JP2011247172A - Fuel injection device - Google Patents

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JP2011247172A JP2010121013A JP2010121013A JP2011247172A JP 2011247172 A JP2011247172 A JP 2011247172A JP 2010121013 A JP2010121013 A JP 2010121013A JP 2010121013 A JP2010121013 A JP 2010121013A JP 2011247172 A JP2011247172 A JP 2011247172A
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Tatsuo Kobayashi
辰夫 小林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily reduce spray particle size.SOLUTION: A fuel injection device includes a fuel injection valve connected to an ECU, a crank angle sensor, a cylinder pressure sensor and a knocking sensor. The fuel injection valve includes an air introduction passage for introducing air together with swirling fuel into a swirl stabilization chamber provided at an end portion. The air introduction passage is connected to a surge tank through an air pipe on which an air pump and a control valve are arranged. The ECU reduces the supply pressure of air to be introduced into the swirl stabilization chamber by controlling the air pump and the control valve when a crank angle at which the cylinder pressure reaches a peak is observed later than the crank angle forming a threshold on the basis of data acquired from the crank angle sensor and the cylinder pressure sensor. When knocking is observed by the knocking sensor, the ECU increases the supply pressure of air to be introduced into the swirl stabilization chamber by controlling the air pump and the control valve. Air bubbles of the amount corresponding to a fuel amount are generated to atomize the fuel.

Description

本発明は燃料噴射装置に関する。   The present invention relates to a fuel injection device.

従来、燃焼室内での燃料と空気との混合を促進することを目的とした提案がされている。例えば、ノズル本体の中空穴の壁面と針弁の摺動面との間に螺旋状通路が形成された燃料噴射ノズルが提案されている(例えば、特許文献1)。この提案において、螺旋状通路を通過した燃料は、ノズル本体の先端部に設けられた燃料溜まりで回転流となって加速される。そして、燃料は、単噴孔の接線方向速度を持ち、燃焼室内に拡散して空気との混合が行われるとしている。   Conventionally, proposals aimed at promoting the mixing of fuel and air in the combustion chamber have been made. For example, a fuel injection nozzle in which a spiral passage is formed between a wall surface of a hollow hole of a nozzle body and a sliding surface of a needle valve has been proposed (for example, Patent Document 1). In this proposal, the fuel that has passed through the spiral passage is accelerated as a rotating flow in a fuel reservoir provided at the tip of the nozzle body. The fuel has a tangential velocity of the single injection hole and is diffused into the combustion chamber to be mixed with air.

特開平10−141183号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-141183

ところで、内燃機関の燃費や排気エミッションの改善に対し、噴射燃料の噴霧粒径の微細化が有効であることが知られている。前記特許文献1は、燃料と空気との混合を促進することができるものであるが、その混合は、燃焼室内で行われるため、点火までに燃料の十分な微粒化、霧化が行われず、燃料の壁面付着のおそれがあった。   By the way, it is known that refinement of the spray particle diameter of the injected fuel is effective for improving the fuel consumption and exhaust emission of the internal combustion engine. Although the said patent document 1 can accelerate | stimulate mixing with fuel and air, since the mixing is performed in a combustion chamber, sufficient atomization of fuel and atomization are not performed by ignition, There was a risk of fuel adhering to the wall.

そこで本発明は、噴霧粒径の微細化を促進することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to promote refinement | miniaturization of the spray particle size.

上記課題を解決するために本明細書開示の燃料噴射装置は、先端部に噴孔が設けられたノズルボディと、前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、前記ノズルボディとの間に燃料導入路を形成するとともに、前記ノズルボディ内の着座位置に着座するシート部を備えたニードルと、前記ニードルの前記シート部の上流側に形成され、前記燃料導入路から導入された燃料に旋回成分を付与する螺旋溝が形成された旋回流生成部と、前記ノズルボディの先端部に形成され、前記旋回流生成部を通過した燃料が導入される旋回安定室と、前記旋回安定室内に空気を導入する空気導入手段と、を備えた燃料噴射弁と、前記旋回安定室に導入される燃料に対する気泡濃度を認識する気泡濃度認識手段と、前記気泡濃度認識手段によって認識された気泡濃度に基づいて前記旋回安定室へ導入される空気供給圧力を調整する空気圧調整手段と、を、備えたことを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, a fuel injection device disclosed in the present specification includes a nozzle body having a nozzle hole provided at a tip portion thereof, and is slidably disposed in the nozzle body, and a fuel is provided between the nozzle body and the nozzle body. A needle having a seat portion that is seated at a seating position in the nozzle body while forming an introduction path, and a swirl component formed in the fuel introduced from the fuel introduction path, formed upstream of the seat portion of the needle A swirl flow generating portion in which a spiral groove is formed, a swirl stabilizing chamber formed at the tip of the nozzle body, into which fuel that has passed through the swirl flow generating portion is introduced, and air in the swirl stabilizing chamber A fuel injection valve comprising: an air introducing means for introducing; a bubble concentration recognizing means for recognizing a bubble concentration with respect to the fuel introduced into the swirl stabilizing chamber; and a bubble recognized by the bubble concentration recognizing means. A pneumatic adjusting means for adjusting the air supply pressure to be introduced into the cornering stability chamber based on the time, and is characterized by comprising.

燃料導入路から螺旋溝に導入された燃料は、旋回安定室内で旋回流を形成する。燃料が作り出す旋回流の中心付近は圧力が低下する。この圧力が低下した領域に、空気導入手段を通じて空気が導入される。導入された空気は、燃料中に微細気泡を作り出す。空気は、圧力が低下した領域に導入されるため、高圧燃料が供給される旋回安定室内に容易に導入することができる。空気は、内燃機関本体の外部、例えば、サージタンクから導入することができ、また、燃焼室内に残留した既燃ガスが、空気として導入されるようにすることもできる。   The fuel introduced into the spiral groove from the fuel introduction path forms a swirl flow in the swirl stabilizing chamber. The pressure drops near the center of the swirling flow created by the fuel. Air is introduced into the region where the pressure is reduced through the air introduction means. The introduced air creates fine bubbles in the fuel. Since air is introduced into the area where the pressure has decreased, it can be easily introduced into the swirl stabilizing chamber to which high-pressure fuel is supplied. The air can be introduced from the outside of the internal combustion engine body, for example, from a surge tank, or the burned gas remaining in the combustion chamber can be introduced as air.

燃料の旋回流速は、旋回安定室内において、中心側が速く、壁面に近づくに従って、遅くなる。また、旋回安定室内において、内部の圧力は、中心側が低圧であり、壁面に近づくに従って、高圧となる。このような環境下、微細気泡は、粒径が小さいほど、壁面側に集中して存在する。このように粒径の小さい微細気泡が集中して存在する領域に噴孔を設けておくことにより、微細気泡を噴射することができる。噴射された微細気泡は、噴射された後、破裂し、微粒化した燃料となる。   The swirl flow velocity of the fuel is faster on the center side in the swirl stabilizing chamber and becomes slower as it approaches the wall surface. Further, in the turning stable chamber, the internal pressure is low on the center side and becomes high as it approaches the wall surface. Under such circumstances, the fine bubbles are more concentrated on the wall surface side as the particle size is smaller. By providing the injection holes in the region where the fine bubbles having a small particle diameter are concentrated, the fine bubbles can be ejected. The injected fine bubbles are ruptured and become atomized fuel after being injected.

このように、燃料中に発生した微細気泡は、噴孔から噴射される際に、気泡の気液境界面にある燃料によって殻状の膜を持った燃料バブルを形成する。このとき、燃料の表面張力により、燃料バブルの膜厚は一定かつ一様となる。このため、余分な燃料は微細気泡が混入した状態の元の燃料中に残存し、次回以降の燃料バブルの形成に用いられる。このように、一つの微細気泡が一つの燃料バブルを形成するのに必要な燃料の量はほぼ一定となる。このため、燃料と混合される気泡の量は、燃料量に対して適切な量であることが求められる。従って、燃料量が多い場合は、多量の気泡量が必要となり、一方、燃料量が少ない場合は、少量の気泡量で済む。気泡量が多すぎれば気泡が密になって気泡間の液膜が薄くなり、気泡の結合が起こってしまうことが考えられる。一方、気泡量が少なすぎれば、単なる液滴として噴射されてしまう燃料が存在し、粒径の大きい噴霧となってしまうおそれがある。気泡数は、供給空気量が増せば増える。また、供給空気量は、空気圧に応じて変化する。そこで、本明細書開示の内燃機関の噴射制御装置は、燃料量に対する適切な気泡量となるように、空気供給圧力を調整する。   As described above, when the fine bubbles generated in the fuel are injected from the injection hole, a fuel bubble having a shell-like film is formed by the fuel at the gas-liquid interface of the bubbles. At this time, the film thickness of the fuel bubble is constant and uniform due to the surface tension of the fuel. For this reason, excess fuel remains in the original fuel in a state where fine bubbles are mixed, and is used for the formation of fuel bubbles from the next time. Thus, the amount of fuel required for one fine bubble to form one fuel bubble is substantially constant. For this reason, it is calculated | required that the quantity of the bubble mixed with a fuel is an appropriate quantity with respect to the amount of fuel. Therefore, when the amount of fuel is large, a large amount of bubbles is required, whereas when the amount of fuel is small, a small amount of bubbles is sufficient. If the amount of air bubbles is too large, the air bubbles become dense and the liquid film between the air bubbles becomes thin, and it is considered that the air bubbles are coupled. On the other hand, if the amount of bubbles is too small, there is a fuel that is ejected as mere droplets, which may result in a spray with a large particle size. The number of bubbles increases as the amount of supplied air increases. Further, the amount of supplied air changes according to the air pressure. Therefore, the internal combustion engine injection control device disclosed in the present specification adjusts the air supply pressure so as to obtain an appropriate amount of bubbles relative to the amount of fuel.

前記気泡濃度認識手段は、クランク角とともに筒内圧を観測し、前記空気圧調整手段は、前記気泡濃度認識手段により、ピーク筒内圧となったクランク角が閾値となるクランク角よりも遅れて観測されたときに、前記空気供給圧力を低下させることができる。例えば、クランク角センサと筒内圧センサにより、クランク角と筒内圧を観測する。ピーク筒内圧となったクランク角が所定のクランク角よりも遅れている場合、燃料量に対して気泡数が過多の状態であると考えることができる。そこで、この場合、空気供給圧力を低下させる操作を行う。これにより、気泡量を減少させ、燃料量と気泡量との整合を図ることができる。   The bubble concentration recognizing means observed the in-cylinder pressure together with the crank angle, and the air pressure adjusting means was observed by the bubble concentration recognizing means later than the crank angle at which the crank angle at which the peak in-cylinder pressure was reached became a threshold value. Sometimes the air supply pressure can be reduced. For example, a crank angle and an in-cylinder pressure sensor are used to observe the crank angle and the in-cylinder pressure. When the crank angle at which the peak in-cylinder pressure is reached is delayed from a predetermined crank angle, it can be considered that the number of bubbles is excessive with respect to the fuel amount. Therefore, in this case, an operation for reducing the air supply pressure is performed. Thereby, the amount of bubbles can be reduced, and the fuel amount and the amount of bubbles can be matched.

前記気泡濃度認識手段は、内燃機関に発生するノッキングを観測し、前記空気圧調整手段は、前記気泡濃度認識手段により、ノッキングが観測されたときに、前記空気供給圧を上昇させることができる。例えば、ノッキングセンサにより、ノッキングの発生を観測する。ノッキングの発生が観測された場合、燃料量に対して気泡数が過少の状態であると考えることができる。そこで、この場合、空気供給圧力を上昇させる操作を行う。これにより、気泡量を増量し、燃料量と気泡量との整合を図ることができる。   The bubble concentration recognition means can observe knocking occurring in the internal combustion engine, and the air pressure adjusting means can increase the air supply pressure when knocking is observed by the bubble concentration recognition means. For example, the occurrence of knocking is observed with a knocking sensor. When the occurrence of knocking is observed, it can be considered that the number of bubbles is too small relative to the amount of fuel. Therefore, in this case, an operation for increasing the air supply pressure is performed. Thereby, the amount of bubbles can be increased, and the fuel amount and the amount of bubbles can be matched.

前記空気導入手段は、前記ニードルの内部に形成された空気導入路であり、前記空気圧調整手段は、前記空気導入路へ導入する空気の圧力を調整することができる。例えば、空気導入路とサージタンクとを接続し、この接続経路中に、空気ポンプを設置することによって空気圧を調整することができる。空気ポンプとともに、前記接続経路に制御弁や、空気圧センサを設け、これらを協働させて空気圧を調整するようにすることもできる。   The air introducing means is an air introducing path formed inside the needle, and the air pressure adjusting means can adjust the pressure of air introduced into the air introducing path. For example, the air pressure can be adjusted by connecting an air introduction path and a surge tank and installing an air pump in the connection path. Along with the air pump, a control valve and an air pressure sensor can be provided in the connection path, and these can be cooperated to adjust the air pressure.

前記空気導入手段は、前記旋回安定室と燃焼室とを連通する連通孔であり、前記空気圧調整手段は、吸気行程初期に開始される燃料噴射の開始時期を噴射燃料量の増加に伴って進角させることができる。気泡を発生させる空気として既燃ガスを用いる場合に、空気の導入量を増加するためには、筒内圧が高いタイミングで燃料噴射すればよい。吸気行程初期に開始される燃料噴射の開始時期を進角させると、筒内圧が高いタイミングで燃料噴射を開始することになる。従って、燃料量の増加に伴って、進角量を増すことにより、燃料量と気泡量との整合を図ることができる。   The air introducing means is a communication hole that connects the swirl stabilizing chamber and the combustion chamber, and the air pressure adjusting means advances the start timing of fuel injection that is started in the initial stage of the intake stroke as the amount of injected fuel increases. Can be horned. When burnt gas is used as air for generating bubbles, in order to increase the amount of air introduced, fuel injection may be performed at a timing when the in-cylinder pressure is high. If the start timing of the fuel injection that is started at the beginning of the intake stroke is advanced, the fuel injection is started at a timing when the in-cylinder pressure is high. Therefore, the fuel quantity and the bubble quantity can be matched by increasing the advance amount as the fuel quantity increases.

本明細書に開示された燃料噴射弁によれば、噴射される燃料に微細気泡を混入させ、噴霧粒径の微細化を促進することができる。   According to the fuel injection valve disclosed in the present specification, fine bubbles can be mixed into the injected fuel, and the atomization of the spray particle size can be promoted.

図1は実施例1の燃料噴射装置を備えたエンジンシステムの一構成例を示した図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an engine system including the fuel injection device according to the first embodiment. 図2は実施例1の燃料噴射弁のノズルボディとニードルとを分離した状態を示す説明図であり、図2(B)は実施例の燃料噴射弁のノズルボディにニードルを組み合わせた状態を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a state where the nozzle body and needle of the fuel injection valve of the first embodiment are separated, and FIG. 2B shows a state where the needle is combined with the nozzle body of the fuel injection valve of the first embodiment. It is explanatory drawing. 図3は実施例1の燃料噴射弁が備えるニードルの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a needle included in the fuel injection valve according to the first embodiment. 図4は実施例1の燃料噴射装置が行う制御の一例を示すフロー図である。FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of control performed by the fuel injection device according to the first embodiment. 図5はクランク角とピーク筒内圧との関係を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the crank angle and the peak in-cylinder pressure. 図6は実施例1の燃料噴射装置が行う制御の一例を示すフロー図である。FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of control performed by the fuel injection device according to the first embodiment. 図7は実施例2の燃料噴射弁の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a fuel injection valve according to the second embodiment. 図8はエンジンのP−V線図である。FIG. 8 is a PV diagram of the engine. 図9は燃料噴射装置の制御に用いられるマップの一例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a map used for control of the fuel injection device.

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されている場合もある。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, in the drawings, the dimensions, ratios, and the like of each part may not be shown so as to completely match the actual ones. Further, details may be omitted depending on the drawings.

本明細書開示の実施例1について図面を参照しつつ説明する。図1は、燃料噴射制御弁30を含む燃料噴射装置2を搭載したエンジンシステム1の一構成例を示した図である。なお、図1にはエンジン100の一部の構成のみが示されている。   Embodiment 1 of the present disclosure will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an engine system 1 in which a fuel injection device 2 including a fuel injection control valve 30 is mounted. FIG. 1 shows only a part of the configuration of the engine 100.

図1に示すエンジンシステム1は、動力源であるエンジン100を備えており、エンジン100の運転動作を総括的に制御するエンジンECU(Electronic Control Unit)10を備えている。エンジンシステム1は、エンジン100の燃焼室11内へ燃料を噴射する燃料噴射弁30を備えている。エンジンECU10は、制御部の機能を備える。エンジンECU10は、演算処理を行うCPU(Central Processing Unit)と、プログラム等を記憶するROM(Read Only Memory)と、データ等を記憶するRAM(Random Access Memory)やNVRAM(Non Volatile RAM)と、を備えるコンピュータである。   An engine system 1 shown in FIG. 1 includes an engine 100 that is a power source, and includes an engine ECU (Electronic Control Unit) 10 that comprehensively controls the operation of the engine 100. The engine system 1 includes a fuel injection valve 30 that injects fuel into the combustion chamber 11 of the engine 100. The engine ECU 10 has a function of a control unit. The engine ECU 10 includes a CPU (Central Processing Unit) that performs arithmetic processing, a ROM (Read Only Memory) that stores programs, a RAM (Random Access Memory) and NVRAM (Non Volatile RAM) that store data and the like. Computer.

エンジン100は、車両に搭載されるエンジンであって、燃焼室11を構成するピストン12を備えている。ピストン12は、エンジン100のシリンダに摺動自在に嵌合されている。そして、ピストン12は、コネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフトに連結されている。   The engine 100 is an engine mounted on a vehicle and includes a piston 12 that constitutes a combustion chamber 11. Piston 12 is slidably fitted to a cylinder of engine 100. And the piston 12 is connected with the crankshaft which is an output shaft member via the connecting rod.

吸気ポート13から燃焼室11内へ流入した吸入空気は、ピストン12の上昇運動により燃焼室11内で圧縮される。エンジンECU10は、クランク角センサからのピストン12の位置、および吸気カム角センサからのカム軸回転位相の情報に基づき、燃料噴射タイミングを決定し燃料噴射弁30に信号を送る。燃料噴射弁30は、エンジンECU10の信号に従って、指示された噴射タイミングで燃料を噴射する。燃料噴射弁30より噴射された燃料は、霧化して圧縮された吸入空気と混合される。そして、吸入空気と混合された燃料は、点火プラグ18によって点火されることで燃焼し、燃焼室11内を膨張させてピストン12を下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフトの軸回転に変更されることにより、エンジン100は動力を得る。   The intake air flowing into the combustion chamber 11 from the intake port 13 is compressed in the combustion chamber 11 by the upward movement of the piston 12. The engine ECU 10 determines the fuel injection timing based on the position of the piston 12 from the crank angle sensor and the information of the cam shaft rotation phase from the intake cam angle sensor, and sends a signal to the fuel injection valve 30. The fuel injection valve 30 injects fuel at an instructed injection timing in accordance with a signal from the engine ECU 10. The fuel injected from the fuel injection valve 30 is mixed with the atomized and compressed intake air. Then, the fuel mixed with the intake air is burned by being ignited by the spark plug 18, expands in the combustion chamber 11, and lowers the piston 12. The descending motion is changed to the shaft rotation of the crankshaft through the connecting rod, whereby the engine 100 obtains power.

燃焼室11には、それぞれ燃焼室11と連通する吸気ポート13と、吸気ポート13に連結し、吸入空気を吸気ポート13から燃焼室11へと導く吸気通路14とが接続されている。更に、各気筒の燃焼室11には、それぞれ燃焼室11と連通する排気ポート15と、燃焼室で発生した排気ガスをエンジン100の外部へと導く排気通路16が接続されている。吸気通路14には、サージタンク22が配置されている。   Connected to the combustion chamber 11 are an intake port 13 that communicates with the combustion chamber 11 and an intake passage 14 that is connected to the intake port 13 and guides intake air from the intake port 13 to the combustion chamber 11. Further, an exhaust port 15 communicating with the combustion chamber 11 and an exhaust passage 16 for guiding exhaust gas generated in the combustion chamber to the outside of the engine 100 are connected to the combustion chamber 11 of each cylinder. A surge tank 22 is disposed in the intake passage 14.

吸気通路14には、エアフロメータ、スロットルバルブ17およびスロットルポジションセンサが設置されている。エアフロメータおよびスロットルポジションセンサは、それぞれ吸気通路14を通過する吸入空気量、スロットルバルブ17の開度を検出し、検出結果をエンジンECU10に送信する。エンジンECU10は、送信された検出結果に基づいて吸気ポート13および燃焼室11へ導入される吸入空気量を認識し、スロットルバルブ17の開度を調整することで吸入空気量を調節する。   An air flow meter, a throttle valve 17 and a throttle position sensor are installed in the intake passage 14. The air flow meter and the throttle position sensor detect the amount of intake air passing through the intake passage 14 and the opening of the throttle valve 17, respectively, and transmit the detection results to the engine ECU 10. The engine ECU 10 recognizes the intake air amount introduced into the intake port 13 and the combustion chamber 11 based on the transmitted detection result, and adjusts the intake air amount by adjusting the opening of the throttle valve 17.

スロットルバルブ17は、ステップモータを用いたスロットルバイワイヤ方式を適用することが好ましいが、例えばステップモータの代わりにワイヤなどを介してアクセルペダル(図示しない)と連動し、スロットルバルブ17の開度が変更されるような機械式スロットル機構を適用することもできる。   The throttle valve 17 preferably employs a throttle-by-wire system using a step motor. For example, the opening of the throttle valve 17 is changed in conjunction with an accelerator pedal (not shown) via a wire instead of a step motor. A mechanical throttle mechanism as described above can also be applied.

排気通路16には、ターボチャージャ19が設置されている。ターボチャージャ19は、排気通路16を流通する排気ガスの運動エネルギーを利用してタービンを回転させ、エアクリーナーを通過した吸入空気を圧縮してインタークーラへと送り込む。圧縮された吸入空気は、インタークーラで冷却された後に一旦サージタンク22に貯留され、その後、吸気通路14へと導入される。この場合、エンジン100は、ターボチャージャ19を備える過給機付エンジンに限られず、自然吸気(Natural Aspiration)エンジンであってもよい。   A turbocharger 19 is installed in the exhaust passage 16. The turbocharger 19 uses the kinetic energy of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 16 to rotate the turbine, compresses the intake air that has passed through the air cleaner, and sends it to the intercooler. The compressed intake air is cooled by the intercooler, temporarily stored in the surge tank 22, and then introduced into the intake passage 14. In this case, the engine 100 is not limited to a supercharged engine including the turbocharger 19 and may be a natural aspiration engine.

ピストン12は、その頂面にキャビティを有する。キャビティは、燃料噴射弁30の方向から点火プラグ18の方向へと連続するなだらかな曲面によってその壁面が形成されており、燃料噴射弁30から噴射された燃料を壁面形状に沿って点火プラグ18近傍へと導く。この場合、ピストン12は、その頂面の中央部分に円環状にキャビティが形成されるリエントラント型燃焼室等、エンジン100の仕様に応じて任意の位置・形状でキャビティを形成することができる。   The piston 12 has a cavity on its top surface. A wall surface of the cavity is formed by a gentle curved surface continuous from the direction of the fuel injection valve 30 to the direction of the ignition plug 18, and the fuel injected from the fuel injection valve 30 is adjacent to the ignition plug 18 along the wall shape. Lead to. In this case, the piston 12 can form a cavity at an arbitrary position and shape according to the specifications of the engine 100, such as a reentrant combustion chamber in which a cavity is formed in an annular shape in the central portion of the top surface.

燃料噴射弁30は、吸気ポート13下部の燃焼室11に斜め方向に装着されている。燃料噴射弁30は、エンジンECU10の指示に基づいて、燃料ポンプから燃料流路を通じて高圧供給された燃料をノズルボディ31先端部の円周方向に等間隔で設けられた噴孔32より燃焼室11内へ直接噴射する。噴射された燃料は、燃焼室11内で霧化し吸入空気と混合されつつキャビティの形状に沿って点火プラグ18近傍へと導かれる。燃料噴射弁30のリーク燃料は、リリーフ弁からリリーフ配管を通じて燃料タンクへと戻される。   The fuel injection valve 30 is attached to the combustion chamber 11 below the intake port 13 in an oblique direction. The fuel injection valve 30 is based on an instruction from the engine ECU 10, and the fuel supplied from the fuel pump through the fuel flow path through the fuel flow path is injected into the combustion chamber 11 from the nozzle holes 32 provided at equal intervals in the circumferential direction of the tip of the nozzle body 31. Inject directly into. The injected fuel is atomized in the combustion chamber 11 and mixed with the intake air, and is guided to the vicinity of the spark plug 18 along the shape of the cavity. The leaked fuel from the fuel injection valve 30 is returned from the relief valve to the fuel tank through the relief pipe.

この場合、燃料噴射弁30は、吸気ポート13下部に限られず燃焼室11の任意の位置に設置することができる。更に、燃料噴射弁30は、燃焼室11に限られず吸気ポート13に設けてもよいし、燃焼室11と吸気ポート13との両方に設けてもよい。   In this case, the fuel injection valve 30 is not limited to the lower portion of the intake port 13 and can be installed at an arbitrary position in the combustion chamber 11. Further, the fuel injection valve 30 is not limited to the combustion chamber 11 and may be provided in the intake port 13, or may be provided in both the combustion chamber 11 and the intake port 13.

なお、エンジン100は、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンに限られず、軽油を燃料とするディーゼルエンジン、ガソリンとアルコールとを任意の割合で混合した燃料を使用するフレキシブルフューエルエンジンのいずれでもよい。また、エンジンシステム1は、エンジン100と複数の電動モータとを組み合わせたハイブリッドシステムであってもよい。   Engine 100 is not limited to a gasoline engine using gasoline as a fuel, and may be any of a diesel engine using light oil as a fuel and a flexible fuel engine using a fuel in which gasoline and alcohol are mixed at an arbitrary ratio. The engine system 1 may be a hybrid system that combines the engine 100 and a plurality of electric motors.

つづいて、本発明の一実施例である燃料噴射弁30の内部構成について詳細に説明する。図2(A)は実施例の燃料噴射弁30のノズルボディ31とニードル33とを分離した状態を示す説明図である。図2(B)は実施例の燃料噴射弁30のノズルボディ31にニードル33を組み合わせた状態を示す説明図である。なお、図2(A)、図2(B)には燃料噴射弁30の先端部分の構成のみを示している。   Next, the internal configuration of the fuel injection valve 30 according to an embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 2A is an explanatory view showing a state where the nozzle body 31 and the needle 33 of the fuel injection valve 30 of the embodiment are separated. FIG. 2B is an explanatory view showing a state in which the needle 33 is combined with the nozzle body 31 of the fuel injection valve 30 of the embodiment. 2A and 2B show only the configuration of the tip portion of the fuel injection valve 30. FIG.

燃料噴射弁30は、先端部に噴孔32が設けられたノズルボディ31を備えている。噴孔32の入口は、後述する旋回安定室45の底面と側面とが交差する角部に開口している。ノズルボディ31は、内部にシート位置31aを備えている。また、燃料噴射弁30は、このノズルボディ31内に摺動自在に配置されたニードル33を備えている。ニードル33は、図2(B)に示すように、ノズルボディ31との間に燃料導入路34を形成する。ニードル33は、先端側に第1の偏心抑制部35を備えており、その先端側にノズルボディ31の内部のシート位置31aに着座するシート部33aを備えている。第1の偏心抑制部35は、ノズルボディ31の内周壁とわずかな隙間を保ってノズルボディ31内に嵌め込まれることによってニードル33の偏心を抑制する。ニードル33は、ピエゾアクチュエータで駆動される。   The fuel injection valve 30 includes a nozzle body 31 having a nozzle hole 32 provided at the tip. The inlet of the nozzle hole 32 is opened at a corner where a bottom surface and a side surface of a swirl stabilizing chamber 45 described later intersect. The nozzle body 31 includes a sheet position 31a inside. The fuel injection valve 30 includes a needle 33 that is slidably disposed in the nozzle body 31. The needle 33 forms a fuel introduction path 34 between the nozzle body 31 and the needle 33 as shown in FIG. The needle 33 includes a first eccentricity suppressing portion 35 on the distal end side, and includes a seat portion 33 a that sits on the seat position 31 a inside the nozzle body 31 on the distal end side. The first eccentricity suppressing unit 35 suppresses the eccentricity of the needle 33 by being fitted into the nozzle body 31 while maintaining a slight gap with the inner peripheral wall of the nozzle body 31. The needle 33 is driven by a piezo actuator.

ニードル33は、第1の偏心抑制部35に旋回流生成部36を備えている。旋回流生成部36は、シート部33aの上流側に形成されている。旋回流生成部36には、燃料導入路34から導入された燃料に旋回成分を付与する螺旋溝36aを備えている。螺旋溝36aは一列以上であればよく、本実施例では2列の螺旋溝36aが設けられている。   The needle 33 includes a swirl flow generating unit 36 in the first eccentricity suppressing unit 35. The swirl flow generator 36 is formed on the upstream side of the seat portion 33a. The swirl flow generator 36 includes a spiral groove 36 a that imparts a swirl component to the fuel introduced from the fuel introduction path 34. The spiral grooves 36a may be in one or more rows, and in this embodiment, two rows of spiral grooves 36a are provided.

ニードル33の内部には、図3に示すように後述する旋回安定室45内に空気を導入する空気導入手段としての空気導入路37が形成されている。空気導入路37の出口側の口部38は、ニードル33の先端部に位置している。空気導入路37は、燃料と同様に燃料噴射弁30の基端側から先端側に向かって空気を導入する。空気導入路37の口部38の近傍には、スプリング40で付勢された球状のチェック弁39が備えられている。チェック弁39は、後述する旋回安定室45内が負圧状態となったときに開弁する。   Inside the needle 33, as shown in FIG. 3, an air introduction path 37 is formed as air introduction means for introducing air into a swirl stabilizing chamber 45 described later. The outlet 38 on the outlet side of the air introduction path 37 is located at the tip of the needle 33. The air introduction path 37 introduces air from the base end side of the fuel injection valve 30 toward the front end side, similarly to the fuel. A spherical check valve 39 urged by a spring 40 is provided in the vicinity of the mouth portion 38 of the air introduction path 37. The check valve 39 is opened when the inside of a turning stable chamber 45 described later is in a negative pressure state.

ニードル33は、第1の偏心抑制部35よりも基端側に第2の偏心抑制部41を備えている。第2の偏心抑制部41の外周壁には、周状に溝42が設けられている。そして、溝42には、空気導入路37の入口側の口部43が露出している。ノズルボディ31には、空気導入孔44が設けられている。この空気導入孔44は、図1に示すように空気管21によりサージタンク22と接続されている。空気導入孔44が溝42と対向する状態となると、空気導入路37とサージタンク22とが連通した状態となる。なお、空気導入孔44は、空気導入路37に空気を導入することができればよく、接続先は、サージタンク22に限定されない。   The needle 33 includes a second eccentricity suppressing portion 41 on the proximal end side with respect to the first eccentricity suppressing portion 35. A circumferential groove 42 is provided on the outer peripheral wall of the second eccentricity suppressing portion 41. In the groove 42, the mouth portion 43 on the inlet side of the air introduction path 37 is exposed. The nozzle body 31 is provided with an air introduction hole 44. The air introduction hole 44 is connected to the surge tank 22 by the air pipe 21 as shown in FIG. When the air introduction hole 44 faces the groove 42, the air introduction path 37 and the surge tank 22 communicate with each other. The air introduction hole 44 only needs to be able to introduce air into the air introduction path 37, and the connection destination is not limited to the surge tank 22.

ノズルボディ31は、図2(A)、図2(B)に示すように、先端部に旋回安定室45を備えている。この旋回安定室45には、旋回流生成部36を通過した燃料と空気導入路37を通過した空気とが導入される。旋回安定室45内では、旋回流生成部36において生成された燃料の旋回流速が高められ、旋回流は旋回安定室45の内周壁に沿い、安定した状態となる。旋回流が安定すると、旋回安定室45の中央部に負圧部が生じる。空気導入路37の口部38は、この負圧部に露出するように旋回安定室45の中央部に臨ませる。これにより、負圧部に空気を導入する。負圧部は、圧力が低いため、容易に空気を導入することができる。また、負圧部に空気導入路37の口部38を露出させて空気を導入することにより、旋回流の乱れを抑制することにもなる。   As shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), the nozzle body 31 includes a turning stabilization chamber 45 at the tip. The swirl stabilization chamber 45 is introduced with the fuel that has passed through the swirl flow generator 36 and the air that has passed through the air introduction path 37. In the swirl stabilization chamber 45, the swirl flow velocity of the fuel generated in the swirl flow generator 36 is increased, and the swirl flow becomes stable along the inner peripheral wall of the swirl stabilization chamber 45. When the swirl flow is stabilized, a negative pressure portion is generated at the center of the swirl stabilizing chamber 45. The mouth portion 38 of the air introduction path 37 faces the central portion of the swirl stabilizing chamber 45 so as to be exposed to the negative pressure portion. Thereby, air is introduced into the negative pressure part. Since the negative pressure portion has a low pressure, air can be easily introduced. Further, by introducing the air by exposing the mouth portion 38 of the air introduction path 37 to the negative pressure portion, the disturbance of the swirling flow is also suppressed.

旋回安定室45内に導入された燃料は空気を取り込んで微細気泡を生成する。微細気泡は、噴孔32から噴射される。噴射後、噴射された微細気泡を形成する燃料の膜は分裂し、燃料が超微細化状態となる。燃料が超微細化状態となることにより、着火遅れ期間の短縮、燃焼速度の増加、燃料によるオイル希釈の抑制、デポジット堆積の抑制、ノッキング発生の抑制を高い次元でバランスよく実現することができる。   The fuel introduced into the swirl stabilizing chamber 45 takes in air and generates fine bubbles. The fine bubbles are ejected from the nozzle hole 32. After the injection, the fuel film forming the injected fine bubbles is split, and the fuel is in an ultrafine state. By making the fuel into an ultra-fine state, it is possible to achieve a high level balance with a reduction in ignition delay period, an increase in combustion speed, suppression of oil dilution by fuel, suppression of deposit accumulation, and suppression of knocking.

以上のような燃焼噴射弁30とサージタンク22とを接続する空気管21には、図1、図2に示すように、空気ポンプ23、空気圧センサ24、制御弁25が配置されている。空気ポンプ23、空気圧センサ24、制御弁25は、いずれも、ECU10に電気的に接続されている。ECU10と、空気ポンプ23及び制御弁25は、協働して空気導入路37へ導入する空気の圧力を調整する空気圧調整手段の機能を担う。なお、ECU10と空気ポンプ23との組み合わせのみによって空気圧調整手段の機能を担わせることもできるし、ECU10と制御弁25との組み合わせのみによって空気圧調整手段の機能を担わせることもできる。本実施例の場合、過給機の一例であるターボチャージャ19及びインタークーラの下流側に設けられたサージタンク22と空気導入路37とが接続されている。この場合、ターボチャージャ19の圧力を利用することができるため、空気ポンプ23を廃止し、制御弁25の開度調整によって空気圧を調整するようにしてもよい。空気ポンプ23を廃することができればコストダウンとなる。また、空気ポンプ23の駆動時に生じる駆動損失がなくなるため、燃費改善が期待される。   As shown in FIGS. 1 and 2, an air pump 23, an air pressure sensor 24, and a control valve 25 are arranged in the air pipe 21 connecting the combustion injection valve 30 and the surge tank 22 as described above. The air pump 23, the air pressure sensor 24, and the control valve 25 are all electrically connected to the ECU 10. The ECU 10, the air pump 23, and the control valve 25 function as air pressure adjusting means for adjusting the pressure of the air introduced into the air introduction path 37 in cooperation. It should be noted that the function of the air pressure adjusting means can be given only by the combination of the ECU 10 and the air pump 23, or the function of the air pressure adjusting means can be given only by the combination of the ECU 10 and the control valve 25. In the case of the present embodiment, the turbocharger 19 which is an example of a supercharger and the surge tank 22 provided on the downstream side of the intercooler and the air introduction path 37 are connected. In this case, since the pressure of the turbocharger 19 can be used, the air pump 23 may be eliminated and the air pressure may be adjusted by adjusting the opening of the control valve 25. If the air pump 23 can be eliminated, the cost is reduced. Further, since the driving loss that occurs when the air pump 23 is driven is eliminated, fuel efficiency is expected to be improved.

空気圧を調整するときに、ECU10は、エンジンの負荷から求められる燃料噴射量に応じて空気ポンプ23の回転数や制御弁25の開度を、単独、または、併せて制御することができる。すなわち、燃料噴射量の増加に応じて供給気体圧を高め、供給空気量を増す。これにより、燃料量に対する空気量を調整し、燃料量に対する気泡濃度を調整することができる。これにより、適切に燃料の微粒化を促進することができる。   When adjusting the air pressure, the ECU 10 can control the rotational speed of the air pump 23 and the opening of the control valve 25 singly or in combination according to the fuel injection amount obtained from the engine load. That is, as the fuel injection amount increases, the supply gas pressure is increased and the supply air amount is increased. Thereby, the air quantity with respect to the fuel quantity can be adjusted, and the bubble concentration with respect to the fuel quantity can be adjusted. Thereby, atomization of fuel can be promoted appropriately.

このように、空気圧を調整する場合、空気圧センサ24をモニタしつつ、空気ポンプ23の回転数や制御弁25の開度を制御することができる。すなわち、ECU10は、空気圧センサ24が示す値が予め燃料量と関連づけられた値となるように、空気ポンプ23や制御弁25を制御することができる。このように、燃料量と空気圧とは、関連づけることができる。そして、空気圧と供給空気量、ひいては空気圧と気泡量とは関連づけることができる。このため、空気圧センサ24を気泡濃度認識手段として機能させることができる。空気圧センサ24を用いることにより精密な制御が可能となり、空気ポンプ23の効率的な稼動が可能となるなど、電力消費の低減、ひいては、燃費の改善が期待される。   As described above, when adjusting the air pressure, the rotational speed of the air pump 23 and the opening degree of the control valve 25 can be controlled while monitoring the air pressure sensor 24. That is, the ECU 10 can control the air pump 23 and the control valve 25 so that the value indicated by the air pressure sensor 24 becomes a value that is associated with the fuel amount in advance. As described above, the fuel amount and the air pressure can be associated with each other. The air pressure and the supply air amount, and thus the air pressure and the bubble amount can be associated with each other. For this reason, the air pressure sensor 24 can function as a bubble concentration recognition means. By using the air pressure sensor 24, precise control is possible, and efficient operation of the air pump 23 can be achieved. For this reason, reduction of power consumption and improvement of fuel consumption are expected.

また、空気圧センサ24を用いることなく、他の気泡濃度認識手段を採用することもできる。燃料噴射装置2は、筒内圧センサ26とクランク角センサ28を備えている。筒内圧センサ26とクランク角センサ28は、それぞれECU10と電気的に接続されている。これらの筒内圧センサ26、クランク角センサ28は、ECU10とともに、気泡濃度認識手段として機能する。具体的には、ECU10は、クランク角とともに筒内圧を観測し、ピーク筒内圧となったクランク角が所定のクランク角よりも遅れて観測されたときに気泡濃度が過大であると判断する。そして、空気ポンプ23や制御弁25を制御して空気供給圧を低下させる。   Further, other bubble concentration recognition means can be employed without using the air pressure sensor 24. The fuel injection device 2 includes an in-cylinder pressure sensor 26 and a crank angle sensor 28. The in-cylinder pressure sensor 26 and the crank angle sensor 28 are each electrically connected to the ECU 10. The in-cylinder pressure sensor 26 and the crank angle sensor 28 together with the ECU 10 function as a bubble concentration recognition unit. Specifically, the ECU 10 observes the in-cylinder pressure together with the crank angle, and determines that the bubble concentration is excessive when the crank angle that has reached the peak in-cylinder pressure is observed later than a predetermined crank angle. Then, the air supply pressure is decreased by controlling the air pump 23 and the control valve 25.

また、燃料噴射装置2は、ノッキングセンサ27を備えている。ノッキングセンサ28は、ECU10と電気的に接続されている。ノッキングセンサ27は、ECU10とともに、気泡濃度認識手段として機能する。具体的には、ECU10は、エンジン100に発生するノッキングを観測し、ノッキングが観測されたときに、気泡濃度が過小であると判断する。そして、空気ポンプ23や制御弁25を制御して空気供給圧を上昇させる。   The fuel injection device 2 includes a knocking sensor 27. Knocking sensor 28 is electrically connected to ECU 10. The knocking sensor 27 functions as a bubble concentration recognition unit together with the ECU 10. Specifically, ECU 10 observes knocking that occurs in engine 100, and determines that the bubble concentration is too low when knocking is observed. Then, the air supply pressure is increased by controlling the air pump 23 and the control valve 25.

なお、これらの筒内圧センサ26、ノッキングセンサ27、クランク角センサ28を用いて燃料量に対する気泡量を認識するようにした場合、空気センサ24は、廃止してもよい。筒内圧センサ26、ノッキングセンサ27、クランク角センサ28を用いて燃料量に対する気泡量を認識する場合、燃料の組織変化や温度、圧力の変化に精度よく対応することができ、ロバスト性の高い噴射制御を行うことができる。すなわち、燃料量に基づいて直接的に空気供給圧力を制御する場合、燃料の組織変化や温度、圧力といった周辺環境に応じた適切な制御を行おうとすると、マップのデータ量が膨大なものとなるおそれがあるが、燃料量に対して気泡量が過不足する場合に実際に観測される現象に基づいて制御を行うことにより、精度の高い制御を行うことができる。   When the cylinder pressure sensor 26, the knocking sensor 27, and the crank angle sensor 28 are used to recognize the amount of bubbles relative to the amount of fuel, the air sensor 24 may be eliminated. When the amount of bubbles relative to the amount of fuel is recognized using the in-cylinder pressure sensor 26, the knocking sensor 27, and the crank angle sensor 28, it is possible to accurately cope with changes in the structure of the fuel, changes in temperature and pressure, and highly robust injection. Control can be performed. That is, when the air supply pressure is directly controlled based on the amount of fuel, the amount of data on the map becomes enormous if appropriate control is performed according to the surrounding environment such as the change in the structure of the fuel, temperature, and pressure. Although there is a possibility, highly accurate control can be performed by performing control based on a phenomenon actually observed when the amount of bubbles is excessive or insufficient with respect to the amount of fuel.

まず、ECU10、筒内圧センサ26及びクランク角センサ28を旋回安定室45に導入される燃料に対する気泡濃度を認識する気泡濃度認識手段として機能させる場合の制御の一例について、図4、図5を参照しつつ説明する。図4は燃料噴射装置2が行う制御の一例を示すフロー図である。図5はクランク角とピーク筒内圧との関係を示す説明図である。   First, referring to FIGS. 4 and 5, an example of control when the ECU 10, the in-cylinder pressure sensor 26, and the crank angle sensor 28 function as bubble concentration recognition means for recognizing the bubble concentration with respect to the fuel introduced into the turning stable chamber 45. However, it will be explained. FIG. 4 is a flowchart showing an example of control performed by the fuel injection device 2. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the crank angle and the peak in-cylinder pressure.

ECU10は、筒内圧センサ26から筒内圧に関するデータを継続的に収集し、また、クランク角センサ28から、クランク角に関するデータを継続的に収集する。そして、ピーク筒内圧が観測された時点でのクランク角X°を観測する(ステップS1)。図5中、X°は、閾値となるクランク角である。クランク角X°は、気泡量が燃料量に対して過不足ない状態のときに観測されるべき値として規定されている。 The ECU 10 continuously collects data related to in-cylinder pressure from the in-cylinder pressure sensor 26 and continuously collects data related to the crank angle from the crank angle sensor 28. Then, the crank angle X ° at the time when the peak in-cylinder pressure is observed is observed (step S1). In FIG. 5, X 0 ° is a crank angle serving as a threshold value. The crank angle X 0 ° is defined as a value that should be observed when the amount of bubbles is not excessive or insufficient with respect to the amount of fuel.

ステップS1に引き続き行われるステップS2では、観測されたX°がX°よりも遅角側であるか否かの判断を行う。図5に示すように、X°がX°よりも遅角側であるときは、ステップS2においてYESと判断してステップS3へ進み、気泡濃度が過大であるとする。X°がX°よりも遅角側となる現象は、気泡数過多に起因して、気泡が結合し、燃料の微粒度が悪化したが原因であると考えられるからである。一方、ステップS2でNOと判断したときは、処理は終了となる。 At step S2 subsequently performed step S1, the observed X ° is determines whether or not a retard side of X 0 °. As shown in FIG. 5, when X ° is on the more retarded side than X 0 °, it is determined YES in step S2 and the process proceeds to step S3, where the bubble concentration is excessive. This is because the phenomenon in which X ° is retarded from X 0 ° is considered to be caused by the bubbles being combined and the fine particle size of the fuel being deteriorated due to the excessive number of bubbles. On the other hand, when it is determined NO in step S2, the process ends.

ステップS3で気泡濃度が過大であるとしたときは、引き続き行われるステップS4において、空気供給圧力低下措置を採る。具体的には、空気ポンプ23の回転数を低下させたり、制御弁25の開度を低下させたりする。また、噴射遅角措置を採ることもできる。   If it is determined in step S3 that the bubble concentration is excessive, an air supply pressure lowering measure is taken in the subsequent step S4. Specifically, the rotational speed of the air pump 23 is reduced, or the opening degree of the control valve 25 is reduced. Moreover, an injection retarding measure can be taken.

つぎに、ECU10及びノッキングセンサ27を旋回安定室45に導入される燃料に対する気泡濃度を認識する気泡濃度認識手段として機能させる場合の制御の一例について、図6を参照しつつ説明する。図6は燃料噴射装置2が行う制御の一例を示すフロー図である。   Next, an example of control in a case where the ECU 10 and the knocking sensor 27 are caused to function as a bubble concentration recognition means for recognizing the bubble concentration with respect to the fuel introduced into the turning stable chamber 45 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing an example of control performed by the fuel injection device 2.

ECU10は、ノッキングセンサ27からノッキングに関するデータを継続的に収集する。そして、ノッキングが観測されたか否かの判断を行う(ステップS11)。ノッキングが観測され、ステップS11においてYESと判断したときは、ステップS12へ進み、気泡濃度が過小であるとする。ノッキングの発生は、気泡数過小に起因して、液的燃料が燃焼室11周辺でのノックを誘発したことが原因であると考えられるからである。一方、ステップS11でNOと判断したときは、処理は終了となる。   The ECU 10 continuously collects data related to knocking from the knocking sensor 27. Then, it is determined whether knocking has been observed (step S11). If knocking is observed and YES is determined in step S11, the process proceeds to step S12, and it is assumed that the bubble concentration is too low. This is because the occurrence of knocking is considered to be caused by the fact that the liquid fuel induces knocking around the combustion chamber 11 due to the excessive number of bubbles. On the other hand, when it is determined NO in step S11, the process ends.

ステップS12で気泡濃度が過小であるとしたときは、引き続き行われるステップS13において、空気供給圧力上昇措置を採る。具体的には、空気ポンプ23の回転数を増大させたり、制御弁25の開度を増大させたりする。また、噴射進角措置を採ることもできる。   If it is determined in step S12 that the bubble concentration is too low, an air supply pressure increase measure is taken in the subsequent step S13. Specifically, the rotational speed of the air pump 23 is increased or the opening degree of the control valve 25 is increased. Also, it is possible to take injection advance measures.

以上のように、実際に発生した事象に基づく制御を行うことで、ロバスト性の高い燃料噴射を行うことができる。   As described above, highly robust fuel injection can be performed by performing control based on an actually occurring event.

つぎに、実施例2について、図7乃至図9を参照しつつ説明する。図7は実施例2の燃料噴射弁50の説明図である。図8はエンジン100のP−V線図である。図9は燃料噴射装置2の制御に用いられるマップの一例を示す説明図である。実施例2が実施例1と異なる点は、まず、実施例2が燃料噴射弁30に代えて、燃料噴射弁50を備えている点である。燃料噴射弁50は、燃料噴射弁30における空気導入路37に代えて、連通孔51を備えている。連通孔51は、吸気導入手段の一例であり、旋回安定室45と燃焼室11とを連通することによって既燃ガスを空気として旋回安定室45へ導入する。実施例2は、空気導入路37が廃止されたことに伴って、空気管21及び空気管21状に配設されていた空気ポンプ23、空気圧センサ24及び制御弁25は廃止されている。実施例2のその他の構成は、実施例1と異なるところがないので、共通する構成要素については図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。   Next, Example 2 will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is an explanatory diagram of the fuel injection valve 50 of the second embodiment. FIG. 8 is a PV diagram of engine 100. FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a map used for controlling the fuel injection device 2. The second embodiment is different from the first embodiment in that the second embodiment includes a fuel injection valve 50 instead of the fuel injection valve 30. The fuel injection valve 50 includes a communication hole 51 instead of the air introduction path 37 in the fuel injection valve 30. The communication hole 51 is an example of intake air introduction means, and introduces burned gas into the swirl stabilization chamber 45 as air by communicating the swirl stabilization chamber 45 and the combustion chamber 11. In the second embodiment, the air pump 23, the air pressure sensor 24, and the control valve 25 disposed in the shape of the air pipe 21 are abolished with the abolition of the air introduction path 37. Since the other configurations of the second embodiment are not different from those of the first embodiment, common components are denoted by the same reference numerals in the drawings, and detailed description thereof is omitted.

実施例2において、ECU10が空気圧調整手段の機能を担い、図8に示すように、吸気行程初期に開始される燃料噴射の開始時期を噴射燃料量の増加に伴って進角させる。進角量は、図9に示すマップを参照することによって決定する。すなわち、燃料噴射量が増すに従って進角量を増す。   In the second embodiment, the ECU 10 functions as an air pressure adjusting unit, and as shown in FIG. 8, the start timing of the fuel injection that is started at the beginning of the intake stroke is advanced as the amount of injected fuel increases. The advance amount is determined by referring to the map shown in FIG. That is, the advance amount increases as the fuel injection amount increases.

燃焼室11内の圧力は、排気行程後期のピストンによる既燃ガスの押し出し遅れに起因して燃焼室11内に残留した既燃ガスの残圧によって高くなる。この残圧は、燃料量が増す高負荷時はその負荷増加に伴って高くなる。従って、吸気行程初期に行う噴射開始時期を噴射燃料の増加に応じて進角することで、旋回安定室45内へ導入される既燃ガス量を増量する。すなわち、筒内圧が高いタイミングで燃料噴射を開始することにより、旋回安定室45内に多量の既燃ガスを取り込んで燃料量に見合った気泡量とする。これにより、適切な燃料の微粒化を行うことができる。マップは、運転条件毎に噴射条件を設定するようにしてもよい。   The pressure in the combustion chamber 11 is increased by the residual pressure of the burned gas remaining in the combustion chamber 11 due to the delay in pushing out the burned gas by the piston in the late stage of the exhaust stroke. This residual pressure increases as the load increases when the fuel amount increases. Therefore, the amount of burnt gas introduced into the swirl stabilizing chamber 45 is increased by advancing the injection start timing performed in the initial stage of the intake stroke in accordance with the increase of the injected fuel. That is, by starting fuel injection at a timing when the in-cylinder pressure is high, a large amount of burned gas is taken into the swirl stabilizing chamber 45 and the amount of bubbles corresponding to the fuel amount is set. Thereby, atomization of suitable fuel can be performed. The map may set injection conditions for each operating condition.

実施例2は、空気ポンプ23、空気圧センサ24、制御弁25、その他、これらに付随する設備が不要であるので、安価なシステムを構築することができる。   In the second embodiment, since the air pump 23, the air pressure sensor 24, the control valve 25, and other equipment associated therewith are unnecessary, an inexpensive system can be constructed.

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。   The above embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to these, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims.

1 エンジンシステム
2 燃料噴射装置
22 サージタンク
30、50 燃料噴射弁
31 ノズルボディ
31a シート位置
31b 内周壁
32 噴孔
33 ニードル
33a シート部
33b 内周壁
34 燃料流路
35 第1の偏心抑制部
36 旋回流生成部
36a、36b 螺旋溝
37 空気導入路
38 口部
39 チェック弁
40 スプリング
41 第2の偏心抑制部
42 溝
45 旋回安定室
51 連通孔
100 エンジン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine system 2 Fuel injection apparatus 22 Surge tank 30, 50 Fuel injection valve 31 Nozzle body 31a Seat position 31b Inner peripheral wall 32 Injection hole 33 Needle 33a Seat part 33b Inner peripheral wall 34 Fuel flow path 35 1st eccentricity suppression part 36 Swirling flow Generation part 36a, 36b Spiral groove 37 Air introduction path 38 Port part 39 Check valve 40 Spring 41 Second eccentricity suppression part 42 Groove 45 Turning stabilization chamber 51 Communication hole 100 Engine

Claims (5)

先端部に噴孔が設けられたノズルボディと、前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、前記ノズルボディとの間に燃料導入路を形成するとともに、前記ノズルボディ内の着座位置に着座するシート部を備えたニードルと、前記ニードルの前記シート部の上流側に形成され、前記燃料導入路から導入された燃料に旋回成分を付与する螺旋溝が形成された旋回流生成部と、前記ノズルボディの先端部に形成され、前記旋回流生成部を通過した燃料が導入される旋回安定室と、前記旋回安定室内に空気を導入する空気導入手段と、を備えた燃料噴射弁と、
前記旋回安定室に導入される燃料に対する気泡濃度を認識する気泡濃度認識手段と、
前記気泡濃度認識手段によって認識された気泡濃度に基づいて前記旋回安定室へ導入される空気供給圧力を調整する空気圧調整手段と、
を、備えたことを特徴とした燃料噴射装置。
A nozzle body having a nozzle hole provided at a tip end thereof is slidably disposed in the nozzle body, and a fuel introduction path is formed between the nozzle body and a seating position in the nozzle body. A needle provided with a seat portion, a swirl flow generating portion formed on the upstream side of the seat portion of the needle and formed with a spiral groove for imparting a swirl component to the fuel introduced from the fuel introduction path; and the nozzle A fuel injection valve comprising: a swirl stabilization chamber formed at the tip of the body and into which fuel that has passed through the swirl flow generator is introduced; and air introduction means for introducing air into the swirl stabilization chamber;
Bubble concentration recognition means for recognizing bubble concentration with respect to fuel introduced into the swirl stabilizing chamber;
Air pressure adjusting means for adjusting the air supply pressure introduced into the swirl stabilizing chamber based on the bubble concentration recognized by the bubble concentration recognizing means;
A fuel injection device comprising:
前記気泡濃度認識手段は、クランク角とともに筒内圧を観測し、
前記空気圧調整手段は、前記気泡濃度認識手段により、ピーク筒内圧となったクランク角が閾値となるクランク角よりも遅れて観測されたときに、前記空気供給圧力を低下させることを特徴とした請求項1記載の燃料噴射装置。
The bubble concentration recognizing means observes the in-cylinder pressure together with the crank angle,
The air pressure adjusting means reduces the air supply pressure when the bubble concentration recognizing means observes the crank angle at which the peak in-cylinder pressure is reached later than the threshold crank angle. Item 2. The fuel injection device according to Item 1.
前記気泡濃度認識手段は、内燃機関に発生するノッキングを観測し、
前記空気圧調整手段は、前記気泡濃度認識手段により、ノッキングが観測されたときに、前記空気供給圧を上昇させることを特徴とした請求項1又は2記載の燃料噴射装置。
The bubble concentration recognition means observes knocking occurring in the internal combustion engine,
3. The fuel injection device according to claim 1, wherein the air pressure adjusting means increases the air supply pressure when knocking is observed by the bubble concentration recognizing means.
前記空気導入手段は、前記ニードルの内部に形成された空気導入路であり、前記空気圧調整手段は、前記空気導入路へ導入する空気の圧力を調整することを特徴とした請求項1乃至3のいずれか一項記載の燃料噴射装置。   The air introduction means is an air introduction path formed inside the needle, and the air pressure adjustment means adjusts the pressure of air introduced into the air introduction path. The fuel injection device according to any one of claims. 前記空気導入手段は、前記旋回安定室と燃焼室とを連通する連通孔であり、前記空気圧調整手段は、吸気行程初期に開始される燃料噴射の開始時期を噴射燃料量の増加に伴って進角させることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射装置。   The air introducing means is a communication hole that connects the swirl stabilizing chamber and the combustion chamber, and the air pressure adjusting means advances the start timing of fuel injection that is started in the initial stage of the intake stroke as the amount of injected fuel increases. The fuel injection device according to claim 1, wherein the fuel injection device is angled.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013217324A (en) * 2012-04-10 2013-10-24 Toyota Motor Corp Fuel injection valve
JP2014118824A (en) * 2012-12-13 2014-06-30 Keihin Corp Fuel injection valve with in-cylinder pressure sensor
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KR102166170B1 (en) * 2019-08-19 2020-10-15 한국항공우주연구원 shear injector

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