JP4185045B2 - Fuel injection valve - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関で使用される燃料噴射弁に係わり、特に、複数個の燃料噴射孔を有して噴射燃料の微粒化性能を向上させる燃料噴射弁に関する。 The present invention relates to a fuel injection valve used in an internal combustion engine, and more particularly to a fuel injection valve having a plurality of fuel injection holes to improve atomization performance of injected fuel.
複数個の噴射孔を有する燃料噴射弁による燃料の微粒化を促進する従来技術として、弁座の下流側に設置する別部材に構成した複数個の燃料通路と、この燃料通路の終端部に螺旋状の旋回室を設け、さらに下流側に設置される噴射孔より流出する燃料に旋回流を生じさせて、微粒化を促進させる技術が提案されている(例えば、特許文献1と特許文献2を参照)。
従来技術に開示されているように、複数個の噴射孔による燃料の微粒化は、噴射の際の燃料流速を噴射孔内において高く維持することが必要となる。また、旋回室を有する燃料噴射弁による燃料の微粒化では、燃料圧力として与えられたエネルギーが、噴射孔出口において、効率よく旋回速度エネルギーに置換されるように設計することが必要となる。すなわち、従来技術は、旋回速度エネルギーを利用して噴射燃料の薄膜化を図り微粒化を促進するというものである。 As disclosed in the prior art, atomization of fuel using a plurality of injection holes requires that the fuel flow rate during injection be maintained high in the injection holes. Further, in the atomization of fuel by the fuel injection valve having the swirl chamber, it is necessary to design so that the energy given as the fuel pressure is efficiently replaced with the swirl speed energy at the injection hole outlet. That is, the prior art uses the turning speed energy to reduce the thickness of the injected fuel and promote atomization.
そして、従来技術においては、微粒化性能を高める手段として、弁体および弁座の下流に細長い導入通路を隔てて燃料旋回室を設けているが、噴射孔出口において、最大流速あるいは最大効率の旋回流速エネルギーを抽出するに好適な構成になっているとは云えず、必ずしも最大の微粒化性能が得られるとは限らない。 In the prior art, as a means for improving the atomization performance, a fuel swirl chamber is provided downstream of the valve body and the valve seat with a long and narrow introduction passage. It cannot be said that the configuration is suitable for extracting the flow velocity energy, and the maximum atomization performance is not always obtained.
本発明は、燃料噴射弁による噴射燃料の微粒化性能を向上させるとともに、微粒化性能を簡単な構成で実現し、且つ製造コストを低減できる燃料噴射弁を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel injection valve that can improve the atomization performance of fuel injected by the fuel injection valve, realize the atomization performance with a simple configuration, and reduce the manufacturing cost.
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
燃料の噴射と噴射停止を行うための開閉可能な弁体と、前記弁体と離接して燃料の噴射と噴射停止を行う弁座を有するノズルプレートと、前記ノズルプレートに固設されて複数の燃料噴射孔を有するオリフィスプレートと、を備えた燃料噴射弁であって、
前記ノズルプレートは、前記弁座より縮径された燃料導入孔と、前記燃料導入孔の下流側で弁径方向に延びて前記燃料噴射孔に繋がる複数の凹形状燃料通路と、前記凹形状燃料通路を隔てる曲面をもつ凸形状部と、前記凸形状部のさらに外寄りに形成された溝と、から構成され、前記燃料導入孔と前記凹形状燃料通路と前記凸形状部と前記溝とは同一部材で形成され、前記ノズルプレートにおける前記燃料導入孔と前記凹形状燃料通路とは前記ノズルプレートの部材を動かさずに位置決めした状態で引き続いての加工である同行程加工で形成され、
前記オリフィスプレートは、前記弁径方向に同心状に複数の燃料噴射孔の配置された凹形状底面部を形成するとともに、外周部に前記凹形状底面部よりも肉厚の外周凸面部を形成し、
前記凹形状底面部は、前記ノズルプレートの前記凸形状部の曲面と同等の曲面形状を有し、
前記ノズルプレートの前記溝に前記オリフィスプレートの前記外周凸面部が挿入されて前記オリフィスプレートが前記ノズルプレートに固定される燃料噴射弁。
In order to solve the above problems, the present invention mainly adopts the following configuration.
A valve body that can be opened and closed to inject and stop injection of fuel, a nozzle plate having a valve seat that is in contact with the valve body to inject and stop injection of fuel, and a plurality of fixed and fixed to the nozzle plate A fuel injection valve comprising an orifice plate having fuel injection holes,
The nozzle plate includes a fuel introduction hole having a diameter reduced from the valve seat, a plurality of concave fuel passages extending in a valve diameter direction downstream of the fuel introduction hole and connected to the fuel injection hole, and the concave fuel. A convex portion having a curved surface separating the passage ; and a groove formed further outward of the convex portion; and the fuel introduction hole, the concave fuel passage, the convex portion, and the groove. Formed by the same member, the fuel introduction hole and the concave fuel passage in the nozzle plate are formed by the same stroke processing which is a subsequent processing in a state where the nozzle plate member is positioned without moving,
The orifice plate forms a concave bottom surface portion having a plurality of fuel injection holes arranged concentrically in the valve diameter direction, and forms an outer peripheral convex surface portion thicker than the concave bottom surface portion on the outer peripheral portion. ,
The concave bottom surface portion has a curved surface shape equivalent to the curved surface of the convex shape portion of the nozzle plate,
A fuel injection valve in which the outer peripheral convex surface portion of the orifice plate is inserted into the groove of the nozzle plate and the orifice plate is fixed to the nozzle plate.
また、燃料の噴射と噴射停止を行うための開閉可能な弁体と、前記弁体と離接して燃料の噴射と噴射停止を行う弁座を有するノズルプレートと、前記ノズルプレートに固設されて複数の燃料噴射孔を有するオリフィスプレートと、を備えた燃料噴射弁であって、
前記ノズルプレートは、前記弁座より縮径された燃料導入孔と、前記燃料導入孔の下流側で弁径方向に延びて前記燃料噴射孔に繋がる複数の凹形状燃料通路と、前記凹形状燃料通路を隔てる曲面をもつ凸形状部と、前記凸形状部のさらに外寄りに形成された溝と、から構成され、前記燃料導入孔と前記凹形状燃料通路と前記凸形状部と前記溝とは同一部材で形成され、前記ノズルプレートにおける前記燃料導入孔と前記凹形状燃料通路とは前記ノズルプレートの部材を動かさずに位置決めした状態で引き続いての加工である同行程加工で形成され、
前記オリフィスプレートは、前記弁径方向に同心状に複数の燃料噴射孔の配置された凹形状底面部を形成するとともに、外周部に前記凹形状底面部よりも肉厚の外周凸面部を形成し、
前記凹形状底面部は、前記ノズルプレートの前記凸形状部の曲面と同等の曲面形状を有し、
前記ノズルプレートの前記溝に前記オリフィスプレートの前記外周凸面部が挿入されて前記オリフィスプレートが前記ノズルプレートに固定され、
前記複数の燃料噴射孔は2つのグループに区分けされ、前記複数の燃料噴射孔から噴射される噴霧がグループ毎に2方向噴霧を形成する燃料噴射弁。
Further, an openable / closable valve body for performing fuel injection and injection stop, a nozzle plate having a valve seat for separating and contacting the valve body to perform fuel injection and injection stop, and fixed to the nozzle plate A fuel injection valve comprising an orifice plate having a plurality of fuel injection holes,
The nozzle plate includes a fuel introduction hole having a diameter reduced from the valve seat, a plurality of concave fuel passages extending in a valve diameter direction downstream of the fuel introduction hole and connected to the fuel injection hole, and the concave fuel. A convex portion having a curved surface separating the passage ; and a groove formed further outward of the convex portion; and the fuel introduction hole, the concave fuel passage, the convex portion, and the groove. Formed by the same member, the fuel introduction hole and the concave fuel passage in the nozzle plate are formed by the same stroke processing which is a subsequent processing in a state where the nozzle plate member is positioned without moving,
The orifice plate forms a concave bottom surface portion in which a plurality of fuel injection holes are arranged concentrically in the valve diameter direction, and an outer peripheral convex surface portion thicker than the concave bottom surface portion on the outer peripheral portion. ,
The concave bottom surface portion has a curved surface shape equivalent to the curved surface of the convex shape portion of the nozzle plate,
The orifice plate is fixed to the nozzle plate by inserting the outer peripheral convex portion of the orifice plate into the groove of the nozzle plate,
The fuel injection valve in which the plurality of fuel injection holes are divided into two groups, and the spray injected from the plurality of fuel injection holes forms a two-way spray for each group.
本発明によると、複数個の燃料通路内の燃料流は、放射状に等分されて配流され、それぞれの通路断面が狭まるように形成されているので、各噴射孔において、ばらつきのない効率的な流速エネルギーが得られて微粒化を促進することができる。 According to the present invention, the fuel flows in the plurality of fuel passages are radially divided and distributed, and the cross sections of the respective passages are narrowed. Flow velocity energy is obtained and atomization can be promoted.
また、ノズルプレートとオリフィスプレートを部分組立品として、流量チェックを実施するので、燃料噴射弁組立て体としての不良品を発生させることなく、コストパホーマンスに優れた、安価な燃料噴射弁とすることができる。 In addition, since the flow rate check is performed using the nozzle plate and orifice plate as a subassembly, it is possible to provide an inexpensive fuel injection valve with excellent cost performance without causing defective products as a fuel injection valve assembly. it can.
本発明の第1と第2の実施形態に係る燃料噴射弁について、図1〜図10を用いて以下説明する。 The fuel injection valves according to the first and second embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
「第1の実施形態」
本発明の第1の実施形態に係る燃料噴射弁について、図1〜図6を参照しながら以下詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施形態に係る燃料噴射弁の全体構成の断面図である。図2は第1の実施形態に係る燃料噴射弁におけるノズルの下端部を拡大した断面図である。図3は第1の実施形態に係る燃料噴射弁におけるノズル下端部を構成するノズルプレート及びオリフィスプレートの作用を説明する図である。図4は第1の実施形態に係る燃料噴射弁におけるノズル下端部を構成するノズルプレート及びオリフィスプレートの孔配置を示す図である。図5は第1の実施形態に係る燃料噴射弁におけるオリフィスプレートの加工工程を示す図である。図6は第1の実施形態に係る燃料噴射弁におけるノズルプレートの加工工程を示す図である。
“First Embodiment”
The fuel injection valve according to the first embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of the overall configuration of a fuel injection valve according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the lower end portion of the nozzle in the fuel injection valve according to the first embodiment. FIG. 3 is a view for explaining the operation of the nozzle plate and the orifice plate constituting the lower end portion of the nozzle in the fuel injection valve according to the first embodiment. FIG. 4 is a view showing a hole arrangement of the nozzle plate and the orifice plate constituting the nozzle lower end portion in the fuel injection valve according to the first embodiment. FIG. 5 is a diagram showing a process for processing the orifice plate in the fuel injection valve according to the first embodiment. FIG. 6 is a diagram showing a nozzle plate processing step in the fuel injection valve according to the first embodiment.
図面において、1はノズルプレート、2は弁座、3は燃料導入孔、4は凸部、5は溝、6は弁体、13はノズル、14は燃料通路用部材、25は椀型オリフィスプレート、26は凹形状燃料通路、27はオリフィスプレートの凸部、28はオリフィスプレートの凹部底面、29は燃料噴射孔、30は出口面部、41は燃料噴射孔外周壁、をそれぞれ表す。 In the drawings, 1 is a nozzle plate, 2 is a valve seat, 3 is a fuel introduction hole, 4 is a convex portion, 5 is a groove, 6 is a valve body, 13 is a nozzle, 14 is a member for a fuel passage, and 25 is a vertical orifice plate. , 26 indicates a concave fuel passage, 27 indicates a convex portion of the orifice plate, 28 indicates a bottom surface of the concave portion of the orifice plate, 29 indicates a fuel injection hole, 30 indicates an outlet surface portion, and 41 indicates an outer peripheral wall of the fuel injection hole.
図1において、ノズル13の下端部には、弁体6と、その内周面22で弁体6を案内する燃料通路用部材14と、ノズルプレート1が設けられており、このノズルプレート1の外周部は溶接23(図2を参照)等の方法により固定されている。
In FIG. 1, the lower end portion of the
弁体6は、ガイドプレート15の中央部に設けられる穴と燃料通路用部材14の内周面22とによって摺動案内される。弁体6は、可動鉄心7と筒状部材8、ロッド9を溶接等の方法で結合してなる。可動鉄心7の内部に設けられるダンパプレート10は、筒状部材8の上端面によってその外周部が上下方向について支持されるように形成される。運動部材12は、内側固定鉄心11の内部において軸方向に摺動可能となるように支持されている。運動部材12の先端部は、ダンパプレート10の内部に接触するように位置している。このダンパプレート10は、その外周部が支持され内周部が軸方向にたわむことにより、板ばねとして機能している。
The
ノズル13は、ノズルハウジング16の内部に固定されている。その上端部には、弁体6のストロークを調整するためのリング17が設けられている。内側固定鉄心11の内部には、スプリングピン20が固定されており、スプリングピン20の下端部を固定端として、スプリング21が圧縮状態で設けられている。スプリング力は、運動部材12及びダンパプレート10を介して弁体6に伝達され、これに伴って、弁体6はノズルプレート1の弁座2に押し付けられる。この状態では、燃料通路が閉じられているため、燃料は、燃料噴射弁100内部に留まり、複数個設けられている燃料噴射孔29からの燃料噴射は行われない。
The
ノズルハウジング16、可動鉄心7、内側固定鉄心11、外側固定鉄心18によって、コイル19の周りを一巡する磁気回路が構成される。噴射パルスがオンの状態になると、コイル19に電流が流れ、可動鉄心7は内側固定鉄心11に電磁力によって吸引され、弁体6はその上端面が内側固定鉄心11の下端面に接触する位置まで移動する。この開弁状態では弁体6と弁座2の間に隙間ができるため、燃料通路が開かれて複数個の燃料噴射孔29から燃料が噴射される。噴射パルスがオフの状態になると、コイル19に電流が流れなくなり、電磁力が消滅するため、スプリング力によって弁体6は閉弁状態に戻り、燃料の噴射が終わる。
The nozzle housing 16, the movable iron core 7, the inner fixed
燃料噴射弁100の動作は、上述したように、噴射パルスに従って、弁体6の位置を開弁状態と閉弁状態に切り替え、燃料供給量を制御することである。さらに、複数個の燃料噴射孔29より噴射することにより、燃料粒径の小さい、すなわち微粒化の良好な燃料噴霧を形成する。
As described above, the operation of the
図2は、本実施形態の主要部分である、ノズルプレート1及びオリフィスプレート25を示す。ノズル13の下端部近傍を拡大した断面図である。図2は、弁体6が上方にリフトした状態で、いわゆる、開弁状態を示している。ノズル13の下端部には、円筒状の燃料通路用部材14及びノズルプレート1(ノズルプレート1には予めオリフィスプレート25が溶接されている)が挿入されており、ノズルプレート1の外周縁部が溶接23等によって固定されている。
FIG. 2 shows the
ノズルプレート1には、弁座2と、弁座2の径を細めてなる燃料導入孔3と、さらにその下流に連なる凸部4に複数個の凹形状燃料通路26とが形成されている。また、凸部4のさらに外寄りには溝5が形成されていて、この部分にオリフィスプレート25が挿入され、溶接24等によってその外周縁部を固定されている。
In the
図3は、ノズルプレート1とオリフィスプレート25を結合した部分組立状態を示している。オリフィスプレート25は椀型(適宜の曲率をもった上部凹形状型)となっており、その外周凸面部27が、ノズルプレート1の溝5に挿入されている。凹面底部28には複数個の燃料噴射孔29が開口している。この椀形状は機械的な強度を高めて形成されており、溶接時の噴射孔29周辺の熱変形を防止している。このような形状において、特に、オリフィスプレート25の図示する高さHは0.4mm以上が好ましく(オリフィスプレートの下方部で溶接しているが、その溶接時の熱変形が燃料噴射孔29に影響を及ぼさないだけの高さ)、燃料噴射孔29への溶接歪の影響を抑制することができる。
FIG. 3 shows a partially assembled state in which the
また、薄肉部hは0.1mmから0.3mmの範囲が好ましく、孔加工の容易性によるコストの削減や型加工による孔寸法ばらつきの低減等、様々な有益性をもっている。また、凸部4の曲面部と凹面底部28の内面との隙間は、組立てに支障を与えない程度の最小隙間であって極力存在しない方が好ましい。この隙間は、燃料の流れに必要のない空間であり(燃料の流れは凹形状燃料通路26で行われる)、燃料流速を減ずる方向に作用するなど燃料噴射に悪影響を及ぼす。ここで、上述したような加工性や、機械的強度等を考慮すると、オリフィスプレート25の素材にはフェライト系ステンレスを使用することが好ましい。
The thin portion h is preferably in the range of 0.1 mm to 0.3 mm, and has various benefits such as cost reduction due to the ease of hole machining and reduction in hole size variation due to die machining. Further, it is preferable that the gap between the curved surface portion of the
燃料噴射孔29は、図4に示すように、同心的に配置されている。このような配置によって、それぞれの噴射孔には均等の燃料を供給することができるため、流量ばらつきが抑えられて的確な噴射が得られる。また、燃料噴射孔29の孔数の設定については、加工面や噴霧性能の面から種々検討した結果、最適値として4乃至6個を選択している。 As shown in FIG. 4, the fuel injection holes 29 are arranged concentrically. With such an arrangement, uniform fuel can be supplied to the respective injection holes, so that variations in flow rate are suppressed and accurate injection is obtained. As for the setting of the number of the fuel injection holes 29, 4 to 6 are selected as the optimum values as a result of various examinations from the viewpoint of processing surface and spray performance.
例えば、孔数を減ずると、流量を確保するために孔径を大きくするので微粒化性能が悪化する。逆に、孔数を増すと、流量を同一にするために孔径を小さくするが、孔配置周辺の幾何学的な寸法制約から、密な配置になってしまう。このために、微粒化した噴霧の、必要のない相互干渉や再結合が生じ、結果として、微粒化や形状制御の両面で好ましくない噴霧となってしまう。幾何学的な寸法制約とは、耐圧性の確保に必要な寸法や、噴射制御に必要のない空間容積を極力小さくするための寸法などが挙げられる。 For example, if the number of holes is reduced, the hole diameter is increased in order to secure the flow rate, so the atomization performance deteriorates. Conversely, when the number of holes is increased, the hole diameter is reduced in order to make the flow rate the same, but the arrangement is dense due to geometrical dimensional constraints around the hole arrangement. This causes unnecessary mutual interference and recombination of the atomized spray, resulting in an undesirable spray in both atomization and shape control. Examples of geometric dimensional constraints include dimensions necessary for ensuring pressure resistance and dimensions for minimizing the space volume that is not necessary for injection control.
さらに、燃料噴射孔29は、図6の(c)に示すように、出口面部30にあって燃料噴射弁の軸芯に対して所望の角度θを形成して開口している。
Further, as shown in FIG. 6C, the
図5と図6を用いて、ノズルプレート1及びオリフィスプレート25の加工方法と組立て方法について説明する。
The processing method and assembly method of the
図5はノズルプレート1の加工フローを示す。図5において(a)〜(d)の順に加工が進行する。(a)はブランク状態の形状であり、内部中心部に凸部4を有する形状が鍛造成形等によって造られる。(b)は径方向に延びる十字型の凹形状燃料通路26が加工された状態であり、凸部4に塑性加工等によって造られる。(c)は燃料導入孔3が加工された状態であり、導入孔は貫通するのではなく素材の途中で加工を終える、いわゆるハーフピアス加工と呼ばれるものである。この加工は、前記の凹形状燃料通路26の加工と同行程によるもので、これによって両者の同軸性が保たれる。(d)はシート面(弁座)2が切削加工された状態であり、焼入れの後に再度シート面仕上げが燃料導入孔3との同軸性を確保されて実施される。
FIG. 5 shows a processing flow of the
図6はオリフィスプレート25の加工フローを示す。図6において(a)〜(c)の順に加工が進行する。(a)はブランク状態の形状であり、溶接時の機械的強度を確保する為の外周凸面部27を有する凹形状が鍛造成形等によって造られる。(b)は複数個のストレート孔29が加工された状態であり、打ち抜き加工によって造られる。ストレート孔であるので加工が容易であり、コスト面において有利である。打ち抜き加工以外に、ドリル加工や放電加工によっても同様な効果は得られる。(c)はR成形加工(曲率Rをもった押し型によるプレス加工)された状態であり、噴霧方向を決定するための作業工程である。このR面の曲率は、ノズルプレート1の凸部4のR面とほぼ同等となるように造られており、図3に示すような部分組立状態では、組立てに支障をきたさない程度にその隙間が保たれている。この部分組立状態で流量チェックが実施され、流量のランクに応じて分別され燃料噴射弁本体への組み立てが実施される。
FIG. 6 shows a processing flow of the
次に、上述したようなノズル構成における噴射形態について説明する。概説すると、燃料は、燃料通路用部材14の外周通路から下部通路(図2で溝14a)を経て、ノズルプレート1の燃料導入孔3に至り、さらにその下流に開口する複数個の燃料噴射孔29に至って、所望の方向に噴射制御される。
Next, the injection form in the nozzle configuration as described above will be described. In general, the fuel passes from the outer peripheral passage of the
子細に云えば、燃料は、径を細めてなる燃料導入孔3から流入し、オリフィスプレート25の凹部底面28に衝突した後、放射状に流れる。この際、底面28の曲率面(R面)を上昇するように流れる。この燃料流れは、通路断面が狭まる燃料流れであるので(図3を参照すると、燃料通路26は上方部が横方向に平坦部となっており、一方、オリフィスプレート25の凹部底面28は噴射弁軸芯から径方向に上方に向けて曲率面を形成しているので、軸芯から噴射孔に向かって図3の断面図で上下間隔が狭まっている)、燃料流速の減速を防止している。
More specifically, the fuel flows in from the
また、燃料導入孔3と凹形状燃料通路26は同行程加工されており(通路26と孔3の加工に際して、通路26と孔3の加工具は取り替えられるが、被加工物は保持したままで動かさずに加工する。すなわち、被加工物を動かさずに通路26の加工に続いて孔3の加工を行うので、両加工での位置決めは確立している)、燃料は精度良く等分されて放射状に流れる。しかる後、燃料は、椀型のオリフィスプレート25に同心的に配置される複数個の燃料噴射孔29に到達し外部へ均等に噴射される。
In addition, the
燃料噴射孔29では、高速の流速エネルギーを維持したまま燃料が供給される。また、燃料噴射孔29へ放射状に流入した燃料が、燃料噴射孔29の外周壁41(噴射弁の弁軸芯から離れた側の孔29の壁部分であり、図6の(c)参照)に沿う流れとなるために、C型状の噴流形状となる。ここで、円形断面の噴射孔29から噴出する燃料噴流形状が噴射孔29の外周壁41に沿う流れに追従して噴出するのでC型を形成する。なお、C型形状というのは、円形断面の噴射孔29の外壁側の円周方向に偏った形状或いは馬蹄形状のことをいうのである。このC型状噴流は、通常の縮流型に比べて周囲空気とのエネルギー交換が活発となるので、分裂が促進されて微粒化の良い噴霧となる。ここで、周囲空気との接触面積が大となるC型状噴流形状をより確実に生成するためには、図3を参照して、燃料導入孔3の径dと燃料噴射孔の中心間距離doとの比do/dは、実験結果によると2以上が好ましい。
In the
また、ノズルプレート1とオリフィスプレート25の部分組立品は、この組立品の状態で流量チェックを実施して流量のランク分けをする。これによって、燃料噴射弁組み立て体の不良品を発生させることなく、コストパホーマンスに優れた、安価な燃料噴射弁とすることができる。
In addition, the sub-assembly of the
「第2の実施形態」
本発明の第2の実施形態に係る燃料噴射弁について、図7〜図10を参照しながら以下詳細に説明する。図7は本発明の第2の実施形態に係る燃料噴射弁のオリフィスプレートにおける噴射孔配置と噴射孔周りの燃料流れを示す図である。図8は第2の実施形態に係る燃料噴射弁を採用した場合における2方向噴射を説明する図である。図9は本発明の第1と第2の実施形態に係る燃料噴射弁をポート噴射式内燃機関に搭載した構成例を示す図である。図10は図9をC方向から見た断面であって吸気弁と噴霧との関係を示す図である。
“Second Embodiment”
A fuel injection valve according to a second embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. FIG. 7 is a view showing the arrangement of injection holes in the orifice plate of the fuel injection valve according to the second embodiment of the present invention and the fuel flow around the injection holes. FIG. 8 is a view for explaining two-way injection when the fuel injection valve according to the second embodiment is employed. FIG. 9 is a diagram showing a configuration example in which the fuel injection valves according to the first and second embodiments of the present invention are mounted on a port injection type internal combustion engine. FIG. 10 is a cross-sectional view of FIG. 9 as viewed from the direction C, showing the relationship between the intake valve and the spray.
図面において、31,32は燃料噴射孔、36は凹形状燃料通路、37,38,39は噴霧、100は燃料噴射弁、101は多気筒内燃機関、102は燃焼室、103はピストン、104はピストンキャビティ、105はシリンダ、106はシリンダヘッド、107は吸気弁、108は吸気ポート、108aは中央隔壁、108bは側壁、109は排気弁、110は点火プラグ、111は吸気通路、をそれぞれ表す。 In the drawings, 31 and 32 are fuel injection holes, 36 is a concave fuel passage, 37, 38 and 39 are sprays, 100 is a fuel injection valve, 101 is a multi-cylinder internal combustion engine, 102 is a combustion chamber, 103 is a piston, 104 is The piston cavity, 105 is a cylinder, 106 is a cylinder head, 107 is an intake valve, 108 is an intake port, 108a is a central partition, 108b is a side wall, 109 is an exhaust valve, 110 is a spark plug, and 111 is an intake passage.
図7は、噴射孔31,32内に旋回流れを発生させて燃料の微粒化を促進する本発明の第2の実施形態を示す。図7の上部は、オリフィスプレート35に配置した複数個の燃料噴射孔31,32の孔配置を示している。複数個の噴射孔31,32は、凹形状燃料通路36の中心からいずれかの壁方向にずらして設けてある。しかも、それぞれの噴射孔が互いに近接するように配置される。噴射孔31のグループと、同じく噴射孔32のグループの、それぞれの2つのグループに分けられている。
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention in which a swirling flow is generated in the injection holes 31 and 32 to promote fuel atomization. The upper part of FIG. 7 shows the hole arrangement of the plurality of fuel injection holes 31 and 32 arranged in the
また、円形断面の噴射孔31,32は、入口側では同心的に配置されており、噴射孔出口では所望の方向に傾斜されて設けられている(円形断面や同心的配置は必須要件ではなく一例)。具体的には、噴射孔31のペア同士は相対する方向に傾斜していて、ペア同士から噴出した噴流は後述する図8に示すB面で互いの噴流が干渉するようにペア同士の噴射孔を傾斜させる。この状況を図7の中段に示す。噴射孔32のペアについても同様な傾斜形状を構成する。また、図7の下段には、噴射孔31への燃料流れを数値解析の結果から模式的に表したものである。噴射孔31内への燃料流れ34に旋回流れが発生していることを示す。
Further, the injection holes 31 and 32 having a circular cross section are arranged concentrically on the inlet side, and are inclined in a desired direction at the injection hole outlet (the circular cross section and the concentric arrangement are not essential requirements). One case). Specifically, the pairs of injection holes 31 are inclined in opposite directions, and the jets ejected from the pairs are such that the jets of the pairs interfere with each other on the B surface shown in FIG. Tilt. This situation is shown in the middle of FIG. A similar inclined shape is also formed for the pair of injection holes 32. Further, the lower part of FIG. 7 schematically shows the fuel flow to the
噴霧は、図8の上段に示すように、噴射孔31のペアと噴射孔32のペアによる2方向噴霧39となる(噴霧37が噴射孔31,噴霧38が噴射孔32)。図8は、ストロボ光やレーザ光を利用した噴霧の光学撮影によって得られた噴霧写真を基に模式的に示したものである。それぞれの噴霧37,38は、その広がりがほぼ同一になるように形成されており、これによって、周囲空気へのエネルギー置換もほぼ同一になるため、到達距離が同じになっている。
As shown in the upper part of FIG. 8, the spray becomes a two-
一方、図8のB−B断面図に示すように、この断面では、噴霧37a,37bと両者が干渉する噴霧37cとで噴霧37が形成されている。また、噴霧38a,38bと両者が干渉する噴霧38cとで噴霧38が形成されている。干渉している部分の噴霧37c及び38cは、周辺に比べて密度が濃くなっている。換言すると、2方向噴霧37,38を形成するそれぞれの噴霧は、2つ以上の燃料噴射孔より噴射される燃料噴霧であり(図7では2つの噴射孔をペアとしているが3つ以上でも良い)、2つ以上の噴霧を前方で近接させたことにより、中心部の密度が濃くて外側に向かって段階的に希薄となる噴霧とする
図8に示したような2方向噴霧は、図9と図10に示すような多気筒内燃機関に使用すると良い。図9は、多気筒内燃機関の吸気管への装着状態を示す図である。図10は、C方向より視た図で、吸気ポート108と燃料噴射弁100及び噴射弁からの噴霧39との位置関係を示す図である。
On the other hand, as shown in the BB sectional view of FIG. 8, in this cross section, the
図9において、101は、多気筒内燃機関の気筒の1つを示しており、燃料噴射弁100を吸気ポート108に向けて配置した吸気2弁式である。102は燃焼室、103はキャビティ104を有するピストン、105はシリンダ、106はシリンダヘッドである。107は吸気弁、また、111は吸気ポート108を分離する中央隔壁108aを有し上流側において連通する吸気通路、109は排気弁、110は点火プラグである。燃料噴射弁100は、吸気弁107の上流側に1つずつ配置され、マルチポイントインジェクション(MPI)システム化された燃料噴射方式となっている。
In FIG. 9,
気筒内の混合気の質や形成状態の向上を図るために、噴霧39は微粒化度が高められているが、さらに、シリンダヘッド106や吸気通路111の内壁面への燃料付着を低減するために、噴霧の方向性や形状には、最適化が図られている。すなわち、本実施形態の燃料噴射弁100の噴霧形状は、吸気通路111の内壁面にはその広がりが小さくなっている。また、図10に示すように、噴霧は中央隔壁108aへの付着を避け、吸気弁107のステム中心に指向するようにレイアウトされている。特に、噴霧37,38は、密度の濃い部位がステム中心に指向しており、吸気通路の中央隔壁108aや内壁108bへの付着を著しく防止している。換言すると、図10に図示するように、複数の燃料噴射弁から吸気ポート107の中心に向かう2方向噴霧の各々が、吸気弁107の傘部内に収まる略楕円形を形成し、2方向噴霧の中心部にある密度の濃い部分が、吸気弁のステム中心に向かうようにする。
In order to improve the quality and formation state of the air-fuel mixture in the cylinder, the atomization degree of the
内燃機関の燃焼試験を実施したところ、排ガス性能の向上や燃費の向上が図られており、この燃料噴射弁100の噴霧によって、吸気管内壁面への燃料付着が抑制されて、混合気の質や形成状態の向上が図られることが確認された。
When the combustion test of the internal combustion engine was carried out, the exhaust gas performance and the fuel consumption were improved. The spray of the
以上説明したように、本発明の実施形態に係る燃料噴射弁は、次のような構成と機能乃至作用を奏することを特徴とするものである。すなわち、燃料噴射弁の弁座から複数個の噴射孔に至る燃料通路に、弁座径より縮径した燃料導入孔と、この燃料導入孔から複数方向に分岐、連通する凹形状燃料通路と、この燃料通路の外寄りに同心的に位置する複数個の燃料噴射孔を設ける。この燃料導入孔と凹形状燃料通路は、弁座を有するノズルプレートと一体的に形成されており、弁座と燃料導入孔との同軸的加工や、燃料導入孔と凹形状燃料通路との同行程が施されている。また、複数個の燃料噴射孔を有する、碗型のオリフィスプレートは凸部の曲面部を覆う(凹形状燃料通路を覆う)ことによって、複数個の燃料噴射孔に連通する該複数個の燃料通路を形成する。この際、ノズルプレートの凸部とオリフィスプレートの凹部曲面部との隙間は、最小となるように設計される。 As described above, the fuel injection valve according to the embodiment of the present invention is characterized in that it has the following configuration, function and action. That is, a fuel passage extending from the valve seat of the fuel injection valve to the plurality of injection holes, a fuel introduction hole having a diameter smaller than the valve seat diameter, and a concave fuel passage branched and communicated in a plurality of directions from the fuel introduction hole; A plurality of fuel injection holes located concentrically outside the fuel passage are provided. The fuel introduction hole and the concave fuel passage are formed integrally with the nozzle plate having the valve seat, and the coaxial processing of the valve seat and the fuel introduction hole, and the same between the fuel introduction hole and the concave fuel passage. There is a process. The vertical orifice plate having a plurality of fuel injection holes covers the curved surface of the convex portion (covers the concave fuel passage), thereby communicating the plurality of fuel passages with the plurality of fuel injection holes. Form. At this time, the gap between the convex portion of the nozzle plate and the concave curved surface portion of the orifice plate is designed to be minimized.
この複数個の燃料通路内の燃料流は、燃料導入孔から凹底部中心部に衝突した後、放射状に等分されて、それぞれの噴射孔に至る。この際、凹形状燃料通路は外方に向かって通路断面が狭まるように形成されており、燃料の流速エネルギーの著しい減衰が起こらない。したがって、効率的な燃料流速が得られて微粒化が促進される。また、それぞれの噴射孔は同心的に配置されるので燃料流速の均一化が図られ、それぞれの噴射孔で良好な微粒化が実施される。さらに、オリフィスプレートは、機械的な強度を高めることが可能な凹形状となっており、これによって溶接時に噴射孔周辺の変形等が抑えられ、各噴射孔において、ばらつきのない効率的な流速エネルギーが得られて微粒化が促進される。 After the fuel flow in the plurality of fuel passages collides with the center of the concave bottom portion from the fuel introduction hole, it is equally divided radially and reaches each injection hole. At this time, the concave fuel passage is formed so that the cross section of the passage narrows toward the outside, and the fuel flow energy does not significantly attenuate. Therefore, an efficient fuel flow rate is obtained and atomization is promoted. Moreover, since each injection hole is concentrically arranged, the fuel flow velocity is made uniform, and good atomization is performed at each injection hole. In addition, the orifice plate has a concave shape that can increase the mechanical strength, so that deformation around the injection hole is suppressed during welding, and there is no variation in the efficient flow velocity energy in each injection hole. Is obtained and atomization is promoted.
また、ノズルプレートとオリフィスプレートの部分組立品(図3参照)は、かかる状態で流量チェックを実施して流量のランク分けをする流量調整方法を採っており、燃料噴射弁組立て体としての不良品を発生させることなく、コストパホーマンスに優れた、安価な燃料噴射弁とすることができる。 In addition, the nozzle plate and orifice plate subassembly (see FIG. 3) employs a flow rate adjustment method in which the flow rate is checked and the flow rate is ranked in such a state, resulting in a defective fuel injection valve assembly. Thus, an inexpensive fuel injection valve with excellent cost performance can be obtained.
1 ノズルプレート
2 弁座
3 燃料導入孔
4 凸部
5 溝
6 弁体
13 ノズル
14 燃料通路用部材
25 椀型オリフィスプレート
26 凹形状燃料通路
27 オリフィスプレートの凸部
28 オリフィスプレートの凹部底面
29,31,32 燃料噴射孔
30 出口面部
36 凹形状燃料通路
37,38,39 噴霧
41 燃料噴射孔の外周壁
100 燃料噴射弁
101 多気筒内燃機関
102 燃焼室
103 ピストン
104 ピストンキャビティ
105 シリンダ
106 シリンダヘッド
107 吸気弁
108 吸気ポート
108a 中央隔壁
108b 側壁
109 排気弁
110 点火プラグ
111 吸気通路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ノズルプレートは、前記弁座より縮径された燃料導入孔と、前記燃料導入孔の下流側で弁径方向に延びて前記燃料噴射孔に繋がる複数の凹形状燃料通路と、前記凹形状燃料通路を隔てる曲面をもつ凸形状部と、前記凸形状部のさらに外寄りに形成された溝と、から構成され、前記燃料導入孔と前記凹形状燃料通路と前記凸形状部と前記溝とは同一部材で形成され、前記ノズルプレートにおける前記燃料導入孔と前記凹形状燃料通路とは前記ノズルプレートの部材を動かさずに位置決めした状態で引き続いての加工である同行程加工で形成され、
前記オリフィスプレートは、前記弁径方向に同心状に複数の燃料噴射孔の配置された凹形状底面部を形成するとともに、外周部に前記凹形状底面部よりも肉厚の外周凸面部を形成し、
前記凹形状底面部は、前記ノズルプレートの前記凸形状部の曲面と同等の曲面形状を有し、
前記ノズルプレートの前記溝に前記オリフィスプレートの前記外周凸面部が挿入されて前記オリフィスプレートが前記ノズルプレートに固定される
ことを特徴とする燃料噴射弁。 A valve body that can be opened and closed to inject and stop injection of fuel, a nozzle plate having a valve seat that is in contact with the valve body to inject and stop injection of fuel, and a plurality of fixed and fixed to the nozzle plate A fuel injection valve comprising an orifice plate having fuel injection holes,
The nozzle plate includes a fuel introduction hole having a diameter reduced from the valve seat, a plurality of concave fuel passages extending in a valve diameter direction downstream of the fuel introduction hole and connected to the fuel injection hole, and the concave fuel. A convex portion having a curved surface separating the passage ; and a groove formed further outward of the convex portion; and the fuel introduction hole, the concave fuel passage, the convex portion, and the groove. Formed by the same member, the fuel introduction hole and the concave fuel passage in the nozzle plate are formed by the same stroke processing which is a subsequent processing in a state where the nozzle plate member is positioned without moving,
The orifice plate forms a concave bottom surface portion having a plurality of fuel injection holes arranged concentrically in the valve diameter direction, and forms an outer peripheral convex surface portion thicker than the concave bottom surface portion on the outer peripheral portion. ,
The concave bottom surface portion has a curved surface shape equivalent to the curved surface of the convex shape portion of the nozzle plate,
The fuel injection valve , wherein the outer peripheral convex portion of the orifice plate is inserted into the groove of the nozzle plate, and the orifice plate is fixed to the nozzle plate .
前記凹形状底面部を形成したオリフィスプレートは、平坦面部に複数の燃料噴射孔を同心的に加工した材料に対して、曲率をもった押し型によるプレス成形加工したものである
ことを特徴とする燃料噴射弁。 The fuel injection valve according to claim 1, wherein
The orifice plate in which the concave bottom surface portion is formed is a material obtained by concentrically processing a plurality of fuel injection holes in a flat surface portion, and is formed by press molding using a pressing die having a curvature. Fuel injection valve.
前記ノズルプレートの前記凸形状部の曲面部と前記オリフィスプレートの前記凹形状底面部の曲面部とは、前記オリフィスプレートを前記ノズルプレートに組み立て固設する際に、組み立てに支障のない最小隙間を形成する
ことを特徴とする燃料噴射弁。 The fuel injection valve according to claim 1 or 2,
The curved surface portion of the convex portion of the nozzle plate and the curved surface portion of the concave bottom surface portion of the orifice plate have a minimum gap that does not hinder assembly when the orifice plate is assembled and fixed to the nozzle plate. A fuel injection valve characterized by forming.
前記ノズルプレートは、前記弁座より縮径された燃料導入孔と、前記燃料導入孔の下流側で弁径方向に延びて前記燃料噴射孔に繋がる複数の凹形状燃料通路と、前記凹形状燃料通路を隔てる曲面をもつ凸形状部と、前記凸形状部のさらに外寄りに形成された溝と、から構成され、前記燃料導入孔と前記凹形状燃料通路と前記凸形状部と前記溝とは同一部材で形成され、前記ノズルプレートにおける前記燃料導入孔と前記凹形状燃料通路とは前記ノズルプレートの部材を動かさずに位置決めした状態で引き続いての加工である同行程加工で形成され、
前記オリフィスプレートは、前記弁径方向に同心状に複数の燃料噴射孔の配置された凹形状底面部を形成するとともに、外周部に前記凹形状底面部よりも肉厚の外周凸面部を形成し、
前記凹形状底面部は、前記ノズルプレートの前記凸形状部の曲面と同等の曲面形状を有し、
前記ノズルプレートの前記溝に前記オリフィスプレートの前記外周凸面部が挿入されて前記オリフィスプレートが前記ノズルプレートに固定され、
前記複数の燃料噴射孔は2つのグループに区分けされ、前記複数の燃料噴射孔から噴射される噴霧がグループ毎に2方向噴霧を形成する
ことを特徴とする燃料噴射弁。 A valve body that can be opened and closed to inject and stop injection of fuel, a nozzle plate having a valve seat that is in contact with the valve body to inject and stop injection of fuel, and a plurality of fixed and fixed to the nozzle plate A fuel injection valve comprising an orifice plate having fuel injection holes,
The nozzle plate includes a fuel introduction hole having a diameter reduced from the valve seat, a plurality of concave fuel passages extending in a valve diameter direction downstream of the fuel introduction hole and connected to the fuel injection hole, and the concave fuel. A convex portion having a curved surface separating the passage ; and a groove formed further outward of the convex portion; and the fuel introduction hole, the concave fuel passage, the convex portion, and the groove. Formed by the same member, the fuel introduction hole and the concave fuel passage in the nozzle plate are formed by the same stroke processing which is a subsequent processing in a state where the nozzle plate member is positioned without moving,
The orifice plate forms a concave bottom surface portion having a plurality of fuel injection holes arranged concentrically in the valve diameter direction, and forms an outer peripheral convex surface portion thicker than the concave bottom surface portion on the outer peripheral portion. ,
The concave bottom surface portion has a curved surface shape equivalent to the curved surface of the convex shape portion of the nozzle plate,
The orifice plate is fixed to the nozzle plate by inserting the outer peripheral convex portion of the orifice plate into the groove of the nozzle plate,
The plurality of fuel injection holes are divided into two groups, and the spray injected from the plurality of fuel injection holes forms a two-way spray for each group.
前記2方向噴霧を形成するそれぞれの噴霧は、2つ以上の燃料噴射孔より噴射される燃料噴霧であり、
前記2つ以上の噴霧を前方で近接させたことにより、中心部の密度が濃くて外側に向かって段階的に希薄となる噴霧とする
ことを特徴とする燃料噴射弁。 The fuel injection valve according to claim 4, wherein
Each spray forming the two-way spray is a fuel spray injected from two or more fuel injection holes,
The fuel injection valve according to claim 1, wherein the two or more sprays are brought close to each other in the forward direction so that the density of the central portion is high and the fuel gradually becomes lean toward the outside.
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