CN107178449B - 缸内喷射用电磁式燃料喷射阀 - Google Patents

缸内喷射用电磁式燃料喷射阀 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种缸内喷射用电磁式燃料喷射阀，即使在使贯穿力有所降低的情况下也能够确保所需的流量。燃料喷孔(10)是具有长轴(11)和短轴(12)的长孔，所述长轴(11)呈圆弧状弯曲，所述长轴(11)的半径(R1)比所述燃料喷孔(10)的入口的节圆(P)的半径(R2)小。

Description

缸内喷射用电磁式燃料喷射阀
技术领域
本发明涉及主要用于内燃机的燃料供给系统的缸内喷射用电磁式燃料喷射阀，尤其涉及具有阀座部件和阀芯的缸内喷射用电磁式燃料喷射阀的改良，该阀座部件具有阀座和呈环状排列的多个燃料喷孔而从所述燃料喷孔喷射燃料，该阀芯与所述阀座协作而对所述燃料喷孔进行开闭。
背景技术
如下述专利文献1所公开的那样已经公知有相关的缸内喷射用电磁式燃料喷射阀。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2005-139989号公报
在上述专利文献1所记载的缸内喷射用电磁式燃料喷射阀中，在1个喷射器中设置有构成第1角度的第1喷孔以及构成比第1角度大的第2角度且贯穿力比第1喷孔小的第2喷孔，在分层燃烧时从第1喷孔使喷雾经由腔体而集中于火花塞周围，另一方面在扩散燃烧时从第2喷孔使喷雾扩散到整个燃烧室，从而同时兼顾分层燃烧时的混合气的层状化和扩散燃烧时的混合气的均质化。
在该结构中，为了使第2喷孔的贯穿力比第1喷孔的贯穿力低而使喷孔的孔径有所减小，但当使喷孔的孔径缩小时流量会减少，因此虽然使贯穿力降低，但很难确保一定程度以上的流量，有可能产生与要求各种燃烧方式或喷雾方式的近年来的实际情况不符的状况。
发明内容
本发明是鉴于该情况而完成的，其目的在于，提供一种缸内喷射用电磁式燃料喷射阀，即使在使贯穿力有所降低的情况下也能够确保所需的流量。
为了达成上述目的，本发明为一种缸内喷射用电磁式燃料喷射阀，其具有：阀座部件，其具有阀座和呈环状排列的多个燃料喷孔，并从所述燃料喷孔喷射燃料；以及阀芯，其与所述阀座协作而对所述燃料喷孔进行开闭，本发明的第1特征在于，所述燃料喷孔是具有长轴和短轴的长孔，所述长轴呈圆弧状弯曲，所述长轴的半径比所述燃料喷孔的入口的节圆的半径小。
并且，本发明在第1特征的基础上，第2特征在于，所述燃料喷孔由以下部分构成：大径壁，其半径比所述长轴的半径大；小径壁，其半径比所述长轴的半径小；以及连接壁，其连接这些大径壁和小径壁。
此外，本发明在第2特征的基础上，第3特征在于，构成所述大径壁的假想圆与构成所述小径壁的假想圆具有相同的中心。
并且，本发明在第1至第3任一项的特征的基础上，第4特征在于，在至少一部分的所述燃料喷孔中，其内周壁与所述长轴的2个交点中的一方位于所述节圆的径向外侧。
并且，本发明在第4特征的基础上，第5特征在于，在所有的所述燃料喷孔中，所述交点中的一方位于所述节圆的径向外侧。
此外，本发明在第5特征的基础上，第6特征在于，所有的所述燃料喷孔的所述短轴相对于从所述节圆的中心沿半径方向延伸的直线向相同侧倾斜。
此外，并且本发明在第1特征的基础上，第7特征在于，所有的所述燃料喷孔的入口被配置在单一的所述节圆上。
根据本发明的第1特征，燃料喷孔是具有长轴和短轴的长孔，长轴呈圆弧状弯曲，该长轴的半径比燃料喷孔的入口的节圆的半径小，因此燃料喷孔的内周壁也以比所述节圆的半径小的半径弯曲。因此，所喷射的燃料沿着弯曲的燃料喷孔的内周壁移动，在燃料喷孔内部以形成漩涡的方式产生紊流，因此通过该产生的紊流而降低了贯穿力。并且，由于该贯穿力的降低并不是通过燃料喷孔的小径化而实现的，而是通过燃料喷孔的形状的变更而实现的，因此即使在使长轴和短轴的尺寸扩大来确保流量的情况下，也能够通过所产生的紊流使贯穿力降低。
根据本发明的第2特征，燃料喷孔由半径比长轴的半径大的大径壁、半径比长轴的半径小的小径壁、以及连接这些大径壁和小径壁的连接壁构成，因此燃料容易从曲率较小的大径壁侧进入到燃料喷孔内，不容易从曲率较大的小径壁侧进入。因此，动作不同的燃料在燃料喷孔内碰撞，从而能够产生更大的紊流，因此能够进一步降低贯穿力。
根据本发明的第3特征，构成大径壁的假想圆与构成小径壁的假想圆具有相同的中心，因此短轴的长度在燃料喷孔的周向上恒定而容易进行喷射流量的管理。
根据本发明的第4特征，在至少一部分的燃料喷孔中，其内周壁与长轴的2个交点中的一方位于所述节圆的径向外侧，因此即使由于从阀座部件的中心到燃料喷孔为止的距离或燃料喷孔相对于阀座部件的倾斜角度等而在阀座部件上存在燃料容易从燃料喷孔的壁面剥离的部分，由于至少一部分的燃料喷孔在节圆的径向外侧和内侧的范围中延伸，因此能够使剥离部位仅限于该燃料喷孔的一部分从而能够减少剥离量的偏差。并且，由于能够确保朝向节圆的径向外侧的喷孔尺寸，因此能够促进燃料向外侧的移动。
根据本发明的第5特征，在所有的燃料喷孔中，燃料喷孔的内周壁与长轴的交点中的一方位于节圆的径向外侧，因此能够更有效地减少燃料的剥离量的偏差。并且，在利用激光加工来形成燃料喷孔的情况下，在使燃料喷孔相对于阀座部件的倾斜角度朝向外侧时，为了避免激光与阀座部件的圆筒部分的干涉，需要在阀座部件的圆筒部分内表面上设置干涉防止部件，但由于在所有的燃料喷孔中能够确保朝向节圆的径向外侧的喷孔尺寸，有效地促进了燃料向外侧的移动，因此能够在不使燃料喷孔相对于阀座部件的倾斜角度朝向外侧的情况下使燃料向外侧喷射，能够使得不容易产生激光与阀座部件的圆筒部分的干涉，能够省略干涉防止部件的设置。
根据本发明的第6特征，所有的燃料喷孔的短轴相对于从节圆的中心沿半径方向延伸的直线向相同侧倾斜，因此容易使喷射流量和喷雾长度均匀化而容易进行喷射流量的管理。
根据本发明的第7特征，将所有的燃料喷孔的入口配置在单一的节圆上，因此能够使从各燃料喷孔喷射的燃料的贯穿力和喷射流量均匀化。
附图说明
图1是本发明的第1、第2实施方式的缸内喷射用电磁式燃料喷射阀的纵剖侧视图。
图2是图1中的阀座部件的放大剖视图(第1实施方式)。
图3是沿图2中的箭头3-3方向的视图(第1实施方式)。
图4是图1中的阀座部件的放大剖视图(第2实施方式)。
图5是沿图4中箭头5-5方向的视图(第2实施方式)。
标号说明
3：阀座部件；9：阀座；10：燃料喷孔；10a：大径壁；10b：小径壁；10c：连接壁；11：长轴；12：短轴；13：内周壁；13a：大径壁；13b：小径壁；13c：连接壁；15：阀芯；A：构成大径壁的假想圆；B：构成小径壁的假想圆；C1、C2：燃料喷孔的内周壁与长轴的交点；O：节圆的中心；O′：两假想圆的中心；P：节圆；R1：长轴的半径；R2：节圆的半径；R3：大径壁的半径；R4：小径壁的半径。
具体实施方式
根据附图对本发明的实施方式进行说明。
[第1实施方式]
首先，根据图1～图3对本发明的第1实施方式进行说明。
在图1中，在发动机的气缸盖E中设置有向燃烧室Ea开口的安装孔Eb，在该安装孔Eb中安装有缸内喷射用电磁式燃料喷射阀I。该燃料喷射阀I能够朝向燃烧室Ea喷射燃料。另外，在燃料喷射阀I中，设燃料的喷射侧为前方，设燃料的流入侧为后方。
该燃料喷射阀I的阀壳1由以下部分构成：中空圆筒状的阀壳主体2；有底圆筒状的阀座部件3，其与该阀壳主体2的前端部内周面嵌合并被焊接；磁性圆筒体4，其与阀壳主体2后端的大径部2a的外周嵌合并被焊接；以及非磁性圆筒体5，其与该磁性圆筒体4的后端同轴地结合。固定铁芯6与非磁性圆筒体5的后端同轴地结合，燃料入口筒7与该固定铁芯6的后端同轴地连接设置成一体。固定铁芯6具有与燃料入口筒7的内部连通的中空部6a。
磁性圆筒体4在轴向中间部一体地具有凸缘状的轭部4a，该轭部4a隔着衬垫部件Cu支承于围绕气缸盖E的所述安装孔Eb的上端开口部的负载承受孔Ec，在燃料入口筒7的入口安装有燃料过滤器8。
进一步参照图2、图3，有底圆筒状的阀座部件3在其前端壁3a上具有圆锥状的阀座9以及呈环状排列的多个燃料喷孔10，该多个燃料喷孔10在该阀座9的中心附近开口。
燃料喷孔10是具有长轴11和短轴12的长孔，长轴11呈圆弧状弯曲。并且，燃料喷孔10的入口在1个节圆P上等间隔地配置，长轴11的半径R1比该节圆P的半径R2小。另外，这些燃料喷孔10的入口可以分开配置在多个节圆P上，其间隔也可以不是相等间隔。
燃料喷孔10的短轴12沿着从所述节圆P的中心O在半径方向上延伸的直线配置，燃料喷孔10的长轴11与所述节圆P在燃料喷孔10的中心位置处相切。
燃料喷孔10的内周壁13由以下部分构成：大径壁13a，其半径R3比长轴11的半径R1大；小径壁13b，其半径R4比长轴11的半径R1小；以及连接壁13c，其将这些大径壁13a和小径壁13b相连接，构成大径壁13a的假想圆A和构成小径壁13b的假想圆B具有相同的中心O′，但这些圆A、B的中心也可以处于不同的位置。
在阀座部件3的前端壁3a上从前侧形成有凹部14，该凹部14具有与燃料喷孔10的轴线θ垂直的底面14a，燃料喷孔10的下游端在该凹部14的底面14a上开口。
在从阀座部件3到非磁性圆筒体5的阀壳1内收纳有由阀芯15和可动铁芯16构成的阀组装体17。阀芯15由以下部分构成：球状的阀部15a，其与所述阀座9协作而对燃料喷孔10进行开闭；以及阀杆15b，其对该阀部15a进行支承并延伸到固定铁芯6的中空部6a。该阀部15a形成为滑动自如地支承于阀座部件3的内周面的球状，在阀部15a的外周面上设置有能够使燃料流通的多个平坦部。并且，在可动铁芯16的半径方向中间部也设置有供燃料流通的燃料通路16a。
在固定铁芯6的内周面上压入有圆筒状的导向衬套18。此时，导向衬套18被配置为其前端部比固定铁芯6的前端面(即吸引面6b)稍微突出。
在所述阀杆15b上通过焊接等固定设置有滑动部件19和止动部件20，该滑动部件19滑动自如地嵌合在所述导向衬套18的内周面上，该止动部件20配置在所述可动铁芯16和所述阀部15a之间，滑动部件19被配置为其下端面在阀芯15的闭阀位置时比所述导向衬套18的下端面突出。并且，与固定铁芯6的吸引面6b对置的可动铁芯16滑动自如地嵌装于阀杆15b上，该可动铁芯16能够在限定于上述滑动部件19和止动部件20之间的行程中移动。
导向衬套18和滑动部件19由硬度比固定铁芯6高的非磁性或者弱磁性材料(例如马氏体系的不锈钢)构成。因此，导向衬套18和滑动部件19的硬度大致同等。
在固定铁芯6的中空部6a中嵌插有管状的保持器21并且被敛缝固定，在该保持器21与滑动部件19之间压缩设置有阀弹簧22，阀弹簧22对阀芯15向落座于阀座9的落座方向、即闭阀方向施力。此时，根据保持器21在固定铁芯6中的嵌插深度来调整阀弹簧22的设定载荷。滑动部件19由于如上所述比固定铁芯6硬度高，因此成为阀弹簧22的弹簧座的部位耐磨损性高。
并且，在滑动部件19与可动铁芯16之间压缩设置有辅助弹簧23，该辅助弹簧23发挥这样的作用：以比上述阀弹簧22的设定载荷小的设定载荷使滑动部件19和可动铁芯16分离。
所述阀杆15b的后端部比滑动部件19的后端面突出，所述阀杆15b的后端部与阀弹簧22的可动端部的内周面嵌合，从而实现了其定位的作用，并且滑动部件19与辅助弹簧23的内周面嵌合，从而实现了其定位的作用。并且，在所述滑动部件19的外周设置有作为燃料流路的多个切口。
在从磁性圆筒体4的后端部到固定铁芯6的外周面上嵌装有线圈组装体24。该线圈组装体24由与上述外周面嵌合的绕线管25和卷绕于该绕线管25的线圈26构成，收纳该线圈组装体24的线圈壳体27的前端部被载置并焊接在磁性圆筒体4的所述轭4a上。
从线圈壳体27的后端部到固定铁芯6的后端部的范围中包覆它们的外周面的合成树脂制的包覆层28被模制成型。向固定铁芯6的一侧方伸出的连接器29一体地连接设置于该包覆层28，通过该连接器29对与线圈26相连的端子30进行保持。
接下来，对该第1实施方式的作用进行说明。
在线圈26的非通电状态下，阀芯15被阀弹簧22的设定载荷向前方按压，落座于阀座9而将燃料喷孔10封闭。即处于闭阀状态，可动铁芯16在与比固定铁芯6的吸引面6b突出的导向衬套18的前端之间保持有规定的间隙。
当向线圈26通电时，由此产生的磁通依次通过固定铁芯6、线圈壳体27、磁性圆筒体4以及可动铁芯16，通过该磁力，首先可动铁芯16被固定铁芯6吸引，对辅助弹簧23进行压缩并且与滑动部件19的前端抵接。此时，可动铁芯16抵抗辅助弹簧23的较弱的设定载荷而上升并加速并且与滑动部件19抵接，使滑动部件19抵抗阀弹簧22的设定载荷而快速地向后方顶起，然后与导向衬套18的前端碰撞而停止。其间，由于向后方顶起的滑动部件19连带着与其一体化的阀杆15b，因此提高了阀芯15的开阀响应性。
可动铁芯16在顶起滑动部件19的同时与导向衬套18的前端抵接，从而阀芯15被保持在规定的开阀位置。
当阀芯15打开时，从未图示的燃料分配管向燃料入口筒7压送的高压的燃料依次经过管状的保持器21内部、固定铁芯6的中空部6a、滑动部件19的切口、可动铁芯16的燃料通路16a、阀壳1的内部以及阀座9而从燃料喷孔10直接喷射向发动机的燃烧室Ea。
此时，燃料喷孔10是具有长轴11和短轴12的长孔，长轴11呈圆弧状弯曲，由于长轴11的半径比燃料喷孔10的入口的节圆P的半径小，因此燃料喷孔10的内周壁13也以比节圆的半径小的半径弯曲。因此，所喷射的燃料沿着弯曲的燃料喷孔10的内周壁13移动，在燃料喷孔10内部以形成漩涡的方式产生紊流，因此通过该产生的紊流而降低了贯穿力。并且，该贯穿力的降低并不是通过燃料喷孔10的小径化而实现的，而是通过燃料喷孔10的形状的变更而实现的，因此即使在使长轴11和短轴12的尺寸扩大而确保流量的情况下，也能够通过所产生的紊流来使贯穿力降低。
特别是在本实施方式中，由于燃料喷孔10由以下部分构成：大径壁13a，其半径比长轴11的半径大；小径壁13b，其半径比长轴11的半径小；以及连接壁13c，其将这些大径壁13a和小径壁13b相连接，因此燃料容易从曲率较小的大径壁13a侧进入燃料喷孔10内，而不容易从曲率较大的小径壁13b侧进入。因此，动作不同的燃料在燃料喷孔10内碰撞，而能够产生更大的紊流，能够进一步降低贯穿力。
而且，由于构成大径壁13a的假想圆A和构成小径壁13b的假想圆B具有相同的中心O’，因此短轴12的长度在燃料喷孔10的周向上是恒定的，容易进行喷射流量的管理，并且由于将多个燃料喷孔10的入口配置在单一的节圆P上，因此能够使从各燃料喷孔10喷射的燃料的贯穿力和喷射流量均匀化。
并且，此外，在阀座部件3的前端壁3a上从前方穿设有凹部14，该凹部14具有与燃料喷孔10的轴线θ垂直的底面14a，燃料喷孔10的下游端在该凹部14的底面14a上开口，因此能够保护燃料喷孔10的下游端避免与其他部件接触。
[第2实施方式]
接着，根据图4和图5对本发明的第2实施方式进行说明。
在该第2实施方式中，在将至少一部分的燃料喷孔10(在图4和图5的实施方式中为所有的燃料喷孔10)的内周壁13和长轴11的2个交点C1、C2中的一方配置于节圆P的径向外侧这一点上，与将这些交点双方都配置在节圆P的径向内侧的第1实施方式不同，但其他的结构与前实施方式相同，因此在图4和图5中，对与前实施方式对应的部分标注相同的参照标号并省略重复的说明。
在图4和图5中，有底圆筒状的阀座部件3在其前端壁3a上具有圆锥状的阀座9以及呈环状排列的多个燃料喷孔10，该多个燃料喷孔10在该阀座9的中心附近开口。
燃料喷孔10是具有长轴11和短轴12的长孔，长轴11呈圆弧状弯曲。并且，也可以是，燃料喷孔10的入口在1个节圆P上等间隔地配置，长轴11的半径R1比该节圆P的半径R2小。
燃料喷孔10的内周壁13由以下部分构成：大径壁13a，其半径R3比长轴11的半径R1大；小径壁13b，其半径R4比长轴11的半径R1小；以及连接壁13c，其将这些大径壁13a和小径壁13b相连接，构成大径壁13a的假想圆A和构成小径壁13b的假想圆B具有相同的中心O′。
另外，燃料喷孔10的入口也可以分开配置在多个节圆P上，其间隔也可以不是相等间隔。并且，假想圆A、B的中心也可以处于相互不同的位置。
以上的结构与第1实施方式相同，但在第2实施方式中，燃料喷孔10的短轴12相对于从节圆P的中心O沿半径方向延伸的直线全部向相同的方向倾斜，燃料喷孔10的内周壁13与长轴11的2个交点C1、C2中的一方C1位于节圆P的径向外侧。
另外，不需要使所有的燃料喷孔10的交点位于节圆P的径向外侧，并且也不需要使其倾斜方向全部为相同的方向。
在阀座部件3的前端壁3a上从前侧形成有凹部14，该凹部14具有通过燃料喷孔10的轴线θ的底面14a，燃料喷孔10的下游端在该凹部14的底面14a上开口。并且，燃料喷孔10形成于其轴线θ与阀座部件3的圆筒部分3b的后端不相交的位置。
接下来，对该第2实施方式的作用进行说明。
在第2实施方式中，由于至少一部分的燃料喷孔10(在图4和图5的实施方式中为所有的燃料喷孔10)中的长轴11与内周壁13的2个交点C1、C2中的一方C1位于节圆P的径向外侧，因此即使由于从阀座部件3的中心到燃料喷孔10为止的距离或燃料喷孔10相对于阀座部件3的倾斜角度等而在阀座部件3上存在燃料容易从燃料喷孔10的壁面剥离的部分，由于燃料喷孔10在从节圆P的径向外侧到内侧的范围中延伸，因此能够使剥离部位仅限于该燃料喷孔10的一部分，从而能够减少剥离量的偏差。并且，由于能够确保朝向节圆P的径向外侧的喷孔尺寸，因此能够促进燃料向外侧的移动。
并且，在利用激光加工来形成燃料喷孔10的情况下，在使燃料喷孔10相对于阀座部件3的倾斜角度朝向外侧时，为了避免激光L与阀座部件3的圆筒部分3b的干涉，需要在阀座部件3的圆筒部分3b内表面上设置干涉防止部件，但通过在所有的燃料喷孔10中将长轴11与内周壁13的2个交点C1、C2中的一方C1配置在节圆P的径向外侧，能够将燃料喷孔10中的节圆P的径向外侧的部分配置在远离阀座部件3的中心的位置，从而如图4所示，能够使燃料喷孔10的轴线θ不容易与阀座部件3的后端相交。而且能够在所有的燃料喷孔10中确保朝向节圆P的径向外侧的喷孔尺寸，从而有效地促进燃料向外侧的移动，因此能够在不使燃料喷孔10相对于阀座部件3的倾斜角度朝向外侧的情况下使燃料向外侧喷射，能够使得不容易产生激光L与阀座部件3的圆筒部分3b的干涉，能够省略干涉防止部件的设置。
而且，在阀座部件3的前端壁3a上从前方穿设有凹部14，该凹部14具有通过燃料喷孔10的轴线θ的底面14a，燃料喷孔10的下游端在该凹部14的底面14a上开口，因此还能够保护燃料喷孔10的下游端避免与其他部件接触。
而且，通过使所有的燃料喷孔10的短轴12相对于从节圆P的中心O沿半径方向延伸的直线向相同侧倾斜，且所有的燃料喷孔10的入口配置在单一的节圆P上，从而容易使喷射流量和喷雾长度均匀化，喷射流量的管理变得容易。
本发明不限于上述第1、第2实施方式，能够在不脱离其要旨的范围中进行各种设计变更。例如，在第1、第2实施方式中使可动铁芯16能够在滑动部件19和止动部件20之间移动，但也可以将该可动铁芯16固定于阀杆15b。并且，也不需要在阀座部件3的前端壁3a上特别地形成凹部14。

Claims (5)

1.一种缸内喷射用电磁式燃料喷射阀，其具有：阀座部件(3)，其具有阀座(9)和呈环状排列的多个燃料喷孔(10)，并从各所述燃料喷孔(10)喷射燃料；以及阀芯(15)，其与所述阀座(9)协作而对各所述燃料喷孔(10)进行开闭，其特征在于，
所述燃料喷孔(10)全部是具有长轴(11)和短轴(12)的长孔，所述长轴(11)呈圆弧状弯曲，各所述燃料喷孔(10)的所述长轴(11)的半径(R1)比该燃料喷孔(10)的入口的节圆(P)的半径(R2)小，
在至少一部分的所述燃料喷孔(10)中，其内周壁(13)与所述长轴(11)的2个交点(C1、C2)中的一方(C1)位于所述节圆(P)的径向外侧。
2.根据权利要求1所述的缸内喷射用电磁式燃料喷射阀，其特征在于，
所述燃料喷孔(10)全部由以下部分构成：大径壁(13a)，其半径(R3)比所述长轴(11)的半径(R1)大；小径壁(13b)，其半径(R4)比所述长轴(11)的半径(R1)小；以及连接壁(13c)，其连接这些大径壁(13a)和小径壁(13b)。
3.根据权利要求2所述的缸内喷射用电磁式燃料喷射阀，其特征在于，
构成所述大径壁(13a)的第一假想圆(A)与构成所述小径壁(13b)的第二假想圆(B)具有相同的中心(O′)。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的缸内喷射用电磁式燃料喷射阀，其特征在于，
在所有的所述燃料喷孔(10)中，所述交点(C1、C2)中的一方(C1)位于所述节圆(P)的径向外侧。
5.根据权利要求4所述的缸内喷射用电磁式燃料喷射阀，其特征在于，
所有的所述燃料喷孔(10)的所述短轴(12)相对于从所述节圆(P)的中心(O)沿半径方向延伸的直线向相同侧倾斜。
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