CN105121833B - 燃料喷射阀 - Google Patents

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Abstract

本发明的燃料喷射阀由于在上游侧的第一喷孔板设置扩大部，因而允许喷孔部的位置偏差，无需确保上游侧喷孔出口部的内径侧周边与下游侧喷孔入口部的内径侧周边之间的径向尺寸，能将下游侧的第二喷孔板的板厚抑制在最小限度，喷孔板体与阀座之间的焊接性得以提高。

Description

燃料喷射阀
技术领域
本发明涉及一种内燃机中使用的燃料喷射阀，尤其涉及具备设置在阀座的下游侧且由两枚喷孔板层叠而成的喷孔板体的燃料喷射阀。
背景技术
近年来，由于汽车的内燃机等的废气排放限制进一步加强，要求从燃料喷射阀喷射出的燃料喷雾进一步微粒化。
特别针对燃料喷雾的微粒化进行了各种探讨。
例如已知一种燃料喷射阀，在该燃料喷射阀中，利用层叠的上游侧板和下游侧板形成喷孔板，形成于上游侧板的上游侧喷孔的内径侧内壁面与形成于下游侧板的下游侧喷孔的内径侧内壁面连续地形成，上游侧喷孔中的至少外径侧的内壁面上形成有将燃料流引导向下游侧喷孔的内径侧内壁面的引导部(参照专利文献1)。
该燃料喷射阀中，到达上游侧喷孔的入口侧开口边缘的外径侧内壁面附近的燃料受到引导部的引导作用而被引导向下游侧喷孔的内径侧内壁面，由此沿着下游侧喷孔的内壁面而液膜化，且通过喷射而微粒化。
此外，还已知一种燃料喷射阀，在该燃料喷射阀中，在下游侧的喷孔板上形成有与形成在上游侧喷孔板上的多个第一圆柱状孔一对一连通的第二圆柱状孔，第二圆柱状孔分别具有比第一圆柱状孔要大的孔径，且相对于第一圆柱状孔以规定角度倾斜。
该燃料喷射阀中，通过第一圆柱状孔的燃料液体与倾斜的第二圆柱状孔的内壁面可靠地碰撞，在第二圆柱状孔的内壁面上向周向两侧扩散，并成为沿着内壁面的较薄的液膜状而喷出，从而微粒化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2005-127186号公报
专利文献2：日本专利特开2004-169572号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在上述专利文献1所记载的燃料喷射阀中，以上游侧喷孔和下游侧喷孔各自的内径侧内壁面连续为前提，但实际上，由于喷孔直径的尺寸偏差、喷孔加工位置的偏差、上游侧板与下游侧板彼此的位置偏差等因素，存在着在加工时难以使各个内径侧内壁面连续的问题。
并且，特别是在上游侧喷孔的内径侧内壁面相对于下游侧喷孔的内径侧内壁面在径向内侧方向上偏移的情况下，会变成上游侧喷孔的一部分堵塞的形状，从而对喷射量造成影响。
此外，在高温负压的环境下，在从流路被缩小的阀座底座部下游到上游侧喷孔之间会产生减压沸腾，变成气液二相流，因此通过下游侧喷孔时的压力损耗相比液体单相流时有所增加，喷射量有降低的趋势。
并且，若上游侧喷孔较长，则压力损耗会进一步增大，因此因环境而引起的喷射量的变化变大。
因此，想要在缩短上游侧喷孔时减小上游侧板的板厚，但若上游侧板过薄，则在对阀座与上游侧板之间进行焊接时的热影响会导致上游侧板的从焊接部起的内径侧向从下游侧板浮起的方向变形。
将该变形控制在一定程度较为困难，且上游侧喷孔的形状也会随之产生偏差，因此存在每个样品的喷射角、喷雾角、喷雾粒径存在偏差的问题。
在上述专利文献2所记载的燃料喷射阀中，以不同的倾斜角构成两个喷孔，即使不一定要使内径侧内壁面连续，也会形成沿着下游侧喷孔的内壁面的流动。
然而，为了防止上述喷孔的干扰引起的流量降低，需要确保上游侧喷孔出口部的内径侧周边与下游侧喷孔入口部的内径侧周边之间的径向尺寸，通过上游侧喷孔的燃料沿着下游侧喷孔内壁流动的长度会缩短与该尺寸相应的量，若变得过短，则燃料会在液膜沿着下游侧喷孔内壁扩散前就被喷射，从而阻碍微粒化。
在将下游侧板加厚以作为消除上述问题的对策的情况下，将阀座与上游侧的喷孔板以及下游侧的喷孔板焊接的深度会随之变深，需要相应地提高热源的输出。
其结果，存在上述上游侧喷孔板产生变形的问题、以及阀座与阀体的抵接部变形使得阀油密性变差的问题。
本发明的课题在于解决由层叠的喷孔板构成的喷孔板体中可能发生的上述问题，其目的在于获得一种能实现稳定的喷射量、均匀的喷射角、喷雾角、喷雾粒径等的燃料喷射阀。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的燃料喷射阀包括：阀座；与该阀座相对设置并能沿着中心轴线往返运动的阀体；以及通过焊接固定于所述阀座并形成有多个喷孔的喷孔板体，燃料通过所述阀座与所述阀体的间隙从所述喷孔喷射而出，
所述喷孔板体由第一喷孔板以及第二喷孔板构成，该第一喷孔板具有第一喷孔部以及与该第一喷孔部连通的扩大部，该第二喷孔板在下游侧层叠于该第一喷孔板并与扩大部连通，并且具有从扩大部起沿着下游侧向远离所述中心轴线的方向倾斜的第二喷孔部，
所述第二喷孔部的内径侧内壁面的至少一部分收纳在所述第一喷孔部的投影面内，
所述第一喷孔部的出口侧开口部包含在所述扩大部的入口侧开口部内，
所述第一喷孔部的所述燃料的最小流路面积与所述第二喷孔部的最小流路面积以及所述扩大部的入口侧开口部的最小流路面积相同或更小，并且比所述扩大部的最小流路面积小。
发明效果
本发明的燃料喷射阀中，由于第二喷孔部的内径侧内壁面的至少一部分收纳在第一喷孔部的投影面内，因此通过第一喷孔部的燃料被推向第二喷孔部的内壁面，从而薄膜化，由此能实现喷射后的微粒化。
此外，由于第一喷孔部的出口侧开口部包含在扩大部的入口侧开口部内，第一喷孔部的燃料的最小流路面积与第二喷孔部的最小流路面积、扩大部的入口侧开口部的最小流路面积相同或更小，且比所述扩大部的最小流路面积小，因此能抑制加工时的尺寸偏差导致第一喷孔部与第二喷孔部发生干涉从而导致喷射量降低的情况。
此外，由于设置了扩大部，因而允许喷孔部的位置偏差，从而无需确保上游侧喷孔出口部的内径侧周边与下游侧喷孔入口部的内径侧周边之间的径向尺寸，能将下游侧的第二喷孔板的板厚抑制在最小限度，因此喷孔板体与阀座之间的焊接性得以提高。
此外，由于第一喷孔板的下游侧形成有扩大部，能在不减薄第一喷孔板的板厚的情况下缩短第一喷孔部，因此能确保对阀座与喷孔板体进行焊接时第一喷孔板不产生变形这一程度的板厚，并能抑制第一喷孔部内的压力、温度等环境的变化引起的喷射量的降低。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的燃料喷射阀的剖视图。
图2是表示图1的燃料喷射阀的主要部分的放大图。
图3是沿图2的喷孔板体的III-III线的向视主视图。
图4是表示图2的喷孔的立体图。
图5是表示图2的第一喷孔部及第二喷孔部的相对位置产生偏移时的喷孔的立体图。
图6是表示本发明实施方式2的燃料喷射阀的主要部分的剖视图。
图7是沿图6的喷孔板体的VII-VII线的向视主视图。
图8是表示图6的B部位的放大图。
图9是表示图6的燃料喷射阀中(t-h)/D1与喷射后的燃料粒径的关系的特性图。
图10是表示本发明实施方式3的燃料喷射阀的主要部分的剖视图。
图11是表示本发明实施方式4的燃料喷射阀的主要部分的剖视图。
图12是表示图11的C部位的放大图。
图13是表示本发明实施方式5的燃料喷射阀的主要部分的剖视图。
图14是表示本发明实施方式6的燃料喷射阀的主要部分的剖视图。
具体实施方式
下面，基于附图说明本发明的各实施方式的燃料喷射阀，对各图中的相同或者相当的构件、部位，标注相同的标号进行说明。
实施方式1
图1是表示本发明的实施方式1的燃料喷射阀1的剖视图，图2是表示图1的燃料喷射阀1的前端部的放大图。
该燃料喷射阀1包括螺线管(solenoid)装置2、通过螺线管装置2的驱动来动作的阀装置7、以及覆盖螺线管装置2以及阀装置7的壳体20。
螺线管装置2包括：作为磁回路的磁轭部分的外壳3；设置在该外壳3内侧的圆筒形的铁心4；将该铁心4包围的线圈5；以能与铁心4的下端面4a接触或分离的方式设置在铁心4的下游侧的圆筒形的电枢6；收纳在铁心4内的压缩弹簧14；以及与线圈5电连接且前端部露出到外部的连接器21。
阀装置7包括：在前端部具有球形部13的筒形的阀体8；压入并焊接到铁心4下侧的外周侧面的圆筒形的阀主体9；压入到该阀主体9的下端部的阀座10；以及通过在焊接部11a进行焊接而与该阀座10的下游侧端面进行面接合的喷孔板体11。通过焊接部11a与喷孔板体11成为一体的阀座10在从阀主体9的下游侧端部被压入内部之后，通过在喷孔板体11的弯曲的外周边部的焊接部11b进行焊接而与阀主体9相结合。
喷孔板体11中，沿着周向并隔开间隔形成有贯穿板厚方向的多个喷孔12。
阀座10具有内径沿着下游侧减小的底座面10a。
如图3所示，喷孔12沿着假想圆15在周向上以等分间隔而形成，该假想圆15是沿着底座面10a向下游侧延伸而形成的假想圆锥形与喷孔板体11的上游侧的面相交的假想圆15。
喷孔板体11通过将上游侧的第一喷孔板11A与下游侧的第二喷孔板11B层叠而构成。
喷孔12由形成在第一喷孔板11A上的第一喷孔部12a、在第一喷孔板11A上与第一喷孔部12a连通并在径向上扩大的扩大部12b、以及形成在第二喷孔板11B上并与扩大部12b连通的第二喷孔部12c构成。
图4是表示图2的喷孔12的立体图。
第二喷孔部12c向沿着燃料的下游侧远离第一喷孔板11A的扩大部12b的轴线的方向倾斜。
该喷孔12中，第二喷孔部12c的内径侧内壁面II(与第一喷孔部12a的出口侧开口部I相对一侧的内壁面)被收纳在第一喷孔部12a的投影面内。
此外，喷孔12形成为扩大部12b的入口侧开口部III包含第一喷孔部12a的整个出口侧开口部I。
喷孔12例如如图5所示，第一喷孔部12a及第二喷孔部12c能形成为相对于扩大部12b在左右方向上产生位置偏移。
本实施方式中，在将第一喷孔部12a的最小流路面积(在与第一喷孔部12a的轴线垂直的方向上切断时的面积)设为A1，将第二喷孔部12c的最小流路面积(在与第二喷孔部12c的轴线垂直的方向上切断时的面积)设为A2，将第一喷孔部12a与扩大部12b的连结部的面积设为A3(也是第一喷孔部12a的出口侧开口部I的面积)时，满足A1≦A2且A1≦A3的关系。
第一喷孔部12a的最小流路面积A1与扩大部12b的最小流路面积A4的关系为A1<A4的关系。
这里，扩大部12b的最小流路面积A4是将第一喷孔部12a的出口侧开口部I的外周长与扩大部12b的高度h相乘后得到的值。
如图5所示，当第一喷孔部12a为圆柱形时，最小流路面积A4是第一喷孔部12a的出口侧开口部I的外周长(πD(出口侧开口部I的直径))×h，A1为πD2/4，因此，为了确保扩大部12b在扩大部12b的最小流路面积A4以上，扩大部12b的高度h在第一喷孔部12a的出口侧开口部I的1/4以上即可。
接着，对上述结构的燃料喷射阀1的动作进行说明。
若由内燃机的控制装置向燃料喷射阀1的驱动电路发送动作信号，则电流通过连接器21使线圈5通电，从而在由电枢6、铁心4、外壳3、阀主体9所构成的磁回路中产生磁通。
其结果，电枢6逆着压缩弹簧14的弹力被吸引动作到铁心4一侧，电枢6的上端面6a与铁心4的下端面4a相抵接，与电枢6一体结构的阀体8离开圆锥形状的底座面10a而形成间隙。
在形成该间隙的同时，燃料通路22内的燃料通过设置于阀体8的前端部的球形部13的倒角部13a、上述间隙，从喷孔12喷射到内燃机的进气管(未图示)。
接着，若从内燃机的控制装置向燃料喷射阀1的驱动电路发送动作的停止信号，则从连接器21向线圈5的电流通电停止，磁回路中的磁通减少，将阀体8向闭阀方向按压的压缩弹簧14的弹力使得电枢6的上端面6a离开铁心4的下端面4a，其结果，阀体8与底座面10a之间的间隙变为封闭状态，燃料喷射结束。
若采用上述燃料喷射阀1，则在该喷孔12中，第二喷孔部12c的内径侧内壁面II的至少一部分被收纳在第一喷孔部12a的投影面内。
因此，从第一喷孔部12a流出的燃料经由扩大部12b而与第二喷孔部12c的内径侧内壁面II碰撞，沿着第二喷孔部12c的内壁面液膜化，从而微粒化后的燃料被喷射到进气管内部，燃料的汽化性得以提高，节省了燃耗。
此外，喷孔12形成为扩大部12b包含第一喷孔部12a的整个出口侧开口部I。
此外，在将第一喷孔部12a的最小流路面积设为A1，将第二喷孔部12c的最小流路面积设为A2，将第一喷孔部12a与扩大部12b的连接部的面积设为A3时，具有A1≦A2且A1≦A3的关系。
并且，第一喷孔部12a的最小流路面积A1与扩大部12b的最小流路面积A4的关系为A1<A4的关系。
因此，即使第一喷孔部12a相对于第二喷孔部12c在扩大部12b的入口侧开口部III内产生位置偏差，第一喷孔部12a也不会堵塞，且扩大部12b及第二喷孔部12c内各自的流路面积也不会减少。
因此，若将第一喷孔部12a、第二喷孔部12c的加工位置偏差、第一喷孔板11A、第二喷孔板11B的位置偏差考虑在内来决定扩大部12b的形状和深度，则能防止第一喷孔部12a、第二喷孔部12c的干涉引起的喷射量的降低。
此外，若增大扩大部12b的入口侧开口部III的面积，则无需增大扩大部12b的高度就能获得所需的效果，因此在形成扩大部12b时容易进行冲压成形。
另外，上述实施方式中，使第一喷孔部12a与扩大部12b一一对应，但也可以连接相邻的各扩大部12b，使多个第一喷孔部12b对应一个扩大部。
此外，在专利文献2所记载的燃料喷射阀中，为了防止因上述喷孔的干涉而引起的流量降低，需要确保上游侧喷孔出口部的内径侧周边与下游侧喷孔入口部的内径侧周边之间的径向尺寸，通过上游侧喷孔的燃料沿着下游侧喷孔内壁流动的长度也会缩短与该尺寸相应的量，若变得过短，则燃料在液膜沿着下游侧喷孔内壁扩散前就会喷射，因此需要增大板的厚度。
与此相对，由于能通过使第一喷孔部12a的出口侧开口部包含在扩大部12b的入口侧开口部内来将上述间隔控制在最小限度，因此能将第二喷孔板11B的板厚抑制在最小限度，从而能降低对喷孔板体11与阀座10之间进行焊接时的热源输出。
由此，能消除第一喷孔板11A的变形、阀座10的底座面10a的变形引起的阀油密性变差等忧虑。
此外，由于在第一喷孔板11A的第一喷孔部12a的下游侧形成有扩大部12b，因此能在不降低第一喷孔板11A的板厚的情况下缩短第一喷孔部12a。
由此，能确保对阀座10与第一喷孔板11A之间进行焊接时第一喷孔板11A不会产生变形这一程度的板厚，并能抑制由于第一喷孔部12a较长引起的压力、温度等环境变化而导致的喷射量降低。
此外，由于第一喷孔部12a沿着与第一喷孔板11A的表面垂直的方向延伸而形成，因此能将第一喷孔部12a的长度抑制在最小限度，能进一步抑制由于上述压力、温度等环境变化而导致的喷射量降低。
实施方式2
图6是表示本发明实施方式2的燃料喷射阀1的主要部分的剖视图，图7是沿图6的喷孔板体11的VII-VII线的向视主视图，图8是表示图6的B部位的放大图。
在第一喷孔部12a的入口部处剥离(图8的VI部位)的燃料流为扁平形状，但若第一盘孔部12a过长，则燃料会沿着第一喷孔部12a的内壁形成环流，从而破坏扁平形状。
与此相对，本实施方式中，通过与实施方式1同样地垂直形成第一喷孔部12a来将第一喷孔部12a的长度抑制在最小限度，在将第一板11A的板厚设为t，将第一喷孔部12a的直径设为D1，将扩大部12b的高度设为h时，通过缩小(t-h)/D1的值使得流入第一喷孔部12a内的燃料保持扁平形状，并在该状态下与第二喷孔部12c的径向的内径侧内壁面II碰撞。
由此，由于使液膜沿着第二喷孔部12c的内壁扩散的流动得以强化，能高效地实现燃料的薄膜化，因此具有促进微粒化的效果。
本申请发明人特别通过试验对(t-h)/D1与喷射后的燃料粒径的关系进行了调查。图9是表示该关系的特性图，可知在假设(t-h)/D1<1时，表现出上述微粒化的效果。
即，可知通过相对于第一板11A的板厚t增大第一喷孔部12a的直径D1及扩大部12b的高度h，效果较好。
此外，在燃料喷射阀1中，为了对规定的流量进行管理，喷孔直径受到限制。
与此相对，喷孔板体11由上游侧的第一喷孔板11A与下游侧的第二喷孔板11B层叠而构成，燃料的流量取决于第一喷孔部12a的直径，因此能自由设定第二喷孔部12c的直径。
该喷孔板体11中，通过使第二喷孔部12c的直径D2大于第一喷孔部12a的直径D1，能在通过第一喷孔部12a的燃料与第二喷孔部12c的内壁面碰撞时使液膜大幅扩散，因此能进一步强化液膜的薄膜化带来的喷射后的燃料的微粒化。
实施方式3
图10是表示本发明的实施方式3的燃料喷射阀1的主要部分的剖视图。
本实施方式中，筒形的阀体8的球形部13在前端部具有与第一喷孔板11A相对的平坦部13b。
其他结构与实施方式2的燃料喷射阀1相同。
本实施方式中，由于球形部13在前端部具有平坦部13b，因此能避免闭阀时阀体8的前端部与第一喷孔板11A的干涉，并能减小死区容积(dead volume)，因此高温负压下死区容积内的燃料蒸发量也较少，能抑制伴随着环境变化的喷射量(静态流量、动态流量)的变化。
实施方式4
图11是表示本发明实施方式4的燃料喷射阀1的主要部分的剖视图，图12是表示图11的C部位的放大图。
本实施方式中，第一喷孔板11A的第一喷孔部12a较阀座10的最内径部10e位于径向内侧，且形成在较球形部13的平坦部13b更靠径向外侧的位置。
其他结构与实施方式3的燃料喷射阀1相同。
由球形部13、阀座10以及第一喷孔板11A包围的腔体内的燃料流在从到达第一喷孔板11A后直到平坦部13b之前，腔体流路面积急剧缩小。
本实施方式中，第一喷孔部12a形成在较阀座10的最内径部10e更靠径向内侧的位置，且形成在较球形部13的平坦部13b更靠径向外侧的位置。
因此，朝向径向内侧通过第一喷孔部12a之间的燃料彼此碰撞并进行U形回转(Uturn)，从而能抑制朝向第一喷孔部12a的流动，因此从一个方向向喷孔部12a的流入得以强化。
由此，在第一喷孔部12a的入口侧开口部处产生的燃料的剥离(图12的VI的部位)得以强化，液膜沿着第二喷孔部12c的内壁扩散并薄膜化，从而促进了喷射后的微粒化。
实施方式5
图13是表示本发明的实施方式5的燃料喷射阀1的主要部分的剖视图。
本实施方式中，第一喷孔板11A的第一喷孔部12a形成为与球形部13的平坦部13b相对。
其他结构与实施方式3的燃料喷射阀1相同。
本实施方式中，与在球形部13的平坦部13b的外侧形成第一喷孔部12a的实施方式4相比，第一喷孔部12a的到球形部13为止的正上方高度较低。
因此，能减少从正上方流入第一喷孔部12a的流动，因此向燃料喷射阀1的轴线方向的喷射速度得以降低。
由此，能实现喷雾的低渗透力化，并能降低汽化前的燃料附着于进气端内的比率，因此控制性得以提高。
实施方式6
图14是表示本发明的实施方式6的燃料喷射阀1的主要部分的剖视图。
本实施方式中，在第一喷孔板11A及第二喷孔板11B各自的中央部，以与球形部13的球状的前端部大致相等的间隔形成有凹陷部11Aa、11Ba。
其它结构与实施方式2的燃料喷射阀1相同。
本实施方式中，与实施方式3的燃料喷射阀1同样，能减少高温负压下死区容积内的燃料蒸发量，因此能抑制伴随着环境变化而发生的喷射量(静态流量、动态流量)的变化。
标号说明
1 燃料喷射阀
2 螺线管装置
3 外壳
4 铁心
5 线圈
6 电枢
7 阀装置
8 阀体
9 阀主体
10 阀座
10a 底座面
11 喷孔板体
11A 第一喷孔板
11B 第二喷孔板
11Aa、11Ba 凹陷部
12 喷孔
12a 第一喷孔部
12b 扩大部
12c 第二喷孔部
13 球形部
13a 倒角部
13b 平坦部
14 压缩弹簧
15 假想圆
20 壳体
21 连接器
22 燃料通路
I 第一喷孔部的出口侧开口部
II 内径侧内壁面
III 扩大部的入口侧开口部
VI 剥离的部位

Claims (7)

1.一种燃料喷射阀，包括：阀座；与该阀座相对设置并能沿着中心轴线往返运动的阀体；以及通过焊接固定于所述阀座并形成有多个喷孔的喷孔板体，燃料通过所述阀座与所述阀体的间隙从所述喷孔喷射而出，该燃料喷射阀的特征在于，
所述喷孔板体由第一喷孔板以及第二喷孔板构成，该第一喷孔板具有第一喷孔部以及与该第一喷孔部连通的扩大部，该第二喷孔板在下游侧层叠于该第一喷孔板且与扩大部连通，并且具有从扩大部起沿着下游侧向远离所述中心轴线的方向倾斜的第二喷孔部，
所述第二喷孔部的内径侧内壁面的至少一部分收纳在所述第一喷孔部的投影面内，
所述第一喷孔部的出口侧开口部包含在所述扩大部的入口侧开口部内，
所述第一喷孔部的所述燃料的最小流路面积与所述第二喷孔部的最小流路面积以及所述扩大部的入口侧开口部的最小流路面积相同或比所述第二喷孔部的最小流路面积以及所述扩大部的入口侧开口部的最小流路面积更小，并且比所述第一喷孔部的出口侧开口部的外周长与所述扩大部的高度相乘后得到的值小。
2.如权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述第一喷孔部形成为在与所述第一喷孔板的表面垂直的方向上呈直线状地延伸。
3.如权利要求2所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述第一喷孔部为圆柱状，在将所述第一喷孔板的板厚设为t，将所述第一喷孔部的直径设为D1，将所述扩大部的高度设为h时，满足(t-h)/D1<1。
4.如权利要求1至3的任一项所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述阀体在前端部具有与所述第一喷孔板平行的平坦部。
5.如权利要求4所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述第一喷孔部的所述入口侧开口部形成在所述阀座的最内径部的内侧，且形成在所述平坦部的外侧。
6.如权利要求4所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述第一喷孔部的所述入口侧开口部形成为与所述平坦部相对。
7.如权利要求1至3的任一项所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述阀体在前端部具有圆弧面，所述喷孔板体形成有与圆弧面相对并隔开的凹陷部。
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