JP2015078604A - Fluid injection valve and spark ignition engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の噴孔から流体を噴射し噴霧を生成する流体噴射弁およびこれを備えた噴霧生成装置、並びに火花点火式エンジンに関する。 The present invention relates to a fluid injection valve that generates a spray by injecting fluid from a plurality of nozzle holes, a spray generation device including the fluid injection valve, and a spark ignition engine.
近年、車両用エンジンにおいては、燃料噴霧の微粒化によるエンジン冷機時の排出ガス低減や、燃焼性改善による燃費向上の研究開発が積極的に進められている。特に、燃焼室内に燃料を直接噴射するマルチホールインジェクタを搭載した火花点火式エンジンにおける成層燃焼コンセプトの研究開発が知られている。 In recent years, in vehicle engines, research and development for reducing exhaust gas when the engine is cold due to atomization of fuel spray and improving fuel efficiency by improving combustibility have been actively promoted. In particular, research and development of a stratified combustion concept in a spark ignition engine equipped with a multi-hole injector that directly injects fuel into a combustion chamber is known.
このようなエンジンにおける燃料噴霧は、点火プラグ近傍を指向する噴霧と、点火プラグ近傍を指向しない噴霧とで構成されており、前者は特に点火プラグ付近での成層燃焼を実現し、後者は成層燃焼や均質燃焼での燃焼室内全体の混合気形成を実現する役割をもっている。 The fuel spray in such an engine is composed of a spray directed to the vicinity of the spark plug and a spray not directed to the vicinity of the spark plug. The former realizes stratified combustion particularly near the spark plug, and the latter is stratified combustion. It has the role of realizing the mixture formation in the entire combustion chamber in homogeneous combustion.
燃焼室中心部に点火プラグが装着され、吸気弁を跨いだ位置に燃料噴射弁としてのマルチホールインジェクタが装着される場合、点火プラグとマルチホールインジェクタは対向していない。このため、点火プラグ近傍を指向する噴霧と、点火プラグ近傍を指向しない噴霧とに要求される噴霧仕様は異なってくる。つまり、エンジンの低速低負荷で成層燃焼を行う場合と、高速高負荷で均質燃焼を行う場合とでは、要求される噴霧仕様は異なる。 When a spark plug is mounted at the center of the combustion chamber and a multi-hole injector as a fuel injection valve is mounted across the intake valve, the spark plug and the multi-hole injector are not opposed. For this reason, the spray specifications required for the spray directed to the vicinity of the spark plug and the spray not directed to the vicinity of the spark plug are different. In other words, the required spray specifications differ between when stratified combustion is performed at a low speed and low load of the engine and when homogeneous combustion is performed at a high speed and high load.
一方、噴霧の微粒化のプロセスにおいて、液滴を小さくするためには、その分裂の前段階である液糸を細くすることが有効である。液糸を細くするためには、液糸の分裂の前段階である液膜を薄くしたり液柱を細くしたりすることが有効であり、液膜の方がより液柱よりも有利であることが分かっている。また、液膜流形成手法として、噴孔に流入する前の燃料流に旋回流を与えて噴孔内に液膜流を形成する方法が知られている。 On the other hand, in the atomization process of spraying, in order to reduce the size of the droplets, it is effective to make the liquid yarn, which is the previous stage of the division, thin. In order to make the liquid yarn thinner, it is effective to make the liquid film, which is the previous stage of the splitting of the liquid yarn, thinner or thinner, and the liquid film is more advantageous than the liquid column. I know that. Further, as a liquid film flow forming method, a method is known in which a swirl flow is given to the fuel flow before flowing into the nozzle hole to form a liquid film flow in the nozzle hole.
本願発明者は、これらの液膜流形成手法や微粒化プロセス、さらに、それらをベースとして複数の単噴霧が集合した集合噴霧の噴霧形状、貫徹力、噴射量分布の出来映えの関係を調査検討した結果、単噴霧が集合した集合噴霧において、次の二つの形態に分けられることを見出している。 The inventor of the present application investigated and examined the relationship between these liquid film flow formation methods and atomization processes, and the spray shape, penetration force, and injection amount distribution of the collective spray in which a plurality of single sprays gathered based on these techniques. As a result, it has been found that the collective spray in which single sprays are gathered can be divided into the following two forms.
一つは、各単噴霧が識別可能であり、かつ各単噴霧の特徴がほぼ識別不可能な集合噴霧になる場合である。これは、比較的均質に近い中実構造の集合噴霧であり、各単噴霧を識別可能ではあるが、集合噴霧と共通的な特徴を示す噴霧となっており、中途半端でコントロールし難い噴霧である。 One is a case where each single spray is identifiable and the characteristics of each single spray become a collective spray that is almost indistinguishable. This is a collective spray with a solid structure that is relatively homogeneous, and each single spray can be identified, but it has the same characteristics as the collective spray, and is a spray that is difficult to control halfway. is there.
もう一つは、各単噴霧の識別さえも不可能となる集合噴霧になる場合である。これは、噴射量分布が中心ピークの円錐形状となるものを代表例とする集合噴霧であり、複数の単噴霧が集合してほぼ元の形態とは異なる新しい一つの集合噴霧に置き換わっており、非常に特徴的で安定した現象である。 The other is the case of a collective spray that makes it impossible to identify each single spray. This is a collective spray whose representative example is an injection amount distribution having a conical shape with a central peak, and a plurality of single sprays are gathered and replaced with a single new collective spray that is almost different from the original form, It is a very characteristic and stable phenomenon.
これらのどちらの形態になるかは、噴霧挙動がある閾値のどちらにあるかによるところが大きい。単噴霧の集合化が進んだ集合噴霧になるほど噴射量分布は軸対称に近づき、また鋭角な円錐形状となり、全体噴霧としての貫徹力が増大する。上記二つの形態のどちらの場合であっても、複数の単噴霧が集合し、噴霧方向に垂直な面内の噴霧形状と噴射量分布がほぼ軸対称になった集合噴霧において、その断面形状を非対象な異形とし、噴霧の一部分を所望の方向に指向させることは難しい。 Which of these forms depends largely on whether the spray behavior is at a certain threshold. The more the single spray is assembled, the closer the spray amount distribution is to axial symmetry and the sharper cone shape, so that the penetration force as a whole spray increases. In either case of the above two forms, a plurality of single sprays gather, and in the collective spray in which the spray shape in the plane perpendicular to the spray direction and the spray amount distribution are substantially axisymmetric, the cross-sectional shape is It is difficult to make a non-target variant and direct a part of the spray in a desired direction.
また、前述したような微粒化手法が燃料噴射弁に適用されつつあるが、微粒化の技術の主流は小噴孔径と多噴孔化であり、隣り合う噴孔からの噴流が互いに干渉して微粒化状態が悪化しないように設計されている。すなわち、噴孔中心軸線あるいは噴流方向が下流になるほど離れていくように、噴孔配置と噴孔径、傾き、および長さ等の噴孔仕様が設定されており、噴霧の微粒化とコンパクトな噴霧は両立しにくい。 Although the atomization technique as described above is being applied to the fuel injection valve, the mainstream of the atomization technique is the small injection hole diameter and multiple injection holes, and the jets from adjacent injection holes interfere with each other. It is designed so that the atomization state does not deteriorate. In other words, the nozzle hole specifications such as nozzle hole arrangement, nozzle hole diameter, inclination, and length are set so that the nozzle hole center axis or the jet flow direction becomes more downstream. Are difficult to balance.
噴霧全体の広がりを抑制する手法としては、噴孔中心軸線あるいは噴流方向が噴孔直下で互いに交差するような噴孔配置と噴孔仕様にすることが知られている。しかし、この手法では、噴孔出口から液膜流の破断や分裂を経て実質的に噴霧流と見なせるようになる位置までの長さ(液膜流のブレーク長さ)との関係や微粒化の要件が考慮されていなかった。 As a technique for suppressing the spread of the entire spray, it is known that the nozzle hole arrangement and the nozzle hole specifications are such that the nozzle hole central axis or the jet direction intersects each other immediately below the nozzle hole. However, in this method, the relationship from the outlet of the nozzle hole to the position where the liquid film flow can be regarded substantially as a spray flow after breaking or splitting the liquid film flow (breaking length of the liquid film flow) and the atomization Requirements were not considered.
一方、噴霧全体の広がりを抑制するために、流体噴射弁の垂直線に対する噴孔中心軸線の角度を相対的に小さくすると、薄い液膜流を形成するのに不利である。従って、微粒化プロセスが遅くなり噴流同士が干渉し易く、微粒化レベルを期待値通りに実現できない。また、前述のように、噴流同士の干渉により複数の単噴霧の集合噴霧が生じた場合、単噴霧の時より貫徹力が大きくなる。 On the other hand, if the angle of the injection hole central axis with respect to the vertical line of the fluid injection valve is made relatively small in order to suppress the spread of the entire spray, it is disadvantageous for forming a thin liquid film flow. Therefore, the atomization process becomes slow, the jets easily interfere with each other, and the atomization level cannot be realized as expected. In addition, as described above, when the collective spray of a plurality of single sprays is generated due to the interference between the jets, the penetration force is greater than that in the single spray.
さらに、シリンダライナーへの噴霧衝突軽減や空気との混合促進のために、噴霧の貫徹力を所定距離のところで急速に減衰させる手法が望まれるが、噴霧形態を大きく変えずに実現する手法がなかった。このため、各噴霧が貫徹力を急速に減衰するためには、噴孔出口からの噴流を偏平にする等の方法で噴霧の運動量の減衰を早める必要があるが、その場合、各噴霧出口での噴流の干渉を避けるために、各噴流方向をさらに離す必要があった。 Furthermore, in order to reduce spray collisions on the cylinder liner and promote mixing with air, a method of rapidly attenuating the spray penetration force at a predetermined distance is desired, but there is no method to achieve without significantly changing the spray form. It was. For this reason, in order for each spray to attenuate the penetration force rapidly, it is necessary to accelerate the attenuation of the spray momentum by a method such as flattening the jet flow from the nozzle hole outlet. In order to avoid interference between the jets, it was necessary to further separate the jet directions.
例えば、火花点火式エンジンにおいて噴霧貫徹力の確保と噴霧密度の適度な分散を両立させることを目的とした先行技術として、特許文献1では、主噴孔と、噴射中心が主噴孔の噴射中心と異なる方向を指向する副噴孔とを備え、主噴孔の入口と出口の断面積が異なるように設定することで、噴射量を一定にしたままで噴霧角を広げ、噴霧の燃料密度を分散させたマルチホールインジェクタが提示されている。
For example, as a prior art aiming at ensuring both spray penetration force and appropriate dispersion of spray density in a spark ignition engine, in
また、特許文献2では、噴孔内の燃料の流れる方向に縮小する第1テーパ部においてキャビテーション気泡を発生させ、発生したキャビテーション気泡が崩壊することにより燃料を微粒化させると共に、微粒化された燃料を流れ方向に拡大する第2テーパ部により拡散して貫徹力を低下させるようにした燃料噴射弁が提示されている。
Further, in
一方、流体工学において、噴孔から噴射された断面形状が長円状の噴霧の長軸と短軸との方向が、下流において変化するアクシス−スイッチング(axis−switching)現象が知られている(非特許文献1−6)。このアクシス−スイッチング現象は、噴霧の断面形状が長円形状でなくてもよく、少なくとも短軸に対して長軸がほぼ線対称である形状のものであれば成立する。 On the other hand, in fluid engineering, an axis-switching phenomenon is known in which the direction of the major axis and the minor axis of a spray having an oval cross-sectional shape ejected from an injection hole changes downstream ( Non-patent literature 1-6). This axis-switching phenomenon does not have to be oval in the cross-sectional shape of the spray, and is established as long as the major axis is substantially line-symmetric with respect to the minor axis.
上記のように、従来技術では、マルチホールインジェクタを搭載した火花点火式エンジンにおいて、点火プラグ近傍を指向する噴霧と点火プラグ近傍を指向せずに全体に拡散する噴霧のそれぞれに要求される噴霧仕様を実現するための設計の自由度が低く、十分に実現することができていなかった。特に、噴霧の微粒化、噴霧形状、および貫徹力は、互いに相関を持つ特性であるが、特許文献1および特許文献2では、それらの影響を考慮していないため、最適な噴霧仕様を実現することはできない。
As described above, in the prior art, in a spark ignition engine equipped with a multi-hole injector, the spray specifications required for each of the spray directed to the vicinity of the spark plug and the spray diffused throughout without directing the vicinity of the spark plug The degree of freedom in designing to achieve the above has been low and has not been fully realized. In particular, atomization of spray, spray shape, and penetration force are characteristics that have a correlation with each other. However,
特許文献1のようなノズルでは、実際には噴孔上流のサック(キャビティ)内部の流れ方によって各噴孔への燃料の流入の仕方が変わることが知られている。すなわち、噴孔入口と出口の断面積を異ならせた場合に、必ずしも噴射量を一定にしたままで噴霧角を広げられるとは限らない。特に、複数の噴孔がインジェクタ中心軸を対称にして配置されていない場合は、各噴孔内の流れパターンは同じとならないことが多いが、特許文献1ではこれらのことが考慮されていない。
In a nozzle like
特許文献2では、燃料圧力や剥離状況等によるキャビテーションへの影響が示されていないため、微粒化のレベルが不明である。微粒化のレベルが異なれば噴霧全体が保有する運動量も異なり貫徹力にも影響する。特に点火プラグ近傍を指向する噴霧としては、噴霧形状や貫徹力等の設計自由度をより確実に向上させる手法が望まれる。
In
また、従来の流体噴射弁において、上述のアクシス−スイッチング現象を利用して噴霧の噴射方向に垂直な面内の断面形状を変化させ、噴霧方向を制御したものはなかった。さらに、アクシス−スイッチング現象を利用して全体噴霧の形状、噴霧の微粒化、貫徹力および噴射量分布の設計を行ったものはなかった。 Further, there has been no conventional fluid injection valve in which the spray direction is controlled by changing the cross-sectional shape in a plane perpendicular to the spray direction of the spray using the above-described axis-switching phenomenon. Furthermore, there has been no design in which the shape of the entire spray, the atomization of the spray, the penetrating force, and the injection amount distribution are designed using the axis-switching phenomenon.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、アクシス−スイッチング現象を利用して噴霧方向を制御することを可能とし、噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上を両立させた流体噴射弁およびこれを備えた噴霧生成装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and enables the spray direction to be controlled by utilizing an axis-switching phenomenon. The atomization of the spray, the spray shape, and the penetration force are achieved. An object of the present invention is to provide a fluid injection valve and a spray generation device including the fluid injection valve that achieve both improvement in design freedom of injection amount distribution.
また、アクシス−スイッチング現象を利用して点火プラグ近傍を指向する噴霧を生成することを可能とし、噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上を両立させた火花点火式エンジンを得ることを目的とする。 In addition, it is possible to generate a spray directed to the vicinity of the spark plug by utilizing the axis-switching phenomenon, and to achieve both atomization of the spray and improvement in design flexibility of the spray shape, penetration force, and injection amount distribution. The purpose is to obtain a spark ignition engine.
本発明に係る流体噴射弁は、流体が流れる通路の途中に設けられた弁座と、弁座と当接および離間可能に設けられ通路の開閉を制御する弁体と、弁座の下流に設けられた噴孔体とを備え、噴孔体に配置された複数の噴孔から流体を噴射し噴霧を生成する流体噴射弁であって、複数の噴孔は、噴射方向に垂直な面内の断面形状において長軸と短軸の長さが異なるスイッチング噴霧を生成するスイッチング噴孔を少なくとも一つ含み、スイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧は、該スイッチング噴孔から所定の距離でアクシス−スイッチング現象を生じるように制御され、長軸と短軸の方向を変化させるものである。 A fluid injection valve according to the present invention includes a valve seat provided in the middle of a passage through which a fluid flows, a valve body that can contact and separate from the valve seat and controls opening and closing of the passage, and a downstream of the valve seat. A fluid injection valve that generates a spray by injecting fluid from a plurality of nozzle holes arranged in the nozzle hole body, wherein the plurality of nozzle holes are in a plane perpendicular to the injection direction. It includes at least one switching nozzle for generating a switching spray having a major axis and a minor axis different in cross-sectional shape, and the switching spray generated by the switching nozzle is axis-switched at a predetermined distance from the switching nozzle. It is controlled so as to cause a phenomenon, and the direction of the major axis and the minor axis is changed.
また、本発明に係る噴霧生成装置は、上記の流体噴射弁と、流体噴射弁に流体を供給する流体供給手段と、流体噴射弁の動作を制御する制御手段とを備えたものである。 Moreover, the spray production | generation apparatus which concerns on this invention is equipped with said fluid injection valve, the fluid supply means which supplies a fluid to a fluid injection valve, and the control means which controls operation | movement of a fluid injection valve.
また、本発明に係る火花点火式エンジンは、燃料室内に配置される点火プラグと、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた火花点火式エンジンであって、燃料噴射弁は、燃料が流れる通路の途中に設けられた弁座と、弁座と当接および離間可能に設けられ通路の開閉を制御する弁体と、弁座の下流に設けられた噴孔体とを有し、噴孔体に配置された複数の噴孔から燃料を噴射し噴霧を生成するものであり、複数の噴孔は、噴射方向に垂直な面内の断面形状において長軸と短軸の長さが異なるスイッチング噴霧を生成するスイッチング噴孔を少なくとも一つ含み、スイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧は、該スイッチング噴孔から所定の距離でアクシス−スイッチング現象を生じるように制御され、長軸と短軸の方向を変化させるものである。 The spark ignition engine according to the present invention is a spark ignition engine including an ignition plug disposed in a fuel chamber and a fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber. A valve seat provided in the middle of the passage through which the valve flows, a valve body that is provided so as to be able to contact and separate from the valve seat and controls opening and closing of the passage, and a nozzle hole body provided downstream of the valve seat, The fuel is injected from a plurality of nozzle holes arranged in the nozzle hole body to generate spray, and the plurality of nozzle holes have a major axis and a minor axis length in a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the injection direction. The switching spray generated by the switching nozzle includes at least one switching nozzle that generates different switching sprays. The switching spray is controlled to generate an axis-switching phenomenon at a predetermined distance from the switching nozzle. Change the direction of the axis It is intended to be.
本発明に係る燃料噴射弁およびこれを備えた噴霧生成装置によれば、複数の噴孔により生成される各噴霧のうち、少なくとも一つをスイッチング噴霧とすることにより、アクシス−スイッチング現象を利用して噴霧方向を制御することが可能となり、噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上を両立させることが可能となる。 According to the fuel injection valve and the spray generation device including the fuel injection valve according to the present invention, at least one of the sprays generated by the plurality of nozzle holes is a switching spray, thereby utilizing the axis-switching phenomenon. Thus, the spray direction can be controlled, and it is possible to achieve both atomization of the spray and improvement in the degree of freedom in design of the spray shape, penetration force, and injection amount distribution.
また、本発明に係る火花点火式エンジンによれば、複数の噴孔により生成される各噴霧のうち、少なくとも一つをスイッチング噴霧とすることにより、アクシス−スイッチング現象を利用して点火プラグ近傍を指向する噴霧を生成することが可能となり、噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上を両立させることが可能となる。 Further, according to the spark ignition engine according to the present invention, by using at least one of the sprays generated by the plurality of nozzle holes as a switching spray, the vicinity of the spark plug can be obtained using the axis-switching phenomenon. It is possible to generate a spray that is directed, and it is possible to achieve both atomization of the spray and improvement in the design freedom of the spray shape, penetration force, and injection amount distribution.
実施の形態1.
以下に、本発明の実施の形態1に係る流体噴射弁および噴霧生成装置について、図面に基づいて説明する。図1は、本実施の形態1に係る燃料噴射弁を示す断面図、図2は、本実施の形態1に係る燃料噴射弁の先端部を示す拡大断面図である。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。
Hereinafter, a fluid injection valve and a spray generation device according to
本実施の形態1に係る噴霧生成装置は、流体噴射弁である燃料噴射弁1と、燃料噴射弁1に燃料を供給する燃料供給手段(図示省略)、および燃料噴射弁1の動作を制御する制御手段である制御装置(図示省略)とを備えている。以下の説明では、内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられ、燃料を噴射する先端部が内燃機関の筒内に臨むよう配置された燃料噴射弁1を例に挙げて説明する。
The spray generation device according to the first embodiment controls the operation of the
燃料噴射弁1は、電磁力を発生するソレノイド装置2と、ソレノイド装置2への通電により作動する弁装置3を備えている。ソレノイド装置2は、磁気回路のヨーク部分をなすハウジング21と、このハウジング21の内側に設けられた固定鉄心であるコア22と、コア22を囲うように設けられたコイル23と、コイル23の内側に設けられ往復移動する可動鉄心であるアマチュア24を備えている。
The
弁装置3は、円筒形状であってコア22の先端部の外径部に圧入、溶接された弁本体31と、弁本体31の内部の燃料が流れる通路の途中に設けられた弁座32を備えている。弁座32の下流には、燃料を噴射する複数の噴孔39を有する噴孔体である噴孔プレート33と、弁座32の内部で噴孔プレート33の上流に設けられたカバープレート34と、弁本体31の内側に弁座32と当接および離間可能に設けられ通路の開閉を制御する弁体35と、弁体35の上流に設けられた圧縮バネ36を備えている。
The
弁体35は、アマチュア24の内面に圧入、溶接された中空のロッド37と、ロッド37の先端部に溶接で固定されたボール38を有している。ボール38は、燃料噴射弁1のZ軸(図1中、矢印で示す)に平行な面取部38aと、カバープレート34と対向する平面部38bと、弁座32と線接触する曲面部38cとを有している。
The
噴孔プレート33は、周縁部が下側に折曲されており、弁座32の先端面および弁本体31の内周側面に溶接されている。噴孔プレート33には、板厚方向に貫通する複数の噴孔39が形成されている。図3は、噴孔プレート33を弁本体31内側から見た平面図である。噴孔プレート33には、複数の噴孔39が周方向に配置されている。
The
複数の噴孔39は、噴孔プレート33の板厚方向に垂直な断面形状が円形の非スイッチング噴孔391と、長円形のスイッチング噴孔392を含んで構成されている。スイッチング噴孔392は、長円の長軸が、非スイッチング噴孔391との間隔を小さくする方向に配置されている。
The plurality of nozzle holes 39 includes a
非スイッチング噴孔391から噴射された燃料の噴流は、所定の距離(ブレーク長さ)下流に進むと、噴射方向に垂直な面内の断面形状が円形の非スイッチング噴霧を生成する。また、スイッチング噴孔392から噴射された噴流は、所定の距離(ブレーク長さ)下流に進むと、噴射方向に垂直な面内の断面形状において長軸と短軸の長さが異なるスイッチング噴霧を生成する。
When the jet of fuel injected from the
スイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧は、該スイッチング噴孔392から所定の距離でアクシス−スイッチング現象を生じるように制御され、長軸と短軸の方向を変化させる。なお、各噴霧の挙動については後に詳細に説明する。
The switching spray generated by the switching
次に、燃料噴射弁1の動作について説明する。内燃機関の制御装置より燃料噴射弁1の駆動回路に動作信号が送られると、燃料噴射弁1のコイル23に電流が通電され、アマチュア24はコア22側へ吸引される。この結果、アマチュア24と一体構造であるロッド37およびボール38は、圧縮バネ36の弾性力に逆らって上方向に移動し、ボール38の曲面部38cが弁座面32aから離間し、両者に間隙が形成されて通路が形成され、吸気ポートに指向した燃料噴射が開始される。
Next, the operation of the
一方、内燃機関の制御装置より燃料噴射弁1の駆動回路に動作の停止信号が送られると、コイル23への通電が停止し、アマチュア24がコア22側に吸引される力は消失し、ロッド37は、圧縮バネ36の弾性力によって弁座32側に押され、ボール38の曲面部38cと弁座面32aとは閉状態となり、燃料噴射はこの時点で終了する。
On the other hand, when an operation stop signal is sent from the control device of the internal combustion engine to the drive circuit of the
ここで、例えば縮流によって噴孔39内の流れを液膜流とする噴孔プレート33とカバープレート34、および弁座32、ボール38の詳細な構造と位置について、図2、図4および図5の各詳細断面図を用いて説明する。ここで説明する噴孔39は、非スイッチング噴孔391とスイッチング噴孔392のどちらであってもよい。なお、図4において、Xは噴孔39の径、Yは噴孔39の長さを示している。
Here, the detailed structure and position of the
燃料は、弁体35の開弁時においてボール38の面取部38aと弁座32の内面との間のZ軸に平行な通路から、ボール38の曲面部38cと弁座面32aとの間を下流へ向かい、弁座シート部R1に至る。弁座シート部R1の上流では燃料がZ軸に平行に流れるため、燃料は、弁座シート部R1を通過した後においては慣性により弁座面32aに沿う流れが主流となり、弁座面32aの下流端の点P1に達する。
When the
点P1は弁座面32aの終端であり、弁座32は、点P1から下流側は垂直方向に延びた面を有している。従って、燃料の主流は、点P1から剥離する。弁座面32aの延長線は、カバープレート34の周側面と点P2で交わっており、点P1から剥離した燃料は、点P2に向かい環状通路C(弁座32の内周壁面とカバープレート34の大径部34dの周側面との間)を通過して、径方向に大幅な進路変更を伴わずに径方向通路B(弁座32の内周壁面とカバープレート34の小径部34cの周側面との間)に流入する。
The point P1 is the end of the
なお、弁座シート部R1を通過する燃料の主流は、環状通路Cに流入するため、隙間通路A(ボール38の底面とカバープレート34の天面34aとの間)への流入は抑制される。シート部R1と噴孔39の入口の点P3とを直線で結んだ線は、カバープレート34の大径部である薄肉部34bで交叉している。すなわち薄肉部34bは、弁座シート部R1から噴孔39の入口への燃料の直線的な流入を遮っている。
In addition, since the main flow of the fuel that passes through the valve seat portion R1 flows into the annular passage C, the flow into the clearance passage A (between the bottom surface of the
このため、噴孔39に流入する燃料の少なくとも一部は、径方向通路Bに沿う流れとなる。カバープレート34は、その小径部34cが噴孔39よりも内径側で噴孔39に近接
して配置されている。従って、径方向通路Bに沿って内径側に向かう燃料の正面流れF1は、燃料噴射弁1のZ軸から噴孔39に流入する戻り流れF2の流路を閉塞させ、戻り流れF2の速度を低下させる。戻り流れF2が抑制されることで、弁座シート部R1側から噴孔39に流入する正面流れF1の速度が相対的に強められる。
For this reason, at least a part of the fuel flowing into the
正面流れF1の少なくとも一部が、径方向通路Bに沿って進行した後に噴孔39内で大幅な方向変化を強制されること、および正面流れF1が高速であることから、燃料は、噴孔39の断面において、燃料噴射弁1のZ軸側の噴孔39の壁面に強く押し付けられる。その後、図5に示すように、噴孔39の入口では、低速な戻り流れF2は、噴孔39の壁面に沿って流れF3を形成し、高速な正面流れF1は、燃料を壁面に押し付ける燃料流F4を形成する。
Because at least a portion of the front flow F1 travels along the radial passage B and is forced to undergo a significant change in direction in the
また、噴孔39の出口から導入される空気の流れF5が燃料流F4に作用し、点P4(噴孔39の燃料入口の外側の縁部)を起点とした燃料流F4の剥離を生じさせる。燃料流F4は、噴孔39内を進行するに伴い壁面に押し付けられ、液膜の方向は、噴孔39の壁面の円周方向に広がりつつ噴孔39の壁面に沿う方向に変化していく。
In addition, the air flow F5 introduced from the outlet of the
前述のように、液膜が薄いほど液糸が細くなり液滴の微粒化に有効であるため、本実施の形態1では、隙間通路Aの高さh(図4参照)に対する噴孔39の長さYを最適化し、燃料流F4が噴孔39内で薄い液膜流30の状態まで押し付けられるようにしている。これにより、噴射された燃料の液膜流30は、所定の距離を経て分裂を開始し、液糸の状態を経て微粒化された液滴が生成される。
As described above, the thinner the liquid film, the thinner the liquid thread and the more effective the atomization of the droplets. Therefore, in the first embodiment, the
次に、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1において、アクシス−スイッチング現象を利用し、噴霧形状、貫徹力、噴射量分布および噴霧方向を制御する手法について説明する。まず、参考例として、二つの非スイッチング噴霧にコアンダ効果が作用し集合噴霧を形成するまでの挙動について、図6および図7を用いて説明する。なお、コアンダ効果とは、隣接する噴霧との近接化を誘起する効果である。
Next, in the
図6において、(a)は二つの非スイッチング噴孔から噴射された非スイッチング噴霧を示す側面図、(b)は(a)中、E−E、F−F、G−G、H−Hで示す部分における断面図である。図6(a)に示すように、間隔L1で配置された二つの非スイッチング噴孔391から噴射された噴流4a、4bは、それぞれ非スイッチング噴霧4A、4Bとなる。噴流4a、4bは、液膜流の破断や分裂を経て実質的に噴霧流と見なせるようになる状態のブレークが生じたとき、断面E−Eに示す噴流断面形状である。
In FIG. 6, (a) is a side view showing non-switching spray injected from two non-switching nozzle holes, and (b) is EE, FF, GG, HH in (a). It is sectional drawing in the part shown by. As shown to Fig.6 (a), the
この時の非スイッチング噴孔391と断面E−Eとの距離をブレーク長さaとする。このブレーク長さaの位置ではすでに、両噴流4a、4bの隙間c1はコアンダ効果が作用する閾値よりも小さくなっている。続いて、断面F−Fでは、噴流4a、4bは、分散して単一の非スイッチング噴霧4A、4Bとなり、非スイッチング噴孔391から距離bの位置で、二つの非スイッチング噴霧4A、4Bは、その外径が接し始める。
The distance between the
さらに、断面F−Fから、圧力分布に起因して二つの単一の非スイッチング噴霧4A、4Bの間にコアンダ効果が作用し、単一の非スイッチング噴霧4A、4Bは接近して断面G−Gのように集合化が進む。それと同時に、非スイッチング噴霧4A、4Bの周囲空気の巻き込みと、それによる非スイッチング噴霧4A、4B内の略中心部分の下流への流れ方向に沿った空気流の誘起を生じさせる。
Further, from the cross-section FF, the Coanda effect acts between the two single
なお、仮に噴流4aと噴流4b、あるいは非スイッチング噴霧4Aと非スイッチング噴霧4Bとが、各々アクシス−スイッチング現象を生じる素性を保有していた場合でも、アクシス−スイッチング現象が生じる前に、断面E−Eの位置において両噴流4a、4bの隙間c1はコアンダ効果が作用する閾値よりも小さくなっているため、コアンダ効果が作用して接近し始める。
Note that even if the
ここで、周囲空気の巻き込みレベルは、単一の非スイッチング噴霧4A、4Bを集合した集合噴霧40全体の形状を大きく変化させるレベルではない。さらに、条件が整えば、断面G−Gの集合噴霧40の状態からさらに集合化が進み、断面H−Hのように実質的にほぼ一つの中実の集合噴霧40とみなされるようになる。
Here, the entrainment level of the ambient air is not a level that greatly changes the shape of the entire
図7は、二つの非スイッチング噴霧がコアンダ効果により集合噴霧を形成するまでの挙動を、周囲空気の巻き込み状況を示す矢印で説明した図であり、(a)は二つの非スイッチング噴孔から噴射された非スイッチング噴霧を示す側面図、(b)は(a)中、F−F、G1−G1、G2−G2、H−Hで示す部分における断面図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating the behavior of the two non-switching sprays until they form a collective spray due to the Coanda effect, with arrows indicating the entrainment status of the surrounding air, and (a) shows the injection from the two non-switching nozzle holes. The side view which shows the made non-switching spray, (b) is sectional drawing in the part shown by FF, G1-G1, G2-G2, HH in (a).
図7(a)に示すように、周囲空気の巻き込みにより、噴霧内に下流への流れ方向に沿った空気流Vが誘起されている。その結果、図7(b)に示すように、F−F、G1−G1、G2−G2、H−Hにおける各噴霧の噴射量分布は、集合噴霧40の略中心にピークができる。
As shown to Fig.7 (a), the airflow V along the flow direction downstream is induced in spray by the entrainment of ambient air. As a result, as shown in FIG. 7B, the spray amount distribution of each spray in FF, G1-G1, G2-G2, and HH has a peak at the approximate center of the
このように、複数の非スイッチング噴霧4A、4Bがコアンダ効果の作用により集合噴霧40を形成した場合、周囲空気の巻き込みによって噴霧内に下流への流れ方向に沿った空気流が誘起され、貫徹力の抑制が困難となり、噴霧の微粒化や噴霧形状に関しても設計自由度は低くなる。
As described above, when the plurality of
そこで、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1は、基本的に、複数の各噴孔39から噴射された噴流が下流において各々噴霧となっても、図6に示すような集合噴霧40にはならず、最終的に各噴霧が独立した状態で全体噴霧60(図12および図13参照)を形成するように設計される。
Therefore, the
そのために、複数の噴孔39は、少なくともスイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧がアクシス−スイッチング現象を生じるまでは、隣接する噴霧との近接化を誘起するコアンダ効果が互いに作用しない間隔で配置されると共に、それらの噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が設定される。
Therefore, the plurality of nozzle holes 39 are arranged at intervals at which the Coanda effect that induces the proximity of the adjacent sprays does not act at least until the switching spray generated by the switching
さらに、複数の噴孔39により生成される各噴霧は、少なくともスイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧がアクシス−スイッチング現象を生じるまでは、隣接する噴霧との近接化を誘起するコアンダ効果が互いに作用しない流速、粒径、および粒子数密度に設定される。
Further, each spray generated by the plurality of nozzle holes 39 has a Coanda effect that induces close proximity to the adjacent sprays until at least the switching spray generated by the switching
また、スイッチング噴孔392は、噴射方向に垂直な面内の断面形状において、短軸に対して長軸が線対称なスイッチング噴霧を生成するように、その噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が設定される。さらに、本実施の形態1では、スイッチング噴孔392は、アクシス−スイッチング現象により長軸と短軸の方向を略90度変化させるスイッチング噴霧を生成するように噴孔仕様が設定される。
Further, the switching
すなわち、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1において、隣接する噴霧がコアンダ効果の作用により近接して変形するのは、少なくとも一方がスイッチング噴霧で、且つ、アクシス−スイッチング現象を生じた後のみである。この場合、二つ以上の噴霧の近接化により、噴射方向に垂直な面内の断面形状が非対称な非円形形状の集合噴霧を形成する。
That is, in the
図8は、本実施の形態1に係る燃料噴射弁において、二つの非スイッチング噴孔により生成される各噴霧の挙動を説明する図であり、(a)は各噴霧の側面図、(b)は(a)中、E−E、F−F、G−Gで示す部分における断面図である。図8(a)に示すように、間隔L2(L2>L1)で配置された二つの非スイッチング噴孔391から噴射された噴流4a、4cは、それぞれ非スイッチング噴霧4A、4Cとなる。
FIG. 8 is a view for explaining the behavior of each spray generated by two non-switching nozzle holes in the fuel injection valve according to the first embodiment, wherein (a) is a side view of each spray, and (b). These are sectional drawings in the part shown by EE, FF, GG in (a). As shown to Fig.8 (a), the
噴流4a、4cは、液膜流の破断や分裂を経て実質的に噴霧流と見なせるようになる状態のブレークが生じたとき、断面E−Eにおける噴流断面形状である。この時のブレーク長さaの位置では、両噴流4a、4cの隙間はコアンダ効果が作用する閾値よりも大きい。さらに、断面G−Gにおける両噴霧4A、4Cの隙間c2も、コアンダ効果が作用する閾値より大きく、両噴霧4A、4Cにはコアンダ効果は作用しない。その結果、両噴霧4A、4Cは独立したままでほぼ初期の進行方向に進んでいく。
The
次に、本実施の形態1に係る燃料噴射弁において、非スイッチング噴孔391とスイッチング噴孔392が隣り合わせている場合の各噴霧の挙動について説明する。図9は、非スイッチング噴霧とスイッチング噴霧がコアンダ効果により集合噴霧を形成するまでの挙動を示す図であり、(a)は各噴霧の側面図、(b)は(a)中、E−E、F−F、・・、M−Mで示す部分における断面図である。
Next, the behavior of each spray when the
図9(a)に示すように、非スイッチング噴孔391とスイッチング噴孔392は、間隔L3で配置されている。非スイッチング噴孔391から噴射された噴流4aは、非スイッチング噴霧4Aとなり、スイッチング噴孔392から噴射された噴流5aは、スイッチング噴霧5Aとなる。図9において、噴流4aと噴流5aのブレーク長さaがほぼ等しいとすると、この時の噴流断面形状は断面E−Eに示すようになる。
As shown in FIG. 9A, the
断面形状が長円形のスイッチング噴霧5Aは、アクシス−スイッチング現象が生じる前は、その長軸方向が非スイッチング噴霧4Aと対向している。スイッチング噴霧5Aは、非スイッチング噴霧4Aと対向しつつ、その断面形状が長軸および短軸の両方向に若干拡大しながら、ほぼスイッチング噴孔392直下での初期の流れ方向を維持して下流に流れる。
The switching
その後、スイッチング噴孔392から所定の距離においてアクシス−スイッチング現象が生じ、断面J−Jに示すように、スイッチング噴霧5Aの長軸と短軸の方向が変化し始める。なお、この位置では、スイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aとの隙間c3は、コアンダ効果が作用する閾値よりも大きく、コアンダ効果は生じていない。
After that, an axis-switching phenomenon occurs at a predetermined distance from the switching
断面J−Jから断面K−Kへと下流になるにつれて、スイッチング噴霧5Aの長軸と短軸の方向が変化する変形が進み、スイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aが近接してくる。これは、スイッチング噴霧5Aにアクシス−スイッチング現象が生じたことにより、スイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aの隙間が小さくなり、それに伴いスイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aとの間にコアンダ効果が作用したことによる。
As the cross-section JJ moves downstream from the cross-section KK, the deformation in which the direction of the major axis and the minor axis of the switching
断面K−Kにおいて、スイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aの隙間c4は、コアンダ効果が作用する閾値よりも小さくなっている。断面L−Lでは、スイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aの向かい合う端部が変形、移動して干渉し始める。その結果、断面M−Mにおいて、燃料噴射後の所定時間経過後に、非スイッチング噴孔391およびスイッチング噴孔392から所定の距離において、スイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aが集合した集合噴霧50が形成される。この集合噴霧50の形状や貫徹力、噴射量分布等は、スイッチング噴霧5Aおよび非スイッチング噴霧4Aの各特性を変
更することにより、変更することができる。
In the cross section KK, the gap c4 between the switching
また、スイッチング噴霧5Aは、長軸と短軸の方向が変化して変形することによって周囲空気との運動量交換が大きく進み、貫徹力が小さくなる。そのため、非スイッチング噴霧4Aと干渉することで、非スイッチング噴霧4Aの各粒子や各粒子に引きずられている空気流の動きに抑制がかかり、非スイッチング噴霧4Aの貫徹力も抑制される。
In addition, the switching
図9(a)の一点鎖線dは、非スイッチング噴霧4Aが単独の場合の噴霧形状を示している。このように、非スイッチング噴霧4Aは、スイッチング噴霧5Aとの干渉によって貫徹力が低下し、その先端の伸びが単独の場合よりも短縮される。
The dashed-dotted line d of Fig.9 (a) has shown the spray shape in case the
さらに、スイッチング噴霧5Aは、貫徹力が低下し周囲空気との混合が大幅に進むことにより微粒化が向上し、非スイッチング噴霧4Aの微粒化レベルとの差が小さくなる。すなわち、非スイッチング噴孔391およびスイッチング噴孔392から下流の所定距離において微粒化され、断面が非対称な非円形形状の集合噴霧50を形成することができる。
Further, the switching
図9において、スイッチング噴孔392を利用しなかった場合、隣り合う噴霧の近接化はさらに下流にならないと始まらず、場合によっては集合化には至らない。従って、各噴霧は拡がり続けるとともに、貫徹力は低下しない。その結果、噴霧が保有する運動量は空気流に移動しにくく微粒化も不十分となる。
In FIG. 9, when the switching
また、図9において、二つの噴孔をスイッチング噴孔392とし、隣り合う噴霧が互いにスイッチング噴霧5Aである場合は、それらの長軸が略平行に対向するように設定することにより、アクシス−スイッチング現象によって長軸同士が長手方向に繋がった集合噴霧を形成することができる。
In FIG. 9, when two nozzle holes are switching
なお、図9では、一つの非スイッチング噴霧4Aと一つのスイッチング噴霧5Aとの組み合わせで断面が非対象な集合噴霧50を形成しているが、集合噴霧が形成されるのはこの組み合わせに限定されるものではない。例えば、二つの非スイッチング噴霧4Aと一つのスイッチング噴霧5Aとの組み合わせでもよいし、二つのスイッチング噴霧5Aであってもよい。
In FIG. 9, the
本実施の形態1では、スイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象により変形する前に、非スイッチング噴霧4Aとの間でコアンダ効果が作用することを確実に抑制している。その方法としては、スイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aの特性に差を設けて、コアンダ効果が生じるタイミングを遅らせる方法がある。
In the first embodiment, before the switching
具体的には、非スイッチング噴孔391およびスイッチング噴孔392から同じ距離におけるスイッチング噴霧5Aの平均粒径を非スイッチング噴霧4Aの平均粒径よりも大きくする方法、あるいはスイッチング噴霧5Aのブレーク長さを非スイッチング噴霧4Aのブレーク長さよりも長くする方法、さらにはスイッチング噴霧5Aの貫徹力を非スイッチング噴霧4Aの貫徹力よりも大きく設定する方法等がある。
Specifically, the method of making the average particle diameter of the switching
これらの方法を実現するにあたっては、非スイッチング噴孔391とスイッチング噴孔392との噴孔形状の違いによって、縮流のレベルや方向が変わることを利用することができる。例えば縮流のレベルや方向を異ならせた場合、噴孔39内での圧力損失(噴流速度)、噴流の断面積、断面形状、配置、および方向等を異ならせることができ、コアンダ効果が作用する隙間の閾値を変更することが可能となる。
In realizing these methods, it is possible to utilize the fact that the level and direction of the contracted flow change depending on the nozzle hole shape difference between the
また、コアンダ効果が作用する隙間の閾値は、各噴霧の流速、微粒化レベル、粒子数密度、雰囲気圧力等によっても変わるため、これらを調整することにより所望の閾値に設定することができる。 Moreover, since the threshold value of the gap in which the Coanda effect acts also varies depending on the flow rate of each spray, the atomization level, the particle number density, the atmospheric pressure, and the like, it can be set to a desired threshold value by adjusting these.
図10は、非スイッチング噴霧4Aとスイッチング噴霧5Aにコアンダ効果が作用しない場合の各噴霧の挙動を示す図であり、(a)は各噴霧の側面図、(b)は(a)中、E−E、F−F、・・、L−Lで示す部分における断面図である。図10(a)に示すように、非スイッチング噴孔391とスイッチング噴孔392は、間隔L4(L4>L3)で配置されている。非スイッチング噴孔391から噴射された噴流4aは、非スイッチング噴霧4Aとなり、スイッチング噴孔392から噴射された噴流5bは、スイッチング噴霧5Bとなる。
FIG. 10 is a view showing the behavior of each spray when the Coanda effect does not act on the
図10において、スイッチング噴霧5Bは、アクシス−スイッチング現象が生じる前は、その長軸方向が非スイッチング噴霧4Aと対向しているが、スイッチング噴孔392から所定距離において、断面J−Jに示すようにその長軸と短軸の方向が変化し始める。
In FIG. 10, the switching spray 5 </ b> B is opposed to the non-switching spray 4 </ b> A in the major axis direction before the axis-switching phenomenon occurs, but as shown in a cross section JJ at a predetermined distance from the switching
しかし、非スイッチング噴霧4Aとスイッチング噴霧5Aが最も接近する断面L−Lにおいても、それらの隙間c5はコアンダ効果が作用する閾値よりも大きい。このため、両噴霧4A、5Bにはコアンダ効果は作用せず、独立したままで、ほぼ初期の進行方向に進んでいく。この時、スイッチング噴霧5Bが非スイッチング噴霧4Aに干渉しないため、非スイッチング噴霧4Aの貫徹力は抑制されない。
However, even in the cross-section LL where the
また、複数のスイッチング噴霧5Aを含む場合、複数のスイッチング噴霧5Aにアクシス−スイッチング現象が生じた後も、非スイッチング噴霧4Aから近接化や変形等の影響を受けないようにすることで、複数のスイッチング噴霧5Aの変形後の形状を安定に保つことができる。さらに、スイッチング噴霧5Aの短軸に対して長軸が線対称となるようにしているので、アクシス−スイッチング現象を生じた後も線対称な形状となり、点火プラグ近傍に安定して噴霧を停滞させるのに好都合である。
In addition, when a plurality of switching
なお、図10では、スイッチング噴霧5Aの長軸方向が非スイッチング噴霧4Aと対向している例について示したが、図11では、アクシス−スイッチング現象が生じる前のスイッチング噴霧5Cの短軸が非スイッチング噴霧4Aと対向している例について示す。
10 shows an example in which the long axis direction of the switching
図11において、(a)は各噴霧の側面図、(b)は(a)中、E−E、F−F、・・、L−Lで示す部分における断面図である。図11(a)に示すように、非スイッチング噴孔391とスイッチング噴孔392は、間隔L5で配置されている。非スイッチング噴孔391から噴射された噴流4aは、非スイッチング噴霧4Aとなり、スイッチング噴孔392から噴射された噴流5cは、スイッチング噴霧5Cとなる。
11, (a) is a side view of each spray, and (b) is a cross-sectional view at a portion indicated by EE, FF,..., LL in (a). As shown to Fig.11 (a), the
図11に示す例では、両噴霧4A、5Cが最も接近する断面H−Hにおいても、スイッチング噴霧5Cと非スイッチング噴霧4Aとの隙間は、コアンダ効果が作用する閾値よりも大きく、コアンダ効果は生じていない。さらに、断面J−Jから断面K−Kへと下流になるにつれて、スイッチング噴霧5Cの長軸と短軸の方向が変化する変形が進み、スイッチング噴霧5Cと非スイッチング噴霧4Aの隙間はさらに大きくなる。
In the example shown in FIG. 11, the gap between the switching
このため、両噴霧4A、5Cにはコアンダ効果は作用せず、両噴霧4A、5Cは独立したまま、ほぼ初期の進行方向に進んでいく。この時、スイッチング噴霧5Cが非スイッチング噴霧4Aに干渉しないため、非スイッチング噴霧4Aの貫徹力は抑制されない。
For this reason, the Coanda effect does not act on both the
本実施の形態1に係る燃料噴射弁1により形成される全体噴霧の形状例について、図12および図13を用いて説明する。この例では、各噴霧の間にコアンダ効果が作用しない
場合を示している。図12は、図3に示す噴孔プレート33の各噴孔39から噴射された各噴霧により形成された全体噴霧を示しており、(a)はスイッチング噴霧がアクシス−スイッチング現象を生じる前、(b)はスイッチング噴霧がアクシス−スイッチング現象を生じた後、の噴射方向に垂直な面内の断面形状をそれぞれ示している。
An example of the shape of the entire spray formed by the
また、図13は、図12に示す全体噴霧を、図12中、矢印xで示す方向から見た場合、すなわち燃料噴射弁1のZ軸に対して垂直な方向から見た場合を示している。図13において、(a)から(d)は、全体噴霧に至るまでの各噴霧の時系列変化を示している。なお、矢印xの方向から見た場合、非スイッチング噴霧4Aは前後に重なっているため、図13では前方に位置する非スイッチング噴霧4Aのみを示している。
13 shows a case where the entire spray shown in FIG. 12 is viewed from the direction indicated by an arrow x in FIG. 12, that is, a case where the entire spray is viewed from a direction perpendicular to the Z axis of the
図12に示すように、スイッチング噴孔392から所定の距離でスイッチング噴霧5Aにアクシス−スイッチング現象が生じ、噴射方向に垂直な面内の断面形状における長軸と短軸の方向が変化する。この時、スイッチング噴霧5Aは、運動量のかなりの割合が空気に移動し、貫徹力が大きく低下する。
As shown in FIG. 12, an axis-switching phenomenon occurs in the switching
一方、各非スイッチング噴霧4Aは、隣接する非スイッチング噴霧4Aまたはスイッチング噴霧5Aと互いに干渉しないため、その貫徹力は抑制されない。このため、各非スイッチング噴霧4Aは、独立したまま、変形することなく、ほぼ初期の進行方向に進んでいく。最終的には、図13(d)に示すように、スイッチング噴霧5Aよりも長い距離まで到達する。
On the other hand, each
なお、本実施の形態1では、複数の噴孔39の中にスイッチング噴孔392を一つ含む場合について説明したが、スイッチング噴孔392は、二つ以上であってもよい。また、スイッチング噴霧の長軸と短軸の方向が90度変化する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、任意の角度に設定することができる。さらに、スイッチング噴霧5Aの形状は、断面形状がより偏平であってもよい。長軸と短軸の比が大きい噴霧を生成しようとする場合、長軸方向が分断しない範囲で長軸と短軸の方向が変化するように噴孔仕様を設定すればよい。
In the first embodiment, the case where one
また、全体噴霧60の形状は、中空円錐形状のみならず、中実円錐形状、三角形状等、種々のバリエーションを実現することが可能である。さらに、本実施の形態1では、燃料噴射弁1として電磁式の燃料噴射弁を例に挙げて説明したが、駆動源は他の方式でもよく、ピエゾ式、機械式等であっても良い。また、間欠噴射弁、連続噴射弁どちらにも適用することが可能である。
Moreover, the shape of the
このように、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1は、噴孔プレート33の周方向に配置された複数の噴孔39が少なくとも一つのスイッチング噴孔392を含み、スイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧は、該噴孔392から所定の距離でアクシス−スイッチング現象を生じ、噴射方向に垂直な面内の断面形状において長軸と短軸の方向を変化させるものである。
As described above, in the
これにより、全体噴霧60を形成する各噴霧のうち、少なくとも一つの噴霧の噴射方向に垂直な面内の断面形状を変化させることができ、所望の方向を指向するように制御することが可能となる。また、スイッチング噴霧は、変形によって周囲空気との運動量交換が進み、貫徹力が低下することを利用し、所定距離において噴霧の貫徹力を急速に減衰させることが可能である。また、貫徹力が低下することにより周囲空気との混合が進み、微粒化が向上する。さらに、噴射量分布および噴霧方向は、各噴孔仕様によって設定することができる。
Thereby, among the sprays forming the
以上のことから、本実施の形態1によれば、複数の噴孔39により生成される各噴霧のうち、少なくとも一つをスイッチング噴霧5Aとすることにより、アクシス−スイッチング現象を利用して噴霧方向を制御することが可能となり、噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上を両立させることが可能となる。
From the above, according to the first embodiment, at least one of the sprays generated by the plurality of nozzle holes 39 is the switching
なお、本実施の形態1では、燃料噴射弁1を例に挙げて説明したが、本発明に係る流体噴射弁の用途はこれに限定されるものではない。その他の用途として、塗装、コーティング、農薬散布、洗浄、加湿、スプリンクラー、殺菌用スプレー、冷却等の一般産業用、あるいは農業用、設備用、家庭用、個人用としての各種スプレー等、多岐にわたる。本発明に係る流体噴射弁は、駆動源やノズル形態、噴霧する流体の種類に関わらず、様々な用途の噴霧生成装置に組み入れることが可能である。
Although the
実施の形態2.
図14は、本発明の実施の形態2に係る火花点火式エンジンを模式的に示す図であり、(a)は成層燃焼時(ピストン上昇中)、(b)は均質燃焼時(ピストン下降中)の状態を示している。本実施の形態2に係る火花点火式エンジン6は、燃焼室7に燃料を噴射する燃料噴射弁として、上記実施の形態1に係る燃料噴射弁1を備えたものである。
FIGS. 14A and 14B are diagrams schematically showing a spark ignition engine according to
本実施の形態2に係る火花点火式エンジン6の燃料噴射弁1の構成は、上記実施の形態1と同様であるので詳細な説明は省略するが、燃料が流れる通路の途中に設けられた弁座32と、弁座32と当接および離間可能に設けられ通路の開閉を制御する弁体35と、弁座32の下流に設けられ複数の噴孔39を有する噴孔プレート33を備えている(図1、図3参照)。
Since the configuration of the
また、複数の噴孔39の少なくとも一つは、噴射方向に垂直な面内の断面形状において長軸と短軸の長さが異なるスイッチング噴霧5Aを生成するスイッチング噴孔392である。スイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧5Aは、該スイッチング噴孔392から所定の距離でアクシス−スイッチング現象を生じるように制御され、長軸と短軸の方向を変化させる。
Further, at least one of the plurality of nozzle holes 39 is a switching
図14に示すように、火花点火式エンジン6の燃焼室7には、吸気ポート8と排気ポート9が連通しており、各々の燃焼室7側の開口部には、ピストン10と連動して開閉する吸気弁11と排気弁12が設けられている。また、燃焼室7の天井の略中央部には燃料噴射弁1が配置され、その側方には点火プラグ13が配置される。なお、燃料噴射弁1および点火プラグ13の配置は、これに限定されるものではない。
As shown in FIG. 14, an
本実施の形態2では、燃料噴射弁1のスイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧5Aは、アクシス−スイッチング現象により点火プラグ13近傍を指向する噴霧となるように制御される。また、スイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象を生じるか否かは、燃焼室7内の圧力または空気流動により制御される。
In the second embodiment, the switching
また、スイッチング噴孔392は、短軸に対して長軸が線対称なスイッチング噴霧5Aを生成するように、その噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が設定される。これにより、アクシス−スイッチング現象を生じた後も線対称な形状となり、点火プラグ13近傍に安定して噴霧を停滞させるのに好都合である。
In addition, the injection hole specifications including the injection hole diameter, the length, and the inclination of the switching
また、複数の噴孔39は、少なくともスイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象を生じるまでは、隣接する噴霧との近接化を誘起するコアンダ効果が互いに作用しない間隔で配置されると共に、それらの噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が設定される。
Further, the plurality of nozzle holes 39 are arranged at intervals at which the Coanda effect that induces the proximity of the adjacent sprays does not act at least until the switching
さらに、複数の噴孔39により生成される各噴霧は、少なくともスイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象を生じるまでは、隣接する噴霧との近接化を誘起するコアンダ効果が互いに作用しない流速、粒径、および粒子数密度に設定される。なお、本実施の形態2では、各噴霧は、スイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象を生じた後も、隣接する噴霧との間でコアンダ効果が作用しないようにしている。
Further, each spray generated by the plurality of nozzle holes 39 has a Coanda effect that induces the proximity of the adjacent sprays until at least the switching
本発明の実施の形態2に係る火花点火式エンジン6における成層燃焼時と均質燃焼時の全体噴霧の状態について、図14を用いて説明する。図14(a)に示す成層燃焼時においては、ピストン10の上昇により燃焼室7の空気が圧縮され、燃焼室7内の圧力が上昇する。
The state of the entire spray during stratified combustion and homogeneous combustion in the
このため、各非スイッチング噴霧4Aおよびスイッチング噴霧5Aの貫徹力は均質燃焼時よりも小さくなる。スイッチング噴霧5Aは、点火プラグ13近傍を通過する過程でアクシス−スイッチング現象を生じ、点火プラグ13近傍を指向する。同時に貫徹力が大幅に低下し、点火プラグ13近傍を通過した時点で貫徹力を失い、点火プラグ13近傍で滞留する。
For this reason, the penetration force of each
すなわち、噴射位置から点火プラグ13近傍までの所望の距離で、スイッチング噴霧5Aの貫徹力を急減衰させ、点火プラグ13近傍において所望の濃い混合気を形成することができる。このことは、成層燃焼を成立させるのに好都合である。
That is, the penetration force of the switching spray 5 </ b> A can be rapidly attenuated at a desired distance from the injection position to the vicinity of the
また、各非スイッチング噴霧4Aは、成層燃焼に適した混合燃焼状態となるように指向させると共に、シリンダライナー14やピストン10表面への衝突が抑制されるように貫徹力を設定される。これにより、全体噴霧60は、シリンダライナー14やピストン10表面への衝突を抑制され、且つ、点火プラグ13近傍に成層燃焼に適した濃い混合気を形成する。
Further, each
また、図14(b)に示す均質燃焼時においては、ピストン10の下降と共に吸気弁11が開となるため、タンブル流等の強い空気流動が燃焼室7内に生じる。スイッチング噴霧5Aは、点火プラグ13近傍を通過する過程で燃焼室7内の空気流動に追随し、アクシス−スイッチング現象を生じず、燃焼室7内全体に拡散する。
In addition, during the homogeneous combustion shown in FIG. 14B, the
このように、本実施の形態2に係る火花点火式エンジン6は、成層燃焼時において、点火プラグ13近傍を指向する噴霧と指向しない噴霧との間に、大きな特性差を設けることができる。点火プラグ13近傍を指向する噴霧としてスイッチング噴霧5Aを適用することにより、点火プラグ13との衝突を避けつつ、点火プラグ13近傍で成層燃焼に適した混合気を形成することが可能である。また、均質燃焼時においては、点火プラグ13近傍を通過する過程で空気流動に追随させ、アクシス−スイッチング現象を生じず、燃焼室7全体に拡散させることが可能である。
Thus, the
以上のように、本実施の形態2によれば、複数の噴孔39により生成される各噴霧のうち、少なくとも一つをスイッチング噴霧5Aとすることにより、アクシス−スイッチング現象を利用して点火プラグ13近傍を指向する噴霧を生成することが可能となり、噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上を両立させることが可能となる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
As described above, according to the second embodiment, at least one of the sprays generated by the plurality of nozzle holes 39 is the switching
本発明は、流体噴射弁、特に内燃機関に搭載される燃料噴射弁、およびこれを備えた噴霧生成装置、並びに火花点火式エンジンとして利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a fluid injection valve, in particular, a fuel injection valve mounted on an internal combustion engine, a spray generation device including the same, and a spark ignition engine.
1 燃料噴射弁、2 ソレノイド装置、3 弁装置、
4a、4b、4c、5a、5b、5c 噴流、
4A、4B、4C 非スイッチング噴霧、5A、5B、5C スイッチング噴霧、
6 火花点火式エンジン、7 燃焼室、8 吸気ポート、9 排気ポート、
10 ピストン、11 吸気弁、12 排気弁、13 点火プラグ、
14 シリンダライナー、21 ハウジング、22 コア、23 コイル、
24 アマチュア、30 液膜流、31 弁本体、32 弁座、32a 弁座面、
33 噴孔プレート、34 カバープレート、34a 天面、34b 薄肉部、
34c 小径部、34d 大径部、35 弁体、36 圧縮バネ、37 ロッド、
38 ボール、38a 面取部、38b 平面部、38c 曲面部、39 噴孔、
40、50 集合噴霧、60全体噴霧、
391 非スイッチング噴孔、392 スイッチング噴孔。
1 fuel injection valve, 2 solenoid device, 3 valve device,
4a, 4b, 4c, 5a, 5b, 5c jet,
4A, 4B, 4C non-switching spray, 5A, 5B, 5C switching spray,
6 spark ignition engine, 7 combustion chamber, 8 intake port, 9 exhaust port,
10 piston, 11 intake valve, 12 exhaust valve, 13 spark plug,
14 cylinder liner, 21 housing, 22 core, 23 coil,
24 amateur, 30 liquid film flow, 31 valve body, 32 valve seat, 32a valve seat surface,
33 injection hole plate, 34 cover plate, 34a top surface, 34b thin wall portion,
34c Small diameter part, 34d Large diameter part, 35 Valve body, 36 Compression spring, 37 Rod,
38 balls, 38a chamfered portions, 38b flat surface portions, 38c curved surface portions, 39 nozzle holes,
40, 50 collective spray, 60 whole spray,
391 non-switching nozzle holes, 392 switching nozzle holes.
本発明に係る流体噴射弁は、流体が流れる通路の途中に設けられた弁座と、弁座と当接および離間可能に設けられ通路の開閉を制御する弁体と、弁座の下流に設けられた噴孔体とを備え、噴孔体に配置された複数の噴孔から流体を噴射し噴霧を生成する流体噴射弁であって、複数の噴孔は、噴射方向に垂直な面内の断面形状において長軸と短軸の長さが異なるスイッチング噴霧を生成するスイッチング噴孔を少なくとも一つ含み、スイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧は、該スイッチング噴孔から所定の距離で、長軸と短軸の方向を変化させるものである。 A fluid injection valve according to the present invention includes a valve seat provided in the middle of a passage through which a fluid flows, a valve body that can contact and separate from the valve seat and controls opening and closing of the passage, and a downstream of the valve seat. A fluid injection valve that generates a spray by injecting fluid from a plurality of nozzle holes arranged in the nozzle hole body, wherein the plurality of nozzle holes are in a plane perpendicular to the injection direction. The switching spray generated by the switching nozzle includes at least one switching nozzle that generates a switching spray having a major axis and a minor axis having different lengths in cross-sectional shape. The switching spray generated by the switching nozzle has a long axis at a predetermined distance from the switching nozzle. The direction of the minor axis is changed.
また、本発明に係る火花点火式エンジンは、燃焼室内に配置される点火プラグと、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた火花点火式エンジンであって、燃料噴射弁は、燃料が流れる通路の途中に設けられた弁座と、弁座と当接および離間可能に設けられ通路の開閉を制御する弁体と、弁座の下流に設けられた噴孔体とを有し、噴孔体に配置された複数の噴孔から燃料を噴射し噴霧を生成するものであり、複数の噴孔は、噴射方向に垂直な面内の断面形状において長軸と短軸の長さが異なるスイッチング噴霧を生成するスイッチング噴孔を少なくとも一つ含み、スイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧は、該スイッチング噴孔から所定の距離で、長軸と短軸の方向を変化させるものである。 Also, spark ignition engine according to the present invention, a spark plug disposed in the combustion chamber, a spark-ignition engine equipped with a fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber, the fuel injection valve, A valve seat provided in the middle of the passage through which the fuel flows, a valve body that can be brought into contact with and separated from the valve seat and that controls the opening and closing of the passage, and an injection hole provided downstream of the valve seat The fuel is injected from a plurality of nozzle holes arranged in the nozzle hole body to generate a spray, and the plurality of nozzle holes have a length of a major axis and a minor axis in a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the injection direction. Includes at least one switching nozzle that generates different switching sprays, and the switching spray generated by the switching nozzle changes the direction of the major axis and the minor axis at a predetermined distance from the switching nozzle. .
本発明に係る燃料噴射弁およびこれを備えた噴霧生成装置によれば、複数の噴孔により生成される各噴霧のうち、少なくとも一つをスイッチング噴霧とすることにより、噴霧方向を制御することが可能となり、噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上を両立させることが可能となる。 According to the spray generating device comprising a fuel injection valve and this according to the present invention, among the spray generated by the plurality of injection holes, Ri by to the switching spraying at least one, controls the mists direction This makes it possible to achieve both atomization of the spray and improvement in the design freedom of the spray shape, penetration force, and injection amount distribution.
また、本発明に係る火花点火式エンジンによれば、複数の噴孔により生成される各噴霧のうち、少なくとも一つをスイッチング噴霧とすることにより、点火プラグ近傍を指向する噴霧を生成することが可能となり、噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上を両立させることが可能となる。 Further, according to the spark-ignition engine according to the present invention, among the spray generated by the plurality of injection holes, Ri by to the switching spraying at least one, produce a spray oriented near point fire plug This makes it possible to achieve both atomization of the spray and improvement in the design freedom of the spray shape, penetration force, and injection amount distribution.
本発明は、複数の噴孔から流体を噴射し噴霧を生成する流体噴射弁並びに火花点火式エンジンに関する。 The present invention relates to a spark ignition engine in fluid ejection Ben'nami beauty to produce a jet spray of fluid from a plurality of injection holes.
近年、車両用エンジンにおいては、燃料噴霧の微粒化によるエンジン冷機時の排出ガス低減や、燃焼性改善による燃費向上の研究開発が積極的に進められている。特に、燃焼室内に燃料を直接噴射するマルチホールインジェクタを搭載した火花点火式エンジンにおける成層燃焼コンセプトの研究開発が知られている。 In recent years, in vehicle engines, research and development for reducing exhaust gas when the engine is cold due to atomization of fuel spray and improving fuel efficiency by improving combustibility have been actively promoted. In particular, research and development of a stratified combustion concept in a spark ignition engine equipped with a multi-hole injector that directly injects fuel into a combustion chamber is known.
このようなエンジンにおける燃料噴霧は、点火プラグ近傍を指向する噴霧と、点火プラグ近傍を指向しない噴霧とで構成されており、前者は特に点火プラグ付近での成層燃焼を実現し、後者は成層燃焼や均質燃焼での燃焼室内全体の混合気形成を実現する役割をもっている。 The fuel spray in such an engine is composed of a spray directed to the vicinity of the spark plug and a spray not directed to the vicinity of the spark plug. The former realizes stratified combustion particularly near the spark plug, and the latter is stratified combustion. It has the role of realizing the mixture formation in the entire combustion chamber in homogeneous combustion.
燃焼室中心部に点火プラグが装着され、吸気弁を跨いだ位置に燃料噴射弁としてのマルチホールインジェクタが装着される場合、点火プラグとマルチホールインジェクタは対向していない。このため、点火プラグ近傍を指向する噴霧と、点火プラグ近傍を指向しない噴霧とに要求される噴霧仕様は異なってくる。つまり、エンジンの低速低負荷で成層燃焼を行う場合と、高速高負荷で均質燃焼を行う場合とでは、要求される噴霧仕様は異なる。 When a spark plug is mounted at the center of the combustion chamber and a multi-hole injector as a fuel injection valve is mounted across the intake valve, the spark plug and the multi-hole injector are not opposed. For this reason, the spray specifications required for the spray directed to the vicinity of the spark plug and the spray not directed to the vicinity of the spark plug are different. In other words, the required spray specifications differ between when stratified combustion is performed at a low speed and low load of the engine and when homogeneous combustion is performed at a high speed and high load.
一方、噴霧の微粒化のプロセスにおいて、液滴を小さくするためには、その分裂の前段階である液糸を細くすることが有効である。液糸を細くするためには、液糸の分裂の前段階である液膜を薄くしたり液柱を細くしたりすることが有効であり、液膜の方がより液柱よりも有利であることが分かっている。また、液膜流形成手法として、噴孔に流入する前の燃料流に旋回流を与えて噴孔内に液膜流を形成する方法が知られている。 On the other hand, in the atomization process of spraying, in order to reduce the size of the droplets, it is effective to make the liquid yarn, which is the previous stage of the division, thin. In order to make the liquid yarn thinner, it is effective to make the liquid film, which is the previous stage of the splitting of the liquid yarn, thinner or thinner, and the liquid film is more advantageous than the liquid column. I know that. Further, as a liquid film flow forming method, a method is known in which a swirl flow is given to the fuel flow before flowing into the nozzle hole to form a liquid film flow in the nozzle hole.
本願発明者は、これらの液膜流形成手法や微粒化プロセス、さらに、それらをベースとして複数の単噴霧が集合した集合噴霧の噴霧形状、貫徹力、噴射量分布の出来映えの関係を調査検討した結果、単噴霧が集合した集合噴霧において、次の二つの形態に分けられることを見出している。 The inventor of the present application investigated and examined the relationship between these liquid film flow formation methods and atomization processes, and the spray shape, penetration force, and injection amount distribution of the collective spray in which a plurality of single sprays gathered based on these techniques. As a result, it has been found that the collective spray in which single sprays are gathered can be divided into the following two forms.
一つは、各単噴霧が識別可能であり、かつ各単噴霧の特徴がほぼ識別不可能な集合噴霧になる場合である。これは、比較的均質に近い中実構造の集合噴霧であり、各単噴霧を識別可能ではあるが、集合噴霧と共通的な特徴を示す噴霧となっており、中途半端でコントロールし難い噴霧である。 One is a case where each single spray is identifiable and the characteristics of each single spray become a collective spray that is almost indistinguishable. This is a collective spray with a solid structure that is relatively homogeneous, and each single spray can be identified, but it has the same characteristics as the collective spray, and is a spray that is difficult to control halfway. is there.
もう一つは、各単噴霧の識別さえも不可能となる集合噴霧になる場合である。これは、噴射量分布が中心ピークの円錐形状となるものを代表例とする集合噴霧であり、複数の単噴霧が集合してほぼ元の形態とは異なる新しい一つの集合噴霧に置き換わっており、非常に特徴的で安定した現象である。 The other is the case of a collective spray that makes it impossible to identify each single spray. This is a collective spray whose representative example is an injection amount distribution having a conical shape with a central peak, and a plurality of single sprays are gathered and replaced with a single new collective spray that is almost different from the original form, It is a very characteristic and stable phenomenon.
これらのどちらの形態になるかは、噴霧挙動がある閾値のどちらにあるかによるところが大きい。単噴霧の集合化が進んだ集合噴霧になるほど噴射量分布は軸対称に近づき、また鋭角な円錐形状となり、全体噴霧としての貫徹力が増大する。上記二つの形態のどちらの場合であっても、複数の単噴霧が集合し、噴霧方向に垂直な面内の噴霧形状と噴射量分布がほぼ軸対称になった集合噴霧において、その断面形状を非対象な異形とし、噴霧の一部分を所望の方向に指向させることは難しい。 Which of these forms depends largely on whether the spray behavior is at a certain threshold. The more the single spray is assembled, the closer the spray amount distribution is to axial symmetry and the sharper cone shape, so that the penetration force as a whole spray increases. In either case of the above two forms, a plurality of single sprays gather, and in the collective spray in which the spray shape in the plane perpendicular to the spray direction and the spray amount distribution are substantially axisymmetric, the cross-sectional shape is It is difficult to make a non-target variant and direct a part of the spray in a desired direction.
また、前述したような微粒化手法が燃料噴射弁に適用されつつあるが、微粒化の技術の主流は小噴孔径と多噴孔化であり、隣り合う噴孔からの噴流が互いに干渉して微粒化状態が悪化しないように設計されている。すなわち、噴孔中心軸線あるいは噴流方向が下流になるほど離れていくように、噴孔配置と噴孔径、傾き、および長さ等の噴孔仕様が設定されており、噴霧の微粒化とコンパクトな噴霧は両立しにくい。 Although the atomization technique as described above is being applied to the fuel injection valve, the mainstream of the atomization technique is the small injection hole diameter and multiple injection holes, and the jets from adjacent injection holes interfere with each other. It is designed so that the atomization state does not deteriorate. In other words, the nozzle hole specifications such as nozzle hole arrangement, nozzle hole diameter, inclination, and length are set so that the nozzle hole center axis or the jet flow direction becomes more downstream. Are difficult to balance.
噴霧全体の広がりを抑制する手法としては、噴孔中心軸線あるいは噴流方向が噴孔直下で互いに交差するような噴孔配置と噴孔仕様にすることが知られている。しかし、この手法では、噴孔出口から液膜流の破断や分裂を経て実質的に噴霧流と見なせるようになる位置までの長さ(液膜流のブレーク長さ)との関係や微粒化の要件が考慮されていなかった。 As a technique for suppressing the spread of the entire spray, it is known that the nozzle hole arrangement and the nozzle hole specifications are such that the nozzle hole central axis or the jet direction intersects each other immediately below the nozzle hole. However, in this method, the relationship from the outlet of the nozzle hole to the position where the liquid film flow can be regarded substantially as a spray flow after breaking or splitting the liquid film flow (breaking length of the liquid film flow) and the atomization Requirements were not considered.
一方、噴霧全体の広がりを抑制するために、流体噴射弁の垂直線に対する噴孔中心軸線の角度を相対的に小さくすると、薄い液膜流を形成するのに不利である。従って、微粒化プロセスが遅くなり噴流同士が干渉し易く、微粒化レベルを期待値通りに実現できない。また、前述のように、噴流同士の干渉により複数の単噴霧の集合噴霧が生じた場合、単噴霧の時より貫徹力が大きくなる。 On the other hand, if the angle of the injection hole central axis with respect to the vertical line of the fluid injection valve is made relatively small in order to suppress the spread of the entire spray, it is disadvantageous for forming a thin liquid film flow. Therefore, the atomization process becomes slow, the jets easily interfere with each other, and the atomization level cannot be realized as expected. In addition, as described above, when the collective spray of a plurality of single sprays is generated due to the interference between the jets, the penetration force is greater than that in the single spray.
さらに、シリンダライナーへの噴霧衝突軽減や空気との混合促進のために、噴霧の貫徹力を所定距離のところで急速に減衰させる手法が望まれるが、噴霧形態を大きく変えずに実現する手法がなかった。このため、各噴霧が貫徹力を急速に減衰するためには、噴孔出口からの噴流を偏平にする等の方法で噴霧の運動量の減衰を早める必要があるが、その場合、各噴霧出口での噴流の干渉を避けるために、各噴流方向をさらに離す必要があった。 Furthermore, in order to reduce spray collisions on the cylinder liner and promote mixing with air, a method of rapidly attenuating the spray penetration force at a predetermined distance is desired, but there is no method to achieve without significantly changing the spray form. It was. For this reason, in order for each spray to attenuate the penetration force rapidly, it is necessary to accelerate the attenuation of the spray momentum by a method such as flattening the jet flow from the nozzle hole outlet. In order to avoid interference between the jets, it was necessary to further separate the jet directions.
例えば、火花点火式エンジンにおいて噴霧貫徹力の確保と噴霧密度の適度な分散を両立させることを目的とした先行技術として、特許文献1では、主噴孔と、噴射中心が主噴孔の噴射中心と異なる方向を指向する副噴孔とを備え、主噴孔の入口と出口の断面積が異なるように設定することで、噴射量を一定にしたままで噴霧角を広げ、噴霧の燃料密度を分散させたマルチホールインジェクタが提示されている。
For example, as a prior art aiming at ensuring both spray penetration force and appropriate dispersion of spray density in a spark ignition engine, in
また、特許文献2では、噴孔内の燃料の流れる方向に縮小する第1テーパ部においてキャビテーション気泡を発生させ、発生したキャビテーション気泡が崩壊することにより燃料を微粒化させると共に、微粒化された燃料を流れ方向に拡大する第2テーパ部により拡散して貫徹力を低下させるようにした燃料噴射弁が提示されている。
Further, in
一方、流体工学において、噴孔から噴射された断面形状が長円状の噴霧の長軸と短軸との方向が、下流において変化するアクシス−スイッチング(axis−switching)現象が知られている(非特許文献1−6)。このアクシス−スイッチング現象は、噴霧の断面形状が長円形状でなくてもよく、少なくとも短軸に対して長軸がほぼ線対称である形状のものであれば成立する。 On the other hand, in fluid engineering, an axis-switching phenomenon is known in which the direction of the major axis and the minor axis of a spray having an oval cross-sectional shape ejected from an injection hole changes downstream ( Non-patent literature 1-6). This axis-switching phenomenon does not have to be oval in the cross-sectional shape of the spray, and is established as long as the major axis is substantially line-symmetric with respect to the minor axis.
上記のように、従来技術では、マルチホールインジェクタを搭載した火花点火式エンジンにおいて、点火プラグ近傍を指向する噴霧と点火プラグ近傍を指向せずに全体に拡散する噴霧のそれぞれに要求される噴霧仕様を実現するための設計の自由度が低く、十分に実現することができていなかった。特に、噴霧の微粒化、噴霧形状、および貫徹力は、互いに相関を持つ特性であるが、特許文献1および特許文献2では、それらの影響を考慮していないため、最適な噴霧仕様を実現することはできない。
As described above, in the prior art, in a spark ignition engine equipped with a multi-hole injector, the spray specifications required for each of the spray directed to the vicinity of the spark plug and the spray diffused throughout without directing the vicinity of the spark plug The degree of freedom in designing to achieve the above has been low and has not been fully realized. In particular, atomization of spray, spray shape, and penetration force are characteristics that have a correlation with each other. However,
特許文献1のようなノズルでは、実際には噴孔上流のサック(キャビティ)内部の流れ方によって各噴孔への燃料の流入の仕方が変わることが知られている。すなわち、噴孔入口と出口の断面積を異ならせた場合に、必ずしも噴射量を一定にしたままで噴霧角を広げられるとは限らない。特に、複数の噴孔がインジェクタ中心軸を対称にして配置されていない場合は、各噴孔内の流れパターンは同じとならないことが多いが、特許文献1ではこれらのことが考慮されていない。
In a nozzle like
特許文献2では、燃料圧力や剥離状況等によるキャビテーションへの影響が示されていないため、微粒化のレベルが不明である。微粒化のレベルが異なれば噴霧全体が保有する運動量も異なり貫徹力にも影響する。特に点火プラグ近傍を指向する噴霧としては、噴霧形状や貫徹力等の設計自由度をより確実に向上させる手法が望まれる。
In
また、従来の流体噴射弁において、上述のアクシス−スイッチング現象を利用して噴霧の噴射方向に垂直な面内の断面形状を変化させ、噴霧方向を制御したものはなかった。さらに、アクシス−スイッチング現象を利用して全体噴霧の形状、噴霧の微粒化、貫徹力および噴射量分布の設計を行ったものはなかった。 Further, there has been no conventional fluid injection valve in which the spray direction is controlled by changing the cross-sectional shape in a plane perpendicular to the spray direction of the spray using the above-described axis-switching phenomenon. Furthermore, there has been no design in which the shape of the entire spray, the atomization of the spray, the penetrating force, and the injection amount distribution are designed using the axis-switching phenomenon.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、アクシス−スイッチング現象を利用して噴霧方向を制御することを可能とし、噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上を両立させた流体噴射弁を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and enables the spray direction to be controlled by utilizing an axis-switching phenomenon. The atomization of the spray, the spray shape, and the penetration force are achieved. An object is to obtain a fluid injection valve that achieves both improvement in the degree of freedom in design of the injection amount distribution.
また、アクシス−スイッチング現象を利用して点火プラグ近傍を指向する噴霧を生成することを可能とし、噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上を両立させた火花点火式エンジンを得ることを目的とする。 In addition, it is possible to generate a spray directed to the vicinity of the spark plug by utilizing the axis-switching phenomenon, and to achieve both atomization of the spray and improvement in design flexibility of the spray shape, penetration force, and injection amount distribution. The purpose is to obtain a spark ignition engine.
本発明に係る流体噴射弁は、流体が流れる通路の途中に設けられた弁座と、弁座と当接および離間可能に設けられ通路の開閉を制御する弁体と、弁座の下流に設けられた噴孔体とを備え、噴孔体に配置された複数の噴孔から流体を噴射し噴霧を生成する流体噴射弁であって、複数の噴孔は、噴射方向に垂直な面内の断面形状において長軸と短軸の長さが異なるスイッチング噴霧を生成するスイッチング噴孔を少なくとも一つ含み、スイッチング噴孔は、短軸に対して長軸が線対称なスイッチング噴霧を生成するように、その噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が設定され、スイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧は、該スイッチング噴孔から所定の距離でアクシス−スイッチング現象を生じることにより長軸と短軸の方向を変化させ、複数の噴孔は、少なくともスイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧がアクシス−スイッチング現象を生じるまでは、隣接する噴霧との近接化を誘起するコアンダ効果が互いに作用しないように、それらの噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様、およびそれらの間隔が設定されるものである。 A fluid injection valve according to the present invention includes a valve seat provided in the middle of a passage through which a fluid flows, a valve body that can contact and separate from the valve seat and controls opening and closing of the passage, and a downstream of the valve seat. A fluid injection valve that generates a spray by injecting fluid from a plurality of nozzle holes arranged in the nozzle hole body, wherein the plurality of nozzle holes are in a plane perpendicular to the injection direction. It includes at least one switching nozzle that generates a switching spray having a major axis and a minor axis different in cross-sectional shape, and the switching nozzle generates a switching spray whose major axis is axisymmetric with respect to the minor axis. The nozzle specifications including the nozzle hole diameter, length, and inclination are set, and the switching spray generated by the switching nozzle has an axis-switching phenomenon at a predetermined distance from the switching nozzle, Minor axis direction The plurality of nozzle holes are arranged so that the Coanda effect that induces proximity with adjacent sprays does not act on each other at least until the switching spray generated by the switching nozzles causes an axis-switching phenomenon. The nozzle hole specifications including the nozzle hole diameter, length, and inclination, and the interval between them are set .
また、本発明に係る火花点火式エンジンは、燃料室内に配置される点火プラグと、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた火花点火式エンジンであって、燃料噴射弁は、燃料が流れる通路の途中に設けられた弁座と、弁座と当接および離間可能に設けられ通路の開閉を制御する弁体と、弁座の下流に設けられた噴孔体とを有し、噴孔体に配置された複数の噴孔から燃料を噴射し噴霧を生成するものであり、複数の噴孔は、噴射方向に垂直な面内の断面形状において長軸と短軸の長さが異なるスイッチング噴霧を生成するスイッチング噴孔を少なくとも一つ含み、スイッチング噴孔は、短軸に対して長軸が線対称なスイッチング噴霧を生成するように、その噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が設定され、スイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧は、該スイッチング噴孔から所定の距離でアクシス−スイッチング現象を生じることにより長軸と短軸の方向を変化させ、スイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧がアクシス−スイッチング現象を生じるか否かは、燃焼室内の圧力または空気流動により制御されるものである。 The spark ignition engine according to the present invention is a spark ignition engine including an ignition plug disposed in a fuel chamber and a fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber. A valve seat provided in the middle of the passage through which the valve flows, a valve body that is provided so as to be able to contact and separate from the valve seat and controls opening and closing of the passage, and a nozzle hole body provided downstream of the valve seat, The fuel is injected from a plurality of nozzle holes arranged in the nozzle hole body to generate spray, and the plurality of nozzle holes have a major axis and a minor axis length in a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the injection direction. Including at least one switching nozzle that generates different switching sprays, the switching nozzle including its nozzle diameter, length, and inclination so as to generate a switching spray whose major axis is axisymmetric with respect to the minor axis The nozzle hole specifications are set and the switching nozzle hole The switching spray formed changes the direction of the long axis and the short axis by causing an axis-switching phenomenon at a predetermined distance from the switching nozzle hole, and the switching spray generated by the switching nozzle causes the axis-switching phenomenon. Whether it occurs or not is controlled by the pressure in the combustion chamber or the air flow .
本発明に係る流体噴射弁によれば、複数の噴孔により生成される各噴霧のうち、少なくとも一つをスイッチング噴霧とすることにより、アクシス−スイッチング現象を利用して噴霧方向を制御することが可能となり、噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上を両立させることが可能となる。 According to the fluid injection valve of the present invention, it is possible to control the spray direction using the axis-switching phenomenon by setting at least one of the sprays generated by the plurality of nozzle holes as a switching spray. This makes it possible to achieve both atomization of the spray and improvement in the design freedom of the spray shape, penetration force, and injection amount distribution.
また、本発明に係る火花点火式エンジンによれば、複数の噴孔により生成される各噴霧のうち、少なくとも一つをスイッチング噴霧とすることにより、アクシス−スイッチング現象を利用して点火プラグ近傍を指向する噴霧を生成することが可能となり、噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上を両立させることが可能となる。 Further, according to the spark ignition engine according to the present invention, by using at least one of the sprays generated by the plurality of nozzle holes as a switching spray, the vicinity of the spark plug can be obtained using the axis-switching phenomenon. It is possible to generate a spray that is directed, and it is possible to achieve both atomization of the spray and improvement in the design freedom of the spray shape, penetration force, and injection amount distribution.
実施の形態1.
以下に、本発明の実施の形態1に係る流体噴射弁および噴霧生成装置について、図面に基づいて説明する。図1は、本実施の形態1に係る燃料噴射弁を示す断面図、図2は、本実施の形態1に係る燃料噴射弁の先端部を示す拡大断面図である。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。
Hereinafter, a fluid injection valve and a spray generation device according to
本実施の形態1に係る噴霧生成装置は、流体噴射弁である燃料噴射弁1と、燃料噴射弁1に燃料を供給する燃料供給手段(図示省略)、および燃料噴射弁1の動作を制御する制御手段である制御装置(図示省略)とを備えている。以下の説明では、内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられ、燃料を噴射する先端部が内燃機関の筒内に臨むよう配置された燃料噴射弁1を例に挙げて説明する。
The spray generation device according to the first embodiment controls the operation of the
燃料噴射弁1は、電磁力を発生するソレノイド装置2と、ソレノイド装置2への通電により作動する弁装置3を備えている。ソレノイド装置2は、磁気回路のヨーク部分をなすハウジング21と、このハウジング21の内側に設けられた固定鉄心であるコア22と、コア22を囲うように設けられたコイル23と、コイル23の内側に設けられ往復移動する可動鉄心であるアマチュア24を備えている。
The
弁装置3は、円筒形状であってコア22の先端部の外径部に圧入、溶接された弁本体31と、弁本体31の内部の燃料が流れる通路の途中に設けられた弁座32を備えている。弁座32の下流には、燃料を噴射する複数の噴孔39を有する噴孔体である噴孔プレート33と、弁座32の内部で噴孔プレート33の上流に設けられたカバープレート34と、弁本体31の内側に弁座32と当接および離間可能に設けられ通路の開閉を制御する弁体35と、弁体35の上流に設けられた圧縮バネ36を備えている。
The
弁体35は、アマチュア24の内面に圧入、溶接された中空のロッド37と、ロッド37の先端部に溶接で固定されたボール38を有している。ボール38は、燃料噴射弁1のZ軸(図1中、矢印で示す)に平行な面取部38aと、カバープレート34と対向する平面部38bと、弁座32と線接触する曲面部38cとを有している。
The
噴孔プレート33は、周縁部が下側に折曲されており、弁座32の先端面および弁本体31の内周側面に溶接されている。噴孔プレート33には、板厚方向に貫通する複数の噴孔39が形成されている。図3は、噴孔プレート33を弁本体31内側から見た平面図である。噴孔プレート33には、複数の噴孔39が周方向に配置されている。
The
複数の噴孔39は、噴孔プレート33の板厚方向に垂直な断面形状が円形の非スイッチング噴孔391と、長円形のスイッチング噴孔392を含んで構成されている。スイッチング噴孔392は、長円の長軸が、非スイッチング噴孔391との間隔を小さくする方向に配置されている。
The plurality of nozzle holes 39 includes a
非スイッチング噴孔391から噴射された燃料の噴流は、所定の距離(ブレーク長さ)下流に進むと、噴射方向に垂直な面内の断面形状が円形の非スイッチング噴霧を生成する。また、スイッチング噴孔392から噴射された噴流は、所定の距離(ブレーク長さ)下流に進むと、噴射方向に垂直な面内の断面形状において長軸と短軸の長さが異なるスイッチング噴霧を生成する。
When the jet of fuel injected from the
スイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧は、該スイッチング噴孔392から所定の距離でアクシス−スイッチング現象を生じるように制御され、長軸と短軸の方向を変化させる。なお、各噴霧の挙動については後に詳細に説明する。
The switching spray generated by the switching
次に、燃料噴射弁1の動作について説明する。内燃機関の制御装置より燃料噴射弁1の駆動回路に動作信号が送られると、燃料噴射弁1のコイル23に電流が通電され、アマチュア24はコア22側へ吸引される。この結果、アマチュア24と一体構造であるロッド37およびボール38は、圧縮バネ36の弾性力に逆らって上方向に移動し、ボール38の曲面部38cが弁座面32aから離間し、両者に間隙が形成されて通路が形成され、吸気ポートに指向した燃料噴射が開始される。
Next, the operation of the
一方、内燃機関の制御装置より燃料噴射弁1の駆動回路に動作の停止信号が送られると、コイル23への通電が停止し、アマチュア24がコア22側に吸引される力は消失し、ロッド37は、圧縮バネ36の弾性力によって弁座32側に押され、ボール38の曲面部38cと弁座面32aとは閉状態となり、燃料噴射はこの時点で終了する。
On the other hand, when an operation stop signal is sent from the control device of the internal combustion engine to the drive circuit of the
ここで、例えば縮流によって噴孔39内の流れを液膜流とする噴孔プレート33とカバープレート34、および弁座32、ボール38の詳細な構造と位置について、図2、図4および図5の各詳細断面図を用いて説明する。ここで説明する噴孔39は、非スイッチング噴孔391とスイッチング噴孔392のどちらであってもよい。なお、図4において、Xは噴孔39の径、Yは噴孔39の長さを示している。
Here, the detailed structure and position of the
燃料は、弁体35の開弁時においてボール38の面取部38aと弁座32の内面との間のZ軸に平行な通路から、ボール38の曲面部38cと弁座面32aとの間を下流へ向かい、弁座シート部R1に至る。弁座シート部R1の上流では燃料がZ軸に平行に流れるため、燃料は、弁座シート部R1を通過した後においては慣性により弁座面32aに沿う流れが主流となり、弁座面32aの下流端の点P1に達する。
When the
点P1は弁座面32aの終端であり、弁座32は、点P1から下流側は垂直方向に延びた面を有している。従って、燃料の主流は、点P1から剥離する。弁座面32aの延長線は、カバープレート34の周側面と点P2で交わっており、点P1から剥離した燃料は、点P2に向かい環状通路C(弁座32の内周壁面とカバープレート34の大径部34dの周側面との間)を通過して、径方向に大幅な進路変更を伴わずに径方向通路B(弁座32の内周壁面とカバープレート34の小径部34cの周側面との間)に流入する。
The point P1 is the end of the
なお、弁座シート部R1を通過する燃料の主流は、環状通路Cに流入するため、隙間通路A(ボール38の底面とカバープレート34の天面34aとの間)への流入は抑制される。シート部R1と噴孔39の入口の点P3とを直線で結んだ線は、カバープレート34の大径部である薄肉部34bで交叉している。すなわち薄肉部34bは、弁座シート部R1から噴孔39の入口への燃料の直線的な流入を遮っている。
In addition, since the main flow of the fuel that passes through the valve seat portion R1 flows into the annular passage C, the flow into the clearance passage A (between the bottom surface of the
このため、噴孔39に流入する燃料の少なくとも一部は、径方向通路Bに沿う流れとなる。カバープレート34は、その小径部34cが噴孔39よりも内径側で噴孔39に近接して配置されている。従って、径方向通路Bに沿って内径側に向かう燃料の正面流れF1は、燃料噴射弁1のZ軸から噴孔39に流入する戻り流れF2の流路を閉塞させ、戻り流れF2の速度を低下させる。戻り流れF2が抑制されることで、弁座シート部R1側から噴孔39に流入する正面流れF1の速度が相対的に強められる。
For this reason, at least a part of the fuel flowing into the
正面流れF1の少なくとも一部が、径方向通路Bに沿って進行した後に噴孔39内で大幅な方向変化を強制されること、および正面流れF1が高速であることから、燃料は、噴孔39の断面において、燃料噴射弁1のZ軸側の噴孔39の壁面に強く押し付けられる。その後、図5に示すように、噴孔39の入口では、低速な戻り流れF2は、噴孔39の壁面に沿って流れF3を形成し、高速な正面流れF1は、燃料を壁面に押し付ける燃料流F4を形成する。
Because at least a portion of the front flow F1 travels along the radial passage B and is forced to undergo a significant change in direction in the
また、噴孔39の出口から導入される空気の流れF5が燃料流F4に作用し、点P4(噴孔39の燃料入口の外側の縁部)を起点とした燃料流F4の剥離を生じさせる。燃料流F4は、噴孔39内を進行するに伴い壁面に押し付けられ、液膜の方向は、噴孔39の壁面の円周方向に広がりつつ噴孔39の壁面に沿う方向に変化していく。
In addition, the air flow F5 introduced from the outlet of the
前述のように、液膜が薄いほど液糸が細くなり液滴の微粒化に有効であるため、本実施の形態1では、隙間通路Aの高さh(図4参照)に対する噴孔39の長さYを最適化し、燃料流F4が噴孔39内で薄い液膜流30の状態まで押し付けられるようにしている。これにより、噴射された燃料の液膜流30は、所定の距離を経て分裂を開始し、液糸の状態を経て微粒化された液滴が生成される。
As described above, the thinner the liquid film, the thinner the liquid thread and the more effective the atomization of the droplets. Therefore, in the first embodiment, the
次に、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1において、アクシス−スイッチング現象を利用し、噴霧形状、貫徹力、噴射量分布および噴霧方向を制御する手法について説明する。まず、参考例として、二つの非スイッチング噴霧にコアンダ効果が作用し集合噴霧を形成するまでの挙動について、図6および図7を用いて説明する。なお、コアンダ効果とは、隣接する噴霧との近接化を誘起する効果である。
Next, in the
図6において、(a)は二つの非スイッチング噴孔から噴射された非スイッチング噴霧を示す側面図、(b)は(a)中、E−E、F−F、G−G、H−Hで示す部分における断面図である。図6(a)に示すように、間隔L1で配置された二つの非スイッチング噴孔391から噴射された噴流4a、4bは、それぞれ非スイッチング噴霧4A、4Bとなる。噴流4a、4bは、液膜流の破断や分裂を経て実質的に噴霧流と見なせるようになる状態のブレークが生じたとき、断面E−Eに示す噴流断面形状である。
In FIG. 6, (a) is a side view showing non-switching spray injected from two non-switching nozzle holes, and (b) is EE, FF, GG, HH in (a). It is sectional drawing in the part shown by. As shown to Fig.6 (a), the
この時の非スイッチング噴孔391と断面E−Eとの距離をブレーク長さaとする。このブレーク長さaの位置ではすでに、両噴流4a、4bの隙間c1はコアンダ効果が作用する閾値よりも小さくなっている。続いて、断面F−Fでは、噴流4a、4bは、分散して単一の非スイッチング噴霧4A、4Bとなり、非スイッチング噴孔391から距離bの位置で、二つの非スイッチング噴霧4A、4Bは、その外径が接し始める。
The distance between the
さらに、断面F−Fから、圧力分布に起因して二つの単一の非スイッチング噴霧4A、4Bの間にコアンダ効果が作用し、単一の非スイッチング噴霧4A、4Bは接近して断面G−Gのように集合化が進む。それと同時に、非スイッチング噴霧4A、4Bの周囲空気の巻き込みと、それによる非スイッチング噴霧4A、4B内の略中心部分の下流への流れ方向に沿った空気流の誘起を生じさせる。
Further, from the cross-section FF, the Coanda effect acts between the two single
なお、仮に噴流4aと噴流4b、あるいは非スイッチング噴霧4Aと非スイッチング噴霧4Bとが、各々アクシス−スイッチング現象を生じる素性を保有していた場合でも、アクシス−スイッチング現象が生じる前に、断面E−Eの位置において両噴流4a、4bの隙間c1はコアンダ効果が作用する閾値よりも小さくなっているため、コアンダ効果が作用して接近し始める。
Note that even if the
ここで、周囲空気の巻き込みレベルは、単一の非スイッチング噴霧4A、4Bを集合した集合噴霧40全体の形状を大きく変化させるレベルではない。さらに、条件が整えば、断面G−Gの集合噴霧40の状態からさらに集合化が進み、断面H−Hのように実質的にほぼ一つの中実の集合噴霧40とみなされるようになる。
Here, the entrainment level of the ambient air is not a level that greatly changes the shape of the entire
図7は、二つの非スイッチング噴霧がコアンダ効果により集合噴霧を形成するまでの挙動を、周囲空気の巻き込み状況を示す矢印で説明した図であり、(a)は二つの非スイッチング噴孔から噴射された非スイッチング噴霧を示す側面図、(b)は(a)中、F−F、G1−G1、G2−G2、H−Hで示す部分における断面図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating the behavior of the two non-switching sprays until they form a collective spray due to the Coanda effect, with arrows indicating the entrainment status of the surrounding air, and (a) shows the injection from the two non-switching nozzle holes. The side view which shows the made non-switching spray, (b) is sectional drawing in the part shown by FF, G1-G1, G2-G2, HH in (a).
図7(a)に示すように、周囲空気の巻き込みにより、噴霧内に下流への流れ方向に沿った空気流Vが誘起されている。その結果、図7(b)に示すように、F−F、G1−G1、G2−G2、H−Hにおける各噴霧の噴射量分布は、集合噴霧40の略中心にピークができる。
As shown to Fig.7 (a), the airflow V along the flow direction downstream is induced in spray by the entrainment of ambient air. As a result, as shown in FIG. 7B, the spray amount distribution of each spray in FF, G1-G1, G2-G2, and HH has a peak at the approximate center of the
このように、複数の非スイッチング噴霧4A、4Bがコアンダ効果の作用により集合噴霧40を形成した場合、周囲空気の巻き込みによって噴霧内に下流への流れ方向に沿った空気流が誘起され、貫徹力の抑制が困難となり、噴霧の微粒化や噴霧形状に関しても設計自由度は低くなる。
As described above, when the plurality of
そこで、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1は、基本的に、複数の各噴孔39から噴射された噴流が下流において各々噴霧となっても、図6に示すような集合噴霧40にはならず、最終的に各噴霧が独立した状態で全体噴霧60(図12および図13参照)を形成するように設計される。
Therefore, the
そのために、複数の噴孔39は、少なくともスイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧がアクシス−スイッチング現象を生じるまでは、隣接する噴霧との近接化を誘起するコアンダ効果が互いに作用しない間隔で配置されると共に、それらの噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が設定される。
Therefore, the plurality of nozzle holes 39 are arranged at intervals at which the Coanda effect that induces the proximity of the adjacent sprays does not act at least until the switching spray generated by the switching
さらに、複数の噴孔39により生成される各噴霧は、少なくともスイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧がアクシス−スイッチング現象を生じるまでは、隣接する噴霧との近接化を誘起するコアンダ効果が互いに作用しない流速、粒径、および粒子数密度に設定される。
Further, each spray generated by the plurality of nozzle holes 39 has a Coanda effect that induces close proximity to the adjacent sprays until at least the switching spray generated by the switching
また、スイッチング噴孔392は、噴射方向に垂直な面内の断面形状において、短軸に対して長軸が線対称なスイッチング噴霧を生成するように、その噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が設定される。さらに、本実施の形態1では、スイッチング噴孔392は、アクシス−スイッチング現象により長軸と短軸の方向を略90度変化させるスイッチング噴霧を生成するように噴孔仕様が設定される。
Further, the switching
すなわち、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1において、隣接する噴霧がコアンダ効果の作用により近接して変形するのは、少なくとも一方がスイッチング噴霧で、且つ、アクシス−スイッチング現象を生じた後のみである。この場合、二つ以上の噴霧の近接化により、噴射方向に垂直な面内の断面形状が非対称な非円形形状の集合噴霧を形成する。
That is, in the
図8は、本実施の形態1に係る燃料噴射弁において、二つの非スイッチング噴孔により生成される各噴霧の挙動を説明する図であり、(a)は各噴霧の側面図、(b)は(a)中、E−E、F−F、G−Gで示す部分における断面図である。図8(a)に示すように、間隔L2(L2>L1)で配置された二つの非スイッチング噴孔391から噴射された噴流4a、4cは、それぞれ非スイッチング噴霧4A、4Cとなる。
FIG. 8 is a view for explaining the behavior of each spray generated by two non-switching nozzle holes in the fuel injection valve according to the first embodiment, wherein (a) is a side view of each spray, and (b). These are sectional drawings in the part shown by EE, FF, GG in (a). As shown to Fig.8 (a), the
噴流4a、4cは、液膜流の破断や分裂を経て実質的に噴霧流と見なせるようになる状態のブレークが生じたとき、断面E−Eにおける噴流断面形状である。この時のブレーク長さaの位置では、両噴流4a、4cの隙間はコアンダ効果が作用する閾値よりも大きい。さらに、断面G−Gにおける両噴霧4A、4Cの隙間c2も、コアンダ効果が作用する閾値より大きく、両噴霧4A、4Cにはコアンダ効果は作用しない。その結果、両噴霧4A、4Cは独立したままでほぼ初期の進行方向に進んでいく。
The
次に、本実施の形態1に係る燃料噴射弁において、非スイッチング噴孔391とスイッチング噴孔392が隣り合わせている場合の各噴霧の挙動について説明する。図9は、非スイッチング噴霧とスイッチング噴霧がコアンダ効果により集合噴霧を形成するまでの挙動を示す図であり、(a)は各噴霧の側面図、(b)は(a)中、E−E、F−F、・・、M−Mで示す部分における断面図である。
Next, the behavior of each spray when the
図9(a)に示すように、非スイッチング噴孔391とスイッチング噴孔392は、間隔L3で配置されている。非スイッチング噴孔391から噴射された噴流4aは、非スイッチング噴霧4Aとなり、スイッチング噴孔392から噴射された噴流5aは、スイッチング噴霧5Aとなる。図9において、噴流4aと噴流5aのブレーク長さaがほぼ等しいとすると、この時の噴流断面形状は断面E−Eに示すようになる。
As shown in FIG. 9A, the
断面形状が長円形のスイッチング噴霧5Aは、アクシス−スイッチング現象が生じる前は、その長軸方向が非スイッチング噴霧4Aと対向している。スイッチング噴霧5Aは、非スイッチング噴霧4Aと対向しつつ、その断面形状が長軸および短軸の両方向に若干拡大しながら、ほぼスイッチング噴孔392直下での初期の流れ方向を維持して下流に流れる。
The switching
その後、スイッチング噴孔392から所定の距離においてアクシス−スイッチング現象が生じ、断面J−Jに示すように、スイッチング噴霧5Aの長軸と短軸の方向が変化し始める。なお、この位置では、スイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aとの隙間c3は、コアンダ効果が作用する閾値よりも大きく、コアンダ効果は生じていない。
After that, an axis-switching phenomenon occurs at a predetermined distance from the switching
断面J−Jから断面K−Kへと下流になるにつれて、スイッチング噴霧5Aの長軸と短軸の方向が変化する変形が進み、スイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aが近接してくる。これは、スイッチング噴霧5Aにアクシス−スイッチング現象が生じたことにより、スイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aの隙間が小さくなり、それに伴いスイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aとの間にコアンダ効果が作用したことによる。
As the cross-section JJ moves downstream from the cross-section KK, the deformation in which the direction of the major axis and the minor axis of the switching
断面K−Kにおいて、スイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aの隙間c4は、コアンダ効果が作用する閾値よりも小さくなっている。断面L−Lでは、スイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aの向かい合う端部が変形、移動して干渉し始める。その結果、断面M−Mにおいて、燃料噴射後の所定時間経過後に、非スイッチング噴孔391およびスイッチング噴孔392から所定の距離において、スイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aが集合した集合噴霧50が形成される。この集合噴霧50の形状や貫徹力、噴射量分布等は、スイッチング噴霧5Aおよび非スイッチング噴霧4Aの各特性を変更することにより、変更することができる。
In the cross section KK, the gap c4 between the switching
また、スイッチング噴霧5Aは、長軸と短軸の方向が変化して変形することによって周囲空気との運動量交換が大きく進み、貫徹力が小さくなる。そのため、非スイッチング噴霧4Aと干渉することで、非スイッチング噴霧4Aの各粒子や各粒子に引きずられている空気流の動きに抑制がかかり、非スイッチング噴霧4Aの貫徹力も抑制される。
In addition, the switching
図9(a)の一点鎖線dは、非スイッチング噴霧4Aが単独の場合の噴霧形状を示している。このように、非スイッチング噴霧4Aは、スイッチング噴霧5Aとの干渉によって貫徹力が低下し、その先端の伸びが単独の場合よりも短縮される。
The dashed-dotted line d of Fig.9 (a) has shown the spray shape in case the
さらに、スイッチング噴霧5Aは、貫徹力が低下し周囲空気との混合が大幅に進むことにより微粒化が向上し、非スイッチング噴霧4Aの微粒化レベルとの差が小さくなる。すなわち、非スイッチング噴孔391およびスイッチング噴孔392から下流の所定距離において微粒化され、断面が非対称な非円形形状の集合噴霧50を形成することができる。
Further, the switching
図9において、スイッチング噴孔392を利用しなかった場合、隣り合う噴霧の近接化はさらに下流にならないと始まらず、場合によっては集合化には至らない。従って、各噴霧は拡がり続けるとともに、貫徹力は低下しない。その結果、噴霧が保有する運動量は空気流に移動しにくく微粒化も不十分となる。
In FIG. 9, when the switching
また、図9において、二つの噴孔をスイッチング噴孔392とし、隣り合う噴霧が互いにスイッチング噴霧5Aである場合は、それらの長軸が略平行に対向するように設定することにより、アクシス−スイッチング現象によって長軸同士が長手方向に繋がった集合噴霧を形成することができる。
In FIG. 9, when two nozzle holes are switching
なお、図9では、一つの非スイッチング噴霧4Aと一つのスイッチング噴霧5Aとの組み合わせで断面が非対象な集合噴霧50を形成しているが、集合噴霧が形成されるのはこの組み合わせに限定されるものではない。例えば、二つの非スイッチング噴霧4Aと一つのスイッチング噴霧5Aとの組み合わせでもよいし、二つのスイッチング噴霧5Aであってもよい。
In FIG. 9, the
本実施の形態1では、スイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象により変形する前に、非スイッチング噴霧4Aとの間でコアンダ効果が作用することを確実に抑制している。その方法としては、スイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aの特性に差を設けて、コアンダ効果が生じるタイミングを遅らせる方法がある。
In the first embodiment, before the switching
具体的には、非スイッチング噴孔391およびスイッチング噴孔392から同じ距離におけるスイッチング噴霧5Aの平均粒径を非スイッチング噴霧4Aの平均粒径よりも大きくする方法、あるいはスイッチング噴霧5Aのブレーク長さを非スイッチング噴霧4Aのブレーク長さよりも長くする方法、さらにはスイッチング噴霧5Aの貫徹力を非スイッチング噴霧4Aの貫徹力よりも大きく設定する方法等がある。
Specifically, the method of making the average particle diameter of the switching
これらの方法を実現するにあたっては、非スイッチング噴孔391とスイッチング噴孔392との噴孔形状の違いによって、縮流のレベルや方向が変わることを利用することができる。例えば縮流のレベルや方向を異ならせた場合、噴孔39内での圧力損失(噴流速度)、噴流の断面積、断面形状、配置、および方向等を異ならせることができ、コアンダ効果が作用する隙間の閾値を変更することが可能となる。
In realizing these methods, it is possible to utilize the fact that the level and direction of the contracted flow change depending on the nozzle hole shape difference between the
また、コアンダ効果が作用する隙間の閾値は、各噴霧の流速、微粒化レベル、粒子数密度、雰囲気圧力等によっても変わるため、これらを調整することにより所望の閾値に設定することができる。 Moreover, since the threshold value of the gap in which the Coanda effect acts also varies depending on the flow rate of each spray, the atomization level, the particle number density, the atmospheric pressure, and the like, it can be set to a desired threshold value by adjusting these.
図10は、非スイッチング噴霧4Aとスイッチング噴霧5Aにコアンダ効果が作用しない場合の各噴霧の挙動を示す図であり、(a)は各噴霧の側面図、(b)は(a)中、E−E、F−F、・・、L−Lで示す部分における断面図である。図10(a)に示すように、非スイッチング噴孔391とスイッチング噴孔392は、間隔L4(L4>L3)で配置されている。非スイッチング噴孔391から噴射された噴流4aは、非スイッチング噴霧4Aとなり、スイッチング噴孔392から噴射された噴流5bは、スイッチング噴霧5Bとなる。
FIG. 10 is a view showing the behavior of each spray when the Coanda effect does not act on the
図10において、スイッチング噴霧5Bは、アクシス−スイッチング現象が生じる前は、その長軸方向が非スイッチング噴霧4Aと対向しているが、スイッチング噴孔392から所定距離において、断面J−Jに示すようにその長軸と短軸の方向が変化し始める。
In FIG. 10, the switching spray 5 </ b> B is opposed to the non-switching spray 4 </ b> A in the major axis direction before the axis-switching phenomenon occurs, but as shown in a cross section JJ at a predetermined distance from the switching
しかし、非スイッチング噴霧4Aとスイッチング噴霧5Aが最も接近する断面L−Lにおいても、それらの隙間c5はコアンダ効果が作用する閾値よりも大きい。このため、両噴霧4A、5Bにはコアンダ効果は作用せず、独立したままで、ほぼ初期の進行方向に進んでいく。この時、スイッチング噴霧5Bが非スイッチング噴霧4Aに干渉しないため、非スイッチング噴霧4Aの貫徹力は抑制されない。
However, even in the cross-section LL where the
また、複数のスイッチング噴霧5Aを含む場合、複数のスイッチング噴霧5Aにアクシス−スイッチング現象が生じた後も、非スイッチング噴霧4Aから近接化や変形等の影響を受けないようにすることで、複数のスイッチング噴霧5Aの変形後の形状を安定に保つことができる。さらに、スイッチング噴霧5Aの短軸に対して長軸が線対称となるようにしているので、アクシス−スイッチング現象を生じた後も線対称な形状となり、点火プラグ近傍に安定して噴霧を停滞させるのに好都合である。
In addition, when a plurality of switching
なお、図10では、スイッチング噴霧5Aの長軸方向が非スイッチング噴霧4Aと対向している例について示したが、図11では、アクシス−スイッチング現象が生じる前のスイッチング噴霧5Cの短軸が非スイッチング噴霧4Aと対向している例について示す。
10 shows an example in which the long axis direction of the switching
図11において、(a)は各噴霧の側面図、(b)は(a)中、E−E、F−F、・・、L−Lで示す部分における断面図である。図11(a)に示すように、非スイッチング噴孔391とスイッチング噴孔392は、間隔L5で配置されている。非スイッチング噴孔391から噴射された噴流4aは、非スイッチング噴霧4Aとなり、スイッチング噴孔392から噴射された噴流5cは、スイッチング噴霧5Cとなる。
11, (a) is a side view of each spray, and (b) is a cross-sectional view at a portion indicated by EE, FF,..., LL in (a). As shown to Fig.11 (a), the
図11に示す例では、両噴霧4A、5Cが最も接近する断面H−Hにおいても、スイッチング噴霧5Cと非スイッチング噴霧4Aとの隙間は、コアンダ効果が作用する閾値よりも大きく、コアンダ効果は生じていない。さらに、断面J−Jから断面K−Kへと下流になるにつれて、スイッチング噴霧5Cの長軸と短軸の方向が変化する変形が進み、スイッチング噴霧5Cと非スイッチング噴霧4Aの隙間はさらに大きくなる。
In the example shown in FIG. 11, the gap between the switching
このため、両噴霧4A、5Cにはコアンダ効果は作用せず、両噴霧4A、5Cは独立したまま、ほぼ初期の進行方向に進んでいく。この時、スイッチング噴霧5Cが非スイッチング噴霧4Aに干渉しないため、非スイッチング噴霧4Aの貫徹力は抑制されない。
For this reason, the Coanda effect does not act on both the
本実施の形態1に係る燃料噴射弁1により形成される全体噴霧の形状例について、図12および図13を用いて説明する。この例では、各噴霧の間にコアンダ効果が作用しない場合を示している。図12は、図3に示す噴孔プレート33の各噴孔39から噴射された各噴霧により形成された全体噴霧を示しており、(a)はスイッチング噴霧がアクシス−スイッチング現象を生じる前、(b)はスイッチング噴霧がアクシス−スイッチング現象を生じた後、の噴射方向に垂直な面内の断面形状をそれぞれ示している。
An example of the shape of the entire spray formed by the
また、図13は、図12に示す全体噴霧を、図12中、矢印xで示す方向から見た場合、すなわち燃料噴射弁1のZ軸に対して垂直な方向から見た場合を示している。図13において、(a)から(d)は、全体噴霧に至るまでの各噴霧の時系列変化を示している。なお、矢印xの方向から見た場合、非スイッチング噴霧4Aは前後に重なっているため、図13では前方に位置する非スイッチング噴霧4Aのみを示している。
13 shows a case where the entire spray shown in FIG. 12 is viewed from the direction indicated by an arrow x in FIG. 12, that is, a case where the entire spray is viewed from a direction perpendicular to the Z axis of the
図12に示すように、スイッチング噴孔392から所定の距離でスイッチング噴霧5Aにアクシス−スイッチング現象が生じ、噴射方向に垂直な面内の断面形状における長軸と短軸の方向が変化する。この時、スイッチング噴霧5Aは、運動量のかなりの割合が空気に移動し、貫徹力が大きく低下する。
As shown in FIG. 12, an axis-switching phenomenon occurs in the switching
一方、各非スイッチング噴霧4Aは、隣接する非スイッチング噴霧4Aまたはスイッチング噴霧5Aと互いに干渉しないため、その貫徹力は抑制されない。このため、各非スイッチング噴霧4Aは、独立したまま、変形することなく、ほぼ初期の進行方向に進んでいく。最終的には、図13(d)に示すように、スイッチング噴霧5Aよりも長い距離まで到達する。
On the other hand, each
なお、本実施の形態1では、複数の噴孔39の中にスイッチング噴孔392を一つ含む場合について説明したが、スイッチング噴孔392は、二つ以上であってもよい。また、スイッチング噴霧の長軸と短軸の方向が90度変化する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、任意の角度に設定することができる。さらに、スイッチング噴霧5Aの形状は、断面形状がより偏平であってもよい。長軸と短軸の比が大きい噴霧を生成しようとする場合、長軸方向が分断しない範囲で長軸と短軸の方向が変化するように噴孔仕様を設定すればよい。
In the first embodiment, the case where one
また、全体噴霧60の形状は、中空円錐形状のみならず、中実円錐形状、三角形状等、種々のバリエーションを実現することが可能である。さらに、本実施の形態1では、燃料噴射弁1として電磁式の燃料噴射弁を例に挙げて説明したが、駆動源は他の方式でもよく、ピエゾ式、機械式等であっても良い。また、間欠噴射弁、連続噴射弁どちらにも適用することが可能である。
Moreover, the shape of the
このように、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1は、噴孔プレート33の周方向に配置された複数の噴孔39が少なくとも一つのスイッチング噴孔392を含み、スイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧は、該噴孔392から所定の距離でアクシス−スイッチング現象を生じ、噴射方向に垂直な面内の断面形状において長軸と短軸の方向を変化させるものである。
As described above, in the
これにより、全体噴霧60を形成する各噴霧のうち、少なくとも一つの噴霧の噴射方向に垂直な面内の断面形状を変化させることができ、所望の方向を指向するように制御することが可能となる。また、スイッチング噴霧は、変形によって周囲空気との運動量交換が進み、貫徹力が低下することを利用し、所定距離において噴霧の貫徹力を急速に減衰させることが可能である。また、貫徹力が低下することにより周囲空気との混合が進み、微粒化が向上する。さらに、噴射量分布および噴霧方向は、各噴孔仕様によって設定することができる。
Thereby, among the sprays forming the
以上のことから、本実施の形態1によれば、複数の噴孔39により生成される各噴霧のうち、少なくとも一つをスイッチング噴霧5Aとすることにより、アクシス−スイッチング現象を利用して噴霧方向を制御することが可能となり、噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上を両立させることが可能となる。
From the above, according to the first embodiment, at least one of the sprays generated by the plurality of nozzle holes 39 is the switching
なお、本実施の形態1では、燃料噴射弁1を例に挙げて説明したが、本発明に係る流体噴射弁の用途はこれに限定されるものではない。その他の用途として、塗装、コーティング、農薬散布、洗浄、加湿、スプリンクラー、殺菌用スプレー、冷却等の一般産業用、あるいは農業用、設備用、家庭用、個人用としての各種スプレー等、多岐にわたる。本発明に係る流体噴射弁は、駆動源やノズル形態、噴霧する流体の種類に関わらず、様々な用途の噴霧生成装置に組み入れることが可能である。
Although the
実施の形態2.
図14は、本発明の実施の形態2に係る火花点火式エンジンを模式的に示す図であり、(a)は成層燃焼時(ピストン上昇中)、(b)は均質燃焼時(ピストン下降中)の状態を示している。本実施の形態2に係る火花点火式エンジン6は、燃焼室7に燃料を噴射する燃料噴射弁として、上記実施の形態1に係る燃料噴射弁1を備えたものである。
FIGS. 14A and 14B are diagrams schematically showing a spark ignition engine according to
本実施の形態2に係る火花点火式エンジン6の燃料噴射弁1の構成は、上記実施の形態1と同様であるので詳細な説明は省略するが、燃料が流れる通路の途中に設けられた弁座32と、弁座32と当接および離間可能に設けられ通路の開閉を制御する弁体35と、弁座32の下流に設けられ複数の噴孔39を有する噴孔プレート33を備えている(図1、図3参照)。
Since the configuration of the
また、複数の噴孔39の少なくとも一つは、噴射方向に垂直な面内の断面形状において長軸と短軸の長さが異なるスイッチング噴霧5Aを生成するスイッチング噴孔392である。スイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧5Aは、該スイッチング噴孔392から所定の距離でアクシス−スイッチング現象を生じるように制御され、長軸と短軸の方向を変化させる。
Further, at least one of the plurality of nozzle holes 39 is a switching
図14に示すように、火花点火式エンジン6の燃焼室7には、吸気ポート8と排気ポート9が連通しており、各々の燃焼室7側の開口部には、ピストン10と連動して開閉する吸気弁11と排気弁12が設けられている。また、燃焼室7の天井の略中央部には燃料噴射弁1が配置され、その側方には点火プラグ13が配置される。なお、燃料噴射弁1および点火プラグ13の配置は、これに限定されるものではない。
As shown in FIG. 14, an
本実施の形態2では、燃料噴射弁1のスイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧5Aは、アクシス−スイッチング現象により点火プラグ13近傍を指向する噴霧となるように制御される。また、スイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象を生じるか否かは、燃焼室7内の圧力または空気流動により制御される。
In the second embodiment, the switching
また、スイッチング噴孔392は、短軸に対して長軸が線対称なスイッチング噴霧5Aを生成するように、その噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が設定される。これにより、アクシス−スイッチング現象を生じた後も線対称な形状となり、点火プラグ13近傍に安定して噴霧を停滞させるのに好都合である。
In addition, the injection hole specifications including the injection hole diameter, the length, and the inclination of the switching
また、複数の噴孔39は、少なくともスイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象を生じるまでは、隣接する噴霧との近接化を誘起するコアンダ効果が互いに作用しない間隔で配置されると共に、それらの噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が設定される。
Further, the plurality of nozzle holes 39 are arranged at intervals at which the Coanda effect that induces the proximity of the adjacent sprays does not act at least until the switching
さらに、複数の噴孔39により生成される各噴霧は、少なくともスイッチング噴孔392により生成されるスイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象を生じるまでは、隣接する噴霧との近接化を誘起するコアンダ効果が互いに作用しない流速、粒径、および粒子数密度に設定される。なお、本実施の形態2では、各噴霧は、スイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象を生じた後も、隣接する噴霧との間でコアンダ効果が作用しないようにしている。
Further, each spray generated by the plurality of nozzle holes 39 has a Coanda effect that induces the proximity of the adjacent sprays until at least the switching
本発明の実施の形態2に係る火花点火式エンジン6における成層燃焼時と均質燃焼時の全体噴霧の状態について、図14を用いて説明する。図14(a)に示す成層燃焼時においては、ピストン10の上昇により燃焼室7の空気が圧縮され、燃焼室7内の圧力が上昇する。
The state of the entire spray during stratified combustion and homogeneous combustion in the
このため、各非スイッチング噴霧4Aおよびスイッチング噴霧5Aの貫徹力は均質燃焼時よりも小さくなる。スイッチング噴霧5Aは、点火プラグ13近傍を通過する過程でアクシス−スイッチング現象を生じ、点火プラグ13近傍を指向する。同時に貫徹力が大幅に低下し、点火プラグ13近傍を通過した時点で貫徹力を失い、点火プラグ13近傍で滞留する。
For this reason, the penetration force of each
すなわち、噴射位置から点火プラグ13近傍までの所望の距離で、スイッチング噴霧5Aの貫徹力を急減衰させ、点火プラグ13近傍において所望の濃い混合気を形成することができる。このことは、成層燃焼を成立させるのに好都合である。
That is, the penetration force of the switching spray 5 </ b> A can be rapidly attenuated at a desired distance from the injection position to the vicinity of the
また、各非スイッチング噴霧4Aは、成層燃焼に適した混合燃焼状態となるように指向させると共に、シリンダライナー14やピストン10表面への衝突が抑制されるように貫徹力を設定される。これにより、全体噴霧60は、シリンダライナー14やピストン10表面への衝突を抑制され、且つ、点火プラグ13近傍に成層燃焼に適した濃い混合気を形成する。
Further, each
また、図14(b)に示す均質燃焼時においては、ピストン10の下降と共に吸気弁11が開となるため、タンブル流等の強い空気流動が燃焼室7内に生じる。スイッチング噴霧5Aは、点火プラグ13近傍を通過する過程で燃焼室7内の空気流動に追随し、アクシス−スイッチング現象を生じず、燃焼室7内全体に拡散する。
In addition, during the homogeneous combustion shown in FIG. 14B, the
このように、本実施の形態2に係る火花点火式エンジン6は、成層燃焼時において、点火プラグ13近傍を指向する噴霧と指向しない噴霧との間に、大きな特性差を設けることができる。点火プラグ13近傍を指向する噴霧としてスイッチング噴霧5Aを適用することにより、点火プラグ13との衝突を避けつつ、点火プラグ13近傍で成層燃焼に適した混合気を形成することが可能である。また、均質燃焼時においては、点火プラグ13近傍を通過する過程で空気流動に追随させ、アクシス−スイッチング現象を生じず、燃焼室7全体に拡散させることが可能である。
Thus, the
以上のように、本実施の形態2によれば、複数の噴孔39により生成される各噴霧のうち、少なくとも一つをスイッチング噴霧5Aとすることにより、アクシス−スイッチング現象を利用して点火プラグ13近傍を指向する噴霧を生成することが可能となり、噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上を両立させることが可能となる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
As described above, according to the second embodiment, at least one of the sprays generated by the plurality of nozzle holes 39 is the switching
本発明は、流体噴射弁、特に内燃機関に搭載される燃料噴射弁並びに火花点火式エンジンとして利用することができる。 The present invention can be utilized as a spark ignition engine fuel injection Ben'nami beauty fluid injector, in particular mounted on the internal combustion engine.
1 燃料噴射弁、2 ソレノイド装置、3 弁装置、
4a、4b、4c、5a、5b、5c 噴流、
4A、4B、4C 非スイッチング噴霧、5A、5B、5C スイッチング噴霧、
6 火花点火式エンジン、7 燃焼室、8 吸気ポート、9 排気ポート、
10 ピストン、11 吸気弁、12 排気弁、13 点火プラグ、
14 シリンダライナー、21 ハウジング、22 コア、23 コイル、
24 アマチュア、30 液膜流、31 弁本体、32 弁座、32a 弁座面、
33 噴孔プレート、34 カバープレート、34a 天面、34b 薄肉部、
34c 小径部、34d 大径部、35 弁体、36 圧縮バネ、37 ロッド、
38 ボール、38a 面取部、38b 平面部、38c 曲面部、39 噴孔、
40、50 集合噴霧、60全体噴霧、
391 非スイッチング噴孔、392 スイッチング噴孔。
1 fuel injection valve, 2 solenoid device, 3 valve device,
4a, 4b, 4c, 5a, 5b, 5c jet,
4A, 4B, 4C non-switching spray, 5A, 5B, 5C switching spray,
6 spark ignition engine, 7 combustion chamber, 8 intake port, 9 exhaust port,
10 piston, 11 intake valve, 12 exhaust valve, 13 spark plug,
14 cylinder liner, 21 housing, 22 core, 23 coil,
24 amateur, 30 liquid film flow, 31 valve body, 32 valve seat, 32a valve seat surface,
33 injection hole plate, 34 cover plate, 34a top surface, 34b thin wall portion,
34c Small diameter part, 34d Large diameter part, 35 Valve body, 36 Compression spring, 37 Rod,
38 balls, 38a chamfered portions, 38b flat surface portions, 38c curved surface portions, 39 nozzle holes,
40, 50 collective spray, 60 whole spray,
391 non-switching nozzle holes, 392 switching nozzle holes.
Claims (14)
前記複数の噴孔は、噴射方向に垂直な面内の断面形状において長軸と短軸の長さが異なるスイッチング噴霧を生成するスイッチング噴孔を少なくとも一つ含み、
前記スイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧は、該スイッチング噴孔から所定の距離でアクシス−スイッチング現象を生じるように制御され、前記長軸と前記短軸の方向を変化させることを特徴とする流体噴射弁。 A valve seat provided in the middle of a passage through which a fluid flows, a valve body provided so as to be capable of contacting and separating from the valve seat and controlling opening and closing of the passage, and a nozzle hole provided downstream of the valve seat; A fluid injection valve for generating a spray by injecting fluid from a plurality of injection holes arranged in the injection hole body,
The plurality of nozzle holes include at least one switching nozzle hole that generates a switching spray in which a major axis and a minor axis have different lengths in a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the ejection direction,
The switching spray generated by the switching nozzle is controlled to cause an axis-switching phenomenon at a predetermined distance from the switching nozzle, and changes the direction of the major axis and the minor axis. Injection valve.
前記燃料噴射弁は、燃料が流れる通路の途中に設けられた弁座と、前記弁座と当接および離間可能に設けられ前記通路の開閉を制御する弁体と、前記弁座の下流に設けられた噴孔体とを有し、前記噴孔体に配置された複数の噴孔から燃料を噴射し噴霧を生成するものであり、
前記複数の噴孔は、噴射方向に垂直な面内の断面形状において長軸と短軸の長さが異なるスイッチング噴霧を生成するスイッチング噴孔を少なくとも一つ含み、
前記スイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧は、該スイッチング噴孔から所定の距離でアクシス−スイッチング現象を生じるように制御され、前記長軸と前記短軸の方向を変化させることを特徴とする火花点火式エンジン。 A spark ignition engine comprising a spark plug disposed in a fuel chamber and a fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber,
The fuel injection valve is provided in the downstream of the valve seat, a valve seat provided in the middle of the passage through which the fuel flows, a valve body that can be brought into contact with and separated from the valve seat, and controls opening and closing of the passage. And a spray is generated by injecting fuel from a plurality of nozzle holes arranged in the nozzle hole body,
The plurality of nozzle holes include at least one switching nozzle hole that generates a switching spray in which a major axis and a minor axis have different lengths in a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the ejection direction,
The switching spray generated by the switching nozzle is controlled to cause an axis-switching phenomenon at a predetermined distance from the switching nozzle, and changes the direction of the major axis and the minor axis. Ignition engine.
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JP (1) | JP2015078604A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015169106A (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-28 | 三菱電機株式会社 | Fuel injection valve, fuel spray generation device including the same, and direct-injection engine |
US10408180B2 (en) | 2015-07-24 | 2019-09-10 | Denso Corporation | Fuel injection device |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007138779A (en) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Nissan Motor Co Ltd | Cylinder injection internal combustion engine |
JP2007315276A (en) * | 2006-05-25 | 2007-12-06 | Nissan Motor Co Ltd | Multi-hole type injector |
JP2007321711A (en) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel injection valve |
JP4085877B2 (en) * | 2003-04-25 | 2008-05-14 | 日産自動車株式会社 | Fuel injection valve for internal combustion engine |
JP4221726B2 (en) * | 2005-04-01 | 2009-02-12 | 株式会社デンソー | Injection hole plate and fuel injection valve |
JP4230503B2 (en) * | 2006-11-30 | 2009-02-25 | 三菱電機株式会社 | Fuel injection valve |
JP4657187B2 (en) * | 2005-11-24 | 2011-03-23 | 本田技研工業株式会社 | Internal combustion engine |
JP2011190801A (en) * | 2010-02-16 | 2011-09-29 | Mitsubishi Electric Corp | Fuel injection valve |
JP2013501185A (en) * | 2009-07-30 | 2013-01-10 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | NOZZLE AND METHOD FOR PRODUCING NOZZLE |
JP5295316B2 (en) * | 2011-06-22 | 2013-09-18 | 三菱電機株式会社 | Spray generation method using fluid injection valve, fluid injection valve, and spray generation device |
JP5295337B2 (en) * | 2011-10-19 | 2013-09-18 | 三菱電機株式会社 | Spray generation method using fluid injection valve, fluid injection valve, and spray generation device |
-
2013
- 2013-10-15 JP JP2013214336A patent/JP2015078604A/en active Pending
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4085877B2 (en) * | 2003-04-25 | 2008-05-14 | 日産自動車株式会社 | Fuel injection valve for internal combustion engine |
JP4221726B2 (en) * | 2005-04-01 | 2009-02-12 | 株式会社デンソー | Injection hole plate and fuel injection valve |
JP2007138779A (en) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Nissan Motor Co Ltd | Cylinder injection internal combustion engine |
JP4657187B2 (en) * | 2005-11-24 | 2011-03-23 | 本田技研工業株式会社 | Internal combustion engine |
JP2007315276A (en) * | 2006-05-25 | 2007-12-06 | Nissan Motor Co Ltd | Multi-hole type injector |
JP2007321711A (en) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel injection valve |
JP4230503B2 (en) * | 2006-11-30 | 2009-02-25 | 三菱電機株式会社 | Fuel injection valve |
JP2013501185A (en) * | 2009-07-30 | 2013-01-10 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | NOZZLE AND METHOD FOR PRODUCING NOZZLE |
JP2011190801A (en) * | 2010-02-16 | 2011-09-29 | Mitsubishi Electric Corp | Fuel injection valve |
JP5295316B2 (en) * | 2011-06-22 | 2013-09-18 | 三菱電機株式会社 | Spray generation method using fluid injection valve, fluid injection valve, and spray generation device |
JP5295337B2 (en) * | 2011-10-19 | 2013-09-18 | 三菱電機株式会社 | Spray generation method using fluid injection valve, fluid injection valve, and spray generation device |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015169106A (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-28 | 三菱電機株式会社 | Fuel injection valve, fuel spray generation device including the same, and direct-injection engine |
US10408180B2 (en) | 2015-07-24 | 2019-09-10 | Denso Corporation | Fuel injection device |
US10890152B2 (en) | 2015-07-24 | 2021-01-12 | Denso Corporation | Fuel injection device |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150324 |