JPH01273873A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関用燃料噴射弁に関し、特に筒内噴射
火花点火機関に用いて最適な燃料噴射弁、および燃料噴
射弁装着筒内噴射火花点火機関に関する。

〔従来の技術〕

筒内噴射火花点火機関の技術分野において、燃料噴射弁
および燃料噴射弁からの燃料噴射方向の特定に関し、次
のような公知技術が知られている。

特開昭６２−４８９１６号公報には、燃料噴射弁を燃焼
室内壁近傍の点火栓に近接させ、燃料噴射弁に主噴孔と
副噴孔とを設けて、副噴孔からの噴射燃料を点火栓近傍
のスワール上流側燃焼室壁面に指向させるとともに、主
噴孔からの噴射燃料をスワー゛し流と同方向に指向させ
る技術が開示されている。

この構造によれば、副噴孔からの燃料は壁面で霧化され
てから点火栓に供給されるため、着火性が向上する。主
噴孔からの燃料はスワール流に乗って拡散するため、空
気利用率の高い燃焼が可能になる。

また、特開昭６ｘ−ｘｅ７１ｉ６号公報、特開昭６２−
１２１８２７号公報、実開昭６２−８７１２７号公報、
実開昭６２〜８７１６９号公報にも、点火栓方向に向け
た副噴孔を有する燃料噴射弁構造が開示されている。

また、噴孔は一つでかつその噴孔は点火栓方向には向け
られてはいないが、噴射燃料に旋回流を与えるようにし
た筒内噴射火花点火機関用燃料噴射弁が実開昭５８−２
９１６２号公報に開示されている。

さらに、燃料噴射弁単体構造として、実開昭６１−１７
１８６９号公報には、噴射弁内で燃料に乱流を発生させ
るための傾斜溝を有し、かつ２つの噴孔を有する燃料噴
射弁が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記特開昭６２−４８９１６号公報開示
の構造では、吸気スワールか弱いと主噴孔からの燃料の
拡散が不十分となるため、空気利用率の高い良好な燃焼
が困難になる。逆に吸気スワールが強いと、副噴孔から
点火栓のスワール上流側に向けて噴射された燃料が燃焼
室壁面到達前にスワールによって運び去られる量が多く
なり、着火性が悪化する。吸気スワールの強さは１．吸
入空気量や機関の回転数によって変化するので、全運転
領域で上記空気利用率の向上と着火性の向上とを共に満
足させることは困難であった。

また、特開昭６１−１６７１１６号公報、特開昭６２−
１２１８２７号公報、実開昭６２−８７１２７号公報、
実開昭６２−８７１６９号公報開示の構造では、単に副
噴孔を設けているだけなので、副噴孔からの噴射燃料の
貫徹力が不十分であり、点火栓近傍に着火用の良好な混
合気を形成するのが実際上困難な場合が多い。

また、実開昭５８−２９１６２号公報開示のような構造
では、噴射燃料の拡散性を向上することはできるものの
、点火栓近傍への燃料噴射がとくに行われるものではな
いので、着火性の向上は期待できない。

さらに、実開昭６１−１７１８６９号公報開示の燃料噴
射弁では、傾斜溝を通過した燃料と傾斜溝を通過しない
燃料とを衝突させ、噴射前の燃料を乱流状態にしている
ので、乱流により噴射燃料の霧化の促進の可能性はある
ものの、噴射燃料に強い貫歇力は全く期待できない。し
たがってこの燃料噴射弁のいずれかの噴孔をたとえ点火
栓近傍に指向させたとしても、貫徹力が弱いため、点火
栓近傍での壁面蒸発等により良好な混合気形成は期待で
きず、着火性の向上は望めない。

本発明の目的は、筒内噴射火花点火機関において、吸気
スワールに依存せずに全運転領域について、主噴孔から
は自己拡散性の高い燃料噴射を、副噴孔からは貫徹力の
大きな燃料噴射を行い、燃焼室への燃料の拡散性の向上
と点火栓近傍への確実な燃料供給による着火性の向上と
を両立させることにある。

〔課題を解決するための手段〕

この目的に沿う本発明の燃料噴射弁は、噴射弁内に設け
られ、実質的に通過燃料の全量に対して旋回流を与える
旋回流発生手段と； 噴射弁の先端部に設けられ、前記旋回流発生手段により
旋回流の与えられた燃料が導入される円筒袋状のサック
部と； 該す、り部に穿設され、孔軸がサック部内における燃料
の旋回流の中心軸線に対して比較的小さなＩＩＪＩ斜角
をなす主噴孔と； サンク部に穿設され、孔軸がサック部内における燃料の
旋回流の中心軸ｙＡに対して前記主噴孔よりも大きな傾
斜角をなす少なくとも一個の副噴孔と； を存するものから成る。

また本発明による筒内噴射火花点火機関では、燃料噴射
弁の主噴孔がらの噴射燃料がピストン頂面方向に指向さ
れ、該主噴孔の上流側又は主噴孔自身に主噴孔からの噴
射燃料に自己拡散性を付与する手段を有し、副噴孔がら
の噴射燃料が点火栓近傍に指向されている。

〔作用〕

上記のような燃料噴射弁においては、主噴孔はサック部
内における旋回流中心軸線に対する傾斜角が小さいため
、公知の、いわゆるスワール型噴射弁と同様に、噴射燃
料中に旋回流成分が大きく残り、旋回流の遠心力により
噴射燃料は円錐状に広がり、広角噴射が行われる。この
広角噴射は、旋回流により自己拡散性の高いものである
から、吸気スワールに依存することなく燃焼室内が均質
混合気状態に近づけられ、空気利用率の高い良好な燃焼
が達成される。

副噴孔は、旋回流中心軸線に対する傾斜角が大きくされ
ているため、旋回流の遠心力は主噴孔に比べて燃料を副
噴孔から押し出す方向に多く働き、貫徹力の強い比較的
針状の噴射が行われる。

また、本発明による燃料噴射弁装着筒内噴射火花点火機
関においては、主噴孔側に自己拡散性付与手段が設けら
れているため、主噴孔からの噴射燃料には旋回流等が付
与され、自己拡散性の高い広角噴射が行われて、燃焼室
内には均質に拡散した混合気が形成される。副噴孔から
の燃料は点火栓近傍に噴射され、点火栓近傍に着火用混
合気が確実に形成される。したがって、良好に拡散した
均質混合気により空気利用率の高い燃焼が達成されると
ともに、着火性が向上される。

〔実施例〕

以下に、本発明の望ましい実施例を、図面を参照して説
明する。

第１図ないし第３図は、本発明の一実施例に係る燃料噴
射弁およびその燃料噴射弁を装着した筒内噴射火花点火
機関を示している。図において、１は筒内噴射火花点火
機関のシリンダブロック、２はシリンダポア、３はシリ
ンダヘッド、４はピストン、５はヘッドガスケットをそ
れぞれ示している。

シリンダヘッド３下面、シリンダボア２、ピストン４の
頂面６に囲まれた空間が燃焼室７として構成される。ピ
ストン４の位置Ａは、軽１１．荷時の燃料噴射開始位置
、位置Ｂは高負荷時の燃料噴射開始位置をそれぞれ示し
ている。燃焼室７には、吸気ボート８が開口し、開口部
にはバルブガイド９に支持された吸気弁１０が開閉可能
に設けられている。なお、排気弁は、図示を省略しであ
る。シリンダヘッド３下面中央部、つまり燃焼室７の上
部中央部には、点火栓１１が設けられている。燃焼室７
に向けては、燃料噴射弁１２の先端部が臨んでおり、燃
料噴射弁１２からの噴射燃料は、燃焼室７内と（図の燃
料噴霧１３）、点火栓１１近傍の障壁１５と（図の燃料
噴ｎ１４）に向けて指向されている。

燃料噴射弁１２は、第２図および第３図に示すように構
成されている。１６は、ノズルボディ、１７は図の上方
にリフトされ、シート部１８の開度を調整することによ
り燃料噴射量を制御するニードルを示している。シート
部１８の下方には、円筒袋状のサック部１９が設けられ
ている。

ニードル１７とノズルボディ１６との間は、燃料通路２
０に形成されているが、シート部１８上流側においてニ
ードル１７は拡径されており、該拡径部２１はノズルボ
ディ１６の内周面に摺接するようになっている。この拡
径部２１の外周面には、らせん状に延びるらせん溝２２
が刻設されており、らせん溝２２は拡径部２１の上下部
を連通して通過燃料の全量がこのらせん溝２２を通過で
きるようになっている。らせん溝２２は、実質的に通過
燃料の全量に対して旋回流を与えることになるので、ら
せん溝２２は本発明における旋回流発生手段を構成して
いる。

サック部１９には、一つの主噴孔２３と、少なくとも一
つの副噴孔２４とが穿設されている。サック部１９内に
は、らせん溝２２によって旋回流の与えられた燃料が導
入されるが、主噴孔２３は、その孔軸２５が、サック部
１９内における燃料の旋回流の中心軸線２６（本実施例
では噴射弁中心軸線と一致）に対して比較的小さな傾斜
角αをなすよう形成される。

この傾斜角αは、主噴孔２３からの噴射燃料１３に旋回
流の成分２７が十分に残るように設定される。

副噴孔２４は、主噴孔２３よりも孔径を小さく設定され
、その孔軸２８が、サック部１９内における燃料の旋回
流の中心軸線２６に対して上記主噴孔２３よりも大きな
傾斜角βをなすように形成されている。

、〕の傾斜角βは、副噴孔２４からの噴射燃料Ｘ４に旋
回流の成分が殆ど残らないように設定される。

主噴孔２３からの噴射燃料１３は、第１図に示すように
、燃焼室７内をピストン頂面６方向に指向される。また
、副噴孔２４からの噴射燃料１４は、点火栓１１近傍の
障壁１５に指向されており、障壁１５に当たった噴霧が
点火栓１１の着火部へと供給されるようになっている。

前記燃料噴射弁における旋回流発生手段は、次のように
構成されてもよい。

第４図に示すように、ニードル３０の途中の外周面にら
せん状に延びる突起３１を複数設け、該突起３１をノズ
ルボディ３２の内周面に摺接させるようにしてもよい。

また、第５図に示すように、ノズルボディ４０の内周面
の、ニードル４１の拡径部４２に対向する部位に、拡径
部４２上下部を連通ずるらせん状の溝４３を複数刻設し
、該らせん状溝４３に燃料を通過させるようにしてもよ
い。

また、副噴孔の数は、たとえば第６図に示すように二つ
以上としてもよい。第６図の構造においては、燃料噴射
弁５０の二つの副噴孔５１ａ、５１ｂからの噴射燃料５
２ａ、５２ｂは点火栓５３近傍で点火栓５３両側の障壁
５４ａ、５４ｂ部分に指向される。このようにすること
により点火栓５３への直撃を回避できる。

さらに、図示は省略するが、副噴孔の孔軸を、サック部
内における旋回流に対し、実質的に接線方向となるよう
に設定してもよい。このようにすることにより、後述の
旋回流の遠心力のみならず旋回流の流れ自身を副噴孔か
ら燃料を押し出す力として利用できるので、さらに貫徹
力の強い燃料噴射が可能になる。

上記のように構成された実施例装置の作用を、第１図な
いし第３図に示した装置について説明する。

燃料噴射弁１２に看いては、従来から知られているよう
に、油圧あるいは電気的に駆動されてニードル１７が上
下動され、シート部１８が開閉されて燃料通路２０の燃
料が各噴孔より噴射される。

ニードル１７が上昇すると、燃料通路２０内の高圧燃料
は、実質的にその全量がらせん溝２２を通過するので、
通過燃料全体に旋回流が生じ、旋回流の与えられた燃料
がサック部１９内に導入される。サック部１９内からは
、主噴孔２３と副噴孔２４とを通して燃料が噴射される
が、主噴孔２３の孔軸２５の旋回流中心軸線２６に対す
る傾斜角αは小さいので、主噴孔２３からの噴射燃料に
はサック部１９内における旋回流の影響があまり減衰さ
れることなく残る。

したがって、旋回流を有しながら噴射される燃料は、旋
回流による遠心力によって自己拡散性をもち、広角に広
がっていき、燃焼室７内に良好に拡散して均質な混合気
を生成する。

副噴孔２４は、その孔軸２８の旋回流中心軸線２６に対
する傾斜角βが大きく設定されているので、副噴孔２４
からの噴射燃料には、サック部１９内における旋回流成
分が殆ど乗らず、孔径が小さいこともあって、比較的針
状の噴射が行われる。そして、サック部１９内における
旋回流の遠心力は、主噴孔２３に比べ、副噴孔２４から
燃料を押し出す方向に作用する。針状噴射と旋回流遠心
力の働きとにより、副噴孔２４からの噴射燃料１４の貫
徹力が強められ、噴射燃料１４は容易に点火栓１１近傍
の障壁１５に到達する。その結果、点火栓１１の着火部
用りに良好な着火用混合気が形成され、着火性が向上さ
れる。

上記主噴孔２３からの燃料の自己拡散性と、副噴孔２４
からの燃料の貫徹力とは、共に燃料噴射弁１２自身によ
って既に得られるものであるから、吸気スワールの強さ
等には依存しない。

上記燃料噴射弁１２を用いた筒内噴射火花点火機関にお
いては、機関の高負荷時には、噴射時期を早くすること
により、主噴孔２３からの広角に噴射きれた自己拡散性
を有する燃料が燃焼室７内に十分に均質に分散され、良
好な燃焼が行われて高出力が得られる。

また、軽負荷時には、噴射時期を遅くして主噴孔２３か
らの噴射燃料の分散を比較的抑えることにより成層度の
高い燃焼を行うことができ、副噴孔２４からの貫徹力の
強い噴射燃料は確実に障壁１５に当たって点火栓１１近
傍に淀むように分散し、気中蒸発および壁面蒸発によっ
て点火栓１１周囲に良好な可燃混合気を生成するため、
着火性の安定した燃焼を行うことができる。

本発明において、筒内噴射火花点火機関に装着する燃料
噴射弁としては、第１図ないし第３図に示した燃料噴射
弁１２以外、次のような構成をとることができる。

第７図に示すように、燃料噴射弁６０のノズルボディ６
１先端のサック部６２に設けられる主噴孔６３内に、た
とえば孔内周面にらせん状溝６４を刻設することによっ
て旋回流発生手段を設け、主噴孔６３からの噴射燃料の
みに旋回流を与えて自己拡散性を高めるようにしてもよ
い。副噴孔６５は、比較的細孔に構成することにより針
状噴射を達成し、その貫徹力が強められている。

また第８図に示すように、燃料噴射弁７０の先端サック
部７１に設けられる主噴孔７２内に、下部先端部がコー
ン状に広がった分散棒７３を挿通し、主噴孔７２からの
噴射燃料がコーン状に広角に噴射されるようにしてもよ
い。副噴孔７４については、第７図と同様の構成をとれ
ばよい。

さらに、第９図に示すように、スペースが許せば、第１
図の配置に比べより燃料噴射弁８０を燃焼室８１の中央
部よりに設置することも可能である。

このような配置とすれば燃料噴射弁８０の主噴孔８２か
らの燃料噴霧８３を燃焼室８１の中央部から周囲に向け
て拡散させることができ、燃料がシリンダボア壁面に極
力つかないようにして、燃焼に伴うボアオイル膜切りを
極力抑えることが可能になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の燃料噴射弁によるときは
、吸気スワールにかかわらず、着火性の良好な、かつ十
分に拡散した均質混合気による空気利用率の高い燃焼が
容易に達成される。

また、主噴孔からの燃料は、旋回流を与えることによっ
て貫徹力が減衰されているため、軽負荷低回転特等噴射
量が少なく噴射時期の遅い時には、噴霧の到達距離が小
さく、燃料の分散が抑えられて成層度の高い燃焼を達成
できる。高負荷高回転時には、混合気の均質化により、
高出力、低燃費な機関を達成できる。

また本発明の燃料噴射弁装着筒内噴射火花点火機関にお
いては、燃焼室への燃料拡散性向上と点火栓近傍への着
火用燃料の確実な供給とを両立させることができ、安定
した着火と機関の高出力化、低燃費化を達成することが
できる。

さらに、吸気スワールを強めなくてもよいので、吸入抵
抗の低減も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る燃料噴射弁装着筒内噴
射火花点火機関の縦断面図、 第２図は第１図の燃料噴射弁の部分縦断面図、第３図は
第２図にｍ−ｍ線に沿う横断面図、第４図は別の実施例
に係る燃料噴射弁の部分縦断面図、 第５図はさらに別の実施例に係る燃料噴射弁の部分縦断
面図、 第６図は副噴孔が二つの場合の筒内噴射火花点火機関の
概略部分横断面図、 第７図は本発明の燃料噴射弁装着筒内噴射火花点火機関
に通用可能な別の実施例に係る燃料噴射弁の概略部分縦
断面図、 第８図は本発明の燃料噴射弁装着筒内噴射火花点火機関
に適用可能なさらに別の実施例に係る燃料噴射弁の概略
部分縦断面図、 第９図は燃料噴射弁の配置を変更した別の実施例に係る
燃料噴射弁装着筒内噴射火花点火機関の概略縦断面図、 である。 １・・・・・・シリンダプロ、り ２・・・・・・シリンダボア ３・・・・・・シリンダヘッド ４・・・・・・ピストン ６・・・・・・ピストン頂面 ７．８１・・・・・・燃焼室 １０・・・・・・吸気弁 １１．５３・・・・・・点火栓 １２．５０．６０．７０．８０・・・・・・燃料噴射弁
１３．１４．５２　ａ　、５２　ｂ　、８３−−燃料噴
霧１５．５４　ａ　、　５４　ｂ　−−障壁１６．３２
．４０．６１・・・・・・ノズルボディ１７．３０．４
１・・・・・・ニードル１８・・・・・・シート部 １９．６２．７１・・・・・・サック部２０・・・・・
・燃料通路 ２１．４２・・・・・・拡径部 ２２・・・・・・旋回流発生手段としてのらせん溝２３
．６３．７２．８２・・・・・・主噴孔２４．５１ａ　
、５１ｂ　、６５．７４−・−・−副噴孔２５．２８・
・・・・・孔軸 ２６・・・・・・旋回流中心軸線 ３１・・・・・・らせん突起 ４３・・・・・・らせん溝 ６４゛°°゛°°ら″！″４大溝　　　　　　　　　　
　　　　　　　。 ７３・・・・・・分散棒 第１図 第４図　　　　第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．噴射弁内に設けられ、実質的に通過燃料の全量に対
   して旋回流を与える旋回流発生手段と；噴射弁の先端部
   に設けられ、前記旋回流発生手段により旋回流の与えら
   れた燃料が導入される円筒袋状のサック部と； 該サック部に穿設され、孔軸がサック部内における燃料
   の旋回流の中心軸線に対して比較的小さな傾斜角をなす
   主噴孔と； サック部に穿設され、孔軸がサック部内における燃料の
   旋回流の中心軸線に対して前記主噴孔よりも大きな傾斜
   角をなす少なくとも一個の副噴孔と； を有することを特徴とする燃料噴射弁。
2. ２．燃料噴射弁の主噴孔からの噴射燃料がピストン頂面
   方向に指向され、該主噴孔の上流側又は主噴孔自身に主
   噴孔からの噴射燃料に自己拡散性を付与する手段を有し
   、副噴孔からの噴射燃料が点火栓近傍に指向されている
   燃料噴射弁装着筒内噴射火花点火機関。