JP3882611B2 - Fuel injection device and fuel injection valve for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置及び燃料噴射弁に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車等の車両に搭載される筒内噴射式の内燃機関においては、吸気通路から空気が吸入される燃焼室内に燃料噴射弁から直接燃料が噴射され、この燃料噴射によって燃焼室内に燃料噴霧が形成される。そして、燃焼室内で燃料と空気とからなる混合気に対し点火プラグによる点火が行われると、同混合気が燃焼してそのときの燃焼エネルギによりピストンが往復移動するようになる。上記混合気の燃焼形態は、機関運転状態等に応じて、空気に対し燃料が均等に混合された均質混合気を燃焼させる「均質燃焼」と、点火プラグ周りのみに可燃混合気が存在する成層混合気を燃焼させる「成層燃焼」との間で切り換えられる。
【0003】
均質燃焼時に均質混合気を形成する際には、ピストンの移動に伴い吸気通路から燃焼室に空気が吸入される吸気行程中に燃料が噴射される。吸気行程中での燃料噴射によって燃焼室内に形成された燃料噴霧は、吸気通路から燃焼室に吸入された空気の流れに巻き込まれて同空気と混合される。こうして燃焼室内に均質混合気が形成されるようになる。
【0004】
また、成層燃焼時に成層混合気を形成する際には、ピストンの移動に伴い燃焼室内の空気が圧縮される圧縮行程中に燃料が噴射される。圧縮行程中での燃料噴射によって燃焼室内に形成された燃料噴霧は、ピストンの頭頂部に当たった後に噴霧自身の貫徹力を利用して点火プラグの近くまで移動される。こうして燃焼室内に成層混合気が形成されるようになる。
【0005】
ところで、燃焼室内に形成される燃料噴霧は、燃料噴射弁から燃料を燃焼室の幅方向に広がるよう噴射することで、例えば特開2001−27170公報に示されるように燃焼室の幅方向に広がる扇状とされる。燃焼室内に形成される燃料噴霧を上記のような扇状とすることで噴霧自身の貫徹力が大きくなることが確認されており、この噴霧形状によって成層燃焼時に当該燃料噴霧を点火プラグ近くまで移動させるのに必要な貫徹力を確保するようにしている。
【0006】
更に、燃焼室内に形成される燃料噴霧を上記のように扇状とすることで、成層燃焼時に同燃料噴霧が大量の空気を巻き込みながら点火プラグ近くに移動するようになる。そのため、燃料噴霧を円錐状に形成した場合などに比べ、燃料の気化を促進することができ、成層混合気の燃焼を良好なものとすることができるようになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように燃焼室内に形成される燃料噴霧が扇状となるよう燃料を噴射することで、成層燃焼時には上記効果が得られるようにはなるが、均質燃焼時にも成層燃焼時と同様に燃焼室内に形成される燃料噴霧が扇状となる。
【0008】
均質燃焼時において、吸気行程での燃料噴射により燃焼室内に上記のような扇状の燃料噴霧が形成されると、その燃料噴霧に吸気通路から燃焼室に吸入された空気が当たるようになる。この空気は、吸気行程中のピストンの移動に伴い、燃焼室(ピストン)の中心軸方向に沿って当該ピストン側に引かれるため、上記扇状の燃料噴霧を厚さ方向に押してピストンの頭頂部側や燃焼室の内壁側に押さえ付けることになる。
【0009】
このように燃焼室内の燃料噴霧が押さえ付けられると、燃焼室内においてピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側の部分に燃料が偏って存在するようになるため、点火プラグによる点火が行われるときにも、その部分に燃料濃度の濃い混合気が残ったままになる。このため、均質燃焼時における混合気の均質度が悪化し、混合気の良好な燃焼を得ることが困難になるという問題があった。
【0010】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、均質燃焼時に燃焼室への燃料噴射によって扇状に広がる燃料噴霧を形成したとき、燃料と空気との混合気の均質度が悪化して良好な燃焼が得られなくなるのを抑制することのできる内燃機関の燃料噴射装置及び燃料噴射弁を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明では、吸気通路から空気が吸入される燃焼室に直接燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置において、前記燃焼室の幅方向に広がる扇状の第1の燃料噴霧と、前記燃焼室の中心軸方向に広がる扇状の第2の燃料噴霧とを、同一の吸気行程中に形成する燃料噴射手段を備え、前記燃料噴射手段は、前記第2の燃料噴霧を第1の燃料噴霧よりも前記吸入空気の流れの上流側に形成するものとした。
【0012】
吸気行程中に吸気通路から燃焼室に吸入された空気は、ピストンの移動に伴い燃焼室の中心軸に沿ってピストン側に引かれるようになる。吸気行程中に燃焼室内に形成される第1の燃料噴霧は、燃焼室の幅方向に広がる扇状となるため、上記空気によってピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に押さえ付けられることになる。一方、上記第1の燃料噴霧が形成されたのと同一の吸気行程中に燃焼室内に形成される第2の燃料噴霧は、燃焼室の中心軸方向に広がる扇状となって燃焼室の幅方向についての断面積が小となる。そのため、第2の燃料噴霧については、上述した燃焼室を中心軸方向に沿って流れる空気が当たったとしても、それによってピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に押さえ付けられるという影響を受けにくい。従って、吸気行程中に第2の燃料噴霧を燃焼室内に形成することで、燃料濃度の濃い混合気がピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に留まって混合気の均質度が悪化するのを抑制することができる。そして、混合気の均質度悪化に伴い良好な燃焼が得られなくなるのを抑制することができる。
吸気通路から燃焼室に吸入された空気の流れを受けることによる影響は第2の燃料噴霧に比べて第1の燃料噴霧の方が大となる。しかし、上記影響の小さい第2の燃料噴霧の方が第1の燃料噴霧よりも上記吸入空気の流れの上流側にあるため、第1及び第2の燃料噴霧が上記吸入空気の流れによってピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に押されたとき、第1及び第2の燃料噴霧が重なりにくい。従って、それら燃料噴霧が重なることに伴い、燃焼室内において燃料濃度が過度に濃い領域が生じるのを抑制することができる。
【0013】
請求項2記載の発明では、請求項1記載の発明において、前記燃料噴射手段は、前記第1の燃料噴霧と前記第2の燃料噴霧とを同時に形成するものとした。
燃焼室内に直接燃料が噴射される内燃機関にあっては、燃焼室内に形成された燃料噴霧が気化するときに気化熱が燃焼室内の空気から奪われるため、同空気が冷却されて燃焼室に対する空気の充填効率が高められるとともに耐ノック性が向上するという効果がある。こうした効果については、吸気通路から燃焼室に吸入される空気の流速が最も速くなるときに燃料噴射を行い、燃料噴霧を効率よく気化させることによって最大の効果が得られるようになる。上記構成によれば、吸気通路から燃焼室に吸入される空気の流速が最も速くなるときに、第1の燃料噴霧と第2の燃料噴霧とを同時に形成することができるため、それら第1及び第2の燃料噴霧を共に効率よく気化させ、上述した効果を高いレベルで得ることができるようになる。
【0014】
請求項3記載の発明では、請求項2記載の発明において、前記燃料噴射手段は、前記吸気通路から前記燃焼室に吸入される空気の流速が最も速くなるとき、前記第1の燃料噴霧と前記第2の燃料噴霧とを同時に形成するものとした。
【0015】
上記構成によれば、第1及び第2の燃料噴霧を共に効率よく気化させることができる。そのため、燃料の気化熱を利用した燃焼室内の空気の冷却を効率よく行い、燃焼室に対する空気の充填効率が高められるとともに耐ノック性が向上するという効果を高いレベルで得ることができるようになる。
【0018】
請求項4記載の発明では、請求項1〜3のいずれか一項に記載の発明において、前記燃料噴射手段は、燃料を前記燃焼室の幅方向に広がるよう噴射するとともに、それと同時に燃料を前記燃焼室の中心軸方向に広がるよう噴射する単一の燃料噴射弁を備えた。
【0019】
上記構成によれば、第1の燃料噴霧と第2の燃料噴霧とを形成するために、複数の燃料噴射弁を用いる場合や、燃料噴射用の噴孔(燃料噴射弁)を回転させて噴霧の広がる向きを変更できる機構を設ける場合などに比べ、燃料噴射装置の構造を簡略化することができ、構造の複雑化に伴うコスト増加を抑制することができる。
【0020】
請求項5記載の発明では、請求項4記載の発明において、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室の幅方向に延びる第1のスリットと、同燃焼室の中心軸方向に延びる第2のスリットとから燃料を噴射するものとした。
【0021】
上記構成によれば、第1のスリットからの燃料噴射により第1の燃料噴霧が形成され、第2のスリットからの燃料噴射により第2の燃料噴霧が形成されるため、単一の燃料噴射弁によって的確に第1及び第2の燃料噴霧を形成することができる。
【0022】
請求項6記載の発明では、請求項5記載の発明において、前記第2のスリットは、前記第1のスリットよりも前記吸入空気の流れの上流側に形成されていることを要旨とした。
【0023】
上記構成によれば、第2の燃料噴霧を第1の燃料噴霧よりも吸入空気の流れの上流側に形成することができる。このため、上記吸入空気の流れの影響を第2の燃料噴霧よりも受けやすい第1の燃料噴霧が、同吸入空気によってピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に押さえ付けられたとき、第1及び第2の燃料噴霧が重なりにくい。従って、それら燃料噴霧が重なることに伴い、燃焼室内において燃料濃度が過度に濃い領域が生じるのを抑制することができる。
【0024】
請求項7記載の発明では、請求項5又は6記載の発明において、前記第1のスリットと前記第2のスリットとは重ならないように形成されていることを要旨とした。
【0025】
仮に第1のスリットと第2のスリットとが重なっている場合、その重なる部分については燃料を噴射する際の抵抗が小さくなることから他の部分に比べて単位面積当たりの燃料噴射量が大となる。その結果、燃焼室内において、第1及び第2のスリットの重なる部分に対応する領域の燃料濃度が他よりも濃くなり、良好な燃焼を得る上で不利になる。しかし、上記構成によれば、第1のスリットと第2のスリットとが離れており両者が重ならないため、上記のような問題が生じるのを抑制することができる。
【0026】
請求項8記載の発明では、請求項1〜7のいずれかに記載の発明において、前記吸気通路は複数に分岐した状態で前記燃焼室に接続されるものであって、その複数に分岐した吸気通路と前記燃焼室との間を連通・遮断すべく開閉動作する複数の吸気バルブを備え、前記燃料噴射手段は前記複数の吸気バルブのうちの隣り合う2本の吸気バルブの間に前記第2の燃料噴霧を形成するものとした。
【0027】
上記構成によれば、吸気行程中に複数の吸気バルブが開いて燃焼室内に突き出るとき、それら吸気バルブのうちの少なくとも一つに燃焼室内の第2の燃料噴霧が当たり、それに伴い燃焼室内に燃料の偏在が生じて混合気の均質度が悪化することや、気化熱を利用した充填効率の向上代が低下するのを抑制することができるようになる。
【0028】
請求項9記載の発明では、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、前記燃料を噴射するための第1及び第2のスリットを、互いに直交する方向に延びるように、かつ前記第2のスリットが前記第1のスリットよりも内燃機関の吸入空気の流れの上流側に位置するように形成した。
【0029】
上記構成によれば、第1のスリットからの燃料噴射によって扇状に広がる第1の燃料噴霧が形成されるとともに、第2のスリットからの燃料噴射によって扇状に広がるように第2の燃料噴霧が形成され、それら第1及び第2の燃料噴霧は互いに直交する方向に広がることとなる。従って、例えば上記第1の燃料噴霧が燃焼室の幅方向に広がるよう燃料噴射弁を内燃機関に設けることで、第2の燃料噴霧は燃焼室の中心軸方向に広がる状態となる。内燃機関の吸気行程中に上記燃料噴射弁から燃料を噴射して燃焼室内に第1及び第2の燃料噴霧を形成すると、第1の燃料噴霧は、ピストンの移動に伴い燃焼室の中心軸に沿ってピストン側に引かれる吸気通路からの空気によって、ピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に押さえ付けられる。これに対し、上記第2の燃料噴霧は、燃焼室の幅方向についての断面積が小となるため、上述した燃焼室の中心軸方向に沿って流れる吸入空気が当たったとき、それによってピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に押さえ付けられるという影響を受けにくい。従って、この第2の燃料噴霧を燃焼室内に形成することで、燃料濃度の濃い混合気がピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に留まって混合気の均質度が悪化するのを抑制することができる。そして、混合気の均質度悪化に伴い良好な燃焼が得られなくなるのを抑制することができる。
また、第2のスリットが第1のスリットよりも内燃機関の吸入空気の流れの上流側に位置する上記構成によれば、第2の燃料噴霧を第1の燃料噴霧よりも吸入空気の流れの上流側に形成することができる。このため、上記吸入空気の流れの影響を第2の燃料噴霧よりも受けやすい第1の燃料噴霧が、同吸入空気によってピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に押さえ付けられたとき、第1及び第2の燃料噴霧が重なりにくい。従って、それら燃料噴霧が重なることに伴い、燃焼室内において燃料濃度が過度に濃い領域が生じるのを抑制することができる。
【0030】
請求項10記載の発明では、請求項9記載の発明において、前記第1のスリットと前記第2のスリットとは重ならないように形成されていることを要旨とした。
【0031】
仮に第1のスリットと第2のスリットとが重なっている場合、その重なる部分については燃料を噴射する際の抵抗が小さくなることから他の部分に比べて単位面積当たりの燃料噴射量が大となる。その結果、燃焼室内において、第1及び第2のスリットの重なる部分に対応する領域の燃料濃度が他よりも濃くなり、良好な燃焼を得る上で不利になる。しかし、上記構成によれば、第1のスリットと第2のスリットとが離れており両者が重ならないため、上記のような問題が生じるのを抑制することができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車に搭載される筒内噴射火花点火式エンジンに適用した一実施形態を図1〜図8に従って説明する。
【0033】
図1は、エンジン1における燃焼室2の周辺を示す拡大断面図である。
このエンジン1は、複数のシリンダ3(図1には一つのみ図示)を有するシリンダブロック4と、このシリンダブロック4に取り付けられたシリンダヘッド5と、シリンダ3内に往復移動可能に設けられたピストン6とを備えている。そして、これらシリンダブロック4、シリンダヘッド5、及びピストン6によって上記燃焼室2が区画形成されている。
【0034】
この燃焼室2には吸気通路7及び排気通路8が接続されている。そして、燃焼室2と吸気通路7との間は吸気バルブ9の開閉動作によって連通・遮断され、燃焼室2と排気通路8との間は排気バルブ10の開閉動作によって連通・遮断される。吸気バルブ9はエンジン1の吸気行程中に開弁され、排気バルブ10はエンジン1の排気行程中に開弁される。
【0035】
上記吸気通路7は、図2に示されるように二つに分岐した状態で燃焼室2に接続されている。上述した吸気バルブ9は、二つに分岐した後の各吸気通路7と燃焼室2との間を連通・遮断できるように、一つの燃焼室2につき二個ずつ設けられている。
【0036】
そして、エンジン1の吸気行程中に吸気バルブ9が開弁すると、二つに分岐した吸気通路7から燃焼室2内に空気が吸入される。この空気は、ピストン6の図1の下方に向かう移動に伴い燃焼室2内においてピストン6側に引かれ、同燃焼室2の中心軸L1(シリンダ3、ピストン6の中心軸)に沿って流れるようになる。
【0037】
エンジン1には、燃焼室2内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁11と、燃焼室2内に存在する燃料と空気とからなる混合気に対し点火を行う点火プラグ12とが設けられている。この点火プラグ12による点火に基づき混合気が燃焼すると、そのときの燃焼エネルギによりピストン6が往復移動し、エンジン1が駆動されるようになる。なお、燃料噴射弁11の燃料噴射は、エンジン1の運転制御を行うべく自動車に搭載された電子制御装置13を通じて制御される。
【0038】
上記混合気の燃焼形態は、エンジン運転状態等に応じて、空気に対し燃料が均等に混合された均質混合気を燃焼させる「均質燃焼」と、点火プラグ12周りのみに可燃混合気が存在する成層混合気を燃焼させる「成層燃焼」との間で切り換えられる。
【0039】
均質燃焼時に均質混合気を形成する際には、吸気行程中に燃料噴射弁11から燃焼室2内に燃料が噴射される。この燃料噴射によって燃焼室2内に形成された燃料噴霧は、吸気通路7から燃焼室2に吸入された空気の流れに巻き込まれて同空気と混合される。こうして燃焼室2内に均質混合気が形成され、同混合気を燃焼させることにより均質燃焼が実現される。
【0040】
また、成層燃焼時に成層混合気を形成する際には、圧縮行程中に燃料噴射弁11から燃焼室2内に燃料が噴射される。この燃料噴射によって燃焼室2内に形成された燃料噴霧は、ピストン6の頭頂部に形成された凹状のキャビティ6aの内壁に当たり、噴霧自身の貫徹力とキャビティ6aとを利用して点火プラグ12の近くまで移動される。こうして燃焼室内に成層混合気が形成され、同混合気を燃焼させることにより成層燃焼が実現される。
【0041】
次に、燃料噴射弁11について図3〜図8を参照して詳しく説明する。
図3は、燃料噴射弁11の噴孔形状を示す正面図である。燃料噴射弁11には、燃料を噴射するための噴孔として、互いに直交する方向に延びる第1及び第2のスリット14,15が形成されている。第1のスリット14は、燃料噴射弁11の径方向に延びている。一方、第2のスリット15は、第1のスリット14の長手方向中央に対応した位置において同スリット14と所定間隔だけ離れた状態で、燃料噴射弁11の径方向であって且つ第1のスリット14と直交する方向に延びている。
【0042】
燃料噴射弁11からの燃料噴射が実行されると、第1及び第2のスリット14,15を通じて図5及び図6に示されるように燃料が噴射される。なお、図5は第1のスリット14を通じて噴射された燃料によって形成される第1の燃料噴霧16、及び、第2のスリット15を通じて噴射された燃料によって形成される第2の燃料噴霧17を側方から見たときの噴霧形状を示している。また、図6は、上記第1及び第2の燃料噴霧16,17を上方からみたときの噴霧形状を示している。
【0043】
これらの図からわかるように、第1の燃料噴霧16は燃料噴射弁11の径方向に広がる扇状をなし、第2の燃料噴霧17は第1の燃料噴霧16と直交する方向に広がる扇状をなしている。また、第1の燃料噴霧16と第2の燃料噴霧17とは、互いが重なることのないよう離れて形成される。これは、第1の燃料噴霧16を形成するための第1のスリット14と、第2の燃料噴霧17を形成するための第2のスリット15とが互いに重ならないよう離れて形成されているためである。
【0044】
仮に、第1及び第2のスリット14,15が重なっている場合には、その重なった部分については燃料を噴射する際の抵抗が小さくなることから、上記重なった部分では他の部分に比べて単位面積当たりの燃料噴射量が大となる。その結果、燃料噴射を行ったときに形成される燃料噴霧において、第1及び第2のスリット14,15の重なる部分に対応する部分の燃料濃度が他よりも濃くなり、良好な燃焼を得る上で不利になる。しかし、上記のように第1のスリット14と第2のスリット15とを互いに離れるように形成することにより、第1の燃料噴霧16と第2の燃料噴霧17とが互いに離れるようになり、上記のような問題が生じるのを抑制することが可能となる。
【0045】
また、エンジン1に対する燃料噴射弁11の取り付けは、好ましくは以下に示す[1]〜[4]の条件を満たすように行われる。
[1]第1の燃料噴霧16が燃焼室2の幅方向(シリンダ3、ピストン6の幅方向)に広がり、第2の燃料噴霧17が燃焼室2の中心軸方向(シリンダ3、ピストン6の中心軸方向)に広がる。
【0046】
[2]均質燃焼を行うべく吸気行程中に燃料を噴射する際、第1の燃料噴霧16が吸気バルブ9の開弁時の位置よりもピストン6寄りの位置に形成される。
[3]第2の燃料噴霧17が上記第1の燃料噴霧16よりも吸気行程での吸入空気の流れの上流側に、且つ点火プラグ12に当たらないように形成される。
【0047】
[4]第2の燃料噴霧17が図6に二点鎖線で示される二つの吸気バルブ9の間に、それら両バルブ9からの距離Xが互いに等しくなるよう形成される。
ここで、燃料噴射弁11からの燃料噴射によって上記[1]〜[4]に示されるように燃料噴霧を形成することの利点について、燃焼室2の幅方向に広がる扇状の燃料噴霧のみを形成する従来技術との比較をもとに説明する。
【0048】
エンジン1の吸気行程中には、上述したように吸気通路7から燃焼室2に吸入された空気がピストン6側に引かれ、燃焼室2の中心軸方向に沿って流れるようになる。そのため従来は、均質燃焼を行うために吸気行程での燃料噴射を行うと、上記のように流れる空気が燃焼室2内で扇状に広がる燃料噴霧に当たり、同噴霧がピストン6の頭頂部側や燃焼室2の内壁側に押さえ付けられる。この場合、燃料噴霧と空気とが混合されにくくなり、吸気行程から圧縮行程に移行した後も、図7に二点鎖線で示されるようにピストン6の頭頂部付近に燃料濃度の濃い混合気が存在するようになる。
【0049】
従って、点火プラグ12による点火が行われるときにも、燃焼室2内の混合気に燃料の濃い部分と薄い部分とが残ったままになり、均質燃焼時における混合気の均質度が悪化し、混合気の良好な燃焼を得にくくなる。また、燃料噴霧の気化熱を利用して燃焼室2内の空気を効率よく冷却し、同燃焼室2に対する空気の充填効率を高めるとともに耐ノック性を向上させようとすると、吸気通路7から燃焼室2に吸入される空気の流速が速くなり、燃料が気化し易くなるときに燃料噴霧を形成しなければならなくなる。この場合、流速の速い空気の流れによって燃焼室2内の燃料噴霧が一層ピストン6の頭頂部側や燃焼室2の内壁側に押さえ付けられ易くなり、上述した問題が顕著なものとなる。
【0050】
これに対し、本実施形態では、均質燃焼を実行すべく吸気行程での燃料噴射が行われると、上述したように第1及び第2の燃料噴霧16,17が同一の吸気行程中に燃焼室2内に形成される。こうした第1及び第2の燃料噴霧16,17の形成は、電子制御装置13による燃料噴射弁11の駆動制御により、例えば吸気行程において吸気通路7から燃焼室2に吸入される空気の流速が最も速くなる期間中に行われる。
【0051】
上記第1の燃料噴霧16は、燃焼室2の幅方向に広がる扇状となるため、燃焼室2の中心軸方向に沿って流れる上記空気によってピストン6の頭頂部側及び燃焼室2の内壁側に押さえ付けられる。しかし、第2の燃料噴霧17は、燃焼室2の中心軸方向に広がる扇状となって燃焼室2の幅方向についての断面積が小となるため、上記空気が当たったときにピストン6の頭頂部側及び燃焼室2の内壁側に押さえ付けられるという影響を受けにくい。
【0052】
従って、吸気行程中に第2の燃料噴霧17を燃焼室2内に形成することで、燃料濃度の濃い混合気がピストン6の頭頂部側及び燃焼室2の内壁側に留まって混合気の均質度が悪化するのを抑制することができる。そして、均質燃焼時における混合気の均質度の悪化に伴い、良好な燃焼が得られなくなるのを抑制することができる。
【0053】
なお、第2の燃料噴霧17が形成されるのと同一の吸気行程中には、燃焼室2の幅方向に広がる扇状の第1の燃料噴霧16も形成される。そのため、吸気行程中の吸入空気により上記第1の燃料噴霧16がピストン6の頭頂部側及び燃焼室2の内壁側に押さえ付けられるとはいえ、当該第1の燃料噴霧16によって燃焼室2の幅方向についての燃料の拡散を促進することが可能になる。
【0054】
また、吸入空気の流れを受けることによる影響の小さい第2の燃料噴霧17は、上記影響の大きい第1の燃料噴霧16よりも燃焼室2内において吸気通路7側の位置、即ち吸気行程での吸入空気の流れの上記第1の燃料噴霧16よりも上流側に形成される。このため、第1及び第2の燃料噴霧16,17が上記吸入空気の流れによってピストン6の頭頂部側及び燃焼室2の内壁側に押されたとき、第1及び第2の燃料噴霧16,17が重なりにくい。そして、第1及び第2の燃料噴霧16,17が重なることに伴い、燃焼室2内に燃料濃度の過度に濃い領域が生じることを抑制できる。
【0055】
更に、第2の燃料噴霧17は二つの吸気バルブ9の間に形成される。そのため、吸気行程中に吸気バルブ9が開弁して燃焼室2内に突き出るとき、それら吸気バルブ9に第2の燃料噴霧17が当たり、これにより燃焼室2内で燃料の偏在が生じて混合気の均質度が悪化するのを抑制することができるようになる。
【0056】
次に、従来のように燃料噴霧を形成した場合と、本実施形態のように燃料噴霧を形成した場合との混合気の燃焼変動率の違いについて、図8を参照して説明する。
【0057】
同図8は、均質燃焼を行うべく吸気行程中に燃料を噴射する場合において、燃料噴射時期の変化に対し、混合気の燃焼変動率がどのように推移するかを示すグラフである。図中において、破線は従来のように燃料噴霧を形成した場合の燃料噴射時期の変化に対する燃焼変動率の推移を示しており、実線は本実施形態のように燃料噴霧を形成した場合の燃料噴射時期の変化に対する燃焼変動率の推移を示している。
【0058】
この図からわかるように、吸気通路7から燃焼室2に吸入される空気の流速が速くなる期間Aにおいて、従来(破線)は燃焼変動率が悪化していたのに対し、本実施形態(実線)では燃焼変動率の悪化が抑制されている。これは、従来は期間Aで上述した混合気の均質度の悪化により良好な燃焼が得られなくなるのに対し、本実施形態では燃焼室2内での第1及び第2の燃料噴霧16,17の形成により上記期間Aでの混合気の均質度が改善され、良好な燃焼が得られるためである。従って、上記期間Aにおいて、従来は燃焼変動率の悪化にともない燃費率も悪化するのに対し、本実施形態では燃焼変動率の悪化が抑制されることから燃費率が良好に維持されるようになる。
【0059】
なお、図8において二点鎖線は、第2の燃料噴霧17を第1の燃料噴霧16よりもピストン6寄りの位置、即ち吸入空気の流れの上記第1の燃料噴霧16寄りも下流側に形成した場合の燃焼変動率の推移を示している。この場合の燃料噴射弁11の噴孔形状としては、例えば図4に示されるようにすることが考えられる。この噴孔形状と図3に示される噴孔形状とは、第2のスリット15の位置が第1のスリット14の幅方向両側のうちの一方の側にあるか、或いは他方の側にあるかという点のみが異なっている。
【0060】
燃料噴射弁11の噴孔形状を図4に示されるようにした場合であっても、混合気の燃焼変動が図7に二点鎖線で示されるように期間Aにおいて従来(破線)よりも良好になり、燃費率についても従来よりは良好になることから、このような噴孔形状を採用することも可能である。
【0061】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)均質燃焼時の吸気行程中には、燃焼室2の幅方向に広がる扇状の第1の燃料噴霧16が形成されるだけでなく、燃焼室2の中心軸方向に広がる扇状の第2の燃料噴霧17も形成される。この第2の燃料噴霧17については、燃焼室2の幅方向の断面積が第1の燃料噴霧16に比べて小となる。従って、吸気行程中に吸気通路7から燃焼室2内に吸入された空気が、ピストン6の移動に伴い燃焼室2の中心軸方向に沿って流れて第2の燃料噴霧17に当たるとき、当該燃料噴霧17がピストン6の頭頂部側及び燃焼室2の内壁側に押されるという影響は小さいものとなる。このように吸気行程中に第2の燃料噴霧17を燃焼室2内に形成することで、均質燃焼時に燃料濃度の濃い混合気がピストン6の頭頂部側及び燃焼室2の内壁側に多く留まって混合気の均質度が悪化するのを抑制することができる。そして、混合気の均質度悪化に伴い良好な燃焼が得られなくなるのを抑制することができる。
【0062】
(2)上記第2の燃料噴霧17が形成されるのと同一の吸気行程中には、燃焼室2の幅方向に広がる扇状の第1の燃料噴霧16も形成される。そのため、吸気行程中の吸入空気により上記第1の燃料噴霧16がピストン6の頭頂部側及び燃焼室2の内壁側に押さえ付けられるとはいえ、当該第1の燃料噴霧16によって燃焼室2の幅方向についての燃料の拡散を促進することができる。
【0063】
(3)燃焼室2内に直接燃料が噴射されるエンジン1にあっては、燃焼室2内に形成された燃料噴霧が気化するときに気化熱が燃焼室2内の空気から奪われるため、同空気が冷却されて燃焼室2に対する空気の充填効率が高められるという効果がある。こうした効果については、吸気通路7から燃焼室2に吸入される空気の流速が最も速くなるときに燃料噴射を行い、燃料噴霧を効率よく気化させることによって最大の効果が得られるようになる。そのため、均質燃焼時の吸気行程中において上記吸入空気の流速が最も速くなる期間Aで、第1及び第2の燃料噴霧16,17を形成することにより、それら燃料噴霧16,17を効率良く気化させることができ、上述した効果を高いレベルで得ることができるようになる。
【0064】
(4)吸気通路7から燃焼室2に吸入された空気の流れを受けることによる影響は、第2の燃料噴霧17に比べて第1の燃料噴霧16の方が大となる。しかし、上記影響の小さい第2の燃料噴霧17の方が第1の燃料噴霧16よりも上記吸入空気の流れの上流側に形成される。そのため、第1及び第2の燃料噴霧16,17が上記吸入空気の流れによってピストン6の頭頂部側及び燃焼室2の内壁側に押されたとき、第1及び第2の燃料噴霧16,17が重なりにくい。従って、それら燃料噴霧が重なることに伴い、燃焼室2内において燃料濃度が過度に濃い領域が生じるのを抑制することができる。
【0065】
(5)燃料噴射弁11に燃料を噴射するための噴孔として第1及び第2のスリット14,15を形成したため、第1及び第2の燃料噴霧16,17を単一の燃料噴射弁11によって的確に形成することができる。従って、例えば第1の燃料噴霧16と第2の燃料噴霧17とを形成するために複数の燃料噴射弁を用いる場合などに比べ、エンジン1の燃料噴射装置の構造を簡略化することができ、構造の複雑化に伴うコスト増加を抑制することができる。
【0066】
(6)上記第2のスリット15は、第1のスリット14よりも吸入空気の流れの上流側に形成されるため、第2の燃料噴霧17を第1の燃料噴霧16よりも吸入空気の流れの上流側に的確に形成することができる。
【0067】
(7)第1のスリット14と第2のスリット15とを互いに離れるように形成した。従って、第1及び第2のスリット14,15が互いに重なるときのように、燃料噴射を行ったときに形成される燃料噴霧において上記重なる部分に対応した部分の燃料濃度が他よりも濃くなり、良好な燃焼を得る上で不利になるのを抑制することができる。
【0068】
(8)第2の燃料噴霧17は二つの吸気バルブ9の間に形成される。そのため、均質燃焼時の吸気行程中に吸気バルブ9が開弁して燃焼室2内に突き出るとき、それら吸気バルブ9に第2の燃料噴霧17が当たり、これによって燃焼室2内で燃料の偏在が生じ、混合気の均質度が悪化するのを抑制することができる。
【0069】
(9)第2の燃料噴霧17は二つの吸気バルブ9との間が等距離Xとなるように形成されるため、何らかの理由によって第2の燃料噴霧17が二つの吸気バルブ9のいずれかに向けて偏ったとき、第2の燃料噴霧17が吸気バルブ9と当たるのを極力回避することができる。
【0070】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・第2の燃料噴霧17を二つの吸気バルブ9の間に形成する際に、第2の燃料噴霧17と二つの吸気バルブ9との距離を必ずしも互いに等しくする必要はない。
【0071】
・吸気通路7が三つ以上に分岐した状態で燃焼室2に接続されるエンジンに本発明を適用してもよい。この場合、一つの燃焼室2につき吸気通路7の分岐数に対応した数の吸気バルブ9が設けられ、それら吸気バルブ9の開閉によって各吸気通路7と燃焼室2との間が連通・遮断される。そして、それら複数の吸気バルブ9のうちの隣り合う2本の吸気バルブ9の間に第2の燃料噴霧17が形成されるよう、燃料噴射弁11がエンジン1に取り付けられる。
【0072】
・図9に示されるように、燃料噴射弁11における第1のスリット14と第2のスリット15とが重なっていてもよい。
・図10に示されるように、燃料噴射弁11における第1のスリット14の幅方向両側に第2のスリット15a,15bを形成してもよい。
【0073】
・第1の燃料噴霧16と第2の燃料噴霧17とを単一の燃料噴射弁11で形成する代わりに別々の燃料噴射弁によって形成するようにしてもよい。また、燃料噴射用の噴孔としてのスリットを燃料噴射弁に一つだけ設け、噴孔(燃料噴射弁)を回転させて燃料噴霧の広がる方向を制御できる機構を設けてもよい。この場合、同一の吸気行程中に燃料噴射弁を90°回転させ、その回転の前後で各々燃料噴射を行うことで、広がる向きの90°異なる二種類の燃料噴霧が燃焼室2内に形成されるようになる。上述したいずれの変更例についても、第1の燃料噴霧16を形成するタイミングと、第2の燃料噴霧17を形成するタイミングとを適宜ずらすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の燃料噴射装置及び燃料噴射弁が適用されるエンジンの燃焼室付近を示す拡大断面図。
【図2】同エンジンの吸気通路の形状を示す略図。
【図3】上記燃料噴射弁の噴孔形状を示す正面図。
【図4】燃料噴射弁の噴孔形状の他の例を示す正面図。
【図5】燃料噴射弁からの燃料噴射によって形成される燃料噴霧の形状を示す側面図。
【図6】燃料噴射弁からの燃料噴射によって形成される燃料噴霧の形状を示す平面図。
【図7】従来の燃料噴射を実行したときの燃焼室内における燃料の分布を示す拡大断面図。
【図8】吸気行程での燃料噴射の際に燃料噴射時期を変更したとき、それに伴い混合気の燃焼変動率がどのように推移するかを示すグラフ。
【図9】燃料噴射弁の噴孔形状の他の例を示す正面図。
【図10】燃料噴射弁の噴孔形状の他の例を示す正面図。
【符号の説明】
1…エンジン、2…燃焼室、3…シリンダ、4…シリンダブロック、5…シリンダヘッド、6…ピストン、6a…キャビティ、7…吸気通路、8…排気通路、9…吸気バルブ、10…排気バルブ、11…燃料噴射弁、12…点火プラグ、13…電子制御装置、14…第1のスリット、15…第2のスリット、16…第1の燃料噴霧、17…第2の燃料噴霧。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection device and a fuel injection valve for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a cylinder injection internal combustion engine mounted on a vehicle such as an automobile, fuel is directly injected from a fuel injection valve into a combustion chamber in which air is sucked from an intake passage, and a fuel spray is formed in the combustion chamber by this fuel injection. Is done. When an air-fuel mixture composed of fuel and air is ignited by a spark plug in the combustion chamber, the air-fuel mixture burns and the piston reciprocates due to the combustion energy at that time. The above-mentioned combustion mode of the air-fuel mixture includes “homogeneous combustion” in which a homogeneous air-fuel mixture in which fuel is evenly mixed with air is combusted according to engine operating conditions, etc., and stratification where a combustible air-fuel mixture exists only around the spark plug It is switched between “stratified combustion” in which the air-fuel mixture is combusted.
[0003]
When a homogeneous air-fuel mixture is formed during homogeneous combustion, fuel is injected during the intake stroke in which air is drawn from the intake passage into the combustion chamber as the piston moves. The fuel spray formed in the combustion chamber by the fuel injection during the intake stroke is entrained in the flow of air drawn into the combustion chamber from the intake passage and mixed with the air. In this way, a homogeneous mixture is formed in the combustion chamber.
[0004]
Further, when forming a stratified mixture during stratified combustion, fuel is injected during a compression stroke in which the air in the combustion chamber is compressed as the piston moves. The fuel spray formed in the combustion chamber by the fuel injection during the compression stroke is moved to the vicinity of the spark plug using the penetration force of the spray itself after hitting the top of the piston. In this way, a stratified mixture is formed in the combustion chamber.
[0005]
By the way, the fuel spray formed in the combustion chamber spreads in the width direction of the combustion chamber as shown in, for example, JP-A-2001-27170, by injecting fuel from the fuel injection valve so as to spread in the width direction of the combustion chamber. It is fan-shaped. It has been confirmed that by making the fuel spray formed in the combustion chamber into a fan shape as described above, the penetration force of the spray itself increases, and this spray shape moves the fuel spray to the vicinity of the spark plug during stratified combustion. To ensure the necessary penetrating power.
[0006]
Furthermore, by making the fuel spray formed in the combustion chamber into a fan shape as described above, the fuel spray moves near the spark plug while entraining a large amount of air during stratified combustion. Therefore, fuel vaporization can be promoted and combustion of the stratified mixture can be made better than when the fuel spray is formed in a conical shape.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By injecting the fuel so that the fuel spray formed in the combustion chamber is fan-shaped as described above, the above effect can be obtained during stratified combustion. The fuel spray formed in a fan shape.
[0008]
In the homogeneous combustion, when the above-described fan-shaped fuel spray is formed in the combustion chamber by fuel injection in the intake stroke, the air sucked into the combustion chamber from the intake passage comes into contact with the fuel spray. This air is drawn to the piston side along the central axis direction of the combustion chamber (piston) as the piston moves during the intake stroke, so that the fan-shaped fuel spray is pushed in the thickness direction and the top side of the piston Or pressed against the inner wall of the combustion chamber.
[0009]
When the fuel spray in the combustion chamber is suppressed in this way, the fuel is biased to exist on the top of the piston and the inner wall of the combustion chamber in the combustion chamber. In addition, the air-fuel mixture with a high fuel concentration remains in that portion. For this reason, there has been a problem that the homogeneity of the air-fuel mixture at the time of homogeneous combustion deteriorates and it becomes difficult to obtain good combustion of the air-fuel mixture.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is to form a homogeneous fuel / air mixture when a fan-shaped fuel spray is formed by fuel injection into a combustion chamber during homogeneous combustion. An object of the present invention is to provide a fuel injection device and a fuel injection valve for an internal combustion engine that can suppress the deterioration of the degree of deterioration and the failure to obtain good combustion.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the following, means for achieving the above object and its effects are described.
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in the fuel injection device for an internal combustion engine that directly injects fuel into the combustion chamber in which air is sucked from the intake passage, the fan-shaped first expanding in the width direction of the combustion chamber. And a fuel injection means for forming the first fuel spray and the fan-shaped second fuel spray extending in the direction of the central axis of the combustion chamber during the same intake stroke.The fuel injection means forms the second fuel spray on the upstream side of the flow of the intake air with respect to the first fuel spray.It was.
[0012]
Air taken into the combustion chamber from the intake passage during the intake stroke is drawn toward the piston along the central axis of the combustion chamber as the piston moves. Since the first fuel spray formed in the combustion chamber during the intake stroke has a fan-like shape extending in the width direction of the combustion chamber, it is pressed against the top of the piston and the inner wall of the combustion chamber by the air. . On the other hand, the second fuel spray formed in the combustion chamber during the same intake stroke in which the first fuel spray is formed becomes a fan-like shape extending in the direction of the central axis of the combustion chamber, and the width direction of the combustion chamber The cross-sectional area about is small. For this reason, the second fuel spray is affected by being pressed against the top of the piston and the inner wall of the combustion chamber even if the air flowing in the center axis direction hits the combustion chamber. Hateful. Therefore, by forming the second fuel spray in the combustion chamber during the intake stroke, the fuel-rich mixture remains on the top of the piston and the inner wall of the combustion chamber, and the homogeneity of the mixture deteriorates. Can be suppressed. And it can suppress that favorable combustion cannot be acquired with the homogeneity deterioration of air-fuel | gaseous mixture.
The effect of receiving the flow of air sucked into the combustion chamber from the intake passage is greater in the first fuel spray than in the second fuel spray. However, since the second fuel spray having the smaller influence is on the upstream side of the flow of the intake air than the first fuel spray, the first and second fuel sprays are caused by the flow of the intake air. When pushed to the top side and the inner wall side of the combustion chamber, the first and second fuel sprays are unlikely to overlap. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of an excessively high fuel concentration region in the combustion chamber due to the overlapping of the fuel sprays.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the fuel injection means forms the first fuel spray and the second fuel spray at the same time.
In an internal combustion engine in which fuel is directly injected into the combustion chamber, the heat of vaporization is taken away from the air in the combustion chamber when the fuel spray formed in the combustion chamber is vaporized. The air filling efficiency is increased and the knock resistance is improved. With respect to such an effect, the maximum effect can be obtained by performing fuel injection when the flow velocity of the air drawn into the combustion chamber from the intake passage becomes the fastest and efficiently vaporizing the fuel spray. According to the above configuration, the first fuel spray and the second fuel spray can be formed at the same time when the flow velocity of the air drawn into the combustion chamber from the intake passage becomes the fastest. Both the second fuel sprays can be efficiently vaporized and the above-described effects can be obtained at a high level.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, when the flow rate of the air sucked into the combustion chamber from the intake passage becomes the fastest, the fuel injection means and the first fuel spray The second fuel spray was formed at the same time.
[0015]
According to the above configuration, both the first and second fuel sprays can be efficiently vaporized. Therefore, it is possible to efficiently cool the air in the combustion chamber using the heat of vaporization of the fuel, increase the efficiency of charging the air into the combustion chamber, and improve the knock resistance, at a high level. .
[0018]
Claim4In the described invention, the claimsIn any one of 1-3In the described invention, the fuel injection means includes a single fuel injection valve that injects the fuel so as to expand in the width direction of the combustion chamber and simultaneously injects the fuel so as to extend in the direction of the central axis of the combustion chamber. It was.
[0019]
According to the above configuration, in order to form the first fuel spray and the second fuel spray, when a plurality of fuel injection valves are used, or by spraying the fuel injection nozzles (fuel injection valves) Compared with the case where a mechanism capable of changing the direction in which the fuel spreads is provided, the structure of the fuel injection device can be simplified, and an increase in cost due to the complexity of the structure can be suppressed.
[0020]
Claim5In the described invention, the claims4In the described invention, the fuel injection valve injects fuel from the first slit extending in the width direction of the combustion chamber and the second slit extending in the central axis direction of the combustion chamber.
[0021]
According to the above configuration, the first fuel spray is formed by the fuel injection from the first slit, and the second fuel spray is formed by the fuel injection from the second slit. Thus, the first and second fuel sprays can be accurately formed.
[0022]
Claim6In the described invention, the claims5The gist of the invention is that the second slit is formed on the upstream side of the flow of the intake air with respect to the first slit.
[0023]
According to the said structure, a 2nd fuel spray can be formed in the upstream of the flow of intake air rather than a 1st fuel spray. Therefore, when the first fuel spray that is more susceptible to the influence of the flow of the intake air than the second fuel spray is pressed against the top of the piston and the inner wall of the combustion chamber by the intake air, The first and second fuel sprays are difficult to overlap. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of an excessively high fuel concentration region in the combustion chamber due to the overlapping of the fuel sprays.
[0024]
Claim7In the described invention, the claims5 or 6The gist of the invention is that the first slit and the second slit are formed so as not to overlap each other.
[0025]
If the first slit and the second slit overlap, the resistance at the time of fuel injection is reduced in the overlapping portion, so the fuel injection amount per unit area is larger than in other portions. Become. As a result, in the combustion chamber, the fuel concentration in the region corresponding to the overlapping portion of the first and second slits is higher than the others, which is disadvantageous in obtaining good combustion. However, according to the above configuration, since the first slit and the second slit are separated from each other and do not overlap with each other, it is possible to suppress the occurrence of the above problem.
[0026]
Claim8In the described invention, claims 1 to7In the invention according to any one of the above, the intake passage is connected to the combustion chamber in a state of being divided into a plurality of branches, and communicates and blocks between the plurality of intake passages and the combustion chamber. A plurality of intake valves that open and close as much as possible are provided, and the fuel injection means forms the second fuel spray between two adjacent intake valves of the plurality of intake valves.
[0027]
According to the above configuration, when the plurality of intake valves open and protrude into the combustion chamber during the intake stroke, the second fuel spray in the combustion chamber hits at least one of the intake valves, and accordingly the fuel is injected into the combustion chamber. This makes it possible to suppress the deterioration of the homogeneity of the air-fuel mixture due to the uneven distribution of the air-fuel ratio and the decrease in the charge for improving the charging efficiency using the heat of vaporization.
[0028]
Claim9In the described invention, the fuel injection valve injects fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine, and the first and second slits for injecting the fuel extend in directions orthogonal to each other.And the second slit is positioned on the upstream side of the flow of intake air of the internal combustion engine with respect to the first slit.Formed.
[0029]
According to the above configuration, the first fuel spray spreading in a fan shape is formed by fuel injection from the first slit, and the second fuel spray is formed so as to spread in a fan shape by fuel injection from the second slit. Thus, the first and second fuel sprays spread in directions orthogonal to each other. Therefore, for example, by providing a fuel injection valve in the internal combustion engine so that the first fuel spray spreads in the width direction of the combustion chamber, the second fuel spray spreads in the direction of the central axis of the combustion chamber. When the first and second fuel sprays are formed in the combustion chamber by injecting fuel from the fuel injection valve during the intake stroke of the internal combustion engine, the first fuel spray is applied to the central axis of the combustion chamber as the piston moves. Along with the air from the intake passage drawn along the piston side, it is pressed against the top of the piston and the inner wall of the combustion chamber. On the other hand, since the second fuel spray has a small cross-sectional area in the width direction of the combustion chamber, when the intake air flowing along the central axis direction of the combustion chamber hits the piston, Less susceptible to being pressed against the top of the head and the inner wall of the combustion chamber. Therefore, by forming the second fuel spray in the combustion chamber, it is possible to prevent the air-fuel mixture having a high fuel concentration from remaining on the top of the piston and the inner wall of the combustion chamber and deteriorating the homogeneity of the air-fuel mixture. be able to. And it can suppress that favorable combustion cannot be acquired with the homogeneity deterioration of air-fuel | gaseous mixture.
Further, according to the above configuration in which the second slit is positioned upstream of the flow of the intake air of the internal combustion engine relative to the first slit, the second fuel spray is more flowed of the intake air than the first fuel spray. It can be formed upstream. Therefore, when the first fuel spray that is more susceptible to the influence of the flow of the intake air than the second fuel spray is pressed against the top of the piston and the inner wall of the combustion chamber by the intake air, The first and second fuel sprays are difficult to overlap. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of an excessively high fuel concentration region in the combustion chamber due to the overlapping of the fuel sprays.
[0030]
Claim10In the described invention, the claims9The gist of the invention is that the first slit and the second slit are formed so as not to overlap each other.
[0031]
If the first slit and the second slit overlap, the resistance at the time of fuel injection is reduced in the overlapping portion, so the fuel injection amount per unit area is larger than in other portions. Become. As a result, in the combustion chamber, the fuel concentration in the region corresponding to the overlapping portion of the first and second slits is higher than the others, which is disadvantageous in obtaining good combustion. However, according to the above configuration, since the first slit and the second slit are separated from each other and do not overlap with each other, it is possible to suppress the occurrence of the above problem.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an in-cylinder injection spark ignition engine mounted on an automobile will be described with reference to FIGS.
[0033]
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of the
The
[0034]
An
[0035]
The
[0036]
When the
[0037]
The
[0038]
The combustion mode of the air-fuel mixture is “homogeneous combustion” in which a homogeneous air-fuel mixture in which fuel is evenly mixed with air is combusted according to the engine operating condition and the like, and there is a combustible air-fuel mixture only around the
[0039]
When a homogeneous mixture is formed during homogeneous combustion, fuel is injected into the
[0040]
Further, when forming a stratified mixture during stratified combustion, fuel is injected from the
[0041]
Next, the
FIG. 3 is a front view showing the injection hole shape of the
[0042]
When fuel injection from the
[0043]
As can be seen from these drawings, the
[0044]
If the first and
[0045]
The
[1] The
[0046]
[2] When fuel is injected during the intake stroke to perform homogeneous combustion, the
[3] The
[0047]
[4] The
Here, regarding the advantage of forming the fuel spray by the fuel injection from the
[0048]
During the intake stroke of the
[0049]
Accordingly, even when ignition is performed by the
[0050]
On the other hand, in this embodiment, when fuel injection is performed in the intake stroke to perform homogeneous combustion, the first and
[0051]
Since the
[0052]
Therefore, by forming the
[0053]
During the same intake stroke that the
[0054]
Further, the
[0055]
Further, the
[0056]
Next, the difference in the combustion fluctuation rate of the air-fuel mixture between when the fuel spray is formed as in the prior art and when the fuel spray is formed as in the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0057]
FIG. 8 is a graph showing how the combustion fluctuation rate of the air-fuel mixture changes with respect to changes in the fuel injection timing when fuel is injected during the intake stroke to perform homogeneous combustion. In the figure, the broken line indicates the transition of the combustion fluctuation rate with respect to the change in the fuel injection timing when the fuel spray is formed as in the conventional case, and the solid line indicates the fuel injection when the fuel spray is formed as in the present embodiment. It shows the change of the combustion fluctuation rate with respect to the change of time.
[0058]
As can be seen from this figure, in the period A in which the flow velocity of the air sucked into the
[0059]
In FIG. 8, the two-dot chain line forms the
[0060]
Even when the injection hole shape of the
[0061]
According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1) During the intake stroke during homogeneous combustion, not only the fan-shaped
[0062]
(2) During the same intake stroke that the
[0063]
(3) In the
[0064]
(4) The effect of receiving the flow of air sucked into the
[0065]
(5) Since the first and
[0066]
(6) Since the
[0067]
(7) The
[0068]
(8) The
[0069]
(9) Since the
[0070]
In addition, the said embodiment can also be changed as follows, for example.
When the
[0071]
The present invention may be applied to an engine connected to the
[0072]
-As FIG. 9 shows, the 1st slit 14 and the
As shown in FIG. 10, second slits 15 a and 15 b may be formed on both sides in the width direction of the
[0073]
The
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing the vicinity of a combustion chamber of an engine to which a fuel injection device and a fuel injection valve of an embodiment are applied.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the shape of an intake passage of the engine.
FIG. 3 is a front view showing an injection hole shape of the fuel injection valve.
FIG. 4 is a front view showing another example of the injection hole shape of the fuel injection valve.
FIG. 5 is a side view showing the shape of fuel spray formed by fuel injection from a fuel injection valve.
FIG. 6 is a plan view showing the shape of fuel spray formed by fuel injection from a fuel injection valve.
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing fuel distribution in a combustion chamber when conventional fuel injection is performed.
FIG. 8 is a graph showing how the combustion fluctuation rate of the air-fuel mixture changes when the fuel injection timing is changed during fuel injection in the intake stroke.
FIG. 9 is a front view showing another example of the injection hole shape of the fuel injection valve.
FIG. 10 is a front view showing another example of the injection hole shape of the fuel injection valve.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記燃焼室の幅方向に広がる扇状の第1の燃料噴霧と、前記燃焼室の中心軸方向に広がる扇状の第2の燃料噴霧とを、同一の吸気行程中に形成する燃料噴射手段を備え、
前記燃料噴射手段は、前記第2の燃料噴霧を第1の燃料噴霧よりも前記吸入空気の流れの上流側に形成するものである
ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。In a fuel injection device for an internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber in which air is sucked from an intake passage,
Fuel injection means for forming a fan-shaped first fuel spray spreading in the width direction of the combustion chamber and a fan-shaped second fuel spray spreading in the central axis direction of the combustion chamber in the same intake stroke ;
The fuel injection device for an internal combustion engine, wherein the fuel injection means forms the second fuel spray on an upstream side of the flow of the intake air with respect to the first fuel spray .
請求項1記載の内燃機関の燃料噴射装置。The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel injection means forms the first fuel spray and the second fuel spray simultaneously.
請求項2記載の内燃機関の燃料噴射装置。The fuel injection means forms the first fuel spray and the second fuel spray at the same time when the flow velocity of the air sucked into the combustion chamber from the intake passage becomes the fastest. A fuel injection device for an internal combustion engine as described.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 The fuel injection means may be injection to spread the fuel in the width direction of the combustion chamber, therewith claims 1 to 3 comprising a single fuel injection valve for simultaneously injecting to spread the fuel in the central axis direction of the combustion chamber The fuel injection device for an internal combustion engine according to any one of the above.
請求項4記載の内燃機関の燃料噴射装置。The internal combustion engine according to claim 4 , wherein the fuel injection valve injects fuel from a first slit extending in a width direction of the combustion chamber and a second slit extending in a central axis direction of the combustion chamber . Fuel injection device.
請求項5記載の内燃機関の燃料噴射装置。The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the second slit is formed on the upstream side of the flow of the intake air with respect to the first slit .
請求項5又は6記載の内燃機関の燃料噴射装置。The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 5 or 6, wherein the first slit and the second slit are formed so as not to overlap each other .
請求項1〜7のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射装置。 The intake passage is connected to the combustion chamber in a state of being branched into a plurality of, and a plurality of intake valves that open and close to communicate and block between the intake passage branched into the plurality of combustion passages and the combustion chamber. wherein said fuel injection means is a fuel injection system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, the second fuel spray formed between the two intake valves adjacent of the plurality of intake valves .
前記燃料を噴射するための第1及び第2のスリットを、互いに直交する方向に延びるように、かつ前記第2のスリットが前記第1のスリットよりも内燃機関の吸入空気の流れの上流側に位置するように形成した The first and second slits for injecting the fuel extend in directions orthogonal to each other, and the second slit is located upstream of the flow of intake air of the internal combustion engine from the first slit. Formed to be located
ことを特徴とする燃料噴射弁。 The fuel injection valve characterized by the above-mentioned.
請求項8記載の燃料噴射弁。The fuel injection valve according to claim 8, wherein the first slit and the second slit are formed so as not to overlap each other .
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