專利名稱：噴油閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將燃油直接噴入發(fā)動機(jī)氣缸中的汽油直噴式發(fā)動機(jī)的燃油噴射閥，即噴油器。
背景技術(shù)：
就滿足諸如大功率、高燃油效率和低污染這樣的社會需求的汽油機(jī)而言，一些采用氣體直噴式的噴油閥的發(fā)動機(jī)(氣體直噴式汽油機(jī))已令人關(guān)注。雖然在許多年前以產(chǎn)生了這種汽油機(jī)的基本概念，但為了使那樣的發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)將燃油直接噴入燃燒室中還留下許多待解決的問題，例如高壓噴射技術(shù)、高壓密封性和耐高溫性，然而由于當(dāng)今的控制技術(shù)和生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，目前的技術(shù)水平已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)，因而各汽車制造公司都進(jìn)入商品生產(chǎn)階段或者基于研究和開發(fā)的實(shí)驗(yàn)制造階段。
汽油直噴式的噴油閥由一個(gè)具有一直接面對燃燒室(在發(fā)動機(jī)內(nèi)的氣缸)的噴油口的噴嘴、一個(gè)用于開啟和關(guān)閉燃油通道的閥體、一個(gè)用于關(guān)閉閥體(用于吸入)的磁性線圈、一個(gè)用于關(guān)閉閥的彈簧以及一個(gè)用于構(gòu)成磁路的磁軛鐵芯。此外，還包括一個(gè)用于在閥面的上游提供給燃油旋渦力的渦流器(燃油渦旋裝置)和一個(gè)用于調(diào)節(jié)燃油動態(tài)噴射量的彈簧調(diào)節(jié)器。
這種氣體直噴式的噴油閥的一個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)包括與傳統(tǒng)的燃油噴射壓力約為0.3Mpa的汽油直噴式的噴油閥相比較，由于噴油壓力達(dá)到3至10Mpa這樣大的數(shù)值以產(chǎn)生燃油噴射液滴的顆粒細(xì)化(以便減少蒸發(fā)時(shí)間)和高效率的燃油噴射(減少噴油時(shí)間)時(shí)，其高壓密封性和油密性都得到改善，并且由于噴嘴直接暴露于燃燒氣體而使耐熱性和氣密性也都得到改善。
在汽油直噴式的汽油機(jī)的燃燒工作過程中，從噴油閥噴射出的噴霧的特性和形狀非常重要。發(fā)動機(jī)燃燒方式包括均勻燃燒和分層燃燒，這兩種方式在圖8中示出。
均勻燃燒是在發(fā)動機(jī)循環(huán)的進(jìn)氣沖程中噴射燃油，而經(jīng)壓縮沖程直到點(diǎn)火和燃燒工作過程中在燃燒室中的燃油空氣混合物是以一種理論空燃比(A/F＝15)均勻化，由于汽油從進(jìn)氣中去除了蒸發(fā)潛熱因而降低進(jìn)氣溫度，這就可以提高容積效率，并且由于燃燒氣體的溫度降低可以獲得比傳統(tǒng)的噴口噴射式發(fā)動機(jī)大的功率輸出。由于要求使燃油在燃燒室中完全擴(kuò)散以產(chǎn)生燃油噴霧的均勻燃燒，寬闊而均勻的燃油噴霧(混合氣體)是必需的，因而較理想是使噴射速度低到不使燃油噴霧觸及氣缸壁并且不能形成液體薄膜。為了考慮加速工況和高負(fù)荷工況時(shí)的發(fā)動機(jī)功率輸出就要采用這種均勻燃燒方式。
分層燃燒是這樣一種燃燒方式在壓縮沖程中噴射燃油，而借助于空氣流動例如渦流和/或紊流和在活塞頭上的空腔使可燃的混合氣體集中在火花塞的周圍，并有一空氣層形成圍繞混合氣體因而獲得非常稀薄的燃燒，這就可以顯著地提高燃油效率。分層燃燒旨在考慮燃油效率，用在低負(fù)荷和怠速工況時(shí)。為了使燃油噴霧集中在火花塞的周圍以及萬一由于當(dāng)背壓升高時(shí)燃油噴霧的擴(kuò)散變小而使燃油壓力升高時(shí)噴射燃油，較理想是在分層燃燒方式時(shí)的燃油噴霧應(yīng)較緊密。
為了提高氣化性能(燃油顆粒細(xì)化)和渦流性能，通常具有多種不同的對噴油閥的建議。
例如，在公開號為8-296531(1996)的日本專利申請中，形狀為中空氣缸的渦旋裝置位于閥體的下部上，以及針閥穿過內(nèi)部氣缸可相對于中空氣缸的內(nèi)表面滑動，一個(gè)其內(nèi)表面漸漸變小而其底面呈球凹形的燃油噴射室是在針閥所接觸的閥面的下游側(cè)上形成，形成有一個(gè)噴口(燃油噴射口＝孔)穿出燃油噴射室底面的中央，此外，噴口的方位相對于閥體(燃油噴射閥的閥體)的軸線(中心線)傾斜并且在噴口的外側(cè)上形成有一個(gè)平面部分與噴口成直角。
在公開號為7-119584的日本專利申請中，所揭示的內(nèi)容是設(shè)置一種渦旋色彩(燃油渦旋裝置)使之位于閥面上游的渦流噴嘴上，在閥面的下游上形成一個(gè)倒錐形的吸入孔，在離開吸入孔的延長線上形成一噴口(燃油噴射口＝孔)，以及吸入孔的中心線與噴口的中心線相互成同一軸線并且它們相對于渦流噴嘴(燃油噴射閥體)的軸線傾斜。在這已有技術(shù)中，由于在垂直于渦旋流動的中心線的平面上的渦旋的旋轉(zhuǎn)中心線是遵循著沿噴孔中心線的直線軌跡，即使如果噴孔形成傾斜，渦流也會到達(dá)噴孔。到目前為止，在吸入孔中的渦流損失變得較小，而具有強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)力的渦流向著噴孔運(yùn)動，由此可促進(jìn)燃油的顆粒細(xì)化，以及由于噴霧角度的增大而使在燃燒室內(nèi)的噴霧擴(kuò)散變大，所有這些最終導(dǎo)致燃油燃燒效率的提高。
如果是氣缸內(nèi)噴射式發(fā)動機(jī)，上述的已有技術(shù)的噴油閥通常是設(shè)置在氣缸的上部，借助于這樣的布置，燃油噴射口從噴油閥閥體的長度方向軸線向活塞頭的凹腔(在與火花塞相對的位置上)轉(zhuǎn)移，并且在分層燃燒方式時(shí)燃油朝著該凹腔偏向噴射，然后借助于凹腔形狀燃油噴霧的方向轉(zhuǎn)向火花塞側(cè)。
在公開號為5-33739(1993)的日本專利申請中，所揭示的內(nèi)容是在噴嘴和蓋之間形成一空氣室，來自該空氣室的輔助空氣通過單個(gè)的空氣噴孔按切線方向噴出進(jìn)入渦流室，當(dāng)迫使來自噴孔的噴射燃油形成渦流時(shí)燃油直接從噴孔噴入發(fā)動機(jī)氣缸中。
在公開號為6-221249(1994)的日本專利申請中，使得設(shè)置在單個(gè)燃燒室中的一對噴油器之一的噴射角度比那兩個(gè)噴油器中另一個(gè)的噴射角度大，以及具有較小噴射角度的噴油器比具有較大噴射角度的噴油器更靠近火花塞許多地設(shè)置，而具有較小噴射角度的噴油器用于輕負(fù)荷工況，具有較大噴射角度的噴油器用于高負(fù)荷工況。
在上述分層燃燒方式中，重要的是使燃油噴霧集中在火花塞的周圍，而在均勻燃燒方式中，重要的是將燃油均勻并完全噴入氣缸內(nèi)，而且較理想是使在均勻燃燒和分層燃燒中噴射的燃油薄霧的顆粒尺寸都較小以減少蒸發(fā)時(shí)間。此外，要求減少噴射燃油量的分散性。
在將燃油直接噴入氣缸(燃燒室)的內(nèi)燃機(jī)中，在點(diǎn)火準(zhǔn)時(shí)由噴油閥噴射的燃油噴霧的方向、形狀、流量以及流速(燃油噴霧可到達(dá)的距離)將極大地影響燃燒室中混合空氣的集中分布，并最終影響發(fā)動機(jī)性能。
根據(jù)上述考慮，在氣缸內(nèi)噴射式發(fā)動機(jī)燃燒中，要求形成這些特點(diǎn)從噴油閥噴射的燃油噴霧的方向、形狀、流量以及流速分布要響應(yīng)于上述要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于氣缸內(nèi)噴射式發(fā)動機(jī)的噴油閥，采用這樣的單個(gè)噴油閥可分別用于分層燃燒方式和均勻燃燒方式而都可獲得最佳化的燃油噴射方式，它可提高汽油里程和發(fā)動機(jī)輸出功率并在寬廣的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都可產(chǎn)生穩(wěn)定的發(fā)動機(jī)性能。
為了解決上述問題在此提出的發(fā)明原理如下。
在一種用于氣缸內(nèi)噴射式發(fā)動機(jī)的噴油閥中，具有一個(gè)將在閥面上游的渦旋力傳給通過閥體圍繞區(qū)域的燃油和噴射渦流燃油的噴嘴的燃油渦旋裝置，其特點(diǎn)是從噴嘴的噴孔噴出的燃油噴霧是這樣形成，即燃油噴霧的方位是按噴油閥閥體的長度方向軸線所確定的方向偏移，在偏移側(cè)的燃油噴霧的可到達(dá)距離較長，而在與該偏移方向相對的另一側(cè)上的燃油噴霧的可到達(dá)距離較短(由權(quán)利要求1所限定的發(fā)明方案)。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，即使噴油閥1以噴油閥閥體的長度方向軸線C與氣缸的長度方向軸線A相交(這個(gè)相交包括三維或者二維的幾何形狀)這樣一個(gè)角度安裝在如圖6A所述的氣缸40的上部，換句話說，即使噴油閥1是以相對于與氣缸長度方向軸線A垂直的平面B成一角度安裝，也可使直接噴入氣缸的燃油噴霧相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C偏向火花塞41。除了如上所述噴霧偏向火花塞之外，還可使偏向火花塞的燃油噴霧的可到達(dá)距離L1較長而使在該偏向的噴霧的相對側(cè)上的噴霧的可到達(dá)距離L2較短。
根據(jù)這樣一種偏向的燃油噴霧，在分層燃燒方式時(shí)采用這樣的角度燃油噴霧是直接集中在火花塞的周圍。由于在分層燃燒方式時(shí)燃油噴射是在發(fā)動機(jī)燃燒室(在氣缸內(nèi))壓力升得較高的壓縮沖程中完成的，燃油噴霧的擴(kuò)散趨勢就較小。雖然對于建立用于形成混合氣的緊湊區(qū)域來說這種燃油噴霧較小擴(kuò)散的趨勢是不可避免的，但如果燃油噴霧的擴(kuò)散變得太小，則不可能獲得一個(gè)理想的形成混合氣的具有良好狀態(tài)的區(qū)域。由于在本發(fā)明中可以擴(kuò)展燃油噴射區(qū)域并可與噴霧向火花塞方向偏向成比例地?cái)U(kuò)大噴霧角度，就可避免燃油噴霧的擴(kuò)散變得比所要求的小，就可獲得一個(gè)緊湊的燃油噴霧以使燃油噴霧適當(dāng)?shù)丶性诨鸹ㄈ闹車?。雖然在均勻燃燒方式時(shí)燃油噴射在進(jìn)氣沖程中完成，如果氣缸的內(nèi)部壓力較低并可獲得擴(kuò)散的燃油噴霧，但可以與噴霧向火花塞方向偏向成比例地使燃油噴霧區(qū)域(燃油噴霧角度)擴(kuò)展得比此時(shí)前的都大，并可提高燃油在氣缸內(nèi)的均勻性。
即使如果由于發(fā)動機(jī)安裝角度僅由噴油閥1的發(fā)動機(jī)安裝角度β2(如圖7所示，β2是在與氣缸長度方向軸線A垂直的平面B和噴油閥閥體的中心線C之間形成的一個(gè)角度)所限定而不可能實(shí)現(xiàn)所要求的噴霧方向的角度β1(如圖7所示，β1是在垂直于氣缸的長度方向軸線A的平面B和燃油噴霧中心線D之間所形成的一個(gè)角度)，但由于燃油噴霧相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C朝著火花塞偏移，采用噴霧偏向角度β3和噴油閥安裝角度β2便可獲得所要求的噴霧方向角度β2。
除了噴霧朝火花塞偏向外，如果使朝火花塞偏向的噴霧可到達(dá)的距離L1較長而使在與該偏向的噴霧相對側(cè)上的噴霧可到達(dá)的距離L2較短，則相應(yīng)于較長可到達(dá)距離L1的噴霧達(dá)到較快的速度分量以產(chǎn)生較理想的點(diǎn)火性能，而相應(yīng)于較短的可到達(dá)距離L2的噴霧由于噴霧的較小范圍獲得較低的速度分量而有助于阻止噴霧到達(dá)活塞頭上，以消除未燃燒的燃料并減少積炭和黑煙排放。
根據(jù)上述運(yùn)行狀況，可實(shí)現(xiàn)分層燃燒所需要的非常稀薄的燃燒，并且可實(shí)現(xiàn)為均勻燃燒所要求的輸出功率的提高和黑煙排放的減少。
如果所要求的噴油閥噴霧方向與其安裝角度相互匹配，則不要求噴霧偏向，而在這種情況時(shí)，不使噴嘴的噴口偏向但可允許調(diào)節(jié)被噴射的燃油噴霧以使圍繞火花塞的噴霧可到達(dá)距離較長而使在與該偏向噴霧相對側(cè)上的噴霧的可到達(dá)距離較短。
此外，關(guān)于適合氣缸內(nèi)噴射式汽油機(jī)的一些噴油閥的較佳實(shí)施例，在從權(quán)利要求2起以下的權(quán)利要求中已提出了這些噴油閥方案?，F(xiàn)參照實(shí)例具體說明這些較佳實(shí)施例以闡明該方案。


圖1是示出本發(fā)明噴油閥的一個(gè)實(shí)施例的垂直剖視圖；圖2是示出圖1中噴油閥的噴嘴部分周圍區(qū)域的說明圖；圖3A是示出用于上述噴油閥的噴嘴的單個(gè)閥體的垂直剖視圖；圖3B是圖3A的閥體的俯視圖；圖4是圖3A中重要部分的放大剖視圖；圖5是在圖2的X-X’剖切線位置所視的投影視圖；圖6A是示出將本發(fā)明的噴油閥用在氣缸內(nèi)噴射式汽油機(jī)上的一個(gè)例子的說明圖；圖6B是示出該噴油閥噴嘴的周圍區(qū)域的視圖；圖7是顯示燃油噴霧的目標(biāo)噴射方向與用于上述噴射系統(tǒng)的噴油閥安裝角度之間關(guān)系的說明圖；圖8是分層燃燒方式和均勻燃燒方式的說明圖；圖9是表示從閥面至噴油口的距離y和從閥面至閥體頂部的距離z的說明圖；圖10是示出上述噴嘴另一個(gè)例子的部分剖視圖；圖11是示出上述噴嘴的另一個(gè)例子的部分剖視圖；圖12是示出上述噴嘴的另一個(gè)例子的部分剖視圖；圖13是示出上述噴嘴的另一個(gè)例子的部分剖視圖；圖14是示出另一個(gè)例子的噴嘴噴霧狀態(tài)的說明圖；圖15是示出另一個(gè)例子的氣缸內(nèi)噴射式汽油機(jī)的說明圖；圖16是示出噴油閥的另一例子的垂直剖視圖；圖17A是示出用于上述圖16所示的噴油閥的噴嘴單個(gè)閥體的垂直剖視圖；圖17B是放大的剖視圖；圖18是示出在本發(fā)明帶有渦流的噴嘴中燃油流動情況的說明圖；圖19是示出在已有技術(shù)的帶有渦流的噴嘴中燃油流動情況的說明圖。
下面將參照這些附圖具體說明本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
有關(guān)本發(fā)明第一實(shí)施例，圖1是用于氣缸內(nèi)(噴射)式發(fā)動機(jī)(汽油機(jī))的噴油閥的垂直剖視圖，圖2是示出燃油噴霧噴射狀態(tài)的說明圖，為圖1中的噴嘴部分放大視圖，圖3A是用于圖1所示的噴油閥的噴嘴體的垂直剖視圖，圖3B是噴嘴體的俯視圖，圖4示出閥面部分和圖3A中所示的噴油口附近區(qū)域的部分放大視圖，圖5是設(shè)置在噴嘴體內(nèi)的渦流孔的從圖2的X-X’線位置所視的水平剖視圖。
圖1中所示的噴油閥1采用一個(gè)用作驅(qū)動裝置的磁性線圈的噴油閥例子。作為用于驅(qū)動裝置的磁性環(huán)路零部件，設(shè)置有固定芯子2、磁軛(殼體)3和可運(yùn)動芯子(柱塞)4。
固定芯子2是一個(gè)細(xì)長的空心圓柱體并在其軸線方向上具有一個(gè)突緣2A，在突緣2A之下的下半部插入在軛3內(nèi)。突緣2A與在軛3上部上的開口結(jié)合，通過對在軛3上部上的開口的邊緣部分加壓并產(chǎn)生塑性流動(如標(biāo)號50所示)，固定芯子2和軛3塑性粘結(jié)。這個(gè)粘結(jié)通過施加緊固力可予以實(shí)現(xiàn)。磁性線圈10的一個(gè)終端8設(shè)置在突緣2A上。
在固定芯子2內(nèi)，形成有一個(gè)在軸線方向貫穿固定芯子2的燃油通路5，可運(yùn)動芯子4的返回彈簧6嵌設(shè)在燃油通路5的一端(與燃油流入部分相對的端部)上，返回彈簧在閥閉合方向(朝著閥面7)對可運(yùn)動芯子4施力。在固定芯子2內(nèi)，設(shè)置一用于調(diào)節(jié)返回彈簧6的彈力的空心彈簧調(diào)節(jié)器8，而該調(diào)節(jié)器8的內(nèi)部構(gòu)成燃油通路5的一部分。
磁性線圈10被注塑樹脂覆蓋，而固定芯子2的一部分插設(shè)并固定在磁性線圈的線軸10A內(nèi)，磁性線圈10設(shè)置在圓柱體形的軛3以及固定芯子2的一部分內(nèi)。注塑樹脂11保護(hù)磁性線圈10并阻止電流泄漏。零件18是一個(gè)用于阻止燃油流入線圈組件的密封圈。
通過終端9將一個(gè)用于驅(qū)動磁性線圈10的電信號施加于磁性線圈10。終端9埋設(shè)在位于軛3之上的注塑樹脂體內(nèi)，其一端位于接頭件20A上，從而構(gòu)成接頭的接線端。
一帶有底部15(噴嘴體)的空心圓柱體形的噴嘴固定在軛3的底部。在閥面7上形成的孔17作為燃油噴口設(shè)置在噴嘴15的底部上，一個(gè)由噴嘴的內(nèi)底部支承的燃油渦流件(下文中也稱為渦流裝置)設(shè)置在噴嘴15內(nèi)。該渦流裝置16位于閥面7的上游上。
一用于球閥(閥體)的導(dǎo)向孔(中心孔)設(shè)置在渦流裝置16的中央，用于噴嘴15內(nèi)燃油通路14與導(dǎo)向孔16A間連通的燃油通路16B和16B’是在渦流裝置16的周邊和底部上形成。
圖5是渦流裝置16的在其底部和從X-X’線所視的投影視圖，渦流裝置16是由四個(gè)圍繞其周邊分別以90度分開的圓弧16C以及相鄰圓弧間的間隙(燃油通路)所組成，圓弧16C與噴嘴的內(nèi)表面接觸以及間隙16B的開口側(cè)被噴嘴的內(nèi)表面覆蓋，從而構(gòu)成燃油通路，并且借助于具體形狀使通路方向相對于渦流裝置的中心偏心，當(dāng)燃油流經(jīng)燃油通路16B和16B’特將旋渦力作用于燃油。這樣，便將旋渦力作用于從燃油通路16B’流出并流經(jīng)閥體周圍區(qū)域即閥面7上游的燃油。
可運(yùn)動芯子4與在其體部帶有一球閥13的空心柱塞桿4A連接。一燃油通孔41位于柱塞桿4A的側(cè)壁上。零件21是一個(gè)用于限制可運(yùn)動芯子4在打開方向上的行程的止動件。
固定芯子2、軛3和可運(yùn)動芯子4是由磁性材料制成，而球閥13、止動件21和彈簧調(diào)節(jié)器8是由非磁性材料制成。
當(dāng)磁性線圈處于不帶電狀態(tài)時(shí)，球閥13受到由返回彈簧6施加的彈力和燃油壓力而與閥面接觸，從而保持閥打開狀態(tài)。
當(dāng)將電信號施加給磁性線圈10而使磁性線圈處于帶電狀態(tài)時(shí)，固定芯子2、軛3和可運(yùn)動芯子4便構(gòu)成一磁性環(huán)路，而可運(yùn)動芯子4通過磁性吸附在固定芯子2上。球閥13以及可運(yùn)動芯子4也被引導(dǎo)向渦流裝置16的內(nèi)表面運(yùn)動從而離開閥面7，而開始進(jìn)入閥打開狀態(tài)。
在閥打開狀態(tài)時(shí)，燃油流經(jīng)泵油裝置例如燃油泵、燃油壓力調(diào)節(jié)器以及蓄油器然后流經(jīng)各設(shè)置在固定芯子2內(nèi)的燃油通路5、過濾器22和可運(yùn)動芯子4的內(nèi)部以及通過內(nèi)部通路、燃油通孔41、在噴嘴14上的通路(閥體)15，在由渦流裝置提供旋渦力并在具有閥面7的錐形孔上形成渦流的同時(shí)通過孔17燃油噴入發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)部。
現(xiàn)參照圖2至4來具體說明噴嘴的結(jié)構(gòu)。
在具有一底部并成形成空心圓柱體的噴嘴15的底壁15A的中央部分上形成用作燃油噴口17的孔以及在噴口17的進(jìn)口17A上朝上游增大直徑的直徑增大的孔31，孔31接受球閥13的一部分并具有閥面7。雖然在本例中該直徑增大的孔31的結(jié)構(gòu)呈一倒錐形，但允許將它的形狀部分制作成彎曲表面。
構(gòu)成噴口17的孔相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C傾斜，其傾斜角(偏向角)α確定為相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C成5度和10度之間。
由于使噴口17具有一偏向角α，從噴油閥1(換句話說，燃油噴霧的中心線)噴出的燃油噴霧47就相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C的一定方向(噴口17根據(jù)從閥面7向它觀察的角度所偏的方向)偏斜。
如下所述，噴嘴15的噴口17的出口的邊緣部分是由一個(gè)小的高出部分30(在此實(shí)施例中以后描述)形成，而出口的邊緣部分30和噴口的出口17B提供一個(gè)相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C傾斜(不垂直)的表面。在此實(shí)施例中，如圖4所示，關(guān)于出口的邊緣部分30，從噴口的出口17B的表面朝噴射方向向外擴(kuò)展的傾斜面30”形成為一個(gè)上游側(cè)的傾斜面，而從噴口的出口17B朝與噴射方向相反的方向向后擴(kuò)展的傾斜面30’形成為一個(gè)下游側(cè)的傾斜面。由于將噴口17的出口切割成傾斜面，噴口17的長度至少變成軸向不對稱。在此實(shí)施例中，由于噴口的出口17B的傾斜面與噴口的中心線E之間構(gòu)成的角度成90度，噴口的出口17B的形狀是完整的圓形，并且出口17B的邊緣角度是軸向?qū)ΨQ的。如果噴口的出口17B的傾斜面和噴口的中心線E之間所構(gòu)成的角度不垂直(不等于90度)，則出口17B的形狀和其邊緣角度軸向不對稱，因此，通過改變出口17B的傾斜面角度可獲得所要求的噴口的出口形狀。
至此，由于將噴口的出口17B切割成傾斜面，就可獲得這樣一種噴霧型式渦旋的燃油噴霧變成一個(gè)倒錐體形狀，如圖2所示，噴霧的可到達(dá)距離L1和對出口邊緣部分30的下游側(cè)傾斜面30’的噴霧量較大，對上游側(cè)傾斜面30”的噴霧可到達(dá)的距離L2較短，即L1＞L2。已經(jīng)證明相應(yīng)于L1的燃油噴霧的數(shù)量和分布較大，而相應(yīng)于L2的燃油噴霧的數(shù)量和分布較小。
上述情況的原因之一如下所述。如圖4所示，由于使噴口17的出口17B的切割面和成形的出口邊緣表面30成傾斜面，噴口17的長度軸向不對稱，因而，就噴口17的孔長度l而言，對于出口30的邊緣部分的上游側(cè)傾斜面30的孔壁面長度l 2與對于下游側(cè)傾斜面30’的孔壁面長度具有12＞11的關(guān)系，而就從閥體31的閥面7的接觸位置至噴口的出口17B的通路長度M而言，相應(yīng)于出口30的邊緣部分的上游側(cè)傾斜面30”的長度M2和相對于出口30的邊緣部分的下游側(cè)傾斜面30’的長度M1具有M2＞M1的關(guān)系，因而，由于渦旋的流動的通路長度對于各個(gè)位置是變化的，由通路壁產(chǎn)生的影響例如壓力損失的不同便發(fā)生了。在這種情況時(shí)，對于通路長度M(M2)較長一側(cè)的壓力損失就較大而在M2側(cè)的噴霧的可到達(dá)距離(噴霧的可到達(dá)距離L2)(即噴霧貫穿距離和流速)也就較小，而相反，相對于通路長度M(M1)較短的一側(cè)的壓力損失就較小而在M側(cè)的噴霧可到達(dá)的距離(噴霧的可到達(dá)距離L1)就較長。除了噴霧的可到達(dá)距離(噴霧速度)之外，還可使燃油噴霧的流量分布具有方向依賴性(即可形成這樣一種流量分布在M1側(cè)的燃油噴霧量大于在M2側(cè)的燃油噴霧量)。有關(guān)提供給噴霧可到達(dá)距離(流速分布)和噴霧流量分布的方向依賴性的其它因素，可建議的包括相應(yīng)于出口的邊緣部分的傾斜面的斜度調(diào)節(jié)噴霧出口的形狀，以及考慮在噴口上形成的傾斜角度調(diào)節(jié)噴口的邊緣角度和進(jìn)口17A的形狀。
在這種噴油閥中，從噴嘴15的噴口噴出的燃油噴霧47可在相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C的一個(gè)確定方向上偏斜，而噴霧形狀這樣形成，即可以使在偏向側(cè)的噴霧可到達(dá)的距離L1較大而偏向側(cè)相對的另一側(cè)上的燃油噴霧的可到達(dá)的距離較短(對應(yīng)于權(quán)利要求1)。
在此實(shí)施例中上述的出口邊緣部分如下所述那樣形成。
在具有噴口17的噴嘴底部外表面的中央形成一個(gè)其高度比噴口17的孔長度小的小突出部分30，而噴口17相對于噴油閥閥體的長度方向軸線傾斜，以及其出口17B是在小的突出部分30上形成。采用這種結(jié)構(gòu)，小的突出部分30便構(gòu)成了噴口17的出口邊緣部分的壁部。小的突出部分30的上表面(出口的邊緣部分)提供這樣一個(gè)斜面從閥面7看噴口的出口使噴口的偏向側(cè)低而使不偏向側(cè)高(對應(yīng)于權(quán)利要求7)。
下面將具體說明球閥13、閥面的直徑(閥體接觸部分的直徑)、閥面的角度、孔(噴口)17和小的突出部分30。例如，球閥的管直徑是2毫米，閥面的直徑(閥體接觸面的直徑)是1.4毫米，閥面的角度是90度，孔的直徑是0.6至0.9毫米之間，孔的長度(沿著孔的中心線的長度)是孔直徑的0.3至1.3倍，小的突出部分的直徑是2至3毫米，在孔的出口的邊緣部分上向上傾斜壁部的高度H2是0.43至0.8毫米，而向下傾斜壁部的高度H1是0.1至0.46毫米。斜面傾斜角γ為5度至10度(在此例中是8.5度)。
如示出噴嘴體的底面的圖3B所示，在此實(shí)施例中小的突出部分30是由一圓弧圍繞的輪廓線構(gòu)成，其表面垂直于小的突出部分的中心線并大于半圓周，而由一弦連接于它的兩端之間。使小的突出部分30在弦側(cè)的高度較高，而在與該弦側(cè)的相對側(cè)上的高度較低，因而使小的突出部分的上表面成為一斜面。使噴口17這樣傾斜可使噴口的進(jìn)口側(cè)相對于小的突出部分的中心線朝弦側(cè)偏向，而使噴口的出口17B側(cè)朝著與弦側(cè)相對側(cè)偏向(對應(yīng)于權(quán)利要求8)。
如上所述，由于小的突出部分30的輪廓線是由圓弧和弦組成，以及使噴口17的斜度和小的突出部分上表面的斜面與該圓弧和弦匹配，就可以通過考慮圓弧和弦來實(shí)現(xiàn)噴油閥的燃油噴霧的偏向。
如圖2和4所示，雖然噴口17(噴口的中心線E)是這樣形成相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C傾斜，使噴油閥閥體的長度方向軸線C與中心線E的交點(diǎn)G位于形成噴口17的孔的內(nèi)部(對應(yīng)于權(quán)利要求9)。
以使交點(diǎn)G位于噴口17的內(nèi)部的方式(如圖4所示)，就使燃油噴口17的進(jìn)口17A的邊緣角度相對于閥面7直徑的中心線(閥面直徑的中心線與噴油閥閥體的長度軸線方向中心線C相匹配)變得軸向不對稱?？稍O(shè)想到噴口的進(jìn)口17A的軸向不對稱將影響燃油噴霧狀態(tài)。
進(jìn)一步限定如下特點(diǎn)當(dāng)閥打開時(shí)接觸閥面7的閥體13的形狀制作成球形，而閥體13的球頂是位于噴口的進(jìn)口17A之下并當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)進(jìn)入噴口17的內(nèi)部(對應(yīng)于權(quán)利要求16)。還可允許當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)使閥頂位于噴口的進(jìn)口17A的同樣高度上。
采用上述結(jié)構(gòu)，可以理解到當(dāng)閥打開時(shí)在閥體13的上表面與噴口的進(jìn)口17A之間的死區(qū)(自由空間)可以得到減小，并可以在使渦旋的燃油的渦旋力的衰減保存盡可能小的情況下噴射燃油。由于增大了對燃油噴霧的渦旋力，因此可使燃油噴霧的形狀形成一個(gè)錐體形，就可提供一個(gè)具有較大的渦旋能量的高密度外側(cè)區(qū)域和一個(gè)具有較小渦旋能量的低密度的內(nèi)側(cè)區(qū)域，進(jìn)而可認(rèn)識到采用如上所述的這樣一種噴霧形狀，可以有效地利用渦旋能量并可實(shí)現(xiàn)燃油噴霧的顆粒細(xì)化。通過閥關(guān)閉時(shí)使殘留燃油趨于黏附的死區(qū)盡可能得到減小，就可達(dá)到阻止殘留燃油的留存的目的，因而提高了燃料空氣比的精度。
試驗(yàn)結(jié)果證明滿足下列關(guān)系式就可獲得由死區(qū)減小以及渦旋能量增大所提供的效果，而無需使球閥頂面與噴油口的進(jìn)口17A位于同一高度上或者進(jìn)入噴油口內(nèi)。
如圖9所示，假設(shè)當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)與閥面接觸的閥體13的頂部面對噴口17在閥面上游的進(jìn)口17A，而將從閥13接觸閥面7的位置至噴口的進(jìn)口17A的距離定義為y，以及將從閥13接觸閥面7的位置至閥體頂部的距離定義為z，則所要求的條件是y 2z(對應(yīng)于權(quán)利要求15)。
假設(shè)將噴口17的長度定義為l(該長度l是孔在噴口中心線上的長度)以及將噴口的直徑定義為d，則要確定這些參數(shù)滿足關(guān)系式0.3 l/d 1.3(對應(yīng)于權(quán)利要求14)。將l/d的下限確定為0.3的理由是對于小于這個(gè)下限的值不可能獲得所要求的燃油噴霧的偏向角度，而對于大于1.3的值噴霧壓力損失和噴霧燃燒的顆粒尺寸較大，因而不可能實(shí)現(xiàn)所要求的顆粒尺寸(100微米)。
如圖5中箭頭所示，在本實(shí)施例中燃油的渦旋方向?yàn)閺拈y面下游側(cè)看時(shí)是逆時(shí)針方向，而從閥面的上游側(cè)看時(shí)是順時(shí)針方向。其理由是經(jīng)驗(yàn)表明如果不使燃油按此方向渦旋而是采用與此方向的相反方向渦旋就不能獲得較理想的偏向噴霧，在此例中，傾斜表面設(shè)置在噴口17的出口17B和邊緣部分30的上表面上，噴口17具有可使噴口17的進(jìn)口17A相對于閥面的中心線C朝著出口的邊緣部分的傾斜面上游側(cè)30”偏向這樣的斜度以及可使出口17B朝著出口邊緣部分的傾斜面下游側(cè)30’偏向。
如前所述，形狀為一個(gè)具有底部的空心圓柱體的噴嘴包括一個(gè)用作渦旋裝置16的薄塊，如圖2所示，而該薄塊16具有一個(gè)在其中央上的用于球閥(閥體)13的導(dǎo)向孔16A、在其外表面上的偏心燃油通路16B和16B’以及底面。噴嘴內(nèi)表面的直徑在從與噴嘴的內(nèi)底面15B相交的角部15C至在薄塊16高度中點(diǎn)上與薄塊軸向的垂直面Q相交的內(nèi)周邊位置15D的區(qū)域上是擴(kuò)大的，而在內(nèi)部周邊直徑擴(kuò)大區(qū)域15F上在位于接受薄塊的噴嘴內(nèi)底面15B之下與噴嘴15內(nèi)底面相交的角部15C上形成一個(gè)凹陷60(對應(yīng)于權(quán)利要求17)。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，薄塊16設(shè)置的噴嘴內(nèi)表面部位是由具有不同內(nèi)徑的內(nèi)表面組成，而內(nèi)徑較小的內(nèi)表面15G是位于內(nèi)徑較大的內(nèi)表面15F的上游并接觸在薄塊16的外表面上的無燃油通路表面(如圖5中所示的圓弧表面16C)。另一方面，內(nèi)徑較大的內(nèi)表面15F是在從與噴嘴的內(nèi)底面相交的角部15C至在薄塊高度中點(diǎn)上與薄塊軸向垂直表面Q相交的內(nèi)表面位置的區(qū)域上形成。角部15C所處的凹陷60是通過在內(nèi)表面的邊緣部分形成的錐體61與內(nèi)徑較大的內(nèi)表面15D之間相交而形成的。在具有不同內(nèi)徑的內(nèi)表面15G和15F之間的邊界區(qū)域15D形成錐體形。在本實(shí)施例中，作為一個(gè)例子，如圖3A中所示，將噴嘴的內(nèi)徑較小的內(nèi)表面15G的內(nèi)徑DS確定為9.5毫米，將噴嘴的內(nèi)徑較大的內(nèi)表面15F的內(nèi)徑DL確定為6.2毫米，將內(nèi)徑不同的邊界部位15D的錐角Te1確定為相對于噴嘴內(nèi)表面成30度，而形成凹陷60的錐角Te2確定為相對于噴嘴內(nèi)表面成60度，將相對于噴嘴內(nèi)表面的深度HD確定為0.26毫米，而將擴(kuò)大的內(nèi)表面15F的通路寬度W確定為3毫米。渦旋裝置16的燃油通路16B’的通路寬度為0.4毫米而通路高度為0.19毫米。
由于形成其內(nèi)徑擴(kuò)大的內(nèi)表面部分(內(nèi)表面通路)15F以及形成在凹陷16上的角部15C，就可以獲得下面的工況和效果。
在已有技術(shù)的情況時(shí)，如圖19所示由于沒有這樣具有擴(kuò)大直徑的內(nèi)表面15F，渦旋裝置的燃油通路的形狀為簡單的彎角，而強(qiáng)烈的燃油脫離發(fā)生在這種通路結(jié)構(gòu)的角上，這將使在燃油通路內(nèi)的壓力損失增大。相反，在本實(shí)施例的裝置中，如圖18所示，擴(kuò)大的內(nèi)表面15F有利于燃油通路在角15C附近的延伸因而有利于流速的降低，從而減小由于燃油脫離產(chǎn)生的壓力損失。應(yīng)注意的是，由于在燃油通過角部14C后燃油通路變窄，流速又提高。借助于在噴嘴的擴(kuò)大的內(nèi)表面15F的進(jìn)口和出口上形成錐體形15D和61，就可以最大可能地減小在燃油通路中的擴(kuò)散損失和收斂損失的發(fā)生。
這樣，采用上述噴嘴內(nèi)表面結(jié)構(gòu)，就可有利于燃油噴霧的渦旋能量的增大而最終獲得燃油的顆粒細(xì)化。
由于將噴嘴的底部的外表面拋光并形成與噴油閥閥體長度方向軸線C不垂直的表面，因此可認(rèn)為能夠阻止煙炭和燃油黏附在該內(nèi)表面上。
圖6和7是示出將本發(fā)明的噴油閥用于氣缸內(nèi)噴射式汽油機(jī)的燃燒系統(tǒng)的一個(gè)例子的說明圖，它們是以氣缸的部分剖視圖表示。
在圖6A中，零部件40是氣缸，零部件41是火花塞，零部件42是活塞，零部件43是一進(jìn)氣道，零部件44是一個(gè)排氣道，零部件45是一進(jìn)氣閥，以及零部件46是一排氣閥。
通常是將火花塞41與氣缸長度方向軸線對準(zhǔn)地安裝在氣缸40上部(氣缸蓋)的中央上，而將進(jìn)氣閥45和排氣閥46分別設(shè)置在長度方向軸線的兩側(cè)。
噴油閥1圍繞氣缸的邊緣部分在進(jìn)氣閥45附近安裝在氣缸的上部上，其安裝角度是與垂直于氣缸長度方向軸線A的平面B傾斜。這樣，噴油閥1是以噴油閥閥體的長度方向軸線與氣缸的長度方向軸線A斜交的一個(gè)角度安裝。
關(guān)于噴油閥1連同噴口17在氣缸內(nèi)的安裝布置情況(朝噴射方向看)，使偏向側(cè)(例如，位于圖2圖面的右側(cè)上的噴口17的側(cè)壁30a)面對火花塞41(向上)，而使非偏向側(cè)(例如，位于圖2圖面左側(cè)上的噴口17的側(cè)壁30b)面對火花塞的相反側(cè)(向下)。
由于上述的噴油閥的安裝布置，噴油閥的方位這樣確定由于采用上述的噴口傾斜角α，面對氣缸40內(nèi)部的噴口17具有一個(gè)相對于噴油閥閥體長度方向軸線C朝火花塞側(cè)偏向的傾斜角α(對應(yīng)于權(quán)利要求3和4)。通過使噴口17具有偏向角α，從噴油閥1噴出的燃油噴霧47(換句話說，燃油噴霧的中心線D)便相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C朝火花塞41偏向。燃油噴霧中心線D和噴口的長度方向軸線E各自的偏向角幾乎是相互一致的，都在5度和10度之間。
將噴口17相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C的偏向角α確定為在5度和10度之間的理由是如果該角度小于5度則由于對噴油閥1的發(fā)動機(jī)安裝角度的限制而不能獲得為噴霧方向(偏向噴霧的角度β3)所要求的角度β1，而如果該角度大于10度，則由于在噴油閥中的燃油通路損失(壓力損失)變大而難于達(dá)到所要求的燃油噴霧可到達(dá)的距離。
根據(jù)此實(shí)施例，由于使燃油噴口17朝火花塞41偏向，噴出的燃油噴霧47便可相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C朝火花塞41偏向角度β3，如圖7所示。該角度β3是一個(gè)在噴油閥閥體的長度方向軸線C和燃油噴霧47的中心線D之間形成的角度。
在圖7中的參數(shù)β1一個(gè)為目標(biāo)噴射方向所要求的角度并作為在垂直于氣缸長度方向軸線A的表面B和燃油噴霧中心線D之間形成的角度。所要求的噴射方向角度β1是由發(fā)動機(jī)的形狀和尺寸所確定，并非必需是一個(gè)不變的值。參數(shù)β2是一個(gè)噴油閥1在發(fā)動機(jī)上的安裝角，并作為在上述參考表面B和噴油閥閥體的長度方向軸線C之間形成的角度。
如果所要求的目標(biāo)噴射方向的角度β1與噴油閥1的安裝角度β2之間存在差值，可通過將燃油噴霧的偏向角β3限定滿足關(guān)系式β3＝β2-β1而獲得β1。
根據(jù)本實(shí)施例的噴油閥1，燃油噴霧47的形狀形成一個(gè)錐體形，如燃油噴霧47這樣的噴霧形狀可獲得的結(jié)果是相對于噴霧中心線D的軸向不對稱性，朝火花塞41偏向的噴霧可到達(dá)距離(噴霧穿透)L1較大，而與該偏向側(cè)的相對側(cè)(活塞42的凹腔42a側(cè))上的噴霧的可到達(dá)距離L2較小。
由于使燃油噴霧朝火花塞偏向，在分層燃燒方式時(shí)使燃油噴霧直接圍繞火花塞41集中的程度就提高。尤其如圖6A所示，關(guān)于處于噴油閥1的噴口的一定位置上、垂直于火花塞的長度方向軸線(火花塞長度方向軸線與氣缸長度方向軸線是一致的)的垂直表面B，通過將從噴油閥1在火花塞側(cè)上噴出的燃油噴霧47的燃油噴霧部分47’的方向調(diào)節(jié)成朝火花塞41而不是垂直表面B的方位，就可將在火花塞側(cè)噴出的燃油噴霧47直接引向火花塞41，就促進(jìn)在火花塞41周圍形成強(qiáng)烈的氣體混合物，因而可獲得混合氣體的良好點(diǎn)火性能，同時(shí)獲得極好的汽油里程數(shù)。
由于當(dāng)在發(fā)動機(jī)燃燒室(在氣缸內(nèi))中的壓力較高時(shí)，在分層燃燒方式時(shí)的燃油噴射是在壓縮沖程中完成的，燃油噴霧的擴(kuò)散趨向于較小。然而，在此實(shí)施例中，對于燃油噴霧47的噴射方向，可使燃油噴霧區(qū)域和噴射角度θ逐漸擴(kuò)展以使噴射方向朝火花塞41偏向，因而，可避免燃油噴霧擴(kuò)散的過多減小，從而獲得可使燃油噴霧適度集中在火花塞的周圍的緊密的噴霧。噴射角度θ是一個(gè)在沿中心線D剖切燃油噴霧47得到的橫截面上的燃油噴霧擴(kuò)散角。雖然在均勻燃燒方式壓力較低時(shí)燃油噴射是在進(jìn)氣沖程中完成，但可理解到可以使燃油噴霧區(qū)域(燃油噴射角)擴(kuò)展得比噴射方向朝火花塞的任何偏向都大，因而可以提高在氣缸內(nèi)擴(kuò)散的燃油的均勻性。
除了上述噴霧朝火花塞偏向之外，由于使朝火花塞偏向的噴霧的可到達(dá)距離L1較大而使在與偏向噴霧相對側(cè)的噴霧的可到達(dá)距離L2較小，如圖6A中所示，較大的可到達(dá)距離L1有利于獲得提供良好點(diǎn)火性能的較高的速度分量，而較小的可到達(dá)距離L2由于到活塞凹腔42a的長度較短便可阻止燃油噴霧黏附在活塞頭上，因而有利于獲得較低的速度分量以抑制未燃成份以及減少黑煙排放。
由于難于直接測定在氣缸(燃燒室)中的燃油噴霧結(jié)構(gòu)，因?yàn)槿紵h(huán)使燃燒室中壓力變化很大，設(shè)置提供了各種各樣的燃油噴霧型式并在大氣壓力下測定噴油閥的這些噴霧型式，然后安裝噴油閥和進(jìn)行燃燒試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，如果燃燒壓力在5兆帕至9兆帕之間，朝火花塞的噴射偏向角(相對于噴油閥閥體的中心線C的偏向角)在5度至10度之間，在偏向側(cè)的噴霧的可到達(dá)距離L1與在與偏向側(cè)相對的另一側(cè)上的噴霧的可到達(dá)距離L2之比，即L1/L2為1.1至1.4之間，以及燃油噴射角在70度至90度之間(85度為最佳值)(對應(yīng)于權(quán)利要求2)，則可使分層燃燒方式和均勻燃燒方式獲得較高的性能穩(wěn)定性，而在分層燃燒方式時(shí)處于怠速(550轉(zhuǎn)/分)時(shí)，對于無噴射偏向而其平均空氣燃油比A/F＝40的情況則不能形成燃燒，而對于有燃油偏向其平均空氣燃油比A/F＝40的情況則可發(fā)生燃燒，Cpi(燃燒壓力偏差率)＜5％和煙度(波許BSU)＜0.3的所要求的條件可以同時(shí)達(dá)到。在分層燃燒方式時(shí)的平均空燃比A/F是一個(gè)集中在火花塞附近的氣體混合層α的空燃比A/F和其周圍的空氣層的空燃比A/Fb的平均值，而在本實(shí)施例中，在混合氣體層的空燃比A/Fa為15和空氣層的空燃比A/F為50的超稀薄的空燃比A/F的條件下(即為平均 為40)便可實(shí)現(xiàn)良好狀態(tài)的燃燒。
在均勻燃燒方式中，與傳統(tǒng)的裝置相比其煙度排放可降低1/2至1/4，而可保持功率輸出性能的提高。
這樣，其結(jié)果是與已有技術(shù)相比較可獲得發(fā)動機(jī)在其較寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的穩(wěn)定性能。
如果燃油噴射不需偏向而噴油閥所要求的噴射方向與其安裝角度就相互匹配，則就不需要燃油偏向，而僅要求對燃油噴霧的可到達(dá)距離間即L1和L2間的關(guān)系進(jìn)行調(diào)整(L1＞L2)。即在這種情況時(shí)，由于所要求的噴射方向的角度β1和噴油閥安裝角度β2間具有β1＝β2的關(guān)系，在不對燃油噴霧進(jìn)行偏向調(diào)節(jié)的情況下即可將燃油噴霧型式確定為可使朝火花塞的形狀為錐體形的噴霧的可到達(dá)距離L1較大而在與火花塞相反的一側(cè)上的噴霧的可到達(dá)距離L2較小。
圖10示出噴油閥的噴嘴的另一個(gè)實(shí)施例。
在此例中，噴嘴15的噴口17的出口17B的平面相對于與噴口中心線E垂直的垂直平面傾斜(對應(yīng)于權(quán)利要求10)。例如，在噴口的出口17B表面與垂直表面R之間形成的角度為1.5度(即在噴口的中心線E與噴口的出口17B的表面之間形成的角度例如是88.5度，從而該角度確定為比噴口中心線E與垂直表面R之間的角度小1.5度)。如果在噴口的長度方向軸線E與噴油閥閥體的長度方向軸線C之間所形成的角度a確定為8.5度，則在噴口的出口的表面17B與噴油閥閥體的長度方向軸線C的垂直表面之間所形成的角度γ為10度。
在上游傾斜側(cè)30”上的小的突出部分30的高度為0.43毫米，而在下游傾斜側(cè)30’上的高度為0.1毫米。
根據(jù)本實(shí)施例，可增大噴口17的通路長度M1和M2之間的差值(M2＞M1)并可使噴口17的出口的任意橢圓形形狀和出口的邊緣角度在軸向上不對稱，而由于這樣的幾何特點(diǎn)可提供噴霧的可到達(dá)距離L1和L2之差(L1＞L2)。這意味著渦旋流動的通路長度M在噴口的周向上是不同的，對于不同壁面就產(chǎn)生壓力差，因而對于通路長度M2較長的噴霧流速就較低而對于通路長度M1較短的噴霧流速較高。由于使噴口的出口表面17B的傾斜角較大使這個(gè)特性得到增強(qiáng)。噴口的出口表面17B相對于噴口的中心線E的垂直表面R的傾斜角形成越大，對于較短通路長度M1所獲得的數(shù)量分布以及流速(噴霧的可到達(dá)的距離)就越高。即由于最好地利用了在通路長度M的不同，使噴霧速度分布和噴霧數(shù)量分布具有方向性，并且利用此特點(diǎn)可使形狀、流量和流速分布改變。
雖然在圖11所示例子(類似于圖10所示例)中噴嘴15的噴口17的出口17B表面是相對于噴口中心線E的垂直平面R是傾斜的，但噴口17的長度方向軸線E相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C并不傾斜。
同樣在此例中，可增大噴口17的通路長度M1和M2之差(M2＞M1)并改變噴口17的出口形狀，可使出口的邊緣角度軸向不對稱，并且由于這樣的幾何特點(diǎn)而可提供燃油噴霧的可到達(dá)距離L1和L2之差(L1＞L2)。然而，由于這不是噴霧偏向的情形時(shí)，對于這種情形較理想是可僅僅通過噴油閥1的安裝角度來提供所要求的噴射方向的角度。
在圖12所示的例子中，其中噴嘴具有用作類似于上述各實(shí)施例所示的噴口17的孔，和一個(gè)倒錐體形狀的孔(燃油渦旋空間)13，該倒錐形孔其直徑從噴口17的進(jìn)口17A位置朝上游增大并接受閥體(球閥)13的一部分并且具有閥面7，但下面幾點(diǎn)構(gòu)成區(qū)別的幾何特點(diǎn)。
在噴口的出口17B的平面和噴口的中心線E的垂直表面R之間角度為零，而噴口17相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C不傾斜，小的突出部分的用作噴口的邊緣部分的上表面(噴口的出口平面)相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C和噴口17的中心線E也不是一個(gè)傾斜面而是一個(gè)垂直面。
噴口17相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C偏置(對應(yīng)于權(quán)利要求11)。采用這樣的偏置，噴口17也相對于倒錐體形狀的孔31的中心線和球閥13的長度方向軸線偏置。
采用這種結(jié)構(gòu)，噴口17的進(jìn)口17A提供了一個(gè)從偏置側(cè)(在圖12中面對圖面相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C的右側(cè))向非偏置側(cè)(面對圖面相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C的左側(cè))的傾斜面。
當(dāng)從渦旋裝置16的燃油通路16B流出的渦旋燃油在從渦旋裝置16的燃油通路16B’的出口到噴口的進(jìn)口17A的斜面頂端邊緣的通路上在噴油閥閥體的長度方向軸線的軸向?qū)ΨQ的倒錐體形狀的孔處渦旋時(shí)，流速在周向上應(yīng)是均勻的。在從噴口的進(jìn)口17A的斜面頂端邊緣到噴口的出口17B的通路Y2上，由于噴口17相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C是偏置的，渦旋的燃油便通過相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C軸向不對稱的通路。根據(jù)這樣一種用于渦旋燃油的通路，對于通路Y2來說，從渦旋燃油的長度方向軸線C至偏置側(cè)上燃油通路壁的距離就長，而從渦旋燃油的長度方向軸線C至渦旋燃油非偏置側(cè)上燃油通路壁的距離就短。然而，由于在渦旋燃油的徑向相對于渦流長度方向軸線C的外側(cè)的流速較快，就在渦旋的燃油中產(chǎn)生這樣一種流速分布和流速差沿著偏置側(cè)的燃油通路壁的流速較高而沿著非偏置側(cè)的燃油通路壁的流速較低。即，由于使渦旋的燃油通路Y2相對于渦旋的燃油的中心線C偏置，就會產(chǎn)生具有上述流速差的流速分布。因此，對于從噴口17噴出的渦旋的燃油噴霧(錐體形噴霧)來說，可使流速(噴霧可到達(dá)的距離)和流量是在偏置側(cè)而不是在非偏置側(cè)較高。
這樣，通過響應(yīng)于渦旋燃油的渦旋力調(diào)整偏置值以及調(diào)整噴口的合適的長度和直徑就可獲得所要求的噴霧形狀、流速和流量分布。
圖3A示出一個(gè)將圖12所示的噴口偏置應(yīng)用于具有偏向角度的噴口上的例子。
在噴嘴15上形成有閥面7、位于閥面下游的噴口17和位于噴口17和閥面7之間的燃油渦旋空間S(倒錐體形狀的孔31)。噴口17具有一個(gè)相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C的斜面，而燃油渦旋空間S相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C成軸向?qū)ΨQ，以及噴口的進(jìn)口17A的中心相對于噴油閥閥體的長度方向軸線C偏置(對應(yīng)于權(quán)利要求12)。在向噴口的出口17B看時(shí)噴口17的偏向是處于該偏置方向上。
在此例中，由于使燃油噴霧偏向，便可使在偏向方向上的噴霧流速(噴霧可到達(dá)的距離)比在非偏向方向上的大。
如果如上所述將噴口17偏向，則可允許噴口的進(jìn)口17A的形狀根據(jù)偏向的程度而改變，并且噴霧分布呈偏向，以及借助于使噴口的進(jìn)口17A相對于渦旋的中心線C偏置而使這種趨勢增大或者減小，就可獲得所要求的噴霧形狀、流速和流量分布。
圖14示出一個(gè)具有上述的偏置噴口的噴油閥的改型例子，圖中未表示該噴油閥1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。例如，使圖2所示的渦旋裝置的燃油通路16B’的出口寬度比該通路16B’本身寬，并且由這個(gè)擴(kuò)大的空間提供保持燃油的空間。采用這樣的結(jié)構(gòu)，在噴射燃油噴霧的初始階段停留在燃油保持件內(nèi)的燃油也一起被噴射，但由于在燃油保持件內(nèi)的燃油沒有渦旋力，這些燃油便被形成噴霧在隨后的渦旋燃油內(nèi)部被噴射出去。這用于要求這樣一種噴霧型式的情況，在圖15中示出了采用這樣一種噴霧型式的氣缸內(nèi)噴射式汽油機(jī)的燃燒系統(tǒng)。
圖16是示出本發(fā)明的噴油閥另一實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)圖，圖17A是示出用于該噴油閥的噴嘴總體結(jié)構(gòu)的直立剖視圖，以及圖17B是示出噴口周圍區(qū)域的部分的放大剖視圖。
在此例中的噴油閥的目的也是為了形成與圖3A中所示相類似的偏向噴霧以及可滿足L1＞L2關(guān)系的噴霧可到達(dá)的距離。下面將具體說明與在圖3A所示的噴油閥不同的結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施例中，如圖17A所示，借助擠壓加工在內(nèi)表面上形成一個(gè)凹腔部分31’，該凹腔的形狀為倒錐體形狀并在其倒錐體頂部上有一個(gè)曲面，而在凹腔部分31’的表面上形成閥面7。在噴嘴15的體頂部的外表面的中央部分上通過擠壓加工形成一個(gè)半球形的小的突出部分30，而在該小的突出部分的厚的部分30-1上形成噴口17使它相對于噴油閥閥體的長度方向軸線(噴嘴軸線)傾斜(對應(yīng)于權(quán)利要求13)。
還是在本實(shí)施例中，在從閥面看噴口時(shí)在偏向側(cè)從閥體接觸閥面的位置到噴口17的出口的距離(渦旋的燃油通路長度)可較短，而在非偏向側(cè)上的距離可較長，并且由于使噴口17的進(jìn)口17A和出口17B的邊緣角度軸向不對稱，在偏向側(cè)上的噴霧的可到達(dá)距離可比在非偏向側(cè)上的長，而通過任意調(diào)整噴口的偏向角度就可獲得所要求的燃油噴霧的形狀、流速和噴霧分布。
在本發(fā)明中，具有這樣一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，這就是通過擠壓加工和鉆孔加工噴口可容易地在小的突出部分30-1內(nèi)部形成燃油噴口。
根據(jù)本發(fā)明，將本發(fā)明應(yīng)用于氣缸內(nèi)噴射式汽油機(jī)上，則采用單個(gè)噴油閥就可形成各自最適合于分層燃燒方式和均勻燃燒方式的最佳燃油噴霧型式，并且可提高汽油機(jī)的里程數(shù)和功率輸出以及在較寬的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可獲得穩(wěn)定的發(fā)動機(jī)性能。
權(quán)利要求
1.一種用于直立氣缸噴射式發(fā)動機(jī)的噴油閥，所述噴油閥具有一用于在閥面上游對通過閥體周圍區(qū)域的燃油作用渦旋力燃油渦旋裝置和一噴射渦旋燃油的噴嘴，其特征在于接觸閥面的閥體當(dāng)閥打開時(shí)的形狀是一個(gè)球形，當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)閥體的球形的頂處于與噴口進(jìn)口的同樣位置上或者進(jìn)入噴口的內(nèi)部。
全文摘要
本發(fā)明具有一用于在閥面(7)的上游側(cè)提供給通過閥體(13)周圍區(qū)域的燃油渦旋力的燃油渦旋裝置(15)和噴射渦旋燃油的噴嘴(16)。從噴嘴(16)的噴口(17)噴出的燃油噴霧(47)這樣形成,即使燃油噴霧的方位是根據(jù)噴油閥閥體的長度方向軸線(C)偏離一確定方向,使在偏向側(cè)上的燃油噴霧的可到達(dá)距離(L1)較大,而在與偏向側(cè)相反的另一側(cè)上的燃油噴霧的可到達(dá)距離(L2)較小。
文檔編號F02M51/06GK1356460SQ0113308
公開日2002年7月3日 申請日期2001年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月26日
發(fā)明者柴田興志, 生井澤保夫, 關(guān)根篤, 佐佐木佑一, 石川亨 申請人:株式會社日立制作所, 株式會社日立汽車工程