JP2008202463A - 内燃機関の燃料噴射装置、燃料噴射方法及び燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの気筒に対して２つの吸気ポートを備えると共に、スワール制御弁を備えた内燃機関において、２つの吸気ポート間における空気流動の強さの違いによる微粒化・気化性能の違いに着目して気化性能の向上を図る。
【解決手段】スワール制御弁を閉じることで、空気流動が相対的に強くなる吸気ポートに対し、空気流動が相対的に弱くなる吸気ポートよりも多くの燃料を噴射させるようにし、かつ、空気流動が相対的に強くなる吸気ポートでは、より広範囲に燃料が噴射されるようにする。これによって、強い空気流動の下で燃料の微粒化・気化を促進させ、かつ、吸気ポートや吸気バルブの傘部に付着する燃料の膜厚が厚くなることを防止し、高い気化性能を発揮させて排気中のＨＣ量を低減させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射装置、燃料噴射方法及び燃料噴射弁に関し、詳しくは、空気流動の強さに差が生じる複数の吸気ポートを１つの気筒に備えた内燃機関において、各吸気ポートに噴射される燃料の気化性能を向上させるための技術に関する。

特許文献１には、スワール制御弁の閉弁状態で、燃料噴射弁の噴孔の一部をスワール制御弁で塞ぐようにしたスワール制御装置が開示されている。
上記スワール制御装置によると、燃料噴射弁の噴孔の一部がスワール制御弁で塞がれることで、噴射方向を変化させることができ、この噴射方向の変化をスワール制御弁による強い空気流動に適合させることで、スワール制御弁を閉じたときの吸気ポート壁面に対する燃料の付着量を低減することができる。
特開平９−０８８７７３号公報

しかし、従来技術のように、燃料噴射弁の噴孔の一部をスワール制御弁で塞いでしまうと、要求される量の燃料を噴射させることが困難となり、燃料噴射量が不足してエンジン出力を低下させてしまう可能性がある。
また、燃料噴射弁の噴孔をスワール制御弁で塞ぐ際に、充分なシール性が確保できないと、塞がれるはずの噴孔部分から燃料が漏れ出し、これがスワール制御弁を伝って吸気ポートの壁面に付着し、吸気ポート壁面から液状のままシリンダ内に流入して、排気中のＨＣ量を増大させる要因になってしまう。

更に、前記スワール制御弁は吸気に偏流を与え、１つの気筒に２つの吸気ポートを備える場合には、一方の吸気ポートにおける空気流動を強め、相対的に他方の吸気ポートの空気流動を弱めることで、燃焼室内にスワールを生成させるのが一般的である。
しかし、噴霧圧によるペネトレーションが強いため、噴孔の一部を塞ぐなどの噴射方向を積極的に変化させる手段を実行しない場合には、たとえ、吸気ポート間で空気流動の強さに差が生じたとしても、燃料噴霧が強い空気流動に引き込まれることはない。

従って、両吸気ポートに噴射される燃料量に変化が生じることはなく、空気流動が強い吸気ポートでは、燃料噴霧の微粒化及び気化が充分に促進されるのに対して、空気流動が弱い吸気ポートでは、空気流動に対する燃料の割合が多いために、燃料噴霧を充分に微粒化及び気化させることができないという問題が発生する。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、複数の吸気ポート間で空気流動の強さに差を生じさせて燃焼室内にスワール等の渦流を生成する内燃機関において、要求の燃料量を噴射させつつ、排気中のＨＣ量を確実に低減させることを目的とし、特に、空気流動の強さの違いによる微粒化・気化性能の違いに着目して気化性能の向上を図ることを目的とする。

そのため請求項１，７記載の発明に係る燃料噴射装置・燃料噴射方法は、燃料噴射弁が、複数の吸気ポートのうちで空気流動が相対的に強くなる吸気ポートに対して、より多くの燃料を噴射するようにした。
上記発明によると、空気流動が相対的に強い吸気ポートでは、多くの燃料を充分に微粒化・気化させることができるので、空気流動が相対的に弱い吸気ポートよりも燃料噴射量が多くなるようにして、各吸気ポートで充分な微粒化・気化性能を維持できるようにした。

従って、要求の燃料量を噴射させつつ、排気中のＨＣ量を確実に低減させることができる。
尚、本願において、「より多くの燃料を噴射する」とは、要求燃料量のうち空気流動が相対的に強い吸気ポートに噴射させる燃料量の割合を、空気流動が相対的に弱い吸気ポートに噴射させる燃料の割合よりも多くすることを意味する。

請求項２記載の発明では、空気流動の差が、気流制御弁を閉じることで生じるものとし、請求項３記載の発明では、前記気流制御弁を閉じることで発生する吸気ポート間の空気流動の違いによって燃焼室内にスワールを生成させるものとした。
上記発明によると、スワールを生成させるために生じた吸気ポート間の空気流動の強さの違いに対応して、各吸気ポートそれぞれに対する燃料噴射量を、気化性能を確保できる量に適正化でき、これによって燃料噴霧を充分に微粒化・気化させることができる一方、燃焼室内のスワール生成によって燃焼を安定化させることができる。

請求項４，８記載の発明では、空気流動が相対的に弱い吸気ポートに対して噴射する燃料量に比して、空気流動が相対的に強い吸気ポートに対して1.2倍〜1.4倍の燃料量を噴射させる。
上記発明によると、空気流動が強い吸気ポートと空気流動が弱い吸気ポートとに対する燃料噴射量の比率を最適化でき、燃料噴霧を最大限に気化させて、排気中のＨＣ量を充分に低下させることができる。

請求項５，９記載の発明では、空気流動が相対的に強い吸気ポートに対してより多く燃料を噴射させると共に、前記空気流動が相対的に強い吸気ポートに対してより広範囲に燃料を噴射させる。
上記発明によると、多くの燃料が噴射される空気流動が相対的に強い吸気ポートでは、燃料を広範囲に噴射させることで、吸気バルブや吸気ポートの壁面に付着する燃料の膜厚を薄くでき、気化性能を維持させることができる。

請求項６，１０記載の発明では、１つの気筒に対して２つの吸気ポートを備え、燃料噴射弁の各吸気ポートに向かう燃料噴霧の形状が、前記２つの吸気ポートの並び方向に直交する方向に長く、各燃料噴霧の中心が、前記２つの吸気ポートそれぞれに介装される吸気バルブの傘部中心から他方の吸気バルブに近い側にオフセットした位置を指向するように設定される。

上記発明によると、吸気ポートの並び方向に直交する方向に長い噴霧形状としたことで、吸気ポートの中でも特に空気流動の強い部分を指向して燃料を噴射させることができ、また、噴霧中心を他方の吸気バルブ側にオフセットさせたことで、吸気ポートの壁面のうち燃料が付着する部分とシリンダボアとの距離を確保でき、吸気ポートに付着した燃料が液状のままシリンダ内に吸い込まれてしまうことを抑止でき、気化性能を向上させることが可能となる。

一方、請求項１１記載の発明に係る燃料噴射弁は、空気流動の強さに差が生じる複数の吸気ポートそれぞれに燃料を噴射する燃料噴射弁であって、複数の吸気ポートのうち、空気流動が相対的に強い吸気ポートに向けて燃料を噴射する第１噴孔群と、空気流動が相対的に弱い吸気ポートに向けて燃料を噴射する第２噴孔群とがノズルプレートに対して領域を分けて設けられ、かつ、前記第１噴孔群の噴孔の径が第２噴孔群の噴孔の径よりも大きく設定される。

上記発明によると、空気流動が相対的に強い吸気ポートに燃料を噴射する第１噴孔群の噴孔の径を、空気流動が相対的に弱い吸気ポートに燃料を噴射する第２噴孔群の噴孔の径よりも大きくしたことから、空気流動が相対的に強い吸気ポートに対してより多くの燃料を噴射させることを容易に実現できる。
請求項１２記載の発明では、前記第１噴孔群及び第２噴孔群の噴孔が、前記ノズルプレートに対して格子状に配設される。

上記発明によると、噴孔がノズルプレートに対して格子状に配設されることで、噴霧パターンが均一化して、粒径のばらつきがなくなり、燃料の気化性能の向上を図ることができる。
請求項１３記載の発明では、前記第１噴孔群の噴孔に対して、前記第２噴孔群の噴孔の少なくとも一部が、前記ノズルプレートの中心寄りに開口される。

上記発明によると、空気流動が相対的に弱い吸気ポートに対する燃料の噴射領域が、空気流動が相対的に強い吸気ポートによりも狭めることを容易に実現でき、空気流動が弱く気化性能が劣る吸気ポートにおいて、過剰に燃料が吸気ポート壁面に付着することを防止できる。
請求項１４記載の発明では、１つの吸気ポートに対して２つの吸気ポートを備え、前記燃料噴射弁の先端と各吸気ポートに設けられる吸気バルブの中心とを結ぶ線がなす角度をθbaseとしたときに、前記燃料噴射弁から各吸気ポートに向かう燃料噴霧の中心がなす角度θ１を、θbaseの８５〜９５％とした。

上記発明によると、各吸気ポートに向かう燃料噴霧の中心が、互いに他方の吸気ポートに近い側に適正量だけオフセットされることで、吸気ポートの燃焼室に対する開口縁とシリンダボアとの距離が近いところに、燃料噴霧が直撃することを抑止でき、燃料の気化性能を改善できる。
請求項１５記載の発明では、前記燃料噴射弁から各吸気ポートに向かう燃料噴霧の、吸気ポートの並び方向における広がり角度θ２を、前記θbaseの６５〜７５％とした。

上記発明によると、例えばスワール制御弁のような気流制御弁を備えることで、吸気ポートの並び方向に直交する上下位置で空気流動が強くなる場合に、係る空気流動が強い部分に集中させて燃料を噴射させることができる。
請求項１６記載の発明では、前記燃料噴射弁から各吸気ポートに向かう燃料噴霧の、吸気ポートの並び方向と直交する方向における広がり角度をθ３としたときに、空気流動が相対的に強い吸気ポートに向かう燃料噴霧の角度θ３は、θbaseの８０〜９０％であり、空気流動が相対的に弱い吸気ポートに向かう燃料噴霧の角度θ３は、θbaseの７０〜８０％とした。

上記発明によると、空気流動が強い側の吸気ポートに向かう燃料噴霧がより大きな広がり角を有してより広範囲に噴射されることで、燃料噴射量が相対的に多くても吸気バルブや吸気ポートの壁面に燃料が付着したときの膜厚を薄くすることができ、気化性能を維持させることができる。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る燃料噴射装置、燃料噴射方法及び燃料噴射弁を適用する内燃機関の断面図であり、図２は、図１の上面図である。
尚、本実施形態では、シリンダ軸方向をＺ軸、吸気バルブと排気バルブとの並び方向をＹ軸、２つの吸気バルブの並び方向をＸ軸で示すものとする。

図１，２に示すように、内燃機関１において、シリンダブロック２に形成されるシリンダ３に対して、往復動可能にピストン４が嵌挿される。
前記シリンダ３の上部には、シリンダヘッド５が取り付けられ、前記ピストン４のヘッドと前記シリンダヘッド５とによって燃焼室１１が形成される。
前記シリンダヘッド５の中央部には、点火プラグ１２が取り付けられる。

また、前記シリンダヘッド５には、前記点火プラグ１２を中心に、２つの吸気バルブ６ａ，６ｂと２つの排気バルブ７ａ，７ｂとが配置される。
前記２つの吸気バルブ６ａ，６ｂの弁座にそれぞれ接続される吸気ポート８ａ，８ｂがシリンダヘッド５に形成され、前記吸気ポート８ａ，８ｂは、上流側で合流して１つの吸気ポート８を形成する。

前記吸気ポート８の分岐点よりも上流側には、燃焼室１１内にスワールを生成するためのスワール制御弁（気流制御弁）９が介装されている。
前記スワール制御弁９は、図示省略したアクチュエータ（モータやダイヤフラム）で開閉されるバタフライ式の開閉弁であり、図３に示すように、シリンダ軸及び吸気ポート８の中心軸に直交する方向（Ｘ軸方向）で吸気ポート８の開口を横断するように支持される回転軸９ａに対し、切欠きを有した弁体９ｂを取り付けて構成される。

尚、図３は、図２に示す矢印IIIの方向、即ち、スワール制御弁９の下流側から閉弁状態のスワール制御弁９を見た図である。
前記弁体９ｂの切欠きは、図３に示すように、スワール制御弁９を閉じたとき（弁体９ｂが吸気ポート８を遮蔽する位置に回動させたとき）にシリンダヘッド側（上側）でかつ吸気ポート８ｂ（吸気バルブ６ｂ）側に偏った位置が部分的に開口するように設けられている。

また、スワール制御弁９の開弁状態では、吸気ポート８の開口をシリンダ軸方向に仕切るように、弁体９ｂが吸気ポート８の中心軸と略平行になる。
上記スワール制御弁９を閉じると、弁体９ｂの切欠きによって吸入空気が吸気ポート８ｂ側に偏って流れることで、燃焼室１１内にスワール（横渦）を発生させることができ、該スワールによって均一混合気を生成して、燃焼安定性を向上させる。

但し、スワール制御弁９を閉じた状態では吸気通路の開口面積が狭められて吸気が絞られることになるため、高負荷時には、前記スワール制御弁９を開いてシリンダ吸入空気量を確保できるようにする。
また、前記吸気ポート８の分岐点よりも上流側の前記吸気ポート８の上側（前記スワール制御弁９の上方）には、燃料噴射弁１０が取り付けられる。

前記燃料噴射弁１０は、電磁コイルによる電磁吸引力によって弁体をリフトさせることで開弁し、各吸気バルブ６ａ，６ｂを指向して燃料（例えばガソリン）を２方向に噴射する。
前記燃料噴射弁１０から噴射された燃料は、吸気バルブ６ａ，６ｂを介して燃焼室１１内に吸引され、燃焼室１１内で点火プラグ１２による火花点火によって着火燃焼し、ピストン４を押し下げる運動エネルギーを発生させる。

そして、燃焼室１１内の燃焼ガスは、前記排気バルブ７ａ，７ｂを介して排出され、図外の排気浄化装置で浄化された後、大気中に放出される。
ところで、前記スワール制御弁９を閉じた状態では、弁体９ｂの切欠きによって吸入空気が吸気ポート８ｂ（吸気バルブ６ｂ）側に偏って流れることから、吸気ポート８ｂにおける空気流速（空気流動）は、吸気ポート８ａにおける空気流速（空気流動）よりも速く（強く）なる（図２参照）。

ここで、前記燃料噴射弁１０が各吸気ポート８ａ，８ｂそれぞれに同量の燃料を噴射する場合、相対的に空気流速が速い（空気流動が強い）吸気ポート８ｂでは、強い空気の流れによって燃料の微粒化・気化を充分に促進させることができるが、相対的に空気流速が遅い（空気流動が弱い）吸気ポート８ａでは燃料の微粒化・気化が吸気ポート８ｂ側に比べて促進されないことになってしまう。

換言すれば、相対的に空気流速が速い（空気流動が強い）吸気ポート８ｂでは、相対的に空気流速が遅い（空気流動が弱い）吸気ポート８ａに比べて、より多くの燃料を微粒化・気化させることができる。
そこで、本実施形態では、吸気ポート８ａ側に比べて吸気ポート８ｂ側に噴射する燃料量が多くなり、かつ、吸気ポート８ｂ側の燃料噴霧が吸気ポート８ａ側に比べて広範囲に噴射されるように、前記燃料噴射弁１０の噴射特性が設定されている。

尚、本実施形態において、燃料噴射量の多少は要求燃料噴射量の分担率を示し、要求噴射量の半分を超える量を吸気ポート８ｂ側に噴射し、残りの半分を下回る量の燃料を吸気ポート８ａ側に噴射するように、前記燃料噴射弁１０の噴射特性が設定されるものである。
吸気ポート８ｂ側に噴射する燃料量を多くすれば、相対的に吸気ポート８ａ側に噴射される燃料量が少なくなり、空気流速が遅い（空気流動が弱い）条件下であっても必要充分に微粒化・気化を図ることができる一方、空気流速が速い（空気流動が強い）吸気ポート８ｂでは、微粒化・気化を促進できる能力が高いから、より多くの燃料について微粒化・気化を促進させることができ、両吸気ポート８ａ，８ｂに噴射された燃料の全てを良好に微粒化・気化させることができる。

また、より多くの燃料が噴射される吸気ポート８ｂ側では、吸気ポート８ａ側よりも燃料を広範囲に噴射させることで、吸気バルブ６ｂの傘部や吸気ポート８ｂの壁面に付着する燃料の膜厚が厚くなってしまうことを回避でき、これによっても、吸気ポート８ｂ側での燃料の気化性能を維持できる。
吸気ポート８ａ側に噴射される燃料量に対する吸気ポート８ｂ側に噴射される燃料量の割合は、吸気ポート８ａ側の噴射量を１とすると、吸気ポート８ｂ側の噴射量を1.2〜1.4程度に設定することが好ましい。

図４に示すように、噴射量の比率を１：1.2〜1.4程度とすれば、吸気ポート８ａ及び吸気ポート８ｂの双方で高い気化率を維持でき、排気中のＨＣ量を最大限に低下させることができるが、1.4倍を超えて吸気ポート８ｂ側の噴射量を多くすると、空気流速が速い（空気流動が強い）とはいえ微粒化・気化できる能力を超える燃料量となって気化率が低下してしまう。

一方、1.2倍を下回る比率では、相対的に吸気ポート８ａ側の噴射量が過剰となって全体としての気化率の低下を招くことになってしまう。
従って、噴射量の比率を１：1.2〜1.4程度とすることで、両吸気ポート８ａ，８ｂでの気化率を高い次元でバランスさせて、排気中のＨＣ量を最大限に低下させることができる。

尚、高負荷時には、前記スワール制御弁９を開くことで、両吸気ポート８ａ，８ｂにおける空気流速（空気流動の強さ）は同等になり、このときにも、吸気ポート８ｂに対してより多くの燃料が噴射されることになるが、高負荷時には空気流量が多く充分な気化性能を発揮できるため、燃料噴射量の違いによって気化率が悪化することはない。
次に、前記燃料噴射弁１０における噴霧形態を詳細に説明する。

図５に示すように、各吸気ポート８ａ，８ｂ（吸気バルブ６ａ，６ｂ）に向けて噴射される燃料噴霧は、その横断面が、前記２つの吸気ポート８ａ，８ｂの並び方向に直交する方向に長い楕円になるように設定されており、かつ、吸気ポート８ｂ側の燃料噴霧の長手方向の長さは、吸気ポート８ａ側よりも長く、その分吸気ポート８ｂ側の燃料噴霧が広範囲に噴射されるようにしてある。

そして、吸気ポート８ａ，８ｂの並び方向に直交する方向で各燃料噴霧の中心を通る軸上での各燃料噴霧における流量分布は、図５（ｄ）に示すように、中央を挟んで両側にピーク値をもつ形状となり、各燃料噴霧での流量のピーク値は略同レベルを示すが、吸気ポート８ｂ側の燃料噴霧が上記軸上でより広い範囲に燃料を噴射し、吸気ポート８ｂの壁面に向けてより多くの燃料を噴射することで、吸気ポート８ｂ側に噴射される燃料量が多くなるように設定されている。

尚、前記図５（ｄ）に示す流量分布におけるピーク値（Ｐ４，Ｐ６）を、全流量に対する８％未満とすることで、燃料の集中度を下げ、燃料膜厚が過剰に厚くならないようにすることが好ましい。
更に、各吸気ポート８ａ，８ｂに向けて噴射される燃料噴霧の中心が、前記２つの吸気ポート８ａ，８ｂそれぞれに介装される吸気バルブ６ａ，６ｂの傘部中心から他方の吸気バルブ６に近い側にオフセットした位置を指向するように設定される。

そして、吸気バルブ６ａ，６ｂの中心を結ぶ軸上での流量分布は、図５（ｃ）に示すように、各吸気バルブ６ａ，６ｂの中心で挟まれる領域内で２つのピーク値（Ｐ１，Ｐ３）を示すことになる。
尚、前記図５（ｃ）に示す流量分布におけるピーク値（Ｐ１，Ｐ３）を、全流量に対する８％未満とすることで、燃料の集中度を下げ、燃料膜厚が過剰に厚くならないようにすることが好ましい。

前記スワール制御弁９を閉じた状態では、吸気ポート８上側で空気流動が強くなり、前記スワール制御弁９を開いた状態では、弁体９ｂが吸気ポート８を上下に仕切るようになって、吸気ポートの上側及び下側での空気流動が強くなるので、各燃料噴霧の横断面の形状を、吸気ポート８ａ，８ｂの並び方向に直交する方向で長くなるようにしてある。
また、吸気ポート８ａ，８ｂの燃焼室１１に対する開口縁（吸気バルブ６ａ，６ｂの弁座周縁）と、シリンダボアとの距離が近いところで、燃料噴霧を吸気ポート８内壁に直撃させると、充分に気化させることができなかった液状燃料がそのままシリンダ内の気流に巻き込まれ、均質な混合気形成を阻害する可能性がある。

そこで、吸気ポート８ａ，８ｂの燃焼室１１に対する開口縁とシリンダボアとの距離が所定値以上になるところで、燃料噴霧が吸気ポート８ａ，８ｂ内壁に直撃するように、各吸気バルブ６ａ，６ｂに向かう燃料噴霧の中心を、隣接する他方の吸気バルブ６ａ，６ｂに近い側にオフセットさせてある。
ここで、各燃料噴霧の噴霧角度の適正値を、図６に従って説明する。

まず、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、吸気ポート８ａ，８ｂの並び方向に直交する方向での燃料噴霧の広がり角（縦方向の広がり角）をθ３、各吸気バルブ６ａ，６ｂにそれぞれ向かう２つの燃料噴霧の中心線がなす角度をθ１、吸気ポート８ａ，８ｂの並び方向における各燃料噴霧の広がり角度（横方向の広がり角）をθ２と定義し、前記燃料噴射弁１０の噴射位置を基点とし、該基点と前記２つの吸気バルブ６ａ，６ｂそれぞれの中心とを結んだ線がなす角度をθbaseとする。

前記燃料噴射弁１０において、前記角度θ１〜θ３，θbaseは、以下の関係を満足するように設定される。
・θ１：θbaseの８５〜９５％
・θ２：θbaseの６５〜７５％
・吸気ポート８ｂ側のθ３：θbaseの８０〜９０％
・吸気ポート８ａ側のθ３：θbaseの７０〜８０％
上記角度θ１〜θ３のθbaseに対する比率を実現することで、吸気バルブ６ａ，６ｂの並び方向に直交する方向に細長く、かつ、吸気バルブ６ｂ側の噴霧がより細長く、しかも、噴霧中心が他方の吸気バルブ６にオフセットした燃料噴霧形状が実現されると共に、噴霧中心のオフセット量や、燃料噴霧が吸気ポート壁面に直撃する範囲が、燃料噴霧の気化性能を最大限に向上させることができる値に設定されることになる。

次に、吸気ポート８ａ側に比べて吸気ポート８ｂ側により多くの燃料を噴射する燃料噴射弁１０の構造を詳述する。
前記燃料噴射弁１０は、電磁コイルの磁気吸引力によってリフトする弁体と、該弁体の着座面よりの下流側に設けられ、複数の噴孔が開口されるノズルプレートとを有し、前記弁体が電磁コイルの磁気吸引力によってリフトして開弁状態になると、燃料がノズルプレートに開口される噴孔から噴射されるようになっている。

図７（ａ），（ｂ）は、前記ノズルプレート５１に対して開口される噴孔５２の開口パターンをそれぞれ示し、上流側からノズルプレート５１を見た図であって、図の左右方向が吸気ポート８ａ，８ｂ（吸気バルブ６ａ，６ｂ）の並び方向となるように燃料噴射弁１０が吸気ポート８に対して取り付けられるものとする。
図７（ａ），（ｂ）において、ノズルプレート５１の図７で左側半分の領域５１ａに開口される複数の噴孔５２は、吸気ポート８ｂ（吸気バルブ６ｂ）に向けて燃料を噴射させるための第１噴孔群を構成し、右側半分の領域５１ｂに開口される複数の噴孔５２は、吸気ポート８ｂ（吸気バルブ６ｂ）に向けて燃料を噴射させるための第２噴孔群を構成し、各噴孔群の噴孔は、前述の噴霧中心及び噴霧角を実現すべく、その開口軸がそれぞれに設定される。

即ち、第１噴孔群に含まれる噴孔５２から噴射される燃料によって吸気ポート８ｂ（吸気バルブ６ｂ）に向かう燃料噴霧が形成され、第２噴孔群に含まれる噴孔５２から噴射される燃料によって吸気ポート８ａ（吸気バルブ６ａ）に向かう燃料噴霧が形成される。
また、ノズルプレート５１の図７で左側半分の第１噴孔群に含まれる噴孔５２の数と、右半分の第２噴孔群に含まれる噴孔５２の数は、それぞれ６個ずつの同数であるが、第１噴孔群の噴孔５２の径が、第２噴孔群の噴孔５２の径よりも大きく設定されることで、吸気ポート８ｂ（吸気バルブ６ｂ）に向けて噴射される燃料量が、吸気ポート８ａ（吸気バルブ６ａ）に向けて噴射される燃料量よりも多くなるようにしてある。

また、第１噴孔群に含まれる噴孔５２及び第２噴孔群に含まれる噴孔５２は、基本的に左右対称に格子状に配設されるが、第２噴孔群に含まれる噴孔５２のうち、吸気ポート８ａ，８ｂ（吸気バルブ６ａ，６ｂ）の並び方向に直交する方向の両端側に位置する噴孔５２ａ，５２ｂの開口位置を、左右対称の位置からノズルプレート５１の中心寄りにずらしてある。

これによって、吸気ポート８ａ（吸気バルブ６ａ）に向かう燃料噴霧の、吸気ポート８ａ，８ｂ（吸気バルブ６ａ，６ｂ）の並び方向に直交する方向での噴霧角が、吸気ポート８ｂ（吸気バルブ６ｂ）に向かう燃料噴霧の噴霧角よりも狭くなるようにしてある。
尚、図７（ａ）に示すノズルプレート５１と図７（ｂ）に示すノズルプレート５１とは、噴孔５２を配設する格子が、図７（ａ）では、上下左右方向の格子であるのに対し、図７（ｂ）では、斜め４５°の格子である点が異なる。

ここで、噴孔５２がノズルプレート５１に対して格子状に配設されることで、噴霧パターンが均一化して、粒径のばらつきがなくなり、燃料の気化性能の向上を図ることができる。
但し、噴孔５２を格子状に配設することを限定するのではなく、また、各噴孔群に含まれる噴孔５２の数を限定するものでもなく、例えば、第１噴孔群に含まれる噴孔５２の数を、第２噴孔群に含まれる噴孔５２の数よりも多くすることで、吸気ポート８ｂ（吸気バルブ６ｂ）に向けて噴射される燃料量が、吸気ポート８ａ（吸気バルブ６ａ）に向けて噴射される燃料量よりも多くなるようにできる。

上記実施形態では、１つの気筒に対して２つの吸気ポート８ａ，８ｂが設けられるものとしたが、例えば、１つの気筒に対して３つの吸気ポートを備えた内燃機関において、吸気ポート間で空気流動の強さに差が生じる場合に、空気流動がより強い吸気ポートに対してより多くの燃料を噴射させることができる。
また、空気流動の強さの違いは、上記スワール制御弁９のような気流制御弁の開閉によるものの他、吸気ポートの開口面積や形状の違いによって生じる場合が含まれ、また、燃焼室１１内にスワールを生成させる気流制御弁の他、タンブル流（縦渦）を生じさせる気流制御弁を備える場合が含まれる。

更に、前記スワール制御弁９などの気流制御弁と吸気ポートの開口を仕切る固定の整流板とを組み合わせた内燃機関であっても良い。
次に、上記の実施形態から把握し得る請求項に記載以外の発明について、以下にその作用効果と共に記載する。
（イ）前記２つの吸気ポートの並び方向に直交する方向での各燃料噴霧における燃料の流量分布が、各吸気バルブの傘部中心を結ぶ線を挟む両側でピーク値を示すことを特徴とする請求項６記載の内燃機関の燃料噴射装置又は請求項１０記載の内燃機関の燃料噴射方法。

上記発明によると、吸気バルブの傘部中心を挟んで両側で燃料流量が多くなるようにすることで、吸気流動が強い部分に対する燃料の集中度を上げて、気化性能を向上させることが可能となる。
（ロ）各燃料噴霧における燃料の流量分布におけるピーク値が全流量の８％未満に設定されることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の燃料噴射装置又は請求項１０記載の内燃機関の燃料噴射方法。

上記発明によると、燃料噴射が一部に過剰に集中することで、例えば吸気バルブの傘部に付着する燃料の膜厚が厚くなって気化性能が低下することを防止できる。
（ハ）前記気流制御弁が、複数の吸気ポートに分岐する点よりも上流側に介装され、弁体に設けた切欠き部によって閉弁状態で空気の流れを一部の吸気ポートに偏流させることによって、前記複数の吸気ポート間で空気流動の強さに差を生じさせることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃料噴射装置。

上記発明によると、空気の流れを一部の吸気ポートに偏流させることで、燃焼室内に渦流（例えばスワール）を生成する内燃機関において、渦流の生成による燃焼性の改善と共に、空気流動の強さの違いに応じた燃料量の分担によって燃料噴霧の気化性を改善でき、高い燃焼安定性とＨＣ排出量の低減とを実現できる。

本発明の実施形態における内燃機関の縦断面図。 本発明の実施形態における内燃機関の上面図。 本発明の実施形態におけるスワール制御弁を示す正面図。 本発明の実施形態における燃料流量の比率と気化率・ＨＣ排出量との相関を示す図。 本発明の実施形態における燃料噴霧の流量分布特性を示す図。 本発明の実施形態における燃料噴霧の噴霧角の設定を説明するための図。 本発明の実施形態におけるノズルプレートに対する噴孔の配設パターンを示す図。

符号の説明

１…内燃機関、２…シリンダブロック、３…シリンダ、４…ピストン、５…シリンダヘッド、６ａ，６ｂ…吸気バルブ、７ａ，７ｂ…排気バルブ、８，８ａ，８ｂ…吸気ポート、９…スワール制御弁（気流制御弁）、１０…燃料噴射弁、１１…燃焼室、１２…点火プラグ、５１…ノズルプレート、５２…噴孔

Claims (16)

1. １つの気筒に対して設けられた複数の吸気ポートと、前記複数の吸気ポートそれぞれに対して燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えると共に、前記複数の吸気ポート間で空気流動の強さに差が生じる内燃機関の燃料噴射装置であって、
   前記燃料噴射弁が、前記複数の吸気ポートのうちで空気流動が相対的に強くなる吸気ポートに対して、より多くの燃料を噴射することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 前記複数の吸気ポートを流れる空気の流れを制御する気流制御弁を備え、前記気流制御弁を閉じることで、前記複数の吸気ポート間で空気流動の強さに差が生じることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
3. 前記気流制御弁の閉じた状態で前記複数の吸気ポート間で空気流動の強さに差を生じることで、燃焼室内にスワール流を生成することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃料噴射装置。
4. 前記燃料噴射弁が、前記空気流動が相対的に弱い吸気ポートに対して噴射する燃料量に比して、前記空気流動が相対的に強い吸気ポートに対して1.2倍〜1.4倍の燃料量を噴射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
5. 前記燃料噴射弁が、前記空気流動が相対的に強い吸気ポートに対してより多く燃料を噴射すると共に、前記空気流動が相対的に強い吸気ポートに対してより広範囲に燃料を噴射することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
6. １つの気筒に対して２つの吸気ポートを備え、前記燃料噴射弁の各吸気ポートに向かう燃料噴霧の形状が、前記２つの吸気ポートの並び方向に直交する方向に長く、各燃料噴霧の中心が、前記２つの吸気ポートそれぞれに介装される吸気バルブの傘部中心から他方の吸気バルブに近い側にオフセットした位置を指向するように設定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
7. １つの気筒に対して設けられた複数の吸気ポートと、前記複数の吸気ポートそれぞれに対して燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えると共に、前記複数の吸気ポート間で空気流動の強さに差が生じる内燃機関において、
   前記燃料噴射弁による各吸気ポートに対する燃料噴射量を、前記空気流動が相対的に強い吸気ポートに対してより多く設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射方法。
8. 前記空気流動が相対的に弱い吸気ポートに対する燃料噴射量に比して、前記空気流動が相対的に強い吸気ポートに対する燃料噴射量を1.2倍〜1.4倍に設定したことを特徴とする請求項７記載の内燃機関の燃料噴射方法。
9. 前記空気流動が相対的に強い吸気ポートに対してより多く燃料を噴射させると共に、前記空気流動が相対的に強い吸気ポートに対してより広範囲に燃料を噴射させることを特徴とする請求項７又は８記載の内燃機関の燃料噴射方法。
10. １つの気筒に対して２つの吸気ポートを備え、前記燃料噴射弁の各吸気ポートに向かう燃料噴霧の形状が、前記２つの吸気ポートの並び方向に直交する方向に長く、各燃料噴霧の中心が、前記２つの吸気ポートそれぞれに介装される吸気バルブの傘部中心から他方の吸気バルブに近い側にオフセットした位置を指向するように設定されることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射方法。
11. １つの気筒に対して設けられた複数の吸気ポート間で空気流動の強さに差が生じる内燃機関に取り付けられ、ノズルプレートに開口される噴孔から前記複数の吸気ポートそれぞれに燃料を噴射する燃料噴射弁であって、
    前記複数の吸気ポートのうち、空気流動が相対的に強い吸気ポートに向けて燃料を噴射する第１噴孔群と、空気流動が相対的に弱い吸気ポートに向けて燃料を噴射する第２噴孔群とがノズルプレートに対して領域を分けて設けられ、かつ、前記第１噴孔群の噴孔の径が第２噴孔群の噴孔の径よりも大きいことを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
12. 前記第１噴孔群及び第２噴孔群の噴孔が、前記ノズルプレートに対して格子状に配設されることを特徴とする請求項１１記載の内燃機関の燃料噴射弁。
13. 前記第１噴孔群の噴孔に対して、前記第２噴孔群の噴孔の少なくとも一部が、前記ノズルプレートの中心寄りに開口されることを特徴とする請求項１１又は１２記載の内燃機関の燃料噴射弁。
14. １つの吸気ポートに対して２つの吸気ポートを備え、前記燃料噴射弁の先端と各吸気ポートに設けられる吸気バルブの中心とを結ぶ線がなす角度をθbaseとしたときに、前記燃料噴射弁から各吸気ポートに向かう燃料噴霧の中心がなす角度θ１が、θbaseの８５〜９５％であることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射弁。
15. １つの吸気ポートに対して２つの吸気ポートを備え、前記燃料噴射弁の先端と各吸気ポートに設けられる吸気バルブの中心とを結ぶ線がなす角度をθbaseとしたときに、前記燃料噴射弁から各吸気ポートに向かう燃料噴霧の、吸気ポートの並び方向における広がり角度θ２が、θbaseの６５〜７５％であることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射弁。
16. １つの吸気ポートに対して２つの吸気ポートを備え、前記燃料噴射弁の先端と各吸気ポートに設けられる吸気バルブの中心とを結ぶ線がなす角度をθbaseとし、前記燃料噴射弁から各吸気ポートに向かう燃料噴霧の、吸気ポートの並び方向と直交する方向における広がり角度をθ３としたときに、空気流動が相対的に強い吸気ポートに向かう燃料噴霧の角度θ３は、θbaseの８０〜９０％であり、空気流動が相対的に弱い吸気ポートに向かう燃料噴霧の角度θ３は、θbaseの７０〜８０％であることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射弁。

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