JPH10331739A - エンジンの燃料噴射弁及び燃料噴射方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 筒内噴射エンジンが燃料の希薄燃焼（空燃比
20〜50程度）であっても点火を良好にすると共に、すす
の排出を抑制し、かつ、高回転時の燃焼安定性を実現す
る燃料噴射弁と燃料噴射方法を提供する。 【解決手段】 エンジンの筒内に直接燃料を噴射するも
のであって、ノズル部に弁体、弁座、ノズル孔、及び、
燃料案内体を備え、前記燃料案内体は、旋回強さの異な
る複数の燃料旋回通路を形成し、前記複数の燃料旋回通
路は、旋回強さの小さな旋回通路が旋回強さの大きな旋
回通路よりノズル孔側に形成されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの燃料噴
射弁及びエンジンの燃料噴射方法に係り、特に、筒内噴
射エンジンの燃料噴射装置用の燃料噴射弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常のエンジンにおいては、燃料の消費
量の低減を図るために、空燃比（空気と燃料の質量比）
を大きくすること、即ち、混合気の燃料量を希薄にして
希薄燃焼とすることが有効であるとされている。しか
し、混合気を希薄にすると、燃料への点火及び火炎の伝
播が不安定になり、安定した燃焼ができずらい状態が生
じる傾向がある。

【０００３】エンジンの気筒内に直接燃料を噴射する直
噴式の筒内噴射エンジンにおいては、成層燃焼において
点火プラグ付近に混合気を集めて、希薄な混合気であっ
ても安定した燃焼が可能になるが、成層燃焼で、点火プ
ラグ付近に混合気を集めておくためには、点火時期のす
こし前に燃料をノズルから噴射することが必要である。
このため、燃料が噴射されてから点火するまでの時間
が、従来の吸気ポート噴射エンジンに比べて短いので、
燃料が十分に気化されない内に点火されてしまい易くな
るため、これを防ぐためには、噴射時に燃料の液滴を小
さくして燃料の気化を促進する必要がある。

【０００４】前記燃料噴射弁のノズル部による燃料の微
粒化の従来技術としては、特開平7ー119584号公報記載
の技術がある。該技術は、燃料噴射弁のノズルをスワー
ルノズルとし、スワール発生部と噴射孔との間にサック
スホールを備え、前記スワール発生部でのスワールの旋
回中心線の周辺で同中心線に対して傾斜した方向に前記
噴射孔を穿設し、前記スワール旋回中心線に対し直交す
る平面でサックホールを切断した時にできる各円孔の中
心が前記噴射孔の噴射方向中心線状にほぼ位置させたも
のである。

【０００５】該構成によって、サックスホール内でのス
ワール燃料の摩擦損失を小さくし、旋回力の強いスワー
ル燃料を噴射孔から噴射させるものであり、スワール燃
料の旋回力が強いと、燃料の微粒化が促進されるもので
ある。前記燃料の強い旋回力に加えて、燃料噴射圧を5
〜12MPa程度の高圧として燃料を噴射することにより、
一層の微粒化を図っている。

【０００６】一方、デイーゼルエンジンでは、燃料に旋
回を与えずに燃料を高圧（20Mpa以上）で噴射してお
り、この場合には、燃料噴射弁からの燃料噴霧形状は、
比較的に中実な噴霧を形成できる。

【０００７】

【発明が解決しようする課題】しかしながら、前記の如
く、燃料の噴射時に燃料に旋回を与える方式は、噴霧形
状が、中空の円錐形状となり、噴霧の中心には燃料が少
ない状態となる。そのために、燃料と空気が接触して混
合される機会が少なく、局所的に過濃な混合気が存在
し、すすを発生したり、高負荷領域で空気の利用率が低
下し、出力が低くなる等の問題がある。

【０００８】図１９は、前記の如き従来の直噴式の筒内
噴射エンジン１における部分負荷時の混合気の状態を示
したものであり、燃料噴射弁２０で単純に燃料に旋回を
与える方式ものである。前記方式のものでは、燃料の旋
回力を小さくすると噴霧３の広がり角が小さくなり、ピ
ストンキャビティ６に衝突した燃料の一部がピストン７
の上面で気化し、気化した燃料４が点火プラグ２方向へ
搬送され、燃焼の安定化を助ける。しかし、ピストン７
に集中して衝突した燃料の多くは、燃料液膜５を形成
し，すすを発生する原因の燃料となるとの問題がある。

【０００９】一方、図２０は、図１９と同じ従来の直噴
式の筒内噴射エンジン１において、燃料の旋回力を大き
くした状態を示したものである。燃料の旋回力を大きく
すると、ピストン７への衝突が少なく、すすの発生を抑
制できるが、噴射燃料が中空噴霧形状となるため、中心
部に噴霧される燃料が少なく、かつ速度も遅いので、点
火プラグ２方向へ搬送される燃料（混合気）が不足し、
燃焼が不安定になる。特に、エンジン回転数Ｎが高い領
域では、空気流の速度が大きくなり、噴霧燃料が流され
易くなるので、噴霧速度も大きくする必要があるとの問
題がある。

【００１０】また、前記デイーゼルエンジンの如く、燃
料に旋回を与えない方式では、微粒化を促進するのにさ
らに高圧にする必要があり、それに伴い、噴霧の速度が
大きくなる。噴霧の速度が大きくなると、気筒壁面に衝
突しやすくなるので、特に高負荷時にはすすを発生する
との問題がある。本発明は、このような問題に鑑みてな
されたものであって、その目的とするところは、筒内噴
射エンジンが燃料の希薄燃焼（空燃比20〜50程度）であ
っても点火を良好にすると共に、すすの排出を抑制し、
かつ、高回転時の燃焼安定性を実現する燃料噴射弁と燃
料噴射方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明の第１の基本的な燃料噴射弁の一態様は、エンジ
ンの筒内に直接燃料を噴射するものであって、ノズル部
に弁体、弁座、ノズル孔、及び、燃料案内体を備え、前
記燃料案内体は、旋回強さの異なる複数の燃料旋回通路
を形成し、前記複数の燃料旋回通路は、旋回強さの小さ
な旋回通路が旋回強さの大きな旋回通路よりノズル孔側
に形成されていることを特徴としている。

【００１２】そして、前記燃料噴射弁の具体的な態様と
しては、前記燃料旋回通路が、前記ノズル孔の中心軸線
と交差する仮想線から所定距離オフセットされ、旋回強
さの小さな旋回通路と旋回強さの大きな旋回通路とでオ
フセット距離を異にしている。また、前記複数の燃料旋
回通路は、一つ以上の通路がノズル孔の出口方向に向け
て傾斜し、前記燃料旋回通路の内側に燃料を旋回させな
い少なくとも一つの未旋回燃料室を形成したことを特徴
とし、前記燃料案内体が、燃料を上流から下流にバイパ
スさせるバイパス燃料通路を有し、その通路面積を異に
した複数個から成ることを特徴としている。

【００１３】また、本発明の第２の基本的な燃料噴射弁
の態様としては、前記燃料案内体が、前記ノズル孔の中
心軸線と交差する仮想線上に形成された複数の燃料案内
通路を備え、該燃料案内通路は燃料流同士が衝突すべく
構成されていることを特徴としている。更に、本発明の
第３の基本的な燃料噴射弁の態様としては、前記燃料案
内体が、複数のノズル孔の中心軸線と交差する仮想線上
に形成された複数の燃料案内通路と複数の燃料旋回通路
とを備えていることを特徴としている。

【００１４】そして、本発明の前記基本的な燃料噴射弁
の共通する具体的態様としては、前記燃料旋回通路もし
くは燃料案内通路が、溝もしくは孔であり、前記弁体
が、球体もしくは円錐であり、前記弁体と前記弁座のす
き間の通路面積をノズル出口方向に向けて小さくし、キ
ャビテイの発生を防止していることを特徴としている。

【００１５】一方、本発明のエンジンの筒内に直接燃料
を噴射する燃料噴射方法は、筒内への直接の燃料噴射に
おいて、噴霧角の異なる二つ以上の燃料を同一中心軸線
上に噴射し、前記噴霧角の異なる二つ以上の燃料は、噴
霧角の小さな燃料によって形成された噴霧を噴霧角の大
きな燃料によって形成された噴霧よりも先に噴射するこ
とを特徴としている。

【００１６】また、本発明のエンジンの筒内に直接燃料
を噴射する燃料噴射方法の他の態様としては、粒径の異
なる二つ以上の燃料噴霧を同一中心軸線上に噴射し、前
記粒径の異なる二つ以上に燃料噴霧は、粒径の大きな燃
料によって形成された噴霧を粒径が小さい燃料によって
形成された噴霧よりも先に、かつ、噴霧角を小さくして
噴射することを特徴としている。

【００１７】前述の如く構成された本発明に係る第１の
基本的な燃料噴射弁は、燃料の噴霧にあたっては、一つ
の燃料旋回通路により形成される燃料の噴霧広がり角が
小さな噴霧を先に噴出させ、次に、他の燃料旋回通路に
より形成される噴霧広がり角の大きな噴霧を噴出させ、
これにより、エンジンの筒内に空間的に中実な噴霧を形
成することができると共に、広がり角の小さな噴霧燃料
を先に、点火プラグ方向に搬送できるので、すすの排出
を抑止しつつ、燃焼の安定化を図ることができる。

【００１８】また、本発明に係る第２の基本的な燃料噴
射弁は、燃料案内体の複数の燃料案内通路にオフセット
を設けず、前記燃料案内体の中心を通り互いに直角に交
わる仮想線上に複数の燃料案内通路を設けたので、対向
する燃料案内通路から燃料を噴射して衝突させる。衝突
した燃料は、中心方向に向けた速度成分をもつため、燃
料噴霧の中心にも燃料が存在する中実の燃料噴霧とな
る。

【００１９】更に、本発明に係る第３の基本的な燃料噴
射弁は、複数の燃料案内通路により円錐噴霧を形成し、
内側の噴霧は衝突により生成し、外側の噴霧は燃料旋回
通路によって旋回させて生成する構成であるので、エン
ジンの筒内に空間的に中実な噴霧を形成することができ
る。噴霧の中心へ燃料が集中しすぎるのを防止するため
に、燃料が衝突する燃料案内通路の総断面積を燃料旋回
通路の総断面積よりも小さくしている。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明のエンジ
ンの燃料噴射弁の一実施形態について説明する。図１
は、本実施形態の筒内噴射エンジン１の制御システムを
含めた全体構成を示したものである。筒内噴射エンジン
１は、その気筒５１のヘッド部５０に吸気管４７と排気
管４８とを接続しており、該接続部には、インテークバ
ルブ４６とエキゾーストバルブ４９とが配置されてい
る。前記ヘッド部５０には点火プラグ２と燃料噴射弁２
０が取付けられ、前記吸気管４７の上流には電動モータ
４２によって駆動される絞り弁４１が配置されると共
に、該吸気管４７には、エアフロメータ４３や絞り弁開
度検出計４４が取付られている。前記気筒５１内にはピ
ストン７が上下摺動可能に配置され、該ピストン７の上
面にはピストンキャビティ６が形成されている。

【００２１】前記エンジン１の制御装置４５は、前記エ
アフロメータ４３や絞り弁開度検出計４４からの信号及
びエンジン回転数Ｎやアクセル開度α等の信号を受けて
点火時期や燃料量を計算して前記点火プラグ２や燃料噴
射弁２０等に信号を出力して制御している。吸入管４７
の上流からの空気は、エアフロメータ４４で計量され、
絞り弁４１によって空気量を制御される。該絞り弁４１
は、前記電動モータ４２によってアクセルペダル開度α
に応じて制御してもよい。

【００２２】エンジン１の部分負荷時には、燃料噴射弁
２０は、燃料をピストンキャビテイ6に留まるようなタ
イミング（圧縮行程ー上死点前40〜60度）で噴射し、点
火プラグ２によって点火されるが、高負荷運転時には、
気筒５１内に燃料を均一に分散するタイミング（吸気行
程ー上死点前330〜180度程度）で噴射する。エンジン１
の運転条件は、制御装置４５で前記エアフロメータ43の
信号、エンジン回転数N、絞り弁開度44、アクセル開度
αなどによって決められ、それに応じて燃料噴射弁２０
の燃料の噴射量、噴射タイミングが決定される。

【００２３】図２は、本実施形態の燃料噴射弁２０の構
成を示したものである。該燃料噴射弁２０は、燃料入口
コネクタ部２７、ソレノイドコイル部２８、電気コネク
タ部２９、可動コア部３０、ノズル３１付きノズル部２
２から成っており、可動コア部３０の端部には球状弁体
２１が配置され、該可動コア部３０はコイルスプリング
２６によって弁座２５に押圧されている。前記ノズル部
２２内の前記球状弁体２１の周囲には、燃料案内体２３
が配置されている。ソレノイドコイル部２８に通電する
と可動コア３０が励磁され、前記コイルスプリング２６
の付勢力に打ち勝って前記可動コア３０を引き上げるよ
うに作用し、可動コア３０が引き上げられると前記弁体
２１と前記弁座２５との間が開口する。

【００２４】前記燃料噴射弁２０に導かれた燃料は、燃
料入口コネクタ部２７の燃料通路２７ａより内部に供給
され、燃料案内体２３、弁体２１と弁座２５との間を介
してノズル３１よりエンジン１の燃焼室内に直接噴射さ
れる。前記弁体２１は、通常、スプリング２６の付勢力
と燃料の流体圧力(5Mpa以上）によって弁座部２５に押
え付けられて燃料のノズル３１からの噴出を止めてい
る。 前記電気コネクタ部２９を介して１００ボルト程
度の電流を入力して、ソレノイド部２８に電流を流す
と、該ソレノイド部２８によって発生した電磁力により
弁体２３を引き上げる。ストッパ２４によって引き上げ
る位置を一定にすることができ、燃料の計量精度を高め
ている。

【００２５】このように、ソレノイドコイル部２８の電
圧のオンーオフによって、弁体２１の弁座２５からの開
閉を制御し、ノズル３１から噴射される燃料の噴射量を
制御できる。ソレノイドコイル部２８に加える電流は、
その応答性の向上を図るため初めに多くの電流を流し、
その後ソレノイドの発熱を防止するために、電流を低く
するような制御が望ましい。

【００２６】図３は、図２の前記燃料噴射弁２０の燃料
案内体２３の第１実施例を示したもので、（ａ）は横断
面、（ｂ）は縦断面を示している。該燃料案内体２３
は、概略筒状をしており、内部中心に弁体２１を案内す
る弁体案内孔３５を備えると共に、その周囲には燃料案
内通路面３６を備えている。前記燃料案内体２３の中心
を通り互いに直角に交わる仮想線Ｘ−Ｘ，Ｙ−Ｙに平行
に燃料旋回孔３３ｂと燃料旋回溝３４ａとが形成されて
いる。該燃料旋回孔３３ｂと燃料旋回溝３４ａとは燃料
に旋回を与えるものであり、燃料の噴霧角度を広げ、燃
料の微粒化を図るものである。

【００２７】燃料旋回溝３４ａのオフセット量Ｌ１は、
燃料旋回孔３３ｂのオフセット量Ｌ２に比べて小さく
し、かつ、燃料旋回溝３４ａの開口部をノズル３１に近
い下部位置とする。このような構成により、燃料の噴霧
にあたっては、燃料旋回溝３４ａにより形成される燃料
の噴霧広がり角が小さな噴霧を先に噴出させ、次に、燃
料旋回孔３３ｂにより形成される噴霧広がり角の大きな
噴霧を噴出させることができる。これにより、空間的に
中実な噴霧を形成することができると共に、広がり角の
小さな噴霧燃料を先に、点火プラグ２方向に搬送できる
ので、すすの排出を抑止しつつ、燃焼の安定化を図るこ
とができる。

【００２８】図４は、燃料案内体２３の第２実施例を示
したものである。図３の第１実施例においては、燃料旋
回溝３４ａと燃料旋回孔３３ｂとの開口部の上下位置を
異なる構造としたが、第２実施例では、燃料旋回溝３４
ａと燃料旋回溝３３ａとの上下位置を同じくしている。
燃料旋回溝又は孔のオフセット量が小さいと噴霧の広が
り角は小さく、噴霧速度が大きくなる。燃料旋回溝３４
から噴出した燃料は、噴霧３ｂを形成し、燃料旋回溝３
３ａから噴出した燃料は、より大きな旋回力により噴霧
３ａを形成する。従来の燃料噴射弁は、噴霧３ａまたは
噴霧３ｂのみの単独噴霧であり、内部に燃料のない中空
噴霧である。燃料旋回溝又は孔の開口部の上下位置を変
えないと、２つの旋回溝の加工を同じ面上でできるの
で、加工が容易であるという利点がある。

【００２９】図５は、燃料噴射弁２０の燃料案内体２３
の第３実施例を示したものである。燃料旋回孔３４ｂを
ノズル方向を下方に斜めに形成する。一方、燃料旋回孔
３３ｂの開口部は上部に位置し、オフセットＬ２を大き
くする。燃料旋回孔３３ｂによって形成される噴霧は、
広がり角の大きい噴霧３ａとなる。燃料旋回孔３４ｂの
オフセットＬ１は、燃料旋回孔３３ｂのオフセットＬ２
に比べて小さく、旋回力は少ない。かつ、ノズル方向傾
斜した角度がついているので、広がり角の小さな噴霧３
ｂを形成する。更に、燃料旋回孔３４を斜めに開けるこ
とにより、弁体２１の下部にそって燃料が流れやすくな
り、通常の旋回ノズルで発生する弁体２１下流のキャビ
テイを小さくする効果があり、中実化が促進される。

【００３０】図６は、燃料噴射弁２０の燃料案内体２３
の第４実施例を示したものである。燃料旋回溝３３ａ、
３４ａの開口部に環状溝３７を設ける。この場合、燃料
旋回溝３３ａ、３４ａから旋回した燃料が噴出する前
に、環状溝３７から未旋回燃料が噴出する。未旋回燃料
は、燃料の圧力によって微粒化するが、噴霧広がり角の
小さな噴霧を形成し、かつ、燃料旋回溝３３ａ、３４ａ
を通った燃料よりも先に噴出し、点火プラグ２方向へ搬
送される。未旋回燃料が多すぎると、ピストン７に集中
して衝突し、すすを伴う燃焼となりやすいので、部分負
荷時の全噴射量の約30％程度以下とする。たとえば環状
溝３７の体積を4.5mm3程度とする。

【００３１】図７は、燃料噴射弁２０の燃料案内体２３
の第５実施例を示したものである。該第５実施例の燃料
案内体２３は、燃料旋回溝３４ａと燃料旋回孔３３ｂと
は別に、バイパス通路５５、５６を設けてる。該バイパ
ス通路５５、５６を介した燃料は旋回力が加えられず
に、噴出するので、噴霧広がり角の小さな噴霧を形成で
きる。その周囲には燃料旋回溝３３ａと燃料旋回孔３４
ｂとによって形成された噴霧が分布するので、中実化を
実現できる。

【００３２】図８は、燃料噴射弁２０の燃料案内体２３
の第６実施例を示したものである。バイパス通路５５の
開口部を特定部位のみに設けることで、噴霧をノズル軸
とは異なる方向に形成できる。更に、図９の燃料案内体
２３の第７実施例に示すように、バイパス通路５５の内
の特定部位のバイパス通路５５ａの面積を他のバイパス
通路５５の面積と不均等にすることにより、ノズル内の
速度分布を制御し、噴霧をノズル軸とは異なる方向に形
成できる。燃料噴射弁２０の取付けレイアウトが制約さ
れた条件で、燃料噴射方向を自由に設定できる利点があ
る。かつ、ノズルを特定の方向に曲げるための加工を必
要としない。

【００３３】図１０は、燃料噴射弁２０の燃料案内体２
３の第８実施例を示したものである。前記燃料案内体２
３は、燃料旋回孔３３ｂ，３４ｂにオフセットを設け
ず、前記燃料案内体２３の中心を通り互いに直角に交わ
る仮想線Ｘ−Ｘ，Ｙ−Ｙ上に設けたものであり、対向す
る燃料旋回孔３３ｂ，３４ｂから燃料を流出して衝突さ
せる。衝突した燃料は、中心方向に向けた速度成分をも
つため、燃料噴霧の中心にも燃料が存在する中実の燃料
噴霧となる。

【００３４】図１１は、燃料噴射弁２０の燃料案内体２
３の第９実施例を示したものである。燃料旋回溝３３ａ
と燃料案内孔３４ｂとにより円錐噴霧を形成し、衝突に
よりその内側に噴霧を形成する構成である。即ち、燃料
旋回溝３３ａをオフセットして燃料を旋回噴霧すると共
に、燃料案内孔３４ｂを燃料案内体２３の中心を通り互
いに直角に交わる仮想線Ｘ−Ｘ，Ｙ−Ｙ上に設けたもの
であり、対向する燃料案内孔３４ｂ，３４ｂから燃料を
流出して衝突させるものである。噴霧の中心へ燃料が集
中しすぎるのを防止するために、燃料が衝突する溝の総
断面積を案内溝の総断面積よりも小さくする。

【００３５】図１２は、燃料噴射弁２０の燃料案内体２
３の第１実施例における弁体２１を変更した例を示した
ものである。本実施例においては、弁体２１を円錐形状
としたものであり、該円錐形状のために、弁体２１の下
流にキャビテイが存在しくく、燃料噴霧体の中空化を抑
止できる。円錐角αを小さくするほど噴霧角を小さく、
中実度を上げることができる。

【００３６】図１３は、燃料噴射弁２０の燃料案内体２
３の第１実施例を前記図１２の如く弁体を円錐形状とし
たものを示している。（ａ）に示すように弁体２１と弁
座２５の間の隙間５０をノズル３１に近付くほど狭くな
るようにしている。（ｃ）に示すように、ノズル３１に
近付くほど隙間５０を大きくすると拡大流となり、キャ
ビテイが起こりやすくなる。キャビテイ生じると、弁体
２５の下流に燃料の無い中空部が生じ、噴霧も中空形状
になりやすい。 弁体２５との隙間５０を（ｂ）のよう
に更に縮小流とすることにより、流れを安定化し、キャ
ビテイの発生も防止でき、噴霧を中実化できる。キャビ
テイの抑止は噴射量の安定化にも効果がある、計量精度
を向上できる利点もある。

【００３７】図１４は、本実施形態と従来例とのエンジ
ンの燃料噴射装置による燃料噴霧の噴霧広がり角に対す
る燃焼安定度とすすの発生度合いとの関係を示したもの
である。該図１４から理解されるように、噴霧の広がり
角を小さくすると燃焼の安定度が中空噴霧でも向上する
が、同時にすすの排出が増大する。このため、すすと燃
焼安定の両立は困難なものとなるが、本実施形態では、
燃料噴霧の中実化によってピストンへの噴霧燃料の集中
した衝突を防止し、すすの排出を抑止しつつ、燃焼の安
定化を図っている。

【００３８】図１５は、本実施形態の燃料噴射時期と点
火時期とを変えた時の燃焼安定度とすすの排出特性との
関係を示している。燃料噴射後30度くらいで点火をする
と、燃料が安定する。これは噴射された燃料が点火プラ
グに到達するまでの時間と一致する。すすは、燃料の噴
射時期を早めると低くなる。従来方式ではすすの増大は
さらに大きい（図示せず）。これはピストンへの集中し
た衝突を防止できるからであるが、噴射時期をはやめす
ぎると燃焼が拡散してしまい、点火プラグ付近に燃料が
存在しなくなり、燃焼の安定がよくない。このため、噴
射時期を遅くしてもピストンに燃料が集中して衝突しな
い中実噴霧が有効であることが理解される。

【００３９】以上、本発明の一実施形態について詳述し
たが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱す
ることなく、設計において種々の変更ができるものであ
る。例えば、前記実施形態においては、燃料噴射弁の燃
料案内体は、旋回強さの異なる二つの燃料旋回溝（もし
くは燃料旋回孔）を備えた構成とし、旋回強さの異なる
二つの燃料旋回流を同一中心軸線上に噴霧するようにし
ているが、前記燃料案内体に三つもしくはそれ以上の燃
料旋回溝（もしくは燃料旋回孔）を位置を異にして備
え、旋回強さの異なる三つもしくはそれ以上の燃料旋回
流を生成するようにすることもできるものである。

【００４０】また、前記実施形態においては、燃料噴射
弁によって、燃料を横から噴射した燃料噴射装置につい
て説明したが、図１６〜１８に示されているいるよう
に、燃料噴射弁を気筒中心に設けた構成でも本発明の実
施はできるものである。即ち、図１６に示すように、エ
ンジンの圧縮行程で燃料噴射弁２０から燃料３が噴射さ
れる場合（図１６（ａ））には、その後、可燃混合気が
きた時期（図１６（ｂ）)で点火プラグ２によって燃料
が点火される。

【００４１】また、図１７では、吸気行程後半に燃料噴
射弁２０から噴射された燃料３（図１７（ａ）は、空気
スワールにより燃料の拡散を防止しつつ、可燃混合気が
きた時期（図１７（ｂ））に点火プラグ２によって点火
される。この場合、燃料が噴射されてから点火までの時
間が比較的長く、ピストン７への衝突も少ないので、気
化が促進され、すすが少なくなりやすい。

【００４２】更に、図１８では、吸気行程後半に燃料噴
射弁２０から噴射された燃料３（図１８（ａ））は、空
気タンブルにより点火プラグ２方向に搬送され、可燃混
合気がきた時期（図１８（ｂ））に点火プラグ２によっ
て点火される。この場合、燃料が噴射されてから点火ま
での時間が比較的長く、ピストン７への衝突も少ないの
で、気化が促進され、すすが少なくなりやすいが、エン
ジンの回転数などで点火プラグ７に混合気が到達する時
間が異なるので、回転数などに応じた精密な制御が必要
となる。

【００４３】以上の説明は、成層燃焼についての説明で
あるが、本発明の燃料噴射装置は、エンジンの高負荷運
転でも燃料噴霧の中実化が達成されることで、空気と燃
料との混合が促進され、すすの排出の抑制と、高出力化
が期待できる。

【００４４】また、図３に示されている燃料噴射弁２０
の燃料案内体２３の第１実施例の如く、オフセット量Ｌ
１が、オフセット量Ｌ２に比べて小さく設定されている
場合には、オフセット量Ｌ１のものがオフセット量Ｌ２
のものに対して燃料に加えられる旋回の強さは小さい。
旋回を強くし、噴霧角を大きくして液膜の厚さを薄くす
ることによって、微粒化を促進して噴霧粒径を小さくす
ることができる。このことは、オフセット量を小さくす
ると、噴霧角が小さくなり、噴霧粒径が大きくなる一
方、オフセット量を大きくすることによって、噴霧角が
大きくなり、噴霧粒径が小さくなることを意味する。

【００４５】リーン燃焼を安定化させるためには、点火
プラグに混合気を確実に供給することが重要である。前
記燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第１実施例におい
ては、燃料の噴霧角が小さいと、粒径が大きくなり、該
燃料噴霧が気筒内の空気流動の影響を受けにくく、噴霧
の慣性エネルギによって点火プラグ方向に供給される。
この粒径の大きな燃料噴霧は、噴霧速度を大きく保つこ
とができ、ピストンのキャビティ上面で気化が行われ、
点火プラグに到達することになるので、燃焼安定化でき
る。しかし、粒径の大きな噴霧が多すぎると、気化不十
分となり、スモークを発生する。

【００４６】そして、噴霧角が大きい粒径の小さい燃料
噴霧は、空気流動の影響を受け易く、点火プラグには到
達しずらいが、粒径が小さい故に、ピストンキャビテー
上での気化が促進されることで、スモーク低減作用があ
る。前記粒径の大きな燃料噴霧と、粒径の小さな燃料噴
霧とを組み合わせて噴霧することで、リーン燃焼におけ
る点火の促進とスモーク低減作用との両方を可能にする
燃料噴射方法が実現できる。

【００４７】即ち、噴霧初期の粒径の大きな燃料噴霧に
よって点火を行い、その後、粒径の小さな主燃料噴霧を
キヤビテー内に分散させ、前記点火火炎によって、粒径
の小さな燃料噴霧に基づく混合気に伝播させて燃焼を行
う。このように、粒径の大きな燃料噴霧（粒径２０μ以
上）を粒径の小さな燃料噴霧（粒径２０μ未満）より先
に噴射し、かつ、両噴射を同一中心軸線上に行う方法と
することによって、スモークの排出を抑制しつつ、安定
したリーン燃焼を可能とする。

【００４８】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明のエンジンの燃料噴射弁は、燃料噴射弁の燃料噴霧形
状が中実で、かつ、速度の小さい噴霧を形成することに
より、筒内噴射エンジン内でのすすの排出を抑制しつ
つ、希薄燃焼（空燃比20〜50程度）を実現する。更に、
該筒内噴射エンジンでの高負荷運転時においても、すす
の排出を抑制し、該エンジンの出力の向上を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の燃料噴射弁を備えた筒内
噴射エンジンの全体構成図。

【図２】本発明の燃料噴射装置の燃料噴射弁の縦断面
図。

【図３】図２の燃料噴射弁のノズル部の燃料案内体の詳
細を示す第１実施例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃
料噴霧状態を示す縦断面図。

【図４】本発明の燃料案内体の第２実施例で、（ａ）は
横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、
（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面の燃料噴霧の半径方向の流
量分布図。

【図５】本発明の燃料案内体の第３実施例で、（ａ）は
横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、
（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。

【図６】本発明の燃料案内体の第４実施例で、（ａ）は
横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、
（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。

【図７】本発明の燃料案内体の第５実施例で、（ａ）は
横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、
（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。

【図８】本発明の燃料案内体の第６実施例で、（ａ）は
横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図。

【図９】本発明の燃料案内体の第７実施例で、（ａ）は
横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図。

【図１０】本発明の燃料案内体の第８実施例で、（ａ）
は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、
（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。

【図１１】本発明の燃料案内体の第９実施例で、（ａ）
は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、
（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。

【図１２】本発明の燃料案内体の第１実施例において弁
体を円錐形状に変更したもので、（ａ）は横断面図、
（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は燃料噴
霧の半径方向の流量分布図。

【図１３】本発明の燃料案内体の第１実施例において弁
体を円錐形状に変更したもので、（ａ）（ｂ）は燃料噴
霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は参考例であって、燃料
噴霧状態を示す縦断面図。

【図１４】本発明と従来例との燃料噴霧の噴霧広がり角
に対する燃焼安定度とすすの発生度合いとの関係図。

【図１５】本発明の燃料噴射時期と点火時期に対する燃
焼安定度あるいはすす排出特性を示す図であって、
（ａ）は燃焼安定度を示す図、（ｂ）はすす特性を示す
図。

【図１６】本発明の他の実施形態を示すものであって燃
焼噴射弁を筒体センタに配置した図であって、（ａ）
（ｂ）は燃料噴射時及び点火時を示す図。

【図１７】本発明の更に他の実施形態を示すものであっ
て燃焼噴射弁を筒体センタに配置した図であって、
（ａ）（ｂ）は燃料噴射時及び点火時を示す図。

【図１８】本発明の更に他の実施形態を示すものであっ
て燃焼噴射弁を筒体センタに配置した図であって、
（ａ）（ｂ）は燃料噴射時及び点火時を示す図。

【図１９】従来の筒内噴射の燃料噴射弁における燃料噴
射時の気筒内混合気状態を示す図。

【図２０】従来の筒内噴射の燃料噴射弁における燃料噴
射時の気筒内混合気状態の説明図。

【符号の説明】

２０…燃料噴射弁、２１…弁体、２２…ノズル部、２３
…燃料案内体、２５…弁座、２６…コイルスプリング、
２７…燃料入口コネクタ部、２８…ソレノイドコイル
部、２９…電気コネクタ部、３０…可動コア部、３３ａ
…燃料旋回溝、３３ｂ…燃料旋回孔、３４ａ…燃料旋回
溝、３４ｂ…燃料旋回孔

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３１０Ｂ (72)発明者 大須賀 稔 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル部に弁体、弁座、ノズル孔、及
   び、燃料案内体を備えたエンジンの燃料噴射弁におい
   て、 前記燃料案内体は、旋回強さの異なる複数の燃料旋回通
   路を形成していることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 【請求項２】 前記複数の燃料旋回通路は、旋回強さの
   小さな旋回通路が旋回強さの大きな旋回通路よりノズル
   孔側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載
   の燃料噴射弁。
3. 【請求項３】 ノズル部に弁体、弁座、ノズル孔、及
   び、燃料案内体とを備えたエンジンの燃料噴射弁におい
   て、 前記燃料案内体は、前記ノズル孔の中心軸線と交差する
   仮想線上に形成された複数の燃料案内通路を備え、該燃
   料案内通路は燃料流同士が衝突すべく形成されているこ
   とを特徴とする燃料噴射弁。
4. 【請求項４】 ノズル部に弁体、弁座、ノズル孔、及
   び、燃料案内体とを備えたエンジンの燃料噴射弁におい
   て、 前記燃料案内体は、複数のノズル孔の中心軸線と交差す
   る仮想線上に形成された複数の燃料案内通路と複数の燃
   料旋回通路とを備えていることを特徴とする燃料噴射
   弁。
5. 【請求項５】 前記燃料旋回通路もしくは燃料案内通路
   は、溝もしくは孔であることを特徴とする請求項１乃至
   ４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
6. 【請求項６】 前記燃料旋回通路は、前記ノズル孔の中
   心軸線と交差する仮想線から所定距離オフセットされて
   いることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
7. 【請求項７】 前記複数の燃料旋回通路は、旋回強さの
   小さな旋回通路と旋回強さの大きな旋回通路とでオフセ
   ット距離を異にしていることを特徴とする請求項６に記
   載の燃料噴射弁。
8. 【請求項８】 前記複数の燃料旋回通路は、一つ以上の
   通路がノズル孔の出口方向に向けて傾斜して形成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
9. 【請求項９】 前記燃料旋回通路の内側に燃料を旋回さ
   せない少なくとも一つの未旋回燃料室を形成したことを
   特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
10. 【請求項１０】 前記燃料案内体は、燃料を上流から下
    流にバイパスさせるバイパス燃料通路を有することを特
    徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
11. 【請求項１１】 前記バイパス燃料通路は、その通路面
    積を異にした複数個から成ることを特徴とする請求項１
    ０に記載の燃料噴射装置。
12. 【請求項１２】 前記弁体と前記弁座のすき間の通路面
    積をノズル出口方向に向けて小さくし、キャビテイの発
    生を防止したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴
    射弁。
13. 【請求項１３】 前記弁体は、球体もしくは円錐である
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記
    載の燃料噴射弁。
14. 【請求項１４】 エンジンの筒内に直接燃料を噴射する
    燃料噴射方法において、 噴霧角の異なる二つ以上の燃料を同一中心軸線上に噴霧
    したことを特徴とする燃料噴射方法。
15. 【請求項１５】 前記噴霧角の異なる二つ以上の燃料
    は、噴霧角の小さな燃料によって形成された噴霧を噴霧
    角の大きな燃料によって形成された噴霧よりも先に噴射
    することを特徴とする請求項１４に記載の燃料噴射方
    法。
16. 【請求項１６】 エンジンの筒内に直接燃料を噴射する
    燃料噴射方法において、 粒径の異なる二つ以上の燃料噴霧を同一中心軸線上に噴
    射したことを特徴とする燃料噴射方法。
17. 【請求項１７】 前記粒径の異なる二つ以上に燃料噴霧
    は、粒径の大きな燃料によって形成された噴霧を粒径が
    小さい燃料によって形成された噴霧よりも先に、かつ、
    噴霧角を小さくして噴射することを特徴とする請求項１
    ６に記載の燃料噴射方法。