JP2000314354A - 筒内燃料噴射装置 - Google Patents
筒内燃料噴射装置Info
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- JP2000314354A JP2000314354A JP11125554A JP12555499A JP2000314354A JP 2000314354 A JP2000314354 A JP 2000314354A JP 11125554 A JP11125554 A JP 11125554A JP 12555499 A JP12555499 A JP 12555499A JP 2000314354 A JP2000314354 A JP 2000314354A
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- valve
- fuel injection
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Abstract
(57)【要約】
【課題】筒内噴射ガソリンエンジンにあっては、希薄な
混合気を形成して安定した燃焼を実現し燃費向上や排気
ガス浄化等を図る。安定した希薄燃焼を行うには、流量
や形状においてそのバラツキがない噴霧を燃焼室に供給
する必要があり、これを達成し得る筒内燃料噴射装置用
の電磁式燃料噴射弁が必要となる。 【解決手段】スワ−ルタイプの電磁式燃料噴射弁にあっ
て、燃料に旋回を与える燃料旋回部材内の軸方向下部近
傍において上下方向に動作する弁部材のガイド部を、該
上部において上方より流入する燃料流量を一定に保つ流
体シ−ル部を各々設けた。
混合気を形成して安定した燃焼を実現し燃費向上や排気
ガス浄化等を図る。安定した希薄燃焼を行うには、流量
や形状においてそのバラツキがない噴霧を燃焼室に供給
する必要があり、これを達成し得る筒内燃料噴射装置用
の電磁式燃料噴射弁が必要となる。 【解決手段】スワ−ルタイプの電磁式燃料噴射弁にあっ
て、燃料に旋回を与える燃料旋回部材内の軸方向下部近
傍において上下方向に動作する弁部材のガイド部を、該
上部において上方より流入する燃料流量を一定に保つ流
体シ−ル部を各々設けた。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料(ガソリン)
を燃焼室内に直接噴射して燃焼させる内燃機関に係り、
特に、希薄な混合気を安定して燃焼可能な噴霧特性を生
成し得る筒内燃料噴射装置に関する。
を燃焼室内に直接噴射して燃焼させる内燃機関に係り、
特に、希薄な混合気を安定して燃焼可能な噴霧特性を生
成し得る筒内燃料噴射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】エンジンの吸気管内に燃料を噴射する吸
気管内燃料噴射装置に対して、燃焼室内に直接燃料を噴
射する筒内燃料噴射装置の普及が進んでいる。
気管内燃料噴射装置に対して、燃焼室内に直接燃料を噴
射する筒内燃料噴射装置の普及が進んでいる。
【0003】特開平6−146886号公報には、シリ
ンダに嵌挿されたピストン上面とシリンダヘッドの下面
との間に形成された燃焼室と、該シリンダの中心軸線を
含む基準面の一側で該燃焼室に開口する吸気開口端と、
該吸気開口端から上方へ延びる吸気ポ−トと、該基準面
の他側に位置するように該シリンダヘッドに形成され、
開閉弁を介して該燃焼室と連通する排気ポ−トと、該燃
焼室の該吸気ポ−ト側の側部に、噴射口を該燃焼室に臨
ませるように配置された電磁式燃料噴射弁とを備え、該
吸気ポ−トによって燃焼室内に導入される吸気流が、該
中心軸線方向に沿って該基準面の一側でシリンダヘッド
の下面からピストンの上面方向へ向かい該基準面の他側
でピストンの上面からシリンダヘッドの下面方向へ向か
う縦渦流を形成する構成とし、該縦渦流の形成を促進す
べく、該吸気ポ−トの吸気流心が該軸線方向一側半部へ
偏心されていることを特徴としている筒内噴射型内燃機
関が開示されている。
ンダに嵌挿されたピストン上面とシリンダヘッドの下面
との間に形成された燃焼室と、該シリンダの中心軸線を
含む基準面の一側で該燃焼室に開口する吸気開口端と、
該吸気開口端から上方へ延びる吸気ポ−トと、該基準面
の他側に位置するように該シリンダヘッドに形成され、
開閉弁を介して該燃焼室と連通する排気ポ−トと、該燃
焼室の該吸気ポ−ト側の側部に、噴射口を該燃焼室に臨
ませるように配置された電磁式燃料噴射弁とを備え、該
吸気ポ−トによって燃焼室内に導入される吸気流が、該
中心軸線方向に沿って該基準面の一側でシリンダヘッド
の下面からピストンの上面方向へ向かい該基準面の他側
でピストンの上面からシリンダヘッドの下面方向へ向か
う縦渦流を形成する構成とし、該縦渦流の形成を促進す
べく、該吸気ポ−トの吸気流心が該軸線方向一側半部へ
偏心されていることを特徴としている筒内噴射型内燃機
関が開示されている。
【0004】上記構成とすることにより、電磁式燃料噴
射弁を筒内噴射に最適な状態で取り付けることができる
とともに、燃焼室内に強いタンブル(縦渦)流を形成し
て、希薄燃焼でも安定して機関を運転できるようにした
というものである。
射弁を筒内噴射に最適な状態で取り付けることができる
とともに、燃焼室内に強いタンブル(縦渦)流を形成し
て、希薄燃焼でも安定して機関を運転できるようにした
というものである。
【0005】一方、筆者らが検討対象とした筒内噴射ガ
ソリンエンジンの主要構成図を図7に示す。詳細は後述
するが、該筒内噴射ガソリンエンジンに取り付けられる
電磁式燃料噴射弁は、シリンダヘッドの吸気側に30°
〜45°程度の傾斜をもって配置されており、該噴射孔
はピストン上面に設けられるキャビティ(凹み)に向け
られている。吸気弁部より導入される吸気流は、該キャ
ビティ回りを流れる旋回流として形成され、該電磁式燃
料噴射弁から噴射された燃料噴霧のシリンダ内壁面への
付着を防止するとともに、上方の点火プラグへ誘導し、
希薄燃焼でも安定して機関を運転できるように構成して
いる。この種の筒内噴射ガソリンエンジンは、負荷によ
って均質燃焼と成層燃焼を使い分けている。筆者らの実
験解析結果によると、均質燃焼では、燃焼室全体に噴霧
を拡散させて混合気の均質化を行う必要性から広角噴霧
でかつ軸対象の均一な噴霧であること、また一方、成層
燃焼では、混合気の過度の分散を防止して点火プラグ回
りに可燃混合気を導く必要性から噴霧角は狭くコンパク
トな噴霧にする必要があることがわかった。
ソリンエンジンの主要構成図を図7に示す。詳細は後述
するが、該筒内噴射ガソリンエンジンに取り付けられる
電磁式燃料噴射弁は、シリンダヘッドの吸気側に30°
〜45°程度の傾斜をもって配置されており、該噴射孔
はピストン上面に設けられるキャビティ(凹み)に向け
られている。吸気弁部より導入される吸気流は、該キャ
ビティ回りを流れる旋回流として形成され、該電磁式燃
料噴射弁から噴射された燃料噴霧のシリンダ内壁面への
付着を防止するとともに、上方の点火プラグへ誘導し、
希薄燃焼でも安定して機関を運転できるように構成して
いる。この種の筒内噴射ガソリンエンジンは、負荷によ
って均質燃焼と成層燃焼を使い分けている。筆者らの実
験解析結果によると、均質燃焼では、燃焼室全体に噴霧
を拡散させて混合気の均質化を行う必要性から広角噴霧
でかつ軸対象の均一な噴霧であること、また一方、成層
燃焼では、混合気の過度の分散を防止して点火プラグ回
りに可燃混合気を導く必要性から噴霧角は狭くコンパク
トな噴霧にする必要があることがわかった。
【0006】このような噴霧を生成するために、筆者ら
はスワ−ルタイプの電磁式燃料噴射弁を用いている。関
連する噴射弁として、特開昭60−95186号公報記
載の間欠式渦巻噴射弁が挙げられる。該噴射弁は、弁体
に設けた弁孔に針弁を挿入し針弁の弁先端部が当接する
弁孔の弁座部に噴射孔を連設し、針弁が弁孔の弁座部か
らリフトして離脱することにより開弁したときに燃料に
旋回運動を付与する渦巻噴射弁であって、前記接線通路
の近傍で弁孔と針弁間の開口面積を針弁のリフト量に応
じて増加及び減少させるようにしたもので、燃料噴霧の
角度、貫徹力(到達距離)、微粒化等の特性を針弁のリ
フト量に応じて制御するものである。
はスワ−ルタイプの電磁式燃料噴射弁を用いている。関
連する噴射弁として、特開昭60−95186号公報記
載の間欠式渦巻噴射弁が挙げられる。該噴射弁は、弁体
に設けた弁孔に針弁を挿入し針弁の弁先端部が当接する
弁孔の弁座部に噴射孔を連設し、針弁が弁孔の弁座部か
らリフトして離脱することにより開弁したときに燃料に
旋回運動を付与する渦巻噴射弁であって、前記接線通路
の近傍で弁孔と針弁間の開口面積を針弁のリフト量に応
じて増加及び減少させるようにしたもので、燃料噴霧の
角度、貫徹力(到達距離)、微粒化等の特性を針弁のリ
フト量に応じて制御するものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記したように、均質
燃焼では広く分散した噴霧が、成層燃焼ではコンパクト
な噴霧が必要となるが、このような噴霧を生成するため
に、燃料に旋回力を付与するスワ−ルタイプの電磁式燃
料噴射弁を用いている。
燃焼では広く分散した噴霧が、成層燃焼ではコンパクト
な噴霧が必要となるが、このような噴霧を生成するため
に、燃料に旋回力を付与するスワ−ルタイプの電磁式燃
料噴射弁を用いている。
【0008】スワ−ルタイプの噴霧は、大気圧下では内
部に空洞を有する中空円錐状となって噴射孔出口部の液
膜は速やかに分裂し、液滴の運動量が失われるため噴霧
の到達距離が抑制されるという特徴をもっている。一
方、加圧下では雰囲気密度の増大によって噴霧の到達距
離は抑制されるとともに、内外の圧力差によって噴霧は
しぼみ、形態としてはコンパクトな中実構造の噴霧とな
る。
部に空洞を有する中空円錐状となって噴射孔出口部の液
膜は速やかに分裂し、液滴の運動量が失われるため噴霧
の到達距離が抑制されるという特徴をもっている。一
方、加圧下では雰囲気密度の増大によって噴霧の到達距
離は抑制されるとともに、内外の圧力差によって噴霧は
しぼみ、形態としてはコンパクトな中実構造の噴霧とな
る。
【0009】本発明に係る筒内噴射ガソリンエンジン
は、均質燃焼時には広角噴霧を、成層燃焼時にはコンパ
クトな噴霧を必要としているため、このような噴霧の形
態変化を利用して安定した燃焼を実現している。このた
めに、大気圧下で安定した噴霧の生成が必須となる。す
なわち、大気圧下での噴霧形状のバラツキ、すなわち固
体バラツキやサイクルバラツキは燃焼に大きく悪影響を
与えるだけでなく、著しくは機関の運転停止(失火)に
つながるため、これを回避するために噴射弁構造の最適
化が必要になった。噴霧形状のバラツキの主要因は、ス
ワ−ル通路を構成する燃料旋回部材の内径部で数ミクロ
ンの隙間をもって動作する弁部材の不安定動作によるも
のである。すなわち、この隙間を通過する未旋回燃料の
流量バラツキを低減する必要がある。
は、均質燃焼時には広角噴霧を、成層燃焼時にはコンパ
クトな噴霧を必要としているため、このような噴霧の形
態変化を利用して安定した燃焼を実現している。このた
めに、大気圧下で安定した噴霧の生成が必須となる。す
なわち、大気圧下での噴霧形状のバラツキ、すなわち固
体バラツキやサイクルバラツキは燃焼に大きく悪影響を
与えるだけでなく、著しくは機関の運転停止(失火)に
つながるため、これを回避するために噴射弁構造の最適
化が必要になった。噴霧形状のバラツキの主要因は、ス
ワ−ル通路を構成する燃料旋回部材の内径部で数ミクロ
ンの隙間をもって動作する弁部材の不安定動作によるも
のである。すなわち、この隙間を通過する未旋回燃料の
流量バラツキを低減する必要がある。
【0010】前者の引用例では、燃焼室内に発生する強
い縦渦流と噴射弁の噴口位置との適合や燃料噴射のタイ
ミングと着火性との関連に設計上の工夫がなされている
が、噴霧形態については特別な配慮がなされていない。
一方、後者の引用例では、噴霧角や噴霧の到達距離とい
ったマクロな特性を機関の運転条件によって最適に維持
するという画期的な配慮がなされているが、噴霧の特性
をミクロな観点から取り扱われておらず、機関の希薄燃
焼の安定化についてはさほど考慮がなされているとはい
えない。
い縦渦流と噴射弁の噴口位置との適合や燃料噴射のタイ
ミングと着火性との関連に設計上の工夫がなされている
が、噴霧形態については特別な配慮がなされていない。
一方、後者の引用例では、噴霧角や噴霧の到達距離とい
ったマクロな特性を機関の運転条件によって最適に維持
するという画期的な配慮がなされているが、噴霧の特性
をミクロな観点から取り扱われておらず、機関の希薄燃
焼の安定化についてはさほど考慮がなされているとはい
えない。
【0011】本発明は、筒内噴射ガソリンエンジンに用
いるスワ−ルタイプの電磁式燃料噴射弁にあって、噴霧
の形状バラツキを低減し安定した希薄燃焼を実現するこ
とを目的としている。
いるスワ−ルタイプの電磁式燃料噴射弁にあって、噴霧
の形状バラツキを低減し安定した希薄燃焼を実現するこ
とを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】このために、本発明の筒
内燃料噴射装置は、内部に燃料の流通する燃料通路が形
成され、該燃料通路の開閉を行う弁部材と、該弁部材の
弁座部の上流側に燃料に旋回を与える燃料旋回部材と、
また、該弁座部の下流側に燃料の通過を許す燃料噴射孔
とを備え、該燃料旋回部材の内部に軸方向動作を行う該
弁部材の外壁と該燃料旋回部材の該内壁との間の隙間
が、軸方向に相異なる2ヶ所の隙間として構成されてい
る。
内燃料噴射装置は、内部に燃料の流通する燃料通路が形
成され、該燃料通路の開閉を行う弁部材と、該弁部材の
弁座部の上流側に燃料に旋回を与える燃料旋回部材と、
また、該弁座部の下流側に燃料の通過を許す燃料噴射孔
とを備え、該燃料旋回部材の内部に軸方向動作を行う該
弁部材の外壁と該燃料旋回部材の該内壁との間の隙間
が、軸方向に相異なる2ヶ所の隙間として構成されてい
る。
【0013】また、本発明の筒内燃料噴射装置は、内部
に燃料の流通する燃料通路が形成され、該燃料通路の開
閉を行う弁部材と、該弁部材の弁座部の上流側に燃料に
旋回を与える燃料旋回部材と、また、該弁座部の下流側
に燃料の通過を許す燃料噴射孔とを備え、該燃料旋回部
材の内部に軸方向動作を行う該弁部材の外壁と該燃料旋
回部材の該内壁との間の隙間が、軸方向の上部に該隙間
が大きくかつその長さが十分に長く構成され、軸方向の
下部に該隙間が十分に小さくかつその長さが短く(線接
触)構成されている。
に燃料の流通する燃料通路が形成され、該燃料通路の開
閉を行う弁部材と、該弁部材の弁座部の上流側に燃料に
旋回を与える燃料旋回部材と、また、該弁座部の下流側
に燃料の通過を許す燃料噴射孔とを備え、該燃料旋回部
材の内部に軸方向動作を行う該弁部材の外壁と該燃料旋
回部材の該内壁との間の隙間が、軸方向の上部に該隙間
が大きくかつその長さが十分に長く構成され、軸方向の
下部に該隙間が十分に小さくかつその長さが短く(線接
触)構成されている。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図1な
いし図5により説明する。図1は本発明の一実施例を示
す筒内燃料噴射装置用の電磁式燃料噴射弁1の縦断面
図、図2は弁部を拡大した要部縦断面図、図3は噴射弁
改良前の弁部を拡大した縦断面図、図4及び図5は実験
により確認された噴射特性を示す図である。各々の図を
用いて構造及び動作について説明する。
いし図5により説明する。図1は本発明の一実施例を示
す筒内燃料噴射装置用の電磁式燃料噴射弁1の縦断面
図、図2は弁部を拡大した要部縦断面図、図3は噴射弁
改良前の弁部を拡大した縦断面図、図4及び図5は実験
により確認された噴射特性を示す図である。各々の図を
用いて構造及び動作について説明する。
【0015】電磁式燃料噴射弁1は、コントロ−ルユニ
ットにより演算されたデュ−ティのON−OFF信号に
よりシ−ト部の開閉を行うことにより燃料の噴射を実施
する。磁気回路は、有底筒状のヨ−ク3、ヨ−ク3の開
口端を閉じる栓体部2aとヨ−ク3の中心部に延びる柱
状部2bとからなるコア2及びコア2に空隙を隔てて対
面するプランジャ4とからなる。柱状部2bの中心に
は、プランジャ4とロッド5と、弁部材を構成する弁体
6(本実施例ではボール形状をしているが弁の役割をす
るものであれば他の部材、他の形状でも良い)からなる
可動部4Aを、ノズル部材7に形成された燃料の通過を
許す噴射孔部8の上流側のシ−ト面9に、押圧する弾性
部材としてのスプリング10を挿入保持するための穴が
設けてある。スプリング10の上端は、セット荷重を調
整するためにコア2の中心に挿通されたスプリングアジ
ャスタ11の下端に当接している。コア2の柱状部2b
側とヨ−ク3の可動部4B側で対面する隙間部は、コイ
ル14側へ燃料が流出するのを防ぐために、両者間に機
械的に固定されたシ−ルリング12が設けられている。
磁気回路を励磁するコイル14はボビン13に巻かれ、
その外周をプラスチック材でモ−ルドされている。これ
らから成るコイル組立体15の端子17は、コア2のつ
ば部に設けた穴16に挿入されている。この端子17
は、図示しないコントロ−ルユニットの端子と結合され
ている。ヨ−ク3の有底部には、可動部4Aを受容する
プランジャ受容部18が開けられており、その下部には
さらにプランジャ受容部18より大径に形成され、スト
ッパ19及びノズル部材7を受容するノズル受容部20
がヨ−ク先端まで貫設されている。
ットにより演算されたデュ−ティのON−OFF信号に
よりシ−ト部の開閉を行うことにより燃料の噴射を実施
する。磁気回路は、有底筒状のヨ−ク3、ヨ−ク3の開
口端を閉じる栓体部2aとヨ−ク3の中心部に延びる柱
状部2bとからなるコア2及びコア2に空隙を隔てて対
面するプランジャ4とからなる。柱状部2bの中心に
は、プランジャ4とロッド5と、弁部材を構成する弁体
6(本実施例ではボール形状をしているが弁の役割をす
るものであれば他の部材、他の形状でも良い)からなる
可動部4Aを、ノズル部材7に形成された燃料の通過を
許す噴射孔部8の上流側のシ−ト面9に、押圧する弾性
部材としてのスプリング10を挿入保持するための穴が
設けてある。スプリング10の上端は、セット荷重を調
整するためにコア2の中心に挿通されたスプリングアジ
ャスタ11の下端に当接している。コア2の柱状部2b
側とヨ−ク3の可動部4B側で対面する隙間部は、コイ
ル14側へ燃料が流出するのを防ぐために、両者間に機
械的に固定されたシ−ルリング12が設けられている。
磁気回路を励磁するコイル14はボビン13に巻かれ、
その外周をプラスチック材でモ−ルドされている。これ
らから成るコイル組立体15の端子17は、コア2のつ
ば部に設けた穴16に挿入されている。この端子17
は、図示しないコントロ−ルユニットの端子と結合され
ている。ヨ−ク3の有底部には、可動部4Aを受容する
プランジャ受容部18が開けられており、その下部には
さらにプランジャ受容部18より大径に形成され、スト
ッパ19及びノズル部材7を受容するノズル受容部20
がヨ−ク先端まで貫設されている。
【0016】可動部4Aは、磁性材料製プランジャ4
と、一端がプランジャ4に接合されたロッド5とロッド
5の他端に接合された弁体6とより成るが、ロッド5の
プランジャ4側には燃料の通過を許す空洞部5Aが設け
てある。この空洞部5Aには燃料の流出口5Bが設けて
ある。また可動部4Aは、プランジャ4の外周がシ−ル
リング12に当接することでその軸方向の動きを案内さ
れるとともに、他端部に接合された弁体6がノズル部材
7の中空部の内壁21に挿入される円筒状の燃料旋回部
材22の内壁に当接することでそれぞれガイドされてい
る。ノズル部材7には、弁体6をガイドする円筒状の燃
料旋回部材22に続いて、弁体6をシ−トするシ−ト面
9が形成されており、シ−ト面9の中央には燃料の通過
を許す噴射孔8が設けられている。可動部4Aのストロ
−ク(軸上方への移動量)は、ロッド5の首部の受け面
5Cとストッパ19間の空隙の寸法で決定される。な
お、27はフィルタ−で燃料中、配管中のゴミや異物が
シ−ト側へ侵入するのを防ぐために設けられている。
と、一端がプランジャ4に接合されたロッド5とロッド
5の他端に接合された弁体6とより成るが、ロッド5の
プランジャ4側には燃料の通過を許す空洞部5Aが設け
てある。この空洞部5Aには燃料の流出口5Bが設けて
ある。また可動部4Aは、プランジャ4の外周がシ−ル
リング12に当接することでその軸方向の動きを案内さ
れるとともに、他端部に接合された弁体6がノズル部材
7の中空部の内壁21に挿入される円筒状の燃料旋回部
材22の内壁に当接することでそれぞれガイドされてい
る。ノズル部材7には、弁体6をガイドする円筒状の燃
料旋回部材22に続いて、弁体6をシ−トするシ−ト面
9が形成されており、シ−ト面9の中央には燃料の通過
を許す噴射孔8が設けられている。可動部4Aのストロ
−ク(軸上方への移動量)は、ロッド5の首部の受け面
5Cとストッパ19間の空隙の寸法で決定される。な
お、27はフィルタ−で燃料中、配管中のゴミや異物が
シ−ト側へ侵入するのを防ぐために設けられている。
【0017】ここに、本発明に係る燃料旋回部材22内
を流れる流動について図2ないし図5を用いて説明す
る。先に、噴射弁改良前の弁部の縦断面図を示す図3に
よりその流動を説明する。燃料旋回部材22には、軸方
向溝23と該軸方向溝23に繋がる径方向溝24が設け
てある。本実施例では、軸方向溝23はDカット面で形
成しているが、環状通路等他の形状であっても良い。ま
た、燃料旋回部材22の中央部には孔22aが設けてあ
り、この孔22a内をロッド5に接合された弁体6が隙
間hを介して軸方向において移動可能となるように配設
されている。加圧された燃料は、ロッド5の上方より導
入され軸方向溝23を通過した後、径方向溝24から下
流の噴射孔8に向かう。この際、燃料は径方向溝24に
て軸中心より偏心導入される。いわゆる、燃料に旋回が
付与され噴射する際の微粒化を促進する効果を加えられ
る。図に付した実線の矢印がこの旋回流を示している。
一方、孔22aの内壁面と弁体6の外壁面との隙間hを
介して、流れる燃料は径方向溝24を通らないため旋回
が付与されず下流の噴射孔8に至る。図に付した点線の
矢印がこの流れを示しており、この流れは噴射特性に悪
影響を及ぼす。いわゆる、本発明で考察する漏れ量であ
る。漏れ量ΔQは次式で与えられる。
を流れる流動について図2ないし図5を用いて説明す
る。先に、噴射弁改良前の弁部の縦断面図を示す図3に
よりその流動を説明する。燃料旋回部材22には、軸方
向溝23と該軸方向溝23に繋がる径方向溝24が設け
てある。本実施例では、軸方向溝23はDカット面で形
成しているが、環状通路等他の形状であっても良い。ま
た、燃料旋回部材22の中央部には孔22aが設けてあ
り、この孔22a内をロッド5に接合された弁体6が隙
間hを介して軸方向において移動可能となるように配設
されている。加圧された燃料は、ロッド5の上方より導
入され軸方向溝23を通過した後、径方向溝24から下
流の噴射孔8に向かう。この際、燃料は径方向溝24に
て軸中心より偏心導入される。いわゆる、燃料に旋回が
付与され噴射する際の微粒化を促進する効果を加えられ
る。図に付した実線の矢印がこの旋回流を示している。
一方、孔22aの内壁面と弁体6の外壁面との隙間hを
介して、流れる燃料は径方向溝24を通らないため旋回
が付与されず下流の噴射孔8に至る。図に付した点線の
矢印がこの流れを示しており、この流れは噴射特性に悪
影響を及ぼす。いわゆる、本発明で考察する漏れ量であ
る。漏れ量ΔQは次式で与えられる。
【0018】
【数1】
【0019】上式に示されるように、漏れ量は隙間hの
3乗に比例する。この隙間hを十分小さくすると漏れ量
は大幅に低減するが、部品の寸法管理でこれを実現する
にはサブミクロンオ−ダ−の高精度加工を必要とするの
で大幅なコスト増しを招いてしまう。また、この隙間h
は弁体である弁体6のガイド部としての機能を合わせ持
つため、寸法バラツキの影響を受けやすく弁体への固体
摩擦力の増加によってその動作が鈍化したり、著しくは
ロックして流量制御が不能となるなど設計上の配慮が多
大になる。そこで、通常この隙間hは数ミクロンから十
数ミクロンの範囲となるように設計されている。このよ
うな設計条件では、弁体6は燃料旋回部材22の孔22
a内で動きの自由度が高くなり漏れ量も大きくなってし
まう。また、ON−OFF動作による流量のバラツキも
大きくなってしまう。
3乗に比例する。この隙間hを十分小さくすると漏れ量
は大幅に低減するが、部品の寸法管理でこれを実現する
にはサブミクロンオ−ダ−の高精度加工を必要とするの
で大幅なコスト増しを招いてしまう。また、この隙間h
は弁体である弁体6のガイド部としての機能を合わせ持
つため、寸法バラツキの影響を受けやすく弁体への固体
摩擦力の増加によってその動作が鈍化したり、著しくは
ロックして流量制御が不能となるなど設計上の配慮が多
大になる。そこで、通常この隙間hは数ミクロンから十
数ミクロンの範囲となるように設計されている。このよ
うな設計条件では、弁体6は燃料旋回部材22の孔22
a内で動きの自由度が高くなり漏れ量も大きくなってし
まう。また、ON−OFF動作による流量のバラツキも
大きくなってしまう。
【0020】なお、上式は弁体中心と孔22a中心が同
心となる場合であり、最大に偏心した場合には漏れ量は
2.5倍になるので、流量バラツキに対する配慮が一層
必要になる。
心となる場合であり、最大に偏心した場合には漏れ量は
2.5倍になるので、流量バラツキに対する配慮が一層
必要になる。
【0021】図2は、本発明に係る弁主要部の拡大断面
図をお示している。設計上の変更点は、燃料旋回部材2
2の孔22a内にガイド部とは別に相異なる隙間h2を
有する軸方向長さlの流体シ−ル部26を設けたもので
ある。この流体シ−ル部26は、ロッド5の外壁部と孔
22a間の隙間h2によって構成されるが、その軸方向
長さlはガイド長さleに比べて十分に大きく(少なく
とも10倍以上)設計されている。また、隙間h2はガ
イド部の隙間hに比べて十分に大きく(少なくとも2倍
以上)設計されており、弁体の軸方向動作に支障をきた
すことのないよう配慮されている。
図をお示している。設計上の変更点は、燃料旋回部材2
2の孔22a内にガイド部とは別に相異なる隙間h2を
有する軸方向長さlの流体シ−ル部26を設けたもので
ある。この流体シ−ル部26は、ロッド5の外壁部と孔
22a間の隙間h2によって構成されるが、その軸方向
長さlはガイド長さleに比べて十分に大きく(少なく
とも10倍以上)設計されている。また、隙間h2はガ
イド部の隙間hに比べて十分に大きく(少なくとも2倍
以上)設計されており、弁体の軸方向動作に支障をきた
すことのないよう配慮されている。
【0022】図4及び図5は、本発明に係る弁構造によ
る噴射特性を示している。図4は、弁体ストロ−クと噴
射流量の関係を示しており、実線は流体シ−ル長さが短
い(le)場合を、点線は流体シ−ル長さが短い(l)
場合をそれぞれ示している。図から明らかなように、シ
−ル長さが長い場合には弁体ストロ−クに対する流量感
度が下がっており、流量バラツキも抑えられて制御精度
を向上することができる。図5は、流体シ−ル長さと噴
霧角の関係を示しており、シ−ル長さの増大によって漏
れ量が低減され径方向溝24を通過する旋回流れが安定
化し、噴射される噴霧の角度が安定化される。
る噴射特性を示している。図4は、弁体ストロ−クと噴
射流量の関係を示しており、実線は流体シ−ル長さが短
い(le)場合を、点線は流体シ−ル長さが短い(l)
場合をそれぞれ示している。図から明らかなように、シ
−ル長さが長い場合には弁体ストロ−クに対する流量感
度が下がっており、流量バラツキも抑えられて制御精度
を向上することができる。図5は、流体シ−ル長さと噴
霧角の関係を示しており、シ−ル長さの増大によって漏
れ量が低減され径方向溝24を通過する旋回流れが安定
化し、噴射される噴霧の角度が安定化される。
【0023】戻って、図1により本噴射弁1の動作を説
明する。
明する。
【0024】噴射弁1は、電磁コイル14に与えられる
電気的なON−OFF信号により、可動部4Aを操作し
てバルブシ−ト面9の開閉を行い、それによって燃料の
噴射制御を行う。電気信号がコイル14に与えられる
と、コア2、ヨ−ク3、プランジャ4で磁気回路が形成
され、プランジャ4がコア2側に吸引される。プランジ
ャ4が移動すると、これと一体になっている弁体6も移
動してノズル部材7の弁座のシ−ト面9から離れ噴射孔
8を開放する。燃料は、図示しない燃料ポンプや燃料圧
力を調整するレギュレ−タを介して加圧調整され、フィ
ルタ27から噴射弁1の内部に流入し、コイル組立体1
5の下部通路、プランジャ4の外周部分、ストッパ19
とロッド5の隙間、燃料旋回部材22の軸方向溝23か
ら径方向溝24を通って、シ−ト部へ旋回供給され、噴
射孔8を介して噴射される。
電気的なON−OFF信号により、可動部4Aを操作し
てバルブシ−ト面9の開閉を行い、それによって燃料の
噴射制御を行う。電気信号がコイル14に与えられる
と、コア2、ヨ−ク3、プランジャ4で磁気回路が形成
され、プランジャ4がコア2側に吸引される。プランジ
ャ4が移動すると、これと一体になっている弁体6も移
動してノズル部材7の弁座のシ−ト面9から離れ噴射孔
8を開放する。燃料は、図示しない燃料ポンプや燃料圧
力を調整するレギュレ−タを介して加圧調整され、フィ
ルタ27から噴射弁1の内部に流入し、コイル組立体1
5の下部通路、プランジャ4の外周部分、ストッパ19
とロッド5の隙間、燃料旋回部材22の軸方向溝23か
ら径方向溝24を通って、シ−ト部へ旋回供給され、噴
射孔8を介して噴射される。
【0025】本実施例では燃料旋回部材22の該径方向
溝24の偏心量Ls(溝中心と軸心間距離)を大きくし
て旋回力を強めている。旋回力を強めると、噴射孔8部
で燃料の圧力エネルギ−が旋回速度エネルギ−に効果的
に置換され燃料の膜状化が進む。しかる後、中空円錐状
に噴射される。特に、本実施例では燃料旋回部材22内
の孔22aを流れる燃料を抑える流体シ−ル部26を設
けているので、径方向溝24から安定した旋回流が得ら
れるため燃料の膜状化が進む。この際、液膜は速やかに
分裂微粒化されて液滴の運動量が失われるため、到達距
離が抑制され周方向において均一に液滴が分散される。
溝24の偏心量Ls(溝中心と軸心間距離)を大きくし
て旋回力を強めている。旋回力を強めると、噴射孔8部
で燃料の圧力エネルギ−が旋回速度エネルギ−に効果的
に置換され燃料の膜状化が進む。しかる後、中空円錐状
に噴射される。特に、本実施例では燃料旋回部材22内
の孔22aを流れる燃料を抑える流体シ−ル部26を設
けているので、径方向溝24から安定した旋回流が得ら
れるため燃料の膜状化が進む。この際、液膜は速やかに
分裂微粒化されて液滴の運動量が失われるため、到達距
離が抑制され周方向において均一に液滴が分散される。
【0026】図6は本発明の第二実施例を示すものであ
る。この実施例は、弁体28の先端部の形状が円錐状を
なすものでその他の構成は第一実施例と同様である。本
実施例においても、第一実施例と同様な作用効果が得ら
れている。また、本実施例では弁座部下流の流路が徐々
に絞られる構成になるため、流れの安定化が促進され噴
射孔8からの噴霧は周方向においてより均一化されてい
る。
る。この実施例は、弁体28の先端部の形状が円錐状を
なすものでその他の構成は第一実施例と同様である。本
実施例においても、第一実施例と同様な作用効果が得ら
れている。また、本実施例では弁座部下流の流路が徐々
に絞られる構成になるため、流れの安定化が促進され噴
射孔8からの噴霧は周方向においてより均一化されてい
る。
【0027】次に、図7を用いて、筆者らが検討に用い
た筒内直噴ガソリンエンジン60についてその構成と燃
焼動作の概要を説明する。図は、エンジン回りの要部拡
大図を示している。61はスロットルバルブを内蔵する
吸入空気量制御装置で、62は吸入空気量制御装置61
を取り付ける吸気マニホ−ルドである。63はシリンダ
ヘッドで、吸気マニホ−ルド62側に吸気弁64、中央
部に点火プラグ65、吸気弁64と反対側に排気弁66
が設けられている。本発明に係る筒内燃料噴射装置用の
電磁式燃料噴射弁1は、シリンダヘッド63の吸気マニ
ホ−ルド62との結合部付近に30°〜45°傾斜して
取り付けられる。その噴射方向は、燃焼室67内のピス
トン69に設けられたキャビティ69Aに向かうように
配置されている。68はシリンダである。図中の白抜き
の矢印は吸気の流れを示しており、ハッチングの矢印は
排気ガスの流れをそれぞれ示している。
た筒内直噴ガソリンエンジン60についてその構成と燃
焼動作の概要を説明する。図は、エンジン回りの要部拡
大図を示している。61はスロットルバルブを内蔵する
吸入空気量制御装置で、62は吸入空気量制御装置61
を取り付ける吸気マニホ−ルドである。63はシリンダ
ヘッドで、吸気マニホ−ルド62側に吸気弁64、中央
部に点火プラグ65、吸気弁64と反対側に排気弁66
が設けられている。本発明に係る筒内燃料噴射装置用の
電磁式燃料噴射弁1は、シリンダヘッド63の吸気マニ
ホ−ルド62との結合部付近に30°〜45°傾斜して
取り付けられる。その噴射方向は、燃焼室67内のピス
トン69に設けられたキャビティ69Aに向かうように
配置されている。68はシリンダである。図中の白抜き
の矢印は吸気の流れを示しており、ハッチングの矢印は
排気ガスの流れをそれぞれ示している。
【0028】本ガソリンエンジンは、負荷によって燃焼
状態を以下のように制御している。部分負荷では後期筒
内噴射(圧縮行程噴射)により成層燃焼を、また、高負
荷では前記筒内噴射(吸気行程噴射)により均質燃焼を
行っている。成層燃焼では点火プラグ65近傍に濃い混
合気の層を形成させ希薄な混合気の安定燃焼を実現す
る。また、均質燃焼では燃焼室全体に混合気の均質化を
図り、予混合希薄燃焼を実現する。これらは、低燃費と
高出力を同時に実現することを狙ったものであり、筒内
燃料噴射装置用の電磁式燃料噴射弁1から噴射される噴
霧は、吸気、圧縮行程時における最適な噴射タイミング
に合わせてそれぞれ生成される。噴射信号は、図示しな
い制御ユニットがエンジンの運転情報に基づいて行う。
図は吸気行程時の燃料噴射の状況を示したもので、噴霧
燃料は燃焼室67内に均一に分散され、速度の小さい小
径液滴は、燃焼室67内の空気とすみやかに混合が促進
される。しかる後、混合気は圧縮行程で圧縮され点火プ
ラグ65にて着火され、未燃焼ガスの排出量が抑制され
た安定した希薄燃焼が実現される。
状態を以下のように制御している。部分負荷では後期筒
内噴射(圧縮行程噴射)により成層燃焼を、また、高負
荷では前記筒内噴射(吸気行程噴射)により均質燃焼を
行っている。成層燃焼では点火プラグ65近傍に濃い混
合気の層を形成させ希薄な混合気の安定燃焼を実現す
る。また、均質燃焼では燃焼室全体に混合気の均質化を
図り、予混合希薄燃焼を実現する。これらは、低燃費と
高出力を同時に実現することを狙ったものであり、筒内
燃料噴射装置用の電磁式燃料噴射弁1から噴射される噴
霧は、吸気、圧縮行程時における最適な噴射タイミング
に合わせてそれぞれ生成される。噴射信号は、図示しな
い制御ユニットがエンジンの運転情報に基づいて行う。
図は吸気行程時の燃料噴射の状況を示したもので、噴霧
燃料は燃焼室67内に均一に分散され、速度の小さい小
径液滴は、燃焼室67内の空気とすみやかに混合が促進
される。しかる後、混合気は圧縮行程で圧縮され点火プ
ラグ65にて着火され、未燃焼ガスの排出量が抑制され
た安定した希薄燃焼が実現される。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃料旋回部材内の弁体の軸方向動作を安定に維持し、か
つ燃料旋回部材の内壁と弁体間の漏れ流量を一定に抑え
ることができる。これによって、噴射流量や噴霧角のバ
ラツキが低減され、周方向において対象でしかも均一に
分散した噴霧が生成される。このような噴霧を筒内噴射
ガソリンエンジンの燃焼室に供給すると、空気との混合
が速やかに促進され希薄混合燃焼が実現され、未燃ガス
成分の排出量の低減と燃費の向上が図られる。
燃料旋回部材内の弁体の軸方向動作を安定に維持し、か
つ燃料旋回部材の内壁と弁体間の漏れ流量を一定に抑え
ることができる。これによって、噴射流量や噴霧角のバ
ラツキが低減され、周方向において対象でしかも均一に
分散した噴霧が生成される。このような噴霧を筒内噴射
ガソリンエンジンの燃焼室に供給すると、空気との混合
が速やかに促進され希薄混合燃焼が実現され、未燃ガス
成分の排出量の低減と燃費の向上が図られる。
【図1】本発明の一実施例である筒内燃料噴射装置用の
電磁式燃料噴射弁の縦断面図
電磁式燃料噴射弁の縦断面図
【図2】本発明の燃料噴射弁の先先端部分周辺の拡大断
面図
面図
【図3】改良前の弁部周辺の断面図
【図4】弁体ストロ−クと噴射流量の関係を示す図
【図5】燃料旋回部材に設けた流体シ−ル長さと噴霧角
の関係を示す図
の関係を示す図
【図6】本発明の第二実施例を示す電磁式燃料噴射弁の
先部分周辺の断面図
先部分周辺の断面図
【図7】本発明の電磁式燃料噴射弁を組み込んだ筒内噴
射ガソリンエンジンの要部拡大図
射ガソリンエンジンの要部拡大図
【符号の説明】 1…電磁式燃料噴射弁、6…弁体、8…燃料噴射孔、2
2…燃料旋回部材、23…軸方向通路、24…径方向通
路、26…流体シ−ル部。
2…燃料旋回部材、23…軸方向通路、24…径方向通
路、26…流体シ−ル部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山門 誠 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 石川 亨 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 上原 正三 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 大貫 克哉 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 Fターム(参考) 3G066 AA02 AA04 AB02 AD12 BA17 BA26 CC06U CC14 CC20 CC21 CC43 CC48 CD10 CE22 DA01
Claims (3)
- 【請求項1】内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する
電磁式燃料噴射弁であって、内部に燃料の流通する燃料
通路が形成され、前記燃料通路の開閉を行う弁部材と、
前記弁部材の弁座部の上流側に燃料に旋回を与える燃料
旋回部材と、前記弁座部の下流側に燃料の通過を許す燃
料噴射孔とを備え、前記燃料旋回部材の内部に軸方向動
作を行う前記弁部材の外壁と前記燃料旋回部材の内壁と
の間の隙間が、軸方向に相異なる2ヶ所の隙間として構
成されていることを特徴とする筒内燃料噴射装置。 - 【請求項2】内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する
電磁式燃料噴射弁であって、内部に燃料の流通する燃料
通路が形成され、前記燃料通路の開閉を行う弁部材と、
前記弁部材の弁座部の上流側に燃料に旋回を与える燃料
旋回部材と、前記弁座部の下流側に燃料の通過を許す燃
料噴射孔とを備え、前記燃料旋回部材の内部に軸方向動
作を行う前記弁部材の外壁と前記燃料旋回部材の内壁と
の間に隙間が設けられ、軸方向の上部の前記隙間が大き
く、その長さが十分に長く構成され、軸方向の下部の前
記隙間が十分に小さく、その長さが短く(線接触)構成
されていることを特徴とする筒内燃料噴射装置。 - 【請求項3】内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する
電磁式燃料噴射弁であって、内部に燃料の流通する燃料
通路が形成され、前記燃料通路の開閉を行う弁部材と、
前記弁部材の弁座部の上流側に燃料に旋回を与える燃料
旋回部材と、前記弁座部の下流側に燃料の通過を許す燃
料噴射孔とを備え、前記燃料旋回部材の内部に軸方向動
作を行う前記弁部材の外壁と前記燃料旋回部材の内壁と
の間の隙間が、軸方向の上部に前記隙間を通過する燃料
の量を一定に保つ流体シ−ル部として構成され、軸方向
の下部に前記隙間が弁部材の軸方向動作を安定して行う
ガイド部として構成されていることを特徴とする筒内燃
料噴射装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11125554A JP2000314354A (ja) | 1999-05-06 | 1999-05-06 | 筒内燃料噴射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11125554A JP2000314354A (ja) | 1999-05-06 | 1999-05-06 | 筒内燃料噴射装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000314354A true JP2000314354A (ja) | 2000-11-14 |
Family
ID=14913083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11125554A Pending JP2000314354A (ja) | 1999-05-06 | 1999-05-06 | 筒内燃料噴射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000314354A (ja) |
-
1999
- 1999-05-06 JP JP11125554A patent/JP2000314354A/ja active Pending
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