CN100540881C - 流体喷射喷嘴 - Google Patents

Abstract

在流体喷射喷嘴中，喷针的前端部分设置有第一锥形表面、第二锥形表面和凹口。在第一锥形表面和第二锥形表面之间形成的阀座线与阀座表面接触。第一锥形表面和阀座表面之间的间隙随着朝下而逐渐变窄，且第二锥形表面和阀座表面之间的间隙随着朝下而逐渐变宽。凹口从第一锥形表面的上游端延伸至与第二锥形表面相反的一侧，以面朝阀座表面。

Description

流体喷射喷嘴

技术领域

本发明涉及一种将例如燃油的流体喷射到内燃机缸体内的流体喷射喷嘴。

背景技术

图6描述了燃油喷射喷嘴的一个示例，其安装在柴油发动机的共轨用喷油器中(参见JP-2004-27955-A)。

燃油喷射喷嘴由喷嘴主体100和喷针110组成。

喷嘴主体100具有容纳喷针110的导向孔120。锥形的阀座表面130形成于导向孔120的下端部分上。此外，囊状腔室140在阀座表面130的下游侧是中空的。喷射孔150在囊状腔室140的内周表面上开口。

喷针110在其前端部分上设置有第一锥形表面160和第二锥形表面170，其锥角彼此不同，且在分界线(脊线)上具有阀座线180，其中第一锥形表面160和第二锥形表面170在该分界线处彼此相交。阀座线180在喷针110的阀关闭时间内座靠在阀座表面130上，以中断喷射孔150和燃油通道190之间的连通。

图7示出了使用燃油喷射喷嘴的喷油器的示例。

喷油器设置有：和喷针110一体移动的控制活塞200、形成在控制活塞200上方的控制腔室210、打开和关闭出口(其与控制腔室210的低压侧相连通)的电磁阀220等。

在上述喷油器中，作用在喷针110的下表面上的液压力作为阀开启力F1(液压强×喷针110的压力承受面积)向上推动喷针110到阀开启侧，且作用在控制活塞200的上端表面上的控制腔室210中液压力(液压强×控制活塞200的压力承受面积)和推动喷针110的弹簧力作为阀关闭力F2将喷针110推动到阀关闭侧。当控制腔室210的出口由电磁阀220打开时，控制腔室210中的燃油向外流出到低压侧，以减少作用在喷针110上的阀关闭力。这样，当阀开启力F1超过阀关闭力F2时，喷针110提升，从而燃油从喷射孔150中喷出。

当前，从提高柴油发动机的输出功率的角度看，理想地是增加共轨用喷油器中的燃油喷射压力。然而，当燃油喷射压力增加时，过量的力会作用在燃油喷射喷嘴的阀座部分(即阀座线180座靠在阀座表面130上的一部分)上，从而在使用中阀座部分会磨损，且就在喷射开始之后作用在喷嘴100的下表面上的液压力会增加。结果使得，喷针110的提升速度会增加，使得产生如图8所示的问题，即磨损之后的喷射率(由实线表示)从最初的喷射率(由虚线表示)处改变。

发明内容

本发明基于上述问题而做出，其目的是提供一种燃油喷射喷嘴，其通过增加推动喷针到其提升侧的液压力来限制由于阀座部分的磨损而带来的喷射率变化。

流体喷射喷嘴包括喷嘴主体和喷针。喷嘴主体具有在其中沿轴向延伸的导向孔、形成于导向孔的前端部分上呈锥形的阀座表面、位于阀座表面下游侧的囊状腔室、以及朝向囊状腔室开口的喷射孔。喷针可滑动地插入到导向孔中，用于可打开和关闭喷射孔。

喷针的前端部分设置有第一锥形表面、第二锥形表面和凹口。第一锥形表面、第二锥形表面在其两者之间形成阀座线；其中，当喷针关闭喷射孔时，该阀座线与阀座表面接触。第一锥形表面和阀座表面之间的间隙随着朝向喷射孔而逐渐变窄。第二锥形表面和阀座表面之间的间隙随着朝向喷射孔而逐渐变宽。凹口沿轴向从第一锥形表面的上游端延伸至与第二锥形表面相反的一侧，以面朝阀座表面。

附图说明

通过以下优选实施例以及结合附图的描述，本发明的上述和其他目的、特征将变得清楚，其中：

图1是放大剖视图，显示了根据本发明第一实施例的流体喷射喷嘴的前端部分；

图2是根据第一实施例的流体喷射喷嘴的总体剖视图；

图3是喷油器的整体剖视图，其包括根据本发明的流体喷射喷嘴；

图4是放大剖视图，显示了根据本发明第二实施例的流体喷射喷嘴的前端部分；

图5是放大剖视图，显示了根据第二实施例的流体喷射喷嘴的前端部分；

图6是传统流体喷射喷嘴的前端部分的放大剖视图；

图7是喷油器的整体剖视图，其安装有传统的流体喷射喷嘴；以及

图8是波形图，其显示了在传统流体喷射喷嘴中喷射率的变化与阀座部分的磨损之间的关系。

具体实施方式

图1是放大剖视图，显示了流体喷射喷嘴1的前端部分。图2是流体喷射喷嘴1的总体剖视图。

根据第一实施例的燃油喷射喷嘴(以下称为喷嘴1)例如被用于连接到柴油发动机用的共轨用喷油器2上。

首先，基于图3来描述喷油器2的结构。

喷油器2包括根据本发明的喷嘴1、喷嘴支架3、控制活塞4、电磁阀5等。

喷嘴1由喷嘴主体6和插入到喷嘴主体6中的喷针7组成。喷针7承受着弹簧8(其容纳在喷嘴支架3中)的载荷，从而被推动到阀关闭侧(在图3中向下方向)。

喷嘴支架3设置有管接头3a，且通过连接到管接头3a上的燃油管(未示)从共轨中供应高压燃油。杆式过滤器9容纳在管接头3a中，以去除燃油中包含的外来物质。

在喷嘴支架3中设置有：圆筒形孔10，其容置着控制活塞4；燃油通道11，其将从共轨供应的高压燃油引导至喷嘴1；燃油通道13，其将高压燃油引导至控制活塞4上方的控制腔室12；排出通道14，其排出过量的燃油；等等。

控制活塞4可滑动地插入到喷嘴支架3的圆筒形孔10中，以使得控制腔室12中的燃油压力作用在控制活塞4的上端表面上，从而沿图纸中向下的方向推动控制活塞4。压力销15一体地设置在控制活塞4的控制腔室相反侧。压力销15的下端表面接触喷针7的上端表面。

控制腔室12通过设置在孔板16中的入口孔而与燃油通道13相连通，且与设置在孔板16中的出口孔相连通。孔板16位于喷嘴支架3的上端部分上，从而位于喷嘴支架3和电磁阀5之间。

电磁阀5由开启和关闭出口孔的阀元件17、保持阀元件17的电枢18、将电枢18推动到阀元件17关闭出口孔所在一侧(在图中向下方向)的弹簧19、通过电磁力驱动电枢18的螺线管20，等等。

当螺线管20断路时，电枢18被弹簧19推动且阀元件17被推动到孔板16的上端表面上，以使得电磁阀5关闭出口孔。当螺线管20通电时，电枢18克服弹簧19的推力而沿图中向上方向被吸引，以使得阀元件17抬升离开孔板16的上端表面，以打开出口孔。

以下，详细描述第一实施例的喷嘴1。

如图2所述，在喷嘴主体6中形成有：导向孔21，其容置着喷针7；燃油通道22，其将燃油引导至导向孔21；喷射孔23，其在喷针7的抬升时间内喷射燃油；等等。

导向孔21从喷嘴主体6的上端表面朝向喷嘴主体6的前端部分开孔。锥形阀座表面24形成在导向孔21的前端部分上。此外，囊状腔室25形成在阀座表面24的下游侧。蓄油室26形成在导向孔21的路线上。

燃油通道22的上游端在喷嘴主体6的上端表面上开口，以连接到燃油通道11(其在喷嘴支架3的下端表面上开口，参考图3)上。燃油通道22的下游端连接到蓄油室26上。

如图1所述，喷射孔23被设置成贯穿喷嘴主体6的前端壁部分(其形成囊状腔室25的周围部分)。喷射孔23的入口(上游侧开口部分)在囊状腔室25的内周上开口，且出口(下游侧开口部分)在前端壁部分的外周表面上开口。

喷针7设置有：滑动部分7a，其在图面中比蓄油室26要靠上的部分中可滑动地插入到导向孔21中；压力承受部分7b，其在蓄油室26中承受油压；轴部分7c，其在图面中比蓄油室26要靠下的部分中插入到导向孔21中，以形成间隙；等等。

轴部分7c的外径略微小于滑动部分7a的外径，以确保在导向孔21的内周表面和轴部分7c的外周表面之间形成环形间隙(该间隙被称为燃油通道27)。如图1所述，轴部分7c的前端部分设置有：阀座线28，其在喷针7的阀关闭时间内座靠在阀座表面24上；位于阀座线28上游侧的第一锥形表面29；以及位于阀座线28下游侧的第二锥形表面30。

在阀座线28的上游侧，第一锥形表面29在其和阀座表面24之间形成孔隙，且锥角略微小于阀座表面24的阀座角(扩展角，spreadangle)，以使得该孔隙随着向下而逐渐变窄。具体地，阀座表面24与第一锥形表面29之间的角度差α1设定成：0°＜α1≤1°。

在阀座线28的下游侧，第二锥形表面30在其和阀座表面24之间形成孔隙，且锥角略微大于阀座表面24的阀座角，以使得该孔隙随着向下而逐渐加宽。具体而言，阀座表面24和第二锥形表面30之间的角度差α2位于如下范围：0°＜α2≤1°。

轴部分7c的前端部分设置有凹口31，其位于起点(origin)A(其位于第一锥形表面29的上游端)处开始的一定范围内，以面朝阀座表面24。如图1所述，例如通过以台阶的方式去除轴部分7c的周边，来使圆柱形部分7d的外径小于第一锥形表面29的上游侧(图面中上侧)处的轴部分7c的外径，从而形成凹口31。

阀座线28的外径D1和第一锥形表面29的上游端(起点A)处的外径D2满足以下关系(1)：

D1≤D2≤D1+0.2mm    ......(1)

囊状腔室25的入口的内径D3和第二锥形表面30的下游端外径D4满足以下关系(2)：

D3≤D4≤D3+0.1mm    ......(2)

以下，描述喷油器2的操作。

当电磁阀5的螺线管20通电时，电枢18被电磁所吸引，以使得阀元件17打开出口孔。这样，控制腔室12中的燃油流经出口孔，且从排出通道14排出到下游侧(例如油箱)。相应地，在控制腔室12中的油压减少。当将喷针7向上推动到阀开启侧的液压力超过推动喷针7到阀关闭侧的力(作用在控制活塞4的上端表面上的控制腔室12中燃油压力+弹簧8的推力)时，喷针7向上提升。结果使得，燃油通过阀座线28和阀座表面24之间的间隙从燃油通道27流到囊状腔室25内，且从喷射孔23喷射到柴油发动机的缸体内。

之后，螺线管20停止通电，从而停止了电磁吸引力。这样，电枢18被弹簧19向回推动，从而阀元件17关闭了出口孔，以中断控制腔室12和排出通道14之间的连通。因此，在控制腔室12中的燃油压力增加。当推动喷针7到阀关闭侧的力超过向上推动喷针7到阀开启侧的液压力时，喷针7被向回推动。结果使得，喷针7的阀座线28座靠在阀座表面24上，以使得中断燃油通道27和囊状腔室25的连通，从而停止喷射。

在第一实施例中描述的喷嘴1在喷针7的前端部分上设置有凹口31，以使得有可能将孔隙的起点相对于阀座表面24设置成更靠近阀座线28。也就是说，就在喷针7开始提升之后，孔隙从第一锥形表面29的上游端(即凹口31的起点A)到阀座线28的范围内形成在喷针7和阀座表面24之间。这样，第一锥形表面29具有这样的压力分布，即压力从上游端朝向阀座线28逐渐减少。

在凹口31和阀座表面24之间没有形成孔隙，以使得在凹口31的上端表面31a(形成在轴部分7c和圆筒形部分7b之间的台阶表面)上的压力分布恒定，且高压(供应到喷嘴1上的高压燃油的压力)作用在整个上端表面31a上。

因此，与不具有凹口31的喷针相比，作用在喷针7下表面上的液压力(即向上推动喷针7的液压力)增加，以使得有可能限制由于阀座线28或阀座表面24的磨损而喷射率的变化。

此外，阀座表面24和第一锥形表面29之间的角度差α1被设定为1°或更小，以使得有可能当阀座线28座靠在阀座表面24上时减少表面压力，以限制阀座线28的磨损和阀座表面24的磨损。

以相类似的方式，阀座表面24和第二锥形表面30之间的角度差α2被设定为1°或更小，以使得有可能当阀座线28座靠在阀座表面24上时减少表面压力，从而限制阀座线28的磨损和阀座表面24的磨损。此外，通过将α2设定为1°或更小，作用在喷针7的下表面上的力(即向上推动喷针7的液压力)不太易于释放，以限制液压力的减少。

此外，第一锥形表面29设置在阀座线28的上游侧，且第一锥形表面29的上游端的外径D2和阀座线28的外径D1根据上述公式(1)进行设定，以使得有可能限制阀座线28和阀座表面24的磨损且增加作用在凹口31上的液压力。

此外，囊状腔室25的入口的内径D3和第二锥形表面30的下游端外径D4根据上述公式(2)进行设定，以使得作用在喷针7的下表面上的压力(即向上推动喷针7的液压力)就在喷针7开始提升之后变得易于释放，以限制向上推动喷针7的液压力的减少。

(第二实施例)

图4是放大剖视图，显示了喷嘴1的前端部分。

如图4所示，根据第二实施例的喷嘴1在喷针7的前端(即在第二锥形表面30的下游侧)设置有突伸部分32。当阀座线28座靠在阀座表面24上时，突伸部分32插入到囊状腔室25中，以在之间形成孔隙。

此外，即使在喷针7的较短提升时间(其小于预定量)内，突伸部分32不会移出囊状腔室25，以使得重叠长度L(即突伸部分32和囊状腔室25沿轴向彼此重叠以形成孔隙的长度)被设定成等于或大于喷针7的较小提升量，以维持之间的孔隙。

在喷针7的较小提升时间内产生于阀座线28和阀座表面24之间的最小开口面积S0和所有的喷射孔23的整个开口面积S1满足以下关系(3)：

S0≤S1    ......(3)

此外，当突伸部分32插入到囊状腔室25中时形成于突伸部分32和囊状腔室25之间的间隙面积S2满足以下关系(4)：

S2≤S1    ......(4)

通过上述结构，至少直到喷针7提升较小时为止，孔隙维持在突伸部分32和囊状腔室25之间，以使得在喷针7提升较小的期间有可能限制向上推动喷针7的液压力的减少。此外，如同第一实施例一样，通过在喷针7的前端部分处设置凹口31，向上推动喷针7的液压力增加，从而得到这样一个效果以限制由于阀座线28或阀座表面24的磨损而导致喷射率变化。

第二实施例中所述的结构(即在该结构中，突伸部分32设置在喷针7的前端部分处，以通过将突伸部分32插入到囊状腔室25中形成孔隙)可应用于如图5所示的喷嘴，其在喷针7的前端部分处不具有凹口31。

本发明的说明仅仅是示例性地，因而不偏离本发明主旨的各种变化都落入本发明的范围内。上述变化不视为偏离本发明的主旨和精神。

Claims (8)

1.一种流体喷射喷嘴(1)，包括：

喷嘴主体(6)，其具有在其中沿轴向延伸的导向孔(21)、形成于导向孔(21)的前端部分上呈锥形的阀座表面(24)、位于阀座表面(24)下游侧的囊状腔室(25)以及朝向囊状腔室(25)开口的喷射孔(23)；和

可滑动地插入到导向孔(21)中以打开和关闭喷射孔(23)的喷针(7)，

所述喷针(7)的前端部分设置有：

第一锥形表面(29)和第二锥形表面(30)，其中在第一锥形表面(29)和第二锥形表面(30)两者之间形成有阀座线(28)，当喷针(7)关闭喷射孔(23)时，该阀座线(28)与阀座表面(24)接触；第一锥形表面(29)和阀座表面(24)之间的间隙随着朝向喷射孔(23)而逐渐变窄，且第二锥形表面(30)和阀座表面(24)之间的间隙随着朝向喷射孔(23)而逐渐变宽；以及

凹口(31)，其位于第一锥形表面(29)的上游侧，且沿轴向从第一锥形表面(29)的上游端延伸至与第二锥形表面(30)相反的一侧，以面朝阀座表面(24)；

其中，通过使喷针(7)形成为台阶形状且在第一锥形表面(29)的上游侧具有轴部分(7c)和圆柱形部分(7d)，来形成所述凹口(31)，从而使得圆柱形部分(7d)的外径小于轴部分(7c)的外径；所述凹口(31)被设置在轴部分(7c)的前端部分处；并且，所述轴部分(7c)和圆柱形部分(7d)之间的台阶部分的表面(31a)为平坦表面；

所述喷嘴主体(6)在阀座表面(24)上游处的内径增大，以使得在喷嘴主体(6)和圆柱形的轴部分(7c)之间提供燃油通道(27)；

控制腔室(12)中的压力起作用用于关闭喷针(7)；

在喷针(7)的滑动部分(7a)和轴部分(7c)之间设置有压力承受部分(7b)，并且轴部分(7c)的外径略微小于滑动部分(7a)的外径；以及

所述圆柱形部分(7d)和台阶部分的表面(31a)之间的相交部分是位于阀座表面(24)上游端的轴部分(7c)一侧。

2.如权利要求1所述的流体喷射喷嘴(1)，其特征在于：相对于轴向，阀座表面(24)的倾角与第一锥形表面(29)的倾角之间的差α1设定在以下范围内：0°＜α1≤1°。

3.如权利要求1所述的流体喷射喷嘴(1)，其特征在于：相对于轴向，阀座表面(24)的倾角与第二锥形表面(30)的倾角之间的差α2设定在以下范围内：0°＜α2≤1°。

4.如权利要求1-3中任一所述的流体喷射喷嘴(1)，其特征在于：阀座线(28)的外径D 1和第一锥形表面(29)的上游端的外径D2满足以下关系：D1≤D2≤D1+0.2mm。

5.如权利要求1-3中任一所述的流体喷射喷嘴(1)，其特征在于：囊状腔室(25)的入口的内径D3和第二锥形表面(30)的下游端的外径D4满足以下关系：D3≤D4≤D3+0.1mm。

6.如权利要求1-3中任一所述的流体喷射喷嘴(1)，其中所述喷针(7)的前端部分还设置有：

突伸部分(32)，其位于第二锥形表面(30)的下游侧以插入到囊状腔室(25)中，从而在阀座线(28)接触阀座表面(24)时在突伸部分(32)与囊状腔室(25)之间形成孔隙。

7.如权利要求6所述的流体喷射喷嘴(1)，其特征在于：当喷针(7)的抬升量位于预定高度范围内时，所述突伸部分(32)沿轴向的长度可维持所述孔隙。

8.如权利要求6所述的流体喷射喷嘴(1)，其特征在于：当突伸部分(32)插入到囊状腔室(25)时，喷射孔(23)的开口面积S1和突伸部分(32)与囊状腔室(25)之间的间隙的横截面积S2满足以下关系：S2≤S1。

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