JP2016200103A - Fluid injection valve, spray generation device having the same, and engine - Google Patents
Fluid injection valve, spray generation device having the same, and engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016200103A JP2016200103A JP2015082181A JP2015082181A JP2016200103A JP 2016200103 A JP2016200103 A JP 2016200103A JP 2015082181 A JP2015082181 A JP 2015082181A JP 2015082181 A JP2015082181 A JP 2015082181A JP 2016200103 A JP2016200103 A JP 2016200103A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- spray
- switching
- nozzle hole
- injection valve
- axis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000007921 spray Substances 0.000 title claims abstract description 540
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims abstract description 348
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims abstract description 348
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 80
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 33
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 145
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 104
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 46
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 28
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 21
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 16
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 13
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 10
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 claims description 5
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 abstract description 26
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 25
- 230000008859 change Effects 0.000 description 19
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 7
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 5
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 3
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 2
- 239000003905 agrochemical Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- -1 painting Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
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 an 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。例えば、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を搭載した火花点火式直噴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. For example, research and development of a stratified combustion concept in a spark ignition direct injection engine equipped with a fuel injection valve that directly injects fuel into a combustion chamber is known.
火花点火式直噴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。燃焼室の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が装着される場合、点火プラグと燃料噴射弁は対向していない。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では、要求される噴霧仕様が異なる。燃焼室の中心部に燃料噴射弁を装着した場合も同様の状況となる。 The fuel spray in a spark ignition direct injection 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 Realizes mixture formation in the entire combustion chamber by stratified combustion or homogeneous combustion. When the ignition plug is attached to the center of the combustion chamber and the fuel injection valve is attached at a position straddling the intake valve, the ignition plug and the fuel injection valve are not opposed to each other. For this reason, the required spray specifications are different between the spray directed to the vicinity of the spark plug and the spray not directed to the vicinity of the spark plug. The same situation occurs when a fuel injection valve is mounted in the center of the combustion chamber.
また、圧縮着火式直噴エンジンの燃焼室内においても、ピストン上昇時とピストン下降時に要求される全体噴霧の噴霧仕様は異なる。ピストン上昇時に圧縮着火燃焼を成立させるのに好都合なのは、所望の断面形状の濃い混合気であり、貫徹力が抑制されたコンパクトな噴霧である。ピストン下降時においては、燃焼室全体に拡散する噴霧が求められる。このように、燃焼室の形状や筒内空気流動、さらに燃料噴射弁取り付け位置や方向等により、燃料噴射弁の噴霧数を含めた噴霧形態への要求仕様は異なるものとなる。 Also, the spray specifications of the whole spray required when the piston is raised and when the piston is lowered are different in the combustion chamber of the compression ignition type direct injection engine. Convenient for establishing compression ignition combustion when the piston rises is a rich air-fuel mixture having a desired cross-sectional shape, and a compact spray with a reduced penetration force. When the piston is lowered, a spray that diffuses throughout the combustion chamber is required. As described above, the required specifications for the spray form including the number of sprays of the fuel injection valve differ depending on the shape of the combustion chamber, the in-cylinder air flow, and the position and direction of the fuel injection valve.
一方、噴霧の微粒化については、液滴の分裂の前段階である液糸を細くすることが有効であり、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る。さらに、液膜の方が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や、噴孔を細長いスリット形状として、そのスリット形状に応じた扇形の薄膜流を形成する方法等が知られている。 On the other hand, for atomization of the spray, it is effective to make the liquid thread, which is the previous stage of droplet breakup, thin, and in order to make the liquid thread thinner, the liquid film, which is the previous stage of liquid thread breakup, is made thinner. It is effective to make the liquid column thinner. Furthermore, liquid films have been found to be advantageous over liquid columns. In addition, as a liquid film flow forming method, 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, or the nozzle hole is formed into an elongated slit shape according to the slit shape. A method of forming a fan-shaped thin film flow is known.
上記のような微粒化手法は、燃料噴射弁に適用されつつあるが、所謂ホールノズルの微粒化の技術の主流は小噴孔径化と多噴孔化であり、噴霧になる前の噴流同士が干渉すると微粒化レベルを期待値通りに実現できないことから、隣り合う噴孔からの噴流が互いに干渉しないように設計される。具体的には、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るため、噴霧の微粒化とコンパクトな噴霧は両立しにくい。 The atomization technique as described above is being applied to fuel injection valves, but the mainstream of the so-called hole nozzle atomization technique is to reduce the diameter of the nozzle holes and to increase the number of nozzles. When the interference occurs, the atomization level cannot be realized as expected, and therefore, the jets from adjacent nozzle holes are designed not to interfere with each other. Specifically, since the nozzle hole specifications such as the 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, spray atomization and Compact spraying is difficult to achieve.
上記のような従来技術に関連する先行特許として、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。
As a prior patent related to the above-described prior art,
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
また、特許文献3では、複数の噴霧流の少なくとも一つのグループにおいて、噴孔部材の噴霧軸に直交し噴孔部材から噴射方向に所定距離に位置する仮想平面と噴孔の流路軸を燃料噴射方向に延長した仮想直線との交点が、外側に凸状の多角形上または円上に位置する外側交点だけでなく、その内側に少なくとも一つの内側交点が位置するように噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁が提示されている。
Further, in
また、特許文献4では、複数の噴孔の流路軸が噴射方向に向かうにしたがい噴射軸から離れ、且つ燃料噴射方向に向かうにしたがい互いに離れている燃料噴射ノズルが提示されている。この先行例では、各噴孔から噴射される燃料が衝突せず各噴霧が均一に微粒化され、且つ各噴霧がコアンダ効果により互いに引き合いながら進み、噴霧流の進行方向のばらつきを防止するようにしている。
Further,
また、特許文献5では、スリット状に形成された噴孔を二つのスリット部に分断し、燃料温度によって各スリット部からの燃料噴霧の広がり角が変化することを利用して、燃料温度が低温時には二つの偏平噴霧を干渉させて一つの偏平な噴霧とし、燃料温度が高温時には二つの独立した偏平噴霧として噴霧形状の自由度を向上させている。
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形状のスイッチング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 switching spray having an oval cross-sectional shape ejected from an injection hole changes downstream. (Nonpatent 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.
すなわち、アクシス−スイッチング現象を生じるためには、噴孔の噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が、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仕様となっている必要がある。また、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、噴射圧や噴霧量等の噴射条件や雰囲気圧力等の外的要因によって制御することが可能である。 That is, in order to generate the axis-switching phenomenon, the nozzle hole specification including the nozzle hole diameter, length, and inclination is a specification that generates switching spray whose major axis is axisymmetric with respect to the minor axis. Need to be. Further, whether or not the switching spray causes an axis-switching phenomenon can be controlled by an external factor such as an injection condition such as an injection pressure or a spray amount, or an atmospheric pressure.
例えば非特許文献1には、噴孔仕様の違いにより様々な非円形渦構造が形成されること、非円形ノズルから発生した非円形渦構造が、非一様曲率による自己誘起速度の影響により変形すること等が記載されている。また、非特許文献2には、アクシス−スイッチングの程度がノズル噴孔のアスペクト比(縦横比)に大きく依存することが記載されている。
For example, in
本願発明者による特許文献6では、アクシス−スイッチング現象により変形するスイッチング噴霧を生成するスイッチング噴孔と、各単噴霧がコアンダ効果で集合した集合噴霧を形成する集合噴孔とを備えた流体噴射弁を提示している。
In
上述のように、従来の流体噴射弁においては、噴霧の微粒化向上と、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力、および噴射量分布等の設計自由度向上とを両立させることが難しく、上記特許文献1−5にも、それらを両立させることが可能な方策は示されていない。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、それらを考慮して最適な噴霧仕様を十分に実現することができていなかった。このため、噴霧の微粒化とコンパクトな噴霧を両立させることが難しく、また、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も確立されていなかった。 As described above, in the conventional fluid injection valve, it is difficult to achieve both atomization improvement of spray and improvement in design flexibility such as spray shape, spray direction, penetration force, and injection amount distribution. 1-5 also does not show a policy that can make them compatible. In particular, the atomization of the spray, the spray shape, and the penetrating force are characteristics that are correlated with each other, but the optimum spray specifications could not be sufficiently realized in consideration of them. For this reason, it is difficult to achieve both atomization of the spray and a compact spray, and a method for rapidly attenuating the penetration force of the spray at a predetermined distance has not been established.
具体的には、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ため、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。また、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。
Specifically, in the nozzle as disclosed in
また、特許文献3に記載の燃料噴射弁は、噴霧が干渉するのを避けているに過ぎず、複数の噴霧から形成される噴霧パターンや全体噴霧の形状は、幾何学的に考えれば必然的に拡がり気味となってその設計自由度は小さいものとなり、適用できる燃焼室形状や吸気弁配置に制約が生じる。また、混合気形成を促進させたり、噴霧貫徹力を小さくして燃焼室内での噴霧付着を抑制したりするためには、各噴霧を拡げて微粒化させる必要があり、全体噴霧はさらに拡がる。
Further, the fuel injection valve described in
また、特許文献4に記載の燃料噴射ノズルのように、各噴霧が拡がり過ぎないようにコアンダ効果を作用させ、且つ一方では各噴霧が集まらないようにコアンダ効果を抑制することは、静的な雰囲気条件下であっても噴霧方向のバランス維持が難しい。まして吸気ポート内では、周囲空気圧力、温度、吸気流動、噴霧体積(重量)流量、噴霧速度等の影響を受けるため、過渡運転時の非定常状態の多いガソリンエンジン用の噴射系システムで実現するのは非常に難しい。
In addition, as in the fuel injection nozzle described in
また、特許文献5に記載の燃料噴射装置は、スリット状噴孔により生成された噴霧の形状を燃料温度の変化を利用して変化させているので、燃料温度調整手段としてのヒーターおよびヒーター制御回路の設置が必要となり、さらに、燃料噴射弁の本体内部にヒーターを埋め込む手段や信頼性確保等も必要であることから、大幅なコスト上昇に繋がると考えられる。
Moreover, since the fuel injection device described in
なお、特許文献5に示されたようなスリット状の噴孔は、扇状の薄膜流を確実に実現することができ微粒化に有利であるが、三次元的な燃焼室形状と二次元的な偏平噴霧の組合せでは十分とは言えない。複数の偏平噴霧を含む中空状の全体噴霧を燃焼室内に拡散させ、さらにその全体噴霧を燃焼室形状に適合した噴霧形態となるように変形させることが望まれるが、そのような先行技術は見当たらない。引用文献6のスイッチング噴霧を利用して全体噴霧の設計を行う技術においても、扇状に広がった偏平噴霧を含む全体噴霧には言及しておらず、設計自由度向上の余地がある。
Note that the slit-shaped nozzle hole as shown in
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、スイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧を利用して、スリット噴孔により生成される偏平噴霧を含む中空状全体噴霧を変形させることを可能とし、噴霧の微粒化と、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力、および噴射量分布のうちいずれか一つ以上の設計自由度の向上とを両立させた流体噴射弁、およびこの流体噴射弁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. By utilizing the switching spray generated by the switching nozzle hole, the hollow whole spray including the flat spray generated by the slit nozzle hole is obtained. A fluid injection valve that can be deformed, and that achieves both atomization of spray and improvement in design freedom of at least one of spray shape, spray direction, penetration force, and injection amount distribution, and It aims at obtaining the spray production | generation apparatus provided with the fluid injection valve.
また、上記の流体噴射弁を備えることにより、燃焼室の形状や吸気流動に適した中空状全体噴霧を実現することが可能なエンジンを得ることを目的とする。 Moreover, it aims at obtaining the engine which can implement | achieve the hollow whole spray suitable for the shape of a combustion chamber and an intake air flow by providing said fluid injection valve.
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、弁座との当接、離間により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所望の形態の噴霧を生成する流体噴射弁であって、複数の噴孔は、各々が扇状に広がった偏平噴霧を生成する複数のスリット噴孔と、流体の噴射方向に直角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含み、複数のスリット噴孔は、各々から生成される複数の偏平噴霧が流体の噴射方向に直角な面内の断面形状において仮想閉曲面となる中空状全体噴霧を形成するように配置され、スイッチング噴孔は、複数のスリット噴孔に囲まれるように配置され、仮想閉曲面の内側にスイッチング噴霧を生成し、該スイッチング噴霧は、スイッチング噴孔から下流の所定位置において長軸と短軸の方向を変化させることにより流体の噴射方向に直角な面内の断面形状の変形を生じ得るものであり、この変形を生じた後、特定のスリット噴孔により生成された偏平噴霧との間にコアンダ効果が生じて該偏平噴霧と近接化または集合化し、該偏平噴霧を含む中空状全体噴霧を変形させるものである。 A fluid injection valve according to the present invention is provided on a downstream side of a valve seat that is provided in the middle of a passage through which a fluid flows, a valve body that controls opening and closing of the passage by contact and separation with the valve seat, and A fluid injection valve that includes a nozzle hole body and injects fluid from a plurality of nozzle holes arranged in the nozzle hole body to generate a spray of a desired form, each of the plurality of nozzle holes spreading in a fan shape A plurality of slit nozzle holes for generating a flat spray, and a switching nozzle hole for generating a switching spray having different major axis and minor axis lengths in a cross-sectional shape perpendicular to the fluid injection direction. The holes are arranged so that a plurality of flat sprays generated from each form a hollow overall spray that is a virtual closed curved surface in a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the fluid injection direction. It is arranged so as to be surrounded by the slit nozzle hole and virtually closed A switching spray is generated inside the surface, and the switching spray deforms the cross-sectional shape in the plane perpendicular to the fluid injection direction by changing the direction of the major axis and the minor axis at a predetermined position downstream from the switching nozzle hole. After this deformation occurs, a Coanda effect is generated between the flat spray generated by a specific slit nozzle hole and approaches or aggregates with the flat spray, so that a hollow containing the flat spray is produced. The whole spray is deformed.
また、本発明に係る噴霧生成装置は、上記流体噴射弁と、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 provided with the 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、本発明に係るエンジンは、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁として上記流体噴射弁を備え、燃焼室内に配置された点火プラグにより火花を発生させ、燃焼室内の混合気に着火する火花点火式を採用したエンジンであって、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燃料の噴射方向に直角な面内の断面形状の変形を生じるか否かにより、中空状全体噴霧の仕様が可変なものである。 An engine according to the present invention includes the fluid injection valve as a fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber, generates a spark by an ignition plug disposed in the combustion chamber, and ignites an air-fuel mixture in the combustion chamber. This is an ignition type engine, and the specifications of the hollow overall spray are variable depending on whether or not the switching spray generated by the switching nozzles deforms the cross-sectional shape in the plane perpendicular to the fuel injection direction. Is.
また、本発明に係るエンジンは、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁として上記流体噴射弁を備え、燃焼室内の混合気をピストンで圧縮し自着火を行わせる圧縮着火式を採用したエンジンであって、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燃料の噴射方向に直角な面内の断面形状の変形を生じるか否かにより、中空状全体噴霧の仕様が可変なものである。 Further, an engine according to the present invention is an engine that employs a compression ignition type that includes the fluid injection valve as a fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber and compresses an air-fuel mixture in the combustion chamber with a piston to perform self-ignition. The specification of the hollow whole spray is variable depending on whether or not the switching spray generated by the switching nozzle causes deformation of the cross-sectional shape in a plane perpendicular to the fuel injection direction.
本発明に係る流体噴射弁およびこれを備えた噴霧生成装置によれば、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スイッチング噴孔から下流の所定位置において長軸と短軸の方向を変化させることによる断面形状の変形を利用して、特定のスリット噴孔により生成される偏平噴霧を変形させ、該偏平噴霧を含む中空状全体噴霧を三次元的に変形させることが可能であるので、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力、および噴射量分布のうちいずれか一つ以上の設計自由度が向上する。また、変形後のスイッチング噴霧と特定の偏平噴霧がコアンダ効果により近接化または集合化することにより、噴霧の実効的な表面積が増大し微粒化が進むと共に、貫徹力を急速に減衰させることが可能である。これらのことから、噴霧の微粒化と、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力および噴射量分布のうちの少なくとも一つ以上の設計自由度の向上とを両立させることができる。 According to the fluid injection valve and the spray generating apparatus including the same according to the present invention, the switching spray generated by the switching nozzle hole changes the direction of the major axis and the minor axis at a predetermined position downstream from the switching nozzle hole. By utilizing the deformation of the cross-sectional shape, it is possible to deform the flat spray generated by a specific slit nozzle hole, and to three-dimensionally deform the hollow whole spray including the flat spray, The degree of freedom in design of any one or more of the spray direction, the penetration force, and the injection amount distribution is improved. Moreover, the switching spray after deformation and the specific flat spray are brought close to each other or gathered by the Coanda effect, so that the effective surface area of the spray increases and atomization progresses, and the penetration force can be rapidly attenuated. It is. From these facts, it is possible to achieve both atomization of the spray and improvement of the design freedom of at least one of the spray shape, the spray direction, the penetration force, and the injection amount distribution.
本発明に係る流体噴射弁を備えたエンジンによれば、スイッチング噴霧が断面形状の変形を生じるか否か、さらに生じた変形の度合により中空状全体噴霧の仕様が三次元的に可変であるため、燃焼室の形状や吸気流動に適した中空状全体噴霧を実現することが可能である。 According to the engine provided with the fluid injection valve according to the present invention, whether the switching spray is deformed in cross-sectional shape or not, and the specification of the hollow whole spray is three-dimensionally variable depending on the degree of the deformation that has occurred. Moreover, it is possible to realize a hollow whole spray suitable for the shape of the combustion chamber and the intake air flow.
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(a)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、図2(b)は、図2(a)中、矢印イで示す方向から見た噴孔プレートの平面図である。なお、各図において、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。
Below, the fluid injection valve which concerns on
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)と、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、エンジンに取り付けられ燃料を噴射する燃料噴射弁1を例に挙げて説明する。
The spray generation apparatus according to the first embodiment controls a
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、燃料を噴射する噴孔39を有する噴孔体である噴孔プレート33と、弁本体31の内側に設けられ、弁座32との当接、離間により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。図2(a)に示すように、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、噴孔プレート33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
なお、噴孔プレート33は、弁座32と一体的に形成されていても良い。また、弁体35は、ロッド37とボール38が一体的に形成されていても良く、ロッド37は中空である必要はない。さらに、ボール38は、弁座32に対してシートして流体をシールできるような形状であれば良く、例えばテーパで形成されたエッジ状のシート部でも良い。これらで形成されるデッドボリューム34の形状も、図示した形状に限定されるものではなく、後述の偏平噴霧6Aやスイッチング噴霧5Aに適した形状を選定すれば良い。
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は、図2(b)に示すように、板厚方向に貫通する五つのスリット噴孔390−1、390−2、・・、390−5(総称してスリット噴孔390)と、一つのスイッチング噴孔391を有している。なお、以下の説明において、噴孔39とは、スリット噴孔390やスイッチング噴孔391を含む全ての噴孔の総称であり、それらを特に区別する必要のない場合に用いるものである。
The
スイッチング噴孔391は、噴孔プレート33の板厚方向(すなわちZ軸方向)に直角な断面形状が長軸と短軸を有する長円形の噴孔である。スイッチング噴孔391は、流体噴射方向に直角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391は、短軸に対して長軸がほぼ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ている。
スイッチング噴霧は、スイッチング噴孔391から下流の所定位置において長軸と短軸の方向を変化させることにより、その断面形状の変形を生じ得る。
The switching
The switching spray can change its cross-sectional shape by changing the direction of the major axis and the minor axis at a predetermined position downstream from the switching
スリット噴孔390は、その形状に応じた扇状の薄膜流を形成するものであり、この扇状の薄膜流から生成される偏平噴霧は微粒化に適している。偏平噴霧は、基本的には、その偏平度合(燃料流の膜厚と膜の広がり角)と噴射速度(噴射燃圧)によって、微粒化レベル、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力や噴射量分布が決まる。なお、偏平噴霧は、スイッチング噴霧と同様に流体噴射方向に直角な面内の断面形状において長軸と短軸を有するとみなすこともできるが、スイッチング噴霧とはその挙動を全く異にしており、そのまま液糸に分裂していくような薄膜が扇状に広がっていくものである。従って、その長軸と短軸を変形させるような現象は生じない。 The slit nozzle hole 390 forms a fan-shaped thin film flow according to its shape, and the flat spray generated from the fan-shaped thin film flow is suitable for atomization. The flat spray basically has the atomization level, the spray shape, the spray direction, the penetration force and the injection amount distribution depending on the flatness (fuel flow film thickness and film spread angle) and the injection speed (injection fuel pressure). Determined. In addition, the flat spray can be regarded as having a major axis and a minor axis in a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the fluid ejection direction, like the switching spray, but the behavior is completely different from the switching spray. A thin film that divides into liquid yarns spreads like a fan. Therefore, a phenomenon that the major axis and the minor axis are deformed does not occur.
複数のスリット噴孔390は、各々から生成される複数の偏平噴霧が、流体の噴射方向に直角な面内の断面形状において仮想閉曲面(図2(b)に示す噴孔プレート33では略五角形)となる中空状全体噴霧を形成するように配置されている。スイッチング噴孔391は、複数のスリット噴孔390に囲まれるように配置され、複数の偏平噴霧により形成される仮想閉曲面の内側にスイッチング噴霧を生成する。
In the plurality of slit nozzle holes 390, a plurality of flat sprays generated from each of them have a virtually closed surface in a cross-sectional shape perpendicular to the fluid jetting direction (a substantially pentagonal shape in the
図2(b)に示す噴孔プレート33では、スイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧が断面形状の変形を生じる前の長軸の方向が、スリット噴孔390−1により生成される偏平噴霧の長手方向と同じ方向になるように配置されている。なお、ここでいう中空状全体噴霧とは、噴霧の全体構造が実質的にほぼ中空とみなせることを意味しており、中空状全体噴霧を構成する複数の噴霧間に隙間があるかどうかは問題としない。
In the
次に、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1の動作について説明する。エンジン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、燃料噴射が開始される。
Next, the operation of the
一方、エンジン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は弁座面32aに当接して閉状態となり、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 engine control device to the drive circuit of the
本実施の形態1に係る燃料噴射弁1は、都度要求される燃料(流体)噴射量を複数回に分けて噴射する分割噴射を行うが、分割噴射を行わない場合にも適用可能である。分割噴射では、分割しない場合の本来の所定噴射期間よりも短い噴射期間で各噴射が行われる。要求される噴射量は、エンジンの回転数や負荷に応じて決まり、その時の運転条件と噴射量において要求される混合気形成に応じた噴霧形態を実現する必要がある。
The
なお、分割噴射は、噴射率形状を変化させたり、噴霧形態の自由度を向上させたりすることができるため、ディーゼルエンジンにおいては以前から行われている。分割噴射を行うことにより、混合気形成の状況を改善してPM(Particulate Mattar)やNOx発生を抑制する可能性や、均質燃焼や成層燃焼に適した噴霧形態の形成を実現できる可能性がある。 In addition, since the split injection can change the injection rate shape and can improve the degree of freedom of the spray form, it has been performed for diesel engines from before. By performing the split injection, and may inhibit PM (Particulate Mattar) and NO x generation by improving the conditions of mixture formation, the possibility of realizing the formation of the spray form suitable for homogeneous combustion and stratified combustion is there.
前述のように、スイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧は、スイッチング噴孔391から下流の所定位置において長軸と短軸の方向を変化させることによる断面形状の変形を生じ得るものである。さらに、燃料の噴射条件として設定される複数のパラメータの少なくとも一つは、スイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧の断面形状の変形が生じる場合と生じない場合とを場合分けすることが可能な閾値を有するものであり、この閾値に基づいて分割噴射の各噴射における噴射条件が設定あるいは調整される。すなわち、分割噴射の各噴射における噴射条件を閾値に基づいて調整することにより、中空状全体噴霧の仕様が可変である。
As described above, the switching spray generated by the switching
このような閾値を有するパラメータとしては、分割噴射の各噴射における噴射期間、噴射量、噴射圧力等がある。複数のパラメータを設定した場合、実現することができる噴霧形態の種類は、分割噴射回数とパラメータの組み合わせの積となる。 Parameters having such a threshold include an injection period, an injection amount, an injection pressure, and the like in each injection of divided injection. When a plurality of parameters are set, the type of spray form that can be realized is the product of the number of divided injections and the combination of parameters.
例えば上記3つのパラメータを設定する場合、パラメータの組み合わせは(1)噴射期間、(2)噴射量、(3)噴射圧力、(4)噴射期間と噴射量、(5)噴射期間と噴射圧力、(6)噴射量と噴射圧力、(7)噴射期間と噴射量と噴射圧力、の7通りが考えられる。分割噴射回数が2回の場合、設定可能な噴射条件は14種類となり、それぞれの噴射条件による噴霧形態を実現することができる。実際には、噴射期間、噴射量、噴射圧力ともに、その数値を含めた組合せがあるので、さらに多くの噴霧形態を実現可能である。 For example, when the above three parameters are set, combinations of parameters are (1) injection period, (2) injection amount, (3) injection pressure, (4) injection period and injection amount, (5) injection period and injection pressure, (6) Injection amount and injection pressure, (7) Injection period, injection amount and injection pressure are considered. In the case where the number of divided injections is 2, there are 14 types of injection conditions that can be set, and spray forms based on the respective injection conditions can be realized. Actually, since there are combinations including numerical values for the injection period, the injection amount, and the injection pressure, more spray forms can be realized.
また、図2(b)に示す噴孔プレート33は、一つのスイッチング噴孔391を有しているが、複数のスイッチング噴孔391を有する場合、噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様(諸元)が同等のスイッチング噴孔391の閾値はほぼ同等である。言い換えると、異なる噴孔仕様の場合、同じ噴射の機会においてある一つの閾値に対し異なる結果が得られる。例えば、あるスイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧は変形を生じ、別のスイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧は変形を生じないようにすることができる。このような場合、それぞれのスイッチング噴孔391に関して、予め噴射期間、噴射量、噴射圧力等のパラメータの影響を調査し、三次元マップのデータを作成しておくと良い。
2B has one
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−スイッチング現象および分割噴射を利用し、スリット噴孔390により生成される偏平噴霧とスイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧で形成される中空状全体噴霧の仕様(噴霧形状、濃度分布等の噴霧構造、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。
Next, in the
本実施の形態1に係る燃料噴射弁1によって生成される中空状全体噴霧は、閾値に基づいて設定された噴射条件により長軸と短軸の方向を変化させ断面形状の変形を生じ得るスイッチング噴霧を含んで構成される。すなわち、閾値に基づいて設定された噴射条件により長軸と短軸の方向を変化させない噴霧を含んで構成することもできる。
The hollow whole spray generated by the
本実施の形態1に係る燃料噴射弁1において、一つのスイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aの基本的な挙動について、図3〜図8を用いて説明する。図3は、スイッチング噴孔からの噴流および噴霧の挙動を説明する図であり、図3は、図2(b)中、矢印ロで示す方向から見たスイッチング噴霧を示す側面図である。また、図4は、図3中、E−E、F−F、・・・、L−Lで示す部分における断面図である。なお、図3中、ΔL1、ΔL2は、貫徹力の差を示し、図4中、矢印Lは長軸の方向、矢印Sは短軸の方向を示している。
In the
図3および図4において、(a)は、噴射条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に達していないスイッチング噴霧5Aの場合、(b)は、噴射条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に達しているスイッチング噴霧5Aの場合、(c)は、二分割噴射において前段のスイッチング噴霧5A−1の噴射条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に達している場合の挙動をそれぞれ示している。なお、(c)に示す二分割噴射では、(a)、(b)に示す本来の所定噴射期間よりも短い噴射期間で各噴射がなされている。
3 and 4, (a) is a switching
スイッチング噴孔391から噴射された燃料の噴流5aは、所定の距離a(ブレーク長さ)下流に進むと、噴射方向に直角な面内の断面形状において長軸Lと短軸S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391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391から所定の距離でアクシス−スイッチング現象を生じて長軸Lと短軸Sの方向を変化させて変形するように制御することが可能である。
When the
図3(a)の例では、スイッチング噴孔391からの噴流5aおよびスイッチング噴霧5Aの諸条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に到達せず、アクシス−スイッチング現象を生じないままとなっている。この場合、図4(a)に示すように、長軸Lと短軸Sが逆転するような変化はしない。
In the example of FIG. 3A, the conditions of the
図3(b)の例では、スイッチング噴孔391からの噴流5aおよびスイッチング噴霧5Aの諸条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に到達し、アクシス−スイッチング現象を生じている。この場合、図4(b)に示すように、長軸Lと短軸Sの方向が変化して逆転し、断面形状が変形している。また、この際、長軸Lと短軸Sの変化や変形は非対称性に伴う周囲空気との大きな運動量交換に起因していることから、噴霧が持つ運動量が大幅に周囲空気に移動し、スイッチング噴霧5Aの貫徹力は途中から急速に低下し、図3(a)よりも貫徹力が小さくなる。
In the example of FIG. 3B, the conditions of the
さらに、図3(c)の例では、前段のスイッチング噴霧5A−1は、スイッチング噴孔391からの噴流5aおよびスイッチング噴霧5A−1の諸条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に到達している。ただし、後段のスイッチング噴霧5A−2は、アクシス−スイッチング現象を生じるようにしても、生じないようにしても、どちらでも構わない。
Further, in the example of FIG. 3C, the switching
前段のスイッチング噴霧5A−1は、アクシス−スイッチング現象を生じて大きな運動量を失った上に、噴射期間が短いために分断された噴霧となっている。このような場合は、後続流からの運動量の補充がなくなるため、噴霧が持つ運動量に比べて周囲空気と干渉して移動する運動量の比率が大きくなり、噴霧の断面形状が変化して変形することによる運動量移動に加え、噴霧が持つ運動量が低下する。この結果、図3(b)よりもさらに貫徹力が小さくなる。
The switching
図5(a)は、図3(a)に示す噴霧の時間経過に伴う噴霧の変化の様子を示し、図5(b)は、図3(b)に示す噴霧の時間経過に伴う噴霧の変化の様子を示している。図5(a)に示すように、アクシス−スイッチング現象を生じないスイッチング噴霧5Aの場合、時刻t1に対し、時刻t5における噴霧(貫徹力L1)は、基本的な形態を維持したままで、周囲空気との混合(運動量移動)による若干の拡がりを持って下流に移動している。この様子は、従来の噴霧に関する通常の知見から容易に推測できるものである。
Fig.5 (a) shows the mode of the change of the spray accompanying the time passage of the spray shown in FIG. 3 (a), and FIG.5 (b) shows the state of the spray accompanying the time passage of the spray shown in FIG.3 (b). It shows the state of change. As shown in FIG. 5A, in the case of the switching
また、図5(b)に示すように、アクシス−スイッチング現象を生じたスイッチング噴霧5Aの場合、図5(a)に比べて時刻t1における噴霧形態が拡がり気味であり、さらに時刻t5においては全体噴霧(貫徹力L2)の拡がり率が大きくなる傾向がある。ただし、図5(a)と同様に基本的な形態を維持しており、やはり従来の噴霧に関する通常の知見から容易に推測できるものである。
Further, as shown in FIG. 5 (b), in the case of the switching
図6(a)は、図3(c)に示す二分割噴射における各噴霧の時間経過に伴う全体噴霧の変化の様子を示し、図6(b)は、図6(a)中、時刻t5において矢印イで示す方向から見た全体噴霧を示している。図6(a)に示すように、前段のスイッチング噴霧5A−1は、貫徹力が極めて低下しているので、噴射方向への拡がりが抑制され、噴射方向に直角な方向への拡がりが大きくなっている。一方、後段のスイッチング噴霧5A−2は、アクシス−スイッチング現象を生じさせない場合、貫徹力の大きな低下はなく、次第に前段の噴霧に接近して近接化、集合化させることが可能である(貫徹力L3<L2<L1)。
FIG. 6 (a) shows how the entire spray changes with time in each spray in the two-split injection shown in FIG. 3 (c), and FIG. 6 (b) shows the time t5 in FIG. 6 (a). The whole spray seen from the direction shown by arrow A in FIG. As shown in FIG. 6 (a), the switching
この場合、例えば噴射方向に直角なある断面の形状、あるいは噴射方向に直角な面内の投影形状や噴射量分布(積分値)を、図6(b)に示すような略十字形とすることが可能である。条件的には、例えば前段のスイッチング噴霧5A−1は所定燃圧での少し長めの噴射期間の分割噴射として噴霧が保有する運動量を確保し、後段のスイッチング噴霧5A−2は前段のスイッチング噴霧5A−1による噴射燃圧低下が回復しきらないうちに少し短めの噴射期間の分割噴射とする。これにより、各スイッチング噴霧5A−1、5A−2が保有する運動量に差をつけることができ、前述の挙動が実現可能となる。
In this case, for example, a cross-sectional shape perpendicular to the injection direction, or a projection shape or an injection amount distribution (integral value) in a plane perpendicular to the injection direction is made to be a substantially cross shape as shown in FIG. Is possible. Conditionally, for example, the
図6(a)に示すように、長軸と短軸の方向を変化させて変形するスイッチング噴霧5A−1と、長軸と短軸の方向を変化させないスイッチング噴霧5A−2とは、分割噴射の各噴射後の所定時刻における貫徹力が異なることを利用して、分割噴射の休止時間間隔を所定値に設定することにより、下流の所定位置において各噴射による噴霧を近接化あるいは集合化させた全体噴霧を形成することができる。
As shown in FIG. 6 (a), the switching
分割噴射の各噴射による噴霧を近接化または集合化させた全体噴霧は、分割噴射による合計噴射量を1回の噴射で行った時の全体噴霧に比べて拡がりが抑制され、貫徹力が減少する。また、この全体噴霧は、流体噴射方向に直角な面内の断面形状あるいは投影形状が、略十字状または略菱形または略四角形となる時刻が存在する。 The entire spray in which the sprays of the divided sprays are brought close to each other or gathered is less spread and the penetrating power is reduced compared to the total spray when the total spray amount by the split spray is performed by one injection. . In addition, the entire spray has a time at which the cross-sectional shape or projected shape in a plane perpendicular to the fluid ejection direction becomes a substantially cross shape, a substantially diamond shape, or a substantially square shape.
また、図7は、二分割噴射において、図6とは異なるアクシス−スイッチング現象を設定した場合の各噴霧の時間経過に伴う全体噴霧の変化の様子を示している。図7の例では、偏平な形状のスイッチング噴霧5A−1、5A−2を縦に積み重ねたような全体噴霧を形成する(貫徹力L4<L2<L1)。また、分割噴射の条件や噴霧同士の干渉レベルを考慮することにより、積み重なり方、すなわち近接化あるいは集合化のレベルを変更することができる。
Further, FIG. 7 shows a state of change of the entire spray with the passage of time of each spray in the case of two-split injection when an axis-switching phenomenon different from that in FIG. 6 is set. In the example of FIG. 7, the entire spray is formed such that the flat-shaped
図8は、三分割噴射における各噴霧の時間経過に伴う全体噴霧の変化の様子を示している。この例では、各段のスイッチング噴霧5A−1、5A−2、5A−3において、アクシス−スイッチング現象による長軸と短軸の変化による変形を小さくし、分割噴射数を増やしている。このように、分割噴射の各噴射による噴霧が近接化あるいは集合化した全体噴霧は、分割噴射による合計噴射量を1回の噴射で行った時の全体噴霧に比べて拡がりが抑制され、貫徹力が減少する(貫徹力L5<L2<L1)。
FIG. 8 shows how the entire spray changes as time passes for each spray in the three-split injection. In this example, in the switching
このように、アクシス−スイッチング現象の利用有無、利用有無の順序、分割回数、分割休止時間、閾値(噴射期間、噴射量、噴射圧力等)の組み合わせにより、図6(b)に示すような三次元的な全体噴霧形状および噴霧濃度分布等の構造の種類や、全体噴霧の貫徹力のレベル等を自在に実現し、また、変更することが可能となる。 As described above, a tertiary as shown in FIG. 6B is obtained by combining the use / non-use of the axis-switching phenomenon, the order of use / non-use, the number of divisions, the division pause time, and the threshold (injection period, injection amount, injection pressure, etc.). It is possible to freely realize and change the type of structure such as the original overall spray shape and spray concentration distribution, the level of penetration of the overall spray, and the like.
なお、噴霧の長軸と短軸の方向を変化させ断面形状を変形させる方法としては、アクシス−スイッチング現象の利用以外に、燃料粒子に電荷を帯びさせて、下流の所定位置でその電荷を利用して燃料粒子の飛翔方向をコントロールする方法がある。例えば、図3(a)に示すスイッチング噴霧5Aの粒子に電荷を帯びさせ、紙面の右側あるいは左側から電荷を帯びた燃料粒子を誘引あるいは反発させることにより、図3(b)のように長軸と短軸の方向を変化させて断面形状を変形させることができる。
As a method of changing the direction of the major axis and minor axis of the spray to change the cross-sectional shape, in addition to using the axis-switching phenomenon, the fuel particles are charged and the charges are used at a predetermined downstream position. Then there is a method of controlling the flight direction of the fuel particles. For example, the particles of the switching
次に、本実施の形態1におけるスイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aと、スリット噴孔390−1により生成される偏平噴霧6A−1の挙動について図9および図10を用いて説明する。図9において、(a)は、図2(b)の矢印ロで示す方向から見たスイッチング噴孔391とスリット噴孔390−1からの噴霧の側面図(一部は断面図)、(b)は、図2(b)の矢印ハで示す方向から見たスリット噴孔390−1からの噴霧の正面図である。また、図10は、図9(a)中、G−G、J−J、K−K、L−Lで示す部分における断面図であり、図中、矢印Lは長軸の方向、矢印Sは短軸の方向を示している。
Next, the behavior of the switching
図9(a)および図10に示すように、間隔xで配置されたスリット噴孔390−1とスイッチング噴孔391は、スイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aが断面形状の変形を生じる前の長軸Lの方向が、スリット噴孔390−1により生成される偏平噴霧6A−1の長手方向と同じ方向になるように配置される。スイッチング噴霧5Aは、偏平噴霧6A−1と対向しつつ、その断面形状が長軸Lおよび短軸Sの両方向に若干拡大しながら、ほぼスイッチング噴孔391直下での初期の流れ方向を維持して下流に流れる。
As shown in FIG. 9A and FIG. 10, the slit spray holes 390-1 and the switching
その後、スイッチング噴孔391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Lと短軸S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と偏平噴霧6A−1との隙間c1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。
Thereafter, 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Lと短軸Sの方向が変化する変形が進み、スイッチング噴霧5Aと偏平噴霧6A−1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と偏平噴霧6A−1の隙間が小さくなり、それに伴いスイッチング噴霧5Aと偏平噴霧6A−1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 L and the minor axis S of the switching
断面K−Kにおいて、スイッチング噴霧5Aと偏平噴霧6A−1の隙間c2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と偏平噴霧6A−1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、燃料噴射後の所定時間経過後に、スリット噴孔390−1およびスイッチング噴孔391から所定の距離において、偏平噴霧6A−1がスイッチング噴霧5A側に凸形状に変形した集合噴霧50が形成される。この凸形状あるいは変形の度合は、スイッチング噴霧5Aおよび偏平噴霧6A−1の各特性や配置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 c2 between the switching
また、スイッチング噴霧5Aは、長軸Lと短軸S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。さらに、スイッチング噴霧5Aが偏平噴霧6A−1と干渉することで、偏平噴霧6A−1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、偏平噴霧6A−1の貫徹力も抑制される。
Further, the switching
図9に示す偏平噴霧6A−1の端部d1は、コアンダ効果が作用していない部分である。また、偏平噴霧6A−1の端部の屈曲部d2はコアンダ効果が作用している部分である。偏平噴霧6A−1は、スイッチング噴霧5Aとの干渉によって変形して貫徹力が低下し、その先端の伸びが単独の場合よりも短縮される(時刻t1における貫徹力L10<(L10−1))。
The end d1 of the
また、変形によって偏平噴霧6A−1の実効的な表面積が増大するので、微粒化がさらに進むと共に、周囲空気と混合し易くなって均質混合気を早期に形成することができる。さらに、変形により、偏平噴霧6A−1の先端部の幅W1が広がり過ぎるのを抑制することもできる。
Further, since the effective surface area of the
次に、図2(b)に示す噴孔プレート33により形成される全体噴霧、すなわちスイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aと、五つのスリット噴孔390により生成される偏平噴霧6A−1、6A−2、・・、6A−5(総称して偏平噴霧6A)を含む中空状全体噴霧60の挙動について、図11を用いて説明する。図11(a)は、図9(a)中、G−Gに相当する位置における断面図、(b)は、図9(a)中、L−Lに相当する位置における断面図である。
Next, the entire spray formed by the
中空状全体噴霧60の噴霧形状、貫徹力、噴射量分布および噴霧方向の各特性のうち少なくとも一つは、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る所定位置より下流において定められる。本実施の形態1では、スイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象を生じる所定位置より下流において、スリット噴孔390−1により生成される偏平噴霧6A−1とコアンダ効果により近接して偏平噴霧6A−1を変形させる。その他の四つの偏平噴霧6A−2、・・、6A−5には、スイッチング噴霧5Aとの間でコアンダ効果を生じないように設定される。
At least one of the characteristics of the spray shape, penetration force, spray amount distribution, and spray direction of the hollow
図11(a)に示すように、断面G−Gにおいては、スイッチング噴霧5Aは、偏平噴霧6A−1と対向しつつ、その断面形状が長軸Lおよび短軸Sの両方向に若干拡大しながら、ほぼスイッチング噴孔391直下での初期の流れ方向を維持して下流に流れる。
As shown in FIG. 11 (a), in the cross section GG, the switching
その後、スイッチング噴孔391から所定の距離においてスイッチング噴霧5Aにアクシス−スイッチング現象が生じ、スイッチング噴霧5Aと向かい合う偏平噴霧6A−1の端部はコアンダ効果により変形、移動する。その結果、図11(b)に示す断面L−Lにおいては、偏平噴霧6A−1がスイッチング噴霧5A側に凸形状に変形する。これにより、スリット噴孔390−1により生成される偏平噴霧6A−1も含めた状態で噴射方向に直角な断面が非対称な略五角形の中空状全体噴霧60が形成される。
Thereafter, an axis-switching phenomenon occurs in the switching
このような中空状全体噴霧60の内側に凸形状に変形した一辺を、例えば火花点火式直噴エンジンの燃焼室における点火プラグ側に向けることにより、点火プラグと噴霧との干渉を回避しながら点火プラグ近傍に噴霧を適度に配置することが可能となる。火花点火式直噴エンジン以外のエンジンについても、燃焼室形状、筒内空気流動に応じて最適な中空状全体噴霧60の形状となるように、偏平噴霧6Aとスイッチング噴霧5Aの仕様を決定すれば良い。
Ignition while avoiding interference between the spark plug and the spray by directing one side deformed into a convex shape inside the hollow
なお、本実施の形態1では、五つの偏平噴霧6Aと一つのスイッチング噴霧5Aを組み合わせて断面が非対称な略五角形の中空状全体噴霧60を形成したが、中空状全体噴霧60を形成する噴霧の組み合わせはこれに限定されるものではない。複数のスリット噴孔390の各々から生成される複数の偏平噴霧が、流体の噴射方向に直角な面内の断面形状において仮想閉曲面となるように、噴霧の数および配置について適宜設定することができる。スイッチング噴霧5Aを複数含むようにしても良いし、非スイッチング噴霧を含んでいても良い。
In the first embodiment, the five
本実施の形態1に係る燃料噴射弁1によって形成される別の中空状全体噴霧の例を図12および図13に示す。図12および図13において、(a)は、図9(a)中、G−Gに相当する位置における断面図、(b)は、図9(a)中、L−Lに相当する位置における断面図である。
Examples of another hollow whole spray formed by the
図12に示す例では、(a)に示すG−G相当位置においては、八つの偏平噴霧6Aにより断面形状が略八角形の中空状全体噴霧61が形成されている。その後、スイッチング噴孔391から下流の所定位置においてスイッチング噴霧5Aにアクシス−スイッチング現象が生じ、スイッチング噴霧5Aと向かい合う偏平噴霧6A−1、6A−8の端部はコアンダ効果により変形、移動する。その結果、(b)に示すL−L相当位置においては、一つのスイッチング噴霧5Aによって隣り合う二つの偏平噴霧6A−1、6A−8が変形され、断面が非対称な中空状全体噴霧61が形成される。
In the example shown in FIG. 12, in the position corresponding to GG shown in FIG. 12A, a hollow
また、図13に示す例では、(a)に示すG−G相当位置においては、四つの偏平噴霧6Aにより断面形状が略長方形の中空状全体噴霧62が形成されている。この時、スイッチング噴霧5Aの長軸は、中空状全体噴霧62の中心で長辺方向となるように設定されている。その後、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、スイッチング噴霧5Aと向かい合う偏平噴霧6A−1、6A−3の端部はコアンダ効果により同時に変形、移動する。その結果、(b)に示すL−L相当位置においては、一つのスイッチング噴霧5Aによって対向する長辺側の偏平噴霧6A−1、6A−3が変形された中空状全体噴霧62が形成される。
Further, in the example shown in FIG. 13, at the position corresponding to GG shown in FIG. 13A, a hollow
本実施の形態1において形成される中空状全体噴霧60、61、62は、中空状噴霧の拡がりによる空気との均質混合に有利なスワール噴霧の特徴を有している。偏平噴霧6Aとスイッチング噴霧5Aは、スイッチング噴霧5Aの変形によりコアンダ効果が作用し近接化または干渉することにより貫徹力が急速に減衰する。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、偏平噴霧6Aの微粒化レベルとの差が小さくなる。このため、スリット噴孔390およびスイッチング噴孔391から下流の所定位置において、微粒化された中空状全体噴霧60、61、62が形成される。
The hollow
仮に、スリット噴孔390に隣接してスイッチング噴孔391を配置せず、スイッチング噴霧5Aを利用しなかった場合には、偏平噴霧6Aと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ない。従って、各噴霧は拡がり続けると共に、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。
If the switching
また、図2(b)に示す噴孔プレート33を用いて分割噴射した場合について、図14を用いて説明する。図14(a)は、二分割噴射における各噴霧の時間経過に伴う全体噴霧の変化の様子を示し、図14(b)は、図14(a)中、時刻t3において矢印イで示す方向から見た全体噴霧を示している。なお、図14に示す例では、前段のスイッチング噴霧5A−1はアクシス−スイッチング現象を生じ、後段のスイッチング噴霧5A−2はアクシス−スイッチング現象を生じないように、閾値に基づいて噴射条件を設定している。この場合、分割噴射しない場合に比べて貫徹力をさらに抑制することができる(時刻t1における貫徹力L11<(L10−1))。
Moreover, the case where division | segmentation injection is performed using the
なお、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1において、噴孔プレート33に設けられる複数の噴孔39は、少なくともスイッチング噴孔391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。
In the
また、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391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。
In addition, 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
隣接する噴霧の間でコアンダ効果が作用することを抑制する方法として、例えばスイッチング噴霧5Aと偏平噴霧6A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。具体的には、スリット噴孔390およびスイッチング噴孔391から同じ距離におけるスイッチング噴霧5Aの平均粒径を偏平噴霧6A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のブレーク長さを偏平噴霧6A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の貫徹力を偏平噴霧6Aの貫徹力よりも大きく設定する方法等がある。
As a method for suppressing the Coanda effect from acting between adjacent sprays, for example, there is a method of delaying the timing at which the Coanda effect occurs by providing a difference in the characteristics of the switching
これらの方法を実現するには、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し、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により、コアンダ効果が作用する隙間の閾値を変更することができる。また、この閾値は、各噴霧の流速、微粒化レベル、粒子数密度、および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。
In order to realize these methods, the pressure loss (jet velocity) in the
以上のように、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1およびこれを備えた噴霧生成装置によれば、スイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aがスイッチング噴孔391から下流の所定位置において長軸と短軸の方向を変化させることによる断面形状の変形を利用して、特定のスリット噴孔390により生成される偏平噴霧6Aを変形させることにより、該偏平噴霧6Aを含む中空状全体噴霧60を変形させることが可能であるので、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力、および噴射量分布のうちいずれか一つ以上の設計自由度が向上する。
As described above, according to the
また、スリット噴孔390は、扇状の薄膜流を確実に実現することができ微粒化に有利であることに加え、変形後のスイッチング噴霧5Aと特定の偏平噴霧6Aがコアンダ効果により近接化または集合化することにより、噴霧の実効的な表面積が増大し微粒化がさらに進むと共に、貫徹力を急速に減衰させることが可能である。これらのことから、噴霧の微粒化と、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力および噴射量分布のうちの少なくとも一つ以上の設計自由度の向上とを両立させることができる。
Further, the slit nozzle hole 390 can surely realize a fan-shaped thin film flow and is advantageous for atomization. In addition, the switching
また、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1において分割噴射する場合は、スイッチング噴霧5Aの断面形状の変形が生じる場合と生じない場合とを場合分けすることが可能な閾値に基づいて、分割噴射の各噴射における噴射条件を設定することにより噴霧形状が可変であり、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力および噴射量分布の設計自由度がさらに向上する。よって、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1をエンジンに適用した場合には、三次元的な燃焼室形状に適した中空状全体噴霧を形成することができ、さらに要求される噴霧形態となるように中空状全体噴霧を変形させることができる。
In addition, when split injection is performed in the
実施の形態2.
上記実施の形態1と同様の燃料噴射弁1において、分割噴射により微少噴射量を噴射して、巧妙な混合気形成や燃焼に寄与するためには、微少噴射期間の噴射動作を安定して実現することが必要である。噴射期間を小さくしていくと、弁体35が全閉状態から全開状態までのフルリフトをしない領域になる。本実施の形態2では、分割噴射において弁全開に至らずに閉弁する場合において、上記実施の形態1と同様に、スイッチング噴霧の断面形状の変形が生じる場合と生じない場合の場合分けが可能な閾値を見出し、分割噴射の各噴射における噴射条件をこの閾値に基づいて設定する。
In the
具体的な方策としては、フルリフトをしない領域についても弁体動作を検出することにより、噴射量を推測することが可能である。この領域の噴射を組み合わせることで、より巧妙な噴射制御が可能となる。さらに、フルリフトしない領域の噴射条件を絞り込むことによって、アクシス−スイッチング現象による長軸と短軸の方向の変化による変形を生じさせることが可能である。例えば、噴射時間が短く噴射量が少なくなると噴霧が持つ運動量が小さくなる。これを補うためには、噴射期間をさらに短縮して噴射圧力を上げることにより噴射速度を増大させれば良い。 As a specific measure, it is possible to estimate the injection amount by detecting the valve element operation even in a region where the full lift is not performed. By combining the injection in this region, more sophisticated injection control can be performed. Further, by narrowing down the injection conditions in the region where the full lift is not performed, it is possible to cause deformation due to a change in the direction of the major axis and the minor axis due to the axis-switching phenomenon. For example, when the injection time is short and the injection amount decreases, the momentum of the spray decreases. In order to compensate for this, the injection speed may be increased by further shortening the injection period and increasing the injection pressure.
上記実施の形態1では、本発明に係る基本の噴霧パターンとして、以下の(ア)〜(ウ)の噴霧について説明した。(ア)噴射条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に達していないスイッチング噴霧(図3(a))、(イ)噴射条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に達しているスイッチング噴霧(図3(b))、(オ)偏平噴霧とスイッチング噴霧にコアンダ効果が作用し集合した噴霧(図9)。 In the first embodiment, the following sprays (a) to (c) have been described as the basic spray pattern according to the present invention. (A) Switching spray in which the injection condition does not reach the threshold value causing the axis-switching phenomenon (FIG. 3A), (A) Switching spray in which the injection condition reaches the threshold value causing the axis-switching phenomenon (FIG. 3 ( b)), (e) Spray obtained by the Coanda effect acting on the flat spray and the switching spray (FIG. 9).
これらの(ア)〜(ウ)の基本の噴霧パターンにおいて、噴霧の数、種類、および配置を任意に組み合わせて配列し、さらに、分割噴射における分割数、噴射期間、噴射休止時間、噴射量、噴射圧力等の仕様を任意に組み合わせることにより、従来は実現できなかった任意の三次元的な全体噴霧形状や噴霧濃度分布等の構造、噴霧貫徹力(分割噴射毎の貫徹力設定を含む)、噴射量分布等を時間経過による変化設定も含めて実現することが可能となる。 In these basic spray patterns (a) to (c), the number, type, and arrangement of sprays are arbitrarily combined and arranged, and further, the number of divisions in divided injection, the injection period, the injection pause time, the injection amount, By arbitrarily combining specifications such as injection pressure, any three-dimensional overall spray shape and spray concentration distribution structure that could not be realized in the past, spray penetration force (including penetration force setting for each divided injection), It is possible to realize the injection amount distribution and the like including the change setting over time.
なお、噴霧パターンについては、1スプレーのみならず、2スプレーや、3スプレー等のマルチスプレーにおいて、全体噴霧の形状がそれぞれ異なる仕様の燃料噴射弁を提供することができる。また、燃料噴射弁1の駆動源は、電磁式以外の方式でもよく、ピエゾ式、機械式等であっても良い。また、間欠噴射弁、連続噴射弁のどちらにも適用することができる。
In addition, regarding spray patterns, it is possible to provide fuel injection valves having different specifications for overall spray shapes in not only one spray but also multi-sprays such as two sprays and three sprays. Further, the drive source of the
なお、本発明に係る流体噴射弁は、燃料噴射弁1以外にも、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、冷却等の各種スプレーとして、一般産業用、農業用、設備用、家庭用、個人用等の用途があり、それぞれに要求される噴霧形態を実現することができる。本発明に係る流体噴射弁を組み入れることにより、駆動源やノズル形態、噴霧流体に関わらず、従来にない噴霧形態を実現することが可能な噴霧生成装置が得られる。
In addition to the
実施の形態3.
本発明の実施の形態3および後述の実施の形態4では、筒内直噴エンジンにおいて、上記実施の形態1および実施の形態2に係る燃料噴射弁1を採用し、所望の噴霧形態を実現した例について説明する。
In
図15は、本実施の形態3に係る火花点火式直噴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3に係る火花点火式直噴エンジン100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または上記実施の形態2に係る燃料噴射弁1を備え、図2(b)に示す噴孔プレート33を有している。
FIGS. 15A and 15B are diagrams schematically showing a spark ignition direct injection engine according to the third embodiment, in which FIG. 15A shows stratified combustion (during piston rise), and FIG. 15B shows homogeneous combustion (during piston down). ) State. The spark ignition
火花点火式直噴エンジン100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、図15に示す配置に限定されるものではない。
An
火花点火式直噴エンジン100の燃料噴射弁1は、上記実施の形態1で説明したように、スイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aが燃料の噴射方向に直角な面内の断面形状の変形を生じるか否かにより、中空状全体噴霧60の仕様が可変である。本実施の形態3において、スイッチング噴霧5Aは、アクシス−スイッチング現象を利用して噴霧の長軸と短軸の方向を変化させ断面形状の変形を生じるものである。
As described in the first embodiment, the
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。本実施の形態3および後述の実施の形態4において、アクシス−スイッチング現象を生じさせようとしている筒内状態は、市場にある各社ガソリン筒内直噴エンジンにおいて通常用いられている条件で、吸気行程の「大気圧より少し低い圧力で常温の筒内状態」、および圧縮行程の比較的前半の「大気圧より少し高い圧力で温度が少し高い筒内状態」を想定している。
Whether or not the switching
なお、圧縮行程の筒内圧力は徐々に上昇していくが、噴射する時は0.3MPa〜0.5MPa程度で筒内空気流動の影響もわずかであり、貫徹力が普通あるいは大きい噴霧の場合、その貫徹力はほとんど低下しない。このため、常温常圧雰囲気下と同様にアクシス−スイッチング現象を生じさせることが可能である。 Note that the in-cylinder pressure in the compression stroke gradually increases, but when spraying is about 0.3 MPa to 0.5 MPa, the influence of in-cylinder air flow is slight, and the penetration force is normal or large. The penetrating power hardly decreases. For this reason, it is possible to cause an axis-switching phenomenon as in a normal temperature and normal pressure atmosphere.
本実施の形態3では、燃料噴射弁1は、五つの偏平噴霧6Aと一つのスイッチング噴霧5Aにより、断面形状が略五角形の中空状全体噴霧60を燃焼室7内に形成する(図11(a)参照)。また、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特定の偏平噴霧6A−1と近接化または集合化し、中空状全体噴霧60の断面形状を非対称に変形させる(図11(b)参照)。この断面形状が非対称の中空状全体噴霧60は、点火プラグ13近傍を指向しながらも、点火プラグ13と干渉することを回避することが可能である。
In the third embodiment, the
本実施の形態3に係る火花点火式直噴エンジン100における成層燃焼時と均質燃焼時の中空状全体噴霧の状態について、図15を用いて説明する。図15(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。このため、偏平噴霧6A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。
The state of the entire hollow spray during stratified combustion and homogeneous combustion in the spark ignition
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を指向しながらも点火プラグ13との干渉を回避する。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特定のスリット噴孔390−1により生成された偏平噴霧6A−1との近接化または集合化により貫徹力を失い、点火プラグ13近傍で滞留する。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。
The switching
また、偏平噴霧6A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、スイッチング噴霧5Aと特定の偏平噴霧6Aが近接化または集合化した中空状全体噴霧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, the
一方、図15(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。この時、スイッチング噴霧5Aは、スリット噴孔390により生成される偏平噴霧6Aと、コアンダ効果による集合化を生じない。偏平噴霧6Aは、燃焼室7内全体に拡散して均質な混合気を形成する。
On the other hand, at the time of the homogeneous combustion shown in FIG. 15B, the
このように、本実施の形態3に係る火花点火式直噴エンジン100によれば、成層燃焼時においてはスイッチング噴霧5Aのアクシス−スイッチング現象を利用して特定の偏平噴霧6A−1と近接化あるいは集合化させ、断面形状が非対称な略五角形の中空状全体噴霧60を形成するようにしたので、点火プラグ13近傍を指向しながら点火プラグ13との衝突を回避し、点火プラグ13近傍で滞留する成層燃焼に適した混合気を形成することができる。また、均質燃焼時においては、スイッチング噴霧5Aを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偏平噴霧6Aと共に燃焼室7全体に拡散させることができる。
As described above, according to the spark ignition
本実施の形態3によれば、火花点火式直噴エンジン100における成層燃焼時と均質燃焼時に求められる燃焼性能ひいてはエンジン性能を両立させることが可能となる。また、これらの噴霧を分割噴射することにより、特に成層燃焼時における噴霧の設計自由度がさらに向上する。
According to the third embodiment, it is possible to achieve both the combustion performance and the engine performance required at the time of stratified combustion and homogeneous combustion in the spark ignition
実施の形態4.
図16は、本発明の実施の形態4に係る圧縮着火式直噴エンジンを模式的に示す図であり、(a)はピストン上昇時、(b)はピストン下降時の状態を示している。本実施の形態4に係る圧縮着火式直噴エンジン101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または上記実施の形態2に係る燃料噴射弁1を備え、図2(b)に示す噴孔プレート33を有している。
FIGS. 16A and 16B are diagrams schematically showing a compression ignition type direct injection engine according to
圧縮着火式直噴エンジン101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が配置される。なお、燃料噴射弁1の配置は、これに限定されるものではない。
An
本実施の形態4では、燃料噴射弁1のスイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aは、アクシス−スイッチング現象を生じた後、特定のスリット噴孔390により生成される偏平噴霧6Aとコアンダ効果による近接化または集合化を生じることにより、中空状全体噴霧60を燃焼室7内での混合気形成または燃焼に適した形状とする。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 fourth embodiment, the switching
本実施の形態4に係る圧縮着火式直噴エンジン101におけるピストン上昇時とピストン下降時の全体噴霧の状態について、図16を用いて説明する。図16(a)に示すピストン上昇時において燃料噴射を行う場合、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。このため、偏平噴霧6Aおよびスイッチング噴霧5Aの貫徹力は大気圧下よりも小さくなる。
The state of the entire spray when the piston is raised and when the piston is lowered in the compression ignition type
スイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aは、筒内を通過する過程でアクシス−スイッチング現象を生じて変形し、該スイッチング噴霧5Aと特定のスリット噴孔390により生成される偏平噴霧6Aとの間でコアンダ効果による近接化または集合化を生じる。これにより、各噴霧の貫徹力は大幅に低下し、圧縮上死点付近の燃焼室7内において、コンパクトな中空状全体噴霧60を形成する。
The switching
なお、圧縮着火式直噴エンジンは、圧縮上死点付近における圧縮温度および圧力が非常に高くなり、この状態で燃料が噴射された場合、適切な混合気が形成される前に着火し、局所的で不均一な燃焼が起こることがある。これに対し、本実施の形態4に係る圧縮着火式直噴エンジン101は、噴射位置からシリンダ内面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、所望の断面形状の濃い混合気を形成することができ、筒内に噴霧を拡げて圧縮着火燃焼を成立させるのに好都合である。
Note that the compression ignition type direct injection engine has a very high compression temperature and pressure near the compression top dead center. When fuel is injected in this state, it is ignited before an appropriate air-fuel mixture is formed. And uneven combustion may occur. On the other hand, the compression ignition type
また、各噴霧は、圧縮着火燃焼に適した混合状態となるように指向されると共に、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、中空状全体噴霧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、圧縮着火燃焼に適した混合気を形成する。
In addition, each spray is directed so as to be in a mixed state suitable for compression ignition combustion, and a penetration force is set so that collision with the
一方、図16(b)に示すピストン下降時においては、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、燃焼室7内を通過する過程で空気流動に追随し、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。この時、スイッチング噴霧5Aは、スリット噴孔390により生成される偏平噴霧6Aと、コアンダ効果による近接化あるいは集合化を生じない。偏平噴霧6Aは、燃焼室7内全体に拡散して均質な混合気を形成する。
On the other hand, when the piston is lowered as shown in FIG. 16B, the
このように、本実施の形態4に係る圧縮着火式直噴エンジン101によれば、ピストン上昇時においてはスイッチング噴霧5Aのアクシス−スイッチング現象を利用して特定の偏平噴霧6Aと近接化あるいは集合化させ、圧縮着火燃焼に適した濃い混合気を形成することができる。また、ピストン下降時においては、スイッチング噴霧5Aを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偏平噴霧6Aと共に燃焼室7全体に拡散させることができる。
As described above, according to the compression ignition type
本実施の形態4によれば、圧縮着火式直噴エンジン101における成層燃焼時と均質燃焼時に求められる燃焼性能ひいてはエンジン性能を両立させることが可能となる。また、これらの噴霧を分割噴射することにより、特に成層燃焼時における噴霧の設計自由度がさらに向上する。
According to the fourth embodiment, it is possible to achieve both the combustion performance required for the stratified combustion and the homogeneous combustion in the compression ignition
なお、本発明に係る燃料噴射弁1が適用されるエンジンは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、複合燃料エンジン等を問わず、また点火(着火)方式も問わない。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。
The engine to which the
本発明は、流体噴射弁、特にエンジン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 engine, a spray generation device including the same, and an engine.
1 燃料噴射弁、2 ソレノイド装置、3 弁装置、5a 噴流、5A スイッチング噴霧、6A 偏平噴霧、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、31 弁本体、32 弁座、32a 弁座面、33 噴孔プレート、34 デッドボリューム、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、50 集合噴霧、60、61、62 中空状全体噴霧、100 火花点火式直噴エンジン、101 圧縮着火式直噴エンジン、390 スリット噴孔、391
スイッチング噴孔
1 Fuel Injection Valve, 2 Solenoid Device, 3 Valve Device, 5a Jet, 5A Switching Spray, 6A Flat Spray, 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, 31 Valve body, 32 Valve seat, 32a Valve seat surface, 33 Injection hole plate, 34 Dead volume, 35 Valve body, 36 Compression spring, 37 Rod, 38 ball, 38a chamfered portion, 38b flat surface portion, 38c curved surface portion, 39 injection hole, 50 collective spray, 60, 61, 62 hollow overall spray, 100 spark ignition direct injection engine, 101 compression ignition direct injection engine, 390 slit nozzle hole, 391
Switching nozzle
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、弁座との当接、離間により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所望の形態の噴霧を生成する流体噴射弁であって、複数の噴孔は、各々が扇状に広がった偏平噴霧を生成する複数のスリット噴孔と、流体の噴射方向に直角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含み、複数のスリット噴孔は、各々から生成される複数の偏平噴霧が流体の噴射方向に直角な面内の断面形状において多角形の中空状全体噴霧を形成するように配置され、スイッチング噴孔は、複数のスリット噴孔に囲まれるように配置され、多角形の内側にスイッチング噴霧を生成し、該スイッチング噴霧は、スイッチング噴孔から下流の所定位置においてアクシス−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、流体の噴射方向に直角な面内の断面形状の変形を生じ得るものであり、この変形を生じた後、特定のスリット噴孔により生成された偏平噴霧との間にコアンダ効果が生じて該偏平噴霧と近接化または集合化し、該偏平噴霧を含む中空状全体噴霧を変形させるものである。 A fluid injection valve according to the present invention is provided on a downstream side of a valve seat that is provided in the middle of a passage through which a fluid flows, a valve body that controls opening and closing of the passage by contact and separation with the valve seat, and A fluid injection valve that includes a nozzle hole body and injects fluid from a plurality of nozzle holes arranged in the nozzle hole body to generate a spray of a desired form, each of the plurality of nozzle holes spreading in a fan shape A plurality of slit nozzle holes for generating a flat spray, and a switching nozzle hole for generating a switching spray having different major axis and minor axis lengths in a cross-sectional shape perpendicular to the fluid injection direction. The holes are arranged such that a plurality of flat sprays generated from each form a polygonal hollow overall spray in a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the fluid injection direction. It is arranged so as to be surrounded by the hole, the inside of the polygon Generates switching spraying, the switching spraying at a predetermined position on the downstream from the switching injection hole axis - to change the direction of the long axis and the short axis by generating a switching phenomenon, the flow of jetting direction into a plane perpendicular The deformation of the cross-sectional shape of the nozzle is likely to occur, and after this deformation occurs, the Coanda effect occurs between the flat spray generated by a specific slit nozzle hole, and the flat spray is brought close to or aggregated, The hollow whole spray including the flat spray is deformed.
Claims (19)
前記複数のスリット噴孔は、各々から生成される複数の偏平噴霧が流体の噴射方向に直角な面内の断面形状において仮想閉曲面となる中空状全体噴霧を形成するように配置され、前記スイッチング噴孔は、前記複数のスリット噴孔に囲まれるように配置され、前記仮想閉曲面の内側にスイッチング噴霧を生成し、該スイッチング噴霧は、前記スイッチング噴孔から下流の所定位置において前記長軸と前記短軸の方向を変化させることにより流体の噴射方向に直角な面内の断面形状の変形を生じ得るものであり、この変形を生じた後、特定の前記スリット噴孔により生成された偏平噴霧との間にコアンダ効果が生じて該偏平噴霧と近接化または集合化し、該偏平噴霧を含む中空状全体噴霧を変形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 fluid flows, a valve body that controls opening and closing of the passage by contact and separation with the valve seat, and a nozzle hole provided downstream of the valve seat A fluid injection valve that generates a spray of a desired form by injecting fluid from a plurality of nozzle holes arranged in the nozzle hole body, and each of the plurality of nozzle holes generates a flat spray that expands in a fan shape. A plurality of slit nozzle holes, and a switching nozzle hole for generating a switching spray in which the major axis and the minor axis have different lengths in a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the fluid ejection direction,
The plurality of slit nozzle holes are arranged such that a plurality of flat sprays generated from each form a hollow overall spray that forms a virtual closed curved surface in a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the fluid ejection direction. The nozzle hole is disposed so as to be surrounded by the plurality of slit nozzle holes, and generates a switching spray inside the virtual closed curved surface, and the switching spray is in contact with the long axis at a predetermined position downstream from the switching nozzle hole. By changing the direction of the minor axis, the cross-sectional shape in a plane perpendicular to the fluid injection direction can be deformed. After the deformation, the flat spray generated by the specific slit nozzle hole is generated. A fluid injection valve characterized in that a Coanda effect is produced between the two and the flat spray, and the hollow spray including the flat spray is deformed.
1から請求項8のいずれか一項に記載の流体噴射弁。 The switching spray generated by the switching nozzle hole changes the direction of the major axis and the minor axis by causing an axis-switching phenomenon. The fluid injection valve described.
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が燃料の噴射方向に直角な面内の断面形状の変形を生じるか否かにより、中空状全体噴霧の仕様が可変であることを特徴とするエンジン。 A fluid injection valve according to any one of claims 1 to 12 is provided as a fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber, and a spark is generated by an ignition plug disposed in the combustion chamber, and the combustion chamber An engine that employs a spark ignition type to ignite a mixture of
An engine characterized in that the specification of the hollow whole spray is variable depending on whether or not the switching spray generated by the switching nozzle causes deformation of a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the fuel injection direction.
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が燃料の噴射方向に直角な面内の断面形状の変形を生じるか否かにより、中空状全体噴霧の仕様が可変であることを特徴とするエンジン。 A compression ignition in which the fluid injection valve according to any one of claims 1 to 12 is provided as a fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber, and the air-fuel mixture in the combustion chamber is compressed by a piston to perform self-ignition. An engine that uses a formula,
An engine characterized in that the specification of the hollow whole spray is variable depending on whether or not the switching spray generated by the switching nozzle causes deformation of a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the fuel injection direction.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015082181A JP6029706B1 (en) | 2015-04-14 | 2015-04-14 | Fluid injection valve, spray generating apparatus including the same, and engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015082181A JP6029706B1 (en) | 2015-04-14 | 2015-04-14 | Fluid injection valve, spray generating apparatus including the same, and engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6029706B1 JP6029706B1 (en) | 2016-11-24 |
JP2016200103A true JP2016200103A (en) | 2016-12-01 |
Family
ID=57358729
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015082181A Expired - Fee Related JP6029706B1 (en) | 2015-04-14 | 2015-04-14 | Fluid injection valve, spray generating apparatus including the same, and engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6029706B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101778113B1 (en) | 2016-10-19 | 2017-09-13 | 필즈엔지니어링 주식회사 | Flare gas system for including vent analysis method |
WO2020255909A1 (en) * | 2019-06-17 | 2020-12-24 | 株式会社デンソー | Fuel injection valve |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014114777A (en) * | 2012-12-11 | 2014-06-26 | Mitsubishi Electric Corp | Fluid injection valve and spray generation device |
JP2015014226A (en) * | 2013-07-04 | 2015-01-22 | 三菱電機株式会社 | Fluid injection valve and spray generation device |
JP2015014245A (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-22 | 三菱電機株式会社 | Fluid injection valve and spray generation device |
-
2015
- 2015-04-14 JP JP2015082181A patent/JP6029706B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014114777A (en) * | 2012-12-11 | 2014-06-26 | Mitsubishi Electric Corp | Fluid injection valve and spray generation device |
JP2015014226A (en) * | 2013-07-04 | 2015-01-22 | 三菱電機株式会社 | Fluid injection valve and spray generation device |
JP2015014245A (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-22 | 三菱電機株式会社 | Fluid injection valve and spray generation device |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101778113B1 (en) | 2016-10-19 | 2017-09-13 | 필즈엔지니어링 주식회사 | Flare gas system for including vent analysis method |
WO2020255909A1 (en) * | 2019-06-17 | 2020-12-24 | 株式会社デンソー | Fuel injection valve |
JP2020204324A (en) * | 2019-06-17 | 2020-12-24 | 株式会社デンソー | Fuel injection valve |
JP7060263B2 (en) | 2019-06-17 | 2022-04-26 | 株式会社デンソー | Fuel injection valve |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6029706B1 (en) | 2016-11-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5295316B2 (en) | Spray generation method using fluid injection valve, fluid injection valve, and spray generation device | |
JP5491612B1 (en) | Fluid injection valve and spray generating device | |
JP5295337B2 (en) | Spray generation method using fluid injection valve, fluid injection valve, and spray generation device | |
JP5115654B2 (en) | Fuel injection valve and internal combustion engine | |
JP2008280981A (en) | Fuel injection device and internal combustion engine mounting the same | |
JP5537049B2 (en) | In-cylinder injection spark ignition engine | |
JP2004100500A (en) | Fuel injection valve and internal combustion engine mounting the same | |
JP6029706B1 (en) | Fluid injection valve, spray generating apparatus including the same, and engine | |
JP5627743B1 (en) | Fluid injection valve and spray generating device | |
CN110023616B (en) | Fuel injection device | |
JP2015209772A (en) | Fluid injection valve, spay generation device including the same, and engine | |
JP2011220132A (en) | Fuel injection valve | |
JP5627742B1 (en) | Fluid injection valve and spray generating device | |
JP6012693B2 (en) | Fluid injection valve and spray generating apparatus having the same | |
JP2015078604A (en) | Fluid injection valve and spark ignition engine | |
JP4332437B2 (en) | Fuel injection valve and fuel injection method | |
JP6000296B2 (en) | Fluid injection valve and spray generating apparatus having the same | |
JPH11117830A (en) | Injector | |
JP5478671B2 (en) | Spray generation method using fluid injection valve, fluid injection valve, and spray generation device | |
JP2017008859A (en) | Fuel injection nozzle | |
JP4789913B2 (en) | Fuel injection apparatus and internal combustion engine equipped with the same | |
JP2564373B2 (en) | Electromagnetic fuel injection valve | |
US10677208B2 (en) | Fuel injection device | |
JPH0514560U (en) | Fuel injection valve | |
JP2011064126A (en) | Fuel injection valve |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160920 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161018 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6029706 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |