(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル部に弁体、弁座、ノズル孔、及び、該ノズル孔に燃料を案内する燃料案内体を備えたエンジンの燃料噴射弁であって、
前記燃料案内体は、燃料の旋回強さを異にする複数個の燃料旋回通路と、前記ノズル孔のノズル軸線と異なる方向の周りに燃料を噴霧させるバイパス通路とから形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記燃料旋回通路は、溝もしくは孔であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記バイパス通路は、燃料を上流から下流にバイパスするバイパス燃料通路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記バイパス通路は、その通路面積を異にした複数個から成ることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料噴射弁に係り、特に、筒内噴射エンジンの燃料噴射装置用の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常のエンジンにおいては、燃料の消費量の低減を図るために、空燃比（空気と燃料の質量比）を大きくすること、即ち、混合気の燃料量を希薄にして希薄燃焼とすることが有効であるとされている。しかし、混合気を希薄にすると、燃料への点火及び火炎の伝播が不安定になり、安定した燃焼ができづらい状態が生じる傾向がある。
【０００３】
エンジンの気筒内に直接燃料を噴射する直噴式の筒内噴射エンジンにおいては、成層燃焼において点火プラグ付近に混合気を集めて、希薄な混合気であっても安定した燃焼が可能になるが、成層燃焼で、点火プラグ付近に混合気を集めておくためには、点火時期のすこし前に燃料をノズルから噴射することが必要である。このため、燃料が噴射されてから点火するまでの時間が、従来の吸気ポート噴射エンジンに比べて短いので、燃料が十分に気化されない内に点火されてしまい易くなるため、これを防ぐためには、噴射時に燃料の液滴を小さくして燃料の気化を促進する必要がある。
【０００４】
前記燃料噴射弁のノズル部による燃料の微粒化の従来技術としては、特開平7−119584号公報記載の技術がある。該技術は、燃料噴射弁のノズルをスワールノズルとし、スワール発生部と噴射孔との間にサックスホールを備え、前記スワール発生部でのスワールの旋回中心線の周辺で同中心線に対して傾斜した方向に前記噴射孔を穿設し、前記スワール旋回中心線に対し直交する平面でサックホールを切断した時にできる各円孔の中心が前記噴射孔の噴射方向中心線状にほぼ位置させたものである。
【０００５】
該構成によって、サックスホール内でのスワール燃料の摩擦損失を小さくし、旋回力の強いスワール燃料を噴射孔から噴射させるものであり、スワール燃料の旋回力が強いと、燃料の微粒化が促進されるものである。前記燃料の強い旋回力に加えて、燃料噴射圧を5〜12MPa程度の高圧として燃料を噴射することにより、一層の微粒化を図っている。
【０００６】
一方、デイーゼルエンジンでは、燃料に旋回を与えずに燃料を高圧（20Mpa以上）で噴射しており、この場合には、燃料噴射弁からの燃料噴霧形状は、比較的に中実な噴霧を形成できる。
【０００７】
【発明が解決しようする課題】
しかしながら、前記の如く、燃料の噴射時に燃料に旋回を与える方式は、噴霧形状が、中空の円錐形状となり、噴霧の中心には燃料が少ない状態となる。そのために、燃料と空気が接触して混合される機会が少なく、局所的に過濃な混合気が存在し、すすを発生したり、高負荷領域で空気の利用率が低下し、出力が低くなる等の問題がある。
【０００８】
図１９は、前記の如き従来の直噴式の筒内噴射エンジン１における部分負荷時の混合気の状態を示したものであり、燃料噴射弁２０で単純に燃料に旋回を与える方式ものである。前記方式のものでは、燃料の旋回力を小さくすると噴霧３の広がり角が小さくなり、ピストンキャビティ６に衝突した燃料の一部がピストン７の上面で気化し、気化した燃料４が点火プラグ２方向へ搬送され、燃焼の安定化を助ける。しかし、ピストン７に集中して衝突した燃料の多くは、燃料液膜５を形成し、すすを発生する原因の燃料となるとの問題がある。
【０００９】
一方、図２０は、図１９と同じ従来の直噴式の筒内噴射エンジン１において、燃料の旋回力を大きくした状態を示したものである。燃料の旋回力を大きくすると、ピストン７への衝突が少なく、すすの発生を抑制できるが、噴射燃料が中空噴霧形状となるため、中心部に噴霧される燃料が少なく、かつ速度も遅いので、点火プラグ２方向へ搬送される燃料（混合気）が不足し、燃焼が不安定になる。特に、エンジン回転数Ｎが高い領域では、空気流の速度が大きくなり、噴霧燃料が流され易くなるので、噴霧速度も大きくする必要があるとの問題がある。
【００１０】
また、前記デイーゼルエンジンの如く、燃料に旋回を与えない方式では、微粒化を促進するのにさらに高圧にする必要があり、それに伴い、噴霧の速度が大きくなる。噴霧の速度が大きくなると、気筒壁面に衝突しやすくなるので、特に高負荷時にはすすを発生するとの問題がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、筒内噴射エンジンが燃料の希薄燃焼（空燃比20〜50程度）であっても点火を良好にすると共に、すすの排出を抑制し、かつ、高回転時の燃焼安定性を実現する燃料噴射弁を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明の第１の基本的な燃料噴射弁の一態様は、エンジンの筒内に直接燃料を噴射するものであって、ノズル部に弁体、弁座、ノズル孔、及び、燃料案内体を備え、前記燃料案内体は、旋回強さの異なる複数の燃料旋回通路を形成し、前記複数の燃料旋回通路は、旋回強さの小さな旋回通路が旋回強さの大きな旋回通路よりノズル孔側に形成されていることを特徴としている。
【００１２】
そして、前記燃料噴射弁の具体的な態様としては、前記燃料旋回通路が、前記ノズル孔の中心軸線と交差する仮想線から所定距離オフセットされ、旋回強さの小さな旋回通路と旋回強さの大きな旋回通路とでオフセット距離を異にしている。また、前記複数の燃料旋回通路は、一つ以上の通路がノズル孔の出口方向に向けて傾斜し、前記燃料旋回通路の内側に燃料を旋回させない少なくとも一つの未旋回燃料室を形成したことを特徴とし、前記燃料案内体が、燃料を上流から下流にバイパスさせるバイパス燃料通路を有し、その通路面積を異にした複数個から成ることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の第２の基本的な燃料噴射弁の態様としては、前記燃料案内体が、前記ノズル孔の中心軸線と交差する仮想線上に形成された複数の燃料案内通路を備え、該燃料案内通路は燃料流同士が衝突すべく構成されていることを特徴としている。
更に、本発明の第３の基本的な燃料噴射弁の態様としては、前記燃料案内体が、複数のノズル孔の中心軸線と交差する仮想線上に形成された複数の燃料案内通路と複数の燃料旋回通路とを備えていることを特徴としている。
【００１４】
そして、本発明の前記基本的な燃料噴射弁の共通する具体的態様としては、前記燃料旋回通路もしくは燃料案内通路が、溝もしくは孔であり、前記弁体が、球体もしくは円錐であり、前記弁体と前記弁座のすき間の通路面積をノズル出口方向に向けて小さくし、キャビティの発生を防止していることを特徴としている。
【００１５】
前述の如く構成された本発明に係る第１の基本的な燃料噴射弁は、燃料の噴霧にあたっては、一つの燃料旋回通路により形成される燃料の噴霧広がり角が小さな噴霧を先に噴出させ、次に、他の燃料旋回通路により形成される噴霧広がり角の大きな噴霧を噴出させ、これにより、エンジンの筒内に空間的に中実な噴霧を形成することができると共に、広がり角の小さな噴霧燃料を先に、点火プラグ方向に搬送できるので、すすの排出を抑止しつつ、燃焼の安定化を図ることができる。
【００１６】
また、本発明に係る第２の基本的な燃料噴射弁は、燃料案内体の複数の燃料案内通路にオフセットを設けず、前記燃料案内体の中心を通り互いに直角に交わる仮想線上に複数の燃料案内通路を設けたので、対向する燃料案内通路から燃料を噴射して衝突させる。衝突した燃料は、中心方向に向けた速度成分をもつため、燃料噴霧の中心にも燃料が存在する中実の燃料噴霧となる。
【００１７】
更に、本発明に係る第３の基本的な燃料噴射弁は、複数の燃料案内通路により円錐噴霧を形成し、内側の噴霧は衝突により生成し、外側の噴霧は燃料旋回通路によって旋回させて生成する構成であるので、エンジンの筒内に空間的に中実な噴霧を形成することができる。噴霧の中心へ燃料が集中しすぎるのを防止するために、燃料が衝突する燃料案内通路の総断面積を燃料旋回通路の総断面積よりも小さくしている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明のエンジンの燃料噴射弁の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の筒内噴射エンジン１の制御システムを含めた全体構成を示したものである。筒内噴射エンジン１は、その気筒５１のヘッド部５０に吸気管４７と排気管４８とを接続しており、該接続部には、インテークバルブ４６とエキゾーストバルブ４９とが配置されている。前記ヘッド部５０には点火プラグ２と燃料噴射弁２０が取付けられ、前記吸気管４７の上流には電動モータ４２によって駆動される絞り弁４１が配置されると共に、該吸気管４７には、エアフロメータ４３や絞り弁開度検出計４４が取付られている。前記気筒５１内にはピストン７が上下摺動可能に配置され、該ピストン７の上面にはピストンキャビティ６が形成されている。
【００１９】
前記エンジン１の制御装置４５は、前記エアフロメータ４３や絞り弁開度検出計４４からの信号及びエンジン回転数Ｎやアクセル開度α等の信号を受けて点火時期や燃料量を計算して前記点火プラグ２や燃料噴射弁２０等に信号を出力して制御している。吸入管４７の上流からの空気は、エアフロメータ４４で計量され、絞り弁４１によって空気量を制御される。該絞り弁４１は、前記電動モータ４２によってアクセルペダル開度αに応じて制御してもよい。
【００２０】
エンジン１の部分負荷時には、燃料噴射弁２０は、燃料をピストンキャビティ６に留まるようなタイミング（圧縮行程−上死点前40〜60度）で噴射し、点火プラグ２によって点火されるが、高負荷運転時には、気筒５１内に燃料を均一に分散するタイミング（吸気行程−上死点前330〜180度程度）で噴射する。
エンジン１の運転条件は、制御装置４５で前記エアフロメータ４３の信号、エンジン回転数Ｎ、絞り弁開度４４、アクセル開度αなどによって決められ、それに応じて燃料噴射弁２０の燃料の噴射量、噴射タイミングが決定される。
【００２１】
図２は、本実施形態の燃料噴射弁２０の構成を示したものである。該燃料噴射弁２０は、燃料入口コネクタ部２７、ソレノイドコイル部２８、電気コネクタ部２９、可動コア部３０、ノズル３１付きノズル部２２から成っており、可動コア部３０の端部には球状弁体２１が配置され、該可動コア部３０はコイルスプリング２６によって弁座２５に押圧されている。前記ノズル部２２内の前記球状弁体２１の周囲には、燃料案内体２３が配置されている。ソレノイドコイル部２８に通電すると可動コア３０が励磁され、前記コイルスプリング２６の付勢力に打ち勝って前記可動コア３０を引き上げるように作用し、可動コア３０が引き上げられると前記弁体２１と前記弁座２５との間が開口する。
【００２２】
前記燃料噴射弁２０に導かれた燃料は、燃料入口コネクタ部２７の燃料通路２７ａより内部に供給され、燃料案内体２３、弁体２１と弁座２５との間を介してノズル３１よりエンジン１の燃焼室内に直接噴射される。
前記弁体２１は、通常、スプリング２６の付勢力と燃料の流体圧力（5Mpa以上）によって弁座部２５に押え付けられて燃料のノズル３１からの噴出を止めている。前記電気コネクタ部２９を介して１００ボルト程度の電流を入力して、ソレノイド部２８に電流を流すと、該ソレノイド部２８によって発生した電磁力により弁体２３を引き上げる。ストッパ２４によって引き上げる位置を一定にすることができ、燃料の計量精度を高めている。
【００２３】
このように、ソレノイドコイル部２８の電圧のオン−オフによって、弁体２１の弁座２５からの開閉を制御し、ノズル３１から噴射される燃料の噴射量を制御できる。ソレノイドコイル部２８に加える電流は、その応答性の向上を図るため初めに多くの電流を流し、その後ソレノイドの発熱を防止するために、電流を低くするような制御が望ましい。
【００２４】
図３は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する図２の前記燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第１の例を示したもので、（ａ）は横断面、（ｂ）は縦断面を示している。該燃料案内体２３は、概略筒状をしており、内部中心に弁体２１を案内する弁体案内孔３５を備えると共に、その周囲には燃料案内通路面３６を備えている。前記燃料案内体２３の中心を通り互いに直角に交わる仮想線Ｘ−Ｘ，Ｙ−Ｙに平行に燃料旋回孔３３ｂと燃料旋回溝３４ａとが形成されている。該燃料旋回孔３３ｂと燃料旋回溝３４ａとは燃料に旋回を与えるものであり、燃料の噴霧角度を広げ、燃料の微粒化を図るものである。
【００２５】
燃料旋回溝３４ａのオフセット量Ｌ１は、燃料旋回孔３３ｂのオフセット量Ｌ２に比べて小さくし、かつ、燃料旋回溝３４ａの開口部をノズル３１に近い下部位置とする。このような構成により、燃料の噴霧にあたっては、燃料旋回溝３４ａにより形成される燃料の噴霧広がり角が小さな噴霧を先に噴出させ、次に、燃料旋回孔３３ｂにより形成される噴霧広がり角の大きな噴霧を噴出させることができる。これにより、空間的に中実な噴霧を形成することができると共に、広がり角の小さな噴霧燃料を先に、点火プラグ２方向に搬送できるので、すすの排出を抑止しつつ、燃焼の安定化を図ることができる。
【００２６】
図４は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料案内体２３の第２の例を示したものである。図３の第１の例においては、燃料旋回溝３４ａと燃料旋回孔３３ｂとの開口部の上下位置を異なる構造としたが、第２の例では、燃料旋回溝３４ａと燃料旋回溝３３ａとの上下位置を同じくしている。燃料旋回溝又は孔のオフセット量が小さいと噴霧の広がり角は小さく、噴霧速度が大きくなる。燃料旋回溝３４から噴出した燃料は、噴霧３ｂを形成し、燃料旋回溝３３ａから噴出した燃料は、より大きな旋回力により噴霧３ａを形成する。従来の燃料噴射弁は、噴霧３ａまたは噴霧３ｂのみの単独噴霧であり、内部に燃料のない中空噴霧である。燃料旋回溝又は孔の開口部の上下位置を変えないと、２つの旋回溝の加工を同じ面上でできるので、加工が容易であるという利点がある。
【００２７】
図５は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第３の例を示したものである。燃料旋回孔３４ｂをノズル方向を下方に斜めに形成する。一方、燃料旋回孔３３ｂの開口部は上部に位置し、オフセットＬ２を大きくする。燃料旋回孔３３ｂによって形成される噴霧は、広がり角の大きい噴霧３ａとなる。燃料旋回孔３４ｂのオフセットＬ１は、燃料旋回孔３３ｂのオフセットＬ２に比べて小さく、旋回力は少ない。かつ、ノズル方向傾斜した角度がついているので、広がり角の小さな噴霧３ｂを形成する。更に、燃料旋回孔３４を斜めに開けることにより、弁体２１の下部にそって燃料が流れやすくなり、通常の旋回ノズルで発生する弁体２１下流のキャビティを小さくする効果があり、中実化が促進される。
【００２８】
図６は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第４の例を示したものである。燃料旋回溝３３ａ、３４ａの開口部に環状溝３７を設ける。この場合、燃料旋回溝３３ａ、３４ａから旋回した燃料が噴出する前に、環状溝３７から未旋回燃料が噴出する。未旋回燃料は、燃料の圧力によって微粒化するが、噴霧広がり角の小さな噴霧を形成し、かつ、燃料旋回溝３３ａ、３４ａを通った燃料よりも先に噴出し、点火プラグ２方向へ搬送される。未旋回燃料が多すぎると、ピストン７に集中して衝突し、すすを伴う燃焼となりやすいので、部分負荷時の全噴射量の約30％程度以下とする。たとえば環状溝３７の体積を4.5mm3程度とする。
【００２９】
図７は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第５の例を示したものである。該第５の例の燃料案内体２３は、燃料旋回溝３４ａと燃料旋回孔３３ｂとは別に、バイパス通路５５、５６を設けてる。該バイパス通路５５、５６を介した燃料は旋回力が加えられずに、噴出するので、噴霧広がり角の小さな噴霧を形成できる。その周囲には燃料旋回溝３３ａと燃料旋回孔３４ｂとによって形成された噴霧が分布するので、中実化を実現できる。
【００３０】
図１０は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第６の例を示したものである。前記燃料案内体２３は、燃料旋回孔３３ｂ、３４ｂにオフセットを設けず、前記燃料案内体２３の中心を通り互いに直角に交わる仮想線Ｘ−Ｘ，Ｙ−Ｙ上に設けたものであり、対向する燃料旋回孔３３ｂ、３４ｂから燃料を流出して衝突させる。衝突した燃料は、中心方向に向けた速度成分をもつため、燃料噴霧の中心にも燃料が存在する中実の燃料噴霧となる。
【００３１】
図１１は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第７の例を示したものである。燃料旋回溝３３ａと燃料案内孔３４ｂとにより円錐噴霧を形成し、衝突によりその内側に噴霧を形成する構成である。即ち、燃料旋回溝３３ａをオフセットして燃料を旋回噴霧すると共に、燃料案内孔３４ｂを燃料案内体２３の中心を通り互いに直角に交わる仮想線Ｘ−Ｘ，Ｙ−Ｙ上に設けたものであり、対向する燃料案内孔３４ｂ、３４ｂから燃料を流出して衝突させるものである。噴霧の中心へ燃料が集中しすぎるのを防止するために、燃料が衝突する溝の総断面積を案内溝の総断面積よりも小さくする。
【００３２】
図１２は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第１の例における弁体２１を変更した中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する第８の例を示したものである。本例においては、弁体２１を円錐形状としたものであり、該円錐形状のために、弁体２１の下流にキャビティが存在しにくく、燃料噴霧体の中空化を抑止できる。円錐角αを小さくするほど噴霧角を小さく、中実度を上げることができる。
【００３３】
図１３は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第１の例を前記図１２の如く弁体を円錐形状としたものを示している。（ａ）に示すように弁体２１と弁座２５の間の隙間５０をノズル３１に近付くほど狭くなるようにしている。（ｃ）に示すように、ノズル３１に近付くほど隙間５０を大きくすると拡大流となり、キャビティが起こりやすくなる。キャビティが生じると、弁体２５の下流に燃料の無い中空部が生じ、噴霧も中空形状になりやすい。弁体２５との隙間５０を（ｂ）のように更に縮小流とすることにより、流れを安定化し、キャビティの発生も防止でき、噴霧を中実化できる。キャビティの抑止は噴射量の安定化にも効果がある、計量精度を向上できる利点もある。
【００３４】
図８は、本発明が実施される燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第１実施例を示したものである。バイパス通路５５の開口部を特定部位のみに設けることで、噴霧をノズル軸とは異なる方向に形成できる。更に、図９の燃料案内体２３の第２実施例に示すように、バイパス通路５５の内の特定部位のバイパス通路５５ａの面積を他のバイパス通路５５の面積と不均等にすることにより、ノズル内の速度分布を制御し、噴霧をノズル軸とは異なる方向に形成できる。燃料噴射弁２０の取付けレイアウトが制約された条件で、燃料噴射方向を自由に設定できる利点がある。かつ、ノズルを特定の方向に曲げるための加工を必要としない。
【００３５】
図１４は、本発明の第１、第２実施例と従来例とのエンジンの燃料噴射装置による燃料噴霧の噴霧広がり角に対する燃焼安定度とすすの発生度合いとの関係を示したものである。該図１４から理解されるように、噴霧の広がり角を小さくすると燃焼の安定度が中空噴霧でも向上するが、同時にすすの排出が増大する。このため、すすと燃焼安定の両立は困難なものとなるが、本実施形態では、燃料噴霧の中実化によってピストンへの噴霧燃料の集中した衝突を防止し、すすの排出を抑止しつつ、燃焼の安定化を図っている。
【００３６】
図１５は、本発明の第１、第２実施例の燃料噴射時期と点火時期とを変えた時の燃焼安定度とすすの排出特性との関係を示している。燃料噴射後30度くらいで点火をすると、燃料が安定する。これは噴射された燃料が点火プラグに到達するまでの時間と一致する。すすは、燃料の噴射時期を早めると低くなる。従来方式ではすすの増大はさらに大きい（図示せず）。これはピストンへの集中した衝突を防止できるからであるが、噴射時期をはやめすぎると燃焼が拡散してしまい、点火プラグ付近に燃料が存在しなくなり、燃焼の安定がよくない。このため、噴射時期を遅くしてもピストンに燃料が集中して衝突しない中実噴霧が有効であることが理解される。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく、設計において種々の変更ができるものである。
例えば、前記実施形態においては、燃料噴射弁の燃料案内体は、旋回強さの異なる二つの燃料旋回溝（もしくは燃料旋回孔）を備えた構成とし、旋回強さの異なる二つの燃料旋回流を同一中心軸線上に噴霧するようにしているが、前記燃料案内体に三つもしくはそれ以上の燃料旋回溝（もしくは燃料旋回孔）を位置を異にして備え、旋回強さの異なる三つもしくはそれ以上の燃料旋回流を生成するようにすることもできるものである。
【００３８】
また、前記実施形態においては、燃料噴射弁によって、燃料を横から噴射した燃料噴射装置について説明したが、図１６〜１８に示されているように、燃料噴射弁を気筒中心に設けた構成でも本発明の実施はできるものである。
即ち、図１６に示すように、エンジンの圧縮行程で燃料噴射弁２０から燃料３が噴射される場合（図１６（ａ））には、その後、可燃混合気がきた時期（図１６（ｂ））で点火プラグ２によって燃料が点火される。
【００３９】
また、図１７では、吸気行程後半に燃料噴射弁２０から噴射された燃料３（図１７（ａ））は、空気スワールにより燃料の拡散を防止しつつ、可燃混合気がきた時期（図１７（ｂ））に点火プラグ２によって点火される。この場合、燃料が噴射されてから点火までの時間が比較的長く、ピストン７への衝突も少ないので、気化が促進され、すすが少なくなりやすい。
【００４０】
更に、図１８では、吸気行程後半に燃料噴射弁２０から噴射された燃料３（図１８（ａ））は、空気タンブルにより点火プラグ２方向に搬送され、可燃混合気がきた時期（図１８（ｂ））に点火プラグ２によって点火される。この場合、燃料が噴射されてから点火までの時間が比較的長く、ピストン７への衝突も少ないので、気化が促進され、すすが少なくなりやすいが、エンジンの回転数などで点火プラグ７に混合気が到達する時間が異なるので、回転数などに応じた精密な制御が必要となる。
【００４１】
以上の説明は、成層燃焼についての説明であるが、本発明の燃料噴射装置は、エンジンの高負荷運転でも燃料噴霧の中実化が達成されることで、空気と燃料との混合が促進され、すすの排出の抑制と、高出力化が期待できる。
【００４２】
また、図３に示されている中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第１の例の如く、オフセット量Ｌ１が、オフセット量Ｌ２に比べて小さく設定されている場合には、オフセット量Ｌ１のものがオフセット量Ｌ２のものに対して燃料に加えられる旋回の強さは小さい。旋回を強くし、噴霧角を大きくして液膜の厚さを薄くすることによって、微粒化を促進して噴霧粒径を小さくすることができる。このことは、オフセット量を小さくすると、噴霧角が小さくなり、噴霧粒径が大きくなる一方、オフセット量を大きくすることによって、噴霧角が大きくなり、噴霧粒径が小さくなることを意味する。
【００４３】
リーン燃焼を安定化させるためには、点火プラグに混合気を確実に供給することが重要である。中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する前記燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第１の例においては、燃料の噴霧角が小さいと、粒径が大きくなり、該燃料噴霧が気筒内の空気流動の影響を受けにくく、噴霧の慣性エネルギによって点火プラグ方向に供給される。この粒径の大きな燃料噴霧は、噴霧速度を大きく保つことができ、ピストンのキャビティ上面で気化が行われ、点火プラグに到達することになるので、燃焼安定化できる。しかし、粒径の大きな噴霧が多すぎると、気化不十分となり、スモークを発生する。
【００４４】
そして、噴霧角が大きい粒径の小さい燃料噴霧は、空気流動の影響を受け易く、点火プラグには到達しづらいが、粒径が小さい故に、ピストンキャビティ上での気化が促進されることで、スモーク低減作用がある。
前記粒径の大きな燃料噴霧と、粒径の小さな燃料噴霧とを組み合わせて噴霧することで、リーン燃焼における点火の促進とスモーク低減作用との両方を可能にする燃料噴射方法が実現できる。
【００４５】
即ち、噴霧初期の粒径の大きな燃料噴霧によって点火を行い、その後、粒径の小さな主燃料噴霧をキヤビティ内に分散させ、前記点火火炎によって、粒径の小さな燃料噴霧に基づく混合気に伝播させて燃焼を行う。
このように、粒径の大きな燃料噴霧（粒径２０μ以上）を粒径の小さな燃料噴霧（粒径２０μ未満）より先に噴射し、かつ、両噴射を同一中心軸線上に行う方法とすることによって、スモークの排出を抑制しつつ、安定したリーン燃焼を可能とする。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明のエンジンの燃料噴射弁は、燃料噴射弁の燃料噴霧形状が中実で、かつ、速度の小さい噴霧を形成することにより、筒内噴射エンジン内でのすすの排出を抑制しつつ、希薄燃焼（空燃比２０〜５０程度）を実現する。更に、該筒内噴射エンジンでの高負荷運転時においても、すすの排出を抑制し、該エンジンの出力の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明が適用される燃料噴射弁を備えた筒内噴射エンジンの全体構成図。
【図２】  本発明が適用される燃料噴射装置の燃料噴射弁の縦断面図。
【図３】  中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する図２の燃料噴射弁のノズル部の燃料案内体の第１の例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図。
【図４】  中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第２の例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面の燃料噴霧の半径方向の流量分布図。
【図５】  中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第３の例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。
【図６】  中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第４の例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。
【図７】  中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第５の例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。
【図８】  本発明による偏向した中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第１実施例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図。
【図９】  本発明による偏向した中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第２実施例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図。
【図１０】  中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第６の例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。
【図１１】  中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第７の例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。
【図１２】  中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第１の例において弁体を円錐形状に変更したもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。
【図１３】  中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第１の例において弁体を円錐形状に変更したもので、（ａ）（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は参考例であって、燃料噴霧状態を示す縦断面図。
【図１４】  本発明と従来例との燃料噴霧の噴霧広がり角に対する燃焼安定度とすすの発生度合いとの関係図。
【図１５】  本発明が適用された燃料噴射弁を用いた内燃機関の燃料噴射時期と点火時期に対する燃焼安定度あるいはすす排出特性を示す図であって、（ａ）は燃焼安定度を示す図、（ｂ）はすす特性を示す図。
【図１６】  本発明が適用された燃料噴射弁を用いた内燃機関の他の実施形態を示すものであって燃焼噴射弁を筒体センタに配置した図であって、（ａ）（ｂ）は燃料噴射時及び点火時を示す図。
【図１７】  本発明が適用された燃料噴射弁を用いた内燃機関の更に他の実施形態を示すものであって燃焼噴射弁を筒体センタに配置した図であって、（ａ）（ｂ）は燃料噴射時及び点火時を示す図。
【図１８】  本発明が適用された燃料噴射弁を用いた内燃機関の更に他の実施形態を示すものであって燃焼噴射弁を筒体センタに配置した図であって、（ａ）（ｂ）は燃料噴射時及び点火時を示す図。
【図１９】  従来の筒内噴射の燃料噴射弁における燃料噴射時の気筒内混合気状態を示す図。
【図２０】  従来の筒内噴射の燃料噴射弁における燃料噴射時の気筒内混合気状態の説明図。
【符号の説明】
２０…燃料噴射弁、２１…弁体、２２…ノズル部、２３…燃料案内体、２５…弁座、２６…コイルスプリング、２７…燃料入口コネクタ部、２８…ソレノイドコイル部、２９…電気コネクタ部、３０…可動コア部、３３ａ…燃料旋回溝、３３ｂ…燃料旋回孔、３４ａ…燃料旋回溝、３４ｂ…燃料旋回孔
【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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【図２０】
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