专利名称：一种内燃机用的燃料喷射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机上的燃料喷射器，特别地涉及一种用于内燃机上的燃料喷射器，其上的喷射孔为一条细缝以便形成平扇形的喷雾。
在一种给内燃机供油的燃料喷射器中，喷射孔为一条细缝以便形成平扇形的喷雾。日本未审查专利出版物(Kokai)No.3-78562中公开了一种这样的内燃机燃料喷射器。由从细缝状的喷射孔喷出的燃料形成的平扇形喷雾，与常规的圆锥形喷雾相比具有浓度分散度小和喷雾表面积大大增加的特点，从而使得几乎所有的燃料都能与空气充分地接触，因此可以实现快速雾化并混合。这样就可能给内燃机提供浓度分散度小且燃料充分雾化的燃料喷雾。
然而，细缝状的喷射孔还存在一个问题燃料的流速不易调整，且喷雾的平扇形很难与喷射孔的细缝形状相一致。燃料的流速的变化取决于喷射孔的最小截面积。为将燃料的流速设定为一个期望值，必须正确地设置喷射孔的最小截面积。对于平扇形的细缝状喷射孔与半球形的总燃料容器相联通的情形来讲，喷射孔与燃料容器之间的联接部分的面积即为喷射孔的最小截面积，如果进行几何上的简化，则该面积可认为是曲面与四角锥相交的区域的面积。由此，细缝状喷射孔位置的一个很小的变动就会使喷射孔与燃料容器联通的联接部分的截面积发生变化，即，使得喷射孔的最小截面积发生变化，从而很难获得所需的燃料喷射量。此外，在可喷出平扇形喷雾的细缝状喷射孔中，燃料的流动很容易变得不均匀。特别地，在扁平的喷射方向上，燃料在喷射孔的侧面很难流动，从而使喷雾形成的扇形的夹角变得比喷射孔本身的扇形夹角要小，因此在扁平喷射方向上，喷雾的侧面上喷出的喷雾量变少。
因此，本发明的一个目标是提供一种内燃机用的燃料喷射器，即使一个扇形的细缝状喷射孔的位置发生轻微的变动，该燃料喷射器也能获得所期望的燃料喷射量，并能获得所期望的平扇形喷雾。
根据本发明，提供一种内燃机用的燃料喷射器，包括一个喷射孔，一个气门体和一个燃料容器，该容器位于上述气门体底座部分的下游，其中上述喷射孔的宽度以一个预定的夹角向内逐渐减小，在上述喷射孔的外侧上有一个开口，其宽度比其高度要大得多，上述燃料容器的尖端通过一个等截面的通道段与上述喷射孔相连，在上述喷射孔的高度方向上的每一个横截面上，燃料容器尖端均为一个弧形，在穿过上述喷射孔的高度方向中心的横截面中，燃料容器尖端为半圆形，且上述预定夹角的尖端位于上述半圆形圆心的上游。
下面将参照附图对本发明的优选实施方案进行描述，从而使得本发明得以更充分地理解。
图1是一个剖视图，简要地示出了的直接汽缸喷射型电火花点火式内燃机的一个局部，该内燃机中装有本发明一个实施方案的燃料喷射器；图2是图1中燃料喷射器的喷射孔附近的一个放大的剖视图；图3是图2沿箭头(A)方向看去的局部视图；图4是一个示出喷雾形状与喷射孔的扇形顶点相对于燃料容器的半球表面中心的偏移量之间关系的曲线；图5是一个解释喷雾夹角与喷射孔扇形的夹角之间关系的视图；图6是一个喷雾形状随大气压力变化的曲线；图7是一个示出喷射孔通道段的长度与燃料容器的直径之间的比值与喷雾的夹角与喷射孔扇形的夹角之间的比值之间关系的曲线。
图1是一个剖视图，简要地示出了的直接汽缸喷射型电火花点火式内燃机的一个局部，该内燃机中装有本发明一个实施方案的燃料喷射器7。图1中标号1表示一个进气口，标号2表示一个出气口。进气口1通过一个进气阀3与汽缸相连，出气口2通过一个出气阀4与汽缸相连。标号5表示一个活塞，5a表示在活塞5上表面形成的一个凹形燃烧室，标号6表示安装在燃烧室上部的火花塞。燃料喷射器7直接将燃料喷入汽缸。
图2是燃料喷射器7的喷射孔8附近的一个放大剖视图，而图3是图2沿箭头(A)方向看去的局部视图。在这两个图中，标号7a表示一个气门体，7b表示一个与喷射孔8相连的燃料容器，7c表示一个可由气门体7a关闭的喷嘴底座部分。只有当气门体7a被拉起时，高压燃料才能通过喷嘴底座部分7c进入燃料容器7b，从而使得燃料容器7b中的燃料压力增大，并使燃料从喷射孔8喷射出去。
在燃料喷射方向的下游末端处，喷射孔8外侧上有一个开口，其截面为扁平形且近似为一个矩形细缝，该截面扁平方向的宽度(W1)比其高度(h)大。喷射孔8呈一个夹角为(θ1)的扇形，其宽度向内部逐渐变窄，即在燃料喷出的方向上朝向上游处逐渐变窄，以使燃料可以在扇形宽度方向上以一个预定的角度喷射出去。喷射孔8的扇形在燃料喷射方向的上游端部的横截面也是扁平的，并且基本为一个矩形截面，其高度为(h)，宽度为(W2)。喷射孔8的高度在发生喷射的方向上是一致的，而喷射是在宽度方向上的预定角度内的扇形区域内发生的。在喷射孔8和燃料容器7b之间有一个横截面为矩形的通道段9，其高度为(h)宽度为(W2)。在喷射孔8的上游端部有一个燃料通道，该通道在燃料喷射方向上长为(1)的长度上具有一致的横截面。燃料容器7b的尖端为一个直径为(d)的半球，使得燃料容器7b内的燃料压力在喷射方向上均匀地作用于喷射孔8的每一部分。而且，在横穿喷射孔8的高度中心的截面里，喷射孔8的扇形顶点(P)在燃料喷射方向上相对于燃料容器7b的球形表面的中心(O)朝向上游侧有一个偏移量为(b)的偏移。
从具有上述结构的燃料喷射器7的喷射孔8喷出的燃料形成一片平扇形喷雾，该喷雾相应于喷射孔8的高度(h)具有相对较小的厚度，由此使得几乎全部燃料均与进入汽缸的空气充分接触从而实现良好的雾化。此外，由于在喷射孔8和燃料容器7b之间形成了一个具有相等截面积的通道段9，使得进入喷射孔8的燃料量取决于通道段9。而在形成喷射孔8时，即使是由于喷射孔8的位置上有偏差使得喷射孔8和燃料容器7b之间的相互位置发生改变，喷射孔8和燃料容器7b之间的联接部分的面积，即联接部分朝向燃料容器7b的开口面积，也总是恒定的。因此，可以不受喷射孔8形成位置上的偏差的影响而获得所期望的燃料喷射量。
在一个基本上为细缝状的喷射孔中，燃料在其侧面很难流动。为了解决这一问题，本实施方案的喷射孔8的扇形的顶点(P)位于燃料喷射方向的上游侧，相对于燃料容器7b的球形表面的中心(O)的有一偏移量为b的偏移。从燃料容器7b流向喷射孔8的燃料流动可以典型地认为是以燃料容器7b球形表面中心(O)为中心的主径向流动和沿扁平方向，即在沿燃料容器7b的球形表面的宽度方向上的流动的合成。因此，燃料流入喷射孔8的方向随燃料容器7b的中心(O)相对于喷射孔8的扇形的位置的变化而变化，并对所形成的喷雾的形状有重要影响。
图4是一个关系曲线，示出燃料容器7b的球形表面中心(O)相对于喷射孔8的扇形的位置与所形成的喷雾的形状之间的关系，其中横坐标表示喷射孔8的扇形顶点(P)在燃料喷射方向上游相对于燃料容器7b的球形表面中心(O)的偏移量(b)，纵坐标表示标准大气压下喷出喷雾的扇形夹角(θ2)与喷射孔8的扇形夹角(θ1)之间的比值。由图5可以看出，喷出喷雾的扇形夹角(θ2)有小于喷射孔8的扇形夹角(θ1)的趋势。(θ2/θ1)的比值是喷出喷雾的夹角(θ2)与喷射孔8的夹角(θ1)的近似倍数。图4中图表内的数据是按如下方法得到的将通道段的长度(l)设为0.1mm的常数，将喷射孔8的扇形的夹角(θ1)为70°的常数，同时在保持恒定的燃料喷射量的情况下通过改变燃料容器7b的直径(d)来改变偏移量(b)。这样可以形成平扇形的喷雾，而不受喷射孔8扇形顶点(P)在燃料喷射方向的上游侧相对于燃料容器7b的球形表面(b)的中心(O)的偏移量(b)的影响。但是，由于喷出喷雾的扇形垂直角(θ2)与喷射孔8的扇形夹角(θ1)之间的比值(θ2/θ1)取决于偏移量(b)，因而该值发生很大的变化。也就是说，当偏移量(b)减小时，喷出喷雾的扇形夹角(θ2)相对地减小，从而使得它对喷射孔扇形夹角的近似倍数也减小。相反，当偏移量(b)增大时，上述近似倍数也增大。这是因为随着偏移量(b)的增加，在流入喷射孔8的主燃料流动中朝向宽度方向，即朝向喷射孔8的两侧的流动增强了。因此，随着偏移量(b)的增加，喷出喷雾的形状更加接近于喷射孔的形状，此外，燃料流动在喷射孔8的两个侧面上都得到了增强，从而使得从扁平方向上喷射孔的侧面处喷出喷雾变得容易。
在大气压强下，喷出喷雾的扇形垂直角θ2与喷射孔8的扇形垂直角θ1之间的比值与由高大气压引起的喷雾形状的改变有关。图6是一个由高大气压引起的喷雾形状的改变的关系曲线，其中横坐标表示标准大气压下喷出喷雾的扇形垂直角(θ2)与喷射孔8的扇形夹角θ1之间的比值(θ2/θ1)，纵坐标表示在高大气压，或具体地在0.4Mpa下的喷雾夹角与标准大气压下的喷雾垂直角之间的比值(R)。已知喷雾的夹角或发散角随大气压强的增加而减少，而且喷雾会发生收缩。因而，上述比值(R)是喷雾收缩因数的一个倒数。对于由于大气压强的升高而使得喷雾夹角的变小的情况，得到一个标准大气压下喷出喷雾的夹角(θ2)与喷射孔8的扇形夹角(θ1)之间的比值(θ2/θ1)关系，如图6所示。可以看出当燃料喷射器7喷出的喷雾具有如下特点时其在标准大气压下喷出的喷雾的扇形夹角由于喷雾的夹角(θ2)与喷射孔8的扇形的垂直角(θ1)的比值(θ2/θ1)较小，即在标准大气压下形成的喷雾的扇形夹角(θ2)小于喷射孔8的扇形夹角(θ1)时，由于大气压强的升高使得喷雾的夹角发生很大的收缩。这主要是因为主燃料的流动在宽度方向，即朝向喷射孔8的两侧的方向上很难进行。对于直接汽缸喷射型电火花点火式内燃机而言，当通过进给冲程中的燃料喷射在汽缸中形成了均匀的混合气体时，希望喷雾有一个大的夹角，而在压缩冲程中燃烧室内形成了所需的混合气体时，喷雾的夹角则收缩到了一个合适的角度。但是，当压缩冲程中喷雾的夹角发生很大的收缩时，即在一个较高的大气压强之下发生收缩时，燃料被过度地集聚因而导致雾化不充分，这是人们所不希望的。
因此，根据本实施方案，喷射孔8的扇形顶点(P)位于燃料容器7b的球形表面的中心(O)在燃料喷射方向上的上游侧。这样使得在较高的大气压强下喷雾的夹角并不发生明显的收缩，从而使得平扇形的喷雾具有一个与喷射孔8的扇形夹角相近似的夹角。随着喷射孔8的扇形顶点(P)相对于燃料容器7b的球形表面中心(O)在燃料喷射方向上的上游侧偏移量(b)的增加，喷雾的扇形夹角(θ2)与喷射孔8的扇形垂直角(θ1)之间的比值(θ2/θ1)逐渐趋近于1。而且，当喷射孔8的扇形顶点(P)相对于燃料容器7b的球形表面中心(O)在燃料喷射方向上的上游侧偏移量(b)的增加量不小于0.2mm时，喷出喷雾的扇形夹角(θ2)可以更加接近喷射孔8的扇形垂直角(θ1)。此外，喷出喷雾的扇形夹角(θ2)与喷射孔8的扇形垂直角(θ1)之间的比值的变化量与偏移量(b)的变化量相比变小了。因此，由于偏移量(b)的误差所造成的不良影响被消弱了，从而形成预期的喷雾。
图7示出通道段的长度(l)与燃料容器7b的直径(d)的比值和在标准大气压下形成的喷雾的扇形垂直角(θ2)与喷射孔8的扇形垂直角(θ1)的比值之间的关系曲线。图中的结果是在如下条件下得到的将偏移量(b)设为0.2mm的常数，喷射孔8的扇形的垂直角(θ1)设为50°的常数，然后改变通道段的长度(l)。随着通道段的长度(l)与燃料容器(7b)的直径(d)的比值(l/d)的减小，在标准大气压下喷出的喷雾的扇形夹角(θ2)与喷射孔8的扇形夹角(θ1)的比值(θ2/θ1)逐渐趋近于1，由此可以得知可以通过将(l/d)值设得较小来得到预期的喷雾形状。当(l/d)值不大于0.2时，比值(θ2/θ1)的变化与(l/d)值的变化小。这是因为与燃料容器7b的直径(d)相比，通道段9的长度(l)小得可以基本上忽略不计。因此，比值(l/d)设定得不大于0.2时，可以获得具有与喷射孔8的扇形的夹角(θ1)更接近的夹角的喷雾。此外，由于比值(θ2/θ1)的变化相对于比值(l/d)的变化而言变得较小，因而使得比值(l/d)的误差引起的不良影响减少，可以形成预期的喷雾。
如果将燃料喷射器7用于图1所示的直径汽缸喷射型电火花点火式内燃机上，在压缩冲程中，可有预定量的燃料喷雾供入活塞上表面的燃烧室5a内以实现分层燃烧，这些喷雾是充分雾化了的并具有较小的浓度分散度。因此使得分层燃烧可以更加稳定地进行。此外，由于燃料喷雾的厚度较小，使得在压缩冲程的后半程中可以有较大量的燃料供入燃烧室。这样分层燃烧的区域可以扩展到高载侧。
在本实施方案中，燃料容器7b的尖端为半球形。但只有燃料容器7b与通道段9相交的边界段的形状是重要的。如果燃料容器7b与通道段9之间的边界线在喷射孔8高度范围内的任意横截面上均为弧形，那么作用于喷射孔8的每一部分上的燃料压力基本上一致。
尽管本发明已参照其具体实施方案进行了描述，但应当明了本领域技术人员在不脱离本发明的基本概念和范围的情况下，可以对其作出多种改进。
权利要求
1.一种内燃机用的燃料喷射器，包括一个喷射孔，一个气门体和一个燃料容器，该容器位于上述气门体底座部分的下游，其中上述喷射孔的宽度以一个预定的夹角向内逐渐减小，在上述喷射孔的外侧上有一个开口，其宽度比高度要大得多，上述燃料容器的尖端通过一个等截面的通道段与上述喷射孔相连，在上述喷射孔的高度方向上的每一个横截面上，燃料容器尖端均为一个弧形，在穿过上述喷射孔的高度方向中心的横截面中，燃料容器尖端为半圆形，且上述预定夹角的尖端位于上述半圆形圆心的上游。
2.权利要求1中的燃料喷射器，其特征在于上述通道段的长度与上述半圆形的直径之间的比值不大于0.2。
3.权利要求1中的燃料喷射器，其特征在于上述燃料容器的尖端为半球形。
全文摘要
一种内燃机用的燃料喷射器,其喷射孔的宽度以一个预定的夹角向内逐渐减小,在喷射孔的外侧上有一个开口,其宽度比高度要大得多,燃料容器的尖端通过一个等截面的通道段与上述喷射孔相连,在上述喷射孔的高度方向上的第一个横截面上,燃料容器尖端均为一个弧形,在穿过上述喷射孔的高度方向中心的横截面中,燃料容器尖端为半圆形,且上述预定夹角的尖端位于上述半圆形圆心的上游。
文档编号F02B23/10GK1243197SQ9910691
公开日2000年2月2日 申请日期1999年5月27日 优先权日1998年5月28日
发明者杉本知士郎, 武田启壮 申请人:丰田自动车株式会社