(57)【要約】    【課題】  筒内に燃料噴射を行う時に燃料噴射弁のノズル先端近傍における空気の流れを制御することで燃料噴霧形状を制御する。    【解決手段】  燃料噴射弁１は、中空の燃料噴射ノズル本体３と、燃料噴射ノズル本体３の内側に配置される略筒状の外側針弁（第１針弁）４と、外側針弁４の内側に配置され外側針弁４と同軸に組み込まれる内側針弁（第２針弁）２と、外側針弁４を燃料噴射弁１の軸方向に動作可能な外側針弁用ソレノイド６と、内側針弁２を燃料噴射弁１の軸方向に動作可能な内側針弁用ソレノイド７と、を備えている。成層燃焼運転条件で、圧縮行程中に内側針弁２を開閉して空気室１２内に負圧を保持し、圧縮行程中に燃料噴射時期に合わせて内側針弁２を開放して燃料噴霧を変形させる。【選択図】  図１
2007100643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に燃料を直接噴射する直噴式内燃機関に用いる燃料噴射弁において、
燃料を噴射するノズル先端の噴孔または噴孔群の略中央位置に、空気の吸い込みまたは空気の噴き出しが可能な空気制御手段を有することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記空気制御手段は、筒内に連通するように先端部に形成された空気孔を開閉可能な開閉バルブであることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記開閉バルブは、前記空気孔を閉じて前記空気孔に連通する空気室内の圧力を、前記空気孔を閉じたときの筒内圧力と同一に保持可能であることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記ノズル先端の噴孔または噴孔群を開閉可能な燃料噴射制御バルブとして配置された中空の第１針弁と、該第１針弁の内側に前記開閉バルブとして配置された第２針弁と、を有することを特徴とする請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記開閉バルブは、先端部にて、前記空気孔が前記第２針弁の径方向外側を臨んで形成され、前記第２針弁が燃料噴射弁の軸方向の先端側に移動することで筒内と空気室とを連通することを特徴とする請求項４記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記開閉バルブは、先端部にて、前記空気孔が前記第２針弁の軸方向先端側を臨んで形成され、前記第２針弁が燃料噴射弁の軸方向の後端側に移動することで筒内と空気室とを連通することを特徴とする請求項４記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
前記燃料噴射弁は、スワール弁またはマルチホール噴射弁であることを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
請求項２〜請求項７のいずれか１つに記載の燃料噴射弁を備え、
前記開閉バルブを、機関の運転サイクルに同期させて開閉制御することを特徴とする内燃機関。
【請求項９】
前記開閉バルブは、吸気行程中または圧縮行程中に開状態から閉じることで前記空気室内の圧力を、吸気行程中または圧縮行程中の筒内圧力に保持し、燃料噴射時期に合わせて開くことを特徴とする請求項８記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記開閉バルブは、吸気行程中に開閉することで前記空気室内の圧力を燃料噴射時の筒内圧力よりも低い状態で保持し、圧縮行程中の燃料噴射に合わせて開くことで、ノズル先端部近傍の空気を前記空気室内に吸い込むことを特徴とする請求項９記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記開閉バルブは、圧縮行程中に開閉することで前記空気室内の圧力を燃料噴射時の筒内圧力よりも高い状態で保持し、次回の圧縮行程中の燃料噴射に合わせて開くことで、前記空気室内の空気をノズル先端部近傍に噴き出すことを特徴とする請求項９記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記開閉バルブを機関の運転サイクルに同期させて開閉する開閉制御と、
機関運転条件に応じて、前記開閉バルブを閉状態に保持する閉状態保持制御と、
を切り換えることを特徴とする請求項８〜請求項１１のいずれか１つに記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記開閉制御は、低回転かつ低負荷の機関運転条件で、圧縮行程中に燃料を噴射して燃焼を行う成層燃焼時に行うことを特徴とする請求項１２記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記閉状態保持制御は、高回転かつ高負荷の機関運転条件で、吸気行程中に燃料を噴射して燃焼を行う均質燃焼時に行うことを特徴とする請求項１２または請求項１３記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁およびこれを用いた筒内直噴式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の燃料噴射装置のノズルにおいて液体燃料と空気とを同時に噴射する方法としては、特許文献１に示すように、燃料噴射弁の先端部のノズル形状を工夫することでコアンダ効果により燃料噴霧を燃料噴射弁の中心軸側に寄せることが知られている。
【特許文献１】特表平７−５０３７７３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、特許文献１に記載の燃料噴射装置のノズルでは、別個に圧縮空気をポンプなどで供給する必要があるため、コストの増加を伴うだけでなく、運転条件に応じて圧縮空気の供給を変化させることが不可能である。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、筒内に燃料噴射を行う時に燃料噴射弁のノズル先端近傍における空気の流れを制御することで燃料噴霧形状を制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そのため本発明では、筒内に燃料を直接噴射する直噴式内燃機関に用いる燃料噴射弁において、燃料を噴射するノズル先端の噴孔または噴孔群の略中央位置にて、空気制御により空気の吸い込みまたは空気の噴き出しを行う。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、燃料噴射弁がノズル先端の噴孔または噴孔群の略中央位置にて空気の吸い込みまたは空気の噴き出しを行うため、燃料噴霧形状を変化させ、筒内に燃焼に適切な混合気を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を示す燃料噴射弁１の断面図である。図２は、図１において内側針弁２が開いた状態を示す断面図である。
この燃料噴射弁１は、筒内に燃料を直接噴射する直噴式内燃機関に用いられるスワール弁またはマルチホール噴射弁であり、大別して、中空の燃料噴射ノズル本体３と、燃料噴射ノズル本体３の内側に配置される略筒状の外側針弁（第１針弁）４と、外側針弁４の内側に配置され外側針弁４と同軸に組み込まれる内側針弁（第２針弁）２と、外側針弁４を燃料噴射弁１の軸方向に動作可能な外側針弁用ソレノイド６と、内側針弁２を燃料噴射弁１の軸方向に動作可能な内側針弁用ソレノイド７と、を備えている。
【０００７】
燃料噴射ノズル本体３は、略中空円筒状の側部３ａと、該側部３ａから燃料噴射弁１の軸方向先端側に略テーパ状に形成された先端部３ｂとを含んで形成されている。燃料噴射ノズル本体３の側部３ａには、燃料の導入が可能な燃料導入孔８が形成されている。燃料噴射ノズル本体３の先端部３ａには、円周方向に複数個の噴孔９が燃料噴射弁１の中心軸に対して所定の角度で形成され、これらの噴孔９の略中央位置には軸中心方向に貫通孔１０が形成されている。この貫通孔１０には、内側針弁２の先端部２ａが摺動可能に配置されている。
【０００８】
内側針弁２は、筒内に連通する空気孔１１が形成された先端部２ａと、該先端部２ａから軸方向後端側に延びる中空円筒状の中空軸部２ｂと、中空軸部２ｂの後端を閉じる蓋部（肩部）２ｃとから形成されている。これにより内側針弁２内には、空気孔１１を介して筒内に連通する空気室１２が形成される。
内側針弁２の空気孔１１は、円周方向の所定間隔で、内側針弁２の中心軸から径方向外側を臨んで所定の角度で複数個形成されている。
【０００９】
内側針弁２の蓋部２ｃと、該蓋部２ｃより内側針弁２の先端側の位置にて燃料噴射ノズル本体３の内周面から径方向内側に突出して形成された内側針弁用凸部１３と、の間の中空軸部２ｂの外周には、スプリング１４が配置されている。このスプリング１４は、先端側が内側針弁用凸部１３に、後端側が内側針弁２の蓋部２ｃにそれぞれ掛止されている。
燃料噴射ノズル本体３の内周面にて、内側針弁用凸部１３より軸方向後端側（図の上側）には、内側針弁用ソレノイド７が設けられている。
【００１０】
そして、図示しないエンジンコントロールユニットからの指令に応じて内側針弁用ソレノイド７に電磁力を発生させ、内側針弁２を燃料噴射弁１の軸方向先端側に移動させる（図２）。これにより、内側針弁２の空気室１２と筒内とを空気孔１１を介して連通させる。
また、外側針弁４は、略中空円筒状であり、内側針弁２の中空軸部２ｂと、燃料噴射ノズル本体３の内周面との間にて、中空軸部２ｂの外周に摺動可能なように配置されている。
【００１１】
外側針弁４の先端部４ａは、燃料噴射用ノズル本体３の先端部３ｂの内周面にて、噴孔９より径方向の外側の位置で当接可能なように略テーパ状に形成されている。外側針弁４の後端部４ｂの外周４ｃは、外側針弁４の軸方向の所定長さに亘って径方向内側に縮径されている。この外周縮径部４ｃ内に、燃料噴射ノズル本体３の内周面から径方向内側に突出して形成された外側針弁用凸部１５が位置している。
【００１２】
外側針弁用凸部１５と、外側針弁４の軸方向先端側における外周縮径部４ｃの肩部４ｄとの間には、スプリング１６が外周縮径部４ｃの外側に配置されている。外側針弁用凸部１５の後端側（図の上側）には、外側針弁用ソレノイド６が設けられている。
次に、内側針弁２と外側針弁４とのそれぞれの開閉動作について説明する。
内側針弁用ソレノイド７に電流を流さない場合には、図１に示すように、内側針弁用スプリング１４が内側針弁２の蓋部２ｃを付勢するため、内側針弁２は軸方向の後端側（図の上側）に押される。これにより、燃料噴射用ノズル本体３の先端部３ａに形成された貫通孔１０の内周面に、内側針弁２の先端部２ａに形成された空気孔１１が気密に当接するため、空気室１２と筒内との連通を遮断する。すなわち、内側針弁２は、空気孔１１を閉じることが可能な開閉バルブとしての機能を有している。
【００１３】
一方、内側針弁用ソレノイド７に電流を流した場合には、ソレノイド７の内部および外部に磁界が発生し、図２に示すように、内側針弁２の蓋部２ｃを軸方向先端側に移動させるため、内側針弁２は軸方向の先端側（図の下側）に押される。これにより、内側針弁２の先端部２ａに形成された空気孔１１が筒内に連通するため、空気室１２内と筒内との空気の交換を可能にする。すなわち、内側針弁２は、空気孔１１を開くことが可能な開閉バルブとしての機能を有している。
【００１４】
内側針弁２を開閉した場合には、内側針弁２を開いた際に空気孔１１を介して空気室１２と筒内とが連通するため（図２）、空気室１２内の圧力が筒内の圧力と一致する一方、内側針弁２を閉じた際に筒内と空気室１２とを遮断するため（図１）、空気室１２内の圧力を筒内圧に一致した状態で保持する。すなわち、空気室１２は、蓄圧室としての機能を有している。特に、吸気行程中に内側針弁２を開閉させた場合には、筒内の圧力が低い状態であるため、空気室１２内の圧力も低い状態のまま保持される一方、圧縮行程中に内側針弁２を開閉させた場合には、筒内の圧力が高い状態であるため、空気室１２内の圧力も高い状態のまま保持される。
【００１５】
例えば、内側針弁２を吸気行程中に開閉させて空気室１２内を低圧力状態で保持したまま、圧縮行程で内側針弁２を開いた場合には、筒内の圧力が高いため、筒内の圧縮された空気が内側針弁２の空気室１２内に導入される。
また、外側針弁用ソレノイド６に電流を流さない場合には、図１に示すように、外側針弁用スプリング１６が外側針弁４の肩部４ｄを付勢するため、外側針弁４は軸方向の先端側（図の下側）に押される。このため、外側針弁４の先端部４ａが燃料噴射ノズル本体３の先端部３ｂの内周面に当接し、燃料導入孔８と噴孔９との連通を遮断する。すなわち、外側針弁４は、燃料噴射ノズル本体３の先端部３ｂの噴孔９を閉じることが可能な燃料噴射制御バルブとしての機能を有している。
【００１６】
一方、外側針弁用ソレノイド６に電流を流した場合には、ソレノイド６の内部および外部に磁界が発生し、図示しないが、外側針弁４を軸方向の後端側（図の上側）に引き付ける。このため、外側針弁４の先端部４ａが燃料噴射ノズル本体３の先端部３ｂの内周面から離れ、燃料導入孔８と噴孔９とを連通して燃料噴射を行う。すなわち、外側針弁４は、燃料噴射ノズル本体３の先端部３ｂの噴孔９を開くことが可能な燃料噴射制御バルブとしての機能を有している。
【００１７】
次に、前述の燃料噴射弁１を用いた内燃機関において、内側針弁２および外側針弁４の開閉および燃料噴霧の分布について図３〜図７を用いて説明する。
図３は、機関運転条件であるエンジン回転数およびエンジン負荷（トルク）に応じて、成層燃焼運転領域および均質燃焼運転領域にて、内側針弁２および外側針弁４のそれぞれの開閉を制御することを示す図である。図４には、成層燃焼運転領域において、機関の運転サイクル（吸気行程または圧縮行程）に同期させた内側針弁２および外側針弁４の開閉時期を示している。図５には成層燃焼を行っている状態、図６には均質燃焼を行っている状態をそれぞれ示している。
【００１８】
成層燃焼運転領域では、図４（イ）に示すように、内側針弁２を吸気行程中に開閉し、圧縮行程中に再び開閉する一方、外側針弁４を圧縮行程中に開閉して筒内に燃料を噴射する。
吸気行程中に内側針弁２を開くと、図２に示すように、内側針弁２の空気孔１１を介して空気室１２と筒内とを連通するため、筒内の圧力が低い状態で空気室１２内の圧力が一致し、図１に示すように、内側針弁２が閉じると、空気室１２内の圧力は内側針弁２を閉じたときの筒内圧力（負圧）を保持する。
【００１９】
そして、圧縮行程中に内側針弁２を開閉すると、空気孔１１が内側針弁２の軸方向から外向きに開き（外開き）、空気室１２内の圧力が筒内の圧力より低いため、燃料噴射ノズル先端部３ｂ近傍の筒内の空気を内側針弁２の空気孔１１を介して空気室１２内に吸い込む。すなわち、内側針弁２は、空気室１２内に空気の吸い込みを行う空気制御手段としての機能を有している。
【００２０】
この時、内側針弁２の開閉タイミング（空気吸い込み時期）に合わせて外側針弁４の開閉を開閉すると、燃料噴射ノズル先端部３ｂの噴孔９から噴射された燃料噴霧が、空気室１２内に吸い込まれる空気により引き付けられ、燃料噴射弁１の軸中心側に引き寄せられる。
この時、図７（イ）に示すように、内側針弁２を閉じた状態（図７（ハ）に示す状態）と比較して、内側針弁２内に筒内の空気を吸い込むことで燃料噴霧のペネトレーションが増大する。これにより、筒内を循環する混合気を所望の状態に形成できる。
【００２１】
図５（イ）は、燃料噴射弁１から噴射された燃料噴霧が燃料噴射弁１の軸中心側に引き寄せられた状態を示しており、燃料噴射後は図５（ロ），（ハ）に示すように、ピストン１７の上昇と共にピストンキャビティ１７ａ内およびその上空に成層混合気を形成し、ピストン上死点近傍にて点火プラグ１８により該成層混合気に着火して成層燃焼を行う。
このようにすることで、圧縮行程中に燃料噴射弁１の噴孔９から噴射された燃料噴霧に、内側針弁２の空気孔１１を介して空気室１２から噴き出された空気を衝突させることができ、燃料噴霧の微粒化が図れ、燃焼に適した成層混合気を点火プラグ１８近傍に形成し、成層燃焼を行うことができる
なお、圧縮行程中に内側針弁２および外側針弁４を開閉する時期は、点火プラグ１８の近傍に成層混合気を適切に形成するために、圧縮行程後期に設定することが好ましい。
【００２２】
また、成層燃焼運転領域では、図４（ロ）に示すように、内側針弁２を圧縮行程中に２回開閉する一方、外側針弁４を圧縮行程中に開閉して筒内に燃料を噴射するようにしてもよい。
図４（ロ）は、予め圧縮行程中において燃料噴射後から点火までの間に内側針弁２を開閉することで、空気室１２内の圧力を燃料噴射時（外側針弁２の開閉時）の筒内圧力より高い状態で保持し、次回の圧縮行程中の燃料噴射に合わせて内側針弁２を開閉する場合を示している。
【００２３】
前回のサイクルにおいて内側針弁２の空気室１２内には高圧の圧縮空気が封入され、内側針弁２を外側針弁４の開閉時期に合わせて開閉させた場合には、筒内圧力より空気室１２内の圧力が高いため、内側針弁２の空気孔１１を介して空気室１２から筒内へ圧縮空気を噴き出す。すなわち、内側針弁２は、空気室１２内に空気の噴き出しを行う空気制御手段としての機能を有している。
【００２４】
内側針弁２の空気孔１１から噴き出された空気は、燃料噴射ノズル先端部３ｂの噴孔９から噴射された燃料噴霧を押し出し、図７（ロ）に示すように、燃料噴霧のペネトレーションを増加させる。これにより、筒内を循環する混合気を所望の状態に形成できる。
また、図３に示すように、機関運転条件が高回転かつ高負荷である均質燃焼運転領域にある場合には、内側針弁２の開閉を行わないで閉状態に保持しておく一方、外側針弁４を開閉させることで均質燃焼を行う。
【００２５】
図６は、機関運転条件が均質燃焼運転領域にある場合における燃料噴射を示している。
均質燃焼運転では、内側針弁２の開閉動作を行わないで図１に示すように、内側針弁２の空気室１２と筒内との連通を遮断した状態を維持する。一方、外側針弁４の開閉時期を、ピストン１７が下死点近傍にあるときに設定して燃料噴射を行う（図６（イ））。
この場合の燃料噴霧は、内側針弁２を閉状態に維持した状態であるため、図７（ハ）に示すように、ペネトレーションが短くなっている。このため、筒内に均質な混合気を形成することができる。
【００２６】
そして、燃料噴射弁１から噴射された燃料噴霧は、図６（ロ），（ハ）に示すように、筒内全体に均質に分布して均一な混合気を形成すると共に、ピストン１７の上昇により圧縮され、ピストン上死点近傍にて点火プラグ１８により着火され均質燃焼が行われる。
本実施形態によれば、筒内に燃料を直接噴射する直噴式内燃機関に用いる燃料噴射弁において、燃料を噴射するノズル先端３ｂの噴孔９または噴孔群の略中央位置に、空気の吸い込みまたは空気の噴き出しが可能な空気制御手段を有する。このため、燃料噴射弁１がノズル先端３ｂの噴孔９または噴孔群の略中央位置にて空気の吸い込みまたは空気の噴き出しを行うため、燃料噴霧形状を変化させ、筒内に燃焼に適切な混合気を形成することができる。
【００２７】
また本実施形態によれば、空気制御手段は、筒内に連通するように先端部２ａに形成された空気孔１１を開閉可能な開閉バルブである。このため、特別なポンプ等を用いることなく空気の吸い込みまたは空気の噴き出しができ、製造コストの低減が図れる。
また本実施形態によれば、開閉バルブは、空気孔１１を閉じて空気孔１１に連通する空気室１２内の圧力を、空気孔１１を閉じたときの筒内圧力と同一に保持可能である。このため、所望の時期に開閉バルブを閉じることで空気室１１内の圧力を設定できる。
【００２８】
また本実施形態によれば、ノズル先端３ｂの噴孔９または噴孔群を開閉可能な燃料噴射制御バルブとして配置された中空の第１針弁（外側針弁）４と、該第１針弁４の内側に開閉バルブとして配置された第２針弁（内側針弁）２と、を有する。このため、燃料噴射弁１により燃料噴射と、空気の吸い込みまたは空気の噴き出しと、を行うことができる。
また本実施形態によれば、開閉バルブは、先端部２ａにて、空気孔１１が第２針弁２の径方向外側を臨んで形成され、第２針弁２が燃料噴射弁１の軸方向の先端側に移動することで筒内と空気室１２とを連通する（図２）。このため、第２針弁２を燃料噴射弁１の軸方向の先端側に移動させたときに、空気の吸い込みまたは空気の噴き出しを行うことができる。
【００２９】
また本実施形態によれば、燃料噴射弁１は、スワール弁またはマルチホール噴射弁である。このため、要求燃料噴霧特性に応じて適切な燃料噴射弁を用いることで設計の自由度を高めることができる。
また本実施形態によれば、開閉バルブを、機関の運転サイクル（吸気行程または圧縮行程）に同期させて開閉制御する。このため、機関の運転サイクルを考慮して空気の吸い込みまたは空気の吹き出しができる。
【００３０】
また本実施形態によれば、開閉バルブは、吸気行程中または圧縮行程中に開状態から閉じることで空気室１２内の圧力を、吸気行程中または圧縮行程中の筒内圧力に保持し、燃料噴射時期に合わせて開く。このため、燃料噴霧の形状を、空気の吸い込みまたは空気の噴き出しを行うことで変形させることができる。
また本実施形態によれば、開閉バルブは、吸気行程中に開閉することで空気室１２内の圧力を燃料噴射時の筒内圧力よりも低い状態で保持し、圧縮行程中の燃料噴射に合わせて開くことで、ノズル先端部近傍の空気を空気室１２内に吸い込む。このため、空気室１２内に負圧を保持し、これを燃料噴射時期に合わせて開放するため、空気室１２内に空気の吸い込みを行い、燃料噴霧の形状を変形させることができる。
【００３１】
また本実施形態によれば、開閉バルブは、圧縮行程中に開閉することで空気室１２内の圧力を燃料噴射時の筒内圧力よりも高い状態で保持し、次回の圧縮行程中の燃料噴射に合わせて開くことで、空気室１２内の空気をノズル先端部近傍に噴き出す。このため、空気室１２内に正圧（高圧）を保持し、これを燃料噴射時期に合わせて開放するため、空気室１２内から空気の噴き出しを行い、燃料噴霧の形状を変形させることができる。
【００３２】
また本実施形態によれば、開閉バルブを機関の運転サイクルに同期させて開閉する開閉制御と、機関運転条件に応じて、開閉バルブを閉状態に保持する閉状態保持制御と、を切り換える。このため、運転サイクルおよび運転サイクルを考慮して空気の吸い込みまたは空気の吹き出しを行うか否かを制御できる。
また本実施形態によれば、低回転かつ低負荷の機関運転条件で、圧縮行程中に燃料を噴射して燃焼を行う成層燃焼時に開閉バルブを開閉する。このため、成層燃焼を行う場合には開閉バルブの開閉を行い、空気の吸い込みまたは空気の吹き出しを行うことができる。
【００３３】
また本実施形態によれば、閉状態保持制御は、高回転かつ高負荷の機関運転条件で、吸気行程中に燃料を噴射して燃焼を行う均質燃焼時に開閉バルブの閉状態を保持する。このため、均質燃焼を行う場合には開閉バルブの開閉を停止できる。
次に、本発明の第２の実施形態について図８および図９を用いて説明する。
図８は、本実施形態における燃料噴射弁２１の断面図を示し、図９は、内側針弁２２が開いた状態を示している。
【００３４】
本実施形態では、内側針弁２２は、先端部２２ａが略テーパ状に形成され、燃料噴射弁２１のノズル先端部３ｂの略中央位置に軸方向に形成された空気孔２３に、内側から当接して該空気孔２３を閉じることが可能なように配置されている。
図８および図９に示すように、内側針弁２２と外側針弁４との間には中空管２５が配置され、該中空管２５の先端２５ａが燃料噴射弁２１のノズル先端部３ｂの内壁面に固定されている。
【００３５】
内側針弁２２には、空気室２６が形成されており、この空気室２６と筒内とを連通する連通路２７が形成されている。
これにより、図９に示すように、内側針弁２２が燃料噴射弁２１の軸方向後端側に移動した場合には、空気孔２３が燃料噴射弁１の軸方向中心に開く（内開きとなる）ため、ノズル先端部３ｂの空気孔２３を介して空気の吸い込みまたは空気の噴き出しを可能にする。
【００３６】
また、外側針弁４を燃料噴射弁２１の軸方向後端側に移動した場合には、噴孔９を介して筒内に燃料を噴射する。
なお、内側針弁２２の開閉時期および開閉条件（エンジン回転数およびエンジン負荷）と、外側針弁４の開閉時期および開閉条件とは、第１の実施形態にて説明した開閉時期および開閉条件と同じである。
【００３７】
内側針弁２２が吸気行程中に開閉した場合には、空気室２６内および空気通路２７内に圧力が低い状態で保持される（負圧が封入される）。圧縮行程中において燃料噴射弁２１の噴孔９から燃料を噴射したときに、再び内側針弁２２を開けると、空気室２６と筒内との空気圧差によってノズル先端部３ｂの空気孔２３からノズル先端部３ｂ近傍の空気を空気室２６側に吸い込む。この時、ノズル先端部３ｂの噴孔９から噴射された燃料噴霧が燃料噴射弁２１の中心軸側に引き込まれるため、周囲気体の流動によって噴霧のペネトレーションを大きくすると共に、ピストン１７のキャビティ１７ａに的確に燃料を衝突させることができる。更に、吸気バルブおよび排気バルブに熱が集中することを防止できる。
【００３８】
また、内側針弁２２が圧縮行程中に開閉する場合には、外側針弁４を開閉して燃料噴射を行うと同時に、内側針弁２２を開閉する。そして、外側針弁４の開閉終了後で点火プラグ１８による点火を行うまでの間に、再び内側針弁２２を開閉することで、空気室２６内および空気通路２７内に高圧の空気を封入する。次回の圧縮行程中では、外側針弁４が開閉する時期に合わせて内側針弁２２を開閉することで、空気孔２３を介して空気室２６内の空気を筒内に噴き出す。これにより、空気の吹き出しを良好に行い、燃焼に適した混合気を形成する。
【００３９】
また、内側針弁２２を開閉する場合は、機関運転条件が低回転かつ低負荷である場合であり、機関運転条件が高回転かつ高負荷である場合には、内側針弁２２を閉じた状態にして燃料噴霧のペネトレーションを短くし、均質な混合気を燃焼室内に形成する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１の実施形態の燃料噴射弁の断面図
【図２】内側針弁を開いた状態を示す燃料噴射弁の断面図
【図３】成層燃焼および均質燃焼を行う運転領域を示す図
【図４】内側針弁および外側針弁の開閉時期を示す図
【図５】低回転かつ低負荷時における燃料噴射を示す図
【図６】高回転かつ高負荷時における燃料噴射を示す図
【図７】燃料分布を示す図
【図８】第２の実施形態の燃料噴射弁の断面図
【図９】内側針弁を開いた状態を示す燃料噴射弁の断面図
【符号の説明】
【００４１】
１    燃料噴射弁
２    内側針弁
２ａ  先端部
３    燃料噴射ノズル本体
４    外側針弁
６    外側針弁用ソレノイド
７    内側針弁用ソレノイド
９    噴孔
１０    貫通孔
１１    空気孔
１２    空気室
【図１】
2007100643.tif 000003
【図２】
2007100643.tif 000004
【図３】
2007100643.tif 000005
【図４】
2007100643.tif 000006
【図５】
2007100643.tif 000007
【図６】
2007100643.tif 000008
【図７】
2007100643.tif 000009
【図８】
2007100643.tif 000010
【図９】
2007100643.tif 000011