燃料喷射阀的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电磁式燃料喷射阀，其是内燃机中使用的燃料喷射阀，利用电磁力进行该喷射阀的开闭。
【背景技术】
[0002]涉及将汽油等作为燃料的火花点火式的内燃机(汽油发动机)中、特别是对燃烧室内直接喷射燃料的方式的发动机(直喷式发动机)中使用的燃料喷射阀。
[0003]汽油发动机中，在作为空气与燃料的混合比的空燃比过大或者过小的情况下有时会不能点火。此外，在混合气体的空燃比相对于理论空燃比较大或者较小的情况下，由于空气过剩或者燃料过剩，而成为产生氮氧化物或者产生未燃燃料成分(HC)的原因。因此，调整燃料喷射量地将燃料供给至燃烧室，使得能够喷射使空燃比成为规定的值的燃料量。
[0004]直喷式发动机中，燃料喷射阀的燃料喷射孔直接露出在设置于发动机的燃烧室中。燃料通过燃料喷射阀而成为喷雾状，直接喷射至燃烧室。喷射燃料的时机一般情况下是在从吸气冲程至压缩冲程的范围中，在此燃料与空气混合而形成混合气体。一般的端口喷射发动机中，燃料被喷射到排气冲程中的吸气端口，之后在吸气冲程中混合气体被吸入燃烧室后被点火，相对于该方式，在直喷式发动机中存在以下不同:从进行喷射直至形成混合气体的时间短，而且被喷射的目标部位是燃烧室。
[0005]因此，在直喷式发动机的燃烧室的内部形成的混合气体中，有时会局部地产生燃料浓度的浓淡，该燃料浓度的浓淡会成为总是生成氮氧化物或未燃燃料成分的原因之一。
[0006]特别是，直接喷射到燃烧室的燃料到达活塞顶面、气缸壁面、发动机盖壁面、阀等的燃烧室壁面并附着于该面时，燃料的浓度在壁面的附近局部地上升，这有时成为产生未燃燃料成分(HC)的原因，或者成为在氧不足的状态下未燃燃料成分变质为烟灰而排出烟灰的原因。
[0007]为了应对该问题，需要配合燃料的喷射点和燃烧室的形状地调整喷雾的形状，使得燃料喷雾不易与阀和燃烧室壁面碰撞。因此，要求直喷汽油发动机中喷雾形状的设计自由度高。为了提高喷雾形状的设计自由度，形成喷雾的喷射孔有多个，能够将各个喷射孔的喷射方向设定为期望的方向的多孔喷嘴是有效的。
[0008]此外，作为导致上述那样的燃料喷雾向燃烧室壁面的附着增大的一个原因，能够举出从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的贯穿力(贯穿距离)大的情况。贯穿距离大的喷雾在短时间内到达离喷射点远的位置。因此，有时在燃料被喷射而充分与空气混合之前，贯穿距离大的喷雾就到达并附着在燃烧室壁面。
[0009]专利文献I的方法是应对这样的问题的方法之一。专利文献I中公开有降低所喷射的燃料的流速来使贯穿距离衰减的方法。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1:日本特开2000 - 345944号
【发明内容】
[0013]发明要解决的课题
[0014]专利文献I记载的方法中，比阀体与阀座的间隙靠下游的位置的燃料通路体积大，根据阀的开闭时间计量出的燃料中，一部分没有喷射到燃烧室而残留在该下游的燃料通路体积部分的量有变多的可能。存在较多的燃料残留时，残留的燃料曝露于燃烧冲程(膨胀冲程)中的高温而蒸发，由于周围空气不足而成为以未燃燃料成分排出的原因，残留在内部的未燃燃料因高温而分子量增加，存在容易以烟灰状的固态物积存在内部的可能性。
[0015]用于解决课题的技术方案
[0016]本发明是鉴于上述课题而完成的，本发明提供一种燃料喷射阀，其具有在与阀体之间形成间隙的阀座，燃料通过上述间隙，在比上述间隙靠下游的位置具有多个喷射孔，施加有压力的燃料从该喷射孔流出，上述阀体和上述阀座所形成的上述间隙中的燃料的流速设定成大于在对上述燃料施加的压力的平方根上乘以28所得的值。
[0017]发明效果
[0018]能够得到喷雾的贯穿距离短的喷射喷嘴。
【附图说明】
[0019]图1是表不本发明的燃料喷射阀的第一实施例的截面图。
[0020]图2是本发明的燃料喷射阀的截面图，是将处于闭阀状态的可动件附近放大表示的图。
[0021]图3(a)是本发明的燃料喷射阀的截面图，是将流速慢的情况下的处于开阀状态的可动件附近放大表示的图。
[0022]图3(b)是本发明的燃料喷射阀的截面图，是将流速快的情况下的处于开阀状态的可动件附近放大表示的图。
[0023]图4是表示本发明的燃料喷射阀的阀动作的示意图。
[0024]图5是表示使本发明的燃料喷射阀的喷射孔为椭圆形的情况下的阀动作的示意图和在C 一 C截面从C箭头观察到的不意图。
[0025]图6是表不座(seat)部的流速与贯穿距尚的关系的图。
【具体实施方式】
[0026]实施例1
[0027]图1是表示本发明的燃料喷射阀的例子的截面图。图1所示的电磁式燃料喷射阀是，通过阀体102的上下移动来开闭与阀座101之间的间隙，而控制燃料的喷射和停止的开/ 关(ON/OFF)阀。
[0028]在没有向线圈103通电的状态下，阀体102被施力弹簧104向阀座101的方向施力，阀成为关闭的状态。当对线圈103开始通电时，在磁芯113与可动件106之间产生磁吸引力，可动件106与阀体102 —起向磁芯113的方向移位而打开阀。此时，在阀座101与阀体102之间产生间隙，燃料通过该间隙到达喷射孔107，从喷射孔107被喷射。
[0029]图2是将本发明的燃料喷射阀的喷射孔107的附近放大表示的喷射喷嘴的截面图。图2所示的燃料喷射阀的喷射喷嘴中，阀体102的一部分形成为球面，阀座101形成为圆锥面。阀关闭的状态(闭阀状态)下，阀体102在座(seat)部201与阀座101接触。在座部201中，在阀为打开的状态时，座面203与阀体102的表面所成的距离最为狭窄。在阀打开的状态(开阀状态)下，座部201的流路面积在紧挨它的上游和下游范围中最小。因此，座部201的燃料的流速在紧挨它的上游和下游的范围中最大。该流速是座部流速。
[0030]燃料在座部201成为高速后流入喷射孔107。流入的燃料在喷射孔107的内部具有喷射孔的轴202方向的流速的成分(轴向流速)和与喷射孔的轴202垂直的流速成分(扩散方向流速)，向喷射孔107的外侧喷射。
[0031]喷射之后的燃料成为雾状的喷雾，一边扩散一边前进。此处，贯穿距离(penetrat1n)能够用一定时间后的喷雾的到达距離来定义。通过测量贯穿距离，能够知道喷雾是容易到达远处还是容易在短距离处驻留。
[0032]喷雾的贯穿距离较大地受到燃料从喷射孔喷出时的初速度和喷出后液滴承受的空气阻力的影响。喷出时的初速度是决定贯穿距离的主要因素，喷孔的轴向流速相当于该初速度。为了使贯穿距离变短，需要使该初速度较小。
[0033]此外，液滴承受的空气阻力也是对贯穿距离产生影响的因素。空气阻力受到喷雾的扩散的影响。喷雾扩散而喷射时，喷雾中的液滴间的距离变大，不易受到某液滴的附近的液滴所形成的空气流动的影响。附近的液滴所形成的空气流动接近某液滴自身的速度，因此越受到附近的液滴所形成的空气流动的影响，液滴与空气的相对速度越小，由此空气阻力越小。相反地，如果附近的液滴所形成的空气流动的影响较小，则空气阻力有变大的倾向。由此，喷雾扩散而液滴彼此的距离变大时，液滴承受的空气阻力容易变大，因而容易使贯穿距离变短。为了使喷雾扩散而得到短的贯穿距离，只要使喷射孔内的扩散方向流速较大即可。
[0034]这样，为了得到较短的贯穿距离，使轴向流速降低并且使扩散方向流速增加是有效的。
[0035]本发明中，为了兼顾轴向流速的降低和扩散方向流速的增大，采用使座部201的流速增大的结构。使座部201的流速增大时，在座部201部分的压力损失变大，保持该状态的话喷射阀的每单位时间的喷射量(静流)降低。因此，为了得到规定的静流，与座部201的流速的设计值相对应地增大喷射孔107的总截面积。一般的多孔式的燃料喷射阀中，喷射孔有多个，以它们的总截面积变大的方式进行设计即可。
[0036]在设座面203与阀体102的表面所形成的间隙部的燃料通路面积为A(m3)时，能够通过将静流Q(m3/s)除以A而算出座部的流速(单位m/s)。此外，如本实施例那样，座面203为圆锥面状，该面与阀体102的表面接触而使该阀开闭的情况下，能够使用圆锥面的顶角Θ ( ° )(座角)与阀的抬起量Y(m)和座面203与阀体102的接触位置所形成的圆径Ds (m)(座径)，按下述(I)式计算座部流速V。
[0037]v = Q/ {Ds.Y.Ji.Sin ( Θ /2})......(I)
[0038]在座面不是本实施例那样的圆锥面的情况下，该关系还能够通过令与阀体102的接触部接触的面与喷射阀的轴所成的角度的二倍为Θ而计算得出。此外，在阀体102与座面203的接触部的圆弧有多个的情况下，或者在圆弧具有宽度的情况下，通过使用最小的圆弧的值，能够评价在座部产生的流速的最大的值。
[0039]在这样计算出的座部201的流速大且喷射孔107的截面积大的情况下，能够使能够用静流除以喷射孔的总截面积所得的值进行评价的喷射孔107中的平均轴向流速变小。该平均轴向流速是喷射的燃料的初速度，因此通过使平均轴向流速较小能够得到短的贯穿距离。
[0040]此外，这样座部201的流速大且喷孔107出口的喷射初速度低的情况下，燃料的流动成为从座部201向喷孔107去的减速流动。即，成为喷孔107的流速比座部201的流速小的状态。一般而言，减速流动中的流动容易变得不稳定。因此，由于减速流动而在喷孔107的流动中容易具有较多的紊流成分(紊乱成分)，由于该紊流成分而使得喷孔内的流速分布容易均一化。即，如图3(b)所示的流速分布那样，从喷孔内壁面301b至喷孔中心轴202b的位置的喷孔轴向流速的流速分布302b，在喷孔内壁面301b的附近梯度大且在喷孔中心轴202b的周围容易平滑化。图3(a)是在座部201的流速303a较慢时的例子，与表示座部201的流速30