CN102734030A - 燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够使从燃料喷射孔喷射出的燃料的喷射特性的变化稳定的燃料喷射阀。在将涡旋室的直径设为D，将连通路的宽度设为W时，将涡旋室、连通路形成为0.15≤W/D＜0.5。

Description

燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及用于发动机的燃料喷射的燃料喷射阀。

背景技术

作为这种技术，公开有以下的专利文献1记载的技术。在该公报中，公开有在阀座部件上焊接有通路板和喷射板的燃料喷射阀。在通路板上形成侧孔、横向通路以及涡旋室，在喷射板上形成有燃料喷射孔。

专利文献1：(日本)特开2003-336561号公报

在上述专利文献1记载的技术中，若改变横向通路、涡旋室、燃料喷射孔的形状，则从燃料喷射孔喷射的燃料喷射特性会大幅度变化。

发明内容

本发明是着眼于上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够使从燃料喷射孔喷射的燃料的喷射特性的变化稳定的燃料喷射阀。

为了实现上述目的，本发明的燃料喷射阀包括：阀体，其可滑动地设置；阀座部件，其形成有闭阀时所述阀体落座的阀座，并且在下游侧设有开口部；涡旋室，在其内部使燃料旋转而赋予燃料旋转力；喷射孔，其形成在所述涡旋室的底部并且贯通至外部；连通路，其将所述涡旋室和所述阀座部件的所述开口部连通；在将涡旋室的直径设为D，将连通路的宽度设为W时，将涡旋室和连通路形成为0.15≤W/D＜0.5。

根据本发明，能够使从燃料喷射孔喷射的燃料的喷射特性的变化稳定。

附图说明

图1是实施例1的燃料喷射阀的轴向剖面图；

图2是实施例1的燃料喷射阀的喷嘴板附近的放大剖面图；

图3是实施例1的喷嘴板的立体图；

图4是实施例1的涡旋室以及燃料喷射孔的立体图；

图5是实施例1的涡旋室以及燃料喷射孔的俯视图；

图6是表示实施例1的燃料喷射特性变化的图；

图7是表示实施例1的燃料喷射特性变化的图；

图8是表示实施例1的燃料喷射特性变化的图；

图9是表示实施例1的燃料喷射特性变化的图；

图10是表示实施例1的燃料喷射特性变化的图；

图11是其他实施例的喷嘴板的立体图；

图12是其他实施例的喷嘴板的立体图；

图13是其他实施例的喷嘴板的立体图；

图14是其他实施例的燃料喷射阀的喷嘴板附近的放大剖面图；

图15是其他实施例的喷嘴板的立体图；

图16是其他实施例的燃料喷射阀的喷嘴板附近的放大剖面图；

图17是其他实施例的中间板的立体图；

图18是其他实施例的喷嘴板的立体图；

图19是其他实施例的涡旋室以及燃料喷射孔的立体图；

图20是其他实施例的涡旋室以及燃料喷射孔的立体图；

图21是其他实施例的涡旋室以及燃料喷射孔的立体图。

符号说明

1：燃料喷射阀

4：阀体

6：阀座

7：阀座部件

8：喷嘴板

44：燃料喷射孔

45：连通路

46：涡旋室

48：下游开口部

具体实施方式

〔实施例1〕

对实施例1的燃料喷射阀1进行说明。

〔燃料喷射阀的结构〕

图1是燃料喷射阀1的轴向剖面图。该燃料喷射阀1用于汽车用汽油发动机，是向进气歧管内喷射燃料的所谓低压用燃料喷射阀。

燃料喷射阀1具有：磁性筒体2；收纳在磁性筒体2中的芯筒体3；可在轴向上滑动的阀体4；与阀体4一体形成的阀轴5；具有在闭阀时被阀体4闭锁的阀座6的阀座部件7；具有在开阀时喷射燃料的燃料喷射孔的喷嘴板8；在通电时使阀体4向开阀方向滑动的电磁线圈9；感应磁束线的磁轭10。

磁性筒体2例如由电磁不锈钢等磁性金属材料形成的金属管等构成，通过深冲等冲裁加工、研磨切削加工等方式，如图1所示一体地形成为带台阶的筒状。磁性筒体2具有形成于一端侧的大径部11、比大径部11直径小且形成于另一端侧的小径部12。

在小径部12形成有将一部分薄壁化的薄壁部13。小径部12分为在薄壁部13的一侧收纳芯筒体3的芯筒体收纳部14、在薄壁部13的另一侧收纳阀部件15(阀体4、阀轴5、阀座部件7)的阀部件收纳部16。薄壁部13在后述的芯筒体3和阀轴5被收纳于磁性筒体2中的状态下以将芯筒体3与阀轴5之间的间隙部分包围的方式形成。薄壁部13使芯筒体收纳部14与阀部件收纳部16之间的磁阻增大，并且将芯筒体收纳部14与阀部件收纳部16之间磁截断。

大径部11的内径构成将燃料送给阀部件15的燃料通路17，在大径部11的一端部设有过滤燃料的燃料过滤器18。在燃料通路17上连接有泵47。该泵47由泵控制装置54控制。

芯筒体3形成为具有中空部19的圆筒形，被压入到磁性筒体2的芯筒体收纳部14中。在中空部19收纳有通过压入等方式被固定的弹簧支承件20。该弹簧支承件20的中心形成有在轴向上贯通的燃料通路43。

阀体4的外形形成为大致球形，在圆周上设有相对于燃料喷射阀1的轴向平行地被切削的燃料通路面21。阀轴5具有大径部22、外形比大径部22的直径小地形成的小径部23。

在小径部23的前端通过焊接一体地固定有阀体4。另外，图中的黑半圆以及黑三角表示焊接部位。在大径部22的端部穿设有弹簧插入孔24。该弹簧插入孔24的底部形成比弹簧插入孔24直径小地形成的弹簧座部25，并且形成有台阶部的弹簧承受部26。在小径部23的端部形成有燃料通路孔27。该燃料通路孔27与弹簧插入孔24连通。形成有与小径部23的外周和燃料通路孔27贯通的燃料流出孔28。

阀座部件7中形成有大致圆锥状的阀座6、在阀座6的一侧与阀体4的直径大致相同地形成的阀体保持孔30、随着从阀体保持孔30朝向一端开口侧而大径地形成的上游开口部31、在阀座6的另一侧开口的下游开口部48。

阀轴5以及阀体4以可在轴向上滑动的方式收装在磁性筒体2中。在阀轴5的弹簧承受部26与弹簧支承件20之间设有螺旋弹簧29，将阀轴5以及阀体4向另一侧靠压。阀座部件7插入磁性筒体2中，通过焊接固定在磁性筒体2上。阀座6以45°角从阀体保持孔30朝向下游开口部48直径变小而形成。在闭阀时，阀体4落座于阀座6。

在磁性筒体2的芯筒体3的外周嵌插有电磁线圈9。即，电磁线圈9配置在芯筒体3的外周。电磁线圈9包括：由树脂材料形成的绕线管32、卷绕在该绕线管32上的线圈33。线圈33经由连接销34与电磁线圈控制装置55连接。

电磁线圈控制装置55根据向燃烧室侧喷射燃料的定时，对电磁线圈9的线圈33通电而使燃料喷射阀1开阀；该定时是基于来自检测曲柄角的曲柄角传感器的信息计算出的。

磁轭10具有中空的贯通孔，由形成于一端开口侧的大径部35、比大径部35直径小地形成的中径部36、比中径部35直径小地形成且形成在另一端开口部的小径部37构成。小径部37嵌合在阀部件收纳部16的外周。在中径部36的内周收装有电磁线圈9。在大径部35的内周配置有连接芯38。

连接芯38由磁性金属材料等形成为大致C形。磁轭10在小径部37并经由连接芯38在大径部35与磁性筒体2连接，即，在电磁线圈9的两端部与磁性筒体2磁性连接。在磁轭10的另一侧前端安装有护罩52，护罩52对用于将燃料喷射阀1与发动机的进气口连接的O型环40进行保持，并且保护磁性筒体前端。

若经由连接销34向电磁线圈9供电则产生磁场，通过该磁场的磁力，使阀体4以及阀轴5对抗螺旋弹簧29的作用力而开阀。

燃料喷射阀1如图1所示，大部分被树脂罩53覆盖。被树脂罩53覆盖的部分为，从磁性筒体2的大径部11除了一端部的部分到小径部的电磁线圈9的设置位置，电磁线圈9与磁轭10的中径部36之间、连接芯38的外周与大径部35之间、大径部35的外周、中径部36的外周以及连接销34的外周。将树脂罩53开口而形成连接销34的前端部分，以插入控制单元的连接器。

在磁性筒体2的一端部外周设有O型环39，在磁轭10的小径部37的外周设有O型环40。

在阀座部件7的另一侧焊接有喷嘴板8。在该喷嘴板8上形成有对燃料赋予涡旋(旋转流)的多个涡旋室41、向涡旋室41分配燃料的中央室42、将在涡旋室41中被赋予涡旋的燃料喷射出去的燃料喷射孔44。

〔喷射板的结构〕

图2是燃料喷射阀1的喷嘴板8附近的放大剖面图。图3是喷嘴板8的立体图。利用图2、图3对喷嘴板8的结构进行说明。

在喷嘴板8的一侧的侧面形成有涡旋室41和中央室42。中央室42在喷嘴板8的中心附近形成为有底的圆形凹状。涡旋室41形成为三个，分别由连通路45和涡旋室46构成。各连通路45在喷嘴板8的中心附近连接，在连接部分形成有中央室42。在连通路45的前端形成涡旋室46，在涡旋室46的切线方向上连接有连通路45。涡旋室46形成为具有内侧面和底部的有底凹状，其截面形成为螺旋状。在涡旋室46的底部形成有贯通孔即燃料喷射孔44。

〔对涡旋室以及燃料喷射孔的详细说明〕

图4是涡旋室41以及燃料喷射孔44的立体图，图5是涡旋室41以及燃料喷射孔44的俯视图。

如图4所示，将连通路45的宽度设为W，将高度设为H。另外，如图5所示，将涡旋室46的直径设为D，将燃料喷射孔44的直径设为d0。对于涡旋室46的直径，是以涡旋室46的与连通路45连接部分的内壁的曲率为基准形成圆形时的直径，即直径D。

将连通路45的等效流量直径设为da。燃料并非在连通路45中均匀地流动，在连通路45的内壁附近，燃料的流量比连通路45中心的流量小。根据在连通路45中流动的流量假定燃料均匀地流动的管路，以该管路的直径作为等效流量直径da，可由下式求出。

$\mathrm{da}=\sqrt{4\mathrm{WH}/\mathrm{\π}}$

并且，将涡旋室41以及燃料喷射孔44形成为满足以下四个数式：

H/D≥0.15

0.15≤W/D＜0.5

0.6≤W/H≤1.6

da/d0≥0.5

〔作用〕

(开阀时的燃料流动)

在未对电磁线圈9的线圈33通电时，以阀体4落座于阀座6的方式通过螺旋弹簧29将阀轴5向另一端侧靠压。因此，阀体4与阀座6之间被关闭，不向喷嘴板8侧供给燃料。

(开阀时的燃料流动)

使用图4对开阀时的燃料流动进行说明。

在对电磁线圈9的线圈33通电时，对抗螺旋弹簧29的作用力而通过电磁力将阀轴5向一侧抬起。因此，阀体4与阀座6之间被开放，向喷嘴板8侧供给燃料。

向喷嘴板8供给的燃料首先进入中央室42，通过与中央室42的底部冲撞而从轴向的流动变换成径向的流动，流入各连通路45。由于连通路45在涡旋室46的切线方向上连接，故而通过了连通路45的燃料沿着涡旋室46的内侧面旋转。

在涡旋室46对燃料赋予旋转力(涡旋力)，具有旋转力的燃料以沿着燃料喷射孔44的侧壁部分的方式一边旋转一边被喷射。因此，从燃料喷射孔44喷射出的燃料在燃料喷射孔44的切线方向上飞散。刚从燃料喷射孔44喷射出的燃料喷雾通过燃料喷射孔44开口部的边缘部分以薄的液膜状态圆锥状地扩展。然后，液膜状态的燃料分离而成为微粒化的液滴。

由此，能够促进燃料的气化，并且通过燃烧效率的提高能够降低低温起动时的氮氧化物等的产生。

在此，如图4所示，将燃料的喷射距离设为L，将喷射距离L中的液膜状态的范围的距离设为L1，将液滴状态的范围的距离设为L2。另外，将相对于燃料喷射孔44的轴线X的燃料喷雾的扩展角度设为θ1。

(燃料喷射特性的稳定化)

使用图6～图9对涡旋室41及燃料喷射孔44的形状变化导致的、从燃料喷射孔44喷射的燃料的膜厚、流速、流量的变化进行说明。

图6是表示对应于连通路45的高度H与涡旋室46的直径D之比(以下，记为H/D)的变化的、燃料喷射孔44出口的平均流速的图。在图6中，将连通路45的宽度W、涡旋室46的直径D、燃料喷射孔44的直径d0固定，使连通路45的高度H变化，将此时的各数值绘制成曲线。

图7是表示对应于连通路45的宽度W与涡旋室46的直径D之比(以下，记为W/D)的变化的、燃料喷射孔44出口的平均流速的图。在图7中，将连通路45的高度H、涡旋室46的直径D、燃料喷射孔44的直径d0固定，使连通路45的宽度W变化，将此时的各数值绘制成曲线。

图8是表示对应于连通路45的宽度W与高度H之比(以下，记为W/H)的变化的、燃料喷射孔44出口的平均流速的图。在图8中，将涡旋室46的直径D固定，使流量比接近100％，一边使连通路45的高度H和宽度W的乘积(截面面积)一定，一边使连通路45的高度H和宽度W变化，将此时的各数值绘制成曲线。

图9是表示对应于连通路45的等效流量直径da与燃料喷射孔44的直径d0之比(以下，记为da/d0)的变化的、燃料喷射孔44出口的平均流速的图。在图9中，将燃料喷射阀44的直径d0固定，使连通路45的高度H和宽度W在保持为相等关系的状态下变化，将此时的各数值绘制成曲线。

图6～图9中的平均流速通过分别设定连通路45的宽度W、高度H、涡旋室46的直径D、连通路45的等效流量直径da、燃料喷射孔44的直径d0并且模拟而求出。

例如，从H/D的关系来看，如图6所示，平均流速小于0.15的范围与平均流速为0.15以上的范围相比，H/D大幅度变化。

若将涡旋室41或燃料喷射孔44以跨越平均流速特性的变化量改变的范围(例如将H/D＝0.15夹在当中的范围)设计的话，由于燃料喷射特性的变化相对于形状的变化是不一定的，故而难以确定规格。另外，燃料喷射阀1由于制作误差而使各个产品之间存在偏差。因此，若在燃料喷射特性的变化大的范围内设计涡旋室41及燃料喷射孔44，则燃料喷射特性的误差变大。在此，所谓燃料喷射特性是表示燃料粒子直径、燃料喷射指向性，具体而言，表示图4所示的燃料喷射角度θ1、燃料的喷射距离L、液膜状态距离L 1、液滴状态距离L2。

因此，优选使涡旋室41及燃料喷射孔44在燃料喷射特性的变化特性不改变的范围内且燃料喷射特性的变化小的范围内形成。由图6～图9来验证这样的燃料喷射特性可知，H/D为0.15以上、W/D为0.15以上、W/H为0.5以上、da/d0为0.5以上的范围内，燃料喷射特性的变化稳定。

图10使用制作图8的W/H的曲线时使用的连通路45的宽度W、高度H、涡旋室46的直径D的数据，描绘对应于W/H(横轴)的W/D、H/D(纵轴)的值。由图10确定燃料喷射特性的变化稳定的H/D为0.15以上、W/D为0.15以上的范围的话，W/H成为0.6以上且1.6以下的范围。

另外，对于W/D，若连通路45的宽度比涡旋室46的直径D的1/2长，则在涡旋室46中，燃料旋转不充分。因此，优选将W/D设定为小于0.5。

以这些验证结果为基础，将涡旋室41以及燃料喷射孔44形成为满足以下四个数式，由此，能够将涡旋室41以及燃料喷射孔44在燃料喷射特性的变化特性不改变的范围且燃料喷射特性的变化小的范围形成。

H/D≥0.15

0.15≤W/D＜0.5

0.6≤W/H≤1.6

da/d0≥0.5

由此，相对于涡旋室41以及燃料喷射孔44的形状变化，燃料特性的变化一定，规格的决定变得容易。另外，由于涡旋室41以及燃料喷射孔44的制造误差造成的燃料喷射特性的变化小，故而能够减小燃料喷射特性的误差。

〔效果〕

以下，例举实施例1的燃料喷射阀1的效果。

(1)燃料喷射阀包括：可滑动地设置的阀体4；形成有闭阀时阀体4落座的阀座6并且在下游侧设有下游开口部48的阀座部件7；在内部使燃料旋转而赋予燃料旋转力的涡旋室46；形成在涡旋室46的底部并且贯通至外部的燃料喷射孔44；将涡旋室46和阀座部件7的下游开口部48连通的连通路45，其中，在将涡旋室的直径设为D，将连通路的宽度设为W时，将涡旋室46和连通路45形成为0.15≤W/D＜0.5。

由此，相对于涡旋室41以及燃料喷射孔44的形状变化，燃料喷射特性的变化一定，规格的决定变得容易。另外，由于涡旋室41以及燃料喷射孔44的制造误差造成的燃料喷射特性的变化小，故而能够减小燃料喷射特性的误差。

(2)燃料喷射阀包括：可滑动地设置的阀体4；形成有闭阀时阀体4落座的阀座6并且在下游侧设有下游开口部48的阀座部件7；在内部使燃料旋转而赋予燃料旋转力的涡旋室46；形成在涡旋室46的底部并且贯通至外部的燃料喷射孔44；将涡旋室46和阀座部件7的下游开口部48连通的连通路45，其中，在将涡旋室的直径设为D，将连通路的宽度设为W时，将涡旋室46和连通路45形成为H/D≥0.15。

由此，相对于涡旋室41以及燃料喷射孔44的形状变化，燃料喷射特性的变化一定，规格的决定变得容易。另外，由于涡旋室41以及燃料喷射孔44的制造误差造成的燃料喷射特性的变化小，故而能够减小燃料喷射特性的误差。

(3)燃料喷射阀包括：可滑动地设置的阀体4；形成有闭阀时阀体4落座的阀座6并且在下游侧设有下游开口部48的阀座部件7；在内部使燃料旋转而赋予燃料旋转力的涡旋室46；形成在涡旋室46的底部并且贯通至外部的燃料喷射孔44；将涡旋室46和阀座部件7的下游开口部48连通的连通路45，其中，在将连通路的宽度设为W、高度设为H时，将连通路45形成为0.6≤W/H≤1.6。

由此，相对于涡旋室41以及燃料喷射孔44的形状变化，燃料喷射特性的变化一定，规格的决定变得容易。另外，由于涡旋室41以及燃料喷射孔44的制造误差造成的燃料喷射特性的变化小，故而能够减小燃料喷射特性的误差。

(4)燃料喷射阀包括：可滑动地设置的阀体4；形成有闭阀时阀体4落座的阀座6并且在下游侧设有下游开口部48的阀座部件7；在内部使燃料旋转而赋予燃料旋转力的涡旋室46；形成在涡旋室46的底部并且贯通至外部的燃料喷射孔44；将涡旋室46和阀座部件7的下游开口部48连通的连通路45，其中，在将燃料喷射孔44的直径设为d0，将连通路45的等效流量直径设为da时，将连通路45、燃料喷射孔44形成为da/d0≥0.5。

由此，相对于涡旋室41以及燃料喷射孔44的形状变化，燃料喷射特性的变化一定，规格的决定变得容易。另外，由于涡旋室41以及燃料喷射孔44的制造误差造成的燃料喷射特性的变化小，故而能够减小燃料喷射特性的误差。

(5)通过如上述(1)～(4)那样使各参数变化，如图6～图9所示能够使平均流速变化。由此，通过平均流速的变化，能够使流速特性(单位时间的燃料移动量)变化。另外，通过使平均流速变化，能够使液体内部的振动能量和与空气的剪切力变化，能够使燃料的微粒化特性变化。通常，若流速加快，则振动能量以及与空气的剪切力变大，促进微粒化。

〔其他实施例〕

以上，基于实施例1对本发明进行了说明，但本发明的各具体结构不限于实施例1，在不脱离发明的宗旨的范围内进行的设计变更等也包含在本发明中。

(涡旋室数量的变更)

在实施例1的燃料喷射阀1中形成了三个涡旋室41，但涡旋室41的个数可以对应于燃料喷射量的设计而适当改变。

图11是喷嘴板8的立体图。例如，如图11所示可以形成两个涡旋室41。

(中央室形状的变更)

在实施例1的燃料喷射阀1中将中央室42形成为圆形凹状，但中央室42的形状也可以不同。

图12是形成三个涡旋室41时的喷嘴板8的立体图。图13是形成两个涡旋室41时的喷嘴板8的立体图。例如，如图12、图13所示，可以将各连通路45直接连接，将其连接部分作为中央室42。

(喷嘴板的变更)

在实施例1的燃料喷射阀1中，在喷嘴板8上形成有中央室42、涡旋室41以及燃料喷射孔44，但也可以不是在喷嘴板8形成上述全部腔室。

图14是燃料喷射阀1的喷嘴板8附近的放大剖面图，图15是喷嘴板8的立体图。例如，如图14、图15所示，可以在阀座部件7的另一侧形成中央室42、涡旋室41，在喷嘴板8上仅形成燃料喷射孔44。

(中间板的追加)

在实施例1的燃料喷射阀1中，在喷嘴板8上形成有中央室42、涡旋室41以及燃料喷射孔44，但也可以不是在喷嘴板8形成上述全部腔室。

图16是燃料喷射阀1的喷嘴板8附近的放大剖面图，图17是中间板50的立体图，图18是喷嘴板8的立体图。例如，如图16～图18所示，可以在中间板50上形成中央室42、涡旋室41，在喷嘴板8上仅形成燃料喷射孔44。

(涡旋室的变更)

在实施例1的燃料喷射阀1中，作为涡旋室46的形状，表示了图5所示的螺旋状，但涡旋室46的形状只要对燃料赋予旋转力而形成为大致圆形即可。

图19、图20是涡旋室41以及燃料喷射孔44的俯视图。例如，如图19所示，可以将涡旋室46形成为大致正圆形。另外，如图20所示，燃料喷射孔44的位置可以自涡旋室46的中心偏移。

(连通路的变更)

在实施例1的燃料喷射阀1中，如图5所示形成了连通路45，但只要满足上述的H/D、W/D、W/H、da/d0的关系，则可以进行变更。

图21是涡旋室41以及燃料喷射孔44的俯视图。例如，如图21所示，可以将连通路45的宽度形成为比实施例1更大。

Claims (7)

1.一种燃料喷射阀，包括：

阀体，其可滑动地设置；

阀座部件，其形成有闭阀时所述阀体落座的阀座，并且在下游侧设有开口部；

涡旋室，在其内部使燃料旋转而赋予燃料旋转力；

喷射孔，其形成在所述涡旋室的底部并且贯通至外部；

连通路，其将所述涡旋室和所述阀座部件的所述开口部连通；

该燃料喷射阀的特征在于，

在将所述涡旋室的直径设为D，将所述连通路的宽度设为W时，将所述涡旋室和所述连通路形成为0.15≤W/D＜0.5。

2.如权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，

所述涡旋室形成为两个。

3.如权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，

各个所述连通路相互连接，连接部分形成为中央室。

4.如权利要求1～3中任一项所述的燃料喷射阀，其特征在于，

在所述阀座部件的另一侧形成中央室、涡旋室，在喷嘴板上形成喷射孔。

5.如权利要求1～3中任一项所述的燃料喷射阀，其特征在于，

在所述阀座部件与喷嘴板之间设置中间板，在所述中间板上形成中央室、涡旋室，在喷嘴板上形成喷射孔。

6.如权利要求1～5中任一项所述的燃料喷射阀，其特征在于，

所述涡旋室形成为圆形。

7.如权利要求1～6中任一项所述的燃料喷射阀，其特征在于，

所述喷射孔形成为其位置自所述涡旋室的中心偏移。

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