JP6457797B2 - Fuel injection nozzle - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射ノズルに関するものである。 The present invention relates to a fuel injection nozzle that directly injects fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
[従来の技術]
従来より、燃料噴射ノズルとして、直接噴射式の内燃機関(直噴エンジン)の気筒に形成される燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射ノズルが周知である。
この燃料噴射ノズルは、ニードルおよびノズルボディを備え、ノズルボディの中心軸方向の先端側に、燃料を噴射する複数の噴孔を有している。
燃料噴射ノズルの各噴孔は、噴孔径が一定のストレート噴孔や、噴孔出口の孔径よりも噴孔入口の孔径を大きくしたテーパ噴孔となっている。テーパ噴孔は、ストレート噴孔と比べて、噴孔入口における燃料流れの剥離に伴う圧力低下を緩和できるので、噴孔の流量係数が向上する効果を備えている。
[Conventional technology]
Conventionally, a fuel injection nozzle that directly injects fuel into a combustion chamber formed in a cylinder of a direct injection internal combustion engine (direct injection engine) is well known as a fuel injection nozzle.
The fuel injection nozzle includes a needle and a nozzle body, and has a plurality of injection holes for injecting fuel on the distal end side in the central axis direction of the nozzle body.
Each injection hole of the fuel injection nozzle is a straight injection hole having a constant injection hole diameter or a tapered injection hole having a hole diameter at the injection hole inlet larger than that at the injection hole outlet. The tapered nozzle hole has an effect of improving the flow coefficient of the nozzle hole because the pressure drop associated with the separation of the fuel flow at the nozzle hole inlet can be reduced as compared with the straight nozzle hole.
上記の流量係数(Cd)は、下記の数1の式で定義される。
[数1]
Q=A・V
V=Cd・√(2ΔP/ρ)
Q=Cd・A・√(2ΔP/ρ)
なお、Qは、単一の噴孔から燃焼室内に噴射される燃料の噴射量である。また、Aは、噴孔出口の開口断面積である。また、Vは、燃料の流速である。また、ΔPは、噴孔前後の差圧である。また、ρは、燃料の密度である。
すなわち、流量係数が大きい噴孔は、燃料の流速(V)が速く、燃料の噴射量(流量)が多く、燃料が流れ易い形状の噴孔となる。
The flow coefficient (Cd) is defined by the following equation (1).
[Equation 1]
Q = A ・ V
V = Cd · √ (2ΔP / ρ)
Q = Cd · A · √ (2ΔP / ρ)
Q is the amount of fuel injected from a single injection hole into the combustion chamber. A is the opening cross-sectional area of the nozzle hole outlet. V is the flow rate of fuel. ΔP is a differential pressure before and after the nozzle hole. Ρ is the density of the fuel.
That is, the nozzle hole with a large flow coefficient has a high fuel flow velocity (V), a large fuel injection amount (flow rate), and a nozzle hole having a shape in which the fuel easily flows.
ここで、複数の噴孔は、ノズルボディの同一円周上に等間隔で配置されている。そして、噴孔の流量係数を更に高めるために噴孔出口の孔径よりも噴孔入口の孔径を極端に大きくすることが考えられる。
この場合には、ノズルボディの内壁の周方向に隣接する噴孔入口間の距離が極端に短くなってしまうので、ニードルの弁部がシートするノズルシート側の内壁の強度を保てなくなる可能性がある。
そこで、流量係数を上げつつ、隣接する噴孔入口間の距離を離すことで、ノズルボディの強度を保つという目的で、噴孔形状を改善した燃料噴射ノズル(例えば、特許文献1参照)が公知である。
この燃料噴射ノズルの各噴孔は、ノズルボディの先端側に、長孔形状(例えば長円形状)の開口断面を有する噴孔入口から、この噴孔入口とは反対側の外壁で開口する円形状の開口断面を有する噴孔出口まで噴孔軸方向に延びる噴孔流路を備えている。
Here, the plurality of nozzle holes are arranged at equal intervals on the same circumference of the nozzle body. In order to further increase the flow coefficient of the nozzle hole, it is conceivable to make the hole diameter of the nozzle hole extremely larger than the hole diameter of the nozzle hole outlet.
In this case, since the distance between the nozzle hole inlets adjacent to the circumferential direction of the inner wall of the nozzle body becomes extremely short, there is a possibility that the strength of the inner wall on the nozzle seat side where the valve portion of the needle seats cannot be maintained. There is.
Therefore, a fuel injection nozzle (see, for example, Patent Document 1) with an improved nozzle hole shape is known for the purpose of maintaining the strength of the nozzle body by increasing the flow coefficient while increasing the distance between adjacent nozzle hole inlets. It is.
Each injection hole of the fuel injection nozzle is a circle that opens from the injection hole inlet having an opening cross section of a long hole shape (for example, an oval shape) to the tip end side of the nozzle body, on the outer wall opposite to the injection hole inlet. A nozzle hole channel extending in the nozzle hole axial direction is provided up to the nozzle hole outlet having a shaped opening cross section.
[従来の技術の問題点]
ところが、特許文献1に記載の燃料噴射ノズルにおいては、図14に示したように、噴孔入口の長軸方向とノズル中心軸方向とが一致しているため、燃料噴射ノズル100の噴孔から燃焼室101内に噴射される燃料噴霧の噴射期間中において噴孔入口における燃料流れの剥離量が変わることで、噴孔出口から燃焼室101内への燃料の噴射方向が、シリンダヘッド102の壁面やピストン103の頭頂部など燃焼室の垂直断面内で大きく変化する懸念がある。特に、直噴エンジンの燃焼室101内において空間が少ない垂直方向に燃料の噴射方向が大きく変動する懸念がある。
[Problems of conventional technology]
However, in the fuel injection nozzle described in
したがって、シリンダ中心軸とノズル中心軸(CL)との共通の中心軸方向を上下方向とした場合、シリンダヘッド102の下壁面やピストン103の頭頂部の上壁面に、燃料噴射ノズル100の噴孔出口から噴射した燃料液滴が付着し易くなり、排気黒煙(スモーク)やハイドロカーボン(HC)等の有害物質の発生量が増加し、排気エミッションが低下するという問題がある。
ここで、噴射期間中とは、ニードルがノズルシートからリフトしている期間、つまりニードルの開弁期間のことである。
Therefore, when the common central axis direction of the cylinder central axis and the nozzle central axis (CL) is the vertical direction, the injection hole of the
Here, the term “injection period” refers to a period during which the needle is lifted from the nozzle seat, that is, a valve opening period of the needle.
本発明の目的は、ノズルボディの噴孔出口から燃焼室内に噴射される燃料の噴射方向の変動幅を小さくすることで、内燃機関の燃焼室壁面に付着する燃料量を減らし、スモーク等の有害物質を削減することのできる燃料噴射ノズルを提供することにある。 The object of the present invention is to reduce the amount of fuel adhering to the combustion chamber wall of the internal combustion engine by reducing the fluctuation range of the injection direction of the fuel injected from the nozzle hole outlet of the nozzle body into the combustion chamber. An object of the present invention is to provide a fuel injection nozzle capable of reducing material.
請求項1に記載の発明は、直接噴射式の内燃機関の燃焼室内に噴孔出口から燃料を直接噴射する燃料噴射ノズルである。
この燃料噴射ノズルの噴孔は、ノズルボディの内外を連通する噴孔流路を有している。この噴孔流路は、ノズルボディの内壁で開口した噴孔入口からノズルボディの外壁で開口した噴孔出口まで噴孔軸方向に延伸されている。
そして、噴孔入口は、短軸と長軸が互いに直交する長孔形状の開口断面を有している。また、噴孔入口の長軸方向(長孔長軸方向)は、ノズル中心軸方向に対して、スワール流と同一(回転)方向に所定の角度分だけ傾斜している。
そして、噴孔出口は、円形状の開口断面を有している。
また、噴孔流路は、噴孔入口から噴孔出口に向かって流路断面積が次第に減少するように形成されている。
The invention according to
The injection hole of the fuel injection nozzle has an injection hole channel that communicates the inside and the outside of the nozzle body. The nozzle hole channel extends in the nozzle axis direction from the nozzle hole opening opened at the inner wall of the nozzle body to the nozzle hole outlet opened at the outer wall of the nozzle body.
The nozzle hole inlet has a long hole-shaped opening cross section in which the short axis and the long axis are orthogonal to each other. The major axis direction of the nozzle hole inlet (long hole major axis direction) is inclined by a predetermined angle in the same (rotating) direction as the swirl flow with respect to the nozzle central axis direction.
The nozzle hole outlet has a circular opening cross section.
Further, the nozzle hole channel is formed such that the channel cross-sectional area gradually decreases from the nozzle hole inlet toward the nozzle hole outlet.
以上の特徴を備えた請求項1に記載の発明によれば、ノズルボディの噴孔入口の長軸方向を、ノズル中心軸方向に対してスワール流と同一方向に所定の角度分だけ傾けることにより、噴孔出口から燃焼室内に噴射される燃料がノズルボディの中心軸に対して斜めに噴射される。
燃料噴射初期に相当するニードル低リフト時には、噴孔入口の上流側部分に剥離が発生し、ノズルシートよりも燃料流れ方向の下流側の燃料流路から噴孔入口を介して噴孔流路内に流入した燃料は、噴孔流路の下流側部分の噴孔壁面に沿うようにして噴孔出口から燃焼室内に噴射される。
一方、ニードル高リフト時になると、ノズルシートよりも燃料流れ方向の下流側の燃料流路から噴孔入口を介して噴孔流路内に流入する燃料の流速が小さくなり、噴孔入口の上流側部分での剥離が少なくなるため、噴孔出口の手前では、噴孔流路の上流側部分の噴孔壁面に沿ってきた燃料流れと、噴孔流路の下流側部分の噴孔壁面に沿ってきた燃料流れとが合成する角度で、噴孔出口から燃焼室内へ燃料が噴射される。
そのため、ニードルの挙動(ニードルリフト量)に合わせて、燃料の噴射期間中に噴孔出口から燃焼室内へ噴射される燃料の噴射方向が変化するが、その燃料噴霧の噴射方向の変動幅は小さくなり、内燃機関の燃焼室壁面への燃料の衝突が減少する。したがって、内燃機関の燃焼室壁面に付着する燃料量を減らすことができるので、スモーク等の有害物質を低減することができる。
According to the first aspect of the present invention having the above characteristics, the major axis direction of the nozzle hole inlet of the nozzle body is inclined by a predetermined angle in the same direction as the swirl flow with respect to the nozzle central axis direction. The fuel injected from the nozzle hole outlet into the combustion chamber is injected obliquely with respect to the central axis of the nozzle body.
At the time of needle low lift corresponding to the initial stage of fuel injection, separation occurs in the upstream portion of the nozzle hole inlet, and the fuel flow path downstream of the nozzle seat in the fuel flow direction passes through the nozzle hole inlet to enter the nozzle hole flow path. The fuel that flows into the combustion chamber is injected into the combustion chamber from the outlet of the nozzle hole along the wall surface of the nozzle hole in the downstream portion of the nozzle hole channel.
On the other hand, at the time of high needle lift, the flow velocity of the fuel flowing into the nozzle hole channel from the fuel channel downstream of the nozzle seat in the fuel flow direction through the nozzle hole inlet becomes smaller, and the upstream side of the nozzle hole Since the separation at the portion is reduced, the fuel flow along the nozzle hole wall surface in the upstream portion of the nozzle hole channel and the nozzle wall surface in the downstream portion of the nozzle hole channel are located before the nozzle hole outlet. Fuel is injected from the nozzle hole outlet into the combustion chamber at an angle that combines with the fuel flow.
For this reason, the injection direction of the fuel injected from the nozzle hole outlet into the combustion chamber changes during the fuel injection period in accordance with the behavior of the needle (needle lift amount), but the fluctuation range of the injection direction of the fuel spray is small. Thus, the collision of fuel with the combustion chamber wall surface of the internal combustion engine is reduced. Therefore, since the amount of fuel adhering to the combustion chamber wall surface of the internal combustion engine can be reduced, harmful substances such as smoke can be reduced.
また、噴孔入口の長軸方向を、ノズル中心軸方向に対してスワール流と同一方向に所定の角度分だけ傾けることにより、ニードル低リフト時に、噴孔出口から燃焼室内へ噴射される燃料が、燃焼室内に生成されるスワール流に流される。
その後、ニードルが更にリフトしたニードル高リフト時に、噴孔出口から燃焼室内へ噴射される燃料噴霧間の空間に、ニードル低リフト時の燃料噴霧が配置されるため、ニードル低リフト時の燃料噴霧とニードル高リフト時の燃料噴霧とが空間的に重なり難くなる。 そのため、ニードル低リフト時の燃料噴霧の着火からニードル高リフト時の燃料噴霧の着火までの着火遅れが長くなると共に、ニードル高リフト時の燃料噴霧は、ノズルボディから遠く、燃料液滴の蒸発が進み、空気との混合が進んだ箇所から着火するため、スモークやHC等の有害物質を削減することができる。
したがって、内燃機関の燃焼室から排出される排気エミッションの悪化を抑制することができる。
In addition, by inclining the major axis direction of the nozzle hole inlet by a predetermined angle in the same direction as the swirl flow with respect to the nozzle central axis direction, the fuel injected from the nozzle hole outlet into the combustion chamber at the time of low needle lift The swirl is generated in the combustion chamber.
After that, when the needle is further lifted when the needle is further lifted, the fuel spray at the time of the needle low lift is arranged in the space between the fuel sprays injected from the nozzle hole outlet into the combustion chamber. It is difficult to spatially overlap the fuel spray at the time of high needle lift. Therefore, the ignition delay from the ignition of the fuel spray at the low needle lift to the ignition of the fuel spray at the high needle lift becomes longer, and the fuel spray at the high needle lift is far from the nozzle body and the fuel droplets evaporate. Since it proceeds and ignites from the place where the mixing with air proceeds, harmful substances such as smoke and HC can be reduced.
Therefore, it is possible to suppress the deterioration of exhaust emission discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine.
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[実施例1の構成]
図1ないし図8は、本発明を適用した燃料噴射ノズルを備えたインジェクタ(実施例1)を示したものである。
[Configuration of Example 1]
1 to 8 show an injector (Embodiment 1) having a fuel injection nozzle to which the present invention is applied.
本実施例の直接噴射式の内燃機関は、例えば自動車等の車両走行用のディーゼルエンジン(以下直噴エンジン)であり、直噴エンジンの各気筒(シリンダ)毎に燃料噴射弁(以下インジェクタ)を搭載している。
インジェクタは、そのノズル中心軸方向の先端側(図示下端側)に燃料噴射ノズル1を備えている。また、インジェクタは、燃料噴射ノズル1と、この燃料噴射ノズル1のニードルバルブ(以下ニードル)2を開閉駆動する電磁弁(ソレノイドバルブ:図示せず)とが螺子締結によって一体化されて構成されている。
なお、ソレノイドバルブの詳細は、後述する。
The direct injection internal combustion engine of the present embodiment is a diesel engine (hereinafter referred to as a direct injection engine) for driving a vehicle such as an automobile, and a fuel injection valve (hereinafter referred to as an injector) is provided for each cylinder of the direct injection engine. It is installed.
The injector includes a
Details of the solenoid valve will be described later.
燃料噴射ノズル1は、そのノズル中心軸(CL)方向に往復移動可能なニードル2と、このニードル2をその往復方向に嵌挿支持するミニサックタイプのノズルボディ3とを備えている。
ノズルボディ3は、ノズル中心軸(CL)方向の基端側(図示上端側)が開口し、その反対側の先端側(図示下端側)が閉塞された有底円筒形状を呈し、直噴エンジンの各気筒に形成された燃焼室R内に燃料噴霧を直接噴射するノズル噴孔部4を備えている。このノズル噴孔部4には、ノズルボディ3の内外を連通する複数の噴孔5が設けられている。
なお、ノズル中心軸(CL)とは、燃料噴射ノズル1、少なくともノズルボディ3の中心線方向に真っ直ぐに延びるノズル軸線のことである。
The
The
The nozzle center axis (CL) is a nozzle axis line extending straight in the direction of the center line of the
複数の噴孔5は、ノズル噴孔部4の内外を連通する噴孔流路6をそれぞれ備えている。各噴孔流路6は、ノズル噴孔部4の内壁で開口した噴孔入口7から、ノズル噴孔部4の外壁で開口した噴孔出口8まで噴孔軸(HL)方向に延伸している。
インジェクタは、シリンダヘッド9のシリンダ中心軸上に貫通形成されたインジェクタ取付孔Hに、少なくともノズル噴孔部4が燃焼室R内に突出するようにして各シリンダ毎に取り付けられている。
なお、インジェクタの詳細は、後述する。
The plurality of
The injector is attached to each cylinder such that at least the
Details of the injector will be described later.
直噴エンジンは、各シリンダの開口部を閉塞するシリンダヘッド9と、このシリンダヘッド9の図示下部に結合されるシリンダブロックの各シリンダバレル10と、複数のシリンダバレル10の各シリンダウォール(内壁)に摺接する複数のピストン11とを備えている。
各ピストン11は、対応したコネクティングロッドを介して、クランクシャフト(直噴エンジンの出力軸)に連結されている。これにより、各ピストン11は、複数のシリンダバレル10の各シリンダボア内をその往復移動する。
各ピストン11の頭頂部には、リエントラント型のキャビティ12が形成されている。このキャビティ12の底面とシリンダヘッド9の壁面との間には、燃料と吸入空気(吸気)との混合気が燃焼する燃焼室Rが形成されている。また、キャビティ12の底部中央部分は、キャビティ12の開口端側に向かって隆起している。
The direct injection engine includes a
Each
A
シリンダヘッド9には、吸気管内の吸気通路と各燃焼室Rとを連通する複数の吸気ポート13、および排気管内の排気通路と各燃焼室Rとを連通する複数の排気ポートが設けられている。
各吸気ポート13は、インテークマニホールドを介して吸気管に接続している。これらの吸気ポート13の燃焼室側端部には、各ポート開口部をそれぞれ開閉する吸気バルブ(吸気弁)14が設置されている。そして、各吸気ポート13は、各燃焼室R内にスワール流を発生させるヘリカルポートである。
The
Each
各排気ポートは、エキゾーストマニホールドを介して排気管に接続している。これらの排気ポートの燃焼室側端部には、各ポート開口部をそれぞれ開閉する排気バルブ(排気弁)が設置されている。
ここで、図3、図5、図6および図7に、直噴エンジンの各シリンダ中心軸と略一致するノズル中心軸(CL)の周りを旋回する、吸気のタンブル流の回転方向を示した。
なお、各吸気ポート13やこの吸気ポート13と連通する吸気通路内に、各燃焼室R内にスワール流を発生させるスワール制御弁(SCV)が設置されていても構わない。また、1つの燃焼室Rに対して2つの第1、第2吸気ポートが連通する直噴エンジンにおいて、一方の第1吸気ポート内にスワール制御弁(SCV)が設置されていても構わない。
Each exhaust port is connected to an exhaust pipe via an exhaust manifold. Exhaust valves (exhaust valves) that open and close the respective port openings are installed at the end portions of these exhaust ports on the combustion chamber side.
Here, FIG. 3, FIG. 5, FIG. 6 and FIG. 7 show the rotation direction of the tumble flow of the intake air that swirls around the nozzle center axis (CL) that substantially coincides with each cylinder center axis of the direct injection engine. .
A swirl control valve (SCV) that generates a swirl flow in each combustion chamber R may be installed in each
次に、本実施例のインジェクタの詳細を、図1ないし図7に基づいて説明する。
燃料噴射ノズル1は、ニードル2を往復移動可能に収容する有底円筒状のノズルボディ3と、コマンドピストンおよびリターンスプリングを収容する円筒状のインジェクタボディと、ノズルボディ3とインジェクタボディとの間に挟み込まれた円環状のチップパッキンとを備えている。この燃料噴射ノズル1は、チップパッキンを介して、ノズルボディ3の結合面とインジェクタボディの結合面とを円筒状のリテーニングナットの螺子締結軸力による螺子締結によって一体化されて構成されている。
Next, details of the injector of this embodiment will be described with reference to FIGS.
The
インジェクタボディには、ノズルボディ3の燃料通路(後述する燃料孔41)と連通する燃料通路、およびチップパッキンの連通孔を介して、ノズルボディ3のニードル収容孔15と連通するピストン収容孔が形成されている。
ピストン収容孔内には、コマンドピストンおよびリターンスプリングが収容されている。このピストン収容孔には、コマンドピストンの基端側の摺動部を摺動可能に支持するピストンガイド孔が設けられている。また、ピストン収容孔の先端側に対して反対側の基端側には、高圧ポートおよび低圧ポートを有する制御室が設けられている。
The injector body is formed with a fuel passage communicating with a fuel passage (a
A command piston and a return spring are accommodated in the piston accommodation hole. The piston accommodation hole is provided with a piston guide hole that slidably supports the sliding portion on the base end side of the command piston. A control chamber having a high pressure port and a low pressure port is provided on the base end side opposite to the tip end side of the piston accommodation hole.
コマンドピストンは、ニードル2と連動して往復移動するもので、先端側の端面がニードル2に当接している。
リターンスプリングは、コマンドピストンに対して、ニードル2の閉弁方向に付勢する付勢力を発生させるものである。
制御室は、コマンドピストンの摺動部の基端側端面とピストン収容孔の孔壁面と制御室の天井面とで囲まれた空間である。この制御室の高圧ポートには、燃料系の高圧側に設けられるサプライポンプまたはコモンレール等の高圧発生部と接続する燃料(供給)通路が連通している。また、制御室の低圧ポートには、燃料系の低圧側に設けられる燃料タンク等と接続する燃料(排出)通路が連通している。また、制御室内に導入される燃料圧は、ニードル2に対して、ニードル2の閉弁方向に付勢する油圧力として作用する。
The command piston reciprocates in conjunction with the
The return spring generates a biasing force that biases the command piston in the valve closing direction of the
The control chamber is a space surrounded by the proximal end surface of the sliding portion of the command piston, the hole wall surface of the piston accommodation hole, and the ceiling surface of the control chamber. A fuel (supply) passage connected to a high pressure generating section such as a supply pump or a common rail provided on the high pressure side of the fuel system communicates with the high pressure port of the control chamber. A fuel (discharge) passage connected to a fuel tank or the like provided on the low pressure side of the fuel system communicates with the low pressure port of the control chamber. Further, the fuel pressure introduced into the control chamber acts as an oil pressure that urges the
ソレノイドバルブは、コマンドピストンの直上に設けられる制御室内の油圧力を調整(増減)し、ニードル2の開閉動作を制御する電磁弁である。このソレノイドバルブは、制御室から燃料系の低圧側へ燃料を流出させる低圧ポートを開閉するスプールバルブ、およびこのスプールバルブを往復摺動可能に収容するバルブボディを備えている。
ソレノイドバルブは、スプールバルブを閉弁方向に駆動する電磁アクチュエータ(ソレニド)を備えている。
The solenoid valve is an electromagnetic valve that adjusts (increases / decreases) the hydraulic pressure in the control chamber provided immediately above the command piston and controls the opening / closing operation of the
The solenoid valve includes an electromagnetic actuator (solenide) that drives the spool valve in the valve closing direction.
ソレノイドは、外部接続用コネクタを備え、エンジン制御ユニット(電子制御装置:ECU)から印加されるインジェクタ駆動電流によって通電制御されるように構成されている。このソレノイドは、コイルボビンの外周に巻装されるコイル、このコイルの内外周に配されるステータコア、およびこのステータコア内を往復移動するアーマチャ等を備えている。
コイルは、電力の供給を受けると(電圧印加または通電されると)、アーマチャをステータコアの磁極面に引き寄せる磁力を発生する。すなわち、コイルへの通電時には、スプールバルブが低圧ポートを開放し、コイルへの通電停止時には、スプールバルブが低圧ポートを閉鎖する。
The solenoid includes an external connection connector and is configured to be energized and controlled by an injector drive current applied from an engine control unit (electronic control unit: ECU). The solenoid includes a coil wound around the outer periphery of the coil bobbin, a stator core disposed on the inner and outer periphery of the coil, an armature that reciprocates within the stator core, and the like.
When supplied with power (applied to voltage or energized), the coil generates a magnetic force that attracts the armature to the magnetic pole surface of the stator core. That is, when the coil is energized, the spool valve opens the low pressure port, and when the coil is deenergized, the spool valve closes the low pressure port.
これによって、制御室の低圧ポートが開放されると、制御室内の燃料が低圧ポートを介してインジェクタの外部(燃料系の低圧側)へ流出する。これにより、制御室内の燃料圧は、ニードル開弁圧以下に素早く低下するため、ニードル2がノズルボディ3のノズルシート16から離脱(リフト)して直噴エンジンの各気筒の燃焼室Rへ燃料が直接噴射される。
また、低圧ポートが閉鎖されると、燃料系の低圧側への流出が止まり、インジェクタの外部(燃料噴射ポンプまたはコモンレール)から高圧ポートを介して高圧燃料が制御室内に導入される。これにより、制御室内の燃料圧は、ニードル閉弁圧以上に素早く上昇するため、ニードル2がノズルボディ3のノズルシート16に着座(シート)するため、直噴エンジンの各気筒の燃焼室Rへの燃料噴射が終了する。
Thus, when the low pressure port of the control chamber is opened, the fuel in the control chamber flows out of the injector (low pressure side of the fuel system) via the low pressure port. As a result, the fuel pressure in the control chamber quickly decreases below the valve opening pressure of the needle, so that the
When the low pressure port is closed, the fuel system stops flowing out to the low pressure side, and high pressure fuel is introduced into the control chamber from the outside of the injector (fuel injection pump or common rail) via the high pressure port. As a result, the fuel pressure in the control chamber rises more quickly than the valve closing pressure of the needle, so that the
ニードル2は、基端側から先端側に向かってノズル中心軸(CL)方向に真っ直ぐに延びている。このニードル2は、基端側に設けられる円柱状の頭部21、およびこの頭部21よりも外径が大きく、ニードル収容孔15のニードルガイド孔内に往復移動可能に支持される円柱状の大径軸部(摺動部)22が設けられている。このニードル2の摺動部22は、ニードル2の中心軸方向の反噴孔側端部(基端部)に設けられている。また、摺動部22の外周面は、ノズルボディ3のニードルガイド孔の孔壁面に対して往復摺動可能となっている。
The
ニードル2には、上記の摺動部22よりも外径が小さい小径軸部23、および摺動部22よりも外径が小さく、且つ小径軸部23よりも外径が大きい中径軸部24が設けられている。そして、ニードル2には、摺動部22と小径軸部23との間に円錐面形状の受圧面25が設けられている。この受圧面25は、ニードル2のリフト開始時に、ニードル収容孔15の燃料溜まり室17内の燃料圧を受ける燃料受圧部である。
また、中径軸部24よりも先端側には、中径軸部24よりも外径が小さい弁部26を有している。
The
Further, a
ニードル2の弁部26は、ニードル2の中心軸方向の噴孔側端部(先端部)に設けられている。この弁部26は、中径軸部24のエッジラインからニードル中心軸方向の先端側へ向かって外径が徐々に減少する縮径部である。
弁部26は、先端側へ向かって徐々に外径が縮径する第1、第2シール面31、32および円錐面33を有している。
The
The
第1シール面31は、円錐面形状を呈する。第2シール面32は、第1シール面31よりも傾斜(テーパ)角度が急な円錐面形状を呈する。円錐面33は、第2シール面32よりも傾斜(テーパ)角度が急な円錐面形状を呈する。
第1シール面31と第2シール面32との間に形成される円環状の交差稜線(第1シートライン)は、ノズルボディ3のノズルシート16に密着する円環状のノズルシール(ニードルシール部)34としての機能を有している。
なお、ノズルシール34の代わりに、第2シール面32と円錐面33との間に形成される円環状の交差稜線(第2シートライン)を、ノズルボディ3のノズルシート16を含むノズルシート面43に密着する円環状のノズルシール(ニードルシール部)35として用いても良い。
The
An annular intersection ridge line (first sheet line) formed between the
In addition, instead of the
ノズルボディ3には、基端側の結合面で開口し、この開口側から奥側のノズル噴孔部4までノズル中心軸(CL)方向に延びるニードル収容孔15が設けられている。このニードル収容孔15の基端側には、ニードル2を往復摺動可能に支持するためのニードルガイド孔が設けられている。また、ニードル収容孔15の中央部には、ニードルガイド孔よりも孔径が拡げられた燃料溜まり室17が設けられている。
The
燃料溜まり室17には、サプライポンプまたはコモンレール等の高圧発生部と接続する燃料孔41から高圧燃料が導入される。また、燃料溜まり室17内に導入される燃料圧は、ニードル2に対して、ニードル2の開弁方向に付勢する油圧力として作用する。
燃料孔41は、ノズルボディ3の結合面から燃料溜まり室17へ斜めに延びる燃料通路である。また、ノズルボディ3は、ニードル2の中径軸部24の外周との間に、燃料溜まり室17からノズル噴孔部4へ真っ直ぐに延びる燃料通路(円筒状のクリアランス)42が形成されている。このクリアランス42は、ノズルシート16よりも燃料流れ方向の上流側の燃料流路である。
High-pressure fuel is introduced into the
The
ノズルボディ3のノズル噴孔部4には、ニードル2の弁部26が着座可能なノズルシート16を含むノズルシート面43が設けられている。このノズルシート面43は、先端側に向かう程、流路断面積が減少する円錐面形状の傾斜面で形成されている。
ニードル2の弁部26とノズルボディ3のノズルシート面43との間には、ニードル2のリフト時に円環状のクリアランス44が形成される。
クリアランス44は、ノズルシート16よりも燃料流れ方向の下流側の燃料流路である。なお、クリアランス44は、ニードル2のリフト時に、ニードル2の弁部26とノズルシート面43との間に形成される円環状の燃料流路である。
A
An
The
ノズル噴孔部4には、ノズルシート面43よりも燃料流れ方向の下流側に、サックボリュームであるサック室45が設けられている。このサック室45は、ノズルボディ3の中心軸方向の先端部に設けられる有底円筒状のサック部(円頂部)46内に形成されている。このサック部46の内壁であるサック内周壁面は、球面形状の凹曲面で形成されている。また、サック部46の外壁であるサック外周壁面は、球面形状の凸曲面で形成されている。
In the nozzle
サック室45は、クリアランス44と複数の噴孔5とを連通すると共に、クリアランス44にて環状に流れる燃料を集合させて一時的に貯留した後、複数の噴孔5へ分配供給する分配室である。
ここで、弁部26のノズルシール34が、ノズルシート16に接触した場合には、燃料溜まり室17およびクリアランス42とクリアランス44およびサック室45との連通状態を遮断する。
また、ニードル2のノズルシール34がノズルシート16から離脱(リフト)した場合には、燃料溜まり室17およびクリアランス42とクリアランス44およびサック室45とが連通状態となり、クリアランス42、44から噴孔5と常時連通するサック室45へ燃料が導入される。
The
Here, when the
Further, when the
複数の噴孔5は、ノズル中心軸(CL)を中心にして半径方向の外側へ向かって放射状に延伸するように設けられている。これらの噴孔5は、直噴エンジンの各燃焼室R内に燃料噴霧が効率良く行き渡るように、サック部46の円周方向に沿って形成されている。また、複数の噴孔5は、サック部46の円周方向に所定の間隔(等間隔)で複数個(6〜12個:本例では8個)形成されている。
複数の噴孔5は、ノズル噴孔部4を貫通してサック部46のサック内周壁面とサック部46のサック外周壁面とを連通する噴孔流路(内外連通孔)6を備えている。
The plurality of
The plurality of
噴孔流路6は、サック部46のサック内周壁面で開口した噴孔入口7、およびサック部46のサック外周壁面で開口した噴孔出口8を備えている。この噴孔流路6は、噴孔入口7から噴孔出口8に向かって流路断面積が次第に減少するように形成されている。また、噴孔流路6は、噴孔入口7から噴孔出口8に至るまで噴孔軸(HL)方向に延伸されている。この噴孔軸(HL)方向は、ノズル中心軸CLに垂直な平面に対して図示下向きに傾斜している。なお、噴孔軸(HL)とは、噴孔流路6の中心線方向に真っ直ぐに延びる噴孔軸線のことである。
The nozzle
複数の噴孔5は、噴孔出口8の孔径よりも噴孔入口7の孔径を大きくすることで、噴孔5の流量係数を高めている。また、各噴孔入口7の周縁には、流量係数を高めるためのアール面取りが施されている。なお、燃料が流れ易い形状の噴孔5は、流量係数が高くなる。これにより、サック室45から噴孔入口7を介して噴孔流路6内に燃料が流れ込み易くなっている。
複数の噴孔5は、ノズルシート16よりも燃料流れ方向の下流側の内壁、本実施例ではサック部46のサック内周壁面で各噴孔入口7が開口している。また、複数の噴孔5は、各噴孔入口7とは反対側の外壁、本実施例ではサック部46のサック外周壁面で各噴孔出口8が開口している。
The plurality of
In each of the plurality of
複数の噴孔5の各噴孔入口7は、サック部46のサック内周壁面において、ノズル中心軸(CL)を中心とした同一円周上に所定の間隔(等間隔)で配置されている。
各噴孔入口7は、互いに直交する短軸と長軸を持つ長孔形状の開口断面を有している。具体的には、各噴孔入口7の開口形状は、長円形状である。
各噴孔入口7の長軸の長さ(LL)が、各噴孔入口7の短軸の長さ(SL)よりも僅かでも長ければ、特許請求の範囲における「長孔形状」に含むものとする。なお、LLとは、各噴孔入口7の外形線上のA’と各噴孔入口7の外形線上のB’とを結んだ直線(長軸)の長さのことである。また、SLとは、各噴孔入口7の外形線上のC’と各噴孔入口7の外形線上のD’とを結んだ直線(短軸)の長さのことである。
The
Each
If the length (LL) of the long axis of each
そして、各噴孔入口7の長軸方向は、ノズル中心軸(CL)方向に対して吸気のスワール流の回転方向と同一方向に所定の角度(θ)分だけ傾いている。例えば各噴孔入口7の長軸(A−B)を、その半径方向内側に位置するノズル中心軸(CL)を含む投影面に垂直投影した場合、各噴孔入口7の長軸(A’−B’)方向が、ノズル中心軸(CL)方向に対して吸気のスワール流の回転方向と同一方向に所定の角度(θ)分だけ傾いている。このとき、各噴孔入口7の短軸(C’−D’)は、各噴孔入口7の長軸(A’−B’)に対して直交している。
The major axis direction of each
ここで、所定の角度とは、スワール流の回転方向と同一方向の傾きを正として、0度を越え、90度未満である。なお、本実施例では、各噴孔入口7の長軸を、ノズル中心軸(CL)方向に対して吸気のスワール流の回転方向と同一方向に45度程度傾斜させている。また、ノズル中心軸(CL)と各噴孔入口7の長軸(A’−B’)との交点は、各噴孔入口7の長軸と各噴孔入口7の外形線との交点A−B間にあればどこにあっても構わない。
Here, the predetermined angle is greater than 0 degrees and less than 90 degrees, with the inclination in the same direction as the rotation direction of the swirl flow being positive. In this embodiment, the major axis of each
複数の噴孔5の各噴孔出口8は、サック部46のサック外周壁面において、ノズル中心軸(CL)を中心とした同一円周上に所定の間隔(等間隔)で配置されている。
各噴孔出口8は、所定の長さの直径を持ち、各噴孔入口7の開口断面積よりも小さい円形状の開口断面を有している。
複数の噴孔5の各噴孔入口7は、ノズル中心軸(CL)方向の一端側(噴孔上部)に位置する上部周縁51、およびノズル中心軸(CL)方向の他端側(噴孔下部)に位置する下部周縁52を有している。
The
Each
Each
各噴孔入口7の上部周縁51とは、各噴孔入口7において、クリアランス44からサック室45に流れ込む燃料流れ方向の上流側(最上流部)に位置する部位である。また、各噴孔入口7の下部周縁52とは、各噴孔入口7において、クリアランス44からサック室45に流れ込む燃料流れ方向の下流側(最下流部)に位置する部位である。
複数の噴孔5の各噴孔出口8は、ノズル中心軸(CL)方向の一端側(噴孔上部)に位置する上部周縁53、およびノズル中心軸(CL)方向の他端側(噴孔下部)に位置する下部周縁54を有している。
The upper
Each
複数の噴孔5の各噴孔流路6は、直線状の第1、第2噴孔壁面61、62を有し、これらの第1、第2噴孔壁面61、62が各噴孔入口7の開口周縁部と各噴孔出口8の開口周縁部とを繋いでいる。
第1噴孔壁面61は、ノズル中心軸(CL)に垂直な垂直面に対して第1傾斜角度分だけ傾斜した傾斜面である。この第1噴孔壁面61は、各噴孔入口7の外形線と長軸との交点から各噴孔出口8の外形線とを直線で結んでいる。
第2噴孔壁面62は、ノズル中心軸(CL)に垂直な垂直面に対して第1傾斜角度よりも緩やかな第2傾斜角度分だけ傾斜した傾斜面である。この第2噴孔壁面62は、各噴孔入口7の外形線と長軸との交点から各噴孔出口8の外形線とを直線で結んでいる。
なお、第1傾斜角度は、第2傾斜角度よりも急である。
Each
The first nozzle
The second nozzle
The first tilt angle is steeper than the second tilt angle.
複数の噴孔5の各噴孔入口7は、クリアランス44からサック室45に流れ込む燃料流れ方向の上流側の第1半円部、クリアランス44からサック室45に流れ込む燃料流れ方向の下流側の第2半円部、および第1半円部と第2半円部とを繋ぐ矩形状部を有している。
複数の噴孔5は、各噴孔入口7の第1半円部の中心点HCC1と各噴孔出口8の円部の中心点CCとを直線で結ぶ第1仮想線CL1、および各噴孔入口7の第2半円部の中心点HCC2と各噴孔出口8の円部の中心点CCとを直線で結ぶ第2仮想線CL2を有している。
Each
The plurality of
[実施例1の作用]
次に、本実施例の燃料噴射ノズル1を備えたインジェクタの作用を図1ないし図5に基づいて簡単に説明する。
[Operation of Example 1]
Next, the operation of the injector provided with the
ここで、電磁弁のコイルへの通電が停止している場合には、ニードル2の弁部26がノズルシート面43のノズルシート16に着座しているため、ノズルシート16よりも燃料流れ方向の上流側の燃料溜まり室17およびクリアランス42とノズルシート16よりも燃料流れ方向の下流側のクリアランス44およびサック室45との連通が遮断されている。
したがって、燃料噴射ノズル1は、ニードル2が閉弁した閉弁(全閉)状態となり、複数の噴孔5の各噴孔出口8から直噴エンジンの各気筒に形成される燃焼室R内への燃料噴射が成されない。
Here, when the energization to the coil of the electromagnetic valve is stopped, the
Therefore, the
一方、ECUの制御指令により電磁弁のコイルが通電されると、コイルに磁力が発生し、アーマチャがステータコアの磁極面に引き寄せられる。これにより、電磁弁のスプールバルブが低圧ポートを開放するため、制御室内の燃料が低圧ポートを介してインジェクタの外部(燃料系の低圧側)へ流出する。これによって、制御室内の燃料圧は、リターンスプリングの付勢力等により決まるニードル開弁圧以下に素早く低下するため、ニードル2がノズルボディ3のノズルシート16から離脱(リフト)する。
On the other hand, when the coil of the solenoid valve is energized by a control command from the ECU, a magnetic force is generated in the coil, and the armature is attracted to the magnetic pole surface of the stator core. As a result, the spool valve of the solenoid valve opens the low pressure port, so that fuel in the control chamber flows out of the injector (low pressure side of the fuel system) through the low pressure port. As a result, the fuel pressure in the control chamber quickly drops below the needle opening pressure determined by the urging force of the return spring or the like, so that the
ここで、燃料の噴射初期であるニードル2のリフト量が小さい状態、つまりニードル低リフト時には、ニードル2の弁部26とノズルボディ3のノズルシート面43との間に形成されるクリアランス44の流路断面積が比較的小さく、クリアランス42からクリアランス44を通ってサック室45内に流れ込む燃料の流速が速い。
これによって、各噴孔入口7の上部周縁51で燃料流れの剥離が発生し、サック室45から各噴孔流路6内に流入した燃料は、図7(a)に示したように、各噴孔流路6の下側の側面(第2噴孔壁面62)に沿うようにして流れる。そして、各噴孔出口8からノズル中心軸(CL)に垂直な垂直面(図示左右方向)、あるいは噴孔軸(HL)方向に対してやや下向きとなる燃料噴孔方向で、直噴エンジンの燃焼室R内へ噴射される。
Here, when the amount of lift of the
As a result, separation of the fuel flow occurs at the upper
その後、制御室内の燃料圧が更に低下すると、ニードル2のリフト量がより大きくなる。そして、ニードル2のリフト量が大きい状態、つまりニードル高リフト時には、図7(b)に示したように、サック室45から各噴孔流路6内への燃料の流れ込み方向が変わり、各噴孔入口7の上部周縁51での燃料流れの剥離が少なくなる。このため、各噴孔出口8では、噴孔上部、つまり第1噴孔壁面61に沿って各噴孔流路6の下流部(噴孔出口直前)に到達した燃料流れと、噴孔下部、つまり第2噴孔壁面62に沿って各噴孔流路6の下流部(噴孔出口直前)に到達した燃料流れとが合成する角度で噴射方向が変化する(上向きになる)。
以上のように、本実施例の燃料噴射ノズル1においては、図1および図7に示したように、ニードル2の挙動(リフト量)に合わせて、燃料の噴射期間中に燃料の噴射方向が変化する。
Thereafter, when the fuel pressure in the control chamber further decreases, the lift amount of the
As described above, in the
ここで、図8に示したように、燃料の噴射初期、つまり低リフトの噴霧(ニードル低リフト時の燃料噴霧)が吸気のスワール流に流されて、燃料噴射ノズル1のノズル噴孔部4の円周方向に隣接する高リフトの噴霧(ニードル高リフト時の燃料噴霧)間の空間に配置される。このため、ニードル低リフト時の燃料噴霧とニードル高リフト時の燃料噴霧とが空間的に重ならない。これにより、ニードル低リフト時の燃料噴霧の着火からニードル高リフト時の燃料噴霧の着火までの着火遅れが長くなる。
Here, as shown in FIG. 8, the initial stage of fuel injection, that is, the low lift spray (fuel spray at the time of needle low lift) is caused to flow into the swirl flow of the intake air, and the nozzle
[実施例1の効果]
以上のように、本実施例の燃料噴射ノズル1においては、往復移動可能なニードル2と、このニードル2の弁部26が着座可能なノズルシート16を有するノズルボディ3と、このノズルボディ3のノズル噴孔部4の内外を連通する複数の噴孔5とを備えている。
複数の噴孔5は、ノズル噴孔部4の内壁で開口した各噴孔入口7からノズル噴孔部4の外壁で開口した各噴孔出口8に向かって流路断面積が次第に減少するテーパ断面形状の各噴孔流路6を備えている。また、各噴孔入口7の周縁にR形状の面取り部を設けることにより、噴孔5の流量係数を上げつつ、ノズル噴孔部4の内壁において円周方向に隣接する噴孔入口7間の距離を所定の距離分だけ離すことができるので、ニードル2の弁部26がシートするノズルシート側のノズルボディ内壁の強度を保つことができる。
[Effect of Example 1]
As described above, in the
The plurality of
また、燃料噴射ノズル1のノズルボディ3のノズル噴孔部4の内外を連通する複数の噴孔5の各噴孔入口7の長軸方向を、少なくともノズルボディ3の中心線方向に真っ直ぐに延びるノズル中心軸(CL)方向に対してスワール流と同一方向に所定の角度(θ)分だけ傾ける。すなわち、各噴孔入口7の長軸方向を、ノズル中心軸(CL)方向に対してスワール流と同一方向に角度を付けることにより、各噴孔出口8から燃焼室R内に噴射される燃料がニードル2とノズルボディ3との共通の中心軸であるノズル中心軸(CL)方向に対して斜めに噴射される。
燃料噴射初期に相当するニードル低リフト時には、各噴孔入口7の上部周縁51で燃料流れの剥離が発生し、ノズルシート16よりも燃料流れ方向の下流側の燃料流路から各噴孔入口7を介して噴孔流路6内に流入した燃料は、噴孔流路6の第2噴孔壁面62に沿うようにして各噴孔出口8から燃焼室R内に噴射される。
Further, the major axis direction of each
At the time of needle low lift corresponding to the initial stage of fuel injection, separation of the fuel flow occurs at the upper
一方、ニードル高リフト時になると、ノズルシート16よりも燃料流れ方向の下流側の燃料流路から各噴孔入口7を介して噴孔流路6内に流入する燃料の流速が小さくなり、各噴孔入口7の上部周縁51での燃料流れの剥離が少なくなるため、各噴孔出口8の手前では、噴孔流路6の第1噴孔壁面61に沿ってきた燃料流れと、噴孔流路6の第2噴孔壁面62に沿ってきた燃料流れとが合成する角度で、各噴孔出口8から燃焼室R内へ燃料が噴射される。
On the other hand, at the time of high needle lift, the flow velocity of the fuel flowing into the
そのため、ニードル2の挙動(ニードルリフト量)に合わせて、燃料の噴射期間中に各噴孔出口8から燃焼室R内へ噴射される燃料の噴射方向が変化するが、その燃料噴霧の噴射方向の変動幅は小さくなり、シリンダヘッド壁面やピストン壁面への燃料の衝突が減少する。
したがって、直噴エンジンの燃焼室壁面に付着する燃料量を減らすことができるので、スモークやHC等の有害物質を低減することができる。
Therefore, in accordance with the behavior of the needle 2 (needle lift amount), the injection direction of the fuel injected from the
Therefore, since the amount of fuel adhering to the combustion chamber wall surface of the direct injection engine can be reduced, harmful substances such as smoke and HC can be reduced.
ここで、従来の燃料噴射ノズル100においては、図15に示したように、複数の噴孔の各噴孔入口の長軸方向とノズル中心軸(CL)方向とが一致しているため、先に噴射されるニードル低リフト時の燃料噴霧(LF)とニードル高リフト時の燃料噴霧(HF)とが空間的に重なり易く、ニードル低リフト時の燃料噴霧(LF)の着火により、ニードル高リフト時の燃料噴霧(HF)も同時に着火するため、着火遅れが短くなり、且つニードル高リフト時の燃料噴霧(HF)は、燃料噴射ノズル100に近く、液滴の蒸発が完了していない領域が燃焼するため、スモーク等の有害物質が増加するという問題がある。
Here, in the conventional
本実施例の燃料噴射ノズル1においては、各噴孔入口7の長軸方向を、ノズル中心軸(CL)方向に対してスワール流と同一方向に所定の角度(θ)分だけ傾けることにより、ニードル低リフト時に、各噴孔出口8から燃焼室R内へ噴射される燃料が、燃焼室R内に生成されるスワール流に流される。
その後、ニードル2が更にリフトしたニードル高リフト時に、各噴孔出口8から燃焼室R内へ噴射される燃料噴霧(HF)間の空間に、ニードル低リフト時の燃料噴霧が配置されるため、ニードル低リフト時の燃料噴霧(LF)とニードル高リフト時の燃料噴霧(HF)とが空間的に重なり難くなる。
In the
Thereafter, when the
そのため、ニードル低リフト時の燃料噴霧(LF)の着火からニードル高リフト時の燃料噴霧(HF)の着火までの着火遅れが長くなると共に、ニードル高リフト時の燃料噴霧(HF)は、ノズルボディ3のノズル噴孔部4から遠く、燃料液滴の蒸発が進み、空気との混合が進んだ箇所から着火するため、スモークやHC等の有害物質を削減することができる。
したがって、直噴エンジンの各気筒の燃焼室Rから排出される排気エミッションの悪化を防止することができる。
Therefore, the ignition delay from the ignition of the fuel spray (LF) at the time of low needle lift to the ignition of the fuel spray (HF) at the time of high needle lift becomes long, and the fuel spray (HF) at the time of high needle lift is the nozzle body. Since the fuel droplets evaporate further from the nozzle
Accordingly, it is possible to prevent deterioration of exhaust emission discharged from the combustion chamber R of each cylinder of the direct injection engine.
[実施例2の構成]
図9および図10は、本発明を適用した燃料噴射ノズル1(実施例2)を示したものである。
ここで、実施例1と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
[Configuration of Example 2]
9 and 10 show a fuel injection nozzle 1 (Embodiment 2) to which the present invention is applied.
Here, the same reference numerals as those in the first embodiment indicate the same configuration or function, and the description thereof is omitted.
本実施例のインジェクタは、複数の噴孔5の各噴孔入口7をノズルシール34よりも燃料流れ方向の下流側の第2シール面32で覆うようにしたバルブカバードオリフィス(VCO)タイプの燃料噴射ノズル1を備えている。
複数の噴孔5は、実施例1と同様に、各噴孔流路6の噴孔軸方向の上流端で開口した各噴孔入口7、および各噴孔流路6の噴孔軸方向の下流端で開口した各噴孔出口8を備えている。
そして、燃料噴射ノズル1は、複数の噴孔5の各噴孔入口7が、ノズルシート16よりも燃料流れ方向の上流側のクリアランス42と連通するクリアランス(環状流路)44の周囲を周方向に取り囲む円錐面形状のノズルシート面43と同一平面内で開口している。各噴孔入口7は、ノズルシート16よりも燃料流れ方向の下流側のノズルシート面43で開口している。
以上のように、本実施例の燃料噴射ノズル1においては、実施例1と同様な効果を奏する。
The injector of the present embodiment is a valve-covered orifice (VCO) type fuel in which each
Similarly to the first embodiment, the plurality of
The
As described above, the
[実施例3の構成]
図11は、本発明を適用した燃料噴射ノズル1(実施例3)を示したものである。
ここで、実施例1及び2と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
[Configuration of Example 3]
FIG. 11 shows a fuel injection nozzle 1 (Embodiment 3) to which the present invention is applied.
Here, the same reference numerals as those in the first and second embodiments indicate the same configuration or function, and the description thereof will be omitted.
本実施例の各噴孔入口7は、図11(a)に示したように、互いに直交する短軸と長軸を持つ長方形状(長孔形状)の開口断面を有している。
また、本実施例の各噴孔入口7は、図11(b)に示したように、互いに直交する短軸と長軸を有し、且つ角部にアール形状部を持つ長方形状(長孔形状)の開口断面を有している。
そして、各噴孔入口7の長軸(A’−B’)方向は、ノズル中心軸(CL)方向に対して吸気のスワール流の回転方向と同一方向に所定の角度(θ)分だけ傾いている。また、各噴孔入口7の短軸(C’−D’)は、各噴孔入口7の長軸(A’−B’)に対して直交している。
以上のように、本実施例の燃料噴射ノズル1においては、実施例1及び2と同様な効果を奏する。
Each
Further, each
The major axis (A′-B ′) direction of each
As described above, the
[実施例4の構成]
図12は、本発明を適用した燃料噴射ノズル1(実施例4)を示したものである。
ここで、実施例1〜3と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
[Configuration of Example 4]
FIG. 12 shows a fuel injection nozzle 1 (Embodiment 4) to which the present invention is applied.
Here, the same reference numerals as in the first to third embodiments indicate the same configuration or function, and the description thereof is omitted.
本実施例の各噴孔入口7は、図12(a)に示したように、互いに直交する短軸と長軸を持つ半円形状(長孔形状)の開口断面を有している。
また、本実施例の各噴孔入口7は、図12(b)に示したように、互いに直交する短軸と長軸を有し、且つ角部にアール形状部を持つ楕円形状(長孔形状)の開口断面を有している。
そして、各噴孔入口7の長軸(A’−B’)方向は、ノズル中心軸(CL)方向に対して吸気のスワール流の回転方向と同一方向に所定の角度(θ)分だけ傾いている。また、各噴孔入口7の短軸(C’−D’)は、各噴孔入口7の長軸(A’−B’)に対して直交している。
以上のように、本実施例の燃料噴射ノズル1においては、実施例1〜3と同様な効果を奏する。
Each
Further, each
The major axis (A′-B ′) direction of each
As described above, the
[実施例5の構成]
図13は、本発明を適用した燃料噴射ノズル1(実施例5)を示したものである。
ここで、実施例1〜4と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
[Configuration of Example 5]
FIG. 13 shows a fuel injection nozzle 1 (Embodiment 5) to which the present invention is applied.
Here, the same reference numerals as in the first to fourth embodiments indicate the same configuration or function, and the description thereof is omitted.
複数の噴孔5は、各噴孔入口7の開口形状が、互いに直交する短軸と長軸を有する長孔形状であれば、次のようなものを採用しても良い。
図13(a)に示したような台形状の噴孔入口7を採用しても良い。
また、図13(b)に示したような長方形と2組の正方形を組み合わせた長孔形状の噴孔入口7を採用しても良い。
また、図13(c)に示したような長方形と3組の正方形を組み合わせた長孔形状の噴孔入口7を採用しても良い。
また、図13(d)に示したような長方形と2組の円を組み合わせた長孔形状の噴孔入口7を採用しても良い。
The plurality of
You may employ | adopt the trapezoidal
Moreover, you may employ | adopt the long hole-shaped
Moreover, you may employ | adopt the long hole-shaped
Moreover, you may employ | adopt the long hole-shaped
また、図13(e)に示したような2組の長方形を組み合わせた長孔形状の噴孔入口7を採用しても良い。
また、図13(f)に示したような三角(長孔)形状の噴孔入口7を採用しても良い。 これらの長孔形状の噴孔入口7は、いずれも噴孔入口7の長軸(X)方向が、図13(g)に示したように、ノズル中心軸(CL)方向に対して吸気のスワール流の回転方向と同一方向に所定の角度(θ)分だけ傾いている。また、噴孔入口7の短軸(Y)が、各噴孔入口7の長軸(X)に対して直交している。
以上のように、本実施例の燃料噴射ノズル1においては、実施例1〜4と同様な効果を奏する。
Moreover, you may employ | adopt the long hole-shaped
Moreover, you may employ | adopt the
As described above, the
[変形例]
本実施例では、本発明の燃料噴射ノズルを、サプライポンプまたはコモンレールから導入された高圧燃料を直噴エンジンの燃焼室内に直接噴射する燃料噴射ノズル1に適用して例を説明したが、本発明の燃料噴射ノズルを、列型燃料噴射ポンプや分配型燃料噴射ポンプ等の燃料噴射ポンプから燃料溜まり室の内部に直接燃料が圧送され、燃料溜まり室の燃料圧(ノズル開弁力)がスプリング(バネ)の付勢力(閉弁方向の軸力:ノズル閉弁力)よりも上回るとニードルが開弁して、直接噴射式の内燃機関(直噴エンジン)の燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射ノズルに適用しても良い。
[Modification]
In this embodiment, the fuel injection nozzle of the present invention is applied to the
本実施例では、ニードルを開閉駆動するアクチュエータとして、ニードル2と連動するコマンドピストンの直上に設けられる制御室内の燃料圧を調整(増減)し、ニードル2の開閉動作を制御するソレノイドバルブを採用しているが、ニードル2と連動するコマンドピストンの直上に設けられる制御室内の燃料圧を調整(増減)し、ニードル2の開閉動作を制御するピエゾアクチュエータを採用しても良い。
また、燃料噴射ノズル1のニードル2を、ソレノイドアクチュエータやピエゾアクチュエータの駆動力によって直接駆動しても良い。
また、ニードル2のリフト量を、ニードルリフト量が比較的小さな第1の状態と、ニードルリフト量が比較的大きな第2の状態とに変更可能なニードルリフト量可変機構を採用しても良い。
In this embodiment, a solenoid valve that adjusts (increases / decreases) the fuel pressure in the control chamber provided immediately above the command piston linked to the
Further, the
Further, a needle lift amount variable mechanism that can change the lift amount of the
本実施例では、燃料噴射ノズル1の噴孔出口から燃焼室に燃料を直接噴射する内燃機関として、ディーゼルエンジン等の直噴エンジンを採用しているが、内燃機関として、ガソリンエンジン等の直噴エンジンを採用しても良い。
また、内燃機関の気筒(シリンダ)の中心軸からノズル中心軸(CL)がオフセット配置されていても構わない。また、シリンダ中心軸方向に対してノズル中心軸(CL)方向が傾いていても良い。
In this embodiment, a direct injection engine such as a diesel engine is employed as an internal combustion engine that directly injects fuel from the nozzle hole outlet of the
Further, the nozzle central axis (CL) may be offset from the central axis of the cylinder of the internal combustion engine. Further, the nozzle central axis (CL) direction may be inclined with respect to the cylinder central axis direction.
R 燃焼室
1 燃料噴射ノズル
2 ニードル
3 ノズルボディ
5 噴孔
6 噴孔流路
7 噴孔入口
8 噴孔出口
16 ノズルシート
26 ニードルの弁部
Claims (5)
(a)ノズル中心軸(CL)方向の先端側に弁部(26)を有するニードル(2)と、
(b)このニードル(2)の弁部(26)が着座可能な環状のノズルシート(16)、およびこのノズルシート(16)よりも燃料流れ方向の下流側の内壁で噴孔入口(7)が開口した噴孔(5)を有し、
前記ニードル(2)を前記ノズル中心軸(CL)方向に往復移動可能に支持する有底筒状のノズルボディ(3)と
を備え、
前記ニードル(2)が前記ノズルシート(16)からリフトすると、前記噴孔(5)から前記燃焼室(R)内に燃料を直接噴射する燃料噴射ノズル(1)において、
前記噴孔(5)は、前記ノズルボディ(3)の内外を連通すると共に、前記噴孔入口(7)からこの噴孔入口(7)とは反対側の外壁で開口した噴孔出口(8)まで噴孔軸(HL)方向に延びる噴孔流路(6)を有し、
前記噴孔入口(7)は、互いに直交する短軸と長軸を持つ長孔形状の開口断面を有し、前記噴孔入口(7)の長軸方向が、前記ノズル中心軸(CL)方向に対して前記スワール流と同一方向に所定の角度(θ)分だけ傾いており、
前記噴孔出口(8)は、円形状の開口断面を有しており、
前記噴孔流路(6)は前記噴孔入口(7)から前記噴孔出口(8)に向かって流路断面積が次第に減少するように形成されていることを特徴とする燃料噴射ノズル。 A fuel injection nozzle (1) applied to a direct injection internal combustion engine (9 to 11) capable of generating a swirl flow in a combustion chamber (R),
(A) a needle (2) having a valve portion (26) on the tip side in the direction of the nozzle central axis (CL);
(B) An annular nozzle seat (16) on which the valve portion (26) of the needle (2) can be seated, and an injection hole inlet (7) on the inner wall on the downstream side in the fuel flow direction from the nozzle seat (16). Has an open nozzle hole (5),
A bottomed cylindrical nozzle body (3) that supports the needle (2) in a reciprocating manner in the nozzle central axis (CL) direction;
When the needle (2) is lifted from the nozzle seat (16), in the fuel injection nozzle (1) for directly injecting fuel into the combustion chamber (R) from the nozzle hole (5),
The nozzle hole (5) communicates the inside and the outside of the nozzle body (3), and the nozzle hole outlet (8) opened from the nozzle hole inlet (7) on the outer wall opposite to the nozzle hole inlet (7). ) Has a nozzle hole channel (6) extending in the nozzle hole axis (HL) direction,
The nozzle hole inlet (7) has a long hole-shaped opening cross section having a minor axis and a major axis orthogonal to each other, and the major axis direction of the nozzle hole inlet (7) is the nozzle central axis (CL) direction. Is inclined by a predetermined angle (θ) in the same direction as the swirl flow ,
The nozzle hole outlet (8) has a circular opening cross section,
The fuel injection nozzle, wherein the nozzle hole channel (6) is formed such that a channel cross-sectional area gradually decreases from the nozzle hole inlet (7) toward the nozzle hole outlet (8) .
前記長孔形状の開口断面は、長方形状の開口断面、半円形状の開口断面、または楕円形状の開口断面のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする燃料噴射ノズル。 The fuel injection nozzle (1) according to claim 1,
The fuel injection nozzle according to claim 1, wherein the elongated hole-shaped opening section includes at least one of a rectangular-shaped opening section, a semicircular-shaped opening section, and an elliptical-shaped opening section .
前記噴孔(5)は、前記ノズルボディ(3)の周方向に所定の間隔で設けられる複数の噴孔(5)であることを特徴とする燃料噴射ノズル。 The fuel injection nozzle (1) according to claim 1 or claim 2,
The fuel injection nozzle, wherein the injection holes (5) are a plurality of injection holes (5) provided at predetermined intervals in the circumferential direction of the nozzle body (3) .
前記噴孔入口(7)は、前記ノズルシート(16)よりも燃料流れ方向の上流側の燃料流路(42)と連通するサック室(45)の周囲を周方向に取り囲む球面形状のサック周壁面で開口していることを特徴とする燃料噴射ノズル。 A fuel injection nozzle (1) according to any one of claims 1 to 3,
The nozzle hole inlet (7) has a spherical sac circumference that surrounds the circumference of the sac chamber (45) communicating with the fuel flow path (42) upstream of the nozzle seat (16) in the fuel flow direction. a fuel injection nozzle which is characterized that you have opened in the wall.
前記噴孔入口(7)は、前記ノズルシート(16)よりも燃料流れ方向の上流側の燃料流路(42)と連通する環状流路(44)の周囲を周方向に取り囲む円錐面形状のシート面(43)で開口していることを特徴とする燃料噴射ノズル。
A fuel injection nozzle (1) according to any one of claims 1 to 3 ,
The nozzle hole inlet (7) has a conical surface shape surrounding the periphery of an annular flow path (44) communicating with the fuel flow path (42) upstream of the nozzle seat (16) in the fuel flow direction . A fuel injection nozzle opening at the seat surface (43) .
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