JP2013234586A

JP2013234586A - Fuel injection valve

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Publication number: JP2013234586A
Application number: JP2012106677A
Authority: JP
Inventors: Naoki Toda; 直樹戸田; Makoto Masuda; 誠増田
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2013-11-21

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel injection valve which reduces smoke and unburned HC by achieving both improving the injection pressure of fuel at the beginning of the valve opening of a needle and reducing the volume of a sack section.SOLUTION: Ami(L)≥0.8×As(L) and Aave≤0.12×Dsare satisfied when a lifting amount L of a needle 11 is within a range of As(L)≤3×Ah where Ah is the total flow path section area of an injection hole 25, As(L) is the flow path section area formed between a seal section 18 and a nozzle body 12 when the lifting amount of the needle 11 is L, Ami(L) is the minimum flow path section area between the seal section 18 and the injection hole 25 when the lifting amount of the needle 11 is L, Aave is the average flow path section area between the seal section 18 and the injection hole 25 when the valve of the needle 11 is closed, and Ds is the seal diameter of the seal section 18. By these conditions being satisfied, both improvement of the injection pressure of fuel at the beginning of valve opening of the needle 11 and reduction of the volume of the sack section 23 are achieved.

Description

本発明は、燃料噴射弁に関する。 The present invention relates to a fuel injection valve.

従来、内燃機関に用いられる燃料噴射弁は、先端に弁座部、サック部および噴孔を有しているのが一般的である（特許文献１参照）。ニードルのシール部は、弁座部に着座または弁座部から離座することにより、サック部を経由した噴孔からの燃料の噴射を断続する。このような燃料噴射弁は、燃焼状態を改善し、スモークや未燃焼の燃料（ＨＣ）などの低減を図るために燃料の微粒化が求められている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel injection valve used in an internal combustion engine generally has a valve seat portion, a sac portion, and an injection hole at the tip (see Patent Document 1). The needle seal portion intermittently injects fuel from the injection hole via the sac portion by being seated on the valve seat portion or separated from the valve seat portion. Such a fuel injection valve is required to atomize fuel in order to improve the combustion state and reduce smoke, unburned fuel (HC), and the like.

スモークの低減のためには、噴孔からの燃料の噴射圧力を噴射の初期から高めることが求められる。しかし、ニードルの移動によって燃料の噴射を断続する燃料噴射弁の場合、ニードルの開弁初期、すなわちシール部が弁座部から離座した当初は、燃料が通過可能な流路の断面積が小さく、噴孔から噴射される燃料の圧力の低下を招く。また、未燃焼のＨＣの低減のためには、特定の噴射時期以外に噴孔から燃焼室へ燃料が供給されることを回避することが求められる。しかし、複数の噴孔へ燃料を均等に分配するためには、弁座部よりも燃料流れ方向で下流側にサック部を設ける必要がある。サック部は一定の空間を形成しているため、サック部に流入した燃料の一部は特定の噴射時期以外に噴孔から燃焼室へ漏れ出るおそれがある。 In order to reduce smoke, it is required to increase the injection pressure of fuel from the injection hole from the beginning of injection. However, in the case of a fuel injection valve in which fuel injection is interrupted by the movement of the needle, the cross-sectional area of the flow path through which the fuel can pass is small at the initial opening of the needle, that is, at the beginning of the seal portion separating from the valve seat portion. The pressure of the fuel injected from the nozzle hole is reduced. Further, in order to reduce unburned HC, it is required to avoid supplying fuel from the nozzle hole to the combustion chamber other than at a specific injection timing. However, in order to evenly distribute the fuel to the plurality of nozzle holes, it is necessary to provide a sack portion downstream of the valve seat portion in the fuel flow direction. Since the sac portion forms a certain space, a part of the fuel that has flowed into the sac portion may leak from the nozzle hole to the combustion chamber at a time other than the specific injection timing.

特開平７−２５９７０４号公報JP 7-259704 A

そこで、本発明の目的は、ニードルの開弁初期における燃料の噴射圧力の向上とサック部の容積の低減とを両立して、スモークおよび未燃焼のＨＣの低減を図る燃料噴射弁を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuel injection valve that achieves a reduction in smoke and unburned HC by simultaneously improving the fuel injection pressure at the initial stage of needle opening and reducing the volume of the sack portion. It is in.

ニードルのリフト量が小さな開弁初期において、サック部における燃料の圧力は、シール部から噴孔までの最小流路断面積Ａｍｉ（Ｌ）に相関する。すなわち、シール部よりも燃料の流れ方向で下流側に位置するサック部における燃料の圧力は、開弁の初期において、このシール部から噴孔までの間に形成される燃料の通路の断面積が最小となる部分の影響を受ける。特に、ニードルのリフト量Ｌが、シール部における流路断面積すなわちシール部とノズルボディとの間に形成される燃料の通路の流路断面積Ａｓ（Ｌ）と複数の噴孔の流路断面積の総和であるＡｈとの関係がＡｓ（Ｌ）≦３×Ａｈとなる範囲にあるとき、サック部における燃料の圧力は最小流路断面積Ａｍｉ（Ｌ）から受ける影響が大きくなる。 In the initial stage of valve opening with a small needle lift, the fuel pressure in the sac portion correlates with the minimum flow path cross-sectional area Ami (L) from the seal portion to the nozzle hole. That is, the fuel pressure in the sack portion located downstream of the seal portion in the fuel flow direction is such that the cross-sectional area of the fuel passage formed between the seal portion and the nozzle hole is the initial stage of valve opening. It is influenced by the smallest part. In particular, the lift amount L of the needle is such that the cross-sectional area of the flow path in the seal portion, that is, the cross-sectional area As (L) of the fuel passage formed between the seal portion and the nozzle body, When the relationship with the total area Ah is in a range where As (L) ≦ 3 × Ah, the fuel pressure in the sack portion is greatly affected by the minimum flow path cross-sectional area Ami (L).

ここで、ニードルのリフト量ＬがこのＡｓ（Ｌ）≦３×Ａｈとなる範囲にあるとき、Ａｍｉ（Ｌ）≧０．８×Ａｓ（Ｌ）の関係が成立すれば、サック部における燃料の圧力が十分に確保される。そのため、サック部を経由して噴孔から噴射される燃料の圧力は、微粒化に十分な圧力に維持される。
また、閉弁時すなわちニードルのシール部が弁座に着座しているリフト量Ｌ＝０のとき、シール部から噴孔までの間の断面積の平均は平均流路断面積Ａａｖｅとし、シール部の外径はシール径Ｄｓと定義する。このとき、サック部またはニードルの少なくとも一方の形状をＡａｖｅ≦０．１２×Ｄｓ^２の関係が成立するように設定することにより、サック部における燃料の圧力の上昇に寄与しないサック部の容積すなわち不要なサック部の容積が減少する。そのため、燃料の噴射時期以外にサック部に残留する燃料が減少し、未燃焼のＨＣの排出が低減される。 Here, when the lift amount L of the needle is in the range where As (L) ≦ 3 × Ah, if the relationship of Ami (L) ≧ 0.8 × As (L) is established, the fuel in the sack portion Sufficient pressure is secured. Therefore, the pressure of the fuel injected from the nozzle hole via the sack portion is maintained at a pressure sufficient for atomization.
Further, when the valve is closed, that is, when the lift amount L = 0 when the seal portion of the needle is seated on the valve seat, the average cross-sectional area from the seal portion to the nozzle hole is the average channel cross-sectional area Aave, and the seal portion Is defined as a seal diameter Ds. At this time, by setting the shape of at least one of the sac part or the needle so that the relationship of Aave ≦ 0.12 × Ds ² is established, the volume of the sack part that does not contribute to the increase in the fuel pressure in the sack part, that is, unnecessary The volume of the sack portion is reduced. For this reason, the fuel remaining in the sac portion other than the fuel injection timing is reduced, and the discharge of unburned HC is reduced.

以上のように、Ａｓ（Ｌ）≦３×Ａｈとなる範囲にあるとき、Ａｍｉ（Ｌ）≧０．８×Ａｓ（Ｌ）の関係が成立し、かつＡａｖｅ≦０．１２×Ｄｓ^２の関係が成立するとき、ニードルの開弁初期における燃料の噴射圧力の向上とサック部の容積の低減とが両立される。したがって、スモークの排出の低減と未燃焼のＨＣの排出の低減とを両立して達成することができる。 As described above, when in the range of As (L) ≦ 3 × Ah, the relationship of Ami (L) ≧ 0.8 × As (L) is established, and the relationship of Aave ≦ 0.12 × Ds ² When is established, the improvement of the fuel injection pressure at the initial stage of opening of the needle and the reduction of the volume of the sac portion are compatible. Therefore, it is possible to achieve both reduction of smoke emission and reduction of unburned HC emission.

第１実施形態による燃料噴射弁の要部を示す断面図Sectional drawing which shows the principal part of the fuel injection valve by 1st Embodiment. 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図Sectional view taken along line II-II in FIG. 噴孔の総流路断面積に対するシール部における流路断面積の比とサック部の圧力との関係を示す模式図Schematic diagram showing the relationship between the ratio of the channel cross-sectional area in the seal part to the total channel cross-sectional area of the nozzle hole and the pressure in the sack サック部の圧力とスモークの発生量との関係を示す模式図Schematic showing the relationship between the sack pressure and the amount of smoke generated シール部における流路断面積に対する最小流路断面積の比とサック部の圧力との関係を示す模式図Schematic diagram showing the relationship between the ratio of the minimum channel cross-sectional area to the channel cross-sectional area in the seal part and the pressure in the sack part 比較例１の燃料噴射弁の要部を示す断面図Sectional drawing which shows the principal part of the fuel injection valve of the comparative example 1 比較例１における図５相当図FIG. 5 equivalent view in Comparative Example 1 比較例１におけるシール部の径の自乗に対する平均流路流路断面積の比と、サック部の容積およびサック部の圧力との関係を示す模式図The schematic diagram which shows the relationship of the ratio of the average channel flow-path cross-sectional area with respect to the square of the diameter of the seal part in the comparative example 1, and the volume of a sac part, and the pressure of a sac part サック部の容積と排気に含まれる未燃焼のＨＣとの関係を示す模式図Schematic diagram showing the relationship between the volume of the sack portion and unburned HC contained in the exhaust 第１実施形態におけるシール部の径の自乗に対する平均流路断面積の比と、サック部の容積およびサック部の圧力との関係を示す模式図The schematic diagram which shows the relationship of the ratio of the average flow-path cross-sectional area with respect to the square of the diameter of the seal part in 1st Embodiment, the volume of a sac part, and the pressure of a sac part. 比較例２の燃料噴射弁の要部を示す断面図Sectional drawing which shows the principal part of the fuel injection valve of the comparative example 2 比較例２の図５相当図FIG. 5 equivalent view of Comparative Example 2 比較例２の図１０相当図FIG. 10 equivalent view of Comparative Example 2 第１実施形態による燃料噴射弁の要部を拡大した断面図であって、逃がし部の半径を説明するための図It is sectional drawing to which the principal part of the fuel injection valve by 1st Embodiment was expanded, Comprising: The figure for demonstrating the radius of an escape part 第１実施形態による燃料噴射弁において、逃がし部の半径として好ましい範囲を説明するための概略図In the fuel injection valve by 1st Embodiment, the schematic for demonstrating a preferable range as a radius of an escape part 第１実施形態による燃料噴射弁の変形例を示す図１相当図FIG. 1 is a view corresponding to FIG. 1 showing a modification of the fuel injection valve according to the first embodiment. 第２実施形態による燃料噴射弁を示す図１相当図FIG. 1 equivalent view showing a fuel injection valve according to a second embodiment

以下、燃料噴射弁の複数の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
第１実施形態による燃料噴射弁を図１に示す。図１に示すように燃料噴射弁１０は、ニードル１１およびノズルボディ１２を備えている。ニードル１１は、筒状のノズルボディ１２の内側を軸方向へ往復移動可能である。ニードル１１は、図示しない駆動部によって図１の上下方向へ駆動される。図示しない駆動部は、例えば通電によって電磁吸引力を発生するコイルおよびコイルスプリングなどの弾性部材を有している。弾性部材は、ニードルを図１１の下方へ押し付けている。コイルに通電することにより、電磁吸引力が発生すると、ニードル１１は弾性部材の押し付け力に抗して図１の上方へ移動する。また、図示しない駆動部は、燃料の圧力を利用するものであってもよい。このように、駆動部は、周知のものであれば任意に選択することができる。 Hereinafter, a plurality of embodiments of a fuel injection valve will be described in detail based on the drawings. Note that, in a plurality of embodiments, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(First embodiment)
A fuel injection valve according to the first embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the fuel injection valve 10 includes a needle 11 and a nozzle body 12. The needle 11 can reciprocate in the axial direction inside the cylindrical nozzle body 12. The needle 11 is driven in the vertical direction in FIG. 1 by a drive unit (not shown). A drive unit (not shown) includes an elastic member such as a coil and a coil spring that generate an electromagnetic attractive force by energization, for example. The elastic member presses the needle downward in FIG. When an electromagnetic attractive force is generated by energizing the coil, the needle 11 moves upward in FIG. 1 against the pressing force of the elastic member. Moreover, the drive part which is not shown in figure may utilize the pressure of a fuel. As described above, the driving unit can be arbitrarily selected as long as it is a known one.

ニードル１１は、棒状に形成され、円柱部１４、第一テーパ部１５、第二テーパ部１６および逃がし部１７を有している。これらニードル１１を構成する円柱部１４、第一テーパ部１５、第二テーパ部１６および逃がし部１７は、軸方向に一体に形成されている。第一テーパ部１５は、軸方向の一方が円柱部１４に接続し、他方が第二テーパ部１６に接続している。この第一テーパ部１５と第二テーパ部１６との接続部分は、軸を中心とする円環状のシール部１８を形成している。逃がし部１７は、第二テーパ部１６の第一テーパ部１５と反対側に接続している。 The needle 11 is formed in a rod shape and has a cylindrical portion 14, a first tapered portion 15, a second tapered portion 16, and a relief portion 17. The cylindrical portion 14, the first tapered portion 15, the second tapered portion 16 and the relief portion 17 constituting the needle 11 are integrally formed in the axial direction. One of the first tapered portions 15 in the axial direction is connected to the cylindrical portion 14, and the other is connected to the second tapered portion 16. The connecting portion between the first taper portion 15 and the second taper portion 16 forms an annular seal portion 18 centering on the axis. The relief part 17 is connected to the opposite side of the second taper part 16 to the first taper part 15.

ノズルボディ１２は、筒状に形成されており、ニードル１１を軸方向へ往復移動可能に収容している。ノズルボディ１２は、図１の上方から円筒部２１、テーパ部２２およびサック部２３を有している。円筒部２１は、ニードル１１側に円筒状の内壁を形成している。また、テーパ部２２は、ニードル１１側に円錐台状の内壁を形成している。このテーパ部２２における円錐台状の内壁は、サック部２３から離れるほど、つまり円筒部２１側ほど内径が拡大している。ノズルボディ１２は、このテーパ部２２に軸を中心とする円環状の弁座部２４を形成している。ニードル１１のシール部１８は、テーパ部２２に形成されている弁座部２４に着座可能である。 The nozzle body 12 is formed in a cylindrical shape, and accommodates the needle 11 so as to be capable of reciprocating in the axial direction. The nozzle body 12 has a cylindrical portion 21, a tapered portion 22 and a sack portion 23 from above in FIG. The cylindrical portion 21 forms a cylindrical inner wall on the needle 11 side. The tapered portion 22 forms a truncated cone-shaped inner wall on the needle 11 side. The inner wall of the frustoconical shape of the tapered portion 22 has an inner diameter that increases as the distance from the sack portion 23, that is, toward the cylindrical portion 21. The nozzle body 12 forms an annular valve seat portion 24 centering on the shaft at the tapered portion 22. The seal portion 18 of the needle 11 can be seated on a valve seat portion 24 formed in the tapered portion 22.

サック部２３は、テーパ部２２の円筒部２１とは反対側すなわちノズルボディ１２の先端側に設けられている。サック部２３は、基端側がテーパ部２２に接続している。サック部２３は、円筒状の内壁と球面状の内壁とが結合した形状である。ノズルボディ１２は、このサック部２３の内壁と外壁とを接続する噴孔２５を有している。噴孔２５は、サック部２３においてノズルボディ１２の内側と外側とを接続している。噴孔２５は、ノズルボディ１２の周方向に複数設けられている。 The sack portion 23 is provided on the opposite side of the tapered portion 22 from the cylindrical portion 21, that is, on the tip end side of the nozzle body 12. The sack portion 23 is connected to the tapered portion 22 on the proximal end side. The sack portion 23 has a shape in which a cylindrical inner wall and a spherical inner wall are coupled. The nozzle body 12 has a nozzle hole 25 that connects the inner wall and the outer wall of the sack portion 23. The nozzle hole 25 connects the inner side and the outer side of the nozzle body 12 at the sack portion 23. A plurality of nozzle holes 25 are provided in the circumferential direction of the nozzle body 12.

ノズルボディ１２は、円筒部２１において、ニードル１１との間にノズル室３１を形成している。ノズル室３１は、燃料噴射弁１０の外部から供給された燃料が流入する。すなわち、燃料噴射弁１０に供給された燃料は、図示しない燃料通路を経由してノズル室３１へ流入する。また、ノズルボディ１２は、テーパ部２２においてニードル１１との間に燃料通路３２を形成している。この燃料通路３２は、図１および図２に示すようにニードル１１のシール部１８がノズルボディ１２の弁座部２４から離座すると開放される。これにより、ニードル１１の図１の上方への移動すなわちニードル１１のリフトによってシール部１８が弁座部２４から離座すると、ノズル室３１の燃料は燃料通路３２を経由してサック部２３へ流入する。そして、サック部２３へ流入した燃料は、噴孔２５を経由して図示しない内燃機関の燃焼室へ噴射される。一方、燃料通路３２は、ニードル１１のシール部１８がノズルボディ１２の弁座部２４に着座すると閉鎖される。これにより、ニードル１１が図１の下方へ移動してシール部１８が弁座部２４へ着座すると、ノズル室３１の燃料はサック部２３への流入が遮断される。そのため、ニードル１１の図１の上方への移動量すなわちニードル１１のリフト量が「０」のとき、噴孔２５からの燃料の噴射は停止される。 The nozzle body 12 forms a nozzle chamber 31 with the needle 11 in the cylindrical portion 21. The fuel supplied from the outside of the fuel injection valve 10 flows into the nozzle chamber 31. That is, the fuel supplied to the fuel injection valve 10 flows into the nozzle chamber 31 via a fuel passage (not shown). Further, the nozzle body 12 forms a fuel passage 32 between the taper portion 22 and the needle 11. As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel passage 32 is opened when the seal portion 18 of the needle 11 is separated from the valve seat portion 24 of the nozzle body 12. Thereby, when the seal portion 18 is separated from the valve seat portion 24 by the upward movement of the needle 11 in FIG. 1, that is, the lift of the needle 11, the fuel in the nozzle chamber 31 flows into the sac portion 23 via the fuel passage 32. To do. The fuel that has flowed into the sack portion 23 is injected into a combustion chamber of an internal combustion engine (not shown) via the nozzle hole 25. On the other hand, the fuel passage 32 is closed when the seal portion 18 of the needle 11 is seated on the valve seat portion 24 of the nozzle body 12. Accordingly, when the needle 11 moves downward in FIG. 1 and the seal portion 18 is seated on the valve seat portion 24, the fuel in the nozzle chamber 31 is blocked from flowing into the sack portion 23. Therefore, when the amount of movement of the needle 11 upward in FIG. 1, that is, the lift amount of the needle 11 is “0”, the fuel injection from the injection hole 25 is stopped.

本実施形態の場合、ニードル１１は、先端に逃がし部１７を有している。この逃がし部１７は、シール部１８よりも燃料の流れ方向の下流側に設けられており、下流側ほど外径が縮小している。すなわち、逃がし部１７は、中心軸側へ凹んでいる。特に第１実施形態の場合、この逃がし部１７は、中心側へ凹んだ円弧面状に形成されている。 In the case of this embodiment, the needle 11 has a relief portion 17 at the tip. The escape portion 17 is provided downstream of the seal portion 18 in the fuel flow direction, and the outer diameter is reduced toward the downstream side. That is, the relief part 17 is recessed toward the central axis side. Particularly in the case of the first embodiment, the escape portion 17 is formed in a circular arc shape that is recessed toward the center.

次に、上記の構成による第１実施形態の燃料噴射弁１０の形状について詳細に説明する。
ニードル１１は、図１の上方への移動すなわちリフトによって、シール部１８が弁座部２４から離座する。このとき、ニードル１１のシール部１８から噴孔２５までの間には、流路断面積が最小となる部分が形成される。この流路断面積が最小となる部分は、ニードル１１のリフト量Ｌによって変化し、リフト量Ｌの関数である最小流路断面積Ａｍｉ（Ｌ）として定義される。なお、最小流路断面積Ａｍｉ（Ｌ）は、ニードル１１のリフト量Ｌの増加にともない増大する。 Next, the shape of the fuel injection valve 10 of the first embodiment configured as described above will be described in detail.
The seal 11 is separated from the valve seat 24 by the upward movement or lift of the needle 11 in FIG. At this time, a portion having a minimum flow path cross-sectional area is formed between the seal portion 18 and the injection hole 25 of the needle 11. The portion where the flow path cross-sectional area is minimum varies depending on the lift amount L of the needle 11 and is defined as the minimum flow path cross-sectional area Ami (L) that is a function of the lift amount L. Note that the minimum flow path cross-sectional area Ami (L) increases as the lift amount L of the needle 11 increases.

ところで、ニードル１１のシール部１８が弁座部２４から離座すると、ノズル室３１の燃料はニードル１１とノズルボディ１２との間の燃料通路３２を経由してサック部２３に流入する。このサック部２３における燃料の圧力は、ニードル１１のリフト量Ｌが小さな燃料噴射弁１０の開弁初期において、最小流路断面積Ａｍｉ（Ｌ）の影響を受ける。すなわち、サック部２３における燃料の圧力は、ノズル室３１からの燃料の流入にともない圧力が上昇し、最小流路断面積Ａｍｉ（Ｌ）によって圧力の上昇度合いが変化する。特に、図３に示すように、シール部１８における流路断面積Ａｓ（Ｌ）と、噴孔２５の総流路断面積Ａｈとの関係がＡｓ（Ｌ）≦３×Ａｈとなるニードル１１のリフト量（Ｌ）において、最小流路断面積Ａｍｉ（Ｌ）がサック部２３における燃料の圧力に与える影響は大きい。ここで、シール部１８における流路断面積Ａｓ（Ｌ）は、図２に示すようにシール部１８においてニードル１１とノズルボディ１２との間に形成される燃料通路３２の断面積である。このシール部１８における流路断面積Ａｓ（Ｌ）も、ニードル１１のリフト量Ｌによって変化する。一方、噴孔２５の総流路断面積Ａｈは、ノズルボディ１２に形成されている噴孔２５の流路断面積の総和である。噴孔２５の断面積は、ニードル１１のリフト量Ｌに関わらず一定であるので、リフト量Ｌと相関せず燃料噴射弁１０に固有の定数である。 By the way, when the seal portion 18 of the needle 11 is separated from the valve seat portion 24, the fuel in the nozzle chamber 31 flows into the sac portion 23 via the fuel passage 32 between the needle 11 and the nozzle body 12. The fuel pressure in the sack portion 23 is affected by the minimum flow path cross-sectional area Ami (L) at the initial stage of opening of the fuel injection valve 10 where the lift amount L of the needle 11 is small. That is, the pressure of the fuel in the sack portion 23 increases with the inflow of fuel from the nozzle chamber 31, and the degree of increase in pressure varies with the minimum flow path cross-sectional area Ami (L). In particular, as shown in FIG. 3, the relationship between the flow path cross-sectional area As (L) in the seal portion 18 and the total flow path cross-sectional area Ah of the nozzle hole 25 is As (L) ≦ 3 × Ah. In the lift amount (L), the influence of the minimum flow path cross-sectional area Ami (L) on the fuel pressure in the sack portion 23 is large. Here, the flow path cross-sectional area As (L) in the seal portion 18 is a cross-sectional area of the fuel passage 32 formed between the needle 11 and the nozzle body 12 in the seal portion 18 as shown in FIG. The flow path cross-sectional area As (L) in the seal portion 18 also changes depending on the lift amount L of the needle 11. On the other hand, the total flow path cross-sectional area Ah of the nozzle holes 25 is the sum of the flow path cross-sectional areas of the nozzle holes 25 formed in the nozzle body 12. Since the cross-sectional area of the injection hole 25 is constant regardless of the lift amount L of the needle 11, it is not correlated with the lift amount L and is a constant inherent to the fuel injection valve 10.

すなわち、Ａｓ（Ｌ）≦３×Ａｈとなるようにニードル１１のリフト量Ｌが小さいとき、サック部２３における燃料の圧力Ｐｓは最小流路断面積Ａｍｉ（Ｌ）の影響を受ける。ここで、図４に示すようにサック部２３における燃料の圧力は、燃料の噴射時においてサック部２３で要求される圧力を目標圧力Ｐｎとすると、実験的に０．８４×Ｐｎ以上でスモークが低減することがわかる。すなわち、Ａｓ（Ｌ）≦３×Ａｈとなるようなニードル１１のリフト量Ｌが小さいとき、サック部２３における燃料の圧力Ｐｓを０．８４×Ｐｎ以上に設定すると、内燃機関から排出される排気に含まれるスモークは低減される。なお、この定数「０．８４」は実験的な値であり、内燃機関の種類や構造に応じて決定される値である。 That is, when the lift amount L of the needle 11 is small so that As (L) ≦ 3 × Ah, the fuel pressure Ps in the sack portion 23 is affected by the minimum flow path cross-sectional area Ami (L). Here, as shown in FIG. 4, the fuel pressure in the sack portion 23 is experimentally smoked at 0.84 × Pn or more, assuming that the pressure required in the sack portion 23 during fuel injection is the target pressure Pn. It turns out that it reduces. That is, when the lift amount L of the needle 11 such that As (L) ≦ 3 × Ah is small, if the fuel pressure Ps in the sack portion 23 is set to 0.84 × Pn or more, the exhaust discharged from the internal combustion engine The smoke contained in is reduced. The constant “0.84” is an experimental value and is determined according to the type and structure of the internal combustion engine.

ここで、図５に示すように最小流路断面積Ａｍｉ（Ｌ）とシール部１８における流路断面積Ａｓ（Ｌ）との間に、
［条件１］Ａｍｉ（Ｌ）≧０．８×Ａｓ（Ｌ）
が成立すると、サック部２３における燃料の圧力Ｐｓは０．８４×Ｐｎ以上となる。そのため、Ａｓ（Ｌ）≦３×Ａｈとなるようにニードル１１のリフト量Ｌが小さいとき、ニードル１１およびノズルボディ１２が上述の条件１を満たせば、内燃機関の排気に含まれるスモークを大幅に低減することができる。 Here, as shown in FIG. 5, between the minimum channel cross-sectional area Ami (L) and the channel cross-sectional area As (L) in the seal portion 18,
[Condition 1] Ami (L) ≧ 0.8 × As (L)
Is established, the fuel pressure Ps in the sack portion 23 becomes 0.84 × Pn or more. Therefore, when the lift amount L of the needle 11 is small so that As (L) ≦ 3 × Ah, if the needle 11 and the nozzle body 12 satisfy the above condition 1, smoke contained in the exhaust gas of the internal combustion engine is greatly reduced. Can be reduced.

一方、例えば図６に示すように条件１のみを満たす比較例１の燃料噴射弁１００の場合、サック部１０１における燃料の圧力Ｐｓは図７に示すように第１実施形態の燃料噴射弁１０と同等に達する。しかし、図８からも明らかなように、比較例１の燃料噴射弁１００は、条件１を満たすために第１実施形態として比較してより大きなサック部１０１の容積を必要とする。図９に示すように、サック部１０１の容積と内燃機関に含まれる未燃焼のＨＣとの間には相関関係がある。これは、サック部１０１に残留した燃料は、所定の噴射時期以外に燃焼室へ漏れ出すおそれがあるからである。このように、サック部１０１の容積が大きくなると、内燃機関の排気に含まれる未燃焼のＨＣの増加を招く。 On the other hand, for example, in the case of the fuel injection valve 100 of Comparative Example 1 that satisfies only the condition 1 as shown in FIG. 6, the fuel pressure Ps in the sack portion 101 is the same as that of the fuel injection valve 10 of the first embodiment as shown in FIG. Reach the equivalent. However, as is clear from FIG. 8, the fuel injection valve 100 of the comparative example 1 requires a larger volume of the sac portion 101 than the first embodiment in order to satisfy the condition 1. As shown in FIG. 9, there is a correlation between the volume of the sack portion 101 and unburned HC included in the internal combustion engine. This is because the fuel remaining in the sack portion 101 may leak into the combustion chamber other than the predetermined injection timing. As described above, when the volume of the sack portion 101 is increased, unburned HC contained in the exhaust gas of the internal combustion engine is increased.

そこで、第１実施形態では、さらにシール部１８から噴孔２５までの間の平均流路断面積Ａａｖｅがシール部１８におけるニードル１１の外径であるシール径Ｄｓに対して、
［条件２］Ａａｖｅ≦０．１２×Ｄｓ^２
が成立するように設定している。すなわち、ニードル１１のリフト量Ｌが０であるＬ＝０において、上述の条件２が成立するように設定している。図１０に示すように、Ａａｖｅ／Ｄｓ^２が０．１２を超えると、噴孔２５における燃料の流量に関わらず、サック部２３の容積がサック部２３における燃料の圧力Ｐｓに与える影響は小さい。そのため、条件２が成立することにより、サック部２３における燃料の圧力に影響を与えないサック部２３の容積は削減される。その結果、内燃機関の排気に含まれる未燃焼ＨＣは、低減させることができる。 Therefore, in the first embodiment, the average flow path cross-sectional area Aave between the seal portion 18 and the nozzle hole 25 is further smaller than the seal diameter Ds that is the outer diameter of the needle 11 in the seal portion 18.
[Condition 2] Aave ≦ 0.12 × Ds ²
Is set to hold. That is, it is set so that the above-described condition 2 is satisfied at L = 0 where the lift amount L of the needle 11 is zero. As shown in FIG. 10, when Aave / Ds ² exceeds 0.12, the volume of the sack portion 23 has little influence on the fuel pressure Ps in the sack portion 23 regardless of the fuel flow rate in the nozzle hole 25. Therefore, when the condition 2 is satisfied, the volume of the sac portion 23 that does not affect the fuel pressure in the sac portion 23 is reduced. As a result, unburned HC contained in the exhaust gas of the internal combustion engine can be reduced.

一方、例えば図１１に示すように条件２のみを満たす比較例２の燃料噴射弁２００の場合、図１２に示すようにサック部２０１おける燃料の圧力が低下する。すなわち、比較例２の燃料噴射弁２００の場合、図１３に示すようにサック部２０１の容積が減少するだけでなく、サック部２０１の圧力Ｐｓも低下する。そのため、比較例２の燃料噴射弁２００は、噴孔２０２から噴射される燃料の圧力が低下し、噴霧の微粒化が妨げられる。その結果、内燃機関の排気に含まれるスモークの増加を招く。 On the other hand, for example, in the case of the fuel injection valve 200 of the comparative example 2 that satisfies only the condition 2 as shown in FIG. 11, the pressure of the fuel in the sac portion 201 decreases as shown in FIG. That is, in the case of the fuel injection valve 200 of the comparative example 2, not only the volume of the sac portion 201 is reduced as shown in FIG. 13, but also the pressure Ps of the sac portion 201 is reduced. Therefore, in the fuel injection valve 200 of the comparative example 2, the pressure of the fuel injected from the injection hole 202 is lowered, and atomization of the spray is prevented. As a result, the smoke contained in the exhaust gas of the internal combustion engine is increased.

第１実施形態による燃料噴射弁１０は、Ａｓ（Ｌ）≦３×Ａｈとなるようにニードル１１のリフト量Ｌが小さいとき、上述の「条件１」を満たし、かつ「条件２」を満たす。すなわち、第１実施形態の燃料噴射弁１０は、ニードル１１の先端に円弧面状の逃がし部１７を設けることにより、これら双方の「条件１」および「条件２」を満たすように構成されている。 The fuel injection valve 10 according to the first embodiment satisfies the above-mentioned “Condition 1” and “Condition 2” when the lift amount L of the needle 11 is small so that As (L) ≦ 3 × Ah. That is, the fuel injection valve 10 of the first embodiment is configured to satisfy both “condition 1” and “condition 2” by providing an arc-shaped relief portion 17 at the tip of the needle 11. .

ここで、逃がし部１７を形成する円弧面の半径Ｒについて検証する。図１４に示す逃がし部１７における円弧面４０の半径Ｒは、図１５の網掛け部分で示した範囲にあることが好ましい。図１４に示すように逃がし部１７における円弧面４０の中心Ｃｏは、燃料噴射弁１０の軸方向と、燃料噴射弁１０の軸に平行な方向とにずれている。具体的には、逃がし部１７は、第二テーパ部１６との接続部分で外径Ｄを有している。この逃がし部１７の第二テーパ部１６との接続部分と円弧面４０の中心Ｃｏとの間の軸方向のずれは、逃がし位置Ｘとする。また、ニードル１１の軸と、この軸に平行な方向における円弧面４０の中心Ｃｏとの間のずれは、逃がし位置をＹとする。このとき、Ｘ／Ｄを横軸に、Ｙ／Ｄを縦軸にして、最大サック圧力に対する割合およびサックボリューム低減率をプロットすると、図１５に示すようになる。ここで、最大サック圧力に対する割合とは、シール部１８における流路断面積Ａｓ（Ｌ）と噴孔２５の総流路断面積Ａｈとが等しくなる条件、すなわちＡｓ（Ｌ）＝Ａｈにおいて、理論的に到達可能な最大サック圧に対するサック圧の実測値の割合を示す。また、サックボリューム低減率とは、ニードル１１のシール部１８がノズルボディ１２の弁座部２４に着座しているとき、すなわちリフト量Ｌ＝０のとき、シール部１８の下流側におけるノズルボディ１２の容積に対するサック部２３の容積を示す。ここで、ノズルボディ１２の容積は、ニードル１１が無いときの容積である。この図１５から、最大サック圧力に対する割合は大きいほど好ましく、かつサックボリューム低減率も大きいほど好ましい。このことから、ニードル１１の逃がし部１７の外径Ｄに基づいて、図１５の網掛けで示す範囲に含まれるようにＸ／ＤおよびＹ／Ｄを決定することにより、逃がし部１７の円弧面４０の適切な半径Ｒが決定される。 Here, it verifies about the radius R of the circular arc surface which forms the relief part 17. The radius R of the arc surface 40 in the relief portion 17 shown in FIG. 14 is preferably in the range indicated by the shaded portion in FIG. As shown in FIG. 14, the center Co of the arc surface 40 in the escape portion 17 is shifted in the axial direction of the fuel injection valve 10 and the direction parallel to the axis of the fuel injection valve 10. Specifically, the relief portion 17 has an outer diameter D at a connection portion with the second taper portion 16. The axial displacement between the connecting portion of the escape portion 17 and the second tapered portion 16 and the center Co of the arc surface 40 is defined as an escape position X. Further, the displacement between the axis of the needle 11 and the center Co of the arc surface 40 in the direction parallel to the axis is Y as the escape position. At this time, when X / D is plotted on the horizontal axis and Y / D is plotted on the vertical axis, the ratio to the maximum suck pressure and the suck volume reduction ratio are plotted as shown in FIG. Here, the ratio with respect to the maximum sack pressure is the theoretical value under the condition that the channel cross-sectional area As (L) in the seal portion 18 and the total channel cross-sectional area Ah of the nozzle hole 25 are equal, that is, As (L) = Ah. The ratio of the actual measured value of the sack pressure to the maximum sack pressure that can be achieved is shown. Further, the sac volume reduction rate is the nozzle body 12 on the downstream side of the seal portion 18 when the seal portion 18 of the needle 11 is seated on the valve seat portion 24 of the nozzle body 12, that is, when the lift amount L = 0. The volume of the sack part 23 with respect to the volume of is shown. Here, the volume of the nozzle body 12 is a volume when the needle 11 is not present. From FIG. 15, it is preferable that the ratio with respect to the maximum sack pressure is larger and that the sac volume reduction rate is larger. From this, the arc surface of the relief portion 17 is determined by determining X / D and Y / D based on the outer diameter D of the relief portion 17 of the needle 11 so as to be included in the range shown by the shaded area in FIG. A suitable radius R of 40 is determined.

以上説明した第１実施形態では、ニードル１１のリフト量Ｌが小さなＡｓ（Ｌ）≦３×Ａｈとなる範囲にあるとき、上述の「条件１」の関係が成立し、かつ「条件２」の関係が成立すれば、ニードル１１の開弁初期における燃料の噴射圧力の向上とサック部２３の容積の低減とが両立される。したがって、スモークの排出の低減と未燃焼のＨＣの排出の低減とを両立して達成することができる。 In the first embodiment described above, when the lift amount L of the needle 11 is in a range where As (L) ≦ 3 × Ah is small, the above-mentioned “condition 1” relationship is satisfied and “condition 2” is satisfied. If the relationship is established, the improvement in the fuel injection pressure and the reduction in the volume of the sack portion 23 at the initial stage of valve opening of the needle 11 are compatible. Therefore, it is possible to achieve both reduction of smoke emission and reduction of unburned HC emission.

また、第１実施形態では、逃がし部１７を中心軸側へ凹んだ形状に形成している。これにより、シール部１８の先端側すなわちサック部２３側において、ニードル１１とノズルボディ１２との間に形成される燃料通路３２の断面積は拡大される。したがって、上述の「条件１」および「条件２」を簡単な構造で達成することができる。
さらに、この逃がし部１７は、中心軸側へ凹んだ円弧面状に形成されている。これにより、逃がし部１７は、周方向へ連続した形状となる。したがって、逃がし部１７の加工を容易にすることができる。 In the first embodiment, the relief portion 17 is formed in a shape that is recessed toward the central axis. Thereby, the cross-sectional area of the fuel passage 32 formed between the needle 11 and the nozzle body 12 is enlarged on the distal end side of the seal portion 18, that is, on the sack portion 23 side. Therefore, the above-mentioned “condition 1” and “condition 2” can be achieved with a simple structure.
Further, the escape portion 17 is formed in a circular arc shape that is recessed toward the central axis. Thereby, the relief part 17 becomes a continuous shape in the circumferential direction. Therefore, the processing of the relief part 17 can be facilitated.

（変形例）
上述の第１実施形態では、逃がし部１７を中心軸側へ凹んだ円弧面状に形成した。しかし、逃がし部１７は、図１６に示すように複数のテーパ部１７１、１７２、１７３を組み合わせて形成してもよい。すなわち、逃がし部１７は、図１６に示すように中心軸に対する傾斜角度が異なる三つのテーパ部１７１、１７２、１７３から形成してもよい。この場合、逃がし部１７は、三つのテーパ部１７１、１７２、１７３を組み合わせるだけでなく、中心軸に対する傾斜角度が異なる二つ以上のテーパ部を組み合わせて形成してもよい。 (Modification)
In the first embodiment described above, the relief portion 17 is formed in a circular arc shape that is recessed toward the central axis. However, the relief portion 17 may be formed by combining a plurality of taper portions 171, 172, 173 as shown in FIG. That is, the relief portion 17 may be formed of three tapered portions 171, 172, and 173 having different inclination angles with respect to the central axis as shown in FIG. In this case, the relief portion 17 may be formed not only by combining the three taper portions 171, 172, 173 but also by combining two or more taper portions having different inclination angles with respect to the central axis.

（第２実施形態）
第２実施形態による燃料噴射弁を図１７に示す。
第２実施形態では、図１７に示すようにサック部５０は、テーパ状の内側壁を有している。すなわち、ノズルボディ１２は、サック部５０の形状が第１実施形態と異なる。このサック部５０は、先端すなわちテーパ部２２とは反対側ほど内径が小さな円錐台状の内壁を形成している。このように、サック部５０の内側壁をテーパ状に形成することにより、サック部５０の容積は、第１実施形態に比較してより低減される。したがって、未燃焼のＨＣの排出をより低減することができる。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。 (Second Embodiment)
A fuel injection valve according to the second embodiment is shown in FIG.
In the second embodiment, the sack portion 50 has a tapered inner wall as shown in FIG. That is, the nozzle body 12 is different from the first embodiment in the shape of the sack portion 50. The sack portion 50 forms a truncated cone-shaped inner wall whose inner diameter is smaller toward the tip, that is, the side opposite to the tapered portion 22. Thus, by forming the inner wall of the sac part 50 in a tapered shape, the volume of the sack part 50 is further reduced as compared with the first embodiment. Therefore, the emission of unburned HC can be further reduced.
The present invention described above is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.

図面中、１０は燃料噴射弁、１１はニードル、１２はノズルボディ、１７は逃がし部、１８はシール部、２２はテーパ部、２３、５０はサック部、２４は弁座部、２５は噴孔を示す。 In the drawings, 10 is a fuel injection valve, 11 is a needle, 12 is a nozzle body, 17 is a relief part, 18 is a seal part, 22 is a taper part, 23 and 50 are sack parts, 24 is a valve seat part, and 25 is an injection hole. Indicates.

Claims

A needle (11) having an annular seal (18);
The needle (11) is accommodated so as to be reciprocally movable in the axial direction, and is connected to the sack portion (23) provided at the distal end and the proximal end side of the sack portion (23), and the further away from the sack portion (23). A tapered portion (22) formed in a truncated cone shape with an enlarged inner diameter, an annular valve seat portion (24) provided on the tapered portion (22) and on which the seal portion (18) can be seated, and the sack A nozzle body (12) having at least one nozzle hole (25) connecting the inner side and the outer side in the part (23),
The sum total of the flow path cross-sectional areas of the nozzle holes (25) is defined as a total flow path cross-sectional area Ah, and when the needle (11) has a lift amount L, between the seal portion (18) and the nozzle body (12). The cross-sectional area of the formed flow path is defined as a flow-path cross-sectional area As (L), and when the needle (11) has a lift amount of L, the minimum area between the seal portion (18) and the nozzle hole (25). When the flow path cross-sectional area is the minimum flow path cross-sectional area Ami (L) and the needle (11) in which the seal portion (18) is seated on the valve seat portion (24) is closed (L = 0). When the average cross-sectional area from the seal part (18) to the nozzle hole (25) is an average flow path cross-sectional area Aave, and the outer diameter of the seal part (18) is a seal diameter Ds,
When the lift amount L of the needle (11) is in the range of As (L) ≦ 3 × Ah,
A fuel injection valve that satisfies Ami (L) ≧ 0.8 × As (L) and satisfies Aave ≦ 0.12 × Ds ² .

The needle (11) has a relief portion (17) whose outer diameter is reduced downstream in the fuel flow direction from the seal portion (18),
The fuel injection valve according to claim 1, wherein the relief portion (17) is recessed toward the central axis.

The fuel injection valve according to claim 2, wherein the relief portion (17) has a circular arc shape that is recessed toward the center.

The fuel injection valve according to any one of claims 1 to 3, wherein the nozzle body (12) has a frustoconical inner wall whose inner diameter is smaller toward a tip of the sack portion (23).