(57)【要約】【課題】直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる燃料噴射弁および直接噴射式内燃機関を提供する。【解決手段】インジェクタ２０は、ノズルボディ２０３の先端部分の同一円周上の複数方向に対して設けられ、キャビティ１２の外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される第１燃料噴射孔２０１と、ピストン１１の外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される第２燃料噴射孔２０２と備えることにより、第１燃料噴射孔２０１からキャビティ内に略均一に燃料を噴射することができ、第２燃料噴射孔２０２からボア全体に略均一に燃料を噴射することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの頂面に凹状に形成されたキャビティの中心軸が前記ピストンの中心軸に対してオフセットされた燃焼室を有する直接噴射式内燃機関の気筒内に先端部分を突出して設けられる燃料噴射弁であって、
前記先端部分の同一円周上の複数方向に対して設けられ、前記キャビティの外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される第１燃料噴射孔と、
前記第１燃料噴射孔と異なる前記先端部分の同一円周上の複数方向に対して設けられ、前記ピストンの外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される第２燃料噴射孔と、
を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記第２燃料噴射孔は、前記第１燃料噴射孔よりも前記直接噴射式内燃機関のシリンダヘッド寄りの前記先端部分に設けられることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記第２燃料噴射孔は、前記ピストンの摺動方向に直交する面に対する前記第１燃料噴射孔の配置方向と異なる方向に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記第１燃料噴射孔からの燃料噴射量を任意に調整する第１調整手段と、前記第２燃料噴射孔からの燃料噴射量を任意に調整する第２調整手段と、を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記燃料噴射弁を備える直接噴射式内燃機関であって、
前記直接噴射式内燃機関の出力に基づいて、前記第１調整手段と前記第２調整手段とを制御する燃料噴射制御手段を備えることを特徴とする直接噴射式内燃機関。
【請求項６】
前記燃料噴射制御手段は、前記直接噴射式内燃機関の出力がより低い場合に前記第１燃料噴射孔から燃料を噴射させ、前記直接噴射式内燃機関の出力がより高い場合に前記第２燃料噴射孔から燃料を噴射させることを特徴とする請求項５記載の直接噴射式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁および直接噴射式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費の向上および排気エミッションの低減を目的として、直接噴射式内燃機関の運転領域に応じて燃料噴射を段階的に実行可能な燃料噴射弁が知られている。
【０００３】
このような燃料噴射弁としては、第１および第２の噴射孔が形成されたボディと、ボディに摺動自在に収容されて第１の噴射孔を開閉する第１ニードルと、第１ニードルに摺動自在に収容されて第２の噴射孔を開閉する第２ニードルと、を備えることにより、第１および第２の噴射孔を段階的に開放可能な可変噴孔ノズル式の燃料噴射弁が特許文献１に開示されている。
【０００４】
また、その他本発明と関連性があると考えられる技術が特許文献２および３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２０９０４号公報
【特許文献２】特開２００３−２１４２９７号公報
【特許文献３】実開平０１−１５２０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ディーゼル機関に代表される直接噴射式内燃機関は、ピストン頂面の中央部に凹状の燃焼室（キャビティ）を設けて、燃料噴射弁の先端部分をキャビティの中心軸、すなわちピストン（またはボア）の中心軸に一致するように設置する構成が広く採用されている。一方で、特に小径ボアの小型ディーゼル機関では、燃料噴射弁の先端部分をピストンの中心軸に一致するように設置することがレイアウト的に困難な場合がある。そこで、例えば小型の直接噴射式内燃機関においては、レイアウト性の向上を図るために燃料噴射弁の先端部分の設置位置をピストンの中心軸に対してオフセットさせて、更に、キャビティの中心軸を燃料噴射弁の先端部分の設置位置に一致させた構成が採用されることが多い。
【０００７】
このようなレイアウトの直接噴射式内燃機関では、燃料噴射弁の先端部分がキャビティの中心軸に一致するよう設置されているために、キャビティ内に略均一に燃料を噴射することができることから、燃焼室内での燃焼割合が高い低速・中負荷運転領域において良好な燃焼性を得ることができる。その一方で、燃料噴射弁の先端部分の設置位置がピストンの中心軸に対してオフセットされているために、ボア全体に略均一に燃料を噴射することが困難であることから、燃焼室外での燃焼割合が高い高速・高負荷運転領域においては燃焼性が悪化してしまう。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の技術では、燃料噴射弁の先端部分の設置位置およびキャビティの中心軸がピストンの中心軸に対してオフセットされた場合に、直接噴射式内燃機関のボア全体に略均一に燃料を噴射することができない。このように、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することが困難である、といった問題点がある。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる燃料噴射弁および直接噴射式内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、ピストンの頂面に凹状に形成されたキャビティの中心軸が前記ピストンの中心軸に対してオフセットされた燃焼室を有する直接噴射式内燃機関の気筒内に先端部分を突出して設けられる燃料噴射弁であって、前記先端部分の同一円周上の複数方向に対して設けられ、前記キャビティの外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される第１燃料噴射孔と、前記第１燃料噴射孔と異なる前記先端部分の同一円周上の複数方向に対して設けられ、前記ピストンの外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される第２燃料噴射孔と、を備えることを特徴とする。
上記の構成により、燃料噴射弁の先端部分の設置位置およびキャビティの中心軸がピストンの中心軸に対してオフセットされた直接噴射式内燃機関において、第１燃料噴射孔からキャビティ内に略均一に燃料を噴射することができ、第２燃料噴射孔からボア全体に略均一に燃料を噴射することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる。
【００１１】
特に、本発明の燃料噴射弁は、前記第２燃料噴射孔が、前記第１燃料噴射孔よりも前記直接噴射式内燃機関のシリンダヘッド寄りの前記先端部分に設けられる構成とすることができる。
上記の構成により、よりキャビティに近い位置に設けられた第１燃料噴射孔からキャビティ内に略均一に燃料を噴射することができ、よりキャビティから離れた位置（シリンダヘッド寄り）に設けられた第２燃料噴射孔からボア全体に略均一に燃料を噴射することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる。
【００１２】
また、本発明の燃料噴射弁は、前記第２燃料噴射孔が、前記ピストンの摺動方向に直交する面に対する前記第１燃料噴射孔の配置方向と異なる方向に配置される構成とすることができる。
上記の構成により、第１燃料噴射孔から噴射される燃料と、第２燃料噴射孔から噴射される燃料とが気筒内で互いに重なり合うことを抑制することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる。
【００１３】
そして、本発明の燃料噴射弁は、前記第１燃料噴射孔からの燃料噴射量を任意に調整する第１調整手段と、前記第２燃料噴射孔からの燃料噴射量を任意に調整する第２調整手段と、を備える構成とすることができる。
上記の構成により、第１燃料噴射孔および第２燃料噴射孔からの燃料噴射量を任意に調整することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる。
【００１４】
更に、本発明は、前記燃料噴射弁を備える直接噴射式内燃機関であって、前記直接噴射式内燃機関の出力に基づいて、前記第１調整手段と前記第２調整手段とを制御する燃料噴射制御手段を備えることを特徴とする。
上記の構成により、直接噴射式内燃機関の出力に基づいて、第１燃料噴射孔および第２燃料噴射孔からの燃料噴射量を適切に制御することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる。
【００１５】
また、本発明の直接噴射式内燃機関は、前記燃料噴射制御手段が、前記直接噴射式内燃機関の出力がより低い場合に前記第１燃料噴射孔から燃料を噴射させ、前記直接噴射式内燃機関の出力がより高い場合に前記第２燃料噴射孔から燃料を噴射させる構成とすることができる。
上記の構成により、燃焼室内での燃焼割合が高い低出力の運転領域では第１燃料噴射孔からキャビティ内に略均一に燃料を噴射することができ、燃焼室外での燃焼割合が高い高出力の運転領域では第２燃料噴射孔からボア全体に略均一に燃料を噴射することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の燃料噴射弁および直接噴射式内燃機関によれば、燃料噴射弁の先端部分の設置位置およびキャビティの中心軸がピストンの中心軸に対してオフセットされた直接噴射式内燃機関において、第１燃料噴射孔からキャビティ内に略均一に燃料を噴射することができ、第２燃料噴射孔からボア全体に略均一に燃料を噴射することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例のエンジンシステムの一構成例を示した図である。
【図２】インジェクタの概略構成を示している。
【図３】インジェクタの燃料の噴霧軸線の一例を示している。
【図４】エンジンの低速運転領域における燃焼状態の一例を示している。
【図５】エンジンの高速運転領域における燃焼状態の一例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１９】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の燃料噴射弁を搭載したエンジンシステム１の一構成例を示した図である。なお、図１にはエンジンの一部の構成のみを示している。
【００２０】
図１に示すエンジンシステム１は、動力源であるエンジン１００を備えており、エンジン１００の運転動作を総括的に制御するエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０を備えている。また、エンジンシステム１は、エンジン１００の気筒内に燃料を直接噴射するインジェクタ２０を備えている。
【００２１】
エンジン１００は、車両に搭載される多気筒ディーゼルエンジンであって、各気筒は燃焼室を構成するピストン１１を備えている。各気筒のピストン１１は、エンジン１００のシリンダに摺動自在に嵌合されており、それぞれコネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフトに連結されている（図示しない）。
【００２２】
エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ３２からの吸入空気量、クランク角センサ３１からのピストン１１の位置等の情報に基づき、燃料の噴射量および噴射タイミングを決定しインジェクタ２０に信号を送る。インジェクタ２０は、エンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量および噴射タイミングで気筒内に燃料を噴射する。インジェクタ２０より噴射された燃料は、気筒内で霧化し、吸気弁の開弁に伴って気筒内へ流入する吸入空気と混合気を形成する。そして、混合気は、ピストン１１の上昇運動により気筒内で圧縮されて着火することで燃焼し、気筒内を膨張させてピストン１１を下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフトの軸回転に変更されることにより、エンジン１００は動力を得る。この場合、エンジン１００は、軽油を燃料とするディーゼル機関に限定されずに、他の内燃機関であってもよい。
なお、エンジン１００は、本発明の直接噴射式内燃機関の一構成例である。
【００２３】
クランクシャフトの軸の近傍には、クランク角センサ３１が設けられている。クランク角センサ３１は、クランクシャフト軸の回転角度を検出するように構成されており、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の回転数など、クランク角に関する情報を取得する。
【００２４】
エンジン１００の吸気通路にはエアフロメータ３２、スロットルバルブおよびスロットルポジションセンサが設置されている。エアフロメータ３２およびスロットルポジションセンサは、それぞれ吸気通路を通過する吸入空気量、スロットルバルブの開度を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて吸気ポートおよび燃焼室へ導入される吸入空気量を認識し、スロットルバルブの開度を調整することでエンジン１００のガバナー制御を実行しつつ、吸気騒音を低減させる。
スロットルバルブは、ステップモータを用いたスロットルバイワイヤ方式を適用することが好ましいが、例えばステップモータの代わりにワイヤなどを介してアクセルペダル（図示しない）と連動し、スロットルバルブの開度が変更されるような機械式スロットル機構を適用することもできる。
【００２５】
アクセル開度センサ３３は、運転者のアクセル操作量を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいてアクセル開度を認識する。アクセル開度センサ３３としては、ホール素子や作動トランス方式を採用した一般的なセンサを適用することができる。
【００２６】
ピストン１１は、その頂面に凹状に形成されたキャビティ１２を有する。キャビティ１２は円環状であって、その中心軸は、ピストン１１の中心軸に対してオフセットしており、シリンダヘッド１５からのインジェクタ２０の気筒内への突出部分（ノズルボディ２０３の先端部分）の設置位置と一致（又はほぼ一致）している。ピストン１１は、キャビティ１２の底面の中央部に突起部１３が形成されており、突起部１３から連続するなだらかな曲面によってキャビティ１２の壁面が形成されている。突起部１３の周囲は円環状の空間となっており、この空間内でスワール流が旋回する。キャビティ１２の壁面は、キャビティ１２の開口部に近づくにつれて内径側に絞られており、開口部付近には内径側に突出するリップ１４が形成される。このように、ピストン１１はリエントラント型燃焼室を構成する。この場合、ピストン１１は、リエントラント型燃焼室に限られずに、エンジン１００の仕様に応じて任意の燃焼室形状を採用することができる。
【００２７】
エンジン１００は、インジェクタ２０、図示しないコモンレール、低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプ等より構成されるコモンレール式燃料噴射システムを備えている。
燃料タンクより低圧燃料ポンプにより吸引された燃料は、高圧燃料ポンプにてコモンレールへ高圧で吐出し蓄圧される。コモンレールは、インジェクタ２０に供給する高圧燃料を蓄圧する容器である。高圧燃料ポンプから圧送された燃料は、コモンレール内で噴射に必要な圧力まで蓄圧され、高圧配管を通じて各燃焼室のインジェクタ２０に供給される。また、コモンレールにはレール圧センサおよび減圧弁が設けられている。エンジンＥＣＵ１０は、レール圧センサから出力されたコモンレール内部の燃圧が規定値を超えた場合に、減圧弁を開放するように指示する。そして、減圧弁より燃料を排出することで、コモンレール圧が常に規定値以下になるよう調整する。減圧弁より排出された燃料は、リリーフ配管を通って燃料タンクへと戻される。
【００２８】
エンジン１００の各気筒には、それぞれインジェクタ２０が装着されている。インジェクタ２０は、シリンダヘッド１５からノズルボディ２０３の先端部分が気筒内に突出する構成であって、先端部分の設置位置がピストン１１の中心軸に対してオフセットされており、キャビティ１２の中心軸と一致（又はほぼ一致）している。
コモンレールより高圧配管を通じて供給された燃料は、エンジンＥＣＵ１０の指示によりインジェクタ２０にて気筒内に噴射供給される。エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ３２からの吸入空気量、およびクランク角センサ３１からのピストンの位置の情報等に基づき、燃料噴射量と噴射タイミングを決定しインジェクタ２０に信号を送る。インジェクタ２０はエンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量・噴射タイミングにて気筒内へ燃料を高圧噴射する。インジェクタ２０のリーク燃料は、リリーフ配管を通じて燃料タンクへと戻される。この場合、インジェクタ２０は、エンジン１００の仕様およびレイアウト要求に応じて気筒内の任意の位置に装着することができる。
なお、インジェクタ２０は、本発明の燃料噴射弁の一構成例である。
【００２９】
図２は、インジェクタ２０の概略構成を示している。なお、図２にはインジェクタの一部の構成のみ（ノズルボディ２０３の先端部分近傍）を示している。
インジェクタ２０は、第１燃料噴射孔２０１および第２燃料噴射孔２０２が形成されたノズルボディ２０３と、ノズルボディ２０３に摺動自在に収容され、第２燃料噴射孔２０２を開閉する筒状のアウタニードル２０４と、アウタニードル２０４に摺動自在に挿通され、第１燃料噴射孔２０１を開閉するインナニードル２０５と、第２燃料噴射孔２０２を閉止する方向にアウタニードル２０４を付勢するアウタニードルセットスプリング２０６と、第１燃料噴射孔２０１を閉止する方向にインナニードル２０５を付勢するインナニードルセットスプリング２０７とを有して構成されている。
【００３０】
インジェクタ２０は、第１背圧室２０８および第２背圧室２０９を有しており、この二つの背圧室に連通する燃料流路は、電磁弁で実現された背圧制御弁２１０によって自在に切り替えられる。背圧制御弁２１０が第１背圧室２０８および第２背圧室２０９と供給側流路２１２とを連通させると、高圧燃料が第１背圧室２０８および第２背圧室２０９に導入され、この結果、アウタニードル２０４及びインナニードル２０５は背圧により閉孔方向に付勢される。一方、背圧制御弁２１０が第１背圧室２０８および第２背圧室２０９と排出側流路２１１とを連通させると、第１背圧室２０８および第２背圧室２０９からの高圧燃料の排出が始まる。この結果、アウタニードル２０４及びインナニードル２０５にかかる背圧が低下し、背圧に基づく付勢力も低下する。さらにこの付勢力とインナニードルセットスプリング２０７の弾性力（付勢力）との和が噴射用に供給される燃料の燃圧に基づく付勢力よりも小さくなると、インナニードル２０５が第１燃料噴射孔２０１を開放する方向に移動を始め、第１燃料噴射孔２０１からの燃料噴射が始まる。同様に、背圧に基づく付勢力とアウタニードルセットスプリング２０６の弾性力（付勢力）との和が噴射用に供給される燃料の燃圧に基づく付勢力よりも小さくなると、アウタニードル２０４が開孔方向に移動を始め、第２燃料噴射孔２０２からの燃料噴射が始まる。
【００３１】
インジェクタ２０は、背圧制御弁２１０が第２背圧室２０９と供給側流路２１２とを連通させたまま、第１背圧室２０８と排出側流路２１１とを連通させると、インナニードル２０５のみがリフトして、第１燃料噴射孔２０１のみが開放される。一方、背圧制御弁２１０が第１背圧室２０８と供給側流路２１２とを連通させたまま、第２背圧室２０９と排出側流路２１１とを連通させると、アウタニードル２０４のみがリフトして、第２燃料噴射孔２０２のみが開放される。このように、インジェクタ２０は、第１背圧室２０８、第２背圧室２０９内部の燃料圧力を調整することで、第１燃料噴射孔２０１、第２燃料噴射孔２０２をそれぞれ独立して開閉させることができる。
この場合、背圧制御弁２１０は、電磁弁（ソレノイド式）に限られずに、圧電素子を用いたピエゾ式等の他のアクチュエータを適用することもできる。また、本実施例では背圧室を二つ設けているが、アウタニードル２０４とインナニードル２０５とを独立してリフト可能な構成であれば単一の背圧室であってもよい。
なお、インナニードル２０５、第１背圧室２０８および背圧制御弁２１０は、本発明の第１調整手段の一構成例である。また、アウタニードル２０４、第２背圧室２０９および背圧制御弁２１０は、本発明の第２調整手段の一構成例である。
【００３２】
第１燃料噴射孔２０１は、シリンダヘッド１５から気筒内に突出するノズルボディ２０３の先端部分の円周方向に設けられた６孔の燃料噴射孔であって、第２燃料噴射孔２０２よりもピストン１１寄り（下方側）に位置している。第１燃料噴射孔２０１は、ピストン１１に設けられたキャビティ１２の外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される（略等間隔（例えば６０°間隔）で設けられる）ことで、キャビティ１２内に略均一に燃料を噴射可能にする。
【００３３】
第２燃料噴射孔２０２は、シリンダヘッド１５から気筒内に突出するノズルボディ２０３の先端部分の円周方向に設けられた６孔の燃料噴射孔であって、第１燃料噴射孔２０１よりもシリンダヘッド１５寄り（上方側）に位置している。第２燃料噴射孔２０２は、ピストン１１の外周（またはボア円周）を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される（不等間隔で設けられる）ことで、ボア全体に略均一に燃料を噴射可能にする。第２燃料噴射孔２０２は、ピストン１１の摺動方向に直交する面に対する第１燃料噴射孔２０１の配置方向と異なる方向に配置されており、第２燃料噴射孔２０２から噴射される燃料が第１燃料噴射孔２０１から噴射される燃料と気筒内で互いに重なり合うことを抑制する。
【００３４】
図３は、インジェクタ２０の燃料の噴霧軸線の一例を示している。シリンダヘッド１５から気筒内に突出したノズルボディ２０３の先端部分の設置位置はキャビティ１２の中心軸と一致しており、キャビティ１２の中心軸（すなわち、インジェクタ２０の先端部分の設置位置）はピストン１１の中心軸に対してオフセットしている。
第１燃料噴射孔２０１から噴射される燃料は、キャビティ１２の開口部の外周を略６等分する方向に向かって飛散する。一方、第２燃料噴射孔２０２から噴射される燃料は、ピストン１１の外周（またはボア円周）を略６等分する方向であって、第１燃料噴射孔２０１から噴射される燃料と重なり合わない方向に向かって飛散する。このように第１燃料噴射孔２０１および第２燃料噴射孔２０２を設けることで、第１燃料噴射孔２０１からキャビティ内に略均一に燃料を噴射することができ、第２燃料噴射孔２０２からボア全体に略均一に燃料を噴射することができる。
この場合、第１燃料噴射孔２０１および第２燃料噴射孔２０２は、燃料噴射孔の数が６孔に限られず、エンジン１００の仕様に応じて任意の孔数を適用することができる。
【００３５】
図１に戻り、エンジンＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ  ＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の各部に備えられたクランク角センサ３１、エアフロメータ３２、アクセル開度センサ３３等の複数のセンサの検出結果を読み込み、それら検出結果に基づいてエンジン１００の運転動作を統合的に制御する。
【００３６】
更に、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転領域（出力）に基づいて、第１燃料噴射孔２０１からの燃料噴射と第２燃料噴射孔２０２からの燃料噴射とを任意に制御する燃料噴射制御を実行する。以下に、エンジンＥＣＵ１０が実行する燃料噴射制御について説明する。
【００３７】
エンジンＥＣＵ１０は、クランク角センサ３１、エアフロメータ３２、アクセル開度センサ３３等の検出結果に基づいて、エンジン１００の出力（回転数、トルク等）を認識する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、認識したエンジン１００の出力がより低い場合、例えば所定の第１出力未満である場合に、インジェクタ２０のインナニードル２０５をリフトさせ第１燃料噴射孔２０１のみを開放させて燃料の噴射供給を実行する。ここで、第１出力とは、キャビティ１２（燃焼室）内での燃焼割合が高いと判断できるエンジン１００の出力（例えば、低速・中負荷運転領域）であって、予め台上試験等にて求めた出力を適用することができる。
【００３８】
図４は、エンジン１００の低速運転領域における燃焼状態の一例を示している。エンジン１００が低速運転領域の場合は燃焼室（キャビティ）内での燃焼割合が高いために、第２燃料噴射孔２０２からボア全体に燃料を略均一に噴射すると、気筒内の空気利用率が悪く燃焼が偏ってしまいスモーク排出量が増加する（図４（ｂ）参照）。一方、第１燃料噴射孔２０１からキャビティ１２内に略均一に燃料を噴射すると、良好な燃焼性を得ることができ、スモーク排出量を抑制することができる（図４（ａ）参照）。このように、エンジン１００の出力が所定の第１出力未満である場合に、インジェクタ２０の第１燃料噴射孔２０１から燃料の噴射供給を実行することで、低速運転領域での燃費の向上および排気エミッションの低減を達成することができる。
【００３９】
一方、エンジンＥＣＵ１０は、認識した出力がより高い場合、例えば所定の第２出力以上である場合に、インジェクタ２０のアウタニードル２０４をリフトさせ第２燃料噴射孔２０２のみを開放させて燃料を噴射供給させる。ここで、第２出力とは、キャビティ１２（燃焼室）外での燃焼割合が高いと判断できるエンジン１００の出力（例えば、高速・高負荷運転領域）であって、予め台上試験等にて求めた出力を適用することができる。
【００４０】
図５は、エンジン１００の高速運転領域における燃焼状態の一例を示している。エンジン１００が高速運転領域の場合は燃焼室（キャビティ）外、すなわちボア全体での燃焼割合が高いために、第１燃料噴射孔２０１からキャビティ１２に燃料を略均一に噴射すると、気筒内の空気利用率が悪く燃焼が偏ってしまいスモーク排出量が増加する（図５（ａ）参照）。一方、第２燃料噴射孔２０２からボア全体に略均一に燃料を噴射すると、良好な燃焼性を得ることができ、スモーク排出量を抑制することができる（図５（ｂ）参照）。よって、エンジン１００の出力が所定の第２出力以上である場合に、インジェクタ２０の第２燃料噴射孔２０２から燃料の噴射供給を実行することで、高速運転領域での燃費の向上および排気エミッションの低減を達成することができる。
【００４１】
また、エンジンＥＣＵ１０は、認識したエンジン１００の出力が気筒内全体の空気利用が求められる領域（例えば、第１出力以上であって第２出力未満）である場合には、インジェクタ２０のアウタニードル２０４およびインナニードル２０５をリフトさせ第１燃料噴射孔２０１および第２燃料噴射孔２０２を開放させて燃料を噴射供給させることができる。この制御を実行することにより、キャビティ１２およびボア全体に略均一に燃料を噴射することができるために、良好な燃焼性を得ることができる。
なお、エンジンＥＣＵ１０は、本発明の燃料噴射制御手段の一構成例である。
【００４２】
以上のように、本実施例のインジェクタは、ノズルボディの先端部分の同一円周上の複数方向に対して設けられ、キャビティの外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される第１燃料噴射孔と、ピストンの外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される第２燃料噴射孔と備えることにより、第１燃料噴射孔からキャビティ内に略均一に燃料を噴射することができ、第２燃料噴射孔からボア全体に略均一に燃料を噴射することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができることから、燃費の向上および排気エミッションの低減を達成することができる。
【００４３】
また、本実施例のエンジンシステムは、エンジンの出力がより低い場合にインジェクタの第１燃料噴射孔から燃料を噴射させ、エンジンの出力がより高い場合にインジェクタの第２燃料噴射孔から燃料を噴射させることにより、燃焼室内での燃焼割合が高い低出力の運転領域では第１燃料噴射孔からキャビティ内に略均一に燃料を噴射することができ、燃焼室外での燃焼割合が高い高出力の運転領域では第２燃料噴射孔からボア全体に略均一に燃料を噴射することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができることから、燃費の向上および排気エミッションの低減を達成することができる。
【００４４】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれら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要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００４５】
例えば、インジェクタ２０の先端部分の設置位置をピストン１１の中心軸に一致させてもよいし、ピストン１１の中心軸およびキャビティ１２の中心軸に対してオフセットさせてもよい。当然この場合も、第１燃料噴射孔２０１はキャビティ１２の外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置され、第２燃料噴射孔２０２はピストン１１の外周（またはボア円周）を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される。
【００４６】
また、第１燃料噴射孔２０１がピストン１１の外周（またはボア円周）を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置され、第２燃料噴射孔２０２がキャビティ１２の外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される構成であってもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１  エンジンシステム
１０  エンジンＥＣＵ（燃料噴射制御手段）
１１  ピストン
１２  キャビティ
１５  シリンダヘッド
２０  インジェクタ
１００  エンジン
２０１  第１燃料噴射孔
２０２  第２燃料噴射孔
２０３  ノズルボディ
２０４  アウタニードル（第２調整手段）
２０５  インナニードル（第１調整手段）
２０８  第１背圧室（第１調整手段）
２０９  第２背圧室（第２調整手段）
２１０  背圧制御弁（第１調整手段，第２調整手段）
【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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