JP3419692B2 - 筒内噴射式内燃機関および筒内噴射用燃料噴射弁 - Google Patents

筒内噴射式内燃機関および筒内噴射用燃料噴射弁

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JP3419692B2
JP3419692B2 JP26954798A JP26954798A JP3419692B2 JP 3419692 B2 JP3419692 B2 JP 3419692B2 JP 26954798 A JP26954798 A JP 26954798A JP 26954798 A JP26954798 A JP 26954798A JP 3419692 B2 JP3419692 B2 JP 3419692B2
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/12—Other methods of operation
    • F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • 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)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料を直接燃焼
室に噴射する４サイクルの筒内噴射式内燃機関およびそ
れに用いられる筒内噴射式噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、高出力時には予混合燃焼を行い、
低出力時には層状燃焼を行い、それぞれの燃焼状態を機
関の運転状態によって切り替えるようにした筒内噴射式
内燃機関において、再公表特許ＷＯ９６／３６８０８に
記載されているように、燃焼室形状や空気流動方法、燃
料噴射弁の位置および噴霧等の特性、点火プラグの位置
等を最適化して、出力向上と燃費向上という相反する要
求を同時に成立させる手段が提案なされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】筒内噴射式内燃機関を
自動車用エンジンとして採用する場合、エンジンの方式
や緒元、吸排気系部品や燃料系部品のレイアウト、車両
外観等の種々の制約があり、全てに上述の公知手段を採
用できるわけではない。つまり、既存の技術・設備をで
きるだけ流用しながら出力向上と燃費向上とを両立させ
る方式を採用しなければ、コストが高くなり、事業の採
算性が成り立たない。このような背景の下で、最も重要
な技術課題の１つとして、予混合燃焼と層状燃焼との両
立があげられる。これら２つの燃焼コンセプトの両立の
ためには、上述したように、燃焼室形状や空気流動方
法、燃料噴射弁の位置および噴霧等の特性、点火プラグ
の位置等が関係しているが、基本的には、予混合燃焼に
おいては拡散する噴霧によって均質な混合気を生成する
必要があり、層状燃焼においては収束する噴霧を点火プ
ラグ近傍に集める必要がある。従来の公知手段では、噴
射背圧の差によって、燃料噴射弁の噴霧の基本形状を変
化させていることから、ある背圧下での噴霧特性を規定
すれば、他の背圧下での噴霧特性は成り行きで決定され
ることになり、噴霧特性の制御が困難となり、噴霧特性
の最適化が図れないという課題があった。
【０００４】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、予混合燃焼においては、噴霧特
性は、空気と燃料噴霧との混合に対して、空間的に広い
範囲で、かつ、時間的に長い範囲で影響を与えるが、層
状燃焼においては、噴霧特性は、空気と燃料噴霧との混
合に対して、空間的に狭い範囲で、かつ、時間的に短い
範囲で影響を与えること、つまり、これらの２つの燃焼
コンセプトにおいて要求される噴霧特性は、空間的に
も、時間的にも差異をもっていることに着目し、層状燃
焼において要求される噴霧の空間的、時間的範囲におい
ては層状燃焼に適した噴霧特性を実現し、予混合燃焼に
おいて要求される噴霧の空間的、時間的範囲においては
予混合燃焼に適した噴霧特性を実現し、出力向上と燃費
向上とを両立できる安価な筒内噴射式内燃機関およびそ
れに用いられる筒内噴射用燃料噴射弁を得ることを目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明に係る筒内噴射
式内燃機関は、シリンダ内に往復動可能に配設されたピ
ストンの上面とシリンダヘッドの下面との間に形成され
た燃焼室と、該燃焼室内へ直接燃料を噴射する筒内噴射
用燃料噴射弁と、上記燃焼室内に臨むように上記シリン
ダヘッドに配設された点火プラグと、上記燃焼室に臨む
ように上記シリンダヘッドに設けられた吸気ポートと、
上記燃焼室に臨むように上記シリンダヘッドに設けられ
た排気ポートを備えた筒内噴射式内燃機関において、上
記燃料噴射弁の噴霧パターンは、該燃料噴射弁の噴口か
ら噴霧先端までの距離が略第１の所定の距離までは該燃
料噴射弁の噴口軸に対して略軸対称形状を有する第１の
噴霧パターンを採り、該燃料噴射弁の噴口から噴霧先端
までの距離が略第１の所定の距離より長い略第２の所定
の距離以上では該燃料噴射弁の噴口軸に直交する断面形
状が該噴口軸に直交する一方向に広がりを持つ略点対称
形状もしくは略線対称形状を有する第２の噴霧パターン
を採り、層状燃焼を行なわせる運転モードでは、上記第
１の噴霧パターンを採る噴霧が上記ピストンの圧縮行程
中に噴霧され、予混合燃焼を行なわせる運転モードで
は、上記第１および第２の噴霧パターンを採る噴霧が上
記ピストンの吸気行程中に噴霧されるようにしたもので
ある。
【０００６】また、上記燃料噴射弁は、上記燃料噴射弁
の噴口軸が上記吸気ポートから上記燃焼室に吸気される
空気の主流方向と略平行で、かつ、上記第２の噴霧パタ
ーンの該噴口軸に直交する断面形状における短軸方向が
上記吸気ポートから上記燃焼室に吸気される空気の主流
に向くように上記シリンダヘッドに配設されているもの
である。
【０００７】また、上記第１の噴霧パターンは実質的に
略円錐状であり、上記第２の噴霧パターンは上記噴口軸
に直交する断面形状が略偏平あるいは略メガネ状であ
る。
【０００８】また、圧縮行程中に行われる上記第１の噴
霧パターンを採る噴霧は、上記ピストンの上面に衝突す
る時点での上記燃料噴射弁の噴口から噴霧先端までの長
さが上記略第１の所定の距離以下となるようなタイミン
グで行われるものである。
【０００９】また、吸気行程中に行われる上記第１およ
び第２の噴霧パターンを採る噴霧は、その噴霧先端が直
接的に上記ピストンの上面に干渉しないタイミングで行
われるものである。
【００１０】また、吸気行程中に行われる上記第１およ
び第２の噴霧パターンを採る噴霧は、上記燃焼室の内壁
面に直接的に干渉しないものである。
【００１１】また、上記燃料噴射弁は、噴射される燃料
にスワールを与えるスワール発生部材を有するものであ
る。
【００１２】また、上記第２の噴霧パターンの上記噴口
軸に直交する断面形状における広がり方向が、上記スワ
ール発生部材の円周方向位置設定により決定されるもの
である。
【００１３】また、上記スワール発生部材は、上記燃料
噴射弁の弁シート部の上流に配設され、２つの旋回溝が
点対称に形成された旋回体であり、上記第２の噴霧パタ
ーンの上記噴口軸に直交する断面形状における広がり方
向の決定が、上記燃料噴射弁の弁軸に対する該旋回体の
周方向の位置を決めて行われるようにしたものである。
【００１４】また、上記旋回体は弁本体との間で円周方
向の位置決めがなされて該弁本体に収容され、該弁本体
はソレノイド部分との間で円周方向の位置決めがなされ
て該ソレノイド部分に収容されているものである。
【００１５】また、上記燃料噴射弁の噴口軸が可動軸の
軸方向に対して傾斜しているものである。
【００１６】また、この発明に係る筒内噴射用燃料噴射
弁は、燃料を燃焼室内に直接噴射する筒内噴射用燃料噴
射弁において、噴口から噴霧先端までの距離が略第１の
所定の距離までは噴口軸に対して略軸対称形状を有する
第１の噴霧パターンを採り、該噴口から噴霧先端までの
距離が略第１の所定の距離より長い略第２の所定の距離
以上では該噴口軸に直交する断面形状が該噴口軸に直交
する一方向に広がりを持つ略点対称形状もしくは略線対
称形状を有する第２の噴霧パターンを採るように構成さ
れているものである。
【００１７】また、上記略第１の噴霧パターンは実質的
に略円錐状であり、上記第２の噴霧パターンは上記噴口
軸に直交する断面形状が略偏平あるいは略メガネ状であ
る。
【００１８】また、噴射される燃料にスワールを与える
スワール発生部材を有するものである。
【００１９】また、上記第２の噴霧パターンの上記噴口
軸に直交する断面形状における広がり方向が、上記スワ
ール発生部材の円周方向位置設定により決定されるもの
である。
【００２０】また、上記スワール発生部材は、弁シート
部の上流に配設され、２つの旋回溝が点対称に形成され
た旋回体であり、上記第２の噴霧パターンの上記噴口軸
に直交する断面形状における広がり方向の決定が、弁軸
に対する該旋回体の周方向の位置を決めて行われるよう
にしたものである。
【００２１】また、上記旋回体は弁本体との間で円周方
向の位置決めがなされて該弁本体に収容され、該弁本体
はソレノイド部分との間で円周方向の位置決めがなされ
て該ソレノイド部分に収容されているものである。
【００２２】また、噴口軸が可動軸の軸方向に対して傾
斜しているものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１に係る筒
内噴射式内燃機関における層状燃焼に適用される大気圧
下の燃料噴霧パターンを説明する図であり、図１の
（ａ）は燃料噴霧パターンの側面図、図１の（ｂ）は燃
料噴霧パターンの断面図である。図２はこの発明の実施
の形態１に係る筒内噴射式内燃機関における予混合燃焼
に適用される大気圧下の燃料噴霧パターンを説明する図
であり、図２の（ａ）は燃料噴霧パターンの側面図、図
２の（ｂ）は燃料噴霧パターンの断面図である。
【００２４】この実施の形態１では、燃料噴射弁１から
噴射される燃料噴霧パターンが、噴射開始後の時間によ
って実質的に変わるように燃料噴射弁１の構造の緒元を
設定している。すなわち、燃料噴霧パターンは、噴射開
始後の時刻ｔ≦ｔ１における燃料噴霧パターンＡ（図１
に示される燃料噴霧パターン）と、噴射開始後の時刻ｔ
≧ｔ２（ｔ２＞ｔ１）における燃料噴霧パターンＢ（図
２に示される燃料噴霧パターン）とを採る。この燃料噴
霧パターンＡは層状燃焼を行なわせる運転モードに供さ
れるもので、図１に示されるように、略中心噴霧と周辺
噴霧とからなり(円錐状）、燃料噴射弁１の噴口軸に対
して略軸対称形状を有する。そして、ｔ＝ｔ１における
燃料噴射弁１の噴口から噴霧先端までの距離が第１の所
定の距離Ｌ１を有している。一方、燃料噴霧パターンＢ
は予混合燃焼を行なわせる運転モードに供されるもの
で、図２に示されるように、ｔ≧ｔ２における噴霧の横
断面形状、つまり燃料噴射弁１の噴口軸に対して直交す
る断面形状が略偏平形状を有する。そして、ｔ＝ｔ２に
おける燃料噴射弁１の噴口から噴霧先端までの距離が第
２の所定の距離Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）を有している。この
ように、この実施の形態１では、燃料噴射弁１から噴射
される燃料噴霧パターンが燃料噴射弁１の噴口からの距
離によって実質的に変わるように、すなわち燃料噴射弁
１の噴口からの距離が第１の所定の距離Ｌ１までは略中
心噴霧と周辺噴霧とからなる円錐状をなし、第２の所定
の距離Ｌ２以降では略偏平形状の横断面形状をなすよう
に燃料噴射弁１の構造の緒元を設定している。
【００２５】ここで、この実施の形態１における噴射行
程を図３および図４を参照しつつ説明する。なお、図３
はこの発明の実施の形態１に係る筒内噴射式内燃機関に
おける噴射行程を説明する図であり、図３の（ａ）は圧
縮行程噴射の側面図、図３の（ｂ）は吸気行程噴射の側
面図である。また、図４はこの発明の実施の形態１に係
る筒内噴射式内燃機関における層状燃焼に適用される背
圧下の燃料噴霧パターンを説明する図であり、図４の
（ａ）は燃料噴霧パターンの側面図、図４の（ｂ）は燃
料噴霧パターンの断面図である。
【００２６】図３において、ピストン７２がシリンダ７
０内に摺動自在に配設され、シリンダ７０、ピストン７
２およびシリンダヘッド５で囲まれた領域が燃焼室７１
を構成している。そして、２つの吸気ポート７３（図３
には１つの吸気ポート７３のみ図示されている）および
排気ポート７６が燃焼室７１に臨むようにシリンダヘッ
ド５に設けられている。２つの吸気ポート７３は、シリ
ンダヘッド５下面のシリンダ７０の軸心を含む基準面の
一側に形成され、吸気弁７４が吸気ポート７３の燃焼室
７１への開口を開閉するように各吸気ポート７３に装着
されている。さらに、ピストン７２の上面には、シリン
ダ７０上面における基準面の一側の吸気ポート７３と対
向する部位に、吸気ポート７３から燃焼室７１内に侵入
した吸気の縦渦流（タンブル流）を促進するようにシリ
ンダ７０上面に対して曲面状に窪んだ凹所７２ａが形成
されている。また、点火プラグ７５がシリンダヘッド５
下面におけるシリンダ７０の軸心近傍に配設されてい
る。燃料噴射弁１は、ピストン７２が上死点位置に近い
所要範囲にあるときに、その噴口が凹所７２ａに向き、
かつ、燃料噴霧パターンＢの噴霧の横断面形状における
長手方向（図３の（ｂ）における燃料噴射弁１の燃料噴
射方向Ｙを通り紙面に直交する平面内での噴霧の広がり
方向）が、２つの吸気ポート７３の開口中心をつなぐ線
と吸気ポート７３の軸の延長線とのなす平面（図３の
（ｂ）における線Ｘを通り紙面に直交する平面）に平行
となるように、配設されている。この燃料噴射弁１は、
筒内噴射という条件下なので、通常の吸気ポート噴射に
比べて大幅に高い圧力（例えば、５ＭＰａ）で燃料噴射
を行えるようになっている。
【００２７】まず、図３の（ａ）に示されるように、圧
縮行程（層状燃焼）において、噴射開始から時刻ｔ１ま
で燃料噴射を行う。そして、時刻ｔ１時点では、燃料噴
射弁１の噴口から凹部７２ａとの距離Ｌが第１の所定の
距離Ｌ１より短くなっている（Ｌ≦Ｌ１）。燃料は、図
１に示されるような燃料噴霧パターンＡで燃料噴射弁１
から燃焼室７１内に噴射される。この時、燃焼室７１内
は圧縮行程であるので、高圧状態にある。そこで、噴射
燃料の初速度が低下するため、燃料噴射弁１の噴口を出
た燃料は初期には噴霧運動を行うものの早期に失速して
噴霧燃料の貫徹力が大幅に抑制される。また、噴霧速度
が低下するため、例えば主噴霧に対する周囲の空気の巻
き込みが相対的に大きくなって、噴霧燃料の貫徹力が大
幅に抑制される。その結果、燃料噴霧パターンは、図４
に示されるように、広がりの小さいコンパクトな中実の
燃料噴霧パターンとなる。なお、このコンパクトな中実
の燃料噴霧パターンは、その断面形状が燃料噴射弁１の
噴口軸に対して略軸対称形状を有し、かつ、燃料噴射弁
１の噴口から噴霧先端までの距離が第１の所定の距離Ｌ
１と略一致している。このコンパクトな燃料噴霧パター
ンは、その指向性がますので、凹部７２ａ内面で反射し
た燃料を点火プラグ７５に向かわせることが容易にな
る、即ち、燃料を効率的に点火プラグ７５に収束させる
ことができる。
【００２８】また、図３の（ｂ）に示されるように、吸
気行程（予混合燃焼）において、噴射開始から時刻ｔ２
まで燃料噴射を行う。そして、時刻ｔ２時点では、燃料
噴射弁１の噴口から凹部７２ａとの距離Ｌが第２の所定
の距離Ｌ２より長くなっている（Ｌ＞Ｌ２）。なお、燃
料の量を多くするためには、時刻ｔ２より長く噴射する
ことになる。この場合の噴射終了時点でも、燃料噴射弁
１の噴口から凹部７２ａとの距離Ｌが燃料噴射弁１の噴
口から噴射燃料の先端までの距離より長くなっている。
燃料は、図２に示されるような燃料噴霧パターンＢで燃
料噴射弁１から燃焼室７１内に噴射される。この時、燃
焼室７１内は吸気行程であるので、低圧状態にあり、燃
焼室７１内に噴射された燃料は、燃料噴霧パターンＢと
ほぼ同等の形状を有している。そして、図３の（ｂ）に
おける燃料噴射弁１の燃料噴射方向Ｙを通り紙面に直交
する平面内での噴霧の広がり方向(噴霧の横断面形状に
おける広がり方向）が、図３の（ｂ）における線Ｘを通
り紙面に直交する平面と平行となっているので、噴霧の
全体が空気の主流にほぼ巻き込まれるようになり、空気
と燃料との予混合が効果的に行われる。同時に、燃料の
シリンダ７０の壁面への付着がほぼ解消できる。
【００２９】このように、この実施の形態１によれば、
燃料噴射弁１から噴射される燃料が、第１の所定の距離
Ｌ１までは燃料噴霧パターンＡを採り、第２の所定の距
離Ｌ２以降では燃料噴霧パターンＢを採るようにしてい
るので、層状燃焼に燃料噴霧パターンＡに供し、予混合
燃焼に燃料噴霧パターンＢを供することにより、層状燃
焼に適した噴霧特性と予混合燃焼に適した噴霧特性とが
両立でき、出力向上かつ燃費向上を実現できる筒内噴射
式内燃機関が得られる。また、圧縮行程において、燃料
を燃料噴霧パターンＡで、燃料噴射弁１の噴口から凹部
７２ａとの距離Ｌが第１の所定の距離Ｌ１若しくはそれ
以下となった時点に噴霧が凹部７２ａに到達して層状燃
焼させるようにしているので、コンパクトな噴霧の指向
性を有効に活用して凹部７２ａ内面で反射する燃料を効
果的に点火プラグ７５に収束させることができる。ま
た、吸気行程において、燃料を燃料噴霧パターンＢで、
燃料噴射弁１の燃料噴射方向Ｙを通り紙面に直交する平
面内での噴霧の広がり方向が、図３の（ｂ）における線
Ｘを通り紙面に直交する平面に平行となり、かつ、燃料
噴射弁１の噴口から凹部７２ａとの距離Ｌが燃料噴霧パ
ターンＢの噴霧長さより長くなる状態を保ったままで予
混合燃焼させるようにしているので、噴霧の全体が空気
の主流にほぼ巻き込まれるようになり、空気と燃料との
予混合が効果的に行われると同時に、燃料のシリンダ７
０の壁面への付着がほぼ解消できる。
【００３０】ここで、吸気の縦渦流（タンブル流）を利
用した内燃機関の場合、前出の公知技術のように、予混
合燃焼と層状燃焼とを成立させることができるが、この
実施の形態１では、シリンダ壁面やピストン上面に燃料
が付着することがなく、理想的な予混合燃焼が可能とな
る。また、層状燃焼においては、点火プラグ付近の混合
気が過濃となるとスモーク（すす）が発生する場合があ
る。このような場合、この実施の形態１では、燃料噴射
弁１の緒元を変更することで、第２の所定の距離Ｌ２以
降における噴霧の長手方向の燃料分布を変え、第１の所
定の距離Ｌ１までの略軸対称な噴霧パターンに、第２の
所定の距離Ｌ２以降における噴霧の長手方向と同じ方向
の燃料分布の濃い部分を実質的に形成し、点火プラグ付
近への噴霧の収束度合いをコントロールすることによっ
て、点火プラグ付近の過濃混合気の燃焼によるスモーク
発生を回避することができる。
【００３１】なお、上記実施の形態１では、予混合燃焼
に供される燃料噴霧パターンＢが、図２に示されるよう
に、ｔ≧ｔ２における噴霧の横断面形状、つまり燃料噴
射弁１の噴口軸に対して直交する断面形状が略偏平形状
を有しているものとしているが、該燃料噴霧パターンＢ
は、ｔ≧ｔ２における噴霧の横断面形状が略偏平形状の
燃料噴霧パターンに限定されるものではなく、ｔ≧ｔ２
における噴霧の横断面形状が噴口軸（噴霧の方向）を中
心とする略点対称形状あるいは略線対称形状を有してい
ればよく、例えば図５の（ａ）に示される略メガネ形状
の横断面形状、図５の（ｂ）に示される略菱形形状の横
断面形状、あるいは図５の（ｃ）に示されるような横断
面形状でもよい。また、上記実施の形態１では、噴霧の
方向が吸気空気の主流の方向に対して平行となるように
燃料噴射弁１を配設するものとしているが、噴霧の方向
は吸気主流の方向に対して必ずしも平行となる必要はな
く、噴霧の方向は吸気主流の方向に鋭角に交叉するよう
にしてもよく、即ち略平行となるようにすればよい。
【００３２】実施の形態２．上記実施の形態１では、層
状燃焼に供される燃料噴霧パターンＡが、略中心噴霧と
周辺噴霧とからなり、燃料噴射弁１の噴口軸に対して略
軸対称形状を有するものとしているが、この実施の形態
２では、層状燃焼に供される燃料噴霧パターンＡが、図
６に示されるように、中心噴霧がなく（あるいはほとん
どなく）、周辺噴霧のみからなり（中空噴霧）、燃料噴
射弁１の噴口軸に対して略軸対称形状を有するものとし
ている。この燃料噴霧パターンＡにおいても、背圧下で
は、図４に示されるコンパクトな噴霧形状と同等の噴霧
形状となるので、この実施の形態２においても、上記実
施の形態１と同様の効果が得られる。
【００３３】実施の形態３．上記実施の形態１では、層
状燃焼に供される燃料噴霧パターンＡが、略中心噴霧と
周辺噴霧とからなり、燃料噴射弁１の噴口軸に対して略
軸対称形状を有するものとしているが、この実施の形態
３では、層状燃焼に供される燃料噴霧パターンＡが、図
７に示されるように、中実噴霧からなり、燃料噴射弁１
の噴口軸に対して略軸対称形状を有するものとしてい
る。この燃料噴霧パターンＡにおいても、背圧下では、
図４に示されるコンパクトな噴霧形状と同等の噴霧形状
となるので、この実施の形態３においても、上記実施の
形態１と同様の効果が得られる。
【００３４】実施の形態４．図８はこの実施の形態４に
係る筒内噴射式内燃機関に用いられる燃料噴射弁を示す
断面図である。この筒内噴射用燃料噴射弁１は、ハウジ
ング本体２と、このハウジング本体２の一端にカシメ等
されたホルダ３５によりカバーされた弁装置３とから構
成されている。ハウジング本体２の他端には、燃料供給
管４が接続され、この燃料供給管４から燃料フィルタ５
７を介して燃料噴射弁１内に高圧の燃料が供給される。
また、燃料噴射弁１の先端部は、内燃機関のシリンダヘ
ッド５の噴射弁挿入孔６に挿入され、ウエーブワッシャ
６０等によりシールされて取り付けられている。
【００３５】弁装置３は、小径円筒部７および大径円筒
部８を有する段付中空円筒形の弁本体９と、弁本体９内
で中心孔先端に固着されて噴口としての燃料噴射孔１０
を有する弁座１１と、後述するソレノイド装置５０によ
り弁座１１に離接して燃料噴射孔１０を開閉する弁体で
あるニードルバルブ１２と、ニードルバルブ１２を軸方
向に案内するとともに、径方向内向きに弁座１１の燃料
噴射孔１０に流れ込もうとする燃料に旋回運動を与える
スワール発生部材としての旋回体１３とを備えている。
弁装置３の弁本体９はハウジング本体２と共働して燃料
噴射弁１のハウジングを構成している。
【００３６】ハウジング本体２は、燃料噴射弁１をシリ
ンダヘッド５にとりつけるためのフランジ３０ａを有す
る第１ハウジング３０と、ソレノイド装置５０を装着し
た第２ハウジング４０とを備えている。ソレノイド装置
５０は、コイル５１を巻回したボビン部５２と、このボ
ビン部５２の内周部に設置されたコア５３とを備え、コ
イル５１の巻線は端子５６につながっている。コア５３
は、その内部が燃料通路となるように中空円筒形状にな
っており、その中空部には、スプリング５５がスリーブ
５４とニードルバルブ１２との間に懸架されている。ニ
ードルバルブ１２の他端部には、コア５３の先端側に対
向するように可動アマチュア３１が取り付けられてお
り、また、ニードルバブル１２の中間部には、バルブ１
２を弁本体９の内周面に沿って摺動案内させるガイド１
２ａと、第１ハウジング３０に設置されたスペーサ３２
と当接するニードルフランジ１２ｂが設けられている。
【００３７】図９は図８に示される燃料噴射弁の要部を
示す断面図、図１０は図８に示される燃料噴射弁の旋回
体を弁座側から見た正面図である。各図において、弁装
置３の旋回体１３は、中心に弁体であるニードルバルブ
１２を囲んで軸方向に摺動可能に支持する中心孔１５を
もつほぼ中空円筒形の部材であって、弁装置３内に組み
立てられた時、弁座１１に接する第１端面１６と、弁座
１１と反対側の第２端面１７と、これらの端面間にあっ
て中空のハウジングの一部である弁本体９の内周面１８
に接する部分を有する周面１９とを備えている。旋回体
１３の第２端面１７は、その周辺部で弁本体９の内周面
１８の肩部２０に当接して支持されており、また形方向
に延びた通路溝２１が形成されていて、第２端面１７の
内周部から外周部に燃料が流れることができるようにな
っている。旋回体１３の周面１９には、軸方向に延びる
一対の平坦面が相対して形成されており、その結果、周
面１９には弁本体９の内周面に当接して弁本体９に対す
る位置を規定する一対の外周面部分１９ａと、一対の外
周面部分１９ａ間に設けられた平坦面であって、内周面
１８と共に燃料の軸方向流路２２を形成する流路部分１
９ｂとが形成されている。さらに、旋回体１３の弁座１
１に面する軸方向端面、即ち第１端面１６には、第１端
面の中心孔１５に隣接する内周辺に形成された所定幅の
コ字状断面の内周環状溝２４と、一端で周面１９の流路
部分１９ｂに接続されて、そこからほぼ径方向内側に延
びて、他端で内周環状溝２４に接線方向に接続されたコ
字状断面の旋回溝２５が設けられている。この２つの旋
回溝２５は旋回体１３の軸心を中心として点対称に形成
されている。
【００３８】このように構成された燃料噴射弁１の動作
について説明する。外部より端子５６を介してソレノイ
ド装置５０のコイル５１に通電すると、可動アマチュア
３１、コア５３、ハウジング本体２で構成される磁気通
路に磁束が発生し、可動アマチュア３１はスプリング５
５の弾性力に抗してコア５３側に吸引される。そして、
可動アマチュア３１と一体のニードルバルブ１２は、そ
のニードルフランジ１２ｂがスペーサ３２に当接するま
で所定のストローク図１中上方に移動する。なお、ニー
ドルバルブ１２は、ガイド１２ａにより弁本体９の内周
面に案内保持される。ニードルバルブ１２の先端部が弁
座１１から離れて間隙が形成されると、燃料供給管４か
ら導入される高圧の燃料は、弁本体９とニードルバルブ
１２との間の通路から、まず旋回体１３の第２端面１７
の通路溝２１を通って周面の軸方向流路２２に流れ込
む。そして、旋回体１３の第１端面１６の旋回溝２５に
流入して径方向内側に流れ、第１端面１６の内周環状溝
２４へその接線方向に流れ込み、旋回流を形成して弁座
１１の噴射孔１０内に入って、その先端出口から噴霧さ
れる。
【００３９】ここで、各旋回溝２５は、図１０に示され
るように、弁軸から所定量オフセットされ、その弁軸か
ら遠い側の側面が内周環状溝２４の外周に接線方向につ
ながっている。そこで、旋回溝２５が２つであるため
に、内周環状溝２４内での燃料混合、つまり旋回燃料の
均一化が行なわれ難く、燃料噴霧の円周方向での燃料流
れのベクトルが不均一になり、上記実施の形態１におけ
る燃料噴霧パターンが得られる。なぜならば、噴射直後
の第１の所定の距離Ｌ１までは、噴霧の広がりがまだ小
さく、噴霧エネルギーも分散していないので、噴霧密度
の濃淡をもちつつも略コーン状の噴霧構造（燃料噴霧パ
ターンＡ）となる。そして、第２の所定の距離Ｌ２以降
では、２つの旋回溝２５に起因する噴霧密度の濃い部分
だけが実質的な噴霧構造を形成するようになり、噴霧密
度の薄い部分は空気中に拡散してほとんど運動エネルギ
ーを失ってしまうので、略偏平あるいは略メガネ状の噴
霧構造（燃料噴霧パターンＢ）が実現される。
【００４０】このように、この実施の形態４によれば、
弁軸からオフセットされた２つの旋回溝２５を形成する
ことで、噴射直後の第１の所定の距離Ｌ１までは、略コ
ーン状の噴霧構造（燃料噴霧パターンＡ）を採り、第２
の所定の距離Ｌ２以降では、略偏平あるいは略メガネ状
の噴霧構造（燃料噴霧パターンＢ）を採ることができる
燃料噴射弁１を実現することができる。この旋回体１３
は、現行の生産品仕様の１種類として設定可能であり、
何らコストアップを伴うものではない。つまり、旋回体
１３は既存の技術、設備を流用して作製できるので、安
価な燃料噴射弁１が得られる。また、燃料噴霧にスワー
ルが与えられているので、燃料の微粒子化が促進される
とともに、噴霧の貫徹力が抑えられる。そして、噴霧の
貫徹力が抑えられるので、噴霧の勢いが減衰し、噴霧の
シリンダ内壁面への飛来が抑制される。その結果、噴霧
のシリンダ内壁面への付着が抑えられるので、燃料がシ
リンダ内壁面に形成されている潤滑膜を溶かしてピスト
ンの摺動性を低下させるようなことを阻止できる。ま
た、旋回体１３の２つの旋回溝２５の方向を噴射弁１の
円周方向の基点に対して位置決めされるように旋回体１
３を組み付ければ、噴射弁１における燃料噴霧パターン
Ｂの横断面形状の広がり方向の判別が容易となり、内燃
機関の燃焼室に対する燃料噴射弁１の取り付け方向決め
を容易に行なうことができる。
【００４１】ここで、この実施の形態４による旋回体１
３の構造は、従来の一般的な流体噴射弁に採用されてい
る旋回体の構造と類似しているが、燃圧が通常の吸気管
噴射の場合に用いられるようなレベル（例えば０．３Ｍ
Ｐａ）では、本願のような噴霧パターンの実現は困難で
あり、また吸気管噴射の場合では、背圧は通常負圧であ
り、本願のような噴霧パターンの使い分けができる条件
下にはなく、その必要性もない。本出願人は、筒内噴射
式内燃機関において、層状燃焼と予混合燃焼との２つの
燃焼コンセプトに要求される噴霧特性が、空間的にも、
時間的にも差異をもっていることに着目し、層状燃焼に
おいて要求される噴霧の空間的、時間的範囲においては
層状燃焼に適した噴霧特性を実現し、予混合燃焼におい
て要求される噴霧の空間的、時間的範囲においては予混
合燃焼に適した噴霧特性を実現できる燃料噴射弁を安価
に達成するために、鋭意検討してなされたものである。
つまり、本願が適用されるガソリン噴射の筒内燃料噴射
弁では、燃料が高圧（５ＭＰａ以上）であること、燃料
が粘性の小さいガソリンであることから燃料の微粒化が
非常に進むため、噴射直後は実質的にホロコーンを形成
し、その後は燃料粒のもつベクトルが小さい部分が急速
に空気中に拡散し、略偏平状あるいは略メガネ状の噴霧
パターンになることを見出した。
【００４２】実施の形態５．この実施の形態５では、上
記実施の形態４において、各旋回溝２５の弁軸に対する
オフセットを小さくしたものである。この実施の形態５
によれば、各旋回溝２５の弁軸に対するオフセットが小
さく設定されているので、スワールが弱まり、上記実施
の形態３における中実の燃料噴霧パターンが得られる。
この実施の形態５による旋回体も、上記実施の形態４と
同様に、現行の生産品仕様の１種類として設定可能であ
り、何らコストアップを伴うものではない。
【００４３】実施の形態６．上記実施の形態４、５で
は、旋回体１３の第１端面１６が弁軸に直交する平面に
構成され、旋回溝２５が平面の第１端面１６に形成され
ているものとしているが、この実施の形態６では、旋回
体１３の第１端面１６が弁軸を中心とする円錐面に構成
され、旋回溝が円錐面の第１端面に形成されているもの
とし、同様の効果が得られる。
【００４４】実施の形態７．図１１はこの発明の実施の
形態７に係る燃料噴射弁の要部を示す断面図、図１２は
図１１に示される燃料噴射弁を弁座側から見た正面図で
ある。この実施の形態７では、組み込み基準としての平
坦面９ａを弁本体９の先端部外周面に設けているもので
ある。尚、他の構成は、上記実施の形態４と同様に構成
されている。
【００４５】この実施の形態７では、旋回体１３の組み
込み時に、旋回溝２５の溝方向を認識しながら、平坦面
９ａを基準として旋回体１３を弁本体９に組み込むこと
で、旋回体１３と弁本体９との円周方向の位置決めを簡
易に行なうことができる。そこで、弁本体９に対する燃
料噴霧パターンＢの噴霧の横断面形状における長手方向
の判別が容易となる。さらに、該平坦面９ａを基準とし
て燃料噴射弁１をシリンダヘッド５に取り付けること
で、燃料噴霧パターンＢの噴霧の横断面形状における長
手方向が、２つの吸気弁１４中心をつなぐ線と吸気弁１
４の軸の延長線とのなす平面と平行となるように、燃料
噴射弁１を簡易に取り付けることができる。また、ソレ
ノイド装置５０のコネクタ部分やこれに一体的に形成さ
れるモールドの外径部に平坦面を設ければ、該平坦面と
弁本体９に設けられた平坦面とを対応させることによ
り、弁本体９とソレノイド装置５０との円周方向の位置
決めも容易に行なうことができる。そこで、燃料噴射弁
１に対する燃料噴霧パターンＢの噴霧の横断面形状にお
ける長手方向の判別が容易となる。
【００４６】実施の形態８．上記実施の形態４〜７で
は、噴射孔１０の孔中心（噴口軸）がニードルバルブ１
２の軸心と一致するものとしているが、この実施の形態
８では、噴射孔１０の孔中心をニードルバルブ１２の軸
心に対して傾斜させるものとしている。つまり、この実
施の形態８では、噴射孔１０から噴霧される燃料の噴霧
方向がニードルバルブ１２の軸心に対して所定角度をも
っている。筒内噴射式内燃機関においては、スペース等
の問題から燃料噴射弁１の取り付け位置に大きな制約が
あり、噴霧方向がニードルバルブ１２の軸心方向と一致
しているような燃料噴射弁では、燃料の噴霧方向を所定
の方向に向けることができなくなる場合がある。この実
施の形態８では、噴射孔１０の孔中心をニードルバルブ
１２の軸心に対して傾斜させることにより、燃料噴射弁
の軸心（ニードルバルブ１２の軸心）に対する噴霧方向
を任意に設定できるので、燃料噴射弁の取り付け位置に
制約があっても、簡易に燃料の噴霧方向を所定の方向に
向けることができる。この場合、噴霧の濃淡の方向の合
わせ込みをする必要がある。
【００４７】なお、上記実施の形態４〜８では、旋回溝
２５がコ字状断面を有するものとしているが、旋回溝２
５の断面形状はコ字状に限定されるものではなく、三角
形や円の一部等でもよい。また、旋回溝２５の断面積も
その長さ方向にわたって一様である必要はなく、下流に
向かって徐々に断面積を減少させ、内周環状溝２４への
流入部を所定の断面積にするという設定も可能である。
さらに、旋回溝２５は必ずしも直線的に形成する必要も
ない。また、旋回流を形成する旋回体１３は、弁本体９
と一体に形成してもよいし、弁座１１と一体に形成して
もよい。また、旋回溝２５を旋回体１３の第１端面１６
に形成しているが、弁本体９の内周面あるいは弁座１１
のテーパ面に斜め溝を形成し該斜め溝を旋回溝として用
いても、同様の効果が得られる。さらに、ニードルバル
ブ１２の外周面に斜め溝を形成し、ニードルバルブ１２
を旋回体と兼用させてもよい。また、旋回体１３の第１
端面１６に開口するように設けられた溝を旋回溝２５と
しているが、旋回溝は図１３の（ａ）に示されるような
旋回体１３を貫通するオフセット穴２５ａでもよく、図
１３の（ｂ）に示されるような旋回体１３を貫通する斜
め穴２５ｂでもよい。
【００４８】さらに、上記各実施の形態では、燃焼室内
の空気流動の主流が縦渦流（タンブル流)の場合を例に
とって説明しているが、旋回流（スワール流）の場合で
あっても、ピストンの下降にしたがって螺旋状の流れの
最適ポイントに指向した偏平噴霧を設定し、またその状
態で圧縮行程噴霧が層状燃焼にも最適になるようにピス
トンキャビティ等を設定すれば、同様の効果を得ること
ができる。
【００４９】
【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００５０】この発明によれば、シリンダ内に往復動可
能に配設されたピストンの上面とシリンダヘッドの下面
との間に形成された燃焼室と、該燃焼室内へ直接燃料を
噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、上記燃焼室内に臨む
ように上記シリンダヘッドに配設された点火プラグと、
上記燃焼室に臨むように上記シリンダヘッドに設けられ
た吸気ポートと、上記燃焼室に臨むように上記シリンダ
ヘッドに設けられた排気ポートを備えた筒内噴射式内燃
機関において、上記燃料噴射弁の噴霧パターンは、該燃
料噴射弁の噴口から噴霧先端までの距離が略第１の所定
の距離までは該燃料噴射弁の噴口軸に対して略軸対称形
状を有する第１の噴霧パターンを採り、該燃料噴射弁の
噴口から噴霧先端までの距離が略第１の所定の距離より
長い略第２の所定の距離以上では該燃料噴射弁の噴口軸
に直交する断面形状が該噴口軸に直交する一方向に広が
りを持つ略点対称形状もしくは略線対称形状を有する第
２の噴霧パターンを採り、層状燃焼を行なわせる運転モ
ードでは、上記第１の噴霧パターンを採る噴霧が上記ピ
ストンの圧縮行程中に噴霧され、予混合燃焼を行なわせ
る運転モードでは、上記第１および第２の噴霧パターン
を採る噴霧が上記ピストンの吸気行程中に噴霧されるよ
うにしたので、層状燃焼および予混合燃焼のそれぞれに
適した噴霧特性が実現でき、出力向上かつ燃費向上の両
立が図られる筒内噴射式内燃機関が得られる。
【００５１】また、上記燃料噴射弁は、上記燃料噴射弁
の噴口軸が上記吸気ポートから上記燃焼室に吸気される
空気の主流方向と略平行で、かつ、上記第２の噴霧パタ
ーンの該噴口軸に直交する断面形状における短軸方向が
上記吸気ポートから上記燃焼室に吸気される空気の主流
に向くように上記シリンダヘッドに配設されているの
で、吸気行程中の略第２の所定の距離以降の噴霧のほぼ
全体が空気の主流に巻き込まれ、均一な混合気が生成さ
れ、効果的な予混合燃焼が実現できる。
【００５２】また、上記第１の噴霧パターンは実質的に
略円錐状であり、上記第２の噴霧パターンは上記噴口軸
に直交する断面形状が略偏平あるいは略メガネ状である
ので、層状燃焼および予混合燃焼のそれぞれに適した噴
霧パターンを実現できる。
【００５３】また、圧縮行程中に行われる上記第１の噴
霧パターンを採る噴霧は、上記ピストンの上面に衝突す
る時点での上記燃料噴射弁の噴口から噴霧先端までの長
さが上記略第１の所定の距離以下となるようなタイミン
グで行われるので、噴霧がピストン上面と衝突して点火
プラグ方向に運ばれ、効果的な層状燃焼が実現できる。
【００５４】また、吸気行程中に行われる上記第１およ
び第２の噴霧パターンを採る噴霧は、その噴霧先端が直
接的に上記ピストンの上面に干渉しないタイミングで行
われるので、噴霧のピストン上面への付着が解消され、
理想的な予混合燃焼が実現できる。
【００５５】また、吸気行程中に行われる上記第１およ
び第２の噴霧パターンを採る噴霧は、上記燃焼室の内壁
面に直接的に干渉しないので、噴霧の燃焼室内壁面への
付着が解消され、理想的な予混合燃焼が実現できる。
【００５６】また、上記燃料噴射弁は、噴射される燃料
にスワールを与えるスワール発生部材を有するので、噴
霧の貫徹力が抑えられ、燃料のシリンダ内壁面への飛来
が抑制される。
【００５７】また、上記第２の噴霧パターンの上記噴口
軸に直交する断面形状における広がり方向が、上記スワ
ール発生部材の円周方向位置設定により決定されるの
で、該断面形状における広がり方向の判別が容易とな
る。
【００５８】また、上記スワール発生部材は、上記燃料
噴射弁の弁シート部の上流に配設され、２つの旋回溝が
点対称に形成された旋回体であり、上記第２の噴霧パタ
ーンの上記噴口軸に直交する断面形状における広がり方
向の決定が、上記燃料噴射弁の弁軸に対する該旋回体の
周方向の位置を決めて行われるようにしたので、旋回体
は既存の技術、設備を流用して作製でき、低コスト化が
図られるとともに、該断面形状における広がり方向の判
別が容易となる。
【００５９】また、上記旋回体は弁本体との間で円周方
向の位置決めがなされて該弁本体に収容され、該弁本体
はソレノイド部分との間で円周方向の位置決めがなされ
て該ソレノイド部分に収容されているので、燃料噴射弁
における第２の所定の距離以降の噴霧の噴口軸に直交す
る断面形状における広がり方向が容易に判別でき、燃焼
室に吸気される空気主流と該断面形状における広がり方
向との関係を考慮した燃料噴射弁の取り付けが容易とな
る。
【００６０】また、噴口軸が上記燃料噴射弁の可動軸の
軸方向に対して傾斜しているので、燃料噴射弁の可動軸
の軸方向に対して噴霧方向をずらすことができ、燃料噴
射弁の取り付け位置に制約があっても、噴霧方向を所定
の方向に容易に設定することができる。
【００６１】また、この発明によれば、燃料を燃焼室内
に直接噴射する筒内噴射用燃料噴射弁において、噴口か
ら噴霧先端までの距離が略第１の所定の距離までは噴口
軸に対して略軸対称形状を有する第１の噴霧パターンを
採り、該噴口から噴霧先端までの距離が略第１の所定の
距離より長い略第２の所定の距離以上では該噴口軸に直
交する断面形状が該噴口軸に直交する一方向に広がりを
持つ略点対称形状もしくは略線対称形状を有する第２の
噴霧パターンを採るように構成されているので、層状燃
焼および予混合燃焼のそれぞれに適した噴霧パターンを
実現できる筒内噴射用燃料噴射弁が得られる。
【００６２】また、上記第１の噴霧パターンは実質的に
略円錐状であり、上記第２の噴霧パターンは上記噴口軸
に直交する断面形状が略偏平あるいは略メガネ状である
ので、層状燃焼および予混合燃焼のそれぞれに適した噴
霧パターンを実現できる。
【００６３】また、噴射される燃料にスワールを与える
スワール発生部材を有するので、燃料の微粒子化が促進
されるとともに、噴霧の貫徹力が抑えられる。
【００６４】また、上記第２の噴霧パターンの上記噴口
軸に直交する断面形状における広がり方向が、上記スワ
ール発生部材の円周方向位置設定により決定されるの
で、該断面形状における広がり方向の判別が容易とな
る。
【００６５】また、上記スワール発生部材は、弁シート
部の上流に配設され、２つの旋回溝が点対称に形成され
た旋回体であり、上記第２の噴霧パターンの上記噴口軸
に直交する断面形状における広がり方向の決定が、弁軸
に対する該旋回体の周方向の位置を決めて行われるよう
にしたので、旋回体は既存の技術、設備を流用して作製
でき、低コスト化が図られるとともに、該断面形状にお
ける広がり方向の判別が容易となる。
【００６６】また、上記旋回体は弁本体との間で円周方
向の位置決めがなされて該弁本体に収容され、該弁本体
はソレノイド部分との間で円周方向の位置決めがなされ
て該ソレノイド部分に収容されているので、燃料噴射弁
における第２の所定の距離以降の噴霧の噴口軸に直交す
る断面形状における広がり方向の判別が容易となる。
【００６７】また、噴口軸が可動軸の軸方向に対して傾
斜しているので、可動軸の軸方向に対して噴霧方向をず
らすことができ、燃料噴射弁の取り付け位置に制約があ
っても、噴霧方向を所定の方向に容易に設定することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る筒内噴射式内
燃機関における層状燃焼に適用される大気圧下の燃料噴
霧パターンを説明する図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る筒内噴射式内
燃機関における予混合燃焼に適用される大気圧下の燃料
噴霧パターンを説明する図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係る筒内噴射式内
燃機関における噴射行程を説明する図である。
【図４】 この発明の実施の形態１に係る筒内噴射式内
燃機関における層状燃焼に適用される背圧下の燃料噴霧
パターンを説明する図である。
【図５】 この発明の実施の形態１に係る筒内噴射式内
燃機関における予混合燃焼に適用される他の大気圧下の
燃料噴霧パターンを説明する図である。
【図６】 この発明の実施の形態２に係る筒内噴射式内
燃機関における層状燃焼に適用される大気圧下の燃料噴
霧パターンを説明する図である。
【図７】 この発明の実施の形態３に係る筒内噴射式内
燃機関における層状燃焼に適用される大気圧下の燃料噴
霧パターンを説明する図である。
【図８】 この発明の実施の形態４に係る筒内噴射用燃
料噴射弁を示す断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態４に係る筒内噴射用燃
料噴射弁の要部を示す断面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４に係る筒内噴射用
燃料噴射弁の旋回体を弁座側から見た正面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態７に係る筒内噴射用
燃料噴射弁の要部を示す断面図である。
【図１２】 この発明の実施の形態７に係る筒内噴射用
燃料噴射弁の旋回体を弁座側から見た正面図である。
【図１３】 この発明に適用される他の筒内噴射用燃料
噴射弁の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 筒内噴射用燃料噴射弁、５ シリンダヘッド、９
弁本体、９ａ 平坦面(位置決め基準）、１０ 噴射孔
（噴口）、１３ 旋回体（スワール発生部材）、２５
旋回溝、５０ ソレノイド装置、７０ シリンダ、７１
燃焼室、７２ピストン、７３ 吸気ポート、７５ 点
火プラグ、７６ 排気ポート、Ｌ１第１の所定の距離、
Ｌ２ 第２の所定の距離。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３６０ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３６０Ｊ (56)参考文献 特開 平11−336643（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−82244（ＪＰ，Ａ) 特開2000−45912（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−200865（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−294304（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−246936（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−236069（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−177684（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−281039（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−42427（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−280135（ＪＰ，Ａ) 国際公開86／036808（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02B 23/10 F02M 61/14 F02M 61/18

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダ内に往復動可能に配設されたピ
    ストンの上面とシリンダヘッドの下面との間に形成され
    た燃焼室と、該燃焼室内へ直接燃料を噴射する筒内噴射
    用燃料噴射弁と、上記燃焼室内に臨むように上記シリン
    ダヘッドに配設された点火プラグと、上記燃焼室に臨む
    ように上記シリンダヘッドに設けられた吸気ポートと、
    上記燃焼室に臨むように上記シリンダヘッドに設けられ
    た排気ポートを備えた筒内噴射式内燃機関において、 上記燃料噴射弁の噴霧パターンは、該燃料噴射弁の噴口
    から噴霧先端までの距離が略第１の所定の距離までは該
    燃料噴射弁の噴口軸に対して略軸対称形状を有する第１
    の噴霧パターンを採り、該燃料噴射弁の噴口から噴霧先
    端までの距離が略第１の所定の距離より長い略第２の所
    定の距離以上では該燃料噴射弁の噴口軸に直交する断面
    形状が該噴口軸に直交する一方向に広がりを持つ略点対
    称形状もしくは略線対称形状を有する第２の噴霧パター
    ンを採り、 層状燃焼を行なわせる運転モードでは、上記第１の噴霧
    パターンを採る噴霧が上記ピストンの圧縮行程中に噴霧
    され、予混合燃焼を行なわせる運転モードでは、上記第
    １および第２の噴霧パターンを採る噴霧が上記ピストン
    の吸気行程中に噴霧されるようにしたことを特徴とする
    筒内噴射式内燃機関。
  2. 【請求項２】 上記燃料噴射弁は、上記燃料噴射弁の噴
    口軸が上記吸気ポートから上記燃焼室に吸気される空気
    の主流方向と略平行で、かつ、上記第２の噴霧パターン
    の該噴口軸に直交する断面形状における短軸方向が上記
    吸気ポートから上記燃焼室に吸気される空気の主流に向
    くように上記シリンダヘッドに配設されていることを特
    徴とする請求項１記載の筒内噴射式内燃機関。
  3. 【請求項３】 上記第１の噴霧パターンは実質的に略円
    錐状であり、上記第２の噴霧パターンは上記噴口軸に直
    交する断面形状が略偏平あるいは略メガネ状であること
    を特徴とする請求項１又は請求項２記載の筒内噴射式内
    燃機関。
  4. 【請求項４】 圧縮行程中に行われる上記第１の噴霧パ
    ターンを採る噴霧は、上記ピストンの上面に衝突する時
    点での上記燃料噴射弁の噴口から噴霧先端までの長さが
    上記略第１の所定の距離以下となるようなタイミングで
    行われることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
    れかに記載の筒内噴射式内燃機関。
  5. 【請求項５】 吸気行程中に行われる上記第１および第
    ２の噴霧パターンを採る噴霧は、その噴霧先端が直接的
    に上記ピストンの上面に干渉しないタイミングで行われ
    ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに
    記載の筒内噴射式内燃機関。
  6. 【請求項６】 吸気行程中に行われる上記第１および第
    ２の噴霧パターンを採る噴霧は、上記燃焼室の内壁面に
    直接的に干渉しないことを特徴とする請求項５記載の筒
    内噴射式内燃機関。
  7. 【請求項７】 上記燃料噴射弁は、噴射される燃料にス
    ワールを与えるスワール発生部材を有することを特徴と
    する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の筒内噴射
    式内燃機関。
  8. 【請求項８】 上記第２の噴霧パターンの上記噴口軸に
    直交する断面形状における広がり方向が、上記スワール
    発生部材の円周方向位置設定により決定されることを特
    徴とする請求項７記載の筒内噴射式内燃機関。
  9. 【請求項９】 上記スワール発生部材は、上記燃料噴射
    弁の弁シート部の上流に配設され、２つの旋回溝が点対
    称に形成された旋回体であり、上記第２の噴霧パターン
    の上記噴口軸に直交する断面形状における広がり方向の
    決定が、上記燃料噴射弁の弁軸に対する該旋回体の周方
    向の位置を決めて行われるようにしたことを特徴とする
    請求項８記載の筒内噴射式内燃機関。
  10. 【請求項１０】 上記旋回体は弁本体との間で円周方向
    の位置決めがなされて該弁本体に収容され、該弁本体は
    ソレノイド部分との間で円周方向の位置決めがなされて
    該ソレノイド部分に収容されていることを特徴とする請
    求項９記載の筒内噴射式内燃機関。
  11. 【請求項１１】 上記燃料噴射弁の噴口軸が可動軸の軸
    方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１乃
    至請求項１０のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
  12. 【請求項１２】 燃料を燃焼室内に直接噴射する筒内噴
    射用燃料噴射弁において、 噴口から噴霧先端までの距離が略第１の所定の距離まで
    は噴口軸に対して略軸対称形状を有する第１の噴霧パタ
    ーンを採り、該噴口から噴霧先端までの距離が略第１の
    所定の距離より長い略第２の所定の距離以上では該噴口
    軸に直交する断面形状が該噴口軸に直交する一方向に広
    がりを持つ略点対称形状もしくは略線対称形状を有する
    第２の噴霧パターンを採るように構成されていることを
    特徴とする筒内噴射用燃料噴射弁。
  13. 【請求項１３】 上記第１の噴霧パターンは実質的に略
    円錐状であり、上記第２の噴霧パターンは上記噴口軸に
    直交する断面形状が略偏平あるいは略メガネ状であるこ
    とを特徴とする請求項１２記載の筒内噴射用燃料噴射
    弁。
  14. 【請求項１４】 噴射される燃料にスワールを与えるス
    ワール発生部材を有することを特徴とする請求項１２又
    は請求項１３記載の筒内噴射用燃料噴射弁。
  15. 【請求項１５】 上記第２の噴霧パターンの上記噴口軸
    に直交する断面形状における広がり方向が、上記スワー
    ル発生部材の円周方向位置設定により決定されることを
    特徴とする請求項１４記載の筒内噴射用燃料噴射弁。
  16. 【請求項１６】 上記スワール発生部材は、弁シート部
    の上流に配設され、２つの旋回溝が点対称に形成された
    旋回体であり、上記第２の噴霧パターンの上記噴口軸に
    直交する断面形状における広がり方向の決定が、弁軸に
    対する該旋回体の周方向の位置を決めて行われるように
    したことを特徴とする請求項１５記載の筒内噴射用燃料
    噴射弁。
  17. 【請求項１７】 上記旋回体は弁本体との間で円周方向
    の位置決めがなされて該弁本体に収容され、該弁本体は
    ソレノイド部分との間で円周方向の位置決めがなされて
    該ソレノイド部分に収容されていることを特徴とする請
    求項１６記載の筒内噴射用燃料噴射弁。
  18. 【請求項１８】 噴口軸が可動軸の軸方向に対して傾斜
    していることを特徴とする請求項１２乃至請求項１７の
    いずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
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