CN107076086A - 燃料喷射阀的阀装置 - Google Patents

Abstract

将座面(13)向下游侧延长而得的假想圆锥(13b)的顶点、与阀座(11)的中心轴(Z)的交点(13c)会位于开口部(15)内。由此，通过座部(13a)后的燃料大部分在开口部(15)处合流，之后到达喷孔板(22)的上表面，顺利地成为朝向外周侧的燃料流，因此其间的燃料的压力损失被抑制得较小。因此，喷孔正上方部(22b)处的燃料速度的下降得以抑制，燃料喷雾的微粒化得以促进。

Description

燃料喷射阀的阀装置

技术领域

本发明涉及用于向汽车的内燃机进行燃料供给的燃料喷射阀的阀装置。

背景技术

近年来，内燃机正趋于FI(Fuel Injection:燃油喷射)化，小排量的两轮车中也越来越多地采用燃料喷射阀。燃料喷射阀具备产生电磁力的电磁装置以及通过对电磁装置通电来进行工作的阀装置。阀装置具有：阀座，该阀座设置于供燃料流过的通路的中途并在下游侧具有开口部；阀体，该阀体通过与该阀座相抵接、相远离来控制通路的开闭；以及喷孔板，该喷孔板设置于阀座的开口部的下游。

作为从燃料喷射阀喷射出的燃料喷雾的特性，要求喷雾微粒化，由此进行了各种研究。例如在专利文献1中提到的阀装置中，由于从阀座中心朝向设置于喷孔板的喷孔的入口中心的主流、与暂时性回流至喷孔板的外周侧而流入喷孔的回流之间产生撞击，从而使得燃料喷雾微粒化。该情况下，在喷孔板的上游侧端面(以下称作喷孔板上表面)处的燃料速度较大时，因在喷孔正上方部产生的撞击而引起的乱流变大，因此喷雾的微粒化得以促进。

现有技术文献

专利文献

专利文献1

日本专利特开2004-162693号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在专利文献1所公开的燃料喷射阀的情况下，将阀座的座面向下游侧延长后而得的假想圆锥面配置成与喷孔板的上表面相交。因此，通过座面后的燃料不会集中于配置在座面底部的开口部，而被分流为如下燃料流，即：到达喷孔板的上表面并朝外周侧反转的燃料流；以及到达喷孔板上表面，暂时性朝向中心方向并在中心发生撞击后进行反转并朝向外周侧的燃料流(参照图6)。

在该喷孔板上表面的中心附近发生撞击后的燃料流产生压力损失，因此喷孔正上方部处的燃料速度下降，从而产生无法充分使喷雾微粒化的问题。另外，由于燃料不集中于阀座的开口部而在到达喷孔板上表面后朝向各喷孔，因此没有对座面上游侧产生的流速在圆周方向上的偏差进行均匀化的处理。其结果是，喷孔间的燃料速度的偏差变大，从而产生燃料喷雾粒径的偏差变大的问题。

本发明是鉴于上述问题而得以完成的，其目的在于提供一种燃料喷射阀的阀装置，其能使得喷射出的燃料喷雾微粒化，并能抑制喷孔间的粒径的偏差。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的燃料喷射阀的阀装置具备：设置于供燃料流动的通路的中途的阀座；通过与阀座抵接及远离来控制通路的开闭的阀体；以及配置于阀座下游的喷孔板，其特征在于，阀座具有朝着下游而直径缩小的圆锥形的座面以及设置于座面下游侧的圆筒形的开口部，并且在与喷孔板之间形成直径比开口部要大的圆盘状通路，喷孔板具有配置于开口部的外周侧的多个喷孔，将座面朝下游侧延长而得的假想圆锥的顶点与阀座的中心轴的交点会位于开口部内。

发明效果

根据本发明所涉及的燃料喷射阀的阀装置，由于将座面朝下游侧延伸而得的假想圆锥的顶点、与阀座的中心轴的交点会位于开口部内，因此通过座面后的燃料大多在开口部处合流，之后到达喷孔板的上游侧端面，顺利变为朝向外周侧的燃料流，因此，其间燃料的压力损失被抑制得较小。因此，喷孔正上方部处的燃料速度的下降得以抑制，燃料喷雾的微粒化得以促进。此外，通过座面后的燃料大多在开口部处合流，因此在座面的上游侧产生的流速在圆周方向的偏差得以均匀化，从而能抑制喷孔间的燃料喷雾粒径的偏差。

本发明的上述以外的目的、特征、观点及效果通过参照附图并进行下述详细说明来进一步阐明。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的燃料喷射阀的结构的剖视图。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的阀装置的前端部的局部剖视图。

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的阀装置的前端部的局部剖视图。

图4是表示本发明的实施方式1所涉及的阀装置的前端部的局部剖视图。

图5是表示本发明的实施方式1所涉及的阀装置的前端部的局部剖视图。

图6是表示现有的阀装置的前端部的局部剖视图。

图7是表示本发明的实施方式2所涉及的阀装置的前端部的局部剖视图。

图8是表示本发明的实施方式2所涉及的阀装置的喷孔板的俯视图。

图9是说明喷孔板上的喷孔扭转角的图。

图10是表示喷孔板上的喷孔扭转角与喷雾平均粒径的关系的图。

图11是表示本发明的实施方式3所涉及的阀装置的前端部的局部剖视图。

图12是表示本发明的实施方式3所涉及的阀装置的前端部的局部剖视图。

具体实施方式

实施方式1

下面，基于附图对本发明的实施方式1所涉及的燃料喷射阀的阀装置进行说明。图1是将与本实施方式1所涉及的燃料喷射阀以平行于中心轴(图中用Z表示)的面进行切割得到的剖视图，图2是将阀装置的前端部以平行于中心轴的面进行切割得到的局部剖视图，图3是将阀装置的前端部以正交于中心轴的面进行切割得到的局部剖视图。此外，在各图中，对相同或相当的部分附上同一标号。

燃料喷射阀1具备产生电磁力的电磁装置、以及通过对电磁装置通电来进行工作的阀装置。电磁装置具备：成为磁回路的磁轭部分的二段式圆筒形的壳体2；作为设置于壳体2内侧的固定铁芯的铁芯3；设置成将铁芯3包围的线圈4；卷绕线圈4的树脂制的线轴5；以及与壳体2的外周的一部分焊接固定并覆盖线轴5的金属制的盖部6。盖部6具有成为电极的终端7的出口的缺口部。

阀装置具有：阀座11，该阀座11设置于供燃料流过的通路的中途；阀体16，该阀体16通过与该阀座11相抵接、相远离来控制通路的开闭；以及喷孔板22，该喷孔板22设置于阀座11的下游。阀体16具有：设置于线圈4的内侧并进行往返移动的可动铁心即电枢17；在阀体16的前端部与阀座11的座面13相抵接、相远离的阀球18；以及连接电枢17与阀球18的管道19。此外，阀装置具备：固定于铁芯3的内部的杆20；设置于阀体16与杆20之间的弹簧21；以及与阀座11的外周面接触并收纳阀体16的托架24。

利用图2及图3对阀装置的前端部的结构进行详细说明。如图2所示，阀座11的内周面为燃料的通路，从上游侧按顺序构成圆筒状的滑动面12、圆锥状的座面13、锥形面14以及圆筒状的开口部15。此外，阀座11的中心轴与燃料喷射阀的中心轴Z相同。

阀座11的下游侧端面固定有喷孔板22，该喷孔板22具有多个喷射燃料的喷孔23。喷孔23配置于开口部15的外周侧。另外，阀座11与喷孔板22之间，形成有直径比开口部15要大的圆盘状通路25。

另外，阀球18具有与中心轴Z平行的多个(图3所示的示例中为五个)狭缝面18a、与阀座11的座面13进行线接触的曲面18b。阀球18的狭缝面18a与阀座11的滑动面12之间，形成有如图3所示那样的扁平的通路26。

简单对如上构成的燃料喷射阀1的动作进行说明。若燃料喷射阀1的线圈4中通有电流、电枢17被吸引至铁芯3一侧，则与电枢17构成为一体的管道19及阀球18抵抗弹簧21的弹性力而向上方移动。由此，阀球18的曲面18b离开阀座11的座面(seat surface)13，形成通路，从而成为图2所示那样的开状态。

在开状态的阀装置中，从阀球12的上游侧提供来的燃料通过阀球18的狭缝面18a与阀座11的滑动面12之间的扁平的通路26而到达座面13，通过座部13a之后，通过锥形面14，流入开口部15。

另一方面，若停止对线圈4通电，则将电枢17吸引至铁芯3一侧的力消失，阀体16因弹簧21的弹性力而被压至阀座11一侧。由此，阀球18的曲面18b与阀座11的座面13在座部13a处相抵接，通路成为闭状态，燃料从开口部15的流出受阻。

本实施方式1所涉及的阀装置的阀座11如图2所示，将座面13向下游侧延长而得的假想圆锥13b的顶点、与阀座11的中心轴Z的交点13c会位于开口部15内。因此，通过座部13a后的燃料大部分在开口部15处合流，之后到达喷孔板22的上游侧端面(以下称为喷孔板22上表面)的中央部22a附近，顺利地成为朝向外周侧的燃料流(图中为箭头A)。

其间的流体的压力损失与现有结构(后面利用图6进行说明)相比被抑制得较小，喷孔正上方部22b处的燃料速度被维持在足够高的速度的状态。在喷孔正上方部22b处，从喷孔板22的中央部22a朝向喷孔23的燃料流(图中为箭头B)、与暂时性回流至喷孔板22的外周侧后流入喷孔23的回流(图中为箭头C)发生激烈地撞击，燃料喷雾的微粒化得到促进。

另外，通过扁平的通路26后的燃料成为沿着滑动面12的燃料流，被顺利地引导到座面13上，成为沿着座面13的燃料流。此外，由座面13及阀球18的曲面18b形成的通路朝下游逐渐变窄，因此沿着座面13的燃料流顺利到达座部13a。

由此，从座部13a的下游朝向开口部15的燃料流在座面13的方向上的指向性较高，并可靠地到达开口部15，因此通过座部13a后的燃料大部分在开口部15处合流，微粒化进一步得以促进。

另外，通过座面13后的高速的燃料大多在开口部15处合流，因此不会在喷孔板22的上表面发生燃料的激烈撞击，因此能够抑制圆盘状通路25内的压力损失。由此，阀体16开阀时空腔内的减压沸腾得到抑制，因减压沸腾而在燃料内产生气泡的情况、或伴随温度变化或气氛变化而产生的流量特性变化的情况得以抑制。

另外，如图4所示，阀座11中，在将座面13与中心轴Z构成的角度设为α、将锥形面14与中心轴Z构成的角度设为β时，满足α＞β。由此，到达开口部15的锥形面下游侧端部14a处的燃料剥离得以抑制。进而，通过满足α－β≤20°，从而座面下流侧端部13d处的燃料剥离得以抑制。此外，20°这一数值通过实验结果得出。

由此，为了满足α＞β且α－β≤20°而设定锥形面14的倾斜，从而能够减小座面13、锥形面14以及开口部15的内周面的角度差，并抑制各通路间的燃料剥离。其中，作为喷射特性，优选阀球18、座面13以及喷孔板22所包围的空腔的体积较小，因此，无法无限制地改变锥形面14的倾斜角度。

此外，阀座11中，在将从座面13的座部13a到锥形面14的上游侧端部(即座面下游侧端部13d)为止的最短距离设为L、将从锥形面14的上游侧端部到开口部15为止的最短距离设为M时，满足L＜M。

由此，抑制了由从座部13a流出的高速的燃料与座面13之间产生摩擦而造成的燃料的压力损失。另外，也抑制了在锥形面下游侧端部14a产生的燃料剥离。此外，为了抑制因摩擦而造成的燃料的压力损失，优选L与M均较短。特别是由于座面13与锥形面14相比，通路较窄、燃料的压力损失较大，因此优选座面13较短。

另外，如图5所示，阀座11中，在将与开口部15的中心轴Z平行的方向的长度设为P、将与锥形面14的中心轴Z平行的方向的长度设为Q、将开口部15的内径设为R、将锥形面14的上游侧开口直径设为S时，图5中用X、Y表示的距离如下所示。

X＝(R/2)/tanα

Y＝(S/2)/tanα

因此，

X+Y＝((R+S)/2)/tanα，

满足：

P+Q≤((R+S)/2)/tanα。

由此，在通过座部13a后的燃料在开口部15处发生撞击，之后反转而朝向外周侧时，能够顺利地流入圆盘状通路25，而不会撞击开口部15的内周面。因此，在开口部15处发生撞击后的燃料流不会撞击开口部15的内周面而发生压力损失，而能够维持高速并经由圆盘状通路25来到达喷孔板22的上表面，因此燃料喷雾的微粒化进一步得以促进。

另外，能够将空腔的体积设定得较小，因此还能解决如下问题：在对负压气氛进行喷射时，闭阀完成后空腔内的一部分燃料由于负压而从喷孔23被发动机进气管吸出，导致流量变化变大这一问题；或者由于从空腔内被吸出的燃料的流速较小，因此开阀后就立刻喷射出粒径较粗的燃料喷雾这一问题。

作为本实施方式1所涉及的阀装置的比较例，图6示出现有的阀装置的前端部的结构。即使在现有的阀装置中，由于从喷孔板220的上表面的中央部朝向喷孔230的正上方部的主流(图中为箭头B)、与暂时性回流至喷孔板220的外周侧后流入喷孔230的回流(图中为箭头C)发生撞击，从而燃料喷雾也得以微粒化。

然而，在现有的阀装置的情况下，将阀座110的座面130朝向下游侧延伸而得的假想圆锥130b与阀座110的中心轴Z的交点130c并不位于开口部150内，而位于喷孔板220的下游侧，假想圆锥130b与喷孔板220的上表面相交。

该情况下，通过座面130后的燃料到达喷孔板220的上表面而不会集中于开口部150，且被分流为如下燃料流，即：朝喷孔板220的外周侧反转的燃料流(图中为箭头D)；以及到达喷孔板220的上表面而朝向中心方向，在中心部发生撞击，之后反转并朝向外周侧的燃料流(图中为箭头E)。

在该喷孔板220的上表面的中心部发生撞击后的燃料流产生压力损失，因此喷孔230正上方部处的燃料速度下降，从而无法充分使燃料喷雾微粒化。另外，由于燃料不集中于开口部150而在到达喷孔板220上表面后朝向各喷孔230，因此没有对座部的上游侧产生的流速在圆周方向上的偏差进行均匀化的处理。其结果是，各喷孔230间的燃料速度的偏差变大，从而燃料喷雾粒径的偏差变大。

如上所述，根据本实施方式1所涉及的燃料喷射阀的阀装置，由于将座面13朝下游侧延伸而得的假想圆锥13b的顶点、与阀座11的中心轴Z的交点13c会位于开口部15内，因此通过座部13a后的燃料大多在开口部15处合流，之后到达喷孔板22的上表面，顺利变为朝向外周侧的燃料流，因此，其间燃料的压力损失被抑制得较小。

因此，喷孔正上方部22b处的燃料速度的下降得以抑制，以充分高的速度的状态猛烈撞击，所以燃料喷雾的微粒化得以促进。另外，通过座面13后的燃料大多在开口部15处合流，因此在座面13的上游侧产生的流速在圆周方向的偏差得以均匀化，从而能抑制喷孔23间燃料喷雾粒径的偏差。

此外，通过在座面13的下游侧设置锥形面14，从而能够抑制在座面下游侧端部13d及锥形面下游侧端部14a产生的燃料剥离，并且能降低座面13上的燃料摩擦，因此能够抑制燃料的压力损失，并进一步促进微粒化效果。

实施方式2

图7是以平行于中心轴的面将本发明的实施方式2所涉及的阀装置的前端部切割而成的局部剖视图，图8是表示在图7所示的阀装置中从以A-A表示的一侧观察到的喷孔板的俯视图。此外，本实施方式2所涉及的燃料喷射阀的整体结构与上述实施方式1相同，因此延用图1，省略各部分的详细说明。

本实施方式2所涉及的阀装置中，在将喷孔23垂直地投影于与中心轴Z正交的平面的情况下，将连接中心轴Z和喷孔23的入口中心23a的直线(图8中为L1)、与连接喷孔23的入口中心23a和喷孔23的出口中心23b的直线(图8中为L2)所成的角(以下称为喷孔扭转角)设为γ时，满足20°≤γ≤70°。

如图7所示，喷孔23具有喷孔角θ，该喷孔角θ由连接入口中心23a与出口中心23b的中心轴线相对于喷孔板22的板厚方向的倾斜角度来定义。因此，在将喷孔23投影于与中心轴Z正交的平面时，设定喷孔直径为d，则形成短径为d，长径为d/cosθ的椭圆。

本实施方式2中，利用图9及图10来说明通过将喷孔扭转角γ设定为20°≤γ≤70°而产生的效果。图9中，图9(A)为γ＝0°的喷孔，图9(B)为20°≤γ≤70°的喷孔，图9(C)为γ＝90°的喷孔。以往的一般喷孔23在形成一次燃料喷雾时，如图9(A)所示为γ＝0°，在将喷孔23投影于与中心轴Z正交的平面时，中心轴Z、喷孔23的入口中心23a及出口中心23b形成为在排列于同一直线。

对此，本实施方式2所涉及的喷孔板22的喷孔23如图9(B)所示，满足20°≤γ≤70°。通过设定为20°≤γ，从而供燃料的主流流入的喷孔23的湿膜边缘长度进一步拉长，燃料速度较大的主流成分能够较多地在喷孔正上方部进行撞击，燃料喷雾的微粒化得以促进。

另外，如图9(C)所示的γ＝90°的喷孔那样，在设定为γ＞70°的情况下，在喷孔正上方部发生撞击并具有乱流能量的燃料在喷孔23内急速地弯曲从而产生损失，微粒化变差。为了抑制上述现象，在本实施方式2中，设定γ≤70°。

图10示出喷孔扭转角γ与喷雾平均粒径的关系，横轴为喷孔扭转角γ(°)，横轴为喷雾平均粒径(μm)。如图10所示，喷雾平均粒径在喷孔扭转角γ为20°≤γ≤70°时为60μm下，与γ＜20°及γ＞70°的情况相比，能够获得更加良好的微粒化特性。

根据本实施方式2，在与上述实施方式1相同的效果的基础上，通过设定为满足喷孔扭转角γ为20°≤γ≤70°，从而能进一步促进燃料喷雾的微粒化。另外，通过将配置于喷孔板22的喷孔组的喷孔扭转角γ设置为相同，从而从各喷孔23喷射出的燃料喷雾的均质性得以提高，能实现燃烧特性的提高、燃料消耗量的减少。

实施方式3

图11是以平行于中心轴的方向将本发明的实施方式3所涉及的阀装置的前端部切割而成的局部剖视图，图12是以A-A表示的部分将图11所示的阀装置的前端部进行切割而成的局部剖视图。此外，图12中，为了表示阀球18的形状与各喷孔23的位置关系，将喷孔板22的喷孔23投影于阀球18来表示。本实施方式3所涉及的燃料喷射阀的整体结构与上述实施方式1相同，因此延用图1，省略各部分的详细说明。

在本实施方式3所涉及的阀装置中，喷孔23的个数与狭缝面18a的个数不同。在阀体16的圆周上均匀地形成有五个阀球18的狭缝面18a。另一方面，在喷孔板22的同心圆上均匀地配置有八个喷孔23，喷孔23的个数比狭缝面18a的个数要多。

该情况下，例如从狭缝面18a－1及狭缝面18a－2流出的燃料主要流入如图12所示的喷孔23-1及喷孔23-2，但喷孔23-1及喷孔23-2与狭缝面18a－1及狭缝面18a－2之间的相对位置彼此不同，因此流入各喷孔23-1、喷孔23-2的燃料的速度可能会产生偏差，从而产生问题。

然而，在本实施方式3所涉及的阀装置中，与上述实施方式1(参照图2)相同，通过座部13a后的燃料大部分在开口部15处合流，之后，到达喷孔板22的上表面的中央部22a附近，成为朝向外周侧的燃料流。因此，在座面13的上游侧产生的流速在圆周方向上的偏差得以均匀化，之后，燃料朝向各喷孔23。

如上所述，根据本实施方式3，在喷孔23的数量与狭缝面18a的个数不同的情况下，流入各喷孔23的燃料速度的偏差能得以抑制，喷孔23间的喷雾粒径的偏差也能得以抑制，本发明可以在其发明范围内对各个实施方式进行自由组合，或对各个实施方式进行适当的变形或省略。

Claims (8)

1.一种燃料喷射阀的阀装置，其具备：阀座，该阀座设置于供燃料流动的通路的中途；阀体，该阀体通过与所述阀座抵接及远离来控制所述通路的开闭；以及喷孔板，该喷孔板配置于所述阀座的下游，该燃料喷射阀的阀装置的特征在于，

所述阀座具有朝着下游而直径缩小的圆锥形的座面以及设置于所述座面的下游侧的圆筒形的开口部，并且在与所述喷孔板之间形成直径比所述开口部要大的圆盘状通路，

所述喷孔板具有配置于所述开口部的外周侧的多个喷孔，

将所述座面朝下游侧延长而得的假想圆锥的顶点、与所述阀座的中心轴的交点会位于所述开口部内。

2.如权利要求1所述的燃料喷射阀的阀装置，其特征在于，

所述阀座在所述座面的上游侧具有与所述中心轴同轴的圆筒形的滑动面，所述阀体在与所述座面抵接的前端部具有阀球，所述阀球与所述滑动面之间具有用于形成燃料通路的多个狭缝面。

3.如权利要求2所述的燃料喷射阀的阀装置，其特征在于，

所述喷孔的个数与所述狭缝面的个数不同。

4.如权利要求1至3中任一项所述的燃料喷射阀的阀装置，其特征在于，

所述阀座在所述狭缝面与所述开口部之间具有锥形面，在将所述座面与所述中心轴所成的角设为α、将所述锥形面与所述中心轴所成的角设为β时，所述阀座满足α＞β。

5.如权利要求4所述的燃料喷射阀的阀装置，其特征在于，

在将所述座面与所述中心轴所成的角设为α、将所述锥形面与所述中心轴所成的角设为β时，所述阀座满足α－β≤20°。

6.如权利要求4或5所述的燃料喷射阀的阀装置，其特征在于，

在将与所述开口部的所述中心轴平行的方向的长度设为P、将与所述锥形面的所述中心轴平行的方向的长度设为Q、将所述开口部的内径设为R、将所述锥形面的上游侧开口直径设为S时，所述阀座满足P+Q≤((R+S)/2)/tanα。

7.如权利要求4至6中任一项所述的燃料喷射阀的阀装置，其特征在于，

在将从所述座面中所述阀体所抵接的座部到所述锥形面的上游侧端部为止的最短距离设为L、将从所述锥形面的上游侧端部到所述开口部为止的最短距离设为M时，所述阀座满足L＜M。

8.如权利要求1至7中任一项所述的燃料喷射阀的阀装置，其特征在于，

在将所述喷孔垂直地投影于与所述中心轴正交的平面的情况下，将连接所述中心轴和任意的所述喷孔的入口中心的直线、与连接所述喷孔的所述入口中心和出口中心的直线所成的角设为γ时，满足20°≤γ≤70°。