JP2600275B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

燃料噴射弁

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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/163Means being injection-valves with helically or spirally shaped grooves
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関用燃料噴射弁に関し、とくに筒内
噴射火花点火機関への使用に適する燃料噴射弁に関す
る。
〔従来の技術〕
筒内噴射火花点火機関において、燃料噴射弁および燃
料噴射弁からの燃料噴射方向の特定に関し、つぎの公知
技術が知られている。
特開昭62−48916号公報には、燃料噴射弁を燃料室内
壁近傍の点火栓に近接させ、燃料噴射弁に主噴孔と副噴
孔とを設けて、副噴孔からの噴射燃料を点火栓近傍のス
ワール上流側燃焼室壁面に指向させるとともに、主噴孔
からの噴射燃料をスワール流と同方向に指向させる技術
が開示されている。この構造によれば、副噴孔からの燃
料は壁面で霧化されてから点火栓に供給されるため、着
火性が向上する。主噴孔からの燃料はスワール流に乗っ
て拡散するため、空気利用率の高い燃料が可能になる。
また、特開昭61−167116号公報、特開昭62−121827号
公報、実開昭62−87127号公報、実開昭62−87169号公報
にも、点火栓方向に向けた副噴孔を有する燃料噴射弁構
造が開示されている。
また、噴孔は1つでその噴孔は点火栓方向には向けら
れてはいないが、噴射燃料に旋回を与えるようにした筒
内噴射火花点火機関用燃料噴射弁が実開昭58−29162号
公報に開示されている。
さらに、燃料噴射弁単体構造として、実開昭61−1718
69号公報には、噴射弁内で燃料に乱流を発生させるため
の傾斜溝を有し、かつ2つの噴孔を有する燃料噴射弁が
開示されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、特開昭62−48916号公報開示の構造では、吸
気スワールが弱いと主噴孔からの燃料の拡散が不十分と
なるため、空気利用率の高い良好な燃焼が困難になる。
逆に吸気スワールが強いと、副噴孔から点火栓のスワー
ル上流側に向けて噴射された燃料が燃焼室壁面到達前に
スワールによって運び去られる量が多くなり、着火性が
悪化する。吸気スワールの強さは、吸入空気量や機関の
回転数によって変化するので、全運転領域で上記空気利
用率の向上と着火性の向上とを満足させることは困難で
あった。
また、特開昭61−167116号公報、特開昭62−121827号
公報、実開昭62−87127号公報、実開昭62−87169号公報
開示の構造では、単に副噴孔を設けているだけなので、
副噴孔からの噴射燃料の貫徹力が不十分であり、点火栓
近傍に着火用の良好な混合気を形成するのが実際上困難
な場合が多い。
また、実開昭58−29162号公報開示の構造では、噴射
燃料の拡散性を向上することはできるものの、点火栓近
傍への燃料噴射が行われるものではないので、着火性の
向上は期待できない。
さらに、実開昭61−171869号公報開示の燃料噴射弁で
は、傾斜溝を通過した燃料と傾斜溝を通過しない燃料と
を衝突させ、噴射前の燃料を乱流状態にしているので、
乱流により噴射燃料の霧化の促進の可能性はあるもの
の、噴射燃料に強い貫徹力は全く期待できない。したが
ってこの燃料噴射弁のいずれかの噴孔をたとえ点火栓近
傍に指向させたとしても、貫徹力が弱いため、点火栓近
傍での壁面蒸発等により良好な混合気形成は期待でき
ず、着火性の向上は望めない。
本発明の目的は、筒体噴射火花点火機関において、主
噴孔からは自己拡散性の高い燃料噴射を、副噴孔からは
貫徹力の大きな燃料噴射を行い、燃焼室への燃料の拡散
性の向上と点火栓近傍への確実な燃料供給による着火性
の向上とを両立させることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
この目的を達成する本発明はつぎの通りである。
噴射弁内に設けられ、噴射弁を通過する燃料の全量を
旋回流とする旋回流発生手段と; 噴射弁の先端部でか
つ前記旋回流発生手段より下流に設けられ、前記旋回流
発生手段により旋回流とされた燃料が導入される円筒袋
状のサック部と; 該サック部に穿設され、孔軸がサック部内における燃
料の旋回流の中心軸線に対して比較的小さな傾斜角をな
す主噴孔と; サック部に穿設され、孔軸がサック部内における燃料
の旋回流の中心軸線に対して前記主噴孔よりも大きな傾
斜角をなす少なくとも1個の副噴孔と; を有することを特徴とする燃料噴射弁。
〔作用〕
本発明の燃料噴射弁においては、主噴孔はサック部内
における旋回流中心軸線に対する傾斜角が小さいため、
公知の、いわゆるスワール型噴射弁と同様に、噴射燃料
中に旋回流成分が大きく残り、旋回流の遠心力により噴
射燃料は円錐状に広がり、広角噴射が行われる。この広
角噴射は、旋回流により自己拡散性の高いものであるか
ら、吸気スワールに依存することなく燃焼室内が均質混
合気状態に近づけられ、空気利用率の高い良好な燃焼が
達成される。
副噴孔は、旋回流中心軸線に対する傾斜角が大きくさ
れているため、旋回流の遠心力は主噴孔に比べて燃料を
副噴孔から押し出す方向に多く働き、貫徹力の強い比較
的針状の噴射が行われる。
〔実施例〕
以下に、本発明の望ましい実施例を、図面を参照して
説明する。
第1図ないし第3図は、本発明の一実施例に係る燃料
噴射弁およびその燃料噴射弁を装着した筒内噴射火花点
火機関を示している。図において、1は筒内噴射火花点
火機関のシリンダブロック、2はシリンダボア、3はシ
リンダヘッド、4はピストン、5はヘッドガスケットを
それぞれ示している。
シリンダヘッド3下面、シリンダボア2、ピストン4
の頂面6に囲まれた空間が燃焼室7として構成される。
ピストン4の位置Aは、軽負荷時の燃焼噴射開始位置、
位置Bは高負荷時の燃料噴射開始位置をそれぞれ示して
いる。燃焼室7には、吸気ポート8が開口し、開口部に
はバルブガイド9に支持された吸気弁10が開閉可能に設
けられている。なお、排気弁は、図示を省略してある。
シリンダヘッド3下面中央部、つまり燃焼室7の上部中
央部には、点火栓11が設けられている。燃焼室7に向け
て、燃焼噴射弁12の先端部が臨んでおり、燃焼噴射弁12
からの噴射燃料は、燃焼室7内と(図の燃焼噴霧13)、
点火栓11近傍の障壁15と(図の燃料噴霧14)に向けて指
向されている。
燃料噴射弁12は、第2図および第3図に示すように構
成されている。16は、ノズルボディ、17は図の上方にリ
フトされ、シート部18の開度を調整することにより燃料
噴射量を制御するニードルを示している。シート部18の
下方には、円筒袋状のサック部19が設けられている。
ニードル17とノズルボディ16との間は、燃料通路20に
形成されているが、シート部18上流側においてニードル
17は拡径されており、該拡径部21はノズルボディ16の内
周面に摺接するようになっている。この拡径部21の外周
面には、らせん状に延びるらせん溝22が刻設されてお
り、らせん溝22は拡径部21の上下部を連通して噴射弁を
通過する燃料の全量がこのらせん溝22を通過するように
なっている。らせん溝22は、実質的に通過燃料の全量を
旋回流とするので、らせん溝22が本発明における旋回流
発生手段を構成している。
サック部19には、1つの主噴孔23と、少なくとも1つ
の副噴孔24とが穿設されている。サック部19内には、ら
せん溝22によって旋回流とされた燃料が導入されるが、
主噴孔23は、その孔軸25が、サック部19内における燃料
の旋回流の中心軸線26(本実施例では噴射弁中心軸線と
一致)に対して比較的小さな傾斜角αをなすよう形成さ
れる。この傾斜角αは、主噴孔23からの噴射燃料13に旋
回流の成分27が十分に残るように設定される。
副噴孔24は、主噴孔23よりも孔径を小さく設定され、
その孔軸28が、サック部19内における燃料の旋回流の中
心軸線26に対して上記主噴孔23よりも大きな傾斜角βを
なすように形成されている。この傾斜角βは、副噴孔24
からの噴射燃料14に旋回流の成分が殆ど残らないように
設定されている。
主噴孔23からの噴射燃料13は、第1図に示すように、
燃料室7内をピストン頂面6方向に指向される。また、
副噴孔24からの噴射燃料14は、点火栓11近傍の障壁15に
指向されており、障壁15に当たった噴霧が点火栓11の着
火部へと供給されるようになっている。
噴射燃料弁における旋回流発生手段は、つぎのように
構成されてもよい。
第4図に示すように、ニードル30の途中の外周面にら
せん状に延びる突起31を複数設け、該突起31をノズルボ
ディ32の内周面に摺接させるようにしてもよい。また、
第5図に示すように、ノズルボディ40の内周面の、ニー
ドル41の拡径部42に対向する部位に、拡径部42上下部を
連通するらせん状の溝43を複数刻設し、該らせん状溝43
に燃料を通過させるようにしてもよい。
また、副噴孔の数は、たとえば第6図に示すように2
つ以上としてもよい。第6図の構造においては、燃料噴
射弁50の2つの副噴孔51a、51bからの噴射燃料52a、52b
は点火栓53近傍で点火栓53両側の障壁54a、54b部分に指
向される。これにより点火栓53への直撃を回避できる。
さらに、図示は省略するが、副噴孔の孔軸を、サック
部内における旋回流に対し、実質的に接線方向となるよ
うに設定してもよい。これにより、後述の旋回流の遠心
力のみならず旋回流自身を副噴孔から燃料を押し出す力
として利用できるので、さらに貫徹力の強い燃料噴射が
可能になる。
上記実施例装置の作用を、第1図ないし第3図に示し
た装置を参照して説明する。
燃料噴射弁12においては、従来から知られているよう
に、油圧あるいは電気的に駆動されてニードル17が上下
動され、シート部18が開閉されて燃料通路20の燃料が各
噴孔より噴射される。
ニードル17が上昇すると、燃料通路20内の高圧燃料
は、実質的にその全量がらせん溝22を通過するので、通
過燃料全量が旋回流となり、旋回流とされた燃料がサッ
ク部19内に導入される。サック部19内からは、主噴孔23
と副噴孔24とを通して燃料が噴射されるが、主噴孔23の
孔軸25の旋回流中心軸線26に対する傾斜角αは小さいの
で、主噴孔23からの噴射燃料にはサック部19内における
旋回流の影響が大きく減衰されることなく残る。したが
って、旋回流を有しながら噴射される燃料は、旋回流に
よる遠心力によって自己拡散性をもち、広角に広がって
いき、燃焼室7内に良好に拡散して均質な混合気を生成
する。
副噴孔24は、その孔軸28の旋回流中心軸線26に対する
傾斜角βが大きく設定されているので、副噴孔24からの
噴射燃料には、サック部19内における旋回流成分が殆ど
残らず、孔径が小さいこともあって、比較的針状の噴射
が行われる。そして、サック部19内における旋回流の遠
心力は、主噴孔23に比べ、副噴孔24から燃料を押し出す
方向に作用する。針状噴射と旋回流遠心力の働きとによ
り、副噴射24からの噴射燃料14の貫徹力が強められ、噴
射燃料14は容易に点火栓11近傍の障壁15に到達する。そ
の結果、点火栓11の着火部周りに良好な着火用混合気が
形成され、着火性が向上される。
上記主噴孔23からの燃料の自己拡散性と、副噴孔24か
らの燃料の貫徹力とは、共に燃料噴射弁12自身によって
既に得られるものであるから、吸気スワールの強さには
依存しない。
上記燃料噴射弁を用いた筒内噴射火花点火機関におい
ては、機関の高負荷時には、噴射時期を早くすることに
より、主噴孔23からの広角に噴射された自己拡散性を有
する燃料が燃焼室7内に十分に均質に分散され、良好な
燃焼が行われて高出力が得られる。
また、軽負荷時には、噴射時期を遅くして主噴孔23か
らの噴射燃料の分散を比較的抑えることにより成層度の
高い燃焼を行うことができ、副噴孔24からの貫徹力の強
い噴射燃料は確実に障壁15に当たって点火栓11近傍に淀
むように分散し、気中蒸発および壁面蒸発によって点火
栓11周囲に良好な可燃混合気を生成するため、着火性の
安定した燃焼を行うことができる。
〔発明の効果〕
本発明の燃料噴射弁によれば、サック部を旋回流発生
手段より下流に設け、旋回流発生手段が噴射弁を通る燃
料の全量を旋回流とするので、主噴孔からは自己拡散性
の高い燃料噴射を行わせ、副噴孔からは貫徹力の大きい
燃料噴射を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る燃料噴射弁装着筒内噴
射火花点火機関の縦断面図、 第2図は第1図の燃料噴射弁の部分縦断面図、 第3図は第2図のIII−III線に沿う横断面図、 第4図は別の実施例に係る燃料噴射弁の部分縦断面図、 第5図はさらに別の実施例に係る燃料噴射弁の部分縦断
面図、 第6図は副噴孔が2つの場合の筒内噴射火花点火機関の
概略部分横断面図、 である。 1……シリンダブロック 2……シリンダボア 3……シリンダヘッド 4……ピストン 6……ピストン頂面 7、81……燃焼室 10……吸気弁 11、53……点火栓 12、50……燃料噴射弁 13、14、52a、52b……燃料噴霧 15、54a、54b……障壁 16、32、40……ノズルボディ 17、30、41……ニードル 18……シート部 19……サック部 20……燃料通路 21、42……拡径部 22……旋回流発生手段としてのらせん溝 23……主噴孔 24、51a、51b……副噴孔 25、28……孔軸 26……旋回流中心軸線 31……らせん突起 43……らせん溝

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】噴射弁内に設けられ、噴射弁を通過する燃
    料の全量を旋回流とする旋回流発生手段と; 噴射弁の先端部でかつ前記旋回流発生手段より下流に設
    けられ、前記旋回流発生手段により旋回流とされた燃料
    が導入される円筒袋状のサック部と; 該サック部に穿設され、孔軸がサック部内における燃料
    の旋回流の中心軸線に対して比較的小さな傾斜角をなす
    主噴孔と; サック部に穿設され、孔軸がサック部内における燃料の
    旋回流の中心軸線に対して前記主噴孔よりも大きな傾斜
    角をなす少なくとも1個の副噴孔と; を有することを特徴とする燃料噴射弁。
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