JP6012693B2 - Fluid injection valve and spray generating apparatus having the same - Google Patents
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Description
本発明は、複数の噴孔から流体を噴射し噴霧を生成する流体噴射弁およびこれを備えた噴霧生成装置に関する。 The present invention relates a fluid injection valve for generating a jet spray of fluid from a plurality of injection holes and the spray generation equipment having the same.
近年、車両用エンジンにおいては、燃料噴霧の微粒化によるエンジン冷機時の排出ガス低減や、燃焼性改善による燃費向上の研究開発が積極的に進められている。例えば、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を搭載した火花点火式直噴エンジンにおける成層燃焼コンセプトの研究開発が知られている。 In recent years, in vehicle engines, research and development for reducing exhaust gas when the engine is cold due to atomization of fuel spray and improving fuel efficiency by improving combustibility have been actively promoted. For example, research and development of a stratified combustion concept in a spark ignition direct injection engine equipped with a fuel injection valve that directly injects fuel into a combustion chamber is known.
火花点火式直噴エンジンにおける燃料噴霧は、点火プラグ近傍を指向する噴霧と、点火プラグ近傍を指向しない噴霧とで構成されており、前者は特に点火プラグ付近での成層燃焼を実現し、後者は成層燃焼や均質燃焼での燃焼室内全体の混合気形成を実現する。燃焼室の中心部に点火プラグが装着され、吸気弁を跨いだ位置に燃料噴射弁が装着される場合、点火プラグと燃料噴射弁は対向していない。このため、点火プラグ近傍を指向する噴霧と、点火プラグ近傍を指向しない噴霧とでは、要求される噴霧仕様が異なる。 The fuel spray in a spark ignition direct injection engine is composed of a spray directed to the vicinity of the spark plug and a spray not directed to the vicinity of the spark plug. The former realizes stratified combustion particularly near the spark plug, and the latter Realizes mixture formation in the entire combustion chamber by stratified combustion or homogeneous combustion. When the ignition plug is attached to the center of the combustion chamber and the fuel injection valve is attached at a position straddling the intake valve, the ignition plug and the fuel injection valve are not opposed to each other. For this reason, the required spray specifications are different between the spray directed to the vicinity of the spark plug and the spray not directed to the vicinity of the spark plug.
また、圧縮着火式直噴エンジンの燃焼室内においても、ピストン上昇時とピストン下降時に求められる全体噴霧の噴霧仕様は異なる。ピストン上昇時に圧縮着火燃焼を成立させるのに好都合なのは、所望の断面形状の濃い混合気であり、貫徹力が抑制されたコンパクトな噴霧である。ピストン下降時においては、燃焼室全体に拡散する噴霧が求められる。このように、燃焼室の形状や筒内空気流動、さらに燃料噴射弁取り付け位置や方向等により、燃料噴射弁の噴霧数を含めた噴霧形態への要求仕様は異なるものとなる。 Also, the spray specifications of the overall spray required when the piston is raised and when the piston is lowered are different in the combustion chamber of the compression ignition type direct injection engine. Convenient for establishing compression ignition combustion when the piston rises is a rich air-fuel mixture having a desired cross-sectional shape, and a compact spray with a reduced penetration force. When the piston is lowered, a spray that diffuses throughout the combustion chamber is required. As described above, the required specifications for the spray form including the number of sprays of the fuel injection valve differ depending on the shape of the combustion chamber, the in-cylinder air flow, and the position and direction of the fuel injection valve.
一方、噴霧の微粒化については、液滴の分裂の前段階である液糸を細くすることが有効であり、液糸を細くするためには液糸の分裂の前段階である液膜を薄くしたり液柱を細くしたりすることが有効である。さらに、液膜の方が液柱よりも有利であることが分かっている。また、液膜流形成手法として、噴孔に流入する前の燃料流に旋回流を与えて噴孔内に液膜流を形成する方法や、噴孔を細長いスリット形状として、そのスリット形状に応じた扇形の薄膜流を形成する方法等が知られている。 On the other hand, for atomization of the spray, it is effective to make the liquid thread, which is the previous stage of droplet breakup, thin, and in order to make the liquid thread thinner, the liquid film, which is the previous stage of liquid thread breakup, is made thinner. It is effective to make the liquid column thinner. Furthermore, liquid films have been found to be advantageous over liquid columns. In addition, as a liquid film flow forming method, a swirl flow is given to the fuel flow before flowing into the nozzle hole to form a liquid film flow in the nozzle hole, or the nozzle hole is formed into an elongated slit shape according to the slit shape. A method of forming a fan-shaped thin film flow is known.
本願発明者は、これらの液膜流形成手法や微粒化プロセス、さらに、それらをベースとして複数の単噴霧が集合した集合噴霧の噴霧形状、貫徹力、噴射量分布の出来映えの関係を調査検討した結果、単噴霧が集合した集合噴霧において、次の二つの形態に分けられることを見出している。 The inventor of the present application investigated and examined the relationship between these liquid film flow formation methods and atomization processes, and the spray shape, penetration force, and injection amount distribution of the collective spray in which a plurality of single sprays gathered based on these techniques. As a result, it has been found that the collective spray in which single sprays are gathered can be divided into the following two forms.
一つは、各単噴霧が識別可能であり、かつ各単噴霧の特徴がほぼ識別不可能な集合噴霧になる場合である。これは、比較的均質に近い中実構造の集合噴霧であり、各単噴霧を識別可能ではあるが、集合噴霧と共通的な特徴を示す噴霧となっており、中途半端でコントロールし難い噴霧である。もう一つは、各単噴霧の識別さえも不可能となる集合噴霧になる場合である。これは、噴射量分布が中心ピークの円錐形状となるものを代表例とする集合噴霧であり、複数の単噴霧が集合してほぼ元の形態とは異なる新しい一つの集合噴霧に置き換わっており、非常に特徴的で安定した現象である。 One is a case where each single spray is identifiable and the characteristics of each single spray become a collective spray that is almost indistinguishable. This is a collective spray with a solid structure that is relatively homogeneous, and each single spray can be identified, but it has the same characteristics as the collective spray, and is a spray that is difficult to control halfway. is there. The other is the case of a collective spray that makes it impossible to identify each single spray. This is a collective spray whose representative example is an injection amount distribution having a conical shape with a central peak, and a plurality of single sprays are gathered and replaced with a single new collective spray that is almost different from the original form, It is a very characteristic and stable phenomenon.
これらのどちらの形態になるかは、噴霧挙動がある閾値のどちらにあるかによるところが大きい。単噴霧の集合化が進んだ集合噴霧になるほど噴射量分布は軸対称に近づき、また鋭角な円錐形状となり、全体噴霧としての貫徹力が増大する。上記二つの形態のどちらの場合であっても、複数の単噴霧が集合し、噴霧方向に直角な面内の噴霧形状と噴射量分布がほぼ軸対称になった集合噴霧において、その断面形状を非対象な異形としたり、噴射量分布を非対称にしたり、噴霧の少なくとも一部分を所望の方向に指向させることは難しい。 Which of these forms depends largely on whether the spray behavior is at a certain threshold. The more the single spray is assembled, the closer the spray amount distribution is to axial symmetry and the sharper cone shape, so that the penetration force as a whole spray increases. In either case of the above two forms, a plurality of single sprays gather, and in the collective spray in which the spray shape in the plane perpendicular to the spray direction and the spray amount distribution are substantially axisymmetric, the cross-sectional shape is It is difficult to make a non-target shape, make the injection amount distribution asymmetric, or direct at least a part of the spray in a desired direction.
また、前述したような微粒化手法が燃料噴射弁に適用されつつあるが、所謂ホールノズルの微粒化の技術の主流は小噴孔径と多噴孔化であり、隣り合う噴孔からの噴流が互いに干渉して微粒化状態が悪化しないように設計されている。すなわち、噴孔中心軸線あるいは噴流方向が下流になるほど離れていくように、噴孔配置と噴孔径、傾き、および長さ等の噴孔仕様が設定されており、噴霧の微粒化とコンパクトな噴霧は両立しにくい。 In addition, the atomization technique as described above is being applied to the fuel injection valve, but the mainstream of the so-called hole nozzle atomization technique is the small injection hole diameter and multiple injection holes, and the jet flow from the adjacent injection holes It is designed not to deteriorate the atomization state by interfering with each other. In other words, the nozzle hole specifications such as nozzle hole arrangement, nozzle hole diameter, inclination, and length are set so that the nozzle hole center axis or the jet flow direction becomes more downstream. Are difficult to balance.
噴霧全体の広がりを抑制する手法としては、噴孔中心軸線あるいは噴流方向が噴孔直下で互いに交差するような噴孔配置と噴孔仕様にすることが知られている。しかし、この手法では、噴孔出口から液膜流の破断や分裂を経て実質的に噴霧流と見なせるようになる位置までの長さ(液膜流のブレーク長さ)との関係や微粒化の要件が考慮されていなかった。つまり、噴霧の広がりを抑制するために、ブレーク長さまでの位置で複数の噴流を交差させることによって、微粒化を犠牲にせざるを得なかった。 As a technique for suppressing the spread of the entire spray, it is known that the nozzle hole arrangement and the nozzle hole specifications are such that the nozzle hole central axis or the jet direction intersects each other immediately below the nozzle hole. However, in this method, the relationship from the outlet of the nozzle hole to the position where the liquid film flow can be regarded substantially as a spray flow after breaking or splitting the liquid film flow (breaking length of the liquid film flow) and the atomization Requirements were not considered. In other words, in order to suppress the spread of the spray, the atomization must be sacrificed by crossing a plurality of jets at positions up to the break length.
一方、噴霧全体の広がりを抑制するために、流体噴射弁の動作中心軸線に直角な面に対する噴孔中心軸線の角度を相対的に小さくすると、噴孔入口での流れの剥離や縮流による薄い液膜流を形成するのに不利である。つまり、微粒化プロセスが遅くなり噴流同士が干渉し易く、微粒化レベルを期待値通りに実現できない。また、前述のように、噴流同士の干渉により複数の単噴霧の集合噴霧が生じた場合、単噴霧の時より貫徹力が大きくなる。 On the other hand, in order to suppress the spread of the entire spray, if the angle of the injection hole center axis relative to the plane perpendicular to the operation center axis of the fluid injection valve is made relatively small, it is thin due to flow separation or contraction at the injection hole inlet. It is disadvantageous for forming a liquid film flow. That is, the atomization process becomes slow and the jets easily interfere with each other, and the atomization level cannot be achieved as expected. In addition, as described above, when the collective spray of a plurality of single sprays is generated due to the interference between the jets, the penetration force is greater than that in the single spray.
さらに、シリンダライナーへの噴霧衝突軽減や空気との混合促進のために、噴霧の貫徹力を所定距離のところで急速に減衰させる手法が望まれるが、噴霧形態を大きく変えずに実現する手法がなかった。このため、各噴霧が貫徹力を急速に減衰するためには、噴孔出口からの噴流を極端な偏平にする等の方法で噴霧の運動量の減衰を早める必要があるが、その場合、各噴霧出口での噴流の干渉を避けるために、各噴流方向をさらに離す必要があった。 Furthermore, in order to reduce spray collisions on the cylinder liner and promote mixing with air, a method of rapidly attenuating the spray penetration force at a predetermined distance is desired, but there is no method to achieve without significantly changing the spray form. It was. For this reason, in order for each spray to attenuate the penetration force rapidly, it is necessary to accelerate the attenuation of the spray momentum by a method such as extremely flattening the jet flow from the outlet of the nozzle hole. In order to avoid the interference of the jets at the outlet, it was necessary to further separate the jet directions.
以上のような従来技術に関連する先行特許として、特許文献1では、主噴孔と、噴射中心が主噴孔の噴射中心と異なる方向を指向する副噴孔とを備え、主噴孔の入口と出口の断面積が異なるように設定することで、噴射量を一定にしたままで噴霧角を広げ、噴霧の燃料密度を分散させたマルチホールインジェクタが提示されている。 As a prior patent related to the above-described conventional technology, Patent Document 1 includes a main injection hole and a sub injection hole whose injection center is directed in a direction different from the injection center of the main injection hole, and is an entrance to the main injection hole. And a multi-hole injector in which the spray angle is widened and the fuel density of the spray is dispersed by setting the cross-sectional areas of the nozzle and the outlet different from each other.
また、特許文献2では、噴孔内の燃料の流れる方向に縮小する第1テーパ部においてキャビテーション気泡を発生させ、発生したキャビテーション気泡が崩壊することにより燃料を微粒化させると共に、微粒化された燃料を流れ方向に拡大する第2テーパ部により拡散して貫徹力を低下させるようにした燃料噴射弁が提示されている。 Further, in Patent Document 2, cavitation bubbles are generated in the first taper portion that contracts in the fuel flow direction in the nozzle hole, and the generated cavitation bubbles collapse to atomize the fuel and atomize the fuel. A fuel injection valve is proposed in which the penetration force is reduced by diffusing by a second taper portion that expands in the flow direction.
また、特許文献3では、複数の噴霧流の少なくとも一つのグループにおいて、噴孔部材の噴霧軸に直交し噴孔部材から噴射方向に所定距離に位置する仮想平面と噴孔の流路軸を燃料噴射方向に延長した仮想直線との交点が、外側に凸状の多角形上または円上に位置する外側交点だけでなく、その内側に少なくとも一つの内側交点が位置するように噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁が提示されている。この先行例では、各噴孔からの噴霧が干渉しないように配置の工夫を行い、微粒化を促進すると共に噴射量分布の偏りを低減することを目的としている。 Further, in Patent Document 3, in at least one group of a plurality of spray flows, a virtual plane perpendicular to the spray axis of the nozzle hole member and located at a predetermined distance in the injection direction from the nozzle hole member and the flow path axis of the nozzle hole are used as fuel. Fuel is injected from the nozzle hole so that the intersection with the virtual straight line extending in the injection direction is not only the outer intersection located on the outer convex polygon or circle, but also at least one inner intersection on the inner side. A fuel injection valve for injection is presented. In this prior example, the arrangement is devised so that the sprays from the respective nozzle holes do not interfere with each other to promote atomization and to reduce the deviation of the injection amount distribution.
また、特許文献4では、複数の噴孔の流路軸が噴射方向に向かうにしたがい噴射軸から離れ、且つ燃料噴射方向に向かうにしたがい互いに離れている燃料噴射ノズルが提示されている。この先行例では、各噴孔から噴射される燃料が衝突せず各噴霧が均一に微粒化されること、各噴霧がコアンダ効果により互いに引き合いながら進み、噴霧流の進行方向のばらつきを防止するようにしている。 Further, Patent Document 4 presents a fuel injection nozzle in which the flow path shafts of a plurality of injection holes are separated from the injection shaft in the injection direction and are separated from each other in the fuel injection direction. In this prior example, the fuel injected from each nozzle hole does not collide and each spray is uniformly atomized, and each spray advances while attracting each other by the Coanda effect, thereby preventing variations in the traveling direction of the spray flow. I have to.
また、特許文献5では、スリット状に形成された噴孔を二つのスリット部に分断し、燃料温度によって各スリット部からの燃料噴霧の広がり角が変化することを利用して、燃料温度が低温時には二つの偏平噴霧を干渉させて一つの偏平な噴霧とし、燃料温度が高温時には二つの独立した偏平噴霧として噴霧形状の自由度を向上させている。 Further, in Patent Document 5, the nozzle hole formed in the slit shape is divided into two slit portions, and the fuel temperature is lowered by utilizing the fact that the spread angle of the fuel spray from each slit portion changes depending on the fuel temperature. Sometimes, two flat sprays interfere with each other to form one flat spray, and when the fuel temperature is high, two independent flat sprays improve the degree of freedom of the spray shape.
一方、流体工学において、噴孔から噴射された断面形状が長円形状のスイッチング噴霧の長軸と短軸との方向が、下流において変化するアクシス−スイッチング(axis−switching)現象が知られている(非特許文献1−6)。このアクシス−スイッチング現象は、噴霧の断面形状が長円形状でなくてもよく、少なくとも短軸に対して長軸がほぼ線対称である形状のものであれば成立する。 On the other hand, in fluid engineering, an axis-switching phenomenon is known in which the direction of the major axis and the minor axis of a switching spray having an oval cross-sectional shape ejected from an injection hole changes downstream. (Nonpatent literature 1-6). This axis-switching phenomenon does not have to be oval in the cross-sectional shape of the spray, and is established as long as the major axis is substantially line-symmetric with respect to the minor axis.
すなわち、アクシス−スイッチング現象を生じるためには、噴孔の噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が、短軸に対して長軸が線対称なスイッチング噴霧を生成する仕様となっている必要がある。また、スイッチング噴霧がアクシス−スイッチング現象を生じるか否かは、噴射圧や噴霧量等の噴射条件や雰囲気圧力等の外的要因によって制御することが可能である。 That is, in order to generate the axis-switching phenomenon, the nozzle hole specification including the nozzle hole diameter, length, and inclination is a specification that generates switching spray whose major axis is axisymmetric with respect to the minor axis. Need to be. Further, whether or not the switching spray causes an axis-switching phenomenon can be controlled by an external factor such as an injection condition such as an injection pressure or a spray amount, or an atmospheric pressure.
例えば非特許文献1には、噴孔仕様の違いにより様々な非円形渦構造が形成されること、非円形ノズルから発生した非円形渦構造が、非一様曲率による自己誘起速度の影響により変形すること等が記載されている。また、非特許文献2には、アクシス−スイッチングの程度がノズル噴孔のアスペクト比(縦横比)に大きく依存することが記載されている。 For example, in Non-Patent Document 1, various non-circular vortex structures are formed due to differences in nozzle hole specifications, and non-circular vortex structures generated from non-circular nozzles are deformed due to the influence of self-induced velocity due to non-uniform curvature. It describes what to do. Non-Patent Document 2 describes that the degree of the axis-switching greatly depends on the aspect ratio (aspect ratio) of the nozzle nozzle hole.
本願発明者による特許文献6では、アクシス−スイッチング現象により変形するスイッチング噴霧を生成するスイッチング噴孔と、各単噴霧がコアンダ効果で集合した集合噴霧を形成する集合噴孔とを備えた流体噴射弁を提示している。この例では、スイッチング噴霧と集合噴霧がコアンダ効果により集合して全体噴霧が形成されることを利用して、エンジン仕様毎に異なる燃焼室形状およびそれぞれの吸気流動に適した可変噴霧を実現している。 In patent document 6 by this inventor, the fluid injection valve provided with the switching nozzle hole which produces | generates the switching spray which deform | transforms with an axis-switching phenomenon, and the collective nozzle hole which forms the collective spray which each single spray collected by the Coanda effect Presents. In this example, switching sprays and collective sprays are gathered by the Coanda effect to form an overall spray, realizing different combustion chamber shapes for each engine specification and variable sprays suitable for each intake flow. Yes.
従来の流体噴射弁においては、噴霧の微粒化向上と、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力、および噴射量分布等の設計自由度向上とを両立させることが難しく、要求される噴霧仕様を十分に実現することができていなかった。特に、噴霧の微粒化、噴霧形状、および貫徹力は互いに相関を持つ特性であるが、それらを考慮して最適な噴霧仕様を実現することができていなかった。 In conventional fluid injection valves, it is difficult to achieve both atomization improvement of spray and improvement in design flexibility such as spray shape, spray direction, penetration force, and injection amount distribution, and the required spray specifications are sufficient. It could not be realized. In particular, the atomization of the spray, the spray shape, and the penetrating force are characteristics that have a correlation with each other, but it has not been possible to realize an optimal spray specification in consideration of them.
特許文献1のようなノズルでは、実際には噴孔上流のサック(キャビティ)内部の流れ方によって各噴孔への燃料の流入の仕方が変わることが知られている。すなわち、噴孔入口と出口の断面積を異ならせた場合に、必ずしも噴射量を一定にしたままで噴霧角を広げられるとは限らない。特に、複数の噴孔がインジェクタ中心軸を対称にして配置されていない場合は、各噴孔内の流れパターンは同じとならないことが多いが、特許文献1ではこれらのことが考慮されていない。 In a nozzle like patent document 1, it is known that the way of inflow of fuel to each nozzle hole will actually change with the way of flow inside a sac (cavity) upstream of a nozzle hole. That is, when the cross-sectional areas of the injection hole inlet and the outlet are made different, it is not always possible to widen the spray angle while keeping the injection amount constant. In particular, when a plurality of injection holes are not arranged symmetrically with respect to the central axis of the injector, the flow patterns in the injection holes are often not the same, but Patent Document 1 does not consider these.
特許文献2では、燃料圧力や剥離状況等によるキャビテーションへの影響が示されていないため、微粒化のレベルが不明である。微粒化のレベルが異なれば噴霧全体が保有する運動量も異なり貫徹力にも影響する。特に点火プラグ近傍を指向する噴霧としては、噴霧形状や貫徹力等の設計自由度をより確実に向上させる手法が望まれる。 In Patent Document 2, since the influence on the cavitation due to the fuel pressure and the peeling state is not shown, the level of atomization is unknown. If the level of atomization is different, the momentum of the entire spray is different and affects the penetration. In particular, as spray directed to the vicinity of the spark plug, a method for more reliably improving the degree of freedom in design such as spray shape and penetration force is desired.
また、特許文献3に記載の燃料噴射弁は、噴霧が干渉するのを避けているに過ぎず、複数の噴霧から形成される噴霧パターンや全体噴霧の形状は、幾何学的に考えれば必然的に拡がり気味となってその設計自由度は小さいものとなり、適用できる燃焼室形状や吸気弁配置に制約が生じる。また、微粒化して混合気形成を促進させたり、噴霧貫徹力を小さくして燃焼室内での噴霧付着を抑制したりするためには、各噴霧を拡げて微粒化させる必要があり、全体噴霧はさらに拡がる。 Further, the fuel injection valve described in Patent Document 3 merely avoids the interference of the spray, and the spray pattern formed from a plurality of sprays and the shape of the entire spray are indispensable from a geometrical viewpoint. However, the design freedom is small, and the applicable combustion chamber shape and intake valve arrangement are limited. In addition, in order to promote atomization by promoting atomization and to reduce spray penetration force and to suppress spray adhesion in the combustion chamber, it is necessary to expand each atomization and atomize. Expand further.
また、この先行例では、噴孔を内側にも配置して噴射量分布の偏りを低減しているが、内側に噴孔が配置されていない場合に比べて相対的に低減されているだけであり、各々の噴孔からの独立した液柱噴流が干渉を避けながら微粒化して、偏りが低減した噴射量分布になる方策についての説明がないので、適用できる燃焼室形状や吸気弁配置等が不明である。 Moreover, in this prior example, the injection hole is also arranged on the inner side to reduce the deviation of the injection amount distribution, but it is only relatively reduced compared to the case where the injection hole is not arranged on the inner side. Yes, there is no explanation about the measures that the independent liquid column jets from each nozzle hole atomize while avoiding interference and become an injection amount distribution with reduced bias, so the applicable combustion chamber shape and intake valve arrangement etc. It is unknown.
すなわち、噴孔を内側にも配置して各噴霧を近接させ、噴射量分布の偏りを低減しようとすると、各噴霧間には自動的にコアンダ効果が作用して各噴霧の集合化が始まり、下流での噴射方向の横断面の噴射量分布は略中心がピークの円錐状となる一つの集合噴霧となってしまい、この全体噴霧としての噴霧角は比較的小さなものになることは、市場で使用されている燃料噴射弁の特性や公知文献から明らかである。逆に、コアンダ効果による各噴霧の集合化を抑制するためには、隣り合う噴霧間に一定の距離(噴射条件や雰囲気条件によって変化する)を確保する必要があり、前述したように拡がった全体噴霧となる。 That is, when the spray holes are also arranged on the inner side to bring the sprays close to each other and try to reduce the unevenness of the spray amount distribution, the Coanda effect automatically acts between the sprays, and the assembly of the sprays begins. The injection amount distribution in the cross section in the downstream injection direction becomes one collective spray that has a substantially conical shape with a peak at the center, and the spray angle as a whole spray is relatively small in the market. It is clear from the characteristics of the fuel injection valve used and the known literature. Conversely, in order to suppress the aggregation of each spray due to the Coanda effect, it is necessary to ensure a certain distance between adjacent sprays (which varies depending on the injection conditions and atmospheric conditions), and the entire spread as described above. It becomes spraying.
また、特許文献4に記載の燃料噴射ノズルのように、各噴霧が拡がり過ぎないようにコアンダ効果を作用させ、且つ一方では各噴霧が集まらないようにコアンダ効果を抑制することは、静的な雰囲気条件下であっても噴霧方向のバランス維持が難しい。まして吸気ポート内では、周囲空気圧力、温度、吸気流動、噴霧体積(重量)流量、噴霧速度等の影響を受けるため、過渡運転時の非定常状態の多いガソリンエンジン用の噴射系システムで実現するのは非常に難しい。 In addition, as in the fuel injection nozzle described in Patent Document 4, it is static to suppress the Coanda effect so that each spray does not spread, and on the other hand, each spray does not collect. Even under atmospheric conditions, it is difficult to maintain the balance of the spray direction. Moreover, in the intake port, it is affected by ambient air pressure, temperature, intake air flow, spray volume (weight) flow rate, spray speed, etc., so it is realized with an injection system for a gasoline engine with many unsteady states during transient operation. It is very difficult.
コアンダ効果の作用が強くなれば各噴霧は集合してコンパクトになり、噴射方向の横断面の噴射量分布は略中心がピークの円錐状となるし、逆にコアンダ効果の抑制が働けば、各噴霧は下流になるにつれて離れてしまい、全体として非常に広角な噴霧流となるのが通常である。その結果、全体噴霧の噴霧形状や噴霧パターン、噴射量分布は、各噴孔の主たる軸の方向あるいは各噴流の主たる噴射方向の設定に応じて成り行きとなっていた。 If the action of the Coanda effect becomes stronger, each spray gathers and becomes compact, the injection amount distribution of the cross section in the injection direction becomes a cone with a peak at the center, and conversely, if the suppression of the Coanda effect works, The spray is usually separated as it goes downstream, and as a whole, the spray flow is generally very wide angle. As a result, the spray shape, spray pattern, and injection amount distribution of the entire spray are in accordance with the setting of the main axis direction of each nozzle hole or the main injection direction of each jet.
また、特許文献5に記載の燃料噴射装置は、燃料温度の変化を利用して噴霧形状を変化させているので、燃料温度調整手段としてのヒーターおよびヒーター制御回路の設置が必要となり、さらに、燃料噴射弁の本体内部にヒーターを埋め込む手段や信頼性確保等も必要であることから、大幅なコスト上昇に繋がると考えられる。 In addition, since the fuel injection device described in Patent Document 5 changes the spray shape by using the change in the fuel temperature, it is necessary to install a heater and a heater control circuit as fuel temperature adjusting means. Since it is necessary to embed a heater inside the main body of the injection valve and to ensure reliability, it is considered that this leads to a significant cost increase.
このように、上記の特許文献1−5では、噴霧の微粒化向上と、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力、および噴射量分布等の設計自由度向上とを両立させることが可能な方策は示されていない。従って、これらの先行例は、エンジン仕様毎に異なる燃焼室形状およびそれぞれの吸気流動において最適な噴霧仕様を決めるための指針とはなっていない。とりわけ、特許文献5に示されるようなスリット状の噴孔により生成される扇状に広がった偏平噴霧に関する上記指針はほとんど示されていない。 As described above, Patent Documents 1 to 5 show measures that can achieve both improvement in atomization of spray and improvement in design flexibility such as spray shape, spray direction, penetration force, and injection amount distribution. It has not been. Therefore, these prior examples are not a guideline for determining an optimum spray specification for each combustion chamber shape and each intake flow different for each engine specification. In particular, there is hardly any indication of the above-mentioned guideline regarding flat spray spread in a fan shape generated by a slit-like nozzle hole as shown in Patent Document 5.
スリット状の噴孔は、その形状に応じた扇状の薄膜流を形成することができ、この扇状の薄膜流から生成される偏平噴霧は、燃焼室内全体に拡散して均質な混合気を形成するのに好適である。この偏平噴霧をさらに所望の噴霧形態となるように変形させることが望まれるが、そのような先行技術は見当たらない。引用文献6のスイッチング噴霧を利用して全体噴霧の設計を行う技術においても、扇状に広がった偏平噴霧を含む全体噴霧には言及しておらず、設計自由度向上の余地がある。 The slit-shaped nozzle hole can form a fan-shaped thin film flow according to its shape, and the flat spray generated from the fan-shaped thin film flow diffuses throughout the combustion chamber to form a homogeneous mixture. It is suitable for. Although it is desired to further deform this flat spray to a desired spray form, no such prior art is found. Even in the technique of designing the entire spray using the switching spray of Cited Document 6, there is no mention of the entire spray including the flat spray spread in a fan shape, and there is room for improvement in design flexibility.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、スイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧を利用して、扇状に広がった偏平噴霧の形状を変形させることを可能とし、噴霧の微粒化と、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上とを両立させた流体噴射弁およびこの流体噴射弁を備えた噴霧生成装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is possible to change the shape of the flat spray spread in a fan shape by using the switching spray generated by the switching nozzle hole. It is an object of the present invention to provide a fluid injection valve that achieves both atomization of the spray and improvement in design freedom of the spray shape, spray direction, penetration force, and injection amount distribution, and a spray generation device including the fluid injection valve. you.
本発明に係る流体噴射弁は、流体が流れる通路の途中に設けられた弁座と、弁座との当接、離間により通路の開閉を制御する弁体と、弁座の下流に設けられた噴孔体とを備え、噴孔体に配置された複数の噴孔から流体を噴射し所望の形態の噴霧を生成する流体噴射弁であって、複数の噴孔は、扇状に広がった偏平噴霧を生成するスリット噴孔と、流体の噴射方向に直角な面内の断面形状において長軸と短軸の長さが異なるスイッチング噴霧を生成するスイッチング噴孔を少なくとも一つずつ含み、スリット噴孔は、アクシス−スイッチング現象を生じない偏平噴霧を生成するものであり、スイッチング噴孔は、短軸に対して長軸が線対称なスイッチング噴霧を生成するように、その噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が設定され、スイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧は、スイッチング噴孔から下流の所定位置においてアクシス−スイッチング現象を生じて長軸と短軸の方向を変化させ断面形状の変形を生じ得るものであり、この変形を生じた後のスイッチング噴霧は、スリット噴孔により生成された偏平噴霧との間にコアンダ効果が生じて偏平噴霧と近接化または集合化するものである。 A fluid injection valve according to the present invention is provided on a downstream side of a valve seat that is provided in the middle of a passage through which a fluid flows, a valve body that controls opening and closing of the passage by contact and separation with the valve seat, and A fluid injection valve that includes a nozzle hole body and injects fluid from a plurality of nozzle holes arranged in the nozzle hole body to generate a spray of a desired form, wherein the plurality of nozzle holes are flat sprays that expand in a fan shape a slit nozzle hole for generating, at least including one at the switching injection hole length of the major axis and minor axis in the cross-sectional shape in a plane perpendicular to the injection direction of the fluid to produce a different switching spraying, slit nozzle holes , Which generates a flat spray that does not cause an axis-switching phenomenon, and the switching nozzle hole has a nozzle hole diameter, length, and inclination so as to generate a switching spray whose major axis is axisymmetric with respect to the minor axis. injection hole specifications, including the is set, Sui Switching spray produced by quenching nozzle holes, axis at a predetermined position on the downstream from the switching injection holes - are those that can result in deformation of the generated switching phenomenon cross-sectional shape changing the direction of the long axis and a minor axis, The switching spray after this deformation is generated is a Coanda effect between the flat spray generated by the slit nozzle holes and approaches or aggregates with the flat spray.
また、本発明に係る噴霧生成装置は、上記流体噴射弁と、流体噴射弁に流体を供給する流体供給手段と、流体噴射弁の動作を制御する制御手段とを備えたものである。 Moreover, the spray production | generation apparatus which concerns on this invention is provided with the said fluid injection valve, the fluid supply means which supplies a fluid to a fluid injection valve, and the control means which controls operation | movement of a fluid injection valve.
本発明に係る流体噴射弁およびこれを備えた噴霧生成装置によれば、スイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧がスイッチング噴孔から下流の所定位置において長軸と短軸の方向を変化させることによる断面形状の変形を利用して、スリット噴孔により生成される偏平噴霧の形状を三次元的に変形させることが可能となったので、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力および噴射量分布の設計自由度が向上する。また、変形後のスイッチング噴霧と偏平噴霧がコアンダ効果により近接化または集合化することにより、貫徹力を急速に減衰させることが可能であると共に、変形によって噴霧の実効的な表面積が増大し微粒化がすすむことから、噴霧の微粒化と、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力および噴射量分布の設計自由度の向上とを両立させることができる。 According to the fluid injection valve and the spray generating apparatus including the same according to the present invention, the switching spray generated by the switching nozzle hole changes the direction of the major axis and the minor axis at a predetermined position downstream from the switching nozzle hole. The shape of the flat spray generated by the slit nozzle can be deformed three-dimensionally using the deformation of the cross-sectional shape, so the design of the spray shape, spray direction, penetration force and injection amount distribution is free. The degree is improved. In addition, the switching spray and the flat spray after deformation are brought close to each other or gathered by the Coanda effect, so that the penetration force can be rapidly attenuated, and the effective surface area of the spray is increased by the deformation and atomized. Therefore, it is possible to achieve both atomization of the spray and improvement of the design freedom of the spray shape, the spray direction, the penetration force, and the injection amount distribution.
実施の形態1.
以下に、本発明の実施の形態1に係る流体噴射弁について、図面に基づいて説明する。図1は、本実施の形態1に係る燃料噴射弁を示す断面図、図2(a)は、本実施の形態1に係る燃料噴射弁の先端部を示す拡大断面図、図2(b)は、図2(a)中、矢印イで示す方向から見た噴孔プレートの平面図である。なお、各図において、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。
Embodiment 1 FIG.
Below, the fluid injection valve which concerns on Embodiment 1 of this invention is demonstrated based on drawing. 1 is a cross-sectional view showing a fuel injection valve according to the first embodiment, FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view showing a tip portion of the fuel injection valve according to the first embodiment, and FIG. These are the top views of the nozzle hole plate seen from the direction shown by arrow A in Fig.2 (a). In the drawings, the same reference numerals are given to the same and corresponding parts in the drawings.
本実施の形態1に係る噴霧生成装置は、流体噴射弁である燃料噴射弁1と、燃料噴射弁1に燃料を供給する燃料供給手段(図示省略)、および燃料噴射弁1の動作を制御する制御手段である制御装置(図示省略)とを備えている。以下の説明では、エンジンに取り付けられ燃料を噴射する燃料噴射弁1を例に挙げて説明する。 The spray generation device according to the first embodiment controls the operation of the fuel injection valve 1 that is a fluid injection valve, fuel supply means (not shown) that supplies fuel to the fuel injection valve 1, and the fuel injection valve 1. And a control device (not shown) as control means. In the following description, the fuel injection valve 1 attached to the engine and injecting fuel will be described as an example.
燃料噴射弁1は、電磁力を発生するソレノイド装置2と、ソレノイド装置2への通電により作動する弁装置3を備えている。ソレノイド装置2は、磁気回路のヨーク部分をなすハウジング21と、このハウジング21の内側に設けられた固定鉄心であるコア22と、コア22を囲うように設けられたコイル23と、コイル23の内側に設けられ往復移動する可動鉄心であるアマチュア24を備えている。 The fuel injection valve 1 includes a solenoid device 2 that generates electromagnetic force, and a valve device 3 that operates by energizing the solenoid device 2. The solenoid device 2 includes a housing 21 that forms a yoke portion of a magnetic circuit, a core 22 that is a fixed iron core provided inside the housing 21, a coil 23 provided so as to surround the core 22, and an inner side of the coil 23. Is provided with an armature 24 that is a movable iron core that reciprocates.
弁装置3は、円筒形状であってコア22の先端部の外径部に圧入、溶接された弁本体31と、弁本体31の内部の燃料が流れる通路の途中に設けられた弁座32を備えている。弁座32の下流には、燃料を噴射する噴孔39を有する噴孔体である噴孔プレート33と、弁本体31の内側に設けられ、弁座32との当接、離間により通路の開閉を制御する弁体35と、弁体35の上流に設けられた圧縮バネ36を備えている。 The valve device 3 includes a valve body 31 that is cylindrical and press-fitted and welded to the outer diameter portion of the distal end portion of the core 22, and a valve seat 32 that is provided in the passage of fuel inside the valve body 31. I have. Downstream of the valve seat 32, an injection hole plate 33 having an injection hole 39 for injecting fuel and an inner side of the valve main body 31 are provided, and the passage is opened and closed by contact with and separation from the valve seat 32. And a compression spring 36 provided upstream of the valve body 35.
弁体35は、アマチュア24の内面に圧入、溶接された中空のロッド37と、ロッド37の先端部に溶接で固定されたボール38を有している。図2(a)に示すように、ボール38は、燃料噴射弁1のZ軸(図1中、矢印で示す)に平行な面取部38aと、噴孔プレート33と対向する平面部38bと、弁座32と線接触する曲面部38cとを有している。 The valve body 35 includes a hollow rod 37 that is press-fitted and welded to the inner surface of the armature 24, and a ball 38 that is fixed to the tip of the rod 37 by welding. As shown in FIG. 2A, the ball 38 includes a chamfered portion 38a parallel to the Z axis (indicated by an arrow in FIG. 1) of the fuel injection valve 1, and a flat portion 38b facing the nozzle hole plate 33. And a curved surface portion 38c in line contact with the valve seat 32.
なお、噴孔プレート33は、弁座32と一体的に形成されていても良い。また、弁体35は、ロッド37とボール38が一体的に形成されていても良い。さらに、ボール38は、弁座32に対してシートして流体をシールできるような形状であれば良く、例えばテーパで形成されたエッジ状のシート部でも良い。これらで形成されるデッドボリューム34の形状も、図示した形状に限定されるものではなく、後述の偏平噴霧6Aやスイッチング噴霧5Aに適した形状を選定すればよい。ロッド37も中空である必要はない。 The nozzle hole plate 33 may be formed integrally with the valve seat 32. Further, the valve body 35 may be formed integrally with a rod 37 and a ball 38. Furthermore, the ball | bowl 38 should just be a shape which can sheet | seat with respect to the valve seat 32, and can seal a fluid, for example, may be the edge-shaped seat part formed in the taper. The shape of the dead volume 34 formed by these is not limited to the illustrated shape, and a shape suitable for the flat spray 6A and the switching spray 5A described later may be selected. The rod 37 need not be hollow.
噴孔プレート33は、周縁部が下側に折曲されており、弁座32の先端面および弁本体31の内周側面に溶接されている。噴孔プレート33は、板厚方向に貫通するスリット噴孔390とスイッチング噴孔391を、少なくとも一つずつ有している。スイッチング噴孔391は、噴孔プレート33の板厚方向(すなわちZ軸方向)に直角な断面形状が長軸と短軸を有する例えば長円形の噴孔である。なお、以下の説明において、噴孔39とは、スリット噴孔390やスイッチング噴孔391を含む全ての噴孔の総称であり、それらを特に区別する必要のない場合に用いるものである。 The nozzle hole plate 33 has a peripheral edge bent downward and is welded to the distal end surface of the valve seat 32 and the inner peripheral side surface of the valve main body 31. The nozzle hole plate 33 has at least one slit nozzle hole 390 and one switching nozzle hole 391 penetrating in the plate thickness direction. The switching nozzle hole 391 is, for example, an elliptical nozzle hole whose cross-sectional shape perpendicular to the plate thickness direction (that is, the Z-axis direction) of the nozzle hole plate 33 has a major axis and a minor axis. In the following description, the nozzle hole 39 is a general term for all the nozzle holes including the slit nozzle hole 390 and the switching nozzle hole 391, and is used when it is not necessary to distinguish between them.
スリット噴孔390は、その形状に応じた扇状の薄膜流を形成し、この扇状の薄膜流から生成される偏平噴霧は、均質な混合気を形成するのに好適であると共に、微粒化にも適している。偏平噴霧は、基本的には、その偏平度合(燃料流の膜厚と膜の広がり角)と噴射速度(噴射燃圧)によって、微粒化レベル、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力や噴射量分布が決まる。なお、偏平噴霧は、スイッチング噴霧と同様に流体噴射方向に直角な面内の断面形状において長軸と短軸を有するとみなすこともできるが、スイッチング噴霧とはその挙動を全く異にしており、そのまま液糸に分裂していくような薄膜が扇状に広がっていくものである。従って、その長軸と短軸を変形させるようなアクシス-スイッチング現象は生じない。 The slit nozzle hole 390 forms a fan-shaped thin film flow according to its shape, and the flat spray generated from the fan-shaped thin film flow is suitable for forming a homogeneous air-fuel mixture and also for atomization. Is suitable. The flat spray basically has the atomization level, the spray shape, the spray direction, the penetration force and the injection amount distribution depending on the flatness (fuel flow film thickness and film spread angle) and the injection speed (injection fuel pressure). Determined. In addition, the flat spray can be regarded as having a major axis and a minor axis in a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the fluid ejection direction, like the switching spray, but the behavior is completely different from the switching spray. A thin film that divides into liquid yarns spreads like a fan. Therefore, an axis-switching phenomenon that deforms the major axis and the minor axis does not occur.
スイッチング噴孔391は、流体噴射方向に直角な面内の断面形状において長軸と短軸の長さが異なるスイッチング噴霧を生成する。なお、スイッチング噴孔391は、短軸に対して長軸がほぼ線対称なスイッチング噴霧を生成するように、その噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が設定されている。スイッチング噴霧は、スイッチング噴孔391から下流の所定位置において長軸と短軸の方向を変化させることにより、その断面形状の変形を生じ得るものである。図2(b)に示す噴孔プレート33は、一つのスイッチング噴孔391を有しているが、複数有していても良い。 The switching nozzle hole 391 generates a switching spray in which the major axis and the minor axis have different lengths in a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the fluid ejection direction. Note that the nozzle hole specifications including the nozzle hole diameter, the length, and the inclination of the switching nozzle hole 391 are set so that the major axis is substantially line-symmetric with respect to the minor axis. Switching spray can cause deformation of its cross-sectional shape by changing the direction of the major axis and the minor axis at a predetermined position downstream from the switching nozzle hole 391. The nozzle hole plate 33 shown in FIG. 2B has one switching nozzle hole 391, but it may have a plurality.
燃料噴射弁1の動作について説明する。エンジンの制御装置より燃料噴射弁1の駆動回路に動作信号が送られると、燃料噴射弁1のコイル23に電流が通電され、アマチュア24はコア22側へ吸引される。この結果、アマチュア24と一体構造であるロッド37およびボール38は、圧縮バネ36の弾性力に逆らって上方向に移動し、ボール38の曲面部38cが弁座面32aから離間し、両者に間隙が形成されて通路が形成され、燃料噴射が開始される。 The operation of the fuel injection valve 1 will be described. When an operation signal is sent from the engine control device to the drive circuit of the fuel injection valve 1, a current is passed through the coil 23 of the fuel injection valve 1, and the armature 24 is attracted to the core 22 side. As a result, the rod 37 and the ball 38, which are integral with the armature 24, move upward against the elastic force of the compression spring 36, the curved surface portion 38c of the ball 38 is separated from the valve seat surface 32a, and there is a gap between them. Is formed to form a passage, and fuel injection is started.
一方、エンジンの制御装置より燃料噴射弁1の駆動回路に動作の停止信号が送られると、コイル23への通電が停止し、アマチュア24がコア22側に吸引される力は消失し、ロッド37は、圧縮バネ36の弾性力によって弁座32側に押され、ボール38の曲面部38cは弁座面32aに当接して閉状態となり、燃料噴射はこの時点で終了する。 On the other hand, when an operation stop signal is sent from the engine control device to the drive circuit of the fuel injection valve 1, the energization to the coil 23 is stopped, and the force with which the armature 24 is attracted to the core 22 side disappears, and the rod 37 Is pressed toward the valve seat 32 by the elastic force of the compression spring 36, and the curved surface portion 38c of the ball 38 comes into contact with the valve seat surface 32a to be closed, and fuel injection is terminated at this point.
本実施の形態1に係る燃料噴射弁1は、都度要求される燃料(流体)噴射量を複数回に分けて噴射する分割噴射を行うが、分割噴射を行わない場合にも適用可能である。分割噴射では、分割しない場合の本来の所定噴射期間よりも短い噴射期間で各噴射が行われる。要求される噴射量は、エンジンの回転数や負荷に応じて決まり、その時の運転条件と噴射量において要求される混合気形成に応じた噴霧形態を実現する必要がある。 The fuel injection valve 1 according to the first embodiment performs divided injection in which the required fuel (fluid) injection amount is divided into a plurality of times and is also applicable to the case where the divided injection is not performed. In divided injection, each injection is performed in an injection period shorter than the original predetermined injection period when not divided. The required injection amount is determined according to the engine speed and load, and it is necessary to realize a spray form corresponding to the air-fuel mixture formation required in the operating conditions and the injection amount at that time.
なお、分割噴射は、噴射率形状を変化させたり、噴霧形態の自由度を向上させたりすることができるため、ディーゼルエンジンにおいては以前から行われている。分割噴射を行うことにより、混合気形成の状況を改善してPM(Particulate Mattar)やNOx発生を抑制する可能性や、均質燃焼や成層燃焼に適した噴霧形態の形成を実現できる可能性がある。 In addition, since the split injection can change the injection rate shape and can improve the degree of freedom of the spray form, it has been performed for diesel engines from before. By performing the split injection, and may inhibit PM (Particulate Mattar) and NO x generation by improving the conditions of mixture formation, the possibility of realizing the formation of the spray form suitable for homogeneous combustion and stratified combustion is there.
前述のように、スイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧は、スイッチング噴孔391から下流の所定位置において長軸と短軸の方向を変化させることによる断面形状の変形を生じ得るものである。さらに、燃料の噴射条件として設定される複数のパラメータの少なくとも一つは、スイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧の断面形状の変形が生じる場合と生じない場合とを場合分けすることが可能な閾値を有するものであり、この閾値に基づいて分割噴射の各噴射における噴射条件が設定あるいは調整される。すなわち、分割噴射の各噴射における噴射条件を記閾値に基づいて調整することにより、全体噴霧の仕様が可変である。 As described above, the switching spray generated by the switching nozzle hole 391 can cause deformation of the cross-sectional shape by changing the direction of the major axis and the minor axis at a predetermined position downstream from the switching nozzle hole 391. Furthermore, at least one of the plurality of parameters set as the fuel injection condition can be classified into cases where the deformation of the cross-sectional shape of the switching spray generated by the switching nozzle hole 391 occurs and does not occur. An injection condition for each injection of the divided injection is set or adjusted based on this threshold. That is, by adjusting the injection conditions for each of the divided injections based on the threshold value, the specification of the entire spray is variable.
このような閾値を有するパラメータとしては、分割噴射の各噴射における噴射期間、噴射量、噴射圧力等がある。複数のパラメータを設定した場合、実現することができる噴霧形態の種類は、分割噴射回数とパラメータの組み合わせの積となる。 Parameters having such a threshold include an injection period, an injection amount, an injection pressure, and the like in each injection of divided injection. When a plurality of parameters are set, the type of spray form that can be realized is the product of the number of divided injections and the combination of parameters.
例えば上記3つのパラメータを設定する場合、パラメータの組み合わせは(1)噴射期間、(2)噴射量、(3)噴射圧力、(4)噴射期間と噴射量、(5)噴射期間と噴射圧力、(6)噴射量と噴射圧力、(7)噴射期間と噴射量と噴射圧力、の7通りが考えられる。分割噴射回数が2回の場合、設定可能な噴射条件は14種類となり、それぞれの噴射条件による噴霧形態を実現することができる。実際には、噴射期間、噴射量、噴射圧力ともに、その数値を含めた組合せがあるので、さらに多くの噴霧形態を実現可能である。 For example, when the above three parameters are set, combinations of parameters are (1) injection period, (2) injection amount, (3) injection pressure, (4) injection period and injection amount, (5) injection period and injection pressure, (6) Injection amount and injection pressure, (7) Injection period, injection amount and injection pressure are considered. In the case where the number of divided injections is 2, there are 14 types of injection conditions that can be set, and spray forms based on the respective injection conditions can be realized. Actually, since there are combinations including numerical values for the injection period, the injection amount, and the injection pressure, more spray forms can be realized.
また、図2(b)に示す噴孔プレート33は、一つのスイッチング噴孔391を有しているが、複数のスイッチング噴孔391を有する場合、噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様(諸元)が同等のスイッチング噴孔391の閾値はほぼ同等である。言い換えると、異なる噴孔仕様の場合、同じ噴射の機会においてある一つの閾値に対し異なる結果が得られる。例えば、あるスイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧は変形を生じ、別のスイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧は変形を生じないようにすることができる。このような場合、それぞれのスイッチング噴孔391に関して、予め噴射期間、噴射量、噴射圧力等のパラメータの影響を調査し、三次元マップのデータを作成しておくとよい。 2B has one switching nozzle hole 391. When the nozzle plate 33 has a plurality of switching nozzle holes 391, the nozzle hole includes the nozzle hole diameter, length, and inclination. The thresholds of the switching nozzle holes 391 having the same specifications (specifications) are almost the same. In other words, for different nozzle hole specifications, different results are obtained for a certain threshold at the same injection opportunity. For example, the switching spray generated by a certain switching nozzle hole 391 can be deformed, and the switching spray generated by another switching nozzle 391 can be prevented from deforming. In such a case, for each switching nozzle hole 391, it is preferable to investigate the influence of parameters such as the injection period, the injection amount, and the injection pressure in advance, and to create three-dimensional map data.
本実施の形態1に係る燃料噴射弁1において、アクシス−スイッチング現象および分割噴射を利用し、スリット噴孔390により生成される偏平噴霧とスイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧で形成される全体噴霧の仕様(噴霧形状、濃度分布等の噴霧構造、貫徹力、噴射量分布および噴霧方向)を制御する手法について説明する。 In the fuel injection valve 1 according to the first embodiment, the whole formed by the flat spray generated by the slit nozzle hole 390 and the switching spray generated by the switching nozzle hole 391, using the axis-switching phenomenon and the divided injection. A method for controlling spray specifications (spray shape, spray structure such as concentration distribution, penetration force, injection amount distribution, and spray direction) will be described.
全体噴霧は、閾値に基づいて設定された噴射条件により長軸と短軸の方向を変化させ断面形状の変形を生じ得るスイッチング噴霧を含んで構成される。すなわち、閾値に基づいて設定された噴射条件により長軸と短軸の方向を変化させない噴霧を含んで構成することもできる。 The whole spray is configured to include a switching spray that can change the direction of the major axis and the minor axis in accordance with the injection conditions set based on the threshold value and cause deformation of the cross-sectional shape. That is, it is also possible to configure the spray so as not to change the direction of the major axis and the minor axis according to the injection conditions set based on the threshold value.
図3および図4は、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1の噴孔プレート33におけるスイッチング噴孔391からの噴流および噴霧の挙動を説明する図であり、図3は、図2(b)中、矢印ロで示す方向から見たスイッチング噴霧を示す側面図である。また、図4は、図3中、E−E、F−F、・・・、L−Lで示す部分における断面図である。なお、図3中、ΔL1、ΔL2は、貫徹力の差を示し、図4中、矢印Lは長軸の方向、矢印Sは短軸の方向を示している。 3 and 4 are diagrams for explaining the behavior of the jet flow and the spray from the switching nozzle hole 391 in the nozzle hole plate 33 of the fuel injection valve 1 according to the first embodiment, and FIG. It is a side view which shows the switching spray seen from the direction shown by arrow b. 4 is a cross-sectional view of a portion indicated by EE, FF,..., LL in FIG. In FIG. 3, ΔL1 and ΔL2 indicate the difference in penetration force. In FIG. 4, arrow L indicates the direction of the major axis, and arrow S indicates the direction of the minor axis.
図3および図4において、(a)は、噴射条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に達していないスイッチング噴霧5Aの場合、(b)は、噴射条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に達しているスイッチング噴霧5Aの場合、(c)は、二分割噴射において前段のスイッチング噴霧5A−1の噴射条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に達している場合の挙動をそれぞれ示している。なお、(c)に示す二分割噴射では、(a)、(b)に示す本来の所定噴射期間よりも短い噴射期間で各噴射がなされている。 3 and 4, (a) is a switching spray 5A in which the injection condition does not reach the threshold value causing the axis-switching phenomenon, and (b) shows that the injection condition reaches the threshold value causing the axis-switching phenomenon. In the case of the switching spray 5A, (c) shows the behavior when the injection condition of the preceding switching spray 5A-1 reaches the threshold value causing the axis-switching phenomenon in the two-part injection. In the two-split injection shown in (c), each injection is performed in an injection period shorter than the original predetermined injection period shown in (a) and (b).
スイッチング噴孔391から噴射された燃料の噴流5aは、所定の距離a(ブレーク長さ)下流に進むと、噴射方向に直角な面内の断面形状において長軸Lと短軸Sの長さが異なるスイッチング噴霧5Aを生成する。スイッチング噴孔391より生成されるスイッチング噴霧5Aは、該スイッチング噴孔391から所定の距離でアクシス−スイッチング現象を生じて長軸Lと短軸Sの方向を変化させて変形するように制御することが可能である。 When the fuel jet 5a injected from the switching nozzle 391 advances downstream by a predetermined distance a (break length), the lengths of the major axis L and the minor axis S in the cross-sectional shape in a plane perpendicular to the injection direction. Different switching sprays 5A are generated. The switching spray 5A generated from the switching nozzle hole 391 is controlled so as to be deformed by causing an axis-switching phenomenon at a predetermined distance from the switching nozzle hole 391 and changing the directions of the major axis L and the minor axis S. Is possible.
図3(a)の例では、スイッチング噴孔391からの噴流5aおよびスイッチング噴霧5Aの諸条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に到達せず、アクシス−スイッチング現象を生じないままとなっている。この場合、図4(a)に示すように、長軸Lと短軸Sが逆転するような変化はしない。 In the example of FIG. 3A, the conditions of the jet 5a from the switching nozzle hole 391 and the switching spray 5A do not reach the threshold value for causing the axis-switching phenomenon, and the axis-switching phenomenon does not occur. In this case, as shown in FIG. 4A, there is no change in which the major axis L and the minor axis S are reversed.
図3(b)の例では、スイッチング噴孔391からの噴流5aおよびスイッチング噴霧5Aの諸条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に到達し、アクシス−スイッチング現象を生じている。この場合、図4(b)に示すように、長軸Lと短軸Sの方向が変化して逆転し、断面形状が変形している。また、この際、長軸Lと短軸Sの変化や変形は非対称性に伴う周囲空気との大きな運動量交換に起因していることから、噴霧が持つ運動量が大幅に周囲空気に移動し、スイッチング噴霧5Aの貫徹力は途中から急速に低下し、図3(a)よりも貫徹力が小さくなる。 In the example of FIG. 3B, the conditions of the jet 5a from the switching nozzle hole 391 and the switching spray 5A reach the threshold value at which the axis-switching phenomenon occurs, and the axis-switching phenomenon occurs. In this case, as shown in FIG. 4B, the directions of the major axis L and the minor axis S change and reverse, and the cross-sectional shape is deformed. At this time, since the change and deformation of the long axis L and the short axis S are caused by a large exchange of momentum with the surrounding air due to asymmetry, the momentum of the spray greatly moves to the surrounding air. The penetrating force of the spray 5A rapidly decreases from the middle, and the penetrating force becomes smaller than that in FIG.
さらに、図3(c)の例では、前段のスイッチング噴霧5A−1は、スイッチング噴孔391からの噴流5aおよびスイッチング噴霧5A−1の諸条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に到達している。ただし、後段のスイッチング噴霧5A−2は、アクシス−スイッチング現象を生じるようにしても、生じないようにしても、どちらでも構わない。 Further, in the example of FIG. 3C, the switching spray 5A-1 at the previous stage has reached a threshold value at which various conditions of the jet 5a from the switching nozzle 391 and the switching spray 5A-1 cause an axis-switching phenomenon. . However, the switching spray 5A-2 at the latter stage may be either generated or not caused to cause an axis-switching phenomenon.
前段のスイッチング噴霧5A−1は、アクシス−スイッチング現象を生じて大きな運動量を失った上に、噴射期間が短いために分断された噴霧となっている。このような場合は、後続流からの運動量の補充がなくなるため、噴霧が持つ運動量に比べて周囲空気と干渉して移動する運動量の比率が大きくなり、噴霧の断面形状が変化して変形することによる運動量移動に加え、噴霧が持つ運動量が低下する。この結果、図3(b)よりもさらに貫徹力が小さくなる。 The switching spray 5A-1 in the previous stage is a spray that has been divided due to a short injection period in addition to losing a large momentum by causing an axis-switching phenomenon. In such a case, since the momentum from the subsequent flow is not replenished, the ratio of the momentum that moves by interfering with the surrounding air is larger than the momentum that the spray has, and the cross-sectional shape of the spray changes and deforms. In addition to the momentum movement by the spray, the momentum that the spray has decreases. As a result, the penetrating force is further reduced as compared with FIG.
図5(a)は、図3(a)に示す噴霧の時間経過に伴う全体噴霧の変化の様子を示し、図5(b)は、図3(b)に示す噴霧の時間経過に伴う全体噴霧の変化の様子を示している。図5(a)に示すように、アクシス−スイッチング現象を生じないスイッチング噴霧5Aの場合、時刻t1に対し、時刻t5における全体噴霧(貫徹力L1)は、基本的な形態を維持したままで、周囲空気との混合(運動量移動)による若干の拡がりを持って下流に移動している。この様子は、従来の噴霧に関する通常の知見から容易に推測できるものである。 FIG. 5 (a) shows a change in the overall spray with the lapse of time shown in FIG. 3 (a), and FIG. 5 (b) shows the whole with the lapse of time shown in FIG. 3 (b). It shows how the spray changes. As shown in FIG. 5 (a), in the case of the switching spray 5A that does not cause an axis-switching phenomenon, the entire spray (penetration force L1) at the time t5 maintains the basic form with respect to the time t1, It moves downstream with a slight spread due to mixing with ambient air (momentum transfer). This situation can be easily inferred from ordinary knowledge about conventional spraying.
また、図5(b)に示すように、アクシス−スイッチング現象を生じたスイッチング噴霧5Aの場合、図5(a)に比べて時刻t1における噴霧形態が拡がり気味であり、さらに時刻t5においては全体噴霧(貫徹力L2)の拡がり率が大きくなる傾向がある。ただし、図5(a)と同様に基本的な形態を維持しており、やはり従来の噴霧に関する通常の知見から容易に推測できるものである。 Further, as shown in FIG. 5 (b), in the case of the switching spray 5A in which the axis-switching phenomenon occurs, the spray form at time t1 is broader than that in FIG. 5 (a), and further at time t5 There exists a tendency for the spread rate of spray (penetration force L2) to become large. However, the basic form is maintained as in FIG. 5 (a), and it can be easily inferred from ordinary knowledge about conventional spraying.
図6(a)は、図3(c)に示す二分割噴射における各噴霧の時間経過に伴う全体噴霧の変化の様子を示し、図6(b)は、図6(a)中、時刻t5において矢印イで示す方向から見た全体噴霧を示している。図6(a)に示すように、前段のスイッチング噴霧5A−1は、貫徹力が極めて低下しているので、噴射方向への拡がりが抑制され、噴射方向に直角な方向への拡がりが大きくなっている。一方、後段のスイッチング噴霧5A−2は、アクシス−スイッチング現象を生じさせない場合、貫徹力の大きな低下はなく、次第に前段の噴霧に接近して近接化、集合化させることが可能である(貫徹力L3<L2<L1)。 FIG. 6 (a) shows how the entire spray changes with time in each spray in the two-split injection shown in FIG. 3 (c), and FIG. 6 (b) shows the time t5 in FIG. 6 (a). The whole spray seen from the direction shown by arrow A in FIG. As shown in FIG. 6 (a), the switching spray 5A-1 in the previous stage has a very low penetration force, so that the spread in the injection direction is suppressed, and the spread in the direction perpendicular to the injection direction becomes large. ing. On the other hand, when the switching spray 5A-2 in the subsequent stage does not cause an axis-switching phenomenon, the penetrating force does not greatly decrease, and it is possible to gradually approach and aggregate the front stage spray (penetrating force). L3 <L2 <L1).
この場合、例えば噴射方向に直角なある断面の形状、あるいは噴射方向に直角な面内の投影形状や噴射量分布(積分値)を、図6(b)に示すような略十字形とすることが可能である。条件的には、例えば前段のスイッチング噴霧5A−1は所定燃圧での少し長めの噴射期間の分割噴射として噴霧が保有する運動量を確保し、後段のスイッチング噴霧5A−2は前段噴霧5A−1による噴射燃圧低下が回復しきらないうちに少し短めの噴射期間の分割噴射とする。これにより、各スイッチング噴霧5A−1、5A−2が保有する運動量に差をつけることができ、前述の挙動が実現可能となる。 In this case, for example, a cross-sectional shape perpendicular to the injection direction, or a projection shape or an injection amount distribution (integral value) in a plane perpendicular to the injection direction is made to be a substantially cross shape as shown in FIG. Is possible. Conditionally, for example, the switching spray 5A-1 at the front stage secures the momentum held by the spray as a divided injection of a slightly longer injection period at a predetermined fuel pressure, and the switching spray 5A-2 at the rear stage is based on the front spray 5A-1. Before the decrease in fuel injection pressure has been recovered, split injection is performed with a slightly shorter injection period. Thereby, a difference can be given to the momentum which each switching spray 5A-1, 5A-2 holds, and the above-mentioned behavior becomes realizable.
図6(a)に示すように、長軸と短軸の方向を変化させて変形するスイッチング噴霧5A−1と、長軸と短軸の方向を変化させないスイッチング噴霧5A−2とは、分割噴射の各噴射後の所定時刻における貫徹力が異なることを利用して、分割噴射の休止時間間隔を所定値に設定することにより、下流の所定位置において各噴射による噴霧を近接化あるいは集合化させた全体噴霧を形成することができる。分割噴射の各噴射による噴霧を近接化または集合化させた全体噴霧は、分割噴射による合計噴射量を1回の噴射で行った時の全体噴霧に比べて拡がりが抑制され、貫徹力が減少する。また、この全体噴霧は、流体噴射方向に直角な面内の断面形状あるいは投影形状が、略十字状または略菱形または略四角形となる時刻が存在する。 As shown in FIG. 6 (a), the switching spray 5A-1 that changes the direction of the major axis and the minor axis and the switching spray 5A-2 that does not change the direction of the major axis and the minor axis are divided injections. By making use of the fact that the penetration force at a predetermined time after each injection is different, by setting the pause time interval of the divided injection to a predetermined value, the sprays by the respective injections are brought closer or assembled at a predetermined downstream position A whole spray can be formed. The entire spray in which the sprays of the divided sprays are brought close to each other or gathered is less spread and the penetrating power is reduced compared to the total spray when the total spray amount by the split spray is performed by one injection. . In addition, the entire spray has a time at which the cross-sectional shape or projected shape in a plane perpendicular to the fluid ejection direction becomes a substantially cross shape, a substantially diamond shape, or a substantially square shape.
また、図7は、二分割噴射において、図6とは異なるアクシス−スイッチング現象を設定した場合の各噴霧の時間経過に伴う全体噴霧の変化の様子を示している。図7の例では、偏平な形状のスイッチング噴霧5A−1、5A−2を縦に積み重ねたような全体噴霧を形成する(貫徹力L4<L2<L1)。また、分割噴射の条件や噴霧同士の干渉レベルを考慮することにより、積み重なり方、すなわち近接化あるいは集合化のレベルを変更することができる。 Further, FIG. 7 shows a state of change of the entire spray with the passage of time of each spray in the case of two-split injection when an axis-switching phenomenon different from that in FIG. 6 is set. In the example of FIG. 7, the entire spray is formed such that the flat-shaped switching sprays 5A-1 and 5A-2 are vertically stacked (penetration force L4 <L2 <L1). Further, by considering the condition of split injection and the interference level between sprays, the stacking method, that is, the level of proximity or aggregation can be changed.
図8は、三分割噴射における各噴霧の時間経過に伴う全体噴霧の変化の様子を示している。この例では、各段のスイッチング噴霧5A−1、5A−2、5A−3において、アクシス−スイッチング現象による長軸と短軸の変化による変形を小さくし、分割噴射数を増やしている。このように、分割噴射の各噴射による噴霧が近接化あるいは集合化した全体噴霧は、分割噴射による合計噴射量を1回の噴射で行った時の全体噴霧に比べて拡がりが抑制され、貫徹力が減少する(貫徹力L5<L2<L1)。 FIG. 8 shows how the entire spray changes as time passes for each spray in the three-split injection. In this example, in the switching sprays 5A-1, 5A-2, 5A-3 at each stage, the deformation due to the change of the major axis and the minor axis due to the axis-switching phenomenon is reduced, and the number of divided injections is increased. In this way, the entire spray in which the sprays of the divided injections are brought close to each other or aggregated is less spread compared to the total spray when the total injection amount by the split injection is performed by one injection, and the penetration force Decreases (penetration force L5 <L2 <L1).
このように、アクシス−スイッチング現象の利用有無、利用有無の順序、分割回数、分割休止時間、閾値(噴射期間、噴射量、噴射圧力等)の組み合わせにより、図6(b)に示すような三次元的な全体噴霧形状および噴霧濃度分布等の構造の種類や、全体噴霧の貫徹力のレベル等を自在に実現し、また、変更することが可能となる。 As described above, a tertiary as shown in FIG. 6B is obtained by combining the use / non-use of the axis-switching phenomenon, the order of use / non-use, the number of divisions, the division pause time, and the threshold (injection period, injection amount, injection pressure, etc.). It is possible to freely realize and change the type of structure such as the original overall spray shape and spray concentration distribution, the level of penetration of the overall spray, and the like.
なお、噴霧の長軸と短軸の方向を変化させ断面形状を変形させる方法としては、アクシス−スイッチング現象の利用以外に、燃料粒子に電荷を帯びさせて、下流の所定位置でその電荷を利用して燃料粒子の飛翔方向をコントロールする方法がある。例えば、図3(a)に示すスイッチング噴霧5Aの粒子に電荷を帯びさせ、紙面の右側あるいは左側から電荷を帯びた燃料粒子を誘引あるいは反発させることにより、図3(b)のように長軸と短軸の方向を変化させて断面形状を変形させることができる。 As a method of changing the direction of the major axis and minor axis of the spray to change the cross-sectional shape, in addition to using the axis-switching phenomenon, the fuel particles are charged and the charges are used at a predetermined downstream position. Then there is a method of controlling the flight direction of the fuel particles. For example, the particles of the switching spray 5A shown in FIG. 3 (a) are charged, and the charged fuel particles are attracted or repelled from the right or left side of the paper, thereby causing the long axis as shown in FIG. 3 (b). The cross-sectional shape can be changed by changing the direction of the short axis.
次に、基本の噴霧パターンとして、隣接して配置された二つの非スイッチング噴孔により生成される各噴霧の干渉、集合化に関する基本的な挙動について、図9〜図13を用いて説明する。図9〜図11は、二つの非スイッチング噴霧にコアンダ効果が作用し集合噴霧を形成するまでの挙動を示している。コアンダ効果とは、隣接する噴霧との近接化を誘起する効果である。 Next, as a basic spray pattern, basic behavior regarding interference and assembly of each spray generated by two non-switching nozzle holes arranged adjacent to each other will be described with reference to FIGS. 9 to 11 show the behavior until the Coanda effect acts on two non-switching sprays to form a collective spray. The Coanda effect is an effect that induces proximity to adjacent sprays.
図9において、(a)は二つの非スイッチング噴孔から1回の噴射で生成された非スイッチング噴霧の時刻t1における側面図、(b)は(a)中、E−E、F−F、G−G、H−Hで示す部分における断面図である。図9(a)に示すように、間隔x1で配置された二つの非スイッチング噴孔392から噴射された噴流4a、4bは、それぞれ非スイッチング噴霧4A、4Bとなる。噴流4a、4bは、液膜流の破断や分裂を経て実質的に噴霧流と見なせるようになる状態のブレークが生じたとき、断面E−Eに示す噴流断面形状である。 In FIG. 9, (a) is a side view at time t1 of non-switching spray generated by one injection from two non-switching nozzle holes, and (b) is EE, FF, It is sectional drawing in the part shown by GG and HH. As shown to Fig.9 (a), the jets 4a and 4b injected from the two non-switching nozzle holes 392 arrange | positioned by the space | interval x1 become the non-switching sprays 4A and 4B, respectively. The jets 4a and 4b have a jet cross-sectional shape shown in a cross-section EE when a break in a state in which the liquid film flow can be regarded as a spray flow after breaking or splitting occurs.
この時の非スイッチング噴孔392と断面E−Eとの距離をブレーク長さaとする。このブレーク長さaの位置ではすでに、両噴流4a、4bの隙間c1はコアンダ効果が作用する閾値よりも小さくなっている。続いて、断面F−Fでは、噴流4a、4bは、分散して単一の非スイッチング噴霧4A、4Bとなり、非スイッチング噴孔392から距離bの位置で、二つの非スイッチング噴霧4A、4Bは、その外径が接し始める。 The distance between the non-switching nozzle hole 392 and the cross section EE at this time is a break length a. Already at the position of the break length a, the gap c1 between the jets 4a and 4b is smaller than the threshold value at which the Coanda effect acts. Subsequently, in the cross-section FF, the jets 4a and 4b are dispersed into a single non-switching spray 4A and 4B, and the two non-switching sprays 4A and 4B are located at a distance b from the non-switching nozzle hole 392. , Its outer diameter begins to touch.
さらに、断面F−Fから、圧力分布に起因して二つの単一の非スイッチング噴霧4A、4Bの間にコアンダ効果が作用し、単一の非スイッチング噴霧4A、4Bは接近して断面G−Gのように集合化が進む。それと同時に、非スイッチング噴霧4A、4Bの周囲空気の巻き込みと、それによる非スイッチング噴霧4A、4B内の略中心部分の下流への流れ方向に沿った空気流の誘起を生じさせる。 Further, from the cross-section FF, the Coanda effect acts between the two single non-switching sprays 4A, 4B due to the pressure distribution, and the single non-switching spray 4A, 4B approaches the cross-section G- Aggregation proceeds like G. At the same time, entrainment of the ambient air of the non-switching sprays 4A and 4B, and thereby induction of an air flow along the flow direction downstream of the substantially central portion in the non-switching sprays 4A and 4B.
なお、仮に噴流4aと噴流4b、あるいは非スイッチング噴霧4Aと非スイッチング噴霧4Bとが、各々アクシス−スイッチング現象を生じる素性を保有していた場合でも、アクシス−スイッチング現象が生じる前に、断面E−Eの位置において両噴流4a、4bの隙間c1はコアンダ効果が作用する閾値よりも小さくなっているため、コアンダ効果が作用して接近し始める。 Note that even if the jet 4a and the jet 4b, or the non-switching spray 4A and the non-switching spray 4B have characteristics that cause an axis-switching phenomenon, before the axis-switching phenomenon occurs, the cross-section E- At the position E, the gap c1 between the jets 4a and 4b is smaller than the threshold value at which the Coanda effect acts, so the Coanda effect begins to act and approaches.
ここで、周囲空気の巻き込みレベルは、単一の非スイッチング噴霧4A、4Bを集合した集合噴霧40全体の形状を大きく変化させるレベルではない。さらに、条件が整えば、断面G−Gの集合噴霧40の状態からさらに集合化が進み、断面H−Hのように実質的にほぼ一つの中実の集合噴霧40とみなされるようになる。図9(a)において、時刻t1における集合噴霧40の貫徹力をL6とする。 Here, the entrainment level of the ambient air is not a level that greatly changes the shape of the entire collective spray 40 in which the single non-switching sprays 4A and 4B are assembled. Further, if the conditions are adjusted, the assembly further proceeds from the state of the collective spray 40 having the cross section GG, and is substantially regarded as one solid collective spray 40 like the cross section HH. In FIG. 9A, the penetration force of the collective spray 40 at time t1 is L6.
図10は、図9に示す二つの非スイッチング噴霧を分割噴射した場合の時間経過に伴う全体噴霧の変化の様子を示している。図10に示すように、分割噴射を行った場合も、両者の間隔はコアンダ効果が作用する閾値よりも小さいため、基本的には各噴射のたびに両噴霧が近接して集合化する傾向となる。また、分割噴射の休止時間が短い場合には、前段噴霧が周囲空気を巻き込んで進むために生じる噴射方向への空気の流れが残った状態で後段噴霧を行うので、相対的に後段噴霧の方が貫徹力の低下が抑制され、後段噴霧が前段噴霧に追いつく傾向が生じる(時刻t1における貫徹力はL7<L6)。 FIG. 10 shows how the entire spray changes over time when the two non-switching sprays shown in FIG. 9 are divided and injected. As shown in FIG. 10, even when split injection is performed, the interval between the two is smaller than the threshold value at which the Coanda effect acts, so basically, both sprays tend to gather close together for each injection. Become. In addition, when the pause time of the divided injection is short, the latter spray is performed in a state where the air flow in the injection direction generated because the former spray involves the surrounding air and proceeds, so the latter spray relatively However, the decrease in the penetration force is suppressed, and the latter-stage spray tends to catch up with the former-stage spray (the penetration force at time t1 is L7 <L6).
図11は、二つの非スイッチング噴霧がコアンダ効果により集合噴霧を形成するまでの挙動を、周囲空気の巻き込み状況を示す矢印で説明した図であり、(a)は二つの非スイッチング噴孔から噴射された非スイッチング噴霧を示す側面図、(b)は(a)中、F−F、G1−G1、G2−G2、H−Hで示す部分における断面図である。 FIG. 11 is a diagram illustrating the behavior of the two non-switching sprays until they form a collective spray due to the Coanda effect, with arrows indicating the entrainment status of the surrounding air. FIG. 11 (a) shows the injection from the two non-switching nozzle holes. The side view which shows the made non-switching spray, (b) is sectional drawing in the part shown by FF, G1-G1, G2-G2, HH in (a).
図11(a)に示すように、周囲空気の巻き込みにより、噴霧内に下流への流れ方向に沿った空気流Vが誘起されている。その結果、図11(b)に示すように、F−F、G1−G1、G2−G2、H−Hにおける非スイッチング噴霧4A、4Bの噴射量分布は、集合噴霧40の略中心にピークができる。このように、複数の非スイッチング噴霧4A、4Bがコアンダ効果の作用により集合噴霧40を形成した場合、周囲空気の巻き込みによって噴霧内に下流への流れ方向に沿った空気流が誘起され、貫徹力の抑制が困難となり、噴霧の微粒化や噴霧形状に関しても設計自由度は低くなる。 As shown in FIG. 11A, an air flow V is induced in the spray in the downstream flow direction due to the entrainment of ambient air. As a result, as shown in FIG. 11B, the injection amount distribution of the non-switching sprays 4A and 4B in FF, G1-G1, G2-G2, and HH has a peak at the approximate center of the collective spray 40. it can. As described above, when the plurality of non-switching sprays 4A and 4B form the collective spray 40 by the action of the Coanda effect, the air flow along the downstream flow direction is induced in the spray by the entrainment of the ambient air, and the penetration force It becomes difficult to suppress the spraying, and the degree of freedom in design is reduced with respect to atomization of the spray and the spray shape.
また、図12は、1回の噴射で生成された二つの非スイッチング噴霧にコアンダ効果が作用せず、独立した噴霧を形成するまでの挙動を説明する図である。図12において、(a)は二つの非スイッチング噴孔から噴射された非スイッチング噴霧の時刻t1における側面図、(b)は(a)中、E−E、F−F、G−Gで示す部分における断面図である。図12(a)に示すように、間隔x2(x2>x1)で配置された二つの非スイッチング噴孔392から噴射された噴流4a、4cは、それぞれ非スイッチング噴霧4A、4Cとなる。 Moreover, FIG. 12 is a figure explaining the behavior until the Coanda effect does not act on two non-switching sprays generated by one injection and forms independent sprays. In FIG. 12, (a) is a side view at time t1 of non-switching spray injected from two non-switching nozzle holes, and (b) is indicated by EE, FF, and GG in (a). It is sectional drawing in a part. As shown to Fig.12 (a), the jets 4a and 4c injected from the two non-switching nozzle holes 392 arrange | positioned by the space | interval x2 (x2> x1) become the non-switching sprays 4A and 4C, respectively.
この例では、断面E−Eにおけるブレーク長さaの位置では、両噴流4a、4cの隙間はコアンダ効果が作用する閾値よりも大きい。さらに、断面G−Gにおける両噴霧4A、4Cの隙間c2も、コアンダ効果が作用する閾値より大きく、両噴霧4A、4Cにはコアンダ効果は作用しない。その結果、両噴霧4A、4Cは独立したままでほぼ初期の進行方向に進んでいく(時刻t1における貫徹力をL8とする)。 In this example, at the position of the break length a in the section EE, the gap between the two jets 4a and 4c is larger than the threshold value at which the Coanda effect acts. Further, the gap c2 between the sprays 4A and 4C in the cross section GG is also larger than the threshold value at which the Coanda effect acts, and the Coanda effect does not act on the sprays 4A and 4C. As a result, both the sprays 4A and 4C continue in the initial traveling direction while being independent (the penetration force at time t1 is L8).
図13は、図12に示す二つの非スイッチング噴霧を分割噴射した場合の時間経過に伴う全体噴霧の変化の様子を示している。この場合は、両噴霧の間にコアンダ効果は作用していないので、単純に分割された短い噴霧の塊が間隔をあけて並ぶ傾向となる。また、分割噴射の休止時間が短い場合には、前述と同様の傾向となる。時刻t1における貫徹力はL9<L8である。 FIG. 13 shows how the entire spray changes over time when the two non-switching sprays shown in FIG. 12 are divided and injected. In this case, the Coanda effect does not act between the two sprays, and therefore, a simple spray lump tends to be arranged at intervals. In addition, when the pause time of the divided injection is short, the same tendency as described above is obtained. The penetration force at time t1 is L9 <L8.
なお、図9〜図13には、基本の噴霧パターンとして二つの非スイッチング噴孔392により生成される非スイッチング噴霧4A、4B、4Cを例に挙げて説明したが、非スイッチング噴孔392とスイッチング噴孔391の組み合わせであっても、両噴霧の間にコアンダ効果が作用せず、それぞれが独立した噴霧を形成するように設計することは可能である。 9 to 13, the non-switching spray holes 4A, 4B, and 4C generated by the two non-switching nozzle holes 392 are described as examples of the basic spray pattern. Even in the case of the combination of the nozzle holes 391, it is possible to design so that the Coanda effect does not act between both sprays and each forms an independent spray.
次に、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1において、図2(b)に示す噴孔プレート33を用いた場合、すなわちスイッチング噴孔391とスリット噴孔390が一つずつ設けられている場合の各噴孔からの噴霧の干渉、集合化に関する基本的な挙動について説明する。スイッチング噴孔391とスリット噴孔390は、スイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aが断面形状の変形を生じる前の長軸Lの方向が、スリット噴孔390により生成される偏平噴霧6Aの長手方向と同じ方向になるように配置されている。 Next, in the fuel injection valve 1 according to the first embodiment, when the nozzle hole plate 33 shown in FIG. 2B is used, that is, one switching nozzle hole 391 and one slit nozzle hole 390 are provided. The basic behavior regarding the interference and assembly of the spray from each nozzle hole will be described. The switching nozzle hole 391 and the slit nozzle hole 390 are arranged such that the direction of the long axis L before the switching spray 5A generated by the switching nozzle 391 causes the deformation of the cross-sectional shape is the flat spray 6A generated by the slit nozzle 390. It arrange | positions so that it may become the same direction as a longitudinal direction.
また、スイッチング噴孔391とスリット噴孔390は、スイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象により長軸Lと短軸Sの方向を変化させる所定位置より下流において、スリット噴孔390により生成される偏平噴霧6Aとコアンダ効果により集合して集合噴霧50(ここでは全体噴霧に相当)を形成するように配置されている。すなわち、全体噴霧の噴霧形状、貫徹力、噴射量分布および噴霧方向の各特性のうち少なくとも一つは、スイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象を生じる所定位置より下流において定められる。 Further, the switching nozzle hole 391 and the slit nozzle hole 390 are arranged such that the switching spray 5A generated by the switching nozzle hole 391 has a slit injection nozzle downstream from a predetermined position where the direction of the major axis L and the minor axis S is changed by the axis-switching phenomenon. The flat spray 6 </ b> A generated by the holes 390 and the Coanda effect are combined to form a collective spray 50 (corresponding to the entire spray here). That is, at least one of the characteristics of the spray shape, penetrating force, injection amount distribution, and spray direction of the entire spray is determined downstream from a predetermined position where the switching spray 5A causes the axis-switching phenomenon.
図14および図15は、互いに隣接するスリット噴孔とスイッチング噴孔により生成される偏平噴霧とスイッチング噴霧が、コアンダ効果により集合噴霧を形成するまでの挙動を示している。図14において、(a)は、図2(b)の矢印ロで示す方向から見た各噴霧の側面図(一部は断面図)、(b)は、図2(b)の矢印ハで示す方向から見た噴霧の正面図である。また、図15は、図14(a)中、G−G、J−J、K−K、L−Lで示す部分における断面図であり、図中、矢印Lは長軸の方向、矢印Sは短軸の方向を示している。 14 and 15 show the behavior until the flat spray and the switching spray generated by the slit nozzle holes and the switching nozzles adjacent to each other form a collective spray by the Coanda effect. 14A is a side view (partially a cross-sectional view) of each spray viewed from the direction indicated by the arrow B in FIG. 2B, and FIG. 14B is an arrow C in FIG. 2B. It is a front view of the spray seen from the direction shown. FIG. 15 is a cross-sectional view taken along lines GG, JJ, KK, and LL in FIG. 14A. In the drawing, arrow L indicates the direction of the long axis, and arrow S. Indicates the direction of the minor axis.
図14(a)および図15に示すように、間隔x3で配置されたスリット噴孔390とスイッチング噴孔391は、スイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aが断面形状の変形を生じる前の長軸Lの方向が、スリット噴孔390により生成される偏平噴霧6Aの長手方向と同じ方向になるように配置される。スイッチング噴霧5Aは、偏平噴霧6Aと対向しつつ、その断面形状が長軸Lおよび短軸Sの両方向に若干拡大しながら、ほぼスイッチング噴孔391直下での初期の流れ方向を維持して下流に流れる。 As shown in FIG. 14A and FIG. 15, the slit nozzle holes 390 and the switching nozzle holes 391 arranged at the interval x3 are formed before the switching spray 5A generated by the switching nozzle holes 391 is deformed in cross-sectional shape. It arrange | positions so that the direction of the long axis L may turn into the same direction as the longitudinal direction of the flat spray 6A produced | generated by the slit nozzle hole 390. FIG. The switching spray 5A is opposed to the flat spray 6A, and its cross-sectional shape slightly expands in both the major axis L and the minor axis S, while maintaining the initial flow direction almost immediately below the switching nozzle hole 391 and downstream. Flowing.
その後、スイッチング噴孔391から所定の距離においてアクシス−スイッチング現象が生じ、断面J−Jに示すように、スイッチング噴霧5Aの長軸Lと短軸Sの方向が変化し始める。なお、この位置では、スイッチング噴霧5Aと偏平噴霧6Aとの隙間c3は、コアンダ効果が作用する閾値よりも大きく、コアンダ効果は生じていない。 Thereafter, an axis-switching phenomenon occurs at a predetermined distance from the switching nozzle hole 391, and the direction of the major axis L and the minor axis S of the switching spray 5A starts to change as shown in the section JJ. At this position, the gap c3 between the switching spray 5A and the flat spray 6A is larger than the threshold value at which the Coanda effect acts, and the Coanda effect does not occur.
断面J−Jから断面K−Kへと下流になるにつれて、スイッチング噴霧5Aの長軸Lと短軸Sの方向が変化する変形が進み、スイッチング噴霧5Aと偏平噴霧6Aが近接してくる。これは、スイッチング噴霧5Aにアクシス−スイッチング現象が生じたことにより、スイッチング噴霧5Aと偏平噴霧6Aの隙間が小さくなり、それに伴いスイッチング噴霧5Aと偏平噴霧6Aとの間にコアンダ効果が作用したことによる。 As the cross section JJ moves downstream from the cross section KK, deformation in which the direction of the major axis L and the minor axis S of the switching spray 5A changes, and the switching spray 5A and the flat spray 6A come closer. This is because the gap between the switching spray 5A and the flat spray 6A is reduced due to the occurrence of the axis-switching phenomenon in the switching spray 5A, and accordingly, the Coanda effect acts between the switching spray 5A and the flat spray 6A. .
断面K−Kにおいて、スイッチング噴霧5Aと偏平噴霧6Aの隙間c4は、コアンダ効果が作用する閾値よりも小さくなっている。断面L−Lでは、スイッチング噴霧5Aと偏平噴霧6Aの向かい合う端部が変形、移動して干渉し始める。その結果、燃料噴射後の所定時間経過後に、スリット噴孔390およびスイッチング噴孔391から所定の距離において、スイッチング噴霧5Aと偏平噴霧6Aが一体化した集合噴霧50が形成される。この集合噴霧50の形状、大きさ、方向、貫徹力、および噴射量分布は、スイッチング噴霧5Aおよび偏平噴霧6Aの各特性や配置を変更することにより変更することができる。 In the cross section KK, the gap c4 between the switching spray 5A and the flat spray 6A is smaller than the threshold value at which the Coanda effect acts. In the cross-section L-L, the opposite ends of the switching spray 5A and the flat spray 6A are deformed and moved to start interference. As a result, a collective spray 50 in which the switching spray 5A and the flat spray 6A are integrated is formed at a predetermined distance from the slit nozzle hole 390 and the switching nozzle hole 391 after a lapse of a predetermined time after fuel injection. The shape, size, direction, penetration force, and injection amount distribution of the collective spray 50 can be changed by changing the characteristics and arrangement of the switching spray 5A and the flat spray 6A.
また、スイッチング噴霧5Aは、長軸Lと短軸Sの方向が変化して変形することによって周囲空気との運動量交換が大きく進み、貫徹力が小さくなる。そのため、偏平噴霧6Aと干渉することで、偏平噴霧6Aの各粒子や各粒子に引きずられている空気流の動きに抑制がかかり、偏平噴霧6Aの貫徹力も抑制される。 Further, the switching spray 5A is deformed by changing the directions of the long axis L and the short axis S, so that the momentum exchange with the surrounding air greatly proceeds and the penetration force becomes small. Therefore, by interfering with the flat spray 6A, the movement of each particle of the flat spray 6A and the air flow dragged by each particle is suppressed, and the penetration force of the flat spray 6A is also suppressed.
図14に示す偏平噴霧6Aの端部d1は、コアンダ効果が作用していない部分である。また、偏平噴霧6Aの端部の屈曲部d2はコアンダ効果が作用している部分である。このように、偏平噴霧6Aは、スイッチング噴霧5Aとの干渉によって変形して貫徹力が低下し、その先端の伸びが単独の場合よりも短縮される(時刻t1における貫徹力をL10とする)。 The end d1 of the flat spray 6A shown in FIG. 14 is a portion where the Coanda effect does not act. Further, the bent portion d2 at the end of the flat spray 6A is a portion where the Coanda effect is acting. In this way, the flat spray 6A is deformed by interference with the switching spray 5A, the penetrating force is reduced, and the extension of the tip thereof is shortened compared to the case where it is alone (the penetrating force at time t1 is L10).
また、変形によって偏平噴霧6Aの実効的な表面積が増大するので、微粒化がさらに進むと共に、周囲空気と混合し易くなって均質混合気を早期に形成することができる。変形により、偏平噴霧6Aの先端部の幅W1が広がり過ぎるのを抑制することもできる。周囲空気との混合には、全体噴霧形状が大きく影響するので、燃焼室形状、筒内空気流動に応じて最適な集合噴霧50の形状となるよう偏平噴霧6Aとスイッチング噴霧5Aの仕様を決定すればよい。 In addition, since the effective surface area of the flat spray 6A increases due to the deformation, atomization further proceeds, and it becomes easy to mix with ambient air, so that a homogeneous air-fuel mixture can be formed at an early stage. Due to the deformation, it is possible to prevent the width W1 of the tip portion of the flat spray 6A from being excessively widened. Since the overall spray shape greatly affects the mixing with the ambient air, the specifications of the flat spray 6A and the switching spray 5A are determined so as to obtain an optimum collective spray 50 shape according to the combustion chamber shape and the in-cylinder air flow. That's fine.
なお、図14および図15に示す例では、偏平噴霧6Aとスイッチング噴霧5Aを各一つ組み合わせて断面が非対象な集合噴霧50を形成しているが、集合噴霧50を形成するのはこの組み合わせに限定されるものではなく、噴霧の数および配置も限定されるものではない。例えば一つの偏平噴霧6Aと複数のスイッチング噴霧5Aや、二つの偏平噴霧6Aと一つあるいは複数のスイッチング噴霧5Aであってもよい。 In the example shown in FIGS. 14 and 15, the flat spray 6 </ b> A and the switching spray 5 </ b> A are combined to form the collective spray 50 whose cross section is not intended. The collective spray 50 is formed in this combination. The number and arrangement of sprays are not limited. For example, one flat spray 6A and a plurality of switching sprays 5A, or two flat sprays 6A and one or a plurality of switching sprays 5A may be used.
本実施の形態1に係る燃料噴射弁1の噴孔プレートにおける噴孔の別の配置例を図16に示す。図16(a)に示す噴孔プレート33Aは、一つのスリット噴孔390と二つのスイッチング噴孔391を組み合わせている。図16(b)に示す噴孔プレート33Bは、一つのスリット噴孔390と三つのスイッチング噴孔391を組み合わせている。 FIG. 16 shows another arrangement example of the injection holes in the injection hole plate of the fuel injection valve 1 according to the first embodiment. An injection hole plate 33A shown in FIG. 16A combines one slit injection hole 390 and two switching injection holes 391. The nozzle hole plate 33B shown in FIG. 16 (b) combines one slit nozzle hole 390 and three switching nozzle holes 391.
また、図17は、図16の矢印ハで示す方向から見た偏平噴霧の挙動を示す正面図、図18は、図17中、L−Lで示す部分における集合噴霧の断面図である。図16(a)に示す噴孔プレート33Aの噴孔配置の場合には、図17(a)に示すような偏平噴霧6Aの変形が生じ、図18(a)に示すような集合噴霧50となる。また、図16(b)に示す噴孔プレート33Bの噴孔配置の場合には、図17(b)に示すような偏平噴霧6Aの変形が生じ、図18(b)に示すような集合噴霧50となる。ここで、集合噴霧50の貫徹力は、(L10−3)<(L10−2)<(L10−1)、矢印ハの方向から見た時の集合噴霧50の幅は、W3<W2<W1となる。 FIG. 17 is a front view showing the behavior of the flat spray viewed from the direction indicated by the arrow C in FIG. 16, and FIG. 18 is a cross-sectional view of the collective spray at the portion indicated by LL in FIG. In the case of the nozzle hole arrangement of the nozzle hole plate 33A shown in FIG. 16A, deformation of the flat spray 6A as shown in FIG. 17A occurs, and the collective spray 50 as shown in FIG. Become. Further, in the case of the nozzle hole arrangement of the nozzle hole plate 33B shown in FIG. 16B, deformation of the flat spray 6A as shown in FIG. 17B occurs, and the collective spray as shown in FIG. 18B. 50. Here, the penetration force of the collective spray 50 is (L10-3) <(L10-2) <(L10-1), and the width of the collective spray 50 when viewed from the direction of the arrow C is W3 <W2 <W1. It becomes.
このように、偏平噴霧6Aとスイッチング噴霧5Aは、スイッチング噴霧5Aの変形によりコアンダ効果が作用し近接化または集合化することにより貫徹力が急速に減衰する。さらに、スイッチング噴霧5Aは、貫徹力が低下し周囲空気との混合が大幅に進むことにより微粒化が向上し、偏平噴霧6Aの微粒化レベルとの差が小さくなる。すなわち、スリット噴孔390およびスイッチング噴孔391から下流の所定距離において微粒化され、断面が非対称な非円形形状の集合噴霧50を形成する。 In this way, the flat spray 6A and the switching spray 5A rapidly attenuate the penetrating force due to the Coanda effect acting by the deformation of the switching spray 5A and being brought close to each other or assembled. Further, the switching spray 5A has a reduced penetrating force and greatly mixed with the surrounding air, whereby the atomization is improved and the difference from the atomization level of the flat spray 6A is reduced. That is, the non-circular shaped collective spray 50 is formed which is atomized at a predetermined distance downstream from the slit nozzle hole 390 and the switching nozzle hole 391 and has an asymmetric cross section.
なお、仮に、スリット噴孔390に隣接してスイッチング噴孔391を配置せず、スイッチング噴霧5Aを利用しなかった場合には、隣り合う噴霧の近接化はさらに下流にならないと始まらず、場合によっては集合化には至らない。従って、各噴霧は拡がり続けると共に、貫徹力は低下しない。その結果、噴霧が保有する運動量は空気流に移動しにくく微粒化も不十分となる。 If the switching nozzle hole 391 is not disposed adjacent to the slit nozzle hole 390 and the switching spray 5A is not used, the proximity of the adjacent spray does not start until further downstream. Does not lead to aggregation. Therefore, each spray continues to expand and the penetration force does not decrease. As a result, the momentum possessed by the spray is difficult to move to the air flow and atomization is insufficient.
また、図2(b)に示す噴孔プレート33を用いて分割噴射した場合について、図19を用いて説明する。図19(a)は、二分割噴射における各噴霧の時間経過に伴う全体噴霧の変化の様子を示し、図19(b)は、図19(a)中、時刻t3において矢印イで示す方向から見た全体噴霧を示している。なお、図19に示す例では、前段のスイッチング噴霧5A−1はアクシス−スイッチング現象を生じ、後段のスイッチング噴霧5A−2はアクシス−スイッチング現象を生じないように、閾値に基づいて噴射条件を設定している。この場合、分割噴射しない場合に比べて貫徹力をさらに抑制することができる(時刻t1における貫徹力L11<(L10−1))。 Moreover, the case where division | segmentation injection is performed using the nozzle hole plate 33 shown in FIG.2 (b) is demonstrated using FIG. FIG. 19 (a) shows how the entire spray changes as time passes for each spray in the two-split injection, and FIG. 19 (b) shows from the direction indicated by arrow a at time t3 in FIG. 19 (a). The overall spray seen is shown. In the example shown in FIG. 19, the injection condition is set based on the threshold value so that the upstream switching spray 5A-1 causes an axis-switching phenomenon, and the latter switching spray 5A-2 does not cause an axis-switching phenomenon. doing. In this case, the penetration force can be further suppressed as compared with the case where the divided injection is not performed (penetration force L11 <(L10-1) at time t1).
以上、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1におけるスリット噴孔390とスイッチング噴孔391の配置例として、図2(b)および図16に3つの例を示した。いずれの配置例においても、噴孔プレート33に設けられる複数の噴孔39は、少なくともスイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象を生じるまでは、隣接する噴霧との近接化を誘起するコアンダ効果が互いに作用しないように、それらの噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様およびそれらの間隔が設定される。 As described above, three examples of the arrangement of the slit injection holes 390 and the switching injection holes 391 in the fuel injection valve 1 according to Embodiment 1 are shown in FIGS. In any arrangement example, the plurality of nozzle holes 39 provided in the nozzle hole plate 33 are close to the adjacent sprays until at least the switching spray 5A generated by the switching nozzle holes 391 causes an axis-switching phenomenon. The nozzle specifications including the nozzle hole diameter, length, and inclination, and the interval between them are set so that the Coanda effect that induces the above does not act on each other.
また、複数の噴孔39により生成される各噴霧は、少なくともスイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象を生じるまでは、隣接する噴霧との近接化を誘起するコアンダ効果が互いに作用しない流速、粒径、および粒子数密度に設定される。 In addition, each spray generated by the plurality of nozzle holes 39 has a Coanda effect that induces the proximity of the adjacent sprays until at least the switching spray 5A generated by the switching nozzle 391 causes an axis-switching phenomenon. The flow rate, the particle size, and the particle number density are set so as not to interact with each other.
隣接する噴霧の間でコアンダ効果が作用することを抑制する方法として、例えばスイッチング噴霧5Aと非スイッチング噴霧4Aの特性に差を設けて、コアンダ効果が生じるタイミングを遅らせる方法がある。具体的には、非スイッチング噴孔392およびスイッチング噴孔391から同じ距離におけるスイッチング噴霧5Aの平均粒径を非スイッチング噴霧4Aの平均粒径よりも大きくする方法、あるいはスイッチング噴霧5Aのブレーク長さを非スイッチング噴霧4Aのブレーク長さよりも長くする方法、さらにはスイッチング噴霧5Aの貫徹力を非スイッチング噴霧4Aの貫徹力よりも大きく設定する方法等がある。 As a method for suppressing the Coanda effect from acting between adjacent sprays, for example, there is a method of delaying the timing at which the Coanda effect occurs by providing a difference in the characteristics of the switching spray 5A and the non-switching spray 4A. Specifically, the method of making the average particle diameter of the switching spray 5A at the same distance from the non-switching nozzle hole 392 and the switching nozzle hole 391 larger than the average particle diameter of the non-switching spray 4A, or the break length of the switching spray 5A There are a method of making the break length of the non-switching spray 4A longer, a method of setting the penetration force of the switching spray 5A larger than the penetration force of the non-switching spray 4A, and the like.
これらの方法を実現するには、噴孔形状の違いによって縮流のレベルや方向が変わることを利用し、噴孔39内での圧力損失(噴流速度)、噴流の断面積、断面形状、配置、および方向等を異ならせることにより、コアンダ効果が作用する隙間の閾値を変更することができる。また、この閾値は、各噴霧の流速、微粒化レベル、粒子数密度、および雰囲気圧力等によっても変わるため、これらを調整することにより所望の閾値に設定することができる。 In order to realize these methods, the pressure loss (jet velocity) in the nozzle hole 39, the cross-sectional area of the jet, the cross-sectional shape, and the arrangement are utilized by changing the level and direction of the contracted flow depending on the nozzle hole shape. By changing the direction and the like, the threshold value of the gap where the Coanda effect acts can be changed. In addition, this threshold value varies depending on the flow rate of each spray, the atomization level, the particle number density, the atmospheric pressure, and the like, and can be set to a desired threshold value by adjusting them.
以上のように、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1およびこれを備えた噴霧生成装置によれば、スイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aがスイッチング噴孔391から下流の所定位置において長軸と短軸の方向を変化させることによる断面形状の変形を利用して、スリット噴孔390により生成される偏平噴霧6Aの形状を三次元的に変形させることが可能となったので、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力および噴射量分布の設計自由度が向上する。 As described above, according to the fuel injection valve 1 and the spray generation device including the fuel injection valve 1 according to the first embodiment, the switching spray 5A generated by the switching nozzle 391 is at a predetermined position downstream from the switching nozzle 391. Since the shape of the flat spray 6A generated by the slit nozzle hole 390 can be three-dimensionally deformed by utilizing the deformation of the cross-sectional shape by changing the direction of the long axis and the short axis, the spray The degree of freedom in designing the shape, spray direction, penetration force, and injection amount distribution is improved.
また、変形後のスイッチング噴霧5Aと偏平噴霧6Aがコアンダ効果により近接化または集合化することにより、貫徹力を急速に減衰させることが可能であると共に、変形によって噴霧の実効的な表面積が増大し微粒化がすすむことから、噴霧の微粒化と、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力および噴射量分布の設計自由度の向上とを両立させることができる。 Further, the switching spray 5A and the flat spray 6A after deformation are brought close to each other or gathered by the Coanda effect, so that the penetration force can be rapidly attenuated and the effective surface area of the spray is increased by the deformation. Since atomization proceeds, it is possible to achieve both atomization of the spray and improvement in the design freedom of the spray shape, the spray direction, the penetration force, and the injection amount distribution.
また、本実施の形態1に係る燃料噴射弁1において分割噴射する場合は、スイッチング噴霧5Aの断面形状の変形が生じる場合と生じない場合とを場合分けすることが可能な閾値に基づいて、分割噴射の各噴射における噴射条件を設定することにより噴霧形状が可変であり、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力および噴射量分布の設計自由度がさらに向上する。 In addition, when split injection is performed in the fuel injection valve 1 according to the first embodiment, split fuel is divided based on a threshold value that can distinguish between cases where the cross-sectional shape of the switching spray 5A is deformed and cases where it does not occur. By setting the injection conditions for each injection, the spray shape is variable, and the design flexibility of the spray shape, spray direction, penetration force, and injection amount distribution is further improved.
実施の形態2.
上記実施の形態1と同様の燃料噴射弁1において、分割噴射により微少噴射量を噴射して、巧妙な混合気形成や燃焼に寄与するためには、微少噴射期間の噴射動作を安定して実現することが必要である。噴射期間を小さくしていくと、弁体35が全閉状態から全開状態までのフルリフトをしない領域になる。本実施の形態2では、分割噴射において弁全開に至らずに閉弁する場合において、上記実施の形態1と同様に、スイッチング噴霧の断面形状の変形が生じる場合と生じない場合の場合分けが可能な閾値を見出し、分割噴射の各噴射における噴射条件をこの閾値に基づいて設定する。
Embodiment 2.
In the fuel injection valve 1 similar to that in the first embodiment, in order to inject a minute injection amount by split injection and contribute to the sophisticated mixture formation and combustion, the injection operation in the minute injection period is stably realized. It is necessary to. When the injection period is shortened, the valve body 35 is in a region where the full lift from the fully closed state to the fully open state is not performed. In the second embodiment, when the valve is closed without being fully opened in the divided injection, it is possible to distinguish between cases where the cross-sectional shape of the switching spray is deformed and cases where it does not occur, as in the first embodiment. A threshold value is found, and the injection conditions for each of the divided injections are set based on this threshold value.
具体的な方策としては、フルリフトをしない領域についても弁体動作を検出することにより、噴射量を推測することが可能である。この領域の噴射を組み合わせることで、より巧妙な噴射制御が可能となる。さらに、フルリフトしない領域の噴射条件を絞り込むことによって、アクシス−スイッチング現象による長軸と短軸の方向の変化による変形を生じさせることが可能である。例えば、噴射時間が短く噴射量が少なくなると噴霧が持つ運動量が小さくなる。これを補うためには、噴射期間をさらに短縮して噴射圧力を上げることにより噴射速度を増大させればよい。 As a specific measure, it is possible to estimate the injection amount by detecting the valve element operation even in a region where the full lift is not performed. By combining the injection in this region, more sophisticated injection control can be performed. Further, by narrowing down the injection conditions in the region where the full lift is not performed, it is possible to cause deformation due to a change in the direction of the major axis and the minor axis due to the axis-switching phenomenon. For example, when the injection time is short and the injection amount decreases, the momentum of the spray decreases. In order to compensate for this, the injection speed may be increased by further shortening the injection period and increasing the injection pressure.
以上のように、上記実施の形態1〜実施の形態2では、本発明に係る基本の噴霧パターンとして、以下の(ア)〜(カ)の噴霧について説明した。(ア)噴射条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に達していないスイッチング噴霧(図3(a))、(イ)噴射条件がアクシス−スイッチング現象を生じる閾値に達しているスイッチング噴霧(図3(b))、(ウ)二つの非スイッチング噴霧にコアンダ効果が作用し集合した噴霧(図9)、(エ)二つの非スイッチング噴霧にコアンダ効果が作用せず独立したままの噴霧(図12)、(オ)偏平噴霧とスイッチング噴霧にコアンダ効果が作用し集合した噴霧(図14)。 As described above, in the first to second embodiments, the following sprays (a) to (f) have been described as the basic spray pattern according to the present invention. (A) Switching spray in which the injection condition does not reach the threshold value causing the axis-switching phenomenon (FIG. 3A), (A) Switching spray in which the injection condition reaches the threshold value causing the axis-switching phenomenon (FIG. 3 ( b)), (c) Sprays that are gathered by the Coanda effect acting on the two non-switching sprays (FIG. 9), (D) Sprays that remain independent without the Coanda effect acting on the two non-switching sprays (FIG. 12) (E) Sprays that are gathered by the Coanda effect on flat sprays and switching sprays (FIG. 14).
これらの(ア)〜(オ)の基本の噴霧パターンにおいて、噴霧の数、種類、および配置を任意に組み合わせて配列し、さらに、分割噴射における分割数、噴射期間、噴射休止時間、噴射量、噴射圧力等の仕様を任意に組み合わせることにより、従来は実現できなかった任意の三次元的な全体噴霧形状や噴霧濃度分布等の構造、噴霧貫徹力(分割噴射毎の貫徹力設定を含む)、噴射量分布等を時間経過による変化設定も含めて実現することが可能となる。 In these basic spray patterns (a) to (e), the number, type, and arrangement of sprays are arbitrarily combined and arranged, and further, the number of divisions in divided injection, the injection period, the injection pause time, the injection amount, By arbitrarily combining specifications such as injection pressure, any three-dimensional overall spray shape and spray concentration distribution structure that could not be realized in the past, spray penetration force (including penetration force setting for each divided injection), It is possible to realize the injection amount distribution and the like including the change setting over time.
なお、噴霧パターンについては、1スプレーのみならず、2スプレーや、3スプレー等のマルチスプレーにおいて、全体噴霧の形状がそれぞれ異なる仕様の燃料噴射弁を提供することができる。また、燃料噴射弁1の駆動源は、電磁式以外の方式でもよく、ピエゾ式、機械式等であっても良い。また、間欠噴射弁、連続噴射弁のどちらにも適用することができる。 In addition, regarding spray patterns, it is possible to provide fuel injection valves having different specifications for overall spray shapes in not only one spray but also multi-sprays such as two sprays and three sprays. Further, the drive source of the fuel injection valve 1 may be a system other than the electromagnetic system, and may be a piezoelectric system, a mechanical system, or the like. Moreover, it can apply to both an intermittent injection valve and a continuous injection valve.
さらに、本発明に係る流体噴射弁は、燃料噴射弁1以外にも、塗装、コーティング、農薬散布、洗浄、加湿、スプリンクラー、殺菌、冷却等の各種スプレーとして、一般産業用、農業用、設備用、家庭用、個人用等の用途があり、それぞれに要求される噴霧形態を実現することができる。本発明に係る流体噴射弁を組み入れることにより、駆動源やノズル形態、噴霧流体に関わらず、従来にない噴霧形態を実現することが可能な噴霧生成装置が得られる。 Furthermore, in addition to the fuel injection valve 1, the fluid injection valve according to the present invention is used for various industrial sprays such as painting, coating, agricultural chemical application, cleaning, humidification, sprinkler, sterilization, cooling, etc. There are uses for home use, personal use, etc., and spray forms required for each can be realized. By incorporating the fluid injection valve according to the present invention, it is possible to obtain a spray generating apparatus capable of realizing an unprecedented spray form regardless of the drive source, the nozzle form, and the spray fluid.
以下に示す実施の形態3及び実施の形態4では、筒内直噴エンジンにおいて、上記実施の形態1及び実施の形態2で説明した基本の噴霧パターンを応用し、様々な噴霧形態を実現した例について説明する。 In Embodiment 3 and Embodiment 4 shown below, in the in-cylinder direct injection engine, the basic spray pattern described in Embodiment 1 and Embodiment 2 above is applied to realize various spray forms. Will be described.
実施の形態3.
図20は、本発明の実施の形態3に係る火花点火式直噴エンジンを模式的に示す図であり、(a)は成層燃焼時(ピストン上昇中)、(b)は均質燃焼時(ピストン下降中)の状態を示している。本実施の形態3に係る火花点火式直噴エンジン100は、燃焼室7に燃料を噴射する燃料噴射弁として、上記実施の形態1または上記実施の形態2に係る燃料噴射弁1を備え、図2(b)に示す噴孔プレート33を有している。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 20 is a diagram schematically showing a spark ignition direct injection engine according to Embodiment 3 of the present invention, in which (a) is during stratified combustion (during piston rise), and (b) is during homogeneous combustion (piston) The state of descent) is shown. The spark ignition direct injection engine 100 according to the third embodiment includes the fuel injection valve 1 according to the first embodiment or the second embodiment as a fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber 7. The nozzle hole plate 33 shown in 2 (b) is provided.
火花点火式直噴エンジン100の燃焼室7には、吸気ポート8と排気ポート9が連通しており、各々の燃焼室7側の開口部には、ピストン10と連動して開閉する吸気弁11と排気弁12が設けられている。また、燃焼室7の天井の略中央部には燃料噴射弁1が配置され、その側方には点火プラグ13が配置される。なお、燃料噴射弁1および点火プラグ13の配置は、これに限定されるものではない。 An intake port 8 and an exhaust port 9 communicate with the combustion chamber 7 of the spark ignition direct injection engine 100, and an intake valve 11 that opens and closes in conjunction with the piston 10 at the opening on each combustion chamber 7 side. And an exhaust valve 12 is provided. Further, the fuel injection valve 1 is disposed at a substantially central portion of the ceiling of the combustion chamber 7, and a spark plug 13 is disposed on the side thereof. In addition, arrangement | positioning of the fuel injection valve 1 and the ignition plug 13 is not limited to this.
本実施の形態3及び後述の実施の形態4において、アクシス−スイッチング現象を生じさせようとしている筒内状態は、市場にある各社ガソリン筒内直噴エンジンにおいて通常用いられている条件で、吸気行程の「大気圧より少し低い圧力で常温の筒内状態」、及び圧縮行程の比較的前半の「大気圧より少し高い圧力で温度が少し高い筒内状態」を想定している。 In Embodiment 3 and Embodiment 4 to be described later, the in-cylinder state in which the axis-switching phenomenon is about to occur is a condition normally used in gasoline direct-injection engines in various companies on the market. Of “a cylinder state at room temperature at a pressure slightly lower than atmospheric pressure” and “an in-cylinder state at a pressure slightly higher than atmospheric pressure and a little higher temperature” in the relatively first half of the compression stroke.
なお、圧縮行程の筒内圧力は徐々に上昇していくが、噴射する時は0.3MPa〜0.5MPa程度で筒内空気流動の影響もわずかであり、貫徹力が普通あるいは大きい噴霧の場合、その貫徹力はほとんど低下しない。このため、常温常圧雰囲気下と同様にアクシス-スイッチング現象を生じさせることが可能である。 Note that the in-cylinder pressure in the compression stroke gradually increases, but when spraying is about 0.3 MPa to 0.5 MPa, the influence of in-cylinder air flow is slight, and the penetration force is normal or large. The penetrating power hardly decreases. For this reason, it is possible to cause an axis-switching phenomenon as in a normal temperature and normal pressure atmosphere.
本実施の形態3では、燃料噴射弁1のスイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aは、アクシス−スイッチング現象により点火プラグ13近傍を指向する噴霧となる。また、スイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象を生じるか否かは、燃焼室7内の圧力または空気流動により制御される。 In the third embodiment, the switching spray 5A generated by the switching nozzle hole 391 of the fuel injection valve 1 is spray directed to the vicinity of the spark plug 13 by the axis-switching phenomenon. Further, whether or not the switching spray 5A causes an axis-switching phenomenon is controlled by the pressure in the combustion chamber 7 or the air flow.
また、スイッチング噴孔391は、短軸に対して長軸が線対称なスイッチング噴霧5Aを生成するように、その噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が設定される。これにより、アクシス−スイッチング現象を生じた後も線対称な形状となり、点火プラグ13近傍に安定して噴霧を停滞させるのに好都合である。 In addition, the injection hole specifications including the injection hole diameter, the length, and the inclination of the switching injection hole 391 are set so as to generate the switching spray 5A in which the long axis is axisymmetric with respect to the short axis. Thereby, even after the occurrence of the axis-switching phenomenon, the shape becomes axisymmetric, which is convenient for stably stopping the spray near the spark plug 13.
本発明の実施の形態3に係る火花点火式直噴エンジン100における成層燃焼時と均質燃焼時の全体噴霧の状態について、図20を用いて説明する。図20(a)に示す成層燃焼時においては、ピストン10の上昇により燃焼室7の空気が圧縮され、燃焼室7内の圧力が上昇する。このため、偏平噴霧6Aおよびスイッチング噴霧5Aの貫徹力は均質燃焼時よりも小さくなる。 The state of the entire spray during stratified combustion and homogeneous combustion in the spark ignition direct injection engine 100 according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. At the time of stratified combustion shown in FIG. 20A, the air in the combustion chamber 7 is compressed by the rise of the piston 10, and the pressure in the combustion chamber 7 rises. For this reason, the penetration force of the flat spray 6A and the switching spray 5A is smaller than that during homogeneous combustion.
スイッチング噴霧5Aは、点火プラグ13近傍を通過する過程でアクシス−スイッチング現象を生じ、点火プラグ13を指向する。同時に貫徹力が大幅に低下し、点火プラグ13近傍を通過した時点でスリット噴孔390により生成された偏平噴霧6Aとの近接化または集合化により貫徹力を失い、点火プラグ13近傍で滞留する。 The switching spray 5 </ b> A causes an axis-switching phenomenon in the process of passing through the vicinity of the spark plug 13 and is directed to the spark plug 13. At the same time, the penetrating force is greatly reduced, and when passing through the vicinity of the spark plug 13, the penetrating force is lost due to the proximity or assembly with the flat spray 6 </ b> A generated by the slit nozzle hole 390, and the penetrating force stays in the vicinity of the spark plug 13.
すなわち、噴射位置から点火プラグ13近傍までの所望の距離で、スイッチング噴霧5Aの貫徹力を急減衰させ、点火プラグ13近傍において所望の濃い混合気を形成することができる。このことは、成層燃焼を成立させるのに好都合である。 That is, the penetration force of the switching spray 5 </ b> A can be rapidly attenuated at a desired distance from the injection position to the vicinity of the ignition plug 13, and a desired rich air-fuel mixture can be formed in the vicinity of the ignition plug 13. This is advantageous for establishing stratified combustion.
また、偏平噴霧6Aは、成層燃焼に適した混合燃焼状態となるように指向させると共に、シリンダライナー14やピストン10表面への衝突が抑制されるように貫徹力を設定される。これにより、スイッチング噴霧5Aと偏平噴霧6Aが近接化または集合化した全体噴霧60は、シリンダライナー14やピストン10表面への衝突を抑制され、且つ、点火プラグ13近傍に成層燃焼に適した濃い混合気を形成する。 Further, the flat spray 6A is directed so as to be in a mixed combustion state suitable for stratified combustion, and the penetration force is set so that the collision with the cylinder liner 14 and the piston 10 surface is suppressed. As a result, the entire spray 60 in which the switching spray 5A and the flat spray 6A are brought close to each other or gathered is prevented from colliding with the cylinder liner 14 or the piston 10 surface, and in the vicinity of the spark plug 13 is a rich mixture suitable for stratified combustion. Form a mind.
一方、図20(b)に示す均質燃焼時においては、ピストン10の下降と共に吸気弁11が開となるため、タンブル流等の強い空気流動が燃焼室7内に生じる。スイッチング噴霧5Aは、点火プラグ13近傍を通過する過程で燃焼室7内の空気流動に追随し、アクシス−スイッチング現象を生じず、燃焼室7内全体に拡散する。この時、スイッチング噴霧5Aは、スリット噴孔390により生成される偏平噴霧6Aと、コアンダ効果による集合化を生じない。偏平噴霧6Aは、燃焼室7内全体に拡散して均質な混合気を形成する。 On the other hand, during the homogeneous combustion shown in FIG. 20B, the intake valve 11 is opened as the piston 10 descends, so that a strong air flow such as a tumble flow is generated in the combustion chamber 7. The switching spray 5 </ b> A follows the air flow in the combustion chamber 7 in the process of passing through the vicinity of the spark plug 13, and does not cause an axis-switching phenomenon and diffuses throughout the combustion chamber 7. At this time, the switching spray 5A does not aggregate with the flat spray 6A generated by the slit nozzle hole 390 and the Coanda effect. The flat spray 6A diffuses throughout the combustion chamber 7 to form a homogeneous air-fuel mixture.
このように、本実施の形態3に係る火花点火式直噴エンジン100は、成層燃焼時において、点火プラグ13近傍を指向する噴霧と指向しない噴霧との間に大きな特性差を設けることができる。点火プラグ13近傍を指向する噴霧としてスイッチング噴霧5Aを適用することにより、点火プラグ13との衝突を避けつつ、点火プラグ13近傍で偏平噴霧6Aと集合化することにより成層燃焼に適した混合気を形成することができる。均質燃焼時においては、スイッチング噴霧5Aを空気流動に追随させ、アクシス−スイッチング現象を生じず偏平噴霧6Aと共に燃焼室7全体に拡散させることができる。 Thus, the spark ignition direct injection engine 100 according to the third embodiment can provide a large characteristic difference between the spray directed to the vicinity of the spark plug 13 and the spray not directed to the vicinity of the spark plug 13 during stratified combustion. By applying the switching spray 5A as a spray directed to the vicinity of the spark plug 13, an air-fuel mixture suitable for stratified combustion is obtained by aggregating with the flat spray 6A near the spark plug 13 while avoiding a collision with the spark plug 13. Can be formed. At the time of homogeneous combustion, the switching spray 5A can follow the air flow, and can be diffused throughout the combustion chamber 7 together with the flat spray 6A without causing an axis-switching phenomenon.
本実施の形態3によれば、少なくとも一つのスイッチング噴霧5Aにより、アクシス−スイッチング現象を利用して点火プラグ13近傍を指向する噴霧を生成することが可能となり、燃焼室7内に拡散して均質な混合気を形成し易い偏平噴霧6Aと一体化させた集合噴霧を形成することにより、火花点火式直噴エンジン100における成層燃焼時と均質燃焼時に求められる燃焼性能ひいてはエンジン性能を両立させることが可能となる。また、これらの噴霧を分割噴射することにより、特に成層燃焼時における噴霧の設計自由度がさらに向上する。 According to the third embodiment, the spray directed to the vicinity of the ignition plug 13 can be generated by using at least one switching spray 5 </ b> A using the axis-switching phenomenon, and diffused into the combustion chamber 7 to be homogeneous. By forming the collective spray integrated with the flat spray 6A that easily forms a simple air-fuel mixture, the combustion performance required for the stratified combustion and the homogeneous combustion in the spark ignition direct injection engine 100, and hence the engine performance, can be made compatible. It becomes possible. In addition, by separately injecting these sprays, the degree of freedom in designing the sprays is improved further particularly during stratified combustion.
実施の形態4.
図21は、本発明の実施の形態4に係る圧縮着火式直噴エンジンを模式的に示す図であり、(a)はピストン上昇時、(b)はピストン下降時の状態を示している。本実施の形態4に係る圧縮着火式直噴エンジン101は、燃焼室7に燃料を噴射する燃料噴射弁として、上記実施の形態1または上記実施の形態2に係る燃料噴射弁1を備え、図2(b)に示す噴孔プレート33を有している。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 21 is a diagram schematically showing a compression ignition type direct injection engine according to Embodiment 4 of the present invention, in which (a) shows a state when the piston is raised, and (b) shows a state when the piston is lowered. The compression ignition direct injection engine 101 according to the fourth embodiment includes the fuel injection valve 1 according to the first embodiment or the second embodiment as a fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber 7. The nozzle hole plate 33 shown in 2 (b) is provided.
圧縮着火式直噴エンジン101の燃焼室7には、吸気ポート8と排気ポート9が連通しており、各々の燃焼室7側の開口部には、ピストン10と連動して開閉する吸気弁11と排気弁12が設けられている。また、燃焼室7の天井の略中央部には燃料噴射弁1が配置される。なお、燃料噴射弁1の配置は、これに限定されるものではない。 An intake port 8 and an exhaust port 9 communicate with the combustion chamber 7 of the compression ignition direct injection engine 101, and an intake valve 11 that opens and closes in conjunction with the piston 10 at the opening on each combustion chamber 7 side. And an exhaust valve 12 is provided. In addition, the fuel injection valve 1 is disposed at a substantially central portion of the ceiling of the combustion chamber 7. The arrangement of the fuel injection valve 1 is not limited to this.
本実施の形態4では、燃料噴射弁1のスイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aは、アクシス−スイッチング現象を生じた後、スリット噴孔390により生成される偏平噴霧6Aとコアンダ効果による近接化または集合化を生じることにより、全体噴霧60を燃焼室7内での混合気形成または燃焼に適した形状とするものである。スイッチング噴霧5Aがアクシス−スイッチング現象を生じるか否かは、燃焼室7内の圧力または空気流動により制御される。 In the fourth embodiment, the switching spray 5A generated by the switching nozzle hole 391 of the fuel injection valve 1 is close to the flat spray 6A generated by the slit nozzle hole 390 after the occurrence of the axis-switching phenomenon by the Coanda effect. Thus, the entire spray 60 is formed into a shape suitable for mixture formation or combustion in the combustion chamber 7. Whether or not the switching spray 5A causes an axis-switching phenomenon is controlled by the pressure in the combustion chamber 7 or the air flow.
本実施の形態4に係る圧縮着火式直噴エンジン101におけるピストン上昇時とピストン下降時の全体噴霧の状態について、図21を用いて説明する。図21(a)に示すピストン上昇時において燃料噴射を行う場合、ピストン10の上昇により燃焼室7の空気が圧縮され、燃焼室7内の圧力が上昇する。このため、偏平噴霧6Aおよびスイッチング噴霧5Aの貫徹力は大気圧下よりも小さくなる。 The state of the entire spray when the piston is raised and when the piston is lowered in the compression ignition type direct injection engine 101 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. When fuel injection is performed when the piston is lifted as shown in FIG. 21A, the air in the combustion chamber 7 is compressed by the lift of the piston 10, and the pressure in the combustion chamber 7 is increased. For this reason, the penetration force of the flat spray 6A and the switching spray 5A is smaller than that under atmospheric pressure.
スイッチング噴孔391により生成されるスイッチング噴霧5Aは、筒内を通過する過程でアクシス−スイッチング現象を生じて変形し、該スイッチング噴霧5Aとスリット噴孔390により生成される偏平噴霧6Aとの間でコアンダ効果による近接化または集合化を生じる。これにより、各噴霧の貫徹力は大幅に低下し、圧縮上死点付近の燃焼室7内において、コンパクトな全体噴霧60を形成する。 The switching spray 5A generated by the switching nozzle 391 deforms by causing an axis-switching phenomenon in the process of passing through the cylinder, and between the switching spray 5A and the flat spray 6A generated by the slit nozzle 390. Proximity or aggregation occurs due to the Coanda effect. Thereby, the penetration force of each spray is significantly reduced, and a compact whole spray 60 is formed in the combustion chamber 7 near the compression top dead center.
なお、圧縮着火式直噴エンジンは、圧縮上死点付近における圧縮温度及び圧力が非常に高くなり、この状態で燃料が噴射された場合、適切な混合気が形成される前に着火し、局所的で不均一な燃焼が起こることがある。これに対し、本実施の形態4に係る圧縮着火式直噴エンジン101は、噴射位置からシリンダ内面までの所望の距離でスイッチング噴霧5Aの貫徹力を急減衰させ、所望の断面形状の濃い混合気を形成することができ、筒内に噴霧を拡げて圧縮着火燃焼を成立させるのに好都合である。 Note that the compression ignition type direct injection engine has a very high compression temperature and pressure in the vicinity of the compression top dead center, and when fuel is injected in this state, it is ignited before an appropriate air-fuel mixture is formed. And uneven combustion may occur. On the other hand, the compression ignition type direct injection engine 101 according to the fourth embodiment abruptly attenuates the penetration force of the switching spray 5A at a desired distance from the injection position to the cylinder inner surface, and thus a rich air-fuel mixture having a desired cross-sectional shape. It is convenient to spread the spray in the cylinder and establish the compression ignition combustion.
また、各噴霧は、圧縮着火燃焼に適した混合状態となるように指向されると共に、シリンダライナー14やピストン10表面への衝突が抑制されるように貫徹力を設定される。これにより、全体噴霧60は、シリンダライナー14やピストン10表面への衝突を抑制され、且つ、圧縮着火燃焼に適した混合気を形成する。 In addition, each spray is directed so as to be in a mixed state suitable for compression ignition combustion, and a penetration force is set so that collision with the cylinder liner 14 and the piston 10 surface is suppressed. As a result, the entire spray 60 is prevented from colliding with the cylinder liner 14 or the piston 10 surface, and forms an air-fuel mixture suitable for compression ignition combustion.
一方、図21(b)に示すピストン下降時においては、ピストン10の下降と共に吸気弁11が開となるため、タンブル流等の強い空気流動が燃焼室7内に生じる。スイッチング噴霧5Aは、燃焼室7内を通過する過程で空気流動に追随し、アクシス−スイッチング現象を生じず、燃焼室7内全体に拡散する。この時、スイッチング噴霧5Aは、スリット噴孔390により生成される偏平噴霧6Aと、コアンダ効果による集合化を生じない。偏平噴霧6Aは、燃焼室7内全体に拡散して均質な混合気を形成する。 On the other hand, when the piston is lowered as shown in FIG. 21B, the intake valve 11 is opened as the piston 10 is lowered, so that a strong air flow such as a tumble flow is generated in the combustion chamber 7. The switching spray 5 </ b> A follows the air flow in the process of passing through the combustion chamber 7, and does not cause an axis-switching phenomenon and diffuses throughout the combustion chamber 7. At this time, the switching spray 5A does not aggregate with the flat spray 6A generated by the slit nozzle hole 390 and the Coanda effect. The flat spray 6A diffuses throughout the combustion chamber 7 to form a homogeneous air-fuel mixture.
このように、本実施の形態4に係る圧縮着火式直噴エンジン101は、ピストン上昇時においてはスイッチング噴霧5Aのアクシス−スイッチング現象を利用して偏平噴霧6Aと集合化させ、圧縮着火燃焼に適した濃い混合気を形成することが可能である。また、ピストン下降時においては、スイッチング噴霧5Aを空気流動に追随させ、アクシス−スイッチング現象を生じず偏平噴霧6Aと共に燃焼室7全体に拡散させることが可能である。 As described above, the compression ignition type direct injection engine 101 according to the fourth embodiment is suitable for compression ignition combustion by assembling with the flat spray 6A using the axis-switching phenomenon of the switching spray 5A when the piston is raised. It is possible to form a rich mixture. Further, when the piston descends, the switching spray 5A can follow the air flow, and can be diffused throughout the combustion chamber 7 together with the flat spray 6A without causing an axis-switching phenomenon.
なお、本発明に係る燃料噴射弁1が適用されるエンジンは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、複合燃料エンジン等を問わず、また点火(着火)方式も問わない。本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 The engine to which the fuel injection valve 1 according to the present invention is applied is not limited to a gasoline engine, a diesel engine, a gas engine, a composite fuel engine, or the like, and an ignition (ignition) method is not limited. Within the scope of the present invention, the present invention can be freely combined with each other, or can be appropriately modified or omitted.
本発明は、流体噴射弁、特にエンジンに搭載される燃料噴射弁、およびこれを備えた噴霧生成装置として利用することができる。 The present invention is a fluid injection valve, in particular fuel injection valve to be mounted on the engine, and can be utilized as a spray generating equipment having the same.
1 燃料噴射弁、2 ソレノイド装置、3 弁装置、
4a、4b、4c、5a、5b、5c 噴流、4A、4B、4C 非スイッチング噴霧、
5A、5B、5C スイッチング噴霧、6A 偏平噴霧、7 燃焼室、8 吸気ポート、
9 排気ポート、10 ピストン、11 吸気弁、12 排気弁、13 点火プラグ、
14 シリンダライナー、21 ハウジング、22 コア、23 コイル、
24 アマチュア、31 弁本体、32 弁座、32a 弁座面、
33、33A、33B 噴孔プレート、34 デッドボリューム、35 弁体、
36 圧縮バネ、37 ロッド、38 ボール、38a 面取部、38b 平面部、
38c 曲面部、39 噴孔、40、50 集合噴霧、60全体噴霧、
100 火花点火式直噴エンジン、101 圧縮着火式直噴エンジン、
390 スリット噴孔、391 スイッチング噴孔、392 非スイッチング噴孔。
1 fuel injection valve, 2 solenoid device, 3 valve device,
4a, 4b, 4c, 5a, 5b, 5c jet, 4A, 4B, 4C non-switching spray,
5A, 5B, 5C switching spray, 6A flat spray, 7 combustion chamber, 8 intake port,
9 exhaust port, 10 piston, 11 intake valve, 12 exhaust valve, 13 spark plug,
14 cylinder liner, 21 housing, 22 core, 23 coil,
24 Amateur, 31 Valve body, 32 Valve seat, 32a Valve seat surface,
33, 33A, 33B Injection hole plate, 34 Dead volume, 35 Valve body,
36 compression spring, 37 rod, 38 ball, 38a chamfered part, 38b flat part,
38c curved surface part, 39 nozzle hole, 40, 50 collective spray, 60 whole spray,
100 spark ignition direct injection engine, 101 compression ignition direct injection engine,
390 slit nozzle hole, 391 switching nozzle hole, 392 non-switching nozzle hole.
Claims (13)
前記複数の噴孔は、扇状に広がった偏平噴霧を生成するスリット噴孔と、流体の噴射方向に直角な面内の断面形状において長軸と短軸の長さが異なるスイッチング噴霧を生成するスイッチング噴孔を少なくとも一つずつ含み、
前記スリット噴孔は、アクシス−スイッチング現象を生じない偏平噴霧を生成するものであり、
前記スイッチング噴孔は、前記短軸に対して前記長軸が線対称なスイッチング噴霧を生成するように、その噴孔径、長さ、および傾きを含む噴孔仕様が設定され、前記スイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧は、前記スイッチング噴孔から下流の所定位置においてアクシス−スイッチング現象を生じて前記長軸と前記短軸の方向を変化させ前記断面形状の変形を生じ得るものであり、この変形を生じた後の前記スイッチング噴霧は、前記スリット噴孔により生成された偏平噴霧との間にコアンダ効果が生じて前記偏平噴霧と近接化または集合化することを特徴とする流体噴射弁。 A valve seat provided in the middle of a passage through which fluid flows, a valve body that controls opening and closing of the passage by contact and separation with the valve seat, and a nozzle hole provided downstream of the valve seat A fluid injection valve for injecting a fluid from a plurality of injection holes arranged in the injection hole body to generate a spray of a desired form,
The plurality of nozzle holes include a slit nozzle hole that generates a flat spray spread in a fan shape, and a switching nozzle that generates switching sprays having different major axis and minor axis lengths in a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the fluid ejection direction. Including at least one nozzle hole,
The slit nozzle hole generates a flat spray that does not cause an axis-switching phenomenon,
The switching nozzle hole has a nozzle hole specification including a nozzle hole diameter, a length, and an inclination so as to generate a switching spray in which the major axis is axisymmetric with respect to the minor axis. switching spray generated is axis at a predetermined position downstream from the switching injection holes - are those that can result in deformation of the front SL sectional shape occurs a switching phenomenon by changing the direction of the short axis and the long axis, The fluid spray valve according to claim 1, wherein the switching spray after the deformation causes a Coanda effect between the flat spray generated by the slit nozzle hole and approaches or collects the flat spray.
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