(57)【要約】【課題】  冷機始動時に排気低減，排気温度上昇のため点火リタードする場合の燃焼安定性と全開条件でのすすの低減を両立する必要がある。【解決手段】  インジェクタは、ノズル先端に弁体の動作軸線に対して傾斜した軸線を有する複数の燃料通路を備え、燃料通路の内の少なくとも３つの燃料通路の傾斜軸線は、すべてが交差することなく広がり角度を有し、弁体の動作軸線に対して直角な面内に３点の噴射ポイントを形成し、当該３点の噴射ポイントが三角形を形成しており、さらに、当該三角形の中心周辺に噴射ポイントを有する少なくとも一つの中心指向用燃料通路を備える。【選択図】図１
2008202483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の燃料噴射口を備えたインジェクタで燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射型の内燃機関において、
前記燃料噴射口の少なくとも一つから噴射される第１の燃料噴霧は点火プラグ方向を指向し、
他の燃料噴射口の少なくとも２つから噴射される第２の燃料噴霧はピストンの両側部を指向し、
さらに他の燃料噴射口の少なくとも一つから噴射される第３の燃料噴霧は前記複数の燃料噴霧に囲まれた空間を指向している
筒内噴射型の内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載した筒内噴射型の内燃機関に用いられるインジェクタであって、
前記第１，第２，第３の燃料噴霧を形成する各燃料噴口へ燃料を導く燃料通路の直径が少なくとも異なる２つの直径を有しており、
前記異なる燃料通路の直径が最小直径を１としたときに最大の直径が１.５ 倍以内である筒内噴射型の内燃機関に用いられるインジェクタ。
【請求項３】
ノズル先端に弁体の動作軸線に対して傾斜した軸線を有する複数の燃料通路を備えた請求項１に記載の筒内噴射型の内燃機関に用いるインジェクタにおいて、
前記燃料通路の内の少なくとも３つの燃料通路の傾斜軸線は、すべてが交差することなく広がり角度を有し、前記弁体の動作軸線に対して直角な面内に３点の噴射ポイントを形成し、当該３点の噴射ポイントが三角形を形成しており、
さらに、当該三角形の中心周辺に噴射ポイントを有する少なくとも一つの中心指向用燃料通路を備える
筒内噴射型の内燃機関に用いるインジェクタ。
【請求項４】
請求項３に記載したものにおいて、
前記複数の燃料通路の直径が少なくとも異なる２種類の直径を有しており、
前記異なる燃料通路の直径が最小直径を１としたときに最大の直径が１.５ 倍以内である筒内噴射型の内燃機関に用いるインジェクタ。
【請求項５】
請求項３または４のいずれかに記載したものにおいて、
前記中心指向用燃料通路が前記三角形の頂角を２等分する軸線上にその噴射ポイントを有する
筒内噴射型の内燃機関に用いるインジェクタ。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれかに記載したものにおいて、
前記ノズルに設けられた複数の燃料通路の燃料噴射口が同一円周上に等間隔に配置されている
筒内噴射型の内燃機関に用いるインジェクタ。
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれかに記載のものにおいて、
前記三角形の頂点を指向する燃料噴霧の燃料量が全体の１０乃至２０％に設定されている
筒内噴射型の内燃機関に用いるインジェクタ。
【請求項８】
請求項１項に記載したものにおいて、
前記第３の噴霧はピストン冠面を指向する少なくとも１本の燃料噴霧を含む
筒内噴射型の内燃機関。
【請求項９】
請求項１若しくは請求項８項のいずれかに記載したものにおいて、
前記第１及び第２の燃料噴霧によって囲まれる、断面が三角形の領域内に前記第３の燃料噴霧が噴射される
筒内噴射型の内燃機関。
【請求項１０】
請求項１，請求項８若しくは請求項９項のいずれかに記載したものにおいて、
前記第３の燃料噴霧を前記点火プラグ方向に偏向するガイド手段を有する
筒内噴射型の内燃機関。
【請求項１１】
請求項１，請求項８乃至請求項１０項のいずれかに記載したものにおいて、
前記第１の燃料噴霧は前記プラグ周辺の混合気の空燃比を着火に適した空燃比に制御し、
前記第３の燃料噴霧は着火時期において前記第１の燃料噴霧に発生した火炎を燃焼室内に伝播する機能を有し、
前記第２の燃料噴霧は燃焼室内に均質な混合気を形成して、燃焼室内で均質な燃焼を形成する機能を有する
筒内噴射型の内燃機関。
【請求項１２】
冷機始動時において噴射時期を圧縮上死点前３０度以降となるように設定し、暖気後は燃料噴射時期を吸気上死点後９０度前後となるように燃料噴射時期を制御する
請求項１，請求項８乃至請求項１１に記載の筒内噴射型の内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
筒内噴射型の内燃機関の燃焼室側面に取り付けられて用いられるインジェクタであって、
前記インジェクタからの燃料噴霧が、シリンダヘッドに取り付けられたプラグの下方に向かって噴射される１本または複数の上側噴霧と、
燃焼室周面若しくはピストン冠面部に向かって噴射される複数の下側噴霧とを備え、
燃料圧力，噴射期間を一定で噴射した場合の燃料量が、
前記上側噴霧はエンジンの実排気量に関わらず一定量であると共に、
前記下側噴霧の燃料噴射量はエンジンの実排気量に比例するよう構成した
筒内噴射型の内燃機関に用いるインジェクタ。
【請求項１４】
請求項１３に記載したインジェクタを用いた筒内噴射型の内燃機関であって、
圧縮行程に噴射する燃料の噴射開始時期が上死点前７０度から上死点の間である
筒内噴射型の内燃機関。
【請求項１５】
請求項１３に記載のものにおいて、
前記下側噴霧量が実排気量に比例して変化する場合に、
前記下側噴霧を噴射する噴孔の数が同じであり、噴孔の径が異なる
筒内噴射型の内燃機関に用いるインジェクタ。
【請求項１６】
前記請求項１３に記載のものにおいて、
前記下側噴霧量が実排気量に比例して変化する場合に、
前記下側噴霧を噴射する噴孔の径はほぼ同じであり、噴孔の数が異なる
筒内噴射型の内燃機関に用いるインジェクタ。
【請求項１７】
前記請求項１３において、
前記下側噴霧量が実排気量に比例して変化する場合に、
前記下側噴霧を噴射する噴孔の数と径が異なり、最小の噴孔径を１とした場合に最大の噴孔径が１.５以内となっている
筒内噴射型の内燃機関に用いるインジェクタ。
【請求項１８】
筒内噴射型の内燃機関の燃焼室側面に取り付けられて用いられるインジェクタであって、
前記インジェクタからの燃料噴霧が、シリンダヘッドに取り付けられたプラグの下方に向かって噴射される１本または複数の上側噴霧と、
燃焼室周面若しくはピストン冠面部に向かって噴射される複数の下側噴霧とを備え、
燃料圧力が７ＭＰａの条件で単位時間あたり燃料噴射流量を測った場合に、前記下側噴霧の燃料流量が、エンジンのボア径が８０mmの場合に、下限値４５cc／min、上限値８７
cc／minの範囲内にある
筒内噴射型の内燃機関に用いるインジェクタ。
【請求項１９】
請求項１８に記載のものにおいて、前記下側噴霧の燃料流量の下限値が、４５cc／minｘボア径／８０、上限値が、８７cc／min  ｘボア径／８０となっている
筒内噴射型の内燃機関に用いるインジェクタ。
【請求項２０】
筒内噴射型の内燃機関の燃焼室側面に取り付けられて用いられるインジェクタであって、
前記インジェクタからの燃料噴霧が、シリンダヘッドに取り付けられたプラグの下方に向かって噴射される１本または複数の上側噴霧と、
燃焼室周面若しくはピストン冠面部に向かって噴射される複数の下側噴霧とを備え、
燃料圧力１５Ｍｐａで使用され、
孔径の異なる複数の噴孔を備え、前記噴孔径の最小値を１とした場合に、最大の噴孔径が１.５以内である
筒内噴射型の内燃機関に用いられるインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料噴射口を有するインジェクタ（以後インジェクタと称する）を備え、筒内（以後燃焼室と称する）に直接燃料を噴射するいわゆる筒内噴射型の内燃機関
（以後エンジンと称する）に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の噴孔を有するインジェクタ（以下マルチホールインジェクタと記す）を備えた筒内噴射エンジンにおいて、少なくとも１つの噴霧をインジェクタより上方を指向させ、残りの噴霧のうち少なくとも１つをピストンに指向させて均一な混合気を生成し、効率の良い予混合燃焼を得る技術が特開平８−３１２３５２号公報に記載されている。
【０００３】
また、複数の噴霧を点火プラグの電極を挟むように指向させて希薄燃焼により燃費低減を図ると共に、均一燃焼時には燃料噴射時期を吸気行程中期に設定し混合気の均一化を図る技術が特開２００５−９８１２０号公報に記載されている。また、複数の噴霧を点火プラグの電極を挟むように指向させることにより冷間始動時の着火性を向上させる技術が特開２００５−９８１１８号公報に記載されている。
【０００４】
冷機始動時では触媒が未活性のためエンジンからの排気ガスがそのまま排出され、環境への負荷が大きい。従来は吸気行程に燃料を噴射することにより筒内に均一な混合気を形成し、安定に燃焼できる範囲で点火時期を遅らせて排気温度を上げ、未燃燃料の低減と触媒の早期活性化を図っていた。しかし、更なる低排気化への要求から、圧縮行程の後期から膨張行程の前期にかけて１回若しくは数回に分けて燃料を噴射し、点火プラグ近傍に燃料を成層化させて点火時期を大きく遅らせる方法が検討されている。これにより排気温度が高くなるため燃焼室だけでなく排気管でも酸化反応が進み、大幅に未燃燃料を低減、また触媒の早期活性化を図ることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３１２３５２号公報
【特許文献２】特開２００５−９８１２０号公報
【特許文献３】特開２００５−９８１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、スロットルバルブが全開になるような高負荷運転時には高出力を得るために噴射した燃料を十分に気化させて均一な混合気を形成する必要があるが、点火プラグに燃料を多く向けた場合、インジェクタの燃料噴霧が対向壁面に付着して気化が悪くなり出力が低下する問題が生じる。
【０００７】
そこで本発明は、冷機始動時の点火リタードによる排気温度の早期昇温と全スロットルバルブが全開になるような高負荷運転時の高出力維持を両立することを目的とする。
【０００８】
さらに、具体的な課題は実施例の説明の中で明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、点火プラグ方向を指向する第１の燃料噴霧、ピストンの両側部を指向する第２の燃料噴霧、さらに前記複数の燃料噴霧に囲まれた空間を指向する第３の燃料噴霧を噴射するインジェクタで燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射型の内燃機関とすることで達成される。
【００１０】
好適には、前記第１，第２，第３の燃料噴霧を形成する各燃料噴口へ燃料を導く燃料通路の直径が少なくとも異なる２つの直径を有しており、前記異なる燃料通路の直径が最小直径を１としたときに最大の直径が１.５倍以内であるように構成される。
【００１１】
上記筒内噴射型の内燃機関に供するインジェクタは、ノズル先端に弁体の動作軸線に対して傾斜した軸線を有する複数の燃料通路を備え、燃料通路の内の少なくとも３つの燃料通路の傾斜軸線は、すべてが交差することなく広がり角度を有し、弁体の動作軸線に対して直角な面内に３点の噴射ポイントを形成し、当該３点の噴射ポイントが三角形を形成しており、さらに、当該三角形の中心周辺に噴射ポイントを有する少なくとも一つの中心指向用燃料通路を備えることが好ましい。
【００１２】
また、上記筒内噴射型の内燃機関は、冷機始動時において噴射時期を圧縮上死点前３０度以降となるように設定し、暖気後は燃料噴射時期を吸気上死点後９０度前後となるように燃料噴射時期を制御されることが好ましい。
【００１３】
また、好適には、前記インジェクタからの燃料噴霧が、シリンダヘッドに取り付けられたプラグの下方に向かって噴射される１本または複数の上側噴霧と、燃焼室周面若しくはピストン冠面部に向かって噴射される複数の下側噴霧とを備え、燃料圧力，噴射期間を一定で噴射した場合の燃料量が、前記上側噴霧はエンジンの実排気量に関わらず一定量であると共に、前記下側噴霧の燃料噴射量はエンジンの実排気量に比例するよう構成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、三角形状に配置された噴射ポイントの中心部分を指向する別の燃料噴霧を設けたことで、燃焼を改善することができた。
【００１５】
より具体的な効果は、以下の実施例の説明で明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に説明する本実施例によって解決しようとする課題は以下の通りである。
【００１７】
マルチホールインジェクタで前記点火リタードを図る場合、特開２００５−９８１１８号公報のように点火プラグ近傍に燃料を指向させ点火プラグ周りに可燃混合気を分布させ着火する方法がある。このような構成において、排気量、又は過給によって実排気量が大きくなった場合、燃料の噴射期間を変えないために実排気量に応じてインジェクタの単位時間あたり流量を増やす方法が用いられる。しかし、各噴孔の流量割合を単位時間当たり流量によって変えない場合、点火プラグ側、即ちシリンダヘッド側に向けた燃料の量が増加することとなるが、噴霧点からシリンダヘッド側の距離は短いため、必要以上にシリンダヘッド側噴霧の燃料量を増やすと壁面への燃料付着量が増加し排気ガスの悪化を招く結果となる。
【００１８】
本実施例は、実排気量が異なるエンジンにおいてシリンダヘッドへの壁面付着を低減して排気ガス悪化を抑制する、複数の噴孔を有するインジェクタを備えた筒内噴射エンジンとその制御装置を提供する。
【００１９】
この目的を達成するため本実施例では以下のように構成している。
【００２０】
具体構成１、燃焼室の側面に複数の噴孔を有するインジェクタと、燃焼室の中心上部に点火プラグを備え、前記インジェクタからの燃料噴霧としてシリンダヘッド側に向かって燃料を噴射する１本または複数のシリンダヘッド側を狙ったシリンダヘッド側噴霧と、シリンダブロック側に向かって燃料を噴射する複数のシリンダブロック側噴霧を備え、機関始動時において圧縮行程に少なくとも１回の燃料を噴射すると共に、燃料圧力，噴射期間を一定で噴射した場合の燃料量として、異なる実排気量であっても前記シリンダヘッド側噴霧は一定量であると共に、シリンダブロック側噴霧量は異なる実排気量に比例するよう構成されている。
【００２１】
具体構成２では、具体構成１において圧縮行程に噴射する燃料の噴射開始時期が上死点前７０度から上死点の間となるよう構成されている。
【００２２】
具体構成３では、前記具体構成１においてシリンダブロック側噴霧量が実排気量に比例して変化する場合に、前記シリンダブロック側噴霧を噴射する噴孔の数は同じで、噴孔の径が異なるように構成されている。
【００２３】
具体構成４では、前記具体構成１においてシリンダブロック側噴霧量が実排気量に比例して変化する場合に、前記シリンダブロック側噴霧を噴射する噴孔の径はほぼ同じであり、噴孔の数が異なるよう構成されている。
【００２４】
具体構成５では、前記具体構成１においてシリンダブロック側噴霧量が実排気量に比例して変化する場合に、前記シリンダブロック側噴霧を噴射する噴孔の数と径が異なり、最小の噴孔径を１とした場合に最大の噴孔径が１.５ 以内とするよう構成されている。
【００２５】
具体構成６では、燃焼室の側面に複数の噴孔を有するインジェクタと、燃焼室の中心上部に点火プラグを備え、前記インジェクタからの燃料噴霧としてシリンダヘッド側に向かって燃料を噴射する１本または複数のシリンダヘッド側を狙ったシリンダヘッド側噴霧と、シリンダブロック側に向かって燃料を噴射する複数のシリンダブロック側噴霧を備え、機関始動時において圧縮行程に少なくとも１回の燃料を噴射し、燃料圧力が７ＭＰａの条件で単位時間あたり流量を測った場合に、シリンダヘッド側噴霧の燃料流量が、エンジンのボア径が８０mmの場合に、下限値４５cc／min、上限値８７cc／minの範囲内となるように構成されている。
【００２６】
具体構成７では、具体構成６においてシリンダヘッド側噴霧の燃料流量の下限値が、ボア径／８０＊４５cc／min、上限値が、ボア径／８０＊８７cc／minとなるよう構成されている。
【００２７】
実施例では、燃焼室の側面に複数の噴孔を有するインジェクタと、燃焼室の中心上部に点火プラグを備え、前記インジェクタからの燃料噴霧としてシリンダヘッド側に向かって燃料を噴射する１本または複数のシリンダヘッド側を狙ったシリンダヘッド側噴霧と、シリンダブロック側に向かって燃料を噴射する複数のシリンダブロック側噴霧を備え、機関始動時において圧縮行程に少なくとも１回の燃料を噴射し、燃料圧力１５ＭＰａで使用可能な高圧燃料ポンプを備え、孔径の異なる噴孔を複数設けたインジェクタを備え、前記噴孔径の最小値を１とした場合に、最大の噴孔径が１.５以内となるよう構成されている。
【実施例１】
【００２８】
第１の実施例における筒内噴射エンジンの構成を模式的に表したものを図１に示す。
【００２９】
シリンダヘッド１とシリンダブロック２、そしてシリンダブロック２に挿入されたピストン３により燃焼室２Ａが形成され、燃焼室２Ａの中心上部に点火プラグ４が設けられている。燃焼室２Ａに吸気管５と排気管６がそれぞれ開口しており、開口部を開閉する吸気弁７と排気弁８が設けられている。燃焼室２Ａの吸気側には燃焼室２Ａに直接燃料が噴射できるように燃料噴射弁９が設けられており、噴霧１０ａ〜１０ｆがそれぞれ噴射される。
【００３０】
第１の実施例で用いている燃料噴射弁９の噴霧形状を図２，図３に、ノズル部を拡大したものを図４示す。図２，図３は燃料圧力が１１ＭＰａの条件において、雰囲気圧力が大気圧の自由空間に燃料を噴射した時の噴霧の外観形状を表しており、図２が燃料噴射弁を横から観察した場合の噴霧形状を、図３は燃料噴射から１ms後での噴孔から３０mm下の
ＡＡ断面位置での噴霧の形状を表している。燃料噴射弁９の先端には円周上に噴孔１１が設けられており、噴孔１１ａからは噴霧１０ａが、噴孔１１ｂからは噴霧１０ｂが、噴孔１１ｃ〜１１ｆからは噴霧１０ｃ〜１０ｆが形成される。燃料噴射弁９は噴霧１０ａが点火プラグ４側になるように設置されている。
【００３１】
噴霧１０ａはシリンダヘッド１側に向けて噴射しており、これをシリンダヘッド側噴霧と呼ぶこととする。噴霧１０ｂ〜１０ｆはシリンダブロック２に向けて噴射していることからシリンダブロック側噴霧と呼ぶこととする。
【００３２】
ここで、図２のような噴霧形状を確認するための方法を以下に記述する。噴射する燃料は実際にエンジン内で噴射するガソリンが望ましいが、ガソリンと性状が同じ流体を用いても良い。この燃料の圧力を１１ＭＰａまで昇圧し、雰囲気圧力が大気圧の容器内に噴射する。この容器には厚さが５mm程度のシート光を入射できる窓と高速度カメラにより噴霧を撮影できる窓を設けておく必要がある。燃料噴射から終了までの噴射パルスは１msとし、燃料噴射弁に駆動パルス信号を与え、燃料を噴射する。そして、駆動パルス信号に同期して、噴射から１ms後の噴霧の写真を撮影するようにすればよい。なお光源は噴霧形状が分かるものであれば何でもよい。
【００３３】
図１９はエンジン全体の概略を示す。ピストン３はコンロッド１７を介してクランク軸１８と連結されており、クランク軸１８にはクランク角度とエンジン回転数を検出可能なクランク角センサ１９が設置されている。シリンダブロック２には冷却水の温度を検出する水温センサ２０が設置されている。アクセルペダル２１には運転者の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ２２を備えている。吸気管５には吸入する空気量を調節可能な絞り弁２３が設けられており、その上流には吸入する空気量を検出可能なエアフローセンサ（図示しない）が設けられている。排気管６には三元触媒１４を備えており、その上流側には空燃比センサ１５を、下流にはＯ2 センサ１６が設けられている。燃料噴射弁９には燃料配管２４によって燃料タンク２５内に設置された低圧ポンプ２６が接続されており、燃料配管２４の途中には燃料を更に昇圧する高圧ポンプ２７と燃料圧力を検出可能な燃料圧力センサ２８が設置されている。
【００３４】
電子制御装置（ＥＣＵ）２９は、設定されたプログラムに従って演算処理を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）３０，制御プログラムや演算に必要なデータを記憶しているリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）３１，演算結果を一時的に格納するためのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３２と、各センサからの信号を受信する入力回路３３、演算結果から各装置に信号を送信する出力回路３４で構成されている。
【００３５】
次に第１の実施例における冷機始動時の動作について図２０により説明する。図２０はシリンダ中心断面での燃焼室２Ａ内の様子を表している。本実施例のエンジン仕様は１気筒当たり排気量４００cc、ボア径８０mmとなっている。燃料圧力が７ＭＰａの条件でインジェクタの流量は５００cc／min である。冷機始動時において、圧縮行程と膨張行程に燃料をそれぞれ噴射する方式である。１回目の燃料噴射時期は２０ｄｅｇＢＴＤＣに設定され、点火時期を膨張行程の２０ｄｅｇＡＴＤＣに設定される。２回目の噴射時期は点火時期と同じに設定される。本実施例では同一径の孔数が６つ設けられており、各噴孔から均等に燃料が噴射される。シリンダヘッド側噴霧である噴霧１０ａの流量は８３cc／min となる。
【００３６】
実験結果から、ボア径が８０mmのエンジンではシリンダヘッド側噴霧の流量と、図示平均圧の標準偏差（燃焼の安定性を表す）には図１５のような関係があることが分かっている。実験での燃料圧力は１５ＭＰａである。シリンダヘッド側噴霧の流量を大きくするほど点火プラグ周りに混合気が集まりやすく、失火することなく安定に着火できるようになること、逆に少ない場合は、プラグ周りに充分な濃度の混合気が形成できず、着火できなくなることを表している。図示平均圧の標準偏差は０.２ 以下にすることが望ましく、シリンダヘッド側流量が４５cc／min以上において標準偏差０.２以下を達成できることから、本実施例のように点火プラグに向けたシリンダヘッド側噴霧を、８３cc／min とすることにより、点火プラグ周りに空燃比１０程度の着火に適した混合気が形成され、安定した燃焼が可能となる。
【００３７】
次に、第１の実施例における全開運転の動作について図１により説明する。全開運転では図１のように吸気行程に噴射される。吸気行程に噴射することによって燃焼室２Ａ内に均一な混合気を形成し、高出力を得ることができる。実験結果からボア径が８０mmのエンジンではシリンダヘッド側噴霧の流量と、すすの排出力には図１６のような関係があることが分かっている。実験での燃料圧力は１５ＭＰａである。シリンダヘッド側の噴霧量を大きくするとシリンダヘッド壁面に付着する量が増加し、燃焼時にすすが発生するためである。８７cc／min以下において許容値であるすす０.５以下を達成できることから、本実施例のようにシリンダヘッド側噴霧を８３cc／min とすることによりすすの少ない燃焼が可能となる。
【００３８】
なお、本実施例では、燃焼室２Ａ内に吸入された空気量と、１回目と２回目の噴射量の合計の比（空燃比）が１６になるように燃料噴射量が設定されている。
【００３９】
図２０に示すようにピストン３の冠面３Ａの点火プラグ４下側に位置する部分に段差
（吐出壁）３Ｂを設けることも有効である。この場合、冷機始動時の条件の下では上側噴霧１０ａによって生成された空気流動で中心噴霧１０ｂの混合気Ｄが段差３Ｂによって点火プラグ４方向へに持ち上げられるためプラグ方向へ偏向しやすくなり、サイクルばらつきや噴霧の個体ばらつき、ショットばらつきに対してより安定して混合気Ｄが点火プラグ４に到達しやすくなるといった効果がある。
【実施例２】
【００４０】
次に第２の実施例について説明する。第２の実施例では第１の実施例と同じく１気筒当たり排気量４００cc、ボア径８０mmとなっているが、過給機がついており、実排気量は
４００cc以上となっている。燃料圧力が７ＭＰａの条件でインジェクタの流量は８００cc／minである。
【００４１】
ノズル部を拡大したものを図６示す。図７は燃料圧力が１１ＭＰａの条件において、燃料噴射から１ms後での噴孔から３０mm下のＡＡ断面位置での噴霧の形状を表している。燃料噴射弁９の先端には円周上に噴孔１３が設けられている。噴孔１３ａ〜１３ｆから噴射される噴霧形状は噴霧１２ａ〜１２ｆと対応している。燃料噴射弁９は図８に示すように噴霧１２ａが点火プラグ４側になるように設置されている。
【００４２】
本実施例では噴孔１３ａに対し噴孔１３ｂ〜１３ｆは１.４倍となっている。そのため、シリンダヘッド側噴霧である噴霧１３ａの流量は７４cc／minとなる。図１５からわかるように冷機始動時ではシリンダヘッド側流量を４５cc／min以上にしているため、安定に燃焼することができる。また、全開条件においても図１６から分かるように９２cc／
min 以下としているためすすが多く発生することは無い。しかし、噴孔径を大きくさせすぎると、図１７のようにすすが増えることが実験結果から分かっている。実験での燃料圧力は１５ＭＰａである。これは、シリンダブロック側噴霧の噴孔径が、シリンダヘッド側噴霧の噴孔径に対し１.５ 以上になると生成される粒径が大きくなり気化が悪くなることが影響している。本実施例では噴孔径の比が１.４となっているためすすが上限値０.５を越えることは無い。また、図１８に示すように燃料圧力が１５ＭＰａの条件では噴孔径の比が１より小さい場合、デポによる燃料のつまりが発生することが分かっており、噴孔径の比を１以上，１.５以下にする必要がある。
【実施例３】
【００４３】
次に第３の実施例について説明する。第３の実施例では第１の実施例と同じく１気筒当たり排気量４００cc、ボア径８０mmとなっている。燃料圧力が７ＭＰａの条件でインジェクタの流量は６５０cc／minである。
【００４４】
本実施例でのノズル部を拡大したものを図９に示す。図１０は燃料圧力が１１ＭＰａの条件において、燃料噴射から１ms後での噴孔から３０mm下のＡＡ断面位置での噴霧の形状を表している。燃料噴射弁９の先端には円周上に噴孔３６が設けられている。噴孔３６ａ〜３６ｈから噴射される噴霧形状は噴霧３５ａ〜３５ｈと対応している。燃料噴射弁９は図１１に示すように噴霧３６ａが点火プラグ４側になるように設置されている。
【００４５】
本実施例では噴孔３６ａ〜３６ｈは同一径であり、各噴孔から均等に燃料が噴射される。シリンダヘッド側噴霧である噴霧３６ａの流量は８１cc／minとなる。図１５からわかるように冷機始動時ではシリンダヘッド側流量を４５cc／min 以上にしているため、安定に燃焼することができる。また、全開条件においても図１６から分かるように９２cc／
min以下としているためすすが多く発生することは無い。
【実施例４】
【００４６】
次に第４の実施例について説明する。第４の実施例では第１の実施例と同じく１気筒当たり排気量４００cc、ボア径８０mmとなっている。燃料圧力が７ＭＰａの条件でインジェクタの流量は９００cc／min である。ノズル部を拡大したものを図１２示す。図１３は燃料圧力が１１ＭＰａの条件において、燃料噴射から１ms後での噴孔から３０mm下のＡＡ断面位置での噴霧の形状を表している。燃料噴射弁９の先端には円周上に噴孔３８が設けられている。噴孔３８ａ〜３８ｆから噴射される噴霧形状は噴霧３７ａ〜３７ｆと対応している。燃料噴射弁９は図１４に示すように噴霧３８ａが点火プラグ４側になるように設置されている。
【００４７】
本実施例では噴孔３８ｃ，３８ｄは噴孔３８ａの１.２倍、噴孔３８ｂ,３８ｅ〜３８ｈは噴孔３８ａの１.５ 倍となっている。シリンダヘッド側噴霧である噴霧３６ａの流量は５９cc／min となる。図１５からわかるように冷機始動時ではシリンダヘッド側流量を
４５cc／min 以上にしているため、安定に燃焼することができる。また、全開条件においても図１６から分かるようにシリンダヘッド側噴霧を９２cc／min 以下、また噴孔径の比を１.５以下としているためすすが多く発生することは無い。
【実施例５】
【００４８】
次に第５の実施例について説明する。第５の実施例では１気筒当たり排気量５００cc、ボア径９２mmとなっている。燃料圧力が７ＭＰａの条件でインジェクタの流量は９００cc／min である。ノズル部を拡大したものを図２１示す。図２２は燃料圧力が１１ＭＰａの条件において、燃料噴射から１ms後での噴孔から３０mm下のＡＡ断面位置での噴霧の形状を表している。燃料噴射弁９の先端には円周上に噴孔４０が設けられている。噴孔４０ａ〜４０ｆから噴射される噴霧形状は噴霧３９ａ〜３９ｆと対応している。燃料噴射弁９は図１４に示すように噴霧３８ａが点火プラグ４側になるように設置されている。
【００４９】
本実施例では噴孔４０ｂ〜４０ｈは噴孔４０ａの１.１ 倍となっている。シリンダヘッド側噴霧である噴霧４０ａの流量は９５cc／min となる。ボア径が大きくなると、噴霧点からシリンダヘッド壁面の距離は長くなり、図示平均圧の標準偏差とすすに対するシリンダヘッド側噴霧の流量の上限値と下限値は、ボアに比例して変化する。本実施例においてはボア径が９２mmのため、シリンダヘッド側噴霧の流量の下限値は、４５cc／min ×９２／８０から計算され、安定した燃焼をえるためには５２cc／min 以上のシリンダヘッド側噴霧の流量が必要になる。また、シリンダヘッド側噴霧の流量の上限値は、８７cc／min×９２／８０から計算され、１００cc／min 以下にすることによりすすを下限値にすることができる。
【００５０】
本実施例ではシリンダヘッド側流量は９５cc／minであり、５２cc／min以上のため冷機始動時において安定に燃焼することができる。また、全開条件においてもシリンダヘッド側噴霧を１００cc／min以下、また噴孔径の比を１.５以下としているためすすが多く発生することは無い。
【００５１】
以上のように、本実施例によれば、実排気量が異なる場合においても、シリンダヘッド側噴霧を適正にすることにより冷機始動時の燃焼の安定性を確保し、且つ全開条件でのすすの問題を回避することができる。
【００５２】
以上のような本実施例に示された実施態様を整理すると以下の通りである。
【００５３】
実施態様１
複数個の燃料噴射口（図２乃至図５に示す実施例では１１ａ〜１１ｆ、図６乃至図７に示す実施例では１３ａ〜１３ｆ、図９乃至図１０に示す実施例では３６ａ〜３６ｈ、図
１２乃至図１３に示す実施例では３８ａ〜３８ｈ、図２１乃至図２２に示す実施例では
４０ａ〜４０ｈ）を備えたインジェクタ（９）で燃焼室（２Ａ）内に燃料を直接噴射する筒内噴射型の内燃機関において、前記燃料噴射口の少なくとも一つ（１１ａ，１３ａ，
３８ａ，４０ａ）から噴射される第１の燃料噴霧（１０ａ，１２ａ，３７ａ，３９ａ）は点火プラグ（４）の下部方向を指向し、他の燃料噴射口の少なくとも２つ（１１ｃ乃至
１１ｆ，１３ｃ乃至１３ｆ，３６ｃ乃至３６ｈ，３８ｃ乃至３８ｈ，４０ｃ乃至４０ｈ）から噴射される第２の燃料噴霧（１０ｃ乃至１０ｆ,１２ｃ乃至１２ｆ,３５ｃ乃至３５ｈ，３７ｃ乃至３７ｈ，３９ｃ乃至３９ｈ）はピストンの両側部を指向し、さらに他の燃料噴射口の少なくとも一つ（１１ｂ，１３ｂ，３６ｂ，３８ｂ，４０ｂ）から噴射される第３の燃料噴霧(１０ｂ，１２ｂ，３５ｂ，３７ｂ，３９ｂ)は前記複数の燃料噴霧（１０ａ，１２ａ，３７ａ，３９ａ、及び１０ｃ乃至１０ｆ,１２ｃ乃至１２ｆ,３５ｃ乃至３５ｈ，３７ｃ乃至３７ｈ，３９ｃ乃至３９ｈ）に囲まれた空間を指向している。
【００５４】
実施態様２
実施態様１に記載したものにおいて、第３の燃料噴霧はピストン冠面（３Ａ）を指向する少なくとも１本の燃料噴霧（１０ｂ，１２ｂ，３５ｂ，３７ｂ，３９ｂ）を含む。
【００５５】
実施態様３
実施態様１若しくは２のいずれかに記載したものにおいて、前記第１及び第２の燃料噴霧によって囲まれる、断面が三角形の領域内（１００；図３，図１７，図２１に破線で示す）に前記第３の燃料噴霧（１１ａもしくは１１ａ，１１ｂ）が噴射される。
【００５６】
実施態様４
実施態様１乃至３のいずれかに記載したものにおいて、前記第３の燃料噴霧（１１ａもしくは１１ａ，１１ｂ）を前記点火プラグ（４）方向に偏向するガイド手段（３Ｂ）を有する。
【００５７】
実施態様５
実施態様１乃至４のいずれかに記載したものにおいて、前記第１の燃料噴霧（１０ａ若しくは１０ａ，１０ｂ）は前記プラグ（４）周辺の混合気の空燃比を着火に適した空燃比に制御し、前記第３の燃料噴霧（１１ａもしくは１１ａ，１１ｂ）は着火時期において前記第１の燃料噴霧に発生した火炎を燃焼室（２Ａ）内に伝播する機能を有し、前記第２の燃料噴霧（１２ａ乃至１２ｄ）は燃焼室（２Ａ）内に均質な混合気を形成して、燃焼室
（２Ａ）内で均質な燃焼を形成する機能を有する。
【００５８】
実施態様６
インジェクタ（９）は、図４に示すごとく、ノズル（９Ｂ）先端に弁体（９０）の動作軸線（９Ａ）に対して傾斜した軸線（噴射口１１ａ，１１ｂに対応する１１Ａ，１１Ｂ以下、噴射口１１ｃ乃至１３ｆに対応して１１Ｃ乃至１１Ｆがある）を有する複数の燃料通路（１１０Ａ，１１０Ｂ以下、噴射口１１ｃ乃至１１ｆに対応して１１０Ｃ乃至１１０Ｆがある）を備え、前記燃料通路（１１０Ａ，１１０Ｂ以下、噴射口１１ｃ乃至１１ｆに対応して１１０Ｃ乃至１１０Ｆがある）の内の少なくとも３つの燃料通路（１１０Ａ，110E及び１１０Ｆ）の傾斜軸線（１１Ａ，１１Ｅ及び１１Ｆ）は、すべてが交差することなく広がり角度を有し、前記弁体（９０）の動作軸線（９Ａ）に対して直角な面（Ａ−Ａ）内に少なくとも３点の噴射ポイント（１０ａ，１０ｅ，１０ｆ）を形成し、当該３点の噴射ポイントが三角形を形成しており、さらに、当該三角形の中心周辺に噴射ポイント(10ｂ)を有する少なくとも一つの中心指向用燃料通路（１１０Ｂ）を備える。
【００５９】
実施態様７
実施態様６に記載したものにおいて、前記三角形の中心周辺に噴射ポイントを有する中心指向用燃料通路（１１０Ｂ）が前記三角形の頂角（θ）を２等分する軸線（１００Ａ）上にその噴射ポイント（１０ｂ）を有する。
【００６０】
実施態様８
実施態様６に記載したものにおいて、
図６，図１２に示すごとく、前記三角形の頂角に噴射ポイントを有する燃料通路の直径若しくは噴射口の直径は他の燃料通路の直径若しくは噴射口の直径より小さい。
【００６１】
実施態様９
実施態様６乃至８のいずれかに記載したものにおいて、
前記ノズル（９Ｂ）に設けられた複数の燃料通路（１１０Ａ乃至１１０Ｆ）の燃料噴射口（噴射口１１ａ乃至１１ｆ）が同一円周上に等間隔に配置されている。
【００６２】
実施態様１０
実施態様６乃至９のいずれかに記載のものにおいて、
前記三角形の頂点を指向する燃料噴霧の燃料量が全体の２０％以内（最適には１４乃至１７％）に設定されている。
【００６３】
実施態様１１
複数の燃料噴射口（図２乃至図５に示す実施例では１１ａ〜１１ｆ、図６乃至図７に示す実施例では１３ａ〜１３ｆ、図９乃至図１０に示す実施例では３６ａ〜３６ｈ、図１２乃至図１３に示す実施例では３８ａ〜３８ｈ、図２１乃至図２２に示す実施例では４０ａ〜４０ｈ）を有するインジェクタ（９）を燃焼室（２Ａ）の吸気側に備え、複数の燃料噴射口から噴射される燃料噴霧（図３では１０ａ〜１０ｆ、図７では１２ａ〜１２ｆ、図
１３では３７ａ〜３７ｆ、図２２では３９ａ〜３９ｆ）のうち、インジェクタ（９）から点火プラグ（４）の下方に指向し、インジェクタ（９）から点火プラグ（４）下方に向けて流れる空気流動を生成するための上側噴霧（１０ａ，１２ａ，３７ａ，３９ａ）備え、更に、上側噴霧（１０ａ，１２ａ，３７ａ，３９ａ）よりピストン（３）側で且つ上側噴霧（１０ａ，１２ａ，３７ａ，３９ａ）のほぼ真下に指向され、冷機始動時に前記空気流動によって点火プラグ（４）へガイド若しくは、搬送される中心噴霧（１０ｂ，１２ｂ，
３５ｂ，３７ｂ、３９ｂ）を備え、更に、前記中心噴霧（１０ｂ，１２ｂ,３５ｂ,３７ｂ，３９ｂ）の周囲でピストン（３）の側部を指向した側方噴霧（図３では１０ｃ〜１０ｆ、図７では１２ｃ〜１２ｆ、図１３では３７ｃ〜３７ｆ、図２２では３９ｃ〜３９ｆ）を備える。
【００６４】
実施態様１２
前記実施態様１１に記載のものにおいて、上側噴霧(１０ａ，１２ａ，３７ａ，３９ａ)が１つの燃料噴射口（１１ａ，１３ａ，３８ａ，４０ａ）から噴射された１本の噴霧により構成される。
【００６５】
実施態様１３
前記実施態様１１に記載のものにおいて、上側噴霧(１０ａ，１２ａ，３７ａ，３９ａ)が燃料噴霧の燃料量が全体の２０％以内である。
【００６６】
実施態様１４
前記実施態様１１に記載のものにおいて、点火プラグ（４）下方のピストン冠面(３Ａ)において吸気側が低く、排気側が高くなるような図１４に示す段差（３Ｂ）が設けられたピストン（３）を有する。
【００６７】
実施態様１５
前記実施態様１１に記載のものにおいて、点火プラグ（４）下方のピストン冠面(３Ａ)において、図２０に示す凸形状部（３Ｂ）が設けられたピストン（３）を用いたことを特徴とする筒内噴射型の内燃機関。
【００６８】
実施態様１６
前記実施態様１１に記載のものにおいて、上側噴霧(１０ａ，１２ａ，３７ａ，３９ａ)がシリンダヘッド（１）に当たらない噴霧で構成されている。
【００６９】
実施態様１７
冷機始動時において噴射時期を圧縮上死点前３０度以降となるように設定し、暖気後は燃料噴射時期を吸気上死点後９０度前後となるように燃料噴射時期を制御する。
【００７０】
以上のように、実施例によれば、冷機始動時の条件において上側噴霧によって生成される空気流動で、中心噴霧の混合気を点火プラグに運び着火することにより冷機始動時において、点火リタードが可能になり排気温度の上昇を図ることができる。また、点火プラグの下側に向ける燃料は少なくて済むため、全開条件時の壁面付着による出力低下がなく、冷機始動時の排気温度上昇による排気低減，触媒早期活性化と全開条件時の高出力運転を両立することが可能である。
【００７１】
特に、三角形の中心を指向する１本あるいは複数本の適量の燃料噴霧（１５％から３０％程度）が着火タイミングに合わせて、プラグ近傍に搬送されると共に、側方噴霧が燃焼室２Ａ内全体を適切な空燃比に維持し、且つ適量の上側噴霧（全体の１０乃至２０％）が着火しやすい混合気をプラグ周辺に形成することで燃焼室２Ａ内の燃焼が機関の広い運転範囲にわたて最適な燃焼状態に制御される。
【００７２】
また、このように構成した本実施例によれば、第１，第２及び第３の燃料噴霧の噴射量や、ペネトレーションあるいは、噴射角度あるいは噴射口の数の少なくともいずれか一つを搭載エンジンに合わせて調整することができ、各エンジンに適した燃焼状態を実現し易くなる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、燃料噴射口を複数個設けたインジェクタによって、燃焼室内に直接燃料を噴射する、いわゆるマルチホール式インジェクタを備えた筒内噴射型の内燃機関に適用して好適である。
【００７４】
各燃料噴射口からの燃料噴射量，ペネトレーション，噴射角度あるいは噴射項の数は、適用されるエンジンによって適宜設定される。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】実施例１における構成を示す。
【図２】実施例１における噴霧外観形状を示す。
【図３】実施例１における噴霧の水平断面形状を示す。
【図４】実施例１におけるインジェクタノズル部を示す。
【図５】実施例１におけるインジェクタノズル部を示す。
【図６】実施例２におけるインジェクタノズル部を示す。
【図７】実施例２における噴霧の水平断面形状を示す。
【図８】実施例２における構成を示す。
【図９】実施例３におけるインジェクタノズル部を示す。
【図１０】実施例３における噴霧の水平断面形状を示す。
【図１１】実施例３における構成を示す。
【図１２】実施例４におけるインジェクタノズル部を示す。
【図１３】実施例４における噴霧の水平断面形状を示す。
【図１４】実施例４における構成を示す。
【図１５】シリンダヘッド側噴霧流量と図示平均有効圧の相関を示す。
【図１６】シリンダヘッド側噴霧流量とすすの相関を示す。
【図１７】噴孔径の比とすすの相関を示す。
【図１８】噴孔径の比と排気、デポの相関を示す。
【図１９】実施例１における構成を示す。
【図２０】実施例１における冷機始動時の様子を示す。
【図２１】実施例５におけるインジェクタノズル部を示す。
【図２２】実施例５における噴霧の水平断面形状を示す。
【図２３】実施例５における構成を示す。
【符号の説明】
【００７６】
３  ピストン
４  点火プラグ
９  燃料噴射弁（インジェクタ）
１０  噴霧
１１  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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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