(57)【要約】【課題】燃料噴霧形状の更なる最適化と噴霧燃料粒子の更なる微粒化が共に得られるようにした燃料供給装置を提供すること。【解決手段】筒内噴射エンジン１０１の燃焼室１０２内に、噴霧３１と噴霧３２で示す２種の燃料噴射が可能な燃料噴射弁１００を用い、噴霧３１はピストン１０３の頂部にあるキャビティ１０４に向かわせるが、このとき、燃料に与える旋回力を強くすることによりると共に液滴の広がり角度を大きくし、到達距離を短くしてピストン１０３の頂部に付着するのを抑えると共に液滴の微粒子化を図り、他方、噴霧３２は点火プラグ１１０に向かわせるが、このとき、燃料に与える旋回力を弱くすることにより液滴の広がり角度を抑え、到達距離を伸ばして点火プラグ１１０の周りに着火可能な混合気が安定して集まるようにしたもの。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から気筒内に直接燃料を噴射し、点火プラグにより着火する方式の内燃機関の燃料供給装置において、
前記燃料噴射弁に少なくとも第１と第２の複数の燃料噴霧用開口を設け、
前記第１の燃料噴射用開口から噴射される燃料噴霧は、広がり角度の狭角化制御により到達距離が長くされ、且つ前記気筒内で前記点火プラグ方向に噴射方向が指向され、
前記第２の燃料噴射用開口から噴射される燃料噴霧は、広がり角度の広角化制御により到達距離が短くされ、且つ前記気筒内のピストンに設けられた凹部キャビティ方向に噴射方向が指向されていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料供給装置において、
前記燃料噴射弁は、
燃料の噴射と噴射停止を行うために開閉可能な弁体と、
該弁体に密着して燃料の噴射の停止を行うためのシート部と、
各々通路断面積の異なる少なくとも２個以上の燃料通路部が形成されている燃料通路形成用プレートと、
板厚方向において所望の傾斜角を持つ少なくとも第１の噴射開口部と第２の噴射開口部を有する噴射孔プレートとを備え、
前記燃料通路形成用プレートは前記シート部の燃料導入孔の下流側に密着し、前記噴射孔プレートは前記燃料通路形成用プレートの下流側に密着していることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料供給装置において、
前記燃料通路形成用プレートをスワールプレートで構成し、
前記第１の噴射開口部から噴射される燃料に、前記スワールプレートにより付与される旋回力を弱く設定することにより、前記噴霧の広がり角度の狭角化制御が与えられ、前記第２の噴射開口部から噴射される燃料に、前記スワールプレートにより付与される旋回力を強く設定することにより、前記噴霧の広がり角度の広角化制御が与えられていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ内に燃料を直接噴射する内燃機関の燃料供給装置に係り、特に自動車用筒内噴射式ガソリンエンジンに好適な燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低燃費及び高出力を狙った内燃機関として、気筒内噴射方式のガソリンエンジン(以下、筒内噴射エンジンと称する)が実用化されているが、この筒内噴射エンジンでは、燃焼方式やシリンダ内に形成される燃焼室の形状、寸法などによって、それぞれに適した形状の燃料噴霧が燃焼室内に必要とされる。
【０００３】
そこで、燃料噴射弁として、燃料の噴射ノズルとなるスリット開口部を複数有するものを用い、シリンダ内に２種類の燃料噴霧を噴射する手法が、従来技術として開示されている(例えば、特許文献１参照。)。
【０００４】
ここで、この従来技術では、燃料噴射弁から燃焼室の幅方向に広がる扇状の第１の噴霧と、燃焼室の軸方向に広がる第２の噴霧を噴射するようにし、これにより成層燃焼や均質燃焼に適した筒内噴射用の燃料噴霧を形成する方法が示されている。
【０００５】
そして、この従来技術では、燃焼室内に形成される燃料噴霧の形状を扇状としたことにより、噴霧自身が持つ貫通力を大きくすることができ、成層燃焼時、燃料噴霧を点火プラグの近傍まで容易に移動させることができる。
【０００６】
また、均質燃焼時には、吸気行程での燃料噴霧に吸気通路から流入した吸入空気が衝突するが、このとき従来技術では、燃料噴霧が扇状になっているので、衝突面を狭くすることができ、この結果、燃料噴霧が吸入空気により押される度合いが減少し、燃料噴霧が効果的に点火プラグ方向に移動できるようになるので、点火が的確になり、燃焼悪化が抑えられる。
【特許文献１】特開２００３−１９３９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術は、燃料噴霧の形状を扇状にしたことによる噴霧粒子の大径化に配慮がされておらず、燃料の気化遅れによる燃焼の悪化に問題があった。
【０００８】
従来技術では、燃料噴霧を扇状にしたことにより、噴霧液滴の空間的な広がりが抑制されてしまうので、噴霧の粒子密度が高くなり、粒子の再結合が起こるなどして粒径が大径化し、このため燃料の気化にかかる時間が長くなってしまい、この結果、燃焼が悪化してしまう。そして、甚だしい場合は点火プラグを湿らせて、くすぶりの要因になることが懸念されるようになってしまう。
【０００９】
また、筒内噴射エンジンでは、燃料の噴射から点火までの時間が短いので、燃料の気化に許容される時間が少なく、このため燃料粒子に大きな表面積を持たせて蒸発を促進する必要があり、従って、筒内噴射エンジンの場合、噴霧された燃料粒子の更なる微粒化が要求され、さもなければ燃焼が悪化してしまうのが避けられない。
【００１０】
ここで燃焼が悪化したとすれば、エンジンの排気中に現れるＨＣ(未燃焼燃料成分)やＮＯｘ(窒素酸化物)の量が増加してしまう上、燃費も悪くなってしまう。そこで、筒内噴射エンジンでは、燃料の噴霧形状の最適化と噴霧された燃料粒子の微粒化が要求されるが、従来技術では、これらの要求に充分に応えられなかった。
【００１１】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、燃料噴霧形状の更なる最適化と噴霧燃料粒子の更なる微粒化が共に得られるようにした燃料供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、燃料噴射弁から気筒内に直接燃料を噴射し、点火プラグにより着火する方式の内燃機関の燃料供給装置において、前記燃料噴射弁に少なくとも第１と第２の複数の燃料噴霧用開口を設け、前記第１の燃料噴射用開口から噴射される燃料噴霧は、広がり角度の狭角化制御により到達距離が長くされ、且つ前記気筒内で前記点火プラグ方向に噴射方向が指向され、前記第２の燃料噴射用開口から噴射される燃料噴霧は、広がり角度の広角化制御により到達距離が短くされ、且つ前記気筒内のピストンに設けられた凹部キャビティ方向に噴射方向が指向されているようにして達成される。
【００１３】
このとき、前記燃料噴射弁は、燃料の噴射と噴射停止を行うために開閉可能な弁体と、該弁体に密着して燃料の噴射の停止を行うためのシート部と、各々通路断面積の異なる少なくとも２個以上の燃料通路部が形成されている燃料通路形成用プレートと、板厚方向において所望の傾斜角を持つ少なくとも第１の噴射開口部と第２の噴射開口部を有する噴射孔プレートとを備え、前記燃料通路形成用プレートは前記シート部の燃料導入孔の下流側に密着し、前記噴射孔プレートは前記燃料通路形成用プレートの下流側に密着しているようにしても上記目的が達成される。
【００１４】
また、このとき、前記燃料通路形成用プレートをスワールプレートで構成し、前記第１の噴射開口部から噴射される燃料に、前記スワールプレートにより付与される旋回力を弱く設定することにより、前記噴霧の広がり角度の狭角化制御が与えられ、前記第２の噴射開口部から噴射される燃料に、前記スワールプレートにより付与される旋回力を強く設定することにより、前記噴霧の広がり角度の広角化制御が与えられるようにしても、上記目的が達成される。
【００１５】
ここで、実施形態に則して説明すると、本発明では、主として次のような構成を採用している。
【００１６】
まず、本発明では、内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置であって、該燃料供給装置の開口部は吸気弁下の燃焼室内に向けられており、点火プラグ方向に指向される第１の噴射開口部と、ピストンに設けられた凹部キャビティ方向に指向される第２の噴射開口部とを有し、かつ、第１の噴射開口部からの噴霧は、その広がりが狭くその到達距離を長くすることにより、点火プラグに的確に混合気を到達せしめ、一方、第２の噴射開口部からの噴霧は、その広がりが広くその到達距離を短くすることにより、ピストン凹面への燃料付着を抑制するようにしている。
【００１７】
次に、同じく本発明では、内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置であって、該燃料供給装置は、燃料の噴射と噴射の停止を行うために開閉可能な弁体と、該弁体と密着して燃料の噴射の停止を行うことが可能なシート部を有し、該弁体と該シート部の下流に燃料を噴射する噴射孔を複数備える燃料供給装置であって、前記シート部より縮径された燃料導入孔の下流側の凹部拡大室に、おのおの通路断面積の異なる少なくとも２個以上の燃料通路部が形成されてなる燃料通路形成用プレートが挿入固定され、該燃料通路形成用プレートに続いて、板厚方向において所望の傾斜角を持つ少なくとも第１の噴射開口部と第２の噴射開口部を有する噴射孔プレートが挿入固定されている。
【００１８】
このとき、更に筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置として、燃料に旋回力を付与する旋回タイプを用い、該燃料供給装置の第１の噴射開口部から噴射される燃料の旋回力は弱く設定され、噴霧の広がりが狭くその到達距離を長くし、第２の噴射開口部から噴射される燃料の旋回力は強く設定され、噴霧の広がりが広くその到達距離を短くしている。
【００１９】
これにより、第１の噴射開口部から噴射される燃料噴霧は、燃焼室内が圧縮行程(加圧雰囲気下)状態であっても、僅かに到達距離が短くなるものの、その噴射方向は変化しない。他方、第２の噴射開口部から噴射される燃料噴霧は、燃焼室内が吸気行程(大気圧以下)状態の時は到達距離が短く微粒化が促進されているので、ピストン頂面やシリンダ内壁面への燃料付着が避けられている。
【００２０】
また、燃焼室が圧縮行程状態にある時は、燃料噴霧はシュリンク(凝縮)してコンパクト(小さく纏まった状態)な形状の噴霧(広がりが狭く到達距離が短い噴霧)になるので、ピストンに設けられた凹部キャビティ以外への燃料付着が避けられている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれぱ、筒内噴射エンジンの燃料噴射弁から噴射される第１の燃料噴霧は、燃焼室内の圧力条件によって、その到達距離に変化があっても、その方向は変わらないため、点火プラグに指向される第１の燃料噴霧による混合気への着火燃焼が安定して行われる。
【００２２】
また、第２の燃料噴霧は、燃焼室内の圧力が下がる吸気行程時では到達距離が短く微粒化が促進されており、ピストン頂面やシリンダ内壁面への燃料付着のない混合気を形成し効率的な燃焼が実施される。
【００２３】
また、燃焼室内の圧力が上昇する圧縮行程時でも、燃料噴霧はシュリンクしてコンパクトな形状噴霧になるので、ピストンに設けられた凹部キャビティ以外への燃料付着が避けられて、効率的な燃焼が実施される。
【００２４】
従って、本発明によれは、燃費及び排気ガス浄化性能の両面において有益な筒内噴射エンジン用の燃料供給装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明による燃料供給装置について、図示の実施の形態により詳細に説明すると、ここで、まず、図１は、本発明の一実施形態が適用された筒内噴射エンジンの一例で、図中の符号１０１が筒内噴射エンジンの全体を表わしている。そして、この図では、エンジンが吸気行程にあって、符号１０３で示されているピストンが下死点(ＢＤＣ)の近傍に位置した状態で燃料が噴射された、いわゆる吸気行程噴射時のときの当該エンジンの中の或る１個の気筒が断面図として示されている。
【００２６】
ここで、まず、符号１００が燃料噴射弁で、これは、気筒１０５の吸気ポート１０８の下流部に設けられていて、その噴射開口部は燃焼室１０２の中のピストン１０３に向けて開口されている。このときピストン１０３のヘッド(頂部)には凹部状のキャビティ１０４が形成してある。ここで符号１０６はシリンダヘッドであり、これに吸気弁１０７と排気弁１０９、点火プラグ１１０、それに吸気通路１１１などが設けられている。
【００２７】
なお、この図１には表されていないが、この筒内噴射エンジン１０１は、いわゆる４バルブ方式で、このため吸気弁１０７と吸気ポート１０８は、図の紙面に垂直な方向に並んで２個、設けられていて、燃料噴射弁１００は、これら２個の吸気弁１０７の間に位置するようにして気筒１０５に設けられている。また、このため、吸気通路１１１は、２本ある吸気ポート１０８を分離するための中央隔壁を備えている。
【００２８】
そして、この実施形態では、気筒１０５内の混合気の質や形成状況の向上を図るため、図示されているように、燃料噴射弁１００から２種の噴霧３１、３２が燃焼室１０２内に噴射されるようになっている。そして、このとき噴霧３１と噴霧３２は共に微粒化度が高められている。
【００２９】
そして、このとき、まず、噴霧３１は、ピストン１０３のキャビティ１０４方向に向けて噴射されるようになっていて、しかも、この噴霧３１は、その燃料粒子の到達距離が、後述する手法により短くされていて、ピストン１０３の頂面に対する燃料の付着が抑制されている。
【００３０】
次に、噴霧３２は、シリンダヘッド１０６や吸気弁１０７の内壁面に対する燃料の付着を抑制しつつ、点火プラグ１１０の方向に燃料粒子が向かうように、その噴射方向や形状が最適化されている。この場合、噴霧３２の広がりを狭くし、その到達距離が長くなるようにしてあり、点火プラグ１１０の周りに着火可能な混合気が安定して集まるようにされている。
【００３１】
次に図２は、同じく筒内噴射エンジン１０１において、エンジンが圧縮行程にあって、ピストン１０３が上死点(ＴＤＣ)の近傍に位置した状態で燃料が噴射された、いわゆる圧縮行程噴射時のときの当該エンジンの中の或る１個の気筒が断面図として示されている。そして、このとき気筒１０５内は数気圧程度の加圧された状態になる。
【００３２】
しかし、このときでも噴霧３１ａは、その広がりが抑えられていると共に、到達距離も抑えられていて、ピストン頂面に対する著しい燃料付着が抑制されている。しかもこのときは、ピストン１０３のキャビティ１０４に到達した燃料噴霧は、キャビティ１０４の凹みの曲率に沿って点火プラグ１１０方向に逸らされるので、点火プラグ１１０周りに着火が可能な混合気が集まるようにされている。
【００３３】
また、噴霧３２ａについても、このときは僅かに到達距離が短くなるものの、図示のように、この場合も点火プラグ１１０の方向に向っていて、安定した点火が得られるようになっている。
【００３４】
ここで、これら図１と図２に示した噴霧３１、３１ａ、３２、３２ａは、燃料噴射弁１００から噴射される。そこで、次に、この燃料噴射弁１００の詳細について説明すると、これは、燃料に旋回力を付与して噴射する旋回タイプの燃料噴射弁で、このため、この燃料噴射弁１００は、図３の特性と、図４の特性に基づいて、必要な噴霧性能が得られるように、適宜、燃料の旋回特性が選択され、それが設定されているものである。
【００３５】
そして、まず、図３は、燃料の旋回強さに対する噴霧角度の関係を示した特性図で、このとき図中の実線は大気圧下における特性で、破線は加圧下における特性であり、これらは何れも旋回力に応じて増加する性質を持っているが、旋回力の弱い領域ほど、圧力変化に対する感度は小さくなっている。
【００３６】
次に、図４は、燃料の旋回強さに対する噴霧の到達距離の関係を示した特性図で、ここでは破線が大気圧下の特性で、実線が加圧下の特性であり、図３の場合とは反対に、到達距離は旋回力に応じて減少する性質を持っている。一方、圧力変化に対する感度は、同じく旋回力が弱い領域ほど小さくなっている。
【００３７】
そして、図５は、キセノンランプやレーザにより噴霧をストロボ撮影して得られた噴霧写真に基づいて、噴霧３１、３１ａ、３２、３２ａを模式的に描いたもので、ここで、まず、同図(a)は大気圧下で噴射した場合で、このとき噴霧３１は、旋回力を強くした結果、液滴が大きく広がっていて広角度の噴霧になっていることが判り、一方、噴霧３２は、旋回力を弱くしているので、液滴の広がりは小さく、その分、貫通力が強くなっていることが判る。
【００３８】
次に、図５の(b)は、加圧下で噴射した場合で、このとき噴霧３１ａは、噴射された雰囲気の圧力が増加したことより、広角度になっていた噴霧がシュリンクしてコンパクトになり、これと共に到達距離が抑えられていることが判り、他方、噴霧３２ａは、内外の圧力差がさほど生じていないので、加圧下でも広がりの変化はほとんど見受けられず、僅かに到達距離が抑えられているに過ぎないことが判る。
【００３９】
このときの事象について、更に詳述すると、広がりが小さな狭角度の噴霧の場合、液滴の粒子密度が高くなるので、噴霧の周囲から空気が進入するのが抑制され、その分、噴霧液滴が持っている運動エネルギーの周囲空気への置換が起こらず、この結果、液滴のエネルギーが維持され、従って、液滴は、より遠くまで飛翔してゆくことになる。
【００４０】
このとき、図５(a)の大気圧下での噴射方向θ１と、同図(b)の加圧下の噴射方向θ２について見ると、これは何れも変化していない。従って、雰囲気圧力の変化は噴射方向には影響しないことが判る。
【００４１】
ここで図３と図４において、旋回力が弱い噴霧とは、角度θ１方向に噴射される噴霧３２、３２ａに相当し、旋回力が強い噴霧は、角度θ２方向に噴射される噴霧３１、３１ａに相当している。そして噴霧３２、３２ａがもつ角度θ１方向の傾きは、これらの噴霧が点火プラグ１１０方向に向かうようにするためで、噴霧３１、３１ａがもつ角度θ２方向の傾きは、これらの噴霧がピストン１０３の凹部状キャビティ１０４に向かうようにするためであり、このとき、これらの傾きの角度θ１、θ２は、燃料噴射弁１００とエンジンのレイアウトに依存して決められるものである。
【００４２】
ここで、本発明を適用した内燃機関について燃焼試験を実施したところ、排ガス性能の向上と燃費の向上が図られており、従って、燃料噴射弁１００の噴霧により、吸気管内壁面への燃料付着が抑制され、この結果、混合気の質や形成状態の向上が得られていることが確認された。
【００４３】
なお、この実施形態では、噴霧３１(３１ａ)を、燃料噴射弁１００の中心軸に対して、左右で到達距離を等しくした対称噴霧にしてあるが、それぞれの長さが異なったり、左右で密度の異なる、いわゆる偏向噴霧として実施しても良い。この場合、ピストン側の到達距離を短くしたり、噴霧の密度を薄くしたりしても良い。
【００４４】
次に、この記実施形態において、燃焼室１０２内に上記した噴霧３１、３１ａ、３２、３２ａを形成するのに使用した燃料噴射弁１００について詳細に説明すると、まず、図６の断面図において、この燃料噴射弁１００のノズル１３には、その下端部に、図７に詳細に示されているように、弁体９と、内周面２２により弁体９の先端部を案内すると共に燃料の通路を形成する働きをするリング状の燃料通路用部材１４、それにノズルプレート１が設けられており、このノズルプレート１は、その外周部が溶接２３などの手段によりノズル１３に固定されている。
【００４５】
ここで、この弁体９は、ガイドプレート１５の中央部に設けられる孔と燃料通路用部材１４の内周面２２により摺動が案内され、図の上下方向に移動可能に保持されている。そして、この弁体９は、溶接などの手段により、筒状部材８を介して可動鉄心７に結合されている。このとき、これら可動鉄心７と筒状部材８、それに弁体９が全体として可動弁部６を形成している。
【００４６】
このとき、可動鉄心７の内部にはダンパプレート１０が設けてあり、これが筒状部材８の上端面に支持されている。そして、このダンパプレート１０の上には、可動鉄心７と内側固定鉄心１１の中を通って筒状の案内部材１２が設けてあり、これにより可動鉄心７が内側固定鉄心１１に対して軸方向に案内され、摺動可能に支持されている。
【００４７】
このとき案内部材１２の、図では下にある先端部は、ダンパプレート１０の中央部に接触するようにしてある。そこで、このダンパプレート１０は、その外周部が筒状部材８の支持されているので、内周部が軸方向にたわむことにより板ばねとして機能し、ダンパとして働くことになる。
【００４８】
ここで、ノズル１３は、筒状をしたノズルハウジング１６の中に挿入して固定され、その上端部には、弁体９のストロークを合わせるための調整片として機能するリング１７が挿入してある。そして内側固定鉄心１１の中にはスプリングピン２０が挿入してあり、このスプリングピン２０の下端部を固定端として、スプリング２１が圧縮された状態で内側固定鉄心１１の中に挿入してある。
【００４９】
このときのスプリング２１による弾性力は、案内部材１２からダンパプレート１０を介して弁体９に伝達され、これにより弁体９はノズルプレート１の弁座４に、予めスプリング２１に設定してある弾性力で押し付けられ、閉弁状態になっている。そして、この閉弁状態ではノズルプレート１の燃料導入孔３が閉じられているため、燃料は燃料噴射弁１００の内部に留まり、燃料噴射は行われない。
【００５０】
このとき外側固定鉄心１８の中には、内側固定鉄心１１の外側に巻回した形で電磁コイル１９が設けてある。そこで、この電磁コイル１９の周りを一巡して、ノズルハウジング１６と可動鉄心７、内側固定鉄心１１、それに外側固定鉄心１８による磁気回路が形成される。
【００５１】
そこで、図示してない燃料供給制御部で生成されている噴射パルスがオンになり、電磁コイル１９に通電されると磁界が発生され、その電磁力により、可動鉄心７が内側固定鉄心１１に吸引されるので、弁体９はスプリング２１の弾力に抗して動かされ、その上端面が内側固定鉄心１１の下端面に接触する位置まで移動して開弁状態になる。
【００５２】
そして、この開弁状態では、弁体９が弁座２から離れるので、これらの間に隙間が現れ、燃料通導入孔３が開かれるので、スワールプレート４からオリフィスプレート５に燃料が流れ込み、燃料噴射孔２９、３０から燃料が噴射され、ここで、噴射パルスがオフにされると、電磁コイル１９に電流が流れなくなり、電磁力が消滅するため、スプリング２１の弾力により弁体９が閉弁状態に戻り、燃料の噴射は停止される。
【００５３】
燃料噴射弁１００の機能は、上記のように、噴射パルスに従って、弁体９の位置を開弁状態と閉弁状態に切り替え、燃料供給量と供給タイミングを制御することであるが、このとき、更に、この燃料噴射弁１００では、複数個の燃料噴射孔２９、３０から燃料を噴射させることにより、上記した２種の噴霧３１(３１ａ)、３２(３２ａ)を作り出すと共に、これらの噴霧３１(３１ａ)、３２(３２ａ)として液滴粒径が小さい噴霧、すなわち微粒化の良好な燃料噴霧を形成する働きをすることにある。
【００５４】
図７に戻ると、ここには燃料噴射弁１００の主要部分で、ノズル１３の先端(この図では下端)にあるノズルプレート１とスワールプレート４、それにオリフィスプレート５が示されている。そして、この図では、弁体９が上方にリフトしている状態、すなわち開弁状態が示されている。
【００５５】
図示されているように、このノズル１３の下端部には、燃料通路用部材１４とノズルプレート１、スワールプレート４、オリフィスプレート５が、それぞれこれらの順に挿入されている。そして、ノズルプレート１の外周縁部は、上記したように、溶接２３などの手段によりノズル１３に固定されている。
【００５６】
このときノズルプレート１には、円錐形をした弁座２と、その径が細められている(縮径されている)燃料導入孔３、それに、この燃料導入孔３の下流に連なった円板状凹部からなる拡径部が形成されている。そして、この拡径部にスワールプレート４とオリフィスプレート５が挿入され、溶接２４などの手段により外周縁部で固定されている。
【００５７】
ここで、燃料は、燃料通路用部材１４の外周通路から下部通路を経て、ノズルプレート１の燃料導入孔３に至り、スワールプレート４を介して更にその下流のオリフィスプレート５に流入し、ここに開口されている複数個の燃料噴射孔２９、３０に至り、ここで所望の方向に形状制御された上で噴射される。
【００５８】
ここで図８は、スワールプレート４とオリフィスプレート５を組み合わせた状態を示したもので、この図８を矢印Ａ方向から見た図が図９であり、ここに示されているように、まず、スワールプレート４には、幅Ｗ１を有する燃料通路２５と、これに連通した比較的大径の直径Ｄ１を持った旋回室２６、それに幅Ｗ２を有する燃料通路２７と、これに連通した比較的小径の直径Ｄ２を持った旋回室２８が設けられている。
【００５９】
そして、オリフィスプレート５には、旋回室２６、２７のそれぞれ連通した燃料噴射孔２９、３０が設けられているが、このとき、まず、燃料噴射孔２９は、幅Ｗ１を有する燃料通路２５に対してオフセットＬ１だけずれた位置に開口され、燃料噴射孔３０は、幅Ｗ２を有する燃料通路２７に対してオフセットＬ２だけずれた位置に開口されており、それぞれ所望の傾斜角を持って形成されている。
【００６０】
このような配置によって、燃料噴射孔２９と燃料噴射弁３０に、それぞれ旋回力が異なっている燃料を供給することができ、この結果、それぞれが所望の形状に制御された噴霧を得るという広角化制御と狭角化制御を与え、各々所望の方向に噴射するという飛翔方向の指向制御を与えることができるようになり、前述したように、内燃機関の燃焼に有益な噴射が得られる。
【００６１】
なお、このとき燃料噴射孔の個数の設定については、加工面や噴霧性能の面から種々検討した結果、上記実施形態では最適設計値として２個の燃料噴射孔２９、３０を選択しているが、ピストン１０３のキャビティ形状等によって個数を変えることもでき、この場合、燃料通路の数を増すなどして容易に対応が可能である。
【００６２】
次に、上記のようなノズル構成の燃料噴射弁１００における噴射の形態について詳述すると、開弁状態のとき、燃料は、径を細めてなる燃料導入孔３から流入し、スワールプレート４に流入した後、合い異なる方向の燃料通路２５と燃料通路２７に分流され、それぞれの燃料旋回室２６、２８からオリフィスプレート５に形成した各々の燃料噴射孔２９、３０に流入する。
【００６３】
このとき、燃料通路２５に分流して燃料旋回室２６に流れ込んだ燃料は、この燃料旋回室２６が大きな直径Ｄ１と大きなオフセットＬ１を有することから十分な旋回力が付与され、この結果、燃料噴射孔２９からは、広角で到達距離が短く、しかも微粒化が良い状態の噴霧３１(３１ａ)が得られる。
【００６４】
一方、燃料通路２７に分流して燃料旋回室２８に流れ込んだ燃料は、この燃料旋回室２８が小さな直径Ｄ２と小さなオフセットＬ２１を有することから僅かな旋回力しか付与されず、この結果、燃料噴射孔３０からは、狭角で到達距離が長く貫通力が強い状態の噴霧３２(３２ａ)が得られることになる。
【００６５】
このとき、広角で到達距離が短く、しかも微粒化の良い噴霧３１(３１ａ)は、図１と図２で説明したように、ピストン１０３方向に指向されている。そこで、ピストン１０３の頂面に対する燃料の付着を効果的に抑制することができる。
【００６６】
一方、狭角で到達距離が長く貫通力の強い噴霧３２(３２ａ)は、点火プラグ１１０方向に指向されている。このためプラグ周りに着火可能な可燃混合気を効果的に形成することができる。
【００６７】
このときスワールプレート４とオリフィスプレート５により噴射された燃料に与えられる旋回力は、スワールプレート４の厚さＨとオリフィスプレート５の厚さＳ、燃料噴射孔２９、３０の径ｄ29、ｄ30、上記した寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｄ１、Ｄ２、Ｗ１、Ｗ２、それに各燃料噴射孔２９、３０のノズル中心からの距離Ｌ３の選定により任意に決めることができるので、燃料噴射弁１００に要求される特性を満たすことは容易である。
【００６８】
従って、この実施形態によれば、燃焼安定性が向上されるので、点火タイミング及び噴射タイミングの設定に自由度を与えることができ、より熱効率の高いタイミングで点火させることが可能になる。そして、この燃焼効率の向上により、燃費向上と排気悪化抑制の両立が図られることになる。
【００６９】
また、このようにして燃焼の安定性が高められれば、エンジンの負荷と回転数の広い範囲にわたって効果的な燃焼を行わせることができるので、更なる燃費向上と、排気悪化の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による燃料供給装置の一実施形態が適用された筒内噴射式内燃機関の一例を示す断面図である。
【図２】本発明による燃料供給装置の一実施形態が適用された筒内噴射式内燃機関の一例を示す断面図である。
【図３】燃料噴射弁の噴霧特性を説明するための特性図である。
【図４】燃料噴射弁の噴霧特性を説明するための特性図である。
【図５】本発明による燃料供給装置の一実施形態による燃料噴射弁から噴射される噴霧の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態において使用されている燃料噴射弁の一例を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態において使用されている燃料噴射弁の一例における部分拡大図である。
【図８】本発明の一実施形態において使用されている燃料噴射弁の一例におけるスワールプレートと燃料噴射孔を形成するオリフィスプレートの相対位置関係を示す拡大図である。
【図９】本発明の一実施形態において使用されている燃料噴射弁の一例におけるスワールプレートの説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
１：ノズルプレート
２：弁座
３：燃料導入孔
４：スワールプレート
５：オリフィスプレート
６：可動弁部
７：可動鉄心
８：筒状部材８
９：弁体
１０：ダンパプレート
１１：内側固定鉄心
１２：案内部材
１３：ノズル
１４：燃料通路用部材
１９：電磁コイル
２５、２７：燃料通路
２６、２８：燃料旋回室
２９、３０：燃料噴射孔
３１、３１a：ピストン凹部方向に向かう噴霧
３２、３２a：点火プラグ方向に向かう噴霧
１００：燃料噴射弁
１０１：筒内噴射エンジン(筒内噴射式内燃機関)
１０２：燃焼室
１０３：ピストン
１０４：キャビティ
１０５：シリンダ
１０６：シリンダヘッド
１０７：吸気弁
１０８：吸気ポート
１０９：排気弁
１１０：点火プラグ
１１１：吸気通路(吸気マニフォールド)
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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