CN102472225B - 燃料喷射阀及搭载了该燃料喷射阀的车辆用内燃机 - Google Patents

Abstract

在喷嘴板上表面设有阶梯部。具备多对喷孔，通过从各一对喷孔喷射燃料液柱来形成液膜。在一方的喷孔中，在喷孔附近具有阶梯部，因此燃料流动的方向被变更为沿着阶梯部的面的方向，从而在喷孔入口形成回旋流。另一方面，喷孔从阶梯部分离，因此形成没有回旋流的均匀的流入。其结果是，因燃料压力的上升，而液膜形状变化为规定图案的液膜。

Description

燃料喷射阀及搭载了该燃料喷射阀的车辆用内燃机

技术领域

本发明涉及用于向内燃机供给燃料的燃料喷射阀及搭载了该燃料喷射阀的车辆用内燃机。

背景技术

近年来，机动车的排气限制不断强化，为了与这种情况对应，而要求在搭载于机动车用内燃机的燃料喷射阀中对喷雾进行微粒化，并向目标那样的位置(例如，吸气阀的两方向)喷射，由此，抑制向吸气管等的壁面附着，并减少来自内燃机的有害排出气体HC(烃)。

在以往的燃料喷射阀中，公开了如下这样的机构作为用于将喷雾向目标那样的位置喷射的喷雾形状控制机构。

一种方式如专利文献1所示，对从多个喷孔喷射的各喷雾施加回旋力，并将多个喷孔分为几组而使各组的回旋力不同。在该现有技术中，回旋力强的喷雾成为广角喷射而促进微粒化，回旋力弱的喷雾成为狭角喷射而促进直线前进性。通过将上述的回旋力不同的喷雾组合，而利用直线前进性强的喷雾来牵引微粒化了的喷雾，从而能够抑制微粒化喷雾向吸气管等的壁面附着。

在另一方式中，如专利文献2所示，使来自多个喷孔的喷雾碰撞而形成扇形的喷雾。还设有能够选择喷孔的两个针阀，在叠层运转时和均质运转时改变喷射的喷孔，从而能够改变喷雾形状。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2006-336577号公报

【专利文献2】日本特开2003-328903号公报

在上述的现有技术中，专利文献1所公开的方式对组合的燃料喷雾中的一个使用直线前进性强的喷雾，该喷雾虽然直线前进性良好，但微粒化性能存在比广角喷射的喷雾差的倾向。而且，难以根据阀芯的行程量或燃料压力的变化等来改变喷雾形状。另外，在专利文献2中由于使用两个针阀而燃料喷射阀的结构变得复杂，制造成本增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，且能够根据燃料压力及/或阀芯行程量来控制喷雾形状的燃料喷射阀及搭载了该燃料喷射阀的车辆用内燃机。

为了解决上述课题，在本发明中，基本上如下这样构成。

(1)即，一种燃料喷射阀，其为内燃机用的燃料喷射阀，其具有多个燃料喷孔，所述燃料喷孔由至少一对喷孔构成，在开阀时，从该一对喷孔喷射的燃料液柱在分裂前发生碰撞，所述燃料喷射阀的特征在于，

设有燃料流动限制部，该燃料流动限制部对向所述一对喷孔中的至少一方的喷孔流入的燃料的流动进行限制，从而使从一对喷孔喷射的燃料液柱彼此的回旋力不同。

(2)在此，提出了如下方案：对于所述燃料液柱彼此的回旋力而言，例如通过所述燃料流动限制部对从一方的喷孔喷射的燃料赋予回旋力，且使从另一方的喷孔喷射的燃料的回旋力比从所述一方的喷孔喷射的燃料的回旋力小或几乎不产生回旋力。这样使来自所述一对喷孔的回旋力不同。

所述燃料流动限制部例如使流速分布在一对喷孔的入口的周向上不同，从而使喷孔之间的喷射燃料彼此的回旋力不同。

(3)多个所述燃料喷孔设置于喷嘴板。在这样的喷嘴板的作为上游侧的面的板上表面上，例如如下这样构成燃料流动限制部。

3-1)设置在喷嘴板上表面产生高低差的阶梯部，将至少所述一对喷孔设置在所述板上表面中的作为低的一方的面的凹部区域，且使该一对喷孔中的一方的喷孔入口配置在所述阶梯部的侧壁附近，来受到燃料流动的限制。这种情况下，阶梯部的侧壁构成燃料流动限制部。

3-2)或者，在喷嘴板上表面中的所述一对喷孔的至少一方的燃料喷孔的入口设置比喷孔直径扩大的锪孔部，通过使设有所述锪孔部的喷孔的中心与所述锪孔部的中心偏离，从而该锪孔部构成所述燃料流动限制部。

3-3)或者，在喷嘴板上表面形成局部的凹部，在该凹部配置所述一对喷孔中的一方的喷孔入口，且该凹部相对于将喷嘴板的中心和位于该凹部的所述喷孔入口的中心连结的线设置成非对称，使喷孔入口的一部分位于所述凹部的附近，从而该凹部的侧壁构成所述燃料流动限制部。

3-4)或者，在喷嘴板上表面设置突起，使所述一对喷孔中的一方的喷孔入口位于所述突起的附近，从而所述突起的侧壁构成所述燃料流动限制部。

3-5)或者，在所述阀芯的前端形成平坦面，在该平坦面的周围设置阶梯部，通过所述阶梯部的侧壁来构成所述燃料流动限制部，使所述一对喷孔中的一方的喷孔入口接近该阀芯侧的阶梯部的侧壁。

通过采用以上的结构，燃料流动限制部使向喷孔流入的燃料的速度分量(轴向速度分量、回旋速度分量)的分布及大小发生变化，由此，在两喷孔之间产生不同的回旋分量(一方也包含回旋分量零)。因此，从各喷孔喷射的燃料液柱分别产生不同的动能。其结果是，在从所述一对喷孔喷射的燃料液柱发生碰撞而形成液膜时，液膜相对于两喷孔为形成为对称的形状，而向动能少的燃料液柱侧弯曲。这样，当所述液膜弯曲时，液膜分裂后的液滴的分布也按照液膜的弯曲的方向，且喷雾形状也变化。

通过改变施加给燃料的压力或阀的行程量，而能够控制在所述的两喷孔间燃料所产生的回旋分量。由此，能够根据燃料压力或阀的行程而使喷雾形状变化。

【发明效果】

根据本发明，通过简单的结构，根据燃料压力或阀的行程而不使喷雾的粒径恶化，从而能够改变燃料喷雾的方向及形状。

附图说明

图1是表示作为本发明的适用对象的燃料喷射阀的整体构成的纵向剖视图。

图2是表示上述燃料喷射阀的前端附近的喷嘴部附近的放大剖视图。

图3是表示在装入上述燃料喷射阀中的以往的喷嘴板的局部及在其中设置的燃料喷孔的配置状态的俯视图。

图4是表示在燃料喷射阀中使用的喷雾角的定义的图。

图5是示意性地表示从以往的燃料喷孔喷出的燃料流动及喷雾形状的图3的B-B线剖视向视图。

图6是在图5的喷雾中从左侧观察中央的喷雾而得到的图3的A-A线剖视向视图。

图7是表示在本发明的实施例1的燃料喷射阀中使用的喷嘴板的局部及在其中设置的燃料喷孔的配置状态的俯视图。

图8是示意性地表示实施例1中的燃料喷孔附近的燃料流动的局部放大剖视图，是图7的C-C线剖视向视图。

图9是表示从实施例1的一对的喷孔喷射的燃料的轴向速度分量及回旋速度分量、喷雾形状的可变机理的说明图。

图10是表示在本发明的实施例2中使用的喷嘴板及燃料喷孔的局部的配置状态的局部俯视图。

图11是表示在本发明的实施例3中使用的喷嘴板及燃料喷孔的局部的配置状态的局部俯视图。

图12是表示在本发明的实施例4中使用的喷嘴板及燃料喷孔的局部的配置状态的局部俯视图。

图13是表示在本发明的实施例5中使用的喷嘴板及燃料喷孔的局部的配置状态的局部俯视图。

图14是表示在本发明的实施例6中使用的喷嘴板及燃料喷孔的局部的配置状态的局部俯视图。

图15是表示在本发明的实施例7中使用的喷嘴板及燃料喷孔的局部的配置状态的局部俯视图。

图16是表示在本发明的实施例8中使用的喷嘴板及燃料喷孔的局部的配置状态的局部俯视图。

图17是表示在本发明的实施例9中使用的喷嘴板及燃料喷孔的局部的配置状态的局部俯视图。

图18是表示在本发明的实施例10中使用的喷嘴板及燃料喷孔的局部的配置状态的局部俯视图。

图19是表示在本发明的实施例11中使用的喷嘴板及燃料喷孔的局部的配置状态的局部俯视图。

图20是表示在上述实施例11中使用的喷嘴板及其上游附近的图19的D-D线剖视向视图。

图21是表示在本发明的实施例12中使用的喷嘴板的局部及燃料喷孔的配置状态的局部俯视图。

图22是表示在本发明的实施例13中使用的喷嘴板的局部及燃料喷孔的配置状态的局部俯视图。

图23是表示将本发明的上述各实施例的燃料喷射阀装入内燃机的状态及燃料喷雾状态的内燃机的纵向剖视图。

图24是从C方向观察图23而得到的图。

具体实施方式

以下，基于实施例，说明本发明的实施方式。

【实施例1】

首先，使用图1～图9的附图，说明本发明的实施例1。

图1是在本发明的实施例1中适用的燃料喷射阀的纵向剖视图，图2是表示该燃料喷射阀的喷嘴部附近的局部放大纵向剖视图。

在图1中，燃料喷射阀1向例如机动车等车辆用的内燃机供给燃料。如后所述，燃料喷射阀1是多孔型喷射器，其具有多个燃料喷孔，当对电磁线圈通电时，阀芯3从阀座30(参照图2)离开而开阀，通过多个喷孔来喷射燃料。

喷射阀的壳体2通过冲压加工、切削加工等，呈现出细长、壁厚为薄壁且一部分缩颈所形成的圆筒形状。壳体2的原料是在铁氧体系不锈钢材料中加入钛那样的具有柔软性的材料所得到的原料，具有磁性特性。

在壳体2的一端侧(图1中的上端侧)设有燃料供给口2a，在另一端侧设有具有多个燃料喷孔的喷嘴板6，其由喷嘴体(喷嘴支架)5保持。如图2所示，喷嘴板6通过例如焊接等适当固定方法而固定在喷嘴体5的出口侧端面。需要说明的是，关于燃料喷孔，在说明了燃料喷射阀的整体概要之后进行叙述。

在壳体2的外侧设有电磁线圈14和包围该电磁线圈14的磁性材料的磁轭16。在壳体2的内侧，在其轴向的中间部(缩颈部)附近内插且固定有固定侧的铁心部(以下，称为固定铁心部)15。固定铁心部15位于电磁线圈14的内侧。

与可动侧的铁心部(以下，称为衔铁)4一体成形的阀芯3以能够进行规定的行程的直线往复动作的方式内装于壳体2中的喷嘴体5与固定铁心部15之间。即，衔铁4的上端面与固定铁心部15的下端部对置，在阀芯3的前端的球形部(球阀)落座于阀座部30的状态下，该衔铁4的上端面与固定铁心部15的下端部隔开行程量的空隙而沿轴向对置。

阀芯3除了其前端的球阀以外，为中空杆形状，衔铁4和该中空杆部通过利用MIM(MetalInjectionMolding)等方法对由磁性材料构成的金属粉末进行注塑成形而得到。阀芯3的中空杆部、固定铁心15、衔铁4的内部成为燃料通路。

如图2所示，阀芯3在其前端使用球阀。球阀使用例如JIS规格品的球轴承用钢球。该球的采用点在于，正圆度高且被实施镜面加工而适合于提高密封性，而且由于大量生产而为低成本等。另外，在作为阀芯而构成时，球的直径使用3～4mm左右。这是为了作为可动阀而发挥功能，从而实现轻量化。

喷嘴体5通过适当的固定方法例如焊接而固定在壳体2的内侧。

在喷嘴体5的内侧形成有对阀芯3的球阀的轴向移动进行引导的内周面、包含在闭阀时与阀芯3的球阀密接的阀座部30的倾斜面(锥面)，在锥面的下端设有出口侧的燃料通孔11。上述锥面的展开角度为90°左右(80°～100°)。该锥面是对座部30附近进行研磨且提高正圆度的最佳角度(能够在最佳条件下使用研磨机械)，从而能够极高地维持与上述的阀芯3的密封性。需要说明的是，具有包含座部30的倾斜面的喷嘴体5通过淬火而提高硬度，而且，通过脱磁处理而将无用的磁除去。通过这样的阀芯构成，能够进行无燃料泄漏的喷射量控制。而且，能够提供性价比优异的阀芯结构。

跨固定铁心部15的内部及衔铁4的内部而安装有作为弹性构件的弹簧12。弹簧12对阀芯3的前端施加向喷嘴体5按压的力。在固定铁心部15配设有弹簧调节器13，该弹簧调节器13调整弹簧12向阀芯3的按压力。而且，在燃料供给口2a配设有过滤器20，将燃料中含有的异物除去。而且，在燃料供给口2a的外周安装有用于对供给的燃料进行密封的O形密封圈21。

树脂罩22是通过例如树脂模制等方法以覆盖壳体2和磁轭16的方式设置的构件，具有用于向电磁线圈14供给电力的连接器23。

护罩24成为在燃料喷射阀1的前端部设置的例如由树脂材料等构成的筒状构件，比壳体2向径向外方突出。而且，O形密封圈25安装在壳体2的前端侧外周。O形密封圈25在磁轭16与护罩24之间以防脱状态配置，当例如将壳体2的前端侧安装于在内燃机的吸气管上设置的安装部(未图示)等上时，该O形密封圈25对壳体2的前端侧与内燃机吸气管之间进行密封。

燃料喷射阀1中，当作为阀驱动致动器的电磁线圈14为非通电状态时，在弹簧12的按压力的作用下，阀芯3的前端与喷嘴体5的座部30密接。在这样的状态下，燃料喷射阀1成为闭阀状态，从燃料供给口2a流入的燃料积存在壳体2内部。

当对电磁线圈14施加作为喷射脉冲的电流时，通过由磁性材料构成的磁轭16、铁心15、衔铁4来形成磁回路。阀芯3在电磁线圈14的电磁力的作用下，克服弹簧12的按压力而移动至与固定铁心部15的下端面接触为止。当阀芯3向固定铁心部15侧移动时，成为开阀状态，在阀芯3与座部30之间形成燃料通路。壳体2内的燃料在从阀芯3的周边流入喷嘴部后，从燃料喷孔喷射。按照向电磁线圈14间歇性地施加的喷射脉冲，通过使阀芯3沿轴向移动，而调整开阀状态与闭阀状态的切换的时间，由此来进行燃料喷射量的控制。

在此，与图3所示的以往的喷嘴板对比来说明在本实施例中使用的喷嘴板6(图7～图9所示)。

如图3的以往的燃料喷孔的配置图所示，在喷嘴板6具有将板贯通而开设的多个(例如孔为12个)燃料喷孔7a、7b、7c、7d、8a、8b、8c、8d、9a、9b、10a、10b。这些喷孔以两个形成一对碰撞喷雾，一对的组合包括外侧的7a与7b、7c与7d、8a与8b、8c与8d、内侧的9a与9b、10a与10b。图3所示的形成燃料喷孔的圆形的喷嘴板区域与图2所示的燃料通孔11的投影面积一致。在图3中，全部的喷孔与各对的对方协作而被作为碰撞喷雾形成用使用，但也可以将一部分的喷孔作为非碰撞喷雾形成用使用。关于各个燃料喷孔的孔径，在孔径小时，为了维持燃料喷射阀1的流量而需要增加孔数，由于加工的难易性而开孔成本升高。另一方面，在孔径大时，由于从大孔喷射燃料，因此碰撞后的液膜变厚，难以促进微粒化。因此，燃料喷孔的孔径需要设计成规定值，在本实施方式中为100～200μm左右。

图4表示从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的喷雾角的定义。图4的左侧所示的燃料喷射阀的燃料喷雾表示从燃料喷射阀1喷射的燃料喷雾由两方向喷雾18a、18b所形成的状态(是从图3的B-B线的延长线上观察到的图)。该两方向喷雾的方向性对应于图3所示的两个燃料喷射方向。喷雾18a以图3的B-B线为基准，由面向纸面的左半部分的喷嘴板区域的喷孔7a与7b、7c与7d、9a与9b的组来形成。喷雾18b同样地由面向纸面的右半部分的喷嘴板区域的喷孔8a与8b、8c与8d、10a与10b的组来形成。图4的右侧所示的燃料喷射阀的燃料喷雾是从图3的与B-B线成直角的A-A线的延长线上观察到的图。

两方向喷雾的喷雾角如下定义(一个例子)。从与包含两个燃料喷雾18a、18b的两方向在内的面垂直的方向观察到的、各个喷雾18a、18b这两者的中心所成的角度为θ1，各个喷雾18a、18b的扩展角为θ2，从其直角方向观察到的喷雾19的扩展角为θ3。图4表示两方向的喷雾，但为单方向喷雾时，θ1消失，仅剩下θ2和θ3。

图5是示意性地表示以往的燃料喷孔的配置方式(图3)中的燃料喷孔附近的燃料流动及喷雾形状的图(是从图3的B-B线截面的向视方向观察到的图)。图中的箭头表示燃料的流动方向。燃料在开阀时通过形成于阀芯3与喷嘴体5的倾斜面(锥面)之间的流路，之后，向喷嘴板6的上表面的空间S流入，并通过各喷孔(7a、7b、7c、7d、9a及9b)，以液柱形状向外部空间喷射。从各喷孔喷出的液柱通过所述的各一对喷孔进行碰撞而形成液膜(26a、26b及26c)。液膜由于燃料的惯性而在外部空间进一步扩展，当扩展至某种程度时，前端部分裂而形成液滴(27a、27b及27c)，从而实现燃料喷雾的微粒化。

图6是在图5的喷雾中从左侧(箭头R方向)观察中央的喷雾26b而得到的图，与利用图3的A-A截面观察到的图一致。从喷孔9b喷出的燃料液柱与从位于内侧的喷孔9a(未图示)喷出的液柱碰撞而形成液膜26b。液膜在空间中进一步扩展，当扩展至某种程度时，前端破碎成丝状，破碎成丝状之后更细地分裂而形成液滴27b。

图7是本发明的实施例1的燃料喷孔的配置图。图7表示喷嘴板6中的与燃料通孔11的投影面积一致的区域中的左半部分，右半部分区域的燃料喷孔配置虽然未图示，但与左半部分对称。燃料喷孔的配置方式与图3的现有技术一致。

在本实施例中，在喷嘴板6的上表面设有阶梯部33a，由此，在喷嘴板的上表面形成带有高低差的面，将其中的高(上层侧)的面称为凸部35a，将低(下层侧)的面称为凹部34a。

凸部35a是喷嘴板6中的如图7所示那样由喷嘴体5的沿着燃料通孔11的投影轮廓(圆)的两条圆弧线与沿着喷嘴板6的径向的两条平行直线所围成的区域，形成在喷嘴板6上的中央附近。凹部34a隔着凸部35a而形成在左右区域(图7中，仅表示左侧)。

如图3中叙述那样，喷嘴板一半区域中的喷孔7a与7b、喷孔7c与7d、喷孔9a与9b分别成为一对，在本实施例中，将喷孔9a与9b形成在凸部35a的区域，将喷孔7a与7b、及喷孔7c与7d形成在一方(左侧)的凹部34a的区域。需要说明的是，虽然在图4中未图示，但在喷嘴板的剩余的一半区域中也同样，喷孔8a与8b、喷孔8c与8d、喷孔10a与10b分别成为一对(与图3相同)，在本实施例中，将喷孔10a与10b形成在凸部35a的区域，并将喷孔8a与8b、及喷孔8c与8d形成在另一方(右侧)的凹部34a的区域。

图8表示图7的C-C剖视向视图，表示喷嘴板6、阀芯3及喷嘴体5的一部分。需要说明的是，为了便于作图，取代实线而利用虚线来表示凸部35a。如已述那样，图中的喷孔7a与7b、喷孔7c与7d、喷孔9a与9b分别成为一对。

在图7中，对于喷孔7a和喷孔7b而言，对各喷孔进行代表，利用箭头表示向两个喷孔的入口流入的燃料的方向。燃料向喷嘴板上表面流入的方向是朝向喷嘴板的中心O的向心方向。因此，在喷孔7a中，由于在喷孔附近存在阶梯部33a，因此朝向所述向心方向流动的燃料的一部分被改变为沿着阶梯部的面的方向，其结果是，在喷孔入口产生速度分布而形成回旋流。另一方面，由于喷孔7b从阶梯部33a分离，因此喷孔入口的速度分布不会受到阶梯部的影响，从而形成没有回旋流的均匀的流入即主要形成喷孔轴向速度分量的流入。对于另一对喷孔即喷孔7c和7d而言，也基于同样的原理，在接近阶梯部的喷孔7d形成回旋流。另一方面，一对喷孔9a和9b由于其喷孔入口位于凸部35a面，因而阶梯部不会影响燃料的流入，从而形成没有回旋流的均匀的流入。

然而，在图3及图7的本实施例中使燃料压力变化时，流入各喷孔的燃料的喷孔轴向速度分量以燃料压力的大致平方根进行变化。在以往的燃料喷孔的配置(图3)中，虽然使燃料压力变化，但在全部的喷孔中，燃料的喷孔轴向速度分量的变化率相同，在各一对喷孔中，燃料液柱的碰撞力在两方的液柱中相等，因此形成的液膜的方向不会弯曲。另一方面，在本实施例中，在接近阶梯部的喷孔7a、7d中，在喷孔入口形成的回旋流伴随着燃料压力的变化而进行变化，因此在喷孔入口中，喷孔轴向速度分量与回旋速度分量的合成速度分量向喷孔内流入，喷射的燃料液柱的动能成为与成对的另一方的燃料液柱的动能不同的强度。其结果是，从一对喷孔喷出的两个燃料液柱的碰撞能量不同，例如，伴随着燃料压力上升，而从喷孔7a、7b喷射的燃料液柱的碰撞后的液膜形状从图7的虚线箭头28a向实线箭头29a方向变化。同样，从喷孔7c、7d喷射的燃料液柱的液膜形状从图7的虚线箭头28b向实线箭头29b变化。

对于凸部35a上的喷孔9a、9b而言，即使燃料压力发生变化，但双方几乎是喷孔轴向速度分量，且其比率相同，因此从双方的喷孔喷射的燃料液柱的碰撞能量相同，碰撞后的燃料喷雾液膜形状的方向性不会如虚线箭头28c所示那样偏斜而保持相同的状态。

液膜形状的变化量(包括方向性)能够通过改变阶梯部33a与喷孔的距离来调整。如图7所示，伴随着燃料压力的上升，一对液膜形状包括方向性而变化为实线箭头所示的液膜29a和29b，因此在图4中喷雾角θ3主要发生变化。在图7的情况下，随着燃料压力增大，而喷雾角θ3减小。由此，发动机在冷机起动运转时，减小燃料压力来使喷雾角θ3扩展，使喷雾表面积扩大而促进自然气化，发动机在暖机时，增大燃料压力来使喷雾角θ3变窄而碰撞吸气阀，通过来自吸气阀的受热而发生气化，从而能够改善排气性能和输出性能。

而且，在除了使燃料压力变化以外还使阀芯的行程变化时，向喷孔流入的流量发生变化，其结果是，与使燃料压力变化时同样，能够产生回旋速度分量。就阀芯的行程而言，考虑有取代电磁线圈而使用压电元件作为驱动源对行程进行无级的可变控制，或者在电磁线圈(螺线管)时，设置两条驱动回路，使行程两级可变等。

另外，关于阶梯部33a，其高度H相对于喷孔半径R为(1/10)R以上，而且，为了使阶梯部33a对喷孔7a、7d的回旋力产生影响，而需要将阶梯部与喷孔的距离(即阶梯部与一对喷孔的最短距离)形成为3R以下。其理由是，向喷孔流入的燃料的流速分布依赖于与喷孔入口相接的喷孔入口上游的流路面积A，即，与喷孔的半径R的平方成比例。由于向喷孔流入的流入速度与所述喷孔流路面积A成反比例，因此阶梯部不再影响喷孔入口的流速分布的条件为上述流路面积A为喷孔面积Ao的10倍以上。因此，在喷孔直径的约3.3倍以上，阶梯部不再影响喷孔入口流速分布。通过该计算，为了通过阶梯部来形成回旋速度分量，而需要将所述阶梯部与所述一对喷孔的最短距离形成为3R以下。而且，为了使阶梯部的高度仅对形成喷孔内的回旋速度有效，而阶梯的高度与喷孔尺寸为相同的等级是有效的。当阶梯的高度成为喷孔半径的(1/10)R时，成为小一个等级的贡献率，回旋速度形成效果消失。因此，阶梯的高度下限值为(1/10)R。

图9是表示本发明的实施例1的喷雾形状的可变机理的图。图中的箭头31a和31b表示从一对喷孔喷出的燃料液柱的轴向速度分量，箭头31c表示因所述阶梯部而产生的回旋速度分量。从一对喷孔喷出的燃料液柱碰撞而形成液膜，但在与图9的上方侧(相当于图7的接近阶梯部的一侧的喷孔7a或7d)的燃料液柱的动能相当的液膜内的速度31d、和与下方侧(相当于图7的远离阶梯部的一侧的喷孔7b或7c)的燃料液柱的动能相当的液膜内的速度31e之间产生速度差。其结果是，从液膜内的速度快的区域向慢的区域产生流动，液膜改变方向，液膜能够进行从虚线32c至液膜32d那样的液膜的变形。由此，液膜分裂后的喷雾形状也能够变化。

需要说明的是，本实施例中的喷嘴板6中，喷嘴体5的锥面的下端即与出口侧的燃料通孔11面对的区域的凹部34a和其外侧的区域如图8所示平坦地形成连续的面，但并未限定为此种平坦的形状，也可以将与燃料通孔11面对的区域保持为在上表面形成了凹部34a、凸部35a的阶梯的状态，并利用冲头等向下侧压出，成为下凸的形状。为了形成下凸形状，而在用于形成凸部35a的制造工序中进行基于冲头的压出，为了与阀芯3的形状一致而冲头直径为6～9mm。

【实施例2】

在喷嘴板6中的与燃料通孔11面对的区域的上表面设置的阶梯或由此形成的凹部的方式并未限定为实施例1那样的方式，考虑有各种方式。

图10表示这些方式的另一例(实施例2)。燃料喷射阀的构成中，除了喷嘴板之外，与实施例1相同，因此省略喷嘴板以外的部件的图示及说明(顺便提一下，由于图11以后的实施例同样，因此省略喷嘴板以外的部件的图示及说明)。

在本实施例中，如图10所示，将阶梯部33b仅形成在喷孔7a的附近(虽然未图示，但7d也同样)。在图10中，表示喷嘴板的喷嘴体的锥面下端的与燃料通孔11面对的区域的1/4的区域，虽然仅例示了喷孔7a附近的阶梯部33b，但对于喷孔7d，在附近也设有同样的阶梯部。因此，在喷嘴板上表面形成凸部35b和凹部34b。阶梯部33b的高度H、阶梯部与喷孔的距离关系与实施例1相同(顺便提一下，在图11以后的实施例中也同样)。

在本实施例中，与图7的实施例相同的方向的回旋力形成于喷孔7a，其结果是，在一对喷孔7a和7b(虽然未图示，但7c和7d也同样)中，两喷孔间产生回旋力之差，由于燃料压力的上升而液膜从图中的虚线箭头向实线箭头变形。在本实施例中，由于阶梯部33b成为曲面而容易形成回旋分量，与图7的实施例相比，能够形成强回旋力。而且，内侧的一对喷孔(9a和未记载的喷孔9b)不设置于凸部而设置于凹部34b，因此喷嘴板的厚度比图7所示的实施例变薄，从而容易开孔。

【实施例3】

接下来，通过图11，说明实施例3中的喷嘴板6的形状。

在本实施例中，如图11所示，虽然将阶梯部33c设置在喷孔7a附近(虽然未图示，但7d也同样)，但在从喷嘴板的中心偏离的区域上将阶梯部33c设置成与实施例1的方向不同(例如与实施例1的方向相差90度)。在本实施例中，也通过阶梯部33c，在喷嘴板上表面形成凸部35c和凹部34c。凸部35c是由圆弧线和直线围成的区域，在其内侧具有凹部34c的区域。喷孔全部形成在凹部34c侧。

在本实施例中，与图7的实施例1反方向的回旋力形成于喷孔7a。在本实施例中，喷孔7a中的接近阶梯部33c的部位处于燃料向喷孔7a的流入受限制(难以流动)的位置，因此燃料压力降低而回旋速度分量减弱，此时喷孔的轴向速度分量的贡献增大，喷孔7b比7a的向喷孔流入的燃料的动能变强。其结果是，燃料液膜从图中的实线向虚线箭头变形。

并且，当燃料压力上升时，在一对喷孔7a和7b中，两喷孔间的回旋力之差变大(喷孔7b的回旋力变大)，液膜从图中的虚线箭头向实线箭头移动。在本实施例中，与实施例2同样，内侧的一对喷孔(9a和未记载的喷孔9b)设置在凹部34c侧，因此喷嘴板的厚度比图7所示的实施例变薄，从而容易开孔。

【实施例4】

接下来，通过图12，说明实施例4中的喷嘴板6的形状。

在图12中，与图11的实施例同样，在从喷嘴板的中心偏离的区域上将阶梯部33d设置成与实施例1的方向不同，但阶梯部33d成为在喷孔7a附近呈S字曲线而沿着喷孔7a的局部的线。在喷嘴板上表面，通过阶梯部33d而形成凸部35d和凹部34d。

喷孔全部设置在凹部34d侧。

在本实施例中，与实施例3同样，与图7的实施例1反方向的回旋力形成于喷孔7a。在本实施例中，与实施例3同样，喷孔7a中的接近阶梯部33d的部位处于燃料向喷孔7a的流入受限制(难以流动)位置，因此燃料压力降低而回旋速度分量减弱，此时喷孔的轴向速度分量的贡献增大，喷孔7b比7a的向喷孔流入的燃料的动能变强。

其结果是，燃料液膜向图中的虚线箭头变形。并且，当燃料压力上升时，在一对喷孔7a和7b中，两喷孔间的回旋力之差变大(喷孔7b的回旋力变大)，液膜从图中的虚线箭头向实线箭头移动。在本实施例中，由于阶梯部33d成为曲面，因此容易形成回旋分量，与图11的实施例相比，能够形成强回旋力。

【实施例5】

接下来，通过图13，说明实施例5中的喷嘴板6的形状。

在本实施例中，与图7的方向相差90度(包含大致90度)而利用两条平行线(平行线的另一方的阶梯部未图示)形成阶梯部33e，在中央区域形成凸部35e，在凸部35e的外侧隔着凸部35e而形成凹部34e。喷孔7a(未图示的7d也同样)设置在凹部34e的阶梯部33e附近。除此以外的喷孔设置于凸部35e。

在本实施例中，也与已述的实施例同样，在一对喷孔7a和7b(未图示的7c和7d也同样)中，由于燃料压力的上升而两喷孔间产生回旋力之差，液膜从图中的虚线箭头向实线箭头变形。

【实施例6】

接下来，通过图14，说明实施例6中的喷嘴板6的形状。

在本实施例中，使阶梯部33f与图7的方向不同，在中央区域形成凸部35f，在凸部35e的外侧隔着凸部35f而形成凹部34f。在凹部34f侧设置喷孔7a、7b(未图示的喷孔7c、7d也同样)，在凸部35f侧设置喷孔9a(未图示的喷孔9b也同样)。

在本实施例中，与到目前为止的实施例不同，在喷孔7b及未图示的喷孔7c的附近形成阶梯部33f。而且，阶梯部33f成为在喷孔7b(7c)附近呈S字曲线而沿着喷孔7b(7c)的局部的线。

在本实施例中，在一对喷孔7a和7b(及喷孔7c和7d)中，两喷孔间也产生回旋力之差，由于燃料压力的上升而液膜从图中的虚线箭头向实线箭头变形。

【实施例7】

接下来，通过图15，说明实施例7中的喷嘴板6的形状。

在本实施例中，不是像到目前为止的实施例那样将阶梯设置在喷嘴板，而是在一对喷孔7a、7b(未图示的7c、7d也同样)中，在一方的喷孔7a(7d)的入口设置锪孔36a。

锪孔36a设置在锪孔中心相对于将喷嘴板的中心O与喷孔7a(7d)入口的中心连结的线发生了偏离的位置上。由此，在喷嘴板上表面上向喷嘴板的向心方向流入的燃料进入锪孔内部时，产生在喷孔7a的入口所示的箭头那样的回旋速度分量。通过该效果，在一对喷孔7a、7b(未图示的7c、7d也同样)形成的燃料液膜因燃料压力的上升而从图中的虚线箭头向实线箭头变形。在本实施例中设置的锪孔36a既可以是圆锥状，也可以是底面平坦的圆筒状。而且锪孔的形状无需为圆形，只要呈椭圆形或大致圆形即可。在本发明中，形成锪孔和喷孔时，能够使用同一销对喷嘴板进行冲孔加工，能够低成本地制造。锪孔的半径相对于喷孔半径R需要为3R以下，深度也需要为(1/10)R以上。其理由是，向喷孔流入的燃料的流速分布依赖于喷孔入口上游的流路面积，即与喷孔的半径R的平方成比例。向喷孔的流入速度与所述流路面积成反比例，因此锪孔部不再影响喷孔入口的流速分布的条件是上述流路面积为10倍以上。因此，锪孔部的半径为喷孔半径的约3.3倍以上而锪孔部不再影响喷孔入口流速分布。通过该计算，为了利用锪孔部来形成回旋速度分量，相对于喷孔半径R而需要将锪孔部的半径形成为3R以下。而且，虽然锪孔部的深度起到对向喷孔流入的燃料的方向做出贡献的作用，但深度成为喷孔半径的1/10以下时，可以忽视对流入速度变化的贡献。根据该计算，所述锪孔的深度需要为喷孔半径的1/10以上。而且深度的上限受喷嘴板的板厚和加工成本的限制。

【实施例8】

接下来，通过图16，说明实施例7中的喷嘴板6的形状。

在本实施例中，对于全部喷孔，在喷孔的入口设置了锪孔36b、36c、36d。锪孔设置在锪孔中心相对于将喷嘴板的中心O和各喷孔入口的中心连结的线发生了偏离的位置上。因此，在喷嘴板上表面上，向喷嘴板的向心方向流入的燃料进入锪孔内部时，产生在喷孔7a、7b、9a的入口所示的箭头那样的回旋速度分量。在图17中，在一对喷孔设置的锪孔的偏离量对于两喷孔而言相同(回旋的方向相反)，因此即使燃料压力上升，因碰撞而得到的液膜也不会弯曲，在图中的虚线箭头的基础上，液膜还向实线箭头扩展。由此，能够使喷雾角的θ2和θ3这两方变化。而且，在本实施例中，通过使各喷孔的锪孔的偏离量、锪孔半径、锪孔深度、锪孔轮廓形状等在一对喷孔之间不同，而能够使液膜弯曲。而且，通过将所述的θ2和θ3变化的效果和实施例1至实施例6的θ3变化的效果向每一对喷孔分配，而能够提供多彩的喷雾形状变化。

【实施例9】

接下来，通过图17，说明实施例9中的喷嘴板6的形状。

在本实施例中，在一对喷孔7a、7b(未图示的7c、7d也同样)中，将一方的喷孔7a(7d)的周边形成为凹部34g，而设置基于该凹部34g的阶梯部33g。由此，在喷嘴板上表面形成凸部35g和凹部34g。

在凹部34g设置喷孔7a(7d)，除此以外的喷孔设置于凸部35g。

如图17所示，凹部34g相对于将喷嘴板的中心O和喷孔7a(7d)中心连结的线设置成非对称。由此，在喷嘴板上表面上，向喷嘴板的向心方向流入的燃料从凹部34g向喷孔7a(7d)流入时，产生在入口所示的箭头那样的回旋速度分量。由此，通过燃料压力的上升而能够使液膜形状从图中的虚线箭头向实线箭头变化。

【实施例10】

接下来，通过图18，说明实施例10中的喷嘴板6的形状。

在本实施例中，在一对喷孔的7a、7b(未图示的7c、7d也同样)中，在一方的喷孔7a、7d的附近设置突起37。由此，在喷嘴板上表面上，向喷嘴板的向心方向流入的燃料的一部分因突起37而整体化，其结果是，产生在喷孔7a的入口所示那样的回旋速度分量。由此，通过燃料压力的上升而能够使液膜形状从图中的虚线箭头向实线箭头变化。相对于喷孔半径R而突起的高度H需要为其1/10以上。其理由是，虽然突起部的高度起到对向喷孔流入的燃料的方向变化做出贡献的作用，但高度成为喷孔半径的1/10以下时，可以忽视对流入速度变化的贡献。通过该计算，突起部的高度需要为喷孔半径的1/10以上。而且高度的上限依赖于加工成本和由喷嘴板及阀芯形成的空间尺寸。

【实施例11】

接下来，通过图19，说明实施例11中的喷嘴板6的形状及阀芯3的形状。

在本实施例中，对于喷嘴板6的形状及喷孔的配置而言，与图3所示的现有的喷嘴板同样地形成。另一方面，对于阀芯3而言，如图20所示，对前端进行平坦加工，且以包围该平坦面39的方式形成阶梯部38。阶梯部38由平行的两条直线和两条圆弧线形成轮廓，为了使一对的喷孔7a、7b(未图示的喷孔7c、7d也同样)中的一方即本实施例中的喷孔7b(7c)侧受到阶梯部38的影响，而使阶梯部38接近喷孔7b(7c)。

根据本实施例，在阀芯的行程量小时，由于使所述阶梯部38接近喷孔7b(7c)的入口，而形成在喷孔7b(7c)的喷孔入口所示的箭头那样的回旋速度分量。因此，在阀芯的行程量小的状态下，由一对喷孔形成的液膜因燃料压力的上升而能够从图中的虚线箭头向实线箭头变化。

根据本实施例，通过根据发动机状态来改变阀芯的行程量，而能够包含方向性在内来改变液膜形状。

【实施例12】

接下来，通过图21，说明实施例12中的喷嘴板6。

在本实施例中，如图21所示，该图21是燃料的喷射方向为单方向，在图4的喷雾角的定义中，以没有θ1而仅具有θ2和θ3的喷雾为对象时的燃料喷孔的配置图。喷孔例如总计配设有4个，其中的一对40a、40b和另一对40c、40d以喷嘴板的中心O为基准而在斜线上对称配置。阶梯部由通过平行配置而形成的41a和41b构成，其中，阶梯部41a位于喷孔40b的附近，阶梯部41b位于喷孔40c的附近。

即，通过在喷嘴板上表面设置阶梯部41a和41b，而在中央区域形成凸部41c，且形成位于该凸部的两侧的凹部41d和41e。在凹部41d侧配置喷孔40a、40b，在凹部41e侧配置喷孔40c、40d。

从各对喷孔彼此喷射的燃料液柱因碰撞而形成液膜。这种情况下，各对喷孔中的一方的喷孔40b及40c与阶梯部41a和41b接近，而受到这些阶梯部的影响。具体而言，喷孔40b(40c)中的接近阶梯部41a(41b)的部位处于燃料向喷孔40b(40c)的流入受限制(难以流动)位置，因此在燃料压力降低而回旋速度分量减弱时，喷孔的轴向速度分量的贡献增大，从而喷孔40a(40d)比喷孔40b(40c)的向喷孔流入的燃料的动能变强。其结果是，燃料液膜从图中的实线向虚线箭头变形。并且，当燃料压力上升时，在一对喷孔40b(40c)和喷孔40a(40d)中，两喷孔间的回旋力之差变大(前者显著增大。后者几乎为轴向速度分量)，液膜从图中的虚线箭头向实线箭头移动。

根据本实施例的喷嘴板，由于形成单方向的喷雾，因此从喷孔喷出的液柱相对于喷嘴板向铅垂下方喷射，因而与两方向喷雾时相比，能够较大地取得形成碰撞液膜时的碰撞角度。其结果是，碰撞力变大而液膜实现薄膜化，能得到比两方向喷雾更好的微粒化效果。

【实施例13】

接下来，通过图22，说明实施例13中的喷嘴板6。

在本实施例中，燃料喷孔的配置与实施例12同样，该图22是燃料的喷射方向为单方向，且在图4的喷雾角的定义中，以没有θ1而仅具有θ2和θ3的喷雾为对象时的燃料喷孔的配置图。

在本实施例中，取代实施例12的阶梯部41a、41b，而在各对的喷孔40a、40b(40c、40d)中的一方的喷孔40b及40c设置锪孔部42a和42b，锪孔部的中心相对于将喷嘴板中心O和喷孔40b(40c)的中心连结的线发生偏离。由于该偏离效果，而产生与实施例12同样的燃料的流动限制，燃料向锪孔内部流入时产生回旋速度分量，其结果是，在各对的喷孔间产生回旋力之差，从而因燃料压力的上升而碰撞液膜的形状从虚线箭头向实线箭头变化。

【实施例14】

图23是表示将已述的实施例中的两方向喷雾的燃料喷射阀搭载于内燃机时的剖视图，图24是从C方向观察图23而得到的图。

内燃机101具备：安装燃料喷射阀1的吸气口106；作为从外部取入空气的路径的吸气管105；用于向各气缸的燃烧室102取入燃料喷雾和空气的吸气阀107。来自燃料喷射阀1的喷雾90经由开阀时的吸气阀107而被导入燃烧室104。

被导入到燃烧室102内的燃料与空气的混合气由气缸103压缩，通过火花塞104点火。燃烧后的废气经由排气阀108排气，在该排气过程中，通过未图示的排气净化用的催化剂。

如图24所示，在燃料喷射阀1的喷雾90为两方向喷雾时，向内燃机101的两个吸气阀107喷射。另一方面，在单方向喷雾中，燃料喷射阀1如图24所示的喷射位置110a和110b那样配置在接近吸气阀107的场所。

根据上述各实施例，能够通过简单的结构，根据燃料压力或阀的行程，在不使喷雾的粒径恶化的情况下改变燃料喷雾的方向及形状。因此，能够改变喷雾形状。

而且，与现有发明(专利文献2：日本特开2003-328903)那样使用两个针阀的复杂的结构不同，能够通过简单的结构以低成本来实现可变喷雾。

另外，在现有发明(专利文献1：日本特开2006-336577)中，为了对微粒化的喷雾进行牵引，而使用具有贯通力的喷雾，但为了提高贯通力而喷雾的粒径变大。在本实施例中，喷雾形状的变化通过使所述液膜弯曲来实现，而喷雾的粒径较大地依赖于液膜的厚度，不太依赖于液膜的弯曲，因此不会使喷雾的粒径恶化，而能够改变喷雾形状。

此外，在本实施例中，尤其是在发动机为冷机时，使喷雾而扩展来扩大喷雾表面积，从而促进自然气化，在发动机为暖机时，使喷雾变窄而碰撞吸气阀，通过来自吸气阀的受热而气化，由此能够改善排气性能和输出性能。

符号说明：

1、110…燃料喷射阀

3…阀芯

5…喷嘴体

6…喷嘴板

7、8、9、10、40…燃料喷孔

32…液柱·液膜

33(33a～33f、33g)…阶梯部(燃料流动限制部)

34(34a～34f)…凹部

35(35a～35f)…凸部

36(36a～36b)…锪孔部

37…突起

38…阀芯上的阶梯部

39…阀芯前端的平坦部

41(41a～41b)…凹部

42(42a～42b)…锪孔部

101…内燃机

102…燃烧室

103…气缸

104…火花塞

105…吸气管

106…吸气口

107…吸气阀

108…排气阀。

Claims (12)

1.一种燃料喷射阀，其为内燃机用的燃料喷射阀，具备：阀芯；阀座部；在所述阀座部的下游配置的多个燃料喷孔；对所述阀芯向所述阀座侧按压的弹簧构件；基于开阀信号，使所述阀芯抵抗所述弹簧构件从所述阀座部离开而将阀打开的阀驱动致动器，其中，所述燃料喷孔由至少一对喷孔构成，在开阀时，从该一对喷孔喷射的燃料液柱在分裂前发生碰撞，所述燃料喷射阀的特征在于，

设有燃料流动限制部，该燃料流动限制部对向所述一对喷孔中的至少一方的喷孔流入的燃料的流动进行限制，从而使从一对喷孔喷射的燃料液柱彼此的回旋力不同，

所述一对喷孔设定成使喷射的燃料液柱彼此碰撞而形成液膜，且在液膜形成后发生分裂，

对从一方的喷孔喷射的燃料赋予回旋力，且对从另一方的喷孔喷射的燃料赋予比从所述一方的喷孔喷射的燃料的回旋力小的回旋力或几乎不产生回旋力，从而使所述燃料液柱彼此的回旋力在所述一对喷孔之间不同，

在所述燃料液柱彼此碰撞而形成液膜时，使所述液膜向从所述另一方的喷孔喷射的燃料液柱侧弯曲，

多个所述燃料喷孔分为形成两方向的燃料喷雾的组，在各组设有所述一对喷孔和所述燃料流动限制部。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，

所述燃料流动限制部使流速分布在一对喷孔的入口的周向上不同，从而使喷孔之间的喷射燃料彼此的回旋力不同。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，

具有形成了多个所述燃料喷孔的喷嘴板，在该喷嘴板的作为上游侧的面的板上表面设有在该板上表面产生高低差的阶梯部，通过该阶梯部的侧壁来构成所述燃料流动限制部，

至少所述一对喷孔设置在所述板上表面中的作为低的一方的面的凹部区域，且该一对喷孔中的一方的喷孔入口配置在所述阶梯部的侧壁附近，来受到燃料流动的限制。

4.根据权利要求3所述的燃料喷射阀，其特征在于，

相对于喷孔半径R，所述阶梯部的高度H为(1/10)R以上，所述阶梯部与所述一对喷孔的最短距离为3R以下。

5.根据权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，

具有形成了多个所述燃料喷孔的喷嘴板，在该喷嘴板的作为上游侧的面的板上表面中的所述一对喷孔的至少一方的燃料喷孔的入口设置比喷孔直径扩大的锪孔部，通过使设有所述锪孔部的喷孔的中心与所述锪孔部的中心偏离，从而该锪孔部的壁面构成所述燃料流动限制部。

6.根据权利要求5所述的燃料喷射阀，其特征在于，

相对于所述喷孔的半径R，所述锪孔部的半径为3R以下，所述锪孔部的深度为(1/10)R以上。

7.根据权利要求5所述的燃料喷射阀，其特征在于，

所述锪孔部设置在所述一对喷孔的双方的入口，且使所述锪孔部的直径、偏离量、深度中的至少一个在两喷孔之间不同。

8.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，

具有形成了多个所述燃料喷孔的喷嘴板，在该喷嘴板的作为上游侧的面的板上表面形成有局部的凹部，在该凹部配置所述一对喷孔中的一方的喷孔入口，且该凹部相对于将喷嘴板的中心和位于该凹部的所述喷孔入口的中心连结的线设置成非对称，所述喷孔入口的一部分位于所述凹部的附近，从而该凹部的侧壁构成所述燃料流动限制部。

9.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，

具有形成了多个所述燃料喷孔的喷嘴板，在该喷嘴板的作为上游侧的面的板上表面设有突起，所述一对喷孔中的一方的喷孔入口位于所述突起的附近，从而所述突起的侧壁构成所述燃料流动限制部。

10.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，

在所述阀芯的前端形成平坦面，在该平坦面的周围设置阶梯部，通过所述阶梯部的侧壁来构成所述燃料流动限制部，使所述一对喷孔中的一方的喷孔入口接近该阀芯侧的阶梯部的侧壁。

11.根据权利要求10所述的燃料喷射阀，其特征在于，

相对于喷孔半径R，阀芯侧的所述阶梯部的高度H为(1/10)R以上，在燃料喷射阀驱动时的所述阀芯的最小行程下，所述阶梯部与所述一对喷孔的最短距离为3R以下。

12.一种车辆用内燃机，其具备吸气口、吸气阀、排气阀、气缸，其特征在于，

在所述吸气口安装有权利要求1所述的燃料喷射阀，从该燃料喷射阀喷射的两方向的燃料喷雾设定成朝向所述吸气阀喷射，根据燃料压力的变化及阀芯行程量的变化中的至少一个，通过所述燃料流动限制部来改变从所述一对喷孔喷射的燃料的方向。