CN105705770A - 燃料喷射阀 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种燃料喷射阀，该燃料喷射阀赋予阀座部上游回旋并缩短喷雾贯穿距离。与(73)喷孔相邻而被设定的(72)和(74)喷孔以及除此之外设定的(71)和(75)喷孔中，各孔间倾斜角不一致，为β1、β2，并且，通过减小流向(72)和(74)喷孔的流体流入角β1能够减小喷孔流入方向以及出口方向之间的角度α，通过增强流入(72)和(74)喷孔的流动能够缩短(73)喷孔的喷雾贯穿距离。

Description

燃料喷射阀
技术领域
本发明涉及一种使用于汽车用内燃机的燃料喷射阀。
背景技术
在汽车等的内燃机中，由来自发动机控制单元的电信号驱动的电磁式燃料喷射阀被广泛地使用。
这种燃料喷射阀存在有被安装在进气管向燃烧室内间接地喷射燃料的所谓进气道喷射型，以及直接地将燃料向燃烧室内部喷射的所谓直接喷射型。
在后者的直接喷射型中，喷射的燃料所形成的喷雾形状成为决定燃烧性能的因素。因此，为了获得所期望的燃烧性能需要喷雾形状的最优化。其中，喷雾形状的最优化可以改称为喷雾方向以及喷雾长度。
作为燃料喷射阀，已知有包括如下结构的燃料喷射阀：设置为能够移动的阀芯、用于驱动阀芯的驱动装置、与阀芯分离或接触的阀座、以及设置于阀座的下游的多个喷嘴(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009－30572号公报
发明内容
发明要解决的问题
众所周知，从燃料喷射阀喷出的喷雾大致向加工喷孔的轴向喷出。如专利文献1中记载的燃料喷射阀，在具有多个喷孔(喷嘴)类型的燃料喷射阀中，要求提高喷孔方向的加工精度。另外，为了尽可能避免与燃烧室内的大小、活塞表面的形状、空气控制用阀门(吸气阀门、排气阀门)的干涉，降低排气气体分量(特别地，作为未燃烧气体分量的煤烟等)的发生，寻求缩短从各喷孔喷出的喷雾长度的控制方法。
关于专利文献1中记载的燃料喷射阀，并没有考虑多个喷孔的喷雾长度。作为各喷孔的喷雾长度的控制方法，可以考虑改变多个喷孔的孔径。一般地，是要增加喷雾长度的喷孔的话，则将孔径的尺寸设定得较大，是要缩短喷雾长度的喷孔的话，则将孔径的尺寸设定得较小，由此能够控制各喷孔的喷雾长度。
但是，当改变多个喷孔的孔径时，需要准备多个对应于各喷孔的孔径加工工具并对每个喷孔使用不同的工具进行加工，燃料喷射阀的制造成本也变高。
另外，由于在加工多个喷孔时使用不同的工具，所以需要交换工具，或将形成喷孔的素材移到其他的加工装置。因此，具有在工具和素材之间发生相对的位置偏差的可能性，也具有降低喷孔的加工精度的可能性。
本发明的目的在于提供一种燃料喷射阀，该燃料喷射阀能够通过控制从喷孔喷出的喷雾长度来抑制向燃烧室内以及活塞的燃料附着，能够提高排气性能(特别地抑制未燃烧分量)。
解决问题的技术手段
通过以下手段能够实现本发明的目的：作为其中的一个例子，在缩短从关于所述多个喷孔内的以连接部的中心作为轴、设置于中心轴的第1喷孔喷出的喷雾长度的同时，控制从在此之外的喷孔喷出的喷雾长度。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种燃料喷射阀，该燃料喷射阀能够通过控制从喷孔喷出的喷雾长度来抑制向燃烧室内以及活塞的燃料附着，能够提高排气性能(特别地抑制未燃烧分量)。
附图说明
图1为表示本发明的一实施例涉及的燃料喷射阀的整体构成的纵向截面图。
图2为表示导向构件的俯视图和侧视图。
图3为表示喷嘴头附近和现有的导向构件的纵向截面图。
图4为图3的A-A截面，从上游表示阀座部的图。
图5为图4的阀座部附近的放大图和表示向喷孔流入以及流出的状态的图。
图6为图5的喷孔71的横向截面图。
图7为图5的喷孔71的出口部81的轮廓图。
图8为图5的喷孔72的横向截面图。
图9为图5的喷孔72的出口部82的轮廓图。
图10为本发明的实施例涉及的具有螺旋角的阀座部附近的放大图和表示向喷孔流入以及流出的状态的图。
图11为表示代表本发明实施方式的导向构件的俯视图和侧视图。
具体实施方式
在本实施例中，以喷孔的入口在上游侧的直径大于下游侧的直径的大致圆锥状面上开口的形态形成有各喷孔。在大致圆锥面上构成有阀芯所接触的阀座部，在阀座部的下游形成喷孔的入口。
在阀座部上游，引导阀芯的构件被固定在形成喷孔的杯状的构件上，且在导向构件的外周面或内部形成沟槽。在导向构件上构成的沟槽为相对于燃料喷射阀的中心轴线具有一定的螺旋角的构成。可以构成多个该燃料通道沟槽，但各螺旋角设定为大致相同的角度，燃料通道形状若被设定为比上游流路面积小且比阀座部流路面积大的话可以为任意的形状。
通过该扭转的燃料通道，在阀芯开阀期间的燃料被赋予扭转、即回旋分量。为了使该回旋分量一致，所述燃料通道沟槽的螺旋角设定为大致相同的角度，燃料通道形状设定为相对于燃料喷射阀轴线大致对称。
由于燃料流具有大致一致的回旋分量，在喷孔入口的流入方向具有一定的角度地发生变化。然而由于喷孔出口的方向被预先规定，所以流体变为朝向该喷孔出口方向。因此，将在喷孔入口的流入方向和喷孔出口的方向所成的角度定义为α(0度～90度)的话，α为小角度的情况下，在燃料流中不产生扭转，沿喷孔轴的流动成为主导。由此，从喷孔出口喷出的喷雾沿轴方向喷出且向喷孔出口方向形成较长的喷雾贯穿距离(ペネトレーション)。
但是在角度α较大的情况，流入喷孔的流体被强制地赋予具有扭转的分量，所以垂直于喷孔轴的流动分量(即面内流速)具有增加的趋势。该面内流速增加的话，从喷孔出口喷出的喷雾变成具有与沿轴方向的喷雾以及轴垂直的分量的矢量的喷雾。因此，在喷孔出口中，由于垂直于轴的分量，喷雾向朝与轴垂直的方向扩展的方向喷出，喷雾具有扩展的倾向。
进一步地由于喷孔轴方向的喷雾速度相对缓慢，能够期待向喷孔轴方向的喷雾贯穿距离变短。
由此，能够通过较大地设定喷孔入口和喷孔出口方向所成的角度，缩短喷雾贯穿距离。
另一方面，在为以连接部的中心为轴且设定于中心轴上的喷孔的情况下，考虑到与除此之外的喷孔相比角度α不能够增大的情况，该情况下喷雾贯穿距离变长。因此在与第1喷孔相邻而被设定的第2喷孔以及所述喷孔以外而被设定的第3喷孔中，各孔间倾斜角不一致，并且，能够通过减小流向第2喷孔的流体流入角而减小角度α，通过增强流入第2喷孔的流体而缩短第1喷孔的喷雾贯穿距离。
以下，参照附图对本实施例进行详细说明。
图1为表示本发明的一实施例涉及的燃料喷射阀的整体构成的纵向截面图。本实施例的燃料喷射阀为将汽油等燃料向发动机的汽缸(燃烧室)直接喷射的燃料喷射阀。
燃料喷射阀本体1具有中空的固定芯2、兼作壳体的轭铁3、可动构件4、喷嘴主体5。可动构件4由可动芯40和可动阀芯41构成。固定芯2、轭铁3、可动芯40成为磁回路的构成要素。
轭铁3、喷嘴主体5、以及固定芯2通过焊接结合。该结合方式存在多种，但在本实施例中，以喷嘴主体5的一部分内周与固定芯2的一部分外周嵌合的状态将喷嘴主体5和固定芯2焊接结合。进一步地，以轭铁3包围该喷嘴主体5的一部分外周的状态将喷嘴主体5和轭铁3焊接结合。在轭铁3的内侧装入电磁线圈6。电磁线圈6被轭铁3、树脂罩23、以及喷嘴主体5的一部分覆盖而确保密封性。
在喷嘴主体5的内部，装入有能够沿轴方向移动的可动构件4。成为喷嘴主体的一部分的喷嘴头(オリフィスカップ)7通过焊接被固定在喷嘴主体5的顶端。喷嘴头7具有后述的喷孔(喷嘴)71～76和包括阀座部7B的圆锥面7A。
在固定芯2的内部装入有将可动构件4向阀座部7B推压的弹簧8、调节该弹簧8的弹力的调节器9、以及过滤器10。
在喷嘴主体5内部以及喷嘴头7内部设置有引导可动构件4的轴向移动的导向构件12。导向构件12固定于喷嘴头7。此外，设置有在可动芯40附近引导可动构件4的轴向移动的导向构件11，可动构件4的轴向移动通过上下配置的导向构件11和12来引导。
本实施例的阀芯(阀杆)41示出了顶端变细的针型，但也可以是在顶端设置有球体的类型。
燃料喷射阀内的燃料通道由以下构成：固定芯2的内部、设置于可动芯4的多个孔13、设置于导向构件11的多个孔14、喷嘴主体5的内部、设置于导向构件12的多个侧槽15、以及含有阀座部7B的圆锥面7A。
在树脂罩23设有向电磁线圈6供给励磁电流(脉冲电流)的连接部23A，通过树脂罩23绝缘的引线端子18的一部分位于连接部23A。
若经由该引线端子18通过外部驱动电路(未图示)对收纳在轭铁3的电磁线圈6进行励磁，则固定芯2、轭铁3以及可动芯40形成磁回路，可动构件4克服弹簧8的力而被磁吸引到固定芯2侧。此时，阀芯41从阀座部7B离开而成为开阀状态，从喷孔71～76喷射由外部高压泵(未图示)预先升压(1MPa以上)的燃料喷射阀主体1内的燃料。
若关闭电磁线圈6的励磁，则在弹簧8的力作用下阀芯41被向阀座部7B侧推压而成为闭阀状态。
在此，对于从导向构件12通过阀座部7B流入喷孔71～75的主燃料通道进行说明。流体通过导向构件12向下游流动时，流体被划分到由导向构件12和可动阀芯41形成的微小的间隙AA以及设置在导向构件12的多个侧槽15，但是间隙AA的面积远小于通过侧槽15形成的面积，流体的流动集中在侧槽15。因此，将通过侧槽15、通过阀座部7B至喷孔71～75的流动称为主燃料通道。
如图2所示，导向构件12的侧槽15沿着与燃料喷射阀轴O1平行的方向形成燃料通道。因此，燃料通过侧槽15后的流体虽然随着接近阀座部7B在流路面积减少的同时进行缩流，但是流动的矢量以和沿着喷嘴头7圆锥面的方向以及燃料喷射阀轴O1大致相同的方向通过。
图4中表示了图3的A-A截面。示出在从上游侧观察喷嘴头7的状态下，除去阀芯41而表示阀座部7B的状态。该阀座部7B附近的流体流动如图5所示。如上所述，流动由于以和圆锥面以及燃料喷射阀轴O1大致相同的方向行进，所以流体在通过阀座部7B时成为大致以放射状从圆锥面外侧向燃料喷射阀中心方向流入的形态。向喷孔71～75的流入箭头101～105大致都朝向燃料喷射阀中心轴方向。
在此，图5中用实线81～85表示喷孔71～75的入口，用虚线91～95表示出口，用箭头201～205代表喷孔出口方向。另外，将通过喷孔入口81和喷孔出口91的中心的轴线设为O101。同样地将各喷孔的中心轴线设为O102、O103、O104、O105。图6表示在通过轴线O103和燃料喷射阀轴线O1的面上的喷孔71内部流动，图7表示在垂直于轴线O103且通过喷孔出口93的面上的流动。
在喷孔73，由于流入方向103出口方向203大致一致，图6中的轴线O103方向的速度分量很大。由此，来自喷孔出口93的流体保持铅垂轴方向的快速速度分量而喷出。
另一方面，在喷孔71，被赋予了由流入方向101出口方向201形成的角度α(α：0度～90度)。由于该角度α在喷孔内部的流体发生了扭转的效果。由于该扭转，可知流体被赋予了垂直于轴线O101方向的面分量方向的速度(以下，称为面内流速)。通过赋予该面内流速，从喷孔出口81喷出流体时，轴线O101方向的速度降低，流体向着垂直于轴线O101的面方向即扩散方向前进。图8表示在通过轴线O101和燃料喷射阀轴线O1的面上的喷孔71内部流动，图9表示在垂直于轴线O101且通过喷孔出口91的面上的流动。
在喷孔73中不能积极地给予螺旋角α情况下，通过其他喷孔的配置抑制向喷孔73流入的流动的本发明实施例如下所示。
如图10所示，喷孔73的情况下，考虑到角度α不能比除此之外的喷孔大的情况，该情况下的喷雾贯穿距离将变长。因此，在与喷孔73相邻而被设定的72和74喷孔以及除此之外被设定的71和75喷孔，各孔间倾斜角不一致，分别为β1、β2，并且通过减小流向72和74喷孔的流体流入角β1能够减小角度α，通过增强流入72和74喷孔的流动，能够缩短73喷孔的喷雾贯穿距离。
另一方面，通过使如图10所示的喷孔71、75的流体流入角β2大于流向72和74喷孔的流体流入角β1，从而使角度α增大且缩短喷雾贯穿距离。图11表示在垂直于各喷孔的轴线且通过喷孔出口的面上的流动。将图11的左右的图进行比较的话，可以看出，在喷孔73，轴线O103方向的速度分量被抑制。这是由于能够减小向72和74喷孔的流体流入角β1、增强向喷孔72和74流入的流动的缘故。
符号说明
1燃料喷射阀本体
2中空的芯
3轭铁
4可动构件
5喷嘴主体
6电磁线圈
7喷嘴头
8弹簧
9调节器
10过滤器
11导向装置
12导向构件(PR导向)
13燃料通道(衔铁)
14燃料通道(推杆导向)
15侧槽(PR导向)
18引线端子
23树脂罩
23A连接部
40可动芯
41可动阀芯
71～75喷孔
7A圆锥面
7B阀座部
81～85喷孔入口
91～95喷孔出口
101～105基于现有导向构件的喷孔流入方向
201～205喷孔出口方向
O1燃料喷射阀中心轴
O101～O105喷孔中心轴。

Claims (4)

1.一种燃料喷射阀，其用于汽车的内燃机，该燃料喷射阀包括：多个喷孔；阀座部，其设置于所述喷孔上游侧；以及阀芯，其通过与所述阀座部接触而成为闭阀状态，通过从所述阀座部离开而成为开阀状态，所述的燃料喷射阀的特征在于，
关于所述多个喷孔内的以连接部的中心作为轴、设置于中心轴的第1喷孔，与所述第1喷孔相邻而被设定的第2喷孔，以及与所述第2喷孔相邻而被设定的第3喷孔，各孔间倾斜角不一致。
2.如权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，
流向所述第2喷孔的流体流入角不满60°且以所述各孔不接触的角度来设定。
3.如权利要求2所述的燃料喷射阀，其特征在于，
流向所述第3喷孔的流体的流入角和流出角之差大于流向所述第2喷孔的流体的流入角和流出角之差。
4.如权利要求3所述的燃料喷射阀，其特征在于，
所述第1喷孔直径小于除此之外的喷孔或去除第1喷孔。
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