JP2001248525A - 燃料噴射弁およびこれを搭載した内燃機関 - Google Patents
燃料噴射弁およびこれを搭載した内燃機関Info
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Abstract
成分の排出量を低減するのに適した噴霧を実現する。 【解決手段】燃料噴射弁に設けられる噴射孔の出口部に
おいて、噴射孔を形成する壁面の一部を取り除く(A
1,7B)ことにより、噴霧の流れの拘束を解き、拘束
を解いた側で濃く、拘束した側で希薄な偏向噴霧を形成
する。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。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。
し、燃焼の未燃ガス成分の排出量を低減するのに適した
噴霧を実現することを目的とする。
に、筒内の圧力変化に対して形状の変化し難い噴霧を生
成する。このために、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した噴霧を生成す
る。このとき、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)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。
を噴射する噴射孔の出口部において、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、拘束を解いた側で濃く、拘束した側で希薄な偏向
噴霧を形成するとよい。このとき、拘束力を非線形に変
化させることが望ましい。
成され、ピストン側に薄い噴霧が形成されるように、上
記の燃料噴射弁を配置するとよい。
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。
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。
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。
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。
型切り欠き面構造のノズル部材7について説明する。
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7
Aには、軸線Jに直交する面7Bと軸線Jに略平行な面
A1、A2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。また、ノズル先端突起部7Aの内壁A2と噴射孔
8の縁との間には距離C1のクリアランスを設けてい
る。すなわち、内壁A2は、噴射孔8の出口開口のさら
に下流側に設けられ、噴射孔8の出口開口縁の少なくと
も一部の外側を囲むように形成されている。
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。
で、噴霧の拘束力を非線形に変化させることが望まし
い。好ましくは、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。
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。
ような特徴がある。
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。
性が良くなり、燃費が向上する。
間にクリアランスがある為に、噴射孔内壁や工具の大変
形を起こすことなく、噴射孔8の打ち抜きが可能であ
り、生産性を向上できる。また、例えば、突起部とシー
ト面9を同時成形することで、噴射孔8と突起部内径の
同軸度、真円度を高精度に仕上げることが可能である。
この際、実用的にC1は、0.01mm≦C1≦0.3mmの範囲
で設定されることが好ましい。
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。また、必ずしもノズル部材71と一体成形
されていなくてもよく、別部材を溶接や圧入等により取
り付けても良い。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。
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“P
ISTON”は、線Mに平行である。
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。
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。
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。
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。
燃料噴射弁1によって得られる噴霧構造を説明する。
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。
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。
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>α
2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。
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“P
ISTON”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“PIS
TON”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。
(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、“P
ISTON”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。
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。
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7
A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。
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。
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。さらに、
クリアランスC1を調整することによっても噴霧の偏向
量を調整でき、例えば、C1を小さくすることで偏向量
を多くすると良い。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。
形状にしてもよい。
側)には、クリアランスC1、幅W3の略U字型の切り
欠き部が形成されている。噴霧の横断面の広がりWs
は、突起状壁の寸法W3で調節すると良い。突起部7C
をエンドミル等で削り出す場合には、例えばW3=d0
+2・C1であると加工が容易となる。
す、長さW4、幅W5で規定される切り欠き部を有する
突起部7Dで形成してもよい。この場合、W4、W5を
用いて噴霧形状を微調整すると良い。“PLUG”側に
分布する噴霧を多くするには、例えばW4=d0/2に
設定すると良い。また、“PLUG”側に分布する噴霧
を少なくするにには、例えば、W4<d0/2の範囲で
はW4を小さく、W4>d0の範囲ではW4を大きくす
ると良い。また、W5は、0<W5≦d0+2・C1の
範囲で設定されることが好ましく、“PLUG”側に分
布する噴霧を多くするためには、例えば、W5=d0+
2・C1に設定するとよい。
すクリアランスC1、幅W6の略環状の切り欠き部(凹
部)を有する突起部7Eで形成してもよい。この場合、
ボール6がシート面9に着座する際の振動騒音を低減す
ることができる。
この実施形態では、突起部7Eの内周壁によって、噴射
孔8の出口開口の周囲に、壁面(周壁)が形成されてい
る。この壁面と噴射孔8の出口開口縁との間には、弁体
40の駆動方向(弁軸心方向)を横切る方向に間隔(ス
ペース)が設けられ(すなわち、壁面と出口開口縁とが
弁軸心方向を横切る方向にずれている)、この間隔の大
きさが噴射孔8の出口開口の周方向で変化している。図
2の構成では、この間隔の大きさが、噴射孔8の周方向
の略180度の範囲で、クリアランスC1に形成され、
残る180度の範囲で、クリアランスC1から実質的に
無限大に変化しているものと考えることができる。ここ
で、実質的に無限大である状態とは、噴射孔8を取り囲
む壁面(周壁)が、噴射される燃料に対して、拘束力を
作用しない状態を意味する。別の見方をすれば、噴射孔
8の出口開口の周方向の一部分に、突起部7Aによる壁
面が設けられていることになる。また図7及び図8で
は、周壁の開放部分(W3及びW8の幅を有する切り欠
き部分)が、図2の構成よりもさらに狭くなった一実施
形態と考えることができる。また、図9の形態例は、周
壁と噴射孔8の出口開口縁との間隔の大きさがクリアラ
ンスC1から徐々に増加し、最も大きくなる部分では、
実質的に無限大になっている例である。すなわち、噴射
される燃料噴霧に対する拘束力が、クリアランスC1部
分で最も大きく、この部分から噴射孔8の出口開口の周
方向に徐々に小さくなり、前述の間隔が最も大きくなる
部分では、実質的にゼロになるようにしている。また、
クリアランスC1の大きさは、場合によっては0にして
も良い。すなわち、周壁と噴射孔8の内周面とが弁軸心
を横切る方向にずれることなく一致するように形成され
る場合もあり得る。
成にしてもよい。
7′では、その底面部(端面部)71の外周部に肉厚部
7Fを設けている。すなわち、本構成においては、肉厚
部7F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。
噴射孔8中心から距離B1で、厚さ(B2−B1)の略
環状の肉圧部7Gによって、振動騒音低減をしても良
い。
に示すような構成にしてもよい。
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7H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。
する。
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。
2側には吸気弁64が、中央部には点火装置65が、そ
して吸気弁64と反対側には排気弁66がそれぞれ設け
られている。吸気弁64および排気弁66は燃焼室67
内に延在して設けられている。ここで、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。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、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。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。
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。
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。
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。
説明する。
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6
5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。
69Cに示すような略楕円状であってもよい。
説明する。
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。
の実施例を説明する。図15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15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。
部の一部に、突起部7I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7Iは、プ
レス加工等の塑性加工を用いると良い。
説明する。
12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。
の出口開口の周方向の一部で噴霧の流れが拘束されず開
放されるため、この方向へ混合気が収斂し、また反対方
向への噴霧はその流れが拘束されるため燃料粒子が希薄
になり、噴霧内外の圧力差を小さくして噴霧を潰れにく
くした、偏向噴霧を形成できる。
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。
断面図である。
示しており、(a)はノズル部材7部の縦断面図、
(b)は(a)のノズル部材7部を矢印N方向から見た
平面図を示している。
大気中に噴射する場合の噴霧、(b)は(a)の断面X
−Xにおける噴霧を矢印Nから見た横断面図、(c)は
燃料を直接、燃焼室(シリンダ)内に噴射する内燃機関
に適用した様子を模式的に示した図である。
と、燃料開放部分の形状及び噴霧断面構造を模式的に示
したものである。
大気中に噴射する場合の噴霧縦断面の写真、(b)は
(a)の断面X−Xにおける噴霧を矢印Nから見た横断
面図写真である。
大気中に噴射する場合の噴霧横断面の写真、(b)
(c)は(a)に定義する線上の流量分布を示すグラフ
である。
7の突起部7Cの拡大図を示している。
7の突起部7Dの拡大図を示している。
7の突起部7Eの拡大図を示している。
材7の拡大図を示しており、(a)、(c)はノズル部
材7の縦断面図、(b)は(a)の、(d)は(c)の
ノズル部材7を矢印N方向から見た平面図を示してい
る。
材7の拡大図を示しており、(a)はノズル部材7部の
縦断面図、(b)は(a)のノズル部材7部を矢印N方
向から見た平面図を示している。
り、(a)は縦断面図、(b)は燃焼室を図(a)の矢
印P側から見た模式図、(c)はピストンヘッドを矢印
Pから見た模式図である。
おり、(a)は内燃機関の縦断面図、(b)はピストン
ヘッドを矢印Pから見た模式図である。
断面図である。
る、ノズル部材7部の拡大図を示しており、(a)は縦
断面図、(b)は(a)の矢印N方向から見た平面図で
ある。
射孔の先端部と噴射孔の出口側から見た平面図を示して
いる。
式図である。
…噴射孔、7…ノズル、7A…ノズル突起部、A1…L
型切り欠き面、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、3
3…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。
Claims (21)
- 【請求項1】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、該
弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆
動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔の中心軸線を含み、かつ前記中心軸線に平行
な断面と、前記噴射孔の出口開口を形成する縁との2つ
の交点を、前記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、前記縁に段差を
形成し、前記段差を境にして噴孔通路が長い部分の内径
を、段差の無い部分の噴射孔の内径よりも大きくしたこ
とを特徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項2】請求項1に記載の燃料噴射弁において、前
記2つの交点から前記段差部に至るまでの間で、前記出
口開口を形成する2つの縁は、前記断面に垂直な方向か
ら見たときに、互いに平行であることを特徴とする燃料
噴射弁。 - 【請求項3】請求項1又は2に記載の燃料噴射弁におい
て、前記縁は、前記段差部で、前記中心軸線に沿う方向
に変化することを特徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項4】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、該
弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆
動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔の出口開口面は、前記噴射孔の中心軸線方向
に段差を有するように形成され、前記段差を境にして噴
孔通路が長い部分の内径を、段差の無い部分の噴射孔の
内径よりも大きくしたことを特徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項5】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、該
弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆
動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔を形成する通路壁の長さが、前記噴射孔の周
方向で非線形に変化する部分を有して変化するように、
前記噴射孔の出口開口部に段差を設け、前記段差を境に
して噴孔通路が長い部分の内径を、段差の無い部分の噴
射孔の内径よりも大きくしたことを特徴とする燃料噴射
弁。 - 【請求項6】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、該
弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆
動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔の出口開口には、噴射孔の中心軸線に略平行
な切れ込みが形成され、該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、前記噴射孔の
取り除かれていない部分の壁面の内径を、元の噴射孔の
内径よりも大きくしたことを特徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項7】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、該
弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆
動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔の出口開口が形成されるノズル先端面に段差
を形成することにより、前記出口開口面に段差を形成
し、前記段差を境にして噴孔通路が長い部分の内径を、
段差の無い部分の噴射孔の内径よりも大きくしたことを
特徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項8】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、該
弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、前記弁体を
駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔を形成する通路壁面長さが前記噴射孔の周方
向で変化するように、前記噴射孔の出口開口を形成する
縁に、前記噴射孔の中心軸線方向の段差を形成し、前記
段差を境にして噴孔通路が長い部分の内径を、段差の無
い部分の噴射孔の内径よりも大きくし、該燃料噴射弁へ
の燃料入口部で、燃料に1.0〜20MPaの圧力を付
与して噴射することを特徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項9】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、該
弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆
動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔の出口開口が形成されるノズル先端面の縁か
ら距離を隔てた位置に、前記噴射弁の中心軸に略水平な
壁を形成し、噴霧の周方向の噴射を部分的に拘束したこ
とを特徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項10】請求項1、4乃至9のいずれか1項に記
載の燃料噴射弁において、 前記噴射孔から噴射される噴霧が、前記噴射孔の中心軸
線を含み、かつ該中心軸線に平行な断面において、前記
噴射孔を頂点として仮想される2辺の周囲に濃い噴霧を
有し、 前記2辺のうち、一方の辺の周囲に噴射される噴霧の到
達距離が、他方の辺の周囲に噴射される噴霧の到達距離
よりも短く、 該到達距離の短い方の噴霧が届く範囲において、前記噴
射孔の中心軸線に垂直にとった噴霧断面が、希薄な部分
を有する噴霧を噴射することを特徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項11】請求項1、4乃至9のいずれか1項に記
載の燃料噴射弁において、 前記噴射孔から噴射される噴霧が、前記噴射孔の中心軸
線を含み、かつ該中心軸線に平行な断面において、前記
噴射孔を頂点として仮想される2辺の周囲に濃い噴霧を
有し、 前記2辺のうち、一方の辺の周囲に噴射される噴霧の到
達距離が、他方の辺の周囲に噴射される噴霧の到達距離
よりも短く、 該到達距離の短い方の噴霧が届く範囲において、前記噴
射孔の中心軸線に垂直にとった噴霧断面が、希薄な部分
を有する噴霧を噴射することを特徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項12】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、
該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を
駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔を形成する通路壁面長さを、前記噴射孔の周
方向に変化させることによって、前記通路壁面長さを長
くした側よりも短くした側で、前記噴射孔の中心軸線か
らとった噴霧角を大きく、かつ噴霧の到達距離を長くし
て、 最も到達距離の短い噴霧が届く範囲において、前記噴射
孔の中心軸線に垂直にとった噴霧断面が、1個所のみに
希薄な部分を有する噴霧を噴射することを特徴とする燃
料噴射弁。 - 【請求項13】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、
該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を
駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 噴霧を拘束する長さを、前記噴射孔の周方向で変化させ
ることによって、噴霧を長く拘束した側よりも短く拘束
した側で、前記噴射孔の中心軸線からとった噴霧角を大
きく、かつ噴霧の到達距離を長くして、 最も到達距離の短い噴霧が届く範囲において、前記噴射
孔の中心軸線に垂直にとった噴霧断面が、1個所のみに
希薄な部分を有する噴霧を噴射することを特徴とする燃
料噴射弁。 - 【請求項14】請求項1、4〜9、12、13のいずれ
かに記載の燃料噴射弁において、前記弁座の上流側に燃
料に旋回力を付与する燃料通路を構成したことを特徴と
する燃料噴射弁。 - 【請求項15】シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴
射弁と、この燃料噴射弁に燃料を加圧して供給するポン
プと、前記燃料噴射弁による燃料の噴射を制御する制御
装置とを備えた燃料噴射装置において、 前記燃料噴射弁として、請求項1、4〜9、12、13
のいずれかに記載された燃料噴射弁を備えたことを特徴
とする燃料噴射装置。 - 【請求項16】シリンダと、このシリンダの中で往復運
動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸
気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気
手段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射
弁と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する
燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内
に導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ
内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを
備えた内燃機関において、 前記燃料噴射弁として、請求項1、4〜9のいずれかに
記載された燃料噴射弁を備え、前記段差を設けたことに
より、前記噴射孔を形成する通路壁の短くなった部分
が、前記点火装置側に向くように、前記燃料噴射弁を配
置したことを特徴とする内燃機関。 - 【請求項17】シリンダと、このシリンダの中で往復運
動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸
気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気
手段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射
弁と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する
燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内
に導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ
内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを
備え、前記燃料噴射弁に、噴射孔と、該噴射孔の上流側
に弁座と、前記弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体
と、該弁体を駆動する駆動手段とを備えた内燃機関にお
いて、 前記燃料噴射弁として、請求項12又は13に記載され
た燃料噴射弁を備え、噴霧角の大きな噴霧が前記点火装
置側に、噴霧の希薄な部分が前記ピストン側に形成され
るように、前記燃料噴射弁を配置したことを特徴とする
内燃機関。 - 【請求項18】請求項16に記載の内燃機関において、
前記点火装置側に噴霧が濃く、前記ピストン側に噴霧が
希薄な偏向噴霧を形成することを特徴とする内燃機関。 - 【請求項19】燃料噴射弁の噴射孔によって、噴霧を拘
束する長さを、前記噴射孔の周方向で変化させることに
より、噴霧を長く拘束した側よりも短く拘束した側で、
前記噴射孔の中心軸線からとった噴霧角が大きく、かつ
噴霧の到達距離が長くなるように、さらに、最も到達距
離の短い噴霧が届く範囲において、前記中心軸線に垂直
にとった噴霧断面が、1個所のみに希薄な部分を有する
ように、シリンダ内に燃料を噴射する燃料の噴射方法。 - 【請求項20】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、
該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を
駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔の出口開口の周囲に壁面を形成し、該壁面と
前記出口開口縁との間に前記弁体の駆動方向を横切る方
向の隙間を設け、該隙間の大きさを前記噴射孔の出口開
口の周方向で変化させたことを特徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項21】請求項20に記載の燃料噴射弁におい
て、前記隙間の大きさが、前記出口開口の周方向の一部
において、実質的に無限大になるように、前記壁面を設
けたことを特徴とする燃料噴射弁。
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JP2018003749A (ja) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
CN117919977A (zh) * | 2024-03-20 | 2024-04-26 | 山西众智科技有限责任公司 | 一种气体混合装置 |
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