(57)【要約】【課題】燃料噴霧全体に気体を衝突させることにより、燃料の微粒化と噴霧貫徹距離等の調節とを両立させること。【解決手段】燃料噴射装置はエンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、エアを噴射するエア噴射弁とを備え、各噴射弁から噴射される燃料とエアを衝突点ＨＰで衝突させるよう構成される。燃料噴射弁に対応して燃焼室に開口される一つの燃料噴孔２９ａが設けられる。エア噴射弁に対応して燃焼室に開口される複数のエア噴孔２９ｂが設けられる。燃料噴孔２９ａの形状、大きさ及び向きが特定される。エア噴孔２９ｂの数、形状、大きさ、向き及び燃料噴孔２９ａに対する配置が特定される。衝突点ＨＰにおける燃料噴霧の大きさとエア噴流の大きさが同程度になるように設定される。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブ及び排気バルブを含む内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射弁と、同じく燃焼室に気体を噴射するための気体噴射弁とを備えた直接噴射式燃料噴射装置であって、
前記燃料噴射弁を一つ含み、その燃料噴射弁に対応して前記燃焼室に開口される一つ以上の燃料噴孔が設けられることと、
前記気体噴射弁を少なくとも一つ含み、その気体噴射弁に対応して前記燃焼室に開口される一つ以上の気体噴孔が設けられることと、
前記燃料噴孔の形状、大きさ、向き及び配置が特定されることと、
前記気体噴孔の数、形状、大きさ、向き及び前記燃料噴孔に対する配置が特定されることと
を備え、前記燃料噴射弁から噴射される燃料と、前記気体噴射弁から噴射される気体とを衝突させるように構成したことを特徴とする直接噴射式燃料噴射装置。
【請求項２】
前記気体噴孔が前記燃料噴孔の近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載の直接噴射式燃料噴射弁。
【請求項３】
前記気体噴孔から噴射される気体噴流の大きさが前記燃料噴孔から噴射される燃料噴霧の大きさと同程度になるように設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の直接噴射式燃料噴射弁。
【請求項４】
前記気体噴孔が矩形をなすことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の直接噴射式燃料噴射弁。
【請求項５】
前記気体噴孔は、噴射方向へ末広がりにテーパをなす内面を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の直接噴射式燃料噴射弁。
【請求項６】
前記燃料噴孔が円形をなし、前記燃料噴孔を中心とする円周上に複数の気体噴孔が等角度間隔に配置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の直接噴射式燃料噴射装置。
【請求項７】
前記燃料噴孔が矩形をなし、前記燃料噴孔の両側にて前記燃料噴孔の長手方向に沿って複数の気体噴孔が等間隔に配置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の直接噴射式燃料噴射装置。
【請求項８】
前記燃料噴孔が矩形をなし、前記燃料噴孔の両側にて前記燃料噴孔と平行に一対をなす気体噴孔が配置されることを特徴とする請求項４に記載の直接噴射式燃料噴射装置。
【請求項９】
前記燃料噴孔が矩形をなし、前記燃料噴孔の片側にて前記燃料噴孔の長手方向に沿って複数の気体噴孔が等間隔に配置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の直接噴射式燃料噴射装置。
【請求項１０】
前記燃料噴孔が矩形をなし、前記燃料噴孔の片側にて前記燃料噴孔と平行に一つの気体噴孔が配置されることを特徴とする請求項４に記載の直接噴射式燃料噴射装置。
【請求項１１】
前記燃料噴射弁及び前記気体噴射弁が前記燃焼室に対応して取付部材により一体的に取り付けられることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一つに記載の直接噴射式燃料噴射装置。
【請求項１２】
前記気体噴射弁は複数であり、前記各気体噴射弁に対応して少なくとも一つの気体噴孔が設けられ、前記各気体噴孔からの気体の噴射を選択的に切り替えるために、前記各気体噴射弁の使用を切り替えることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一つに記載の直接噴射式燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの燃焼室へ燃料を直接噴射する直接噴射式燃料噴射装置に関する。詳しくは、燃料噴射弁から噴射される燃料と、気体噴射弁から噴射される気体とを衝突させるように構成した直接噴射式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、下記の特許文献１及び２には、燃料噴射弁から噴射される燃料と、空気噴射弁から噴射される空気とを衝突させるように構成した燃料噴射装置が開示される。
【０００３】
特許文献１には、筒内噴射式（直接噴射式）火花点火機関において、空気噴射弁と燃料噴射弁の取付角度が、両噴射軸線が上下方向及び水平方向で交差し、かつ、噴射方向が共にキャビティ燃焼室に指向する角度に設定されることが記載される。上記構成により、空気噴射軸線と燃料噴射軸線とが交差しているため、燃料の吸気行程噴射時に燃料の微粒化を行えること、噴射空気がキャビティ燃焼室に指向するため、キャビティ燃焼室に燃料が付着するのを抑制できてスモーク及び未燃ＨＣの発生を低下できることが、それぞれ特許文献１に記載される。
【０００４】
一方、特許文献２には、直接噴射式ではないが、燃料噴射式内燃機関において、燃料噴口をほぼ含む平面上で燃料噴口を両側から挟む位置に、噴射方向を相互に交差させるようにした一対のエアアシスト噴口が配置されることが記載されている。上記構成により、燃料噴口からの燃料流が両側からの空気流により狭められて全体として扁平になることが、特許文献２に記載される。
【０００５】
ここで、直接噴射式のエンジンで最適な燃焼性能を得るためには、エンジン運転条件の全域を通じて、燃焼性向上のために、燃料微粒化を促進する必要がある。また、直接噴射式のエンジンでは、冷間始動や部分負荷運転に合わせた燃焼性能を得るために、噴霧貫徹距離（燃料噴射弁の噴孔から噴霧先端までの距離）や噴霧形状を調節する必要がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−９７０３２号公報（第５−６頁，図１０，図１１）
【特許文献２】
特開平４−５０４６９号公報（第２−６頁，図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の特許文献１に記載の機関では、成層燃焼時（主に部分負荷運転時）に、吸入空気量に相当する大量の空気を噴射して燃料に衝突させると、混合気が分散することになり、成層燃焼に必要な混合気の成層化が不可能になる。このため、成層燃焼時には、空気衝突による燃料の微粒化を行えず、結果として直接噴射式の機関で、最適な燃焼性能を得るための運転条件の全域で燃料微粒化を達成することができなかった。
【０００８】
また、上記の特許文献１及び２には、噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる構成が何も記載されていない。このため、エンジンの冷間始動や部分負荷運転に合わせた燃焼性能を得るために、噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節することができず、燃焼性能の向上を図ることができなかった。
【０００９】
さらに、上記の特許文献１及び２には、単に燃料噴霧に空気を衝突させるだけの構成が記載されているだけで、噴射された燃料全体の分布に合わせて空気を均一に衝突させる構成やその示唆が何も記載されていない。このため、噴射燃料全体として均一でより微細に燃料を微粒化することができず、燃焼性能の向上を図ることができなかった。
【００１０】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、運転条件の全域で燃料微粒化を図ることを可能とした直接噴射式燃料噴射装置を提供することにある。また、この発明の第２の目的は、第１の目的に加え、噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節することを可能とした直接噴射式燃料噴射装置を提供することにある。この発明の第３の目的は、第１又は第２の目的に加え、燃料噴霧の大きさと同程度の気体噴流を衝突させることにより、燃料噴霧全体でより微細な燃料微粒化を図ることを可能とした直接噴射式燃料噴射装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、吸気バルブ及び排気バルブを含む内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射弁と、同じく燃焼室に気体を噴射するための気体噴射弁とを備えた直接噴射式燃料噴射装置であって、燃料噴射弁を一つ含み、その燃料噴射弁に対応して燃焼室に開口される一つ以上の燃料噴孔が設けられることと、気体噴射弁を少なくとも一つ含み、その気体噴射弁に対応して燃焼室に開口される一つ以上の気体噴孔が設けられることと、燃料噴孔の形状、大きさ、向き及び配置が特定されることと、気体噴孔の数、形状、大きさ、向き及び燃料噴孔に対する配置が特定されることとを備え、燃料噴射弁から噴射される燃料と、気体噴射弁から噴射される気体とを衝突させるように構成したことを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、一つの燃料噴射弁から噴射される燃料が対応する一つ以上の燃料噴孔から燃焼室に噴射されることにより、燃焼室の中に燃料噴霧が形成される。この燃料噴霧の形態は、燃料噴孔の形状、大きさ、向き及び配置が特定されることにより決定される。一方、少なくとも一つの気体噴射弁から噴射される気体が対応する一つ以上の気体噴孔から燃焼室に噴射されることにより、燃焼室の中に気体噴流が形成される。この気体噴流の形態及び燃料噴霧に与える影響は、気体噴孔の数、形状、大きさ、向き及び燃料噴孔に対する配置が特定されることにより決定される。ここで、燃料噴射弁から噴射される燃料と、気体噴射弁から噴射される気体とを衝突させるので、気体噴流と燃料噴霧が衝突して燃料噴霧の微粒化がなされる。
【００１３】
上記第２の目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、気体噴孔が燃料噴孔の近傍に配置されることを趣旨とする。
ここで、上記「近傍」とは、下記の噴射条件が変化した場合でも、燃料噴霧の微粒化効果や燃料噴霧長さの可変効果を得ることができるような気体噴孔と燃料噴孔との間の距離を意味する。具体的には、一例として、図４５に示すように、燃料噴孔から気体噴孔までの距離を「Ｘ」とすると、以下の（式１）〜（式３）の条件を満たす「Ｘ］を上記「近傍」と定義することができる。
気体噴射に関する一般的な運動理論から気体噴流の到達距離「Ｌ（ｍ）」と噴流角度「α（°）」は以下のように表される。
Ｌ＝（ρａ／ρｏ）０．２５＊（ｄ＊ｕ＊ｔ／ｔａｎα）０．５      …（式１）
ｔａｎα＝０．４２７＊（ρｏ／ρａ）０．３５                              …（式２）
ここで、「ρａ」は噴射気体の絶対圧力での気体密度（ｋｇ／ｍ３）、「ρｏ」は筒内（噴射場）の気体密度（ｋｇ／ｍ３）、「ｄ］は気体噴孔の直径（又は最短幅（ｍ））、「ｕ」は初期気体噴射速度（ｍ／ｓ）、「ｔ］は噴射後の時間（ｓ）及び「α｝は仮の噴流半角値（°）である。
上記式より衝突点における噴流速度を算出し、所定の実験値や計算値より求められた燃料噴霧微粒化や噴霧長可変が可能となる限定条件を付加すると、距離「Ｘ］は、
Ｘ≦ａ＊ｄ＊Ｐａ０．５＊ρａ０．３５＊ρｏ−０．８５                        …（式３）
と表される。ここで、「Ｘ］は近傍となる最大距離（ｍ）、「Ｐａ」は噴射気体の絶対圧力（Ｐａ）である。「ａ」には「０．０３」をあてはめることができる。
一例として、噴射気体をエアとしてエア噴射径、噴射圧力、噴射気体の絶対圧力での気体密度、筒内（噴射場）の気体密度をｄ≦０．０００５（ｍ）、Ｐａ≦６０００００（Ｐａ）、ρａ≦７．２３（ｋｇ／ｍ３）、ρｏ≧１．２０５（ｋｇ／ｍ３）とすると、Ｘ≦０．０１９９（ｍ）＝１９．９（ｍｍ）となる。従って、燃料噴孔から［１９．９ｍｍ」以内に気体噴孔を配置しないと、この噴射条件下では、燃料噴霧の微粒化効果や噴霧長可変効果が得られないことになる。
【００１４】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、気体噴射弁から噴射される気体によって噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節するには、燃料噴霧と気体噴流との衝突点において、気体噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保持されていなければならない。ここで、気体噴流の持つエネルギーは、気体噴孔から遠ざかるほど小さくなる。従って、燃料噴孔の近傍に気体噴孔が配置されることにより、気体噴流と燃料噴霧との衝突点が燃料噴孔付近に設定され、燃料微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状の調節が可能となる。
【００１５】
上記第３の目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、気体噴孔から噴射される気体噴流の大きさが前記燃料噴孔から噴射される燃料噴霧の大きさと同程度になるように設定されることを趣旨とする。
ここで、「気体噴流の大きさ」は以下の（式４）〜（式６）ように定義することができる。
ｔａｎα＝０．４２７＊（ρｏ／ρａ）０．３５                …（式４）
２α−６≦β≦２α＋６                                                      …（式５）
図４５，４６に示すように、「β」は気体噴流の噴流角（°）、「ｂ」は気体噴流と燃料噴霧との衝突点での気体噴流外径又は気体噴流幅（ｍ）、「ｃ」は気体噴孔から衝突点までの距離（ｍ）とすると、
ｂ＝２＊ｃ＊ｔａｎ（β／２）                          …（式６）
となる。
【００１６】
上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、衝突点において気体噴流の大きさが燃料噴霧の大きさと同程度になるように設定されるので、燃料噴霧の形態に応じ、その全体に気体が衝突することになり、燃料噴霧全体で燃料微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状の調節が可能となる。
【００１７】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明において、気体噴孔が矩形をなすことを趣旨とする。
【００１８】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明の作用に加え、気体噴孔が矩形をなすことから、気体噴流がその矩形に応じた錐形に広がることになる。
【００１９】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一つに記載の発明において、気体噴孔が噴射方向へ末広がりにテーパをなす内面を含むことを趣旨とする。
【００２０】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至４の何れか一つに記載の発明の作用に加え、気体噴孔が噴射方向へ末広がりにテーパをなす内面を含むので、気体噴流の広がり角が大きくなり、気体噴流の広がり方向の強度分布がより平坦になることから、気体噴流を燃料噴霧に対し、より均一に衝突させることが可能となる。
【００２１】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明において、燃料噴孔が円形をなし、燃料噴孔を中心とする円周上に複数の気体噴孔が等角度間隔に配置されることを趣旨とする。
【００２２】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明の作用に加え、燃料噴孔が円形をなすことから、燃料噴霧が円錐形に広がる。また、燃料噴孔を中心とする円周上に複数の気体噴孔が等角度間隔に配置されるので、円錐形の燃料噴霧の幅方向全体に対し、その周囲から複数の気体噴流が衝突する。
【００２３】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明において、燃料噴孔が矩形をなし、燃料噴孔の両側にて燃料噴孔の長手方向に沿って複数の気体噴孔が等間隔に配置されることを趣旨とする。
【００２４】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明の作用に加え、燃料噴孔が矩形をなすことから、燃料噴霧がその矩形に応じた錐形に広がる。また、矩形をなす燃料噴孔の両側にて燃料噴孔の長手方向に沿って複数の気体噴孔が等間隔に配置されるので、その燃料噴霧の長手方向に沿って、その両側から複数の気体噴流が燃料噴霧の幅方向全体に衝突することになる。
【００２５】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、燃料噴孔が矩形をなし、燃料噴孔の両側にて燃料噴孔と平行に一対をなす気体噴孔が配置されることを趣旨とする。
【００２６】
上記発明の構成によれば、請求項４に記載の発明の作用に加え、燃料噴孔が矩形をなすことから、燃料噴霧がその矩形に応じた錐形に広がる。また、矩形をなす燃料噴孔の両側にてそれと平行に一対の気体噴孔が平行に配置されるので、その燃料噴霧の長手方向に沿って、その両側から一対の気体噴流が燃料噴霧の幅方向全体に衝突することになる。
【００２７】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明において、燃料噴孔が矩形をなし、燃料噴孔の片側にて燃料噴孔の長手方向に沿って複数の気体噴孔が等間隔に配置されることを趣旨とする。
【００２８】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明の作用に加え、燃料噴孔が矩形をなすことから、燃料噴霧がその矩形に応じた錐形に広がる。また、矩形をなす燃料噴孔の片側にてその燃料噴孔の長手方向に沿って複数の気体噴孔が等間隔に配置されるので、その燃料噴霧の長手方向に沿って、その片側から複数の気体噴流が燃料噴霧の幅方向全体に衝突することになる。更に、燃料噴霧の片側から気体噴流が衝突するので、燃料噴霧の向きが変えられる。
【００２９】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項１０に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、燃料噴孔が矩形をなし、燃料噴孔の片側にて燃料噴孔と平行に一つの気体噴孔が配置されることを趣旨とする。
【００３０】
上記発明の構成によれば、請求項４に記載の発明の作用に加え、燃料噴孔が矩形をなすことから、燃料噴霧がその矩形に応じた錐形に広がる。また、矩形をなす燃料噴孔の片側にてその燃料噴孔と平行に一つの気体噴孔が配置されるので、その燃料噴霧の長手方向に沿って、その片側から一つの気体噴流が燃料噴霧に均一に衝突することになる。更に、燃料噴霧の片側から気体噴流が衝突するので、燃料噴霧の向きが変えられる。
【００３１】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０の何れか一つに記載の発明において、燃料噴射弁及び気体噴射弁が燃焼室に対応して取付部材により一体的に取り付けられることを趣旨とする。
【００３２】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至１０の何れか一つに記載の発明の作用に加え、燃料噴射弁及び気体噴射弁が燃焼室に対応して取付部材により一体的に取り付けられるので、気体噴孔と燃料噴孔の配置の位置精度が高くなり、取り付けのための加工や作業が少なくなる。
【００３３】
上記第２の目的を達成するために、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１の何れか一つに記載の発明において、気体噴射弁は複数であり、各気体噴射弁に対応して少なくとも一つの気体噴孔が設けられ、各気体噴孔からの気体の噴射を選択的に切り替えるために、各気体噴射弁の使用を切り替えることを趣旨とする。
【００３４】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至１１の何れか一つに記載の発明の作用に加え、複数の気体噴射弁の使用を切り替えることにより、各気体噴孔からの気体の噴射が選択的に切り替えられる。従って、この切り替えにより、燃料噴霧に対する気体噴流の衝突の形態が変えられ、燃料噴霧の形状が変えられる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の直接噴射式燃料噴射装置（以下単に「燃料噴射装置」と言う。）を具体化した第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
図１に燃料噴射装置の内燃機関（エンジン）に対する取付状態を断面図に示す。この燃料噴射装置は、エンジン１の燃焼室２に燃料を噴射するための燃料噴射弁３と、同じく燃焼室２に気体としてのエア（空気）を噴射するための気体噴射弁としてのエア噴射弁４とを備える。エンジン１はシリンダブロック５及びシリンダヘッド６を含む。シリンダブロック５に設けられたシリンダボア７には、ピストン８が往復動可能に設けられる。燃焼室２は、シリンダボア７と、ピストン８と、シリンダヘッド６とで囲まれた空間として構成される。シリンダヘッド６には、燃焼室２に通じる吸気ポート及び排気ポート（ともに図示略）が設けられ、吸気ポートには周知の吸気バルブ（図示略）が、排気ポートには周知の排気バルブ（図示略）が設けられる。燃料噴射弁３及びエア噴射弁４は、燃焼室２に対応して取付部材９によりシリンダヘッド６に一体的に取り付けられる。燃料噴射弁３及びエア噴射弁４は、両方の中心軸線Ｌ１，Ｌ２が互いに斜めに交差するように取付部材９に組み付けられる。
【００３７】
燃料噴射弁３は、周知の電磁弁である。燃料噴射弁３は、ハウジング１１と、ハウジング１１に組み付けられたコア１２と、コア１２の内部に設けられた調整パイプ１３と、ハウジング１１とコア１２との間に設けられたソレノイド１４と、ハウジング１１の先端側に設けられたロワボディ１５と、ロワボディ１５の内部に設けられたノズルボディ１６と、ノズルボディ１６とコア１２との間に設けられた弁体部材１７とを備える。弁体部材１７は、先端に弁部１８ａを有する弁軸１８と、弁軸１８の基端に組み付けられたアーマチュア１９とを備える。アーマチュア１９と調整パイプ１３との間には、圧縮スプリング２０が設けられる。コア１２の基端部は、燃料配管（図示略）に接続される配管コネクタ２１となっている。配管コネクタ２１の外周には、Ｏリング２２が設けられる。配管コネクタ２１の内部には、異物を除去するストレーナ２３が設けられる。ハウジング１１には、電気配線に接続される配線コネクタ２４が設けられる。ここで、燃料噴射弁３とエア噴射弁４の基本構成はほぼ同じであることから、以下には、エア噴射弁４の構成につき、燃料噴射弁３の構成部材と同一符号を付して説明を省略する。
【００３８】
図２に燃料噴射弁３及びエア噴射弁４に係る電気配線、燃料配管及びエア配管に関する構成概念図を示す。図２に示すように、燃料噴射弁３の配管コネクタ２１には、燃料配管３１が接続される。エア噴射弁４の配管コネクタ２１には、エア配管３２が接続される。燃料配管３１には、プレッシャレギュレータ３３及び燃料ポンプ３４が設けられる。エア配管３２には、プレッシャレギュレータ３５及びエアポンプ３６が設けられる。各ポンプ３４，３６は、それぞれ対応するモータ３７，３８により駆動される。燃料ポンプ３４が駆動されることにより、燃料タンク（図示略）の燃料が同ポンプ３４から吐出され、プレッシャレギュレータ３３を介して高圧燃料として燃料噴射弁３へ供給される。エアポンプ３６が駆動されることにより、同ポンプ３６からエアが吐出され、プレッシャレギュレータ３５を介して加圧エアとしてエア噴射弁４へ供給される。
【００３９】
図２に示すように、燃料噴射弁３の配線コネクタ２４及びエア噴射弁４の配線コネクタ２４は、それぞれ電子制御装置（ＥＣＵ）３９に接続される。燃料噴射弁３及びエア噴射弁４は、それぞれＥＣＵ３９から送られる噴射信号に基づいて動作する。ＥＣＵ３９からの噴射信号に基づき燃料噴射弁３が動作することにより、同噴射弁３から高圧燃料が噴射される。また、ＥＣＵ３９からの噴射信号に基づきエア噴射弁４が動作することにより、同噴射弁４から加圧エアが噴射される。
【００４０】
図３に取付部材９の先端部の拡大断面図を示す。図１〜３に示すように、ブロック状の取付部材９は、燃焼室２に向けられる筒部９ａと、燃料噴射弁３のロワボディ１５が組み付けられる第１組付穴９ｂと、エア噴射弁４のノズルボディ１６が組み付けられる第２組付穴９ｃとを含む。筒部９ａと第１組付穴９ｂは同一軸線上に配置され、隔壁９ｄにより仕切られる。隔壁９ｄの中心には、孔９ｅが形成される。筒部９ａの中心には、孔２６ａを有するチューブ２６が設けられる。第１組付穴９ｂに組み付けられたノズルボディ１６には、弁部１８ａに対応する弁座１６ａが形成される。この弁座１６ａの弁孔１６ｂが、上記二つの孔９ｅ，２６ａに整合して一本の燃料通路２７が構成される。取付部材９には、第２組付穴９ｃの中心から筒部９ａの内側へ向かって伸びる孔９ｆが形成される。この孔９ｆは、筒部９ａの中心に対して斜めに交差するよう配置される。第２組付穴９ｃに組み付けられたノズルボディ１６には、弁部１８ａに対応する弁座１６ａが形成される。この弁座１６ａの弁孔１６ｂが、上記斜めの孔９ｆに整合して一本のエア通路２８が構成される。筒部９ａの開口端には、オリフィスプレート２９が固定される。このオリフィスプレート２９の中心には、一つの燃料噴孔２９ａが燃料噴射弁３に対応して設けられる。この燃料噴孔２９ａは、燃焼室２に開口されると共に、燃料通路２７に整合する。また、このオリフィスプレート２９には、気体噴孔としての複数のエア噴孔２９ｂがエア噴射弁４に対応して設けられる。これらエア噴孔２９ｂは、燃焼室２に開口され、筒部９ａの内側に連通する。従って、燃料噴射弁３から噴射される高圧燃料は、燃料通路２７を通ってオリフィスプレート２９の燃料噴孔２９ａから燃焼室２の中へ噴射される。また、エア噴射弁４から噴射される加圧エアは、燃料通路２８を通って筒部９ａの中に一旦噴射され、更にオリフィスプレート２９の各エア噴孔２９ｂから燃焼室２の中に噴射される。上記した各エア噴孔２９ｂは、燃料噴孔２９ａの近傍に配置される。ここで、「近傍」とは、前述した燃料噴孔から気体噴孔までの距離Ｘで定義されるものである。
【００４１】
図４にオリフィスプレート２９の平面図を示す。図５に図４のＡ−Ａ線断面図を示す。図４，５に示すように、燃料噴孔２９ａは断面円形をなし、オリフィスプレート２９の端面に対して垂直に貫通する。複数のエア噴孔２９ｂは、同じく断面円形（開口端は楕円）をなし、オリフィスプレート２９の端面に対して斜めに貫通する。図４に示すように、複数（この場合８個）のエア噴孔２９ｂは、燃料噴孔２９ａを中心とする円周上に等角度間隔に配置される。この実施の形態で、燃料噴孔２９ａの内径は「０．６ｍｍ」に設定され、各エア噴孔２９ｂの内径は「１．０ｍｍ」に設定される。
【００４２】
図５に示すように、燃料噴孔２９ａの中心線と、各エア噴孔２９ｂの中心線は、互いに一点（以下「衝突点」と言う。）ＨＰで交差するように設定される。即ち、燃料噴孔２９ａから、この衝突点ＨＰへ向かって燃料が噴射されることにより、燃料噴霧が形成される。また、各エア噴孔２９ｂから、この衝突点ＨＰへ向かってエアが噴射されることにより、エア噴流が形成される。従って、燃料噴霧と各エア噴流は、この衝突点ＨＰを中心にして互いに衝突する。
【００４３】
図６（ａ）〜（ｃ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。図６（ａ）に示すように、燃料噴霧は正面及び側面ともほぼ同形な略円錐形をなす。この噴霧の広がり角度（噴霧角度）θ１は、オリフィスプレート２９における燃料噴孔２９ａの内径の大きさにより決定される。図６（ｂ）に示すように、１つのエア噴流（自由噴流）は正面及び側面ともほぼ同形な円錐形をなす。この噴流の広がり角度（噴流角度）θ２は、オリフィスプレート２９におけるエア噴孔２９ｂの内径の大きさ及び前述した（式２）における「α」で表される「２α」により決定される。図６（ｃ）に示すように、複数のエア噴孔２９ｂから噴射される周囲からのエア噴流（多孔噴流）は正面及び側面ともほぼ同形な王冠形をなす。ここで、一般に、気体噴流の持つエネルギーは気体噴孔から遠ざかるほど小さくなることから、この燃料噴霧における衝突点ＨＰは、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料噴霧の微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれたエア噴孔２９ｂからの距離に位置するように設定される。また、各エア噴孔２９ｂから噴射されるエア噴流の衝突点ＨＰにおける大きさ（外径（幅））は、燃料噴孔２９ａから噴射される燃料噴霧の衝突点ＨＰにおける外径Ｄ１と同程度になるように設定される。ここで、燃料噴霧の外径Ｄ１と同程度になる「エア噴流の大きさ」とは、図４５，４６に示す「噴流角β」、「気体噴流外径ｂ」及び「距離ｃ」と、前述した式「ｂ＝２＊ｃ＊ｔａｎ（β／２）」より定義されるものである。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【００４４】
図７（ａ）〜（ｃ）に上記衝突点ＨＰにおける燃料噴霧の強度（噴霧強度）及びエア噴流の強度（噴流強度）の違いを概念図に示す。図７（ａ）に示すように、燃料噴霧は正面及び側面とも同じ分布幅を有する噴霧強度を示す。図７（ｂ）に示すように、１つのエア噴流（自由噴流）は正面及び側面とも同じ分布幅を有する噴流強度を示す。この噴流強度は、上記噴霧強度よりも若干低い。図７（ｃ）に示すように、複数のエア噴流（多孔噴流）による噴流強度は、正面及び側面とも同じ分布幅を有する。この多孔噴流の噴流強度は、上記１つのエア噴流の噴流強度よりも高い。このように、燃料噴霧の強度分布に対してエア噴流の強度分布が均等に重なるように設定される。ここで、噴霧強度及び噴流強度は、流速と密度との積により計算することができる。
【００４５】
以上説明したこの実施の形態の燃料噴射装置によれば、一つの燃料噴射弁３から噴射される燃料が対応する一つの燃料噴孔２９ａから燃焼室２に噴射されることにより、燃焼室２の中に燃料噴霧が形成される。この燃料噴霧の形態は、燃料噴孔２９ａの形状、大きさ及び向きが特定されることにより決定される。一方、一つのエア噴射弁４から噴射されるエアが対応する複数のエア噴孔２９ｂから燃焼室２に噴射されることにより、燃焼室２の中にエア噴流が形成される。このエア噴流の形態及び燃料噴霧に与える影響は、各エア噴孔２９ｂの数、形状、大きさ、向き及び燃料噴孔に対する配置が特定されることにより決定される。
【００４６】
ここで、各エア噴孔２９ｂからのエアの噴流軸線ＡＬ（図３参照）は、燃料噴孔２９ａからの燃料噴霧における最大径Ｄ１（図６（ａ）参照）の中央にて交差するように設定される。従って、燃料噴霧の形態に応じ、その全体に対して各エア噴流が衝突点ＨＰを中心に衝突することになり、燃料噴霧に対するエア噴流の強度分布が同等となる。この結果、燃料噴霧につき、噴霧全体で同等でより微細な燃料微粒化を図ることができ、燃料の微粒化を促進することができる。これにより、直接噴射式のエンジン１について燃焼性能を向上させることができる。
【００４７】
特に、この実施の形態では、オリフィスプレート２９の燃料噴孔２９ａが円形をなすことから、燃料噴霧が円錐形となり、その燃料噴霧の噴霧角度θ１は、燃料噴孔２９ａの内径の大きさにより決定される。また、同プレート２９の各エア噴孔２９ｂが円形をなすことから、各エア噴流が円錐形となり、それらエア噴流の噴流角度θ２は、各エア噴孔２９ｂの内径の大きさ及び前述した（式５）における「２α」により決定される。ここで、燃料噴孔２９ａを中心とする円周上に複数のエア噴孔２９ｂが等角度間隔に配置され、図６（ｃ）に示すように、各エア噴孔２９ｂからの複数のエア噴流が一つの衝突点ＨＰへ向かって傾けられる。従って、円錐形の燃料噴霧に対し、その周囲に複数のエア噴流が衝突し、燃料噴霧に対するエア噴流の強度分布が同等となる。これにより、燃料噴霧の形状に応じて噴霧の幅方向全体に同等にエア噴霧を衝突させることができ、特に円錐形の燃料噴霧につき、その噴霧形状を大きく変えることなく、噴霧全体に同等でより微細な燃料微粒化を図ることができ、燃料の微粒化を促進することができる。
【００４８】
この実施の形態では、この実施の形態では、各エア噴孔２９ｂが燃料噴孔２９ａの近傍に配置される。ここで、エア噴流により燃料噴霧の噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節するには、燃料噴霧とエア噴流との衝突点ＨＰにおいて、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれる必要がある。このエア噴流の持つエネルギーは、各エア噴孔２９ｂから遠ざかるほど小さくなる。従って、各エア噴孔２９ｂが燃料噴孔２９ａの近傍に配置されることにより、エア噴流と燃料噴霧との衝突点ＨＰが燃料噴孔２９ａの付近に設定される。このため、燃料微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節することができるようになる。
【００４９】
この実施の形態では、各エア噴孔２９ｂから噴射されるエア噴流の大きさが燃料噴孔２９ａから噴射される燃料噴霧の大きさと同程度になるように設定される。従って、燃料噴霧の形態に応じ、その全体にエア噴流が衝突することになり、燃料噴霧全体で燃料微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状の調節が可能となる。このため、燃料噴霧にそれと同程度の大きさのエア噴流を衝突させることにより、燃料噴霧全体でより微細な燃料微粒化を図ることができる。
【００５０】
この実施の形態では、燃料噴孔２９ａ及び各エア噴孔２９ｂが共に断面円形をなすことから、それら噴孔２９ａ，２９ｂの加工が比較的容易となる。このため、オリフィスプレート２９を比較的容易に製造することができる。また、圧力や各エア噴孔２９ｂの形状（例えば「テーパ」）を変えるだけで、エア噴流の広がり角度（噴流角度）θ２が変えられ、エア噴流の強度分布が調整される。更に、円形の燃料噴孔２９ａの内径を変えるだけで、燃料噴霧の広がり角度（噴霧角度）θ１が変えられ、燃料噴霧の強度分布が調整される。これにより、微粒化される粒径レベルを比較的容易に任意に設定することができる。併せて、噴霧角度θ１及び噴流角度θ２の調整、燃料噴霧及びエア噴霧の向きをそれぞれ調整することにより、噴霧貫徹距離や噴霧形状を比較的容易に任意に設定することができる。
【００５１】
図８に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、一つの衝突点ＨＰで同じ大きさと強度分布を有する複数のエア噴流を一つの燃料噴霧に衝突させるので、燃料噴霧自体の強度分布が不均一であっても、その噴霧全体に対して均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。これにより、燃料を好適に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を好適に設定できることが分かる。
【００５２】
この実施の形態では、燃料噴射弁３及びエア噴射弁４が燃焼室２に対応して取付部材９により一体的にシリンダヘッド６に取り付けられる。従って、各噴射弁３，４を個別に取り付ける場合に比べ、燃料噴孔２９ａに対するエア噴孔２９ｂの位置精度が高くなり、取り付けのためのシリンダヘッド６の加工や作業が少なくなる。また、予め取付部材９に燃料噴射弁３とエア噴射弁４を組み付けてアッセンブリ化しておけば、シリンダヘッド６に取付部材９を取り付けるだけで、両噴射弁３，４が同時にシリンダヘッド６に取り付けられる。このため、燃料噴射装置の製造を簡略化することができる。
【００５３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００５４】
この実施の形態は、オリフィスプレートの点で前記実施の形態と構成が異なる。図９（ａ）〜（ｄ）にオリフィスプレートの特徴図を示す。図９（ａ）はオリフィスプレート４２の平面図である。図９（ｂ）は図９（ａ）のＣ１−Ｃ１線断面図である。図９（ｃ）は図９（ａ）のＣ２−Ｃ２線断面図である。図９（ｄ）は図９（ａ）のオリフィスプレート４２を矢印Ｃ３の方向から見たときの燃料噴孔４２ａとエア噴孔４２ｂとの位置関係概念図である。
【００５５】
図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、オリフィスプレート４２は、一つの燃料噴孔４２ａがスリット状の矩形をなし、その燃料噴孔４２ａの両側にて燃料噴孔４２ａの長手方向に沿って複数（この場合５個）のエア噴孔４２ｂが等間隔に配置される。各エア噴孔４２ｂは、燃料噴孔４２ａの近傍に配置される。ここで、「近傍」とは、前述した燃料噴孔から気体噴孔までの距離Ｘで定義されるものである。図９（ｃ），（ｄ）に示すように、燃料噴孔４２ａは、噴射方向（図左方向）へ末広がりにテーパをなす内面を含み、反噴射側（図右側）には湾曲した凹部４２ｃを含む。この凹部４２ｃは、筒部２６の孔２６ａの開口に整合する。各エア噴孔４２ｂは、断面円形（開口端は楕円）をなし、オリフィスプレート４２の端面に対して斜めに貫通する。この実施の形態で、燃料噴孔４２ａの最大幅は「２．０ｍｍ」であるのに対し、各エア噴孔４２ｂの内径は「１．０ｍｍ」に設定される。また、各列のエア噴孔４２ｂの間隔は「１．５ｍｍ」に設定される。
【００５６】
図１０（ａ）〜（ｃ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。図１０（ａ）に示すように、燃料噴霧は扁平な略円錐形をなす。この噴霧の正面の噴霧角度θ１は、側面の噴霧角度θ１１より大きい。これら噴霧角度θ１，θ１１は、オリフィスプレート４２の燃料噴孔４２ａの最大幅、最小幅形状（テーパ角度）により決定される。図１０（ｂ）に示すように、１つのエア噴流（自由噴流）は正面及び側面ともほぼ同形な円錐形をなす。この噴流の広がり角度（噴流角度）θ２は、オリフィスプレート４２におけるエア噴孔４２ｂの内径の大きさにより決定される。図１０（ｃ）に示すように、複数のエア噴孔４２ｂから噴射される多孔噴流は正面に幅広く、側面に幅狭い鋸歯形をなす。ここで、この燃料噴霧における衝突点ＨＰは、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料噴霧の微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれたエア噴孔４２ｂからの距離に位置するように設定される。また、各エア噴孔４２ｂから噴射されるエア噴流の衝突点ＨＰにおける大きさ（外径（幅））は、燃料噴孔４２ａから噴射される燃料噴霧の衝突点ＨＰにおける外径Ｄ１と同程度になるように設定される。ここで、燃料噴霧の外径Ｄ１と同程度になる「エア噴流の大きさ」とは、図４５，４６に示す「噴流角β」、「気体噴流外径ｂ」及び「距離ｃ」と、前述した式「ｂ＝２＊ｃ＊ｔａｎ（β／２）」より定義されるものである。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【００５７】
図１１（ａ）〜（ｃ）に上記衝突点ＨＰにおける噴霧強度及び噴流強度の違いを示す。図１１（ａ）に示すように、燃料噴霧は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴霧強度を示す。図１１（ｂ）に示すように、１つのエア噴流（自由噴流）は正面及び側面とも同じ分布幅の噴流強度を示す。図１１（ｃ）に示すように、多孔噴流は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴流強度を示す。この正面の噴流強度の幅は、複数のエア噴流が重ね合わされることにより得られる。このように、燃料噴霧の強度分布に対してエア噴流の強度分布が均等に重なるように設定される。
【００５８】
図１２（ａ），（ｂ）に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるので、燃料噴霧全体に均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。これにより、燃料を有効的に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を効果的に調節できることが分かる。
【００５９】
特にこの実施の形態では、燃料噴孔４２ａがスリット状の矩形をなすことから、燃料噴霧が扁平な錐形に広がる。また、矩形をなす燃料噴孔４２ａの両側にて燃料噴孔４２ａの長手方向に沿って複数のエア噴孔４２ｂが等間隔に配置される。従って、その燃料噴霧の長手方向に沿って、その両側から複数のエア噴流が燃料噴霧に均一に衝突することになる。これにより、特に扁平な錐形に広がる燃料噴霧につき、その噴霧形状を大きく変えることなく、均一でより微細な燃料微粒化を図ることができる。
【００６０】
この実施の形態のその他の作用効果は、基本的には、第１の実施の形態の燃料噴射装置のそれと同じである。
【００６１】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第３の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００６２】
この実施の形態は、オリフィスプレートにおけるエア噴孔の配置及び向きの点で第２の実施の形態と構成が異なる。図１３（ａ）〜（ｄ）にオリフィスプレートの特徴図を示す。図１３（ａ）はオリフィスプレート４３の平面図である。図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＥ１−Ｅ１線断面図である。図１３（ｃ）は図１３（ａ）のＥ２−Ｅ２線断面図である。図１３（ｄ）は図１３（ａ）のオリフィスプレート４３を矢印Ｅ３の方向から見たときの燃料噴孔４３ａとエア噴孔４３ｂとの位置関係概念図である。
【００６３】
図１３（ａ）〜（ｄ）に示すように、オリフィスプレート４３の一つの燃料噴孔４３ａはスリット状の矩形をなし、その燃料噴孔４３ａの両側にて同噴孔４３ａの長手方向に沿って複数（この場合５個）のエア噴孔４３ｂが等間隔に配置される。各エア噴孔４３ｂは、燃料噴孔４３ａの近傍に配置される。ここで、「近傍」とは、前述した燃料噴孔から気体噴孔までの距離Ｘで定義されるものである。図１３（ｃ），（ｄ）に示すように、燃料噴孔４３ａの形状及び寸法は、上記燃料噴孔４２ａのそれと同じであり、湾曲した凹部４３ｃを含む。この凹部４３ｃは、筒部２６の孔２６ａの開口に整合する。各エア噴孔４３ｂは、断面円形（開口端は楕円）をなし、オリフィスプレート４３の端面に対して斜めに貫通する。この実施の形態では、各列のエア噴孔４３ｂの間隔が、上記オリフィスプレート４２のエア噴孔４２ｂの間隔よりも狭く設定される。また、図１３（ｄ）に示すように、各列のエア噴孔４３ｂは、その列方向にも若干傾いて配置される。この実施の形態における各エア噴孔４３ｂの大きさは、上記各エア噴孔４２ｂのそれと同じである。
【００６４】
図１４（ａ），（ｂ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。図１４（ａ）に示すように、燃料噴霧は扁平な略円錐形をなす。この噴霧の正面の噴霧角度θ１は、側面の噴霧角度θ１１より大きい。これら噴霧角度θ１，θ１１は、オリフィスプレート４３の燃料噴孔４３ａの最大幅、最小幅により決定される。図１４（ｂ）に示すように、複数のエア噴孔４３ｂから噴射される多孔噴流は正面に幅広く、側面に幅狭い鋸歯形をなす。ここで、この燃料噴霧における衝突点ＨＰは、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料噴霧の微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれたエア噴孔４３ｂからの距離に位置するように設定される。また、各エア噴孔４３ｂから噴射されるエア噴流の衝突点ＨＰにおける大きさ（外径（幅））は、燃料噴孔４３ａから噴射される燃料噴霧の衝突点ＨＰにおける外径Ｄ１と同程度になるように設定される。ここで、燃料噴霧の外径Ｄ１と同程度になる「エア噴流の大きさ」とは、図４５，４６に示す「噴流角β」、「気体噴流外径ｂ」及び「距離ｃ」と、前述した式「ｂ＝２＊ｃ＊ｔａｎ（β／２）」より定義されるものである。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【００６５】
図１５（ａ），（ｂ）に上記衝突点ＨＰにおける噴霧強度及び噴流強度の違いを示す。図１５（ａ）に示すように、燃料噴霧は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴霧強度を示す。図１５（ｂ）に示すように、多孔噴流の噴流強度も正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴流強度を示す。この正面の噴流強度の幅は、複数のエア噴流が重ね合わされることにより得られる。このように、燃料噴霧の強度分布に対してエア噴流の強度分布が均等に重なるように設定される。
【００６６】
図１６（ａ），（ｂ）に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。図１４（ａ），（ｂ）に示すように、同じ大きさと強度分布を有する複数のエア噴流を一つの燃料噴霧に、その噴霧角度θ１に沿うように、かつ、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるので、衝突後の燃料噴霧の広がり角度θ１を変えることなく、燃料噴霧全体に均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。これにより、燃料を有効的に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を効果的に調節できることが分かる。
【００６７】
この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、第２の実施の形態における燃料噴射装置のそれと同じである。
【００６８】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第４の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００６９】
この実施の形態は、オリフィスプレートエア噴孔の大きさ、配置及び形状の点で第２及び第３の実施の形態と構成が異なる。図１７（ａ）〜（ｄ）にオリフィスプレートの特徴図を示す。図１７（ａ）はオリフィスプレート４４の平面図である。図１７（ｂ）は図１７（ａ）のＦ１−Ｆ１線断面図である。図１７（ｃ）は図１７（ａ）のＦ２−Ｆ２線断面図である。図１７（ｄ）は図１７（ａ）のオリフィスプレート４４を矢印Ｆ３の方向から見たときの燃料噴孔４４ａとエア噴孔４４ｂとの位置関係概念図である。
【００７０】
図１７（ａ）〜（ｄ）に示すように、オリフィスプレート４４は、一つの燃料噴孔４４ａがスリット状の矩形をなし、その燃料噴孔４４ａの両側にて燃料噴孔４４ａの長手方向に沿って複数（この場合３個）のエア噴孔４４ｂが等間隔に配置される。各エア噴孔４４ｂは、燃料噴孔４４ａの近傍に配置される。ここで、「近傍」とは、前述した燃料噴孔から気体噴孔までの距離Ｘで定義されるものである。図１７（ｃ），（ｄ）に示すように、燃料噴孔４４ａの形状及び寸法は、上記燃料噴孔４２ａ，４３ａのそれと同じであり、反噴射側（図右側）に湾曲した凹部４４ｃを含む。この凹部４４ｃは、筒部２６の孔２６ａの開口に整合する。各エア噴孔４４ｂは、断面円形（開口端は楕円）をなし、噴射方向へ末広がりにテーパをなす内面を含む。この実施の形態では、各列のエア噴孔４４ｂの間隔が、上記エア噴孔４２ｂ，４３ｂの間隔よりも広く設定される。また、各エア噴孔４４ｂの内径は「１．３ｍｍ」に設定される。更に、各列のエア噴孔４４ｂの間隔は「２．０ｍｍ」に設定される。
【００７１】
図１８（ａ）〜（ｄ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。図１８（ａ）に示すように、燃料噴霧は扁平な略円錐形をなす。この噴霧の正面の噴霧角度θ１は、側面の噴霧角度θ１１より大きい。これら噴霧角度θ１，θ１１の形状（テーパ角度）は、オリフィスプレート４４の燃料噴孔４４ａの最大幅、最小幅により決定される。図１８（ｂ）に示すように、例えば、上記オリフィスプレート４２のようにエア噴孔４２ｂの内面形状を末広がりとしない場合の１つのエア噴流（自由噴流）は、正面及び側面ともほぼ同形な円錐形をなす。これに対し図１８（ｃ）に示すように、エア噴孔４４ｂの内径を拡大し、その内面形状を末広がりとした場合の１つのエア噴流（自由噴流）は正面及び側面とも噴流角度θ２１を広くした同形の円錐形をなす。図１８（ｄ）に示すように、複数のエア噴孔４４ｂから噴射される複数のエア噴流（多孔噴流）は正面に幅広く、側面に幅狭い鋸歯形をなす。ここで、この燃料噴霧における衝突点ＨＰは、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料噴霧の微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれたエア噴孔４４ｂからの距離に位置するように設定される。また、各エア噴孔４４ｂから噴射されるエア噴流の衝突点ＨＰにおける大きさ（外径（幅））は、燃料噴孔４４ａから噴射される燃料噴霧の衝突点ＨＰにおける外径Ｄ１と同程度になるように設定される。ここで、燃料噴霧の外径Ｄ１と同程度になる「エア噴流の大きさ」とは、図４５，４６に示す「噴流角β」、「気体噴流外径ｂ」及び「距離ｃ」と、前述した式「ｂ＝２＊ｃ＊ｔａｎ（β／２）」より定義されるものである。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【００７２】
図１９（ａ）〜（ｄ）に上記衝突点ＨＰにおける噴霧強度及び噴流強度の違いを示す。図１９（ａ）に示すように、燃料噴霧は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴霧強度を示す。図１９（ｂ）には、上記オリフィスプレート４２のようにエア噴孔４２ｂの内面形状を末広がりとしない場合の１つのエア噴流（自由噴流）の噴流強度を示す。図１９（ｃ）には、エア噴孔４４ｂの内径を拡大し、その内面形状を末広がりとした場合の１つのエア噴流（自由噴流）の噴流強度を示す。図１９（ｃ）に示すように、末広がりとした分だけ、噴流強度の分布幅が広くなることが分かる。図１９（ｄ）に示すように、複数のエア噴流（多孔噴流）は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴流強度を示す。この正面の噴流強度の分布幅は、複数のエア噴流が重ね合わされることにより得られる。このように、燃料噴霧の強度分布に対してエア噴流の強度分布が均等かつ余裕をもって重なるように設定される。
【００７３】
図２０（ａ），（ｂ）に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。図１８（ａ），（ｄ）に示すように、同じ大きさと強度分布を有する複数のエア噴流を一つの燃料噴霧に、その噴霧角度θ１に沿うように、かつ、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるので、衝突後の燃料噴霧の広がり角度θ１を変えることなく、燃料噴霧全体に均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。また、１つのエア噴流を末広がりとすることでエアの噴流角θ２１が噴流角θ２よりも増大し、噴流の分布強度が平坦となる。このため、エア噴流を比較的広い範囲で余裕をもって燃料噴霧に衝突させることができ、燃料噴霧の分布が変動しても燃料の微粒化を確実に行うことができる。更に、孔径を大きくしてエアの噴流強度を増やすことにより、末広がりとしない場合に比べ、孔数を少なくしても同等の性能を発揮することができる。これにより、燃料を有効的に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を効果的に調節できることが分かる。
【００７４】
この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、第２及び第３の実施の形態における燃料噴射装置のそれと同じである。
【００７５】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第５の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００７６】
この実施の形態は、オリフィスプレートのエア噴孔の点で前記各実施の形態と構成が異なる。図２１（ａ）〜（ｄ）にオリフィスプレートの特徴図を示す。図２１（ａ）はオリフィスプレート４５の平面図である。図２１（ｂ）は図２１（ａ）のＧ１−Ｇ１線断面図である。図２１（ｃ）は図２１（ａ）のＧ２−Ｇ２線断面図である。図２１（ｄ）は図２１（ａ）のオリフィスプレート４５を矢印Ｇ３の方向から見たときの燃料噴孔４５ａとエア噴孔４５ｂとの位置関係概念図である。
【００７７】
図２１（ａ）〜（ｄ）に示すように、オリフィスプレート４５は、一つの燃料噴孔４５ａがスリット状の矩形をなし、その燃料噴孔４５ａの両側にて燃料噴孔４５ａと平行に一対をなすエア噴孔４５ｂが配置される。各エア噴孔４５ｂは、燃料噴孔４５ａの近傍に配置される。ここで、「近傍」とは、前述した燃料噴孔から気体噴孔までの距離Ｘで定義されるものである。これらエア噴孔４５ｂは、断面細長な矩形をなしている。図２１（ｃ），（ｄ）に示すように、燃料噴孔４５ａの形状及び寸法は、上記燃料噴孔４２ａ，４３ａ，４４ａのそれと同じであり、反噴射側（図右側）には湾曲した凹部４５ｃを含む。この凹部４５ｃは、筒部２６の孔２６ａの開口に整合する。また、各エア噴孔４５ｂの最大幅Ｗ１は「６．０ｍｍ」に、最小幅Ｗ２は「０．６５ｍｍ」に設定される。
【００７８】
図２２（ａ），（ｂ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。図２２（ａ）に示すように、燃料噴霧は扁平な略円錐形をなす。この噴霧の正面の噴霧角度θ１は、側面の噴霧角度θ１１より大きい。これら噴霧角度θ１，θ１１は、オリフィスプレート４５の燃料噴孔４５ａの最大長さ、最小幅により決定される。図２２（ｂ）に示すように、各エア噴孔４５ｂから噴射されるエア噴流は正面に幅広く、側面に幅狭い楔形をなす。ここで、この燃料噴霧における衝突点ＨＰは、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料噴霧の微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれたエア噴孔４５ｂからの距離に位置するように設定される。また、各エア噴孔４５ｂから噴射されるエア噴流の衝突点ＨＰにおける大きさ（外径（幅））は、燃料噴孔４５ａから噴射される燃料噴霧の衝突点ＨＰにおける外径Ｄ１と同程度になるように設定される。ここで、燃料噴霧の外径Ｄ１と同程度になる「エア噴流の大きさ」とは、図４５，４６に示す「噴流角β」、「気体噴流外径ｂ」及び「距離ｃ」と、前述した式「ｂ＝２＊ｃ＊ｔａｎ（β／２）」より定義されるものである。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【００７９】
図２３（ａ），（ｂ）に上記衝突点ＨＰにおける噴霧強度及び噴流強度の違いを示す。図２３（ａ）に示すように、燃料噴霧は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴霧強度を示す。図２３（ｂ）に示すように、各エア噴流は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴流強度を示す。このように、燃料噴霧の強度分布に対してエア噴流の強度分布が均等に重なるように設定される。
【００８０】
図２４（ａ），（ｂ）に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。図２２（ａ），（ｂ）に示すように、同じ大きさと強度分布を有する一対のエア噴流を一つの燃料噴霧に、その噴霧角度θ１に沿うように、かつ、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるので、衝突後の燃料噴霧の広がり角度θ１を変えることなく、燃料噴霧全体に均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。これにより、燃料を有効的に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を効果的に調節できることが分かる。
【００８１】
この実施の形態では、各エア噴孔４５ａが矩形をなすことから、エア噴流が扁平な錐形に広がる。このため、特に扁平に広がる燃料噴霧全体にエア噴流を均等に衝突させることができ、均一でより微細な燃料微粒化を図ることができる。
【００８２】
この実施の形態では、燃料噴孔４５ａが矩形をなすことから、燃料噴霧が扁平な錐形に広がる。また、矩形をなす燃料噴孔４５ａの両側にてそれと平行に一対の矩形をなすエア噴孔４５ｂが平行に配置されるので、その燃料噴霧の長手方向に沿って、その両側から一対のエア噴流が燃料噴霧に均一に衝突することになる。このため、特に扁平に広がる燃料噴霧全体に気体噴流を均等に衝突させることができ、その噴霧形状を大きく変えることなく、均一でより微細な燃料微粒化を図ることができる。
【００８３】
この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、第１の実施の形態における燃料噴射装置のそれと同じである。
【００８４】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第６の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００８５】
この実施の形態は、オリフィスプレートのエア噴孔の点で第５の実施の形態と構成が異なる。図２５（ａ）〜（ｄ）にオリフィスプレートの特徴図を示す。図２５（ａ）はオリフィスプレート４６の平面図である。図２５（ｂ）は図２５（ａ）のＨ１−Ｈ１線断面図である。図２５（ｃ）は図２５（ａ）のＨ２−Ｈ２線断面図である。図２５（ｄ）は図２５（ａ）のオリフィスプレート４６を矢印Ｈ３の方向から見たときの燃料噴孔４６ａとエア噴孔４６ｂとの位置関係概念図である。
【００８６】
図２５（ａ）〜（ｄ）に示すように、オリフィスプレート４６は、一つの燃料噴孔４６ａがスリット状の矩形をなし、その燃料噴孔４６ａの両側にて燃料噴孔４６ａと平行に一対をなすエア噴孔４６ｂが配置される。これらエア噴孔４６ｂは、断面細長な矩形をなしている。各エア噴孔４６ｂは、燃料噴孔４６ａの近傍に配置される。ここで、「近傍」とは、前述した燃料噴孔から気体噴孔までの距離Ｘで定義されるものである。図２５（ｃ），（ｄ）に示すように、燃料噴孔４６ａの形状及び寸法は、上記燃料噴孔４２ａ，４３ａ，４４ａ，４５ａのそれと同じであり、反噴射側（図右側）には湾曲した凹部４６ｃを含む。この凹部４６ｃは、筒部２６の孔２６ａの開口に整合する。また、この実施の形態では、エア噴孔４６ｂの最大幅Ｗ１が、前記第５の実施の形態におけるエア噴孔４５ｂの最大幅Ｗ１よりも狭く設定される。その代わりに、この実施の形態のエア噴孔４６ｂは、図２５（ｄ）に示すように、噴射方向へ末広がりにテーパをなす内面を含む形状をなしている。この実施の形態で、各エア噴孔４６ｂの最大幅Ｗ１は「４．０ｍｍ」に、最小幅Ｗ２は「１．３ｍｍ」に設定される。
【００８７】
図２６（ａ），（ｂ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。図２６（ａ）に示すように、燃料噴霧は扁平な略円錐形をなす。この噴霧の正面の噴霧角度θ１は、側面の噴霧角度θ１１より大きい。これら噴霧角度θ１，θ１１は、オリフィスプレート４６の燃料噴孔４６ａの最大幅、最小幅により決定される。図２６（ｂ）に示すように、各エア噴孔４６ｂから噴射されるエア噴流は正面に幅広く、側面に幅狭い楔形をなす。ここで、この燃料噴霧における衝突点ＨＰは、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料噴霧の微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれたエア噴孔４６ｂからの距離に位置するように設定される。また、各エア噴孔４６ｂから噴射されるエア噴流の衝突点ＨＰにおける大きさ（外径（幅））は、燃料噴孔４６ａから噴射される燃料噴霧の衝突点ＨＰにおける外径Ｄ１と同程度になるように設定される。ここで、燃料噴霧の外径Ｄ１と同程度になる「エア噴流の大きさ」とは、図４５，４６に示す「噴流角β」、「気体噴流外径ｂ」及び「距離ｃ」と、前述した式「ｂ＝２＊ｃ＊ｔａｎ（β／２）」より定義されるものである。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【００８８】
図２７（ａ），（ｂ）に上記衝突点ＨＰにおける噴霧強度及び噴流強度の違いを示す。図２７（ａ）に示すように、燃料噴霧は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴霧強度を示す。図２７（ｂ）に示すように、各エア噴流は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴流強度を示す。このように、燃料噴霧の強度分布に対してエア噴流の強度分布が均等に重なるように設定される。
【００８９】
図２８（ａ），（ｂ）に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。図２６（ａ），（ｂ）に示すように、同じ大きさと強度分布を有する一対のエア噴流を一つの燃料噴霧に、その噴霧角度θ１に沿うように、かつ、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるので、衝突後の燃料噴霧の広がり角度θ１を変えることなく、燃料噴霧全体に均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。
【００９０】
特にこの実施の形態では、各エア噴孔４６ｂが矩形をなすことから、エア噴流がその矩形に応じた扁平な錐形に広がる。また、各エア噴孔４６ｂがその噴射方向へ末広がりにテーパをなす内面を含むので、エア噴流の広がり方向の強度分布がより平坦なものとなり、各エア噴流が燃料噴霧に対してより均一に衝突することになる。これにより、衝突後の燃料噴霧の噴霧角度θ１を変えることなく燃料噴霧全体に各エア噴流の影響を及ぼすことができる。これにより、燃料を好適に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を好適に設定できることが分かる。
【００９１】
この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、第５の実施の形態における燃料噴射装置のそれと同じである。
【００９２】
［第７の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第７の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００９３】
この実施の形態は、オリフィスプレートの点で前記各実施の形態と構成が異なる。図２９（ａ）〜（ｄ）にオリフィスプレートの特徴図を示す。図２９（ａ）はオリフィスプレート４７の平面図である。図２９（ｂ）は図２９（ａ）のＪ１−Ｊ１線断面図である。図２９（ｃ）は図２９（ａ）のＪ２−Ｊ２線断面図である。図２９（ｄ）は図２９（ａ）のオリフィスプレート４７を矢印Ｊ３の方向から見たときの燃料噴孔４７ａとエア噴孔４７ｂとの位置関係概念図である。
【００９４】
図２９（ａ）〜（ｄ）に示すように、この実施の形態のオリフィスプレート４７は、スリット状の矩形をなす燃料噴孔４７ａの片側にて同噴孔４７ａの長手方向に沿って複数のエア噴孔４７ｂが等間隔に配置される点で、前記第２の実施の形態におけるオリフィスプレート４２と構成が異なる。即ち、第２の実施の形態では、燃料噴孔４２ａの両側にて複数のエア噴孔４２ｂが一列に配置されたが、この実施の形態では、燃料噴孔４７ａの片側にて複数のエア噴孔４７ｂが一列に配置される点で構成が異なる。その他の点で、オリフィスプレート４７の構成は、第２の実施の形態におけるオリフィスプレート４２のそれに準ずる。
【００９５】
図３０（ａ），（ｂ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。この実施の形態における燃料噴霧及びエア噴流の形状等は、図１０（ａ），（ｃ）に示すものに準ずる。
【００９６】
図３１（ａ），（ｂ）に上記衝突点ＨＰにおける噴霧強度及び噴流強度の違いを示す。この実施の形態における噴霧強度及び噴流強度の状態は、図１１（ａ），（ｃ）に示すものに準ずる。
【００９７】
図３２（ａ）〜（ｃ）に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。ここで、この燃料噴霧における衝突点ＨＰは、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料噴霧の微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれたエア噴孔４７ｂからの距離に位置するように設定される。また、各エア噴孔４７ｂから噴射されるエア噴流の衝突点ＨＰにおける大きさ（外径（幅））は、燃料噴孔４７ａから噴射される燃料噴霧の衝突点ＨＰにおける外径Ｄ１と同程度になるように設定される。ここで、燃料噴霧の外径Ｄ１と同程度になる「エア噴流の大きさ」とは、図４５，４６に示す「噴流角β」、「気体噴流外径ｂ」及び「距離ｃ」と、前述した式「ｂ＝２＊ｃ＊ｔａｎ（β／２）」より定義されるものである。このため、燃料噴霧全体に均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。これにより、燃料を有効的に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を効果的に調節できることが分かる。
【００９８】
また、この実施の形態では、燃料噴孔４７ａの片側のみに複数のエア噴孔４７ｂを一列に配置してエア噴流を発生させていることから、図３２（ｃ）に示すように、エア噴流の衝突により燃料噴霧の向きを水平方向へ斜めに変えることができる。このため、燃焼室２の形状に合わせて燃料を微粒化させることができる。
【００９９】
この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、第１の実施の形態における燃料噴射装置におけるそれと同じである。
【０１００】
［第８の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第８の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０１０１】
この実施の形態は、オリフィスプレートのエア噴孔の点で前記第７の実施の形態と構成が異なる。図３３（ａ）〜（ｄ）にオリフィスプレートの特徴図を示す。図３３（ａ）はオリフィスプレート４８の平面図である。図３３（ｂ）は図３３（ａ）のＫ１−Ｋ１線断面図である。図３３（ｃ）は図３３（ａ）のＫ２−Ｋ２線断面図である。図３３（ｄ）は図３３（ａ）のオリフィスプレート４８を矢印Ｋ３の方向から見たときの燃料噴孔４８ａとエア噴孔４８ｂとの位置関係概念図である。
【０１０２】
図３３（ａ）〜（ｄ）に示すように、この実施の形態のオリフィスプレート４８は、スリット状の矩形をなす燃料噴孔４８ａの片側にて同噴孔４８ａの長手方向に沿って平行に一つの矩形をなすエア噴孔４８ｂが配置される点で、前記第５の実施の形態におけるオリフィスプレート４５と構成が異なる。即ち、第５の実施の形態では、燃料噴孔４５ａの両側に一対をなすエア噴孔４５ｂが平行に配置されたが、この実施の形態では、燃料噴孔４８ａの片側のみにエア噴孔４５ｂが平行に配置される点で構成が異なる。その他の点では、オリフィスプレート４８の構成は、第５の実施の形態におけるオリフィスプレート４５のそれに準ずる。
【０１０３】
図３４（ａ），（ｂ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。この実施の形態における燃料噴霧及びエア噴流の形状等は、図２２（ａ），（ｂ）に示すものに準ずる。
【０１０４】
図３５（ａ），（ｂ）に上記衝突点ＨＰにおける噴霧強度及び噴流強度の違いを示す。この実施の形態における噴霧強度及び噴流強度の状態は、図２３（ａ），（ｂ）に示すものに準ずる。
【０１０５】
図３６（ａ）〜（ｃ）に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。図３４（ａ），（ｂ）に示すように、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるので、燃料噴霧全体に均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。これにより、燃料を有効的に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を効果的に調節できることが分かる。
【０１０６】
また、この実施の形態では、燃料噴孔４８ａの片側のみに一つのエア噴孔４８ｂを平行に配置してエア噴流を発生させていることから、図３６（ｃ）に示すように、エア噴流の衝突により燃料噴霧の向きを水平方向へ斜めに変えることができる。このため、燃焼室２の形状に合わせて燃料を微粒化させることができる。
【０１０７】
この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、第７の実施の形態における燃料噴射装置のそれと同じである。
【０１０８】
［第９の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第９の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０１０９】
この実施の形態は、エア噴射弁の機能を燃料噴射弁に一体に設けた点で前記各実施の形態と構成が異なる。図３７にエア噴射弁一体型燃料噴射弁５１の断面図を示す。この実施の形態の一体型燃料噴射弁５１は、そのロワボディ１５の先端に筒部１５ａが一体的に設けられる。この筒部１５ａの先端にオリフスプレート４５が固定される。ロワボディ１５には、筒部１５ａに開口するエア通路５２が設けられる。エア通路５２には、エア配管（図示略）を通じて加圧エアが供給される。ロワボディ１５の基端部には、別のソレノイド５３が設けられる。ロワボディ１５には、エア通路５２を開閉する弁体５４が設けられる。この弁体５４が、ソレノイド５３の励磁・消磁に基づいて動作することにより、エア通路５２が開閉され、筒部１５ａの中に加圧エアが供給され、オリフィスプレート４５のエア噴孔４５ｂから加圧エアが噴射され、エア噴流が形成されるようになっている。また、筒部１５ａの中心に一体的に設けられたチューブ２６の孔２６ａを通じて噴射される燃料が、オリフィスプレート４５の燃料噴孔４５ａから噴射され、燃料噴霧が形成されるようになっている。
【０１１０】
従って、この実施の形態では、エア噴射弁一体型燃料噴射弁５１を使用することから、燃料噴射弁３とエア噴射弁４を別々に設けた前記各実施の形態よりも、燃料噴射装置をコンパクトに構成することができる。この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、前記各実施の形態におけるそれと同じである。
【０１１１】
［第１０の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第１０の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０１１２】
この実施の形態は、エア噴射弁の噴射機能を燃料噴射弁に設けた点で前記各実施の形態と構成が異なる。図３８に燃料噴射弁５５の断面図を示す。この実施の形態の燃料噴射弁５５は、ロワボディがハウジング１１と一体的に設けられる。このハウジング１１の先端にオリフィスプレート４５が直接固定される。ハウジング１１の先端部には、オリフィスプレート４５の燃料噴孔４５ａとノズルボディ１６の弁孔１６ｂとの間を連通する燃料通路５６が設けられる。同じく、ハウジング１１の先端部には、燃料通路５６の周囲にエア通路５７が設けられる。このエア通路５７には、別途のエア制御弁（図示略）を通じて加圧エアが供給される。エア制御弁が制御されることにより、エア通路５７を通じてオリフィスプレート４５のエア噴孔４５ｂから加圧エアが噴射され、エア噴流が形成されるようになっている。また、弁座１６ａに対して弁部１８ａが開閉することにより、燃料通路５６及びオリフィスプレート４５の燃料噴孔４５ａを通じて燃料が噴射され、燃料噴霧が形成されるようになっている。
【０１１３】
従って、この実施の形態では、エア噴射弁の機能を燃料噴射弁５５に設けていることから、燃料噴射弁３とエア噴射弁４を別々に設けた前記各実施の形態に比べ、燃料噴射装置に関するエンジン周りの構成をコンパクトにすることができる。この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、前記各実施の形態におけるそれと同じである。
【０１１４】
［第１１の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第１１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０１１５】
この実施の形態の燃料噴射装置は、一つの燃料噴霧を形成するための燃料噴射弁と、複数のエア噴流のそれぞれを個別に形成するための複数のエア噴射弁とを備える点で、前記各実施の形態の燃料噴射弁と構成が異なる。
【０１１６】
図３９に燃料噴射装置の概略構成に関する断面図を示す。燃料噴射弁３と二つのエア噴射弁４は、互いに基本構成を同じくしている。これら噴射弁３，４の詳しい構成は、図１に示す燃料噴射弁３のそれと同じである。この実施の形態で、燃料噴射弁３に対応して設けられ燃焼室２に開口する燃料噴孔６１の構成は、例えば、円形であってもよく、スリット状の矩形であってもよい。これに対し、各エア噴射弁４のに対応して設けられ燃焼室２に開口するエア噴孔６２は、円形をなす複数のエア噴孔を一列に配置したものであってもよく、矩形をなすエア噴孔であってもよい。この実施の形態でも、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるように設定される。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、各エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【０１１７】
従って、この実施の形態の燃料噴射装置においても、機能的には、前記各実施の形態の燃料噴射装置と同等の作用効果を得ることができる。
【０１１８】
［第１２の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第１２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０１１９】
この実施の形態の燃料噴射装置は、第９の実施の形態を変形したものである。図４０にこの燃料噴射装置の概略構成を断面図に示す。図３７との対比から分かるように、この一体型燃料噴射弁５８は、燃料噴霧に対して片側からのみエア噴流を衝突させるように構成される。一体型燃料噴射弁５８は、基本的には第９の実施の形態における一体型燃料噴射弁５１と同じ構成を備える。従って、この噴射弁５８の詳しい構成の説明は省略する。この実施の形態では、燃料噴孔４５ａがスリット状の矩形をなし、エア噴孔４５ｂが矩形をなす。そして、燃料噴孔４５ａの片側に位置するエア噴孔４５ｂからエア噴流が発生する。また、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるように設定される。上記のようにして、この燃料噴射装置では、一体型燃料噴射弁５８から噴射される燃料と、エア噴孔４５ｂから噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【０１２０】
従って、この実施の形態の燃料噴射装置においても、機能的には、前記各実施の形態の燃料噴射装置と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施の形態では、燃料噴孔４５ａの片側のみにエア噴孔４５ｂを配置してエア噴流を発生させていることから、図４０に示すように、エア噴流の衝突により燃料噴霧の向きを水平方向へ斜めに変えることができる。このため、燃焼室２の形状に合わせて燃料を微粒化することができる。
【０１２１】
［第１３の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第１３の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０１２２】
この実施の形態の燃料噴射装置は、前記第１３の実施の形態における燃料噴射装置の機能を、一体型燃料噴射弁５８でなく、別々に設けられた燃料噴射弁３とエア噴射弁４により達成しようとするものである。図４１にこの燃料噴射装置の概略構成を断面図に示す。図４０との対比から分かるように、この実施の形態では、一つの燃料噴射弁３と少なくとも一つのエア噴射弁４がシリンダヘッド６に組み付けられる。この実施の形態で、燃料噴射弁３に対応して設けられ燃焼室２に開口する燃料噴孔６１の構成は、例えば、円形であってもよく、スリット状の矩形であってもよい。これに対し、各エア噴射弁４のに対応して設けられ燃焼室２に開口するエア噴孔６２は、円形をなす複数のエア噴孔を一列に配置したものであってもよく、矩形をなすエア噴孔であってもよい。そして、一つの燃料噴射弁３からの燃料噴霧に対して片側からのみエア噴流を衝突させるようにエア噴射弁４が配置される。即ち、エア噴孔６２からのエア噴流の噴流軸線ＡＬが、燃料噴射弁３からの燃料噴霧の最大径における衝突点ＨＰで交差するように設定される。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【０１２３】
従って、この実施の形態の燃料噴射装置においても、機能的には、前記各実施の形態の燃料噴射装置と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施の形態では、燃料噴射弁３の片側のみにエア噴射弁４を配置してエア噴流を発生させていることから、図４１に示すように、エア噴流の衝突により燃料噴霧の向きを水平方向へ斜めに変えることができる。このため、燃焼室２の形状に合わせて燃料を微粒化することができる。
【０１２４】
［第１４の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第１４の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０１２５】
図４２〜４４にこの実施の形態における燃料噴射装置の概略構成を断面図に示す。この実施の形態の燃料噴射装置は、一つの燃料噴孔６１を含む一つの燃料噴射弁３に対して少なくとも第１及び第２の二つのエア噴射弁４Ａ，４Ｂが設けられる。各エア噴射弁４Ａ，４Ｂに対応してエア噴孔６２がそれぞれ設けられ、各エア噴孔６２からのエアの噴射を選択的に切り替えるために、各エア噴射弁４Ａ，４Ｂの使用を切り替えるように構成される。
【０１２６】
また、この実施の形態では、一つの燃料噴射弁３により形成される燃料噴霧に対し、その片側からのみエア噴流を衝突させるように第１及び第２のエア噴射弁４Ａ，４Ｂが配置される。即ち、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有する第１のエア噴射弁４Ａのエア噴孔６２から噴射されるエア噴流を燃料噴霧に衝突させるよう設定される。同じく、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有する第２のエア噴射弁４Ｂのエア噴孔６２から噴射されるエア噴流を燃料噴霧に衝突させるように設定される。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、各エア噴射弁４Ａ，４Ｂから噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【０１２７】
従って、この実施の形態の燃料噴射装置によれば、二つのエア噴射弁４Ａ，４Ｂの使用を切り替えることにより、各エア噴孔４ａからのエアの噴射が選択的に切り替えられる。従って、この切り替えにより、燃料噴霧に対するエア噴流の衝突の形態が変えられ、燃料噴霧の形状が変えられる。即ち、図４３に示すように、燃料噴射弁３に対して第１のエア噴射弁４Ａのみを選択的に使用する場合には、燃料噴霧にエア噴流を衝突させたときに、相対的に狭い範囲で衝突を生じさせることができる。一方、図４４に示すように、燃料噴射弁３に対して第２のエア噴射弁４Ｂのみを選択的に使用する場合には、燃料噴霧にエア噴流を衝突させたときに、相対的に広い範囲で衝突を生じさせることができる。このように、燃料噴霧とエア噴流との衝突範囲の大きさを２種類に切り替えることができる。この結果、噴霧貫徹距離及び噴霧形状を選択的に切り替えて使用することができ、エンジン１の運転条件に合わせて燃料の微粒化を調節することができる。
【０１２８】
尚、この発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
【０１２９】
例えば、前記各実施の形態では、燃料に衝突させる気体としてエア（空気）を使用したが、空気以外の特定の気体を使用してもよい。
【０１３０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、燃料噴霧に対して気体噴流が衝突するように設定されるので、内燃機関の運転条件の全域で燃料微粒化を図ることができる。
【０１３１】
請求項２に記載の発明によれば、気体噴孔が燃料噴孔の近傍に配置されるので、請求項１に記載の発明の効果に加え、衝突点において気体噴流の持つエネルギーが保持され、衝突により噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節することができる。
【０１３２】
請求項３に記載の発明によれば、衝突点において気体噴流の大きさが燃料噴霧の大きさと同程度になるように設定されるので、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、燃料噴霧全体でより微細な燃料微粒化や噴霧貫徹距離及び噴霧形状の調節を図ることができる。
【０１３３】
請求項４に記載の発明によれば、気体噴流がその矩形に応じた錐形に広がることになる。このため、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明の効果に加え、特に扁平に広がる燃料噴霧幅方向に均一に気体噴流を衝突させることができ、より微細な燃料微粒化や噴霧貫徹距離及び噴霧形状の調節を図ることができる。
【０１３４】
請求項５に記載の発明によれば、気体噴流の広がり方向の強度分布がより平坦になり、各気体噴流が燃料噴霧に対し均一に衝突することになる。このため、請求項１乃至４の何れか一つに記載の発明の効果に加え、気体噴流を比較的広範囲で燃料噴霧に衝突させることができ、燃料噴霧の分布が変動しても燃料微粒等を確実に行うことができる。
【０１３５】
請求項６に記載の発明によれば、円錐形の燃料噴霧に対し、その周囲に複数の気体噴流が均一に衝突し、燃料噴霧に対する気体噴流の強度分布が均一化される。このため、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明の効果に加え、特に円錐形の燃料噴霧につき、その噴霧形状を大きく変えることなく、噴霧全体でより微細な燃料微粒化や噴霧貫徹距離及び噴霧形状の調節を図ることができる。
【０１３６】
請求項７に記載の発明によれば、矩形に応じた錐形に広がる燃料噴霧の長手方向に沿って、その両側から複数の気体噴流が燃料噴霧の幅方向全体に衝突することになる。このため、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明の効果に加え、特に扁平に広がる燃料噴霧につき、その噴霧形状を大きく変えることなく、噴霧全体でより微細な燃料微粒化や噴霧貫徹距離及び噴霧形状の調節を図ることができる。
【０１３７】
請求項８に記載の発明によれば、矩形に応じた錐形に広がる燃料噴霧の長手方向に沿って、その両側から一対の気体噴流が燃料噴霧の幅方向全体に衝突することになる。このため、請求項４に記載の発明の効果に加え、特に扁平に広がる燃料噴霧全体に気体噴流を均等に衝突させることができ、その噴霧形状を大きく変えることなく、燃料噴霧全体でより微細な燃料微粒化や噴霧貫徹距離及び噴霧形状の調節を図ることができる。
【０１３８】
請求項９に記載の発明によれば、矩形に応じた錐形に広がる燃料噴霧の長手方向に沿って、その片側から複数の気体噴流が燃料噴霧の幅方向全体に衝突し、燃料噴霧の向きが変えられる。このため、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明の効果に加え、各気体噴流の衝突により燃料噴霧の向きを変えることができ、燃焼室の形状に合わせて燃料を微粒化や噴霧貫徹距離及び噴霧形状の調節をすることができる。
【０１３９】
請求項１０に記載の発明によれば、矩形に応じた錐形に広がる燃料噴霧の長手方向に沿って、その片側から一つの気体噴流が燃料噴霧に均一に衝突し、燃料噴霧の向きが変えられる。このため、請求項４に記載の発明の効果に加え、気体噴流の衝突により燃料噴霧の向きを変えることができ、燃焼室の形状に合わせて燃料を微粒化や噴霧貫徹距離及び噴霧形状の調節することができる。
【０１４０】
請求項１１に記載の発明によれば、気体噴孔と燃料噴孔の配置の位置精度が高くなり、燃料噴射弁及び気体噴射弁を取り付けのための加工や作業が少なくなる。このため、請求項１乃至１０の何れか一つに記載の発明の効果に加え、直接噴射式燃料噴射装置の製造を簡略化することができる。
【０１４１】
請求項１２に記載の発明によれば、燃料噴霧に対する気体噴流の衝突の形態が変えられ、燃料噴霧の形状が変えられる。このため、請求項１乃至１１の何れか一つに記載の発明の効果に加え、噴霧貫徹距離及び噴霧形状を選択的に切り替えて使用することができ、内燃機関の運転条件に合わせて燃料微粒化を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係り、燃料噴射装置のエンジン取付状態を示す断面図。
【図２】同じく、燃料噴射弁とエア噴射弁に係る電気配線等を示す構成概念図。
【図３】同じく、取付部材の先端部を示す拡大断面図。
【図４】同じく、オリフィスプレートを示す平面図。
【図５】同じく、図４のＡ−Ａ線断面図。
【図６】同じく、（ａ）〜（ｃ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図７】同じく、（ａ）〜（ｃ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図８】同じく、燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図９】第２の実施の形態に係り、（ａ）〜（ｄ）はオリフィスプレートの特徴図。
【図１０】同じく、（ａ）〜（ｃ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図１１】同じく、（ａ）〜（ｃ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図１２】同じく、（ａ），（ｂ）は燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図１３】第３の実施の形態に係り、（ａ）〜（ｄ）はオリフィスプレートの特徴図。
【図１４】同じく、（ａ），（ｂ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図１５】同じく、（ａ），（ｂ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図１６】同じく、（ａ），（ｂ）は燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図１７】第４の実施の形態に係り、（ａ）〜（ｄ）はオリフィスプレートの特徴図。
【図１８】同じく、（ａ）〜（ｄ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図１９】同じく、（ａ）〜（ｄ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図２０】同じく、（ａ），（ｂ）は燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図２１】第５の実施の形態に係り、（ａ）〜（ｄ）はオリフィスプレートの特徴図。
【図２２】同じく、（ａ），（ｂ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図２３】同じく、（ａ），（ｂ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図２４】同じく、（ａ），（ｂ）は燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図２５】第６の実施の形態に係り、（ａ）〜（ｄ）はオリフィスプレートの特徴図。
【図２６】同じく、（ａ），（ｂ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図２７】同じく、（ａ），（ｂ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図２８】同じく、（ａ），（ｂ）は燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図２９】第７の実施の形態に係り、（ａ）〜（ｄ）はオリフィスプレートの特徴図。
【図３０】同じく、（ａ），（ｂ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図３１】同じく、（ａ），（ｂ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図３２】同じく、（ａ）〜（ｃ）は燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図３３】第８の実施の形態に係り、（ａ）〜（ｄ）はオリフィスプレートの特徴図。
【図３４】同じく、（ａ），（ｂ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図３５】同じく、（ａ），（ｂ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図３６】同じく、（ａ）〜（ｃ）は燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図３７】第９の実施の形態に係り、一体型燃料噴射弁を示す断面図。
【図３８】第１０の実施の形態に係り、燃料噴射弁を示す断面図。
【図３９】第１１の実施の形態に係り、燃料噴射装置の概略構成を示す断面図。
【図４０】第１２の実施の形態に係り、燃料噴射装置の概略構成を示す断面図。
【図４１】第１３の実施の形態に係り、燃料噴射装置の概略構成を示す断面図。
【図４２】第１４の実施の形態に係り、燃料噴射装置の概略構成を示す断面図。
【図４３】同じく、燃料噴射装置の概略構成を示す断面図。
【図４４】同じく、燃料噴射装置の概略構成を示す断面図。
【図４５】衝突点での燃料噴霧と気体噴流との衝突を示す概念図。
【図４６】気体噴流を示す概念図。
【符号の説明】
１      エンジン
２      燃焼室
３      燃料噴射弁
４      エア噴射弁
９      取付部材
２９    オリフィスプレート
２９ａ  燃料噴孔
２９ｂ  エア噴孔
４１    オリフィスプレート
４１ａ  燃料噴孔
４１ｂ  エア噴孔
４２    オリフィスプレート
４２ａ  燃料噴孔
４２ｂ  エア噴孔
４３    オリフィスプレート
４３ａ  燃料噴孔
４３ｂ  エア噴孔
４４    オリフィスプレート
４４ａ  燃料噴孔
４４ｂ  エア噴孔
４５    オリフィスプレート
４５ａ  燃料噴孔
４５ｂ  エア噴孔
４６    オリフィスプレート
４６ａ  燃料噴孔
４６ｂ  エア噴孔
４７    オリフィスプレート
４７ａ  燃料噴孔
４７ｂ  エア噴孔
４８    オリフィスプレート
４８ａ  燃料噴孔
４８ｂ  エア噴孔
４９    オリフィスプレート
４９ａ  燃料噴孔
４９ｂ  エア噴孔
５１    燃料噴射弁
５５    燃料噴射弁
５８    燃料噴射弁
６１    燃料噴孔
６２    エア噴孔
ＨＰ    衝突点
ＡＬ    噴流軸線
Ｄ１    衝突点における噴霧の外径または幅
【図１】
2004239169.tif 000003
【図２】
2004239169.tif 000004
【図３】
2004239169.tif 000005
【図４】
2004239169.tif 000006
【図５】
2004239169.tif 000007
【図６】
2004239169.tif 000008
【図７】
2004239169.tif 000009
【図８】
2004239169.tif 000010
【図９】
2004239169.tif 000011
【図１０】
2004239169.tif 000012
【図１１】
2004239169.tif 000013
【図１２】
2004239169.tif 000014
【図１３】
2004239169.tif 000015
【図１４】
2004239169.tif 000016
【図１５】
2004239169.tif 000017
【図１６】
2004239169.tif 000018
【図１７】
2004239169.tif 000019
【図１８】
2004239169.tif 000020
【図１９】
2004239169.tif 000021
【図２０】
2004239169.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
2004239169.tif 000026
【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2004239169.tif 000029
【図２８】
2004239169.tif 000030
【図２９】
2004239169.tif 000031
【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
2004239169.tif 000034
【図３３】
2004239169.tif 000035
【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
2004239169.tif 000043
【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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