JP2007278233A - 直噴火花点火式内燃機関の燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 点火プラグ周りにリッチ混合気を形成し、更にその周りにリーン混合気を形成する。
【解決手段】 燃料噴射弁３の先端面に４列の噴孔を形成し、第１列の噴孔からの噴霧Ｆ１を点火プラグ２に指向させる。第２列〜第４列の噴孔からの噴霧Ｆ２〜Ｆ４は、列毎に順次より下方位置を指向させる。ここで、第１列の噴孔の噴霧Ｆ１と第２列の噴孔の噴霧Ｆ２とのなす角度θａは、第１列の噴孔の噴霧Ｆ１が第２列の噴孔の噴霧Ｆ２の干渉を受けない間隔とする。第２列〜第４列の噴孔において隣り合う列の噴孔の噴霧（Ｆ２とＦ３、Ｆ３とＦ４）のなす角度θｂは、これらの噴霧が互いに干渉し合って１つの噴霧塊となる間隔とし、θｂ＜θａとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼室の側部に配置され、先端面の複数の噴孔より燃焼室内に燃料を噴射する直噴火花点火式内燃機関の燃料噴射弁（マルチホールインジェクタ）に関する。

特許文献１に記載の燃料噴射弁は、軸心が点火プラグの電極近傍に指向する電極側噴孔と、ピストン上面を扇状に三等分以上とした各等分面積エリアに対し、軸心が当該等分面積エリア内にそれぞれ指向する３つ以上のピストン側噴孔とを備え、これにより、均質燃焼時における着火性を確保しつつ、空気利用率向上による均質化促進と、吸気冷却によるトルク向上とを可能にしている。
特開２００５−０９８１１７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の燃料噴射弁では、燃焼室全体に均質な混合気を形成することを目的としているため、点火プラグ付近にリッチ混合気を形成し、その周りにリーン混合気を成層化することができない。
本発明は、このような実状に鑑み、マルチホールインジェクタの噴孔を適切に設定することにより、狙いとするリッチ混合気とリーン混合気との成層化を実現することを目的とする。

このため、本発明では、燃料噴射弁の先端面の噴孔を、点火プラグを指向する少なくとも１つの噴孔からなる第１列の噴孔と、少なくとも、前記第１列の噴孔より下方位置を指向する複数の噴孔からなる第２列の噴孔、及び、前記第２列の噴孔より下方位置を指向する複数の噴孔からなる第３列の噴孔、を含み、列毎に順次より下方位置を指向する列毎に複数の噴孔からなる第２列以降、複数列の噴孔と、から構成する。

そして、前記第１列の噴孔の噴霧中心線と前記第２列の噴孔の噴霧中心線とのなす角度をθａ、前記第２列以降の噴孔群において隣り合う列の噴孔の噴霧中心線のなす角度をθｂとしたとき、θａ＞θｂなる関係とする。

本発明によれば、点火プラグを指向する噴霧は他の噴霧から干渉を受けず、点火プラグ周辺の狭い空間にリッチ混合気塊を形成することができる。その一方、他の噴霧は広い空間にてある程度互いに干渉しながら拡散し、前記リッチ混合気塊を囲む大きなリーン混合気塊を形成することができる。

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は本発明の一実施形態を示す燃焼室の正面図、図２は同上の燃焼室の平面図、図３は燃料噴射弁の先端面の噴孔配置図である。
内燃機関のペントルーフ型の燃焼室１の上面中央部に点火プラグ２が配置されている。燃焼室１の側部（吸気側の側部）には、燃焼室１内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）３が斜め下向きに配置されている。

燃料噴射弁３の先端面（平面又は半球面）には、図３に示すように、複数の噴孔が形成されている。
先端面の複数の噴孔は、４つのグループ（列）に分けられている。すなわち、上側から、１つの噴孔からなる第１列の噴孔Ａ１と、２つの噴孔からなる第２列の噴孔Ａ２、Ａ２と、２つの噴孔からなる第３列の噴孔Ａ３、Ａ３と、２つの噴孔からなる第４列の噴孔Ａ４、Ａ４とから構成されている。

第１列の噴孔Ａ１は、これにより形成される噴霧Ｆ１（噴霧中心線Ｃ１）を図１及び図２に示すように、点火プラグ２を指向している。
第２列の噴孔Ａ２、Ａ２は、これにより形成される噴霧Ｆ２、Ｆ２（噴霧中心線Ｃ２、Ｃ２）を図１及び図２に示すように、第１列の噴孔の点火プラグ２を指向する噴霧Ｆ１に対し、角度θａをもって、点火プラグ２より下方位置を指向している（図１）。また、２つの噴孔Ａ２、Ａ２は、燃料噴射弁の先端面の横方向に適当な間隔をあけて設けられ（図３）、噴霧Ｆ２、Ｆ２は平面視で角度θ２の開き角を持っている（図２）。

第３列の噴孔Ａ３、Ａ３は、これにより形成される噴霧Ｆ３、Ｆ３（噴霧中心線Ｃ３、Ｃ３）を図１及び図２に示すように、第２列の噴孔の噴霧Ｆ２、Ｆ２に対し、角度θｂをもって、点火プラグ２より下方位置で、かつ第２列の噴孔の噴霧Ｆ２、Ｆ２より更に下側を指向している。また、２つの噴孔Ａ３、Ａ３は、燃料噴射弁の先端面の横方向に適当な間隔をあけて設けられ（図３）、噴霧Ｆ３、Ｆ３は平面視で角度θ３の開き角を持っている（図２）。

第４列の噴孔Ａ４、Ａ４は、これにより形成される噴霧Ｆ４、Ｆ４（噴霧中心線Ｃ４、Ｃ４）を図１及び図２に示すように、第３列の噴孔の噴霧Ｆ３、Ｆ３に対し、角度θｂをもって、点火プラグ２より下方位置で、かつ第３列の噴孔の噴霧Ｆ３、Ｆ３より更に下側を指向している。また、２つの噴孔Ａ４、Ａ４は、燃料噴射弁の先端面の横方向に適当な間隔をあけて設けられ（図３）、噴霧Ｆ４、Ｆ４は平面視で角度θ４の開き角を持っている（図２）。

ここで、第１列の噴孔Ａ１の噴霧中心線Ｃ１と第２列の噴孔Ａ２の噴霧中心線Ｃ２とのなす角度θａは、第１列の噴孔Ａ１からの噴霧Ｆ１が第２列の噴孔Ａ２からの噴霧Ｆ２の干渉を受けない間隔（第１列の噴孔Ａ１からの単独噴射時の噴霧形状・特性に変化を及ぼさない間隔）とする。
その一方、第２列の噴孔Ａ２の噴霧中心線Ｃ２と第３列の噴孔Ａ３の噴霧中心線Ｃ３とのなす角度θｂ、及び、第３列の噴孔Ａ３の噴霧中心線Ｃ３と第４列の噴孔Ａ４の噴霧中心線Ｃ４とのなす角度θｂは、前記θａより十分に小さくし（θｂ＜θａ）、第２列〜第４列の噴孔において隣り合う列の噴孔からの噴霧が互いに干渉し合って１つの噴霧塊となる間隔とする。

また、第２列の噴孔において、２つの噴孔Ａ２、Ａ２の噴霧中心線Ｃ２、Ｃ２は、噴霧を燃焼室内に均等に行き渡らせることができるように、平面視にて燃料噴射弁３と点火プラグ２とを結ぶ線に対し対称に配置する。ここで、噴霧中心線Ｃ２、Ｃ２のなす角度はθ２とする。
同様に、第３列の噴孔において、２つの噴孔Ａ３、Ａ３の噴霧中心線Ｃ３、Ｃ３は、平面視にて燃料噴射弁３と点火プラグ２とを結ぶ線に対し対称に配置する。ここで、噴霧中心線Ｃ３、Ｃ３のなす角度はθ３とし、これは前記θ２より大きくする（θ３＞θ２）。

同様に、第４列の噴孔において、２つの噴孔Ａ４、Ａ４の噴霧中心線Ｃ４、Ｃ４は、平面視にて燃料噴射弁３と点火プラグ２とを結ぶ線に対し対称に配置する。ここで、噴霧中心線Ｃ４、Ｃ４のなす角度はθ４とし、これは前記θ３より大きくする（θ４＞θ３）。
従って、第２列〜第４列の噴孔の各列において、２つの噴孔の噴霧中心線のなす角度は、より下方位置を指向する列ほど、大きくする。すなわち、θ２＜θ３＜θ４とする。

前記θ２を小さくするのは、第１列の噴孔の噴霧の火炎を第２列以降の噴孔の噴霧に広げる際に、火炎のスムーズなつながりを確保するためである。
前記θ４（θ３）を大きくするのは、燃焼室全体に広く混合気塊を形成し、火炎を燃焼室全体（広範囲）に広げるためである。
本実施形態によれば、圧縮上死点近傍にて燃料噴射（圧縮行程噴射又は膨張行程噴射）を行うことにより、第１列の噴孔Ａ１からの点火プラグ２を指向する噴霧は、他の噴霧から干渉を受けず、安定して、図４及び図５に示すように、点火プラグ２周辺の狭い空間に着火のためのリッチ混合気塊を形成することができる。その一方、他の噴霧は、広い空間にてある程度互いに干渉しながら拡散し、合わさった噴霧塊として、前記リッチ混合気塊を囲む大きなリーン混合気塊を形成することができる。

従って、冷機始動時に、図６に示すような、クランキング後で、排気浄化触媒の温度（触媒温度）が活性温度に達するまでの期間、上記の圧縮行程噴射又は膨張行程噴射を実施して、点火プラグ周りにリッチ混合気を形成し、更にその周りにリーン混合気を形成して、燃焼させることで、膨張行程後期から排気行程での、若しくは、排気行程中の排気管内での、後燃えを促進し、排温上昇と、ＨＣ低減とを図ることができる。

また、膨張行程で過遅点火を行う場合も、過遅点火おける着火と、緩慢な主燃焼とを実現可能となり、過遅点火により更に後燃えを促進できる。
燃料噴射時期については、１回噴射で、圧縮行程（上死点前）や膨張行程（上死点後）にて行う他、図７に示すように、分割噴射（２回噴射）として、圧縮行程に２回噴射したり、圧縮行程と膨張行程との２回に分けて噴射してもよい。また、点火は、燃料噴射時期との組み合わせて、噴射後の圧縮行程（上死点前）、又は膨張行程（上死点後）とする
尚、上記の実施形態では、点火プラグを指向する第１列の噴孔Ａ１は、１つとしたが、対称に２つ設けてもよい。

また、上記の実施形態では、第２列以降の噴孔Ａ２〜Ａ４は、それぞれ２つとしたが、各列の中央に１つ追加して、３つとしてもよい。
また、上記の実施形態では、噴孔の列は、４列としたが、３列としてもよく、あるいは５列以上としてもよい。
また、上記の説明では、触媒昇温要求がある場合の圧縮行程噴射又は膨張行程噴射についてのみ説明したが、通常運転時などは、吸気行程噴射を行って、点火時期までに燃焼室内に均質な混合気を形成するようにすればよい。

本発明の一実施形態を示す燃焼室の正面図 同上の燃焼室の平面図 燃料噴射弁の先端面の噴孔配置図 成層化の様子を示す正面図 成層化の様子を示す側面図 圧縮又は膨張行程噴射期間の説明図 燃料噴射時期の説明図

符号の説明

１ 燃焼室
２ 点火プラグ
３ 燃料噴射弁
Ａ１〜Ａ４ 第１列〜第４列の噴孔
Ｆ１〜Ｆ４ 第１列〜第４列の噴孔の噴霧
Ｃ１〜Ｃ４ 第１列〜第４列の噴孔の噴霧中心線

Claims (4)

1. 燃焼室の側部に配置され、先端面の複数の噴孔より燃焼室内に燃料を噴射する直噴火花点火式内燃機関の燃料噴射弁であって、
   前記先端面の複数の噴孔を、
   点火プラグを指向する少なくとも１つの噴孔からなる第１列の噴孔と、
   少なくとも、前記第１列の噴孔より下方位置を指向する複数の噴孔からなる第２列の噴孔、及び、前記第２列の噴孔より下方位置を指向する複数の噴孔からなる第３列の噴孔、を含み、列毎に順次より下方位置を指向する列毎に複数の噴孔からなる第２列以降、複数列の噴孔と、
   から構成し、
   前記第１列の噴孔の噴霧中心線と前記第２列の噴孔の噴霧中心線とのなす角度をθａ、前記第２列以降の噴孔において隣り合う列の噴孔の噴霧中心線のなす角度をθｂとしたとき、θａ＞θｂなる関係とすることを特徴とする直噴火花点火式内燃機関の燃料噴射弁。
2. 前記θａは、前記第１列の噴孔からの噴霧が前記第２列の噴孔からの噴霧の干渉を受けない間隔であり、
   前記θｂは、前記第２列以降の噴孔において隣り合う列の噴孔からの噴霧が互いに干渉し合って１つの噴霧塊となる間隔であ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の燃料噴射弁。
3. 前記第２列以降の噴孔の各列において、複数の噴孔の噴霧中心線は、平面視にて燃料噴射弁と点火プラグとを結ぶ線に対し対称に配置する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の燃料噴射弁。
4. 前記第２列以降の噴孔の各列において、複数の噴孔の噴霧中心線のなす角度は、より下方位置を指向する列ほど、大きくすることを特徴とする請求項３記載の直噴火花点火式内燃機関の燃料噴射弁。

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