(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグを備えた筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁であって、
噴孔が開口されるノズルボディと、
前記ノズルボディの内部に保持され、前記噴孔を開閉するニードルバルブと、
前記噴孔から噴射される燃料に旋回力を与える旋回力付与部材と、
前記ニードルバルブの先端から延設され前記噴孔を貫通するピンの先端に設けられ、前記噴孔の軸に対して傾けられた平面からなる衝突面をノズルボディ側に備えてなる燃料衝突部材と、
を備え、
前記旋回力付与部材により燃料の旋回流が発達する過渡時にのみ前記燃料衝突部材に衝突する噴霧角に噴射し、旋回流が発達した後には前記燃料衝突部材には衝突しない噴霧角に噴射するように噴霧角を設定していることを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項２】
前記燃料衝突部材、又は、前記衝突面に衝突した燃料を点火プラグに向かわせるように、前記衝突面の傾斜角を、スリップ角を考慮して設定したことを特徴とする請求項１記載の筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記噴孔のシート部から開放端縁までの長さが、シート部から前記衝突面までの距離の増加に相応して増大変化を示すように形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記噴孔のシート部から開放端縁までの長さを周方向で異ならせたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記燃料噴射弁がシリンダ内に直接燃料を噴射すべくシリンダ壁近傍に設けられる構成であって、
前記シート部から前記衝突面までの距離及び前記シート部から開放端縁までの長さが、シリンダ壁側に比してシリンダヘッド側が長くなるように形成したことを特徴とする請求項４記載の筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記ノズルボディに対するニードルバルブの相対回転を阻止する嵌合部を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃料噴射弁を、シリンダ内に直接燃料を噴射するように備え、該燃料噴射弁の噴射時間を所定時間内に制限することで、前記燃料衝突部材に衝突する燃料の噴射を行わせることを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃料噴射弁を、シリンダ内に直接燃料を噴射するように備え、燃焼室内の局所領域に燃料を供給して混合気を成層化させるときに、所定時間内の噴射を複数回繰り返して行わせ、燃焼室内に均質混合気を形成するときに前記所定時間を超える噴射時間で燃料を噴射させることを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
前記所定時間内の燃料噴射を行わせるときに、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させることを特徴とする請求項７又は８記載の筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１０】
請求項８記載の筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射弁の旋回力付与部材が、前記噴孔の軸心に対して偏心して設けられるスワール溝を有するスワールチップであって、前記スワール溝と前記ニードルバルブのシート面との間の燃料溜まりの体積をＶ、混合気を成層化させる運転条件における最大必要燃料量をＱ、許容最大噴射回数をＮとしたときに、
Ｖ＞Ｑ／Ｎ
を満たすことを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁及び燃料噴射制御装置に関し、詳しくは、点火プラグの近傍に局所的に濃い混合気を形成する成層運転とシリンダ内に均質な混合気を形成する均質運転とを切り換える筒内直接噴射式内燃機関（ガソリン機関）に適した燃料噴射弁及びこの燃料噴射弁を含んで構成される燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリンダ内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁としては、例えば、特開平１０−２９９６１４号公報に開示されるようなものがあった。
このものは、ニードルバルブの先端に噴孔を貫通するピン部を有し、噴孔から突出する前記ピン部の先端に噴霧拡散部材を備え、前記噴霧拡散部材で噴霧の広がり角度を設定することができる構成になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の噴霧拡散部材を備える燃料噴射弁においては、噴霧拡散部材によって所望の噴霧広がり角度に設定できるが、成層運転と均質運転とを切り換える筒内直接噴射式ガソリン機関に適用した場合には、成層運転と均質運転との双方で最適な混合気形成を行わせることができないという問題があった。
【０００４】
前記成層運転時には、点火プラグの近傍に局所的に濃い混合気を形成する必要があるが、燃焼室内に均質な混合気を形成する均質運転に合わせて比較的広い噴霧角を設定すると、燃料を点火プラグの近傍に集中的に供給することができず、充分な成層化を果たすことができなくなってしまい、逆に、点火プラグの近傍に集中的に燃料を供給することができるように噴霧角を比較的狭くして指向性を持たせると、均質運転時に混合気を充分に均質化することができなくなってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、点火プラグの近傍に集中的に燃料を供給する噴射と、シリンダ壁面に対する付着を避けつつ広範囲に燃料を供給できる噴射とを切り換えることが可能な筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁及び燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明に係る筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁は、点火プラグを備えた筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁であって、噴孔が開口されるノズルボディの内部に、前記噴孔を開閉するニードルバルブを保持し、前記噴孔から噴射される燃料に旋回力を与える旋回力付与部材を備える一方、前記ニードルバルブの先端から延設され前記噴孔を貫通するピンの先端に設けられ、前記噴孔の軸に対して傾けられた平面からなる衝突面をノズルボディ側に備えてなる燃料衝突部材を備え、前記旋回力付与部材により燃料の旋回流が発達する過渡時にのみ前記燃料衝突部材に衝突する噴霧角に噴射し、旋回流が発達した後には前記燃料衝突部材には衝突しない噴霧角に噴射するように噴霧角を設定している構成とした。
【００１０】
係る構成によると、前記旋回力付与部材によって燃料の旋回流が発達する過渡時、即ち、噴射開始直後で噴霧角が所定以下であるときには、噴射された燃料が燃料衝突部材の平らな衝突面に衝突し、該衝突によって衝突面が向く側に方向を転じるが、前記旋回力付与部材によって与えられる旋回力によって旋回流が発達し、定常的な噴霧角にまで広がると、噴射された燃料は衝突面に衝突せずに、そのままの方向に進むことになる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、前記燃料衝突部材、又は、前記衝突面に衝突した燃料を点火プラグに向かわせるように、前記衝突面の傾斜角を、スリップ角を考慮して設定する構成とした。
係る構成によると、旋回流が発達する過渡時で噴霧角が狭い状態では、燃料噴射弁から噴射された燃料が、燃料衝突部材、又は、衝突面に衝突することで向きを変え、点火プラグを指向して進むことになる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、前記噴孔のシート部から開放端縁までの長さが、シート部から前記衝突面までの距離の増加に相応して増大変化を示すように形成する構成とした。
係る構成によると、噴孔のシート部から開放端縁までの長さが、衝突面に衝突することで向きを変えて進む方向の側が長くなり、前記噴孔のシート部から開放端縁までの長さが長いと旋回流の抵抗が大きくなって、前記長さが短い場合に比べて定常的な噴霧角が狭くなり、かつ、貫通力が弱まる。
【００１３】
従って、旋回流が充分に発達した後の定常状態で噴霧角が大きく衝突面に衝突せずに進むときに、衝突面に衝突することで方向を変えて進む方向とは反対側に噴霧の中心軸が傾くことになる。
請求項４記載の発明では、前記噴孔のシート部から開放端縁までの長さを周方向で異ならせる構成とした。
【００１４】
係る構成によると、前述のように、噴孔のシート部から開放端縁までの長さが長い側の噴霧角が狭くなることで、旋回流が充分に発達し燃料衝突部材に衝突しない定常状態での噴霧の中心軸が、噴孔の軸に対して傾くことになる。
請求項５記載の発明では、前記燃料噴射弁がシリンダ内に直接燃料を噴射すべくシリンダ壁近傍に設けられる構成であって、前記シート部から前記衝突面までの距離及び前記シート部から開放端縁までの長さが、シリンダ壁側に比してシリンダヘッド側、言い換えれば、点火プラグ側が長くなるように形成する構成とした。
【００１５】
係る構成によると、燃料噴射弁から噴射される燃料は、シリンダ壁側に大きく広がり、かつ、高い貫通力によって遠くまで燃料が到達することになるが、シリンダヘッド側、即ち、シリンダ中心付近に点火プラグを備える構成であれば、この点火プラグ側には大きく広がらず、然も、貫通力が弱いために燃料の到達距離が短くなる。
【００１６】
請求項６記載の発明では、前記ノズルボディに対するニードルバルブの相対回転を阻止する嵌合部を設ける構成とした。
係る構成によると、ノズルボディとニードルバルブとの相対回転位置が、嵌合部によって固定され、ノズルボディに対する燃料衝突部材の傾き方向が固定されることになる。
【００１７】
請求項７記載の発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置では、上記構成の燃料噴射弁を、シリンダ内に直接燃料を噴射するように備え、該燃料噴射弁の噴射時間を所定時間内に制限することで、前記燃料衝突部材に衝突する燃料の噴射を行わせる構成とした。
係る構成によると、燃料の噴射を開始させた直後の旋回流が充分に発達する前の過渡時であれば、噴霧角が小さく燃料衝突部材に衝突することになるので、旋回流が充分に発達する前に噴射を停止させれば、噴射された燃料のすべてが燃料衝突部材に衝突することになる。
【００１８】
請求項８記載の発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置では、上記構成の燃料噴射弁を、シリンダ内に直接燃料を噴射するように備え、燃焼室内の局所領域に燃料を供給して混合気を成層化させるときに、所定時間内の噴射を複数回繰り返して行わせ、燃焼室内に均質混合気を形成するときに前記所定時間を超える噴射時間で燃料を噴射させる構成とした。
【００１９】
係る構成によると、濃い混合気を局所的に形成させる混合気の成層化を行うときには、旋回流が充分に発達する前に噴射を停止させる短い時間での噴射を複数回繰り返し、各噴射で噴射された燃料を点火プラグ近傍などの濃い混合気の形成場に集中的に供給する。
一方、均質混合気を形成させるときには、旋回流が充分に発達して噴霧角が定常状態に達するまで継続的に噴射させることで、噴射開始直後には燃料が燃料衝突部材に衝突することになるとしても、その後は、旋回流の発達により噴霧角が広がって燃料衝突部材に衝突しないようになり、広範囲に燃料が供給される。
【００２０】
請求項９記載の発明では、前記所定時間内の燃料噴射を行わせるときに、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させる構成とした。
係る構成によると、旋回流が充分に発達する前に噴射を停止させる噴射を行わせるときに、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させて、旋回流の発達を抑制する。
【００２１】
請求項１０記載の発明では、前記燃料噴射弁の旋回力付与部材が、前記噴孔の軸心に対して偏心して設けられるスワール溝を有するスワールチップであって、前記スワール溝と前記ニードルバルブのシート面との間の燃料溜まりの体積をＶ、混合気を成層化させる運転条件における最大必要燃料量をＱ、許容最大噴射回数をＮとしたときに、
Ｖ＞Ｑ／Ｎ
を満たす構成とした。
【００２２】
係る構成によると、噴射回数の許容最大値がＮであるから、最大必要燃料量ＱをＮ回に分けて噴射するためには、最低でも１回にＱ／Ｎの燃料を噴射する必要があり、旋回力が付与されずに噴射されることになる燃料溜まりの体積Ｖが、少なくとも前記Ｑ／Ｎ相当量を超えていれば、旋回流を発達させることなく、許容噴射回数Ｎ以内で必要燃料を供給できることになる。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、成層運転と均質運転とを切り換える筒内直接噴射式ガソリン機関に適用することで、成層運転領域においては燃料の旋回流が発達する前の過渡状態で噴射された燃料が燃料衝突部材に衝突することにより所望の方向に指向し、局所的な混合気場に燃料を集中的に供給できる一方、均質運転領域においては旋回流が発達した後の定常状態で噴霧角が広がることから、衝突面に衝突することなく燃料が飛散し、均質な混合気を形成できるため、双方の運転領域で最適な混合気形成を行わせることができるという効果がある。
【００２５】
請求項２記載の発明によると、点火プラグの近傍領域に濃い混合気を形成させることができるという効果がある。
請求項３記載の発明によると、旋回流が発達して衝突面に燃料が衝突しない状態において、衝突面に燃料が衝突するときに燃料が指向する方向から遠ざかるような噴霧を形成できるので、成層運転時には、シリンダヘッド中央の点火プラグに燃料を指向させる特性としつつ、均質運転時には、ピストンが比較的下にある状態で、シリンダ壁への燃料付着を回避して広範囲に燃料を噴射させることができるという効果がある。
【００２６】
請求項４記載の発明によると、旋回流が発達して衝突面に燃料が衝突しない状態において、噴霧の中心軸を噴孔の軸に対して傾けることができ、シリンダ壁への燃料付着を回避しつつ広範囲に燃料を噴射させることができるという効果がある。
請求項５記載の発明によると、ピストンが比較的下にある状態で、シリンダ壁近傍に設けられた燃料噴射弁から、シリンダ壁への燃料付着を回避しつつ広範囲に燃料を噴射させることができるという効果がある。
【００２７】
請求項６記載の発明によると、燃料衝突部材によって燃料の向きを変える方向を一定に保持して、所望の方向に燃料を指向させることができるという効果がある。
請求項７記載の発明によると、噴射時間を制限することで、旋回流が発達する過渡状態のうちに噴射が中止され、噴射される燃料のすべてを燃料衝突部材に衝突させて向きを変え、所望の方向に燃料を供給させることができるという効果がある。
【００２８】
請求項８記載の発明によると、混合気を成層化するときには、旋回流が発達する過渡状態のうちに噴射を中止させる燃料噴射を繰り返し行わせることで、所望の局所領域に必要量の燃料を供給できる一方、旋回流が定常状態に達した状態での燃料噴射を行わせることで、シリンダ内の広範囲に燃料を噴射して均質な混合気を形成することができるという効果がある。
【００２９】
請求項９記載の発明によると、旋回流の発達を抑制して、燃料噴射部材に衝突させる燃料噴射をより確実に実行させることができるという効果がある。
請求項１０記載の発明によると、混合気を成層化する運転条件において、所望の局所領域に必要量の燃料を確実に供給できるという効果がある。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、内燃機関の燃料噴射弁を示す部分拡大断面図である。
この図１において、有底筒状のノズルボディ１の底部１ａに噴孔２が開口され、該噴孔２の内部側の端部は、すり鉢状のシート面３を形成する。
【００３１】
また、前記ノズルボディ１の中空部には、ニードルバルブ４が、ノズルボディ１と同軸に軸方向移動可能に内設される。
前記ニードルバルブ４は、図示省略したスプリングによって図で下向きに付勢され、該付勢力によって先端の円錐状部が前記シート面３に着座することで噴孔２が閉塞され、図示省略した電磁コイルの磁気吸引力によって前記スプリングの付勢力に抗してニードルバルブ４をリフトさせると、前記シート面３から先端の円錐状部が離間して噴孔２が開口され、ノズルボディ１の基端側から所定高圧で供給される燃料が噴射される構成となっている。
【００３２】
前記シート面３の上流側には、噴射される燃料に旋回力を与える旋回力付与部材としてのスワールチップ５が介装される。
前記スワールチップ５は、円板状の部材であって、中央に前記ニードルバルブ４が貫通する開口部６が形成されると共に、一方面に開口部６と外周壁とを連通させる複数のスワール溝７が軸に対して偏心して設けられている。
【００３３】
そして、前記スワールチップ５は、スワール溝７が形成される側をノズルボディ１の先端側に向けて、ノズルボディ１の底部１ａに重ねるようにして設置され、前記スワール溝７と底部１ａとによって噴孔２に対して偏心した燃料供給路が形成される。
スワールチップ５の外周壁には、他方端から一方端のスワール溝７に連通する縦溝８がスワール溝７毎に形成されており、ノズルボディ１の基端側から供給される燃料は、前記縦溝８を介してスワール溝７に流れ込む。
【００３４】
また、スワール溝７の中心側の端部は、開口部６側に開放された凹陥室９に連通し、該凹陥室９は、前記底部１ａ及びニードルバルブ４と共に、スワール溝７とシート面３との間の燃料溜まりを構成する。
上記構成において、スワール溝７が噴孔２に対して偏心して設けられることから燃料に旋回力が与えられ、噴孔２から円錐状の液膜を形成して噴射される。
【００３５】
前記ニードルバルブ４の先端から延設され、前記噴孔２を貫通して外部に突出するピン１０が設けられ、該ピン１０の先端には円板状の燃料衝突部材１１が取り付けられている。
前記燃料衝突部材１１は、噴孔２の内径と略同程度の外径に形成されると共に、ノズルボディ１側の面（以下、衝突面という）１１ａが平らに形成され、噴孔２の投影空間を斜めに閉塞するように、前記ピン１０の先端に傾けて取り付けられる。
【００３６】
また、シート部３から噴孔２の開放端縁までの長さｈが、シート部３から前記衝突面１１ａまでの距離Ｐが長くなるほど長くなるように、前記噴孔２が開口される底部１ａの厚さを徐々に変化させてある。
尚、本実施形態では、シート部３から噴孔２の開放端縁までの長さｈを徐々に変化させる構成としたが、例えばシート部３から前記衝突面１１ａまでの距離Ｐを長い側と短い側とに２分割し、該２分割に対応してシート部３から噴孔２の開放端縁までの長さｈを２段階に変化させる構成としても良い。
【００３７】
上記構成の燃料噴射弁において、噴射開始直後で前記凹陥室９（燃料溜まり）に溜められていた燃料が噴射される間は、燃料の旋回流が充分に発達しないため、燃料は噴孔２から広がらずに略直進することになり、前記衝突面１１ａに衝突して微粒化し、衝突面１１ａの傾斜に略沿って飛散する方向を変えることになる（図２参照）。
【００３８】
より詳細には、前記衝突面１１ａに燃料が衝突することで、衝突面１１ａと噴孔２の軸とがなす角度θｐに対し、スリップ角γだけ噴孔２から遠ざかる側にずれた方向に飛散する噴霧が形成され、前記スリップ角γとしては、０〜５°程度が見込まれる。
その後、前記凹陥室９（燃料溜まり）に溜められていた燃料が噴射された後も継続して噴射を続けると、スワール溝７を通過した燃料が噴射されることになって燃料の旋回流が発達して徐々に噴霧角が広がり、所定時間後（例えば0.3秒後）には定常的な噴霧形状に落ち着くことになる。
【００３９】
上記定常的な噴霧形状のときには、噴孔２から噴射された燃料が円錐状の液膜を形成して広がることで、前記衝突面１１ａには衝突せずにそのままの方向に飛散するように、前記燃料衝突部材１１の径や、スワールチップ５によって付与される旋回力、更には、燃料衝突部材１１の軸方向の位置を設定してある（図３参照）。
【００４０】
ここで、シート部３から噴孔２の開放端縁までの長さｈが、衝突面１１ａの傾斜に略沿って飛散する側が長く、前記長さｈが長い側では旋回流の抵抗が大きく旋回力が弱められることから、定常状態の噴霧の中心軸は、噴孔２と同軸ではなく、燃料が衝突面１１ａに衝突して衝突面１１ａの傾斜に略沿って飛散する側とは逆側に傾き、噴霧角としては、衝突面１１ａの下方側での噴霧角α２よりも、衝突面１１ａの上方側の噴霧角α１が大きくなる（図３参照）。
【００４１】
尚、図３中の角度β１，β２は、旋回流が充分に発達した状態での噴孔２における液膜の最内径部分と、衝突面１１ａの外周縁とがなす角度であり、噴射の定常状態で、α１＞β１、かつ、α２＞β２となるように設定することで、定常状態での衝突面１１ａへの衝突が回避されるようにしてある。
図４及び図５は、上記特性の燃料噴射弁を、筒内直接噴射式ガソリン機関に適用したときの構成を示す。
【００４２】
図４及び図５に示す筒内直接噴射式ガソリン機関５１は、機関負荷・回転速度などの運転条件に応じて、燃焼室内に均質混合気を形成させる均質運転と、点火プラグ近傍の局所領域に濃い混合気を形成する混合気の成層化を行う成層運転とを切り換える機関である。
そして、図４及び図５に示す機関５１では、ペントルーフ型のシリンダヘッド５２の中心付近に点火プラグ５３を備える一方、前記図１に示したノズルを備えてなる燃料噴射弁５４を、吸気ポート側のシリンダ壁５５付近に、噴孔２が斜め下方に向くように設置してある。
【００４３】
ここで、衝突面１１ａに燃料が衝突して方向を変えるときの飛散方向が、点火プラグ５３を指向するように（図４参照）、前記スリップ角γを考慮して、前記燃料噴射弁５４の衝突面１１ａと噴孔２の軸とがなす角度θｐ（図１参照）を決定する。
尚、スリップ角γが０〜５°程度であれば、前記角度θｐを、燃料衝突部材１１と点火プラグ５３とを結ぶ方向に略合わせることで、点火プラグ５３に対する指向性を確保することができる。
【００４４】
また、旋回流が充分に発達した後で、衝突面１１ａに燃料が衝突せず燃料が飛散するときには、燃料が衝突面１１ａに衝突して衝突面１１ａの傾斜に略沿って飛散する側とは逆側、即ち、燃料噴射弁５４が設置される側のシリンダ壁５５に近づく方向に噴霧の中心が傾くことになるが、このときに、燃料噴射弁５４が設置される側のシリンダ壁５５に略沿って噴射されるようにし、かつ、燃料噴射弁５４が設置される側のシリンダ壁５５に対向するシリンダ壁面に燃料が到達して付着することがないように、前記シート部３から噴孔２の開放端縁までの長さｈ（換言すれば噴霧角α１，α２）を決定する。
【００４５】
前記燃料噴射弁５４と共に燃料噴射制御装置を構成するコントロールユニット６０には、エアフロメータ６１，クランク角センサ６２，スロットル開度センサ６３などからの検出信号が入力され、図６のフローチャートに示すようにして、前記燃料噴射弁５４に駆動信号を出力する。
図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、成層運転領域であるか否かを判別する。
【００４６】
前記コントロールユニット６０には、図７に示すように、予め機関負荷を代表するスロットル開度及び機関回転速度に応じて成層運転領域と均質運転領域とを区分けするマップが備えられており、このマップを参照することでそのときの運転条件が成層運転領域と均質運転領域とのいずれに含まれるかを判別する。
ステップＳ１で、成層運転領域であると判別されると、ステップＳ２へ進み、エアフロメータ６１で検出される吸入空気量，クランク角センサ６２からの信号に基づいて算出される機関回転速度，目標空燃比などから、燃料噴射量（噴射時間）を算出する。
【００４７】
ステップＳ３では、上記燃料噴射量を複数回に分けて噴射するときの噴射回数Ｎを算出する。ここでは、１回の噴射時間が、噴射の開始から旋回流が発達して噴霧角が定常状態の角度α１，α２に広がるまでの過渡状態の時間（例えば0.3秒）以下になるように噴射回数Ｎを決定する。
ステップＳ４では、前記決定された噴射回数Ｎに基づいて、１回当たりの噴射時間（噴射量）を算出する。
【００４８】
ステップＳ５では、ステップＳ４で算出した１回当たりの噴射時間での噴射を、ステップＳ３で決定した噴射回数だけ繰り返す噴射を（図８参照）、機関の圧縮行程後半で行わせる。
尚、噴射を中断させてから再度噴射を開始させるまでの時間は、燃料噴射弁５４において燃料流動が停止するのに必要充分な時間として予め記憶しておく。
【００４９】
上記構成によると、噴射を開始してから旋回流が充分に発達するまでの過渡状態で噴射が中止されることになり、その間に噴射される燃料は衝突面１１ａに衝突して点火プラグ５３を指向し、点火プラグ５３の近傍領域に供給されることになる（図４参照）。
そして、旋回流が発達する過渡状態で中止させる噴射を複数回繰り返すことで、要求される燃料が点火プラグ５３の近傍領域に供給され、これによって、濃い混合気を点火プラグ５３近傍の局所領域を生成することができる。
【００５０】
ここで、衝突面１１ａに衝突して点火プラグ５３に向かう燃料は指向性が強いから、少ない量の燃料で点火プラグ５３近傍の局所領域を所望濃度の混合気場とすることができ、また、衝突面１１ａに燃料を衝突させ点火プラグ５３を指向させる構成であるから、定常状態での噴霧角を指向性確保のために狭くする必要がなく、定常状態で広範囲の燃料噴射を行える。
【００５１】
一方、ステップＳ１で均質運転領域であると判別されたときには、ステップＳ６へ進み、噴射回数Ｎを１回に設定し、ステップＳ７では、要求噴射量に相当する噴射時間を算出する。
そして、ステップＳ８では、吸気行程若しくは圧縮行程前半で前記算出された噴射時間による１回の噴射を行わせる（図９参照）。
【００５２】
均質運転では、必要な燃料を１回で噴射することから、噴射を開始してから旋回流が充分に発達するまでの過渡状態を超えて噴射が継続されることになり、噴射開始直後は、噴射された燃料が衝突面１１ａに衝突することになるが、その後旋回流が発達して噴霧角が広がることで、衝突面１１ａに衝突しないようになり、シリンダ内の広範囲に燃料が供給されることになる。
【００５３】
ここで、前記シート部３から噴孔２の開放端縁までの長さｈの設定によって、噴霧中心が点火プラグ５３から離れる方向に傾くと共に、対向するシリンダ壁に近い側の燃料噴霧ほどその貫通力が弱くなるから、吸気行程若しくは圧縮行程前半のピストン５６が比較的下に位置する状態で、シリンダ壁に対する燃料の付着を回避しつつ、広範囲に燃料を供給でき、均質な混合気を良好に形成することができる（図５参照）。
【００５４】
ところで、燃料噴射弁５４の凹陥室９（燃料溜まり）の体積が小さいと、噴射開始後直ぐに、スワール溝７を通過して旋回力が与えられた燃料が噴射されることになり、旋回流が発達するまでの過渡時間が短くなって、１回の噴射で衝突面１１ａに衝突させて点火プラグ５３の近傍に供給できる燃料量が少なくなり、より多くの噴射回数が必要になってしまう。
【００５５】
そこで、凹陥室９（燃料溜まり）の体積をＶ、成層運転領域における最大必要燃料量をＱ、許容最大噴射回数をＮとしたときに、
Ｖ＞Ｑ／Ｎ
を満たす体積Ｖを備えるようにすると良い。
即ち、１回の噴射で衝突面１１ａに衝突させて点火プラグ５３に指向させることができる燃料量は、前記体積Ｖで制御されることになり、Ｖ＞Ｑ／Ｎを満たす燃料溜まり体積Ｖを備えるようにすれば、たとえ要求噴射量が多くなっても、噴射回数を許容最大噴射回数Ｎ以内に制限しつつ、要求量の燃料を衝突面１１ａに衝突させながら供給することができる。
【００５６】
また、成層運転領域で短い噴射時間での噴射を繰り返すときに、旋回流の発達を抑制する手段として、燃料噴射弁５４に供給される燃料の圧力を低下させるようにしても良い。燃圧を低下させれば、旋回流の発達が遅れ、衝突面１１ａに衝突する燃料噴射が行える時間が増えることになる。
尚、上記実施形態では、旋回力付与部材としてスワールチップ５を用いる構成としたが、例えば、前記ピン１０に、軸方向の位置によって軸線に対する角度が変化する溝を形成し、該溝に案内されることで燃料に旋回力が付与される構成としても良く、上記構成においては、前記溝が形成されたピン１０が旋回力付与部材に相当することになる。
【００５７】
また、燃料噴射弁５４を装着する機関によって前記角度θｐの要求が変化するので、前記燃料衝突部材１１をピン１０と一体に成形するのではなく、燃料衝突部材１１を別体とし、前記角度θｐの要求毎に用意した複数種の中から選択された燃料衝突部材１１を、ピン１０の先端に圧入や溶接などによって取り付ける構成とすれば、ノズルボディ側を共通化できる。
【００５８】
更に、成層運転領域において、吸気行程若しくは圧縮行程前半で、旋回流が発達して定常に達する比較的長い噴射時間での噴射を行わせて均質混合気を形成させ、圧縮行程後半で、旋回流が発達する前で噴射を停止させる噴射を行わせ、均質混合気場の局所領域に燃料を供給し、混合気を成層化させる構成とすることも可能である。
【００５９】
また、ニードルバルブ４のノズルボディ１に対する相対回転位置が変化すると、衝突面１１ａの向きが変化して、燃料が指向する方向がずれてしまうため、ノズルボディ１に対するニードルバルブ４の相対回転を阻止する嵌合部を設けることが好ましく、例えば図１０に示すように、ニードルバルブ４の外周壁にキー４ａを突出形成する一方、スワールチップ５の外周壁に軸方向に延びるキー溝５ａを形成し、キー４ａをキー溝５ａに嵌合させることで、ニードルバルブ４のリフト動作を許容しつつ、回転方向の動きを規制するようにすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における燃料噴射弁のノズル部分を示す部分拡大断面図。
【図２】図１示の燃料噴射弁における旋回流の発達過渡状態における噴霧特性を示す状態図。
【図３】図１示の燃料噴射弁における旋回流の定常状態における噴霧特性を示す状態図。
【図４】図１示の燃料噴射弁を筒内直接噴射式ガソリン機関に適用したときの旋回流の発達過渡状態における噴霧特性を示す状態図。
【図５】図１示の燃料噴射弁を筒内直接噴射式ガソリン機関に適用したときの旋回流の定常状態における噴霧特性を示す状態図。
【図６】上記筒内直接噴射式ガソリン機関における噴射制御を示すフローチャート。
【図７】上記筒内直接噴射式ガソリン機関における成層運転領域及び均質運転領域を示す線図。
【図８】燃料を点火プラグに指向させて混合気を成層化するときの噴射パターンを示す図。
【図９】燃料を広範囲に供給して均質混合気を形成するときに噴射パターンを示す図。
【図１０】ニードルバルブの回り止めのための嵌合部の例を示す図。
【符号の説明】
１…ノズルボディ
２…噴孔
３…シート面
４…ニードルバルブ
５…スワールチップ
６…吸気ポート
７…スワール溝
８…縦溝
９…凹陥室
１０…ピン
１１…燃料衝突部材
１１ａ…衝突面
５１…機関
５２…シリンダヘッド
５３…点火プラグ
５４…燃料噴射弁
５５…シリンダ壁
５６…ピストン
６０…コントロールユニット
６１…エアフロメータ
６２…クランク角センサ
６３…スロットル開度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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