JP3932853B2 - Fuel injection device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的な内燃機関の燃料噴射装置は、特開平11−303710号公報に開示されているように、環状テーパ形状のシート部に当接する弁体と、シート部直下流側の燃料溜と、燃料溜に連通する噴孔とを有している。燃料噴射に際して弁体をシート部から離間させ、それにより、高圧の燃料がシート部を介して燃料溜内へ流入することによって、燃料溜内から噴孔を介して燃料が噴射される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
噴孔がシート部の中心軸線上に形成されていれば、燃料溜内へ流入した燃料は、容易に噴孔内へ流入して噴射される。しかしながら、例えば、噴孔がシート部の中心軸線に対して偏倚して燃料溜に連通されているような場合には、燃料溜内における噴孔の反偏倚側に比較的広い空間が形成され、シート部の反偏倚側から燃料溜内へ流入した燃料が、この空間内で縦方向に旋回する渦を形成し易い。このような渦が形成されると、噴孔へ流入する燃料のエネルギ損失が発生するために、噴射された燃料の貫徹力が低下したり、また、噴孔内を通過する燃料の流速の不均衡が発生して意図する形状の燃料噴霧を形成することが困難となる。
【0004】
従って、本発明の目的は、噴孔が弁体シート部の中心軸線から偏倚して燃料溜に連通している燃料噴射装置において、弁体シート部から燃料溜内へ流入する燃料が燃料溜内で渦を形成しないようにして、貫徹力の強い意図する形状の燃料噴霧を形成可能とすることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、弁体と、前記弁体のシート角部が当接する環状テーパ形状のシート部と、前記シート部の直下流側に位置する燃料溜と、前記シート部の中心軸線から偏倚して前記燃料溜に連通する単一の噴孔、とを具備し、前記噴孔の偏倚によって前記燃料溜内における前記噴孔の偏倚側の空間より反偏倚側の空間が大きくなり、前記シート部と前記燃料溜との間における少なくとも前記反偏倚側には面取りが形成されると共に、前記弁体の前記シート角部より先端側部分には、最先端部に前記先端側部分を構成する面より前記弁体の軸線方向に突出する突出部が設けられ、前記シート部の前記反偏倚側を通過する燃料は、前記面取り及び前記弁体の前記突出部によって前記反偏倚側の空間の略中央部へ導かれることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1は本発明による燃料噴射装置が取り付けられた筒内噴射式火花点火内燃機関の気筒内概略縦断面図であり、図2は図1のピストン平面図である。これらの図において、1は吸気ポートであり、吸気弁3を介して気筒内へ通じている。2は排気ポートであり、排気弁4を介して気筒内へ通じている。5はピストンであり、その頂面には凹状のキャビティ8が形成されている。
【0008】
6は気筒上部略中心に配置された点火プラグであり、7は気筒上部周囲から気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射装置、すなわち、燃料噴射弁である。燃料噴射弁7は、燃料のベーパを防止するために、気筒内において吸気流により比較的低温度となる吸気ポート側に配置されている。
【0009】
また、燃料噴射弁7は、スリット状の噴孔を有し、燃料を厚さの薄い略扇形状に噴射するものである。成層燃焼を実施するためには、図1に示すように、圧縮行程後半において燃料をピストン5の頂面に形成されたキャビティ8内へ噴射する。斜線で示す噴射直後の燃料は液状であるが、幅方向に拡がりながら気筒内を飛行する際に気筒内の高圧高温の吸気と十分に接触するために気化し易く、また、キャビティ8の底壁8aに沿って進行して幅方向に拡がる際に底壁8aの広範囲部分から熱吸収するために気化し易い。こうして気化しつつある燃料は、対向側壁8bによって上方向に偏向させられる。
【0010】
図2に示すように、対向側壁8bは、平面視において円弧形状を有している。それにより、キャビティ8の底壁8a上を進行して気化しつつある燃料は、対向側壁8bの円弧形状によって中央部へ集合し、点火プラグ6近傍においてドットで示す一塊の可燃混合気となる。こうして、この可燃混合気を着火燃焼させることにより希薄燃焼として成層燃焼が実現可能である。このように、燃料噴霧は、自身慣性力によって点火プラグ近傍へ導かれるために、良好な可燃混合気を形成するためには比較的強い貫徹力が必要である。また、強い貫徹力は飛行中における吸気との摩擦力を大きくし燃料を気化させるにも好ましい。
【0011】
本筒内噴射式火花点火内燃機関は、このような成層燃焼だけでなく、吸気行程で燃料を噴射することにより、点火時点において気筒内に均質混合気を形成し、この均質混合気を着火燃焼させる均質燃焼も実現可能である。このような均質燃焼は、燃料噴射期間が圧縮行程後半に限られる成層燃焼とは異なり、多量の燃料噴射が可能となるために、主には高回転高負荷時に実施される。均質燃焼時において、比較的厚さの薄い略扇形状の燃料噴霧は、気筒内を飛行中において幅方向に拡がり、円錐形状燃料噴霧の中央部のように気筒内の吸気と接触し難い部分がなく噴霧全体が吸気と十分に接触するために気化し易く、良好な均質混合気を形成するにも有利である。また、燃料噴霧の貫徹力が強ければ、成層燃焼時と同様に、吸気との摩擦力が大きくなるために、さらに燃料が気化し易くなる。
【0012】
図3は、燃料噴射弁7の先端部の断面図である。燃料噴射弁7の先端部には、弁体71が当接する環状テーパ形状のシート面72が形成され、また、このシート面72の下流側には、キャップ形状の燃料溜73が形成されている。燃料溜73のキャップ形状は、シート面72に接する円柱形状と、この円柱形状と同一半径を有する半球形状とから成っている。燃料噴射弁7の先端部には、さらに、燃料溜73に連通するスリット状の噴孔74が形成されている。
【0013】
図4は図3のA−A断面図であり、図3及び図4に示すように、噴孔74は、略扇形状の燃料噴霧の厚さ方向に離間して互いに略平行な二つの厚さ方向壁と、燃料噴霧の幅方向に所定夾角Bを持って離間する二つの幅方向壁とを有している。一点鎖線で示す二つの幅方向壁の厚さ方向中心線は、燃料溜73の半球形状中心Cにおいて交差するようになっている。尚、この厚さ方向中心線は、半球形状中心Cから多少ずれてシート面の中心軸線と交差するようにしても良い。
【0014】
図1に示すように、燃料噴射弁7は、取り付けスペースの関係でシリンダヘッドとシリンダブロックとの間の境界面に対して比較的小さな角度で取り付けられる。しかしながら、このように取り付けられた燃料噴射弁7の軸線方向に燃料を噴射したのでは、ピストン5頂面のキャビティ8内へ燃料を噴射することが難しいために、図1に示すように、軸線方向に対して所定角度Dで燃料を噴射するようになっている。そのために、噴孔74の二つの厚さ方向壁は、燃料噴射弁7の軸線に対して所定角度Dで傾斜して形成されている。
【0015】
図3及び図4に示すように、弁体71がリフトされて弁体71のシート角部71aがシート面72から離間すると、蓄圧室(図示せず)等に蓄えられた高圧燃料がシート面72を介して燃料溜73へ流入し、燃料溜73内から噴孔74を介して燃料が噴射される。こうして噴射される燃料が、噴孔74の形状に沿った略扇状噴霧となって比較的強い貫徹力を有していれば、前述したように、成層燃焼時においては、容易に気化すると共に確実に点火プラグ近傍へ導かれ、良好な可燃混合気を形成可能となる。また、均質燃焼時においては、容易に気化して良好な均質混合気を形成可能となる。
【0016】
図5は、一般的な燃料噴射弁7’の先端部の断面図である。図3と完全に同じ構成部分に関して同じ参照番号を付けており説明を省略する。環状テーパ形状のシート面72は、燃料噴射を停止するために、弁体71’のシート角部71a’と当接して高圧燃料をシールすることとなる。このシールを完全なものとするためには、弁体71’の軸線方向に作用する押圧力に対して十分な抗力を提供しなければならず、そのためには、シート面72をその軸線Eに対して比較的大きな角度Fで傾斜させなければならない。本実施形態の燃料噴射弁7においても同様に、シート面72は軸線Eに対して比較的大きな角度で傾斜している。
【0017】
前述したように、噴孔74は軸線Eに対して所定角度Dで傾斜している。それにより、噴孔74は、軸線Eに対して、すなわち、シート部72の中心軸線に対して偏倚して燃料溜73に連通されることとなる。こうして、燃料溜73は、噴孔74の開口を境に考えた場合において、噴孔の偏倚側の空間73bより反偏倚側の空間73aの方が大きくなり、反偏倚側の空間73aは比較的広いものとなる。
【0018】
燃料噴射に際して、シート部72を介して燃料が燃料溜73内へ流入することとなるが、シート部72は前述したように軸線Eに対して比較的大きな角度Fで傾斜しているために、図5に矢印で示すように、シート部72の噴孔偏倚側から燃料溜73内へ流入する燃料は燃料溜73の偏倚側空間73bの上部(弁体側)へ流入し、また、シート部72の噴孔反偏倚側から燃料溜73内へ流入する燃料は反偏倚側空間73aの上部へ流入し、次いで、これら二つの燃料流れは互いに衝突して軸線Eを通る垂直面(噴孔74の幅方向中心平面に垂直な)近傍に沿って燃料溜73の下方(噴孔側)へ進行する。
【0019】
この時、燃料溜73の偏倚側空間73bは狭いために燃料流れが旋回するようなことはないが、反偏倚側空間73aは広く、燃料が、その周囲部を通過するようになるために、図5に矢印で示すように、燃料は縦方向に旋回する渦を形成し易い。このような渦が形成されると、噴孔へ流入する燃料のエネルギ損失が発生するために、噴射された燃料の貫徹力が低下したり、また、噴孔内を通過する燃料の流速の不均衡が発生して意図する形状の燃料噴霧を形成することが困難となる。
【0020】
本実施形態の燃料噴射弁7では、図3に示すように、シート部72と燃料溜73との間にはテーパ形状の面取り75が形成されている。それにより、図3に矢印で示すように、シート部72の噴孔偏倚側から燃料溜73内へ流入する燃料は、面取り75によって燃料溜73の偏倚側空間の略中央部へ導かれ、また、シート部72の噴孔反偏倚側から燃料溜73内へ流入する燃料は反偏倚側空間の略中央部へ導かれる。
【0021】
こうして、本実施形態においても同様に燃料溜73の反偏倚側空間は広いが、略中央部へ導かれた燃料流れが反偏倚側空間内で渦を形成することはなく、噴孔74へ流入する燃料のエネルギ損失が発生することはないために、噴射された燃料の貫徹力は低下せず、また、噴孔内を通過する燃料の流速の不均衡が発生するようなことはないために、意図する形状の燃料噴霧を形成することが可能となる。
【0022】
また、本実施形態において、弁体71の先端は、シート部72の噴孔偏倚側から燃料溜73内へ流入する燃料が偏倚側空間の略中央部へ導かれ易くすると共に、シート部72の噴孔反偏倚側から燃料溜73内へ流入する燃料が反偏倚側空間の略中央部へ導かれ易くするような突出部71bによって突出している。
【0023】
それにより、シート部72の噴孔反偏倚側から燃料溜73内へ流入する燃料は、さらに確実に反偏倚側空間の略中央部へ導かれ、燃料溜73内で渦が発生することを確実に防止することが可能となる。
【0024】
本実施形態において、面取り75はシート部72と燃料溜73との間の全周に形成されている。それにより、シート部72の噴孔反偏倚側から燃料溜73内へ流入する燃料が反偏倚側空間の略中央部へ導かれること加えて、シート部72の噴孔偏倚側から燃料溜73内へ流入する燃料が偏倚側空間の略中央部へ導かれるようになっている。前述したように、燃料溜の偏倚側空間は狭いために、特に略中央へ燃料が導かれなくても燃料の渦が形成され難い。それにより、面取り75をシート部72と燃料溜73との間の反偏倚側だけに形成するようにしても良い。しかしながら、本実施形態のようにすることで、燃料溜73の偏倚側空間でも渦の生成を完全に防止することができる。また、弁体71の突出部71bに関しても同様のことが言える。
【0025】
本実施形態において、噴孔74は、略扇形状の燃料噴霧を形成するためのスリット噴孔となっている。これは本発明を限定するものではない。例えば、断面丸形状の噴孔がスリット状噴孔と同位置に形成されている場合においても、燃料溜73の反偏倚側空間は同様に広くなり、ここで渦が形成されれば、噴孔へ流入する燃料のエネルギ損失が発生し、やはり、噴射された燃料の貫徹力が低下することとなる。従って、この場合においても本実施形態のような面取り75及び突出部71bを設けることは有効である。最後に、本実施形態において、シート部72の環状テーパ形状は、実際的には切頭円錐形状であるが、切頭角錐形状等の任意の環状テーパ形状としても良い。
【0026】
【発明の効果】
本発明による内燃機関の燃料噴射装置によれば、噴孔の偏倚によって燃料溜内における噴孔の偏倚側の空間より反偏倚側の空間が大きくなる場合に、シート部と燃料溜との間における少なくとも反偏倚側には面取りが形成されると共に、弁体のシート角部より先端側部分には、最先端部に先端側部分を構成する面より弁体の軸線方向に突出する突出部が設けられ、シート部の反偏倚側を通過する燃料は面取り及び弁体の突出部によって反偏倚側の空間の略中央部へ導かれるようになっている。それにより、渦が形成され易い大きな反偏倚側空間において渦の発生を防止することができ、燃料溜内における燃料のエネルギ損失が抑制されるために、貫徹力の強い意図する形状の燃料噴霧を形成可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による燃料噴射装置が取り付けられた筒内噴射式火花点火内燃機関の概略気筒内縦断面図である。
【図2】図1の筒内噴射式火花点火内燃機関のピストン頂面図である。
【図3】燃料噴射弁の実施形態を示す先端部の断面図である。
【図4】図3のA−A断面図である。
【図5】一般的な燃料噴射弁の先端部の断面図である。
【符号の説明】
6…点火プラグ
7…燃料噴射弁
71…弁体
71b…突出部
72…シート面
73…燃料溜
74…噴孔
75…面取り[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-303710, a general internal combustion engine fuel injection device includes a valve body that contacts an annular tapered seat portion, a fuel reservoir directly downstream of the seat portion, and a fuel And a nozzle hole communicating with the reservoir. When the fuel is injected, the valve body is separated from the seat portion, whereby high-pressure fuel flows into the fuel reservoir through the seat portion, whereby the fuel is injected from the fuel reservoir through the injection hole.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
If the injection hole is formed on the central axis of the seat portion, the fuel that has flowed into the fuel reservoir easily flows into the injection hole and is injected. However, for example, in the case where the nozzle hole is deviated with respect to the central axis of the seat portion and communicated with the fuel reservoir, a relatively wide space is formed on the side opposite to the nozzle hole in the fuel reservoir, The fuel that has flowed into the fuel reservoir from the non-biased side of the seat portion easily forms a vortex that swirls in the vertical direction in this space. When such a vortex is formed, energy loss of the fuel flowing into the nozzle hole occurs, so that the penetrating force of the injected fuel is reduced or the flow velocity of the fuel passing through the nozzle hole is reduced. It becomes difficult to form a fuel spray having an intended shape due to the occurrence of equilibrium.
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel injection device in which the nozzle hole is deviated from the central axis of the valve body seat portion and communicates with the fuel reservoir, and fuel flowing into the fuel reservoir from the valve body seat portion is contained in the fuel reservoir. In other words, it is possible to form a fuel spray of an intended shape having a strong penetration force without forming a vortex.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel injection device for an internal combustion engine, comprising: a valve body; an annular tapered seat portion in contact with a seat corner portion of the valve body; and a fuel located immediately downstream of the seat portion. A reservoir, and a single injection hole that is deviated from the central axis of the seat portion and communicates with the fuel reservoir, and the displacement of the injection hole causes a displacement from the displacement side of the injection hole in the fuel reservoir. The space on the counter-bias side becomes large, and a chamfer is formed on at least the counter-bias side between the seat portion and the fuel reservoir, and at the tip end portion of the valve body from the corner portion of the seat. protrusion protruding from the surface constituting the tip portion to the tip portion in the axial direction of the valve body is provided, the fuel passing through the counter-biasing side of the seat portion, said projection of said chamfer and the valve body substantially in the space of the counter-biased side by parts Characterized in that it is guided to part.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view in a cylinder of a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine to which a fuel injection device according to the present invention is attached, and FIG. 2 is a plan view of a piston in FIG. In these drawings,
[0008]
6 is an ignition plug disposed substantially at the center of the upper part of the cylinder, and 7 is a fuel injection device for directly injecting fuel from the periphery of the upper part of the cylinder into the cylinder, that is, a fuel injection valve. The
[0009]
Moreover, the
[0010]
As shown in FIG. 2, the
[0011]
This in-cylinder injection type spark ignition internal combustion engine forms not only such stratified combustion but also fuel in the intake stroke to form a homogeneous mixture in the cylinder at the time of ignition, and this homogeneous mixture is ignited and combusted. Homogeneous combustion is also possible. Unlike the stratified combustion in which the fuel injection period is limited to the latter half of the compression stroke, such homogeneous combustion is mainly performed at high rotation and high load because a large amount of fuel can be injected. During homogeneous combustion, the relatively thin, generally fan-shaped fuel spray spreads in the width direction during flight in the cylinder, and there is a portion that is difficult to come into contact with the intake air in the cylinder, such as the central part of the conical fuel spray. In addition, since the entire spray is sufficiently in contact with the intake air, it is easy to vaporize, which is advantageous for forming a good homogeneous mixture. In addition, if the penetration force of the fuel spray is strong, the frictional force with the intake air becomes larger as in the stratified combustion, so that the fuel is more easily vaporized.
[0012]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the tip portion of the
[0013]
4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3. As shown in FIGS. 3 and 4, the
[0014]
As shown in FIG. 1, the
[0015]
As shown in FIGS. 3 and 4, when the
[0016]
FIG. 5 is a cross-sectional view of the tip of a general
[0017]
As described above, the
[0018]
During fuel injection, the fuel flows into the
[0019]
At this time, since the
[0020]
In the
[0021]
Thus, in this embodiment as well, the anti-bias side space of the
[0022]
Further, in the present embodiment, the tip of the
[0023]
As a result, the fuel flowing into the
[0024]
In the present embodiment, the
[0025]
In the present embodiment, the
[0026]
【The invention's effect】
According to the fuel injection device for an internal combustion engine according to the present invention, when the space on the counter-bias side is larger than the space on the bias side of the nozzle hole in the fuel reservoir due to the bias of the nozzle hole, the space between the seat portion and the fuel reservoir is increased. A chamfer is formed at least on the anti-bias side, and a protruding portion that protrudes in the axial direction of the valve body from the surface that forms the distal end portion is provided at the distal end portion from the corner portion of the seat of the valve body. The fuel passing through the anti-bias side of the seat portion is guided to the substantially central portion of the space on the anti-bias side by chamfering and the protruding portion of the valve body. As a result, the generation of vortices can be prevented in a large anti-bias side space where vortices are easily formed, and the energy loss of fuel in the fuel reservoir is suppressed. It can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine equipped with a fuel injection device according to the present invention.
2 is a top view of a piston of the direct injection spark ignition internal combustion engine of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a sectional view of a tip portion showing an embodiment of a fuel injection valve.
4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3;
FIG. 5 is a cross-sectional view of a tip portion of a general fuel injection valve.
[Explanation of symbols]
6 ...
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