JP4508142B2 - 内燃機関用燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用燃料噴射弁に関する。

従来、内部に中空部を有した略中空円錐状膜噴霧を噴霧する内燃機関用燃料噴射弁（以下、インジェクタと呼ぶ）が知られている（特許文献１）。このインジェクタ１００は、図２７に示すように、膜噴霧４００の中空部側の側面と対向する側面とのなす角度が所定の角度θ（以下、開き角θと呼ぶ）となるように噴霧している。そして、インジェクタ１００は、インジェクタ１００先端から膜噴霧４００先端までのインジェクタ１００の軸方向に沿った距離（以下、噴霧長と呼ぶ）が、Ｌ０となるように噴霧している。
特表２００２−５３９３６５号公報

ところが、上記従来技術のインジェクタ１００から燃料を噴霧すると、中空部側の空気が噴霧燃料の移動と共に膜噴霧４００の外に排出されるため、膜噴霧４００の外側の圧力Ｐ０よりも中空部の圧力Ｐ１が低下することがある（図２７、図２８参照）。すると、膜噴霧４００は、圧力の低い中空部側に引き寄せられ、インジェクタ１００から噴霧された燃料の膜噴霧４００は、所定の開き角θよりも小さい開き角を有した略中空円錐状膜噴霧４００となってしまう（図２９参照）。この現象は、燃焼室内の圧力が高圧であればあるほど、顕著に現れる。

開き角θが小さくなったときの膜噴霧４００の噴霧長Ｌ１は、開き角θが大きいときにくらべ長くなる。すると、膜噴霧４００の先端がピストン５００にまで到達し、ピストン５００の頂面を燃料で濡らしてしまう（図２９参照）。この状態で、燃焼室内の混合気が燃焼すると、ピストン５００に付着した燃料が不完全燃焼を起こし、煤が発生するという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料噴射弁から噴霧される中空部を有する錐状の膜噴霧の開き角を所望の値で安定させた錐状の膜噴霧を形成することができる内燃機関用燃料噴射弁を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内部に中空部を有し、該中空部と外側空間との間の通気を妨げる錐状の膜噴霧を噴霧させるべく、複数の噴孔が第１仮想円上にほぼ等間隔で形成されたノズル部を有する内燃機関用燃料噴射弁において、
ノズル部は、第１仮想円上に、複数の噴孔の内、一部の噴孔が欠けている第１噴孔欠け部を有し、
第１噴孔欠け部に隣接する２つの噴孔の中心と第１仮想円の中心とを結んだときの第１仮想円の中心角は、７０〜１１０ｄｅｇであり、第１噴孔欠け部に隣接する２つの噴孔は、噴孔の中心軸線同士が噴霧下流に行くほど、近づくように形成されていることを特徴としている。

この構成によれば、ノズル部は、第１仮想円上に、上記複数の噴孔の内、一部の噴孔が欠けている第１噴孔欠け部を有し、上記複数の噴孔の内、前記第１噴孔欠け部に隣接する２つの噴孔の中心と前記第１仮想円の中心とを結んだときのなす角度は、７０〜１１０ｄｅｇとなっているので、上記複数の噴孔から燃料を噴霧させたとき、内部に中空部を有し、該中空部と外側空間との間の通気を妨げる錐状の膜噴霧に、中空部と外側空間とが通気する箇所が形成される。

これにより、外側空間の空気が中空部に導入されるため、膜噴霧を噴霧することにより発生する中空部と外側空間との圧力差を低減させることができる。その結果、上記従来で説明したように膜噴霧の開き角が小さくなるという現象を防止することができ、膜噴霧の開き角を所望の開き角で安定させることができる。

膜噴霧の開き角を所望の値で安定させることができるため、開き角を大きくすれば、ノズル部の真横部分にある空気も噴霧燃料との混合に利用することができる。したがって、請求項１に記載の発明を適用した燃料噴射弁を直噴内燃機関に適用し、内燃機関を均質燃焼運転させる場合、燃焼室内のより多くの空気を噴霧燃料との混合に利用することができ、混合を促進させることができる。

また、膜噴霧の開き角を所望の値で安定させることができるため、噴霧燃料の到達する位置を定めることができる。このことを利用すれば、シリンダヘッドに設けられた点火プラグの電極に安定して燃焼可能な混合気を形成させることができる。これにより、成層燃焼運転領域を拡大することができ、燃費を削減することができる。

また、この構成によれば、中空部へ外側空間への空気を導入させることができるので、導入された空気によって中空部に面する噴霧燃料を掻き乱すことができ、空気と燃料との混合を促進することができる。

錐状の膜噴霧外側近辺の空気は、噴霧される噴霧燃料によって引きずられ、噴霧方向とほぼ同じ方向の空気流れが発生するため、ノズル部直下の圧力が低下する。すると、ノズル部の真横からノズル部直下に向かう別の空気流れが形成される。これらの空気流れにより、ノズル部直下に渦流が発生する。

ノズル部直下で発生した上記渦流は、噴霧と共に噴霧方向へ渦を巻きながら移動するため、渦流と接する部分の燃料は、この渦流により掻き乱され、周囲の空気との混合が促進される。渦流の旋回速度が速ければ速いほど、燃料と空気との混合の促進度合いは大きくなる。ノズル部先端と膜噴霧の側面とのなす角度が小さいほど、ノズル部直下に流れ込む空気の流入速度が速くなるため、渦流の旋回速度は速くなる。

請求項１に記載されている発明によれば、錐状の膜噴霧の開き角を従来の膜噴霧の開き角よりも大きく、かつ、それを維持することができるため、上記渦流の旋回速度を従来技術の噴霧に比べ速くすることができる。このため、該膜噴霧の燃料と空気との混合を促進することができる。

更に、燃料と空気との混合が促進させることができれば、短距離・短時間で点火プラグにて燃焼可能な混合気を形成することができる。短距離で点火プラグにて燃焼可能な混合気を形成することができれば、燃料噴射弁と点火プラグとを近接させることができるため、シリンダヘッドの限られたスペースに燃料噴射弁および点火プラグを配置させることができる。そして、短時間で点火プラグにて燃焼可能な混合気を形成することができれば、点火タイミングを可能な限り進角することができ、点火タイミングの自由度が向上する。
また、第１噴孔欠け部に隣接する２つの噴孔は、噴孔の中心軸線同士が噴霧下流に行くほど、近づくように形成されているので、上記通気する箇所はノズル部直下から上記２つの噴孔から噴霧された噴霧燃料同士が結合するところまで形成される。上記結合するところよりも噴霧下流側は膜噴霧が形成される。
これによれば、ノズル部直下に上記通気箇所が形成されるため、中空部を有する錐状の膜噴霧を噴霧させたとき最も中空部の圧力が低くなる部分にいち早く外側空間の空気を導入させ、中空部の圧力を外側空間の圧力に近づけることができる。
そして更に、上記通気箇所よりも噴霧下流側は、全周に渡って膜噴霧が形成されているので（上記通気箇所に当たる箇所がないので）、膜噴霧を燃焼させたとき、膜噴霧の周方向に伝播する火炎が途中で途絶えることが無くなる。その結果、ノズル部直下から膜噴霧先端にかけて上記通気箇所を有する錐状の膜噴霧に比べ、燃焼期間が短縮され、燃焼時の熱発生率が上昇し、機関の熱効率が上昇する。機関の熱効率が上昇すると、燃費が減少する。

請求項２に記載の発明では、ノズル部は、第１仮想円よりも内周側に位置する第２仮想円上にほぼ等間隔で配置された複数の噴孔の内、一部の噴孔が欠けている第２噴孔欠け部を有し、
第２噴孔欠け部は、第１仮想円の中心と、第１噴孔欠け部に隣接する２つの噴孔の中心、との３つの点を結ぶ内側領域に、その全領域が含まれるように配設されることを特徴としている。

この構成によれば、ノズル部は、第２仮想円上にも、一部の噴孔が欠けている第２噴孔欠け部を有しており、更に、第２噴孔欠け部は、第１仮想円の中心と、第１噴孔欠け部に隣接する２つの噴孔の中心、との３つの点を結ぶ内側領域に、その全領域が含まれるように配設されている。

この構成によれば、噴孔を形成することができるスペースの中でより多くの噴孔を形成することができるので、噴孔から噴霧される燃料量を確保しつつ噴孔の径を可能な限り小さくすることができる。これにより、噴霧燃料の微粒化を容易に達成することができる。

請求項３に記載の発明では、ノズル部は、第１仮想円よりも内周側に位置する第２仮想円上にほぼ等間隔で配置された複数の噴孔を有することを特徴としている。

この構成によれば、少なくとも、第１仮想円上に形成された噴孔から噴霧される膜噴霧には上記通気箇所が形成される。これにより、上記膜噴霧の開き角は、所望の値に安定させることができる。よって、第１仮想円上に形成された噴孔から噴霧される噴霧燃料と、第２仮想円上に形成された噴孔から噴霧される噴霧燃料とが重なるといったことが防止できる。その結果、噴霧燃料同士が結合することにより噴霧長が長くなるという問題を回避することができる。

請求項４に記載の発明では、前記ノズル部は、前記第１仮想円よりも外周側に位置する第３仮想円上にほぼ等間隔で配置された複数の噴孔を有することを特徴としている。

この構成によれば、少なくとも第１仮想円上に形成された噴孔から噴霧される膜噴霧に上記通気箇所が形成され、その通気部を介して外側空間の空気が導入されるので、上記膜噴霧の開き角が小さくなり中空部が消滅してしまい、噴霧長が長くなるという問題を回避することができる。

請求項５に記載の発明では、第１噴孔欠け部に隣接する２つの噴孔は、噴孔の中心軸線同士が噴霧下流に行くほど、近づくように形成されていることを特徴としている。

以下、本発明の内燃機関用燃料噴射弁を、ガソリンエンジンに燃料を噴霧供給するものに適用して、具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１から図５に基づいて説明する。図１は、本実施形態の内燃機関用燃料噴射弁が搭載される複数気筒からなるガソリンエンジンの断面図である。図２は、本実施形態の内燃機関用燃料噴射弁の構成を示す断面図である。図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンと省略して呼ぶ）１は、シリンダヘッド１０、シリンダブロック２０、インジェクタ３０、点火プラグ４０、吸気弁５０ａ、５０ｂ、排気弁６０ａ、６０ｂ、ピストン７０およびＥＣＵ８０を備えている。

シリンダブロック２０は、図１に示すように気筒数分のシリンダ２１を備えており、その端部には、シリンダヘッド１０がシリンダ２１を塞ぐように取り付けられている。シリンダ２１には、ピストン７０が往復移動可能に設けられている。シリンダ２１内のピストン７０の頂面とシリンダヘッド１０の端面とで区画される空間が燃焼室９０となる。

シリンダヘッド１０は、１気筒当り、２個の吸気ポート１１ａ、１１ｂ、と２個の排気ポート１２ａ、１２ｂとを備えている。吸気ポート１１ａ、１１ｂは、燃焼室９０側の開口部が図１の手前側と奥側に並んで配置されるようにシリンダヘッド１０に形成されており、排気ポート１２ａ、１２ｂも、吸気ポート１１ａ、１１ｂと同様に燃焼室９０側の開口部が並んで配置されるようにシリンダヘッド１０に形成されている。図１に示すように吸気ポート１１ａ、１１ｂと排気ポート１２ａ、１２ｂとの間には、インジェクタ３０がその先端を燃焼室９０に臨むようにして設けられている。さらに２個の排気ポート１２ａ、１２ｂの間には、点火プラグ４０がその先端を燃焼室９０に臨むようにして設けられている。

シリンダヘッド１０には、吸気ポート１１ａ、１１ｂを開閉する吸気弁５０ａ、５０ｂが設けられ、排気ポート１２ａ、１２ｂを開閉する排気弁６０ａ、６０ｂが設けられている。これらの弁５０ａ、５０ｂ、６０ａ、６０ｂは、エンジン１の各行程（吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程）に基づいて、図示しないカムによって往復移動させられる。

ＥＣＵ８０は、インジェクタ３０から燃焼室９０への燃料の噴霧量もしくは噴霧タイミングや、点火プラグ４０が発生する火花放電のタイミングを電気的に制御する電子制御装置である。ＥＣＵ８０は、各種の演算処理を行うＣＰＵ、各プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭ、スタンバイＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、電源回路、インジェクタ駆動回路、点火プラグ駆動回路等の機能を備えている。ＥＣＵ８０は、エンジン１の運転状態を示すパラメータ（例えば、エンジン回転数、吸入空気量、アクセル開度、空燃比等）に基づき最適な、または所望の噴霧量もしくは噴霧タイミング、あるいは火花放電タイミングを算出し、それに応じた指令信号をインジェクタ３０や点火プラグ４０に送信する。

次に、インジェクタ３０について説明する。インジェクタ３０は、ＥＣＵ８０からの指令信号に基づいて、燃料タンク（図示しない）から燃料ポンプ（図示しない）により汲み上げられた燃料を調量して燃焼室９０に供給するものである。図２に示すように、インジェクタ３０は、弁部３１、弁部３１を収容するノズル部３２、および弁部３１を駆動するアクチュエータ部３５からなっている。

ノズル部３２は、磁性パイプ３３とハウジング３４とからなっている。ハウジング３４の一端部には、燃焼室９０に臨む弁ボディ３４１および噴孔プレート３４２が、その反対側の端部には、アクチュエータ部３５を保持する磁性パイプ３３が取り付けられている。磁性パイプ３３は、磁性部材と非磁性部材とからなり、略円筒状に形成されている。磁性パイプ３３は、図２において下方のハウジング３４側から第１磁性部材３３１、非磁性部材３３３および第２磁性部材３３２をこの順序で有している。第１磁性部材３３１と非磁性部材３３３ならびに非磁性部材３３３と第２磁性部材３３２とは溶接により結合されている。溶接は、例えばレーザ溶接などにより行われている。非磁性部材３３３は、第１磁性部材３３１と、第２磁性部材３３２との間で磁束が短絡することを防止するためのものである。

略円筒状の磁性パイプ３３の内側は、燃料通路３３４となっている。磁性パイプ３３の内壁には、図２において上方から固定子３３５、可動子３３６が収容され、固定子３３５および可動子３３６の内壁には、コイルスプリング３３７およびアジャスティングパイプ３３８が収容されている。固定子３３５、可動子３３６、コイルスプリング３３７およびアジャスティングパイプ３３８は、いずれも略円筒状に形成されており、磁性パイプ３３の上方の燃料通路３３４から流入する燃料を磁性パイプ３３の下方に通すようになっている。図２に示すように、固定子３３５は、磁性パイプ３３の非磁性部材３３３および第２磁性部材３３２の内壁に挿入後、溶接によって、磁性パイプ３３に固定されている。磁性パイプ３３の外側には、アクチュエータ部３５の一部としての電磁コイル３５１が保持されている。

ハウジング３４は、磁性材料よりなり、略円筒状に形成されている。ハウジング３４の上方には、磁性パイプ３３の第１磁性部材３３１が溶接により固定されている。ハウジング３４の内側は、磁性パイプ３３の燃料通路３３４と連通しており、燃料通路３３４から流入した燃料がハウジング３４の先端まで流れるようになっている。ハウジング３４の下方には、有底円筒状の弁ボディ３４１が取り付けられており、弁ボディ３４１のさらに下方には、複数の噴孔３４３が形成されている有底円筒状の噴孔プレート３４２が取り付けられている。弁ボディ３４１の内壁には、弁座３４４が形成されている。

ハウジング３４には、ニードル３１１と弁体３１２からなる弁部３１が収容されている。弁体３１２は、ニードル３１１の下方の先端部分に形成されており、上記弁座３４４に離着座するようになっている。ニードル３１１の上方は、上記可動子３３６が溶接により固定されている。弁体３１２が弁座３４４に着座すると、燃料通路３３４と、噴孔３４３との連通が閉塞され、噴孔３４３からは燃料が噴霧されない。

アジャスティングパイプ３３８は、固定子３３５の内壁に圧入されている。コイルスプリング３３７は、一方の端部がアジャスティングパイプ３３８に当接し、他方の端部が可動子３３６に当接している。コイルスプリング３３７は、常に可動子３３６を下方に付勢するものであり、アジャスティングパイプ３３８の圧入量を調整することにより、可動子３３６に対する付勢力を調整することができる。

磁性部材３３９は、ハウジング３４と磁気的に接続され、電磁コイル３５１の外周側に設けられている。これにより、固定子３３５、可動子３３６、第１磁性部材３３１、ハウジング３４、磁性部材３３９および第２磁性部材３３２は、磁気回路を構成することとなる。

電磁コイル３５１が巻回されているスプール３５２は、磁性パイプ３３の外周壁に取り付けられている。端子３５３は、電磁コイル３５１と電気的に接続されており、ＥＣＵ８０からの指令信号に基づき、電磁コイル３５１に駆動電流が供給される。樹脂ハウジング３５４は、磁性パイプ３３および電磁コイル３５１の外側を覆っている。

通電されることにより励磁される電磁コイル３５１、電磁コイル３５１が励磁されることによって磁気回路を構成する固定子３３５、可動子３３６、第１磁性部材３３１、ハウジング３４、磁性部材３３９および第２磁性部材３３２、および可動子３３６を噴孔側方向へ付勢するコイルスプリング３３７は、アクチュエータ部３５を構成している。

電磁コイル３５１に駆動電流が供給されていない時、固定子３３５と可動子３３６との間には磁気吸引力が生じていない。そのため、可動子３３６は、コイルスプリング３３７の付勢力により固定子３３５から離間する方向、すなわち下方へ移動している。これにより、可動子３３６と一体の弁部３１の弁体３１２は、弁座３４４に着座しており、噴孔３４３からの燃料の噴霧は停止される。

電磁コイル３５１に駆動電流が供給されると、電磁コイル３５１が励磁され、固定子３３５、可動子３３６、第１磁性部材３３１、ハウジング３４、磁性部材３３９、および第２磁性部材３３２には、磁気回路が形成される。これにより、固定子３３５と可動子３３６との間には磁気吸引力が発生する。固定子３３５と可動子３３６との間に発生した磁気吸引力がコイルスプリング３３７の付勢力よりも大きくなると、可動子３３６は、固定子３３５に向かって移動する。可動子３３６は、固定子３３５と衝突するまで移動する。そのため、可動子３３６と一体の弁部３１は、図２の上方へ移動し、弁体３１２は、弁座３４４から離座する。

図２において磁性パイプ３３の上方から燃料通路３３４に流入する燃料は、フィルタ３６により異物が除去される。異物が除去された燃料は、燃料通路３３４、アジャスティングパイプ３３８の内周側、固定子３３５の内側および可動子３３６の内側を経由してハウジング３４の内側に供給される。供給された燃料は、弁体３１２が弁座３４４から離座すると、弁体３１２と弁座３４４との間に形成される通路を通り噴孔３４３へ流れ、噴孔３４３から噴霧される。

再び電磁コイル３５１への駆動電流の供給が停止されると、固定子３３５と可動子３３６との間の磁気吸引力は消滅する。そのため、可動子３３６は、コイルスプリング３３７の付勢力によって再び固定子３３５から離間する方向へ移動する。これにより、可動子３３６と一体の弁部３１の弁体３１２は、弁座３４４に着座し、噴孔３４３からの燃料の噴霧が停止される。

次に、インジェクタ３０から噴霧される膜噴霧の形態について図３および図４に基づいて説明する。図３は、図２のインジェクタ３０の噴孔プレート３４２の燃料上流側の平面図である。図４は、図３の噴孔から噴霧される膜噴霧３７の斜視図である。

図３に示すように、噴孔プレート３４２には、複数の噴孔３４３が形成されている（実線で示す噴孔）。上記複数の噴孔３４３は、第１仮想円３４２ａ上に、一部分を除いて、ほぼ等間隔で形成されている。本実施形態では、第１仮想円３４２ａを２０等分し、３個の噴孔（破線で示す噴孔）３４３ｅが形成されるべきスペースを開けて、１７個の噴孔３４３がほぼ等間隔に形成されている。なお、上記スペースが上記一部分に相当する。また、以下、上記スペースおよび上記一部分を第１噴孔欠け部３４３ｄと呼ぶこととする。

上記一部分の大きさは、上記複数の噴孔３４３の内、第１噴孔欠け部３４３ｄに隣接する２つの噴孔３４３ａ、３４３ｂの噴孔中心Ｏ１、Ｏ２と、第１仮想円３４２ａの中心Ｏとを結んだときの第１仮想円３４２ａの中心角αが、７０〜１１０ｄｅｇとなっている。本実施形態では、３個の噴孔３４３ｅが形成されるべきスペースが開いているので、上記中心角αは、７２ｄｅｇとなっている。なお、中心角αを定める意義については後ほど説明する。

図３に示す矢印は、各噴孔３４３の中心軸線３４３ｃを示している。これらの中心軸線３４３ｃは、第１仮想円３４２ａの中心Ｏから放射状に広がるように設定されている。

上述したように噴孔３４３を形成した噴孔プレート３４２から燃料を噴霧すると、図４に示すような内部に中空部３９を有する略中空円錐状の膜噴霧３７が形成される。そして、膜噴霧３７の側壁には、膜噴霧３７自身の燃料濃度よりも低い燃料濃度を有する部分が、第１噴孔欠け部３４３ｄから膜噴霧３７の先端にかけて形成される。この燃料濃度が低くなっている部分の燃料濃度は、膜噴霧３７の外側空間に存在する空気、本実施形態では、燃焼室９０内の空気が、この部分を介して中空部３９に導入できる程度の濃度となっている。なお、本実施形態では、上記外側空間、すなわち中空部３９以外の膜噴霧３７の外側の空間を燃焼室９０と便宜的に定義する。

本実施形態では、この燃料濃度が低くなっている部分を通気部３８と呼ぶ。なお、膜噴霧３７に通気部３８が形成されることによる作用効果については後ほど説明する。

なお、膜噴霧３７の形態は、略中空円錐状に限らなくても良い。例えば、三角錐状であっても良いし、四角錐状であっても良い。膜噴霧３７は、内部に中空部３９を有する錐状のものであれば良い。

ここで、本実施形態の膜噴霧３７について説明する前に、従来技術について説明する。従来技術のインジェクタ１００の噴孔プレート２００には、図２７に示すような中空部を有する略中空円錐状の膜噴霧４００となるように、噴孔３００の直径や、噴孔３００の噴孔軸が調整された複数の噴孔３００が形成されている。

このように噴孔３００が形成されている噴孔プレート２００から燃料を噴霧すると、図２７に示すように、噴霧燃料は、周りの空気を引き寄せつつ移動する（実線矢印参照）。このとき、膜噴霧４００の中空部では、該中空部の空気が燃料と共に外側空間に排出される。これにより、中空部の圧力Ｐ１は、外側空間の圧力Ｐ０よりも低くなる。その結果、中空部の圧力Ｐ１と外側空間の圧力Ｐ０との間に圧力差ΔＰが発生するため、膜噴霧４００は、噴孔プレート３４２の中心軸に向かって引き寄せられる（図２７の矢印参照）。

膜噴霧４００が上記中心軸に向かって引き寄せられると、膜噴霧４００の開き角θが小さくなり、図２９に示すように噴霧長が長くなる（Ｌ０→Ｌ１）。噴霧長が長くなると噴霧燃料の先端がピストン５００にまで到達し、ピストン５００の頂面が燃料で濡らしてしまう。この状態で、燃焼室内の混合気が燃焼すると、ピストン５００に付着した燃料が不完全燃焼を起こし、煤が発生するという問題がある。

一方、本実施形態では、図３に示すような複数の噴孔３４３を形成した噴孔プレート３４２を有したインジェクタ３０から燃料を噴霧することにより、図４に示すように膜噴霧３７に通気部３８が形成される。

これにより、膜噴霧３７の中空部３９と外側空間に圧力差ΔＰが生じても、この圧力差ΔＰによって外側空間の空気が通気部３８を介して中空部３９に流入するので、圧力差ΔＰが小さくなる。その結果、膜噴霧３７が噴孔プレート３４２の中心軸に向かう力が弱められ、膜噴霧３７の開き角が小さくなることが防止される。したがって、この通気部３８は、膜噴霧３７の中空部３９の圧力を調整する機能を有していると言える。

本実施形態のインジェクタ３０は、膜噴霧３７に通気部３８を形成することができるので、略中空円錐状の膜噴霧３７の開き角を所望の値で安定させることができる。膜噴霧３７の開き角を大きくすれば、ノズル部３２の真横部分にある空気も噴霧燃料との混合に利用することができる。本実施形態のように、インジェクタ３０を直噴内燃機関に適用し、内燃機関を均質燃焼運転させる場合、燃焼室内のより多くの空気を噴霧燃料との混合に利用することができ、噴霧燃料と空気との混合を促進することができる。

また、本実施形態のインジェクタ３０は、略中空円錐状の膜噴霧３７の開き角を所望の値で安定させることができるので、シリンダヘッド１０に設けられた点火プラグ４０の電極４１に安定して燃焼可能な混合気を形成させることができる。これにより、成層燃焼運転領域を拡大することができ、燃費を削減することができる。

また、本実施形態のインジェクタ３０は、通気部３８を介して燃焼室９０内の空気を中空部３９へ導入させることができるので、導入された空気によって中空部３９に面する噴霧燃料を掻き乱すことができ、噴霧燃料と空気との混合の促進をすることができる。

図５を用いて、本実施形態の別の作用効果を説明する。図５は、インジェクタから噴霧される膜噴霧とその付近の空気の流れを示している。図５中の一点鎖線より左側が本実施形態の膜噴霧３７であり、右側が従来技術の膜噴霧４００である。

従来技術の膜噴霧４００外側近辺の空気は、膜噴霧４００に引きずられ、噴霧方向とほぼ同じ方向に空気が流れる。この空気流れを引きずり空気流れ１２０と呼ぶこととし、空気流れの方向は矢印で示し、流速は矢印の長さで示す。引きずり空気流れ１２０が発生すると、インジェクタのノズル部直下の圧力が低下するため、この圧力低下部分に新たな空気流れが形成される。この空気流れを引き込み空気流れ１３０と呼ぶこととし、空気流れの方向は矢印で示し、流速は矢印長さで示す。膜噴霧４００が形成されている間は、これらの空気流れ１２０、１３０の方向は、常に同じである。このため、ノズル部直下には渦流１４０が発生する。この渦流１４０は、噴霧と共に噴霧方向へ渦を巻きながら移動するため、渦流１４０と接する部分の噴霧燃料は、この渦流１４０により掻き乱され、周囲の空気と混合する。上記空気流れ１２０、１３０は、本実施形態の膜噴霧３７の周辺でも発生し、従来技術と同様の原理で、ノズル部直下に渦流１４０が発生する。

ところで、渦流１４０の旋回速度が速ければ速いほど、渦流１４０が燃料を掻き乱すエネルギーが増大し、燃料と空気との混合の促進度合いは大きくなる。また、渦流１４０の旋回速度は、ノズル部先端面と膜噴霧３７、４００の側面とのなす角度が小さいほど、速くなる。

これは、ノズル部先端面と膜噴霧３７の側面とのなす角度が従来技術のものよりも小さくなることで流路面積が狭くなり、上記引き込み空気流れ１３０の空気流速が従来技術のものよりも速くなったためだと考えられる。

本実施形態のインジェクタ３０は、上述したように膜噴霧３７に通気部３８を形成することができるので、従来技術のインジェクタ１００に比べ、開き角が大きい膜噴霧３７を噴霧することができる。すなわち、ノズル部３２先端面と膜噴霧３７とのなす角度が小さい膜噴霧３７を噴霧することができる。このため、ノズル部３２直下で発生する渦流１４０の旋回速度は、従来技術のものよりも速くすることが、従来技術よりも噴霧燃料と空気との混合を促進させることができる。

本実施形態では、上述のとおり従来技術よりも噴霧燃料と空気との混合を促進させることができるため、短距離・短時間で点火プラグ４０にて燃焼可能な混合気を形成することができる。短距離で点火プラグ４０にて燃焼可能な混合気を形成することができれば、インジェクタ３０と点火プラグ４０とを近接させることができるため、シリンダヘッド１０の限られたスペースにインジェクタ３０と点火プラグ４０とを配置させることができる。そして、短時間で点火プラグ４０にて燃焼可能な混合気を形成することができれば、点火タイミングを可能な限り進角することができ、点火タイミングの自由度が向上するという別の効果もある。

本実施形態の通気部３８は、１箇所にまとめて形成されている。これによれば、通気部３８を複数個に分散させて形成するよりも、通気部３８を通過する空気の流速を速くすることができるため、中空部３９に移動した空気によって噴霧燃料を掻き乱すことができる。膜噴霧３７に形成される通気部３８は多くても３箇所までが良い。これ以上多くすると、通過する空気の流速が落ち、噴霧燃料を掻き乱す効果が小さくなる。

また反対に、通気部３８を複数箇所分散させて形成すれば、膜噴霧３７の中空部３９の圧力Ｐ１をいち早く外側空間の圧力Ｐ０に近づけることができる。更に、通気部３８を等間隔に形成すれば、中空部３９内の圧力分布に偏りが生じにくくなり、膜噴霧３７が型崩れすることが無くなる。

上述したように、通気部３８の個数や配置によって、現れる効果が異なるので、上記効果を考慮して通気部３８の個数や配置を定める必要がある。

本実施形態では、膜噴霧３７に通気部３８を形成させるだけで、上述のとおり様々な作用効果を創出することができる。しかしながら、上述の作用効果を達成するには、燃焼室９０から中空部３９へ導入される空気の空気移動量が適当である必要がある。それは、通気部３８の大きさによって変化する。そして、通気部３８の大きさは、上記中心角αの大きさによって変化する。なお、空気移動量とは、燃焼室９０から通気部３８を介して中空部３９へ導入される単位時間当たりの空気の体積である。

ここでは、中心角αを定めることの意義について、図６から図８に基づいて説明する。図６は、中心角αと、燃焼室９０と中空部３９との圧力差ΔＰとの特性図であり、図７は、中心角αと、空気が通気部３８を通過する際の空気の通りにくさを示す吸入抵抗との特性図である。

上記圧力差ΔＰは、燃焼室９０から中空部３９への空気の移動の原動力である。この圧力差ΔＰが大きければ、より多くの空気を中空部３９に取り込むことができる。多くの空気を中空部３９に取り込むことができれば、中空部３９に面する噴霧燃料と空気との混合が促進される。反対に、圧力差ΔＰが小さければ、中空部３９に取り込める空気の量が少なくなり、噴霧燃料と空気との混合を促進させることができなくなる。

図６に示すように、中心角αが１１０ｄｅｇまでは比較的大きな圧力差ΔＰを得ることができるが、それを超えると圧力差ΔＰは比較的小さな値となる。これは、中心角αが大きすぎると、通気部３８の面積が多くなる。該面積が大きくなる過ぎると、却って上記従来技術で説明したように中空部３９側の噴霧燃料の流れが周りの空気を膜噴霧３７の外に排出する作用が低下するためだと考えられる。

図６によると、中心角αを小さくすればするほど、圧力差ΔＰは大きくなり、より多くの空気を中空部３９に取り込むことができると考えられるが、中心角αを小さくすると、形成される通気部３８の開口面積が小さくなる。

すると、図７に示すように、通気部３８を通過する際の抵抗（吸入抵抗）が増加する。吸入抵抗が増加すると、圧力差ΔＰが大きくても中空部３９に空気を導入することができず、従来技術のように膜噴霧３７の開き角が小さくなってしまう。図７の特性図によれば、吸入抵抗は、中心角αが７０ｄｅｇを下回ると急激に大きくなってしまう。

これらのことから、膜噴霧３７の開き角を安定させつつ、中空部３９内の噴霧燃料と空気との混合の促進を向上させるという効果を発揮するには、中心角αに最適な値があることがわかる。図８は、中心角αと、中空部３９への空気移動量との関係を示す特性図である。この図８は、図６、７の特性に基づいて実験またはシミュレーションによって求めた特性図である。

図８の特性図によると、中心角αが７０〜１１０ｄｅｇの範囲で膜噴霧３７の開き角を安定させつつ、中空部３９内の噴霧燃料と空気との混合の促進を向上させるという効果を発揮することができる空気移動量を確保することができる。また、この値は、中心角αが９０ｄｅｇ付近で最も高い値を示している。すなわち、中心角αを９０ｄｅｇとすることにより、上述の効果を高い次元で両立させることができる。

本実施形態では、第１噴孔欠け部３４３ｄは、第１仮想円３４２ａの中心角αが７０〜１１０ｄｅｇと規定している。この規定は代表的なものであり、別の観点で表現すると、第１噴孔欠け部３４３ｄに隣接する噴孔３４３ａ、３４３ｂのピッチは、第１噴孔欠け部３４３ｄを除く第１仮想円３４２ａ上に形成された噴孔３４３のピッチの３倍以上であれば良い。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図９および図１０に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同一機能物は、同一符号を付す。ここでは、第１実施形態と相違する特徴点のみを説明する。図９は、第２実施形態における噴孔プレートの燃料上流側の平面図である。

噴孔プレート３４２は、第１仮想円３４２ａおよび第１仮想円３４２ａよりも径の小さい第２仮想円３４２ｂを有し、第１、第２仮想円３４２ａ、３４２ｂ上に複数の噴孔３４３、３４４がほぼ等間隔に形成されている。第１、第２仮想円３４２ａ、３４２ｂ上には、第１実施形態で説明したような考え方に基づく第１、第２噴孔欠け部３４３ｄ、３４４ｄが形成されている。更に、第２噴孔欠け部３４４ｄは、第１仮想円３４２ａの中心Ｏと、第１噴孔欠け部３４３ｄに隣接する２つの噴孔３４３ａ、３４３ｂの中心Ｏ１、Ｏ２、との３つの点を結ぶ内側領域に含まれるように配設されている。すなわち、第２仮想円３４２ｂ上に形成されている複数の噴孔３４４は、上記領域には形成されていないことになる。

具体的には、噴孔プレート３４２には、１１個の噴孔３４３が第１噴孔欠け部３４３ｄを除く第１仮想円３４２ａを１１等分した位置に形成され、１０個の噴孔３４４が第２噴孔欠け部３４４ｄを除く第２仮想円３４２ｂを１０等分した位置に形成されている。

第１仮想円３４２ａ上の第１噴孔欠け部３４３ｄに隣接する２つの噴孔３４３ａ、３４３ｂは、噴孔３４３ａ、３４３ｂの中心軸線３４３ｅ、３４３ｆが略平行となるように形成されている（図９、図１０参照）。第１仮想円３４２ａ上の上記噴孔３４３ａ、３４３ｂ以外の噴孔３４３および第２仮想円３４２ｂ上の噴孔３４４は、噴孔３４３の中心軸線３４３ｃおよび噴孔３４４の中心軸線３４４ｃが重ならないように形成されている。

そして、図１０に示すように、噴孔３４３、３４４は、中心軸線３４３ｃ、３４４ｃの先端の間隔が仮想面３４８においてほぼ等間隔となるように形成されている。図１０では、複数の噴孔３４３、３４４の内、数個分の噴孔と、その噴孔の中心軸線が示してある。その他の噴孔および中心軸線は省略してある。

このように、噴孔３４３、３４４を形成すると、通気部３８は、ノズル部３２先端から膜噴霧３７先端に渡って形成される。これによれば、通気部３８の面積を比較的大きくすることができるので、通気部３８を介して大量の空気を中空部３９に導入させることができ、いち早く中空部３９の圧力を燃焼室９０の圧力に近づけることができる。

また、本実施形態のように２つの仮想円上に噴孔を形成すると、噴孔プレート３４２の限られた面積の中でより多くの噴孔３４３、３４４を形成することができるので、噴孔３４３、３４４から噴霧される燃料量を確保しつつ噴孔３４３、３４４の径を可能な限り小さくすることができる。これにより、噴霧燃料の微粒化を容易に達成することができる。

また、第２実施形態のように、２つの仮想円上に噴孔を形成する場合、図１１や図１２に示すように噴孔を形成しても良い。

図１１に示すように、噴孔プレート３４２は、第１仮想円３４２ａおよび第１仮想円３４２ａよりも径の小さい第２仮想円３４２ｂを有し、第１、第２仮想円３４２ａ、３４２ｂ上に複数の噴孔３４３、３４４がほぼ等間隔に形成されている。図９に示す噴孔プレート３４２との違いは、第２仮想円３４２ｂに第２噴孔欠け部３４４ｄが形成されていない点である。具体的には、１１個の噴孔３４３が第１噴孔欠け部３４３ｄを除く第１仮想円３４２ａを１１等分した位置に形成され、１２個の噴孔３４４が第２仮想円３４２ｂを１２等分した位置に形成されている。

ところで、隣接した噴孔から噴霧された噴霧燃料同士がノズル部直下で結合すると噴霧長が延長するという現象が起こることがある。そのため、噴孔の中心軸線は、上記現象が起こらないように定められている。しかしながら、噴孔の中心軸線を上記のように定めていても、膜噴霧の開き角が他の要因で変化すると噴霧燃料の噴霧方向が変化してしまう。この噴霧方向の変化により、噴霧燃料同士がノズル部直下で結合し、その結果、噴霧長が長くなってしまう。

上述したように形成された噴孔３４３、３４４から燃料を噴霧すると、第１仮想円３４２ａ上に形成されている噴孔３４３から噴霧される膜噴霧のみに通気部が形成されるため、この膜噴霧の開き角は所定の値で安定する。このため、噴孔３４３から噴霧された噴霧燃料の噴霧方向は安定するため、ノズル部３２直下で、噴孔３４４から噴霧された噴霧燃料と結合し、噴霧長が長くなるという問題を回避することができる。

図１２に示すように、噴孔プレート３４２は、第１仮想円３４２ａおよび第１仮想円３４２ａよりも径の大きい第３仮想円３４２ｃを有し、第１、第３仮想円３４２ａ、３４２ｃ上に複数の噴孔３４３、３４５がほぼ等間隔に形成されている。第１仮想円３４２ａ上には、第１噴孔欠け部３４３ｄが形成されている。噴孔３４３は、第１噴孔欠け部３４３ｄを除く第１仮想円３４２ａを形成すべき噴孔３４３の数で等分した位置に形成されている。第３仮想円３４２ｃには、上記噴孔欠け部のような部分は無い。噴孔３４５は、第３仮想円３４２ｃを形成すべき噴孔３４５の数で等分した位置に形成されている。

具体的には、噴孔プレート３４２には、１０個の噴孔３４３が第１噴孔欠け部３４３ｄを除く第１仮想円３４２ａを１０等分した位置に形成され、１２個の噴孔３４５が第３仮想円３４２ｃを１２等分した位置に形成されている。

このように形成された噴孔３４３、３４５から燃料を噴霧すると、第１仮想円３４２ａ上に形成された噴孔３４３から噴霧される膜噴霧に通気部が形成されるため、この膜噴霧の開き角を所定の値で安定させることができる。このため、膜噴霧３７の中空部３９が消滅してしまい、噴霧長が長くなるという問題を回避することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図１３から図１５に基づいて説明する。本実施形態は、上述の第２実施形態の変形例である。よって、第２実施形態と同一機能物は、同一符号を付す。図１３は、第３実施形態における噴孔プレートの燃料上流側の平面図である。噴孔の配列は第２実施形態と同じであるため、配列についての説明は省略し、第２実施形態と相違する特徴点のみを説明する。

第１仮想円３４２ａ上の第１噴孔欠け部３４３ｄに隣接する２つの噴孔３４３ａ、３４３ｂは、噴孔３４３ａ、３４３ｂの中心軸線３４３ｅ、３４３ｆが噴霧下流側に行くほど近づくように形成されている（図１３、図１４参照）。第１仮想円３４２ａ上の上記噴孔３４３ａ、３４３ｂ以外の噴孔３４３および第２仮想円３４２ｂ上の噴孔３４４は、噴孔３４３の中心軸線３４３ｃおよび噴孔３４４の中心軸線３４４ｃが重ならないように形成されている。

そして、図１３、１４に示すように、噴孔３４３、３４４は、上記中心軸線３４３ｅ、３４３ｆが重なる点を含む仮想面３４９において、噴孔３４３、３４４の中心軸線３４３ｃ、３４４ｃの先端の間隔がほぼ等間隔となるように形成されている。図１４では、複数の噴孔３４３、３４４の内、数個分の噴孔と、その噴孔の中心軸線が示してある。その他の噴孔および中心軸線は省略してある。

上述したように形成された噴孔３４３、３４４から燃料を噴霧すると、図１５に示すような、通気部３８の形状を有した膜噴霧３７が噴霧される。膜噴霧３７には、ノズル部３２直下から膜噴霧３７の中腹付近にある点Ａにかけて略三角状の通気部３８が形成される。点Ａよりも噴霧下流側は、図１５に示すように全周に渡り膜噴霧３７が形成されている。

これによれば、少なくとも、膜噴霧３７を噴霧させたとき最も中空部３９の圧力が低くなる部分であるノズル部３２直下に通気部３８が形成されるので、この部分にいち早く燃焼室９０内の空気を中空部３９に導入させ、中空部３９の圧力を燃焼室９０内の圧力に近づけることができる。

そして更に、点Ａよりも噴霧下流側は、全周に渡って膜噴霧３７が形成されているので（上記通気部３８が形成されていないので）、膜噴霧３７を燃焼させたとき、膜噴霧３７の周方向に伝播する火炎が途中で途絶えることが無くなる。その結果、第１、第２実施形態のようなノズル部３２直下から膜噴霧３７先端にかけて通気部３８が形成されているような膜噴霧３７に比べ、燃焼期間が短縮される。そのため、燃焼時の熱発生率が上昇し、機関の熱効率が上昇する。機関の熱効率が上昇すると、燃費が減少する。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について、図１６に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同一機能物は、同一符号を付す。ここでは、第１実施形態と相違する特徴点のみを説明する。図１６は、第４実施形態におけるインジェクタの噴孔から噴霧される膜噴霧の斜視図である。

図１６に示すように、本実施形態のインジェクタ３０は、通気部３８を有した略中空円錐状の膜噴霧３７の内側に、更に、通気部３８ａを有した略中空円錐状の膜噴霧３７ａを噴霧する。

本実施形態によれば、膜噴霧３７の内側に、もう１つの膜噴霧３７ａが噴霧されているので、噴霧長を長くせずに、膜噴霧３７ａの中空部３９の体積を少なくすることができ、燃焼期間を短縮することができる。これにより、機関の熱効率が上昇し、燃費が減少する。

しかしながら、膜噴霧３７と膜噴霧３７ａとの隙間は非常に狭く、中空部３９の圧力が低下し開き角を維持することができないと、膜噴霧３７、３７ａとが結合してしまい、膜噴霧３７、３７ａに燃料濃度のむらが形成され、膜噴霧３７、３７ａを燃焼させたとき、未燃ＨＣやＣＯなどが発生する。

ところが、膜噴霧３７、３７ａには、通気部３８、３８ａが形成されているため、膜噴霧３７、３７ａの開き角が安定させることができる、膜噴霧３７、３７ａが結合することによる燃料濃度のむらが形成される恐れが無くなる。その結果、膜噴霧３７、３７ａを燃焼させたとき、未燃ＨＣやＣＯなどが発生しにくくなる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について、図１７に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同一機能物は、同一符号を付す。ここでは、第１実施形態と相違する特徴点のみを説明する。図１７は、第５実施形態におけるインジェクタの噴孔から噴霧される膜噴霧の斜視図である。

本実施形態のインジェクタ３０は、横断面が十字型となるような膜噴霧３７を噴霧し、その膜噴霧３７に通気部３８を形成する。

エンジン１を均質燃焼運転させるとき、噴霧は吸気弁が開弁しているときに行われる。本実施形態のような噴霧形状を有する膜噴霧３７では、膜噴霧３７が吸・排気弁にかからないようにすることができる。これにより、噴霧が吸・排気弁に付着することによる未燃ＨＣやＣＯなどの発生を抑えることができる。

しかしながら、本実施形態のような噴霧形状を有する膜噴霧３７は、上述の効果が望めるものの、横断面が十字型となっているため、円錐状の膜噴霧に比べ、膜噴霧３７の側面間が狭くなる部分が形成される。中空部３９と燃焼室９０との圧力差が発生したときに、膜噴霧３７の開き角が小さくなると、該側面同士が結合し、膜噴霧３７に燃料濃度のむらが形成され、膜噴霧３７を燃焼させたとき、未燃ＨＣやＣＯなどが発生することがある。

ところが、本実施形態では、膜噴霧３７に通気部３８を形成させているため、膜噴霧３７に燃料濃度のむらの形成を防止することができ、未燃ＨＣやＣＯなどが発生しにくくなる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について、図１８から図２０に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同一機能物は、同一符号を付す。ここでは、第１実施形態と相違する特徴点のみを説明する。図１８は、第６実施形態におけるインジェクタのノズル部付近の縦断面図である。図１９は、図１８のノズル部の噴孔プレートの平面図である。図２０は、図１９の噴孔プレートおよびその噴孔から噴霧される膜噴霧の形態を示す図である。

図１８および図１９に示すように、インジェクタ３０の噴孔プレート３４２には、第１、第２噴孔群３４６、３４７が形成されている。第１噴孔群３４６は、噴孔プレート３４２の中心軸を中心とする円に沿って噴孔３４６ａの集まりである。第２噴孔群３４７は、第１噴孔群３４６が形成されている円の直径よりも小さい直径の円に沿って形成されている噴孔３４７ａの集まりである。図１９に示すように、第１、第２噴孔群３４６、３４７は、噴孔３４６ａ、３４７ａから噴霧される噴霧燃料が重ならないように形成されている。

更に、本実施形態のインジェクタ３０は、第１、第２噴孔群３４６、３４７をそれぞれ個別に開閉することができる第１、第２弁体３１３、３１４を有している。これらの弁体３１３、３１４は、個別に駆動させることができるようになっている。

本実施形態では、インジェクタ３０は、燃料を噴霧する際、第２弁体３１４によって、噴孔３４７ａを常に閉状態とし、第１弁体３１３を駆動させ噴孔３４６ａを開状態とする。これにより、インジェクタ３０は、略中空円錐状の膜噴霧３７に図２０に示すような通気部３８を形成することができる。また、本実施形態では、噴孔３４７ａは２つあるので、２つの通気部３８が形成されることとなる。反対に、膜噴霧３７に通気部３８を形成させたくない場合は、燃料を噴霧する際、両弁体３１３、３１４を駆動させ、噴孔３４６ａ、３４７ａを開状態とすればよい。これにより、膜噴霧３７に通気部３８を形成したいとき、形成したくないときを自由に選択することができる。

また、第１噴孔群３４６が開状態となってから閉状態となるまでの期間中に、第２弁体３１４を図２１に示すように駆動させて良い。具体的には、ＥＣＵ８０は、１回の噴霧行程中（図２１中の時刻ｔ１からｔ６）にインジェクタ３０の第２弁体３１４が第２噴孔群３４７を複数回開閉するような指令信号を生成し、その指令信号を電磁コイル３５１に送信する。図２１に示すように、ＥＣＵ８０は、時刻ｔ２からｔ３、および時刻ｔ４からｔ５の期間、燃料の噴霧を休止するような指令信号を電磁コイル３５１に送信する。

上述したように第２弁体３１４を駆動させることにより、図２１に示すような複数個の通気部３８を有する膜噴霧３７が噴霧できる。これによれば、第２噴孔群３４７の開閉回数や、開状態の時間を調整することにより、通気部３８の開口面積を任意に変化させることができる。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について、図２３から図２５に基づいて説明する。図２３は、第７実施形態のインジェクタおよび点火プラグが搭載されるガソリンエンジンの断面図である。図２４は、図２３のインジェクタ、点火プラグ、膜噴霧の状態を示す図である。

本実施形態は、本発明の通気部３８を有する膜噴霧３７の別の特性を利用したものである。別の特性とは、インジェクタ３０から噴霧される燃料の膜噴霧３７は、その膜噴霧３７に形成される上記通気部３８から流入する空気によって、その形状が変化するという特性である。

図２４に示すように、膜噴霧３７に約１８０ｄｅｇの間隔で通気部３８を２つ形成すると、これらの通気部３８を介して燃焼室９０内の空気が膜噴霧３７の中空部３９に流入する。その空気は、ノズル部３２の直下で衝突し、図中の矢印のように方向を変え、膜噴霧３７の中空部３９側の側面に衝突する。すると、膜噴霧３７は、図中の破線で示すように変形する。

一般的に、シリンダヘッド１０への部品の配置は、吸排気弁５０ａ、５０ｂ、６０ａ、６０ｂが優先されることが知られている。図２３に示すように、インジェクタ３０を燃焼室９０の中心軸付近に設ける形式のエンジン１の場合、点火プラグ４０の配置が、吸排気弁５０ａ、５０ｂ、６０ａ、６０ｂの設置条件により、制約されることがある。しかも、点火プラグ４０の燃焼室９０への突き出し量には、限度がある。点火プラグ４０の配置や、突き出し量に制約があると、点火プラグ４０の電極４１とインジェクタ３０との距離Ｄは、比較的大きくなり、電極４１とインジェクタ３０から噴霧される燃料の膜噴霧３７との距離も大きくなる。

一方、噴霧された燃料を燃焼させるには、噴霧燃料と空気との混合割合（燃料濃度、空燃比）を適切にした混合気を点火プラグ４０の電極４１付近に形成しなければならない。点火可能な空燃比の範囲は、１０から１６が良いとされている。好ましくは、空燃比を理論空燃比とするのが良いとされている。空燃比を理論空燃比とすれば、燃料を完全燃焼させやすくなる。

図２５は、インジェクタ、点火プラグ、膜噴霧の位置と噴霧の燃料濃度の関係を示す図である。横軸はインジェクタ３０の中心軸から点火プラグ４０の電極４１までの水平方向距離を表し、縦軸は混合気の空燃比を表している。図２５に示すように、本実施形態の膜噴霧３７の側面付近では、噴霧された燃料は、燃焼室９０内の空気と接触する機会が多いため、燃料と空気とが混ざりあい、点火可能な混合気が形成される。この混合気の燃料濃度は、膜噴霧３７の中心から外側に向かって徐々に低くなる、言い換えると、混合気の燃料濃度がリッチからリーンとなる（図２５中の実線参照）。図２５より、先ほど説明したように噴霧燃料を点火可能な位置（空燃比１０から１６の範囲内）に点火プラグ４０の電極４１を配置すれば、噴霧燃料を燃焼させることができることが分かる。

しかしながら、点火プラグ４０の配置に制約があると、適切な燃料濃度の場所に点火プラグ４０の電極４１を配置することが困難となる。本実施形態では、膜噴霧３７の上記特性を利用することにより、点火プラグ４０の配置に制約があったとしても噴霧燃料を燃焼させることが可能となる。

具体的には、図２４で説明したようにインジェクタ３０は、燃料を噴霧したとき、膜噴霧３７が変形して、膜噴霧３７の側面が点火プラグ４０の電極４１に近づくような位置に通気部３８を形成する。

次に、本実施形態の効果を図２５に基づいて説明する。図２５に示すように、インジェクタ３０から噴霧される膜噴霧３７には、通気部３８が形成されているので、通気部３８から流入される空気によって、実線で示す膜噴霧３７から破線で示す膜噴霧３７に変形する。すると、点火可能な空燃比の分布（空燃比１０から１６）が点火プラグ４０に向かって移動する。結果、点火プラグ４０の配置に制約がある場合であっても、点火プラグ４０により噴霧燃料を燃焼させることが可能となる。

本実施形態では、膜噴霧３７に２つの通気部３８を形成した特殊な場合について説明したが、第１〜第６実施形態で示したように１つの通気部３８を形成した膜噴霧３７であっても、膜噴霧３７の外側壁面付近は、図２５に示したような空燃比の分布が形成されている。よって、インジェクタ３０から噴霧される膜噴霧３７と点火プラグ４０の配置を図２６に示すようにしてもよい。この部分に点火プラグ４０を配置しても、噴霧燃料を燃焼させることが可能である。

本実施形態の内燃機関用燃料噴射弁（インジェクタ）が搭載される複数気筒からなるガソリンエンジンの断面図である。 本実施形態の内燃機関用燃料噴射弁（インジェクタ）の構成を示す断面図である。 図２のインジェクタの噴孔プレートの燃料上流側の平面図である。 図３の噴孔から噴霧される膜噴霧の斜視図である。 インジェクタから噴霧される膜噴霧とその付近の空気の流れを示す図である。 中心角αに対する圧力差ΔＰの関係を示す特性図である。 中心角αに対する吸入抵抗の関係を示す特性図である。 中心角αに対する空気移動量の関係を示す特性図である。 第２実施形態における噴孔プレートの燃料上流側の平面図である。 図９の噴孔プレートに形成されている噴孔の中心軸線を説明する図である。 第２実施形態の他の実施形態における噴孔プレートの燃料上流側の平面図である。 第２実施形態の他の実施形態における噴孔プレートの燃料上流側の平面図である。 第３実施形態における噴孔プレートの燃料上流側の平面図である。 図１３の噴孔プレートに形成されている噴孔の中心軸線の関係を 図１３の噴孔から噴霧される膜噴霧の斜視図である。 第４実施形態におけるインジェクタの噴孔から噴霧される膜噴霧の斜視図である。 第５実施形態におけるインジェクタの噴孔から噴霧される膜噴霧の斜視図である。 第６実施形態におけるインジェクタのノズル部付近の縦断面図である。 図１８のノズル部の噴孔プレートの平面図である。 図１８の噴孔プレートおよびその噴孔から噴霧される膜噴霧の形態を示す図である。 第２弁体の作動状態を示すタイミングチャートである。 第６実施形態の他の実施形態におけるインジェクタの噴孔プレートおよびその噴孔から噴霧される膜噴霧の形態を示す図である。 第７実施形態のインジェクタおよび点火プラグが搭載されるガソリンエンジンの断面図である。 図２３のインジェクタ、点火プラグ、膜噴霧の状態を示す図である。 インジェクタ、点火プラグ、膜噴霧の位置と噴霧の燃料濃度の関係を示す図である。 第７実施形態の他の実施形態によるインジェクタ、点火プラグ、膜噴霧の状態を示す図である。 従来技術のインジェクタから噴霧される膜噴霧とその付近の空気の流れを示す図である。 従来技術のインジェクタの噴孔プレートおよびその噴孔から噴霧される膜噴霧の形態を示す図である。 従来技術のインジェクタから噴霧される燃料の膜噴霧とピストンの頂面との関係を説明するための図である。

符号の説明

１ 内燃機関（エンジン）
１０ シリンダヘッド
３０ 内燃機関用噴射弁（インジェクタ）
３１２ 弁体
３２ ノズル部
３４２ 噴孔プレート
３４２ａ 第１仮想円
３４３ 噴孔
３７ 膜噴霧
３８ 通気部
３９ 中空部
４０ 点火プラグ
４１ 電極
９０ 燃焼室
１２０ 引きずり空気流れ
１３０ 引き込み空気流れ
１４０ 渦流

Claims (4)

1. 内部に中空部を有し、該中空部と外側空間との間の通気を妨げる錐状の膜噴霧を噴霧させるべく、複数の噴孔が第１仮想円上にほぼ等間隔で形成されたノズル部を有する内燃機関用燃料噴射弁において、
   前記ノズル部は、前記第１仮想円上に、前記複数の噴孔の内、一部の噴孔が欠けている第１噴孔欠け部を有し、
   前記第１噴孔欠け部に隣接する２つの前記噴孔の中心と前記第１仮想円の中心とを結んだときの前記第１仮想円の中心角は、７０〜１１０ｄｅｇであり、
   前記第１噴孔欠け部に隣接する２つの前記噴孔は、前記噴孔の中心軸線同士が噴霧下流に行くほど、近づくように形成されていることを特徴とする内燃機関用燃料噴射弁。
2. 前記ノズル部は、前記第１仮想円よりも内周側に位置する第２仮想円上にほぼ等間隔で配置された前記複数の噴孔の内、一部の噴孔が欠けている第２噴孔欠け部を有し、
   前記第２噴孔欠け部は、前記第１仮想円の中心と、前記第１噴孔欠け部に隣接する２つの前記噴孔の中心、との３つの点を結ぶ内側領域に、その全領域が含まれるように配設されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用燃料噴射弁。
3. 前記ノズル部は、前記第１仮想円よりも内周側に位置する第２仮想円上にほぼ等間隔で配置された複数の噴孔を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用燃料噴射弁。
4. 前記ノズル部は、前記第１仮想円よりも外周側に位置する第３仮想円上にほぼ等間隔で配置された複数の噴孔を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用燃料噴射弁。

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