JP2007315276A - Multi-hole type injector - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、火花点火式筒内直噴エンジンに好適なマルチホール型インジェクタに関する。 The present invention relates to a multi-hole injector suitable for a spark ignition in-cylinder direct injection engine.
従来から、燃費の向上を図るため、燃焼室内に配置される点火プラグと、燃焼室に燃料を噴射するマルチホール型インジェクタと、を備え、点火プラグ周辺に燃料を成層化する、火花点火式筒内直噴エンジンが知られている。 Conventionally, in order to improve fuel efficiency, a spark ignition type cylinder having an ignition plug disposed in a combustion chamber and a multi-hole type injector for injecting fuel into the combustion chamber and stratifying fuel around the ignition plug An internal direct injection engine is known.
このようなエンジンにおいては、噴射中心が点火プラグを指向する主噴孔と、噴射中心が主噴孔の噴射中心と異なる方向を指向する副噴孔と、を備えるマルチホール型インジェクタが使用され、低速低負荷域においては、点火プラグ周辺に混合気を層状に偏在する状態で燃焼させるべく、圧縮上死点付近で燃料を噴射する一方、回転や負荷が高くなると、燃料室に均一な混合気を生成して燃焼させるべく、吸気行程中期において、燃料を噴射する。 In such an engine, a multi-hole type injector having a main injection hole whose injection center is directed to the ignition plug and a sub injection hole whose injection center is directed in a direction different from the injection center of the main injection hole is used. In the low-speed and low-load region, fuel is injected near the compression top dead center in order to burn the air-fuel mixture in a layered manner around the spark plug. In the middle of the intake stroke, fuel is injected to generate and burn.
特許文献1においては、噴孔を流れる燃料の流速を変えることにより、同一の噴孔からの燃料の噴射方向を変更しえるようにしたものが開示される。
火花点火式筒内直噴エンジンにおいては、ボア径が大きい場合、点火プラグとインジェクタとの距離が長く、主噴孔の噴霧貫徹力を強めることが要求される。しかし、燃料の噴射力を高めると、主噴孔の噴霧貫徹力ばかりでなく、副噴孔の噴霧貫徹力も強まるため、低速低負荷域において、副噴孔からの噴射燃料が圧縮上死点付近にあるピストン冠面やボア壁に付着しやすく、スモークの発生やHCの増加を招いてしまう。そのため、副噴孔の噴霧貫徹力を主噴孔の噴霧貫徹力よりも小さく設定する。言い換えれば、主噴孔の噴霧貫徹力のみを大きく設定することが考えられるが、主噴孔から噴射される噴霧が点火プラグ周辺に留まり、噴霧の燃料密度が高くなり、点火プラグ周辺の空燃比がオーバリッチとなり、着火や燃焼の安定性が損なわれ、HCが増加しやすくなる。 In a spark-ignition in-cylinder direct injection engine, when the bore diameter is large, the distance between the spark plug and the injector is long, and it is required to increase the spray penetration force of the main injection hole. However, when the fuel injection force is increased, not only the spray penetration force of the main injection hole, but also the spray penetration force of the sub injection hole is strengthened, so that the injection fuel from the sub injection hole is near the compression top dead center in the low speed and low load range. It tends to adhere to the piston crown surface and bore wall, and causes smoke and HC. Therefore, the spray penetration force of the sub nozzle hole is set smaller than the spray penetration force of the main nozzle hole. In other words, it is conceivable that only the spray penetration force of the main nozzle hole is set large, but the spray injected from the main nozzle hole stays around the spark plug, the fuel density of the spray becomes high, and the air-fuel ratio around the spark plug Becomes overrich, the stability of ignition and combustion is impaired, and HC tends to increase.
この発明は、このような課題に着目してなされたものであり、火花点火式筒内直噴エンジンにおいて、低速低負荷域の着火や燃焼の安定度を高めるため、主噴孔の噴霧貫徹力を確保しつつ、主噴孔から噴射される噴霧の燃料密度を適度に分散しえる、マルチホール型インジェクタの提供を目的とする。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and in a spark-ignition in-cylinder direct injection engine, in order to improve the stability of ignition and combustion in a low-speed and low-load region, the spray penetration force of the main injection hole It is an object of the present invention to provide a multi-hole type injector capable of appropriately dispersing the fuel density of the spray injected from the main injection hole while ensuring the above.
この発明は、燃焼室内に配置される点火プラグと、燃焼室に燃料を噴射するマルチホール型インジェクタと、を備える火花点火式筒内直噴エンジンにおいて、マルチホール型インジェクタは、噴射中心が点火プラグを指向する主噴孔と、噴射中心が主噴孔と異なる方向を指向する副噴孔と、を備えるものであって、主噴孔の断面積については、出口部の内径を入口部の内径よりも大きく設定したことを特徴とする。 The present invention relates to a spark ignition type in-cylinder direct injection engine having an ignition plug disposed in a combustion chamber and a multi-hole injector for injecting fuel into the combustion chamber. The multi-hole injector has an injection center at the injection center. And a secondary injection hole whose injection center is oriented in a direction different from that of the main injection hole, and the cross-sectional area of the main injection hole is the inner diameter of the outlet part. It is characterized by being set larger than the above.
この発明においては、主噴孔を流れる燃料の噴流は、低速低負荷域において、主噴孔の内面に沿って流れ、内径が入口部よりも大きく出口部により、噴流の断面積が拡がり、燃料の噴射角が拡大する。このため、主噴孔について、入口部の内径(噴孔の口径)を変えずに出口部の内径を大きく設定すると、噴射量は一定のままであるため、全体の空燃比を変えることなく、噴射角が広がることにより、噴霧の燃料密度が適度に分散され、着火に好適な空燃比の混合気塊を点火プラグ周辺に生成しえるのである。 In this invention, the jet of fuel flowing through the main nozzle hole flows along the inner surface of the main nozzle hole in the low speed and low load region, the inner diameter is larger than the inlet part, and the sectional area of the jet is expanded by the outlet part. Increases the injection angle. For this reason, for the main nozzle hole, if the inner diameter of the outlet part is set large without changing the inner diameter of the inlet part (the diameter of the nozzle hole), the injection amount remains constant, so without changing the overall air-fuel ratio, By widening the injection angle, the fuel density of the spray is moderately dispersed, and an air-fuel ratio air-fuel mixture suitable for ignition can be generated around the spark plug.
この発明の実施形態を添付の図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1において、3はエンジンの燃焼室であり、シリンダブロック21とシリンダヘッド22とピストン30とから画成される。41は吸気ポート31の燃焼室3側の開口部をピストン30に連動して開閉する吸気バルブであり、42は排気ポート32の燃焼室3側の開口部をピストン30に連動して開閉する排気バルブであり、2は燃焼室3の天井の略中央に配置される点火プラグであり、1は燃焼室3の側方に配置されるマルチホール型インジェクタである。
In FIG. 1,
インジェクタ1は、図示の場合、先端部を燃焼室3の周縁に臨ませてシリンダヘッド22に組み付けられ、先端部1aに主噴孔および複数の副噴孔が設けられる。図1において、F1は主噴孔から噴射される噴霧であり、F2〜F4は各副噴孔から噴射される噴霧であり、主噴孔の軸心は点火プラグ2の電極を指向するように設定され、各副噴孔の軸心は主噴孔の軸心と異なる方向を指向するように設定される。図示の場合、各副噴孔の軸心は、主噴孔の軸心に対して下方(ピストン側)をそれぞれ異なる角度方向へ指向するようになっている。
In the illustrated case, the
インジェクタ1は、低速低負荷域においては、点火プラグ2の周辺に混合気を層状に偏在する状態で燃焼させるべく、圧縮上死点付近で燃料を先端部1aの各噴孔から噴射する一方、回転や負荷が高くなると、燃料室3に均一な混合気を生成して燃焼させるべく、吸気行程中期において、燃料を先端部1aの各噴孔から噴射するのである。
In the low-speed and low-load region, the
図1に示す、低速低負荷域の圧縮上死点付近において、主噴孔から噴射される噴霧F1は、点火プラグ3に到達する長さA1が確保され、副噴孔から噴射される噴霧F2〜F4は、主噴孔からの噴霧F1に対して下方をそれぞれ異なる角度方向へ指向するが、いずれもピストン30の冠面に到達しない長さ(A2,A3,A4)に抑えられる。噴孔から噴射される噴霧の長さA1〜A4(噴霧貫徹力)は、噴孔の径が一定の場合、各噴孔の有効長に略比例するため、各噴孔の有効長についても、A1>A2>A3>A4、と同等の関係に設定されるのである。
In the vicinity of the compression top dead center in the low speed and low load region shown in FIG. 1, the spray F1 injected from the main injection hole has a length A1 that reaches the
これにより、副噴孔の噴霧貫徹力が主噴孔の噴霧貫徹力よりも小さくなるように設定されるので、低速低負荷域において、副噴孔から噴射される燃料が圧縮上死点付近にあるピストン30の冠面やボア壁に付着するのを防止しつつ、主噴孔に必要な噴霧貫徹力を確保することが可能となる。噴霧貫徹力が強まると、噴霧の燃料密度が高くなる傾向がある。このため、主噴孔については、必要な噴霧貫徹力を確保しつつ、噴霧の燃料密度を適度に分散しえるように構成される。
As a result, the spray penetration force of the sub injection hole is set to be smaller than the spray penetration force of the main injection hole, so that the fuel injected from the sub injection hole is near the compression top dead center in the low speed and low load region. It is possible to ensure the spray penetration force necessary for the main nozzle hole while preventing the
図2の場合、主噴孔10は、入口部11と出口部12とからなり、出口部12の内径d1が入口部11の内径Dよりも大きく設定される。入口部11および出口部12は、互いに同軸上を内径D,d1が一定の流路に形成され、これらの境に段差(内径の差)が設定される。
In the case of FIG. 2, the
D<d1のため、主噴孔10を流れる燃料の噴流は、低速低負荷域において、主噴孔10の内面に沿って流れ、内径d1が入口部11の内径Dよりも大きく出口部12により、噴流の断面積が拡がり、燃料の噴射角が拡大する。このため、主噴孔10について、入口部の内径Dを変えず、出口部12の内径d1を入口部11の内径Dよりも大きく設定すると、噴射量は一定のままであるため、全体の空燃比を変えることなく、噴射角が広がることにより、噴霧の燃料密度が適度に分散され、着火および燃料に好適な空燃比の混合気塊を点火プラグ3の周辺に生成しえるのである。
Since D <d1, the jet of fuel flowing through the
図3の場合、主噴孔10は、入口部11と出口部12とからなり、出口部12の内径d2が入口部11の内径Dよりも大きく設定される。入口部11は内径Dが一定の流路に形成され、出口部12は内径d2が入口部11との境(内径D)へ向けてテーパ角aをもって縮径する流路に形成される。
In the case of FIG. 3, the
主噴孔10を流れる燃料の噴流は、低速低負荷域において、主噴孔10の内面に沿って流れ、入口部11からその内径Dを内径d2へテーパ角aをもって拡大する出口部12により、噴流の断面積が円滑に拡がると共に、テーパ角aにより、図2の場合よりも、噴射角が大きくなり、噴霧の燃料密度の分散も早められることになる。
The jet of fuel flowing through the
図4の場合、主噴孔10は、入口部11と出口部12とからなり、出口部12の内径d3が入口部11の内径Dよりも大きく設定される。入口部11は内径Dが一定の流路に形成され、出口部12は内径d3が入口部11との境(内径D)へ向けて湾曲Rをもって縮径する流路に形成される。
In the case of FIG. 4, the
主噴孔10を流れる燃料の噴流は、低速低負荷域において、主噴孔10の内面に沿って流れ、入口部11からその内径Dを内径d3へ湾曲Rをもって拡大する出口部12により、図3の場合よりも、噴流が円滑に拡がると共に噴射角が大きくなり、噴霧の燃料密度の分散も早められることになる。
The fuel jet flowing through the
図2〜図4において、d1〜d3は、内径Dの入口部11から距離Lの位置にある出口部の内径であり、従来(内径Dが入口から出口まで一定の噴孔)の噴霧角をα、図2〜図3の噴霧角をそれぞれα1,α2,α3とすると、D<d1<d2<d3、α<α1<α2<α3、の関係がある。
2 to 4, d <b> 1 to d <b> 3 are the inner diameters of the outlet portion located at a distance L from the
図5〜図8は、主噴孔10に係る別の変形例を表すものであり、出口部12の断面積は、外側(出口)へ向けて多段的に拡大される。入口部11は、内径Dが一定に設定される。
5-8 represents another modification concerning the
図5の場合、出口部12は、内径dsが一定の流路部分12aと、その内径dsを出口の内径dtへ所定のテーパ角をもって拡大する流路部分12bと、から形成される。図6の場合、出口部12は、内径dsが一定の流路部分12aと、その内径dsを出口の内径dtへ湾曲Rをもって拡大する流路部分12bと、から形成される。
In the case of FIG. 5, the
図7の場合、出口部12は、入口部11の内径Dを出口へテーパ角a1をもって拡大する流路部分12aと、これをテーパ角a2をもってさらに拡大する流路部分12bと、から形成される。図8の場合、入口部11の内径Dを出口へテーパ角aをもって拡大する流路部分12aと、これを所定の湾曲Rをもってさらに拡大する流路部分12bと、から形成される。
In the case of FIG. 7, the
図5〜図8においては、出口部12の断面積が外側(出口)へ向けて多段的に拡大されるため、出口部12を流れる燃料の噴流が抵抗なく円滑に拡がり、噴霧角を効率よく拡大させることができる。
5 to 8, since the cross-sectional area of the
図9〜図11は、主噴孔10に係る別の変形例を表すものであり、出口部12の断面積は、扁平な形状に拡大される。入口部11は、内径Dが一定の円形断面に設定される。
9 to 11 show another modification example related to the
図9において、(a)は主噴孔10の縦(垂直)断面であり、(b)は主噴孔10の横(水平)断面であり、出口部12は、断面積が一定の流路に設定され、その断面形状(噴孔10の軸心と直交する断面の形状)は、長軸dh,短軸dr、の楕円型に形成される。
9A is a vertical (vertical) cross section of the
図10において、(a)は主噴孔10の縦(垂直)断面であり、(b)は主噴孔10の横(水平)断面であり、出口部12は、断面積が外側へ縦横に異なる角度av,ahを持って拡大することにより、楕円型の断面形状に形成される。
10, (a) is a vertical (vertical) cross section of the
図11において、(a)は主噴孔を外側から軸心方向を直視する図であり、(b)は(a)中のx−x断面図であり、(c)は同じくy−y断面図である。出口部12は、断面積が横方向のみテーパ角ahをもって出口へ拡大される。つまり、出口部12は、横方向へ扁平に拡がる楕円型の断面形状に設定される。
In FIG. 11, (a) is a view of the main nozzle hole as viewed from the outside in the axial direction, (b) is an xx sectional view in (a), and (c) is also a yy sectional view. FIG. The
図9〜図11においては、出口部12の断面積を水平方向へ扁平に拡がる形状に設定することにより、主噴孔10を流れる噴流の断面積が円形から楕円型に拡がり、噴霧も水平方向へ扁平に拡がるため、インジェクタ1を取り付ける際のロバスト性を向上させることにつながるほか、噴霧の燃料密度が適度に分散され、点火プラグ2の電極に燃料が付着するのを有効に防止しえるのである。
9 to 11, by setting the cross-sectional area of the
図示(図2〜図11)の噴孔形状については、主噴孔のみでなく、噴霧角の拡大を図る上から、副噴孔への適用も考えられる。 About the nozzle hole shape of illustration (FIGS. 2-11), the application to a sub nozzle hole is also considered from not only the main nozzle hole but aiming at expansion of a spray angle.
1 マルチホール型インジェクタ
2 点火プラグ
3 燃焼室
10 主噴孔
11 主噴孔の入口部
12 主噴孔の出口部
20 エンジン
F1 主噴孔からの噴霧
F2〜F4 副噴孔からの噴霧
DESCRIPTION OF
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