(57)【要約】    【課題】  機関冷間時に、燃料の壁面付着を生じることなく、圧縮上死点付近での燃料噴射による成層燃焼を可能とする。    【解決手段】  燃料噴射弁６は、先端面に複数の噴孔を有すると共に、噴孔数可変手段により、燃料を噴射する噴孔数を変更できる。ここにおいて、機関冷間時は、圧縮上死点付近にて、前記複数の噴孔のうち、上側にある一部の噴孔のみから、燃料を噴射させ、点火プラグ５を指向する噴霧Ｂ１〜Ｂ４のみを形成する。暖機後の少なくとも高負荷時は、前記複数の噴孔の全てから燃料を噴射させ、燃焼室４全体に噴霧Ｂ１〜Ｂ８を行き渡らせる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の側部に、先端面に複数の噴孔を有する燃料噴射弁を備える直噴火花点火式内燃機関において、
燃料を噴射する噴孔数を可変とする手段を持ち、機関冷間時に、前記複数の噴孔のうち、シリンダ軸線方向で上側にある一部の噴孔のみから燃料を噴射させる構成としたことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関。
【請求項２】
機関冷間時は、圧縮上死点付近にて、燃料を噴射させることを特徴とする請求項１記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項３】
機関冷間時以外は、前記複数の噴孔の全てから燃料を噴射させる構成としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項４】
暖機後の少なくとも高負荷時は、前記複数の噴孔の全てから燃料を噴射させる構成としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項５】
前記複数の噴孔は、円形の噴孔を燃料噴射弁の先端面に上下左右に複数配列したものであり、機関冷間時に最も上側の列の噴孔のみから燃料を噴射させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項６】
前記複数の噴孔は、横長スリット状の噴孔を燃料噴射弁の先端面に上下に複数配列したものであり、機関冷間時に最も上側の１つの横長スリット状の噴孔のみから燃料を噴射させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直噴火花点火式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の直噴火花点火式内燃機関では、燃料噴射弁を、その軸線を斜め下向きにして配置し、燃料噴射弁の噴孔を、噴霧の中心が燃料噴射弁の軸線に対し偏向して、偏向する方向の噴霧貫徹力が反偏向側の噴霧貫徹力より大きくなるように構成する一方、燃料噴射弁をその軸線回りに回動可能とし、機関の温度状態に応じて、燃料噴射弁を回動して、機関冷間時に、燃料噴射弁の軸線より下側の噴霧貫徹力を強くし、暖機後は、燃料噴射弁の軸線より上側の噴霧貫徹力を強くしている。
【０００３】
すなわち、機関冷間時は、下向きに噴射して、均質燃焼を行わせ、暖機後は、上向きに噴射して、成層燃焼又は均質燃焼を行わせている。
【特許文献１】特開平１１−２５７１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、機関冷間時に、燃料噴射時期を極力遅らせ、後燃えの促進により、排気温度を上昇させて、排気浄化触媒の早期活性化を図る場合、特許文献１のような均質燃焼を前提とした下向き噴射では、壁面付着量が大きくなるなど、全く対応できない。
その一方、暖機後は、燃焼室全体に噴霧を行き渡らせることで出力を得たいが、これもできない。
【０００５】
本発明は、このような実状に鑑み、先端面に複数の噴孔を有する燃料噴射弁（マルチホールインジェクタ）を用い、機関冷間時に最適な噴霧形態を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、本発明では、燃料を噴射する噴孔数を可変とする手段を持ち、機関冷間時に、複数の噴孔のうち、シリンダ軸線方向で上側にある一部の噴孔のみから燃料を噴射させる構成とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、機関冷間時に、上側にある一部の噴孔のみから燃料を噴射させることで、燃料を壁面に付着させることなく、点火プラグ側を指向させて、成層燃焼を行わせることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す冷間時及び暖機後の噴霧パターン図、図２は燃料噴射弁中心軸に対し垂直な断面での冷間時及び暖機後の噴霧パターン図、図３は燃料噴射弁先端面の噴孔配置図である。尚、本明細書では、シリンダ軸線方向でシリンダヘッド側を上側、ピストン側を下側という。
【０００９】
図１において、シリンダヘッド１とシリンダボア２とピストン３とにより、ペントルーフ型の燃焼室４が形成され、その上面中央部に点火プラグ５が配置されている。燃焼室４の側部（吸気側の側部）には、燃焼室４内に燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）６が斜め下向きに配置されている。Ｃは燃料噴射弁中心軸（軸線）である。
燃料噴射弁６の先端面（平面又は半球面）には、図３に示すように、複数の噴孔Ａ１〜Ａ８が形成されている。
【００１０】
前記複数の噴孔Ａ１〜Ａ８は、円形の噴孔を燃料噴射弁の先端面に上下左右に複数配列したものであり、３つのグループに分けられている。すなわち、上側から、４つの噴孔からなる第１列の噴孔Ａ１〜Ａ４と、２つの噴孔からなる第２列の噴孔Ａ５、Ａ６と、２つの噴孔からなる第３列の噴孔Ａ７、Ａ８とから構成されている。尚、左右方向には対称に設けられている。
【００１１】
第１列の噴孔Ａ１〜Ａ４は、燃料噴射弁中心軸Ｃに対し、上方向に大きく偏向して、水平方向に噴射するようになっており、図１（ａ）又は（ｂ）に示されるように、水平方向に点火プラグ５を指向する噴霧Ｂ１〜Ｂ４を形成することができる。
第２列の噴孔Ａ５、Ａ６は、燃料噴射弁中心軸Ｃに対し、わずかに上方向に偏向するも、斜め下向きに噴射するようになっており、図１（ｂ）に示されるように、燃焼室４の中心部を指向する噴霧Ｂ５、Ｂ６を形成することができる。尚、第２列の噴孔Ａ５、Ａ６は、噴霧を燃焼室４内に拡散できるように、横方向に間隔をあけて設けられている。
【００１２】
第３列の噴孔Ａ７、Ａ８は、燃料噴射弁中心軸Ｃに対し、下方向に偏向し、更に下向きに噴射するようになっており、図１（ｂ）に示されるように、ピストン３冠面（キャビティ）を指向する噴霧Ｂ７、Ｂ８を形成することができる。
ここにおいて、図７に、燃料を噴射する噴孔数を可変とする噴孔数可変手段の具体例を示すように、燃料噴射弁６は、独立に制御可能な２つの針弁Ｎ１、Ｎ２を備え、第１の針弁Ｎ１により第１列の噴孔Ａ１〜Ａ４を同時に開閉する構成とし、第２の針弁Ｎ２により第２列の噴孔Ａ５、Ａ６及び第３列の噴孔Ａ７、Ａ８を同時に開閉する構成としている。従って、第２の針弁Ｎ２を閉状態に保持し、第１の針弁Ｎ１を開弁作動することで、第１列の噴孔Ａ１〜Ａ４のみから燃料を噴射でき、第１及び第２の針弁Ｎ１、Ｎ２を同時に開弁作動することで、全ての噴孔Ａ１〜Ａ８から燃料を噴射できる。
【００１３】
次に本実施形態での燃料噴射制御について説明する。
機関始動時などの機関冷間時には、図１（ａ）に示すように、圧縮行程又は膨張行程の圧縮上死点付近にて、第１列の噴孔Ａ１〜Ａ４のみから燃料を噴射し、点火プラグ５を指向する噴霧Ｂ１〜Ｂ４を形成し、成層燃焼を行わせる。
このとき、噴霧Ｂ１〜Ｂ４は、シリンダヘッド１とピストン３との間の狭い燃焼室空間を壁面に衝突することなく進行し、噴霧がシリンダヘッド１、ピストン３、シリンダボア２のいずれにも付着しないので、エンジンアウトＨＣを減少させることができる。
【００１４】
また、このように圧縮上死点付近で燃料噴射を行っても壁面付着を防止できることから、圧縮上死点付近での燃料噴射（噴射時期の遅角化）により、後燃えを促進し、排気温度を上昇させて、排気浄化触媒の早期活性化を図ることができる。
また、燃料噴射している噴孔数を減少させていることから、噴射時間（噴射パルス幅）は長くなり、噴射特性を安定化させることもできる。すなわち、パルス幅―流量特性の直線性が失われる低パルス幅領域での使用を避けることができる。
【００１５】
暖機後には、図１（ｂ）に示すように、吸気行程又は圧縮行程で、ピストン３が比較的降下しているときに、全て（第１〜第３列）の噴孔Ａ１〜Ａ８から燃料を噴射し、燃焼室４全域に広がる噴霧Ｂ１〜Ｂ８を形成し、均質燃焼を行わせる。尚、暖機後の高負荷時（高負荷領域）のみ、全ての噴孔Ａ１〜Ａ８から燃料を噴射するようにし、暖機後の低負荷時には、一部の噴孔のみから燃料を噴射して、成層燃焼を行わせるようにしてもよい。
【００１６】
このように暖機後（又はその高負荷時）は、筒内全域に燃料噴射を行って、均質な混合気を形成することにより、スモークを下げつつ、出力向上を図るを上げることができる。従って、運転条件に応じ、排気と出力とを両立させることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、噴孔数可変手段を持ち、機関冷間時に、圧縮上死点付近にて、複数の噴孔のうち、上側にあって点火プラグ側を指向する一部の噴孔（少なくとも点火プラグ側を指向する噴孔とピストン側を指向する噴孔とのうち、点火プラグ側を指向する噴孔）のみから、燃料を噴射させる構成としたことにより、圧縮上死点付近で燃料を噴射しても、噴霧の壁面付着を生じることなく、良好な成層燃焼を実現でき、後燃えを促進し、排気温度を十分に上昇させて、排気浄化触媒の早期活性化を図ることができる。
【００１７】
また、本実施形態によれば、機関冷間時以外、又は、暖機後の高負荷時は、複数の噴孔の全てから燃料を噴射させる構成とすることで、燃焼室全体に燃料を行き渡らせて、均質燃焼を行わせ、出力向上を図ることができる。
特に本実施形態によれば、複数の噴孔は、円形の噴孔を燃料噴射弁の先端面に上下左右に複数配列したものであり、機関冷間時に最も上側の列の噴孔のみから燃料を噴射させることにより、通常のホールタイプでありながら、上側の列に複数の噴孔を配置しておくことで、壁面付着を生じることなく、多量の燃料を噴射できるという効果が得られる。
【００１８】
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図４は本発明の第２実施形態を示す冷間時及び暖機後の噴霧パターン図、図５は燃料噴射弁中心軸に対し垂直な断面での冷間時及び暖機後の噴霧パターン図、図６は燃料噴射弁先端面の噴孔配置図である。
本実施形態では、燃料噴射弁６の先端面（平面又は半球面）には、図６に示すように、複数の噴孔Ｄ１〜Ｄ３が形成されている。
【００１９】
前記複数の噴孔Ｄ１〜Ｄ３は、横長スリット状（楕円又は長円）の噴孔を燃料噴射弁の先端面に上下に複数配列したものであり、３つのグループに分けられている。すなわち、上側から、第１列の噴孔Ｄ１と、第２列の噴孔Ｄ２と、第３列の噴孔Ｄ３とから構成されている。
第１列の噴孔Ｄ１は、燃料噴射弁中心軸Ｃに対し、上方向に大きく偏向して、水平方向に噴射するようになっており、図４（ａ）又は（ｂ）に示されるように、水平方向に点火プラグ５を指向する扇型の噴霧（ファンスプレー）Ｅ１を形成することができる。
【００２０】
第２列の噴孔Ｄ２は、燃料噴射弁中心軸Ｃに対し、わずかに上方向に偏向するも、斜め下向きに噴射するようになっており、図４（ｂ）に示されるように、燃焼室４の中心部を指向する扇型の噴霧Ｅ２を形成することができる。
第３列の噴孔Ｄ３は、燃料噴射弁中心軸Ｃに対し、下方向に偏向し、更に下向きに噴射するようになっており、図４（ｂ）に示されるように、ピストン３冠面（キャビティ）を指向する扇型の噴霧Ｅ３を形成することができる。
【００２１】
ここにおいて、図７に示した噴孔数可変手段を用いれば、独立に制御可能な２つの針弁Ｎ１、Ｎ２のうち、第２の針弁Ｎ２を閉状態に保持し、第１の針弁Ｎ１を開弁作動することで、第１列の噴孔Ｄ１のみから燃料を噴射でき、第１及び第２の針弁Ｎ１、Ｎ２を同時に開弁作動することで、全ての噴孔Ｄ１〜Ｄ３から燃料を噴射できる。
次に第２実施形態での燃料噴射制御について説明する。
【００２２】
機関始動時などの機関冷間時には、図４（ａ）に示すように、圧縮行程又は膨張行程の圧縮上死点付近にて、第１列の噴孔Ｄ１のみから燃料を噴射し、点火プラグ５を指向する扇型の噴霧Ｅ１を形成し、成層燃焼を行わせる。
暖機後（又はその高負荷時）には、図４（ｂ）に示すように、吸気行程又は圧縮行程で、ピストン３が比較的降下しているときに、全て（第１〜第３列）の噴孔Ｄ１〜Ｄ３から燃料を噴射し、燃焼室４全域に広がる噴霧Ｅ１〜Ｅ３を形成し、均質燃焼を行わせる。
【００２３】
従って、第１実施形態と同様の効果が得られ、運転条件に応じて、排気と出力とを両立させることができる。
特に第２実施形態によれば、複数の噴孔は、横長スリット状の噴孔を燃料噴射弁の先端面に上下に複数配列したものであり、機関冷間時に最も上側の１つの横長スリット状の噴孔のみから燃料を噴射させることにより、圧縮上死点付近でのシリンダヘッドとピストンとの狭い燃焼室空間に扁平でありながら横方向に連続する噴霧を形成でき、壁面付着を生じることなく、多量の燃料を噴射できるという効果が得られる。
【００２４】
尚、噴孔数可変手段については、図７に示したものの他、使用しない噴孔を閉じることができるものであればよく、各種構造のものを採用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態を示す冷間時及び暖機後の噴霧パターン図
【図２】第１実施形態での燃料噴射弁中心軸に対し垂直な断面での噴霧パターン図
【図３】第１実施形態での燃料噴射弁先端面の噴孔配置図
【図４】本発明の第２実施形態を示す冷間時及び暖機後の噴霧パターン図
【図５】第２実施形態での燃料噴射弁中心軸に対し垂直な断面での噴霧パターン図
【図６】第２実施形態での燃料噴射弁先端面の噴孔配置図
【図７】噴孔数可変手段の具体例を示す燃料噴射弁先端部の断面図
【符号の説明】
【００２６】
１  シリンダヘッド
２  シリンダボア
３  ピストン
４  燃焼室
５  点火プラグ
６  燃料噴射弁
Ａ１〜Ａ８  噴孔
Ｂ１〜Ｂ８  噴霧
Ｃ  燃料噴射弁中心軸
Ｄ１〜Ｄ３  噴孔
Ｅ１〜Ｅ３  噴霧
Ｎ１、Ｎ２  針弁
【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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