JP2015151908A

JP2015151908A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2015151908A
Application number: JP2014025452A
Authority: JP
Inventors: 文裕藤掛; Fumihiro Fujikake; 鈴木　雅幸; Masayuki Suzuki; 雅幸鈴木; 石塚　康治; Koji Ishizuka; 康治石塚; 敦司宇都宮; Atsushi Utsunomiya; 一史芹澤; Kazufumi Serizawa; 真也佐野; Shinya Sano
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2015-08-24
Anticipated expiration: 2034-02-13
Also published as: JP6213285B2; DE102015101703A1

Abstract

【課題】燃焼室全体に渡って均質な混合気を形成可能にする。【解決手段】高貫徹力の噴霧Ｂ１を噴出させる複数の第１噴孔７１と、低貫徹力の噴霧Ｂ２を噴出させる複数の第２噴孔７２とを、スワール流れ向きＡに沿って交互に配置する。低貫徹力の噴霧Ｂ２は、燃焼室５の中心部付近にのみ噴出する。一方、高貫徹力の噴霧Ｂ１は、燃焼室５の外側領域まで到達し、先端側がスワール流によってスワール流れ向きＡに拡散され、高貫徹力噴霧Ｂ１の先端側に高貫徹力噴霧拡散部Ｂ１１が形成される。そして、この高貫徹力噴霧拡散部Ｂ１１は、燃焼室５のうち低貫徹力噴霧Ｂ２が到達しない領域に侵入する。【選択図】図４

Description

本発明は、スワール流が発生する内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁に関するものである。

従来、この種の燃料噴射弁として、周方向に沿って複数の噴孔を配置したものが提案されている（例えば特許文献１参照）。この燃料噴射弁は、各噴孔の径は同一であり、各噴孔から噴出される噴霧の貫徹力も均一となる。また、この燃料噴射弁は、ピストン頂部にキャビティが形成された圧縮着火式内燃機関に適用され、燃焼室のうち主にキャビティに向けて燃料を噴射するようになっている。

特開２０１３−１６０９１４号公報

近年、内燃機関のエミッション低減や性能向上のため、燃料噴霧と燃焼室内に存在する酸素との均質な混合促進に対する要求がある。

しかしながら、スワール流が発生する内燃機関に従来の燃料噴射弁を用いた場合、燃焼室外周付近を流れる強いスワール流により噴霧はスワール流れ向きに流され、隣り合う噴霧が干渉して燃料過濃域が発生し、スモーク（ＰＭ）が多く発生するという問題がある。

一方、燃料噴射後の燃焼室中心部付近（燃料噴射弁近傍）に酸素が残留し、燃料過薄域が存在することが分かっている。

つまり、従来の燃料噴射弁では、燃焼室全体に均一に燃料を拡散させることが困難であった。

本発明は上記点に鑑みて、燃焼室全体に渡って均質な混合気を形成可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、スワール流が発生する内燃機関の燃焼室（５）内に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、高貫徹力の噴霧（Ｂ１）を噴出させる複数の第１噴孔（７１）と、第１噴孔から噴出させる噴霧よりも貫徹力が低い低貫徹力の噴霧（Ｂ２）を噴出させる複数の第２噴孔（７２）とを備え、第１噴孔と第２噴孔は、スワール流れ向き（Ａ）に沿って配置されていることを特徴とする。

これによると、高貫徹力の噴霧を燃焼室外側領域での強いスワール流によって燃焼室外側領域に拡散させるとともに、低貫徹力の噴霧を燃焼室中心部付近に噴出させることができる。その結果、燃焼室全体に渡って均質な混合気を形成することができ、エミッションの排出を抑制することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態における燃料噴射弁を搭載した内燃機関の要部構成を示す正面断面図である。図１の燃料噴射弁の要部を示す正面図である。図２の燃料噴射弁の下面図である。第１実施形態におけるピストン側から見た噴霧の状態を示す図である。本発明の第２実施形態における燃料噴射弁の下面図である。第２実施形態におけるピストン側から見た噴霧の状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。

図１に示すように、内燃機関（より詳細には、圧縮着火式内燃機関）１は、シリンダヘッド２、シリンダブロック３、およびピストン４によって、燃焼室５が形成されている。この内燃機関１は、吸入空気が燃焼室５の外周付近を旋回するように、換言するとスワール流が発生するように、構成されている。

シリンダブロック３の内周部には、シリンダライナ６が配置されている。ピストン４の頂部には、燃焼室５の一部をなすキャビティ４１が形成されている。

シリンダヘッド２には、燃焼室５における径方向中心部に臨む位置に、燃料噴射弁７が配置されている。この燃料噴射弁７は、高圧燃料を蓄えるコモンレール（図示せず）に接続されており、コモンレールから供給される高圧燃料を燃焼室５内に噴射するようになっている。

図２、図３に示すように、燃料噴射弁７は、径が異なる２種類の噴孔７１、７２をそれぞれ複数個備えている。具体的には、第１噴孔７１の径が第２噴孔７２の径よりも大きく設定されている。

第１噴孔７１および第２噴孔７２は、それぞれ４個設けられており、燃料噴射弁７の周方向に沿って交互に配置されている。換言すると、隣接する第１噴孔７１間に、第２噴孔７２が１個配置されている。なお、燃料噴射弁７は燃焼室５における径方向中心部に位置しているため、スワールは燃料噴射弁７を略中心にして旋回する。したがって、第１噴孔７１および第２噴孔７２は、スワール流れ向きＡに沿って交互に配置されていることになる。

また、第１噴孔７１および第２噴孔７２は、燃料噴射弁７の径方向外側に向かって燃料が噴射されるように構成されている。したがって、噴霧は放射状に噴出される。

次に、吸入空気と燃料の混合について説明する。図１、図４に示すように、径が大きい第１噴孔７１からは、高貫徹力の噴霧（以下、高貫徹力噴霧という）Ｂ１が噴出する。また、径が小さい第２噴孔７２からは、高貫徹力噴霧Ｂ１よりも貫徹力が低い低貫徹力の噴霧（以下、低貫徹力噴霧という）Ｂ２が噴出する。

低貫徹力噴霧Ｂ２は、燃焼室５の中心部付近にのみ噴出し、先端側がスワール流によってスワール流れ向きＡに拡散され、低貫徹力噴霧Ｂ２の先端側に低貫徹力噴霧拡散部Ｂ２１が形成される。ただし、燃焼室５の中心部付近のスワール流は弱いため、低貫徹力噴霧拡散部Ｂ２１の拡散範囲は狭い。

一方、高貫徹力噴霧Ｂ１は、燃焼室５の外側領域まで到達し、先端側がスワール流によってスワール流れ向きＡに拡散され、高貫徹力噴霧Ｂ１の先端側に高貫徹力噴霧拡散部Ｂ１１が形成される。ここで、スワール流は燃焼室５の中心部付近よりも外側領域の方が強いため、高貫徹力噴霧拡散部Ｂ１１の拡散範囲は低貫徹力噴霧拡散部Ｂ２１の拡散範囲よりも広くなる。

そして、この高貫徹力噴霧拡散部Ｂ１１は、燃焼室５のうち低貫徹力噴霧Ｂ２が到達しない領域に侵入する。したがって、高貫徹力噴霧Ｂ１は、燃焼室５の外側領域の吸入空気と混合して燃焼する。

また、低貫徹力噴霧Ｂ２は、高貫徹力噴霧Ｂ１と混合できなかった燃焼室５の中心部付近の吸入空気と混合して燃焼する。

このように、本実施形態によると、燃焼室全体に略均一に燃料を拡散させることができ、ひいては燃焼室全体に渡って均質な混合気を形成することができ、エミッションの排出を抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、径が異なる３種類の噴孔を設けた点が異なり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、本実施形態の燃料噴射弁７は第３噴孔７３を備えている。この第３噴孔７３の径は、第１噴孔７１の径よりも小さく、第２噴孔７２の径よりも大きく設定されている。

第１噴孔７１、第２噴孔７２、および第３噴孔７３は、それぞれ３個設けられており、スワール流れ向きＡに沿って、第１噴孔７１、第３噴孔７３、第２噴孔７２の順に配置されている。

また、第１噴孔７１、第２噴孔７２、および第３噴孔７３は、燃料噴射弁７の径方向外側に向かって燃料が噴射されるように構成されている。したがって、噴霧は放射状に噴出される。

次に、吸入空気と燃料の混合について説明する。図６に示すように、第３噴孔７３からは、高貫徹力噴霧Ｂ１よりも貫徹力が低く且つ低貫徹力噴霧Ｂ２よりも貫徹力が高い中貫徹力の噴霧（以下、中貫徹力噴霧という）Ｂ３が噴出する。この中貫徹力噴霧Ｂ３の、燃料噴射弁径方向の到達距離は、高貫徹力噴霧Ｂ１の到達距離よりも短く、且つ低貫徹力噴霧Ｂ２の到達距離よりも長い。

また、中貫徹力噴霧Ｂ３は、先端側がスワール流によってスワール流れ向きＡに拡散され、中貫徹力噴霧Ｂ３の先端側に中貫徹力噴霧拡散部Ｂ３１が形成される。この中貫徹力噴霧拡散部Ｂ３１は、高貫徹力噴霧拡散部Ｂ１１よりも拡散範囲が狭く、且つ低貫徹力噴霧拡散部Ｂ２１よりも拡散範囲が広い。

そして、高貫徹力噴霧拡散部Ｂ１１は、燃焼室５のうち中貫徹力噴霧Ｂ３が到達しない領域に侵入する。したがって、高貫徹力噴霧Ｂ１は、燃焼室５の外側領域の吸入空気と混合して燃焼する。

また、中貫徹力噴霧拡散部Ｂ３１は、燃焼室５のうち低貫徹力噴霧Ｂ２が到達しない領域に侵入する。したがって、中貫徹力噴霧Ｂ３は、燃焼室５の内側領域と外側領域との間の中間領域に存在する吸入空気と混合して燃焼する。

さらに、低貫徹力噴霧Ｂ２は、高貫徹力噴霧Ｂ１や中貫徹力噴霧Ｂ３と混合できなかった燃焼室５の中心部付近の吸入空気と混合して燃焼する。

このように、本実施形態によると、燃焼室全体に一層均一に燃料を拡散させることができ、ひいては燃焼室全体に渡って一層均質な混合気を形成することができ、エミッションの排出をさらに抑制することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、本発明を圧縮着火式内燃機関の燃料噴射弁に適用したが、本発明は直噴ガソリン内燃機関の燃料噴射弁にも適用することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

５燃焼室
７１第１噴孔
７２第２噴孔

Claims

スワール流が発生する内燃機関の燃焼室（５）内に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、
高貫徹力の噴霧（Ｂ１）を噴出させる複数の第１噴孔（７１）と、
前記第１噴孔から噴出させる噴霧よりも貫徹力が低い低貫徹力の噴霧（Ｂ２）を噴出させる複数の第２噴孔（７２）とを備え、
前記第１噴孔と前記第２噴孔は、スワール流れ向き（Ａ）に沿って配置されていることを特徴とする燃料噴射弁。
前記第１噴孔の径が前記第２噴孔の径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
隣接する前記第１噴孔間に、前記第２噴孔が１個配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
前記第１噴孔から噴出させる噴霧よりも貫徹力が低く且つ前記第２噴孔から噴出させる噴霧よりも貫徹力が高い中貫徹力の噴霧（Ｂ３）を噴出させる複数の第３噴孔（７３）を備え、
前記第１噴孔と前記第２噴孔と前記第３噴孔は、スワール流れ向きに沿って配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
前記燃焼室における径方向中心部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
前記内燃機関は、圧縮着火式内燃機関であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。