JP2008038815A - Fuel injection system and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定量の燃料を燃焼室に噴射可能とした燃料噴射装置、並びにこの燃料噴射装置が搭載された内燃機関に関するものである。 The present invention relates to a fuel injection device capable of injecting a predetermined amount of fuel into a combustion chamber, and an internal combustion engine equipped with the fuel injection device.
燃料を吸気ポートではなく、燃焼室に直接噴射する筒内噴射式内燃機関が従来から知られている。この筒内噴射式内燃機関では、吸気弁の開放時に、空気が吸気ポートから燃焼室に吸入され、この吸気行程時またはピストンが上昇して吸入空気を圧縮する圧縮行程時に、燃料噴射弁が燃焼室に対して燃料を直接噴射する。すると、燃焼室にて、高圧空気と霧状の燃料とが混合し、この混合気に対して点火プラグが着火して爆発し、排気弁の開放時に、排気ガスが吸気ポートから排出される。 2. Description of the Related Art Conventionally, a direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber instead of an intake port is known. In this direct injection internal combustion engine, when the intake valve is opened, air is sucked into the combustion chamber from the intake port, and during this intake stroke or during the compression stroke in which the piston rises to compress the intake air, the fuel injection valve burns. Inject fuel directly into the chamber. Then, high-pressure air and mist-like fuel are mixed in the combustion chamber, and the spark plug ignites and explodes with respect to this air-fuel mixture, and the exhaust gas is discharged from the intake port when the exhaust valve is opened.
この筒内噴射式内燃機関では、圧縮行程中に燃焼室に燃料を噴射してリーンな空燃比で成層燃焼を実行可能であると共に、吸気行程中に燃焼室に燃料を噴射して均一な混合気を形成する均質燃焼が実現可能となっている。即ち、内燃機関の低負荷運転領域では、ピストンの吸気行程における吸気弁の開放時に、吸気ポートの空気を燃焼室に吸入し、この吸入空気を圧縮行程時に圧縮し、この高圧空気に対して燃料を噴射して混合し、この混合気が点火プラグに導かれて着火して燃焼する。一方、内燃機関の中・高負荷運転領域では、ピストンの吸気行程における吸気弁の開放時に、吸気ポートの空気を燃焼室に吸入すると共に、この吸入空気に対して燃料噴射を行って燃焼室全体に分散した混合気を形成し、この分散した混合気に対して点火プラグにより着火され、この着火混合気が火種となって燃焼室全体に分散した混合気が燃焼する。つまり、内燃機関の低負荷時には、圧縮行程時に燃料を噴射して成層燃焼を行い、中・高負荷時には、吸気行程時に燃料を噴射して均質燃焼を行うようにしている。 In this direct injection internal combustion engine, fuel can be injected into the combustion chamber during the compression stroke to perform stratified combustion at a lean air-fuel ratio, and fuel can be injected into the combustion chamber during the intake stroke to achieve uniform mixing. Homogeneous combustion that forms gas can be realized. That is, in the low load operation region of the internal combustion engine, when the intake valve is opened in the intake stroke of the piston, the air in the intake port is sucked into the combustion chamber, and the intake air is compressed during the compression stroke. Are injected and mixed, and this air-fuel mixture is led to a spark plug and ignites and burns. On the other hand, in the medium / high load operation region of the internal combustion engine, when the intake valve is opened in the intake stroke of the piston, air in the intake port is sucked into the combustion chamber and fuel is injected into the intake air to An air-fuel mixture dispersed in the combustion chamber is formed, and the dispersed air-fuel mixture is ignited by a spark plug. In other words, when the internal combustion engine is at a low load, fuel is injected during the compression stroke to perform stratified combustion, and at a middle or high load, the fuel is injected during the intake stroke to perform homogeneous combustion.
そして、この筒内噴射式内燃機関に適用される燃料噴射装置は、先端部にサック部及び噴射口を有するハウジング内に、ニードル弁が移動自在で、且つ、燃料通路を閉塞するように付勢支持されて構成されており、噴射口は、左右に広角して扇形状に形成された、所謂、スリット噴射口となっている。従って、所定のタイミングで、このニードル弁を移動して燃料通路を開放すると、燃料通路の燃料がサック部を介して噴射口から燃焼室に向けて噴射される。 The fuel injection device applied to the in-cylinder internal combustion engine is energized so that the needle valve is movable and the fuel passage is closed in a housing having a sac portion and an injection port at the tip. The injection port is a so-called slit injection port formed in a fan shape with a wide angle on the left and right. Accordingly, when this needle valve is moved at a predetermined timing to open the fuel passage, the fuel in the fuel passage is injected from the injection port toward the combustion chamber via the sac portion.
ところで、上述したように、筒内噴射式内燃機関では、圧縮行程中に燃焼室に燃料を噴射してリーンな空燃比で成層燃焼を実行すると共に、吸気行程中に燃焼室に燃料を噴射して均一な混合気を形成する均質燃焼を実行している。上述した左右に広角して扇形状に形成されたスリット噴射口を有する燃料噴射装置では、圧縮行程中に燃焼室に燃料を噴射すると、その燃料噴霧がピストンのキャビティにより点火プラグに導かれることとなり、この燃料噴霧を含む混合気に着火することで、適正な成層燃焼を実現できる。しかし、吸気行程中に燃焼室に燃料を噴射すると、燃料噴霧が水平な扇形状であるため、燃焼室全体に分散しにくく均一な混合気の形成が不十分となり、適正な均質燃焼を実現することが困難となる。 As described above, in a direct injection internal combustion engine, fuel is injected into the combustion chamber during the compression stroke to execute stratified combustion at a lean air-fuel ratio, and fuel is injected into the combustion chamber during the intake stroke. Homogeneous combustion that forms a homogeneous air-fuel mixture. In the fuel injection device having the slit injection port formed in a fan shape with a wide angle to the left and right as described above, when fuel is injected into the combustion chamber during the compression stroke, the fuel spray is guided to the spark plug by the piston cavity. By igniting the air-fuel mixture containing this fuel spray, proper stratified combustion can be realized. However, when fuel is injected into the combustion chamber during the intake stroke, the fuel spray is in the form of a horizontal fan, so that it is difficult to disperse throughout the combustion chamber and the formation of a uniform air-fuel mixture becomes insufficient, thus achieving proper homogeneous combustion. It becomes difficult.
一方、上下に広角して扇形状に形成されたスリット噴射口を左右に並べて設けた燃料噴射装置がある。この燃料噴射装置では、吸気行程中に燃焼室に燃料を噴射すると、燃料噴霧が2つの垂直な扇形状であるため、燃焼室全体に分散しやすく均一な混合気を形成することができ、適正な均質燃焼を実現できる。しかし、圧縮行程中に燃焼室に燃料を噴射すると、その燃料噴霧が上下方向に分散してしまい、ピストンのキャビティにより混合気を点火プラグに導くことができず、適正な成層燃焼を実現することが困難となる。 On the other hand, there is a fuel injection device in which slit injection ports formed in a fan shape with wide angles up and down are arranged side by side. In this fuel injection device, when fuel is injected into the combustion chamber during the intake stroke, the fuel spray has two vertical fan shapes, so that it can be easily dispersed throughout the combustion chamber to form a uniform mixture. Homogeneous combustion can be realized. However, when fuel is injected into the combustion chamber during the compression stroke, the fuel spray is dispersed in the vertical direction, and the air-fuel mixture cannot be guided to the spark plug by the piston cavity, thereby realizing proper stratified combustion. It becomes difficult.
なお、機関運転状態に応じて噴霧形態が変化するようにした燃料噴射弁として、下記特許文献1に記載されたものがある。特許文献1に記載された燃料噴射弁は、異なる噴射角度を有する2つのスリット状の噴孔を形成し、エンジン運転状態により燃圧を変化させることで、噴霧形状をこのエンジン運転状態に適合した広分散型の噴霧、または集中型の噴霧を形成可能とするものである。 In addition, there exists what was described in the following patent document 1 as a fuel injection valve which made the spray form change according to an engine operating state. The fuel injection valve described in Patent Document 1 forms two slit-shaped injection holes having different injection angles, and changes the fuel pressure depending on the engine operating state, so that the spray shape is adapted to the engine operating state. A dispersion type spray or a concentrated type spray can be formed.
ところが、上述した特許文献1に記載された従来の燃料噴射弁にあっては、燃圧を変化させることで、噴霧形状を広分散型の噴霧、または集中型の噴霧を形成可能としており、エンジン運転状態に応じた燃圧制御が必要となって燃料噴射制御が面倒なものとなるばかりか、燃圧を低下させた場合には、燃料噴霧の微粒化が問題となり、燃焼が悪化してしまうおそれがある。また、この従来の燃料噴射弁では、エンジン運転状態に応じて噴霧形状を変えているものの、成層燃焼や均質燃焼を実現するために最適なものとはなっておらず、安定した燃焼状態を得ることができないおそれがある。 However, in the conventional fuel injection valve described in Patent Document 1 described above, by changing the fuel pressure, it is possible to form a wide dispersion type spray or a concentrated type spray, and the engine operation. The fuel pressure control according to the state is required and the fuel injection control becomes troublesome, and when the fuel pressure is lowered, atomization of the fuel spray becomes a problem and the combustion may be deteriorated. . Moreover, in this conventional fuel injection valve, although the spray shape is changed according to the engine operating state, it is not optimal for realizing stratified combustion and homogeneous combustion, and a stable combustion state is obtained. There is a risk that it will not be possible.
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、内燃機関の運転状態に応じて最適な燃料噴霧形態を形成可能として燃焼安定性の向上を図った燃料噴射装置及び内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve such a problem, and provides a fuel injection device and an internal combustion engine that are capable of forming an optimal fuel spray form in accordance with the operating state of the internal combustion engine to improve combustion stability. The purpose is to provide.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の燃料噴射装置は、燃料通路を有すると共に先端部に該燃料通路が連通するサック部及び噴射口を有するハウジングと、前記ハウジングに移動自在に支持されて前記燃料通路を断続可能である噴射弁とを具えた燃料噴射装置において、前記噴射口は、上下に広角して扇形状に形成されると共に左右方向に並んだ第1、第2、第3噴射口を有し、中央に位置する前記第2噴射口の燃料噴霧縮み率が、両側に位置する前記第1、第3噴射口の燃料噴霧縮み率より大きく設定されたことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a fuel injection device of the present invention includes a housing having a fuel passage and a sac portion and an injection port that communicate with the fuel passage at a tip portion, and the housing moves to the housing. In a fuel injection device comprising an injection valve that is freely supported and capable of intermittently connecting and disconnecting the fuel passage, the injection port is formed in a fan shape with a wide angle in the vertical direction, and the first and second 2. The fuel spray contraction rate of the second injection port that has the third injection port and is located at the center is set to be larger than the fuel spray contraction rate of the first and third injection ports that are located on both sides. It is a feature.
本発明の燃料噴射装置では、前記第2噴射口の燃料噴霧剥離角度が、前記第1、第3噴射口の燃料噴霧剥離角度より大きく設定されたことを特徴としている。 In the fuel injection device of the present invention, the fuel spray separation angle of the second injection port is set to be larger than the fuel spray separation angles of the first and third injection ports.
本発明の燃料噴射装置では、前記第1、第2、第3噴射口の燃料噴霧角度が同じ角度に設定されたことを特徴としている。 In the fuel injection device of the present invention, the fuel spray angles of the first, second, and third injection ports are set to the same angle.
また、本発明の内燃機関は、請求項1から3のいずれか一つに記載の燃料噴射装置を、吸気ポート側に位置して下方に所定角度傾斜して設け、排気ポート側に向けて燃焼室に直接燃料を噴射可能としたことを特徴とするものである。 An internal combustion engine of the present invention is provided with the fuel injection device according to any one of claims 1 to 3 at an intake port side and inclined downward by a predetermined angle, and combusts toward an exhaust port side. The fuel can be directly injected into the chamber.
本発明の燃料噴射装置によれば、上下に広角して扇形状に形成されると共に左右方向に並んだ第1、第2、第3噴射口を設け、中央に位置する第2噴射口の燃料噴霧縮み率を、両側に位置する第1、第3噴射口の燃料噴霧縮み率より大きく設定したので、吸気行程中に燃焼室に燃料が噴射されると、3つの垂直な扇形状をなす燃料噴霧となり、燃焼室全体に分散して均一な混合気を形成することができ、適正な均質燃焼を実現することができる一方、圧縮行程中に燃焼室に燃料が噴射されると、第2噴射口の燃料噴霧縮み率が大きいため、この燃料噴霧が上下方向に拡散せず、両側の第1、第3噴射口からの燃料噴霧と干渉して合体し、合体した燃料噴霧がピストンのキャビティにより点火プラグに導かれることとなり、適正な成層燃焼を実現することができる。その結果、均質燃焼と成層燃焼の両立を図ることで、内燃機関の運転状態に応じて最適な燃料噴霧形態を形成可能として燃焼安定性の向上を図ることができる。 According to the fuel injection device of the present invention, the first, second, and third injection ports that are formed in a fan shape with a wide angle in the vertical direction and are arranged in the left-right direction are provided, and the fuel in the second injection port located in the center Since the spray contraction rate is set to be larger than the fuel spray contraction rates of the first and third injection ports located on both sides, when fuel is injected into the combustion chamber during the intake stroke, the fuel forms three vertical fan shapes. It becomes spray and can be dispersed throughout the combustion chamber to form a uniform air-fuel mixture, achieving proper homogeneous combustion. On the other hand, when fuel is injected into the combustion chamber during the compression stroke, the second injection Since the fuel spray shrinkage rate of the mouth is large, this fuel spray does not diffuse in the vertical direction and merges by interfering with the fuel spray from the first and third injection ports on both sides, and the combined fuel spray is caused by the piston cavity. It will be led to the spark plug, and proper stratified combustion will be realized. It can be. As a result, by achieving both homogeneous combustion and stratified combustion, an optimal fuel spray form can be formed according to the operating state of the internal combustion engine, and combustion stability can be improved.
また、本発明の内燃機関によれば、上述した燃料噴射装置を、吸気ポート側に位置して下方に所定角度傾斜して設け、排気ポート側に向けて燃焼室に直接燃料を噴射可能としたので、吸気行程中に吸気ポート側から燃料が噴射されると、3つの垂直な扇形状をなす燃料噴霧が燃焼室全体に分散して均一な混合気を形成することができ、圧縮行程中に吸気ポート側から燃料が噴射されると、第2噴射口の燃料噴霧が上下方向に拡散せずに第1、第3噴射口からの燃料噴霧と干渉して合体し、合体した燃料噴霧がピストンのキャビティにより点火プラグに導かれることとなり、均質燃焼と成層燃焼の両立を図ることで、内燃機関の運転状態に応じて最適な燃料噴霧形態を形成可能として燃焼安定性の向上を図ることができる。 Further, according to the internal combustion engine of the present invention, the above-described fuel injection device is provided on the intake port side and inclined downward by a predetermined angle so that fuel can be directly injected into the combustion chamber toward the exhaust port side. Therefore, when fuel is injected from the intake port side during the intake stroke, three vertical fan-shaped fuel sprays can be dispersed throughout the combustion chamber to form a uniform mixture, and during the compression stroke When fuel is injected from the intake port side, the fuel spray from the second injection port does not diffuse vertically but merges with the fuel spray from the first and third injection ports, and the combined fuel spray is a piston. This leads to the spark plug through the cavity, and by achieving both homogeneous combustion and stratified combustion, an optimal fuel spray form can be formed according to the operating state of the internal combustion engine, and combustion stability can be improved. .
以下に、本発明に係る燃料噴射装置及び内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。 Embodiments of a fuel injection device and an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this Example.
図1は、本発明の一実施例に係る燃料噴射装置を表す要部縦断面図、図2は、図1のI−II断面図、図3は、図1のI−III断面図、図4は、インジェクタにおける距離Bに対する縮み率を表すグラフ、図5−1は、吸気行程時における第1、第3噴射口からの燃料噴霧を表す概略図、図5−2は、吸気行程時における第2噴射口からの燃料噴霧を表す概略図、図5−3は、吸気行程時における全ての噴射口からの燃料噴霧を表す概略図、図6は、本実施例の燃料噴射装置による吸気行程噴射を表す概略図、図7−1は、圧縮行程時における第1、第3噴射口からの燃料噴霧を表す概略図、図7−2は、圧縮行程時における第2噴射口からの燃料噴霧を表す概略図、図7−3は、圧縮行程時における全ての噴射口からの燃料噴霧を表す概略図、図8は、本実施例の燃料噴射装置による圧縮行程噴射を表す概略図、図9は、本実施例の燃料噴射装置が適用された内燃機関の概略構成図である。 1 is a longitudinal sectional view of a main part showing a fuel injection device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line I-II in FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along line I-III in FIG. 4 is a graph showing the contraction rate with respect to the distance B in the injector, FIG. 5-1 is a schematic diagram showing fuel spray from the first and third injection ports during the intake stroke, and FIG. 5-2 is during the intake stroke. Schematic showing fuel spray from the second injection port, FIG. 5-3 is a schematic diagram showing fuel spray from all the injection ports during the intake stroke, and FIG. 6 is an intake stroke by the fuel injection device of this embodiment. Fig. 7-1 is a schematic diagram showing injection, Fig. 7-1 is a schematic diagram showing fuel spray from the first and third injection ports during the compression stroke, and Fig. 7-2 is fuel spray from the second injection port during the compression stroke. FIG. 7-3 is a schematic diagram showing fuel spray from all injection ports during the compression stroke, and FIG. FIG. 9 is a schematic diagram showing compression stroke injection by the fuel injection device of this embodiment, and FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine to which the fuel injection device of this embodiment is applied.
本実施例の燃料噴射装置が適用された内燃機関において、図9に示すように、エンジン10は、筒内噴射式の火花点火エンジンである。このエンジン10にて、シリンダブロック11上にシリンダヘッド12が締結されており、このシリンダブロック11に形成された複数のシリンダボア13にピストン14がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック11の下部にクランクシャフト15が回転自在に支持されており、ピストン14はコネクティングロッド16を介してこのクランクシャフト15にそれぞれ連結されている。
In the internal combustion engine to which the fuel injection device of this embodiment is applied, as shown in FIG. 9, the
燃焼室17は、シリンダブロック11とシリンダヘッド12とピストン14により構成されており、この燃焼室17は、上部(シリンダヘッド12の下面)の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室17の上部、つまり、シリンダヘッド12の下面に吸気ポート18及び排気ポート19が対向して形成されており、この吸気ポート18及び排気ポート19に対して吸気弁20及び排気弁21の下端部がそれぞれ位置している。従って、この吸気弁20及び排気弁21が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート18及び排気ポート19を開閉し、吸気ポート18と燃焼室17、燃焼室17と排気ポート19とをそれぞれ連通することができる。
The
吸気ポート18には、インテークマニホールド22を介してサージタンク23が連結され、このサージタンク23には吸気管24が連結されており、この吸気管24の空気取入口にはエアクリーナ25が取付けられている。そして、このエアクリーナ25の下流側にスロットル弁を有する電子スロットル装置26が設けられている。また、シリンダヘッド12には、燃焼室17に直接燃料を噴射するインジェクタ(燃料噴射装置)27が装着されており、このインジェクタ27は、吸気ポート18側に位置し、先端部が下方に所定角度傾斜しており、排気ポート19側に向けて燃料を噴射可能となっている。更に、シリンダヘッド12には、燃焼室17の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ28が装着されている。
A
一方、排気ポート19には、エギゾーストマニホールド29を介して排気管30が連結されており、この排気管30には排気ガス中に含まれるHC、CO、NOxなどの有害物質を浄化処理する触媒装置31,32が装着されている。また、吸気管24におけるサージタンク23の下流側と、排気管30における各触媒装置31,32の間とには排気ガス再循環通路(EGR通路)33が設けられており、このEGR通路33にはEGR弁34が設けられている。
On the other hand, an
また、車両には電子制御ユニット(ECU)35が搭載されており、このECU35は、インジェクタ27、点火プラグ28、EGR弁34などを制御可能となっている。即ち、吸気管24の上流側にはエアフローセンサ36が装着されると共に、サージタンク23には吸気負圧センサ37が装着され、計測した吸入空気量、吸気負圧をECU35に出力している。また、電子スロットル装置26は現在のスロットル開度をECU35に出力しており、エンジン回転数センサ38は検出したエンジン回転数をECU35に出力している。従って、ECU35は、検出した吸入空気量、吸気負圧、スロットル開度(またはアクセル開度)、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて、燃料噴射量、噴射時期、点火時期、EGR弁開度などを決定している。
In addition, an electronic control unit (ECU) 35 is mounted on the vehicle, and the
このように構成されたエンジン10に搭載されたインジェクタ27において、図1乃至図3に示すように、ハウジング41は中空円筒形状をなし、本体部42に対して先端部43が小径となっており、この先端部43に球面形状をなすサック部44が形成されると共に、外部に開口する3つの噴射口45,46,47が形成されている。噴射弁としてのニードル弁48は、円盤形状をなすフランジ部49から円柱形状をなす弁本体50が一体に下方に延出して構成され、フランジ部49の外周面がハウジング41における本体部42の内周面に嵌合し、且つ、軸心方向(図1にて上下方向)に沿って移動自在に支持されている。また、ニードル弁48は、弁本体50の外周面がハウジング41における先端部43の内周面に所定の隙間をもって挿入され、円錐形状をなす先端面51が先端部43の傾斜面52に当接し、ここにシール部が形成されている。
In the
従って、ハウジング41とニードル弁48との間に燃料通路53が構成されることとなり、この燃料通路53の下端部側はサック部44を介して噴射口45,46,47に連通可能となっている。そして、ニードル弁48の先端面51がハウジング41の傾斜面52に当接することで燃料通路53を遮断することができる一方、先端面51が傾斜面52から離れたときに燃料通路53を開放し、燃料通路53にある燃料をサック部44を介して噴射口45,46,47から外部(燃焼室17)に噴射することができる。
Accordingly, the
また、ハウジング41内には、支持リング54を介して支持板55が固定されており、この支持板55とニードル弁48との間にはコイルスプリング56が圧縮状態で介装されている。従って、ニードル弁48は、コイルスプリング56の付勢力により先端面51がハウジング41の傾斜面52に密着して燃料通路53を遮断する方向に付勢されている。一方、ハウジング41の壁内には、ニードル弁48のフランジ部49に対向し、且つ、若干上方に位置してソレノイド57が内蔵されている。従って、ソレノイド57へ通電すると、吸引力が発生してコイルスプリング56の付勢力に抗してニードル弁48を上方に移動し、燃料通路53を開放することができる。
A support plate 55 is fixed in the
なお、インジェクタ27の基端部には、図示しないデリバリパイプを介して燃料ポンプ、燃料タンクなどが連結されており、ハウジング41内を通して燃料通路53の上流側に所定圧の燃料が供給されている。
A fuel pump, a fuel tank, and the like are connected to the base end portion of the
ところで、本実施例のインジェクタ27にて、中央に位置する第2噴射口46から噴射される燃料噴霧縮み率を、その両側に位置する第1噴射口45及び第3噴射口47から噴射される燃料噴霧縮み率より大きく設定している。
By the way, in the
即ち、第2噴射口46は、インジェクタ27の軸線L2に沿って形成され、この第2噴射口46の水平方向両側にて、軸線L2に対して所定の噴射角度αをもった軸線L1,L2に沿って第1噴射口45と第3噴射口47が形成されることで、3つの噴射口45,46,47は、左右方向に噴射角度αをもって並んだものとなっている。また、各噴射口45,46,47は、それぞれ噴射される燃料噴霧が上下に拡散するように、上下に広角した扇形状に形成され、その噴霧角度βが設定され、各噴射口45,46,47の噴霧角度βは同じ角度に設定されている。そのため、各噴射口45,46,47は、矩形形状をなす断面通路となっている。
That is, the
ところで、図2及び図3に示すように、各噴射口45,46,47は、ハウジング41の先端側から扇形状の電極を挿入して放電加工することで形成され、ハウジング41への電極の挿入量に応じて噴射口45,46,47の幅が設定される。この場合、この放電加工により形成される扇形状の噴射口45,46,47にて、その加工中心O1とサック部44のサック中心O2とのインジェクタ27の軸線L2に沿った距離をBとすると、本実施例では、第2噴射口46における距離B2が第1、第3噴射口45,47における距離B1,B3よりも短いものとなっている。このように距離B1,B2を設定することで、第2噴射口46の燃料噴霧剥離角度θ2が、第1、第3噴射口45,47の燃料噴霧剥離角度θ1,θ3より大きく設定されることとなる。
By the way, as shown in FIGS. 2 and 3, each of the
ここで、燃料噴霧縮み率とは、インジェクタ27から大気圧場に噴射される実際の噴霧広がり角β1と、加圧場に噴射される実際の噴霧広がり度β2との偏差の比率(β1−β2)/β1である。そして、各噴射口45,46,47における燃料噴霧縮み率(β1−β2)/β1及び燃料噴霧剥離角度θ1,θ2,θ3は、この距離B1,B2,B3に応じて設定されるものとなる。即ち、図4に示すように、インジェクタ27における距離Bが増加するのに伴って、燃料噴霧縮み率β2/β1が小さくなる傾向があることがわかっている。即ち、インジェクタ27における距離B1,B3が大きい第1、第3噴射口45,47では、燃料噴霧縮み率が小さいため、大気圧場に噴射される実際の噴霧角度β1と加圧場に噴射される実際の噴霧角度β2とがほぼ同じものとなる。一方、インジェクタ27における距離B2が小さい第2噴射口46では、燃料噴霧縮み率β2/β1が大きいため、大気圧場に噴射される実際の噴霧角度β1に対して加圧場に噴射される実際の噴霧角度β2が小さいものとなる。
Here, the fuel spray contraction rate is the ratio of the deviation between the actual spray spread angle β 1 injected from the
また、インジェクタ27における距離B1,B2,B3が増加するのに伴って、燃料噴霧剥離角度θ1,θ2,θ3が小さくなっている。これは、サック部44から噴射口45,46,47を通して燃焼室17に燃料が噴射されるとき、燃料噴霧剥離角度θ1,θ2,θ3が大きくなると、噴射口45,46,47の壁面から燃料が剥離しやすくなり、噴霧角度βに応じて広がらずに中央部に集中するものと考えられる。
Further, as the distances B 1 , B 2 , and B 3 in the
従って、図1乃至図3に示すように、インジェクタ27にて、ニードル弁48がコイルスプリング56の付勢力により燃料通路53を閉止している状態から、ソレノイド57へ通電すると、ニードル弁48がコイルスプリング56の付勢力に抗して上方に移動することで燃料通路53を開放し、燃料通路53の燃料がサック部44に供給され、このサック部44から各噴射口45,46,47を通して燃焼室17に噴射される。そして、所定期間が経過すると、ソレノイド57への通電が停止され、ニードル弁48がコイルスプリング56の付勢力により下方に移動することで燃料通路53を閉止し、燃料通路53からサック部44への燃料供給が停止され、噴射口45,46,47からの燃料噴射が終了する。
Accordingly, as shown in FIGS. 1 to 3, when the
このとき、エンジン10の吸気行程でインジェクタ27から燃焼室17に燃料が噴射されると、燃焼室17が大気圧場であるため、図5−1及び図5−2に示すように、各噴射口45,46,47から噴射される燃料噴霧は、ほぼ同じ形態の扇形状となり、図5−3及び図6に示すように、燃焼室17の上下方向に沿って扇形状に広がる3つの燃料噴霧が燃焼室17の左右方向に並んだものとなる。そのため、噴射口45,46,47から噴射される燃料噴霧は、燃焼室17全体に分散して均一な混合気を形成することができ、この分散した混合気に対して点火プラグ28により着火され、この着火混合気が火種となって燃焼室17全体に分散した混合気が燃焼することで、適正な均質燃焼を実現することができる。
At this time, if fuel is injected from the
一方、エンジン10の圧縮行程でインジェクタ27から燃焼室17に燃料が噴射されると、燃焼室17が加圧圧場であるため、図7−1に示すように、燃料噴霧縮み率が小さく(燃料噴霧剥離角度が小さく)設定された第1、第3噴射口45,47から噴射される燃料噴霧は、ほぼ同じ形態の扇形状となり、図7−3及び図8に示すように、燃焼室17の上下方向に沿って扇形状に広がる2つの燃料噴霧が燃焼室17の左右方向に並んだものとなる。また、図7−2に示すように、燃料噴霧縮み率が大きく(燃料噴霧剥離角度が大きく)設定された第2噴射口46から噴射される燃料噴霧は、図7−3及び図8に示すように、燃焼室17の上下方向には広がらずに、第1、第3噴射口45,47から噴射された2つの燃料噴霧の間に棒状に位置するものとなる。
On the other hand, when fuel is injected from the
そして、第2噴射口46から噴射された燃料噴霧は、その両側の第1、第3噴射口45,47から噴射された2つの燃料噴霧のコアンダ効果により左右方向に広がって干渉して合体し、この合体した燃料噴霧がピストン14のキャビティ14aにより上方に向けたウォールガイドを形成する。このピストン14のキャビティ14aから上方に向かう混合気は、点火プラグ28に効率的に導かれることとなり、適正な成層燃焼を実現することができる。
The fuel spray injected from the
このように本実施例の燃料噴射装置及び内燃機関にあっては、ハウジング41内に燃料通路53を設けると共に、先端部にこの燃料通路53に連通するサック部44及び3つの噴射口45,46,47を形成し、このハウジング41にニードル弁48を移動自在に支持して燃料通路53を開閉可能とし、3つの噴射口45,46,47を、上下に広角して扇形状に形成すると共に、左右方向に並んで形成し、中央に位置する第2噴射口46の燃料噴霧縮み率を、両側に位置する第1、第3噴射口45,47の燃料噴霧縮み率より大きく設定している。
As described above, in the fuel injection device and the internal combustion engine of the present embodiment, the
従って、吸気行程中にインジェクタ27の各噴射口45,46,47から燃焼室17に燃料が噴射されると、ほぼ垂直な扇形状をなす3つの燃料噴霧が左右方向に並んで形成され、この燃料噴霧が燃焼室17全体に分散して均一な混合気を形成することとなり、適正な均質燃焼を実現することができる。一方、圧縮行程中にインジェクタ27の各噴射口45,46,47から燃焼室17に燃料が噴射されると、第1、第3噴射口45,47に対して、第2噴射口46の燃料噴霧縮み率が大きいため、第1、第3噴射口45,47からの燃料噴霧はほぼ垂直な扇形状をなすが、第2噴射口46からの燃料噴霧は上下方向に拡散せず、両側の第1、第3噴射口からの燃料噴霧と干渉して合体し、合体した燃料噴霧がピストン14のキャビティ14aに向かい、このキャビティ14aにより点火プラグ28に導かれることとなり、適正な成層燃焼を実現することができる。その結果、均質燃焼と成層燃焼の両立を図ることで、エンジン10の運転状態に応じて最適な燃料噴霧形態を形成可能として燃焼安定性の向上を図ることができる。
Therefore, when fuel is injected from the
また、本実施例の燃料噴射装置及び内燃機関では、インジェクタ27における第2噴射口46の燃料噴霧剥離角度を、第1、第3噴射口45,47の燃料噴霧剥離角度より大きく設定している。従って、第1、第3噴射口45,47に対して、第2噴射口46の燃料噴霧剥離角度が大きいため、第2噴射口46からの燃料噴霧は拡散せずに第1、第3噴射口からの燃料噴霧とコアンダ効果により良好に合体することとなり、この合体した燃料噴霧がピストン14のキャビティ14a適正に向かい、点火プラグ28に導かれることとなり、点火プラグ28により確実に点火して適正な成層燃焼を実現することができる。
Further, in the fuel injection device and the internal combustion engine of the present embodiment, the fuel spray separation angle of the
また、本実施例の燃料噴射装置及び内燃機関では、第1、第2、第3噴射口45,46,47の燃料噴霧角度を同じ角度に設定している。従って、各噴射口45,46,47の燃料噴霧角度を同じ角度に設定した上で、中央の第2噴射口46の燃料噴霧縮み率を大きく設定することで、吸気行程中または圧縮行程中であっても、噴霧形態を最適形状に形成することができ、燃焼安定性を向上することができる。
In the fuel injection device and the internal combustion engine of the present embodiment, the fuel spray angles of the first, second, and
そして、本実施例の燃料噴射装置及び内燃機関では、インジェクタ27を吸気ポート18側に位置して下方に所定角度傾斜して設け、排気ポート19側に向けて燃焼室17に直接燃料を噴射可能としている。従って、吸気行程噴射では適正な均質燃焼を実現することができ、圧縮行程中では適正な成層燃焼を実現することができる。
In the fuel injection device and the internal combustion engine of the present embodiment, the
なお、上述した実施例では、第1、第2、第3噴射口45,46,47を、それぞれ噴射される燃料噴霧が上下に拡散するように上下に広角した扇形状に形成し、その噴霧角度βを同じ角度に設定したが、燃焼室17やピストン14におけるキャビティ14aの形状などに応じて、噴霧角度βを相違させたり、噴霧中心を上下にずらしたりしてもよい。
In the above-described embodiment, the first, second, and
また、上述した実施例では、インジェクタ27が吸気ポート18側に配置し、先端部を下方に所定角度傾斜して排気ポート19側に向けて燃料を噴射可能としたが、この構成に限定されるものではない。即ち、インジェクタ27を排気ポート19側に配置し、先端部を下方に所定角度傾斜し、吸気ポート18側に向けて燃料を噴射可能としてもよい。また、インジェクタ27を吸気ポート18と排気ポート19との間、つまり、燃焼室17の中央上部に配置し、先端部を下方に向けてピストン14のキャビティ14aに対して燃料を噴射可能としてもよい。
In the above-described embodiment, the
以上のように、本発明に係る燃料噴射装置は、内燃機関の運転状態に応じて最適な燃料噴霧形態を形成可能として燃焼安定性の向上を図るものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。 As described above, the fuel injection device according to the present invention is capable of forming an optimal fuel spray form in accordance with the operating state of the internal combustion engine so as to improve combustion stability, and is used for any type of internal combustion engine. Is also suitable.
10 エンジン(内燃機関)
17 燃焼室
27 インジェクタ(燃料噴射装置)
28 点火プラグ
35 電子制御ユニット(ECU)
41 ハウジング
44 サック部
45 第1噴射口
46 第2噴射口
47 第3噴射口
48 ニードル弁(噴射弁)
53 燃料通路
10 Engine (Internal combustion engine)
17
28
41
53 Fuel Passage
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