特許第6951224号(P6951224)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6951224
(24)【登録日】2021年9月28日
(45)【発行日】2021年10月20日
(54)【発明の名称】燃料噴射弁
(51)【国際特許分類】
   F02M 61/10 20060101AFI20211011BHJP
   F02M 61/18 20060101ALI20211011BHJP
【FI】
   F02M61/10 D
   F02M61/18 350A
   F02M61/18 360J
   F02M61/18 320C
【請求項の数】10
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2017-235680(P2017-235680)
(22)【出願日】2017年12月8日
(65)【公開番号】特開2019-100321(P2019-100321A)
(43)【公開日】2019年6月24日
【審査請求日】2020年7月31日
(73)【特許権者】
【識別番号】509186579
【氏名又は名称】日立Astemo株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】保坂 知幸
(72)【発明者】
【氏名】石井 英二
(72)【発明者】
【氏名】吉村 一樹
(72)【発明者】
【氏名】前川 典幸
【審査官】 櫻田 正紀
(56)【参考文献】
【文献】 特開2008−045519(JP,A)
【文献】 特開2013−068125(JP,A)
【文献】 特開2010−180763(JP,A)
【文献】 特開2007−285205(JP,A)
【文献】 特開2010−101290(JP,A)
【文献】 国際公開第2017/145527(WO,A1)
【文献】 特開2005−139989(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F02M 61/10
F02M 61/18
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁において、
ピストン方向を指向する第一噴射孔グループと、前記第一噴射孔グループと比較して点火プラグ方向を指向する第二噴射孔グループと、を有し、
前記第一噴射孔グループの噴射孔中心が位置する噴射孔ピッチ円半径は、前記第二噴射孔グループの噴射孔中心が位置する噴射孔ピッチ円半径よりも大きくなるように構成され、
最大弁体リフト量が第一リフト量と、前記第一リフト量よりも小さい第二リフト量との何れかでリフトする弁体を備え、
前記弁体の最大弁体リフト量が前記第一リフト量となった場合に全噴射孔の流路面積の総和が流路の最小断面積となり、前記弁体の最大弁体リフト量が前記第二リフト量となった場合にシート部の流路面積が流路の最小断面積となるように構成された燃料噴射弁。
【請求項2】
請求項に記載の燃料噴射弁において、
前記第一噴射孔グループに属する噴射孔の最大噴射孔断面積は、前記第二噴射孔グループに属する噴射孔の最小噴射孔断面積よりも大きくなるように構成された燃料噴射弁
【請求項3】
請求項に記載の燃料噴射弁において、
前記第一噴射孔グループの噴射孔の断面及び前記第二噴射孔グループの噴射孔の断面は円形であり、前記第一噴射孔グループの噴射孔のうち最も噴射孔径が小さいものの噴射孔径は、前記第二噴射孔グループの噴射孔のうち最も噴射孔径が大きいものの噴射孔径よりも大きくなるように構成された燃料噴射弁。
【請求項4】
請求項に記載の燃料噴射弁において、
前記第一噴射孔グループの噴射孔が周方向に連続して配置され、前記第二噴射孔グループの噴射孔が周方向に連続して配置されるように構成された燃料噴射弁。
【請求項5】
請求項に記載の燃料噴射弁において、
前記第一噴射孔グループの噴射孔の噴射孔軸は前記第二噴射孔グループの噴射孔の噴射孔軸に比べて弁体中心軸とのなす角が大きくなるように構成された燃料噴射弁。
【請求項6】
請求項1に記載の燃料噴射弁において、
吸気行程噴射におけるリフト量が、圧縮行程噴射におけるリフト量よりも大きくなるように制御される燃料噴射弁。
【請求項7】
請求項に記載の燃料噴射弁において、
弁体軸方向と直交する断面上、中心を通る直線に対し一方の領域に前記第一噴射孔グループの全ての噴射孔が位置し、前記直線に対し前記一方の領域と反対側の領域に前記第二噴射孔グループの全ての噴射孔が位置するように構成された燃料噴射弁。
【請求項8】
請求項に記載の燃料噴射弁において、
前記第一噴射孔グループの全ての噴射孔の噴射孔径が同じ大きさであるように構成された燃料噴射弁。
【請求項9】
請求項に記載の燃料噴射弁において、
前記第一噴射孔グループの噴射孔の中心の方が第二噴射孔グループの噴射孔の中心に対し、弁体が着座するシート部に近い位置になるように成された燃料噴射弁。
【請求項10】
請求項に記載の燃料噴射弁において、
第一リフト量にリフトされる大リフト時と第二リフト量にリフトされる小リフト時とにおける噴霧のペネトレーションの差が前記第二噴射孔グループに対し前記第一噴射孔グループの方が大きくなるように構成された燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガソリンエンジン等の内燃機関に用いられる燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、自動車におけるガソリンエンジンは燃費改善の要求が高まっており、燃費に優れたエンジンとして、燃焼室内に燃料を直接噴射し、噴射された燃料と吸入空気との混合気を点火プラグで点火して爆発させる筒内噴射式エンジンが普及してきている。筒内噴射式エンジンは燃料の噴射時期を自由に設定できるため、吸気行程に噴射し、流動によって撹拌させることで均質性の高い混合気を燃焼する「均質燃焼」や、圧縮行程に噴射し点火プラグ付近に部分的に濃度の高い燃料混合気を形成して燃焼する「成層燃焼」といった燃焼を使い分け、運転条件に応じて最適な燃焼を選択することができることが、燃費向上の一助となっている。
【0003】
混合気の制御には、燃料の到達距離を決める貫徹力(ペネトレーション)と、噴射燃料の流量の制御が不可欠である。例えば特許文献1には、燃料噴射弁のニードルのリフト量が大きくなるほど噴霧貫徹力を強くし、小さくなるほど噴霧貫徹力を弱くすることのできる技術が記載されている。しかしながら、特許文献1に記載の技術は、全ての噴射孔のペネトレーションが一律に変化してしまう課題がある。エンジンにおいては、特定の方向のみのペネトレーションを変化させたいという要求がある。具体的には、ピストン方向に指向する噴霧の貫徹力は、運転条件によって必要な強さが大きく変化する。吸気行程中に燃料を噴射する場合、ピストン方向の噴霧は流動との適切に混合するために強い貫徹力を必要とするが、圧縮行程後期に燃料を噴射する場合、燃料噴射弁とピストンの位置が近いため、燃料のピストンへの付着を低減するために、貫徹力はなるべく小さいことが望ましい。一方で、点火プラグと燃料噴射弁の位置は運転条件によらず固定であり、点火プラグに指向する噴霧の貫徹力は大きく変化しないことが望ましい。
【0004】
特許文献2には、複数の噴射孔群のそれぞれを開閉する複数の弁部材と、それぞれの弁部材を独立する駆動部を備えることで、異なる噴射孔径の噴射孔グループから選択的に噴射する技術が記載されている。特許文献2の記載の技術は噴射方向によってペネトレーションや流量を変化させることが可能だが、構造が複雑であることが課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2017−8860号公報
【特許文献2】特開2016−61176号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
例えば特許文献1には、燃料噴射弁のニードルのリフト量が大きくなるほど噴霧貫徹力を強くし、小さくなるほど噴霧貫徹力を弱くすることのできる技術が記載されている。しかしながら、特許文献1に記載の技術は、全ての噴射孔のペネトレーションが変化してしまう課題がある。
【0007】
以上の課題を鑑みて、本発明の目的は、簡易な構造で、ピストン方向に噴射される噴霧の貫徹力をリフト量によって選択的に制御することのできる燃料噴射弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明の燃料噴射弁は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁において、ピストン方向を指向する第一噴射孔グループと、前記第一噴射孔グループと比較して点火プラグ方向を指向する第二噴射孔グループと、を有し、前記第一噴射孔グループの噴射孔中心が位置する噴射孔ピッチ円半径は、前記第二噴射孔グループの噴射孔中心が位置する噴射孔ピッチ円半径よりも大きくなるように構成され、最大弁体リフト量が第一リフト量と、前記第一リフト量よりも小さい第二リフト量との何れかでリフトする弁体を備え、前記弁体の最大弁体リフト量が前記第一リフト量となった場合に全噴射孔の流路面積の総和が流路の最小断面積となり、前記弁体の最大弁体リフト量が前記第二リフト量となった場合にシート部の流路面積が流路の最小断面積となるように構成される
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、簡易な構造で、ピストン方向の噴霧の貫徹力をリフト量によって選択的に制御することができる。本発明のその他の構成、作用、効果は以下の実施例において詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本発明の第1実施例に係る内燃機関の構成の概要を示した図である。
図2】本発明の第1実施例に係る燃料噴射弁を示した図である。
図3】本発明の第1実施例に係る燃料噴射弁下端部の拡大断面図である。
図4】本発明の第1実施例に係る燃料噴射弁下端部の高リフト時における拡大断面図である。
図5】本発明の第1実施例に係る燃料噴射弁下端部の低リフト時における拡大断面図である。
図6】本発明の第1実施例に係る流れ方向の流路断面積を示した図である。
図7】本発明の第1実施例に係る燃料噴射弁下端部の低リフト時における拡大断面図である。
図8】本発明の第1実施例に係る流れ方向の流路断面積を示した図である。
図9】本発明の第1実施例に係る内燃機関の噴霧方向を示した図である。
図10】本発明の第1実施例に係る内燃機関の噴霧方向を示した図である。
図11】本発明の第1実施例に係る燃料噴射弁の噴射孔配置を示した図である。
図12】本発明の第1実施例に係る燃料噴射弁の噴射孔配置を示した図である。
図13】本発明の第1実施例に係る燃料噴射弁のリフト量による流量の変化を示した図である。
図14】本発明の第1実施例に係る燃料噴射弁の噴射孔配置を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明に係る実施例を説明する。
【実施例1】
【0012】
本発明の第1の実施例に係る燃料噴射弁119の制御装置について、図1図2を用いて以下説明する。
図1は、筒内噴射式エンジンの構成の概要を示した図である。図1を用いて筒内噴射式エンジンの基本的な動作を説明する。図1において、シリンダヘッド101とシリンダブロック102、シリンダブロック102に挿入されたピストン103により燃焼室104が形成され、燃料室104に向けて吸気管105と排気管106がそれぞれ2つに分岐して接続されている。吸気管105の開口部には吸気弁107が、排気管106の開口部には排気弁108がそれぞれ設けられ、カム動作方式により開閉するように動作する。
【0013】
ピストン103はコンロッド114を介してクランク軸115と連結されており、クランク角センサ116によりエンジン回転数を検知できる。回転数の値はECU(エンジンコントロールユニット)118に送られる。クランク軸115には図示しないセルモータが連結され、エンジン始動時にはセルモータによりクランク軸115を回転させ始動することができる。シリンダブロック102には水温センサ117が備えられ、図示しないエンジン冷却水の温度を検知できる。エンジン冷却水の温度はECU118に送られる。
【0014】
図1は1気筒のみの記述だが、吸気管105の上流には図示しないコレクタが備えられ、気筒ごとに空気を分配する。コレクタの上流には図示しないエアフローセンサとスロットル弁が備えられ、燃料室104に吸入される空気量をスロットル弁の開度によって調節できる。
【0015】
燃料は燃料タンク109に貯蔵され、フィードポンプ110によって高圧燃料ポンプ111に送られる。フィードポンプ110は燃料を0.3MPa程度まで昇圧して高圧燃料ポンプ111に送る。高圧燃料ポンプ111により昇圧された燃料はコモンレール112に送られる。高圧燃料ポンプ111は燃料を30MPa程度まで昇圧してコモンレール112に送る。コモンレール112には燃圧センサ113が設けられ、燃料圧力(燃圧)を検知する。燃圧の値はECU118に送られる。
【0016】
図2は、本実施例に係る燃料噴射弁119の例として、電磁式燃料噴射弁の例を示す図である。図2を用いて噴射装置の基本的な動作を説明する。図2において、燃料は燃料供給口212から供給され、燃料噴射弁119の内部に供給される。図2に示す電磁式燃料噴射弁119は、通常時閉型の電磁駆動式であって、コイル208に通電がないときには、弁体201がスプリング210によって付勢され、ノズル体204に溶接などで接合されたシート部材202に押し付けられ、燃料がシールされるようになっている。このとき、筒内噴射用燃料噴射弁119では、供給される燃料圧力がおよそ1MPaから50MPaの範囲である。
【0017】
コネクタ211を介してコイル208に通電されると、電磁弁の磁気回路を構成するコア(固定コア)207、ヨーク209、アンカー206に磁束密度を生じて、空隙のあるコア207とアンカー206の間に磁気吸引力を生じる。磁気吸引力が、スプリング210の付勢力と前述の燃料圧力による力よりも大きくなると、弁体201はガイド部材203、弁体ガイド205にガイドされながらアンカー206によってコア207側に吸引され、開弁状態となる。開弁状態となると、シート部材202と弁体201との間に隙間が生じ、燃料の噴射が開始される。燃料の噴射が開始されると、燃料圧力として与えられたエネルギは運動エネルギに変換され、燃料噴射弁119の下端部に空いた噴射孔に至り噴射される。
【0018】
次に、弁体201の詳細形状について図3を用いて説明する。図3は、燃料噴射弁119の下端部の拡大断面図であり、シート部材202と弁体201などから構成されている。シート部材202は、弁座面304と、複数の噴射孔301から構成されている。弁座面304及び弁体201は弁体中心軸305を中心に軸対称に延在している。リフト量が0のとき、弁体201はシート部材202と弁座面304に線接触し、燃料の流れは遮断される。弁体201があるリフト量に設定されたとき、燃料は、シート部材202と弁体201の隙間を通り、矢印311の経路を通り、噴射孔301から噴射される。燃料の一部は噴射孔より先端側のサック室302に回りこみ、矢印312の経路から噴射孔に流入する。弁体は大リフト量と小リフト量に設定が可能であり、大リフト量での弁体位置は201b、小リフト量での弁体位置は201aである。また、燃料噴射弁119に付与される開弁パルスを完全開弁前に切断することで、リフト量が最大になる前に閉弁するように制御しても良い。この場合にも、最大リフト量を複数設定することができる。
【0019】
次に、弁体201が大リフト位置201bに位置する場合の流れについて、図4を用いて説明する。大リフト時では、噴射孔の上流側に広く領域が形成されるために、矢印320で示す、噴射孔軸303に平行な流れが強く、噴射孔軸303に垂直な流れ(横流れ)は弱い。また、流れの最小断面積が噴射孔になるように設定すると、流れが噴射孔内で急速に加速され、噴射孔軸に平行な流れがさらに強く表れる。噴霧の貫徹力は噴射孔内の軸方向速度が高まることで強化されるため、大リフト時では貫徹力の強い噴霧が形成される。また、流れの最小断面積が噴射孔断面積の和になるように設定することで、流れが噴射孔内で急速に加速され、貫徹力の強い噴霧が形成される。
【0020】
弁体201が小リフト位置201aに位置する場合の流れについて図5を用いて説明する。小リフト時では、噴射孔の上流の流路が狭いために、矢印321で示す、噴射孔軸303に垂直な方向の流れ(横流れ)が強くなる。このとき、流れの最小断面積がシート部A2になるように設定することで、流れがシート部で急速に加速され、噴射孔軸303に垂直な横流れが強く表れる。その結果、噴射孔内の軸方向速度が弱くなり、貫徹力の弱い噴霧が形成される。
【0021】
以上の通り、本実施例は内燃機関(筒内噴射式エンジンが望ましい)の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁119において、最大弁体リフト量が第一リフト量(大リフト量)と、第一リフト量(大リフト量)よりも小さい第二リフト量(小リフト量)との何れかでリフトする弁体201を備えている。そして、弁体201の最大弁体リフト量が第一リフト量(大リフト量)となった場合のシート部A2の流路面積が全噴射孔の流路面積の総和よりも大きく、弁体201の最大弁体リフト量が第二リフト量(小リフト量)となった場合のシート部A2の流路面積が全噴射孔の流路面積の総和よりも小さくなるように構成されたものである。なお、シート部A2は弁体201が閉弁時に線接触するシート部材202の部位であり、シート部A2の開弁時の流路は円周上に形成される。またシート部A2の開弁時の流路面積は、シート部材202のシート部A2と弁体201との最小距離Lmin×πにより定義される。また噴射孔301の流路面積は噴射孔301のうち最小流路面積で定義される。
【0022】
本実施例の燃料噴射弁119はシート位置A2と弁体中心軸305の距離は、噴射孔入口中心位置A1と弁体中心軸305の距離よりも遠い位置にある。すなわち、噴射孔流入口の中心A1と、噴射孔流入口A1から弁体中心軸305に垂線を下ろした線と弁体中心軸305の交差点B1との距離R1は、シート位置A2から弁体中心軸305に垂線を下ろした線と弁体中心軸305の交差点B2との距離R2よりも小さくなるように設定されている。
【0023】
次に、燃料の流れに沿った方向の流路断面積について述べる。図6(a)は、図4で示す大リフト時における流路断面積の流れ方向の変化を図示した図である。S1は噴射孔入口直前の流路断面積を示し、S2はシート位置における流れの断面積を示す。S3は噴射孔入口の断面積の和を示し、S4は噴射孔出口の断面積の和を示す。大リフト時においては、流れ方向における流路の最小断面積が、噴射孔入口での断面積S3になるように設定するとよい。流れの最小断面積が噴射孔断面積になるように設定することで、流れが噴射孔内で急速に加速され、貫徹力の強い噴霧が形成される。
【0024】
なお、シート位置における流路断面積S2と噴射孔入口直前における流路断面積S1の関係は、S1<S2としても、S1>S2としてもよい。また、噴射孔入口の断面積S3と噴射孔出口の断面積S4の関係は、S3>S4としても、S3<S4としてもよい。
【0025】
図6(b)に、図5で示す小リフト時における流路断面積の流れ方向の変化を図示する。小リフト時には、流れ方向における流路の最小断面積が、シート位置における流路断面積S20になるように設定する。このとき、流れはシート部で加速され、下流の断面積の増加に伴い徐々に減速する。すなわち、S20<S10とすることで、シート部下流の流れは徐々に減速する。小リフト時において、噴射孔入口断面積S3は噴射孔入口直前の流れ断面積S10に対してS10<S3とすると、横流れが噴射孔入口付近で発生し、貫徹力を弱める効果を得ることができる。S10とS3の比は、例えば1:2のように設定すると良い。
【0026】
以上の通り本実施例の燃料噴射弁119は、弁体201の最大弁体リフト量が第一リフト量(大リフト量)となった場合に全噴射孔の流路面積の総和が流路の最小断面積となり、弁体201の最大弁体リフト量が第ニリフト量(小リフト量)となった場合にシート部2Aの流路面積が流路の最小断面積となるように構成されたものである。
【0027】
次に、小リフト時において噴射孔が弁体中心付近に位置する場合における流れ場について図7を用いて説明する。図7は、図5と同様の断面において、噴射孔位置のみ弁体中心軸305に寄せた位置にある。シート部A2で加速された流れは、流れ方向に断面積の広がりによって流速が徐々に落ちる。シート部から噴射孔までに十分に流れが減速すると、噴射孔入口における横流れが発生せず、噴射孔軸方向速度のみが表れる。図示しない大リフト時においても横流れは発生しないため、リフト量によるペネトレーションへの感度は鈍くなる。すなわち、噴射孔中心をA3とし、噴射孔中心から弁体中心軸305に下ろした垂線と弁体中心軸305の交点B3とすると、A3とB3を結ぶ線分の長さR3は、図5に示すR1よりも小さくすることで、リフト量によるペネトレーションへの感度を鈍くすることができる。
【0028】
燃料の流れに沿った方向の流路断面積について図8を用いて説明する。図8(a)は、図7の噴射孔位置において、大リフトとした場合における流路断面積の流れ方向への変化を示している。S5は噴射孔入口直前の流路断面積を示し、S6はシート位置における流れの断面積を示す。S7は噴射孔入口の断面積の和を示し、S8は噴射孔出口の断面積の和を示す。図7の噴射孔は、シート位置と噴射孔入口の距離が図5よりも離れているため、図8(a)に示す噴射孔入口の横軸の位置は、図6(a)に示す噴射孔入口の横軸の位置よりも下流に示されている。大リフト時において、流れ方向における流れの最小断面積が噴射孔入口になるように設定することで、流れが噴射孔内で急速に加速され、横流れは発生しにくい。
【0029】
図8(b)に、図7で示す噴射孔位置の、小リフト状態における流路断面積を図示する。図6(b)と同様に、小リフト時に、流れ方向の最小断面積が、シート位置における流路断面積S60になるように設定する。本実施例ではシート部より下流では流れに従って断面積が徐々に大きくなるようになっており、噴射孔入口における断面積S7とS50の比は、例えば10:9とすると良い。すなわち、噴射孔入口に流れが到達するまでに十分流れが減速することで、流れの流速の急激な変化は起きず、横流れは発生しにくい。また、S7とS50を近い値に設定することで、噴射孔入口に流入する過程で速度の急激な減速が起こらず、横流れを抑制することができる。
【0030】
すなわち、噴射孔中心位置を弁体中心軸に近づけて配置することにより、リフト量による横流れ発生の感度が鈍くなり、ペネトレーションの変化が起きにくくなる。なお、断面積の関係は、S7<S50となるように設定しても良い。S7<S50の場合でも、横流れは発生しにくく、リフト量によるペネトレーションの変化が起きにくくなる。
【0031】
次に、図9図10に、燃焼室内への燃料噴射の概略図を示す。本実施例では、燃料噴射弁119から噴射された噴霧は、一部はピストン103の方向を指向する噴霧400を形成し、一部はプラグ120方向を指向する噴霧401を形成する。このとき、燃料噴射弁119と点火プラグ120の相対位置は運転条件によらず一定であるため、噴霧401は運転条件によらずペネトレーションが一定であることが望ましい。一方、噴霧400はピストン方向を指向しており、燃料噴射タイミングにおける燃料噴射弁119とピストン103の関係は噴射開始時刻によって大きく異なる。例えば、圧縮行程後期に噴射する場合、燃料噴射弁119とピストン103の相対的な距離が近づくため、図10の噴霧402に示すように、ピストン方向を指向する噴霧のペネトレーションは弱いことが望ましい。また、燃焼室内の空気流動に打ち勝って燃料を筒内に均質に拡散させる場合には強いペネトレーションが必要な一方で、始動時などは壁面への燃料の付着を低減させるために弱いペネトレーションとするのが望ましい。
【0032】
図11図12に、本実施例の燃料噴射弁119における上流側から見た場合の噴射孔入口の周方向の配置を示す。本実施例では、半径R1上に噴射孔中心が位置する噴射孔群410を第一噴射孔グループと呼び、半径R3上に噴射孔中心が位置する噴射孔群411を第二噴射孔グループと呼ぶ。すなわち、噴射孔群410から噴射される噴霧はピストン103を指向し、噴射孔群411から噴射される噴霧は点火プラグ120を指向するように設定する。ただし、図12に示すように。各噴射孔入口の中心位置は必ずしも半径R1、あるいは半径R3に完全に一致する必要はなく、多少、ずれるように配置してもよい。ただし、R1>R3の関係は成り立つものとする。また、本実施例では、第一噴射孔グループ(噴射孔群410)の噴射孔の中心の方が第二噴射孔グループ(噴射孔群411)の噴射孔の中心に対し、弁体202が着座するシート部A2に近い位置になるように形成される。
【0033】
つまり本実施例の燃料噴射弁119は、ピストン103の方向を指向する第一噴射孔グループ(噴射孔群410)と、第一噴射孔グループ(噴射孔群410)と比較して点火プラグ120の方向を指向する第二噴射孔グループ(噴射孔群411)を有する。そして第一噴射孔グループ(噴射孔群410)の噴射孔中心が位置する噴射孔ピッチ円半径R1は、第二噴射孔グループ(噴射孔群411)の噴射孔中心が位置する噴射孔ピッチ円半径R3よりも大きくなるように構成された。
【0034】
図4図5で示した通り、半径R1上に噴射孔中心が位置する第一噴射孔グループ(噴射孔群410)はリフト量によって横流れの強さが変化し、ペネトレーションが変化する。すなわち、第一噴射孔グループ(噴射孔群410)はピストン103を指向するように設定することにより、運転条件によってピストン103の方向の噴霧のペネトレーションを制御することができる。ただし、第一噴射孔グループ(噴射孔群410)の全ての噴射孔がピストン103の方向を指向している必要は無く、第一噴射孔グループ(噴射孔群410)に属する噴射孔群のうち、いくつかの噴射孔がピストン103の方向を指向していればよい。
【0035】
図7で示した通り、半径R3上に噴射孔中心が位置する第二噴射孔グループ(噴射孔群411)は、リフト量によるペネトレーションへの感度が鈍い。すなわち、第二噴射孔グループ(噴射孔群411)は点火プラグ120を指向するように設定することにより、運転条件によって点火プラグ120の方向へのペネトレーションを一定に保つことができる。ただし、第二噴射孔グループ(噴射孔群411)の全ての噴射孔が点火プラグ方向を指向している必要は無く、第二噴射孔グループ(噴射孔群411)に属する噴射孔群のうち、いくつかの噴射孔が点火プラグ120の方向を指向していればよい。
【0036】
本実施例によれば、大リフト時と小リフト時とにおける噴霧のペネトレーションの差が第二噴射孔グループ(噴射孔群411)に対し第一噴射孔グループ(噴射孔群410)の方が大きくなるように構成される。このようにすることで、ピストン方向のペネトレーションをリフト量により選択的に制御することが可能になる。
【0037】
以上の通り、ピストン方向を指向する第一噴射孔グループ(噴射孔群410)と、プラグ方向を指向する第二噴射孔グループ(噴射孔群411)を有し、第一噴射孔グループ(噴射孔群410)の噴射孔中心が位置する噴射孔ピッチ円半径R1が、第二噴射孔グループ(噴射孔群411)の噴射孔中心が位置する噴射孔ピッチ円半径R3よりも大きくなるようにすることで、ピストン方向のペネトレーションをリフト量により選択的に制御することが可能である。
【0038】
また、吸気行程噴射におけるリフト量が、圧縮行程噴射におけるリフト量よりも大きくなるように制御することで、圧縮行程ではピストンへの付着を好適に低減しつつ、吸気行程での混合気の均質性を高めることができる。つまり弁体201は吸気行程噴射の場合、最大弁体リフト量が第一リフト量(大リフト量)でリフトし、圧縮行程噴射の場合、第一リフト量(大リフト量)よりも小さい第二リフト量(小リフト量)でリフトする。
【0039】
本実施例では、図11に示す通り、第一噴射孔グループの噴射孔群410が周方向に連続して配置され、第二噴射孔グループの噴射孔群410が周方向に連続して配置されている。また図11に示すように、弁体軸方向と直交する断面上、中心を通る直線Xに対し一方の領域1に第一噴射孔グループ(噴射孔群410)の全ての噴射孔が位置し、直線Xに対し一方の領域1と反対側の領域2に第二噴射孔グループ(噴射孔群411)の全ての噴射孔が位置するように配置されている。このように設定することで、噴射孔への流れ込みに対称性ができ、噴霧のばらつきを抑えることができる。
【0040】
ただし、図14に示すように、第一噴射孔グループ(噴射孔群410)の噴射孔と第二噴射孔グループ(噴射孔群411)の噴射孔を周方向に互い違いに配置してもよい。噴射孔の傾きを、指定の方向に向くように調整することで、噴霧の噴射方向をピストン103の方向、点火プラグ120の方向にそれぞれ指向することができる。また、互い違いに配置することで噴霧間の距離を離すことができ、噴霧と噴霧の干渉を低減することができる。
【0041】
次に、リフト量による流量の変化について図11図13を用いて説明する。本実施例では、第一噴射孔グループ(噴射孔群410)の噴射孔の断面積を、第二噴射孔グループ(噴射孔群411)の噴射孔の断面積よりも大きく設定する。また図11図12では第一噴射孔グループ(噴射孔群410)、第二噴射孔グループ(噴射孔群411)におけるそれぞれの噴射孔の断面積は同じものを示している。これが異なる場合には、噴射孔の断面積は円形であり、第一噴射孔グループ(噴射孔群410)の噴射孔のうち最も噴射孔径が小さいものの噴射孔径が、第二噴射孔グループ(噴射孔群411)の噴射孔のうち最も噴射孔径が大きいものよりも大きくなるように構成されることが望ましい。また第一噴射孔グループ(噴射孔群410)の全ての噴射孔の噴射孔径が同じ大きさであるように構成されることが望ましい。リフト量が大きいとき、流路の最小断面積が噴射孔断面積の和になるため、噴射孔断面積の比が流量の比となる。すなわち、ピストン103を指向する第一噴射孔グループ(噴射孔群410)の噴射孔断面積を、点火プラグ120を指向する第二噴射孔グループ(噴射孔群411)の噴射孔断面積よりも大きく設定することで、ピストン方向への噴霧の流量を大きくすることができる。
一方、リフト量が小さいとき、第一噴射孔グループ(噴射孔群410)は横流れの影響により、噴射孔に流入する燃料が低下する。すなわち、図13に示すように、第一噴射孔グループ(噴射孔群410)は、リフト量が大きい状態に比べて、リフト量が小さい状態では流量が大きく低下する。第二噴射孔グループ(噴射孔群411)は、リフト量による噴射孔への燃料の流れ込みの感度が鈍いため、リフト量によって流量が大きく変化しない。
【0042】
すなわち、ピストンを指向する第一噴射孔グループ(噴射孔群410)の噴射孔断面積を、点火プラグを指向する第二噴射孔グループ(噴射孔群411)の噴射孔断面積よりも大きく設定することで、ピストン方向のみの噴霧の流量をリフト量によって制御できる。これにより、点火プラグに指向する噴霧の流量のばらつきが小さくなり、点火の安定性を向上することができる。
【0043】
また、第一噴射孔グループの噴射孔(噴射孔群410)の噴射孔軸(図5の303)は第二噴射孔グループ(噴射孔群411)の噴射孔の噴射孔軸(図5の303)に比べて弁体中心軸(図5の305)とのなす角が大きく設定してもよい。このようにすることで、小リフト時における第一噴射孔グループの剥離を促進し、よりリフト量に対する感度を高めることができる。
【0044】
また各噴射孔グループの全ての噴射孔の断面積が一定である必要はなく、第一噴射孔グループに属する噴射孔の最大噴射孔断面積は、第二噴射孔グループに属する噴射孔の最小噴射孔断面積よりも大きいとしてもよい。このようにすることで、噴射方向ごとの細やかな噴霧の設定が可能となる。
【0045】
なお、本実施例では噴射孔の断面積を円形とし、第一噴射孔グループの噴射孔のうち最も噴射孔径が小さいものの噴射孔径は、第二噴射孔グループの噴射孔のうち最も噴射孔径が大きいものよりも大きくなるように設定することで、所望の効果を得ることができる。ただし、各噴射孔の断面積形状は必ずしも円形である必要は無く、例えばテーパ形状、楕円形状としてもよい。
【符号の説明】
【0046】
101…シリンダヘッド
102…シリンダブロック
103…ピストン
104…燃焼室
105…吸気管
106…排気管
107…吸気弁
108…排気弁
109…燃料タンク
110…フィードポンプ
111…高圧燃料ポンプ
112…コモンレール
113…燃圧センサ
114…コンロッド
115…クランク軸
116…クランク角センサ
117…水温センサ
118…ECU
119…燃料噴射弁
120…点火プラグ
201…弁体
201a…低リフト状態での弁体位置
201b…高リフト状態での弁体位置
202…シート部材
203…ガイド部材
204…ノズル体
205…弁体ガイド
206…アンカー
207…コア
208…コイル
209…ヨーク
210…スプリング
211…コネクタ
212…燃料供給口
301…噴射孔
302…サック室
303…噴射孔中心軸
304…弁座面
305…弁体中心軸
311…シート部側からの流れ込み
312…サック室側からの流れ込み
320…高リフト時の流れ込み
321…低リフト時の流れ込み(横流れ)
400…ピストンを指向する高ペネト噴霧
401…点火プラグを指向する噴霧
402…ピストンを指向する低ペネト噴霧
410…第一噴射孔グループに属する噴射孔
411…第二噴射孔グループに属する噴射孔
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14