JP2007297993A - 直噴火花点火式内燃機関の燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料噴射弁の先端面の複数の噴孔より燃焼室内に燃料を噴射して、点火プラグを指向する少なくとも１つの噴霧と、点火プラグより下側を指向する複数の噴霧とを形成する場合に、点火プラグを指向する噴霧の指向性を向上させる。
【解決手段】 点火プラグを指向する噴霧の噴孔Ａ１を燃料噴射弁の先端面中心部に配置する。点火プラグより下側を指向する噴霧の噴孔Ａ２〜Ａ４は、中心部からオフセットして配置する。
【選択図】 図３

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、先端面の複数の噴孔より燃焼室内に燃料を噴射することにより、点火プラグを指向する１つの噴霧と、点火プラグより下側を指向する複数の噴霧とを形成するようにしている。
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、点火プラグを指向する噴霧の噴孔が、燃料噴射弁の先端面中心部からオフセットされて形成されているため、点火プラグへの十分な指向性を確保できないという問題点があった。
すなわち、燃料噴射弁を取付ける際には、燃料噴射弁の軸中心に対する回転バラツキが発生し、これが噴孔の指向性に影響を及ぼすが、この際、軸線と噴孔とがオフセットされて配置されていると、回転バラツキの他に、中心からのオフセットのバラツキも付加され、バラツキが極めて大きくなって、十分な指向性を確保できなくなってしまう。

本発明は、このような実状と、点火プラグを指向する噴霧の指向性が燃焼性能に最も影響を及ぼすという事実とに鑑み、マルチホールインジェクタにおいて、点火プラグを指向する噴霧の指向性を向上させることができるようにすることを目的とする。

このため、本発明では、点火プラグを指向する噴霧の噴孔を燃料噴射弁の先端面中心部に配置する構成とする。

本発明によれば、燃料噴射弁を取付ける際に、燃料噴射弁の軸中心に対する回転バラツキが発生しても、点火プラグを指向する噴霧の噴孔を燃料噴射弁の先端面中心部（軸中心）に配置することで、中心からのオフセットのバラツキについては回避でき、バラツキを最小限に抑えて、燃焼性能への影響が最も大きい点火プラグへの指向性を確保できるという効果が得られる。

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は本発明の第１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であり、燃料噴射弁（マルチホールインジェクタ）による噴霧を示している。図３は第１実施形態での燃料噴射弁の先端面の噴孔配置図、図４は噴射方向の説明図である。
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おり、これら複数の噴孔より燃焼室１内に燃料を噴射して、複数の噴霧を形成する。
これら複数の噴霧は、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つの噴霧からなる第１グループの噴霧Ｆ１と、２つの噴霧からなる第２グループの噴霧Ｆ２と、２つの噴霧からなる第３グループの噴霧Ｆ３と、２つの噴霧からなる第４グループの噴霧Ｆ４とに分けられている。

第１グループの噴霧Ｆ１（噴霧中心線Ｃ１）は、図１及び図２に示されるように、点火プラグ２を指向している。
第２グループの噴霧Ｆ２（噴霧中心線Ｃ２）は、第１グループの噴霧Ｆ１に対し角度θａ（図１）をもって、点火プラグ２より下側で、第１グループの噴霧Ｆ１より下方位置を指向している。

第３グループの噴霧Ｆ３（噴霧中心線Ｃ３）は、第２グループの噴霧Ｆ２に対し角度θｂ（図１）をもって、点火プラグ２より下側で、第２グループの噴霧Ｆ２より下方位置を指向している。
第４グループの噴霧Ｆ４（噴霧中心線Ｃ４）は、第３グループの噴霧Ｆ３に対し角度θｃ（図１）をもって、点火プラグ２より下側で、第３グループの噴霧Ｆ３より下方位置を指向している。

ここで、第１グループの噴霧Ｆ１（噴霧中心線Ｃ１）と第２グループの噴霧Ｆ２（噴霧中心線Ｃ２）とのなす角度θａは、第１グループの噴霧Ｆ１が第２グループの噴霧Ｆ２の干渉を受けない間隔（第１グループの噴霧Ｆ１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グループの噴霧Ｆ２（噴霧中心線Ｃ２）と第３グループの噴霧Ｆ３（噴霧中心線Ｃ３）とのなす角度θｂ、及び、第３グループの噴霧Ｆ３（噴霧中心線Ｃ３）と第４グループの噴霧Ｆ４（噴霧中心線Ｃ４）とのなす角度θｃは、前記θａより十分に小さくし（θｂ＜θａ、θｃ＜θａ）、第２〜第４グループにおいて隣り合うグループ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。尚、θｂ＝θｃ又はθｂ≒θｃである。

また、第２グループにおいて、２つの噴霧Ｆ２、Ｆ２（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（図２）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、２つの噴霧Ｆ２、Ｆ２（噴霧中心線Ｃ２、Ｃ２）のなす角度はθ２とする。
同様に、第３グループにおいて、２つの噴霧Ｆ３、Ｆ３（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、２つの噴霧Ｆ３、Ｆ３（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グループにおいて、２つの噴霧Ｆ４、Ｆ４（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、２つの噴霧Ｆ４、Ｆ４（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〜第４グループにおいて、各グループの２つの噴霧（噴霧中心線）のなす角度は、より下方位置を指向するグループほど、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、吸気行程で燃料噴射する時に吸気バルブへの干渉を防止すると共に、第１グループの噴霧Ｆ１の火炎を第２グループ以降の噴霧Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４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、燃焼室全体に広く均一な混合気塊を形成し、火炎を燃焼室全体（広範囲）に広げるためである。

次に本実施形態での燃料噴射弁の先端面における噴孔配置について、図３により説明する。
第１グループの噴霧Ｆ１を形成する噴孔Ａ１は、燃料噴射弁先端面の中心部（軸中心）に配置する。第１グループの噴霧Ｆ１は点火プラグを指向しており、その指向性の良否が運転性能に直結するためである。すなわち、燃料噴射弁を取付ける際には、燃料噴射弁の軸中心に対する回転バラツキが発生するが、噴孔が軸中心にないと、回転バラツキの他に、中心からのオフセットのバラツキも付加されて、指向性が悪化する。そこで、点火プラグを指向する噴霧Ｆ１の噴孔Ａ１を軸中心に配置することで、点火プラグを指向する噴霧Ｆ１については、前記オフセットのバラツキを回避可能とし、点火プラグへの指向性を確保するのである。

第２グループの噴霧Ｆ２、Ｆ２を形成する噴孔Ａ２、Ａ２は、燃料噴射弁先端面の第１グループの噴霧Ｆ１の噴孔Ａ１の下側に、適度の間隔をあけて配置する。
第３グループの噴霧Ｆ３、Ｆ３を形成する噴孔Ａ３、Ａ３は、第２グループの噴霧Ｆ２、Ｆ２の噴孔Ａ２、Ａ２の下側に、これらの噴孔Ａ２、Ａ２間の間隔よりやや大きな間隔をあけて、配置する。

第４グループの噴霧Ｆ４、Ｆ４を形成する噴孔Ａ４、Ａ４は、第３グループの噴霧Ｆ３、Ｆ３の噴孔Ａ３、Ａ３の下側に、これらの噴孔Ａ３、Ａ３間の間隔よりやや大きな間隔をあけて、配置する。
次に作用を説明する。
本実施形態によれば、圧縮上死点近傍にて燃料噴射を行うことにより、点火プラグ２を指向する第１グループの噴霧Ｆ１は、他の噴霧から干渉を受けず、安定して、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前記リッチ混合気塊よりもリーンな混合気塊を形成することができる。

従って、冷機始動時に、排気浄化触媒の温度が活性温度に達するまでの期間、上記の圧縮上死点近傍での燃料噴射を実施して、点火プラグ周りにリッチ混合気を形成し、更にその周りに前記リッチ混合気塊よりもリーンな混合気を形成して、燃焼（過遅点火燃焼）させることで、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、燃料噴射弁３を取付ける際には、燃料噴射弁３の軸中心に対する回転バラツキが発生するが、点火プラグ２を指向する噴霧Ｆ１の噴孔を燃料噴射弁３の先端面中心部（軸中心）に配置することで、中心からのオフセットのバラツキについては回避でき、バラツキを最小限に抑えて、燃焼性能への影響が最も大きい点火プラグ２への指向性を確保できる。

その一方、点火プラグ２を指向しない他の噴霧Ｆ２〜Ｆ４については、オフセットを有することから、さほどの指向性は得られないが、燃焼室内への拡散が求められ、指向性の要求は厳しくないので、問題となることはない。
また、本実施形態によれば、第２グループ以降の噴霧Ｆ２〜Ｆ４の噴孔Ａ２〜Ａ４は、噴霧のグループ毎に、燃料噴射弁の先端面にて、点火プラグを指向する噴霧Ｆ１の噴孔の下側に、より下方位置を指向するグループほどより下側にして配置することにより、燃料噴射弁の先端面での噴孔のバランスはよくないが、図４に示されるように、噴霧を交差させることがないという利点がある。

尚、本実施形態では、噴霧のグループは４つとしが、３つとしてもよく、あるいは５つ以上としてもよい。
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図５は本発明の第２実施形態を示す燃料噴射弁の先端面の噴孔配置図である。
第２実施形態では、点火プラグを指向する第１グループの噴霧を２つとし、これらの噴霧の噴孔Ａ２、Ａ２を燃料噴射弁の先端面中心部に対称に並べて配置する。すなわち、燃料噴射弁の軸中心近傍に軸中心を取り囲むように配置する。

このようにすることで、点火プラグを指向する噴霧の噴孔が２つある場合でも、中心からのオフセットを最小限として、点火プラグへの指向性を確保することができる。
尚、本実施形態では、第２グループ以降の噴霧（噴孔）は、それぞれ２つとしたが、各グループ（列）の中央に１つ追加して、３つとしてもよい。
次に本発明の第３実施形態について説明する。

図６は本発明の第３実施形態を示す燃料噴射弁の先端面の噴孔配置図、図７は第３実施形態での噴射方向の説明図である。
本実施形態では、燃料噴射弁先端面の中心部に、点火プラグを指向する第１グループの噴霧Ｆ１の噴孔Ａ１を配置し、その下側に第２グループの噴霧Ｆ２、Ｆ２の噴孔Ａ２、Ａ２を配置し、その下側に第３グループの噴霧Ｆ３、Ｆ３の噴孔Ａ３、Ａ３を配置する。そして、最も下側を指向する第４グループの噴霧Ｆ４、Ｆ４の噴孔Ａ４、Ａ４は、燃料噴射弁先端面の中心部にある点火プラグを指向する第１グループの噴霧Ｆ１の噴孔Ａ１の上側に配置する。

すなわち、第２グループ以降の噴霧の噴孔のうち、最も下方位置を指向するグループの噴霧の噴孔Ａ４、Ａ４を、燃料噴射弁の先端面にて、点火プラグを指向する第１グループの噴霧の噴孔Ａ１より上側に配置する。言い換えれば、点火プラグを指向する噴霧とオーバーラップしない第４グループの噴霧の噴孔Ａ４、Ａ４を、点火プラグを指向する噴霧の噴孔Ａ１の上側に配置する。

第１実施形態の場合には、噴孔が燃料噴射弁の軸中心より全て下側に配置されるが、第３実施形態の場合には、噴孔が燃料噴射弁の軸中心の上下に振り分けられて配置されるため、噴孔配置のバランスがよくなる。
また、２つの噴霧の開き角（θ４）が最も大きい第４グループの噴霧の噴孔Ａ４、Ａ４を点火プラグを指向する噴霧の噴孔Ａ１の上側に配置することにより、点火プラグを指向する噴霧とその他の噴霧との干渉が回避されるので、点火プラグを指向する噴霧については、干渉によって引き起こされる噴霧バラツキを回避可能となる。

次に本発明の第４実施形態について説明する。
図８は本発明の第４実施形態を示す燃料噴射弁の先端面の噴孔配置図、図９は第４実施形態での噴射方向の説明図である。
本実施形態では、燃料噴射弁先端面の中心部に、点火プラグを指向する第１グループの噴霧Ｆ１の噴孔Ａ１を配置し、その下側に第２グループの噴霧Ｆ２、Ｆ２の噴孔Ａ２、Ａ２を配置する。そして、第３グループの噴霧Ｆ３、Ｆ３の噴孔Ａ３、Ａ３は、燃料噴射弁先端面の中心部にある点火プラグを指向する第１グループの噴霧Ｆ１の噴孔Ａ１の上側に配置する。そして、最も下側を指向する第４グループの噴霧Ｆ４、Ｆ４の噴孔Ａ４、Ａ４は、燃料噴射弁先端面の中心部にある点火プラグを指向する第１グループの噴霧Ｆ１の噴孔Ａ１を挟んでその左右に配置する。

すなわち、第２グループ以降の噴霧の噴孔のうち、最も下方位置を指向するグループの噴霧の噴孔Ａ４、Ａ４を、燃料噴射弁の先端面にて、点火プラグを指向する第１グループの噴霧の噴孔Ａ１を挟んでその左右に配置する。言い換えれば、２つの噴孔の間隔がとれる第４グループの噴霧の噴孔Ａ４、Ａ４を、点火プラグを指向する噴霧の噴孔Ａ１の両サイドに配置する。

また、第３グループの噴霧の噴孔Ａ３、Ａ３を、燃料噴射弁の先端面にて、点火プラグを指向する第１グループの噴霧の噴孔Ａ１より上側に配置する。言い換えれば、点火プラグを指向する噴霧とオーバーラップしない第３グループの噴霧の噴孔Ａ３、Ａ３を、点火プラグを指向する噴霧の噴孔Ａ１の上側に配置する。その一方、点火プラグを指向する噴霧とオーバーラップする第２グループの噴霧の噴孔Ａ２、Ａ２は、点火プラグを指向する噴霧の噴孔Ａ１の下側に配置する。尚、２グループの噴霧と第３グループの噴霧はオーバーラップすることになるが、噴霧がオーバーラップすることでの影響は点火プラグを指向する第１グループの噴霧より少ないので、問題はない。

第４実施形態によれば、第３実施形態に対して、更に噴孔配置のバランスを改善することができる。

本発明の第１実施形態を示す燃焼室の正面図 同上の燃焼室の平面図 第１実施形態での燃料噴射弁の先端面の噴孔配置図 第１実施形態での噴射方向の説明図 本発明の第２実施形態を示す燃料噴射弁の先端面の噴孔配置図 本発明の第３実施形態を示す燃料噴射弁の先端面の噴孔配置図 第３実施形態での噴射方向の説明図 本発明の第４実施形態を示す燃料噴射弁の先端面の噴孔配置図 第４実施形態での噴射方向の説明図

符号の説明

１ 燃焼室
２ 点火プラグ
３ 燃料噴射弁（マルチホールインジェクタ）
Ｆ１〜Ｆ４ 第１〜第４グループの噴霧
Ｃ１〜Ｃ４ 第１〜第４グループの噴霧の噴霧中心線
Ａ１〜Ａ４ 第１〜第４グループの噴霧の噴孔

Claims (8)

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して、点火プラグを指向する少なくとも１つの噴霧と、点火プラグより下側を指向する複数の噴霧とを形成する直噴火花点火式内燃機関の燃料噴射弁であって、
   点火プラグを指向する噴霧の噴孔を燃料噴射弁の先端面中心部に配置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. 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して、点火プラグを指向する少なくとも１つの噴霧からなる第１グループの噴霧と、少なくとも、前記第１グループの噴霧より下方位置を指向する少なくとも１つの噴霧からなる第２グループの噴霧、及び、前記第２グループの噴霧より下方位置を指向する少なくとも１つの噴霧からなる第３グループの噴霧を含み、グループ毎に順次より下方位置を指向するグループ毎に少なくとも１つの噴霧からなる第２グループ以降、複数グループの噴霧と、を形成する直噴火花点火式内燃機関の燃料噴射弁であって、
   点火プラグを指向する第１グループの噴霧の噴孔を燃料噴射弁の先端面中心部に配置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。
3. 点火プラグを指向する第１グループの噴霧は２つあり、これらの噴霧の噴孔を燃料噴射弁の先端面中心部に対称に配置することを特徴とする請求項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グループの各グループの噴霧は２つずつあり、２つずつの噴霧は、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で、噴霧中心線のなす角度は、より下方位置を指向するグループほど大きくすることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の直噴火花点火式内燃機関の燃料噴射弁。
5. 前記第２グループ以降の噴霧の噴孔は、噴霧のグループ毎に、燃料噴射弁の先端面にて、点火プラグを指向する噴霧の噴孔の下側に、より下方位置を指向するグループほどより下側にして配置することを特徴とする請求項４記載の直噴火花点火式内燃機関の燃料噴射弁。
6. 前記第２グループ以降の噴霧の噴孔のうち、最も下方位置を指向するグループの噴霧の噴孔を、燃料噴射弁の先端面にて、点火プラグを指向する第１グループの噴霧の噴孔より上側に配置することを特徴とする請求項４記載の直噴火花点火式内燃機関の燃料噴射弁。
7. 前記第２グループ以降の噴霧の噴孔のうち、最も下方位置を指向するグループの噴霧の噴孔を、燃料噴射弁の先端面にて、点火プラグを指向する第１グループの噴霧の噴孔を挟んでその左右に配置することを特徴とする請求項４記載の直噴火花点火式内燃機関の燃料噴射弁。
8. 前記第２グループ以降、複数グループの噴霧は、第２グループ〜第４グループの噴霧により構成され、第３グループの噴霧の噴孔を、燃料噴射弁の先端面にて、点火プラグを指向する第１グループの噴霧の噴孔より上側に配置することを特徴とする請求項７記載の直噴火花点火式内燃機関の燃料噴射弁。

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