CN1811160A - 一种燃油喷射器以及一种包含这种喷射器的发动机 - Google Patents

Abstract

一种用于将燃油喷射到燃烧室的燃油喷射器，包含一个喷射头(6)，该喷射头沿一根中心轴(X)从一个底座(6a)伸向一个自由端(6b)，所述的喷射头包含一个自由的外表面(6c，6d)，该表面限定了一个内部喷射室(7)；和至少两组喷射孔(10；20；30)，每个喷射孔(10；20；30)包含一个第一喷射孔(11；21；31)和至少一个第二喷射孔(12；22；32)，每个喷射孔适合沿着各自的第一和第二方向(D11，D21，D31；D12，D22，D32)喷射燃油，所述的第一方向和第二方向在其之间形成一个锐角(α)。在每组喷射孔的所有喷射孔的内开口基本上处于同一个平面(P)内，该平面基本上是相对于喷射器的喷射头(6)的中心轴(X)横向延伸。所述的喷射器特别适用于直接喷射柴油机。

Description

一种燃油喷射器以及一种包含这种喷射器的发动机

技术领域

本发明涉及一种用于将燃油喷射到内燃机的燃烧室内的燃油喷射器。更具体地说，它涉及一种燃油喷射器，所述的喷射器包括一个用于固定到发动机的喷射器体；和一个喷射头，该喷射头从一个连接在喷射器体的一个底座伸向一个自由端，所述的喷射头包括一个内部喷射室，一个外表面在底座和自由端之间延伸，且包括多个喷射孔，这些喷射孔是由至少两组从位于内部喷射室的内开口延伸到位于外表面上的外开口的喷射孔，所述的每组喷射孔包含一个第一喷射孔和至少一个第二喷射孔，每个喷射孔适合沿着一个各自的第一和第二方向喷射燃油，所述的第一和第二方向在其之间以这样的方式形成一个锐角，使得来自每组喷射孔的喷射流在一个所谓的“爆裂区”相互拦截，该“爆裂区”处于离开外表面一定距离的位置。

背景技术

这种类型的喷射器，例如从专利文献US-A-20020000483所知的，由于每个喷射流的爆裂，能够获得一个程度特别高的燃油雾化，每个喷射流的爆裂是从该喷射流被该组喷射孔的喷射流拦截的拦截点产生的。此外，燃油在一个喷射流中的动能从爆裂区起被减小了，因此限制喷射流渗透到燃烧室内，且防止燃油喷射到汽缸壁上。燃油喷射到汽缸壁上，可能导致未燃的燃油被排放。这个对喷射流渗透性的限制也通过以下事实得到加强：在爆裂区之外，燃油的速度具有一个相对于喷射方向的径向分量。

将这种能够在燃烧室内均匀喷射的喷射器，用于每个汽缸具有一个喷射器的高压直接喷射柴油机，这是特别有利的。

然而，人们已经发现，对于现有技术的这种喷射器，由一组喷射孔产生的燃油喷射流的爆裂并不总是以最优的方式进行。已发现，在某种情况下，首先，由一组第一和第二喷射孔产生的喷射流不是同时发生的，这可能导致其中一个喷射流在短暂时间内不发生爆裂；其次，所述的第一和第二喷射流的特征，例如它们的流速，不是成比例地变动，由此导致在由一组喷射孔形成的喷射流的爆裂区之外或大或小的偏斜。那些现象对燃油的雾化、对燃烧室内的空气/燃油混合物的不均匀性从而对污染排放产生有害的影响。尽管喷射压力的增加和每个循环的喷射次数的增加一般被认为是可以改善燃烧的因素，但由于当喷射压力升到最高值时，当前规定为2000巴，和当期望减少喷射持续时间以能够增加在一个循环中的喷射次数时，它们的量级趋于增加，那些现象因此都更加有害。

发明内容

本发明的一个目的在于避免那些对优化燃烧和对减少污染排放有不良影响的现象的出现，通过提出一种上述类型的喷射器，在该喷射器中，燃油的喷射流的爆裂至少是在大多数的发动机工作条件下，以期望的方式进行。

为此目的，本发明提供了一种上述类型的燃油喷射器，其特征在于，所述的多个喷射孔的所有内开口被设置在同一个平面内，该平面基本上是相对于喷射头的中心轴横向延伸的。

通过这样的设置，可以发现，由喷射头的一组喷射孔产生的所有的燃油喷射流，即使在重大修改喷射器的工作条件的情况下，也是真正同时发生的。而且，总的来说，在任何一次喷射中，或者当喷射室的进料压力发生变动时，由每组喷射孔产生的喷射流发生爆裂而产生的喷射流具有一个基本上不变的外形。

这个结果可能通过这样事实得到解释：按照本发明制造的喷射器的所有喷射孔的内开口是被设置在沿喷射室的同一个纵向位置上，在该纵向位置上，燃油的压力在环绕这个喷射室的整个外围上基本上是相同的。鉴于不断增加的燃油压力、喷射室的相距很近的开闭工作，和喷射孔的直径不断减小，在喷射室和喷射孔内发生流体流动现象，这些现象干扰燃油喷射流的形成，例如紊流、沿喷射室的中心轴的压力损失，和压力波的出现，所述的压力波可能被室壁反射，且可能变成重叠的，甚至导致局部气穴现象，该气穴现象可能通过导致部分阻塞而根本改变喷射孔的进料。

再者，应注意到，喷射孔在喷射头里这样的设置在制造喷射器方面具有优点。为制造在专利US-A-20020000483所描述的那种喷射器，为了制造一组喷射孔的各种喷射孔，或者改变刀具相对于中心轴的倾角，或者为了各自地制造第一和第二喷射孔而使用两种截然不同的刀具，这是必需的。但是，对于按照本发明制造的喷射器，这里所有的喷射孔具有相对于中心轴的相同倾角，只需要使刀具围绕一根平行于中心轴的枢轴转动，因此提供更高精确度和更快速度的制造。

在本发明的一个优选的实施例中，也可追溯到下列一个或多个设置：

所有喷射孔的喷射方向位于同一个平面内，该平面相对于中心轴横向延伸；

一组喷射孔的第一和第二喷射孔在其之间形成一个范围为15°至50°的角，且具有相对于中心轴径向延伸的二等分线；

各组喷射孔倾斜地围绕外表面的外围等边对称分布；

第一喷射孔在外形上与第二喷射孔相同，例如圆柱形或者截头圆锥形；

外表面具有一个圆柱形且与中心轴同轴的部分，喷射孔的外开口被设置在其内；

喷射室具有一个圆柱形且与中心轴同轴的壁部，喷射孔的内开口被设置在其内；

所有的喷射孔在长度上是基本上相同的，以致不管燃油压力的大小，通过它们的压力降是大致彼此相等；和

提供三组喷射孔，每组包含两个喷射孔。

上述定义的燃油喷射器特别适合于以下列方式实施直接喷射到柴油机内：通过将喷射器的喷射器体固定到发动机的汽缸头且将喷射头设置在燃烧室内。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从下面的描述中显现出来，以下描述是以非限制性的实例的方式且参照附图进行的，其中：

图1是一个直接喷射燃烧室的示意剖视图，该燃烧室包括一个本发明的喷射器；

图2是沿图3的直线II-II的放大的纵截面剖视图，并显示了图1的喷射器的喷射头；

图3是沿图2的直线III-III的示意横截面剖视图。

在不同的图中，相同的参考标记被用于指定相同或类似的部件。

具体实施方式

图1是一个横截面图，显示柴油机的一个燃烧室的一部分。燃烧室位于一个汽缸头1和一个往复活塞2之间，所述的活塞，以对于直接喷射的柴油机来说人们已熟知的方式，具有一个中央凹槽。

汽缸头1配有一个喷射器，总的用参考标记4表示，该喷射器包含一个被固定到汽缸的喷射器体5和一个喷射头6，该喷射头沿一根中心轴X从一个被固定到喷射器体5的底座6a延伸到一个被设置在燃烧室内的自由端6b。在所示的实施例中，喷射器4的中心轴X与汽缸的轴线一致，但是喷射器的中心轴相对于汽缸的轴线平移或者倾斜，这是完全可能的。

在所示的实施例中，喷射器的喷射头6具有一个外表面，该表面随着离开喷射头的底座6a，包含一个截头锥形部分6c，接着是一个与轴线X同轴的圆柱形部分6d，及终止于一个自由端6b。所述的喷射头包括一个内部的室7，被称作喷射室。

如在图3中可以更清楚看出，所述的喷射头具有三组喷射孔(10，20，30)。每组喷射孔包含一个第一喷射孔(11；21；31)，其与一个第二喷射孔(12；22；32)联合。

每个这些喷射孔(11，12，21，22，31，32)从位于喷射室7内的一个内开口延伸到位于外表面的圆柱形部分6d内的外开口。

所述的喷射室7被设置为选择性地与一个进料室8相通，该进料室包含处于高压下的燃油，优选地，在一个高于1000巴的压力下。燃油可以通过任何已知的装置被输送到进料室8，特别是是通过一个共同喷射轨道。

通过沿中心轴X将一个针状物9从一个如图2所示的闭合位置移开，使所述的喷射室7与进料室8相连通，在闭合位置上，针状物的一个圆锥形部分9a被压向一个互补坐具，该坐具将喷射室和进料室(7，8)隔开。针状物9的动作是通过任何已知的装置控制的，特别是通过一个电磁装置或者一个压电装置，优选地是在一个电子发动机管理模块的控制下，该模块是作为发动机工作参数的一个函数对发动机进行控制的，或者直接或者经由一个液压放大系统作用于针状物9。

在开启位置上，为了容许进料室8和喷射室7之间的直接连通，将所述的针状物9从坐具中分开，以使这两个室的压力损失最小。所述的针状物9在关闭位置和开启位置之间的提升尽可能短，以减少针状物的行程时间和冲击时间。

参照第一组喷射孔10，第一喷射孔11是一个圆柱形的孔，该孔沿着一个第一方向D11延伸，适合沿着所述的方向D11喷射燃油喷射流。类似地，第二喷射孔12适合沿着一个第二方向D12喷射燃油喷射流。然而，所述的喷射孔可以具有圆锥形的外形，例如朝着它们的外开口逐渐变宽。

所述的第一和第二喷射孔11和12的相对位置是这样设置的，第一和第二方向(D11，D12)在其之间形成一个锐角α，相交于一个点I，该点是处于离开喷射头6的外表面的圆柱形部分6d一段距离的位置上。因此，燃油喷射流，经由第一和第二喷射孔(11，12)离开，进行碰撞，导致液体燃油动能的主要损失，也产生一个相对于各自的方向(D11，D12)的径向速度分量。这增强燃油雾化成细小液滴，且限制了燃油喷射流渗透到燃烧室内的深度。这达到增强雾化，促进更均匀的混合，从而促进控制得更好的燃油的氧化。这产生这样的结果：限制污染排放，特别是微粒数量。

每个第二和第三组喷射孔(20，30)包含各自的第一和第二喷射孔(21，31；22，32)，这些孔的相对位置以第一组喷射孔10的位置关系相似的方式成对设置的。

如在图2能更好看出，在所有的喷射孔组(10，20，30)中的所有的喷射孔(11，12，21，22，31，32)处于同一个平面内，以P表示，该平面沿垂直于中心轴X的方向延伸，所有的喷射方向(D11，D12，D21，D22，D31，D32)都正处于这个平面内。通过这样的设置，喷射孔可以使用能够单独在这个平面P上平移的刀具进行加工，例如一把沿方向D11移动的刀具和另一把沿方向D12移动的刀具，用于同时加工喷射孔11和12，其他喷射孔是在喷射头6围绕中心轴X转动之后进行加工的。喷射孔也可以使用单把刀具进行加工，该刀具被安装在一个支撑件上，该支撑件容许刀具在平面P内绕一个与相交点I一致的支点枢转。

此外，应注意到，喷射孔(11，12，21，22，31，32)这样的设置确保它们在喷射室7内的内开口处于沿所述的喷射室的同一纵向位置，从而所有的喷射孔以相同压力下的燃油进料。因此，由第一和第二喷射孔产生的喷射流是准确同时发生的，而且它们是由相同压力下的燃油组成。这样也确保了来自每组喷射孔的喷射流在一次喷射的整个持续时间内始终被炸破，与某些现有技术的喷射器不同，在这些喷射器中，喷射孔在喷射室的开口是处于不同的纵向位置，在这些位置上，由于压力损失、紊流或者由针状物提升而产生的压力波，燃油压力可能瞬间显著不同。即使在喷射室7内的燃油压力尚未达到名义工作压力，喷射流的碰撞也导致燃油被雾化，而且这对于持续时间短的喷射是特别有利的。

也应注意到，因为喷射孔在基本上相同的纵向位置上向外通向喷射室7，这可能减小喷射室沿中心轴X的长度，从而减少它的体积，且因此减少在两次喷射之间经由喷射孔的燃油损失。

这些优点，连同喷射孔处于一个共面的位置，意味着，本发明的喷射器是特别适合与实施高压下持续时间短的喷射。喷射头的这种结构很适合与喷射器激励器相联合，该激励器能够实施在一个循环内多次(如5或7次)连续喷射，喷射被分为预喷射、主喷射和后喷射。

虽然在优选的实施例中喷射方向(D11，D12，D21，D22，D31，D32)都处于与中心轴垂直的同一个平面P内，但这些方向离开这个平面P是可能的，例如成几度角，以致喷射孔的外开口不处于所述的同一个平面内，但为了保住本发明的主要优点，要在外开口都保持在同一个垂直平面P内的条件下。

在第一喷射孔11和第二喷射孔12之间形成的角度α优选地是在15°到50°的范围内，以获得一个碰撞角，该碰撞角足够大，但并不过度地增加一组喷射孔的内开口的间距。当然，角度α的这个取值范围不是限制的，当喷射头的圆柱形部分6d的直径增大时，该角度α也可以增大。但是，当喷射头的直径增大时，增加喷射孔的组数也是可能的，例如为了获得四组，每两个喷射孔成一个落在所述范围内的角度α。

所述的第一和第二喷射孔(11，12)相对于彼此及中心轴X是以这样的方式设置的，使得在它们之间形成的角α的二等分线B相对于中心轴X沿径向延伸。这样，第一和第二喷射孔(11，12)的出口角是相对于喷射头6的外表面6d对称分布的。而且，当喷射头的壁厚不变时，第一和第二喷射孔在长度上是相同的，从而可能获得通过每个喷射孔压力损失相同。

第一和第二喷射孔(11，12)是由具有相同的圆柱形或者圆锥形外形的孔组成的，因此限制喷射流的特征分散的危险，这些喷射流取决于工作条件或者当喷射正在发生时。例如，如在实施例所示，所有的喷射孔都是直径相等的圆柱形的孔。但是，本发明当然不排除直径显著不同的喷射孔组。

在所示的实施例中，喷射头具有三组喷射孔(10，20，30)，每组包含两个喷射孔(11，12；21，22；31，32)，因此在使需要加工的喷射孔的数目减少到最少时，可能获得在燃烧室内足够均匀的混合。然而，在优选地将喷射孔围绕喷射头的外围等边对称分布时，也可能增加喷射孔的组数。

此外，为每个喷射孔组提供两个以上的喷射孔，这是可能的，例如一个主喷射孔如沿相对于中心轴X的径向延伸且位于两个第二喷射孔之间，直径可能较小，而且是以这样的方式定位的，使得燃油喷射流经由那些第二喷射孔离开拦截由主喷射孔形成的喷射流。

在所示的实施例中，所述的外表面的那个部分6d，喷射孔向外通向该部分，和喷射室7的内表面7a，都是圆柱形的且与中心轴X同轴。因此，在制造喷射器时，不需要确定一个相对于喷射器的特殊角度的位置，以钻出喷射孔，当钻其他的喷射孔时，只需要考虑相对于先钻的喷射孔的那个角度位置。这也可能获得一个等厚的且具有适合承受高压的外形的壁。但是，喷射头当然也可能具有大致三角形、正方形或者六角形的横截面，这取决于喷射孔的组数，因此没有超出本发明的范围。类似地，喷射头的外形可能不同，例如它可能是大致圆柱形或者圆锥形的。

Claims (10)

1.一种用于将燃油喷射到一个内燃机的一个燃烧室的燃油喷射器，所述的喷射器包括一个用于固定到发动机的喷射器体(5)和一个喷射头(6)，该喷射头沿一根中心轴X从一个连接到喷射器体的底座(6a)延伸到一个自由端(6b)，所述的喷射头(6)包括一个内部喷射室(7)，一个自由的外表面(6c，6d)在底座和自由端之间延伸，且包括多个喷射孔，这些喷射孔是由至少两组从位于喷射室(7)内的一个内开口延伸到位于外表面(6d)内的一个外开口的喷射孔(10，20，30)组成，每组所述的喷射孔(10；20；30)包含一个第一喷射孔(11；21；31)和至少一个第二喷射孔(12；22；32)，每个喷射孔适合沿着各自的第一和第二方向(D11，D21，D31；D12，D22，D32)喷射一个燃油喷射流，所述的第一和第二方向在其之间以这样的方式形成一个锐角(α)，使得由一组喷射孔产生的喷射流在一个与外表面相距一定距离的所谓的“爆裂”区相互拦截，其特征在于，所有的所述的多个喷射孔的内开口都处于同一个平面(P)内，该平面相对于喷射器的喷射头(6)的中心轴(X)基本上横向延伸。

2.根据权利要求1所述的一种喷射器，其特征在于，所述的所有喷射孔(11，12，21，22，31，32)的喷射方向(D11，D12，D21，D22，D31，D32)处于同一平面内(P)，该平面相对于中心轴(X)横向延伸。

3.根据权利要求1或2所述的一种喷射器，其特征在于，所述的一组喷射孔(10；20；30)中的第一喷射孔(11；21；31)和第二喷射孔(12；22；32)在它们之间形成一个范围为15°到50°的角(α)，且具有一条相对于中心轴(X)径向延伸的二等分线(B)。

4.根据前述的任何一项权利要求所述的一种喷射器，其特征在于，所述的那些组喷射孔(10，20，30)是倾斜地围绕外表面(6c，6d)的外围等边对称分布。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的一种喷射器，其特征在于，所述的第一喷射孔(11，21，31)在外形上与第二喷射孔(12，22，32)相同。

6.根据前述的任何一项权利要求所述的一种喷射器，其特征在于，所述的外表面具有一个圆柱形且与中心轴(X)同轴的部分(6d)，所述的喷射孔(11，12，21，22，31，32)的外开口位于其内。

7.根据前述的任何一项权利要求所述的一种喷射器，其特征在于，所述的喷射室(7)具有一个壁部(7a)，该部分是圆柱形的且与中心轴(X)同轴的，且所述的喷射孔(11，12，21，22，31，32)的内开口位于所述的壁部上。

8.根据前述的任何一项权利要求所述的一种喷射器，其特征在于，所有所述的喷射孔(11，12，21，22，31，32)在长度上是基本相同的。

9.根据前述的任何一项权利要求所述的一种喷射器，其特征在于，提供三组喷射孔(10，20，30)，每组喷射孔包含两个喷射孔(11，12；21，22；31，32)。

10.一种包含一个根据前述的权利要求所述的喷射器(4)的柴油发动机，其特征在于，所述的喷射器的喷射器体(5)被固定到发动机的汽缸头(1)，且喷射器的喷射头(6)被设置在燃烧室内。