JP4005518B2 - Direct injection fuel injection system - Google Patents

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの燃焼室へ燃料を直接噴射する直接噴射式燃料噴射装置に関する。詳しくは、燃料噴射弁から噴射される燃料と、気体噴射弁から噴射される気体とを衝突させるように構成した直接噴射式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、下記の特許文献１及び２には、燃料噴射弁から噴射される燃料と、空気噴射弁から噴射される空気とを衝突させるように構成した燃料噴射装置が開示される。
【０００３】
特許文献１には、筒内噴射式（直接噴射式）火花点火機関において、空気噴射弁と燃料噴射弁の取付角度が、両噴射軸線が上下方向及び水平方向で交差し、かつ、噴射方向が共にキャビティ燃焼室に指向する角度に設定されることが記載される。上記構成により、空気噴射軸線と燃料噴射軸線とが交差しているため、燃料の吸気行程噴射時に燃料の微粒化を行えること、噴射空気がキャビティ燃焼室に指向するため、キャビティ燃焼室に燃料が付着するのを抑制できてスモーク及び未燃ＨＣの発生を低下できることが、それぞれ特許文献１に記載される。
【０００４】
一方、特許文献２には、直接噴射式ではないが、燃料噴射式内燃機関において、燃料噴口をほぼ含む平面上で燃料噴口を両側から挟む位置に、噴射方向を相互に交差させるようにした一対のエアアシスト噴口が配置されることが記載されている。上記構成により、燃料噴口からの燃料流が両側からの空気流により狭められて全体として扁平になることが、特許文献２に記載される。
【０００５】
ここで、直接噴射式のエンジンで最適な燃焼性能を得るためには、エンジン運転条件の全域を通じて、燃焼性向上のために、燃料微粒化を促進する必要がある。また、直接噴射式のエンジンでは、冷間始動や部分負荷運転に合わせた燃焼性能を得るために、噴霧貫徹距離（燃料噴射弁の噴孔から噴霧先端までの距離）や噴霧形状を調節する必要がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−９７０３２号公報（第５−６頁，図１０，図１１）
【特許文献２】
特開平４−５０４６９号公報（第２−６頁，図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の特許文献１に記載の機関では、成層燃焼時（主に部分負荷運転時）に、吸入空気量に相当する大量の空気を噴射して燃料に衝突させると、混合気が分散することになり、成層燃焼に必要な混合気の成層化が不可能になる。このため、成層燃焼時には、空気衝突による燃料の微粒化を行えず、結果として直接噴射式の機関で、最適な燃焼性能を得るための運転条件の全域で燃料微粒化を達成することができなかった。
【０００８】
また、上記の特許文献１及び２には、噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる構成が何も記載されていない。このため、エンジンの冷間始動や部分負荷運転に合わせた燃焼性能を得るために、噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節することができず、燃焼性能の向上を図ることができなかった。
【０００９】
さらに、上記の特許文献１及び２には、単に燃料噴霧に空気を衝突させるだけの構成が記載されているだけで、噴射された燃料全体の分布に合わせて空気を均一に衝突させる構成やその示唆が何も記載されていない。このため、噴射燃料全体として均一でより微細に燃料を微粒化することができず、燃焼性能の向上を図ることができなかった。
【００１０】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、運転条件の全域で燃料微粒化を図ることを可能とした直接噴射式燃料噴射装置を提供することにある。また、この発明の第２の目的は、第１の目的に加え、噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節することを可能とした直接噴射式燃料噴射装置を提供することにある。この発明の第３の目的は、第１又は第２の目的に加え、燃料噴霧の大きさと同程度の気体噴流を衝突させることにより、燃料噴霧全体でより微細な燃料微粒化を図ることを可能とした直接噴射式燃料噴射装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記第１及び第２の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、吸気バルブ及び排気バルブを含む内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射弁と、同じく燃焼室に気体を噴射するための気体噴射弁とを備えた直接噴射式燃料噴射装置であって、燃料噴射弁を一つ含み、その燃料噴射弁に対応して燃焼室に開口される一つ以上の燃料噴孔が設けられることと、気体噴射弁を少なくとも一つ含み、その気体噴射弁に対応して燃焼室に開口される一つ以上の気体噴孔が設けられることと、燃料噴孔の形状、大きさ、向き及び配置が特定されることと、気体噴孔の数、形状、大きさ、向き及び燃料噴孔に対する配置が特定されることとを備え、燃料噴射弁から噴射されて燃料噴孔を通じて燃焼室へ噴射される燃料と、気体噴射弁から噴射されて気体噴孔を通じて燃焼室へ噴射される気体とを衝突させるように構成され、気体噴孔が燃料噴孔の近傍に配置され、前記近傍は、燃料噴孔の中心から気体噴孔の中心までの距離（Ｘ）で表され、以下の式で定義されることを趣旨とする。Ｘ≦０．０３＊ｄ＊Ｐ a 0.5 ＊ρ a 0.35 ＊ρ o -0.85 …（式）ここで、「ｄ」は気体噴孔の直径、「Ｐ a 」は気体噴孔から噴射される気体の絶対圧力、「ρ a 」は気体噴孔から噴射される気体の絶対圧力下における気体密度、「ρ o 」は噴射場の気体密度をそれぞれ意味する。
【００１２】
上記発明の構成によれば、一つの燃料噴射弁から噴射される燃料が対応する一つ以上の燃料噴孔から燃焼室に噴射されることにより、燃焼室の中に燃料噴霧が形成される。この燃料噴霧の形態は、燃料噴孔の形状、大きさ、向き及び配置が特定されることにより決定される。一方、少なくとも一つの気体噴射弁から噴射される気体が対応する一つ以上の気体噴孔から燃焼室に噴射されることにより、燃焼室の中に気体噴流が形成される。この気体噴流の形態及び燃料噴霧に与える影響は、気体噴孔の数、形状、大きさ、向き及び燃料噴孔に対する配置が特定されることにより決定される。ここで、燃料噴射弁から噴射される燃料と、気体噴射弁から噴射される気体とを衝突させるので、気体噴流と燃料噴霧が衝突して燃料噴霧の微粒化がなされる。
【００１３】
また、請求項１に記載の発明は、気体噴孔が燃料噴孔の近傍に配置されることを趣旨とする。
ここで、上記「近傍」とは、下記の噴射条件が変化した場合でも、燃料噴霧の微粒化効果や燃料噴霧長さの可変効果を得ることができるような気体噴孔と燃料噴孔との間の距離を意味する。具体的には、一例として、図４５に示すように、燃料噴孔から気体噴孔までの距離を「Ｘ」とすると、以下の（式１）〜（式３）の条件を満たす「Ｘ」を上記「近傍」と定義することができる。
気体噴射に関する一般的な運動理論から気体噴流の到達距離「Ｌ（m）」と噴流角度「α（°）」は以下のように表される。
Ｌ＝（ρa／ρo）0.25＊（ｄ＊ｕ＊ｔ／tanα）0.5 …（式１）
tanα＝０．４２７＊（ρo／ρa）0.35 …（式２）
ここで、「ρa」は噴射気体の絶対圧力での気体密度（kg/m3）、「ρo」は筒内（噴射場）の気体密度（kg/m3）、「ｄ」は気体噴孔の直径（又は最短幅（m））、「ｕ」は初期気体噴射速度（m/s）、「ｔ」は噴射後の時間（ｓ）及び「α」は仮の噴流半角値（°）である。
上記式より衝突点における噴流速度を算出し、所定の実験値や計算値より求められた燃料噴霧微粒化や噴霧長可変が可能となる限定条件を付加すると、距離「Ｘ」は、
Ｘ≦ａ＊ｄ＊Ｐa0.5＊ρa0.35＊ρo-0.85 …（式３）
と表される。ここで、「Ｘ」は近傍となる最大距離（m）、「Ｐa」は噴射気体の絶対圧力（Pa）である。「ａ」には「０．０３」をあてはめることができる。
一例として、噴射気体をエアとしてエア噴射径、噴射圧力、噴射気体の絶対圧力での気体密度、筒内（噴射場）の気体密度をｄ≦0.0005（m）、Ｐa≦600000（Pa）、ρa≦7.23（kg/m3）、ρo≧1.205（kg/m3）とすると、Ｘ≦0.0199（m）＝19.9（mm）となる。従って、燃料噴孔から「19.9mm」以内に気体噴孔を配置しないと、この噴射条件下では、燃料噴霧の微粒化効果や噴霧長可変効果が得られないことになる。
【００１４】
上記発明の構成によれば、上記作用に加え、気体噴射弁から噴射される気体によって噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節するには、燃料噴霧と気体噴流との衝突点において、気体噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保持されていなければならない。ここで、気体噴流の持つエネルギーは、気体噴孔から遠ざかるほど小さくなる。従って、燃料噴孔の近傍に気体噴孔が配置されることにより、気体噴流と燃料噴霧との衝突点が燃料噴孔付近に設定され、燃料微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状の調節が可能となる。
【００１５】
上記第３の目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、気体噴孔から噴射される気体噴流の大きさが燃料噴孔から噴射される燃料噴霧の大きさと同程度になるように設定され、気体噴流の大きさは、気体噴流と燃料噴霧との衝突点における気体噴流の外径又は幅を意味し、燃料噴霧の大きさは、衝突点における燃料噴霧の外径を意味することを趣旨とする。
ここで、「気体噴流の大きさ」は以下の（式４）〜（式６）ように定義することができる。
tanα＝０．４２７＊（ρo／ρa）0.35 …（式４）
２α−６≦β≦２α＋６ …（式５）
図４５，４６に示すように、「β」は気体噴流の噴流角（°）、「ｂ」は気体噴流と燃料噴霧との衝突点での気体噴流外径又は気体噴流幅（m）、「ｃ」は気体噴孔から衝突点までの距離（m）とすると、
ｂ＝２＊ｃ＊tan（β／２） …（式６）
となる。
【００１６】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、衝突点において気体噴流の大きさが燃料噴霧の大きさと同程度になるように設定されるので、燃料噴霧の形態に応じ、その全体に気体が衝突することになり、燃料噴霧全体で燃料微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状の調節が可能となる。
【００１７】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、気体噴孔が矩形をなすことを趣旨とする。
【００１８】
上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、気体噴孔が矩形をなすことから、気体噴流がその矩形に応じた錐形に広がることになる。
【００１９】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明において、気体噴孔が噴射方向へ末広がりにテーパをなす内面を含むことを趣旨とする。
【００２０】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明の作用に加え、気体噴孔が噴射方向へ末広がりにテーパをなす内面を含むので、気体噴流の広がり角が大きくなり、気体噴流の広がり方向の強度分布がより平坦になることから、気体噴流を燃料噴霧に対し、より均一に衝突させることが可能となる。
【００２１】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、燃料噴孔が円形をなし、燃料噴孔を中心とする円周上に複数の気体噴孔が等角度間隔に配置されることを趣旨とする。
【００２２】
上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、燃料噴孔が円形をなすことから、燃料噴霧が円錐形に広がる。また、燃料噴孔を中心とする円周上に複数の気体噴孔が等角度間隔に配置されるので、円錐形の燃料噴霧の幅方向全体に対し、その周囲から複数の気体噴流が衝突する。
【００２３】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、燃料噴孔が矩形をなし、燃料噴孔の両側にて燃料噴孔の長手方向に沿って複数の気体噴孔が等間隔に配置されることを趣旨とする。
【００２４】
上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、燃料噴孔が矩形をなすことから、燃料噴霧がその矩形に応じた錐形に広がる。また、矩形をなす燃料噴孔の両側にて燃料噴孔の長手方向に沿って複数の気体噴孔が等間隔に配置されるので、その燃料噴霧の長手方向に沿って、その両側から複数の気体噴流が燃料噴霧の幅方向全体に衝突することになる。
【００２５】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、燃料噴孔が矩形をなし、燃料噴孔の両側にて燃料噴孔と平行に一対をなす気体噴孔が配置されることを趣旨とする。
【００２６】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、燃料噴孔が矩形をなすことから、燃料噴霧がその矩形に応じた錐形に広がる。また、矩形をなす燃料噴孔の両側にてそれと平行に一対の気体噴孔が平行に配置されるので、その燃料噴霧の長手方向に沿って、その両側から一対の気体噴流が燃料噴霧の幅方向全体に衝突することになる。
【００２７】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、燃料噴孔が矩形をなし、燃料噴孔の片側にて燃料噴孔の長手方向に沿って複数の気体噴孔が等間隔に配置されることを趣旨とする。
【００２８】
上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、燃料噴孔が矩形をなすことから、燃料噴霧がその矩形に応じた錐形に広がる。また、矩形をなす燃料噴孔の片側にてその燃料噴孔の長手方向に沿って複数の気体噴孔が等間隔に配置されるので、その燃料噴霧の長手方向に沿って、その片側から複数の気体噴流が燃料噴霧の幅方向全体に衝突することになる。更に、燃料噴霧の片側から気体噴流が衝突するので、燃料噴霧の向きが変えられる。
【００２９】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、燃料噴孔が矩形をなし、燃料噴孔の片側にて燃料噴孔と平行に一つの気体噴孔が配置されることを趣旨とする。
【００３０】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、燃料噴孔が矩形をなすことから、燃料噴霧がその矩形に応じた錐形に広がる。また、矩形をなす燃料噴孔の片側にてその燃料噴孔と平行に一つの気体噴孔が配置されるので、その燃料噴霧の長手方向に沿って、その片側から一つの気体噴流が燃料噴霧に均一に衝突することになる。更に、燃料噴霧の片側から気体噴流が衝突するので、燃料噴霧の向きが変えられる。
【００３１】
上記第１乃至３の目的を達成するために、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９の何れか一つに記載の発明において、燃料噴射弁及び気体噴射弁が燃焼室に対応して取付部材により一体的に取り付けられることを趣旨とする。
【００３２】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至９の何れか一つに記載の発明の作用に加え、燃料噴射弁及び気体噴射弁が燃焼室に対応して取付部材により一体的に取り付けられるので、気体噴孔と燃料噴孔の配置の位置精度が高くなり、取り付けのための加工や作業が少なくなる。
【００３３】
上記第２の目的を達成するために、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０の何れか一つに記載の発明において、気体噴射弁は複数であり、各気体噴射弁に対応して少なくとも一つの気体噴孔が設けられ、各気体噴孔からの気体の噴射を選択的に切り替えるために、各気体噴射弁の使用を切り替えることを趣旨とする。
【００３４】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至１０の何れか一つに記載の発明の作用に加え、複数の気体噴射弁の使用を切り替えることにより、各気体噴孔からの気体の噴射が選択的に切り替えられる。従って、この切り替えにより、燃料噴霧に対する気体噴流の衝突の形態が変えられ、燃料噴霧の形状が変えられる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の直接噴射式燃料噴射装置（以下単に「燃料噴射装置」と言う。）を具体化した第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
図１に燃料噴射装置の内燃機関（エンジン）に対する取付状態を断面図に示す。この燃料噴射装置は、エンジン１の燃焼室２に燃料を噴射するための燃料噴射弁３と、同じく燃焼室２に気体としてのエア（空気）を噴射するための気体噴射弁としてのエア噴射弁４とを備える。エンジン１はシリンダブロック５及びシリンダヘッド６を含む。シリンダブロック５に設けられたシリンダボア７には、ピストン８が往復動可能に設けられる。燃焼室２は、シリンダボア７と、ピストン８と、シリンダヘッド６とで囲まれた空間として構成される。シリンダヘッド６には、燃焼室２に通じる吸気ポート及び排気ポート（ともに図示略）が設けられ、吸気ポートには周知の吸気バルブ（図示略）が、排気ポートには周知の排気バルブ（図示略）が設けられる。燃料噴射弁３及びエア噴射弁４は、燃焼室２に対応して取付部材９によりシリンダヘッド６に一体的に取り付けられる。燃料噴射弁３及びエア噴射弁４は、両方の中心軸線Ｌ１，Ｌ２が互いに斜めに交差するように取付部材９に組み付けられる。
【００３７】
燃料噴射弁３は、周知の電磁弁である。燃料噴射弁３は、ハウジング１１と、ハウジング１１に組み付けられたコア１２と、コア１２の内部に設けられた調整パイプ１３と、ハウジング１１とコア１２との間に設けられたソレノイド１４と、ハウジング１１の先端側に設けられたロワボディ１５と、ロワボディ１５の内部に設けられたノズルボディ１６と、ノズルボディ１６とコア１２との間に設けられた弁体部材１７とを備える。弁体部材１７は、先端に弁部１８ａを有する弁軸１８と、弁軸１８の基端に組み付けられたアーマチュア１９とを備える。アーマチュア１９と調整パイプ１３との間には、圧縮スプリング２０が設けられる。コア１２の基端部は、燃料配管（図示略）に接続される配管コネクタ２１となっている。配管コネクタ２１の外周には、Ｏリング２２が設けられる。配管コネクタ２１の内部には、異物を除去するストレーナ２３が設けられる。ハウジング１１には、電気配線に接続される配線コネクタ２４が設けられる。ここで、燃料噴射弁３とエア噴射弁４の基本構成はほぼ同じであることから、以下には、エア噴射弁４の構成につき、燃料噴射弁３の構成部材と同一符号を付して説明を省略する。
【００３８】
図２に燃料噴射弁３及びエア噴射弁４に係る電気配線、燃料配管及びエア配管に関する構成概念図を示す。図２に示すように、燃料噴射弁３の配管コネクタ２１には、燃料配管３１が接続される。エア噴射弁４の配管コネクタ２１には、エア配管３２が接続される。燃料配管３１には、プレッシャレギュレータ３３及び燃料ポンプ３４が設けられる。エア配管３２には、プレッシャレギュレータ３５及びエアポンプ３６が設けられる。各ポンプ３４，３６は、それぞれ対応するモータ３７，３８により駆動される。燃料ポンプ３４が駆動されることにより、燃料タンク（図示略）の燃料が同ポンプ３４から吐出され、プレッシャレギュレータ３３を介して高圧燃料として燃料噴射弁３へ供給される。エアポンプ３６が駆動されることにより、同ポンプ３６からエアが吐出され、プレッシャレギュレータ３５を介して加圧エアとしてエア噴射弁４へ供給される。
【００３９】
図２に示すように、燃料噴射弁３の配線コネクタ２４及びエア噴射弁４の配線コネクタ２４は、それぞれ電子制御装置（ＥＣＵ）３９に接続される。燃料噴射弁３及びエア噴射弁４は、それぞれＥＣＵ３９から送られる噴射信号に基づいて動作する。ＥＣＵ３９からの噴射信号に基づき燃料噴射弁３が動作することにより、同噴射弁３から高圧燃料が噴射される。また、ＥＣＵ３９からの噴射信号に基づきエア噴射弁４が動作することにより、同噴射弁４から加圧エアが噴射される。
【００４０】
図３に取付部材９の先端部の拡大断面図を示す。図１〜３に示すように、ブロック状の取付部材９は、燃焼室２に向けられる筒部９ａと、燃料噴射弁３のロワボディ１５が組み付けられる第１組付穴９ｂと、エア噴射弁４のノズルボディ１６が組み付けられる第２組付穴９ｃとを含む。筒部９ａと第１組付穴９ｂは同一軸線上に配置され、隔壁９ｄにより仕切られる。隔壁９ｄの中心には、孔９ｅが形成される。筒部９ａの中心には、孔２６ａを有するチューブ２６が設けられる。第１組付穴９ｂに組み付けられたノズルボディ１６には、弁部１８ａに対応する弁座１６ａが形成される。この弁座１６ａの弁孔１６ｂが、上記二つの孔９ｅ，２６ａに整合して一本の燃料通路２７が構成される。取付部材９には、第２組付穴９ｃの中心から筒部９ａの内側へ向かって伸びる孔９ｆが形成される。この孔９ｆは、筒部９ａの中心に対して斜めに交差するよう配置される。第２組付穴９ｃに組み付けられたノズルボディ１６には、弁部１８ａに対応する弁座１６ａが形成される。この弁座１６ａの弁孔１６ｂが、上記斜めの孔９ｆに整合して一本のエア通路２８が構成される。筒部９ａの開口端には、オリフィスプレート２９が固定される。このオリフィスプレート２９の中心には、一つの燃料噴孔２９ａが燃料噴射弁３に対応して設けられる。この燃料噴孔２９ａは、燃焼室２に開口されると共に、燃料通路２７に整合する。また、このオリフィスプレート２９には、気体噴孔としての複数のエア噴孔２９ｂがエア噴射弁４に対応して設けられる。これらエア噴孔２９ｂは、燃焼室２に開口され、筒部９ａの内側に連通する。従って、燃料噴射弁３から噴射される高圧燃料は、燃料通路２７を通ってオリフィスプレート２９の燃料噴孔２９ａから燃焼室２の中へ噴射される。また、エア噴射弁４から噴射される加圧エアは、燃料通路２８を通って筒部９ａの中に一旦噴射され、更にオリフィスプレート２９の各エア噴孔２９ｂから燃焼室２の中に噴射される。上記した各エア噴孔２９ｂは、燃料噴孔２９ａの近傍に配置される。ここで、「近傍」とは、前述した燃料噴孔から気体噴孔までの距離Ｘで定義されるものである。
【００４１】
図４にオリフィスプレート２９の平面図を示す。図５に図４のＡ−Ａ線断面図を示す。図４，５に示すように、燃料噴孔２９ａは断面円形をなし、オリフィスプレート２９の端面に対して垂直に貫通する。複数のエア噴孔２９ｂは、同じく断面円形（開口端は楕円）をなし、オリフィスプレート２９の端面に対して斜めに貫通する。図４に示すように、複数（この場合８個）のエア噴孔２９ｂは、燃料噴孔２９ａを中心とする円周上に等角度間隔に配置される。この実施の形態で、燃料噴孔２９ａの内径は「０．６ｍｍ」に設定され、各エア噴孔２９ｂの内径は「１．０ｍｍ」に設定される。
【００４２】
図５に示すように、燃料噴孔２９ａの中心線と、各エア噴孔２９ｂの中心線は、互いに一点（以下「衝突点」と言う。）ＨＰで交差するように設定される。即ち、燃料噴孔２９ａから、この衝突点ＨＰへ向かって燃料が噴射されることにより、燃料噴霧が形成される。また、各エア噴孔２９ｂから、この衝突点ＨＰへ向かってエアが噴射されることにより、エア噴流が形成される。従って、燃料噴霧と各エア噴流は、この衝突点ＨＰを中心にして互いに衝突する。
【００４３】
図６（ａ）〜（ｃ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。図６（ａ）に示すように、燃料噴霧は正面及び側面ともほぼ同形な略円錐形をなす。この噴霧の広がり角度（噴霧角度）θ１は、オリフィスプレート２９における燃料噴孔２９ａの内径の大きさにより決定される。図６（ｂ）に示すように、１つのエア噴流（自由噴流）は正面及び側面ともほぼ同形な円錐形をなす。この噴流の広がり角度（噴流角度）θ２は、オリフィスプレート２９におけるエア噴孔２９ｂの内径の大きさ及び前述した（式２）における「α」で表される「２α」により決定される。図６（ｃ）に示すように、複数のエア噴孔２９ｂから噴射される周囲からのエア噴流（多孔噴流）は正面及び側面ともほぼ同形な王冠形をなす。ここで、一般に、気体噴流の持つエネルギーは気体噴孔から遠ざかるほど小さくなることから、この燃料噴霧における衝突点ＨＰは、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料噴霧の微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれたエア噴孔２９ｂからの距離に位置するように設定される。また、各エア噴孔２９ｂから噴射されるエア噴流の衝突点ＨＰにおける大きさ（外径（幅））は、燃料噴孔２９ａから噴射される燃料噴霧の衝突点ＨＰにおける外径Ｄ１と同程度になるように設定される。ここで、燃料噴霧の外径Ｄ１と同程度になる「エア噴流の大きさ」とは、図４５，４６に示す「噴流角β」、「気体噴流外径ｂ」及び「距離ｃ」と、前述した式「ｂ＝２＊ｃ＊tan（β／２）」より定義されるものである。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【００４４】
図７（ａ）〜（ｃ）に上記衝突点ＨＰにおける燃料噴霧の強度（噴霧強度）及びエア噴流の強度（噴流強度）の違いを概念図に示す。図７（ａ）に示すように、燃料噴霧は正面及び側面とも同じ分布幅を有する噴霧強度を示す。図７（ｂ）に示すように、１つのエア噴流（自由噴流）は正面及び側面とも同じ分布幅を有する噴流強度を示す。この噴流強度は、上記噴霧強度よりも若干低い。図７（ｃ）に示すように、複数のエア噴流（多孔噴流）による噴流強度は、正面及び側面とも同じ分布幅を有する。この多孔噴流の噴流強度は、上記１つのエア噴流の噴流強度よりも高い。このように、燃料噴霧の強度分布に対してエア噴流の強度分布が均等に重なるように設定される。ここで、噴霧強度及び噴流強度は、流速と密度との積により計算することができる。
【００４５】
以上説明したこの実施の形態の燃料噴射装置によれば、一つの燃料噴射弁３から噴射される燃料が対応する一つの燃料噴孔２９ａから燃焼室２に噴射されることにより、燃焼室２の中に燃料噴霧が形成される。この燃料噴霧の形態は、燃料噴孔２９ａの形状、大きさ及び向きが特定されることにより決定される。一方、一つのエア噴射弁４から噴射されるエアが対応する複数のエア噴孔２９ｂから燃焼室２に噴射されることにより、燃焼室２の中にエア噴流が形成される。このエア噴流の形態及び燃料噴霧に与える影響は、各エア噴孔２９ｂの数、形状、大きさ、向き及び燃料噴孔に対する配置が特定されることにより決定される。
【００４６】
ここで、各エア噴孔２９ｂからのエアの噴流軸線ＡＬ（図３参照）は、燃料噴孔２９ａからの燃料噴霧における最大径Ｄ１（図６（ａ）参照）の中央にて交差するように設定される。従って、燃料噴霧の形態に応じ、その全体に対して各エア噴流が衝突点ＨＰを中心に衝突することになり、燃料噴霧に対するエア噴流の強度分布が同等となる。この結果、燃料噴霧につき、噴霧全体で同等でより微細な燃料微粒化を図ることができ、燃料の微粒化を促進することができる。これにより、直接噴射式のエンジン１について燃焼性能を向上させることができる。
【００４７】
特に、この実施の形態では、オリフィスプレート２９の燃料噴孔２９ａが円形をなすことから、燃料噴霧が円錐形となり、その燃料噴霧の噴霧角度θ１は、燃料噴孔２９ａの内径の大きさにより決定される。また、同プレート２９の各エア噴孔２９ｂが円形をなすことから、各エア噴流が円錐形となり、それらエア噴流の噴流角度θ２は、各エア噴孔２９ｂの内径の大きさ及び前述した（式５）における「２α」により決定される。ここで、燃料噴孔２９ａを中心とする円周上に複数のエア噴孔２９ｂが等角度間隔に配置され、図６（ｃ）に示すように、各エア噴孔２９ｂからの複数のエア噴流が一つの衝突点ＨＰへ向かって傾けられる。従って、円錐形の燃料噴霧に対し、その周囲に複数のエア噴流が衝突し、燃料噴霧に対するエア噴流の強度分布が同等となる。これにより、燃料噴霧の形状に応じて噴霧の幅方向全体に同等にエア噴霧を衝突させることができ、特に円錐形の燃料噴霧につき、その噴霧形状を大きく変えることなく、噴霧全体に同等でより微細な燃料微粒化を図ることができ、燃料の微粒化を促進することができる。
【００４８】
この実施の形態では、この実施の形態では、各エア噴孔２９ｂが燃料噴孔２９ａの近傍に配置される。ここで、エア噴流により燃料噴霧の噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節するには、燃料噴霧とエア噴流との衝突点ＨＰにおいて、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれる必要がある。このエア噴流の持つエネルギーは、各エア噴孔２９ｂから遠ざかるほど小さくなる。従って、各エア噴孔２９ｂが燃料噴孔２９ａの近傍に配置されることにより、エア噴流と燃料噴霧との衝突点ＨＰが燃料噴孔２９ａの付近に設定される。このため、燃料微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節することができるようになる。
【００４９】
この実施の形態では、各エア噴孔２９ｂから噴射されるエア噴流の大きさが燃料噴孔２９ａから噴射される燃料噴霧の大きさと同程度になるように設定される。従って、燃料噴霧の形態に応じ、その全体にエア噴流が衝突することになり、燃料噴霧全体で燃料微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状の調節が可能となる。このため、燃料噴霧にそれと同程度の大きさのエア噴流を衝突させることにより、燃料噴霧全体でより微細な燃料微粒化を図ることができる。
【００５０】
この実施の形態では、燃料噴孔２９ａ及び各エア噴孔２９ｂが共に断面円形をなすことから、それら噴孔２９ａ，２９ｂの加工が比較的容易となる。このため、オリフィスプレート２９を比較的容易に製造することができる。また、圧力や各エア噴孔２９ｂの形状（例えば「テーパ」）を変えるだけで、エア噴流の広がり角度（噴流角度）θ２が変えられ、エア噴流の強度分布が調整される。更に、円形の燃料噴孔２９ａの内径を変えるだけで、燃料噴霧の広がり角度（噴霧角度）θ１が変えられ、燃料噴霧の強度分布が調整される。これにより、微粒化される粒径レベルを比較的容易に任意に設定することができる。併せて、噴霧角度θ１及び噴流角度θ２の調整、燃料噴霧及びエア噴霧の向きをそれぞれ調整することにより、噴霧貫徹距離や噴霧形状を比較的容易に任意に設定することができる。
【００５１】
図８に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、一つの衝突点ＨＰで同じ大きさと強度分布を有する複数のエア噴流を一つの燃料噴霧に衝突させるので、燃料噴霧自体の強度分布が不均一であっても、その噴霧全体に対して均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。これにより、燃料を好適に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を好適に設定できることが分かる。
【００５２】
この実施の形態では、燃料噴射弁３及びエア噴射弁４が燃焼室２に対応して取付部材９により一体的にシリンダヘッド６に取り付けられる。従って、各噴射弁３，４を個別に取り付ける場合に比べ、燃料噴孔２９ａに対するエア噴孔２９ｂの位置精度が高くなり、取り付けのためのシリンダヘッド６の加工や作業が少なくなる。また、予め取付部材９に燃料噴射弁３とエア噴射弁４を組み付けてアッセンブリ化しておけば、シリンダヘッド６に取付部材９を取り付けるだけで、両噴射弁３，４が同時にシリンダヘッド６に取り付けられる。このため、燃料噴射装置の製造を簡略化することができる。
【００５３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００５４】
この実施の形態は、オリフィスプレートの点で前記実施の形態と構成が異なる。図９（ａ）〜（ｄ）にオリフィスプレートの特徴図を示す。図９（ａ）はオリフィスプレート４２の平面図である。図９（ｂ）は図９（ａ）のＣ１−Ｃ１線断面図である。図９（ｃ）は図９（ａ）のＣ２−Ｃ２線断面図である。図９（ｄ）は図９（ａ）のオリフィスプレート４２を矢印Ｃ３の方向から見たときの燃料噴孔４２ａとエア噴孔４２ｂとの位置関係概念図である。
【００５５】
図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、オリフィスプレート４２は、一つの燃料噴孔４２ａがスリット状の矩形をなし、その燃料噴孔４２ａの両側にて燃料噴孔４２ａの長手方向に沿って複数（この場合５個）のエア噴孔４２ｂが等間隔に配置される。各エア噴孔４２ｂは、燃料噴孔４２ａの近傍に配置される。ここで、「近傍」とは、前述した燃料噴孔から気体噴孔までの距離Ｘで定義されるものである。図９（ｃ）,（ｄ）に示すように、燃料噴孔４２ａは、噴射方向（図左方向）へ末広がりにテーパをなす内面を含み、反噴射側（図右側）には湾曲した凹部４２ｃを含む。この凹部４２ｃは、筒部２６の孔２６ａの開口に整合する。各エア噴孔４２ｂは、断面円形（開口端は楕円）をなし、オリフィスプレート４２の端面に対して斜めに貫通する。この実施の形態で、燃料噴孔４２ａの最大幅は「２．０ｍｍ」であるのに対し、各エア噴孔４２ｂの内径は「１．０ｍｍ」に設定される。また、各列のエア噴孔４２ｂの間隔は「１．５ｍｍ」に設定される。
【００５６】
図１０（ａ）〜（ｃ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。図１０（ａ）に示すように、燃料噴霧は扁平な略円錐形をなす。この噴霧の正面の噴霧角度θ１は、側面の噴霧角度θ１１より大きい。これら噴霧角度θ１，θ１１は、オリフィスプレート４２の燃料噴孔４２ａの最大幅、最小幅形状（テーパ角度）により決定される。図１０（ｂ）に示すように、１つのエア噴流（自由噴流）は正面及び側面ともほぼ同形な円錐形をなす。この噴流の広がり角度（噴流角度）θ２は、オリフィスプレート４２におけるエア噴孔４２ｂの内径の大きさにより決定される。図１０（ｃ）に示すように、複数のエア噴孔４２ｂから噴射される多孔噴流は正面に幅広く、側面に幅狭い鋸歯形をなす。ここで、この燃料噴霧における衝突点ＨＰは、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料噴霧の微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれたエア噴孔４２ｂからの距離に位置するように設定される。また、各エア噴孔４２ｂから噴射されるエア噴流の衝突点ＨＰにおける大きさ（外径（幅））は、燃料噴孔４２ａから噴射される燃料噴霧の衝突点ＨＰにおける外径Ｄ１と同程度になるように設定される。ここで、燃料噴霧の外径Ｄ１と同程度になる「エア噴流の大きさ」とは、図４５，４６に示す「噴流角β」、「気体噴流外径ｂ」及び「距離ｃ」と、前述した式「ｂ＝２＊ｃ＊tan（β／２）」より定義されるものである。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【００５７】
図１１（ａ）〜（ｃ）に上記衝突点ＨＰにおける噴霧強度及び噴流強度の違いを示す。図１１（ａ）に示すように、燃料噴霧は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴霧強度を示す。図１１（ｂ）に示すように、１つのエア噴流（自由噴流）は正面及び側面とも同じ分布幅の噴流強度を示す。図１１（ｃ）に示すように、多孔噴流は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴流強度を示す。この正面の噴流強度の幅は、複数のエア噴流が重ね合わされることにより得られる。このように、燃料噴霧の強度分布に対してエア噴流の強度分布が均等に重なるように設定される。
【００５８】
図１２（ａ）,（ｂ）に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるので、燃料噴霧全体に均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。これにより、燃料を有効的に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を効果的に調節できることが分かる。
【００５９】
特にこの実施の形態では、燃料噴孔４２ａがスリット状の矩形をなすことから、燃料噴霧が扁平な錐形に広がる。また、矩形をなす燃料噴孔４２ａの両側にて燃料噴孔４２ａの長手方向に沿って複数のエア噴孔４２ｂが等間隔に配置される。従って、その燃料噴霧の長手方向に沿って、その両側から複数のエア噴流が燃料噴霧に均一に衝突することになる。これにより、特に扁平な錐形に広がる燃料噴霧につき、その噴霧形状を大きく変えることなく、均一でより微細な燃料微粒化を図ることができる。
【００６０】
この実施の形態のその他の作用効果は、基本的には、第１の実施の形態の燃料噴射装置のそれと同じである。
【００６１】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第３の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００６２】
この実施の形態は、オリフィスプレートにおけるエア噴孔の配置及び向きの点で第２の実施の形態と構成が異なる。図１３（ａ）〜（ｄ）にオリフィスプレートの特徴図を示す。図１３（ａ）はオリフィスプレート４３の平面図である。図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＥ１−Ｅ１線断面図である。図１３（ｃ）は図１３（ａ）のＥ２−Ｅ２線断面図である。図１３（ｄ）は図１３（ａ）のオリフィスプレート４３を矢印Ｅ３の方向から見たときの燃料噴孔４３ａとエア噴孔４３ｂとの位置関係概念図である。
【００６３】
図１３（ａ）〜（ｄ）に示すように、オリフィスプレート４３の一つの燃料噴孔４３ａはスリット状の矩形をなし、その燃料噴孔４３ａの両側にて同噴孔４３ａの長手方向に沿って複数（この場合５個）のエア噴孔４３ｂが等間隔に配置される。各エア噴孔４３ｂは、燃料噴孔４３ａの近傍に配置される。ここで、「近傍」とは、前述した燃料噴孔から気体噴孔までの距離Ｘで定義されるものである。図１３（ｃ）,（ｄ）に示すように、燃料噴孔４３ａの形状及び寸法は、上記燃料噴孔４２ａのそれと同じであり、湾曲した凹部４３ｃを含む。この凹部４３ｃは、筒部２６の孔２６ａの開口に整合する。各エア噴孔４３ｂは、断面円形（開口端は楕円）をなし、オリフィスプレート４３の端面に対して斜めに貫通する。この実施の形態では、各列のエア噴孔４３ｂの間隔が、上記オリフィスプレート４２のエア噴孔４２ｂの間隔よりも狭く設定される。また、図１３（ｄ）に示すように、各列のエア噴孔４３ｂは、その列方向にも若干傾いて配置される。この実施の形態における各エア噴孔４３ｂの大きさは、上記各エア噴孔４２ｂのそれと同じである。
【００６４】
図１４（ａ）,（ｂ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。図１４（ａ）に示すように、燃料噴霧は扁平な略円錐形をなす。この噴霧の正面の噴霧角度θ１は、側面の噴霧角度θ１１より大きい。これら噴霧角度θ１，θ１１は、オリフィスプレート４３の燃料噴孔４３ａの最大幅、最小幅により決定される。図１４（ｂ）に示すように、複数のエア噴孔４３ｂから噴射される多孔噴流は正面に幅広く、側面に幅狭い鋸歯形をなす。ここで、この燃料噴霧における衝突点ＨＰは、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料噴霧の微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれたエア噴孔４３ｂからの距離に位置するように設定される。また、各エア噴孔４３ｂから噴射されるエア噴流の衝突点ＨＰにおける大きさ（外径（幅））は、燃料噴孔４３ａから噴射される燃料噴霧の衝突点ＨＰにおける外径Ｄ１と同程度になるように設定される。ここで、燃料噴霧の外径Ｄ１と同程度になる「エア噴流の大きさ」とは、図４５，４６に示す「噴流角β」、「気体噴流外径ｂ」及び「距離ｃ」と、前述した式「ｂ＝２＊ｃ＊tan（β／２）」より定義されるものである。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【００６５】
図１５（ａ）,（ｂ）に上記衝突点ＨＰにおける噴霧強度及び噴流強度の違いを示す。図１５（ａ）に示すように、燃料噴霧は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴霧強度を示す。図１５（ｂ）に示すように、多孔噴流の噴流強度も正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴流強度を示す。この正面の噴流強度の幅は、複数のエア噴流が重ね合わされることにより得られる。このように、燃料噴霧の強度分布に対してエア噴流の強度分布が均等に重なるように設定される。
【００６６】
図１６（ａ）,（ｂ）に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。図１４（ａ）,（ｂ）に示すように、同じ大きさと強度分布を有する複数のエア噴流を一つの燃料噴霧に、その噴霧角度θ１に沿うように、かつ、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるので、衝突後の燃料噴霧の広がり角度θ１を変えることなく、燃料噴霧全体に均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。これにより、燃料を有効的に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を効果的に調節できることが分かる。
【００６７】
この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、第２の実施の形態における燃料噴射装置のそれと同じである。
【００６８】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第４の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００６９】
この実施の形態は、オリフィスプレートエア噴孔の大きさ、配置及び形状の点で第２及び第３の実施の形態と構成が異なる。図１７（ａ）〜（ｄ）にオリフィスプレートの特徴図を示す。図１７（ａ）はオリフィスプレート４４の平面図である。図１７（ｂ）は図１７（ａ）のＦ１−Ｆ１線断面図である。図１７（ｃ）は図１７（ａ）のＦ２−Ｆ２線断面図である。図１７（ｄ）は図１７（ａ）のオリフィスプレート４４を矢印Ｆ３の方向から見たときの燃料噴孔４４ａとエア噴孔４４ｂとの位置関係概念図である。
【００７０】
図１７（ａ）〜（ｄ）に示すように、オリフィスプレート４４は、一つの燃料噴孔４４ａがスリット状の矩形をなし、その燃料噴孔４４ａの両側にて燃料噴孔４４ａの長手方向に沿って複数（この場合３個）のエア噴孔４４ｂが等間隔に配置される。各エア噴孔４４ｂは、燃料噴孔４４ａの近傍に配置される。ここで、「近傍」とは、前述した燃料噴孔から気体噴孔までの距離Ｘで定義されるものである。図１７（ｃ）,（ｄ）に示すように、燃料噴孔４４ａの形状及び寸法は、上記燃料噴孔４２ａ，４３ａのそれと同じであり、反噴射側（図右側）に湾曲した凹部４４ｃを含む。この凹部４４ｃは、筒部２６の孔２６ａの開口に整合する。各エア噴孔４４ｂは、断面円形（開口端は楕円）をなし、噴射方向へ末広がりにテーパをなす内面を含む。この実施の形態では、各列のエア噴孔４４ｂの間隔が、上記エア噴孔４２ｂ，４３ｂの間隔よりも広く設定される。また、各エア噴孔４４ｂの内径は「１．３ｍｍ」に設定される。更に、各列のエア噴孔４４ｂの間隔は「２．０ｍｍ」に設定される。
【００７１】
図１８（ａ）〜（ｄ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。図１８（ａ）に示すように、燃料噴霧は扁平な略円錐形をなす。この噴霧の正面の噴霧角度θ１は、側面の噴霧角度θ１１より大きい。これら噴霧角度θ１，θ１１の形状（テーパ角度）は、オリフィスプレート４４の燃料噴孔４４ａの最大幅、最小幅により決定される。図１８（ｂ）に示すように、例えば、上記オリフィスプレート４２のようにエア噴孔４２ｂの内面形状を末広がりとしない場合の１つのエア噴流（自由噴流）は、正面及び側面ともほぼ同形な円錐形をなす。これに対し図１８（ｃ）に示すように、エア噴孔４４ｂの内径を拡大し、その内面形状を末広がりとした場合の１つのエア噴流（自由噴流）は正面及び側面とも噴流角度θ２１を広くした同形の円錐形をなす。図１８（ｄ）に示すように、複数のエア噴孔４４ｂから噴射される複数のエア噴流（多孔噴流）は正面に幅広く、側面に幅狭い鋸歯形をなす。ここで、この燃料噴霧における衝突点ＨＰは、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料噴霧の微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれたエア噴孔４４ｂからの距離に位置するように設定される。また、各エア噴孔４４ｂから噴射されるエア噴流の衝突点ＨＰにおける大きさ（外径（幅））は、燃料噴孔４４ａから噴射される燃料噴霧の衝突点ＨＰにおける外径Ｄ１と同程度になるように設定される。ここで、燃料噴霧の外径Ｄ１と同程度になる「エア噴流の大きさ」とは、図４５，４６に示す「噴流角β」、「気体噴流外径ｂ」及び「距離ｃ」と、前述した式「ｂ＝２＊ｃ＊tan（β／２）」より定義されるものである。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【００７２】
図１９（ａ）〜（ｄ）に上記衝突点ＨＰにおける噴霧強度及び噴流強度の違いを示す。図１９（ａ）に示すように、燃料噴霧は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴霧強度を示す。図１９（ｂ）には、上記オリフィスプレート４２のようにエア噴孔４２ｂの内面形状を末広がりとしない場合の１つのエア噴流（自由噴流）の噴流強度を示す。図１９（ｃ）には、エア噴孔４４ｂの内径を拡大し、その内面形状を末広がりとした場合の１つのエア噴流（自由噴流）の噴流強度を示す。図１９（ｃ）に示すように、末広がりとした分だけ、噴流強度の分布幅が広くなることが分かる。図１９（ｄ）に示すように、複数のエア噴流（多孔噴流）は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴流強度を示す。この正面の噴流強度の分布幅は、複数のエア噴流が重ね合わされることにより得られる。このように、燃料噴霧の強度分布に対してエア噴流の強度分布が均等かつ余裕をもって重なるように設定される。
【００７３】
図２０（ａ）,（ｂ）に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。図１８（ａ）,（ｄ）に示すように、同じ大きさと強度分布を有する複数のエア噴流を一つの燃料噴霧に、その噴霧角度θ１に沿うように、かつ、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるので、衝突後の燃料噴霧の広がり角度θ１を変えることなく、燃料噴霧全体に均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。また、１つのエア噴流を末広がりとすることでエアの噴流角θ２１が噴流角θ２よりも増大し、噴流の分布強度が平坦となる。このため、エア噴流を比較的広い範囲で余裕をもって燃料噴霧に衝突させることができ、燃料噴霧の分布が変動しても燃料の微粒化を確実に行うことができる。更に、孔径を大きくしてエアの噴流強度を増やすことにより、末広がりとしない場合に比べ、孔数を少なくしても同等の性能を発揮することができる。これにより、燃料を有効的に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を効果的に調節できることが分かる。
【００７４】
この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、第２及び第３の実施の形態における燃料噴射装置のそれと同じである。
【００７５】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第５の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００７６】
この実施の形態は、オリフィスプレートのエア噴孔の点で前記各実施の形態と構成が異なる。図２１（ａ）〜（ｄ）にオリフィスプレートの特徴図を示す。図２１（ａ）はオリフィスプレート４５の平面図である。図２１（ｂ）は図２１（ａ）のＧ１−Ｇ１線断面図である。図２１（ｃ）は図２１（ａ）のＧ２−Ｇ２線断面図である。図２１（ｄ）は図２１（ａ）のオリフィスプレート４５を矢印Ｇ３の方向から見たときの燃料噴孔４５ａとエア噴孔４５ｂとの位置関係概念図である。
【００７７】
図２１（ａ）〜（ｄ）に示すように、オリフィスプレート４５は、一つの燃料噴孔４５ａがスリット状の矩形をなし、その燃料噴孔４５ａの両側にて燃料噴孔４５ａと平行に一対をなすエア噴孔４５ｂが配置される。各エア噴孔４５ｂは、燃料噴孔４５ａの近傍に配置される。ここで、「近傍」とは、前述した燃料噴孔から気体噴孔までの距離Ｘで定義されるものである。これらエア噴孔４５ｂは、断面細長な矩形をなしている。図２１（ｃ）,（ｄ）に示すように、燃料噴孔４５ａの形状及び寸法は、上記燃料噴孔４２ａ，４３ａ，４４ａのそれと同じであり、反噴射側（図右側）には湾曲した凹部４５ｃを含む。この凹部４５ｃは、筒部２６の孔２６ａの開口に整合する。また、各エア噴孔４５ｂの最大幅Ｗ１は「６．０ｍｍ」に、最小幅Ｗ２は「０．６５ｍｍ」に設定される。
【００７８】
図２２（ａ），（ｂ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。図２２（ａ）に示すように、燃料噴霧は扁平な略円錐形をなす。この噴霧の正面の噴霧角度θ１は、側面の噴霧角度θ１１より大きい。これら噴霧角度θ１，θ１１は、オリフィスプレート４５の燃料噴孔４５ａの最大長さ、最小幅により決定される。図２２（ｂ）に示すように、各エア噴孔４５ｂから噴射されるエア噴流は正面に幅広く、側面に幅狭い楔形をなす。ここで、この燃料噴霧における衝突点ＨＰは、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料噴霧の微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれたエア噴孔４５ｂからの距離に位置するように設定される。また、各エア噴孔４５ｂから噴射されるエア噴流の衝突点ＨＰにおける大きさ（外径（幅））は、燃料噴孔４５ａから噴射される燃料噴霧の衝突点ＨＰにおける外径Ｄ１と同程度になるように設定される。ここで、燃料噴霧の外径Ｄ１と同程度になる「エア噴流の大きさ」とは、図４５，４６に示す「噴流角β」、「気体噴流外径ｂ」及び「距離ｃ」と、前述した式「ｂ＝２＊ｃ＊tan（β／２）」より定義されるものである。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【００７９】
図２３（ａ），（ｂ）に上記衝突点ＨＰにおける噴霧強度及び噴流強度の違いを示す。図２３（ａ）に示すように、燃料噴霧は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴霧強度を示す。図２３（ｂ）に示すように、各エア噴流は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴流強度を示す。このように、燃料噴霧の強度分布に対してエア噴流の強度分布が均等に重なるように設定される。
【００８０】
図２４（ａ）,（ｂ）に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。図２２（ａ）,（ｂ）に示すように、同じ大きさと強度分布を有する一対のエア噴流を一つの燃料噴霧に、その噴霧角度θ１に沿うように、かつ、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるので、衝突後の燃料噴霧の広がり角度θ１を変えることなく、燃料噴霧全体に均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。これにより、燃料を有効的に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を効果的に調節できることが分かる。
【００８１】
この実施の形態では、各エア噴孔４５ａが矩形をなすことから、エア噴流が扁平な錐形に広がる。このため、特に扁平に広がる燃料噴霧全体にエア噴流を均等に衝突させることができ、均一でより微細な燃料微粒化を図ることができる。
【００８２】
この実施の形態では、燃料噴孔４５ａが矩形をなすことから、燃料噴霧が扁平な錐形に広がる。また、矩形をなす燃料噴孔４５ａの両側にてそれと平行に一対の矩形をなすエア噴孔４５ｂが平行に配置されるので、その燃料噴霧の長手方向に沿って、その両側から一対のエア噴流が燃料噴霧に均一に衝突することになる。このため、特に扁平に広がる燃料噴霧全体に気体噴流を均等に衝突させることができ、その噴霧形状を大きく変えることなく、均一でより微細な燃料微粒化を図ることができる。
【００８３】
この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、第１の実施の形態における燃料噴射装置のそれと同じである。
【００８４】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第６の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００８５】
この実施の形態は、オリフィスプレートのエア噴孔の点で第５の実施の形態と構成が異なる。図２５（ａ）〜（ｄ）にオリフィスプレートの特徴図を示す。図２５（ａ）はオリフィスプレート４６の平面図である。図２５（ｂ）は図２５（ａ）のＨ１−Ｈ１線断面図である。図２５（ｃ）は図２５（ａ）のＨ２−Ｈ２線断面図である。図２５（ｄ）は図２５（ａ）のオリフィスプレート４６を矢印Ｈ３の方向から見たときの燃料噴孔４６ａとエア噴孔４６ｂとの位置関係概念図である。
【００８６】
図２５（ａ）〜（ｄ）に示すように、オリフィスプレート４６は、一つの燃料噴孔４６ａがスリット状の矩形をなし、その燃料噴孔４６ａの両側にて燃料噴孔４６ａと平行に一対をなすエア噴孔４６ｂが配置される。これらエア噴孔４６ｂは、断面細長な矩形をなしている。各エア噴孔４６ｂは、燃料噴孔４６ａの近傍に配置される。ここで、「近傍」とは、前述した燃料噴孔から気体噴孔までの距離Ｘで定義されるものである。図２５（ｃ）,（ｄ）に示すように、燃料噴孔４６ａの形状及び寸法は、上記燃料噴孔４２ａ，４３ａ，４４ａ，４５ａのそれと同じであり、反噴射側（図右側）には湾曲した凹部４６ｃを含む。この凹部４６ｃは、筒部２６の孔２６ａの開口に整合する。また、この実施の形態では、エア噴孔４６ｂの最大幅Ｗ１が、前記第５の実施の形態におけるエア噴孔４５ｂの最大幅Ｗ１よりも狭く設定される。その代わりに、この実施の形態のエア噴孔４６ｂは、図２５（ｄ）に示すように、噴射方向へ末広がりにテーパをなす内面を含む形状をなしている。この実施の形態で、各エア噴孔４６ｂの最大幅Ｗ１は「４．０ｍｍ」に、最小幅Ｗ２は「１．３ｍｍ」に設定される。
【００８７】
図２６（ａ），（ｂ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。図２６（ａ）に示すように、燃料噴霧は扁平な略円錐形をなす。この噴霧の正面の噴霧角度θ１は、側面の噴霧角度θ１１より大きい。これら噴霧角度θ１，θ１１は、オリフィスプレート４６の燃料噴孔４６ａの最大幅、最小幅により決定される。図２６（ｂ）に示すように、各エア噴孔４６ｂから噴射されるエア噴流は正面に幅広く、側面に幅狭い楔形をなす。ここで、この燃料噴霧における衝突点ＨＰは、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料噴霧の微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれたエア噴孔４６ｂからの距離に位置するように設定される。また、各エア噴孔４６ｂから噴射されるエア噴流の衝突点ＨＰにおける大きさ（外径（幅））は、燃料噴孔４６ａから噴射される燃料噴霧の衝突点ＨＰにおける外径Ｄ１と同程度になるように設定される。ここで、燃料噴霧の外径Ｄ１と同程度になる「エア噴流の大きさ」とは、図４５，４６に示す「噴流角β」、「気体噴流外径ｂ」及び「距離ｃ」と、前述した式「ｂ＝２＊ｃ＊tan（β／２）」より定義されるものである。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【００８８】
図２７（ａ），（ｂ）に上記衝突点ＨＰにおける噴霧強度及び噴流強度の違いを示す。図２７（ａ）に示すように、燃料噴霧は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴霧強度を示す。図２７（ｂ）に示すように、各エア噴流は正面に広く側面に狭い分布幅を有する噴流強度を示す。このように、燃料噴霧の強度分布に対してエア噴流の強度分布が均等に重なるように設定される。
【００８９】
図２８（ａ）,（ｂ）に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。図２６（ａ）,（ｂ）に示すように、同じ大きさと強度分布を有する一対のエア噴流を一つの燃料噴霧に、その噴霧角度θ１に沿うように、かつ、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるので、衝突後の燃料噴霧の広がり角度θ１を変えることなく、燃料噴霧全体に均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。
【００９０】
特にこの実施の形態では、各エア噴孔４６ｂが矩形をなすことから、エア噴流がその矩形に応じた扁平な錐形に広がる。また、各エア噴孔４６ｂがその噴射方向へ末広がりにテーパをなす内面を含むので、エア噴流の広がり方向の強度分布がより平坦なものとなり、各エア噴流が燃料噴霧に対してより均一に衝突することになる。これにより、衝突後の燃料噴霧の噴霧角度θ１を変えることなく燃料噴霧全体に各エア噴流の影響を及ぼすことができる。これにより、燃料を好適に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を好適に設定できることが分かる。
【００９１】
この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、第５の実施の形態における燃料噴射装置のそれと同じである。
【００９２】
［第７の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第７の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００９３】
この実施の形態は、オリフィスプレートの点で前記各実施の形態と構成が異なる。図２９（ａ）〜（ｄ）にオリフィスプレートの特徴図を示す。図２９（ａ）はオリフィスプレート４７の平面図である。図２９（ｂ）は図２９（ａ）のＪ１−Ｊ１線断面図である。図２９（ｃ）は図２９（ａ）のＪ２−Ｊ２線断面図である。図２９（ｄ）は図２９（ａ）のオリフィスプレート４７を矢印Ｊ３の方向から見たときの燃料噴孔４７ａとエア噴孔４７ｂとの位置関係概念図である。
【００９４】
図２９（ａ）〜（ｄ）に示すように、この実施の形態のオリフィスプレート４７は、スリット状の矩形をなす燃料噴孔４７ａの片側にて同噴孔４７ａの長手方向に沿って複数のエア噴孔４７ｂが等間隔に配置される点で、前記第２の実施の形態におけるオリフィスプレート４２と構成が異なる。即ち、第２の実施の形態では、燃料噴孔４２ａの両側にて複数のエア噴孔４２ｂが一列に配置されたが、この実施の形態では、燃料噴孔４７ａの片側にて複数のエア噴孔４７ｂが一列に配置される点で構成が異なる。その他の点で、オリフィスプレート４７の構成は、第２の実施の形態におけるオリフィスプレート４２のそれに準ずる。
【００９５】
図３０（ａ），（ｂ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。この実施の形態における燃料噴霧及びエア噴流の形状等は、図１０（ａ），（ｃ）に示すものに準ずる。
【００９６】
図３１（ａ），（ｂ）に上記衝突点ＨＰにおける噴霧強度及び噴流強度の違いを示す。この実施の形態における噴霧強度及び噴流強度の状態は、図１１（ａ），（ｃ）に示すものに準ずる。
【００９７】
図３２（ａ）〜（ｃ）に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。ここで、この燃料噴霧における衝突点ＨＰは、エア噴流の持つエネルギーが燃料噴霧に干渉し、燃料噴霧の微粒化及び噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節できる程度に保たれたエア噴孔４７ｂからの距離に位置するように設定される。また、各エア噴孔４７ｂから噴射されるエア噴流の衝突点ＨＰにおける大きさ（外径（幅））は、燃料噴孔４７ａから噴射される燃料噴霧の衝突点ＨＰにおける外径Ｄ１と同程度になるように設定される。ここで、燃料噴霧の外径Ｄ１と同程度になる「エア噴流の大きさ」とは、図４５，４６に示す「噴流角β」、「気体噴流外径ｂ」及び「距離ｃ」と、前述した式「ｂ＝２＊ｃ＊tan（β／２）」より定義されるものである。このため、燃料噴霧全体に均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。これにより、燃料を有効的に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を効果的に調節できることが分かる。
【００９８】
また、この実施の形態では、燃料噴孔４７ａの片側のみに複数のエア噴孔４７ｂを一列に配置してエア噴流を発生させていることから、図３２（ｃ）に示すように、エア噴流の衝突により燃料噴霧の向きを水平方向へ斜めに変えることができる。このため、燃焼室２の形状に合わせて燃料を微粒化させることができる。
【００９９】
この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、第１の実施の形態における燃料噴射装置におけるそれと同じである。
【０１００】
［第８の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第８の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０１０１】
この実施の形態は、オリフィスプレートのエア噴孔の点で前記第７の実施の形態と構成が異なる。図３３（ａ）〜（ｄ）にオリフィスプレートの特徴図を示す。図３３（ａ）はオリフィスプレート４８の平面図である。図３３（ｂ）は図３３（ａ）のＫ１−Ｋ１線断面図である。図３３（ｃ）は図３３（ａ）のＫ２−Ｋ２線断面図である。図３３（ｄ）は図３３（ａ）のオリフィスプレート４８を矢印Ｋ３の方向から見たときの燃料噴孔４８ａとエア噴孔４８ｂとの位置関係概念図である。
【０１０２】
図３３（ａ）〜（ｄ）に示すように、この実施の形態のオリフィスプレート４８は、スリット状の矩形をなす燃料噴孔４８ａの片側にて同噴孔４８ａの長手方向に沿って平行に一つの矩形をなすエア噴孔４８ｂが配置される点で、前記第５の実施の形態におけるオリフィスプレート４５と構成が異なる。即ち、第５の実施の形態では、燃料噴孔４５ａの両側に一対をなすエア噴孔４５ｂが平行に配置されたが、この実施の形態では、燃料噴孔４８ａの片側のみにエア噴孔４５ｂが平行に配置される点で構成が異なる。その他の点では、オリフィスプレート４８の構成は、第５の実施の形態におけるオリフィスプレート４５のそれに準ずる。
【０１０３】
図３４（ａ），（ｂ）に燃料噴霧及びエア噴流の概念図を示す。この実施の形態における燃料噴霧及びエア噴流の形状等は、図２２（ａ），（ｂ）に示すものに準ずる。
【０１０４】
図３５（ａ），（ｂ）に上記衝突点ＨＰにおける噴霧強度及び噴流強度の違いを示す。この実施の形態における噴霧強度及び噴流強度の状態は、図２３（ａ），（ｂ）に示すものに準ずる。
【０１０５】
図３６（ａ）〜（ｃ）に燃料噴霧に複数のエア噴流が衝突したときの概念図を示す。図３４（ａ），（ｂ）に示すように、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるので、燃料噴霧全体に均一にエア噴流の影響を及ぼすことができる。これにより、燃料を有効的に微粒化することができ、噴霧貫徹距離等を効果的に調節できることが分かる。
【０１０６】
また、この実施の形態では、燃料噴孔４８ａの片側のみに一つのエア噴孔４８ｂを平行に配置してエア噴流を発生させていることから、図３６（ｃ）に示すように、エア噴流の衝突により燃料噴霧の向きを水平方向へ斜めに変えることができる。このため、燃焼室２の形状に合わせて燃料を微粒化させることができる。
【０１０７】
この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、第７の実施の形態における燃料噴射装置のそれと同じである。
【０１０８】
［第９の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第９の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０１０９】
この実施の形態は、エア噴射弁の機能を燃料噴射弁に一体に設けた点で前記各実施の形態と構成が異なる。図３７にエア噴射弁一体型燃料噴射弁５１の断面図を示す。この実施の形態の一体型燃料噴射弁５１は、そのロワボディ１５の先端に筒部１５ａが一体的に設けられる。この筒部１５ａの先端にオリフスプレート４５が固定される。ロワボディ１５には、筒部１５ａに開口するエア通路５２が設けられる。エア通路５２には、エア配管（図示略）を通じて加圧エアが供給される。ロワボディ１５の基端部には、別のソレノイド５３が設けられる。ロワボディ１５には、エア通路５２を開閉する弁体５４が設けられる。この弁体５４が、ソレノイド５３の励磁・消磁に基づいて動作することにより、エア通路５２が開閉され、筒部１５ａの中に加圧エアが供給され、オリフィスプレート４５のエア噴孔４５ｂから加圧エアが噴射され、エア噴流が形成されるようになっている。また、筒部１５ａの中心に一体的に設けられたチューブ２６の孔２６ａを通じて噴射される燃料が、オリフィスプレート４５の燃料噴孔４５ａから噴射され、燃料噴霧が形成されるようになっている。
【０１１０】
従って、この実施の形態では、エア噴射弁一体型燃料噴射弁５１を使用することから、燃料噴射弁３とエア噴射弁４を別々に設けた前記各実施の形態よりも、燃料噴射装置をコンパクトに構成することができる。この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、前記各実施の形態におけるそれと同じである。
【０１１１】
［第１０の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第１０の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０１１２】
この実施の形態は、エア噴射弁の噴射機能を燃料噴射弁に設けた点で前記各実施の形態と構成が異なる。図３８に燃料噴射弁５５の断面図を示す。この実施の形態の燃料噴射弁５５は、ロワボディがハウジング１１と一体的に設けられる。このハウジング１１の先端にオリフィスプレート４５が直接固定される。ハウジング１１の先端部には、オリフィスプレート４５の燃料噴孔４５ａとノズルボディ１６の弁孔１６ｂとの間を連通する燃料通路５６が設けられる。同じく、ハウジング１１の先端部には、燃料通路５６の周囲にエア通路５７が設けられる。このエア通路５７には、別途のエア制御弁（図示略）を通じて加圧エアが供給される。エア制御弁が制御されることにより、エア通路５７を通じてオリフィスプレート４５のエア噴孔４５ｂから加圧エアが噴射され、エア噴流が形成されるようになっている。また、弁座１６ａに対して弁部１８ａが開閉することにより、燃料通路５６及びオリフィスプレート４５の燃料噴孔４５ａを通じて燃料が噴射され、燃料噴霧が形成されるようになっている。
【０１１３】
従って、この実施の形態では、エア噴射弁の機能を燃料噴射弁５５に設けていることから、燃料噴射弁３とエア噴射弁４を別々に設けた前記各実施の形態に比べ、燃料噴射装置に関するエンジン周りの構成をコンパクトにすることができる。この実施の形態におけるその他の作用効果は、基本的には、前記各実施の形態におけるそれと同じである。
【０１１４】
［第１１の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第１１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０１１５】
この実施の形態の燃料噴射装置は、一つの燃料噴霧を形成するための燃料噴射弁と、複数のエア噴流のそれぞれを個別に形成するための複数のエア噴射弁とを備える点で、前記各実施の形態の燃料噴射弁と構成が異なる。
【０１１６】
図３９に燃料噴射装置の概略構成に関する断面図を示す。燃料噴射弁３と二つのエア噴射弁４は、互いに基本構成を同じくしている。これら噴射弁３，４の詳しい構成は、図１に示す燃料噴射弁３のそれと同じである。この実施の形態で、燃料噴射弁３に対応して設けられ燃焼室２に開口する燃料噴孔６１の構成は、例えば、円形であってもよく、スリット状の矩形であってもよい。これに対し、各エア噴射弁４のに対応して設けられ燃焼室２に開口するエア噴孔６２は、円形をなす複数のエア噴孔を一列に配置したものであってもよく、矩形をなすエア噴孔であってもよい。この実施の形態でも、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるように設定される。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、各エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【０１１７】
従って、この実施の形態の燃料噴射装置においても、機能的には、前記各実施の形態の燃料噴射装置と同等の作用効果を得ることができる。
【０１１８】
［第１２の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第１２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０１１９】
この実施の形態の燃料噴射装置は、第９の実施の形態を変形したものである。図４０にこの燃料噴射装置の概略構成を断面図に示す。図３７との対比から分かるように、この一体型燃料噴射弁５８は、燃料噴霧に対して片側からのみエア噴流を衝突させるように構成される。一体型燃料噴射弁５８は、基本的には第９の実施の形態における一体型燃料噴射弁５１と同じ構成を備える。従って、この噴射弁５８の詳しい構成の説明は省略する。この実施の形態では、燃料噴孔４５ａがスリット状の矩形をなし、エア噴孔４５ｂが矩形をなす。そして、燃料噴孔４５ａの片側に位置するエア噴孔４５ｂからエア噴流が発生する。また、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有するエア噴流を燃料噴霧に衝突させるように設定される。上記のようにして、この燃料噴射装置では、一体型燃料噴射弁５８から噴射される燃料と、エア噴孔４５ｂから噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【０１２０】
従って、この実施の形態の燃料噴射装置においても、機能的には、前記各実施の形態の燃料噴射装置と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施の形態では、燃料噴孔４５ａの片側のみにエア噴孔４５ｂを配置してエア噴流を発生させていることから、図４０に示すように、エア噴流の衝突により燃料噴霧の向きを水平方向へ斜めに変えることができる。このため、燃焼室２の形状に合わせて燃料を微粒化することができる。
【０１２１】
［第１３の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第１３の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０１２２】
この実施の形態の燃料噴射装置は、前記第１３の実施の形態における燃料噴射装置の機能を、一体型燃料噴射弁５８でなく、別々に設けられた燃料噴射弁３とエア噴射弁４により達成しようとするものである。図４１にこの燃料噴射装置の概略構成を断面図に示す。図４０との対比から分かるように、この実施の形態では、一つの燃料噴射弁３と少なくとも一つのエア噴射弁４がシリンダヘッド６に組み付けられる。この実施の形態で、燃料噴射弁３に対応して設けられ燃焼室２に開口する燃料噴孔６１の構成は、例えば、円形であってもよく、スリット状の矩形であってもよい。これに対し、各エア噴射弁４のに対応して設けられ燃焼室２に開口するエア噴孔６２は、円形をなす複数のエア噴孔を一列に配置したものであってもよく、矩形をなすエア噴孔であってもよい。そして、一つの燃料噴射弁３からの燃料噴霧に対して片側からのみエア噴流を衝突させるようにエア噴射弁４が配置される。即ち、エア噴孔６２からのエア噴流の噴流軸線ＡＬが、燃料噴射弁３からの燃料噴霧の最大径における衝突点ＨＰで交差するように設定される。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、エア噴射弁４から噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【０１２３】
従って、この実施の形態の燃料噴射装置においても、機能的には、前記各実施の形態の燃料噴射装置と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施の形態では、燃料噴射弁３の片側のみにエア噴射弁４を配置してエア噴流を発生させていることから、図４１に示すように、エア噴流の衝突により燃料噴霧の向きを水平方向へ斜めに変えることができる。このため、燃焼室２の形状に合わせて燃料を微粒化することができる。
【０１２４】
［第１４の実施の形態］
次に、本発明の直接噴射式燃料噴射装置を具体化した第１４の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０１２５】
図４２〜４４にこの実施の形態における燃料噴射装置の概略構成を断面図に示す。この実施の形態の燃料噴射装置は、一つの燃料噴孔６１を含む一つの燃料噴射弁３に対して少なくとも第１及び第２の二つのエア噴射弁４Ａ，４Ｂが設けられる。各エア噴射弁４Ａ，４Ｂに対応してエア噴孔６２がそれぞれ設けられ、各エア噴孔６２からのエアの噴射を選択的に切り替えるために、各エア噴射弁４Ａ，４Ｂの使用を切り替えるように構成される。
【０１２６】
また、この実施の形態では、一つの燃料噴射弁３により形成される燃料噴霧に対し、その片側からのみエア噴流を衝突させるように第１及び第２のエア噴射弁４Ａ，４Ｂが配置される。即ち、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有する第１のエア噴射弁４Ａのエア噴孔６２から噴射されるエア噴流を燃料噴霧に衝突させるよう設定される。同じく、衝突点ＨＰにおいて燃料噴霧と同じ大きさと強度分布を有する第２のエア噴射弁４Ｂのエア噴孔６２から噴射されるエア噴流を燃料噴霧に衝突させるように設定される。上記のようにして、この燃料噴射装置では、燃料噴射弁３から噴射される燃料と、各エア噴射弁４Ａ，４Ｂから噴射されるエアとを燃焼室２の中で衝突させるように構成される。
【０１２７】
従って、この実施の形態の燃料噴射装置によれば、二つのエア噴射弁４Ａ，４Ｂの使用を切り替えることにより、各エア噴孔４ａからのエアの噴射が選択的に切り替えられる。従って、この切り替えにより、燃料噴霧に対するエア噴流の衝突の形態が変えられ、燃料噴霧の形状が変えられる。即ち、図４３に示すように、燃料噴射弁３に対して第１のエア噴射弁４Ａのみを選択的に使用する場合には、燃料噴霧にエア噴流を衝突させたときに、相対的に狭い範囲で衝突を生じさせることができる。一方、図４４に示すように、燃料噴射弁３に対して第２のエア噴射弁４Ｂのみを選択的に使用する場合には、燃料噴霧にエア噴流を衝突させたときに、相対的に広い範囲で衝突を生じさせることができる。このように、燃料噴霧とエア噴流との衝突範囲の大きさを２種類に切り替えることができる。この結果、噴霧貫徹距離及び噴霧形状を選択的に切り替えて使用することができ、エンジン１の運転条件に合わせて燃料の微粒化を調節することができる。
【０１２８】
尚、この発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
【０１２９】
例えば、前記各実施の形態では、燃料に衝突させる気体としてエア（空気）を使用したが、空気以外の特定の気体を使用してもよい。
【０１３０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、燃料噴霧に対して気体噴流が衝突するように設定されるので、内燃機関の運転条件の全域で燃料微粒化を図ることができる。また、気体噴孔が燃料噴孔の近傍に配置されるので、衝突点において気体噴流の持つエネルギーが保持され、衝突により噴霧貫徹距離や噴霧形状を調節することができる。
【０１３１】
【０１３２】
請求項２に記載の発明によれば、衝突点において気体噴流の大きさが燃料噴霧の大きさと同程度になるように設定されるので、請求項１に記載の発明の効果に加え、燃料噴霧全体でより微細な燃料微粒化や噴霧貫徹距離及び噴霧形状の調節を図ることができる。
【０１３３】
請求項３に記載の発明によれば、気体噴流がその矩形に応じた錐形に広がることになる。このため、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、特に扁平に広がる燃料噴霧幅方向に均一に気体噴流を衝突させることができ、より微細な燃料微粒化や噴霧貫徹距離及び噴霧形状の調節を図ることができる。
【０１３４】
請求項４に記載の発明によれば、気体噴流の広がり方向の強度分布がより平坦になり、各気体噴流が燃料噴霧に対し均一に衝突することになる。このため、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明の効果に加え、気体噴流を比較的広範囲で燃料噴霧に衝突させることができ、燃料噴霧の分布が変動しても燃料微粒等を確実に行うことができる。
【０１３５】
請求項５に記載の発明によれば、円錐形の燃料噴霧に対し、その周囲に複数の気体噴流が均一に衝突し、燃料噴霧に対する気体噴流の強度分布が均一化される。このため、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、特に円錐形の燃料噴霧につき、その噴霧形状を大きく変えることなく、噴霧全体でより微細な燃料微粒化や噴霧貫徹距離及び噴霧形状の調節を図ることができる。
【０１３６】
請求項６に記載の発明によれば、矩形に応じた錐形に広がる燃料噴霧の長手方向に沿って、その両側から複数の気体噴流が燃料噴霧の幅方向全体に衝突することになる。このため、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、特に扁平に広がる燃料噴霧につき、その噴霧形状を大きく変えることなく、噴霧全体でより微細な燃料微粒化や噴霧貫徹距離及び噴霧形状の調節を図ることができる。
【０１３７】
請求項７に記載の発明によれば、矩形に応じた錐形に広がる燃料噴霧の長手方向に沿って、その両側から一対の気体噴流が燃料噴霧の幅方向全体に衝突することになる。このため、請求項３に記載の発明の効果に加え、特に扁平に広がる燃料噴霧全体に気体噴流を均等に衝突させることができ、その噴霧形状を大きく変えることなく、燃料噴霧全体でより微細な燃料微粒化や噴霧貫徹距離及び噴霧形状の調節を図ることができる。
【０１３８】
請求項８に記載の発明によれば、矩形に応じた錐形に広がる燃料噴霧の長手方向に沿って、その片側から複数の気体噴流が燃料噴霧の幅方向全体に衝突し、燃料噴霧の向きが変えられる。このため、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、各気体噴流の衝突により燃料噴霧の向きを変えることができ、燃焼室の形状に合わせて燃料を微粒化や噴霧貫徹距離及び噴霧形状の調節をすることができる。
【０１３９】
請求項９に記載の発明によれば、矩形に応じた錐形に広がる燃料噴霧の長手方向に沿って、その片側から一つの気体噴流が燃料噴霧に均一に衝突し、燃料噴霧の向きが変えられる。このため、請求項３に記載の発明の効果に加え、気体噴流の衝突により燃料噴霧の向きを変えることができ、燃焼室の形状に合わせて燃料を微粒化や噴霧貫徹距離及び噴霧形状の調節することができる。
【０１４０】
請求項１０に記載の発明によれば、気体噴孔と燃料噴孔の配置の位置精度が高くなり、燃料噴射弁及び気体噴射弁を取り付けのための加工や作業が少なくなる。このため、請求項１乃至９の何れか一つに記載の発明の効果に加え、直接噴射式燃料噴射装置の製造を簡略化することができる。
【０１４１】
請求項１１に記載の発明によれば、燃料噴霧に対する気体噴流の衝突の形態が変えられ、燃料噴霧の形状が変えられる。このため、請求項１乃至１０の何れか一つに記載の発明の効果に加え、噴霧貫徹距離及び噴霧形状を選択的に切り替えて使用することができ、内燃機関の運転条件に合わせて燃料微粒化を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態に係り、燃料噴射装置のエンジン取付状態を示す断面図。
【図２】 同じく、燃料噴射弁とエア噴射弁に係る電気配線等を示す構成概念図。
【図３】 同じく、取付部材の先端部を示す拡大断面図。
【図４】 同じく、オリフィスプレートを示す平面図。
【図５】 同じく、図４のＡ−Ａ線断面図。
【図６】 同じく、（ａ）〜（ｃ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図７】 同じく、（ａ）〜（ｃ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図８】 同じく、燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図９】 第２の実施の形態に係り、（ａ）〜（ｄ）はオリフィスプレートの特徴図。
【図１０】 同じく、（ａ）〜（ｃ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図１１】 同じく、（ａ）〜（ｃ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図１２】 同じく、（ａ）,（ｂ）は燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図１３】 第３の実施の形態に係り、（ａ）〜（ｄ）はオリフィスプレートの特徴図。
【図１４】 同じく、（ａ），（ｂ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図１５】 同じく、（ａ），（ｂ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図１６】 同じく、（ａ）,（ｂ）は燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図１７】 第４の実施の形態に係り、（ａ）〜（ｄ）はオリフィスプレートの特徴図。
【図１８】 同じく、（ａ）〜（ｄ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図１９】 同じく、（ａ）〜（ｄ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図２０】 同じく、（ａ）,（ｂ）は燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図２１】 第５の実施の形態に係り、（ａ）〜（ｄ）はオリフィスプレートの特徴図。
【図２２】 同じく、（ａ），（ｂ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図２３】 同じく、（ａ），（ｂ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図２４】 同じく、（ａ）,（ｂ）は燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図２５】 第６の実施の形態に係り、（ａ）〜（ｄ）はオリフィスプレートの特徴図。
【図２６】 同じく、（ａ），（ｂ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図２７】 同じく、（ａ），（ｂ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図２８】 同じく、（ａ）,（ｂ）は燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図２９】 第７の実施の形態に係り、（ａ）〜（ｄ）はオリフィスプレートの特徴図。
【図３０】 同じく、（ａ），（ｂ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図３１】 同じく、（ａ），（ｂ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図３２】 同じく、（ａ）〜（ｃ）は燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図３３】 第８の実施の形態に係り、（ａ）〜（ｄ）はオリフィスプレートの特徴図。
【図３４】 同じく、（ａ），（ｂ）は燃料噴霧及びエア噴流を示す概念図。
【図３５】 同じく、（ａ），（ｂ）は衝突点での噴霧強度と噴流強度の違いを示す概念図。
【図３６】 同じく、（ａ）〜（ｃ）は燃料噴霧にエア噴流が衝突したときの概念図。
【図３７】 第９の実施の形態に係り、一体型燃料噴射弁を示す断面図。
【図３８】 第１０の実施の形態に係り、燃料噴射弁を示す断面図。
【図３９】 第１１の実施の形態に係り、燃料噴射装置の概略構成を示す断面図。
【図４０】 第１２の実施の形態に係り、燃料噴射装置の概略構成を示す断面図。
【図４１】 第１３の実施の形態に係り、燃料噴射装置の概略構成を示す断面図。
【図４２】 第１４の実施の形態に係り、燃料噴射装置の概略構成を示す断面図。
【図４３】 同じく、燃料噴射装置の概略構成を示す断面図。
【図４４】 同じく、燃料噴射装置の概略構成を示す断面図。
【図４５】 衝突点での燃料噴霧と気体噴流との衝突を示す概念図。
【図４６】 気体噴流を示す概念図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 燃焼室
３ 燃料噴射弁
４ エア噴射弁
９ 取付部材
２９ オリフィスプレート
２９ａ 燃料噴孔
２９ｂ エア噴孔
４１ オリフィスプレート
４１ａ 燃料噴孔
４１ｂ エア噴孔
４２ オリフィスプレート
４２ａ 燃料噴孔
４２ｂ エア噴孔
４３ オリフィスプレート
４３ａ 燃料噴孔
４３ｂ エア噴孔
４４ オリフィスプレート
４４ａ 燃料噴孔
４４ｂ エア噴孔
４５ オリフィスプレート
４５ａ 燃料噴孔
４５ｂ エア噴孔
４６ オリフィスプレート
４６ａ 燃料噴孔
４６ｂ エア噴孔
４７ オリフィスプレート
４７ａ 燃料噴孔
４７ｂ エア噴孔
４８ オリフィスプレート
４８ａ 燃料噴孔
４８ｂ エア噴孔
４９ オリフィスプレート
４９ａ 燃料噴孔
４９ｂ エア噴孔
５１ 燃料噴射弁
５５ 燃料噴射弁
５８ 燃料噴射弁
６１ 燃料噴孔
６２ エア噴孔
ＨＰ 衝突点
ＡＬ 噴流軸線
Ｄ１ 衝突点における噴霧の外径または幅[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a direct injection fuel injection device that directly injects fuel into a combustion chamber of an engine. More specifically, the present invention relates to a direct injection type fuel injection device configured to collide fuel injected from a fuel injection valve and gas injected from a gas injection valve.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, for example, Patent Documents 1 and 2 below disclose a fuel injection device configured to collide fuel injected from a fuel injection valve and air injected from an air injection valve.
[0003]
  In Patent Document 1, in an in-cylinder injection (direct injection) spark ignition engine, the mounting angle of the air injection valve and the fuel injection valve is such that both injection axes intersect in the vertical direction and the horizontal direction, and the injection direction is It is described that both are set to an angle directed to the cavity combustion chamber. With the above configuration, since the air injection axis intersects with the fuel injection axis, fuel atomization can be performed at the time of fuel intake stroke injection, and since the injected air is directed to the cavity combustion chamber, the fuel is injected into the cavity combustion chamber. Patent Document 1 describes that adhesion can be suppressed and generation of smoke and unburned HC can be reduced.
[0004]
  On the other hand, Patent Document 2 discloses a pair of fuel injection type internal combustion engines, which are not direct injection types, but in which the injection directions intersect each other at positions where the fuel injection ports are sandwiched from both sides on a plane substantially including the fuel injection ports. It is described that the air assist nozzle is arranged. It is described in Patent Document 2 that the fuel flow from the fuel nozzle is narrowed by the air flow from both sides and flattened as a whole.
[0005]
  Here, in order to obtain optimum combustion performance with a direct injection engine, it is necessary to promote fuel atomization in order to improve combustibility throughout the engine operating conditions. Also, in direct injection engines, it is necessary to adjust the spray penetration distance (distance from the nozzle hole of the fuel injection valve to the tip of the spray) and the spray shape in order to obtain combustion performance that matches cold start and partial load operation. There is.
[0006]
[Patent Document 1]
  JP 2000-97032 A (page 5-6, FIG. 10, FIG. 11)
[Patent Document 2]
  Japanese Patent Laid-Open No. 4-50469 (page 2-6, FIG. 2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
  However, in the engine described in Patent Document 1, when stratified combustion (mainly during partial load operation), when a large amount of air corresponding to the intake air amount is injected and collided with fuel, the air-fuel mixture is dispersed. This makes it impossible to stratify the air-fuel mixture necessary for stratified combustion. For this reason, during stratified combustion, fuel atomization cannot be performed by air collision, and as a result, direct atomization engine cannot achieve fuel atomization over the entire operating conditions to obtain optimum combustion performance. It was.
[0008]
  In addition, Patent Documents 1 and 2 do not describe any configuration that can adjust the spray penetration distance and the spray shape. For this reason, in order to obtain the combustion performance according to the cold start of the engine or the partial load operation, the spray penetration distance and the spray shape cannot be adjusted, and the combustion performance cannot be improved.
[0009]
  Furthermore, the above Patent Documents 1 and 2 only describe a configuration in which air is simply collided with fuel spray, and a configuration in which air is uniformly collided according to the distribution of the entire injected fuel and No suggestions are given. For this reason, the fuel cannot be atomized uniformly and more finely as the whole injected fuel, and the combustion performance cannot be improved.
[0010]
  The present invention has been made in view of the above circumstances, and a first object of the invention is to provide a direct injection type fuel injection device that enables atomization of fuel over the entire operating conditions. In addition to the first object, a second object of the present invention is to provide a direct injection type fuel injection device capable of adjusting the spray penetration distance and the spray shape. According to a third object of the present invention, in addition to the first or second object, it is possible to achieve finer fuel atomization in the entire fuel spray by colliding a gas jet having the same size as the fuel spray. The direct injection type fuel injection device is provided.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  The firstAnd secondIn order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is directed to a fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine including an intake valve and an exhaust valve, and also for injecting gas into the combustion chamber. A direct injection type fuel injection device including one gas injection valve, including one fuel injection valve, and corresponding to the fuel injection valve, provided with one or more fuel injection holes opened in the combustion chamber. And at least one gas injection valve, corresponding to the gas injection valve, provided with one or more gas injection holes opened in the combustion chamber, and the shape, size, direction and The arrangement is specified, and the number, shape, size, direction, and arrangement of the gas injection holes are specified, and are injected from the fuel injection valve.Injected into the combustion chamber through the fuel injection hole.Fuel and gas injection valveInjected into the combustion chamber through the gas nozzleConfigured to collide with a gasThe gas nozzle hole is arranged in the vicinity of the fuel nozzle hole, and the vicinity is represented by the distance (X) from the center of the fuel nozzle hole to the center of the gas nozzle hole, and is defined by the following equation:The purpose is that.X ≦ 0.03 * d * P a 0.5 * Ρ a 0.35 * Ρ o -0.85 ... (formula) where "d" is the diameter of the gas nozzle hole, "P a "Is the absolute pressure of the gas injected from the gas nozzle," ρ a "Is the gas density under the absolute pressure of the gas injected from the gas nozzle," ρ o "Means the gas density of the injection field, respectively.
[0012]
  According to the configuration of the invention described above, fuel sprayed from one fuel injection valve is injected into the combustion chamber from the corresponding one or more fuel injection holes, thereby forming a fuel spray in the combustion chamber. The form of this fuel spray is determined by specifying the shape, size, direction and arrangement of the fuel injection hole. On the other hand, gas injected from at least one gas injection valve is injected into the combustion chamber from the corresponding one or more gas injection holes, thereby forming a gas jet in the combustion chamber. The form of the gas jet and the influence on the fuel spray are determined by specifying the number, shape, size, direction and arrangement of the gas nozzles with respect to the fuel nozzles. Here, since the fuel injected from the fuel injection valve collides with the gas injected from the gas injection valve, the gas jet and the fuel spray collide to atomize the fuel spray.
[0013]
  Also,Invention of Claim 1IsThe gas nozzle hole is arranged in the vicinity of the fuel nozzle hole.
  Here, the term “near” refers to the relationship between the gas nozzle holes and the fuel nozzle holes that can obtain the atomization effect of the fuel spray and the variable effect of the fuel spray length even when the following injection conditions change. Means the distance between. Specifically, as an example, as shown in FIG. 45, if the distance from the fuel injection hole to the gas injection hole is “X”, “X” that satisfies the following (Expression 1) to (Expression 3) is satisfied."Can be defined as the above “neighborhood”.
  From the general theory of motion related to gas injection, the reach distance “L (m)” and the jet angle “α (°)” of the gas jet are expressed as follows.
  L = (ρa / ρo)0.25* (D * u * t / tanα)0.5    ... (Formula 1)
  tanα = 0.427 * (ρo / ρa)0.35              ... (Formula 2)
Here, “ρa” is the gas density at the absolute pressure of the injected gas (kg / mThree), “Ρo” is the gas density (kg / m) in the cylinder (injection field)Three), "D"Is the diameter (or shortest width (m)) of the gas nozzle hole, “u” is the initial gas injection speed (m / s), “t"Is the time (s) after injection and “α"Is a temporary jet half-angle value (°).
  By calculating the jet velocity at the collision point from the above formula and adding a limiting condition that enables fuel spray atomization and variable spray length obtained from predetermined experimental values and calculated values, the distance “X"Is
  X ≦ a * d * Pa0.5* Ρa0.35* Ρo-0.85            ... (Formula 3)
It is expressed. Where "X"Is the maximum distance (m) in the vicinity, and “Pa” is the absolute pressure (Pa) of the injected gas. “0.03” can be applied to “a”.
  As an example, assuming that the injection gas is air, the air injection diameter, the injection pressure, the gas density at the absolute pressure of the injection gas, the gas density in the cylinder (injection field) is d ≦ 0.0005 (m), Pa ≦ 600000 (Pa), ρa ≦ 7.23 (kg / mThree), Ρo ≧ 1.205 (kg / mThree), X ≦ 0.0199 (m) = 19.9 (mm). Therefore, from the fuel nozzle"Unless the gas injection hole is arranged within 19.9 mm, the atomization effect of the fuel spray and the spray length variable effect cannot be obtained under this injection condition.
[0014]
  According to the configuration of the above invention,the aboveIn addition to the action, in order to adjust the spray penetration distance and the spray shape by the gas injected from the gas injection valve, the energy of the gas jet interferes with the fuel spray at the collision point between the fuel spray and the gas jet, and the fuel fine particles And the spray penetration distance and spray shape must be adjustable. Here, the energy of the gas jet decreases as the distance from the gas injection hole increases. Therefore, by arranging the gas nozzle near the fuel nozzle, the collision point between the gas jet and the fuel spray is set near the fuel nozzle, and the atomization of the fuel and the spray penetration distance and the spray shape can be adjusted. It becomes.
[0015]
  In order to achieve the third object, the claims2The invention described in claim 11The size of the gas jet injected from the gas nozzle is set to be approximately the same as the size of the fuel spray injected from the fuel nozzle.The size of the gas jet means the outer diameter or width of the gas jet at the collision point between the gas jet and the fuel spray, and the size of the fuel spray means the outer diameter of the fuel spray at the collision point.The purpose is that.
  Here, the “size of the gas jet” can be defined as the following (formula 4) to (formula 6).
  tanα = 0.427 * (ρo / ρa)0.35              ... (Formula 4)
  2α−6 ≦ β ≦ 2α + 6 (Formula 5)
  As shown in FIGS. 45 and 46, “β” is the jet angle (°) of the gas jet, “b” is the gas jet outer diameter or gas jet width (m) at the collision point between the gas jet and the fuel spray, “ c ”is the distance (m) from the gas hole to the collision point,
  b = 2 * c * tan (β / 2) (Formula 6)
It becomes.
[0016]
  According to the above invention, the claim1In addition to the operation of the described invention, the size of the gas jet is set to be approximately the same as the size of the fuel spray at the collision point, so that the gas collides with the whole according to the form of the fuel spray. The fuel atomization and the spray penetration distance and the spray shape can be adjusted throughout the fuel spray.
[0017]
  In order to achieve the first to third objects, the claims3The invention described in claim 11 or 2In the described invention, the gas nozzle hole is rectangular.
[0018]
  According to the above invention, the claim1 or 2In addition to the operation of the described invention, since the gas nozzle hole has a rectangular shape, the gas jet spreads into a conical shape corresponding to the rectangular shape.
[0019]
  In order to achieve the first to third objects, the claims4The invention described in claim 1 to claim 13In the invention according to any one of the above, the gas nozzle hole includes an inner surface that tapers toward the end in the injection direction.
[0020]
  According to the configuration of the invention, claims 1 to3In addition to the action of the invention described in any one of the above, since the gas nozzle hole includes an inner surface that tapers outwardly in the injection direction, the gas jet spread angle increases, and the intensity distribution in the gas jet spread direction is further increased. Since it becomes flat, it becomes possible to make a gas jet collide with fuel spray more uniformly.
[0021]
  In order to achieve the first to third objects, the claims5The invention described in claim 11 or 2In the described invention, the fuel injection hole is circular, and a plurality of gas injection holes are arranged at equiangular intervals on a circumference centered on the fuel injection hole.
[0022]
  According to the above invention, the claim1 or 2In addition to the operation of the described invention, since the fuel injection hole has a circular shape, the fuel spray spreads in a conical shape. In addition, since the plurality of gas nozzle holes are arranged at equiangular intervals on the circumference centered on the fuel nozzle hole, the plurality of gas jets collide with the entire width direction of the conical fuel spray from the periphery. .
[0023]
  In order to achieve the first to third objects, the claims6The invention described in claim 11 or 2In the described invention, the fuel injection holes are rectangular, and a plurality of gas injection holes are arranged at equal intervals along the longitudinal direction of the fuel injection holes on both sides of the fuel injection holes.
[0024]
  According to the above invention, the claim1 or 2In addition to the operation of the described invention, since the fuel injection hole has a rectangular shape, the fuel spray spreads in a conical shape corresponding to the rectangular shape. In addition, since a plurality of gas injection holes are arranged at equal intervals along the longitudinal direction of the fuel injection holes on both sides of the rectangular fuel injection hole, a plurality of gas injection holes are provided from both sides along the longitudinal direction of the fuel spray. A gas jet will collide with the whole width direction of fuel spray.
[0025]
  In order to achieve the first to third objects, the claims7The invention described in claim 13In the invention described in (1), the fuel nozzle holes are rectangular, and a pair of gas nozzle holes are arranged on both sides of the fuel nozzle holes in parallel with the fuel nozzle holes.
[0026]
  According to the above invention, the claim3In addition to the operation of the invention described in (1), since the fuel injection hole has a rectangular shape, the fuel spray spreads in a conical shape corresponding to the rectangular shape. In addition, since a pair of gas nozzle holes are arranged in parallel to both sides of the rectangular fuel nozzle hole, the pair of gas jets from both sides of the fuel spray extends in the longitudinal direction of the fuel spray. Will collide in the whole direction.
[0027]
  In order to achieve the first to third objects, the claims8The invention described in claim 11 or 2In the described invention, the fuel injection hole has a rectangular shape, and a plurality of gas injection holes are arranged at equal intervals along the longitudinal direction of the fuel injection hole on one side of the fuel injection hole.
[0028]
  According to the above invention, the claim1 or 2In addition to the operation of the described invention, since the fuel injection hole has a rectangular shape, the fuel spray spreads in a conical shape corresponding to the rectangular shape. In addition, since a plurality of gas injection holes are arranged at equal intervals along the longitudinal direction of the fuel injection hole on one side of the rectangular fuel injection hole, a plurality of gas injection holes are provided from one side along the longitudinal direction of the fuel spray. Gas jets collide with the entire width direction of the fuel spray. Furthermore, since the gas jet collides from one side of the fuel spray, the direction of the fuel spray can be changed.
[0029]
  In order to achieve the first to third objects, the claims9The invention described in claim 13In the invention described in (1), the fuel injection hole is rectangular, and one gas injection hole is arranged in parallel with the fuel injection hole on one side of the fuel injection hole.
[0030]
  According to the above invention, the claim3In addition to the operation of the invention described in (1), since the fuel injection hole has a rectangular shape, the fuel spray spreads in a conical shape corresponding to the rectangular shape. Further, since one gas nozzle hole is arranged in parallel with the fuel nozzle hole on one side of the rectangular fuel nozzle hole, one gas jet flows from one side of the fuel spray nozzle along the longitudinal direction of the fuel spray. Will collide uniformly. Furthermore, since the gas jet collides from one side of the fuel spray, the direction of the fuel spray can be changed.
[0031]
  In order to achieve the first to third objects, the claims10The invention described in claim 1 to claim 19In the invention described in any one of the above, the fuel injection valve and the gas injection valve are integrally attached to the combustion chamber by the attachment member.
[0032]
  According to the configuration of the invention, claims 1 to9In addition to the operation of the invention described in any one of the above, since the fuel injection valve and the gas injection valve are integrally attached by the attachment member corresponding to the combustion chamber, the positional accuracy of the arrangement of the gas injection holes and the fuel injection holes And the processing and work for installation are reduced.
[0033]
  In order to achieve the second object,11The invention described in claim 1 to claim 110In the invention described in any one of the above, there are a plurality of gas injection valves, and at least one gas injection hole is provided corresponding to each gas injection valve, and gas injection from each gas injection hole is selectively performed. The purpose is to switch the use of each gas injection valve.
[0034]
  According to the configuration of the invention, claims 1 to10In addition to the operation of the invention described in any one of the above, by switching use of the plurality of gas injection valves, gas injection from each gas injection hole is selectively switched. Therefore, by this switching, the form of collision of the gas jet against the fuel spray is changed, and the shape of the fuel spray is changed.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
  Hereinafter, a first embodiment of a direct injection type fuel injection device (hereinafter simply referred to as “fuel injection device”) of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0036]
  FIG. 1 is a sectional view showing a state where the fuel injection device is attached to an internal combustion engine (engine). The fuel injection device includes a fuel injection valve 3 for injecting fuel into the combustion chamber 2 of the engine 1 and an air injection valve as a gas injection valve for injecting air (air) as gas into the combustion chamber 2. 4. The engine 1 includes a cylinder block 5 and a cylinder head 6. A piston 8 is provided in a cylinder bore 7 provided in the cylinder block 5 so as to be able to reciprocate. The combustion chamber 2 is configured as a space surrounded by the cylinder bore 7, the piston 8, and the cylinder head 6. The cylinder head 6 is provided with an intake port and an exhaust port (both not shown) leading to the combustion chamber 2, a known intake valve (not shown) is provided for the intake port, and a known exhaust valve (not shown) is provided for the exhaust port. ) Is provided. The fuel injection valve 3 and the air injection valve 4 are integrally attached to the cylinder head 6 by the attachment member 9 corresponding to the combustion chamber 2. The fuel injection valve 3 and the air injection valve 4 are assembled to the mounting member 9 so that both center axes L1 and L2 cross each other obliquely.
[0037]
  The fuel injection valve 3 is a known electromagnetic valve. The fuel injection valve 3 includes a housing 11, a core 12 assembled to the housing 11, an adjustment pipe 13 provided inside the core 12, a solenoid 14 provided between the housing 11 and the core 12, a housing 11 is provided with a lower body 15 provided on the front end side of the nozzle 11, a nozzle body 16 provided in the lower body 15, and a valve body member 17 provided between the nozzle body 16 and the core 12. The valve body member 17 includes a valve shaft 18 having a valve portion 18 a at the distal end, and an armature 19 assembled to the proximal end of the valve shaft 18. A compression spring 20 is provided between the armature 19 and the adjustment pipe 13. The base end portion of the core 12 is a pipe connector 21 connected to a fuel pipe (not shown). An O-ring 22 is provided on the outer periphery of the pipe connector 21. A strainer 23 for removing foreign matter is provided inside the pipe connector 21. The housing 11 is provided with a wiring connector 24 connected to the electrical wiring. Here, since the basic configurations of the fuel injection valve 3 and the air injection valve 4 are substantially the same, hereinafter, the configuration of the air injection valve 4 will be described with the same reference numerals as those of the components of the fuel injection valve 3. Is omitted.
[0038]
  FIG. 2 is a conceptual diagram of the configuration relating to the electrical wiring, fuel piping, and air piping according to the fuel injection valve 3 and the air injection valve 4. As shown in FIG. 2, a fuel pipe 31 is connected to the pipe connector 21 of the fuel injection valve 3. An air pipe 32 is connected to the pipe connector 21 of the air injection valve 4. The fuel pipe 31 is provided with a pressure regulator 33 and a fuel pump 34. The air pipe 32 is provided with a pressure regulator 35 and an air pump 36. Each pump 34, 36 is driven by a corresponding motor 37, 38, respectively. When the fuel pump 34 is driven, fuel in a fuel tank (not shown) is discharged from the pump 34 and supplied to the fuel injection valve 3 as high-pressure fuel via the pressure regulator 33. When the air pump 36 is driven, air is discharged from the pump 36 and supplied to the air injection valve 4 as pressurized air via the pressure regulator 35.
[0039]
  As shown in FIG. 2, the wiring connector 24 of the fuel injection valve 3 and the wiring connector 24 of the air injection valve 4 are each connected to an electronic control unit (ECU) 39. The fuel injection valve 3 and the air injection valve 4 each operate based on an injection signal sent from the ECU 39. By operating the fuel injection valve 3 based on the injection signal from the ECU 39, high pressure fuel is injected from the injection valve 3. Further, the air injection valve 4 operates based on the injection signal from the ECU 39, whereby pressurized air is injected from the injection valve 4.
[0040]
  FIG. 3 shows an enlarged cross-sectional view of the tip portion of the attachment member 9. As shown in FIGS. 1 to 3, the block-shaped attachment member 9 includes a cylindrical portion 9 a directed to the combustion chamber 2, a first assembly hole 9 b in which the lower body 15 of the fuel injection valve 3 is assembled, and the air injection valve 4. And a second assembly hole 9c into which the nozzle body 16 is assembled. The cylindrical portion 9a and the first assembly hole 9b are arranged on the same axis and are partitioned by a partition wall 9d. A hole 9e is formed in the center of the partition wall 9d. A tube 26 having a hole 26a is provided at the center of the cylindrical portion 9a. A valve seat 16a corresponding to the valve portion 18a is formed in the nozzle body 16 assembled in the first assembly hole 9b. The valve hole 16b of the valve seat 16a is aligned with the two holes 9e and 26a to form one fuel passage 27. The attachment member 9 is formed with a hole 9f extending from the center of the second assembly hole 9c toward the inside of the cylindrical portion 9a. The hole 9f is arranged so as to cross obliquely with respect to the center of the cylindrical portion 9a. A valve seat 16a corresponding to the valve portion 18a is formed in the nozzle body 16 assembled in the second assembly hole 9c. The valve hole 16b of the valve seat 16a is aligned with the oblique hole 9f to form a single air passage 28. An orifice plate 29 is fixed to the open end of the cylindrical portion 9a. At the center of the orifice plate 29, one fuel injection hole 29a is provided corresponding to the fuel injection valve 3. The fuel injection hole 29 a is opened to the combustion chamber 2 and aligned with the fuel passage 27. The orifice plate 29 is provided with a plurality of air injection holes 29 b corresponding to the air injection valves 4 as gas injection holes. These air injection holes 29b are opened in the combustion chamber 2 and communicate with the inside of the cylindrical portion 9a. Accordingly, the high-pressure fuel injected from the fuel injection valve 3 is injected into the combustion chamber 2 from the fuel injection hole 29 a of the orifice plate 29 through the fuel passage 27. The pressurized air injected from the air injection valve 4 is once injected into the cylinder portion 9 a through the fuel passage 28, and further injected into the combustion chamber 2 from each air injection hole 29 b of the orifice plate 29. The Each of the air injection holes 29b described above is disposed in the vicinity of the fuel injection hole 29a. Here, “near” is defined by the distance X from the fuel nozzle hole to the gas nozzle hole described above.
[0041]
  FIG. 4 shows a plan view of the orifice plate 29. FIG. 5 is a sectional view taken along line AA in FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, the fuel injection hole 29 a has a circular cross section and penetrates perpendicularly to the end face of the orifice plate 29. The plurality of air injection holes 29b are similarly circular in cross section (open ends are elliptical) and penetrate obliquely with respect to the end face of the orifice plate 29. As shown in FIG. 4, a plurality (eight in this case) of air injection holes 29b are arranged at equiangular intervals on a circumference centered on the fuel injection holes 29a. In this embodiment, the inner diameter of the fuel injection hole 29a is set to “0.6 mm”, and the inner diameter of each air injection hole 29b is set to “1.0 mm”.
[0042]
  As shown in FIG. 5, the center line of the fuel injection hole 29a and the center line of each air injection hole 29b are set so as to intersect each other at one point (hereinafter referred to as “collision point”) HP. That is, fuel spray is formed by injecting fuel from the fuel injection hole 29a toward the collision point HP. Moreover, an air jet is formed by injecting air from each air nozzle hole 29b toward this collision point HP. Therefore, the fuel spray and each air jet collide with each other around the collision point HP.
[0043]
  FIGS. 6A to 6C are conceptual diagrams of fuel spray and air jet. As shown in FIG. 6A, the fuel spray has a substantially conical shape that is substantially the same on the front and side surfaces. The spray spread angle (spray angle) θ1 is determined by the size of the inner diameter of the fuel injection hole 29a in the orifice plate 29. As shown in FIG. 6B, one air jet (free jet) has a conical shape that is substantially the same on the front and side surfaces. The spread angle (jet angle) θ2 of the jet is determined by the size of the inner diameter of the air nozzle hole 29b in the orifice plate 29 and “2α” represented by “α” in the above-described (Expression 2). As shown in FIG.6 (c), the air jet (perforated jet) from the circumference injected from the several air nozzle hole 29b makes the crown shape which is substantially the same on the front and the side. Here, since the energy of the gas jet generally decreases as the distance from the gas nozzle becomes far, the collision point HP in this fuel spray interferes with the fuel spray because the energy of the air jet interferes with the atomization and spraying of the fuel spray. It is set so as to be located at a distance from the air injection hole 29b maintained to such an extent that the penetration distance and the spray shape can be adjusted. Further, the size (outer diameter (width)) of the air jet injected from each air injection hole 29b at the collision point HP is approximately the same as the outer diameter D1 at the collision point HP of the fuel spray injected from the fuel injection hole 29a. Is set to be Here, the “size of the air jet” that is approximately the same as the outer diameter D1 of the fuel spray is “jet angle β”, “outer diameter b of gas jet”, and “distance c” shown in FIGS. It is defined by the above-mentioned formula “b = 2 * c * tan (β / 2)”. As described above, the fuel injection device is configured to cause the fuel injected from the fuel injection valve 3 and the air injected from the air injection valve 4 to collide in the combustion chamber 2.
[0044]
  7A to 7C are conceptual diagrams showing the difference between the fuel spray strength (spray strength) and the air jet strength (jet strength) at the collision point HP. As shown to Fig.7 (a), a fuel spray shows the spray intensity | strength which has the same distribution width on the front and the side. As shown in FIG.7 (b), one air jet (free jet) shows the jet strength which has the same distribution width on the front and the side. This jet strength is slightly lower than the spray strength. As shown in FIG.7 (c), the jet flow intensity | strength by several air jets (perforated jet) has the same distribution width | variety on the front and the side. The jet strength of this porous jet is higher than the jet strength of the one air jet. In this way, the intensity distribution of the air jet is set to overlap evenly with the intensity distribution of the fuel spray. Here, the spray strength and jet strength can be calculated by the product of the flow velocity and the density.
[0045]
  According to the fuel injection device of this embodiment described above, the fuel injected from one fuel injection valve 3 is injected into the combustion chamber 2 from the corresponding one fuel injection hole 29a, so that the combustion chamber 2 A fuel spray is formed inside. The form of this fuel spray is determined by specifying the shape, size and direction of the fuel injection hole 29a. On the other hand, air injected from one air injection valve 4 is injected into the combustion chamber 2 from the corresponding plurality of air injection holes 29 b, thereby forming an air jet in the combustion chamber 2. The influence on the form of the air jet and the fuel spray is determined by specifying the number, shape, size, direction, and arrangement of the air nozzles 29b with respect to the fuel nozzles.
[0046]
  Here, the jet axis AL of air from each air nozzle hole 29b (see FIG. 3) intersects at the center of the maximum diameter D1 (see FIG. 6A) in the fuel spray from the fuel nozzle hole 29a. Is set. Therefore, according to the form of fuel spray, each air jet collides with respect to the whole around the collision point HP, and the intensity distribution of the air jet with respect to the fuel spray becomes equivalent. As a result, the fuel spray can be atomized at the same and finer level in the entire spray, and fuel atomization can be promoted. Thereby, the combustion performance of the direct injection type engine 1 can be improved.
[0047]
  In particular, in this embodiment, since the fuel injection hole 29a of the orifice plate 29 is circular, the fuel spray has a conical shape, and the spray angle θ1 of the fuel spray is determined by the size of the inner diameter of the fuel injection hole 29a. Is done. Further, since each air nozzle hole 29b of the plate 29 is circular, each air jet has a conical shape, and the jet angle θ2 of the air jet is determined by the size of the inner diameter of each air nozzle 29b and the above-described (formula It is determined by “2α” in 5). Here, a plurality of air injection holes 29b are arranged at equiangular intervals on the circumference centered on the fuel injection hole 29a, and as shown in FIG. 6C, a plurality of air jets from each air injection hole 29b. Is tilted toward one collision point HP. Therefore, a plurality of air jets collide with the conical fuel spray and the intensity distribution of the air jets with respect to the fuel spray becomes equal. As a result, the air spray can be collided equally over the entire width direction of the spray according to the shape of the fuel spray. Fine fuel atomization can be achieved, and fuel atomization can be promoted.
[0048]
  In this embodiment, in this embodiment, each air injection hole 29b is disposed in the vicinity of the fuel injection hole 29a. Here, in order to adjust the spray penetration distance and the spray shape of the fuel spray by the air jet, the energy of the air jet interferes with the fuel spray at the collision point HP between the fuel spray and the air jet, and the fuel atomization and spray It is necessary to keep the penetration distance and spray shape so that they can be adjusted. The energy of the air jet becomes smaller as the distance from each air nozzle 29b increases. Accordingly, the air injection holes 29b are arranged in the vicinity of the fuel injection holes 29a, so that the collision point HP between the air jet and the fuel spray is set in the vicinity of the fuel injection holes 29a. For this reason, fuel atomization, spray penetration distance, and spray shape can be adjusted.
[0049]
  In this embodiment, the size of the air jet injected from each air injection hole 29b is set to be approximately the same as the size of the fuel spray injected from the fuel injection hole 29a. Accordingly, depending on the form of fuel spray, the air jet collides with the entire fuel spray, and it is possible to atomize the fuel and adjust the spray penetration distance and spray shape throughout the fuel spray. For this reason, by making an air jet of the same size collide with the fuel spray, finer fuel atomization can be achieved throughout the fuel spray.
[0050]
  In this embodiment, since both the fuel injection hole 29a and each air injection hole 29b have a circular cross section, the processing of these injection holes 29a and 29b is relatively easy. For this reason, the orifice plate 29 can be manufactured relatively easily. Further, by simply changing the pressure and the shape (for example, “taper”) of each air injection hole 29b, the spread angle (jet angle) θ2 of the air jet is changed, and the intensity distribution of the air jet is adjusted. Further, by simply changing the inner diameter of the circular fuel injection hole 29a, the spread angle (spray angle) θ1 of the fuel spray is changed, and the fuel spray intensity distribution is adjusted. Thereby, the particle size level to be atomized can be arbitrarily set arbitrarily. At the same time, by adjusting the spray angle θ1 and the jet angle θ2, and adjusting the directions of the fuel spray and the air spray, the spray penetration distance and the spray shape can be arbitrarily set arbitrarily.
[0051]
  FIG. 8 shows a conceptual diagram when a plurality of air jets collide with the fuel spray. As shown in FIGS. 6A to 6C, since a plurality of air jets having the same size and intensity distribution collide with one fuel spray at one collision point HP, the intensity distribution of the fuel spray itself is not uniform. Even so, the air jet can uniformly affect the entire spray. Thereby, it turns out that fuel can be atomized suitably and spray penetration distance etc. can be set up suitably.
[0052]
  In this embodiment, the fuel injection valve 3 and the air injection valve 4 are integrally attached to the cylinder head 6 by the attachment member 9 corresponding to the combustion chamber 2. Therefore, compared with the case where each injection valve 3 and 4 is attached individually, the positional accuracy of the air injection hole 29b with respect to the fuel injection hole 29a becomes high, and the processing and work of the cylinder head 6 for attachment are reduced. Further, if the fuel injection valve 3 and the air injection valve 4 are assembled to the mounting member 9 in advance and assembled, both the injection valves 3 and 4 can be mounted on the cylinder head 6 at the same time simply by mounting the mounting member 9 on the cylinder head 6. It is done. For this reason, manufacture of a fuel-injection apparatus can be simplified.
[0053]
[Second Embodiment]
  Next, a second embodiment in which the direct injection fuel injection device of the present invention is embodied will be described in detail with reference to the drawings.
[0054]
  This embodiment is different from the previous embodiment in terms of the orifice plate. 9A to 9D are characteristic views of the orifice plate. FIG. 9A is a plan view of the orifice plate 42. FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line C1-C1 of FIG. FIG. 9C is a cross-sectional view taken along line C2-C2 of FIG. FIG. 9D is a conceptual diagram of the positional relationship between the fuel injection holes 42a and the air injection holes 42b when the orifice plate 42 of FIG. 9A is viewed from the direction of the arrow C3.
[0055]
  As shown in FIGS. 9A to 9D, in the orifice plate 42, one fuel injection hole 42a forms a slit-like rectangle, and the fuel injection holes 42a are arranged in the longitudinal direction on both sides of the fuel injection hole 42a. A plurality of (in this case, five) air nozzle holes 42b are arranged at equal intervals. Each air injection hole 42b is disposed in the vicinity of the fuel injection hole 42a. Here, “near” is defined by the distance X from the fuel nozzle hole to the gas nozzle hole described above. As shown in FIGS. 9 (c) and 9 (d), the fuel injection hole 42a includes an inner surface that tapers outwardly in the injection direction (left direction in the figure), and a curved recess 42c on the non-injection side (right side in the figure). including. The concave portion 42 c is aligned with the opening of the hole 26 a of the cylindrical portion 26. Each air injection hole 42b has a circular cross section (the opening end is an ellipse) and penetrates obliquely with respect to the end face of the orifice plate 42. In this embodiment, the maximum width of the fuel injection hole 42a is “2.0 mm”, whereas the inner diameter of each air injection hole 42b is set to “1.0 mm”. Further, the interval between the air injection holes 42b in each row is set to “1.5 mm”.
[0056]
  FIGS. 10A to 10C are conceptual diagrams of fuel spray and air jet. As shown in FIG. 10A, the fuel spray has a flat and substantially conical shape. The spray angle θ1 at the front of the spray is larger than the spray angle θ11 at the side. These spray angles θ1 and θ11 are determined by the maximum width and minimum width shape (taper angle) of the fuel injection hole 42a of the orifice plate 42. As shown in FIG. 10B, one air jet (free jet) has a conical shape that is substantially the same on the front and side surfaces. The spread angle (jet angle) θ2 of the jet is determined by the size of the inner diameter of the air nozzle hole 42b in the orifice plate 42. As shown in FIG. 10C, the porous jet injected from the plurality of air injection holes 42b has a wide sawtooth shape on the front surface and a narrow sawtooth shape on the side surface. Here, the collision point HP in the fuel spray is such that the energy of the air jet interferes with the fuel spray, and the atomization of the fuel spray, the spray penetration distance, and the spray shape are maintained from the air nozzle hole 42b maintained at such a level that the spray shape can be adjusted. Set to be located at a distance. In addition, the size (outer diameter (width)) of the air jet injected from each air injection hole 42b at the collision point HP is approximately the same as the outer diameter D1 at the collision point HP of the fuel spray injected from the fuel injection hole 42a. Is set to be Here, the “size of the air jet” that is approximately the same as the outer diameter D1 of the fuel spray is “jet angle β”, “outer diameter b of gas jet”, and “distance c” shown in FIGS. It is defined by the above-mentioned formula “b = 2 * c * tan (β / 2)”. As described above, the fuel injection device is configured to cause the fuel injected from the fuel injection valve 3 and the air injected from the air injection valve 4 to collide in the combustion chamber 2.
[0057]
  FIGS. 11A to 11C show the difference in spray strength and jet strength at the collision point HP. As shown in FIG. 11A, the fuel spray exhibits a spray strength having a distribution width that is wide at the front and narrow at the side. As shown in FIG. 11 (b), one air jet (free jet) exhibits jet strength having the same distribution width on both the front surface and the side surface. As shown in FIG. 11 (c), the porous jet shows jet strength having a distribution width which is wide at the front and narrow at the side. The width of the front jet strength is obtained by superposing a plurality of air jets. In this way, the intensity distribution of the air jet is set to overlap evenly with the intensity distribution of the fuel spray.
[0058]
  FIGS. 12A and 12B are conceptual diagrams when a plurality of air jets collide with the fuel spray. As shown in FIGS. 10A to 10C, since the air jet having the same size and intensity distribution is made to collide with the fuel spray, the air jet can uniformly affect the entire fuel spray. Thereby, it turns out that fuel can be atomized effectively and spray penetration distance etc. can be adjusted effectively.
[0059]
  In particular, in this embodiment, since the fuel injection hole 42a has a slit-like rectangle, the fuel spray spreads in a flat cone shape. A plurality of air injection holes 42b are arranged at equal intervals along the longitudinal direction of the fuel injection holes 42a on both sides of the rectangular fuel injection holes 42a. Accordingly, a plurality of air jets collide with the fuel spray uniformly from both sides along the longitudinal direction of the fuel spray. Thereby, it is possible to achieve uniform and finer fuel atomization without significantly changing the spray shape, particularly for the fuel spray spreading in a flat cone shape.
[0060]
  Other functions and effects of this embodiment are basically the same as those of the fuel injection device of the first embodiment.
[0061]
[Third Embodiment]
  Next, a third embodiment of the direct injection type fuel injection device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0062]
  This embodiment is different from the second embodiment in the arrangement and orientation of the air nozzle holes in the orifice plate. 13A to 13D are characteristic views of the orifice plate. FIG. 13A is a plan view of the orifice plate 43. FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line E1-E1 of FIG. FIG. 13C is a cross-sectional view taken along line E2-E2 of FIG. FIG. 13D is a conceptual diagram of the positional relationship between the fuel injection holes 43a and the air injection holes 43b when the orifice plate 43 of FIG. 13A is viewed from the direction of the arrow E3.
[0063]
  As shown in FIGS. 13A to 13D, one fuel injection hole 43a of the orifice plate 43 is formed in a slit-like rectangle, and along the longitudinal direction of the injection hole 43a on both sides of the fuel injection hole 43a. A plurality of (in this case, five) air nozzle holes 43b are arranged at equal intervals. Each air injection hole 43b is disposed in the vicinity of the fuel injection hole 43a. Here, “near” is defined by the distance X from the fuel nozzle hole to the gas nozzle hole described above. As shown in FIGS. 13C and 13D, the shape and dimensions of the fuel injection hole 43a are the same as those of the fuel injection hole 42a, and include a curved recess 43c. The concave portion 43 c is aligned with the opening of the hole 26 a of the cylindrical portion 26. Each air injection hole 43 b has a circular cross section (the opening end is an ellipse) and penetrates obliquely with respect to the end surface of the orifice plate 43. In this embodiment, the interval between the air injection holes 43b in each row is set to be narrower than the interval between the air injection holes 42b of the orifice plate 42. Further, as shown in FIG. 13D, the air nozzle holes 43b in each row are arranged slightly inclined in the row direction. The size of each air injection hole 43b in this embodiment is the same as that of each air injection hole 42b.
[0064]
  FIGS. 14A and 14B are conceptual diagrams of fuel spray and air jet. As shown in FIG. 14A, the fuel spray has a flat and substantially conical shape. The spray angle θ1 at the front of the spray is larger than the spray angle θ11 at the side. These spray angles θ1 and θ11 are determined by the maximum width and the minimum width of the fuel injection hole 43a of the orifice plate 43. As shown in FIG. 14 (b), the porous jet injected from the plurality of air injection holes 43b has a wide sawtooth shape on the front surface and a narrow sawtooth shape on the side surface. Here, the collision point HP in the fuel spray is such that the energy of the air jet interferes with the fuel spray, and the atomization of the fuel spray, the spray penetration distance, and the spray shape are maintained from the air nozzle hole 43b maintained at such a level that the spray shape can be adjusted. Set to be located at a distance. In addition, the size (outer diameter (width)) of the air jet injected from each air injection hole 43b at the collision point HP is approximately the same as the outer diameter D1 at the collision point HP of the fuel spray injected from the fuel injection hole 43a. Is set to be Here, the “size of the air jet” that is approximately the same as the outer diameter D1 of the fuel spray is “jet angle β”, “outer diameter b of gas jet”, and “distance c” shown in FIGS. It is defined by the above-mentioned formula “b = 2 * c * tan (β / 2)”. As described above, the fuel injection device is configured to cause the fuel injected from the fuel injection valve 3 and the air injected from the air injection valve 4 to collide in the combustion chamber 2.
[0065]
  FIGS. 15A and 15B show the difference between the spray strength and the jet strength at the collision point HP. As shown in FIG. 15 (a), the fuel spray exhibits a spray intensity having a distribution width that is wide at the front and narrow at the side. As shown in FIG. 15B, the jet strength of the perforated jet also shows jet strength having a distribution width that is wide at the front and narrow at the side. The width of the front jet strength is obtained by superposing a plurality of air jets. In this way, the intensity distribution of the air jet is set to overlap evenly with the intensity distribution of the fuel spray.
[0066]
  FIGS. 16A and 16B show conceptual diagrams when a plurality of air jets collide with the fuel spray. As shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b), a plurality of air jets having the same size and intensity distribution are made into one fuel spray, along the spray angle θ1, and at the collision point HP. Since the air jet having the same size and intensity distribution collides with the fuel spray, the air jet can uniformly affect the entire fuel spray without changing the spread angle θ1 of the fuel spray after the collision. Thereby, it turns out that fuel can be atomized effectively and spray penetration distance etc. can be adjusted effectively.
[0067]
  Other functions and effects in this embodiment are basically the same as those of the fuel injection device in the second embodiment.
[0068]
[Fourth Embodiment]
  Next, a fourth embodiment in which the direct injection fuel injection device of the present invention is embodied will be described in detail with reference to the drawings.
[0069]
  This embodiment differs in configuration from the second and third embodiments in terms of the size, arrangement and shape of the orifice plate air nozzle holes. 17A to 17D are characteristic views of the orifice plate. FIG. 17A is a plan view of the orifice plate 44. FIG. 17B is a cross-sectional view taken along line F1-F1 of FIG. FIG. 17C is a cross-sectional view taken along line F2-F2 of FIG. FIG. 17D is a conceptual diagram of the positional relationship between the fuel injection holes 44a and the air injection holes 44b when the orifice plate 44 of FIG. 17A is viewed from the direction of the arrow F3.
[0070]
  As shown in FIGS. 17A to 17D, in the orifice plate 44, one fuel injection hole 44a forms a slit-like rectangle, and the fuel injection holes 44a are arranged in the longitudinal direction on both sides of the fuel injection hole 44a. A plurality (three in this case) of air injection holes 44b are arranged at equal intervals. Each air injection hole 44b is disposed in the vicinity of the fuel injection hole 44a. Here, “near” is defined by the distance X from the fuel nozzle hole to the gas nozzle hole described above. As shown in FIGS. 17C and 17D, the shape and dimensions of the fuel injection hole 44a are the same as those of the fuel injection holes 42a and 43a, and a concave portion 44c curved on the counter-injection side (right side in the figure) is provided. Including. The concave portion 44 c is aligned with the opening of the hole 26 a of the cylindrical portion 26. Each air injection hole 44b has a circular cross section (the opening end is an ellipse) and includes an inner surface that tapers outwardly in the injection direction. In this embodiment, the interval between the air injection holes 44b in each row is set wider than the interval between the air injection holes 42b and 43b. The inner diameter of each air injection hole 44b is set to “1.3 mm”. Further, the interval between the air injection holes 44b in each row is set to “2.0 mm”.
[0071]
  FIGS. 18A to 18D are conceptual diagrams of fuel spray and air jet. As shown in FIG. 18A, the fuel spray has a flat and substantially conical shape. The spray angle θ1 at the front of the spray is larger than the spray angle θ11 at the side. The shapes (taper angles) of the spray angles θ1 and θ11 are determined by the maximum width and the minimum width of the fuel injection holes 44a of the orifice plate 44. As shown in FIG. 18B, for example, one air jet (free jet) in the case where the inner surface shape of the air injection hole 42b does not widen like the orifice plate 42 is a cone having substantially the same shape on both the front and side surfaces. Form. On the other hand, as shown in FIG. 18 (c), one air jet (free jet) in which the inner diameter of the air injection hole 44b is enlarged and the inner surface shape of the air injection hole 44b is widened has a wide jet angle θ21 on both the front and side surfaces. This is the same cone shape. As shown in FIG. 18 (d), a plurality of air jets (perforated jets) ejected from the plurality of air injection holes 44b are wide on the front surface and have a narrow sawtooth shape on the side surface. Here, the collision point HP in this fuel spray is from the air nozzle hole 44b maintained so that the energy of the air jet interferes with the fuel spray and the atomization of the fuel spray and the spray penetration distance and spray shape can be adjusted. Set to be located at a distance. In addition, the size (outer diameter (width)) of the air jet injected from each air injection hole 44b at the collision point HP is approximately the same as the outer diameter D1 at the collision point HP of the fuel spray injected from the fuel injection hole 44a. Is set to be Here, the “size of the air jet” that is approximately the same as the outer diameter D1 of the fuel spray is “jet angle β”, “outer diameter b of gas jet”, and “distance c” shown in FIGS. It is defined by the above-mentioned formula “b = 2 * c * tan (β / 2)”. As described above, the fuel injection device is configured to cause the fuel injected from the fuel injection valve 3 and the air injected from the air injection valve 4 to collide in the combustion chamber 2.
[0072]
  FIGS. 19A to 19D show the difference between the spray strength and the jet strength at the collision point HP. As shown in FIG. 19A, the fuel spray exhibits a spray intensity having a distribution width that is wide at the front and narrow at the side. FIG. 19B shows the jet strength of one air jet (free jet) when the inner surface shape of the air nozzle hole 42b does not widen like the orifice plate 42. FIG. FIG. 19 (c) shows the jet strength of one air jet (free jet) when the inner diameter of the air injection hole 44b is enlarged and its inner surface shape is widened toward the end. As shown in FIG. 19 (c), it can be seen that the distribution width of the jet flow intensity is widened by the extent of the spread. As shown in FIG. 19 (d), the plurality of air jets (porous jets) exhibit jet strength having a distribution width that is wide at the front and narrow at the side. The distribution width of the jet strength at the front is obtained by superimposing a plurality of air jets. In this way, the intensity distribution of the air jet is set to be even and overlap with the intensity distribution of the fuel spray.
[0073]
  20A and 20B are conceptual diagrams when a plurality of air jets collide with the fuel spray. As shown in FIGS. 18A and 18D, a plurality of air jets having the same size and intensity distribution are combined into one fuel spray along the spray angle θ1 and at the collision point HP. Since the air jet having the same size and intensity distribution collides with the fuel spray, the air jet can uniformly affect the entire fuel spray without changing the spread angle θ1 of the fuel spray after the collision. Also, by making one air jet widen toward the end, the air jet angle θ21 is larger than the jet angle θ2, and the jet distribution intensity becomes flat. For this reason, the air jet can be allowed to collide with the fuel spray with a margin in a relatively wide range, and the atomization of the fuel can be reliably performed even if the distribution of the fuel spray fluctuates. Furthermore, by increasing the hole diameter and increasing the jet strength of the air, the same performance can be exhibited even if the number of holes is reduced as compared with the case where the hole is not widened. Thereby, it turns out that fuel can be atomized effectively and spray penetration distance etc. can be adjusted effectively.
[0074]
  Other functions and effects in this embodiment are basically the same as those of the fuel injection devices in the second and third embodiments.
[0075]
[Fifth Embodiment]
  Next, a fifth embodiment embodying the direct injection type fuel injection device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0076]
  This embodiment is different in configuration from each of the above embodiments in terms of air nozzle holes of the orifice plate. 21A to 21D are characteristic views of the orifice plate. FIG. 21A is a plan view of the orifice plate 45. FIG. 21B is a sectional view taken along line G1-G1 in FIG. FIG. 21C is a cross-sectional view taken along line G2-G2 of FIG. FIG. 21 (d) is a conceptual diagram of the positional relationship between the fuel injection holes 45a and the air injection holes 45b when the orifice plate 45 of FIG. 21 (a) is viewed from the direction of the arrow G3.
[0077]
  As shown in FIGS. 21A to 21D, the orifice plate 45 has a single fuel injection hole 45a in the shape of a slit, and a pair of orifice plates 45 parallel to the fuel injection hole 45a on both sides of the fuel injection hole 45a. An air injection hole 45b is arranged. Each air injection hole 45b is disposed in the vicinity of the fuel injection hole 45a. Here, “near” is defined by the distance X from the fuel nozzle hole to the gas nozzle hole described above. These air injection holes 45b have a rectangular shape with a narrow cross section. As shown in FIGS. 21C and 21D, the shape and dimensions of the fuel injection hole 45a are the same as those of the fuel injection holes 42a, 43a, and 44a, and are curved on the non-injection side (right side in the figure). A recess 45c is included. The concave portion 45 c is aligned with the opening of the hole 26 a of the cylindrical portion 26. Further, the maximum width W1 of each air injection hole 45b is set to “6.0 mm”, and the minimum width W2 is set to “0.65 mm”.
[0078]
  22 (a) and 22 (b) show conceptual diagrams of fuel spray and air jet. As shown in FIG. 22A, the fuel spray has a flat and substantially conical shape. The spray angle θ1 at the front of the spray is larger than the spray angle θ11 at the side. These spray angles θ1 and θ11 are determined by the maximum length and the minimum width of the fuel injection hole 45a of the orifice plate 45. As shown in FIG. 22 (b), the air jets ejected from the air nozzle holes 45b are wide on the front surface and have a narrow wedge shape on the side surface. Here, the collision point HP in the fuel spray is such that the energy of the air jet interferes with the fuel spray so that the atomization of the fuel spray and the spray penetration distance and the spray shape can be adjusted to be adjusted. Set to be located at a distance. Further, the size (outer diameter (width)) of the air jet injected from each air nozzle 45b at the collision point HP is approximately the same as the outer diameter D1 at the collision point HP of the fuel spray injected from the fuel nozzle 45a. Is set to be Here, the “size of the air jet” that is approximately the same as the outer diameter D1 of the fuel spray is “jet angle β”, “outer diameter b of gas jet”, and “distance c” shown in FIGS. It is defined by the above-mentioned formula “b = 2 * c * tan (β / 2)”. As described above, the fuel injection device is configured to cause the fuel injected from the fuel injection valve 3 and the air injected from the air injection valve 4 to collide in the combustion chamber 2.
[0079]
  FIGS. 23A and 23B show the difference in spray strength and jet strength at the collision point HP. As shown in FIG. 23A, the fuel spray exhibits a spray intensity having a distribution width that is wide at the front and narrow at the side. As shown in FIG. 23 (b), each air jet exhibits a jet strength having a distribution width which is wide at the front and narrow at the side. In this way, the intensity distribution of the air jet is set to overlap evenly with the intensity distribution of the fuel spray.
[0080]
  24A and 24B are conceptual diagrams when a plurality of air jets collide with the fuel spray. As shown in FIGS. 22 (a) and 22 (b), a pair of air jets having the same size and intensity distribution are made into one fuel spray along the spray angle θ1 and at the collision point HP. Since the air jet having the same size and intensity distribution collides with the fuel spray, the air jet can uniformly affect the entire fuel spray without changing the spread angle θ1 of the fuel spray after the collision. Thereby, it turns out that fuel can be atomized effectively and spray penetration distance etc. can be adjusted effectively.
[0081]
  In this embodiment, since each air nozzle hole 45a has a rectangular shape, the air jet spreads into a flat cone shape. For this reason, an air jet can be made to collide uniformly with the whole fuel spray which spreads especially flatly, and uniform and more fine fuel atomization can be aimed at.
[0082]
  In this embodiment, since the fuel injection hole 45a has a rectangular shape, the fuel spray spreads in a flat conical shape. Further, since a pair of rectangular air injection holes 45b are arranged in parallel on both sides of the rectangular fuel injection hole 45a, a pair of air jets flow from both sides along the longitudinal direction of the fuel spray. Will collide uniformly with the fuel spray. For this reason, it is possible to make the gas jet collide evenly over the entire fuel spray that spreads flatly, and to achieve uniform and finer fuel atomization without greatly changing the spray shape.
[0083]
  Other functions and effects in this embodiment are basically the same as those of the fuel injection device in the first embodiment.
[0084]
[Sixth Embodiment]
  Next, a sixth embodiment of the direct injection type fuel injection device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0085]
  This embodiment is different in configuration from the fifth embodiment in the point of the air nozzle hole of the orifice plate. 25 (a) to 25 (d) show characteristic views of the orifice plate. FIG. 25A is a plan view of the orifice plate 46. FIG. 25B is a cross-sectional view taken along line H1-H1 in FIG. FIG. 25C is a cross-sectional view taken along line H2-H2 of FIG. FIG. 25 (d) is a conceptual diagram showing the positional relationship between the fuel injection holes 46a and the air injection holes 46b when the orifice plate 46 of FIG. 25 (a) is viewed from the direction of the arrow H3.
[0086]
  As shown in FIGS. 25A to 25D, the orifice plate 46 has a single fuel injection hole 46a in the shape of a slit, and a pair of orifice plates 46 parallel to the fuel injection hole 46a on both sides of the fuel injection hole 46a. An air injection hole 46b is arranged. These air injection holes 46b have a rectangular shape with a narrow cross section. Each air injection hole 46b is disposed in the vicinity of the fuel injection hole 46a. Here, “near” is defined by the distance X from the fuel nozzle hole to the gas nozzle hole described above. As shown in FIGS. 25 (c) and 25 (d), the shape and dimensions of the fuel injection hole 46a are the same as those of the fuel injection holes 42a, 43a, 44a and 45a. A curved recess 46c is included. The recess 46 c is aligned with the opening of the hole 26 a of the cylindrical portion 26. In this embodiment, the maximum width W1 of the air injection hole 46b is set narrower than the maximum width W1 of the air injection hole 45b in the fifth embodiment. Instead, as shown in FIG. 25 (d), the air injection hole 46b of this embodiment has a shape including an inner surface that tapers outwardly in the injection direction. In this embodiment, the maximum width W1 of each air nozzle hole 46b is set to “4.0 mm”, and the minimum width W2 is set to “1.3 mm”.
[0087]
  FIGS. 26A and 26B are conceptual diagrams of fuel spray and air jet. As shown in FIG. 26 (a), the fuel spray has a flat, substantially conical shape. The spray angle θ1 at the front of the spray is larger than the spray angle θ11 at the side. These spray angles θ1 and θ11 are determined by the maximum width and the minimum width of the fuel injection hole 46a of the orifice plate 46. As shown in FIG. 26 (b), the air jets ejected from the respective air nozzle holes 46b have a wide wedge shape on the front surface and a narrow wedge shape on the side surface. Here, the collision point HP in the fuel spray is from the air nozzle hole 46b maintained so that the energy of the air jet interferes with the fuel spray and the atomization of the fuel spray and the spray penetration distance and the spray shape can be adjusted. Set to be located at a distance. Further, the size (outer diameter (width)) of the air jet injected from each air injection hole 46b at the collision point HP is approximately the same as the outer diameter D1 at the collision point HP of the fuel spray injected from the fuel injection hole 46a. Is set to be Here, the “size of the air jet” that is approximately the same as the outer diameter D1 of the fuel spray is “jet angle β”, “outer diameter b of gas jet”, and “distance c” shown in FIGS. It is defined by the above-mentioned formula “b = 2 * c * tan (β / 2)”. As described above, the fuel injection device is configured to cause the fuel injected from the fuel injection valve 3 and the air injected from the air injection valve 4 to collide in the combustion chamber 2.
[0088]
  FIGS. 27A and 27B show the difference between the spray strength and the jet strength at the collision point HP. As shown in FIG. 27 (a), the fuel spray exhibits a spray intensity having a distribution width that is wide at the front and narrow at the side. As shown in FIG. 27 (b), each air jet exhibits jet strength having a distribution width that is wide at the front and narrow at the side. In this way, the intensity distribution of the air jet is set to overlap evenly with the intensity distribution of the fuel spray.
[0089]
  FIGS. 28A and 28B are conceptual diagrams when a plurality of air jets collide with fuel spray. As shown in FIGS. 26 (a) and 26 (b), a pair of air jets having the same size and intensity distribution are made into one fuel spray along the spray angle θ1 and at the collision point HP. Since the air jet having the same size and intensity distribution collides with the fuel spray, the air jet can uniformly affect the entire fuel spray without changing the spread angle θ1 of the fuel spray after the collision.
[0090]
  In particular, in this embodiment, since each air nozzle hole 46b forms a rectangle, the air jet spreads into a flat conical shape corresponding to the rectangle. In addition, since each air injection hole 46b includes an inner surface that tapers outwardly in the injection direction, the intensity distribution in the expansion direction of the air jet becomes flatter, and each air jet collides more uniformly with the fuel spray. Will do. As a result, each air jet can affect the entire fuel spray without changing the spray angle θ1 of the fuel spray after the collision. Thereby, it turns out that fuel can be atomized suitably and spray penetration distance etc. can be set up suitably.
[0091]
  Other functions and effects in this embodiment are basically the same as those of the fuel injection device in the fifth embodiment.
[0092]
[Seventh Embodiment]
  Next, a seventh embodiment in which the direct injection fuel injection device of the present invention is embodied will be described in detail with reference to the drawings.
[0093]
  This embodiment is different from the above embodiments in terms of the orifice plate. 29 (a) to (d) are characteristic views of the orifice plate. FIG. 29A is a plan view of the orifice plate 47. FIG. 29B is a cross-sectional view taken along line J1-J1 of FIG. FIG. 29C is a cross-sectional view taken along line J2-J2 of FIG. FIG. 29D is a conceptual diagram showing the positional relationship between the fuel injection holes 47a and the air injection holes 47b when the orifice plate 47 of FIG. 29A is viewed from the direction of the arrow J3.
[0094]
  As shown in FIGS. 29A to 29D, the orifice plate 47 of this embodiment has a plurality of orifices 47a along the longitudinal direction of the injection hole 47a on one side of the fuel injection hole 47a having a slit-like rectangle. The configuration differs from the orifice plate 42 in the second embodiment in that the air injection holes 47b are arranged at equal intervals. That is, in the second embodiment, a plurality of air injection holes 42b are arranged in a row on both sides of the fuel injection hole 42a. In this embodiment, a plurality of air injection holes are provided on one side of the fuel injection hole 47a. The configuration is different in that the holes 47b are arranged in a line. In other respects, the configuration of the orifice plate 47 conforms to that of the orifice plate 42 in the second embodiment.
[0095]
  FIGS. 30A and 30B are conceptual diagrams of fuel spray and air jet. The shapes of the fuel spray and the air jet in this embodiment are the same as those shown in FIGS. 10 (a) and 10 (c).
[0096]
  FIGS. 31A and 31B show the difference in spray strength and jet strength at the collision point HP. The state of the spray strength and the jet strength in this embodiment conforms to that shown in FIGS. 11 (a) and 11 (c).
[0097]
  FIGS. 32A to 32C show conceptual diagrams when a plurality of air jets collide with the fuel spray. Here, the collision point HP in the fuel spray is from the air nozzle 47b maintained so that the energy of the air jet interferes with the fuel spray and the atomization of the fuel spray and the spray penetration distance and the spray shape can be adjusted. Set to be located at a distance. Further, the size (outer diameter (width)) of the air jet injected from each air injection hole 47b at the collision point HP is approximately the same as the outer diameter D1 at the collision point HP of the fuel spray injected from the fuel injection hole 47a. Is set to be Here, the “size of the air jet” that is approximately the same as the outer diameter D1 of the fuel spray is “jet angle β”, “outer diameter b of gas jet”, and “distance c” shown in FIGS. It is defined by the above-mentioned formula “b = 2 * c * tan (β / 2)”. For this reason, the air jet can uniformly affect the entire fuel spray. Thereby, it turns out that fuel can be atomized effectively and spray penetration distance etc. can be adjusted effectively.
[0098]
  Further, in this embodiment, since a plurality of air injection holes 47b are arranged in a line on only one side of the fuel injection hole 47a to generate an air jet, as shown in FIG. The direction of the fuel spray can be changed obliquely in the horizontal direction by the collision. For this reason, fuel can be atomized in accordance with the shape of the combustion chamber 2.
[0099]
  Other functions and effects in this embodiment are basically the same as those in the fuel injection device in the first embodiment.
[0100]
[Eighth Embodiment]
  Next, an eighth embodiment in which the direct injection type fuel injection device of the present invention is embodied will be described in detail with reference to the drawings.
[0101]
  This embodiment is different from the seventh embodiment in terms of the air nozzle holes of the orifice plate. 33A to 33D are characteristic views of the orifice plate. FIG. 33A is a plan view of the orifice plate 48. FIG. 33B is a sectional view taken along line K1-K1 of FIG. FIG. 33 (c) is a cross-sectional view taken along line K2-K2 of FIG. 33 (a). FIG. 33 (d) is a conceptual diagram of the positional relationship between the fuel injection holes 48a and the air injection holes 48b when the orifice plate 48 of FIG. 33 (a) is viewed from the direction of the arrow K3.
[0102]
  As shown in FIGS. 33A to 33D, the orifice plate 48 of this embodiment is parallel to the longitudinal direction of the injection hole 48a on one side of the fuel injection hole 48a having a slit-like rectangle. The configuration is different from the orifice plate 45 in the fifth embodiment in that an air injection hole 48b having one rectangular shape is disposed. That is, in the fifth embodiment, a pair of air injection holes 45b are arranged in parallel on both sides of the fuel injection hole 45a. However, in this embodiment, the air injection holes 45b are provided only on one side of the fuel injection hole 48a. Are different in that they are arranged in parallel. In other respects, the configuration of the orifice plate 48 is similar to that of the orifice plate 45 in the fifth embodiment.
[0103]
  FIGS. 34 (a) and 34 (b) show conceptual diagrams of fuel spray and air jet. The shapes of the fuel spray and the air jet in this embodiment are the same as those shown in FIGS. 22 (a) and 22 (b).
[0104]
  FIGS. 35 (a) and 35 (b) show the difference in spray strength and jet strength at the collision point HP. The state of the spray strength and the jet strength in this embodiment is the same as that shown in FIGS.
[0105]
  FIGS. 36A to 36C are conceptual diagrams when a plurality of air jets collide with fuel spray. As shown in FIGS. 34 (a) and 34 (b), an air jet having the same size and intensity distribution as the fuel spray is caused to collide with the fuel spray at the collision point HP. be able to. Thereby, it turns out that fuel can be atomized effectively and spray penetration distance etc. can be adjusted effectively.
[0106]
  Further, in this embodiment, since one air nozzle hole 48b is arranged in parallel on only one side of the fuel nozzle hole 48a to generate an air jet, as shown in FIG. The direction of the fuel spray can be changed obliquely in the horizontal direction by the collision. For this reason, fuel can be atomized in accordance with the shape of the combustion chamber 2.
[0107]
  Other functions and effects in this embodiment are basically the same as those of the fuel injection device in the seventh embodiment.
[0108]
[Ninth Embodiment]
  Next, a ninth embodiment embodying the direct injection fuel injection device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0109]
  This embodiment differs from the above embodiments in that the function of the air injection valve is provided integrally with the fuel injection valve. FIG. 37 shows a cross-sectional view of the air injection valve integrated fuel injection valve 51. In the integrated fuel injection valve 51 of this embodiment, a cylindrical portion 15 a is integrally provided at the tip of the lower body 15. An orifice plate 45 is fixed to the tip of the cylindrical portion 15a. The lower body 15 is provided with an air passage 52 that opens to the cylindrical portion 15a. Pressurized air is supplied to the air passage 52 through an air pipe (not shown). Another solenoid 53 is provided at the base end of the lower body 15. The lower body 15 is provided with a valve body 54 that opens and closes the air passage 52. When the valve body 54 operates based on the excitation / demagnetization of the solenoid 53, the air passage 52 is opened and closed, pressurized air is supplied into the cylindrical portion 15a, and the pressure is applied from the air injection hole 45b of the orifice plate 45. Pressure air is injected and an air jet is formed. Further, the fuel injected through the hole 26a of the tube 26 integrally provided at the center of the cylindrical portion 15a is injected from the fuel injection hole 45a of the orifice plate 45, so that fuel spray is formed.
[0110]
  Therefore, in this embodiment, since the air injection valve integrated fuel injection valve 51 is used, the fuel injection device is more compact than the above-described embodiments in which the fuel injection valve 3 and the air injection valve 4 are separately provided. Can be configured. Other functions and effects in this embodiment are basically the same as those in the above-described embodiments.
[0111]
[Tenth embodiment]
  Next, a tenth embodiment embodying the direct injection type fuel injection device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0112]
  This embodiment is different from the above embodiments in that the fuel injection valve is provided with an injection function of the air injection valve. FIG. 38 shows a cross-sectional view of the fuel injection valve 55. In the fuel injection valve 55 of this embodiment, the lower body is provided integrally with the housing 11. An orifice plate 45 is directly fixed to the tip of the housing 11. A fuel passage 56 that communicates between the fuel injection hole 45 a of the orifice plate 45 and the valve hole 16 b of the nozzle body 16 is provided at the tip of the housing 11. Similarly, an air passage 57 is provided around the fuel passage 56 at the tip of the housing 11. Pressurized air is supplied to the air passage 57 through a separate air control valve (not shown). By controlling the air control valve, pressurized air is injected from the air injection holes 45b of the orifice plate 45 through the air passage 57, and an air jet is formed. Further, when the valve portion 18a is opened and closed with respect to the valve seat 16a, fuel is injected through the fuel passage 56 and the fuel injection hole 45a of the orifice plate 45 to form fuel spray.
[0113]
  Therefore, in this embodiment, since the function of the air injection valve is provided in the fuel injection valve 55, the fuel injection device is compared with each of the embodiments in which the fuel injection valve 3 and the air injection valve 4 are provided separately. The configuration around the engine can be made compact. Other functions and effects in this embodiment are basically the same as those in the above-described embodiments.
[0114]
[Eleventh embodiment]
  Next, an eleventh embodiment embodying the direct injection fuel injection device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0115]
  The fuel injection device according to this embodiment includes a fuel injection valve for forming one fuel spray and a plurality of air injection valves for individually forming a plurality of air jets. The configuration differs from the fuel injection valve of the embodiment.
[0116]
  FIG. 39 shows a cross-sectional view of the schematic configuration of the fuel injection device. The fuel injection valve 3 and the two air injection valves 4 have the same basic configuration. The detailed structure of these injection valves 3 and 4 is the same as that of the fuel injection valve 3 shown in FIG. In this embodiment, the configuration of the fuel injection hole 61 provided corresponding to the fuel injection valve 3 and opening to the combustion chamber 2 may be, for example, a circle or a slit-like rectangle. On the other hand, the air injection holes 62 provided corresponding to the air injection valves 4 and opening to the combustion chamber 2 may be formed by arranging a plurality of circular air injection holes in a line, and having a rectangular shape. It may be an air nozzle hole. In this embodiment, the air jet having the same size and intensity distribution as the fuel spray is collided with the fuel spray at the collision point HP. As described above, this fuel injection device is configured to cause the fuel injected from the fuel injection valve 3 to collide with the air injected from each air injection valve 4 in the combustion chamber 2.
[0117]
  Therefore, also in the fuel injection device according to this embodiment, functionally, the same operational effects as those of the fuel injection devices according to the respective embodiments can be obtained.
[0118]
[Twelfth embodiment]
  Next, a twelfth embodiment embodying the direct injection fuel injection device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0119]
  The fuel injection device of this embodiment is a modification of the ninth embodiment. FIG. 40 is a sectional view showing a schematic configuration of the fuel injection device. As can be seen from the comparison with FIG. 37, the integrated fuel injection valve 58 is configured to cause the air jet to collide with the fuel spray only from one side. The integral fuel injection valve 58 basically has the same configuration as the integral fuel injection valve 51 in the ninth embodiment. Therefore, the detailed description of the injection valve 58 is omitted. In this embodiment, the fuel injection hole 45a has a slit-like rectangle, and the air injection hole 45b has a rectangle. Then, an air jet is generated from the air nozzle 45b located on one side of the fuel nozzle 45a. Further, an air jet having the same size and intensity distribution as the fuel spray is set to collide with the fuel spray at the collision point HP. As described above, the fuel injection device is configured to cause the fuel injected from the integral fuel injection valve 58 and the air injected from the air injection hole 45b to collide in the combustion chamber 2.
[0120]
  Therefore, also in the fuel injection device according to this embodiment, functionally, the same operational effects as those of the fuel injection devices according to the respective embodiments can be obtained. In addition, in this embodiment, since the air injection holes 45b are arranged only on one side of the fuel injection holes 45a to generate the air jets, as shown in FIG. The orientation can be changed diagonally in the horizontal direction. For this reason, the fuel can be atomized in accordance with the shape of the combustion chamber 2.
[0121]
[Thirteenth embodiment]
  Next, a thirteenth embodiment embodying the direct injection fuel injection device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0122]
  In the fuel injection device of this embodiment, the function of the fuel injection device in the thirteenth embodiment is achieved by the fuel injection valve 3 and the air injection valve 4 provided separately, not by the integrated fuel injection valve 58. It is something to try. FIG. 41 is a sectional view showing a schematic configuration of the fuel injection device. As can be seen from the comparison with FIG. 40, in this embodiment, one fuel injection valve 3 and at least one air injection valve 4 are assembled to the cylinder head 6. In this embodiment, the configuration of the fuel injection hole 61 provided corresponding to the fuel injection valve 3 and opening to the combustion chamber 2 may be, for example, a circle or a slit-like rectangle. On the other hand, the air injection holes 62 provided corresponding to the air injection valves 4 and opening to the combustion chamber 2 may be formed by arranging a plurality of circular air injection holes in a line, and having a rectangular shape. It may be an air nozzle hole. And the air injection valve 4 is arrange | positioned so that an air jet may collide only with respect to the fuel spray from one fuel injection valve 3 from one side. That is, the jet axis AL of the air jet from the air nozzle 62 is set to intersect at the collision point HP at the maximum diameter of the fuel spray from the fuel injection valve 3. As described above, the fuel injection device is configured to cause the fuel injected from the fuel injection valve 3 and the air injected from the air injection valve 4 to collide in the combustion chamber 2.
[0123]
  Therefore, also in the fuel injection device according to this embodiment, functionally, the same operational effects as those of the fuel injection devices according to the respective embodiments can be obtained. In addition, in this embodiment, since the air injection valve 4 is disposed only on one side of the fuel injection valve 3 to generate the air jet, as shown in FIG. The orientation can be changed diagonally in the horizontal direction. For this reason, the fuel can be atomized in accordance with the shape of the combustion chamber 2.
[0124]
[Fourteenth embodiment]
  Next, a fourteenth embodiment embodying the direct injection type fuel injection device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0125]
  42 to 44 are sectional views showing a schematic configuration of the fuel injection device according to this embodiment. In the fuel injection device of this embodiment, at least first and second air injection valves 4A and 4B are provided for one fuel injection valve 3 including one fuel injection hole 61. Air injection holes 62 are provided corresponding to the air injection valves 4A and 4B, respectively, and the use of the air injection valves 4A and 4B is switched in order to selectively switch the injection of air from the air injection holes 62. Configured.
[0126]
  Further, in this embodiment, the first and second air injection valves 4A and 4B are arranged so that the air spray collides with the fuel spray formed by one fuel injection valve 3 only from one side. . That is, the air jet injected from the air injection holes 62 of the first air injection valve 4A having the same size and intensity distribution as the fuel spray at the collision point HP is set to collide with the fuel spray. Similarly, an air jet injected from the air injection holes 62 of the second air injection valve 4B having the same size and intensity distribution as the fuel spray at the collision point HP is set to collide with the fuel spray. As described above, the fuel injection device is configured to cause the fuel injected from the fuel injection valve 3 and the air injected from the air injection valves 4A and 4B to collide in the combustion chamber 2. .
[0127]
  Therefore, according to the fuel injection device of this embodiment, the injection of air from each air injection hole 4a is selectively switched by switching the use of the two air injection valves 4A and 4B. Therefore, by this switching, the form of collision of the air jet against the fuel spray is changed, and the shape of the fuel spray is changed. That is, as shown in FIG. 43, when only the first air injection valve 4A is selectively used for the fuel injection valve 3, it is relatively narrow when the air jet collides with the fuel spray. Collisions can occur in range. On the other hand, as shown in FIG. 44, when only the second air injection valve 4B is selectively used with respect to the fuel injection valve 3, it is relatively wide when the air jet collides with the fuel spray. Collisions can occur in range. Thus, the size of the collision range between the fuel spray and the air jet can be switched between two types. As a result, the spray penetration distance and the spray shape can be selectively switched and used, and fuel atomization can be adjusted in accordance with the operating conditions of the engine 1.
[0128]
  Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and a part of the configuration can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.
[0129]
  For example, in each of the above embodiments, air (air) is used as the gas that collides with the fuel, but a specific gas other than air may be used.
[0130]
【The invention's effect】
  According to the first aspect of the invention, since the gas jet is set to collide with the fuel spray, fuel atomization can be achieved over the entire operating condition of the internal combustion engine.Further, since the gas nozzle hole is disposed in the vicinity of the fuel nozzle hole, the energy of the gas jet is maintained at the collision point, and the spray penetration distance and the spray shape can be adjusted by the collision.
[0131]
[0132]
  Claim2Since the size of the gas jet at the collision point is set to be approximately the same as the size of the fuel spray,1In addition to the effects of the described invention, finer fuel atomization and spray penetration distance and spray shape adjustment can be achieved throughout the fuel spray.
[0133]
  Claim3According to the invention described in (4), the gas jet spreads in a conical shape corresponding to the rectangle. For this reason, claim 1Or 2In addition to the effects of the invention described in (1), the gas jet can be made to collide evenly in the fuel spray width direction that spreads flatly, and finer fuel atomization, spray penetration distance, and spray shape adjustment can be achieved.
[0134]
  Claim4According to the invention described in (4), the intensity distribution in the spreading direction of the gas jet becomes flatter, and each gas jet collides uniformly with the fuel spray. For this reason, claims 1 to3In addition to the effect of the invention described in any one of the above, the gas jet can collide with the fuel spray in a relatively wide range, and even if the distribution of the fuel spray fluctuates, the fuel fine particles and the like can be reliably performed.
[0135]
  Claim5According to the invention described in the above, a plurality of gas jets collide uniformly around the conical fuel spray, and the intensity distribution of the gas jets with respect to the fuel spray is made uniform. For this reason, claim 1Or 2In addition to the effects of the invention described in (1), it is possible to achieve finer atomization of the fuel, adjustment of the spray penetration distance, and the spray shape of the entire spray without greatly changing the spray shape, particularly with respect to the conical fuel spray.
[0136]
  Claim6According to the invention described in the above, a plurality of gas jets collide with the entire width direction of the fuel spray from both sides along the longitudinal direction of the fuel spray spreading in a conical shape corresponding to the rectangle. For this reason, claim 1Or 2In addition to the effects of the invention described in (1), the fuel spray that spreads flatly, in particular, can achieve finer fuel atomization and adjustment of the spray penetration distance and spray shape throughout the spray without largely changing the spray shape.
[0137]
  Claim7According to the invention described in (1), a pair of gas jets collide with the entire width direction of the fuel spray from both sides along the longitudinal direction of the fuel spray spreading in a conical shape corresponding to the rectangle. For this reason, the claim3In addition to the effects of the invention described in (1), the gas jet can be made to collide evenly over the entire fuel spray that spreads flatly, and finer fuel atomization and spray penetration can be achieved throughout the fuel spray without greatly changing its spray shape. The distance and spray shape can be adjusted.
[0138]
  Claim8According to the invention described in the above, the plurality of gas jets collide with the entire width direction of the fuel spray from one side along the longitudinal direction of the fuel spray spreading in a conical shape corresponding to the rectangle, and the direction of the fuel spray is changed. . For this reason, claim 1Or 2In addition to the effects of the invention described in the above, the direction of fuel spray can be changed by collision of each gas jet, and the fuel can be atomized and the spray penetration distance and spray shape can be adjusted according to the shape of the combustion chamber .
[0139]
  Claim9According to the invention described in (1), along the longitudinal direction of the fuel spray that spreads in a conical shape corresponding to the rectangle, one gas jet uniformly collides with the fuel spray from one side thereof, and the direction of the fuel spray is changed. For this reason, the claim3In addition to the effects of the invention described above, the direction of the fuel spray can be changed by the collision of the gas jet, and the fuel can be atomized and the spray penetration distance and the spray shape can be adjusted in accordance with the shape of the combustion chamber.
[0140]
  Claim10According to the invention described in (1), the positional accuracy of the arrangement of the gas injection holes and the fuel injection holes is increased, and the processing and work for attaching the fuel injection valve and the gas injection valve are reduced. For this reason, claims 1 to9In addition to the effect of the invention described in any one of the above, the production of the direct injection fuel injection device can be simplified.
[0141]
  Claim11According to the invention described in (1), the form of collision of the gas jet against the fuel spray is changed, and the shape of the fuel spray is changed. For this reason, claims 1 to10In addition to the effect of the invention described in any one of the above, the spray penetration distance and the spray shape can be selectively switched and used, and the fuel atomization can be adjusted according to the operating conditions of the internal combustion engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an engine mounting state of a fuel injection device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a structural conceptual diagram showing electric wiring and the like related to a fuel injection valve and an air injection valve.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the tip of the mounting member.
FIG. 4 is a plan view showing an orifice plate.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
Similarly, (a) to (c) are conceptual diagrams showing fuel spray and air jets.
Similarly, (a) to (c) are conceptual diagrams showing the difference between the spray strength and the jet strength at the collision point.
FIG. 8 is also a conceptual diagram when an air jet collides with fuel spray.
FIGS. 9A to 9D are characteristic views of an orifice plate according to the second embodiment. FIGS.
Similarly, (a) to (c) are conceptual diagrams showing fuel spray and air jets.
Similarly, (a) to (c) are conceptual diagrams showing the difference between the spray strength and the jet strength at the collision point.
Similarly, (a) and (b) are conceptual diagrams when an air jet collides with fuel spray.
FIGS. 13A to 13D are characteristic views of an orifice plate according to a third embodiment. FIGS.
14A and 14B are conceptual diagrams showing fuel spray and air jets. FIG.
15 (a) and 15 (b) are conceptual diagrams showing the difference between the spray strength and the jet strength at the collision point.
Similarly, (a) and (b) are conceptual diagrams when an air jet collides with fuel spray.
FIGS. 17A to 17D are characteristic views of an orifice plate according to a fourth embodiment.
Similarly, (a) to (d) are conceptual diagrams showing fuel spray and air jets.
Similarly, (a) to (d) are conceptual diagrams showing the difference between the spray strength and the jet strength at the collision point.
20 (a) and 20 (b) are conceptual diagrams when an air jet collides with fuel spray.
FIGS. 21A to 21D are characteristic views of an orifice plate according to a fifth embodiment. FIGS.
22 (a) and 22 (b) are conceptual diagrams showing fuel spray and air jets.
FIGS. 23A and 23B are conceptual diagrams showing the difference between the spray strength and the jet strength at the collision point.
24 (a) and 24 (b) are conceptual diagrams when an air jet collides with fuel spray.
25A to 25D are characteristic views of an orifice plate according to a sixth embodiment.
26 (a) and 26 (b) are conceptual diagrams showing fuel spray and air jet.
FIGS. 27A and 27B are conceptual diagrams showing the difference between the spray strength and the jet strength at the collision point.
Similarly, (a) and (b) are conceptual views when an air jet collides with fuel spray.
FIGS. 29A to 29D are characteristic views of an orifice plate according to a seventh embodiment. FIGS.
FIGS. 30A and 30B are conceptual diagrams showing fuel spray and an air jet. FIG.
FIGS. 31A and 31B are conceptual diagrams showing the difference between the spray strength and the jet strength at the collision point.
Similarly, (a) to (c) are conceptual diagrams when an air jet collides with fuel spray.
FIG. 33 is a characteristic diagram of an orifice plate according to an eighth embodiment, (a) to (d).
34 (a) and 34 (b) are conceptual diagrams showing fuel spray and air jets. FIG.
35 (a) and 35 (b) are conceptual diagrams showing the difference between the spray strength and the jet strength at the collision point.
Similarly, (a) to (c) are conceptual diagrams when an air jet collides with fuel spray.
FIG. 37 is a cross-sectional view showing an integrated fuel injection valve according to a ninth embodiment.
FIG. 38 is a sectional view showing a fuel injection valve according to the tenth embodiment.
FIG. 39 is a sectional view showing a schematic configuration of a fuel injection device according to an eleventh embodiment.
FIG. 40 is a sectional view showing a schematic configuration of a fuel injection device according to a twelfth embodiment.
FIG. 41 is a sectional view showing a schematic configuration of a fuel injection device according to a thirteenth embodiment.
FIG. 42 is a sectional view showing a schematic configuration of a fuel injection device according to a fourteenth embodiment.
FIG. 43 is a cross-sectional view showing the schematic configuration of the fuel injection device in the same manner.
FIG. 44 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the fuel injection device in the same manner.
FIG. 45 is a conceptual diagram showing a collision between a fuel spray and a gas jet at a collision point.
FIG. 46 is a conceptual diagram showing a gas jet.
[Explanation of symbols]
1 engine
2 Combustion chamber
3 Fuel injection valve
4 Air injection valve
9 Mounting member
29 Orifice plate
29a Fuel hole
29b Air hole
41 Orifice plate
41a Fuel hole
41b Air hole
42 Orifice plate
42a Fuel injection hole
42b Air hole
43 Orifice plate
43a Fuel hole
43b Air hole
44 Orifice plate
44a Fuel hole
44b Air hole
45 Orifice plate
45a Fuel hole
45b Air hole
46 Orifice plate
46a Fuel hole
46b Air hole
47 Orifice plate
47a Fuel hole
47b Air hole
48 Orifice plate
48a Fuel hole
48b Air hole
49 Orifice plate
49a Fuel hole
49b Air hole
51 Fuel injection valve
55 Fuel injection valve
58 Fuel injection valve
61 Fuel hole
62 Air hole
HP collision point
AL jet axis
D1 Spray outer diameter or width at impact point

Claims (11)

吸気バルブ及び排気バルブを含む内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射弁と、同じく燃焼室に気体を噴射するための気体噴射弁とを備えた直接噴射式燃料噴射装置であって、
前記燃料噴射弁を一つ含み、その燃料噴射弁に対応して前記燃焼室に開口される一つ以上の燃料噴孔が設けられることと、
前記気体噴射弁を少なくとも一つ含み、その気体噴射弁に対応して前記燃焼室に開口される一つ以上の気体噴孔が設けられることと、
前記燃料噴孔の形状、大きさ、向き及び配置が特定されることと、
前記気体噴孔の数、形状、大きさ、向き及び前記燃料噴孔に対する配置が特定されることと
を備え、前記燃料噴射弁から噴射されて前記燃料噴孔を通じて前記燃焼室へ噴射される燃料と、前記気体噴射弁から噴射されて前記気体噴孔を通じて前記燃焼室へ噴射される気体とを衝突させるように構成され、
前記気体噴孔が前記燃料噴孔の近傍に配置され、
前記近傍は、前記燃料噴孔の中心から前記気体噴孔の中心までの距離（Ｘ）で表され、以下の式で定義されることを特徴とする直接噴射式燃料噴射弁。
Ｘ≦０．０３＊ｄ＊Ｐ a 0.5 ＊ρ a 0.35 ＊ρ o -0.85 …（式）
ここで、「ｄ」は前記気体噴孔の直径、「Ｐ a 」は前記気体噴孔から噴射される気体の絶対圧力、「ρ a 」は前記気体噴孔から噴射される気体の絶対圧力下における気体密度、「ρ o 」は噴射場の気体密度をそれぞれ意味する。 A direct injection fuel injection apparatus comprising a fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine including an intake valve and an exhaust valve, and a gas injection valve for injecting gas into the combustion chamber. ,
Including one fuel injection valve, and corresponding to the fuel injection valve, provided with one or more fuel injection holes opened in the combustion chamber;
Including at least one gas injection valve, and corresponding to the gas injection valve, provided with one or more gas injection holes opened in the combustion chamber;
Identifying the shape, size, orientation and arrangement of the fuel nozzle holes;
The number of the gas injection hole, the shape, size, and a that is positioned relative to the orientation and the fuel injection hole is identified, Ru is injected into the combustion chamber through the fuel injection hole is injected from the fuel injection valve fuel When being constructed is injected from the gas injection valve so as to collide with the gas that will be injected into the combustion chamber through the gas injection hole,
The gas nozzle is disposed in the vicinity of the fuel nozzle;
The direct injection type fuel injection valve is characterized in that the vicinity is represented by a distance (X) from the center of the fuel injection hole to the center of the gas injection hole and is defined by the following equation .
X ≦ 0.03 * d * P a 0.5 * ρ a 0.35 * ρ o -0.85 …(formula)
Here, “d” is the diameter of the gas nozzle hole, “P a ” is the absolute pressure of the gas injected from the gas nozzle hole, and “ρ a ” is the absolute pressure of the gas injected from the gas nozzle hole. The gas density at ρ, “ρ o ” means the gas density of the injection field. 前記気体噴孔から噴射される気体噴流の大きさが前記燃料噴孔から噴射される燃料噴霧の大きさと同程度になるように設定され、前記気体噴流の大きさは、前記気体噴流と前記燃料噴霧との衝突点における前記気体噴流の外径又は幅を意味し、前記燃料噴霧の大きさは、前記衝突点における前記燃料噴霧の外径を意味することを特徴とする請求項１に記載の直接噴射式燃料噴射弁。The size of the gas jet injected from the gas injection hole is set to be approximately the same as the size of the fuel spray injected from the fuel injection hole, and the size of the gas jet includes the gas jet and the fuel. outer diameter or the gas jet at the collision point with the spray means width, size of the fuel spray, according to claim 1, characterized in that means outer diameter of the fuel spray at the collision point Direct injection fuel injection valve. 前記気体噴孔が矩形をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載の直接噴射式燃料噴射弁。Direct injection type fuel injection valve according to claim 1 or 2, wherein the gas injection holes, characterized in that a rectangular. 前記気体噴孔は、噴射方向へ末広がりにテーパをなす内面を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の直接噴射式燃料噴射弁。The direct injection type fuel injection valve according to any one of claims 1 to 3 , wherein the gas injection hole includes an inner surface that tapers outwardly in the injection direction. 前記燃料噴孔が円形をなし、前記燃料噴孔を中心とする円周上に複数の気体噴孔が等角度間隔に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の直接噴射式燃料噴射装置。 3. The direct injection type according to claim 1, wherein the fuel injection hole has a circular shape, and a plurality of gas injection holes are arranged at equiangular intervals on a circumference centered on the fuel injection hole. Fuel injection device. 前記燃料噴孔が矩形をなし、前記燃料噴孔の両側にて前記燃料噴孔の長手方向に沿って複数の気体噴孔が等間隔に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の直接噴射式燃料噴射装置。3. The fuel injection hole according to claim 1 or 2, wherein the fuel injection hole has a rectangular shape, and a plurality of gas injection holes are arranged at equal intervals along the longitudinal direction of the fuel injection hole on both sides of the fuel injection hole. The direct injection type fuel injection device as described. 前記燃料噴孔が矩形をなし、前記燃料噴孔の両側にて前記燃料噴孔と平行に一対をなす気体噴孔が配置されることを特徴とする請求項３に記載の直接噴射式燃料噴射装置。4. The direct injection type fuel injection according to claim 3 , wherein the fuel injection hole has a rectangular shape, and a pair of gas injection holes are arranged on both sides of the fuel injection hole in parallel with the fuel injection hole. apparatus. 前記燃料噴孔が矩形をなし、前記燃料噴孔の片側にて前記燃料噴孔の長手方向に沿って複数の気体噴孔が等間隔に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の直接噴射式燃料噴射装置。3. The fuel injection hole according to claim 1 or 2, wherein the fuel injection hole has a rectangular shape, and a plurality of gas injection holes are arranged at equal intervals along a longitudinal direction of the fuel injection hole on one side of the fuel injection hole. The direct injection type fuel injection device as described. 前記燃料噴孔が矩形をなし、前記燃料噴孔の片側にて前記燃料噴孔と平行に一つの気体噴孔が配置されることを特徴とする請求項３に記載の直接噴射式燃料噴射装置。4. The direct injection type fuel injection device according to claim 3 , wherein the fuel injection hole has a rectangular shape, and one gas injection hole is arranged in parallel with the fuel injection hole on one side of the fuel injection hole. . 前記燃料噴射弁及び前記気体噴射弁が前記燃焼室に対応して取付部材により一体的に取り付けられることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一つに記載の直接噴射式燃料噴射装置。The direct injection type fuel injection device according to any one of claims 1 to 9 , wherein the fuel injection valve and the gas injection valve are integrally attached to an attachment member corresponding to the combustion chamber. 前記気体噴射弁は複数であり、前記各気体噴射弁に対応して少なくとも一つの気体噴孔が設けられ、前記各気体噴孔からの気体の噴射を選択的に切り替えるために、前記各気体噴射弁の使用を切り替えることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一つに記載の直接噴射式燃料噴射装置。The gas injection valves are plural, and at least one gas injection hole is provided corresponding to each gas injection valve. In order to selectively switch the gas injection from each gas injection hole, direct injection type fuel injection device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that switching the use of the valve.
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