(57)【要約】【課題】燃料の気化、霧化を促進しつつ、電極周辺への液滴化した燃料の付着を防止し、電極付近の混合気がリッチになり過ぎないような火花点火式直噴エンジンを提供する。【解決手段】燃焼室上側の略中央部に点火プラグ１６を設けると共に、燃焼室上側の略周縁部にインジェクタの先端部２４を設け、インジェクタの先端部２４から上記点火プラグ１６の電極１７付近に燃料を直接噴射する火花点火式直噴エンジンにおいて、インジェクタの先端部２４には複数の噴口３０が設けられ、各噴口３１乃至３８の軸線の向きを、その噴口から噴射される噴霧の点火プラグ位置での分布中心３０ａが、点火プラグ１６を避けつつ、電極１７の周囲に僅かに離れて配列されるように設定する。【選択図】　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室上側の略中央部に点火プラグを設けると共に、燃焼室上側の略周縁部にインジェクタの先端部を設け、上記インジェクタの先端部から上記点火プラグの電極付近に燃料を直接噴射する火花点火式直噴エンジンにおいて、
上記インジェクタの先端部に複数の噴口を設け、
上記各噴口の軸線の向きを、その噴口から噴射される噴霧の上記点火プラグ位置付近での分布中心が、上記点火プラグを避けつつ、上記電極の周囲に僅かに離れて配列されるように設定したことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項２】
上記分布中心の配列は、上記電極の横で略上下に並ぶ列を単数または複数含むことを特徴とする請求項１記載の火花点火式直噴エンジン。
【請求項３】
上記分布中心の配列は、上記電極の下方で略左右に並ぶ列を単数または複数含むことを特徴とする請求項１記載の火花点火式直噴エンジン。
【請求項４】
上記分布中心の配列は、上記電極の横で略上下に並ぶ列と、上記電極の下方で略左右に並ぶ列とをそれぞれ単数または複数含むことを特徴とする請求項１記載の火花点火式直噴エンジン。
【請求項５】
上記先端部に設けられた上記噴口の配列は、略上下に並ぶ列を単数または複数含むことを特徴とする請求項２に記載の火花点火式直噴エンジン。
【請求項６】
上記先端部に設けられた上記噴口の配列は、略左右に並ぶ列を単数または複数含むことを特徴とする請求項３に記載の火花点火式直噴エンジン。
【請求項７】
上記先端部に設けられた上記噴口の配列は、略上下に並ぶ列と、略左右に並ぶ列とをそれぞれ単数または複数含むことを特徴とする請求項４に記載の火花点火式直噴エンジン。
【請求項８】
１行程あたりの噴射燃料を分割し、所定の時間差を設けて噴射することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の火花点火式直噴エンジン。
【請求項９】
気筒あたり複数のインジェクタを備えるか、または複数の先端部を有するインジェクタを備え、上記各先端部からの燃料噴射時期に所定の時間差を設けたことを特徴とする請求項８記載の火花点火式直噴エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インジェクタの先端部を燃焼室内に配置し、インジェクタからの噴霧が点火プラグの電極周辺に偏在するようにした火花点火式直噴エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、点火プラグを備えるとともに、燃料を燃焼室内に直接噴射供給するインジェクタを備え、成層燃焼による燃費改善を図るようにした火花点火式の直噴エンジンが知られている。この種のエンジンでは、燃料の拡散を押えつつも気化、霧化を促進し、かつ、点火プラグの電極付近に着火可能な適度の空燃比の混合気が偏在する状態を確保することが要求される。
【０００３】
このような技術として、例えば特開平１０−５４２４６号公報や特開２００１−２４８４４３号公報には、燃料を直接点火プラグの電極付近に噴射し、点火前に燃料が燃焼室のシリンダやピストンに殆ど接触しないようにしたエンジンが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、電極に向けて燃料を噴射するため、この電極周辺に燃料が液滴となって付着し易いという問題があった。電極周辺に燃料が液滴となって付着すると、電気のリークを招き、点火不良に至る可能性がある。また、電極付近の混合気がリッチになり過ぎるという問題があった。これらの問題は、出力低下や燃費の悪化、或いはエミッションの増大を招く原因となっており、その解決が課題となっていた。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑み、燃料の気化、霧化を促進しつつ、電極周辺への液滴化した燃料の付着を防止し、電極付近の混合気がリッチになり過ぎないような火花点火式直噴エンジンを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本明細書において、ピストンの摺動方向を上下方向とし、燃焼室側を上、クランクシャフト側を下とする。また、インジェクタの軸線および上下方向に垂直な方向を左右方向とする。
【０００７】
請求項１の発明は、　燃焼室上側の略中央部に点火プラグを設けると共に、燃焼室上側の略周縁部にインジェクタの先端部を設け、上記インジェクタの先端部から上記点火プラグの電極付近に燃料を直接噴射する火花点火式直噴エンジンにおいて、上記インジェクタの先端部に複数の噴口を設け、上記各噴口の軸線の向きを、その噴口から噴射される噴霧の上記点火プラグ位置付近での分布中心が、上記点火プラグを避けつつ、上記電極の周囲に僅かに離れて配列されるように設定したことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、燃料を複数の噴口から噴射することにより、その燃料の微粒化が図られ、気化、霧化が促進される。しかも、各噴口から噴射された噴霧の分布中心が点火プラグを避けた位置にあるので、燃料が液滴化して電極周辺へ付着する量を削減することができる。更に、最もリッチな各噴霧の分布中心を電極の周囲に僅かに離して配列しているため、電極部の混合気がリッチ過ぎず、着火可能な適度の空燃比となるようにすることができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記分布中心の配列は、上記電極の横で略上下に並ぶ列を単数または複数含むことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、リッチな混合気の層を電極部の横に上下に長く形成することができる。そのため、電極部で着火した火炎が、速やかに電極の横方向に伝播し、良好な燃焼を得ることができる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記分布中心の配列は、上記電極の下方で略左右に並ぶ列を単数または複数含むことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、リッチな混合気の層を電極部の下方に左右に長く形成することができる。そのため、電極部で着火した火炎が、速やかに電極の下方に伝播し、良好な燃焼を得ることができる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記分布中心の配列は、上記電極の横で略上下に並ぶ列と、上記電極の下方で略左右に並ぶ列とをそれぞれ単数または複数含むことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、リッチな混合気の層を電極部の横に上下に長く形成するとともに、下方にも左右に長く形成することができる。そのため、電極部で着火した火炎が、速やかに電極の横方向および下方に伝播し、良好な燃焼を得ることができる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項２に記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記先端部に設けられた上記噴口の配列は、略上下に並ぶ列を単数または複数含むことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、上記噴口の軸線を、左右方向に二次元的に傾斜するように穿設するだけで、上記分布中心の配列を、上記電極の横で略上下に並ぶ列とすることが出来る。そのため、良好な燃焼を得るための噴口の加工が容易となる。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項３に記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記先端部に設けられた上記噴口の配列は、略左右に並ぶ列を単数または複数含むことを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、上記噴口の軸線を、左右方向に二次元的に傾斜するように穿設するだけで、上記分布中心の配列を、上記電極の下方で略左右に並ぶ列とすることが出来る。そのため、良好な燃焼を得るための噴口の加工が容易となる。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項４に記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記先端部に設けられた上記噴口の配列は、略上下に並ぶ列と、略左右に並ぶ列とをそれぞれ単数または複数含むことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、上記噴口の軸線を、上下方向または左右方向に二次元的に傾斜するように穿設するだけで、上記分布中心の配列を、上記電極の横で略上下に並ぶ列および上記電極の下方で略左右に並ぶ列とすることが出来る。そのため、良好な燃焼を得るための噴口の加工が容易となる。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、１行程あたりの噴射燃料を分割し、所定の時間差を設けて噴射することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、一行程分の噴射燃料を分割して噴射するので、噴射当たりの噴射量を低減することができる。そのため、燃料の微粒化が更に促進される。更に、各噴射タイミングから点火時までの拡散時間に差異を設け、点火時の各噴霧の濃度分布を異なったものとすることができる。点火時における全体の混合気濃度分布は、これらを合成したものとなるので、噴射間隔を適宜調整することにより、運転条件に応じた最適な濃度分布の混合気を形成することができる。
【００２３】
請求項９の発明は、請求項８記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、気筒あたり複数のインジェクタを備えるか、または複数の先端部を有するインジェクタを備え、上記各先端部からの燃料噴射時期に所定の時間差を設けたことを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、噴射の分割を異なる噴口によって行っているため、同一の噴口から時間差を設けて複数回噴射するものと異なり、噴射間隔の下限に制約がなく、比較的長い間隔から殆ど同時まで、高い自由度で設定することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第一の実施形態による火花点火式直噴エンジンの断面図である。図１において、１はシリンダブロック２上に設置されたシリンダヘッド、３はシリンダブロック２のシリンダボア４内に設置されたピストンであり、ピストン３の上面とシリンダヘッド１の下面との間に燃焼室５が形成されており、この部分におけるシリンダヘッド１の下面側には燃焼室５の天井部を構成する凹陥部が設けられている。
【００２６】
シリンダヘッド１には、燃焼室５に開口する吸気ポートと排気ポートが形成され、当実施形態では気筒毎に２個の吸気ポート６，７と２個の排気ポート８，９とが形成されている。吸気ポート６，７には吸気弁１０，１１が装備され、排気ポート８，９には排気弁１２，１３が装備されており、図外のカムシャフトにより、吸気弁１０，１１および排気弁１２，１３が駆動されるようになっている。
【００２７】
さらに、燃焼室５内に直接燃料を噴射するインジェクタ１４と、点火プラグ１６とがシリンダヘッド１に取り付けられており、インジェクタ１４の先端部は燃焼室５の略周縁部に配置され、点火プラグ１６の先端は燃焼室５の天井部の略中央に配置されている。図１では、インジェクタ１４から噴霧１５が噴射された状態を示す。
【００２８】
このエンジンは、ピストン３が下方に摺動するとともに吸気弁１０，１１が開いて燃焼室５内に空気を吸入する吸気行程と、吸気弁１０，１１が閉じるとともにピストン３が上方に摺動して内部の空気を圧縮する圧縮行程と、燃料を燃焼させて内圧を高め、ピストン３を押し下げる膨張行程と、ピストン３が上方に摺動するとともに排気弁１２，１３が開いて燃焼室５内の空気を排出する排気行程の４行程を順次行う。そして、成層運転域（例えば低回転低負荷領域）では、圧縮行程の適当な時期にインジェクタ１４から燃料が噴射されて、点火プラグ１６周りに燃料が偏在する状態で着火、燃焼が行われるようになっている。
【００２９】
ところで、当実施形態の上記行程における燃料の噴霧１５は、全体として一つの噴霧のように見えるが、詳細には複数の噴口から噴射された複数の噴霧の集合体である。以下に、その噴霧１５および噴霧１５を噴射するインジェクタ１４について詳細に説明する。
【００３０】
図２は噴霧１５の噴射状況を示す説明図である。インジェクタ１４から噴射された噴霧１５は、８個の噴口（詳細は後述する）から噴射された８本の個別噴霧の集合体である。図２には、３本の個別噴霧３１ｅ，３２ｅ，３５ｅが見えている状態を示す。各個別噴霧では、それぞれの噴霧中心線を軸として燃料が噴射される。例えば個別噴霧３５ｅは、噴霧中心線３５ｄを軸として燃料が噴射されている。
【００３１】
図３はインジェクタ１４の斜視図である。インジェクタ１４は、図外の高圧ポンプから圧送される燃料を受入れる連結部２０を後端に備え、本体後部には図外の制御装置からの制御信号を受入れるコネクタ２２を備える。またインジェクタ１４の先端には燃焼室５に突出する先端部２４が形成されている。先端部２４の中心部には、各噴口が穿設された噴口エリア２６が形成されている。インジェクタ１４の内部には、連結部２０から受入れた燃料を噴射するために噴口を開閉するバルブを作動するためのソレノイド２３が設けられている。ソレノイド２３は、コネクタ２２から受入れた制御信号がＯＮの時にバルブを作動して噴口を開く。
【００３２】
図４は、インジェクタ１４の噴口エリア２６を、図３に示すＡ方向から見た拡大矢視図である。図４の上下方向は、図１の上下方向と同一である。噴口エリア２６には、８個の噴口３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８（総称を噴口３０とする）が穿設されている。噴口３０からは、それぞれ燃料が噴射され、それらの個別噴霧が合成されて一つの噴霧１５が形成される。なお、噴口エリア２６を含む端面は、若干丸みを帯びて形成されているため、各噴口から噴射された噴霧の中心線は、全体的に放射状に拡散する。噴口３０の軸線は、その噴口から噴射された個別噴霧の中心線が、噴霧１５全体の中心線に対し、それぞれ個別に傾斜したものとなるように設けられている。図４では、噴口３０の軸線の傾斜方向を、各噴口に記した矢印で示す。また矢印の長さは、相対的な傾斜度合いを示し、矢印が長いほど傾斜角が大きい。
【００３３】
噴口３１，３２は、噴口エリア２６の左側で、上下に並ぶ噴口の列となっている。同様に、噴口３３，３４は、噴口エリア２６の右側で、上下に並ぶ噴口の列となっている。また、噴口３５，３６，３７，３８は、噴口エリア２６の下方で、左右に並ぶ噴口の列となっている。噴口３１，３２，３５の軸線は、比較的大きく左に傾斜しており、噴口３３，３４，３８の軸線は、比較的大きく右に傾斜している。また、噴口３６の軸線は、比較的小さく左に傾斜しており、噴口３７の軸線は、比較的小さく右に傾斜している。以上のように各噴口の軸線が設けられているため、噴口３０から噴射された個別噴霧の中心線は、平均的な放射状の拡がりに、各々の噴口軸線の傾斜を加えた方向に伸びる。
【００３４】
図５は、インジェクタ１４から噴射された噴霧が、点火プラグ１６の電極１７付近に達した、点火直前の状況を示す説明図である。図５では、説明のため、噴口エリア２６部を拡大して示す。二点鎖線で示す仮想平面９０は、噴霧１５の全体の軸線に対し、点火プラグ１６の位置で垂直に立てた仮想の平面である。また、仮想平面９０上の、点火プラグ１６及びその電極１７の位置１６’，１７’を破線で示す。噴口３０から噴射された噴霧は、噴霧中心線３１ｄ，３２ｄ，３３ｄ，３４ｄ，３５ｄ，３６ｄ，３７ｄ，３８ｄ（総称を噴霧中心線３０ｄとする）を軸に、拡散しながら点火プラグ１６の方向に飛散する。そして、点火プラグ１６の位置では、噴霧の分布中心３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ（総称を噴霧の分布中心３０ａとする）が、点火プラグ１６を避けつつ、電極１７の周囲に僅かに離れて配列している。詳しくは、噴霧の分布中心３１ａと３２ａは、電極１７の横で上下に並ぶ列となっている。同様に、噴霧の分布中心３３ａと３４ａも、電極１７の横で上下に並ぶ列となっている。また、噴霧の分布中心３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａは、電極１７の下方で左右に並ぶ列となっている。
【００３５】
仮想平面９０上に斜線で示すリッチ噴霧領域３０ｂは、点火時における比較的リッチな混合気の分布を示し、噴霧の分布中心３０ａを中心に拡がっている。リッチ噴霧領域３０ｂの外側には、着火噴霧領域３０ｃが形成されている。着火噴霧領域３０ｃ内の混合気は、リッチ噴霧領域３０ｂ内の混合気よりも若干希薄であり、着火可能な適度の空燃比の混合気となっている。また、更にその外側には、もっと希薄な混合気の領域が分布している。但し、各領域の境界線は、図に示すように明確なものではなく、噴霧の空燃比は、噴霧の分布中心３０ａを中心に連続的な層を成して分布するものであって、図５は、説明のために敢えて境界線を示すものである。以下の図においても同様である。
【００３６】
以上のように点火時の燃料の濃度分布が設定されているので、点火時の電極１７は着火噴霧領域３０ｃにあることになり、リッチ噴霧領域３０ｂにある場合よりも液滴化した燃料の付着量が少ない。更に、電極１７周辺の混合気がリッチ過ぎず、着火可能な適度の空燃比となっている。
【００３７】
なお、点火プラグ１６の位置での噴霧の分布中心が、点火プラグ１６を避けつつ、電極１７の周囲に僅かに離れて配列するように設定されているものであれば、噴口３０の穿孔パターンは、上記第一実施形態に示すもの以外であっても良い。また、噴霧の分布中心３０ａの配列は、厳密に鉛直または水平に並ぶものでなくても良い。図６乃至図８に、他の穿孔パターンによる実施形態を示す。以下の実施形態において、第一の実施形態と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。また、これらの実施形態でも、リッチ噴霧領域とは点火時における比較的リッチな混合気が分布する領域を指し、着火噴霧領域とは、リッチ噴霧領域内よりも若干希薄で、着火可能な適度の空燃比の混合気が分布する領域を指す。
【００３８】
図６（イ）は、本発明の第二の実施形態による、噴口の穿孔パターンを示す説明図、図６（ロ）は、その噴口から噴射された噴霧の仮想平面９０上の分布を示す説明図である。図６（イ）は図４と、図６（ロ）は図５と同様の表記方法で示した図である。図６（イ）に示すように、噴口エリア２６には、６個の噴口４１，４２，４３，４４，４５，４６（総称を噴口４０とする）が穿設されている。噴口４１，４２，４３は、噴口エリア２６の左側で、上下に並ぶ噴口の列となっている。同様に、噴口４４，４５，４６は、噴口エリア２６の右側で、上下に並ぶ噴口の列となっている。矢印で示すように、噴口４１，４２，４３の軸線は左に傾斜しており、噴口４４，４５，４６の軸線は右に傾斜している。以上のように各噴口の軸線が設けられているため、噴口４０から噴射された噴霧の中心線は、平均的な放射状の拡がりに、各々の噴口軸線の傾斜を加えた方向に伸びる。
【００３９】
図６（ロ）に示すように、噴口４０から噴射された噴霧は、点火プラグ１６の位置での噴霧の分布中心４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ，４５ａ，４６ａ（総称を噴霧の分布中心４０ａとする）が、点火プラグ１６を避けつつ、電極１７の周囲に僅かに離れて配列している。詳しくは、噴霧の分布中心４１ａ、４２ａおよび４３ａは、電極１７の横で上下に並ぶ列となっている。同様に、噴霧の分布中心４４ａ、４５ａおよび４６ａも、電極１７の横で上下に並ぶ列となっている。
【００４０】
従って、仮想平面９０上に斜線で示すように、点火プラグ１６の両側にリッチ噴霧領域４０ｂが分布し、その外側に着火噴霧領域４０ｃが分布している。更にその外側には、もっと希薄な混合気の領域が分布している。
【００４１】
以上のように点火時の燃料の濃度分布が設定されているので、点火時の電極１７は着火噴霧領域４０ｃにあることになり、リッチ噴霧領域４０ｂにある場合よりも液滴化した燃料の付着量が少ない。更に、電極１７周辺の混合気がリッチ過ぎず、着火可能な適度の空燃比となっている。
【００４２】
図７（イ）は、本発明の第三の実施形態による、噴口の穿孔パターンを示す説明図、図７（ロ）は、その噴口から噴射された噴霧の仮想平面９０上の分布を示す説明図である。図７（イ）は図４と、図７（ロ）は図５と同様の表記方法で示した図である。図７（イ）に示すように、噴口エリア２６には、６個の噴口５１，５２，５３，５４，５５，５６（総称を噴口５０とする）が穿設されている。噴口５０は、噴口エリア２６の中央で、上下に並ぶ噴口の列となっている。矢印で示すように、噴口５１，５３，５５の軸線は右に傾斜しており、噴口５２，５４の軸線は左に傾斜している。噴口５６の軸線は傾斜していない。以上のように各噴口の軸線が設けられているため、噴口５０から噴射された噴霧の中心線は、平均的な放射状の拡がりに、各々の噴口軸線の傾斜を加えた方向に伸びる。
【００４３】
図７（ロ）に示すように、噴口５０から噴射された噴霧は、点火プラグ１６の位置での噴霧の分布中心５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ，５５ａ，５６ａ（総称を噴霧の分布中心５０ａとする）が、点火プラグ１６を避けつつ、電極１７の周囲に僅かに離れて配列している。詳しくは、噴霧の分布中心５２ａと５４ａは、電極１７の横で上下に並ぶ列となっている。同様に、噴霧の分布中心５１ａ、５３ａおよび５５ａも、電極１７の横で上下に並ぶ列となっている。また、噴霧の分布中心５５ａと５６ａは、電極１７の下方で略左右に並ぶ列となっている。噴霧の分布中心５５ａは、上下に並ぶ列と左右に並ぶ列の共通の要素となっている。
【００４４】
従って、仮想平面９０上に斜線で示すように、点火プラグ１６の両側と下方にリッチ噴霧領域５０ｂが分布し、その外側には、着火噴霧領域５０ｃが分布している。更にその外側には、もっと希薄な混合気の領域が分布している。
【００４５】
図８（イ）は、本発明の第四の実施形態による、噴口の穿孔パターンを示す説明図、図８（ロ）は、その噴口から噴射された噴霧の仮想平面９０上の分布を示す説明図である。図８（イ）は図４と、図８（ロ）は図５と同様の表記方法で示した図である。図８（イ）に示すように、噴口エリア２６には、５個の噴口６１，６２，６３，６４，６５（総称を噴口６０とする）が穿設されている。噴口６０は、噴口エリア２６の中央で、左右に並ぶ噴口の列となっている。矢印で示すように、噴口６１と６５の軸線は上向きに傾斜しており、噴口６３の軸線は下向きに傾斜している。噴口６１と６５の軸線の傾斜度合いは、噴口６３のものよりも大きい。噴口６２と６４の軸線は傾斜していない。以上のように各噴口の軸線が設けられているため、噴口６０から噴射された噴霧の中心線は、平均的な放射状の拡がりに、各々の噴口軸線の傾斜を加えた方向に伸びる。
【００４６】
図８（ロ）に示すように、噴口６０から噴射された噴霧は、点火プラグ１６の位置での噴霧の分布中心６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａ（総称を噴霧の分布中心６０ａとする）が、点火プラグ１６を避けつつ、電極１７の周囲に僅かに離れて配列している。詳しくは、噴霧の分布中心６１ａおよび６５ａは、それぞれ電極１７の左右に配されている。噴霧の分布中心６２ａ、６３ａおよび６４ａは、電極１７の下方で略左右に並ぶ列となっている。
【００４７】
従って、仮想平面９０上に斜線で示すように、点火プラグ１６の両側と下方にリッチ噴霧領域６０ｂが分布し、その外側には、着火噴霧領域６０ｃが形成されている。更にその外側には、もっと希薄な混合気の領域が分布している。
【００４８】
以上の実施形態は、単一の噴口エリア２６から燃料を噴射するものであるが、複数の噴口エリア２６から噴射しても良い。その手段としては、インジェクタ１４を複数用いる他、以下に示すような、複数の先端部を有するインジェクタを用いても良い。
【００４９】
図９は、本発明の第五の実施形態に係る、２個の先端部を有するインジェクタ１４ａの斜視図である。インジェクタ１４ａの先端には燃焼室５に突出する先端部２４および２４ａが形成されている。先端部２４および２４ａの中心部には、各噴口が穿設された噴口エリア２６および２６ａが形成されている。連結部２０から受入れた燃料は、内部のソレノイドの作動により、噴口エリア２６から噴射される。
【００５０】
図１０は、インジェクタ１４ａの噴口エリア２６および２６ａを、図９に示すＢ方向から見た拡大矢視図である。図１０の上下方向は、図１の上下方向と同一である。噴口エリア２６には、５個の噴口７１，７２，７３，７４，７５（総称を噴口７０とする）が穿設されている。噴口エリア２６ａには、５個の噴口８１，８２，８３，８４，８５（総称を噴口８０とする）が穿設されている。噴口７０，８０からは、それぞれ燃料が噴射され、それらの個別噴霧が合成されて一つの噴霧１５が形成される。なお、噴口エリア２６，２６ａを含む各端面は、若干丸みを帯びて形成されているため、各噴口から噴射された噴霧の中心線は、全体的に放射状に拡散する。
【００５１】
噴口７１，７２，７４は、噴口エリア２６の中央で、上下に並ぶ噴口の列となっている。同様に、噴口８１，８２，８４は、噴口エリア２６ａの中央で、上下に並ぶ噴口の列となっている。また、噴口７３，７４，７５は、噴口エリア２６の下方で、左右に並ぶ噴口の列となっている。同様に、噴口８３，８４，８５は、噴口エリア２６ａの下方で、左右に並ぶ噴口の列となっている。
【００５２】
図１１は、インジェクタ１４ａから噴射された噴霧が、点火プラグ１６の電極１７付近に達した、点火直前の状況を示す説明図である。図１１では、説明のため、噴口エリア２６部，２６ａ部を拡大して示す。二点鎖線で示す仮想平面９０は、噴霧全体の軸線に対し、点火プラグ１６の位置で垂直に立てた仮想の平面である。また、仮想平面９０上の、点火プラグ１６及びその電極１７の位置１６’，１７’を破線で示す。噴口７０および８０から噴射された噴霧は、噴霧中心線７１ｄ，７２ｄ，７３ｄ，７４ｄ，７５ｄ（総称を噴霧中心線７０ｄとする）および噴霧中心線８１ｄ，８２ｄ，８３ｄ，８４ｄ，８５ｄ（総称を噴霧中心線８０ｄとする）を軸に、拡散しながら点火プラグ１６の方向に飛散する。そして、点火プラグ１６の位置では、噴霧の分布中心７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ，７５ａ（総称を噴霧の分布中心７０ａとする）および噴霧の分布中心８１ａ，８２ａ，８３ａ，８４ａ，８５ａ（総称を噴霧の分布中心８０ａとする）が、点火プラグ１６を避けつつ、電極１７の周囲に僅かに離れて配列している。詳しくは、噴霧の分布中心７１ａ，７２ａおよび７４ａは、電極１７の横で上下に並ぶ列となっている。同様に、噴霧の分布中心８１ａ，８２ａおよび８４ａも、電極１７の横で上下に並ぶ列となっている。また、噴霧の分布中心７３ａ，７４ａ，７５ａ，８３ａ，８４ａおよび８５ａは、電極１７の下方で左右に並ぶ列となっている。
【００５３】
従って、仮想平面９０上に斜線で示すように、点火プラグ１６の両側と下方にリッチ噴霧領域７０ｂが分布し、その外側には、着火噴霧領域７０ｃが分布している。また、更にその外側には、もっと希薄な混合気の領域が分布している。
【００５４】
以上の第二乃至第五の実施形態においても、第一実施形態と同様、点火時の電極１７は着火噴霧領域にあることになり、リッチ噴霧領域にある場合よりも液滴化した燃料の付着量が少ない。更に、電極１７周辺の混合気がリッチ過ぎず、着火可能な適度の空燃比となっている。
【００５５】
また、上記第五実施形態のように複数の噴口エリア２６から燃料を噴射する場合には、一行程分の噴射燃料を分割して噴射するので、各噴口からの一回当たりの噴射量を低減することができる。そのため、燃料の微粒化が更に促進される。また、各噴射タイミングに時間差を設ければ、各噴射タイミングから点火時までの拡散時間に差が生じ、点火時の各噴霧の濃度分布が異なったものとなる。例えば、噴口７０からの噴射の後、所定時間後に噴口８０からの噴射を行えば、点火時における全体の混合気濃度分布は、比較的広く拡散し、希薄になった噴口７０からの噴霧と、比較的狭く拡散し、リッチな状態である噴口８０からの噴霧とを合成したものとなる。このように噴射間隔を適宜調整することにより、燃焼室５内の燃料分布や点火プラグ１６および電極１７周囲の燃料分布を更にきめ細かく調整することができるので、運転条件に応じた最適な濃度分布の混合気を形成することができる。しかも、噴射の分割を異なる噴口によって行っているため、同一の噴口から時間差を設けて複数回噴射するものと異なり、噴射間隔の下限に制約がなく、比較的長い間隔から殆ど同時まで、高い自由度で設定することができる。
【００５６】
上記第五の実施形態において、単数の噴口エリア２６を有する２本のインジェクタ１４を用いてもよい。また、３個以上の先端部を有するインジェクタ、あるいは単数の噴口エリア２６を有する３本以上のインジェクタ１４を用いても良く、その噴射タイミングについては、同時を含めて適宜設定してよい。
【００５７】
本発明は上記第一乃至第五の実施形態に示す噴霧の分布中心の配列や各噴口の穿孔パターンに限定するものではなく、各噴口から噴射された噴霧の分布中心が点火プラグを避けつつ、電極の周囲に僅かに離れて配列されるように設定されているものであれば、他の形態も可である。また、必要な噴口の軸線の向きを得るためには、必ずしも傾斜した噴口の加工を必要としない。例えば第五の実施形態のように、噴口の配列と、先端部の軸線の設定によって、必要な噴口の軸線の向きを得ても良い。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明の火花点火式直噴エンジンは、燃焼室上側の略中央部に点火プラグを設けると共に、燃焼室上側の略周縁部にインジェクタの先端部を設け、上記インジェクタの先端部から上記点火プラグの電極付近に燃料を直接噴射する火花点火式直噴エンジンにおいて、上記インジェクタの先端部に複数の噴口を設け、上記各噴口の軸線の向きを、その噴口から噴射される噴霧の上記点火プラグ位置での分布中心が、上記点火プラグを避けつつ、上記電極の周囲に僅かに離れて配列されるように設定しているので、燃料の微粒化が図られ、気化、霧化が促進される。また、燃料が液滴化して電極周辺へ付着する量を削減することができる。更に、電極部の混合気がリッチ過ぎず、着火可能な適度の空燃比となるようにすることができるので、出力の増大、燃費の向上、およびエミッションの減少を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる火花点火式直噴エンジンの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる火花点火式直噴エンジンの燃料の噴射状況を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるインジェクタの斜視図である。
【図４】図３に示すインジェクタの噴口エリアの拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかるインジェクタから噴射された噴霧の、点火直前の分布状況を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態による、噴口の穿孔パターンと、その噴口から噴射された噴霧の点火直前の分布を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施形態による、噴口の穿孔パターンと、その噴口から噴射された噴霧の点火直前の分布を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施形態による、噴口の穿孔パターンと、その噴口から噴射された噴霧の点火直前の分布を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかるインジェクタの斜視図である。
【図１０】図９に示すインジェクタの噴口エリアの拡大図である。
【図１１】本発明の一実施形態にかかるインジェクタから噴射された噴霧の、点火直前の分布状況を示す説明図である。
【符号の説明】
１　シリンダヘッド
２　シリンダブロック
３　ピストン
４　シリンダボア
５　燃焼室
６，７　吸気ポート
８，９　排気ポート
１０，１１　吸気弁
１２，１３　排気弁
１４，１４ａ　インジェクタ
１５　噴霧
１６　点火プラグ
１７　電極
２４　先端部
２６　噴口エリア
３０，４０，５０，６０，７０，８０　噴口
３０ａ，４０ａ，５０ａ，６０ａ，７０ａ，８０ａ　噴霧の分布中心
３０ｂ，４０ｂ，５０ｂ，６０ｂ，７０ｂ　リッチ噴霧領域
３０ｃ，４０ｃ，５０ｃ，６０ｃ，７０ｃ　着火噴霧領域
３０ｄ，４０ｄ，５０ｄ，６０ｄ，７０ｄ，８０ｄ　噴霧中心線
９０　仮想平面
【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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