JP2006046265A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スモークの発生を抑制する。
【解決手段】 シリンダ中心軸線を通って拡がる対称面Ｋ−Ｋ上のシリンダヘッド内壁面に主燃料噴射弁１０および副燃料噴射弁１１を配置する。シリンダ中心軸線にほぼ垂直な投影面Ｐ上において、主燃料噴射弁１０の噴孔軸線Ｈａ−Ｈｈは主燃料噴射弁１０から半径方向外向きに放射状に延び、凹溝内壁面５ａと交差してそれぞれ主燃料衝突点Ｇａ−Ｇｈを形成する。副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂは凹溝内壁面５ａと交差してそれぞれ副燃料衝突点Ｆａ，Ｆｂを形成する。この場合、凹溝５の中央部を通過しないように副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂが指向される。また、主燃料衝突点Ｇａの旋回流Ｓに関し上流に副燃料衝突点Ｆａが位置し、主燃料衝突点Ｇｆの旋回流Ｓに関し上流に副燃料衝突点Ｆｂが位置するように、副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂが指向される。
【選択図】 図６

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。

シリンダヘッド内壁面のほぼ中央に主燃料噴射弁を配置すると共に、主燃料噴射弁周りのシリンダヘッド内壁面に副燃料噴射弁を配置し、筒内に形成されるシリンダ中心軸線回りの旋回流の存在下で、ピストンの頂面に形成された凹溝内に主燃料噴射弁および副燃料噴射弁から燃料を噴射するようにした内燃機関が公知である（特許文献１，２参照）。これら特許文献１，２に記載の内燃機関では、副燃料噴射弁からの燃料噴霧がシリンダ中心軸線を横切るように副燃料噴射弁の噴孔軸線が指向されている。

特開平９−３１７６０４号公報 特開平７−７１３４７号公報 特開平８−２４６９３５号公報 特開平７−２３８８７７号公報

ところで、筒内ないし凹溝内に旋回流が形成されて旋回流の存在下で燃焼が開始されると、旋回流の遠心力により比較的重い酸素が凹溝周縁部に移動し、比較的軽い既燃ガスが凹溝中央部に移動する。その結果、凹溝中央部では酸素不足が生ずることになる。

一方、燃料噴射弁から凹溝内壁面に向けて燃料を噴射するといっても、すべての燃料が凹溝内壁面に到達するわけではない。燃料の一部は飛行途中で速度を失い、燃料噴射弁と凹溝内壁面との中間位置に留まる場合がある。そうすると、上述した内燃機関のように副燃料噴射弁からの燃料噴霧がシリンダ中心軸線を横切る場合には、燃料の一部が凹溝中央部に留まることになる。

しかしながら、この凹溝中央部では上述のように酸素不足が生じている。このため、上述した内燃機関では多量のスモークが発生するおそれがあるという問題点がある。

そこで本発明は、スモークの発生を抑制することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために１番目の発明によれば、シリンダヘッド内壁面のほぼ中央に主燃料噴射弁を配置すると共に、該主燃料噴射弁周りのシリンダヘッド内壁面に副燃料噴射弁を配置し、筒内に形成されるシリンダ中心軸線回りの旋回流の存在下で、ピストンの頂面に形成された凹溝内に主燃料噴射弁および副燃料噴射弁から燃料を噴射するようにした内燃機関の燃料噴射装置において、副燃料噴射弁が複数の噴孔を有し、副燃料噴射弁からの燃料噴霧がシリンダ中心軸線を横切らないように副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させている。

また、２番目の発明によれば１番目の発明において、主燃料噴射弁が複数の噴孔を有しており、シリンダ中心軸線に対しほぼ垂直な投影面上において、主燃料噴射弁の噴孔軸線が凹溝内壁面と交差して得られる主燃料衝突点のうち互いに隣接する二つの主燃料衝突点間に、副燃料噴射弁の噴孔軸線が凹溝内壁面と交差して得られる副燃料衝突点が位置するように、副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させている。

また、３番目の発明によれば１番目または２番目の発明において、圧縮上死点付近で主燃料噴射を主燃料噴射弁により行うと共に、主燃料噴射に先立ってパイロット噴射を副燃料噴射弁により行うようにし、シリンダ中心軸線に対しほぼ垂直な投影面上において、主燃料噴射弁の噴孔軸線が凹溝内壁面と交差して得られる主燃料衝突点の旋回流に関し上流に、副燃料噴射弁の噴孔軸線が凹溝内壁面と交差して得られる副燃料衝突点が位置するように、副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させている。

また、４番目の発明によれば３番目の発明において、前記投影面上において、副燃料衝突点の旋回流に関し下流でかつ主燃料衝突点の旋回流に関し上流に位置するシリンダヘッド内壁面に、グロープラグを配置している。

また、５番目の発明によれば１番目から４番目の発明のいずれか一つにおいて、先端に向かうにしたがい互いに近づくように副燃料噴射弁を主燃料噴射弁に対し傾斜させて配置し、副燃料噴射弁に関し主燃料噴射弁側の凹溝内に燃料が噴射されかつ主燃料噴射弁と反対側の凹溝内には燃料が噴射されないように、副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させている。

また、６番目の発明によれば１番目から５番目の発明のいずれか一つにおいて、噴孔軸線に沿った副燃料噴射弁から凹溝内壁面までの距離が、噴孔軸線に沿った主燃料噴射弁から凹溝内壁面までの距離とほぼ等しくなるように、副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させている。

また、７番目の発明によれば１番目から６番目の発明のいずれか一つにおいて、副燃料噴射弁が少なくとも第１および第２の噴孔を有し、シリンダ中心軸線に対しほぼ垂直な投影面上において、第１の噴孔の軸線と旋回流の流れ方向とのなす角が鋭角であり、かつ第２の噴孔の軸線と旋回流の流れ方向とのなす角が鈍角であるように、副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させている。

また、８番目の発明によれば７番目の発明において、第２の噴孔の径を第１の噴孔の径よりも大きく設定している。

また、９番目の発明によれば７番目の発明において、第２の噴孔の軸線に沿った副燃料噴射弁から凹溝内壁面までの距離が、第１の噴孔の軸線に沿った副燃料噴射弁から凹溝内壁面までの距離よりも長くなるように、副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させている。

また、１０番目の発明によれば７番目の発明において、シリンダ中心軸線に対しほぼ垂直な投影面上において、第１の噴孔の軸線と第２の噴孔の軸線とのなす角を二分する直線と、旋回流の流れ方向とのなす角が鈍角であるように、副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させている。

また、１１番目の発明によれば１番目から１０番目の発明のいずれか一つにおいて、副燃料噴射弁の最大噴霧角を主燃料噴射弁の最大噴霧角よりも小さく設定している。

また、１２番目の発明によれば１番目から１１番目の発明のいずれか一つにおいて、副燃料噴射弁における燃料噴射圧を主燃料噴射弁における燃料噴射圧よりも高く設定している。

また、１３番目の発明によれば１番目から１２番目の発明のいずれか一つにおいて、副燃料噴射弁の噴孔の長さ対直径比を主燃料噴射弁の噴孔の長さ対直径比よりも小さく設定している。

また、１４番目の発明によれば１番目から１３番目の発明のいずれか一つにおいて、主燃料噴射弁に関し、排気弁側よりも吸気弁側のシリンダヘッド内壁面に副燃料噴射弁を配置している。

スモークの発生を抑制することができる。

図１から図３までは本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。本発明を火花点火式内燃機関に適用することもできる。

図１から図３までを参照すると、１はたとえば四つの気筒を有する機関本体、２はシリンダブロック、２ａはシリンダボア内壁面、３はシリンダヘッド、３ａはシリンダヘッド内壁面、４はピストン、５はピストン４の頂面に形成された凹溝からなる燃焼室、５ａは凹溝内壁面、６ａ，６ｂはシリンダヘッド３内に形成された一対の吸気ポート、７ａ，７ｂは一対の吸気弁、８ａ，８ｂはシリンダヘッド３内に形成された一対の排気ポート、９ａ，９ｂは一対の排気弁をそれぞれ示す。吸気ポート６ａ，６ｂは吸気枝管（図示しない）を介してサージタンク（図示しない）に接続される。一方、排気ポート８ａ，８ｂは排気マニホルド（図示しない）に接続される。

特に図２および３に示されるように、吸気ポート６ａおよび吸気弁７ａと吸気ポート６ｂおよび吸気弁７ｂとはシリンダ中心軸線Ｌ−Ｌを通って拡がる対称面Ｋ−Ｋに関してほぼ対称的に配置され、排気ポート８ａおよび排気弁９ａと排気ポート８ｂおよび排気弁９ｂとも対称面Ｋ−Ｋに関してほぼ対称的に配置される。また、燃焼室５の中心はシリンダ中心軸線Ｌ−Ｌにほぼ一致される。

シリンダヘッド内壁面３ａのほぼ中央には燃焼室５の中央に臨むように主燃料噴射弁１０が配置される。また、主燃料噴射弁１０周りのシリンダヘッド内壁面３ａには副燃料噴射弁１１が配置される。具体的には、それぞれの先端が対称面Ｋ−Ｋ上に位置するように、主燃料噴射弁１０および副燃料噴射弁１１が配置される。

この場合、図１および図３からわかるように、副燃料噴射弁１１は主燃料噴射弁１０に関し排気弁９ａ，９ｂ側よりも吸気弁７ａ，７ｂ側にオフセットして配置される。このようにすると、副燃料噴射弁１１が排気ポート８ａ，８ｂ内を流通する排気ガスにより加熱されるのを阻止することができる。さらに、副燃料噴射弁１１は主燃料噴射弁１０と凹溝内壁面５ａとのほぼ中間に配置される。

また、特に図１に示されるように、主燃料噴射弁１０はその中心軸線がシリンダ中心軸線Ｌ−Ｌにほぼ一致するように配置される。これに対し、副燃料噴射弁１１はその中心軸線Ｍ−Ｍが主燃料噴射弁１０の中心軸線Ｌ−Ｌに対し傾斜するよう配置され、あるいは先端に向かうにしたがい互いに近づくよう主燃料噴射弁１０に対し傾斜して配置される。

図１に示される例では、主燃料噴射弁１０および副燃料噴射弁１１はそれぞれ対応する燃料供給管１０ａ，１１ａを介して共通の燃料リザーバすなわちコモンレール１２に接続され、コモンレール１２は吐出量を制御可能な燃料ポンプ１３に接続される。コモンレール１２にはコモンレール１２内の燃料圧を検出するための燃料センサ１４が取り付けられており、この燃料圧が目標燃料圧に一致するように燃料ポンプ１３の吐出量が制御される。したがって、図１に示される例では、主燃料噴射弁１０および副燃料噴射弁１１の噴射圧は互いに等しくなっている。

図３に示されるように、吸気ポート６ａ内にはスワール制御弁１５が配置される。スワール制御弁１５が閉弁されると吸気ガスが吸気ポート６ｂのみから筒内に流入し、その結果図３に示されるように、筒内および燃焼室５内にシリンダ中心軸線Ｌ−Ｌ回りの旋回流Ｓが形成される。これに対し、スワール制御弁１５が開弁されると、両方の吸気ポート６ａ，６ｂを介して多量の吸気ガスが筒内に流入する。

図１に示される内燃機関では、圧縮上死点（ＴＤＣ）付近で主燃料噴射が主燃料噴射弁１０により行われ、主燃料噴射に先立ってパイロット噴射が副燃料噴射弁１１により行われる。すなわち、図４（Ａ）に示されるように圧縮ＴＤＣ付近で主燃料Ｑｍが主燃料噴射弁１０から凹溝５内に噴射される。また、図４（Ｂ）に示されるように、主燃料噴射よりもクランク角間隔ＩＮＴだけ先に補助燃料Ｑｐが副燃料噴射弁１１から凹溝５内に噴射される。この場合のクランク角間隔ＩＮＴは５°程度に設定される。

なお、図４（Ｃ）に示されるように、クランク角間隔ＩＮＴを圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）２０から３０°程度に設定することもできる。あるいは、図４（Ｄ）に示されるように、補助燃料Ｑｐ１，Ｑｐ２を複数回に分けて噴射することもできる。この場合、先行する補助燃料Ｑｐ１の噴射時期は図４（Ｃ）の場合と同様に設定することができ、後続の補助燃料Ｑｐ２の噴射時期は図４（Ｂ）の場合と同様に設定することができる。さらに、主燃料噴射が行われた後の膨張行程または排気行程に、副燃料噴射弁１１から追加の燃料を噴射することもできる。いずれの場合でも、副燃料噴射弁１１により行われる燃料噴射の回数は主燃料噴射弁１０により行われる燃料噴射の回数と同じかそれよりも多いのが好ましい。

次に、副燃料噴射弁１１の先端部を示す図５を参照すると、２０はケーシング、２１はケーシング２０内を軸線Ｍ−Ｍ方向に摺動可能なニードル、２２は弁座、２３はサック部、２４ａ，２４ｂはサック部２３から延びる一対の噴孔、Ｊａ，Ｊｂは噴孔２４ａ，２４ｂの中心軸線である噴孔軸線をそれぞれ示している。ニードル２１が弁座２２に着座しているときには燃料が噴射されない。ニードル２１が弁座２２から離脱すると、燃料がサック部２３に到り、次いで噴孔２４ａ，２４ｂから噴射される。

主燃料噴射弁１０も副燃料噴射弁１１と同様に構成される。ただし、主燃料噴射弁１０の噴孔の数はたとえば８つとされる。なお、主燃料噴射弁１０の噴孔の数はたとえば１０でもよく、副燃料噴射弁１１の噴孔の数はたとえば４でもよい。

図６はシリンダ中心軸線Ｌ−Ｌにほぼ垂直な投影面Ｐ上に投影された主燃料噴射弁１０の噴孔軸線Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ，Ｈｄ，Ｈｅ，Ｈｆ，Ｈｇ，Ｈｈおよび副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂを示している。図６に示されるように、主燃料噴射弁１０の噴孔軸線Ｈａ−Ｈｈは主燃料噴射弁１０から半径方向外向きに、ほぼ等間隔で放射状に延び、凹溝内壁面５ａと交差してそれぞれ主燃料衝突点Ｇａ，Ｇｂ，Ｇｃ，Ｇｄ，Ｇｅ，Ｇｆ，Ｇｇ，Ｇｈを形成する。

同様に、副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂも副燃料噴射弁１１から半径方向外向きに延び、凹溝内壁面５ａと交差してそれぞれ副燃料衝突点Ｆａ，Ｆｂを形成する。

この場合、凹溝５の中央部を通過しないように副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂが指向される。言い換えると、副燃料噴射弁１１からの燃料噴霧がシリンダ中心軸線Ｌ−Ｌを横切らないように副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂが指向される。

また、互いに隣接する二つの主燃料衝突点Ｇｈ，Ｇａ間に副燃料衝突点Ｆａが位置し、互いに隣接する二つの主燃料衝突点Ｇｅ，Ｇｆ間に副燃料衝突点Ｆｂが位置するように、副燃料噴射弁１０の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂが指向される。言い換えると、主燃料衝突点Ｇａの旋回流Ｓに関し上流に副燃料衝突点Ｆａが位置し、主燃料衝突点Ｇｆの旋回流Ｓに関し上流に副燃料衝突点Ｆｂが位置するように、副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂが指向される。

なお、燃料は主燃料噴射弁１０および副燃料噴射弁１１からそれぞれの噴孔軸線に沿って進行し、対応する衝突点付近に到る。しかしながら、燃料は進行途中で速度を失い、したがって衝突点において凹溝内壁面５ａに必ずしも衝突するわけではない。

さて、副燃料噴射弁１１からパイロット噴射が行われると、燃料が噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂに沿って進行し、その結果図７（Ａ）に示されるように燃料噴霧Ｘａ，Ｘｂが形成される。これら燃料噴霧Ｘａ，Ｘｂは旋回流Ｓによって流され、図７（Ｂ）に示されるように、燃料噴霧Ｘａは主燃料噴射弁１０の噴孔軸線Ｈａ上または主燃料衝突点Ｇａ付近まで進行し、燃料噴霧Ｘｂは主燃料噴射弁１０の噴孔軸線Ｈｆ上または主燃料衝突点Ｇｆ付近まで進行する。

次いで、主燃料噴射弁１０から主燃料噴射が行われると、燃料が噴孔軸線Ｈａ−Ｈｈに沿って進行し、その結果図８に示されるように、燃焼室５内にほぼ均一な燃料噴霧Ｙａ，Ｙｂ，Ｙｃ，Ｙｄ，Ｙｅ，Ｙｆ，Ｙｇ，Ｙｈが形成される。

このとき、燃料噴霧Ｘａ，Ｘｂは着火する直前かまたはすでに着火している。したがって、主燃料Ｑｍ（図４）を確実に着火して燃焼させることができ、かくしてスモークの発生を確実に抑制することができる。

また、上述したように、副燃料噴射弁１１からの燃料噴霧Ｘａ，Ｘｂがシリンダ中心軸線Ｌ−Ｌを横切らないように副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂが指向される。その結果、副燃料噴射弁１１から噴射された燃料が、酸素不足が生じうる凹溝５の中央部に留まるのが阻止され、したがってスモークの発生を確実に抑制することができる。

ところで、複数の噴孔を有する燃料噴射弁において、噴孔軸線のなす角のうち最大のものを最大噴霧角と称すると、図５に示される角度αは副燃料噴射弁１１の最大噴霧角を示しており、角度βは主燃料噴射弁１０の最大噴霧角を示している。

本発明による実施例では、図５からわかるように副燃料噴射弁１１の最大噴霧角αは主燃料噴射弁１０の最大噴霧角βよりも小さく設定される。すなわち、パイロット噴射が行われるクランク角では副燃料噴射弁１１から燃焼室５までの距離が比較的大きくなっており、このような場合にも燃料が凹溝５内に確実に噴射されるように、副燃料噴射弁１１の最大噴霧角αが設定される。

また、本発明による実施例では、図６からわかるように、副燃料噴射弁１１に関し主燃料噴射弁１０側の凹溝５ｍ内に燃料が噴射され、かつ主燃料噴射弁１０と反対側の凹溝５ｒ内には燃料が噴射されないように、副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂが指向される。このようにすると、サック部２３（図５）の容積を低減することができる。

さらに、本発明による実施例では、噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂに沿った副燃料噴射弁１１から凹溝内壁面５ａまでの距離が、噴孔軸線Ｈａ−Ｈｈに沿った主燃料噴射弁１０から凹溝内壁面５ａまでの距離とほぼ等しくなるように、副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂが指向されている。このようにすると、副燃料噴射弁１１から噴射された燃料の挙動を、主燃料噴射弁１０から噴射された燃料の挙動とほぼ同じと考えることができる。

ところで、本発明による実施例では、図９に示されるように、噴孔軸線Ｊａと旋回流Ｓの流れ方向Ｔとのなす角θａが鋭角であり、かつ第２の噴孔軸線Ｊｂと旋回流Ｓの流れ方向Ｔとのなす角θｂが鈍角であるように、副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂが指向される。別の見方をすると、対称面Ｋ−Ｋの一側Ｋｕに噴孔軸線Ｊａが延びかつ対称面Ｋ−Ｋの他側Ｋｄに噴孔軸線Ｊｂが延びるように、副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂが指向されるということにもなる。このようにすると、燃料噴霧Ｘａ，Ｘｂを凹溝５内に広く分散させることができる。

この場合、噴孔軸線Ｊａに沿い進行して形成される燃料噴霧Ｘａ（図７参照）の凹溝内壁面５ａに対する入射角は比較的小さいけれども、噴孔軸線Ｊｂに沿い進行して形成される燃料噴霧Ｘｂの凹溝内壁面５ａに対する入射角が比較的大きくなる。このことは、凹溝内壁面５ａに到達した燃料噴霧Ｘａは凹溝内壁面５ａから比較的離脱しやすいけれども、凹溝内壁面５ａに到達した燃料噴霧Ｘｂが凹溝内壁面５ａから比較的離脱しにくいことを意味している。ところが、凹溝内壁面５ａに付着する燃料の量が増大すると、排気ガス中の未燃炭化水素の量も増大する。

そこで、燃料噴霧Ｘｂの貫徹力を燃料噴霧Ｘａの貫徹力よりも小さくし、燃料噴霧Ｘｂが凹溝内壁面５ａに付着しにくくするのが好ましい。

これを達成するために、たとえば図１０に示されるように、噴孔軸線Ｊｂに対応する噴孔２４ｂの径を、噴孔軸線Ｊａに対応する噴孔２４ａの径よりも大きく設定することができる。

あるいは、図１１（Ａ），（Ｂ）に示されるように、噴孔軸線Ｊｂに沿った副燃料噴射弁１１から凹溝内壁面５ａまでの距離が、噴孔軸線Ｊａに沿った副燃料噴射弁１１から凹溝内壁面５ａまでの距離よりも長くなるように、副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂを指向させることができる。ここで、図１１（Ａ）に示される例では、副燃料噴射弁１１は対称面Ｋ−Ｋ上に配置される。これに対し、図１１（Ｂ）に示される例では、副燃料噴射弁１１は対称面Ｋ−Ｋの一側Ｋｕに配置される。

さらに、より端的に、図１２（Ａ），（Ｂ）に示されるように、上述した角θａ，θｂを小さくして燃料噴霧Ｘａ，Ｘｂの凹溝内壁面５ａに対する入射角を減少させることもできる。すなわち、図１２（Ａ）に示される例では、投影面Ｐ上において、噴孔軸線Ｊａと噴孔軸線Ｊｂとのなす角αＰを二分する直線Ｗと、旋回流Ｓの流れ方向Ｔとのなす角φが鈍角であるように、副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂが指向される。一方、図１２（Ｂ）に示される例では、対称面Ｋ−Ｋの一側にのみ噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂが延びるように、副燃料噴射弁１１の噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂが指向される。この場合、噴孔軸線Ｊａ，Ｊｂと旋回流Ｓの流れ方向Ｔとのなす角θａ，θｂが共に鋭角になり、したがって燃料噴霧Ｘａ，Ｘｂの凹溝内壁面５ａに対する入射角が減少される。

図１３は主燃料噴射弁１０および副燃料噴射弁１１の噴孔軸線が図６に示されるように指向される場合における、グロープラグ３０の配置の一例を示している。図１３を参照すると、投影面Ｐ上において、副燃料衝突点Ｆａの旋回流Ｓに関し下流でかつ主燃料衝突点Ｈａの旋回流Ｓに関し上流に位置するシリンダヘッド内壁面３ａに、グロープラグ３０が配置される。このようにすると、副燃料噴射弁１１からの燃料噴霧Ｘａが旋回流Ｓにより移動される途中でグロープラグ３０に接触する（図７および８参照）。したがって、燃料噴霧Ｘａを確実に着火させることが可能となり、機関を確実にかつ速やかに始動させることが可能となる。また、主燃料噴射弁１０からの燃料噴霧の進行ないし拡散がグロープラグ３０によって妨げられることがない。

ところで、副燃料噴射弁１１により行われるパイロット噴射では、主燃料噴射に比べてかなり少ない量の燃料を噴射する必要がある。そこで、副燃料噴射弁１１の噴孔における流量が主燃料噴射弁１０の噴孔における流量のたとえば半分となるように、副燃料噴射弁１１を構成することができる。

また、副燃料噴射弁１１から噴射された燃料を広く分散させるために、副燃料噴射弁１１の噴孔の長さ対直径比を主燃料噴射弁１０の噴孔の長さ対直径比よりも小さく設定することもできる。

あるいは、副燃料噴射弁１１から噴射された燃料の微粒化を促進するために、副燃料噴射弁１１における燃料噴射圧を主燃料噴射弁１０における燃料噴射圧よりも高く設定することもできる。具体的には、図１４に示されるように、主燃料噴射弁１０および副燃料噴射弁１１は燃料供給管１０ａ，１１ａを介してそれぞれ対応するコモンレール４０，４１に接続される。副燃料噴射弁用コモンレール４１は一方では燃料ポンプ１３に接続され、他方では電磁弁４２を介して主燃料噴射弁用コモンレール４０に接続される。主燃料噴射弁用コモンレール４０は電磁弁４３およびリターン通路４４を介して燃料タンク１３に接続される。また、これらコモンレール４０，４１にはその内部の燃料圧を検出するための燃料圧センサ４５，４６が取り付けられている。

この場合、副燃料噴射弁用コモンレール４１内の燃料圧が比較的高い目標燃料圧になるように、燃料ポンプ１３の吐出量が制御される。また、主燃料噴射弁用コモンレール４０内の燃料圧が比較的低い目標燃料圧になるように、電磁弁４２，４３が開閉制御される。

さらに、副燃料噴射弁１１からの燃料の微粒化を促進するために、たとえば燃料供給管１１ａに電気ヒータ４７を取り付けて副燃料噴射弁１１から噴射される燃料を加熱するようにしてもよい。

内燃機関の縦断面図である。 シリンダヘッドの底面図である。 ピストンの頂面図である。 主燃料噴射およびパイロット噴射を説明するためのタイムチャートである。 副燃料噴射弁の部分拡大断面図である。 本発明による実施例の、噴孔軸線の指向方向を説明するための投影図である。 本発明による実施例を説明するための投影図である。 本発明による実施例を説明するための投影図である。 角度θａ，θｂを説明するための投影図である。 本発明による別の実施例の、副燃料噴射弁の部分拡大断面図である。 本発明による別の実施例の、噴孔軸線の指向方向を説明するための投影図である。 本発明による実施例の、噴孔軸線の指向方向を説明するための投影図である。 グロープラグの配置を示す投影図である。 本発明による別の実施例を示す図である。

符号の説明

１ 機関本体
３ａ シリンダヘッド内壁面
５ 凹溝
１０ 主燃料噴射弁
１１ 副燃料噴射弁
Ｊａ，Ｊｂ 副燃料噴射弁の噴孔軸線
Ｋ 対称面
Ｌ シリンダ中心軸線
Ｓ 旋回流

Claims (14)

1. シリンダヘッド内壁面のほぼ中央に主燃料噴射弁を配置すると共に、該主燃料噴射弁周りのシリンダヘッド内壁面に副燃料噴射弁を配置し、筒内に形成されるシリンダ中心軸線回りの旋回流の存在下で、ピストンの頂面に形成された凹溝内に主燃料噴射弁および副燃料噴射弁から燃料を噴射するようにした内燃機関の燃料噴射装置において、副燃料噴射弁が複数の噴孔を有し、副燃料噴射弁からの燃料噴霧がシリンダ中心軸線を横切らないように副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させた内燃機関の燃料噴射装置。
2. 主燃料噴射弁が複数の噴孔を有しており、シリンダ中心軸線に対しほぼ垂直な投影面上において、主燃料噴射弁の噴孔軸線が凹溝内壁面と交差して得られる主燃料衝突点のうち互いに隣接する二つの主燃料衝突点間に、副燃料噴射弁の噴孔軸線が凹溝内壁面と交差して得られる副燃料衝突点が位置するように、副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させた請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
3. 圧縮上死点付近で主燃料噴射を主燃料噴射弁により行うと共に、主燃料噴射に先立ってパイロット噴射を副燃料噴射弁により行うようにし、シリンダ中心軸線に対しほぼ垂直な投影面上において、主燃料噴射弁の噴孔軸線が凹溝内壁面と交差して得られる主燃料衝突点の旋回流に関し上流に、副燃料噴射弁の噴孔軸線が凹溝内壁面と交差して得られる副燃料衝突点が位置するように、副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させた請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
4. 前記投影面上において、副燃料衝突点の旋回流に関し下流でかつ主燃料衝突点の旋回流に関し上流に位置するシリンダヘッド内壁面に、グロープラグを配置した請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
5. 先端に向かうにしたがい互いに近づくように副燃料噴射弁を主燃料噴射弁に対し傾斜させて配置し、副燃料噴射弁に関し主燃料噴射弁側の凹溝内に燃料が噴射されかつ主燃料噴射弁と反対側の凹溝内には燃料が噴射されないように、副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させた請求項１から４までのいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
6. 噴孔軸線に沿った副燃料噴射弁から凹溝内壁面までの距離が、噴孔軸線に沿った主燃料噴射弁から凹溝内壁面までの距離とほぼ等しくなるように、副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させた請求項１から５までのいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
7. 副燃料噴射弁が少なくとも第１および第２の噴孔を有し、シリンダ中心軸線に対しほぼ垂直な投影面上において、第１の噴孔の軸線と旋回流の流れ方向とのなす角が鋭角であり、かつ第２の噴孔の軸線と旋回流の流れ方向とのなす角が鈍角であるように、副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させた請求項１から６までのいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
8. 第２の噴孔の径を第１の噴孔の径よりも大きく設定した請求項７に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
9. 第２の噴孔の軸線に沿った副燃料噴射弁から凹溝内壁面までの距離が、第１の噴孔の軸線に沿った副燃料噴射弁から凹溝内壁面までの距離よりも長くなるように、副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させた請求項７に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
10. シリンダ中心軸線に対しほぼ垂直な投影面上において、第１の噴孔の軸線と第２の噴孔の軸線とのなす角を二分する直線と、旋回流の流れ方向とのなす角が鈍角であるように、副燃料噴射弁の各噴孔軸線を指向させた請求項７に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
11. 副燃料噴射弁の最大噴霧角を主燃料噴射弁の最大噴霧角よりも小さく設定した請求項１から１０までのいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
12. 副燃料噴射弁における燃料噴射圧を主燃料噴射弁における燃料噴射圧よりも高く設定した請求項１から１１までのいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
13. 副燃料噴射弁の噴孔の長さ対直径比を主燃料噴射弁の噴孔の長さ対直径比よりも小さく設定した請求項１から１２までのいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
14. 主燃料噴射弁に関し、排気弁側よりも吸気弁側のシリンダヘッド内壁面に副燃料噴射弁を配置した請求項１から１３までのいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。

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