(57)【要約】【課題】  従来技術のペネトレーション制御は、全ての噴射孔のペネトレーションが変化してしまう課題がある。本発明の目的は、簡易な構造で、ピストン方向に噴射される噴霧の貫徹力をリフト量によって選択的に制御することのできる燃料噴射弁を提供することである。【解決手段】  上記課題を解決するために、本発明の燃料噴射弁は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁において、最大弁体リフト量が第一リフト量と、前記第一リフト量よりも小さい第二リフト量との何れかでリフトする弁体を備え、前記弁体の最大弁体リフト量が前記第一リフト量となった場合のシート部の流路面積が全噴射孔の流路面積の総和よりも大きく、前記弁体の最大弁体リフト量が前記第二リフト量となった場合のシート部の流路面積が全噴射孔の流路面積の総和よりも小さくなるように構成された。【選択図】  図１１
2019100321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁において、
最大弁体リフト量が第一リフト量と、前記第一リフト量よりも小さい第二リフト量との何れかでリフトする弁体を備え、
前記弁体の最大弁体リフト量が前記第一リフト量となった場合のシート部の流路面積が全噴射孔の流路面積の総和よりも大きく、前記弁体の最大弁体リフト量が前記第二リフト量となった場合のシート部の流路面積が全噴射孔の流路面積の総和よりも小さくなるように構成された燃料噴射弁。
【請求項２】
内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁において、
ピストン方向を指向する第一噴射孔グループと、前記第一噴射孔グループと比較して点火プラグ方向を指向する第二噴射孔グループを有し、
前記第一噴射孔グループの噴射孔中心が位置する噴射孔ピッチ円半径は、前記第二噴射孔グループの噴射孔中心が位置する噴射孔ピッチ円半径よりも大きくなるように構成された燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項2に記載の燃料噴射弁において、
最大弁体リフト量が第一リフト量と、前記第一リフト量よりも小さい第二リフト量との何れかでリフトする弁体を備え、
弁体の最大弁体リフト量が前記第一リフト量となった場合に全噴射孔の流路面積の総和が流路の最小断面積となり、弁体の最大弁体リフト量が前記第ニリフト量となった場合にシート部の流路面積が流路の最小断面積となるように構成された燃料噴射弁。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料噴射弁において、
前記第一噴射孔グループに属する噴射孔の最大噴射孔断面積は、前記第二噴射孔グループに属する噴射孔の最小噴射孔断面積よりも大きくなるように構成された燃料噴射弁
【請求項５】
請求項４に記載の燃料噴射弁において、
噴射孔の断面積は円形であり、前記第一噴射孔グループの噴射孔のうち最も噴射孔径が小さいものの噴射孔径は、前記第二噴射孔グループの噴射孔のうち最も噴射孔径が大きいものよりも大きくなるように構成された燃料噴射弁。
【請求項６】
請求項２に記載の燃料噴射弁において、
前記第一噴射孔グループの噴射孔が周方向に連続して配置され、前記第二噴射孔グループの噴射孔が周方向に連続して配置されるように構成された燃料噴射弁。
【請求項７】
請求項２に記載の燃料噴射弁において、
前記第一噴射孔グループの噴射孔の噴射孔軸は前記第二噴射孔グループの噴射孔の噴射孔軸に比べて弁体中心軸とのなす角が大きくなるように構成された燃料噴射弁。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の燃料噴射弁において、
吸気行程噴射におけるリフト量が、圧縮行程噴射におけるリフト量よりも大きくなるように制御される燃料噴射弁。
【請求項９】
請求項２に記載の燃料噴射弁において、
弁体軸方向と直交する断面上、中心を通る直線に対し一方の領域に前記第一噴射孔グループの全ての噴射孔が位置する場合に、前記第二噴射孔グループの全ての噴射孔が位置する場合に前記直線に対し前記一方の領域と反対側の領域に位置するように構成された燃料噴射弁。
【請求項１０】
請求項５に記載の燃料噴射弁において、
前記第一噴射孔グループの全ての噴射孔の噴射孔径が同じ大きさであるように構成された燃料噴射弁。
【請求項１１】
請求項２に記載の燃料噴射弁において、
前記第一噴射孔グループの噴射孔の中心の方が第二噴射孔グループの噴射孔の中心に対し、弁体が着座するシート部に近い位置になるように形成された燃料噴射弁。
【請求項１２】
請求項２に記載の燃料噴射弁において、
大リフト時と小リフト時とにおける噴霧のペネトレーションの差が前記第二噴射孔グループに対し前記第一噴射孔グループの方が大きくなるように構成された燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリンエンジン等の内燃機関に用いられる燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車におけるガソリンエンジンは燃費改善の要求が高まっており、燃費に優れたエンジンとして、燃焼室内に燃料を直接噴射し、噴射された燃料と吸入空気との混合気を点火プラグで点火して爆発させる筒内噴射式エンジンが普及してきている。筒内噴射式エンジンは燃料の噴射時期を自由に設定できるため、吸気行程に噴射し、流動によって撹拌させることで均質性の高い混合気を燃焼する「均質燃焼」や、圧縮行程に噴射し点火プラグ付近に部分的に濃度の高い燃料混合気を形成して燃焼する「成層燃焼」といった燃焼を使い分け、運転条件に応じて最適な燃焼を選択することができることが、燃費向上の一助となっている。
【０００３】
混合気の制御には、燃料の到達距離を決める貫徹力（ペネトレーション）と、噴射燃料の流量の制御が不可欠である。例えば特許文献１には、燃料噴射弁のニードルのリフト量が大きくなるほど噴霧貫徹力を強くし、小さくなるほど噴霧貫徹力を弱くすることのできる技術が記載されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、全ての噴射孔のペネトレーションが一律に変化してしまう課題がある。エンジンにおいては、特定の方向のみのペネトレーションを変化させたいという要求がある。具体的には、ピストン方向に指向する噴霧の貫徹力は、運転条件によって必要な強さが大きく変化する。吸気行程中に燃料を噴射する場合、ピストン方向の噴霧は流動との適切に混合するために強い貫徹力を必要とするが、圧縮行程後期に燃料を噴射する場合、燃料噴射弁とピストンの位置が近いため、燃料のピストンへの付着を低減するために、貫徹力はなるべく小さいことが望ましい。一方で、点火プラグと燃料噴射弁の位置は運転条件によらず固定であり、点火プラグに指向する噴霧の貫徹力は大きく変化しないことが望ましい。
【０００４】
特許文献２には、複数の噴射孔群のそれぞれを開閉する複数の弁部材と、それぞれの弁部材を独立する駆動部を備えることで、異なる噴射孔径の噴射孔グループから選択的に噴射する技術が記載されている。特許文献２の記載の技術は噴射方向によってペネトレーションや流量を変化させることが可能だが、構造が複雑であることが課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−８８６０号公報
【特許文献２】特開２０１６−６１１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば特許文献１には、燃料噴射弁のニードルのリフト量が大きくなるほど噴霧貫徹力を強くし、小さくなるほど噴霧貫徹力を弱くすることのできる技術が記載されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、全ての噴射孔のペネトレーションが変化してしまう課題がある。
【０００７】
以上の課題を鑑みて、本発明の目的は、簡易な構造で、ピストン方向に噴射される噴霧の貫徹力をリフト量によって選択的に制御することのできる燃料噴射弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の燃料噴射弁は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁において、最大弁体リフト量が第一リフト量と、前記第一リフト量よりも小さい第二リフト量との何れかでリフトする弁体を備え、前記弁体の最大弁体リフト量が前記第一リフト量となった場合のシート部の流路面積が全噴射孔の流路面積の総和よりも大きく、前記弁体の最大弁体リフト量が前記第二リフト量となった場合のシート部の流路面積が全噴射孔の流路面積の総和よりも小さくなるように構成された。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡易な構造で、ピストン方向の噴霧の貫徹力をリフト量によって選択的に制御することができる。本発明のその他の構成、作用、効果は以下の実施例において詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施例に係る内燃機関の構成の概要を示した図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁を示した図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁下端部の拡大断面図である。
【図４】本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁下端部の高リフト時における拡大断面図である。
【図５】本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁下端部の低リフト時における拡大断面図である。
【図６】本発明の第１実施例に係る流れ方向の流路断面積を示した図である。
【図７】本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁下端部の低リフト時における拡大断面図である。
【図８】本発明の第１実施例に係る流れ方向の流路断面積を示した図である。
【図９】本発明の第１実施例に係る内燃機関の噴霧方向を示した図である。
【図１０】本発明の第１実施例に係る内燃機関の噴霧方向を示した図である。
【図１１】本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁の噴射孔配置を示した図である。
【図１２】本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁の噴射孔配置を示した図である。
【図１３】本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁のリフト量による流量の変化を示した図である。
【図１４】本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁の噴射孔配置を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の第１の実施例に係る燃料噴射弁１１９の制御装置について、図１と図２を用いて以下説明する。  
図１は、筒内噴射式エンジンの構成の概要を示した図である。図１を用いて筒内噴射式エンジンの基本的な動作を説明する。図１において、シリンダヘッド１０１とシリンダブロック１０２、シリンダブロック１０２に挿入されたピストン１０３により燃焼室１０４が形成され、燃料室１０４に向けて吸気管１０５と排気管１０６がそれぞれ２つに分岐して接続されている。吸気管１０５の開口部には吸気弁１０７が、排気管１０６の開口部には排気弁１０８がそれぞれ設けられ、カム動作方式により開閉するように動作する。
【００１３】
ピストン１０３はコンロッド１１４を介してクランク軸１１５と連結されており、クランク角センサ１１６によりエンジン回転数を検知できる。回転数の値はＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１１８に送られる。クランク軸１１５には図示しないセルモータが連結され、エンジン始動時にはセルモータによりクランク軸１１５を回転させ始動することができる。シリンダブロック１０２には水温センサ１１７が備えられ、図示しないエンジン冷却水の温度を検知できる。エンジン冷却水の温度はＥＣＵ１１８に送られる。
【００１４】
図１は１気筒のみの記述だが、吸気管１０５の上流には図示しないコレクタが備えられ、気筒ごとに空気を分配する。コレクタの上流には図示しないエアフローセンサとスロットル弁が備えられ、燃料室１０４に吸入される空気量をスロットル弁の開度によって調節できる。
【００１５】
燃料は燃料タンク１０９に貯蔵され、フィードポンプ１１０によって高圧燃料ポンプ１１１に送られる。フィードポンプ１１０は燃料を０．３ＭＰａ程度まで昇圧して高圧燃料ポンプ１１１に送る。高圧燃料ポンプ１１１により昇圧された燃料はコモンレール１１２に送られる。高圧燃料ポンプ１１１は燃料を３０ＭＰａ程度まで昇圧してコモンレール１１２に送る。コモンレール１１２には燃圧センサ１１３が設けられ、燃料圧力（燃圧）を検知する。燃圧の値はＥＣＵ１１８に送られる。
【００１６】
図２は、本実施例に係る燃料噴射弁１１９の例として、電磁式燃料噴射弁の例を示す図である。図２を用いて噴射装置の基本的な動作を説明する。図２において、燃料は燃料供給口２１２から供給され、燃料噴射弁１１９の内部に供給される。図２に示す電磁式燃料噴射弁１１９は、通常時閉型の電磁駆動式であって、コイル２０８に通電がないときには、弁体２０１がスプリング２１０によって付勢され、ノズル体２０４に溶接などで接合されたシート部材２０２に押し付けられ、燃料がシールされるようになっている。このとき、筒内噴射用燃料噴射弁１１９では、供給される燃料圧力がおよそ１ＭＰａから５０ＭＰａの範囲である。
【００１７】
コネクタ２１１を介してコイル２０８に通電されると、電磁弁の磁気回路を構成するコア（固定コア）２０７、ヨーク２０９、アンカー２０６に磁束密度を生じて、空隙のあるコア２０７とアンカー２０６の間に磁気吸引力を生じる。磁気吸引力が、スプリング２１０の付勢力と前述の燃料圧力による力よりも大きくなると、弁体２０１はガイド部材２０３、弁体ガイド２０５にガイドされながらアンカー２０６によってコア２０７側に吸引され、開弁状態となる。開弁状態となると、シート部材２０２と弁体２０１との間に隙間が生じ、燃料の噴射が開始される。燃料の噴射が開始されると、燃料圧力として与えられたエネルギは運動エネルギに変換され、燃料噴射弁１１９の下端部に空いた噴射孔に至り噴射される。
【００１８】
次に、弁体２０１の詳細形状について図３を用いて説明する。図３は、燃料噴射弁１１９の下端部の拡大断面図であり、シート部材２０２と弁体２０１などから構成されている。シート部材２０２は、弁座面３０４と、複数の噴射孔３０１から構成されている。弁座面３０４及び弁体２０１は弁体中心軸３０５を中心に軸対称に延在している。リフト量が０のとき、弁体２０１はシート部材２０２と弁座面３０４に線接触し、燃料の流れは遮断される。弁体２０１があるリフト量に設定されたとき、燃料は、シート部材２０２と弁体２０１の隙間を通り、矢印３１１の経路を通り、噴射孔３０１から噴射される。燃料の一部は噴射孔より先端側のサック室３０２に回りこみ、矢印３１２の経路から噴射孔に流入する。弁体は大リフト量と小リフト量に設定が可能であり、大リフト量での弁体位置は２０１ｂ、小リフト量での弁体位置は２０１ａである。また、燃料噴射弁１１９に付与される開弁パルスを完全開弁前に切断することで、リフト量が最大になる前に閉弁するように制御しても良い。この場合にも、最大リフト量を複数設定することができる。
【００１９】
次に、弁体２０１が大リフト位置２０１ｂに位置する場合の流れについて、図４を用いて説明する。大リフト時では、噴射孔の上流側に広く領域が形成されるために、矢印３２０で示す、噴射孔軸３０３に平行な流れが強く、噴射孔軸３０３に垂直な流れ（横流れ）は弱い。また、流れの最小断面積が噴射孔になるように設定すると、流れが噴射孔内で急速に加速され、噴射孔軸に平行な流れがさらに強く表れる。噴霧の貫徹力は噴射孔内の軸方向速度が高まることで強化されるため、大リフト時では貫徹力の強い噴霧が形成される。また、流れの最小断面積が噴射孔断面積の和になるように設定することで、流れが噴射孔内で急速に加速され、貫徹力の強い噴霧が形成される。
【００２０】
弁体２０１が小リフト位置２０１ａに位置する場合の流れについて図５を用いて説明する。小リフト時では、噴射孔の上流の流路が狭いために、矢印３２１で示す、噴射孔軸３０３に垂直な方向の流れ（横流れ）が強くなる。このとき、流れの最小断面積がシート部Ａ２になるように設定することで、流れがシート部で急速に加速され、噴射孔軸３０３に垂直な横流れが強く表れる。その結果、噴射孔内の軸方向速度が弱くなり、貫徹力の弱い噴霧が形成される。
【００２１】
以上の通り、本実施例は内燃機関（筒内噴射式エンジンが望ましい）の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁１１９において、最大弁体リフト量が第一リフト量（大リフト量）と、第一リフト量（大リフト量）よりも小さい第二リフト量（小リフト量）との何れかでリフトする弁体２０１を備えている。そして、弁体２０１の最大弁体リフト量が第一リフト量（大リフト量）となった場合のシート部Ａ２の流路面積が全噴射孔の流路面積の総和よりも大きく、弁体２０１の最大弁体リフト量が第二リフト量（小リフト量）となった場合のシート部Ａ２の流路面積が全噴射孔の流路面積の総和よりも小さくなるように構成されたものである。なお、シート部Ａ２は弁体２０１が閉弁時に線接触するシート部材２０２の部位であり、シート部Ａ２の開弁時の流路は円周上に形成される。またシート部Ａ２の開弁時の流路面積は、シート部材２０２のシート部Ａ２と弁体２０１との最小距離Lmin×πにより定義される。また噴射孔３０１の流路面積は噴射孔３０１のうち最小流路面積で定義される。
【００２２】
本実施例の燃料噴射弁１１９はシート位置Ａ２と弁体中心軸３０５の距離は、噴射孔入口中心位置Ａ１と弁体中心軸３０５の距離よりも遠い位置にある。すなわち、噴射孔流入口の中心Ａ１と、噴射孔流入口Ａ１から弁体中心軸３０５に垂線を下ろした線と弁体中心軸３０５の交差点Ｂ１との距離Ｒ１は、シート位置Ａ２から弁体中心軸３０５に垂線を下ろした線と弁体中心軸３０５の交差点Ｂ２との距離Ｒ２よりも小さくなるように設定されている。
【００２３】
次に、燃料の流れに沿った方向の流路断面積について述べる。図６（ａ）は、図４で示す大リフト時における流路断面積の流れ方向の変化を図示した図である。Ｓ１は噴射孔入口直前の流路断面積を示し、Ｓ２はシート位置における流れの断面積を示す。Ｓ３は噴射孔入口の断面積の和を示し、Ｓ４は噴射孔出口の断面積の和を示す。大リフト時においては、流れ方向における流路の最小断面積が、噴射孔入口での断面積Ｓ３になるように設定するとよい。流れの最小断面積が噴射孔断面積になるように設定することで、流れが噴射孔内で急速に加速され、貫徹力の強い噴霧が形成される。
【００２４】
なお、シート位置における流路断面積Ｓ２と噴射孔入口直前における流路断面積Ｓ１の関係は、Ｓ１＜Ｓ２としても、Ｓ１＞Ｓ２としてもよい。また、噴射孔入口の断面積Ｓ３と噴射孔出口の断面積Ｓ４の関係は、Ｓ３＞Ｓ４としても、Ｓ３＜Ｓ４としてもよい。
【００２５】
図６（ｂ）に、図５で示す小リフト時における流路断面積の流れ方向の変化を図示する。小リフト時には、流れ方向における流路の最小断面積が、シート位置における流路断面積Ｓ２０になるように設定する。このとき、流れはシート部で加速され、下流の断面積の増加に伴い徐々に減速する。すなわち、Ｓ２０＜Ｓ１０とすることで、シート部下流の流れは徐々に減速する。小リフト時において、噴射孔入口断面積Ｓ３は噴射孔入口直前の流れ断面積Ｓ１０に対してＳ１０＜Ｓ３とすると、横流れが噴射孔入口付近で発生し、貫徹力を弱める効果を得ることができる。Ｓ１０とＳ３の比は、例えば１：２のように設定すると良い。
【００２６】
以上の通り本実施例の燃料噴射弁１１９は、弁体２０１の最大弁体リフト量が第一リフト量（大リフト量）となった場合に全噴射孔の流路面積の総和が流路の最小断面積となり、弁体２０１の最大弁体リフト量が第ニリフト量（小リフト量）となった場合にシート部２Aの流路面積が流路の最小断面積となるように構成されたものである。
【００２７】
次に、小リフト時において噴射孔が弁体中心付近に位置する場合における流れ場について図７を用いて説明する。図７は、図５と同様の断面において、噴射孔位置のみ弁体中心軸３０５に寄せた位置にある。シート部Ａ２で加速された流れは、流れ方向に断面積の広がりによって流速が徐々に落ちる。シート部から噴射孔までに十分に流れが減速すると、噴射孔入口における横流れが発生せず、噴射孔軸方向速度のみが表れる。図示しない大リフト時においても横流れは発生しないため、リフト量によるペネトレーションへの感度は鈍くなる。すなわち、噴射孔中心をＡ３とし、噴射孔中心から弁体中心軸３０５に下ろした垂線と弁体中心軸３０５の交点Ｂ３とすると、Ａ３とＢ３を結ぶ線分の長さＲ３は、図５に示すＲ１よりも小さくすることで、リフト量によるペネトレーションへの感度を鈍くすることができる。
【００２８】
燃料の流れに沿った方向の流路断面積について図８を用いて説明する。図８（ａ）は、図７の噴射孔位置において、大リフトとした場合における流路断面積の流れ方向への変化を示している。Ｓ５は噴射孔入口直前の流路断面積を示し、Ｓ６はシート位置における流れの断面積を示す。Ｓ７は噴射孔入口の断面積の和を示し、Ｓ８は噴射孔出口の断面積の和を示す。図７の噴射孔は、シート位置と噴射孔入口の距離が図５よりも離れているため、図８（ａ）に示す噴射孔入口の横軸の位置は、図６（ａ）に示す噴射孔入口の横軸の位置よりも下流に示されている。大リフト時において、流れ方向における流れの最小断面積が噴射孔入口になるように設定することで、流れが噴射孔内で急速に加速され、横流れは発生しにくい。
【００２９】
図８（ｂ）に、図７で示す噴射孔位置の、小リフト状態における流路断面積を図示する。図６（ｂ）と同様に、小リフト時に、流れ方向の最小断面積が、シート位置における流路断面積Ｓ６０になるように設定する。本実施例ではシート部より下流では流れに従って断面積が徐々に大きくなるようになっており、噴射孔入口における断面積Ｓ７とＳ５０の比は、例えば１０：９とすると良い。すなわち、噴射孔入口に流れが到達するまでに十分流れが減速することで、流れの流速の急激な変化は起きず、横流れは発生しにくい。また、Ｓ７とＳ５０を近い値に設定することで、噴射孔入口に流入する過程で速度の急激な減速が起こらず、横流れを抑制することができる。
【００３０】
すなわち、噴射孔中心位置を弁体中心軸に近づけて配置することにより、リフト量による横流れ発生の感度が鈍くなり、ペネトレーションの変化が起きにくくなる。なお、断面積の関係は、Ｓ７＜Ｓ５０となるように設定しても良い。Ｓ７＜Ｓ５０の場合でも、横流れは発生しにくく、リフト量によるペネトレーションの変化が起きにくくなる。
【００３１】
次に、図９と図１０に、燃焼室内への燃料噴射の概略図を示す。本実施例では、燃料噴射弁１１９から噴射された噴霧は、一部はピストン１０３の方向を指向する噴霧４００を形成し、一部はプラグ１２０方向を指向する噴霧４０１を形成する。このとき、燃料噴射弁１１９と点火プラグ１２０の相対位置は運転条件によらず一定であるため、噴霧４０１は運転条件によらずペネトレーションが一定であることが望ましい。一方、噴霧４００はピストン方向を指向しており、燃料噴射タイミングにおける燃料噴射弁１１９とピストン１０３の関係は噴射開始時刻によって大きく異なる。例えば、圧縮行程後期に噴射する場合、燃料噴射弁１１９とピストン１０３の相対的な距離が近づくため、図１０の噴霧４０２に示すように、ピストン方向を指向する噴霧のペネトレーションは弱いことが望ましい。また、燃焼室内の空気流動に打ち勝って燃料を筒内に均質に拡散させる場合には強いペネトレーションが必要な一方で、始動時などは壁面への燃料の付着を低減させるために弱いペネトレーションとするのが望ましい。
【００３２】
図１１と図１２に、本実施例の燃料噴射弁１１９における上流側から見た場合の噴射孔入口の周方向の配置を示す。本実施例では、半径Ｒ１上に噴射孔中心が位置する噴射孔群４１０を第一噴射孔グループと呼び、半径Ｒ３上に噴射孔中心が位置する噴射孔群４１１を第二噴射孔グループと呼ぶ。すなわち、噴射孔群４１０から噴射される噴霧はピストン１０３を指向し、噴射孔群４１１から噴射される噴霧は点火プラグ１２０を指向するように設定する。ただし、図１２に示すように。各噴射孔入口の中心位置は必ずしも半径Ｒ１、あるいは半径Ｒ３に完全に一致する必要はなく、多少、ずれるように配置してもよい。ただし、Ｒ１＞Ｒ３の関係は成り立つものとする。また、本実施例では、第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）の噴射孔の中心の方が第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）の噴射孔の中心に対し、弁体２０２が着座するシート部Ａ２に近い位置になるように形成される。
【００３３】
つまり本実施例の燃料噴射弁１１９は、ピストン１０３の方向を指向する第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）と、第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）と比較して点火プラグ１２０の方向を指向する第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）を有する。そして第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）の噴射孔中心が位置する噴射孔ピッチ円半径Ｒ１は、第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）の噴射孔中心が位置する噴射孔ピッチ円半径Ｒ３よりも大きくなるように構成された。
【００３４】
図４と図５で示した通り、半径Ｒ１上に噴射孔中心が位置する第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）はリフト量によって横流れの強さが変化し、ペネトレーションが変化する。すなわち、第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）はピストン１０３を指向するように設定することにより、運転条件によってピストン１０３の方向の噴霧のペネトレーションを制御することができる。ただし、第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）の全ての噴射孔がピストン１０３の方向を指向している必要は無く、第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）に属する噴射孔群のうち、いくつかの噴射孔がピストン１０３の方向を指向していればよい。
【００３５】
図７で示した通り、半径Ｒ３上に噴射孔中心が位置する第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）は、リフト量によるペネトレーションへの感度が鈍い。すなわち、第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）は点火プラグ１２０を指向するように設定することにより、運転条件によって点火プラグ１２０の方向へのペネトレーションを一定に保つことができる。ただし、第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）の全ての噴射孔が点火プラグ方向を指向している必要は無く、第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）に属する噴射孔群のうち、いくつかの噴射孔が点火プラグ１２０の方向を指向していればよい。
【００３６】
本実施例によれば、大リフト時と小リフト時とにおける噴霧のペネトレーションの差が第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）に対し第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）の方が大きくなるように構成される。このようにすることで、ピストン方向のペネトレーションをリフト量により選択的に制御することが可能になる。
【００３７】
以上の通り、ピストン方向を指向する第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）と、プラグ方向を指向する第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）を有し、第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）の噴射孔中心が位置する噴射孔ピッチ円半径Ｒ１が、第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）の噴射孔中心が位置する噴射孔ピッチ円半径Ｒ３よりも大きくなるようにすることで、ピストン方向のペネトレーションをリフト量により選択的に制御することが可能である。
【００３８】
また、吸気行程噴射におけるリフト量が、圧縮行程噴射におけるリフト量よりも大きくなるように制御することで、圧縮行程ではピストンへの付着を好適に低減しつつ、吸気行程での混合気の均質性を高めることができる。つまり弁体２０１は吸気行程噴射の場合、最大弁体リフト量が第一リフト量（大リフト量）でリフトし、圧縮行程噴射の場合、第一リフト量（大リフト量）よりも小さい第二リフト量（小リフト量）でリフトする。
【００３９】
本実施例では、図１１に示す通り、第一噴射孔グループの噴射孔群４１０が周方向に連続して配置され、第二噴射孔グループの噴射孔群４１０が周方向に連続して配置されている。また図１１に示すように、弁体軸方向と直交する断面上、中心を通る直線Ｘに対し一方の領域１に第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）の全ての噴射孔が位置し、直線Ｘに対し一方の領域１と反対側の領域２に第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）の全ての噴射孔が位置するように配置されている。このように設定することで、噴射孔への流れ込みに対称性ができ、噴霧のばらつきを抑えることができる。
【００４０】
ただし、図１４に示すように、第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）の噴射孔と第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）の噴射孔を周方向に互い違いに配置してもよい。噴射孔の傾きを、指定の方向に向くように調整することで、噴霧の噴射方向をピストン１０３の方向、点火プラグ１２０の方向にそれぞれ指向することができる。また、互い違いに配置することで噴霧間の距離を離すことができ、噴霧と噴霧の干渉を低減することができる。
【００４１】
次に、リフト量による流量の変化について図１１と図１３を用いて説明する。本実施例では、第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）の噴射孔の断面積を、第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）の噴射孔の断面積よりも大きく設定する。また図１１や図１２では第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）、第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）におけるそれぞれの噴射孔の断面積は同じものを示している。これが異なる場合には、噴射孔の断面積は円形であり、第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）の噴射孔のうち最も噴射孔径が小さいものの噴射孔径が、第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）の噴射孔のうち最も噴射孔径が大きいものよりも大きくなるように構成されることが望ましい。また第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）の全ての噴射孔の噴射孔径が同じ大きさであるように構成されることが望ましい。リフト量が大きいとき、流路の最小断面積が噴射孔断面積の和になるため、噴射孔断面積の比が流量の比となる。すなわち、ピストン１０３を指向する第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）の噴射孔断面積を、点火プラグ１２０を指向する第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）の噴射孔断面積よりも大きく設定することで、ピストン方向への噴霧の流量を大きくすることができる。
一方、リフト量が小さいとき、第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）は横流れの影響により、噴射孔に流入する燃料が低下する。すなわち、図１３に示すように、第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）は、リフト量が大きい状態に比べて、リフト量が小さい状態では流量が大きく低下する。第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）は、リフト量による噴射孔への燃料の流れ込みの感度が鈍いため、リフト量によって流量が大きく変化しない。
【００４２】
すなわち、ピストンを指向する第一噴射孔グループ（噴射孔群４１０）の噴射孔断面積を、点火プラグを指向する第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）の噴射孔断面積よりも大きく設定することで、ピストン方向のみの噴霧の流量をリフト量によって制御できる。これにより、点火プラグに指向する噴霧の流量のばらつきが小さくなり、点火の安定性を向上することができる。
【００４３】
また、第一噴射孔グループの噴射孔（噴射孔群４１０）の噴射孔軸（図５の３０３）は第二噴射孔グループ（噴射孔群４１１）の噴射孔の噴射孔軸（図５の３０３）に比べて弁体中心軸（図５の３０５）とのなす角が大きく設定してもよい。このようにすることで、小リフト時における第一噴射孔グループの剥離を促進し、よりリフト量に対する感度を高めることができる。
【００４４】
また各噴射孔グループの全ての噴射孔の断面積が一定である必要はなく、第一噴射孔グループに属する噴射孔の最大噴射孔断面積は、第二噴射孔グループに属する噴射孔の最小噴射孔断面積よりも大きいとしてもよい。このようにすることで、噴射方向ごとの細やかな噴霧の設定が可能となる。
【００４５】
なお、本実施例では噴射孔の断面積を円形とし、第一噴射孔グループの噴射孔のうち最も噴射孔径が小さいものの噴射孔径は、第二噴射孔グループの噴射孔のうち最も噴射孔径が大きいものよりも大きくなるように設定することで、所望の効果を得ることができる。ただし、各噴射孔の断面積形状は必ずしも円形である必要は無く、例えばテーパ形状、楕円形状としてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０１…シリンダヘッド
１０２…シリンダブロック
１０３…ピストン
１０４…燃焼室
１０５…吸気管
１０６…排気管
１０７…吸気弁
１０８…排気弁
１０９…燃料タンク
１１０…フィードポンプ
１１１…高圧燃料ポンプ
１１２…コモンレール
１１３…燃圧センサ
１１４…コンロッド
１１５…クランク軸
１１６…クランク角センサ
１１７…水温センサ
１１８…ＥＣＵ
１１９…燃料噴射弁
１２０…点火プラグ
２０１…弁体
２０１ａ…低リフト状態での弁体位置
２０１ｂ…高リフト状態での弁体位置
２０２…シート部材
２０３…ガイド部材
２０４…ノズル体
２０５…弁体ガイド
２０６…アンカー
２０７…コア
２０８…コイル
２０９…ヨーク
２１０…スプリング
２１１…コネクタ
２１２…燃料供給口
３０１…噴射孔
３０２…サック室
３０３…噴射孔中心軸
３０４…弁座面
３０５…弁体中心軸
３１１…シート部側からの流れ込み
３１２…サック室側からの流れ込み
３２０…高リフト時の流れ込み
３２１…低リフト時の流れ込み（横流れ）
４００…ピストンを指向する高ペネト噴霧
４０１…点火プラグを指向する噴霧
４０２…ピストンを指向する低ペネト噴霧
４１０…第一噴射孔グループに属する噴射孔
４１１…第二噴射孔グループに属する噴射孔
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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