JP2000008991A - Fuel injection valve and internal combustion engine, and fuel swirl element and manufacture thereof - Google Patents

Fuel injection valve and internal combustion engine, and fuel swirl element and manufacture thereof

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JP2000008991A JP10172508A JP17250898A JP2000008991A JP 2000008991 A JP2000008991 A JP 2000008991A JP 10172508 A JP10172508 A JP 10172508A JP 17250898 A JP17250898 A JP 17250898A JP 2000008991 A JP2000008991 A JP 2000008991A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To implement sufficient atomization and to make fuel be a wide-angle solid spray, by comprising swirl mechanism for forming a swirl flow of fuel around a valve seat and a valve element, and an auxiliary fuel supply means for supplying the fuel to a center portion of the fuel spray injected from a fuel injection port. SOLUTION: A fuel swirl element (a swirler) 2 comprises; four eccentric base swirl grooves 10 on bottom faces of the swirler 2; for eccentric upstream swirl grooves 11 above the bottom faces of the swirler 2; and a fuel swirl chamber 12 for bypassing the base swirl grooves 10 and upstream swirl grooves 11. When a valve element lifts according to a injection signal, fuel is made to flow into the swirl grooves 10, 11 through a fuel passage 14 disposed between the swirler 2 and an injector body. The fuel in the fuel swirl chamber 12 is started to swirl caused by a flow of the upstream swirl grooves 11. Since swirl flows of the fuel formed in the base swirl groove 10 are not weaken to be injected, a current in a swirl direction and a current in a perpendicular direction become almost the same velocity, as time passes off. Accordingly, an injection angle in a first stage is made to be narrower and an injection angle in a last stage is made to be wider so that flow rate distribution is provided near a center of spray, resulting in uniform fuel distribution in the spray.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は燃料噴射弁および内
燃機関,燃料旋回素子,燃料旋回素子の製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel injection valve, an internal combustion engine, a fuel swirl element, and a method for manufacturing a fuel swirl element.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば特開平7−174058 号のように、ポ
ート噴射によって燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁に
おいて、燃料に旋回力を与えて微粒化を促進するものは
よく知られている。これは、溝を2段にする構成であ
り、旋回力を持った流れを旋回力を持たない流れで包み
込み、噴霧角を狭くするというものである。このような
旋回微粒化式の燃料噴射弁より噴射される噴霧は、旋回
力により噴霧外周部に燃料が集中するため基本的に中空
円錐形状を示す(図28(a))。
2. Description of the Related Art It is well known that a fuel injection valve for supplying fuel to a combustion chamber by port injection, which imparts a swirling force to fuel to promote atomization, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-174008. . This is a configuration in which the groove has two steps, in which a flow having a swirling force is wrapped with a flow having no swirling force to narrow the spray angle. The spray injected from such a swirl atomization type fuel injection valve basically shows a hollow conical shape because the fuel is concentrated on the outer periphery of the spray by the swirling force (FIG. 28A).

【0003】筒内直接燃料噴射式のガソリンエンジンで
は、燃料を直接燃焼室内に噴射するため、噴霧形状がエ
ンジン性能を左右する重要な鍵となる。従来の旋回微粒
化式燃料噴射弁の噴霧は、前述のように中空円錐形状で
あるため燃料の濃い部分と薄い部分が存在し、噴霧内の
濃度分布が不均一になる。
In a gasoline engine of the direct fuel injection type, injecting fuel directly into the combustion chamber, the spray shape is an important key that affects the engine performance. The spray of the conventional swirl atomization type fuel injection valve has a hollow conical shape as described above, so that a fuel has a thick portion and a thin portion, and the concentration distribution in the spray becomes non-uniform.

【0004】噴霧分布を均一にする方法としては、例え
ば特開平9−303235 号のように燃料旋回素子に縦溝を設
けて旋回力の違う噴霧を噴射するという方法が知られて
いる。しかし、この方法では縦溝の未旋回流により旋回
流が弱められるため、広い噴霧角の噴霧を得ることがで
きなかった。
As a method of making the spray distribution uniform, there is known a method of providing a vertical groove in a fuel swirling element and injecting sprays having different swirling forces as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-303235. However, in this method, since the swirling flow is weakened by the non-swirl flow in the flute, it is not possible to obtain a spray having a wide spray angle.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のような噴霧内の
濃度分布が不均一な噴霧を筒内噴射エンジンに適用する
と燃料集中部がピストン等に衝突・付着し、その燃料が
点火までに気化しきれず、ハイドロカーボン(HC)や
すすが生成される。また、希薄部分では火炎の伝達が遅
くなるため燃焼速度が遅くなり、燃焼不安定の原因とな
っている。さらに、一定位置に燃料が集中すると燃料の
気化熱によりピストンが冷却され、冷却損失が増大す
る。
When a spray having a non-uniform concentration distribution in the spray as described above is applied to a direct injection engine, a fuel concentration portion collides with and adheres to a piston or the like, and the fuel is discharged before ignition. It cannot be completely converted, and hydrocarbon (HC) and soot are generated. Further, in the lean portion, the transmission of the flame is slowed down, so that the combustion speed is slowed down, causing unstable combustion. Furthermore, when the fuel is concentrated at a certain position, the piston is cooled by the heat of vaporization of the fuel, and the cooling loss increases.

【0006】ポート噴射用の中実噴霧型燃料噴射弁で
は、インテイクマニホールド内壁面への付着量を抑える
ため、また、燃料噴射弁から遠い位置にある燃焼室入口
の吸気ポートまで燃料を運ぶため、噴霧角が小さく貫通
力のある噴霧を形成していた。このような噴霧は、図2
8(b)に示すように中心部に燃料が集中しており、H
C・すすの低減や燃焼安定性の向上に限界があり、冷却
損失が増加するためエンジンの効率が悪化するという問
題が避けられない。また、燃料噴霧の微粒化については
全く考慮されていない。
[0006] In the case of a solid spray type fuel injection valve for port injection, in order to suppress the amount of adhesion to the inner wall surface of the intake manifold, and to transport fuel to the intake port at the entrance of the combustion chamber far from the fuel injection valve, The spray angle was small and a spray having a penetrating power was formed. Such a spray is shown in FIG.
As shown in FIG. 8 (b), fuel is concentrated in the center,
C. There is a limit to the reduction of soot and the improvement of combustion stability, and the problem that the efficiency of the engine deteriorates due to an increase in cooling loss is inevitable. No consideration is given to atomization of fuel spray.

【0007】また、噴霧分布を均一にしても、広い噴霧
角の噴霧を得られないという問題があった。
Further, even if the spray distribution is uniform, there is a problem that a spray having a wide spray angle cannot be obtained.

【0008】そこで本発明は、燃料噴射弁から燃焼室に
噴射される噴霧を十分に微粒化しながら広噴霧角度を持
った中実噴霧を実現することを目的とする。即ち本発明
は、弁座の上流にスワール機構を設けて、十分な微粒化
を達成しながら、噴霧を広角の中実噴霧にすることを目
的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to realize a solid spray having a wide spray angle while sufficiently atomizing the spray injected from the fuel injection valve into the combustion chamber. That is, an object of the present invention is to provide a swirl mechanism upstream of a valve seat to achieve a wide-angle solid spray while achieving sufficient atomization.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的は、弁座に対し
て当接・離脱する弁体の動作に応じて弁座下流の燃料噴
口から内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する筒内噴射
型の燃料噴射弁であって、前記弁座と前記弁体との周囲
に燃料の旋回流を形成するスワール機構と、前記燃料噴
口から噴射される燃料噴霧の中心部に燃料を供給する補
助燃料供給手段とを有する燃料噴射弁を採用することに
よって達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an in-cylinder in which fuel is injected directly from a fuel injection port downstream of a valve seat into a combustion chamber of an internal combustion engine in accordance with an operation of a valve body which comes into contact with or separates from a valve seat. An injection type fuel injection valve, wherein a swirl mechanism for forming a swirling flow of fuel around the valve seat and the valve body, and an auxiliary for supplying fuel to a center portion of fuel spray injected from the fuel injection port This is achieved by employing a fuel injection valve having fuel supply means.

【0010】また、弁座と前記弁座の下流の貫設された
燃料噴口を有する噴射ノズル体と、前記弁座に対して当
接・離脱する弁部を有する可動子と、前記ノズル体に収
納固定され、前記弁座と弁部との周囲に燃料貯留室を形
成する固定子と、前記燃料貯留室に旋回力を有する燃料
を供給する半径方向通路と、前記半径方向通路に燃料を
導入する燃料導入通路を有し、前記半径方向通路が前記
固定子と前記ノズルとの当接面から軸方向に離れた位置
で前記燃料貯留室に開口している燃料噴射弁を採用する
ことによって達成される。
In addition, an injection nozzle body having a valve seat and a fuel injection port provided through the valve seat downstream of the valve seat, a movable element having a valve portion that comes into contact with and separates from the valve seat, A stator that is stored and fixed and forms a fuel storage chamber around the valve seat and the valve portion; a radial passage that supplies fuel having a turning force to the fuel storage chamber; and a fuel that is introduced into the radial passage. Achieved by employing a fuel injection valve having a fuel introduction passage which opens to the fuel storage chamber at a position where the radial passage is axially separated from a contact surface between the stator and the nozzle. Is done.

【0011】また、軸方向に往復動し、その先端に弁部
が形成された弁体と、前記弁体を挿通する燃料旋回素子
であって、前記弁体と協働して燃料をシールするシール
部と、前記シール部の下流に燃料に旋回力を与えるため
に前記素子の底面まで形成された燃料旋回室と、前記旋
回室に燃料を供給するために前記シール部の下流に形成
された上流旋回溝とを有し、前記旋回溝に燃料を供給す
るための燃料通路を生成する燃料旋回素子とを備えた燃
料噴射弁を採用することによって達成される。
A valve element reciprocating in the axial direction, the valve element having a valve portion formed at the tip thereof, and a fuel swirl element inserted through the valve element, and seals fuel in cooperation with the valve element. A seal portion, a fuel swirl chamber formed to the bottom surface of the element to apply a swirling force to the fuel downstream of the seal portion, and a fuel swirl chamber formed downstream of the seal portion to supply fuel to the swirl chamber This is achieved by employing a fuel injection valve having an upstream swirl groove and a fuel swirl element that forms a fuel passage for supplying fuel to the swirl groove.

【0012】また、軸方向に往復動し、その先端に弁部
が形成された弁体と、前記弁体を挿通する燃料旋回素子
であって、前記弁体と協働して燃料をシールするシール
部と、前記素子の中心側から外側に向かって高さを大き
くしていくように形成された底面旋回溝とを有し、前記
旋回溝に燃料を供給するための燃料通路を生成する燃料
旋回素子とを備えた燃料噴射弁を採用することによって
達成される。
A valve element reciprocating in the axial direction and having a valve portion formed at the tip thereof, and a fuel swirl element passing through the valve element, sealing fuel in cooperation with the valve element. A fuel having a seal portion and a bottom turning groove formed so as to increase in height from the center side of the element toward the outside, and forming a fuel passage for supplying fuel to the turning groove; This is achieved by employing a fuel injection valve having a swirl element.

【0013】また、軸方向に往復動し、その先端に弁部
が形成された弁体と、前記弁部と協働して噴射される燃
料量を制御する弁座と、前記弁座の上流に設置した2つ
の燃料旋回流形成手段とを有する燃料噴射弁を採用する
ことによって達成される。
Also, a valve body reciprocating in the axial direction and having a valve portion formed at the tip thereof, a valve seat for controlling the amount of fuel injected in cooperation with the valve portion, and an upstream of the valve seat This is achieved by employing a fuel injection valve having two fuel swirl flow forming means installed in the fuel injection valve.

【0014】また、軸方向に往復動し、その先端に弁部
が形成された弁体と、前記弁体を挿通する燃料旋回素子
であって、前記弁体と協働して燃料をシールするシール
部と、前記シール部の下流に燃料に旋回力を与えるため
に前記素子の底面まで形成された燃料旋回室と、前記旋
回室に燃料を供給するために前記シール部の下流に形成
された上流旋回溝と、前記旋回溝に燃料を供給するため
の燃料通路を生成する燃料旋回素子とを備えた燃料噴射
弁と、深皿ピストンを用いて形成された燃焼室とを有
し、前記燃料噴射弁から前記燃焼室に直接燃料を噴射す
る筒内噴射型内燃機関を採用することによって達成され
る。
Also, a valve element reciprocating in the axial direction and having a valve portion formed at the tip thereof, and a fuel swirl element inserted through the valve element, cooperating with the valve element to seal fuel. A seal portion, a fuel swirl chamber formed to the bottom surface of the element to apply a swirling force to the fuel downstream of the seal portion, and a fuel swirl chamber formed downstream of the seal portion to supply fuel to the swirl chamber A fuel injection valve having an upstream swirl groove, a fuel swirl element for generating a fuel passage for supplying fuel to the swirl groove, and a combustion chamber formed by using a deep-drain piston; This is achieved by employing a direct injection internal combustion engine that injects fuel directly from the injection valve into the combustion chamber.

【0015】また、軸方向に往復動し、その先端に弁部
が形成された弁体と、前記弁体を挿通する燃料旋回素子
であって、前記弁体と協働して燃料をシールするシール
部と、前記シール部の下流に燃料に旋回力を与えるため
に前記素子の底面まで形成された燃料旋回室と、前記旋
回室に燃料を供給するために前記シール部の下流に形成
された上流旋回溝と、前記旋回溝に燃料を供給するため
の燃料通路を生成する燃料旋回素子とを備えた燃料噴射
弁と、フラットピストンを用いて形成された燃焼室とを
有し、前記燃料噴射弁から前記燃焼室に直接燃料を噴射
する筒内噴射型内燃機関を採用することによって達成さ
れる。
Also, a valve element reciprocating in the axial direction and having a valve portion formed at the tip thereof, and a fuel swirl element inserted through the valve element, cooperating with the valve element to seal fuel. A seal portion, a fuel swirl chamber formed to the bottom surface of the element to apply a swirling force to the fuel downstream of the seal portion, and a fuel swirl chamber formed downstream of the seal portion to supply fuel to the swirl chamber A fuel injection valve having an upstream swirl groove, a fuel swirl element for producing a fuel passage for supplying fuel to the swirl groove, and a combustion chamber formed by using a flat piston; This is achieved by employing a direct injection internal combustion engine that injects fuel directly from the valve into the combustion chamber.

【0016】また、燃料噴射弁に用いる燃料旋回素子に
おいて、前記燃料噴射弁の弁体を挿通するための孔と、
前記孔と一体に形成され、前記弁体と協働して燃料をシ
ールするためのシール部と、前記シール部の下流に燃料
に旋回力を与えるために前記素子の底面まで形成された
燃料旋回室と、前記旋回室に燃料を供給するために前記
シール部の下流に形成された上流旋回溝とを有し、前記
旋回溝に燃料を供給するための燃料通路を生成する燃料
旋回素子を採用することによって達成される。
Further, in the fuel swirl element used for the fuel injection valve, a hole for inserting a valve element of the fuel injection valve is provided,
A seal portion formed integrally with the hole to seal fuel in cooperation with the valve element; and a fuel swirl formed to a bottom surface of the element to apply a swirling force to the fuel downstream of the seal portion. A fuel swirling element having a chamber and an upstream swirl groove formed downstream of the seal portion for supplying fuel to the swirl chamber, and forming a fuel passage for supplying fuel to the swirl groove. Is achieved by doing

【0017】また、燃料噴射弁に用いる燃料旋回素子に
おいて、前記燃料噴射弁の弁体を挿通するための孔と、
前記孔と一体に形成され、前記弁体と協働して燃料をシ
ールするためのシール部と、前記素子の中心側から外側
に向かって高さを大きくしていくように形成された底面
旋回溝とを有し、前記旋回溝に燃料を供給するための燃
料通路を生成する燃料旋回素子を採用することによって
達成される。
Also, in the fuel swirl element used for the fuel injection valve, a hole for inserting a valve element of the fuel injection valve is provided,
A seal portion formed integrally with the hole to seal fuel in cooperation with the valve element, and a bottom turn formed to increase in height from the center side to the outside of the element And a fuel swirl element having a groove and forming a fuel passage for supplying fuel to the swirl groove.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】図1は燃料噴射弁の縦断面図、図
2・図3は燃料旋回素子の底面図および断面図である。
燃料噴射弁(インジェクタ)1は、先端に燃料を噴射す
るノズル5,弁座7,燃料旋回素子(スワラ)2,弁体
3と弁体を駆動する電磁コイル4,弁体3を押さえつけ
るばね6,ストッパ8から構成されている。スワラ2は
底面に中心から偏心した底面旋回溝10を4本持ち、ス
ワラ底面より上側にも同じく偏心した上流旋回溝11が
4本設けられている。底面旋回溝10と上流旋回溝11
をバイパスするように、燃料旋回室12が設けられ、シ
ール部13は弁体3と接触してシールする構成である。
実際には、数μmの隙間ができる。スワラ2とインジェ
クタ1本体との隙間14は旋回溝に燃料を供給するため
の燃料通路となる。底面旋回溝10と上流旋回溝11は
同軸でも構わない。また、図3に示すように底面旋回溝
10がなく、上流旋回溝11のみの構造でも良い。
1 is a longitudinal sectional view of a fuel injection valve, and FIGS. 2 and 3 are a bottom view and a sectional view of a fuel swirling element.
The fuel injection valve (injector) 1 includes a nozzle 5 for injecting fuel at the tip, a valve seat 7, a fuel swirling element (swirler) 2, a valve body 3 and an electromagnetic coil for driving the valve body 4, and a spring 6 for pressing down the valve body 3. , And a stopper 8. The swirler 2 has four bottom turning grooves 10 eccentric from the center on the bottom surface, and four upstream turning grooves 11 similarly eccentric are provided above the bottom surface of the swirler. Bottom turning groove 10 and upstream turning groove 11
The fuel swirl chamber 12 is provided so as to bypass the valve body 3, and the seal portion 13 is configured to contact and seal the valve body 3.
Actually, a gap of several μm is formed. The gap 14 between the swirler 2 and the injector 1 main body becomes a fuel passage for supplying fuel to the swirl groove. The bottom turning groove 10 and the upstream turning groove 11 may be coaxial. Further, as shown in FIG. 3, a structure having only the upstream turning groove 11 without the bottom turning groove 10 may be used.

【0019】このインジェクタの動作を説明する。通
常、弁体3はばね6により弁座7に押さえつけられてお
り、上部から流入する燃料をシールしている。しかし、
外部から噴射信号が入力されると、コイル4が作動し弁
体3とインジェクタ1本体の一部とコイル4の間に磁気
回路が形成され、弁体3がばね6の力に打ち勝って引き
上げられる。弁体3はストッパ8に衝突して停止する。
噴射信号が入力されている間は、コイルが動作し続ける
ため、弁体3はストッパ8に当たったまま上で停止して
いるが、噴射信号がなくなると磁気回路が消失し、ばね
6の力によって弁体3は弁座7に戻る。
The operation of the injector will be described. Normally, the valve element 3 is pressed against a valve seat 7 by a spring 6 to seal fuel flowing from above. But,
When an injection signal is input from the outside, the coil 4 operates to form a magnetic circuit between the valve body 3 and a part of the injector 1 main body and the coil 4, and the valve body 3 is pulled up by overcoming the force of the spring 6. . The valve body 3 collides with the stopper 8 and stops.
While the injection signal is being input, the coil continues to operate, so that the valve element 3 stops on the stopper 8 while hitting the stopper 8. However, when the injection signal disappears, the magnetic circuit disappears, and the force of the spring 6 is reduced. As a result, the valve element 3 returns to the valve seat 7.

【0020】燃料の流れを説明する。燃料は上部から一
定圧力でインジェクタ1に流入し、噴射弁中央部の燃料
通路および弁体の中の燃料通路を通ってスワラ2に到達
する。噴射信号により弁体3が上昇すると燃料が流れ始
める。燃料はスワラ2とインジェクタ1本体の間の燃料
通路14を通り、旋回溝へ流れ込む。
The flow of the fuel will be described. The fuel flows into the injector 1 from above at a constant pressure, and reaches the swirler 2 through the fuel passage in the center of the injection valve and the fuel passage in the valve body. When the valve 3 rises according to the injection signal, the fuel starts to flow. The fuel flows into the swirl groove through the fuel passage 14 between the swirler 2 and the injector 1 body.

【0021】図4から図7のシミュレーション結果を用
いて燃料旋回室内部の流動を説明する。
The flow inside the fuel swirl chamber will be described with reference to the simulation results shown in FIGS.

【0022】図4は噴射開始後0.2ms の燃料旋回室
12の燃料流速ベクトルを示したものである。上流旋回
溝11へ流れた燃料が燃料旋回室12へ到達し、溝の偏
心によって燃料旋回室12内に満たされている燃料に旋
回力を与えながら下流へ流れ始める。底面旋回溝10に
流れた燃料は燃料旋回室12の下端に到達し、溝の偏心
による旋回力をもって弁座7と弁体3の間隙からノズル
5へ燃料が移動する。燃料はノズル5から噴射される。
FIG. 4 shows the fuel flow velocity vector of the fuel swirl chamber 12 0.2 ms after the start of the injection. The fuel that has flowed into the upstream swirl groove 11 reaches the fuel swirl chamber 12 and starts to flow downstream while giving a swirl force to the fuel filled in the fuel swirl chamber 12 due to the eccentricity of the groove. The fuel that has flowed into the bottom swirl groove 10 reaches the lower end of the fuel swirl chamber 12, and the fuel moves from the gap between the valve seat 7 and the valve body 3 to the nozzle 5 with the swirling force due to the eccentricity of the groove. Fuel is injected from the nozzle 5.

【0023】図5は図4と同時刻におけるノズル5の中
心軸を通る線上の流速である。21が鉛直方向210、
22が半径方向220、23が旋回方向230の流速を
表す。噴射開始直後は鉛直方向の成分と比較して、旋回
方向の成分は小さい。これは、底面旋回溝10より流入
した燃料は、燃料旋回室12に満たされている旋回方向
の速度成分を持たない燃料と合流するため旋回力が弱く
なるからである。旋回方向速度成分が小さいということ
は噴射される噴霧の噴霧角が小さくなる傾向にある。
FIG. 5 shows the flow velocity on the line passing through the central axis of the nozzle 5 at the same time as FIG. 21 is the vertical direction 210,
22 represents the flow velocity in the radial direction 220 and 23 represents the flow velocity in the turning direction 230. Immediately after the start of injection, the component in the turning direction is smaller than the component in the vertical direction. This is because the fuel that has flowed in from the bottom swirl groove 10 merges with the fuel that does not have a speed component in the swirl direction that is filled in the fuel swirl chamber 12, so that the swirling force is weakened. When the turning speed component is small, the spray angle of the spray to be sprayed tends to be small.

【0024】図6は噴射開始後0.5ms で、燃料旋回
室内が定常流になった後の燃料旋回室12内の燃料流速
ベクトルである。上流旋回溝11からの流れが完全に燃
料旋回室12内の燃料を旋回させているため、底面旋回
溝10から流入する燃料は強い旋回力でそのまま噴射さ
れる。
FIG. 6 shows a fuel flow velocity vector in the fuel swirl chamber 12 at 0.5 ms after the start of the injection and after the fuel swirl chamber has reached a steady flow. Since the flow from the upstream swirl groove 11 completely swirls the fuel in the fuel swirl chamber 12, the fuel flowing from the bottom swirl groove 10 is directly injected with a strong swirling force.

【0025】図7は図6と同時刻におけるノズル出口部
の燃料の流速である。図5と同様に、21が鉛直方向、
22が半径方向、23が旋回方向の流速を表す。噴射開
始から時間が経つと旋回方向と鉛直方向の流速が同じ程
度の大きさになる。これは、上流旋回溝11からの流れ
によって燃料旋回室12の燃料が旋回を始めるため、底
面旋回溝10で形成された旋回流は弱められることなく
噴射されるからである。旋回力が強いため噴霧角の広い
噴霧が形成される。
FIG. 7 shows the fuel flow rate at the nozzle outlet at the same time as FIG. As in FIG. 5, 21 is the vertical direction,
Reference numeral 22 denotes the radial direction, and reference numeral 23 denotes the turning velocity. After a lapse of time from the start of the injection, the flow velocity in the turning direction and the flow velocity in the vertical direction become substantially the same. This is because the fuel in the fuel swirl chamber 12 starts to swirl due to the flow from the upstream swirl groove 11, so that the swirl flow formed by the bottom swirl groove 10 is injected without being weakened. A spray having a wide spray angle is formed due to a strong turning force.

【0026】図8はシミュレーションにより従来インジ
ェクタのノズル出口流速から噴射された燃料の空間分布
を算出し、噴霧角で整理したものである。グラフの系列
は噴射開始後1msの流量を100%とした場合の、表
示時間までの燃料の累積流量割合を示している。噴射開
始からの経過時間に関わらず燃料の分布する噴霧角は一
定であり、中心部に流量分布のない中空円錐状の噴霧に
なる。また、0.2ms後に中心よりにある流量分布はノ
ズル先端に溜まった燃料が小さな旋回力で噴射されるた
めに生じる。
FIG. 8 shows the spatial distribution of the injected fuel calculated from the nozzle outlet flow velocity of the conventional injector by simulation and arranged by the spray angle. The series of the graph shows the cumulative flow rate of the fuel until the display time when the flow rate 1 ms after the start of the injection is set to 100%. The spray angle at which the fuel is distributed is constant irrespective of the elapsed time from the start of the injection, and the spray becomes a hollow conical spray having no flow rate distribution at the center. Further, the flow distribution at the center after 0.2 ms occurs because the fuel accumulated at the nozzle tip is injected with a small swirling force.

【0027】図9は図2を用いたシミュレーションによ
る噴霧の空間分布を示している。表示は図8と同様であ
る。中心部に燃料があるのは中空噴霧の場合と同様、ノ
ズル先端に溜まった燃料が弱い旋回力で噴射されるため
である。噴射開始から時間が経過するにつれて噴霧角が
広がっていく。このように初期に狭い噴霧角、後期に広
い噴霧角の噴霧をつくることで、中心付近にも流量分布
を持ち、噴霧内の燃料分布が均一な中実噴霧を形成する
ことができる。
FIG. 9 shows the spatial distribution of the spray by the simulation using FIG. The display is the same as in FIG. The reason why there is fuel in the center is that the fuel accumulated at the nozzle tip is injected with a weak swirling force as in the case of the hollow spray. The spray angle increases as time elapses from the start of injection. Thus, by forming a spray having a narrow spray angle in the early stage and a wide spray angle in the latter period, a solid spray having a flow rate distribution near the center and a uniform fuel distribution in the spray can be formed.

【0028】図10に噴射開始後時間と噴霧角の関係
と、噴霧形状を模擬的に示す。噴射開始から0.2ms
毎に連続写真を撮って、これを基に作成したものであ
る。噴射開始直後は噴霧角の狭い噴霧,時間の経過と共
に噴霧角が広くなるが、噴霧先端部は噴霧角の狭い成分
が残るため釣り鐘状の噴霧が形成される。
FIG. 10 schematically shows the relationship between the time after the start of injection and the spray angle, and the shape of the spray. 0.2 ms from the start of injection
It was created based on a series of photographs taken each time. Immediately after the start of the spraying, the spray angle is narrow, and the spray angle is widened with time. However, a bell-shaped spray is formed at the spray tip since the narrow spray angle component remains.

【0029】図11に噴霧をインジェクタ下流50mmの
位置で受け止めた場合の燃料の分布を模式的に表す。山
の面積は、全流量を表している。中空噴霧では2つのピ
ークを持ち、中心部に燃料が少ない分布になるのに対し
て、中実化した中実噴霧では全体に流量分布を持ち、著
しいピークを持たない分布となる。
FIG. 11 schematically shows the fuel distribution when the spray is received at a position 50 mm downstream of the injector. The area of the mountain represents the total flow. The hollow spray has two peaks and the fuel has a small distribution in the center, whereas the solidified solid spray has a flow rate distribution as a whole and has no significant peak.

【0030】図12から図14に噴霧の中実度合の制御
方法を示す。
FIGS. 12 to 14 show a method of controlling the degree of solidity of spraying.

【0031】図12に示すように上流旋回溝11のスワ
ラ底面からの距離をa、燃料旋回室12の直径をb、底
面旋回溝10の代表値(例えば断面積)をc、上流旋回
溝11の代表値をdとする。噴霧は噴射開始からの時間
と共に噴霧角が広がり、広がる速度が遅いほど中心に燃
料が分布し中実度合が増す傾向にある。
As shown in FIG. 12, the distance of the upstream swirl groove 11 from the swirler bottom surface is a, the diameter of the fuel swirl chamber 12 is b, the representative value (for example, cross-sectional area) of the bottom swirl groove 10 is c, Is assumed to be d. The spray angle of the spray increases with the time from the start of the injection, and the slower the spread speed, the more the fuel is distributed in the center and the degree of solidity tends to increase.

【0032】aの寸法を小さくすると上流旋回溝11の
旋回が早く燃料旋回室底面に到達するため、噴霧角が早
く広がり、中実度合は低い。反対にaの寸法を大きくす
ると上流旋回溝11の燃料が燃料旋回室底面に到達する
のに時間が必要となり噴霧角はゆっくりとひろがるた
め、より中実な噴霧が形成できる。
When the size of a is reduced, the swirl of the upstream swirl groove 11 reaches the bottom surface of the fuel swirl chamber earlier, so that the spray angle spreads faster and the solidity is low. Conversely, if the dimension of “a” is increased, it takes time for the fuel in the upstream swirl groove 11 to reach the fuel swirl chamber bottom surface, and the spray angle increases slowly, so that a more solid spray can be formed.

【0033】燃料旋回室直径bが小さいと図13のよう
に上流旋回溝11の燃料が燃料旋回室底面に早く到達し
て噴霧は広がりやすいが、bを大きくすることで噴霧角
をゆっくりと広げて中実度を上げることが可能である。
When the diameter b of the fuel swirl chamber is small, the fuel in the upstream swirl groove 11 reaches the bottom surface of the fuel swirl chamber quickly and the spray easily spreads as shown in FIG. 13, but the spray angle is gradually widened by increasing b. It is possible to increase the degree of solidity.

【0034】図14は底面旋回溝10と上流旋回溝11
の代表値の比を変えた場合であり、c/dが大きい場合
(極端な場合を考えると上流旋回溝11からの流れがな
い)は、従来の噴霧のように噴射初期からほぼ同じ噴霧
角で噴射されるが、c/dを小さくすると上流旋回溝1
1からの流れの影響が大きくなり、この流れが燃料旋回
室底面に到達するのに時間が必要となるので、噴霧角が
広がるのに時間がかかる。このため中実度合をあげるこ
とができる(図3はc/d=0の場合と考えることがで
きる)。
FIG. 14 shows the bottom turning groove 10 and the upstream turning groove 11.
In the case where the ratio of the representative values is changed, and when c / d is large (when there is no flow from the upstream swirl groove 11 in consideration of an extreme case), the spray angle is almost the same as the conventional spray from the initial stage of spraying But when c / d is reduced, the upstream turning groove 1
The influence of the flow from 1 increases, and it takes time for this flow to reach the bottom of the fuel swirl chamber, so that it takes time to increase the spray angle. Therefore, the degree of solidity can be increased (FIG. 3 can be considered as the case where c / d = 0).

【0035】上流旋回溝11から燃料旋回室底面までの
燃料旋回室容積を大きくすると中実になり、小さくする
と中空になるので、この燃料旋回室容積により中実度合
を制御することが可能である。また、上流旋回溝11か
らの流れが燃料旋回室底面に到達した段階で噴射された
噴霧は最終噴霧角になる。
When the volume of the fuel swirl chamber from the upstream swirl groove 11 to the bottom surface of the fuel swirl chamber is increased, the fuel swirl chamber becomes solid, and when the fuel swirl chamber is reduced, the fuel swirl chamber becomes hollow. Further, the spray injected when the flow from the upstream swirl groove 11 reaches the bottom surface of the fuel swirl chamber has the final spray angle.

【0036】スワラの製法の一例を図15に示す。図2
・図3の構造では上流旋回溝11を加工することが困難
である。上流旋回溝11を設けたい位置で、スワラを部
材30と部材31の2つに分割し、部材30または31
に溝を切る。組立時に部材30と部材31の燃料通路の
位置を合わせ込むことが必要であるが、加工は容易とな
る。このようにスワラを製作すると、スワラ2は2つの
燃料旋回流形成手段を有しているということができる。
また、図2のスワラ2のように一部材であっても2つの
旋回溝を有していることから、2つの燃料旋回流形成手
段を有しているということができる。図15において、
部材30に底面旋回溝10を切らなければ図3のものが
得られる。
FIG. 15 shows an example of a swirler manufacturing method. FIG.
-It is difficult to machine the upstream turning groove 11 with the structure of Fig. 3. At the position where the upstream turning groove 11 is to be provided, the swirler is divided into two members, a member 30 and a member 31, and the members 30 or 31 are separated.
Cut a groove in It is necessary to match the positions of the fuel passages of the member 30 and the member 31 at the time of assembly, but processing becomes easy. When the swirler is manufactured in this manner, it can be said that the swirler 2 has two fuel swirl flow forming means.
Further, since one member has two swirl grooves as in the swirler 2 of FIG. 2, it can be said that the swirler has two fuel swirl flow forming means. In FIG.
If the bottom turning groove 10 is not cut in the member 30, the one shown in FIG. 3 is obtained.

【0037】燃料のシール方法を図16を用いて説明す
る。従来品では燃料旋回室12がないため弁体の棒部分
とスワラの内壁の間でシールしていたが、そのシール部
分に燃料旋回室12を設けているため、弁体3とスワラ
の内壁の一部のシール部13との間でシールする構造と
する。シール部13と弁体3の隙間は数μm程度であ
る。また、各部のサイズは、スワラ2本体の高さ×径≒
6×8mm、シール部の軸方向長さ≒1mm、弁体3のプラ
ンジャの径Dと弁体3のボールの径dとの関係は、D≧
dとする。弁体3は、その先端に弁部(この例ではボー
ル)を有している。よって、弁体3を製造した後、スワ
ラ2に通すことができる。弁体3のストロークは数十μ
mなので、図示上では弁体3とスワラ2の位置関係は殆
ど変化しない程のスケールである。
A method of sealing fuel will be described with reference to FIG. In the conventional product, there is no fuel swirl chamber 12 so that the seal is provided between the rod portion of the valve body and the inner wall of the swirler. However, since the fuel swirl chamber 12 is provided in the seal portion, the valve body 3 and the inner wall of the swirler are sealed. A structure for sealing between some of the seal portions 13 is adopted. The gap between the seal portion 13 and the valve body 3 is about several μm. The size of each part is height x diameter of the swirler 2 body.
6 × 8 mm, the axial length of the seal portion 弁 1 mm, the relationship between the diameter D of the plunger of the valve body 3 and the diameter d of the ball of the valve body 3 is D ≧
d. The valve body 3 has a valve portion (a ball in this example) at its tip. Therefore, after the valve body 3 is manufactured, it can be passed through the swirler 2. The stroke of the valve element 3 is several tens μ
m, the scale is such that the positional relationship between the valve body 3 and the swirler 2 hardly changes in the drawing.

【0038】図にはボール弁タイプのものが示されてい
るが、図21のようなニードルタイプの弁体や、ボール
とプランジャを一体に成形した弁体も考えられる。
Although a ball valve type is shown in the figure, a needle type valve body as shown in FIG. 21 or a valve body in which a ball and a plunger are integrally formed are also conceivable.

【0039】他の実施例を説明する。Another embodiment will be described.

【0040】図17は図2において、旋回溝を上下2本
ずつにして加工工数を低減させたものである。上流旋回
溝41から流入する燃料は燃料旋回室底面に達するまで
に均一に混合されるため、本数を減らした影響は少な
い。旋回溝を3本ずつにしても同様であり、2本/4本
等の組み合わせでも同様である。
FIG. 17 is a view in which the number of machining steps is reduced by using two upper and lower turning grooves in FIG. Since the fuel flowing from the upstream swirl groove 41 is uniformly mixed before reaching the fuel swirl chamber bottom surface, the effect of reducing the number is small. The same applies to the case where three turning grooves are provided, and the same applies to a combination of two or four turning grooves.

【0041】図18はスワラ底面に中心軸に対して偏心
していない直溝42と、その上部に位置する偏心した上
流旋回溝43からなる。噴射開始直後は直溝42から流
入する燃料が中心部で衝突微粒化して噴射され、噴射後
期は上流旋回溝43からの旋回した燃料により広い噴霧
角の噴霧が噴射される。これにより、初期は衝突微粒化
による狭角噴霧、後期は旋回微粒化による広角噴霧で中
実な噴霧を得ることができる。
FIG. 18 includes a straight groove 42 which is not eccentric with respect to the center axis on the bottom surface of the swirler, and an eccentric upstream turning groove 43 which is located above the straight groove 42. Immediately after the start of the injection, the fuel flowing from the straight groove 42 is crushed and atomized at the central portion and injected at the center. In the latter half of the injection, the fuel swirled from the upstream swirl groove 43 sprays a spray having a wide spray angle. Thus, a solid spray can be obtained in the initial stage by narrow-angle spraying by collision atomization, and in a later stage by wide-angle spraying by swirling atomization.

【0042】図19はスワラ底面に偏心量の小さい底面
旋回溝44と、その上部に偏心量の大きい上流旋回溝4
5を設けたものである。噴射初期に底面旋回溝44から
流入する狭角噴霧、噴射後期に上流旋回溝45からの流
れと底面旋回溝44からの流れが合流して広角噴霧を形
成することで中実化する。
FIG. 19 shows a bottom swivel groove 44 with a small eccentric amount on the swirler bottom surface and an upstream swivel groove 4 with a large eccentric amount on the upper part.
5 is provided. In the early stage of the injection, the narrow-angle spray flowing from the bottom swirl groove 44, and in the later stage of the injection, the flow from the upstream swirl groove 45 and the flow from the bottom swirl groove 44 merge to form a wide-angle spray, thereby realizing a solid state.

【0043】図18の直溝42を偏心量がゼロの特別な
底面旋回溝とみれば、図18のスワラも2つの旋回溝を
有しているということができ、図18までのスワラは、
図19の特別な場合で、何れも2つの旋回溝(2つの燃
料旋回流形成手段)を有しているということができる。
If the straight groove 42 in FIG. 18 is regarded as a special bottom turning groove with zero eccentricity, it can be said that the swirler in FIG. 18 also has two turning grooves, and the swirler up to FIG.
In the special case of FIG. 19, it can be said that each has two swirl grooves (two fuel swirl flow forming means).

【0044】図20はスワラ上面から下面に抜ける縦溝
46が4本と、偏心した横溝(上流旋回溝)47から構
成されている。初期は縦溝46から旋回力を持たない燃
料が流入するが、横溝47の効果で次第に噴霧角が広く
なり中実化される。この構成では、横溝47の位置が高
すぎて燃料旋回室12の高さが大きいと、燃料旋回室内
の流れが縦溝46の溝の流れを阻害するため好ましくな
い。また、横溝47がスワラ底面にあると縦溝46から
の流れと横溝47からの流れが同時に噴射されるため好
ましくない。
FIG. 20 is composed of four vertical grooves 46 extending from the upper surface to the lower surface of the swirler, and eccentric horizontal grooves (upstream turning grooves) 47. Initially, fuel having no swirling force flows from the vertical groove 46, but the spray angle gradually becomes wider and solidified by the effect of the horizontal groove 47. In this configuration, if the position of the lateral groove 47 is too high and the height of the fuel swirl chamber 12 is large, it is not preferable because the flow in the fuel swirl chamber obstructs the flow of the vertical groove 46. In addition, it is not preferable that the lateral groove 47 is on the bottom surface of the swirler because the flow from the vertical groove 46 and the flow from the lateral groove 47 are jetted simultaneously.

【0045】従来のスワラのような底面旋回溝のみで
は、噴射された燃料が十分に混合されずにできる燃料集
中部(噴霧のすじ)を生じることがあったが、上流から
燃料を旋回させるため、燃料が十分に混合された状態で
噴射することができ、燃料集中部(噴霧のすじ)を生じ
ることがない。
The conventional swirl-type bottom swirl groove alone may cause a fuel concentration portion (spray streak) in which the injected fuel may not be sufficiently mixed. In addition, fuel can be injected in a sufficiently mixed state, and a fuel concentration portion (spray of spray) does not occur.

【0046】図21はスワラと共に、弁体に螺旋溝を切
った旋回流形成手段で噴霧角を制御するものを示す。ス
ワラ2に底面旋回溝10と、弁体3に螺旋溝60を有す
る構成である。弁体3が上がるとまず螺旋溝60から燃
料を噴射し、そのあと底面旋回溝10からの流れが合流
する。弁体とスワラの間はシールされている必要があ
る。図に示すように底面旋回溝10から噴射される燃料
の旋回力をK、螺旋溝60から噴射される燃料の旋回力
をLとする。KとLの旋回力を制御することで、中実噴
霧が形成できる。K>L(図22)の場合、噴射開始直
後は噴霧角が狭く、時間と共にKの強い旋回力が影響し
て噴霧角が広くなり、中実噴霧を形成する。反対にK<
Lの場合(図23)、噴射開始直後はLの強い旋回力で
広い噴霧角の噴霧が得られるが、途中からKの弱い旋回
力が影響するため、次第に旋回力が弱まり噴霧角が狭く
なる。この場合、これまでの形態と逆で初期に広角噴
霧、後期に狭角噴霧を持ってきて中実噴霧を形成する。
FIG. 21 shows a swirler together with a swirler for controlling the spray angle by a swirling flow forming means having a spiral groove formed in a valve body. The swirler 2 has a bottom surface turning groove 10 and the valve body 3 has a spiral groove 60. When the valve body 3 rises, first, fuel is injected from the spiral groove 60, and then the flows from the bottom surface turning groove 10 merge. The space between the valve element and the swirler must be sealed. As shown in the drawing, the turning force of the fuel injected from the bottom turning groove 10 is K, and the turning force of the fuel injected from the spiral groove 60 is L. By controlling the turning forces of K and L, a solid spray can be formed. In the case of K> L (FIG. 22), the spray angle is narrow immediately after the start of the injection, and the spray angle increases with the influence of the strong swirling force of K over time, forming a solid spray. Conversely, K <
In the case of L (FIG. 23), immediately after the start of the injection, a spray with a wide spray angle can be obtained with a strong swirling force of L, but the swirling force gradually weakens and the spray angle narrows because a weak swirling force of K influences halfway. . In this case, a solid spray is formed by bringing a wide-angle spray at an early stage and a narrow-angle spray at a later stage, which is the reverse of the previous embodiment.

【0047】同様にボール弁に螺旋溝を切る構成も考え
られる(図24)。
Similarly, a configuration in which a spiral groove is cut in the ball valve is also conceivable (FIG. 24).

【0048】図21から図24のように螺旋溝を用いる
ものでも、図19までと同様に弁座7の上流側に2つの
燃料旋回流形成手段を用いることによって噴霧を中実化
させている。
Even in the case of using a spiral groove as shown in FIGS. 21 to 24, the spray is made solid by using two fuel swirling flow forming means on the upstream side of the valve seat 7 as in FIG. .

【0049】図25はスワラ底面に中心から偏心した斜
溝50を持ち、この斜溝50の断面が中心に近づくほど
小さくなる構造をしている。斜溝50を拡大したものが
図26である。g側(外側)は出口面積が小さいため流
出する燃料の流速が大きく、h側(内側)は出口面積が
大きいため流速は遅くなる。外側はより強い旋回、内側
はより弱い旋回の旋回流を生成することで中実化する。
図27に示すように噴射開始から終了まで常に中実な噴
霧が噴射される。この噴霧の噴霧角は時間に左右されな
い。
FIG. 25 shows a structure in which a diagonal groove 50 eccentric from the center is provided on the bottom surface of the swirler, and the cross section of the diagonal groove 50 becomes smaller as approaching the center. FIG. 26 is an enlarged view of the inclined groove 50. The flow rate of the fuel flowing out is large on the g side (outside) because the exit area is small, and the flow velocity is slow on the h side (inside) because the exit area is large. The outer side is solidified by generating a swirling flow of a stronger swirl and the inner side of a weaker swirl.
As shown in FIG. 27, a solid spray is always injected from the start to the end of the injection. The spray angle of this spray is independent of time.

【0050】以上のようにして、図28(c)のように
燃料噴霧を中実化(噴霧内燃料濃度分布を均一化)でき
る。
As described above, the fuel spray can be solidified (the fuel concentration distribution in the spray can be made uniform) as shown in FIG.

【0051】筒内噴射エンジンのピストンキャビティ形
状にはフラット,浅皿,深皿等の種類がある。フラット
ピストンでは、空気流動に影響を受けやすい噴霧が適し
ている。それは、燃焼室内壁やピストンヘッドへの燃料
付着量を抑えるためであり、例えばペネトレーションの
短い霧状の噴霧が適している。従来の中空噴霧は、極め
て狭い円環状の一定箇所に連続して噴射していた。しか
し、本発明による中実噴霧は、極めて狭い一定の箇所に
連続して噴射しないため、噴霧が後から押されることが
なく、ペネトレーションは短くなる。浅皿ピストンに
は、大気中で広く分散し加圧下でコンパクトにまとまる
中空噴霧が適している。深皿ピストンではキャビティが
深くプラグまでの距離が長くなるため、大気中で均一に
分散し加圧下で貫通力がある中実噴霧が適していると考
えられる。また、従来の中空噴霧では点火プラグ方向へ
の噴霧が吹き上がりにくく、成層安定燃焼を実現できな
い。このため、深皿ピストンでは噴霧中心付近にも流量
分布が存在し、点火プラグ方向へ吹き上がりやすい中実
噴霧が適していると考えられる。
The piston cavity shape of the direct injection engine includes flat, shallow dish, deep dish and the like. For flat pistons, sprays that are susceptible to air flow are suitable. This is for suppressing the amount of fuel adhering to the combustion chamber wall and the piston head. For example, atomized spray having a short penetration is suitable. The conventional hollow spray has been continuously sprayed to an extremely narrow annular fixed portion. However, the solid spray according to the present invention does not continuously spray into a very narrow fixed portion, so that the spray is not pushed later and the penetration is shortened. A hollow spray that is widely dispersed in the atmosphere and compacted under pressure is suitable for a shallow dish piston. Since the deep dish piston has a deep cavity and a long distance to the plug, it is considered that a solid spray that is uniformly dispersed in the atmosphere and has a penetrating force under pressure is suitable. Further, in the case of the conventional hollow spray, the spray in the direction of the ignition plug is difficult to blow up, so that stratified stable combustion cannot be realized. For this reason, in the deep-dish piston, a flow rate distribution also exists near the center of spraying, and it is considered that solid spraying that is easy to blow up in the direction of the spark plug is suitable.

【0052】従って、以上のような中実噴霧をフラット
ピストンや深皿ピストン等に利用することが考えられ
る。この中実噴霧をフラットピストンを用いた筒内噴射
エンジンに適用すると、図29に示すように燃焼室内に
均一に噴霧を分布させることができ、中空噴霧や従来の
中実噴霧のようにピストンへ燃料が集中して分布するこ
とがない。ピストンへ燃料が集中して付着することがな
くなるため冷却損失が低減でき、さらに燃焼室内に均一
に噴霧が分布するため、燃料の気化時間が短縮できると
いう効果がある。深皿ピストンに適用した場合において
は、キャビティに噴霧がおさまりやすく、つまりキャビ
ティからのはみ出し燃料が少なく、点火プラグ付近に噴
霧を集中させることができ、HC低減等の効果がある。
Therefore, it is conceivable to use the above-described solid spray for a flat piston, a deep dish piston, or the like. When this solid spray is applied to an in-cylinder injection engine using a flat piston, the spray can be uniformly distributed in the combustion chamber as shown in FIG. 29, and is applied to the piston like a hollow spray or conventional solid spray. There is no concentrated distribution of fuel. Since the fuel does not concentrate on the piston, the cooling loss can be reduced. Further, since the spray is uniformly distributed in the combustion chamber, the fuel vaporization time can be shortened. When applied to a deep-drain piston, the spray easily falls into the cavity, that is, the amount of fuel that protrudes from the cavity is small, and the spray can be concentrated near the ignition plug, which has the effect of reducing HC.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明によると、噴射噴霧角を広くで
き、噴霧を微粒化して中実化することができるので、濃
度が均一で微粒化された噴霧を燃焼室全体に噴射するこ
とができる。これによって安定した燃焼を得ることに寄
与し、熱効率を高め、HC・すす発生の抑制に資するこ
とができる。
According to the present invention, the spray angle can be widened and the spray can be atomized and solidified, so that the atomized spray having a uniform concentration can be injected into the entire combustion chamber. . This contributes to obtaining stable combustion, enhances thermal efficiency, and contributes to suppression of HC and soot generation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】燃料噴射弁断面図。FIG. 1 is a sectional view of a fuel injection valve.

【図2】燃料旋回素子(1)。FIG. 2 shows a fuel swirling element (1).

【図3】燃料旋回素子(2)。FIG. 3 shows a fuel swirling element (2).

【図4】噴射開始直後の燃料旋回室内部の様子(計算結
果)。
FIG. 4 shows the state inside a fuel swirl chamber immediately after the start of injection (calculation result).

【図5】噴射開始直後のノズル出口の流速(計算結
果)。
FIG. 5 shows the flow velocity at the nozzle outlet immediately after the start of injection (calculation result).

【図6】定常状態の燃料旋回室内部の様子(計算結
果)。
FIG. 6 shows a state inside a fuel swirl chamber in a steady state (calculation result).

【図7】定常状態のノズル出口の流速(計算結果)。FIG. 7 is a flow rate at a nozzle outlet in a steady state (calculated result).

【図8】噴霧の流量と噴霧角の関係(計算結果1)。FIG. 8 shows a relationship between a spray flow rate and a spray angle (calculation result 1).

【図9】噴霧の流量と噴霧角の関係(計算結果2)。FIG. 9 shows a relationship between a spray flow rate and a spray angle (calculation result 2).

【図10】噴霧角と時間の関係(1)。FIG. 10 shows the relationship between spray angle and time (1).

【図11】燃料分布。FIG. 11 shows fuel distribution.

【図12】中実度合の制御結果(1)。FIG. 12 is a control result (1) of the degree of solidity.

【図13】中実度合の制御結果(2)。FIG. 13 is a control result (2) of a solid degree.

【図14】中実度合の制御結果(3)。FIG. 14 is a control result (3) of the degree of solidity.

【図15】燃料旋回素子の製法の例。FIG. 15 shows an example of a method for manufacturing a fuel swirling element.

【図16】燃料シール方法。FIG. 16 shows a fuel sealing method.

【図17】燃料旋回素子(3)。FIG. 17 shows a fuel swirling element (3).

【図18】燃料旋回素子(4)。FIG. 18 shows a fuel swirling element (4).

【図19】燃料旋回素子(5)。FIG. 19 shows a fuel swirling element (5).

【図20】燃料旋回素子(6)。FIG. 20 shows a fuel swirling element (6).

【図21】燃料旋回流形成手段(1)。FIG. 21 is a fuel swirl flow forming means (1).

【図22】時間と噴霧角の関係(2)。FIG. 22 shows a relationship between time and spray angle (2).

【図23】時間と噴霧角の関係(3)。FIG. 23 shows a relationship between time and spray angle (3).

【図24】燃料旋回流形成手段(2)。FIG. 24 shows a fuel swirl flow forming means (2).

【図25】燃料旋回素子(7)。FIG. 25 shows a fuel swirling element (7).

【図26】斜溝の拡大図。FIG. 26 is an enlarged view of a diagonal groove.

【図27】噴霧の流量と噴霧角の関係(3)。FIG. 27 shows the relationship between the flow rate of spray and the spray angle (3).

【図28】噴霧形状の比較。FIG. 28: Comparison of spray shapes.

【図29】フラットピストンへの適用例。FIG. 29 shows an example of application to a flat piston.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料噴射弁、2…燃料旋回素子、3…弁体、4…電
磁コイル、5…ノズル、6…ばね、7…弁座、8…スト
ッパ、10…底面旋回溝、11…上流旋回溝、12…燃
料旋回室、13…シール部、14…燃料通路。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel injection valve, 2 ... Fuel turning element, 3 ... Valve element, 4 ... Electromagnetic coil, 5 ... Nozzle, 6 ... Spring, 7 ... Valve seat, 8 ... Stopper, 10 ... Bottom turning groove, 11 ... Upstream turning groove , 12: fuel swirl chamber, 13: seal portion, 14: fuel passage.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白石 拓也 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 大須賀 稔 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 3G066 AA02 AB02 AD12 BA03 BA17 BA24 BA26 BA55 CC06U CC14 CC18 CC20 CC42 CC43 CC48 CC66 CD30 CE22  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takuya Shiraishi 7-1-1, Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside the Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Minoru Osuka 7-1 Omikamachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 F-term in Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (reference) 3G066 AA02 AB02 AD12 BA03 BA17 BA24 BA26 BA55 CC06U CC14 CC18 CC20 CC42 CC43 CC48 CC66 CD30 CE22

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】弁座に対して当接・離脱する弁体の動作に
応じて弁座下流の燃料噴口から内燃機関の燃焼室に直接
燃料を噴射する筒内噴射型の燃料噴射弁であって、 前記弁座と前記弁体との周囲に燃料の旋回流を形成する
スワール機構と、 前記燃料噴口から噴射される燃料噴霧の中心部に燃料を
供給する補助燃料供給手段とを有する燃料噴射弁。
An in-cylinder injection type fuel injection valve for directly injecting fuel from a fuel injection port downstream of a valve seat into a combustion chamber of an internal combustion engine in accordance with an operation of a valve body which comes into contact with or separates from a valve seat. And a swirl mechanism that forms a swirling flow of fuel around the valve seat and the valve element; and an auxiliary fuel supply unit that supplies fuel to a center portion of fuel spray injected from the fuel injection port. valve.
【請求項2】弁座と前記弁座の下流に貫設された燃料噴
口を有する噴射ノズル体と、 前記弁座に対して当接・離脱する弁部を有する可動子
と、 前記ノズル体に収納固定され、前記弁座と弁部との周囲
に燃料貯留室を形成する固定子と、 前記燃料貯留室に旋回力を有する燃料を供給する半径方
向通路と、 前記半径方向通路に燃料を導入する燃料導入通路を有
し、 前記半径方向通路が前記固定子と前記ノズルとの当接面
から軸方向に離れた位置で前記燃料貯留室に開口してい
る燃料噴射弁。
2. An injection nozzle body having a valve seat and a fuel injection port penetrating downstream of the valve seat, a movable element having a valve portion that comes into contact with and separates from the valve seat, A stator that is stored and fixed and forms a fuel storage chamber around the valve seat and the valve portion; a radial passage that supplies fuel having a turning force to the fuel storage chamber; and a fuel that is introduced into the radial passage. A fuel injection valve having a fuel introduction passage, wherein the radial passage is open to the fuel storage chamber at a position axially away from a contact surface between the stator and the nozzle.
【請求項3】軸方向に往復動し、その先端に弁部が形成
された弁体と、 前記弁体を挿通する燃料旋回素子であって、前記弁体と
協働して燃料をシールするシール部と、前記シール部の
下流に燃料に旋回力を与えるために前記素子の底面まで
形成された燃料旋回室と、前記旋回室に燃料を供給する
ために前記シール部の下流に形成された上流旋回溝とを
有し、前記旋回溝に燃料を供給するための燃料通路を生
成する燃料旋回素子とを備えた燃料噴射弁。
3. A valve element which reciprocates in the axial direction and has a valve portion formed at the tip thereof, and a fuel swirl element which penetrates the valve element, and seals fuel in cooperation with the valve element. A seal portion, a fuel swirl chamber formed to the bottom surface of the element to apply a swirling force to the fuel downstream of the seal portion, and a fuel swirl chamber formed downstream of the seal portion to supply fuel to the swirl chamber A fuel swirl element having an upstream swirl groove and a fuel swirl element for forming a fuel passage for supplying fuel to the swirl groove.
【請求項4】請求項3において、前記素子に底面旋回溝
を設け、前記燃料通路は前記底面旋回溝にも燃料を供給
することを特徴とする燃料噴射弁。
4. The fuel injection valve according to claim 3, wherein a bottom turning groove is provided in the element, and the fuel passage also supplies fuel to the bottom turning groove.
【請求項5】軸方向に往復動し、その先端に弁部が形成
された弁体と、 前記弁体を挿通する燃料旋回素子であって、前記弁体と
協働して燃料をシールするシール部と、前記素子の中心
側から外側に向かって高さを大きくしていくように形成
された底面旋回溝とを有し、前記旋回溝に燃料を供給す
るための燃料通路を生成する燃料旋回素子とを備えた燃
料噴射弁。
5. A valve element which reciprocates in the axial direction and has a valve portion formed at the tip thereof, and a fuel swirl element which penetrates the valve element, and seals fuel in cooperation with the valve element. A fuel having a seal portion and a bottom turning groove formed so as to increase in height from the center side of the element toward the outside, and forming a fuel passage for supplying fuel to the turning groove; A fuel injection valve having a swirl element.
【請求項6】軸方向に往復動し、その先端に弁部が形成
された弁体と、 前記弁部と協働して噴射される燃料量を制御する弁座
と、 前記弁座の上流に設置した2つの燃料旋回流形成手段と
を有する燃料噴射弁。
6. A valve body which reciprocates in the axial direction and has a valve at its tip, a valve seat for controlling the amount of fuel injected in cooperation with the valve, and an upstream of the valve seat. A fuel injection valve having two fuel swirling flow forming means installed in the fuel injection valve.
【請求項7】軸方向に往復動し、その先端に弁部が形成
された弁体と、前記弁体を挿通する燃料旋回素子であっ
て、前記弁体と協働して燃料をシールするシール部と、
前記シール部の下流に燃料に旋回力を与えるために前記
素子の底面まで形成された燃料旋回室と、前記旋回室に
燃料を供給するために前記シール部の下流に形成された
上流旋回溝と、前記旋回溝に燃料を供給するための燃料
通路を生成する燃料旋回素子とを備えた燃料噴射弁と、 深皿ピストンを用いて形成された燃焼室とを有し、 前記燃料噴射弁から前記燃焼室に直接燃料を噴射する筒
内噴射型内燃機関。
7. A valve element which reciprocates in the axial direction and has a valve portion formed at the tip thereof, and a fuel swirling element which penetrates the valve element, and seals fuel in cooperation with the valve element. A seal part,
A fuel swirl chamber formed up to the bottom surface of the element to apply a swirling force to fuel downstream of the seal portion, and an upstream swirl groove formed downstream of the seal portion to supply fuel to the swirl chamber. A fuel injection valve having a fuel swirling element for generating a fuel passage for supplying fuel to the swirl groove, and a combustion chamber formed by using a deep-drain piston. An in-cylinder internal combustion engine that injects fuel directly into the combustion chamber.
【請求項8】軸方向に往復動し、その先端に弁部が形成
された弁体と、前記弁体を挿通する燃料旋回素子であっ
て、前記弁体と協働して燃料をシールするシール部と、
前記シール部の下流に燃料に旋回力を与えるために前記
素子の底面まで形成された燃料旋回室と、前記旋回室に
燃料を供給するために前記シール部の下流に形成された
上流旋回溝と、前記旋回溝に燃料を供給するための燃料
通路を生成する燃料旋回素子とを備えた燃料噴射弁と、 フラットピストンを用いて形成された燃焼室とを有し、 前記燃料噴射弁から前記燃焼室に直接燃料を噴射する筒
内噴射型内燃機関。
8. A valve element which reciprocates in the axial direction and has a valve portion formed at the tip thereof, and a fuel swirling element which penetrates the valve element, and seals fuel in cooperation with the valve element. A seal part,
A fuel swirl chamber formed up to the bottom surface of the element to apply a swirling force to fuel downstream of the seal portion, and an upstream swirl groove formed downstream of the seal portion to supply fuel to the swirl chamber. A fuel injection valve provided with a fuel swirl element for generating a fuel passage for supplying fuel to the swirl groove, and a combustion chamber formed by using a flat piston. A direct injection internal combustion engine that injects fuel directly into the chamber.
【請求項9】請求項3乃至6の何れかの燃料噴射弁と、 深皿ピストンまたはフラットピストンを用いて形成され
た燃焼室とを有し、 前記燃料噴射弁から前記燃焼室に直接燃料を噴射する筒
内噴射型内燃機関。
9. A fuel injection valve according to claim 3, further comprising: a combustion chamber formed by using a deep-drain piston or a flat piston, wherein fuel is directly supplied from the fuel injection valve to the combustion chamber. A direct injection internal combustion engine that injects.
【請求項10】燃料噴射弁に用いる燃料旋回素子におい
て、 前記燃料噴射弁の弁体を挿通するための孔と、 前記孔と一体に形成され、前記弁体と協働して燃料をシ
ールするためのシール部と、 前記シール部の下流に燃料に旋回力を与えるために前記
素子の底面まで形成された燃料旋回室と、 前記旋回室に燃料を供給するために前記シール部の下流
に形成された上流旋回溝とを有し、 前記旋回溝に燃料を供給するための燃料通路を生成する
燃料旋回素子。
10. A fuel swirl element used for a fuel injection valve, wherein a hole through which a valve element of the fuel injection valve is inserted is formed integrally with the hole, and a fuel seal is formed in cooperation with the valve element. A fuel swirl chamber formed up to the bottom surface of the element for applying a swirling force to the fuel downstream of the seal part, and formed downstream of the seal part to supply fuel to the swirl chamber And a fuel swirl element that has a set upstream swirl groove and generates a fuel passage for supplying fuel to the swirl groove.
【請求項11】燃料噴射弁に用いる燃料旋回素子におい
て、 前記燃料噴射弁の弁体を挿通するための孔と、 前記孔と一体に形成され、前記弁体と協働して燃料をシ
ールするためのシール部と、 前記素子の中心側から外側に向かって高さを大きくして
いくように形成された底面旋回溝とを有し、 前記旋回溝に燃料を供給するための燃料通路を生成する
燃料旋回素子。
11. A fuel swirl element used for a fuel injection valve, wherein a hole through which a valve element of the fuel injection valve is inserted is formed integrally with the hole, and a fuel seal is formed in cooperation with the valve element. And a bottom swirl groove formed so as to increase the height from the center side of the element toward the outside, and generate a fuel passage for supplying fuel to the swirl groove. Fuel swirl element.
【請求項12】請求項10の燃料旋回素子の製造方法に
おいて、 前記上流旋回溝を設けたい位置で前記燃料旋回素子を分
割し、 上流旋回溝を加工することを特徴とする燃料旋回素子の
製造方法。
12. The method of manufacturing a fuel swirl element according to claim 10, wherein the fuel swirl element is divided at a position where the upstream swirl groove is to be provided, and the upstream swirl groove is machined. Method.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100394623B1 (en) * 2000-12-30 2003-08-14 현대자동차주식회사 Gdi injector for variable swirl type
KR101275381B1 (en) * 2011-10-21 2013-06-17 주식회사 현대케피코 Swirl GDI injector in high pressure environment
JP2014227913A (en) * 2013-05-22 2014-12-08 トヨタ自動車株式会社 Fuel injection valve
CN115013204A (en) * 2022-06-20 2022-09-06 江苏大学 Dual-fuel vortex nozzle

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