(57)【要約】対向ピストンエンジンのための燃料噴射スプレーパターンにおいて、個々のスプレープルームが、対向ピストンエンジンの燃焼チャンバに直接噴射される燃料のスプレーパターンにスワール成分を追加する、噴射軸（１０２、１１４、１２１）に対する放射方向および接線方向の成分の両方を有していることを特徴としている。【選択図】図３Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向ピストンエンジンのための燃料噴射システムであって、
長手方向に分離した吸気ポート（１４）と排気ポート（１６）とを備えた少なくとも一つのシリンダ（１０）と、
前記シリンダのボア（１２）内に対向して配置された一対のピストン（２０、２２）と、
前記シリンダ内への直接側部噴射のために、前記ピストンの端面（２０ｅ、２２ｅ）間に配置された、複数の多穴燃料噴射器（１７、６０）と、を備え、
それぞれの前記多穴燃料噴射器は、サック表面（１０１）を備えたサック容積部（９０）を有しており、
複数の噴射穴部（８０）は前記サック表面を通して開口しており、噴射軸に対して非ゼロ放射角および非ゼロ周方向角にて配置されている、
ことを特徴とする燃料噴射システム。
【請求項２】
それぞれの噴射軸は、それぞれの燃料噴射器の軸（１０２、１１４）である、
ことを特徴とする請求項１記載の対向ピストンエンジンのための燃料噴射システム。
【請求項３】
前記複数の噴射穴部は、前記ノズル上に少なくとも一つの略周方向配列で配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載の対向ピストンエンジンのための燃料噴射システム。
【請求項４】
前記非ゼロ放射角は、前記サック容積部（９０）の垂直中間点（１１９）を通る水平面（１１８）でまたは水平面（１１８）付近で、前記サック表面（１０１）上のポイント（１１７）を通る前記ノズル（１１６）の垂直中心線（１１４）に沿ったポイント（１１２）から延出する軸（１１０）によって画定される、
ことを特徴とする請求項３記載の燃料噴射システム。
【請求項５】
前記非ゼロ周方向角は、前記二つのポイント（１１２、１１７）を含む平面（１２０）上で配向されており、前記ノズルの中心面（１２１）からの前記非ゼロ放射角と同じ角度であり、
前記非ゼロ周方向角は、前記ポイント（１１７）から前記平面（１２０）上に配置された第２ポイント（１２５）を通って、前記中心面（１２１）から一定の水平距離を延出する軸（１２３）によって画定される、
ことを特徴とする請求項４記載の燃料噴射システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料噴射システムを有する内燃エンジンの作動方法であって、
前記ピストンが前記ボア内のそれぞれの下死点位置から移動するとき、給気が前記吸気ポート（１４）を通って前記ボア（１２）に進入し、
前記ピストンが前記ボア内の上死点位置に接近するとき、燃焼チャンバ（４０）が前記端面（２０ｅ、２２ｅ）間に画定され、
燃料のスワールスプレーパターンが前記燃焼チャンバ内に噴射される、
ことを特徴とする内燃エンジンの作動方法。
【請求項７】
燃料の前記スワールスプレーパターンは、前記シリンダの反対方向で前記燃焼チャンバ内に噴射される、
ことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
タンブル成分が前記給気の運動に追加される、
ことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項９】
それぞれのスプレーパターンは、噴射軸に対して配列形態に配置された複数のプルームを含んでいる、
ことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
噴射軸は、燃料噴射器軸である、
ことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
給気が前記ボア内でスワール化する、
ことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項１２】
前記ピストンが前記ボア内の上死点位置に接近するとき、循環タンブル成分が前記給気のスワール運動に追加される、
ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
それぞれのスプレーパターンは、噴射軸に対して配列形態に配置された複数のプルームを含んでいる、
ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも一つのスプレーパターンは、前記タンブル循環と共にまたは前記タンブル循環に対抗して回転する運動を有している、
ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料噴射システムを含んだ内燃エンジンの作動方法であって、
前記ピストン（２０、２２）が、前記ボア内の下死点位置から移動するとき、前記吸気ポート（１４）を介して前記ボア（１２）内へと給気し、
前記ピストンが、前記ボア内のそれぞれの上死点位置に向かって移動するとき、前記ピストンの前記対向する端面（２０ｅ、２２ｅ）間で前記給気にタンブリング運動を発生させ、
前記対向する端面間で、燃料の前記給気への対向スワールスプレーパターン（８２）を側部噴射する、
ことを特徴とする作動方法。
【請求項１６】
前記ピストンが上死点位置に近づくとき、前記ピストンの前記対向する端面間に燃焼チャンバ（４０）を画定することを含む、
請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記給気への供給燃料の噴射は、前記燃焼チャンバの主軸に沿った前記燃料の噴射を含んでいる、
請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
それぞれのスプレーパターンは、噴射軸に対して配列形態に配置された複数のプルームを含んでいる、
請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
スワール運動が、前記ボア内へ送り込まれる空気に作用する、
請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
前記ピストンが上死点位置に近づくとき、前記ピストンの前記対向する端面間に燃焼チャンバを画定する、
請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記給気への供給燃料の噴射は、前記燃焼チャンバの主軸に沿った前記燃料の噴射を含んでいる、
請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
それぞれのスプレーパターンは、噴射軸に対して配列形態に配置された複数のプルームを含んでいる、
請求項２１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１１年８月１５日に出願された米国特許出願１３／１３６，９５４、および２０１２年３月２９日にＵＳ２０１２／００７３５４１Ａ１として公開された「対向ピストンエンジンのための燃料噴射スプレーパターン」の主題に関連する主題を含んでいる。
【０００２】
本出願は、２０１１年４月１８日に出願された米国特許出願１３／０６６，５８９、および２０１１年１１月１０日にＵＳ２０１１／０２７１９３２Ａ１として公開された「対向ピストンエンジンのための燃焼チャンバ構造物」の主題に関連する主題を含んでいる。
【背景技術】
【０００３】
背景
この分野は、内部で燃焼チャンバが、ポートを有したシリンダボア内に対向的に配置されたピストンの端面間に形成された、対向ピストンエンジンにおける燃料噴射である。特にこの分野は、シリンダの側部を介した対向ピストンエンジンの燃焼チャンバへの直接燃料噴射を含んでいる。
【０００４】
燃料噴射は、ディーゼルエンジンにおける燃焼の一つのコンポーネント（要素）であり、ディーゼルエンジンを運用する効率に影響するプロセスの一つである。シリンダボアやピストン表面などのエンジンコンポーネント（エンジン部品）への燃焼熱の移動を最小にしながら、燃焼によって発生する熱を最大にするよう、燃料噴射を管理することが望ましい。対向ピストンエンジンは、典型的には、シリンダの径方向に沿って反対方向に燃料を噴射する２つの燃料噴射器を使用する。例えば、共同所有されている米国公開２０１２／００７３５４１Ａ１にて解説および図解されている燃料噴射構造物を参照されたい。
【０００５】
ディーゼル噴射器は、典型的には、燃料が噴射される複数の穴部を備えたノズルを含んでいる。この穴部は、噴射器の軸に対して放射状に配置されている。多数の穴部を介した噴射は、噴射器軸から放射状に外側に突出する１つ以上のプルーム（ｐｌｕｍｅｓ）で構成されるスプレーパターンを創出する。典型的には、プルームは噴射器軸と共有されるそれぞれの平面において角度（“噴射角”）を形成するベクトルによって表わされる。さらに幅広い噴射角が大きくなると、噴射器軸からそれだけ大きくなった角度にて噴射されるプルームが形成される。これは、それぞれの個々のプルームの燃焼が他のプルームとは無関係に空気の存在下で燃焼するので、望ましい。個々のプルームの相互作用がさらに小さいので、燃焼時間がさらに短くなる。しかしながら、対向ピストンエンジンにおいては、幅広い噴射角はプルームおよび炎をシリンダボアおよびピストン表面にさらに接近するように押すため、これらの表面付近での燃焼という結果をもたらす。これは、シリンダライナーおよびピストン壁部への過熱移動という結果をもたらすことがある。このような熱移動は、パワーの損失となり、さらに大きい熱移動損失は、エンジンの降下した図示熱効率をもたらす。熱移動は、プルームをシリンダボア表面から離れるように方向付けることによって減少できる。
【０００６】
ピストンおよび壁部を通る熱移動を減少させるため、多数の穴部の噴射角が減少される。しかしながら、これは燃料蒸気、同伴空気、および燃焼チャンバの中央領域周囲での高燃焼生成物を濃縮する対向スプレープルームの相互作用につながる。これは、燃焼時間の増加をもたらす空気／燃料混合を妨害する。
【０００７】
対向ピストンの作動時に、さらに速い燃焼およびシリンダボアおよびピストン表面への減少した熱移動の両方を達成するため、燃料噴射スプレーパターンが、スプレー（同じ噴射器から、および対向する噴射器からの両方）の相互作用を最小にし、ピストンおよびシリンダボア表面への熱の移動を最小にし、さらに速い燃料／空気混合を促進することが望ましい。
【発明の概要】
【０００８】
概要
個々のスプレープルームが、噴射軸に対して放射方向および接線方向の成分の両方を有する燃料噴射のパターンは、対向ピストンエンジンの燃焼チャンバに直接噴射される燃料のスプレーパターンにスワール成分（ｓｗｉｒｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を追加する。放射方向の成分のみを有するスプレーパターンと比較すると、スワール成分を有したスプレーパターンは、さらに速い燃焼時間を提供するよう、噴射された燃料スプレーの相互作用を最小にする。同時に、接線方向の成分の追加は、ピストン表面、シリンダボア、および／または対向するスプレープルームに遭遇することなく、スプレープルームが移動する追加距離を提供し、さらに速い空気／燃料混合をもたらしながら、ピストンおよびシリンダ壁部を通過する熱移動を減少させる。
【０００９】
態様によっては、スワールスプレーパターンは、シリンダ側壁を介して燃焼チャンバに直接噴射される。態様によっては、スワールスプレーパターンは、燃焼チャンバの長軸に整合する噴射軸を有している。これらの態様の一部では、噴射軸は、シリンダの長軸に対して横断方向である。
【００１０】
別な態様では、直接側部噴射は、対向ピストンエンジンの燃焼チャンバへの、シリンダボアの対向する放射方向におけるスワールスプレーパターンの噴射を含んでおり、給気は、複雑な乱流を有している。好適には、気動はスワール成分およびタンブル（ｔｕｍｂｌｅ）成分を含んでいる。
【００１１】
スワールスプレーパターンを創出する多穴構造を備えたノズルを有する燃料噴射器は、以降で多穴スワール噴射器（ＭＨＳＩ）と称する。従来の多穴噴射器ノズル構造は、平面が個々のプルームを表わすベクトルおよび噴射器軸を通過することができるように設計されているのに対し、ＭＨＳＩは、そのベクトルが噴射器軸を含む平面に存在しない１つ以上のスプレープルームによって特徴付けられるスワールスプレーパターンを創出する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
図面の簡単な説明
【図１Ａ−１Ｂ】図１Ａと図１Ｂは、８穴噴射器の噴射器軸に対する燃料スプレーパターンにスワール成分を追加する効果を示す概略図である。
【００１３】
【図２Ａ−２Ｂ】図２Ａは、多穴スワール噴射パターンを有する複数の３穴群の１８穴噴射器を図示する概略図である。図２Ｂは、３穴群のスワールスプレーパターンを示す拡大概略図である。
【００１４】
【図３Ａ−３Ｂ】図３Ａと図３Ｂは、シリンダ内の対向ピストンが上死点位置付近にあるときに形成された燃焼チャンバへの燃料の直接側部噴射のために、内部に燃料噴射器が配置された、対向ピストンエンジンのシリンダを図示している。
【００１５】
【図４】図４は、図３の燃料噴射器の一つの断面図である。
【００１６】
【図５】図５は、図４の多穴燃料噴射器のノズル部分の一部の拡大斜視図である。
【００１７】
【図６】図６は、図４の多穴燃料噴射器のノズル部分の拡大側部断面図である。
【００１８】
【図７】図７は、図４の多穴燃料噴射器のノズル部分の拡大平断面図である。
【００１９】
【図８】図８は、図５、図６および図７のノズル部分の多穴スワール噴射構造によって創出されるスプレーパターンを示す、図４の多穴燃料噴射器のノズル部分の拡大斜視図である。
【００２０】
【図９】図９は、単一角を備えた放射状穴パターンを示す多穴燃料噴射器のためのノズルの垂直中心線を含む中央平面に沿った概略断面図である。
【００２１】
【図１０】図１０は、第１穴角を画定する中央面での多穴スワール噴射器のためのノズル構造の概略断面図である。
【００２２】
【図１１】図１１は、第２穴角を画定する第１角面での図１０のノズル構造の概略断面図である。
【００２３】
【図１２】図１２は、多穴スワール噴射器によって創出されるスワールスプレーパターンのスプレー領域を示す代表図である。
【００２４】
【図１３−１７】図１３、図１４、図１５、図１６および図１７は、第１角と第２角の多様な組み合わせから生じる構造効果を示す中央面での多穴スワール噴射器のためのノズル構造の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
好適実施態様の詳細な説明
以下の解説において、“燃料（ｆｕｅｌ）”とは、対向ピストンエンジンで使用できる任意の燃料のことである。この燃料は相対的に均質組成、またはブレンドでよい。例えば、この燃料は、ディーゼル燃料または圧縮点火によって点火する任意のその他の燃料でよい。さらにこの解説は、空気／燃料混合物の圧縮から生じる点火を想定しているが、圧縮点火を補助するためにグロープラグなどの追加の機構を提供することが望ましい。この解説は、対向ピストンが上死点（ＴＤＬ）位置または上死点付近にあるときの燃焼チャンバ内の圧縮ガスへの燃料の噴射を想定している。このガスは、好適には圧縮された周囲空気であるが、排気ガスまたはその他の希釈ガスなどのその他の成分を含むこともできる。いずれの場合にも、このガスは“給気（ｃｈａｒｇｅ  ａｉｒ）”と称される。
【００２６】
図１Ａと図１Ｂとは、８穴噴射器のための噴射器軸に対する噴射スプレーパターンの個々のプルームでのスワール成分の効果を概略的に図示している。図１Ａは、従来の燃料噴射器の８穴ノズルの端面図を表わしており、図１Ｂは、ＭＨＳＩの８穴ノズルの端面図を表わしている。それぞれの図では、矢印はスプレープルームベクトルであり、中心の十字は噴射器軸である。図１Ａに関して、従来の８穴燃料噴射器ノズルでは、スプレープルームベクトルは噴射器軸から放射状に離れるように配向されており、接線成分を有していない。この結果、軸対称円錐の形状を有するスプレーパターンとなる。図１Ｂでは、放射成分に加えて、８穴ＭＨＳＩのそれぞれのプルームベクトルは接線成分を有しており、すなわち、それぞれのプルームベクトルは噴射器軸と共線である噴射軸に対する放射成分および傾斜成分の両方を有している。傾斜成分の結果、周速を備えた軸対称スプレーパターンが創出され、この効果は噴射軸に対してスプレーパターンをスワール化させる。以降では、スワール成分を備えたスプレーパターンを“スワールスプレーパターン（ｓｗｉｒｌ  ｓｐｒａｙ  ｐａｔｔｅｒｎ）”と称する。図１Ｂに示すように、スワールは時計回り（ＣＷ）方向であるが、これは単に解説のためであり、反時計回り（ＣＣＷ）を含む、その他のスワール方向を排除することは意図していない。
【００２７】
有利には、図１Ｂのスワールスプレーパターンは、周囲空気との燃料蒸気の混合を向上させ、ピストンとボアの表面への燃料スプレープルームの衝突も減少させる。スプレープルームの衝突の減少は、それぞれのスプレープルーム先端が、図１Ａの円錐形状のスプレーパターンと同じ垂直距離に噴射器から到達するため、さらなる侵入を必要とする理由で生じる。スプレーパターンのスワール効果もまた、空気に侵入するためにさらに干渉した構造を提供し、よってさらに速い燃焼時間を提供する。これは、煤煙やＣＯなどの放出も減少させることで、燃焼効率を向上させる。
【００２８】
図２Ａは、１８穴噴射器ＭＨＳＩの端面図を概略的に表わしており、それぞれの矢印は、一群の３噴射器穴の噴射軸を表わしている。図２Ｂで示すように、３穴群のそれぞれのプルームベクトルは、放射成分および傾斜成分の両方を有している。傾斜成分の結果として、角運動量がそれぞれの３穴群のスプレーパターンに付与され、その効果はスプレーパターンをその群の噴射軸に対してスワール化させる。図２Ｂに示すように、それぞれの３穴群のスワールパターンは、反時計回り（ＣＣＷ）方向を有しているが、これは単に解説のためであり、時計回り（ＣＷ）を含むその他のスワール方向を排除することを意図していない。
【００２９】
対向ピストンエンジンにおける燃焼チャンバ構造は、図３Ａと図３Ｂとの関連で説明される。図３Ａは、対向ピストンがパワーストロークの端部にて下死点（ＢＤＣ）位置に接近し、排気ポートが完全に開いており、ブローダウンが開始しているシリンダの断面を示している。図３Ｂは、対向ピストンが、圧縮ストロークの端部付近で、上死点（ＴＤＣ）位置に接近し、燃焼チャンバが形成され、燃焼チャンバへの直接側部噴射が開始しているシリンダの断面を示している。
【００３０】
図３Ａに関して、対向ピストンエンジンは、ボア１２を備えた少なくとも一つのシリンダ１０と、長手方向に分離した吸気ポート１４および排気ポート１６を含んでいる。１つ以上の燃料噴射器１７は、シリンダの側面を通って開いている噴射器ポート（噴射器が配置されているポート）に固定されている。望ましいが、必須ではない、２つの燃料噴射器１７がシリンダへの直接側部噴射のために取り付けられている。態様によっては、燃料噴射器は、シリンダの略径方向に沿って対向して配向されている。一態様によれば、それぞれの燃料噴射器１７は、シリンダ１０内にスワールスプレーパターンを噴射するように構築されたＭＨＳＩである。２つのピストン２０、２２は、それらの端面２０ｅ、２２ｅが互いに対向してボア１２内に配置されている。便宜上、吸気ポート１４への近さのため、ピストン２０は“吸気”ピストンとして指定されている。同様に、ピストン２２は、排気ポート１６への近さのため、“排気”ピストンとして指定されている。
【００３１】
態様によっては、位相オフセット（ｐｈａｓｅ  ｏｆｆｓｅｔ）がピストン運動に導入される。例えば、排気ピストン２２は吸気ピストン２０をリードし、燃焼ガスが排気ポート１６からの流出を開始するよう、吸気ポート１４がまだ閉鎖している間に排気ピストン２２がＢＤＣを通過して移動するとき、位相オフセットが、排気ポート１６が開くそれらのＢＤＣ位置周囲でピストンを順番に移動させる。ピストンが互いに離れ続けるとき、吸気ピストン２０がＢＤＣを通過して移動し、排気ポート１６がまだ開いている間に吸気ポート１４を開かせる。圧縮空気の吸気が開いた吸気ポート１４を介してシリンダ１０に進入し、排気ポート１６を介してシリンダから排気ガスを駆出させる。ピストンのさらなる動作の後、吸気ピストン２０がＢＤＣから離れ続ける間、排気ポート１６が吸気ポート１４の前に閉じる。典型的には、給気は、吸気ポート１４の傾斜した開口部を通過するときにスワール化される。図３Ａで示すように、給気のスワール運動（すなわち単に“スワール”）３０は、シリンダの長軸周囲で循環し、シリンダ１０のボアを介して長手方向に移動する略螺旋運動である。
【００３２】
図３Ｂに示すように、ピストンがＴＤＣ位置に移動するとき、燃焼チャンバ構造４０が、ピストンの対向する端面２０ｅ、２２ｅの輪郭外形形状部間に形成される。燃焼チャンバは、端面に形成された対向するボウル（ｂｏｗｌｓ）間に形成された空洞部を含んでいる。図３Ｂに示すチャンバと類似する対向ピストン燃焼チャンバの構造と動作は、２つの関連する米国特許出願を参照することで理解できよう。態様によっては、それぞれの燃料噴射器１７は、少なくとも概略的にシリンダの径方向５２に配向された噴射軸に沿って燃焼チャンバ空洞部への燃料のスプレーパターン５０を噴射し、好適にはスプレーパターン５０は、シリンダの対向する放射方向に噴射される。態様によっては、スプレーパターン５０は燃焼チャンバの主軸に沿って反対方向に噴射される。態様によっては、それぞれのスプレーパターンはスワールスプレーパターンである。プルームが燃焼チャンバ内で対向して配向されるよう、スワールスプレーパターンは、長手方向および回転式に配向されることができる。別な実施例では、対向するスプレーパターンは、プルームが咬合するように相互回転的にオフセット状態になれる。この点については、関連のＵＳ２０１２／００７３５４１の図１０Ｂと図１０Ｃを参照のこと。
【００３３】
別な態様では、燃焼チャンバ４０は、ピストンがＴＤＣに接近するとき、端面間で圧縮された給気のスワール、スキッシュ（ｓｑｕｉｓｈ）、およびタンブル成分を含む乱流バルク空気運動（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ  ｂｕｌｋ  ａｉｒ  ｍｏｔｉｏｎ）を発生させるよう構築されている。そのような複雑な乱流バルク空気運動を伴うスワール燃料スプレーパターンの相互作用は、対向ピストンエンジンの燃焼チャンバでの良好な空気／燃料混合物を生成する。例えば、２つの対向ピストン２８０の外向きの端面部分２９２にスキッシュ流が遭遇するときにタンブリング運動３４３が発生する、関連するＵＳ２０１１０２７１９３２の図１５Ｂで示されている対向ピストン燃焼チャンバ３００の場合を考える。この実施例では、タンブリング運動は、ピストンが配置されているシリンダ２２０の長軸を少なくとも概ね横断する燃焼チャンバ内の給気の循環運動である。タンブリング運動３４３の場合、その循環は燃焼チャンバの主軸３０２の概ね周囲である。本明細書による少なくとも一つの多穴スワール噴射器が、主軸３０２と共線の噴射軸を有するスワールスプレーパターンを噴射する場合を考える。このスワールスプレーパターンは、特定の燃料／空気混合の目的を達成するために必要な、タンブル循環（ｔｕｍｂｌｅ  ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）と共に、あるいはそれに逆らって回転できる。
【００３４】
図４では、多穴スワール噴射器６０は、スワールスプレーパターンを有する燃料の直接噴射のために構築されたノズル６５を有しており、好適には噴射器６０は、アキュムレータ型装置（ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ−ｔｙｐｅ  ｄｅｖｉｃｅ）である。この噴射器は、入口６７を含んでおり、燃料はこの入口から燃料噴射器を介してノズルに流れる。ノズルが閉じている間、加圧燃料は燃料噴射器内部のチャンバ６８に蓄積される。燃料噴射器の本体内に配置された長形の針６９は、ノズルと軸的に整合する座部７２と係合する先端部７０（図６で最良に示す）を含んでいる。アクチュエータ７５は、ノズルの穴を閉じるよう、座部内の通常の取り付け位置に針を保持するように作動される。アクチュエータが保持作用力を解放するように作動されるとき、チャンバ内に蓄積された燃料の圧力が座部から針を持ち上げ、燃料を針に沿って流し、ノズルの穴部（この図では図示せず）を通って流出させる。チャンバ内の蓄積された圧力が降下するとき、バネ７６が座部内のその通常の取り付け位置に先端部を戻し、そこでそれはアクチュエータによって保持される。
【００３５】
図５と図６に示すように、ノズル６５には、針先端部７０が座部７２から持ち上げられたとき、燃料を流出させる燃料通路８０の形態の穴部が提供されている。通路８０は、ノズルの先端部６６周囲で略周方向配列（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ａｒｒａｙ）形態に配置されている。そのような配列の一例を図５に示しているが、ノズルの先端部６６からさらに長いおよび／または短い放射方向の距離で追加的および他の配列の通路でもよい。それぞれの通路は、座部７２の下側のサック（ｓａｃ）容積部９０からノズル６５の外面にまで延出するよう、ノズル６５に穴があけられているかまたは機械加工されており、圧縮燃料を燃料噴射器本体から流出させ、シリンダ内に噴射する。図６と図７に示すように、それぞれの通路８０は噴射器軸に対して非ゼロ放射角および非ゼロ周方向角にて形成されている。このように、通路８０は噴射器の軸に対して傾斜している。この結果、角運動量が通路を通って排出される燃料のプルームに作用する。図８で最良に示すように、同じ方向に傾斜した通路８０の全てにおいて、結果的なスプレーパターン８２は、プルーム８４によって創出されたスワールを有している。ＭＨＳＩ構造は、２穴、３穴、４穴、５穴、７穴、８穴および噴射器に穿孔可能な数の放射状ノズル穴部にまで適用できる。
【００３６】
噴射器とノズルを、例えば熱処理合金鋼などの従来の材料で製造できる。通路の穴数、ピッチ、並びに形状、サイズ、比率、直線度、およびテーパなどの形状特性は、対向ピストンエンジン設計の要求に従って選択される。
【００３７】
スワールノズル構造および制限
対向ピストンエンジンの多穴スワール噴射器が、サック型構造を有する場合を考える。図９は、サック型噴射器ノズル１００の概略側方断面図であり、穴位置は、サック容積部９０の垂直中間点を通る水平面でまたは水平面付近で、サック表面１０１上のポイントを通るノズル本体の垂直中心線に沿ったポイントから延出する軸によって画定される。ノズル本体１００の垂直中心線１０２に沿ったその点の位置は、垂直中心線からの穴部の所望の角度によって画定される。この点において、図９に示すポイントＡは、ノズル本体１００の垂直中心線１０２上にあり、ポイントＢはサック容積部９０の垂直中間点を通る水平面１０４のまたは水平面１０４付近のサック表面１０１上の一点である。これら２つのポイントを通り、先端部の壁部を通って延出する軸１０５は、穴部の中心線を画定する。
【００３８】
特有のスワール成分を有する穴部を創出するため、複合角度が利用される。この点において、多穴スワールノズルの噴射器穴部の複合角度は、（放射成分を提供する）第１角度と、（接線成分を提供する）第２角度との２つの成分を有している。図１０に示すように、第１角度は、サック容積部９０の垂直中間点１１９を通る水平面１１８でまたは水平面１１８付近で、サック表面１０１上のポイント１１７を通るノズル本体１１６の垂直中心線１１４に沿ったポイント１１２から延出する軸１１０によって画定される。図１０と図１１に示すように、第２角度は、第１角度を画定する２つのポイント１１２、１１７を通る平面１２０上で配向されており、図９に示す中央ノズル平面を通る断面で示す中心面１２１からの第１角度と同じ角度である。第２角度は、第１角度平面に位置する第２ポイント１２５を通る第１角度の端部ポイント１１７から延出する軸１２３によって、所望の角度によって画定されるノズルの中心面から一定の水平距離にて画定される。
【００３９】
第２角度は、さらなるスワールを提供するさらに大きい角度を有し、単一角穴部の場合のようにスワール成分を提供しない０度の下限にてプルームにおいて誘発されるスワールの角度を定める。図１２に示すように、第１角度は、スプレープルーム１３１がノズル先端部１３２から所定距離に含まれる円形面積によって画定されるスプレー面積の調節を可能にする。所定の第１角度では、スプレー面積は第２角度が増えるにつれて大きくなる。所定の第２角度のスプレー面積を変えるためには、第１角度を調節する必要がある。小さい第１角度は、所定の第２角度に対しては小さいスプレー面積を提供し、一方、大きい第１角度は、所定の第２角度に対しては大きいスプレー面積を提供するであろう。スワールノズル穴部を画定する複合角度はこのようにしてスワールの所定の成分に対するスプレー面積を制御するための手段を提供する。
【００４０】
スワールノズルのスプレー面積および／またはスワール成分を制御する能力は制限されている。所定の第１角度に対して第２角度が大きくなるにつれ、サック表面での共通部分（ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ）が延び、穴部への円滑な進入が不可能な限界に到達する。図１３では、１０°の第１角度と２０°の第２角度とを使用する穴部入口１４０が示されている。図１４は、１０°の第１角度を維持しながら第２角度が３０°にまで上昇するとき、穴部入口１４０がどのように傾斜し、延びるかを図示している。図１５に示すように、１０°の第１角度では、第２角度の限界には３４°で到達する。第２角度の限界値は、円滑な進入が達成される前にサック表面を妨害する穴部の結果として発生する。（十分な穴部入口を可能にする）第２角度の最大値は、第１角度の大きさと共に変化する。様々な第１角度の場合の第２角度の最大値の例は、図１５から図１７に示されている。図１５に示すように、第２角度の限界値には、５°の第１角度では２８°で到達する。前述のごとく、図１６に示すように、１０°の第１角度では第２角度の限界値は３４°である。図１７では、第１角度が２０°では４２°の最大第２角度が示されている。第１角度の値の減少は、第２角度の最大値を低下させる。第１角度の値の上昇は、第２角度の最大許容値を上昇させる。
【００４１】
スワールおよびスプレー面積が限定される角度は、特定のサック幾何形状の関数でもある。（多様な図で示すように）円錐形状サックにおける所定の第１角度で可能な第２角度の大きさは、円筒形サック幾何形状の場合とは異なるであろう。サック径とオリフィス径も、所定の第１角度で可能な最大許容第２角度に影響する。
【００４２】
対向ピストンエンジンにおけるスワールスプレーパターンを有する燃料噴射について、好適実施例との関連で解説したが、発明の原理から逸脱することなく、多様な変更が可能であることは理解されよう。したがって、特許保護の範囲は、「請求の範囲」によってのみ限定されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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