JP4735467B2

JP4735467B2 - 燃料噴射装置及び内燃機関

Info

Publication number: JP4735467B2
Application number: JP2006216072A
Authority: JP
Inventors: 恵理子松村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-08-08
Also published as: JP2008038815A

Description

本発明は、所定量の燃料を燃焼室に噴射可能とした燃料噴射装置、並びにこの燃料噴射装置が搭載された内燃機関に関するものである。

燃料を吸気ポートではなく、燃焼室に直接噴射する筒内噴射式内燃機関が従来から知られている。この筒内噴射式内燃機関では、吸気弁の開放時に、空気が吸気ポートから燃焼室に吸入され、この吸気行程時またはピストンが上昇して吸入空気を圧縮する圧縮行程時に、燃料噴射弁が燃焼室に対して燃料を直接噴射する。すると、燃焼室にて、高圧空気と霧状の燃料とが混合し、この混合気に対して点火プラグが着火して爆発し、排気弁の開放時に、排気ガスが吸気ポートから排出される。

この筒内噴射式内燃機関では、圧縮行程中に燃焼室に燃料を噴射してリーンな空燃比で成層燃焼を実行可能であると共に、吸気行程中に燃焼室に燃料を噴射して均一な混合気を形成する均質燃焼が実現可能となっている。即ち、内燃機関の低負荷運転領域では、ピストンの吸気行程における吸気弁の開放時に、吸気ポートの空気を燃焼室に吸入し、この吸入空気を圧縮行程時に圧縮し、この高圧空気に対して燃料を噴射して混合し、この混合気が点火プラグに導かれて着火して燃焼する。一方、内燃機関の中・高負荷運転領域では、ピストンの吸気行程における吸気弁の開放時に、吸気ポートの空気を燃焼室に吸入すると共に、この吸入空気に対して燃料噴射を行って燃焼室全体に分散した混合気を形成し、この分散した混合気に対して点火プラグにより着火され、この着火混合気が火種となって燃焼室全体に分散した混合気が燃焼する。つまり、内燃機関の低負荷時には、圧縮行程時に燃料を噴射して成層燃焼を行い、中・高負荷時には、吸気行程時に燃料を噴射して均質燃焼を行うようにしている。

そして、この筒内噴射式内燃機関に適用される燃料噴射装置は、先端部にサック部及び噴射口を有するハウジング内に、ニードル弁が移動自在で、且つ、燃料通路を閉塞するように付勢支持されて構成されており、噴射口は、左右に広角して扇形状に形成された、所謂、スリット噴射口となっている。従って、所定のタイミングで、このニードル弁を移動して燃料通路を開放すると、燃料通路の燃料がサック部を介して噴射口から燃焼室に向けて噴射される。

ところで、上述したように、筒内噴射式内燃機関では、圧縮行程中に燃焼室に燃料を噴射してリーンな空燃比で成層燃焼を実行すると共に、吸気行程中に燃焼室に燃料を噴射して均一な混合気を形成する均質燃焼を実行している。上述した左右に広角して扇形状に形成されたスリット噴射口を有する燃料噴射装置では、圧縮行程中に燃焼室に燃料を噴射すると、その燃料噴霧がピストンのキャビティにより点火プラグに導かれることとなり、この燃料噴霧を含む混合気に着火することで、適正な成層燃焼を実現できる。しかし、吸気行程中に燃焼室に燃料を噴射すると、燃料噴霧が水平な扇形状であるため、燃焼室全体に分散しにくく均一な混合気の形成が不十分となり、適正な均質燃焼を実現することが困難となる。

一方、上下に広角して扇形状に形成されたスリット噴射口を左右に並べて設けた燃料噴射装置がある。この燃料噴射装置では、吸気行程中に燃焼室に燃料を噴射すると、燃料噴霧が２つの垂直な扇形状であるため、燃焼室全体に分散しやすく均一な混合気を形成することができ、適正な均質燃焼を実現できる。しかし、圧縮行程中に燃焼室に燃料を噴射すると、その燃料噴霧が上下方向に分散してしまい、ピストンのキャビティにより混合気を点火プラグに導くことができず、適正な成層燃焼を実現することが困難となる。

なお、機関運転状態に応じて噴霧形態が変化するようにした燃料噴射弁として、下記特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載された燃料噴射弁は、異なる噴射角度を有する２つのスリット状の噴孔を形成し、エンジン運転状態により燃圧を変化させることで、噴霧形状をこのエンジン運転状態に適合した広分散型の噴霧、または集中型の噴霧を形成可能とするものである。

特開平１１−０８２２４４号公報

ところが、上述した特許文献１に記載された従来の燃料噴射弁にあっては、燃圧を変化させることで、噴霧形状を広分散型の噴霧、または集中型の噴霧を形成可能としており、エンジン運転状態に応じた燃圧制御が必要となって燃料噴射制御が面倒なものとなるばかりか、燃圧を低下させた場合には、燃料噴霧の微粒化が問題となり、燃焼が悪化してしまうおそれがある。また、この従来の燃料噴射弁では、エンジン運転状態に応じて噴霧形状を変えているものの、成層燃焼や均質燃焼を実現するために最適なものとはなっておらず、安定した燃焼状態を得ることができないおそれがある。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、内燃機関の運転状態に応じて最適な燃料噴霧形態を形成可能として燃焼安定性の向上を図った燃料噴射装置及び内燃機関を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の燃料噴射装置は、燃料通路を有すると共に先端部に該燃料通路が連通するサック部及び噴射口を有するハウジングと、前記ハウジングに移動自在に支持されて前記燃料通路を断続可能である噴射弁とを具えた燃料噴射装置において、前記噴射口は、上下に広角して扇形状に形成されると共に左右方向に並んだ第１、第２、第３噴射口を有し、大気圧場に噴射される実際の噴霧広がり角と加圧場に噴射される実際の噴霧広がり度との偏差の比率である燃料噴霧縮み率を設定し、中央に位置する前記第２噴射口の燃料噴霧縮み率が、両側に位置する前記第１、第３噴射口の燃料噴霧縮み率より大きく設定され、且つ、前記第１、第２、第３噴射口の燃料噴霧角度が同じ角度に設定されたことを特徴とするものである。

本発明の燃料噴射装置では、前記第２噴射口の燃料噴霧剥離角度が、前記第１、第３噴射口の燃料噴霧剥離角度より大きく設定されたことを特徴としている。

また、本発明の内燃機関は、請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料噴射装置を、吸気ポート側に位置して下方に所定角度傾斜して設け、排気ポート側に向けて燃焼室に直接燃料を噴射可能としたことを特徴とするものである。

本発明の燃料噴射装置によれば、上下に広角して扇形状に形成されると共に左右方向に並んだ第１、第２、第３噴射口を設け、大気圧場に噴射される実際の噴霧広がり角と加圧場に噴射される実際の噴霧広がり度との偏差の比率である燃料噴霧縮み率を設定し、中央に位置する第２噴射口の燃料噴霧縮み率を、両側に位置する第１、第３噴射口の燃料噴霧縮み率より大きく設定し、第１、第２、第３噴射口の燃料噴霧角度を同じ角度に設定したので、吸気行程中に燃焼室に燃料が噴射されると、３つの垂直な扇形状をなす燃料噴霧となり、燃焼室全体に分散して均一な混合気を形成することができ、適正な均質燃焼を実現することができる一方、圧縮行程中に燃焼室に燃料が噴射されると、第２噴射口の燃料噴霧縮み率が大きいため、この燃料噴霧が上下方向に拡散せず、両側の第１、第３噴射口からの燃料噴霧と干渉して合体し、合体した燃料噴霧がピストンのキャビティにより点火プラグに導かれることとなり、適正な成層燃焼を実現することができる。その結果、均質燃焼と成層燃焼の両立を図ることで、内燃機関の運転状態に応じて最適な燃料噴霧形態を形成可能として燃焼安定性の向上を図ることができる。

また、本発明の内燃機関によれば、上述した燃料噴射装置を、吸気ポート側に位置して下方に所定角度傾斜して設け、排気ポート側に向けて燃焼室に直接燃料を噴射可能としたので、吸気行程中に吸気ポート側から燃料が噴射されると、３つの垂直な扇形状をなす燃料噴霧が燃焼室全体に分散して均一な混合気を形成することができ、圧縮行程中に吸気ポート側から燃料が噴射されると、第２噴射口の燃料噴霧が上下方向に拡散せずに第１、第３噴射口からの燃料噴霧と干渉して合体し、合体した燃料噴霧がピストンのキャビティにより点火プラグに導かれることとなり、均質燃焼と成層燃焼の両立を図ることで、内燃機関の運転状態に応じて最適な燃料噴霧形態を形成可能として燃焼安定性の向上を図ることができる。

以下に、本発明に係る燃料噴射装置及び内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施例に係る燃料噴射装置を表す要部縦断面図、図２は、図１のI−II断面図、図３は、図１のI−III断面図、図４は、インジェクタにおける距離Ｂに対する縮み率を表すグラフ、図５−１は、吸気行程時における第１、第３噴射口からの燃料噴霧を表す概略図、図５−２は、吸気行程時における第２噴射口からの燃料噴霧を表す概略図、図５−３は、吸気行程時における全ての噴射口からの燃料噴霧を表す概略図、図６は、本実施例の燃料噴射装置による吸気行程噴射を表す概略図、図７−１は、圧縮行程時における第１、第３噴射口からの燃料噴霧を表す概略図、図７−２は、圧縮行程時における第２噴射口からの燃料噴霧を表す概略図、図７−３は、圧縮行程時における全ての噴射口からの燃料噴霧を表す概略図、図８は、本実施例の燃料噴射装置による圧縮行程噴射を表す概略図、図９は、本実施例の燃料噴射装置が適用された内燃機関の概略構成図である。

本実施例の燃料噴射装置が適用された内燃機関において、図９に示すように、エンジン１０は、筒内噴射式の火花点火エンジンである。このエンジン１０にて、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクシャフト１５が回転自在に支持されており、ピストン１４はコネクティングロッド１６を介してこのクランクシャフト１５にそれぞれ連結されている。

燃焼室１７は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とピストン１４により構成されており、この燃焼室１７は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１７の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１８及び排気ポート１９が対向して形成されており、この吸気ポート１８及び排気ポート１９に対して吸気弁２０及び排気弁２１の下端部がそれぞれ位置している。従って、この吸気弁２０及び排気弁２１が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉し、吸気ポート１８と燃焼室１７、燃焼室１７と排気ポート１９とをそれぞれ連通することができる。

吸気ポート１８には、インテークマニホールド２２を介してサージタンク２３が連結され、このサージタンク２３には吸気管２４が連結されており、この吸気管２４の空気取入口にはエアクリーナ２５が取付けられている。そして、このエアクリーナ２５の下流側にスロットル弁を有する電子スロットル装置２６が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１７に直接燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）２７が装着されており、このインジェクタ２７は、吸気ポート１８側に位置し、先端部が下方に所定角度傾斜しており、排気ポート１９側に向けて燃料を噴射可能となっている。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１７の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ２８が装着されている。

一方、排気ポート１９には、エギゾーストマニホールド２９を介して排気管３０が連結されており、この排気管３０には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する触媒装置３１，３２が装着されている。また、吸気管２４におけるサージタンク２３の下流側と、排気管３０における各触媒装置３１，３２の間とには排気ガス再循環通路（ＥＧＲ通路）３３が設けられており、このＥＧＲ通路３３にはＥＧＲ弁３４が設けられている。

また、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）３５が搭載されており、このＥＣＵ３５は、インジェクタ２７、点火プラグ２８、ＥＧＲ弁３４などを制御可能となっている。即ち、吸気管２４の上流側にはエアフローセンサ３６が装着されると共に、サージタンク２３には吸気負圧センサ３７が装着され、計測した吸入空気量、吸気負圧をＥＣＵ３５に出力している。また、電子スロットル装置２６は現在のスロットル開度をＥＣＵ３５に出力しており、エンジン回転数センサ３８は検出したエンジン回転数をＥＣＵ３５に出力している。従って、ＥＣＵ３５は、検出した吸入空気量、吸気負圧、スロットル開度(またはアクセル開度)、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて、燃料噴射量、噴射時期、点火時期、ＥＧＲ弁開度などを決定している。

このように構成されたエンジン１０に搭載されたインジェクタ２７において、図１乃至図３に示すように、ハウジング４１は中空円筒形状をなし、本体部４２に対して先端部４３が小径となっており、この先端部４３に球面形状をなすサック部４４が形成されると共に、外部に開口する３つの噴射口４５，４６，４７が形成されている。噴射弁としてのニードル弁４８は、円盤形状をなすフランジ部４９から円柱形状をなす弁本体５０が一体に下方に延出して構成され、フランジ部４９の外周面がハウジング４１における本体部４２の内周面に嵌合し、且つ、軸心方向（図１にて上下方向）に沿って移動自在に支持されている。また、ニードル弁４８は、弁本体５０の外周面がハウジング４１における先端部４３の内周面に所定の隙間をもって挿入され、円錐形状をなす先端面５１が先端部４３の傾斜面５２に当接し、ここにシール部が形成されている。

従って、ハウジング４１とニードル弁４８との間に燃料通路５３が構成されることとなり、この燃料通路５３の下端部側はサック部４４を介して噴射口４５，４６，４７に連通可能となっている。そして、ニードル弁４８の先端面５１がハウジング４１の傾斜面５２に当接することで燃料通路５３を遮断することができる一方、先端面５１が傾斜面５２から離れたときに燃料通路５３を開放し、燃料通路５３にある燃料をサック部４４を介して噴射口４５，４６，４７から外部（燃焼室１７）に噴射することができる。

また、ハウジング４１内には、支持リング５４を介して支持板５５が固定されており、この支持板５５とニードル弁４８との間にはコイルスプリング５６が圧縮状態で介装されている。従って、ニードル弁４８は、コイルスプリング５６の付勢力により先端面５１がハウジング４１の傾斜面５２に密着して燃料通路５３を遮断する方向に付勢されている。一方、ハウジング４１の壁内には、ニードル弁４８のフランジ部４９に対向し、且つ、若干上方に位置してソレノイド５７が内蔵されている。従って、ソレノイド５７へ通電すると、吸引力が発生してコイルスプリング５６の付勢力に抗してニードル弁４８を上方に移動し、燃料通路５３を開放することができる。

なお、インジェクタ２７の基端部には、図示しないデリバリパイプを介して燃料ポンプ、燃料タンクなどが連結されており、ハウジング４１内を通して燃料通路５３の上流側に所定圧の燃料が供給されている。

ところで、本実施例のインジェクタ２７にて、中央に位置する第２噴射口４６から噴射される燃料噴霧縮み率を、その両側に位置する第１噴射口４５及び第３噴射口４７から噴射される燃料噴霧縮み率より大きく設定している。

即ち、第２噴射口４６は、インジェクタ２７の軸線Ｌ₂に沿って形成され、この第２噴射口４６の水平方向両側にて、軸線Ｌ₂に対して所定の噴射角度αをもった軸線Ｌ₁，Ｌ₂に沿って第１噴射口４５と第３噴射口４７が形成されることで、３つの噴射口４５，４６，４７は、左右方向に噴射角度αをもって並んだものとなっている。また、各噴射口４５，４６，４７は、それぞれ噴射される燃料噴霧が上下に拡散するように、上下に広角した扇形状に形成され、その噴霧角度βが設定され、各噴射口４５，４６，４７の噴霧角度βは同じ角度に設定されている。そのため、各噴射口４５，４６，４７は、矩形形状をなす断面通路となっている。

ところで、図２及び図３に示すように、各噴射口４５，４６，４７は、ハウジング４１の先端側から扇形状の電極を挿入して放電加工することで形成され、ハウジング４１への電極の挿入量に応じて噴射口４５，４６，４７の幅が設定される。この場合、この放電加工により形成される扇形状の噴射口４５，４６，４７にて、その加工中心Ｏ₁とサック部４４のサック中心Ｏ₂とのインジェクタ２７の軸線Ｌ₂に沿った距離をＢとすると、本実施例では、第２噴射口４６における距離Ｂ₂が第１、第３噴射口４５，４７における距離Ｂ₁，Ｂ₃よりも短いものとなっている。このように距離Ｂ₁，Ｂ₂を設定することで、第２噴射口４６の燃料噴霧剥離角度θ₂が、第１、第３噴射口４５，４７の燃料噴霧剥離角度θ₁，θ₃より大きく設定されることとなる。

ここで、燃料噴霧縮み率とは、インジェクタ２７から大気圧場に噴射される実際の噴霧広がり角β₁と、加圧場に噴射される実際の噴霧広がり度β₂との偏差の比率（β₁−β₂）／β₁である。そして、各噴射口４５，４６，４７における燃料噴霧縮み率（β₁−β₂）／β₁及び燃料噴霧剥離角度θ₁，θ₂，θ₃は、この距離Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃に応じて設定されるものとなる。即ち、図４に示すように、インジェクタ２７における距離Ｂが増加するのに伴って、燃料噴霧縮み率β₂／β₁が小さくなる傾向があることがわかっている。即ち、インジェクタ２７における距離Ｂ₁，Ｂ₃が大きい第１、第３噴射口４５，４７では、燃料噴霧縮み率が小さいため、大気圧場に噴射される実際の噴霧角度β₁と加圧場に噴射される実際の噴霧角度β₂とがほぼ同じものとなる。一方、インジェクタ２７における距離Ｂ₂が小さい第２噴射口４６では、燃料噴霧縮み率β₂／β₁が大きいため、大気圧場に噴射される実際の噴霧角度β₁に対して加圧場に噴射される実際の噴霧角度β₂が小さいものとなる。

また、インジェクタ２７における距離Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃が増加するのに伴って、燃料噴霧剥離角度θ₁，θ₂，θ₃が小さくなっている。これは、サック部４４から噴射口４５，４６，４７を通して燃焼室１７に燃料が噴射されるとき、燃料噴霧剥離角度θ₁，θ₂，θ₃が大きくなると、噴射口４５，４６，４７の壁面から燃料が剥離しやすくなり、噴霧角度βに応じて広がらずに中央部に集中するものと考えられる。

従って、図１乃至図３に示すように、インジェクタ２７にて、ニードル弁４８がコイルスプリング５６の付勢力により燃料通路５３を閉止している状態から、ソレノイド５７へ通電すると、ニードル弁４８がコイルスプリング５６の付勢力に抗して上方に移動することで燃料通路５３を開放し、燃料通路５３の燃料がサック部４４に供給され、このサック部４４から各噴射口４５，４６，４７を通して燃焼室１７に噴射される。そして、所定期間が経過すると、ソレノイド５７への通電が停止され、ニードル弁４８がコイルスプリング５６の付勢力により下方に移動することで燃料通路５３を閉止し、燃料通路５３からサック部４４への燃料供給が停止され、噴射口４５，４６，４７からの燃料噴射が終了する。

このとき、エンジン１０の吸気行程でインジェクタ２７から燃焼室１７に燃料が噴射されると、燃焼室１７が大気圧場であるため、図５−１及び図５−２に示すように、各噴射口４５，４６，４７から噴射される燃料噴霧は、ほぼ同じ形態の扇形状となり、図５−３及び図６に示すように、燃焼室１７の上下方向に沿って扇形状に広がる３つの燃料噴霧が燃焼室１７の左右方向に並んだものとなる。そのため、噴射口４５，４６，４７から噴射される燃料噴霧は、燃焼室１７全体に分散して均一な混合気を形成することができ、この分散した混合気に対して点火プラグ２８により着火され、この着火混合気が火種となって燃焼室１７全体に分散した混合気が燃焼することで、適正な均質燃焼を実現することができる。

一方、エンジン１０の圧縮行程でインジェクタ２７から燃焼室１７に燃料が噴射されると、燃焼室１７が加圧圧場であるため、図７−１に示すように、燃料噴霧縮み率が小さく（燃料噴霧剥離角度が小さく）設定された第１、第３噴射口４５，４７から噴射される燃料噴霧は、ほぼ同じ形態の扇形状となり、図７−３及び図８に示すように、燃焼室１７の上下方向に沿って扇形状に広がる２つの燃料噴霧が燃焼室１７の左右方向に並んだものとなる。また、図７−２に示すように、燃料噴霧縮み率が大きく（燃料噴霧剥離角度が大きく）設定された第２噴射口４６から噴射される燃料噴霧は、図７−３及び図８に示すように、燃焼室１７の上下方向には広がらずに、第１、第３噴射口４５，４７から噴射された２つの燃料噴霧の間に棒状に位置するものとなる。

そして、第２噴射口４６から噴射された燃料噴霧は、その両側の第１、第３噴射口４５，４７から噴射された２つの燃料噴霧のコアンダ効果により左右方向に広がって干渉して合体し、この合体した燃料噴霧がピストン１４のキャビティ１４ａにより上方に向けたウォールガイドを形成する。このピストン１４のキャビティ１４ａから上方に向かう混合気は、点火プラグ２８に効率的に導かれることとなり、適正な成層燃焼を実現することができる。

このように本実施例の燃料噴射装置及び内燃機関にあっては、ハウジング４１内に燃料通路５３を設けると共に、先端部にこの燃料通路５３に連通するサック部４４及び３つの噴射口４５，４６，４７を形成し、このハウジング４１にニードル弁４８を移動自在に支持して燃料通路５３を開閉可能とし、３つの噴射口４５，４６，４７を、上下に広角して扇形状に形成すると共に、左右方向に並んで形成し、中央に位置する第２噴射口４６の燃料噴霧縮み率を、両側に位置する第１、第３噴射口４５，４７の燃料噴霧縮み率より大きく設定している。

従って、吸気行程中にインジェクタ２７の各噴射口４５，４６，４７から燃焼室１７に燃料が噴射されると、ほぼ垂直な扇形状をなす３つの燃料噴霧が左右方向に並んで形成され、この燃料噴霧が燃焼室１７全体に分散して均一な混合気を形成することとなり、適正な均質燃焼を実現することができる。一方、圧縮行程中にインジェクタ２７の各噴射口４５，４６，４７から燃焼室１７に燃料が噴射されると、第１、第３噴射口４５，４７に対して、第２噴射口４６の燃料噴霧縮み率が大きいため、第１、第３噴射口４５，４７からの燃料噴霧はほぼ垂直な扇形状をなすが、第２噴射口４６からの燃料噴霧は上下方向に拡散せず、両側の第１、第３噴射口からの燃料噴霧と干渉して合体し、合体した燃料噴霧がピストン１４のキャビティ１４ａに向かい、このキャビティ１４ａにより点火プラグ２８に導かれることとなり、適正な成層燃焼を実現することができる。その結果、均質燃焼と成層燃焼の両立を図ることで、エンジン１０の運転状態に応じて最適な燃料噴霧形態を形成可能として燃焼安定性の向上を図ることができる。

また、本実施例の燃料噴射装置及び内燃機関では、インジェクタ２７における第２噴射口４６の燃料噴霧剥離角度を、第１、第３噴射口４５，４７の燃料噴霧剥離角度より大きく設定している。従って、第１、第３噴射口４５，４７に対して、第２噴射口４６の燃料噴霧剥離角度が大きいため、第２噴射口４６からの燃料噴霧は拡散せずに第１、第３噴射口からの燃料噴霧とコアンダ効果により良好に合体することとなり、この合体した燃料噴霧がピストン１４のキャビティ１４ａ適正に向かい、点火プラグ２８に導かれることとなり、点火プラグ２８により確実に点火して適正な成層燃焼を実現することができる。

また、本実施例の燃料噴射装置及び内燃機関では、第１、第２、第３噴射口４５，４６，４７の燃料噴霧角度を同じ角度に設定している。従って、各噴射口４５，４６，４７の燃料噴霧角度を同じ角度に設定した上で、中央の第２噴射口４６の燃料噴霧縮み率を大きく設定することで、吸気行程中または圧縮行程中であっても、噴霧形態を最適形状に形成することができ、燃焼安定性を向上することができる。

そして、本実施例の燃料噴射装置及び内燃機関では、インジェクタ２７を吸気ポート１８側に位置して下方に所定角度傾斜して設け、排気ポート１９側に向けて燃焼室１７に直接燃料を噴射可能としている。従って、吸気行程噴射では適正な均質燃焼を実現することができ、圧縮行程中では適正な成層燃焼を実現することができる。

なお、上述した実施例では、第１、第２、第３噴射口４５，４６，４７を、それぞれ噴射される燃料噴霧が上下に拡散するように上下に広角した扇形状に形成し、その噴霧角度βを同じ角度に設定したが、燃焼室１７やピストン１４におけるキャビティ１４ａの形状などに応じて、噴霧角度βを相違させたり、噴霧中心を上下にずらしたりしてもよい。

また、上述した実施例では、インジェクタ２７が吸気ポート１８側に配置し、先端部を下方に所定角度傾斜して排気ポート１９側に向けて燃料を噴射可能としたが、この構成に限定されるものではない。即ち、インジェクタ２７を排気ポート１９側に配置し、先端部を下方に所定角度傾斜し、吸気ポート１８側に向けて燃料を噴射可能としてもよい。また、インジェクタ２７を吸気ポート１８と排気ポート１９との間、つまり、燃焼室１７の中央上部に配置し、先端部を下方に向けてピストン１４のキャビティ１４ａに対して燃料を噴射可能としてもよい。

以上のように、本発明に係る燃料噴射装置は、内燃機関の運転状態に応じて最適な燃料噴霧形態を形成可能として燃焼安定性の向上を図るものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。

本発明の一実施例に係る燃料噴射装置を表す要部縦断面図である。図１のI−II断面図である。図１のI−III断面図である。インジェクタにおける距離Ｂに対する縮み率を表すグラフである。吸気行程時における第１、第３噴射口からの燃料噴霧を表す概略図である。吸気行程時における第２噴射口からの燃料噴霧を表す概略図である。吸気行程時における全ての噴射口からの燃料噴霧を表す概略図である。本実施例の燃料噴射装置による吸気行程噴射を表す概略図である。圧縮行程時における第１、第３噴射口からの燃料噴霧を表す概略図である。圧縮行程時における第２噴射口からの燃料噴霧を表す概略図である。圧縮行程時における全ての噴射口からの燃料噴霧を表す概略図である。本実施例の燃料噴射装置による圧縮行程噴射を表す概略図である。本実施例の燃料噴射装置が適用された内燃機関の概略構成図である。

符号の説明

１０エンジン（内燃機関）
１７燃焼室
２７インジェクタ（燃料噴射装置）
２８点火プラグ
３５電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４１ハウジング
４４サック部
４５第１噴射口
４６第２噴射口
４７第３噴射口
４８ニードル弁（噴射弁）
５３燃料通路

Claims

燃料通路を有すると共に先端部に該燃料通路が連通するサック部及び噴射口を有するハウジングと、前記ハウジングに移動自在に支持されて前記燃料通路を断続可能である噴射弁とを具えた燃料噴射装置において、前記噴射口は、上下に広角して扇形状に形成されると共に左右方向に並んだ第１、第２、第３噴射口を有し、大気圧場に噴射される実際の噴霧広がり角と加圧場に噴射される実際の噴霧広がり度との偏差の比率である燃料噴霧縮み率を設定し、中央に位置する前記第２噴射口の燃料噴霧縮み率が、両側に位置する前記第１、第３噴射口の燃料噴霧縮み率より大きく設定され、且つ、前記第１、第２、第３噴射口の燃料噴霧角度が同じ角度に設定されたことを特徴とする燃料噴射装置。
請求項１に記載の燃料噴射装置において、前記第２噴射口の燃料噴霧剥離角度が、前記第１、第３噴射口の燃料噴霧剥離角度より大きく設定されたことを特徴とする燃料噴射装置。
請求項１または２に記載の燃料噴射装置を、吸気ポート側に位置して下方に所定角度傾斜して設け、排気ポート側に向けて燃焼室に直接燃料を噴射可能としたことを特徴とする内燃機関。