JP6116083B2 - Fuel injection nozzle - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射供給する燃料噴射ノズルに関する。 The present invention relates to a fuel injection nozzle that injects fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
内燃機関においては、例えば、その先端が燃焼室内に臨んで設けられ直接的に燃料を噴射供給する燃料噴射弁を備えた燃料供給装置が採用されている。
この種の燃料噴射弁ノズル10においては、以下に説明するようにして、開閉弁動作がなされる。
In an internal combustion engine, for example, a fuel supply device provided with a fuel injection valve that is provided with its tip facing a combustion chamber and that directly injects and supplies fuel is employed.
In this type of
(A)非噴射時(閉弁時:非通電時)(図7の(A)を参照)
電磁弁(ソレノイドコイル)11への通電が行なわれない状態では、アウタバルブ12はバルブスプリング13により流出オリフィス14に押し付けられて閉弁されている。
一方、コマンド室15には、流入オリフィス16からコモンレール圧を有する燃料が供給され、コマンド室15にはコモンレール圧が印加されているため、コマンドピストン17を介してノズルニードル18は、シート部19に閉弁付勢され、噴孔20からの燃料噴射は行なわれない状態となっている。
(A) Non-injection (valve closed: non-energized) (see (A) of FIG. 7)
In a state where the solenoid valve (solenoid coil) 11 is not energized, the
On the other hand, since the fuel having the common rail pressure is supplied from the
(B)噴射時(開弁時:通電時)(図7の(B)を参照)
所定タイミングで制御装置より開弁指令が出力され、電磁弁(ソレノイドコイル)11への通電が開始されると、アウタバルブ12は、バルブスプリング13の付勢力に抗して電磁力により電磁弁11側へ吸引されて開弁され、流出オリフィス14が開路される。
一方、コマンド室15では、アウタバルブ12の開弁によりコマンド室15の室圧が下がり、コマンドピストン17が上昇し、同時にノズルニードル18も上昇して開弁され、図8に示すような噴孔20からの燃料噴射が開始される。
(B) At the time of injection (when the valve is opened: When energized) (see (B) of FIG. 7)
When a valve opening command is output from the control device at a predetermined timing and energization of the solenoid valve (solenoid coil) 11 is started, the
On the other hand, in the
(C)噴射終了時(通電停止時)
所定タイミングで制御装置より閉弁指令が出力され、電磁弁(ソレノイドコイル)11への通電が停止されると、アウタバルブ12は、バルブスプリング13の付勢力により押し下げられて閉弁され、流出オリフィス14が閉路される。
一方、コマンド室15では、アウタバルブ12の閉弁に伴い、流入オリフィス16から流入する高圧燃料の流入により、コマンド室15の室圧が上昇し、コマンドピストン17が押し下げられ、同時にノズルニードル18も押し下げられて閉弁され、噴孔20からの燃料噴射が終了される(図7の(A)を参照)。
(C) At the end of injection (when energization is stopped)
When a valve closing command is output from the control device at a predetermined timing and the energization to the solenoid valve (solenoid coil) 11 is stopped, the
On the other hand, in the
ここで、上述したような燃料噴射ノズル10において、噴孔20から噴射した燃料に関して所望のペネトレーション(噴霧貫徹力)を得るための技術として、例えば、図9に示すように、噴孔20の燃料入口側に燃料流れ上流側に向かって拡径するテーパ部21を設けることで、燃料の圧力損失を抑え、噴孔20への燃料の流入速度を高めることで、燃料噴霧を遠くへ飛ばすことを可能にした技術がある。
Here, in the
図9に示したように、噴孔20の入口部にテーパ部21を形成することにより、燃料をスムースに噴孔20に導くことができる一方で、噴孔20内の燃料が整流化され、燃料の撹乱が抑えられる傾向となり、噴孔から燃焼室へ噴出した直後の燃料噴霧が周囲気体と混合され難くなってしまうといった背反があった。
As shown in FIG. 9, by forming the
また、例えば、特許文献1などには、噴孔付近のオリフィスの形状に関する提案がなされてはいるが、直接燃料噴射式のディーゼル燃焼機関のように比較的高圧な燃料供給を行うコモンレール式の燃料供給装置に利用される燃料噴射弁としては改良の余地が残されているのが実情である。 Further, for example, Patent Document 1 and the like have proposed a shape of an orifice near an injection hole, but a common rail type fuel that supplies a relatively high pressure fuel like a direct fuel injection type diesel combustion engine. As a matter of fact, there is still room for improvement as a fuel injection valve used in the supply device.
本発明は、かかる実情に鑑みなされたものであり、比較的簡単かつ低コストな構成でありながら、燃焼室に臨んで設けられる燃料噴射ノズルから燃焼室内に直接燃料を噴射供給する直接噴射式内燃機関において、燃料噴霧のペネトレーション(貫徹力)を高めながら、同時に燃料噴霧の周囲気体との運動量交換(混合)を促進することができ、以って黒煙の排出濃度を低減することができる燃料噴射ノズルを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and has a relatively simple and low-cost configuration, and is a direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber from a fuel injection nozzle provided facing the combustion chamber. Fuel that can increase the penetration (penetration) of fuel spray in the engine, and at the same time promote the momentum exchange (mixing) with the surrounding gas of the fuel spray, thereby reducing the emission concentration of black smoke An object is to provide an injection nozzle.
このため、本発明に係る燃料噴射ノズルは、
その先端が内燃機関の燃焼室に臨んで設けられる燃料噴射ノズルであって、
ノズルニードルの先端燃焼室側に設けられノズルニードルがリフトしたときに燃料を噴孔へ導く容積であるノズルサック部に、該ノズルサック部のノズルニードル半径方向における最大内径より、該ノズルサック部の燃料流入部の燃料入口径を小さく絞るエッジ部が設けられると共に、該エッジ部の内側先端から前記ノズルサック部のノズルニードル半径方向内周壁に向かって拡径するエグリ部を形成し、
前記エッジ部のノズルニードル周方向に、該エッジ部の最小内径を部分的に拡径する複数の切欠部が形成されると共に、
前記噴孔が、ノズルニードルの長手方向中心軸に沿った方向から見たときに、前記エッジ部の最小内径より外側に開口されていることを特徴とする。
Therefore, the fuel injection nozzle according to the present invention is
A fuel injection nozzle whose tip is provided facing the combustion chamber of the internal combustion engine,
The nozzle sack portion, which is provided on the tip combustion chamber side of the nozzle needle and guides fuel to the nozzle hole when the nozzle needle is lifted, has a maximum inner diameter in the nozzle needle radial direction of the nozzle sack portion. An edge portion for reducing the fuel inlet diameter of the fuel inflow portion is provided, and an edge portion that expands from the inner tip of the edge portion toward the inner peripheral wall of the nozzle needle in the radial direction of the nozzle needle portion is formed .
In the nozzle needle circumferential direction of the edge portion, a plurality of cutout portions that partially expand the minimum inner diameter of the edge portion are formed,
The nozzle hole is opened outside a minimum inner diameter of the edge portion when viewed from a direction along a central axis in the longitudinal direction of the nozzle needle .
本発明において、前記噴孔が、前記切欠部以外のエッジ部とノズルニードル周方向位置が一致するように配置されることを特徴とすることができる。
In the present invention, the nozzle hole may be arranged so that an edge part other than the notch part coincides with a nozzle needle circumferential position .
本発明によれば、比較的簡単かつ低コストな構成でありながら、燃焼室に臨んで設けられる燃料噴射ノズルから燃焼室内に直接燃料を噴射供給する直接噴射式内燃機関において、燃料噴霧のペネトレーション(貫徹力)を高めながら、同時に燃料噴霧の周囲気体との運動量交換(混合)を促進することができ、以って黒煙の排出濃度を低減することができる燃料噴射ノズルを提供することができる。
According to the present invention, in a direct injection internal combustion engine in which fuel is directly injected into a combustion chamber from a fuel injection nozzle provided facing the combustion chamber with a relatively simple and low-cost configuration, fuel spray penetration ( while increasing the penetration force), Ki out to promote simultaneous momentum exchange with the surrounding gas of the fuel spray (mixed), to provide a fuel injection nozzle capable of reducing the emission density of the black smoke I than it can.
以下、本発明に係る一実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below.
本発明の一実施の形態に係る直接噴射式ディーゼル機関である内燃機関100は、図1に示すように、シリンダヘッド110の下面111と、ピストン120の頂面(上面)及びピストン燃焼室121と、シリンダブロック(図示せず)に嵌挿されるシリンダライナ内周壁面(図示せず)と、により画成される燃焼室150に、燃料噴射ノズル200の先端が臨むように、シリンダヘッド110に取り付けられている。
As shown in FIG. 1, an
この燃料噴射ノズル200は、所謂コモンレール式(蓄圧式)燃料噴射装置(燃料供給装置)に接続されて燃料噴射量、燃料噴射開始時期、燃料噴射期間、燃料噴射率などを任意に制御可能に構成されている。
The
また、当該燃料噴射ノズル200は、気筒(シリンダ、燃焼室)毎にシリンダヘッド110に設けられ、その先端が、ピストン120の往復運動方向から見たときに燃焼室150の略中心となるように配設される。
Further, the
燃焼室150に臨む燃料噴射ノズル200の先端には、本実施の形態においては図示が省略されているが、例えば5〜10個程度の複数の噴孔が周方向に所定間隔で設けられていて、該複数の噴孔からやや下向きに(円錐角(コーン角)として例えば140〜160度程度)ピストン120の頂面に凹状に設けられたピストン燃焼室(キャビティ)121へ向けて、内燃機関100の運転状態(回転速度や負荷等)に応じて設定された燃料噴射量にて、所定タイミングで燃料が噴射供給されるようになっている。
Although not shown in the present embodiment at the tip of the
ここにおいて、本実施の形態に係る燃料噴射ノズル200の先端部は、図2に示すように構成されている。
Here, the tip of the
すなわち、図2に示したように、本実施の形態では、図7で示したような従来同様のコマンドピストン(図7の符号17参照)に連接される従来同様のノズルニードル210の先端に存在するノズルサック部220(燃料を収容して噴孔260へ分配するための容積部分)の燃料流入部230にエッジ部240が形成され、エッジ部240から下側に向かって外側にノズルサック部220を抉るエグリ部250が形成されている。
That is, as shown in FIG. 2, in this embodiment, the tip of a conventional
つまり、ノズルサック部220のノズルニードル半径方向における最大内径より、燃料流入部230の入口径(内径)を、エッジ部240により小さく絞ると共に、燃料流入部230の最小内径部(エッジ部240の内側先端)からノズルサック部220のノズルニードル半径方向内周壁に向かって拡径するエグリ部250を形成する。
That is, the inlet diameter (inner diameter) of the
このように、ノズルサック部220の燃料流入部230にエッジ部240を形成しその下に徐々に拡径していくエグリ部250を形成すると、図3に示すように、燃料流入部230からノズルサック部220への燃料流入時に剥離が生じて、キャビテーションが発生し、ノズルサック部220内において圧力変動が生じ、以って噴孔260への燃料流入速度が大きく変動することになる。
In this way, when the
従って、噴孔260から噴射される燃料噴霧のペネトレーション(貫徹力)を高いレベルとしながら、噴孔260から燃焼室150へ噴出された燃料噴霧と、その周囲の空気と、の混合が促進され、黒煙(スモーク)の排出(濃度)を低減することができる。
Therefore, while the penetration (penetration force) of the fuel spray injected from the
なお、図2、図3では、噴孔260を1つのみ表示しているが、これに限定されるものではなく周方向に複数配設できるものである。
2 and 3, only one
また、図4に示すように、ノズルサック部220の燃料流入部230に設けたエッジ部240に周方向に複数の切欠部270を形成した構成とすることもできる。
Moreover, as shown in FIG. 4, it can also be set as the structure which formed the
このように、切欠部270を設けることで、エッジ部240によるノズルサック部220への燃料流入時における剥離延いてはキャビテーションを発生させることができることに加え、より細かな乱れを発生させることができ、以って噴孔260への燃料流入速度をより大きく変動させることができ、延いては噴孔260から噴射される燃料噴霧のペネトレーション(貫徹力)を高いレベルとしながら、噴孔260から燃焼室150へ噴出された燃料噴霧と、その周囲の空気と、の混合が促進され、黒煙(スモーク)の排出(濃度)を低減することができる。
As described above, by providing the
なお、図4においても、噴孔260を1つのみ表示しているが、これに限定されるものではなく周方向に複数配設できるものである。
In FIG. 4, only one
また、図5に示すように、複数の切欠部270の底部が、ノズルサック部220の最大内径と略一致する程度まで深く切り欠くように構成することができる。
Further, as shown in FIG. 5, the bottoms of the plurality of
図5に示すような深い切欠部270を設けることによっても、エッジ部240によるノズルサック部220への燃料流入時における剥離延いてはキャビテーションを発生させることができることに加え、より細かな乱れを発生させることができ、以って噴孔260への燃料流入速度をより大きく変動させることができ、延いては噴孔260から噴射される燃料噴霧のペネトレーション(貫徹力)を高いレベルとしながら、噴孔260から燃焼室150へ噴出された燃料噴霧と、その周囲の空気と、の混合が促進され、黒煙(スモーク)の排出(濃度)を低減することができる。
By providing a
なお、図5においても、噴孔260を1つのみ表示しているが、これに限定されるものではなく周方向に複数配設できるものである。
In FIG. 5, only one
また、図6に示すように、噴孔260の周方向位置は適宜に変更可能であり、図6(A)のようにエッジ部240と周方向位置を略一致させるように噴孔260を配置したり、図6(B)のように切欠部270と周方向位置を略一致させるように噴孔260を配置することができる。
Also, as shown in FIG. 6, the circumferential position of the
更に、これらの異なる噴孔260の配置を、1つのノズルサック部220延いては燃料噴射ノズル200において混在させることも可能である。
Furthermore, the arrangement of these
以上で説明したように、本実施の形態に係る燃料噴射ノズルによれば、エッジ部240及びエグリ部250を形成したので、燃料流入部230からノズルサック部220への燃料流入時に剥離が生じてキャビテーションが発生し、以ってノズルサック部220内において圧力変動が生じ、噴孔260への燃料流入速度が大きく変動させることができるので、噴孔260から噴射される燃料噴霧のペネトレーション(貫徹力)を高いレベルとしながら、噴孔260から燃焼室150へ噴出された燃料噴霧と、その周囲の空気と、の混合が促進され、黒煙(スモーク)の排出(濃度)を低減することができる。
As described above, according to the fuel injection nozzle according to the present embodiment, since the
また、本実施の形態においては、更に、切欠部270を設けることで、エッジ部240によるノズルサック部220への燃料流入時における剥離延いてはキャビテーションを発生させることができることに加え、より細かな乱れを発生させることができ、以って噴孔260への燃料流入速度をより大きく変動させることができ、延いては噴孔260から噴射される燃料噴霧のペネトレーション(貫徹力)を高いレベルとしながら、噴孔260から燃焼室150へ噴出された燃料噴霧と、その周囲の空気と、の混合が促進され、黒煙(スモーク)の排出(濃度)を低減することができる。
Further, in the present embodiment, by further providing the
すなわち、本実施の形態によれば、比較的簡単かつ低コストな構成でありながら、燃焼室に臨んで設けられる燃料噴射ノズルから燃焼室内に直接燃料を噴射供給する直接噴射式内燃機関において、燃料噴霧のペネトレーション(貫徹力)を高めながら、同時に燃料噴霧の周囲気体との運動量交換(混合)を促進することができ、以って黒煙の排出濃度を低減することができる燃料噴射ノズルを提供することができる。 That is, according to the present embodiment, in a direct injection type internal combustion engine that supplies fuel directly into a combustion chamber from a fuel injection nozzle provided facing the combustion chamber with a relatively simple and low-cost configuration, while increasing the spray penetration (penetration force), Ki out to promote simultaneous momentum exchange with the surrounding gas of the fuel spray (mixed), a fuel injection nozzle capable of reducing the emission density of the black smoke I than Can be provided.
本実施の形態では、ディーゼルエンジンを例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガソリン、アルコール、バイオ燃料など軽油以外の燃料であっても、直接的に燃焼室に燃料を噴射供給する内燃機関であれば、本発明は適用可能であり、本発明の技術的範囲に含まれるものである。 In the present embodiment, the diesel engine has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and fuel other than light oil such as gasoline, alcohol, biofuel, etc. can be directly fueled in the combustion chamber. The present invention is applicable to any internal combustion engine that injects fuel and is included in the technical scope of the present invention.
本発明は、上述した発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。 The present invention is not limited to the embodiments of the invention described above, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
100 内燃機関(エンジン)
110 シリンダヘッド
120 ピストン
121 ピストン燃焼室(キャビティ)
150 燃焼室
200 燃料噴射ノズル
210 ノズルニードル
220 ノズルサック部
230 燃料流入部
240 エッジ部
250 エグリ部
260 噴孔
270 切欠部
100 Internal combustion engine
110
DESCRIPTION OF
Claims (2)
ノズルニードルの先端燃焼室側に設けられノズルニードルがリフトしたときに燃料を噴孔へ導く容積であるノズルサック部に、該ノズルサック部のノズルニードル半径方向における最大内径より、該ノズルサック部の燃料流入部の燃料入口径を小さく絞るエッジ部が設けられると共に、該エッジ部の内側先端から前記ノズルサック部のノズルニードル半径方向内周壁に向かって拡径するエグリ部を形成し、
前記エッジ部のノズルニードル周方向に、該エッジ部の最小内径を部分的に拡径する複数の切欠部が形成されると共に、
前記噴孔が、ノズルニードルの長手方向中心軸に沿った方向から見たときに、前記エッジ部の最小内径より外側に開口されていることを特徴とする燃料噴射ノズル。 A fuel injection nozzle whose tip is provided facing the combustion chamber of the internal combustion engine,
The nozzle sack portion, which is provided on the tip combustion chamber side of the nozzle needle and guides fuel to the nozzle hole when the nozzle needle is lifted, has a maximum inner diameter in the nozzle needle radial direction of the nozzle sack portion. An edge portion for reducing the fuel inlet diameter of the fuel inflow portion is provided, and an edge portion that expands from the inner tip of the edge portion toward the inner peripheral wall of the nozzle needle in the radial direction of the nozzle needle portion is formed .
In the nozzle needle circumferential direction of the edge portion, a plurality of cutout portions that partially expand the minimum inner diameter of the edge portion are formed,
The fuel injection nozzle , wherein the nozzle hole is opened outside a minimum inner diameter of the edge portion when viewed from a direction along a longitudinal central axis of the nozzle needle .
2. The fuel injection nozzle according to claim 1, wherein the nozzle hole is arranged so that an edge portion other than the notch portion and a nozzle needle circumferential position coincide with each other .
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