WO2020162587A1 - 燃料噴射装置および制御装置 - Google Patents

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WO2020162587A1
WO2020162587A1 PCT/JP2020/004724 JP2020004724W WO2020162587A1 WO 2020162587 A1 WO2020162587 A1 WO 2020162587A1 JP 2020004724 W JP2020004724 W JP 2020004724W WO 2020162587 A1 WO2020162587 A1 WO 2020162587A1
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spray
fuel
injection hole
injection device
fuel injection
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PCT/JP2020/004724
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亮 草壁
助川　義寛
猿渡　匡行
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a fuel injection device used in, for example, an internal combustion engine and a control device therefor.
  • Patent Document 1 a large-diameter injection hole for injecting fuel toward an annular space including a region where the tumble flow is strong and a space including a region where the tumble flow is weak are directed.
  • a fuel injection valve having a small diameter injection hole for injecting fuel is described (see summary). This fuel injection valve reduces the penetration of the spray toward the cylinder liner and the crown surface of the piston to reduce the dilution of oil and the fuel adhesion to the cylinder liner and the crown surface of the piston, and at the same time, to increase the spray of the increased penetration.
  • the injection amount is maintained as a whole and the combustion efficiency is appropriately controlled (see paragraph 0015).
  • a method of increasing the system fuel pressure and atomizing injected fuel particles to promote mixing with air and suppress unburned gas The method of suppressing unburned particles by suppressing the adhesion of fuel spray in the engine cylinder has been implemented.
  • the penetrating force of the fuel spray increases, so the injected fuel spray adheres to the intake valve and the inner wall surface of the cylinder, and the discharge amount of substances such as PN and HC increases. There are cases.
  • the diameter of the injection holes for injecting fuel toward the region where the air flow is small is reduced, and the fuel is injected toward the region where the air flow is large.
  • the diameter of the injection hole for injecting it is possible to reduce the adverse effect due to the increased penetration.
  • Patent Document 1 does not always give sufficient consideration to the means for reducing piston adhesion for reducing PN and HC.
  • the object of the present invention is to be able to form a fuel spray capable of suppressing the emission of PN, HC and the like.
  • the fuel injection device of the present invention is In a fuel injection device having a plurality of injection holes, A first injection hole group that is directed toward the exhaust valve side with respect to the intake valve side; A second injection hole group oriented in the direction of the intake valve side with respect to the exhaust valve side, The flow rate of the second injection hole group is larger than that of the first injection hole group.
  • the fuel injection device of the present invention In a fuel injection device having a plurality of injection holes, A first injection hole group that is directed toward the exhaust valve side with respect to the intake valve side; A second injection hole group oriented in the direction of the intake valve side with respect to the exhaust valve side, The total cross-sectional area of the injection hole exit surface of the second injection hole group is larger than the total cross-sectional area of the injection hole exit surface of the first injection hole group.
  • the fuel injection device of the present invention In a fuel injection device having a plurality of injection holes, The total cross-sectional area of the injection holes that inject fuel in the direction opposite to the gas flow direction from the intake valve opening surface side toward the exhaust valve opening surface side, relative to the total cross-sectional area of the injection holes that inject fuel in the flow direction.
  • the cross-sectional area is small.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an in-cylinder direct injection internal combustion engine (direct injection engine) in which fuel is directly injected into a cylinder, in which a fuel injection device 100 according to an embodiment of the present invention is mounted. It is a schematic diagram which shows the form of the fuel spray injected in the cylinder (cylinder 210) of FIG.
  • FIG. 4 is a projection view of fuel spray injected from the fuel injection device 100 when FIG. 3 is viewed from the fuel injection device 100 side in a direction of a piston 214.
  • FIG. 4 is a projection view of the fuel spray injected from the fuel injection device 100 when FIG. 3 is viewed from the piston 214 side toward the fuel injection device 100.
  • FIG. 3 is an enlarged view of an orifice 116 seen from the tip end direction of the fuel injection device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a sectional view of section B-B′ in FIG. 6. It is a figure which shows the modification which changed the shape of the injection hole of the fuel injection device 100 of 1st Example of this invention. It is a figure which shows the injection method which the control apparatus 154 which concerns on 1st Example of this invention performs.
  • FIG. 13 is an enlarged view of the orifice 116 ′ as seen from the front end direction of the fuel injection device 100 ′ of FIG. 12.
  • FIG. 1 is a view showing a fuel injection system including a fuel injection device 100 and a drive device 150 according to an embodiment of the present invention, and is a view showing the fuel injection device 100 in a cross section parallel to a central axis 100a. is there.
  • the up-down direction may be designated, but this up-down direction is based on the up-down direction in FIG. 1, and does not necessarily match the up-down direction in the mounted state of the fuel injection device 100. Further, in the fuel injection device 100, in the direction along the central axis 100a, the side where the injection holes 119 are provided is the tip side, and the opposite side (the side to which fuel is supplied) is the base side.
  • the fuel injection of the fuel injection device 100 is controlled by the width of the injection pulse sent from the engine control unit (ECU) 154, and this injection pulse is input to the drive circuit 153 of the fuel injection device 100, and the drive circuit 153 causes the ECU 154.
  • the drive current waveform is determined on the basis of the command from, and the drive current is supplied to the fuel injection device 100 only for the time based on the injection pulse.
  • the drive circuit 153 may be mounted as a component or a board integrated with the ECU 154.
  • a device in which the drive circuit 154 and the ECU 154 are integrated is referred to as a drive device 150.
  • the ECU 154 and the drive device 150 including the ECU 154 may be referred to as a control device.
  • the ECU 154 takes in signals indicating the state of the engine from various sensors, and calculates the width of the injection pulse and the injection timing for controlling the injection amount injected from the fuel injection device 100 according to the operating conditions of the internal combustion engine. Further, the ECU 154 is provided with an A/D converter and an I/O port for taking in signals from various sensors.
  • the injection pulse output from the ECU 154 is input to the drive circuit 153 of the fuel injection device through the signal line 151.
  • the drive circuit 153 controls the voltage applied to the solenoid 105 and supplies a current to the solenoid 105.
  • the ECU 154 communicates with the drive circuit 153 through the communication line 152, and switches the drive current generated by the drive circuit 153 according to the pressure of the fuel supplied to the fuel injection device 100 and the operating conditions, and the current and current supply time. It is possible to change the setting value of.
  • the fuel injection device 100 in FIG. 1 is a normally valve-closed electromagnetic fuel injection device, and when the coil 105 is not energized, the valve element 114 is biased in the valve closing direction by the spring 110 and the valve seat 118. Is in close contact with.
  • the mover (movable core) 102 is brought into close contact with the valve body 114 by the zero spring 112, and between the mover 102 and the magnetic core (fixed core) 107 when the valve body 114 is closed.
  • the fuel is supplied from above the fuel injection device 100, and the fuel is sealed by the valve seat 118.
  • the magnetic circuit for generating the electromagnetic force for the on-off valve includes a nozzle holder 101, which is a cylindrical member arranged on the outer peripheral side of the magnetic core 107 and the mover 102, the magnetic core 107, the mover 102, and the housing 103. It is configured to include and.
  • a magnetic attraction force is generated between the movable element 102 and the magnetic core 107, which are movable parts.
  • the mover 102 moves upward.
  • the valve element 114 moves upward together with the mover 102, and moves to a position where the upper end surface of the mover 102 collides with the lower end surface of the magnetic core 107.
  • the valve body 114 is separated from the valve seat 118, and the supplied fuel is injected from the plurality of injection holes 119.
  • the valve element 114 separates from the mover 102 and overshoots, but is pushed back by the spring 110 and stands still on the mover 102. ..
  • the supply of the current to the coil 105 is cut off, the magnetic flux generated in the magnetic circuit is reduced and the magnetic attraction force is reduced.
  • the magnetic attraction force becomes smaller than the total force of the load of the spring 110 and the fluid force received by the fuel pressure on the valve body 114 and the mover 102, the mover 102 and the valve body 114 move downward, and the valve body 114 moves.
  • the mover 102 separates from the valve body 114.
  • valve element 114 comes to rest after colliding with the valve seat 118, and fuel injection is stopped.
  • the mover 102 and the valve element 114 may be integrally formed as the same member, or may be formed as separate members and joined by welding or press fitting.
  • a cylindrical orifice 116 having a plurality of injection holes 119 is connected to the nozzle holder 101, and the orifice 116 has a guide portion 120 for restricting the radial movement of the valve body 114.
  • the orifice 116 and the guide portion 120 are integrally formed in FIG. 1, they may be separate members.
  • the valve body 214 is restricted from moving in the radial direction at two locations, the guide portion 120 and the inner diameter of the magnetic core 107 that is in sliding contact with the flange portion 130 of the valve body 114, and the valve opening direction and the valve closing direction (opening/closing valve direction). It is configured to work.
  • the zero spring 112 is unnecessary.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an in-cylinder direct injection internal combustion engine (direct injection engine) in which the fuel injection device 100 according to an embodiment of the present invention is mounted and which directly injects fuel into the in-cylinder 208.
  • FIG. 2 shows the state of fuel spray in the engine cylinder 208 immediately after fuel is injected from the tip of the orifice 116 of the fuel injection device 100.
  • the engine interior 208 may be simply referred to as the interior of the cylinder.
  • the direct injection engine in this embodiment includes a fuel injection device 100, an intake valve 205, an ignition plug 203, an exhaust valve 211, an intake pipe 207, an exhaust pipe 212, a piston 209, and a cylinder 220 including the piston 209. It
  • the fuel injection device 100 is installed directly above the cylinder 220, and two intake valves 205 and two exhaust valves 211 are installed on the left and right.
  • the intake valve 205 and the exhaust valve 211 are attached to the same cross section as the fuel injection device 100 for the sake of explanation.
  • the left-right direction here is defined by the left-right direction in FIG.
  • the intake valve 205 opens, the air (gas) that has passed through the intake pipe 207 is introduced into the engine cylinder 208, and fuel is injected from the fuel injection device 100 in accordance with the flow 240 of the inflowing air.
  • the injected fuel follows the flow of air introduced into the engine cylinder 208 and is mixed with air to form a mixture.
  • the piston 209 approaches the top dead center, the air-fuel mixture is ignited by the spark plug 203, so that the air-fuel mixture burns and propulsive force is obtained.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a form of fuel spray injected into the cylinder (cylinder 210) of FIG.
  • FIG. 4 is a projection view of the fuel spray injected from the fuel injection device 100 when FIG. 3 is viewed from the fuel injection device 100 side toward the piston 214.
  • FIG. 5 is a projection view of the fuel spray injected from the fuel injection device 100 when FIG. 3 is viewed from the piston 214 side toward the fuel injection device 100.
  • the intake side (intake valve side, intake valve opening surface side) and the exhaust side (exhaust valve side, exhaust valve opening surface side) are classified as follows.
  • the intake side and the exhaust side are parallel to the central axis 220a of the cylinder 220 or the cylinder 208 and include the central axis 220a, and a line segment passing through the two intake valve opening surface centers 205a or two exhaust valve opening surface centers 211a.
  • the side where the intake valve 205 exists is defined as the intake side
  • the side where the exhaust valve 211 exists is defined as the exhaust side.
  • the fuel spray injected from the fuel injection device 100 includes sprays 621A and 621B directed to the exhaust side spark plug 203 side, sprays 621C and 621D directed to the exhaust side piston 209 direction, and an intake side piston 209 direction.
  • the sprays 622C and 622D are directed, and the sprays 622A and 622B are directed toward the intake valve 205 side from the sprays 622C and 622D on the intake side.
  • the sprays 621A and 621B are directed toward the exhaust valve 211 side on the exhaust side rather than the sprays 621C and 621D.
  • the fuel spray injected from the fuel injection device 100 has sprays 622A and 623B injected from the fuel injection device 100 in a direction substantially perpendicular to the crown surface 241 of the piston 209.
  • the sprays 621A, 621B, 621C, 621D configure a first spray group 621
  • the sprays 622A, 622B, 622C, 622D configure a second spray group 622
  • the sprays 623A, 623B configure a third spray group 623.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the orifice 116 as seen from the front end direction of the fuel injection device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a sectional view of section B-B′ in FIG. 6.
  • the seat surface 601 forming the valve seat 118 that contacts the valve body 114 and seals the fuel has a substantially conical shape, and contacts the spherical surface portion 114a (see FIG. 1) of the valve body 114 to seal the fuel. There is. For this reason, the seat surface 601 has a seat portion 601a in contact with the spherical surface portion 114a.
  • the injection holes 119 (see FIG. 1) form the injection holes 801A forming the spray 621A, the injection holes 801B forming the spray 621B, the injection holes 801C forming the spray 621C, the injection holes 801D forming the spray 621D, and the spray 622A.
  • the injection holes 801A, 801B, 801C, 801D, 802A, 802B, 802C, 802D, 803A, 803B are formed in a cylindrical shape having a uniform injection hole diameter from the inlet side to the outlet side. Has been done.
  • FIG. 3 shows the state of fuel spray in the engine cylinder 208 immediately after the fuel is injected from the tip of the orifice 116 of the fuel injection device 100.
  • the fuel spray injected from the fuel injection device 100 is exhausted to the intake valve opening surface center 205a, which is the intersection of the central axis 611 of the intake valve 205 and the combustion chamber side end surface of the intake valve 205 (or the intake valve opening surface).
  • a first spray group 621 directed in the direction of the exhaust valve opening surface center 211a, which is the intersection of the central axis 610 of the valve 211 and the end surface of the exhaust valve 211 on the combustion chamber side (or the exhaust valve opening surface), and the exhaust valve opening surface center
  • the second spray group 622 is directed toward the center 205a of the intake valve opening surface with respect to 211a.
  • the flow rate of the second spray group 622 is larger than that of the first spray group 621.
  • each spray 621A, 621B, 621C, 621D is closer to the exhaust valve 211 side than the combustion chamber center 650
  • the second spray group 622 is each spray 622A, 622B, 622C, 622D. Is located closer to the intake valve 205 side than the combustion chamber center 650.
  • the central axis (injection direction) of each spray 621A, 621B, 621C, 621D is directed toward the exhaust valve 211 side with respect to the combustion chamber center 650
  • the second spray group 622 is each spray 622A.
  • 622B, 622C, 622D are injected such that the central axis (injection direction) of the 622B, 622C, 622D is directed toward the intake valve 205 side with respect to the combustion chamber center 650.
  • a third spray group different from the first spray group 621 and the second spray group 622. 623 but if the central axis (injection direction) is directed to the exhaust side, it is included in the first spray group 621, and if the central axis (injection direction) is directed to the intake side, it is included in the second spray group 622. .. Even in that case, the flow rate relationship between the first spray group 621 and the second spray group 622 is set to satisfy the above-mentioned relationship.
  • flow The flow of air that has flowed into the engine cylinder from the intake port 207 (hereinafter referred to as “flow”) forms a clockwise flow in the engine cylinder 208 as indicated by reference numeral 240 in FIG.
  • flow forms a clockwise flow in the engine cylinder 208 as indicated by reference numeral 240 in FIG.
  • the following effects can be obtained by disposing the fuel injection device 100 directly above the cylinder 220 and forming the fuel spray as shown in FIG.
  • the second injection hole group 802 injects fuel in a direction or an area that opposes the flow 240, and the injected fuel spray is pushed back to the flow 240.
  • the fuel spray injected from the second injection hole group 802 is unlikely to adhere to the cylinder wall surface 210 or the crown surface 241 of the piston 209.
  • the first injection hole group 801 injects fuel in the direction along the flow 240, and the injected fuel spray rides on the flow 240 to increase the penetration, so that the cylinder wall surface 210 and the crown surface of the piston 209. It is easy to attach to 241. Therefore, by making the flow rate of the second injection hole group 802 larger than that of the first injection hole group 801, the adhesion of fuel to the cylinder wall surface 210 and the piston crown surface 241 can be suppressed, and HC and PN can be reduced.
  • the total cross-sectional area of the injection hole exit surface of the second injection hole group 802 may be larger than the total cross-sectional area of the injection hole exit surface of the first injection hole group 801.
  • the inner diameter of the nozzle hole outlet of the second nozzle hole group 802 may be larger than the inner diameter of the nozzle hole outlet of the first nozzle hole group 801.
  • the first injection hole group 801 is composed of injection holes 801A, 801B, 801C and 801D.
  • the second injection hole group 802 is composed of injection holes 802A, 802B, 802C, 802D.
  • the injection hole outlet surface corresponds to the injection hole outlet 901 in terms of the injection hole 801.
  • the injection hole has an annular shape with a uniform diameter from the inlet to the outlet, but the cross-sectional area of the injection hole outlet surface is important, and the shape of the injection hole need not be annular, It may be an ellipse or the like. The same applies to the other injection holes 802 and 803.
  • the penetrating force of the spray injected from the injection hole group 802 becomes stronger, so that in the direction of the flow 240. Even if a large amount of fuel is injected, the fuel spray is likely to diffuse into the cylinder 208, so that the homogeneity of the air-fuel mixture can be improved. As a result, even if the fuel is injected in the compression stroke, the air-fuel mixture is likely to be in a homogeneous state, the rich equivalence ratio can be suppressed, and PN can be reduced.
  • the inner diameter of the nozzle hole outlet of the second nozzle hole group 802 may be formed larger than the inner diameter of the nozzle hole outlet of the first nozzle hole group 801.
  • the total injection hole cross-sectional area of the second injection hole group 802 is larger than that of the first injection hole group 801, and the PN reduction effect is enhanced.
  • the second injection hole group 802 is configured by four injection holes 802A, 802B, 802C, 802D, and the second spray group 622 is formed by four sprays 622A, 622B. , 622C, 622D, but if the flow rate of the spray group 622 can be increased, the number of sprays and the number of injection holes may be less than four. In this case, since the number of injection holes is reduced, the processing time can be reduced and the cost of the fuel injection device 100 can be suppressed.
  • the injection hole diameters may be reduced in the order of the injection holes 802A and 802B, the injection holes 802C and 802D, the injection holes 803A and 803B, the injection holes 801C and 801D, and the injection holes 801A and 801B.
  • the flow 240 circulates from the exhaust side to the intake side, and then flows in the vicinity of the intake valve 205 so as to be parallel to the horizontal line 502 of the combustion chamber 208. Therefore, the smaller the intersection angle between the horizontal line 502 and each spray, the more the flow 240 and the spray are opposed to each other. Therefore, the smaller the intersection angle between the horizontal line 502 and the spray, the larger the flow rate. In other words, the flow rate of the spray may be reduced as the angle of intersection between the horizontal line 502 and the injection hole increases. Even if the flow rate is increased, the spray is pushed back to the flow 240, so that it becomes difficult to adhere to the piston crown surface 241 and the cylinder wall surface 210, and PN can be suppressed.
  • the flow 240 is described as a tumble that is formed clockwise.
  • a swirl flow that swirls in the circumferential direction of the combustion chamber 208 is formed.
  • Even in the case of the flow by increasing the flow rate of the spray facing the flow and decreasing the flow rate of the spray along the flow, it is possible to prevent the fuel spray from adhering to the cylinder wall surface 210 and the piston crown surface 214.
  • the spray angle will be described with reference to FIGS.
  • the included angle formed by the spray pair formed by the sprays 622A and 622B is ⁇ 1
  • the included angle formed by the spray pair formed by the sprays 622C and 622D is ⁇ 2
  • the sandwich formed by the spray pair formed by the sprays 623A and 623B is ⁇ 3
  • the sandwiching angle formed by the spray pair formed by the sprays 621C and 621D is ⁇ 4
  • the sandwiching angle formed by the spray pair formed by the sprays 621A and 621B is ⁇ 5.
  • the included angle is an angle formed between the spray central axes of the sprays forming the spray pair.
  • the spray center axis line is an axis line passing through the center of the spray cross section, and is oriented in the injection direction of the fuel injected from the injection holes. Since the injection direction of the fuel injected from the injection hole is set by the central axis line (penetration direction) of the injection hole, it may be considered that the central axis line of the spray coincides with the central axis line of the injection hole.
  • the sandwiching angle ⁇ 1 of the central axes of the two sprays 622A and 622B formed by the two injection holes 802A and 802B that are part of the second injection hole group 802 is equal to the two injections that are part of the first injection hole group 801. It may be configured to be smaller than the included angle ⁇ 5 of the spray central axis formed by the two sprays 621A and 621B sprayed from the holes 801A and the spray holes 801B.
  • the spray 622 of the second injection hole group 802 can increase the relative speed between the spray 622A, 622B and the flow 240 by reducing the sandwiching angles ⁇ 1 and ⁇ 2 so as to face the flow 240, and atomize the spray. As a result, fuel can be suppressed from adhering to the piston crown surface 214 and the cylinder wall surface 210.
  • the included angle ⁇ 1 is smaller than the included angle ⁇ 2 and is the smallest. Since the spray 621 of the first injection hole group 801 is injected in the direction along the flow 240, the included angles ⁇ 4 and ⁇ 5 are set to be larger than the included angles ⁇ 1 and ⁇ 2. In this case, the included angle ⁇ 5 is smaller than the included angle ⁇ 4.
  • the included angles ⁇ 4 and ⁇ 5 larger than the included angles ⁇ 1 and ⁇ 2, the effect of extending the penetration along the flow 240 can be suppressed, and the fuel adhesion to the piston crown surface 214 or the cylinder wall surface 210 can be suppressed. According to the effects of the present embodiment, it is possible to suppress fuel adhesion and reduce HC and PN.
  • the angle (angle) between the spray center axes of the sprays other than the spray pairs 621A and 621B should be larger for the spray pair closer to the exhaust side.
  • the crossing angle of the spray formed by the horizontal line 502 and the spray central axes of the sprays 622A and 622B is ⁇ 1
  • the crossing angle of the spray formed by the horizontal line 502 and the spray central axes of the sprays 622C and 622D is ⁇ 2
  • the horizontal line is ⁇ 3
  • the horizontal line 502 and the sprays 621A and 621B are The angle of intersection of the spray with the central axis of the spray is ⁇ 5.
  • the sandwiching angle (angle) of the spray center axis lines of the sprays other than the spray pair 621A and 621B be larger as the intersecting angle is larger.
  • the included angle is configured to increase in the order of ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4. That is, ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4 have a relationship of ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 3 ⁇ 4.
  • the spray pairs 621A and 621B which are oriented toward the spark plug 203, inject fuel in the vicinity of the spark plug 203 in order to enhance the ignitability. Therefore, it is necessary to reduce the included angle ⁇ 5 to some extent. Further, when the fuel directly hits the ignition plug 203, fogging may occur and combustion stability may be deteriorated. Therefore, it is necessary to ensure an angle of a certain value or more. Therefore, by making the sandwiching angle ⁇ 5 smaller than the sandwiching angle ⁇ 4 and further larger than the sandwiching angle ⁇ 1, it is possible to achieve both combustion stability and adhesion reduction.
  • FIG. 8 is a diagram showing a modified example in which the shape of the injection hole of the fuel injection device 100 according to the first embodiment of the present invention is changed.
  • the flow rate is the cross-sectional area in the radial direction with respect to the central axis of the injection hole 1000. It is determined by the minimum entrance surface 1001. In such a case, it is advisable to compare the cross-sectional areas that minimize the cross-sectional area and set the cross-sectional area of each injection hole.
  • the sprays 622C and 622D included in the second spray group 622 may be configured as the sprays included in the first injection hole group 621.
  • the sprays 622C and 622D are included in the first injection hole group 621.
  • the flow rates of the injection holes 802C and 802D of the sprays 622C and 622D are configured to be smaller than the flow rates of the injection holes 802A and 802B of the second spray group 622.
  • the sprays 622C and 622D have a smaller angle between the direction of the flow 240 and the spray than the injection holes 802A and 802B of the second spray group 622. Therefore, by making the flow rate of the injection holes 802C and 802D smaller than that of the injection holes 802A and 802B, it is possible to suppress the fuel from adhering to the piston crown surface 241 and the cylinder 210.
  • the total cross-sectional area of the injection hole outlets of the spray holes 802C and 802D of the sprays 622C and 622D may be smaller than that of the injection holes 802A and 802B of the second spray group 622.
  • the penetration force of the sprays 622C and 622D becomes weaker than that of the sprays 622A and 622B injected from the injection holes 802A and 802B. , 802B, it is possible to suppress fuel adhesion to the cylinder 210 and reduce PN even if the fuel is injected in a direction deviated from 802.
  • the included angle ⁇ 2 of the central spray axes of the sprays 622C and 622D may be configured to be larger than the included angle ⁇ 1 of the central spray axis of the second spray groups 622 (622A, 622B).
  • the sprays 622C and 622D have a smaller flow 240, that is, the intersecting angle ⁇ 2 between the horizontal line 502 of the combustion chamber 208 and the central axis of the spray, as compared with the spray formed by the injection holes 802A and 802B of the second injection hole group 622. Therefore, by making the included angle ⁇ 2 larger than the included angle ⁇ 1 of the spray formed by the injection holes 802A and 802B of the second injection hole group 622, the distance between the cylinder wall surface 210 and the piston crown surface 214 is secured, and the fuel is Adhesion can be suppressed. As a result, HC and PN can be reduced.
  • the central axis of each spray and the central axis of the nozzle hole are almost in the same straight line.
  • the central axes of the sprays 622A and 622B forming the second injection hole group 622 and the central axes of the injection holes 802A and 802B are substantially the same straight line.
  • FIG. 9 is a diagram showing an injection method executed by the control device 154 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows the injection timing and the injection period in the first embodiment.
  • crankshaft angle is shown on the horizontal axis
  • TDC in the intake stroke corresponds to ⁇ 360 deg
  • BDC corresponds to ⁇ 180 deg
  • TDC in the compression stroke corresponds to 0 deg
  • the lift amount of the intake valve 205 is indicated by the dotted line and inside the engine cylinder.
  • the average value of the turbulence speed is indicated by a broken line
  • the size of the tumble in the cylinder is indicated by a solid line.
  • the temperature of the cylinder wall surface 210 and the piston crown surface 241 in the cylinder is low, so the injected air-fuel mixture is likely to adhere and PN is likely to occur.
  • the fuel may be injected near BDC where the distance between the fuel injection device 100 and the piston crown surface 241 is long.
  • the distance between the fuel injection device 100 and the piston crown surface 241 is increased, so that the injected fuel is less likely to adhere to the piston crown surface 241.
  • fuel may be injected at timing t111, timing t112, and timing t113 of the compression stroke 703.
  • the in-cylinder pressure becomes higher than in the case of injecting in the intake stroke 1102, so the injected spray is pushed back, and the piston crown surface 241 and the in-cylinder wall surface. It becomes difficult for fuel to adhere to 210.
  • the tumble in the cylinder is smaller than that in the case where the fuel is injected in the intake stroke 1102. Therefore, the injected fuel and air are less likely to be mixed, and a fuel-rich mixture is generated. Easy to form.
  • the fuel-rich mixture has an equivalence ratio of 1.5 or more, for example.
  • FIG. 9 describes an example in which the fuel is injected three times in the compression stroke, but the effect of the present invention can be enhanced by injecting more fuel than the intake stroke in the compression stroke.
  • both the reduction of fuel adhesion and the reduction of rich equivalence ratio can be achieved, and the effect of PN reduction can be enhanced.
  • the second spray group 622 injects to the exhaust valve inner side 641 between the two exhaust valve opening surface centers 211a so as to direct the intake valve inner side 642 between the two intake valve opening surface centers 205a
  • the spray group 621 preferably injects the fuel so that the fuel is directed toward the exhaust valve inner side 642 with respect to the intake valve inner side 642.
  • the second injection hole group 802 is directed to the inside of the two intake valve opening surface centers 205a with respect to the inside of the two exhaust valve opening surface centers 211a
  • the first injection hole group 801 is set to the two intake valve openings. It is preferable to inject the fuel so as to be directed toward the inside of the two exhaust valve opening surface centers 211a with respect to the inside of the surface center 205a. This improves the effect of suppressing the fuel from adhering to the piston crown surface 214 and the cylinder wall surface 210.
  • FIG. 10 is a diagram showing a relationship between the flow rate ratio of the first injection hole group 801 and the second injection hole group 802 and PN according to the embodiment of the present invention.
  • PN is the number of soot per unit volume
  • 1201 is the target value of PN.
  • the configuration of the combustion injection device 100 is the same as that of the first embodiment.
  • the first injection hole group 801 directed toward the exhaust valve opening surface center 211a with respect to the intake valve opening surface center 205a and the exhaust valve opening surface center 211a.
  • the second injection hole group 802 has a second injection hole group 802 directed toward the center 205a of the intake valve opening surface, and the injection hole outlets of the second injection hole group 802 are larger than the total cross-sectional area of the injection hole outlet surface of the first injection hole group 801. The total cross-sectional area of the surface is 1.3 times larger.
  • FIG. 11 is a diagram showing an injection method executed by the control device 154 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 shows the injection timing and the injection period in the third embodiment.
  • FIG. 11 shows the angle of the crankshaft on the horizontal axis.
  • TDC in the intake stroke corresponds to ⁇ 360 deg
  • BDC corresponds to ⁇ 180 deg
  • TDC in the compression stroke corresponds to 0 deg
  • the lift amount of the intake valve 205 is indicated by the dotted line
  • the engine cylinder The average value of the turbulence velocity inside is shown by a broken line
  • the size of the tumble inside the cylinder is shown by a solid line.
  • the fuel is injected at the timing after the lift of the intake valve 205 is started until the lift amount becomes maximum and at the timing after the bottom dead center BDC.
  • the fuel injection device 100 may be controlled first.
  • the fuel injection device 100 may be controlled so that the fuel is injected at the timing after the lift of the intake valve 205 is started until the lift amount becomes maximum and at the timing after the bottom dead center. Since there is a period 1401 from the timing t143 of injecting fuel to the end of injection, if the injection period covers BDC, the effect of suppressing fuel adhesion can be obtained.
  • the third injection 1404 may be performed at the injection timing t144 of the compression stroke 1103.
  • the piston 209 moves upward and the in-cylinder pressure increases. Therefore, even if the fuel is injected, the fuel is unlikely to adhere to the cylinder wall surface 210 or the piston crown surface 214.
  • the flow 240 is weak, so that the mixing time of the spray is short and improvement of homogeneity may be a problem.
  • FIG. 12 shows another example of the fuel injection device 100 (fuel injection device 100 ′), in which fuel spray injected from the fuel injection device 100 ′ when viewed from the piston 209 side toward the fuel injection device 100 in FIG. 2.
  • FIG. FIG. 13 is an enlarged view of the orifice 116′ as seen from the front end direction of the fuel injection device 100′ of FIG.
  • the fuel sprays injected from the fuel injection device 100′ are sprays D1 and D2 directed toward the exhaust side, that is, the spark plug 203 side, D3 and D4 directed toward the exhaust side, and sprays D5 and D6 directed toward the piston on the exhaust side. And the sprays D7 and D8 directed toward the intake side.
  • a seat surface 601′ that forms a valve seat 118 (see FIG. 1) that contacts the valve body 114 (see FIG. 1) and seals fuel has a substantially conical shape, and has a spherical surface 114a (see FIG. 1).
  • the fuel is sealed by contact with (see).
  • the injection holes are the injection holes 401 forming the spray D1, the injection holes 402 forming the spray D2, the injection holes 403 forming the spray D3, the injection holes 404 forming the spray D4, the injection holes 405 forming the spray D5, and the spray.
  • the injection hole 406 forms D6, the injection hole 407 forms the spray D7, and the injection hole 408 forms the spray D8.
  • the injection holes 407 and the injection holes 408 forming the sprays D7 and D8 arranged in the same straight line 301 are arranged in the vicinity on the substantially same circumference 422, and aim the spray on the same straight line 301 from the position on the circumference 422.
  • the spray D7 in the injection hole 407 has an angle 430
  • the spray D8 in the injection hole 408 has an angle 431.
  • the distance 432 between the injection holes 407 and 408 is smaller than the distances 433, 434, 435, 436, 437, 438, and 439 between the other injection holes, so that the injection holes 407 and
  • the directions of the velocity vectors of the spray D7 and the spray D8 ejected from the injection holes 408 are matched to strengthen the penetration force.
  • the relative velocity between the spray D7 and the spray D8 and the opposing flow 240 is secured, and the effect of enhancing the atomization effect and the effect of improving the homogeneity are obtained.
  • the injection hole 407 of the spray D7 arranged on the exhaust side of the spray D8 is arranged on the inner side of the circumference 422 of the injection hole 408 of the spray D8 closest to the intake side. Due to this effect, the injection hole 408 is located on the upstream side, so that the fuel easily flows in, the penetration force of the spray D8 facing the tumble is strengthened, and the atomization effect is enhanced.
  • the following fuel injection device 100 or its control device 154 can be obtained.
  • a first injection hole group 801 directed toward the exhaust valve 211 side with respect to the intake valve 205 side, and a direction toward the intake valve 205 side with respect to the exhaust valve 211 side.
  • the flow rate of the second injection hole group 802 is larger than that of the first injection hole group 801.
  • a first injection hole group 801 directed toward the exhaust valve 211 side with respect to the intake valve 205 side, and a direction toward the intake valve 205 side with respect to the exhaust valve 211 side.
  • a second injection hole group 802 which is oriented toward the direction of the first injection hole group 801 and the total cross-sectional area of the injection hole exit surface of the second injection hole group 802 is larger than the total cross-sectional area of the injection hole exit surface of the first injection hole group 801. large.
  • the total cross-sectional area of the injection holes for injecting fuel in the direction along the flow direction is smaller than the area.
  • the total cross-sectional area of the injection hole exit surface of the second injection hole group 802 is larger than the total cross-sectional area of the injection hole exit surface of the first injection hole group 801.
  • the total cross-sectional area of the injection hole exit surface of the second injection hole group 802 is 1.3 times or more larger than the total cross-sectional area of the injection hole exit surface of the first injection hole group 801.
  • the second injection hole group 802 is directed toward the inside 642 of the two intake valve opening surface centers 205a with respect to the inside 641 of the two exhaust valve opening surface centers 211a, and the first injection hole group 801 is formed. Is directed toward the inside 641 of the two exhaust valve opening surface centers 211a with respect to the inside 642 of the two intake valve opening surface centers 205a.
  • the inner diameter of the nozzle hole outlet of the second nozzle hole group 802 is larger than the inner diameter of the nozzle hole outlet of the first nozzle hole group 801.
  • the first injection hole group 801 has a first injection hole pair 801A, 801B for injecting the first spray pair 621A, 621B
  • the second injection hole group 802 is a second spray pair. It has a second pair of injection holes 802A, 802B for injecting 622A, 622B, and the sandwiching angle ⁇ 5 formed by the respective spray center axes of the first spray pair 801A, 801B is the spray center axis of the second spray pair 622A, 622B. It is larger than the included angle ⁇ 1.
  • the first injection hole group 801 is the third injection pair that injects the third spray pair 621C, 621D that is directed toward the intake valve 205 side rather than the first spray pair 621A, 621B on the exhaust valve 211 side.
  • the second injection hole group 802 has a pair of holes 801C and 801D, and the second group of injection holes 802 injects a fourth pair of sprays 622C and 622D that are directed toward the exhaust valve 211 side rather than the second spray pair 802A and 802B on the intake valve 205 side.
  • the enclosing angle ⁇ 4 formed by the respective spray center axes of the third spray pairs 621C, 621D has a pair of injection holes 802C, 802D, and is larger than the enclosing angle ⁇ 1 formed by the spray center axes of the second spray pairs 622A, 622B.
  • the fuel injection device 100 is attached directly above the cylinder 220.
  • control device 154 that controls the fuel injection device 100, the fuel is injected at the timing after the lift of the intake valve 205 is started until the lift amount becomes maximum and at the timing after the bottom dead center. , Controls the fuel injection device 100.
  • the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations.
  • a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment.
  • other configurations can be added/deleted/replaced.

Landscapes

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Abstract

本発明の目的は、ＰＮ及びＨＣ等の排出を抑制できる燃料噴霧を形成できるようにすることにある。このため、複数の噴孔を有する燃料噴射装置(１００)において、吸気弁(２０５)側に対し排気弁(２１１)側の方向を指向する第一噴孔群(８０１)と、排気弁(２１１)側に対し吸気弁(２０５)側の方向を指向する第二噴孔群(８０２)と、を有し、第一噴孔群(８０１)の流量よりも第二噴孔群(８０２)の流量の方が大きい。

Description

燃料噴射装置および制御装置
　本発明は、例えば内燃機関に使用される燃料噴射装置及びその制御装置に関するものである。
　例えば国際公開第２０１３／００８６９２号パンフレット（特許文献１）には、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、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有する燃料噴射弁が記載されている（要約参照）。この燃料噴射弁は、シリンダライナやピストン冠面向けの噴霧のペネトレーションを低減することにより、オイルの希釈減少、シリンダライナやピストン冠面への燃料付着等を低減すると同時に、増加したペネトレーションの噴霧を流動性の高い領域に向けることにより、全体として噴射量を維持して燃焼効率を適切に制御する（段落００１５参照）。
国際公開第２０１３／００８６９２号パンフレット
　内燃機関の燃料噴射装置においては、低排気を実現するため、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で空気との混合を促進させて未燃焼ガスを抑制する方法や、燃料噴霧のエンジン筒内での付着を抑制して未燃焼粒子を低減する方法が実施されている。
　とくに微粒化を狙って高い燃料圧力にする場合、燃料噴霧の貫徹力が増加するため、噴射した燃料噴霧が吸気弁や筒内壁面に付着し、ＰＮやＨＣ等の物質の排出量が増加する場合がある。
　例えば特許文献１の方法のように、複数の噴孔を有する燃料噴射装置において、空気流動の小さい領域に向けて燃料を噴射する噴孔の径を小さくし、空気流動の大きい領域に向けて燃料を噴射する噴孔の径を大きくすることで、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、空気流動の大きい領域に向けて燃料を噴射する噴孔の径を大きくすると、混合気が強い気流に乗って流されることで、噴霧の到達距離が伸びて、ピストンへの燃料付着が増加する場合がある。
　以上の理由により、特許文献１の方法では、ＰＮやＨＣを低減するためのピストン付着を低減する手段ついて、必ずしも十分な配慮がなされているとは言えなかった。
　本発明の目的は、ＰＮ及びＨＣ等の排出を抑制できる燃料噴霧を形成できるようにすることにある。
　上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射装置は、
　複数の噴孔を有する燃料噴射装置において、
　吸気弁側に対し排気弁側の方向を指向する第一噴孔群と、
　前記排気弁側に対し前記吸気弁側の方向を指向する第二噴孔群と、を有し、
　前記第一噴孔群の流量よりも前記第二噴孔群の流量の方が大きい。
  また上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射装置は、
　複数の噴孔を有する燃料噴射装置において、
　吸気弁側に対し排気弁側の方向を指向する第一噴孔群と、
　前記排気弁側に対し前記吸気弁側の方向を指向する第二噴孔群と、を有し、
　前記第一噴孔群の噴孔出口面の総断面積よりも前記第二噴孔群の噴孔出口面の総断面積の方が大きい。
  また上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射装置は、
　複数の噴孔を有する燃料噴射装置において、
　吸気弁開口面側から排気弁開口面側に向かうガスの流れ方向と対向する方向に燃料を噴射する噴孔の総断面積に対し、前記流れ方向に沿う方向に燃料を噴射する噴孔の総断面積が小さい。
　本発明によれば、噴霧の筒内壁面への付着を低減することができ、PNおよびHCの排出抑制が可能となる。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。
本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００及び駆動装置１５０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１００を中心軸線１００ａに平行な断面で示した図である。 本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００を搭載した、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２の筒内（シリンダ２１０内）に噴射される燃料噴霧の形態を示す模式図である。 図３を燃料噴射装置１００側からピストン２１４の方向に見た場合の、燃料噴射装置１００から噴射される燃料噴霧の投影図である。 図３をピストン２１４側から燃料噴射装置１００の方向に見た場合の、燃料噴射装置１００から噴射される燃料噴霧の投影図である。 本発明の第一実施例に係る燃料噴射装置１００の先端方向から見たオリフィス１１６の拡大図である。 図６における断面Ｂ－Ｂ’の断面図である。 本発明の第一実施例の燃料噴射装置１００の噴孔の形状を変更した変更例を示す図である。 本発明の第一実施例に係る制御装置１５４が実行する噴射方法を示す図である。 本発明の実施例に係る第一噴孔群８０１と第二噴孔群８０２との流量比とＰＮとの関係を示す図である。 本発明の第二実施例に係る制御装置１５４が実行する噴射方法を示す図である。 燃料噴射装置１００の他の例（燃料噴射装置１００’）について、図２においてピストン２０９側から燃料噴射装置１００の方向にみた場合の、燃料噴射装置１００’から噴射される燃料噴霧の投影図である。 図１２の燃料噴射装置１００’の先端方向から見たオリフィス１１６’の拡大図である。
　以下、図１～１４を用いて、本発明の実施例による燃料噴射装置の動作および構成について説明する。以下の説明では、各図又は各実施例において共通する構成には同じ符号を付し、図ごと又は実施例ごとの説明は省略する。なお、同じ符号の構成でも、特に説明の必要がある場合は、その都度説明する。
　［実施例１］
　図１を用いて本発に係る第一の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、本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００及び駆動装置１５０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１００を中心軸線１００ａに平行な断面で示した図である。
　本明細書及び特許請求の範囲では、上下方向を指定する場合があるが、この上下方向は図１の上下方向に基づいており、燃料噴射装置１００の実装状態における上下方向とは必ずしも一致しない。また、燃料噴射装置１００は、中心軸線１００ａに沿う方向において、噴孔１１９が設けられる側を先端側とし、その反対側（燃料が供給される側）を基端側とする。
　燃料噴射装置１００の燃料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、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１００に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。駆動回路１５４とＥＣＵ１５４が一体となった装置を駆動装置１５０と称する。また、ＥＣＵ１５４及びＥＣＵ１５４を含む駆動装置１５０は制御装置と呼ばれる場合もある。
　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、電流および電流供給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１１０によって閉弁方向に付勢され、弁座１１８に密着し閉状態となっている。この閉状態においては、可動子（可動コア）１０２は、ゼロスプリング１１２によって、弁体１１４に密着させられ、弁体１１４が閉じた状態で可動子１０２と磁気コア（固定コア）１０７との間に空隙を有している。燃料は燃料噴射装置１００の上部より供給され、弁座１１８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（閉弁方向）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、磁気コア１０７と可動子１０２の外周側に配置された筒状部材であるノズルホルダ１０１と、磁気コア１０７と、可動子１０２と、ハウジング１０３とを含んで構成されている。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を超えると、可動子１０２が上方へ動く。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位置まで移動する。その結果、弁体１１４が弁座１１８より離間し、供給された燃料が、複数の噴孔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、スプリング１１０に押し戻されて可動子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は下方へ動き、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を有する円筒状のオリフィス１１６はノズルホルダ１０１に結合されており、オリフィス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ではオリフィス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に摺接する磁気コア１０７の内径との２箇所で径方向の動きを規制され、開弁方向及び閉弁方向（開閉弁方向）に動作できるように構成されている。
　可動子１０２と弁体１１４とが固定された構成の場合、ゼロスプリング１１２は不要である。
　次に、図２から図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、本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００を搭載した、筒内２０８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。なお、図２には、燃料噴射装置１００のオリフィス１１６の先端部から燃料が噴射された直後のエンジン筒内２０８の燃料噴霧の状態を記載する。エンジン筒内２０８は単に筒内と呼んで説明する場合もある。
　本実施例における直噴エンジンは、燃料噴射装置１００、吸気弁２０５、点火プラグ２０３、排気弁２１１、吸気管２０７、排気管２１２、ピストン２０９、及びピストン２０９を内包するシリンダ２２０を含んで構成される。
　燃料噴射装置１００は、シリンダ２２０の直上２３０に取り付けられ、吸気弁２０５と排気弁２１１は左右に２個取り付けられている。図２では説明の関係上、吸気弁２０５及び排気弁２１１は燃料噴射装置１００と同一断面に取り付けられた図面で説明する。なお、ここでの左右方向は、図２上における左右方向により規定される。
　最初に直噴エンジンの動作について説明する。吸気弁２０５が開いた後、吸気管２０７を通過した空気（ガス）はエンジン筒内２０８に導かれ、流入した空気の流動２４０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、混合気が燃焼し、推進力が得られる。
　図３は、図２の筒内（シリンダ２１０内）に噴射される燃料噴霧の形態を示す模式図である。図４は、図３を燃料噴射装置１００側からピストン２１４の方向に見た場合の、燃料噴射装置１００から噴射される燃料噴霧の投影図である。図５は、図３をピストン２１４側から燃料噴射装置１００の方向に見た場合の、燃料噴射装置１００から噴射される燃料噴霧の投影図である。
　以下の説明では、図６上において、吸気側（吸気弁側、吸気弁開口面側）と排気側（排気弁側、排気弁開口面側）とを次のように区分する。吸気側と排気側とは、シリンダ２２０或いは気筒２０８の中心軸線２２０ａに平行で且つ中心軸線２２０ａを含み、２つの吸気弁開口面中心２０５ａを通る線分、或いは２つの排気弁開口面中心２１１ａを通る線分に平行な面６５０によって区分され、吸気弁２０５の存在する側を吸気側、排気弁２１１の存在する側を排気側とする。上述の説明では、吸気弁２０５及び排気弁２１１がそれぞれ２つずつ存在する場合について説明したが、吸気弁２０５及び排気弁２１１の個数が異なる場合は、吸気側と排気側とが面６５０によって対称に区分されればよい。
　燃料噴射装置１００から噴射される燃料噴霧は、排気側の点火プラグ２０３側を指向する噴霧６２１Ａ，６２１Ｂと、排気側のピストン２０９方向を指向する噴霧６２１Ｃ，６２１Ｄと、吸気側のピストン２０９方向を指向する噴霧６２２Ｃ，６２２Ｄと、吸気側で噴霧６２２Ｃ，６２２Ｄよりも吸気弁２０５側を指向する噴霧６２２Ａ，６２２Ｂとで構成される。噴霧６２１Ａ，６２１Ｂは排気側で噴霧６２１Ｃ，６２１Ｄよりも排気弁２１１側を指向する。さらに本実施例では、燃料噴射装置１００から噴射される燃料噴霧は、燃料噴射装置１００からピストン２０９の冠面２４１に対してほぼ垂直方向に噴射される噴霧６２２Ａ，６２３Ｂを有する。噴霧６２１Ａ，６２１Ｂ，６２１Ｃ，６２１Ｄは第一噴霧群６２１を構成し、噴霧６２２Ａ，６２２Ｂ，６２２Ｃ，６２２Ｄは第２噴霧群６２２を構成し、噴霧６２３Ａ，６２３Ｂは第３噴霧群６２３を構成する。
　次に、燃料噴射装置１００のオリフィス１１６の構成について、図６，７を用いて説明する。図６は、本発明の第一実施例に係る燃料噴射装置１００の先端方向から見たオリフィス１１６の拡大図である。図７は、図６における断面Ｂ－Ｂ’の断面図である。
　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１１４ａ（図１参照）と接することで燃料をシールしている。このためにシート面６０１は、球面部１１４ａと接するシート部６０１ａを有する。噴孔１１９（図１参照）は、噴霧６２１Ａを形成する噴孔８０１Ａ、噴霧６２１Ｂを形成する噴孔８０１Ｂ、噴霧６２１Ｃを形成する噴孔８０１Ｃ、噴霧６２１Ｄを形成する噴孔８０１Ｄ、噴霧６２２Ａを形成する噴孔８０２Ａ、噴霧６２２Ｂを形成する噴孔８０２Ｂ、噴霧６２２Ｃを形成する噴孔８０２Ｃ、噴霧６２２Ｄを形成する噴孔８０２Ｄ、噴霧６２３Ａを形成する噴孔８０３Ａ、及び噴霧６２３Ｂを形成する噴孔８０３Ｂで構成される。
　本実施例では、図７に示すように、噴孔８０１Ａ，８０１Ｂ，８０１Ｃ，８０１Ｄ，８０２Ａ，８０２Ｂ，８０２Ｃ，８０２Ｄ，８０３Ａ，８０３Ｂは、噴孔径が入口側から出口側まで均一な円筒形状に形成されている。
　再び図３，４，５に戻って、説明する。図３では、燃料噴射装置１００のオリフィス１１６の先端部から燃料が噴射された直後のエンジン筒内２０８の燃料噴霧の状態を記載している。
　燃料噴射装置１００から噴射される燃料噴霧は、吸気弁２０５の中心軸線６１１と吸気弁２０５の燃焼室側端面（あるいは吸気弁開口面）との交点である吸気弁開口面中心２０５ａに対し、排気弁２１１の中心軸線６１０と排気弁２１１の燃焼室側端面（あるいは排気弁開口面）との交点である排気弁開口面中心２１１ａの方向を指向する第一噴霧群６２１と、排気弁開口面中心２１１ａに対し吸気弁開口面中心２０５ａの方向を指向する第二噴霧群６２２とを有する。第一噴霧群６２１よりも第二噴霧群６２２の方が、流量が大きい。
　第一噴霧群６２１は、各噴霧６２１Ａ，６２１Ｂ，６２１Ｃ，６２１Ｄの中心軸線が燃焼室中心６５０よりも排気弁２１１側にあり、第二の噴霧群６２２は、各噴霧６２２Ａ，６２２Ｂ，６２２Ｃ，６２２Ｄの中心軸線が燃焼室中心６５０よりも吸気弁２０５側に位置する。或いは、第一噴霧群６２１は、各噴霧６２１Ａ，６２１Ｂ，６２１Ｃ，６２１Ｄの中心軸線（噴射方向）が燃焼室中心６５０よりも排気弁２１１側を指向し、第二噴霧群６２２は、各噴霧６２２Ａ，６２２Ｂ，６２２Ｃ，６２２Ｄの中心軸線（噴射方向）が燃焼室中心６５０よりも吸気弁２０５側を指向するように噴射される。
　第３噴霧群６２３は、その中心軸線がほぼ吸気側と排気側との境界面６５０上にあるため、本実施例では第一噴霧群６２１及び第２噴霧群６２２とは別の第３噴霧群６２３としているが、中心軸線（噴射方向）が排気側を指向していれば第一噴霧群６２１に含め、中心軸線（噴射方向）が吸気側を指向していれば第２噴霧群６２２に含める。その場合も、第一噴霧群６２１と第２噴霧群６２２との流量の関係は上述した関係を満たすようにする。
　吸気ポート２０７からエンジン筒内に流入した空気の流れ（以下、流動）は、図２に符号２４０で示すように、エンジン筒内２０８に時計回りの流れを形成する。この場合、燃料噴射装置１００をシリンダ２２０の直上２３０に配置して、図４に示すような燃料噴霧を形成することにより、以下のような効果が得られる。
　第二噴孔群８０２は、流動２４０と対抗する方向もしくは対抗する領域に燃料を噴射することで、噴射された燃料噴霧は流動２４０に押し戻される。その結果、第二噴孔群８０２から噴射された燃料噴霧は、シリンダ壁面２１０やピストン２０９の冠面２４１に付着しにくい。一方で、第一噴孔群８０１は、流動２４０に沿う方向に燃料を噴射することで、噴射された燃料噴霧は流動２４０に乗ってペネトレーションが増加するため、シリンダ壁面２１０やピストン２０９の冠面２４１に付着しやすい。したがって、第一噴孔群８０１よりも第二噴孔群８０２の方の流量を大きくすることで、燃料のシリンダ壁面２１０とピストン冠面２４１への付着を抑制でき、ＨＣやＰＮを低減できる。
　このために、第一噴孔群８０１の噴孔出口面の総断面積よりも第二噴孔群８０２の噴孔出口面の総断面積の方を大きくするとよい。言い換えれば、第一噴孔群８０１の噴孔出口の内径よりも第二噴孔群８０２の噴孔出口の内径の方が大きくなるようにするとよい。
　第一噴孔群８０１は、噴孔８０１Ａ，８０１Ｂ，８０１Ｃ，８０１Ｄで構成される。また、第二噴孔群８０２は噴孔８０２Ａ，８０２Ｂ，８０２Ｃ，８０２Ｄで構成される。噴孔出口面とは、噴孔８０１でいうと、噴孔出口９０１に相当する。他の噴孔８０２，８０３も同様である。本実施例では、噴孔は入口から出口まで径が均一な円環状の形状をしているが、噴孔出口面の断面積が重要であり、噴孔の形状は円環状でなくともよく、楕円などでもよい。他の噴孔８０２，８０３も同様である。
　第二噴孔群８０２の噴孔８０２Ａ，８０２Ｂ，８０２Ｃ，８０２Ｄの噴孔出口の総断面積を大きくすると、噴孔群８０２から噴射される噴霧の貫徹力が強くなるため、流動２４０の方向に燃料を多く噴射しても、燃料噴霧が筒内２０８に拡散しやすくなるため、混合気の均質性を高めることができる。その結果、燃料を圧縮行程に噴射したとしても、混合気が均質な状態を作りやすくなり、リッチな当量比を抑制し、ＰＮを低減できる。
　また、噴孔８０１，８０２，８０３の断面積Ｓは、噴孔８０１，８０２，８０３の形状が円柱状（円筒状）である場合、噴孔出口の内径ｒと円周率πとで、Ｓ=（π・ｒ2）／４で求められる。本実施例の構成によれば、第一噴孔群８０１の噴孔出口の内径よりも第二噴孔群８０２の噴孔出口の内径の方を大きく形成するとよい。この結果、第一噴孔群８０１よりも第二噴孔群８０２の噴孔総断面積が大きくなり、ＰＮの低減効果が高まる。
　また、図５，６に示すように、本実施例では、第二噴孔群８０２を４つの噴孔８０２Ａ，８０２Ｂ，８０２Ｃ，８０２Ｄで構成し、第二噴霧群６２２を４つの噴霧６２２Ａ，６２２Ｂ，６２２Ｃ，６２２Ｄで構成しているが、噴霧群６２２の流量を多くできるのであれば、４つよりも少ない噴霧数及び噴孔数で構成してもよい。この場合は、噴孔数が少なくなることで、加工の時間を低減し、燃料噴射装置１００のコストを抑制できる。
　図３に示すように、燃料噴射装置１００の先端部の中心５０１の中心から燃焼室（筒内）２０８の水平方向に、かつ吸気弁２０５の側に引かれる水平線５０２と噴孔（噴霧）との交差角度θ１～θ５が大きいほど、噴霧の流量が小さくなるように、燃料噴射装置１００を構成するとよい。図３の構成では、交差角度５０３から５０７に向かって交差角度が大きくなる。この場合、噴孔８０２Ａ，８０２Ｂ、噴孔８０２Ｃ，８０２Ｄ、噴孔８０３Ａ，８０３Ｂ、噴孔８０１Ｃ，８０１Ｄ、噴孔８０１Ａ，８０１Ｂの順に、噴孔径を小さくするとよい。
　流動２４０は、図２に示すように、排気側から吸気側に回り込んだ後、吸気弁２０５の近傍で燃焼室２０８の水平線５０２に並行するように流れる。したがって、水平線５０２と各噴霧の交差角度が小さいほど、流動２４０と噴霧が対向することになるため、水平線５０２と噴霧の交差角度が小さいほど流量を多くするとよい。言い換えると、水平線５０２と噴孔との交差角度が大きいほど噴霧の流量が小さくなるように構成するとよい。流量を多くしたとしても、噴霧は流動２４０に押し戻されるため、ピストン冠面２４１やシリンダ壁面２１０に付着しにくくなり、ＰＮを抑制できる。
　また、本実施例では、流動２４０は時計回りに形成されるタンブルを記載したが、たとえば吸気ポートの片側を閉じると、燃焼室２０８の周方向に旋回するスワールの流動が形成される、スワールの流動の場合であっても、流動に対向する噴霧の流量を大きくし、流動に沿う噴霧の流量を小さくすることで、燃料噴霧のシリンダ壁面２１０およびピストン冠面２１４への付着を抑制できる。
　次に、図３，５を用いて噴霧の角度について説明する。ここで、噴霧６２２Ａ，６２２Ｂによって構成される噴霧対がなす挟み角をΔθ１、噴霧６２２Ｃ，６２２Ｄによって構成される噴霧対がなす挟み角をΔθ２、噴霧６２３Ａ，６２３Ｂによって構成される噴霧対がなす挟み角をΔθ３、噴霧６２１Ｃ，６２１Ｄによって構成される噴霧対がなす挟み角をΔθ４、また噴霧６２１Ａ，６２１Ｂによって構成される噴霧対がなす挟み角をΔθ５とする。挟み角は、噴霧対を成す各噴霧の噴霧中心軸線の間に構成される角度である。
噴霧中心軸線は、噴霧断面の中心を通る軸線であり、噴孔から噴射される燃料の噴射方向を指向する。噴孔から噴射される燃料の噴射方向は噴孔の中心軸線（貫通方向）によって設定されるため、噴霧中心軸線は噴孔の中心軸線に一致するとみなしてもよい。
　第二噴孔群８０２の一部である２つの噴孔８０２Ａ，８０２Ｂが形成する２つの噴霧６２２Ａ，６２２Ｂの中心軸線の挟み角Δθ１は、第一噴孔群８０１の一部である２つの噴孔８０１Ａ、噴孔８０１Ｂから噴射される２つの噴霧６２１Ａ，６２１Ｂが形成する噴霧中心軸線の挟み角Δθ５よりも小さく構成するとよい。
　第二噴孔群８０２の噴霧６２２は流動２４０に対向するように挟み角Δθ１，Δθ２を小さくすることで、噴霧６２２Ａ，６２２Ｂと流動２４０との相対速度を大きくすることができ、噴霧を微粒化して、燃料のピストン冠面２１４およびシリンダ壁面２１０への付着を抑制できる。本実施例では、挟み角Δθ１は挟み角Δθ２よりも小さくして、最も小さくしている。第一噴孔群８０１の噴霧６２１は流動２４０に沿う方向に噴射されるため、挟み角Δθ４，Δθ５を挟み角Δθ１，Δθ２よりも大きくする。この場合、挟み角Δθ５は挟み角Δθ４よりも小さくする。挟み角Δθ４，Δθ５を挟み角Δθ１，Δθ２よりも大きくすることで、流動２４０にのってペネトレーションが伸びる効果を抑制し、ピストン冠面２１４またはシリンダ壁面２１０への燃料付着を抑制できる。本実施例の効果によれば、燃料付着を抑制し、ＨＣ及びＰＮの低減が可能となる。
　この場合、噴霧対６２１Ａ，６２１Ｂ以外の噴霧の噴霧中心軸線の挟み角（角度）は、排気側に近い噴霧対ほど大きくするとよい。
　図３に示すように、水平線５０２と噴霧６２２Ａ，６２２Ｂの噴霧中心軸線とのなす噴霧の交差角度をθ１、水平線５０２と噴霧６２２Ｃ，６２２Ｄの噴霧中心軸線とのなす噴霧の交差角度をθ２、水平線５０２と噴霧６２３Ａ，６２３Ｂの噴霧中心軸線とのなす噴霧の交差角度をθ３、水平線５０２と噴霧６２１Ｃ，６２１Ｄの噴霧中心軸線とのなす噴霧の交差角度をθ４、また水平線５０２と噴霧６２１Ａ，６２１Ｂの噴霧中心軸線とのなす噴霧の交差角度をθ５とする。
　また、噴霧対６２１Ａ，６２１Ｂ以外の噴霧の噴霧中心軸線の挟み角（角度）は、交差角度が大きいほど、大きくなるように構成するとよい。本実施例の場合、挟み角は、Δθ１、Δθ２、Δθ３、Δθ４の順に大きくなるように構成する。すなわち、Δθ１、Δθ２、Δθ３及びΔθ４は、Δθ１＜Δθ２＜Δθ３＜Δθ４の関係にある。
　水性線５０２に対する噴霧の交差角度が大きいほど、噴霧の挟み角を大きくすることで、流動２４０に沿う噴霧の流量を抑制し、ペネトレーションが伸びる効果を抑制できる。
結果としてPN低減が可能となる。
　また、点火プラグ２０３方向を指向する噴霧対６２１Ａ，６２１Ｂは、着火性を高めるため、点火プラグ２０３の近傍に燃料を噴射する。このため、挟み角Δθ５をある程度小さくする必要がある。また、点火プラグ２０３に直接燃料が当たると、かぶりが生じて燃焼安定性が悪化する可能性があるため、ある一定以上の角度を確保する必要がある。したがって、挟み角Δθ５は、挟み角Δθ４よりも小さくし、さらに挟み角Δθ１よりも大きくすることで、燃焼安定性と付着低減の両立が可能となる。
　図８は、本発明の第一実施例の燃料噴射装置１００の噴孔の形状を変更した変更例を示す図である。
　たとえば、図８に示すように噴孔１０００が入口面１００１から出口面１００２にかけて断面積が変化するような形状の場合、流量は、その噴孔１０００の中心軸線に対して径方向の断面積が最小となる入口面１００１で決まる。このような場合には、断面積が最小となる断面積を比較し、各噴孔の断面積を設定するとよい。
　燃料噴射装置１００では、第二噴霧群６２２に含まれる噴霧６２２Ｃ，６２２Ｄを第一噴孔群６２１に含まれる噴霧として構成してもよい。以下、噴霧６２２Ｃ，６２２Ｄが第一噴孔群６２１に含まれる場合について説明する。
　噴霧６２２Ｃ，６２２Ｄの噴孔８０２Ｃ，８０２Ｄの流量は、第二噴霧群６２２の噴孔８０２Ａ，８０２Ｂの流量よりも小さく構成する。噴霧６２２Ｃ，６２２Ｄは、第二噴霧群６２２の噴孔８０２Ａ，８０２Ｂよりも流動２４０の向きと噴霧との角度が小さい。このため、噴孔８０２Ｃ，８０２Ｄは噴孔８０２Ａ，８０２Ｂよりも流量を小さくすることにより、燃料のピストン冠面２４１ならびにシリンダ２１０への付着を抑制できる。
　また、噴霧６２２Ｃ，６２２Ｄの噴孔８０２Ｃ，８０２Ｄの噴孔出口の総断面積は、第二噴霧群６２２の噴孔８０２Ａ，８０２Ｂよりも小さくするとよい。噴孔８０２Ｃ，８０２Ｄの噴孔出口の総断面積を小さくすると、噴霧６２２Ｃ，６２２Ｄの貫徹力が噴孔８０２Ａ，８０２Ｂから噴射される噴霧６２２Ａ，６２２Ｂよりも弱くなるため，流動２４０から噴孔８０２Ａ，８０２Ｂよりも逸れた方向に燃料を噴射したとしても、シリンダ２１０への燃料付着を抑制し、ＰＮを低減できる。
　噴霧６２２Ｃ，６２２Ｄの噴霧中心軸線の挟み角Δθ２は、第二噴霧群６２２（６２２Ａ，６２２Ｂ）の噴霧中心軸線の挟み角Δθ１よりも大きく構成するとよい。
　噴霧６２２Ｃ，６２２Ｄは、第二噴孔群６２２の噴孔８０２Ａ，８０２Ｂが形成する噴霧と比較して、流動２４０すなわち、燃焼室２０８の水平線５０２と噴霧の中心軸線とのなす交差角度θ２が小さくなるため、第二噴孔群６２２の噴孔８０２Ａ，８０２Ｂが形成する噴霧の挟み角Δθ１よりも挟み角Δθ２を大きくすることで、シリンダ壁面２１０やピストン冠面２１４との距離を確保し、燃料付着を抑制できる。その結果、ＨＣとＰＮの低減が可能となる。
　また、各噴霧の中心軸線と、噴孔の中心軸線とはほぼ同一直線の関係となる。たとえば、第二噴孔群６２２を形成する噴霧６２２Ａ，６２２Ｂの中心軸線と、噴孔８０２Ａ，８０２Ｂとの中心軸線とはほぼ同一直線となる。
　次に図９を用いて冷気始動における燃料噴射装置１００の噴射制御の１列について説明する。図９は、本発明の第一実施例に係る制御装置１５４が実行する噴射方法を示す図である。図９では第一実施例における噴射タイミングと噴射期間を示している。
　図９では、横軸にクランクシャフト角度を記載し、吸気行程のＴＤＣが－３６０ｄｅｇ、ＢＤＣが－１８０ｄｅｇ、圧縮行程のＴＤＣが０ｄｅｇに相当し、吸気弁２０５のリフト量を点線、エンジン筒内の乱れ速度の平均値を破線で、筒内のタンブルの大きさを実線で記載する。
　冷気始動においては、筒内のシリンダ壁面２１０やピストン冠面２４１の温度が低いことから、噴射した混合気が付着しやすく、ＰＮが発生しやすい。
　燃料付着を抑制するためには、筒内圧が高い圧縮行程１１０３に燃料を噴射することが有効である。また、ピストン冠面２４１への付着を抑制するためには、燃料噴射装置１００とピストン冠面２４１との距離が長いＢＤＣ付近に燃料を噴射してもよい。ＢＤＣ近傍に燃料を噴射すると、燃料噴射装置１００とピストン冠面２４１との距離がとれるため、噴射した燃料がピストン冠面２４１に付着しにくい。
　本実施例によれば、圧縮行程７０３のタイミングｔ１１１、タイミングｔ１１２、タイミングｔ１１３に燃料を噴射するとよい。
　ピストン２０９が上死点に向けて動いている圧縮行程１１０３では、吸気行程１１０２に噴射する場合に比べて、筒内圧が高くなるため、噴射した噴霧が押し戻されてピストン冠面２４１および筒内壁面２１０に燃料が付着しにくくなる。一方で、圧縮行程に燃料を噴射する場合、吸気行程１１０２に噴射する場合と比べて、筒内のタンブルが小さくなるため、噴射した燃料と空気とが混合されにくく、燃料がリッチな混合気が形成されやすい。燃料がリッチな混合気とは、例えば、当量比１．５以上である。
　第一噴孔群８０１の墳孔出口面の総断面積よりも第二噴孔群８０２の墳孔出口面の総断面積の方を大きくすることで、流動２４０に対向する噴霧の流量が多くなるため、空気と燃料との相対速度が大きくなることで、燃料が微粒化して筒内に拡散しやすくなる。その結果、圧縮行程１１０３で燃料を噴射したとしても燃料と空気とが混合されやすくなり、リッチな混合気を抑制できる。とくに、図９では、圧縮行程に３回燃料を噴射する場合の例を記載したが、圧縮行程に吸気行程よりも多い燃料を噴射すれば、本発明の効果を高められる。
　本実施例によれば、燃料付着の低減とリッチな当量比の低減を両立させ、PN低減の効果を高められる。
　第二噴霧群６２２は、２つの排気弁開口面中心２１１ａの間の排気弁内側６４１に対し、２つの吸気弁開口面中心２０５ａの間の吸気弁内側６４２を指向するように噴射し、第一噴霧群６２１は、吸気弁内側６４２に対し、排気弁内側６４１を指向するように、燃料を噴射することが好ましい。言い換えると、第二噴孔群８０２は、２つの排気弁開口面中心２１１ａの内側に対し２つの吸気弁開口面中心２０５ａの内側を指向し、第一噴孔群８０１は、２つの吸気弁開口面中心２０５ａの内側に対し２つの排気弁開口面中心２１１ａの内側を指向するように、燃料を噴射することが好ましい。これにより、燃料がピストン冠面２１４やシリンダ壁面２１０に付着するのを抑制する効果が向上する。
　図１０を用いて第一噴孔群８０１と第二噴孔群８０２との流量比について説明する。図１０は、本発明の実施例に係る第一噴孔群８０１と第二噴孔群８０２との流量比とＰＮとの関係を示す図である。図１０において、ＰＮは単位体積当たりのすすの個数であり、１２０１はＰＮの目標値を示す。実施例２において、燃焼噴射装置１００の構成は、実施例１と同等とする。
　実施例２における複数の噴孔を有する燃料噴射装置１００において、吸気弁開口面中心２０５ａに対し排気弁開口面中心２１１ａの方向を指向する第一噴孔群８０１と、排気弁開口面中心２１１ａに対し吸気弁開口面中心２０５ａの方向を指向する第二噴孔群８０２とを有し、第一噴孔群８０１の噴孔出口面の総断面積よりも第二噴孔群８０２の噴孔出口面の総断面積の方が１．３倍以上大きい。
　第一噴孔群８０１の流量を第二噴孔群８０２の流量で除算した第一噴孔群８０１と第二噴孔群８０２との流量比が小さいほど、エンジン筒内から排出されるＰＮは小さくなる。検討によれば、冷気始動のＰＮ目標値を達成するための第一噴孔群８０１と第二噴孔群８０２との流量比を１．３以下に設定するとよい。
　第二噴孔群８０２の流量が大きく、第一噴孔群８０１の流量が小さいほうが、流動２４０と対向する噴霧の流量を大きくし、第二噴孔群８０２の噴霧が流動２４０よって押し戻されることで、燃料のシリンダ壁面２１０およびピストン冠面２４１の付着を抑制して、ＰＮを低減できる。
　［実施例２］
　図１１を用いて本発明に係る第二実施例について説明する。図１１は、本発明の第二実施例に係る制御装置１５４が実行する噴射方法を示す図である。図１１では第三実施例における噴射タイミングと噴射期間を示している。
　図１１には、横軸にクランクシャフトの角度を記載し、吸気行程のＴＤＣが－３６０ｄｅｇ、ＢＤＣが－１８０ｄｅｇ、圧縮行程のＴＤＣが０ｄｅｇに相当し、吸気弁２０５のリフト量を点線、エンジン筒内の乱れ速度の平均値を破線で、筒内のタンブルの大きさを実線で記載する。
　本実施例の燃料噴射装置１００を制御する制御装置１５４において、吸気弁２０５のリフト開始後、リフト量が最大となるまでの間のタイミングと、下死点ＢＤＣ以降のタイミングで燃料を噴射するように燃料噴射装置１００を制御するとよい。
　吸気行程１１０２の吸気弁２０５のリフトが最大となるタイミングｔ１４２までの範囲、たとえばタイミングｔ１４１で燃料を噴射することで、筒内のタンブルが強い条件で燃料を噴射するとよい。このタイミングでは、噴霧に対抗する流動が強いため、第二噴孔群８０１の第二噴霧群６２１が流動２４０に押し戻されて燃料がシリンダ壁面２１０およびピストン冠面２１４に付着しにくくなる。つぎに、ＢＤＣでは、流動すなわちタンブルは弱くなるが、燃料噴射装置１００とピストン冠面２１４との距離が長いため、噴霧がピストン冠面２１４に付着しにくい。したがって、ＢＤＣ付近のタイミングｔ１４３で燃料を噴射するとよい。すなわち、吸気弁２０５のリフト開始後、リフト量が最大となるまでの間のタイミングと、下死点以降のタイミングとで燃料を噴射するように、燃料噴射装置１００を制御するとよい。燃料を噴射するタイミングｔ１４３から噴射が終了するまでには期間１４０１があるため、噴射期間がＢＤＣにかぶっていれば、燃料の付着抑制効果が得られる。
　また、第三噴射１４０４は、圧縮行程１１０３の噴射タイミングｔ１４４に行うとよい。圧縮行程では、ピストン２０９が上側に向けて動き、筒内圧が高まってくるため、燃料を噴射しても燃料がシリンダ壁面２１０やピストン冠面２１４に付着しにくい。また、圧縮行程１１０３に多くの燃料を噴射すると、流動２４０が弱いために、噴霧の混合時間が少なくて、均質性の向上が課題になる場合がある。このような場合には、吸気行程１１０２の噴射１４０２の流量を圧縮行程１１０３の噴射１４０４の流量よりも大きくすることで、均質性の向上と付着抑制とを両立できる。また、上記の理由により、噴射１４０３よりも噴射タイミングが遅い噴射１４０４の流量を小さくすると、均質性の向上と付着抑制との両立効果を高められる。
　［その他の例］
　図１２は、燃料噴射装置１００の他の例（燃料噴射装置１００’）について、図２においてピストン２０９側から燃料噴射装置１００の方向にみた場合の、燃料噴射装置１００’から噴射される燃料噴霧の投影図である。図１３は、図１２の燃料噴射装置１００’の先端方向から見たオリフィス１１６’の拡大図である。
　燃料噴射装置１００’から噴射される燃料噴霧は、排気側すなわち点火プラグ２０３側を指向する噴霧Ｄ１，Ｄ２と排気側を指向するＤ３，Ｄ４と、排気側のピストン方向を指向する噴霧Ｄ５，Ｄ６と、吸気側を指向する噴霧Ｄ７，Ｄ８で構成される。
　次に、燃料噴射装置１００’のオリフィス１１６’の構成について、図１３を用いて説明する。弁体１１４（図１参照）と接して燃料をシールする弁座１１８（図１参照）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１１４ａ（図１参照）と接することで燃料をシールしている。噴孔は、噴霧Ｄ１を形成する噴孔４０１、噴霧Ｄ２を形成する噴孔４０２、噴霧Ｄ３を形成する噴孔４０３、噴霧Ｄ４を形成する噴孔４０４、噴霧Ｄ５を形成する噴孔４０５、噴霧Ｄ６を形成する噴孔４０６、噴霧Ｄ７を形成する噴孔４０７、及び噴霧Ｄ８を形成する噴孔４０８で構成される。
　同一直線状３０１に配置された噴霧Ｄ７、Ｄ８を形成する噴孔４０７及び噴孔４０８はほぼ同一円周上４２２で近傍に配置され、円周上４２２の位置から同一直線上３０１に噴霧を狙うことで、噴孔４０７の噴霧Ｄ７に角度４３０を持たせ、噴孔４０８の噴霧Ｄ８に角度４３１を持たせる。噴孔４０７と噴孔４０８の距離４３２は、他の噴孔間の距離４３３、距離４３４、距離４３５、距離４３６、距離４３７、距離４３８、及び距離４３９よりも小さくすることで、噴孔４０７及び噴孔４０８から噴射される噴霧Ｄ７及び噴霧Ｄ８の速度ベクトルの方向を合わせて貫徹力を強める。これにより、噴霧Ｄ７及び噴霧Ｄ８と対向する流動２４０との相対速度を確保し、微粒化効果を高める効果と、均質性を向上する効果が得られる。
　また、吸気側に最も近い噴霧Ｄ８の噴孔４０８よりも、噴霧Ｄ８よりも排気側に配置される噴霧Ｄ７の噴孔４０７の方が円周上４２２の内側に配置するよう構成するとよい。この効果によって、噴孔４０８の方が上流側に位置するために燃料が流れ込みやすくなり、タンブルと対向する噴霧Ｄ８の貫徹力の方を強くして、微粒化効果を高められる。
　上述した各実施例によれば、以下の燃料噴射装置１００或いはその制御装置１５４が得られる。
　（１）複数の噴孔を有する燃料噴射装置１００において、吸気弁２０５側に対し排気弁２１１側の方向を指向する第一噴孔群８０１と、排気弁２１１側に対し吸気弁２０５側の方向を指向する第二噴孔群８０２と、を有し、第一噴孔群８０１の流量よりも第二噴孔群８０２の流量の方が大きい。
　（２）複数の噴孔を有する燃料噴射装置１００において、吸気弁２０５側に対し排気弁２１１側の方向を指向する第一噴孔群８０１と、排気弁２１１側に対し吸気弁２０５側の方向を指向する第二噴孔群８０２と、を有し、第一噴孔群８０１の噴孔出口面の総断面積よりも第二噴孔群８０２の噴孔出口面の総断面積の方が大きい。
　（３）複数の噴孔を有する燃料噴射装置１００において、吸気弁２０５の開口面側から排気弁２１１の開口面側に向かうガスの流れ方向と対向する方向に燃料を噴射する噴孔の総断面積に対し、前記流れ方向に沿う方向に燃料を噴射する噴孔の総断面積が小さい。
　（４）（１）において、第一噴孔群８０１の噴孔出口面の総断面積よりも第二噴孔群８０２の噴孔出口面の総断面積の方が大きい。
　（５）（２）において、第一噴孔群８０１の噴孔出口面の総断面積よりも第二噴孔群８０２の噴孔出口面の総断面積の方が１．３倍以上大きい。
　（６）（３）において、燃料噴射装置１００の先端部から燃焼室２０８の水平方向に、かつ吸気弁２０５の側に引かれる水平線５０２と噴孔との交差角度が大きいほど噴霧の流量が小さくなるように構成される。
　（７）（２）において、第二噴孔群８０２は、２つの排気弁開口面中心２１１ａの内側６４１に対し２つの吸気弁開口面中心２０５ａの内側６４２を指向し、第一噴孔群８０１は、２つの吸気弁開口面中心２０５ａの内側６４２に対し２つの排気弁開口面中心２１１ａの内側６４１を指向する。
　（８）（１）において、第一噴孔群８０１の噴孔出口の内径よりも第二噴孔群８０２の噴孔出口の内径の方が大きい。
　（９）（１）において、第一噴孔群８０１は、第一噴霧対６２１Ａ，６２１Ｂを噴射する第一噴孔対８０１Ａ，８０１Ｂを有し、第二噴孔群８０２は、第二噴霧対６２２Ａ，６２２Ｂを噴射する第二噴孔対８０２Ａ，８０２Ｂを有し、第一噴霧対８０１Ａ，８０１Ｂの各噴霧中心軸線がなす挟み角Δθ５は、第二噴霧対６２２Ａ，６２２Ｂの各噴霧中心軸線がなす挟み角Δθ１よりも大きい。
（１０）（９）において、第一噴孔群８０１は、排気弁２１１側で第一噴霧対６２１Ａ，６２１Ｂよりも吸気弁２０５側を指向する第三噴霧対６２１Ｃ，６２１Ｄを噴射する第三噴孔対８０１Ｃ，８０１Ｄを有し、第二噴孔群８０２は、吸気弁２０５側で第二噴霧対８０２Ａ，８０２Ｂよりも排気弁２１１側を指向する第四噴霧対６２２Ｃ，６２２Ｄを噴射する第四噴孔対８０２Ｃ，８０２Ｄを有し、第三噴霧対６２１Ｃ，６２１Ｄの各噴霧中心軸線がなす挟み角Δθ４は、第二噴霧対６２２Ａ，６２２Ｂの各噴霧中心軸線がなす挟み角Δθ１よりも大きい。
　（１１）（１０）において、
　第一噴霧対６２１Ａ，６２１Ｂ以外の噴霧対の各噴霧中心軸線がなす挟み角は、排気弁２１１側に近い噴霧対ほど大きくなる。
　（１２）（７）において、
　燃料噴射装置１００はシリンダ２２０の直上２３０に取り付けられる。
　（１３）燃料噴射装置１００を制御する制御装置１５４において、吸気弁２０５のリフト開始後、リフト量が最大となるまでの間のタイミングと、下死点以降のタイミングとで燃料を噴射するように、燃料噴射装置１００を制御する。
　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、１５４…制御装置、２０５…吸気弁、２０５ａ…吸気弁開口面中心、２０８…燃焼室、２１１…排気弁、２１１ａ…排気弁開口面中心、２２０…シリンダ、２３０…シリンダ２２０の直上、５０２…水平線、６２１Ａ，６２１Ｂ…第一噴霧対、６２１Ｃ，６２１Ｄ…第三噴霧対、６２２Ａ，６２２Ｂ…第二噴霧対、６２２Ｃ，６２２Ｄ…第四噴霧対、６４１…２つの排気弁開口面中心２１１ａの内側、６４２…２つの吸気弁開口面中心２０５ａの内側、８０１…第一噴孔群、８０１Ａ，８０１Ｂ…第一噴孔対、８０１Ｃ，８０１Ｄ…第三噴孔対、８０２…第二噴孔群、８０２Ａ，８０２Ｂ…第二噴孔対、８０２Ｃ，８０２Ｄ…第四噴孔対、Δθ１…第二噴霧対６２２Ａ，６２２Ｂの各噴霧中心軸線がなす挟み角、Δθ４…第三噴霧対６２１Ｃ，６２１Ｄの各噴霧中心軸線がなす挟み角、Δθ５…第一噴霧対８０１Ａ，８０１Ｂの各噴霧中心軸線がなす挟み角。

Claims (13)

  1. 　複数の噴孔を有する燃料噴射装置において、
    　吸気弁側に対し排気弁側の方向を指向する第一噴孔群と、
    　前記排気弁側に対し前記吸気弁側の方向を指向する第二噴孔群と、を有し、
    　前記第一噴孔群の流量よりも前記第二噴孔群の流量の方が大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
  2. 　複数の噴孔を有する燃料噴射装置において、
    　吸気弁側に対し排気弁側の方向を指向する第一噴孔群と、
    　前記排気弁側に対し前記吸気弁側の方向を指向する第二噴孔群と、を有し、
    　前記第一噴孔群の噴孔出口面の総断面積よりも前記第二噴孔群の噴孔出口面の総断面積の方が大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
  3. 　複数の噴孔を有する燃料噴射装置において、
    　吸気弁開口面側から排気弁開口面側に向かうガスの流れ方向と対向する方向に燃料を噴射する噴孔の総断面積に対し、前記流れ方向に沿う方向に燃料を噴射する噴孔の総断面積が小さいことを特徴とする燃料噴射装置。
  4. 　請求項１に記載の燃料噴射装置において、
    　前記第一噴孔群の噴孔出口面の総断面積よりも前記第二噴孔群の噴孔出口面の総断面積の方が大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
  5. 　請求項２に記載の燃料噴射装置において、
    　前記第一噴孔群の噴孔出口面の総断面積よりも前記第二噴孔群の噴孔出口面の総断面積の方が１．３倍以上大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
  6. 　請求項３の燃料噴射装置において、
    　燃料噴射装置の先端部から燃焼室の水平方向に、かつ吸気弁の側に引かれる水平線と噴孔との交差角度が大きいほど噴霧の流量が小さくなるように構成されることを特徴とする燃料噴射装置。
  7. 　請求項２に記載の燃料噴射装置において、
    　前記第二噴孔群は、２つの排気弁開口面中心の内側に対し２つの吸気弁開口面中心の内側を指向し、
    　前記第一噴孔群は、２つの前記吸気弁開口面中心の内側に対し２つの前記排気弁開口面中心の内側を指向する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、
    　前記第一噴孔群の噴孔出口の内径よりも前記第二噴孔群の噴孔出口の内径の方が大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
  9. 　請求項１に記載の燃料噴射装置において、
    　前記第一噴孔群は、第一噴霧対を噴射する第一噴孔対を有し、
    　前記第二噴孔群は、第二噴霧対を噴射する第二噴孔対を有し、
    　前記第一噴霧対の各噴霧中心軸線がなす挟み角は、前記第二噴霧対の各噴霧中心軸線がなす挟み角よりも大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
  10. 　請求項９に記載の燃料噴射装置において、
    　前記第一噴孔群は、前記排気弁側で前記第一噴霧対よりも前記吸気弁側を指向する第三噴霧対を噴射する第三噴孔対を有し、
    　前記第二噴孔群は、前記吸気弁側で前記第二噴霧対よりも前記排気弁側を指向する第四噴霧対を噴射する第四噴孔対を有し、
    　前記第三噴霧対の各噴霧中心軸線がなす挟み角は、前記第二噴霧対の各噴霧中心軸線がなす挟み角よりも大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
  11. 　請求項１０に記載の燃料噴射装置において、
    　第一噴霧対以外の噴霧対の各噴霧中心軸線がなす挟み角は、前記排気弁側に近い噴霧対ほど大きくなることを特徴とする燃料噴射装置。
  12. 　請求項７の燃料噴射装置において、
    　当該燃料噴射装置はシリンダの直上に取り付けられることを特徴とする燃料噴射装置。
  13. 　請求項１の燃料噴射装置を制御する制御装置において、
    　吸気弁のリフト開始後、リフト量が最大となるまでの間のタイミングと、下死点以降のタイミングとで燃料を噴射するように、前記燃料噴射装置を制御することを特徴とする制御装置。
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