JP2018204445A - 燃料噴射弁及びエンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、燃焼室内に高均質な燃料噴霧が形成でき、かつ壁面付着を低減する燃料噴射弁を提供することにある。
【解決手段】
燃料噴射弁は、燃焼室に直接、燃料を噴射する燃料噴射弁において、燃料噴射孔の中心軸がピストン上面中心よりも点火プラグ先端部の側を指向する第１噴射孔グループと、燃料噴射孔の中心軸が前記点火プラグ先端部よりも前記ピストン上面中心の側を指向する第２噴射孔グループを有し、前記第１噴射孔グループの燃料噴射孔は、前記第２噴射孔グループの燃料噴射孔から噴射される噴霧の流量よりも大きく、かつペネトレーションが小さくなるように構成される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ガソリンエンジン等の内燃機関に用いられる燃料噴射弁、及びエンジンシステムに関する。

近年、自動車におけるガソリンエンジンは燃費改善の要求が高まっており、燃費に優れたエンジンとして、燃焼室内に燃料を直接噴射し、噴射された燃料と吸入空気との混合気を点火プラグで点火して爆発させる筒内噴射式エンジンが普及してきている。しかし、筒内噴射式エンジンは噴射地点から壁面までの距離が短いために燃料が燃焼室内に付着しやすく、温度の低い壁面に付着した燃料が不完全燃焼することで発生する粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）の抑制が課題となっている。この課題を解決するためには、燃焼室内の混合気形成の最適化が必要である。

また、近年では、燃料と空気との理論混合比（ストイキ）よりも空気の比率を高くする希薄（リーン）燃焼を行い、冷却損失を低減し熱効率を向上する技術が注目されている。しかしながら、リーン燃焼では、燃焼室内の燃焼速度が低下することによってエンジンの効率が低下したり、異常燃焼が起こるなどの問題がある。この問題を解決するため、例えば特許文献１には、吸気ポートにバルブを設置し、希薄燃焼時に流路を絞り高速流を偏在させ、燃焼室内の流動（タンブル）を強化することで、燃焼速度を向上する技術が記載されている。一方で、希薄混合気を筒内に均質に分布させて燃焼する、均質希薄燃焼の高効率化のためには、均質度が高く、壁面への付着量の小さい噴霧の実現が求められる。特許文献２には、空気流動の小さい低回転領域での噴霧を最適化する技術が記載されている。

特開２００１−５５９２５号公報 特開２００５−２４８８５７号公報

特許文献２に開示されている技術は、空気流動の小さい低回転領域での噴霧を最適化する。しかしながら、特許文献２に開示されている技術には、タンブル制御バルブ閉弁時の高速流が偏在する場合についての記載はなく、高均質混合気の形成と壁面付着の低減は困難であった。

以上の課題を鑑みて、本発明の目的は、燃焼室内に高均質な燃料噴霧が形成でき、かつ壁面付着を低減する燃料噴射弁を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の燃料噴射弁は、燃焼室に直接、燃料を噴射する燃料噴射弁において、燃料噴射孔の中心軸がピストン上面中心よりも点火プラグ先端部の側を指向する第１噴射孔グループと、燃料噴射孔の中心軸が前記点火プラグ先端部よりも前記ピストン上面中心の側を指向する第２噴射孔グループを有し、前記第１噴射孔グループの燃料噴射孔は、前記第２噴射孔グループの燃料噴射孔から噴射される噴霧の流量よりも大きく、かつペネトレーションが小さくなるように構成される。

本発明によれば、燃焼室内に高均質な燃料噴霧が形成でき、かつ壁面付着を低減する燃料噴射弁を提供することができる。本発明のその他の構成、作用、効果については以下の実施例において詳細に説明する。

本発明に係る内燃機関の構成の概要を示した図である。 本発明の第１実施例に係るインジェクタを示した図である。 本発明の第１実施例に係る内燃機関の断面図（タンブル制御バルブ開弁時）である。 本発明の第１実施例に係る内燃機関の断面図（タンブル制御バルブ閉弁時）である。 本発明の第１実施例に係る内燃機関の燃料噴射を示した図である。 本発明の第１実施例に係る内燃機関の燃料噴射直後の混合気を示した図である。 本発明の第１実施例に係る内燃機関の、圧縮行程中期における混合気を示した図である。 本発明の第１実施例に係る内燃機関の、圧縮行程後期における混合気を示した図である。 本発明の第１実施例に係るインジェクタから噴射される噴霧を示した図である。 本発明の第１実施例に係るインジェクタの先端の拡大正面図である。 本発明の第１実施例に係るインジェクタの先端の拡大断面図である。 本発明の第１実施例に係るインジェクタの先端と噴霧を示した図である。 本発明の第１実施例に係る内燃機関の、タンブル制御バルブ開弁時の燃料噴射（制御前）を示した図である。 本発明の第１実施例に係る内燃機関の、タンブル制御バルブ開弁時の燃料噴射（制御後）を示した図である。 本発明の第１実施例に係る内燃機関の、タンブル制御バルブの開度による燃料供給圧力を示した図である。 本発明の第２実施例に係るインジェクタの先端の拡大正面図である。 本発明の第２実施例に係るインジェクタの先端の拡大断面図である。 本発明の第２実施例に係るインジェクタの先端と噴霧を示した図である。

以下、本発明に係る実施例を説明する。

本発明の第１の実施例に係る内燃機関および燃料噴射弁（インジェクタ）について、図１と図２を用いて以下説明する。
図１は、筒内噴射式エンジンの構成の概要を示した図である。図１を用いて筒内噴射式エンジンの基本的な動作を説明する。図１において、シリンダヘッド１０１とシリンダブロック１０２、シリンダブロック１０２に挿入されたピストン１０３により燃焼室１０４が形成され、燃料室１０４に向けて吸気管１０５と排気管１０６がそれぞれ２つに分岐して接続されている。吸気管１０５の開口部には吸気弁１０７が、排気管１０６の開口部には排気弁１０８がそれぞれ設けられ、カム動作方式により開閉するように動作する。

ピストン１０３はコンロッド１１４を介してクランク軸１１５と連結されており、クランク角センサ１１６によりエンジン回転数を検知できる。回転数の値はＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１１８に送られる。クランク軸１１５には図示しないセルモータが連結され、エンジン始動時にはセルモータによりクランク軸１１５を回転させ始動することができる。シリンダブロック１０２には水温センサ１１７が備えられ、図示しないエンジン冷却水の温度を検知できる。エンジン冷却水の温度はＥＣＵ１１８に送られる。

図１は1気筒のみの記述だが、吸気管１０５の上流には図示しないコレクタが備えられ、気筒ごとに空気を分配する。コレクタの上流には図示しないエアフローセンサとスロットル弁が備えられ、燃料室１０４に吸入される空気量をスロットル弁の開度によって調節できる。

燃料は燃料タンク１０９に貯蔵され、フィードポンプ１１０によって高圧燃料ポンプ１１１に送られる。フィードポンプ１１０は燃料を０．３ＭＰａ程度まで昇圧して高圧燃料ポンプ１１１に送る。高圧燃料ポンプ１１１により昇圧された燃料はコモンレール１１２に送られる。高圧燃料ポンプ１１１は燃料を３０ＭＰａ程度まで昇圧してコモンレール１１２に送る。コモンレール１１２には燃圧センサ１１３が設けられ、燃料圧力（燃圧）を検知する。燃圧の値はＥＣＵ１１８に送られる。

図２は、本実施例の燃料噴射弁の例として、電磁式燃料噴射弁の例を示す図である。図２を用いて噴射装置の基本的な動作を説明する。図２において、燃料は燃料供給口２１２から供給され、燃料噴射弁の内部に供給される。図２に示す電磁式燃料噴射弁１１９は、通常時閉型の電磁駆動式であって、コイル２０８に通電がないときには、弁体２０１がスプリング２１０によって付勢され、ノズル体２０４に溶接などで接合されたシート部材２０２に押し付けられ、燃料がシールされるようになっている。弁体２０１の弁体シート部が着座するシート部材２０２のシート部の下流側には複数の燃料噴射孔３０１（噴射孔）が形成される。このとき、筒内噴射用燃料噴射弁では、供給される燃料圧力がおよそ１ＭＰａから５０ＭＰａの範囲である。

コネクタ２１１を介してコイル２０８に通電されると、電磁弁の磁気回路を構成するコア（固定コア）２０７、ヨーク２０９、アンカー２０６に磁束密度を生じて、空隙のあるコア２０７とアンカー２０６の間に磁気吸引力を生じる。磁気吸引力が、スプリング２１０の付勢力と前述の燃料圧力による下流方向への付勢力を合算した付勢力よりも大きくなると、弁体２０１はガイド部材２０３、弁体ガイド２０５にガイドされながらアンカー２０６によってコア２０７側に吸引され、開弁状態となる。開弁状態となると、シート部材２０２のシート部から弁体２０１の弁体シート部が離座するため、これらの間に隙間が生じる。これにより高圧の燃料がシート部材２０２に形成された燃料噴射孔を介して、噴射される。燃料の噴射が開始されると、燃料圧力として与えられたエネルギは運動エネルギに変換され、燃料噴射弁下端部に空いた燃料噴射孔に至り噴射される。

図３は、図１と同じ断面の、燃焼室内の拡大図である。気筒の径方向側面部に燃料噴射弁１１９が備えられている。点火プラグ１２０は気筒の軸方向上面部で排気管１０６の近傍に備えられている。吸気ポート１０５には隔壁１２１が取り付けられる。この隔壁１２１は吸気ポート１０５の通路を気筒軸方向おいて上下に仕切るように構成される。つまり、吸気ポート１０５の空気流路が隔壁１２１により上側流路と下側流路とに分けられる。タンブル制御バルブ１２２は隔壁１２１の上流側に配置され、吸気ポート１０５の流路の一部が開閉されるように制御される。具体的にはタンブル制御バルブ１２２は隔壁１２１によって形成される吸気ポート１０５の下側流路の開閉を行う。

ＥＣＵ１１８はセンサの信号をモニタし、第１の燃料噴射弁１１９や点火プラグ１２０、高圧燃料ポンプ１１１、タンブル制御バルブ１２２といったデバイスの作動を制御できる。ＥＣＵ１１８のＲＯＭには一般的に用いられるエンジン回転数や水温、空燃比に応じた各種デバイスの設定値がマップデータとして記録されている。図３は、タンブル制御バルブ１２２が開き状態であり、吸気行程において隔壁１２１の上側流路を通る流れ１２３と隔壁の下部流路を通る流れ１２４が形成される。

図４は図３と同じ断面の、タンブル制御バルブ１２２が閉じた状態を示した図である。吸気ポート１０５に付与された隔壁１２１の上側流路を通る流れ１２５は、燃焼室内に強い流れを形成する。一方、隔壁１２１に阻害されることで、下側流路の流れ１２６は流れ１２５に比べて弱い流れとなる。このとき、バルブの中心軸１２７をピストン上部まで延在させて燃焼室内の領域を領域１２８と領域１２９に分けた場合、吸気行程において、領域１２８には強い流れが形成し、領域１２９には弱い流れが形成される。

図５は、図４と同じ断面において、ピストン１０３が下降中に燃料噴射弁１１９から燃料を噴射した場合の模式図である。インジェクタ１１９から流動の強い領域１２８へと燃料噴霧１３０を噴射し、流動の弱い領域１２９へと燃料噴霧１３１を噴射する。すなわち、燃焼室１０４に直接、燃料を噴射するインジェクタ１１９において、燃料噴射孔３０１の中心軸３０５がピストン上面中心１０３ａよりも点火プラグ先端部１２０ａの側を指向する第１噴射孔グループ１４０と、燃料噴射孔の中心軸が点火プラグ先端部１２０ａよりもピストン上面中心１０３ａの側を指向する第２噴射孔グループ１４１を有する。そして第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）から燃料噴霧１３０を噴射し、第２噴射孔グループ１４１の燃料噴射孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）から燃料噴霧１３１を噴射する。なお、燃料噴霧１３０は第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）のうちの一つの燃料噴射孔からの燃料噴霧を示し、同様に燃料噴霧１３１は第２噴射孔グループ１４１の燃料噴射孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）のうちの一つの燃料噴射孔からの燃料噴霧を示す。１３２は燃料噴霧１３０の中心軸の噴霧方向を示し、これは第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）の中心軸とほぼ同様の方向である。同様に１３３は燃料噴霧１３１の中心軸の噴霧方向を示し、これは第２噴射孔グループ１４１の燃料噴射孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）の中心軸とほぼ同様の方向である。

そして本実施例の燃料噴射弁は、ピストン１０３が下死点にいる状態において、第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）は、第２噴射孔グループ１４１の燃料噴射孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）から噴射される噴霧の流量よりも大きく、かつペネトレーションが小さくなるように構成される。つまり、流動の強い領域１２８に対しては、第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）により領域１２９への噴霧に比べて燃料の噴射流量が大きく、かつ噴霧の貫徹力（ペネトレーション）が小さくなるようにする。これにより、強い流動による燃料の分散効果を得ることができ、かつシリンダへの燃料の付着を低減することができる。一方、流動の弱い領域１２９に対しては第２噴射孔グループ１４１の燃料噴射孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）により、領域１２８への噴霧に比べて燃料噴霧１３１が小流量とし、また流れによる分散性も弱いため、噴霧の貫徹力（ペネトレーション）が燃料噴霧１３０に比べて強くなるようにする。これにより、燃料噴霧１３１の有する運動量で燃料を拡散させることができる。

すなわち、第１噴射孔グループの噴射孔から噴射される噴霧は、第２噴射孔グループの噴射孔から噴射される噴霧の流量よりも大きく、かつペネトレーションが小さくなるように構成することで、流動の強い領域１２８と流動の弱い領域１２９のそれぞれに対し、分散性に優れ、付着量の少ない噴霧を実現できる。

図６は、燃料噴射直後における燃料の存在領域を示した図である。燃料噴霧１３０は流量が多いために、広い範囲で燃料分布１３０ａを形成し、燃料噴霧１３１は流動の弱い領域に燃料分布１３１ａを形成する。このとき、筒内に形成された順タンブル方向（図の時計回り方向）のタンブル１３４によって、燃料分布は順タンブル方向に移動する。

図７は、ピストン１０３が上方向に動作する圧縮行程中（圧縮行程初期）の燃料室内の燃料分布を示した図である。燃料分布１３０ａと燃料分布１３１ａは順タンブル方向に移動し、それぞれ燃料分布１３０ｂと燃料分布１３１ｂを形成する。図８は圧縮行程後期の燃料分布を示した図である。燃料分布１３０ｂと燃料分布１３１ｂは、燃料室内に均質混合気１３５を形成する。

以上の通り本実施例の燃料噴射弁は、上記したように燃料噴射孔３０１の中心軸３０３がピストン上面中心１０３ａよりも点火プラグ先端部１２０ａの側を指向する第１噴射孔グループ１４０と、燃料噴射孔３０１の中心軸３０３が点火プラグ先端部１２０ａよりもピストン上面中心１０３ａの側を指向する第２噴射孔グループ１４１を有する。そして、第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）は、第２噴射孔グループ１４１の燃料噴射孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）から噴射される噴霧の流量よりも大きく、かつペネトレーションが小さくなるように構成される。これにより、流動の強い領域に対してはタンブル流による分散を、流動の弱い領域に対しては噴霧の運動量による分散を行う。よって、タンブル制御弁が閉まり高速流動が偏在する燃焼室においても、均質性の高く、壁面への付着の少ない混合気を形成することができる。

図９は、燃料噴射弁１１９に付与された第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）から噴射される燃料噴霧１３０と、第２噴射孔グループ１４１の燃料噴射孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）から噴射される燃料噴霧１３１の模式図である。Ｌ１３０は第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）から噴射される燃料噴霧１３０のペネトレーションを表し、Ｌ１３１は第２噴射孔グループ１４１の燃料噴射孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）から噴射される燃料噴霧１３１のペネトレーションを表す。第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）から噴射される噴霧は、第２噴射孔グループ１４１の燃料噴射孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）から噴射される噴霧の流量よりも大きく、かつペネトレーションＬ１３０がペネトレーションＬ１３1よりも小さくなるように構成される。

図１０は、燃料噴射弁の先端の拡大図である。本実施例は、第１噴射孔グループ１４０が３つの燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）からなり、第２噴射孔グループ１４１が３つの燃料噴射孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）からなる、６噴射孔のマルチホール型の燃料噴射弁である。ただし、本発明は各噴射孔グループ（１４０、１４１）の燃料噴射孔の数が３つに限定されるものではない。本実施例において、第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）と第２噴射孔グループ１４１の燃料噴射孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）とが異なる孔径となるように構成される。具体的には第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）に比べ、第２噴射孔グループ１４１の燃料噴射孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）の孔径の方が小さくなるように構成される。これにより第２噴射孔グループ１４１の燃料噴射孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）から噴射される噴霧に比べ、第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）から噴射される噴霧の流量を大きくすることができる。第２噴射孔グループ１４１の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）の中心軸３０３に垂直な方向の最小断面積が、第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）の中心軸３０３に垂直な方向の最小断面積と比べて小さくなるように構成されると言っても良い。

図１１は、第１噴射孔グループ１４０に属する燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）の噴射孔軸３０３と、弁体軸３０５に平行な、燃料噴射弁先端の拡大断面図である。燃料噴射弁先端は、弁体２０１、シート部材２０２、サック室３０２で、弁座面３０４などにより構成される。燃料は弁体２０１とシート部材２０２の隙間を通り、流れ３１１の経路を通って燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）に流入するか、サック室３０２を経由し、流れ３１２の経路を通って燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）に流入する。本実施例では、第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）は、出口に向かって断面積が拡大するように構成される。出口に向かって流路が広がることで、主流方向の流速が低下するとともに、噴射孔出口での噴射方向３０６が広がり、ペネトレーションが低下する。

図１２は、第１噴射孔グループ１４０から噴射される燃料噴霧１３０と、第２噴射孔グループ１４１から噴射される燃料噴霧１３１の、燃料噴射弁近傍の拡大図である。第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）は上記したように出口に向かって広がりテーパを有しており、噴射孔出口より下流で噴霧が広がることで、ペネトレーションが低下する。すなわち、第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）は噴射出口に向かって断面積が増加するテーパを有することで、第２噴射孔グループ１４１の燃料噴射孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）から噴射される燃料噴霧１３１に比べ、ペネトレーションの小さい燃料噴霧１３０を噴射することができる。なお、第２噴射孔グループ１４１の燃料噴孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）は、噴孔出口に向かって断面積が小さくなる、絞りテーパ形状としても良い。第２噴射孔グループ１４１の燃料噴孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）を絞りテーパ形状とすることで、噴射孔出口での噴霧角が小さくなり、ペネトレーションが大きくなる。

次に、タンブル制御バルブ１２２の開度による制御方法を、図１３を用いて説明する。図１３は、タンブル制御バルブ１２２が開き状態での、燃料噴射を表した図である。タンブル制御バルブ１２２が開いた状態では、隔壁１２１の下部からの流れ込み１２４が発生することで、下向きの強い流れが形成される。これにより、貫徹力の弱い、第１噴射孔グループ１４０に属する燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）から噴射される燃料噴霧は、流れに負けて下向きに流れてしまい、燃焼室内に十分に分散されない。そこで、燃料噴射圧力を上昇させることで、図１４に示すように、噴霧の貫徹力を上昇させ、燃焼室内に十分に燃料を分散させることができる。すなわち、タンブル制御バルブ１２２の開度を大きくするに従って、燃料の供給圧力を高めるように制御することで、燃焼室内に均質な混合気を形成することができる。具体的にはコモンレール１１２に燃料を供給する高圧燃料ポンプ１１１を制御することで供給燃料が高くなるように制御する。

図１５に、タンブル制御バルブ１２２と燃料供給圧力の関係を示す。内燃機関の制御装置であるＥＣＵ１１８は、要求負荷が高い場合には、タンブル制御バルブ１２２の開度を上げる。このとき、燃料供給圧力をタンブル制御バルブ１２２の開度に応じて上げることで、第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）から噴射される噴霧の貫徹力を高め、燃焼室内に均質な混合気を形成することができる。一方、エンジンへの要求負荷が中・低負荷の場合には、リーン均質燃焼モードへと変わり、タンブル制御バルブ１２２の開度を小さくするように制御する。このとき、均質混合気と低付着量を両立するため、燃料供給圧力を下げ、第１噴射孔グループ１４０の燃料噴射孔（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ）から噴射される噴霧の貫徹力を下げるように制御する。

以上の通り図３に示したように、本実施例のエンジンシステムでは気筒の空気入口側の吸気ポート１０５に空気流路を気筒の軸方向上下に分ける隔壁１２１が設けられる。そしてこのエンジンシステムにおいて、隔壁１２１の下側流路を開閉する絞り弁１２２が設けられている。またこのエンジンシステムにおいて、低負荷、又は中負荷の状態で絞り弁１２２が閉じられるように制御する制御部を備えることが望ましい。またこのエンジンシステムにおいて、絞り弁１２２の開度を大きくするに従って、燃料噴射弁１１９に供給する燃料圧力を高めるように制御する制御部（ＥＣＵ）を備えることが望ましい。

以上の本実施例によれば、吸気ポート１０５の流路を絞り燃焼室内に高速流が形成されている場合に、高均質で、壁面付着を低減する燃料噴射弁、又はエンジンシステムを提供することが可能となる。

本発明の第２の実施例に係る燃料噴射弁について、図１６から図１８を用いて以下説明する。実施例１と筒内噴射式エンジン、及び燃料噴射弁の基本的な構成は同じなので説明を省略する。また同様の符号は実施例１と同じ機能を示すため説明を省略する。本実施例に係る燃料噴射弁は、燃料噴射孔の中心軸がピストン上面中心１０３ａよりも点火プラグ先端部１２０ａの側を指向する第１噴射孔グループ１４３に属する燃料噴射孔（３０１ａ´、３０１ｂ´、３０１ｃ´）において、噴孔軸に垂直な方向の断面がオーバル形状で構成され、オーバル形状の長軸方向が噴射孔軸方向によって変化するねじり噴射孔により構成される。その他の構成は第１の実施例と同一とする。燃料噴射孔の中心軸が点火プラグ先端部１２０ａよりもピストン上面中心１０３ａの側を指向する第２噴射孔グループ１４４に属する燃料噴射孔（３０１ｄ´、３０１ｅ´、３０１ｆ´）については実施例１の燃料噴射孔（３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆ）と同様に真円形状で形成される。なお、オーバル形状は卵形、長円形、又は楕円形などを含む形状であるが、本実施例では特に楕円形であることが望ましい。以下においては楕円を例として説明するが、本発明はこれに限定されるわけではない。

図１６は、図１０と同様の、燃料噴射弁先端の拡大図である。第２の実施例では、第１噴射孔グループ１４３が楕円噴孔（３０１ａ´、３０１ｂ´、３０１ｃ´）で構成される。図１７（ａ）に、図１１と同様の、燃料噴射弁先端の拡大断面図を示す。本実施例に係る燃料噴射弁では、楕円噴孔（３０１ａ´、３０１ｂ´、３０１ｃ´）の中心軸３０３に垂直な方向の断面は楕円で構成される。なお、断面の一部は真円としてもよい。図１７（ｂ）に、噴射孔入口と噴射孔出口での断面形状を示す。本実施例では、楕円噴孔（３０１ａ´、３０１ｂ´、３０１ｃ´）の噴射孔入口の断面は真円で構成し、噴射孔出口の断面を楕円で構成する。また、楕円の長軸方向は、噴射孔軸方向によって変化するねじり噴射孔である。ねじり噴射孔を通る流れは、噴射孔の軸周りの回転方向の流れ（スワール）を形成する。

図１８は、第１噴射孔グループ１４３から噴射される燃料噴霧１３０と、第２噴射孔グループ１４４から噴射される燃料噴霧１３１の、燃料噴射弁近傍の拡大図である。第１噴射孔グループ１４３はねじり噴射孔（３０１ａ´、３０１ｂ´、３０１ｃ´）により構成され、噴射孔出口より下流で噴霧が広がることで、ペネトレーションが低下する。すなわち、第１噴射孔グループ１４３の燃料噴射孔（３０１ａ´、３０１ｂ´、３０１ｃ´）は噴孔軸３０３に垂直な方向の断面が楕円で構成され、楕円の長軸方向が噴射孔軸方向によって変化するねじり噴射孔により構成される。また実施例１と同様に第１噴射孔グループ１４３の全ての燃料噴射孔（３０１ａ´、３０１ｂ´、３０１ｃ´）の最小断面積と比べて第２噴射孔グループ１４４の全ての燃料噴射孔（３０１ｄ´、３０１ｅ´、３０１ｆ´）の最小断面積が小さくなるように構成されることが望ましい。これにより、第２噴射孔グループ１４４の燃料噴射孔（３０１ｄ´、３０１ｅ´、３０１ｆ´）から噴射される燃料噴霧１３３に比べ、流量は大きく、かつ、ペネトレーションの小さい噴霧を噴射することができる。

１０１…シリンダヘッド
１０２…シリンダブロック
１０３…ピストン
１０４…燃焼室
１０５…吸気管
１０６…排気管
１０７…吸気弁
１０８…排気弁
１０９…燃料タンク
１１０…フィードポンプ
１１１…高圧燃料ポンプ
１１２…コモンレール
１１３…燃圧センサ
１１４…コンロッド
１１５…クランク軸
１１６…クランク角センサ
１１７…水温センサ
１１８…ＥＣＵ
１１９…燃料噴射弁
１２０…点火プラグ
１２１…隔壁
１２２…タンブル制御バルブ
１２３…隔壁上部流れ
１２４…隔壁下部流れ
１２５…隔壁上部流れ（タンブル制御バルブ閉状態時）
１２６…隔壁下部流れ（タンブル制御バルブ閉状態時）
１２７…吸気バルブ中心軸
１２８…強流動領域
１２９…弱流動領域
１３０…第１噴射孔グループの噴射孔からの噴霧
１３１…第２噴射孔グループの噴射孔からの噴霧
１３２…第１噴射孔グループの噴射孔からの噴霧方向
１３３…第２噴射孔グループの噴射孔からの噴霧方向
１３４…タンブル流
１３５…混合気
１４０…第１噴射孔グループの噴射孔
１４１…第２噴射孔グループの噴射孔
２０１…弁体
２０２…シート部材
２０３…ガイド部材
２０４…ノズル体
２０５…弁体ガイド
２０６…アンカー
２０７…コア
２０８…コイル
２０９…ヨーク
２１０…スプリング
２１１…コネクタ
２１２…燃料供給口
３０１…噴射孔
３０２…サック室
３０３…噴射孔中心軸
３０４…弁座面
３０５…弁体中心軸
３０６…噴孔出口での速度ベクトル
３０７…噴孔出口での速度ベクトル
３１１…シート部側からの流れ込み
３１２…サック室側からの流れ込み

Claims (10)

1. 燃焼室に直接、燃料を噴射する燃料噴射弁において、燃料噴射孔の中心軸がピストン上面中心よりも点火プラグ先端部の側を指向する第１噴射孔グループと、燃料噴射孔の中心軸が前記点火プラグ先端部よりも前記ピストン上面中心の側を指向する第２噴射孔グループを有し、前記第１噴射孔グループの燃料噴射孔は、前記第２噴射孔グループの燃料噴射孔から噴射される噴霧の流量よりも大きく、かつペネトレーションが小さくなるように構成される燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記第１噴射孔グループの燃料噴射孔は噴射出口に向かって断面積が増加するテーパを有するように構成された燃料噴射弁。
3. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記第２噴射孔グループの燃料噴射孔の中心軸に垂直な方向の最小断面積が、前記第１噴射孔グループの燃料噴射孔の中心軸に垂直な方向の最小断面積と比べて小さくなるように構成された燃料噴射弁。
4. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記第１噴射孔グループの燃料噴射孔の中心軸に垂直な方向の断面がオーバル形状であり、オーバル形状の長軸方向が噴射孔軸方向によって変化するねじり噴射孔により構成された燃料噴射弁。
5. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記第１噴射孔グループの燃料噴射孔の入口の断面が真円で構成され、出口の断面が楕円で構成された燃料噴射弁。
6. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記第１噴射孔グループの全ての燃料噴射孔の最小断面積と比べて前記第２噴射孔グループの全ての燃料噴射孔の最小断面積が小さくなるように構成された燃料噴射弁。
7. 請求項1に記載の燃料噴射弁が気筒に取り付けられ、
   前記気筒の空気入口側の吸気ポートに空気流路を前記気筒の軸方向上下に分ける隔壁が設けられたエンジンシステム。
8. 請求項７に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記隔壁の下側流路を開閉する絞り弁が設けられたエンジンシステム。
9. 請求項８に記載のエンジンシステムにおいて、
   低負荷、又は中負荷の状態で前記絞り弁が閉じられるように制御する制御部を備えたエンジンシステム。
10. 請求項８に記載のエンジンシステムにおいて、絞り弁の開度を大きくするに従って、前記燃料噴射弁に供給する燃料圧力を高めるように制御する制御部を備えたエンジンシステム。
    

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