JP3991053B2 - Fuel injection valve - Google Patents
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Description
本発明は、点火性および燃焼性に優れた燃料噴霧を形成する燃料噴射弁と内燃機関に関するものである。 The present invention relates to a fuel injection valve and an internal combustion engine that form a fuel spray excellent in ignitability and combustibility.
エンジンの吸気管内に燃料を噴射する吸気管内燃料噴射装置に対して、燃焼室(シリンダ)内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射装置が知られている。この筒内燃料噴射装置の一例が、特許文献1に開示されている。
An in-cylinder fuel injection device that directly injects fuel into a combustion chamber (cylinder) is known as opposed to an intake pipe fuel injection device that injects fuel into an engine intake pipe. An example of this in-cylinder fuel injection device is disclosed in
この公報にも開示されているように、燃焼室内に直接噴射した燃料を燃焼室内で吸入空気と均一に混合することは難しく、燃焼室内に直接噴射する燃料の微粒化(霧化)を促進することが重要である。燃料の微粒化のために、燃料噴射弁から噴射する燃料に旋回力を与えることが、従来より行われてきた。上記公報においても、燃料に旋回力を与える手段が開示されている。 As disclosed in this publication, it is difficult to uniformly mix the fuel directly injected into the combustion chamber with the intake air in the combustion chamber, and promote atomization (atomization) of the fuel directly injected into the combustion chamber. This is very important. In order to atomize the fuel, it has been conventionally performed to apply a turning force to the fuel injected from the fuel injection valve. The above publication also discloses means for applying a turning force to the fuel.
ところで、上記公報に開示された筒内燃料噴射装置は、燃料を噴射孔から噴射させる噴射ノズルと、この噴射ノズルの外側にエアー室を構成する有底筒状のカバーと、このカバーの底部側に噴射ノズルの噴射孔と連通するように形成されたスワールチャンバと、噴射孔を開閉する弁体とを備えている。 Incidentally, the in-cylinder fuel injection device disclosed in the above publication includes an injection nozzle that injects fuel from an injection hole, a bottomed cylindrical cover that forms an air chamber outside the injection nozzle, and a bottom side of the cover And a swirl chamber formed so as to communicate with the injection hole of the injection nozzle, and a valve body for opening and closing the injection hole.
このとき、スワールチャンバは、有底筒状のカバーで構成したエアー室からスワールチャンバ内周面に向けて、その接線方向からアシストエアーを導入する噴出孔を有し、噴出孔から噴出するアシストエアーによって噴射ノズルの噴射孔から噴射させる燃料に旋回力を与えるようになっていた。また、アシストエアーをエアー室からスワールチャンバに導入する噴出孔および通路は、上下方向(弁体の軸方向)に2段設けられているが、上下で同じ構造になっている。 At this time, the swirl chamber has a blow hole for introducing assist air from the tangential direction toward the inner peripheral surface of the swirl chamber from the air chamber constituted by the bottomed cylindrical cover, and the assist air blown from the blow hole Thus, a turning force is applied to the fuel injected from the injection hole of the injection nozzle. In addition, the jet holes and passages for introducing the assist air from the air chamber to the swirl chamber are provided in two stages in the vertical direction (the axial direction of the valve element), but have the same structure in the vertical direction.
上記の筒内燃料噴射装置を始め従来技術では、燃料の微粒化を促進したり、燃料を噴霧する向きや噴霧の広がりを工夫したりしている。しかし、以下に述べるような、点火性(着火性)と燃焼性(火炎の伝播性)を共に向上させ得るような噴霧形状或いは噴霧構造に対しては、十分な配慮がなされていなかった。 In the prior art including the in-cylinder fuel injection device, atomization of the fuel is promoted, and the direction in which the fuel is sprayed and the spread of the spray are devised. However, sufficient consideration has not been given to a spray shape or a spray structure that can improve both ignitability (ignitability) and combustibility (flame propagation) as described below.
燃料噴射弁より噴射される噴霧の最適化には、以下の様な特性を考慮する必要がある。 In order to optimize the spray injected from the fuel injection valve, it is necessary to consider the following characteristics.
第一は噴霧形状であり、噴霧の広がり角度や到達距離が因子となる。第二は噴霧粒径であり、大粒子の個数をできるかぎり少なくして粒径分布の均一化を図る必要がある。第三は噴霧構造であり、噴霧される燃料粒子の空間的分布を適正化する必要がある。 The first is the spray shape, and the spread angle and the reach distance of the spray are factors. The second is the spray particle size, and it is necessary to make the particle size distribution uniform by reducing the number of large particles as much as possible. The third is a spray structure, and it is necessary to optimize the spatial distribution of sprayed fuel particles.
筆者等は、これらの噴霧特性が内燃機関の燃焼特性にどのように関与するか、種々の実験解析を進めている。これまでの検討によると、噴霧の広がり角度を大きくして噴霧の慣性力を弱めてその到達距離を短くすると、燃焼の安定性に有効であること。また一方、噴霧の広がり角度を小さくして噴霧の慣性力を強くすると、点火性の良い混合気が生成されるが、燃焼の未燃ガス成分(HC、CO)が増加する傾向にあること等が明らかになっている。 The authors and others are conducting various experimental analyzes on how these spray characteristics are related to the combustion characteristics of an internal combustion engine. According to previous studies, increasing the spray spread angle to weaken the inertial force of the spray and shorten its reach distance is effective for combustion stability. On the other hand, if the spray spread angle is reduced to increase the inertial force of the spray, a mixture with good ignitability is generated, but the unburned gas components (HC, CO) of combustion tend to increase. Has been revealed.
本発明の目的は、製作精度が高く、その製造コストも安価な燃料噴射弁を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fuel injection valve with high manufacturing accuracy and low manufacturing cost.
製作精度が高く、その製造コストも安価な燃料噴射弁を提供するために、本発明の燃料噴射弁は、噴射孔を有するノズル体と、弁体と、この弁体をその軸方向に駆動する駆動手段とを備え、前記弁体を駆動することにより前記噴射孔を開閉し、燃料噴射を行う燃料噴射弁において、前記噴射孔の上流側に燃料に旋回力を付与する旋回力付与手段を備え、前記旋回力付与手段を、軸心よりオフセットした径方向通路を打ち抜いて製作した板状部材と、軸方向通路を外周面から内周側に切り欠かれた切欠き部として打ち抜いて製作した板状部材とを軸方向に積層して構成したものである。
このとき、旋回力付与手段は、軸方向に2つの径方向通路を有し、上流側の径方向通路が下流側の径方向通路に対して軸心より大きくオフセットしているとよい。
また噴射孔の中央部下方において先行する噴霧と、この噴霧の周辺において、この噴霧に続く中空放射状の噴霧を形成して、前記噴射孔からの噴霧を中実噴霧状とするとよい。
以上の内燃機関によれば、プレ−トの打ち抜き加工によって得られるので製作精度が高く、その製造コストも安価になる。また、シリンダ内で中実状の噴霧が形成されることにより、内燃機関の点火性を良好とし、燃焼性も向上するので燃焼の未燃ガス成分の排出量を低減できる。このとき、ピストンの上面に構成したキャビティに向けて燃料を噴射すれば、弱い旋回力を付与された慣性力の強い噴霧はキャビティに勢い良く衝突し、向きを点火装置(点火プラグ)の方に変える。向きを変えた慣性力の強い噴霧はさらに回りの小径液滴を誘引しながら拡散を促すので、点火性ばかりでなく、燃焼性もさらに向上する。
In order to provide a fuel injection valve with high manufacturing accuracy and low manufacturing cost, the fuel injection valve of the present invention drives a nozzle body having an injection hole, a valve body, and the valve body in its axial direction. A fuel injection valve that opens and closes the injection hole by driving the valve body to perform fuel injection, and includes a turning force applying means that applies a turning force to the fuel upstream of the injection hole. A plate member produced by punching out the radial passage offset from the shaft center, and a plate produced by punching the axial passage as a notch cut out from the outer peripheral surface to the inner peripheral side. And a cylindrical member are laminated in the axial direction.
At this time, the turning force applying means preferably has two radial passages in the axial direction, and the upstream radial passage is offset from the downstream radial passage by a larger amount than the axial center.
Moreover, it is good to form the spray which precedes in the center part lower part of an injection hole, and the hollow radial spray following this spray in the periphery of this spray, and makes the spray from the said injection hole into a solid spray form.
According to the internal combustion engine described above, since it is obtained by punching a plate, the manufacturing accuracy is high and the manufacturing cost is also low. Further, since the solid spray is formed in the cylinder, the ignitability of the internal combustion engine is improved and the combustibility is also improved, so that the discharge amount of the unburned gas component of combustion can be reduced. At this time, if the fuel is injected toward the cavity formed on the upper surface of the piston, the spray having a strong inertial force imparted with a weak turning force collides with the cavity vigorously, and the direction is directed toward the ignition device (ignition plug). Change. The spray having a strong inertia force that has changed its direction further promotes diffusion while attracting surrounding small-diameter droplets, so that not only ignitability but also flammability is further improved.
積層構造の燃料旋回素子は、プレ−トの打ち抜き加工によって得られるので製作精度が高く、その製造コストも安価になるという効果がある。 The fuel-swivel element having a laminated structure can be obtained by punching a plate, so that the manufacturing accuracy is high and the manufacturing cost is reduced.
まず、筆者等が検討対象とした筒内燃料噴射装置及びそれを搭載した内燃機関を図9に示す。 First, FIG. 9 shows an in-cylinder fuel injection device and an internal combustion engine equipped with the in-cylinder fuel injection device that the authors studied.
詳細は後述するが、この筒内燃料噴射装置(以下、電磁式燃料噴射弁と称す)は、シリンダヘッドに30°〜40°程度の傾斜をもって取り付けられているが、その燃料の噴射方向はピストンキャビティ(ピストンに設けられる凹み)に向けられている。この種の電磁式燃料噴射弁より噴射される噴霧の最適化には、以下の様な特性を考慮して検討を行う必要がある。 Although details will be described later, this in-cylinder fuel injection device (hereinafter referred to as an electromagnetic fuel injection valve) is attached to the cylinder head with an inclination of about 30 ° to 40 °. It is directed to the cavity (a recess provided in the piston). In order to optimize the spray injected from this type of electromagnetic fuel injection valve, it is necessary to consider the following characteristics.
第一は噴霧形状であり、噴霧の広がり角度や到達距離で因子となる。第二は噴霧粒径であり、大粒子の個数をできるかぎり少なくして粒径分布の均一化を図る必要がある。第三は噴霧構造であり、噴霧される燃料粒子の空間的分布を適正化する必要がある。 The first is the spray shape, which is a factor depending on the spread angle and reach of the spray. The second is the spray particle size, and it is necessary to make the particle size distribution uniform by reducing the number of large particles as much as possible. The third is a spray structure, and it is necessary to optimize the spatial distribution of sprayed fuel particles.
筆者等は、これらの噴霧特性が内燃機関の燃焼特性にどのように関与するか、種々の実験解析を進めている。これまでの検討によると、噴霧の広がり角度を大きくして噴霧の慣性力を弱めてその到達距離を短くすると、燃焼の安定性に有効であること。また一方、噴霧の広がり角度を小さくして噴霧の慣性力を強くすると、点火性の良い混合気が生成されるが、燃焼の未燃ガス成分(HC、CO)が増加する傾向にあること等が明らかになっている。 The authors and others are conducting various experimental analyzes on how these spray characteristics are related to the combustion characteristics of an internal combustion engine. According to previous studies, increasing the spray spread angle to weaken the inertial force of the spray and shorten its reach distance is effective for combustion stability. On the other hand, if the spray spread angle is reduced to increase the inertial force of the spray, a mixture with good ignitability is generated, but the unburned gas components (HC, CO) of combustion tend to increase. Has been revealed.
本発明に係る以下の実施例は上述の知見に基づいてなされたものである。 The following examples according to the present invention have been made based on the above findings.
以下、本発明の一実施例を図1および図2、図3により説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1(a)は、本発明の電磁式燃料噴射弁1の縦断面図を示しており、この図を用いて、電磁式燃料噴射弁1の構造及び動作について説明する。また、図1(b)は、燃料旋回素子22と可動弁部4Aの拡大断面図を示しており、図1(c)は、燃料噴射孔8の直径do とバルブシ−ト面9部の角度θを示す拡大断面図である。
FIG. 1A shows a longitudinal sectional view of an electromagnetic
該電磁式燃料噴射弁1は、コントロ−ルユニットにより演算されたデュ−ティのON−OFF信号によりシ−ト部の開閉を行うことにより燃料の噴射を実施する。磁気回路は、有底筒状のヨ−ク3、ヨ−ク3の開口端を閉じる栓体部2aとヨ−ク3の中心部に延びる柱状部2bとからなるコア2及びコア2に空隙を隔てて対面するプランジャ4とからなる。柱状部2bの中心には、プランジャ4とロッド5とボ−ル6からなる可動部4Aを、ノズル部材7に形成された燃料の通過を許す燃料噴射孔8の上流側のシ−ト面9に押圧するように挿入した、弾性部材としてのスプリング10を保持するための穴4Bが設けてある。このスプリング10の上端は、セット荷重を調整するためにコア2の中心に挿通されたスプリングアジャスタ11の下端に当接している。コア2の柱状部2b側とヨ−ク3の可動部4A側で対面する隙間部には、コイル14側へ燃料が流出するのを防ぐために、両者間に機械的に固定されるシ−ルリング12が設けられている。磁気回路を励磁するコイル14はボビン13に巻かれ、その外周をプラスチック材でモ−ルドされている。これらから成るコイル組立体15の端子17は、コア2のつば2a部に設けた穴16に挿入されている。この端子17は、図示しないコントロ−ルユニットの端子と結合される。
The electromagnetic
ヨ−ク3の有底部には、可動部4Aを受容するプランジャ受容部18が開けられており、さらにプランジャ受容部18の径より大径でそこにストッパ19及びノズル部材7を受容するノズル受容部20がヨ−ク3先端まで貫設されている。可動部4Aは、磁性材料製プランジャ4と、一端がプランジャ4に一体的に形成されたロッド5と該ロッド5の先端部に接合されたボ−ル6とより成るが、ロッド5のプランジャ4側には燃料の通過を許す空洞部5Aが設けてある。この空洞部5Aには燃料の流出口5Bが設けてある。また、可動部4Aは、プランジャ4の外周がシ−ルリング12に当接することでその軸方向の動きを案内されるとともに、ボ−ル6が接合されたロッド5の端部近傍を、ノズル部材7の中空部の内壁21に挿入されている本発明に係る積層構造の燃料旋回素子22の内周面23で、ガイドされている。ノズル部材7には、ボ−ル6が接合されたロッド5の端部近傍をガイドする積層構造の燃料旋回素子22につづいて、ボ−ル6を着座するシ−ト面9が形成されており、シ−ト面9の下流の中央部には燃料の通過を許す燃料噴射孔8が設けられている。
A
なお、燃料噴射孔8は、直径do よりなり、ノズル部材7のシ−ト面9は、シ−ト角度θより構成されている。
The
また、可動部4Aのストロ−ク(軸上方への移動量)は、ロッド5の首部の受け面5Cとストッパ19間の空隙の寸法で決定される。なお、24はフィルタ−で燃料中や配管中のゴミや異物がバルブシ−ト側への侵入を防ぐために設けられている。
The stroke (the amount of movement upward of the shaft) of the
戻って、本発明に係る積層構造の燃料旋回素子22の構成について、説明する。図2(a)は、積層構造の燃料旋回素子22の平面図を、図2(b)は、その縦断面図を、図2(c)は、燃料旋回素子22の燃料通路を構成する上部プレ−ト22Bを、図2(d)は、燃料の通過を許す中間プレ−ト22Cを、図2(e)は、燃料旋回通路を構成する下部プレ−ト22Dの形状をそれぞれ示している。
Returning, the configuration of the fuel-
また、図3(b)には、下部旋回通路の他の構成例として下部プレ−ト22D'を示している。
FIG. 3B shows a
積層構造の燃料旋回素子22は、図2(b)に示されるように、筒状部22Aとプレ−ト22B、22C、22Dの4ピ−スより構成される。筒状部22Aは可動部4Aの案内孔23を有する。また、プレ−ト22Bは図2(c)に示すように、軸心よりオフセットLsされる径方向燃料通路25と切欠き部26が各々1対設けられており、さらにこの径方向燃料通路25と連通する穴27が中央部に設けられている。また、プレ−ト22Dにはオフセットされない径方向燃料通路28と、この径方向燃料通路28と連通する穴29が中央部に設けられている。 このとき、プレ−ト22Dの径方向燃料通路28は、プレ−ト22Bの径方向燃料通路25のオフセット量Lsよりも小さなオフセット量(0以上)を有していても良い。例えば、図3(b)に示すような下部プレ−ト22Dを用いると、燃料旋回通路28'は、図2(c)の燃料通路25のオフセット量Lsよりも小さいオフセット量Ls'を有している。すなわち、燃料が径方向燃料通路28を通る際に、この通路28から与えられる旋回力が、径方向燃料通路25を通る際に与えられる旋回力よりも小さい範囲で、所望の噴霧が得られるように、径方向燃料通路28のオフセット量を設定すればよい。
As shown in FIG. 2B, the
さらに、中間プレ−ト22Cには切欠き部30と中央部に穴31が各々設けられている。なお、プレ−ト22B、22C、22Dに設けられる穴27、29、31は筒状部22Aの案内孔23の直径と同径かもしくは多少大きい径となるように形成されている。さらに、これらのプレ−ト22B、22C、22Dは非常に薄い板状の部材を円盤状に打ち抜いて製作されたもので、各々の穴や切欠き部も同工程で成型される。このように、プレ−ト22B、22C、22Dはプレス型成型によるので形状の設計自由度が高い。例えば、径方向通路を複数個設けること、非常に細い通路を設けること、曲線となるような複雑な通路を設けること、など切削加工では得られない複雑で様々な形状を高精度でしかも安価で製作できる。
Further, the intermediate plate 22C is provided with a
筒状部22Aとプレ−ト22B、22C、22Dの4ピ−スは、図2(b)に示されるような順番で積層された後圧着固定される。この積層構造の燃料旋回素子22をノズル7の中空部の内壁21に挿入固定すると、燃料旋回素子22の外周壁とノズル7の中空部の内壁21との間で燃料の軸方向通路32が形成される。また、可動部4Aの挿入によってボ−ル6の外周部に燃料旋回室33が形成される。すなわち、弁上方より導入される燃料通路が構成され、軸方向通路32を通過した燃料はプレ−ト22Bの径方向燃料通路25にて軸中心より偏心導入される。いわゆる、燃料に旋回が付与される。ここに、付与される旋回強度(スワ−ル数S)は次式で求められる。
S=(角運動量)/((噴射軸方向の運動量)×(燃料噴射孔の半径))
=(2・d0・Ls)/( n・ds2・cos θ/2)
ここに、
d0:燃料噴射孔径
Ls:径方向燃料通路の偏心量(図2参照)
n :径方向燃料通路の数
θ :弁座の角度
ds:流れ学的等価直径で径方向燃料通路の幅Wと高さHを用い表される。このとき、
ds =(2・W・H)/(W+H)
である。このスワ−ル数Sを大きくすると、燃料の微粒化が促進され慣性力が弱められた広がり角度の大きい噴霧が形成される。
The four parts of the
S = (angular momentum) / ((momentum in injection axis direction) × (radius of fuel injection hole))
= (2 · d0 · Ls) / (n · ds2 · cos θ / 2)
here,
d0: fuel injection hole diameter Ls: eccentric amount of the radial fuel passage (see FIG. 2)
n: number of radial fuel passages θ: angle of valve seat ds: rheological equivalent diameter, expressed as width W and height H of radial fuel passages. At this time,
ds = (2 · W · H) / (W + H)
It is. When the swirl number S is increased, the atomization of the fuel is promoted, and the spray having a large spread angle is formed in which the inertia force is weakened.
上式からも分かるように、旋回力を左右するパラメータには、オフセット量Lsの他に、通路の数nと水力直径dsがある。従って、旋回力を変えるために、本実施例のようにオフセット量Lsを操作するかわりに、nやdsを操作しても良いが、この場合には圧力損失に差が生じるので、各溝に流れる燃料の流量配分が異なってしまう。従って、この点に留意した設計が必要となる。その点では、オフセット量Lsはその影響が小さく、操作しやすい。しかし、前記の点に十分留意して設計すれば、多段に配置した径方向燃料通路についてnやdsを変えても良い。 As can be seen from the above equation, parameters that affect the turning force include the number of passages n and the hydraulic diameter ds in addition to the offset amount Ls. Therefore, in order to change the turning force, instead of operating the offset amount Ls as in this embodiment, n or ds may be operated. However, in this case, a difference in pressure loss occurs, so that each groove has a difference. The flow distribution of the flowing fuel will be different. Therefore, a design that takes this into consideration is necessary. In that respect, the offset amount Ls has little influence and is easy to operate. However, n and ds may be changed for the radial fuel passages arranged in multiple stages if the above-mentioned points are taken into consideration.
以上のように構成された、本噴射弁1の動作を説明する。
The operation of the
噴射弁1は、電磁コイル14に与えられる電気的なON−OFF信号により、可動部4Aを軸方向に上下動させてバルブシ−ト9の開閉を行い、それによって燃料の噴射制御を行う。電気信号がコイル14に与えられると、コア2、ヨ−ク3、プランジャ4で磁気回路が形成され、プランジャ4がコア2側に吸引される。プランジャ4が移動すると、これと一体になっているボ−ル6も移動してノズル部材7の弁座のシ−ト面9から離れ燃料噴射孔8を開放する。燃料は、図9に示す燃料ポンプ80、71や燃料圧力を調整するレギュレ−タ79を介して加圧調整され、フィルタ24から燃料噴射弁1の内部に流入し、コア2の内部通路、プランジャ4の外周部及びプランジャ4内に設けた燃料の通過を許す空洞部5Aから燃料の流出口5Bを経て下流に至り、ストッパ19とロッド5の隙間、燃料旋回素子22の径方向燃料通路25、切欠き部26を通ってシ−ト部へ旋回供給され、開弁時に燃料噴射孔8から噴射される。
The
噴射された噴霧は、詳細は後述するが(図7参照)、慣性力の弱い広がり角度の大きい噴霧と慣性力の強い広がり角度の小さい噴霧が混在する、いわゆる複合噴霧(比較的中実構造の噴霧)となる。すなわち、慣性力の弱い広がり角度の大きい噴霧は、シ−ト面9より遠ざけて配置されるプレ−ト22Bより生成されるもので、径方向燃料通路25により燃料に付与される旋回力によって微粒化が促進されたものである。また一方、慣性力の強い広がり角度の小さい噴霧は、シ−ト面9に近い側に配置されるプレ−ト22Dにより生成されるもので燃料に付与される旋回力は前者に比べて弱く、速度の大きい噴霧流として軸心付近に生成される。
The injected spray will be described in detail later (see FIG. 7), but it is a so-called compound spray (with a relatively solid structure) in which a spray with a large spread angle with a low inertia force and a spray with a large spread angle with a strong inertia force are mixed. Spraying). That is, the spray having a small inertial force and a large spread angle is generated from the
プレ−ト22Dの径方向燃料通路28はオフセット量がゼロ(0)であるが、プレ−ト22Bの径方向燃料通路25からの強い旋回流に押し出される際に、旋回力を付与されて弱い旋回流となる。
The
径方向燃料通路28からの、弱い旋回力を与えられた噴霧流は、周辺空気を誘引すると共に、径方向燃料通路25から強い旋回力を与えられて微粒化された微小液滴を誘引する。その結果として、比較的中実構造となる噴霧が生成される。図3(a)は、本発明のプレ−ト22Bに係る他の実施例を示すもので、燃料の径方向通路25の変形例である。すなわち、プレ−ト34Bには、切欠き部に変わる突起状の半円部35が形成されており、この突起状の半円部35に燃料の径方向通路36の一端を構成したものである。この径方向通路36に連通して中央部に穴37が設けてある。本実施例においても燃料に十分な旋回力が付与されて、燃料の微粒化が促進され速度が小さく慣性力の弱い噴霧が生成される。
The spray flow that is given a weak swirl force from the
図4は、本発明の積層構造の燃料旋回素子22に係る他の実施例を示すもので、2ピ−ス構造の燃料旋回素子38としたものである。図4(a)は燃料旋回素子38の縦断面図を示しており、図4(b)は燃料の径方向通路を示すM方向視図及び図4(c)はN方向視図である。
FIG. 4 shows another embodiment of the fuel-
すなわち、燃料旋回素子38は、図4(a)に示されるY部で分離されるが、この部位で接合固定されており、筒状部38Aには、可動部4Aをガイドする案内孔39が設けられている。また、他方の筒状部38Bの一端面には、軸心よりオフセットされる燃料の径方向通路40(図4(b)のM方向視図参照)が、他方面には、オフセットされていない燃料の径方向通路41(図4(c)のN方向視図参照)がそれぞれ設けられている。また、中央部には各々の燃料の径方向通路40、41に連通する穴42が設けられている。この穴42は筒状部38Aに設けられる案内孔39の直径と同径かもしくは多少大きい径で形成されている。また、筒状部38A及び他方の筒状部38Bには、図4(b)(c)に示されるようにDカット面43、44が設けられており、ノズル7の中央部の内壁21に挿入固定された際に、Dカット面43、44とノズル7の中央部の内壁21との間で燃料の径方向通路が形成される。この実施例の筒状部38Bは、第一実施例と同様に型成型で製作されるので、燃料の径方向通路40、41の設計自由度は比較的高く、高精度な製作も可能であり第一実施例と同様な作用、効果が得られることは言うまでもない。
That is, the
図5ないし図6は、本発明に係る可動弁をニ−ドル弁とした場合の他の実施例を示すもので、図5はニ−ドル弁50周りの要部縦断面図を示しており、図6は積層構造の燃料旋回素子51の断面図を示している。図において第一実施例と同符号は同一部品を示す。図6において、積層構造の燃料旋回素子51は、筒状部51Aとプレ−ト51B、51C、51Dの4ピ−スより成りその構成は第一実施例と同様である。筒状部51Aはニ−ドル弁よりなるニ−ドル弁50の案内孔52を有する。また、プレ−ト51B、51C、51Dの燃料通路の構成は第一実施例と同様であるが、相異なるのは、燃料通路と連通する穴53が筒状部51Aの案内孔52の直径より多少大きい径となるように形成されている点である。
5 to 6 show another embodiment in which the movable valve according to the present invention is a needle valve. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the main part around the
図5に戻るが、筒状部51Aとプレ−ト51B、51C、51Dの4ピ−スは、第一実施例と同様な順番で積層された後ノズル7の中空部の内壁21に挿入固定されるが、その際、燃料旋回素子51の外周壁とノズル7の中空部の内壁21との間で燃料の軸方向通路54が形成される。また、ニ−ドル弁50の挿入によってニ−ドルの先端外周部付近に燃料旋回室55が形成される。すなわち、弁上方より導入される燃料通路が構成され、軸方向通路54を通過した燃料はプレ−ト51Bの偏心導入されて燃料に旋回が付与され、慣性力の弱い広がり角度の大きい噴霧となる。また、シ−ト面9に近い側に配置されるプレ−ト51Dにより生成される慣性力の強い広がり角度の小さい噴霧は、比較的速度の大きい噴霧流として軸心付近に生成される。その結果として、比較的中実構造となる噴霧が生成される。
Returning to FIG. 5, the four parts of the
図7に本発明の実施例によって得られる噴霧を、ストロボ撮影による写真から模式的に描いて示している。図7(a)は液滴の挙動を、図7(b)は噴霧内外の空気の流動状況を示している。これまでの説明で明らかなように、燃料はノズル部材7の燃料噴射孔8に至るまでに、軸方向の上方よりの強い旋回流れと、下方よりの弱い旋回流れに分離される。その結果、噴霧の外周部には慣性力の弱く速度の小さい小径液滴が生成され、噴霧の中心部には慣性力の強く速度の大きい比較的小さい(外周部の液滴よりも大きな)液滴が生成される。噴霧の外周部の小径液滴は周囲気流の影響を受けやすく、図に示すように、噴霧中心に向かう空気流に誘引されるものと、下流側で外側に排出されるものとに別れる。一方、噴霧の中心部の速度が大きく比較的小さい液滴は空気流に同伴する周辺の小径液滴を誘引する。その結果、液滴の分散が促進され比較的中実構造の噴霧が生成される。
FIG. 7 schematically shows the spray obtained by the embodiment of the present invention, drawn from a photograph taken by flash photography. FIG. 7A shows the behavior of the droplet, and FIG. 7B shows the flow state of the air inside and outside the spray. As is apparent from the above description, the fuel is separated into a strong swirl flow from the upper side in the axial direction and a weak swirl flow from the lower side before reaching the
図7(a)及び図7(b)に戻るが、本発明によって得られる燃料噴射弁1の中心軸断面の噴霧構造は、D1方向、D2方向、D3方向の3方向に強い噴霧流を有している。すなわち、この3方向に強い噴霧流は、中心下方の噴霧流れ、軸の左方向に延びる噴霧流と、右方向に延びる噴霧流とで形成される。
Returning to FIG. 7A and FIG. 7B, the spray structure of the cross section of the central axis of the
中心下方に向かう噴霧流はD1方向の噴霧流を、左方向に向かう噴霧流はD2方向の噴霧流を、右方向に向かう噴霧流はD3方向の噴霧流を、それぞれ示している。D1方向の噴霧流は、慣性力が強く速度の大きい比較的小径の液滴群で構成され、D2方向の噴霧流とD3方向の噴霧流は、慣性力が弱く速度も小さい小径の液滴群で構成される。このために、D2、D3方向の噴霧流の、外周部の小径の液滴は気流の影響を受けやすく、D1方向に誘引される。 The spray flow toward the center downward indicates the spray flow in the D1 direction, the spray flow toward the left direction indicates the spray flow in the D2 direction, and the spray flow toward the right direction indicates the spray flow in the D3 direction. The spray flow in the D1 direction is composed of a relatively small-diameter droplet group having a high inertia force and a large velocity, and the spray flow in the D2 direction and the spray flow in the D3 direction are a small-diameter droplet group having a low inertia force and a small velocity. Consists of. For this reason, the small-diameter droplets on the outer peripheral portion of the spray flow in the D2 and D3 directions are easily affected by the airflow and are attracted in the D1 direction.
また、空気流は、速度の大きいD1方向に向かう流れと、速度の小さいD2、D3方向の外周部で巻上がる方向に流れる。 In addition, the airflow flows in the direction toward the direction D1 where the speed is high and in the direction where it winds at the outer peripheral portion in the directions D2 and D3 where the speed is low.
このような流動によって、得られる噴霧は比較的中実構造となる。 Due to such a flow, the resulting spray has a relatively solid structure.
図8および図9は、燃焼室に直接燃料を噴射可能な本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射弁を内燃機関に用いた様子を示したものである。 8 and 9 show a state in which an electromagnetic fuel injection valve according to an embodiment of the present invention that can inject fuel directly into a combustion chamber is used in an internal combustion engine.
図8において、4気筒4サイクルのガソリンエンジン60は、ベルト72を介して高圧燃料ポンプ71に直結されている。この高圧燃料ポンプ71は、カム駆動により燃料を加圧するもので、例えば、ピストンを動かして液圧縮を行い高圧燃料を得るものであり、吐出口71aおよび吸込口71bを有している。吐出口71aとエンジンのフューエルギャラリー75は高圧配管73で結合されており、その高圧配管73の途中にはアキュ−ムレ−タ74が設けられている。フュ−エルギャラリ−75には、本発明に係る燃料噴射弁1が配列固定されている。
In FIG. 8, a four-cylinder four-
燃料噴射弁1への供給圧力を一定に保つための高圧レギュレ−タ77がフューエルギャラリー75の下流側に設けられており、余剰燃料はこのフューエルギャラリー77から低圧配管78を経て低圧レギュレ−タ79へと導かれ、次いで低圧レギュレータ79に接続された戻り配管84を通って、燃料タンク81に戻される。燃料タンク81内には低圧燃料ポンプ80が設けられており、高圧燃料ポンプ71の吸込側と、フィルタ−82および低圧配管83を介して連結されている。低圧燃料ポンプ80から高圧燃料ポンプ71へ供給される燃料中の余剰分は、低圧配管83途中に設けた分岐管を通って低圧レギュレータ79へと導かれ戻り配管84を経て燃料タンク81に戻される。
A high-pressure regulator 77 for keeping the supply pressure to the
燃料噴射弁1は気筒数に応じて複数個設けられており、この燃料噴射弁1を制御するドライバ−回路85は、エンジンの制御ユニット86と接続されており、エンジンの制御ユニット86からの各種指令に応じて各筒内燃料噴射装置1への燃料の供給量等を制御する。エンジン60の動作を、運転情報である吸入空気量や、空気温度、エンジン水温、回転数などに基づいて制御ユニット86が制御する。
A plurality of
次に、このように構成した内燃機関60の詳細を図9を用いて説明する。
Next, details of the
シリンダ68内に往復動可能に設けられたピストン69は、図示しないエンジンシャフトの回転に応じてシリンダ68内を上下動する。シリンダ68の上部には、シリンダヘッド63が取り付けられており、シリンダ68と共に密閉空間を形成する。シリンダヘッド63には、スロットルバルブを内蔵した吸入空気量制御装置61を介して外部空気をシリンダ内に導く吸気マニホールド62と、シリンダ68内で燃焼した燃焼ガスを排気装置へ導く吐出マニホールドとが形成されている。
A
シリンダヘッド63の吸気マニホ−ルド62側には吸気弁64が、中央部には点火装置65が、そして吸気弁64と反対側には排気弁66がそれぞれ設けられている。吸気弁64および排気弁66は燃焼室67内に延在して設けられている。ここで、本発明に係る燃料噴射弁1は、シリンダヘッド63の吸気マニホ−ルド62結合部付近に取り付けられており、燃料の噴射方向が燃焼室67内でやや下向き方向となるように設定されている。その取り付け角度θpは30°〜40°程度である。69はピストンを示しており、69Aはピストン69に設けられたキャビティである。図中の白抜きの矢印は吸気流れを示しており、ハッチングの矢印は排気ガスの流れをそれぞれ示している。
An intake valve 64 is provided on the intake manifold 62 side of the cylinder head 63, an
内燃機関60の燃料は、吸気のタイミングに合わせて燃料噴射弁1により直接燃焼室67内へ噴射される。噴射信号は、制御ユニット86がエンジンの運転状況に応じて行うが、噴射により噴霧化した燃料は、燃焼室67において吸気マニホールド62を経て導かれた空気との混合を促進するが、この際、噴霧中心付近の速度の大きい噴霧は、キャビティ69Aによって流れ方向を規制される。すなわち、図中に示す黒塗りの矢印のように、その流れ方向が点火装置65に向かうようになる。また一方、噴霧外周部の速度の小さい小径液滴は、燃焼室67内に分散され、空気との混合が促進される。しかる後の混合気は、圧縮行程中に圧縮され、点火装置65にて安定して着火され、未然ガスの排出量が抑制された安定した燃焼が実現される。
The fuel of the
以上説明したように、燃料噴射孔に対して遠い側で燃料に強い旋回流を付与し、一方近い側で燃料に弱い旋回流を付与する積層構造の燃料旋回素子によって、噴霧中心付近に生成される速度の大きい噴霧が噴霧外周部に生成される小径液滴を誘引して分散性に優れた噴霧を形成する。このような噴霧を内燃機関の燃焼室に直接供給すると、機関の点火性を良好とし、あわせて燃焼の未燃ガス成分の排出量を低減できる。また、積層構造の燃料旋回素子は、プレ−トの打ち抜き加工によって得られるので製作精度が高く、その製造コストも安価になるという効果がある。 As described above, it is generated near the spray center by the fuel swirl element of the laminated structure that imparts a strong swirl flow to the fuel on the side far from the fuel injection hole and imparts a weak swirl flow to the fuel on the near side. A spray with a high speed attracts small-diameter droplets generated on the outer periphery of the spray to form a spray with excellent dispersibility. If such spray is directly supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine, the ignitability of the engine can be improved, and the discharge amount of the unburned gas component of combustion can be reduced. In addition, since the fuel-swivel element having a laminated structure is obtained by punching a plate, the manufacturing accuracy is high, and the manufacturing cost is reduced.
上述の実施例では、電磁式燃料噴射弁を対象としているが、弁体の駆動手段は電磁式に限定されるものではなく、例えば圧電素子を用いて弁体を駆動するものであってもよい。 In the above-described embodiment, the electromagnetic fuel injection valve is targeted. However, the valve body driving means is not limited to the electromagnetic type, and for example, the valve body may be driven using a piezoelectric element. .
本発明によれば、燃料に異なる旋回力を付与して噴射するようにしたことにより、燃料に慣性力を弱めてその到達距離を短くした広がり角度の大きい噴霧と、慣性力を強くして広がり角度の小さい噴霧を有する、いわゆる複合噴霧を生成する燃料噴射弁を提供することができる。 According to the present invention, by applying different swirl force to the fuel and injecting the fuel, the fuel is sprayed with a large spread angle that weakens the inertial force and shortens its reach, and the inertial force is widened and spread. It is possible to provide a fuel injection valve that produces a so-called compound spray having a small angle spray.
また、この燃料噴射弁を内燃機関に用いることにより、内燃機関の点火性を良好とし、燃焼の未燃ガス成分の排出量を低減できる。 Further, by using this fuel injection valve for an internal combustion engine, the ignition performance of the internal combustion engine can be improved, and the amount of combustion unburned gas components emitted can be reduced.
1…電磁式燃料噴射弁、4A…可動部、6…ボ−ル弁、8…燃料噴射孔、22…積層構造の燃料旋回素子、22A…筒状部、22B…プレ−ト(偏心する径方向燃料通路)、22D…プレ−ト(径方向燃料通路)、23…案内孔、32…軸方向燃料通路、33…燃料旋回室、63…筒内直接噴射ガソリンエンジン、69A…ピストンキャビティ。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記噴射孔の上流側に燃料に旋回力を付与する旋回力付与手段を備え、
前記旋回力付与手段を、軸心よりオフセットした径方向通路を打ち抜いて製作した板状部材と、軸方向通路を外周面から内周側に切り欠かれた切欠き部として打ち抜いて製作した板状部材とを軸方向に積層して構成したことを特徴とする燃料噴射弁。 A fuel injection valve comprising a nozzle body having an injection hole, a valve body, and a drive means for driving the valve body in its axial direction, and driving the valve body to open and close the injection hole to perform fuel injection In
A turning force applying means for applying a turning force to the fuel upstream of the injection hole;
A plate-like member produced by punching the turning force applying means by punching a radial passage offset from the axial center and a notch cut out from the outer peripheral surface to the inner peripheral side. A fuel injection valve characterized in that a member is laminated in the axial direction.
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