(57)【要約】【課題】冷温時、エンジンの気筒内での燃料を正常に燃焼させる。【解決手段】本発明は、気筒１６と協働して燃焼室２０を形成するピストン１８と、燃焼室２０上部に配置された点火プラグ２４と、燃焼室２０側方部から燃料を噴射するインジェクタ２２とを有する筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置であって、インジェクタ２２の燃料の噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段１２を有し、前記燃料噴射制御手段１２は、エンジンが冷間にあるときは燃料噴射のタイミングを圧縮行程に設定するように構成されており、前記インジェクタ２２は、燃料噴霧が点火プラグ２４の電極７２ｂとの間に所定距離Ｌを隔てて近接するように燃料を噴射する第１の噴射口と、前記第１の噴射口に比べてピストン１８側に燃料を噴射する第２の噴射口とを備えることを特徴とする。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒と協働して燃焼室を形成するピストンと、燃焼室上部に配置された点火プラグと、燃焼室側方部から燃料を噴射するインジェクタとを有する筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置であって、
インジェクタの燃料の噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段を有し、
前記燃料噴射制御手段は、エンジンが冷間にあるときは燃料噴射のタイミングを圧縮行程に設定するように構成されており、
前記インジェクタは、燃料噴霧が点火プラグの電極との間に所定距離を隔てて近接するように燃料を噴射する第１の噴射口と、前記第１の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射する第２の噴射口とを備えることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、
前記インジェクタは、前記第１の噴射口を複数備えることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項２に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、
前記第１および第２の噴射口は、所定の基準軸に直交する平面に対して第１の噴射口の噴射方向線が交差する点を第１の交点、第２の噴射口の噴射方向線が交差する点を第２の交点としたとき、隣接しあう第１の交点間の距離が隣接しあう第１の交点と第２の交点との間の距離より短くなるように、噴射方向が設定されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、
前記インジェクタは、前記第２の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射する第３の噴射口を備えることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置。
【請求項５】
請求項４に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、
前記インジェクタは、前記第３の噴射口を複数備えることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置。
【請求項６】
請求項５に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、
前記複数の第３の噴射口は、前記基準軸に直交する平面に対して噴射方向線が交差する点を第３の交点としたとき、隣接しあう第３の交点間の距離が隣接しあう第１の交点間の距離より長くなるように、噴射方向が設定されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置。
【請求項７】
請求項５に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、
前記複数の第３の噴射口は、前記基準軸に直交する平面に対して噴射方向線が交差する点を第３の交点としたとき、隣接しあう第３の交点間の距離が隣接しあう第１の交点間の距離より短くなるように、噴射方向が設定されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置に関し、燃料の噴射を制御することによってエンジンを制御するエンジン制御の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、筒内噴射式エンジンでは、燃料は、吸気行程において燃料噴射弁（インジェクタ）によって気筒とピストンとが協働して形成する燃焼室にその側方から噴射され、燃焼室頂部に配置された点火プラグの２つの電極間に起こされる火花放電により点火されて燃焼される。
【０００３】
このとき、インジェクタによる燃料の噴射方向は、吸気行程中の気筒全体に燃料がいきわたるように、空気が流入する吸気弁の方向に設定されている。
【０００４】
ところが、このような場合、エンジンが冷間状態にあり、触媒を暖機するための点火リタードタイミングでは、点火プラグの電極周辺に燃料が不足（混合気の希薄化）し、火花放電を起こしても着火しないことがあった。
【０００５】
この対処として、例えば特許文献1に記載するようなマルチホールインジェクタと呼ばれる、燃料を噴射する噴射口を複数有するインジェクタが考えられている。これは、複数の噴射口それぞれが異なる方向に燃料を噴射するように構成されており、少なくとも１つの噴射口が点火プラグの２つの電極間に向かって燃料を直接噴射するように設定されている。これにより、点火プラグの電極周辺に十分な燃料を供給し、混合気の希薄化を抑制している。
【０００６】
【特許文献１】特表２００４−５１９６１７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のマルチホールインジェクタを用いた場合、エンジン始動時、特にエンジンが冷間状態にあるとき、点火プラグの電極に向かって直接噴射された燃料が液状のまま該電極に付着することがある。いわゆる点火プラグがぬれる状態になり、或いは付着燃料に起因するカーボンのいわゆるくすぶりが発生し、正常な火花放電を起こすことができない状態になることがある。また、これに起因し、スモークも生成しやすくなる。これは、点火プラグや気筒内の温度が低いために、燃料が点火プラグの電極に到達するまでの間に十分に気化することができない、または細かい粒子状にならないことによる。
【０００８】
そこで、本発明は、エンジンが冷間状態にあっても、確実に燃料を燃焼させることができる筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、本願の請求項１に記載の発明は、気筒と協働して燃焼室を形成するピストンと、燃焼室上部に配置された点火プラグと、燃焼室側方部から燃料を噴射するインジェクタとを有する筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置であって、インジェクタの燃料の噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段を有し、前記燃料噴射制御手段は、エンジンが冷間状態にあるときは燃料噴射のタイミングを圧縮行程に設定するように構成されており、前記インジェクタは、燃料噴霧が点火プラグの電極との間に所定距離を隔てて近接するように燃料を噴射する第１の噴射口と、前記第１の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射する第２の噴射口とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、前記インジェクタは、前記第１の噴射口を複数備えることを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、前記第１および第２の噴射口は、所定の基準軸に直交する平面に対して第１の噴射口の噴射方向線が交差する点を第１の交点、第２の噴射口の噴射方向線が交差する点を第２の交点としたとき、隣接しあう第１の交点間の距離が隣接しあう第１の交点と第２の交点との間の距離より短くなるように、噴射方向が設定されていることを特徴とする。ここで、前記基準軸としては、インジェクタの中心軸が想定される。
【００１２】
さらにまた、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、前記インジェクタは、前記第２の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射する第３の噴射口を備えることを特徴とする。
【００１３】
加えて、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、前記インジェクタは、前記第３の噴射口を複数備えることを特徴とする。
【００１４】
加えてまた、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、前記複数の第３の噴射口は、前記基準軸に直交する平面に対して噴射方向線が交差する点を第３の交点としたとき、隣接しあう第３の交点間の距離が隣接しあう第１の交点間の距離より長くなるように、噴射方向が設定されていることを特徴とする。
【００１５】
さらに加えて、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、前記複数の第３の噴射口は、前記基準軸に直交する平面に対して噴射方向線が交差する点を第３の交点としたとき、隣接しあう第３の交点間の距離が隣接しあう第１の交点間の距離より短くなるように、噴射方向が設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、インジェクタの第１の噴射口が、点火プラグの電極に向かって直接噴射するのではなく、燃料噴霧が点火プラグの電極との間に所定距離を隔てて近接するように燃料を噴射する。また、エンジンが冷間状態にあるとき、燃料噴射は、圧縮行程において実行する。これらにより、点火プラグの電極に液状の燃料が付着することによる該電極のぬれやカーボンのくすぶり等を抑制しつつ、点火プラグの電極とその周囲を含む領域にミスファイアしない適度な量の燃料を供給すること（混合気の弱成層化）ができ、触媒暖機を早めるためのリタード点火タイミングにおいても着火性が向上する。
【００１７】
さらに、インジェクタの第２の噴射口が、第１の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射することにより、燃焼室全体に燃料を拡散させることができると共に、噴射時期を早めて十分な気化時間を確保することが可能となることにより、混合気過濃部の不完全燃焼によるスモークの発生が抑制されることになり、これらにより、エンジンが冷間状態にあっても、良好な燃焼状態が実現されることになる。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明によれば、インジェクタが第１の噴射口を複数備えることにより、点火プラグの電極とその周囲を含む領域内の燃料濃度が高くなり、第１の噴射口が１つである場合に比べて着火性が向上する。
【００１９】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、前記第１および第２の噴射口の噴射方向を、所定の基準軸に直交する平面に対して第１の噴射口の噴射方向線が交差する点を第１の交点、第２の噴射口の噴射方向線が交差する点を第２の交点として、隣接しあう第１の交点間の距離が隣接しあう第１の交点と第２の交点との間の距離より短くなるように設定したので、複数の第１の噴射口から噴射された燃料が移動する場所（燃焼室上部）と単一の第２の噴射口から噴射された燃料が移動する場所(燃焼室下部)との間に、流速の相違に基づいて前者が後者よりも低くなるく方向の圧力差が生じ、第２の噴射口から噴射された燃料の一部が燃焼室下部から上部に引かれる。
【００２０】
その結果、第２の噴射口から噴射された燃料の一部が電極プラグの電極に向かって移動して着火性を向上させるとともに、燃焼室内において下部から上部へ燃料が移動する流れが形成されて燃焼室全体に燃料がより拡散される。なお、補足すると、上述とは逆で隣接しあう第１の交点間の距離が隣接しあう第１の交点と第２の交点との間の距離より長いと、第２の噴射口から噴射された燃料が燃焼室上部に引かれる現象は生じない。
【００２１】
さらにまた、請求項４に記載の発明によれば、インジェクタは、第２の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射する第３の噴射口を備えており、これにより、燃料を燃焼室全体により拡散させることができる。
【００２２】
加えて、請求項５に記載の発明によれば、インジェクタは、第３の噴射口を複数備えており、これにより、第３の噴射口が１つである場合に比べてさらに燃料を燃焼室全体により拡散させることができる。具体的に言うと、多くの燃料をピストン近くに供給でき、第１および第２の噴射口から噴射された燃焼室上部にある燃料の量と複数の第３の噴射口から噴射された燃焼室下部にある燃料の量との差が小さくなる、すなわち燃焼室全体の燃料の分布が略一様になる。
【００２３】
加えてまた、請求項６に記載の発明によれば、複数の第３の噴射口の噴射方向を、所定の基準軸に直交する平面に対して第３の噴射口の噴射方向線が交差する点を第３の交点として、隣接しあう第３の交点間の距離が隣接しあう第１の交点間の距離より長くなるように設定したので、気筒を点火プラグ側から見た場合、複数の第３の噴射口から噴射された燃料がピストンの頭頂面全体に拡散されてあたることになる。したがって、ピストンの頭頂面の一部に集中的に噴射された燃料があたることによりその部分に燃料が付着することが抑制される。
【００２４】
一方、請求項７に記載の発明によれば、複数の第３の噴射口の噴射方向を、所定の基準軸に直交する平面に対して第３の噴射口の噴射方向線が交差する点を第３の交点として、隣接しあう第３の交点間の距離が隣接しあう第１の交点間の距離より短くなるように設定したので、複数の第３の噴射口から噴射された燃料は、集合してペネトレーションが大きい流れとなり、その流れはピストンの頭頂面に沿って方向を変え、第２の噴射口から噴射された燃料を点火プラグの電極に向かって運ぶ流れとなる。その結果、点火プラグの電極とその周囲を含む領域に十分量の燃料が供給され、高い着火性が確保される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置を含むエンジンの制御系を概略的に示している。
【００２６】
図１には、多筒式エンジン１０と、エンジン１０を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１２とが示されている。
【００２７】
図１においてその出力軸１４の軸方向から見た断面で１つの気筒１６が示されているエンジン１０は、いわゆる筒内噴射式エンジンである。エンジン１０は、気筒１６とピストン１８とが協働して形成する燃焼室２０に燃料を噴射するインジェクタ２２と、燃焼室２０内の燃料を燃焼させるための点火プラグ２４と、燃焼室２０に空気を供給する吸気路２６と、燃焼室２０内の排気ガスを排気する排気路２８とを有する。
【００２８】
また、エンジン１０は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程からなる燃焼サイクルを実行するための吸気弁３０と排気弁３２とを有する。
【００２９】
ＥＣＵ１２は、インジェクタ２２と点火プラグ２４を制御して燃焼室２０内での燃料の燃焼を制御するように構成されており、具体的にはインジェクタ２２と点火プラグ２４に制御信号を出力するように構成されている。また、エンジン１０の冷却水３４の温度を検出する水温センサ３６からの信号を受け取るように構成されている。
【００３０】
ＥＣＵ１２は、水温センサ３６からの信号に基づいて、インジェクタ２２に出力する制御信号のタイミング（すなわち、燃料噴射のタイミング）を設定するように構成されている。
【００３１】
具体的にいうと、ＥＣＵ１２は、エンジン１０が所定の冷間状態であることを示す信号（具体的には、所定の温度以下に対応する信号）が水温センサ３６から出力されるときは、燃料噴射のタイミングが圧縮行程中になるようにインジェクタ２２を制御する。それ以外は、燃料噴射のタイミングが吸気行程中になるようにインジェクタ２２を制御する。
【００３２】
ここで言う「エンジンの所定の冷間状態」とは、エンジンが外気と略同等の温度で、触媒が暖まっていない（活性化していない）状態を言う。例えば、長時間停止していたエンジンが始動されるときの状態が該当する。
【００３３】
エンジンが冷間状態である場合、圧縮行程中に燃料を噴射するタイミングを設定する理由は、プラグ周りに着火しやすい混合気を集め、点火時期をリタードできるようにするためである。エンジンが冷間状態にあるときに燃料の噴射タイミングを圧縮行程中に設定することにより、点火リタードができ、排気温度を上げて触媒暖機を早められ、ＨＣの排出を抑制している。
【００３４】
また、ＥＣＵ１２は、圧縮行程から膨張行程の間に点火プラグ２４に制御信号を出力するように（圧縮行程から膨張行程の間に燃料に点火するように）構成されている。なお、エンジン１０が冷間状態にあるとき、すなわち圧縮行程中に燃料が気筒１６内に噴射される場合、点火のタイミングを吸気行程に燃料が気筒１６内に噴射される場合に比べてリタードするようにＥＣＵ１２を構成してもよい。
【００３５】
図２に燃焼室２０の拡大図を示し、図３にインジェクタ２２の先端の断面図を示す。
【００３６】
図２に示すように、インジェクタ２２は、燃焼室２０にその側方から燃料を噴射するようにエンジン１０に配置されている。
【００３７】
また、図２や図３に示すように、インジェクタ２２は、燃焼室２０の中心部に向けて、複数の方向Ａ１〜Ａ２、Ｂ、Ｃ１〜Ｃ４の方向に燃料を噴射するように構成されている。噴射方向Ａ１とＡ２、Ｃ１とＣ４、およびＣ２とＣ３は、出力軸１４の軸方向から見た場合、図２や図３に示すように重なって見える。
【００３８】
具体的には、図３に示すように、インジェクタ２２は、その先端に設けられたインジェクタヘッド５０に形成された、噴射方向Ａ１〜Ａ２に燃料を噴射するための噴射口（特許請求の範囲に記載の第１の噴射口に対応。）５２ａ〜５２ｂと、噴射方向Ｂに燃料を噴射するための噴射口（特許請求の範囲に記載の第２の噴射口に対応。）５４と、噴射方向Ｃ１〜Ｃ４に燃料を噴射するための噴射口（特許請求の範囲に記載の第３の噴射口に対応。）５６ａ〜５６ｄとを有する。すなわち、インジェクタ２２は、合計７つの噴射口を備えるマルチホールインジェクタである。
【００３９】
インジェクタ２２は、インジェクタヘッド５０内の空間５８に燃料ポンプ（図示せず）から供給される高圧の燃料を蓄え、空間５８と複数の噴射口５２ａ〜５２ｂ、５４、５６ａ〜５６ｄとの連絡を遮断するニードル弁６０がその中心軸ＣＬ方向に後退する（点線の位置に移動する）ことによって該噴射口と該空間を連絡することにより、燃料を噴射するように構成されている。インジェクタ２２は、ＥＣＵ１２からの制御信号に基づいてニードル弁６０を後退させるように構成されている。
【００４０】
複数の噴射方向Ａ１〜Ａ２、Ｂ、Ｃ１〜Ｃ４は、ニードル弁の中心軸ＣＬを基準軸（特許請求の範囲に記載の所定の基準軸に対応。）としてその角度が設定されている。噴射方向Ａ１、Ａ２は、基準軸ＣＬに対して点火プラグ２４側の角度αの方向に設定されている。また、噴射方向Ｂは、基準軸ＣＬ方向に略一致するように設定されている。さらに、噴射方向Ｃ１とＣ４は、基準軸ＣＬに対してピストン１８側の角度βの方向に設定されている。さらにまた、噴射方向Ｃ２とＣ３は、基準軸ＣＬに対してピストン１８側の角度γ（γ＞β）の方向に設定されている。
【００４１】
異なる観点から見れば、噴射方向Ｂは噴射方向Ａ１（Ａ２）に対してピストン１８側の角度αの方向に設定され、噴射方向Ｃ１とＣ４は噴射方向Ａ１（Ａ２）に対してピストン１８側の角度（α＋β）の方向に設定され、噴射方向Ｃ２とＣ３は噴射方向Ａ１（Ａ２）に対してピストン１８側の角度（α＋γ）の方向に設定されている。
【００４２】
図２に戻って、全ての噴射方向がピストン１８側に向くようにインジェクタ２２はエンジン１０に配置されており、噴射口５２ａ、５２ｂの噴射方向Ａ１、Ａ２は、図２に示すように、他の噴射方向に比べて最も点火プラグ２４側に燃料を噴射する方向である。
【００４３】
また、噴射口５２ａ、５２ｂの噴射方向Ａ１、Ａ２は、噴射口５２ａ、５２ｂの噴射方向Ａ１、Ａ２軸と点火プラグ２４の電極７２ｂとの間の最短距離が所定距離Ｌになるように設定されている。
【００４４】
所定距離Ｌについて説明する。一般に噴射口から噴射された燃料は噴射方向に移動しつつ、噴射方向軸を中心として放射状に拡散する。したがって、噴射口５２ａ、５２ｂについては、噴射方向Ａ１、Ａ２軸が直接電極７２ｂを指向していなくても、エンジン１０が冷間状態であるときに液状の燃料噴霧が電極７２ｂに付着することがある。このことを考慮し、前記所定距離Ｌは、液状の燃料噴霧が電極７２ｂに付着しないように求められた距離である。
【００４５】
噴射方向Ｂ、Ｃ１〜Ｃ４は、噴射口５４、５６ａ〜５６ｄから噴射された燃料がピストン１８の頭頂面７４に形成された凹部(キャビティ)７６に向かう方向に設定されている（図３に示す角度β、γが設定されている。）。キャビティ７６は、キャビティ７６に移動してきた燃料を点火プラグ２４に向かう方向にその移動方向を変更するガイドとして機能するものである。これにより、噴射口５４、５６ａ〜５６ｄから噴射された燃料が点火プラグ２４の電極７２ａ、７２ｂに移動される。
【００４６】
また、噴射口５４の噴射方向Ｂが燃焼室２０の中心線に直交する平面Ｐｈに対して点火プラグ２４側に角度θで交差するように、インジェクタ２２はエンジン１０に配置されている。
【００４７】
角度θは、圧縮行程中に燃料を噴射したときの燃焼安定性と発生するスモーク量を考慮して決定される。図４（ａ）に、圧縮行程中に燃料を噴射したときの燃焼安定性、発生するスモーク量と角度θとの関係を示す。
【００４８】
燃焼安定性は、図４（ａ）に示すように、角度θが小さくなると低下し（失火が起こりやすくなり）、大きくなりすぎても低下する。燃料が燃焼室２０の側方の所定位置から噴射されるとすると、角度θが小さくなればなるほど、キャビティ７６で燃料を点火プラグ２４に向かわせるには噴射タイミングが遅角側（ピストン位置が上死点側）となり、噴射方向Ｂに噴射口５４から噴射された燃料は、点火プラグ２４の２つの電極７２ａと７２ｂの間、すなわち火花放電が起こる位置に早く到達することになる。早く到達すればするほど噴射されて気化するまでの時間が短くなり、そのために電極７２ａ，７２ｂに到達した燃料に液状の燃料が多く含まれることになる。その結果、電極７２ａ、７２ｂの表面が液状の燃料に覆われ、火花放電が確実に実行できず、失火しやすくなる。
【００４９】
一方、角度θが大きくなればなるほど、噴射方向Ｂに噴射口５４から噴射された燃料は、点火プラグ２４の２つの電極７２ａと７２ｂの間に到達するまでに方向を変えつつ長距離を移動するために、その量が減少する。その結果、点火プラグ２４の電極７２ａ、７２ｂの間を中心とする所定の領域内の燃料が希薄となり、確実に着火できなくなる。所定の領域とは、電極近傍の領域であって、燃料の着火性に影響を与える領域である。
【００５０】
また、スモーク量は、角度θが大きくなればなるほどその発生量が減少する。スモークは、燃料が不完全に燃焼されることにより発生し、それは点火プラグ２４の電極７２ａと７２ｂの間を中心とする所定の領域に過剰に燃料が供給されることを原因とする。角度θが小さくなればなるほど、噴射タイミングが遅角側となり、気化不足の多くの燃料が点火プラグ２４の電極７２ａと７２ｂの間を中心とする領域に到達するため、スモーク量が増加する。
【００５１】
これらのことを考慮して、角度θは、図４（ａ）で斜線で示す範囲、すなわち、燃焼安定性が高く、発生するスモーク量が許容できる範囲内で決定される。
【００５２】
また、角度θは、圧縮行程において、燃料を噴射するタイミング、言い換えるとピストン１８の位置に基づいて決定される。
【００５３】
角度θと、ピストン１８の位置と、点火プラグ２４の電極７２ａと７２ｂの間を中心とする所定の領域（電極の近傍）内の空燃比（Ａ／Ｆ）との示す図４（ｂ）に示す。図に示すように、角度θの噴霧をキャビティにてプラグに向けるには、角度θが小さくなると、噴射タイミングが遅角側となるため、所定の領域内の空燃比は過濃となる。逆に、角度θが大きくなると、噴射タイミングが進角側となり、所定の領域内の空燃比はリーンとなる。これにより、いずれも、点火プラグ２４の電極７２ａと７２ｂの間を中心とする所定の領域内の空燃比が正常に燃料の燃焼が実行できる点火の範囲、図においては斜線で示す範囲が小さくなる。よって、この着火可能な点火タイミング（ピストンの位置）の範囲が大きくなるように、角度θが決定される。
【００５４】
まとめると、噴射方向Ａ１、Ａ２、Ｂに噴射する噴射口５２ａ、５２ｂ、５４が点火プラグの電極に直接液状の燃料が付着することを抑制しつつ、点火プラグの電極とその周囲を含む領域にミスファイアしない十分量の燃料を供給し、噴射方向Ｃ１〜Ｃ４に噴射する噴射口５６ａ〜５６ｄが、噴射口５２ａ、５２ｂ、５４に比べてピストン１８側に燃料を噴射することにより、燃焼室２０全体に燃料を拡散させている。これらにより、正常な燃焼が実行可能となる。
【００５５】
ここまで説明した燃料の噴射方向は、図１に示すエンジン１０の出力軸１４と直交する平面上の方向である。実際には、複数の燃料噴射方向Ａ１〜Ａ２、Ｂ、Ｃ１〜Ｃ４は、図５に示すように、基準軸ＣＬに対して直交する平面Ｐｖ（特許請求の範囲に記載の平面に対応。）に異なる交点で交差するように設定されている。図に示すＸＹＺ座標系において、Ｘ軸方向は基準軸ＣＬ方向であり、Ｙ軸方向はエンジン１０の出力軸１４の軸方向、すなわち、図１〜３の紙面に直交する方向である。
【００５６】
図５に示すように、平面Ｐｖに対する各噴射方向Ａ１〜Ａ２、Ｂ、Ｃ１〜Ｃ４の交点を、Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐｂ、Ｐｃ１、Ｐｃ２、Ｐｃ３、Ｐｃ４とする（Ｐａ１とＰａ２が特許請求の範囲に記載の第１の交点に対応し、Ｐｂが第２の交点に対応し、Ｐｃ１〜Ｐｃ４が第３の交点に対応している。）。
【００５７】
交点Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐｂ、Ｐｃ１、Ｐｃ２、Ｐｃ３、Ｐｃ４の平面Ｐｖ上の位置関係を図６（ａ）に示す。
【００５８】
図６（ａ）に示すように、平面Ｐｖ上において交点Ｐａ１とＰａ２との間の距離ｄ１が、Ｐａ１とＰｂとの間の距離（Ｐａ２とＰｂとの間の距離）ｄ２より短くなるように、噴射方向Ａ１〜Ａ２．Ｂが設定されている。これにより、噴射方向Ａ１、Ａ２に噴射口５２ａ、５２ｂから噴射された燃料が移動する燃焼室２０の相対的に上の場所と噴射方向Ｂに噴射口５４から噴射された燃料が移動する燃焼室２０相対的に下の場所との間に圧力差が生じて、噴射口５４から噴射方向Ｂに噴射された燃料が燃焼室２０の上部に向かって引かれる。これは、２つの噴射口５２ａ、５２ｂから噴射された燃料の間の空気が高速に流れてその場所の圧力が下がることにより起こる。その結果、燃焼室２０の上部に引かれた噴射口５４から噴射方向Ｂに噴射された燃料の一部が点火プラグ２４の電極７２ａ、７２ｂに向かって移動されて着火性が向上する。また、燃焼室２０において、下から上に向かう流れが形成され、それにより燃焼室２０全体に燃料が拡散される。なお、平面Ｐｖ上において交点Ｐａ１とＰａ２との間の距離ｄ１が、Ｐａ１とＰｂとの間の距離（Ｐａ２とＰｂとの間の距離）ｄ２より長くなるように噴射方向Ａ１〜Ａ２．Ｂが設定されているとこの２つの効果は生じない。
【００５９】
また、交点Ｐｃ１〜Ｐｃ４それぞれとＰｂとの間の距離ｄ３は、ｄ２より大きくされている。これは、噴射口５４から噴射方向Ｂに噴射された燃料が、上述する上方向に引かれる以上の力で下方向に引かれないようにするためである。
【００６０】
さらに、図６（ａ）に示すように、平面Ｐｖ上において交点Ｐａ１とＰａ２との間の距離ｄ１が、Ｐｃ１とＰｃ２との間の距離（Ｐｃ２とＰｃ３との間の距離、Ｐｃ３とＰｃ４との間の距離）ｄ４より短くなるように、噴射方向Ａ１〜Ａ２．Ｃ１〜Ｃ４が設定されている。これにより、図７（ａ）に示すように、点火プラグ２４側から気筒１６を見た場合、噴射口５６ａ〜５６ｄから噴射方向Ｃ１〜Ｃ４に噴射された燃料は気筒１６全体に拡散する。そのために、噴射口５６ａ〜５６ｄから噴射方向Ｃ１〜Ｃ４に噴射された燃料はピストン１８の頭頂面７４全体にあたり、その結果、、ピストン１８の頭頂面７４の一部に集中的に噴射された燃料があたることによりその部分に燃料が付着することが抑制される。
【００６１】
以上、上述の一実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００６２】
例えば、上述の実施形態がピストンの頭頂面に燃料が付着することを抑制することを目的にしているのに対し、より多くの燃料を点火プラグの２つの電極とその周囲に供給するために、図６（ｂ）に示すように、平面Ｐｖ上において交点Ｐａ１とＰａ２との間の距離ｄ１が、Ｐｃ１とＰｃ２との間の距離（Ｐｃ２とＰｃ３との間の距離、Ｐｃ３とＰｃ４との間の距離）ｄ４’より長くなるように、噴射方向Ａ１〜Ａ２．Ｃ１〜Ｃ４を設定してもよい。
【００６３】
これにより、図７（ｂ）に示すように、噴射方向Ｃ１〜Ｃ４に噴射された燃料は、集合してペネトレーションが大きい流れとなり、その流れはピストンの頭頂面のキャビティに沿って方向を変え、噴射方向Ｂに噴射された燃料を点火プラグの電極に向かって運ぶ流れとなる。その結果、点火プラグの電極とその周囲を含む領域に十分量の燃料が供給され、高い着火性を確保することができる。
【００６４】
また、複数の噴射口において点火プラグの電極の周囲に燃料を噴射する第１の噴射口は、上述の実施形態の場合２つの噴射口５２ａ、５２ｂであったが、それ以上であってもよく、また１つであってもよい。第２および第３の噴射口の数が一定ならば、第１の噴射口が多ければ多いほど、電極の周囲に多くの燃料を供給することができる。ただし、点火プラグの電極の周囲に過剰に燃料が供給されると大量にスモークが発生する可能性があるため、好ましくは第１の噴射口の数は２つが好ましい。
【００６５】
また、第３の噴射口は、上述の実施形態の場合４つの噴射口５６ａ〜５６ｄであったが、それ以上であってもよく、また１つであってもよい。第１および第２の噴射口の数が一定ならば、第３の噴射口が多ければ多いほど、ピストン側に多くの燃料を供給することができる。ただし、インジェクタの構造上、すなわち複数の噴射口から噴射される燃料の総量は一定であるため、第３の噴射口を増やすと、第１や第２の噴射口から噴射される燃料が減少して点火プラグの電極の周囲の燃料が希薄になる可能性がある。このことを考慮すると、第３の噴射口の数は、第１の噴射口の数と第２の噴射口の数を合計した数と略同一になるようにするのが好ましく、その結果、燃焼室全体において燃料の分布が略一様になる。
【００６６】
最後に、上述の実施形態は７つの噴射口を備えるインジェクタであったが、本発明の課題であるエンジンが低温状態にあるときに確実に燃料を正常に燃焼させることは、１つの第１の噴射口と１つの第２の噴射口があれば達成される。すなわち、１つの第１の噴射口が、点火プラグの電極に液状の燃料が付着することを抑制しつつ、点火プラグの電極とその周囲を含む領域にミスファイアしない十分量の燃料を供給し、１つの第２の噴射口が、第１の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射することにより、燃焼室全体に燃料を拡散させる。これらにより、エンジンが冷温状態であっても、確実に燃料を正常に燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態に係る筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置を含むエンジンの制御系の概略図である。
【図２】燃焼室の拡大図である。
【図３】インジェクタの先端の拡大図である。
【図４】図２に示す角度θと燃焼安定性、スモーク量との関係と、角度θとプラグ位置のＡ／Ｆ、燃料噴射タイミングとの関係とを示す図である。
【図５】インジェクタから噴射される燃料の噴射方向を示す斜視図である。
【図６】燃料の噴射方向の位置関係を示す図である。
【図７】点火プラグ側から見た燃料の噴射方向を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１６  気筒
１８  ピストン
２０  燃焼室
２２  インジェクタ
２４  点火プラグ
７２ｂ  電極
【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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