JP2013224640A - Fuel injection valve of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの燃料噴射弁、特に噴射時間の短縮化に適した燃料噴射弁に関し、エンジンの燃料供給技術の分野に属する。 The present invention relates to an engine fuel injection valve, and more particularly to a fuel injection valve suitable for shortening an injection time, and belongs to the field of engine fuel supply technology.
近年、車両用等のガソリンエンジンとして、圧縮比を高く設定し、圧縮工程で混合気の温度を高めることにより、低負荷領域で該混合気を圧縮着火させるようにしたものが提案されており、この着火方式によれば、低負荷領域における熱効率が高くなり、従来の希薄混合気を火花点火させるリーンバーン方式よりもさらに燃費性能の向上が期待される。 In recent years, gasoline engines for vehicles and the like have been proposed in which the compression ratio is set high and the temperature of the mixture is increased in the compression process so that the mixture is compressed and ignited in a low load region. According to this ignition method, the thermal efficiency in the low load region becomes high, and further improvement in fuel efficiency is expected compared to the lean burn method in which a conventional lean air-fuel mixture is spark-ignited.
このエンジンにおいては、高負荷領域では火花点火により着火されるが、圧縮比が高く設定されているために、特に高負荷低回転領域で、圧縮行程中に未燃混合気が自己着火する過早着火や、燃焼開始後に混合気の未燃部分が局部的に自己着火するノッキングが発生しやすくなるという問題がある。 In this engine, ignition is performed by spark ignition in the high load region, but since the compression ratio is set high, the unburned mixture is self-ignited during the compression stroke, particularly in the high load low rotation region. There is a problem that ignition or knocking in which an unburned portion of the air-fuel mixture is locally self-ignited after the start of combustion is likely to occur.
これに対しては、燃料噴射弁の噴射率(単位時間当たりの噴射量)を大きくし、圧縮上死点付近のタイミングで短時間に噴射することにより、燃料噴射開始から点火までの時間を短くすることが有効であると考えられる。つまり、噴射開始から点火までの時間を短縮することにより過早着火が抑制され、また、噴射時間の短縮による噴霧速度の上昇により混合気の攪拌が促進されてノッキングが抑制されると考えられるのである。 In response to this, by increasing the injection rate (injection amount per unit time) of the fuel injection valve and injecting in a short time at a timing near the compression top dead center, the time from the start of fuel injection to ignition is shortened. It is considered effective to do. In other words, premature ignition is suppressed by shortening the time from the start of injection to ignition, and it is considered that the agitation of the air-fuel mixture is promoted by the increase of the spraying speed due to the shortened injection time and knocking is suppressed. is there.
そして、燃料噴射弁の噴射率を高くし、燃料噴射時間を短縮するために、燃料噴射圧(以下、「燃圧」という。)を高くすることが考えられている。 In order to increase the injection rate of the fuel injection valve and shorten the fuel injection time, it is considered to increase the fuel injection pressure (hereinafter referred to as “fuel pressure”).
なお、特許文献1には、噴孔プレートの断面形状が、噴孔プレート側から弁部材の先端側に向かって凸形状(すなわち、内部側へ凹んだ形状)となるよう構成し、噴孔プレートに配設した複数の噴孔の噴射方向を、燃料噴射弁の軸方向に対して外側に傾斜させた実施例が記載されており、燃料が噴孔に流入する際の折り返し角度を大きくして、燃料の微粒化を促進させることが開示されている。
In
ところで、一般的に燃料噴射弁は、図8に示すように、円筒状で先端に先端壁部112aを備えたバルブボディ112と、このバルブボディ112の内部を軸方向に移動可能に挿通されたニードルバルブ114とを備えている。このバルブボディ112の内部は先細り形状をしており、その先端壁部112aの断面形状は、外部側へ盛り上がったドーム形状をしている。また、先端壁部112aには、複数の噴口116が形成されている。さらに、ニードルバルブ114の先端部114aをバルブボディ112の先端壁部112aの内表面の外周部にある弁座112a3から離間動させることにより、燃料を噴口116から噴霧する構造となっている。
Incidentally, as shown in FIG. 8, the fuel injection valve is generally inserted in a cylindrical shape with a
このような構造において、上述の理由により、燃料噴射時間を短縮するため高負荷時の燃圧を高くするには、例えばバルブボディの先端壁部の肉厚を厚くして(以下、「厚肉化」という。)、この燃圧による引張応力にも耐えうるようにする(剛性を上げる)必要があるが、先端壁部の厚肉化により噴口の肉厚方向の長さ(以下、「噴口長」という。)が必然的に長くなる。 In such a structure, for the reasons described above, in order to increase the fuel pressure at the time of high load in order to shorten the fuel injection time, for example, the thickness of the tip wall portion of the valve body is increased (hereinafter referred to as “thickening of the wall”). It is necessary to be able to withstand the tensile stress caused by this fuel pressure (increase the rigidity), but the length in the thickness direction of the nozzle hole (hereinafter referred to as the “hole diameter”) Inevitably becomes longer.
ここで一般的に、噴口長が長くなると、燃料が噴口通過中に、燃料の微粒化に効果がある乱流が弱まるため、燃料の微粒化が悪化する傾向がある。また、燃圧が低くなると、噴口から噴射された燃料と空気との衝突が弱くなるため、燃料の微粒化が悪くなる傾向がある。そして、燃料の微粒化が悪化すると良好な混合気が形成され難くなる。 Here, generally, when the nozzle hole length becomes long, the turbulent flow that is effective for atomizing the fuel is weakened while the fuel is passing through the nozzle hole, so that the atomization of the fuel tends to deteriorate. Further, when the fuel pressure is lowered, the collision between the fuel injected from the nozzle and the air is weakened, so that the atomization of the fuel tends to be deteriorated. And when the atomization of fuel deteriorates, it becomes difficult to form a good air-fuel mixture.
一方で、燃料噴射量が少ない低負荷時は、燃料ポンプの駆動損失による燃費の悪化が顕著となるため、この低負荷時(圧縮着火時)は、燃圧を下げたいという要望がある。この要望により、一般に高負荷時には高燃圧、低負荷時には低燃圧となるように燃料ポンプが駆動させる。したがって、先端壁部の厚肉化により噴口長が長くなると、特に低燃圧となる低負荷時に最も燃料の微粒化が悪くなる。 On the other hand, when the fuel injection amount is low and the load is low, the fuel consumption is significantly deteriorated due to the drive loss of the fuel pump. Therefore, there is a demand for reducing the fuel pressure when the load is low (compression ignition). In response to this demand, the fuel pump is generally driven so as to have a high fuel pressure at a high load and a low fuel pressure at a low load. Therefore, when the nozzle hole length is increased by increasing the thickness of the tip wall portion, the atomization of the fuel is most deteriorated particularly at a low load where the fuel pressure is low.
以上から、低負荷時の微粒化を改善するためには、燃圧により先端壁部に発生する引張応力を軽減することによって先端壁部を薄肉化しなくてはならない。 From the above, in order to improve atomization at low load, the tip wall must be thinned by reducing the tensile stress generated in the tip wall by the fuel pressure.
そこで、本発明は、エンジンの燃料噴射弁において、燃圧によりバルブボディの先端壁部に発生する引張応力を軽減することによって、高負荷時の高燃圧に耐えうる先端壁部の強度を確保しながら、燃料の微粒化の悪化を抑制して、低負荷時における燃焼性をさらに向上させることを課題とする。 Accordingly, the present invention provides a fuel injection valve for an engine while reducing the tensile stress generated in the tip wall portion of the valve body by the fuel pressure, while ensuring the strength of the tip wall portion that can withstand the high fuel pressure at the time of high load. It is an object of the present invention to suppress the deterioration of fuel atomization and further improve the combustibility at low load.
上述の課題を解決するため、本発明に係るエンジンの燃料噴射弁は、次のように構成したことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a fuel injection valve for an engine according to the present invention is configured as follows.
まず、本願の請求項1に記載の発明は、
バルブボディと、前記バルブボディの内部を軸方向に移動可能に挿通されたニードルバルブとを備え、前記バルブボディの先端壁部に複数の噴口を備え、前記ニードルバルブの先端部を前記バルブボディの前記先端壁部の内表面の外周部に設けられた弁座から離間動させることにより、燃料を前記噴口から噴霧するエンジンの燃料噴射弁において、
前記先端壁部は、その外表面が前記バルブボディの内部側へ凹んだドーム形状とされ、
前記バルブボディの少なくとも前記先端壁部の外周面に予め圧縮力を加えるための予圧縮生成リングが設けられている
ことを特徴とする。
First, the invention according to
A valve body, and a needle valve that is inserted in the valve body so as to be movable in the axial direction. The valve body has a plurality of injection holes in a tip wall portion, and the tip end portion of the needle valve is connected to the valve body. In the fuel injection valve of the engine that sprays fuel from the nozzle by moving away from the valve seat provided on the outer peripheral portion of the inner surface of the tip wall,
The tip wall portion has a dome shape whose outer surface is recessed toward the inside of the valve body,
A precompression generating ring for applying a compressive force in advance to at least the outer peripheral surface of the tip wall portion of the valve body is provided.
また、本願の請求項2に記載の発明は、前記請求項1に記載の発明において、
前記噴口はそれぞれ、前記燃料を噴霧する方向が前記バルブボディの中心線から外向きに傾斜して配置され、
前記先端壁部は、その内表面の中央部底面が平坦形状とされている
ことを特徴とする。
The invention according to claim 2 of the present application is the invention according to
Each of the nozzle holes is disposed such that the direction in which the fuel is sprayed is inclined outward from the center line of the valve body,
The tip wall portion is characterized in that the bottom surface of the central portion of the inner surface thereof has a flat shape.
さらに、本願の請求項3に記載の発明は、前記請求項1に記載の発明において、
前記噴口はそれぞれ、前記燃料を噴霧する方向が前記バルブボディの中心線から外向きに傾斜して配置され、
前記先端壁部は、その内表面の中央部底面が前記バルブボディの内部側へ盛り上がったドーム形状とされている
ことを特徴とする。
Furthermore, the invention according to claim 3 of the present application is the invention according to
Each of the nozzle holes is disposed such that the direction in which the fuel is sprayed is inclined outward from the center line of the valve body,
The tip wall portion has a dome shape in which a bottom surface of a central portion of the inner surface of the tip wall portion rises toward the inside of the valve body.
まず、請求項1に記載の発明によれば、バルブボディにおける先端壁部の内表面に高燃圧が作用したときに、先端壁部に大きな引張応力が働くところ、先端壁部の外表面を内部側へ凹んだドーム形状にすること、及び、予圧縮生成リングで先端壁部の外周に圧縮力を付与することにより、噴口近傍に発生する引張応力を効率的に抑制することが可能となる。したがって、噴口近傍の肉厚をむやみに厚くすることがなく、噴口長を短くでき、噴霧の微粒化を確保することができる。 First, according to the first aspect of the present invention, when a high fuel pressure acts on the inner surface of the tip wall portion of the valve body, a large tensile stress acts on the tip wall portion. By forming a dome shape recessed to the side and applying a compressive force to the outer periphery of the tip wall portion with the precompression generating ring, it is possible to efficiently suppress the tensile stress generated in the vicinity of the nozzle hole. Therefore, the thickness in the vicinity of the nozzle hole is not increased excessively, the nozzle length can be shortened, and atomization of the spray can be ensured.
また、請求項2に記載の発明によれば、バルブボディにおける先端壁部の内表面の中央部底面が平坦形状であるため、高燃圧の燃料がニードルバルブの先端部とバルブボディ弁座との隙間から噴口に流入する際の縮流の生成を抑制して、燃料流量のばらつきを抑制ができると共に、先端壁部の内表面、特に中央部底面の外縁の隅部における応力集中を低減できる。 According to the second aspect of the present invention, the bottom surface of the central portion of the inner surface of the tip wall portion of the valve body has a flat shape, so that high fuel pressure fuel flows between the tip portion of the needle valve and the valve body valve seat. It is possible to suppress the generation of a contracted flow when flowing into the nozzle hole from the gap, thereby suppressing variations in the fuel flow rate, and reducing stress concentration at the inner surface of the tip wall portion, particularly at the corner of the outer edge of the bottom surface of the central portion.
さらに、請求項3に記載の発明によれば、バルブボディにおける先端壁部の内表面の中央部底面がバルブボディの内部側へ盛り上がったドーム形状であるため、低燃圧の燃料がニードルバルブの先端部とバルブボディの弁座との隙間から噴口に流入する際の乱流の発生を促進して、噴霧される燃料の微粒化を促進できると共に、先端壁部の外表面、特に噴口の出口近傍における応力集中を低減できる。 Further, according to the third aspect of the present invention, since the bottom surface of the central portion of the inner surface of the tip wall portion of the valve body has a dome shape rising to the inner side of the valve body, the low fuel pressure fuel is supplied to the tip of the needle valve. Turbulent flow when flowing into the nozzle through the gap between the valve body and the valve seat can promote atomization of the sprayed fuel, and the outer surface of the tip wall, particularly near the nozzle outlet The stress concentration in can be reduced.
以下、これら添付図面を参照しながら、本発明に係る燃料噴射弁の実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a fuel injection valve according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施形態に係るエンジンの燃料噴射弁の全体構造に示す断面図であり、図2は、図1の燃料噴射弁を構成するバルブボディの主要部、すなわち先端部分の拡大断面図及び底面図を示す。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall structure of a fuel injection valve of an engine according to the present embodiment, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part, that is, a tip portion of a valve body constituting the fuel injection valve of FIG. And a bottom view.
燃料噴射弁10の本体は、大径筒状のハウジング11と、該ハウジング11の一端から延び、先端が閉じられた小径筒状のバルブボディ12とを結合部材13で連結した構成とされている。
The main body of the fuel injection valve 10 has a structure in which a large-diameter
そして、ハウジング11とバルブボディ12の内に、その中心線に沿ってハウジング11の中間部からバルブボディ12の先端部まで延びるニードルバルブ14が挿入されており、バルブボディ12の先端壁部12aとニードルバルブ14の先端部14aとで燃料噴射部15が構成されている。
A
また、ハウジング11内には電磁コイル20が収納されていると共に、電磁コイル20の内側には筒状の固定鉄心30が配設されている。
An
さらに、固定鉄心30とその先端側に配設されたスペーサ40との間に、軸方向の空隙Xを設けて、リング状の可動鉄心50が配設されている。
Furthermore, a ring-shaped
そして、ニードルバルブ14のハウジング11内に位置する部分が、先端部14a側から、可動鉄心50、固定鉄心30を貫通し、かつ、ニードルバルブ14の後端部側に、ニードル14を先端部14a側へ、即ち、閉弁方向に付勢するコイルスプリング60が備えられている。
And the part located in the
また、ニードルバルブ14の可動鉄心50を貫通する部位の固定鉄心30側に、段付部14bが設けられている。
Further, a stepped
これにより、電磁コイル20の通電によって発生する吸引力により可動鉄心50が固定鉄心30側へ吸引されると共に、段付部14bを介して、ニードルバルブ14がコイルスプリング60の付勢力等に抗して空隙Xに相当する距離だけ開弁方向へストロークするようになっている。
Thereby, the
一方、バルブボディ12の先端壁部12aとニードルバルブ14の先端部14aとで構成される燃料噴射部15は、先端壁部12aの外周部に設けられた円錐状の弁座12a3に、同じく円錐状とされた先端部14aが、ニードル14の移動に応じて対接、離間することにより、閉弁、開弁するように構成されている。
On the other hand, the
そして、開弁時には、ハウジング11の後端のコネクタ70に接続されたパイプ(図示せず)からハウジング11内の燃料通路(図示せず)を経由して、バルブボディ12とニードル14との間の燃料溜り部12cまで圧送されている高圧の燃料が、先端壁部12aに設けられた複数の噴口16から外部(燃焼室内)へ霧状とされて噴射されるようになっている。なお、図1は燃料噴射弁の閉弁時の状態を示している。
When the valve is opened, a pipe (not shown) connected to the
なお、電磁コイル20の励磁および消磁の切り替えは、図示しない燃料制御部によって制御される。燃料制御部は、エンジンコントロールユニット内に設けられ、エンジンの運転状態を示す各種信号を入力し、これらの信号が示す運転状態に応じて要求される噴射量となるように、燃料噴射弁10の電磁コイル20にパルス状の制御電流を出力する。
Note that switching between excitation and demagnetization of the
次に、図2を参照しながら、燃料噴射弁10を構成するバルブボディ12の構造について詳細に説明する。
Next, the structure of the
図2(a)は、図1に示すバルブボディ12の主要部、すなわち先端部分の構造を示す拡大断面図であり、図2(b)は、同じくバルブボディ12の先端部分の底面図である。なお、図2(a)は、図2(b)のA−A線矢視断面図である。
FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view showing the structure of the main portion, that is, the tip portion of the
図2(a)に示すように、円筒状のバルブボディ12の内部はおおよそ先細り形状となっており、バルブボディ12の先端にある先端壁部12aは、その内表面の外周部に円錐状の弁座12a3を備えると共に、その中央部に平坦形状の中央部底面12a2を備えており、この中央部底面12a2は、弁座12a3の先端部よりも所定の距離だけバルブボディ12の先端側に凹んだ位置に配置されている。なお、この凹んだ位置に配置された中央部底面12a2の外縁の隅部には、図に示すように、丸み(R部)を付けるのが望ましい。また、先端壁部12aは、その外表面12a1が内部側へ凹んだドーム形状(以下、「逆ドーム構造」と言う。)に形成されている。さらに、先端壁部12aには、中央部底面12a2から外表面12a1へ貫通するように、複数の噴口16が形成されている。
As shown in FIG. 2 (a), the inside of the
このような逆ドーム構造によれば、燃圧によってに生じる先端壁部12aの噴口16近傍の引張応力を緩和し、噴口16近傍の肉厚をむやみに厚くすることがなく、噴口長を短くでき、噴霧の微粒化を確保することができる。なお、当該効果については後に詳細に説明する。
According to such an inverted dome structure, the tensile stress in the vicinity of the
また、図2(b)に示すように、複数の噴口16は合計10個設けられており、バルブボディ12の中心線周りの同一半径の円周上に等間隔で配置されている。また、図2(a)に示すように、各噴口16の中心軸が向けられた向き、すなわち、燃料を噴霧する方向は、バルブボディ12の中心線から外向きに広がるように傾斜して配置されている。さらに、各噴口16は、外部側に座ぐり8aが形成されている。
Further, as shown in FIG. 2B, a total of ten
このように噴口の向きを傾斜して配置することによって、低燃圧の燃料がニードルバルブ14の先端部14aとバルブボディ12の弁座12a3との隙間から噴口16に流入する際の乱流の発生を促進し、噴霧される燃料の微粒化を促進できる。なお、当該効果については後に詳細に説明する。
By thus arranged inclined orientation of the nozzle hole, the low fuel pressure fuel turbulence when flowing from the gap between the
なお、噴口16の数、大きさ及び向きは、所望の噴射量や噴霧の到達距離、燃焼室の形状、燃料ポンプの供給能力等に応じて決められる。一般に、燃料噴射弁による噴射量は、主に噴口の大きさと燃料ポンプによる燃圧によって決まり、噴口が大きくなる程、同じ燃圧でもより多くの燃料が噴射できる。逆に、噴口が同じ大きさであっても燃圧が異なる場合には、燃圧が高い程より多くの燃料を噴射できる。また、一般に、噴口が小さい程、燃料の油粒が細かくなり霧化が向上するが、貫通力が小さくなるため噴口が詰まりやすくなる傾向がある。 The number, size, and orientation of the nozzle holes 16 are determined according to the desired injection amount, spray reach distance, combustion chamber shape, fuel pump supply capacity, and the like. In general, the injection amount by the fuel injection valve is mainly determined by the size of the nozzle and the fuel pressure by the fuel pump. The larger the nozzle, the more fuel can be injected with the same fuel pressure. Conversely, if the fuel pressure is different even if the nozzle holes are the same size, the higher the fuel pressure, the more fuel can be injected. In general, the smaller the nozzle hole, the finer the fuel oil particles and the better the atomization, but the smaller the penetration force, the more likely the nozzle hole becomes clogged.
また、図2(a)に示すように、バルブボディ12は、その先端壁部12aの周囲に予圧縮生成リング18を備えている。ただし、予圧縮生成リング18をバルブボディ2の先端壁部12aの周囲に単に設けるのではなく、予圧縮生成リング18がバルブボディ12の少なくとも先端壁部12aの外周面に常に圧縮力を付与する構造(以下、「予荷重リング構造」と言う。)となるように設ける。
Further, as shown in FIG. 2A, the
上述のような予荷重リング構造を作製するには、冷間圧入や熱間圧入等の公知の圧入方法を用いることができる。なお、予圧縮生成リング18及びバルブボディ12の材質としてSCR430等の焼入れ鋼を用いて、圧入代を10μm、圧入部の高さを2mmとした場合、圧入による面圧(圧縮力)は100MPaであった。
In order to produce the preload ring structure as described above, a known press-fitting method such as cold press-fitting or hot press-fitting can be used. In addition, when quenching steel such as SCR430 is used as the material of the
このような予荷重リング構造によれば、高燃圧化されたときも、予圧縮生成リング18の圧縮力により先端壁部12aにおける噴口16近傍の引張応力を所望の範囲内に抑制することができる。
According to such a preload ring structure, even when the fuel pressure is increased, the tensile stress in the vicinity of the
なお、本実施形態(先端壁部12aの中央部底面12a2が平坦形状の場合)によれば、後述の変形例(先端壁部12aの中央部底面12a2が内部側に盛り上がったドーム形状の場合)と比較して、高燃圧の燃料がニードルバルブ14の先端部14aとバルブボディ12の弁座12a3との隙間から噴口16に流入する際の縮流の生成を抑制し、燃料流量のばらつきを抑制ができると共に、先端壁部12aの中央部底面12a2における応力集中を低減できるという効果も実現できる。当該効果については後に詳細に説明する。
According to this embodiment (when the center
次に、図3を参照しながら、上述の実施形態の変形例について説明する。図3は、バルブボディ12の先端部の構造を示す断面拡大図である。
Next, a modification of the above-described embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the structure of the distal end portion of the
図2(a)と図3とを見比べれば明らかなように、変形例と先の実施形態とは、その先端壁部12aの中央部底面12a2の形状が異なる。具体的には、先端壁部12aの中央部底面12a2が、先の実施形態は平坦形状であったのに対して、先の実施形態の変形例はバルブボディ12の内部側へ盛り上がったドーム形状である点で両者は異なる。なお、その余の構造、例えば、各噴口の燃料を噴霧する方向が、バルブボディの中心線から外向きに傾斜して配置されている点については両者に共通である。
FIGS. 2 (a) and as is clear Mikurabere and 3, the variation in the previous embodiments, different shape of the central
本変形例の場合も先の実施形態と同様に、ドーム形状により噴口16近傍の引張応力を緩和し、噴口16近傍の肉厚をむやみに厚くすることがなく、噴口長を短くでき、噴霧の微粒化を確保することができる。
In the case of this modification, as in the previous embodiment, the tensile stress in the vicinity of the
なお、本変形例によれば、先の実施形態と比較して、低燃圧の燃料がニードルバルブ14の先端部14aとバルブボディ12の弁座12a3との隙間から噴口16に流入する際の乱流の発生を促進し、噴霧される燃料の微粒化を促進できると共に、先端壁部12aの外表面12a1、特に噴口16の出口近傍における応力集中を低減できるという効果も実現できる。当該効果については後に詳細に説明する。
Incidentally, according to this modified example, as compared with the previous embodiment, the low fuel pressure fuel when flowing from the gap between the
なお、図面には、当該変形例の底面図が記載されていないが、変形例の底面図は、先の実施形態の底面図である図2(b)と同じであるため省略した。 In addition, although the bottom view of the said modification is not described in drawing, since the bottom view of the modification is the same as FIG.2 (b) which is a bottom view of previous embodiment, it abbreviate | omitted.
次に、図4〜図7を参照しながら、上述の実施形態とその変形例、すなわち、先端壁部12aの中央部底面12a2が平坦形状の場合とバルブボディ12の内部側へ盛り上がったドーム形状の場合について、従来技術と比較した共通の効果、及び、本願実施形態及びその変形例が有する個別の効果について、以下に詳細に説明する。
Next, referring to FIG. 4 to FIG. 7, the above-described embodiment and its modifications, that is, the case where the
まず、図4を参照しながら、バルブボディ12における先端壁部12aの内表面の中央部底面12a2の形状の違いによる本実施形態とその変形例が有する、噴霧形成に関する個別の効果について説明する。
First, with reference to FIG. 4, individual effects relating to spray formation of the present embodiment and the modifications thereof according to the difference in the shape of the center bottom surface 12 a 2 of the inner surface of the
変形例についての燃料の流れに関する図面は記載していないが、図2(a)と図3を見比べれば明らかなように、先端壁部12aの中央部底面12a2が平坦な実施形態よりも、中央部底面12a2が内部側へ盛り上がったドーム形状の変形例の方が、中央部底面12a2に沿って流れてきた燃料が噴口16に流入する際の噴流の折れ曲がりの角度がより急である。
Although the drawings relates to a fuel flow modification is not described, as is clear Mikurabere 2 (a) and FIG. 3, than the
ここで、折れ曲がりの角度が急な方が、この折れ曲がり部で噴流内部の乱流がより強く発生し、微粒化が促進される傾向にある。しかし、折れ曲がりの角度が急だと、この折れ曲がり部でキャビテーションが発生し易くなるため、噴射毎の噴霧形態(ペネトレーション、微粒化等)がばらつき易くなる傾向にある。なお、噴口16の向きがバルブボディ12の中心線から外向きに傾斜して配置されていると、折れ曲がりの角度がより急になるため、これらの傾向はより強くなる。
Here, when the angle of bending is steep, the turbulent flow inside the jet is more strongly generated at the bent portion, and the atomization tends to be promoted. However, if the angle of bending is steep, cavitation is likely to occur at the bent portion, so that the spray form (penetration, atomization, etc.) for each injection tends to vary. Note that when the direction of the
したがって、図2(a)及び図4に示すように、先端壁部12aの中央部底面12a2を平坦形状にすると、中央部底面12a2をバルブボディ12の内部側へ盛り上がったドーム形状にした場合に比べて、折れ曲がりの角度がより緩やかになるので、キャビテーションが弱くなり、噴射ごとのばらつきを抑制できるようになる。
Therefore, as shown in FIGS. 2A and 4, when the center bottom surface 12 a 2 of the
逆に、図3に示すように、中央部底面12a2をバルブボディ12の内部側へ盛り上がったドーム形状にすると、中央部底面12a2を平坦にした場合に比べて、折れ曲がりの角度がより急になるので、乱流が強く発生して、微粒化がより促進される。
On the contrary, as shown in FIG. 3, when the center bottom surface 12 a 2 is formed in a dome shape that rises to the inside of the
以上から、中央部底面12a2の形状の違いによって各実施形態の燃料噴射弁は、噴霧形成に関して個別の効果を備えており、エンジンにいずれの形態の燃料噴射弁を使用するかは、燃料噴射弁に求められる具体的な特性、性能に応じて当業者が選択可能である。
From the above, whether the fuel injection valve of each embodiment by the difference in the shape of the central
次に、本願実施形態及びその変形例は、従来技術と比べて、先端壁部の外表面の形状が異なると共に、先端壁部の周囲に予圧縮生成リングが設けられているため、以下のような共通した効果を有する。 Next, the embodiment of the present invention and the modification thereof are different from the related art in that the shape of the outer surface of the tip wall portion is different and a precompression generating ring is provided around the tip wall portion. Common effects.
図2(a)及び図3でも説明したように、本願発明の実施形態及びその変形例はいずれもバルブボディ12の先端壁部12aは、その外表面12a1がバルブボディ12の内部側へ凹んだドーム形状をした逆ドーム構造であると共に、先端壁部12aの外周に常に圧縮力をかける予圧縮生成リング18が設けられた予荷重リング構造である。このとき、逆ドーム構造かつ予荷重リング構造の本願発明は、先端壁部112aの断面が外部側へ盛り上がったドーム形状(以下、単に「ドーム構造」と言う。)である従来技術と比べると、先端壁部の中央部底面に対する燃圧に対して、いわゆるアーチ効果によって、構造力学上明らかに剛性が増している。したがって、同じ燃圧に耐える強度を備えた先端壁部の必要最小限の板厚は、本願発明の方が従来技術より薄くなる。
As described with reference to FIGS. 2 (a) and 3, in the embodiment of the present invention and the modifications thereof, the distal
これを強度から必要な板厚を縦軸に、燃圧を横軸にとってグラフに表すと、図5のようになる。先端壁部の形状を従来技術のドーム構造から本発明の逆ドーム構造かつ予荷重リング構造にすることで、同じ燃圧に対して必要な本願発明の先端壁部12aの板厚dは、従来技術の先端壁部112aの板厚Dよりもさらに薄くすることができる。そして、いずれの場合も燃圧に対して強度から必要な先端壁部の板厚がほぼ比例関係にあるため、燃圧が大きくなるほど、本発明と従来技術との必要な板厚の差(D−d)が顕著になる。
FIG. 5 is a graph showing the necessary plate thickness from the strength on the vertical axis and the fuel pressure on the horizontal axis. By changing the shape of the tip wall portion from the dome structure of the prior art to the reverse dome structure and the preload ring structure of the present invention, the plate thickness d of the
次に、図6及び図7を参照しながら、バルブボディ12の先端壁部12aにおける中央部底面12a2の形状の違いによる本願実施形態及びその変形例が有する、燃圧によって生じる応力集中に関する個別の効果について説明する。
Next, with reference to FIG. 6 and FIG. 7, individual stress concentration caused by the fuel pressure of the embodiment of the present application and the variation thereof due to the difference in the shape of the center bottom surface 12 a 2 in the
本願実施形態及びその変形例のバルブボディ12の形状の詳細については、図2及び図3を参照しながら既に説明を行ったが、いずれのバルブボディ12の形状においても、断面が急激に変化する部位に応力が集中するため、内部から燃圧が作用して特に応力が集中する部位は、図6が示すように、先端壁部12aにおける外表面12a1側の座ぐり16aの底縁近傍(以下、「A部」という。)と、内表面の中央部底面12a2の外縁の隅部近傍(以下、「B部」という。)である。もっとも、本願実施形態及びその変形例で中央部底面12a2の形状が異なるため、これらA部及びB部に生じる応力集中にも相対的な違いが出る。この違いについて以下に詳細に検討する。
The details of the shape of the
図7(a)から図7(c)を参照しながら、燃圧によって生じる引張応力について説明する。図7(a)は先端壁部が平坦形状の中央部底面を備えた逆ドーム構造であり、かつ、予圧縮リング構造である本願実施形態を示し、図7(b)は先端壁部が内部側へ盛り上がった中央部底面を備えた逆ドーム構造であり、かつ、予圧縮リング構造である本願実施形態の変形例を示し、図7(c)は先端壁部がドーム構造である従来技術を示している。 The tensile stress generated by the fuel pressure will be described with reference to FIGS. 7 (a) to 7 (c). FIG. 7 (a) shows an embodiment of the present application in which the tip wall has an inverted dome structure with a flat bottom surface at the center and a precompression ring structure, and FIG. 7 (b) shows the tip wall inside. FIG. 7C shows a modified example of the embodiment of the present invention which is an inverted dome structure with a center bottom surface raised to the side and a precompression ring structure, and FIG. Show.
図7(a)から(c)に示すように、本願発明及び従来技術に共通して、バルブボディの円筒側壁部の内表面及び先端壁部の内表面の中央部底面に対して垂直方向に燃圧が作用する(白抜き矢印を参照)。 As shown in FIGS. 7A to 7C, in common with the present invention and the prior art, the inner surface of the cylindrical side wall portion of the valve body and the inner surface of the tip wall portion are perpendicular to the bottom surface of the central portion. Fuel pressure acts (see white arrow).
まず、従来技術の場合、図7(c)に示すように、先端壁部112aの内表面の中央部底面112a2への燃圧によって、先端壁部112aに曲げモーメントが発生する(曲線状の矢印を参照)。この曲げモーメントにより、先端壁部112aの外表面112a1には引張応力が発生する(黒塗り矢印を参照)。さらに、円筒側壁部112bへの燃圧によっても、先端壁部112aに引張応力が発生する。すなわち、先端壁部112a及び円筒側壁部112bに作用した燃圧は、いずれも先端壁部112aに引張応力を発生させる。
First, in the prior art, as shown in FIG. 7 (c), the fuel pressure to the central
これに対して、本願実施形態の場合、図7(a)に示すように、先端壁部12aの外表面12a1がバルブボディ12の内部側へ凹んだ逆ドーム構造であるため、従来技術に比べて、先端壁部12aの中央部底面12a2への燃圧による、先端壁部12aに発生する曲げモーメントが緩和され、この曲げモーメントによって先端壁部12aの外表面12a1に生じる引張応力(黒塗り矢印を参照)も緩和される。さらに、先端壁部12aの周囲に設けられた予圧縮付与リング18によって、少なくとも先端壁部12aの外周に圧縮応力が加えられるため、先端壁部112a及び円筒側壁部112bに作用した燃圧によって先端壁部12aに生じる引張応力は、従来技術よりもさらに小さくなる。なお、予圧縮付与リング18による圧縮応力よりも、円筒側壁部12bへの燃圧の影響による引張応力の方が非常に強いため、先端壁部12aの外表面12a1に生じる応力は、トータルとして圧縮応力ではなく、引張応力となる。
In contrast, in the present embodiment, as shown in FIG. 7 (a), since the
さらに、本願実施形態の変形例の場合、図7(b)に示すように、図7(a)の実施形態に比べて、先端壁部12aの内表面の中央部底面12a2がバルブボディ12の内部側へ盛り上がった逆ドーム構造であり、いわゆるアーチ効果がさらに効きやすいため、先端壁部12aの中央部底面12a2への燃圧による先端壁部12aに発生する曲げモーメントはより緩和される。したがって、この曲げモーメントによって生じる先端壁部12aの外表面12a1に生じる引張応力(黒塗り矢印を参照)もより緩和される。
Furthermore, in the case of modification of the present embodiment, as shown in FIG. 7 (b), FIG. 7 in comparison with the embodiment of (a), the
以上から、中央部底面12a2が平坦形状のもの(図7(a)を参照)よりも、中央部底面12a2が逆ドーム構造のもの(図7(b)を参照)の方が、先端壁部12aの外表面12a1における引張応力が小さいため、特に、先端壁部12aにおける外表面12a1側の座ぐり16aの底縁近傍(図6のA部)への応力集中が相対的に小さい。
From the above, the tip of the center
また、図2(a)及び図3から明らかなように、中央部底面12a2が平坦形状のもの(図7(a)を参照)の方が、中央部底面12a2が逆ドーム構造のもの(図7(b)を参照)よりも、中央部底面12a2の外縁の隅部近傍(図6のB部)での断面の変化が緩やかであるため、この中央部底面12a2の外縁の隅部近傍への応力集中が相対的に小さい。
Moreover, as is clear from FIG. 2 (a) and FIG. 3, the
したがって、先端壁部の内表面における中央部底面の形状の違いによって各実施形態の燃料噴射弁は、応力集中に関して個別の効果を備えており、エンジンにいずれの形態の燃料噴射弁を使用するかは、燃料噴射弁に求められる具体的な特性、性能に応じて当業者が選択可能である。 Therefore, the fuel injection valve of each embodiment has an individual effect on stress concentration due to the difference in the shape of the bottom surface of the central portion on the inner surface of the tip wall, and which form of fuel injection valve is used for the engine. Can be selected by those skilled in the art according to the specific characteristics and performance required for the fuel injection valve.
以上、上述の実施形態とその変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although the present invention has been described with reference to the above-described embodiments and modifications thereof, the present invention is not limited to these embodiments.
例えば、上述の実施形態では、ニードルバルブの駆動手段として鉄心と電磁コイルを用いた電磁式の場合について説明したが、例えば、カム、燃料圧、ピエゾ素子等をそれぞれ用いた機械式、流体圧式、電気式等の駆動手段を用いてもよく、これによっても同様の効果を得ることができる。また、上述の実施形態では、バルブボディの形状として円筒状のものを説明したが、本発明は円筒状のバルブボディに限定されるものではなく、例えば、外形が円錐状や角柱状のものを用いても良い。 For example, in the above-described embodiment, the case of an electromagnetic type using an iron core and an electromagnetic coil as the driving means of the needle valve has been described. For example, a mechanical type, a hydraulic type using a cam, a fuel pressure, a piezoelectric element, etc. An electric driving means or the like may be used, and the same effect can be obtained by this. In the above-described embodiment, the cylindrical shape of the valve body has been described. However, the present invention is not limited to the cylindrical valve body. For example, the valve body has a conical shape or a prismatic shape. It may be used.
以上のように、本発明によれば、エンジンの燃料噴射弁において、燃圧により燃料噴射弁を構成するバルブボディの先端壁部に発生する引張応力を軽減することによって、当該先端壁部の強度を確保しながら、燃料の微粒化の悪化を抑制して、低負荷時における燃焼性をさらに向上させることが可能となるから、例えば車両用のエンジン、特に混合気の点火手段を備えたエンジンにおいて燃料を噴射する燃料噴射弁の製造産業分野において好適に利用される可能性がある。 As described above, according to the present invention, in the fuel injection valve of the engine, the tensile stress generated in the tip wall portion of the valve body constituting the fuel injection valve by the fuel pressure is reduced, whereby the strength of the tip wall portion is increased. It is possible to further suppress the deterioration of fuel atomization and further improve the combustibility at low loads while securing the fuel. For example, in a vehicle engine, particularly an engine equipped with an air-fuel mixture ignition means May be suitably used in the manufacturing industry of fuel injection valves for injecting fuel.
10 燃料噴射弁
11 ハウジング
12、112 バルブボディ
12a、112a 先端壁部
12a1、112a1 外表面
12a2、112a2 中央部底面
12a3、112a3 弁座
12b、112b 円筒側壁部
12c 燃料溜り部
13 結合部材
14、114 ニードルバルブ
14a、114a 先端部
14b 段付部
15 燃料噴射部
16、116 噴口
16a 座ぐり
18 予圧縮生成リング
20 電磁コイル
30 固定鉄心
40 スペーサ
50 可動鉄心
60 コイルスプリング
70 コネクタ
X 空隙
10
Claims (3)
前記先端壁部は、その外表面が前記バルブボディの内部側へ凹んだドーム形状とされ、
前記バルブボディの少なくとも前記先端壁部の外周面に予め圧縮力を加えるための予圧縮生成リングが設けられている
ことを特徴とするエンジンの燃料噴射弁。 A valve body, and a needle valve that is inserted in the valve body so as to be movable in the axial direction. The valve body has a plurality of injection holes in a tip wall portion, and the tip end portion of the needle valve is connected to the valve body. In the fuel injection valve of the engine that sprays fuel from the nozzle by moving away from the valve seat on the outer peripheral portion of the inner surface of the tip wall,
The tip wall portion has a dome shape whose outer surface is recessed toward the inside of the valve body,
A fuel injection valve for an engine, wherein a precompression generating ring for applying a compressive force in advance to at least an outer peripheral surface of the tip wall portion of the valve body is provided.
前記先端壁部は、その内表面の中央部底面が平坦形状とされている
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの燃料噴射弁。 Each of the nozzle holes is disposed such that the direction in which the fuel is sprayed is inclined outward from the center line of the valve body,
The fuel injection valve for an engine according to claim 1, wherein the front end wall portion has a flat bottom surface at the center of the inner surface thereof.
前記先端壁部は、その内表面の中央部底面が前記バルブボディの内部側へ盛り上がったドーム形状とされている
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの燃料噴射弁。 Each of the nozzle holes is disposed such that the direction in which the fuel is sprayed is inclined outward from the center line of the valve body,
2. The fuel injection valve for an engine according to claim 1, wherein the tip wall portion has a dome shape in which a bottom surface of a central portion of an inner surface thereof is raised toward an inner side of the valve body.
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