JP4517968B2 - Fuel injection valve - Google Patents
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Description
本発明は、燃料噴射弁に関し、さらに詳しくは、燃料を噴射する噴孔の形状により、安定した噴霧を行うことができる燃料噴射弁に関するものである。 The present invention relates to a fuel injection valve, and more particularly to a fuel injection valve capable of performing stable spraying by the shape of an injection hole for injecting fuel.
一般的に、内燃機関への燃料の供給は、燃料噴射弁の噴孔より燃料を噴射することで行われる。この燃料噴射弁には、例えば円柱形状の噴孔が形成されたものや、特許文献1に示すようなスリット状の噴孔が形成されたものがある。ここで、スリット状に形成された噴孔から燃料を噴射した場合、噴霧に濃淡が発生し、複数本の筋状の噴霧形状となり、不安定な噴霧となる虞があった。これにより、燃料が燃焼する際の安定化を向上できず、エミッションの悪化の抑制などを図れないという問題があった。 In general, the fuel is supplied to the internal combustion engine by injecting the fuel from the injection hole of the fuel injection valve. Some of these fuel injection valves are formed with, for example, a cylindrical injection hole, and other fuel injection valves are formed with a slit-shaped injection hole as shown in Patent Document 1. Here, when fuel is injected from the nozzle hole formed in the slit shape, the density of the spray is generated, and a plurality of streaky spray shapes are formed, which may cause unstable spray. As a result, there has been a problem that the stabilization when the fuel is burned cannot be improved, and the emission deterioration cannot be suppressed.
そこで、上記特許文献1に示す燃料噴射ノズル(燃料噴射弁)のように、噴孔の入口側周縁部に傾斜面に形成したリード部を形成し、針弁(ニードル弁)の先端側に針弁外面とノズルチップの内壁面との間に針弁の逃げ部を形成したものがある。これにより、噴孔への燃料の流れを均一にでき、噴霧形状が複数本の筋状となることを抑制し、安定した噴霧を実現しようとするものである。 Therefore, like the fuel injection nozzle (fuel injection valve) shown in Patent Document 1, a lead portion formed on an inclined surface is formed on the inlet side peripheral portion of the injection hole, and a needle is formed on the tip side of the needle valve (needle valve). There is one in which a relief portion of the needle valve is formed between the outer surface of the valve and the inner wall surface of the nozzle tip. Thereby, the flow of the fuel to the nozzle hole can be made uniform, the spray shape is prevented from becoming a plurality of streaks, and stable spraying is realized.
しかしながら、上記従来の燃料噴射弁においては、噴孔への燃料の流れを均一にしたのみであり、噴孔内を流れる燃料の均一化は図れていない。従って、燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧が均一ではなくなり、噴霧形状が複数本の筋状となることを十分に抑制することができないという虞がある。 However, in the above-described conventional fuel injection valve, only the flow of fuel to the nozzle hole is made uniform, and the fuel flowing through the nozzle hole cannot be made uniform. Therefore, there is a possibility that the spray of fuel injected from the fuel injection valve is not uniform, and the spray shape cannot be sufficiently suppressed from becoming a plurality of streaks.
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧形状の均一化を図れ、安定した噴霧を行うことができる燃料噴射弁を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a fuel injection valve capable of uniformizing the spray shape of fuel injected from the fuel injection valve and performing stable spraying. To do.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁において、前記燃料を噴射する噴孔がスリット状に形成されており、前記噴孔の幅W、長さL、厚さdが下記の式(1)〜式(3)を満たすことを特徴とする。ここで、当該式(2)、式(3)において、νは燃料の動粘度、Uは燃料の流速である。
W≧3d …(1)
d≦20((νL)/U)1/2 …(2)
L<9.14×104(ν/U) …(3)
In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, in a fuel injection valve that supplies fuel to an internal combustion engine, an injection hole for injecting the fuel is formed in a slit shape. The width W, the length L, and the thickness d satisfy the following formulas (1) to (3). Here, in the equations (2) and (3), ν is the kinematic viscosity of the fuel, and U is the flow velocity of the fuel.
W ≧ 3d (1)
d ≦ 20 ((νL) / U) 1/2 (2)
L <9.14 × 10 4 (ν / U) (3)
この発明によれば、燃料が噴孔内を噴射方向に流れる際に、この燃料のこの噴射方向と直交する方向における速度分布の差を抑制することができる。従って、噴孔内における燃料の流れの均一化を図ることができるため、噴霧形状が複数本の筋状となることを十分に抑制することができる。 According to this invention, when the fuel flows in the injection hole in the injection direction, it is possible to suppress the difference in velocity distribution of the fuel in the direction orthogonal to the injection direction. Therefore, since the fuel flow in the nozzle hole can be made uniform, it is possible to sufficiently suppress the spray shape from becoming a plurality of streaks.
この発明にかかる燃料噴射弁は、スリット状に形成された噴孔の幅W、長さL、厚さdを規定することにより、噴霧形状が複数本の筋状となることを十分に抑制することができ、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧形状の均一化を図れ、安定した噴霧を行うことができるという効果を奏する。 The fuel injection valve according to the present invention sufficiently suppresses the spray shape from becoming a plurality of streaks by defining the width W, length L, and thickness d of the nozzle hole formed in the slit shape. Therefore, the spray shape of the fuel injected from the fuel injection valve can be made uniform, and stable spraying can be performed.
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により、この発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。ここで、以下の実施例において、この発明にかかる燃料噴射弁は、内燃機関、すなわち乗用車、トラックなどの車両に搭載されるガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどに燃料を供給するものでる。また、以下の実施例において、この発明にかかる燃料噴射弁は、内燃機関の筒内に形成された燃焼室に燃料を噴射する直噴用燃料噴射弁として用いられる場合について説明するがこれに限定されるものではなく、吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁として適用されても良い。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this Example. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same. Here, in the following embodiments, the fuel injection valve according to the present invention supplies fuel to an internal combustion engine, that is, a gasoline engine, a diesel engine or the like mounted on a vehicle such as a passenger car or a truck. In the following embodiments, the fuel injection valve according to the present invention will be described as being used as a direct injection fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber formed in a cylinder of an internal combustion engine. However, the present invention is not limited thereto. However, the present invention may be applied as a port fuel injection valve that injects fuel into the intake port.
図1は、この発明にかかる燃料噴射弁の断面図を示す図である。また、図2は、噴孔の形状を示す図である。図3は、噴霧形状の比較を示す図である。図1に示すように、図示しない内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁1は、ノズルホルダ2と、バルブボディ3と、ニードル弁4とにより構成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel injection valve according to the present invention. Moreover, FIG. 2 is a figure which shows the shape of a nozzle hole. FIG. 3 is a diagram showing a comparison of spray shapes. As shown in FIG. 1, a fuel injection valve 1 that supplies fuel to an internal combustion engine (not shown) includes a nozzle holder 2, a
ノズルホルダ2は、円筒形状に形成されており、バルブボディ3がその中空部21のうち燃料室側まで挿入され、固定されている。このノズルホルダ2は、その一部がシリンダヘッド100の燃料噴射空間である燃焼室Aまで連通する取付穴101に挿入され、図示しない内燃機関のシリンダヘッド100に固定部材7、例えばフッ素樹脂製の軸シールなどにより固定される。これにより、この燃料噴射弁1がシリンダヘッド100に固定される。
The nozzle holder 2 is formed in a cylindrical shape, and the
バルブボディ3は、燃料室側の先端部に燃料貯留空間部31が形成されており、この空間部31から外部までを連通する噴孔6が形成されている。
The
ニードル弁4は、円筒形状であり、バルブボディ3などにより、その軸方向に摺動自在に支持されている。このニードル弁4の燃焼室側の先端部41と、バルブボディ3の燃料室側の先端部の内壁面32とは、同じあるいはほぼ同じ円錐形状である。このニードル弁4は、図示しない磁気回路の作動、非作動により、軸方向に摺動する。この磁気回路の非作動時には、先端部41がバルブボディ3の内壁面32に当接し、燃料噴射弁1の外部からの燃料が供給される燃料供給空間部5と燃料貯留空間部31とが連通しない。従って、噴孔6への燃料の流入が禁止され、燃料噴射弁1により燃焼室Aへの燃料の噴射が行われない。一方、磁気回路の作動時には、先端部41がバルブボディ3の内壁面32から離脱し、燃料が供給される燃料供給空間部5と燃料貯留空間部31とが連通する。従って、噴孔6への燃料の流入が許容され、燃料噴射弁1により燃料室Aへの燃料の噴射が行われる。なお、燃焼噴射弁1から図示しない内燃機関に供給する燃料の燃料供給量、すなわち燃料噴射弁1から燃焼室Aに噴射される燃料噴射量は、内燃機関の運転状態に応じて図示しない制御装置により決定される。そして、この制御装置は、この決定された燃料噴射量に基づいて、磁気回路への通電時間などを制御する。
The needle valve 4 has a cylindrical shape and is slidably supported in the axial direction by a
この噴孔6は、図2に示すように、スリット状に形成されている。このスリット状の噴孔6は、その噴射方向と直交する方向における断面の長手方向の長さである幅W、噴射方向の長さである長さL、この断面の短手方向の長さである厚さdにより決定される。なお、図2に示す噴孔6は、その噴射方向と直交する方向における断面形状が長方形となっているが、通常、燃料噴射弁1にスリット状の噴孔6を形成するとこの噴孔6は、その噴射方向と直交する方向における断面形状が円弧形状となる。この図2は、通常の燃料噴射弁1に形成されたスリット状の噴孔を展開した模式図となっている。従って、幅Wは、噴射方向と直交する方向における断面形状が円弧形状の場合、円弧の長さとなる。
As shown in FIG. 2, the
ここで、発明者らは、燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧形状が複数本の筋状となるのは、噴孔内を噴射方向に流れる燃料の不安定性に起因していると考えた。一般に、平板上を流体が流れる際には、この平板に対する流体の境界層が乱流に遷移する。この乱流に遷移するまでの流体の境界層では、平板に対して流体が流れる方向と直交する方向にT−S(Tollmien-Schlicthing)波(平板に対して流体が流れる方向に振幅を有する波)と呼ばれている正弦波に近似した速度分布が現れる。つまり、従来の燃料噴射弁の噴孔の形状では、噴孔内を流れる燃料においてその噴射方向と直交する方向にこのT−S波(噴射方向に振幅を有する波)の速度分布(噴射方向における速度差)が現れ、この噴孔から噴射された燃料においてすでに噴射方向と直交する方向における速度分布(噴射方向における速度差)に差があると考えられる。そこで、スリット状の噴孔の形状(幅W、長さL、厚さd)を決定する際に、噴孔内を流れる燃料においてこのT−S波の速度分布が現れないように決定することで、噴射された燃料のこの噴射方向と直交する方向における速度分布の差を抑制することができることとなる。 Here, the inventors thought that the spray shape of the fuel injected from the fuel injection valve is a plurality of streaks due to the instability of the fuel flowing in the injection direction in the injection hole. . In general, when a fluid flows on a flat plate, the boundary layer of the fluid with respect to the flat plate transitions to turbulent flow. In the boundary layer of the fluid until the transition to the turbulent flow, a TS (Tollmien-Schlicthing) wave (a wave having an amplitude in the direction in which the fluid flows in the flat plate) is perpendicular to the direction in which the fluid flows in the flat plate. ) Appears as a velocity distribution approximating a sine wave. That is, in the shape of the injection hole of the conventional fuel injection valve, the velocity distribution (in the injection direction) of this TS wave (wave having an amplitude in the injection direction) is perpendicular to the injection direction in the fuel flowing through the injection hole. It is considered that there is a difference in the speed distribution (speed difference in the injection direction) in the direction perpendicular to the injection direction in the fuel injected from the nozzle hole. Therefore, when determining the shape (width W, length L, thickness d) of the slit-shaped nozzle hole, it is determined so that the velocity distribution of the TS wave does not appear in the fuel flowing through the nozzle hole. Thus, the difference in velocity distribution of the injected fuel in the direction orthogonal to the injection direction can be suppressed.
平板に対する流体の境界層におけるレイノズル数Reと、流体(燃料)の流速Uと、流体(燃料)の粘度(動粘度)νとの関係は、下記の式(4)となる。なお、δ*は排除厚さである。
Reδ*≡Uδ*/ν …(4)
The relationship among the Ray nozzle number Re in the boundary layer of the fluid with respect to the flat plate, the flow velocity U of the fluid (fuel), and the viscosity (dynamic viscosity) ν of the fluid (fuel) is expressed by the following equation (4). Note that δ * is the excluded thickness.
Reδ * ≡Uδ * / ν (4)
平板に対する流体の境界層は、上記式(4)のうちReδ*が変化することで、乱流に遷移する。ここで、Reδ*が520未満であると、微少攪乱が発生しても減衰するようになり、Reδ*が520となるとT−S波が発生するが知られている(「工科系流体力学」,1985,中村ほか,共立出版などを参照)。つまり、Reδ*を520未満とすることで、T−S波の発生を抑制することができため、上記式(4)は、下記の式(5)とする。
520>Uδ*/ν …(5)
The boundary layer of the fluid with respect to the flat plate transitions to turbulent flow by changing Reδ * in the above formula (4). Here, it is known that if Reδ * is less than 520, even if a slight disturbance occurs, it will be attenuated, and if Reδ * is 520, a TS wave is generated (“Engineered Fluid Dynamics”). , 1985, Nakamura et al., Kyoritsu Publishing, etc.). That is, by setting Reδ * to less than 520, the generation of the TS wave can be suppressed, and thus the above formula (4) is set to the following formula (5).
520> Uδ * / ν (5)
ここで、平板に対する流体の境界層における排除厚さは、下記の式(6)となり、式(5)および式(6)から、噴孔6の長さLを決定する式(7)が導き出される。なお、xは、平板の端部からの距離であるが、本発明では、平板に対する流体の境界層を噴孔6に対する燃料の境界層に置き換えるので、x=Lとする。
δ*=1.72((νx)/U)1/2 …(6)
L<9.14×104(ν/U) …(7)
Here, the excluded thickness in the boundary layer of the fluid with respect to the flat plate is expressed by the following formula (6), and formula (7) for determining the length L of the
δ * = 1.72 ((νx) / U) 1/2 (6)
L <9.14 × 10 4 (ν / U) (7)
ここで、スリット状の噴孔6の形状の決定に、この平板に対する流体の境界層において適用される上記式(7)を用いるためには、この噴孔6の噴射方向と直交する方向の断面がほぼ長方形であることが必要である。従って、噴孔6の幅Wを決定する際には、この幅Wと厚さdとの関係が下記の式(8)を満たす必要がある。
W≧3d …(8)
Here, in order to use the above formula (7) applied in the boundary layer of the fluid with respect to the flat plate to determine the shape of the slit-
W ≧ 3d (8)
また、噴孔6に対する燃料の境界層が、この噴孔6の厚さdに対して十分に小さい場合は、噴孔6内を流れる燃料にT−S波が発生しても、このT−S波が噴孔6から噴射された燃料の噴霧形状に与える影響は、小さいと考えられる。従って、噴孔6においては、噴孔6に対する燃料の境界層の厚さδ(L)が噴孔6の厚さdとの関係で下記の式(9)を満たす必要がある。
δ(L)≧d/4 …(9)
Further, when the boundary layer of the fuel with respect to the
δ (L) ≧ d / 4 (9)
一方の平板に対する流体の境界層の厚さδ(x)と、流体(燃料)の粘度と、流体(燃料)の流速との関係は、下記の式(10)となり、式(9)および式(10)から、噴孔6の厚さdを決定する式(11)が導き出される。
δ(x)≡5.0((νx)/U)1/2 …(10)
d≦20((νL)/U)1/2 …(11)
The relationship between the thickness δ (x) of the boundary layer of the fluid with respect to one flat plate, the viscosity of the fluid (fuel), and the flow velocity of the fluid (fuel) is expressed by the following equation (10). From (10), formula (11) for determining the thickness d of the
δ (x) ≡5.0 ((νx) / U) 1/2 (10)
d ≦ 20 ((νL) / U) 1/2 (11)
燃料噴射弁1の噴孔6をスリット状とした際に、幅W、長さL、厚さdが上記の式(7)、式(8)、式(11)を満たす形状であることにより、燃料が噴孔6内を噴射方向に流れる際に、燃料の噴射方向と直交する方向における速度分布の差を抑制することができる。従って、噴孔6内における燃料の流れの均一化を図ることができるため、図3のBに示す本発明にかかる燃料噴射弁1から噴射された燃料の噴霧形状は、同図のCに示す従来の燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧形状と比較して、複数本の筋状となることを十分に抑制することができる。これにより、燃料噴射弁1から噴射される燃料の噴霧形状の均一化を図れ、安定した噴霧を行うことができる。
When the
なお、噴孔6の形状によっては、図4に示すように、長さLに対する厚さdが一定でない場合がある。この場合においては、噴孔6の厚さdを最小値dminとし、噴孔の長さLを最小値dminからこの噴孔6の厚さが1.2倍、すなわち1.2dminとなるまでの距離とする。また、噴孔6の形状が燃料の噴射方向において扇型となる場合がある。この場合においては、噴孔6の幅Wを燃料が噴孔6に流入する側の円弧の長さとする。
Depending on the shape of the
上記実施例では、燃料噴射弁1として、ニードル弁4の先端部41がバルブボディ3の内壁面32から離脱することで燃料を噴射する内開弁に形成される噴孔6の形状について説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、外開弁、すなわちニードル弁がバルブボディの外壁面から離脱することで燃料を噴射する燃料噴射弁に形成される噴孔の形状であっても良い。
In the above embodiment, as the fuel injection valve 1, the shape of the
以上のように、この発明にかかる燃料噴射弁は、スリット状の噴孔が形成された燃料噴射弁に有用であり、特に、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧形状の均一化を図れ、安定した噴霧を行うのに適している。 As described above, the fuel injection valve according to the present invention is useful for a fuel injection valve in which a slit-like injection hole is formed, and in particular, it is possible to achieve a uniform spray shape of fuel injected from the fuel injection valve, Suitable for stable spraying.
1 燃料噴射弁
2 ノズルホルダ
21 中空部
3 バルブボディ
31 燃料貯留空間部
32 内壁面
4 ニードル弁
41 先端部
5 燃料供給空間部
6 噴孔
7 固定部材
100 シリンダヘッド
101 取り付け穴
A 燃焼室
B 本発明の燃料噴射弁による噴霧形状
C 従来の燃料噴射弁による噴霧形状
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel injection valve 2
Claims (1)
前記燃料を噴射する噴孔がスリット状に形成されており、
前記噴孔の幅W、長さL、厚さdが下記の式(1)〜式(3)を満たすことを特徴とする燃料噴射弁。ここで、当該式(2)、式(3)において、νは燃料の動粘度、Uは燃料の流速である。
W≧3d …(1)
d≦20((νL)/U)1/2 …(2)
L<9.14×104(ν/U) …(3) In a fuel injection valve for supplying fuel to an internal combustion engine,
An injection hole for injecting the fuel is formed in a slit shape,
A fuel injection valve characterized in that a width W, a length L, and a thickness d of the injection hole satisfy the following formulas (1) to (3). Here, in the equations (2) and (3), ν is the kinematic viscosity of the fuel, and U is the flow velocity of the fuel.
W ≧ 3d (1)
d ≦ 20 ((νL) / U) 1/2 (2)
L <9.14 × 10 4 (ν / U) (3)
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