CN1210495C - 燃油喷射阀 - Google Patents
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Abstract
在燃油喷射阀中，流出通道(25)在其下游侧设置有出孔(26)。出孔围绕它的入口的一个周边具有入口圆周边，借助该圆周边，从压力控制室(15)经出孔被喷射的燃油流被旋转，于是湍流状态被强制性形成。然后，湍流状态被保持着直至燃油被喷出。出孔的尺寸满足公式R/D≤0.2和L/D≤1.2，此处R是上述出孔的入口圆周边的圆角半径，D是光滑圆柱形直线部分的内径，而L是光滑圆柱形直线部分的轴长。因此，即使当燃油压力和温度都很低时，每一循环中的燃油喷射都是稳定的，且燃油喷射量的波动很小。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃油喷射阀，该喷射阀的喷射量和喷射时间能以下述方式调节，即通过控制阀控制压力控制室的燃油压力进行调节。
背景技术
传统的燃油喷射阀适用于压力积累型燃油喷射***，该喷射阀包括一压力控制室，所积累的高压燃油由公共线路被输送到该控制室内；一节流燃油喷射通道，高压燃油通过该通道喷射；以及一有效的电磁阀，用于打开和关闭所述节流燃油喷射通道。借助于电磁阀，燃油喷射阀的喷射量和喷射时间通过控制压力控制室的燃油压力而被调节。在参考文献WO99/66191A1，以及DE10055714A1和DE19936943A1中都公开了与类似的传统的燃油喷射阀。
上面所述的传统的燃油喷射阀具有一缺点，即当压力控制室的燃油，在燃油温度和压力都很低的情况下通过节流燃油喷射通道喷射时，燃油的流动状态不是均匀地，并很可能在湍流和层流之间变化。因此，每一喷射循环中的燃油喷射都是不稳定的，且每一喷射量趋于波动。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃油喷射阀，其中，经由节流通道从压力控制室喷射的燃油的流动状态不会在湍流和层流之间变化，因而每一循环的喷射量的波动很小。
为获得所述目的，在燃油喷射阀中，包括：喷嘴，该喷嘴设置有喷油孔并具有一个轴向可移动以打开和关闭喷油孔的阀针；压力控制室，高压燃油被输送到该压力控制室，且该压力控制室内的燃油压力进行作用以沿着喷油孔的关闭方向推动阀针；燃油流出通道，在它的出口处设置有孔，压力控制室内的高压燃油流入燃油流出通道并经该孔喷射；以及控制阀，该阀被安装以便座落于燃油流出通道的出口处，并作用以打开和关闭燃油流出通道，所述孔有一光滑圆柱形直线部分，该直线部分的内径小于其上游侧的燃油流出通道的内径，在所述光滑圆柱形直线部分的内径D和及其轴长L之间的关系被控制为在L/D≤1.2的范围之内，其特征在于：所述孔在围绕紧邻光滑圆柱形直线部分的入口周边处具有入口圆周边，由此，所述孔的入口圆周边的圆角半径R与所述内径D之间的关系被控制为在R/D≤0.2的范围之内，所述燃油流出通道还装有一导向器，当流出通道的出口被控制阀打开时，该导向器以这种方式引导自压力控制室流来的燃油流，即湍流和层流两种流动状态中的一种先被单独形成，随后只要燃油温度在-30℃至80℃，且燃油压力在10至50Mpa时，这种状态就可被保持着。
所述导向器是湍流成形装置和湍流保持装置，所述湍流成形装置用于在从压力控制室流入燃油流出通道的燃油到达所述孔的光滑圆柱形直线部分之前强制性形成湍流状态，所述湍流保持装置用于将如此形成的湍流状态保持在整个光滑圆柱形直线部分中。
作为另一种湍流成形装置，包括所述孔的燃油流出通道在光滑圆柱形直线部分的上游侧上，在通道内部具有突起或凹槽，由于该突起或凹槽，从压力控制室流入燃油流出通道的燃油流被扰乱，于是湍流状态被强制性形成。
作为再一种湍流成形装置，包括所述孔的燃油流出通道在光滑圆柱形直线部分的上游侧上，在通道内部装有流动扰动器，由于该扰动器，从压力控制室流入燃油流出通道的燃油流被搅拌，于是湍流状态被强制性形成。
作为又一种湍流成形装置，包括所述孔的燃油流出通道在光滑圆柱形直线部分的上游侧上，在通道内部装有一弯曲部分或台阶部分，该部分的直径是逐渐变化的，借助该弯曲部分或台阶部分，从压力控制室流入燃油流出通道的燃油被引导沿曲线流动，于是湍流状态被强制性形成。上文所提及的多个湍流形成装置可以互相结合。
另一方面，当所述孔具有光滑圆柱形直线部分，且该部分的内径小于其上游侧的燃油流出通道的内径时，导向器可以是层流成形装置和层流保持装置，所述层流成形装置用以将从压力控制室流入燃油流出通道的燃油在光滑圆柱形直线部分的上游侧强制性形成层流状态，所述层流保持装置用于将如此形成的层流状态的燃油保持在光滑圆柱形直线部分的下游侧上。
在实施例中，优选的是一连接所述孔和所述流出通道的孔的表面是由环锥面构成。
附图简介
本发明另外的特征和优点连同操作方法和相关部件的功能将从作为本申请一部分的下面详细的说明书、附属权利要求书以及附图的研究中被理解。其中：
图1是根据本发明第一个实施例的喷油嘴的剖视图；
图2是图1中圆II所示的喷油嘴的部分放大剖视图；
图3是图1中的喷油嘴所适用的压力积累型燃油喷射***的总体视图；
图4是根据本发明第一实施例，构成湍流成形装置的第二板的剖视图；
图5是根据本发明第一实施例的第二板的另一剖视图；
图6是根据本发明第二实施例的构成湍流成形装置的第二板的剖视图；
图7A是根据本发明第三实施例的构成湍流成形装置的第二板的剖视图；
图7B是结合在图7A的第二板内的流动扰动器的透视图；
图8是根据本发明第四实施例的构成湍流成形装置的第二板的剖视图；
图9是根据本发明第五实施例的构成湍流成形装置的第二板的剖视图；
图10A是根据本发明第二实施例的改进例的构成湍流成形装置的第二板的剖视图；
图10B是根据本发明第五实施例的改进例的构成湍流成形装置的第二板的剖视图；
图11是根据本发明第六实施例的喷油嘴的部分放大剖视图；
图12是根据本发明第六实施例的构成湍流成形装置的第二板的剖视图。
具体实施方式
(第一实施例)
根据本发明第一实施例的燃油喷射阀(喷油嘴)在图1到图5中被描述。
燃油喷射阀能被结合在压力积累型喷射***中，该喷射***通常可适用于4缸柴油发动机。如图3所示，压力积累型喷射***包括燃油泵2，其从油箱1抽取燃油并在高压下压缩及排放燃油；公共线路3，其积累从燃油泵2排放的高压燃油；喷油嘴4，每一喷油嘴都将由公共线路3提供的高压燃油喷射到发动机的每个汽缸中；电磁控制装置5(ECU)，其控制燃油泵2和喷油嘴4的操作。
喷油嘴4由喷嘴6、喷嘴座7、液压活塞8、以及电磁阀(控制阀)9组成。
如图1所示，喷嘴6有一安装在其轴端的喷嘴壳体10，壳体带有一喷射孔(未显示)和一可滑动地安装到喷嘴壳体10内部的阀针11。喷嘴6经由尖端填料12被锁紧螺母13连接到喷嘴座7的末端。
喷嘴座7具有燃油通道14和燃油通道16，通过该通道，由公共线路3供应的高压燃油被分别输送到喷嘴6和压力控制室15中。
液压活塞8被滑动地安装到位于喷嘴座7内的气缸17上，并经由压力顶杆18被连接到阀针11上。被弹簧19偏压的压力顶杆18沿阀的关闭方向(图1中向下)压动阀针11。
正如图2中更清楚显示的，压力控制室15在气缸17内，在液压活塞8上方形成，供应给压力控制室15的高压燃油的压力在液压活塞8的上端面作用。
彼此紧接的第一板20和第二板21被设置在压力控制室15的上方。
第一板20设置有一个与喷嘴座7内的燃油通道16相连通的流入通道22，及燃油通道23，流入通道22通过燃油通道23与压力控制室15相连通。一入孔24设置在流入通道22内。
第二板21设置有流出通道25，该流出通道25经设置在第一板20内的燃油通道23与压力控制室15相连通。流出通道25在其下游侧装有出孔(节流孔)26。出孔26具有一光滑圆柱形直线部分，其内径小于上游侧的流出通道25的内径，但是大于入孔24的内径。出孔26绕其入口周边设置有入口圆周边，借助该圆周边，从压力控制室15经由出孔26被喷出的燃油被旋转，因而湍流被形成。随后，如此形成的湍流被保持，直至燃油经出孔26喷射到低压通道31中。
如图4和5所示，由此形成的出孔26满足如下公式(1)和(2)。
R/D≤0.2 (1)
L/D≤1.2 (2)
此处，R是出孔26的入口圆周边的圆角半径，D是出孔26的光滑圆柱形直线部分的内径，L是出孔26的光滑圆柱形直线部分的轴长。
如果圆角半径相对于内径D太大，即R/D大于0.2，则燃油平滑地经由入口圆周边流入出孔26，于是出孔26内(光滑圆柱形直线部分)的燃油流趋于层流。但是，当R/D较小，即满足公式(1)，出孔26内的燃油流变成湍流，这是因为燃油大约在出孔26的入口圆周边处旋转。相应地，被成形以满足公式(1)的出孔26的入口圆周边构成湍流成形装置。
此外，如果出孔26的光滑圆柱形直线部分的轴长L相对于其内径D太长，出孔26的入口处的湍流在燃油沿出孔26的圆柱形部分流动时变为层流。但是，当满足公式(2)时，湍流在燃油沿出孔26的光滑圆柱形部分流动时被保持。相应地，几何形状满足公式(2)的出孔26的光滑圆柱形直线部分构成了湍流保持装置。
如上所述，湍流成形装置和湍流保持装置的结合构成了导向器，以引导燃油从压力控制室15经由出孔26被喷射，以便强制性地以这种方式形成湍流状态，并随后保持湍流状态。
所述现象可以通过试验，在燃油压力为32Mpa和温度为30℃的条件下被证明。
如图1所示，电磁阀9由阀壳27、阀28和电磁激励器29组成。电磁阀9经第一和第二板20和21被锁紧螺母30连接到喷嘴座7的上端。
阀壳27被安装在第二板21上方，并装有一低压通道31，该通道31根据阀28的运动与安装在第二板21上的流出通道25相连通。低压通道31经环形空间32与低压排水管连通，该环形空间32绕第一和第二板20和21的外圆周形成。
阀28由阀壳27支撑以便沿上下方向移动。当阀28的下端座落于出孔26(流出通道25的出口)的开口边缘(座表面)上时，流出通道25和低压通道31之间的连通被中断。
电磁激励器29作用以用磁力驱动阀28。电磁激励器29具有一用于产生磁力的线圈33，和一用于沿阀关闭方向(图1中下方)推动阀28的弹簧34。
喷油嘴4的操作在下文中描述。
从公共线路3供应到喷油嘴4的高压燃油流入内部通道35和压力控制室15。当电磁阀9处于关闭状态时(当阀28中断出孔26和低压通道31之间的连通时)，流入压力控制室15的的高压燃油的压力通过液压活塞8和压力顶杆18作用于阀针11上，连同弹簧19的偏压力，沿阀关闭的方向推动阀针11。
流入喷嘴35的内通道35(参见图1)的燃油的高压作用在阀针11的压力接收面上，于是阀针11沿阀的开启方向被推动。但是，当电磁阀9处于关闭状态时，沿阀关闭方向推动阀针11的力大于沿阀打开方向推动阀针11的力。相应地，阀针11不会升起，喷油孔被关闭，于是燃油不会被喷射。
当电磁阀9在线圈33被激励时转到阀开启状态时(当阀28升起时)，出孔26连通低压通道31，于是压力控制室15中的燃油经出孔26和低压通道31被喷射到低压排出管。甚至在电磁阀9转到阀开启状态时，高压燃油继续被供应到压力控制室15中。但是，出孔26的内径大于内孔24的内径，其中借此出孔燃油从压力控制室15喷射，而借此内孔燃油被供应到压力控制室15，作用在液压活塞8上的压力控制室15的燃油压力被降低。
因此，由于控制室的燃油压力和弹簧19的偏压力，沿阀关闭方向推动阀针11的力的总和被降低，当沿阀打开方向推动阀针11的力超出沿阀关闭方向推动阀针11的力的总和时，阀针11开始上升以打开喷油孔，于是燃油喷射开始了。在此时，从压力控制室15经出孔26喷射到低压通道31的燃油流被强制性形成湍流，且一旦形成，由于包括出孔26的流出通道25的几何形状满足上文提及的公式(1)和(2)，所述湍流被保持。
根据第一实施例，每次燃油喷射都能被稳定地控制，且喷射量的波动很小，因为湍流一旦被出孔26的入口圆周边形成，它就不会再变成层流，只要出孔26被阀28打开，且燃油从压力控制室15经流出通道25流到低压通道31中。
(第二实施例)
如图6所示，根据第二实施例的喷油嘴在出孔26的上游位置，在流出通道25内设有突起(或凹槽)36。突起(或凹槽)36可以另外成形或代替第一实施例的湍流成形装置成形并引导燃油从压力控制室15经流出通道25喷射，以便形成湍流状态。根据第二实施例的喷油嘴还具有湍流保持装置。湍流保持装置是出孔26的光滑圆柱形直线部分，其轴长短到某种程度使得湍流成形装置所形成的湍流能被保持而不转变成层流。最好根据第二实施例的出孔26的几何形状满足上文提及的公式(2)。但是，在第二实施例的出孔26的入口处，除第一实施例中的湍流成形装置外而形成的或代替它而形成的突起(凹槽)36所形成湍流的湍流度大于第一实施例所形成的湍流的湍流度，L/D的值可能大于1.2。
(第三实施例)
如图7所示，根据第三实施例的喷油嘴具有一在出孔26上游侧上***流出通道25的流动扰动器37，代替第二实施例的突起(凹槽)作为湍流形成装置。流动扰动器37被固定到或可轴向移动地连接到流出通道25的内部，并引导燃油从压力控制室15经流出通道25被喷射，以便形成湍流状态。第三实施例的优点及其它结构与第二实施例类似。
(第四实施例)
如图8所示，根据第四实施例的喷油嘴具有一设在出孔26上游侧上流出通道25内的弯曲部分38，其代替第三实施例的流动扰动器37作为湍流形成装置。第四实施例的优点及其它结构与第三实施例类似。
(第五实施例)
如图8所示，根据第五实施例的喷油嘴有一设置在出孔26上游侧上流出通道25内的小直径部分39，其代替第四实施例中的弯曲部分作为湍流形成装置。代替小直径部分39，一大直径部分也可以设置在流出通道25内作为湍流形成装置。即，流出通道25的内径呈台阶状变化，从而构成湍流成形装置。第五实施例的优点及其它结构与第四实施例类似。
作为第二至第五实施例的改进，湍流成形装置可以装在出孔26内，而不是装在出孔26上游侧的流出通道内。例如，如图10A或10B所示，突起36或小直径部分39被设置在出孔26内，而不是根据第二或第五实施例的出孔26上游侧的流出通道25内。在这种情况中，如图10A和10B所示，出孔26的光滑圆柱形直线部分的轴长L表示湍流成形装置后面直接伸到出孔26的出口的长度。
(第六实施例)
如图11和12所示，根据第六实施例的喷油嘴具有层流成形装置和层流保持装置，当从压力控制室15流入燃油流出通道25的燃油流经出孔26上游侧时，所述层流成形装置用于强制性形成层流状态，而层流保持装置用于在燃油流经出孔26下游侧时，将如此形成的层流状态保持着。
出孔26具有光滑圆柱形直线部分，该部分的内径小于其上游侧的燃油流出通道25的内径。光滑圆柱形直线部分的轴长L相对于光滑圆柱形直线部分的内径D而言足够地长。
如图12所示的第二板21在上游侧具有一流出通道25，其内径大于光滑圆柱形直线部分的内径(D)，而其轴长显著地短于光滑圆柱形直线部分的轴长(L)。但是，上游侧的流出通道25的轴长可能为0，于是第二板21仅设置出孔26。
根据第六实施例，当阀28处于打开状态时，从压力控制室15流入出孔26的燃油流被强制性形成并随后在出孔26内保持为层流状态，这是由于光滑圆柱形直线部分的轴长L相对于其内径D足够大。相应地，燃油喷射是稳定的，且每一循环的喷油量的波动很小，因为流经出孔26的燃油的流动状态总是均匀地，且在每一喷射循环中，并不显示层流和湍流之间的变化。
只有在所要求的最大燃油压力(公共线路压力)相应较低，例如是50Mpa的这种情况下，在第二板21内设置层流成形和保持装置才是优选的。即如果所要求的最大燃油压力高于50Mpa，考虑到更稳定的燃油喷射，最好根据第一至第五实施例设置湍流成形和保持装置。
此外，为了使层流成形和保持装置更可靠，低压通道31(排水通道)的压力可以相应高到一定程度，使压力控制室15与低压通道31之间的压力差尽可能地小。
Claims (6)
1、一种燃油喷射阀，包括：
喷嘴(6)，该喷嘴(6)设置有喷油孔并具有一个轴向可移动以打开和关闭喷油孔的阀针(11)；
压力控制室(15)，高压燃油被输送到该压力控制室，且该压力控制室内的燃油压力进行作用以沿着喷油孔的关闭方向推动阀针；
燃油流出通道(25)，在它的出口处设置有孔(26)，压力控制室内的高压燃油流入燃油流出通道并经该孔喷射；以及
控制阀(28)，该阀被安装以便座落于燃油流出通道的出口处，并作用以打开和关闭燃油流出通道，
所述孔(26)有一光滑圆柱形直线部分，该直线部分的内径小于其上游侧的燃油流出通道的内径，在所述光滑圆柱形直线部分的内径(D)和及其轴长(L)之间的关系被控制为在L/D≤1.2的范围之内，
其特征在于：
所述孔(26)在围绕紧邻光滑圆柱形直线部分的入口周边处具有入口圆周边，由此，所述孔的入口圆周边的圆角半径(R)与所述内径(D)之间的关系被控制为在R/D≤0.2的范围之内，
所述燃油流出通道还装有一导向器，当流出通道的出口被控制阀打开时，该导向器以这种方式引导自压力控制室流来的燃油流，即湍流和层流两种流动状态中的一种先被单独形成，随后只要燃油温度在-30℃至80℃，且燃油压力在10至50Mpa时，这种状态就可被保持着。
2、如权利要求1所述的燃油喷射阀，其特征在于：包括所述孔的燃油流出通道在光滑圆柱形直线部分的上游侧上，在通道内部设置包括突起和凹槽(36)的两个元件中的至少一个，借助该突起或凹槽，从压力控制室流入燃油流出通道的燃油流被扰乱，于是湍流状态被强制性形成，所述突起或凹槽构成湍流形成装置。
3、如权利要求1所述的燃油喷射阀，其特征在于：包括所述孔的燃油流出通道在光滑圆柱形直线部分的上游侧上，在通道内部设置有流动扰动器(37)，借助该扰动器，从压力控制室流入燃油流出通道的燃油流被搅拌，于是湍流状态被强制性形成，所述流动搅动器构成湍流形成装置。
4、如权利要求1所述的燃油喷射阀，其特征在于：包括所述孔的燃油流出通道在光滑圆柱形直线部分的上游侧上，在通道内部设置有一弯曲部分(38)，借助该弯曲部分，从压力控制室流入燃油流出通道的燃油被引导沿曲线流动，于是湍流状态被强制性形成，所述弯曲部分构成湍流形成装置。
5、如权利要求1所述的燃油喷射阀，其特征在于：包括所述孔的燃油流出通道在光滑圆柱形直线部分的上游侧上，在通道内部设置有一台阶部分(39)，该台阶部分的直径呈阶梯状变化，借助该台阶部分，从压力控制室流入燃油流出通道的燃油被引导沿曲线流动，于是湍流状态被强制性形成，所述台阶部分构成湍流形成装置。
6、如权利要求1所述的燃油喷射阀，其特征在于：一连接所述孔(26)和所述流出通道(25)的孔的表面由环锥面构成。
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