CN101449050B - 燃料喷嘴 - Google Patents

Abstract

在用于内燃机的燃料喷嘴中，第一空腔(32)在燃料流动方向上设置在阀座(12)的下游。第二空腔(36)在燃料流动方向上设置在所述第一空腔(32)的下游。燃料通道(34)将所述第一空腔(32)连接到所述第二空腔(36)。燃料喷射孔(24)通向所述第二空腔(36)。对于这种结构，当所述燃料流经所述第一燃料通道(34)时，引起空化。空化气泡与所述燃料一起流入所述第二空腔(36)。当所述燃料保留在所述第二空腔(36)内时，所述空化气泡均匀地混合到所述燃料中。已经与空化气泡充分混合的燃料从所述燃料喷射孔(24)喷射。

Description

燃料喷嘴 

技术领域

本发明涉及一种内燃机的燃料喷嘴，更确切地，本发明涉及一种燃料喷嘴引起空化以雾化所喷射的燃料的技术。 

背景技术

从燃料喷嘴喷射的燃料的雾化有效地减少了排气中的污染物质的量。公开号为2003-206828(JP-A-2003-206828)的日本专利申请和公开号为2004-316598(JP-A-2004-316598)的日本专利申请描述了在燃料喷嘴中引起燃料的空化以及喷射与空化气泡混合的燃料。 

在公开号为2003-206828的专利申请所描述的技术中，在阀座的边缘形成突出到燃料流中的边缘凸起。燃料流被所述边缘凸起从阀座分开。结果引起空化。边缘凸起紧接喷射孔的上游设置。因此，由边缘凸起产生的空化气泡同燃料一起流入喷射孔。 

在公开号为2004-316598的专利申请所描述的技术中，从阀座延伸的多个喷射孔入口通道在喷嘴体内形成。喷射孔入口通道的下游端通过连通通道相互连接。多个喷射口出口通道也形成在喷嘴体内，喷射口出口通道从连通通道延伸到在喷嘴体的外表面上形成的各个喷射出口。当燃料通过喷射孔入口通道从阀座流到喷射出口时，在喷射孔入口通道内引起空化。而且，在连通通道内流动的燃料与从喷射孔入口通道流出的燃料在喷射孔出口通道的入口部碰撞，碰撞能量促进 了在喷射孔出口通道内的燃料流的干扰，并且因此促进了空化气泡混合到燃料流中。 

然而，在公开号为2003-206828的专利申请所描述的技术中，因为在喷射孔附近引起空化，所以燃料可能在燃料和空化气泡相互充分混合之前被喷射。在公开号为2004-316598的专利申请所描述的技术中，因为喷射孔入口通道直接从阀座延伸，所以阀座和针阀之间的空间的流道面积极大地影响了喷射孔入口通道中的空化的发生。更确切地，当针阀刚刚从阀座移开时，阀座和针阀之间的空间的流道面积很小。这样，阀座与针阀之间的空间的流道面积与喷射孔入口通道的流道面积仅稍微不同。因此，当燃料从阀座流入喷射孔入口通道时，燃料的压力仅稍微降低，结果，在喷射孔入口通道中可能未充分地引起空化。 

因此，需要改进上述传统的燃料喷嘴以充分地雾化燃料。 

美国专利2006/0097082公开了一种具有针阀和阀座的燃料喷嘴。燃料通过通道流到多个喷嘴出口。裂缝在已有的出口腔中促成了空化流动区域，这增强了燃料的空化。 

发明内容

本发明提供一种喷射充分雾化了的燃料的燃料喷嘴。 

本发明第一方案涉及一种燃料喷嘴，其包括多个喷射出口、阀座、针阀、第一空腔、第二空腔、第一燃料通道以及多个第二燃料通道。阀座在燃料通过其流到多个喷射出口的通道中形成。针阀安置在阀座上或者从阀座移开。第一空腔在燃料的流动方向上设置在阀座的下游。第二空腔在燃料的流动方向上设置在第一空腔的下游。第一燃料通道将第一空腔连接到第二空腔。第一燃料通道的流道面积比第一空腔的流道面积小。多个第二燃料通道中的每一个将第二空腔连接 到多个喷射出口中相应的一个。多个第二燃料通道中的每一个的流道面积比第二空腔的流道面积小。 

在上述方案中，多个第二燃料通道中的每一个相对于与第一燃料通道的延伸方向垂直的方向可以是倾斜的，使得多个第二燃料通道中的每一个的下游侧比多个第二通道中的每一个的上游侧更靠近第一燃料通道的上游侧。 

在上述方案中，第一空腔可设置在针阀的轴上。第二空腔可沿着围绕针阀的轴的圆周设置。第一燃料通道可在针阀的径向上从第一空腔的外周表面延伸。 

在上述的方案中，燃料喷嘴还包括其内容纳针阀且形成有阀座的喷嘴体以及其内形成多个喷射出口的喷嘴板。第一空腔可由针阀和喷嘴板之间的第一间隙形成。第一燃料通道和第二空腔可由喷嘴体和喷嘴板之间的第二间隙形成。多个第二燃料通道可在喷嘴板内形成。 

在上述的方案中，第二间隙可以沿着围绕针阀的轴的圆周设置。第二间隙可包括窄间隙和宽间隙，宽间隙比窄间隙宽且在径向上设置在窄间隙的外侧。第一燃料通道可以由窄间隙形成，第二空腔可以由宽间隙形成。 

在上述方案中，窄间隙可沿着围绕针阀的轴的圆周连续形成。 

在上述方案中，宽间隙可沿着围绕针阀的轴的圆周连续形成。

在上述方案中，宽间隙可包括沿着围绕针阀的轴的圆周以预定的间隔设置的多个宽间隙。多个宽间隙中的每一个可通过多个第二燃料通道中相应的一个连接到多个喷射出口中的至少一个。 

在上述的方案中，第二间隙可以由在面向喷嘴板的喷嘴体的表面上形成的凹进部和凸出部形成。 

在上述的方案中，在燃料通过针阀和针座之间的空间之后，燃料从第一空腔流到第一燃料通道。然后，燃料通过第一燃料通道流到第二空腔。当燃料流经第一燃料通道时，由于在降低的压力下的沸腾而引起空化。在第一燃料通道内产生的空化气泡与燃料一起流入第二空腔。在第二空腔中，燃料和空化气泡相互混合。然后，与空化气泡混合的燃料流经第二燃料通道使得燃料从喷射出口喷射。因此，在燃料和空化气泡相互充分混合之后喷射燃料。这提高了所喷射的燃料的雾化。而且，燃料通过第一空腔流入第一燃料通道，而不是直接从针阀和阀座之间的空间流入第一燃料通道。这确保了当针阀刚从阀座移开时，就在第一燃料通道内引起空化。 

特别地，多个第二燃料通道中的每一个相对于与第一燃料通道的延伸方向垂直的方向可以是倾斜的，使得多个第二燃料通道中的每一个的下游侧比多个第二通道中的每一个的上游侧更靠近第一燃料通道的上游侧。这种情况下，在燃料从第一空腔流入第二空腔之后，燃料不是平滑地从第二空腔流入第二燃料通道。这增加了燃料保留在第二空腔中的时间，并促进了空化气泡与燃料的混合。而且，因为多个第二燃料通道中的每一个相对于与第一燃料通道的延伸方向垂直的方向是倾斜的，使得多个第二燃料通道中的每一个的下游侧比多个第二通道中的每一个的上游侧更靠近第一燃料通道的上游侧，所以可以 减少第一燃料通道被由于燃烧气体通过喷射出口的流入而形成的沉淀物阻塞的可能性。相应地，可以减少空化气泡和燃料的混合被粘附在第二空腔内侧的沉淀物抑制的可能性。 

第一燃料通道和第二空腔可以由喷嘴体和喷嘴板之间的第二间隙形成。在这种情况下，可以容易地形成一个整体通道，燃料通过该通道从针阀和阀座之间的空间流到喷射出口。特别地，第二间隙可以由在面向喷嘴板的喷嘴体的表面上形成的凹进部和凸出部形成。在这种情况下，喷嘴板的形状是简单的，并且更容易形成燃料喷嘴。 

附图说明

本发明的上述的和进一步的目的、特征和优点将由于下列结合附图描述的示范性实施例而变得清晰，在附图中同样的附图标记用于表示同样的元件，并且其中： 

图1为表示根据本发明第一实施例的燃料喷嘴的端部的横截面图； 

图2为表示图1的一部分的放大的横截面图(即，在图1中由虚线围绕的椭圆形区域)； 

图3为沿图1中的线III-III所截取的横截面图； 

图4为表示根据本发明第二实施例的燃料喷嘴的端部的横截面图，其与表示根据第一实施例的燃料喷嘴的图3相似； 

图5为表示根据本发明第三实施例的燃料喷嘴的端部的横截面图，其与表示根据第一实施例的燃料喷嘴的图2相似；以及

图6为表示根据本发明第四实施例的燃料喷嘴的端部的横截面图，其与表示根据第一实施例的燃料喷嘴的图2相似。 

具体实施方式

下面将结合图1到图3描述本发明的第一实施例。 

图1是表示根据本发明第一实施例的燃料喷嘴的端部的横截面图。根据第一实施例的燃料喷嘴包括针阀4、容纳针阀4的喷嘴体10以及连接到喷嘴体10的喷嘴板20。 

燃料流经的燃料通道6在喷嘴体10内形成。以下将燃料通道6称作“喷嘴通道6”。针阀4容纳在喷嘴通道6内。针阀4在轴CL的方向上往复运动。阀座12在喷嘴通道6的出口处形成，针阀4安置在阀座12上。当针阀4在轴CL的方向上从阀座12移开时，喷嘴6的出口打开，然后燃料被供应给喷嘴通道6下游的区域。当针阀4安置在阀座12上时，向喷嘴通道6下游区域的燃料供应被中断。 

平表面(附着表面)14在喷嘴体10的端部形成。喷嘴板20附到附着表面14。凹进部16在喷嘴体10内的附着表面14内侧形成。凹进部16围绕针阀4的轴CL呈圆柱形。凹进部16的底部靠近阀座12。当针阀4安置在阀座12上时，针阀4的末端没有凸出到凹进部16内或者轻微地凸出到凹进部16内。 

多个燃料喷射孔24在喷嘴板20内形成。多个燃料喷射孔24用作多个第二燃料通道。燃料通过多个燃料喷射孔24喷射。每个燃料喷射孔24从面向喷嘴体10的喷嘴板20的表面延伸到喷嘴板20的相反表面。当喷嘴板20附到喷嘴体10上时，每个燃料喷射孔24的入 口面向凹进部16。每个燃料喷射孔24相对于针阀4的轴CL在针阀4的径向上以预定的角度倾斜。 

圆形的凸出部22在面向喷嘴体10的喷嘴板20的表面上形成。凸出部22在燃料喷射孔24的入口的内侧形成。凸出部22的外径比凹进部16的直径小。当喷嘴板20附到喷嘴体10上时，凸出部22定位在围绕针阀4的轴CL的圆周上。换句话说，凸出部22定位在凹进部16的内侧。凸出部22的内径与阀座12的内径基本相。凸出部22的高度比凹进部16的高度(深度)稍小。当喷嘴板20附到喷嘴体10上时，在凸出部22的顶面和凹进部16的底面之间形成窄间隙。 

图2是显示图1的一部分的放大横截面图(即图1中被虚线围绕的椭圆形区域)。如图2所示，空腔32在针阀4的末端和喷嘴板20之间形成。空腔32被凸出部22的内周表面所包围。空腔36在喷嘴体10和喷嘴板20之间形成。空腔36被凹进部16的外周表面和凸出部22的外周表面所包围。空腔32在燃料流动方向上位于空腔36的上游。以下空腔32将被称作“第一空腔”，而空腔36将被称作“第二空腔”。燃料通道34将两个空腔32和36相互连接。因此，燃料通道34用作第一燃料通道。燃料通道34由凸出部22的顶面和凹进部16的底面之间的间隙形成。即，第二空腔36由喷嘴体10和喷嘴板20之间的宽间隙形成，而燃料通道34由喷嘴体10和喷嘴板20之间的窄间隙形成。 

图3是沿图1的线III-III所截取的横截面图。如图3所示，第一空腔32是位于针阀4的轴CL上的圆柱形空间。第二空腔36是围绕针阀4的轴CL的圆形空间。燃料通道34围绕轴CL呈圆形。燃料通道34在径向上从第一空腔32的外周表面延伸到第二空腔36的内周表面。

燃料喷射孔24通向第二空腔36。如图2所示，燃料喷射孔24将第二空腔36连接到作为燃料喷射孔24的出口的各个喷射出口26。如图3所示，燃料喷射孔24的入口以等间距设置在围绕针阀4的轴CL的圆周上。 

下面将结合附图2描述根据第一实施例的燃料喷嘴的动作和效果。在图2中，箭头指示当针阀4从阀座12离开时燃料的流动。 

当针阀4在轴CL的方向上从阀座12移开时，使得喷嘴通道6和第一空腔32之间连通。因此，燃料从喷嘴通道6流入第一空腔32。然后，燃料从第一空腔32流入燃料通道34。燃料通道34的流道面积比第一空腔32的流道面积小很多。因此，当燃料流入燃料通道34时，燃料的流动速度增加，并且相应地燃料的压力降低。燃料压力的这种降低引起燃料通道34内的空化。 

燃料与在燃料通道34内产生的空化气泡一起从燃料通道34流入第二空腔36。然后，燃料从第二空腔36流到第二空腔36下游的燃料喷射孔24。第二空腔36的流道面积比每个燃料喷射孔24的流道面积大很多。因此，燃料保留在第二空腔36内一段时间。而且，因为每个燃料喷射孔24相对于与燃料通道34的延伸方向垂直的方向是倾斜的，使得每个燃料喷射孔24的下游侧比每个燃料喷射孔24的上游侧更靠近燃料通道34的上游侧，因此燃料不是平滑地从燃料通道34流到燃料喷射孔24。这确保燃料保留在第二空腔36内一段时间。当燃料保留在第二空腔36内时，燃料和空化气泡相互混合。因此，与空化气泡充分混合的燃料流入燃料喷射孔24。

因此，在根据第一实施例的燃料喷嘴内，在燃料和空化气泡相互充分混合之后喷射燃料。这促进了被喷射燃料的雾化。而且，在根据第一实施例的燃料喷嘴中，燃料经过第一空腔32流入燃料通道34，而不是直接从针阀4和阀座12之间的空间流入燃料通道34。这确保了当针阀4刚从阀座12移开时，就引起燃料通道34内的空化。 

而且，在根据第一实施例的燃料喷嘴内，因为每个燃料喷射孔24相对于与燃料通道34的延伸方向垂直的方向是倾斜的，使得每个燃料喷射孔24的下游侧比每个燃料喷射孔24的上游侧更靠近燃料通道34的上游侧，因此可以减小燃料通道34被由于燃烧气体通过喷射出口26的流入而形成的沉淀物阻塞的可能性。相应地，可以减小空化气泡和燃料的混合被粘附到第二空腔36内侧的沉淀物抑制的可能性。 

根据第一实施例的燃料喷嘴还具有与生产过程相关的优点。如上所述，燃料通道34和第二空腔36由喷嘴体10和喷嘴板20之间的间隙形成。因此，从喷嘴通道6到喷射出口26的整个通道可容易地形成。特别地，燃料通道34需要由窄间隙形成以有效地引起空化。对于根据第一实施例的燃料喷嘴的结构，可精确地形成有效地引起空化所需的窄间隙。 

下面将结合图4描述本发明的第二实施例。 

图4是显示根据本发明第二实施例的燃料喷嘴的端部的横截面图。图4与图3相似之处在于，也图示了根据本发明第一实施例的燃料喷嘴沿图1中的线III-III所截取的横截面图。在图4中，与根据 第一实施例的燃料喷嘴的元件和部分相同的元件和部分用相同的附图标记标注。因此将省略其多余的描述。 

根据第二实施例的燃料喷嘴在第二空腔36的结构方面与根据第一实施例的燃料喷嘴不同。在第二实施例中，为每个燃料喷射孔24提供了单独的第二空腔36。第二空腔36以预定间隔沿围绕针阀4的轴CL的圆周设置。第二空腔36是通过以如图4所示的齿轮形形成喷嘴体10的凹进部16形成的，而不是通过以如第一实施例的圆柱形形成凹进部16而形成。齿轮形凹进部16的基圆部(base circle portion)固定到凸出部22的外周表面上。因此，为每个燃料喷射孔24提供了单独的第二空腔36。 

对于上述的结构，在燃料从第一空腔32流入燃料通道34之后，燃料从燃料通道34分配到第二空腔36的每一个中。然后，燃料被供应给相关的燃料喷射孔24。因此，可以减少在第二空腔36内的燃料的死体积(dead volume)，同时保持在第二空腔36内促进空化气泡和燃料的混合的效果。在上述的结构中，燃料通道34与第一实施例一样是圆形的。然而，当为各个燃料喷射孔24单独提供第二空腔36时，可以为各个燃料喷射孔24单独提供燃料通道34。 

将结合图5描述本发明的第三实施例。 

图5是显示根据本发明的第三实施例的燃料喷嘴的端部的横截面图。图5与图2相似之处在于，图示了显示根据第一实施例的燃料喷嘴在图1中被虚线所围绕的椭圆形区域的放大的横截面图。在图5中，与根据第一实施例的燃料喷嘴的元件和部分相同的元件和部分用相同的附图标记标示。因此将省略其多余的描述。

在第三实施例中，面向喷嘴体10的喷嘴板20的表面是平的。凸出部18在喷嘴体10的凹进部16内形成。圆形的凸出部18位于围绕针阀4的轴的圆周上。凸出部18的外径比凹进部16的直径小。凸出部18的内径与阀座12的直径基本相同。凸出部18的高度比凹进部16的深度稍小。当喷嘴板20附到喷嘴体10上时，在凸出部18的顶面和喷嘴板20之间形成窄间隙。 

在第三实施例中，第一空腔32在针阀4的末端和喷嘴板20之间形成。第一空腔32是被凸出部18的内周表面包围的空间。第二空腔36在喷嘴体10和喷嘴板20之间形成。第二空腔36是被凹进部16的周表面和凸出部18的外周表面包围的空间。燃料通道34由凸出部18的顶面和喷嘴板20之间的间隙形成。燃料通道34将两个空腔32和36相互连接。 

对于上述的结构，喷嘴板20是扁平板。这消除了执行复杂的形成过程的必要。而且，燃料通道34的高度，即附着表面14和凸出部18的顶面之间的间距可以通过调整从凸出部18的末端去除的材料的量来调整。因此，可以精确地形成有效地引起空化所需的窄空间。 

将结合图6描述本发明的第四实施例。图6是显示根据本发明第四实施例的燃料喷嘴的端部的横截面图。图6与图2相似之处在于，也描述了显示根据第一实施例的燃料喷嘴在图1中被虚线围绕的椭圆形区域的放大的横截面图。在图6中，与根据第一实施例的燃料喷嘴的元件和部分相同元件和部分用相同的附图标记标示。因此，将省略其多余的描述。

在第四实施例中，面向喷嘴板20的喷嘴体10的表面是平的。圆形凹进部38、凹进部40及凸出部22在喷嘴板20内形成。凸出部22设置在圆形凹进部38和凹进部40之间。凸出部22的高度比圆形凹进部38的深度稍小。当喷嘴板20附到喷嘴体10上时，在凸出部22的顶面和喷嘴体10之间形成窄间隙。 

在第四实施例中，第一空腔32在针阀4的末端和凹进部40之间形成。圆形凹进部38用作第二空腔36。燃料通道34由凸出部22的顶面和喷嘴体10之间的间隙形成。燃料通道34将两个空腔32和36相互连接。 

对于上述的结构，面向喷嘴板20的喷嘴体10的表面是平的。这消除了执行复杂的形成过程的必要。而且，燃料通道34的高度，即附着表面42和凸出部22的顶面之间的间距通过调整从凸出部22的末端去除的材料的量来调整。因此，可以精确地形成有效地引起空化所需的窄空间。 

虽然已结合其示范性的实施例描述了本发明，但应当理解的是本发明不局限于所描述的实施例或结构。相反，可以在本发明的精神和范围内作出多种修改。例如，可以将根据第二实施例的结构与根据第三实施例的结构相结合。

Claims (5)

1.一种燃料喷嘴，包括：

多个喷射出口(26)；

阀座(12)，其形成在燃料通过其流到所述多个喷射出口的通道中；

针阀(4)，其安置在所述阀座上或从所述阀座移开；

喷嘴体(10)，所述针阀(4)容纳在所述喷嘴体(10)内且所述阀座(12)在所述喷嘴体(10)内形成；以及

喷嘴板(20)，在其中形成有所述多个喷射出口，

所述燃料喷嘴的特征在于进一步包括：

第一空腔(32)，其在所述燃料流动方向上设置在所述阀座的下游；

第二空腔(36)，其在所述燃料流动方向上设置在所述第一空腔的下游；

第一燃料通道(34)，其将所述第一空腔(32)连接到所述第二空腔(36)，其中所述第一燃料通道(34)的流道面积比所述第一空腔(32)的流道面积小；

多个第二燃料通道(24)，每一个第二燃料通道将所述第二空腔(36)连接到所述多个喷射出口(26)中相应的一个，其中所述多个第二燃料通道(24)中的每一个的流道面积比所述第二空腔(36)的流道面积小；

其中

所述多个第二燃料通道(24)中的每一个相对于与所述第一燃料通道(34)延伸的方向垂直的方向是倾斜的，使得所述多个第二燃料通道(24)中的每一个的下游侧比所述多个第二燃料通道(24)中的每一个的上游侧更靠近所述第一燃料通道(34)的下游侧；

所述第一空腔(32)设置在所述针阀(4)的轴上；

所述第二空腔(36)沿着围绕所述针阀(4)的轴的圆周设置；并且

所述第一燃料通道(34)在所述针阀(4)的径向上从所述第一空腔(32)的外周表面延伸，

并且其中

所述第一空腔(32)是由所述针阀(4)和所述喷嘴板(20)之间的第一间隙形成的；

所述第一燃料通道(34)和所述第二空腔(36)由所述喷嘴体和所述喷嘴板之间的第二间隙形成；并且

所述多个第二燃料通道(24)在所述喷嘴板内形成，

其中

所述第二间隙沿着围绕所述针阀的轴的所述圆周设置；

所述第二间隙包括窄间隙和宽间隙，所述宽间隙比所述窄间隙宽且在所述径向上设置在所述窄间隙的外侧，并且

所述第一燃料通道(34)由所述窄间隙形成，且所述第二空腔(36)由所述宽间隙形成，并且其中

第二间隙是：

-由在面向所述喷嘴板的所述喷嘴体的表面上形成的凹进部和凸出部(22)形成，或者是

-由在面向所述喷嘴体的所述喷嘴板的表面上形成的凹进部和凸出部形成。

2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其中

所述窄间隙沿着围绕所述针阀的轴的所述圆周连续形成。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷嘴，其中

所述宽间隙沿着围绕所述针阀的轴的所述圆周连续形成。

4.根据权利要求1或2所述的燃料喷嘴，其中

所述宽间隙被径向地分成多个宽间隙，所述多个宽间隙沿着围绕所述针阀的轴的所述圆周以预定的间隔设置；并且

所述多个宽间隙中的每一个通过所述多个第二燃料通道(24)中相应的一个连接到所述多个喷射出口的至少一个。

5.根据权利要求1或2所述的燃料喷嘴，其中

在到达所述多个喷射出口(26)之前，所述燃料以下述顺序流经所述第一空腔(32)、所述第一燃料通道(34)、所述第二空腔(36)以及所述第二燃料通道(24)，然后所述燃料被从所述多个喷射出口(26)喷射。

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