複数の噴孔が形成された多噴孔タイプの燃料噴射弁であり、前記点火プラグ側の一側における第１の噴孔の孔径が、その他側における第２の噴孔の孔径よりも小さな値に設定された請求項２又は３に記載の筒内噴射内燃機関。
5. 前記点火プラグ側の一側で、その他側におけるよりも前記周方向に関する単位範囲当たりの噴孔の数を増大させた請求項４に記載の筒内噴射内燃機関。
6. 前記点火プラグが、隣り合う噴孔から噴射された噴霧の主流が進む２つの流線の間に配置された請求項３〜５のいずれかに記載の筒内噴射内燃機関。
7. 前記点火プラグが、前記噴射中心軸に対して垂直な平面において、前記第１の噴孔から噴射された噴霧の主流の外側で、かつこの主流が進む流線と、前記噴射中心軸とを結ぶ直線上に配置された請求項３〜５のいずれかに記載の筒内噴射内燃機関。
8. 前記燃料噴射弁により噴射された噴霧が、前記点火プラグ側の一側で、その他側におけるよりも大きな傘角を形成する請求項１〜７のいずれかに記載の筒内噴射内燃機関。
9. 前記燃料噴射弁により噴射された噴霧が、前記点火プラグ側の一側で、その他側におけるよりも小さな傘角を形成する請求項１〜７のいずれかに記載の筒内噴射内燃機関。

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