JP2007224930A - Fuel-air mixture manufacturing injection nozzle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射装置の混合気製造噴射ノズルに関する。 The present invention relates to an air-fuel mixture production injection nozzle of a fuel injection device used for an internal combustion engine.
従来、燃料噴射装置としてキャブレター方式、機械式燃料噴射方式、電子制御式燃料噴射方式が知られている。近年一般的に用いられている、電子制御式燃料噴射方式では、インテークマニホールドに燃料噴射弁を設け、運転状況等に応じた最適な空燃比になるように、吸入空気量、スロットル開度等を検出し、燃料噴射量を運転状態に応じて細かく制御することが行われている。 Conventionally, a carburetor system, a mechanical fuel injection system, and an electronically controlled fuel injection system are known as fuel injection devices. In an electronically controlled fuel injection system that is generally used in recent years, a fuel injection valve is provided in the intake manifold, and the intake air amount, throttle opening, etc. are adjusted so as to obtain an optimal air-fuel ratio according to the operating conditions. It is detected and the fuel injection amount is finely controlled according to the operation state.
しかしながら、これらの従来の装置では、10μm程度のマイクロバブルの発生が極めて困難であり、この種のマイクロバブル発生には大容量(5kg/cm2程度)のポンプを必要とした。 However, in these conventional apparatuses, the generation of microbubbles of about 10 μm is extremely difficult, and a large capacity (about 5 kg / cm 2 ) pump is required for this type of microbubble generation.
また、マイクロバブルの発生には、主に加圧溶解法を用いているため、マイクロバブル発生に重点を置いた装置の場合、100μm以上の大径の気泡の発生が出来ない。すなわち、気泡サイズの選択が出来ない。 In addition, since the pressure dissolution method is mainly used for the generation of microbubbles, in the case of an apparatus that focuses on the generation of microbubbles, it is not possible to generate bubbles having a large diameter of 100 μm or more. That is, the bubble size cannot be selected.
さらに、上記従来の燃料噴射装置は、何れも構造が複雑であるとともに、性能面でも満足できるものではなかった。出願人による研究の結果、従来のものにおいては、燃料噴射弁から噴射される燃料と送り込まれる空気の混合状態において、燃料の微細化及び空気との均一化が充分でないことが判明した。混合状態の微細化及び均一化が充分でないと、燃費、エミッション性能の向上は達成できないばかりか、出力性能の向上にも限界がある。通常、燃料噴射弁はインテークマニホールドの吸気バルブ近傍に設けられているため、燃料噴射弁から噴射された燃料は、上流から送り込まれてくる吸入空気と混じり合いながら下流に搬送され、シリンダに導入される。この際、吸入空気は層流であるため両者を良好に混合させるには限界がある。 Further, none of the conventional fuel injection devices has a complicated structure and is not satisfactory in terms of performance. As a result of the research by the applicant, it has been found that, in the conventional system, the fuel is not sufficiently refined and uniformized with the air in the mixed state of the fuel injected from the fuel injection valve and the air sent. If the mixing state is not sufficiently miniaturized and uniform, not only fuel efficiency and emission performance can be improved, but also output performance is limited. Normally, since the fuel injection valve is provided near the intake valve of the intake manifold, the fuel injected from the fuel injection valve is conveyed downstream while being mixed with the intake air sent from the upstream and introduced into the cylinder. The At this time, since the intake air is a laminar flow, there is a limit to mix them well.
本発明が解決しようとする課題は、簡単な構造でありながら均一化された混合気体を得ることができる混合気製造噴射ノズルを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide an air-fuel mixture production injection nozzle capable of obtaining a uniform gas mixture with a simple structure.
本発明の混合気製造噴射ノズルは、円筒状の両端に、加圧源に接続される加圧気体接続部と内燃機関の吸気部に接続されるノズル接続部とが形成され、側面に燃料接続部を有するものであって、円筒内には混合気製造空間を有し、この空間に前記加圧気体接続部内を貫通する加圧気体導入孔と前記燃料接続部内を貫通する燃料導入孔及び前記ノズル接続部内を貫通する混合気排出孔とを開口し、少なくとも前記混合気製造空間の前記燃料接続部近傍の径は、前記加圧気体導入孔の径より大きく設定されていることを特徴としている。 The air-fuel mixture production injection nozzle of the present invention is formed with a pressurized gas connecting portion connected to a pressurizing source and a nozzle connecting portion connected to an intake portion of an internal combustion engine at both ends of a cylindrical shape, and a fuel connection on a side surface Having a gas mixture production space in the cylinder, a pressurized gas introduction hole penetrating through the pressurized gas connection portion in the space, a fuel introduction hole penetrating through the fuel connection portion, and the An air-fuel mixture discharge hole penetrating the inside of the nozzle connection portion is opened, and at least the diameter in the vicinity of the fuel connection portion of the air-fuel mixture production space is set larger than the diameter of the pressurized gas introduction hole. .
この混合気製造噴射ノズルにおいて、前記混合気製造空間の下方位置に縮径部分を設けていることを特徴としている。 In this air-fuel mixture production injection nozzle, a reduced diameter portion is provided at a position below the air-fuel mixture production space.
前記燃料導入部と前記加圧気体導入孔との間には環状凹部が形成されていることを特徴としている。 An annular recess is formed between the fuel introduction part and the pressurized gas introduction hole.
また、前記加圧気体導入孔の開口は、混合気製造空間の内壁に形成され、混合気体の流れ方向下流に伸びるガイド手段に接続されていることを特徴としている。 The opening of the pressurized gas introduction hole is formed on the inner wall of the air-fuel mixture production space, and is connected to guide means extending downstream in the flow direction of the air-fuel mixture.
さらに、前記混合気排気孔を噴射孔に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部を設けたことを特徴としている。 Further, the step is characterized in that a stepped portion having a diameter that increases discontinuously as the gas mixture exhaust hole goes to the injection hole is provided.
前記混合気排出孔の内壁に、山の位置が噴射孔側に偏倚しているタップを形成したことを特徴としている。 The inner wall of the air-fuel mixture discharge hole is characterized in that a tap whose peak position is biased toward the injection hole is formed.
加圧気体導入孔の開口から混合気製造空間内に導入された加圧気体は、高圧の下で空間内に吐出されて剥がれ域を生じる。この剥がれ域では燃料と空気との混合を加速するような流体エネルギーが発生しており、この剥がれ現象により製造された混合気体は、燃料と空気が満遍なく均一に混合された状態となる。 Pressurized gas introduced into the air-fuel mixture manufacturing space from the opening of the pressurized gas introduction hole is discharged into the space under high pressure to generate a peeling area. In this exfoliation region, fluid energy is generated to accelerate the mixing of fuel and air, and the mixed gas produced by this exfoliation phenomenon is in a state where the fuel and air are uniformly mixed.
本発明のノズルは燃料接続部に接続した燃料導入管に導入する燃料を加圧して使用することも出来るが、ノズル自体の自吸作用により加圧することなく燃料を供給することが可能である。 The nozzle of the present invention can be used by pressurizing the fuel introduced into the fuel introduction pipe connected to the fuel connecting portion, but it is possible to supply the fuel without pressurizing by the self-priming action of the nozzle itself.
さらに、本発明のノズルを使用することにより、従来使用されているインテークマニホールドの吸気側配管、スタートバルブ等の機器類及び吸気バルブが不要となるものである。 Furthermore, the use of the nozzle of the present invention eliminates the need for the intake side piping of the intake manifold, the equipment such as the start valve, and the intake valve that are conventionally used.
本発明のノズルによって、簡単な構造でありながら均一化された混合気体の製造が可能となり、また吸気側の構造においても吸気ポートの形状を混合気噴射副室に変更、もしくは吸気バルブを廃止して、本発明のノズルによりシリンダー内に直接混合気を噴射させることが可能となる。 The nozzle of the present invention makes it possible to produce a uniform gas mixture with a simple structure, and also changes the shape of the intake port to the mixture injection sub-chamber or eliminates the intake valve in the intake side structure. Thus, the air-fuel mixture can be directly injected into the cylinder by the nozzle of the present invention.
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
以下、本発明の実施の形態を導入圧力気体として、圧力が2.0kg/cm2の空気を導入燃料としてガソリンを用いた4サイクル内燃機関を例にして図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on the drawings, taking as an example a four-cycle internal combustion engine using gasoline as an introduction pressure gas and air as an introduction fuel with an air pressure of 2.0 kg / cm 2 .
図1は本発明に係る混合気製造ノズル500の構造の第1実施例を示す。図1(b)において、A−Bは加圧気体導入側から見た加圧気体接続部502及び加圧気体導入孔503の形態を、C−Dは燃料接続部505及び加圧気体導入孔503の形態を、E−Fは混合気製造空間507から見た燃料導入部506及び加圧気体導入孔503の形態を、G−Hは混合気噴射面から見た混合気噴射孔509を示す。
FIG. 1 shows a first embodiment of the structure of an air-fuel
図1(a)に示すように、混合気製造ノズル500は混合気製造空間507に加圧気体導入孔503、燃料導入部506、混合気排出孔508を開口している。この加圧気体導入孔503は、加圧気体導入管501と混合気製造空間507との間の隔壁に燃料導入部506を中心とする円周上に設けられている。各加圧気体導入孔503は等間隔に6個配置されている。加圧気体導入孔の数は互いに等間隔であれば6個に限定されるものではない。図1(b)のE−F断面から明らかなように、加圧気体導入孔503の混合気製造空間507側出口は、この混合気製造空間507の内壁に設けられた混合気の流れ方向に沿って形成された直線状の溝507aに連続している。この溝507aは混合気製造空間507の断面縮小部507b近傍まで延び、その後、徐々に消失しており、その形状は半円形状であることが望ましい。この溝507aは加圧気体を下流方向に縦渦のみを発生し得るよう導くガイド手段を構成するものである。加圧気体導入孔503と燃料導入部506との間には円周方向に連続する環状凹部507cが形成されており、凹部507cは半円形状を有している。また混合気排出孔508は混合気製造空間507が縮径を伴い混合気噴射孔509と連通し開口されている。混合気排出孔508の内部には噴射孔に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部と、山の位置が噴射孔側に偏倚しているタップが形成されている。
As shown in FIG. 1A, the air-fuel
図1(b)に示すように、燃料接続部505は混合気製造空間の中心に、混合気の流れ方向に沿って燃料を噴射するよう配置されている。混合気製造空間の中心に対してオフセットした場合は、燃料の噴射に伴い、空気の流れに対して螺旋状のエネルギーが付与され混合過程のコントロールが難しくなり、結果として安定した燃焼状態は得られない。
As shown in FIG. 1B, the
加圧気体導入管501から加圧気体接続部502に導入され、その後加圧気体導入孔503までの間で絞られた空気は、混合気製造空間507に吐出される。この際、急激な膨張が起こり、乱流を伴った流れとなり、いわゆる剥がれ域が燃料導入部506近傍に生じる。この剥がれ現象により、空気と燃料とは満遍なく均一に混合される。本実施例の場合、溝507aにより螺旋の流れが抑制された状態で混合気排出孔508から上流側に戻って前記の乱流を伴った空気流が凹部507cにより燃料導入部506周りに集中され、よって、空気と燃料との混合が著しく向上するものである。さらに、混合気排出孔508の内部には噴射孔に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部と、山の位置が噴射孔側に偏倚しているタップが形成されているので、燃料と空気とが良好に混合した状態で、混合気は混合気排出孔508から螺旋を伴ってシリンダ内に導入されるために、燃焼状態がより改善されるものである。
The air introduced from the pressurized gas introduction pipe 501 to the pressurized gas connection portion 502 and then throttled to the pressurized
図2は本発明に係る混合気製造ノズル500の構造の第2実施例を示す。図2(b)において、A−Bは加圧気体導入側から見た加圧気体接続部502及び加圧気体導入孔503の形態を、C−Dは燃料接続部505及び加圧気体導入孔503の形態を、E−Fは混合気製造空間から見た燃料導入部506及び加圧気体導入孔503の形態を、G−Hは混合気噴射面から見た混合気噴射孔509を示す。
FIG. 2 shows a second embodiment of the structure of the air-fuel
図2(a)に示すように、混合気製造ノズル510は混合気製造空間507に加圧気体導入孔503、燃料導入部506、混合気排出孔508を開口している。この加圧気体導入孔503は加圧気体接続面を底辺とする円錐台の形状をなし、混合気製造空間507に開口している。燃料導入部506は、側面の燃料接続部505に接続された燃料導入管で形成され、混合気製造空間507に開口され、混合気の流れ方向に沿った方向、つまり流れ方向に平行に指向している。燃料導入部506は加圧気体導入孔503の周りに形成された半円形状の環状凹部507dの底面部に開口している。また混合気排出孔508は混合気製造空間507が縮径を伴い混合気噴射孔509と連通し開口されている混合気排出孔508の内部には噴射孔に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部と、山の位置が噴射孔側に偏倚しているタップが形成されている。
As shown in FIG. 2A, the air-fuel mixture production nozzle 510 has a gas
図2(b)に示すように、燃料導入部506は、加圧気体導入孔503の周りに3個配置されており、各燃料導入孔は506は等間隔かつ加圧気体導入孔503と等距離の関係にある。燃料導入部506の数は互いに等間隔であれば3個に限定されるものではない。
As shown in FIG. 2B, three
加圧気体導入管501から加圧気体接続部502に導入され、その後加圧気体導入孔503までの間で絞られた空気は、混合気製造空間507に吐出される。この際急激な膨張が起こり、乱流を伴った流れとなり、いわゆる剥がれ域が燃料導入孔506近傍に生じる。この剥がれ現象により、空気と燃料とは満遍なく均一に混合される。本実施例の場合、混合気排出孔508から上流側に戻ってきた乱流を伴った空気流が凹部507dにより燃料導入部506に集中される。そのため空気と燃料との混合が向上する。さらに、混合気排出孔508の内部には噴射孔に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部と、山の位置が噴射孔側に偏倚しているタップが形成されているので、燃料と空気とが良好に混合した状態で、混合気は混合気排出孔508から螺旋を伴ってシリンダ内に導入されるために、燃焼状態がより改善されるものである。
The air introduced from the pressurized gas introduction pipe 501 to the pressurized gas connection portion 502 and then throttled to the pressurized
図3は混合気製造ノズル500の構造の第3実施例を示す。図3(b)において、A−Bは加圧気体導入側から見た加圧気体接続部502及び加圧気体導入孔503の形態を、C−Dは混合気製造空間507における燃料接続部505、燃料導入部506及び加圧気体導入孔503の形態を、E−Fは混合気噴射面から見た混合気噴射孔509を示す。
FIG. 3 shows a third embodiment of the structure of the air-fuel
図3(a)に示すように、混合気製造ノズル500は混合気製造空間507に加圧気体導入孔503、燃料導入部506、混合気排出孔508を開口している。この加圧気体導入孔503は、加圧気体接続面を底辺とする円錐台の形状をなし、混合気製造空間507に開口している。燃料導入部506は、側面の燃料接続部505に接続された燃料導入管504で形成され、混合気製造空間507に開口される。また混合気排出孔508は混合気製造空間507が縮径を伴い加圧気体導入孔503と同程度の径で混合気噴射孔509と連通し開口される。混合気排出孔508の内部には噴射孔に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部と、山の位置が噴射孔側に偏倚しているタップが形成されている。
As shown in FIG. 3A, the air-fuel
図3(b)に示すように、燃料接続部505は円周方向に120度毎に均等に3個設けられ、燃料接続部505は混合気の流れと直行する方向で、混合気製造空間の中心に指向している。燃料導入部506の数は互いに等間隔であれば3個に限定されるものではない。
As shown in FIG. 3 (b), three
加圧気体導入管501から加圧気体接続部502に導入され、その後加圧気体導入孔503までの間で絞られた空気は、混合気製造空間507に吐出される。この際、急激な膨張が起こり、乱流を伴った流れとなり、いわゆる、剥がれ域が燃料導入部506近傍に生じる。この剥がれ現象により、空気と燃料とは満遍なく均一に混合される。なお、加圧気体導入孔503の径と、混合気排出孔508の径とは、ほぼ等しいことが好ましい。さらに、混合気排出孔508の内部には噴射孔に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部と、山の位置が噴射孔側に偏倚しているタップが形成されているので、燃料と空気とが良好に混合した状態で、混合気は混合気排出孔508から螺旋を伴ってシリンダ内に導入されるために、燃焼状態がより改善されるものである。
The air introduced from the pressurized gas introduction pipe 501 to the pressurized gas connection portion 502 and then throttled to the pressurized
図4は、本発明に係る混合気製造ノズルを適用した燃料内燃機関の全体システムの実施例を示す。シリンダ561には吸気ポート564、排気ポート565が設けられており、各ポートには吸気バルブ531、排気バルブ551が設けられている。吸気ポート564と排気ポート565との間には、点火プラグ571が設けられている。吸気ポート564は混合気噴射副室530に連通しており、この混合気噴射副室530はインテークマニホールドを構成する。混合気噴射副室530には、混合気製造噴射ノズル500が取り付けられている。排気ポート565はエギゾーストマニホールド552に連通している。562、563は各々ピストン、コンロッドを示している。
FIG. 4 shows an embodiment of an overall system of a fuel internal combustion engine to which the air-fuel mixture production nozzle according to the present invention is applied. The cylinder 561 is provided with an intake port 564 and an exhaust port 565, and an intake valve 531 and an exhaust valve 551 are provided at each port. A spark plug 571 is provided between the intake port 564 and the exhaust port 565. The intake port 564 communicates with the
混合気製造噴射ノズル500には、コンプレッサー541で加圧された空気を、スロットルバルブ524を介して混合気製造噴射ノズル500に送る、加圧気体導入管501が接続され、また、リザーバタンク522からの燃料をシャットアウトバルブ523とスロットルバルブ524を介して混合気製造噴射ノズル500に送る燃料導入管504が接続されている。リザーバタンク522は燃料タンク521から燃料の供給を受ける。
The air-fuel mixture
図5は、図4に係る混合気噴射副室530の拡大図を示すものであり、吸気弁が貫通するバルブガイド532と混合気製造噴射ノズル500の噴射部533が挿入され固定されるノズル取付け部534が設けられており、シリンダヘッドにシール部材を介して締結されている。
FIG. 5 is an enlarged view of the air-fuel
図6は、本発明に係る混合気製造ノズルを適用した燃料内燃機関の全体システムの別実施例を示す。本実施例では、図4による第1実施例の吸気バルブが省略されたものであって、シャットアウトバルブ523はスロットルバルブ524の下流側の燃料導入管504に設けられた点と、加圧空気導入管501にシャットアウトバルブ523が追加された点で第1実施例と相違している。
FIG. 6 shows another embodiment of the entire system of the fuel internal combustion engine to which the air-fuel mixture production nozzle according to the present invention is applied. In this embodiment, the intake valve of the first embodiment shown in FIG. 4 is omitted, and the shutout valve 523 is provided in the
図7は、図6に係る混合気製造噴射バルブ500の接続部の拡大図であり、シリンダ561に形成されたノズル取付け部534に混合気製造噴射ノズル500の噴射部533が嵌合されている。混合気製造噴射バルブ500と噴射部533との間にはシャットアウトバルブ523が設けられている。
FIG. 7 is an enlarged view of the connection part of the mixture
本発明のノズルによれば、コンプレッサー541からの加圧空気を混合気噴射副室530又はシリンダ561に直接導入しているので、従来必要とされたインテークマニホールドの吸気側配管及びスタートバルブ等の機械類が不要となり、コンパクトな内燃機関を得ることが可能になる。また、本発明のノズルは均一化された混合気体が製造できるため、2サイクルエンジン、ロータリーエンジン、ディーゼルエンジンにおいても使用が可能である。
According to the nozzle of the present invention, since the pressurized air from the compressor 541 is directly introduced into the air-fuel
500:混合気製造ノズル
501:加圧気体導入管
502:加圧気体接続部
503:加圧気体導入孔
504:噴射部
505:燃料接続部
506:燃料導入部
507:混合気製造空間
508:混合気排出孔
509:混合気噴射孔
521:燃料タンク
522:リザーバタンク
523:シャットアウトバルブ
524:スロットルバルブ
530:混合気噴射副室
533:噴射部
534:ノズル取付け部
541:コンプレッサー
531:吸気バルブ
551:排気バルブ
552:エギゾーストマニホールド
561:シリンダ
562:ピストン
563:コンロッド
564:吸気ポート
565:排気ポート
571:点火プラグ
500: Air-fuel mixture production nozzle 501: Pressurized gas introduction pipe 502: Pressurized gas connection part 503: Pressurized gas introduction hole 504: Injection part 505: Fuel connection part 506: Fuel introduction part 507: Air mixture production space 508: Mixing Air discharge hole 509: Air mixture injection hole 521: Fuel tank 522: Reservoir tank 523: Shutout valve 524: Throttle valve 530: Air mixture injection subchamber 533: Injection part 534: Nozzle mounting part 541: Compressor 531: Intake valve 551 : Exhaust valve 552: Exhaust manifold 561: Cylinder 562: Piston 563: Connecting rod 564: Intake port 565: Exhaust port 571: Spark plug
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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Effective date: 20070621 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20090410 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20090807 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |