CN1079905C - 一种用于内燃机的燃料喷嘴 - Google Patents

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Abstract

一个包括有一个喷孔和一个阀体的燃料喷嘴。喷孔的宽度以一个预定夹角朝内逐渐变窄。喷孔外侧上开口的宽度远远大于其高度。阀体座部下游侧上的一个燃料池，通过一个燃料调节通道与这个喷孔相连通。这个燃料调节通道具有一个均匀的通道截面积。

Description

一种用于内燃机的燃料喷嘴
本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷嘴。
在日本未审专利公开No.3-78562中，一种喷嘴的喷孔是形成为一个狭缝的。这个喷孔有一个相对小的并且接近均匀的高度，以及有一个以预定的夹角朝内逐渐变窄的宽度。因此，喷射的燃料呈现为一个平坦的具有较小厚度的三角形喷射形状。在这种三角形的燃料喷射区中，几乎所有的燃料都与空气有足够的接触并且被良好地原子化。这个喷射孔直接与阀体底座部位下游侧的燃料池相连通。当燃料池中的燃料压力增高时，燃料就从喷孔喷射出。
在上述燃料喷嘴中，三角形燃料喷射物所夹的角度是由喷孔的夹角所限定的，并且每单位时间由三角形燃料喷射物所喷射的燃料数量，即燃料的流速，是由对燃料池打开的喷孔的面积所限定的，这是因为喷孔直接与燃料池相通。在这个燃料喷嘴中，当喷孔的夹角增大时，喷孔对燃料池打开的面积增大，从而使燃料的流速增高。相反，当喷孔的夹角减小时，喷孔对燃料池打开的面积减小，燃料的流速降低。
所以，在上述燃料喷嘴中，对于燃料池打开的喷孔的面积被设定为可以获得所需要的燃料流速，然后，喷孔的夹角被设定为使得打开的面积得以实现。然而，由于在机械加工等中的公差，很难获得所需要的喷孔的夹角。即使在所提供的喷孔的夹角和所需要的夹角之间有很小的差别，也使得很困难获得所需要的对于燃料池打开的喷孔的面积。因此，带有三角形燃料喷射的燃料的所需流速不能够被实现。
本发明的一个目的，是在内燃机的燃料喷嘴中实现所需要的燃料流速，即使由于机械加工的误差不能提供所需要的精确的喷孔夹角，也能够形成一个接***坦的三角形燃料喷射。
根据本发明，提供了一个用于内燃机的燃料喷嘴，它包括一个喷孔和一个阀体，其特征在于所述喷孔的宽度以一个预定的夹角朝内逐渐变窄，所述喷孔外侧上的开口具有比其高度足够大的宽度，所述阀体基座部下游侧上的一个燃料贮池，通过一个燃料调节通道与所述的喷孔相连通，并且所述的燃料调节通道具有均匀的流通截面。其中，所述燃料调节通道的中心轴与所述喷孔的一个截面相交，这个截面与所述喷孔的高度方向相垂直。
在附图中：
图1是直接气缸喷射型电火花点火内燃机的示意剖面图，带有根据本发明的燃料喷嘴。
图2是图1的燃料喷嘴的喷孔附近区域的放大剖面图。
图3是沿图2中A-A线的剖面图。
图4是图2中的喷嘴体的尖端部的透视图。
图5是与图4相对应的一个视图，描述了喷嘴体尖端部的一个改进。
图6是与图4相对应的一个视图，描述了喷嘴体尖端部的另一个改进。
图7是与图2相对应的一个视图，描述了燃料喷嘴的另一个实施例。
图8是与图2相对应的一个视图，描述了燃料喷嘴的进一步的一个
实施例。
图9是当图8沿箭头B的方向看上去时的一个视图。
图1是一个示意的截面图，显示了带有根据本发明第一实施例的燃料喷嘴7的直接气缸喷入型电火花点火内燃机。在图1中，参照数字1代表一个吸入口，而数字2代表一个排气口、吸入口1通过一个吸入阀3与气缸相通，排气口2通过一个排气阀4与气缸相通。参考数字5代表一个活塞，参考数字6代表一个安装在燃烧腔上部的火花塞。燃料喷嘴7在压缩冲程的后一半把燃料朝着活塞的顶面直接喷入气缸内。在活塞5的顶面上，形成有一个反射槽5a，它把燃料喷嘴注入的燃料朝着火花塞6反射。
图2是燃料喷嘴7的注入孔附近的一个放大的剖面图，图3是沿图2中A-A线的剖面图。在这些图中，参考数字71代表一个喷嘴体。在喷嘴体71中形成有一个燃料通路72。一个阀体73安置在燃料通路72中。燃料通路72包括一个大口径部位72a，它位于阀体73的周围，一个大致为截头圆锥体的座部72b，它与阀体73相接触时关闭这个燃料通路，以及一个大致为半球形的燃料贮池72c，它位于座部72b下游侧一开始处。高压燃料被提供到燃料通路72的大口径部位72a上。
参照数字74代表一个喷孔，它以一个预定的夹角θ1倾斜于喷嘴体71的中心轴线延伸。这个喷孔74的高度H在任何位置都是接近均匀的，它的宽度以预定的夹角朝内逐渐变窄。这个开口在喷孔74外侧的宽度W比该处的高度H要大得多。在这样形成的喷孔74高度的方向，在燃料池72c一侧的侧面74a，通过一个燃料调节通道75与燃料池72c相连通。
这个燃料调节通道75有一个均匀的通道截面，燃料调节通道75的流通截面小于燃料池72c的最小的通道截面(即紧靠燃料调节通道75开口外侧位置处的通道截面)，并且小于注入孔74的最小通道截面(即与燃料调节通道75开口相接触的最小宽度处的通道截面)。在这里通道指的是燃料流经的通路。在喷孔74中从燃料调节通道75的开口内侧(与外侧开口相反的一侧)上的部位仅仅充满了燃料，它并不作为燃料的一个通路，不包括在这一个通道中，详细情况将在后面叙述。
在喷射燃料时，如在图2中所示，阀体73离开座部72b，燃料通道72被打开。因此，高压燃料从燃料通道72的大口径部位72a中通过座部72b被提供到燃料池72c中。这样，燃料通过燃料调节通道75从燃料池72c到达喷孔74。所以到达喷孔74的燃料只有燃料调节通道75轴向上的速度分量。燃料然后与喷孔74的侧面74b相碰撞，这个侧面面对与燃料调节通道75相连通的侧面74a。在喷射一开始时，燃料沿着侧面74b的所有方向扩散。
当喷孔74中的燃料调节通道75的开口内侧部位充满了流向它的燃料以后，作为向所有方向扩散的燃料的一部分，与侧壁74b相碰撞的燃料，在一个预定的夹角θ2中，获得大致相等的各个方向上的速度分量，这些燃料通过喷孔74外侧上的开口被喷出。当燃料以这种方式被喷出时，形成一个三角形的燃料喷雾区，它具有一个与喷孔74的高度H相关联的很小的厚度，以及一个与喷孔74的夹角相关联的喷雾角。由于分速度在各个方向上大致相等，三角形燃料喷雾区的每个部分都有几乎相等的扩散度。在这样的三角形燃料喷雾区中，所有的燃料都可以与气缸中吸入的空气充分接触，并且可以被良好地原子化。
当燃料喷嘴7被用于一种直接气缸喷射型电火花点火内燃机，如图1所示时，当燃料在压缩冲程被喷出时，由喷射的燃料形成的三角形喷雾被活塞顶面上形成的反射槽5a所反射，朝向火花塞6，以便完成分层的燃烧。这种喷雾具有均匀的和有利的扩散程度，从而使良好的分层燃烧可以被实现。这样形成的燃料喷雾具有较小的厚度。这使得有可能增加最低活塞位置和最高活塞位置之间的距离，在活塞最高位置上燃料可以被活塞顶面的反射槽5a反射向火花塞6。因此，在这个相当长的周期内燃料可以被注入，从而使较多数量的燃料可以被注入，这样分层燃烧的区域可以朝高负载侧扩展。即使当燃料喷嘴7被用于直接气缸注入型电火花点火内燃机中，在这种情况下在压缩冲程里注入的燃料直接在火花塞附近形成分层的燃料混合物，由于均匀和良好的扩散程度，也可以获得良好的分层燃烧。除此之外，燃料喷雾的厚度较小，这样射入的燃料在活塞相当接近顶部死点中心时也不会与活塞相撞击，从而使燃料可以在一个相当长的周期内被注入。因此，相当大量的燃料可以被注入，分层燃烧的区域可以朝着高负荷侧扩展。
在直接气缸喷入型电火花点火内燃机中，其中活塞顶面上形成有一个凹形的燃烧腔，燃料喷雾的厚度相当小，这样在活塞的最低位置和燃料可以被引入燃烧腔的活塞最高位置之间的距离可以增大。因此，相当大量的燃料可以被喷入燃烧腔，并且分层燃烧区域可以朝高负荷侧扩展。进一步，由本实施例的燃料喷嘴7形成的三角形燃料喷雾具有均匀的和良好的扩散度，包括两个侧部，如上所述。也即是说，这个三角形燃料喷雾在其两侧不是过分地扩散，喷入的燃料可以被可靠地在宽度方向上约束在预定的角度θ以内。对于可靠地将所有喷入的燃料在宽度方向上引入燃烧腔，这是有优越性的。将喷入的燃料约束在宽度方向上预定的θ度以内，这对于燃料在吸气冲程中被注入到一个直接气缸注入型电火花点火内燃机，或者一个吸入口注入型内燃机的情况下，在燃料注入到一个预定的位置，是有优越性的。
燃料的流速(燃料喷入速率)和三角形燃料喷雾的夹角，在上述的燃料喷射中，分别影响着喷雾可到达的距离，喷雾的颗粒直径，以及燃烧腔的形状，并且经常依据内燃机而改变。例如，可能需要降低燃料的流速但是增加喷雾的夹角。在常规的燃料喷嘴中，其中喷射孔直接朝燃料池打开，如果喷孔的夹角加大，对于燃料池的开口面积增大，从而使燃料流速与开口面积成正比增大。因此常规燃料喷嘴不能够满足前述的要求。但是，根据本实施例的燃料喷嘴7，燃料调节通道75的通道截面积在燃料的通路中被限制为最小，因此，燃料的流速仅为燃料调节通道75的通道截面积所限制。这样，如果燃料调节通道75被做成为有一个恰当的通道截面积用于所需的燃料流速，所需的燃料流速就可以与喷孔74的夹角θ2无关而得以实现。在另一方面，所希望的喷雾夹角仅为喷孔74的夹角θ2所确定。如果喷孔74的夹角θ2被作成为可以形成所需夹角的喷雾，就可以获得所需的喷雾的夹角，而与燃料的流速无关。对于燃料喷雾的厚度来说，如果喷孔74的高度H被做成为所需的喷雾厚度；不管燃料的流速如何变化，也可以获得一个所需的喷雾厚度。这样，本实施例的燃料喷嘴可以满足任何独立的要求，如燃料流速，喷雾夹角，以及喷雾厚度。
本实施例的燃料调节通路75具有一个均匀的通道截面。因此，与喷孔直接打开到燃料池的常规燃料喷嘴不同，在喷孔74的在燃料池一侧的开口的面积总是成为燃料调节通道75的通道截面积，尽管制造喷孔74时，由于机械加工等的公差使得喷孔74可能偏离所需的喷雾夹角。因此有可能在任何时候都实现所需的燃料流速。
在本实施例的燃料喷嘴中，在喷孔74的燃料池72c一侧的高度方向上的侧面74a处，喷嘴体71被分为两个分开的组件。因此，如图4所示，喷孔74可以被做成为一个尖端部位的一个凹下部分，使得有可能容易地形成一个有大致为三角形截面的相对复杂形状的喷孔74。
图5画出了喷嘴体71的尖端部位的另一种形状。在这个尖端部位，喷孔74外侧开口的中心形成有一个突起74c，部分地关闭这个喷孔74。由于尖端部位是一个分离的组件，机械加工就可以比较容易地进行。利用形成上述的喷孔74，在三角形喷雾的中心没有燃料。因此，在把燃料引导到火花塞6时，如前所述，燃料不会直接粘贴到火花塞6的点火间隙上，这样就可以防止火花塞6的误点火。
图6画出喷嘴体71尖端部的另一种形状。在这个尖端部位的喷孔74外侧开口处大致中心处，形成一个凹槽74d，以便局部增大喷孔74的高度。由于尖端部位是一个分离组件，机械加工就可以较容易地进行。利用上述形式做成喷孔74时，三角形燃料喷雾的中心变得较厚，因此相应地燃料的数量就相对地大。这样，在把燃料导向到火花塞6时，如上所述，在火花塞附近的混合气体可以更容易地被点着，从而可以得到更可靠的点火。
图7是一个与图2相对应的视图，画出上述实施例的燃料喷嘴的一个改进型。与图2相比，不同之处在于燃料调节通道75′对于燃料喷嘴的中心轴是倾斜的，使得有可能减小喷孔74′相对于燃料喷嘴中心轴的夹角θ1′。这样，利用将燃料调节通道75′相对于燃料喷射阀中心轴倾斜安排，喷孔74′相对于燃料喷嘴中心轴可以自由定向。
图8画出根据本发明另一个实施例的一个燃料喷嘴阀，图9是当图8从箭头B的方向看上去的样子。下面所述只是与图2和图3所示燃料喷嘴的不同之处。本实施例的燃料喷嘴7″有一个燃料调节通道75″，它与一个燃料池72c″相连，一个喷孔74″，它与燃料调节通道75″相连，并形成在喷嘴体71″的尖端部。燃料调节通道75″有一个均匀的通道截面。
喷孔74″有一个与燃料调节通道75″的内径相应的高度H″，它的宽度以一个预定的夹角θ2″朝内逐渐变窄，喷孔74″终止于燃料调节通道75″处。在喷孔74″外侧的开口有一个远远大于该处高度H″的宽度W″。
在这样构成的燃料喷嘴7″中，在燃料喷射时，阀体73″离开座部72b″，燃料通道72″被打开，允许高压燃料被提供到燃料池72c″处。在此之后，燃料通过燃料调节通道75″从燃料池72c″流向喷孔74″，并被喷出。在这种情况下，已经通过燃料调节通道75″的燃料，沿着喷孔74″的侧面74e″，74f″，朝着宽度的方向喷开，这是由于在喷孔74″的侧面74e″，74f″附近压力的降低(附壁效应)。这样，从喷孔74″喷出的燃料喷雾，具有与喷孔74″的高度H″相对应的较小的厚度，并且形成具有与喷孔74″的夹角θ2″相对应夹角的三角形燃料喷雾，所有的燃料与吸入气缸的空气充分接触并获得良好的原子化。
在这个实施例的燃料喷嘴中，燃料的流速也受限于具有最小通道截面积的燃料调节通道75″，并且三角形燃料喷雾的夹角受限于喷孔74″的夹角θ2″，因此，它们可以相互独立地设定。除此之外，即使在成形喷孔74″时由于机械加工公差使喷孔夹角偏离所需的喷雾夹角值，利用具有均匀通道截面的燃料调节通道75″也可以获得所需的燃料流速。喷雾的厚度由喷孔74″的高度H″限定。在本实施例中，喷孔74″的高度H″与燃料调节通道75″的内径，也即该处的高度相对应。为了相对于预定的燃料流速改变喷雾的厚度，同时保持这种关系，燃料调节通道75″的截面可以被改变为一个椭圆，一个蛋形，或一个矩形，当喷孔74″的高度H″改变时，不改变流动通道的截面积。如果喷孔74″的高度H″变得大于燃料调节通道75″的高度，喷雾的厚度可以根据前述的附壁效应相应于喷孔74″的高度H″被改变。
在图2，7和8中所示的这些实施例中，喷孔的高度大致上是均匀的。然而，这并不是对本发明的限制。如果喷孔的高度在开口处，至少在喷孔的外侧，远远小于该处的宽度，这个高度并不需要是均匀的，即使是在外侧的开口处。进一步，在这些实施例中，燃料调节通道是大致均匀的并有圆形的截面。但是这并不是本发明的限制。一个不是圆形的截面形状也可以被采用。重要的是，燃料调节通道的至少一部分，应当在燃料通路中具有最小的通道截面积。

Claims (8)

1.一种燃料喷嘴(7)，用于一个内燃机，包括一个喷孔(74，74’)和一个阀体(73，73’)，其中所述喷孔的宽度以一个预定的夹角朝内逐渐变窄，所述喷孔外侧上的一个开口具有远大于该处高度的宽度，所述阀体座部(72b，72b’)的下游侧上的一个燃料池(72c，72c’)，通过一个燃料调节通道(75，75’)与所述喷孔相通，所述的燃料调节通道具有均匀的通道截面，其特征在于，所述燃料调节通道的中心轴与所述喷孔的一个截面相交，这个截面与所述喷孔的高度方向相垂直。
2.根据权利要求1的燃料喷嘴(7)，其特征在于，所述燃料调节通道(75，75’)的一个通道截面积小于所述燃料池(72c，72c’)的最小通道截面积，并且小于所述喷孔的最小通道截面积。
3.根据权利要求1的燃料喷嘴，其特征在于，所述喷孔(74，74’)由一个组件形成，这个组件在所述喷孔的高度方向上至少可以分离为二。
4.根据权利要求2的燃料喷嘴，其特征在于，所述喷孔(74，74’)由一个组件形成，这个组件在所述喷孔的高度方向上至少可以分离为二。
5.根据权利要求1的燃料喷嘴，其特征在于，所述喷孔(74，74’)外侧上所述开口的中心部位高度大于其两端处的高度。
6.根据权利要求2的燃料喷嘴，其特征在于，所述喷孔(74，74’)外侧上所述开口的中心部位高度大于其两端处的高度。
7.根据权利要求3的燃料喷嘴，其特征在于，所述喷孔(74，74’)外侧上的所述开口的中心部位高度大于其两端处的高度。
8.根据权利要求4的燃料喷嘴，其特征在于，所述喷孔(74，74’)外侧上的所述开口的中心部位高度大于其两端处的高度。
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