(57)【要約】【課題】直噴エンジンにおける未燃ＨＣの発生（排出）を低減する。【解決手段】燃焼室１１内に空気のみ又は燃料と空気との混合気を噴射可能な混合気噴射弁２からは、点火時期において適切な状態となるように（例えば、その当量比が略１となるように）混合気が噴射され、その後空気のみを噴射して閉弁に至る。噴射された混合気は、その後に噴射される空気によって点火栓４近傍に運ばれるため、点火栓４近傍には、空気との境界がはっきりした適切な状態の混合気が形成されると共に、燃焼室１１内にはリーンな混合気がほとんど存在せず、この確実に成層化された混合気１２を着火、燃焼することになるので、未燃ＨＣを大幅に低減できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の燃焼室内に、空気のみ又は燃料と空気との混合気を噴射可能な混合気噴射弁を備え、
混合気の噴射を終了した後に空気のみを噴射することを特徴とする内燃機関の混合気噴射装置。
【請求項２】
点火時期においてその当量比が略１となるように、混合気の噴射を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の混合気噴射装置。
【請求項３】
当量比が略１の混合気を噴射して混合気の噴射を終了することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の混合気噴射装置。
【請求項４】
前記混合気噴射弁は、
噴孔が開口された弁本体と、アクチュエータにより駆動され前記噴孔を開閉する針弁と、を有し、供給された圧縮空気を前記噴孔から噴射する空気噴射弁と、
前記針弁が前記噴孔を閉塞する際に着座するシート部近傍に、加圧燃料を供給する燃料供給手段と、
を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の混合気噴射装置。
【請求項５】
前記燃料供給手段からの燃料供給開始直後に噴射される混合気の当量比が最も大きく、燃料供給終了直後に噴射される混合気の当量比が最も小さい混合気噴射特性を有することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の混合気噴射装置。
【請求項６】
前記燃料供給手段から供給される燃料流量は、前記空気噴射弁の開弁期間に対してその前半が多く、後半が少ないことを特徴とする請求項５記載の内燃機関の混合気噴射装置。
【請求項７】
前記燃料供給手段は、燃料噴射弁を備え、
前記燃料噴射弁の開弁期間は、前記空気噴射弁の開弁期間に対してその前半に長いものが繰り返され、後半に短いものが繰り返されることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の混合気噴射装置。
【請求項８】
機関回転速度が高いほど、前記前半の燃料流量を増加させることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の内燃機関の混合気噴射装置。
【請求項９】
前記燃料供給手段は、
前記シート部近傍に接続し、その内部に燃料が封入される燃料通路と、
前記針弁と連動して動作し、前記燃料通路の開閉を行う開閉手段と、
前記開閉手段が前記燃料通路を閉塞しているときに、前記燃料通路内に更に燃料が導入されることで変形し、この変形によって生じた反力によって前記燃料通路内の燃料を加圧する加圧手段と、
を含んで構成され、
前記針弁が前記シート部から離れる方向に移動することにより前記開閉手段が前記燃料通路を開放して加圧燃料の供給を行い、前記針弁が前記シート部に着座する前に前記開閉部材が前記燃料通路を閉塞して加圧燃料の供給を停止することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の混合気噴射装置。
【請求項１０】
前記加圧手段は、筒内の圧力が高いほどその変形量が大きくなるよう設けられていることを特徴とする請求項９記載の内燃機関の混合気噴射装置。
【請求項１１】
前記燃料供給手段は、
導入された加圧燃料を前記シート部近傍に導く燃料通路と、
筒内圧力の変化に連動して動作し、前記燃料通路の開閉を行う開閉手段と、
を含んで構成され、
前記開閉手段は、前記筒内圧力が低いときに前記燃料通路を開放して前記加圧燃料の供給を行い、前記筒内圧力が高くなると前記燃料通路を閉塞して前記加圧燃料の供給を停止することを特徴する請求項４〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の混合気噴射装置。
【請求項１２】
前記燃料供給手段は、
導入された加圧燃料を前記シート部近傍に導く燃料通路と、
前記弁本体と前記針弁との間に形成される空気通路内の圧力変化に連動して動作し、前記燃料通路の開閉する開閉手段と、
を含んで構成され、
前記開閉手段は、前記空気通路内の圧力が高いときに前記燃料通路を開放して前記加圧燃料の供給を行い、前記空気通路内の圧力が低くなると前記燃料通路を閉塞して前記加圧燃料の供給を停止することを特徴する請求項４〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の混合気噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の混合噴射装置に関し、特に、点火栓近傍に最適な混合気を形成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料と空気とを予め混合し、燃料の気化を促進させた混合気を燃焼室内に噴射する装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。この装置では、装置の上流側に連結された燃料噴射弁より燃料を噴射し、その下流にある共通通路内で空気と混合して混合気を形成する。そして、この混合気を更に下流側に設けた動作弁を介して燃焼室内に噴射することにより、微粒化した噴霧の実現を図っている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２５６２３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の装置では、混合気を形成した後にこの混合気を更に下流側に導いてから噴射する構成であるため、この間に混合気の状態が変化してしまうことから、噴射される混合気の当量比は事実上成り行きまかせとなってしまうという問題がある。
【０００５】
また、拡散する混合気の最後の部分に点火させることから、噴射終了直前においても混合気を噴射しつづけると、特に機関の低負荷の状態においては、燃料噴射弁と点火栓との間にある混合気が比較的リーンになってしまい、このリーンな混合気が燃焼することになるため、未燃ＨＣ増加の原因となってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、リーンな混合気が燃焼されることを防止して未燃ＨＣを大幅に低減できる内燃機関の混合気噴射装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明に係る内燃機関の混合気噴射装置は、混合気の噴射を終了した後に空気のみを噴射するようにした。
【０００８】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の混合気噴射装置によると、燃焼室内で空間的に拡散して点火時期において適切な状態となるよう調整された混合気が噴射され、この噴射された混合気は、その後に噴射される空気によって点火栓近傍に運ばれる。従って、点火栓近傍には、空気との境界がはっきりとした（適切な状態の）混合気が形成され、燃焼室内（特に混合気噴射弁と点火栓との間）にはリーンな混合気がほとんど存在しないことになる。これにより、未燃ＨＣの発生を大幅に低減でき、排気性能及び燃費を向上できる。また、着火、燃焼する混合気が均質であり、過濃部が存在しないためスモークやＣＯの排出を抑制できる。
【０００９】
なお、点火時期においてその当量比が略１となるように、混合気の噴射を行うようにすれば、点火栓近傍には当量比が略１の混合気が形成されるので、着火性、燃焼性を向上しつつ、排気性能及び燃費を更に向上できることになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関（筒内直噴エンジン）１のシステム図である。図１に示すように、この機関１では、いわゆるエアアシスト式燃料噴射弁である混合気噴射弁２がシリンダヘッド３の中心付近に配置され、点火栓４が吸気ポート（図示省略）側の位置で斜め下方に向けて配置されている。
【００１１】
混合気噴射弁２には、燃料配管５を介して燃料ポンプ６により加圧燃料が供給されると共に、空気配管７を介してエアコンプレッサ８により圧縮空気が供給されており、後述するように、シリンダヘッド３、シリンダブロック９及びピストン１０によって形成される燃焼室１１内に対して、空気のみを噴射すること、燃料と空気とを同時に又は混合させて混合気を噴射すること、が可能である。
【００１２】
また、コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）２０には、吸入空気量Ｑａ検出用のエアフロメータ２１、クランク角及びエンジン回転速度検出用のクランク角センサ２２、アクセルペダル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ２３等の各種センサからの検出信号が入力されており、Ｃ／Ｕ２０は、これら入力される検出信号に基づいて混合気噴射弁２に駆動信号を出力し、混合気噴射制御を実行する。
【００１３】
ここで、上記混合気噴射弁２の構成について説明する。
図２は、第１実施形態に係る混合気噴射弁２ａの断面図である。この混合気噴射弁２ａは、図で見て右側が、供給された圧縮空気を噴射する空気噴射弁２１として構成され、図で見て左側が、空気噴射弁２１に対して所定量の加圧燃料を噴射供給する燃料噴射弁２２として構成されており、これら空気噴射弁２１と燃料噴射弁２２とがそれぞれ独立して制御できるようになっている。
【００１４】
空気噴射弁２１としては、混合気噴射弁２の弁本体２３と、この弁本体２３の第１中空部に設けられる第１針弁２４と、この第１針弁２４を第１中空部内で軸方向に移動させる第１アクチュエータ２５と、によって大略構成される。
【００１５】
弁本体２３（の第１中空部）の下方には、第１中空部と同軸の噴孔２６が開口されており、この噴孔２６の上流側の内壁（すなわち、第１中空部の下端面）は、該噴孔２６を中心としたすり鉢状の第１シート部２７を形成している。
【００１６】
また、弁本体２３には、図で見て右側に、第１中空部に連通する空気供給孔２８が形成されており、前記エアコンプレッサ８にから送出された圧縮空気は、この空気供給孔２８から導入され、更に、弁本体２３と第１針弁２４との間に形成される空気供給通路２９を通って噴孔２６へと導かれる。
【００１７】
第１針弁２４は、例えば、第１のコイルスプリング（図示省略）により図で見て下方に付勢されて、その先端部が第１シート部２７に着座することにより噴孔２６を閉塞する（空気噴射弁２１が閉弁状態となる）。そして、前記Ｃ／Ｕ２０からの駆動信号が信号線３０を介して第１アクチュエータ２５に入力されると、この第１アクチュエータ２５が第１針弁２４を第１のコイルスプリングの付勢力に抗して図で見て上方に移動させることにより、その先端が第１シート部２７から離れて噴孔２６が開放される（空気噴射弁２１が開弁状態となる）。
【００１８】
なお、本実施形態では、前記第１針弁２４が弁本体２３（第１中空部）内で移動して噴孔２６を内側に開放する構成としているが、弁本体２３の外部に移動して噴孔２６を外側に開放する構成としてもよい。
【００１９】
一方、燃料噴射弁２２としては、混合気噴射弁２の弁本体２３と、この弁本体２３の第２中空部に設けられる第２針弁３１と、この第２針弁３１を第２中空部内で軸方向に移動させる第２アクチュエータ３２と、によって大略構成される。
【００２０】
第２中空部の下方には、該第２中空部と同軸に開口されると共に、前記第１シート部２７近傍において前記第１中空部（空気供給通路２９）に接続する連通路３３が形成されている。また、この連通路３３の上流側の内壁（すなわち、第２中空部の下端面）は、該連通路３３の開口を中心としたすり鉢状の第２シート部３４を形成している。また、弁本体２３には、図で見て左側に、前記第２中空部と連通する燃料供給孔３５が形成されており、前記燃料ポンプ６から送出された加圧燃料は、この燃料供給孔３５から導入され、更に、弁本体２３と第２針弁３１との間に形成される燃料供給通路３６を通って連通路３３（の開口）に導かれる。
【００２１】
第２針弁３１は、第１針弁２４と同様に、例えば、第２のコイルスプリング（図示省略）により図で見て下方に付勢され、その先端部が第２シート部３４に着座することにより連通路３３を閉塞する（燃料噴射弁２２が閉弁状態となる）。そして、前記Ｃ／Ｕ２０からの駆動信号が信号線３７を介して第２アクチュエータ３２に入力されると、この第２アクチュエータ３２が、第２針弁３１を前記第２のコイルスプリングの付勢力に抗して図で見て上方に移動させることにより、その先端部が第２シート部３４から離れて連通路３３が開放される（燃料噴射弁２２が開弁状態となる）。
【００２２】
従って、第１アクチュエータ２５と第２アクチュエータ３２との双方に対して、Ｃ／Ｕ２０からの駆動信号（開弁信号）が入力されると、燃料噴射弁２２からは所定量の燃料が噴射され、この噴射された燃料が連通路３３を介して空気噴射弁２１側（第１シート部２７近傍）に導かれる。そして、空気と燃料とが同時に又は混合され、所定の当量比の混合気として噴孔２６より噴射される。一方、第１アクチュエータ２５のみにＣ／Ｕ２０からの駆動信号（開弁信号）が入力されると、空気のみが噴孔２６より噴射されることになる。
【００２３】
なお、所定の当量比の混合気を噴射するためには、空気噴射弁２１の開弁時期において、燃料噴射弁２２から噴射された燃料（計量された燃料）を確実に空気噴射弁２１側に導く必要があることから、本実施形態に係る混合気噴射弁では、第２中空部を第１シート部２７近傍に形成することで、空気噴射弁２１と燃料噴射弁２２とを連通する連通路３３が短くなるように構成している。
【００２４】
ここにおいて、Ｃ／Ｕ２０による混合気噴射弁２ａに対する制御は、点火時期においてその当量比が略１となるような混合気を噴射するように行われ、より具体的には、図３に示すような当量比分布の混合気が噴射される。
【００２５】
すなわち、空気噴射弁２１を開弁して空気噴射を開始すると同時又はこれより少し遅れて燃料噴射弁２２を開弁して燃料噴射を開始することで、噴孔２６からは、空気と燃料とが同時に又は混合されて噴射される（混合気噴射を行う）。
【００２６】
ここで、混合気の形成が第１シート部２７の近傍、すなわち、噴孔２６の直前において行われることから、噴射される空気に対する燃料量（割合）、すなわち、燃料噴射弁２２から噴射供給される燃料量によって噴射する混合気の当量比が調整でき、その当量比は混合気噴射開始直後（すなわち、燃料供給開始直後）が最も大きく、時間の経過と共に低下して最終的に当量比が略１の混合比を噴射した後、燃料噴射弁２２を閉弁して混合気の噴射を終了する（従って、燃料供給終了直後が最も小さくなる）。
【００２７】
このとき、空気噴射弁２１は、まだ閉弁しておらず、混合気噴射が終了した後の所定期間ｔａ空気のみが噴孔２６から噴射され、その後、空気噴射弁２１を閉弁して、混合気噴射弁２ａからの噴射を終了する。
【００２８】
このような制御は、例えば、図４に示すような駆動信号を上記第１アクチュエータ２５及び第２アクチュエータ３２に出力することにより行われる。
すなわち、第１アクチュエータ２５（空気噴射弁２１）に対しては、空気噴射期間Ｔａ（空気噴射開始時期Ｔａｓから空気噴射終了時期Ｔａｅまでの期間＝混合気噴射弁２ａの開弁期間）のパルス幅（開弁期間）の駆動信号を出力する。
【００２９】
一方、第２アクチュエータ３２（燃料噴射弁２２）に対しては、空気噴射開始Ｔａｓより少し遅れて駆動信号を出力すると共に（燃料噴射開始時期Ｔｆｓ）、空気噴射終了時期Ｔａｅ前に駆動信号の出力を終了する（燃料噴射終了時期Ｔｆｅ）。そして、その開弁を断続的に行うようにし、空気噴射弁２１の開弁期間（空気噴射期間Ｔ）の前半においては長いパルス幅（開弁信号）と短い休止間隔（閉弁信号）の駆動信号を、空気噴射弁２１の噴射期間Ｔの後半においては短いパルス幅と長い休止間隔の駆動信号が出力する。なお、第２アクチュエータ３２に対する駆動信号の出力開始タイミング、パルス幅は、各機関に応じて設定される。
【００３０】
本実施形態によると、点火時期において燃焼室１１内でその当量比が略１となるような混合気を噴射するので、混合気噴射弁２ａの噴射終了間際において噴射された混合気の当量比は略１となっており、この当量比が略１の混合気は、その後に噴射される空気によって点火栓４近傍に運ばれる。
【００３１】
この結果、図５に示すように、点火栓４近傍には、確実に燃焼する当量比が略１の混合気１２が空気との境界がはっきりとした状態で形成されると共に、燃焼室１１内にはリーンな混合気がほとんど存在しないことになる。これにより、失火や部分燃焼等の発生がなくなるので、未燃ＨＣの発生（排出）を大幅に低減でき、燃費及び排気性能の向上を図ることができる。更に、成層化された混合気１２は均質となっており、過濃部が存在しないためスモークやＣＯの排出を抑制できる。なお、このような混合気噴射を実現するには、混合気噴射終了時（空気噴射直前）の混合気は、当量比が略１若しくはそれによりも若干大きくすることになる（図３参照）。
【００３２】
また、混合気噴射弁２ａは、圧縮空気を噴射する空気噴射弁２１と、この空気噴射弁２１のシート部（第１シート部）２７近傍に加圧燃料を供給する燃料供給手段としての燃料噴射弁２２と、を含んで構成されるので、混合気は噴孔２６直前で形成されることになり、空気噴射弁２１と燃料噴射弁２２とを適宜制御することで、噴射する混合気の当量比を精度よく調整（制御）できる。更に、空気のみ又は燃料と空気との混合気を噴射の切り換えが容易である。
【００３３】
また、図３に示すように、燃料供給手段としての燃料噴射弁２２からの燃料開始直後（燃料供給開始時期Ｔｆｓ）に噴射される混合気の当量比が最も大きくなり、燃料供給終了直前（燃料供給終了時期Ｔｆｅ）に噴射される混合気の当量比が最も小さくなるような混合気噴射特性とすることで、噴射された混合気が燃焼室１１内で時間と共に空間的に拡散して、点火時期において、燃焼室１１内でその当量比が略１となる混合気噴射を実現できる。
【００３４】
また、燃料供給手段としての燃料噴射弁２２から供給される燃料流量を、空気噴射弁２１の開弁期間Ｔの前半が多く（長い開弁期間のものが繰り返され）、後半が少ない（短い開弁期間ものが繰り返される）ことにより、上記混合気噴射特性を実現して、燃焼室１１内に当量比が略１の混合気を形成できる。
【００３５】
なお、機関の回転速度が高いほど、空気噴射弁２１の開弁期間Ｔの前半に供給される燃料流量を増加させるようにすることにより、短時間で混合気噴射を終了させて、前記図３に示す当量比分布の混合気噴射（空気噴射）を実現する。これにより、点火までの時間に対応させつつ、空気との境界がはっきりとした混合気を確実に点火栓４近傍に運ぶこができる。
【００３６】
次に、他の実施形態の混合気噴射弁について説明する。図６は、第２実施形態に係る混合気噴射弁２ｂの断面図である。
この実施形態では、実際の混合気噴射弁においては、前記第１実施形態のように連通路を短くすることが困難な場合もあることから、前記第１実施形態に対して、第２針弁３１が設けられる第２中空部（すなわち、燃料噴射弁２２）を上方に移動させた構成としてある。
【００３７】
この場合、連通路の長さが長くなるため、燃料噴射弁から噴射された燃料が第１シート部２７近傍（空気噴射弁側）に到達するまでに時間がかかってしまい噴射する混合気の当量比の制御精度が低下するおそれがある。このため、本実施形態においては、あらかじめ連通路内に非圧縮性の燃料を計量して封入しておくと共に、第１針弁２４と連動して動作するシール部材３８によって、連通路の第１シート部２７近傍の開口部を開閉することで、空気噴射弁２１側への燃料供給を制御するようにしている。なお、以下の説明において、前記第１実施形態と同じものについては同一の番号を付してその説明を省略する。
【００３８】
図６に示すように、この実施形態に係る混合気噴射弁２ｂでは、図で見て垂直方向に延びる第１連通路３９ａと、この第１連通路３９ａと第１シート部２７近傍（空気供給通路２９）と接続するように水平方向に延びる第２連通路３９ｂと、によって連通路３９が形成されている。
【００３９】
第１連通路３９ａ内には、スプリング４０と、このスプリング４０によって図で見て上方に常時付勢される加圧部材４１と、が設けられている。なお、スプリング４０は、加圧部材４１によって連通路３９内の燃料と隔離するよう形成されるスプリング室４２に収納されており、このスプリング室４２は大気連通路４３を介して大気と連通している。
【００４０】
また、前記シール部材３８は、第１針弁２４と連動して動作するように設けられており、第１針弁２４が第１シート部２７から離れる方向に移動することによって（すなわち、空気噴射弁２１が開弁することによって）第２連通路３９ｂ（の空気供給通路２９側）の開口部を開放すると共に、第１針弁２４が第１シート部２７に着座する前に（空気噴射弁２１が閉弁する前に）第２連通路３９ｂの同開口部を閉塞する。なお、このシール部材３８は、第２連通路３９ｂの開口部を閉塞しているときであっても、空気供給通路２９には空気が流れるように構成されている。このような機能を有するものであれば、第１針弁２４に対してシール部材３８を固定して一体的に構成するものであっても、別体で構成するものであってもよい。
【００４１】
ここにおいて、上記混合気噴射弁２ｂによって混合気を噴射する場合には、まず、第２針弁３２が上昇することにより、計量された非圧縮性の燃料が封入されている連通路３９（第１連通路３９ａ）内に所定量の燃料を噴射する。すると、図７（ａ）に示すように、この噴射された燃料は、加圧部材４１をスプリング４０の付勢力に抗して下方へと押し下げて連通路３９内に蓄積される。この結果、連通路３９内の燃料は、スプリング４０が変形する（縮むこと）より生じた反力によって、加圧部材４１を介して加圧された状態で封入されていることになる。
【００４２】
そして、混合気の噴射開始時期になると、第１針弁２４が第１シート部２７から離れる方向に移動することにより、噴孔２６が開放されて空気噴射弁２１が開弁するが、このとき、図７（ｂ）に示すように、シール部材３８も上昇して第２連通路３９ｂが開放される。これにより、連通路３９内に加圧された状態で封入されていた燃料は、空気供給通路２９へと流れ込み、空気と共に又は空気と混合されて噴孔２６から混合気が噴射される。その後、混合気噴射が進むにつれて、スプリング４０の反力は小さくなっていくので、これに伴って空気供給通路２９に流れ込む燃料量も減少する。これにより、噴孔２６から噴射される混合気の当量比は時間と共に徐々に低下していくことになる。
【００４３】
その後、混合気の噴射を終了すべく第１針弁２４が下降すると、図７（ｃ）に示すように、シール部材３８によって第２連通路３９ｂは閉塞されるが、この状態では、まだ第１針弁２４が第１シート部２７に着座しておらず、空気のみが噴孔２６から噴射され続ける。その後、空気のみが噴射された後、第１針弁２４が第１シート部２７に着座して噴孔２６を閉塞して噴射が終了する。このような動作によって、前記図３に示すような当量比分布の混合気噴射（及び空気噴射）を行う。
【００４４】
この実施形態によると、第１シート部２７近傍に接続すると共にその内部に燃料が封入される第１燃料通路（連通路３９）と、第１針弁２４と連動して動作して第１燃料通路（連通路３９）を開閉する第１開閉部材（シール部材３８）と、第１開閉部材（シール部材３８）が第１燃料通路（連通路３９）を閉塞しているときに、燃料噴射弁２１から燃料が噴射されて第１燃料通路（連通路３９）内に更に燃料が導入されることで変形し、この変形によって生じた反力によって第１燃料通路（連通路３９）内の燃料を加圧する加圧手段（スプリング４０、加圧部材４１）と、を含んで構成され、第１針弁２４が上昇して第１シート部２７から離れる方向に移動することにより第１開閉部材（シール部材３８）が第１燃料通路（連通路３９）を開放して加圧燃料の供給を行い、第１針弁２４が下降して第１シート部２７に着座する前に第１開閉部材（シール部材３８）が第１燃料通路（連通路３９）を閉塞して加圧燃料の供給を停止する。これにより、計量された燃料を空気噴射弁２１側へと導くための通路を長くせざるを得ない場合であっても、計量された燃料と同量の燃料を所定のタイミングで、かつ安定して空気噴射弁２１側へと供給でき、また、前記図３に示す当量比分布の混合気噴射（空気噴射）を実現できる。
【００４５】
なお、図８（ａ）に示すように、前記スプリング室４２において、大気連通路４３に代えて、エンジン筒内に連通する筒内連通路４４をその下端部に形成し、前記加圧部材４１と、スプリング室４２内で筒内連通路４４を塞ぐように設けられるプレート４５と、の間にスプリング４０を配置するように構成してもよい。この場合、筒内圧力が比較的低いときには、プレート４５はスプリング室４２内の最下部に位置することになるが（図８（ｂ））、筒内圧力が高くなるとプレート４５が押し上げられるため、筒内圧力が高いほどスプリング４０の変形量が大きくなり、これに伴って連通路３９内の燃料に対するスプリング４０の反力（加圧力）も大きくなる（図８（ｃ））。これにより、圧縮行程において噴射する場合において、混合気噴射（燃料噴射）を短時間で終了させることができ、前記図３に示す当量比分布の混合気噴射（空気噴射）を実現できる。
【００４６】
さらに、別の実施形態の混合気噴射弁について説明する。図９は、第３実施形態に係る混合気噴射弁２ｃの断面図である。この実施形態では、前記第２実施形態がシール部材３８によって空気噴射弁２１側への燃料供給を制御するのに対して、流量制御部材４６によって燃料供給を制御する。なお、本実施形態の説明においても、前記第１、２実施形態と同じものについては同一の番号を付してその説明を省略する。
【００４７】
図９に示すように、この実施形態に係る混合気噴射弁２ｃにおいても、前記第２実施形態と同様に、図で見て垂直方向に延びる第１連通路４７ａと、この第１連通路４７ａと第１シート部２７近傍（空気供給通路２９）とを接続するように図で見て水平方向に延びる第２連通路４７ｂと、によって連通路４７が形成されている。
【００４８】
また、空気供給通路２９と、その下端部にエンジン筒内と連通する筒内連通孔４８が形成され、前記流量制御部材４６を収容する収容室４９と、を接続すると共に、第２連通路４７ｂと直交するバランス通路５０が形成されている。なお、流量制御部材４６は、第２連通路４７ｂを開閉する開閉部４６ａと、この開閉部４６ａよりも面積が大きいプレート部４６ｂと、で構成されており、スプリング５１によって常時下方に付勢されている。
【００４９】
ここで、混合気噴射開始前は、筒内圧力が比較的低いため、図１０（ａ）に示すように、流量制御部材４６はスプリング５１によって下方に付勢されており、第２連通路４７ｂは開放されている。このため、第１針弁２４と第２針弁３１とが共に上昇することにより、噴射された燃料が連通路４７を介して空気供給通路２９へと流れ込み、空気と共に又は空気と混合されて噴孔２６から混合気が噴射される。
【００５０】
筒内圧力が高くなるにつれてプレート部４６ｂがその圧力を受け、流量制御部材４６はスプリング５１の付勢力に抗して上昇を始める。これに伴い流量制御部材４６は第２連通路４７ｂの通断面を小さくしていき、空気供給通路２９に流れ込む燃料量が減少する。これにより、噴孔２６から噴射される混合気の当量比は時間と共に徐々に低下していくことになる。
【００５１】
そして、筒内圧力が所定値以上となると、図１０（ｂ）に示すように、流量制御部材４６（の開閉部４６ａ）は、一気に第２連通路４７ｂを閉塞する。これにより、燃料は空気供給通路２９へと導かれなくなるが、この状態では、まだ第１針弁２４が第１シート部２７に着座していないので、噴孔２４からは空気のみが噴射される。そして、空気のみが所定期間噴射された後、第１針弁２４が第１シート部２７に着座して噴孔２６を閉塞して噴射が終了する（なお、第２針弁３１も所定のタイミングで第２シート部３４に着座させる）。このような動作によって、前記図３に示すような当量比分布の混合気噴射（空気噴射）を行う。
【００５２】
この実施形態によると、導入された加圧燃料を第１シート部２７近傍に導く第２燃料通路（連通路４７）と、筒内圧力の変化と連動して動作し第２燃料通路（連通路４７）の開閉を行う第２開閉部材（流量制御部材４６）と、を含んで構成され、第２開閉部材（流量制御部材４６）は、筒内圧力が低いときに第２燃料通路（連通路４７）を開放して加圧燃料の供給を行い、筒内圧力が高くなると第２燃料通路（連通路４７）を閉塞して加圧燃料の供給を停止する。これにより、第２燃料通路（連通路４７）に導入する燃料流量を細かく制御しなくても、第２開閉部材（流量制御部材４６）によって筒内圧力に応じて混合気噴射に供される燃料量が調整され、前記図３に示すような当量比分布の混合気噴射（空気噴射）を実現できる。
【００５３】
また、図１１（ａ）に示すように、前記収容室４９において、筒内連通路４８に代えて、大気と連通する大気連通路５２を形成すると共に、スプリング５１をプレート部４６ｂの下側に配置し、このスプリング５１によって流量制御部材４６を常時上方に付勢するよう構成してもよい。
【００５４】
この場合においては、混合気噴射開始前は、図１１（ａ）に示すように、流量制御部材４６はスプリング５１によって上方に付勢されており、第２連通路４７ｂは開放されている。このため、第１針弁２４と第２針弁３１とが共に上昇することにより、噴射された燃料が連通路４７を介して空気供給通路２９へと流れ込み、空気と共に又は空気と混合されて噴孔２６から混合気が噴射される。
【００５５】
圧縮行程において噴射される低負荷の条件では、筒内圧力が噴射の期間中においても上昇するため、空気供給通路２９を流れる空気の流量が低下してその流速が小さくなる。このことは、燃料供給通路２９における静圧が上昇することを示しており、従って、この圧力が上昇するにつれて、プレート部４６ｂがその圧力を受けて、流量制御部材４６はスプリング５１の付勢力に抗して下降を始める。これに伴い流量制御部材４６は第２連通路４７ｂの通断面を小さくしていき、空気供給通路２９に流れ込む燃料量が減少する。これにより、噴孔２６から噴射される混合気の当量比は時間と共に徐々に低下していくことになる。
【００５６】
そして、燃料供給通路２９内の圧力が所定値以上（圧縮行程の所定時期）となると、図１１（ｂ）に示すように、流量制御部材４６は、一気に第２連通路４７ｂを閉塞する。これにより、燃料は空気供給通路２９へと導かれなくなるが、この状態では、まだ第１針弁２４が第１シート部２７に着座していないので、噴孔２４からは空気のみが噴射される。そして、空気のみが所定期間噴射された後、第１針弁２４が第１シート部２７に着座して噴孔２６を閉塞し、噴射が終了する（なお、第２針弁３１も所定のタイミングで第２シート部３４に着座させる）。このような動作によって、前記図３に示すような当量比分布の混合気噴射（空気噴射）を行う。このように、かかる構成としても上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関のシステム構成図である。
【図２】実施形態に係る混合気噴射弁の構成を示す図である。
【図３】混合気噴射弁から噴射される混合気の当量比分布を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る混合気噴射弁の駆動の一例を示す図である。
【図５】本発明に効果（燃焼室内における混合気の状態）を示す図である。
【図６】他の実施形態に係る混合気噴射弁の構成を示す図である。
【図７】他の実施形態に係る混合気噴射弁の動作を説明する図である。
【図８】同じく他の実施形態に係る混合気噴射弁の構成（主要部）を示す図である。
【図９】同じく他の実施形態に係る混合気噴射弁の構成を示す図である。
【図１０】他の実施形態に係る混合気噴射弁の動作を説明する図である。
【図１１】同じく他の実施形態に係る混合気噴射弁の構成（主要部）を示す図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…混合気噴射弁、４…点火栓、６…燃料ポンプ、８…エアコンプレッサ、１１…燃焼室、２０…コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）、２４…第１針弁、２５…第１アクチュエータ、２６…噴孔、２７…第１シート部、２８…燃料供給孔、２９…燃料供給通路、３１…第２針弁、３２…第２アクチュエータ、３３、３９、４７…連通路、３８…シール部材、４０、５１…スプリング、４１…加圧部材、４３、５２…大気連通孔、４４、４８…筒内連通孔、４６…流量制御部材
【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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