CN103703242B - 燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

提供一种用于内燃机的燃料喷射阀，能够缩短喷雾到达距离。其包括与阀芯相接触来封闭燃料的圆锥形状的阀座面，和形成在上述阀座面上的具有入口开口的多个燃料喷射孔，从上述多个燃料喷射孔喷射的燃料喷雾具有由从至少一个燃料喷射孔喷射的喷雾构成的第一喷雾，和由喷射到上述第一喷雾的外周的多个喷雾构成的第二喷雾，该燃料喷射阀的特征在于：喷射上述第一喷雾的燃料喷射孔构成为，包含连结上述燃料喷射孔的入口的中心和出口的中心的喷孔轴并与燃料喷射阀的中心轴平行的平面，与包含通过上述燃料喷射孔的入口的中心和形成上述阀座面的圆锥形的顶点的直线并包含燃料喷射阀的上述中心轴的平面以比0度大的倾角相交。

Description

燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及汽油发动机等内燃机使用的燃料喷射阀，其通过使阀芯与阀座抵接来防止燃料的泄漏，通过使阀芯离开阀座来进行喷射。

背景技术

可知通过使喷孔的中心轴方向相对于喷嘴本体的中心轴偏心，来使燃料流发生偏流从而使喷雾扩散的燃料喷射阀（参照专利文献1）。该燃料喷射阀中，因为喷孔的中心轴方向相对于喷嘴本体的中心轴偏心，所以在喷嘴本体的内壁面露出的喷孔的入口部分的形状是椭圆形状，与接近正圆的情况相比，能够使进入喷孔内的燃料流发生偏流。成为偏流的燃料在喷孔内成为旋流，能够使在喷孔的出口部分的燃料的喷雾形状成为扩散状态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-107459号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

废气中含有的HC（烃）和炭黑等颗粒状物质因以下原因产生：碰撞附着于缸内的壁面和吸气阀等的燃料在火焰难以传播的状况下成为不完全燃烧状态，或局部变浓。为了抑制它们，需要使喷雾自身缩短从而使喷雾不与缸内的壁面碰撞，以及为了能够使喷雾不与吸气阀等碰撞地分布喷雾，需要使喷雾形状的构成自由度较高。

上述专利文献1公开的燃料喷射阀中，通过使喷孔的中心轴方向相对于喷嘴本体的中心轴偏心，使燃料流发生偏流，由此能够使喷雾扩散。但是，没有关于偏心对燃料流和喷雾造成的影响的充分的描述。此外，关于缸内的喷雾的分布的研究不充足，构成以燃料喷射阀为中心扩散的喷雾，因此存在喷雾与缸内的壁面和吸气阀碰撞附着的可能性。

本发明的目的在于提供一种燃料喷射阀，其在向缸内直接喷射燃料的情况下能够减少附着在吸气阀和缸内壁面的燃料，所以喷雾形状的构成自由度较高，喷雾的到达距离较短。

用于解决技术问题的手段

为了达成上述目的，本发明的燃料喷射阀中，通过对喷雾的到达距离（penetration）容易变长的燃料喷射孔应用下述技术，来抑制喷雾的到达距离，防止向吸气阀和缸内壁面的附着。

即，一种燃料喷射阀，其具备与阀芯相接触来封闭燃料的圆锥形状的阀座面、和在上述阀座面上形成的具有入口开口的多个燃料喷射孔，从上述多个燃料喷射孔喷射的燃料喷雾，具有由从至少一个燃料喷射孔喷射的喷雾构成的第一喷雾，和由向上述第一喷雾的外周喷射的多个喷雾构成的第二喷雾，其中，喷射上述第一喷雾的燃料喷射孔构成为，包含连结上述燃料喷射孔的入口的中心和出口的中心的喷孔轴并与燃料喷射阀的中心轴平行的平面，与包含通过上述燃料喷射孔的入口的中心和形成上述阀座面的圆锥形的顶点的直线并包含燃料喷射阀的上述中心轴的平面以比0度大的倾角相交。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种燃料喷射阀，其能够缩短喷雾的到达距离，同时提高喷雾的分布性（layout），使喷雾不附着于缸内的吸气阀等上，实现提高了排气性能的内燃机。

附图说明

图1是表示本发明的燃料喷射阀的实施例的与燃料喷射阀的中心轴平行的纵截面图。

图2是将本发明的第一实施例的燃料喷射阀的喷嘴前端的附近放大的纵截面图。

图3是本发明的第一实施例的图2的A-A截面图。

图4是表示本发明的第一实施例的燃料喷射孔之一的放大图。

图5是表示本发明的第一实施例的燃料喷射阀的喷雾形状的图。

图6是说明本发明的第一实施例的燃料喷射阀中的燃料喷射孔轴的方向形成的虚拟圆锥的侧面的图。

图7是用于说明本发明的第一实施例的燃料喷射孔扭转角度的效果的图。

图8是表示本发明的第二实施例的燃料喷射阀的燃料喷射孔的结构的图。

图9是表示本发明的第二实施例的燃料喷射阀的喷雾形状的图。

具体实施方式

以下，说明本发明的实施例。

实施例1

对于本发明的第一实施例的燃料喷射阀，以下用图1～图7说明。

图1是作为本发明的燃料喷射阀的示例，表示电磁式燃料喷射阀的示例的、与燃料喷射阀的中心轴平行的纵截面图。图2是将第一实施例的燃料喷射阀的喷嘴体的下端部放大的纵截面图。图3是图2的A-A截面图，是用于说明燃料喷射孔的结构（入口和出口等的位置关系）的放大图。图4是图3中的一个燃料喷射孔的放大图，是用于说明燃料喷射孔附近的流及其效果的放大图。图5是说明第一实施例的燃料喷射阀中的燃料喷射孔轴（也称为喷孔轴）的方向和喷射燃料时形成的喷雾形状的图。图6是说明第一实施例的燃料喷射阀中的燃料喷射孔轴的方向形成的虚拟圆锥的侧面的图。图7是用于说明第一实施例的燃料喷射孔扭转角度的效果的图。

此外，虽然图1所示的电磁式燃料喷射阀100是面向缸内直接喷射式的汽油发动机的电磁式燃料喷射阀的示例，但本发明的效果对于面向气口喷射式的汽油发动机的电磁式燃料喷射阀，和用压电元件或磁致伸缩元件驱动的燃料喷射阀也有效。

《喷射阀基本动作说明》

图1中，燃料从燃料供给口112供给，被供给到燃料喷射阀的内部。图1所示的电磁式燃料喷射阀100是常闭型的电磁驱动式，不对线圈108通电时，阀芯101被弹簧110施力推向封闭部件102，使燃料被封闭。此时，在缸内喷射用的燃料喷射阀中，供给的燃料压强大致是1MPa～35MPa的范围。

图2是将设置在阀芯101的前端的燃料喷射孔201的附近放大的截面图。燃料喷射阀处于闭阀状态时，阀芯101通过与和喷嘴体104通过焊接等接合的封闭部件102上设置的由圆锥面构成的阀座面203抵接而保持燃料的封闭。此时，阀芯101侧的接触部由球面202形成，圆锥面的阀座面203与球面202的接触大致成为线接触的状态。对图1所示的线圈108通电时，在构成电磁阀的磁路的铁芯107、轭109、锚定部106中产生磁通密度，在具有空隙的铁芯107与锚定部106之间产生磁吸引力。磁吸引力比弹簧110的作用力和上述的燃料压强产生的力更大时，阀芯101被引导部件103、阀芯引导部105引导的同时被锚定部106向铁芯107侧吸引，成为开阀状态。

成为开阀状态时，阀座面203与阀芯101的球面202之间产生间隙，开始燃料的喷射。开始燃料的喷射时，作为燃料压强被施加的能量被转换为动能到达燃料喷射孔201被喷射。

《孔配置说明》

接着，对于在封闭部件102上构成的燃料喷射孔201和流入的燃料的效果、喷雾形状及其效果用图3～图7详细说明。

图3是在图2所示的封闭部件102的A-A截面中，除去阀芯101显示，用阀座面203上配置的燃料喷射孔201的入口和出口等详细说明的图。

位于阀座面203上的燃料喷射孔入口304a和燃料喷射孔出口305a的特征在于按以下所示的关系构成。包含连结燃料喷射孔入口304a的中心点302a和阀座面203的顶点301的直线303a以及燃料喷射阀的铅垂方向的中心轴204的平面，与包含连结燃料喷射孔入口304a的中心点302a和燃料喷射孔出口305a的中心点306a的直线307a并与燃料喷射阀的铅垂方向的中心轴204平行的平面以比0度大的角度（具有扭转角308a）相交叉。其中，燃料喷射阀的铅垂方向的中心轴204与喷嘴体104的中心轴一致。上述说明中，说明了302a～307a作为代表性的示例，而本实施例的302b～307b、302c～307c、302d～307d、302e～307e、302f～307f同样为包含连结燃料喷射孔入口的中心点和阀座面的顶点的直线以及燃料喷射阀的铅垂方向的中心轴的平面，与包含连结燃料喷射孔入口的中心点和燃料喷射孔出口的中心点的直线并与燃料喷射阀的铅垂方向的中心轴平行的平面以比0度大的角度相交叉。

本实施例中，按以下方式喷射：由具有燃料喷射孔入口304b和燃料喷射孔出口305b的燃料喷射孔、具有燃料喷射孔入口304d和燃料喷射孔出口305d的燃料喷射孔、和具有燃料喷射孔入口304f和燃料喷射孔出口305f的燃料喷射孔构成第一喷雾，由具有燃料喷射孔入口304a和燃料喷射孔出口305a的燃料喷射孔、具有燃料喷射孔入口304c和燃料喷射孔出口305c的燃料喷射孔、和具有燃料喷射孔入口304e和燃料喷射孔出口305e的燃料喷射孔构成第二喷雾。第二喷雾以包围该第一喷雾的方式喷射到第一喷雾的外周。即，第二喷雾构成第二喷雾的外围喷雾。

本实施例中，第一喷雾和第二喷雾由共同从多个燃料喷射孔喷射的多个喷雾构成，各喷雾独立地分散配置在周向上。此时，通过使喷射构成第一喷雾的各喷雾的燃料喷射孔具有扭转角，能够缩短喷雾的到达距离（penetration），抑制向吸气阀和缸内壁面的附着。

此外，本实施例中使所有的燃料喷射孔都具有扭转角，所以对具有燃料喷射孔入口304a的燃料喷射孔说明了扭转角，但是，使要缩短喷雾的到达距离的具有燃料喷射孔入口304b、304d、304f的各燃料喷射孔具有扭转角，其作用效果与具有燃料喷射孔入口304a的燃料喷射孔是同样的。

《流动情况、效果说明》

用图4～图7说明如上所述地构成燃料喷射孔的作用效果。图4（a）是将燃料喷射孔之一放大，说明燃料喷射孔入口304a中的燃料的流入和流向燃料喷射孔出口305a（未图示的左上方向）的燃料流的图。图4（b）是为了与图4（a）比较，说明以非本实施例的方式构成燃料喷射孔的情况下的流的状态的图。图5是说明本实施例的燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的图。图6是说明本实施例的燃料喷射孔轴构成的虚拟圆锥面的图。图7是说明扭转角对燃料喷雾的到达距离造成的影响的图。

图4（a）中，如燃料喷射孔入口304a所示，包含连结阀座面的顶点301（未图示的右下方向）和燃料喷射孔入口304a的中心点302a的直线303a以及燃料喷射阀的铅垂方向的中心轴的平面，与包含连结燃料喷射孔入口304a的中心点302a和燃料喷射孔出口305a的中心点306a（未图示的左上方向）的直线307a并与燃料喷射阀的铅垂方向的中心轴平行的平面以扭转角308a相交叉的情况下，燃料如下所述地流动。流向燃料喷射孔入口304a的燃料流410在燃料喷射孔入口304a构成向直线307a方向扭转的流411，作为燃料喷射孔内的流412向未图示的燃料喷射孔出口305a流动。在该燃料喷射孔入口304a中，燃料扭转时在燃料喷射孔内被挤压，流速分布变化，从无偏的流速分布410’成为有偏的流速分布412’。该有偏的流从燃料喷射孔出口305a喷射构成图5所示的喷雾501a。从燃料喷射孔201喷射时，上述通过扭转使流速分布有偏的燃料，与不扭转的流速分布无偏的情况（以下说明的422’）相比，在因扭转而使流速分布发生偏置的方向413上也具有速度成分，从燃料喷射孔喷射后易于扩散，将多个燃料喷射孔出口305a周边的空气卷入喷雾内，空气与燃料的抗剪力（抵抗力）增加，能够缩短燃料喷雾的到达距离。

例如，如图4（b）所示的燃料喷射孔404所示，包含连结阀座面的顶点301（图示的右下方向）和燃料喷射孔的入口的中心点402的直线403以及燃料喷射阀的铅垂方向的中心轴204的平面，与包含连结燃料喷射孔的入口的中心点402和燃料喷射孔的出口的中心点（未图示的左上方向）的直线407并与燃料喷射阀的铅垂方向的中心轴204平行的平面一致（即扭转角为0度）的情况下，流入的燃料420的流速分布420’成为在燃料喷射孔内流动的流422，而流速分布422’没有变化。该情况下，燃料流无偏，所以喷射的燃料难以扩散，喷射后也不能将多个燃料喷射孔出口周边的空气卷入喷雾内，与空气的抗剪力较小，燃料喷雾的到达距离变长。

图7中表示了以扭转角为横轴、以喷雾的到达距离为纵轴的关系线701。本实施例中获得的效果源于燃料流速因在燃料喷射孔的入口的扭转使流速分布有偏而发生的现象。因此，在产生燃料喷射孔的开孔位置误差程度的差的情况下，结构上燃料喷射孔中构成细微的扭转角，但是发生的小的扰乱不能获得效果，所以存在喷雾的到达距离不变的区域702，施加一定以上的扭转角之后如703所示喷雾到达距离缩短。此外，可知优选该扭转角为5度以上。

上述说明是关于燃料喷射孔入口304a的记载，而各燃料喷射孔入口304b～304f也具有同样的作用效果，来自燃料喷射孔出口305b～305f的喷雾501b～501f的喷雾到达距离也缩短。

此外，本实施例中连结燃料喷射孔的入口的中心和出口的中心的直线307a～307f如下所述地构成。连结燃料喷射孔的入口的中心和出口的中心的直线307a、307c、307e沿着在燃料喷射阀204上具有顶点地构成的虚拟圆锥面602地配置，连结燃料喷射孔的入口的中心和出口的中心的直线307b、307d、307f沿着在燃料喷射阀的中心轴204上具有顶点地构成的虚拟圆锥面601地配置，连结各燃料喷射孔的入口的中心和出口的中心的各直线沿着两个虚拟圆锥面中的某一方的虚拟圆锥面地构成。由此能够构成多样的喷雾形状，使内燃机喷射燃料时的分布性变得优秀。本实施例中，虚拟圆锥面是两个，但也可以使连结各燃料喷射孔的入口的中心和出口的中心的各直线（以下也称为燃料喷射孔轴、或仅称为喷孔轴）沿着三个以上虚拟圆锥面中的某一个虚拟圆锥面构成。此外，也可以使虚拟圆锥面601、602的顶点从燃料喷射阀的中心轴204上适当偏离，由此能够进一步提高燃料喷雾的分布性。

本实施例中，使相对于图5的喷雾对称轴502成对的喷雾501b和501f、501c和501e所对应的扭转角308b和308f、308c和308e相等，由此，喷雾的到达距离成为相同程度，喷雾形状的对称性提高因而更好。

此外，本实施例中，设想了对内燃机喷射燃料的情况，通过使到内燃机内缸内上下面、侧面的距离和扭转角308a～308f成比例地构成，在到内燃机部件的距离较短的情况下增大作为对象的燃料喷射孔的扭转角，使喷雾的到达距离与其他相比更短，能够在内燃机内使喷雾不与部件碰撞地喷射因而更好。

本实施例中，说明了燃料喷射孔201是圆筒状的情况，而燃料喷射孔朝向出口呈直线地或具有曲率地放大缩小的情况下，也可以获得同样的作用效果，不损害本实施例的效果。此外，本实施例中位于座面的燃料喷射孔入口304a～304f到燃料喷射阀的中心轴204等距离地以大致等间隔地构成，但各燃料喷射孔入口到燃料喷射阀中心轴204的距离、燃料喷射孔之间的间隔不同也不损害本实施例的作用效果。此外，本实施例中说明了燃料喷射孔的数量是6个，但燃料喷射孔数量不同的情况下也具有同样的作用效果，不损害效果。同样，以相同的燃料喷射孔数量构成不同的喷雾形状的情况下也不损害通过本发明获得的作用效果。

实施例2

对于本发明的第二实施例的燃料喷射阀，以下用图8、图9说明。图8是表示本实施例的燃料喷射阀的燃料喷射孔的结构的纵截面图，与图3分配相同编号的部分是与实施例1具有相同或相等的功能的部件，省略说明。图9是表示用本实施例构成的喷雾形状的图。

与第一实施例的不同点在于，与连结燃料喷射孔的入口中心和出口中心的直线307a’所对应的喷雾901a在中央侧喷射，与其他连结燃料喷射孔的入口的中心点和出口的中心点的直线307b’～307g’分别对应的喷雾901b～901g以包围边缘的方式喷射。即，喷雾901b～901g构成喷雾901a的外围喷雾。

根据这样的结构，喷雾901a被边缘的喷雾901b～901g包围，所以不容易受到空气阻力，存在喷雾的到达距离延长的情况。但是，根据本实施例，从包含燃料喷雾的对称轴903和燃料喷射阀的中心轴204（向贯通纸面的方向延伸）的平面到燃料喷射孔入口的中心302a’具有距离。由此，包含连结燃料喷射孔的入口的中心点302a’和阀座面203的顶点301的直线303a’以及燃料喷射阀的铅垂方向的中心轴204的平面，与包含连结燃料喷射孔的入口的中心点302a’和燃料喷射孔的出口的中心点306a’的直线307a’并与燃料喷射阀的铅垂方向的中心轴204平行的平面构成扭转角308a’，所以能够通过与实施例1同样的机制缩短喷雾的到达距离。因为燃料喷射孔的数量与实施例1相比更多，所以能够减小喷射与实施例1同等的燃料流量的情况下的燃料喷射孔径，促进燃料喷雾的微粒化。

本实施例中，喷雾901a构成第一喷雾，喷雾901b、901c、901d、901e、901f、901g构成第二喷雾。本实施例中，第一喷雾由从一个燃料喷射孔喷射的一个喷雾构成，第二喷雾由从多个燃料喷射孔喷射的多个喷雾构成，各喷雾独立地分散配置在周向上。此时，对于喷射构成第一喷雾的喷雾901a的燃料喷射孔，使其具有扭转角，能够缩短喷雾901a的到达距离（penetration），抑制向吸气阀和缸内壁面的附着。

本实施例中，说明了燃料喷射孔是圆筒状的情况，而燃料喷射孔朝向出口呈直线地或具有曲率地放大缩小的情况下，也可以获得同样的作用效果，不损害本实施例的效果。此外，本实施例中位于座面的燃料喷射孔入口到燃料喷射阀的中心轴等距离地以大致等间隔地构成，但各燃料喷射孔入口到燃料喷射阀中心轴的距离、燃料喷射孔之间的间隔不同也不损害本实施例的作用效果。此外，即使本实施例中构成的喷雾形状不同也不损害通过本发明获得的作用效果。

符号说明

101阀芯

102封闭部件

103引导部件

104喷嘴体

105阀芯引导部

106锚定部

107磁芯

108线圈

109轭

110施力弹簧

111连接器

112燃料供给口

201燃料喷射孔

202阀芯的球面

203阀座面

204燃料喷射阀的铅垂方向的中心轴

301阀座面的顶点

302a～302f燃料喷射孔入口中心点

303a～303f连结燃料喷射阀中心轴与燃料喷射孔入口中心的直线

304a～304f燃料喷射孔入口

305a～305f燃料喷射孔出口

306a～306f燃料喷射孔出口中心点

307a～307f连结燃料喷射孔入口中心与出口中心的直线

308a～308f扭转角

410、420流入燃料喷射孔前的燃料流

411、421燃料喷射孔入口部的燃料流

412、422燃料喷射孔内的燃料流

501a～501f、901a～901g喷雾

502喷雾对称轴

601、602虚拟圆锥面

701扭转角与喷雾到达距离的关系线

Claims (6)

1.一种燃料喷射阀，其包括与阀芯相接触来封闭燃料的圆锥形状的阀座面，和形成在所述阀座面上的具有入口开口的多个燃料喷射孔，从所述多个燃料喷射孔喷射的燃料喷雾具有由从至少一个燃料喷射孔喷射的喷雾构成的第一喷雾，和由喷射到所述第一喷雾的外周的多个喷雾构成的第二喷雾，该燃料喷射阀的特征在于：

喷射所述第一喷雾的燃料喷射孔构成为，包含连结所述燃料喷射孔的入口的中心和出口的中心的喷孔轴并与燃料喷射阀的中心轴平行的平面，与包含通过所述燃料喷射孔的入口的中心和形成所述阀座面的圆锥形的顶点的直线并包含燃料喷射阀的所述中心轴的平面以比0度大的倾角相交，流向所述燃料喷射孔的入口的燃料流在所述燃料喷射孔的入口构成向连结所述燃料喷射孔的入口的中心和出口的中心的直线方向扭转的流，作为所述燃料喷射孔内的流向所述燃料喷射孔的出口流动，在所述燃料喷射孔的入口中，燃料扭转时在所述燃料喷射孔内被挤压，流速分布变化，从无偏的流速分布成为有偏的流速分布。

2.如权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于：

所述第二喷雾沿着一个虚拟圆锥面喷射。

3.如权利要求2所述的燃料喷射阀，其特征在于：

所述第二喷雾的从各燃料喷射孔喷射的各喷雾在周向上分散地喷射。

4.如权利要求3所述的燃料喷射阀，其特征在于：

所述第一喷雾由从多个燃料喷射孔喷射的多个喷雾构成。

5.如权利要求4所述的燃料喷射阀，其特征在于：

构成所述第一喷雾的多个喷雾沿着与所述虚拟圆锥面不同的虚拟圆锥面在周向上分散地喷射。

6.如权利要求3所述的燃料喷射阀，其特征在于：

喷射所述第一喷雾的燃料喷射孔的入口开口的中心与将所述第二喷雾对称地分为两部分的对称面分离而不相接触。