(57)【要約】【課題】液体燃料で点火装置を直接濡らすことなしに、点火装置近傍に着火可能な燃料噴霧を生成する。【解決手段】二つの放出流路（３ａ、３ｂ）から噴出する燃料ジェット（４ａ、４ｂ）が、点火装置の手前の点（２）で衝突するように、燃料噴射弁１を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二つの燃料放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）を有する、内燃機関の燃焼室（６、１６）への直接燃料噴射のための燃料噴射弁（１、１１）であって、
上記放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）が、そこから噴出する燃料ジェット（４ａ、４ｂ、 １４ａ、 １４ｂ）の全てが互いに衝突するように、配列されていることを特徴とする、燃料噴射弁。
【請求項２】
上記放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）が２つある、請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
上記放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）が細長い放出開口を持つ、請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
上記放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）の断面の長軸が互いに平行に位置する、請求項３に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
上記放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）が対称面（Ｓ）について対称である、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
長軸（Ａ）の方向に直線的に動作可能なバルブ要素を持ち、上記放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）が上記長軸に略垂直に配列される、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
長軸（Ａ）の方向に直線的に動作可能なバルブ要素を持ち、上記放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）が実質的に上記長軸の方向に配列される、請求項１乃至６のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
点火装置（５、１５）及び、少なくとも二つの燃料放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）が設けられた少なくとも一つの燃料噴射弁（１、１１）がその中に配列された燃焼室（６、１６）を有する直接噴射式内燃機関であって、
上記放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）が、そこから上記点火装置（５、１５）の方向に送り出される燃料ジェット（４ａ、４ｂ、 １４ａ、 １４ｂ）が上記点火装置の手前で互いに衝突するように、配列されていることを特徴とする、内燃機関。
【請求項９】
上記放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）の延長軸が上記点火装置と交差しない、請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１０】
上記放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）が２つある、請求項８又は９に記載の内燃機関。
【請求項１１】
上記放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）が細長い放出開口を持つ、請求項８乃至１０のいずれか１つに記載の内燃機関。
【請求項１２】
上記放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）の断面の長軸が互いに平行に位置する、請求項１１に記載の内燃機関。
【請求項１３】
上記放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）が対称面（Ｓ）について対称である、請求項８乃至１２のいずれか１つに記載の内燃機関。
【請求項１４】
長軸（Ａ）の方向に直線的に動作可能なバルブ要素を持ち、上記放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）が上記長軸に略垂直に配列される、請求項８乃至１３のいずれか１つに記載の内燃機関。
【請求項１５】
長軸（Ａ）の方向に直線的に動作可能なバルブ要素を持ち、上記放出流路（３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ）が実質的に上記長軸の方向に配列される、請求項８乃至１４のいずれか１つに記載の内燃機関。
【請求項１６】
燃料ジェットが点火装置に向けられる、内燃機関の燃焼室（６、１６）への燃料の直接噴射方法であって、
上記燃料ジェット（４ａ、４ｂ、 １４ａ、 １４ｂ）が上記点火装置（５、１５）の手前で互いに衝突することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも二つの燃料放出流路を有する、内燃機関の燃焼室へ燃料を直接噴射するための、燃料噴射弁に関する。更に、本発明は、少なくとも二つの燃料放出流路を持つ燃料噴射弁と点火装置がその中に配置された燃焼室を有する直接噴射式内燃機関に関する。最後に本発明は、燃料ジェットが点火装置に向けられる、内燃機関の燃焼室への燃料の直接噴射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火花点火式内燃機関（オットー・エンジン）において、燃焼室若しくは気筒への燃料の直接噴射が、それに伴う好ましい特性ゆえに、徐々に一般的になってきている。例えば、「ウォール・ガイド式（wall-guided）」や「エア・ジェット・ガイド式（air jet-guided）」直接噴射のような、燃焼室内の噴射燃料を分配するための各種方法が知られている。しかしながら「ジェット・ガイド式」直接噴射として知られているものが、特に高い燃料利用可能性を持つ。この手法を用いる際に、燃焼室内の燃料の進路は、燃焼室壁やジェット空気流により支配されるのではなく、燃料が噴射ノズルを離れた後の燃料の運動量により支配される。しかしながら、ジェット・ガイド式噴射には問題があり、それは、燃料／空気混合気の燃焼を確実なものとするために燃料ジェットを点火プラグの方向に直接向けなければならない、ということである。これは、点火プラグへの液体燃料の付着につながり、その結果として、電極への付着がその後の点火を損なったり、更には点火を不可能にしたりする。
【０００３】
この点に関し、複数の放出流路を持つ燃料噴射弁が提案されており、この場合には、全ての放出流路が燃料ジェットを点火プラグの近傍に向けるが、しかしながら、電極に直接向けられるのではない。このようにして、電極を濡らすことなしに、燃料噴霧を生成することが可能である。しかしながら、これらの噴射弁の不利な点は、放出開口が、カーボン堆積物で比較的早期に塞がれて、エンジンが短期間動作した後でさえも、正常に作動しなくなる、ということである。燃料噴射弁の出口開口の数を、一般的には５〜７個減らし、それに伴って直径を大きくすることにより、上記のような問題は小さくすることが出来るが、それと共に電極近傍の燃料噴霧の生成を望ましくない形にしてしまう。
【０００４】
更に、特許文献１は、内燃機関の吸気マニフォールドへの燃料噴射弁を開示しており、その噴射弁は、噴出する燃料ジェットを１気筒あたり２つの別個の吸気弁に対応する２つの方向に向けるように配列された複数の放出流路を持つ。この場合に、２つの別々の放出流路から噴出する燃料ジェットの間で部分的な衝突が起こり得る。
【特許文献１】米国特許第４６９９３２７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この背景に対し、点火装置の近傍に着火可能な燃料／空気混合気を生成することが可能で、燃料利用率が高く、堆積物の結果としての点火装置又は燃料噴射弁において生じる機能低下が無い、内燃機関の燃焼室への直接燃料噴射手段を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１の構成を持つ燃料噴射弁、請求項２の構成を持つ内燃機関、そして請求項１０の構成を持つ方法により達成される。
【０００７】
更に有利な改良は、従属項に包含される。
【０００８】
本発明による、内燃機関の燃焼室への直接噴射用の燃料噴射弁は、複数の燃料放出流路を持つ。この燃料噴射弁は、そこから出て来る燃料ジェットの全てが互いに衝突するように、放出流路の全てが配列されるという点により、特徴付けられる。
【０００９】
従って、燃料ジェット間の衝突は完全なものとされ、これは、別の燃料ジェットの燃料粒子の進路と交差することのない燃料ジェット内の燃料粒子の進路は無い、ということを意味する。それで、各燃料粒子又は各燃料滴は、燃焼室に入った後のある時点で、もう一つの放出流路からの燃料粒子／燃料滴と衝突する。そのとき起こる衝突の間、燃料粒子の移動方向の急激な変化そして運動量の（部分的な）打消しがあり、そして、燃料が衝突の場所で分散され霧化される。本発明による噴射弁の有利な点の一つは、最初にジェット・ガイド式に燃料を比較的長い距離輸送することができ、２つの燃料ジェットが衝突する点において、燃料を微細に分配して殆ど静止した霧となるまで分散させることが可能である、という事実にある。
【００１０】
更に、本発明は、点火装置（例えば点火プラグ）及び少なくとも一つの燃料噴射弁そして少なくとも２つの燃料放出流路がその中に配列される燃焼室を持つ、直接噴射式内燃機関に関する。この内燃機関は、燃料噴射弁の放出流路又は燃料噴射弁自体が、そこから点火装置の方向へ送り出される燃料ジェットが点火装置の手前で（つまり、燃料噴射弁と点火装置との間の空間で）互いに衝突するように、配列そして構成される、という点により特徴付けられる。具体的には、放出経路の全てからのジェットが互いに衝突する上述の形式のものに、燃料噴射弁をすることが出来る。しかしながら、点火装置に向けられたジェットが衝突するということが必要なだけであって、他の方向に出る燃料ジェットは、自由に（つまり衝突なしに）自身の進路を進むことが出来る。
【００１１】
上述の内燃機関は、既に説明した有利な点を持つ。すなわち、燃料が、点火装置の近傍へジェット・ガイドされる態様で輸送され、点火装置の近傍では、そこで生じる衝突により燃料の更なる運動が遮られ、そして燃料が霧化される。このようにして、点火装置において、そこに液体燃料が当たることなしに、着火可能な燃料／空気混合気を生成することが可能である。それで、点火装置には僅かな堆積物が形成されるのみであり、点火装置の機能が長期間保証される。
【００１２】
上述の燃料噴射弁又は上述の内燃機関の燃料噴射弁は、以下に説明するように、種々の態様で構成することが出来る。
【００１３】
例えば、噴出された燃料ジェットがそれに沿って進行する、放出流路の軸の燃焼室内への延長線（延長軸）が、点火装置に交差しないように、放出流路を構成若しくは配列することが出来る。放出流路を離れる燃料ジェットはそれで、点火装置の手前で他の燃料ジェットに衝突しないとしても、直接点火装置に当たることにはならない。これは第１に、ある１つの放出流路が（例えば詰まりの結果として）故障しても、点火装置が残りの燃料ジェットにより液体燃料で直接濡らされない、ということを確実なものとし、そして更に、別の燃料ジェットとの衝突の間にそれの運動量が殆ど影響を受けていない燃料粒子が、それ自身の進路に沿って点火装置に直接向いて進行しない、ということを確実なものとする。
【００１４】
更に、燃料噴射弁は、放出流路を二つだけ持つのが好ましい。様々な燃料ジェットの所望の衝突が、噴射されるべき燃料の総量により決定される断面積が過剰に小さくなることなしに、2つの流路によりもたらされ得る。それで、燃焼残留物の堆積の結果として放出流路が詰まる危険性は、最小である。
【００１５】
燃料噴射弁の別の構成によれば、それらの放出流路は、細長い放出開口を持つ。例えば、放出開口を、長辺が短辺よりも数倍長い長方形にすることが出来る。細長い断面形状を用いることにより、点火装置の方向への迅速で、かつ集約された状態での燃料の輸送が損なわれることなしに、燃料が一方向に分配されるように、幅広い扇状の燃料ジェットを生成することが出来る。
【００１６】
放出流路の断面形状が細長い場合、出口流路の断面の長軸は、互いに平行であるのが好ましい。燃料ジェットが互いに衝突するとき、ジェットの幅全体にわたり生じる衝突があり、そのためジェットのアライメントの誤差は大幅に許容される。
【００１７】
更に、燃料噴射弁の放出流路は、中心面又は対称面に関して対称に構成そして配列されるのが好ましい。この結果、燃料噴出弁の構成による対称面の両側における優劣はなくなり、そのため燃料ジェットが互いに衝突するときに生成される燃料噴霧もまた対称となる。更に、燃料粒子の対称面に垂直な運動量成分は、大きさが同じで反対方向に配列されているので、実質的に互いに打消しあう。
【００１８】
燃料噴射弁は、公知の態様で、燃料噴射弁の構造的に長手方向の軸の方向に直線的に移動させられ得るバルブ要素を持つことが出来、上記移動可能バルブ要素の移動により、燃料流量を制御する、若しくは燃料流を遮断又は放出することが、可能である。第１の実施形態によれば、燃料噴射弁の放出流路は、燃料噴射弁の上記長手軸（つまりバルブ要素の運動軸）に実質的に垂直に配列することが出来る。この形式の燃料噴射弁は、その長手軸が点火装置に略平行となるように、燃焼室へ挿入することが出来、燃料ジェットは燃料噴射弁から横断方向に噴出する。第２の実施形態によれば、対照的に、放出流路が実質的に燃料噴射弁の長手軸の方向に配列される。それで、燃料ジェットは、燃料噴射弁の長手軸の延長方向に実質的に延びる。この構成は、燃料噴射弁が、それの長手軸が点火装置へ略向いている位置において燃焼室に組み込まれるときに、有利であることが判る。
【００１９】
更に、本発明は、燃料ジェットが燃焼室内の点火装置に向けられる、内燃機関の燃焼室への燃料の直接噴射方法に関する。この方法は、点火装置の方向に移動する上記燃料ジェットが、点火装置の前で互いに衝突する、という事実により特徴付けられる。上記説明で既に述べたように、この形式の衝突は、点火装置を濡らすことなしに、点火装置の領域に実質的に静止した燃料噴霧を生成する、という利点を持つ。ここで、この方法は、点火装置に向けられていない燃料ジェットが他の燃料ジェットと衝突することなしに自身の進路を進むということを可能とする。更に、上述の燃料噴射弁の特徴に従い、それを用いることにより、方法を構成することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１乃至３は、内燃機関の燃焼室６への燃料の直接噴射のための本発明による燃料噴射弁１の第１実施形態を示している。ここで、燃料噴射弁１は、燃焼室６のヘッドに実質的に垂直で、点火プラグと実質的に平行な、長手軸Ａに沿って配列されている。
【００２１】
燃料噴射弁１の線II-IIに沿うの断面図（図２）及び方向IIIからの側面図（図３）から判るように、燃料噴射弁１はそれの側面に、細長い長方形断面を持つ２つの放出流路３ａ、３ｂを持つ。放出流路３ａ、３ｂを細長い形状とする結果、そこから噴出する燃料ジェットは、扇状に広がる。更に、放出流路３ａ、３ｂは、燃料噴射弁を通る中心面Ｓに関して対称に構成される。
【００２２】
放出流路３ａ、３ｂのこの特別な構成は、流路３ａ、３ｂから出る燃料ジェット４ａ、４ｂが、衝突点２において、若しくはより正確には（図２の面に垂直な）衝突線２に沿って、互いに衝突するように、流路の延長軸が燃料噴射弁1の外側で交差する。この場合に衝突線２は、点火プラグ５の電極の近傍に位置する。燃料ジェット４ａ、４ｂが衝突する結果は、第１に、燃料の前方移動が妨げられ、第２に、衝突地点に微細な燃料噴霧が形成される、ということである。このようにして、点火プラグ５の電極に液体燃料が直接衝突し、それにより付着燃料により電極の機能が損なわれるということなしに、電極の直近に、着火可能な燃料／空気混合気が生成される。
【００２３】
図４乃至６は、燃焼室１６への直接噴射のための燃料噴射弁１１の第２実施形態を示している。図１乃至６において、同一又は同様の部分には、下一桁が同じ符号を付している。
【００２４】
図１乃至３による実施形態との違いは、燃料噴射弁１１がそれの軸Ａが点火プラグ１５に実質的に垂直になるように配列される、という点である。燃料噴射弁１１から噴出する燃料ジェット１４ａ、１４ｂが点火装置１５の方向へ進むように、燃料噴射弁１１の２つの放出流路１３ａ、１３ｂは、燃料噴射弁１１の下面で終わっている。この下面は、別に図６に示されている。更に、放出流路が細長い長方形断面を持つのを見ることが出来る。
【００２５】
線V-V（図６）に沿っての燃料噴射弁１１の断面図である図５において、放出流路１３ａ、１３ｂが、中心面Ｓに関して対称であり、その延長軸が衝突点又は衝突線１２において出会う、ということが判る。微細に霧化され着火可能な燃料／空気混合気がそこに生成されるが、点火装置１５の電極に直接衝突することがないように、衝突線１２が、電極の近傍に配置される。
【００２６】
例示的に示された構成はそれぞれ、様々に改良することが出来る。具体的には、燃料噴射弁が、放出流路を二つよりも多く持つことが出来、そしてまた、それぞれの燃料ジェットが互いに向けられる複数の燃料噴射弁を、各燃焼室に設けることも出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を持つ燃焼室のヘッドの横断面を示す図である。
【図２】図１の燃料噴射弁の線II-IIに沿う断面図である。
【図３】図２の燃料噴射弁を方向IIIから見た図である。
【図４】本発明の第２実施形態による燃料噴射弁を持つ燃焼室のヘッドの横断面を示す図である。
【図５】図４の燃料噴射弁の図６の線V-Vに沿う断面図である。
【図６】図４の燃料噴射弁の方向VIから見た図である。
【符号の説明】
【００２８】
１、１１  燃料噴射弁
３ａ、 ３ｂ、 １３ａ、 １３ｂ  燃料放出流路
４ａ、４ｂ、 １４ａ、 １４ｂ  燃料ジェット
５、 １５  点火装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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