JP2008014321A - Fuel injection valve and internal combustion engine having it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁に係り、点火性および燃焼性に優れた燃料噴霧を形成する技術に関する。 The present invention relates to a fuel injection valve that injects fuel into an internal combustion engine, and relates to a technique for forming a fuel spray excellent in ignitability and combustibility.
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。 An in-cylinder fuel injection device that directly injects fuel into a combustion chamber is known as opposed to an intake pipe fuel injection device that injects fuel into an engine intake pipe.
このような、筒内噴射ガソリンエンジンとして、特開平6−146886 号公報に記載されたものがある。この従来技術では、燃料噴射弁の取付け位置に対する配慮と、吸気開口端から上方に延びる吸気ポートにより燃焼室内に縦渦の吸気流れ（タンブル流）を形成する構成として、理論混合気よりも希薄な燃料で燃焼を安定して行い、燃費を改善するというものである。 As such an in-cylinder injection gasoline engine, there is one described in JP-A-6-146886. In this prior art, consideration is given to the mounting position of the fuel injection valve, and a configuration in which a vertical vortex intake flow (tumble flow) is formed in the combustion chamber by an intake port extending upward from the intake opening end, which is leaner than the theoretical mixture. The fuel is stably burned to improve fuel efficiency.
上記の従来技術では、以下に述べるような、点火性（着火性）と燃焼性（未燃ガス排出量低減）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、必ずしも十分な配慮がなされていなかった。 In the above prior art, sufficient consideration is not given to the spray shape or spray structure that can improve both ignitability (ignitability) and flammability (reduction of unburned gas emissions) as described below. Was not made.
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。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。 In order to optimize the spray injected from the fuel injection valve, it is necessary to consider the following characteristics. The first is the spray shape, and the spread angle and the reach distance of the spray are factors. The second is the spray particle size, and it is necessary to make the particle size distribution uniform by reducing the number of large particles as much as possible. The third is a spray structure, and it is necessary to optimize the spatial distribution of sprayed fuel particles.
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について、実験解析により検討した結果、以下のことが明らかになった。点火性向上のためには、点火装置回りの燃料粒子分布を多くして、可燃濃度の混合気の分布を高くすることが有効である。一方、ピストン方向への燃料粒子分布を少なくさせると、燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）が減少する傾向にあり、燃焼性が向上する。 As a result of studying how these spray characteristics are related to the combustion characteristics of an internal combustion engine, the following has been clarified. In order to improve ignitability, it is effective to increase the fuel particle distribution around the igniter and increase the distribution of the air-fuel mixture having a combustible concentration. On the other hand, when the fuel particle distribution in the piston direction is decreased, the unburned gas components (HC, CO) of combustion tend to decrease, and the combustibility is improved.
さらに、エンジン回転数の低回転から高回転までの広い領域で燃焼安定性を得るには、筒内の圧力変化によって噴霧形状が変化しないことが望ましい。なぜならば、インジェクタと点火装置の幾何学的な位置関係は固定されているため、常に点火装置へ適切な濃度の噴霧を供給するためには、噴霧の広がりは一定である事が重要だからである。言い換えれば、従来のインジェクタが噴射する噴霧は、筒内圧力が低い時には噴霧が広がり、筒内圧が増加すると噴霧が潰れる傾向があった。この場合、筒内圧が比較的高い状態を基準にして、インジェクタと点火装置の配置を決めると、筒内圧が低い時に、筒内のシリンダ上面や側面あるいは、ピストンヘッドに燃料が付着し易くなり、一方、筒内圧が比較的低い状態を基準にすると、筒内圧が高くなった時に点火装置に燃焼に適切な噴霧が到達し難くなる傾向があった。 Furthermore, in order to obtain combustion stability in a wide region from low engine speed to high engine speed, it is desirable that the spray shape does not change due to the pressure change in the cylinder. This is because, since the geometric positional relationship between the injector and the ignition device is fixed, it is important that the spray spread is constant in order to always supply an appropriate concentration of spray to the ignition device. . In other words, the spray injected by the conventional injector has a tendency that the spray spreads when the in-cylinder pressure is low, and the spray is crushed when the in-cylinder pressure increases. In this case, if the arrangement of the injector and the ignition device is determined based on the state where the in-cylinder pressure is relatively high, when the in-cylinder pressure is low, the fuel easily adheres to the cylinder upper surface and side surfaces or the piston head. On the other hand, when the in-cylinder pressure is relatively low as a reference, when the in-cylinder pressure becomes high, there is a tendency that spray suitable for combustion does not easily reach the ignition device.
本発明の目的は、筒内圧が増加しても潰れにくい噴霧を実現することにある。 An object of the present invention is to realize a spray that is not easily crushed even if the in-cylinder pressure increases.
上記目的を達成するために、噴霧横断面の中央部に燃料粒子が希薄となる第１の希薄部分を形成し、前記第１の希薄部分を取り囲む噴霧部分に燃料粒子が希薄となる第２の希薄部分を１つだけ有する燃料噴霧を生成する。燃料粒子が希薄になった（場合によっては、燃料分子がなくなった）第２の希薄部分から、噴霧外の空気を噴霧内に誘引することができる。これによって、噴霧内外の圧力差を小さくすることができ、噴霧を潰れにくくする。内燃機関では、第２の希薄部分がピストン側に向くように燃料噴霧を噴射すると良い。 In order to achieve the above object, the first lean portion where the fuel particles are diluted is formed in the central portion of the spray cross section, and the fuel particles are diluted in the spray portion surrounding the first lean portion. A fuel spray having only one lean portion is generated. Outside the spray can be attracted into the spray from the second lean portion where the fuel particles have become lean (and in some cases no more fuel molecules). Thereby, the pressure difference between the inside and outside of the spray can be reduced, and the spray is hardly crushed. In the internal combustion engine, the fuel spray may be injected so that the second lean portion faces the piston.
本発明によれば、燃料粒子が希薄となる第２の希薄部分により、噴霧内外の圧力差が小さくなり、筒内圧が増加しても潰れにくい燃料噴霧とすることができる。さらに、内燃機関において、点火装置方向へ混合気を収斂し、ピストン方向への燃料粒子を希薄にするように噴霧を形成することによって、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。 According to the present invention, the second lean portion where the fuel particles become lean can reduce the pressure difference between the inside and outside of the spray, and the fuel spray can be prevented from being crushed even if the in-cylinder pressure increases. Furthermore, in the internal combustion engine, the air-fuel mixture is converged in the direction of the ignition device, and the spray is formed so as to dilute the fuel particles in the direction of the piston. Emissions can be reduced.
本発明の一実施例を図１乃至図６を参照して説明する。以下の説明において、弁軸線（弁軸心）を含み、かつ弁軸線に平行な面を縦断面と呼び、弁軸線に直行する平面を横断面と呼ぶこととする。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, a plane including the valve axis (valve axis) and parallel to the valve axis is referred to as a longitudinal section, and a plane perpendicular to the valve axis is referred to as a transverse section.
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を噴射する。磁気回路は、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アンカー４とからなる。柱状部２ｂの中心には、磁性材料製のアンカー４とロッド５とこのロッド５に接合されたボ−ル６とからなる弁体４０を、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４Ａが設けてある。シート面９は噴射孔８と共に、かつ噴射孔８の上流側に位置するようにノズル部材７に形成されている。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の弁体４０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１７は、コア２の栓体部（つば）２ａ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。
The electromagnetic
ヨ−ク３には、弁体４０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。ロッド５のアンカー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。弁体４０はアンカー４の外周がシ−ルリング１２の内周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又はロッド５のボ−ル６側端部近傍を、燃料旋回素子２２の内周面２３でガイドされている。燃料旋回素子２２はノズル部材７が形成する中空部に挿入され、シート面９の上流側で、内壁２１と接して位置決めされている。本実施例では、ノズル部材７を円筒状の側壁部（周壁部）７２と端面（底面）７１とを有するように一つの部材で構成している。この場合、ノズル部材７は燃料旋回素子及び弁体の一部を収納するハウジングを構成する。
The yoke 3 is provided with a
また、弁体４０のストロ−ク（図１では軸上方への移動量）は、ロッド５の首部の受け面５Ｃとストッパ１９間の空隙の寸法で設定される。なお、フィルタ−２４は燃料中や配管中のゴミや異物がボール６とシート面９との間のバルブシ−ト側への侵入を防ぐために設けられている。
Further, the stroke of the valve body 40 (the amount of movement upward in FIG. 1) is set by the size of the gap between the
次に、図２を参照しながら、本実施例のＬ型切り欠き面構造のノズル部材７について説明する。
Next, the
噴射孔８は、その中心が弁体の軸線（弁軸心）Ｊと一致し、かつ壁面が軸線Ｊと平行に形成されている。噴射孔８の出口開口が形成されるノズル先端面７Ａには、軸線Ｊに直交する面７Ｂと軸線Ｊに略平行な面Ａ１とによって構成されるＬ型切り欠き部が形成されている。このとき、切り欠かれた部分の噴射孔幅はＷ、噴射孔長さは最も深く切り欠かれた部分でＬ、切り欠かれていない（最も切り欠きの少ない）部分でＬ′に形成され、ノズル部材７の先端面は噴射孔８を挟むように形成された軸線Ｊに垂直な２つの平面７Ａ，７Ｂと、これらの平面を繋ぐ軸線Ｊに平行な面Ａ１で形成されている。
The center of the
上記構成によれば、噴射孔８の出口開口面は、段差を有する平面７Ａ，７Ｂ上に、段差を有して形成されることになる。
According to the said structure, the exit opening surface of the
上記の切り欠き部は、噴射孔８の周方向で、噴霧の拘束力を非線形に変化させる（ステップ状に変化させる）ことが望ましい。このために、本実施例の燃料噴射弁は、以下の構成を有すると言える。
（１）噴射孔８の中心軸線を含みかつ中心軸線に平行な断面と、噴射孔８の出口開口を形成する縁との２つの交点を、中心軸線に沿う方向にずらすと共に、一方の交点から他方の交点に至る途中で、出口開口を形成する縁に段差が形成されている、
（２）このとき、２つの交点から段差部に至るまでの間で、出口開口を形成する２つの縁は、上記の断面に垂直な方向から見たときに、互いに平行になっている、
（３）また、出口開口を形成する縁は、段差部で、中心軸線に沿う方向に変化するように形成されている、
（４）噴射孔８の出口開口面は、噴射孔８の中心軸線方向に段差を有するように形成されている、
（５）噴射孔８を形成する通路壁の長さが、噴射孔８の周方向で非線形に変化する部分を有して変化するように、噴射孔８の出口開口部に段差が設けられている、
（６）噴射孔８の出口開口には、噴射孔の中心軸線に略平行な切れ込みが形成され、この切れ込みから片側の壁面が取り除かれることにより、段差が形成されている、
（７）噴射孔８の出口開口が形成されるノズル先端面に段差が形成されることにより、出口開口面に段差が形成されている、
（８）噴射孔８を形成する通路壁面長さが噴射孔８の周方向で変化するように、噴射孔８の出口開口を形成する縁に、噴射孔８の中心軸線方向の段差が形成され、燃料噴射弁への燃料入口部で、燃料に１．０〜２０ＭＰａの圧力を付与して噴射する。
It is desirable that the above-described notch changes the spray restraint force in a non-linear manner (changes in a step shape) in the circumferential direction of the
(1) The two intersections of the cross section including the central axis of the
(2) At this time, between the two intersections and the stepped portion, the two edges forming the outlet opening are parallel to each other when viewed from the direction perpendicular to the cross section.
(3) Further, the edge forming the outlet opening is a stepped portion and is formed to change in a direction along the central axis.
(4) The outlet opening surface of the
(5) A step is provided at the outlet opening of the
(6) The exit opening of the
(7) A step is formed on the outlet opening surface by forming a step on the nozzle tip surface where the outlet opening of the
(8) A step in the direction of the central axis of the
図２（ａ）の構成において、噴霧には次のような特徴がある。
（イ）噴射孔８を形成する通路壁の切り欠かれた側では、噴霧の分布量（混合気の分布量）が多い、
（ロ）切り欠かれた側から噴射される噴霧は運動エネルギーが大きいため、噴霧の粒径が小さくなる。
In the configuration of FIG. 2A, the spray has the following characteristics.
(A) On the notched side of the passage wall forming the
(B) Since the spray sprayed from the notched side has a large kinetic energy, the spray particle size becomes small.
上記（イ）及び（ロ）の効果により、着火性が良くなり、燃費が向上する。 Due to the above effects (a) and (b), the ignitability is improved and the fuel efficiency is improved.
上記の構造において、切り欠き面Ａ１等における「切り欠き」とは加工方法を限定するものではなく、一部が除かれた形状を意味するものである。型材を用いたプレス加工（塑性加工）や鋳造等の加工方法を用いてもよい。これは以下の実施例においても同様である。また、ボール６は、必ずしも球状でなくても良い。すなわち、円錐状の針弁であってもよい。
In the above structure, the “notch” in the notch surface A1 or the like does not limit the processing method but means a shape in which a part is removed. A processing method such as press working (plastic working) using a mold material or casting may be used. The same applies to the following embodiments. Further, the
図２（ｂ）では、噴射孔の直径ｄｏとシート角度θと矢印“ＰＬＵＧ”と矢印“ＰＩＳＴＯＮ”と線Ｋ、Ｍを定義する。線Ｋは、噴射孔８の中心を通り切り欠き面Ａ１に平行な線、線Ｍは噴射孔８の中心を通りＫに直交する線であり、矢印“ＰＬＵＧ”と矢印“ＰＩＳＴＯＮ”は、線Ｍに平行である。
In FIG. 2B, the diameter do of the injection hole, the seat angle θ, the arrow “PLUG”, the arrow “PISTON”, and the lines K and M are defined. The line K is a line that passes through the center of the
また図２において、燃料旋回素子２２には、燃料旋回素子２２の外周部を平面セットした軸方向溝２５と径方向溝２６が設けてある。本実施例では、軸方向溝２５は平面で形成しているが、環状通路等他の形状であっても良い。かかる軸方向溝２５と径方向溝２６は、燃料旋回素子２２上方より導入される燃料通路であるが、軸方向溝２５を通過した燃料は径方向溝２６にて軸中心より偏心導入して、燃料に旋回を付与し、ノズル部材７に設けた噴射孔８より噴射する際の微粒化を促進する働きがある。ここで、燃料旋回素子２２により付与される旋回強度（スワール数Ｓ）は次式で求められる。
In FIG. 2, the
（数１）
Ｓ＝（角運動量）／（（噴射軸方向の運動量）×（噴射孔半径））
＝（２・ｄｏ・Ｌｓ）／（ｎ・ｄｓ2・cos（θ／２））
ここに、
ｄｏ：噴射孔の直径
Ｌｓ：溝の偏心量（弁軸心と溝（幅）中心間の距離）
ｎ ：溝の数
θ ：弁座の角度
ｄｓ：流れ学的等価直径で溝幅Ｗと溝高さＨを用いて表される
＝２・Ｗ・Ｈ／Ｗ＋Ｈ
である。このスワール数を大きくすると、微粒化が促進され噴霧が分散される。
(Equation 1)
S = (angular momentum) / ((momentum in injection axis direction) × (injection hole radius))
= (2 · do · Ls) / (n · ds 2 · cos (θ / 2))
here,
do: Diameter of injection hole Ls: Eccentricity of groove (distance between valve shaft center and groove (width) center)
n: number of grooves θ: angle of valve seat ds: expressed in terms of rheological equivalent diameter using groove width W and groove height H
= 2 ・ W ・ H / W + H
It is. When this swirl number is increased, atomization is promoted and the spray is dispersed.
本実施例の燃料噴射弁１の動作を説明する。電気信号がコイル１４に与えられると、コア２、ヨ−ク３、アンカー４で磁気回路が形成され、アンカー４がコア２側に吸引される。アンカー４が移動すると、ボ−ル６がシ−ト面９から離れ、燃料通路が開放される。
Operation | movement of the
燃料は、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、アンカー４の外周部及びアンカー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、軸方向燃料通路２５、径方向燃料通路２６を通ってシ−ト部へ旋回供給される。
The fuel flows into the
次に、図３乃至図６を用いて、本実施例の燃料噴射弁１によって得られる噴霧構造を説明する。
Next, the spray structure obtained by the
図５は、本実施例の燃料噴射弁１が噴射する噴霧を撮影した実験結果の一例である。実験条件は、大気圧下、燃料圧力は７Ｍｐａ程度である。縦断面の噴霧撮影は、レーザのシート光が弁体軸線Ｊを含む平面となるように設定して、噴霧に照射し、燃料噴射後約２〜３ｍｓの噴霧の映像をカメラにて撮影した。同様に、噴霧横断面は、レーザのシート光が弁体軸線に垂直なＸ−Ｘ面となるように設定して撮影した。図に示すように、本実施例の燃料噴射弁１から噴射される噴霧の縦／横断面は、矢印“ＰＬＵＧ”側に偏向し、偏向側で可燃濃度の混合気が濃く、矢印“ＰＩＳＴＯＮ”側で可燃濃度の混合気が希薄とな領域８０Ａのような分布となる。
FIG. 5 is an example of an experimental result obtained by photographing the spray injected by the
図６は、本実施例の燃料噴射弁１が噴射した噴霧の流量分布の一例を示す図である。図６の（ａ）は、流量分布を測定した噴霧断面の一例を示し、（ｂ）は図（ａ）に定義する線ｍ上の流量分布、（ｃ）は線ｋ上の流量分布を示す。実験条件は、図５と同等である。図（ｂ）、（ｃ）の横軸は、線ｍ及びｋ上の測定ポイント、縦軸は最大流量を１として無次元化している。図（ｂ）に示すように、噴霧は“ＰＬＵＧ”側に多く分布し、“ＰＩＳＴＯＮ”側で少なく分布している。また、図（ｃ）に示すように、線ｋ上の分布はほぼ対称である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the flow distribution of the spray injected by the
図３（ａ）に示すように、本実施例の燃料噴射弁１から噴射される噴霧は、矢印“ＰＬＵＧ”側に偏向角βで偏向し、偏向側で可燃濃度の混合気が濃く、矢印“ＰＩＳＴＯＮ”側で可燃濃度の混合気が希薄となる。噴射孔８の中心軸線からとった“ＰＬＵＧ”側噴霧角α１と“ＰＩＳＴＯＮ”側噴霧角α２とは、α１＞α２の関係にあり、領域８０のような分布となる。また、矢印“ＰＬＵＧ”側、すなわち噴射孔８の出口を切り欠いた側に噴射される燃料噴霧の到達距離の方が、矢印“ＰＩＳＴＯＮ”側、すなわち噴射孔８の出口を切り欠かなかった側に噴射される燃料噴霧の到達距離よりも長くなる。ここで、弁軸線Ｊを含みＪに平行な面内の噴霧の縦断面は、網目状のハッチングをした領域８０Ａとなる。ここで、偏向角βは、次式で求められる。
As shown in FIG. 3 (a), the spray injected from the
（数２）
β＝（α１−α２）／２
また、図３（ｂ）に示すように、矢印Ｎの方向から見た噴霧のＸ−Ｘ横断面は、“ＰＬＵＧ”側に可燃濃度の混合気が濃く、矢印“ＰＩＳＴＯＮ”側では可燃濃度の混合気が希薄、極端な場合には燃料粒子が存在しない状態になる。すなわち、領域８０Ａに示すような、矢印“ＰＩＳＴＯＮ”側で噴霧の一部が切れたような分布となる。さらに、本実施例の燃料噴射弁１を、内燃機関６０に対して、取り付け角γ、矢印“ＰＬＵＧ”と“ＰＩＳＴＯＮ”の向きを図３（ｃ）に示す向きに取り付けた場合、混合気は内燃機関６０に設けられた点火装置６５の周辺に収斂し、一方、シリンダ６８内に往復可能に取り付けたピストン６９のキャビティ６９Ａの周辺では希薄となり、噴霧上端角αｕ、領域８０のような分布となる。すなわち、噴霧角は点火装置６５側に大きく、ピストン６９のキャビティ６９Ａ側に小さく、また可燃混合気の濃度は点火装置６５側に濃く、ピストン６９のキャビティ６９Ａ側に薄く、また到達距離は点火装置６５側で長く、ピストン６９のキャビティ６９Ａ側で短くなっている。ここで、噴霧上端角αｕは、矢印θ方向を正とする。図３（ｃ）においては、燃焼室内６７には噴霧以外の気体の流動は無く筒内圧力は大気圧にほぼ等しいものとする。
(Equation 2)
β = (α1-α2) / 2
Further, as shown in FIG. 3 (b), the XX cross section of the spray viewed from the direction of the arrow N shows that the mixture of flammable concentration is dense on the “PLUG” side, and the flammable concentration on the arrow “PISTON” side. When the air-fuel mixture is lean and extreme, fuel particles are not present. That is, the distribution is such that part of the spray is cut off on the arrow “PISTON” side as shown in the
図４の断面Ａ−Ａから、Ｂ−Ｂまでの区間（区間Ａ−Ｂ）と、断面Ｂ−Ｂから、Ｃ−Ｃまでの区間（区間Ｂ−Ｃ）とでの、燃料の開放部分と噴霧噴射状態の比較について説明する。Ａ−Ｂ間では、噴射孔８全周で燃料を拘束しているため、噴霧は噴射されない。一方、Ｂ−Ｃ間では、燃料は、図示するように半円状に開放されており、噴霧は“ＰＬＵＧ”側に噴射され、“ＰＩＳＴＯＮ”側には噴射されず、図に示すように噴霧の一部が切れた、馬蹄形状の断面形状となる。従って、噴霧は、ピストン６９の運動によって燃焼室内６７の圧力が変化しても、噴霧内部と噴霧外部の圧力がバランスし易く、噴霧が潰れにくく、形状が一定に保たれる。
The open portion of the fuel in the section from section AA to BB (section AB) and the section from section BB to CC (section BC) in FIG. The comparison of the spray injection state will be described. Between A and B, since the fuel is restrained on the entire circumference of the
本実施例では、段差（Ｌ′−Ｌ）はシリンダの内径、すなわちエンジンの容積と噴射弁の取付角によって適宜決められるものであるが、少なくとも０よりも大きな段差で設けられ、実質的な噴霧構造（広がり角度、到達距離、空間的分布）の変化を得るためには、エンジンの容積が２〜３リットル、噴射弁の取付角が１０°〜５０°の通常の範囲において、（Ｌ′−Ｌ）は、０＜（Ｌ′−Ｌ）／ｄ０≦１の範囲に設定されることが好ましい。 In this embodiment, the step (L'-L) is appropriately determined by the inner diameter of the cylinder, that is, the volume of the engine and the mounting angle of the injection valve. In order to obtain changes in structure (spreading angle, reach distance, spatial distribution), the engine volume is 2 to 3 liters and the injector mounting angle is 10 ° to 50 ° in the normal range (L′− L) is preferably set in a range of 0 <(L′−L) / d0 ≦ 1.
本実施例では、ノズル部材７の先端面の噴射孔８の出口部に突起部７Ａを形成しているが、この突起部７Ａは必ずしも設ける必要はなく、突起部７Ａを設けない構造においては切り欠かれていない（最も切り欠きの少ない）部分の噴射孔長さはＬ″になる。このとき、噴射孔長さの大小関係はＬ′＞Ｌ″＞Ｌのようになる。しかし、突起部７Ａを設けることにより、突起部７Ａのみの重量増によって、大きな段差（Ｌ′−Ｌ）を構成し、より大きな噴霧角α１（図３の（ａ））を実現することができる。
In this embodiment, the
さらに、噴射孔幅Ｗを調節することで、噴霧断面の広がりＷｓ（（図３の（ｂ））を調整することができ、Ｗを小さくすることでＷｓを小さくし、Ｗを大きくすることでＷｓを大きくすることができ、Ｗは０＜Ｗ≦ｄ０の範囲で設定することができる。 Furthermore, by adjusting the injection hole width W, it is possible to adjust the spread Ws ((b) of FIG. 3) of the spray cross section, and by reducing W, Ws is reduced and W is increased. Ws can be increased, and W can be set in a range of 0 <W ≦ d0.
上述のように、段差（Ｌ′−Ｌ）の大きさを調節することにより、噴霧の偏向量（図３（ａ）に示す角度α１又はβ）を調節することができる。また、噴射孔８の通路壁を取り除く範囲（通路壁を短くする範囲）を噴射孔８の周方向において調節することによって、噴霧の横断面の広がりＷｓを調節することができる。
As described above, the amount of spray deflection (angle α1 or β shown in FIG. 3A) can be adjusted by adjusting the size of the step (L′−L). Further, by adjusting the range in which the passage wall of the
ノズル部材７部は、図７に示すような構成にしてもよい。
The
図７（ａ）、（ｂ）に示すノズル部材７′では、その底面部（端面部）７１の外周部に肉厚部７Ｃを設けている。すなわち、本構成においては、肉厚部７Ｃによって、ボール６がシート面９に着座する際の振動騒音を低減している。
In the
また、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように噴射孔８中心から距離Ｂ１で、厚さ（Ｂ２−Ｂ１）の略環状の肉圧部７Ｆによって、振動騒音低減をしても良い。
Further, as shown in FIGS. 7C and 7D, vibration noise may be reduced by a substantially
さらに、ノズル部材７′′′部は、図８に示すような構成にしてもよい。
Further, the
ノズル部材７′′′部は、燃料旋回素子及び弁体の一部を収納するハウジングの底面部７１′のみによって構成され、側壁部７２′とは別部材で構成されている。側壁部７２′は、ノズル部材７′′′をガイドするノズルガイド体を構成する。ノズル部材７′′′は接合部７Ｄに沿って側壁部７２′（ノズルガイド体）に溶接されている。すなわち、本構成においては、エンジンの容積と噴射弁の取付角によって適宜変更する部分を、ハウジングの底面部７１′のみに集約することで、生産性を向上できる。
The
図９を用いて、内燃機関の実施例を説明する。 An embodiment of the internal combustion engine will be described with reference to FIG.
シリンダ６８内に往復動可能に設けられたピストン６９は、図示しないクランク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排気マニホールドとが形成されている。
A
シリンダヘッド６３の吸気マニホ−ルド６２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、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、燃料噴射弁１の軸線が燃焼室６７内でやや下向きとなるように（点火装置６５が設けられているのとは反対方向を向くように）設定されている。その取り付け角度γは一般に１０°〜５０°程度である。
An
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（凹み）である。キャビティ６９Ａは、ピストン６９の径方向において、排気弁６６側から、点火装置６５の取り付け位置を越えて吸気弁６４側（ほぼ噴射孔８の位置）までの範囲に設けられている。噴射孔８はピストン６９に設けられるキャビティ６９Ａに向けられている。図中の白抜きの矢印は吸気の流れを示しており、ハッチングの矢印は排気の流れをそれぞれ示している。
内燃機関６０の燃料は、ポンプによって燃料噴射弁１に加圧供給され、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、着火の直前には領域８０のように分布する。噴射により霧化した燃料は、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の流れ（タンブル流）８２との混合を促進する。
The fuel of the
タンブル流は、シリンダヘッド側を排気弁６６側に流れ、排気弁６６の下方でピストン側に向きを変え、キャビティ６９Ａの曲面に沿って燃料噴射弁８側に導かれ、噴霧を下側から持ち上げるように流れる。点火装置６５側に偏向している噴霧は、タンブル流８２によって、さらに点火装置６５に向かうようになる。また一方、キャビティ６９Ａの方向に向かう噴霧は、希薄となりピストン６９側に燃料噴霧を過剰に送ることがない。従って、燃料噴霧のピストンへの付着を低減できる。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。噴霧の一部を切ることで、噴霧の内側と外側とで圧力差がなくなり、筒内の圧力変動に対して噴霧形状が変化し難く、広いエンジン回転数域で燃焼安定性の良い噴霧を提供できる。
The tumble flow flows on the cylinder head side to the
上記の筒内噴射ガソリンエンジンは、燃焼室内にタンブル流を生成するもので、従来エンジンのシリンダヘッドを大幅に変更することなく希薄燃焼を実現することができる。 The in-cylinder injection gasoline engine generates a tumble flow in the combustion chamber, and can realize lean combustion without significantly changing the cylinder head of the conventional engine.
上記の各実施例の燃料噴射弁によれば、噴射孔の出口部で噴射孔を形成する壁面の一部を取り除くことにより、噴霧の流れの拘束を解き、拘束を解いた側で可燃濃度の混合気が濃く、拘束した側で可燃濃度の混合気が希薄な偏向噴霧を形成する。このため、噴射孔の一部を遮蔽する場合のように噴霧の流れを阻害しにくい。これは、燃料に旋回力を付与して噴射する燃料噴射弁の場合に、付与した旋回エネルギーを損なうことが無く、特に有効である。 According to the fuel injection valve of each of the above embodiments, by removing a part of the wall surface that forms the injection hole at the outlet portion of the injection hole, the restriction of the flow of the spray is released, and the combustible concentration is reduced on the side of the release of the restriction. The air-fuel mixture is thick, and a deflected spray with a lean combustible air-fuel mixture is formed on the restricted side. For this reason, it is hard to inhibit the flow of spray like the case where a part of injection hole is shielded. This is particularly effective in the case of a fuel injection valve that injects fuel by applying a turning force to the fuel without impairing the applied turning energy.
また、上記の各実施例の燃料噴射弁は、噴射孔の出口部で噴射孔を形成する壁面の一部を切り欠いて、或いは、噴射孔の噴射孔長さが噴射孔の周方向で変化するように、噴射孔の出口開口部に段差を設けて、或いは、噴射孔を形成する壁面の一部を含むノズル先端面に凹部を形成して実施することができる。これらの実施例は見方を変えれば、噴射孔を形成する壁面の一部を他の部分よりも下流側（ノズル体の先端側）に延長して設けることになる。 In the fuel injection valve of each of the above embodiments, a part of the wall surface forming the injection hole is cut out at the outlet of the injection hole, or the injection hole length of the injection hole changes in the circumferential direction of the injection hole. As described above, it can be carried out by providing a step at the outlet opening of the injection hole or by forming a recess on the nozzle tip surface including a part of the wall surface forming the injection hole. From a different perspective, these embodiments are provided by extending a part of the wall surface forming the injection hole to the downstream side (the tip side of the nozzle body) from the other part.
内燃機関の他の実施例を、図１０を用いて説明する。 Another embodiment of the internal combustion engine will be described with reference to FIG.
図１０に示す内燃機関６０′では、タンブル流８２を点火装置６５直下から立ち上げるように、キャビティ６９Ｂを設けている。キャビティ６９Ｂは、ピストン６９′の径方向において、点火装置６５の取り付け位置（シリンダ中心部）よりも排気弁６６側からほぼ点火装置６５の取り付け位置までの範囲に設けられている。タンブル流８２は、シリンダヘッド側を排気弁６６側に流れ、排気弁６６の下方でピストン側に向きを変え、キャビティ６９Ａの曲面に沿って流れ、点火装置６５直下から噴霧を持ち上げるように、点火装置６５に向かう流れを作る。キャビティ６９Ｂが誘導するタンブル流８２によって、可燃濃度の混合気８０の点火装置６５への収斂性を高めることが可能である。
In the
キャビティの形状は、図１０（ｂ）の破線６９Ｃに示すような略楕円状であってもよい。
The shape of the cavity may be a substantially elliptical shape as indicated by a
内燃機関の他の実施例を、図１１を用いて説明する。 Another embodiment of the internal combustion engine will be described with reference to FIG.
図１１に示す内燃機関６０′′では、キャビティの無い、フラットピストン６９を設けている。図２及び３で説明した、Ｌ、Ｌ′、Ｌ″、ｄｏ、Ｗを調整することによって適切な噴霧角α１、α２、β及びαｕ、噴霧広がりＷｓを設定し、タンブル流を用いずに、あるいは、比較的弱いタンブル流で、可燃濃度の混合気８０を点火装置６５に到達させることが可能である。
In the
次に、図１２を参照して、燃料噴射弁の他の実施例を説明する。 Next, another embodiment of the fuel injection valve will be described with reference to FIG.
図１２に示すノズル部材７部では、噴射孔８の出口部に噴霧の一部を遮蔽する部材７３を設けている。上流側（図１２中で部材７３より上方）の噴霧がいかなる形状であっても、部材７３によって強制的に噴霧の一部を切ることが可能である。従って、ノズル設計裕度の広がりが期待できる。部材７２は必ずしも別体でなくて良い。
In the
さらに、図１３に示すように、噴射孔８内部の一部に、突起部７Ｅを設けることで、燃料の一部を遮断して噴霧の一部を切っても良い。突起部７Ｅは、プレス加工等の塑性加工を用いると良い。
Furthermore, as shown in FIG. 13, by providing a
内燃機関の他の実施例を、図１４を用いて説明する。 Another embodiment of the internal combustion engine will be described with reference to FIG.
図１４に示す内燃機関６０′′′では、図９で説明した実施例とは逆回転のタンブル流８３をガイドするキャビティ６９Ｃを設けている。本実施例が上記実施例と異なる点は、タンブル流８３がキャビティに案内されて上昇して点火装置６５に向かう際に、混合気８０と対抗するために、混合気８０の排気バルブ６６方向への進行が抑制され、シリンダ６８壁面への燃料付着を抑制することが可能である。また、タンブル流８３が混合気８０とキャビティ６９Ｃの間を通過するために、ピストン側への燃料付着を抑制するのにも有効である。
The internal combustion engine 60 '' 'shown in FIG. 14 is provided with a
１…電磁式燃料噴射弁、４０…弁体、６…ボ−ル弁、８…噴射孔、７…ノズル、７Ａ…ノズル突起部、Ａ１…Ｌ型切り欠き面、Ａ２…テーパ状切り欠き面、８０…偏向噴霧の分布形状、２２…燃料旋回素子、２３…案内孔、３２…軸方向燃料通路、３３…燃料旋回室、６０…内燃機関、６９Ａ…ピストンキャビティ、７０…電磁式燃料噴射弁。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記燃料噴射弁として請求項１乃至３のいずれか１項に記載された燃料噴射弁を備え、前記第２の希薄部分が前記ピストン側を向くように前記燃料噴射弁を配置したことを特徴とする内燃機関。 A cylinder, a piston that reciprocates in the cylinder, an intake means for introducing air into the cylinder, an exhaust means for exhausting combustion gas from the cylinder, and a fuel injection that directly injects fuel into the cylinder A fuel supply means for supplying fuel from a fuel tank to the fuel injection valve, an air-fuel mixture of air introduced into the cylinder by the intake means and fuel injected into the cylinder by the fuel injection valve An ignition device for igniting, the fuel injection valve, an injection hole, a valve seat upstream of the injection hole, a valve body for opening and closing a fuel passage between the valve seat, and the valve body In an internal combustion engine provided with driving means for driving,
The fuel injection valve according to any one of claims 1 to 3 is provided as the fuel injection valve, and the fuel injection valve is arranged so that the second lean portion faces the piston side. An internal combustion engine.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2007257036A JP2008014321A (en) | 1999-03-17 | 2007-10-01 | Fuel injection valve and internal combustion engine having it |
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|---|---|---|---|
| JP7141299 | 1999-03-17 | ||
| JP2007257036A JP2008014321A (en) | 1999-03-17 | 2007-10-01 | Fuel injection valve and internal combustion engine having it |
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Family Applications (1)
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-
2007
- 2007-10-01 JP JP2007257036A patent/JP2008014321A/en active Pending
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|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
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| A521 | Written amendment |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090818 |