(57)【要約】    【課題】  直噴式内燃機関の燃焼室内に、適切な成層混合気を形成して良好な成層燃焼が行われるようにする。    【解決手段】  燃料噴射弁のノズルを形成するプレート２２に、プレート２２の内面に対して略垂直に開けた燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔２３ａと、プレート２２の内面（噴孔２３ｂより先端側）に対して９０度より大きな角度を持って傾斜して開けた燃料噴霧の噴射を遅延する噴孔２３ｂと、を設け、かつ、噴射を遅延しない噴孔２３ａからの燃料噴霧がキャビティ１４内面に到達するまでの距離が、噴射を遅延する噴孔２３ｂからの燃料噴霧がキャビティ１４内面に到達するまでの距離より長くなるようにして、各噴孔２３ａ，２３ｂからの燃料噴霧がキャビティ内面に略同時に到達させ、周方向に均一濃度な成層混合気を形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室上部の略中心にシリンダ中心軸に対して噴霧中心軸を傾斜させて多孔式燃料噴射弁を装着し、ピストン冠面に前記燃料噴射弁からの燃料噴霧を受けるキャビティを設けた直噴式内燃機関であって、燃料噴射弁の各噴孔の中心軸に沿ったキャビティ壁面までの距離が近い側の噴孔ほど燃料噴霧を遅延して噴射することを特徴とする直噴式内燃機関。
【請求項２】
前記燃料噴霧を遅延して噴射する噴孔の中心線と噴孔が開口するプレート内面の垂線のなす角を、燃料噴霧の噴射を遅延させない噴孔の中心線と前記プレート内面の垂線のなす角よりも大きくすることを特徴とする請求項１記載の直噴式内燃機関。
【請求項３】
前記プレートで形成されるノズルの先端の内面を曲面で構成することを特徴とする請求項２記載の直噴式内燃機関。
【請求項４】
燃料噴霧を遅延する噴孔を、噴孔が開口するプレートの針弁が着座するシート面より下流でかつ先すぼまり状のサック部分より上流に配置することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の直噴式内燃機関。
【請求項５】
燃料噴霧を遅延する噴孔の径を、遅延しない噴孔の径よりも大きくすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の直噴式内燃機関。
【請求項６】
燃焼室上部の略中心にシリンダ中心軸に対して噴霧中心軸を傾斜させて装着され、ピストン冠面に形成されたキャビティに燃料噴霧が受け止められるように燃料噴射する多孔式燃料噴射弁であって、各噴孔の中心軸に沿ったキャビティ壁面までの距離が近い側の噴孔ほど燃料噴霧を遅延して噴射するように各噴孔を形成したことを特徴とする多孔式燃料噴射弁。
【請求項７】
前記燃料噴霧を遅延して噴射する噴孔の中心線と噴孔が開口するプレート内面の垂線のなす角を、燃料噴霧の噴射を遅延させない噴孔の中心線と前記プレート内面の垂線のなす角よりも大きくしたことを特徴とする請求項６記載の多孔式燃料噴射弁。
【請求項８】
前記プレートで形成されるノズルの先端の内面を曲面で構成したことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の多孔式燃料噴射弁。
【請求項９】
燃料噴霧を遅延する噴孔を、噴孔が開口するプレートの針弁が着座するシート面より下流でかつ先すぼまり状のサック部分より上流に配置することを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか１つに記載の多孔式燃料噴射弁。
【請求項１０】
燃料噴霧を遅延する噴孔の径を、遅延しない噴孔の径よりも大きくすることを特徴とする請求項５〜請求項９のいずれか１つに記載の多孔式燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する直噴式内燃機関及び該直噴式内燃機関に用いられる多孔式燃料噴射弁に関し、特に、成層混合気の形成を良好に行うための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室略中央部に点火プラグと燃料噴射弁を備えると共に、ピストン冠面の中央部に形成したキャビティを形成し、運転状態に応じて燃料噴射タイミングを変更することによって均一状態の混合気を形成しての均質燃焼と成層状態の混合気を形成しての成層燃焼とを切り換えられるようにしたものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２６５８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記直噴式内燃機関では、燃料噴射弁がピストン中心軸に対して傾斜して装着されているため、燃料噴霧のキャビティ到達時期が周方向で同一とならず、その結果、成層混合気内部に空燃比の偏りが生じて、成層燃焼の燃焼性を低下させていた。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、内部での空燃比の偏りが少ない成層混合気を燃焼室内に形成して成層燃焼の燃焼性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このため本発明に係る直噴式内燃機関は、燃焼室上部の略中心にシリンダ中心軸に対して噴霧中心軸を傾斜させて多孔式燃料噴射弁を装着し、ピストン冠面に前記燃料噴射弁からの燃料噴霧を受けるキャビティを設けた直噴式内燃機関であって、燃料噴射弁の各噴孔の中心軸に沿ったキャビティ壁面までの距離が近い側の噴孔ほど燃料噴霧を遅延して噴射するように構成した。
【０００５】
また、本発明に係る多孔式燃料噴射弁は、燃焼室上部の略中心にシリンダ中心軸に対して噴霧中心軸を傾斜させて装着され、ピストン冠面に形成されたキャビティに燃料噴霧が受け止められるように燃料噴射する多孔式燃料噴射弁であって、各噴孔の中心軸に沿ったキャビティ壁面までの距離が近い側の噴孔ほど燃料噴霧を遅延して噴射するように各噴孔を形成した構成とした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る直噴式内燃機関ないし多孔式燃料噴射弁によれば、燃料噴射弁の各噴孔の中心軸に沿ったピストンキャビティまでの距離が短いほど燃料噴霧を遅延して噴射することで、ピストンキャビティに受け止められた燃料噴霧がシリンダヘッド側に巻き上がる時期がピストンキャビティの週方向においてほぼ同一となるため、燃焼室の周方向に空燃比の偏りが少ない成層混合気を形成することが可能となり、良好な成層燃焼を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１に本発明の第１実施形態に係る直噴式内燃機関の構成を示す。
シリンダヘッド２と、シリンダブロック３と、ピストン４とによって燃焼室１が形成され、吸気弁７を介して吸気ポート５と、排気弁８を介して排気ポート６とそれぞれ連通している。吸気弁７と排気弁８は、それぞれ吸気弁用カム９と、排気弁用カム１０とによって開閉駆動される。
【０００８】
燃焼室１の上面（シリンダヘッド）の略中央付近にシリンダ中心軸に対して噴霧がエンジン後方へ傾くよう傾斜させた多孔式燃料噴射弁１１が設けられ、燃焼室１上部のインジェクタより後方に点火プラグ１２が配置されている。ピストン４の冠面には略中央付近に、略円筒状のキャビティ１４が設けられている。なお、この内燃機関はエンジンコントロールユニット１３からの信号に基づいて、燃料噴射および点火が行われる。
【０００９】
図２は同上実施形態に用いられる燃料噴射弁１１の要部（先端部）の構成を示し、針弁２１が、プレート２２で形成されたノズルの内面（シート面）に着座して閉弁するようになっている。前記プレート２２は、燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔２３ａと、遅延する噴孔２３ｂとが開口されてノズルを構成している。ここで、前記遅延しない噴孔２３ａはプレート２２の内面に対して略垂直に開けられている一方、前記遅延する噴孔２３ｂはプレート２２の内面（噴孔２３ｂより先端側）に対して９０度より大きな角度を持ってく傾斜して開けられている。すなわち、燃料噴霧の噴射を遅延する噴孔２３ｂの中心線と、プレート２２内面の垂線とのなす角を、噴射を遅延させない噴孔２３ａの中心線と、前記プレート２２内面の垂線とのなす角よりも大きくなるように形成されている。
【００１０】
このように形成することで、針弁２１のリフト初期において、燃料が噴孔に流入する際の流速方向の変化が、プレート２２内面に対して傾斜して開けられた噴孔２３ｂの方が、プレート２２の内面に対して略垂直に開けられた噴孔２３ａより大きくなり、流速の立ち上がりが遅れるため、燃料噴霧が遅延して噴射される。
そして、前記燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔２３ａは、該噴孔２３ａからの燃料噴霧がキャビティ１４内面に到達するまでの距離が、前記噴射を遅延する噴孔２３ｂからの燃料噴霧がキャビティ１４内面に到達するまでの距離より長くなるようにして燃料噴射弁１１を装着する。なお、図では、簡明のため燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔２３ａと遅延する噴孔２３ｂとの２個のみを示してあるが、実際には３個以上の噴孔２３を設け、燃料噴霧がキャビティ１４内面に到達するまでの距離が最も長い噴孔２３を、遅延しない噴孔としてプレート２２の内面に対して略垂直に開け、該距離が短くなる噴孔２３ほどプレート２２の内面に対する傾斜量を大きくして開けることにより遅延量を大きくした噴孔２３とする。
【００１１】
以下、本実施形態の成層燃焼モードにおける成層混合気形成の概略を、図３を参照しつつ説明する。燃料噴射開始時期は、燃料噴霧がピストン４のキャビティ１４に受け止められるよう設定される。
燃料噴霧がキャビティ１４に到達するまでの距離が長い位置にある噴孔から先に燃料が噴射され｛同図（Ａ）参照｝、続いて徐々に距離が短い位置にある噴孔からも噴射が開始される｛同図（Ｂ）参照｝。
【００１２】
時間の経過と共に燃料噴霧の進行とピストン４の上昇が進み、燃料噴霧の先端はキャビティ１４に衝突するが、キャビティ１４に到達するまでの距離が短い位置にある噴孔ほど燃料噴霧の噴射開始が遅延されているため、どの噴孔から噴射された噴霧でもほぼ同時に衝突する｛同図（Ｃ）参照｝。
衝突後の燃料噴霧は、周方向でほぼ同時にキャビティ１４外周壁面で巻き上げられ、周囲の空気を巻き込みながらキャビティ上空に成層混合気を形成する｛同図（Ｄ），（Ｅ）参照｝。
【００１３】
こうして形成された成層混合気はシリンダ円周方向への偏りが少なく、したがって良好な燃焼性能を得ることが可能となる。
次に、第２実施形態について説明する。第１実施形態との違いは燃料噴射弁の構成だけなので、燃料噴射弁の構成についてのみ説明する。
図４に第２実施形態にかかる燃料噴射弁の構成を示す。針弁１１と、ノズルを形成するプレート３１と、プレート３１に開けられた燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔３２ａと、遅延する噴孔３２ｂとで構成されている。プレート３１の内面は曲面で構成されており、したがって、プレート３１内面の垂線は、連続的に変化している。本実施形態では、燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔３２ａと遅延する噴孔３２ｂは燃料噴射弁１１の中心軸に対して同一の傾きを持っているが、噴孔３２を開ける位置を変えることでプレート３１内面に対する角度を、遅延する噴孔３２ｂの方が大きくすることができる。このように、ノズルの先端の内面を曲面で構成することで、プレート３１内面の垂線方向がノズル内の位置によって変化するため、噴孔３２を開ける位置を任意にとることで、噴孔３２自体の角度を変えることなく噴孔３２の中心線と噴孔３２を開けるプレート内面の垂線のなす角を変えることにより、所望の噴霧角度を保ちつつ第１実施形態の効果を得ることが可能となる。また、同一の工具ないし同一の加工設定で、第１実施形態と同様の機能をもつ燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔３２ａと遅延する噴孔３２ｂを形成することができ、加工効率を向上できる。
【００１４】
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態も、第１実施形態および第２実施形態との相違は燃料噴射弁の構成だけなので、燃料噴射弁の構成についてのみ説明する。図５に第３実施形態の燃料噴射弁の構成を示す。針弁２１と、ノズルを形成するプレート４１と、プレート４１に開けられた燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔４２ａと、遅延する噴孔４２ｂで構成されている。遅延しない噴孔４２ａはサック部分に開けられている一方、遅延する噴孔４２ｂはノズルの先すぼまり状のサック部分より上流で、かつ針弁２１が着座するシート面よりも下流の位置に開けられている。
【００１５】
このようにすれば、前記プレート４１に針弁２１のシート面より下流でかつサック部分より上流に配置した噴孔４２ｂの入口付近は、針弁２１のリフト初期において針弁２１とノズル内面との隙間にできる流路が絞られているため、圧力の立ち上がりが遅れ、噴霧が遅延して噴射されるので第１実施形態の効果を得ることができる。また、本実施形態も燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔４２ａと遅延する噴孔４２ｂとの燃料噴射弁１１の中心軸に対しての角度は同一で良いので、第２実施形態の効果も同様に得られる。
【００１６】
さらに、以上第１〜第３実施形態に共通して、燃料噴霧の噴射を遅延する噴孔の径を、遅延しない噴孔の径よりも大きくする構成としてもよく、このようにすれば、燃料噴霧の噴射を遅延する噴孔の流量低下を補い、噴孔間での燃料噴射量の格差が低減するため、燃焼室の週方向により偏りの少ない成層混合気を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の各実施形態に共通した直噴式内燃機関の構成を示す図。
【図２】第１実施形態に係る燃料噴射弁の要部構成を示す断面図。
【図３】本発明による成層混合気形成の様子を示す図。
【図４】第２実施形態に係る燃料噴射弁の要部構成を示す断面図。
【図５】第３実施形態に係る燃料噴射弁の要部構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００１８】
１  燃焼室
２  シリンダヘッド
３ シリンダブロック
４ ピストン
１１ 燃料噴射弁
１２ 点火プラグ
１４  キャビティ
２１  針弁
２２，３１，４１  プレート
２２ａ，３１ａ，４１ａ  燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔
２２ｂ，３１ｂ，４１ｂ  燃料噴霧の噴射を遅延する噴孔
【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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