(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路から空気が吸入される燃焼室に直接燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置において、
前記燃焼室の幅方向に広がる扇状の第１の燃料噴霧と、前記燃焼室の中心軸方向に広がる扇状の第２の燃料噴霧とを、同一の吸気行程中に形成する燃料噴射手段を備え、
前記燃料噴射手段は、前記第２の燃料噴霧を第１の燃料噴霧よりも前記吸入空気の流れの上流側に形成するものである
ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
前記燃料噴射手段は、前記第１の燃料噴霧と前記第２の燃料噴霧とを同時に形成するものである
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記燃料噴射手段は、前記吸気通路から前記燃焼室に吸入される空気の流速が最も速くなるとき、前記第１の燃料噴霧と前記第２の燃料噴霧とを同時に形成するものである
請求項２記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記燃料噴射手段は、燃料を前記燃焼室の幅方向に広がるよう噴射するとともに、それと同時に燃料を前記燃焼室の中心軸方向に広がるよう噴射する単一の燃料噴射弁を備える
請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記燃料噴射弁は、前記燃焼室の幅方向に延びる第１のスリットと、同燃焼室の中心軸方向に延びる第２のスリットとから燃料を噴射するものである
請求項４記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記第２のスリットは、前記第１のスリットよりも前記吸入空気の流れの上流側に形成されている
請求項５記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記第１のスリットと前記第２のスリットとは重ならないように形成されている
請求項５又は６記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記吸気通路は複数に分岐した状態で前記燃焼室に接続されるものであって、その複数に分岐した吸気通路と前記燃焼室との間を連通・遮断すべく開閉動作する複数の吸気バルブを備え、前記燃料噴射手段は前記複数の吸気バルブのうちの隣り合う２本の吸気バルブの間に前記第２の燃料噴霧形成する
請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項９】
内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、
前記燃料を噴射するための第１及び第２のスリットを、互いに直交する方向に延びるように、かつ前記第２のスリットが前記第１のスリットよりも内燃機関の吸入空気の流れの上流側に位置するように形成した
ことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項１０】
前記第１のスリットと前記第２のスリットとは重ならないように形成されている
請求項８記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置及び燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両に搭載される筒内噴射式の内燃機関においては、吸気通路から空気が吸入される燃焼室内に燃料噴射弁から直接燃料が噴射され、この燃料噴射によって燃焼室内に燃料噴霧が形成される。そして、燃焼室内で燃料と空気とからなる混合気に対し点火プラグによる点火が行われると、同混合気が燃焼してそのときの燃焼エネルギによりピストンが往復移動するようになる。上記混合気の燃焼形態は、機関運転状態等に応じて、空気に対し燃料が均等に混合された均質混合気を燃焼させる「均質燃焼」と、点火プラグ周りのみに可燃混合気が存在する成層混合気を燃焼させる「成層燃焼」との間で切り換えられる。
【０００３】
均質燃焼時に均質混合気を形成する際には、ピストンの移動に伴い吸気通路から燃焼室に空気が吸入される吸気行程中に燃料が噴射される。吸気行程中での燃料噴射によって燃焼室内に形成された燃料噴霧は、吸気通路から燃焼室に吸入された空気の流れに巻き込まれて同空気と混合される。こうして燃焼室内に均質混合気が形成されるようになる。
【０００４】
また、成層燃焼時に成層混合気を形成する際には、ピストンの移動に伴い燃焼室内の空気が圧縮される圧縮行程中に燃料が噴射される。圧縮行程中での燃料噴射によって燃焼室内に形成された燃料噴霧は、ピストンの頭頂部に当たった後に噴霧自身の貫徹力を利用して点火プラグの近くまで移動される。こうして燃焼室内に成層混合気が形成されるようになる。
【０００５】
ところで、燃焼室内に形成される燃料噴霧は、燃料噴射弁から燃料を燃焼室の幅方向に広がるよう噴射することで、例えば特開２００１−２７１７０公報に示されるように燃焼室の幅方向に広がる扇状とされる。燃焼室内に形成される燃料噴霧を上記のような扇状とすることで噴霧自身の貫徹力が大きくなることが確認されており、この噴霧形状によって成層燃焼時に当該燃料噴霧を点火プラグ近くまで移動させるのに必要な貫徹力を確保するようにしている。
【０００６】
更に、燃焼室内に形成される燃料噴霧を上記のように扇状とすることで、成層燃焼時に同燃料噴霧が大量の空気を巻き込みながら点火プラグ近くに移動するようになる。そのため、燃料噴霧を円錐状に形成した場合などに比べ、燃料の気化を促進することができ、成層混合気の燃焼を良好なものとすることができるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように燃焼室内に形成される燃料噴霧が扇状となるよう燃料を噴射することで、成層燃焼時には上記効果が得られるようにはなるが、均質燃焼時にも成層燃焼時と同様に燃焼室内に形成される燃料噴霧が扇状となる。
【０００８】
均質燃焼時において、吸気行程での燃料噴射により燃焼室内に上記のような扇状の燃料噴霧が形成されると、その燃料噴霧に吸気通路から燃焼室に吸入された空気が当たるようになる。この空気は、吸気行程中のピストンの移動に伴い、燃焼室（ピストン）の中心軸方向に沿って当該ピストン側に引かれるため、上記扇状の燃料噴霧を厚さ方向に押してピストンの頭頂部側や燃焼室の内壁側に押さえ付けることになる。
【０００９】
このように燃焼室内の燃料噴霧が押さえ付けられると、燃焼室内においてピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側の部分に燃料が偏って存在するようになるため、点火プラグによる点火が行われるときにも、その部分に燃料濃度の濃い混合気が残ったままになる。このため、均質燃焼時における混合気の均質度が悪化し、混合気の良好な燃焼を得ることが困難になるという問題があった。
【００１０】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、均質燃焼時に燃焼室への燃料噴射によって扇状に広がる燃料噴霧を形成したとき、燃料と空気との混合気の均質度が悪化して良好な燃焼が得られなくなるのを抑制することのできる内燃機関の燃料噴射装置及び燃料噴射弁を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、吸気通路から空気が吸入される燃焼室に直接燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置において、前記燃焼室の幅方向に広がる扇状の第１の燃料噴霧と、前記燃焼室の中心軸方向に広がる扇状の第２の燃料噴霧とを、同一の吸気行程中に形成する燃料噴射手段を備え、前記燃料噴射手段は、前記第２の燃料噴霧を第１の燃料噴霧よりも前記吸入空気の流れの上流側に形成するものとした。
【００１２】
吸気行程中に吸気通路から燃焼室に吸入された空気は、ピストンの移動に伴い燃焼室の中心軸に沿ってピストン側に引かれるようになる。吸気行程中に燃焼室内に形成される第１の燃料噴霧は、燃焼室の幅方向に広がる扇状となるため、上記空気によってピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に押さえ付けられることになる。一方、上記第１の燃料噴霧が形成されたのと同一の吸気行程中に燃焼室内に形成される第２の燃料噴霧は、燃焼室の中心軸方向に広がる扇状となって燃焼室の幅方向についての断面積が小となる。そのため、第２の燃料噴霧については、上述した燃焼室を中心軸方向に沿って流れる空気が当たったとしても、それによってピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に押さえ付けられるという影響を受けにくい。従って、吸気行程中に第２の燃料噴霧を燃焼室内に形成することで、燃料濃度の濃い混合気がピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に留まって混合気の均質度が悪化するのを抑制することができる。そして、混合気の均質度悪化に伴い良好な燃焼が得られなくなるのを抑制することができる。
吸気通路から燃焼室に吸入された空気の流れを受けることによる影響は第２の燃料噴霧に比べて第１の燃料噴霧の方が大となる。しかし、上記影響の小さい第２の燃料噴霧の方が第１の燃料噴霧よりも上記吸入空気の流れの上流側にあるため、第１及び第２の燃料噴霧が上記吸入空気の流れによってピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に押されたとき、第１及び第２の燃料噴霧が重なりにくい。従って、それら燃料噴霧が重なることに伴い、燃焼室内において燃料濃度が過度に濃い領域が生じるのを抑制することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記燃料噴射手段は、前記第１の燃料噴霧と前記第２の燃料噴霧とを同時に形成するものとした。
燃焼室内に直接燃料が噴射される内燃機関にあっては、燃焼室内に形成された燃料噴霧が気化するときに気化熱が燃焼室内の空気から奪われるため、同空気が冷却されて燃焼室に対する空気の充填効率が高められるとともに耐ノック性が向上するという効果がある。こうした効果については、吸気通路から燃焼室に吸入される空気の流速が最も速くなるときに燃料噴射を行い、燃料噴霧を効率よく気化させることによって最大の効果が得られるようになる。上記構成によれば、吸気通路から燃焼室に吸入される空気の流速が最も速くなるときに、第１の燃料噴霧と第２の燃料噴霧とを同時に形成することができるため、それら第１及び第２の燃料噴霧を共に効率よく気化させ、上述した効果を高いレベルで得ることができるようになる。
【００１４】
請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記燃料噴射手段は、前記吸気通路から前記燃焼室に吸入される空気の流速が最も速くなるとき、前記第１の燃料噴霧と前記第２の燃料噴霧とを同時に形成するものとした。
【００１５】
上記構成によれば、第１及び第２の燃料噴霧を共に効率よく気化させることができる。そのため、燃料の気化熱を利用した燃焼室内の空気の冷却を効率よく行い、燃焼室に対する空気の充填効率が高められるとともに耐ノック性が向上するという効果を高いレベルで得ることができるようになる。
【００１８】
請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記燃料噴射手段は、燃料を前記燃焼室の幅方向に広がるよう噴射するとともに、それと同時に燃料を前記燃焼室の中心軸方向に広がるよう噴射する単一の燃料噴射弁を備えた。
【００１９】
上記構成によれば、第１の燃料噴霧と第２の燃料噴霧とを形成するために、複数の燃料噴射弁を用いる場合や、燃料噴射用の噴孔（燃料噴射弁）を回転させて噴霧の広がる向きを変更できる機構を設ける場合などに比べ、燃料噴射装置の構造を簡略化することができ、構造の複雑化に伴うコスト増加を抑制することができる。
【００２０】
請求項５記載の発明では、請求項４記載の発明において、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室の幅方向に延びる第１のスリットと、同燃焼室の中心軸方向に延びる第２のスリットとから燃料を噴射するものとした。
【００２１】
上記構成によれば、第１のスリットからの燃料噴射により第１の燃料噴霧が形成され、第２のスリットからの燃料噴射により第２の燃料噴霧が形成されるため、単一の燃料噴射弁によって的確に第１及び第２の燃料噴霧を形成することができる。
【００２２】
請求項６記載の発明では、請求項５記載の発明において、前記第２のスリットは、前記第１のスリットよりも前記吸入空気の流れの上流側に形成されていることを要旨とした。
【００２３】
上記構成によれば、第２の燃料噴霧を第１の燃料噴霧よりも吸入空気の流れの上流側に形成することができる。このため、上記吸入空気の流れの影響を第２の燃料噴霧よりも受けやすい第１の燃料噴霧が、同吸入空気によってピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に押さえ付けられたとき、第１及び第２の燃料噴霧が重なりにくい。従って、それら燃料噴霧が重なることに伴い、燃焼室内において燃料濃度が過度に濃い領域が生じるのを抑制することができる。
【００２４】
請求項７記載の発明では、請求項５又は６記載の発明において、前記第１のスリットと前記第２のスリットとは重ならないように形成されていることを要旨とした。
【００２５】
仮に第１のスリットと第２のスリットとが重なっている場合、その重なる部分については燃料を噴射する際の抵抗が小さくなることから他の部分に比べて単位面積当たりの燃料噴射量が大となる。その結果、燃焼室内において、第１及び第２のスリットの重なる部分に対応する領域の燃料濃度が他よりも濃くなり、良好な燃焼を得る上で不利になる。しかし、上記構成によれば、第１のスリットと第２のスリットとが離れており両者が重ならないため、上記のような問題が生じるのを抑制することができる。
【００２６】
請求項８記載の発明では、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記吸気通路は複数に分岐した状態で前記燃焼室に接続されるものであって、その複数に分岐した吸気通路と前記燃焼室との間を連通・遮断すべく開閉動作する複数の吸気バルブを備え、前記燃料噴射手段は前記複数の吸気バルブのうちの隣り合う２本の吸気バルブの間に前記第２の燃料噴霧を形成するものとした。
【００２７】
上記構成によれば、吸気行程中に複数の吸気バルブが開いて燃焼室内に突き出るとき、それら吸気バルブのうちの少なくとも一つに燃焼室内の第２の燃料噴霧が当たり、それに伴い燃焼室内に燃料の偏在が生じて混合気の均質度が悪化することや、気化熱を利用した充填効率の向上代が低下するのを抑制することができるようになる。
【００２８】
請求項９記載の発明では、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、前記燃料を噴射するための第１及び第２のスリットを、互いに直交する方向に延びるように、かつ前記第２のスリットが前記第１のスリットよりも内燃機関の吸入空気の流れの上流側に位置するように形成した。
【００２９】
上記構成によれば、第１のスリットからの燃料噴射によって扇状に広がる第１の燃料噴霧が形成されるとともに、第２のスリットからの燃料噴射によって扇状に広がるように第２の燃料噴霧が形成され、それら第１及び第２の燃料噴霧は互いに直交する方向に広がることとなる。従って、例えば上記第１の燃料噴霧が燃焼室の幅方向に広がるよう燃料噴射弁を内燃機関に設けることで、第２の燃料噴霧は燃焼室の中心軸方向に広がる状態となる。内燃機関の吸気行程中に上記燃料噴射弁から燃料を噴射して燃焼室内に第１及び第２の燃料噴霧を形成すると、第１の燃料噴霧は、ピストンの移動に伴い燃焼室の中心軸に沿ってピストン側に引かれる吸気通路からの空気によって、ピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に押さえ付けられる。これに対し、上記第２の燃料噴霧は、燃焼室の幅方向についての断面積が小となるため、上述した燃焼室の中心軸方向に沿って流れる吸入空気が当たったとき、それによってピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に押さえ付けられるという影響を受けにくい。従って、この第２の燃料噴霧を燃焼室内に形成することで、燃料濃度の濃い混合気がピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に留まって混合気の均質度が悪化するのを抑制することができる。そして、混合気の均質度悪化に伴い良好な燃焼が得られなくなるのを抑制することができる。
また、第２のスリットが第１のスリットよりも内燃機関の吸入空気の流れの上流側に位置する上記構成によれば、第２の燃料噴霧を第１の燃料噴霧よりも吸入空気の流れの上流側に形成することができる。このため、上記吸入空気の流れの影響を第２の燃料噴霧よりも受けやすい第１の燃料噴霧が、同吸入空気によってピストンの頭頂部側及び燃焼室の内壁側に押さえ付けられたとき、第１及び第２の燃料噴霧が重なりにくい。従って、それら燃料噴霧が重なることに伴い、燃焼室内において燃料濃度が過度に濃い領域が生じるのを抑制することができる。
【００３０】
請求項１０記載の発明では、請求項９記載の発明において、前記第１のスリットと前記第２のスリットとは重ならないように形成されていることを要旨とした。
【００３１】
仮に第１のスリットと第２のスリットとが重なっている場合、その重なる部分については燃料を噴射する際の抵抗が小さくなることから他の部分に比べて単位面積当たりの燃料噴射量が大となる。その結果、燃焼室内において、第１及び第２のスリットの重なる部分に対応する領域の燃料濃度が他よりも濃くなり、良好な燃焼を得る上で不利になる。しかし、上記構成によれば、第１のスリットと第２のスリットとが離れており両者が重ならないため、上記のような問題が生じるのを抑制することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車に搭載される筒内噴射火花点火式エンジンに適用した一実施形態を図１〜図８に従って説明する。
【００３３】
図１は、エンジン１における燃焼室２の周辺を示す拡大断面図である。
このエンジン１は、複数のシリンダ３（図１には一つのみ図示）を有するシリンダブロック４と、このシリンダブロック４に取り付けられたシリンダヘッド５と、シリンダ３内に往復移動可能に設けられたピストン６とを備えている。そして、これらシリンダブロック４、シリンダヘッド５、及びピストン６によって上記燃焼室２が区画形成されている。
【００３４】
この燃焼室２には吸気通路７及び排気通路８が接続されている。そして、燃焼室２と吸気通路７との間は吸気バルブ９の開閉動作によって連通・遮断され、燃焼室２と排気通路８との間は排気バルブ１０の開閉動作によって連通・遮断される。吸気バルブ９はエンジン１の吸気行程中に開弁され、排気バルブ１０はエンジン１の排気行程中に開弁される。
【００３５】
上記吸気通路７は、図２に示されるように二つに分岐した状態で燃焼室２に接続されている。上述した吸気バルブ９は、二つに分岐した後の各吸気通路７と燃焼室２との間を連通・遮断できるように、一つの燃焼室２につき二個ずつ設けられている。
【００３６】
そして、エンジン１の吸気行程中に吸気バルブ９が開弁すると、二つに分岐した吸気通路７から燃焼室２内に空気が吸入される。この空気は、ピストン６の図１の下方に向かう移動に伴い燃焼室２内においてピストン６側に引かれ、同燃焼室２の中心軸Ｌ１（シリンダ３、ピストン６の中心軸）に沿って流れるようになる。
【００３７】
エンジン１には、燃焼室２内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１１と、燃焼室２内に存在する燃料と空気とからなる混合気に対し点火を行う点火プラグ１２とが設けられている。この点火プラグ１２による点火に基づき混合気が燃焼すると、そのときの燃焼エネルギによりピストン６が往復移動し、エンジン１が駆動されるようになる。なお、燃料噴射弁１１の燃料噴射は、エンジン１の運転制御を行うべく自動車に搭載された電子制御装置１３を通じて制御される。
【００３８】
上記混合気の燃焼形態は、エンジン運転状態等に応じて、空気に対し燃料が均等に混合された均質混合気を燃焼させる「均質燃焼」と、点火プラグ１２周りのみに可燃混合気が存在する成層混合気を燃焼させる「成層燃焼」との間で切り換えられる。
【００３９】
均質燃焼時に均質混合気を形成する際には、吸気行程中に燃料噴射弁１１から燃焼室２内に燃料が噴射される。この燃料噴射によって燃焼室２内に形成された燃料噴霧は、吸気通路７から燃焼室２に吸入された空気の流れに巻き込まれて同空気と混合される。こうして燃焼室２内に均質混合気が形成され、同混合気を燃焼させることにより均質燃焼が実現される。
【００４０】
また、成層燃焼時に成層混合気を形成する際には、圧縮行程中に燃料噴射弁１１から燃焼室２内に燃料が噴射される。この燃料噴射によって燃焼室２内に形成された燃料噴霧は、ピストン６の頭頂部に形成された凹状のキャビティ６ａの内壁に当たり、噴霧自身の貫徹力とキャビティ６ａとを利用して点火プラグ１２の近くまで移動される。こうして燃焼室内に成層混合気が形成され、同混合気を燃焼させることにより成層燃焼が実現される。
【００４１】
次に、燃料噴射弁１１について図３〜図８を参照して詳しく説明する。
図３は、燃料噴射弁１１の噴孔形状を示す正面図である。燃料噴射弁１１には、燃料を噴射するための噴孔として、互いに直交する方向に延びる第１及び第２のスリット１４，１５が形成されている。第１のスリット１４は、燃料噴射弁１１の径方向に延びている。一方、第２のスリット１５は、第１のスリット１４の長手方向中央に対応した位置において同スリット１４と所定間隔だけ離れた状態で、燃料噴射弁１１の径方向であって且つ第１のスリット１４と直交する方向に延びている。
【００４２】
燃料噴射弁１１からの燃料噴射が実行されると、第１及び第２のスリット１４，１５を通じて図５及び図６に示されるように燃料が噴射される。なお、図５は第１のスリット１４を通じて噴射された燃料によって形成される第１の燃料噴霧１６、及び、第２のスリット１５を通じて噴射された燃料によって形成される第２の燃料噴霧１７を側方から見たときの噴霧形状を示している。また、図６は、上記第１及び第２の燃料噴霧１６，１７を上方からみたときの噴霧形状を示している。
【００４３】
これらの図からわかるように、第１の燃料噴霧１６は燃料噴射弁１１の径方向に広がる扇状をなし、第２の燃料噴霧１７は第１の燃料噴霧１６と直交する方向に広がる扇状をなしている。また、第１の燃料噴霧１６と第２の燃料噴霧１７とは、互いが重なることのないよう離れて形成される。これは、第１の燃料噴霧１６を形成するための第１のスリット１４と、第２の燃料噴霧１７を形成するための第２のスリット１５とが互いに重ならないよう離れて形成されているためである。
【００４４】
仮に、第１及び第２のスリット１４，１５が重なっている場合には、その重なった部分については燃料を噴射する際の抵抗が小さくなることから、上記重なった部分では他の部分に比べて単位面積当たりの燃料噴射量が大となる。その結果、燃料噴射を行ったときに形成される燃料噴霧において、第１及び第２のスリット１４，１５の重なる部分に対応する部分の燃料濃度が他よりも濃くなり、良好な燃焼を得る上で不利になる。しかし、上記のように第１のスリット１４と第２のスリット１５とを互いに離れるように形成することにより、第１の燃料噴霧１６と第２の燃料噴霧１７とが互いに離れるようになり、上記のような問題が生じるのを抑制することが可能となる。
【００４５】
また、エンジン１に対する燃料噴射弁１１の取り付けは、好ましくは以下に示す［１］〜［４］の条件を満たすように行われる。
［１］第１の燃料噴霧１６が燃焼室２の幅方向（シリンダ３、ピストン６の幅方向）に広がり、第２の燃料噴霧１７が燃焼室２の中心軸方向（シリンダ３、ピストン６の中心軸方向）に広がる。
【００４６】
［２］均質燃焼を行うべく吸気行程中に燃料を噴射する際、第１の燃料噴霧１６が吸気バルブ９の開弁時の位置よりもピストン６寄りの位置に形成される。
［３］第２の燃料噴霧１７が上記第１の燃料噴霧１６よりも吸気行程での吸入空気の流れの上流側に、且つ点火プラグ１２に当たらないように形成される。
【００４７】
［４］第２の燃料噴霧１７が図６に二点鎖線で示される二つの吸気バルブ９の間に、それら両バルブ９からの距離Ｘが互いに等しくなるよう形成される。
ここで、燃料噴射弁１１からの燃料噴射によって上記［１］〜［４］に示されるように燃料噴霧を形成することの利点について、燃焼室２の幅方向に広がる扇状の燃料噴霧のみを形成する従来技術との比較をもとに説明する。
【００４８】
エンジン１の吸気行程中には、上述したように吸気通路７から燃焼室２に吸入された空気がピストン６側に引かれ、燃焼室２の中心軸方向に沿って流れるようになる。そのため従来は、均質燃焼を行うために吸気行程での燃料噴射を行うと、上記のように流れる空気が燃焼室２内で扇状に広がる燃料噴霧に当たり、同噴霧がピストン６の頭頂部側や燃焼室２の内壁側に押さえ付けられる。この場合、燃料噴霧と空気とが混合されにくくなり、吸気行程から圧縮行程に移行した後も、図７に二点鎖線で示されるようにピストン６の頭頂部付近に燃料濃度の濃い混合気が存在するようになる。
【００４９】
従って、点火プラグ１２による点火が行われるときにも、燃焼室２内の混合気に燃料の濃い部分と薄い部分とが残ったままになり、均質燃焼時における混合気の均質度が悪化し、混合気の良好な燃焼を得にくくなる。また、燃料噴霧の気化熱を利用して燃焼室２内の空気を効率よく冷却し、同燃焼室２に対する空気の充填効率を高めるとともに耐ノック性を向上させようとすると、吸気通路７から燃焼室２に吸入される空気の流速が速くなり、燃料が気化し易くなるときに燃料噴霧を形成しなければならなくなる。この場合、流速の速い空気の流れによって燃焼室２内の燃料噴霧が一層ピストン６の頭頂部側や燃焼室２の内壁側に押さえ付けられ易くなり、上述した問題が顕著なものとなる。
【００５０】
これに対し、本実施形態では、均質燃焼を実行すべく吸気行程での燃料噴射が行われると、上述したように第１及び第２の燃料噴霧１６，１７が同一の吸気行程中に燃焼室２内に形成される。こうした第１及び第２の燃料噴霧１６，１７の形成は、電子制御装置１３による燃料噴射弁１１の駆動制御により、例えば吸気行程において吸気通路７から燃焼室２に吸入される空気の流速が最も速くなる期間中に行われる。
【００５１】
上記第１の燃料噴霧１６は、燃焼室２の幅方向に広がる扇状となるため、燃焼室２の中心軸方向に沿って流れる上記空気によってピストン６の頭頂部側及び燃焼室２の内壁側に押さえ付けられる。しかし、第２の燃料噴霧１７は、燃焼室２の中心軸方向に広がる扇状となって燃焼室２の幅方向についての断面積が小となるため、上記空気が当たったときにピストン６の頭頂部側及び燃焼室２の内壁側に押さえ付けられるという影響を受けにくい。
【００５２】
従って、吸気行程中に第２の燃料噴霧１７を燃焼室２内に形成することで、燃料濃度の濃い混合気がピストン６の頭頂部側及び燃焼室２の内壁側に留まって混合気の均質度が悪化するのを抑制することができる。そして、均質燃焼時における混合気の均質度の悪化に伴い、良好な燃焼が得られなくなるのを抑制することができる。
【００５３】
なお、第２の燃料噴霧１７が形成されるのと同一の吸気行程中には、燃焼室２の幅方向に広がる扇状の第１の燃料噴霧１６も形成される。そのため、吸気行程中の吸入空気により上記第１の燃料噴霧１６がピストン６の頭頂部側及び燃焼室２の内壁側に押さえ付けられるとはいえ、当該第１の燃料噴霧１６によって燃焼室２の幅方向についての燃料の拡散を促進することが可能になる。
【００５４】
また、吸入空気の流れを受けることによる影響の小さい第２の燃料噴霧１７は、上記影響の大きい第１の燃料噴霧１６よりも燃焼室２内において吸気通路７側の位置、即ち吸気行程での吸入空気の流れの上記第１の燃料噴霧１６よりも上流側に形成される。このため、第１及び第２の燃料噴霧１６，１７が上記吸入空気の流れによってピストン６の頭頂部側及び燃焼室２の内壁側に押されたとき、第１及び第２の燃料噴霧１６，１７が重なりにくい。そして、第１及び第２の燃料噴霧１６，１７が重なることに伴い、燃焼室２内に燃料濃度の過度に濃い領域が生じることを抑制できる。
【００５５】
更に、第２の燃料噴霧１７は二つの吸気バルブ９の間に形成される。そのため、吸気行程中に吸気バルブ９が開弁して燃焼室２内に突き出るとき、それら吸気バルブ９に第２の燃料噴霧１７が当たり、これにより燃焼室２内で燃料の偏在が生じて混合気の均質度が悪化するのを抑制することができるようになる。
【００５６】
次に、従来のように燃料噴霧を形成した場合と、本実施形態のように燃料噴霧を形成した場合との混合気の燃焼変動率の違いについて、図８を参照して説明する。
【００５７】
同図８は、均質燃焼を行うべく吸気行程中に燃料を噴射する場合において、燃料噴射時期の変化に対し、混合気の燃焼変動率がどのように推移するかを示すグラフである。図中において、破線は従来のように燃料噴霧を形成した場合の燃料噴射時期の変化に対する燃焼変動率の推移を示しており、実線は本実施形態のように燃料噴霧を形成した場合の燃料噴射時期の変化に対する燃焼変動率の推移を示している。
【００５８】
この図からわかるように、吸気通路７から燃焼室２に吸入される空気の流速が速くなる期間Ａにおいて、従来（破線）は燃焼変動率が悪化していたのに対し、本実施形態（実線）では燃焼変動率の悪化が抑制されている。これは、従来は期間Ａで上述した混合気の均質度の悪化により良好な燃焼が得られなくなるのに対し、本実施形態では燃焼室２内での第１及び第２の燃料噴霧１６，１７の形成により上記期間Ａでの混合気の均質度が改善され、良好な燃焼が得られるためである。従って、上記期間Ａにおいて、従来は燃焼変動率の悪化にともない燃費率も悪化するのに対し、本実施形態では燃焼変動率の悪化が抑制されることから燃費率が良好に維持されるようになる。
【００５９】
なお、図８において二点鎖線は、第２の燃料噴霧１７を第１の燃料噴霧１６よりもピストン６寄りの位置、即ち吸入空気の流れの上記第１の燃料噴霧１６寄りも下流側に形成した場合の燃焼変動率の推移を示している。この場合の燃料噴射弁１１の噴孔形状としては、例えば図４に示されるようにすることが考えられる。この噴孔形状と図３に示される噴孔形状とは、第２のスリット１５の位置が第１のスリット１４の幅方向両側のうちの一方の側にあるか、或いは他方の側にあるかという点のみが異なっている。
【００６０】
燃料噴射弁１１の噴孔形状を図４に示されるようにした場合であっても、混合気の燃焼変動が図７に二点鎖線で示されるように期間Ａにおいて従来（破線）よりも良好になり、燃費率についても従来よりは良好になることから、このような噴孔形状を採用することも可能である。
【００６１】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）均質燃焼時の吸気行程中には、燃焼室２の幅方向に広がる扇状の第１の燃料噴霧１６が形成されるだけでなく、燃焼室２の中心軸方向に広がる扇状の第２の燃料噴霧１７も形成される。この第２の燃料噴霧１７については、燃焼室２の幅方向の断面積が第１の燃料噴霧１６に比べて小となる。従って、吸気行程中に吸気通路７から燃焼室２内に吸入された空気が、ピストン６の移動に伴い燃焼室２の中心軸方向に沿って流れて第２の燃料噴霧１７に当たるとき、当該燃料噴霧１７がピストン６の頭頂部側及び燃焼室２の内壁側に押されるという影響は小さいものとなる。このように吸気行程中に第２の燃料噴霧１７を燃焼室２内に形成することで、均質燃焼時に燃料濃度の濃い混合気がピストン６の頭頂部側及び燃焼室２の内壁側に多く留まって混合気の均質度が悪化するのを抑制することができる。そして、混合気の均質度悪化に伴い良好な燃焼が得られなくなるのを抑制することができる。
【００６２】
（２）上記第２の燃料噴霧１７が形成されるのと同一の吸気行程中には、燃焼室２の幅方向に広がる扇状の第１の燃料噴霧１６も形成される。そのため、吸気行程中の吸入空気により上記第１の燃料噴霧１６がピストン６の頭頂部側及び燃焼室２の内壁側に押さえ付けられるとはいえ、当該第１の燃料噴霧１６によって燃焼室２の幅方向についての燃料の拡散を促進することができる。
【００６３】
（３）燃焼室２内に直接燃料が噴射されるエンジン１にあっては、燃焼室２内に形成された燃料噴霧が気化するときに気化熱が燃焼室２内の空気から奪われるため、同空気が冷却されて燃焼室２に対する空気の充填効率が高められるという効果がある。こうした効果については、吸気通路７から燃焼室２に吸入される空気の流速が最も速くなるときに燃料噴射を行い、燃料噴霧を効率よく気化させることによって最大の効果が得られるようになる。そのため、均質燃焼時の吸気行程中において上記吸入空気の流速が最も速くなる期間Ａで、第１及び第２の燃料噴霧１６，１７を形成することにより、それら燃料噴霧１６，１７を効率良く気化させることができ、上述した効果を高いレベルで得ることができるようになる。
【００６４】
（４）吸気通路７から燃焼室２に吸入された空気の流れを受けることによる影響は、第２の燃料噴霧１７に比べて第１の燃料噴霧１６の方が大となる。しかし、上記影響の小さい第２の燃料噴霧１７の方が第１の燃料噴霧１６よりも上記吸入空気の流れの上流側に形成される。そのため、第１及び第２の燃料噴霧１６，１７が上記吸入空気の流れによってピストン６の頭頂部側及び燃焼室２の内壁側に押されたとき、第１及び第２の燃料噴霧１６，１７が重なりにくい。従って、それら燃料噴霧が重なることに伴い、燃焼室２内において燃料濃度が過度に濃い領域が生じるのを抑制することができる。
【００６５】
（５）燃料噴射弁１１に燃料を噴射するための噴孔として第１及び第２のスリット１４，１５を形成したため、第１及び第２の燃料噴霧１６，１７を単一の燃料噴射弁１１によって的確に形成することができる。従って、例えば第１の燃料噴霧１６と第２の燃料噴霧１７とを形成するために複数の燃料噴射弁を用いる場合などに比べ、エンジン１の燃料噴射装置の構造を簡略化することができ、構造の複雑化に伴うコスト増加を抑制することができる。
【００６６】
（６）上記第２のスリット１５は、第１のスリット１４よりも吸入空気の流れの上流側に形成されるため、第２の燃料噴霧１７を第１の燃料噴霧１６よりも吸入空気の流れの上流側に的確に形成することができる。
【００６７】
（７）第１のスリット１４と第２のスリット１５とを互いに離れるように形成した。従って、第１及び第２のスリット１４，１５が互いに重なるときのように、燃料噴射を行ったときに形成される燃料噴霧において上記重なる部分に対応した部分の燃料濃度が他よりも濃くなり、良好な燃焼を得る上で不利になるのを抑制することができる。
【００６８】
（８）第２の燃料噴霧１７は二つの吸気バルブ９の間に形成される。そのため、均質燃焼時の吸気行程中に吸気バルブ９が開弁して燃焼室２内に突き出るとき、それら吸気バルブ９に第２の燃料噴霧１７が当たり、これによって燃焼室２内で燃料の偏在が生じ、混合気の均質度が悪化するのを抑制することができる。
【００６９】
（９）第２の燃料噴霧１７は二つの吸気バルブ９との間が等距離Ｘとなるように形成されるため、何らかの理由によって第２の燃料噴霧１７が二つの吸気バルブ９のいずれかに向けて偏ったとき、第２の燃料噴霧１７が吸気バルブ９と当たるのを極力回避することができる。
【００７０】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・第２の燃料噴霧１７を二つの吸気バルブ９の間に形成する際に、第２の燃料噴霧１７と二つの吸気バルブ９との距離を必ずしも互いに等しくする必要はない。
【００７１】
・吸気通路７が三つ以上に分岐した状態で燃焼室２に接続されるエンジンに本発明を適用してもよい。この場合、一つの燃焼室２につき吸気通路７の分岐数に対応した数の吸気バルブ９が設けられ、それら吸気バルブ９の開閉によって各吸気通路７と燃焼室２との間が連通・遮断される。そして、それら複数の吸気バルブ９のうちの隣り合う２本の吸気バルブ９の間に第２の燃料噴霧１７が形成されるよう、燃料噴射弁１１がエンジン１に取り付けられる。
【００７２】
・図９に示されるように、燃料噴射弁１１における第１のスリット１４と第２のスリット１５とが重なっていてもよい。
・図１０に示されるように、燃料噴射弁１１における第１のスリット１４の幅方向両側に第２のスリット１５ａ，１５ｂを形成してもよい。
【００７３】
・第１の燃料噴霧１６と第２の燃料噴霧１７とを単一の燃料噴射弁１１で形成する代わりに別々の燃料噴射弁によって形成するようにしてもよい。また、燃料噴射用の噴孔としてのスリットを燃料噴射弁に一つだけ設け、噴孔（燃料噴射弁）を回転させて燃料噴霧の広がる方向を制御できる機構を設けてもよい。この場合、同一の吸気行程中に燃料噴射弁を９０°回転させ、その回転の前後で各々燃料噴射を行うことで、広がる向きの９０°異なる二種類の燃料噴霧が燃焼室２内に形成されるようになる。上述したいずれの変更例についても、第１の燃料噴霧１６を形成するタイミングと、第２の燃料噴霧１７を形成するタイミングとを適宜ずらすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の燃料噴射装置及び燃料噴射弁が適用されるエンジンの燃焼室付近を示す拡大断面図。
【図２】同エンジンの吸気通路の形状を示す略図。
【図３】上記燃料噴射弁の噴孔形状を示す正面図。
【図４】燃料噴射弁の噴孔形状の他の例を示す正面図。
【図５】燃料噴射弁からの燃料噴射によって形成される燃料噴霧の形状を示す側面図。
【図６】燃料噴射弁からの燃料噴射によって形成される燃料噴霧の形状を示す平面図。
【図７】従来の燃料噴射を実行したときの燃焼室内における燃料の分布を示す拡大断面図。
【図８】吸気行程での燃料噴射の際に燃料噴射時期を変更したとき、それに伴い混合気の燃焼変動率がどのように推移するかを示すグラフ。
【図９】燃料噴射弁の噴孔形状の他の例を示す正面図。
【図１０】燃料噴射弁の噴孔形状の他の例を示す正面図。
【符号の説明】
１…エンジン、２…燃焼室、３…シリンダ、４…シリンダブロック、５…シリンダヘッド、６…ピストン、６ａ…キャビティ、７…吸気通路、８…排気通路、９…吸気バルブ、１０…排気バルブ、１１…燃料噴射弁、１２…点火プラグ、１３…電子制御装置、１４…第１のスリット、１５…第２のスリット、１６…第１の燃料噴霧、１７…第２の燃料噴霧。
【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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