JP2007205331A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的少量の燃料を噴射することにより異常な燃焼が発生しにくく且つ点火プラグの発火部にて発生する火花により確実に着火する成層混合気を形成する燃料噴射装置を提供すること。
【解決手段】 この燃料噴射装置は、噴孔３７ａ４を形成する壁面のうちの同噴孔の中心軸ＣＬに対して点火プラグ３５の発火部Ｐ側の部分の同中心軸方向における長さが同壁面のうちの同中心軸に対して同発火部と反対側の部分の同中心軸方向における長さよりも短くされている。これにより、噴射された燃料のうちの同発火部側の燃料は、その反対側の燃料と比較してより広く中心軸に対する径方向に拡散する。その結果、気化しにくい燃料を発火部に付着させることなく、噴射された燃料の全体を発火部の近傍の極めて狭い領域に分布させることができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室において、点火プラグの発火部の近傍の燃料の濃度が他の位置よりも高い混合気（成層混合気）を形成する燃料噴射装置に関する。

内燃機関の燃焼室において、点火プラグの発火部の近傍の燃料の濃度（燃料濃度）が他の位置の燃料濃度よりも高い混合気（成層混合気）を形成するために、発火部に向けて燃料を噴射する燃料噴射装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

一般に、燃料噴射装置は、燃料の気化を促進するために燃料が微小な液滴状（霧状）となるように微小な径を有する略円柱状の噴孔から燃料を噴射するようになっている。噴射された燃料の液滴の径は、噴孔の中心軸と直交する平面において、同噴孔の中心軸から外径側に向かうにつれて小さくなる。即ち、噴孔の中心軸上において、液滴の径は略最大となる。

ところで、液滴の径が大きい燃料は、気化しにくい。従って、噴孔の中心軸が点火プラグの発火部を通るように噴孔が形成されていると、発火部に付着した燃料が不完全に燃焼してくすぶり等の異常な燃焼が発生する恐れがある。

そこで、上記従来の燃料噴射装置は、噴孔の中心軸が同発火部から所定の距離だけ離れるように噴孔が形成されている。これによれば、噴射された燃料のうちの外径側且つ発火部側の部分が発火部の近傍に到達する。その結果、液滴の径が極めて小さい燃料が発火部の近傍に到達するので、異常な燃焼の発生を防止することができる。
特開２００３−３１４２８６号公報

しかしながら、上記従来の燃料噴射装置においては、噴射された燃料のうちの大部分が中心軸方向に進むので、比較的多量の燃料を噴射しないと、火花により着火するために必要な燃料濃度を有する混合気を発火部の近傍に形成することができない。換言すると、比較的少量の燃料を噴射することにより、異常な燃焼を発生させることなく確実に着火する成層混合気を形成することが困難であるという問題があった。

本発明は上述した課題に対処するためになされたものであって、その目的の一つは、比較的少量の燃料を噴射することにより、異常な燃焼が発生しにくく且つ発火部にて発生する火花により確実に着火する成層混合気を形成する燃料噴射装置を提供することにある。

かかる目的を達成するため本発明に係る燃料噴射装置は、燃焼室にて火花を発生する発火部を有する点火プラグを備える内燃機関に適用される。
本発明に係る燃料噴射装置は、先端部に形成された噴孔から前記燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射弁を有する。
前記燃料噴射弁の噴孔は、略円柱状であってその中心軸が前記点火プラグの発火部から所定の距離だけ離れるとともに前記噴射される燃料の一部が同発火部に直接到達するように、且つ、同噴孔を形成する壁面のうちの同中心軸に対して同発火部側の部分の同中心軸方向における長さが同壁面のうちの同中心軸に対して同発火部と反対側の部分の同中心軸方向における長さよりも短くなるように形成される。

燃料が噴孔内を通過する際に噴孔を形成する壁面により流れが規制されることによって、燃料は噴孔の中心軸方向へ向けられて噴孔から噴射される。従って、噴孔を形成する壁面の同中心軸方向における長さが短くなるほど、同壁面により流れが規制されにくくなるので、同噴射される燃料のうちの中心軸方向以外の方向へ向けられる燃料の割合は高くなる。

従って、上記構成のように、噴孔を形成する壁面のうちの同中心軸に対して同発火部側の部分の同中心軸方向における長さを同壁面のうちの同中心軸に対して同発火部と反対側の部分の同中心軸方向における長さよりも短くすることにより、噴射された燃料のうちの同発火部側の燃料は、その反対側の燃料と比較してより広く中心軸に対する径方向に拡散する。

従って、本燃料噴射装置によれば、従来の燃料噴射装置と比較して噴射される燃料の量を比較的少量としても、発火部に液滴の径が微小な燃料のみを確実に到達させることができ、且つ、噴射された燃料の全体を発火部の近傍の極めて狭い領域に分布させることができる。換言すると、本燃料噴射装置によれば、異常な燃焼が発生しにくく且つ発火部にて発生する火花により確実に着火され得る混合気を、より少量の燃料により形成することができる。

この場合、前記燃料噴射弁は、前記噴孔が複数形成されるとともに、同複数の噴孔のうちの一つの中心軸と、同複数の噴孔のうちの他の一つの中心軸と、の間に前記発火部が位置するように構成されることが好適である。

これによれば、複数の噴孔のうちの一つから噴射された燃料であって気化しやすい燃料と、複数の噴孔のうちの他の一つから噴射された燃料であって気化しやすい燃料と、が点火プラグの発火部の両側から供給される。この結果、気化しやすい燃料が同発火部の近傍の領域において不均一に分布することを防止することができる。従って、発火部が火花を発生することにより、混合気をより一層確実に着火させることができる。

この場合、上記燃料噴射装置は、
少なくとも前記燃料噴射装置により燃料を噴射することにより前記点火プラグの発火部の近傍の燃料の濃度が他の位置よりも高い成層混合気を前記燃焼室内に形成し、同発火部が火花を発生することにより同形成された成層混合気を同発火部の近傍にて着火させ、同着火した成層混合気の燃焼により残余の成層混合気を自着火により燃焼させる成層火花誘導自着火運転を行う成層火花誘導自着火式内燃機関に適用されることが好適である。

上述したように、上記燃料噴射装置によれば、気化しにくい燃料を発火部に付着させることなく、噴射された燃料の全体を発火部の近傍に分布させることができる。従って、上記燃料噴射装置を成層火花誘導自着火式内燃機関に適用すれば、同発火部の近傍以外の位置における燃料の濃度が過度に高くなることを防止することができるので、同発火部の近傍以外の位置における混合気が燃焼することによって多量のＮＯｘが生成されることを防止することができる。

以下、本発明の実施形態に係る燃料噴射装置について、図面を参照しながら説明する。この燃料噴射装置は、図１にある気筒の部分断面を示した多気筒（４気筒）内燃機関１０に適用される。

この内燃機関１０は、中心軸を有する中空円筒状のシリンダを備えるシリンダブロック部２０、シリンダブロック部２０の上部に配置されたシリンダヘッド部３０、シリンダ内を往復動するピストン４０及びコネクティングロッド５０、を含んでいる。シリンダの内壁面（ボア壁面）２１と、シリンダヘッド部３０の下面と、ピストン４０の頂面（ピストンヘッド）と、は燃焼室６０を形成している。以下、本明細書においては、シリンダの中心軸に沿った方向であって、ピストン４０からシリンダヘッド部３０に向かう方向を上方向と称呼し、その逆の方向を下方向と称呼する。

シリンダヘッド部３０は、内燃機関１０の外部と燃焼室６０とを連通する吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、内燃機関１０の外部と燃焼室６０とを連通する排気ポート３３、排気ポート３３を開閉する排気弁３４、燃焼室６０にて火花を発生する発火部を有する点火プラグ（火花発生手段）３５、ポート用燃料噴射弁３６及び燃料噴射装置の一部を構成する直噴用燃料噴射弁３７を備えている。

ポート用燃料噴射弁３６は、その先端部の縦断面図である図２及び先端部の正面図である図３に示したように、ノズルボディ３６ａとニードル３６ｂと図示しないソレノイドを含む電磁機構（ニードルリフト手段）とを備えたインジェクタである。

ノズルボディ３６ａは、所定の肉厚を有する中空円筒状の部材である。ノズルボディ３６ａは、ニードル外周部３６ａ１と、ニードルシート部３６ａ２と、サック部３６ａ３と、を含んでいる。

ニードル外周部３６ａ１は、略円筒状である。ニードル外周部３６ａ１は、ノズルボディ３６ａの基端側の部分を構成している。
ニードルシート部３６ａ２は、略円錐台状である。ニードルシート部３６ａ２は、ニードル外周部３６ａ１の先端からノズルボディ３６ａの先端へ向けて延設されている。ニードルシート部３６ａ２は、ニードル外周部３６ａ１と同軸に配置されている。ニードルシート部３６ａ２は、ノズルボディ３６ａの先端に向うにつれて径が小さくなっている。

サック部３６ａ３は、略半球状である。サック部３６ａ３は、ニードルシート部３６ａ２の先端からノズルボディ３６ａの先端へ向けて延設されている。サック部３６ａ３の中心は、ニードル外周部３６ａ１の中心軸上に配置されている。サック部３６ａ３の径は、ニードルシート部３６ａ２の先端の径と略同径である。

サック部３６ａ３には、サック部３６ａ３を厚さ方向に貫通する複数（本例では、４つ）の噴孔３６ａ４が形成されている。各噴孔３６ａ４は、略円柱状であってサック部３６ａ３の中心から放射状に形成されている。各噴孔３６ａ４は、隣接する噴孔３６ａ４とそれぞれ等しい距離を隔てて配置されている。

ニードル３６ｂは、基部３６ｂ１と、先端部３６ｂ２と、からなる。基部３６ｂ１は、略円柱状である。基部３６ｂ１の径は、サック部３６ａ３の内径よりも大きく、且つ、ニードル外周部３６ａ１の内径よりも小さい。先端部３６ｂ２は、略円錐状である。先端部３６ｂ２の底面の径は、基部３６ｂ１の径と同径である。先端部３６ｂ２は、その先端に向うにつれて径が小さくなっている。

ニードル３６ｂは、ノズルボディ３６ａと同軸にノズルボディ３６ａの内部に収容されている。ニードル３６ｂは、ノズルボディ３６ａの先端に向けて図示しないコイルバネにより付勢されている。

このような構成により、ニードル３６ｂの先端部３６ｂ２の外径側の部分がニードルシート部３６ａ２と当接する。これにより、ニードル３６ｂとノズルボディ３６ａの内壁面との間の空間は、ニードル３６ｂの基部３６ｂ１とニードル外周部３６ａ１とニードルシート部３６ａ２とにより構成される燃料通路ＦＰと、ニードル３６ｂの先端部３６ｂ２とサック部３６ａ３とにより構成されるサック室ＳＲと、に分割される。

燃料通路ＦＰには、図示しない燃料タンクから所定の圧力を有する燃料が図示しない燃料供給路を介して供給されるようになっている。
ポート用燃料噴射弁３６は、先端部が吸気ポート３１に露呈し、且つ、各噴孔３６ａ４の中心軸が吸気弁３２の背面に向かうように、シリンダヘッド部３０に配設されている。

直噴用燃料噴射弁３７は、その先端部の縦断面図である図４及び先端部の正面図である図５に示したように、ポート用燃料噴射弁３６と同様に、ノズルボディ３７ａとニードル３７ｂと図示しないソレノイドを含む電磁機構（ニードルリフト手段）とを備えたインジェクタである。

ノズルボディ３７ａは、ノズルボディ３６ａと同様に、ニードル外周部３７ａ１と、ニードルシート部３７ａ２と、サック部３７ａ３と、を含んでいる。ノズルボディ３７ａは、サック部３７ａ３の形状のみがノズルボディ３６ａと相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。

サック部３７ａ３には、サック部３７ａ３を厚さ方向に貫通する複数（本例では、２つ）の噴孔３７ａ４が形成されている。各噴孔３７ａ４は、略円柱状であって、サック部３７ａ３の中心から放射状に形成されている。２つの噴孔３７ａ４は、極めて近くに配置されている。

サック部３７ａ３を各噴孔３７ａ４の中心軸を含む平面（図４に示した１−１線に沿った平面）により切断した断面図である図６に示したように、サック部３７ａ３の肉厚は、２つの噴孔３７ａ４の間の位置にて他の位置よりも薄くなっている。

直噴用燃料噴射弁３７は、図１及び燃焼室６０を構成しているシリンダヘッド部３０の下面（以下、単に「シリンダヘッド面」と称呼する。）を燃焼室６０側から見た図７に示したように、先端部が燃焼室６０に露呈するようにシリンダヘッド部３０に配設されている。更に、直噴用燃料噴射弁３７は、図６及び図７に示したように、各噴孔３７ａ４の中心軸ＣＬが点火プラグ３５の発火部Ｐから所定の距離Ｄだけ離れるとともに噴射される燃料の一部が発火部Ｐに直接到達するように、且つ、２つの噴孔３７ａ４のうちの一つの中心軸ＣＬと同２つの噴孔３７ａ４のうちの他の一つの中心軸ＣＬとの間に発火部Ｐが位置するように、配置されている。

このようにして、直噴用燃料噴射弁３７がシリンダヘッド部３０に配設された状態において、各噴孔３７ａ４を形成する壁面のうちの中心軸ＣＬに対して発火部Ｐ側の部分の中心軸ＣＬ方向における長さＬ１は、同壁面のうちの同中心軸ＣＬに対して発火部Ｐと反対側の部分の同中心軸ＣＬ方向における長さＬ２よりも短くなっている。

ニードル３７ｂは、ニードル３６ｂと同じ形状を有している。ニードル３７ｂは、ニードル３６ｂと同様に、ノズルボディ３７ａの内部に収容されている。

この内燃機関１０は、図８に示したように、均質火花点火運転実行手段Ｆ１、成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２、均質自着火運転実行手段Ｆ３、成層自着火運転実行手段Ｆ４及び運転切換え手段Ｇ１等の手段を含んでいる。これらの手段の機能は、図示しない電気制御装置が所定のプログラムを実行することにより達成される。従って、以下、電気制御装置が実行する各種の動作を上記各手段が行うものとして説明する。

運転切換え手段Ｇ１は、図９に示した運転領域マップを電気制御装置に記憶している。運転領域マップは、内燃機関１０の負荷及びエンジン回転速度（回転速度）ＮＥと、運転方式と、の関係を規定するマップである。

この運転領域マップにおいては、運転方式として均質火花点火方式と、成層火花誘導自着火方式と、均質自着火方式と、成層自着火方式と、が指定されている。この運転領域マップにおいては、均質火花点火方式が指定されている運転領域である均質火花点火運転領域Ａは、全運転領域のうちの所定の高負荷閾値以上の負荷の領域である。

更に、成層火花誘導自着火方式が指定されている運転領域である成層火花誘導自着火運転領域Ｂは、上記高負荷閾値より低い負荷の領域（均質火花点火運転領域Ａよりも低負荷側の領域）であって、上記高負荷閾値よりも低い所定の中負荷閾値以上の負荷の領域である。加えて、均質自着火方式が指定されている運転領域である均質自着火運転領域Ｃは、上記中負荷閾値より低い負荷の領域（成層火花誘導自着火運転領域Ｂよりも低負荷側の領域）であって、上記中負荷閾値よりも低い所定の低負荷閾値以上の負荷の領域である。更に、成層自着火方式が指定されている運転領域である成層自着火運転領域Ｄは、上記低負荷閾値よりも低い負荷の領域（均質自着火運転領域Ｃよりも低負荷側の領域）である。

運転切換え手段Ｇ１は、上記運転領域マップと、内燃機関１０の負荷及びエンジン回転速度ＮＥと、に基づいて運転方式を決定し、同決定された運転方式により運転を行う。内燃機関１０の負荷は、アクセルペダルの操作量Accpとエンジン回転速度ＮＥとに基づいて決定される要求トルクTqtgtであってもよく、単にアクセルペダルの操作量Accpであってもよい。

（内燃機関１０が上記均質火花点火運転領域Ａにて運転されるとき）
内燃機関１０が上記均質火花点火運転領域Ａにて運転されるとき（均質火花点火運転時）、運転切換え手段Ｇ１は運転領域マップに従って均質火花点火運転実行手段Ｆ１を選択する。これにより、内燃機関１０は均質火花点火運転実行手段Ｆ１によって運転される。

均質火花点火運転実行手段Ｆ１は、図１０に示したタイミングにて吸気弁３２、排気弁３４、点火プラグ３５及びポート用燃料噴射弁３６を作動させて内燃機関１０の運転を行う。

より具体的に述べると、先ず、均質火花点火運転実行手段Ｆ１は、内燃機関１０の負荷に応じた均質火花点火用排気弁開弁タイミングＥＯにて排気弁３４を開弁させる（（１）を参照。）。これにより、前回の燃焼サイクルにおける燃焼により生成された燃焼ガスの排気が開始する。

次いで、均質火花点火運転実行手段Ｆ１は、内燃機関１０の負荷に応じた均質火花点火用排気弁閉弁タイミングＥＣにて排気弁３４を閉弁させる（（２）を参照。）。これにより、排気が終了する。

その後、均質火花点火運転実行手段Ｆ１は、内燃機関１０の負荷に応じた均質火花点火用吸気弁開弁タイミングＩＯにて吸気弁３２を開弁させる（（３）を参照。）。これにより、吸気が開始する。燃焼室６０内に空気が流入することにより燃焼室６０内に空気の流れが形成される。また、排気が終了した時点から吸気が開始する時点までの期間である負のオーバーラップ期間が設けられている。従って、燃焼室６０内の燃焼ガスの一部が燃焼室６０内に残留させられ、残留した燃焼ガスが今回の燃焼サイクルにて形成される混合ガス中に含められる。

そして、均質火花点火運転実行手段Ｆ１は、内燃機関１０の負荷に応じた均質火花点火用第１燃料噴射開始タイミングＩＮＪ１にてポート用燃料噴射弁３６に対して噴射開始用指示信号を送出する。これにより、ニードルリフト手段がコイルバネの付勢力と逆向きの力をニードル３６ｂに及ぼし、その力によってニードル３６ｂはコイルバネの付勢力に抗してノズルボディ３６ａの基端側に移動させられる。即ち、ニードル３６ｂの先端部３６ｂ２の外径側の部分はニードルシート部３６ａ２から離れる（ニードル３６ｂはリフトされる。）。

その結果、燃料通路ＦＰがサック室ＳＲと連通する。従って、燃料通路ＦＰ内の燃料がサック室ＳＲに流入し、流入した燃料が噴孔３６ａ４を通過して同噴孔３６ａ４から吸気ポート３１内に噴射される（（４）を参照。）。噴射された燃料は、燃焼室６０内に流入する空気とともに燃焼室６０内に導入される。

均質火花点火運転実行手段Ｆ１は、上記噴射開始用指示信号を送出してから第１燃料噴射期間が経過したとき、ポート用燃料噴射弁３６に対して噴射終了用指示信号を送出する。これにより、ニードルリフト手段がニードル３６ｂに及ぼしていた力が消滅する。従って、ニードル３６ｂは、コイルバネの付勢力によりノズルボディ３６ａの先端側に移動させられる。即ち、ニードル３６ｂの先端部３６ｂ２の外径側の部分がニードルシート部３６ａ２と当接する。

その結果、サック室ＳＲは燃料通路ＦＰと遮断される。従って、サック室ＳＲ内に燃料が供給されないので、燃料の噴射が終了する。
このとき、均質火花点火運転実行手段Ｆ１は、均質（燃料濃度が略一様）な混合気であって理論空燃比を有する混合気が燃焼室６０内の全体に形成されるように内燃機関１０の負荷に応じて第１燃料噴射期間を決定する。

次いで、均質火花点火運転実行手段Ｆ１は、吸気下死点よりも遅角側のタイミングであって内燃機関１０の負荷に応じた均質火花点火用吸気弁閉弁タイミングＩＣにて吸気弁３２を閉弁させる（（５）を参照。）。これにより、吸気が終了するとともに燃焼室６０内に導入された空気の圧縮が開始する。

その後、ピストン４０が上死点位置へ近づくことにより燃焼室６０内の混合気が圧縮されるので、同混合気の温度が高くなる。ところで、吸気が終了した後であっても燃焼室６０内の空気の流れは持続する。この流れにより、燃焼室６０内の混合気の燃料濃度は一様になる。即ち、燃焼室６０内には、均質混合気が形成される。

そして、均質火花点火運転実行手段Ｆ１は、ピストン４０の位置が上死点位置の近傍の位置となる均質火花点火用火花点火タイミングＳにて点火プラグ３５の発火部により火花を発生させる（（７）を参照。）。これにより、燃焼室６０内の均質混合気は着火される。着火された均質混合気は火炎が伝播することにより燃焼する。

このようにして、上記均質火花点火運転領域Ａにて、内燃機関１０は均質火花点火運転される。

（内燃機関１０が上記成層火花誘導自着火運転領域Ｂにて運転されるとき）
内燃機関１０が上記成層火花誘導自着火運転領域Ｂにて運転されるとき（成層火花誘導自着火運転時）、運転切換え手段Ｇ１は運転領域マップに従って成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２を選択する。これにより、内燃機関１０は成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２によって運転される。

成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２は、均質火花点火運転実行手段Ｆ１と同様に、排気弁３４を開弁させる（（１）を参照。）とともに、排気弁３４を閉弁させる（（２）を参照。）ことにより排気を行わせる。更に、成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２は、均質火花点火運転実行手段Ｆ１と同様に、吸気弁３２を開弁させる（（３）を参照。）ことにより吸気を開始させる。

そして、成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２は、均質火花点火運転実行手段Ｆ１と同様に、ポート用燃料噴射弁３６により燃料を噴射させる（（４）を参照。）。このとき、成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２は、均質火花点火運転実行手段Ｆ１と異なり、均質な混合気であって極めてリーンな空燃比（超希薄空燃比）を有する混合気が燃焼室６０内の全体に形成されるように内燃機関１０の負荷に応じて第１燃料噴射期間を決定する。

そして、成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２は、内燃機関１０の負荷に応じた成層火花誘導自着火用吸気弁閉弁タイミングＩＣにて吸気弁３２を閉弁させる（（５）を参照。）ことにより吸気を終了させる。この成層火花誘導自着火用吸気弁閉弁タイミングＩＣは、吸気下死点よりも遅角されるとともに均質火花点火用吸気弁閉弁タイミングＩＣよりも進角されている。従って、実圧縮比（圧縮上死点における燃焼室６０の容積に対する圧縮開始時における燃焼室６０の容積の比）が均質火花点火運転時と比較して大きくなるので、圧縮上死点近傍における混合気の温度をより一層高めることができる。

そして、成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２は、内燃機関１０の負荷に応じた成層火花誘導自着火用第２燃料噴射開始タイミングＩＮＪ２にて直噴用燃料噴射弁３７に対して噴射開始用指示信号を送出する。これにより、ニードル３７ｂはコイルバネの付勢力に抗してノズルボディ３７ａの基端側に移動させられる。即ち、ニードル３７ｂの先端部３７ｂ２の外径側の部分はニードルシート部３７ａ２から離れる。

その結果、サック室ＳＲは燃料通路ＦＰと連通する。従って、燃料通路ＦＰ内の燃料がサック室ＳＲに流入し、流入した燃料が噴孔３７ａ４を通過して同噴孔３７ａ４から燃焼室６０内に噴射される（（６）を参照。）。

上述したように、各噴孔３７ａ４は、同各噴孔３７ａ４を形成する壁面のうちの中心軸ＣＬに対して発火部Ｐ側の部分の中心軸ＣＬ方向における長さＬ１が同壁面のうちの中心軸ＣＬに対して発火部Ｐと反対側の部分の中心軸ＣＬ方向における長さＬ２よりも短くなっている（図６を参照。）。従って、発火部Ｐ側における噴孔内の流れは、発火部Ｐと反対側よりも壁面により規制されにくい。

その結果、図７に示したように、噴射された燃料のうちの発火部Ｐ側の燃料は、その反対側の燃料と比較してより広く中心軸ＣＬに対する径方向に拡散する。これにより、発火部Ｐに液滴の径が微小な（気化しやすい）燃料のみが確実に到達し、且つ、噴射された燃料の全体が発火部Ｐの近傍の極めて狭い領域に分布する。

更に、２つの噴孔３７ａ４のうちの一つから噴射された燃料であって気化しやすい燃料と、同２つの噴孔３７ａ４のうちの他の一つから噴射された燃料であって気化しやすい燃料と、が点火プラグ３５の発火部Ｐの両側から供給される。この結果、気化しやすい燃料が発火部Ｐの近傍の領域において不均一に分布することを防止することができる。

成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２は、上記噴射開始用指示信号を送出してから第２燃料噴射期間が経過したとき、直噴用燃料噴射弁３７に対して噴射終了用指示信号を送出する。これにより、ニードル３７ｂは、コイルバネの付勢力によってノズルボディ３７ａの先端側に移動させられる。その結果、サック室ＳＲが燃料通路ＦＰと遮断されるので、燃料の噴射は終了する。
このとき、成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２は、発火部の近傍の極めて狭い領域における混合気の燃料濃度を発火部が発生する火花により着火するために必要な燃料濃度とするように、第２燃料噴射期間を決定する。

このようにして、発火部の近傍の燃料濃度が他の位置よりも高い成層混合気が燃焼室６０内に形成される。この成層混合気によれば、異常な燃焼を発生させることなく、且つ、発火部が発生する火花により同成層混合気を確実に着火させることができる。

そして、成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２は、均質火花点火運転実行手段Ｆ１と同様に、ピストン４０の位置が上死点位置の近傍の位置となる成層火花誘導自着火用火花点火タイミングＳにて点火プラグ３５の発火部により火花を発生させる（（７）を参照。）。これにより、成層混合気のうちの発火部の近傍の部分であって燃料濃度が他の位置よりも高い部分が着火する。この部分が燃焼することにより成層混合気のうちの他の部分（残余の成層混合気）の温度が高められる。これにより、同他の部分の成層混合気が自着火により燃焼する。この結果、すべての混合気を火炎の伝播により燃焼させた場合に比較して燃焼に伴って生成されるＮＯｘの量を低減させることができる。

更に、火花により着火するための燃料が発火部の近傍の極めて狭い領域に分布しているので、同発火部の近傍以外の位置における燃料の濃度は過度に高くならない。この結果、同発火部の近傍以外の位置における混合気が燃焼することによって多量のＮＯｘが生成されることを防止することができる。

このようにして、上記成層火花誘導自着火運転領域Ｂにて、内燃機関１０は成層火花誘導自着火運転される。

（内燃機関１０が上記均質自着火運転領域Ｃにて運転されるとき）
内燃機関１０が上記均質自着火運転領域Ｃにて運転されるとき（均質自着火運転時）、運転切換え手段Ｇ１は運転領域マップに従って均質自着火運転実行手段Ｆ３を選択する。これにより、内燃機関１０は均質自着火運転実行手段Ｆ３によって運転される。

均質自着火運転実行手段Ｆ３は、直噴用燃料噴射弁３７により燃料を噴射させない点及び点火プラグ３５により火花を発生させない点においてのみ成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２と相違している。

より具体的に述べると、均質自着火運転実行手段Ｆ３は、成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２と同様に、排気弁３４を開弁させる（（１）を参照。）とともに、排気弁３４を閉弁させる（（２）を参照。）ことにより排気を行わせる。更に、均質自着火運転実行手段Ｆ３は、成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２と同様に、吸気弁３２を開弁させる（（３）を参照。）ことにより吸気を開始させる。

そして、均質自着火運転実行手段Ｆ３は、成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２と同様に、ポート用燃料噴射弁３６により燃料を噴射させる（（４）を参照。）。このとき、均質自着火運転実行手段Ｆ３は、成層火花誘導自着火運転実行手段Ｆ２と同様に、均質な混合気であって超希薄空燃比を有する混合気が燃焼室６０内の全体に形成されるように内燃機関１０の負荷に応じて第１燃料噴射期間を決定する。

そして、均質自着火運転実行手段Ｆ３は、内燃機関１０の負荷に応じた均質自着火用吸気弁閉弁タイミングＩＣにて吸気弁３２を閉弁させる（（５）を参照。）ことにより吸気を終了させる。これにより、燃焼室６０内の混合気の圧縮が開始する。

その後、ピストン４０が上死点位置へ近づくことにより燃焼室６０内の混合気が大きく圧縮されるので、同混合気の温度が高くなる。そして、ピストン４０の位置が上死点位置の近傍の位置となるタイミングにて燃焼室６０内の混合気が自着火して燃焼する。即ち、均質自着火運転実行手段Ｆ３は、燃焼室６０内に形成された混合気をピストン４０による圧縮のみにより自着火させて燃焼させる。

このようにして、上記均質自着火運転領域Ｃにて、内燃機関１０は均質自着火運転される。

（内燃機関１０が上記成層自着火運転領域Ｄにて運転されるとき）
内燃機関１０が上記成層自着火運転領域Ｄにて運転されるとき（成層自着火運転時）、運転切換え手段Ｇ１は運転領域マップに従って成層自着火運転実行手段Ｆ４を選択する。これにより、内燃機関１０は成層自着火運転実行手段Ｆ４によって運転される。

成層自着火運転実行手段Ｆ４は、ポート用燃料噴射弁３６に代えて直噴用燃料噴射弁３７により燃料を噴射させる点においてのみ均質自着火運転実行手段Ｆ３と相違している。

より具体的に述べると、成層自着火運転実行手段Ｆ４は、均質自着火運転実行手段Ｆ３と同様に、排気弁３４を開弁させる（（１）を参照。）とともに、排気弁３４を閉弁させる（（２）を参照。）ことにより排気を行わせる。更に、成層自着火運転実行手段Ｆ４は、均質自着火運転実行手段Ｆ３と同様に、吸気弁３２を開弁させる（（３）を参照。）とともに、吸気弁３２を閉弁させる（（５）を参照。）ことにより吸気を行わせる。

そして、成層自着火運転実行手段Ｆ４は、均質自着火運転実行手段Ｆ３と異なり、内燃機関１０の負荷に応じた成層自着火用第２燃料噴射開始タイミングＩＮＪ２にて直噴用燃料噴射弁３７により燃料の噴射を開始させる（（６）を参照。）。この成層自着火用第２燃料噴射開始タイミングＩＮＪ２は、成層火花誘導自着火用第２燃料噴射開始タイミングＩＮＪ２よりも進角されている。これにより、圧縮上死点近傍において燃料が分布する領域は、成層火花誘導自着火運転時よりも広くなる。

また、成層自着火運転実行手段Ｆ４は、均質自着火運転実行手段Ｆ３と異なり、均質な混合気であって超希薄空燃比を有する混合気が燃焼室６０内の中央部の所定の領域内に形成されるように、第２燃料噴射期間を決定する。

その後、ピストン４０が上死点位置へ近づくことにより燃焼室６０内の混合気が大きく圧縮されるので、同混合気の温度が高くなる。そして、ピストン４０の位置が上死点位置の近傍の位置となるタイミングにて燃焼室６０の中央部の上記領域内の混合気が自着火して燃焼する。即ち、成層自着火運転実行手段Ｆ４は、均質自着火運転実行手段Ｆ３と同様に、燃焼室６０内に形成された混合気をピストン４０による圧縮のみにより自着火させて燃焼させる。

このようにして、上記成層自着火運転領域Ｄにて、内燃機関１０は成層自着火運転される。

以上、説明したように、本発明による燃料噴射装置の実施形態によれば、直噴用燃料噴射弁３７から噴射された燃料のうちの点火プラグ３５の発火部Ｐ側の燃料は、その反対側の燃料と比較してより広く噴孔３７ａ４の中心軸ＣＬに対する径方向に拡散する。従って、従来の燃料噴射装置と比較して噴射される燃料の量を比較的少量としても、発火部Ｐに液滴の径が微小な燃料のみを確実に到達させることができ、且つ、噴射された燃料の全体を発火部Ｐの近傍の極めて狭い領域に分布させることができる。換言すると、本燃料噴射装置によれば、異常な燃焼が発生しにくく且つ発火部Ｐにて発生する火花により確実に着火され得る混合気を、より少量の燃料により形成することができる。

更に、上記実施形態によれば、複数の噴孔３７ａ４のうちの一つから噴射された燃料であって気化しやすい燃料と、複数の噴孔３７ａ４のうちの他の一つから噴射された燃料であって気化しやすい燃料と、が点火プラグ３５の発火部Ｐの両側から供給される。この結果、気化しやすい燃料が発火部Ｐの近傍の領域において不均一に分布することを防止することができる。従って、発火部Ｐが火花を発生することにより、混合気をより一層確実に着火させることができる。

加えて、上記実施形態のように、上記燃料噴射装置を成層火花誘導自着火運転される内燃機関１０に適用することにより、発火部Ｐの近傍以外の位置における燃料の濃度が過度に高くなることを防止することができる。この結果、発火部Ｐの近傍以外の位置における混合気が燃焼することによって多量のＮＯｘが生成されることを回避することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態において直噴用燃料噴射弁３７は、２つの噴孔３７ａ４を備えていたが、１つ又は３つ以上の噴孔を備えていてもよい。

また、上記実施形態においては、２つの噴孔３７ａ４の間の位置の全体における肉厚が他の位置の肉厚よりも薄くなるようにサック部３７ａ３が形成されていたが、図１１に示したように、２つの噴孔３７ａ４の間の位置であって各噴孔３７ａ４の中心軸ＣＬに対して発火部Ｐ側の壁面を構成する部分の肉厚が同部分に挟まれた位置の肉厚よりも薄くなるようにサック部３７ａ３が形成されていてもよい。

本発明の実施形態に係る燃料噴射装置及び同燃料噴射装置が適用された内燃機関の部分断面図である。 図１に示したポート用燃料噴射弁の先端部の縦断面図である。 図１に示したポート用燃料噴射弁の先端部の正面図である。 図１に示した直噴用燃料噴射弁の先端部の縦断面図である。 図１に示した直噴用燃料噴射弁の先端部の正面図である。 図４に示した直噴用燃料噴射弁の先端部を１−１線に沿った平面にて切断した断面図である。 図１に示したシリンダヘッド部の下面を燃焼室側から見た概略図である。 図示しない電気制御装置が所定のプログラムを実行することにより達成される機能を表すブロック図である。 図８に示した運転切換え手段が参照する運転領域マップを示した図である。 図１に示した内燃機関の吸気弁及び排気弁のそれぞれを開閉するタイミング、燃料を噴射するタイミング及び火花を発生するタイミングを表す図である。 本発明の変形例に係る直噴用燃料噴射弁の先端部を各噴孔の中心軸を含む平面にて切断した断面図である。

符号の説明

１０…内燃機関、３０…シリンダヘッド部、３５…点火プラグ、３６…ポート用燃料噴射弁、３６ａ…ノズルボディ、３６ａ２…ニードルシート部、３６ａ３…サック部、３６ａ４…噴孔、３６ｂ…ニードル、３６ｂ２…先端部、３７…直噴用燃料噴射弁、３７ａ…ノズルボディ、３７ａ２…ニードルシート部、３７ａ３…サック部、３７ａ４…噴孔、３７ｂ…ニードル、３７ｂ２…先端部、４０…ピストン、６０…燃焼室、ＦＰ…燃料通路、Ｐ…発火部、ＳＲ…サック室。

Claims (3)

1. 燃焼室にて火花を発生する発火部を有する点火プラグを備える内燃機関に適用され、且つ、先端部に形成された噴孔から前記燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射弁を有する燃料噴射装置において、
   前記燃料噴射弁の噴孔は、略円柱状であってその中心軸が前記点火プラグの発火部から所定の距離だけ離れるとともに前記噴射される燃料の一部が同発火部に直接到達するように、且つ、同噴孔を形成する壁面のうちの同中心軸に対して同発火部側の部分の同中心軸方向における長さが同壁面のうちの同中心軸に対して同発火部と反対側の部分の同中心軸方向における長さよりも短くなるように形成された燃料噴射装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、
   前記燃料噴射弁は、前記噴孔が複数形成されるとともに、同複数の噴孔のうちの一つの中心軸と、同複数の噴孔のうちの他の一つの中心軸と、の間に前記発火部が位置するように構成された燃料噴射装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射装置は、
   少なくとも前記燃料噴射装置により燃料を噴射することにより前記点火プラグの発火部の近傍の燃料の濃度が他の位置よりも高い成層混合気を前記燃焼室内に形成し、同発火部が火花を発生することにより同形成された成層混合気を同発火部の近傍にて着火させ、同着火した成層混合気の燃焼により残余の成層混合気を自着火により燃焼させる成層火花誘導自着火運転を行う成層火花誘導自着火式内燃機関に適用された燃料噴射装置。
   

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