JP6002517B2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気バルブと燃料噴射装置との間の吸気ポートに湾曲部が形成され、吸気ポート内に燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置に関する。

特許文献１には、気筒内に臨む点火プラグに燃料噴霧が吹き掛からないようにして前記点火プラグの両側に向かって延びる２つの燃料噴霧を噴射可能な燃料噴射弁を有し、前記燃料噴射弁にて噴射される前記２つの燃料噴霧のいずれか一方の貫徹力が他方の貫徹力よりも低くされた、筒内噴射式内燃機関が開示されている。

特開２００６−２９９８８８号公報

吸気バルブと燃料噴射装置との間の吸気ポートに湾曲部が形成され、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射式内燃機関においては、湾曲部の湾曲中心Ｃに近い側の壁面（湾曲の内側となる壁面）が障害物となって、湾曲部の湾曲中心Ｃに近い側となる吸気バルブの周縁部分を直接狙って燃料を噴射させることができない場合がある。
このような場合、吸気ポート内に噴射される燃料噴霧の貫徹力が弱いと、吸気の流れに燃料噴霧が乗ることで、湾曲部の湾曲中心Ｃから遠い側（湾曲の外側となる壁面）に燃料噴霧が偏る一方、燃料噴霧の貫徹力が強いと、湾曲部の湾曲中心Ｃに近い側の壁面に多くの燃料が付着してしまう。
このため、１つの燃料噴霧の貫徹力を調整する方法では、湾曲部の湾曲中心Ｃから遠い側と近い側とからバランス良く燃料を燃焼室内に吸引させることが困難であり、燃焼室内における混合気の均質度が低下し、燃費性能が目減りしてしまうという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、吸気バルブと燃料噴射装置との間の吸気ポートに湾曲部が形成され、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射式内燃機関において、吸気ポートの湾曲部の湾曲中心Ｃから遠い側と近い側とからバランス良く燃料を燃焼室内に吸引させることができる、燃料噴射装置を提供することを目的とする。

そのため、本願発明に係る燃料噴射装置は、その一態様として、吸気バルブと燃料噴射装置との間の吸気ポートに湾曲部が形成され、吸気ポート内に燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置であって、前記吸気ポートの湾曲部の湾曲中心に近い側の壁面を指向する第１燃料噴霧を噴射する噴孔、及び、前記第１燃料噴霧よりも湾曲中心から遠い側の壁面寄りを指向する第２燃料噴霧を噴射する噴孔を備えた燃料噴射弁を前記吸気ポートに設けてなり、前記第１燃料噴霧の貫徹力を前記第２燃料噴霧の貫徹力よりも高く設定した。

上記発明によると、指向方向及び貫徹力が相互に異なる第１燃料噴霧、第２燃料噴霧によって、吸気ポートの湾曲部の湾曲中心Ｃから遠い側と近い側とからバランス良く燃料を燃焼室内に吸引させることができ、燃費性能が改善する。

実施形態における内燃機関のシステム構成図である。 実施形態における燃料噴射弁の噴孔部分を示す断面図である。 実施形態における第１燃料噴霧ＦＳ１と第２燃料噴霧ＦＳ２との組み合わせパターンを示す図である。 実施形態における第１燃料噴霧ＦＳ１と第２燃料噴霧ＦＳ２との組み合わせパターンを示す図である。 実施形態における第１燃料噴霧ＦＳ１と第２燃料噴霧ＦＳ２との組み合わせパターンを示す図である。 実施形態における第１燃料噴霧ＦＳ１と第２燃料噴霧ＦＳ２との組み合わせパターンを示す図である。 実施形態における内燃機関のシステム構成図である。 実施形態における噴霧方向の設定を示す図である。

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を備えた内燃機関を示す。
図１に示した内燃機関１１のシリンダヘッド１２には、各気筒の燃焼室１３の上部（換言すれば、ピストン１４の頂面と対向する面）に開口し、吸気バルブ１６によって開閉される吸気ポート１５が形成されている。

吸気バルブ１６と、吸気ポート１５内に燃料を噴射する燃料噴射弁２１（燃料噴射装置）との間の吸気ポート１５に、湾曲部１５ａが形成されている。
吸気ポート１５は、シリンダ１７の軸方向からシリンダヘッド１２を見たときに、シリンダ１７の径方向に略沿ってシリンダヘッド１２の外側から燃焼室１３の近傍にまで延設される。そして、吸気ポート１５の湾曲部１５ａは、シリンダ１７の軸方向において吸気ポート１５の軸線よりもピストン１４寄りを湾曲中心Ｃとして湾曲し、燃焼室１３に接続される。
尚、図１に示す湾曲中心Ｃは、図示を簡略化するために、吸気ポート１５の曲率半径が一定であると仮定して記載しているが、曲率半径が変化する吸気ポート１５であって湾曲中心が複数存在する場合であっても、その集合として湾曲中心Ｃを特定するものとし、湾曲中心Ｃは、湾曲部１５ａの湾曲内側を示す。

また、燃焼室１３を形成するシリンダヘッド１２の中央付近には、点火プラグ１８が配置され、この点火プラグ１８を挟んで吸気バルブ１６及び排気バルブ１９が設けられ、排気バルブ１９によって排気ポート２０が開閉される。
吸気ポート１５の湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側の壁面１５ａ１の上流部には、各気筒の吸気ポート１５内に燃料を噴射する燃料噴射装置として、燃料噴射弁２１を設けてある。即ち、内燃機関１１は、気筒毎に１本の燃料噴射弁を備える。

燃料噴射弁２１は、ソレノイドによる電磁力で弁体を開動作させる電磁駆動式の噴射弁であり、開弁時間に比例する量の燃料を噴射する。
マイクロコンピュータを備え内燃機関１１を制御する制御装置である、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０は、燃料噴射弁２１のソレノイドへの通電を制御する噴射パルス信号を出力する。

ＥＣＵ３０は、内燃機関１１の運転状態を検出する各種センサの出力信号を入力する。前記各種のセンサとして、内燃機関１１の吸入空気流量ＱＡを検出するエアフローセンサ３１、内燃機関１１のクランクシャフトの回転に同期してパルス信号ＰＯＳを出力するクランク角センサ３２、内燃機関１１の冷却水の温度ＴＷを検出する水温センサ３３などを設けてある。
ＥＣＵ３０は、各種センサからの信号（機関運転状態）に基づいて、燃料噴射弁２１の開弁時間（燃料噴射量）を調整するための噴射パルス幅ＴＩを演算し、係る噴射パルス幅ＴＩの噴射パルス信号を、各気筒のサイクルに合わせ、噴射タイミングである気筒の燃料噴射弁２１に対して出力する。即ち、本実施形態の燃料噴射制御は、所謂シーケンシャル噴射制御と称される制御方式のものである。

燃料噴射装置を構成する燃料噴射弁２１は、１つの吸気バルブ１６を通過して燃焼室１３内に吸引させる燃料噴霧として、噴霧特性及び指向方向が相互に異なる２つの燃料噴霧を噴射する。
燃料噴射弁２１が噴射する第１燃料噴霧ＦＳ１は、燃料噴射弁２１が配置される部分よりも下流側である、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２（湾曲の内側となる壁面）を指向する。また、燃料噴射弁２１が噴射する第２燃料噴霧ＦＳ２は、第１燃料噴霧ＦＳ１よりも湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側の壁面１５ａ１（湾曲の外側となる壁面）寄りとなる、吸気バルブ１６の傘部１６ａを略指向する。

更に、第１燃料噴霧ＦＳ１の貫徹力（流速）が第２燃料噴霧ＦＳ２の貫徹力（流速）よりも高く（速く）なるように、燃料噴射弁２１の噴霧特性を設定してある。より詳細には、貫徹力が第１燃料噴霧ＦＳ１よりも弱い第２燃料噴霧ＦＳ２は、吸気ポート１５の壁面にまで殆ど到達することなく吸気ポート１５内に浮遊し、貫徹力が第２燃料噴霧ＦＳ２よりも強い第１燃料噴霧ＦＳ１は、対向する吸気ポート１５の壁面（湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２）まで到達して付着するように、各燃料噴霧ＦＳ１，ＦＳ２の貫徹力を設定してある。
尚、貫徹力が第１燃料噴霧ＦＳ１に比べて弱い第２燃料噴霧ＦＳ２の指向方向は、第１燃料噴霧ＦＳ１との干渉を抑えることができ、かつ、吸気ポート１５の湾曲部１５ａの外周側壁面などに対する燃料の付着を十分に抑制できる範囲内に設定すればよく、吸気バルブ１６の傘部１６ａを指向する設定に限定されるものではない。

図２は、燃料噴射弁２１の噴孔構造の一例を示す部分拡大断面図である。
図２に示す燃料噴射弁２１は、球状の弁体２１１が、漏斗状に形成した弁座２１２に着座して閉弁状態となり、図示省略した電磁コイルの磁気吸引力によって弁体２１１がリフトし、弁座２１２から離れると開弁状態となる。燃料噴射弁２１の弁体２１１がリフトして開弁状態になると、燃料は、弁体２１１と弁座２１２との隙間を通って、弁体２１１と噴孔２１３が形成される噴孔プレート２１４とで挟まれる燃料溜り２１５に流入した後、噴孔２１３から噴射される。

ここで、噴孔２１３は、第１燃料噴霧ＦＳ１を噴射するための少なくとも１つの噴孔からなる第１噴孔群２１３ａと、第２燃料噴霧ＦＳ２を噴射するための少なくとも１つの噴孔からなる第２噴孔群２１３ｂとを含む。
燃料噴射弁２１は、その円筒状本体の中心軸Ｈの延長線上に、吸気バルブ１６の傘部１６ａが略位置するように、吸気ポート１５に対して取り付けられる。

そして、第１噴孔群２１３ａから噴射される第１燃料噴霧ＦＳ１が、吸気ポート１５の湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２を指向するように、第１噴孔群２１３ａは、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２に近い側の噴孔プレート２１４に対し、噴孔の軸線が下流側に向けて徐々に中心軸Ｈから離れるような傾斜角を有して形成されている。
一方、第２噴孔群２１３ｂから噴射される第２燃料噴霧ＦＳ２が、吸気バルブ１６の傘部１６ａを略指向するように、第２噴孔群２１３ｂは、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側の壁面１５ａ１に近い側の噴孔プレート２１４に対し、噴孔の軸線が略中心軸Ｈと平行となるように形成されている。

これにより、第１燃料噴霧ＦＳ１の指向方向と燃料噴射弁２１の中心軸Ｈとがなす角度をθ１とし、第２燃料噴霧ＦＳ２の指向方向と燃料噴射弁２１の中心軸Ｈとがなす角度をθ２としたときに、θ１＞θ２となるようにしてある。
尚、燃料噴射弁２１の中心軸Ｈが、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２に向くように、燃料噴射弁２１を吸気ポート１５に対して取り付けることができ、係る取り付け方向に設定した場合も、第１燃料噴霧ＦＳ１が、吸気ポート１５の湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２を指向し、第２燃料噴霧ＦＳ２が、第１燃料噴霧ＦＳ１よりも吸気ポート１５の湾曲中心Ｃから遠い側の壁面１５ａ１寄りを指向するように、第１噴孔群２１３ａ及び第２噴孔群２１３ｂを設定する。

また、各気筒に２つの吸気バルブ１６を有し、各吸気バルブ１６で開閉される２つの吸気ポートが上流側で合流する場合には、合流部よりも上流側に１本の燃料噴射弁２１を配置する。そして、燃料噴射弁２１は、２つ吸気ポートそれぞれを指向する２本の第１燃料噴霧ＦＳ１と、２つの吸気ポートそれぞれを指向する２本の第２燃料噴霧ＦＳ２との計４本の噴霧を噴射するように設定する。

一方、第１燃料噴霧ＦＳ１と第２燃料噴霧ＦＳ２との貫徹力の違いは、噴孔から噴射される噴霧に与える旋回力、噴霧角度、噴霧の衝突の有無、噴霧の粒径などによって設定される。
図３〜図６は、第１燃料噴霧ＦＳ１及び第２燃料噴霧ＦＳ２の噴霧特性の組み合わせパターンの例を示すものであり、吸気ポート１５の横断面における噴霧形状を示している。

図３に示す例では、第２噴孔群２１３ｂを構成する複数の噴孔から噴射された複数の噴霧を相互に衝突させて、１本の第２燃料噴霧ＦＳ２（衝突噴霧）を形成させるようにする一方、第１噴孔群２１３ａを構成する噴孔から噴射される噴霧は、相互に衝突することなく第１燃料噴霧ＦＳ１（非衝突噴霧）を形成するようにしてある。
この場合、第２燃料噴霧ＦＳ２は、噴霧の衝突によって、第１燃料噴霧ＦＳ１に比べて広角になると共に、流速が弱まり、かつ、燃料の粒径が小径となり、噴霧を衝突させない第１燃料噴霧ＦＳ１に比べて貫徹力が弱い噴霧となる。

図３において、第２噴孔群２１３ｂを構成する複数の噴孔は、湾曲部１５ａの曲率半径方向に略沿って間隔をおいて配置されており、これらの噴孔から噴射された噴霧が相互に衝突することで、噴孔の並び方向（湾曲部１５ａの曲率半径方向）に直交する方向に長い、横断面が楕円状の第２燃料噴霧ＦＳ２が形成される。
一方、第１噴孔群２１３ａを構成する噴孔からは、第２燃料噴霧ＦＳ２の横断面における長手方向の噴霧角よりも狭い噴霧角である略円錐状の第１燃料噴霧ＦＳ１が噴射される。

尚、衝突噴霧としての第２燃料噴霧ＦＳ２を噴射させるための第２噴孔群２１３ｂは、２つ以上の噴孔で構成することができ、非衝突噴霧としての第１燃料噴霧ＦＳ１を噴射させるための第１噴孔群２１３ａは、１つ以上の噴孔で構成することができる。そして、第１噴孔群２１３ａが複数の噴孔を備える場合には、相互の衝突が抑制されるようにした複数の噴霧の集合として第１燃料噴霧ＦＳ１を形成させるようにする。

図４に示す例では、第１燃料噴霧ＦＳ１を図３と同様に非衝突噴霧とする一方、第２燃料噴霧ＦＳ２を噴射させるための第２噴孔群２１３ｂを構成する噴孔が、燃料にスワール（旋回力）を付与するスワール室を介して燃料を噴射するようにし、第２燃料噴霧ＦＳ２をスワールが付与された噴霧（スワール噴霧）としている。
尚、スワール噴霧を形成するためのスワール室、噴孔の構造として、例えば特開２０１２−０７７６６４号公報等に開示されるような公知の構造を適用できる。また、スワール噴霧は、複数のスワール噴霧の集合として形成させることができる。
上記のような非衝突噴霧である第１燃料噴霧ＦＳ１とスワール噴霧である第２燃料噴霧ＦＳ２との組み合わせにおいても、第２燃料噴霧ＦＳ２にスワールが付与されることで、第２燃料噴霧ＦＳ２の貫徹力は、スワールが付与されない第１燃料噴霧ＦＳ１に比べて弱くなる。

また、図５に示す例では、衝突噴霧である第１燃料噴霧ＦＳ１と、スワール噴霧である第２燃料噴霧ＦＳ２とを組み合わせている。この場合も、第２燃料噴霧ＦＳ２の貫徹力を第１燃料噴霧ＦＳ１に比べて弱く設定することができる。
即ち、衝突噴霧は、非衝突噴霧に比べて貫徹力が弱くなるものの、衝突噴霧の貫徹力よりもスワール噴霧の貫徹力を更に弱くすることができる。そして、第１燃料噴霧ＦＳ１として衝突噴霧を用いるようにすれば、衝突噴霧は噴霧角が広くなるため、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２の広い範囲に燃料を薄く付着させて、付着燃料からの気化を促進させることができる。

また、図６に示す例では、第１燃料噴霧ＦＳ１及び第２燃料噴霧ＦＳ２を双方共にスワール噴霧とする一方、第１燃料噴霧ＦＳ１の噴霧角が第２燃料噴霧ＦＳ２の噴霧角よりも挟角となるようにすることで、第２燃料噴霧ＦＳ２（広角スワール噴霧）の貫徹力を第１燃料噴霧ＦＳ１（挟角スワール噴霧）に比べて弱く設定している。
この他、噴射される燃料の粒径が、噴孔の径が小さくなるほど小さくなって貫徹力が弱まることや、噴霧に対して空気流を衝突させることで燃料の粒径を小さくして貫徹力を弱める方法など用いて、貫徹力の異なる燃料噴霧を噴射させることができ、貫徹力を調整する公知の手段（噴孔仕様）を適宜組み合わせて、第１燃料噴霧ＦＳ１と当該第１燃料噴霧ＦＳ１よりも貫徹力の弱い第２燃料噴霧ＦＳ２とを噴射させることができる。

上記のように、第１燃料噴霧ＦＳ１は、貫徹力（流速）が第２燃料噴霧ＦＳ２よりも高く（速く）、かつ、吸気ポート１５の湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２を指向するように噴射されるので、吸気ポート１５の湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２に液状となって付着して液膜を生成する。
湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２に生成される燃料液膜は、吸気ポート１５の壁面の熱（内燃機関１１の熱）で気化し、気化した燃料は、吸気ポート１５内の吸気の流れに乗って、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側から吸気バルブ１６を通過し、燃焼室１３内に流入する。

一方、第２燃料噴霧ＦＳ２は、第１燃料噴霧ＦＳ１に比べて貫徹力が弱く、しかも、第１燃料噴霧ＦＳ１よりも吸気ポート１５の湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側の壁面１５ａ１寄りである吸気バルブ１６の傘部１６ａを略指向するので、吸気ポート１５の内壁に対する付着が抑制されて、吸気ポート１５内に浮遊する。そして、吸気ポート１５内に浮遊する燃料噴霧は、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側に偏って流れる吸気に乗って、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側に偏って吸気バルブ１６を通過し、燃焼室１３内に流入する。
即ち、第１燃料噴霧ＦＳ１と第２燃料噴霧ＦＳ２とを噴射させることで、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側と湾曲中心Ｃに近い側の双方から燃料を燃焼室１３内に流入させることができ、これによって燃焼室１３における燃料の均質度が向上し、燃焼性が向上するので、燃費性能を改善できる。

燃料噴射弁２１から１つの吸気バルブ１６に向けて１本の燃料噴霧を噴射させ、かつ、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側と湾曲中心Ｃに近い側との双方から燃料を燃焼室１３内に流入させるには、噴霧を傘部１６ａの全域に均等に衝突させることが要求されることになる。
しかし、吸気ポート１５が湾曲部１５ａを有する場合、燃料噴射弁２１の噴孔側から吸気バルブ１６を見たときに、吸気バルブ１６の一部が湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２の影になる場合がある。このような場合、吸気ポート内に噴射される燃料噴霧の貫徹力が弱いと、吸気の流れに燃料噴霧が乗ることで、湾曲部の湾曲中心Ｃから遠い側（湾曲の外側となる壁面）に燃料噴霧が偏る一方、燃料噴霧の貫徹力が強いと、湾曲部の湾曲中心Ｃに近い側の壁面に多くの燃料が付着してしまう。

このため、燃料噴霧の貫徹力が高いと、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２に多くの燃料が付着してしまい、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側から燃焼室１３内に流入する燃料量が過少になってしまう。一方、燃料噴霧の貫徹力を弱め、吸気ポート１５内に燃料噴霧が浮遊するようにすれば、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２に対する燃料の付着は抑制されるものの、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側に偏って流れる吸気の流れに浮遊燃料が乗ることで、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側から燃焼室１３内に流入する燃料量が過少になってしまう。
従って、燃料噴射弁２１から噴射させた１本の（噴霧特性が一定である）燃料噴霧を、１つの吸気バルブ１６を介して吸引させる場合、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側と近い側との双方から適当な割合で燃料を燃焼室１３に流入させることが難しく、筒内における燃料の均質度を十分に高めることが難しい。

これに対して、燃料噴射弁２１は、噴霧の指向方向及び貫徹力が異なる２つの燃料噴霧ＦＳ１，ＦＳ２を噴射し、貫徹力（流速）が相対的高く（速く）、かつ、吸気ポート１５の湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２を指向する第１燃料噴霧ＦＳ１は、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２に付着し、係る液膜から気化した燃料は、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側から吸気バルブ１６を通過して燃焼室１３に流入する。
更に、貫徹力（流速）が相対的低い（遅い）第２燃料噴霧ＦＳ２は、吸気ポート１５内に浮遊し、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側に偏って流れる吸気の流れに乗ることで、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側から吸気バルブ１６を通過して燃焼室１３に流入する。
このため、燃料噴射弁２１（燃料噴射装置）を備える内燃機関１１では、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側と近い側との双方から適当な割合で燃料を燃焼室１３に流入させることができ、燃焼室１３内における燃料の均質度を十分に高めて、燃費性能を向上させることができる。

ここで、燃料噴射弁２１による噴射タイミングは、噴射の開始が排気行程中（吸気バルブ１６の閉弁期間中、即ち、吸気バルブ１６の開弁前）で、かつ、噴射の終了が吸気行程中（吸気バルブ１６の開弁期間中、即ち、吸気バルブ１６の開弁後）となるような噴射タイミングとする。
第１燃料噴霧ＦＳ１は、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２に燃料を付着させるべく噴射されるが、吸気ポート１５内に吸気の流れが生じる吸気行程中は、第１燃料噴霧ＦＳ１が吸気によって流されて、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側から燃焼室１３に流入する燃料量が減ってしまう。このため、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側から燃焼室１３に流入する燃料量が過多となり、燃焼室１３内のおける燃料の均質度が低下してしまう。

従って、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側から吸気バルブ１６を通って燃焼室１３に流入する燃料量を確保するためには、排気行程中（吸気バルブ１６の閉弁中）に燃料を噴射させ、第１燃料噴霧ＦＳ１によって湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２に燃料を付着させる必要がある。
しかし、第１燃料噴霧ＦＳ１及び第２燃料噴霧ＦＳ２の噴射は同時に行われるので、燃料噴射を排気行程中に終えてしまうと、第２燃料噴霧ＦＳ２も吸気の流れがない吸気ポート１５中に噴射されることになってしまう。このため、第２燃料噴霧ＦＳ２が過剰に拡散して、吸気ポート１５の壁面に付着したりして、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側から燃焼室１３に流入する燃料量が減ってしまう。

従って、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側から燃焼室１３に流入する燃料量を確保するためには、吸気行程中（吸気バルブ１６の開弁中）に燃料を噴射させ、第２燃料噴霧ＦＳ２を吸気の流れに乗せることが望まれる。
そこで、第１燃料噴霧ＦＳ１及び第２燃料噴霧ＦＳ２が同時に同期間だけ噴射される燃料噴射弁２１では、排気行程中（吸気バルブ１６の閉弁中）における第１燃料噴霧ＦＳ１の噴射と、吸気行程中（吸気バルブ１６の開弁中）における第２燃料噴霧ＦＳ２の噴射とを行わせるために、排気行程から吸気行程にわたって燃料噴射が行われるように噴射タイミングを設定する。

これにより、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側から燃焼室１３に流入する燃料量と、近い側から燃焼室１３に流入する燃料量とを適当な割合として、燃焼室１３内における燃料の均質度を高めるようにする。
また、燃料噴射弁２１において、第１燃料噴霧ＦＳ１として噴射される燃料量と、第２燃料噴霧ＦＳ２として噴射される燃料量とを同じに設定した場合、即ち、噴射量の分担比を５０％：５０％に設定した場合、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２の液膜から気化する燃料量が不足し、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側から燃焼室１３に流入する燃料量が過少となってしまう場合がある。

そこで、第２燃料噴霧ＦＳ２として噴射される燃料量よりも、第１燃料噴霧ＦＳ１として噴射される燃料量が多くなるように、第１燃料噴霧ＦＳ１による噴射量の分担比が、第２燃料噴霧ＦＳ２による噴射量の分担比よりも多くなるようにする。係る分担比の設定は、噴孔の数や径の設定を、第１噴孔群２１３ａと第２噴孔群２１３ｂとで異ならせることで実現できる。
これにより、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２の液膜から気化する燃料量として十分な量を確保でき、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側から燃焼室１３に流入する燃料量と、近い側から燃焼室１３に流入する燃料量とを適当な割合として、燃焼室１３内における燃料の均質度を高めることができる。

ところで、図１に示した燃料噴射装置は、１本の燃料噴射弁２１から第１燃料噴霧ＦＳ１と第２燃料噴霧ＦＳ２とを噴射させるが、図７に示すように、第１燃料噴霧ＦＳ１を噴射する第１燃料噴射弁２１ａと、第２燃料噴霧ＦＳ２を噴射する第２燃料噴射弁２１ｂとを備える燃料噴射装置とすることができる。
図７に示す燃料噴射装置では、吸気ポート１５の湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側の壁面１５ａ１の上流部に、第１燃料噴射弁２１ａ及び第２燃料噴射弁２１ｂを設け、かつ、第１燃料噴射弁２１ａの下流側に第２燃料噴射弁２１ｂを配置してある。

第１燃料噴射弁２１ａは、湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃに近い側の壁面１５ａ２を指向する第１燃料噴霧ＦＳ１を噴射し、この第１燃料噴霧ＦＳ１は、第２燃料噴射弁２１ｂが噴射する第２燃料噴霧ＦＳ２に比べて貫徹力が強くなるように設定してある。
一方、第２燃料噴射弁２１ａによる第２燃料噴霧ＦＳ２の指向方向は、第１燃料噴射弁２１ａが噴射する第１燃料噴霧よりも湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側の壁面１５ａ１寄りを指向する。より詳細には、第２燃料噴射弁２１ａによる第２燃料噴霧ＦＳ２の指向方向は、第２燃料噴霧ＦＳ２が第１燃料噴霧ＦＳ１に干渉することを十分に抑制することができ、かつ、吸気ポート１５の湾曲部１５ａの湾曲中心Ｃから遠い側の壁面１５ａ１などに対する燃料の付着を十分に抑制できる範囲内とする。

また、図８に示すように、１つの気筒に２つの吸気バルブ１６ａ，１６ｂを備え、これらの吸気バルブ１６ａ，１６ｂで開閉される２つの吸気ポート１５１，１５２が各気筒に設けられ、気筒毎の吸気ポート１５が途中から２つの吸気ポート１５１，１５２に分岐する場合には、係る分岐部よりも上流側に、第１燃料噴射弁２１ａ及び第２燃料噴射弁２１ｂを配置する。
そして、第１燃料噴射弁２１ａからは、吸気ポート１５１，１５２それぞれに向かう２方向に第１燃料噴霧ＦＳ１を噴射させ、第２燃料噴射弁２１ｂからは、吸気ポート１５１，１５２それぞれに向かう２方向に第２燃料噴霧ＦＳ２を噴射させる。

このように、第１燃料噴霧ＦＳ１を噴射する第１燃料噴射弁２１ａと、第２燃料噴霧ＦＳ２を噴射する第２燃料噴射弁２１ｂとを個別に設ける場合、２本の燃料噴射弁２１ａ，２１ｂにおける噴射タイミング及び噴射パルス幅を相互に個別に設定できる。
従って、第１燃料噴射弁２１ａの噴射開始時期よりも、第２燃料噴射弁２１ｂの噴射開始時期を遅らせることができ、例えば、第１燃料噴射弁２１ａの噴射開始時期を、排気行程中（吸気バルブ１６の開弁前）に設定する一方、第２燃料噴射弁２１ｂの噴射開始時期を吸気行程中（吸気バルブ１６の開弁時若しくは開弁後）に設定することができる。

また、各燃料噴射弁２１ａ，２１ｂに出力する噴射パルス信号のパルス幅の設定によって、第１燃料噴霧ＦＳ１として噴射される燃料量、及び、第２燃料噴霧ＦＳ２として噴射される燃料量を任意に設定でき、係る噴射パルス幅の設定によって、第１燃料噴霧ＦＳ１として噴射される燃料量を、第２燃料噴霧ＦＳ２として噴射される燃料量よりも多くすることができる。
尚、第１燃料噴射弁２１ａが単位時間だけ開弁したときに噴射する燃料量を、第２燃料噴射弁２１ａが単位時間だけ開弁したときに噴射する燃料量よりも多くなるように設定し、同じ噴射パルス幅の噴射パルス信号を各燃料噴射弁２１ａ，２１ｂに出力しつつ、各燃料噴射弁２１ａ，２１ｂから噴射される燃料量が異なるようにすることができる。

また、第１燃料噴射弁２１ａが単位時間だけ開弁したときに噴射する燃料量を、第２燃料噴射弁２１ａが単位時間だけ開弁したときに噴射する燃料量よりも多くなるように設定しつつ、更に、第１燃料噴射弁２１ａの噴射パルス幅を、第２燃料噴射弁２１ａの噴射パルス幅よりも長くして、第１燃料噴霧ＦＳ１として噴射される燃料量を、第２燃料噴霧ＦＳ２として噴射される燃料量よりも多くすることができる。
即ち、図７に示す燃料噴射装置では気筒毎に２本の燃料噴射弁２１ａ，２１ｂを備えることで、図１に示した気筒毎に１本の燃料噴射弁２１を備える燃料噴射装置に比べて、第１燃料噴霧ＦＳ１及び第２燃料噴霧ＦＳ２の噴射タイミングや噴射量の設定自由度が高く、燃焼室１３における燃料の均質度を更に向上させることが可能となる。
一方、図１に示した、気筒毎に１本の燃料噴射弁２１を備える燃料噴射装置であれば、燃料噴射弁の使用本数を少なくできるため、燃料噴射装置のコストを抑制でき、かつ、燃焼室１３における燃料の均質度を十分に高めることができる。

以上、好ましい実施形態を具体的に説明したが、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
例えば、図１及び図７に示した燃料噴射装置の双方において、機関温度（吸気ポート１５の壁面温度）、機関負荷、機関回転速度（吸気流速）、燃料性状などの運転条件に応じて噴射タイミングを変更することができる。
また、図７に示した、気筒毎に２本の燃料噴射弁２１ａ，２１ｂを備える燃料噴射装置においては、機関温度（吸気ポート１５の壁面温度）、機関負荷、機関回転速度（吸気流速）、燃料性状などの運転条件に応じて、２本の噴射弁（第１燃料噴霧ＦＳ１，第２燃料噴霧ＦＳ２）における燃料噴射量の分担比を変更することができる。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）内燃機関の吸気ポート内に燃料を噴射するための燃料噴射弁であって、
前記燃料噴射弁の軸線と燃料噴霧の指向方向とがなす角度がθ１である第１燃料噴霧と、前記燃料噴射弁の軸線と燃料噴霧の指向方向とがなす角度が前記角度θ１よりも小さいθ２である第２燃料噴霧とを噴射し、かつ、前記第１燃料噴霧の貫徹力が前記第２燃料噴霧の貫徹力よりも高く設定される、燃料噴射弁。
上記発明によると、湾曲部の湾曲中心Ｃに近い側の壁面に付着することになる第１燃料噴霧と、吸気ポート内に浮遊することになる第２燃料噴霧を噴射させることができ、吸気の流れに乗せて燃料を燃焼室内に吸引させ、また、湾曲部の湾曲中心Ｃに近い側の壁面における液膜から気化した燃料を燃焼室内に吸引させることができる。

（ロ）吸気バルブと燃料噴射装置との間の吸気ポートに湾曲部が形成され、吸気ポート内に燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置であって、
前記吸気ポートの湾曲部の湾曲中心に近い側の壁面を指向する第１燃料噴霧、及び、前記第１燃料噴霧よりも湾曲中心から遠い側の壁面寄りを指向する第２燃料噴霧を噴射し、かつ、前記第１燃料噴霧の貫徹力が前記第２燃料噴霧の貫徹力よりも高く設定され、
前記第２燃料噴霧が、複数の燃料噴霧の衝突によって形成される衝突噴霧であり、前記第１燃料噴霧が、非衝突噴霧である、内燃機関の燃料噴射装置。
上記発明によると、複数の燃料噴霧を衝突させることで、衝突させない場合に比べて貫通力が弱くなり、衝突噴霧である第２燃料噴霧よりも貫徹力が強い第１燃料噴霧を噴射させることができる。

（ハ）吸気バルブと燃料噴射装置との間の吸気ポートに湾曲部が形成され、吸気ポート内に燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置であって、
前記吸気ポートの湾曲部の湾曲中心に近い側の壁面を指向する第１燃料噴霧、及び、前記第１燃料噴霧よりも湾曲中心から遠い側の壁面寄りを指向する第２燃料噴霧を噴射し、かつ、前記第１燃料噴霧の貫徹力が前記第２燃料噴霧の貫徹力よりも高く設定され、
前記第２燃料噴霧が、燃料噴霧にスワールを付与したスワール噴霧である、内燃機関の燃料噴射装置。
上記発明によると、燃料噴霧にスワールを付与することで、貫徹力を弱い第２燃料噴霧とすることができる。

１１…内燃機関（エンジン）、１２…シリンダヘッド、１３…燃焼室、１４…ピストン、１５…吸気ポート、１５ａ…湾曲部、１６…吸気バルブ、１７…シリンダ、１８…点火プラグ、１９…排気バルブ、２０…排気ポート、２１…燃料噴射弁、３０…エンジンコントロールユニット、３１…エアフローセンサ、３２…クランク角センサ、３３…水温センサ

Claims (3)

1. 吸気バルブと燃料噴射装置との間の吸気ポートに湾曲部が形成され、吸気ポート内に燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置であって、
   前記吸気ポートの湾曲部の湾曲中心に近い側の壁面を指向する第１燃料噴霧を噴射する噴孔、及び、前記第１燃料噴霧よりも湾曲中心から遠い側の壁面寄りを指向する第２燃料噴霧を噴射する噴孔を備えた燃料噴射弁を前記吸気ポートに設けてなり、前記第１燃料噴霧の貫徹力を前記第２燃料噴霧の貫徹力よりも高く設定した、内燃機関の燃料噴射装置。
2. 前記第２燃料噴霧が複数の燃料噴霧の衝突によって形成される衝突噴霧であり、前記第１燃料噴霧が燃料噴霧を衝突させずに形成される非衝突噴霧である、請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
3. 前記第２燃料噴霧が燃料噴霧にスワールを付与したスワール噴霧である、請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。