JP6839796B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射装置に係わり、例えば内燃機関に使用されるのに好適な燃料噴射装置に関するものである。

本技術分野の背景技術として、国際公開第ＷＯ２０１３／００８６９２号パンフレット（特許文献１）に記載された燃料噴射弁が知られている。この燃料噴射弁は、複数の噴孔を有し内燃機関のシリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、シリンダ内に形成されるタンブル流の強い領域を含む環状の空間に向けて燃料を噴射する大径噴孔と、シリンダ内に形成されるタンブル流の弱い領域を含む空間に向けて燃料を噴射する小径噴孔とを備える（要約参照）。大径噴孔からの噴霧は、小径噴孔からの噴霧よりも、タンブル流に対する貫徹力が大きい（要約参照）。タンブル流の強い領域に対してペネトレーションを強くしても、空気の流動性が高く噴射燃料はその領域を突き抜けないため、燃料がピストンライナに付着することを防止できる（明細書段落００３７参照）。これにより、特許文献１の燃料噴射弁では、ペネトレーションが増加した噴霧による悪影響を減らすことができる（要約参照）。

国際公開第ＷＯ２０１３／００８６９２号パンフレット

内燃機関の燃料噴射装置においては、排気における未燃焼ガスの発生を抑制するため、システム燃料圧力を高圧化し、噴射した燃料の粒子を微粒化することが行われている。これにより、噴射した燃料と空気との混合を促進させて未燃焼ガスの発生を抑制することができる。或いは、燃料噴霧のエンジン筒内での付着を抑制することが行われている。これにより、未燃焼粒子を低減することができる。

とくに微粒化を狙って高燃料圧力にする場合、燃料噴霧のペネトレーション（到達距離）が増加するため、噴射した燃料噴霧が吸気弁やエンジン筒内の壁面に付着し易くなる場合がある。そこで、排気に含まれる未燃焼粒子を低減するために、噴霧のペネトレーションを短くすることが求められる。

例えば特許文献１の燃料噴射弁のように、タンブル流（空気流動）の弱い領域に燃料を噴射する噴孔の孔径を小さくし、空気流動の強い領域に燃料を噴射する噴孔の孔径を大きく構成することで、ペネトレーション増加による悪影響を低減することが可能となる。

しかしながら、ペネトレーションの低減を狙って噴孔の孔径を小さくした場合であっても、燃料の高圧化等の理由によって燃料の流速が早い場合、燃料の流れが噴孔壁面から剥離して、噴孔出口での燃料流速が不均一となることで、噴霧のペネトレーションが長くなる場合があった。

本発明の目的は、燃料噴霧が吸気弁やエンジン筒内の壁面、或いはピストンに付着し難い燃料噴射装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射装置は、
弁体と、前記弁体と接して燃料をシールする弁座を形成するシート面と、前記シート面の面上に形成され前記シート面の中心を中心とする同一の円周上に配置された入口開口面を有する複数の噴孔と、を備えた燃料噴射装置において、
前記複数の噴孔は、一つの第１噴孔と、前記円周上で前記第１噴孔と隣り合う位置に配置されると共に前記円周上で前記第１噴孔を挟む位置に配置されることにより前記第１噴孔を除く他の噴孔よりも前記第１噴孔に最も近接して配置される二つの第２噴孔と、を含み、
前記第１噴孔は、前記第２噴孔よりも、前記シート面の法線方向と噴孔の中心軸線とがなす角度である噴孔角度が大きく、
前記二つの第２噴孔のそれぞれは、前記第１噴孔よりも、噴孔の中心軸線に垂直な断面の面積が大きく、
前記第１噴孔及び前記第２噴孔は、前記二つの第２噴孔のそれぞれから噴射される燃料の割合が前記第１噴孔から噴射される燃料の割合よりも相対的に多くなるように構成され、かつ前記第２噴孔は、前記第１噴孔に対する前記円周上における位置が、前記二つの第２噴孔のそれぞれにおける前記断面の面積を前記第１噴孔の前記断面の面積よりも大きくすることにより、前記二つの第２噴孔のそれぞれにおける前記断面の面積を前記第１噴孔の前記断面の面積と同じ大きさとなるように小さくした場合と比べて、前記第１噴孔を流れる燃料が減少するように、配置され、
前記第１噴孔から噴射される燃料噴霧が点火プラグ側又はピストン側を指向する状態で、筒内直接噴射型の内燃機関に取り付けられる。

本発明によれば、第１噴孔の方が、第２噴孔よりも、シート面の法線方向と噴孔の中心軸線とがなす角度である噴孔角度が大きく、かつ第２噴孔の方が、第１噴孔よりも、噴孔の中心軸線に垂直な断面の面積が大きくなるように構成されることにより、第１噴孔から噴射される燃料噴霧のペネトレーションを短くすることができ、燃料噴霧が吸気弁やエンジン筒内の壁面、或いはピストンに付着し難い燃料噴射装置を提供することができる。
また本発明によれば、ピストン側を指向する噴霧を噴射する第３噴孔に対して、第４噴孔における噴孔の中心軸線に垂直な断面の面積を大きくすることにより、各噴孔から噴射される燃料噴霧を適切に配置することができ、燃料噴霧が吸気弁やエンジン筒内の壁面、或いはピストンに付着し難い燃料噴射装置を提供することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例（実施例１）に係る燃料噴射装置とＥＣＵとで構成される燃料噴射システムを示す図であり、燃料噴射装置は縦断面図を示している。 本発明の一実施例（実施例１）に係る、筒内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射方式の内燃機関（直噴エンジン）の模式図である。 本発明の一実施例（実施例１）に係る、図２のIII−III断面から燃料噴射装置の方向にみた場合の噴孔から噴射される燃料噴霧の投影図である。 本発明の一実施例（実施例１）に係る燃料噴射装置の噴孔形成部材を先端方向から見た平面図である。 本発明の一実施例（実施例１）に係る噴孔形成部材の噴孔近傍の拡大図であり、図４のＶ部を拡大した平面図である。 本発明の一実施例（実施例１）に係る噴孔形成部材を示す図であり、図５のVI−VI断面を示す断面図である。 本発明の一実施例（実施例１）に係る噴孔形成部材を内側（弁体側）から見た拡大平面図である。 噴孔形成部材に形成した噴孔に流入する燃料の流速分布（流速ベクトル）を示す図である。 本発明の一実施例（実施例１）に係る噴孔形成部材に形成した第１噴孔に流入する燃料の流速分布（流速ベクトル）を示す図である。 本発明の一実施例（実施例２）に係る燃料噴射装置の噴孔形成部材を先端方向から見た平面図である。 本発明の一実施例（実施例２）に係る噴孔形成部材を示す図であり、図１０のXI−XI断面を示す断面図である。 本発明の一実施例（実施例２）に係る、筒内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射方式の内燃機関（直噴エンジン）の模式図である。 本発明の一実施例（実施例３）に係る噴孔形成部材を内側（弁体側）から見た拡大平面図である。 本発明の一実施例（実施例４）に係る噴孔形成部材を内側（弁体側）から見た拡大平面図である。 本発明の一実施例（実施例５）に係る噴孔形成部材を内側（弁体側）から見た拡大平面図である。 本発明の一実施例（実施例６）に係る燃料噴射装置の噴孔形成部材を先端方向から見た平面図である。 本発明の一実施例（実施例６）に係る噴孔形成部材を示す図であり、図１６のXVII−XVII断面を示す断面図である。

以下、図１〜図１７を用いて、本発明の実施例に係る燃料噴射装置（燃料噴射弁）の動作および構成について説明する。

最初に図１を用いて、本発に係る第１実施例における燃料噴射装置の構成と動作について説明する。図１は、本発明の一実施例（実施例１）に係る燃料噴射装置とＥＣＵとで構成される燃料噴射システムを示す図であり、燃料噴射装置は縦断面図を示している。

図１において、燃料噴射装置１００の中心軸線を１００ａで示す。中心軸線１００ａは弁体１１４の駆動方向（開閉弁方向）に沿い、弁体１１４の中心軸線と一致する。以下の説明では、図１における上下方向に基づいて、上下方向を定義する。この上下方向は、燃料噴射装置１００の実装状態における上下方向とは関係がない。

燃料噴射装置１００の燃料の噴射はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１５４から送出される噴射パルスの幅によって制御されており、この噴射パルスは燃料噴射装置１００の駆動回路１５３に入力される。駆動回路１５３はＥＣＵ１５４からの指令に基づいて駆動電流波形を決定し、噴射パルスに基づく時間だけ燃料噴射装置に前記駆動電流波形の駆動電流を供給するようになっている。なお、駆動回路１５３は、ＥＣＵ１５４と一体の部品や基板として実装されている場合もある。本実施例では、駆動回路１５４とＥＣＵ１５４とが一体で構成されており、この一体となった装置を駆動装置１５０と称する。駆動回路１５４とＥＣＵ１５４とは別体に構成されていてもよく、別体に構成された駆動回路１５４とＥＣＵ１５４とを併せて駆動装置１５０と呼んでもよい。

次に、燃料噴射装置１００及びその駆動装置１５０の構成と基本的な動作を説明する。

ＥＣＵ１５４では、エンジンの状態を示す信号を各種センサから取り込み、内燃機関の運転条件に応じて燃料噴射装置１００から噴射する噴射量を制御するための噴射パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。また、ＥＣＵ１５４には、各種センサからの信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器とＩ／Ｏポートが備えられている。ＥＣＵ１５４より出力された噴射パルスは、信号線１５１を通して燃料噴射装置１００の駆動回路１５３に入力される。駆動回路１５３は、ソレノイド１０５に印加する電圧を制御し、ソレノイド１０５に電流を供給する。ＥＣＵ１５４は、通信ライン１５２を通して、駆動回路１５３と通信を行っており、燃料噴射装置１００に供給する燃料の圧力や運転条件によって駆動回路１５３によって生成する駆動電流を切替えることや、電流および時間の設定値を変更することが可能である。

次に燃料噴射装置１００の構成と動作について説明する。

図１における燃料噴射装置１００は、通常閉弁型の電磁式燃料噴射装置であり、コイル１０５に通電されていない状態では、弁体１１４はスプリング（第１スプリング）１１０によって付勢され、弁座１１８に密着し閉状態（閉弁状態）となっている。この閉状態においては、可動子１０２は、ゼロスプリング（第２スプリング）１１２によって、弁体１１４に密着させられている。またこの閉状態においては、燃料噴射装置１００は、可動子１０２と磁気コア１０７との間に、空隙を有している。

燃料は燃料噴射装置１００の上部に設けられた燃料供給口１３１より供給される。閉状態においては、弁体１１４の先端が弁座と当接し、弁体１１４と弁座１１８とで燃料をシールしている。閉弁時には、スプリング１１０による力および燃料圧力による力が弁体１１４に作用し、弁体１１４は閉方向に押されている。開閉弁のための電磁力を発生させる磁気回路は、ノズルホルダ１０１と磁気コア１０７と可動子１０２とハウジング１０３とによって構成されている。ノズルホルダ１０１は、磁気コア（固定コア）１０７と可動子（可動コア）１０２との外周側に配置された筒状部材である。ハウジング１０３は、コイル１０５の外周を覆う部材である。

コイル１０５に電流が供給されると、磁気回路中に磁束が発生し、可動部品である可動子１０２と固定部品である磁気コア１０７との間に磁気吸引力が発生する。可動子１０２に作用する磁気吸引力がスプリング１１０による荷重と、燃料圧力によって弁体１１４に作用する力との和の大きさを超えると、可動子１０２が上方（磁気コア１０７側、開弁方向）へ動く。このとき弁体１１４は可動子１０２と共に上方へ移動し、可動子１０２の上端面が磁気コア１０７の下端面に衝突するまで移動する。その結果、弁体１１４が弁座１１８より離間し、燃料噴射装置１００に供給された燃料が、複数の噴孔（噴射口）１１９から噴射される。

次に、可動子１０２の上端面が磁気コア１０７の下端面に衝突した後、弁体１１４は可動子１０２から離脱し、オーバーシュートするが、一定の時間の後に弁体１１４は可動子１０２上で静止する。

コイル１０５への電流の供給が切れると、磁気回路中に発生していた磁束が減少し、磁気吸引力が低下する。磁気吸引力がスプリング１１０による荷重と、燃料圧力によって弁体１１４および可動子１０２が受ける流体力とを合わせた力よりも小さくなると、可動子１０２および弁体１１４は下方（弁座１１８側、閉弁方向）へ動く。そして、弁体１１４が弁座１１８と衝突した時点で、可動子１０２は弁体１１４から離脱して、下方への運動を継続するが、一定の時間の後には可動子１０２は弁体１１４上で静止する。一方、弁体１１４は弁座１１８と衝突した後に静止し、燃料の噴射が停止する。

なお、可動子１０２と弁体１１４とは同じ部材として一体成形するか、もしくは、別部材で構成し溶接もしくは圧入等の方法で結合されていてもよい。複数の噴孔１１９を有する有底円筒状（カップ状）の噴孔形成部材１１６はノズルホルダ１０１に結合されており、噴孔形成部材１１６は弁体１１４の径方向の動きを規制するガイド部１２０を有する。なお、図１では噴孔形成部材１１６とガイド部１２０とは一体に形成されているが、別部材としてもよい。弁体２１４は、ガイド部１２０と、弁体１１４のつば部１３０が摺動する磁気コア１０７の内径部との２箇所で径方向の動きを規制されると共に、開・閉弁方向に動作（変位）できるように構成されている。

可動子１０２と弁体１１４とが同じ部材である場合、ゼロスプリング１１２は不要になるが、燃料のシールと噴射とにおける本発明の効果は変わらない。

次に、図２〜図７を用いて本実施例の構成と燃料噴射装置の課題について説明する。

図２は、本発明の一実施例（実施例１）に係る、筒内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射方式の内燃機関（直噴エンジン）の模式図である。図３は、本発明の一実施例（実施例１）に係る、図２のIII−III断面から燃料噴射装置の方向にみた場合の噴孔から噴射される燃料噴霧の投影図である。

図２に示すように、本実施例における直噴エンジン２００は、燃料噴射装置１００、吸気バルブ２０５、点火プラグ２０３、排気バルブ２１１、吸気管２０７、排気管２１２、ピストン２０９、およびピストン２０９を内包するシリンダ２２０により構成される。燃料噴射装置１００は、シリンダ２２０を構成する円筒状の部材に取り付けられている。シリンダ２０４の中心軸線２２０ａと燃料噴射装置１００とを含む仮想平面（図２に示す断面）２２０ｂを中心として、吸気バルブ２０５は左右両側に一つずつ、合計２個が取り付けられている。

本実施例では、吸気バルブ２０５は燃料噴射装置１００と同一断面に取り付けられている。また、燃料噴射装置１００の中心軸線１００ａは、仮想平面２２０ｂに平行であり、且つ仮想平面２２０ｂ上に存在する。

最初に直噴エンジン２００の動作について説明する。

吸気バルブ２０５が開いた後、吸気管２０７を通過した空気はエンジン筒内２０８に導かれ、流入した空気の流動に合わせて燃料噴射装置１００から燃料を噴射する。噴射された燃料Ｄ１〜Ｄ６は、エンジン筒内２０８に導かれた空気の流動にのって、空気と混合され、混合気を形成する。その後、ピストン２０９が上死点に近づいたタイミングにおいて、点火プラグ２０３で混合気に着火することで、混合気が燃焼され、推進力が得られる。

燃料噴射装置１００は、流入空気と燃料の混合を促進させるため、吸気バルブ２０５に近いシリンダ２２０の筒内壁面２１０に取り付けられる。また、燃料噴射装置１００の取り付け角度は、吸気バルブ２０５との干渉を防ぐために、燃料噴射装置１００の中心軸線１００ａがエンジン２００の筒内の水平軸２０２に対して５〜３０ｄｅｇの範囲で下方（ピストン２０９側）を向くように、設定される。

吸気バルブ２０５の角度を大きく、つまり吸気バルブ２０５を立てることで、燃料噴射装置１００の取り付け角度を大きくすることができる。しかし、吸気管２０７の圧損が増加し、かつピストン２０９の軸線方向に下降、上昇する空気の流動であるタンブルを阻害するため、混合気の均質度が低下してＰＮが増加する場合がある。結果、吸気管２０７の角度を小さくする必要があり、吸気管２０７の角度の制約に応じて、燃料噴射装置１００の取り付け角度を決定している。したがって、吸気管２０７との干渉を防ぐために、燃料噴射装置１００の中心軸線１００ａがエンジン筒内の水平軸２０２に対して角度が小さくなるように、燃料噴射装置１００を配設することが好ましい。

燃料噴射装置１００から噴射される燃料噴霧は、図２および図３に示すように、Ｄ１〜Ｄ６の６つの噴霧で構成される。さらに本実施例では、噴霧Ｄ１〜Ｄ６を第１噴霧〜第４噴霧の４つの噴霧に区別する。１つの噴霧Ｄ１は第１噴霧を構成する。２つの噴霧Ｄ２，Ｄ３は第２噴霧を構成する。１つの噴霧Ｄ４は第３噴霧を構成する。２つの噴霧Ｄ５，Ｄ６は第４噴霧を構成する。

第１噴霧Ｄ１は、点火プラグ２０３側を指向するように噴射される。第２噴霧Ｄ２，Ｄ３は、第１噴霧Ｄ１に対して左右両側に分かれて、吸気バルブ２０５ａ，２０５ｂの近傍方向に噴射される。すなわち、第２噴霧の噴霧Ｄ２と噴霧Ｄ３とは、吸気バルブ２０５ａ，２０５ｂの近傍方向に対角に噴射される。第３噴霧Ｄ４は、ピストン２０９の方向に噴射される。第４噴霧Ｄ５，Ｄ６は、第３噴霧Ｄ４に対して左右両側に分かれるように、かつ第３噴霧Ｄ４よりも上方にピストン２０９の冠面の上方に噴射される。すなわち、第４噴霧は、ピストン２０９の対角方向を指向する噴霧Ｄ５と噴霧Ｄ６とで構成される。

更に具体的説明すると、噴霧Ｄ１は、点火プラグ２０３に近接して、点火プラグ２０３の下方（真下）に噴射された燃料により、形成される。従って、噴霧Ｄ１は、他の噴霧Ｄ２〜Ｄ６と比べて、点火プラグ２０３に最も近い位置に噴射される。噴霧Ｄ２，Ｄ３は、噴霧Ｄ１よりも下方で、仮想平面（図２に示す断面）２２０ｂを挟んで左右両側に噴射された燃料により、形成される。

一方、噴霧Ｄ４は、ピストン２０９の冠面に近接して、ピストン２０９の冠面の中央部上方（真上）に噴射された燃料により、形成される。従って、噴霧Ｄ４は、他の噴霧Ｄ１〜Ｄ３，Ｄ５，Ｄ６と比べて、ピストン２０９の冠面に最も近い位置に噴射される。噴霧Ｄ５，Ｄ６は、噴霧Ｄ４よりも上方で、仮想平面（図２に示す断面）２２０ｂを挟んで左右両側に噴射された燃料により、形成される。

特に本実施例では、噴霧Ｄ１，Ｄ４は仮想平面２２０ｂ上に位置する。また、噴霧Ｄ２と噴霧Ｄ３とは仮想平面２２０ｂに対して面対称となる位置に噴射され、噴霧Ｄ５と噴霧Ｄ６とは仮想平面２２０ｂに対して面対称となる位置に噴射される。

燃料噴射装置１００の取り付け位置と、点火プラグ２０３の取り付け位置との関係上、点火プラグ２０３側を指向する第１噴霧Ｄ１の中心軸線２０６は、燃料噴射装置１００の中心軸２０１に対して０〜十数度程度の角度となる。

次に、燃料噴射装置１００の噴孔形成部材１１６の構成について、図４〜図７を用いて説明する。

図４は、本発明の一実施例（実施例１）に係る燃料噴射装置の噴孔形成部材を先端方向から見た平面図である。図５は、本発明の一実施例（実施例１）に係る噴孔形成部材の噴孔近傍の拡大図であり、図４のＶ部を拡大した平面図である。

図４に示すように、噴孔形成部材１１６の先端面１１６ｂには、複数の噴孔１１９が形成されている。本実施例では、噴孔１１９を６個形成している。すなわち、６個の噴孔１１９は、図５に示す噴孔５０１〜５０６により構成される。なお、噴孔５０１〜５０６の出口部には、ザグリ部５１１〜５１６が形成されている。ザグリ部５１１〜５１６は、噴孔形成部材１１６の先端面に形成された凹部であり、凹部５１１〜５１６の底面に噴孔５０１〜５０６の出口面が開口している。

噴孔５０１は噴霧Ｄ１を噴射する噴孔であり、噴孔５０４は噴霧Ｄ４を噴射する噴孔である。噴孔５０１および噴孔５０４は、上述した仮想平面２２０ｂ上に配置されている。すなわち、噴孔５０１の中心軸線および噴孔５０４の中心軸線は、仮想平面２２０ｂ上に平行で、かつ仮想平面２２０ｂ上に存在する。

噴孔５０２は噴霧Ｄ２を噴射する噴孔であり、噴孔５０３は噴霧Ｄ３を噴射する噴孔である。噴孔５０２と噴孔５０３とは、仮想平面２２０ｂに対して面対称に配置されている。また、噴孔５０２および噴孔５０３は、噴孔５０１に最も近接して配置される噴孔である。

噴孔５０５は噴霧Ｄ５を噴射する噴孔であり、噴孔５０６は噴霧Ｄ６を噴射する噴孔である。噴孔５０５と噴孔５０６とは、仮想平面２２０ｂに対して面対称に配置されている。また、噴孔５０５および噴孔５０６は、噴孔５０４に最も近接して配置される噴孔である。

図６は、本発明の一実施例（実施例１）に係る噴孔形成部材を示す図であり、図５のVI−VI断面を示す断面図である。

弁体１１４と接して燃料をシールする弁座１１８を形成するシート面６０１は、略円錐状の形状であり、弁体１１４の球面部１０４ａと接することで燃料をシールしている。噴孔１１９は、噴霧Ｄ１〜Ｄ６を形成する複数の噴孔５０１〜５０６から構成される。噴孔５０１〜５０６のそれぞれの先端部には、各噴孔の直径より内径が大きいザグリ部５１１〜５１６が形成される。

本実施例における燃料噴射装置１００は、複数の噴孔５０１〜５０６の中に、第１噴孔５０１と、その第１噴孔５０１を挟む２つの第２噴孔５０２，５０３とを有している。

シート面６０１の法線（法線方向）６０１ａに対する噴孔の傾斜角度（以下、噴孔角度θという）は、第２噴孔５０２，５０３よりも第１噴孔５０１の方が大きい。すなわち、第１噴孔５０１の噴孔角度θ１と第２噴孔５０２，５０３の噴孔角度θ２との間には、θ１＞θ２の関係がある。

ここで、噴孔角度θは、法線６０１ａと噴孔の中心軸線１１９ａとがなす角度であり、噴孔の中心軸線１１９ａの法線６０１ａに対する傾斜方向は問題にしない。すなわち傾斜角度θは、法線６０１ａと噴孔の中心軸線１１９ａとがなす角度の絶対値である。

さらに、第１噴孔５０１よりも第２噴孔５０２，５０３の方が、噴孔の孔径（噴孔の直径）が大きくなるように、第１噴孔５０１と第２噴孔５０２，５０３とを構成する。すなわち、第１噴孔５０１の孔径Ｄｏ１と第２噴孔５０２，５０３の孔径Ｄｏ２との間には、Ｄｏ１＜Ｄｏ２の関係がある。

図７は、本発明の一実施例（実施例１）に係る噴孔形成部材を内側（弁体側）から見た拡大平面図である。

本実施例では、第１噴孔５０１と第２噴孔５０２，５０３とその他の噴孔５０４〜５０６とは、噴孔形成部材１１６の中心軸線１１６ａ（弁体１１４の中心軸線又は燃料噴射装置１００の中心軸線１００ａ）を中心とする同一の円周７００上に配置されている。すなわち、噴孔５０１〜５０６の入口開口５０１ｃ〜５０６ｃの中心５０１ｂ〜５０６ｂが円周７００上に配置されている。入口開口５０１ｃ〜５０６ｃの中心５０１ｂ〜５０６ｂは、噴孔５０１〜５０６の中心軸線１１９ａとシート面６０１との交点に一致する。

燃料噴射装置１００は、複数の噴孔５０１〜５０６の中に、孔径の小さな第１噴孔５０１と孔径の大きな複数の第２噴孔５０２，５０３とを含んで構成され、第１噴孔５０１と第２噴孔５０２，５０３とが円周７００上において互い違いに並んでいる。すなわち、第２噴孔５０２，５０３は、円周７００上において、第１噴孔５０１に隣接するように配置されている。このとき、第１噴孔５０１と第２噴孔５０２，５０３との間には、上記の傾斜角度θ１，θ２の関係がある。これにより、第１噴孔５０１に最も近接して配置される第２噴孔５０２，５０３は、第１噴孔５０１に対して、孔径が大きく、傾斜角度が小さい構成を有することになる。本実施例では、２つの第２噴孔５０２，５０３を有する構成について説明しているが、第２噴孔として噴孔５０２又は噴孔５０３のいずれか一つを有する構成であってもよい。

なお、噴孔形成部材１１６には、中心軸線１１６ａを中心として周方向に離間するように配置された複数の燃料通路７０１、７０２、７０３、７０４が形成されている。燃料通路７０１〜７０４は、各噴孔５０１〜５０６に燃料を導く流路を構成する。

ここで、図８を用いて、噴孔径（噴孔の直径）と燃料噴霧のペネトレーションとの関係について説明する。図８は、噴孔形成部材に形成した噴孔に流入する燃料の流速分布（流速ベクトル）を示す図である。

図８では、図５および図６に示す第１噴孔５０１に対して、他の噴孔５０２，５０３の孔径を同程度にした場合の流速分布を示している。この場合、シート面６０１の法線６０１ａと噴孔の中心軸線１１９ａとのなす噴孔角度θ１が他の噴孔５０２〜５０６の噴孔角度に対して大きいことに変わりはない。この場合、燃料が噴孔５０１の入口１１９ｃ（５０１ｃ）で剥離して、噴孔５０１内の燃料が剥離した逆側の面に偏って流れる傾向がある。特に図８では、弁体１１４の先端部に形成されたボリューム８０１から流れてきた燃料が、噴孔５０１の入口１１９ｃで噴孔壁面８０２から剥離し、噴孔５０１内を流れる燃料がシート（弁体１１４と当接する部位）側の壁面８０３側に偏って流れている。このため、噴孔出口１１９ｂ（５０１ｂ）での燃料噴霧の流速分布は不均一となり、噴孔出口１１９ｂにおける中心軸線１１９ａに沿う方向の速度ベクトルの最大値が大きくなる。

燃料の剥離によって、噴孔内が燃料で満たされていない場合、実質的に噴孔の内径が小さくなる。したがって、噴孔から噴射される燃料の単位時間当たりの流量をＱｏ、噴孔から噴射される燃料の流速をｖｏ、噴孔の断面積をＤｏとすると、流速ｖｏは式（１）の関係で求められる。

ｖｏ=Ｑｏ／Ｄｏ （１）
式（１）より、噴孔径Ｄｏが小さくなると、流速ｖｏが大きくなる。その結果、噴霧の貫徹力が大きくなるため、燃料噴霧の到達距離（ペネトレーション）は長くなる。ペネトレーションが長くなることで、シリンダ２２０の筒内壁面２１０、ピストン２０９および排気バルブ２１１への燃料付着が増加する。筒内壁面２１０やピストン２０９に付着した燃料は気化しにくいため、ＰＮが増加する場合がある。

特に、噴孔５０１は、上述したとおりに、噴孔角度θ１が大きいため、噴孔５０１から噴射された燃料噴霧は、ペネトレーションが長くなり易く、筒内壁面２１０に付着し易い課題があった。

図９は、本発明の一実施例（実施例１）に係る噴孔形成部材に形成した第１噴孔に流入する燃料の流速分布（流速ベクトル）を示す図である。

本実施例では、第２噴孔５０２，５０３の孔径Ｄｏ２を第１噴孔５０１の孔径Ｄｏ１よりも大きくすることで、噴孔５０２，５０３から噴射される燃料の割合を多くすることができ、相対的に噴孔５０１から噴射される燃料は少なくなる。

図９に示すように、第１噴孔５０１を流れる燃料が少なくなった場合、第１噴孔５０１での燃料の流速が低下するため、噴孔入口１１９ｃでの燃料の剥離が小さくなり、燃料は噴孔の全周に亘って噴孔壁面８０２，８０３に沿って流れるようになる。したがって、剥離が小さいことで、燃料は噴孔５０１の断面（中心軸線１１９ａに垂直な断面）の全体を流れることができる。このため、実質的な孔径Ｄｏが大きくなり、流速Ｖｏが低下する。

また、噴孔５０１の出口１１９ｂでの流速分布が均一化されることで、流速ベクトルの最大値が低下する。したがって、噴霧の貫徹力を小さくすることができ、ペネトレーションが短くなる。その結果、筒内壁２１０の内面への燃料付着を低減でき、ＰＮを抑制できる。

また、第１噴孔５０１よりも第２噴孔５０２，５０３に流れる燃料の割合を大きくすることで、第２噴孔５０２，５０３の噴霧Ｄ２，Ｄ３の貫徹力を強くし、噴霧Ｄ２，Ｄ３のペネトレーションを長くすることができる。吸気バルブ２０５ａ，２０５ｂの方向を指向する噴霧Ｄ２，Ｄ３は、吸気バルブ２０５ａ，２０５ｂに近いために、流入空気の流動の影響を受け易い。噴霧Ｄ２，Ｄ３の貫徹力を確保してペネトレーションを長くすることによって、空気流動が強い場合であっても噴霧Ｄ２，Ｄ３の指向性を確保でき、混合気の均質度を向上することができる。その結果、燃焼効率の向上とＰＮ低減の効果が得られる。

また、エンジン回転数が一定の定常走行の場合に比べて、車両が加速又は減速する過渡の状態では、空気流動が強く、噴霧が空気流動の影響を受けて混合気の均質度が低下する場合がある。本実施例における燃料噴射装置１００では、過渡の状態においても噴霧Ｄ２，Ｄ３の貫徹力を強くすることによって、混合気の均質度を向上し、ＰＮ低減効果を高めることができる。

また、本実施例における燃料噴射装置１００は、吸気バルブ２０５ａ，２０５ｂを指向する噴霧Ｄ２，Ｄ３のペネトレーションが他の噴霧と比較して最も長く、噴霧Ｄ２，Ｄ３よりも点火プラグ２０３方向を指向する噴霧Ｄ１のペネトレーションが短いことを特徴とする。このような燃料噴射装置１００を吸気バルブ２０５、点火プラグ２０３、ピストン２０９およびシリンダ２２９で構成する直噴エンジンに適用することで、ＰＮ低減効果を高めることができる。

また、シートの成す角度θ６０１（図６参照）が小さいほど、噴孔８０１の噴孔角度θが大きくなるため、本発明の実施例１における構成は、例えば角度θ６０１が１５０deg以下の範囲で有効となる。

また、噴孔の長さＬｏと噴孔の孔径Ｄｏとの比であるＬｏ／Ｄｏが大きい場合、すなわち噴孔の長さＬｏが長いか、または噴孔の孔径Ｄｏが小さい場合は、噴孔内で燃料が整流されて噴孔出口から噴射されるため、噴孔の中心軸線１１９ａに沿う方向の流速ベクトルが大きくなり、ペネトレーションが長くなる。一方で、Ｌｏ／Ｄｏが小さい場合には、燃料の流れが噴孔内で整流される前に噴孔出口から噴射されるため、噴孔の中心軸線１１９ａに沿う方向の流速ベクトルを小さくでき、ペネトレーションを短くすることができる。

そこで、第２噴孔５０２，５０３のＬｏ２／Ｄｏ２よりも第１噴孔５０１のＬｏ１／Ｄｏ１の方が小さくなるように構成する（図６参照）。これにより、第１噴霧Ｄ１のペネトレーションを短くし、筒内壁面２１０への燃料付着を抑制してＰＮの低減効果を高めることができる。また、Ｌｏ/Ｄｏを小さくする手段としては、ザグリ部５１１の深さを深くすることにより第１噴孔５０１のＬｏ１を小さくするか、第１噴孔５０１の孔径Ｄｏ１を大きくする方法がある。ただし、第１噴孔５０１の孔径Ｄｏ１を大きくする場合には、第１噴孔５０１を流れる燃料も増加することになる。このため、ペネトレーション低減のためには、特にザグリ部５１１の深さを深くすることが有効となる。

噴孔出口での中心軸線１１９ａに沿う方向の流速ベクトルの最大値を抑制するため、噴孔５０１〜５０６の断面形状を円形（真円）以外の形状、例えば楕円形状などにしてもよい。噴孔の断面形状が真円以外の場合、第１噴孔５０１の孔径Ｄｏ１と第２噴孔５０２，５０３の孔径Ｄｏ２とを比較することができない。そこで、噴孔の断面形状が真円以外の場合には、第１噴孔５０１の断面積Ｓｏ１が、第２噴孔５０２，５０３の断面積Ｓｏ２よりも小さくなるように、噴孔５０１，５０２，５０３の形状を決定するとよい。断面積Ｓｏ１，Ｓｏ２は、各噴孔の中心軸線１１９ａに垂直な噴孔断面の面積である。この構成とすることで、第１噴孔５０１の噴霧Ｄ１のペネトレーションを短くする効果が得られる。

各噴孔５０１〜５０６の下流には、噴孔５０１〜５０６の孔径よりも内径が大きいザグリ部５１１〜５１６が構成される。ザグリ部５１１〜５１６を設けることで、噴孔形成部材１１６の肉厚を確保しつつ、噴孔の長さＬｏを小さくできるため、燃料圧力による耐圧確保と、ペネトレーション低減を両立できる。また、ザグリ部５１１〜５１６を設けることで、エンジン内の空気流動や、圧力変化が噴霧に与える影響を小さくして、安定して燃料噴霧をエンジン筒内に噴射することができる。

第２噴孔５０２，５０３の第２ザグリ部５１２，５１３の内径Ｄａ２は、第１噴孔５０１の第１ザグリ部５１１の内径Ｄａ１よりも大きくするとよい。第１噴孔５０１から噴射された燃料は、噴孔の中心軸線１１９ａに対して径方向の旋回成分を有しているため、図２および図３の噴霧Ｄ１〜Ｄ６に示すように噴孔出口から放射方向に広がって噴射される。噴孔の孔径に対して、ザグリ部の内径が大きすぎる場合、噴射した燃料によってカーボン堆積物質(デポジット)をクリーニングする効果が小さくなる。このため、生成したデポジットがザグリ部に堆積し、デポジット部から燃料が滲むことで、ＰＮが増加する場合がある。

また、噴孔の孔径に対して、ザグリ部の内径が小さすぎる場合、噴孔から噴射した燃料がザグリ部に衝突し、噴霧のペネトレーションや、噴霧の重心位置がばらつくことで、燃焼が不安定になる、または、混合気の均質度が低下してＰＮが増加する場合がある。本発明に係る実施例１の構成によれば、第１噴５０１の第１ザグリ部５１１の内径Ｄａ１は、第２噴孔５０２，５０３の第２ザグリ部５１２，５１３の内径Ｄａ２よりも小さく構成する（Ｄａ１＜Ｄａ２）ことで、噴孔径に応じて適切なザグリ部の内径にすることができ、耐久性を確保すると共にＰＮ低減効果を得ることができる。

また、デポジットの低減を狙ってザグリ部の形状を円形（真円）以外の形状に変える場合には、第１ザグリ部５１１の断面積が、第２ザグリ部５１２，５１３の断面積より小さくなるよう構成することで、上述したＰＮ低減効果を得ることができる。

次に、図１、図５および図７を用いて、燃料噴射装置１００内における燃料の流れについて説明する。

噴孔形成部材１１６の上流から流れてきた燃料は、噴孔形成部材１１６に設けられた４つの燃料通路７０１〜７０４を通過して、各噴孔５０１〜５０６から噴射される。各噴孔５０１〜５０６のシート面６０１上における中心軸線１１９ａの位置（すなわち噴孔５０１〜５０６の入口開口面の中心点の位置）５０１ｂ〜５０６ｂは、円周７００に噴孔５０１〜５０６の入口開口面５０１ｃ〜５０６ｃの一部がかぶさるように、配置するとよい。より好ましくは、噴孔５０１〜５０６の入口開口面５０１ｃ〜５０６ｃの中心点５０１ｂ〜５０６ｂを同一円周上に配置するとよい。噴孔５０１〜５０６を同一円周上に配置することで、上流から流れてきた燃料が噴孔５０１〜５０６に均一に流入するため、各噴孔５０１〜５０６に燃料が流入しやすくなる。すなわち、噴孔５０１〜５０６の上述した配置は、各噴孔５０１〜５０６に流入する燃料の割合（燃料の流量配分）を均一化する効果がある。

本実施例では、噴孔５０１〜５０６の配置により噴孔５０１〜５０６の流量配分を均一化した上で、第１噴孔５０１の孔径と第２噴孔５０２，５０３の孔径とを変えることで、第１噴孔５０１と第２噴孔５０２，５０３との流量配分を変えている。これにより、第１噴孔５０１と第２噴孔５０２，５０３との流量配分を確実にかつ精度よく変えることができ、第１噴孔５０１および第２噴孔５０２，５０３から噴射される燃料噴霧のペネトレーションを確実にかつ精度よく変えることができる。

なお、図５で説明した実施例１の構成においては、第１噴孔５０１の噴孔角度θ１が噴孔５０１以外の噴孔角度θ（噴孔５０２〜５０６の噴孔角度θ５０２〜θ５０６）よりも大きく、噴孔５０１〜５０６の中で最も大きい構成としている。しかし、第１噴孔５０１は隣接する第２噴孔５０２，５０３よりも噴孔角度θが大きい構成であればよく、噴孔５０４〜５０６の中に第１噴孔５０１の噴孔角度θ１よりも大きい噴孔角度θを有する噴孔があってもよい。すなわち、第１噴孔５０１の流量配分を変えることができる噴孔との間で、噴孔角度θの大小関係が上述したように設定されていればよい。この場合、第１噴孔５０１の流量配分に影響する噴孔は、第１噴孔５０１に隣接する第２噴孔５０２，５０３である。本実施例では、隣接する噴孔間において、噴孔角度θが大きい方の噴孔径を小さくすることで、上述したペネトレーションを短くする効果が得られる。

燃費を向上させるために、弱成層燃焼を狙って、燃料噴射装置１００の取り付け位置が点火プラグ近傍となる、いわゆる直上配置となる場合にあっては、各噴孔５０１〜５０６の噴孔角度θの関係が図２の構成と変わる場合がある。本実施例における構成によれば、隣接する噴孔同士で噴孔角度θを比較して、噴孔角度θが小さい方が、噴孔径が小さくなるように設定することで、燃料噴射装置１００の取り付け位置に依存せず、ペネトレーションを確実に短くできる。なお、直上配置の場合であっては、とくにピストン方向を指向する噴霧の噴孔のペネトレーションを短くすることで、ピストン２０９への燃料付着を抑制し、ＰＮ低減効果を高めることができる。

とくに、エンジン回転数が小さくエンジン筒内での空気流量が小さい条件では、燃料噴霧が空気と混合しにくいため、ペネトレーションが長くなることで、筒内壁面２１０への燃料付着が増加し、ＰＮが増加する場合があった。また、エンジンが冷機状態から始動するファストアイドルの条件では、エンジン筒内の温度が低いために、付着した燃料が気化しにくく、ペネトレーションが長くなると、ＰＮが増加し易い。

本発明に係る実施例１における燃料噴射装置１００によれば、上記のようなＰＮが増加し易いエンジンの運転条件においても、ペネトレーションの低減による筒内壁面への燃料付着の抑制が可能となるため、ＰＮを低減することができる。

なお、本実施例の燃料噴射装置は、第１噴孔５０１がピストン２０９側を指向する噴霧Ｄ４を噴射するように、エンジンに取り付けられてもよい。これにより、ピストン２０９側を指向する噴霧Ｄ４のペネトレーションを短くすることができ、ピストン２０９への燃料噴着を抑制することができる。その結果、ＰＮを低減することができる。

図１０〜図１２を用いて、本発明に係る実施例２について説明する。本実施例において、実施例１と同様の部品および構成については同一の符号を用いる。

図１０は、本発明の一実施例（実施例２）に係る燃料噴射装置の噴孔形成部材を先端方向から見た平面図である。図１１は、本発明の一実施例（実施例２）に係る噴孔形成部材を示す図であり、図１０のXI−XI断面を示す断面図である。

本実施例は、実施例１の図１と同様な燃料噴射装置１００に適用される。本実施例における実施例１との差異は、第１噴孔５０１とは異なる第３噴孔１１０４と、第３噴孔１１０４を挟む２つの第４噴孔１１０５，１１０６とを有し、第４噴孔１１０５，１１０６の孔径Ｄｏ３は、第３噴孔１１０４の孔径Ｄｏ４よりも大きい点である。なお、実施例２における燃料噴射装置１００では、第１噴孔５０１と第２噴孔５０２，５０３と第３噴孔１１０４と第４噴孔１１０５，１１０６とは、同一円周上に各入口開口面がかぶさるように配置されている。

本実施例では、噴孔形成部材１１６に形成される複数の噴孔は、第３噴孔１１０４が第１噴孔５０１に対応し、第４噴孔１１０５，１１０６が第２噴孔５０２，５０３に対応するように、構成されている。すなわち、第３噴孔１１０４と第４噴孔１１０５，１１０６との間には、実施例１で説明した第１噴孔５０１と第２噴孔５０２，５０３との構成及び関係が備わっている。

従って、第３噴孔１１０４の噴孔角度θ３と第４噴孔１１０５，１１０６の噴孔角度θ４とは、実施例１で説明した噴孔角度θ１と噴孔角度θ２との関係と同様な関係を有する。第３噴孔１１０４の噴孔長さＬｏ３と第４噴孔１１０５，１１０６の噴孔長さＬｏ４とは、実施例１で説明した噴孔長さＬｏ１と噴孔長さＬｏ２との関係と同様な関係を有する。
第３噴孔１１０４のザグリ部１１１４の内径Ｄａ３と第４噴孔１１０５，１１０６のザグリ部１１１５，１１１６の内径Ｄａ４とは、実施例１で説明したザグリ部５１１の内径Ｄａ１とザグリ部５１２，５１３の内径Ｄａ２との関係と同様な関係を有する。

燃料噴射装置１００は、複数の噴孔５０１〜５０３，１１０４〜１１０６の中に、噴孔径の小さな第３噴孔１１０４と孔径の大きな複数の第４噴孔１１０５，１１０６とを含んで構成され、第３噴孔１１０４と第４噴孔１１０５，１１０６とが同一円周上において互い違いに並んでいる。

図１２は、本発明の一実施例（実施例２）に係る、筒内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射方式の内燃機関（直噴エンジン）の模式図である。

幾何学的な構成上、ピストン２０９側を指向する噴霧Ｄ４’は、ピストン２０９の対角方向を指向する噴霧Ｄ５，Ｄ６と比べて、ピストン２０９までの距離が短い。したがって、ピストン２０９への付着する割合は噴霧Ｄ５，Ｄ６のぞれぞれの噴霧と比較して噴霧Ｄ４’の方が大きくなる。

第４噴孔１１０５，１１０６の孔径は、第３噴孔１１０４よりも大きく構成することで、第４噴孔１１０５，１１０６に流れる燃料の割合が大きくなり、第３噴孔１００４を流れる燃料の割合を小さくできる。その結果、第３噴孔１１０４での燃料の流速が低下するため、第３噴孔１１０４の噴孔入口での燃料の剥離が小さくなり、燃料は第３噴孔１１０４の壁面（図９の８０２参照）に沿って流れ、噴孔出口（図９の１１９ｂ参照）から噴射される。燃料の剥離が小さいことで、噴孔１１０４の全体に燃料が流れられるため、実質的な噴孔径Ｄｏが大きくなり、式（１）より、噴孔出口での流速Ｖｏが低下する。したがって、噴霧の貫徹力が小さくなるため、ペネトレーションが短くなる。結果、ピストン２０９への燃料付着を低減でき、ＰＮを抑制できる。

また、第３噴孔１１０４は、噴孔形成部材１１６または、弁体１１４の中心軸線を挟んで第１噴孔５０１の反対側に構成するとよい。第１噴孔５０１と第３噴孔１１０４とを通る仮想平面２２０ｂに対して左右対称の噴霧を形成することで、エンジン筒内全体に燃料噴霧を均質に噴射できるため、混合気の均質度を向上し、ＰＮを抑制できる。

とくに、燃料を筒内に直接噴射する筒内直噴エンジンでは、筒内の温度の抑制や、燃料混合気の均質度向上を狙って、ピストン２０９の上昇行程（圧縮行程）や、点火プラグ２０３での着火直前のタイミングで、燃料を噴射する場合がある。ピストン２０９の位置が上死点に近いほど、燃料噴射装置１００とピストン２０９との距離が短くなるため、噴射された燃料噴霧がピストン２０９に付着し易くなり、ＰＮが増加し易い。実施例２の燃料噴射装置１００によれば、第４噴霧Ｄ４’のペネトレーションを短くできるため、とくに圧縮行程以降に燃料を噴射する直噴エンジンで有効である。その結果、燃焼温度抑制による燃費向上とＰＮ低減とを両立することができる。

また、第４噴孔１１０５，１１０６の孔径は、第２噴孔５０２，５０３の孔径よりも小さくしてもよい。吸気バルブ２０５ａ，２０５ｂ側または筒内壁面２１０に向かって対角に噴射される噴霧Ｄ２および噴霧Ｄ３は、噴孔の出口から筒内壁面２１０までの距離が噴霧Ｄ１に比べて長いため、筒内壁面２１０に付着する燃料噴霧の量が少ない。したがって、第２噴孔５０２，５０３の孔径を第４噴孔１１０５、１１０６の孔径よりも大きく構成することで、第２噴孔５０２，５０３に流れる燃料の割合を増加させ、第４噴孔１１０５，１１０６に流れる燃料の割合を小さくできる。その結果、第４噴孔１１０５，１１０６の噴霧Ｄ３，Ｄ４のペネトレーションを短くでき、ピストン２０９への燃料付着をさらに抑制し、ＰＮ低減効果を高めることができる。

なお、実施例２による第３噴孔１１０４および第４噴孔１１０５，１１０６の構成は、第１噴孔５０１および第２噴孔５０２，５０３を含まない場合であっても、単独の構成でピストン２０９への燃料付着を抑制する効果を得ることができる。とくに、大排気量、例えば排気量２．４Ｌ以上のエンジンでは、シリンダの内径が大きいため、燃料噴射装置１００と燃料噴射装置１００に対向する筒内壁面２１０との距離が長くなる。その結果、相対的に筒内壁面２１０への燃料付着を低減できるため、第１噴孔５０１および第２噴孔５０２，５０３の構成を採用することなく、実施例２による第３噴孔１１０４および第４噴孔１１０５，１１０６の構成を適用してもよい。

また、実施例１と同様に第２噴孔５０２，５０３よりも第１噴孔５０１の方がＬｏ／Ｄｏが小さくなるよう構成することで、第１噴霧Ｄ１のペネトレーションを短くし、筒内壁面２１０への燃料付着を抑制してＰＮの低減効果を高めることができる。さらに、第４噴孔１１０５，１１０６よりも第３噴孔１１０４のＬｏ／Ｄｏが小さくなるよう構成することで、ピストン２０９への燃料付着を抑制し、ＰＮを低減することができる。

また、第２噴孔５０２，５０３よりも第４噴孔１１０５，１１０６の方が、Ｌｏ／Ｄｏが小さくなるよう構成するとよい。吸気バルブ２０５ａ，２０５ｂ側の近傍を指向する噴霧Ｄ２，Ｄ６は、実施例１で説明したとおり、ペネトレーションが長くなった場合のＰＮへの感度が他の噴霧に比べて小さい。したがって、第２噴孔５０２，５０３よりも第４噴孔１１０５，１１０６のＬｏ／Ｄｏを小さくすることで、ピストン２０９の対角方向を指向する噴霧Ｄ３，Ｄ５のペネトレーションを抑制でき、ＰＮを低減できる。

また、実施例２における構成は、空気流動を利用して混合気を形成する方式では、スプレーガイド方式の直噴エンジンに有効である。スプレーガイド方式では、ピストン２０９に噴射した燃料を付着させないことで、ＰＮを低減する直噴エンジンであり、第４噴霧Ｄ４’のペネトレーションを短くすることで、ピストン２０９への燃料付着が抑制され、ＰＮを低減することができる。

直噴エンジンの混合気を形成する手法の１つとして、シリンダの流動を利用して混合気を形成するエアーガイド方式がある。エアーガイド方式では、噴霧をピストン２０９に衝突させず、バルブ２０５から流入する空気の流動を利用して点火プラグ２０３の近傍に混合気を形成する。エアーガイド方式では、ピストン２０９への燃料の付着が少なく、ＰＮを抑制できる。また、エアーガイド方式におけるピストン２０９の上端面（冠面）２１３の形状は、図２に示すようにピストン２０９の中心部２１３ａが平坦な形状が良い。中心部２１３ａを平坦な形状とすることで、燃料噴霧がピストン２０９に付着しにくく、空気流動を利用して均質な混合気を形成することができ、ＰＮを低減することができる。実施例２における構成によれば、ピストン２０９の方向を指向する噴孔１１０４の燃料噴霧Ｄ４’のペネトレーションを抑制できるため、ピストン２０９への燃料付着を低減できる。以上の理由により、実施例２の構成は、エアーガイド方式を採用した直噴エンジンに用いるとよい。

また、混合気の均質度を向上させるため、１燃焼サイクル中の燃料噴霧を複数に分割して燃料と空気との混合を促進させる多段噴射を行うとよい。多段噴射では、ピストン２０９の圧縮行程中に燃料を噴射する場合があるが、燃料噴射装置１００とピストン２０９の距離が短いため、燃料噴霧Ｄ４’がピストン２０９に付着し易い。このような多段噴射を行う場合に、燃料噴霧Ｄ４’のペネトレーションを抑制することで、ピストン２０９への燃料付着を抑制し、混合気の均質度の向上と両立させることで、さらなるＰＮ抑制が可能となる。

また、実施例２における構成では、吸気バルブ２０５ａ，２０５ｂを指向する噴霧Ｄ２，Ｄ３のペネトレーションが他の噴霧と比較して最も長く、噴霧Ｄ２，Ｄ３よりも点火プラグ２０３方向を指向する噴霧Ｄ１およびピストン２０９方向を指向するＤ４’のペネトレーションが短い。このような燃料噴射装置１００と、吸気バルブ２０５ａ，２０５ｂと点火プラグ２０３とピストン２０９とシリンダ２２９とで構成する直噴エンジンとすることで、ＰＮ低減効果が高まる。

本実施例においても、噴孔５０１〜５０３，１１０４〜１１０６の断面形状を円形（真円）以外の形状、例えば楕円形状などにしてもよい。噴孔の断面形状が真円以外の場合には、噴孔径の代わりに噴孔の断面積が上述した関係を満たすように、噴孔５０１〜５０３，１１０４〜１１０６の形状を決定するとよい。

図１３を用いて、本発明に係る実施例３について説明する。本実施例において他の実施例と同様の部品および構成については、他の実施例と同一の符号を用いる。

図１３は、本発明の一実施例（実施例３）に係る噴孔形成部材を内側（弁体側）から見た拡大平面図である。なお図１３では、噴孔の配置を説明するため、弁体１１４の記載を割愛する。

図１３は平面図であり、シート面６０１、噴孔形成部材１１６の中心軸線１１６ａおよび噴孔５０１〜５０３，１１０４〜１１０６が、噴孔形成部材１１６の中心軸線１１６ａおよび燃料噴射装置１００の中心軸線１００ａに垂直な平面に投影されている。

実施例３における実施例２との差異は、噴孔形成部材１１６の中心軸線１１６ａと、シート面６０１と各噴孔５０１〜５０３，１１０４〜１１０６の中心軸線との交点（噴孔の入口開口面の中心位置）とを結んだ噴孔中心線を符号１３１１〜１３１６で示す。なお、本実施例では、噴孔５０１〜５０３，１１０４〜１１０６の入口開口面の中心点は、円周７００上に位置している。噴孔５０１〜５０３，１１０４〜１１０６の入口開口面の中心点は、円周７００上に位置している必要はないが、噴孔５０１〜５０３，１１０４〜１１０６の入口開口面が円周７００上にかぶさるように、噴孔５０１〜５０３，１１０４〜１１０６が配置されていることが好ましい。

なお、噴孔形成部材１１６の中心軸線１１６ａは、略円錐状に形成されたシート面６０１の中心軸線と一致し、シート面６０１の中心を通る。

隣接する噴孔同士の噴孔中心線１３１１〜１３１６をそれぞれ比較した場合、第１噴孔５０１を通る噴孔中心線１３１１と第２噴孔５０２，５０３の噴孔中心線１３１２，１３１３とがなす噴孔中心線角度１３０３，１３０２が、他の噴孔同士が隣接する噴孔中心線角度１３０４，１３０５，１３０６，１３０７と比較して大きい点である。

この効果によって、第１噴孔５０１よりも孔径が大きい第２噴孔５０２，５０３および第４噴孔１１０５，１１０６同士の孔位置を近づけることができるため、各噴霧の距離が近くなり、噴霧同士の干渉が強くなる。その結果、各噴霧の間の空気量が少なくなり、燃料を噴射したときの空気とのせん断抵抗を受けにくくなるため、第４噴孔１１０５，１１０６の噴霧Ｄ５，Ｄ６と、第３噴孔１１０４の噴霧Ｄ４’と、第２噴孔５０２，５０３のペネトレーションを短くでき（図１２参照）、ピストン２０９または筒内壁面２１０への燃料付着を抑制し、ＰＮ低減が可能となる。なお、実施例３による構成は、実施例１の構成と組み合わせて用いてもよい。

図１４を用いて、本発明に係る実施例４について説明する。本実施例において他の実施例と同様の部品および構成については、他の実施例と同一の符号を用いる。

図１４は、本発明の一実施例（実施例４）に係る噴孔形成部材を内側（弁体側）から見た拡大平面図である。

図１４は平面図であり、シート面６０１、噴孔形成部材１１６の中心軸線１１６ａおよび噴孔５０１〜５０３，１１０４〜１１０６が、噴孔形成部材１１６の中心軸線１１６ａおよび燃料噴射装置１００の中心軸線１００ａに垂直な平面に投影されている。

実施例４における実施例３との差異は、噴孔形成部材１１６の中心軸線１１６ａと、シート面６０１と各噴孔５０１〜５０３，１１０４〜１１０６の中心軸線との交点（噴孔の入口開口面の中心位置）とを結んだ噴孔中心線を符号１３１１，１４１２，１４１３，１３１４〜１３１６で示す。なお、本実施例では、噴孔５０１〜５０３，１１０４〜１１０６の入口開口面の中心点は、円周７００上に位置している。噴孔５０１〜５０３，１１０４〜１１０６の入口開口面の中心点は、円周７００上に位置している必要はないが、噴孔５０１〜５０３，１１０４〜１１０６の入口開口面が円周７００上にかぶさるように、噴孔５０１〜５０３，１１０４〜１１０６が配置されていることが好ましい。

隣接する噴孔同士の噴孔中心線１３１１，１４１２，１４１３，１３１４〜１３１６をそれぞれ比較した場合、第１噴孔５０１を通る噴孔中心線１３１１と第２噴孔５０２，５０３を通る噴孔中心線１４１２，１４１３とがなす噴孔中心線角度１４０３，１４０２が、第４噴孔１１０５，１１０６を通る噴孔中心線１３１５，１３１６と第２噴孔５０２，５０３を通る噴孔中心線１４１２，１４１３とがなす噴孔中心線角度１４０４、１４０７よりも小さい点である。

実施例４における構成では、第２噴孔５０２，５０３を第１噴孔５０１側に近づける、すなわち噴孔中心線角度１４０２，１４０３を小さくすることで、第１噴孔５０１の噴霧Ｄ１と第２噴孔５０２，５０３の噴霧Ｄ２，Ｄ３の噴霧の干渉が強くなり、噴霧Ｄ１のペネトレーションを短くできる（図１２参照）。その結果、筒内壁面２１０への燃料付着が抑制されることで、ＰＮ低減が可能となる。この構成の場合には、第２噴孔５０２，５０３と第４噴孔１１０５，１１０６とがなす噴孔中心線角度１４０４、１４０７が大きくなるよう構成するとよい。この場合、噴霧Ｄ２，Ｄ３と噴霧Ｄ５，Ｄ６との噴霧同士の干渉は弱くなるが、第４噴孔１１０５，１１０６の噴霧Ｄ５，Ｄ６はピストン２０９に対して対角方向に噴射される噴霧であるため、ペネトレーションが長くなった場合であってもＰＮに対する感度が低い。したがって、実施例４における上記の構成によれば、ピストン２０９および筒内壁面２１０での付着の各噴霧の総量を低減できる。

なお、実施例４における噴孔位置の構成は、実施例１の構成と組み合わせても良い。

図１５を用いて、本発明に係る実施例５について説明する。本実施例において他の実施例と同様の部品および構成については、他の実施例と同一の符号を用いる。図１５は、本発明の一実施例（実施例５）に係る噴孔形成部材を内側（弁体側）から見た拡大平面図である。

実施例５における実施例１との差異は、噴孔形成部材１１６の中心軸線１１６ａを中心とするシート面６０１上の円周１５０１上に第１噴孔５０１が配置され、噴孔形成部材１１６の中心軸線１１６ａを中心とするシート面６０１上の円周１５００上に第２噴孔５０２，５０３が配置されている点である。すなわち、第１噴孔５０１はその入口開口面の中心が円周１５０１上に配置され、第２噴孔５０２，５０３はその入口開口面の中心が円周１５００上に配置される。この場合、円周１５０１は円周１５００よりも半径が大きく、円周１５０１の方が円周１５００よりも噴孔形成部材１１６の外周側に位置する。

実施例５における構成では、第１噴孔５０１の噴孔位置を、第２噴孔５０２，５０３の中心軸線を通る円周１５００よりも外径側に構成することで、弁体１１４の先端のボリューム８０１（図９参照）から流れてきた燃料が、第１噴孔５０１よりも内周側に位置する第２噴孔５０２，５０３に流れ易くなるため、第１噴孔５０１に流れる燃料が少なくなる。その結果、噴孔壁面８０２（図８参照）からの燃料の剥離が小さくなり、噴孔出口での流速を均一化かつ流速ベクトルの最大値を低減できる。よって、第１噴孔５０１のペネトレーションを短くでき、ＰＮを抑制できる。なお、実施例５における構成は、実施例２における構成と組み合わせて用いてもよい。実施例２における構成と組み合わせる場合は、第１噴孔５０１および第３噴孔１１０４を円周１５０１上に配置し、第２噴孔５０２，５０３と第４噴孔１１０５，１１０６を円周１５００上に配置するとよい。この構成によって、第３噴孔１１０４のペネトレーションを低減でき、ピストン２０９での燃料付着を抑制することで、ＰＮを低減できる。

図１６および図１７を用いて、本発明に係る実施例６について説明する。本実施例において他の実施例と同様の部品および構成については、他の実施例と同一の符号を用いる。

図１６は、本発明の一実施例（実施例６）に係る燃料噴射装置の噴孔形成部材を先端方向から見た平面図である。

実施例６における実施例１との差異は、各噴孔５０１〜５０６のザグリ部５１１〜５１６の下流側に、それぞれの上流側のザグリ部５１１〜５１６の内径よりも内径が大きいザグリ部１６０１〜１６０６を構成する点である。すなわち、上流側ザグリ部５１１〜５１６の下流側に下流側ザグリ部１６０１〜１６０６が形成されることにより、噴孔５０１〜５０６の下流側に多段（二段）のザグリ部５１１＆１６０１，５１２＆１６０２，５１３＆１６０３，５１４＆１６０４，５１５＆１６０５，５１６＆１６０６が構成される。

実施例６における構成では、上流側ザグリ部５１１〜５１６の内径よりも下流側ザグリ部１６０１〜１６０６の内径を大きくすることで、噴孔５０１〜５０６から噴射した燃料が下流側ザグリ部１６０１〜１６０６に付着するのを抑制し易くなる。噴孔５０１〜５０６から噴射した燃料は、噴孔の中心軸線１１９ａに対して旋回方向の速度ベクトルを有しているため、噴孔の中心軸線１１９ａに対して角度βを有している。

図１７は、本発明の一実施例（実施例６）に係る噴孔形成部材を示す図であり、図１６のXVII−XVII断面を示す断面図である。なお、図１７において、弁体１１４は割愛する。

以下、噴孔５０４について説明するが、他の噴孔５０１〜５０３，５０５，５０６についても同様である。

上流側ザグリ部５１４への燃料付着を抑制するため、上流側ザグリ部５１４の内径を大きくすると、燃料噴霧と上流側ザグリ部５１４の内周面１６０４ａとの距離が長くなり、噴射した燃料によってカーボン堆積物質(デポジット)をクリーニングする効果が小さくなる。その結果、生成したデポジットが上流側ザグリ部５１４に堆積し、デポジット部から燃料が滲むことで、ＰＮが増加する場合がある。

実施例６における手法によれば、下流側ザグリ部１６０４を設けることで、燃料噴霧と上流側ザグリ部５１４との距離を小さくしつつ、燃料噴霧の上流側ザグリ部５１１〜８１６および下流側ザグリ部１６０１〜１６０６への燃料付着を抑制できるため、ＰＮを抑制する効果が高まる。

また、下流側ザグリ部１６０１〜１６０６の内径は、上流側ザグリ部５１１〜５１６の内径もしくは、噴孔５０１〜５０６の内径（孔径）に応じて決定すると良い。噴孔径または、上流側ザグリ部の内径が大きい場合は、下流側ザグリ部１６０４の内径を大きくすることで、下流側ザグリ部への燃料付着を低減し、ＰＮを抑制することができる。

本実施例においても、上流側ザグリ部５１１〜８１６および下流側ザグリ部１６０１〜１６０６の断面形状を円形（真円）以外の形状、例えば楕円形状などにしてもよい。上流側ザグリ部および下流側ザグリ部の中心軸線に垂直な断面形状が真円以外の場合には、内径の代わりに各ザグリ部の断面積が上述した関係を満たすように、各ザグリ部の形状を決定するとよい。

なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００…燃料噴射装置、１０１…ノズルホルダ、１０２…可動子、１０３…ハウジング、１０４…ボビン、１０５…コイル、１０７…磁気コア、１１０…スプリング、１１２…ゼロスプリング、１１３…ロッドガイド、１１４…弁体、１１６…噴孔形成部材、１１８…弁座、１１９…噴孔、１２０…ガイド部、１２４…アジャスタピン、１５３…駆動回路、１５４…ＥＣＵ、２０３…点火プラグ、２０５，２０５ａ，２０５ｂ…吸気バルブ、２０９…ピストン、２１１…排気バルブ、２２０…シリンダ、５０１…第１噴孔、５０２，５０３…第２噴孔、５０４〜５０６…噴孔、１１０４…第３噴孔、１１０５，１１０６…第４噴孔、５１１〜５１６…第１ザグリ部、１１１４〜１１１６…ザグリ部、１６０１〜１６０６…第２ザグリ部。

Claims (8)

1. 弁体と、前記弁体と接して燃料をシールする弁座を形成するシート面と、前記シート面の面上に形成され前記シート面の中心を中心とする同一の円周上に配置された入口開口面を有する複数の噴孔と、を備えた燃料噴射装置において、
   前記複数の噴孔は、一つの第１噴孔と、前記円周上で前記第１噴孔と隣り合う位置に配置されると共に前記円周上で前記第１噴孔を挟む位置に配置されることにより前記第１噴孔を除く他の噴孔よりも前記第１噴孔に最も近接して配置される二つの第２噴孔と、を含み、
   前記第１噴孔は、前記第２噴孔よりも、前記シート面の法線方向と噴孔の中心軸線とがなす角度である噴孔角度が大きく、
   前記二つの第２噴孔のそれぞれは、前記第１噴孔よりも、噴孔の中心軸線に垂直な断面の面積が大きく、
   前記第１噴孔及び前記第２噴孔は、前記二つの第２噴孔のそれぞれから噴射される燃料の割合が前記第１噴孔から噴射される燃料の割合よりも相対的に多くなるように構成され、かつ前記第２噴孔は、前記第１噴孔に対する前記円周上における位置が、前記二つの第２噴孔のそれぞれにおける前記断面の面積を前記第１噴孔の前記断面の面積よりも大きくすることにより、前記二つの第２噴孔のそれぞれにおける前記断面の面積を前記第１噴孔の前記断面の面積と同じ大きさとなるように小さくした場合と比べて、前記第１噴孔を流れる燃料が減少するように、配置され、
   前記第１噴孔から噴射される燃料噴霧が点火プラグ側又はピストン側を指向する状態で、筒内直接噴射型の内燃機関に取り付けられることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、
   前記第１噴孔は、前記複数の噴孔に含まれる全ての噴孔の中で、噴孔角度が最も大きく、かつ噴孔の中心軸線に垂直な断面の面積が最も小さいことを特徴とする燃料噴射装置。
3. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、
   前記複数の噴孔は、前記他の噴孔として、第３噴孔と、前記円周上において前記第３噴孔を挟むように配置された２つの第４噴孔と、を含み、
   前記二つの第４噴孔のそれぞれにおける噴孔の中心軸線に垂直な断面の面積は、前記第３噴孔における噴孔の中心軸線に垂直な断面の面積よりも大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
4. 請求項３に記載の燃料噴射装置において、
   前記第３噴孔は、前記シート面の前記中心を挟んで、前記第１噴孔の反対側に配置されることを特徴とする燃料噴射装置。
5. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、
   前記第１噴孔から噴射される燃料噴霧が点火プラグ側を指向する状態で、筒内直接噴射型の内燃機関に取り付けられることを特徴とする燃料噴射装置。
6. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、
   前記第１噴孔から噴射される燃料噴霧がピストン側を指向する状態で、筒内直接噴射型の内燃機関に取り付けられることを特徴とする燃料噴射装置。
7. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、
   前記第１噴孔および前記第２噴孔は、噴孔の中心軸線に垂直な断面が円形に形成され、
   前記第１噴孔の下流側に、前記第１噴孔の孔径よりも内径が大きい第１ザグリ部が形成され、
   前記第２噴孔の下流側に、前記第２噴孔の孔径よりも内径が大きい第２ザグリ部が形成され、
   前記第１ザグリ部の内径は、前記第２ザグリ部の内径よりも小さいことを特徴とする燃料噴射装置。
8. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、
   前記複数の噴孔は、前記円周上において、前記二つの第２噴孔に対して前記第１噴孔とは反対側に配置され、前記二つの第２噴孔のそれぞれに隣接する二つの第４噴孔を含み、
   前記シート面の面上において、前記第１噴孔の中心軸線と前記シート面の前記中心とを結ぶ第１噴孔中心線と、前記第２噴孔の中心軸線と前記シート面の前記中心とを結ぶ第２噴孔中心線と、前記第４噴孔の中心軸線と前記シート面の前記中心とを結ぶ第４噴孔中心線と、を仮想した場合に、
   前記第１噴孔中心線と前記第２噴孔中心線とがなす第１噴孔中心線角度は、前記第２噴孔中心線と前記第４噴孔中心線とがなす第２噴孔中心線角度よりも小さいことを特徴とする燃料噴射装置。

Images