CN1754041A

CN1754041A - 用于内燃机的燃料喷射器

Info

Publication number: CN1754041A
Application number: CN200480005419.0A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·蓬托皮丹
Original assignee: Magneti Marelli France SAS
Current assignee: Marilyn Magnet - French Co
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: DE602004001580D1; ATE333586T1; FR2851792B1; FR2851792A1; WO2004079178A2; CN100587253C; US7237527B2; WO2004079178A3; EP1599671A2; ES2268634T3; EP1599671B1; DE602004001580T2; BRPI0407918A; BRPI0407918B1; US20060231065A1

Abstract

一个燃烧喷射器包含了有一个独立外表面(20)的一个头部(13)，和一个主孔(21)用来向主方向(P)喷出射流，和一个副孔(25)用来向副方向(5)喷出射流。两个孔通往外表面，并直接和喷射室(24)联系，副方向和主方向形成了一个10～80°的角A，这样副射流(26)在一个不到15mm的距离＜u＞d＜/u＞开始的碰撞区域(30)和主射流(22)相交，而副射流的流速是主射流流速的80％～100％。本发明还涉及在一个受控起动发动机上使用该喷射器以及该喷射器的制造。

Description

用于内燃机的燃料喷射器

技术领域

本发明涉及一个把燃料喷入一个发动机燃烧室的燃料喷射器，更明确地说，它涉及一个包括头部的喷射器，该头部具有一个独立外表面，并备有至少一个主孔，该主孔用来在“主”方向上喷出燃料射流，和至少一个副孔用来在一个“副”方向喷出燃料射流，上述主孔和副孔通往外表面并直接跟一个共用喷射室相连，该共用喷射室设置选择性地跟一个供应室相通。

背景技术

在燃料直接喷入燃烧室的受控点火发动机，它需要迅速地获得控制好的燃料射流的喷射。特别是，喷射必须显示一定的方向性和穿透率，足以在点火瞬间围绕火花塞得到一个浓度，能使混合物着火。但是，随喷射压力而增加的喷出射流的深度不得过大，这样特别不至于把燃料喷到燃烧室的壁上。

为此目的，曾使用过旋转喷射器，在其中燃料在喷射前由在喷射器中一个旋转动作导向。这种喷射器使它能够获得很好的雾化，但除了费用高，它们的缺点是还会在供应压力上造成了一个高度的内部压降并因此使它必须使用大力才能启动这些喷射器的控制针。实际上，燃料供应压力超过150巴，就无法使用这些喷射器。此外，这些喷射器产生的射流方向性很差，进入室的穿透率相对较低，在某些情况下使它更难获得一个分层混合物，这就是说，一种气体混合物，它在燃料中的浓度大于燃烧室的某些规定部分。

对于这类发动机，还有使用多孔喷射器的，包含多个孔在扩散方向喷射燃料射流。这类喷射器使它能够得到较高的穿透率以及所有燃料射流的非常好的方向性。并且，它们生成的内部压降较少，而制造起来要比配备旋转雾化器的喷射器容易。而另一方面，由于和气体的接触面较小而燃料射流比用旋转喷射器的湍流小，燃料喷射的效率要低一些。因此，在某些情况下，燃料和燃烧室气体的混合程度不能控制，在发动机效率和排出污染物方面会有有害的后果。

发明内容

本发明的目标，是通过提供一种喷射器，以高效率喷射和可靠的方向性使能高压直接喷射进燃烧室，来克服这些缺点，但并不因此增加雾化的燃料射流的穿透深度和喷射器费用。

为此目的，本发明的主题是一个上面所述类型的喷射器，其特点是上述副方向和上述主方向构成了一个在10°和80°之间的角度α，最好在15°和45°之间，更好相当于约25°，这样，副射流和主射流在一个距离d开始的“碰撞”区相交。从头部的外表面在主方向测定，d应在1和15mm之间，最好在1和5mm之间，在这里，副射流的流速应是主射流流速的80％和100％之间。

由于这一配置，从离喷射器一个短距离开始的碰撞区起动，主射流被一个相当大的径向速度分力驱动朝向主方向。从这一碰撞区开始就获得了主射流和副射流的更好雾化，但没有完全丧失主射流的方向功率和穿透率。加之，这种喷射器，它的孔可以由简单的圆筒形孔通过一个金属部件诸如一个金属片所构成，不会造成过高的制造费用。

本发明的最佳体现，可以使用下列配置的一个和/或其它：

·头部的外表面包含至少有一个外向的凹面部分，有一个主孔和至少一个副孔通往凹面；

·主孔和副孔垂直展开到头部的外表面；

·头部配置有至少两个副孔，围绕主孔均匀配置；

·各个副孔设计有副喷射方向，这样副射流在主方向的相同纵向位置和主射流相交；

·头部配有至少两个主孔用来在扩散的主方向喷出燃料射流，在它们之间构成一个5°和45°之间的角度β；

·每一条主射流和至少两条经由设在主孔周围的副孔喷出的射流相交；

·主孔和副孔都是圆筒形孔，副孔的直径小于主孔的直径；

·凹面部分有一个连续的弯曲度；凹面部分由至少两个刻面构成，一个主孔通入的主刻面，和一个副孔通入的副刻面。

此外，本发明的主题还在使用上面所规定的喷射器，带有一个受控点火发动机，喷射器配置其中，以把燃料直接喷入燃烧室。

为了这样的使用，还需依靠下列配置的一个或其它：

·喷射器供应的燃料应当有一个峰值在150和500巴的压力；

·主孔的喷射方向是作为燃烧室和该室的气流的一个几何函数安排好的，以便在点火瞬间在点火操作工具附近获得一个0.7和1.2之间的浓度。

本发明还涉及到制造上面规定的喷射器的方法，在其中：

·外表面的凹面部分是由一个最初平坦的壁面部分变形制成的；和/或

主孔和副孔垂直展开是由放电加工切割的。

附图说明

在随后的介绍过程中，通过不受限制的实例和参考所附图纸，本发明的其它特色和优点将变得更明显。其中：

·图1是包含一个按照本发明的喷射器的一个直接喷射受控点火发动机的简化的剖视图。

·图2是在图1中展示的喷射器的第一实施例的部分纵向剖视图。

·图3是和图2相似的一个视图，展示了第二实施例的喷射器。

在不同的图中保留了相同的说明来表明相同的或类似的要素。

具体实施方式

图1图示了一个横断面，通过一个有受控点火和直接燃料喷射的四冲程内燃机1。

如已经知道的，发动机1有一个或一个以上汽缸2，该汽缸2沿着一个纵向轴X-X延伸，在其中沿着该纵向轴可滑动安装了一个活塞3，活塞3由一根连杆4连接到一根曲轴(未显示)上。

一个燃烧室5设在汽缸2的上端，在连接至汽缸2的汽缸头7内，在活塞3的对面，由活塞3的顶部8的端面9，形成了一个空腔6。在汽缸头7中的空腔6，是一个“屋顶式”的空腔，换句话说，它有两个倾斜的平面，在一个顶点6a会合，它横切汽缸2的纵向轴X-X。

如果所讨论的发动机是一个受控点火发动机，汽缸头7包括了一个火花塞10，该火花塞10配有电极11，电极11配置在汽缸头的顶点6a的区域，虽然专门指定用于这一发动机类型，但可以想象本发明也适用于一个柴油机型的压缩点火发动机。

在汽缸头7的空腔6，包含了在引入孔15下游端部的一个进气口14，和在排出孔19上游端部的排气口17。进气口14和排气口17分别由进气阀16和排气阀18来关闭，而它们是由任何已知工具诸如一个凸轮轴开关的。当然，燃烧室5的形状和阀(16、18)的数量可以不同，只要不离开本发明的范围。

汽缸头7还包含了一个喷射器12，喷射器12配有一个喷射器头13，它沿着轴Y-Y延伸。喷射器的头部13有一个外表面20配置在燃烧室5内。

喷射器12连接到一条燃料供应软管(未显示)。供应软管中包含了在高压下的燃料，这就是说一个压力它至少瞬时地达到一个超过100巴的值，而它大体上和燃料被喷射进燃烧室的压力相等。如果一条软管在高压下供应几个喷射器，后者通常被称作的一条“公共轨道”。但，应当说明的是，按照本发明制作的喷射器头，可以用在一个喷射器/泵型喷射系统，在其中喷射器和一个高压泵相结合。

如同更清晰地出现在图2上的，喷射器头部13的外表面20配有一个主孔21用来喷射燃料射流，由来自一个燃烧室24的轮廓图22表示。来自主孔21的射流22，定向于一个方向P，称为主方向，由孔21的形状决定，并和射流22的底座的对称轴对应。

外表面20还配有一个副孔25，用来在一个方向S称为副方向上喷射一个燃料射流26。外表面20，更正确地说是那些孔通入的部分，没有任何会屏蔽那些孔的一个和/或其它的障碍。副孔25也直接和喷射室24联系，这样喷射室就为主孔和副孔所共用，通过两种孔型的喷射是同时进行的。

为了控制燃料的喷射，喷射室24被选择设在和一个含有在压力下的燃料的供应室27相通。喷射室24和供应室27之间的联系是通过从在喷射器头部13上形成的一个部位29提升一根针28来取得的。针28可以用机械的、电磁的或压电的方法和曲轴的旋转同步提升。

应当说明，针的末端28a有一个几何形状，它补充头部13的内表面以便缩小喷射室24的容积，来防止在不需要的瞬间燃料流入燃烧室5。

副射流26的副方向S朝着主射流22的主方向P定向，这样副射流26和主射流22相交在一个叫做碰撞区的区域，由轮廓图30来图示，而副射流26的流速至少相等于主射流22的流速。

由于这一配置，在副射流26和主射流22之间，得到了一个全面的或部分的碰撞，这使它能够从碰撞区30开始，在主射流22上生成一个速度分力，径向这一射流的主方向P。这使得喷入燃烧室5的燃料能更好雾化，从而使它能够提高燃料和包含在燃料室中的气体的混合程度。

应当说明的是，为了主射流22获得一个高度的碰撞，测试表明副射流的流速必须至少等于主射流流速的80％，以使副射流的运动量降低主射流的穿透率30％～40％。

在图2中所体现的，主方向P和副方向S，在它们之间构成了一个约25°的角度。但，作为在主射流和副射流的流速之间的比例的一个函数和作为一个人希望得到的主射流的碰撞程度的一个函数，它能够改变这一角度。此角度α可以在10°和80°之间，但最好保持在15°和45°之间。

碰撞区30在从喷射器头13的外表面20在主方向P上测定的距离d开始。这一距离d在1和15mm之间，以便在主射流22的方向性和碰撞之间取得一个良好的折衷，但最好小于5mm来获得最早的碰撞和一个相对有限的穿透深度。

由于通过主孔21喷出的射流22的流速大于或等于副射流26的流速，获得了燃料喷射入燃烧室所需要的方向性和穿透率，特别是通过调整在各孔和角度α之间的距离。此外，雾化的燃料射流形成了一个实心锥形，而不是诸如用旋转喷射器获得的空心锥形。

对于副方向S和主方向P精确地相交，并不是绝对需要。事实上，已知主燃料射流和副燃料射流的直径和流速，就可以得到燃料射流充分相交，一个副方向S稍稍偏移于主方向P，它限制了穿透深度。

如在图2中可以看到的，主孔21和副孔25是圆筒形孔，对头部的外表面20成垂直展开。这些对外表面20垂直展开的圆筒形孔最好是由放电加工制作的。但是，通过其它已知技术诸如冲孔，也可以制作它们。

但是，两个孔(21、25)可以有一个不同的形状，特别是对一个用于柴油发动机的喷射器。具体地，对于这一类型发动机，燃料喷射压力非常高，在1000巴以上。喷射器头13的壁较厚，使它能够以平截头圆锥体的形状生成孔。

要说明的是，孔(21、25)直接通入喷射室24，因此限制了在喷射器头的压降，不象旋转喷射器，在孔的上游需要一个装置，对燃料给一个圆周运动。

头13的外表面20包含了一个具有向外定位凹面部分32，主孔21和副孔25垂直通向它，这样副方向S就朝向主方向P。

凹面部分32有一个连续的弯曲度，该弯曲度可以通过冲压钢板的一个原先平坦部分获得。

在图3中可以看到，它表示了根据本发明的一个燃料喷射器的第二实施例，它可以把主孔数和副孔数成倍增加。

喷射器12的头部13在这一第二实施例中包含了2个主孔(21a、21b)，它们分别在一个主方向Pa和一个主方向Pb分别喷出燃料射流(没有显示)。

为了在燃烧室中跨越个较宽的角度来喷射，主方向Pa和Pb是岔开的，在它们之间构成了一个约15°的角度β。根据由燃烧室几何形状和气体流量施加作用的燃料喷射特性，把主方向Pa和Pb之间的角度β从5°改变到45°，可能是有利的。

这一第二实施例的外表面20包含两个主孔(21a、21b)，它们分别指定了2个副孔(25a、25b)。

副孔25a的位置，和主孔21a径向相对，这使它能使从碰撞区开始的主燃料射流保持一定的对称度。应当说明，通过围绕主孔21a配置2个以上副孔以一个均匀的角状方式排列，它可以保持这一对称。

配置了通过副孔25a喷射射流的副方向Sa，这样，副射流和孔21a的主射流在主方向Pa的同一纵向位置相交。

2个主孔(21a、21b)和2个副孔包含在同一平面上，但对2个主孔21a、21b配置在喷射器头13的第一纵向平面上而副孔25a、25b被配置在垂直于第纵向平面的2个平面上，是可以想象的。

外表面20包含了一个孔21a和25a通往的第一凹面部分32a，和一个孔21b和25b通往的第2凹面部分32b。每个凹面部分(32a、32b)包含了3个刻面，一个是主孔垂直通往的中央刻面，2个是副孔垂直通往的横向刻面。

当供应室27的压力不超过500巴时，包含刻面的喷射器的壁可以相对地薄一些。为了节约制造成本，包含凹面(32a、32b)的外表面的这一部分就通过冲压形成，也就是说通过改变一个原先平坦部分的形状，而不是用机械加工或模具制造。

如同在图1中表明的，按照本发明制作的喷射器是被配置在一个受控点火发动机中，这样汽油可以直接喷入燃烧室。根据本发明，使喷射器能非常精确地调整喷出射流的特性，特别是方向、速度和穿透深度，还有燃料的雾化，这对这一类型的发动机特别有利。特别是，一个受控点火发动机要求非常精确的喷射，特别是当点火起动的瞬间，在点火工具的区域要有一个足够的浓度。

主孔的或几个主孔的主方向P，是考虑到燃烧室的几何形状配置的。诸如，例如，在活塞的端面9上形成的一个空心33和一个边缘34的存在，以及在燃烧室内的气体的流量，以致当在电极之间生成一个火花的瞬间，在火花塞10的电极11的附近，获得一个0.7和1.2之间的浓度。

要说明的是，为了为主孔获得一个正确配置的喷射方向，可以为主方向P来和喷射器12的纵向轴X-Y形成一个较大或较小的角度，或者，如果有几个主孔，可以为主方向(Pa、Pb)不对称配置到喷射器的纵向轴上。

按照本发明制作的喷射器的头13几乎不生成内部压降，因此喷射器12在高压下可以由一个包含燃料的“公共轨道”供应。对于一个用于受控点火发动机的喷射器，供应汽油到喷射器12的压力，最好达到在150巴和500巴之间的一个峰值。

Claims

1、用于把燃料喷入一个受控点火发动机的燃烧室(5)中的一个燃料喷射器，包含有独立的外表面(20)的头部(13)，该头部配备了至少一个主孔(21；21a；21b)用来在一个“主”方向(P：Pa，Pb)上喷出燃料射流，和至少一个副孔(25：25a，25b)用来在一个“副”方向(S；Sa；Sb)上喷出燃料射流，上述主孔和副孔通往外表面并直接联系一个共同喷射室(24)，该喷射室是选择性地设置和一个供应室(27)相通，其特征在于，在上述副方向和上述主方向之间形成了在10°和80°之间的一个角度α，该夹角最好在15°和45°之间，更好是等于约25°，这样副射流(26)在一个“碰撞”区(30)和主射流(22)相交，“碰撞”区在从头部的外表面(20)在主方向(P；Pa；Pb)上测定的距离d开始，在1和15mm之间，最好在1和5mm之间，而副射流的流速是主射流流速的80％和100％之间。

2、根据权利要求1所述的喷射器，其特征在于，头部(13)的外表面(20)包含至少一个具有外向凹面的部分(32；32a，32b)，一个主孔(21；21a，21b)和至少一个副孔(25；25a，25b)通往那里。

3、根据权利要求2所述的喷射器，其特征在于，主孔(21；21a，21b)和副孔(25；25a，25b)垂直展开到头部的外表面(20)。

4、根据权利要求1到3中任何一个所述的喷射器，其特征在于，头部(13)配备有至少2个副孔(25a，25b)，它们被均匀地分布在主孔(21a，21b)周围。

5、根据权利要求4所述的喷射器，其特征在于，副孔(25a，25b)设计有副喷射方向(Sa，Sb)，这样副射流和主射流在主方向(Pa，Pb)的同一纵向位置上相交。

6、根据权利要求1到5中任何一个所述的喷射器，其特征在于，头部(13)配备有至少2个主孔(21a，21b)用来在分散的主方向(Pa，Pb)喷出燃料射流，在它们之间形成了介于5°和45°之间的一个角度β。

7、根据权利要求6所述的喷射器，其特征在于，每个主射流被至少2个通过围绕主孔(21a，21b)设置的副孔(25a，25b)喷出的副射流相交。

8、根据权利要求1到7中任何一个所述的喷射器，其特征在于，主孔(21；21a，21b)和副孔(25；25a，25b)都是圆筒形孔，副孔直径小于主孔直径。

9、根据权利要求2到8中任何一个所述的燃料喷射器，其特征在于，凹面部分(32)有一个连续的弯曲度。

10、根据权利要求2到8中任何一个所述的喷射器，其特征在于，凹面部分(32a，32b)由至少2个刻面构成：主孔(21a，21b)通往的第1刻面和副孔(25a，25b)通往的第2刻面。

11、根据权利要求前面任何一项所述的喷射器，使用于一个受控点火发动机，其特征在于，配置了喷射器(12)以把燃料直接喷入燃烧室(5)。

12、根据权利要求11所述的喷射器的使用，其特征在于，喷射器(12)用在具有在150和500巴之间的峰值的压力的燃料供应。

13、根据权利要求11或12所述的喷射器的使用，其特征在于，主孔(21；21a，21b)的喷射器方向(P；Pa，Pb)是作为燃烧室(5)的几何形状的一个函数和作为在上述室内气体流量的函数来配置的，以此在点火瞬间在点火控制工具(11)附近获得一个在0.7和1.2之间的浓度。

14、根据权利要求2到10所述的任何一个喷射器的制造方法，其特征在于，外表面(20)的凹面部分(32；32a；32b)是由把一个最初平坦的壁面部分改变形状制成的。

15、根据权利要求3到10所述的任何一个喷射器的制造方法，其特征在于，主孔(21；21a；21b)和副孔(25；25a；25b)垂直展开到外表面(20)，并由放电加工切割。