(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル孔を区画する内周壁面上に環状の弁座が形成されたノズルボデイと、
前記内周壁面に対向する外周壁面上に環状の弁部が形成され、軸方向に移動されることにより該弁部が前記弁座に離着座するニードル弁と、
前記ノズルボデイに取り付けられ、前記ノズル孔に対向する複数の噴孔の下流側に位置する内周壁面に、該噴孔から成層燃焼時の燃焼室に直接噴射されるガソリンの噴霧が衝突する衝突部を備えたスリーブと、を備えた燃料噴射ノズルにおいて、
ガソリンの噴霧は、均質燃焼時の燃焼室に噴射されるとき前記衝突部に衝突しないことを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】
前記衝突部は前記噴孔の軸線の延長線よりも２から５度上流側に位置しており、成層燃焼時には少ない噴霧が該衝突部に衝突する請求項１に記載の燃料噴射ノズル。
【請求項３】
内径が異なり上下流方向に離れた複数の前記衝突部が前記噴孔の軸線の延長線上で整列している請求項２に記載の燃料噴射ノズル。
【請求項４】
各前記衝突部は環状の角部から成る請求項３に記載の燃料噴射ノズル。
【請求項５】
前記噴孔は前記ノズルボディに取り付けられた噴孔板に形成されている請求項１に記載の燃料噴射ノズル。
【請求項６】
前記噴孔板の厚さｔと該噴孔の孔径ｄとの比ｔ／ｄは０．５から２．０である請求項５に記載の燃料噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射弁に用いられる燃料噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等のガソリンエンジンにおいて、通常燃料たるガソリンは燃料噴射ノズルから吸気管路中に噴霧として噴射される。しかし、近年、低燃費及び低エミッションを目的として、燃料噴射ノズルから直接燃焼室内に燃料を噴射するガソリン直噴システムが開発されている。ガソリン燃料直噴システムに用いられる燃料噴射ノズルには、ガソリンエンジンの運転状態（運転負荷及び回転数）等に応じて噴霧の性状（分散性及び貫徹力等）を制御できることが求められる。
【０００３】
即ち、ガソリンエンジンの運転状態には均質燃焼運転と成層燃焼運転とがある。均質燃焼運転は、高速走行時又は加速時等のように高い負荷が加わるとき大きな出力を得るものである。図１４に示すように、吸気時即ちシリンダ１０１内におけるピストン１０２の下降時にガソリンを燃料噴射ノズル１００から燃焼室１０３内に噴射する。よって、噴霧の分散性が高く、貫徹力が大きいことが要求される。
【０００４】
ピストン１０２が下降過程にあり燃焼室１０３内の圧力が大気圧に近い（０．１ＭＰａ程度）状態でガソリンを噴射する。ガソリンと空気とを良く混合させ全体を同じ空燃比（均質）にした後点火プラグ１０４により混合気（燃料と空気の混合気体）に点火する。混合気は理論空燃比の近くで燃焼し、大きな出力が得られる。
【０００５】
これに対して、成層燃焼運転は  定常走行やアイドリング時等のように中程度又は低い負荷が加わるとき、燃費を向上させるものである。図１５に示すように、混合気の圧縮時の後半即ちシリンダ１０１内におけるピストン１０２の上昇時にガソリンを燃焼室１０３内に噴射する。よって、噴霧の分散性を制御するとともに（コンパクト）、貫徹力は低いことが要求される。
【０００６】
ピストン１０２が上昇過程にあり燃焼室１０３内の圧力が高い（０．５ＭＰａ程度）状態でガソリンを噴射し、噴射時期を遅らせることにより、ガソリンが燃焼室１０３全体に拡散する前に、点火プラグ１０４の周辺に着火しやすい濃度の混合気を形成し、その周りにガソリンのない空気層を形成する。こうして、全体として極めて希薄な混合気とすることにより、低燃費を実現する。
【０００７】
図１６に従来のガソリン直噴システムで使用されている燃料噴射ノズルの一例を示す。燃料噴射ノズルはノズルボディ１１０、ニードル弁１１５、オリフィスプレート１２０及びスリーブ１２５から成る。
【０００８】
ノズルボディ１１０は燃料通路（ノズル孔）１１１を区画する内周壁面１１２と、その上に形成された環状の弁座１１３とを備えている。ニードル弁１１５は内周壁面１１２に対向する外周壁面１１６と、その上に形成され弁座１１３に着座可能な環状の弁部１１７とを備えている。ノズルボディ１１０内でニードル弁１１５が軸方向に移動されることにより弁部１１７が弁座１１３に着座又は離座する。
【０００９】
オリフィスプレート１２０は、底部１２１と円周壁１２２とを含む。底部１２１はノズル孔１１１の下流側開口に対向する複数の噴孔（オリフィス）１２３を備え、円周壁１２２においてノズルボディ１１０に取り付けられている。スリーブ１２５は、基部１２６と円筒部１２７から成り、円筒部１２７においてノズルボディ１１０及びオリフィスプレート１２０に取り付けられている。基部１２６にはオリフィス１２３の下流側に対向する中空孔１２８を備えている。
【００１０】
燃料ポンプ（不図示）から供給される燃料は、弁部１１７が弁座１１３から離座したときノズル孔１１１に流入し、オリフィス１２３から噴射されて噴霧となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例から分かるように、均質燃焼と成層燃焼とでは要求される噴霧が異なるため、これらを両立しうる噴霧を得ることは極めて困難であった。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、直噴ガソリンエンジンで使用され、成層燃焼時における噴霧の分散性及び貫徹力が良好に抑制できるとともに、均質燃焼時は必要な噴霧の分散性及び貫徹力が得られる燃料噴射ノズルを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、噴孔の構成（孔径及び板厚方向の寸法）と噴霧の性状（分散性及び貫徹力）を研究する間に、噴孔の構成が一定の条件にあれば、噴射雰囲気圧により噴孔から噴射される噴霧の形状が異なることに気づいた。この噴射噴霧形状の違いを利用し、均質運転と成層運転とで噴霧の分散性及び貫徹力を変化させる手段を設けたことが本発明の基本的特徴である。
【００１４】
本発明に係る燃料噴射ノズルは、請求項１に記載したように、ノズル孔を区画する内周壁面上に環状の弁座が形成されたノズルボデイと；内周壁面に対向する外周壁面上に環状の弁部が形成され、軸方向に移動されることにより弁部が弁座に離着座するニードル弁と；ノズルボデイに取り付けられ、ノズル孔に対向する複数の噴孔の下流側に位置する内周壁面に、噴孔から成層燃焼時の燃焼室に直接噴射されるガソリンの噴霧が衝突する衝突部を備えたスリーブと；とから成ることを特徴とする。
【００１５】
本発明の燃料噴射ノズルにおいて、噴孔から燃焼室に直接噴射されるガソリンの噴霧はスリーブの衝突部に衝突する。衝突部は噴霧の拡散方向を半径方向内向きかつ下流方向に変更し、それにより分散性を抑制する（コンパクトにする）。加えて、衝突部は衝突時に噴霧の運動エネルギの一部を奪い、貫徹力を抑制させる。これにより、成層燃焼に適した噴霧パターンが形成される。
【００１６】
尚、自技会講演集Ｎｏ．３−９９は、「超高圧燃料噴流の環状壁面衝突による噴霧形状」について開示している。それによると、直噴ディーゼルエンジンでは噴射開始から着火までの時間が非常に短いため、燃費改善及び有害ガスの低減のためには着火時における混合気形成が重要である。これを考慮して、噴霧形成後速やかに分散し、かつ均一な混合気を形成するために、多孔ノズルの周辺に環状壁面を形成している。燃料の噴流をこの環状壁面に直接衝突させることにより、燃焼室の壁面等への衝突を回避しかつ速やかな噴霧の形成を達成せんとする。
【００１７】
しかし、直噴ディーゼルエンジンではそもそも運転負荷に応じて混合気を制御することは不可欠ではなく、直噴ガソリンエンジンと同一視することはできない。
【００１８】
請求項１に記載の燃料噴射ノズルは、ガソリンの噴霧は、均質燃焼時の燃焼室に噴射されるとき衝突部に衝突しない。この燃料噴射ノズルによれば、均質燃焼時に噴霧の大きな分散性及び貫徹力が確保される。
【００１９】
請求項２に記載の燃料噴射ノズルは請求項１において、衝突部は噴孔の軸線の延長線よりも２から５度上流側に位置しており、成層燃焼時、噴射される噴霧の一部が衝突部に弱く衝突する。この燃料噴射ノズルによれば、分散性及び貫徹力がある程度抑制された噴霧パターンが形成される。
【００２２】
請求項３に記載の燃料噴射ノズルは請求項２において、内径が異なり上下流方向に離れた複数の衝突部は噴孔の軸線の延長線上で整列している。この燃料噴射ノズルによれば、噴霧の衝突部への衝突回数（機会）が増え、分散性及び貫徹力がより効果的に抑制される。
【００２３】
請求項４に記載の燃料噴射ノズルは請求項３において、各衝突部は環状の角部から成る。この燃料噴射ノズルによれば、軸線と平行な内周面と軸線と直交する下端面とで区画される角部が噴霧を確実に反射、噴霧の分散性及び貫徹力を抑制することができる。
【００２４】
請求項５に記載の燃料噴射ノズルは請求項１において、 噴孔はノズルボディに取り付けられた噴孔板に形成されている。この燃料噴射ノズルによれば、複数の噴孔が所望のパターンで形成できる。
【００２５】
請求項６に記載の燃料噴射ノズルは請求項５において、 噴孔板の厚さと噴孔の孔径との比ｔ／ｄは０．５から２．０である。この燃料噴射ノズルによれば、均質燃焼時は噴霧の大きな分散性及び貫徹力を確保し、成層燃焼時は分散性及び貫徹力を抑えることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
＜内燃機関、燃料＞
本発明の燃料噴射ノズルは内燃機関において燃焼室内に直接ガソリンの噴霧を噴射するために使用される。代表的な内燃機関として自動車のエンジンがあるが、これに限定されない。
＜ノズルボデイ、ニードル弁＞
本発明では、上記図１６のノズルボディ１１０及びニードル弁１１５が使用できるので、必要に応じて適宜参照を参照する。
【００２７】
オリフィスプレート１０は円形状の底部１１と、その周りの円筒壁部（不図示）とから成り、底部１１に複数の噴孔（オリフィス）１２が形成されている。底部１１の板厚ｔは０．１から０．４ｍｍとできる。
▲２▼オリフィス１２の個数は必要噴射量と噴霧特性（形状、微粒化）とを考慮して定め、４から３０個とできる。複数のオリフィス１２は底部１１の中心に中心を持つ所定半径の円の軌跡上に円周方向に等間隔又は異なる間隔で配置することができる。この他にも、例えば格子状に配置したり、ランダムに配置することもできる。底部１１の中心からのオリフィス１２までの距離は、０．０５から０．２０ｍｍとできる。
▲３▼複数のオリフィス１２の孔径ｄは必要噴射量とオリフィスの個数を考慮して定め、０．０６から０．４０ｍｍとできる。全てのオリフィス１２の孔径を等しくしても良いし、一部の孔径を残部の孔径よりも大きく又は小さくすることもできる。オリフィス１２の軸直角断面形状は円形状でも良いし、その他の形状（例えば楕円形状、長円形状）でも良い。
▲４▼上記底部１１の板厚ｔ及びオリフィス１２の孔径ｄの結果、孔径ｄに対する板厚ｔの比ｔ／ｄは０．２５から６．６７となる。均質燃焼時はｔ／ｄの値を小さくすることが噴霧の分散性を向上させる上で望ましい。但し、成層燃焼時における分散性の抑制をも考慮すると、ｔ／ｄの値は０．５０から２．０とすることが望ましい。尚、オリフィス１２の長さは底部１１の板厚ｔ及びオリフィス１２の傾斜角度αにより決まり、ｔ／ｓｉｎαで表される。
▲５▼各オリフィス１２は、底部１１の上面（上流側）から下面（下流側）に進むにつれて底部１１の軸線Ｌから遠ざるように、即ち軸線Ｌに対して所定の傾斜角度αを成すように傾斜している。傾斜角度αは噴霧形状を考慮して定め、例えば  ０から３０度とできる。全てのオリフィス１２の傾斜角度αを等しくすることもできるが、一部のオリフィス１２の傾斜角度αを残部のそれよりも大きく又は小さくすることもできる。
▲６▼なお、各オリフィス１２は、底部１１の中心とオリフィス１２の入口（上流側開口）とを結んだ直線の延長線上に出口（下流側開口）が位置すること、換言すれば半径方向外向きに延びることが望ましい。但し、一部のオリフィス１２をそれ以外の方向に形成することもできる。
＜スリーブ（衝突部が１つの場合）＞
▲１▼ノズルボディに取り付けられたスリーブ１５は中空孔１６を持ち、中空孔１６の内周壁面１７が環状の衝突部２０を有する。図１では、衝突部２０は軸方向の内周面と半径方向の先端面（下端面）とで区画される、軸直角断面形状が直角の角部（エッジ部）２１から成る。
【００２８】
但し、衝突部２０は下端部に内径が減少した絞り部を備えることができる。具体的には、図２（ａ）に示すような環状で、断面三角形状の衝突部２５、図２（ｂ）に示すような環状で断面矩形状の衝突部２６、図２（ｃ）に示すような環状で断面円弧状の衝突部２７を備えても良い。尚、これらの衝突部２６、２７及び２８を軸方向に２つ、３つ形成しても良い。
【００２９】
尚、衝突部２０の下端部に絞り部を設ける代わりに、図２（ｄ）に示すように、扇形状の複数の移動部材２８をスリーブ１５に対して半径方向に移動可能に配置しても良い。
▲２▼角部２１の位置に関し、軸線Ｌからの半径方向距離は、噴孔の軸線の延長線までの距離をＡとしたとき０．９から１．５Ａとできる。また、角部２１の底部１１の下面からの軸方向の距離は、噴孔の軸線の延長線までの距離をＢとして０．６から１．２Ｂとできる。更に、角部２１の軸方向長さ（高さ）は噴孔の軸線の延長線までの距離Ｂとして０．２から１．０Ｂとできる。
【００３０】
尚、角部２１のオリフィス１２の下流側開口からの距離は５ｄから３０ｄとで選択できる。この距離が５ｄよりも小さくなると噴孔方向の変化の効果が十分でなく、３０ｄよりも大きくなると衝突位置の特定が難しくなる。
▲３▼オリフィス１２の軸線の延長線ｌと角部２１との位置関係は以下の通りである。両者の相対位置は、オリフィス１２の傾斜角度α、角部２１の軸線Ｌからの半径方向距離及び底部１１の下面からの軸方向距離等により決まる。角部２１は延長線ｌよりも下流側、延長線上又は延長線ｌよりも上流側に位置することができる。
【００３１】
角部２１が延長線ｌよりも下流側に位置するとき（第１タイプ、図１において点Ｈで図示）、角部２１とオリフィス１２とを結ぶ直線が延長線ｌと成す角度（交差角度）は数度とできる。角度２１が余りに下流側に位置すると、全ての噴霧が角部２１に衝突し分散性及び貫徹性の低下が大きくなり過ぎる。
【００３２】
角部２１は延長線ｌ上に位置することもできる（第２タイプ、図１において点Ｉで図示）。
【００３３】
角部２１が延長線ｌの上流側にある場合、オリフィス１２と角部２１とを結ぶ直線が延長線ｌに対して成す交差角度は０から２度であることが特に望ましい（第３タイプ、２度の場合を点Ｊで図示）。交差角度は２から５度であることが望ましい（第４タイプ、５度の場合をＫで図示）。
【００３４】
一方、交差角度が５度よりも大きくなると、角部２１が延長線ｌから上流側に大きく離れ過ぎる。
〈4〉角部２１はスリーブ１５の全円周にわたって形成されていることが望ましい。但し、そのようになっていることは不可欠ではなく、例えば図３（ａ）に示すようにスリーブの半円周のみに衝突部３１を形成したり、図３（ｂ）に示すように複数の円周方向に離れた所定角度範囲のみに衝突部３２を形成することもできる。
＜噴霧の形成（スリーブの衝突部が１つの場合）＞
上述したように、直噴タイプのガソリンエンジンでは運転状態に応じて燃焼モードが均質燃焼又は成層燃焼に切り換わる。
（均質燃焼）
〈1〉均質燃焼時における燃料噴射期間の燃焼室１０３内の圧力はピストンが下死点近くで大気圧（０．１ＭＰａ）に近い状態である。よって、オリフィス１２から噴射される噴霧の拡散は周囲の圧力により影響を受けにくい。噴霧はほぼ円柱形状を持ち、オリフィス１２の軸線の延長線ｌから該延長線に近い（下方または上方）範囲に進行する。
【００３５】
噴霧はスリーブ１５の衝突部２０の角部２１に衝突する場合と、衝突しない場合とがある。衝突するかしないかは延長線ｌと角部２１との位置関係による。
〈2〉衝突するのは、角部２１が上記第１タイプ及び第２タイプの場合である。一部から半分程度の噴霧が角部２１に衝突し、角部２１によりそれまでよりも半径方向内向きかつ下流方向に反射される。その結果、分散性が少し低下し、貫徹力が少し低下し、図４（ａ）に示すような噴霧パターンになる（第１モード）。第１モードの場合は、噴射される噴霧の一部から半分程度が角部２１に衝突するにすぎず、弱いから中程度の衝突である。
〈3〉角部２１が第３タイプで及び第４タイプの場合、噴霧は角部２１には殆ど衝突しないか、又は衝突しない（第２モード）。よって、拡散は主に燃焼室１０３の圧力等により決まり  図４（ｂ）に示すような噴霧パターンになる。第２モードの場合は、底部１１の板厚ｔとオリフィス１２の孔径ｄとの比ｔ／ｄを小さく選定することにより、噴霧の分散度を大きくすることができる。そのためには底部１１の板厚ｔを小さく、オリフィス１２の孔径ｄを大きくすればよい。
（成層燃焼）
〈1〉成層燃焼時における燃料噴射期間の燃焼室１０３の圧力は０．４から０．６ＭＰａ、例えば０．５ＭＰａである。この場合には、噴霧の半径方向及び軸方向の拡散が燃焼室１０３内の圧力により影響を受けやすい。その結果、オリフィス１２から噴射される噴霧の噴射強さは均質燃焼時よりも弱くなると共に、延長線ｌよりも僅かに上流側（図１において矢印Ｙで表示）に向かって進行する。その結果、噴霧が均質燃焼時よりも高い確率で角部２１に衝突し、反射される。但し、強く衝突する場合と、弱く衝突する場合とがある。
〈2〉強く衝突するのは角部２１が第３タイプの場合である。この場合、角部２１が延長線ｌと近接し、噴霧の進行方向前方にあるので、噴霧の大部分が角部２１に衝突し、それまでよりも半径方向内向きかつ下流方向に反射される。それに伴い、噴霧の分散性が大きく低下する。また、衝突時に運動エネルギの一部を失い、貫徹力が大きく抑制される。その結果、図５（ａ）に示す噴霧パターンになる。
〈3〉角部２１が第４タイプの場合、噴霧は角部２１に弱く衝突する。つまり、角部２１延長線ｌから少し離れ、噴霧の進行方向前方から少し上方にあるので、噴霧の一部のみが角部２１に衝突し、噴霧の残部は角部２１に衝突しない。それに伴い、一部の噴霧の進行方向が半径方向内向きかつ下流方向に変更され、分散性がある程度減少する。また、衝突時に運動エネルギの一部を失い、貫徹力がある程度抑制される。その結果、図５（ｂ）に示す噴霧パターンになる。
【００３６】
なお、角部２１が第１タイプ及び第２タイプの場合、全ての噴霧が角部２１に強く衝突し、分散性及び貫徹力が低下し過ぎる。
（まとめ）
以上まとめると、衝突部２０即ち角部２１をＨ点からＩ点の間に配置すれば、噴霧は均質燃焼時は弱く又は中程度で角部２１に衝突し、成層燃焼時は強く衝突しすぎる。また、角部２１をＩ点からＪ点の間に配置すれば、均質燃焼時は噴霧は角部２１に弱く衝突するか又は衝突せず、成層燃焼時は強く衝突する。更に、角部２１をＪ点からＫ点の間に配置すれば、噴霧は均質燃焼時は角部２１に衝突せず、成層燃焼時は弱く衝突する。
【００３７】
尚、図３（ａ）（ｂ）に示したように、衝突部３１、３２がスリーブ１５の半円周又は複数の円周方向に離れた所定角度範囲のみに形成されている場合、噴霧は衝突部３１，３２が形成された部分でのみ反射される。その結果、均質燃焼時も成層燃焼時も燃料は角部２１が形成された部分でのみ反射され、図６（ａ）（ｂ）に示すような噴霧パターンになる。
＜スリーブ（衝突部が複数の場合）＞
（衝突部の構成）
〈1〉複数の衝突部の個数は２から１０個とできる。例えば図７に示すように、２つの衝突部３５及び３８がそれぞれ角部３６及び３９を持つ場合、両角部３６、３９は同心円上に、しかも燃料の流れ方向で少し離れて配置される。この場合、下流側の第１角部３６の内径の方が上流側の第２角部３９の内径よりも大きい。例えば、第１角部３６の内径をＤとした場合、第２角部３９の内径は０．７から０．９９Ｄとできる。第３の角部を形成する場合、第２角部３９と第３角部との関係は、第１角部３６と第２角部３９との関係と同様にすることができる。尚、第１角部３６の内径は上記角部２１の内径よりも大きくても小さくても良い。
【００３８】
また、下流側の第１衝突部３５の軸方向長さ（高さ）は上流側の第２衝突部３８の高さよりも長くても良いし、短くても良い。第１衝突部３５の高さをＨとした場合、第２衝突部３８の高さは０．５から２Ｈとすることができる。第３の衝突部を形成する場合、第２衝突部３８と第３衝突部との関係は、第１衝突部３５と第２衝突部３８との関係と同様にすることができる。
▲２▼第１角部３６及び第２角部３９は延長線ｌに対して、上記角部２１と延長線ｌと関係と同様の関係を満たすことが望ましい。即ち、第１角部３６は、延長線ｌの下流側、延長線上、及び延長線よりも上流側の何れに位置しても良い。第１角部３６の軸線Ｌからの半径方向距離、底部１１の下面からの軸方向距離は、上記角部２１のそれよりも大きくすることもできるし、小さくすることもできる。
【００３９】
同様に、第２角部３９は、延長線ｌに対して下流側、上流側に何れに位置しても良い。第３角部を形成する場合も同様である。
▲３▼延長線ｌと、オリフィス１２と第１角部３６とを結ぶ直線と、オリフィス１２と第２角部３９とを結ぶ直線がそれぞれ成す第１交差角度及び第２交差角度は、同じでも良いし、異なっても良い。両方の交差角度が等しい場合、第１角部３６と第２角部３９とは同一直線上に位置する。これに対して、第１角部３６と第２角部３９との交差角度が異なると、一方の角部は他方の角部よりも延長線に接近したり、又は延長線から離れる。
▲４▼角部以外の衝突部の形状を図８に示す。図８（ａ）の衝突部４１は環状で断面半円形状の凹凸４２から成り、図８（ｂ）の衝突部４４は環状で断面鈍角部４５から成る。
【００４０】
尚、衝突部を軸方向に移動可能とすることができる。そのためには、例えば複数の角部から成る衝突部を持つ円筒部材を、スリーブ１５に軸方向移動に取り付ければ良い。円筒部材の軸方向の移動により、噴霧の衝突部への衝突位置を変更させ、噴霧の分散性や貫徹力を変更することができる
（噴霧の形成）
▲１▼図７において、第１交差角度と第２交差角度とが等しい場合、均質燃焼時も成層燃焼時も一部の噴霧が第２角部３９で反射され、残りの噴霧の一部が第１角部３６で反射される。このように衝突、スリーブ１５での反射の回数が増えることにより噴霧の分散性が小さくなり、貫徹力も小さくなる。
【００４１】
一方の角部が他方の角部よりも延長線に接近している場合、均質燃焼時も成層燃焼時も、延長線ｌに近い角部は延長線ｌから遠い角部よりもより多くの噴霧を反射する。例えば、例えば第２角部３９を第１角部３６よりも延長線ｌに接近させれば、第２角部３９で多くの噴霧が反射され、第１角部３６で少しの噴霧が反射される。
（まとめ）
以上まとめると、角部３６，３９がＨ点からＩ点の間、Ｉ点からＪ点の間、又はＪ点からＫ点の間に位置する場合、均質燃焼時でも成層燃焼時でも、噴霧の衝突部への衝突の有無、及び衝突の強弱は、基本的に上記１つの衝突部２１の場合と同じである。但し、複数の衝突部３５，３８を持つスリーブによれば、噴霧の衝突部３５，３８への衝突回数が増加し、その分分散性及び貫徹力がより効果的に抑制される。
【００４２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を基にして説明する。
（実施例の構成）
図９に本発明の実施例を示す。本実施例の燃料噴射ノズルは、上記ノズルボディ１１０及びニードル弁１１５と、オリフィスプレート５０と、スリーブ５５とから成る。
【００４３】
オリフィスプレート５０は薄い金属板から成り、従来例と同様、底部５１と円筒壁部（不図示）とを含む。底部５１の中心に中心を持つ所定半径の円の軌跡上に１２個のオリフィス５２が形成されている。各オリフィス５２は上流側から下流側に進むにつれて、半径方向外向きに進む放射状に形成されている。オリフィス５２が底部５１の軸線Ｌに対して成す角度は４５度である。底部５１の厚さｔとオリフィス５２の孔径ｄとの比ｔ／ｄは１．３である。
【００４４】
スリーブ５５は上記従来例と同様、基部５６と、円筒部（不図示）とから成り、円筒部においてノズルボディ１１０に取り付けられている。基部５６の中心には中空孔５８が形成され、その内周壁面５７は上流側から下流側に進むにつれて段階的（三段階）に内径が増加している。その結果、下流側から順に第１衝突部６１、第２衝突部６４及び第３衝突部６７が形成されている。第１衝突部６１は軸線Ｌと平行な内周面と軸線Ｌと直角な下端面とで区画される環状で断面直角の第１角部６２を備える。第１角部６２は軸線Ｌからの半径がｒ１、高さがｈ１、底部５１の底面からの距離がｌ１である。
【００４５】
第２衝突部６４が備えた環状で断面直角の第２角部６５は、軸線Ｌからの半径が上記ｒ１よりも小さいｒ２で、高さが上記ｈ１よりも低いｈ２で、底部５１の下面からの距離が上記ｌ１よりも短いｌ２である。また、第３衝突部６７が備えた環状で断面直角の第３角部６８は、軸線Ｌからの半径が上記ｒ２よりも小さいｒ３で、高さが上記ｈ２よりも低いｈ３で、底部５１の下面からの距離が上記ｌ２よりも短いｌ３である。
【００４６】
上記各距離、長さの組み合わせの結果、延長線ｌに対して、オリフィス５２と第１角部６２とを結ぶ直線、オリフィス５２と第２角部６５とを結ぶ直線、及びオリフィス５２と第３角部６８とを結ぶ直線は同じ角度（約２度）を成す。よって、第１角部６２と、第２角部６５と、第３角部６８とは同一直線上にあり、延長線ｌの少し上流側に位置している。
（実施例の作用効果）
本実施例の効果を確認すべく、以下の実験を行った。燃料噴射ノズル内に圧力１２ＭＰａの燃料（ドライソルベント）を供給し、３ｍｓ間オリフィス５２から圧力の異なる２つの密閉空間に噴射した。第１密閉空間内の圧力は圧力０．１ＭＰａであり、均質燃焼時の燃焼室１０３内の圧力に対応する。第２密閉空間内の圧力は０．５ＭＰａであり、成層燃焼時の燃焼室１０３内の圧力に対応する。
【００４７】
第１密閉空間は圧力が低いので、図１０に示すように、各オリフィス５２から噴射される噴霧は殆ど圧力の影響を受けず、延長線ｌから少し下流側にわたる範囲内を進行、拡散する。よって、噴霧は第３角部６８、第２角部６５及び第１角部６２には殆ど衝突せず、衝突しても一部にすぎない。
【００４８】
第１密閉空間へ噴射される噴霧の性状の変化を図１２に示す。図１２（ａ）、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）がそれぞれ、噴射開始から１ｍｓ、２ｍｓ及び３ｍｓ経過後の様子を示す。噴射開始から１ｍｓ経過後噴霧は小さく分散し、貫徹力は約２０ｍｍである。２ｍｓ経過後更に分散し、貫徹力は約３５から４０ｍｍである。３ｍｓ経過後は更に分散し、貫徹力は約４５〜５０ｍｍである。
【００４９】
各オリフィス５２から噴射された噴霧同士が更に衝突し、大きな分散性が得られる。しかも、衝突による運動エネルギの喪失はほとんどない。よって、分散性及び貫徹力が大きな円錐形状の理想的な噴霧パターンが形成される。
【００５０】
これに対して、第２密閉空間は圧力が高いので、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、各オリフィス５２から噴射される噴霧は半径方向外向き（矢印Ｚ参照）に押される。その結果、噴霧の相当部分が第３角部６８、第２角部６５及び第１角部６２に衝突して反射される。つまり、噴霧の一部が第３角部６８に衝突して半径方向内向きかつ下流方向に反射される（矢印Ｐ１参照）。そして、衝突の際運動エネルギの一部を失う。
【００５１】
また、残りの噴霧の一部が第２角部６５に衝突して半径方向内向きかつ下流方向に反射される（矢印Ｐ２参照）。更に、残りの噴霧の一部が第１角部６２に衝突して半径方向内向きかつ下流方向に反射される。
【００５２】
第２密閉空間へ噴射される燃料の性状を図１３に示す。図１３（ａ）、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）がそれぞれ、噴射開始から１ｍｓ、２ｍｓ及び３ｍｓ経過後の様子を示す。噴射開始後１ｍｓでは余り分散せず、貫徹力は約２０ｍｍである。また、２ｍｓ経過後でも分散は進展せず、貫徹力は約４０ｍｍである。更に、３ｍｓ経過後でも分散は進展せず、貫徹力は約６０ｍｍである。これらの分散性及び貫徹力は上記第１密閉空間への噴射時の分散性及び貫徹力よりも小さい。
その結果、分散性及び貫徹性が抑制されたコンパクトで細長い理想的な噴霧パターンが形成される。
【００５３】
第１、第２及び第３角部６２，６５及び６８は断面直角であり、角縁よりも上流側の噴霧は反射するが、それよりも下流側の噴霧は反射せず、所定の噴霧パターンを得る上で好都合である。また、第１、第２及び第３角部６２，６５及び６８が上記形状を持つので、第１，第２及び第３衝突部６１，６４及び６７を備えたスリーブ５５は形成が容易である。
（参考例）
第１角部６２、第２角部６５及び第３角部６８の延長線ｌに対する位置関係が上記実施例とは異なる第１参考例、第２参考例、第３参考例及び第４参考例を準備して、上記施例と同様の試験を行った。上記第１角部６２が、第１参考例では図９のＢ点（上流側約２度）に位置し、第２参考例ではＣ点（上流側に約４度）に位置し、第３参考例ではＤ点（上流側に約６度）に位置し、第４参考例ではＥ点（上流側に６度以上）に位置している。第１から第４参考例において、第１角部６２、第２角部６５及び第３角部６８の寸法、形状は上記実施例と同じである。
【００５４】
その結果、第１角部６２がＡ点に位置するときは、成層燃焼時での噴霧の分散性及び貫徹力は抑制されたが、均質燃焼時に必要な分散性及び貫徹力が得られなかった。また、第１角部６２がＣ点に位置するときは、成層燃焼時に噴霧が少し分散した。また、均質燃焼時に噴霧はある程度分散するが、理想的な円錐形状にはならなかった。
【００５５】
更に、第１角部６２がＤ点に位置するときは、成層燃焼時での噴霧の分散性が殆ど抑制されず、本発明の目的を達成するには不十分であった。また、第１角部６２がＥ点に位置するときは、成層燃焼時での噴霧の分散性が全く抑制されず、本発明の目的は達成されなかった。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明の燃料噴射ノズルは、直噴タイプのガソリンエンジンにおいて、噴孔から成層燃焼時の燃焼室にガソリンの噴霧を直接噴射する。噴射されたガソリンの噴霧は、スリーブの中空孔の一部に形成された衝突部に衝突する。噴霧は衝突部で半径方向内向きかつ下流方向に反射され、それにより分散性が抑制される。加えて、衝突部への衝突時に運動エネルギの一部を失い、貫徹力が抑制される。分散性及び貫徹力が抑制されたガソリンの噴霧により、成層燃焼モードにあるガソリンエンジンが中，低程の出力を安心して発生する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴射ノズルの第１の実施の形態を示す縦断面説明図（左半分は省略）である。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）は衝突部の変形例を示す説明図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は衝突部の変形例を示す説明図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は噴霧パターンを示す説明図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は噴霧パターンを示す説明図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は噴霧パターンの変形例を示す説明図である。
【図７】本発明の燃料噴射ノズルの第２の実施の形態を示す縦断面説明図（左半分は省略）である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は複数の衝突部を持つスリーブを示す説明図である。
【図９】本発明の実施例を示す要部縦断面図である。
【図１０】上記実施例における均質燃焼時の噴霧パターンを示す説明図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は上記実施例における成層燃焼時の噴霧パターンを示す説明図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は上記実施例における均質燃焼時の時間と噴霧パターンとの関係を示す説明図である。
【図１３】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は上記実施例における成層燃焼時の時間と噴霧パターンとの関係を示す説明図である。
【図１４】一般的な直噴ガソリンエンジンの均質燃焼を示す説明図である。
【図１５】一般的な直噴ガソリンエンジンの成層燃焼を示す説明図である。
【図１６】従来の燃料噴射ノズルの一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０：噴孔板                      １２：噴孔
１６：中空孔                      １７：内周壁部
２０：衝突部                      ２１：角部
ｌ：延長線                        １１０：ノズルボディ
１１５：ニードル弁
【図１】
0003928851.tif 000002
【図２】
0003928851.tif 000003
【図３】
0003928851.tif 000004
【図４】
0003928851.tif 000005
【図５】
0003928851.tif 000006
【図６】
0003928851.tif 000007
【図７】
0003928851.tif 000008
【図８】
0003928851.tif 000009
【図９】
0003928851.tif 000010
【図１０】
0003928851.tif 000011
【図１１】
0003928851.tif 000012
【図１２】
0003928851.tif 000013
【図１３】
0003928851.tif 000014
【図１４】
0003928851.tif 000015
【図１５】
0003928851.tif 000016
【図１６】
0003928851.tif 000017