JP2011144728A - Fuel injection valve and direct injection type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料噴射弁および直接噴射式内燃機関に関する。 The present invention relates to a fuel injection valve and a direct injection internal combustion engine.
近年、燃費の向上および排気エミッションの低減を目的として、直接噴射式内燃機関の運転領域に応じて燃料噴射を段階的に実行可能な燃料噴射弁が知られている。 In recent years, for the purpose of improving fuel efficiency and reducing exhaust emission, fuel injection valves capable of executing fuel injection stepwise in accordance with the operating region of a direct injection internal combustion engine are known.
このような燃料噴射弁としては、第1および第2の噴射孔が形成されたボディと、ボディに摺動自在に収容されて第1の噴射孔を開閉する第1ニードルと、第1ニードルに摺動自在に収容されて第2の噴射孔を開閉する第2ニードルと、を備えることにより、第1および第2の噴射孔を段階的に開放可能な可変噴孔ノズル式の燃料噴射弁が特許文献1に開示されている。 Such a fuel injection valve includes a body in which first and second injection holes are formed, a first needle that is slidably received in the body and opens and closes the first injection hole, and a first needle. A variable injection hole nozzle type fuel injection valve capable of opening the first and second injection holes stepwise by including a second needle that is slidably received and opens and closes the second injection hole. It is disclosed in Patent Document 1.
また、その他本発明と関連性があると考えられる技術が特許文献2および3に開示されている。 Further, Patent Documents 2 and 3 disclose other technologies that are considered to be related to the present invention.
ディーゼル機関に代表される直接噴射式内燃機関は、ピストン頂面の中央部に凹状の燃焼室(キャビティ)を設けて、燃料噴射弁の先端部分をキャビティの中心軸、すなわちピストン(またはボア)の中心軸に一致するように設置する構成が広く採用されている。一方で、特に小径ボアの小型ディーゼル機関では、燃料噴射弁の先端部分をピストンの中心軸に一致するように設置することがレイアウト的に困難な場合がある。そこで、例えば小型の直接噴射式内燃機関においては、レイアウト性の向上を図るために燃料噴射弁の先端部分の設置位置をピストンの中心軸に対してオフセットさせて、更に、キャビティの中心軸を燃料噴射弁の先端部分の設置位置に一致させた構成が採用されることが多い。 In a direct injection internal combustion engine represented by a diesel engine, a concave combustion chamber (cavity) is provided at the center of the piston top surface, and the tip of the fuel injection valve is located at the center axis of the cavity, that is, the piston (or bore). A configuration that is installed so as to coincide with the central axis is widely adopted. On the other hand, in a small diesel engine having a small diameter bore, it may be difficult in terms of layout to install the tip portion of the fuel injection valve so as to coincide with the central axis of the piston. Therefore, for example, in a small direct injection internal combustion engine, in order to improve layout, the installation position of the tip portion of the fuel injection valve is offset with respect to the central axis of the piston, and the central axis of the cavity is further fueled. In many cases, a configuration that matches the installation position of the tip portion of the injection valve is employed.
このようなレイアウトの直接噴射式内燃機関では、燃料噴射弁の先端部分がキャビティの中心軸に一致するよう設置されているために、キャビティ内に略均一に燃料を噴射することができることから、燃焼室内での燃焼割合が高い低速・中負荷運転領域において良好な燃焼性を得ることができる。その一方で、燃料噴射弁の先端部分の設置位置がピストンの中心軸に対してオフセットされているために、ボア全体に略均一に燃料を噴射することが困難であることから、燃焼室外での燃焼割合が高い高速・高負荷運転領域においては燃焼性が悪化してしまう。 In the direct injection type internal combustion engine having such a layout, since the tip portion of the fuel injection valve is installed so as to coincide with the central axis of the cavity, fuel can be injected substantially uniformly into the cavity. Good combustibility can be obtained in a low-speed / medium-load operation region where the indoor combustion ratio is high. On the other hand, since the installation position of the tip portion of the fuel injection valve is offset with respect to the central axis of the piston, it is difficult to inject fuel substantially uniformly into the entire bore. In the high speed / high load operation region where the combustion ratio is high, the combustibility is deteriorated.
しかしながら、特許文献1の技術では、燃料噴射弁の先端部分の設置位置およびキャビティの中心軸がピストンの中心軸に対してオフセットされた場合に、直接噴射式内燃機関のボア全体に略均一に燃料を噴射することができない。このように、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することが困難である、といった問題点がある。 However, in the technique of Patent Document 1, when the installation position of the tip portion of the fuel injection valve and the central axis of the cavity are offset with respect to the central axis of the piston, the fuel is substantially uniformly distributed over the entire bore of the direct injection internal combustion engine. Can not be injected. Thus, there is a problem that it is difficult to perform appropriate fuel injection in the entire operation region of the direct injection internal combustion engine.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる燃料噴射弁および直接噴射式内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a fuel injection valve and a direct injection internal combustion engine capable of executing appropriate fuel injection in the entire operation region of the direct injection internal combustion engine. And
上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、ピストンの頂面に凹状に形成されたキャビティの中心軸が前記ピストンの中心軸に対してオフセットされた燃焼室を有する直接噴射式内燃機関の気筒内に先端部分を突出して設けられる燃料噴射弁であって、前記先端部分の同一円周上の複数方向に対して設けられ、前記キャビティの外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される第1燃料噴射孔と、前記第1燃料噴射孔と異なる前記先端部分の同一円周上の複数方向に対して設けられ、前記ピストンの外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される第2燃料噴射孔と、を備えることを特徴とする。
上記の構成により、燃料噴射弁の先端部分の設置位置およびキャビティの中心軸がピストンの中心軸に対してオフセットされた直接噴射式内燃機関において、第1燃料噴射孔からキャビティ内に略均一に燃料を噴射することができ、第2燃料噴射孔からボア全体に略均一に燃料を噴射することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる。
In order to achieve the above object, a fuel injection valve according to the present invention is a direct injection internal combustion engine having a combustion chamber in which a central axis of a cavity formed in a concave shape on the top surface of a piston is offset with respect to the central axis of the piston. A fuel injection valve provided in a cylinder of an engine by projecting a tip portion, and provided in a plurality of directions on the same circumference of the tip portion, and injecting fuel in a direction substantially equally dividing the outer periphery of the cavity A first fuel injection hole arranged in a possible manner and a plurality of directions on the same circumference of the tip portion different from the first fuel injection hole, and fuel in a direction substantially equally dividing the outer periphery of the piston And a second fuel injection hole arranged to be injectable.
With the above configuration, in the direct injection internal combustion engine in which the installation position of the tip portion of the fuel injection valve and the central axis of the cavity are offset with respect to the central axis of the piston, the fuel is substantially uniformly introduced into the cavity from the first fuel injection hole. And the fuel can be injected substantially uniformly from the second fuel injection hole to the entire bore. Therefore, appropriate fuel injection can be executed in the entire operation region of the direct injection internal combustion engine.
特に、本発明の燃料噴射弁は、前記第2燃料噴射孔が、前記第1燃料噴射孔よりも前記直接噴射式内燃機関のシリンダヘッド寄りの前記先端部分に設けられる構成とすることができる。
上記の構成により、よりキャビティに近い位置に設けられた第1燃料噴射孔からキャビティ内に略均一に燃料を噴射することができ、よりキャビティから離れた位置(シリンダヘッド寄り)に設けられた第2燃料噴射孔からボア全体に略均一に燃料を噴射することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる。
In particular, the fuel injection valve of the present invention may be configured such that the second fuel injection hole is provided at the tip portion closer to the cylinder head of the direct injection internal combustion engine than the first fuel injection hole.
With the above configuration, fuel can be injected substantially uniformly into the cavity from the first fuel injection hole provided at a position closer to the cavity, and the first fuel injection hole provided at a position further away from the cavity (closer to the cylinder head). Fuel can be injected substantially uniformly from the two fuel injection holes to the entire bore. Therefore, appropriate fuel injection can be executed in the entire operation region of the direct injection internal combustion engine.
また、本発明の燃料噴射弁は、前記第2燃料噴射孔が、前記ピストンの摺動方向に直交する面に対する前記第1燃料噴射孔の配置方向と異なる方向に配置される構成とすることができる。
上記の構成により、第1燃料噴射孔から噴射される燃料と、第2燃料噴射孔から噴射される燃料とが気筒内で互いに重なり合うことを抑制することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる。
In the fuel injection valve of the present invention, the second fuel injection hole may be arranged in a direction different from the arrangement direction of the first fuel injection hole with respect to a surface orthogonal to the sliding direction of the piston. it can.
With the above configuration, it is possible to suppress the fuel injected from the first fuel injection hole and the fuel injected from the second fuel injection hole from overlapping each other in the cylinder. Therefore, appropriate fuel injection can be executed in the entire operation region of the direct injection internal combustion engine.
そして、本発明の燃料噴射弁は、前記第1燃料噴射孔からの燃料噴射量を任意に調整する第1調整手段と、前記第2燃料噴射孔からの燃料噴射量を任意に調整する第2調整手段と、を備える構成とすることができる。
上記の構成により、第1燃料噴射孔および第2燃料噴射孔からの燃料噴射量を任意に調整することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる。
The fuel injection valve according to the present invention includes a first adjusting means for arbitrarily adjusting a fuel injection amount from the first fuel injection hole, and a second for arbitrarily adjusting a fuel injection amount from the second fuel injection hole. Adjustment means.
With the above configuration, the fuel injection amount from the first fuel injection hole and the second fuel injection hole can be arbitrarily adjusted. Therefore, appropriate fuel injection can be executed in the entire operation region of the direct injection internal combustion engine.
更に、本発明は、前記燃料噴射弁を備える直接噴射式内燃機関であって、前記直接噴射式内燃機関の出力に基づいて、前記第1調整手段と前記第2調整手段とを制御する燃料噴射制御手段を備えることを特徴とする。
上記の構成により、直接噴射式内燃機関の出力に基づいて、第1燃料噴射孔および第2燃料噴射孔からの燃料噴射量を適切に制御することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる。
Furthermore, the present invention is a direct injection internal combustion engine comprising the fuel injection valve, wherein the fuel injection is controlled by controlling the first adjustment means and the second adjustment means based on the output of the direct injection internal combustion engine. Control means is provided.
With the above configuration, the fuel injection amount from the first fuel injection hole and the second fuel injection hole can be appropriately controlled based on the output of the direct injection internal combustion engine. Therefore, appropriate fuel injection can be executed in the entire operation region of the direct injection internal combustion engine.
また、本発明の直接噴射式内燃機関は、前記燃料噴射制御手段が、前記直接噴射式内燃機関の出力がより低い場合に前記第1燃料噴射孔から燃料を噴射させ、前記直接噴射式内燃機関の出力がより高い場合に前記第2燃料噴射孔から燃料を噴射させる構成とすることができる。
上記の構成により、燃焼室内での燃焼割合が高い低出力の運転領域では第1燃料噴射孔からキャビティ内に略均一に燃料を噴射することができ、燃焼室外での燃焼割合が高い高出力の運転領域では第2燃料噴射孔からボア全体に略均一に燃料を噴射することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる。
In the direct injection internal combustion engine of the present invention, the fuel injection control means injects fuel from the first fuel injection hole when the output of the direct injection internal combustion engine is lower, and the direct injection internal combustion engine When the output of is higher, fuel can be injected from the second fuel injection hole.
With the above configuration, in the low power operation region where the combustion ratio in the combustion chamber is high, fuel can be injected into the cavity from the first fuel injection hole substantially uniformly, and the high combustion ratio outside the combustion chamber is high. In the operating region, fuel can be injected substantially uniformly from the second fuel injection hole to the entire bore. Therefore, appropriate fuel injection can be executed in the entire operation region of the direct injection internal combustion engine.
本発明の燃料噴射弁および直接噴射式内燃機関によれば、燃料噴射弁の先端部分の設置位置およびキャビティの中心軸がピストンの中心軸に対してオフセットされた直接噴射式内燃機関において、第1燃料噴射孔からキャビティ内に略均一に燃料を噴射することができ、第2燃料噴射孔からボア全体に略均一に燃料を噴射することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができる。 According to the fuel injection valve and the direct injection internal combustion engine of the present invention, in the direct injection internal combustion engine in which the installation position of the tip portion of the fuel injection valve and the central axis of the cavity are offset with respect to the central axis of the piston, The fuel can be injected substantially uniformly into the cavity from the fuel injection hole, and the fuel can be injected substantially uniformly from the second fuel injection hole to the entire bore. Therefore, appropriate fuel injection can be executed in the entire operation region of the direct injection internal combustion engine.
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の燃料噴射弁を搭載したエンジンシステム1の一構成例を示した図である。なお、図1にはエンジンの一部の構成のみを示している。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an engine system 1 equipped with a fuel injection valve of the present invention. FIG. 1 shows only a part of the configuration of the engine.
図1に示すエンジンシステム1は、動力源であるエンジン100を備えており、エンジン100の運転動作を総括的に制御するエンジンECU(Electronic Control Unit)10を備えている。また、エンジンシステム1は、エンジン100の気筒内に燃料を直接噴射するインジェクタ20を備えている。
An engine system 1 shown in FIG. 1 includes an
エンジン100は、車両に搭載される多気筒ディーゼルエンジンであって、各気筒は燃焼室を構成するピストン11を備えている。各気筒のピストン11は、エンジン100のシリンダに摺動自在に嵌合されており、それぞれコネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフトに連結されている(図示しない)。
The
エンジンECU10は、エアフロメータ32からの吸入空気量、クランク角センサ31からのピストン11の位置等の情報に基づき、燃料の噴射量および噴射タイミングを決定しインジェクタ20に信号を送る。インジェクタ20は、エンジンECU10の信号に従って、指示された燃料噴射量および噴射タイミングで気筒内に燃料を噴射する。インジェクタ20より噴射された燃料は、気筒内で霧化し、吸気弁の開弁に伴って気筒内へ流入する吸入空気と混合気を形成する。そして、混合気は、ピストン11の上昇運動により気筒内で圧縮されて着火することで燃焼し、気筒内を膨張させてピストン11を下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフトの軸回転に変更されることにより、エンジン100は動力を得る。この場合、エンジン100は、軽油を燃料とするディーゼル機関に限定されずに、他の内燃機関であってもよい。
なお、エンジン100は、本発明の直接噴射式内燃機関の一構成例である。
The engine ECU 10 determines the fuel injection amount and the injection timing based on information such as the intake air amount from the
クランクシャフトの軸の近傍には、クランク角センサ31が設けられている。クランク角センサ31は、クランクシャフト軸の回転角度を検出するように構成されており、検出結果をエンジンECU10に送信する。それにより、エンジンECU10は、エンジン100の回転数など、クランク角に関する情報を取得する。
A
エンジン100の吸気通路にはエアフロメータ32、スロットルバルブおよびスロットルポジションセンサが設置されている。エアフロメータ32およびスロットルポジションセンサは、それぞれ吸気通路を通過する吸入空気量、スロットルバルブの開度を検出し、検出結果をエンジンECU10に送信する。エンジンECU10は、送信された検出結果に基づいて吸気ポートおよび燃焼室へ導入される吸入空気量を認識し、スロットルバルブの開度を調整することでエンジン100のガバナー制御を実行しつつ、吸気騒音を低減させる。
スロットルバルブは、ステップモータを用いたスロットルバイワイヤ方式を適用することが好ましいが、例えばステップモータの代わりにワイヤなどを介してアクセルペダル(図示しない)と連動し、スロットルバルブの開度が変更されるような機械式スロットル機構を適用することもできる。
An
The throttle valve preferably employs a throttle-by-wire system using a step motor. For example, the throttle valve opening is changed in conjunction with an accelerator pedal (not shown) via a wire or the like instead of the step motor. Such a mechanical throttle mechanism can also be applied.
アクセル開度センサ33は、運転者のアクセル操作量を検出し、検出結果をエンジンECU10に送信する。エンジンECU10は、送信された検出結果に基づいてアクセル開度を認識する。アクセル開度センサ33としては、ホール素子や作動トランス方式を採用した一般的なセンサを適用することができる。
The accelerator opening sensor 33 detects the driver's accelerator operation amount, and transmits the detection result to the
ピストン11は、その頂面に凹状に形成されたキャビティ12を有する。キャビティ12は円環状であって、その中心軸は、ピストン11の中心軸に対してオフセットしており、シリンダヘッド15からのインジェクタ20の気筒内への突出部分(ノズルボディ203の先端部分)の設置位置と一致(又はほぼ一致)している。ピストン11は、キャビティ12の底面の中央部に突起部13が形成されており、突起部13から連続するなだらかな曲面によってキャビティ12の壁面が形成されている。突起部13の周囲は円環状の空間となっており、この空間内でスワール流が旋回する。キャビティ12の壁面は、キャビティ12の開口部に近づくにつれて内径側に絞られており、開口部付近には内径側に突出するリップ14が形成される。このように、ピストン11はリエントラント型燃焼室を構成する。この場合、ピストン11は、リエントラント型燃焼室に限られずに、エンジン100の仕様に応じて任意の燃焼室形状を採用することができる。
The
エンジン100は、インジェクタ20、図示しないコモンレール、低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプ等より構成されるコモンレール式燃料噴射システムを備えている。
燃料タンクより低圧燃料ポンプにより吸引された燃料は、高圧燃料ポンプにてコモンレールへ高圧で吐出し蓄圧される。コモンレールは、インジェクタ20に供給する高圧燃料を蓄圧する容器である。高圧燃料ポンプから圧送された燃料は、コモンレール内で噴射に必要な圧力まで蓄圧され、高圧配管を通じて各燃焼室のインジェクタ20に供給される。また、コモンレールにはレール圧センサおよび減圧弁が設けられている。エンジンECU10は、レール圧センサから出力されたコモンレール内部の燃圧が規定値を超えた場合に、減圧弁を開放するように指示する。そして、減圧弁より燃料を排出することで、コモンレール圧が常に規定値以下になるよう調整する。減圧弁より排出された燃料は、リリーフ配管を通って燃料タンクへと戻される。
The
The fuel sucked from the fuel tank by the low-pressure fuel pump is discharged and stored in the common rail at a high pressure by the high-pressure fuel pump. The common rail is a container that accumulates high-pressure fuel supplied to the
エンジン100の各気筒には、それぞれインジェクタ20が装着されている。インジェクタ20は、シリンダヘッド15からノズルボディ203の先端部分が気筒内に突出する構成であって、先端部分の設置位置がピストン11の中心軸に対してオフセットされており、キャビティ12の中心軸と一致(又はほぼ一致)している。
コモンレールより高圧配管を通じて供給された燃料は、エンジンECU10の指示によりインジェクタ20にて気筒内に噴射供給される。エンジンECU10は、エアフロメータ32からの吸入空気量、およびクランク角センサ31からのピストンの位置の情報等に基づき、燃料噴射量と噴射タイミングを決定しインジェクタ20に信号を送る。インジェクタ20はエンジンECU10の信号に従って、指示された燃料噴射量・噴射タイミングにて気筒内へ燃料を高圧噴射する。インジェクタ20のリーク燃料は、リリーフ配管を通じて燃料タンクへと戻される。この場合、インジェクタ20は、エンジン100の仕様およびレイアウト要求に応じて気筒内の任意の位置に装着することができる。
なお、インジェクタ20は、本発明の燃料噴射弁の一構成例である。
Each cylinder of
The fuel supplied from the common rail through the high-pressure pipe is injected and supplied into the cylinder by the
The
図2は、インジェクタ20の概略構成を示している。なお、図2にはインジェクタの一部の構成のみ(ノズルボディ203の先端部分近傍)を示している。
インジェクタ20は、第1燃料噴射孔201および第2燃料噴射孔202が形成されたノズルボディ203と、ノズルボディ203に摺動自在に収容され、第2燃料噴射孔202を開閉する筒状のアウタニードル204と、アウタニードル204に摺動自在に挿通され、第1燃料噴射孔201を開閉するインナニードル205と、第2燃料噴射孔202を閉止する方向にアウタニードル204を付勢するアウタニードルセットスプリング206と、第1燃料噴射孔201を閉止する方向にインナニードル205を付勢するインナニードルセットスプリング207とを有して構成されている。
FIG. 2 shows a schematic configuration of the
The
インジェクタ20は、第1背圧室208および第2背圧室209を有しており、この二つの背圧室に連通する燃料流路は、電磁弁で実現された背圧制御弁210によって自在に切り替えられる。背圧制御弁210が第1背圧室208および第2背圧室209と供給側流路212とを連通させると、高圧燃料が第1背圧室208および第2背圧室209に導入され、この結果、アウタニードル204及びインナニードル205は背圧により閉孔方向に付勢される。一方、背圧制御弁210が第1背圧室208および第2背圧室209と排出側流路211とを連通させると、第1背圧室208および第2背圧室209からの高圧燃料の排出が始まる。この結果、アウタニードル204及びインナニードル205にかかる背圧が低下し、背圧に基づく付勢力も低下する。さらにこの付勢力とインナニードルセットスプリング207の弾性力(付勢力)との和が噴射用に供給される燃料の燃圧に基づく付勢力よりも小さくなると、インナニードル205が第1燃料噴射孔201を開放する方向に移動を始め、第1燃料噴射孔201からの燃料噴射が始まる。同様に、背圧に基づく付勢力とアウタニードルセットスプリング206の弾性力(付勢力)との和が噴射用に供給される燃料の燃圧に基づく付勢力よりも小さくなると、アウタニードル204が開孔方向に移動を始め、第2燃料噴射孔202からの燃料噴射が始まる。
The
インジェクタ20は、背圧制御弁210が第2背圧室209と供給側流路212とを連通させたまま、第1背圧室208と排出側流路211とを連通させると、インナニードル205のみがリフトして、第1燃料噴射孔201のみが開放される。一方、背圧制御弁210が第1背圧室208と供給側流路212とを連通させたまま、第2背圧室209と排出側流路211とを連通させると、アウタニードル204のみがリフトして、第2燃料噴射孔202のみが開放される。このように、インジェクタ20は、第1背圧室208、第2背圧室209内部の燃料圧力を調整することで、第1燃料噴射孔201、第2燃料噴射孔202をそれぞれ独立して開閉させることができる。
この場合、背圧制御弁210は、電磁弁(ソレノイド式)に限られずに、圧電素子を用いたピエゾ式等の他のアクチュエータを適用することもできる。また、本実施例では背圧室を二つ設けているが、アウタニードル204とインナニードル205とを独立してリフト可能な構成であれば単一の背圧室であってもよい。
なお、インナニードル205、第1背圧室208および背圧制御弁210は、本発明の第1調整手段の一構成例である。また、アウタニードル204、第2背圧室209および背圧制御弁210は、本発明の第2調整手段の一構成例である。
When the back
In this case, the back
The
第1燃料噴射孔201は、シリンダヘッド15から気筒内に突出するノズルボディ203の先端部分の円周方向に設けられた6孔の燃料噴射孔であって、第2燃料噴射孔202よりもピストン11寄り(下方側)に位置している。第1燃料噴射孔201は、ピストン11に設けられたキャビティ12の外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される(略等間隔(例えば60°間隔)で設けられる)ことで、キャビティ12内に略均一に燃料を噴射可能にする。
The first
第2燃料噴射孔202は、シリンダヘッド15から気筒内に突出するノズルボディ203の先端部分の円周方向に設けられた6孔の燃料噴射孔であって、第1燃料噴射孔201よりもシリンダヘッド15寄り(上方側)に位置している。第2燃料噴射孔202は、ピストン11の外周(またはボア円周)を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される(不等間隔で設けられる)ことで、ボア全体に略均一に燃料を噴射可能にする。第2燃料噴射孔202は、ピストン11の摺動方向に直交する面に対する第1燃料噴射孔201の配置方向と異なる方向に配置されており、第2燃料噴射孔202から噴射される燃料が第1燃料噴射孔201から噴射される燃料と気筒内で互いに重なり合うことを抑制する。
The second fuel injection holes 202 are six fuel injection holes provided in the circumferential direction of the tip portion of the
図3は、インジェクタ20の燃料の噴霧軸線の一例を示している。シリンダヘッド15から気筒内に突出したノズルボディ203の先端部分の設置位置はキャビティ12の中心軸と一致しており、キャビティ12の中心軸(すなわち、インジェクタ20の先端部分の設置位置)はピストン11の中心軸に対してオフセットしている。
第1燃料噴射孔201から噴射される燃料は、キャビティ12の開口部の外周を略6等分する方向に向かって飛散する。一方、第2燃料噴射孔202から噴射される燃料は、ピストン11の外周(またはボア円周)を略6等分する方向であって、第1燃料噴射孔201から噴射される燃料と重なり合わない方向に向かって飛散する。このように第1燃料噴射孔201および第2燃料噴射孔202を設けることで、第1燃料噴射孔201からキャビティ内に略均一に燃料を噴射することができ、第2燃料噴射孔202からボア全体に略均一に燃料を噴射することができる。
この場合、第1燃料噴射孔201および第2燃料噴射孔202は、燃料噴射孔の数が6孔に限られず、エンジン100の仕様に応じて任意の孔数を適用することができる。
FIG. 3 shows an example of the fuel spray axis of the
The fuel injected from the first
In this case, the first fuel injection holes 201 and the second fuel injection holes 202 are not limited to six fuel injection holes, and any number of holes can be applied according to the specifications of the
図1に戻り、エンジンECU10は、演算処理を行うCPU(Central Processing Unit)と、プログラム等を記憶するROM(Read Only Memory)と、データ等を記憶するRAM(Random Access Memory)やNVRAM(Non Volatile RAM)と、を備えるコンピュータである。エンジンECU10は、エンジン100の各部に備えられたクランク角センサ31、エアフロメータ32、アクセル開度センサ33等の複数のセンサの検出結果を読み込み、それら検出結果に基づいてエンジン100の運転動作を統合的に制御する。
Returning to FIG. 1, the
更に、エンジンECU10は、エンジン100の運転領域(出力)に基づいて、第1燃料噴射孔201からの燃料噴射と第2燃料噴射孔202からの燃料噴射とを任意に制御する燃料噴射制御を実行する。以下に、エンジンECU10が実行する燃料噴射制御について説明する。
Further, the
エンジンECU10は、クランク角センサ31、エアフロメータ32、アクセル開度センサ33等の検出結果に基づいて、エンジン100の出力(回転数、トルク等)を認識する。そして、エンジンECU10は、認識したエンジン100の出力がより低い場合、例えば所定の第1出力未満である場合に、インジェクタ20のインナニードル205をリフトさせ第1燃料噴射孔201のみを開放させて燃料の噴射供給を実行する。ここで、第1出力とは、キャビティ12(燃焼室)内での燃焼割合が高いと判断できるエンジン100の出力(例えば、低速・中負荷運転領域)であって、予め台上試験等にて求めた出力を適用することができる。
The
図4は、エンジン100の低速運転領域における燃焼状態の一例を示している。エンジン100が低速運転領域の場合は燃焼室(キャビティ)内での燃焼割合が高いために、第2燃料噴射孔202からボア全体に燃料を略均一に噴射すると、気筒内の空気利用率が悪く燃焼が偏ってしまいスモーク排出量が増加する(図4(b)参照)。一方、第1燃料噴射孔201からキャビティ12内に略均一に燃料を噴射すると、良好な燃焼性を得ることができ、スモーク排出量を抑制することができる(図4(a)参照)。このように、エンジン100の出力が所定の第1出力未満である場合に、インジェクタ20の第1燃料噴射孔201から燃料の噴射供給を実行することで、低速運転領域での燃費の向上および排気エミッションの低減を達成することができる。
FIG. 4 shows an example of the combustion state of the
一方、エンジンECU10は、認識した出力がより高い場合、例えば所定の第2出力以上である場合に、インジェクタ20のアウタニードル204をリフトさせ第2燃料噴射孔202のみを開放させて燃料を噴射供給させる。ここで、第2出力とは、キャビティ12(燃焼室)外での燃焼割合が高いと判断できるエンジン100の出力(例えば、高速・高負荷運転領域)であって、予め台上試験等にて求めた出力を適用することができる。
On the other hand, when the recognized output is higher, for example, when the output is equal to or higher than a predetermined second output, the
図5は、エンジン100の高速運転領域における燃焼状態の一例を示している。エンジン100が高速運転領域の場合は燃焼室(キャビティ)外、すなわちボア全体での燃焼割合が高いために、第1燃料噴射孔201からキャビティ12に燃料を略均一に噴射すると、気筒内の空気利用率が悪く燃焼が偏ってしまいスモーク排出量が増加する(図5(a)参照)。一方、第2燃料噴射孔202からボア全体に略均一に燃料を噴射すると、良好な燃焼性を得ることができ、スモーク排出量を抑制することができる(図5(b)参照)。よって、エンジン100の出力が所定の第2出力以上である場合に、インジェクタ20の第2燃料噴射孔202から燃料の噴射供給を実行することで、高速運転領域での燃費の向上および排気エミッションの低減を達成することができる。
FIG. 5 shows an example of the combustion state of the
また、エンジンECU10は、認識したエンジン100の出力が気筒内全体の空気利用が求められる領域(例えば、第1出力以上であって第2出力未満)である場合には、インジェクタ20のアウタニードル204およびインナニードル205をリフトさせ第1燃料噴射孔201および第2燃料噴射孔202を開放させて燃料を噴射供給させることができる。この制御を実行することにより、キャビティ12およびボア全体に略均一に燃料を噴射することができるために、良好な燃焼性を得ることができる。
なお、エンジンECU10は、本発明の燃料噴射制御手段の一構成例である。
Further, the
The
以上のように、本実施例のインジェクタは、ノズルボディの先端部分の同一円周上の複数方向に対して設けられ、キャビティの外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される第1燃料噴射孔と、ピストンの外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される第2燃料噴射孔と備えることにより、第1燃料噴射孔からキャビティ内に略均一に燃料を噴射することができ、第2燃料噴射孔からボア全体に略均一に燃料を噴射することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができることから、燃費の向上および排気エミッションの低減を達成することができる。 As described above, the injector of the present embodiment is provided in a plurality of directions on the same circumference of the tip portion of the nozzle body, and is disposed so as to be able to inject fuel in a direction substantially equally dividing the outer periphery of the cavity. By providing one fuel injection hole and a second fuel injection hole disposed so as to be able to inject fuel in a direction substantially equally dividing the outer periphery of the piston, fuel is injected substantially uniformly from the first fuel injection hole into the cavity. The fuel can be injected substantially uniformly from the second fuel injection hole to the entire bore. Therefore, since appropriate fuel injection can be executed in the entire operation region of the direct injection internal combustion engine, improvement in fuel consumption and reduction in exhaust emission can be achieved.
また、本実施例のエンジンシステムは、エンジンの出力がより低い場合にインジェクタの第1燃料噴射孔から燃料を噴射させ、エンジンの出力がより高い場合にインジェクタの第2燃料噴射孔から燃料を噴射させることにより、燃焼室内での燃焼割合が高い低出力の運転領域では第1燃料噴射孔からキャビティ内に略均一に燃料を噴射することができ、燃焼室外での燃焼割合が高い高出力の運転領域では第2燃料噴射孔からボア全体に略均一に燃料を噴射することができる。よって、直接噴射式内燃機関の全運転領域で適切な燃料噴射を実行することができることから、燃費の向上および排気エミッションの低減を達成することができる。 The engine system of the present embodiment also injects fuel from the first fuel injection hole of the injector when the engine output is lower, and injects fuel from the second fuel injection hole of the injector when the engine output is higher. As a result, in the low power operation region where the combustion ratio in the combustion chamber is high, the fuel can be injected substantially uniformly into the cavity from the first fuel injection hole, and the high power operation where the combustion ratio outside the combustion chamber is high. In the region, fuel can be injected substantially uniformly from the second fuel injection hole to the entire bore. Therefore, since appropriate fuel injection can be executed in the entire operation region of the direct injection internal combustion engine, improvement in fuel consumption and reduction in exhaust emission can be achieved.
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれら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要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The above embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to these, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims.
例えば、インジェクタ20の先端部分の設置位置をピストン11の中心軸に一致させてもよいし、ピストン11の中心軸およびキャビティ12の中心軸に対してオフセットさせてもよい。当然この場合も、第1燃料噴射孔201はキャビティ12の外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置され、第2燃料噴射孔202はピストン11の外周(またはボア円周)を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される。
For example, the installation position of the tip portion of the
また、第1燃料噴射孔201がピストン11の外周(またはボア円周)を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置され、第2燃料噴射孔202がキャビティ12の外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される構成であってもよい。
Further, the first
1 エンジンシステム
10 エンジンECU(燃料噴射制御手段)
11 ピストン
12 キャビティ
15 シリンダヘッド
20 インジェクタ
100 エンジン
201 第1燃料噴射孔
202 第2燃料噴射孔
203 ノズルボディ
204 アウタニードル(第2調整手段)
205 インナニードル(第1調整手段)
208 第1背圧室(第1調整手段)
209 第2背圧室(第2調整手段)
210 背圧制御弁(第1調整手段,第2調整手段)
1
DESCRIPTION OF
205 Inner needle (first adjusting means)
208 first back pressure chamber (first adjusting means)
209 Second back pressure chamber (second adjusting means)
210 Back pressure control valve (first adjusting means, second adjusting means)
Claims (6)
前記先端部分の同一円周上の複数方向に対して設けられ、前記キャビティの外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される第1燃料噴射孔と、
前記第1燃料噴射孔と異なる前記先端部分の同一円周上の複数方向に対して設けられ、前記ピストンの外周を略等分する方向に燃料を噴射可能に配置される第2燃料噴射孔と、
を備えることを特徴とする燃料噴射弁。 A fuel injection valve provided with a tip portion protruding in a cylinder of a direct injection internal combustion engine having a combustion chamber in which a central axis of a cavity formed in a concave shape on the top surface of the piston is offset with respect to the central axis of the piston There,
A first fuel injection hole that is provided in a plurality of directions on the same circumference of the tip portion and is arranged so that fuel can be injected in a direction that substantially divides the outer periphery of the cavity;
A second fuel injection hole provided in a plurality of directions on the same circumference of the tip portion different from the first fuel injection hole, and arranged to be able to inject fuel in a direction substantially equally dividing the outer periphery of the piston; ,
A fuel injection valve comprising:
前記直接噴射式内燃機関の出力に基づいて、前記第1調整手段と前記第2調整手段とを制御する燃料噴射制御手段を備えることを特徴とする直接噴射式内燃機関。 A direct injection internal combustion engine comprising the fuel injection valve,
A direct injection internal combustion engine comprising fuel injection control means for controlling the first adjustment means and the second adjustment means based on the output of the direct injection internal combustion engine.
The fuel injection control means injects fuel from the first fuel injection hole when the output of the direct injection internal combustion engine is lower, and the second fuel injection when the output of the direct injection internal combustion engine is higher. 6. The direct injection internal combustion engine according to claim 5, wherein fuel is injected from the hole.
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JP2016151237A (en) * | 2015-02-18 | 2016-08-22 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel injection device |
JP2017008854A (en) * | 2015-06-24 | 2017-01-12 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | Fuel injection nozzle |
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