JP2017089574A - Fuel injection valve of internal combustion engine, and internal combustion engine - Google Patents

Fuel injection valve of internal combustion engine, and internal combustion engine Download PDF

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拓朗 三田
Takuro Mita
拓朗 三田
清平 青木
Seihei Aoki
清平 青木
浩高 鈴木
Hirotaka Suzuki
浩高 鈴木
和正 宇田川
Kazumasa Udagawa
和正 宇田川
貴弘 石田
Takahiro Ishida
貴弘 石田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel injection valve of an internal combustion engine, and the internal combustion engine, capable of sufficiently mixing fuel spray injected into a combustion chamber of the internal combustion engine with oxygen in the combustion chamber and effectively suppressing production of soot in combustion.SOLUTION: A fuel injection valve 20 of an internal combustion engine 1 is the fuel injection valve 20 for injecting fuel toward a combustion chamber 6 of the internal combustion engine 1 in which a swirl flow S is formed. The shape of fuel outlets 24 of a plurality of injection holes 22 of the fuel injection valve 20 are vertically long shape. In the vertically long shape, a major axis b is vertical to or inclined with respect to a flowing direction of the swirl flow S, and a cross-sectional area of the injection hole 22 is gradually reduced from a side of a fuel inlet 23 of the injection hole 22 toward a side of the fuel outlet 24.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射弁及びこれを備える内燃機関に関する。   The present invention relates to a fuel injection valve for an internal combustion engine and an internal combustion engine including the same.

従来、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有する内燃機関が知られている(例えば特許文献1参照)。また、燃焼室にスワール流(横方向に回転する渦流)が形成される内燃機関も知られている。   Conventionally, an internal combustion engine having a fuel injection valve that directly injects fuel into a combustion chamber is known (see, for example, Patent Document 1). There is also known an internal combustion engine in which a swirl flow (a vortex rotating in a lateral direction) is formed in a combustion chamber.

特開2004−316598号公報JP 2004-316598 A

ところで、燃料を燃焼室に直接噴射して燃焼させる内燃機関の場合、燃料の燃焼時における煤(soot)の発生を抑制するためには、燃料噴射弁から噴射された噴霧状の燃料(すなわち燃料噴霧)と燃焼室内の酸素との十分な混合が効果的である。   By the way, in the case of an internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber and burns, in order to suppress the generation of soot during the combustion of the fuel, the sprayed fuel injected from the fuel injection valve (that is, the fuel) Adequate mixing of the spray) and oxygen in the combustion chamber is effective.

これに関して、従来技術の場合、燃料噴霧は、その外縁では燃焼室内の酸素と容易に混合することができるが、その内部では、酸素が燃料噴霧の内部にまで進入することが困難なため、酸素との十分な混合は困難である。そのため、従来技術の場合、この燃料噴霧の内部における酸素不足に起因して、燃焼時に煤が多く発生する可能性がある。   In this regard, in the case of the prior art, the fuel spray can be easily mixed with the oxygen in the combustion chamber at its outer edge, but inside it it is difficult for oxygen to enter the fuel spray, so oxygen Full mixing with is difficult. Therefore, in the case of the prior art, a large amount of soot may be generated during combustion due to the lack of oxygen inside the fuel spray.

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の燃焼室に噴射された燃料噴霧を燃焼室内の酸素と十分に混合することができて、燃焼時における煤の発生を効果的に抑制することができる内燃機関の燃料噴射弁及び内燃機関を提供することである。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to sufficiently mix the fuel spray injected into the combustion chamber of the internal combustion engine with oxygen in the combustion chamber. It is an object of the present invention to provide a fuel injection valve for an internal combustion engine and an internal combustion engine that can effectively suppress the occurrence of fuel.

上記の目的を達成するための本発明に係る内燃機関の燃料噴射弁は、スワール流が形成される内燃機関の燃焼室に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁において、前記燃料噴射弁の複数の噴孔の燃料出口の形状は縦長形状であり、前記縦長形状は、該縦長形状の長軸が前記スワール流の流動方向に対して垂直または傾斜した形状であり、前記噴孔の断面積は、該噴孔の燃料入口の側から前記燃料出口の側に向かうに従って縮小していることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a fuel injection valve for an internal combustion engine according to the present invention is a fuel injection valve for injecting fuel toward a combustion chamber of an internal combustion engine in which a swirl flow is formed. The shape of the fuel outlet of the nozzle hole is a vertically long shape, and the vertically long shape is a shape in which the long axis of the vertically long shape is vertical or inclined with respect to the flow direction of the swirl flow, and the cross-sectional area of the nozzle hole is: The nozzle hole is reduced in size from the fuel inlet side toward the fuel outlet side.

この発明によれば、上記の縦長形状の燃料出口を有する噴孔から噴射された燃料噴霧の断面形状を、スワール流の流動方向に対して垂直または傾斜した長軸を有する縦長形状にすることができる。この場合、燃料噴霧の背面側において、スワール流による大きな2次流れである大渦を生成することができ、この大渦によって、燃料噴霧の内部に燃焼室内の酸素を効果的に取り込むことができる。   According to the present invention, the cross-sectional shape of the fuel spray injected from the nozzle hole having the vertically long fuel outlet is formed into a vertically long shape having a long axis perpendicular or inclined with respect to the flow direction of the swirl flow. it can. In this case, a large vortex, which is a large secondary flow due to the swirl flow, can be generated on the back side of the fuel spray, and oxygen in the combustion chamber can be effectively taken into the fuel spray by the large vortex. .

また、噴孔の断面積が燃料入口の側から燃料出口の側に向かうに従って縮小しているので、燃料噴霧の広がり角が拡大すること、すなわち、燃料噴霧の層厚さが厚くなることを抑制することができる。これにより、隣接する燃料噴霧との間の距離を大きくすることができるので、隣接する燃料噴霧同士が重なり合うことや、隣接する燃料噴霧の間に存在する酸素を隣接する燃料噴霧同士で取り合って酸素不足になることを抑制することができる
。この結果、燃料噴霧の内部に燃焼室の酸素をさらに効果的に取り込むことができる。
In addition, since the cross-sectional area of the nozzle hole is reduced from the fuel inlet side toward the fuel outlet side, the spread angle of the fuel spray is expanded, that is, the layer thickness of the fuel spray is prevented from being increased. can do. As a result, the distance between the adjacent fuel sprays can be increased, so that the adjacent fuel sprays overlap each other, or the oxygen present between the adjacent fuel sprays is exchanged between the adjacent fuel sprays. It is possible to suppress the shortage. As a result, the oxygen in the combustion chamber can be more effectively taken into the fuel spray.

以上のことから、この発明によれば、内燃機関の燃焼室に噴射された燃料噴霧を燃焼室内の酸素と十分に混合することができて、燃焼時における煤の発生を効果的に抑制することができる。   From the above, according to the present invention, the fuel spray injected into the combustion chamber of the internal combustion engine can be sufficiently mixed with oxygen in the combustion chamber, and the generation of soot during combustion is effectively suppressed. Can do.

上記構成において、前記縦長形状は、楕円形状、長穴形状、2つの楕円の一部が結合した形状、または2つの円の一部が結合した形状のいずれかである構成とすることができる。   In the above configuration, the vertically long shape may be any one of an elliptical shape, a long hole shape, a shape in which a part of two ellipses are combined, or a shape in which a part of two circles are combined.

上記の目的を達成するための本発明に係る内燃機関は、上記の燃料噴射弁を備えることを特徴とする。この発明によれば、上記の燃料噴射弁を備えているので、上述したのと同様の理由により、内燃機関の燃焼室に噴射された燃料噴霧を燃焼室内の酸素と十分に混合することができて、燃焼時における煤の発生を効果的に抑制することができる。   In order to achieve the above object, an internal combustion engine according to the present invention comprises the above fuel injection valve. According to the present invention, since the fuel injection valve is provided, the fuel spray injected into the combustion chamber of the internal combustion engine can be sufficiently mixed with oxygen in the combustion chamber for the same reason as described above. Thus, the generation of soot during combustion can be effectively suppressed.

本発明によれば、内燃機関の燃焼室に噴射された燃料噴霧を燃焼室内の酸素と十分に混合することができて、燃焼時における煤の発生を効果的に抑制することができる。   According to the present invention, the fuel spray injected into the combustion chamber of the internal combustion engine can be sufficiently mixed with oxygen in the combustion chamber, and soot generation during combustion can be effectively suppressed.

実施形態に係る内燃機関の気筒の周辺構成を模式的に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows typically the peripheral composition of the cylinder of the internal-combustion engine concerning an embodiment. 図2(a)は燃料噴射弁の先端部の近傍を拡大して模式的に示す概略拡大断面図である。図2(b)は、図2(a)の噴孔の燃料出口を正面(図中A側)から視認した状態を模式的に示す正面図である。FIG. 2A is a schematic enlarged cross-sectional view schematically showing an enlarged vicinity of the tip of the fuel injection valve. FIG. 2B is a front view schematically showing a state in which the fuel outlet of the nozzle hole in FIG. 2A is viewed from the front (A side in the drawing). 図3(a)は燃料噴射弁から燃料が噴射された状態を上方側から視認した上面図である。図3(b)は図3(a)の燃料噴霧をB−B線で切断した断面を模式的に示す概略断面図である。FIG. 3A is a top view of the state in which fuel is injected from the fuel injection valve as viewed from above. FIG.3 (b) is a schematic sectional drawing which shows typically the cross section which cut | disconnected the fuel spray of Fig.3 (a) by the BB line. 図4(a)〜図4(c)は噴孔の燃料出口の他の形状例を示す図である。FIG. 4A to FIG. 4C are diagrams showing other shape examples of the fuel outlet of the nozzle hole. 図5(a)は実施形態の変形例1に係る燃料噴射弁の燃料出口を図2(a)のA側から視認した状態を模式的に示す正面図である。図5(b)は実施形態の変形例2に係る燃料噴射弁の燃料出口を図2(a)のA側から視認した状態を模式的に示す正面図である。Fig.5 (a) is a front view which shows typically the state which visually recognized the fuel exit of the fuel injection valve which concerns on the modification 1 of embodiment from the A side of Fig.2 (a). FIG.5 (b) is a front view which shows typically the state which visually recognized the fuel outlet of the fuel injection valve which concerns on the modification 2 of embodiment from the A side of Fig.2 (a).

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面に関しては、構成が分かり易いように実際の製品から寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率も必ずしも実際の製品の比率と一致しているとは限らない。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Regarding the drawings, the dimensions are changed from the actual product so that the configuration is easy to understand, and the ratio of the thickness, width, length, etc. of each member and each component does not necessarily match the actual product ratio. Not necessarily.

図1は、本実施形態に係る内燃機関1の気筒4の周辺の構成を模式的に示す概略断面図である。内燃機関1は車両に搭載されている。この車両の具体的な種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においてはバスやトラック等の大型車両を用いる。また内燃機関1の一例としてディーゼルエンジンを用いる。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration around a cylinder 4 of an internal combustion engine 1 according to the present embodiment. The internal combustion engine 1 is mounted on a vehicle. Although the specific kind of this vehicle is not specifically limited, In this embodiment, large vehicles, such as a bus and a truck, are used. A diesel engine is used as an example of the internal combustion engine 1.

内燃機関1は、シリンダブロック2、シリンダブロック2の上部に配置されたシリンダヘッド3、及びシリンダブロック2に形成された気筒4(シリンダ)に配置されたピストン5を備えている。ピストン5の頂面とシリンダブロック2とシリンダヘッド3とによって囲まれた領域に燃焼室6が形成されている。シリンダヘッド3には、吸気が通過する吸気ポート7、及び排気が通過する排気ポート8が形成されている。また内燃機関1は、吸気ポート7を開閉する吸気弁9、及び排気ポート8を開閉する排気弁10を有している。   The internal combustion engine 1 includes a cylinder block 2, a cylinder head 3 disposed on the cylinder block 2, and a piston 5 disposed on a cylinder 4 (cylinder) formed on the cylinder block 2. A combustion chamber 6 is formed in a region surrounded by the top surface of the piston 5, the cylinder block 2 and the cylinder head 3. The cylinder head 3 is formed with an intake port 7 through which intake air passes and an exhaust port 8 through which exhaust passes. The internal combustion engine 1 also has an intake valve 9 that opens and closes an intake port 7 and an exhaust valve 10 that opens and closes an exhaust port 8.

内燃機関1は、燃焼室6にスワール流Sが形成されるように構成されている。燃焼室6にスワール流Sを形成するための構成は特に限定されるものではないが、本実施形態では一例として、内燃機関1の吸気ポート7及び燃焼室6の構造が燃焼室6にスワール流Sが形成されるような構造となっている。   The internal combustion engine 1 is configured such that a swirl flow S is formed in the combustion chamber 6. The configuration for forming the swirl flow S in the combustion chamber 6 is not particularly limited, but in the present embodiment, as an example, the structure of the intake port 7 and the combustion chamber 6 of the internal combustion engine 1 has a swirl flow in the combustion chamber 6. The structure is such that S is formed.

また内燃機関1は、スワール流Sが形成される燃焼室6に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁20を備えている。具体的には本実施形態に係る燃料噴射弁20は、燃料噴射弁20の先端に設けられた噴孔22(後述する図2等に図示されている)が燃焼室6の内部に露出するように、シリンダヘッド3に配置されている。この噴孔22から燃料が燃焼室6に向けて噴射される。なお燃料噴射弁20の動作は、ECU等の制御装置(図示せず)が制御する。   The internal combustion engine 1 also includes a fuel injection valve 20 that injects fuel toward the combustion chamber 6 where the swirl flow S is formed. Specifically, in the fuel injection valve 20 according to the present embodiment, an injection hole 22 (shown in FIG. 2 and the like described later) provided at the tip of the fuel injection valve 20 is exposed inside the combustion chamber 6. Further, the cylinder head 3 is disposed. Fuel is injected from the injection holes 22 toward the combustion chamber 6. The operation of the fuel injection valve 20 is controlled by a control device (not shown) such as an ECU.

図2(a)は燃料噴射弁20の先端部の近傍を拡大して模式的に示す概略拡大断面図である。図2(b)は、図2(a)の噴孔22の燃料出口24を正面(図中A側)から視認した状態を模式的に示す正面図である。図3(a)は燃料噴射弁20から燃料が噴射された状態を上方側から視認した上面図である。図3(b)は図3(a)の燃料噴霧FをB−B線で切断した断面を模式的に示す概略断面図である。なお、符号を視認し易くするために、図3(b)においてハッチングは省略されている。   FIG. 2A is a schematic enlarged cross-sectional view schematically showing the vicinity of the tip of the fuel injection valve 20 in an enlarged manner. FIG. 2B is a front view schematically showing a state in which the fuel outlet 24 of the nozzle hole 22 in FIG. 2A is viewed from the front (A side in the drawing). FIG. 3A is a top view of a state in which fuel is injected from the fuel injection valve 20 as viewed from above. FIG. 3B is a schematic cross-sectional view schematically showing a cross section of the fuel spray F of FIG. 3A taken along line BB. In addition, in order to make a code | symbol easy to visually recognize, hatching is abbreviate | omitted in FIG.3 (b).

図2(a)、図2(b)及び図3(a)に示すように、燃料噴射弁20のボディ21の先端部には、燃料が噴射される孔である噴孔22が複数個(本実施形態では一例として4個)、形成されている。なお、噴孔22の個数は複数である必要はなく、例えば燃料噴射弁20は噴孔22を1個のみ備えていてもよい。なお、ボディ21の内部には、噴孔22を開閉するニードルも配置されているが、このニードルの図示は省略されている。このニードルは、ボディ21の軸線100に沿ってボディ21内を摺動することで噴孔22を開閉する弁体である。   2 (a), 2 (b), and 3 (a), a plurality of injection holes 22 that are holes for injecting fuel are provided at the tip of the body 21 of the fuel injection valve 20 ( In this embodiment, four are formed as an example). The number of the injection holes 22 need not be plural. For example, the fuel injection valve 20 may include only one injection hole 22. In addition, although the needle which opens and closes the nozzle hole 22 is also arrange | positioned inside the body 21, illustration of this needle is abbreviate | omitted. This needle is a valve body that opens and closes the nozzle hole 22 by sliding in the body 21 along the axis 100 of the body 21.

図3(a)に示すように、各々の噴孔22は、隣接する噴孔22との間に所定角度(本実施形態では90度)を有しつつ、燃料噴射弁20の先端部に周方向に配列されている。   As shown in FIG. 3A, each nozzle hole 22 has a predetermined angle (90 degrees in the present embodiment) with the adjacent nozzle hole 22, while surrounding the tip of the fuel injection valve 20. Arranged in the direction.

図2(a)に示すように、各々の噴孔22は燃料入口23から燃料出口24にかけて所定距離延在した燃料流路によって構成されている。また、図2(b)に示すように、噴孔22の燃料出口24の形状は、短軸aと、この短軸aよりも長い長軸bとを有する縦長形状を有している。この縦長形状の一例として、図2(b)では楕円形状が図示されている。なお、本実施形態において短軸aは縦長形状の中で最も短い軸であり、長軸bは最も長い軸である。   As shown in FIG. 2A, each nozzle hole 22 is constituted by a fuel flow path extending from the fuel inlet 23 to the fuel outlet 24 by a predetermined distance. Further, as shown in FIG. 2B, the shape of the fuel outlet 24 of the injection hole 22 has a vertically long shape having a short axis a and a long axis b longer than the short axis a. As an example of the vertically long shape, an elliptical shape is illustrated in FIG. In this embodiment, the short axis a is the shortest axis in the vertically long shape, and the long axis b is the longest axis.

また、図2(b)及び図3(a)を参照すると分かるように、噴孔22の燃料出口24を正面から視認した場合に、この長軸bは、スワール流Sの流動方向に対して垂直な軸となっている。具体的には、本実施形態において長軸bの軸方向(延在方向)は正面視で上下方向となっており、またスワール流Sは横方向に流動しているので、長軸bは横方向に流動するスワール流Sの流動方向に対して垂直な方向となっている。なお、本実施形態において噴孔22の燃料出口24の短軸aの軸方向は横方向となっているので、この短軸aの軸方向はスワール流Sの流動方向に平行となっている。   As can be seen from FIG. 2B and FIG. 3A, when the fuel outlet 24 of the nozzle hole 22 is viewed from the front, the long axis b is in the flow direction of the swirl flow S. It is a vertical axis. Specifically, in this embodiment, the axial direction (extending direction) of the long axis b is the vertical direction when viewed from the front, and the swirl flow S is flowing in the lateral direction. The direction is perpendicular to the flow direction of the swirl flow S flowing in the direction. In this embodiment, since the axial direction of the short axis a of the fuel outlet 24 of the nozzle hole 22 is a lateral direction, the axial direction of the short axis a is parallel to the flow direction of the swirl flow S.

本実施形態において、各々の噴孔22は、燃料入口23の形状も燃料出口24の形状と同じ形状となっており、さらに、燃料入口23と燃料出口24の間の流路部分の断面形状も燃料出口24の形状と同じ形状となっている。但し、噴孔22の形状は少なくとも燃料出口24の形状が縦長形状であればよく、燃料出口24以外の部分は必ずしも縦長形状で
なくてもよい。
In this embodiment, each nozzle hole 22 has the same shape of the fuel inlet 23 as that of the fuel outlet 24, and the cross-sectional shape of the flow path portion between the fuel inlet 23 and the fuel outlet 24 is also the same. The shape is the same as that of the fuel outlet 24. However, the shape of the nozzle hole 22 is sufficient if at least the shape of the fuel outlet 24 is vertically long, and the portion other than the fuel outlet 24 does not necessarily have to be vertically long.

なお、噴孔22の燃料出口24の縦長形状は、図2(b)の形状に限定されるものではない。図4(a)〜図4(c)は、噴孔22の燃料出口24の他の形状例を示す図である。例えば図4(a)に示すように、噴孔22の燃料出口24の形状は、スワール流Sの流動方向に対して垂直な長軸bを有する長穴形状であってもよい。具体的には図4(a)の長穴形状は、長方形の長軸b方向(長手方向)の上端及び下端が円弧状に形成された長穴形状となっている。   In addition, the vertically long shape of the fuel outlet 24 of the nozzle hole 22 is not limited to the shape of FIG. FIG. 4A to FIG. 4C are diagrams showing other shape examples of the fuel outlet 24 of the nozzle hole 22. For example, as shown in FIG. 4A, the shape of the fuel outlet 24 of the injection hole 22 may be a long hole shape having a long axis b perpendicular to the flow direction of the swirl flow S. Specifically, the elongated hole shape of FIG. 4A is an elongated hole shape in which the upper end and the lower end of the rectangular long axis b direction (longitudinal direction) are formed in an arc shape.

あるいは図4(b)に示すように、噴孔22の燃料出口24の形状は2つの楕円の一部が結合した縦長形状とすることもできる。具体的には図4(b)の燃料出口24の形状は、第1の楕円の下側に第2の楕円が結合した形状となっており、より具体的には、第1の楕円の長軸の端部と第2の楕円の長軸の端部とが一部重なり合うように第1の楕円と第2の楕円とが結合した形状となっている。なお、第1の楕円の大きさと第2の楕円の大きさは、同じであってもよく、あるいは異なっていてもよい。   Or as shown in FIG.4 (b), the shape of the fuel outlet 24 of the nozzle hole 22 can also be made into the vertically long shape which a part of two ellipse couple | bonded. Specifically, the shape of the fuel outlet 24 in FIG. 4B is a shape in which the second ellipse is coupled to the lower side of the first ellipse, and more specifically, the length of the first ellipse. The first ellipse and the second ellipse are combined such that the end of the shaft and the end of the major axis of the second ellipse partially overlap. Note that the size of the first ellipse and the size of the second ellipse may be the same or different.

あるいは図4(c)に示すように、噴孔22の燃料出口24の形状は2つの円の一部が結合した縦長形状とすることもできる。具体的には図4(c)の燃料出口24の形状は、第1の円の下側に第2の円が結合した形状となっている。なお、第1の円の大きさと第2の円の大きさは、同じであってもよく、あるいは異なっていてもよい。   Or as shown in FIG.4 (c), the shape of the fuel outlet 24 of the nozzle hole 22 can also be made into the vertically long shape where a part of two circles couple | bonded. Specifically, the shape of the fuel outlet 24 in FIG. 4C is such that the second circle is coupled to the lower side of the first circle. Note that the size of the first circle and the size of the second circle may be the same or different.

なお、縦長形状の短軸aに対する長軸bの比率(b/a)の具体的な値は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、一例として、1.2〜5.0の範囲内の値を用いている。   In addition, although the specific value of the ratio (b / a) of the long axis b with respect to the vertically long short axis a is not specifically limited, in this embodiment, it is 1.2-5.0 as an example. A value within the range is used.

再び図2(a)を参照して、本実施形態に係る噴孔22は、燃料入口23の側から燃料出口24の側に向かうに従って断面積が縮小するテーパ形状となっている。具体的には噴孔22の短軸a及び長軸bの長さは、燃料入口23側から燃料出口24側に向かうに従って縮小しており、それにより、噴孔22の断面積は燃料入口23側から燃料出口24側に向かって縮小している。すなわち、この場合、1つの噴孔22中で燃料入口23の断面積が最も大きく、燃料出口24の断面積が最も小さくなっている。なお、これは、噴孔22の燃料出口24の形状が図2(b)の形状の場合のみならず、図4(a)〜図4(c)の形状の場合においても同様である。   Referring to FIG. 2A again, the nozzle hole 22 according to the present embodiment has a tapered shape in which the cross-sectional area decreases from the fuel inlet 23 side toward the fuel outlet 24 side. Specifically, the lengths of the short axis a and the long axis b of the injection hole 22 are reduced from the fuel inlet 23 side toward the fuel outlet 24 side, whereby the cross-sectional area of the injection hole 22 is reduced. The size is reduced from the side toward the fuel outlet 24 side. That is, in this case, the cross-sectional area of the fuel inlet 23 is the largest in one nozzle hole 22, and the cross-sectional area of the fuel outlet 24 is the smallest. This is the same not only when the shape of the fuel outlet 24 of the nozzle hole 22 is the shape shown in FIG. 2B but also when the shape is the shape shown in FIGS. 4A to 4C.

以上説明した本実施形態の作用効果は以下のとおりである。まず、本実施形態によれば、図2(b)や、図4(a)〜図4(c)で前述したように、燃料噴射弁20の複数の噴孔22の燃料出口24の形状は縦長形状であり、この縦長形状は、長軸bがスワール流Sの流動方向に対して垂直な形状となっている。これにより、図3(b)に示すように、噴孔22から噴射された燃料噴霧Fの断面形状を、スワール流Sの流動方向に対して垂直な長軸bを有する縦長形状にすることができる。   The operational effects of the present embodiment described above are as follows. First, according to the present embodiment, as described above with reference to FIG. 2B and FIGS. 4A to 4C, the shape of the fuel outlets 24 of the plurality of injection holes 22 of the fuel injection valve 20 is as follows. The longitudinal shape is a shape in which the long axis b is perpendicular to the flow direction of the swirl flow S. As a result, as shown in FIG. 3B, the cross-sectional shape of the fuel spray F injected from the injection hole 22 is changed to a vertically long shape having a long axis b perpendicular to the flow direction of the swirl flow S. it can.

具体的には、噴孔22の燃料出口24の形状が図2(b)の楕円形状の場合、図3(b)に示すように、この噴孔22から噴射された燃料噴霧Fの断面形状も、スワール流Sの流動方向に対して垂直な長軸bを有する楕円形状にすることができる。また、噴孔22の燃料出口24の形状がそれぞれ図4(a)〜図4(c)に示す形状の場合、この噴孔22から噴射された燃料噴霧Fの断面形状も、スワール流Sの流動方向に対して垂直な長軸bを有する図4(a)〜図4(c)の縦長形状にすることができる。   Specifically, when the shape of the fuel outlet 24 of the nozzle hole 22 is the elliptical shape of FIG. 2B, as shown in FIG. 3B, the cross-sectional shape of the fuel spray F injected from the nozzle hole 22 Also, the elliptical shape having a long axis b perpendicular to the flow direction of the swirl flow S can be obtained. Further, when the shape of the fuel outlet 24 of the nozzle hole 22 is the shape shown in FIGS. 4A to 4C, the cross-sectional shape of the fuel spray F injected from the nozzle hole 22 is also the swirl flow S. It can be made into the vertically long shape of Fig.4 (a)-FIG.4 (c) which has the long axis b perpendicular | vertical with respect to a flow direction.

そしてこの場合、図3(b)に示すように、燃料噴霧Fの背面側(スワール流Sの流動方向で燃料噴霧Fよりも下流側)において、スワール流Sによる大きな2次流れである大
渦を生成することができる。この結果、この大渦によって、燃料噴霧Fの内部に燃焼室6の酸素を効果的に取り込むことができる。
In this case, as shown in FIG. 3B, a large vortex that is a large secondary flow due to the swirl flow S on the back side of the fuel spray F (on the downstream side of the fuel spray F in the flow direction of the swirl flow S). Can be generated. As a result, oxygen in the combustion chamber 6 can be effectively taken into the fuel spray F by the large vortex.

また、本実施形態によれば、図2(a)において前述したように、噴孔22の断面積が燃料入口23側から燃料出口24側に向かうに従って縮小しているので、燃料噴霧Fの広がり角θ(これは燃料噴霧Fの横方向(短軸a方向)のなす角であり、図3(a)に図示されている)が拡大すること、すなわち、燃料噴霧Fの層厚さが厚くなることを抑制することができる。これにより、隣接する燃料噴霧Fとの距離を大きくすることができるので、隣接する燃料噴霧F同士が重なり合うことや、隣接する燃料噴霧Fの間に存在する酸素を隣接する燃料噴霧F同士で取り合って酸素不足になることを抑制することができる。この結果、燃料噴霧Fの内部に燃焼室6の酸素をさらに効果的に取り込むことができる。   Further, according to the present embodiment, as described above with reference to FIG. 2A, the cross-sectional area of the injection hole 22 is reduced from the fuel inlet 23 side toward the fuel outlet 24 side, so that the fuel spray F spreads. The angle θ (this is an angle formed by the lateral direction (short axis a direction) of the fuel spray F and is illustrated in FIG. 3A), that is, the layer thickness of the fuel spray F is thick. It can be suppressed. As a result, the distance between the adjacent fuel sprays F can be increased, so that the adjacent fuel sprays F overlap each other, and the oxygen present between the adjacent fuel sprays F is exchanged between the adjacent fuel sprays F. Therefore, it is possible to suppress oxygen shortage. As a result, oxygen in the combustion chamber 6 can be more effectively taken into the fuel spray F.

以上のことから、本実施形態によれば、燃焼室6に噴射された燃料噴霧Fを燃焼室6内の酸素と十分に混合することができて、燃焼時における煤の発生を効果的に抑制することができる。   From the above, according to the present embodiment, the fuel spray F injected into the combustion chamber 6 can be sufficiently mixed with the oxygen in the combustion chamber 6 to effectively suppress the generation of soot during combustion. can do.

なお、本実施形態において燃料噴射弁20が燃料を噴射する際の噴射圧力は特に限定されるものではないが、この噴射圧力が高い方が、噴射された燃料噴霧Fの形状を安定的に維持できる点で好ましい。   In the present embodiment, the injection pressure when the fuel injection valve 20 injects fuel is not particularly limited, but the higher the injection pressure, the more stably the shape of the injected fuel spray F is maintained. It is preferable in that it can be performed.

また燃料噴霧Fの背面側に形成されるスワール流Sによる大渦は、スワール流Sのスワール比が高いほど、安定して生成することができる。したがって、スワール流Sのスワール比はできるだけ高いことが好ましい。なお、このスワール比は、吸気ポート7の形状や燃焼室6の形状を調整することで高めることができる。あるいは、内燃機関1がスワール流Sのスワール比を変更可能な可変スワール装置を備えている場合には、この可変スワール装置を用いることによっても、スワール比を高めることができる。   Moreover, the larger vortex by the swirl flow S formed on the back side of the fuel spray F can be generated more stably as the swirl ratio of the swirl flow S is higher. Therefore, it is preferable that the swirl ratio of the swirl flow S is as high as possible. The swirl ratio can be increased by adjusting the shape of the intake port 7 and the shape of the combustion chamber 6. Alternatively, when the internal combustion engine 1 includes a variable swirl device that can change the swirl ratio of the swirl flow S, the swirl ratio can also be increased by using this variable swirl device.

(実施形態の変形例1)
図5(a)は、上記実施形態の変形例1に係る燃料噴射弁20aの燃料出口24aを図2(a)のA側から視認した状態を模式的に示す正面図である。ここで、本変形例に係る燃料噴射弁20aが適用される内燃機関1の燃焼室6の場合、スワール流Sの流速は、燃焼室6の上部側の方が下部側よりも速い流速分布を有している。本変形例に係る燃料噴射弁20aは、燃料出口24aの縦長形状の長軸bの上部側が下部側よりも、スワール流Sの流動方向で上流側に傾斜した形状となっている点において、図2(b)に示す燃料噴射弁20と異なっている。燃料噴射弁20aの他の構成は、燃料噴射弁20と同様であるので、この他の構成の説明は省略する。
(Modification 1 of embodiment)
Fig.5 (a) is a front view which shows typically the state which visually recognized the fuel exit 24a of the fuel injection valve 20a which concerns on the modification 1 of the said embodiment from the A side of Fig.2 (a). Here, in the case of the combustion chamber 6 of the internal combustion engine 1 to which the fuel injection valve 20a according to the present modification is applied, the flow rate of the swirl flow S has a flow velocity distribution that is faster on the upper side of the combustion chamber 6 than on the lower side. Have. The fuel injection valve 20a according to the present modification has a shape in which the upper side of the longitudinal long axis b of the fuel outlet 24a is inclined to the upstream side in the flow direction of the swirl flow S from the lower side. This is different from the fuel injection valve 20 shown in FIG. Since the other structure of the fuel injection valve 20a is the same as that of the fuel injection valve 20, description of this other structure is abbreviate | omitted.

燃料噴射弁20aによれば、燃料出口24aから噴射された燃料噴霧Fの断面形状を長軸bの上部側が下部側よりもスワール流Sの流動方向で上流側に傾斜した縦長形状にすることができる。   According to the fuel injection valve 20a, the cross-sectional shape of the fuel spray F injected from the fuel outlet 24a is formed into a vertically long shape in which the upper side of the long axis b is inclined to the upstream side in the flow direction of the swirl flow S from the lower side. it can.

なお、燃料出口24aの長軸bの軸線100に対する傾斜角の具体的な値は特に限定されるものではないが、本変形例においては、一例として、燃料噴射弁20aの軸線100に対して45°以下の範囲内から選択された角度を用いている。なお、軸線100に対する長軸bの傾斜角の具体的な値は、燃料室6内におけるスワール流Sの上下方向の流速差を考慮して、適切な値を設定することが好ましい。   In addition, although the specific value of the inclination angle with respect to the axis 100 of the major axis b of the fuel outlet 24a is not specifically limited, in this modification, as an example, it is 45 with respect to the axis 100 of the fuel injection valve 20a. An angle selected from the range below ° is used. The specific value of the inclination angle of the major axis b with respect to the axis 100 is preferably set to an appropriate value in consideration of the vertical flow velocity difference of the swirl flow S in the fuel chamber 6.

本変形例においても、燃料噴霧Fの背面側において、スワール流Sによる大きな2次流れである大渦を生成することができる。この結果、この大渦によって、燃焼室6に噴射された燃料噴霧Fを燃焼室6内の酸素と十分に混合することができて、燃料噴霧Fの内部に
燃焼室6内の酸素を効果的に取り込むことができる。
Also in this modification, a large vortex that is a large secondary flow due to the swirl flow S can be generated on the back side of the fuel spray F. As a result, the fuel spray F injected into the combustion chamber 6 can be sufficiently mixed with the oxygen in the combustion chamber 6 by the large vortex, so that the oxygen in the combustion chamber 6 is effectively contained in the fuel spray F. Can be imported.

また燃料噴射弁20aにおいても、噴孔22の断面積は燃料入口23側から燃料出口24a側に向かうに従って縮小しているので、燃料噴霧Fの広がり角θが拡大することを抑制できる。これにより、燃料噴霧Fの内部に燃焼室6内の酸素をさらに効果的に取り込むことができるので、燃料噴霧Fを燃焼室6内の酸素と十分に混合することができて、燃焼時における煤の発生を効果的に抑制することができる。   Also in the fuel injection valve 20a, since the cross-sectional area of the injection hole 22 is reduced from the fuel inlet 23 side toward the fuel outlet 24a side, the spread angle θ of the fuel spray F can be suppressed from increasing. Thereby, since the oxygen in the combustion chamber 6 can be more effectively taken into the inside of the fuel spray F, the fuel spray F can be sufficiently mixed with the oxygen in the combustion chamber 6, so Can be effectively suppressed.

また本変形例によれば次の効果を奏することもできる。具体的には本変形例の場合、スワール流Sの流速は燃焼室6の上部側の方が下部側よりも速い流速分布を有しているので、燃料噴霧Fの上部側の方が下部側よりもスワール流Sによる移動速度が速くなる。すなわち、本変形例の場合、燃料噴霧Fの上部側の方が下部側よりもスワール流Sの流動方向の移動距離が長くなる。これに関して、本変形例によれば、燃料噴霧Fの断面形状を長軸bの上部側が下部側よりもスワール流Sの流動方向で上流側に傾斜した縦長形状にすることができるので、燃料噴霧Fの断面形状がこの形状でない場合に比較して、燃料噴霧Fの形状がスワール流Sの流速分布の影響を受けて縦長形状から崩れることを抑制することができる。したがって、この構成によれば、綺麗な大渦を生成することができ、この大渦によって、燃料噴霧Fの内部に燃焼室6内の酸素をより効果的に取り込むことができる。これにより、燃焼室6に噴射された燃料噴霧Fを燃焼室6内の酸素と十分に混合することができて、燃焼時における煤の発生をより効果的に抑制することができる。   Moreover, according to this modification, the following effects can also be produced. Specifically, in the case of this modification, the flow rate of the swirl flow S has a higher flow velocity distribution on the upper side of the combustion chamber 6 than on the lower side, so that the upper side of the fuel spray F is on the lower side. The moving speed by the swirl flow S becomes faster than that. That is, in the case of this modification, the upper side of the fuel spray F has a longer moving distance in the flow direction of the swirl flow S than the lower side. In this regard, according to this modification, the cross-sectional shape of the fuel spray F can be a vertically long shape in which the upper side of the long axis b is inclined upstream in the flow direction of the swirl flow S from the lower side. Compared to the case where the cross-sectional shape of F is not this shape, the shape of the fuel spray F can be prevented from being broken from the vertically long shape under the influence of the flow velocity distribution of the swirl flow S. Therefore, according to this configuration, a beautiful large vortex can be generated, and oxygen in the combustion chamber 6 can be more effectively taken into the fuel spray F by the large vortex. Thereby, the fuel spray F injected into the combustion chamber 6 can be sufficiently mixed with the oxygen in the combustion chamber 6, and soot generation during combustion can be more effectively suppressed.

(実施形態の変形例2)
図5(b)は、上記実施形態の変形例2に係る燃料噴射弁20bの燃料出口24bを図2(a)のA側から視認した状態を模式的に示す正面図である。本変形例に係る燃料噴射弁20bが適用される内燃機関1の燃焼室6の場合、スワール流Sの流速は、燃焼室6の下部側の方が上部側よりも速い流速分布を有している。
(Modification 2 of embodiment)
FIG.5 (b) is a front view which shows typically the state which visually recognized the fuel exit 24b of the fuel injection valve 20b which concerns on the modification 2 of the said embodiment from the A side of Fig.2 (a). In the case of the combustion chamber 6 of the internal combustion engine 1 to which the fuel injection valve 20b according to this modification is applied, the flow velocity of the swirl flow S has a flow velocity distribution that is faster on the lower side of the combustion chamber 6 than on the upper side. Yes.

本変形例に係る燃料噴射弁20bは、燃料出口24bの縦長形状の長軸bの下部側が上部側よりも、スワール流Sの流動方向で上流側に傾斜した形状となっている点において、図2(b)に示す燃料噴射弁20と異なっている。燃料噴射弁20bの他の構成は、燃料噴射弁20と同様であるので、この他の構成の説明は省略する。   The fuel injection valve 20b according to the present modification has a shape in which the lower side of the longitudinal long axis b of the fuel outlet 24b is inclined to the upstream side in the flow direction of the swirl flow S from the upper side. This is different from the fuel injection valve 20 shown in FIG. Since the other structure of the fuel injection valve 20b is the same as that of the fuel injection valve 20, description of this other structure is abbreviate | omitted.

本変形例においても、燃料噴霧Fの背面側において、スワール流Sによる大きな2次流れである大渦を生成することができるので、この大渦によって、燃焼室6に噴射された燃料噴霧Fを燃焼室6内の酸素と十分に混合することができて、燃料噴霧Fの内部に燃焼室6内の酸素を効果的に取り込むことができる。   Also in this modified example, a large vortex, which is a large secondary flow due to the swirl flow S, can be generated on the back side of the fuel spray F, so that the fuel spray F injected into the combustion chamber 6 is caused by the large vortex. The oxygen in the combustion chamber 6 can be sufficiently mixed with the oxygen, and the oxygen in the combustion chamber 6 can be effectively taken into the fuel spray F.

また燃料噴射弁20bにおいても、噴孔22の断面積は燃料入口23側から燃料出口24b側に向かうに従って縮小しているので、燃料噴霧Fの広がり角θが拡大することを抑制できる。これにより、燃料噴霧Fの内部に燃焼室6内の酸素をさらに効果的に取り込むことができるので、燃料噴霧Fを燃焼室6内の酸素と十分に混合することができて、燃焼時における煤の発生を効果的に抑制することができる。   Also in the fuel injection valve 20b, since the cross-sectional area of the injection hole 22 is reduced from the fuel inlet 23 side toward the fuel outlet 24b side, the spread angle θ of the fuel spray F can be suppressed from increasing. Thereby, since the oxygen in the combustion chamber 6 can be more effectively taken into the inside of the fuel spray F, the fuel spray F can be sufficiently mixed with the oxygen in the combustion chamber 6, so Can be effectively suppressed.

また、本変形例によれば、スワール流Sの流速は燃焼室6の下部側の方が上部側よりも速い流速分布を有しているので、燃料噴霧Fの下部側の方が上部側よりもスワール流Sによる移動速度が速くなる。すなわち、本変形例の場合、燃料噴霧Fの下部側の方が上部側よりもスワール流Sの流動方向の移動距離が長くなる。   Further, according to this modification, the flow rate of the swirl flow S has a faster flow velocity distribution on the lower side of the combustion chamber 6 than on the upper side, so that the lower side of the fuel spray F is higher than the upper side. Also, the moving speed due to the swirl flow S increases. That is, in the case of this modification, the lower side of the fuel spray F has a longer moving distance in the flow direction of the swirl flow S than the upper side.

これに関して、本変形例によれば、燃料噴霧Fの断面形状を長軸bの下部側が上部側よりもスワール流Sの流動方向で上流側に傾斜した縦長形状にすることができるので、燃料
噴霧Fの断面形状がこの形状でない場合に比較して、燃料噴霧Fの形状がスワール流Sの流速分布の影響を受けて縦長形状から崩れることを抑制することができる。したがって、この構成によれば、綺麗な大渦を生成することができ、この大渦によって、燃料噴霧Fの内部に燃焼室6内の酸素をより効果的に取り込むことができる。これにより、燃焼室6に噴射された燃料噴霧Fを燃焼室6内の酸素と十分に混合することができて、燃焼時における煤の発生をより効果的に抑制することができる。
In this regard, according to this modification, the cross-sectional shape of the fuel spray F can be a vertically long shape in which the lower side of the long axis b is inclined to the upstream side in the flow direction of the swirl flow S from the upper side. Compared to the case where the cross-sectional shape of F is not this shape, the shape of the fuel spray F can be prevented from being broken from the vertically long shape under the influence of the flow velocity distribution of the swirl flow S. Therefore, according to this configuration, a beautiful large vortex can be generated, and oxygen in the combustion chamber 6 can be more effectively taken into the fuel spray F by the large vortex. Thereby, the fuel spray F injected into the combustion chamber 6 can be sufficiently mixed with the oxygen in the combustion chamber 6, and soot generation during combustion can be more effectively suppressed.

なお、本変形例においても、軸線100に対する長軸bの傾斜角の具体的な値は、燃料室6内におけるスワール流Sの上下方向の流速差を考慮して、適切な値を設定することが好ましい。   In this modification as well, the specific value of the inclination angle of the long axis b with respect to the axis 100 is set to an appropriate value in consideration of the vertical flow velocity difference of the swirl flow S in the fuel chamber 6. Is preferred.

(実施形態の変形例3)
なお、上記実施形態、実施形態の変形例1,2において、燃料噴射弁20,20a,20bは、燃料を2回以上に分割して噴射してもよい。例えば2回の分割噴射を実行する場合を例に挙げて詳細に説明すると、燃料噴射弁20,20a,20bは制御装置の指示を受けて、第1回目の燃料噴射であるパイロット噴射あるいはプレ噴射と、第2回目の燃料噴射であるメイン噴射とを実行する。
(Modification 3 of embodiment)
In addition, in the said embodiment and the modifications 1 and 2 of embodiment, the fuel injection valve 20, 20a, 20b may divide | segment and inject a fuel twice or more. For example, a detailed description will be given by taking, for example, a case where two split injections are executed. The fuel injection valves 20, 20a, 20b receive pilot instructions or pre-injections as the first fuel injection in response to an instruction from the control device. And main injection that is the second fuel injection.

この変形例によれば、メイン噴射で噴射された燃料噴霧Fの背面に形成されたスワール流Sの大渦によって、燃焼室6内の酸素のみならず、パイロット噴射あるいはプレ噴射で噴射された燃料噴霧Fの燃焼で生じたOHラジカルをも、メイン噴射で噴射された燃料噴霧Fの内部に取り込むことができる。この結果、メイン噴射で噴射された燃料噴霧Fをより効果的に燃焼させることができ、メイン噴射の燃焼時における煤の発生をより効果的に抑制することができる。   According to this modified example, not only the oxygen in the combustion chamber 6 but also the fuel injected by pilot injection or pre-injection by the large swirl of the swirl flow S formed on the back surface of the fuel spray F injected by main injection. OH radicals generated by the combustion of the spray F can also be taken into the fuel spray F injected by the main injection. As a result, the fuel spray F injected by the main injection can be burned more effectively, and the generation of soot during the combustion of the main injection can be more effectively suppressed.

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の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された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Is possible.

1 内燃機関
6 燃焼室
20,20a,20b 燃料噴射弁
22 噴孔
23 燃料入口
24,24a,24b 燃料出口
1 Internal combustion engine 6 Combustion chamber 20, 20a, 20b Fuel injection valve 22 Injection hole 23 Fuel inlet 24, 24a, 24b Fuel outlet

Claims (3)

スワール流が形成される内燃機関の燃焼室に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁において、
前記燃料噴射弁の複数の噴孔の燃料出口の形状は縦長形状であり、
前記縦長形状は、該縦長形状の長軸が前記スワール流の流動方向に対して垂直または傾斜した形状であり、
前記噴孔の断面積は、該噴孔の燃料入口の側から前記燃料出口の側に向かうに従って縮小していることを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
In a fuel injection valve that injects fuel toward a combustion chamber of an internal combustion engine where a swirl flow is formed,
The shape of the fuel outlet of the plurality of nozzle holes of the fuel injection valve is a vertically long shape,
The vertically long shape is a shape in which the long axis of the vertically long shape is perpendicular or inclined with respect to the flow direction of the swirl flow,
The fuel injection valve for an internal combustion engine, wherein the cross-sectional area of the nozzle hole is reduced from the fuel inlet side to the fuel outlet side of the nozzle hole.
前記縦長形状は、楕円形状、長穴形状、2つの楕円の一部が結合した形状、または2つの円の一部が結合した形状のいずれかである請求項1記載の内燃機関の燃料噴射弁。   2. The fuel injection valve for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the vertically long shape is any one of an elliptical shape, a long hole shape, a shape in which a part of two ellipses are combined, or a shape in which a part of two circles are combined. . 請求項1または2に記載の燃料噴射弁を備えることを特徴とする内燃機関。   An internal combustion engine comprising the fuel injection valve according to claim 1.
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