JPH10318096A - 燃料噴射弁及びこれを搭載した内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】直噴式ガソリンエンジン用の電磁式燃料噴射弁
の噴霧特性においては、慣性力を強くして広がり角度の
小さい噴霧によって機関の点火性を良好とし、慣性力を
弱めてその到達距離を短くした広がり角度の大きい噴霧
によって燃焼の未燃ガス成分の排出量を低減できる、い
わゆる複合噴霧を生成する必要がある。 【解決手段】燃料噴射孔に対して遠い側で燃料に強い旋
回流を付与する、一方近い側で燃料に弱い旋回流を付与
する積層構造の燃料旋回素子とすることによって、噴霧
中心付近に生成される速度の大きい噴霧が噴霧外周部に
生成される小径液滴を誘引して分散性に優れた複合噴霧
とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、点火性および燃焼
性に優れた燃料噴霧を形成する燃料噴射弁と内燃機関に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの吸気管内に燃料を噴射する吸
気管内燃料噴射装置に対して、燃焼室（シリンダ）内に
直接燃料を噴射する筒内燃料噴射装置が知られている。
この筒内燃料噴射装置の一例が、特開平５−３３７３９
号公報に開示されている。

【０００３】この公報にも開示されているように、燃焼
室内に直接噴射した燃料を燃焼室内で吸入空気と均一に
混合することは難しく、燃焼室内に直接噴射する燃料の
微粒化（霧化）を促進することが重要である。燃料の微
粒化のために、燃料噴射弁から噴射する燃料に旋回力を
与えることが、従来より行われてきた。上記公報におい
ても、燃料に旋回力を与える手段が開示されている。

【０００４】ところで、上記公報に開示された筒内燃料
噴射装置は、燃料を噴射孔から噴射させる噴射ノズル
と、この噴射ノズルの外側にエアー室を構成する有底筒
状のカバーと、このカバーの底部側に噴射ノズルの噴射
孔と連通するように形成されたスワールチャンバと、噴
射孔を開閉する弁体とを備えている。

【０００５】このとき、スワールチャンバは、有底筒状
のカバーで構成したエアー室からスワールチャンバ内周
面に向けて、その接線方向からアシストエアーを導入す
る噴出孔を有し、噴出孔から噴出するアシストエアーに
よって噴射ノズルの噴射孔から噴射させる燃料に旋回力
を与えるようになっていた。また、アシストエアーをエ
アー室からスワールチャンバに導入する噴出孔および通
路は、上下方向（弁体の軸方向）に２段設けられている
が、上下で同じ構造になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の筒内燃料噴射装
置を始め従来技術では、燃料の微粒化を促進したり、燃
料を噴霧する向きや噴霧の広がりを工夫したりしてい
る。しかし、以下に述べるような、点火性（着火性）と
燃焼性（火炎の伝播性）を共に向上させ得るような噴霧
形状或いは噴霧構造に対しては、十分な配慮がなされて
いなかった。

【０００７】燃料噴射弁より噴射される噴霧の最適化に
は、以下の様な特性を考慮する必要がある。

【０００８】第一は噴霧形状であり、噴霧の広がり角度
や到達距離が因子となる。第二は噴霧粒径であり、大粒
子の個数をできるかぎり少なくして粒径分布の均一化を
図る必要がある。第三は噴霧構造であり、噴霧される燃
料粒子の空間的分布を適正化する必要がある。

【０００９】筆者等は、これらの噴霧特性が内燃機関の
燃焼特性にどのように関与するか、種々の実験解析を進
めている。これまでの検討によると、噴霧の広がり角度
を大きくして噴霧の慣性力を弱めてその到達距離を短く
すると、燃焼の安定性に有効であること。また一方、噴
霧の広がり角度を小さくして噴霧の慣性力を強くする
と、点火性の良い混合気が生成されるが、燃焼の未燃ガ
ス成分（ＨＣ、ＣＯ）が増加する傾向にあること等が明
らかになっている。

【００１０】そこで、本発明の目的は、内燃機関の点火
性を良好とし、燃焼の未燃ガス成分の排出量を低減する
ことにあり、このために、未燃ガス成分の排出量を低減
できるような燃焼性の良い噴霧と点火性を向上させるた
めの噴霧とを含む、いわゆる複合噴霧（以下、中実状噴
霧と称す）を噴射することができる燃料噴射弁とこれを
用いた内燃機関を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の中実状噴霧とし
て、慣性力を弱めてその到達距離を短くした広がり角度
の大きい噴霧と、慣性力を強くして広がり角度の小さい
噴霧とを有する噴霧を作ることが好ましい。

【００１２】このために、本発明の燃料噴射弁は、噴射
孔を有するノズル体と、弁体と、この弁体をその軸方向
に駆動する駆動手段とを備え、前記弁体を駆動すること
により前記噴射孔を開閉し、燃料噴射を行う燃料噴射弁
において、前記噴射孔の上流側に、燃料に旋回力を付与
する２つの旋回力付与手段を、前記軸方向に配置すると
共に、前記２つの旋回力付与手段の第一の旋回力付与手
段と第二の旋回力付与手段とが各々異なるように構成し
てなる。

【００１３】例えば、前記２つの旋回力付与手段の、上
流側の第一の旋回力付与手段によってと、下流側の第二
の旋回力付与手段よりも強い旋回力を燃料に付与するよ
うにしたものである。

【００１４】強い旋回力を付与された燃料は、慣性力を
弱めてその到達距離を短くした広がり角度の大きい噴霧
を形成する。また、弱い旋回力を付与された燃料は、慣
性力を強くして広がり角度の小さい噴霧を形成する。こ
れによって、噴霧は中実状の噴霧となる。

【００１５】また、本発明の燃料噴射弁は、燃料に旋回
力を付与して噴射する燃料噴射弁において、噴射孔の中
央部下方において先行する噴霧と、この噴霧の周辺にお
いて、この噴霧に続く中空放射状の噴霧を噴射するよう
にしたものである。

【００１６】中央部で先行する噴霧は、この噴霧の周辺
において、この噴霧に続いて中空放射状に噴射される噴
霧の小径液滴を誘引して、分散性に優れた中実の噴霧を
形成する。中央部で先行する噴霧は主として弱い旋回力
を付与された燃料による噴霧であり、これに続く放射状
に噴射される噴霧は主として強い旋回力を付与された燃
料による噴霧である。このとき、燃料噴射時の噴霧を可
視化して高速撮影することにより、中央部に噴射される
噴霧がその回りに放射状に噴射される噴霧よりも遠方に
まで達していることが観察される。また、このときの噴
霧の断面を観察すれば、次の特徴を有することになる。

【００１７】すなわち、本発明の燃料噴射弁は、燃料に
旋回力を付与して噴射する燃料噴射弁において、弁体の
軸心を含む噴霧の断面が、３方向に強い噴霧を有するよ
うにしたものである。

【００１８】また、本発明の燃料噴射弁は、燃料を噴射
する噴射孔とこの噴射孔の上流側にシート面とを有する
ノズル体と、前記シート面との間で燃料通路の開閉を行
う弁体と、前記弁体を、その軸方向に駆動する駆動手段
と、前記シート面の上流側に、前記弁体が貫通する貫通
穴を有すると共に、前記軸方向に燃料を通す軸方向通路
とこの軸方向通路から前記貫通穴に通じる径方向通路と
を構成するための素子と、を備えた燃料噴射弁であっ
て、前記径方向通路は、前記軸方向に多段に備えられる
２つの径方向通路を有し、前記噴射孔から遠い方、すな
わち、上流側にある径方向通路の前記貫通穴側開口の前
記弁体軸心からのオフセット量と、前記噴射孔に近い方
にある径方向通路の開口のオフセット量が相異なるよう
にしたものである。

【００１９】例えば、これによれば、前記噴射孔から遠
い方、すなわち、上流側のオフセット量を前記噴射孔に
近い方にある下流側のオフセット量よりも大きくする
と、前記噴射孔から遠い方にある径方向通路を通る燃料
の流れの方向は、噴射孔に近い方にある径方向通路を通
る燃料の流れよりも、弁体の軸心から大きく逸れる。従
って、上流側で強い旋回力を付与された燃料が下流側で
弱い旋回力を与えられた燃料に続いて噴射孔から噴射さ
れ、上述のようにして中実状の噴霧となる。

【００２０】また、本発明の内燃機関は、シリンダと、
このシリンダの中で往復運動するピストンと、前記シリ
ンダ内に空気を導入する吸気手段と、燃焼ガスを前記シ
リンダ内から排気する排気手段と、前記シリンダ内に直
接燃料を噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁に燃料
タンクから燃料を供給する燃料供給手段と、前記吸気手
段によって前記シリンダ内に導入した空気と前記燃料噴
射弁によって前記シリンダ内に噴射された燃料との混合
気に点火する点火装置とを備えた内燃機関であって、前
記燃料噴射弁は、噴射孔を有するノズル体と、前記噴射
孔を開閉する弁体と、この弁体をその軸方向に駆動する
駆動手段と、前記噴射孔の上流側に前記軸方向に多段に
配置された２つの旋回力付与手段を具備してなり、前記
２つの旋回力付与手段のうち、上流側の旋回力付与手段
で下流側よりも強い旋回力を燃料に付与して、シリンダ
内に噴射するようにしたものである。

【００２１】また、本発明の内燃機関は、シリンダと、
このシリンダの中で往復運動するピストンと、前記シリ
ンダ内に空気を導入する吸気手段と、燃焼ガスを前記シ
リンダ内から排気する排気手段と、前記シリンダ内に直
接燃料を噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁に燃料
タンクから燃料を供給する燃料供給手段と、前記吸気手
段によって前記シリンダ内に導入した空気と前記燃料噴
射弁によって前記シリンダ内に噴射された燃料との混合
気に点火する点火装置とを備えた内燃機関であって、前
記燃料噴射弁は、燃料に旋回力を付与して噴射する手段
を備えると共に、噴射孔から中央部に噴射される噴霧の
速度が、その周りに放射状に噴射される噴霧の速度より
も大きくなるように、前記シリンダ内に燃料を噴射する
ようにしたものである。

【００２２】また、本発明の内燃機関は、シリンダと、
このシリンダの中で往復運動するピストンと、前記シリ
ンダ内に空気を導入する吸気手段と、燃焼ガスを前記シ
リンダ内から排気する排気手段と、前記シリンダ内に直
接燃料を噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁に燃料
タンクから燃料を供給する燃料供給手段と、前記吸気手
段によって前記シリンダ内に導入した空気と前記燃料噴
射弁によって前記シリンダ内に噴射された燃料との混合
気に点火する点火装置とを備えた内燃機関であって、前
記燃料噴射弁は、燃料に旋回力を付与して噴射する手段
を備えると共に、弁体の軸心を含む噴霧の断面が、３方
向に強い噴霧を有するように、前記シリンダ内に燃料を
噴射するようにしたものである。

【００２３】また、本発明の内燃機関は、シリンダと、
このシリンダの中で往復運動するピストンと、前記シリ
ンダ内に空気を導入する吸気手段と、燃焼ガスを前記シ
リンダ内から排気する排気手段と、前記シリンダ内に直
接燃料を噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁に燃料
タンクから燃料を供給する燃料供給手段と、前記吸気手
段によって前記シリンダ内に導入した空気と前記燃料噴
射弁によって前記シリンダ内に噴射された燃料との混合
気に点火する点火装置とを備えた内燃機関であって、前
記燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴射孔とこの噴射孔の
上流側にシート面とを有するノズル体と、前記シート面
との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、前記弁体をその
軸方向に駆動する駆動手段と、前記シート面の上流側に
素子とを備え、前記素子は、前記弁体が貫通する貫通穴
を有すると共に、前記軸方向に燃料を通す軸方向通路と
この軸方向通路から前記貫通穴に通じる径方向通路とを
構成するように備えられ、前記径方向通路は、前記軸方
向に２つの径方向通路を多段に備え、前記噴射孔から遠
い方、すなわち上流側にある径方向通路の前記貫通穴側
開口の前記弁体軸心からのオフセット量を、前記噴射孔
に近い方にある径方向通路の開口のオフセット量よりも
大きくし、前記２つの径方向通路により燃料に異なる旋
回力を付与して、前記シリンダ内に噴射するようにした
ものである。

【００２４】以上の内燃機関によれば、シリンダ内で中
実状の噴霧が形成されることにより、内燃機関の点火性
を良好とし、燃焼性も向上するので燃焼の未燃ガス成分
の排出量を低減できる。このとき、ピストンの上面に構
成したキャビティに向けて燃料を噴射すれば、弱い旋回
力を付与された慣性力の強い噴霧はキャビティに勢い良
く衝突し、向きを点火装置（点火プラグ）の方に変え
る。向きを変えた慣性力の強い噴霧はさらに回りの小径
液滴を誘引しながら拡散を促すので、点火性ばかりでな
く、燃焼性もさらに向上する。

【００２５】

【発明の実施の形態】まず、筆者等が検討対象とした筒
内燃料噴射装置及びそれを搭載した内燃機関を図９に示
す。

【００２６】詳細は後述するが、この筒内燃料噴射装置
（以下、電磁式燃料噴射弁と称す）は、シリンダヘッド
に３０°〜４０°程度の傾斜をもって取り付けられてい
るが、その燃料の噴射方向はピストンキャビティ（ピス
トンに設けられる凹み）に向けられている。この種の電
磁式燃料噴射弁より噴射される噴霧の最適化には、以下
の様な特性を考慮して検討を行う必要がある。

【００２７】第一は噴霧形状であり、噴霧の広がり角度
や到達距離で因子となる。第二は噴霧粒径であり、大粒
子の個数をできるかぎり少なくして粒径分布の均一化を
図る必要がある。第三は噴霧構造であり、噴霧される燃
料粒子の空間的分布を適正化する必要がある。

【００２８】筆者等は、これらの噴霧特性が内燃機関の
燃焼特性にどのように関与するか、種々の実験解析を進
めている。これまでの検討によると、噴霧の広がり角度
を大きくして噴霧の慣性力を弱めてその到達距離を短く
すると、燃焼の安定性に有効であること。また一方、噴
霧の広がり角度を小さくして噴霧の慣性力を強くする
と、点火性の良い混合気が生成されるが、燃焼の未燃ガ
ス成分（ＨＣ、ＣＯ）が増加する傾向にあること等が明
らかになっている。

【００２９】本発明に係る以下の実施例は上述の知見に
基づいてなされたものである。

【００３０】以下、本発明の一実施例を図１および図
２、図３により説明する。

【００３１】図１（ａ）は、本発明の電磁式燃料噴射弁
１の縦断面図を示しており、この図を用いて、電磁式燃
料噴射弁１の構造及び動作について説明する。また、図
１（ｂ）は、燃料旋回素子２２と可動弁部４Ａの拡大断
面図を示しており、図１（ｃ）は、燃料噴射孔８の直径
ｄo とバルブシ−ト面９部の角度θを示す拡大断面図で
ある。

【００３２】該電磁式燃料噴射弁１は、コントロ−ルユ
ニットにより演算されたデュ−ティのＯＮ−ＯＦＦ信号
によりシ−ト部の開閉を行うことにより燃料の噴射を実
施する。磁気回路は、有底筒状のヨ−ク３、ヨ−ク３の
開口端を閉じる栓体部２ａとヨ−ク３の中心部に延びる
柱状部２ｂとからなるコア２及びコア２に空隙を隔てて
対面するプランジャ４とからなる。柱状部２ｂの中心に
は、プランジャ４とロッド５とボ−ル６からなる可動部
４Ａを、ノズル部材７に形成された燃料の通過を許す燃
料噴射孔８の上流側のシ−ト面９に押圧するように挿入
した、弾性部材としてのスプリング１０を保持するため
の穴４Ｂが設けてある。このスプリング１０の上端は、
セット荷重を調整するためにコア２の中心に挿通された
スプリングアジャスタ１１の下端に当接している。コア
２の柱状部２ｂ側とヨ−ク３の可動部４Ａ側で対面する
隙間部には、コイル１４側へ燃料が流出するのを防ぐた
めに、両者間に機械的に固定されるシ−ルリング１２が
設けられている。磁気回路を励磁するコイル１４はボビ
ン１３に巻かれ、その外周をプラスチック材でモ−ルド
されている。これらから成るコイル組立体１５の端子１
７は、コア２のつば２ａ部に設けた穴１６に挿入されて
いる。この端子１７は、図示しないコントロ−ルユニッ
トの端子と結合される。

【００３３】ヨ−ク３の有底部には、可動部４Ａを受容
するプランジャ受容部１８が開けられており、さらにプ
ランジャ受容部１８の径より大径でそこにストッパ１９
及びノズル部材７を受容するノズル受容部２０がヨ−ク
３先端まで貫設されている。可動部４Ａは、磁性材料製
プランジャ４と、一端がプランジャ４に一体的に形成さ
れたロッド５と該ロッド５の先端部に接合されたボ−ル
６とより成るが、ロッド５のプランジャ４側には燃料の
通過を許す空洞部５Ａが設けてある。この空洞部５Ａに
は燃料の流出口５Ｂが設けてある。また、可動部４Ａ
は、プランジャ４の外周がシ−ルリング１２に当接する
ことでその軸方向の動きを案内されるとともに、ボ−ル
６が接合されたロッド５の端部近傍を、ノズル部材７の
中空部の内壁２１に挿入されている本発明に係る積層構
造の燃料旋回素子２２の内周面２３で、ガイドされてい
る。ノズル部材７には、ボ−ル６が接合されたロッド５
の端部近傍をガイドする積層構造の燃料旋回素子２２に
つづいて、ボ−ル６を着座するシ−ト面９が形成されて
おり、シ−ト面９の下流の中央部には燃料の通過を許す
燃料噴射孔８が設けられている。

【００３４】なお、燃料噴射孔８は、直径ｄo よりな
り、ノズル部材７のシ−ト面９は、シ−ト角度θより構
成されている。

【００３５】また、可動部４Ａのストロ−ク（軸上方へ
の移動量）は、ロッド５の首部の受け面５Ｃとストッパ
１９間の空隙の寸法で決定される。なお、２４はフィル
タ−で燃料中や配管中のゴミや異物がバルブシ−ト側へ
の侵入を防ぐために設けられている。

【００３６】戻って、本発明に係る積層構造の燃料旋回
素子２２の構成について、説明する。図２（ａ）は、積
層構造の燃料旋回素子２２の平面図を、図２（ｂ）は、
その縦断面図を、図２（ｃ）は、燃料旋回素子２２の燃
料通路を構成する上部プレ−ト２２Ｂを、図２（ｄ）
は、燃料の通過を許す中間プレ−ト２２Ｃを、図２
（ｅ）は、燃料旋回通路を構成する下部プレ−ト２２Ｄ
の形状をそれぞれ示している。

【００３７】また、図３（ｂ）には、下部旋回通路の他
の構成例として下部プレ−ト２２Ｄ’を示している。

【００３８】積層構造の燃料旋回素子２２は、図２
（ｂ）に示されるように、筒状部２２Ａとプレ−ト２２
Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの４ピ−スより構成される。筒状部
２２Ａは可動部４Ａの案内孔２３を有する。また、プレ
−ト２２Ｂは図２（ｃ）に示すように、軸心よりオフセ
ットＬｓされる径方向燃料通路２５と切欠き部２６が各
々１対設けられており、さらにこの径方向燃料通路２５
と連通する穴２７が中央部に設けられている。また、プ
レ−ト２２Ｄにはオフセットされない径方向燃料通路２
８と、この径方向燃料通路２８と連通する穴２９が中央
部に設けられている。 このとき、プレ−ト２２Ｄの径
方向燃料通路２８は、プレ−ト２２Ｂの径方向燃料通路
２５のオフセット量Ｌｓよりも小さなオフセット量（０
以上）を有していても良い。例えば、図３（ｂ）に示す
ような下部プレ−ト２２Ｄを用いると、燃料旋回通路２
８’は、図２（ｃ）の燃料通路２５のオフセット量Ｌｓ
よりも小さいオフセット量Ｌｓ’を有している。すなわ
ち、燃料が径方向燃料通路２８を通る際に、この通路２
８から与えられる旋回力が、径方向燃料通路２５を通る
際に与えられる旋回力よりも小さい範囲で、所望の噴霧
が得られるように、径方向燃料通路２８のオフセット量
を設定すればよい。

【００３９】さらに、中間プレ−ト２２Ｃには切欠き部
３０と中央部に穴３１が各々設けられている。なお、プ
レ−ト２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄに設けられる穴２７、２
９、３１は筒状部２２Ａの案内孔２３の直径と同径かも
しくは多少大きい径となるように形成されている。さら
に、これらのプレ−ト２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄは非常に
薄い板状の部材を円盤状に打ち抜いて製作されたもの
で、各々の穴や切欠き部も同工程で成型される。このよ
うに、プレ−ト２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄはプレス型成型
によるので形状の設計自由度が高い。例えば、径方向通
路を複数個設けること、非常に細い通路を設けること、
曲線となるような複雑な通路を設けること、など切削加
工では得られない複雑で様々な形状を高精度でしかも安
価で製作できる。

【００４０】筒状部２２Ａとプレ−ト２２Ｂ、２２Ｃ、
２２Ｄの４ピ−スは、図２（ｂ）に示されるような順番
で積層された後圧着固定される。この積層構造の燃料旋
回素子２２をノズル７の中空部の内壁２１に挿入固定す
ると、燃料旋回素子２２の外周壁とノズル７の中空部の
内壁２１との間で燃料の軸方向通路３２が形成される。
また、可動部４Ａの挿入によってボ−ル６の外周部に燃
料旋回室３３が形成される。すなわち、弁上方より導入
される燃料通路が構成され、軸方向通路３２を通過した
燃料はプレ−ト２２Ｂの径方向燃料通路２５にて軸中心
より偏心導入される。いわゆる、燃料に旋回が付与され
る。ここに、付与される旋回強度（スワ−ル数Ｓ）は次
式で求められる。

【００４１】 Ｓ＝（角運動量）／（（噴射軸方向の運動量）×（燃料噴射孔の半径）） ＝（２・ｄ₀・Ｌs）／（ ｎ・ｄs²・cos θ/2） ここに、 ｄ₀：燃料噴射孔径 Ｌs：径方向燃料通路の偏心量（図２参照） ｎ ：径方向燃料通路の数 θ ：弁座の角度 ｄs：流れ学的等価直径で径方向燃料通路の幅Ｗと高さ
Ｈを用い表される。このとき、 ｄs ＝（２・Ｗ・Ｈ）／（Ｗ＋Ｈ） である。このスワ−ル数Ｓを大きくすると、燃料の微粒
化が促進され慣性力が弱められた広がり角度の大きい噴
霧が形成される。

【００４２】上式からも分かるように、旋回力を左右す
るパラメータには、オフセット量Ｌｓの他に、通路の数
ｎと水力直径ｄsがある。従って、旋回力を変えるため
に、本実施例のようにオフセット量Ｌｓを操作するかわ
りに、ｎやｄsを操作しても良いが、この場合には圧力
損失に差が生じるので、各溝に流れる燃料の流量配分が
異なってしまう。従って、この点に留意した設計が必要
となる。その点では、オフセット量Ｌｓはその影響が小
さく、操作しやすい。しかし、前記の点に十分留意して
設計すれば、多段に配置した径方向燃料通路についてｎ
やｄsを変えても良い。

【００４３】以上のように構成された、本噴射弁１の動
作を説明する。

【００４４】噴射弁１は、電磁コイル１４に与えられる
電気的なＯＮ−ＯＦＦ信号により、可動部４Ａを軸方向
に上下動させてバルブシ−ト９の開閉を行い、それによ
って燃料の噴射制御を行う。電気信号がコイル１４に与
えられると、コア２、ヨ−ク３、プランジャ４で磁気回
路が形成され、プランジャ４がコア２側に吸引される。
プランジャ４が移動すると、これと一体になっているボ
−ル６も移動してノズル部材７の弁座のシ−ト面９から
離れ燃料噴射孔８を開放する。燃料は、図９に示す燃料
ポンプ８０、７１や燃料圧力を調整するレギュレ−タ７
９を介して加圧調整され、フィルタ２４から燃料噴射弁
１の内部に流入し、コア２の内部通路、プランジャ４の
外周部及びプランジャ４内に設けた燃料の通過を許す空
洞部５Ａから燃料の流出口５Ｂを経て下流に至り、スト
ッパ１９とロッド５の隙間、燃料旋回素子２２の径方向
燃料通路２５、切欠き部２６を通ってシ−ト部へ旋回供
給され、開弁時に燃料噴射孔８から噴射される。

【００４５】噴射された噴霧は、詳細は後述するが（図
７参照）、慣性力の弱い広がり角度の大きい噴霧と慣性
力の強い広がり角度の小さい噴霧が混在する、いわゆる
複合噴霧（比較的中実構造の噴霧）となる。すなわち、
慣性力の弱い広がり角度の大きい噴霧は、シ−ト面９よ
り遠ざけて配置されるプレ−ト２２Ｂより生成されるも
ので、径方向燃料通路２５により燃料に付与される旋回
力によって微粒化が促進されたものである。また一方、
慣性力の強い広がり角度の小さい噴霧は、シ−ト面９に
近い側に配置されるプレ−ト２２Ｄにより生成されるも
ので燃料に付与される旋回力は前者に比べて弱く、速度
の大きい噴霧流として軸心付近に生成される。

【００４６】プレ−ト２２Ｄの径方向燃料通路２８はオ
フセット量がゼロ（０）であるが、プレ−ト２２Ｂの径
方向燃料通路２５からの強い旋回流に押し出される際
に、旋回力を付与されて弱い旋回流となる。

【００４７】径方向燃料通路２８からの、弱い旋回力を
与えられた噴霧流は、周辺空気を誘引すると共に、径方
向燃料通路２５から強い旋回力を与えられて微粒化され
た微小液滴を誘引する。その結果として、比較的中実構
造となる噴霧が生成される。図３（ａ）は、本発明のプ
レ−ト２２Ｂに係る他の実施例を示すもので、燃料の径
方向通路２５の変形例である。すなわち、プレ−ト３４
Ｂには、切欠き部に変わる突起状の半円部３５が形成さ
れており、この突起状の半円部３５に燃料の径方向通路
３６の一端を構成したものである。この径方向通路３６
に連通して中央部に穴３７が設けてある。本実施例にお
いても燃料に十分な旋回力が付与されて、燃料の微粒化
が促進され速度が小さく慣性力の弱い噴霧が生成され
る。

【００４８】図４は、本発明の積層構造の燃料旋回素子
２２に係る他の実施例を示すもので、２ピ−ス構造の燃
料旋回素子３８としたものである。図４（ａ）は燃料旋
回素子３８の縦断面図を示しており、図４（ｂ）は燃料
の径方向通路を示すＭ方向視図及び図４（ｃ）はＮ方向
視図である。

【００４９】すなわち、燃料旋回素子３８は、図４
（ａ）に示されるＹ部で分離されるが、この部位で接合
固定されており、筒状部３８Ａには、可動部４Ａをガイ
ドする案内孔３９が設けられている。また、他方の筒状
部３８Ｂの一端面には、軸心よりオフセットされる燃料
の径方向通路４０（図４（ｂ）のＭ方向視図参照）が、
他方面には、オフセットされていない燃料の径方向通路
４１（図４（ｃ）のＮ方向視図参照）がそれぞれ設けら
れている。また、中央部には各々の燃料の径方向通路４
０、４１に連通する穴４２が設けられている。この穴４
２は筒状部３８Ａに設けられる案内孔３９の直径と同径
かもしくは多少大きい径で形成されている。また、筒状
部３８Ａ及び他方の筒状部３８Ｂには、図４（ｂ）
（ｃ）に示されるようにＤカット面４３、４４が設けら
れており、ノズル７の中央部の内壁２１に挿入固定され
た際に、Ｄカット面４３、４４とノズル７の中央部の内
壁２１との間で燃料の径方向通路が形成される。この実
施例の筒状部３８Ｂは、第一実施例と同様に型成型で製
作されるので、燃料の径方向通路４０、４１の設計自由
度は比較的高く、高精度な製作も可能であり第一実施例
と同様な作用、効果が得られることは言うまでもない。

【００５０】図５ないし図６は、本発明に係る可動弁を
ニ−ドル弁とした場合の他の実施例を示すもので、図５
はニ−ドル弁５０周りの要部縦断面図を示しており、図
６は積層構造の燃料旋回素子５１の断面図を示してい
る。図において第一実施例と同符号は同一部品を示す。
図６において、積層構造の燃料旋回素子５１は、筒状部
５１Ａとプレ−ト５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄの４ピ−スよ
り成りその構成は第一実施例と同様である。筒状部５１
Ａはニ−ドル弁よりなるニ−ドル弁５０の案内孔５２を
有する。また、プレ−ト５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄの燃料
通路の構成は第一実施例と同様であるが、相異なるの
は、燃料通路と連通する穴５３が筒状部５１Ａの案内孔
５２の直径より多少大きい径となるように形成されてい
る点である。

【００５１】図５に戻るが、筒状部５１Ａとプレ−ト５
１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄの４ピ−スは、第一実施例と同様
な順番で積層された後ノズル７の中空部の内壁２１に挿
入固定されるが、その際、燃料旋回素子５１の外周壁と
ノズル７の中空部の内壁２１との間で燃料の軸方向通路
５４が形成される。また、ニ−ドル弁５０の挿入によっ
てニ−ドルの先端外周部付近に燃料旋回室５５が形成さ
れる。すなわち、弁上方より導入される燃料通路が構成
され、軸方向通路５４を通過した燃料はプレ−ト５１Ｂ
の偏心導入されて燃料に旋回が付与され、慣性力の弱い
広がり角度の大きい噴霧となる。また、シ−ト面９に近
い側に配置されるプレ−ト５１Ｄにより生成される慣性
力の強い広がり角度の小さい噴霧は、比較的速度の大き
い噴霧流として軸心付近に生成される。その結果とし
て、比較的中実構造となる噴霧が生成される。

【００５２】図７に本発明の実施例によって得られる噴
霧を、ストロボ撮影による写真から模式的に描いて示し
ている。図７（ａ）は液滴の挙動を、図７（ｂ）は噴霧
内外の空気の流動状況を示している。これまでの説明で
明らかなように、燃料はノズル部材７の燃料噴射孔８に
至るまでに、軸方向の上方よりの強い旋回流れと、下方
よりの弱い旋回流れに分離される。その結果、噴霧の外
周部には慣性力の弱く速度の小さい小径液滴が生成さ
れ、噴霧の中心部には慣性力の強く速度の大きい比較的
小さい（外周部の液滴よりも大きな）液滴が生成され
る。噴霧の外周部の小径液滴は周囲気流の影響を受けや
すく、図に示すように、噴霧中心に向かう空気流に誘引
されるものと、下流側で外側に排出されるものとに別れ
る。一方、噴霧の中心部の速度が大きく比較的小さい液
滴は空気流に同伴する周辺の小径液滴を誘引する。その
結果、液滴の分散が促進され比較的中実構造の噴霧が生
成される。

【００５３】図７（ａ）及び図７（ｂ）に戻るが、本発
明によって得られる燃料噴射弁１の中心軸断面の噴霧構
造は、Ｄ１方向、Ｄ２方向、Ｄ３方向の３方向に強い噴
霧流を有している。すなわち、この３方向に強い噴霧流
は、中心下方の噴霧流れ、軸の左方向に延びる噴霧流
と、右方向に延びる噴霧流とで形成される。

【００５４】中心下方に向かう噴霧流はＤ１方向の噴霧
流を、左方向に向かう噴霧流はＤ２方向の噴霧流を、右
方向に向かう噴霧流はＤ３方向の噴霧流を、それぞれ示
している。Ｄ１方向の噴霧流は、慣性力が強く速度の大
きい比較的小径の液滴群で構成され、Ｄ２方向の噴霧流
とＤ３方向の噴霧流は、慣性力が弱く速度も小さい小径
の液滴群で構成される。このために、Ｄ２、Ｄ３方向の
噴霧流の、外周部の小径の液滴は気流の影響を受けやす
く、Ｄ１方向に誘引される。

【００５５】また、空気流は、速度の大きいＤ１方向に
向かう流れと、速度の小さいＤ２、Ｄ３方向の外周部で
巻上がる方向に流れる。

【００５６】このような流動によって、得られる噴霧は
比較的中実構造となる。

【００５７】図８および図９は、燃焼室に直接燃料を噴
射可能な本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射弁を内
燃機関に用いた様子を示したものである。

【００５８】図８において、４気筒４サイクルのガソリ
ンエンジン６０は、ベルト７２を介して高圧燃料ポンプ
７１に直結されている。この高圧燃料ポンプ７１は、カ
ム駆動により燃料を加圧するもので、例えば、ピストン
を動かして液圧縮を行い高圧燃料を得るものであり、吐
出口７１ａおよび吸込口７１ｂを有している。吐出口７
１ａとエンジンのフューエルギャラリー７５は高圧配管
７３で結合されており、その高圧配管７３の途中にはア
キュ−ムレ−タ７４が設けられている。フュ−エルギャ
ラリ−７５には、本発明に係る燃料噴射弁１が配列固定
されている。

【００５９】燃料噴射弁１への供給圧力を一定に保つた
めの高圧レギュレ−タ７７がフューエルギャラリー７５
の下流側に設けられており、余剰燃料はこのフューエル
ギャラリー７７から低圧配管７８を経て低圧レギュレ−
タ７９へと導かれ、次いで低圧レギュレータ７９に接続
された戻り配管８４を通って、燃料タンク８１に戻され
る。燃料タンク８１内には低圧燃料ポンプ８０が設けら
れており、高圧燃料ポンプ７１の吸込側と、フィルタ−
８２および低圧配管８３を介して連結されている。低圧
燃料ポンプ８０から高圧燃料ポンプ７１へ供給される燃
料中の余剰分は、低圧配管８３途中に設けた分岐管を通
って低圧レギュレータ７９へと導かれ戻り配管８４を経
て燃料タンク８１に戻される。

【００６０】燃料噴射弁１は気筒数に応じて複数個設け
られており、この燃料噴射弁１を制御するドライバ−回
路８５は、エンジンの制御ユニット８６と接続されてお
り、エンジンの制御ユニット８６からの各種指令に応じ
て各筒内燃料噴射装置１への燃料の供給量等を制御す
る。エンジン６０の動作を、運転情報である吸入空気量
や、空気温度、エンジン水温、回転数などに基づいて制
御ユニット８６が制御する。

【００６１】次に、このように構成した内燃機関６０の
詳細を図９を用いて説明する。

【００６２】シリンダ６８内に往復動可能に設けられた
ピストン６９は、図示しないエンジンシャフトの回転に
応じてシリンダ６８内を上下動する。シリンダ６８の上
部には、シリンダヘッド６３が取り付けられており、シ
リンダ６８と共に密閉空間を形成する。シリンダヘッド
６３には、スロットルバルブを内蔵した吸入空気量制御
装置６１を介して外部空気をシリンダ内に導く吸気マニ
ホールド６２と、シリンダ６８内で燃焼した燃焼ガスを
排気装置へ導く吐出マニホールドとが形成されている。

【００６３】シリンダヘッド６３の吸気マニホ−ルド６
２側には吸気弁６４が、中央部には点火装置６５が、そ
して吸気弁６４と反対側には排気弁６６がそれぞれ設け
られている。吸気弁６４および排気弁６６は燃焼室６７
内に延在して設けられている。ここで、本発明に係る燃
料噴射弁１は、シリンダヘッド６３の吸気マニホ−ルド
６２結合部付近に取り付けられており、燃料の噴射方向
が燃焼室６７内でやや下向き方向となるように設定され
ている。その取り付け角度θpは３０°〜４０°程度で
ある。６９はピストンを示しており、６９Ａはピストン
６９に設けられたキャビティである。図中の白抜きの矢
印は吸気流れを示しており、ハッチングの矢印は排気ガ
スの流れをそれぞれ示している。

【００６４】内燃機関６０の燃料は、吸気のタイミング
に合わせて燃料噴射弁１により直接燃焼室６７内へ噴射
される。噴射信号は、制御ユニット８６がエンジンの運
転状況に応じて行うが、噴射により噴霧化した燃料は、
燃焼室６７において吸気マニホールド６２を経て導かれ
た空気との混合を促進するが、この際、噴霧中心付近の
速度の大きい噴霧は、キャビティ６９Ａによって流れ方
向を規制される。すなわち、図中に示す黒塗りの矢印の
ように、その流れ方向が点火装置６５に向かうようにな
る。また一方、噴霧外周部の速度の小さい小径液滴は、
燃焼室６７内に分散され、空気との混合が促進される。
しかる後の混合気は、圧縮行程中に圧縮され、点火装置
６５にて安定して着火され、未然ガスの排出量が抑制さ
れた安定した燃焼が実現される。

【００６５】以上説明したように、燃料噴射孔に対して
遠い側で燃料に強い旋回流を付与し、一方近い側で燃料
に弱い旋回流を付与する積層構造の燃料旋回素子によっ
て、噴霧中心付近に生成される速度の大きい噴霧が噴霧
外周部に生成される小径液滴を誘引して分散性に優れた
噴霧を形成する。このような噴霧を内燃機関の燃焼室に
直接供給すると、機関の点火性を良好とし、あわせて燃
焼の未燃ガス成分の排出量を低減できる。また、積層構
造の燃料旋回素子は、プレ−トの打ち抜き加工によって
得られるので製作精度が高く、その製造コストも安価に
なるという効果がある。

【００６６】上述の実施例では、電磁式燃料噴射弁を対
象としているが、弁体の駆動手段は電磁式に限定される
ものではなく、例えば圧電素子を用いて弁体を駆動する
ものであってもよい。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、燃料に異なる旋回力を
付与して噴射するようにしたことにより、燃料に慣性力
を弱めてその到達距離を短くした広がり角度の大きい噴
霧と、慣性力を強くして広がり角度の小さい噴霧を有す
る、いわゆる複合噴霧を生成する燃料噴射弁を提供する
ことができる。

【００６８】また、この燃料噴射弁を内燃機関に用いる
ことにより、内燃機関の点火性を良好とし、燃焼の未燃
ガス成分の排出量を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である電磁式燃料噴射弁の断
面図である。

【図２】積層構造の燃料旋回素子の構造を説明する図で
ある。

【図３】燃料旋回素子の燃料通路の他の実施例を示す図
である。

【図４】燃料旋回素子の他の実施例を示す図である。

【図５】可動弁に係る他の実施例を示す図である。

【図６】可動弁に係る他の実施例の燃料旋回素子を示す
図である。

【図７】噴霧構造を模式的に示した図である。

【図８】内燃機関の構成図である。

【図９】筒内噴射式エンジンの要部拡大図である。

【符号の説明】

１…電磁式燃料噴射弁、４Ａ…可動部、６…ボ−ル弁、
８…燃料噴射孔、２２…積層構造の燃料旋回素子、２２
Ａ…筒状部、２２Ｂ…プレ−ト（偏心する径方向燃料通
路）、２２Ｄ…プレ−ト（径方向燃料通路）、２３…案
内孔、３２…軸方向燃料通路、３３…燃料旋回室、６３
…筒内直接噴射ガソリンエンジン、６９Ａ…ピストンキ
ャビティ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ａ (72)発明者 田辺 好之 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 濱田 泰久 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】噴射孔を有するノズル体と、弁体と、この
   弁体をその軸方向に駆動する駆動手段とを備え、前記弁
   体を駆動することにより前記噴射孔を開閉し、燃料噴射
   を行う燃料噴射弁において、 前記噴射孔の上流側に、燃料に旋回力を付与する２つの
   旋回力付与手段を、前記軸方向に配置すると共に、前記
   ２つの旋回力付与手段の第一の旋回力付与手段と第二の
   旋回力付与手段とが各々異なるように構成してなり、前
   記噴射孔からの噴霧を中実噴霧状としたことを特徴とす
   る燃料噴射弁。
2. 【請求項２】噴射孔を有するノズル体と、弁体と、この
   弁体をその軸方向に駆動する駆動手段とを備え、前記弁
   体を駆動することにより前記噴射孔を開閉し、燃料噴射
   を行う燃料噴射弁において、 前記噴射孔の上流側に、燃料に旋回力を付与する２つの
   旋回力付与手段を、前記軸方向に２段に配置すると共
   に、上流側の旋回力付与手段によって下流側よりも強い
   旋回力を燃料に付与することにより、前記噴射孔からの
   噴霧を中実噴霧状としたことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 【請求項３】燃料に旋回力を付与して噴射する燃料噴射
   弁において、噴射孔の中央部下方において先行する噴霧
   と、この噴霧の周辺において、この噴霧に続く中空放射
   状の噴霧を形成して、前記噴射孔からの噴霧を中実噴霧
   状としたことを特徴とする燃料噴射弁。
4. 【請求項４】噴射孔を有するノズル体と、弁体と、この
   弁体をその軸方向に駆動する駆動手段とを備え、前記弁
   体を駆動することにより前記噴射孔を開閉し、燃料噴射
   を行う燃料噴射弁において、 前記噴射孔の上流側に、燃料に旋回力を付与する２つの
   旋回力付与手段を、前記軸方向に２段に配置すると共
   に、上流側の旋回力付与手段によって下流側よりも弱い
   旋回力を燃料に付与することにより、前記噴射孔からの
   噴霧を中実噴霧状としたことを特徴とする燃料噴射弁。
5. 【請求項５】燃料に旋回力を付与して噴射する燃料噴射
   弁において、噴射孔の周辺において中空放射状に先行す
   る噴霧と、この噴霧の中央部下方において、この噴霧に
   続く噴霧を形成して、前記噴射孔からの噴霧を中実噴霧
   状としたことを特徴とする燃料噴射弁。
6. 【請求項６】燃料に旋回力を付与して噴射する燃料噴射
   弁において、弁体の軸心を含む噴霧の断面が、３方向に
   強い噴霧とすることにより、前記噴射孔からの噴霧を中
   実噴霧状としたことを特徴とする燃料噴射弁。
7. 【請求項７】燃料を噴射する噴射孔とこの噴射孔の上流
   側にシート面とを有するノズル体と、 前記シート面と
   の間で燃料通路の開閉を行う弁体と、 前記弁体を、その軸方向に駆動する駆動手段と、 前記シート面の上流側に、前記弁体が貫通する貫通穴を
   有すると共に、前記軸方向に燃料を通す軸方向通路とこ
   の軸方向通路から前記貫通穴に通じる径方向通路とを構
   成するための素子と、を備えた燃料噴射弁であって、 前記径方向通路は、前記軸方向に多段に備えられる２つ
   の径方向通路を有し、 前記噴射孔から遠い方、すなわち上流側にある径方向通
   路の前記貫通穴側開口の前記弁体軸心からのオフセット
   量と、前記噴射孔に近い方にある径方向通路の開口のオ
   フセット量とがそれぞれ相異なるように構成することに
   より、前記噴射孔からの噴霧を中実噴霧状としたことを
   特徴とする燃料噴射弁。
8. 【請求項８】燃料を噴射する噴射孔とこの噴射孔の上流
   側にシート面とを有するノズル体と、 前記シート面と
   の間で燃料通路の開閉を行う弁体と、 前記弁体を、その軸方向に駆動する駆動手段と、 前記シート面の上流側に、前記弁体が貫通する貫通穴を
   有すると共に、前記軸方向に燃料を通す軸方向通路とこ
   の軸方向通路から前記貫通穴に通じる径方向通路とを構
   成するための素子と、を備えた燃料噴射弁であって、 前記径方向通路は、前記軸方向に多段に備えられる２つ
   の径方向通路を有し、 前記噴射孔から遠い方、すなわち上流側にある径方向通
   路の前記貫通穴側開口の前記弁体軸心からのオフセット
   量を、前記噴射孔に近い方にある径方向通路の開口のオ
   フセット量に対して同一かもしくは大きくすることによ
   り、前記噴射孔からの噴霧を中実噴霧状としたことを特
   徴とする燃料噴射弁。
9. 【請求項９】燃料を噴射する噴射孔とこの噴射孔の上流
   側にシート面とを有するノズル体と、 前記シート面と
   の間で燃料通路の開閉を行う弁体と、 前記弁体を、その軸方向に駆動する駆動手段と、 前記シート面の上流側に、前記弁体が貫通する貫通穴を
   有すると共に、前記軸方向に燃料を通す軸方向通路とこ
   の軸方向通路から前記貫通穴に通じる径方向通路とを構
   成するための素子と、を備えた燃料噴射弁であって、 前記径方向通路は、前記軸方向に多段に備えられる２つ
   の径方向通路を有し、 前記噴射孔から遠い方、すなわち上流側にある径方向通
   路の前記貫通穴側開口の前記弁体軸心からのオフセット
   量を、前記噴射孔に近い方にある径方向通路の開口のオ
   フセット量より小さくすることにより、前記噴射孔から
   の噴霧を中実噴霧状としたことを特徴とする燃料噴射
   弁。
10. 【請求項１０】シリンダと、このシリンダの中で往復運
    動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸
    気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気
    手段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射
    弁と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する
    燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内
    に導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ
    内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを
    備えた内燃機関であって、 前記燃料噴射弁は、噴射孔を有するノズル体と、前記噴
    射孔を開閉する弁体と、この弁体をその軸方向に駆動す
    る駆動手段と、前記噴射孔の上流側に前記軸方向に配置
    された２つの旋回力付与手段を具備してなり、 前記２つの旋回力付与手段の第一の旋回力付与手段と第
    二の旋回力付与手段とが各々異なるように構成して、得
    られる中実状の噴霧を、シリンダ内に噴射することを特
    徴とする内燃機関。
11. 【請求項１１】シリンダと、このシリンダの中で往復運
    動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸
    気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気
    手段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射
    弁と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する
    燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内
    に導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ
    内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを
    備えた内燃機関であって、 前記燃料噴射弁は、噴射孔を有するノズル体と、前記噴
    射孔を開閉する弁体と、この弁体をその軸方向に駆動す
    る駆動手段と、前記噴射孔の上流側に前記軸方向に多段
    に配置された２つの旋回力付与手段を具備してなり、 前記２つの旋回力付与手段のうち、上流側の旋回力付与
    手段で下流側よりも強い旋回力を燃料に付与して、得ら
    れる中実状の噴霧を、シリンダ内に噴射することを特徴
    とする内燃機関。
12. 【請求項１２】シリンダと、このシリンダの中で往復運
    動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸
    気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気
    手段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射
    弁と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する
    燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内
    に導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ
    内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを
    備えた内燃機関であって、 前記燃料噴射弁は、燃料に旋回力を付与して噴射する手
    段を備えると共に、噴射孔から中央部に噴射される噴霧
    の速度が、その回りに放射状に噴射される噴霧の速度よ
    りも大きくなるように、前記シリンダ内に燃料を噴射す
    ることを特徴とする内燃機関。
13. 【請求項１３】シリンダと、このシリンダの中で往復運
    動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸
    気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気
    手段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射
    弁と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する
    燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内
    に導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ
    内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを
    備えた内燃機関であって、 前記燃料噴射弁は、噴射孔を有するノズル体と、前記噴
    射孔を開閉する弁体と、この弁体をその軸方向に駆動す
    る駆動手段と、前記噴射孔の上流側に前記軸方向に多段
    に配置された２つの旋回力付与手段を具備してなり、 前記２つの旋回力付与手段のうち、上流側の旋回力付与
    手段で下流側よりも弱い旋回力を燃料に付与して、得ら
    れる中実状の噴霧を、シリンダ内に噴射することを特徴
    とする内燃機関。
14. 【請求項１４】シリンダと、このシリンダの中で往復運
    動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸
    気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気
    手段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射
    弁と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する
    燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内
    に導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ
    内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを
    備えた内燃機関であって、 前記燃料噴射弁は、燃料に旋回力を付与して噴射する手
    段を備えると共に、噴射孔から中央部に噴射される噴霧
    の速度が、その回りに放射状に噴射される噴霧の速度よ
    りも小さくなるように、前記シリンダ内に燃料を噴射す
    ることを特徴とする内燃機関。
15. 【請求項１５】シリンダと、このシリンダの中で往復運
    動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸
    気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気
    手段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射
    弁と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する
    燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内
    に導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ
    内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを
    備えた内燃機関であって、 前記燃料噴射弁は、燃料に旋回力を付与して噴射する手
    段を備えると共に、弁体の軸心を含む噴霧の断面が、３
    方向に強い噴霧を有するように、前記シリンダ内に燃料
    を噴射することを特徴とする内燃機関。
16. 【請求項１６】シリンダと、このシリンダの中で往復運
    動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸
    気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気
    手段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射
    弁と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する
    燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内
    に導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ
    内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを
    備えた内燃機関であって、 前記燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴射孔とこの噴射孔
    の上流側にシート面とを有するノズル体と、前記シート
    面との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、前記弁体をそ
    の軸方向に駆動する駆動手段と、前記シート面の上流側
    に素子とを備え、 前記素子は、前記弁体が貫通する貫
    通穴を有すると共に、前記軸方向に燃料を通す軸方向通
    路とこの軸方向通路から前記貫通穴に通じる径方向通路
    とを構成するように備えられ、 前記径方向通路は、前記軸方向に２つの径方向通路を多
    段に備え、前記噴射孔から遠い方、すなわち上流側にあ
    る径方向通路の前記貫通穴側開口の前記弁体軸心からの
    オフセット量と、前記噴射孔に近い方にある径方向通路
    の開口のオフセット量とがそれぞれ相異なるように構成
    することにより、 前記２つの径方向通路により燃料に異なる旋回力を付与
    して、前記シリンダ内に噴射することを特徴とする内燃
    機関。
17. 【請求項１７】シリンダと、このシリンダの中で往復運
    動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸
    気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気
    手段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射
    弁と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する
    燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内
    に導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ
    内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを
    備えた内燃機関であって、 前記燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴射孔とこの噴射孔
    の上流側にシート面とを有するノズル体と、前記シート
    面との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、前記弁体をそ
    の軸方向に駆動する駆動手段と、前記シート面の上流側
    に素子とを備え、 前記素子は、前記弁体が貫通する貫
    通穴を有すると共に、前記軸方向に燃料を通す軸方向通
    路とこの軸方向通路から前記貫通穴に通じる径方向通路
    とを構成するように備えられ、 前記径方向通路は、前記軸方向に２つの径方向通路を多
    段に備え、前記噴射孔から遠い方、すなわち上流側にあ
    る径方向通路の前記貫通穴側開口の前記弁体軸心からの
    オフセット量を、前記噴射孔に近い方にある径方向通路
    の開口のオフセット量に対して同一かもしくは大きくす
    ることにより、 前記２つの径方向通路により燃料に異なる旋回力を付与
    して、前記シリンダ内に噴射することを特徴とする内燃
    機関。
18. 【請求項１８】シリンダと、このシリンダの中で往復運
    動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸
    気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気
    手段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射
    弁と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する
    燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内
    に導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ
    内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを
    備えた内燃機関であって、 前記燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴射孔とこの噴射孔
    の上流側にシート面とを有するノズル体と、前記シート
    面との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、前記弁体をそ
    の軸方向に駆動する駆動手段と、前記シート面の上流側
    に素子とを備え、 前記素子は、前記弁体が貫通する貫
    通穴を有すると共に、前記軸方向に燃料を通す軸方向通
    路とこの軸方向通路から前記貫通穴に通じる径方向通路
    とを構成するように備えられ、 前記径方向通路は、前記軸方向に２つの径方向通路を多
    段に備え、前記噴射孔から遠い方、すなわち上流側にあ
    る径方向通路の前記貫通穴側開口の前記弁体軸心からの
    オフセット量を、前記噴射孔に近い方にある径方向通路
    の開口のオフセット量より小さくすることにより、 前記２つの径方向通路により燃料に異なる旋回力を付与
    して、前記シリンダ内に噴射することを特徴とする内燃
    機関。
19. 【請求項１９】請求項１０至１８に記載の内燃機関にお
    いて、前記ピストンは、その上面に、前記燃料噴射弁か
    ら噴射された噴霧の方向を点火装置の方に変えるキャビ
    ティが構成されていることを特徴とする内燃機関。