CN104879256B - 燃料喷射器 - Google Patents

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Abstract

燃料喷射器具有筒形喷嘴体(2)、喷嘴针状件(3)、压力室(5)和喷射通道(4)。喷射通道(4)包括第一孔(41)和第二孔(42)。第一喷嘴孔出口(412)的外周(413)与接触点(423)之间的相对于第一孔(41)的轴向中心线(AX1)的最小垂直距离限定为垂直距离R。第一喷嘴孔出口(412)与接触点(423)之间的相对于第一孔(41)的轴向中心线(AX1)的最小轴向距离限定为轴向距离L。第一喷嘴孔(41)的轴向中心线(AX1)与燃料喷雾的外周线(Se1)之间的角度限定为喷射角度θ。垂直距离R、轴向距离L和喷射角度θ满足公式:R/(L×tanθ)>6.0。

Description

燃料喷射器
技术领域
本发明涉及一种将燃料喷射到内燃机的汽缸中的燃料喷射器。
背景技术
JP2006-510849A(US2006-0226263A1、DE10325289A1、CN1798920A)公开了一种燃料喷射器、特别是用于将燃料直接喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射器。燃料喷射器具有阀闭合元件,所述阀闭合元件与形成在阀座体上的阀座表面协作以形成密封阀座。燃料喷射器包括设置在密封阀座下游的至少一个喷雾排放喷孔。喷雾排放喷孔具有布置在其排放侧端部处的引导区域和排出区域。排出区域从引导区域到排出区域的过渡起以通过至少一个第一台阶的台阶状的方式和/或至少部分连续地加宽。从引导区域在过渡处出现并且以射束角基本上均匀地加宽的燃料射束在一个距离后以间隙的间隙尺寸通过排出区域的排放侧端部。所述间隙尺寸大于零并且在排出区域中在燃料射束与排出区域的内壁之间保留第一容积。
在常规的燃料喷射器中,当燃料喷雾的压力低于特定值时,燃料喷雾被形成以抑制填隙。然而,当燃料喷雾的压力高于特定值时,燃料喷雾被吸引到喷射器体的内壁面。燃料可能附着到内壁面。
发明内容
本发明的目的是提出一种能够抑制填隙和燃料喷雾形状的不稳定性的燃料喷射器。
根据本发明,燃料喷射器具有:筒形喷嘴体;在筒形喷嘴体中轴向移动的喷嘴针状件;限定在喷嘴针状件与筒形喷嘴体之间、用于在此接收燃料的压力室;以及限定在喷嘴体中以流体地连接压力室和内燃机的汽缸的喷射通道。压力室中的燃料作为燃料喷雾喷射到汽缸中。喷射通道具有开口到压力室的第一孔和开口到汽缸的第二孔。第二孔的内直径大于第一孔的内直径。燃料喷雾的外周线与第二孔的内壁在接触点处一致。第一喷嘴孔出口的外周和接触点之间的相对于第一孔的轴向中心线的最小垂直距离限定为垂直距离R。第一喷嘴孔出口与接触点之间的相对于第一孔的轴向中心线的最小轴向距离限定为轴向距离L。第一喷嘴孔的轴向中心线与燃料喷雾的外周线之间的角度限定为喷射角度θ。垂直距离R、轴向距离L和喷射角度θ满足公式:R/(L×tanθ)>6.0。
根据本发明,能够抑制燃料喷雾的填隙和不稳定性。
附图说明
从下面的参考附图作出的详细说明中,本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中:
图1是示出根据第一实施例的燃料喷射器的纵向截面图;
图2是示出根据第一实施例的燃料喷射器的顶端部的放大截面图;
图3是示意性地示出根据第一实施例的喷射通道的放大截面图;
图4是示出实验结果的图;
图5是示出喷射角度θ与特征值X之间的相关性的图;
图6是示意性地示出根据第二实施例的喷射通道的放大截面图;
图7是示意性地示出根据第三实施例的喷射通道的放大截面图;
图8是示意性地示出根据第一变体的喷射通道的放大截面图;和
图9是示意性地示出根据第二变体的喷射通道的放大截面图。
具体实施方式
在下文中,将描述本发明的实施例。在每个实施例中,相同的部分或部件通过相同的附图标记表示并且不再重复相同的描述。
(第一实施例)
参考图1至图4,将在下文中说明第一实施例的燃料喷射器1。
燃料喷射器1具有喷嘴体2、喷嘴针状件3和压力控制部10。压力控制部10控制限定在喷嘴体2与喷嘴针状件3之间的压力室5中的压力,从而喷嘴针状件3向上和向下移动。
喷嘴体2是筒形状的并且由含铁材料制成。喷嘴体2限定其中的空间。喷嘴针状件3容纳在所述空间中。压力室5限定在喷嘴针状件3与喷嘴体2之间。压力控制部布置在喷嘴体2的基端处。袋状部21形成在喷嘴体2的顶端处。袋状部21具有使得压力室5与内燃机的燃烧室(未示出)连通的喷射通道4。喷嘴体2具有底座部21,喷嘴针状件3被带至接触所述底座部21。
喷嘴针状件3是在其外表面上具有三个凹部31的柱状件。每个凹部31在喷嘴针状件3的轴向方向上延伸。燃料通过凹部31从喷嘴体2的底端流到顶端。喷嘴针状件3具有环形垫片6。压力控制部10的筒体11被设置到喷嘴针状件3的基端。第一弹簧71以此方式设置在垫片6与筒体之间以将喷嘴针状件3朝向其顶端偏压。
压力控制部10包括筒体11、喷孔板8和第二弹簧72。喷嘴针状件3的基端和喷孔板8布置在筒体11的内侧。喷孔板8具有喷孔81。喷孔81与从共轨(未示出)延伸的燃料通道相连通。通过喷孔81的燃料量通过设置在燃料通道中的电磁阀调节。
第二弹簧72设置在喷孔板8与喷嘴针状件3之间。第二弹簧72将喷孔板8朝向喷嘴体2的基端偏压。而且,控制室9限定在筒体11、喷孔板8以及喷嘴针状件3之间。燃料通过喷孔81引入控制室9中。通过由电磁阀调节燃料量而控制控制室9中的压力。
当燃料较少地引入控制室9中时,控制室9中的压力降低。喷嘴针状件3接收压力室5中的燃料压力,从而喷嘴针状件3移动远离底座部21。同时,当燃料流入控制室9中时,控制室9中的压力增大。喷嘴针状件3接收压力室5中的燃料压力和控制室9中的燃料压力,所述压力室5中的燃料压力和控制室9中的燃料压力基本上彼此相等。喷嘴针状件3从第一弹簧71和第二弹簧72接收偏压力以使得喷嘴针状件3被带至接触底座部21。如上所述,喷嘴针状件3的轴向位置通过压力控制部10控制。根据喷嘴针状件3的位置,压力室5和喷射通道4流体地连接到彼此或彼此断开连接。
压力室5形成在喷嘴体2与喷嘴针状件3之间。压力室5与袋状部21的内部连通。燃料从燃料通道入口51流入压力室5中。燃料通道入口51与共轨(未示出)流体地连接。供应的燃料通过凹部31从燃料通道入口51朝向压力室5流动。当喷嘴针状件3移动远离底座部21时,燃料流入袋状部21内部。然后,燃料通过喷射通道4喷射到燃烧室中。
将参考图2和图3详细描述喷射通道4的构造。图3是示出喷射通道4的示意图。喷嘴体2在其顶端处具有多个喷射通道4。喷射通道4围绕喷嘴体2的中心线以规则的间隔布置。因此,袋状部21中的燃料能够均匀地喷射到燃烧室中。喷射通道4的每个相互独立地形成。也就是,每个喷射通道4不干扰其他喷射通道4。
喷射通道4通过沉孔42和喷嘴孔41构造。沉孔42是形成在袋状部21的外表面上的圆形凹部。沉孔42的直径大于喷嘴孔41的直径。因此,台阶表面在沉孔42与喷嘴孔41之间形成在喷射通道4中。喷嘴孔41的一端开口到袋状部21的内部并且喷嘴孔41的另一端开口到沉孔42。沉孔42和袋状部21的内部通过喷嘴孔41彼此流体地连接。喷嘴孔41具有圆形横截面。而且,沉孔42的轴向中心线AX2和喷嘴孔41的轴向中心线AX1彼此重合。喷嘴孔41的直径小于沉孔42的直径。喷嘴孔41对应于第一孔并且沉孔42对应于第二孔。
喷嘴孔41具有从喷嘴孔入口411到喷嘴孔出口412不变的直径。燃料能够在喷嘴孔41中平滑地流动。
通过喷嘴孔41的燃料通过其自身的压力在沉孔42中扩散。扩散的燃料在下文中称为燃料喷雾。
燃料喷雾具有在沉孔42中特定的喷射角度θ1。如图3所示,喷射角度限定在喷嘴孔41的轴向中心线AX2与燃料喷雾的外周线Se1之间。喷射角度θ1根据喷射压力和喷嘴孔41的轴向长度改变。在喷射角度θ1变大时,燃料喷雾的外周线Se1更靠近沉孔42的内壁422。当燃料喷雾扩散程度最大时,燃料喷雾的外周线Se1与沉孔42的内壁422在接触点423处相一致。
相对于轴向中心线AX1的垂直距离“R”是喷嘴孔出口412的外周413与接触点423之间的最小距离。相对于轴向中心线AX1的轴向距离“L”是喷嘴孔出口412与接触点423之间的最小距离。喷嘴孔41和沉孔42以此方式形成以满足以下公式:R/(L×tanθ1)>6.0。
特别地,关于用于柴油发动机的燃料喷射器1,燃料被加压至25MPa-250MPa,由此喷射角度θ1趋向于变得更大。根据该实施例,即使燃料在25MPa-250MPa的压力下喷射,也满足上述公式。
将在下文中参考图3描述第一实施例的燃料喷射器1的优点和操作。
通常,在燃料喷射压力变得更高时,燃料喷雾的扩散力变得更大。因此,喷射角度θ1也变得更大。外周线Se1与接触点423之间的距离变得更短。当外周线Se1与接触点423之间的距离变短时,在燃料喷雾与沉孔42的内壁422之间产生康达(Coanda)效应。由于康达效应,燃料喷雾被朝向内壁422吸引。燃料喷雾的形状改变。图3示出燃料喷雾的外周线Se2。在外周线Se1与接触点423之间的距离变得更短时,康达效应更大程度地产生。燃料喷雾被更大程度地朝向接触点423吸引。由于喷射通道4的直径非常小,由于康达效应,外周线Se1被吸引到接触点423。
康达效应可以导致以下现象。燃料喷雾被朝向沉孔42的内壁422吸引并且燃料喷雾的一部分保留在沉孔42中。燃料喷雾被容易地带至接触沉孔42的内壁422。沉孔42具有空间421,没有燃料喷雾通过所述空间421。燃料的漩涡在空间421中产生。漩涡使得保留的燃料喷雾流出。当保留的燃料量变得大于流出的燃料量时,燃料的一部分继续保留在空间421中。燃料可能附着到喷射通道4,这被称为填隙(caulking)。当燃料喷雾由于康达效应朝向内壁422吸引时,燃料喷雾的形状将改变。燃料喷雾的渗透力和不溶性在燃烧室中变化。
鉴于上述现象,本发明人已经发现喷射通道4的特定尺寸能够有效地限制康达效应。当比值R/L变得小于特定值时,则产生康达效应。因此,根据该实施例,比值R/L大于特定值以限制康达效应。能够抑制喷射通道4中的填隙。能够抑制燃料喷雾形状的不稳定性。
图4和图5是示出用于说明该实施例的效果的实验结果的图。实验分别关于具有喷射通道4和沉孔42的燃料喷射器“A”至“H”进行。燃料喷射压力Pr从25MPa变化至250MPa。关于燃料喷射器“A”至“H”的每一个进行实验“测试1”至“测试4”。如图5所示,燃料喷射器“A”至“H”的每个具有其自身的距离“R”和“L”。在每个实验中,测量喷射角度θ以计算“R/L×tanθ”。在下文中,“R/L×tanθ”的值称为特征值X。实验“测试1”至“测试4”以此顺序进行。在实验“测试1”中,燃料喷射压力Pr是在各个实验中最低的。燃料喷射压力Pr随同实验“测试1”至“测试4”的顺序增大。也就是,在实验“测试4”中,燃料喷射压力Pr是在各个实验中最高的。
在燃料喷射压力Pr更高时,喷射角度θ变得更大。然而,关于燃料喷射器“A”、“B”、“C”、“D”和“G”,在“测试3”中的喷射角度θ小于在“测试2”中的喷射角度θ。关于燃料喷射器“A”、“C”和“D”,在每个实验“测试1”至“测试4”中不存在填隙。另一方面,关于燃料喷射器“G”和“H”,在每个实验“测试1”至“测试4”中不存在填隙。关于燃料喷射器“B”,在“测试3”和“测试4”中不存在填隙,然而在“测试1”和“测试2”中存在填隙。关于燃料喷射器“E”和“F”,在“测试1”和“测试2”中不存在填隙,然而在“测试3”中存在填隙。
基于如图4所示的实验结果得到喷射角度θ与特征值X之间的相关性。图5示出近似的线Nr。当特征值X小于特定值时,喷射角度θ变大。当特征值X大于特定值时,喷射角度θ不变大。认为燃料喷雾不被朝向沉孔42的内壁422吸引并且限制了康达效应。根据实验结果,当特征值X大于或等于阈值“Th”时,则限制康达效应。也就是,当特征值X大于或等于6.0时,限制了康达效应,从而能够不使得喷射角度θ较大而抑制填隙。喷射角度θ收敛于特定的角度。能够使得燃料喷雾的形状稳定。
如上所述,燃料喷射器被构造以使得特征值X大于或等于6.0。能够抑制康达效应。能够避免燃料附着到沉孔42的内壁422。喷射角度不显著地变化。因此,能够抑制喷射通道中的填隙并且能够抑制燃料喷雾形状的不稳定性。
根据该实施例,燃料喷射器1具有满足上述公式:R/(L×tanθ1)>6.0的喷射通道4。
即使燃料压力高,也限制了燃料喷雾被吸引到沉孔42的内壁422。能够有效地抑制填隙。燃料喷雾形状被使得稳定并且能够有效地进行燃烧。
而且,在该实施例中,多个喷射通道4形成在喷嘴体2中。每个喷射通道4的沉孔42被形成以使得喷射通道4不流体地连接到彼此。也就是,每个喷射通道4不干扰其他喷射通道4。从而,能够抑制喷嘴体2的机械强度由于沉孔42而降低。而且,由于每个喷射通道4不干扰其他喷射通道4,能够抑制燃料喷雾彼此碰撞。不会扰乱燃料喷雾的形状。
而且,在该实施例中,喷嘴孔入口411的直径等于喷嘴孔出口412的直径。喷射通道4中燃料的流动速度增大。为此,燃料通道4中的燃料流动可能成为湍流。然而,根据该实施例,由于喷嘴孔41的内直径是恒定的,喷嘴孔41中的燃料流动成为层流。燃料喷雾的形状能够是稳定的。
沉孔42的轴向中心线AX1和喷嘴孔41的轴向中心线AX2彼此重合。因此,沉孔42能够容易地形成以满足上述公式。
(第二实施例)
将在下文中描述第二实施例。在第二实施例中,如图6所示,喷嘴孔43的构造不同于第一实施例。图6是说明喷射通道4的示意图。
喷嘴孔入口411的内直径大于喷嘴孔出口412的内直径。喷嘴孔43的内直径从喷嘴孔入口411朝向喷嘴孔出口412逐渐减小。垂直距离“R”、轴向距离“L”、喷射角度θ2被限定以满足以下公式:R/(L×tanθ2)>6。
能够抑制喷射通道4中的填隙。能够抑制燃料喷雾形状的不稳定性。
而且,由于喷嘴孔43的内直径从喷嘴孔入口411朝向喷嘴孔出口412逐渐增大,燃料的流动速度在喷射通道4中增大。从而,增大了燃料喷雾的渗透力。
(第三实施例)
将在下文中描述第三实施例。在第三实施例中,如图7所示,沉孔44的构造不同于第一实施例。图7是说明喷射通道4的示意图。
沉孔44的轴向中心线AX2偏离喷嘴孔44的轴向中心线AX1。由于燃料喷雾的中心线偏离沉孔44的中心线,燃料喷雾的外直径不同于沉孔44的内直径。接触点423存在于沉孔44的内壁422上。能够抑制喷射通道4中的填隙并且能够抑制燃料喷雾形状的不稳定性。
(其他实施例)
本发明不限于上述实施例,而是可以通过其他方式实施而不离开本发明的精神。图8和图9是说明喷射通道4的示意图。
图8示出第一变体,其中内壁422的内直径朝向喷射通道4的出口逐渐增大。喷射通道4被构造以满足公式:R/(L×tanθ4)>6.0。
图9示出第二变体,其中喷射通道4具有三个沉孔142、242、342,所述三个沉孔的内直径彼此不同。接触点423存在于第一沉孔142与第二沉孔242之间。
第一沉孔142被构造以满足以下公式:R/(L×tanθ5)>6.0。
而且,根据第三变体,喷嘴孔41和沉孔42中的任何一个可以是椭圆形。

Claims (7)

1.一种燃料喷射器,其特征在于,所述燃料喷射器包括:
筒形喷嘴体(2);
在所述筒形喷嘴体中轴向移动的喷嘴针状件(3);
限定在所述喷嘴针状件与所述筒形喷嘴体之间用于在其中接收燃料的压力室(5);和
限定在所述喷嘴体中以流体地连接所述压力室和内燃机的汽缸的喷射通道(4),其中
在所述压力室中的燃料作为燃料喷雾喷射到所述汽缸中,
所述喷射通道(4)具有开口到所述压力室(5)的第一孔(41)和开口到所述汽缸的第二孔(42);
所述第二孔(42)的内直径大于所述第一孔(41)的内直径,
当燃料喷雾扩散程度最大时,所述燃料喷雾的外周线(Se1)与所述第二孔(42)的内壁(422)在接触点(423)处一致,
在第一喷嘴孔出口(412)的外周(413)与所述接触点(423)之间相对于所述第一孔(41)的轴向中心线(AX1)的最小垂直距离限定为垂直距离R,
在所述第一喷嘴孔出口(412)与所述接触点(423)之间相对于所述第一孔(41)的轴向中心线(AX1)的最小轴向距离限定为轴向距离L,
所述第一喷嘴孔(41)的轴向中心线(AX1)与所述燃料喷雾的所述外周线(Se1)之间的角度限定为喷射角度θ,和
所述垂直距离R、所述轴向距离L和所述喷射角度θ满足公式:R/(L×tanθ)>6.0。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器,其中
所述压力室(5)中的燃料的压力Pr满足25Mpa≤Pr≤250MPa。
3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器,其中
所述筒形喷嘴体(2)具有多个喷射通道(4),和
每个喷射通道的所述第二孔(42)不与其他第二孔(42)流体地连接。
4.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器,其中
所述第一孔(41)具有喷嘴孔入口(411)和喷嘴孔出口(412),和
所述喷嘴孔入口(411)的内直径等于所述喷嘴孔出口(412)的内直径。
5.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器,其中
所述第一孔(41)具有喷嘴孔入口(411)和喷嘴孔出口(412),并且
所述喷嘴孔入口(411)的内直径大于所述喷嘴孔出口(412)的内直径。
6.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器,其中
所述第二孔(42)的内壁(422)平行于所述第一孔(41)的所述轴向中心线(AX1)形成。
7.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器,其中
所述第二孔的轴向中心线(AX2)偏离所述第一孔的所述轴向中心线(AX1)。
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