CN102619664A - 燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种提高了回旋燃料的周向上的回旋强度的均匀性的燃料喷射阀。该燃料喷射阀具备：为了进行燃料的喷射和喷射的停止而协作，来进行燃料通路的开闭的阀芯(3)和阀座(10)；具有阀座(10)的喷嘴体(4)；在阀芯(3)与阀座(10)接触的座部(10a)的下游设置的回旋用通路(21)；将回旋用通路(21)和燃料喷射孔(23)连接的回旋室(22)，其中，在回旋室(22)的与燃料喷射孔(23)对置的壁面部(4a)设有使回旋室(22)的容积扩张的凹部(缓冲部)(24)。

Description

燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及在内燃机中使用的燃料喷射阀，尤其涉及具有多个燃料喷射孔且从各个燃料喷射孔喷射回旋燃料而能够提高微粒化性能的燃料喷射阀。

背景技术

作为利用回旋流来促进从多个燃料喷射孔喷射的燃料的微粒化的现有技术，已知有专利文献1所记载的燃料喷射阀。

在该燃料喷射阀中，在阀座构件和喷射板之间形成横向通路和涡流室，其中，该阀座构件是与阀芯协作的阀座的下游端向前端面开口而成的阀座构件，该喷射板与该阀座构件的前端面接合，该横向通路与所述阀座的下游端连通，该涡流室通过将该横向通路的下游端沿切线方向开口而成，在所述喷射板上穿设使在该涡流室中赋予了涡流的燃料喷射的燃料喷射孔，并将所述燃料喷射孔配置成从所述涡流室的中心向所述横向通路的上游端侧偏移规定距离。

另外，在该燃料喷射阀中，使涡流室的内周面的曲率从沿着涡流室的内周面的方向的上游侧朝向下游侧增加。另外，使涡流室的内周面沿着在涡流室具有基圆的渐开曲线而形成。

通过这样的结构，能够有效地促进来自各个燃料喷射孔的燃料的微粒化。

专利文献1：日本特开2003-336562号公报

为了从燃料喷射孔喷射出在周向上涡流强度对称(均等)的回旋燃料，而需要在燃料喷射孔的出口部使回旋流对称，因而需要对包括涡流室(回旋室)形状和横向通路(回旋用通路)在内的流路形状想办法。

尤其在回旋用通路的截面形状为矩形形状且沿着回旋的中心轴的方向的通路高度低的情况下，在回旋室内或燃料喷射孔中会损害涡流强度的对称性(均匀性)。在这样的情况下，回旋用通路的流路截面内的回旋室中心侧的燃料的流出相对于外周侧而提前到达燃料喷射孔入口部进行喷射，因此在回旋室内及燃料喷射孔出口处，回旋强度在周向上变得不均匀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高回旋燃料的周向上的回旋强度的均匀性的燃料喷射阀。

为了解决上述问题，本发明的燃料喷射阀具备：为了进行燃料的喷射和喷射的停止而协作来进行燃料通路的开闭的阀芯和阀座；具有所述阀座的喷嘴体；在所述阀芯与所述阀座接触的座部的下游设置的回旋用通路；将所述回旋用通路和燃料喷射孔连接的回旋室，其中，在所述回旋室的与所述燃料喷射孔对置的壁面部设有使所述回旋室的容积扩张的凹部(缓冲部)。

优选所述凹部呈截面为梯形形状的空间形状，梯形形状的上边的长度(相当于直径)与对置地位于其下方的燃料喷射孔的直径大致相等。

另外，优选凹部的高度(深度)小于回旋室的高度。

发明效果

根据本发明，流入到回旋室中的燃料通过向设置在该回旋室上部的凹部(缓冲部)侧的流入(吸引作用)而暂且成为被向上方吸引的流动。在没有凹部(缓冲部)的状态下，虽然在回旋室内产生强的横向流(朝向回旋用通路的流路方向的流动)，但通过向该凹部(缓冲部)的吸引作用产生的引导流而将该强的横向流缓和，其结果是，在回旋室内及燃料喷射孔内形成充分的回旋流。

由此，在燃料喷射孔的出口处，形成出在周向上均匀的液膜(因充分的回旋强度而被薄膜化)，从而能够促进微粒化。

附图说明

图1是本发明的第一实施例涉及的燃料喷射阀的整体结构的剖视图。

图2是将第一实施例涉及的燃料喷射阀中的喷嘴体的下端部放大而得到的剖视图。

图3是从下方观察第一实施例涉及的燃料喷射阀中的位于喷嘴体下端部的孔板而得到的图。

图4A是用于说明第一实施例涉及的凹部的图，是用于说明回旋室与燃料喷射孔的位置关系的图。

图4B是用于说明第一实施例涉及的凹部的图，是用于说明回旋室与燃料喷射孔的位置关系的图。

图4C是用于说明第一实施例涉及的凹部的图，是用于说明回旋室与燃料喷射孔的位置关系的图。

图5是用于说明第一实施例涉及的回旋室内的流动的情况(速度矢量)的示意图。

图6是用于说明没有凹部(缓冲部)24时的回旋室内的流动的情况(速度矢量)的示意图。

图7是将本发明的第二实施例涉及的燃料喷射阀中的喷嘴体的下端部放大而得到的剖视图。

符号说明：

1燃料喷射阀

3阀芯

4喷嘴体

5燃料通路

10阀座面

11燃料导入孔

20孔板

21a、21b回旋用通路

22a、22b回旋室

23a、23b燃料喷射孔

24a、24b凹部(缓冲部)

30中间板

具体实施方式

以下，利用图1至图7，说明本发明的第一及第二实施例涉及的燃料喷射阀。

[实施例1]

以下，参照图1至图6，详细地说明本发明的第一实施例涉及的燃料喷射阀。

图1是本发明的第一实施例涉及的燃料喷射阀的沿着阀轴心的方向上的纵向剖视图。图2是将第一实施例涉及的燃料喷射阀中的喷嘴体的下端部放大而得到的纵向剖视图。图3是从下方观察第一实施例涉及的燃料喷射阀中的位于喷嘴体下端部的孔板而得到的图。图4是用于说明第一实施例涉及的凹部(缓冲部)的图，是用于说明回旋室与燃料喷射孔的位置关系的图。图5是用于说明本发明的第一实施例涉及的回旋室内的流动状态(通过速度矢量表示)的图。图6是用于说明没有凹部(缓冲部)时的回旋室内的流动状态(通过速度矢量表示)的图。

在图1中，燃料喷射阀1具备：包围电磁线圈9的磁性体的磁轭6；位于电磁线圈9的中心且一端与磁轭6接触的铁心7；进行规定量提升的阀芯3；与该阀芯3相接的阀座面10；允许流通阀芯3与阀座面10的间隙的燃料的通过的燃料喷射室2；以及在燃料喷射室2的下游具有多个燃料喷射孔23a、23b(参照图2)的孔板20。

另外，在铁心7的中心配置有将阀芯3向阀座面10按压的作为弹性构件的弹簧8。

在未向线圈9通电的状态下，阀芯3与阀座面10密接。在该状态下，燃料通路被关闭，因此，燃料积存在燃料喷射阀1内部，而不从设有多个的燃料喷射孔23a、23b进行燃料喷射。

另一方面，当向线圈9通电时，在电磁力的作用下，阀芯3移动至与对面的铁心7的下端面接触为止。在该开阀状态下，由于在阀芯3与阀座面10之间能够形成间隙，因此燃料通路被打开而从多个燃料喷射孔23a、23b喷射燃料。

需要说明的是，通路5是在铁心7内设置的燃料通路，是通过未图示的燃料泵将加压后的燃料向燃料喷射阀1内引导的通路。

如上所述，燃料喷射阀1的动作伴随着向线圈9的通电(喷射脉冲)，而将阀芯3的位置切换为开阀状态和闭阀状态，由此来控制燃料的供给量。

在燃料供给量的控制时，尤其是实施在闭阀状态下没有燃料泄漏的阀芯设计。在此种燃料喷射阀中，阀芯3大多使用球(JIS规格件的球轴承用钢球)。该球正圆度高且实施了镜面加工，对提高密封性有益。

另一方面，球密接的阀座面10的角度为90°左右(80°～100°)。该阀座角是对该部位(座位置)附近进行研磨并提高正圆度的最适合角度，能够极高地维持阀座面与上述的球的密封性。

需要说明的是，具有阀座面10的喷嘴体4通过淬火而使硬度提高，并且，通过脱磁处理而除去无用的磁。

通过这样的阀芯的结构，能够进行没有燃料泄漏的喷射量控制。并且，能够提供性能价格比优良的阀芯结构。

图2是在喷嘴体4上形成有本发明的第一实施方式的主要部分即凹部(缓冲部)24a、24b的图，是将该喷嘴体4的下端部附近放大而得到的剖视图。通过图3的II-II向视剖面来表示回旋用通路21a、21b、回旋室22a、22b、燃料喷射孔23a、23b、凹部(缓冲部)24a、24b附近。

需要说明的是，在说明书及权利要求书中记载时，上下关系基于图1，并基于以孔板20相对于通路5位于下侧的方式观察图1时的上下关系来进行说明。

在喷嘴体4的下端部(与孔板20对置的对置面4a)设有比阀座面10的座直径φS小径的燃料导入孔11和位于与燃料导入孔11稍分离的位置的凹部(缓冲部)24a、24b。

在喷嘴体4的下端部设置凹部(缓冲部)24a、24b的优点在于，与孔板20的定位简单且容易实施，由此，提高组装时的尺寸精度，并且通过部件个数的削减而能够实现成本降低。

该凹部(缓冲部)24a、24b在对喷嘴体4进行淬火之前通过塑性加工等成形。需要说明的是，在喷嘴体4的淬火后成形的情况下，优选使用放电加工等比较不作用有应力的加工方法。

相对于该凹部(缓冲部)24a、24b，与各个凹部(缓冲部)24a、24b连通的回旋室22a、22b、和设置在与凹部(缓冲部)24a、24b对置的位置上的燃料喷射孔23a、23b作为燃料流路而形成。

在本实施方式中，回旋用通路21、回旋室22、燃料喷射孔23、凹部(缓冲部)24的组合设有两个，但通过进一步增加该组合，可以提高喷雾的形状、喷射量的变化的自由度。

接着，利用图3至图4，详细地说明由回旋用通路21、回旋室22、燃料喷射孔23及凹部(缓冲部)24构成的燃料通路的结构，其中，回旋用通路21、回旋室22、燃料喷射孔23及凹部(缓冲部)24利用孔板20及喷嘴体4而形成。图3是从下方观察图2而得到的图。

回旋用通路21a、21b以与设置在阀座面10中央的燃料导入孔11连通的方式连接。

一个回旋用通路21a沿着回旋室22a的切线方向与回旋室22a连通并开口，燃料喷射孔23a在回旋室22a的中心部形成开口。

同样地，一个回旋用通路21b沿着回旋室22b的切线方向与回旋室22b连通并开口，燃料喷射孔23b在回旋室22b的中心部形成开口。

回旋室22a、22b即可以为圆形，也可以是回旋室的内周面的曲率从沿着回旋室的内周面的方向的上游侧朝向下游侧增加，还可以是回旋室的内周面沿着在回旋室具有基圆的渐开曲线而形成。

燃料喷射孔23a、23b的开口方向(燃料的流出方向)在实施例中与喷射阀轴平行且朝向下方，但也可以使其向所希望方向倾斜来使喷雾扩散(使各个喷墨远离而抑制干涉)。

利用图4A～图4C，对具有凹部(缓冲部)24的回旋室的设计方法进行叙述。图4A是将图2中记载的回旋用通路21a、回旋室22a、燃料喷射孔23a、凹部(缓冲部)24a组合而成的燃料通路部分抽出而进行记载的图，图4B是图4A的燃料通路部分的B-B向视剖视图。图4C是从燃料喷射孔23a观察凹部(缓冲部)24a而得到的俯视图。

如上所述，回旋用通路21a、21b、回旋室22a、22b、燃料喷射孔23a、23b、凹部(缓冲部)24a、24b的组合不局限于两个，还可以具有更多的组合。当然即使是一个也没有问题。因此，有时省略对各组合进行区别的添标a、b，而将回旋用通路、回旋室、燃料喷射孔、凹部(缓冲部)分别记载为回旋用通路21、回旋室22、燃料喷射孔23、凹部(缓冲部)24。

回旋用通路21a的横截面(与流动方向垂直的截面)为矩形(长方形)，并被设计成有利于冲压成形的尺寸。尤其是通过使回旋通路21a的高度HS比宽度W小，从而对加工性有利。

进行如下设计：由于该矩形部成为节流部(最小截面积)，因此向回旋用通路21a流入的燃料在从阀座面10的座部10a经过燃料喷射室2、燃料导入孔11而到达该回旋用通路21a为止的燃料通路部分(比回旋用通路21a靠上游侧的燃料通路部分)处不会产生压力损失。尤其是将燃料导入孔11设计成不会产生急剧的弯曲压力损失那样的尺寸。

也就是说，能够将燃料的压力能量有效地转换为回旋速度能量。

另外，由该矩形部加速的流动在维持充分的强度即所谓的回旋速度能量的同时被向下游的燃料喷射孔23a引导。

凹部(缓冲部)24在喷嘴体4的与孔板20对置的面4a上形成为凹部24a、24b。由于凹部24a和凹部24b为相同的结构，因此对凹部24a进行说明。

凹部24a、24b的开口面24aa、及底面24ab分别呈圆形，开口面24aa与底面24ab为平行面，各个面24aa和面24ab以各自的中心24aao和24abo存在于与各面垂直的相同的轴线27上的方式形成。

凹部24的开口面24aa的直径比底面24ab的直径φD形成得小，如图4(a)所示，凹部(缓冲部)24的与轴线27平行的截面为梯形形状。

在本实施例中，凹部24的底面24ab形成为与燃料喷射孔23a的入口开口面23aa为大致相同直径，凹部24的开口面24aa形成为比燃料喷射孔23a的入口开口面23aa大的直径，且将凹部(缓冲部)24a形成为，在将燃料喷射孔23a的入口开口面23aa向喷嘴体4的下端面4a投影时，凹部(缓冲部)24a的开口面24aa的边缘包围燃料喷射孔23a的入口开口面23aa的投影区域。

另外，在本实施例中，包括开口面24aa的中心24aao和底面24ab的中心24abo在内的轴线27与燃料喷射孔23a的中心轴线28一致。在燃料喷射孔23a相对于孔板20的板面不垂直而倾斜形成的情况下，虽然燃料喷射孔23a的中心轴线28与轴线27不一致，但燃料喷射孔23a的中心轴线28与轴线27可以在燃料喷射孔23a的入口开口面23aa上相交。至少可以以轴线27与燃料喷射孔23a的入口开口面23aa交叉的方式形成凹部24a。

燃料的回旋强度(涡流数S)由式(1)表示。

[数学式1]

$S=\frac{d\·\mathrm{LS}}{n\·{\mathrm{ds}}^2}$ …式(1)

[数学式2]

$\mathrm{ds}=\frac{2\·W\·\mathrm{HS}}{W+\mathrm{HS}}$ …式(2)

在此，d为燃料喷射孔的直径，LS为回旋通路W的中心线与回旋室DS的中心间距离，n为回旋通路的个数，在本实施方式中为一个。

另外，ds是将回旋通路换算为水力直径而得到的，由式(2)表示，W为回旋通路的宽度，HS为回旋通路的高度。

在此，回旋室22a的大小虽然在上面已经叙述，但以极力减小燃料流动产生的摩擦损失和室内壁处的摩擦损失的影响的方式来确定其直径DS。其大小为水力直径ds的四倍至五倍左右可以说为最佳值，在本实施例中也适用。

燃料喷射孔23a的直径充分大。这是为了有效地发挥将其内部形成的空洞25a(参照图5)充分增大的作用。也就是说，在不损失此处的回旋速度能量的情况下能够对喷射燃料的薄膜化发挥作用。

另外，由于燃料喷射孔23a的喷射孔直径相对于燃料喷射孔23a的形成部处的板厚(在该情况下，与除回旋室的高度外的孔板20的板厚相同)之比减小，因此回旋速度能量的损失也小。因而，燃料的微粒化特性极其优良。

并且，由于燃料喷射孔23a的喷射孔直径相对于燃料喷射孔23a的形成部处的板厚之比小，因此冲压加工性提高。对于这样的结构而言，成本效果自不用说，由于通过加工性的提高而抑制了尺寸不均，因此喷雾形状和喷射量的可靠性显著提高。

图5至图6是进行回旋室内的燃料流动的可视化的图，通过速度矢量的大小和其方向来表示流动的情况。

图5是本发明的燃料流动的可视化结果，图6是没有凹部(缓冲部)24的情况的燃料流动的可视化结果。

首先，根据图6所示的流动的结果，从回旋通路21a流入的燃料在回旋室22内加速，成为较强的横向流朝着喷射孔23a流入的流动状态。在喷射孔23a中，与图的左侧相比，在右侧多产生更强的流动。其结果是，在喷射孔23a的内部形成的空洞(腔室)26a成为非对称的形状。也就是说，在燃料喷射孔23a的出口部，喷射燃料的液膜分布成为非对称的形状。

另一方面，当观察图5所示的本发明的流动的结果时，由于从回旋通路21a流入的燃料被暂且吸引到在回旋室22a的上部设置的凹部(缓冲部)24a侧，因此很难产生现有例那样的强的横向流，该强的横向流被大幅度地缓和。

由于凹部(缓冲部)24a与燃料喷射孔23a对置设置，因此流动的速度矢量也因吸引效果，随着朝向下游侧(出口侧)而呈对称形。其结果是，在喷射孔23a的内部形成的空洞25a(腔室)也成为对称的形状。也就是说，在燃料喷射孔23a的出口部，喷射燃料的液膜分布成为对称。

另外，由于沿周向被均匀化，因此与现有例相比被薄膜化。这样的薄膜状的燃料喷雾与周围空气的能量交换活跃，因此促进分裂而成为微粒化良好的喷雾。

在上述说明中，对回旋用通路21a、回旋室22a、燃料喷射孔23a、凹部(缓冲部)24a的组合进行了说明，但当然对于回旋用通路21b、回旋室22b、燃料喷射孔23b、凹部(缓冲部)24b也同样。

[实施例2]

以下，参照图7，对本发明的第二实施例涉及的燃料喷射阀进行详细地说明。图7是用于说明本发明的第二实施例涉及的燃料喷射阀中的位于喷嘴体4下端部的中间板30的结构的图。

与第一实施方式涉及的燃料喷射阀的不同之处在于，使中间板30夹在喷嘴体4与孔板20之间，在该中间板30上的与孔板20对置的面30a上设有凹部(缓冲部)24a、24b。能够将该中间板30和孔板20在预先对位组装调整后固定于喷嘴体4。由于预先进行组装调整，因此在部件组装品中能够测定喷雾形状和喷射量的特性。从而能够修正个体不均等，因而能够形成高可靠性的喷射喷嘴体。

在中间板30上设有凹部(缓冲部)24a、24b，分别设置在与燃料喷射孔23a、23b对置的位置上，能得到与第一实施例同样的作用效果。

另外，中间板30具有所期望的板厚，在其中心部形成有燃料导入孔32。在该燃料导入孔32的正上部同轴地配置有燃料导入孔11，从而起到整流的作用，以免来自该燃料导入孔11的燃料在下游处成为急剧的流动。

如以说明那样，本发明的各实施例涉及的燃料喷射阀在从多个燃料喷射孔分别喷射回旋燃料时，分别确保喷射燃料的对称性而形成均匀的薄膜，由此促进微粒化。

因此，在与燃料喷射孔23对置的回旋室22的壁面部设置使回旋室空间扩张的凹部(缓冲部)24。

流入到回旋室22中的燃料通过向设置在该回旋室上部的凹部(缓冲部)24侧的流入(吸引作用)，而暂且成为被向上方吸引的流动。在没有凹部(缓冲部)24的状态下，虽然在回旋室22内产生强的横向流，但通过向该凹部(缓冲部)24的吸引效果产生的引导流而将该强的横向流动缓和，从而在回旋室22内及燃料喷射孔23内形成充分且对称的回旋流，且能够实现燃料的薄膜化。

由于这样薄膜化的燃料喷雾与周围空气的能量交换活跃地进行，因此促进分裂而成为微粒化良好的喷雾。

另外，通过将凹部(缓冲部)24形成为单纯的流路结构而容易加工、实施组合嵌合而提高了组装性、不需要微调整加工而没有不良品的产生等，从而能够形成性能价格比优良的廉价的燃料喷射阀。

Claims (3)

1.一种燃料喷射阀，其具备：为了进行燃料的喷射和喷射的停止而协作来进行燃料通路的开闭的阀芯和阀座；具有所述阀座的喷嘴体；在所述阀芯与所述阀座接触的座部的下游设置的回旋用通路；将所述回旋用通路和燃料喷射孔连接的回旋室，所述燃料喷射阀的特征在于，

在所述回旋室的与所述燃料喷射孔对置的壁面部设有使所述回旋室的容积扩张的凹部。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，

所述凹部呈截面为梯形形状的空间形状，构成所述梯形形状的上边的长度与所述燃料喷射孔的直径大致相等。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，

所述凹部的高度小于所述回旋室的高度。

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