CN103492703B - 燃料喷射阀 - Google Patents
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Abstract
燃料喷射阀包括喷嘴体、针、回旋流产生部、回旋增速部和气泡积存部，所述喷嘴体设有喷孔，所述针配置为在喷嘴体内滑动自如，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置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，所述回旋增速部设置在比所述座部靠下游侧的位置，使在所述回旋流产生部内产生的回旋流的回旋速度增大，所述气泡积存部设置在比所述回旋增速部靠下游侧的位置，将通过所述回旋增速部而产生的气泡贮存起来。所述喷孔在所述气泡积存部开口。
Description
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
另外，考虑到燃料喷射阀向燃烧室的各种安装形态，优选燃料喷射阀的燃料喷射方向的自由度较高。例如形成为所谓的侧喷射阀时，优选燃料喷射方向为侧面。
但是，上述专利文献1公开的燃料喷嘴中的喷孔与针的滑动方向一致，所以很难应对向期望方向进行燃料喷射。
因此，本发明的要解决的问题在于，谋求燃料的微粒化，并且向期望方向喷射燃料。
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，该燃料喷射阀包括喷嘴体、针、回旋流产生部、回旋增速部和气泡积存部，上述喷嘴体设有喷孔，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置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，上述回旋增速部设置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，上述气泡积存部设置在比上述回旋增速部靠下游侧的位置，将通过上述回旋增速部而产生的气泡贮存起来，上述喷孔在上述气泡积存部开口。
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。在所产生的气柱与燃料的交界产生微细气泡。所产生的微细气泡自喷孔喷射，随后破裂而使喷雾燃料微细化。这样，实现喷雾燃料的微粒化。在喷嘴体内产生的气泡被暂时贮存在气泡积存部内。喷孔只要在该气泡积存部开口即可，可以向期望的方向设置，燃料喷射方向的自由度较高。即，能使喷孔的轴线（喷孔轴线）与针的滑动方向（沿滑动方向延伸的滑动轴线）错开，所以燃料喷射方向的自由度增高。
优选的是，上述喷孔在上述气泡积存部的包含距上述针的滑动轴线最远的点的区域开口。被暂时贮存在气泡积存部内的气泡在气泡积存部内回旋，从而依据其气泡直径分离。即，直径大的气泡集中在气泡积存部的中心部，直径小的气泡被逼到气泡积存部的外侧。通过使喷孔在直径小的气泡集中的部位开口，能够喷射直径小的微细气泡，形成微细的喷雾。
当在包含上述针的滑动轴线和上述喷孔的轴线的截面上表示上述喷孔的第1缘部和第2缘部时，上述第1缘部能够与上述气泡积存部内的距上述针的滑动轴线最远的点一致，上述第2缘部能够位于比上述第1缘部靠上述滑动轴线侧的位置。
气泡积存部内的回旋流的速度分布依据距针的滑动轴线的距离而不同。因此，通过使喷孔以横过回旋流的速度不同的区域的方式开口，能够在喷孔内也产生回旋流。即，燃料向喷孔的流入速度根据开口的缘部的位置的不同而不均匀，从而利用向喷孔内流入的燃料形成回旋流。当在喷孔内形成回旋流时，利用其离心力扩大喷雾角。当喷雾角增大时，以密集的状态含有喷出的气泡的燃料的层变薄，促进随后的喷雾的分裂。
上述喷孔可以含有正向喷孔、反向喷孔和交叉方向喷孔中的至少任一方喷孔，上述正向喷孔在沿着由上述回旋流产生部产生的回旋流的回旋方向的方向上延伸，上述反向喷孔在与上述回旋流的回旋方向逆行的方向上延伸，上述交叉方向喷孔在与上述回旋流的回旋方向交叉的方向上延伸。
正向喷孔利用燃料的回旋流的动压力强化贯彻力。抑制自反向喷孔喷出的喷雾的贯彻力。利用交叉方向喷孔喷出的喷雾的贯彻力可以处于由正向喷孔喷出的喷雾与由反向喷孔喷出的喷雾之间。
本说明书公开的燃料喷射阀可以具有向上述回旋增速部导入燃烧室内的已燃气体的气体导入孔。
为了在燃料喷射阀内产生燃料的回旋流、高效地产生气泡，优选向燃料喷射阀内、特别是向回旋增速部供给气体。为了将气体导入燃料喷射阀内，可以在针内设气体供给通路，但是担心使构造复杂化。因此，通过将燃烧室内的已燃气体导入燃料喷射阀内，能够利用简单的结构高效地产生气泡。
上述气体导入孔可以形成在多孔质的筒状构件中，该多孔质的筒状构件安装于上述喷嘴体。气体通过多孔质构件，从而能够高效地产生燃料的气泡。由此，能够产生大量的气泡而混入燃料中。
上述针可以在与上述气体导入孔相面对的位置具有储气室。燃料通过回旋而能够产生负压，形成气柱。并且，能够在该气柱的界面、即气体与燃料的交界产生气泡。通过设置储气室，自气体导入孔导入的已燃气体与储气室内的气体合流而使气柱增长。当气柱增长时，相应地使界面的面积增大，能够增加气泡的产生量。
发明效果
采用本说明书公开的燃料喷射阀，由于使喷孔在气泡积存部开口，所以能够提高燃料喷射方向的自由度。
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的（A）和图3的（B）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）是表示仰视观察的图。
图4是表示气泡积存部的最外部的说明图。
图5是表示另一燃料喷射阀的前端部分的说明图。
图6的（A）和图6的（B）是表示另一实施例的燃料喷射阀的前端部的说明图，图6的（A）是表示开阀状态的图，图6的（B）是仰视观察的图。
图7的（A）和图7的（B）是表示另一实施例的燃料喷射阀的前端部的说明图，图7的（A）是表示开阀状态的图，图7的（B）是仰视观察的图。
图8的（A）和图8的（B）是表示另一实施例的燃料喷射阀的前端部的说明图，图8的（A）是沿图8的（B）中的B–B线剖视表示开阀状态的图，图8的（B）是仰视观察的图。
图9是表示另一燃料喷射阀的针的一例的说明图。
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基于发动机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方向向火花塞18方向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是剖视表示实施例1的燃料喷射阀30的主要部分的说明图。图3的（A）和图3的（B）是表示实施例的燃料喷射阀30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）是表示仰视观察的图。图4是表示气泡积存部47的最外部的说明图。
燃料喷射阀30包括喷嘴体31、针32和驱动构件45。驱动构件45控制针32的滑动动作。驱动构件45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。
喷嘴体31可以分开为主体部31a和安装在其前端部的喷嘴板31b。在喷嘴体31的前端部，详细而言在喷嘴板31b设有喷孔33。沿与针32的滑动轴线Ax1交叉的喷孔轴线Ax2穿设喷孔33。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滑动自如地配置在喷嘴体31内，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，使燃料喷射阀30处于闭阀状态。针32被驱动构件45向上方提起而离开座部34，从而形成为开阀状态。座部34设在距喷孔33很深处的位置。
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导入的燃料施加相对于沿着针32的滑动轴线Ax1的方向（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。
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。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靠下游侧的位置中内周径最小的位置。
燃料喷射阀30具有向回旋增速部35导入燃烧室11内的已燃气体的气体导入孔38。详细而言，在喷嘴板31b设有向回旋增速部35延伸的凸状的筒状部，在该筒状部的内部设有气体导入孔38。气体导入孔38具有与回旋增速部35相面对的开口38a。这样，本实施例的燃料喷射阀不必为了形成气柱AP而具有向燃料喷射阀30内导入气体的特别构造，所以能够形成为简易的结构，在成本方面也有利。
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而成为回旋状态的燃料的回旋速度加速。回旋增速部35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如图3的（A）所示，形成气柱AP。在回旋增速部35内使回旋流加速，在该强大的回旋流的回旋中心部产生负压，从而形成气柱AP。当产生负压时，经过气体导入孔38将喷嘴体31的外部的空气积极地吸引到喷嘴体31内。由此，在喷嘴体31内稳定地产生气柱AP。在这样产生的气柱AP与燃料的界面产生气泡。产生的气泡暂时贮存在后述的气泡积存部37内。随后，自喷孔33被喷射。
燃料喷射阀30具有气泡积存部37，该气泡积存部37设在比回旋增速部35靠下游侧的位置，将在回旋增速部35内通过而产生的气泡贮存起来。气泡积存部37具有与滑动轴线Ax1平行的壁面。该壁面包含距离滑动轴线Ax1最远的点。并且，喷孔33在该气泡积存部37的包含距离针32的滑动轴线Ax1最远的点的区域开口。在气泡积存部37内，燃料继续进行回旋。暂时贮存在气泡积存部37内的气泡在气泡积存部37内回旋，从而依据其气泡直径分离。即，直径大的气泡集中在气泡积存部37的中心部，直径小的气泡被逼到气泡积存部37的外侧。通过使喷孔33在直径小的气泡集中的部位开口，能够喷射直径小的微细气泡，形成微细的喷雾。
本实施例的燃料喷射阀30能够利用燃料的回旋流的离心力使喷雾角为广角。由此，燃料喷射阀30能够促进与空气的混合。另外，由于喷雾含有气泡、即压缩性气体，所以声音传播的临界速度（声速）减小。燃料的流速具有不能超过声速的这一物理性质，所以当声速减慢时，燃料的流速减慢。当燃料的流速减慢时，穿透力减小，具有使缸壁的油的稀释得到抑制的这一效果。另外，当因为含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，抑制含有微细气泡的燃料喷射的晃动。结果，所喷射的微细气泡被压破（破裂）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。
构成为以上结构的燃料喷射阀30具有以下的优点。首先，由于自燃烧室11内导入已燃气体，所以不必设置向喷嘴体31内导入气体的大规模的结构。另外，最小节流部成为与喷孔33分别独立设置的回旋增速部35，所以能够与喷孔直径分开地确定最小回旋半径。即，由于与因为喷射量等的要求而使直径的设定受到限制的喷孔33分别独立地设置回旋增速部35，所以最小节流部的直径，即，最小回旋半径的设定的自由度增加。最小回旋半径对影响所产生的气泡直径的回旋频率产生影响。通过使最小回旋半径的设定自由度增加，能够对每个应用了回旋频率的发动机进行调整，所以能够获得适合各发动机的喷雾特性。例如在缸径小的发动机1000的情况下，将回旋增速部35的直径（最小节流直径Ssml）设定为较小，减小所产生的气泡直径。由此，气泡的压破时间缩短，能够在气泡向缸壁碰撞之前，使气泡崩溃。结果，抑制缸壁的油的稀释。另一方面，在缸径大的发动机1000的情况下，将回旋增速部35的直径（最小节流直径Ssml）设定为较大，增大所产生的气泡直径，由此，气泡的压破时间延长，能够提高穿透力。结果，能够使喷雾充分进入到燃烧室11内的广大范围内，实现混合气体的均匀化。此外，由于能使喷孔33在气泡积存部37开口，所以喷射方向的设定的自由度较高。因而，燃料喷射阀30的安装位置、安装角度的自由度高，应用性高。
这样，由于易于使气泡在喷射后的期望时刻损坏，所以能够实现燃料喷雾的超微粒化，促进燃料的气化。当燃料的气化得到促进时，能够实现PM（Particulate Matter）的减少、HC（碳化氢）的减少、热效率的改善。另外，能够抑制在燃料喷射阀30内发生的腐蚀。
此外，通过减小设置在座部54的下游的回旋增速部35的节流直径，能够减小供针32落座的座部34的座径。因此，能够减小由发动机1000的燃烧时的压力对针32进行推压的力。由此，能使用于确保针闭合时的燃料密封（断流压力）的针32的安装负载得到减小。结果，燃料喷射阀30的驱动容易进行，能够减小驱动构件45的驱动力，所以在成本方面也有利。
图4表示代替气泡积存部37地具有气泡积存部47的燃料喷射阀40的前端部。燃料喷射阀40与燃料喷射阀30同样，包括喷嘴板41b、喷孔43和气体导入孔48。燃料喷射阀40的气泡积存部47的形状与燃料喷射阀30的气泡积存部37的形状不同。相对于前端侧的外径是与滑动轴线Ax1平行的直线状的气泡积存部37，气泡积存部47具有前端侧鼓出的形状。图中，参考附图标记47a表示距针的滑动轴线Ax1的距离最远的点，即，与滑动轴线Ax1分开距离rmax的位置。喷孔43以包含该点47a的方式开口。详细而言，设定为使喷孔轴线Ax2通过点47a。即使在气泡积存部的形状不同的情况下，通过使喷孔在包含距滑动轴线Ax1最远的点的区域开口，也能将包含被逼到气泡积存部的壁面附近的微细气泡的燃料喷射出来。
实施例2
接下来，参照附图5的（A）和图5的（B）说明实施例2。图5的（A）和图5的（B）是表示实施例2的燃料喷射阀30的前端部分的说明图。实施例1与实施例2的不同之处如以下说明。即，实施例2的针32在与气体导入孔38相面对的位置具有储气室39。其他结构，实施例1与实施例21相同，所以对于相同的构成要素，在图中标注相同的参考附图标记而省略对其详细说明。
储气室39是设在针32内的空洞部。通过这样地设置与气体导入孔38相面对的储气室39，能够获得以下的效果。
储气室39内的剩余气体，与利用产生回旋增速部35内的回旋流的负压自外部（燃烧室侧）吸引的已燃气体合体，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。当气泡生成量增加时，喷雾中的气泡密度增高，由燃料产生的气泡的膜压降低。当膜厚变薄时，破裂时间（压破时间）缩短。另外，喷雾粒径也进一步减小，并且实现均质化。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，喷雾粒径的粒度分布也缩小且实现均质化。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，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32内形成作为空洞部的储气室39，能够减少作为可动零件的针32的重量。当使针32轻型化时，针32的响应性得到改善。另外，驱动针32的驱动构件45所需的输出下降，所以成本降低。
实施例3
接下来，参照图6的（A）和图6的（B）说明实施例3。图6的（A）和图6的（B）是表示实施例3的燃料喷射阀50的前端部的说明图，图6的（A）是表示开阀状态的图，图6的（B）是仰视观察的图。图6的（A）是图6的（B）中的A–A剖视图。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包括针52、座部54以及具备主体部51a和喷嘴板51b的喷嘴体51。另外，在燃料喷射阀50内形成有燃料导入通路56。此外，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。另外，具备回旋增速部55和气泡积存部57的这一点也是相同的。此外，具备气体导入孔58的这一点也是相同的。
燃料喷射阀30与燃料喷射阀50在以下方面不同。即，燃料喷射阀50所具有的气体导入孔58形成在喷嘴体51中，详细而言形成在安装于喷嘴板51b的筒状的多孔质构件59中。另外，针52也可以如实施例2那样地设置储气室。另外，实施例3具有喷孔53a、53b，但也可以如实施例1、实施例2那样具有单一的喷孔。
通过设置多孔质构件59，能够获得以下效果。即，自设于多孔质构件59的气体导入孔58向多孔质构件59内导入的已燃气体，通过多孔质构件59的微细孔而被供给到在多孔质构件59的外侧回旋的燃料中。因此，高效地产生微细气泡，能使微细气泡混入回旋流。
另外，将实施例3的多孔质构件59的外形尺寸设定为气泡积存部的直径的1/4以上。这根据以下理由。根据实验，气柱AP的直径的相对于喷缸径的比率为0.12左右。当在多孔质构件59的外侧存在气体时，自多孔质构件59的内侧通过微细孔的气体通常是气体彼此马上结合。因此，不形成气泡。为了产生气泡，必须使液体存在于多孔质构件59的外侧。考虑到这一点，多孔质构件59的外径必须大于在气泡积存部57中形成的气柱AP的直径。作为能够满足此条件的尺寸，将实施例3中的多孔质构件59的外径设定为气泡积存部57的直径的1/4以上。
另外，还认为即使在多孔质构件59的外侧存在燃料的情况下，当其回旋速度下降时，通过多孔质构件59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，气泡分散在燃料中。另外，超微细气泡与刚体球同样，即使在气泡彼此发生碰撞、与乱气流进行相互作用时，也不会发生变形、合体。这是已通过实验确认的。因此，能使对象的微细气泡混入燃料中。
实施例4
接下来，参照图7的（A）和图7的（B）说明实施例4。图7的（A）和图7的（B）是表示实施例4的燃料喷射阀70的前端部的说明图，图7的（A）是表示开阀状态的图，图7的（B）是仰视观察的图。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包括针72、喷孔73、座部74以及具备主体部71a和喷嘴板71b的喷嘴体71。另外，在燃料喷射阀70内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。此外，具有气泡积存部77的这一点也是相同的。燃料喷射阀30与燃料喷射阀70在以下方面不同。首先，燃料喷射阀70在包含针72的滑动轴线Ax1和喷孔73的喷孔轴线Ax2的截面上，表示喷孔73的第1缘部73a和第2缘部73b。此时，第1缘部73a与气泡积存部77中的距针72的滑动轴线Ax1最远的点一致。此外，第2缘部73b位于比第1缘部73a靠滑动轴线Ax1侧的位置。在第1缘部73a附近和第2缘部73b附近，燃料的回旋速度不同。
通过使第1缘部73a和第2缘部73b具有这种关系，能够获得以下效果。即，能够在喷孔73内产生燃料的回旋流。并且，能够利用该回旋流增大喷雾角。微细气泡因带电而发挥斥力，所以处于分散的倾向。但另一方面，因气泡的液膜的表面张力而使彼此不易分开，分裂减慢，气泡的膜厚产生偏差，结果气泡崩溃后的微细燃料也产生不均，燃料的粒度分布有时出现偏差。为了避免该问题，优选使喷射后的微细气泡快速地一一分裂。
为此，成为使第1缘部73a和第2缘部73b位于上述位置的喷孔73，从而向喷孔73内导入回旋速度不同的燃料，在喷孔73内产生回旋流。由此，利用回旋流的离心力使喷雾角增大，喷出的燃料的层变薄，所以微细气泡间的表面张力减弱。结果，能使微细气泡快速地分裂。
实施例5
接下来，参照图8的（A）和图8的（B）说明实施例5。图8的（A）和图8的（B）是表示实施例5的燃料喷射阀90的前端部的说明图，图8的（A）是沿图8的（B）中的B–B线剖视表示开阀状态的图，图8的（B）是仰视观察的图。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，具备回旋增速部95和气泡积存部97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具有正向喷孔93a，该正向喷孔93a在沿着由回旋流产生部92a产生的回旋流的回旋方向fs的方向上延伸。此外，燃料喷射阀90具备反向喷孔93b和交叉方向喷孔93c，上述反向喷孔93b在与回旋流的回旋方向fs逆行的方向上延伸，上述交叉方向喷孔93c在与回旋流的回旋方向fs交叉的方向上延伸。
自喷孔喷射时的喷雾速度受到燃料的声速的制约。因而，在自喷孔喷出在液状的燃料中混入有气泡的气液两相流的情况下，由其孔隙率获得的声速使喷雾速度受到制约。因此，实施例5的燃料喷射阀90与实施例1～4的情况同样，喷雾速度慢。并且，喷雾微粒度也小，所以喷雾的穿透力低。
另一方面，在将燃料喷射阀安装在燃烧室11的周边部、进行所谓的侧喷的发动机1000中，到与燃料喷射阀相面对的缸壁的距离较远。另一方面，距活塞12的顶面、燃烧室11的壁较近。在这种配置的情况下，为了向燃烧室11内的所有范围进行喷雾，谋求混合气体的均质化，穿透力的调整是重要的。
因此，在朝向面对的缸壁的情况下，做成正向喷孔93a。正向喷孔93a能够利用回旋流的动压提高穿透力。另一方面，在与活塞12的顶面、燃烧室11的壁较近的情况下，作为反向喷孔93b，尽量不受回旋流的动压力的影响地减弱穿透力。通过减弱穿透力，气泡在崩溃前不会到达活塞12的顶面、燃烧室11的壁，抑制油的稀释，并且实现混合气体的均质化。由此，能够减少PM、HC。
另外，交叉方向喷孔93c是局部接受回旋流的动压力的方式。通过对交叉的角度进行各种变更而改变动压力的强度，由此能够调整穿透力。
优选的是，正向喷孔93a、反向喷孔93b和交叉方向喷孔93c均以包含气泡积存部97的最外部的方式开口。由此，能够将集中在气泡积存部97的最外部的直径小的微细气泡喷射出来。
上述实施例只不过是用于实施本发明的一例。因此，本发明并不限定于这些实施例，能够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。例如也可以采用图9所示的那种针102。针102具有与外部相通的气体通路102c。气体通路102c可以与气体导入孔38一并设置，或者代替该气体导入孔38地设置。
此外，产生回旋流的螺旋槽不仅可以设在针侧，也可以设在喷嘴体的内壁侧。当然，也可以只在喷嘴体的内壁侧设螺旋槽。
附图标记说明
1、发动机系统；30、40、50、70、90、燃料喷射阀；31、41、51、71、91、喷嘴体；32、52、72、92、102、针；32a、52a、72a、92a、回旋流产生部；32b、52b、72b、92b、螺旋槽；38、58、气体导入孔；39、储气室；33、33a、33b、43、53a、53b、73、93、喷孔；59、多孔质构件；73a、第1缘部；73b、第2缘部；93a、正向喷孔；93b、反向喷孔；93c、交叉方向喷孔；34、54、74、94、座部；35、55、75、95、回旋增速部；36、56、76、96、燃料导入通路。
Claims (6)
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、回旋增速部、气泡积存部、气体导入孔和多孔质的筒状构件，
在所述喷嘴体的前端部具有喷嘴板，在所述喷嘴板设有喷孔，
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置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，
所述回旋增速部设置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，
所述气泡积存部设置在比所述回旋增速部靠下游侧的位置，将在所述回旋增速部通过而产生的气泡贮存起来，
所述气体导入孔向所述回旋增速部导入燃烧室内的已燃气体，
所述多孔质的筒状构件设于所述喷嘴板，从所述喷嘴板向所述回旋增速部延伸，
所述气体导入孔形成在所述筒状构件上，
所述喷孔在所述气泡积存部开口。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述喷孔在所述气泡积存部中的包含距所述针的滑动轴线最远的点的区域开口。
3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，
当在包含所述针的滑动轴线和所述喷孔的轴线的截面上表示所述喷孔的第1缘部和第2缘部时，所述第1缘部与所述气泡积存部中的距所述针的滑动轴线最远的点一致，所述第2缘部位于比所述第1缘部靠所述滑动轴线侧的位置。
4.根据权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述喷孔包含正向喷孔、反向喷孔和交叉方向喷孔中的至少任一方喷孔，所述正向喷孔在沿着由所述回旋流产生部产生的回旋流的回旋方向的方向上延伸，所述反向喷孔在与所述回旋流的回旋方向逆行的方向上延伸，所述交叉方向喷孔在与所述回旋流的回旋方向交叉的方向上延伸。
5.根据权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述喷孔包含反向喷孔和交叉方向喷孔中的至少任一方喷孔，所述反向喷孔在与由所述回旋流产生部产生的回旋流的回旋方向逆行的方向上延伸，所述交叉方向喷孔在与所述回旋流的回旋方向交叉的方向上延伸。
6.根据权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述针在与所述气体导入孔相面对的位置具有储气室。
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