(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼特性の悪化や設備のコスト増を抑制しながら、点火に適した混合気を速やかに形成できる燃料噴射装置およびこれを制御する噴射制御装置を提供する。【解決手段】吸気口（１２Ｂ）と、前記吸気口に対向して配置された排気口（２３Ｂ）とを備えた内燃機関（１０）の燃焼室（３８）内に、蓄圧容器（３２）内の高圧燃料を噴射する燃料噴射装置（３０）を提供する。この燃料噴射装置は、前記燃焼室の上面（３８Ａ）の前記吸気口と排気口との間で前記燃焼室内に差し込まれた先端部（５３）を備える。この先端部は、前記先端部から前記燃焼室内の前記吸気口と前記排気口との間に向かう方向に燃料を噴射する高貫徹噴孔（６１，６４）と、前記高貫徹噴孔から噴射する燃料よりも低い貫徹力で、前記先端部から前記燃焼室内の前記吸気口または前記排気口に向かう方向に燃料を噴射する低貫徹噴孔（６２，６５，６７）と、を備える。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口（１２Ｂ）と、前記吸気口に対向して配置された排気口（２３Ｂ）とを備えた内燃機関（１０）の燃焼室（３８）内に、蓄圧容器（３２）内の高圧燃料を噴射する燃料噴射装置（３０）であって、
前記燃焼室の上面（３８Ａ）の前記吸気口と前記排気口との間で前記燃焼室内に差し込まれた先端部（５３）を備え、
前記先端部は、
前記先端部から前記燃焼室内の前記吸気口と前記排気口との間に向かう方向に燃料を噴射する高貫徹噴孔（６１，６４）と、
前記高貫徹噴孔から噴射する燃料よりも低い貫徹力で、前記先端部から前記燃焼室内の前記吸気口および前記排気口に向かう方向に燃料を噴射する低貫徹噴孔（６２，６５，６７）と、を備える燃料噴射装置。
【請求項２】
前記低貫徹噴孔は、第１低貫徹噴孔（６５）であり、
前記先端部は、
前記第１低貫徹噴孔と、
前記高貫徹噴孔から噴射する燃料よりも低い貫徹力で、前記先端部から前記燃焼室内の前記吸気口と前記排気口との間に向かう方向に燃料を噴射する第２低貫徹噴孔（６６）と、を備える請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記高貫徹噴孔から噴射される燃料の噴射方向は、前記第１低貫徹噴孔および前記第２低貫徹噴孔から噴射される燃料の噴射方向よりも前記燃焼室の側面（３８Ｃ）側に傾いている請求項２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記高貫徹噴孔は、燃焼室側ほど流路断面積が小さい請求項１〜３のいずれかに記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記低貫徹噴孔、前記第１低貫徹噴孔または前記第２低貫徹噴孔は、燃焼室側ほど流路断面積が大きい請求項１〜４のいずれかに記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置（４０）であって、
前記内燃機関の負荷が所定値以上であることを条件として、前記内燃機関の前記燃焼室への燃料噴射が前記内燃機関の圧縮行程後半かつ点火前に終了するように前記燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置、およびこの燃料噴射装置を制御する噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、内燃機関の圧縮行程において燃料を直接噴射するための制御装置が記載されている。この制御装置では、噴射燃料の高圧化に伴い増大する燃料噴霧の乱れを利用して点火時の火炎の伝播速度を実質的に高めることによって、ノッキングの発生を抑制するとともに、点火時期をＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  ｓｐａｒｋ  ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）に近づけている。これによって、ノッキングを抑制しつつ、内燃機関の出力を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１６１８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ノッキング発生を抑制するために、燃料の噴射時期を遅角させることがある。燃料の噴射時期を遅角させると、噴射から点火までの期間が短いため、点火時期までに均質な混合気（空気と燃料との混合気体）が形成されず、燃費低下やエミッション悪化が発生する場合がある。
【０００５】
噴射する燃料の燃圧を高くして貫徹力を高め、燃料の微粒化や燃焼室内の乱れを促進すれば、点火時期までに速やかに混合気を形成し易くなる。しかしながら、貫徹力が高い噴射を行うと、燃料が十分に気化されず燃焼室の内壁面等に液滴として存在する現象（燃料ウェット）が起こり、エミッションが悪化する場合がある。また、噴射する燃圧を高くする場合には、燃料を圧送する高圧ポンプの駆動損失が高くなるとともに、燃料を貯留する蓄圧容器や配管等をより耐圧化する必要が生じるため、燃費の悪化や設備のコスト増が問題となる。
【０００６】
上記に鑑み、本発明は、内燃機関の燃焼特性の悪化や設備のコスト増を抑制しながら、点火に適した混合気を速やかに形成できる燃料噴射装置およびこれを制御する噴射制御装置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】
【０００７】
本発明は、吸気口と、前記吸気口に対向して配置された排気口とを備えた内燃機関の燃焼室内に、蓄圧容器内の高圧燃料を噴射する燃料噴射装置を提供する。この燃焼噴射装置は、前記燃焼室の上面の前記吸気口と前記排気口との間で前記燃焼室内に差し込まれた先端部を備えている。この先端部は、前記先端部から前記燃焼室内の前記吸気口と前記排気口との間に向かう方向に燃料を噴射する高貫徹噴孔と、前記高貫徹噴孔から噴射する燃料よりも低い貫徹力で、前記先端部から前記燃焼室内の前記吸気口および前記排気口に向かう方向に燃料を噴射する低貫徹噴孔と、を備える。
【０００８】
本発明によれば、燃料噴射装置の先端部から内燃機関の燃焼室の吸気口と排気口との間に向かう方向、すなわち、内燃機関の燃焼室において比較的広い空間が存在する方向に対しては、高貫徹噴孔から高い貫徹力で燃料噴射を実行できる。燃焼室内の空間に余裕があり、燃料ウェットが起こりにくい方向に向かって高貫徹力の噴射を行うことで、エミッション悪化を抑制しながら点火装置の周囲に燃料を速やかに到達させることができる。さらに、本発明によれば、燃料噴射装置の先端部から内燃機関の燃焼室内の吸気口または排気口に向かう方向に対しては、低貫徹噴孔から低い貫徹力で燃料噴射を実行できる。低い貫徹力で噴射された燃料は分散性が高いため、低貫徹噴孔からの燃料噴射によって、混合気の均質性を向上させることができる。本発明の燃料噴射装置によれば、先端部に高貫徹噴孔と低貫徹噴孔とを備えているため、燃料噴射装置に供給する燃料の燃圧を複雑に調整することなく、貫徹力の相違する噴射を、それぞれ適切な方向に併せて行うことができる。このため、内燃機関の燃焼特性の悪化や設備のコスト増を抑制しながら、燃料の噴射から点火までの期間が短い場合にも均質な混合気を形成し安定に燃料の点火を実行することができる。
【０００９】
本発明は、また、上記の燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置を提供することができる。この燃料噴射制御装置は、前記内燃機関の負荷が所定値以上であることを条件として、前記内燃機関の前記燃焼室への燃料噴射が前記内燃機関の圧縮行程後半かつ点火前に終了するように前記燃料噴射装置を制御する。
【００１０】
本発明の燃料噴射制御装置によれば、ノッキングが発生しやすい高負荷時に、内燃機関の圧縮行程後半かつ点火前に燃料噴射が終了するように上記の燃料噴射装置を制御する。このため、燃費やエミッションの悪化を抑制することと、ノッキングを回避することを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る燃料噴射弁が設けられている内燃機関を含む燃料噴射システムの概略図。
【図２】図１に示す内燃機関の燃焼室上面を下方から見た図。
【図３】図１に示す燃料噴射弁の断面図。
【図４】図３に示す燃料噴射弁の先端部における噴孔を示す図。
【図５】図５（ａ）は図４の高貫徹噴孔の断面図、図５（ｂ）は高貫徹噴孔からの燃料噴射の概念図。
【図６】図６（ａ）は図４の第１低貫徹噴孔の断面図、図６（ｂ）は第１低貫徹噴孔からの燃料噴射の概念図。
【図７】噴射された燃料の概念図であって、図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は排気管側の側方から見た図、図７（ｃ）は図７（ｂ）と直交する側の側方から見た図。
【図８】実施形態に係る燃料噴射装置の制御フローチャート。
【図９】他の実施形態に係る燃料噴射弁の先端部における噴孔を示す図。
【図１０】図９の第１低貫徹噴孔の断面図。
【図１１】噴射された燃料の概念図であって、図１１（ａ）は上面図、図１１（ｂ）は排気管側の側方から見た図。
【図１２】他の実施形態に係る低貫徹噴孔の形態を示す図。
【図１３】他の実施形態に係る内燃機関のシリンダ形状を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に示すように、燃料噴射システム１は、蓄圧容器３２に蓄えられた高圧燃料を、直噴式の燃料噴射弁３０から内燃機関１０の燃焼室内に噴射可能なシステムとして構成されている。内燃機関１０は、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を１燃焼サイクルとする筒内噴射式の多気筒エンジンである。蓄圧容器３２は、デリバリパイプであり、高圧ポンプ３１から圧送された高圧燃料を貯留する。蓄圧容器３２内の燃料の圧力（燃圧）を検知する燃圧センサ３７が設けられている。なお、図１等に示すｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は互いに直交している。
【００１３】
内燃機関１０の吸気管１２の上流部には、吸入空気の流量を検知する吸気流量センサ１３と、吸気温度センサ１４とが設けられている。その下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検知するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
【００１４】
スロットルバルブ１６の下流側にはサージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管内の圧力を検知する吸気管圧力センサ１９が設けられている。サージタンク１８には、内燃機関１０の各気筒２１に空気を導入する吸気ポート２０が接続されている。
【００１５】
内燃機関１０は、シリンダブロック１１Ａと、シリンダヘッド１１Ｂと、ピストン３８Ｂとを含む気筒２１を複数備えている。気筒２１の中心軸方向はｚ軸に平行である。燃焼室３８は、気筒２１内のピストン３８Ｂの上面側に設けられている。クランク軸２８の回転により、ピストン３８Ｂはｚ軸方向に沿って上下に動作する。ピストン３８Ｂは、その上死点において燃焼室３８の上面３８Ａに最も近接し、その下死点において、燃焼室３８の上面３８Ａから最も遠ざかる。
【００１６】
内燃機関１０の各気筒２１のシリンダヘッド１１Ｂには、それぞれ筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３０と、点火プラグ２２が取り付けられている。各気筒２１の点火プラグ２２の火花放電によって燃焼室３８内の混合気に着火される。
【００１７】
内燃機関１０の排気管２３には、排気の空燃比を検知するＡ／Ｆセンサ２４が設けられている。Ａ／Ｆセンサ２４の下流側に、触媒層２５と、粒子除去層３５とが設けられている。触媒層２５は、三元触媒（３ｗａｙ触媒）等の排気浄化触媒を備える層である。粒子除去層３５は、ガソリン・パティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）、ＧＰＦに触媒を担持した４ｗａｙ−ＧＰＦ等の主に排気中の粒子状物質を除去するための層である。粒子除去層３５の下流側には、排気中の粒子状物質（ＰＭ）の濃度を検知するＰＭセンサ３６が設けられている。Ａ／Ｆセンサ２４とＰＭセンサ３６とは、排気中の所定成分の成分量を検知する排気センサの一例であり、代替的または付加的に、ＮＯｘセンサ、酸素センサ等を用いてもよい。
【００１８】
内燃機関１０のシリンダブロック１１Ａには、冷却水温を検知する水温センサ２６や、ノッキングを検知するノックセンサ２７が取り付けられている。クランク軸２８の外周側には、クランク軸２８が所定クランク角回転するごとにパルス信号を出力するクランク角センサ２９が取り付けられ、このクランク角センサ２９のクランク角信号に基づいてクランク角や内燃機関１０の回転速度が検知される。内燃機関１０の燃焼室３８には、さらに、燃焼室内の圧力を検知する燃料圧センサ、温度を検知する燃焼室内温センサが設けられていてもよい。
【００１９】
これら各種センサの出力はＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータを主体として構成された電子制御ユニットであり、各種センサの検知信号を用いて内燃機関１０の各種制御を実行する。ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の運転状態に応じた燃料噴射量を算出して燃料噴射弁３０の燃料噴射を制御するとともに、点火プラグ２２の点火時期を制御する。
【００２０】
ＥＣＵ４０は、Ａ／Ｆセンサ２４、ＰＭセンサ３６、水温センサ２６、吸気流量センサ１３、吸気温度センサ１４、クランク角センサ２９、燃圧センサ３７等の各種センサの検知値を取得する。取得されたデータは、ＥＣＵ４０に記憶されてもよい。
【００２１】
燃料噴射弁３０は、図１，２に示すように、内燃機関１０の燃焼室３８の上面３８Ａの中央部に、その先端部が差し込まれている。点火プラグ２２は、上面３８Ａの中央部の燃料噴射弁３０と隣接する位置において、その先端部が差し込まれている。上面３８Ａには、吸気管１２に接続する２つの吸気口１２Ｂと、排気管２３に接続する２つの排気口２３Ｂとが設けられている。吸気口１２Ｂと排気口２３Ｂとは互いに対向する位置に配置されている。燃料噴射弁３０の位置に対して、吸気口１２Ｂはｘ軸の負方向に配置され、排気口２３Ｂはｘ軸の正方向に配置されている。
【００２２】
図３に示すように、燃料噴射弁３０は、ソレノイド式の燃料噴射装置であり、ニードル５１と、内部にニードル５１が収容されるボディ５２とを備えている。ソレノイドコイルへの通電制御により、ボディ５２内でニードル５１を上下方向（ｚ方向）に摺動させることができる。
【００２３】
ボディ５２の先端部５３は略半球状であり、先端部５３には、燃料を噴射する噴孔６０が複数形成されている。ボディ５２の内面とニードル５１の外面との間には、ボディ５２の軸方向に延びる環状の燃料通路５４が形成されている。ボディ５２の先端部５３の内面には、ニードル５１の先端部５５が着座する着座面５６が形成されている。ボディ５２のうち着座面５６よりも先端側には、燃料通路５４において環状に分布する燃料を集合させて噴孔６０と連通させるサック室５７が形成されている。
【００２４】
ソレノイドコイルの非通電時には、ニードル５１の先端部５５は着座面５６に着座して燃料通路５４と噴孔６０との間が遮断され、燃料噴射が停止される。一方、ソレノイドコイルの通電時には、ニードル５１の先端部５５は着座面５６から離座して燃料通路５４と噴孔６０との間が連通される。その結果、燃料通路５４の燃料は、サック室５７を介して噴孔６０から内燃機関１０の燃焼室内へと直接噴射供給される。
【００２５】
図４に示すように、噴孔６０は、先端部５３の軸中心５３Ｃを中心とする略円状に所定のピッチで配置されている。噴孔６０は、複数の高貫徹噴孔６１と、複数の第１低貫徹噴孔６２とを含んでいる。複数の高貫徹噴孔６１は、先端部５３の軸中心５３Ｃを挟んでｙ軸の正方向および負方向に開孔している。複数の第１低貫徹噴孔６２は、軸中心５３Ｃを挟んでｘ軸の正方向および負方向に開孔している。高貫徹噴孔６１は、第１低貫徹噴孔６２よりも個数が少ない。なお、図４に示す軸中心５３Ｃを通る破線は、高貫徹噴孔６１が設けられている高貫徹噴孔領域と、第１低貫徹噴孔６２が設けられている低貫徹噴孔領域との境界を示している。
【００２６】
高貫徹噴孔６１は、図５（ａ）に示すように、ボディ５２の内側から外側に向かって徐々に流路断面積（流路の流れ方向に垂直な断面の面積）が小さくなっており、噴射方向に対して徐々に流路断面積が小さくなる逆テーパ形状を有している。図５（ｂ）に示すように、高貫徹噴孔６１は、この逆テーパ形状によって比較的高い貫徹力で燃料を噴射することができる。なお、高貫徹噴孔６１から噴射される燃料の方向と、燃料噴射弁３０の軸方向（図５（ａ）に示すｚ軸の負方向）との成す角はθ１である。なお、噴孔から噴射された燃料の方向は、噴孔の流路断面の中心軸方向に略一致する。
【００２７】
第１低貫徹噴孔６２は、図６（ａ）に示すように、ボディ５２の内側から外側に向かって徐々に流路断面積が大きくなっており、噴射方向に対して徐々に流路断面積が大きくなるテーパ形状を有している。図６（ｂ）に示すように、第１低貫徹噴孔６２は、このテーパ形状によって比較的低い貫徹力で燃料を分散させて噴射することができる。すなわち、第１低貫徹噴孔６２から噴射される燃料は、高貫徹噴孔６１から噴射される燃料よりも貫徹力が低い一方で、分散性が高い。なお、第１低貫徹噴孔６２から噴射される燃料の方向と、燃料噴射弁３０の軸方向（図６（ａ）に示すｚ軸の負方向）との成す角はθ１であり、高貫徹噴孔６１と同じである。
【００２８】
燃料噴射弁３０の先端部５３は、上面３８Ａの中央部を貫通して気筒２１に差し込まれ、燃焼室３８の内側に露出している。燃料噴射弁３０から燃焼室３８内に燃料を噴射すると、図７（ａ）に示すように、高貫徹噴孔６１からは、矢印７１に示す燃料噴射が実行され、第１低貫徹噴孔６２からは、矢印７２に示す燃料噴射が実行される。高貫徹噴孔６１からは、矢印７１に示すように、燃料噴射弁３０の先端部５３から、吸気口１２Ｂと排気口２３Ｂとの間となる方向（ｙ軸の正方向または負方向）に向かって、高い貫徹力で燃料が噴射される。第１低貫徹噴孔６２からは、矢印７２に示すように、燃料噴射弁３０の先端部５３から、吸気口１２Ｂおよび排気口２３Ｂの方向（ｘ軸の正方向または負方向）に向かって、低い貫徹力で燃料が噴射される。
【００２９】
これによって、図７（ｂ）に示すように、高貫徹噴孔６１から噴射された燃料８１は、燃焼室３８内の内側面３８Ｃによって巻き上がり、点火プラグ２２の周囲に容易に到達する。また、図７（ｃ）に示すように、第１低貫徹噴孔６２から噴射された燃焼８２は、燃焼室３８内のピストン３８Ｂの上面に沿って広く分散し、均質な混合気（空気と燃料との混合気体）を形成する。燃料噴射弁３０によれば、高貫徹噴孔６１と第１低貫徹噴孔６２の双方から同時に燃焼室３８内に燃料を噴射できるため、燃焼室３８内に速やかに均質な混合気を形成させることと、点火プラグ２２の周囲に速やかに燃料を到達させることとを併せて行うことができる。さらには、高貫徹噴孔６１から噴射される燃料の噴射方向は、燃焼室３８において比較的広い空間が存在する吸気口１２Ｂと排気口２３Ｂとの間に向かう方向である。燃焼室３８内の空間に余裕があり、燃料ウェットが起こりにくい方向に向かって高貫徹力の噴射を行うことで、エミッション悪化を抑制することも可能である。
【００３０】
ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の負荷に基づいて、燃料噴射弁３０が噴射する燃料の噴射時期を設定する。内燃機関１０の負荷は、例えば、吸気流量センサ１３と、吸気温度センサ１４の検知値に基づいて、導出することができる。ＥＣＵ４０には、内燃機関１０の負荷と燃料の噴射量との対応関係が予めマップまたは数式等として記憶されている。このマップまたは数式を参照し、算出した内燃機関１０の負荷に基づいて、燃料噴射弁３０の噴射時期を算出することができる。なお、内燃機関１０の負荷に替えて、内燃機関１０の回転速度と燃料の噴射量との対応関係が予めマップまたは数式等として記憶されていてもよい。この場合、内燃機関１０の回転速度は、例えば、クランク角センサ２９の検知値等から導き出すことができる。
【００３１】
内燃機関１０が高負荷運転状態にある場合には、ノッキングが発生し易くなる。圧縮行程後半においては内燃機関１０の燃焼室内が高温となるため、噴射された燃料が速やかに気化されて燃焼速度が向上し、ノッキングを防止することができる。
【００３２】
このため、ＥＣＵ４０は、内燃機関１０が高負荷運転状態にある場合には、燃料の噴射終了時期を遅角させて、内燃機関１０の圧縮行程後半かつ点火前までの間に設定する。内燃機関１０の１燃焼サイクルにおける燃料噴射を１回で行う場合には、その噴射終了時期を内燃機関１０の圧縮行程後半かつ点火前までの間に設定する。内燃機関１０の１燃焼サイクルにおける燃料噴射を複数回行う分割噴射を実施する場合には、最も噴射量の多い噴射（メイン噴射）の噴射終了時期を内燃機関１０の圧縮行程後半かつ点火前までの間に設定する。燃料噴射弁３０によれば、燃料の噴射から点火までの期間が短い場合にも、十分に均質な混合気を形成し安定に燃料の点火を実行することができるため、燃費低下やエミッション悪化が発生を抑制しながら、ノッキングを回避するために噴射終了時期を十分に遅角させることができる。
【００３３】
図８は、ＥＣＵ４０が実行する燃料噴射制御処理のフローチャートである。ステップＳ１０１では、内燃機関１０の負荷と所定の閾値Ｘとを比較する。負荷が閾値Ｘ以上である場合には、高負荷状態であると判定して、ステップＳ１０２に進む。負荷が閾値Ｘ未満である場合には、低負荷状態であると判定して、ステップＳ１０３に進む。
【００３４】
ステップＳ１０２では、内燃機関１０の１サイクル中に行う燃料の噴射時期を圧縮行程後半に設定することを決定する。具体的には、１燃焼サイクルにおける燃料噴射を１回で行う場合には、その噴射終了時期を内燃機関１０の圧縮行程後半かつ点火前までの間に設定する。また、分割噴射を行う場合には、メイン噴射の噴射終了時期を圧縮行程後半に設定する。内燃機関１０が高負荷状態である場合には、ノッキング発生が懸念されるが、燃料の噴射終了時期を遅角して圧縮行程後半に設定することによって、ノッキングの発生を抑制できる。
【００３５】
一方、ステップＳ１０３では、内燃機関１０の１サイクル中に行う燃料の噴射終了時期を吸気行程から圧縮行程前半の間に設定することを決定する。内燃機関１０が低負荷状態である場合には、ノッキングは発生しないため、燃料の噴射時期を吸気行程または圧縮行程前半に設定する。
【００３６】
ステップＳ１０２、Ｓ１０３から、ステップＳ１０４に進み、燃料の噴射条件（例えば、噴射量、噴射開始時期、噴射終了時期）を設定する。ＥＣＵ４０には、内燃機関１０の負荷と燃料の噴射量との対応関係が予めマップまたは数式等として記憶されている。このマップまたは数式を参照し、算出した内燃機関１０の負荷に基づいて、燃料噴射弁３０の噴射量を算出する。
【００３７】
次に、ステップＳ１０５に進み、ステップＳ１０４で設定した噴射条件に基づいて、燃料の噴射を実行し、処理を終了する。
【００３８】
上記の実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
【００３９】
燃料噴射弁３０は、その先端部５３が、内燃機関１０の燃焼室３８の上面３８Ａの中央部に差し込まれている。燃料噴射弁３０によれば、先端部５３から吸気口１２Ｂと排気口２３Ｂとの間に向かう方向、すなわち、燃焼室３８において比較的広い空間が存在する方向に対して、高貫徹噴孔６１から高い貫徹力で燃料噴射を行うことができる。燃焼室３８内の空間に余裕があり、燃料ウェットが起こりにくい方向に向かって高貫徹力の噴射を行うことで、エミッション悪化を抑制しながら燃焼３８室の上面３８Ａに配置された点火プラグ２２の周囲に燃料を速やかに到達させることができる。
【００４０】
また、先端部５３から吸気口１２Ｂまたは排気口２３Ｂに向かう方向に対しては、第１低貫徹噴孔６２から低い貫徹力で燃料噴射を行うことができる。低い貫徹力で噴射された燃料は分散性が高いため、第１低貫徹噴孔６２からの燃料噴射によって、空気と燃料との混合気の均質性を向上させることができる。
【００４１】
燃料噴射弁３０は、その先端部５３に高貫徹噴孔６１と第１低貫徹噴孔６２とを備えている。このため、燃料噴射弁３０に供給する燃料の燃圧を複雑に調整することなく、高貫徹力の噴射と、低貫徹力の噴射とを、それぞれ適切な方向に併せて行うことができる。燃料噴射弁３０を用いることによって、燃料の噴射から点火までの期間が短い場合にも均質な混合気を形成し安定に燃料の点火を実行することができる。
【００４２】
燃料噴射弁３０は、従来の燃料噴射システムに容易に適用することができ、噴射する燃料の燃圧を高くする必要がない。このため、高圧ポンプ３１等のランニングコストや、燃料配管等の組み替えによる設備コストが増大することを抑制できる。
【００４３】
また、内燃機関１０が高負荷運転状態にある場合には、ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁３０による燃料の噴射終了時期を内燃機関１０の圧縮行程後半の点火タイミング前に設定する。内燃機関１０の燃焼室３８内が高温となる圧縮行程後半に燃料を噴射するため、燃料が速やかに気化されて燃焼速度が向上し、ノッキングを防止することができる。燃料噴射弁３０を用いることにより、エミッション悪化を抑制しながら点火プラグ２２の周囲に燃料を速やかに到達させることが可能となるため、燃料の噴射終了時期を遅角させて噴射終了から点火までの期間が短い場合にも、点火時期までに均質な混合気を形成することができる。
【００４４】
（他の実施形態）
燃料噴射弁３０の先端部５３に設けられた噴孔について、他の実施形態を例示して説明する。図９に示すように、先端部５３には、複数の高貫徹噴孔６４と、複数の第１低貫徹噴孔６５と、複数の第２低貫徹噴孔６６とが設けられていてもよい。第１低貫徹噴孔６５および第２低貫徹噴孔６６は、先端部５３の軸中心５３Ｃを中心とする略円状（図９に破線で示す円状）に配置されている。高貫徹噴孔６４は、第１低貫徹噴孔６５および第２低貫徹噴孔６６が配置された円よりも外側（軸中心５３Ｃから遠い側）に配置されている。
【００４５】
複数の高貫徹噴孔６４は、先端部５３の軸中心５３Ｃを挟んでｙ軸の正方向および負方向に開孔している。複数の第１低貫徹噴孔６５は、軸中心５３Ｃを挟んでｘ軸の正方向および負方向に開孔している。複数の第２低貫徹噴孔６６は、軸中心５３Ｃを挟んでｙ軸の正方向および負方向に開孔している。複数の第２低貫徹噴孔６６は、軸中心５３Ｃに対してｙ軸の正方向および負方向において、それぞれ設けられた近接する複数の高貫徹噴孔６４の間に配置されている。高貫徹噴孔６４は、第１低貫徹噴孔６５よりも個数が少ない。第２低貫徹噴孔６６は、高貫徹噴孔６４よりも個数が少ない。
【００４６】
図１０に示すように、高貫徹噴孔６４は、高貫徹噴孔６１と同様に、噴射方向に対して徐々に流路断面積が小さくなる逆テーパ形状である。また、高貫徹噴孔６４の流路の中心軸は、燃料噴射弁３０の中心軸方向（ｚ軸方向）に対してθ１であり、高貫徹噴孔６１の場合と同じ傾き角である。
【００４７】
図１０に示すように、第１低貫徹噴孔６５と第２低貫徹噴孔６６は、第１低貫徹噴孔６２と同様に、いずれも噴射方向に対して徐々に流路断面積が大きくなるテーパ形状を有する。一方で、図１０に示すように、第１低貫徹噴孔６５と第２低貫徹噴孔６６の流路の中心軸は、燃料噴射弁３０の中心軸方向（ｚ軸方向）に対してθ２であり、θ１よりも小さい（θ１＞θ２）。すなわち、高貫徹噴孔６４から噴射される燃料の噴射方向は、第１低貫徹噴孔６５および第２低貫徹噴孔６６から噴射される燃料の噴射方向よりも燃焼室３８の内側面３８Ｃ側に傾いている。第１低貫徹噴孔６５および第２低貫徹噴孔６６から噴射される燃料の噴射方向は、高貫徹噴孔６４から噴射される燃料の噴射方向よりも、燃料噴射弁３０の軸側に傾いており、気筒２１の中心軸側に傾いている。
【００４８】
図９，１０に示す噴孔が備えられた先端部５３から燃料を噴射すると、図１１（ａ）に示すように、高貫徹噴孔６４からは、矢印７４に示す燃料噴射が実行され、第１低貫徹噴孔６５からは、矢印７５に示す燃料噴射が実行され、第２低貫徹噴孔６６からは、矢印７６に示す燃料噴射が実行される。高貫徹噴孔６４からは、矢印７４に示すように、燃料噴射弁３０の先端部５３から、吸気口１２Ｂと排気口２３Ｂとの間となる方向（ｙ軸の正方向または負方向）に向かって、高い貫徹力で燃料が噴射される。第１低貫徹噴孔６５からは、矢印７５に示すように、燃料噴射弁３０の先端部５３から、吸気口１２Ｂおよび排気口２３Ｂの方向（ｘ軸の正方向または負方向）に向かって、低い貫徹力で燃料が噴射される。第２低貫徹噴孔６６からは、矢印７６に示すように、燃料噴射弁３０の先端部５３から、吸気口１２Ｂと排気口２３Ｂとの間となる方向に向かって、低い貫徹力で燃料が噴射される。
【００４９】
これによって、図１１（ｂ）に示すように、高貫徹噴孔６４から噴射された燃料８４は、燃焼室３８内の内側面３８Ｃによって巻き上がり、点火プラグ２２の周囲に容易に到達する。また、第１低貫徹噴孔６５および第２低貫徹噴孔６６から噴射された燃料８５は、燃焼室３８内のピストン３８Ｂの上面に沿って広く分散し、均質な混合気を形成する。さらに、第１低貫徹噴孔６５および第２低貫徹噴孔６６は、第１低貫徹噴孔６２よりも燃焼室３８の中央側に傾いているため、燃焼室３８のより中央側に燃料を分散させることができる。特に、ピストン３８Ｂのように、平坦な上面形状を有するピストンを備えた内燃機関１０では、燃焼室３８の中央側の空間が大きいため、第１低貫徹噴孔６５および第２低貫徹噴孔６６のように、燃焼室３８の中央側寄りの噴射方向となるように構成されていることが好ましい。
【００５０】
なお、図９，１０では、第１低貫徹噴孔６５と第２低貫徹噴孔６６の双方の噴射方向が、高貫徹噴孔６４の噴射方向よりも燃料噴射弁３０の軸側（すなわち、燃焼室３８の内側面３８Ｃの逆側）に傾いている場合を例示して説明したが、これに限定されない。例えば、第１低貫徹噴孔６５と第２低貫徹噴孔６６の一方のみの噴射方向が、高貫徹噴孔６４よりも燃料噴射弁３０の軸側に傾いており、他方の噴射方向は、高貫徹噴孔６４と同様の傾きを有していてもよい。また、高貫徹噴孔６４、第１低貫徹噴孔６５、第２低貫徹噴孔６６の噴射方向の傾きがいずれも同程度であってもよい。なお、噴射方向は、各噴孔から噴射された燃料の方向であり、噴孔の流路断面の中心軸方向に略一致する。
【００５１】
・高貫徹噴孔、第１低貫徹噴孔および第２低貫徹噴孔の形態は、上記の実施形態に限定されず、高貫徹噴孔から噴射される燃料の貫徹力が、第１低貫徹噴孔および第２低貫徹噴孔から噴射される燃料の貫徹力よりも高くなるような形態であればよい。例えば、図１２に示す第１低貫徹噴孔６７のように、燃焼室３８側の開孔を楕円形とすることによっても、噴射される燃料の貫徹力を低くし、分散性を高くすることができる。なお、第１低貫徹噴孔６７のように、形状を楕円形にする場合には、ボディ５２の先端部５３の軸中心５３Ｃと外周とを結ぶ方向（先端部５３をｚ方向視した際の軸中心５３Ｃを中心とする略円の半径方向）と、第１低貫徹噴孔６７の短軸とが略平行となるように配置することが好ましい。
【００５２】
・高貫徹噴孔、第１低貫徹噴孔および第２低貫徹噴孔のそれぞれの形状、個数、配置等は、上記の実施形態に限定されない。噴孔が形成される燃料噴射弁の先端部の形状や大きさ、燃料を噴射する燃焼室の形状や大きさ、吸気口および排気口の形状や大きさ、配置等に応じて、各噴孔の形状、個数、配置を設計することができる。例えば、燃焼室内で、吸気口と排気口との間となる領域が比較的広い場合には、高貫徹噴孔の個数が第１低貫徹噴孔の個数に対して同数以上であってもよい。
【００５３】
・上記の実施形態では、平坦な上面形状を有するピストン３８Ｂを例示して説明したが、平坦形状以外のピストンを備えた内燃機関に対しても、本発明に係る燃料噴射弁３０を適用できる。例えば、図１３に示すピストン３９のような上面形状を有するピストンを備えた内燃機関に燃料噴射弁３０を用いた場合にも、上記で説明した効果と同様の効果を得ることができる。ピストン３９は、噴射された燃料を巻き上げるために中央部３９Ａと周縁部３９Ｂが盛り上がった上面形状を有している。ピストン３９では、中央部３９Ａが上方に突出することにより燃焼室３８の中央部の空間が比較的狭くなっているため、図４に示すように、第１低貫徹噴孔６２のみを備えた先端部５３を有する燃料噴射弁３０であっても、ピストン３９の上面に沿って均質な混合気を十分に分散させることができる。
【００５４】
・本発明の燃料噴射制御装置は、ガソリンエンジン以外にディーゼルエンジンにおいても適用可能である。すなわち、直噴式ディーゼルエンジンの燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置への適用が可能となっている。
【符号の説明】
【００５５】
１０…内燃機関、１２Ｂ…吸気口、２３Ｂ…排気口、３０…燃料噴射弁、３２…蓄圧容器、３８…燃焼室、３８Ａ…上面５３…先端部、６１，６４…高貫徹噴孔、６２，６５，６７…第１低貫徹噴孔、６６…第２低貫徹噴孔
【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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