JP6217670B2

JP6217670B2 - 内燃機関

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Publication number: JP6217670B2
Application number: JP2015042682A
Authority: JP
Inventors: 芳之北爪; 素成鎗野; 金子　真也; 真也金子
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: EP3064761A1; US10208654B2; EP3064761B1; JP2016160894A; CN105937438A; US20160258346A1; CN105937438B

Description

本発明は、内燃機関に関する。

燃料噴霧と燃料噴霧との間に点火プラグが配置されるように、燃料噴射弁の噴孔を形成することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、点火プラグ周辺の燃料濃度が適切な値となるように噴孔を配置している。

特表２００３−５３４４８６号公報特開２０１１−０９４６０４号公報

上記特許文献では気筒内に発生する気流の影響が考慮されていないため、燃料噴霧が気流によって流された場合に、燃料噴霧と点火プラグの位置関係によっては点火が困難になり得る。すなわち、燃料噴霧が点火プラグに近づくことにより点火プラグによる点火時に点火プラグ近傍の燃料濃度が高くなりすぎる、または、燃料噴霧が点火プラグから遠ざかることにより点火プラグによる点火時に点火プラグ近傍の燃料濃度が低くなりすぎることにより、点火が困難になり得る。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、気筒内に気流が発生している場合において安定した燃焼を実現することにある。

上記課題を解決するために本発明では、気筒内に旋回流が発生する内燃機関において、前記気筒内に燃料を噴射する第一噴孔及び第二噴孔を少なくとも含んだ複数の噴孔を有する燃料噴射弁と、前記旋回流が流れる位置であって前記第一噴孔の延長線よりも前記旋回流の流れの下流側で且つ前記第二噴孔の延長線よりも前記旋回流の流れの上流側に配置され、前記燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧に点火する点火装置と、を備え、前記第一噴孔の延長線から前記点火装置までの最短距離が、前記第二噴孔の延長線から前記点火装置までの最短距離よりも長くなるように、前記第一噴孔及び前記第二噴孔が形成されている。

燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧であって旋回流によって流された後の燃料の噴霧に対して点火装置が点火可能となるように、点火装置と燃料噴射弁との相対的な位置関係、及び噴孔が向く方向が設定されている。点火装置から見た場合、第一噴孔からは旋回流の上流側に燃料が噴射され、第二噴孔からは旋回流の下流側に燃料が噴射される。このため、第一噴孔からの燃料噴霧は旋回流により点火までの間に点火装置へ近づき、一方、第二噴孔からの燃料噴霧は旋回流により点火までの間に点火装置から遠ざかる。したがって、第一噴孔からの燃料噴霧が旋回流によって点火装置に近づくことを見越して、第一噴孔からの燃料噴霧を予め旋回流の上流側へ向かって点火装置から遠ざけるように第一噴孔を形成しておく。同様に、第二噴孔からの燃料噴霧が旋回流によって点火装置から遠ざかることを見越して、第二噴孔からの燃料噴霧を予め旋回流の上流側へ向かって点火装置に近づけるように第二噴孔を形成しておく。この結果、第一噴孔の延長線から点火装置までの最短距離が、第二噴孔の延長線から点火装置までの最短距離よりも長くなる。このように
第一噴孔及び第二噴孔を形成しておくことにより、点火装置による点火時において、両噴孔からの燃料噴霧が流されていたとしても、点火装置と燃料噴霧との位置関係が燃焼に適した関係となるため、安定した燃焼が可能となる。

また、前記第一噴孔の延長線と前記第二噴孔の延長線とが前記旋回流の流れの方向で重ならないように前記第一噴孔及び前記第二噴孔が形成されていてもよい。

そうすると、燃料噴霧の少なくとも一部が、旋回流の流れの方向で重ならないようになる。仮に、第一噴孔の燃料噴霧と第二噴孔の燃料噴霧とが旋回流の流れの方向で重なっていると、第一噴孔の燃料噴霧に当たった気流は、第二噴孔の燃料噴霧には届き難くなる。したがって、旋回流の効果が小さくなる。一方、第一噴孔の延長線と第二噴孔の延長線とが旋回流の流れの方向で重ならないようにすれば、第二噴孔の燃料噴霧の少なくとも一部は、気流に直接晒されるため、第二噴孔の燃料噴霧においても旋回流の効果を得ることができる。このため、安定した燃焼が可能となる。

また、前記第一噴孔の延長線と前記燃料噴射弁の中心軸とのなす角度が、前記第二噴孔の延長線と前記燃料噴射弁の中心軸とのなす角度よりも大きくなるように、前記第一噴孔及び前記第二噴孔が形成されていてもよい。

第二噴孔から燃料が噴射された直後には、燃料噴霧が点火装置に比較的近くなるため、該第二噴孔から噴射された燃料が点火装置に付着してその後の点火を阻害する虞がある。これに対し、第二噴孔の延長線と燃料噴射弁の中心軸とのなす角度とを比較的小さくすることにより、第二噴孔からの燃料噴霧と点火装置との間の距離を長くすることができる。したがって、第一噴孔の延長線と燃料噴射弁の中心軸とのなす角度を、第二噴孔の延長線と燃料噴射弁の中心軸とのなす角度よりも大きくなることで、燃料が点火装置に付着することを抑制できるため、安定した燃焼が可能となる。

また、前記第一噴孔からの燃料噴霧と前記第二噴孔からの燃料噴霧とが、前記旋回流の流れの方向で半分以上重ならないように、前記第一噴孔及び前記第二噴孔が形成されていてもよい。このようにすると、第二噴孔からの燃料噴霧の半分以上が旋回流に直接晒されるため、旋回流の効果がより大きくなる。

また、前記第一噴孔の延長線と前記燃料噴射弁の中心軸とのなす角度が、前記第二噴孔の延長線と前記燃料噴射弁の中心軸とのなす角度よりも５度以上大きくなるように、前記第一噴孔及び前記第二噴孔が形成されていてもよい。

ここで、各噴孔からの燃料噴霧は、例えば１０度の角度で広がる。したがって、第一噴孔の延長線と燃料噴射弁の中心軸とのなす角度と、第二噴孔の延長線と燃料噴射弁の中心軸とのなす角度と、の差を例えば１０度の半分の５度とすることにより、第一噴孔からの燃料噴霧と第二噴孔からの燃料噴霧とが旋回流の流れる方向に半分以上重なることを抑制できるため、第二噴孔からの燃料噴霧においても旋回流の効果を得ることができる。

また、前記燃料噴射弁による燃料噴射から前記点火装置による点火までの間に前記旋回流によって燃料噴霧が回転する角度だけ、前記第一噴孔及び前記第二噴孔の向く方向を、前記点火装置により点火可能な領域よりも前記旋回流の上流側へずらすことで、前記第一噴孔の延長線から前記点火装置までの最短距離を、前記第二噴孔の延長線から前記点火装置までの最短距離よりも長くすることができる。

すなわち、旋回流により燃料噴霧が回転する角度分だけ第一噴孔及び第二噴孔をずらしておくことにより、点火装置による点火時には燃料噴霧が点火可能な領域に存在するよう
になるため、安定した燃焼が可能となる。

また、前記旋回流は前記燃料噴射弁の中心軸を中心として旋回するスワールであってもよい。このスワールにより、第一噴孔からの燃料噴霧及び第二噴孔からの燃料噴霧が共に、気筒中心軸を中心として旋回する。このため、点火装置と燃料噴霧との位置関係がスワールによって変わる。このような場合であっても、スワールによって流された後の燃料噴霧に対して点火が可能となるように、点火装置と燃料噴射弁との相対的な位置関係、及び噴孔が向く方向を設定しておくことができる。なお、旋回流がタンブルの場合であっても同様に考えることができる。

本発明によれば、気筒内に気流が発生している場合において安定した燃焼を実現することができる。

実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。実施例１に係る燃料噴射弁からの燃料噴霧を気筒の上側（シリンダヘッド側）から見た図である。図２のＡ−Ａ断面における点火プラグと燃料噴射弁からの燃料噴霧との関係を示した図である。気筒内における気流の強さと、燃料噴射から点火までの時間（噴射−点火間隔）と、第一噴孔及び第二噴孔のずらし量と、の関係を示した図である。図２のＡ−Ａ断面における点火プラグと燃料噴射弁からの燃料噴霧との関係を示した図であって、第一噴孔に係る噴射角度と、第二噴孔に係る噴射角度と、が等しい場合の図である。燃料噴射弁の噴孔の位置を燃料噴射弁の中心軸と直交する断面で切断した場合の図である。図５に対応する第一噴孔及び第二噴孔を有する燃料噴射弁を図６のＢ−Ｂ断面で切断した断面図である。図２のＡ−Ａ断面における点火プラグと燃料噴射弁からの燃料噴霧との関係を示した図であって、第一噴孔に係る噴射角度と、第二噴孔に係る噴射角度と、が異なる場合の図である。図８に対応する第一噴孔及び第二噴孔を有する燃料噴射弁を図６のＢ−Ｂ断面で切断した断面図である。図２のＡ−Ａ断面における点火プラグと燃料噴射弁からの燃料噴霧との関係を示した図であって、第一噴孔の噴射角度を第二噴孔の噴射角度よりも、小さくした場合の図である。図２のＡ−Ａ断面における点火プラグと燃料噴射弁からの燃料噴霧との関係を示した図であって、燃料噴霧に斜め方向から気流が当たる場合の図である。タンブルが発生している場合の燃料噴霧を気筒の上側から見た図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１は、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を備えた４ストロークのガソリン機関である。なお、
図１では、複数の気筒のうち１気筒のみが示されている。

内燃機関１の各気筒２には、ピストン３が摺動自在に内装されている。ピストン３は、コネクティングロッド４を介して図示しない出力軸（クランクシャフト）と連結されている。また、気筒２の内部は、シリンダヘッド１１に形成される吸気ポート７及び排気ポート８と連通している。気筒２内における吸気ポート７の開口端は、吸気弁９により開閉される。気筒２内における排気ポート８の開口端は、排気弁１０により開閉される。吸気弁９と排気弁１０は、図示しない吸気カムと排気カムとにより各々開閉駆動される。

更に、各気筒２のシリンダヘッド１１側には、該気筒２内に燃料を噴射するための燃料噴射弁６が気筒２の中心軸付近に配置されるとともに、燃料噴射弁６から噴射された燃料に対して点火可能な点火プラグ５が配置されている。燃料噴射弁６については後述する。なお、本実施例においては点火プラグ５が、本発明における点火装置に相当する。

吸気ポート７は、吸気通路７０と連通している。吸気通路７０には、スロットル７１が配置されている。スロットル７１より上流の吸気通路７０には、エアフローメータ７２が配置されている。排気ポート８は、排気通路８０と連通している。

そして、内燃機関１には、該内燃機関１を制御する電子制御装置であるＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０には、上述したエアフローメータ７２や、クランクポジションセンサ２１及びアクセルポジションセンサ２２が電気的に接続され、各センサの検出値がＥＣＵ２０に渡される。ＥＣＵ２０は、エアフローメータ７２の検出値に基づく吸入空気量や、クランクポジションセンサ２１の検出に基づく機関回転速度や、アクセルポジションセンサ２２の検出に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。また、ＥＣＵ２０には、点火プラグ５、燃料噴射弁６、スロットル７１等が電気的に接続され、これらの各機器がＥＣＵ２０によって制御される。

ここで、図２は、本実施例に係る燃料噴射弁６からの燃料噴霧を気筒２の上側（シリンダヘッド１１側）から見た図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ断面における点火プラグ５と燃料噴射弁６からの燃料噴霧との関係を示した図である。Ａ−Ａ断面は、燃料噴射弁６から点火プラグ５に向かう方向と直交する平面であって、点火プラグ５を通る平面で切断した断面である。なお、破線は、燃料噴射直後の燃料噴霧としてもよい。また、燃料噴射弁６の噴孔６ａの１つである第一噴孔６ａ１の延長線を６１０で示しており、該第一噴孔６ａ１からの燃料噴霧を６１１及び６１２で示している。さらに、燃料噴射弁６の噴孔６ａの１つである第二噴孔６ａ２の延長線を６２０で示しており、該第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧を６２１及び６２２で示している。噴孔６ａの延長線６１０，６２０は、噴孔６ａの中心軸の延長線としてもよく、本来的に噴孔６ａから燃料が噴射される方向を示す線としてもよい。破線で示される燃料噴霧６１１，６２１は、気筒２内に旋回流がない場合の燃料噴霧を示しており、実線で示される燃料噴霧６１２，６２２は、気筒２内に旋回流がある場合であって燃料噴霧が旋回流に流された後の点火プラグ５による点火時における燃料噴霧を示している。なお、図２及び図３においては、第一噴孔６ａ１及び第二噴孔６ａ２のみを示しているが、他の噴孔６ａを備えていてもよい。この場合、噴孔６ａを、燃料噴射弁６の中心軸の周りに等間隔（等角度としてもよい。）に配置してもよし、不等間隔（不等角度としてもよい。）に配置してもよい。図２は、二点鎖線の矢印で示すように、右回りのスワールが発生している場合を示している。なお、気筒２の中心軸、燃料噴射弁６の中心軸、スワールの中心軸は、概ね同じであるが、厳密に一致する必要はない。また、気筒２の中心軸と燃料噴射弁６の中心軸とは平行としたが、必ずしも平行である必要はない。

本実施例に係る燃料噴射弁６は、スワールを考慮して点火プラグ５による点火時におい
て点火プラグ５と燃料噴霧６１２，６２２との距離が点火に適した距離となるように噴孔６ａが形成されている。このときには、成層燃焼（スプレーガイド燃焼としてもよい。）が可能なように、点火プラグ５と燃料噴霧６１２，６２２との距離が設定されている。なお、スプレーガイド燃焼は、燃料噴霧の外縁付近であって燃料濃度が燃焼に適した濃度となっている箇所に点火プラグ５で直接点火させて燃焼を行うものである。

ここで、燃料噴霧は、その中心側ほど燃料濃度が高くなり、燃料噴霧の中心から離れるほど（燃料噴霧の外側ほど）燃料濃度が低くなる。そして、燃料噴霧の外縁付近において、燃料濃度が燃焼に適した濃度、すなわち、燃焼に適した空燃比となる。したがって、点火プラグ５の点火時において、スワールによって流された燃料噴霧６１２，６２２の外縁付近が点火プラグ５付近（以下、点火可能領域といもいう。）に位置するように、第一噴孔６ａ１及び第二噴孔６ａ２を形成しておけば、より確実な点火が可能となる。すなわち、第一噴孔６ａ１の延長線６１０と、第二噴孔６ａ２の延長線６２０と、のなす角度は、スワールで流された後の燃料噴霧６１２，６２２が点火可能領域に存在するように設定される。なお、スワールによって流された後の燃料噴霧６１２，６２２は、図２において燃料噴射弁６の中心と点火プラグ５の中心と通る直線に対して対称の位置に存在している。このように、点火プラグ５を挟んで燃料噴霧６１２，６２２が対称となっていることにより、両燃料噴霧６１２，６２２を同時に点火することができるため、より確実な点火が可能となる。一方、第一噴孔６ａ１の延長線６１０と、第二噴孔６ａ２の延長線６２０とは、燃料噴射弁６の中心と点火プラグ５の中心と通る直線に対して対称となってはおらず、第一噴孔６ａ１の延長線６１０と点火プラグ５との最短距離が、第二噴孔６ａ２の延長線６２０と点火プラグ５との最短距離よりも長くなっている。なお、ここでいう最短距離は、図２における二次元的な距離ではなく、気筒２の中心軸方向も考慮した空間内における距離である。このように、本実施例では、燃料噴射から点火までの間に燃料噴霧が回転する角度分だけ噴孔６ａをずらしている。

一方、点火プラグ５の点火時に燃料噴霧の中心部が点火プラグ５付近に位置すると、液状の燃料が点火プラグ５に付着してしまい、電気火花を生じさせることが困難となり得る。このため、燃料を燃焼させることが困難になり得る。液状の燃料が点火プラグ５に付着しなくても、燃料濃度が高すぎて点火が困難となる場合もある。また、スワールによって流された燃料噴霧が点火プラグ５から離れすぎると、点火可能領域の燃料濃度が低すぎたり、燃料が存在しなかったりするために、点火が困難となる。これに対して、本実施例に係る燃料噴射弁６では、点火時において燃料噴霧６１２，６２２が点火可能領域に存在するため、安定した燃焼が可能となる。

なお、上記の安定した燃焼は、所定の運転領域で可能である。ここで、内燃機関１の運転状態によって点火プラグ５による点火時期、燃料噴射から点火までの時間、スワールの速度などが変わり得るため、全ての運転領域において点火時に点火プラグ５と燃料噴霧６１２，６２２との距離が点火に適した距離となるように噴孔６ａを形成することは困難である。このため、所定の運転領域において、点火時に点火プラグ５と燃料噴霧との距離が点火に適した距離となるように噴孔６ａを形成している。この所定の運転領域は、例えば、混合気に点火し難くなる成層燃焼（スプレーガイド燃焼としてもよい。）を行う運転領域とすることができる。

ここで、図４は、気筒２内における気流の強さと、燃料噴射から点火までの時間（噴射−点火間隔）と、第一噴孔６ａ１及び第二噴孔６ａ２のずらし量と、の関係を示した図である。ずらし量とは、燃料噴射弁６を中心として噴孔６ａをスワールの上流側にずらす角度をいい、図２における点火時の燃料噴霧６１２と噴射時の燃料噴霧６１１との角度（点火時の燃料噴霧６２２と噴射時の燃料噴霧６２１との角度としてもよい。）をいう。図４において「大」はずらし量が大きいことを示し、「小」はずらし量が小さいことを示して
いる。気流の強さは、スワールの回転速度としてもよい。気流の強さが大きいほど、または、燃料噴射から点火までの時間が長いほど、燃料噴射から点火までに燃料噴霧が流される距離が長くなるため、スワールの回転方向のより上流側に燃料を噴射するように、ずらし量を大きくする。すなわち、燃料噴射弁６の設計時において、所定の運転領域における気流の強さが大きいほど、または、燃料噴射から点火までの時間が長いほど、燃料噴射弁６の中心軸を中心として第一噴孔６ａ１の延長線及び第二噴孔６ａ２の延長線をスワールの回転方向の上流側にずらす角度を大きくする。したがって、所定の運転領域における気流の強さ及び燃料噴射から点火までの時間に基づいて、第一噴孔６ａ１及び第二噴孔６ａ２を形成しておく。なお、図４に示した関係は、実験またはシミュレーション等により求めることができる。

このように、本実施例に係る燃料噴射弁６では、スワールによって流された後の燃料噴霧６１２，６２２の位置が適切な位置となるように噴孔６ａ１，６ａ２を形成している。このため、第一噴孔６ａ１の延長線と点火プラグ５との最短距離が、第二噴孔６ａ２の延長線と点火プラグ５との最短距離よりも長くなるように噴孔６ａ１，６ａ２が設計され、点火プラグ５と第一噴孔６ａ１の延長線及び第二噴孔６ａ２の延長線との相対関係が決定されている。

以上説明したように本実施例によれば、点火プラグ５の点火時に、燃料噴霧が点火可能領域に存在するように、スワールによる燃料噴霧の移動を考慮して、第一噴孔６ａ１及び第二噴孔６ａ２を形成しているため、より確実に点火することができる。したがって、本実施例に係る燃料噴射弁６を用いることにより、例えば安定したスプレーガイド燃焼が可能となる。さらに、燃焼状態の悪化によるスモークの発生や未燃燃料の排出、トルクの低下などを抑制できる。

（実施例２）
実施例１では、第一噴孔６ａ１の延長線６１０、及び、第二噴孔６ａ２の延長線６２０と、燃料噴射弁６の中心軸６０とのなす角度（以下、噴射角度という。）については規定していない。本実施例では、この角度について規定する。本実施例では、第一噴孔６ａ１の延長線６１０と第二噴孔６ａ２の延長線６２０とが旋回流の流れの方向で重ならないように第一噴孔６ａ１及び第二噴孔６ａ２を形成する。

ここで、図５は、図２のＡ−Ａ断面における点火プラグ５と燃料噴射弁６からの燃料噴霧との関係を示した図であって、第一噴孔６ａ１に係る噴射角度Ｒ１と、第二噴孔６ａ２に係る噴射角度Ｒ２と、が等しい場合の図である。また、図６は、燃料噴射弁６の噴孔６ａの位置を燃料噴射弁６の中心軸と直交する断面で切断した場合の図である。また、図７は、図５に対応する第一噴孔６ａ１及び第二噴孔６ａ２を有する燃料噴射弁６を図６のＢ−Ｂ断面で切断した断面図である。図５における矢印は、スワールの流れる方向を示している。図５において、点火プラグ５よりもスワールの流れる方向の上流側に位置している燃料噴霧６１１，６１２は第一噴孔６ａ１からの燃料噴霧であり、点火プラグ５よりもスワールの流れる方向の下流側に位置している燃料噴霧６２１，６２２は第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧である。図５の燃料噴霧における実線及び破線は、図３と同じ意味で用いている。第一噴孔６ａ１に係る噴射角度Ｒ１は、第一噴孔６ａ１の延長線６１０と、燃料噴射弁６の中心軸６０と、のなす角度であり、第一噴孔６ａ１の延長線６１０が、ピストン３へ向かう方向の燃料噴射弁６の中心軸からどれだけ気筒２の側面方向（水平方向としてもよい。）に傾いているのかを示す角度である。第二噴孔６ａ２に係る噴射角度Ｒ２は、第二噴孔６ａ２の延長線６２０と、燃料噴射弁６の中心軸６０と、のなす角度であり、第二噴孔６ａ２の延長線６２０が、ピストン３へ向かう方向の燃料噴射弁６の中心軸からどれだけ気筒２の側面方向（水平方向としてもよい。）に傾いているのかを示す角度である。

第一噴孔６ａ１に係る噴射角度Ｒ１と、第二噴孔６ａ２に係る噴射角度Ｒ２と、が等しい場合には、図５の一点鎖線で示すように、燃料噴霧には気筒２の中心軸方向（以下、高さ方向ともいう。）に差がない。すなわち、第一噴孔６ａ１からの燃料噴霧６１１，６１２、及び、第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２１，６２２の高さ方向の位置は、第一噴孔６ａ１に係る噴射角度Ｒ１と、第二噴孔６ａ２に係る噴射角度Ｒ２と、によって定まるため、噴射角度Ｒ１，Ｒ２が同じであれば、高さ方向の位置に差は生じない。このため、スワールの回転方向に両噴孔６ａ１，６ａ２からの燃料噴霧を投影した場合に両燃料噴霧が重なる。そうすると、第一噴孔６ａ１からの燃料噴霧６１２により気流の流れが阻害され、第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２２に気流が直接当たり難くなる。すなわち、第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２２は気流に晒され難くなるため、スワールの効果を得難くなる。

一方、噴射角度Ｒ１，Ｒ２が異なれば、高さ方向の位置に差が生じる。そこで、本実施例では、第一噴孔６ａ１に係る噴射角度Ｒ１と、第二噴孔６ａ２に係る噴射角度Ｒ２と、が異なるように、第一噴孔６ａ１及び第二噴孔６ａ２を形成している。図８は、図２のＡ−Ａ断面における点火プラグ５と燃料噴射弁６からの燃料噴霧との関係を示した図であって、第一噴孔６ａ１に係る噴射角度Ｒ１と、第二噴孔６ａ２に係る噴射角度Ｒ２と、が異なる場合の図である。また、図９は、図８に対応する第一噴孔６ａ１及び第二噴孔６ａ２を有する燃料噴射弁６を図６のＢ−Ｂ断面で切断した断面図である。

このように、第一噴孔６ａ１からの燃料噴霧６１１，６１２、及び、第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２１，６２２の高さ方向の位置は、第一噴孔６ａ１に係る噴射角度Ｒ１と、第二噴孔６ａ２に係る噴射角度Ｒ２と、によって定まるため、第一噴孔６ａ１に係る噴射角度Ｒ１と、第二噴孔６ａ２に係る噴射角度Ｒ２と、が異なる場合には、第一噴孔６ａ１からの燃料噴霧６１２と、第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２２と、の間に高さ方向の差Ｄ１が生じる。これにより、第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２２の少なくとも一部（図８のハッチング部分）が、直接気流に晒されるため、スワールの効果がより大きくなる。

なお、本実施例では、第一噴孔６ａ１からの燃料噴霧６１２と、第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２２と、がスワールの回転方向で半分以上重ならないように、第一噴孔６ａ１に係る噴射角度Ｒ１と、第二噴孔６ａ２に係る噴射角度Ｒ２とを設定している。すなわち、第一噴孔６ａ１からの燃料噴霧６１２をスワールの回転方向に投影した面積と、第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２２をスワールの回転方向に投影した面積と、が半分以上重ならないように、第一噴孔６ａ１に係る噴射角度Ｒ１と、第二噴孔６ａ２に係る噴射角度Ｒ２とを設定している。この場合、図８において、Ｄ１が、燃料噴霧の半径以上となる。このように、第一噴孔６ａ１からの燃料噴霧６１２と、第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２２と、がスワールの回転方向で半分以上重ならないようにすることで、第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２２においても、スワールの効果を高くすることができる。なお、第一噴孔６ａ１に係る噴射角度Ｒ１と、第二噴孔６ａ２に係る噴射角度Ｒ２と、をどの程度ずらせばよいのかは、夫々の燃料噴霧が広がる範囲によって変わるが、噴射角度を例えば５度以上ずらせば、燃料噴霧が半分以上重なることを抑制できる。この場合、各燃料噴霧が、各噴孔６ａから例えば１０度の範囲で広がることを想定している。また、一般的な燃料噴射弁における燃料噴霧が広がる範囲を考慮して、噴射角度をずらす角度の上限を例えば２５度としてもよい。すなわち、噴射角度の差は、５度以上２５度以下としてもよい。

なお、第一噴孔６ａ１の噴射角度Ｒ１と第二噴孔６ａ２の噴射角度Ｒ２とをずらす場合には、第一噴孔６ａ１の噴射角度Ｒ１を第二噴孔６ａ２の噴射角度Ｒ２よりも、大きくする場合と、小さくする場合と、が考えられる。ここで、噴射角度を大きくするほど、高さ
方向で燃料噴霧が点火プラグ５に近づく。上記の図８は、第一噴孔６ａ１の噴射角度Ｒ１を第二噴孔６ａ２の噴射角度Ｒ２よりも、大きくした場合を示している。一方、図１０は、図２のＡ−Ａ断面における点火プラグ５と燃料噴射弁６からの燃料噴霧との関係を示した図であって、第一噴孔６ａ１の噴射角度Ｒ１を第二噴孔６ａ２の噴射角度Ｒ２よりも、小さくした場合の図である。図８の場合には、第一噴孔６ａ１からの燃料噴霧６１１，６１２のほうが第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２１，６２２よりも高さ方向の位置が高くなり、図１０の場合には、第一噴孔６ａ１からの燃料噴霧６１１，６１２のほうが第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２１，６２２よりも高さ方向の位置が低くなる。

ここで、第一噴孔６ａ１の噴射角度Ｒ１を第二噴孔６ａ２の噴射角度Ｒ２よりも、小さくした場合（図１０）であっても、第一噴孔６ａ１からの燃料噴霧６１２と、第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２２と、の間に高さ方向の差Ｄ２が生じる。これにより、第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２２の少なくとも一部が、直接気流に晒されるため、スワールの効果がより大きくなる。しかし、第二噴孔６ａ２の噴射角度Ｒ２を大きくし過ぎると、燃料噴射時に第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２１が点火プラグ５に当たる虞がある。このため、第二噴孔６ａ２から噴射された液状の燃料が点火プラグ５に付着する虞がある。液状の燃料が点火プラグ５に付着すると点火が困難になり得る。

一方、第一噴孔６ａ１の噴射角度Ｒ１を第二噴孔６ａ２の噴射角度Ｒ２よりも大きくした場合（図８）には、第二噴孔６ａ２から燃料を噴射した直後の燃料噴霧６２１が、図１０に示した場合よりも、点火プラグ５からより離れる。したがって、第二噴孔６ａ２から噴射された燃料が点火プラグ５に付着することを抑制することができる。実施例１では、点火プラグ５の点火時に、燃料噴霧が点火可能な位置に存在するように、スワールによる燃料噴霧の移動を考慮して、第一噴孔６ａ１及び第二噴孔６ａ２を形成しているが、さらに、本実施例のように噴射角度を考慮すれば、より安定した燃焼が可能となる。

なお、本実施例では、気筒２の中心軸を中心としたスワールが発生している場合について説明したが、スワールの中心軸が気筒２の中心軸に対して斜めになっている場合もある。すなわち、燃料噴霧に対して、水平方向からではなく斜め方向から気流が当たる場合もある。図１１は、図２のＡ−Ａ断面における点火プラグ５と燃料噴射弁６からの燃料噴霧との関係を示した図であって、燃料噴霧に斜め方向から気流が当たる場合の図である。このような場合であっても、気流の流れる方向に燃料噴霧６１２，６２２が半分以上重ならないようすることで、第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧の一部に気流を直接当てることができる。

以上説明したように本実施例によれば、第一噴孔６ａ１の噴射角度Ｒ１と第二噴孔６ａ２の噴射角度Ｒ２とをずらすことにより、第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧が、より多くの気流に晒される。したがって、点火時における両噴孔からの燃料噴霧６１２，６２２の状態の差を小さくすることができる。このため、両噴孔からの燃料噴霧６１２，６２２を共に所望の状態に形成することができる。これにより、安定した燃焼が可能となる。さらに、第一噴孔６ａ１の噴射角度Ｒ１を第二噴孔６ａ２の噴射角度Ｒ２よりも大きくすることにより、第二噴孔６ａ２から噴射された燃料が点火プラグ５に付着することを抑制できるため、より確実な点火が可能となる。

（実施例３）
上記実施例では、旋回流としてスワールが発生している場合について説明したが、本実施例では旋回流としてタンブルが発生している場合について説明する。タンブルは、気筒２の中心軸と直交する軸を中心に回転する旋回流である。図１２は、タンブルが発生している場合の燃料噴霧を気筒２の上側から見た図である。図１２は、燃料噴射弁６及び点火プラグ５の付近において吸気弁９側から排気弁１０側へ向かってタンブルによる気流が発
生している場合を示している（二点鎖線参照。）。また、点火プラグ５及び燃料噴射弁６は、旋回方向に直交する方向に整列するように配置している。すなわち、タンブルの中心軸と平行に点火プラグ５及び燃料噴射弁６が整列するように配置している。そして、第一噴孔６ａ１が点火プラグ５よりも吸気弁９側へ向かって開口するように形成し、第二噴孔６ａ２が点火プラグ５よりも排気弁１０側へ向かって開口するように形成している。

そうすると、第一噴孔６ａ１からの燃料噴霧６１２は、タンブルにより流されて、点火プラグ５に近づく。一方、第二噴孔６ａ２からの燃料噴霧６２２は、タンブルにより流されて点火プラグ５から遠ざかる。したがって、排気弁１０側に設けられる第二噴孔６ａ２の延長線６２０と点火プラグ５との最短距離よりも、吸気弁９側に設けられる第一噴孔６ａ１の延長線６１０と点火プラグ５との最短距離の方が長くなるように各噴孔６ａを形成する。これにより、燃料噴霧がタンブルによって流されたとしても、各燃料噴霧６１２，６２２が点火プラグ５による点火可能な範囲に位置することになるため、燃料をより確実に点火することができる。

タンブルの場合もスワールの場合と同様に、スプレーガイド燃焼を実施する所定の運転領域において点火プラグ５による点火時に燃料噴霧６１２，６２２が点火プラグ５近傍に位置するように各噴孔６ａ１，６ａ２を形成する。

また、旋回流がタンブルの場合であっても、実施例２と同様に、第一噴孔６ａ１の噴射角度Ｒ１を第二噴孔６ａ２の噴射角度Ｒ２よりも大きくすることで、第二噴孔６ａ２から噴射された燃料が点火プラグ５に付着することを抑制できる。

以上説明したように本実施例によれば、タンブルが生じる場合であっても安定した燃焼が可能となる。

１内燃機関
２気筒
５点火プラグ
６燃料噴射弁
６ａ噴孔
６ａ１第一噴孔
６ａ２第二噴孔
９吸気弁
１０排気弁
２０ＥＣＵ
６１０延長線
６１１燃料噴霧
６１２燃料噴霧
６２０延長線
６２１燃料噴霧
６２２燃料噴霧

Claims

気筒内に旋回流が発生する内燃機関において、
前記気筒内に燃料を噴射する第一噴孔及び第二噴孔を少なくとも含んだ複数の噴孔を有する燃料噴射弁と、
前記旋回流が流れる位置であって前記第一噴孔の延長線よりも前記旋回流の流れの下流側で且つ前記第二噴孔の延長線よりも前記旋回流の流れの上流側に配置され、前記燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧に点火する点火装置と、
を備え、
前記第一噴孔の延長線から前記点火装置までの最短距離が、前記第二噴孔の延長線から前記点火装置までの最短距離よりも長くなるように、前記第一噴孔及び前記第二噴孔が形成されている
内燃機関。
前記第一噴孔の延長線と前記第二噴孔の延長線とが前記旋回流の流れの方向で重ならないように前記第一噴孔及び前記第二噴孔が形成される請求項１に記載の内燃機関。
前記第一噴孔の延長線と前記燃料噴射弁の中心軸とのなす角度が、前記第二噴孔の延長線と前記燃料噴射弁の中心軸とのなす角度よりも大きくなるように、前記第一噴孔及び前記第二噴孔が形成される請求項２に記載の内燃機関。
前記第一噴孔からの燃料噴霧と前記第二噴孔からの燃料噴霧とが、前記旋回流の流れの方向で半分以上重ならないように、前記第一噴孔及び前記第二噴孔が形成される請求項２または３に記載の内燃機関。
前記第一噴孔の延長線と前記燃料噴射弁の中心軸とのなす角度が、前記第二噴孔の延長線と前記燃料噴射弁の中心軸とのなす角度よりも５度以上大きくなるように、前記第一噴孔及び前記第二噴孔が形成される請求項４に記載の内燃機関。
前記燃料噴射弁による燃料噴射から前記点火装置による点火までの間に前記旋回流によって燃料噴霧が回転する角度だけ、前記第一噴孔及び前記第二噴孔の向く方向を、前記点火装置により点火可能な領域よりも前記旋回流の上流側へずらすことで、前記第一噴孔の延長線から前記点火装置までの最短距離を、前記第二噴孔の延長線から前記点火装置までの最短距離よりも長くする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関。
前記旋回流は前記燃料噴射弁の中心軸を中心として旋回するスワールである請求項１から６の何れか１項に記載の内燃機関。