JP2020153280A - Spray dispersion degree variable valve - Google Patents

Abstract

To switch a spray state of fuel injected from an injection hole to a high-dispersion spray and a high-penetration force spray without depending on a relationship between a flow passage area of a seat part and a total flow passage area of the injection hole.SOLUTION: A cylindrical inlet-side inner wall 13 is formed at a portion continuing to a tip of a seat face 11 out of a suck chamber 12, a cylindrical flow control part 24 which is substantially parallel with the inlet-side inner wall 13 of the suck chamber 12 is arranged at a tip part of a needle 2, a part of the flow control part 24 is located in the suck chamber 12 at the seating of the needle 2, and the flow control part 24 is located at an upstream side rather than a boundary between the suck chamber 12 and the seat face 11 when a lift amount for retracting the needle 2 is equal to a prescribed value or larger. An inlet of an injection hole 14 is formed at a portion of the suck chamber 12 at a downstream side rather than the inlet-side inner wall 13, and the injection hole is formed into a substantially-constant thickness flat shape, and expanded in a width toward an outlet.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、噴霧分散度可変ノズルに関する。 The present invention relates to a nozzle having a variable spray dispersity.

ノズルボディと、ノズルボディの内部に収容され、ノズルボディの中心軸の方向に進退移動可能なニードルと、を備え、ニードルのシート部がノズルボディのシート面に着座した状態から離脱することにより、ノズルボディの先端部に形成された開口形状が扁平な長円形状の噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁が特許文献１に開示されている。この燃料噴射弁は、ニードルのリフト量が小さい状態では、噴霧角が大きい高分散で低貫徹力の噴霧を噴孔から噴射する。そして、ニードルのリフト量が大きい状態では、噴霧角が小さい低分散で高貫徹力の噴霧を噴孔から噴射する。 A nozzle body and a needle housed inside the nozzle body and capable of advancing and retreating in the direction of the central axis of the nozzle body are provided, and the seat portion of the needle is separated from the state of being seated on the seat surface of the nozzle body. Patent Document 1 discloses a fuel injection valve that injects fuel from an oval-shaped injection hole having a flat opening shape formed at the tip of a nozzle body. This fuel injection valve injects a highly dispersed, low-penetration spray with a large spray angle from the injection hole when the lift amount of the needle is small. Then, when the lift amount of the needle is large, a low-dispersion, high-penetration spray with a small spray angle is injected from the injection hole.

特開２０１５−１７２３５７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-172357

特許文献１に記載された燃料噴射弁は、ニードルのシート部とノズルボディのシート面との間の燃料流路の面積と噴孔の総流路面積との関係で、噴孔から噴射する燃料の噴霧状態を切り換えるものであり、噴霧状態が切り換わるニードルのリフト量は、シート部とシート面との間の流路面積と噴孔の総流路面積との関係に依存する。そのため、シート部とシート面との間の燃料流路の面積が噴孔の総流路面積よりも大きい噴孔絞り状態では、高分散の噴霧を得ることができない。また、高分散の噴霧を得るために、シート部とシート面との間の燃料流路の面積が噴孔の総流路面積よりも小さいシート絞り状態で使用すると、燃料流量が小さいため、所望の噴射量を得るには噴射時間を長くする必要があり、特にエンジンの回転速度が高い場合には噴射時間が長すぎて良好な燃焼状態を得られなくなる場合がある。 The fuel injection valve described in Patent Document 1 is a fuel injected from a injection hole in relation to the area of the fuel flow path between the seat portion of the needle and the seat surface of the nozzle body and the total flow path area of the injection hole. The amount of lift of the needle that switches the spray state depends on the relationship between the flow path area between the sheet portion and the sheet surface and the total flow path area of the injection hole. Therefore, in the injection hole throttle state where the area of the fuel flow path between the seat portion and the sheet surface is larger than the total flow path area of the injection holes, highly dispersed spray cannot be obtained. Further, in order to obtain a highly dispersed spray, if the area of the fuel flow path between the seat portion and the seat surface is smaller than the total flow path area of the injection holes in the sheet drawing state, the fuel flow rate is small, which is desirable. It is necessary to lengthen the injection time in order to obtain the injection amount of the above, and especially when the rotation speed of the engine is high, the injection time may be too long to obtain a good combustion state.

そこで、本発明は、ニードルのシート部とノズルボディのシート面との間の流路面積と噴孔の総流路面積との関係に依存することなく、噴孔から噴射する燃料の噴霧状態を高分散噴霧とするか高貫徹力噴霧とするか切り換えることができるノズルを提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, the spray state of the fuel injected from the injection hole is determined without depending on the relationship between the flow path area between the seat portion of the needle and the seat surface of the nozzle body and the total flow path area of the injection hole. It is an object of the present invention to provide a nozzle capable of switching between high dispersion spraying and high penetration spraying.

本発明に係るノズルは、ノズルボディと、前記ノズルボディの内部に収容され、前記ノズルボディの中心軸の方向に進退移動可能なニードルと、を備え、前記ノズルボディの内壁には、前記ノズルボディの先端に向かって内径が縮小する円錐台の形状のシート面と、前記シート面の先端から前記中心軸の方向へ凹んだ凹部であるサック室と、が形成され、前記ノズルボディには、前記サック室から前記ノズルボディの外部へ燃料を噴射する噴孔が形成され、前記ニードルのシート部が前記ノズルボディの前記シート面に当接した着座時には燃料の噴射を停止し、前記ニードルの前記シート部が前記ノズルボディの前記シート面から離間した離座時には、前記ノズルボディと前記ニードルとの間を前記サック室へ燃料が流れて、前記噴孔から燃料を噴射するノズルであって、前記サック室のうち前記シート面の先端に連続する部分には筒状の入口側内壁が形成され、前記ニードルの先端部には、前記サック室の前記入口側内壁にほぼ平行な筒状の流れ制御部と、前記流れ制御部の先端から前記ニードルの先端に向かって外径が縮小する先細り形状のニードル先端傾斜部と、が設けられ、前記着座時には、前記流れ制御部と前記ニードル先端傾斜部との境界が前記サック室内に位置し、前記ニードルを後退させたリフト量が所定値以上の場合には、前記流れ制御部と前記ニードル先端傾斜部との境界は、前記サック室と前記シート面との境界よりも上流側に位置し、前記噴孔は、前記サック室の前記入口側内壁より下流側の部分に入口が設けられ、厚さがほぼ一定の扁平な扇状であり、出口に向かって幅が拡大すること、を特徴とする。 The nozzle according to the present invention includes a nozzle body and a needle that is housed inside the nozzle body and can move forward and backward in the direction of the central axis of the nozzle body. The inner wall of the nozzle body has the nozzle body. A conical seat surface whose inner diameter decreases toward the tip of the sheet and a sack chamber which is a recess recessed from the tip of the sheet surface in the direction of the central axis are formed, and the nozzle body has the above-mentioned nozzle body. An injection hole for injecting fuel from the sack chamber to the outside of the nozzle body is formed, and when the seat portion of the needle abuts on the seat surface of the nozzle body, the injection of fuel is stopped and the sheet of the needle is stopped. A nozzle in which fuel flows into the sack chamber between the nozzle body and the needle when the portion is separated from the seat surface of the nozzle body, and fuel is injected from the injection hole. A tubular inlet-side inner wall is formed in a portion of the chamber continuous with the tip of the seat surface, and a tubular flow control unit substantially parallel to the inlet-side inner wall of the sack chamber is formed at the tip of the needle. And a tapered needle tip inclined portion whose outer diameter decreases from the tip of the flow control unit toward the tip of the needle, and when seated, the flow control unit and the needle tip inclined portion are provided. When the boundary is located in the sack chamber and the lift amount for retracting the needle is equal to or greater than a predetermined value, the boundary between the flow control unit and the needle tip inclined portion is the boundary between the sack chamber and the seat surface. Located on the upstream side of the boundary, the nozzle is a flat fan-shaped nozzle having an inlet on the downstream side of the entrance side inner wall of the sack chamber and having a substantially constant thickness and a width toward the outlet. Is characterized by expansion.

このように、ニードルの流れ制御部がサック室の入口側内壁にほぼ平行に設けられているため、ニードルのリフト量が所定値未満では、燃料が流れ制御部に沿って流れて噴孔の入口に向かい、噴孔の壁面に衝突するように流れることにより、燃料は噴孔の幅方向に拡がり、噴孔の出口から噴霧の拡がりが大きい高分散噴霧を噴射することができる。これに対して、ニードルのリフト量が所定値以上では、サック室に流入した燃料はノズルボディの中心軸に向かった後に噴孔に流入するため、噴孔中心軸に沿うような流れが形成されて、噴霧の拡がりが抑制され、噴孔の出口から噴霧の拡がりが小さい高貫徹力噴霧を噴射することができる。そのため、ニードルの流れ制御部の長さを適切に設定することにより、シート部とシート面との間の流路面積と噴孔の総流路面積との関係に依存することなく、噴孔から噴射する燃料の噴霧状態を高分散噴霧とするか高貫徹力噴霧とするか切り換えることができる。 In this way, since the needle flow control unit is provided substantially parallel to the inner wall on the inlet side of the sack chamber, if the lift amount of the needle is less than a predetermined value, fuel flows along the flow control unit and the inlet of the injection hole. By flowing toward the surface of the injection hole so as to collide with the wall surface of the injection hole, the fuel spreads in the width direction of the injection hole, and a highly dispersed spray having a large spread of the spray can be injected from the outlet of the injection hole. On the other hand, when the lift amount of the needle is equal to or more than a predetermined value, the fuel flowing into the sack chamber flows into the injection hole after heading toward the central axis of the nozzle body, so that a flow along the central axis of the injection hole is formed. Therefore, the spread of the spray is suppressed, and the high penetration spray with a small spread of the spray can be sprayed from the outlet of the injection hole. Therefore, by appropriately setting the length of the needle flow control unit, the flow path area between the sheet portion and the seat surface and the total flow path area of the injection hole do not depend on the relationship between the injection hole and the injection hole. The spray state of the fuel to be injected can be switched between high dispersion spray and high penetration spray.

本発明のノズルの一態様において、前記着座時には、前記中心軸を含む前記ノズルの断面において、前記流れ制御部と前記ニードル先端傾斜部との境界の点から延ばした直線を前記噴孔の噴孔中心軸と前記噴孔の入口部で交差させると、前記直線と前記噴孔中心軸とがなす角度が２０度以上であってもよい。 In one aspect of the nozzle of the present invention, when seated, a straight line extending from a boundary point between the flow control unit and the needle tip inclined portion in the cross section of the nozzle including the central axis is the injection hole of the injection hole. When the central axis and the inlet portion of the injection hole intersect, the angle formed by the straight line and the injection hole central axis may be 20 degrees or more.

この態様によれば、ニードルのリフト量が所定値未満の状態で使用した場合の噴孔から噴射される燃料の噴霧の拡がり角と、ニードルが所定値以上の状態で使用した場合の噴孔から噴射される燃料の噴霧の拡がり角との比率を大きくすることができる。 According to this aspect, from the spread angle of the fuel spray injected from the injection hole when the needle lift amount is less than the predetermined value and from the injection hole when the needle is used in the state of the predetermined value or more. The ratio of the sprayed fuel to the spread angle of the injected fuel can be increased.

本発明のノズルの一態様において、前記シート部と前記シート面との間の流路面積の方が全ての前記噴口の最小流路面積の合計よりも大きい噴孔絞り状態においても、前記流れ制御部と前記ニードル先端傾斜部との境界が前記サック室内に位置する状態が存在してもよい。 In one aspect of the nozzle of the present invention, the flow control is performed even in a nozzle throttle state in which the flow path area between the sheet portion and the sheet surface is larger than the total of the minimum flow path areas of all the nozzles. There may be a state in which the boundary between the portion and the needle tip inclined portion is located in the sack chamber.

この態様によれば、ニードルのシート部とノズルボディのシート面との間の流路面積の方が全ての噴口の最小流路面積の合計よりも大きい噴孔絞り状態においても、流れ制御部とニードル先端傾斜部との境界がサック室内に位置する状態で使用すれば、噴孔から噴霧の拡がりが大きい高分散噴霧を噴射することができる。 According to this aspect, even in the injection hole throttle state where the flow path area between the seat portion of the needle and the seat surface of the nozzle body is larger than the total of the minimum flow path areas of all the nozzles, the flow control unit and the flow control unit If it is used in a state where the boundary with the needle tip inclined portion is located in the sack chamber, it is possible to inject a highly dispersed spray having a large spread of the spray from the injection hole.

本発明は、ニードルのシート部とノズルボディのシート面との間の流路面積と噴孔の総流路面積との関係に依存することなく、噴孔から噴射する燃料の噴霧状態を高分散噴霧とするか高貫徹力噴霧とするか切り換えることができるノズルを提供することができる。 In the present invention, the spray state of fuel injected from the injection hole is highly dispersed without depending on the relationship between the flow path area between the seat portion of the needle and the seat surface of the nozzle body and the total flow path area of the injection hole. It is possible to provide a nozzle that can be switched between spraying and high penetration spraying.

本実施形態のノズルのニードルが着座した状態のノズルの先端部分の内部構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the internal structure of the tip part of the nozzle in the state where the needle of the nozzle of this embodiment is seated. 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 出口の形状が四角形の噴口の出口の形状を示した図（ａ）と、出口の形状が角を丸めた四角の噴口の出口の形状を示した図（ｂ）と、出口の形状が長円の噴口の出口の形状を示した図（ｃ）である。A diagram (a) showing the shape of the outlet of a quadrangular outlet and a diagram (b) showing the shape of the outlet of a square outlet with rounded corners, and an oval shape of the outlet. It is a figure (c) which showed the shape of the outlet of the nozzle of. ニードルが着座した状態のノズルの先端部分の内部構造を拡大して示した断面図である。It is the cross-sectional view which showed the internal structure of the tip part of the nozzle in the state where a needle is seated enlarged. ニードルのリフト量が小さく、流れ制御部とニードル先端傾斜部との境界がサック室内に位置する状態のノズルの噴孔付近を拡大して示した断面図（ａ）と、噴孔内の燃料の流れを示す図（ｂ）である。A cross-sectional view (a) showing an enlarged view of the vicinity of the nozzle injection hole in a state where the needle lift amount is small and the boundary between the flow control unit and the needle tip inclined portion is located in the sack chamber, and the fuel in the injection hole. It is a figure (b) which shows the flow. ニードルのリフト量が大きく、流れ制御部とニードル先端傾斜部との境界がサック室とシート面との境界よりも上流側に位置する状態のノズルの噴孔付近を拡大して示した断面図（ａ）と、噴孔内の燃料の流れを示す図（ｂ）である。A cross-sectional view showing an enlarged view of the vicinity of the nozzle injection hole in a state where the lift amount of the needle is large and the boundary between the flow control unit and the needle tip inclined portion is located on the upstream side of the boundary between the sack chamber and the seat surface. It is a figure (a) and the figure (b) which shows the flow of fuel in a nozzle. 流れ制御部とニードル先端傾斜部との境界がサック室内に位置する時の噴孔出口における燃料の分布を示した図（ａ）と、流れ制御部とニードル先端傾斜部との境界がサック室とシート面との境界よりも上流側に位置する時の噴孔出口における燃料の分布を示した図（ｂ）である。The figure (a) showing the distribution of fuel at the outlet of the injection hole when the boundary between the flow control unit and the needle tip inclined portion is located in the sack chamber, and the boundary between the flow control unit and the needle tip inclined portion is the sack chamber. It is a figure (b) which showed the distribution of fuel at the injection hole outlet when it is located on the upstream side of the boundary with a seat surface. 噴孔出口における噴霧の拡がり角と、図４に示す角度θとの関係を示した図である。It is a figure which showed the relationship between the spread angle of the spray | spray at a nozzle outlet, and the angle θ shown in FIG.

以下、図面を参照しながら、本実施形態のノズル１０について説明する。図１に示すノズル１０は、例えば、自動車の走行用動力源として用いられる不図示の内燃機関に搭載される。図１に示すように、ノズル１０は、ノズルボディ１と、ノズルボディ１の内部に収容されたニードル２を備える。ニードル２はノズルボディ１及びニードル２の中心軸Ｌ１の方向に進退移動可能であり、ニードル２を中心軸Ｌ１の方向に進退移動させることにより、ノズルボディ１とニードル２との間の燃料が流れる流路の幅を調整することができる。 Hereinafter, the nozzle 10 of the present embodiment will be described with reference to the drawings. The nozzle 10 shown in FIG. 1 is mounted on, for example, an internal combustion engine (not shown) used as a power source for traveling an automobile. As shown in FIG. 1, the nozzle 10 includes a nozzle body 1 and a needle 2 housed inside the nozzle body 1. The needle 2 can move forward and backward in the direction of the nozzle body 1 and the central axis L1 of the needle 2, and by moving the needle 2 in the direction of the central axis L1, fuel flows between the nozzle body 1 and the needle 2. The width of the flow path can be adjusted.

ノズルボディ１の内壁には、ノズルボディ１の先端に向かって内径が縮小する円錐台の形状のシート面１１が形成され、シート面１１の先端から中心軸Ｌ１の方向に凹んだ凹部であるサック室１２が形成されている。サック室１２は中心軸Ｌ１を中心軸とした円筒と半球を組み合わせた形状をしており、サック室１２のうちシート面１１に連続する部分は中心軸Ｌ１を中心軸とした円筒形状の入口側内壁１３が形成されている。 A truncated cone-shaped seat surface 11 whose inner diameter decreases toward the tip of the nozzle body 1 is formed on the inner wall of the nozzle body 1, and a sack is a recess recessed from the tip of the seat surface 11 in the direction of the central axis L1. A chamber 12 is formed. The sack chamber 12 has a shape that combines a cylinder and a hemisphere with the central axis L1 as the central axis, and the portion of the sack chamber 12 that is continuous with the seat surface 11 is the entrance side of the cylindrical shape with the central axis L1 as the central axis. The inner wall 13 is formed.

ノズルボディ１には、サック室１２からノズルボディ１の外部へ燃料を噴射する噴孔１４が形成されている。噴孔１４の入口は、サック室１２の入口側内壁１３よりも下流側に設けられている。図１及び図２に示すように、噴孔１４は厚さがほぼ一定の扁平な扇状の形状をしており、噴孔１４の入口から出口に向かって噴孔１４の幅が拡大している。図２では、８箇所の噴孔１４が形成された場合を示しているが、噴孔１４の数は８に限らず、８箇所以外の複数箇所の噴孔１４が形成されていてもよい。また、噴孔１４の入口部は流体研磨等により角を丸くする加工がなされており、これにより高い流量係数が得られる。 The nozzle body 1 is formed with a jet hole 14 for injecting fuel from the sack chamber 12 to the outside of the nozzle body 1. The entrance of the injection hole 14 is provided on the downstream side of the inner wall 13 on the entrance side of the sack chamber 12. As shown in FIGS. 1 and 2, the injection hole 14 has a flat fan-like shape having a substantially constant thickness, and the width of the injection hole 14 increases from the inlet to the exit of the injection hole 14. .. Although FIG. 2 shows a case where eight injection holes 14 are formed, the number of injection holes 14 is not limited to eight, and a plurality of injection holes 14 other than eight may be formed. Further, the inlet portion of the injection hole 14 is processed to have rounded corners by fluid polishing or the like, whereby a high flow rate coefficient can be obtained.

図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、いずれも、図１のＢ視で噴孔１４を見た場合の噴孔１４の出口の形状を示している。噴孔１４の出口の形状は、図３（ａ）に示すように四角形であっても、図３（ｂ）に示すように角を丸めた四角であっても、図３（ｃ）に示すように長円であってもよい。また、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、いずれも噴孔１４の出口がノズルボディ１の周方向に細長くなるように形成された場合を示しているが、噴孔１４の出口は、ノズルボディ１の周方向ではなく、傾斜した方向に細長くなるように形成されていてもよい。噴孔１４の出口が傾斜した方向に細長くなるように形成されている場合は、噴孔１４の入口も含めて噴孔１４全体が傾斜した方向に細長くなるように形成される。 3 (a), 3 (b), and 3 (c) all show the shape of the outlet of the injection hole 14 when the injection hole 14 is viewed in view of B in FIG. The shape of the outlet of the injection hole 14 is shown in FIG. 3 (c) regardless of whether it is a quadrangle as shown in FIG. 3 (a) or a square with rounded corners as shown in FIG. 3 (b). It may be an oval. Further, FIGS. 3A, 3B and 3C show a case where the outlet of the injection hole 14 is formed so as to be elongated in the circumferential direction of the nozzle body 1. The outlet of the injection hole 14 may be formed so as to be elongated in the inclined direction instead of the circumferential direction of the nozzle body 1. When the outlet of the injection hole 14 is formed to be elongated in the inclined direction, the entire injection hole 14 including the entrance of the injection hole 14 is formed to be elongated in the inclined direction.

図１に示すように、ニードル２には、ニードル２の先端に向かって外径が縮小する第１円錐面２１及び第２円錐面２２が形成されており、第１円錐面２１と第２円錐面２２との境界に円環状のシート部２３が形成されている。ノズル１０は、ニードル２のシート部２３がノズルボディ１のシート面１１に当接した着座時には燃料の噴射を停止する。そして、ノズル１０は、シート部２３がシート面１１から離間した離座時には、ノズルボディ１とニードル２との間の流路をサック室１２に燃料が流れて、噴孔１４から燃料を噴射する。 As shown in FIG. 1, the needle 2 is formed with a first conical surface 21 and a second conical surface 22 whose outer diameter decreases toward the tip of the needle 2, and the first conical surface 21 and the second conical surface 22 are formed. An annular sheet portion 23 is formed at the boundary with the surface 22. The nozzle 10 stops fuel injection when the seat portion 23 of the needle 2 is seated in contact with the seat surface 11 of the nozzle body 1. Then, when the seat portion 23 is separated from the seat surface 11, the nozzle 10 causes fuel to flow into the sack chamber 12 through the flow path between the nozzle body 1 and the needle 2, and injects fuel from the injection hole 14. ..

ニードル２の先端部には、中心軸Ｌ１を中心軸とした円筒形状の流れ制御部２４が形成されている。流れ制御部２４は、サック室１２の入口側内壁１３と平行な円筒形状となっている。また、ニードル２の先端部には、流れ制御部２４の先端からニードル２の先端に向かって外径が縮小する円錐状のニードル先端傾斜部２５が形成されている。ニードル２のシート部２３がノズルボディ１のシート面１１に着座した状態では、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界はサック室１２内に位置する。図６（ａ）に示すように、ニードル２を後退させたリフト量が所定値以上の場合には、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界は、サック室１２とシート面１１との境界よりも上流側に位置する。 At the tip of the needle 2, a cylindrical flow control unit 24 having the central axis L1 as the central axis is formed. The flow control unit 24 has a cylindrical shape parallel to the inner wall 13 on the entrance side of the sack chamber 12. Further, a conical needle tip inclined portion 25 whose outer diameter decreases from the tip of the flow control unit 24 toward the tip of the needle 2 is formed at the tip of the needle 2. When the seat portion 23 of the needle 2 is seated on the seat surface 11 of the nozzle body 1, the boundary between the flow control portion 24 and the needle tip inclined portion 25 is located in the sack chamber 12. As shown in FIG. 6A, when the lift amount for retracting the needle 2 is equal to or greater than a predetermined value, the boundary between the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is the sack chamber 12 and the seat surface 11. It is located upstream of the boundary of.

図４に示すように、ニードル２が着座した状態では、シート面１１をサック室１２の方向に延長した仮想面Ｌ２と流れ制御部２４が交差する。また、ニードル２が着座した状態では、中心軸Ｌ１を含むノズル１０の断面において、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界の点から延ばした直線Ｌ３を噴孔中心軸Ｌ４と噴孔１４の入口部で交差させると、直線Ｌ３と噴孔中心軸Ｌ４とがなす角度θは２０度以上である。 As shown in FIG. 4, when the needle 2 is seated, the virtual surface L2 extending the seat surface 11 in the direction of the sack chamber 12 intersects with the flow control unit 24. Further, in the state where the needle 2 is seated, in the cross section of the nozzle 10 including the central axis L1, a straight line L3 extending from the boundary point between the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is drawn between the injection hole central axis L4 and the injection hole. When crossed at the inlet of 14, the angle θ formed by the straight line L3 and the nozzle center axis L4 is 20 degrees or more.

図５（ａ）に示すように、ニードル２のリフト量が小さく、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２内に位置する場合は、流線Ｓ１が示すように、燃料が流れ制御部２４とサック室１２の入口側内壁１３との間の流路を通過することによって、流れ制御部２４に沿う流れが形成される。そして、流れ制御部２４を通過した燃料は、噴孔１４の入口方向に流れ、噴孔１４の下壁面１５側に向かう流れが形成される。すると、このような噴孔１４の下壁面１５側に衝突するような流れによって、燃料は噴孔１４の幅方向に拡がり、噴孔１４の出口からは噴孔１４の幅方向に拡がる扁平な扇状の高分散噴霧が噴射される。図５（ｂ）は、噴孔１４内で幅方向に燃料が拡がる様子を図５（ａ）のＣ視で見た状態を示した図である。図５（ｂ）の矢印は、燃料の流れを示している。 As shown in FIG. 5A, when the lift amount of the needle 2 is small and the boundary between the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is located in the sack chamber 12, as shown by the streamline S1, A flow along the flow control unit 24 is formed by the fuel passing through the flow path between the flow control unit 24 and the inlet side inner wall 13 of the sack chamber 12. Then, the fuel that has passed through the flow control unit 24 flows in the direction of the inlet of the injection hole 14, and a flow is formed toward the lower wall surface 15 side of the injection hole 14. Then, due to the flow that collides with the lower wall surface 15 side of the injection hole 14, the fuel spreads in the width direction of the injection hole 14, and from the outlet of the injection hole 14, a flat fan shape that expands in the width direction of the injection hole 14. Highly dispersed spray of. FIG. 5B is a view showing a state in which the fuel spreads in the width direction in the injection hole 14 as viewed from C in FIG. 5A. The arrow in FIG. 5B indicates the fuel flow.

図６（ａ）に示すように、ニードル２のリフト量が大きく、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２とシート面１１との境界よりも上流側に位置する場合は、流線Ｓ２が示すように、ノズルボディ１のシート面１１に沿ってサック室１２に流入した燃料は慣性によってノズルボディ１の中心軸Ｌ１の方向に流れた後に、噴孔１４に流入する。そのため、噴孔１４の入口では噴孔中心軸Ｌ４に沿うような流れが形成される。そして、噴孔１４の下壁面１５に衝突するような流れは抑制され、燃料は噴孔１４の幅方向にそれほど拡がらないで、そのままスムーズに噴孔１４の出口に向かって流出する。このように噴孔１４から噴射される燃料の噴霧の拡がりが抑制されるため、ニードル２のリフト量が小さく、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２内に位置する場合と比較して、高貫徹力噴霧が形成される。図６（ｂ）は、噴孔１４内で幅方向に燃料が拡がる様子を図６（ａ）のＣ視で見た状態を示した図である。図６（ｂ）の矢印は、燃料の流れを示している。 As shown in FIG. 6A, when the lift amount of the needle 2 is large and the boundary between the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is located on the upstream side of the boundary between the sack chamber 12 and the seat surface 11. As shown by the streamline S2, the fuel that has flowed into the sack chamber 12 along the seat surface 11 of the nozzle body 1 flows in the direction of the central axis L1 of the nozzle body 1 due to inertia, and then flows into the injection hole 14. .. Therefore, a flow is formed at the inlet of the injection hole 14 along the injection hole central axis L4. Then, the flow that collides with the lower wall surface 15 of the injection hole 14 is suppressed, and the fuel does not spread so much in the width direction of the injection hole 14 and smoothly flows out toward the outlet of the injection hole 14 as it is. Since the spread of the fuel spray injected from the injection hole 14 is suppressed in this way, the lift amount of the needle 2 is small, and the boundary between the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is located in the sack chamber 12. Compared to the case, a high penetration spray is formed. FIG. 6B is a view showing a state in which the fuel spreads in the width direction in the injection hole 14 as viewed from C in FIG. 6A. The arrow in FIG. 6B indicates the fuel flow.

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、熱流体解析ソフトＦＩＲＥ（Ｖｅｒｓｉｏｎ２０１３）を使用してノズルボディ１の内部の燃料の流れを計算し、噴孔１４の出口部における燃料の分布を表示した結果の一例である。図７（ａ）は、ニードル２のリフト量が小さく、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２内に位置する場合の計算結果を示している。そして、図７（ｂ）は、ニードル２のリフト量が大きく、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２とシート面１１との境界よりも上流側に位置する場合の計算結果を示している。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、いずれも燃料の拡がりを黒い領域で示している。図７（ａ）が示すように、ニードル２のリフト量が小さく、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２内に位置する場合は、燃料が噴孔１４の幅方向に広く分布し、幅Ｗ１まで拡がっている。これに対して、ニードル２のリフト量が大きく、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２とシート面１１との境界よりも上流側に位置する場合は、図７（ｂ）に示すように幅Ｗ２しか拡がらず、図７（ａ）の幅Ｗ１と比較して噴孔１４の幅方向への燃料の拡がりが小さい。 7 (a) and 7 (b) calculate the fuel flow inside the nozzle body 1 using the thermo-fluid analysis software FIRE (Version 2013), and display the fuel distribution at the outlet of the injection hole 14. This is an example of the result. FIG. 7A shows a calculation result when the lift amount of the needle 2 is small and the boundary between the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is located in the sack chamber 12. FIG. 7B shows a case where the lift amount of the needle 2 is large and the boundary between the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is located on the upstream side of the boundary between the sack chamber 12 and the seat surface 11. The calculation result is shown. In both FIGS. 7 (a) and 7 (b), the spread of fuel is shown by a black region. As shown in FIG. 7A, when the lift amount of the needle 2 is small and the boundary between the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is located in the sack chamber 12, the fuel is in the width direction of the injection hole 14. It is widely distributed in the area and extends to the width W1. On the other hand, when the lift amount of the needle 2 is large and the boundary between the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is located on the upstream side of the boundary between the sack chamber 12 and the seat surface 11, FIG. 7 ( As shown in b), only the width W2 is expanded, and the spread of fuel in the width direction of the injection hole 14 is smaller than that of the width W1 in FIG. 7 (a).

図８は、噴孔１４の出口から燃料が噴出する方向（噴霧拡がり角：α）を計算した結果を示すグラフである。図８の横軸は、図４に示すニードル２を着座した状態の角度θである。図８の縦軸のαＬ／αＨは、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２内に位置する状態での噴霧拡がり角αＬを、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２とシート面１１との境界よりも上流側に位置する状態での噴霧拡がり角αＨで割ったものである。図８から、角度θを２０度以上に設定することで、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２内に位置する状態での噴霧拡がり角αＬを、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２とシート面１１との境界よりも上流側に位置する状態での噴霧拡がり角αＨの１．５倍以上とすることができる。そのため、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２内に位置する状態で、ノズル１０は高分散噴霧を形成できる。 FIG. 8 is a graph showing the result of calculating the direction in which fuel is ejected from the outlet of the injection hole 14 (spray spread angle: α). The horizontal axis of FIG. 8 is the angle θ in the state where the needle 2 shown in FIG. 4 is seated. The vertical axis αL / αH in FIG. 8 indicates the spray spread angle αL in a state where the boundary between the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is located in the sack chamber 12, and the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25. It is divided by the spray spread angle αH in a state where the boundary with 25 is located on the upstream side of the boundary between the sack chamber 12 and the seat surface 11. From FIG. 8, by setting the angle θ to 20 degrees or more, the spray spread angle αL in the state where the boundary between the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is located in the sack chamber 12 is set to the flow control unit 24. The spray spread angle αH in a state where the boundary between the needle tip and the needle tip inclined portion 25 is located on the upstream side of the boundary between the sack chamber 12 and the seat surface 11 can be 1.5 times or more. Therefore, the nozzle 10 can form a highly dispersed spray in a state where the boundary between the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is located in the sack chamber 12.

このように、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２内に位置する場合には高分散噴霧が噴孔１４から噴射され、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２とシート面１１との境界よりも上流側に位置する場合には高貫徹力噴霧が噴孔１４から噴射されるため、ニードル２の流れ制御部２４の長さを適切に設定することにより、シート部２３とシート面１１の間の流路面積と噴孔１４の総流路面積との関係に依存することなく、噴孔から噴射する燃料の噴霧状態を高分散噴霧とするか高貫徹力噴霧とするか切り換えることができる。つまり、噴孔１４から噴射する燃料の噴霧状態を高分散噴霧か高貫徹力噴霧に切り換えるニードル２のリフト量は、流れ制御部２４の長さを変えることで任意に設定できる。そのため、ニードル２のシート部２３とノズルボディ１のシート面１１との間の流路面積の方が全ての噴孔１４の最小流路面積の合計よりも大きい噴孔絞り状態においても、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２内に位置する状態が存在するように流れ制御部２４の長さを設定すれば、噴孔１４から高分散噴霧を噴射することができる。 In this way, when the boundary between the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is located in the sack chamber 12, highly dispersed spray is ejected from the injection hole 14, and the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 When the boundary is located on the upstream side of the boundary between the sack chamber 12 and the seat surface 11, high penetration force spray is ejected from the injection hole 14, so that the length of the flow control unit 24 of the needle 2 is appropriately adjusted. By setting, the spray state of the fuel injected from the injection hole can be changed to highly dispersed spray without depending on the relationship between the flow path area between the seat portion 23 and the seat surface 11 and the total flow path area of the injection hole 14. It is possible to switch between spraying and high penetration spraying. That is, the lift amount of the needle 2 for switching the spray state of the fuel injected from the injection hole 14 to the highly dispersed spray or the highly penetrating force spray can be arbitrarily set by changing the length of the flow control unit 24. Therefore, the flow control is performed even in the injection hole throttle state in which the flow path area between the seat portion 23 of the needle 2 and the seat surface 11 of the nozzle body 1 is larger than the total of the minimum flow path areas of all the injection holes 14. If the length of the flow control unit 24 is set so that the boundary between the unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is located in the sack chamber 12, the highly dispersed spray can be injected from the injection hole 14. ..

本実施形態のノズル１０は、噴孔絞り状態において、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２内に位置するように流れ制御部２４の長さが設定されているため、噴孔絞り状態においても噴孔１４から高分散噴霧を噴射することができる。 In the nozzle 10 of the present embodiment, the length of the flow control unit 24 is set so that the boundary between the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is located in the sack chamber 12 in the injection hole throttle state. Highly dispersed spray can be injected from the nozzle 14 even in the nozzle throttle state.

内燃機関の低負荷運転時又は中負荷運転時には、内燃機関の燃焼室のキャビティ内で大部分の燃料を燃焼させる。このとき、スモーク生成の要因となる過濃混合気の形成を抑制するために高分散噴霧が要求される。従来技術では、ニードル２のシート部２３とノズルボディ１のシート面１１との間の流路面積の方が全ての噴孔１４の最小流路面積の合計よりも小さいシート絞り状態でないと高分散噴霧を形成できず、シート絞り状態では燃料流量が小さいため、所望の噴射量を得るには噴射時間を長くする必要があり、特に内燃機関の回転速度が高い場合には噴射時間が長すぎて良好な燃焼状態を得られなくなる場合があった。これに対して、本実施形態のノズル１０は、シート絞り状態に限らず、噴孔絞り状態でも高分散噴霧を形成できるため、噴孔絞り状態で高分散噴霧を形成することにより、内燃機関の回転速度が高い場合でも良好な燃焼状態を得ることができる。 During low-load or medium-load operation of the internal combustion engine, most of the fuel is burned in the cavity of the combustion chamber of the internal combustion engine. At this time, highly dispersed spraying is required in order to suppress the formation of a rich mixture that causes smoke generation. In the prior art, the flow path area between the seat portion 23 of the needle 2 and the seat surface 11 of the nozzle body 1 is highly dispersed unless the sheet is drawn in a state where the flow path area is smaller than the total of the minimum flow path areas of all the injection holes 14. Since spray cannot be formed and the fuel flow rate is small in the sheet throttle state, it is necessary to lengthen the injection time in order to obtain the desired injection amount, and the injection time is too long, especially when the rotation speed of the internal combustion engine is high. In some cases, a good combustion state could not be obtained. On the other hand, the nozzle 10 of the present embodiment can form a highly dispersed spray not only in the sheet throttle state but also in the nozzle throttle state. Therefore, by forming the highly dispersed spray in the nozzle throttle state, the internal combustion engine A good combustion state can be obtained even when the rotation speed is high.

一方、内燃機関の高負荷運転時には、燃焼室全域に混合気を形成するために、低負荷運転時及び中負荷運転時より高貫徹力噴霧が要求される。高負荷運転時には噴射量が多く噴射時間が長いため、噴射初期に、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２内に位置する状態で高分散噴霧を噴射した後、流れ制御部２４とニードル先端傾斜部２５との境界がサック室１２とシート面１１との境界よりも上流側に位置する状態で高貫徹力噴霧を噴射する。 On the other hand, during high-load operation of the internal combustion engine, high penetration spraying is required compared to low-load operation and medium-load operation in order to form an air-fuel mixture in the entire combustion chamber. Since the injection amount is large and the injection time is long during high load operation, the flow is performed after the highly dispersed spray is injected with the boundary between the flow control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 located in the sack chamber 12 at the initial stage of injection. High penetration spray is injected in a state where the boundary between the control unit 24 and the needle tip inclined portion 25 is located on the upstream side of the boundary between the sack chamber 12 and the seat surface 11.

本開示の燃料噴射弁は、上述した形態に限定されず、本開示の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。例えば、サック室の形状は、筒状の入口側内壁が形成されていれば、円筒と半球を組み合わせた形状以外の形状であってもよい。 The fuel injection valve of the present disclosure is not limited to the above-described form, and can be implemented in various forms within the scope of the gist of the present disclosure. For example, the shape of the sack chamber may be a shape other than a combination of a cylinder and a hemisphere as long as a tubular inner wall on the entrance side is formed.

１ ノズルボディ、２ ニードル、１０ ノズル、１１ シート面、１２ サック室、１３ 入口側内壁、１４ 噴孔、１５ 下壁面、２１ 第１円錐面、２２ 第２円錐面、２３ シート部、２４ 流れ制御部、２５ ニードル先端傾斜部。
1 Nozzle body, 2 needles, 10 nozzles, 11 seat surface, 12 sack chamber, 13 inlet side inner wall, 14 injection hole, 15 lower wall surface, 21 1st conical surface, 22 2nd conical surface, 23 seat part, 24 flow control Part, 25 Needle tip inclined part.

Claims (3)

ノズルボディと、
前記ノズルボディの内部に収容され、前記ノズルボディの中心軸の方向に進退移動可能なニードルと、を備え、
前記ノズルボディの内壁には、前記ノズルボディの先端に向かって内径が縮小する円錐台の形状のシート面と、前記シート面の先端から前記中心軸の方向へ凹んだ凹部であるサック室と、が形成され、
前記ノズルボディには、前記サック室から前記ノズルボディの外部へ燃料を噴射する噴孔が形成され、
前記ニードルのシート部が前記ノズルボディの前記シート面に当接した着座時には燃料の噴射を停止し、
前記ニードルの前記シート部が前記ノズルボディの前記シート面から離間した離座時には、前記ノズルボディと前記ニードルとの間を前記サック室へ燃料が流れて、前記噴孔から燃料を噴射するノズルであって、
前記サック室のうち前記シート面の先端に連続する部分には筒状の入口側内壁が形成され、
前記ニードルの先端部には、前記サック室の前記入口側内壁にほぼ平行な筒状の流れ制御部と、前記流れ制御部の先端から前記ニードルの先端に向かって外径が縮小する先細り形状のニードル先端傾斜部と、が設けられ、
前記着座時には、前記流れ制御部と前記ニードル先端傾斜部との境界が前記サック室内に位置し、
前記ニードルを後退させたリフト量が所定値以上の場合には、前記流れ制御部と前記ニードル先端傾斜部との境界は、前記サック室と前記シート面との境界よりも上流側に位置し、
前記噴孔は、前記サック室の前記入口側内壁より下流側の部分に入口が設けられ、厚さがほぼ一定の扁平な扇状であり、出口に向かって幅が拡大すること、を特徴とするノズル。 Nozzle body and
A needle housed inside the nozzle body and capable of advancing and retreating in the direction of the central axis of the nozzle body.
The inner wall of the nozzle body includes a truncated cone-shaped seat surface whose inner diameter decreases toward the tip of the nozzle body, and a sack chamber which is a recess recessed from the tip of the seat surface in the direction of the central axis. Is formed,
A nozzle for injecting fuel from the sack chamber to the outside of the nozzle body is formed in the nozzle body.
When the seat portion of the needle is seated in contact with the seat surface of the nozzle body, fuel injection is stopped.
When the seat portion of the needle is separated from the seat surface of the nozzle body, fuel flows into the sack chamber between the nozzle body and the needle, and the nozzle injects fuel from the injection hole. There,
A tubular inner wall on the entrance side is formed in the portion of the sack chamber that is continuous with the tip of the seat surface.
The tip of the needle has a tubular flow control unit substantially parallel to the inlet side inner wall of the sack chamber and a tapered shape whose outer diameter decreases from the tip of the flow control unit toward the tip of the needle. Needle tip inclined part and
At the time of sitting, the boundary between the flow control unit and the needle tip inclined portion is located in the sack chamber.
When the lift amount at which the needle is retracted is equal to or greater than a predetermined value, the boundary between the flow control unit and the needle tip inclined portion is located on the upstream side of the boundary between the sack chamber and the seat surface.
The nozzle is characterized in that an inlet is provided in a portion of the sack chamber on the downstream side of the inner wall on the entrance side, the nozzle has a flat fan shape having a substantially constant thickness, and the width expands toward the outlet. nozzle. 請求項１に記載のノズルであって、
前記着座時には、前記中心軸を含む前記ノズルの断面において、前記流れ制御部と前記ニードル先端傾斜部との境界の点から延ばした直線を前記噴孔の噴孔中心軸と前記噴孔の入口部で交差させると、前記直線と前記噴孔中心軸とがなす角度が２０度以上であること、を特徴とするノズル。 The nozzle according to claim 1.
At the time of seating, in the cross section of the nozzle including the central axis, a straight line extending from the boundary point between the flow control unit and the needle tip inclined portion is drawn from the injection hole central axis of the injection hole and the inlet portion of the injection hole. A nozzle characterized in that the angle formed by the straight line and the central axis of the injection hole is 20 degrees or more when crossed with. 請求項１又は請求項２に記載のノズルであって、
前記シート部と前記シート面との間の流路面積の方が全ての前記噴口の最小流路面積の合計よりも大きい噴孔絞り状態においても、前記流れ制御部と前記ニードル先端傾斜部との境界が前記サック室内に位置する状態が存在すること、を特徴とするノズル。
The nozzle according to claim 1 or 2.
Even in the injection hole throttle state where the flow path area between the sheet portion and the sheet surface is larger than the total of the minimum flow path areas of all the nozzles, the flow control unit and the needle tip inclined portion A nozzle characterized in that there is a state in which the boundary is located in the sack chamber.

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