JP2782028B2 - Fuel injection device for internal combustion engine - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の燃料噴射弁装
置に係り、特に火花点火機関に使用するに好適な内燃機
関の燃料噴射弁装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種の内燃機関の燃料噴射弁装
置としては、実開昭５９−１３１５７５号公報に記載さ
れた発明がある。この燃料噴射弁装置は空気−燃料噴射
口の方へ広がる錐面に形成された通路に空気通路を開口
するように構成されている（図７）。そのため、空気流
速が最大となるのは、空気通路の出口である。この空気
通路の出口で燃料と衝突し、燃料を微粒化する。燃料
は、空気と衝突後、通路が円錐状に形成されているため
に、その流速が下降し、広がりながら空気−燃料噴射口
から噴射される。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上述した従来の内燃機
関の燃料噴射弁装置ではエンジンの気筒に噴射された燃
料が補助空気供給用の空気通路に流入したり、空気流が
燃料と衝突後、流速が急速に低下するため燃料の微粒化
が十分に行なわれず、燃料噴霧に偏りが生じるという問
題があった。 【０００４】本発明は、噴射された燃料が補助空気供給
用の空気通路に流入するのを防止すると共に、燃料の微
粒化を促進できる内燃機関の燃料噴射弁装置を提供する
ことを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明の内燃機関の燃料
噴射弁装置は、燃料の噴射量を弁座部の開口を弁体によ
り開閉して調節する弁体部と、前記弁座部の開口に連通
させて形成された燃料噴射用のノズル部と、該ノズル部
に空気を流入する複数の空気通路とを備えてなり、前記
ノズル部は前記弁座部の開口面積と略同一の断面積を有
する所定長の流路を備え、該所定長の流路の途中に複数
の前記空気通路を連通するとともに、該空気通路と前記
ノズル部の上流側流路とのなす角度を９０度より小さい
角度に設定してなることを特徴とする。 【０００６】 【作用】上記構成によれば、第１に、空気通路とノズル
部の上流側流路とのなす角度が９０度より小さい角度で
連通されていることから、つまり空気通路に向かう燃料
の流れを抑えることができるから、空気通路に燃料が流
入しにくくなる。第２に、弁座部の開口と略同一径に形
成された所定長の燃料流路の途中に、複数の空気通路か
ら補助空気が流入されることから、補助空気が流入され
た位置よりも下流側のノズル部における流体の流速が速
くなり、弁座部の開口から噴射された燃料の噴射流と空
気流との衝突作用などが激しくなるので、燃料の微粒化
を促進することができる。 【０００７】その結果、燃料噴射の偏りを防止すること
ができるので噴射された燃料の周囲に空気層ができ、燃
料の壁面付着が少なくなる。 【実施例】 【０００８】図１は本発明が適用されるエンジン制御装
置の全体構成図である。ここでは多気筒エンジンのうち
１つのエンジンの断面を示してある。図１において、エ
ンジン１０１のピストン１０２の上下動はクランク軸１
０３の回転運動に変えられて動力として出される。 【０００９】一方、ピストン１０２の動きに応じて吸気
弁１０４および排気弁１０５は開閉し、吸気管１０７内
の空気がシリンダ１０８内に吸引され、同時に噴射弁１
０９より吸気弁１０４をめがけて燃料が噴射され、この
燃料が空気と混合されてシリンダ１０８内に充満し、ピ
ストン１０２で圧縮後、点火プラグ１０６により着火さ
れる。燃焼による排気は排気弁１０５の開弁によって排
気管１１０内に吐出される。排気管１１０には排気中の
余剰酸素濃度からエンジンに吸引され空気、燃料の比を
検出するλ（ラムダ）センサ１２４が集合部（図２参
照）に設置されている。 【００１０】またエアクリーナ１２１の下流には吸気温
度を検出する吸気温センサ１２０（熱電対、測温抵抗体
等）、吸入空気量を瞬時に検出するエアフローセンサ１
１９、絞り弁１１６の開度を検出する開度センサ１１
８、エンジン１０１の冷却水温または壁温を検出する水
温センサ１２３及びクランク軸１０３の回転角度を検出
するクランク角センサ１１１が配置され、これらのセン
サで検出した信号は全てマイクロコンピュータを内蔵し
た制御回路１１２に入力され、ここでの記憶、演算動作
によって噴射弁１０９及び点火プラグ１０６に対する開
弁時期、点火時期の駆動信号が発生される。 【００１１】エンジンに吸引された空気量Ｑａは前述の
エアフローセンサ１１９の出力信号より算出できるが、
図１に示したごとく、吸気管１０７の途上に設置した圧
力センサ１１５の出力信号とエンジン回転数すなわたク
ランク角センサ１１１の出力信号から算出することもで
きる。また吸気管１０７の吸気弁１０４の近傍には外部
より発熱量がコントロールできる発熱抵抗体１３２が埋
設され、ヒータ回路１３１でその印加電流量が制御され
ている。 【００１２】ヒータ回路１３１は制御回路１１２に結線
され、上記の各センサの出力信号に基づきエンジン始動
時には多くの電流を印加せしめ、周囲が暖機状態に達し
たら徐々に電流量が減少されるように制御回路１１２に
よって制御されている。 【００１３】特に、本発明の特徴にかかる噴射弁１０９
から噴射される燃料を微粒化することが、エンジン性能
を向上する重要なファクターであるので、噴射弁１０９
の下流側に補助空気を導きその気流で微粒化を促進して
いる。これについては図４で説明する。 【００１４】図２は図１で示したセンサ類の信号および
吸排気系の概略構成を示した図である。同図において、
エアフロメータ１１９と絞り弁１１６と一体の吸気管１
０７は可とう性弾性体で形成された合成樹脂管１１７で
連結される。燃料はタンク１２５からポンプ１２７およ
びレギュレータ１２８で所定の圧力に制御されて各噴射
弁１０９，１０９′，１０９″及び１０９′′′に圧送
されている。 【００１５】図３（ａ）は、本発明の特徴にかかる噴射
弁１０９の下流に補助空気を導く構成図である。絞り弁
１１６の上流側のエアフロメータ１１９の上下流に設け
た取入口１３３，１３４の下流は三方弁１３５に連結さ
れ、この三方弁１３５で空気の取入口を選択し、連結管
１３６を介して噴射弁１０９の下流に連結されている。
ここで、上下流の取入口１３３，１３４は始動時は補助
空気量もエアフローメータ１１９で検出してリッチな燃
料を計量させ、暖機後は補助空気量はエアフローメータ
１１９で検出せずに希薄混合気で運転せしめるように選
択される。 【００１６】三方弁１３５は図３（ｂ）に示すように、
熱で変形する板バネ（例えばバイメタル）のレバー１３
７の先端の２個の突起部を有する弁１３８，１３８′が
低温時には開口部１３４を閉じ、高温になると開口部１
３３を閉じ、上記エアフローメータ１１９の上下流の補
助空気取入口１３３，１３４の一方を選択できるように
なっている。なお、三方弁１３５は回転電磁弁で直接回
動せしめてコントロールしてもよい。 【００１７】図４は、本発明の特徴にかかる燃料噴射弁
の具体的な構成を示した断面構成図である。同図におい
て、吸気管１０７に固定された噴射弁１０９のボール弁
１３９の下流側に空気通路１４２を複数個設け、三方弁
１３５からの空気通路である連結管１３６と連通する孔
１３７と導通させ、その上下をＯリング１４１，１４
１′等で密閉する構造になっており、空気通路１４２を
通って流入した空気はノズル部１４０で燃料と混合され
て吐出される。このとき、ノズル部１４０は細く絞られ
ておりその吐気流速が高いため、燃料は微細に微粒化さ
れる。 【００１８】つまり、図４から明らかなように、弁体で
あるボール弁１３９は、ノズル部１４０の上端の開口部
を弁座とし、その上端の開口を開閉して燃料の噴射量を
調節する。ノズル部１４０は上端の開口と略同一径に形
成された一定長の流路を有し、その下端部において拡径
されている。そして、ノズル部１４０の流路の途中に、
複数の空気通路１４２が連通して設けられている。この
空気通路１４２とノズル部１４０の上流側流路とのなす
角度は、９０度より小さい角度に設定されている。 【００１９】 【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、第
１に、空気通路とノズル部の上流側流路とのなす角度が
９０度より小さい角度で連通されていることから、つま
り空気通路に向かう燃料の流れを抑えることができるか
ら、間歇的に噴射される燃料が空気通路に流入しにくく
なり、燃料噴射の状態が安定する。第２に、弁座部の開
口と略同一径に形成された所定長の燃料流路の途中に、
複数の空気通路から補助空気が流入されることから、補
助空気が流入された位置よりも下流側のノズル部におけ
る流体の流速が速くなり、弁座部の開口から噴射された
燃料の噴射流と空気流との衝突が激しくなるとともに、
燃料と空気の相対速度の相違による混合作用などによ
り、燃料の微粒化を促進することができる。 Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel injector for an internal combustion engine, and more particularly to a fuel injector for an internal combustion engine suitable for use in a spark ignition engine. 2. Description of the Related Art Conventionally, as a fuel injection valve device for an internal combustion engine of this kind, there is an invention described in Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 59-131575. This fuel injection valve device is configured to open an air passage in a passage formed in a conical surface extending toward the air-fuel injection port (FIG. 7). Therefore, the air flow velocity is maximized at the outlet of the air passage. The fuel collides with the fuel at the outlet of the air passage and atomizes the fuel. After the fuel collides with the air, the fuel is injected from the air-fuel injection port while its flow velocity decreases and spreads because the passage is formed in a conical shape. [0003] The present invention is to provide a look and fuel flowing in the fuel injection valve device of a conventional internal combustion engine described above, which is injected into the cylinders of the engine into the air passage of the auxiliary air supply, air-air flow and the fuel After the collision, there is a problem that the fuel flow is rapidly reduced, so that atomization of the fuel is not sufficiently performed, and the fuel spray is biased. [0004] The invention, together with injection Isa fuel is prevented from flowing into the air passage of the auxiliary air supply, fuel fine
An object of the present invention is to provide a fuel injection valve device for an internal combustion engine that can promote granulation . A fuel injection valve device for an internal combustion engine according to the present invention has a valve body for adjusting the amount of fuel injected by opening and closing an opening of a valve seat with a valve body; A nozzle portion for fuel injection formed in communication with an opening of the seat portion, and a plurality of air passages for flowing air into the nozzle portion, wherein the nozzle portion is substantially equal to an opening area of the valve seat portion. Has the same cross-sectional area
Comprising a predetermined length of flow path, communicated with the plurality of the air passages in the middle of the predetermined length of the flow path, an angle smaller than the angle 90 ° between the upstream flow path of the air passage the nozzle unit Is set. According to the above construction , first, the air passage and the nozzle
Angle of the part with the upstream flow path is less than 90 degrees
Because of the communication, that is, the fuel going to the air passage
Fuel flow through the air passages
It becomes difficult to enter. Second, it is formed to have approximately the same diameter as the valve seat opening.
In the middle of the formed fuel passage of a predetermined length, a plurality of air passages
Auxiliary air flows in from the
Fluid velocity at the nozzle downstream of the
And the flow of fuel injected from the opening in the valve seat and
Atomization of fuel due to severe collision with airflow
Can be promoted. [0007] As a result, uneven fuel injection can be prevented, so that an air layer is formed around the injected fuel, and the adhesion of the fuel to the wall surface is reduced. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an engine control device to which the present invention is applied. Here, a cross section of one of the multi-cylinder engines is shown. 1, a vertical movement of a piston 102 of an engine 101 corresponds to a crankshaft 1.
It is converted into a rotating motion of 03 and is output as power. On the other hand, the intake valve 104 and the exhaust valve 105 open and close according to the movement of the piston 102, and the air in the intake pipe 107 is sucked into the cylinder 108, and at the same time, the injection valve 1
From 09, fuel is injected toward the intake valve 104, and this fuel is mixed with air to fill the cylinder 108, compressed by the piston 102, and ignited by the spark plug 106. The exhaust gas generated by the combustion is discharged into the exhaust pipe 110 by opening the exhaust valve 105. In the exhaust pipe 110, a λ (lambda) sensor 124 that detects the ratio of air and fuel that is sucked into the engine from the excess oxygen concentration in the exhaust gas is installed at the collecting part (see FIG. 2). Downstream of the air cleaner 121, an intake air temperature sensor 120 (thermocouple, temperature measuring resistor, etc.) for detecting an intake air temperature, and an air flow sensor 1 for instantaneously detecting an intake air amount.
19. Opening sensor 11 for detecting opening of throttle valve 116
8. A water temperature sensor 123 for detecting a cooling water temperature or a wall temperature of the engine 101 and a crank angle sensor 111 for detecting a rotation angle of the crankshaft 103 are arranged, and signals detected by these sensors are all control circuits incorporating a microcomputer. A drive signal for the valve opening timing and the ignition timing for the injection valve 109 and the ignition plug 106 is generated by the storage and the calculation operation. The amount of air Qa drawn into the engine can be calculated from the output signal of the air flow sensor 119 described above.
As shown in FIG. 1, it can be calculated from the output signal of the pressure sensor 115 installed on the way of the intake pipe 107 and the output signal of the crank angle sensor 111, that is, the engine speed. In the vicinity of the intake valve 104 of the intake pipe 107, a heating resistor 132 capable of controlling the amount of heat generated externally is embedded, and the amount of current applied thereto is controlled by a heater circuit 131. The heater circuit 131 is connected to the control circuit 112 so that a large amount of current is applied when the engine is started based on the output signals of the above sensors, and the amount of current is gradually reduced when the surroundings reach a warm-up state. Are controlled by the control circuit 112 . In particular, the injection valve 109 according to the features of the present invention.
That the atomization of a fuel injected from because it is an important factor to improve the engine performance, injector 109
Auxiliary air is introduced downstream of the air to promote atomization. This will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram schematically showing the signals of the sensors and the intake / exhaust system shown in FIG. In the figure,
Intake pipe 1 integrated with air flow meter 119 and throttle valve 116
Reference numeral 07 is connected by a synthetic resin pipe 117 formed of a flexible elastic body. Fuel being pumped is controlled from the tank 125 to a predetermined pressure by the pump 127 and the regulator 128 to the injectors 109, 109 ', 109' and 109 '''. [0015] FIG. 3 (a), the der configuration Figure auxiliary air downstream rather guiding the injector 109 according to a feature of the invention Ru. downstream of inlet 133 provided on the upstream and downstream of the upstream side of the air flow meter 119 of the throttle valve 116 is a three-way valve 135 The three-way valve 135 selects an air intake, and is connected to the downstream of the injection valve 109 via a connection pipe 136.
Here, at the time of starting, the upstream and downstream intakes 133 and 134 also detect the amount of auxiliary air with the air flow meter 119 to measure rich fuel. It is selected to run on a mixture. The three-way valve 135, as shown in FIG. 3 (b),
Leaf spring (for example, bimetal) lever 13 that is deformed by heat
7, the valves 138 and 138 'having two projections close the opening 134 when the temperature is low, and the opening 1 when the temperature is high.
33 is closed, and one of the auxiliary air intakes 133 and 134 upstream and downstream of the air flow meter 119 can be selected. It should be noted that the three-way valve 135 may be controlled by directly rotating the rotary electromagnetic valve. FIG. 4 shows a fuel injection valve according to a feature of the present invention .
FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram showing a specific configuration of FIG. In the figure, a plurality of air passages 142 are provided on the downstream side of the ball valve 139 of the injection valve 109 fixed to the intake pipe 107 so as to communicate with the hole 137 communicating with the connection pipe 136 which is the air passage from the three-way valve 135. O rings 141 and 14
1 'and the like, and the air that has flowed through the air passage 142 is mixed with fuel at the nozzle section 140 and discharged. At this time, the fuel is finely atomized because the nozzle portion 140 is narrowed down and the exhaust gas flow velocity is high. That is, as is apparent from FIG.
One ball valve 139 has an opening at the upper end of the nozzle portion 140.
Is used as a valve seat, and the upper end opening is opened and closed to adjust the fuel injection amount.
Adjust. The nozzle part 140 has the same diameter as the opening at the upper end.
It has a constant length flow path formed, and the diameter is expanded at the lower end.
Have been. And, in the middle of the flow path of the nozzle part 140,
A plurality of air passages 142 are provided in communication. this
The connection between the air passage 142 and the upstream flow path of the nozzle 140
The angle is set to an angle smaller than 90 degrees. According to the present invention as described above, according to the present invention, the
1. The angle between the air passage and the upstream flow path of the nozzle is
Because they are communicated at an angle smaller than 90 degrees,
The flow of fuel toward the air passage
Intermittently injected fuel is less likely to flow into the air passage
And the state of fuel injection is stabilized. Second, opening the valve seat
In the middle of a fuel passage of a predetermined length formed with the same diameter as the mouth,
Since auxiliary air flows in from multiple air passages,
At the nozzle downstream of the position where the auxiliary air was introduced.
The flow velocity of the fluid increases, and it is injected from the valve seat opening.
As the collision between the fuel injection flow and the air flow increases,
Due to the mixing effect due to the difference in relative speed between fuel and air
Therefore, atomization of fuel can be promoted.

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の燃料噴射弁装置に係る燃料供給量を制
御する機構の全体を説明する図である。 【図２】燃料供給量を制御する機構の全体を説明する図
である。 【図３】本発明の燃料噴射弁装置に係る補助空気の供給
系統の一例を示す構成図である。 【図４】本発明の燃料噴射弁装置に係る一実施例の断面
構成図である。 【符号の説明】 １０１ エンジン １０７ 吸気管 １０９ 噴射弁１３６ 連結管 １３７ 孔 １３９ ボール弁 １４０ ノズル部 １４２ 空気通路 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 controls the fuel supply amount according to the fuel injection valve device of the present invention .
It is a figure explaining the whole mechanism which controls. FIG. 2 is a view for explaining an entire mechanism for controlling a fuel supply amount;
It is . FIG. 3 shows the supply of auxiliary air according to the fuel injection valve device of the present invention .
It is a block diagram showing an example of a system. FIG. 4 is a cross-sectional view of one embodiment according to the fuel injection valve device of the present invention .
It is a block diagram. [Description of Signs] 101 Engine 107 Intake pipe 109 Injection valve 136 Connection pipe 137 Hole 139 Ball valve 140 Nozzle section 142 Air passage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山内 照夫 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 大須賀 稔 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−64148（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−62840（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭58−45597（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭46−35454（ＪＰ，Ｂ１)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Teruo Yamauchi               3-1-1, Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Shares               Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Minoru Osuka               3-1-1, Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Shares               Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory                (56) References JP-A-56-64148 (JP, A)                 Showa 55-62840 (JP, U)                 JP-B-58-45597 (JP, B2)                 Tokiko 46-35454 (JP, B1)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 １．燃料の噴射量を弁座部の開口を弁体により開閉して
調節する弁体部と、前記弁座部の開口に連通させて形成
された燃料噴射用のノズル部と、該ノズル部に空気を流
入する複数の空気通路とを備えてなり、前記ノズル部は
前記弁座部の開口面積と略同一の断面積を有する所定長
の流路を備え、該所定長の流路の途中に複数の前記空気
通路を連通するとともに、該空気通路と前記ノズル部の
上流側流路とのなす角度を９０度より小さい角度に設定
してなることを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁装置。(57) [Claims] A valve body for adjusting the fuel injection amount by opening and closing the opening of the valve seat by a valve body; a fuel injection nozzle formed by communicating with the opening of the valve seat; it comprises a plurality of air passages flowing, said nozzle portion having a predetermined length of the flow path having substantially the same cross-sectional area and the opening area of the valve seat portion, a plurality in the middle of the predetermined length of the flow path A fuel injection valve device for an internal combustion engine, wherein an angle formed between the air passage and an upstream passage of the nozzle portion is set to an angle smaller than 90 degrees.