(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射孔の上流側に設けられ燃料に旋回力を付与する旋回素子と、噴射孔出口開口の周方向の一部に噴射孔の中心軸に略平行でかつ燃料の旋回方向に沿うように噴射孔内壁と略同心円となる円弧形状に形成され噴射孔から噴射される燃料における旋回方向の運動を許し径方向への運動を拘束するように設けられた内壁面を有する拘束壁とを備えた燃料噴射弁において、
噴射孔出口開口の周方向における前記拘束壁の２つの端部に、噴射孔の中心軸に沿う方向の高さを有し、噴射孔の径方向に噴射孔から離れるように外方に向かって延設された段差面を有し、
前記拘束壁の２つの端部にそれぞれ設けた段差面の間に前記拘束壁の内壁面を前記段差面に連なるように設け、
噴射孔出口開口が形成された燃料噴射弁の先端面上で、前記拘束壁の内壁面の２つの端部のうち燃料の旋回方向において上流側に位置する端部から延設された段差面の延設方向と前記拘束壁の内壁面の２つの端部を結ぶ線分とが成す角度を１８０度よりも大きく又は１８０度よりも小さくしたことを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関に用いられる燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧形状を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの吸気管に燃料を噴射する吸気管内燃料噴射装置に対して、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射装置が知られている。このような筒内燃料噴射装置を用いたガソリンエンジン（以下、筒内噴射式エンジンという）として、特開平６−１４６８８６号公報に記載されているような、吸気開口端から上方に伸びる吸気ポートにより燃焼室内に縦渦の吸気流れ（以下、タンブル流という）を形成する構成とし、圧縮行程での燃料噴射を行い、点火プラグの周囲に理論空燃比の混合気を前記の吸気流れによって搬送し、理論空燃比よりも希薄な混合比での燃焼を行って燃費を改善する方法が開示されている。
【０００３】
また、Seoul 2000 FISITA World Automotive Congress，F2000A100号論文に、筒内燃料噴射装置として、噴射孔の開口面に段差を設けることによって、噴霧が集中する部分と噴霧が希薄となる部分を生成して、シリンダ内の圧力が高い状態においても点火プラグ側へ安定して燃料噴霧を供給する燃料噴射装置が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
筒内噴射式エンジンの燃費や排気性能を向上するためには、筒内噴射式エンジンの大きさや形状、使用条件に合わせた噴霧の形状を有する燃料噴射弁を使用することが望ましい。
【０００５】
しかしながら従来技術においては、噴霧の横断面（すなわち噴射孔の軸を垂直に横切る断面）の形状を制御する技術、例えば噴霧が点火プラグ方向へ向かうときの方向やこの方向に集中する燃料の量、ピストン側へ向かう燃料噴霧のうち希薄な部分の位置や範囲等を調整することについては十分な配慮がなされていなかった。このため、所望の噴霧形状を得ることには困難が伴った。
【０００６】
そこで本発明の目的は、横断面において燃料の集中した部分と希薄な部分とを有する噴霧の形状を所望の形に調整した燃料噴射弁を提供することにある。
【０００７】
さらに詳細には、本発明の目的は、横断面における燃料の集中部と希薄部との相対的な位置関係を調整して所望の形状の燃料噴霧を得るようにした燃料噴射弁を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、噴射孔の上流側に設けられ燃料に旋回力を付与する旋回素子と、噴射孔出口開口の周方向の一部に噴射孔の中心軸に略平行でかつ燃料の旋回方向に沿うように噴射孔内壁と略同心円となる円弧形状に形成され噴射孔から噴射される燃料における旋回方向の運動を許し径方向への運動を拘束するように設けられた内壁面を有する拘束壁とを備えた燃料噴射弁において、噴射孔出口開口の周方向における前記拘束壁の２つの端部に、噴射孔の中心軸に沿う方向の高さを有し、噴射孔の径方向に噴射孔から離れるように外方に向かって延設された段差面を有し、前記拘束壁の２つの端部にそれぞれ設けた段差面の間に前記拘束壁の内壁面を前記段差面に連なるように設け、噴射孔出口開口が形成された燃料噴射弁の先端面上で、前記拘束壁の内壁面の２つの端部のうち燃料の旋回方向において上流側に位置する端部から延設された段差面の延設方向と前記拘束壁の内壁面の２つの端部を結ぶ線分とが成す角度を１８０度よりも大きく又は１８０度よりも小さくしたものである。
噴射孔の出口開口から噴射される燃料は、出口開口の縁上における噴射位置によって一部の燃料が段差面と干渉する。このとき、上記角度を１８０度より小さくすることにより、より広い範囲の噴射位置から噴射された燃料が段差面によって進行方向の運動を拘束される。このため、形成される噴霧の形状は噴霧の希薄な領域が広いものとなる。逆に上記角度を１８０度より大きくすると、噴霧の希薄な領域は狭くなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る燃料噴射弁の構造を示す断面図の一例として、通常時閉型の電磁式燃料噴射弁を示す。この燃料噴射弁は、コイル１０９に通電されていない状態においては、弁体１０２とシート部とが密着している。
【００１５】
燃料は図示しない燃料ポンプによって圧力を付与された状態で燃料供給口より供給され、弁体とシート部の密着位置まで燃料噴射弁の燃料通路１０６は燃料で満たされている。コイル１０９に通電されて電流が流れると、磁力によって弁体１０２が変位してシート部から離れ、燃料は噴射孔１０１より噴射される。ここで、燃料は旋回素子１０７を通って噴射孔にいたるが、旋回素子１０７には通過する燃料に弁軸心を旋回の軸とする旋回力を付与する燃料通路が設けられており、この燃料通路を通過した燃料は最終的に噴射孔１０１の中心軸を旋回の軸とする旋回力を与えられ、噴射孔から旋回しながら噴出するようになっている。
【００１６】
本実施例では、旋回素子１０７（もしくは旋回力を付与する燃料通路）がシート部の上流に設置された上流旋回式燃料噴射弁の例を示しているが、上流旋回式に限定する必要はなく、旋回素子がシート部よりも下流に設けられていたり、あるいは旋回素子を設けることなく、弁体に螺旋や斜めの溝を切り込むなどして燃料に旋回力を付与する手段を用いても良い。
【００１７】
図２は図１に示した燃料噴射弁の噴射孔１０１の近傍を拡大して噴射孔方向から見た正面図（ｂ）と、この正面図におけるＡ−Ａ矢視断面図（ａ）を示した図である。なお、図２（ａ）の噴射孔開口部をＧ方向から見た斜視拡大図を図１７に示す。
【００１８】
図２においては、噴射孔中心軸２００に垂直な面と平行に形成されたステップ上面２０１と、ステップ底面２０２が形成され、ステップ上面２０１はステップ底面２０２よりも燃料の流れる方向において下流側に設けられている。以降の説明では、噴射孔中心軸の方向のうち、燃料が流れる方向を上とし、その反対方向を下として説明を行う。
【００１９】
ステップ壁面２０３およびステップ壁面２０４は、噴射孔中心軸２００に略平行な壁面であり、噴射孔中心軸方向に対してはステップ上面２０１とステップ底面２０２を連ねるように設けられた段差面である。
【００２０】
また噴射孔中心軸２００に略平行で、かつ燃料の旋回方向に沿うように設けられた、旋回拘束壁面２１０が設けられている。旋回拘束壁面２１０は、噴射孔内壁と略同心円の円弧上に設けられ、燃料の径方向への運動を拘束するように設けられている。旋回しながら流れる燃料は、旋回拘束壁面２１０に沿って旋回しながら流出する。
【００２１】
旋回拘束壁面２１０は、拘束壁面端部２０６および２０７より噴射孔の径方向外側に向かって設けられたステップ壁面２０３および２０４と連なって設けられており、ステップ壁面２０３および２０４は噴射孔内壁２０８から噴射孔の径方向に離れるように設けられている。
【００２２】
ステップ壁面２０３および２０４は、燃料の旋回に沿う旋回拘束壁面としての機能を有しないようになっている。このうち、ステップ壁面２０３は、拘束壁面端部のうち旋回方向上流側の端部２０７と連なるように設けられ、噴射された燃料の進行方向への運動を拘束する進行拘束壁面として作用する。
【００２３】
すなわち、拘束壁面２１０は、噴射孔の周方向の範囲のうちの一部分に設けられており、燃料の旋回に沿う拘束壁面としての機能を、拘束壁面端部２０６と２０７の間の範囲で有するようになっている。
【００２４】
拘束壁面端部のうち、拘束壁面端部２０７は、その位置を基準としてみたときに、ステップ上面２０１が旋回方向６００の下流側（旋回方向６００の上流側がステップ底面２０２）となる位置にある。また、拘束壁面端部２０６はステップ上面２０１が旋回方向６００の上流側（旋回方向６００の下流側がステップ底面２０２）となる位置にある。
【００２５】
なお図２に示した例では、拘束壁面２１０は正面図（図２（ｂ））において噴射孔内壁２０８と略一致するように設けられている。このため、拘束壁面２１０は噴射孔内壁の一部とみなすことができ、図２に示した噴射孔開口部の形状は、拘束壁面端部２０６および２０７の位置で噴射孔開口端の噴射孔中心軸２００方向の位置が変化した形状とみなすことができる。
【００２６】
このように、噴射孔開口端の噴射孔中心軸２００方向の位置が変化したものとみなすと、拘束壁面端部２０６および２０７は、噴射孔開口縁の縁変化部位と見ることもできる（以降の解説で縁変化部位と称する部位は、旋回拘束壁面の端部と同義とする）。
【００２７】
このような見方をすると、噴射孔１０１の出口開口を形成する噴射孔の縁２０８が、ステップ壁面２０３と噴射孔内壁２０８が接する位置である拘束壁面端部２０７と、ステップ壁面２０４と噴射孔内壁２０８が接する位置である拘束壁面端部２０６の２点において、噴射孔中心軸２００方向の位置が変化するようになっている。
【００２８】
拘束壁面端部２０７と拘束壁面端部２０６のうち、拘束壁面端部２０７は、その位置よりも旋回方向６００の下流側がステップ上面の側となり、その位置よりも上流側がステップ底面の側となる位置にある、上流側拘束壁面端部である。
【００２９】
一方で、拘束壁面端部２０７と拘束壁面端部２０６のうち、拘束壁面端部２０６は、その位置よりも旋回方向６００の下流側がステップ底面の側となり、その位置よりも上流側がステップ上面の側となる位置にある、下流側拘束壁面端部である。
【００３０】
噴射孔開口部がこのように形成された燃料噴射弁から噴射される噴霧の形状は、前記の下流側縁変化部位２０６と、上流側縁変化部位２０７と、上流側縁変化部位２０７から噴射孔の外側に向かって形成されたステップ壁面２０３の位置関係によって調整することができる。
【００３１】
以降に、燃料噴射弁から噴射された噴霧の形状が、前記の位置関係によって調整できる原理を、従来例による噴射弁を用いた場合と比較して説明する。図３は、Seoul 2000 FISITA World Automotive Congress，F2000A100号論文に見られる噴射弁の、噴射孔開口部付近を拡大した断面図（図３（ａ））および正面図（図３（ｂ））である。
【００３２】
図３に示した噴射弁は、図２と同様にステップ上面３０１とステップ底面３０２が噴射孔中心軸２００方向にずれた位置に設けられ、段差部には噴射孔中心軸２００と略平行なステップ壁面３０３および３０４が噴射孔内壁３０５に連なるように設けてある。しかしながら、ステップ壁面３０４と噴射孔内壁３０５が連なる位置である下流側縁変化部位３０６と、ステップ壁面３０３と噴射孔内壁３０５が連なる位置である上流側縁変化部位３０７とを結ぶ直線は、上流側縁変化部位３０７から噴射孔１０１の外側に向かって設けられたステップ壁面３０３と略平行となっている。
【００３３】
図３に示す噴射弁による燃料の噴霧は、図４（ａ）に示すように、噴射孔中心軸２００を含む断面内においては、ステップ底面３０２側で噴霧貫徹力が大きく、ステップ上面３０１側の噴霧貫徹力が弱い噴霧が形成される。また、噴射孔中心軸２００に垂直な断面（以下、横断面と称する）内においては、図４−（ｂ）に示すように、ステップ底面３０２側に噴霧の集中部４０３を有し、ステップ上面３０１側に噴霧が希薄となる領域４０４を有する馬蹄形の噴霧を呈することが知られている。
【００３４】
図４に示した形状の噴霧は、筒内直接噴射式のエンジンに搭載した場合に、貫徹力が強い方の噴霧が点火プラグへ向かうように取り付けると、点火プラグ側に濃い混合気を作り、ピストン側に希薄な混合気を形成することが可能となり、成層燃焼を行う際の圧縮行程噴射においても点火プラグ周りに濃い混合気を形成させることができるというメリットがあった。
【００３５】
ここで噴霧の集中部は燃料液滴が多く集中する部位であり、噴射孔中心軸に垂直な面状の光源（レーザーシート）などを用いて噴霧を撮影すると、噴霧の集中部で輝度が強くなるため、簡便に集中部を見出すことができる。
【００３６】
ところで、図３に示された燃料噴射弁を用いて図４に示されるような形状の噴霧を筒内噴射式のエンジンに搭載して用いる場合、排出ガス中の未燃燃料成分の抑制と燃焼の安定性の双方をより向上させるためには、噴霧の貫徹力、分布量、噴霧が希薄となる部分の範囲、および噴射角度について、エンジンシリンダの形状に適合するように作ることが望ましい。
【００３７】
しかしながら、図３に示された燃料噴射弁を用いて、エンジン性能をより向上させるために、横断面における噴霧の形状がエンジンシリンダの形状に適合するように調整することには困難が伴う場合があった。
【００３８】
例として、噴霧の形状をエンジンシリンダの形状に合わせるために、貫徹力の強いステップ底面３０２側の噴霧の貫徹力と、貫徹力の弱いステップ底面３０１側の噴霧の濃度分布の分配を変更する目的で、図５（ａ）に示されるようにステップ壁面３０４の位置を、噴射孔中心軸２００からずれた位置に設けた場合について説明する。このようにステップ壁面３０４の位置Ｗを変化させることは、ステップ壁面３０４の位置を噴射孔中心軸２００からずらして設けることによって、ステップ上面にかかる噴射孔内壁の範囲と、ステップ底面にかかる噴射孔内壁の範囲の分配が変化し、噴射された噴霧のうち貫徹力の強い部分と貫徹力の弱い部分との分配を変更できることを期待したものである。
【００３９】
しかしながら、横断面での噴霧形状は、図５（ｂ）のうち、Ｗ＞ｄ／２の場合とＷ＜ｄ／２に示されるように、噴霧の貫徹力が強い部分に見られる噴霧の集中部と、噴霧の希薄な部分の位置関係が、噴射孔中心軸に対して対向しなくなってしまう。図５中の噴霧の集中部５０１’と噴霧の希薄な領域５０２’の関係、および噴霧の集中部５０１’’と噴霧の希薄な領域５０２’’の関係は、対向しなくなった噴霧の集中部と噴霧の希薄な領域の関係を表している。
【００４０】
このため、図５に示したような噴射孔開口部の形状を有する燃料噴射弁のうち、Ｗ＝ｄ／２でないものを筒内直接噴射式のエンジンに搭載した場合には、点火プラグの周囲に濃い混合気を形成して燃焼安定性を向上させようとすると、これと対向する位置にあるピストン側へ向かう噴霧の量が多くなって、Ｗ＝ｄ／２の場合と比べると排出ガス中の未燃燃料成分が増加する傾向となる。また、噴霧の希薄な部分をピストン側へ向けて、排出ガス中の未燃燃料成分を抑制しようとすると、点火プラグの周囲には濃い混合気が形成されづらくなり、燃焼安定性が低下する傾向にあり、Ｗ＝ｄ／２の場合と比べるとエンジンの燃費の面では不利となる。
【００４１】
したがって、図３に示す噴射孔開口部の形状を有する従来例による燃料噴射弁では、設計定数としてのステップ壁面３０４の位置を変更しただけでは、筒内噴射式エンジンの燃費や排気性能を更に良くするような形状の噴霧を形成することには困難が伴った。
【００４２】
そこで、ステップ壁面３０４の位置を変更した場合の、上述したような噴霧の横断面における噴霧形状の変化の原因が、燃料が旋回しながら噴射されることであることに着目し、図２に示したような燃料噴射弁によって、従来例による燃料噴射弁と比較して更にエンジンの燃費や排気性能において有利な噴霧形状が得られること説明する。
【００４３】
図６は、図２に示した燃料噴射弁の噴射孔開口部近傍を更に拡大した図である。同時に、燃料が噴射される方向を矢印にて示してある。また、図７は図６に示された燃料噴射弁より噴射された噴霧の、横断面形状を示す図である。図６に示した噴射弁は、図５中のＷ＝ｄ／２の場合に比べて、噴霧の集中部の集中度は同程度で、噴霧の希薄な領域が広くなるようにした例である。
【００４４】
図６に示した旋回式燃料噴射弁においては、燃料は旋回しながら流下するため、遠心力によって噴射孔中心付近の圧力が低下して空洞を生じ、燃料は薄い液膜となって噴射孔内壁３０５に沿って流下する。したがって、燃料の速度成分のうち、噴射孔の中心軸２００に垂直な断面に投影される速度成分の方向は、噴射孔内壁の略接線方向となる。
【００４５】
例えば、図６における噴射孔開口部の縁２０８上の点６０１ｓから噴射される燃料は矢印６０１の方向に噴射され、点６０２ｓから噴射される燃料は矢印６０２の方向に噴射される。言い換えると、矢印６０１の方向に噴射される燃料の噴射開始位置は、噴射孔開口部の縁２０８上の点６０１ｓであり、矢印６０２の方向に噴射される燃料の噴射開始位置は、点６０２ｓである。
【００４６】
ここで、噴射孔開口部の縁２０８の噴射孔中心軸２００方向に変化する縁変化位置２０６を噴射位置として噴射される、矢印６０４方向への噴霧について説明する。縁変化位置２０６は、ステップ壁面２０４と噴射孔内壁２０８が接する位置である。縁変化位置２０６においては、旋回方向６００の上流側がステップ上面２０１の側であり、旋回方向６００の下流側がステップ底面２０２側となっており、したがって燃料は旋回しながらステップ上面２０１の側から流下してくる。縁変化位置２０６は、図１７に示す２０６と２０６’を結ぶ噴射孔中心軸と略平行な線を呈しており、燃料はこの線上から噴射される。このため、点６０１ｓから矢印６０１の方向に噴射される燃料や、点６０２ｓから矢印６０２の方向に噴射される燃料と比較して、矢印６０４方向に噴射される燃料は前記の縁変化位置２０６の線上から噴射されるため、同一方向に噴射される燃料の量が多くなる。図７に示した噴霧形状のうち、噴霧の集中部７０１は、縁変化位置２０６から噴射された燃料によって形成された噴霧の集中部である。このように開口部の縁２０８が噴射孔中心軸２００の方向にずれている縁変化位置２０６を有することによって、噴霧の量が集中した噴霧の集中部７０１を形成することが可能となる。
【００４７】
上述のように、噴霧の集中部７０１は縁変化位置２０６から噴射される矢印６０４方向の噴霧によってもたらされるものであるから、縁変化位置２０６を設ける位置は、縁変化位置２０６における噴射孔内壁の接線方向を、噴霧を集中させるべき方向に略一致させるように設けると良い。
【００４８】
次に、縁変化位置２０７およびステップ壁面２０３と噴霧形状との関係について説明し、所望の噴霧形状を得る方法について説明する。縁変化位置２０７は、その旋回方向６００の上流側がステップ底面２０２の側であり、旋回方向６００の下流側がステップ上面２０１の側となっており、したがって縁変化位置２０７へはステップ底面２０２側から燃料が流下する。
【００４９】
また、ステップ底面側から噴射された燃料の一部は、ステップ壁面２０３に向かって飛翔する。例えば、噴射位置６０１ｓより矢印６０１方向に噴射された燃料や、噴射位置６０３ｓより矢印６０３方向に噴射された燃料などは、ステップ壁面２０３に向かって飛翔する。このように、ステップ壁面２０３に向かって飛翔する燃料のうち、ステップ壁面２０３から十分に離れた距離から噴射された燃料は、ステップ壁面２０３とは干渉せずに噴射方向に飛翔し、ステップ壁面２０３に近い位置から噴射された燃料は、ステップ壁面２０３と干渉し、燃料は当初の噴射方向と同一の方向へは飛翔しない。
【００５０】
飛翔する燃料がステップ壁面２０３と干渉するかどうかは、噴射孔開口部の縁上の噴射位置からステップ壁面２０３までの噴射方向（噴射位置における噴射孔内壁の接線方向）での距離をＬ、燃料の噴射角度をθ、ステップ高さをＨとしたとき、Ｌ×ｔａｎ（θ／２）とＨとの比較によって概略を知ることができる。ここでステップ高さＨとは、ステップ壁面２０３の噴射孔中心軸２００方向の長さを指す。また、噴射角度は、略円錐形となる噴射直後の燃料の形状の、頂角を表す。Ｌ×ｔａｎ（θ／２）の値が、Ｈよりも大きい場合には、噴射された燃料はステップ壁面２０３とは干渉しない。図６においては、点６０１ｓを噴射位置として噴射する燃料がステップ壁面２０３に干渉しない燃料を表しており、矢印６０１の方向に飛翔する燃料はステップ壁面２０３と干渉することなく飛翔する。一方で、Ｌ×ｔａｎ（θ／２）がＨよりも小さい場合には、噴射された燃料はステップ壁面２０３と干渉する。図６においては、点６０３ｓより噴射される燃料がこれを表しており、矢印６０３の方向に飛翔する燃料は壁面２０３と干渉するため、噴射方向を表す矢印６０３の延長方向には燃料は飛翔しない。
【００５１】
ステップ壁面２０３と噴射された燃料との干渉は、形成される噴霧の横断面形状において、噴霧が希薄となる領域を形成する原因の一つである。前述したＬ×ｔａｎ（θ／２）とＨとの関係は、形成される噴霧の横断面（図７）において、噴霧が希薄となる領域７０２と噴霧が希薄でない領域との境界のうち、旋回方向６００の上流側の境界７０３の位置に関係がある。図７中に示した噴霧が希薄でない領域と噴霧が希薄となる領域の境界７０３のおおよその位置は、Ｌ×ｔａｎ（θ／２）＝Ｈとなる噴射位置における噴射孔内壁の接線方向となる。したがって、噴霧が希薄でない領域と噴霧が希薄な領域の境界の所望する位置に対して、所望する境界の位置から噴射孔内壁に向けて接線を引いたときに、その接線と噴射孔内壁とが接する位置がＬ×ｔａｎ（θ／２）＝Ｈなる関係になるよう、ステップ壁面２０３の位置と形状および高さを設定すると良い。
【００５２】
図６の例は、図３に示した例と比較して噴霧が希薄な領域が広くなるように設定を行った例であるので、ステップ壁面２０３はステップ底面２０２側の各噴射位置（例えば点６０１ｓや点６０３ｓ）とステップ壁面２０３との距離が小さくなるように、縁変化部位２０６と２０７とを通る直線６０６とステップ壁面２０３とが斜角を持つように設置し、その角度θ６０７（直線６０６のうち噴射孔側から旋回方向にとった角度）が１８０度より小さくなるようにするように設置している。θ６０７が１８０どより小さいことで、燃料の噴射位置６０３と、進行拘束壁面であるステップ壁面２０３との距離が小さくなり、より広い範囲の噴射位置（例えば点２０７から６０３ｓの範囲）から噴射された燃料が、ステップ壁面２０３によって進行方向の運動を拘束されるため、形成される噴霧の形状は、噴霧が希薄な領域が広いものとなる。
特に図６では、ステップ壁面２０３とステップ底面２０２側の各噴射位置との距離が最も小さくなるように、ステップ壁面２０３は噴射孔内壁と略接するように設けている。
【００５３】
このように、図６の例は噴霧が希薄な領域が広くなるように設定を行った例であるが、逆に噴霧が希薄な領域が狭くなるように設定するには、ステップ壁面２０３と直線６０６との角度が１８０度より大きくなるように設けると良い。
【００５４】
一方で、縁変化部位２０７の位置は、噴霧が希薄な領域７０２と噴霧が希薄でない領域の境界のうち、縁変化部位２０７より旋回方向下流側に形成される境界７０４の位置と関係している。図６に示す燃料噴射弁を筒内直接噴射式のエンジンに搭載して、噴霧の集中部７０１が点火プラグ方向に向かい、噴霧の希薄な部分がピストンの方向に向かうためには、噴霧の集中部７０１と噴霧が希薄な領域７０２とが噴射孔中心軸２００を挟んで対向していることが望ましく、そのためにはステップ壁面２０３に連なる縁変化部位２０７の位置を変更してやると良い。
【００５５】
噴霧が希薄となる領域７０２が形成される原因としては、燃料とステップ壁面２０３との干渉の他に、縁変化部位２０７の旋回方向６００の下流側（ステップ上面２０１側）に燃料が噴射されない噴射孔縁の範囲の存在がある。噴射孔縁の各点から噴射される燃料は、噴射孔内壁に沿って螺旋状に流下して噴射位置に至るが、流下の過程に縁変化部位２０７が存在するために、縁変化部位２０７の旋回方向６００の下流側の噴射孔開口部の縁２０８の範囲の一部に供給されるべき燃料は、その燃料が流下してくる軌跡である螺旋が縁変化部位２０７の旋回方向６００の上流側の縁２０８の範囲と交わり、燃料の噴射はその交点で噴射されてしまう。このために、縁変化部位２０７の旋回方向６００の下流側の縁２０８の範囲の一部では燃料の噴射が行われない。
【００５６】
前述した燃料の噴射が行われない範囲は、噴射孔中心からの角度（ラジアン）で表すと、ほぼ｛２×Ｈ×ｔａｎ（θ／２）｝／Ｄとなる。ここで、Ｈは前述のステップ高さであり、Ｄは噴射孔の内径である。したがって、縁変化部位２０７から｛２×Ｈ×ｔａｎ（θ／２）｝／Ｄで表される角度だけ旋回方向下流側の位置までの範囲では、燃料の噴射はほぼ起こらない。
【００５７】
したがって、噴霧の希薄な領域と噴霧が希薄でない領域との境界のうち、旋回方向６００の下流側の境界７０４の所望の位置に対して、縁変化部位２０７は、境界７０４から噴射孔内壁に接線を引いた場合の噴射孔内壁との接点の位置よりも、｛２×Ｈ×ｔａｎ（θ／２）｝／Ｄで表される角度だけ旋回方向６００の上流側に設けるようにすると良い。図６に示す燃料噴射弁のようにステップ壁面２０３の方向を変更して噴霧が希薄な領域を拡大した場合においても、噴霧が希薄な領域７０２と噴霧の集中部７０１とを噴射孔中心軸に対して対向するようにするためには、噴霧の集中部７０１に寄与している縁変化部位２０６と噴射孔中心を通る直線上よりも旋回方向６００の下流側に、縁変化部位２０７があることが望ましい。
【００５８】
図６には、噴霧の希薄な領域を拡大し、かつ噴霧の集中部７０１と噴霧の希薄な領域７０２とが対向するように噴射孔形状を工夫した例を示したが、これは縁変化部位２０６と縁変化部位２０７とを通る直線６０６がステップ壁面２０３と斜角を持つように構成したことによる効果の一例であって、必ずしも図６に示した形状には限定されない。例えば、図３や図７に示したような横断面が馬蹄形の噴霧形状は、図８に示されるような噴射孔開口部の形状を以ってしても得ることができる。例えば、図８（ａ）は図６に示した噴射孔開口部の形状による噴霧と同等の噴霧を得ることができる形状である。図６では、噴霧の集中部と噴霧の希薄な領域が対向して形成されるように、縁変化部位２０７の位置を図２中の第三象限（噴射孔中心軸をゼロ点として）に移動させた例であるが、図８（ａ）の例では、図６における縁変化部位２０６の位置を第二象限へ移動させることで、噴霧の集中部と噴霧の希薄な領域の対向を図った例である。このときに、２つの縁変化部位とステップ壁面８０１ａの関係は、図６における縁変化部位２０６および２０７とステップ壁面２０３の位置関係と同様になっており、図８（ａ）の例では、噴霧の集中部が矢印８０５の方向に形成され、これと対向するように噴霧の希薄な部分が形成される。
【００５９】
加えて、図６の噴射孔開口部の形状と図７の噴霧形状との関係で述べたように、噴射孔開口部の縁が噴射孔の中心軸方向に変化する部位の位置や、ステップ壁面のうち上流側がステップ上面下流側がステップ底面となる縁の変化位置に連なるステップ壁面の向きを変化させることによって、噴霧の横断面の形状を、所望の形にすることが可能である。
【００６０】
図８に示したように所望の噴霧形状に対して噴射孔開口部の形状を自由度が高く選択できることは、噴射孔開口部の形状を加工する上での利点もある。例えば、燃料噴射弁を大量生産する場合には、塑性加工によって噴射孔開口部の形状を形成することが望ましい場合があるが、図８（ｂ）は、このような場合において製造を容易ならしめる効果がある。
【００６１】
ニアネットシェイプやプレス加工に代表される塑性加工によって噴射孔開口部を形成する場合、面と面とが連なる部分を角部によって構成することに困難を伴う場合があるが、角部が生じないような形状とすることで加工が容易となる。
【００６２】
図８（ｂ）は、ステップ壁面８０１ｂとステップ壁面８０２ｂの両方が、噴射孔内壁と接するように設けた例である。この場合も、角部が生じないようになっているため、塑性加工によって噴射孔開口部を形成する場合に有利である。
【００６３】
以上のように２つの縁変化部位（すなわち旋回拘束壁面端部）と、進行拘束壁面（例えば図６におけるステップ壁面２０３）の位置関係によって、噴霧の形状を所望の形状に調整することが出来る。図１８は、図の左側に噴射孔と進行拘束壁面と旋回拘束壁面端部の位置関係を示し、これに対応して形成される噴霧の形状を右側に示した図である。図１８においては旋回方向は反時計周りとし、進行拘束壁面よりも旋回方向下流側がステップ上面（すなわち凸）、上流側がステップ底面（すなわち凹）とする。
【００６４】
図１８（Ｏ）は、図３に示した従来技術における旋回拘束壁面端部と進行拘束壁面の位置関係を示している。
【００６５】
図１８（ａ）は、噴射孔中心軸１８００と旋回拘束壁面端部１８０１ａとを結ぶ直線と、噴射孔中心軸１８００と旋回拘束壁面端部１８０２ａを結ぶ直線とが為す角度θ１８２ａを、旋回拘束壁面端部１８０１ａの側から旋回方向にとったときに、１８０度より大きく、旋回拘束壁面端部１８０１ａと旋回拘束壁面端部１８０２ａを結ぶ直線と進行拘束壁面１８０３ａとが為す角θ１８１ａを進行拘束壁面１８０３ａの側から旋回方向と反対向きにとった角度が１８０度よりも小さくした例である。
【００６６】
図６および図８に示した噴射孔開口部形状の旋回拘束壁面端部と進行拘束壁面との位置関係は、図１８（ａ）に相当する。すなわち、図１８（Ｏ）に対し、角θ１８１ａが１８０度よりも小さくなるように進行拘束壁面１８０３ａを設けたことで噴霧の希薄領域を広げ、これに伴って対向しなくなる噴霧の希薄領域と噴霧の集中部の関係を、角θ１８２ｂが１８０度よりも大きくなるように設定して補正し、噴霧の集中部と噴霧の希薄領域とを対向させた例である。
【００６７】
図１８（ｂ）は、噴射孔中心軸１８００と旋回拘束壁面端部１８０１ａとを結ぶ直線と、噴射孔中心軸１８００と旋回拘束壁面端部１８０２ａを結ぶ直線とが為す角度θ１８２ｂを旋回拘束壁面端部１８０１ａの側から旋回方向にとったときに１８０度より小さく、旋回拘束壁面端部１８０１ｂと旋回拘束壁面端部１８０２ｂを結ぶ直線と進行拘束壁面１８０３ｂとが為す角θ１８１ｂを進行拘束壁面１８０３ａの側から旋回方向と反対向きにとった角度が１８０度よりも大きくした例である。
【００６８】
すなわち、図１８（Ｏ）に対し、角θ１８１ｂが１８０度よりも大きくなるように進行拘束壁面１８０３ｂを設けたことで噴霧の希薄領域を小さくし、これに伴って対向しなくなる噴霧の希薄領域と噴霧の集中部の関係を、角θ１８２ｂが１８０度よりも小さくなるように設定して補正し、噴霧の集中部と噴霧の希薄領域とを対向させた例である。
【００６９】
また図１９は、旋回拘束壁面の範囲がほとんどなくなる程度にまで小さくし、図１８（ａ），（ｂ）における２つの旋回拘束壁面の端部が略一致する程度にまでした場合の例である。図１９（ａ）は噴射孔開口部形状の拡大図を、図１９（ｂ）にはこれによって形成される噴霧形状の概略図を示す。図１９（ａ）の面１９０１はステップ上面（すなわち凸）であり、１９０２はステップ底面である。
【００７０】
図１９（ａ）において旋回拘束壁面端部は、点１９０６の一点に集約される形となっている。旋回拘束壁面の範囲が非常に小さいか、またはほとんど無いようにすることで、進行拘束壁面の効果のみを噴霧形状に与えるようにした例である。このようにすることで、進行拘束壁面１９０３によって噴霧に希薄な領域１９０５をつくり、噴霧の集中部の集中度が小さいか、または生じないようにすることができる。
【００７１】
なお、図６および図８はステップ壁面の部材が噴射孔の部材と同一部材で構成された例を示したが、必ずしもステップ壁面は噴射孔の部材と同一部材である必要はない。例えば図９に示すように、ステップ壁面を形成する部材９０１を噴射孔を形成する部材９０２とは別部材としてもよい。図９では、端面９０３が平面である部材９０２に、ステップ壁面９０４と９０５を有する部材を取り付け、接合部９１０にて溶接してある。部材９０１は図９（ｂ）に示した正面図からも分かるように、扇状穴の空いた部材である。部材９０１に設けられた扇状の穴は、噴射孔内壁９００とほぼ等しい曲面９０６と、これに連なるステップ壁面９０４およびステップ壁面９０５と、噴射孔内壁よりも外側に設けられた壁面９０９によって構成されている。
【００７２】
このように、穴の空いた別部材９０１を旋回式燃料噴射弁の先端に取り付けても、所望の形状の噴霧を得ることができる。この場合、部材９０１の一部分は噴射孔内壁とほぼ等しい形状の曲面９０６で構成され、噴射孔内壁とこの曲面がほぼ一致するように組み立てられており、燃料はこの曲面を旋回しながら流下するため、噴射孔内壁の役割を果たすとみなせる。したがって噴射孔開口部の縁は、部材９０１の曲面９０６の開口部の縁と、部材９０２の噴射孔内壁の開口部の縁とからなり、縁変化部位は、噴射孔内壁とステップ壁面とが接する位置、すなわち縁変化部位９０７と９０８がこれに相当することになる。
【００７３】
なお、図９は部材９０１には扇状の穴を設けたために壁面９０９が形成された構成となっているが、壁面９０９は噴射された噴霧と干渉しない位置に設ける必要がある。また穴が扇状ではなくても、図８に示したようなステップ壁面が形成されるような穴を設けてもよい。加えて、部材９０１に穴ではなく、部材の端（円周部）までを切り欠いて壁面９０９がないような構成としてもよい。
【００７４】
また、図９では部材９０２と部材９０１は溶接によって接合されているが、接合方法は溶接である必要はない。部材９０２と部材９０１が溶接以外の方法で接合（または接触）して組み立てられていてもよい。
【００７５】
図９に示したような別部材によってステップ壁面を構成した場合、噴霧形状を決定することに寄与するステップ壁面を、パンチとダイによる加工によって容易に得ることが可能となる。また同一の燃料噴射装置に対して、部材９０１を取り替えるだけで、噴霧の形状を変更することができるようになるので、噴霧形状をエンジンへ適合させることが容易となる。
【００７６】
図１０は、図６に示した燃料噴射弁の開口形状を、より加工が容易であるように工夫した例である。図６においては、ステップ上面２０１側にかかる噴射孔内壁と、ステップ底面２０２側にかかる噴射孔内壁とが、同一の円筒上に設けられた構成となっていたが、図１０は噴射孔中心軸と略平行な旋回拘束壁面１００２が、噴射孔よりも外側に設けられた例を示している。このような構成にすることによって、旋回拘束壁面１００２と上流側の噴射孔内壁１００１との間には、クリアランスＣが生じるようになっている。
【００７７】
このようにクリアランスＣを設けることによって、例えばステップ上面２０１’とステップ底面２０２’との間の段差を形成した後に、噴射孔穴を空けることが加工上容易となる場合がある。図６のようにクリアランスがない場合では、段差を設けた後に穴あけを行うと、段差の部分で工具が片当たりを生じて折損してしまうことがあるという問題があった。クリアランスＣを設けることによって、加工時にクリアランスＣ部に加工用の部材を当てて加工することができ、片当たりを防いで工具が折損することを抑制できるという利点がある。
【００７８】
なお図１０のようにクリアランスＣがある場合、燃料の噴射孔径方向への運動が拘束されて旋回拘束壁面１００２に沿って流下する程度にクリアランスＣが十分に小さければ、旋回拘束壁面１００２は、燃料の噴射孔径方向への運動を拘束する壁面として機能する。クリアランスＣの大きさについては、燃料の噴射角θと、ステップ壁面の高さＨ（ステップ上面２０１’とステップ底面２０２’の噴射孔中心軸方向の位置の差）とクリアランスＣの関係から、Ｃ×ｔａｎ（θ／２）＜Ｈなる関係が満たされているときには、少なくともクリアランスＣが十分小さいとみなせる。
【００７９】
図１１は、図６に示した燃料噴射弁を、筒内直接噴射式エンジンに搭載した一例を示すものである。図１１に示したエンジンには、図６に示した噴射孔開口部形状を有する燃料噴射弁１１０１を、シリンダヘッド１１０２の吸気弁１１０３側に、斜角を持って取り付けてある。燃料噴射弁１１０１は、噴霧の燃料集中部（図７中の７０１）が点火プラグ１１０４側に、燃料の希薄な領域（図７中７０２）がピストン１１０５側に向くように取り付けてある。このように取り付けるためには、噴霧の集中部に寄与している縁変化部位、すなわち図６中の縁変化部位２０６における噴射孔内壁の接線方向が、点火プラグ１１０４の方向に向くように取り付けると良い。
【００８０】
このとき、燃料噴射弁を駆動するための電流を供給するためのコネクタ１１１０が、燃料噴射弁１１０１から噴射される噴霧の集中部の方向と、対向する位置に設けられていると良い。このように取り付けられていることで、燃料噴射弁をエンジンに取りつけた状態で、コネクタ１１１０の向きと吸気ポート１１０８とが反対の方向を向くようになるので、配線作業等が行い易くなる。
【００８１】
なお、図１１は圧縮行程後期に燃料の噴射を行った場合の例を示しており、噴射された燃料は筒内の空気と混合し、空燃比が小さい（濃い）部分と空燃比が大きい（薄い）部分とを形成して、成層燃焼を行う場合の例である。
【００８２】
このように成層燃焼を行う場合は、点火プラグの周囲に濃い混合気を形成する必要から、エンジンシリンダ内にタンブル（縦渦）もしくはスワール（横旋回渦）の空気流動が形成されるように、吸気ポートの配置や吸気ポート上流側に設けられた図示しない弁などを用いることが一般的である。しかしながら、前述のような空気流動を形成するためにエンジン設計上の幾何学的な制限が生じたり、あるいは弁を設けることによって圧損が生じてエンジンの効率を下げてしまうという可能性があった。
【００８３】
またエンジンシリンダに筒内流動を発生させる手段として、ピストンに窪みなどを設けることもあるが、ピストンの表面積が増して冷却損失が増大して、効率の面で不利になる可能性があった。加えて、ピストンの形状に沿って生じている空気流動によって点火プラグへ濃い混合気を搬送する方法では、ピストンに向けて燃料を噴射することが必要であり、このためにピストンに付着した燃料が液膜を形成して排出ガス中の未燃燃料成分を増加させたり、ピストン状に堆積物を生じさせて、エンジン性能の経年変化の一因となることがあった。
【００８４】
本発明に係る図６に示した燃料噴射弁を用い、噴霧の集中部を点火プラグ側に向けることによって、空気流動に依らずに点火プラグ１１０４側に濃い燃料を搬送することが可能となり、空気流動を生じさせるための手段が不要となるか、あるいは簡便にすることができる。このことによって、エンジンの製造にかかるコストを低減することができるばかりでなく、空気流動を作るために要した圧損を減らし、エンジンの効率を高め、燃費を低減することも可能となる。使用するピストンも、図１１に示されているピストン１１０５のように、表面がフラットなものを用いるか、あるいは浅い凹面としたものを用いることができ、したがって、深い窪みを設けたピストンを用いる従来方式と比較して冷却損失を低減することができ、エンジンの燃費を向上させる効果がある。
【００８５】
また、図３に示した従来例を用いた場合と比較して、噴霧が希薄となる領域が広くなるように調整することができ、ピストン１１０５に付着する燃料の量を抑制できて、排出ガス中の未燃燃料成分を減らすことができる。また、点火プラグの位置に応じて噴霧集中部の集中度を、噴霧の希薄な領域とは独立に調整することが可能となるため、エンジンの燃焼安定性をより高めることができる。
【００８６】
加えて、噴霧の集中部と噴霧の希薄な部分とを対向させることが容易となるため、従来例の利点である安定した噴霧（混合気）の点火プラグ方向への供給と、ピストン側で希薄となる形状、という特徴を保ったまま噴霧の形状を調整することができる。
【００８７】
図１１に示したような筒内直接噴射式の内燃機関に用いる燃料噴射弁としては、次に説明する図１２に示す燃料噴射弁の噴射孔開口部形状ような工夫を用いるとなお良い。図１２は、図６に示した噴射孔開口部の形状のうち、ステップ壁面２０３が、噴射孔中心軸に垂直な面と斜角を持つように形成し、ステップ壁面１２０３のようにした例である。ステップ１２０３に連なる縁変化部位１２０４は、その旋回方向上流側がステップ底面２０２’にかかり、その旋回方向下流側がステップ上面２０１’にかかる縁変化部位である。ステップ壁面１２０３は、ステップ底面２０２’からステップ上面２０１’の間を斜面にて連結するように構成されており、噴射孔の中心軸に垂直な面に対して角度を持った面であり、縁変化部位１２０４から噴射孔の外側に向けて形成された壁面である。
【００８８】
一般に、旋回式燃料噴射弁によって形成される噴霧の形状は、圧縮行程後期噴射のように雰囲気圧力が高く密度が大きい雰囲気中へ噴射された場合には、噴霧の貫徹距離が抑えられ、また噴霧の飛翔方向が変化して広がりも小さいコンパクトな噴霧になることが知られている。図６に示したような噴射孔開口部形状を有する旋回式燃料噴射弁の燃料噴射弁では、旋回式燃料噴射弁が有している性質として、高い雰囲気圧力に噴射した場合では噴霧がコンパクトになるという性質の他に、噴霧の集中部では噴霧の飛翔方向の変化が小さいという特徴がある。これは噴霧の集中部では同一方向に飛翔する燃料の量が大きいため、雰囲気気体による摩擦に打ち勝って燃料が進行するためである。これと同時に、図６に示した燃料噴射弁では、噴霧が希薄な領域と噴霧が希薄でない領域の境界付近でも雰囲気気体による摩擦に打ち勝って、比較的貫徹力が強くなる傾向がある。このため、ピストン方向へ向かう燃料の貫徹力がやや強くなり、ピストンへの燃料付着の一因となる可能性がある。
【００８９】
前述の、噴霧が希薄な領域とそうでない領域との境界付近の燃料の貫徹力が強くなる原因の一つとして、ステップ壁面２０３と干渉した燃料が同一方向に向かって飛翔し、集中度が増すことが挙げられる。したがって、ピストン方向へ向かう噴霧の貫徹力を減じるためには、ステップ高さＨを小さくすることが考えられるが、この方法では点火プラグ方向へ向かう噴霧の集中度も同時に減じられてしまうため、点火プラグ周りに濃い混合気を作ることが難しくなって燃焼安定性が低下する可能性がある。
【００９０】
そこで、図１２のようにステップ壁面１２０３がステップ底面２０２’’からステップ上面２０１’’にかけて斜面で形成されることによって、ステップ壁面１２０３と燃料とが衝突する角度が緩く（ステップ壁面１２０３の垂線と衝突する燃料の方向の為す角度が大きく）なり、干渉した燃料の集中を緩和させることができる。したがって、干渉した燃料の集中が緩和されるために、ピストン方向へ向かう噴霧の貫徹力を緩和することができる。また、ステップ１２０３の傾きは噴霧の集中部には影響を与えないため、噴霧の集中部の貫徹力とは独立に、ピストン方向へ向かう噴霧の貫徹力を変化させることができる。
【００９１】
更に、ステップ壁面１２０３が斜面とステップ上面の為す角が、噴射角θの半分よりも小さい（斜面が緩い）場合には、噴霧とステップ壁面１２０３との干渉は起こらず、また燃料は縁変化部位の旋回方向６００の下流側のいずれの縁からも噴射されるようになるため、噴霧の希薄な部分を有せずに、あらゆる方向に燃料が飛翔するようになる。
【００９２】
このことは、図１６のように噴射孔内壁面を展開した展開図によって示すと理解しやすい。図１６は縦軸に噴射孔中心軸方向の位置を取り、横軸に噴射孔開口縁の周方向の角度を図１２中の点１２０５を起点としてとり、噴射孔開口縁の位置を線図として表した展開図である。図中の矢印１６００は燃料の噴射方向を表すものであり、噴射孔内壁中を旋回しながら流下する燃料は、展開図中ではおおよそ矢印１６００のように移動する。このとき、矢印１６００とステップ底面２０２’（またはステップ上面２０１’）とが為す角は、前述した噴射角θの半分となる。
【００９３】
このとき、図１２の斜面１２０３によって形成される縁変化部位１２０４は、展開図上では正弦カーブの一部となる。図１２のように斜面１２０３を設けた場合には、周方向の位置９０度にて縁変化部位１２０４の傾斜は最大となり、その傾きは斜面１２０３とステップ上面２０１’が為す角と等しくなる。
【００９４】
ここで、縁変化部位１２０４の傾斜の最大がθ／２より小さいときには、矢印１６００をあらゆる位置に平行移動しても噴射孔開口縁を示す線と複数箇所で交わることはない。噴射孔開口縁と矢印１６００が複数箇所で交わることは、燃料の噴射がその交点のうちの一方でのみ行われて、もう一方では行われないことを意味している。したがって、縁変化部位１２０４の傾斜の最大がθ／２より小さいときには燃料はあらゆる方向に噴射されるようになる。
【００９５】
このようにすると、燃料集中部以外の部分ではほぼ均一に燃料が噴射され、燃料集中部以外の部分で貫徹力の強い噴射は起こらない。このことによって、圧力が高い雰囲気中に噴射した場合には、噴霧の集中部以外では噴霧の貫徹力と広がりが抑えられたコンパクトな噴霧が形成されることになる。
【００９６】
噴霧の希薄な部分が無いように噴射弁を作った場合には、希薄な部分が無いために、ピストン側へ向かう噴霧の量は図６に示した噴射弁と比べると多くなるが、貫徹力が弱くなるためにピストンへは付着しにくくなるという利点がある。図６や図１２に示したような噴射弁を用いるか、あるいは前述のようにステップ壁面とステップ上面の為す角を噴射角の半分より小さくして噴霧が全周にわたって存在するようにするかは、燃料噴射弁が搭載されるエンジンシリンダおよびピストンの幾何学的形状、大きさ、燃料の噴射時期および点火時期などによって選定すると良い。特に、ピストン頂面がフラットとであったりピストン頂面の窪みが浅い場合や、エンジンの気筒当たりの排気量が小さく噴射時のシリンダ容積が小さい場合には、希薄部を有せず噴霧集中部を有する噴霧が有効である。
【００９７】
なお本発明に係る燃料噴射弁の効果は、図１１に示したような、燃料噴射弁をエンジンのシリンダヘッド部分の吸気管側に取り付け、噴霧の集中部が点火プラグ側に向き、噴霧の希薄な部分がピストン側へ向くように取り付けが行われた場合に限られない。
【００９８】
例えば、図１３に示すように、エンジンのシリンダヘッドの点火プラグ１３０２の近傍に、図６に示したような噴射孔形状を有する燃料噴射弁１３０１を取り付けた場合にも効果がある。図１３では、シリンダのほぼ中心に位置するように点火プラグ１３０２が取り付けられ、これに近接して燃料噴射弁１３０１が吸気弁１３０３と排気弁１３０４の間のシリンダヘッド頂部に取り付けられている。ここで、噴霧の希薄な領域７０２が点火プラグ１３０２の側を向くように取り付ける。
【００９９】
点火プラグに近接して燃料噴射弁を取りつけた場合、飛翔した燃料が蒸発せずに直接点火プラグに衝突して、着火性を悪くさせる要因の一つとなる可能性がある。図１３のように、本発明に係る燃料噴射弁を用いれば、燃料が希薄となる領域７０２が存在するため、燃料が希薄な領域７０２を点火プラグ１３０２側へ向けて燃料噴射弁を取りつけることで、燃料が直接点火プラグ１３０２に衝突することを回避できる。
【０１００】
このような取り付け方をした場合には、燃料の噴射はエンジンの吸気行程中に行うようにすると良い。吸気行程中に燃料を噴射した場合、噴射された燃料は吸気時の空気流動によって空気とほぼ均質に混合するため、点火プラグ側へ濃い混合気を搬送しなくとも、点火することができる。このときに、空気と燃料との混合比は理論空燃比であると良い。理論空燃比であれば、均質に混合した際に点火することが容易となる。
【０１０１】
また、点火プラグと燃料噴射弁は、吸気弁と排気弁の間に位置するように取りつけると良い。一般に、点火プラグによって点火を行うと、燃焼反応が起こっている面（火炎面）が時間と共に伝播し、火炎面がシリンダ壁面に到達した時点で燃焼が終了するが、このとき点火プラグがシリンダの中央部付近にあることで、火炎面が伝播すべき距離がどの方向に対しても小さくなり、したがって燃焼時間を短縮できる。燃焼時間を短縮することで、ノッキングの発生を抑制したり、冷却損失を小さくしたり、熱効率を高めるといった効果が得られる
図１３のような内燃機関に本発明に係る燃料噴射弁を搭載する場合は、次に述べるような工夫を施すとなお良い。図１４に示した燃料噴射弁の開口部の拡大図は、図１３のようにピストンの直上に設置された点火プラグに近接して取り付ける燃料噴射弁の開口部形状の望ましい形状として、図６に示した噴射孔部開口部の形状に工夫を施した例である。
【０１０２】
図１４に示した噴射孔開口部の形状は、図６に示した噴射孔開口部の形状のうち、ステップ壁面２０４がステップ底面２０２に対して斜角を持つようにした例である。すなわち、図１４において、ステップ壁面１４０４はステップ底面１４０２からステップ上面１４０１にかけて斜面として形成されている。
【０１０３】
ステップ壁面１４０４が斜面として形成されることによって、縁変化部位のうち、旋回方向６００の上流側がステップ上面１４０１で旋回方向６００の下流側がステップ底面１４０２にかかる縁変化部位１４０６が、噴射孔中心軸に対して角度を持つ関係となる。このため、図６の縁変化部位２０６から同一方向に噴射される燃料と異なり、縁変化部位１４０６から噴射される燃料は同一方向に集中して噴射されることはなくなり、したがって噴霧の集中部における集中度は緩和され、噴霧の貫徹力も弱くなる。
【０１０４】
また、図１９に示した噴射孔形状のものを、図１３のような内燃機関に用いても、噴霧の集中部がない噴霧が得られるため、上述の理由と同様に、内燃機関の燃焼性能にとって良い効果が得られる。
【０１０５】
このように、噴霧の横断面における噴霧の局所集中を避けるように噴射孔開口部を形成した場合には、図１３に示すようなピストンの直上の点火プラグに近接して燃料噴射弁を取りつけた場合に、局所的に強い貫徹力を持つ噴霧がピストンの頂面やシリンダ壁面に付着して排出ガス中の未燃燃料成分が増加してしまうことを抑制できる。
【０１０６】
上述のように、噴霧の集中部の燃料液滴の集中度を緩和させる方法としては、図１５に示すように、噴霧の集中部に寄与する縁変化部位を１５０３、１５０４のように設け、ステップ上面１５０１とステップ１５０２の中間に面１５０５を設けて、複数の段を構成する方法もある。
【０１０７】
このようにすることで、各縁変化部位（図１５中の１５０３、１５０４）から噴射される燃料は、噴霧の集中部に寄与する縁変化部位が一箇所である場合と比較して、複数の広い範囲の箇所に集中することとなる。このように、集中の度合いが弱められることによって、噴霧の集中部にある燃料液滴の貫徹力を減じることができる。
【０１０８】
図１５に示した燃料噴射弁によって形成される噴霧は、噴霧の集中部の集中度が弱められてはいるものの、噴霧の集中部は形成されるため、図１３のような点火プラグと燃料噴射弁とを近接して設置する場合だけでなく、図１１に示す内燃機関にも適合できる。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明によれば、旋回式燃料噴射弁によって形成される噴霧の形状のうち、噴霧が集中する部分と噴霧が希薄な部分の配分を変えることが容易となり、内燃機関に適した燃料噴射弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料噴射弁の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示した燃料噴射弁の噴射孔近傍の断面図と正面図を示す図である。
【図３】従来例による燃料噴射弁の噴射孔近傍の断面図と正面図を示す図である。
【図４】従来例にある燃料噴射弁によって形成される噴霧の形状を示す模式図である。
【図５】従来例による燃料噴射弁によって噴霧の形状制御を行った例として、その噴射孔近傍の拡大図と生成される噴霧とを対比した図である。
【図６】図２に示した本発明に係る燃料噴射弁の噴射孔近傍の正面図の強拡大図である。
【図７】図６に示した本発明に係る燃料噴射弁によって生成される噴霧の形状を模式的に示した図である。
【図８】本発明に係る燃料噴射弁の噴射孔開口部の形状の例を挙げた図である。
【図９】本発明に係る燃料噴射弁の噴射孔開口部を、別部材にて形成した例を示す図である。
【図１０】本発明に係る燃料噴射弁の噴射孔開口部を、加工方法を考慮して形成した例を示す図である。
【図１１】本発明に係る燃料噴射弁を内燃機関に搭載した一例を示す図である。
【図１２】本発明に係る燃料噴射弁のステップ壁面を斜面で形成した例を示す図である。
【図１３】本発明に係る燃料噴射弁を、点火プラグに近接して内燃機関に搭載した例を示す図である。
【図１４】図１３記載の内燃機関に対してより望ましい噴射孔開口部の形状の例を示す図である。
【図１５】図１４記載の噴射孔開口部形状の斜面を複数の段によって形成した噴射孔開口部の形状の例を示す図である。
【図１６】図１２記載の燃料噴射弁の噴射孔内壁の展開図である。
【図１７】図２（ａ）の噴射孔開口部をＧ方向から見た斜視拡大図をである。
【図１８】図の左側に噴射孔と進行拘束壁面と旋回拘束壁面端部の位置関係を示し、これに対応して形成される噴霧の形状を右側に示した図である。
【図１９】旋回拘束壁面の範囲がほとんどなくなる程度にまで小さくし、図１８（ａ），（ｂ）における２つの旋回拘束壁面の端部が略一致する程度にまでした場合の例を示す図である。
【符号の説明】
１０１…噴射孔、１０２…弁体、１０３…ノズル部、１０４…コア、１０５…ヨーク、１０６…燃料通路、１０７…旋回素子、１０８…スプリング、１０９…コイル、１１０…燃料通路、２００…噴射孔の中心軸、２０１，２０１’，２０１’’，…ステップ上面、２０２，２０２’,２０２’’…ステップ底面、２０３…ステップ壁面、２０４…ステップ壁面、２０５…噴射孔内壁、２０６…噴射孔縁変化部位、２０７…噴射孔縁変化部位、２０８…噴射孔の縁、３０１…ステップ上面、３０２…ステップ底面、３０３…ステップ壁面、３０４…ステップ壁面、３０５…噴射孔内壁、３０６…噴射孔縁変化部位、３０７…噴射孔縁変化部位、３０８…噴射孔の縁、４０１…偏向側噴霧、４０２…非偏向側噴霧、４０３…噴霧の集中部、４０４…噴霧が希薄な領域、５０１，５０１’，５０１’’…噴霧の集中部、５０２，５０２’，５０２’’…噴霧が希薄な領域、６００…燃料の旋回方向、６０１，６０２，６０３，６０４…噴射方向、６０１ｓ，６０２ｓ，６０３ｓ…噴射位置、６０５…縁変化位置と噴射孔中心軸を通る直線、６０６…二つの縁変化位置を通る直線、７０１…噴霧の集中部、７０２…噴霧の希薄な領域、７０３，７０４…噴霧濃度の境界部、８００ａ，８００ｂ，８００ｃ…噴射孔内壁、８０１ａ，８０１ｂ，８０１ｃ…ステップ壁面、８０２ａ，８０２ｂ，８０２ｃ…ステップ壁面、８０３ｂ…縁変化部位、８０４ｂ…縁変化部位、８０５…噴霧の集中部の方向、８０６…旋回方向、９００…噴射孔内壁、９０１…ステップ壁面を形成する部材、９０２…噴射孔を有する部材、９０３…部材９０２の端面、９０４，９０５…ステップ壁面、９０６…部材９０２が形成する噴射孔内壁、９０７，９０８…縁変化部位、９０９…壁面、１００１…噴射孔内壁、１００２…ステップ壁面に連なる壁面、１００３，１００４…ステップ壁面、１１０１…燃料噴射弁、１１０２…シリンダヘッド、１１０３…吸気弁、１１０４…点火プラグ、１１０５…ピストン、１１０６…シリンダ、１１０７…排気弁、１１０８…吸気ポート、１１０９…排気ポート、１１１０…コネクタ、１２０３…斜面で形成されたステップ壁面、１２０４…縁変化部位、１２０５，１２０６，１２０７…噴射孔開口縁上の点、１３０１…燃料噴射弁、１３０２…点火プラグ、１３０３…吸気弁、１３０４…排気弁、１４０１…ステップ上面、１４０２…ステップ底面、１４０３…ステップ壁面、１４０４…斜面で形成されたステップ壁面、１４０６…縁変化部位、１５０１…ステップ上面、１５０２…ステップ底面、１５０３，１５０４…縁変化部位、１５０５…ステップ中段面、１５０６，１５０７…ステップ壁面、１６００…燃料噴射方向。
【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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【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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【図１８】
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【図１９】
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