(57)【要約】【課題】  直接燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁において、点火プラグへ燃料を直接燃料を供給することで燃料に点火を行う、成層燃焼を行う燃料噴射弁の構造を提供する。【解決手段】    燃料噴射弁の複数の噴射孔は上流側、下流側の噴射孔で構成され、点火プラグを指向する噴霧を噴射する噴射孔は、下流側の噴射孔が点火プラグの方向に偏芯することを特徴とした燃料噴射弁。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に複数の噴射孔が形成された燃料噴射弁において、
前記複数の噴射孔のうち、上流側に形成される第１上流孔と、前記第１上流孔と繋がって形成されるとともに前記第１上流孔に対して径が異なる下流側に形成される第１下流孔とで形成され、
第１上流孔から噴出される噴霧の一部が第１下流孔にガイドされるよう第１下流噴孔の中心軸が第１上流孔の中心軸に対して偏芯した位置に配置され、該複数の噴射孔のうち少なくとも１つの点火プラグを指向する噴孔は点火プラグの方向に偏芯して配置されることを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射弁において、複数の噴射孔のうち少なくとも１つの噴射孔は、点火プラグ以外の方向に偏芯することを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料噴射弁において、燃焼室のセンタ位置にマウントされ直接点火プラグに燃料を供給する成層燃焼を行うことに使用されることを特徴とした燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射弁、燃料噴射弁の制御装置、及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
直接燃焼室に燃料を噴射する内燃機関に搭載される燃料噴射弁において、複数孔の噴射孔を有する燃料噴射装置では、燃焼室内の意図する噴射方向に燃料を噴射孔毎に異なった方向に噴射することで、燃費・排気等の良好な燃焼状態を実現している。一方、燃焼室内の燃料の状態を均質に燃焼するか、成層に燃焼するかによっても、燃料を有効に使う方法が異なり、燃費、排気を改善する方法は異なる。
【０００３】
ここで、特許文献１によれば複数孔の噴射孔から噴射される燃料の噴射方向や噴射孔の構造によって、ペネトレーションを変更する構造が開示されている。特に噴射孔から噴射される燃料が噴射孔を構成するガイド領域から噴射された下流側の拡散領域を構成する座繰りに干渉せずに噴射する方法が開示されている。本発明によれば燃料噴射弁の中心軸に対してガイド領域の中心軸が遠い側に偏芯することで、噴霧が出口端部に干渉することなく噴射されることが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２によれば、燃料噴射弁の弁体のリフト量や噴射孔の構造によって点火プラグのギャップに供給する噴霧の形態を変更することで、成層燃焼時に点火を実現する手段が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１６６０号公報
【特許文献２】特開２００６−５７６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
直接燃焼室に燃料を噴射する内燃機関においては、指向する方向や噴射孔毎の噴射量によって、燃焼室の壁面や点火プラグ、ピストン、吸気バルブ等に付着する燃料によって燃費、排気が悪化する懸念がある。
【０００７】
先に示した特許文献１（特開２０１４−１６６０号公報）によれば、燃料噴射弁の噴孔の拡散領域を構成する座繰りを偏芯させることで、噴射孔自体に付着する燃料を抑制することは開示されているが、噴射した先の燃焼室内の燃料の付着を抑制する方法についてはガイド領域で決定される噴射方向で決まってしまう。また、燃焼室内の混合気を点火プラグ周りに層状に集めて希薄な状態で燃焼を実施する成層燃焼においては、点火プラグの液滴の付着を抑制しつつ、燃焼を実現する手段が必要である。また、特許文献２によると、直接点火プラグに供給する燃料噴射弁の構造が開示されているが、噴射孔の座繰りに関する記載はなく、噴射孔から広がる噴霧の形状に関して、点火プラグ方向に広げる方法に課題がある。
そこで、本発明では噴射孔から噴射される燃料の点火プラグへの付着を抑制しつつ、成層燃焼を実現するための燃料噴射弁を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を解決するために本発明では、複数の噴射孔を有する燃料噴射弁において、噴射孔の構成によって点火プラグへ直接燃料を供給し成層燃焼を実現する燃料噴射弁の構造を提供することで課題を解決する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の燃料噴射弁および燃料噴射弁によれば、ピストンや燃焼室壁面への燃料の付着を低減し燃費・排気性能を向上することができる燃料噴射弁を提供することができる。  
前記した以外の課題、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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】燃料噴射弁の構成図を示す。
【図２】燃料噴射弁の噴射孔の構成図を示す。
【図３】燃料噴射弁の噴射孔と噴霧の関係図を示す。
【図４】噴射孔３０１ａの中心軸と点火プラグ方向へ最も偏芯している面の断面を示す。
【図５】燃料噴射弁の噴射孔と噴霧の関係図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に関する燃料噴射弁の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【実施例】
【００１２】
本実施例の先端部に複数の噴射孔が形成された燃料噴射弁は、複数の噴射孔のうち、上流側に形成される第１上流孔と、第１上流孔と繋がって形成されるとともに前記第１上流孔に対して径が異なる下流側に形成される第１下流孔とで形成される。そして、第１上流孔から噴出される噴霧の一部が第１下流孔にガイドされるよう第１下流噴孔の中心軸が第１上流孔の中心軸に対して偏芯した位置に配置され、該複数の噴射孔のうち少なくとも１つの点火プラグを指向する噴孔は点火プラグの方向に偏芯して配置されることを特徴としている。
【００１３】
また、複数の噴射孔のうち少なくとも１つの噴射孔は、点火プラグ以外の方向に偏芯する。また、燃焼室のセンタ位置にマウントされ直接点火プラグに燃料を供給する成層燃焼を行うことに使用されることを特徴とした。
【００１４】
図１に示す燃料噴射弁において、弁本体１０２はノズルホルダ１０３とコア１０４とハウジング１０５から構成される。図示しない高圧燃料ポンプからの燃料は、燃料通路１０６を介して、複数の燃料噴射孔１０７を通って吐出される。弁体１０８は、アンカー１０９を介して軸方向に摺動可能にノズルホルダ１０３内に収納されている。スプリング１１０は、弁体１０８とアジャスタピン１１１との間に配置され、アジャスタピン１１１によってスプリング１１０の上端部の位置が拘束される。
【００１５】
スプリング１１０が弁体１０８をシート部材１１２のシート部１１３に押し付けることによって燃料噴射孔１０７は閉弁している。ソレノイド１１４は、アンカー１０９の上部に配置されソレノイド１１４に図示しない駆動回路からの駆動電流を受けて、ソレノイド１１４に通電される、これにより、コア１０４が励磁されることで磁気吸引力を生じ、アンカー１０９を軸方向に引き上げる。それに伴い、弁体１０８がアンカー１０９によって軸方向に引き上げられる。このとき、弁体１０８がシート部１１３から離れ、ガイド１１５、１１６が弁体１０８を摺動方向にガイドする。そして複数の燃料噴射孔１０７が開き、図示しない高圧燃料ポンプによって加圧、圧送された燃料が燃料通路１０６を通過し、燃料を噴射する。
【００１６】
続いて図２を用いて燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧挙動について説明する。燃料噴射弁２０１から噴霧２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃが燃焼室２０６内に噴射されるこの時、２０１ａは点火プラグ２０２に向かって噴射される。それと同時に２０１ｂは燃焼室壁面２０７に向かって噴射される。また、２０１ｃも同様に２０１ｂのやや下方のピストン側に向かって噴射される。ここで２０１ｂ、２０１ｃは説明を簡単にするため１つの噴霧で表示するが、２つ以上の噴孔から噴射される噴霧で構成されることが望ましい。
【００１７】
燃料噴射弁２０１が噴射するタイミングは、燃焼室内の状態を均質混合させて点火するか、点火プラグ３０２周辺に混合気を集め層状に点火する燃焼させる成層燃焼を行うかにより異なり、本説明では、燃焼室内に層状に燃料を混合させて点火する形態を取る噴射形態を用いて説明する。エンジンの吸気工程中に空気を吸入し、圧縮工程において点火までの期間の間に燃料噴射弁２０１から噴射することで点火プラグ周りに混合気を集中させることで点火を実現する。以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１８】
前記噴射を実行した際、燃焼室内に拡散した燃料は、ピストン２０５、燃焼室壁面２０７に到達して燃料の付着となる。このとき、ペネトレーションを短くすることができれば、燃料の付着を低減することができるが、前記混合の促進のためには短か過ぎると、混合の悪化を招くため、燃焼室の形状、例えばボアやストローク、スロットル弁４、吸気弁３０３の開弁量、図示しない吸気ポート内に取り付けられたタンブルコントロールバルブ等によって変化する燃焼室内の空気流動によって変更することが望ましい。噴霧２０１ａは点火プラグ２０２に最も近接して噴射するために、後述する噴射孔の構造から噴霧が点火プラグ方向に向かって噴射される。
図３において複数の噴射孔は３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、で構成される。説明の都合上５孔で表記するが、点火プラグ近傍へ指向する噴霧と燃焼室内に噴射する構成上５孔以上で構成されることが望ましい。
【００１９】
噴射孔３０１は、図２における点火プラグ方向を指向する２０１ａを噴射する噴射孔を示している。噴射孔３０１は、上流側に形成される上流孔３０１ａと、前記上流孔３０１ａと繋がって上流孔の下流側に形成され、かつ前記上流孔に対して径が異なる下流孔３０１ｂとで形成され、前記上流孔３０１ａの中心軸に対して前記下流孔３０１ｂの中心軸が点火プラグ側に偏芯して形成される。
続いて図４の断面は、噴射孔３０１ａの中心軸と点火プラグ方向へ最も偏芯している面の断面を示している。噴射孔４０１は図示しない燃料通路４０１ａの上流側流路を通過した後、上流側の噴射孔４０２ａを通過し下流側噴射孔４０２ｂに流れ出る。このとき上流側噴射孔４０２ａをでは噴射方向と噴射孔を通過する際の流路抵抗によって噴射量を調整する役目をもっている。
【００２０】
続いて、噴射孔４０１ａから噴射孔４０１ｂに燃料が流れ出た際、噴霧は燃料噴射弁の径方向の流速に従い噴霧は拡散する。その際に噴射孔が偏芯によって狭くなっている側壁４０１ｄに噴霧が衝突することで噴霧が拡散するのを抑制する。このとき、点火プラグ方向に偏芯している噴射孔は広がっているため、側壁４０１ｅに衝突することなく噴霧が拡散して広がる。つまりは、側壁４０１ｄに衝突する方向の噴霧は広がらず、４０１ｅの側壁に衝突しない方向の噴霧は広がりをもって噴霧が拡散する噴霧形状となる。
【００２１】
本噴射孔の構造とすることにより、１つの孔から噴射される燃料のうち点火プラグ側に供給する側にのみ燃料を噴霧で供給することができるため、点火プラグの付着を少なく、燃焼室内全体の混合比を希薄な状態で点火することができる。下流側４０１ｂの更に下流側に形成される４０１ｃは、前記の噴霧を抑制しないよう、噴射孔４０１ｂの径よりも大きい径で形成され、噴射孔４０１ｃの長さは、４０１ｃよりも短い長さとすることで、点火プラグへ指向する噴霧が噴射孔に干渉し難い噴射孔とすることができる。
続いて図５の点火プラグを指向する噴霧と点火プラグの電極のギャップ間に供給する噴霧の形状について説明する。点火プラグ５０１は、燃料噴射弁の先端５０２から噴射される燃料５０２ａに噴射される燃料に直接点火すべく点火プラグのギャップに到達した際に点火を実行する。この時、５０２ａは前記の図４で構成される噴射孔によって噴射された噴霧によって点火プラグのギャップに燃料が供給されることで点火を実行する。このとき、点火プラグの放電を噴霧側に近づけても良い。この点火プラグ５０１に供給された燃料５０２ａによって、点火を実現することで燃焼室内全体の混合比を希薄とすることができ、燃費・排気を改善することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１０２  弁本体
１０４  コア
１０７  複数の燃料噴射孔
１０８  弁体
１０９  アンカー
１１０  スプリング
１１２  シート部材
１１３  シート部
１１４  ソレノイド
２０１  燃料噴射弁
２０１ａ  点火プラグに最も近接した噴霧
２０１ｂ  燃焼室壁面方向への噴霧
２０１ｃ  ピストンに最も近接した噴霧
３０１  点火プラグに最も近接した噴霧を噴射する噴射孔
３０１ａ  ４０１を構成する上流側噴射孔
３０１ｂ  ４０１を構成する下流側噴射孔
３０１ｃ  ４０１を構成する最下流側噴射孔
４０１  燃料の流れ
４０１ａ  下流側噴射孔
４０１ｂ  下流側噴射孔の狭い側の側壁
４０１ｃ  下流側噴射孔の広い側の側壁
４０１ｄ  噴射孔の側壁と噴霧の衝突部
４０１ｅ  噴射孔の側壁の衝突を抑えて広がる噴霧の方向
【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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