專利名稱：一種內(nèi)燃機(jī)用的燃料噴射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)上的燃料噴射器，特別地涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)上的燃料噴射器，其上的噴射孔為一條細(xì)縫以便形成平扇形的噴霧。
在一種給內(nèi)燃機(jī)供油的燃料噴射器中，噴射孔為一條細(xì)縫以便形成平扇形的噴霧。日本未審查專利出版物(Kokai)No.3-78562中公開了一種這樣的內(nèi)燃機(jī)燃料噴射器。由從細(xì)縫狀的噴射孔噴出的燃料形成的平扇形噴霧，與常規(guī)的圓錐形噴霧相比具有濃度分散度小和噴霧表面積大大增加的特點(diǎn)，從而使得幾乎所有的燃料都能與空氣充分地接觸，因此可以實(shí)現(xiàn)快速霧化并混合。這樣就可能給內(nèi)燃機(jī)提供濃度分散度小且燃料充分霧化的燃料噴霧。
然而，細(xì)縫狀的噴射孔還存在一個(gè)問(wèn)題燃料的流速不易調(diào)整，且噴霧的平扇形很難與噴射孔的細(xì)縫形狀相一致。燃料的流速的變化取決于噴射孔的最小截面積。為將燃料的流速設(shè)定為一個(gè)期望值，必須正確地設(shè)置噴射孔的最小截面積。對(duì)于平扇形的細(xì)縫狀噴射孔與半球形的總?cè)剂先萜飨嗦?lián)通的情形來(lái)講，噴射孔與燃料容器之間的聯(lián)接部分的面積即為噴射孔的最小截面積，如果進(jìn)行幾何上的簡(jiǎn)化，則該面積可認(rèn)為是曲面與四角錐相交的區(qū)域的面積。由此，細(xì)縫狀噴射孔位置的一個(gè)很小的變動(dòng)就會(huì)使噴射孔與燃料容器聯(lián)通的聯(lián)接部分的截面積發(fā)生變化，即，使得噴射孔的最小截面積發(fā)生變化，從而很難獲得所需的燃料噴射量。此外，在可噴出平扇形噴霧的細(xì)縫狀噴射孔中，燃料的流動(dòng)很容易變得不均勻。特別地，在扁平的噴射方向上，燃料在噴射孔的側(cè)面很難流動(dòng)，從而使噴霧形成的扇形的夾角變得比噴射孔本身的扇形夾角要小，因此在扁平噴射方向上，噴霧的側(cè)面上噴出的噴霧量變少。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種內(nèi)燃機(jī)用的燃料噴射器，即使一個(gè)扇形的細(xì)縫狀噴射孔的位置發(fā)生輕微的變動(dòng)，該燃料噴射器也能獲得所期望的燃料噴射量，并能獲得所期望的平扇形噴霧。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種內(nèi)燃機(jī)用的燃料噴射器，包括一個(gè)噴射孔，一個(gè)氣門體和一個(gè)燃料容器，該容器位于上述氣門體底座部分的下游，其中上述噴射孔的寬度以一個(gè)預(yù)定的夾角向內(nèi)逐漸減小，在上述噴射孔的外側(cè)上有一個(gè)開口，其寬度比其高度要大得多，上述燃料容器的尖端通過(guò)一個(gè)等截面的通道段與上述噴射孔相連，在上述噴射孔的高度方向上的每一個(gè)橫截面上，燃料容器尖端均為一個(gè)弧形，在穿過(guò)上述噴射孔的高度方向中心的橫截面中，燃料容器尖端為半圓形，且上述預(yù)定夾角的尖端位于上述半圓形圓心的上游。
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，從而使得本發(fā)明得以更充分地理解。


圖1是一個(gè)剖視圖，簡(jiǎn)要地示出了的直接汽缸噴射型電火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)局部，該內(nèi)燃機(jī)中裝有本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的燃料噴射器；圖2是圖1中燃料噴射器的噴射孔附近的一個(gè)放大的剖視圖；圖3是圖2沿箭頭(A)方向看去的局部視圖；圖4是一個(gè)示出噴霧形狀與噴射孔的扇形頂點(diǎn)相對(duì)于燃料容器的半球表面中心的偏移量之間關(guān)系的曲線；圖5是一個(gè)解釋噴霧夾角與噴射孔扇形的夾角之間關(guān)系的視圖；圖6是一個(gè)噴霧形狀隨大氣壓力變化的曲線；圖7是一個(gè)示出噴射孔通道段的長(zhǎng)度與燃料容器的直徑之間的比值與噴霧的夾角與噴射孔扇形的夾角之間的比值之間關(guān)系的曲線。
圖1是一個(gè)剖視圖，簡(jiǎn)要地示出了的直接汽缸噴射型電火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)局部，該內(nèi)燃機(jī)中裝有本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的燃料噴射器7。圖1中標(biāo)號(hào)1表示一個(gè)進(jìn)氣口，標(biāo)號(hào)2表示一個(gè)出氣口。進(jìn)氣口1通過(guò)一個(gè)進(jìn)氣閥3與汽缸相連，出氣口2通過(guò)一個(gè)出氣閥4與汽缸相連。標(biāo)號(hào)5表示一個(gè)活塞，5a表示在活塞5上表面形成的一個(gè)凹形燃燒室，標(biāo)號(hào)6表示安裝在燃燒室上部的火花塞。燃料噴射器7直接將燃料噴入汽缸。
圖2是燃料噴射器7的噴射孔8附近的一個(gè)放大剖視圖，而圖3是圖2沿箭頭(A)方向看去的局部視圖。在這兩個(gè)圖中，標(biāo)號(hào)7a表示一個(gè)氣門體，7b表示一個(gè)與噴射孔8相連的燃料容器，7c表示一個(gè)可由氣門體7a關(guān)閉的噴嘴底座部分。只有當(dāng)氣門體7a被拉起時(shí)，高壓燃料才能通過(guò)噴嘴底座部分7c進(jìn)入燃料容器7b，從而使得燃料容器7b中的燃料壓力增大，并使燃料從噴射孔8噴射出去。
在燃料噴射方向的下游末端處，噴射孔8外側(cè)上有一個(gè)開口，其截面為扁平形且近似為一個(gè)矩形細(xì)縫，該截面扁平方向的寬度(W1)比其高度(h)大。噴射孔8呈一個(gè)夾角為(θ1)的扇形，其寬度向內(nèi)部逐漸變窄，即在燃料噴出的方向上朝向上游處逐漸變窄，以使燃料可以在扇形寬度方向上以一個(gè)預(yù)定的角度噴射出去。噴射孔8的扇形在燃料噴射方向的上游端部的橫截面也是扁平的，并且基本為一個(gè)矩形截面，其高度為(h)，寬度為(W2)。噴射孔8的高度在發(fā)生噴射的方向上是一致的，而噴射是在寬度方向上的預(yù)定角度內(nèi)的扇形區(qū)域內(nèi)發(fā)生的。在噴射孔8和燃料容器7b之間有一個(gè)橫截面為矩形的通道段9，其高度為(h)寬度為(W2)。在噴射孔8的上游端部有一個(gè)燃料通道，該通道在燃料噴射方向上長(zhǎng)為(1)的長(zhǎng)度上具有一致的橫截面。燃料容器7b的尖端為一個(gè)直徑為(d)的半球，使得燃料容器7b內(nèi)的燃料壓力在噴射方向上均勻地作用于噴射孔8的每一部分。而且，在橫穿噴射孔8的高度中心的截面里，噴射孔8的扇形頂點(diǎn)(P)在燃料噴射方向上相對(duì)于燃料容器7b的球形表面的中心(O)朝向上游側(cè)有一個(gè)偏移量為(b)的偏移。
從具有上述結(jié)構(gòu)的燃料噴射器7的噴射孔8噴出的燃料形成一片平扇形噴霧，該噴霧相應(yīng)于噴射孔8的高度(h)具有相對(duì)較小的厚度，由此使得幾乎全部燃料均與進(jìn)入汽缸的空氣充分接觸從而實(shí)現(xiàn)良好的霧化。此外，由于在噴射孔8和燃料容器7b之間形成了一個(gè)具有相等截面積的通道段9，使得進(jìn)入噴射孔8的燃料量取決于通道段9。而在形成噴射孔8時(shí)，即使是由于噴射孔8的位置上有偏差使得噴射孔8和燃料容器7b之間的相互位置發(fā)生改變，噴射孔8和燃料容器7b之間的聯(lián)接部分的面積，即聯(lián)接部分朝向燃料容器7b的開口面積，也總是恒定的。因此，可以不受噴射孔8形成位置上的偏差的影響而獲得所期望的燃料噴射量。
在一個(gè)基本上為細(xì)縫狀的噴射孔中，燃料在其側(cè)面很難流動(dòng)。為了解決這一問(wèn)題，本實(shí)施方案的噴射孔8的扇形的頂點(diǎn)(P)位于燃料噴射方向的上游側(cè)，相對(duì)于燃料容器7b的球形表面的中心(O)的有一偏移量為b的偏移。從燃料容器7b流向噴射孔8的燃料流動(dòng)可以典型地認(rèn)為是以燃料容器7b球形表面中心(O)為中心的主徑向流動(dòng)和沿扁平方向，即在沿燃料容器7b的球形表面的寬度方向上的流動(dòng)的合成。因此，燃料流入噴射孔8的方向隨燃料容器7b的中心(O)相對(duì)于噴射孔8的扇形的位置的變化而變化，并對(duì)所形成的噴霧的形狀有重要影響。
圖4是一個(gè)關(guān)系曲線，示出燃料容器7b的球形表面中心(O)相對(duì)于噴射孔8的扇形的位置與所形成的噴霧的形狀之間的關(guān)系，其中橫坐標(biāo)表示噴射孔8的扇形頂點(diǎn)(P)在燃料噴射方向上游相對(duì)于燃料容器7b的球形表面中心(O)的偏移量(b)，縱坐標(biāo)表示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下噴出噴霧的扇形夾角(θ2)與噴射孔8的扇形夾角(θ1)之間的比值。由圖5可以看出，噴出噴霧的扇形夾角(θ2)有小于噴射孔8的扇形夾角(θ1)的趨勢(shì)。(θ2/θ1)的比值是噴出噴霧的夾角(θ2)與噴射孔8的夾角(θ1)的近似倍數(shù)。圖4中圖表內(nèi)的數(shù)據(jù)是按如下方法得到的將通道段的長(zhǎng)度(l)設(shè)為0.1mm的常數(shù)，將噴射孔8的扇形的夾角(θ1)為70°的常數(shù)，同時(shí)在保持恒定的燃料噴射量的情況下通過(guò)改變?nèi)剂先萜?b的直徑(d)來(lái)改變偏移量(b)。這樣可以形成平扇形的噴霧，而不受噴射孔8扇形頂點(diǎn)(P)在燃料噴射方向的上游側(cè)相對(duì)于燃料容器7b的球形表面(b)的中心(O)的偏移量(b)的影響。但是，由于噴出噴霧的扇形垂直角(θ2)與噴射孔8的扇形夾角(θ1)之間的比值(θ2/θ1)取決于偏移量(b)，因而該值發(fā)生很大的變化。也就是說(shuō)，當(dāng)偏移量(b)減小時(shí)，噴出噴霧的扇形夾角(θ2)相對(duì)地減小，從而使得它對(duì)噴射孔扇形夾角的近似倍數(shù)也減小。相反，當(dāng)偏移量(b)增大時(shí)，上述近似倍數(shù)也增大。這是因?yàn)殡S著偏移量(b)的增加，在流入噴射孔8的主燃料流動(dòng)中朝向?qū)挾确较?，即朝向噴射?的兩側(cè)的流動(dòng)增強(qiáng)了。因此，隨著偏移量(b)的增加，噴出噴霧的形狀更加接近于噴射孔的形狀，此外，燃料流動(dòng)在噴射孔8的兩個(gè)側(cè)面上都得到了增強(qiáng)，從而使得從扁平方向上噴射孔的側(cè)面處噴出噴霧變得容易。
在大氣壓強(qiáng)下，噴出噴霧的扇形垂直角θ2與噴射孔8的扇形垂直角θ1之間的比值與由高大氣壓引起的噴霧形狀的改變有關(guān)。圖6是一個(gè)由高大氣壓引起的噴霧形狀的改變的關(guān)系曲線，其中橫坐標(biāo)表示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下噴出噴霧的扇形垂直角(θ2)與噴射孔8的扇形夾角θ1之間的比值(θ2/θ1)，縱坐標(biāo)表示在高大氣壓，或具體地在0.4Mpa下的噴霧夾角與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的噴霧垂直角之間的比值(R)。已知噴霧的夾角或發(fā)散角隨大氣壓強(qiáng)的增加而減少，而且噴霧會(huì)發(fā)生收縮。因而，上述比值(R)是噴霧收縮因數(shù)的一個(gè)倒數(shù)。對(duì)于由于大氣壓強(qiáng)的升高而使得噴霧夾角的變小的情況，得到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下噴出噴霧的夾角(θ2)與噴射孔8的扇形夾角(θ1)之間的比值(θ2/θ1)關(guān)系，如圖6所示?？梢钥闯霎?dāng)燃料噴射器7噴出的噴霧具有如下特點(diǎn)時(shí)其在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下噴出的噴霧的扇形夾角由于噴霧的夾角(θ2)與噴射孔8的扇形的垂直角(θ1)的比值(θ2/θ1)較小，即在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下形成的噴霧的扇形夾角(θ2)小于噴射孔8的扇形夾角(θ1)時(shí)，由于大氣壓強(qiáng)的升高使得噴霧的夾角發(fā)生很大的收縮。這主要是因?yàn)橹魅剂系牧鲃?dòng)在寬度方向，即朝向噴射孔8的兩側(cè)的方向上很難進(jìn)行。對(duì)于直接汽缸噴射型電火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)而言，當(dāng)通過(guò)進(jìn)給沖程中的燃料噴射在汽缸中形成了均勻的混合氣體時(shí)，希望噴霧有一個(gè)大的夾角，而在壓縮沖程中燃燒室內(nèi)形成了所需的混合氣體時(shí)，噴霧的夾角則收縮到了一個(gè)合適的角度。但是，當(dāng)壓縮沖程中噴霧的夾角發(fā)生很大的收縮時(shí)，即在一個(gè)較高的大氣壓強(qiáng)之下發(fā)生收縮時(shí)，燃料被過(guò)度地集聚因而導(dǎo)致霧化不充分，這是人們所不希望的。
因此，根據(jù)本實(shí)施方案，噴射孔8的扇形頂點(diǎn)(P)位于燃料容器7b的球形表面的中心(O)在燃料噴射方向上的上游側(cè)。這樣使得在較高的大氣壓強(qiáng)下噴霧的夾角并不發(fā)生明顯的收縮，從而使得平扇形的噴霧具有一個(gè)與噴射孔8的扇形夾角相近似的夾角。隨著噴射孔8的扇形頂點(diǎn)(P)相對(duì)于燃料容器7b的球形表面中心(O)在燃料噴射方向上的上游側(cè)偏移量(b)的增加，噴霧的扇形夾角(θ2)與噴射孔8的扇形垂直角(θ1)之間的比值(θ2/θ1)逐漸趨近于1。而且，當(dāng)噴射孔8的扇形頂點(diǎn)(P)相對(duì)于燃料容器7b的球形表面中心(O)在燃料噴射方向上的上游側(cè)偏移量(b)的增加量不小于0.2mm時(shí)，噴出噴霧的扇形夾角(θ2)可以更加接近噴射孔8的扇形垂直角(θ1)。此外，噴出噴霧的扇形夾角(θ2)與噴射孔8的扇形垂直角(θ1)之間的比值的變化量與偏移量(b)的變化量相比變小了。因此，由于偏移量(b)的誤差所造成的不良影響被消弱了，從而形成預(yù)期的噴霧。
圖7示出通道段的長(zhǎng)度(l)與燃料容器7b的直徑(d)的比值和在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下形成的噴霧的扇形垂直角(θ2)與噴射孔8的扇形垂直角(θ1)的比值之間的關(guān)系曲線。圖中的結(jié)果是在如下條件下得到的將偏移量(b)設(shè)為0.2mm的常數(shù)，噴射孔8的扇形的垂直角(θ1)設(shè)為50°的常數(shù)，然后改變通道段的長(zhǎng)度(l)。隨著通道段的長(zhǎng)度(l)與燃料容器(7b)的直徑(d)的比值(l/d)的減小，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下噴出的噴霧的扇形夾角(θ2)與噴射孔8的扇形夾角(θ1)的比值(θ2/θ1)逐漸趨近于1，由此可以得知可以通過(guò)將(l/d)值設(shè)得較小來(lái)得到預(yù)期的噴霧形狀。當(dāng)(l/d)值不大于0.2時(shí)，比值(θ2/θ1)的變化與(l/d)值的變化小。這是因?yàn)榕c燃料容器7b的直徑(d)相比，通道段9的長(zhǎng)度(l)小得可以基本上忽略不計(jì)。因此，比值(l/d)設(shè)定得不大于0.2時(shí)，可以獲得具有與噴射孔8的扇形的夾角(θ1)更接近的夾角的噴霧。此外，由于比值(θ2/θ1)的變化相對(duì)于比值(l/d)的變化而言變得較小，因而使得比值(l/d)的誤差引起的不良影響減少，可以形成預(yù)期的噴霧。
如果將燃料噴射器7用于圖1所示的直徑汽缸噴射型電火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)上，在壓縮沖程中，可有預(yù)定量的燃料噴霧供入活塞上表面的燃燒室5a內(nèi)以實(shí)現(xiàn)分層燃燒，這些噴霧是充分霧化了的并具有較小的濃度分散度。因此使得分層燃燒可以更加穩(wěn)定地進(jìn)行。此外，由于燃料噴霧的厚度較小，使得在壓縮沖程的后半程中可以有較大量的燃料供入燃燒室。這樣分層燃燒的區(qū)域可以擴(kuò)展到高載側(cè)。
在本實(shí)施方案中，燃料容器7b的尖端為半球形。但只有燃料容器7b與通道段9相交的邊界段的形狀是重要的。如果燃料容器7b與通道段9之間的邊界線在噴射孔8高度范圍內(nèi)的任意橫截面上均為弧形，那么作用于噴射孔8的每一部分上的燃料壓力基本上一致。
盡管本發(fā)明已參照其具體實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)明了本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的基本概念和范圍的情況下，可以對(duì)其作出多種改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)用的燃料噴射器，包括一個(gè)噴射孔，一個(gè)氣門體和一個(gè)燃料容器，該容器位于上述氣門體底座部分的下游，其中上述噴射孔的寬度以一個(gè)預(yù)定的夾角向內(nèi)逐漸減小，在上述噴射孔的外側(cè)上有一個(gè)開口，其寬度比高度要大得多，上述燃料容器的尖端通過(guò)一個(gè)等截面的通道段與上述噴射孔相連，在上述噴射孔的高度方向上的每一個(gè)橫截面上，燃料容器尖端均為一個(gè)弧形，在穿過(guò)上述噴射孔的高度方向中心的橫截面中，燃料容器尖端為半圓形，且上述預(yù)定夾角的尖端位于上述半圓形圓心的上游。
2.權(quán)利要求1中的燃料噴射器，其特征在于上述通道段的長(zhǎng)度與上述半圓形的直徑之間的比值不大于0.2。
3.權(quán)利要求1中的燃料噴射器，其特征在于上述燃料容器的尖端為半球形。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)用的燃料噴射器,其噴射孔的寬度以一個(gè)預(yù)定的夾角向內(nèi)逐漸減小,在噴射孔的外側(cè)上有一個(gè)開口,其寬度比高度要大得多,燃料容器的尖端通過(guò)一個(gè)等截面的通道段與上述噴射孔相連,在上述噴射孔的高度方向上的第一個(gè)橫截面上,燃料容器尖端均為一個(gè)弧形,在穿過(guò)上述噴射孔的高度方向中心的橫截面中,燃料容器尖端為半圓形,且上述預(yù)定夾角的尖端位于上述半圓形圓心的上游。
文檔編號(hào)F02B23/10GK1243197SQ9910691
公開日2000年2月2日 申請(qǐng)日期1999年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月28日
發(fā)明者杉本知士郎, 武田啟壯 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社