JP2009257216A - Fuel injection valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関(エンジン)において燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。 The present invention relates to a fuel injection valve that injects fuel in an internal combustion engine (engine).
ディーゼルエンジンや筒内直噴式ガソリンエンジンなどの内燃機関においては、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁(燃料噴射ノズル)が用いられている。一般的な燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴孔を備えたノズルボディと、このノズルボディの内部に往復移動可能に配設され、前記噴孔からの燃料の噴射を断続するニードルとを備えている(例えば、特許文献1及び2参照)。
In an internal combustion engine such as a diesel engine or an in-cylinder direct injection gasoline engine, a fuel injection valve (fuel injection nozzle) that injects fuel into the cylinder is used. A general fuel injection valve includes a nozzle body having an injection hole for injecting fuel, and a needle that is reciprocally disposed inside the nozzle body and intermittently injects fuel from the injection hole. (For example, see
筒内噴射式のエンジンにおいて、燃料噴射弁からエンジンの燃焼室に噴射される燃料噴霧の微粒化及び貫徹力(噴霧到達距離)は、エンジン出力及び排出ガスなどに大きく影響する。すなわち、燃料噴霧の微粒化が促進され、十分な貫徹力が得られると、燃料の燃焼状態が良好となり、燃費(燃料消費率)が向上するとともに、排気エミッションを低減できる。 In an in-cylinder injection type engine, atomization and penetration force (spray reach distance) of fuel spray injected from a fuel injection valve into a combustion chamber of the engine greatly affects engine output and exhaust gas. That is, when atomization of fuel spray is promoted and sufficient penetration force is obtained, the combustion state of the fuel becomes good, the fuel consumption (fuel consumption rate) is improved, and the exhaust emission can be reduced.
燃料噴射弁において燃料噴霧の微粒化等をはかる方法として、ノズルボディに形成する噴孔を小径化して燃料の噴射圧を高める方法がある。この場合、トータルの燃料噴射量を確保するために、例えば図5に示すように、ノズルボディ302に複数の噴孔(テーパ孔)321・・321を燃料流れの上下流方向に沿って設けている。なお、図5に示す燃料噴射弁301においては、ノズルボディ302の内部にニードル303が往復移動自在に収容されており、そのニードル303の往復移動により噴孔321・・321への燃料の流入または遮断(燃料噴射/停止)が行われる。
ところで、燃料噴射弁では、例えば図6に示すように、ノズルボディ内の燃料流路において燃料流れの下流側に向かう(図5のAからBに向かう)ほど噴孔入口燃圧が低くなるため、図5に示すように、ノズルボディ302に同一諸元(入口径及びテーパ率が同一)の噴孔321,321を配置した構造の燃料噴射弁301の場合、燃料流れの下流側の噴孔321から噴出する噴霧は粒径が拡大し、貫徹力が低下する傾向になるため、ノズル全体として不均一な噴霧となりやすく、燃焼状態が悪化する可能性がある。
By the way, in the fuel injection valve, for example, as shown in FIG. 6, the fuel pressure at the injection hole becomes lower toward the downstream side of the fuel flow (from A to B in FIG. 5) in the fuel flow path in the nozzle body. As shown in FIG. 5, in the case of a
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、燃料流れの上下流方向に沿って複数の噴孔が配置されたノズルボディを有する燃料噴射弁において、ノズル全体として均一な噴霧を実現することが可能な構造の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in a fuel injection valve having a nozzle body in which a plurality of injection holes are arranged along the upstream and downstream directions of fuel flow, uniform spraying is realized as a whole nozzle. An object is to provide a structure that can be used.
本発明は、内燃機関の燃料噴射に用いられる燃料噴射弁であって、燃料流路を通って供給される燃料を噴射する噴孔が燃料流れの上下流方向に複数配置されたノズルボディと、前記ノズルボディの内部に往復移動可能に配設され、前記燃料流路と前記噴孔との間を遮断または開放するニードルとを備えた燃料噴射弁を前提としており、このような燃料噴射弁において、前記燃料流れの下流側の噴孔の入口径を上流側の噴孔の入口径に対して大きく設定したことを特徴としている。 The present invention is a fuel injection valve used for fuel injection of an internal combustion engine, and a nozzle body in which a plurality of injection holes for injecting fuel supplied through a fuel flow path are arranged in the upstream and downstream directions of the fuel flow, It is premised on a fuel injection valve that is disposed inside the nozzle body so as to be reciprocally movable and has a needle that blocks or opens between the fuel flow path and the injection hole. The inlet diameter of the nozzle hole on the downstream side of the fuel flow is set larger than the inlet diameter of the nozzle hole on the upstream side.
本発明の具体的な構成として、燃料流れの上流側及び下流側の噴孔が、それぞれ、入口から出口に向かうに従って径が縮小するテーパ孔であり、燃料流れの下流側の噴孔の入口径を上流側の噴孔の入口径に対して大きく設定するという構成を挙げることができる。 As a specific configuration of the present invention, each of the upstream and downstream nozzle holes of the fuel flow is a tapered hole whose diameter decreases from the inlet toward the outlet, and the inlet diameter of the downstream nozzle hole of the fuel flow. Can be set larger than the inlet diameter of the upstream nozzle hole.
また、他の構成として、燃料流れの上流側の噴孔は径が一定のストレート孔であり、下流側の噴孔が入口から出口に向かうに従って径が縮小するテーパ孔であって、当該下流側の噴孔の入口径を上流側の噴孔の入口径に対して大きく設定するという構成を挙げることができる。 As another configuration, the nozzle hole on the upstream side of the fuel flow is a straight hole having a constant diameter, and the nozzle hole on the downstream side is a tapered hole whose diameter is reduced from the inlet toward the outlet, and the downstream side A configuration in which the inlet diameter of the nozzle hole is set larger than the inlet diameter of the upstream nozzle hole can be given.
本発明によれば、燃料流れの下流側の噴孔の入口径を上流側の噴孔の入口径に対して大きくしているので、ノズル全体の噴霧を均一にすることができる。すなわち、ノズルボディ(燃料流路)内において燃料流れの下流側の噴孔入口燃圧が低くても、燃料流れの下流側の噴孔の入口径を上流側の噴孔の入口径に対して大きく設定して下流側の噴孔の流量係数を大きくすることで、下流側の噴孔の噴射特性と上流側の噴孔の噴射特性とを揃えることが可能となり、ノズル全体として均一な噴霧を実現することができる。 According to the present invention, since the inlet diameter of the nozzle hole on the downstream side of the fuel flow is made larger than the inlet diameter of the nozzle hole on the upstream side, spraying of the entire nozzle can be made uniform. That is, even if the fuel pressure at the nozzle hole on the downstream side of the fuel flow in the nozzle body (fuel flow path) is low, the inlet diameter of the nozzle hole on the downstream side of the fuel flow is larger than the inlet diameter of the upstream nozzle hole. By setting and increasing the flow coefficient of the downstream nozzle hole, it is possible to align the injection characteristics of the downstream nozzle hole with the injection characteristics of the upstream nozzle hole, and achieve uniform spraying for the entire nozzle can do.
本発明によれば、燃料を噴射する噴孔が燃料流れの上下流方向に複数配置されたノズルボディを有する燃料噴射弁において、燃料流れの下流側の噴孔の入口径を上流側の噴孔の入口径に対して大きく設定しているので、ノズル全体として均一な噴霧を実現することができる。これによって燃焼状態を良好にすることができ、燃費及び排気エミッションの向上をはかることができる。 According to the present invention, in a fuel injection valve having a nozzle body in which a plurality of injection holes for injecting fuel are arranged in the upstream and downstream directions of the fuel flow, the inlet diameter of the injection hole on the downstream side of the fuel flow is set to the injection hole on the upstream side. Therefore, uniform spraying can be realized for the entire nozzle. As a result, the combustion state can be improved, and fuel consumption and exhaust emission can be improved.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明は、例えばディーゼルエンジンや筒内直噴式ガソリンエンジンなどの内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、燃料流れの上下流方向に沿って複数の噴孔が設けられたノズルボディと、そのノズルボディの内部に往復移動可能に配設され、前記噴孔からの燃料の噴射を断続するニードルとを備えた燃料噴射弁を前提としており、この構造の燃料噴射弁において、燃料流れの下流側の噴孔の入口径を上流側の噴孔の入口径に対して大きく設定することで、下流側の噴孔の噴射特性と上流側の噴孔の噴射特性とを揃える点に特徴がある。このような燃料噴射弁の具体的な構成(実施形態)について以下に説明する。 First, the present invention is a fuel injection valve that injects fuel into a cylinder of an internal combustion engine such as a diesel engine or an in-cylinder direct injection gasoline engine, and a plurality of injection holes are provided along the upstream and downstream directions of the fuel flow. A fuel injection valve provided with a nozzle body and a needle that is reciprocally movable inside the nozzle body and intermittently injects fuel from the nozzle hole. In this case, by setting the inlet diameter of the downstream nozzle hole larger than the inlet diameter of the upstream nozzle hole, the injection characteristic of the downstream nozzle hole and the injection characteristic of the upstream nozzle hole are obtained. There is a feature in aligning. A specific configuration (embodiment) of such a fuel injection valve will be described below.
−実施形態1−
図1は本発明の燃料噴射弁の一例の要部構造を示す縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing a main structure of an example of a fuel injection valve according to the present invention.
この例の燃料噴射弁1は、図示しないディーゼルエンジン等の内燃機関(以下、エンジンという)の各気筒毎に対応して搭載され、図示しない燃料ポンプの加圧室内で加圧されて高圧化された高圧燃料を、エンジンの各気筒の燃焼室内に直接噴射するタイプの燃料噴射弁であって、図1に示すように、ノズルボディ2とニードル3とを備えている。
The
ノズルボディ2は、有底の略中空円筒状に形成されており、このノズルボディ2の略中央にニードル3が収容されている。これらノズルボディ2の内周面2aとニードル3の外周面3aとの間に燃料流路20が形成されている。
The
ノズルボディ2には複数の噴孔21,22が燃料流れの上下流方向に沿って設けられている。これら燃料流れの上流側の噴孔21及び下流側の噴孔22は、それぞれ、ノズルボディ2の周方向の複数箇所(例えば8〜10箇所)に配置されている。なお、噴孔21,22の詳細については後述する。
The
ニードル3は中実円筒状の部材であって、円柱部31、円錐台部32及び円錐部33を有する。ニードル3はノズルボディ2の内部に軸方向に移動自在に配設されており、図示しないアクチュエータ(例えば、ソレノイド及び圧縮コイルばね等)によって往復移動される。そして、そのアクチュエータによってニードル3が噴孔21,22に対して離間する方向に移動すると、燃料流路20と噴孔21,22とが連通し、燃料流路20内の燃料が各噴孔21,22から噴射される。一方、ニードル3が噴孔21,22に接近する方向に移動すると、ニードル3の先端部(円錐台部32)がノズルボディ2の内周面2a(シート部)に当接し、これによって燃料流路20と噴孔21,22との間が遮断されて燃料噴射が停止される。
The
次に、ノズルボディ2の噴孔21,22について説明する。
Next, the
この例では、ノズルボディ2に、異なる諸元の2種類の噴孔21と噴孔22とが燃料流れの上下流方向に沿って配置されている。上流側の噴孔21と下流側の噴孔22とは、それぞれ、入口21a,22aから出口21b,22bに向かうに従って径が漸次縮小する円錐テーパ孔である。
In this example, two types of
これら上流側の噴孔21の出口21bの径と下流側の噴孔22の出口22bの径とは同じ(もしくは略同じ)であるが、下流側の噴孔22の入口22aの径(入口径)は、上流側の噴孔21の入口21aの径(入口径)に対して大きく設定されている。つまり、下流側の噴孔22のテーパ率が上流側の噴孔21のテーパ率に対して大きく設定されており、下流側の噴孔22の流量係数が上流側の噴孔21の流量係数よりも大きくなっている。
The diameter of the
そして、このようなノズル構造を採用することにより、例えば図6に示すような燃料流路内の燃圧分布を考慮し、上流側の噴孔21に対し下流側の噴孔22の入口燃圧が低くなる分を補償するように、下流側の噴孔22の流量係数(入口径)を上流側の噴孔21の流量係数よりも大きく設定することで、例えば図2の模式図に示すように、上流側の噴孔21と下流側の噴孔22との噴霧特性(微粒化・貫徹力)を揃えることができ、ノズル全体として均一な噴霧を実現することができる。これによって燃焼状態を良好にすることができ、燃費及び排気エミッションの向上をはかることができる。
By adopting such a nozzle structure, for example, the fuel pressure distribution in the fuel flow path as shown in FIG. 6 is considered, and the inlet fuel pressure of the
−実施形態2−
図3は本発明の燃料噴射弁の別の例の要部構造を示す縦断面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the structure of the main part of another example of the fuel injection valve of the present invention.
この例の燃料噴射弁101は、上記した実施形態と同様に、有底の略中空円筒状のノズルボディ102と、このノズルボディ102の内部に軸方向に沿って往復移動可能に配設された中実円筒状のニードル3とを備えており、これらノズルボディ102の内周面とニードル3の外周面との間に燃料流路120が形成されている。
The
ノズルボディ102には、異なる諸元の2種類の噴孔121と噴孔122とが燃料流れの上下流方向に沿って配置されている。
Two types of nozzle holes 121 and
燃料流れの上流側の噴孔121はストレート孔であって、入口121aの径と出口121bの径とが同じである。一方、下流側の噴孔122は、入口122aから出口122bに向かうに従って径が漸次縮小する円錐テーパ孔である。これら上流側の噴孔121の出口121bの径と下流側の噴孔122の出口122bの径とは同じ(もしくは略同じ)であるが、下流側の噴孔122の入口122aの径(入口径)は、上流側の噴孔121の入口121aの径(入口径)に対して大きく設定されており、下流側の噴孔122の流量係数が上流側の噴孔121の流量係数よりも大きくなっている。
The
そして、この例においても、例えば図6に示すような燃料流路内の燃圧分布を考慮し、燃料流れの上流側の噴孔121に対し下流側の噴孔122の入口燃圧が低くなる分を補償するように、下流側の噴孔122の流量係数(入口径)を上流側の噴孔121の流量係数よりも大きく設定することにより、上流側の噴孔121と下流側の噴孔122との噴霧特性(微粒化・貫徹力)を揃えることができ、ノズル全体として均一な噴霧を実現することができる。これによって燃焼状態を良好にすることができ、燃費及び排気エミッションの向上をはかることができる。
Also in this example, taking into account the fuel pressure distribution in the fuel flow path as shown in FIG. 6, for example, the fuel pressure at the inlet of the
−実施形態3−
図4は本発明の燃料噴射弁の別の例の要部構造を示す縦断面図である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the structure of the main part of another example of the fuel injection valve of the present invention.
この例の燃料噴射弁201は、上記した実施形態と同様に、有底の略中空円筒状のノズルボディ202と、このノズルボディ202の内部に軸方向に沿って往復移動可能に配設された中実円筒状のニードル3とを備えており、これらノズルボディ202の内周面とニードル3の外周面との間に燃料流路220が形成されている。
A
ノズルボディ202には、異なる諸元の2種類の噴孔221と噴孔222とが燃料流れの上下流方向に沿って配置されている。
In the
燃料流れの上流側の噴孔221は、入口221a側のテーパ孔部(面取り部)221cと、出口221b側のストレート孔部221dとによって構成されている。テーパ孔部221cはストレート孔部221dに向かうに従って径が漸次縮小している。下流側の噴孔222も、同様に、入口222a側のテーパ孔部(面取り部)222cと、出口222b側のストレート孔部222dとによって構成されている。テーパ孔部222cはストレート孔部222dに向かうに従って径が漸次縮小している。
The
これら上流側の噴孔221のストレート孔部221d(出口221b)の径と下流側の噴孔222のストレート孔部222d(出口222b)の径とは同じ(もしくは略同じ)であるが、下流側の噴孔222のテーパ孔部222cのテーパ率(面取り深さ)が上流側の噴孔221に対して大きく設定されている。つまり、下流側の噴孔222の入口222aの径(入口径)が上流側の噴孔221の入口221aの径(入口径)に対して大きく設定されており、下流側の噴孔222の流量係数が上流側の噴孔221の流量係数よりも大きくなっている。
The diameter of the
そして、この例においても、例えば図6に示すような燃料流路内の燃圧分布を考慮し、燃料流れの上流側の噴孔221に対し下流側の噴孔222の入口燃圧が低くなる分を補償するように、下流側の噴孔222の流量係数(入口径)を上流側の噴孔221の流量係数よりも大きく設定することにより、上流側の噴孔221と下流側の噴孔222との噴霧特性(微粒化・貫徹力)を揃えることができ、ノズル全体として均一な噴霧を実現することができる。これによって燃焼状態を良好にすることができ、燃費及び排気エミッションの向上をはかることができる。
Also in this example, taking into account the fuel pressure distribution in the fuel flow path as shown in FIG. 6, for example, the fuel pressure at the inlet of the
ここで、以上の実施形態では、燃料流れ方向に沿って諸元が異なる2種類の噴孔を設けたノズルボディを有する燃料噴射弁について説明したが、これに限られることなく、燃料流れ方向に沿って諸元が異なる3種類以上の噴孔を設けたノズルボディを有する燃料噴射弁にも適用可能である。この場合、燃料流れ方向における最上流の噴孔の入口径を最小とし、この最上流の噴孔の下流側の各噴孔の入口径(流量係数)を、燃料流れ方向の下流側に向かうに従って順次大きくしていくことで、ノズルボディの全ての噴孔の噴霧特性を揃えるようにすればよい。 Here, in the above embodiment, the fuel injection valve having the nozzle body provided with two types of nozzle holes having different specifications along the fuel flow direction has been described. The present invention can also be applied to a fuel injection valve having a nozzle body provided with three or more types of injection holes having different specifications along the same. In this case, the inlet diameter of the uppermost nozzle hole in the fuel flow direction is minimized, and the inlet diameter (flow coefficient) of each nozzle hole downstream of the uppermost nozzle hole is reduced toward the downstream side in the fuel flow direction. By increasing the size sequentially, the spray characteristics of all the nozzle holes of the nozzle body may be made uniform.
なお、本発明の燃料噴射弁は、ディーゼルエンジンや筒内直噴式ガソリンエンジンのほは、ポート噴射式エンジンに適用することも可能である。 Note that the fuel injection valve of the present invention can be applied to a port injection type engine as well as a diesel engine or an in-cylinder direct injection type gasoline engine.
1 燃料噴射弁
2 ノズルボディ
2a 内周面
20 燃料流路
21 上流側の噴孔
21a 入口
21b 出口
22 下流側の噴孔
22a 入口
22b 出口
3 ニードル
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記燃料流れの下流側の噴孔の入口径が上流側の噴孔の入口径に対して大きいことを特徴とする燃料噴射弁。 A fuel injection valve used for fuel injection of an internal combustion engine, wherein a plurality of nozzle holes for injecting fuel supplied through a fuel flow path are arranged in the upstream and downstream directions of the fuel flow, and the nozzle body In a fuel injection valve provided with a needle that is disposed so as to be reciprocally movable inside and that cuts off or opens between the fuel flow path and the injection hole.
A fuel injection valve, wherein an inlet diameter of a downstream nozzle hole of the fuel flow is larger than an inlet diameter of an upstream nozzle hole.
前記燃料流れの上流側及び下流側の噴孔が、それぞれ、入口から出口に向かうに従って径が縮小するテーパ孔であり、当該燃料流れの下流側の噴孔の入口径が上流側の噴孔の入口径に対して大きいことを特徴とする燃料噴射弁。 The fuel injection valve according to claim 1, wherein
The upstream and downstream nozzle holes of the fuel flow are tapered holes each having a diameter that decreases from the inlet toward the outlet, and the inlet diameter of the downstream nozzle hole of the fuel flow is that of the upstream nozzle hole. A fuel injection valve characterized by being larger than the inlet diameter.
前記燃料流れの上流側の噴孔は径が一定のストレート孔であり、下流側の噴孔が入口から出口に向かうに従って径が縮小するテーパ孔であって、当該下流側の噴孔の入口径が上流側の噴孔の入口径に対して大きいことを特徴とする燃料噴射弁。 The fuel injection valve according to claim 1, wherein
The upstream nozzle hole of the fuel flow is a straight hole having a constant diameter, and the downstream nozzle hole is a tapered hole whose diameter decreases from the inlet toward the outlet, and the inlet diameter of the downstream nozzle hole A fuel injection valve characterized in that is larger than the inlet diameter of the upstream injection hole.
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