JP3888579B2 - Fuel injection nozzle - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射式内燃機関において燃料を燃焼室内に噴射する燃料噴射ノズルに関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料噴射ノズルとは、自動車のエンジン等の内燃機関において、燃料の噴霧を噴射するものである。燃料噴射ノズルの一種に燃料通路及びノズル前室を形成し弁座を持つノズルボディと、ノズルボディ内に移動可能に配置され弁部を持つニードル弁と、ノズルボディに取り付けられ複数のオリフィスを持つオリフィスプレートとからなるものがある。
【0003】
燃料噴射ノズルでは、燃料の消費量の低減や排気エミッションの向上等の点から、オリフィスから噴射される噴霧の微粒化が重要である。特に噴霧を燃焼室内に直接噴射し、運転状態に応じて燃焼モードを切り換える筒内噴射エンジンでは、高い微粒化が要求される。
【0004】
筒内噴射エンジンではまた、燃焼モードに応じて噴霧の形状(主に噴霧の長さ即ち到達距離と噴射方向とにより決まる)を変更できることが要求される。つまり、噴霧と空気とを混合して燃焼室内で同じ空燃比にする均質燃焼モードでは、噴霧が燃焼室の全体に大きく拡散し、到達距離が長いことが必要である。燃料と空気とが充分に混合された混合気に点火されるため、燃焼が円滑に進み高い出力が得られる。一方、燃焼室のうち点火プラグの回りに噴霧の濃度の濃い層が、それ以外の部分に薄い層が形成される成層燃焼モードでは、噴霧は余り拡散せず到達距離が短いことが望ましい。
【0005】
しかし、上記全ての要求をスワール噴霧やスリット噴霧で充足することは困難である。そこで、多数のオリフィスが形成されたプレートを含む燃料噴射ノズルが開発されている。例えば、特開平11−70347号に開示された流体噴射ノズルが知られている。この流体噴射ノズルでは、弁座に着座する当接部の環状のシート径をDs、プレートの対向面におけるオリフィス間のピッチをDh、オリフィスの孔径をd、弁座の当接部との環状シート部から対向面までの垂直距離をH、ニードル弁のリフト時における先端面から対向面までの距離をhとするとき、1.5<Ds/Dh<6、h<1.5d、H<4dを満たしている。これにより、燃料流れの内部エネルギの減少を抑えて燃料が各オリフィス上で衝突し、微粒化された噴霧となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記流体噴射ノズルは吸気系中に噴射する形式の通常ガソリンエンジン用に開発されたものであり、これを筒内噴射ガソリンエンジンに使用することはできない。通常ガソリンエンジンの吸気系と筒内噴射ガソリンエンジンの燃焼室とでは雰囲気圧力が大きく異なり、微粒化のための条件が異なる。また、通常ガソリンエンジンでは噴霧は吸気系中に噴射されるので、その形状や長さは余り問題にならない。
【0007】
また、複数のオリフィスを備えたオリフィスプレートを含む、筒内噴射ガソリンエンジン用燃料噴射ノズルも知られている。しかし、燃料の微粒化に優れるとともに所望の噴霧形状が得られる燃料噴射ノズルは知られていない。
【0008】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、均質燃焼モード及び成層燃焼モードにおいて微粒化に優れ、所望の噴霧形状が得られる筒内噴射ガソリンエンジン用燃料噴射ノズルを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、筒内噴射エンジンで使用される燃料噴射ノズルにおいて、ニードル弁の下端面とオリフィスプレートの底部との間に形成されるノズル前室の形状と、オリフィスの孔径及びオリフィスプレートの厚さと、燃料の微粒化、噴霧の形状(特に噴霧の長さ)との関係について研究した。その結果、これらの間に一定の関係があること、及びこの関係が高い微粒化が所望の噴霧形状を得るための前提であることを見いだして本発明を完成した。
【0010】
即ち、本願発明の燃料噴射ノズルは、請求項1に記載したように、内周壁面上に環状の弁座が形成されたノズルボデイと;内周壁面に対向する外周壁面上に環状の弁部が形成され、軸方向に移動されることにより該弁部が弁座に離着座するニードル弁と;複数のオリフィスが形成されニードル弁の下端面と対向する底部と、ノズルボディに取り付けられた取付部とを含むオリフィスプレートと;から成り、ニードル弁の下端面とオリフィスプレートの底部との間に扁平なノズル前室が形成される。かかる筒内噴射式内燃機関において使用される燃料噴射ノズルにおいて、各オリフィスは、燃料の流入側に絞り部を、流出側に剥離促進部を備え、剥離促進部は、各オリフィスの外周側の半周のみに亘って形成されたくぼみからなることを特徴とする。
この燃料噴射ノズルによれば、絞り部が燃料の流れ方向を急激に変更して流量を絞る。また、剥離促進部がオリフィスの燃料の流れを積極的に剥離させる。
【0011】
請求項2に記載の燃料噴射ノズルは、請求項1において、弁部の弁座からの離座時におけるノズル前室の高さをh、オリフィスプレートの厚さをt、オリフィスの孔径をdとしたとき、d/4<h<2d、かつ0.5≦t/d≦2.0である。
この燃料噴射ノズルにおいて、ノズル前室の高さhとオリフィスの孔径dとがd/4<h<2dの関係にあるので、ノズル前室全体が扁平になる。この扁平なノズル前室内において、燃料は外周側から内周側に向かって水平方向に流れる。その後、オリフィスの直上で等方的に衝突し、分裂し易くなり、微粒化が促進される。
【0012】
また、オリフィスプレートの厚さtとオリフィスの孔径dとが0.5≦t/d≦2.0の関係にあるので、燃料の微粒化が達成されるとともに、燃料はオリフィスからその軸線方向に噴射され、噴射方向が規制される。
【0013】
請求項3に記載の燃料噴射ノズルは、請求項1において、複数のオリフィスが底部の中心を中心とする所定半径の円上に形成されている。この燃料噴射ノズルによれば、オリフィスの形成が容易で、中空円錐形状の噴霧が形成される。
【0014】
請求項4に記載の燃料噴射ノズルは、請求項1において、隣接する複数のオリフィス間の距離は1.5d以上である。この燃料噴射ノズルによれば、隣接するオリフィスの周囲の環状の空間があることによってノズル前室内での水平方向の流れが互いに衝突するため、微粒化が更に促進される。
【0025】
【発明の実施の形態】
本発明の燃料噴射ノズルは、燃料通路を区画し弁座を持つノズルボディと、ノズルボディ内に軸方向に移動可能に配置され弁部を持つニードル弁と、複数のオリフィスを持つオリフィスプレートとを含み、オリフィスの構成により第1タイプと第2タイプとに分けられる。
<第1タイプ>
第1タイプではオリフィスプレートの底部上の複数のオリフィスが孔径が等しい。複数のオリフィスは例えば、底部の中心部に中心を持つ円上に円周方向に等間隔又は異なる間隔で配置できる。底部上に格子状に配置することもできる。
【0026】
複数のオリフィスの軸線は底部の軸線に対して、上流側から下流側に進むにつれて半径方向外側となるように傾斜していることが望ましい。各オリフィスの傾斜角度は同じでも良いし異なっても良い。オリフィスの軸線が底部の軸線と平行であっても良い。例えば、燃焼室内で、噴霧の軸線方向が燃料噴射ノズルの軸線方向と異なるような噴霧を形成したい場合、全体又は一部のオリフィスの軸線方向をその方向に向けることもできる。
<第2タイプ>
これに対して、第2タイプの燃料噴射ノズルでは底部には孔径の異なる少なくとも2種類のオリフィスが形成されている。孔径の異なるオリフィスを底部に配置する場合、孔径の大きい第1オリフィスを底部の中心側に、孔径の小さい第2オリフィスを周辺側に配置することが望ましい。但し、中心側に第2オリフィスを配置し、周辺側に第1オリフィスを配置しても良い。
【0027】
例えば、第1オリフィスを底部の中心部に中心を持つ第1円上に円周方向に等間隔又は異なる間隔で配置し、第2オリフィスを底部の中心部に中心を持つ第2円上に円周方向に等間隔又は異なる間隔で配置することができる。また、第1オリフィス及び第2オリフィスは底部上に格子状に配置することもできる。第2円の直径は第1円の直径の1.2から2.0倍程度にすることができる。
【0028】
複数の第1オリフィスの開口面積の合計と、複数の第2オリフィスの開口面積の合計とは同じでも良いし、異なっても良い。複数の第1オリフィスの軸線及び複数の第2オリフィスの軸線は、底部の軸線に対して、上流側から下流側に進むにつれて半径方向外側となるように傾斜していることが望ましい。各第1オリフィス及び各第2オリフィスの傾斜角度は同じでも良いし異なっても良い。第1及びオリフィスの軸線が底部の軸線と平行であっても良い。
【0029】
例えば、燃焼室内で、噴霧の軸線方向が燃料噴射ノズルの軸線方向と異なるような噴霧を形成したい場合、第1及び第2オリフィスの全体又は一部の軸線方向をその方向に向けることもできる。また、第1オリフィスの傾斜角度と、第2オリフィスの傾斜角度とは同じでも良いし異なっても良い。
<ノズル前室の高さhとオリフィスの孔径dとの関係>
ノズル前室の高さhは、オリフィスの孔径dの四分の一よりも大きく、2倍よりも小さい(d/4<h<2d)。h=d/4の関係は、πd2/4=πdhより求めた。ノズル前室の高さhが孔径dの四分の一よりも小さいと、ノズル前室が非常に扁平となり、オリフィスの入口部を区画する底部の周縁が絞りとして作用してしまう。一方、ノズル前室の高さhがオリフィスの孔径dの2倍よりも大きいと、ノズル前室の扁平度が小さくなり、燃料の水平流が形成されずに各オリフィス直上での衝突も弱くなる。
<オリフィスの孔径dとオリフィスプレートの厚さtとの関係>
オリフィスの孔径dに対するオリフィスプレートの厚さtの比は0.5よりも大きく2よりも小さい(0.5≦t/d≦2.0)ことが望ましい。換言すれば、厚さtは孔径dの半分よりも大きく、2倍よりも小さい(0.5d≦t≦2.0d)。
【0030】
t/dの値は、厚さtが厚いとき及び孔径dが小さいとき大きくなり、それにより微粒化は良くなるが噴霧の方向性は低下する。一方、t/dの値は、厚さtが薄いとき及び孔径dが大きいとき小さくなり、それにより噴霧の方向性は良くなるが微粒化は低下する。t/dが0.5から2.0の範囲にあれば、微粒化と方向性の両方が満足される。
【0031】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を基にして説明する。
(筒内噴射ガソリンエンジン)
図1に示すように、筒内噴射ガソリンエンジンは、シリンダ10と、ピストン20と、燃料噴射弁30と、点火プラグ25とから成る。このうちシリンダ10は円筒状の本体部11と、その上端開口に取り付けられた頭部(ヘッド部)12とを有し、燃焼室18を区画している。ヘッド部12に形成された吸入口13及び排気口14は、それぞれ吸入弁16及び排気弁17により開閉される。
【0032】
ピストン20は円柱形状を有し、シリンダ10の本体部11に摺動可能に滑合されている。ピストン20の頂面21には従来例のようなキャビティは形成されておらず、平坦とされている。燃料噴射弁30は、吸入口13側の肩部に本体部11に対して所定角度で取り付けられ、その軸線がピストン20の頂面21の中央部に延びている。点火プラグ25はヘッド部12の中央部に取り付けられている。
(燃料噴射ノズル)
図2に要部を示す燃料噴射ノズル31はノズルボディ32と、ニードル弁38と、オリフィスプレート45とを含む。
【0033】
ノズルボディ32は燃料通路33を区画する内周壁34と、その上に形成された環状の弁座35とを備えている。ニードル弁38は内周壁34に対向する外周壁39と、その上に形成され弁座35に着座可能な環状の弁部41とを備えている。ノズルボディ32内でニードル弁38が軸方向に移動されることにより弁部41が弁座35に着座又は離座する。
【0034】
図2及び図3に示すように、オリフィスプレート45は薄い金属板から成り、底部46と取付部49とを含む。底部46はノズル前室33の下流側開口に対向する複数のオリフィス(噴孔)47、48を備え、取付部49においてノズルボディ32に取り付けられている。ニードル弁38とオリフィスプレート45との間にノズル前室43が形成されているが、これについては後述する。
【0035】
底部46の中心に中心Oを持つ半径r1の内側円R1上に4個のオリフィス47が形成されている。内側円R1を円周方向に4等分し直交する一対の直径上(4ヶ所)にオリフィス47を形成し、円周方向に等間隔で配置している。各オリフィス47は孔径d1を持ち、底部46の上面46a即ち上流側から下面46b即ち下流側に進むにつれて、半径方向外向きに進むように傾斜している。オリフィス47の軸線l1 は底部46の軸線Lに対して所定角度θ1を成す。
【0036】
また、底部46の中心に中心Oを持つ、上記半径r1よりも大きい半径r2の外側円R2上に8個のオリフィス48が形成されている。上記一対の直交する直径により区分された四分円を3等分する2本の半径上にそれぞれ(合計8個の)オリフィス48が円周方向に等間隔で配置されている。各オリフィス48は上記孔径d1よりも小さい孔径d2を持ち、上流側から下流側に進むにつれて、半径方向外向きに進むように形成され、その軸線l2は軸線Lに対して角度θ2(上記角度θ1と同じ)を成している。
【0037】
その結果、6本の何れの直径上においても2個のオリフィス47又は2個のオリフィス48が位置している。内側円R1 上のオリフィス47と外側円R2 上のオリフィス48とが隣接する場合と、外側円R2 上のオリフィス48同士が隣接する場合とがある。
【0038】
図4に示すように、ニードル弁38の下端面38aとオリフィスプレート45の底部46との間に円形状で扁平なノズル前室43が形成されている。このノズル前室43の高さ(軸方向長さ)hはオリフィス47の孔径d2 に等しい(h=d2 )。また、オリフィスプレート45の底部46の厚さtはオリフィス47の孔径d1と等しい(t=d1)。
【0039】
図5(a)及び(b)に示すように、オリフィス47の入口側には絞り部47aが形成されている。絞り部47aはオリフィス47の外縁を通り軸線l1と直交する平面pよりも上流側の部分により区画される。また、図5(a)及び(c)に示すように、オリフィス47の出口側には剥離促進部47bが形成されている。剥離促進部47bは上記平面pよりも下流側で、オリフィス47の外周側の半周に亘って孔径d1とほぼ同じ内径で形成されたくぼみから成る。
【0040】
尚、図示はしないが、外側円R2上のオリフィス48にも同様の絞り部及び剥離促進部が形成されている。
(作用効果)
図1において、均質燃焼時は吸気工程即ちピストン20の下降時に燃料噴射弁30から燃焼室18内にガソリンを直接噴射する。雰囲気圧力は比較的低い(約0.1MPa)ため、噴霧19は燃焼室18内全体ほぼ均等に分散し、混合気が点火プラグ25により点火される。
【0041】
これに対して、成層燃焼時は、圧縮工程即ちピストン20の上昇時に燃焼室18内にガソリンを噴射する。この時、燃焼室18内の雰囲気圧力は比較的高い(約0.5MPa)。そのため、図1に示すように、噴霧19は円錐形状に広がりつつその先端がピストン20の頂面21の中央部と点火プラグとの間付近まで至る。噴霧19は吸気ポート13から吸入される空気と混合され、点火プラグ25により点火される。
【0042】
本実施例によれば、上記均質燃焼モード及び成層燃焼モードにおいて、以下の効果が得られる。
【0043】
第1に、3つの理由によりガソリンの高微粒化が達成される。
【0044】
1つ目の理由は、所定形状のノズル前室43の形成による。即ち、ニードル弁38の下端面38aとオリフィスプレート45の底部46の上面46aとの間に、円形で水平方向に延びるノズル前室43が存在し、その高さはオリフィス47の孔径d1と等しい(h=d1)。その結果、ガソリンはノズル前室43内を半径方向外側から内側に向かって流れる水平流となり、オリフィス47及び48の直上で互いに衝突し、オリフィス47及び48へと流れ方向を変えられ、微粒化が促進される。
【0045】
2つ目の理由は、オリフィス47及び48の周囲に環状の空間を確保したことによる。各オリフィス47及び48は隣接するどの組合せについても、一定距離以上離れて配置されている。その結果、オリフィス47及び48の周囲にそれぞれ水平流が互いに衝突できる空間が確保される。
【0046】
3つ目の理由は、オリフィス47及び48に絞り部47a等及び剥離促進部47b等を形成したことによる。絞り部47aはノズル前室43内において外周側から中心部に向かうガソリンの流れ方向に対して鋭角を成し、流れ方向を急激に変更させて流量を絞る。また、剥離促進部47b等はオリフィス47及び48からのガソリンの流出時にその内周面からガソリン流れを積極的に剥離させる。その結果、ガソリン液膜が形成され微粒化し易くなる。
【0047】
第2に、オリフィス47とオリフィス48とで噴霧の到達距離(噴霧長さ)を独立して変更でき、中実の噴霧を形成することができる。到達距離の変更は、内側円R1上のオリフィス47の孔径を大きく、外側円R2上のオリフィス48の孔径を小さくしたことによる。
【0048】
孔径の大きいオリフィス47からは比較的多いガソリンが噴射され、噴霧の内周側(中心側)の到達距離が長くなる。一方、孔径の小さいオリフィス48からは比較的少ないガソリンが噴射され、外周側(周辺側)の到達距離が短くなる。その結果、均質燃焼モードでも成層燃焼モードでも、噴霧の中心側の長さが長く、周辺側の長さが短くなる。このような形状の噴霧は、シリンダ10の内周面にウエットが生じ難く、好都合である。
【0049】
中実形状の噴霧の形成は、各オリフィス47の開口面積を等しくし、各オリフィス48の開口面積を等しくした上で、4個のオリフィス47の開口面積の合計と8個のオリフィス48の開口面積の合計とを等しくしたことによる。その結果、内周側の4個のオリフィス47から噴射される噴霧の流量と、外周側の8個のオリフィス48から噴射される噴霧の流量とがほぼ等しくなった。
【0050】
第3に、燃焼室18内において噴霧の所望の噴射方向を得ることができる。これは、底部46の厚さtとオリフィス47の孔径をd1とを等しくしたこと、及び内側のオリフィス47の傾斜角度θ1と外側のオリフィス48を所定の傾斜角度θ2とを等しくしたことによる。
【0051】
オリフィス47の孔径d1と等しい厚さtの底部46は噴霧の微粒化と、噴霧の噴射方向性との両方を満足できる。オリフィス47と48とで傾斜角度を等しくすることにより、オリフィス47で形成される環状の噴霧とオリフィス48で形成される環状の噴霧との間に隙間ができにくい。
【0052】
第4に、多数のオリフィス47及び48の形成にも関わらず、底部46の強度が確保できる。オリフィス47及び48は、底部46の中心Oを通るどの直径上にも2個しか存在しないように配置されている。よって、多数のオリフィス47及び48を形成しても、底部46の強度が不足することはない(3個以上のオリフィス47及び48が同一直径上に配置されると、これらのオリフィスがミシン目を形成し、底部46が該直径に沿って破断し易くなる)。
【0053】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本願発明によれば、ノズル前室の高さhとオリフィスの孔径dとがd/4<h<2dの関係にあり、またオリフィスプレートの厚さtとオリフィスの孔径dとが0.5≦t/d≦2.0の関係にある。その結果、燃料はノズル前室内においてオリフィスの直上で求心方向に衝突し、その後オリフィスに向かって流れ方向を急激に変えられ、微粒化が促進される。また、燃料はオリフィスからその軸線方向に噴射され、噴射方向が規制される。
【0054】
また、上記の効果に加えて、複数のオリフィスの孔径に差をつけることにより大きい孔径のオリフィスから噴射される噴霧は長く、小さいオリフィスから噴射される噴霧の長さは短くすることができる。その結果、オリフィスの孔径の大小とオリフィスの軸線方向とを組み合わせることにより所望の噴霧形状を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】燃料噴射ノズルが使用される筒内噴射ガソリンエンジンの縦断面図である。
【図2】本発明の燃料噴射ノズルの実施例を示す要部縦断面図である。
【図3】図2における底面図であり、オリフィスプレートの底部を示す。
【図4】図2の要部拡大図である。
【図5】(a)は図4の要部拡大図であり、(b)は(a)におけるX−X断面図、(c)は(a)におけるY−Y断面図である。
【符号の説明】
31:燃料噴射ノズル 32:ノズルボディ
35:弁座 38:ニードル弁
41:弁部 45:オリフィスプレート
46:底部 47,48:オリフィス
47a:絞り部 47b:剥離促進部(くぼみ)
49:取付部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection nozzle that injects fuel into a combustion chamber in a direct injection internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
The fuel injection nozzle is for injecting fuel spray in an internal combustion engine such as an automobile engine. A nozzle body having a valve seat and a fuel passage and a nozzle front chamber as a kind of fuel injection nozzle, a needle valve having a valve portion movably disposed in the nozzle body, and a plurality of orifices attached to the nozzle body Some of them consist of orifice plates.
[0003]
In the fuel injection nozzle, atomization of the spray injected from the orifice is important from the viewpoint of reducing fuel consumption and improving exhaust emission. In particular, in an in-cylinder injection engine in which spray is directly injected into the combustion chamber and the combustion mode is switched according to the operating state, high atomization is required.
[0004]
The in-cylinder injection engine is also required to be able to change the shape of the spray (mainly determined by the length of the spray, that is, the reaching distance and the injection direction) according to the combustion mode. That is, in the homogeneous combustion mode in which the spray and air are mixed to make the same air-fuel ratio in the combustion chamber, it is necessary that the spray is largely diffused throughout the combustion chamber and the reach distance is long. Since the air-fuel mixture in which fuel and air are sufficiently mixed is ignited, combustion proceeds smoothly and high output can be obtained. On the other hand, in the stratified combustion mode in which a dense layer of spray is formed around the spark plug in the combustion chamber and a thin layer is formed in other portions, it is desirable that the spray does not diffuse so much and the reach is short.
[0005]
However, it is difficult to satisfy all the above requirements with swirl spray or slit spray. Therefore, a fuel injection nozzle including a plate having a large number of orifices has been developed. For example, a fluid ejecting nozzle disclosed in JP-A-11-70347 is known. In this fluid injection nozzle, the annular seat diameter of the contact portion seated on the valve seat is Ds, the pitch between the orifices on the opposing surface of the plate is Dh, the hole diameter of the orifice is d, and the annular seat with the contact portion of the valve seat When the vertical distance from the head to the facing surface is H and the distance from the tip surface to the facing surface when the needle valve is lifted is h, 1.5 <Ds / Dh <6, h <1.5d, H <4d Meet. Thereby, the fuel collides on each orifice while suppressing a decrease in the internal energy of the fuel flow, resulting in atomized spray.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the fluid injection nozzle has been developed for a normal gasoline engine that is injected into the intake system, and cannot be used for a direct injection gasoline engine. The atmospheric pressure differs greatly between the intake system of a normal gasoline engine and the combustion chamber of a direct injection gasoline engine, and the conditions for atomization are different. Moreover, since spray is usually injected into the intake system in a gasoline engine, its shape and length are not a problem.
[0007]
A fuel injection nozzle for an in-cylinder injection gasoline engine including an orifice plate having a plurality of orifices is also known. However, there is no known fuel injection nozzle that is excellent in atomization of fuel and can obtain a desired spray shape.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a fuel injection nozzle for an in-cylinder injection gasoline engine that is excellent in atomization in a homogeneous combustion mode and a stratified combustion mode and that can obtain a desired spray shape. To do.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present application describes the shape of the nozzle front chamber formed between the lower end surface of the needle valve and the bottom of the orifice plate, the diameter of the orifice, and the thickness of the orifice plate in the fuel injection nozzle used in the cylinder injection engine. And the relationship between fuel atomization and spray shape (particularly spray length). As a result, the present invention has been completed by finding that there is a certain relationship between them and that the high atomization of this relationship is a premise for obtaining a desired spray shape.
[0010]
That is, the fuel injection nozzle according to the present invention includes a nozzle body in which an annular valve seat is formed on the inner peripheral wall surface, and an annular valve portion on the outer peripheral wall surface facing the inner peripheral wall surface. A needle valve that is formed and moved in the axial direction so that the valve portion is attached to and detached from the valve seat; a bottom portion that is formed with a plurality of orifices and that faces the lower end surface of the needle valve; and an attachment portion that is attached to the nozzle body And a flat nozzle front chamber is formed between the lower end surface of the needle valve and the bottom of the orifice plate. In the fuel injection nozzle used in such a direct injection internal combustion engine , each orifice has a throttle portion on the fuel inflow side and a separation promoting portion on the outflow side, and the separation promoting portion is a half circumference on the outer peripheral side of each orifice. It consists of a hollow formed only over the top.
According to this fuel injection nozzle, the throttle portion suddenly changes the flow direction of the fuel to throttle the flow rate. Further, the peeling promoting portion positively peels off the fuel flow from the orifice.
[0011]
The fuel injection nozzle according to claim 2 is the fuel injection nozzle according to claim 1, wherein the height of the nozzle front chamber when the valve portion is separated from the valve seat is h, the thickness of the orifice plate is t, and the hole diameter of the orifice is d. Then, d / 4 <h <2d and 0.5 ≦ t / d ≦ 2.0.
In this fuel injection nozzle, since the height h of the nozzle front chamber and the hole diameter d of the orifice have a relationship of d / 4 <h <2d, the entire nozzle front chamber becomes flat. In this flat nozzle front chamber, the fuel flows in the horizontal direction from the outer peripheral side toward the inner peripheral side. After that, it collides isotropically directly above the orifice, and it becomes easy to break up, and atomization is promoted.
[0012]
Further, since the thickness t of the orifice plate and the hole diameter d of the orifice are in a relationship of 0.5 ≦ t / d ≦ 2.0, the atomization of the fuel is achieved and the fuel is moved from the orifice in the axial direction thereof. It is injected and the injection direction is regulated.
[0013]
A fuel injection nozzle according to a third aspect is the fuel injection nozzle according to the first aspect, wherein the plurality of orifices are formed on a circle having a predetermined radius centered on the center of the bottom. According to this fuel injection nozzle, it is easy to form an orifice, and a spray of a hollow cone shape is formed.
[0014]
A fuel injection nozzle according to a fourth aspect is the fuel injection nozzle according to the first aspect, wherein the distance between the plurality of adjacent orifices is 1.5 d or more. According to this fuel injection nozzle, since there is an annular space around the adjacent orifice, the horizontal flows in the nozzle front chamber collide with each other, so that atomization is further promoted.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A fuel injection nozzle according to the present invention includes a nozzle body having a fuel passage and a valve seat, a needle valve having a valve portion that is movably disposed in the axial direction in the nozzle body, and an orifice plate having a plurality of orifices. Including the first type and the second type according to the configuration of the orifice.
<First type>
In the first type, the plurality of orifices on the bottom of the orifice plate have the same hole diameter. For example, the plurality of orifices can be arranged at equal or different intervals in the circumferential direction on a circle having a center at the center of the bottom. It can also be arranged in a grid on the bottom.
[0026]
It is desirable that the axes of the plurality of orifices be inclined with respect to the bottom axis so as to be radially outward as they proceed from the upstream side to the downstream side. The inclination angle of each orifice may be the same or different. The axis of the orifice may be parallel to the axis of the bottom. For example, when it is desired to form a spray in which the axial direction of the spray is different from the axial direction of the fuel injection nozzle in the combustion chamber, the axial direction of all or some of the orifices can be directed to that direction.
<Second type>
On the other hand, in the second type fuel injection nozzle, at least two kinds of orifices having different hole diameters are formed at the bottom. When the orifices having different hole diameters are arranged at the bottom, it is desirable to arrange the first orifice having a large hole diameter on the center side of the bottom and the second orifice having a small hole diameter on the peripheral side. However, the second orifice may be arranged on the center side and the first orifice may be arranged on the peripheral side.
[0027]
For example, the first orifice is arranged on the first circle having the center at the center of the bottom at equal intervals or different intervals in the circumferential direction, and the second orifice is circled on the second circle having the center at the center of the bottom. They can be arranged at equal intervals or different intervals in the circumferential direction. Also, the first orifice and the second orifice can be arranged in a grid on the bottom. The diameter of the second circle can be about 1.2 to 2.0 times the diameter of the first circle.
[0028]
The sum of the opening areas of the plurality of first orifices may be the same as or different from the sum of the opening areas of the plurality of second orifices. It is desirable that the axes of the plurality of first orifices and the axes of the plurality of second orifices be inclined with respect to the axis of the bottom so as to be radially outward from the upstream side to the downstream side. The inclination angle of each first orifice and each second orifice may be the same or different. The first and orifice axes may be parallel to the bottom axis.
[0029]
For example, when it is desired to form a spray in which the axial direction of the spray is different from the axial direction of the fuel injection nozzle in the combustion chamber, the whole or part of the first and second orifices can be directed in that direction. Further, the inclination angle of the first orifice and the inclination angle of the second orifice may be the same or different.
<Relationship between height h of nozzle front chamber and hole diameter d of orifice>
The height h of the nozzle front chamber is larger than a quarter of the hole diameter d of the orifice and smaller than twice (d / 4 <h <2d). the relationship of h = d / 4 was determined from the πd 2/4 = πdh. If the height h of the nozzle front chamber is smaller than a quarter of the hole diameter d, the nozzle front chamber becomes very flat, and the peripheral edge of the bottom that defines the inlet portion of the orifice acts as a throttle. On the other hand, when the height h of the nozzle front chamber is larger than twice the orifice hole diameter d, the flatness of the nozzle front chamber is reduced, and the horizontal flow of fuel is not formed, and the collision directly above each orifice is weakened. .
<Relationship between orifice diameter d and orifice plate thickness t>
The ratio of the orifice plate thickness t to the orifice diameter d is preferably greater than 0.5 and less than 2 (0.5 ≦ t / d ≦ 2.0). In other words, the thickness t is larger than half of the hole diameter d and smaller than twice (0.5d ≦ t ≦ 2.0d).
[0030]
The value of t / d increases when the thickness t is thick and when the hole diameter d is small, thereby improving atomization but reducing the spray directionality. On the other hand, the value of t / d becomes small when the thickness t is thin and when the hole diameter d is large, thereby improving the directionality of spraying but reducing atomization. If t / d is in the range of 0.5 to 2.0, both atomization and directionality are satisfied.
[0031]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
(In-cylinder injection gasoline engine)
As shown in FIG. 1, the cylinder injection gasoline engine includes a
[0032]
The
(Fuel injection nozzle)
The
[0033]
The nozzle body 32 includes an inner
[0034]
As shown in FIGS. 2 and 3, the
[0035]
Four
[0036]
Further, eight
[0037]
As a result, two
[0038]
As shown in FIG. 4, a circular and flat nozzle
[0039]
As shown in FIGS. 5A and 5B, a
[0040]
Although not shown, the throttle portion of the same to the
(Function and effect)
In FIG. 1, during homogeneous combustion, gasoline is directly injected into the
[0041]
In contrast, during stratified combustion, gasoline is injected into the
[0042]
According to the present embodiment, the following effects can be obtained in the homogeneous combustion mode and the stratified combustion mode.
[0043]
First, high atomization of gasoline is achieved for three reasons.
[0044]
The first reason is due to the formation of the
[0045]
The second reason is that an annular space is secured around the
[0046]
The third reason is that the
[0047]
Secondly, the spray reach distance (spray length) can be independently changed between the
[0048]
A relatively large amount of gasoline is injected from the
[0049]
In the formation of the solid-shaped spray, the opening area of each
[0050]
Third, a desired injection direction of the spray can be obtained in the
[0051]
The bottom 46 having a thickness t equal to the hole diameter d 1 of the orifice 47 can satisfy both atomization of the spray and injection directionality of the spray. By making the inclination angles equal between the
[0052]
Fourth, the strength of the bottom 46 can be ensured despite the formation of a large number of
[0053]
【The invention's effect】
Described so as have, according to the present invention, there is a relationship between the pore diameter d of the height h and the orifice of the nozzle front chamber d / 4 <h <2d, also the pore size of the thickness t and the orifice of the orifice plate d has a relationship of 0.5 ≦ t / d ≦ 2.0. As a result, the fuel collides in the centripetal direction directly above the orifice in the nozzle front chamber, and then the flow direction is suddenly changed toward the orifice to promote atomization. Further, the fuel is injected from the orifice in the axial direction, and the injection direction is regulated.
[0054]
In addition to the above advantages, spray injected from the large diameter of the orifice by attaching a difference in pore size of the plurality of orifices is long, the length of the spray injected from the small orifice can Shorten. As a result, a desired spray shape can be realized by combining the size of the orifice diameter and the axial direction of the orifice.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a direct injection gasoline engine in which a fuel injection nozzle is used.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an essential part showing an embodiment of a fuel injection nozzle of the present invention.
FIG. 3 is a bottom view of FIG. 2, showing the bottom of the orifice plate.
4 is an enlarged view of a main part of FIG.
5A is an enlarged view of a main part of FIG. 4, FIG. 5B is an XX sectional view in FIG. 4A, and FIG. 5C is a YY sectional view in FIG.
[Explanation of symbols]
31: Fuel injection nozzle 32: Nozzle body 35: Valve seat 38: Needle valve 41: Valve part 45: Orifice plate 46:
49: Mounting part
Claims (4)
前記内周壁面に対向する外周壁面上に環状の弁部が形成され、軸方向に移動されることにより該弁部が前記弁座に離着座するニードル弁と、
複数のオリフィスが形成され前記ニードル弁の下端面と対向する底部と、前記ノズルボディに取り付けられた取付部とを含むオリフィスプレートと、
から成り、前記ニードル弁の下端面と前記オリフィスプレートの底部との間に扁平なノズル前室が形成された、筒内噴射式内燃機関において使用される燃料噴射ノズルであって、
各前記オリフィスは、燃料の流入側に絞り部を、流出側に剥離促進部を備え、該剥離促進部は、各該オリフィスの外周側の半周のみに亘って形成されたくぼみからなることを特徴とする燃料噴射ノズル。A nozzle body in which an annular valve seat is formed on the inner peripheral wall surface;
An annular valve portion is formed on the outer peripheral wall surface facing the inner peripheral wall surface, and the valve portion is separated from and seated on the valve seat by being moved in the axial direction;
An orifice plate including a bottom portion formed with a plurality of orifices and facing a lower end surface of the needle valve; and an attachment portion attached to the nozzle body;
A fuel injection nozzle used in a cylinder injection internal combustion engine, wherein a flat nozzle front chamber is formed between a lower end surface of the needle valve and a bottom portion of the orifice plate,
Each of the orifices is provided with a throttle portion on the fuel inflow side and a separation promoting portion on the outflow side, and the separation promoting portion is formed by a depression formed only on the outer circumference side of each orifice. Fuel injection nozzle.
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