JP2023156127A - Fuel injection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection device.
従来、内燃機関に設けられた燃料噴射装置としては、内燃機関のシリンダ内に燃料を直接噴射する筒内噴射型のものが用いられている。 Conventionally, as a fuel injection device provided in an internal combustion engine, a direct injection type device that injects fuel directly into the cylinder of the internal combustion engine has been used.
特許文献1には、内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射装置であって、燃料の噴射と停止を行うために開閉可能な弁体と、該弁体と密着して燃料の噴射の停止を行うことが可能なシート部と、弁体とシート部の下流に配置され、燃料を噴射する複数の燃料噴射孔を有するオリフィスプレートを備え、オリフィスプレートは、燃料を噴射する燃料噴射孔と、燃料を旋回させる旋回室と、旋回室に燃料を導入する燃料流入通路を有するものが開示されている。
排気ガス規制の強化に伴い、未燃焼粒子(Particulate Matter:PM)の総量とその個数である未燃焼粒子数(Particulate Number:PN)を低減することが求められている。 With the tightening of exhaust gas regulations, it is required to reduce the total amount of unburned particles (Particulate Matter: PM) and the number of unburned particles (Particulate Number: PN).
PMは、内燃機関のインジェクタから噴射された燃料が気筒内のピストンやシリンダ壁面に付着することで発生する。そのため、燃料噴射装置から噴射される噴霧の長さ(噴霧ペネトレーション)は、燃焼におけるPM排出量へ影響を及ぼす。 PM is generated when fuel injected from an injector of an internal combustion engine adheres to a piston in a cylinder or a cylinder wall surface. Therefore, the length of the spray injected from the fuel injection device (spray penetration) affects the PM emission amount during combustion.
また、内燃機関におけるシリンダ内に燃料を直接噴射する直噴用燃料噴射装置の作動圧力は、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射装置の動作圧力よりもはるかに高い。そのため、特許文献1に記載の燃料噴射装置においては、旋回室を設けたオリフィスプレートが高い動作圧力に耐えられないおそれがある点で改善の余地がある。
Further, the operating pressure of a direct injection fuel injection device that directly injects fuel into a cylinder of an internal combustion engine is much higher than the operating pressure of a port injection fuel injection device that injects fuel into an intake port of the internal combustion engine. Therefore, in the fuel injection device described in
本開示の目的は、噴霧される燃料がピストンやシリンダの壁面に付着することを抑制し、燃焼の安定性を向上させた燃料噴射装置を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a fuel injection device that suppresses adhesion of sprayed fuel to the wall surfaces of pistons and cylinders and improves combustion stability.
本開示の燃料噴射装置は、内燃機関のシリンダの内部に燃料を直接噴射するものであって、ノズル本体と、弁体シート形成部材と、噴射孔形成部材と、を備え、弁体シート形成部材の底部には、燃料通路孔が設けられ、噴射孔形成部材は、燃料流路溝と、旋回室と、噴射孔と、を有し、噴射孔は、オリフィス孔と、オリフィス孔よりも直径が大きい大径凹部と、を含み、オリフィス孔は、旋回室と大径凹部との間に配置され、旋回室、オリフィス孔及び大径凹部は、燃料が旋回室で旋回流となり旋回流を維持した状態でオリフィス孔及び大径凹部を通過しシリンダの内部に噴射されるように構成されている。 A fuel injection device of the present disclosure directly injects fuel into a cylinder of an internal combustion engine, and includes a nozzle body, a valve seat forming member, an injection hole forming member, and a valve seat forming member. A fuel passage hole is provided at the bottom of the injection hole, and the injection hole forming member has a fuel passage groove, a swirling chamber, and an injection hole, and the injection hole has an orifice hole and a diameter smaller than the orifice hole. a large large-diameter recess, the orifice hole is arranged between the swirling chamber and the large-diameter recess, and the swirling chamber, the orifice hole, and the large-diameter recess allow the fuel to turn into a swirling flow in the swirling chamber and maintain the swirling flow. It is configured to pass through an orifice hole and a large-diameter recess and be injected into the cylinder.
本開示によれば、噴霧される燃料がピストンやシリンダの壁面に付着することを抑制し、燃焼の安定性を向上させた燃料噴射装置を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a fuel injection device that suppresses adhesion of sprayed fuel to the wall surface of a piston or cylinder and improves combustion stability.
以下、本開示に係る実施形態について、図1~図5を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。 Embodiments according to the present disclosure will be described below with reference to FIGS. 1 to 5. Note that common members in each figure are given the same reference numerals.
1.実施形態
1-1.燃料噴射装置の構成
実施形態に係る燃料噴射装置は、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程(膨張行程)及び排気行程の4行程を繰り返す4サイクルエンジン(内燃機関)に用いられるものである。また、燃料噴射装置は、各気筒のシリンダの中に燃料を噴射する筒内噴射型の内燃機関に適用されるものである。
1. Embodiment 1-1. Configuration of Fuel Injection Device The fuel injection device according to the embodiment is used in a four-stroke engine (internal combustion engine) that repeats four strokes: an intake stroke, a compression stroke, a combustion stroke (expansion stroke), and an exhaust stroke. Further, the fuel injection device is applied to a direct injection type internal combustion engine that injects fuel into each cylinder.
図1は、実施形態に係る燃料噴射装置を示す断面図である。 FIG. 1 is a sectional view showing a fuel injection device according to an embodiment.
本図に示すように、燃料噴射装置1は、ノズル本体10と、弁体20と、可動コア30と、固定コア40と、コイル50と、ハウジング70と、接続部80と、フィルタ90と、を備えている。ノズル本体10(図中下部)と固定コア40(図中上部)とが接続されている。そして、これらが接している部分は、ハウジング70で覆われている。固定コア40の外側は、大部分が接続部80で覆われている。可動コア30は、ノズル本体10と固定コア40との間に挟み込まれている。弁体20は、ノズル本体10、可動コア30及び固定コア40の連通した中空部に挿入されている。
As shown in this figure, the
弁体シート形成部材X1は、ノズル本体10の第1内部空間130の内壁面に圧入される筒部122と、筒部122の軸線方向Daの先端部側から連続する底部124と、を有している。
The valve body seat forming member X1 includes a
以下、各部の詳細について更に説明する。 The details of each part will be further explained below.
[ノズル本体]
図1に示すように、ノズル本体10は、中空の筒状に形成されている。ノズル本体10の中心軸線AX1に沿う軸線方向Da(以下、単に「軸線方向Da」という。)の一端部である先端部(図中下端部)には、第1内部空間130が形成されている。また、ノズル本体10の軸線方向Daの他端部である後端部(図中上端部)には、先端部よりも外径が大きい大径部14が形成されている。この大径部14には、第2内部空間140が形成されている。第1内部空間130と第2内部空間140とは、ノズル本体10の軸線方向Daに沿って形成された連通孔16によって連通している。
[Nozzle body]
As shown in FIG. 1, the
第1内部空間130は、ノズル本体10の先端部から軸線方向Daの内側に向けて凹んだ凹部である。第1内部空間130には、弁体シート形成部材X1及び噴射孔形成部材12が挿入又は圧入により取り付けられている。弁体シート形成部材X1は、ノズル本体10の凹部に圧入され、噴射孔形成部材12によりノズル本体10に固定されている。また、噴射孔形成部材12は、ノズル本体10における先端部の開口部の内周縁において全周に亘って溶接されることで、ノズル本体10に固定されている。噴射孔形成部材12には、燃料を噴射する複数の噴射孔X2が形成されている。なお、噴射孔形成部材12及び噴射孔X2の詳細な構成については、後述する。
The first
また、ノズル本体10における先端部側の外周面には、溝131が形成されている。溝131は、ノズル本体10の外周面の周方向に沿って連続して形成されている。溝131には、シール部材15がはめ込まれている。シール部材15は、燃料噴射装置1が内燃機関のシリンダ301(図2参照)に取り付けられた際に、シリンダ301と燃料噴射装置1との隙間を密閉する。
Further, a
第2内部空間140は、大径部14の後端側が開口し、軸線方向Daの先端側に向けて凹んだ有底の凹部である。第2内部空間140には、可動コア30と、固定コア40の一部が配置されている。第2内部空間140における底部の中央部には、第2内部空間140と同心円状に形成されたばね収容部141とが形成されている。ばね収容部141は、第2内部空間140の底部から先端部に向けて円筒状に凹んだ凹部である。ばね収容部141には、第2ばね63の一端部が収容される。
The second
[弁体]
ノズル本体10の内部には、弁体20が軸線方向Daに沿って移動可能に配置されている。弁体20は、円柱状に形成されている。弁体20は、後端部21と、先端部23と、後端部21と先端部23との間に位置する中間部22と、を有している。先端部23は、弁体20の弁体シート形成部材X1側に配置されている。後端部21は、弁体20の軸線方向Daの固定コア40側に配置されている。
[Valve body]
A
先端部23は、弁体シート形成部材X1に収容されている。先端部23は、弁体20が軸線方向Daに沿って移動することで、弁体シート形成部材X1の底部124に設けられた燃料通路孔X3を開閉する。なお、先端部23の詳細な構成については、後述する。
The
中間部22は、ノズル本体10の連通孔16に配置されている。中間部22の外周面221と連通孔16の内周面との間には、間隙G1が形成されている。
The intermediate portion 22 is arranged in the
後端部21は、ノズル本体10における第2内部空間140に配置されている。後端部21は、外径が中間部22よりも大きい略円柱状に形成されている。後端部21は、固定コア40の筒孔内に挿入されている。後端部21には、後端側摺動部211と、複数の流路形成部212と、係合部213と、が設けられている。
The
後端側摺動部211は、後端部21の外周面である。後端側摺動部211は、固定コア40の内周面41に摺動可能に支持されている。これにより、弁体20は、固定コア40により軸線方向Daに沿って移動可能に支持されている。
The rear end
複数の流路形成部212は、後端部21の外周面を軸線方向Daに沿って複数切り欠くことで形成されている。そして、流路形成部212は、固定コア40の内周面41との間に燃料が通過する流路FCを形成している。
The plurality of flow
係合部213は、後端部21に設けた流路形成部212よりも軸線方向Daの先端部側に設けられている。そして、係合部213は、後端部21の外周面から径方向の外側に向けて張り出している。係合部213は、弁体20の開閉動作時に可動コア30と係合する。
The engaging
また、後端部21の端面には、第1ばね61の一端部が当接されている。弁体20は、第1ばね61により軸線方向Daの先端部側(閉弁側)に向けて付勢されている。
Furthermore, one end portion of the
上述した構成を有する弁体20は、SUS等の金属材料等で形成されている。
The
[可動コア]
次に、可動コア30について説明する。
[Movable core]
Next, the
可動コア30は、ノズル本体10の第2内部空間140において、弁体20の後端部21と第2内部空間140の底部との間に配置されている。また、可動コア30の外周面と第2内部空間140の内周面との間には、微小な間隙G3が形成されている。そのため、可動コア30は、第2内部空間140内において軸線方向Daに沿って移動可能に配置されている。
The
可動コア30は、円筒状に形成されている。可動コア30には、挿通孔31及び偏心貫通孔32が形成されている。挿通孔31及び偏心貫通孔32は、可動コア30における軸線方向Daの一端部から他端部にかけて貫通する貫通孔である。
The
挿通孔31は、可動コア30の中心軸を中心軸とする円柱形状の貫通孔である。そして、挿通孔31には、弁体20の中間部22が挿通している。
The
一方、偏心貫通孔32は、可動コア30の中心軸から偏心した位置に形成されている。偏心貫通孔32は、流路形成部212と固定コア40の内周面41とによって形成された流路FCに連通している。そして、偏心貫通孔32は、燃料が通過する流路FCを構成している。
On the other hand, the eccentric through
可動コア30の先端部側の端面には、第2ばね63の他端部が当接している。第2ばね63は、可動コア30とノズル本体10のばね収容部141との間に配置されている。また、可動コア30の後端部側の端面には、固定コア40が当接している。
The other end of the
[固定コア]
固定コア40は、可動コア30を磁力によって引き付ける部材である。固定コア40は、外周面に凹凸を有する略円筒状に形成されている。固定コア40の先端部側は、ノズル本体10の大径部14の内側、すなわち第2内部空間140内に圧入されている。そして、ノズル本体10と固定コア40とは、溶接により接合されている。
[Fixed core]
The fixed
また、固定コア40の先端部側は、第2内部空間140に配置された可動コア30の後端部側の端面と対向する。固定コア40の先端部側は、硬質クロムめっきや無電解ニッケルめっき等のめっきによって被覆することが望ましい。これにより、可動コア30が衝突する固定コア40の先端部の耐久性及び信頼性を向上させることができる。
Further, the distal end side of the fixed
同様に、可動コア30の後端部側も、硬質クロムめっきや無電解ニッケルめっき等のめっきによって被覆することが望ましい。これにより、可動コア30として比較的軟らかい軟磁性ステンレス鋼を適用した場合でも、可動コア30の耐久性及び信頼性を確保することができる。
Similarly, it is desirable that the rear end side of the
なお、固定コア40の先端部側の反対側(図中上部。以下「後端部側」という。)は、ノズル本体10の第2内部空間140から先端部側の反対方向(図中上方。以下「後端部方向」という。)に突出している。
The side opposite to the tip side of the fixed core 40 (the upper part in the figure; hereinafter referred to as the "rear end side") is the opposite direction from the second
固定コア40には、貫通孔42が形成されている。貫通孔42は、中心軸線AX1を中心軸とする円柱形状である。そして、貫通孔42は、燃料が通過する流路FCを構成している。また、固定コア40の後端部には、貫通孔42に連通する開口部43が形成されている。この開口部43から貫通孔42に向けて燃料が導入される。また、開口部43から貫通孔42に向かってフィルタ90が挿入されている。
A through
さらに、貫通孔42の先端部側には、第1ばね61及び調整部材62が配置されている。第1ばね61は、調整部材62よりも貫通孔42の先端部側に配置されている。調整部材62は、貫通孔42に圧入され、固定コア40の内部に固定されている。また、貫通孔42の先端部側には、弁体20の後端部21が挿入されている。第1ばね61は、調整部材62と弁体20の後端部21との間に配置されている。そして、第1ばね61は、弁体20を弁体シート形成部材X1の底部124に向けて軸線方向Daに付勢している。
Further, a
また、調整部材62における固定コア40に対する固定位置を調整することで、第1ばね61による弁体20の付勢力を調整することができる。これにより、弁体20の先端部23から底部124にかかる付勢力を調整することができる。
Further, by adjusting the fixing position of the adjusting
ここで、第1ばね61により弁体20に加わる付勢力は、第2ばね63から可動コア30に加わる付勢力よりも大きく設定されている。
Here, the urging force applied to the
[コイル]
次に、コイル50について説明する。
[coil]
Next, the
コイル50は、円筒状のコイルボビン51に巻回されている。そして、コイル50及びコイルボビン51は、ノズル本体10の大径部14の外周面及び固定コア40の先端部の外周面を部分的に覆うようにして配置されている。コイル50の巻き始め及び巻き終わりの端部は、不図示の配線を介して接続部80のコネクタ81に設けられた電力供給用の端子811に接続されている。コイル50及びコイルボビン51の外周部は、ハウジング70に覆われている。
The
[ハウジング]
ハウジング70は、有底の円筒状に形成されている。ハウジング70の底部には、貫通孔71が形成されている。貫通孔71は、底部の中央部に形成されている。この貫通孔71には、ノズル本体10の大径部14が挿入されている。そして、貫通孔71の開口縁とノズル本体10の外周面との間は、例えば、全周にわたって溶接されている。このようにして、ノズル本体10は、ハウジング70に固定されている。
[housing]
The
また、ハウジング70は、固定コア40の先端部側、コイルボビン51及びコイル50の外周部を囲むようにして配置されている。そして、ハウジング70の内周面は、ノズル本体10の大径部14及びコイル50と対向し、外周ヨーク部を形成する。このように、コイル50の周りには、固定コア40、可動コア30、ノズル本体10及びハウジング70を含むトロダイル状の磁気通路が形成されている。
Further, the
[接続部]
接続部80は、樹脂により形成されている。そして、接続部80を構成する樹脂は、固定コア40、コイル50、コイルボビン51及びハウジング70との間に充填されている。また、接続部80は、ハウジング70よりも軸線方向Daの後端側において、固定コア40の後端部を除く外周面を覆っている。そして、接続部80は、電力供給用の端子811を有するコネクタ81を形成するようにモールド成形されている。端子811は、不図示のプラグの接続端子に接続される。これにより、燃料噴射装置1は、高電圧電源又はバッテリ電源に接続される。そして、不図示のエンジンコントロールユニット(ECU)によってコイル50に対する通電が制御される。
[Connection part]
The connecting
1-2.燃料噴射装置の動作
次に、上述した構成を有する燃料噴射装置の動作について、図1及び図2を参照して説明する。
1-2. Operation of Fuel Injection Device Next, the operation of the fuel injection device having the above-described configuration will be explained with reference to FIGS. 1 and 2.
図2は、図1の燃料噴射装置1を備えた内燃機関を示す部分断面図である。
FIG. 2 is a partial sectional view showing an internal combustion engine equipped with the
本図においては、内燃機関は、シリンダ301と、これに挿入されたピストン302と、を有する。シリンダ301の内部には、シリンダ301の内壁面とピストン302とで囲まれた燃焼室310が形成されている。シリンダ301の上部には、点火プラグ300が取り付けられている。また、シリンダ301の上部には、それぞれ弁を有する吸気管及び排気管が接続されている。
In this figure, the internal combustion engine has a
燃料噴射装置1は、シリンダ301の側壁の吸気管の近傍に設置されている。そして、燃料噴射装置1のノズル本体10(図1)の先端部は、燃焼室310内に配置され、点火プラグ300の先端部近傍の点火領域300aに燃料が噴射されるように設置されている。
The
燃料噴射装置1から燃焼室310内に噴射される噴霧F1は、噴射軸Faを中心軸として点火プラグ300による点火領域300aに到達する。
The spray F1 injected into the
上述したように、第1ばね61の付勢力は、第2ばね63の付勢力よりも大きく設定されている。そのため、コイル50が通電されていない状態では、弁体20の先端部23は、後述する弁体シート形成部材X1の弁座124a(図3参照)に押し付けられる。その結果、燃料通路孔X3及び噴射孔X2に至る流路FCは、弁体20に閉じられて閉弁状態となる。
As described above, the biasing force of the
次に、ECUによってコイル50に通電されると、固定コア40、可動コア30、ノズル本体10及びハウジング70を含む磁気回路に磁束が流れる。そして、固定コア40には、可動コア30を吸引する磁気吸引力が発生する。固定コア40の磁気吸引力が、第1ばね61の付勢力、すなわち設定荷重を超えると、可動コア30は、固定コア40へ向けて移動する。可動コア30は、固定コア40と対向する端面、すなわち後端側端面が固定コア40の先端側端面に衝突するまで移動する。
Next, when the
可動コア30が移動する際に、弁体20の後端部21に設けた係合部213と可動コア30が係合する。そのため、弁体20は、可動コア30と共に固定コア40に向けて軸線方向Daに沿って後端側に向けて移動する。
When the
弁体20が固定コア40へ向けて移動することで、弁体20の先端部23が弁体シート形成部材X1から離反する。そのため、燃料通路孔X3から燃料流路溝X4を介して噴射孔X2に至るまでの流路FCが開通し、噴射孔X2が開いた開弁状態となる。
As the
弁体20が開弁位置(開弁状態)にあるとき、フィルタ90を介して、燃料が固定コア40の開口部43に導入される。そして、燃料は、固定コア40の貫通孔42を通ってノズル本体10に向けて流れる。また、燃料は、貫通孔42に配置された調整部材62及び第1ばね61を通過し、弁体20の流路形成部212と固定コア40の内周面41との間に形成された流路FCを流れる。そして、燃料は、可動コア30の偏心貫通孔32を介して、ノズル本体10の第2内部空間140に流入する。
When the
第2内部空間140に流入した燃料は、弁体20とノズル本体10の連通孔16との間に形成された間隙G1を通過し、ノズル本体10の第1内部空間130に流れる。そして、燃料は、弁体20の先端部23と弁体シート形成部材X1との間に形成された流路FCを流れて、燃料通路孔X3及び噴射孔X2を介して燃焼室310内へ噴射される。
The fuel that has flowed into the second
また、ECUによってコイル50の通電が中断されると、固定コア40、可動コア30、ノズル本体10及びハウジング70を含む磁気回路を流れる磁束が消滅する。そして、可動コア30を吸引する固定コア40の磁気吸引力も消滅する。そのため、第1ばね61における弁体20をノズル本体10の噴射孔形成部材12に向けて付勢する弾性力が、第2ばね63における可動コア30を固定コア40に向けて付勢する弾性力よりも大きい初期状態に戻る。
Further, when the ECU interrupts the energization of the
これにより、弁体20は、第1ばね61によってノズル本体10の弁体シート形成部材X1に向けて付勢されて、軸線方向Daに沿って先端部へ移動する。また、弁体20の係合部213と係合する可動コア30は、弁体20と共に軸線方向Daに沿って先端側に向けて移動する。これにより、弁体20の先端部23が弁体シート形成部材X1の弁座124aに押し付けられ、噴射孔X2に至る流路FCは、弁体20に閉じられて閉弁状態となる。その結果、燃料噴射装置1による燃料の噴射が停止される。
Thereby, the
2.噴射孔、噴射孔形成部材、及び弁体の先端部の詳細な構成
次に、噴射孔X2、弁体シート形成部材X1、噴射孔形成部材12及び弁体20の先端部23の詳細な構成について図1、図3、図4及び図5を参照して説明する。
2. Detailed configuration of the injection hole, injection hole forming member, and tip end of the valve body Next, regarding the detailed configuration of the injection hole X2, the valve body seat forming member X1, the injection
図3は、図1の燃料噴射装置1の先端部を示す拡大断面図である。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the tip of the
図3に示すように、筒部122の内周面121には、弁体20の先端部23に設けた先端側摺動部231が摺動する。また、筒部122には、複数の切り欠き部123が形成されている。複数の切り欠き部123は、筒部122の内周面121の周方向に等間隔に形成されている。そして、切り欠き部123と先端側摺動部231との間には、燃料が通過する流路FCが形成される。そして、流路FCは、底部124の弁座124aに達している。
As shown in FIG. 3, a tip-side sliding portion 231 provided at the
底部124は、筒部122における軸線方向Daの先端部側の開口を塞ぐようにして筒部122に連続して形成されている。底部124は、軸線方向Daの先端側に向けて突出する略半球状の凹部である。底部124における内部には、弁体20の球面部230が接触及び離反する弁座124aが形成されている。弁座124aは、軸線方向Daの先端部側に向かうに従い縮径する円錐台形状に形成されている。
The
また、底部124における軸線方向Daの先端部には、燃料通路孔X3が形成されている。燃料通路孔X3は、弁座124aにおける軸線方向Daの先端部に形成され、弁体シート形成部材X1及び噴射孔形成部材12の接触面X6までに至る孔である。また、燃料通路孔X3は、燃料噴射装置1の中心軸線AX1上に形成されている。この燃料通路孔X3には、弁体20における球面部230の凸部233の少なくとも一部が挿入される。
Further, a fuel passage hole X3 is formed at the tip of the
弁体20の先端部23は、球面部230と、先端側摺動部231と、を有している。先端側摺動部231は、弁体シート形成部材X1における筒部122の内周面121を摺動する。先端側摺動部231よりも軸線方向Daの先端部側には、球面部230が連続して形成されている。
The
球面部230は、略半球状に形成されている。球面部230は、弁体側弁座232と、凸部233と、を有している。弁体側弁座232は、底部124の弁座124aに対向し、弁座124aに対して接近及び離反する。
The
そして、燃料噴射装置1には、弁体側弁座232が弁座124aに接触した際に、噴射孔X2に至る流路FCが閉じられる。なお、弁体側弁座232と弁座124aとが接触した際に、凸部233の一部は、燃料通路孔X3に挿入に挿入される。また、弁体側弁座232が弁座124aから離反すると、弁体側弁座232と弁座124aとの間に、燃料が通過する流路FCが形成され、燃料が燃料流路溝X4に流れ、噴射孔X2からシリンダ内に燃料が直接噴射される。
Then, in the
なお、噴射孔X2から噴射される噴霧F1(図1)の長さは、燃焼におけるPM排出量へ影響を及ぼす。噴霧F1の長さが長すぎる場合、シリンダ301の内壁面に付着する燃料が増加するおそれがある。シリンダ301の内壁面に付着した燃料は、不完全燃焼となる可能性が高く、PM排出量が増加する原因となり得る。そのため、噴霧F1の長さを抑制し、シリンダ301の内壁面に達しないようにすることにより、燃焼におけるPM排出量を低減することができる。
Note that the length of the spray F1 (FIG. 1) injected from the injection hole X2 affects the PM emission amount during combustion. If the length of the spray F1 is too long, there is a risk that the amount of fuel adhering to the inner wall surface of the
弁体シート形成部材X1の下流側には、噴射孔形成部材12が弁体シート形成部材X1と接触するように配置されている。噴射孔形成部材12には、燃料流路溝X4、旋回室X5及び噴射孔X2が形成されている。
The injection
図4は、図3の噴射孔形成部材12を示す下面図である。
FIG. 4 is a bottom view showing the injection
図4においては、噴射孔形成部材12の底面部X7には、噴射孔X2が設けられている。噴射孔X2は、噴霧を形成するオリフィス孔X2aと、ザグリ穴X2b(大径凹部)と、が連通した二段構造を有する。
In FIG. 4, the injection hole X2 is provided in the bottom surface portion X7 of the injection
図5は、図3の噴射孔形成部材12を示す上面図である。
FIG. 5 is a top view showing the injection
図5に示すように、噴射孔形成部材12の接触面X6には、燃料流路溝X4、旋回室X5及び噴射孔X2が形成されている。燃料流路溝X4、旋回室X5及び噴射孔X2は、弁体シート形成部材X1(図3)が天井部分を構成する形で流路FCとなる。これにより、燃料は、流路FCとして燃料通路孔X3、燃料流路溝X4及び旋回室X5を通過し、噴射孔X2に至るようになっている。
As shown in FIG. 5, a fuel flow groove X4, a swirling chamber X5, and an injection hole X2 are formed on the contact surface X6 of the injection
なお、図3において一点鎖線で示す噴射軸Faは、噴射孔X2において燃料を噴射する方向を表している。噴射軸Faは、噴射孔形成部材12の接触面X6及び底面部X7に対して垂直の方向となっている。
In addition, the injection axis Fa shown by the dashed-dotted line in FIG. 3 represents the direction in which fuel is injected at the injection hole X2. The injection axis Fa is perpendicular to the contact surface X6 and the bottom surface X7 of the injection
燃料の流れは、旋回室X5の壁に制約されるため、噴射孔X2が水抜き穴構造になり、流れ込めない燃料は、噴射軸Faを中心に旋回室X5の中に旋回し、渦を形成する。言い換えると、燃料流路溝X4から旋回室X5に流入した燃料は、流れの向きが変えられる。噴射孔X2に流れ込める流量が限られているため、噴射孔X2に流れ込む過程で旋回流となる。 Since the flow of fuel is restricted by the wall of the swirling chamber X5, the injection hole X2 has a drain hole structure, and the fuel that cannot flow into the swirling chamber X5 swirls around the injection axis Fa, creating a vortex. Form. In other words, the flow direction of the fuel flowing into the swirling chamber X5 from the fuel flow groove X4 is changed. Since the flow rate that can flow into the injection hole X2 is limited, the flow becomes a swirling flow in the process of flowing into the injection hole X2.
図5に示すように、旋回室X5の形状及び噴射孔X2の入り口の位置の調整により、渦の巻き具合及び旋回方向を調整することができる。なお、渦の発生により、噴射軸Faに対して横流入運動量(流れの回転方向の運動量)が大きくなる。そして、角運動量保存の法則により、噴射孔X2から噴射される噴霧F1(図2)に作用する遠心力が大きくなる。その結果、噴射孔X2内に流れてくる燃料の旋回速度が上がり、軸方向の速度が下がる。そのため、噴射孔X2から噴射される噴霧F1の噴射軸方向の長さを抑制することができ、シリンダ内に付着する燃料を低減することができる。 As shown in FIG. 5, by adjusting the shape of the swirling chamber X5 and the position of the entrance of the injection hole X2, the degree of swirling and the direction of swirling can be adjusted. Note that due to the generation of the vortex, the lateral inflow momentum (momentum in the rotational direction of the flow) increases with respect to the injection axis Fa. According to the law of conservation of angular momentum, the centrifugal force acting on the spray F1 (FIG. 2) injected from the injection hole X2 increases. As a result, the swirling speed of the fuel flowing into the injection hole X2 increases, and the speed in the axial direction decreases. Therefore, the length of the spray F1 injected from the injection hole X2 in the injection axial direction can be suppressed, and the amount of fuel adhering to the inside of the cylinder can be reduced.
図3に示すように、オリフィス孔X2aは、旋回室X5の底面からザグリ穴X2bに連通する流路である。 As shown in FIG. 3, the orifice hole X2a is a flow path that communicates with the counterbore hole X2b from the bottom surface of the swirling chamber X5.
図4に示すように、ザグリ穴X2bは、底面部X7に設けられた凹部であり、オリフィス孔X2aを囲むようにして形成されている。オリフィス孔X2aから流出した燃料は、ザグリ穴X2bを通って旋回しながら噴射されるようになっている。 As shown in FIG. 4, the counterbore X2b is a recess provided in the bottom surface X7, and is formed to surround the orifice hole X2a. The fuel flowing out from the orifice hole X2a is injected while swirling through the counterbore hole X2b.
なお、上述した渦の発生が噴射孔X2から噴射される噴霧F1に及ぼす影響は、主にオリフィス孔X2aの入り口に流れ込む燃料の横方向の運動量に影響される。また、上述したように、横方向の運動量は、燃料流路溝X4から旋回室X5への流入の量、及び旋回室X5の壁の制約に影響される。燃料流路溝X4及び旋回室X5の体積が大きすぎると、非対称流入が発生しにくくなり、旋回室X5において渦が生じない場合がある。燃料流路溝X4及び旋回室X5の噴射軸Fa方向の高さを、オリフィス孔X2aの入り口の直径に対して、約5倍以下に維持すると、燃料流路溝X4及び旋回室X5の体積を低減することができ、横運動量、すなわち、渦発生が噴射孔X2から噴射される噴霧F1に及ぼす影響は保つことができる。なお。本図においては1倍、すなわち、燃料流路溝X4及び旋回室X5の当該高さは、オリフィス孔X2aの入り口の直径と等しい。 Note that the influence of the generation of the vortex described above on the spray F1 injected from the injection hole X2 is mainly influenced by the lateral momentum of the fuel flowing into the entrance of the orifice hole X2a. Further, as described above, the lateral momentum is influenced by the amount of flow from the fuel flow groove X4 into the swirling chamber X5 and the restriction of the wall of the swirling chamber X5. If the volumes of the fuel flow groove X4 and the swirling chamber X5 are too large, asymmetrical inflow becomes difficult to occur, and a vortex may not be generated in the swirling chamber X5. By maintaining the height of the fuel flow groove X4 and the swirling chamber X5 in the direction of the injection axis Fa to about 5 times or less than the diameter of the entrance of the orifice hole X2a, the volume of the fuel flow groove X4 and the swirling chamber X5 can be increased. The lateral momentum, that is, the effect of vortex generation on the spray F1 injected from the injection hole X2 can be maintained. In addition. In this figure, the height of the fuel flow groove X4 and the swirling chamber X5 is equal to the diameter of the entrance of the orifice hole X2a.
また、噴射孔X2から噴射される噴霧F1に作用する遠心力は、オリフィス孔X2aの噴射軸Fa方向の長さに影響される。オリフィス孔X2aの入り口に横方向の運動量が大きくても、オリフィス孔X2aの噴射軸Fa方向の長さが長すぎると、燃料の流れは、オリフィス孔X2aの出口に到達する前に、横方向の運動量が減少してしまう可能性がある。すなわち、オリフィス孔X2aが長すぎると、噴射孔X2から噴射される噴霧F1に作用する遠心力が下がり、噴霧の長さは、噴射軸Fa方向に長くなるおそれがある。 Further, the centrifugal force acting on the spray F1 injected from the injection hole X2 is influenced by the length of the orifice hole X2a in the direction of the injection axis Fa. Even if the lateral momentum at the entrance of the orifice hole X2a is large, if the length of the orifice hole The amount of exercise may decrease. That is, if the orifice hole X2a is too long, the centrifugal force acting on the spray F1 injected from the injection hole X2 decreases, and the length of the spray may become longer in the direction of the injection axis Fa.
ただし、噴射孔形成部材12が高圧噴射に耐えられるようにするため、十分な噴射軸Fa方向の肉厚は必要である。より詳細には、噴射孔形成部材12の接触面X6と底面部X7との間の距離だけでなく、旋回室X5の底面とザグリ穴X2bとの間の距離が、高圧噴射で耐えられる噴射軸Fa方向の肉厚を有することが必要である。オリフィス孔X2aの長さは、ザグリ穴X2bの深さよりも短くすることが望ましい。
However, in order for the injection
図4においては、燃料流路溝X4が4つ設けられている。ただし、燃料流路溝X4の数は、これに限定されるものではなく、2つ、3つ、5つ又は6つであってもよい。 In FIG. 4, four fuel flow grooves X4 are provided. However, the number of fuel flow grooves X4 is not limited to this, and may be two, three, five, or six.
旋回室X5及び噴射孔X2が燃料流路溝X4と同数で形成されている場合、流量の方程式により、噴射孔X2に流れ込む燃料の量を減少させることができる。これにより、噴射孔X2から噴射される噴霧F1の噴射軸Fa方向の長さが長くなることを抑制でき、シリンダ内に付着する燃料を低減できる。 When the number of swirl chambers X5 and injection holes X2 is the same as the number of fuel flow grooves X4, the amount of fuel flowing into the injection holes X2 can be reduced based on the flow rate equation. Thereby, it is possible to suppress the length of the spray F1 injected from the injection hole X2 in the direction of the injection axis Fa from increasing, and it is possible to reduce the amount of fuel adhering to the inside of the cylinder.
また、上述した非対称流入の流れが実現できるために、燃料通路孔X3から噴射孔X2に至る流路FCが形成される構造、すなわち噴射孔形成部材12に形成される燃料流路溝X4及び旋回室X5、並びに噴射孔形成部材12の接触面X6が燃料噴射装置1の組み立て作業中に変形しないようにしなければならない。このため、噴射孔形成部材12は、図3に示す溶接部X8で溶接して、ノズル本体10に固定することが望ましい。溶接部X8と接触面X6との距離を十分なものとし、溶接作業中における加熱による変形を防止するためである。ザグリ穴X2bを設ける利点として、当該距離を大きくすることが可能であることもある。
In addition, in order to realize the asymmetric inflow flow described above, a structure in which a flow path FC from the fuel passage hole X3 to the injection hole X2 is formed, that is, a fuel flow groove X4 formed in the injection
噴射孔形成部材12には、弁体シート形成部材X1の側壁面を覆う側壁部X9を設けることが望ましい。これにより、シート形成部材X1の先端部側が噴射孔形成部材12の側壁部X9に食い込むようにすることができる。これにより、溶接作業中に噴射孔形成部材12が動くことを防止し、弁体シート形成部材X1と噴射孔形成部材12の接触面X6との間に隙間が発生することを防止することができる。
It is desirable that the injection
以下、本開示に係る望ましい実施形態について、まとめて説明する。 Desirable embodiments according to the present disclosure will be collectively described below.
噴射孔形成部材は、弁体シート形成部材の先端部を覆う側壁部を有する。 The injection hole forming member has a side wall portion that covers the distal end portion of the valve body seat forming member.
噴射孔形成部材の側壁部は、ノズル本体と底部との間に配置され、ノズル本体の先端部と噴射孔形成部材の先端部とが溶接により固定されている。 The side wall portion of the injection hole forming member is disposed between the nozzle body and the bottom, and the tip of the nozzle body and the tip of the injection hole forming member are fixed by welding.
旋回室及び燃料流路溝の高さは、オリフィス孔の直径の5倍以下である。 The height of the swirl chamber and the fuel flow groove is less than or equal to five times the diameter of the orifice hole.
噴射孔形成部材には、燃料流路溝、旋回室及び噴射孔の組が複数設けられている。 The injection hole forming member is provided with a plurality of sets of fuel flow grooves, swirl chambers, and injection holes.
燃料流路溝には、燃料通路孔を通過した燃料が流入するように構成されている。 The fuel passage groove is configured so that the fuel that has passed through the fuel passage hole flows into the fuel passage groove.
弁体を更に備え、燃料通路孔は、弁体の移動により開閉する構成を有する。 The fuel passage hole further includes a valve body, and the fuel passage hole is configured to be opened and closed by movement of the valve body.
なお、本開示の内容は、上述しかつ図面に示す実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。 Note that the content of the present disclosure is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and various modifications can be made without departing from the gist of the present disclosure.
なお、本明細書において、方向に関する記載をしているが、これらの記載は、厳密にその方向のみを意味するものではなく、その機能を発揮し得る範囲にある方向を許容する。 Note that although directions are described in this specification, these descriptions do not strictly mean only those directions, but allow any direction within the range in which the function can be exhibited.
1:燃料噴射装置、10:ノズル本体、12:噴射孔形成部材、X1:弁体シート形成部、X2:噴射孔、X2a:オリフィス孔、X2b:ザグリ孔、X3:燃料通路孔、X4:燃料流路溝、X5:旋回室、X6:接触面、X7:底面部、X8:溶接部、X9:側壁部、20:弁体、23:先端部、30:可動コア、40:固定コア、50:コイル、70:ハウジング、80:接続部、120:外周面、121:内周面、122:筒部、123:切り欠き部、124:底部、124a:弁座、230:球面部、231:先端側摺動部、232:弁体側弁座、233:凸部、300:点火プラグ、300a:点火領域、301:シリンダ、302:ピストン、310:燃焼室、AX1:中心軸線、Da:軸線方向、F1:噴霧、Fa:噴射軸。 1: Fuel injection device, 10: Nozzle body, 12: Injection hole forming member, X1: Valve body seat forming part, X2: Injection hole, X2a: Orifice hole, X2b: Countersunk hole, X3: Fuel passage hole, X4: Fuel Channel groove, X5: swirling chamber, X6: contact surface, X7: bottom part, X8: welding part, X9: side wall part, 20: valve body, 23: tip part, 30: movable core, 40: fixed core, 50 : Coil, 70: Housing, 80: Connection part, 120: Outer peripheral surface, 121: Inner peripheral surface, 122: Cylindrical part, 123: Notch part, 124: Bottom part, 124a: Valve seat, 230: Spherical part, 231: Tip side sliding part, 232: Valve body side valve seat, 233: Convex part, 300: Spark plug, 300a: Ignition area, 301: Cylinder, 302: Piston, 310: Combustion chamber, AX1: Center axis, Da: Axial direction , F1: spray, Fa: injection axis.
Claims (7)
ノズル本体と、
弁体シート形成部材と、
噴射孔形成部材と、を備え、
前記弁体シート形成部材の底部には、燃料通路孔が設けられ、
前記噴射孔形成部材は、燃料流路溝と、旋回室と、噴射孔と、を有し、
前記噴射孔は、オリフィス孔と、前記オリフィス孔よりも直径が大きい大径凹部と、を含み、
前記オリフィス孔は、前記旋回室と前記大径凹部との間に配置され、
前記旋回室、前記オリフィス孔及び前記大径凹部は、前記燃料が前記旋回室で旋回流となり前記旋回流を維持した状態で前記オリフィス孔及び前記大径凹部を通過し前記シリンダの前記内部に噴射されるように構成されている、燃料噴射装置。 A fuel injection device that directly injects fuel into a cylinder of an internal combustion engine,
a nozzle body;
a valve body seat forming member;
An injection hole forming member;
A fuel passage hole is provided at the bottom of the valve body seat forming member,
The injection hole forming member includes a fuel flow groove, a swirling chamber, and an injection hole,
The injection hole includes an orifice hole and a large-diameter recess having a larger diameter than the orifice hole,
The orifice hole is arranged between the swirling chamber and the large diameter recess,
The swirling chamber, the orifice hole, and the large-diameter recess allow the fuel to form a swirling flow in the swirling chamber, pass through the orifice hole and the large-diameter recess, and inject into the interior of the cylinder while maintaining the swirling flow. A fuel injector configured to
前記ノズル本体の先端部と前記噴射孔形成部材の先端部とが溶接により固定されている、請求項2記載の燃料噴射装置。 The side wall portion of the injection hole forming member is disposed between the nozzle body and the bottom portion,
The fuel injection device according to claim 2, wherein the tip of the nozzle body and the tip of the injection hole forming member are fixed by welding.
前記燃料通路孔は、前記弁体の移動により開閉する構成を有する、請求項1記載の燃料噴射装置。 further comprising a valve body,
The fuel injection device according to claim 1, wherein the fuel passage hole is configured to be opened and closed by movement of the valve body.
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