CN103261662A

CN103261662A - 燃料喷射阀

Info

Publication number: CN103261662A
Application number: CN2010800707582A
Authority: CN
Inventors: 小林辰夫
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: EP2657506A1; JPWO2012086005A1; CN103261662B; US20130277453A1; WO2012086005A1; EP2657506B1; EP2657506A4; JP5678966B2

Abstract

燃料喷射阀具备喷嘴体和针，所述喷嘴体在前端部设有喷孔，所述针配置为在所述喷嘴体内滑动自如，在所述针与所述喷嘴体之间形成燃料导入通路，并且所述针落座于所述喷嘴体内的座部。此外，燃烧喷射阀具备回旋流产生部和回旋增速部，所述回旋流产生部设在比所述座部靠上游侧的位置，对自所述燃料导入通路导入的燃料施加相对于所述针的滑动方向回旋的流动，所述回旋增速部设在比所述座部靠下游侧的位置，使在所述回旋流产生部产生的回旋流的回旋速度增大，且向所述喷孔供给燃料。由此，自喷孔导入已燃气体而形成气柱，在气柱的界面产生燃料的微细气泡。

Description

燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及一种燃料喷射阀。

背景技术

近年来，关于内燃机，为了实现CO₂的减少以及排放的减少，正积极开展增压稀燃、大量EGR和预混合自动点火燃烧的研究。根据这些研究，为了最大限度地发挥CO₂的降低以及排放的降低的效果，需要在更加靠近燃烧极限的位置获得稳定的燃烧状态。另外，在石油燃料枯竭化的发展过程中，需要具有即使使用生物燃料等多种燃料，也能稳定地燃烧的鲁棒性。为了获得这种稳定的燃烧而最重要的因素是需要降低混合气体的点火偏差、实现在膨胀行程内使燃料完全燃烧的快速的燃烧。

另外，在进行内燃机的燃料供给时，为了实现过度响应性的提高、由气化潜热产生的容积效率的提高、进行低温下的催化剂活化用的大幅的滞后角燃烧，采用向燃烧室内直接喷射燃料的缸内直喷方式。但是，通过采用缸内直喷方式，因喷雾燃料在仍为液滴的状态下与燃烧室壁碰撞而发生的油的稀释、因液状燃料而产生在喷射阀的喷孔周围的沉积物所导致的喷雾恶化，助长了燃烧变动。

为了做出因采用这种缸内直喷方式而发生的油的稀释、喷雾劣化的对策，并且使点火偏差得到降低而实现稳定的燃烧，使喷雾微粒化以使燃烧室内的燃料快速气化的这一点是重要的。

为了实现自燃料喷射阀喷射的喷雾的微粒化，公知利用形成为薄膜的液膜的剪切力的技术、利用由液流的剥离而发生的气蚀的技术、通过超声波的机械性振动而使附着在表面的燃料微粒化的技术等。

在专利文献1中提出了一种燃料喷嘴，该燃料喷嘴使通过了螺旋状通路的燃料在作为环状腔的燃料积存部内形成为旋转流，该螺旋状通路形成在喷嘴主体的中空孔的壁面与针阀的滑动面之间。该燃料喷嘴将在燃料积存部内旋转的燃料自设置在燃料积存部的下游且具有末端扩宽的锥形面的单喷孔喷射。使喷出的燃料分散，促进与空气的混合。

在专利文献2中提出了一种燃料喷射阀，该燃料喷射阀将混合有利用气泡产生流路与气泡保持流路的压力差而产生的气泡的燃料喷射出来，利用在喷射后的燃料中使气泡崩溃的能量使燃料微粒化。

像这样，关于燃料喷嘴和燃料喷射阀，提出了各种提案。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10–141183号公报

专利文献2：日本特开2006–177174号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，上述专利文献1公开的燃料喷嘴虽然能使燃料的喷雾扩散，但未考虑通过在燃料中产生气泡而使燃料微粒化。另外，专利文献2公开的燃料喷射阀的座部配置在比气泡保持流路靠下游侧的位置。因此，在喷射初期喷射的是暂时保持在气泡保持流路中的燃料。在闭阀状态时保持在气泡保持流路中的燃料的气泡混合率低，喷射初期的微粒化难以进行，担心燃料在还是液状的状态就与缸壁碰撞。当液状的燃料与缸壁碰撞时，成为油稀释的原因。

因此，本发明的要解决的问题在于，在自喷孔喷射燃料时，也能在燃料中保持气泡，在喷射后通过使该气泡崩溃而谋求燃料的微粒化。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本说明书公开的燃料喷射阀的特征在于，包括喷嘴体、针、回旋流产生部和回旋增速部，上述喷嘴体在前端部设有喷孔，上述针配置为在上述喷嘴体内滑动自如，在上述针与上述喷嘴体之间形成燃料导入通路，并且上述针落座于上述喷嘴体内的座部，上述回旋流产生部设在比上述座部靠上游侧的位置，对自上述燃料导入通路导入的燃料施加相对于上述针的滑动方向回旋的流动，上述回旋增速部设在比上述座部靠下游侧的位置，使在上述回旋流产生部产生的回旋流的回旋速度增大，且向上述喷孔供给燃料。

通过使由燃料产生的回旋流增速，能够在回旋流的中心部产生气柱。在燃料与所产生的气柱的交界处产生微细气泡。产生的微细气泡自喷孔喷射，随后破裂、崩溃而使喷雾燃料微细化。这样，实现喷雾燃料的微粒化。

燃料喷射阀以前端露出在燃烧室内的方式安装在发动机中。因此，喷孔向燃烧室内开口。所以燃烧室内的已燃气体自喷孔进入喷孔内，能够在喷孔内产生气柱。这样，通过在喷孔的开口附近产生气柱，在燃料喷射阀内产生微细气泡。结果，不必另外准备用于产生微细气泡的装置。

上述回旋增速部形成为朝向最小节流部而使内周径缩径，上述最小节流部位于比上述座部靠下游部的位置。通过使在回旋流产生部产生的回旋流的回旋直径缩窄，能使回旋速度加速、增大。当回旋速度增大时，回旋流的回旋稳定，结果能够抑制喷雾的晃动而进行稳定的喷射。最小节流部也可以是喷孔的开口。

上述喷孔可以设在与上述针相面对的位置，上述针可以在燃烧室侧前端部具有与上述喷孔相面对的储气室。通过设置储气室，能使储气室内的空气（气体）与利用回旋流自燃烧室内吸引的气体结合。由此，气柱增长，气体与燃料的交界面积增大，微细气泡的产生量增加。结果，促进燃料喷雾的微细化。

上述针可以在燃烧室侧前端部具有多孔质构件，该多孔质构件可以具有向上述喷孔延伸并且与上述喷孔相面对的开口。

通过使燃烧室内的气体通过多孔质构件，能够将微细的气体供给到燃料中。由此，即使例如在燃料压力低、回旋速度难以增加的那种状态时，也能产生微细气泡，实现燃料的微粒化。

上述多孔质构件的燃烧室侧前端部的外径可以形成为随着朝向前端去而缩径的形状。通过将燃烧室侧前端部的形状形成为例如锥形或者设有圆角的曲线形状而使其外径缩径，能够获得使喷射的燃料沿其形状集中在喷孔的中心的效果（附壁效应）。结果，能够缩小喷雾角度。为了形成微细的喷雾，提高回旋流的回旋速度等的措施是有效的。但在另一方面，当离心力随着回旋速度的提高而增大时，喷雾角度也增大。因此，即使喷孔的形状为直线形，根据燃料的回旋状态的不同，喷雾角度有时也会增大。根据装设燃料喷射阀的发动机的形式的不同，有时燃料喷射阀的喷雾角度不要太大是有利的。在这样的情况下，使多孔质构件的燃烧室侧前端部的外径随着朝向前端而缩径是有效的。由此能够实现喷雾的微粒化，且能抑制喷雾角度扩大。

上述喷嘴体可以采用使开设有上述喷孔的周围向燃烧室侧突出的形状。当开设有喷孔的喷嘴体的前端的形状从喷孔的开口向侧方平面性扩大时，自喷孔喷射的燃料在附壁效应的作用下欲沿着喷嘴体的前端形状以向侧方蔓延的方式扩展。因此，喷雾角度有时扩大。本发明的燃料喷射阀提高燃料的回旋速度而促进燃料的微粒化。当燃料的回旋速度提高时，离心力增大，喷雾角度增大。因此，喷雾角度可能增大为所需以上。通过使喷嘴体的开设有喷孔的周围向燃烧室侧突出，抑制附壁效应，结果能够抑制喷雾角度的扩大。结果能够稳定地实现混合气体的均质化。

上述回旋流产生部可以具有螺旋槽，该螺旋槽的相对于与上述针的滑动方向正交的方向的角度θ可以为0°<θ≤49°，上述最小节流部的直径可以为上述回旋流产生部的直径的7%～19%，上述螺旋槽的燃料流路面积与上述最小节流部的流路面积之比可以为0.4～1.3。希望自喷孔喷射的微细气泡在喷射后的规定时间内崩溃（压破）。这是因为未压破状态的微细气泡向燃烧室的壁面附着，所以要避免此情况。考虑到通常的车辆用的发动机的规格，最好使微细气泡在喷射后到经过了6m秒前压破。实验结果表明：若在上述条件下，则能够在设想时间内将微细气泡压破。

发明效果

采用本说明书公开的燃料喷射阀，通过使由燃料产生的回旋流增速，能够在回旋流的中心部产生气柱，产生微细气泡。微细气泡自喷孔喷射，随后压破、破裂而使喷雾燃料微细化。

附图说明

图1是表示装设有实施例的燃料喷射阀的发动机系统的一结构例的说明图。

图2是剖视表示实施例的燃料喷射阀的主要部分的说明图。

图3是表示实施例的燃料喷射阀的前端部分的说明图，图3的（A）是表示开阀状态的图，图3的（B）是表示闭阀状态的图。

图4是表示产生在燃料喷射阀内的气柱的说明图。

图5是示意地表示在燃料喷射阀内产生气柱的样子的说明图。

图6是表示燃料的回旋频率与气泡直径与压破时间的关系的曲线图。

图7是表示另一燃料喷射阀的前端部分的说明图。

图8是表示另一燃料喷射阀的前端部分的说明图。

图9是表示另一燃料喷射阀的前端部分的说明图。

图10是表示产生在燃料喷射阀内的气柱的说明图。

图11是表示另一燃料喷射阀的前端部分的说明图。

图12是示意地表示图11所示的燃料喷射阀的内部的样子的说明图。

图13是表示另一燃料喷射阀的前端部分的说明图。

图14是表示另一燃料喷射阀的前端部分的说明图。

图15是表示另一燃料喷射阀的前端部分的说明图。

图16是表示燃料喷射阀的各部分的尺寸的一例的说明图。

图17是表示螺旋槽角度与气泡的压破时间的关系的曲线图的一例。

图18是表示最小节流部的直径与螺旋直径之比、与气泡的压破时间的关系的曲线图的一例。

图19是表示螺旋槽面积与最小节流部的面积之比、与气泡的压破时间的关系的曲线图的一例。

图20是表示另一燃料喷射阀的前端部分的说明图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明用于实施本发明的实施方式。其中，在附图中，有时并不是将各部分的尺寸和比率等表示为与实际情况完全一致。另外，有的附图省略了细节。

实施例1

参照附图说明本发明的实施例1。图1是表示装设有本发明的燃料喷射阀30的发动机系统1的一结构例的图。另外，在图1中只表示发动机1000的一部分结构。

图1所示的发动机系统1具有作为动力源的发动机1000，具有统一控制发动机1000的运转动作的发动机ECU（Electronic ControlUnit，电子控制单元）10。发动机系统1具有向发动机1000的燃烧室11内喷射燃料的燃料喷射阀30。发动机ECU10具有控制部的功能。发动机ECU10是具备进行运算处理的CPU（Central Processing Unit，中央处理单元）、存储程序等的ROM（Read Only Memory，只读存储器）、存储数据等的RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）、NVRAM（Non Volatile RAM，非易失性随机访问存储器）的计算机。

发动机1000是装设在车辆中的发动机，具有构成燃烧室11的活塞12。活塞12以滑动自如的方式与发动机1000的气缸嵌合。并且，活塞12借助连杆与作为输出轴构件的曲轴相连结。

自进气口13向燃烧室11内流入的吸入空气随着活塞12的上升运动而在燃烧室11内被压缩。发动机ECU10基于由曲轴转角传感器检测的活塞12的位置、和由进气凸轮转角传感器检测的凸轮轴旋转相位的信息，确定燃料喷射正时而将信号输送到燃料喷射阀30。燃料喷射阀30按照发动机ECU10的信号在被指示的喷射正时喷射燃料。由燃料喷射阀30喷射的燃料与雾化后被压缩的吸入空气混合。并且，与吸入空气混合而成的燃料被火花塞18点火，从而燃烧，使燃烧室11内膨胀而使活塞12下降。该下降运动经由连杆变更为曲轴的轴旋转，从而发动机1000获得动力。

分别与燃烧室11相连通的进气口13，和与进气口13相连结且自进气口13向燃烧室11引导吸入空气的进气通路14与燃烧室11相连接。此外，分别与燃烧室11相连通的排气口15，和向发动机1000的外部引导在燃烧室中产生的废气的排气通路16与各气缸的燃烧室11相连接。在进气通路14中配置有缓冲罐22。

在进气通路14中设置有空气流量计、节气门17和节气门开度传感器。空气流量计和节气门开度传感器分别检测通过进气通路14的吸入空气量和节气门17的开度，将检测结果发送到发动机ECU10。发动机ECU10基于所发送的检测结果，识别向进气口13和燃烧室11导入的吸入空气量，调整节气门17的开度，从而调节吸入空气量。

在排气通路16中设置有涡轮增压器19。涡轮增压器19利用在排气通路16中流通的废气的动能使涡轮旋转，将通过了空气滤清器的吸入空气压缩而向中间冷却器送入。压缩后的吸入空气在被中间冷却器冷却后，被暂时贮存在缓冲罐22中，随后被导入进气通路14。在该情况下，发动机1000不限定于是具有涡轮增压器19的带增压器的发动机，也可以是自然进气（Natural Aspiration）发动机。

活塞12在顶面具有空腔。利用从燃料喷射阀30侧向火花塞18侧连续的平滑的曲面形成空腔的壁面，沿壁面形状向火花塞18附近引导自燃料喷射阀30喷射的燃料。在该情况下，活塞12可以依据发动机1000的规格以任意的位置、形状，在其顶面的中央部分形成以圆环状形成有空腔的凹腔型燃烧室等的空腔。

燃料喷射阀30安装在进气口13下部的燃烧室11内。燃料喷射阀30基于发动机ECU10的指示，自设在喷嘴体31的前端部的喷孔33向燃烧室11内，直接喷射自燃料泵经过燃料流路以高压供给的燃料。所喷射的燃料在燃烧室11内雾化而与吸入空气混合，并且沿空腔的形状被引导向火花塞18附近。燃料喷射阀30的泄漏燃料自溢流阀经过溢流配管向燃料箱返回。

该燃料喷射阀30不限定于设置在进气口13的下部，可以设置在燃烧室11的任意位置。例如也可以配置为从燃烧室11的中央上侧进行喷射。

另外，发动机1000可以是以汽油为燃料的汽油发动机、以轻油为燃料的柴油发动机、使用以任意比例混合汽油和乙醇而成的燃料的多种燃料发动机的任一种。另外，除此之外，也可以是使用能利用燃料喷射阀进行喷射等的那样的燃料的发动机。发动机系统1可以是组合有发动机1000和多个电动机而成的混合动力系统。

接下来，详细说明作为本发明的一实施例的燃料喷射阀30的内部结构。图2是剖视表示燃料喷射阀30的主要部分的说明图。图3是表示实施例的燃料喷射阀的前端部分的说明图，图3的（A）是表示开阀状态的图，图3的（B）是表示闭阀状态的图。燃料喷射阀30包括喷嘴体31、针32和驱动构件40。驱动构件40控制针32的滑动动作。驱动构件40是使用了压电元件和电磁铁等的促动器、向针32施加适当的压力的弹性构件等、具有适合使针32进行动作的零件的一直公知的构件。在以下的说明中，前端侧指图中的下侧，基端侧指图中的上侧。

在喷嘴体31的前端部设有喷孔33。喷孔33是在喷嘴体31的前端在沿着喷嘴体31的轴线的方向形成的单喷孔。在喷嘴体31的内部形成有供针32落座的座部34。通过将针32配置为在喷嘴体31内滑动自如，在针32与喷嘴体31之间形成燃料导入通路36。并且，通过落座于喷嘴体31内的座部34，如图3的（B）所示使燃料喷射阀30成为闭阀状态。针32被驱动构件40向上方提起而离开座部34，从而如图3的（A）所示形成开阀状态。座部34设在距喷孔33很深处的位置。因此，即使针32在处于开阀状态的情况、处于闭阀状态的情况的任一种情况下，喷孔33都为与外部相连通的状态。在以向燃烧室11露出的状态安装燃料喷射阀30的情况下，喷孔33为与燃烧室11相连通的状态。

燃料喷射阀30具有回旋流产生部32a，该回旋流产生部32a设置在比座部34靠上游侧的位置，对自燃料导入通路36导入的燃料施加绕针的滑动方向回旋的气流。回旋流产生部32a设在针32的前端部。回旋流产生部32a与针32的基端侧相比，直径扩大。回旋流产生部32a的前端部分落座于座部34。这样，回旋流产生部32a在开阀时及闭阀时位于比座部34靠上游侧的位置。

回旋流产生部32a具有螺旋槽32b。自燃料导入通路36导入的燃料通过该螺旋槽32b，从而对燃料的流动施加回旋成分，产生燃料的回旋流fs。

燃料喷射阀30具有回旋增速部35，该回旋增速部35设在比座部34靠下游侧的位置，使在回旋流产生部32a产生的回旋流的回旋速度增大，并且向喷孔33供给燃料。回旋增速部35形成为朝向位于比座部34靠下游部的位置的最小节流部而使内周径缩径。这里，最小节流部相当于比座部34靠下游部的位置中内周径最小的位置。在本实施例中，最小节流部如图3的（A）、图3的（B）所示，成为喷孔33。最小节流部不限定于喷孔33的开口部。

回旋增速部35形成在座部34与喷孔33之间，使通过回旋流产生部32a而成为了回旋状态的燃料的回旋速度加速。使在回旋流产生部32a产生的回旋流的旋转半径逐渐减小。回旋流fs流入到缩径后的狭窄区域，从而回旋速度增加。回旋速度增加了的回旋流fs如图4所示，在喷孔33内形成气柱AP。回旋增速部35的内周壁面如图3的（A）、图3的（B）所示，具有向中心侧去而为凸状的曲面。这里，参照图5说明该气柱AP的形成以及在形成了气柱AP的基础上进行的微细气泡的产生。

图5是表示在喷孔33内产生的气柱AP的说明图。当回旋流在回旋增速部35内加速时，自喷孔33向回旋增速部35内形成强力的回旋流fs，在强力的回旋流fs回旋的中心产生负压。当产生负压时，喷嘴体31的外部的空气被吸引到喷嘴体31内。由此，在喷孔33内产生气柱AP。在这样产生的气柱AP与燃料的界面产生气泡。产生的气泡混入到在气柱的周围流动的燃料中，作为气泡混入流f₂与在外周侧流动的燃料流f₁一并被喷射。

此时，燃料流f₁和气泡混入流f₂利用回旋流的离心力形成自中心扩散的锥形的喷雾s。因而，越远离喷孔33，锥形的喷雾s的直径越大，所以喷雾液膜被拉伸而变薄。随后，不再能维持为液膜而分裂。然后，分裂后的喷雾在微细气泡的自加压效果的作用下，直径减小，最后崩溃，成为超微细化喷雾。这样，由于使利用燃料喷射阀30喷射的燃料的喷雾成为微粒，所以实现燃烧室内的快速的火焰传播，进行稳定的燃烧。

在通过这样谋求燃料喷雾的超微细化而促进燃料的气化时，能够谋求PM（Particulate Matter）、HC（碳化氢）的减少。另外，热效率也得到改善。此外，气泡在自燃料喷射阀30被喷出后，被破坏，所以能够抑制燃料喷射阀30内的EGR腐蚀。

另外，在将燃料喷射阀30安装于燃烧室11的情况下，导入到喷孔33中的气体成为混合气体在燃烧室11内燃烧后的已燃气体。这样，本实施例的燃料喷射阀不必具有为了形成气柱AP而将气体导入到燃料喷射阀30内的特别的构造，所以能够形成为简易的结构，在成本方面也是有利的。

本实施例的燃料喷射阀30可以利用燃料的回旋流的离心力使喷雾角度成为广角。由此，能够促进与空气的混合。另外，由于在喷雾中含有气泡、即压缩性气体，所以声音传播的临界速度（音速）减小。燃料的流速由于是不能超过音速的这一物理性性质，所以当音速减慢时，燃料的流速减慢。当燃料的流速减慢时，穿透力减小，具有抑制缸壁处的油稀释的这一效果。另外，当因为具有气泡而使燃料的流速减慢时，为了确保相同的燃料喷射，将喷孔直径设定为较大。沉积物堆积于喷孔。并且，起因于该沉积物堆积，喷射量发生变化。但是，在将喷孔直径设定为较大而使喷射量增多时，对起因于沉积物堆积的喷射量的变化（喷射变化量）的灵敏度下降。即，喷射变化量与喷射量的比例下降，所以起因于沉积物堆积的喷射量的变化的影响减小。

另外，利用回旋增速部35使燃料喷射阀30的回旋半径逐渐缩径，所以在成为最小节流部的喷孔33中，回旋流fs稳定，稳定地产生气柱AP。当稳定地产生气柱AP时，抑制在气柱AP的界面产生的微细气泡的气泡直径的偏差。另外，抑制包含微细气泡在内的燃料喷射的晃动。结果，所喷射的微细气泡被压破而形成的燃料粒的粒度分布缩小，能够获得均匀的喷雾。另外，通过稳定地形成气柱AP，能够在发动机1000的循环期间内获得燃料的粒度的变动少的喷雾。这有益于PM的减少、HC的降低、热效率的提高。此外，能够进行发动机1000的燃烧变动少的稳定的运转，所以能够实现油耗的降低、有害废气的减少、EGR（Exhaust Gas Recirculation）的增加、A/F（空燃比）的稀薄化。

本实施例的燃料喷射阀利用回旋流产生部32a使燃料回旋，形成气柱AP，从而产生微细气泡。这里，燃料的回旋频率与气泡直径具有相关关系。另外，气泡直径与燃料喷射后的气泡的压破时间具有相关关系。那么，参照图6说明这些要素的关系。

最好在自喷孔33喷射了气泡后，使气泡在到达缸壁之前压破。作为喷射后到压破为止的时间，当要求为3ms（3m秒）以下时，希望气泡直径为4μm以下。并且，为了实现4μm以下的气泡直径，希望为2600Hz左右的回旋频率。将回旋流产生部32a和回旋增速部35设置为以上述那样的方式实现与希望的压破时间相对应的回旋频率。本实施例的燃料喷射阀30通过具有回旋增速部35，来实现这种回旋频率。

本实施例的燃料喷射阀30使回旋流产生部32a、回旋增速部35和喷孔33的中心轴线一致，但是这些要素的中心轴线并不需要一定一致。根据燃料喷射阀30向发动机1000设置的情况、其他要求，容许中心轴线错开。

实施例2

接下来，参照图7说明实施例2。图7是表示实施例2的燃料喷射阀50的前端部分的说明图。燃料喷射阀50的基本结构与实施例1的燃料喷射阀30相同。即，燃料喷射阀50包括喷嘴体51、针52、喷孔53和座部54。另外，在燃料喷射阀50中形成有燃料导入通路56。另外，燃料喷射阀50在具备回旋流产生部52a和螺旋槽52b的这一点上，也与燃料喷射阀30相同。燃料喷射阀30和燃料喷射阀50在以下方面不同。即，回旋增速部55的形状与回旋增速部35不同。回旋增速部35的内周壁面如图3的（A）、图3的（B）所示，具有向中心侧去而呈凸状的曲面。相对于此，回旋增速部55形成为研钵状。即使是这种研钵状，由于朝向位于比座部54靠下游部的位置的最小节流部（喷孔53）而使内周径缩径，所以也能使在回旋流产生部52a产生的回旋流加速。由此，形成气柱AP的方面与燃料喷射阀30的情况相同。另外，在其他效果上，燃料喷射阀50也与燃料喷射阀30相同。

实施例3

接下来，参照图8说明实施例3。图8是表示实施例3的燃料喷射阀70的前端部分的说明图。燃料喷射阀70的基本结构与实施例1的燃料喷射阀30相同。即，燃料喷射阀70包括喷嘴体71、针72、喷孔73和座部74。另外，在燃料喷射阀70中形成有燃料导入通路76。另外，燃料喷射阀70在具备回旋流产生部72a和螺旋槽72b的这一点上，也与燃料喷射阀30相同。燃料喷射阀30和燃料喷射阀70在以下的方面不同。即，回旋增速部75的形状与回旋增速部35不同。回旋增速部35的内周壁面如图3的（A）、图3的（B）所示，具有向中心侧去而呈凸状的曲面。相对于此，回旋增速部75形成为类似于圆锥的形状。即使是这种类似于圆锥的形状，由于朝向位于比座部74靠下游部的位置的最小节流部（喷孔73）而使内周径缩径，所以也能使在回旋流产生部72a产生的回旋流加速。由此，形成气柱AP的方面与燃料喷射阀30的情况相同。另外，在其他效果上，燃料喷射阀70也与燃料喷射阀30相同。

实施例4

接下来，参照图9和图10说明实施例4。图9是表示实施例4的燃料喷射阀90的前端部分的说明图。图10是表示在燃料喷射阀90内产生的气柱AP的说明图。燃料喷射阀90的基本结构与实施例1的燃料喷射阀30相同。即，燃料喷射阀90包括喷嘴体91、针92、喷孔93和座部94。另外，在燃料喷射阀90内形成有燃料导入通路96。另外，燃料喷射阀90在具备回旋流产生部92a和螺旋槽92b的这一点上，也与燃料喷射阀30相同。另外，具有回旋增速部95的这一点也是相同的。燃料喷射阀30和燃料喷射阀90在以下方面不同。即，燃料喷射阀90的喷孔93设在与针92相面对的位置，针92在燃烧室侧前端部具有与喷孔93相面对的储气室92c。储气室是设在针92内的空洞部。通过这样地设置与喷孔93相面对的储气室92c，能够获得以下效果。

如图10所示，利用喷孔93内的产生了回旋流的负压自外部（燃烧室侧）吸引的已燃气体，与储气室92c内的残留气体合体而形成气柱AP。因此，气柱AP的长度增加。结果，气柱AP的界面面积增大，气泡产生量增加。当气泡产生量增加时，喷雾中的气泡密度增高，由燃料产生的气泡的膜压变薄。当膜压变薄时，破裂时间（压破时间）缩短。另外，喷雾粒径也进一步减小，并且均质化。由此，液滴燃料不会到达燃烧室顶部，所以抑制爆震。

此外，气柱AP本身也稳定地形成。由此，也使喷雾粒径的粒度分布缩小而均质化。结果，能够在发动机1000的循环期间内获得燃料的粒度的变动少的喷雾。这有益于PM的减少、HC的减少、热效率的提高。此外，由于能够进行发动机1000的燃烧变动少的稳定的运转，所以能够实现油耗的降低、有害废气的减少、EGR（Exhaust GasRecirculation）的增加、A/F（空燃比）的稀薄化。

另外，通过在针92内形成作为空洞部的储气室92c，能够减小作为可动零件的针92的重量。当使针92轻型时，改善针92的响应性。另外，由于驱动针92的驱动构件40所要求的输出降低，所以成本降低。

实施例5

接下来，参照图11和图12说明实施例5。图11是表示实施例5的燃料喷射阀110的前端部分的说明图。图12是示意地表示图11所示的燃料喷射阀110的内部的样子的说明图。燃料喷射阀110的基本结构与实施例1的燃料喷射阀30相同。即，燃料喷射阀110包括喷嘴体111、针112、喷孔113和座部114。另外，在燃料喷射阀110内形成有燃料导入通路116。另外，燃料喷射阀110在具备回旋流产生部112a和螺旋槽112b的这一点上，也与燃料喷射阀30相同。另外，具有回旋增速部115的这一点也相同。燃料喷射阀30和燃料喷射阀110在以下方面不同。即，燃料喷射阀110的针112在燃烧室侧前端部具有多孔质构件117。该多孔质构件117具有向喷孔113延伸并且与喷孔113相面对的开口117a。多孔质构件117随着针112的升降而在回旋增速部115内沿针112的轴线方向移动。多孔质构件117可以是两端开口而内部贯通的状态的筒状构件，也可以是有底筒状构件。图11表示有底筒状构件的例子。另外，针112也可以如实施例5那样地设有储气室。可以将多孔质构件117形成为两端开口的筒状构件而将其与储气室组合。多孔质构件117以粘接的方式安装于针112的前端部，但是也可以采用其他方法、例如压入、螺纹接合等进行安装。

通过设置多孔质构件117，能够获得以下效果。即，如图12所示，自多孔质构件117的开口117a向多孔质构件117内导入的已燃气体如箭头118所示，通过多孔质构件117的微细孔而被供给到在多孔质构件117的外侧回旋的燃料中。因此，即使在因低燃料压力而使喷孔113内的回旋流的速度下降的那种条件时，也能产生微细气泡，使微细气泡混入回旋流。

另外，将实施例5的多孔质构件117的外形尺寸设定为喷孔113的直径的1/4以上。这基于以下理由。根据实验，气柱AP的直径与喷孔直径的比率为0.12左右。通常，当在多孔质构件117的外侧存在气体时，从多孔质构件117的内侧通过微细孔的气体彼此立刻结合。因此，不会形成气泡。为了产生气泡，在多孔质构件117的外侧必须存在液体。考虑到这一点，必须使多孔质构件117的外径大于在喷孔113中形成的气柱AP的直径。作为能够满足该条件的尺寸，将实施例5中的多孔质构件117的外径设定为喷孔113的直径的1/4以上。

另外，也认为即使在多孔质构件117的外侧存在燃料的情况下，若其回旋速度下降，则通过多孔质构件117的微细孔的气体彼此也易于结合。但是，认为若是在回旋中心产生负压的程度的回旋流，则在气体结合之前，气泡分散到燃料中。另外，超微细气泡与刚体球同样，在进行气泡彼此的碰撞、与乱气流的相互作用时，也发生变形、合体。这已通过实验确认。因此，能使对象的微细气泡混入到燃料中。

实施例6

接下来，参照图13说明实施例6。图13是表示实施例6的燃料喷射阀110的前端部分的说明图。实施例6与实施例5基本相同。因此，对于相同的构成要素，在附图中标注相同的参考附图标记而省略其详细说明。实施例6的多孔质构件117的前端部的形状与实施例5不同。即，实施例6中的多孔质构件117的燃烧室侧前端部117b的外径随着向前端去而缩径。即，如图13中放大所示，形成为圆角形状（半球形状）。燃烧室侧前端部117b的形状例如也可以是锥形。这样，通过使燃烧室侧前端部117b的外径随着朝向前端而缩径，能够获得以下这样的效果。

即，能够利用附壁效应使燃料如箭头119所示地沿着燃烧室侧前端部117b的形状，缩窄喷雾角度。结果，能够将喷雾轨迹120缩窄为喷雾轨迹121。

为了形成微细的喷雾，提高回旋流fs的回旋速度等的措施是有效的。但另一方面，当离心力随着回旋速度的提高而增大时，喷雾角度也增大。因此，即使喷孔的形状为直线形，喷雾角度有时也因燃料的回旋状态的不同而增大。燃料喷射阀根据所装设的发动机的形式的不同，有时不要使喷雾角度太大是有利的。在这样的情况下，使多孔质构件117的燃烧室侧前端部117b的外径随朝向前端而缩径是有效的。由此，谋求喷雾的微粒化，并且能够抑制喷雾角度扩大。

实施例7

接下来，参照图14说明实施例7。图14是表示实施例7的燃料喷射阀130的前端部分的说明图。燃料喷射阀130的基本结构与实施例1的燃料喷射阀30相同。即，燃料喷射阀130包括喷嘴体131、针132、喷孔133和座部134。另外，在燃料喷射阀130内形成有燃料导入通路136。另外，燃料喷射阀130在具备回旋流产生部132a和螺旋槽132b的这一点上，也与燃料喷射阀30相同。另外，具有回旋增速部135的这一点也相同。燃料喷射阀30和燃料喷射阀130在以下方面不同。即，燃料喷射阀130的喷嘴体131形成为使开设有喷孔133的周围向燃烧室侧突出的形状。详细而言，以随着朝向喷嘴体131的前端而使外径缩径的方式形成有锥形面131a。

当加强回旋流时，形成微细的喷雾，但另一方面，喷雾角度扩大。根据喷嘴体的前端部的形状的不同，因附壁效应使喷射的喷雾沿喷嘴体的外壁面扩展。结果，喷雾角度进一步扩大。当喷雾角度这样地过于扩大时，喷雾以在燃烧室壁面上蔓延的那样的状态扩展，可能影响混合气体的均质化。因此，通过使喷嘴体131的开设有喷孔133的周围向燃烧室侧突出，抑制附壁效应。结果，能够抑制喷雾角度的扩大，能够稳定地谋求混合气体的均质化。

实施例8

接下来，参照图15说明实施例8。图15是表示实施例8的燃料喷射阀150的前端部分的说明图。燃料喷射阀150的基本结构与实施例7的燃料喷射阀130相同。即，燃料喷射阀150包括喷嘴体151、针152、喷孔153和座部154。另外，在燃料喷射阀150内形成有燃料导入通路156。另外，燃料喷射阀150在具备回旋流产生部152a和螺旋槽152b的这一点上，也与燃料喷射阀130相同。另外，具有回旋增速部155的这一点也是相同的。此外，燃料喷射阀150的喷嘴体151在形成为使开设有喷孔153的周围向燃烧室侧突出的形状的这一点上，也与燃料喷射阀130相同。但是，在其具体的形状上，两者是不同的。即，燃料喷射阀130具有随着朝向喷嘴体131的前端而使外径缩径的锥形面131a，相对于此，燃料喷射阀150具有凸部151a。具有这种凸部151a的燃料喷射阀150也能与燃料喷射阀130同样地抑制附壁效应。结果，喷雾角度的扩大得到抑制，能够稳定地谋求混合气体的均质化。

实施例9

在实施例9中，参照图16～图19说明燃料喷射阀的各部分的规格。图16是表示燃料喷射阀30的各部分的尺寸的一例的说明图。图17是表示螺旋槽角度θ与气泡的压破时间的关系的曲线图的一例。图18是表示最小节流部的直径Dh与螺旋直径Ds之比、与气泡的压破时间的关系的曲线图的一例。图19是表示螺旋槽面积Ag与最小节流部的流路面积Ah之比、与气泡的压破时间的关系的曲线图的一例。另外，在本实施例中，使用在实施例1中说明的燃料喷射阀30说明各部分的规格，但也可以在其他实施例中采用同样的规格。

这里，考虑发动机1000为车辆用，考虑通常的车辆发动机的缸径为180mm以下而确定规格。另外，将规格确定为使自安装在燃烧室的中央的燃料喷射阀30的喷孔33喷射的微细气泡在到达缸壁之前压破。在缸径为180mm的情况下，喷出的喷雾在到达缸壁之前为6ms，所以要求在自喷孔33喷射后的6ms以内使微细气泡压破。考虑这一点而确定规格。各规格具有一定的范围，可以依据应用的发动机1000的规格进行适当的变更。例如在缸径为90mm时，到达缸壁的时间为一半的3ms，所以将各规格确定为压破时间是3ms以下。另外，关于向缸壁的到达时间，在燃料压力2MPa下，喷雾初速度约为45m/s，算出平均喷雾速度约为15m/s。

回旋槽角度θ

首先，说明回旋槽角度θ的范围。回旋流产生部32a具有螺旋槽32b。这里，将该螺旋槽32b相对于与针32的滑动方向（中心轴线AX方向）正交的方向PL所成的角度设为螺旋槽角度θ。参照图17，达到压破时间6ms的螺旋槽角度θ为

0<θ≤49°。

另外，在想要将压破时间设定为3ms以下的情况下，设定为0<θ≤42°左右即可。

最小节流部的直径Dh与螺旋直径Ds的比

在实施例的燃料喷射阀30中，最小节流部的直径Dh相当于喷孔直径。螺旋直径Ds相当于回旋流产生部32a的直径。参照图18，达到压破时间6ms的最小节流部的直径Dh与螺旋直径Ds的比为7%～19%。

回旋流一边以1/（Dh/Ds）²的比率增速，一边自螺旋槽32b向喷孔33流入。由此，在回旋中央部产生负压，吸入燃料室内的已燃气体而产生气柱。

螺旋槽面积Ag与最小节流部的流路面积Ah的比

螺旋槽面积Ag如图16所示，是螺旋槽32b的燃料流路面积。最小节流部的流路面积Ah是喷孔33的流路面积。参照图19，达到压破时间6ms的螺旋槽面积Ag与最小节流部的流路面积Ah之比为0.4～1.3。

可以如上述那样地确定规格。可以将各规格设定为能够实现所希望的压破时间。另外，当燃料压力上升时，气泡直径减小，所以规格的容许范围扩大。

上述实施例只不过是用于实施本发明的一例。因此，本发明并不限定于此，可以在权利要求书所述的本发明的主旨的范围内，进行各种变形、变更。例如上述实施例均在针上具有回旋流产生部，该回旋流产生部具有螺旋槽，但是例如也可以如图20所示，在喷嘴体161的内周壁上设螺旋槽161a，由此产生燃料的回旋流。

附图标记说明

1、发动机系统；30、50、70、90、110、130、150、燃料喷射阀；31、51、71、91、111、131、151、161、喷嘴体；32、52、72、92、112、132、针；131b、前端突出部；32a、52a、72a、92a、112a、132a、回旋流产生部；32b、52b、72b、92b、112b、132b、161a、螺旋槽；92c、储气室；33、53、73、93、113、133、153、喷孔（最小节流部）；34、54、74、94、114、134、154、座部；35、55、75、95、115、135、155、回旋增速部；36、56、76、96、116、136、156、燃料导入通路；117、多孔质构件；117a、开口；117b、燃烧室侧前端部；120、121、喷雾轨迹；1000、发动机；AP、气柱；f₁、燃料流；f₂、气泡混入流；fs、回旋流；θ、回旋槽角度；Ag、螺旋槽面积；Ds、螺旋直径；Dh、最小节流部直径（喷孔直径）；Ah、最小节流部的流路面积（喷孔面积）。

Claims

1.一种燃料喷射阀，其特征在于，

该燃料喷射阀具有喷嘴体、针、回旋流产生部和回旋增速部，

所述喷嘴体在前端部设有喷孔，

所述针配置为在所述喷嘴体内滑动自如，在所述针与所述喷嘴体之间形成燃料导入通路，并且所述针落座于所述喷嘴体内的座部，

所述回旋流产生部设在比所述座部靠上游侧的位置，对自所述燃料导入通路导入的燃料施加相对于所述针的滑动方向回旋的流动，

所述回旋增速部设在比所述座部靠下游侧的位置，使在所述回旋流产生部产生的回旋流的回旋速度增大地向所述喷孔供给燃料。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，

所述回旋增速部形成为内周径朝向最小节流部缩径，所述最小节流部位于比所述座部靠下游部的位置。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，

所述喷孔设在与所述针相面对的位置，所述针在燃烧室侧前端部具有与所述喷孔相面对的储气室。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的燃料喷射阀，其特征在于，

所述针在燃烧室侧前端部具有多孔质构件，该多孔质构件具有向所述喷孔延伸并且与所述喷孔相面对的开口。

5.根据权利要求4所述的燃料喷射阀，其特征在于，

所述多孔质构件的燃烧室侧前端部的外径随着朝向前端而缩径。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的燃料喷射阀，其特征在于，

使所述喷嘴体的开设有所述喷孔的周围向燃烧室侧突出。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的燃料喷射阀，其特征在于，

所述回旋流产生部具有螺旋槽，该螺旋槽与同所述针的滑动方向正交的方向的角度θ为0°<θ≤49°，所述最小节流部的直径为所述回旋流产生部的直径的7%～19%，所述螺旋槽的燃料流路面积与所述最小节流部的流路面积之比为0.4～1.3。