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JP2012036865A - Injection nozzle - Google Patents

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JP2012036865A
JP2012036865A JP2010179171A JP2010179171A JP2012036865A JP 2012036865 A JP2012036865 A JP 2012036865A JP 2010179171 A JP2010179171 A JP 2010179171A JP 2010179171 A JP2010179171 A JP 2010179171A JP 2012036865 A JP2012036865 A JP 2012036865A
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JP
Japan
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nozzle
injection
nozzle body
valve needle
wall surface
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010179171A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Nakajima
俊明 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2010179171A priority Critical patent/JP2012036865A/en
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Abstract

【課題】高噴霧角度で噴霧むらを防止でき、噴射量制御により無駄な噴射を抑え得る、燃費悪化や排出ガス性能の低下を防止できる低コストで高性能の噴射ノズルを提供する。
【解決手段】バルブニードル20と、これを変位可能に収納するノズルボディ10とを備え、ノズルボディ10には、噴孔11aに燃料を導入する燃料通路30が形成されるとともに、バルブニードル20との間で燃料通路30の一部を開閉する錐面状のバルブシート部12が設けられ、ノズルボディ10は、バルブシート部12を構成する円錐面13と、噴孔11aが開口する凹壁面14と、円錐面13および凹壁面14の間で軸方向に対し略平行に延在する筒状面15とを有する内壁面16を形成している。なお、軸方向における筒状面15の長さは、凹壁面14および筒状面15によって形成されるサック室17の直径Dscに対して35%を超えかつ50%以下となる範囲内に設定されるのがよい。
【選択図】図1
Disclosed is a low-cost and high-performance injection nozzle capable of preventing spray unevenness at a high spray angle and suppressing wasteful injection by injection amount control and preventing deterioration in fuel consumption and reduction in exhaust gas performance.
A valve needle and a nozzle body that accommodates the valve needle are displaceable. The nozzle body is formed with a fuel passage for introducing fuel into an injection hole. A conical surface of the valve seat 12 that opens and closes a part of the fuel passage 30 is provided between the nozzle body 10 and the nozzle body 10 having a conical surface 13 constituting the valve seat 12 and a concave wall surface 14 in which the injection holes 11a are opened. And an inner wall surface 16 having a cylindrical surface 15 extending substantially parallel to the axial direction between the conical surface 13 and the concave wall surface 14. In addition, the length of the cylindrical surface 15 in the axial direction is set within a range that exceeds 35% and is 50% or less with respect to the diameter Dsc of the suck chamber 17 formed by the concave wall surface 14 and the cylindrical surface 15. It is better.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、流体を噴射する噴射ノズル、特に液体を噴霧状にして噴射する噴孔の近傍にその噴孔が開口する液溜り室を有する噴射ノズルに関する。   The present invention relates to an injection nozzle that injects a fluid, and more particularly to an injection nozzle that has a liquid pool chamber in which the injection hole is opened in the vicinity of an injection hole that injects liquid in a spray state.

ノズル先端部の噴孔の近傍にその噴孔が開口する液溜り室(以下、サック室という)を有する噴射ノズルは、例えば車両用内燃機関の燃料噴射ノズルに使用されている。また、車両用内燃機関の燃料噴射ノズルにおいては、一般に、燃料噴霧が微粒化されるようになっている。   An injection nozzle having a liquid reservoir chamber (hereinafter referred to as a sac chamber) in which the nozzle hole is opened in the vicinity of the nozzle hole at the tip of the nozzle is used, for example, as a fuel injection nozzle of an internal combustion engine for a vehicle. In general, fuel spray is atomized in a fuel injection nozzle of a vehicle internal combustion engine.

この種の噴射ノズルとしては、例えば車両用内燃機関の燃料噴射ノズルにおいて、バルブニードルの先端側の外周面とノズルボディとの間に環状隙間を形成する一方、バルブニードルの先端側の中心部分に開弁時に噴孔に連通する燃料通路孔を形成し、燃料通路孔への燃料供給圧力に応じたバルブニードル先端部の弾性変形により前記環状隙間を変化させることで、高圧燃料の低圧部への漏れを防止するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   As this type of injection nozzle, for example, in a fuel injection nozzle of an internal combustion engine for a vehicle, an annular gap is formed between the outer peripheral surface on the tip side of the valve needle and the nozzle body, while at the center portion on the tip side of the valve needle. A fuel passage hole communicating with the nozzle hole is formed when the valve is opened, and the annular gap is changed by elastic deformation of the valve needle tip according to the fuel supply pressure to the fuel passage hole, so that the high pressure fuel is supplied to the low pressure portion. What prevents leakage is known (see, for example, Patent Document 1).

また、噴射燃料に旋回力を付与する旋回通路がニードル先端部の近傍に配置された円筒部材とノズルボディの間に形成されるとともに円筒部材の内周面に開口することで、ニードルのリフト量が小さいときにはその旋回通路の通路断面積が小さくなり、ニードルのリフト量が大きいときにはその旋回通路の通路断面積が大きくなるようにして、噴射量のダイナミックレンジを大きくした噴射ノズルも知られている(例えば、特許文献2参照)。   In addition, a swirl passage that imparts a swirling force to the injected fuel is formed between the cylindrical member disposed near the tip of the needle and the nozzle body, and opens to the inner peripheral surface of the cylindrical member, so that the lift amount of the needle There is also known an injection nozzle in which the dynamic range of the injection amount is increased by reducing the passage cross-sectional area of the swirl passage when the valve is small and increasing the cross-sectional area of the swirl passage when the lift amount of the needle is large. (For example, refer to Patent Document 2).

さらに、隣り合う2つの噴孔の入口部を近接させて各噴孔内で旋回流を形成し、低噴射領域において低貫徹力および高噴霧角度(広噴霧角度)の燃料噴霧を形成するようにしたものも提案されている(例えば、特許文献3参照)。   Further, the inlet portions of two adjacent nozzle holes are brought close to each other to form a swirl flow in each nozzle hole, so that fuel spray with a low penetration force and a high spray angle (wide spray angle) is formed in the low injection region. Have also been proposed (see, for example, Patent Document 3).

特開2001−221132号公報JP 2001-221132 A 特開平10−288130号公報JP 10-288130 A 特開2003−161230号公報JP 2003-161230 A

しかしながら、上述のような従来の噴射ノズルにあっては、ノズルボディへの複数の噴霧孔加工が必要で、燃料噴霧の微粒化を促進するために広噴霧角とする場合には噴孔の総開口面積を大きくする必要があったり、燃料の旋回力を得るためにノズルボディ内に収納される部品の形状を複雑にする必要があったりしていたため、噴射ノズルがコスト高になってしまうという問題があった。加えて、高噴射域での噴射量の確保と低噴射域での高精度の噴射量制御を両立させることが困難になり、内燃機関の燃費向上や排出ガス性能の向上が困難になるという問題があった。   However, in the conventional injection nozzle as described above, it is necessary to process a plurality of spray holes in the nozzle body, and when the spray angle is wide to promote atomization of the fuel spray, the total number of the spray holes is required. It is necessary to increase the opening area, and it is necessary to complicate the shape of the parts housed in the nozzle body in order to obtain the turning force of the fuel. There was a problem. In addition, it is difficult to ensure both the injection quantity in the high injection range and the high-precision injection quantity control in the low injection range, making it difficult to improve the fuel efficiency and exhaust gas performance of the internal combustion engine. was there.

また、噴孔がノズル先端部の内方に設けられたサック室(液溜まり)に開口し、そのサック室の上流側にサック室の内周壁面に対し傾斜した円錐面状のバルブシートが配置される場合、スラッジの発生を抑制したり噴射応答性(開弁時にサック室内に燃料を再充填するのに要する時間)を向上させたりするべくサック室の容積が小さく抑えられていたため、サック室内に流入する燃料の流線がサック室の内周壁面から剥離することで噴孔入口部における燃料流線分布にばらつきが生じてしまい、噴霧角度の低下や噴霧のむらが生じ易くなるという問題があった。   In addition, the nozzle hole opens into a sac chamber (liquid reservoir) provided inside the nozzle tip, and a conical valve seat inclined with respect to the inner peripheral wall surface of the sac chamber is arranged upstream of the sac chamber In this case, the volume of the sac chamber has been reduced to suppress sludge generation or improve the injection response (time required to refill the sac chamber with the fuel when the valve is opened). The fuel flow line flowing into the sack chamber is separated from the inner peripheral wall surface of the sac chamber, resulting in variations in the fuel stream line distribution at the nozzle hole inlet, which tends to cause a decrease in spray angle and uneven spraying. It was.

さらに、気筒内に燃料を直接噴射する直噴ガソリンエンジン等では、貫徹力に優れ、エンジン内の気流のアシスト無しでも点火プラグの近傍に可燃混合気を形成できるスリットノズルが使用され始めているが、このスリットノズルにおいても、サック室の容積が小さく抑えられていたため、サック室内に流入する燃料の流線がサック室の内周壁面から剥離することでスリット状の噴孔の入口部における燃料流線の分布にばらつきが生じ易く、噴霧角度の低下や噴霧のむらが生じていた。そのため、エンジンオイルの希釈化や排出ガス性能の低下を招来する可能性があった。   Furthermore, in a direct injection gasoline engine that directly injects fuel into a cylinder, a slit nozzle that is excellent in penetrating power and can form a combustible mixture in the vicinity of a spark plug without assisting the airflow in the engine has begun to be used. Also in this slit nozzle, since the volume of the sac chamber is kept small, the fuel streamline flowing into the sac chamber is separated from the inner peripheral wall surface of the sac chamber, so that the fuel streamline at the entrance of the slit-shaped nozzle hole The distribution of the water was likely to vary, resulting in a decrease in spray angle and uneven spraying. For this reason, there is a possibility that engine oil may be diluted and exhaust gas performance may be deteriorated.

そこで、本発明は、高噴霧角度であって噴霧のむらを確実に防止でき、高精度の噴射量制御により無駄な燃料噴射を抑えることができ、燃費の悪化や排出ガス性能の低下を防止することのできる低コストで高性能の噴射ノズルを提供するものである。   Therefore, the present invention is capable of reliably preventing uneven spraying at a high spray angle, suppressing unnecessary fuel injection by highly accurate injection amount control, and preventing deterioration of fuel consumption and exhaust gas performance. A low-cost and high-performance injection nozzle that can be used.

本発明は、上記目的達成のため、(1)バルブニードルと、該バルブニードルを軸方向に変位可能に収納するノズルボディと、を備えた噴射ノズルであって、前記ノズルボディには、流体を噴出する噴孔と該噴孔に前記流体を導入する流体通路が形成されるとともに、前記バルブニードルが前記軸方向に変位するとき該バルブニードルとの間で前記流体通路の一部を開閉するよう前記軸方向に対し傾斜した錐面状のバルブシート部が設けられ、前記ノズルボディが、前記バルブシート部を構成する錐面と、前記噴孔が開口する凹壁面と、前記錐面および前記凹壁面の間で前記軸方向に対し略平行に延在しつつ前記錐面および前記凹壁面に接続する筒状面とを有する内壁面を形成していることを特徴とするものである。
この構成により、バルブシート部を構成する錐面からサック室内に流入する流体がサック室の入口側の筒状面の端部付近で剥離を生じて、渦が生じたりしても、噴孔の入口部での流線が均一にばらける状態、例えば気相と液相が混在する燃料の密度が均一に分布する状態を確保することが可能になり、大きな噴霧角度でしかも噴霧のむらを低減させることができる。したがって、高精度の噴射量制御により無駄な燃料噴射を抑えることができ、燃費の悪化や排出ガス性能の低下を防止することのできる性能の向上した低コストの噴射ノズルとなる。
上記(1)に記載の噴射ノズルは、好ましくは、(2)前記軸方向における前記筒状面の長さが、前記凹壁面および前記筒状面によって形成されるサック室の直径に対して35%を超えかつ50%以下となる範囲内に設定されていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention is an injection nozzle comprising (1) a valve needle and a nozzle body that accommodates the valve needle so as to be displaceable in the axial direction. A jetting hole and a fluid passage for introducing the fluid into the nozzle hole are formed, and when the valve needle is displaced in the axial direction, a part of the fluid passage is opened and closed between the valve needle and the valve needle. A valve seat portion having a conical surface inclined with respect to the axial direction is provided, the nozzle body includes a conical surface constituting the valve seat portion, a concave wall surface in which the nozzle hole is opened, the conical surface and the concave portion. An inner wall surface having a cylindrical surface connected to the conical surface and the concave wall surface while extending substantially parallel to the axial direction between the wall surfaces is formed.
With this configuration, even if the fluid flowing into the sac chamber from the conical surface constituting the valve seat part peels off near the end of the cylindrical surface on the inlet side of the sac chamber, It is possible to ensure a state where the flow lines at the inlet portion are uniformly dispersed, for example, a state where the density of the fuel in which the gas phase and the liquid phase are mixed is uniformly distributed, and the spray unevenness is reduced at a large spray angle. be able to. Therefore, useless fuel injection can be suppressed by high-precision injection amount control, and a low-cost injection nozzle with improved performance that can prevent deterioration of fuel consumption and exhaust gas performance is obtained.
In the injection nozzle according to (1), preferably, (2) the length of the cylindrical surface in the axial direction is 35 with respect to the diameter of the sac chamber formed by the concave wall surface and the cylindrical surface. %, And is set within a range of 50% or less.

この構成により、筒状面の長さはサック室の半径に近いものとなり、噴孔の入口部での流線が均一にばらける状態を安定して確保することが可能になる。   With this configuration, the length of the cylindrical surface is close to the radius of the sac chamber, and it is possible to stably ensure a state where the streamlines at the inlet portion of the nozzle hole are evenly distributed.

上記(1)または(2)に記載の噴射ノズルにおいては、(3)前記バルブニードルの外周面と前記ノズルボディの前記内壁面との半径方向の離間距離が、前記バルブシート部より下流側の前記流体通路内で前記噴孔に近付くほど大きくなっていることが好ましい。この構成により、サック室の入口側の筒状面の端部付近で剥離が生じてもサック室内に大きな渦が生じ難くなり、流線の束状の偏りや曲がり難さが抑えられることで、噴孔の入口部で流線が均一にばらける状態が助長される。   In the injection nozzle according to the above (1) or (2), (3) a radial distance between the outer peripheral surface of the valve needle and the inner wall surface of the nozzle body is on the downstream side of the valve seat portion. It is preferable that it becomes so large that it approaches the said nozzle hole within the said fluid channel | path. With this configuration, even if separation occurs near the end of the cylindrical surface on the inlet side of the sac chamber, a large vortex is less likely to occur in the sac chamber, and streamlined bundle-like bias and bending difficulty are suppressed, A state where the streamlines are uniformly distributed at the inlet of the nozzle hole is promoted.

上記(1)〜(3)のいずれに記載の噴射ノズルにおいても、(4)前記バルブニードルが、前記ノズルボディの錐面より前記サック室側に前記筒状面の長さ以上に及んで挿入される先端凸状部を有することが好ましい。この構成により、バルブニードルのリフト量が変化してもサック室の入口側から噴孔の入口部までの間の流体通路の断面積をバルブニードルのリフト量に応じた適度な範囲内に維持することができる。   (4) In the injection nozzle according to any one of (1) to (3), (4) the valve needle is inserted from the conical surface of the nozzle body to the suck chamber side over the length of the cylindrical surface. It is preferable to have a protruding tip portion. With this configuration, even if the lift amount of the valve needle changes, the cross-sectional area of the fluid passage from the inlet side of the sac chamber to the inlet portion of the nozzle hole is maintained within an appropriate range according to the lift amount of the valve needle. be able to.

上記(4)に記載の噴射ノズルにおいては、(5)前記先端凸状部は、前記軸方向に対する外周面の傾斜方向が前記ノズルボディの前記錐面と同一方向で、かつ、前記軸方向に対する外周面の傾斜角度が前記ノズルボディの前記錐面の傾斜角度より小さくなっているのがよい。この構成により、サック室内の流体が流線の均一なばらつき状態で噴孔の入口部に誘導され易くなる。   In the injection nozzle according to the above (4), (5) the tip convex portion has an inclined direction of an outer peripheral surface with respect to the axial direction that is the same direction as the conical surface of the nozzle body, and with respect to the axial direction. It is preferable that the inclination angle of the outer peripheral surface is smaller than the inclination angle of the conical surface of the nozzle body. With this configuration, the fluid in the sac chamber is easily guided to the inlet portion of the nozzle hole with a uniform variation of streamlines.

上記(4)または(5)に記載の噴射ノズルにおいては、(6)前記ノズルボディの前記凹壁面および前記バルブニードルの前記先端凸状部の先端面がそれぞれ略半球面状に形成され、前記噴孔が前記先端凸状部の先端面に対向する位置で前記凹壁面上に開口していることが好ましい。この構成により、噴孔がバルブニードルの軸線に対し傾斜した軸線を有している場合であっても、サック室の入口側から噴孔の入口部までの間の流体通路の断面積をバルブニードルのリフト量に応じた適度な範囲内に容易に設定できる。なお、凹壁面上の噴孔の開口中心がバルブニードルおよびノズルボディの中心軸線上に位置していてもよいし、その中心軸線上から径方向にオフセットしていてもよい。   In the injection nozzle according to the above (4) or (5), (6) the concave wall surface of the nozzle body and the tip surface of the tip convex portion of the valve needle are each formed in a substantially hemispherical shape, It is preferable that the nozzle hole is opened on the concave wall surface at a position facing the tip surface of the tip convex portion. With this configuration, even if the nozzle hole has an axis that is inclined with respect to the axis of the valve needle, the cross-sectional area of the fluid passage from the inlet side of the sac chamber to the inlet of the nozzle hole is reduced to the valve needle. It can be easily set within an appropriate range according to the lift amount. In addition, the opening center of the nozzle hole on the concave wall surface may be located on the central axis of the valve needle and the nozzle body, or may be offset in the radial direction from the central axis.

上記(1)〜(6)のいずれに記載の噴射ノズルにおいても、(7)前記噴孔が、スリット状の噴孔であることが好ましい。この構成により、スリット状の噴孔から噴射される流体の液膜振動による分裂と周囲気体からの剪断力によって微粒化が助長される一方で、高貫徹力の噴霧が形成可能となり、しかも、スリット状の噴孔の拡開方向両側に高噴出角度となる部分を生じさせるとともにその拡開方向両端での流体流速を適度に抑制し、高貫徹力の好ましい噴霧形状を得ることが可能になる。   In the spray nozzle according to any one of (1) to (6), it is preferable that (7) the nozzle hole is a slit-shaped nozzle hole. With this configuration, atomization is promoted by the splitting of the fluid ejected from the slit-shaped nozzle hole due to the vibration of the liquid film and the shearing force from the surrounding gas, while a high penetrating spray can be formed. As a result, a portion having a high ejection angle is formed on both sides of the expansion direction of the gas-like nozzle hole, and the fluid flow velocity at both ends of the expansion direction is moderately suppressed, so that a preferable spray shape with a high penetration force can be obtained.

上記(7)に記載の噴射ノズルにおいては、(8)前記噴孔が、前記ノズルボディの先端側の壁部を前記軸方向に対し第1の傾斜角だけ傾斜した傾斜軸線方向に貫通するとともに、前記傾斜軸線方向および前記軸方向に対し直交する方向の両側にそれぞれ前記第1の傾斜角より大きい第2の傾斜角だけ拡開した略扇形をなしていることが好ましい。この構成により、高噴霧角度(高分散)および高貫徹力でむらのない噴霧を形成でき、例えば火花点火式内燃機関の気筒内においてスワール等の気流のアシスト無しでも点火プラグの近傍に緻密に濃度制御可能な可燃混合気を形成可能となる。   In the injection nozzle according to (7) above, (8) the nozzle hole penetrates the wall portion on the tip end side of the nozzle body in a tilt axis direction inclined by a first tilt angle with respect to the axial direction. Preferably, both sides of the tilt axis direction and the direction orthogonal to the axial direction have a substantially sector shape that is widened by a second tilt angle larger than the first tilt angle. With this configuration, a uniform spray can be formed with a high spray angle (high dispersion) and a high penetration force. For example, in a cylinder of a spark ignition type internal combustion engine, the concentration is close to the spark plug without the assistance of airflow such as swirl. A controllable combustible mixture can be formed.

上記(1)〜(8)のいずれに記載の噴射ノズルにおいても、(9)前記噴孔から内燃機関の気筒の内部に前記内燃機関の燃料を噴射することが好ましい。この構成により、高噴霧角度でむらのない燃料噴霧を形成し、燃料噴霧の微粒化を促進して、筒内噴射を行う内燃機関の燃費や排気浄化性能を向上させることが可能になる。   In any of the injection nozzles according to (1) to (8), it is preferable that (9) the fuel of the internal combustion engine is injected into the cylinder of the internal combustion engine from the injection hole. With this configuration, it is possible to form a uniform fuel spray at a high spray angle, promote atomization of the fuel spray, and improve the fuel efficiency and exhaust purification performance of the internal combustion engine that performs in-cylinder injection.

本発明によれば、ノズルボディの内壁面のうち筒状面の長さがサック室の半径に近くなるようにして、バルブシート部を構成する錐面からサック室内に流入する流体がサック室の入口側の筒状面の端部付近で剥離を生じても、噴孔の入口部での流線が均一にばらける状態を確保するようにしているので、高噴霧角度であって噴霧のむらを確実に防止でき、高精度の噴射量制御により無駄な燃料噴射を抑えることができ、燃費の悪化や排出ガス性能の低下を防止することのできる低コストで高性能の噴射ノズルを提供することができる。   According to the present invention, the length of the cylindrical surface of the inner wall surface of the nozzle body is close to the radius of the sac chamber, so that the fluid flowing into the sac chamber from the conical surface constituting the valve seat portion is contained in the sac chamber. Even if separation occurs near the end of the cylindrical surface on the inlet side, the streamline at the inlet portion of the nozzle hole is ensured to be uniformly distributed, so the spray angle is high at a high spray angle. Providing a low-cost, high-performance injection nozzle that can be reliably prevented, can prevent unnecessary fuel injection by highly accurate injection amount control, and can prevent deterioration in fuel consumption and exhaust gas performance it can.

本発明の一実施形態に係る噴射ノズルの要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the injection nozzle which concerns on one Embodiment of this invention. 図1のII−II矢視断面図を含む本発明の一実施形態の噴射ノズルの要部概略構成図である。It is a principal part schematic block diagram of the injection nozzle of one Embodiment of this invention containing the II-II arrow sectional drawing of FIG. 図3(a)は、本発明の一実施形態に係る噴射ノズルにおける流体通路の各位置における断面積の変化を説明する説明図であり、図3(b)は、噴孔を有する一実施形態の噴射ノズルの先端部形状に応じてその噴孔の拡開面であるJK面上に定義される複数の円筒面および噴霧角度方向と噴孔出口側におけるJK流速および噴出角度との説明図である。Fig.3 (a) is explanatory drawing explaining the change of the cross-sectional area in each position of the fluid channel | path in the injection nozzle which concerns on one Embodiment of this invention, FIG.3 (b) is one Embodiment which has an injection hole. FIG. 6 is an explanatory diagram of a plurality of cylindrical surfaces defined on the JK surface, which is an expanded surface of the nozzle hole according to the shape of the tip of the injection nozzle, and the spray angle direction and the JK flow velocity and the jet angle at the nozzle hole outlet side. is there. 図4(a)は、本発明の一実施形態に係る噴射ノズルの噴孔入口部における流線分布の説明図であり、図4(b)は、比較例の噴射ノズルの噴孔入口部における流線分布の説明図である。FIG. 4A is an explanatory diagram of streamline distribution at the injection hole inlet portion of the injection nozzle according to the embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a view at the injection hole inlet portion of the injection nozzle of the comparative example. It is explanatory drawing of streamline distribution. 図5(a)は、本発明の一実施形態の噴射ノズルにおけるスリット状噴孔の拡開方向両端側におけるJK流速の抑制効果を示すグラフで、縦軸が比較例に対するJK流速比を、横軸が矢視分割数の単位で表した噴霧角度をそれぞれ示しており、図5(b)は、本発明の一実施形態の噴射ノズルにおける噴霧角度の増大効果を示すグラフで、縦軸が比較例に対する噴出角度比を、横軸が矢視分割数の単位で表した噴霧角度をそれぞれ示している。FIG. 5A is a graph showing the effect of suppressing the JK flow velocity at both ends of the slit-shaped nozzle hole in the expansion direction of the injection nozzle according to the embodiment of the present invention, and the vertical axis represents the JK flow velocity ratio relative to the comparative example. The axis indicates the spray angle expressed in units of the number of divided arrows, and FIG. 5B is a graph showing the effect of increasing the spray angle in the injection nozzle of one embodiment of the present invention, and the vertical axis is a comparison. The spray angle ratio with respect to the example is shown, and the horizontal axis indicates the spray angle represented by the unit of the number of divided arrows. 本発明の一実施形態の噴射ノズルにおける筒状面の長さH1とその長さに対する噴霧角度の増大効果の関係を示すグラフで、縦軸は比較例に対する噴出角度比を、横軸は筒状面長さH1をそれぞれ示している。The graph which shows the relationship of the increase effect of the spray angle with respect to the length H1 of the cylindrical surface in the injection nozzle of one Embodiment of this invention with respect to the length, a vertical axis | shaft is a jet angle ratio with respect to a comparative example, and a horizontal axis is cylindrical. The surface length H1 is shown.

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1および図2は、本発明の一実施形態に係る噴射ノズルの概略構成を示している。   1 and 2 show a schematic configuration of an injection nozzle according to an embodiment of the present invention.

なお、本実施形態の噴射ノズルは、本発明をポート噴射と筒内噴射(気筒内直接噴射)とを実行するデュアル噴射方式のガソリンエンジン(内燃機関;以下、単にエンジンという)において、気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射用のインジェクタ(燃料噴射弁)に適用したものであり、そのエンジンの各気筒に対応して設けられている。ただし、本発明は、直噴タイプ以外のインジェクタにも適用できるし、流体を噴霧状に噴射する他の噴射ノズルにも適用できるものである。   The injection nozzle according to the present embodiment is provided in a cylinder in a dual-injection gasoline engine (internal combustion engine; hereinafter simply referred to as an engine) in which the present invention performs port injection and in-cylinder injection (direct injection in a cylinder). The present invention is applied to an in-cylinder injector (fuel injection valve) that directly injects fuel, and is provided corresponding to each cylinder of the engine. However, the present invention can be applied to injectors other than the direct injection type, and can also be applied to other injection nozzles that inject a fluid in a spray form.

まず、本実施形態の構成について説明する。   First, the configuration of the present embodiment will be described.

図1および図2に示すように、本実施形態の噴射ノズルを構成するインジェクタ1は、スリット状の噴孔11aが形成された先端部11およびその近傍に位置する略円錐面状のバルブシート部12(図2中にクロスハッチングで示す部分)を有する有底筒状のノズルボディ10と、バルブシート部12に着座可能な弁体部21および先端側でこの弁体部21を支持する軸部22を有し、ノズルボディ10内に軸方向に変位可能に収納されたバルブニードル20と、を備えている。このインジェクタ1のノズルボディ10およびバルブニードル20の間には、燃料(流体)であるガソリンを導入して噴孔11aから噴出させることができる燃料通路30(流体通路)が形成されており、燃料通路30は少なくとも弁体部21の近傍で環状の横断面を有している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the injector 1 constituting the injection nozzle of the present embodiment includes a tip portion 11 in which a slit-like injection hole 11 a is formed and a substantially conical surface valve seat portion located in the vicinity thereof. A bottomed cylindrical nozzle body 10 having 12 (a portion indicated by cross-hatching in FIG. 2), a valve body portion 21 that can be seated on the valve seat portion 12, and a shaft portion that supports the valve body portion 21 on the distal end side. And a valve needle 20 accommodated in the nozzle body 10 so as to be displaceable in the axial direction. Between the nozzle body 10 and the valve needle 20 of the injector 1, there is formed a fuel passage 30 (fluid passage) through which gasoline as fuel (fluid) can be introduced and ejected from the nozzle hole 11a. The passage 30 has an annular cross section at least in the vicinity of the valve body 21.

ノズルボディ10の先端部11は、エンジンの各気筒2内の燃焼室(詳細図示せず)の上部側(圧縮行程後期のピストンヘッドよりわずかに上方)に各気筒2の内方、例えば略半径方向で斜下方向きに突出および露出するよう凸形状をなしており、その先端面11bに薄い扇形の噴孔11aが矩形状に開口している。   The tip portion 11 of the nozzle body 10 is located inwardly of each cylinder 2, for example, approximately in the radius, on the upper side of the combustion chamber (not shown in detail) in each cylinder 2 of the engine (slightly above the piston head at the end of the compression stroke). A convex shape is formed so as to protrude and expose obliquely downward in the direction, and a thin fan-shaped injection hole 11a is opened in a rectangular shape on the tip end surface 11b.

また、ノズルボディ10のバルブシート部12は、バルブニードル20がその軸方向に変位するときにバルブニードル20の弁体部21との間で燃料通路30の一部を開閉する弁座となっており、ノズルボディ10の軸方向(中心軸線Cnの延在方向)に対して一定角度(例えば、45°)に傾斜した凹円錐面状に形成されている。そして、このバルブシート部12にバルブニードル20の弁体部21の外周面の一部である円錐面状のバルブフェース21aが係合および離脱することで、燃料通路30の一部が気密的に閉止および開放されるようになっている。   Further, the valve seat portion 12 of the nozzle body 10 serves as a valve seat that opens and closes a part of the fuel passage 30 with the valve body portion 21 of the valve needle 20 when the valve needle 20 is displaced in the axial direction. The nozzle body 10 is formed in a concave conical surface inclined at a constant angle (for example, 45 °) with respect to the axial direction of the nozzle body 10 (the extending direction of the central axis Cn). Then, the conical valve face 21a, which is a part of the outer peripheral surface of the valve body part 21 of the valve needle 20, is engaged with and disengaged from the valve seat part 12, so that a part of the fuel passage 30 is airtight. It is designed to be closed and opened.

より具体的には、ノズルボディ10は、バルブシート部12により一部が形成される円錐面13と、噴孔が開口する凹球面状の凹壁面14と、円錐面13および凹壁面14の間でノズルボディ10の軸方向に対し略平行に延在しつつその両端で円錐面13および凹壁面14に接続する筒状面15と、を有している。これら円錐面13、凹壁面14および筒状面15は、ノズルボディ10の内壁面16のうちバルブシート部12の近傍から噴孔11aまでの下流側の通路区間を構成している。   More specifically, the nozzle body 10 includes a conical surface 13 partly formed by the valve seat portion 12, a concave spherical concave wall surface 14 in which an injection hole is opened, and a conical surface 13 and a concave wall surface 14. And a cylindrical surface 15 that extends substantially parallel to the axial direction of the nozzle body 10 and is connected to the conical surface 13 and the concave wall surface 14 at both ends thereof. The conical surface 13, the concave wall surface 14 and the cylindrical surface 15 constitute a downstream passage section from the vicinity of the valve seat portion 12 to the nozzle hole 11 a in the inner wall surface 16 of the nozzle body 10.

また、ノズルボディ10の凹壁面14および筒状面15は、円錐面13と噴孔11aとの間に、中心軸線Cnに沿う縦断面が円錐面13側で方形断面となり噴孔11a側で略半円形断面となるサック室17を形成している。   In addition, the concave wall surface 14 and the cylindrical surface 15 of the nozzle body 10 have a rectangular cross section along the central axis Cn between the conical surface 13 and the nozzle hole 11a, and a substantially rectangular shape on the side of the nozzle hole 11a. A sac chamber 17 having a semicircular cross section is formed.

バルブニードル20の外周面20aとノズルボディ10の内壁面16との半径方向(図1中の左右方向)の離間距離は、バルブシート部12より下流側の燃料通路30内において噴孔11aに近付くほど大きくなっている。   The distance in the radial direction (left-right direction in FIG. 1) between the outer peripheral surface 20a of the valve needle 20 and the inner wall surface 16 of the nozzle body 10 approaches the nozzle hole 11a in the fuel passage 30 on the downstream side of the valve seat portion 12. It is getting bigger.

図3(a)に模式的に示すように、バルブニードル20の外周面20aとノズルボディ10の内壁面16との間に形成される燃料通路30は、バルブシート部12より下流側(通路位置P0より下流側)の区間におけるその通路断面積がバルブシート部12より上流側の区間におけるその通路断面積より小さくなっている。また、燃料通路30は、バルブシート部12より下流側、特にサック室17内において、噴孔11aの入口部の位置P5a,P5bに達するまで噴孔11aの断面積より十分に大きい一定通路面積以上となるように形成されている。   As schematically shown in FIG. 3A, the fuel passage 30 formed between the outer peripheral surface 20a of the valve needle 20 and the inner wall surface 16 of the nozzle body 10 is located downstream of the valve seat portion 12 (passage position). The passage cross-sectional area in the section on the downstream side from P0 is smaller than the passage cross-sectional area in the section on the upstream side from the valve seat portion 12. Further, the fuel passage 30 is located on the downstream side of the valve seat portion 12, particularly in the sac chamber 17, and has a fixed passage area that is sufficiently larger than the cross-sectional area of the injection hole 11 a until reaching the positions P5 a and P5 b of the inlet portion of the injection hole 11 a. It is formed to become.

なお、図3(a)の中央部に示す破線S1は、図1に実線で示す開弁状態より大開度で開弁しているときのバルブシート部12の近傍における燃料通路30の通路断面積の変化を示しており、図3(a)の中央部に示す二点鎖線S2は、図1に実線で示す開弁状態より小開度で実質的に閉弁しているとき(図1中に二点差線で示す弁体位置のとき)のバルブシート部12の近傍における燃料通路30の通路断面積の変化を示している。また、図3(a)中に示す通路位置P0〜P6a(P6b)は、図1中に示す通路位置P0〜P6a(P6b)に対応するものである。   A broken line S1 shown at the center of FIG. 3A is a cross-sectional area of the fuel passage 30 in the vicinity of the valve seat portion 12 when the valve is opened at a larger opening than the open state shown by the solid line in FIG. The two-dot chain line S2 shown at the center of FIG. 3A is substantially closed at a smaller opening than the valve open state shown by the solid line in FIG. 1 (in FIG. 1). The change in the cross-sectional area of the fuel passage 30 in the vicinity of the valve seat portion 12 at the time of the valve body position indicated by a two-dot difference line in FIG. Further, passage positions P0 to P6a (P6b) shown in FIG. 3A correspond to passage positions P0 to P6a (P6b) shown in FIG.

また、ノズルボディ10の先端部11の噴孔11aは、ノズルボディ10の先端部11を構成する錐壁部分を、ノズルボディ10の軸方向に対し第1の傾斜角α(図2参照)だけ傾斜した傾斜軸線方向に略一定のスリット厚さtを保って貫通するとともに、その傾斜軸線方向およびバルブニードル20の軸方向に対し直交する方向(図1の左右方向)の両側にそれぞれ第1の傾斜角αより大きい第2の傾斜角βだけ拡開した略扇形のスリット形状を有している。なお、第1の傾斜角αは、例えばエンジンの気筒内壁に対し略半径方向の斜下方(例えば下方側に30°の向き)に向けられたインジェクタ1の中心軸線Cnに対して、さらに燃料噴霧の向きを図示しない圧縮行程後期のピストンヘッド上面付近に向けるための下向き(シリンダヘッド側を上側とするとき下側となる向き)寄りの傾斜角度であり、例えば10°以内の角度である。   Further, the nozzle hole 11a of the tip portion 11 of the nozzle body 10 has a cone wall portion constituting the tip portion 11 of the nozzle body 10 at a first inclination angle α (see FIG. 2) with respect to the axial direction of the nozzle body 10. While passing through the inclined axis direction with a substantially constant slit thickness t, the first axis is formed on both sides of the inclined axis direction and the direction perpendicular to the axial direction of the valve needle 20 (left and right direction in FIG. 1). It has a substantially fan-shaped slit shape widened by a second inclination angle β larger than the inclination angle α. Note that the first inclination angle α is further applied to the central axis Cn of the injector 1 that is directed obliquely downward in the substantially radial direction (for example, 30 ° downward) with respect to the cylinder inner wall of the engine, for example. Is an angle of inclination closer to the upper surface of the piston head in the later stage of the compression stroke (not shown), ie, an angle within 10 °.

さらに、バルブシート部12は、ノズルボディ10の中心軸線Cnを中心とする外側および上流端側の直径Dv1と内側および下流端側の直径Dv2とを有する円錐面状のシート面12a(弁座面;図2参照)を形成しており、シート面12aの内側および下流端側の直径Dv2は、サック径Dscより大径となっている。   Further, the valve seat portion 12 has a conical seat surface 12a (valve seat surface) having a diameter Dv1 on the outer and upstream end sides and a diameter Dv2 on the inner and downstream end sides around the central axis Cn of the nozzle body 10. 2; and the diameter Dv2 on the inner side and the downstream end side of the seat surface 12a is larger than the sack diameter Dsc.

また、ノズルボディ10には、バルブシート部12の外側および上流端側の直径Dv1より内径が大きいニードル収納孔18が形成されており、ニードル収納孔18の略円筒状の筒状内壁面18aに対し一定角度、例えば45°の傾斜角度をなして円錐面上に傾斜する円錐面13の一部によって、シート面12aが形成されている。なお、ノズルボディ10の筒状内壁面18aと円錐面13との接続部分や、円錐面13と筒状面15との接続部分は、図中では屈曲しているが、湾曲させてもよい。   Further, the nozzle body 10 is formed with a needle storage hole 18 having an inner diameter larger than the diameter Dv1 on the outer side and upstream end side of the valve seat portion 12, and is formed in a substantially cylindrical cylindrical inner wall surface 18a of the needle storage hole 18. On the other hand, the seat surface 12a is formed by a part of the conical surface 13 inclined on the conical surface at an inclination angle of 45 °, for example. In addition, although the connection part of the cylindrical inner wall surface 18a of the nozzle body 10 and the conical surface 13 and the connection part of the conical surface 13 and the cylindrical surface 15 are bent in the drawing, they may be curved.

バルブニードル20の先端側に設けられた弁体部21のバルブフェース21aは、ノズルボディ10の中心軸線Cnと一致するバルブニードル20の中心軸線(以下、共に中心軸線Cnという)に対して傾斜角θv1をなしている。また、バルブニードル20の弁体部21は、このバルブフェース21aよりもバルブニードル20の先端側に、バルブニードル20の中心軸線Cnに対して傾斜角θv1と同方向に傾斜角θv2をなす中間傾斜面21bと、この中間傾斜面21bよりもバルブニードル20の先端側で中心軸線Cnに対して傾斜角θv1と同方向に小さい傾斜角θv3をなす先端側傾斜面21cと、を有している。すなわち、弁体部21は、噴孔11aに対向するバルブニードル20の先端側で噴孔11aに近付くほど小径となっている。   The valve face 21 a of the valve body 21 provided on the distal end side of the valve needle 20 is inclined with respect to the central axis of the valve needle 20 that coincides with the central axis Cn of the nozzle body 10 (hereinafter, both are referred to as the central axis Cn). θv1 is formed. Further, the valve body portion 21 of the valve needle 20 has an intermediate inclination that forms an inclination angle θv2 in the same direction as the inclination angle θv1 with respect to the central axis Cn of the valve needle 20 on the tip side of the valve needle 20 relative to the valve face 21a. It has a surface 21b and a tip-side inclined surface 21c that forms a smaller inclination angle θv3 in the same direction as the inclination angle θv1 with respect to the central axis Cn on the tip side of the valve needle 20 than the intermediate inclined surface 21b. That is, the valve body portion 21 has a smaller diameter as it approaches the nozzle hole 11a on the distal end side of the valve needle 20 facing the nozzle hole 11a.

ここで、弁体部21の中間傾斜面21bは、バルブニードル20のリフト量が大きいときにはノズルボディ10の軸方向において円錐面13の範囲内に位置するが、バルブニードル20のリフト量が小さいときには、ノズルボディ10の軸方向において円錐面13から筒状面15に内壁面16が屈曲する位置P2を越えて、中間傾斜面21bの先端部がサック室17内に進入する。また、弁体部21の先端側傾斜面21cは、バルブニードル20のリフト量の大小にかかわらず、少なくともその一部が常時サック室17内に挿入された状態となっており、筒状面15との間で燃料通路30の一部を形成している。さらに、弁体部21の中間傾斜面21bと先端側傾斜面21cとの接続部分は、サック室17の入口側における弁体部21の先端側傾斜面21cと筒状面15との離間距離程度の曲率半径で湾曲した環状湾曲面となっている。   Here, the intermediate inclined surface 21b of the valve body 21 is located within the range of the conical surface 13 in the axial direction of the nozzle body 10 when the lift amount of the valve needle 20 is large, but when the lift amount of the valve needle 20 is small. The tip of the intermediate inclined surface 21b enters the sac chamber 17 beyond the position P2 where the inner wall surface 16 bends from the conical surface 13 to the cylindrical surface 15 in the axial direction of the nozzle body 10. Further, the tip side inclined surface 21c of the valve body 21 is in a state in which at least a part thereof is always inserted into the sac chamber 17 regardless of the lift amount of the valve needle 20, and the cylindrical surface 15 A part of the fuel passage 30 is formed between the two. Further, the connecting portion between the intermediate inclined surface 21 b and the distal side inclined surface 21 c of the valve body 21 is about the distance between the distal side inclined surface 21 c of the valve body 21 and the cylindrical surface 15 on the inlet side of the sack chamber 17. It is an annular curved surface curved with a curvature radius of.

弁体部21のバルブフェース21aは、弁体部21がニードル収納孔18の内底部であるノズルボディ10の先端部11に接近するようにバルブニードル20が軸方向変位するとき、バルブシート部12のシート面12aに当接する。そして、弁体部21とバルブシート部12との当接時に、両者間の燃料通路30が噴孔11aの近傍で気密的に閉止されるようになっている。   When the valve needle 20 is axially displaced so that the valve body 21 approaches the tip 11 of the nozzle body 10 that is the inner bottom of the needle housing hole 18, the valve face 21 a of the valve body 21 is valve seat 12. The sheet surface 12a. When the valve body portion 21 and the valve seat portion 12 come into contact with each other, the fuel passage 30 therebetween is hermetically closed in the vicinity of the injection hole 11a.

ノズルボディ10のバルブシート部12の軸方向長さ(高さ)Hb0は、バルブニードル20のバルブフェース21aの軸方向長さ(高さ)Hv0と略同等になっており、バルブシート部12からサック室17の入口までの円錐面13の下部13eの高さHb1は、バルブニードル20の中間傾斜面21bの軸方向長さHv1と等しくなっている。   The axial length (height) Hb0 of the valve seat portion 12 of the nozzle body 10 is substantially equal to the axial length (height) Hv0 of the valve face 21a of the valve needle 20, and from the valve seat portion 12 The height Hb1 of the lower portion 13e of the conical surface 13 up to the inlet of the sack chamber 17 is equal to the axial length Hv1 of the intermediate inclined surface 21b of the valve needle 20.

中心軸線Cnに対するバルブフェース21aの傾斜角度θv1は、中心軸線Cnに対する円錐面13の傾斜角度θsよりわずかに(例えば、1°以下の差で)大きくなっており、バルブニードル20のバルブフェース21aとバルブシート部12のシート面12aとがそれらの外側および上流端側の部分で互いに圧接するようになっている。また、中心軸線Cnに対する中間傾斜面21bの傾斜角度θv2は、中心軸線Cnに対する円錐面13の傾斜角度θv1より十分に大きくなっている。   The inclination angle θv1 of the valve face 21a with respect to the central axis Cn is slightly larger (for example, by a difference of 1 ° or less) than the inclination angle θs of the conical surface 13 with respect to the central axis Cn. The seat surface 12a of the valve seat portion 12 is in pressure contact with each other at the outer and upstream end portions thereof. Further, the inclination angle θv2 of the intermediate inclined surface 21b with respect to the central axis Cn is sufficiently larger than the inclination angle θv1 of the conical surface 13 with respect to the central axis Cn.

また、ノズルボディ10の軸方向における筒状面15の長さHb2は、略凹球面状の凹壁面14および略円筒面状の筒状面15によって形成されるサック室17の直径(以下、サック径という;図2参照)Dscに対して35%を超える長さであって、サック室17の直径に対して50%以下となる長さの範囲内に設定されている。ここで、サック室17の深さは、筒状面15の長さHb2と凹壁面14の曲率半径Rscとの和に相当し、凹壁面14の曲率半径Rscは、サック径Dscの約1/2の長さである。   The length Hb2 of the cylindrical surface 15 in the axial direction of the nozzle body 10 is the diameter of the sac chamber 17 formed by the substantially concave spherical wall surface 14 and the substantially cylindrical surface 15 (hereinafter referred to as sac). The diameter is referred to; FIG. 2) The length exceeds 35% with respect to Dsc and is set within a range of 50% or less with respect to the diameter of the sack chamber 17. Here, the depth of the sac chamber 17 corresponds to the sum of the length Hb2 of the cylindrical surface 15 and the curvature radius Rsc of the concave wall surface 14, and the curvature radius Rsc of the concave wall surface 14 is approximately 1 / of the sac diameter Dsc. 2 in length.

一方、バルブニードル20の弁体部21の先端側傾斜面21cは、ノズルボディ10の円錐面13よりサック室17側に筒状面15の長さ以上に及んで挿入される先端凸状部21pの外周面を構成しており、この先端側傾斜面21cは、バルブニードル20の軸方向(軸部22の中心軸線方向)に対する傾斜方向がノズルボディ10の円錐面13と同一方向となっている。ここで、バルブニードル20の軸方向に対する先端側傾斜面21cの傾斜角度θv3は、ノズルボディ10の円錐面13の傾斜角度θsより小さくなっているが、径方向に対向するノズルボディ10の内壁面16に対して内側に傾斜する角度(下流側ほど開くように傾斜する角度)はバルブニードル20のバルブフェース21aがバルブシート部12のシート面12aに対して内側に傾斜する角度(例えば、1°以下)より大きくなっている。   On the other hand, the tip side inclined surface 21c of the valve body portion 21 of the valve needle 20 is inserted into the sack chamber 17 side from the conical surface 13 of the nozzle body 10 so as to extend beyond the length of the cylindrical surface 15. This tip-side inclined surface 21c is inclined in the same direction as the conical surface 13 of the nozzle body 10 with respect to the axial direction of the valve needle 20 (the central axis direction of the shaft portion 22). . Here, the inclination angle θv3 of the tip side inclined surface 21c with respect to the axial direction of the valve needle 20 is smaller than the inclination angle θs of the conical surface 13 of the nozzle body 10, but the inner wall surface of the nozzle body 10 facing in the radial direction. 16 is an angle at which the valve face 21a of the valve needle 20 is inclined inward with respect to the seat surface 12a of the valve seat portion 12 (for example, 1 °). (Below) is larger.

ノズルボディ10の凹壁面14およびバルブニードル20の先端凸状部21pの先端面21dは、それらの半径が大小に異なる略半球面状に形成されており、スリット状の噴孔11aの内端は、先端凸状部21pの先端面21d(図1参照)に対向する位置で凹壁面14上に開口している。   The concave wall surface 14 of the nozzle body 10 and the tip surface 21d of the tip convex portion 21p of the valve needle 20 are formed in a substantially hemispherical shape having different radii, and the inner end of the slit-shaped injection hole 11a is In addition, an opening is formed on the concave wall surface 14 at a position facing the tip surface 21d (see FIG. 1) of the tip convex portion 21p.

ノズルボディ10の軸方向における凹壁面14の曲率中心位置から凹壁面14上の噴孔11aの開口幅方向両端位置までの離間距離Hb3は、バルブニードル20が閉弁位置にあるときのサック室17の入口から先端凸状部21pの先端面21dの頂点までの軸方向高さHv2よりも大きくなるように設定されている。   The separation distance Hb3 from the center position of curvature of the concave wall surface 14 in the axial direction of the nozzle body 10 to both end positions in the opening width direction of the nozzle hole 11a on the concave wall surface 14 is the sac chamber 17 when the valve needle 20 is in the closed position. Is set so as to be larger than the axial height Hv2 from the inlet to the apex of the tip surface 21d of the tip convex portion 21p.

また、ノズルボディ10およびバルブニードル20は、図1中にはそれぞれの先端部のみを示しているが、バルブニードル20の上端部又は軸方向中間部分は、例えばバルブニードル20とノズルボディ10の間に縮設された圧縮ばね41(付勢手段)によりバルブニードル20の軸方向一方側、例えば閉弁方向である図2中の下方側に常時付勢されている。   Further, the nozzle body 10 and the valve needle 20 are shown only in their respective tip portions in FIG. 1, but the upper end portion or the axial intermediate portion of the valve needle 20 is, for example, between the valve needle 20 and the nozzle body 10. 2 is always urged to one side in the axial direction of the valve needle 20, for example, the lower side in FIG. 2 which is the valve closing direction.

より具体的には、ノズルボディ10の上端部(上下方向は図2中の上下方向をいう)又は軸方向中間部には電磁コイル(ピエゾ素子でもよい)42が収納されており、その内方に、バルブニードル20の上端部又は軸方向中間部分に装着された可動プランジャ43と、ノズルボディ10側に固定された固定プランジャ44とが、それぞれ収納されている。そして、圧縮ばね41は可動プランジャ43と固定プランジャ44の間に縮設されることで、バルブニードル20を閉弁方向に付勢している。また、電磁コイル42は図示しない導線を介して通電されたとき、可動プランジャ43と固定プランジャ44を通る磁気回路を形成して可動プランジャ43によりバルブニードル20を圧縮ばね41の付勢力に抗して開弁方向に付勢させることができるようになっており、これら圧縮ばね41、電磁コイル42、可動プランジャ43および固定プランジャ44によって弁開閉駆動手段40が構成されている。この弁開閉駆動手段40の電磁コイル42への通電は、図外の電子制御ユニット(以下、ECUという)からの開弁信号によって、要求される燃料噴射量に応じた弁開度となるようにデューティー制御されるようになっている。なお、このような弁開閉駆動方式自体は公知であるので、これ以上詳述しない。   More specifically, an electromagnetic coil (which may be a piezo element) 42 is accommodated in the upper end portion (the vertical direction means the vertical direction in FIG. 2) or the axial intermediate portion of the nozzle body 10, and the inner side thereof. Further, a movable plunger 43 attached to the upper end portion or the axially intermediate portion of the valve needle 20 and a fixed plunger 44 fixed to the nozzle body 10 side are housed. The compression spring 41 is contracted between the movable plunger 43 and the fixed plunger 44 to urge the valve needle 20 in the valve closing direction. Further, when the electromagnetic coil 42 is energized through a lead wire (not shown), a magnetic circuit is formed through the movable plunger 43 and the fixed plunger 44 so that the valve needle 20 is resisted against the urging force of the compression spring 41 by the movable plunger 43. The valve opening / closing drive means 40 is configured by the compression spring 41, the electromagnetic coil 42, the movable plunger 43, and the fixed plunger 44. The electromagnetic coil 42 of the valve opening / closing drive means 40 is energized so that the valve opening according to the required fuel injection amount is obtained by a valve opening signal from an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) (not shown). The duty is controlled. Since such a valve opening / closing drive system itself is known, it will not be described in further detail.

燃料通路30は図外のデリバリーパイプ内に連通しており、このデリバリーパイプを介して図外の燃料ポンプから吐出された燃料がデリバリーパイプ内に蓄圧・貯留され、燃料通路30内に所定の燃圧で供給されるようになっている。したがって、ECUによって弁開閉駆動手段40の電磁コイル42に対して要求燃料噴射量に応じたデューティー比での通電制御がなされるとき、エンジンの複数の気筒の筒内にインジェクタ1によって燃料が噴射され、さらに、図示しないポート噴射用のインジェクタによって選択的に各気筒に対応する吸気ポート内に必要な量の燃料が噴射される。   The fuel passage 30 communicates with a delivery pipe (not shown), and fuel discharged from a fuel pump (not shown) via the delivery pipe is accumulated and stored in the delivery pipe, and a predetermined fuel pressure is stored in the fuel passage 30. It comes to be supplied with. Therefore, when the ECU performs energization control with a duty ratio corresponding to the required fuel injection amount on the electromagnetic coil 42 of the valve opening / closing drive means 40, the fuel is injected by the injector 1 into the cylinders of the plurality of cylinders of the engine. Further, a required amount of fuel is selectively injected into the intake port corresponding to each cylinder by a port injection injector (not shown).

なお、前記ECUは、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、不揮発性メモリ等を利用するバックアップメモリ、図示しない入力インターフェース回路および出力インターフェース回路等を含んで構成されている。そして、ECUの入力インターフェース回路には、エアフローメータ、回転数センサおよびスロットルセンサと、図示しない酸素センサ、気筒判別センサ、吸気温センサ、水温センサ等のセンサ群が接続されており、これらセンサ群からのセンサ情報がECUに取り込まれるようになっている。また、ECUの出力インターフェース回路には、インジェクタと、図示しない点火プラグを駆動するイグナイタと、前記燃料ポンプの駆動回路等が接続されている。   The ECU includes a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), a backup memory using a nonvolatile memory, an input interface circuit and an output interface circuit (not shown), and the like. It is configured. The input interface circuit of the ECU is connected to an air flow meter, a rotation speed sensor, a throttle sensor, and a sensor group such as an oxygen sensor, a cylinder discrimination sensor, an intake air temperature sensor, and a water temperature sensor (not shown). The sensor information is taken into the ECU. In addition, an injector, an igniter that drives a spark plug (not shown), a drive circuit for the fuel pump, and the like are connected to the output interface circuit of the ECU.

次に、本実施形態の作用について説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

上述のように構成された本実施形態の燃料噴射弁では、図外の燃料ポンプから吐出された燃料がデリバリーパイプを介して燃料通路30内に所定の燃圧で供給される一方、ECUによって噴射時期のインジェクタ1の弁開閉駆動手段40に対し要求噴射量に応じたデューティー比での通電制御がなされるとき、そのインジェクタ1から対応する気筒内に必要量の燃料が噴射される。   In the fuel injection valve of the present embodiment configured as described above, fuel discharged from a fuel pump (not shown) is supplied into the fuel passage 30 through the delivery pipe at a predetermined fuel pressure, while the ECU performs injection timing. When the energization control is performed on the valve opening / closing drive means 40 of the injector 1 at a duty ratio corresponding to the required injection amount, a required amount of fuel is injected from the injector 1 into the corresponding cylinder.

すなわち、まず、ECUからの開弁信号によって弁開閉駆動手段40の電磁コイル42に通電がなされ、バルブニードル20の弁体部21とノズルボディ10の先端部11とが当接した閉弁状態(図1中に二点鎖線で示す状態)から、バルブニードル20の上昇による開弁動作が開始され、弁体部21のバルブフェース21aがバルブシート部12のシート面12aから離れて燃料通路30を通してサック室17内に燃料が充填されるとともに、噴孔11aから燃焼室内に燃料が噴射される。   That is, first, the electromagnetic coil 42 of the valve opening / closing drive means 40 is energized by the valve opening signal from the ECU, and the valve body 21 of the valve needle 20 and the tip end portion 11 of the nozzle body 10 are in contact with each other. In the state shown by the two-dot chain line in FIG. 1, the valve opening operation is started by raising the valve needle 20, and the valve face 21 a of the valve body portion 21 is separated from the seat surface 12 a of the valve seat portion 12 and passes through the fuel passage 30. The sac chamber 17 is filled with fuel, and fuel is injected into the combustion chamber from the nozzle hole 11a.

このとき、サック室17の入口側に位置する筒状面15の長さがサック室17の半径Rscに近いものとなっていることから、バルブシート部12を構成する円錐面13からサック室17内に流入する流体がサック室17の入口側の筒状面15の端部付近で剥離を生じたり渦を生じたりしても、噴孔11aの入口部付近での流線が均一にばらける状態、例えば気相と液相が混在する燃料の密度が比較的均一に分布する状態を確保することが可能になり、噴孔11aから噴出する略扇形の噴霧を大きな噴霧角度で噴出させるとともにその噴霧のむらを低減させることができる。したがって、高精度の噴射量制御により無駄な燃料噴射を抑えることができ、燃費の悪化や排出ガス性能の低下を防止することのできる低コストのインジェクタ1となる。   At this time, since the length of the cylindrical surface 15 located on the inlet side of the sac chamber 17 is close to the radius Rsc of the sac chamber 17, the sac chamber 17 extends from the conical surface 13 constituting the valve seat portion 12. Even if the fluid flowing into the inside of the sack chamber 17 peels or vortexes near the end of the cylindrical surface 15 on the inlet side of the sac chamber 17, the streamlines near the inlet of the nozzle hole 11a are uniformly distributed. It is possible to ensure a state in which, for example, the density of the fuel in which the gas phase and the liquid phase are mixed is relatively uniformly distributed, and the substantially fan-shaped spray ejected from the nozzle hole 11a is ejected at a large spray angle. Unevenness of spraying can be reduced. Therefore, useless fuel injection can be suppressed by highly accurate injection amount control, and the low-cost injector 1 can prevent deterioration in fuel consumption and exhaust gas performance.

また、本実施形態においては、バルブニードル20の外周面20aとノズルボディ10の内壁面16との半径方向の離間距離が、バルブシート部12より下流側の燃料通路30内で噴孔11aに近付くほど大きくなっており、バルブシート部12より下流側の燃料通路30の断面積がバルブニードル20のリフト量にかかわらず噴孔11aの近傍に達するまで徐々に増加する程度に必要な通路断面積が確保されることになり、サック室17の入口側の筒状面15の端部付近で剥離が生じても、サック室17内に大きな渦が生じ難くなり、流線の束状の偏りや曲がり難さが抑えられることで、噴孔11aの入口部で流線が均一にばらける状態が助長されることになる。   Further, in the present embodiment, the radial distance between the outer peripheral surface 20 a of the valve needle 20 and the inner wall surface 16 of the nozzle body 10 approaches the nozzle hole 11 a in the fuel passage 30 on the downstream side of the valve seat portion 12. The required passage sectional area is such that the sectional area of the fuel passage 30 downstream from the valve seat portion 12 gradually increases until it reaches the vicinity of the injection hole 11a regardless of the lift amount of the valve needle 20. Therefore, even if separation occurs near the end of the cylindrical surface 15 on the inlet side of the sac chamber 17, a large vortex is less likely to be generated in the sac chamber 17, and the streamline bundles are bent and bent. By suppressing the difficulty, a state where the streamlines are uniformly distributed at the inlet portion of the nozzle hole 11a is promoted.

図3(b)に示すように、噴孔11aを有する本実施形態のインジェクタ1(噴射ノズル)の先端部11の形状に応じて、その噴孔11aの拡開面であるJK面上に定義される複数の円筒面および噴霧の噴出角度方向を考え、噴孔11aの出口側におけるJK流速および噴出角度を比較例と対比して解析・検討すると、図4(a)および図4(b)に示すような結果となった。   As shown in FIG. 3 (b), depending on the shape of the tip 11 of the injector 1 (injection nozzle) of the present embodiment having the injection hole 11a, it is defined on the JK surface that is the expansion surface of the injection hole 11a. 4A and 4B are obtained by analyzing and examining the JK flow velocity and the jetting angle on the outlet side of the nozzle hole 11a in comparison with the comparative example in consideration of the plurality of cylindrical surfaces and the spray jetting direction. The result was as shown in.

本実施形態に係る噴射ノズル1の噴孔11aの入口部における流線分布は図4(a)に示し、比較例の噴射ノズルの噴孔入口部における流線分布は図4(b)に示している。   The streamline distribution at the inlet of the injection hole 11a of the injection nozzle 1 according to the present embodiment is shown in FIG. 4A, and the streamline distribution at the injection hole of the injection nozzle of the comparative example is shown in FIG. 4B. ing.

これらの図から明らかなように、図4(b)に示す比較例では、シート面出口付近b1での流線束の影響から同図中に左下向きの白抜き矢印で示すような流れ成分が強くなり、噴孔の拡開方向の中央部に流線が偏るとともに噴孔の拡開方向両端側における噴霧のむらが大きくなってしまう。これに対し、本実施形態では、図4(a)に示すように、白抜き矢印の流れ成分に対するシート面出口付近a1での流線束の影響が抑えられ、流線の噴孔11a側への曲がり難さが解消され、噴孔11aの入口部で流線が均一にばらける状態が得られている。   As is clear from these figures, in the comparative example shown in FIG. 4B, the flow component as indicated by the white arrow pointing downward in the figure is generated due to the influence of the streamline bundle near the seat surface exit b1. It becomes stronger, the streamline is biased toward the center of the nozzle hole in the expanding direction, and the spray unevenness at both ends of the nozzle hole in the expanding direction becomes large. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 4A, the influence of the streamline bundle near the sheet surface exit a1 on the flow component of the white arrow is suppressed, and the streamline toward the nozzle hole 11a side. Thus, it is possible to obtain a state in which streamlines are evenly distributed at the inlet of the nozzle hole 11a.

本実施形態では、さらに、バルブニードル20が、ノズルボディ10の円錐面13よりサック室17側に筒状面15の長さ以上に及んで挿入される先端凸状部21pを有するので、バルブニードル20のリフト量が変化してもサック室17の入口側から噴孔11aの入口部までの間の燃料通路30の断面積をバルブニードル20のリフト量に応じた適度な範囲内に維持することができる。しかも、先端凸状部21pの外周面である先端側傾斜面21cの中心軸線Cnに対する傾斜方向が中心軸線Cnに対するノズルボディ10の円錐面13の傾斜方向と同一方向で、かつ、その傾斜角度がノズルボディ10の円錐面13の傾斜角度θsより小さくなっているので、サック室17内の流体が流線の均一なばらつき状態で噴孔11aの入口部に誘導され易くなる。   In the present embodiment, the valve needle 20 further has a tip convex portion 21p inserted over the length of the cylindrical surface 15 from the conical surface 13 of the nozzle body 10 to the sac chamber 17 side. Even if the amount of lift of 20 changes, the cross-sectional area of the fuel passage 30 from the inlet side of the sack chamber 17 to the inlet of the nozzle hole 11a is maintained within an appropriate range corresponding to the amount of lift of the valve needle 20. Can do. And the inclination direction with respect to the central axis Cn of the tip side inclined surface 21c which is an outer peripheral surface of the tip convex part 21p is the same direction as the inclination direction of the conical surface 13 of the nozzle body 10 with respect to the center axis Cn, and the inclination angle is Since the inclination angle θs of the conical surface 13 of the nozzle body 10 is smaller, the fluid in the sac chamber 17 is easily guided to the inlet portion of the nozzle hole 11a in a state where the flow lines are uniformly dispersed.

加えて、ノズルボディ10の凹壁面14およびバルブニードル20の先端凸状部21pの先端面21dがそれぞれが略半球面状に形成され、噴孔11aが先端凸状部21pの先端面21dに対向する位置で凹壁面14上に開口しているので、噴孔11aが中心軸線Cnに対し傾斜した軸線を有しているものの、サック室17の入口側から噴孔11aの入口部までの間の燃料通路30の断面積をバルブニードル20のリフト量に応じた適度な範囲内に容易に設定できる。   In addition, the concave wall surface 14 of the nozzle body 10 and the tip surface 21d of the tip convex portion 21p of the valve needle 20 are each formed in a substantially hemispherical shape, and the injection hole 11a faces the tip surface 21d of the tip convex portion 21p. Since the nozzle hole 11a has an axis inclined with respect to the central axis Cn, the area between the inlet side of the sack chamber 17 and the inlet part of the nozzle hole 11a is opened. The cross-sectional area of the fuel passage 30 can be easily set within an appropriate range corresponding to the lift amount of the valve needle 20.

本実施形態においては、特に、噴孔11aがスリット状であることから、スリット状の噴孔11aから噴射される燃料の液膜振動による分裂と周囲の気体からの剪断力とによって微粒化が助長される一方で、高貫徹力の噴霧が形成可能となる。しかも、図5(b)に比較例との噴出角度比を示すように、スリット状の噴孔11aの拡開方向両側(同図中の点線Z2で囲む領域)に高噴出角度となる部分を生じさせるとともに、図5(a)に示すように、その拡開方向両端付近(同図中の点線Z1で囲む領域)での燃料の流速を適度に抑制しているので、高貫徹力でありながら噴射燃料の壁面付着を抑えることのできる好ましい噴霧形状を得ることができる。   In the present embodiment, in particular, since the nozzle hole 11a has a slit shape, atomization is promoted by splitting due to liquid film vibration of fuel injected from the slit-shaped nozzle hole 11a and shearing force from surrounding gas. On the other hand, a spray with high penetrating force can be formed. In addition, as shown in FIG. 5 (b), the jet angle ratio with the comparative example is shown in FIG. 5 (b). As shown in FIG. 5 (a), the fuel flow rate is moderately suppressed in the vicinity of both ends in the spreading direction (region surrounded by the dotted line Z1 in the figure). However, it is possible to obtain a preferable spray shape that can suppress the adhesion of the injected fuel to the wall surface.

また、噴孔11aが、ノズルボディ10の先端部11を中心軸線Cnに対し第1の傾斜角αだけ傾斜した傾斜軸線方向に貫通するとともに、傾斜軸線方向および軸方向に対し直交する方向の両側にそれぞれ第1の傾斜角αより大きい第2の傾斜角βだけ拡開した略扇形をなしているので、高噴霧角度(高分散)および高貫徹力でむらのない噴霧を形成でき、例えば火花点火式内燃機関の気筒内においてスワール等の気流のアシスト無しでも点火プラグの近傍に緻密に濃度制御可能な可燃混合気を形成することが可能となる。   In addition, the nozzle hole 11a penetrates the tip end portion 11 of the nozzle body 10 in the tilt axis direction inclined by the first tilt angle α with respect to the central axis Cn, and both sides in the tilt axis direction and the direction orthogonal to the axial direction. Are substantially fan-shaped and expanded by a second inclination angle β larger than the first inclination angle α, so that a uniform spray can be formed with a high spray angle (high dispersion) and a high penetration force. In the cylinder of the ignition internal combustion engine, it is possible to form a combustible air-fuel mixture that can be precisely controlled in the vicinity of the spark plug without the assistance of airflow such as swirl.

さらに、インジェクタ1の噴孔11aからエンジンの気筒内部に燃料を噴射する、高噴霧角度でむらのない燃料噴霧を形成し、燃料噴霧の微粒化を促進して、筒内噴射を行うエンジンの燃費や排気浄化性能を向上させることができる。   Further, the fuel consumption of an engine that injects fuel from the nozzle hole 11a of the injector 1 into the cylinder of the engine, forms a uniform fuel spray at a high spray angle, promotes atomization of the fuel spray, and performs in-cylinder injection. And exhaust purification performance can be improved.

図6は、インジェクタ1の筒状面15の軸方向長さHb2を変化させた場合に特定の噴霧角度方向(矢視分割数21付近)で噴孔11aの出口において噴出角度がどのように変化するかを分析した結果を示しており、縦軸は、筒状面15の軸方向長さHb2を従来と同等(サック径に対し35%未満)にした比較例との噴出角度の比であり、横軸は、筒状面15の軸方向長さHb2の大きさである。なお、図中の二点鎖線は、点で示す分析データを曲線回帰したものである。   FIG. 6 shows how the jet angle changes at the outlet of the nozzle hole 11a in the specific spray angle direction (near arrow division number 21) when the axial length Hb2 of the cylindrical surface 15 of the injector 1 is changed. The vertical axis represents the ratio of the ejection angle with the comparative example in which the axial length Hb2 of the cylindrical surface 15 is equivalent to the conventional value (less than 35% with respect to the sack diameter). The horizontal axis is the size of the axial length Hb2 of the cylindrical surface 15. In addition, the dashed-two dotted line in a figure is the curve regression of the analytical data shown by a point.

この図から明らかなように、筒状面15の軸方向長さHb2を従来より大きくし、サック径Dsに対する軸方向長さHb2の比が図中のr1以上の大きさにすると、スリット状の噴孔11aの拡開方向両側における噴出角度の拡大効果が明確に出現する。ただし、サック径Dsに対する軸方向長さHb2の比が図中のr2を超え程度まで増加すると、スリット状の噴孔11aの拡開方向両側における噴出角度の拡大効果が低下し始めるとともに、サック室17の容積の増加によるデメリット(例えば、噴射開始時の燃料充填時間の増大やデポジットの増加)が現れてくる。そこで、複数の特定の噴霧角度方向についてサック径Dsに対する軸方向長さHb2の比r1,r2を観察したところ、比r1を35%以上とし、比r2を50%未満にすると、好ましい矢視分割数の範囲内で高噴出角度比が得られた。したがって、ノズルボディ10の軸方向における筒状面15の長さHb2は、サック室17の直径Dscに対して35%を超える長さ、より好ましくは45%を超える長さであって、このサック径Dscに対して50%以下となる長さの範囲内に設定される。なお、一般に、流体の揮発性が高い場合、燃料の供給圧力に応じたインジェクタ1内のキャビテーションの発生感度が低下する傾向となるが、筒状面15の設定長さHb2の好ましい範囲に大きな変化はない。   As is apparent from this figure, when the axial length Hb2 of the cylindrical surface 15 is made larger than the conventional one and the ratio of the axial length Hb2 to the sack diameter Ds is set to a size greater than or equal to r1, the slit-like shape is obtained. The expansion effect of the ejection angle on both sides of the expansion direction of the nozzle hole 11a clearly appears. However, when the ratio of the axial length Hb2 to the sack diameter Ds increases to exceed r2 in the figure, the effect of expanding the ejection angle on both sides of the expansion direction of the slit-shaped injection hole 11a starts to decrease, and the sac chamber Disadvantages due to the increase in the volume of 17 (for example, an increase in fuel filling time at the start of injection and an increase in deposit) appear. Therefore, when the ratios r1 and r2 of the axial length Hb2 with respect to the sack diameter Ds are observed for a plurality of specific spray angle directions, it is preferable that the ratio r1 is 35% or more and the ratio r2 is less than 50%. High ejection angle ratios were obtained within a range of numbers. Therefore, the length Hb2 of the cylindrical surface 15 in the axial direction of the nozzle body 10 is more than 35%, more preferably more than 45% with respect to the diameter Dsc of the sac chamber 17, and this sac The length is set within a range of 50% or less with respect to the diameter Dsc. Generally, when the volatility of the fluid is high, the cavitation generation sensitivity in the injector 1 tends to decrease according to the supply pressure of the fuel, but a large change in the preferable range of the set length Hb2 of the cylindrical surface 15 There is no.

このように、本実施形態においては、ノズルボディ10の内壁面16のうち筒状面15の長さHb2がサック室17の半径Rscに近くなるようにして、バルブシート部12を構成する円錐面13からサック室17内に流入する燃料がサック室17の入口側の筒状面15の端部付近で剥離を生じても、噴孔11aの入口部での流線が均一にばらける状態を確保するようにしているので、高噴霧角度であって噴霧のむらを確実に防止できる。したがって、高精度の噴射量制御により無駄な燃料噴射を抑えることができ、燃費の悪化や排出ガス性能の低下を防止することのできる低コストで高性能の噴射ノズル1を提供することができる。   As described above, in the present embodiment, the length Hb2 of the cylindrical surface 15 of the inner wall surface 16 of the nozzle body 10 is close to the radius Rsc of the sac chamber 17, so that the conical surface constituting the valve seat portion 12 is formed. 13, even if the fuel flowing into the sac chamber 17 peels off near the end of the cylindrical surface 15 on the inlet side of the sac chamber 17, the streamline at the inlet portion of the nozzle hole 11 a is uniformly distributed. Since it ensures, it is a high spray angle and can prevent the spray nonuniformity reliably. Therefore, it is possible to provide a low-cost and high-performance injection nozzle 1 that can suppress useless fuel injection by highly accurate injection amount control and can prevent deterioration in fuel consumption and exhaust gas performance.

なお、上述の一実施形態においては、凹壁面14上の噴孔11aの開口中心がバルブニードル20およびノズルボディ10の中心軸線Cn上に位置していたが、凹壁面14上の噴孔11aの開口中心は、中心軸線Cn上に位置していてもよいし、その中心軸線Cn上から径方向にオフセットしていてもよい。   In the above-described embodiment, the opening center of the injection hole 11a on the concave wall surface 14 is located on the central axis Cn of the valve needle 20 and the nozzle body 10, but the injection hole 11a on the concave wall surface 14 The center of the opening may be located on the central axis Cn, or may be offset in the radial direction from the central axis Cn.

スリット状の噴孔11aの厚差tは、燃料圧力や要求される貫徹力(噴霧の到達距離)に応じて設定され、拡開方向の第2の傾斜角βは、第1の傾斜角αより大きく、90°より小さい。ただし、図1中において、Hv2<Hb2+Hb3が成立する限り、中心軸線Cnに対してスリット状の噴孔11aの拡開方向両端側の内壁面の傾斜角度が90°となってもよい。   The thickness difference t between the slit-shaped nozzle holes 11a is set according to the fuel pressure and the required penetration force (spraying distance), and the second inclination angle β in the expanding direction is the first inclination angle α. Larger than 90 °. However, in FIG. 1, as long as Hv2 <Hb2 + Hb3 is established, the inclination angle of the inner wall surface at both ends in the expanding direction of the slit-shaped nozzle hole 11a may be 90 ° with respect to the central axis Cn.

また、上述の一実施形態では、本発明をデュアル噴射方式のエンジンにおける筒内噴射用のインジェクタに適用していたが、本発明はポート噴射用のインジェクタにも適用可能であるし、スリットノズルでなく他形状の噴孔を有する噴射ノズルにも適用可能である。   In the above-described embodiment, the present invention is applied to an in-cylinder injector in a dual-injection engine. However, the present invention can also be applied to a port-injector, or a slit nozzle. The present invention can also be applied to an injection nozzle having other shapes of nozzle holes.

また、上述の一実施形態では、インジェクタ1は、気筒2内の燃焼室(詳細図示せず)の上部側、すなわち圧縮行程後期のピストンヘッドよりわずかに上方に位置するとともに気筒2の略半径方向に突出および露出するものとしたが、燃焼室の頂部付近に下向き(シリンダヘッド側からピストンヘッドに向かう方向)に設置されてもよい。   In the above-described embodiment, the injector 1 is positioned on the upper side of the combustion chamber (not shown in detail) in the cylinder 2, that is, slightly above the piston head at the end of the compression stroke, and substantially in the radial direction of the cylinder 2. However, it may be installed downward (in the direction from the cylinder head side toward the piston head) near the top of the combustion chamber.

以上説明したように、本発明は、ノズルボディの内壁面のうち筒状面の長さがサック室の半径に近くなるようにして、バルブシート部を構成する錐面からサック室内に流入する流体がサック室の入口側の筒状面の端部付近で剥離を生じても、噴孔の入口部での流線が均一にばらける状態を確保するようにしているので、高噴霧角度であって噴霧のむらを確実に防止でき、高精度の噴射量制御により無駄な燃料噴射を抑えることができ、燃費の悪化や排出ガス性能の低下を防止することのできる低コストで高性能の噴射ノズルを提供することができるという効果を奏するものであり、液体を噴霧状にして噴射する噴孔の近傍にその噴孔が開口する液溜り室を有する噴射ノズル全般に有用である。   As described above, according to the present invention, the fluid flowing into the sac chamber from the conical surface constituting the valve seat portion so that the length of the cylindrical surface of the inner wall surface of the nozzle body is close to the radius of the sac chamber. However, even if separation occurs near the end of the cylindrical surface on the inlet side of the sac chamber, the streamline at the inlet of the nozzle hole is ensured to be uniformly distributed, so that the spray angle is high. A low-cost, high-performance injection nozzle that can reliably prevent uneven spraying, suppress unnecessary fuel injection by highly accurate injection amount control, and prevent deterioration of fuel consumption and exhaust gas performance. This is advantageous in that it can be provided, and is useful for all injection nozzles having a liquid reservoir chamber in which the nozzle holes are opened in the vicinity of the nozzle holes for spraying the liquid in the form of a spray.

1 インジェクタ(噴射ノズル)
2 気筒
10 ノズルボディ
11 先端部
11a 噴孔
11b 先端面
12 バルブシート部
12a シート面(弁座面)
13 円錐面(錐面)
13e 下部
14 凹壁面
15 筒状面
16 内壁面
17 サック室
18 ニードル収納孔
18a 筒状内壁面
20 バルブニードル
20a 外周面
21 弁体部
21a バルブフェース
21b 中間傾斜面
21c 先端側傾斜面
21d 先端面
21p 先端凸状部
22 軸部
30 燃料通路(流体通路)
40 弁開閉駆動手段
Hb2 筒状面の軸方向長さ
θs シート面の傾斜角度
θv1,θv2,θv3 傾斜角
α 第1の傾斜角
β 第2の傾斜角
1 Injector (injection nozzle)
2 cylinder 10 nozzle body 11 tip 11a nozzle hole 11b tip 12 valve seat 12a seat (valve seat)
13 Conical surface (conical surface)
13e lower part 14 concave wall surface 15 cylindrical surface 16 inner wall surface 17 sack chamber 18 needle accommodation hole 18a cylindrical inner wall surface 20 valve needle 20a outer peripheral surface 21 valve body portion 21a valve face 21b intermediate inclined surface 21c front end side inclined surface 21d front end surface 21p Tip convex portion 22 Shaft portion 30 Fuel passage (fluid passage)
40 Valve opening / closing drive means Hb2 Axial length of cylindrical surface θs Inclination angle of seat surface θv1, θv2, θv3 Inclination angle α First inclination angle β Second inclination angle

Claims (9)

バルブニードルと、該バルブニードルを軸方向に変位可能に収納するノズルボディと、を備えた噴射ノズルであって、
前記ノズルボディには、流体を噴出する噴孔と該噴孔に前記流体を導入する流体通路が形成されるとともに、前記バルブニードルが前記軸方向に変位するとき該バルブニードルとの間で前記流体通路の一部を開閉するよう前記軸方向に対し傾斜した錐面状のバルブシート部が設けられ、
前記ノズルボディが、前記バルブシート部を構成する錐面と、前記噴孔が開口する凹壁面と、前記錐面および前記凹壁面の間で前記軸方向に対し略平行に延在しつつ前記錐面および前記凹壁面に接続する筒状面とを有する内壁面を形成していることを特徴とする噴射ノズル。
An injection nozzle comprising a valve needle and a nozzle body that accommodates the valve needle in an axially displaceable manner,
The nozzle body is formed with a nozzle hole for ejecting a fluid and a fluid passage for introducing the fluid into the nozzle hole, and the fluid between the valve needle and the valve needle when the valve needle is displaced in the axial direction. A conical valve seat portion inclined with respect to the axial direction so as to open and close a part of the passage is provided,
The nozzle body extends substantially parallel to the axial direction between the conical surface constituting the valve seat, the concave wall surface where the nozzle hole is opened, and the conical surface and the concave wall surface. An injection nozzle comprising an inner wall surface having a surface and a cylindrical surface connected to the concave wall surface.
前記軸方向における前記筒状面の長さが、前記凹壁面および前記筒状面によって形成されるサック室の直径に対して35%を超えかつ50%以下となる範囲内に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の噴射ノズル。   The length of the cylindrical surface in the axial direction is set in a range exceeding 35% and not more than 50% with respect to the diameter of the sac chamber formed by the concave wall surface and the cylindrical surface. The spray nozzle according to claim 1. 前記バルブニードルの外周面と前記ノズルボディの前記内壁面との半径方向の離間距離が、前記バルブシート部より下流側の前記流体通路内で前記噴孔に近付くほど大きくなっていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の噴射ノズル。   A radial separation distance between the outer peripheral surface of the valve needle and the inner wall surface of the nozzle body is increased as it approaches the nozzle hole in the fluid passage on the downstream side of the valve seat portion. The injection nozzle according to claim 1 or 2. 前記バルブニードルが、前記ノズルボディの錐面より前記サック室側に前記筒状面の長さ以上に及んで挿入される先端凸状傾斜面部を有することを特徴とする請求項1ないし請求項3のうちいずれか1の請求項に記載の噴射ノズル。   4. The valve needle has a tip-like convex inclined surface portion that is inserted on the side of the sack chamber from the conical surface of the nozzle body over the length of the cylindrical surface. The injection nozzle according to claim 1. 前記先端凸状部は、前記軸方向に対する外周面の傾斜方向が前記ノズルボディの前記錐面と同一方向で、かつ、前記軸方向に対する外周面の傾斜角度が前記ノズルボディの前記錐面の傾斜角度より小さくなっていることを特徴とする請求項4に記載の噴射ノズル。   The tip convex portion has an inclination direction of the outer peripheral surface with respect to the axial direction in the same direction as the conical surface of the nozzle body, and an inclination angle of the outer peripheral surface with respect to the axial direction is an inclination of the conical surface of the nozzle body. The spray nozzle according to claim 4, wherein the spray nozzle is smaller than an angle. 前記ノズルボディの前記凹壁面および前記バルブニードルの前記先端凸状部の先端面がそれぞれ略半球面状に形成され、前記噴孔が前記先端凸状部の先端面に対向する位置で前記凹壁面上に開口していることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の噴射ノズル。   The concave wall surface of the nozzle body and the tip surface of the tip convex portion of the valve needle are each formed in a substantially hemispherical shape, and the concave wall surface is located at a position where the nozzle hole faces the tip surface of the tip convex portion. The spray nozzle according to claim 4 or 5, wherein the spray nozzle is opened upward. 前記噴孔が、スリット状の噴孔であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のうちいずれか1の請求項に記載の噴射ノズル。   The injection nozzle according to any one of claims 1 to 6, wherein the injection hole is a slit-shaped injection hole. 前記噴孔が、前記ノズルボディの先端側の壁部を前記軸方向に対し第1の傾斜角だけ傾斜した傾斜軸線方向に貫通するとともに、前記傾斜軸線方向および前記軸方向に対し直交する方向の両側にそれぞれ前記第1の傾斜角より大きい第2の傾斜角だけ拡開した略扇形をなしていることを特徴とする請求項7に記載の噴射ノズル。   The nozzle hole penetrates the wall portion on the tip end side of the nozzle body in a tilt axis direction inclined by a first tilt angle with respect to the axial direction, and is orthogonal to the tilt axis direction and the axial direction. The injection nozzle according to claim 7, wherein each side has a substantially fan shape that is widened by a second inclination angle larger than the first inclination angle. 前記噴孔から内燃機関の気筒の内部に前記内燃機関の燃料を噴射することを特徴とする請求項1ないし請求項8のうちいずれか1の請求項に記載の噴射ノズル。   The injection nozzle according to any one of claims 1 to 8, wherein fuel of the internal combustion engine is injected into the cylinder of the internal combustion engine from the injection hole.
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