【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料噴射弁に係り、特に、筒内噴射エンジンの燃料噴射装置用の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常のエンジンにおいては、燃料の消費量の低減を図るために、空燃比（空気と燃料の質量比）を大きくすること、即ち、混合気の燃料量を希薄にして希薄燃焼とすることが有効であるとされている。しかし、混合気を希薄にすると、燃料への点火及び火炎の伝播が不安定になり、安定した燃焼ができづらい状態が生じる傾向がある。
【０００３】
エンジンの気筒内に直接燃料を噴射する直噴式の筒内噴射エンジンにおいては、成層燃焼において点火プラグ付近に混合気を集めて、希薄な混合気であっても安定した燃焼が可能になるが、成層燃焼で、点火プラグ付近に混合気を集めておくためには、点火時期のすこし前に燃料をノズルから噴射することが必要である。このため、燃料が噴射されてから点火するまでの時間が、従来の吸気ポート噴射エンジンに比べて短いので、燃料が十分に気化されない内に点火されてしまい易くなるため、これを防ぐためには、噴射時に燃料の液滴を小さくして燃料の気化を促進する必要がある。
【０００４】
前記燃料噴射弁のノズル部による燃料の微粒化の従来技術としては、特開平7−119584号公報記載の技術がある。該技術は、燃料噴射弁のノズルをスワールノズルとし、スワール発生部と噴射孔との間にサックスホールを備え、前記スワール発生部でのスワールの旋回中心線の周辺で同中心線に対して傾斜した方向に前記噴射孔を穿設し、前記スワール旋回中心線に対し直交する平面でサックホールを切断した時にできる各円孔の中心が前記噴射孔の噴射方向中心線状にほぼ位置させたものである。
【０００５】
該構成によって、サックスホール内でのスワール燃料の摩擦損失を小さくし、旋回力の強いスワール燃料を噴射孔から噴射させるものであり、スワール燃料の旋回力が強いと、燃料の微粒化が促進されるものである。前記燃料の強い旋回力に加えて、燃料噴射圧を5〜12MPa程度の高圧として燃料を噴射することにより、一層の微粒化を図っている。
【０００６】
一方、デイーゼルエンジンでは、燃料に旋回を与えずに燃料を高圧（20Mpa以上）で噴射しており、この場合には、燃料噴射弁からの燃料噴霧形状は、比較的に中実な噴霧を形成できる。
【０００７】
【発明が解決しようする課題】
しかしながら、前記の如く、燃料の噴射時に燃料に旋回を与える方式は、噴霧形状が、中空の円錐形状となり、噴霧の中心には燃料が少ない状態となる。そのために、燃料と空気が接触して混合される機会が少なく、局所的に過濃な混合気が存在し、すすを発生したり、高負荷領域で空気の利用率が低下し、出力が低くなる等の問題がある。
【０００８】
図１９は、前記の如き従来の直噴式の筒内噴射エンジン１における部分負荷時の混合気の状態を示したものであり、燃料噴射弁２０で単純に燃料に旋回を与える方式ものである。前記方式のものでは、燃料の旋回力を小さくすると噴霧３の広がり角が小さくなり、ピストンキャビティ６に衝突した燃料の一部がピストン７の上面で気化し、気化した燃料４が点火プラグ２方向へ搬送され、燃焼の安定化を助ける。しかし、ピストン７に集中して衝突した燃料の多くは、燃料液膜５を形成し、すすを発生する原因の燃料となるとの問題がある。
【０００９】
一方、図２０は、図１９と同じ従来の直噴式の筒内噴射エンジン１において、燃料の旋回力を大きくした状態を示したものである。燃料の旋回力を大きくすると、ピストン７への衝突が少なく、すすの発生を抑制できるが、噴射燃料が中空噴霧形状となるため、中心部に噴霧される燃料が少なく、かつ速度も遅いので、点火プラグ２方向へ搬送される燃料（混合気）が不足し、燃焼が不安定になる。特に、エンジン回転数Ｎが高い領域では、空気流の速度が大きくなり、噴霧燃料が流され易くなるので、噴霧速度も大きくする必要があるとの問題がある。
【００１０】
また、前記デイーゼルエンジンの如く、燃料に旋回を与えない方式では、微粒化を促進するのにさらに高圧にする必要があり、それに伴い、噴霧の速度が大きくなる。噴霧の速度が大きくなると、気筒壁面に衝突しやすくなるので、特に高負荷時にはすすを発生するとの問題がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、筒内噴射エンジンが燃料の希薄燃焼（空燃比20〜50程度）であっても点火を良好にすると共に、すすの排出を抑制し、かつ、高回転時の燃焼安定性を実現する燃料噴射弁を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明の第１の基本的な燃料噴射弁の一態様は、エンジンの筒内に直接燃料を噴射するものであって、ノズル部に弁体、弁座、ノズル孔、及び、燃料案内体を備え、前記燃料案内体は、旋回強さの異なる複数の燃料旋回通路を形成し、前記複数の燃料旋回通路は、旋回強さの小さな旋回通路が旋回強さの大きな旋回通路よりノズル孔側に形成されていることを特徴としている。
【００１２】
そして、前記燃料噴射弁の具体的な態様としては、前記燃料旋回通路が、前記ノズル孔の中心軸線と交差する仮想線から所定距離オフセットされ、旋回強さの小さな旋回通路と旋回強さの大きな旋回通路とでオフセット距離を異にしている。また、前記複数の燃料旋回通路は、一つ以上の通路がノズル孔の出口方向に向けて傾斜し、前記燃料旋回通路の内側に燃料を旋回させない少なくとも一つの未旋回燃料室を形成したことを特徴とし、前記燃料案内体が、燃料を上流から下流にバイパスさせるバイパス燃料通路を有し、その通路面積を異にした複数個から成ることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の第２の基本的な燃料噴射弁の態様としては、前記燃料案内体が、前記ノズル孔の中心軸線と交差する仮想線上に形成された複数の燃料案内通路を備え、該燃料案内通路は燃料流同士が衝突すべく構成されていることを特徴としている。
更に、本発明の第３の基本的な燃料噴射弁の態様としては、前記燃料案内体が、複数のノズル孔の中心軸線と交差する仮想線上に形成された複数の燃料案内通路と複数の燃料旋回通路とを備えていることを特徴としている。
【００１４】
そして、本発明の前記基本的な燃料噴射弁の共通する具体的態様としては、前記燃料旋回通路もしくは燃料案内通路が、溝もしくは孔であり、前記弁体が、球体もしくは円錐であり、前記弁体と前記弁座のすき間の通路面積をノズル出口方向に向けて小さくし、キャビティの発生を防止していることを特徴としている。
【００１５】
前述の如く構成された本発明に係る第１の基本的な燃料噴射弁は、燃料の噴霧にあたっては、一つの燃料旋回通路により形成される燃料の噴霧広がり角が小さな噴霧を先に噴出させ、次に、他の燃料旋回通路により形成される噴霧広がり角の大きな噴霧を噴出させ、これにより、エンジンの筒内に空間的に中実な噴霧を形成することができると共に、広がり角の小さな噴霧燃料を先に、点火プラグ方向に搬送できるので、すすの排出を抑止しつつ、燃焼の安定化を図ることができる。
【００１６】
また、本発明に係る第２の基本的な燃料噴射弁は、燃料案内体の複数の燃料案内通路にオフセットを設けず、前記燃料案内体の中心を通り互いに直角に交わる仮想線上に複数の燃料案内通路を設けたので、対向する燃料案内通路から燃料を噴射して衝突させる。衝突した燃料は、中心方向に向けた速度成分をもつため、燃料噴霧の中心にも燃料が存在する中実の燃料噴霧となる。
【００１７】
更に、本発明に係る第３の基本的な燃料噴射弁は、複数の燃料案内通路により円錐噴霧を形成し、内側の噴霧は衝突により生成し、外側の噴霧は燃料旋回通路によって旋回させて生成する構成であるので、エンジンの筒内に空間的に中実な噴霧を形成することができる。噴霧の中心へ燃料が集中しすぎるのを防止するために、燃料が衝突する燃料案内通路の総断面積を燃料旋回通路の総断面積よりも小さくしている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明のエンジンの燃料噴射弁の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の筒内噴射エンジン１の制御システムを含めた全体構成を示したものである。筒内噴射エンジン１は、その気筒５１のヘッド部５０に吸気管４７と排気管４８とを接続しており、該接続部には、インテークバルブ４６とエキゾーストバルブ４９とが配置されている。前記ヘッド部５０には点火プラグ２と燃料噴射弁２０が取付けられ、前記吸気管４７の上流には電動モータ４２によって駆動される絞り弁４１が配置されると共に、該吸気管４７には、エアフロメータ４３や絞り弁開度検出計４４が取付られている。前記気筒５１内にはピストン７が上下摺動可能に配置され、該ピストン７の上面にはピストンキャビティ６が形成されている。
【００１９】
前記エンジン１の制御装置４５は、前記エアフロメータ４３や絞り弁開度検出計４４からの信号及びエンジン回転数Ｎやアクセル開度α等の信号を受けて点火時期や燃料量を計算して前記点火プラグ２や燃料噴射弁２０等に信号を出力して制御している。吸入管４７の上流からの空気は、エアフロメータ４４で計量され、絞り弁４１によって空気量を制御される。該絞り弁４１は、前記電動モータ４２によってアクセルペダル開度αに応じて制御してもよい。
【００２０】
エンジン１の部分負荷時には、燃料噴射弁２０は、燃料をピストンキャビティ６に留まるようなタイミング（圧縮行程−上死点前40〜60度）で噴射し、点火プラグ２によって点火されるが、高負荷運転時には、気筒５１内に燃料を均一に分散するタイミング（吸気行程−上死点前330〜180度程度）で噴射する。
エンジン１の運転条件は、制御装置４５で前記エアフロメータ４３の信号、エンジン回転数Ｎ、絞り弁開度４４、アクセル開度αなどによって決められ、それに応じて燃料噴射弁２０の燃料の噴射量、噴射タイミングが決定される。
【００２１】
図２は、本実施形態の燃料噴射弁２０の構成を示したものである。該燃料噴射弁２０は、燃料入口コネクタ部２７、ソレノイドコイル部２８、電気コネクタ部２９、可動コア部３０、ノズル３１付きノズル部２２から成っており、可動コア部３０の端部には球状弁体２１が配置され、該可動コア部３０はコイルスプリング２６によって弁座２５に押圧されている。前記ノズル部２２内の前記球状弁体２１の周囲には、燃料案内体２３が配置されている。ソレノイドコイル部２８に通電すると可動コア３０が励磁され、前記コイルスプリング２６の付勢力に打ち勝って前記可動コア３０を引き上げるように作用し、可動コア３０が引き上げられると前記弁体２１と前記弁座２５との間が開口する。
【００２２】
前記燃料噴射弁２０に導かれた燃料は、燃料入口コネクタ部２７の燃料通路２７ａより内部に供給され、燃料案内体２３、弁体２１と弁座２５との間を介してノズル３１よりエンジン１の燃焼室内に直接噴射される。
前記弁体２１は、通常、スプリング２６の付勢力と燃料の流体圧力（5Mpa以上）によって弁座部２５に押え付けられて燃料のノズル３１からの噴出を止めている。前記電気コネクタ部２９を介して１００ボルト程度の電流を入力して、ソレノイド部２８に電流を流すと、該ソレノイド部２８によって発生した電磁力により弁体２３を引き上げる。ストッパ２４によって引き上げる位置を一定にすることができ、燃料の計量精度を高めている。
【００２３】
このように、ソレノイドコイル部２８の電圧のオン−オフによって、弁体２１の弁座２５からの開閉を制御し、ノズル３１から噴射される燃料の噴射量を制御できる。ソレノイドコイル部２８に加える電流は、その応答性の向上を図るため初めに多くの電流を流し、その後ソレノイドの発熱を防止するために、電流を低くするような制御が望ましい。
【００２４】
図３は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する図２の前記燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第１の例を示したもので、（ａ）は横断面、（ｂ）は縦断面を示している。該燃料案内体２３は、概略筒状をしており、内部中心に弁体２１を案内する弁体案内孔３５を備えると共に、その周囲には燃料案内通路面３６を備えている。前記燃料案内体２３の中心を通り互いに直角に交わる仮想線Ｘ−Ｘ，Ｙ−Ｙに平行に燃料旋回孔３３ｂと燃料旋回溝３４ａとが形成されている。該燃料旋回孔３３ｂと燃料旋回溝３４ａとは燃料に旋回を与えるものであり、燃料の噴霧角度を広げ、燃料の微粒化を図るものである。
【００２５】
燃料旋回溝３４ａのオフセット量Ｌ１は、燃料旋回孔３３ｂのオフセット量Ｌ２に比べて小さくし、かつ、燃料旋回溝３４ａの開口部をノズル３１に近い下部位置とする。このような構成により、燃料の噴霧にあたっては、燃料旋回溝３４ａにより形成される燃料の噴霧広がり角が小さな噴霧を先に噴出させ、次に、燃料旋回孔３３ｂにより形成される噴霧広がり角の大きな噴霧を噴出させることができる。これにより、空間的に中実な噴霧を形成することができると共に、広がり角の小さな噴霧燃料を先に、点火プラグ２方向に搬送できるので、すすの排出を抑止しつつ、燃焼の安定化を図ることができる。
【００２６】
図４は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料案内体２３の第２の例を示したものである。図３の第１の例においては、燃料旋回溝３４ａと燃料旋回孔３３ｂとの開口部の上下位置を異なる構造としたが、第２の例では、燃料旋回溝３４ａと燃料旋回溝３３ａとの上下位置を同じくしている。燃料旋回溝又は孔のオフセット量が小さいと噴霧の広がり角は小さく、噴霧速度が大きくなる。燃料旋回溝３４から噴出した燃料は、噴霧３ｂを形成し、燃料旋回溝３３ａから噴出した燃料は、より大きな旋回力により噴霧３ａを形成する。従来の燃料噴射弁は、噴霧３ａまたは噴霧３ｂのみの単独噴霧であり、内部に燃料のない中空噴霧である。燃料旋回溝又は孔の開口部の上下位置を変えないと、２つの旋回溝の加工を同じ面上でできるので、加工が容易であるという利点がある。
【００２７】
図５は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第３の例を示したものである。燃料旋回孔３４ｂをノズル方向を下方に斜めに形成する。一方、燃料旋回孔３３ｂの開口部は上部に位置し、オフセットＬ２を大きくする。燃料旋回孔３３ｂによって形成される噴霧は、広がり角の大きい噴霧３ａとなる。燃料旋回孔３４ｂのオフセットＬ１は、燃料旋回孔３３ｂのオフセットＬ２に比べて小さく、旋回力は少ない。かつ、ノズル方向傾斜した角度がついているので、広がり角の小さな噴霧３ｂを形成する。更に、燃料旋回孔３４を斜めに開けることにより、弁体２１の下部にそって燃料が流れやすくなり、通常の旋回ノズルで発生する弁体２１下流のキャビティを小さくする効果があり、中実化が促進される。
【００２８】
図６は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第４の例を示したものである。燃料旋回溝３３ａ、３４ａの開口部に環状溝３７を設ける。この場合、燃料旋回溝３３ａ、３４ａから旋回した燃料が噴出する前に、環状溝３７から未旋回燃料が噴出する。未旋回燃料は、燃料の圧力によって微粒化するが、噴霧広がり角の小さな噴霧を形成し、かつ、燃料旋回溝３３ａ、３４ａを通った燃料よりも先に噴出し、点火プラグ２方向へ搬送される。未旋回燃料が多すぎると、ピストン７に集中して衝突し、すすを伴う燃焼となりやすいので、部分負荷時の全噴射量の約30％程度以下とする。たとえば環状溝３７の体積を4.5mm3程度とする。
【００２９】
図７は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第５の例を示したものである。該第５の例の燃料案内体２３は、燃料旋回溝３４ａと燃料旋回孔３３ｂとは別に、バイパス通路５５、５６を設けてる。該バイパス通路５５、５６を介した燃料は旋回力が加えられずに、噴出するので、噴霧広がり角の小さな噴霧を形成できる。その周囲には燃料旋回溝３３ａと燃料旋回孔３４ｂとによって形成された噴霧が分布するので、中実化を実現できる。
【００３０】
図１０は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第６の例を示したものである。前記燃料案内体２３は、燃料旋回孔３３ｂ、３４ｂにオフセットを設けず、前記燃料案内体２３の中心を通り互いに直角に交わる仮想線Ｘ−Ｘ，Ｙ−Ｙ上に設けたものであり、対向する燃料旋回孔３３ｂ、３４ｂから燃料を流出して衝突させる。衝突した燃料は、中心方向に向けた速度成分をもつため、燃料噴霧の中心にも燃料が存在する中実の燃料噴霧となる。
【００３１】
図１１は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第７の例を示したものである。燃料旋回溝３３ａと燃料案内孔３４ｂとにより円錐噴霧を形成し、衝突によりその内側に噴霧を形成する構成である。即ち、燃料旋回溝３３ａをオフセットして燃料を旋回噴霧すると共に、燃料案内孔３４ｂを燃料案内体２３の中心を通り互いに直角に交わる仮想線Ｘ−Ｘ，Ｙ−Ｙ上に設けたものであり、対向する燃料案内孔３４ｂ、３４ｂから燃料を流出して衝突させるものである。噴霧の中心へ燃料が集中しすぎるのを防止するために、燃料が衝突する溝の総断面積を案内溝の総断面積よりも小さくする。
【００３２】
図１２は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第１の例における弁体２１を変更した中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する第８の例を示したものである。本例においては、弁体２１を円錐形状としたものであり、該円錐形状のために、弁体２１の下流にキャビティが存在しにくく、燃料噴霧体の中空化を抑止できる。円錐角αを小さくするほど噴霧角を小さく、中実度を上げることができる。
【００３３】
図１３は、中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第１の例を前記図１２の如く弁体を円錐形状としたものを示している。（ａ）に示すように弁体２１と弁座２５の間の隙間５０をノズル３１に近付くほど狭くなるようにしている。（ｃ）に示すように、ノズル３１に近付くほど隙間５０を大きくすると拡大流となり、キャビティが起こりやすくなる。キャビティが生じると、弁体２５の下流に燃料の無い中空部が生じ、噴霧も中空形状になりやすい。弁体２５との隙間５０を（ｂ）のように更に縮小流とすることにより、流れを安定化し、キャビティの発生も防止でき、噴霧を中実化できる。キャビティの抑止は噴射量の安定化にも効果がある、計量精度を向上できる利点もある。
【００３４】
図８は、本発明が実施される燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第１実施例を示したものである。バイパス通路５５の開口部を特定部位のみに設けることで、噴霧をノズル軸とは異なる方向に形成できる。更に、図９の燃料案内体２３の第２実施例に示すように、バイパス通路５５の内の特定部位のバイパス通路５５ａの面積を他のバイパス通路５５の面積と不均等にすることにより、ノズル内の速度分布を制御し、噴霧をノズル軸とは異なる方向に形成できる。燃料噴射弁２０の取付けレイアウトが制約された条件で、燃料噴射方向を自由に設定できる利点がある。かつ、ノズルを特定の方向に曲げるための加工を必要としない。
【００３５】
図１４は、本発明の第１、第２実施例と従来例とのエンジンの燃料噴射装置による燃料噴霧の噴霧広がり角に対する燃焼安定度とすすの発生度合いとの関係を示したものである。該図１４から理解されるように、噴霧の広がり角を小さくすると燃焼の安定度が中空噴霧でも向上するが、同時にすすの排出が増大する。このため、すすと燃焼安定の両立は困難なものとなるが、本実施形態では、燃料噴霧の中実化によってピストンへの噴霧燃料の集中した衝突を防止し、すすの排出を抑止しつつ、燃焼の安定化を図っている。
【００３６】
図１５は、本発明の第１、第２実施例の燃料噴射時期と点火時期とを変えた時の燃焼安定度とすすの排出特性との関係を示している。燃料噴射後30度くらいで点火をすると、燃料が安定する。これは噴射された燃料が点火プラグに到達するまでの時間と一致する。すすは、燃料の噴射時期を早めると低くなる。従来方式ではすすの増大はさらに大きい（図示せず）。これはピストンへの集中した衝突を防止できるからであるが、噴射時期をはやめすぎると燃焼が拡散してしまい、点火プラグ付近に燃料が存在しなくなり、燃焼の安定がよくない。このため、噴射時期を遅くしてもピストンに燃料が集中して衝突しない中実噴霧が有効であることが理解される。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく、設計において種々の変更ができるものである。
例えば、前記実施形態においては、燃料噴射弁の燃料案内体は、旋回強さの異なる二つの燃料旋回溝（もしくは燃料旋回孔）を備えた構成とし、旋回強さの異なる二つの燃料旋回流を同一中心軸線上に噴霧するようにしているが、前記燃料案内体に三つもしくはそれ以上の燃料旋回溝（もしくは燃料旋回孔）を位置を異にして備え、旋回強さの異なる三つもしくはそれ以上の燃料旋回流を生成するようにすることもできるものである。
【００３８】
また、前記実施形態においては、燃料噴射弁によって、燃料を横から噴射した燃料噴射装置について説明したが、図１６〜１８に示されているように、燃料噴射弁を気筒中心に設けた構成でも本発明の実施はできるものである。
即ち、図１６に示すように、エンジンの圧縮行程で燃料噴射弁２０から燃料３が噴射される場合（図１６（ａ））には、その後、可燃混合気がきた時期（図１６（ｂ））で点火プラグ２によって燃料が点火される。
【００３９】
また、図１７では、吸気行程後半に燃料噴射弁２０から噴射された燃料３（図１７（ａ））は、空気スワールにより燃料の拡散を防止しつつ、可燃混合気がきた時期（図１７（ｂ））に点火プラグ２によって点火される。この場合、燃料が噴射されてから点火までの時間が比較的長く、ピストン７への衝突も少ないので、気化が促進され、すすが少なくなりやすい。
【００４０】
更に、図１８では、吸気行程後半に燃料噴射弁２０から噴射された燃料３（図１８（ａ））は、空気タンブルにより点火プラグ２方向に搬送され、可燃混合気がきた時期（図１８（ｂ））に点火プラグ２によって点火される。この場合、燃料が噴射されてから点火までの時間が比較的長く、ピストン７への衝突も少ないので、気化が促進され、すすが少なくなりやすいが、エンジンの回転数などで点火プラグ７に混合気が到達する時間が異なるので、回転数などに応じた精密な制御が必要となる。
【００４１】
以上の説明は、成層燃焼についての説明であるが、本発明の燃料噴射装置は、エンジンの高負荷運転でも燃料噴霧の中実化が達成されることで、空気と燃料との混合が促進され、すすの排出の抑制と、高出力化が期待できる。
【００４２】
また、図３に示されている中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第１の例の如く、オフセット量Ｌ１が、オフセット量Ｌ２に比べて小さく設定されている場合には、オフセット量Ｌ１のものがオフセット量Ｌ２のものに対して燃料に加えられる旋回の強さは小さい。旋回を強くし、噴霧角を大きくして液膜の厚さを薄くすることによって、微粒化を促進して噴霧粒径を小さくすることができる。このことは、オフセット量を小さくすると、噴霧角が小さくなり、噴霧粒径が大きくなる一方、オフセット量を大きくすることによって、噴霧角が大きくなり、噴霧粒径が小さくなることを意味する。
【００４３】
リーン燃焼を安定化させるためには、点火プラグに混合気を確実に供給することが重要である。中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する前記燃料噴射弁２０の燃料案内体２３の第１の例においては、燃料の噴霧角が小さいと、粒径が大きくなり、該燃料噴霧が気筒内の空気流動の影響を受けにくく、噴霧の慣性エネルギによって点火プラグ方向に供給される。この粒径の大きな燃料噴霧は、噴霧速度を大きく保つことができ、ピストンのキャビティ上面で気化が行われ、点火プラグに到達することになるので、燃焼安定化できる。しかし、粒径の大きな噴霧が多すぎると、気化不十分となり、スモークを発生する。
【００４４】
そして、噴霧角が大きい粒径の小さい燃料噴霧は、空気流動の影響を受け易く、点火プラグには到達しづらいが、粒径が小さい故に、ピストンキャビティ上での気化が促進されることで、スモーク低減作用がある。
前記粒径の大きな燃料噴霧と、粒径の小さな燃料噴霧とを組み合わせて噴霧することで、リーン燃焼における点火の促進とスモーク低減作用との両方を可能にする燃料噴射方法が実現できる。
【００４５】
即ち、噴霧初期の粒径の大きな燃料噴霧によって点火を行い、その後、粒径の小さな主燃料噴霧をキヤビティ内に分散させ、前記点火火炎によって、粒径の小さな燃料噴霧に基づく混合気に伝播させて燃焼を行う。
このように、粒径の大きな燃料噴霧（粒径２０μ以上）を粒径の小さな燃料噴霧（粒径２０μ未満）より先に噴射し、かつ、両噴射を同一中心軸線上に行う方法とすることによって、スモークの排出を抑制しつつ、安定したリーン燃焼を可能とする。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明のエンジンの燃料噴射弁は、燃料噴射弁の燃料噴霧形状が中実で、かつ、速度の小さい噴霧を形成することにより、筒内噴射エンジン内でのすすの排出を抑制しつつ、希薄燃焼（空燃比２０〜５０程度）を実現する。更に、該筒内噴射エンジンでの高負荷運転時においても、すすの排出を抑制し、該エンジンの出力の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が適用される燃料噴射弁を備えた筒内噴射エンジンの全体構成図。
【図２】 本発明が適用される燃料噴射装置の燃料噴射弁の縦断面図。
【図３】 中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する図２の燃料噴射弁のノズル部の燃料案内体の第１の例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図。
【図４】 中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第２の例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面の燃料噴霧の半径方向の流量分布図。
【図５】 中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第３の例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。
【図６】 中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第４の例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。
【図７】 中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第５の例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。
【図８】 本発明による偏向した中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第１実施例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図。
【図９】 本発明による偏向した中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第２実施例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図。
【図１０】 中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第６の例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。
【図１１】 中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第７の例で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。
【図１２】 中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第１の例において弁体を円錐形状に変更したもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は燃料噴霧の半径方向の流量分布図。
【図１３】 中空噴霧もしくは中空噴霧と中実噴霧を形成する燃料噴射弁の燃料案内体の第１の例において弁体を円錐形状に変更したもので、（ａ）（ｂ）は燃料噴霧状態を示す縦断面図、（ｃ）は参考例であって、燃料噴霧状態を示す縦断面図。
【図１４】 本発明と従来例との燃料噴霧の噴霧広がり角に対する燃焼安定度とすすの発生度合いとの関係図。
【図１５】 本発明が適用された燃料噴射弁を用いた内燃機関の燃料噴射時期と点火時期に対する燃焼安定度あるいはすす排出特性を示す図であって、（ａ）は燃焼安定度を示す図、（ｂ）はすす特性を示す図。
【図１６】 本発明が適用された燃料噴射弁を用いた内燃機関の他の実施形態を示すものであって燃焼噴射弁を筒体センタに配置した図であって、（ａ）（ｂ）は燃料噴射時及び点火時を示す図。
【図１７】 本発明が適用された燃料噴射弁を用いた内燃機関の更に他の実施形態を示すものであって燃焼噴射弁を筒体センタに配置した図であって、（ａ）（ｂ）は燃料噴射時及び点火時を示す図。
【図１８】 本発明が適用された燃料噴射弁を用いた内燃機関の更に他の実施形態を示すものであって燃焼噴射弁を筒体センタに配置した図であって、（ａ）（ｂ）は燃料噴射時及び点火時を示す図。
【図１９】 従来の筒内噴射の燃料噴射弁における燃料噴射時の気筒内混合気状態を示す図。
【図２０】 従来の筒内噴射の燃料噴射弁における燃料噴射時の気筒内混合気状態の説明図。
【符号の説明】
２０…燃料噴射弁、２１…弁体、２２…ノズル部、２３…燃料案内体、２５…弁座、２６…コイルスプリング、２７…燃料入口コネクタ部、２８…ソレノイドコイル部、２９…電気コネクタ部、３０…可動コア部、３３ａ…燃料旋回溝、３３ｂ…燃料旋回孔、３４ａ…燃料旋回溝、３４ｂ…燃料旋回孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides an engine Related to fuel injection valve In particular, the present invention relates to a fuel injection valve for a fuel injection device of a direct injection engine.
[0002]
[Prior art]
In a normal engine, in order to reduce fuel consumption, it is effective to increase the air-fuel ratio (mass ratio of air to fuel), that is, to make lean combustion by diluting the amount of fuel in the mixture. It is said that. However, when the air-fuel mixture is diluted, the ignition of the fuel and the propagation of the flame become unstable and stable combustion occurs. Hard to do The condition tends to arise.
[0003]
In a direct injection type in-cylinder injection engine that injects fuel directly into the cylinder of the engine, air-fuel mixture is collected near the spark plug in stratified combustion, and stable combustion is possible even with a lean air-fuel mixture, In order to collect the air-fuel mixture in the vicinity of the spark plug in stratified combustion, it is necessary to inject fuel from the nozzle before the ignition timing. For this reason, since the time from fuel injection to ignition is shorter than that of a conventional intake port injection engine, the fuel is likely to be ignited before it is sufficiently vaporized. It is necessary to promote fuel vaporization by making the fuel droplets smaller during injection.
[0004]
As a conventional technique for atomizing fuel by the nozzle portion of the fuel injection valve, there is a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-119584. The technology uses a nozzle of a fuel injection valve as a swirl nozzle, has a sax hole between the swirl generating part and the injection hole, and is inclined with respect to the same center line around the swirling center line of the swirl generating part. The center of each circular hole formed when the sack hole is cut in a plane perpendicular to the swirl turning center line is substantially positioned in the center line of the injection direction of the injection hole. It is.
[0005]
With this configuration, the friction loss of the swirl fuel in the sax hole is reduced, and swirl fuel having a strong turning force is injected from the injection hole. When the swirling force of the swirl fuel is strong, atomization of the fuel is promoted. Is. In addition to the strong turning force of the fuel, the fuel is injected at a high fuel injection pressure of about 5 to 12 MPa to achieve further atomization.
[0006]
On the other hand, in a diesel engine, fuel is injected at a high pressure (20 Mpa or more) without turning the fuel. In this case, the fuel spray shape from the fuel injection valve forms a relatively solid spray. it can.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, in the method in which the fuel is swirled at the time of fuel injection, the spray shape is a hollow conical shape, and there is little fuel at the center of the spray. For this reason, there is little opportunity for fuel and air to come into contact and mix, there is a locally rich mixture, soot is generated, air utilization is reduced in high load areas, and output is low. There are problems such as.
[0008]
FIG. 19 shows the state of the air-fuel mixture at the time of partial load in the conventional direct injection type in-cylinder injection engine 1 as described above, in which the fuel injection valve 20 simply turns the fuel. In the above-described system, when the swirl force of the fuel is reduced, the spread angle of the spray 3 is reduced, a part of the fuel colliding with the piston cavity 6 is vaporized on the upper surface of the piston 7, and the vaporized fuel 4 is directed to the spark plug 2 To help stabilize combustion. However, there is a problem that most of the fuel that has collided with the piston 7 forms a fuel liquid film 5 and becomes a fuel that causes soot.
[0009]
On the other hand, FIG. 20 shows a state in which the turning force of the fuel is increased in the conventional direct injection type in-cylinder injection engine 1 as in FIG. Increasing the swirling force of the fuel can reduce the collision with the piston 7 and suppress the generation of soot, but since the injected fuel has a hollow spray shape, the amount of fuel sprayed at the center is small and the speed is low. The fuel (air mixture) transported in the direction of the spark plug 2 is insufficient, and combustion becomes unstable. In particular, in a region where the engine speed N is high, there is a problem that the spraying speed needs to be increased because the speed of the air flow increases and the sprayed fuel easily flows.
[0010]
Further, in a method that does not give a swirl to the fuel as in the case of the diesel engine, it is necessary to further increase the pressure in order to promote atomization, and the spray speed increases accordingly. When the spraying speed increases, the cylinder wall easily collides, so that there is a problem that soot is generated particularly at a high load.
The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to improve ignition even when the in-cylinder injection engine is lean combustion of fuel (about 20 to 50 air-fuel ratio). In addition, it suppresses soot discharge and realizes combustion stability at high speeds. Provide fuel injection valve There is.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, one aspect of the first basic fuel injection valve of the present invention is to inject fuel directly into the cylinder of an engine, in which a valve body, a valve seat, and a nozzle hole are formed in a nozzle portion. And a fuel guide body, wherein the fuel guide body forms a plurality of fuel swirl passages having different swirl strengths, and the plurality of fuel swirl passages have a swirl path having a small swirl strength and a large swirl strength. It is characterized in that it is formed on the nozzle hole side from the swirl passage.
[0012]
As a specific aspect of the fuel injection valve, the fuel swirl passage is offset by a predetermined distance from an imaginary line intersecting the central axis of the nozzle hole, and a swirl passage having a small swirl strength and a large swirl strength The offset distance is different for the turning path. Further, the plurality of fuel swirling passages may be configured such that at least one non-swirling fuel chamber that does not swirl fuel is formed inside the fuel swirling passage so that one or more passages are inclined toward the outlet direction of the nozzle hole. The fuel guide body includes a bypass fuel passage for bypassing the fuel from upstream to downstream, and a plurality of fuel passages having different passage areas.
[0013]
Further, as a second basic fuel injection valve aspect of the present invention, the fuel guide body includes a plurality of fuel guide passages formed on a virtual line intersecting with the central axis of the nozzle hole, The guide passage is characterized in that the fuel flows are configured to collide with each other.
Furthermore, as a third basic aspect of the fuel injection valve of the present invention, the fuel guide body includes a plurality of fuel guide passages and a plurality of fuels formed on imaginary lines intersecting with the central axes of the plurality of nozzle holes. And a swirl passage.
[0014]
As a specific specific aspect common to the basic fuel injection valve of the present invention, the fuel turning passage or the fuel guide passage is a groove or a hole, the valve body is a sphere or a cone, and the valve The passage area between the body and the valve seat is reduced toward the nozzle outlet direction to prevent the generation of a cavity.
[0015]
In the first basic fuel injection valve according to the present invention configured as described above, when fuel is sprayed, a spray having a small fuel spray spread angle formed by one fuel swirl passage is ejected first, Next, a spray having a large spray spread angle formed by another fuel swirl passage is ejected, whereby a spray that is spatially solid in the cylinder of the engine can be formed, and a spray having a small spread angle is formed. Since the fuel can be transported in the direction of the spark plug first, combustion can be stabilized while suppressing soot discharge.
[0016]
Further, the second basic fuel injection valve according to the present invention provides a plurality of fuels on an imaginary line that passes through the center of the fuel guide body and intersects at right angles with each other without providing an offset in the fuel guide passages of the fuel guide body. Since the guide passage is provided, fuel is injected from the opposing fuel guide passage to cause collision. The collided fuel has a velocity component toward the central direction, so that it becomes a solid fuel spray in which fuel is also present at the center of the fuel spray.
[0017]
Furthermore, the third basic fuel injection valve according to the present invention forms a conical spray by a plurality of fuel guide passages, the inner spray is generated by a collision, and the outer spray is swirled by a fuel swirl passage. Therefore, it is possible to form a spray that is spatially solid in the cylinder of the engine. In order to prevent the fuel from concentrating too much at the center of the spray, the total cross-sectional area of the fuel guide passage where the fuel collides is made smaller than the total cross-sectional area of the fuel swirl passage.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a fuel injection valve of an engine of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an overall configuration including a control system for an in-cylinder injection engine 1 of the present embodiment. The in-cylinder injection engine 1 has an intake pipe 47 and an exhaust pipe 48 connected to the head portion 50 of the cylinder 51, and an intake valve 46 and an exhaust valve 49 are arranged at the connection portion. A spark plug 2 and a fuel injection valve 20 are attached to the head portion 50, and a throttle valve 41 driven by an electric motor 42 is disposed upstream of the intake pipe 47, and an air flow is provided in the intake pipe 47. A meter 43 and a throttle valve opening detector 44 are attached. A piston 7 is slidably disposed in the cylinder 51, and a piston cavity 6 is formed on the upper surface of the piston 7.
[0019]
The control device 45 of the engine 1 receives the signals from the air flow meter 43 and the throttle valve opening detector 44 and signals such as the engine speed N and the accelerator opening α and calculates the ignition timing and the fuel amount. Control is performed by outputting a signal to the spark plug 2, the fuel injection valve 20, or the like. Air from the upstream side of the suction pipe 47 is measured by the air flow meter 44 and the amount of air is controlled by the throttle valve 41. The throttle valve 41 may be controlled by the electric motor 42 according to the accelerator pedal opening α.
[0020]
When the engine 1 is partially loaded, the fuel injection valve 20 injects fuel at a timing (compression stroke—40 to 60 degrees before top dead center) at which the fuel stays in the piston cavity 6 and is ignited by the spark plug 2. During the load operation, the fuel is injected at a timing at which the fuel is uniformly dispersed in the cylinder 51 (intake stroke—about 330 to 180 degrees before the top dead center).
The operating condition of the engine 1 is determined by the control device 45 based on the signal of the air flow meter 43, the engine speed N, the throttle valve opening 44, the accelerator opening α, and the like, and the fuel injection amount of the fuel injection valve 20 accordingly. The injection timing is determined.
[0021]
FIG. 2 shows the configuration of the fuel injection valve 20 of the present embodiment. The fuel injection valve 20 includes a fuel inlet connector portion 27, a solenoid coil portion 28, an electrical connector portion 29, a movable core portion 30, and a nozzle portion 22 with a nozzle 31. A spherical valve is provided at the end of the movable core portion 30. A body 21 is disposed, and the movable core portion 30 is pressed against the valve seat 25 by a coil spring 26. A fuel guide body 23 is disposed around the spherical valve body 21 in the nozzle portion 22. When the solenoid coil portion 28 is energized, the movable core 30 is excited, acts to overcome the urging force of the coil spring 26 and pull up the movable core 30, and when the movable core 30 is pulled up, the valve body 21 and the valve seat. 25 is opened.
[0022]
The fuel guided to the fuel injection valve 20 is supplied to the inside from the fuel passage 27a of the fuel inlet connector portion 27, and the engine 1 from the nozzle 31 via the fuel guide 23, the valve body 21 and the valve seat 25. Directly injected into the combustion chamber.
The valve body 21 is normally pressed against the valve seat portion 25 by the urging force of the spring 26 and the fluid pressure (5 Mpa or more) of the fuel to stop the fuel from being ejected from the nozzle 31. When a current of about 100 volts is input through the electrical connector portion 29 and a current flows through the solenoid portion 28, the valve body 23 is pulled up by the electromagnetic force generated by the solenoid portion 28. The position pulled up by the stopper 24 can be made constant, and the fuel measurement accuracy is improved.
[0023]
As described above, the opening and closing of the valve body 21 from the valve seat 25 can be controlled by turning on and off the voltage of the solenoid coil section 28, and the amount of fuel injected from the nozzle 31 can be controlled. It is desirable that the current applied to the solenoid coil unit 28 is controlled so that a large amount of current flows first in order to improve the response, and then the current is lowered in order to prevent the solenoid from generating heat.
[0024]
FIG. Form a hollow spray or a hollow spray and a solid spray A first fuel guide 23 of the fuel injection valve 20 of FIG. Example (A) shows a transverse section and (b) shows a longitudinal section. The fuel guide body 23 has a substantially cylindrical shape, and has a valve body guide hole 35 for guiding the valve body 21 at the center of the inside thereof, and a fuel guide passage surface 36 around the valve body guide hole 35. A fuel swirl hole 33b and a fuel swirl groove 34a are formed in parallel to virtual lines XX and YY that pass through the center of the fuel guide 23 and intersect each other at right angles. The fuel swirl hole 33b and the fuel swirl groove 34a swirl the fuel, and widen the spray angle of the fuel to atomize the fuel.
[0025]
The offset amount L1 of the fuel swirl groove 34a is smaller than the offset amount L2 of the fuel swirl hole 33b, and the opening of the fuel swirl groove 34a is set at a lower position near the nozzle 31. With such a configuration, when spraying fuel, a spray having a small fuel spray spread angle formed by the fuel swirl groove 34a is ejected first, and then a spray spread angle formed by the fuel swirl hole 33b is large. Spray can be jetted. As a result, a spray that is spatially solid can be formed, and spray fuel with a small spread angle can be transported in the direction of the spark plug 2 first, so that the combustion is stabilized while suppressing soot discharge. Can be planned.
[0026]
FIG. Form a hollow spray or a hollow spray and a solid spray Second fuel guide 23 Example Is shown. First of FIG. Example However, in the second example, the vertical positions of the fuel swirl groove 34a and the fuel swirl groove 33a are the same. . If the offset amount of the fuel swirl groove or hole is small, the spray spread angle is small and the spray speed is large. The fuel ejected from the fuel swirl groove 34 forms the spray 3b, and the fuel ejected from the fuel swirl groove 33a forms the spray 3a with a larger swirl force. The conventional fuel injection valve is a single spray of only the spray 3a or the spray 3b, and is a hollow spray without fuel inside. If the vertical position of the fuel swirling groove or the opening of the hole is not changed, the two swirling grooves can be processed on the same surface, so that there is an advantage that the processing is easy.
[0027]
FIG. Form a hollow spray or a hollow spray and a solid spray The third fuel guide 23 of the fuel injection valve 20 Example Is shown. The fuel swirl hole 34b is formed obliquely downward in the nozzle direction. On the other hand, the opening of the fuel swirl hole 33b is located at the top, and the offset L2 is increased. The spray formed by the fuel swirl hole 33b becomes a spray 3a having a large spread angle. The offset L1 of the fuel turning hole 34b is smaller than the offset L2 of the fuel turning hole 33b, and the turning force is small. In addition, since the nozzle is inclined at an angle, the spray 3b having a small spread angle is formed. Further, by making the fuel swirl hole 34 obliquely, the fuel can easily flow along the lower portion of the valve body 21, which has the effect of reducing the cavity downstream of the valve body 21 generated by a normal swirl nozzle. Is promoted.
[0028]
FIG. Form a hollow spray or a hollow spray and a solid spray The fourth fuel guide 23 of the fuel injection valve 20 Example Is shown. An annular groove 37 is provided in the opening of the fuel turning grooves 33a, 34a. In this case, the non-swirl fuel is ejected from the annular groove 37 before the fuel swirled from the fuel swirl grooves 33a and 34a is ejected. Non-swirl fuel is atomized by the pressure of the fuel, but forms a spray with a small spray spread angle, and is ejected prior to the fuel that has passed through the fuel swirl grooves 33a and 34a, and is conveyed in the direction of the spark plug 2. The If there is too much unswivel fuel, it will collide with the piston 7 and cause combustion with soot, so it will be about 30% or less of the total injection amount at partial load. For example, the volume of the annular groove 37 is 4.5 mm Three To the extent.
[0029]
FIG. Form a hollow spray or a hollow spray and a solid spray The fifth fuel guide 23 of the fuel injection valve 20 Example Is shown. The fifth Example The fuel guide body 23 is provided with bypass passages 55 and 56 separately from the fuel swirl groove 34a and the fuel swirl hole 33b. Since the fuel passing through the bypass passages 55 and 56 is ejected without applying a turning force, a spray having a small spray spread angle can be formed. Since the spray formed by the fuel swirl groove 33a and the fuel swirl hole 34b is distributed around the periphery, solidification can be realized.
[0030]
FIG. Form a hollow spray or a hollow spray and a solid spray The fuel guide 23 of the fuel injection valve 20 6th example Is shown. The fuel guide 23 is provided on imaginary lines XX and YY that pass through the center of the fuel guide 23 and intersect each other at right angles without providing an offset to the fuel swirl holes 33b and 34b. The fuel flows out and collides with the fuel turning holes 33b and 34b. The collided fuel has a velocity component toward the central direction, so that it becomes a solid fuel spray in which fuel is also present at the center of the fuel spray.
[0031]
FIG. Form a hollow spray or a hollow spray and a solid spray The fuel guide 23 of the fuel injection valve 20 7th example Is shown. A conical spray is formed by the fuel turning groove 33a and the fuel guide hole 34b, and the spray is formed inside by a collision. That is, the fuel swirl groove 33a is offset to swirl and spray the fuel, and the fuel guide hole 34b is provided on imaginary lines XX and YY that pass through the center of the fuel guide 23 and intersect each other at right angles. The fuel flows out from the opposed fuel guide holes 34b, 34b to collide with each other. In order to prevent the fuel from concentrating too much at the center of the spray, the total cross-sectional area of the groove where the fuel collides is made smaller than the total cross-sectional area of the guide groove.
[0032]
FIG. Form a hollow spray or a hollow spray and a solid spray The fuel guide 23 of the fuel injection valve 20 First example Changed the valve body 21 Eighth example of forming a hollow spray or a hollow spray and a solid spray Is shown. This example In FIG. 2, the valve body 21 has a conical shape, and a cavity exists downstream of the valve body 21 due to the conical shape. Hard to do The hollowing of the fuel spray body can be suppressed. The smaller the cone angle α, the smaller the spray angle and the higher the solidity.
[0033]
FIG. Form a hollow spray or a hollow spray and a solid spray The fuel guide 23 of the fuel injection valve 20 First example FIG. 13 shows a valve body having a conical shape as shown in FIG. As shown in (a), the gap 50 between the valve element 21 and the valve seat 25 is made narrower as it approaches the nozzle 31. As shown in (c), when the gap 50 is increased as it gets closer to the nozzle 31, an enlarged flow is generated, and a cavity is likely to occur. When the cavity is generated, a hollow portion without fuel is generated downstream of the valve body 25, and the spray is likely to have a hollow shape. By further reducing the gap 50 with the valve body 25 as shown in (b), the flow can be stabilized, the generation of cavities can be prevented, and the spray can be made solid. The suppression of the cavity is effective in stabilizing the injection amount, and has the advantage of improving the measurement accuracy.
[0034]
FIG. The present invention is implemented The fuel guide 23 of the fuel injection valve 20 First embodiment Is shown. By providing the opening of the bypass passage 55 only at a specific portion, the spray can be formed in a direction different from the nozzle axis. Further, the fuel guide 23 shown in FIG. Second embodiment As shown in FIG. 5, by making the area of the bypass passage 55a in a specific portion of the bypass passage 55 non-uniform with the area of the other bypass passage 55, the velocity distribution in the nozzle is controlled, and the spray is defined as the nozzle axis. Can be formed in different directions. There is an advantage that the fuel injection direction can be freely set under the condition that the mounting layout of the fuel injection valve 20 is restricted. In addition, there is no need for processing for bending the nozzle in a specific direction.
[0035]
FIG. First and second embodiments of the present invention 2 shows the relationship between the combustion stability with respect to the spray spread angle of the fuel spray by the fuel injection device of the engine and the conventional example and the soot generation degree. As can be understood from FIG. 14, when the spray spread angle is reduced, the stability of combustion is improved even in the hollow spray, but at the same time the soot discharge is increased. For this reason, it is difficult to achieve both combustion stability and soot, but in this embodiment, the fuel spray is solidified to prevent the concentrated fuel spray from colliding with the piston while suppressing soot discharge. Stabilization of combustion is aimed at.
[0036]
FIG. First and second embodiments of the present invention The relationship between the combustion stability and the soot emission characteristics when the fuel injection timing and the ignition timing are changed is shown. When ignition is performed at about 30 degrees after fuel injection, the fuel becomes stable. This coincides with the time taken for the injected fuel to reach the spark plug. Soot is lowered when the fuel injection timing is advanced. In the conventional method, the increase in soot is even greater (not shown). This is because concentrated collision with the piston can be prevented. However, if the injection timing is stopped too much, the combustion diffuses and there is no fuel in the vicinity of the spark plug, and the combustion is not stable. For this reason, it is understood that a solid spray is effective in which fuel concentrates on the piston and does not collide even if the injection timing is delayed.
[0037]
Although one embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. Can be changed.
For example, in the above-described embodiment, the fuel guide body of the fuel injection valve is configured to include two fuel swirl grooves (or fuel swirl holes) having different swirl strengths, and the two fuel swirl flows having different swirl strengths. Spraying is performed on the same central axis, but the fuel guide is provided with three or more fuel swirling grooves (or fuel swirling holes) at different positions, and three or more swirling strengths are different. The above fuel swirl flow can also be generated.
[0038]
Moreover, in the said embodiment, although the fuel-injection apparatus which injected the fuel from the side with the fuel injection valve was demonstrated, it is shown by FIGS. As The present invention can also be implemented with a configuration in which the fuel injection valve is provided at the center of the cylinder.
That is, as shown in FIG. 16, when the fuel 3 is injected from the fuel injection valve 20 in the compression stroke of the engine (FIG. 16 (a)), the time when the combustible air-fuel mixture comes thereafter (FIG. 16 (b)). ), The fuel is ignited by the spark plug 2.
[0039]
In FIG. 17, the fuel 3 (FIG. 17 (a)) injected from the fuel injection valve 20 in the latter half of the intake stroke is prevented from diffusing by the air swirl and the combustible air-fuel mixture comes (see FIG. It is ignited by the spark plug 2 in b)). In this case, since the time from fuel injection to ignition is relatively long and there is little collision with the piston 7, vaporization is promoted and soot tends to be reduced.
[0040]
Further, in FIG. 18, the fuel 3 (FIG. 18 (a)) injected from the fuel injection valve 20 in the latter half of the intake stroke is conveyed in the direction of the spark plug 2 by the air tumble, and the combustible air-fuel mixture is generated (FIG. 18 ( It is ignited by the spark plug 2 in b)). In this case, since the time from fuel injection to ignition is relatively long and the collision with the piston 7 is small, vaporization is promoted and soot is likely to be reduced. Since the time required to reach is different, precise control according to the number of rotations is required.
[0041]
Although the above description is about stratified combustion, the fuel injection device of the present invention promotes the mixing of air and fuel by achieving the solidification of the fuel spray even in the high-load operation of the engine. Suppression of soot emission and high output can be expected.
[0042]
Also shown in FIG. Form a hollow spray or a hollow spray and a solid spray The fuel guide 23 of the fuel injection valve 20 First example As described above, when the offset amount L1 is set smaller than the offset amount L2, the strength of the swirl applied to the fuel is smaller for the offset amount L1 than for the offset amount L2. By strengthening the swirl and increasing the spray angle to reduce the thickness of the liquid film, atomization can be promoted and the spray particle size can be reduced. This means that when the offset amount is reduced, the spray angle is reduced and the spray particle size is increased, while by increasing the offset amount, the spray angle is increased and the spray particle size is reduced.
[0043]
In order to stabilize lean combustion, it is important to reliably supply the air-fuel mixture to the spark plug. Form a hollow spray or a hollow spray and a solid spray The fuel guide 23 of the fuel injection valve 20 First example When the fuel spray angle is small, the particle size increases, and the fuel spray is hardly affected by the air flow in the cylinder and is supplied in the direction of the spark plug by the inertia energy of the spray. This fuel spray having a large particle size can maintain a high spray rate, vaporizes on the upper surface of the cavity of the piston, and reaches the spark plug, so that combustion can be stabilized. However, when there are too many sprays with a large particle size, vaporization becomes insufficient and smoke is generated.
[0044]
Fuel spray with a small spray angle and a large particle size is easily affected by air flow and reaches the spark plug. difficult However, since the particle size is small, the vaporization on the piston cavity is promoted, and there is a smoke reduction effect.
By spraying a combination of the fuel spray having a large particle size and the fuel spray having a small particle size, a fuel injection method capable of both promoting ignition and reducing smoke in lean combustion can be realized.
[0045]
That is, ignition is performed by a fuel spray having a large particle size at the initial stage of spraying, and then the main fuel spray having a small particle size is dispersed in the cavity, and is propagated to the mixture based on the fuel spray having a small particle size by the ignition flame. And burn.
In this way, a fuel spray having a large particle size (particle size of 20 μ or more) is injected before a fuel spray having a small particle size (less than 20 μm), and both injections are performed on the same central axis. Thus, it is possible to perform stable lean combustion while suppressing smoke discharge.
[0046]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, the fuel injection valve of the engine of the present invention has a solid fuel spray shape of the fuel injection valve and forms a spray with a low speed, so that the fuel injection valve in the cylinder injection engine Lean combustion (air-fuel ratio of about 20 to 50) is realized while suppressing soot emission. Furthermore, soot discharge can be suppressed even during high-load operation of the in-cylinder injection engine, and the output of the engine can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the present invention. Apply The whole block diagram of the cylinder injection engine provided with the fuel injection valve.
FIG. 2 Apply The longitudinal cross-sectional view of the fuel injection valve of a fuel-injection apparatus.
[Fig. 3] Form a hollow spray or a hollow spray and a solid spray The fuel guide body of the nozzle part of the fuel injection valve of FIG. First example (A) is a transverse sectional view, and (b) is a longitudinal sectional view showing a fuel spray state.
[Fig. 4] Fuel injection valve that forms hollow spray or hollow spray and solid spray Of fuel guide Second example (A) is a transverse cross-sectional view, (b) is a longitudinal cross-sectional view showing a fuel spray state, and (c) is a flow distribution diagram in the radial direction of the fuel spray of the AA cross section of (b).
[Figure 5] Fuel injection valve that forms hollow spray or hollow spray and solid spray Of fuel guide Third example (A) is a transverse sectional view, (b) is a longitudinal sectional view showing a fuel spray state, and (c) is a flow distribution diagram in the radial direction of the fuel spray.
[Fig. 6] Fuel injection valve that forms hollow spray or hollow spray and solid spray Of fuel guide Fourth example (A) is a transverse sectional view, (b) is a longitudinal sectional view showing a fuel spray state, and (c) is a flow distribution diagram in the radial direction of the fuel spray.
[Fig. 7] Fuel injection valve that forms hollow spray or hollow spray and solid spray Of fuel guide 5th example (A) is a transverse sectional view, (b) is a longitudinal sectional view showing a fuel spray state, and (c) is a flow distribution diagram in the radial direction of the fuel spray.
[Fig. 8] Fuel injection valve for forming deflected hollow spray and solid spray according to the present invention Of fuel guide First embodiment (A) is a transverse sectional view, and (b) is a longitudinal sectional view showing a fuel spray state.
FIG. 9 Fuel injection valve for forming deflected hollow spray and solid spray according to the present invention Of fuel guide Second embodiment (A) is a transverse sectional view, and (b) is a longitudinal sectional view showing a fuel spray state.
FIG. 10 Fuel injection valve that forms hollow spray or hollow spray and solid spray Of fuel guide 6th example (A) is a transverse sectional view, (b) is a longitudinal sectional view showing a fuel spray state, and (c) is a flow distribution diagram in the radial direction of the fuel spray.
FIG. 11 Fuel injection valve that forms hollow spray or hollow spray and solid spray Of fuel guide 7th example (A) is a transverse sectional view, (b) is a longitudinal sectional view showing a fuel spray state, and (c) is a flow distribution diagram in the radial direction of the fuel spray.
FIG. Fuel injection valve that forms hollow spray or hollow spray and solid spray Of fuel guide First example In FIG. 2, the valve body is changed to a conical shape, (a) is a transverse sectional view, (b) is a longitudinal sectional view showing a fuel spray state, and (c) is a flow distribution diagram in the radial direction of the fuel spray.
FIG. 13 Fuel injection valve that forms hollow spray or hollow spray and solid spray Of fuel guide First example In FIG. 1, the valve body is changed to a conical shape, (a) and (b) are longitudinal sectional views showing a fuel spray state, and (c) is a reference example and a longitudinal sectional view showing a fuel spray state.
FIG. 14 is a relationship diagram between the combustion stability and the soot generation degree with respect to the spray spread angle of the fuel spray in the present invention and the conventional example.
FIG. 15 shows the present invention. Internal combustion engine using a fuel injection valve It is a figure which shows the combustion stability or soot discharge characteristic with respect to the fuel injection timing and ignition timing of this, (a) is a figure which shows combustion stability, (b) is a figure which shows a soot characteristic.
FIG. 16 shows the present invention. Internal combustion engine using a fuel injection valve It is the figure which shows other embodiment, Comprising: It is the figure which has arrange | positioned the combustion injection valve in the cylinder center, Comprising: (a) (b) is a figure which shows the time of fuel injection and ignition.
FIG. 17 shows the present invention. Internal combustion engine using a fuel injection valve FIG. 6 is a view showing still another embodiment of the present invention, in which combustion injection valves are arranged at a cylinder center, and (a) and (b) are views showing fuel injection and ignition.
FIG. 18 shows the present invention. Internal combustion engine using a fuel injection valve FIG. 6 is a view showing still another embodiment of the present invention, in which combustion injection valves are arranged at a cylinder center, and (a) and (b) are views showing fuel injection and ignition.
FIG. 19 is a view showing an in-cylinder air-fuel mixture state during fuel injection in a conventional in-cylinder fuel injection valve.
FIG. 20 is an explanatory diagram of an in-cylinder mixture state at the time of fuel injection in a conventional in-cylinder fuel injection valve.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Fuel injection valve, 21 ... Valve body, 22 ... Nozzle part, 23 ... Fuel guide body, 25 ... Valve seat, 26 ... Coil spring, 27 ... Fuel inlet connector part, 28 ... Solenoid coil part, 29 ... Electric connector part , 30 ... movable core part, 33a ... fuel turning groove, 33b ... fuel turning hole, 34a ... fuel turning groove, 34b ... fuel turning hole