专利名称：柴油机的燃料喷射阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及在活塞顶面形成浅盆式的燃烧室的柴油机的燃料喷射阀。
背景技术：
在活塞顶面具有浅盆式燃烧室的传统的柴油机中，为了降低燃料费用，一般采用增大喷射燃料的喷口的喷口直径的方法。一旦增大喷口直径，则喷雾的微粒化的情况恶化且排气颜色变差。
为此，作为其对策，可以考虑减小喷口直径，增加喷口数量，但因此喷口之间的间隔减小，喷雾之间容易相互重叠，导致导入空气量不足。为了补充该空气量的不足而提高供气压力时，则缸内压力上升，NOx的发生量增加。为了避免该NOx的增加而延迟喷射时期，其结果，会导致排气颜色的恶化。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在活塞顶面具有浅盆式燃烧室的柴油机中，能抑制NOx发生量的增加、不使排气颜色恶化、能改善燃料费的燃料喷射阀。
为了解决上述问题，本发明的技术方案1，在活塞顶面具有浅盆式燃烧室的柴油机中，朝所述燃烧室突出地设置的燃料喷射阀的同一圆周上设有多个第1喷口，在所述第1喷口的前端部的相反侧的燃料喷射阀的环状侧壁上设有比第1喷口直径小的多个第2喷口，将所述第1喷口与第2喷口配置成交错状，以使从所述第1喷口及第2喷口喷射出的燃料喷雾在燃烧室内相互不重叠。
本发明的技术方案2中，对做成不需要阀凹槽的顶隙和活塞顶面的燃烧室开口直径进行设定，以使活塞位于上死点附近时，从第2喷口喷射出的燃料喷雾与活塞顶面的燃烧室开口部冲撞。
本发明的技术方案3，在技术方案1或技术方案2的基础上，第1喷口数量设定得比第2喷口数量多。
本发明的技术方案4，在技术方案1的基础上，对第2喷口的燃料阀喷口角进行设定，以使从第2喷口喷射出来的燃料喷雾与活塞冲撞后在顶隙部扩散。
本发明的技术方案5，在技术方案1的基础上，对第1喷口的喷口角进行设定，以使从第1喷口喷射出来的燃料喷雾与燃烧室底面冲撞且不粘附。
本发明的技术方案6，在技术方案1的基础上，将第1喷口及第2喷口等间隔地设置在燃料喷射阀的圆周上。
本发明的技术方案7，在技术方案1的基础上，对第1喷口及第2喷口进行设置，以使从第1喷口喷射出来的燃料喷雾与从第2喷口喷射出来的燃料喷雾不重叠，使燃料喷射阀的中心轴和从第1喷口喷射出来的燃料喷雾的中心线的交点与燃料喷射阀的中心轴和从第2喷口喷射出来的燃料喷雾的中心线的交点不一致。
本发明的技术方案1，在活塞14的顶面具有浅盆式燃烧室的柴油机中，在燃料喷射阀1上设置下部喷口2(第1喷口)和上部喷口3(第2喷口)，将上部喷口3的口径设定得比下部喷口2的口径小，将下部喷口2与上部喷口3配置成交错状，可使从下部喷口2喷射出的燃料的喷雾13与从上部喷口3喷射出的燃料喷雾12相互不重叠。其结果，在燃烧室16内能生成空气与燃料均匀的浓度的混合气。由此，能进行均匀的燃烧，在抑制NOx排出的同时，能降低燃料费。
本发明的技术方案2，做成了确保顶隙(间隔X)的结构，因而能有效地利用燃烧室36的上部空间，在良好地保持排气颜色的同时能降低燃料费。因事先做成确保顶隙(间隔X)的结构，因而可防止活塞29的热负荷的增加。
若为了提高热效率而提高压缩比，则顶隙减小，存在打开的排气阀与活塞冲撞的危险，而在技术方案2中，确保了不需要阀凹槽的顶隙(间隔X)，故可降低燃料费，且良好地保持排气颜色，同时能避免活塞29与打开的排气阀26(遮盖时的供气阀25也相同)的冲撞。
本发明的技术方案3，将下部喷口2(21)(第1喷口)的喷口数量设定得比上部喷口3(22)(第2喷口)的喷口数量多，故从下部喷口2(21)喷射出来的燃料喷雾13(27)与从上部喷口3(22)喷射出来的燃料喷雾12(28)不相互重叠，而且，下部的喷雾不粘附在燃烧室壁面上地进行冲撞、扩散，因而能与空气均匀地混合，进行均匀的燃烧，能使排气颜色良好。
根据本发明的技术方案4，做成从上部喷口22喷射出来的高温的燃料喷雾28与活塞29冲撞后在顶隙部扩散，因而能减轻气缸头33与气缸套31的热负荷，提高可靠性。
本发明的技术方案5，对燃料阀喷口角r5进行设定，以使从下部喷口21喷射出来的燃料喷雾27与燃烧室36的底面冲撞且不粘附，喷雾27能圆滑地进行扩散，故在整个运行区域中，尤其是在无负荷时能使排气颜色良好。
本发明的技术方案6，将下部喷口2及上部喷口3等间隔地设置在燃料喷射阀1的圆周上，因而可避免喷雾之间的重叠，防止排气颜色的恶化。
本发明的技术方案7，将下部喷口2及上部喷口3设置在燃料喷射阀1上，以使从下部喷口2喷射出来的喷雾13的喷雾中心线5和燃料喷射阀1的中心轴11的交点与从上部喷口3喷射出来的喷雾12的喷雾中心线4和燃料喷射阀1的中心轴11的交点不重叠，故喷雾12与喷雾13相互不重叠，能良好地保持排气颜色。而且，能容易地确保下部喷口2与上部喷口3的间隔，确保各喷口之间的壁厚，能得到燃料喷射阀1强度上的可靠性。
附图的简单说明
图1是表示实施了本发明技术方案1的柴油机的燃料喷射阀的截面概要图。
图2是表示图1的燃料喷射阀的阀体进入阀座的状态下的柴油机的燃料喷射阀的纵剖主视图。
图3是表示实施了本发明技术方案2的柴油机的燃料喷射阀的截面概要图。
图4是表示燃料喷射阀的放大图。
图5是表示燃料喷射阀的底面概要图。
图6是表示本发明的柴油机和传统的柴油机的燃料消耗率与NOx排出量的关系的图。
图7是表示下部喷口的燃料阀喷口角与排气颜色的关系的图。
图8是表示下部喷口面积之和占总喷口面积的比例与排气颜色及燃料费的关系的图。
具体实施例方式
图1是表示实施了本发明技术方案1的柴油机的燃料喷射阀1的截面概要图，另外，图4是燃料喷射阀1的放大图。如图1所示，燃料喷射阀1是将具有多个下部喷口2(第1喷口)和多个上部喷口3(第2喷口)的前端部朝燃烧室16内突出地设置在气缸头17上。
在燃料喷射阀1内的空洞中设有阀体6，阀体6由未图示的驱动装置(比如，利用了燃料压力的提升机构、电磁阀等)驱动，在空洞内上下方向可做往复移动。另外，如图4所示，将燃料8加压供给燃料喷射阀1内的空洞内，通过阀体6在燃料喷射阀1内形成的阀座7上接触或离开，可将燃料从下部喷口2及上部喷口3向燃料室16内喷射，或停止燃料的喷射。图1、图4表示阀体6从阀座7离开的状态。
图5是表示燃料喷射阀1的底面概要图。如图5所示，下部喷口2在燃料喷射阀1的下端(燃烧室16侧的前端)附近的同一圆周上以角度r2(r2＝45度)的等间隔设置8个。
另外，上部喷口3在下部喷口2的上方(气缸头侧)以角度r3(r3＝90度)的等间隔设置4个。如图5所示，上部喷口3配置在邻接的2个下部喷口2的中间。另外，如图5所示，上部喷口3的口径设定得比下部喷口2的口径小。
在图1(后叙的图2也相同)中，下部喷口2与上部喷口3记载在同一截面内，但这是为了方便地对下部喷口2与上部喷口3的位置关系的说明而记载在同一截面内的。
如图1所示，在与气缸头17的下面相对的活塞14的顶面15上形成浅盆式燃烧室(凹陷部)。图2是燃料喷射阀1的阀体6与阀座7接触状态下的柴油机的燃料喷射阀1的纵剖主视图。浅盆式燃烧室一般定义为，燃烧室16的深度H是燃烧室开口直径D的10％左右的燃烧室(凹陷部)，尤其是本发明的实施对象的浅盆式燃烧室，如图2所示，在凹陷部的中央设有隆起部19。
隆起部19的高度h的值比燃烧室16的深度H的值稍小，若与燃烧室开口直径D相关地进行表示的话，比如，H/D＝0.11，h/D＝0.10。
下部喷口2的喷雾中心线5和燃料喷射阀1的中心线11的交点10(延长中心)与上部喷口3的喷雾中心线4和燃料喷射阀1的中心线11的交点9(延长中心)，如图4所示，被设定成相隔间距L。
将从喷雾中心线5与顶面15的交点40至交点10的距离作为L1，下部喷口2的喷口直径作为D1，则L1与D1满足公式(1)的关系。
L1/D1＝150～250 (1)另外，将从喷雾中心线4与顶面15的交点41至交点9的距离作为L2，将上部喷口3的喷口直径作为D2，则L2与D2满足公式(2)的关系。
L2/D2＝300～400 (2)活塞14上升而进入压缩行程，当到达图1所示的TDC附近时，未图示的驱动装置使阀体6从阀座7离开，将燃料8(图4)作成喷雾13从下部喷口2向燃烧室16内进行喷射，而且，作成喷雾12从上部喷口3向燃烧室16内进行喷射。
喷雾13沿着活塞14的顶面的隆起部19圆滑地扩散。另外，喷雾12与喷雾13在燃烧室16内不互相重叠，因此，在燃烧室16内不会产生燃料浓的区域，能进行良好的燃烧。
图3是表示实施了本发明技术方案2的柴油机的燃料喷射阀20的截面概要图。图3所示的活塞29处于TDC位置，作为顶隙设定了间隔X。
在气缸头33上设有吸气通道34和排气通道35。在吸气通道34上设有供气阀25，在排气通道35上设有排气阀26。打开供气阀25时，空气(由未图示的增压器产生的压缩空气)从吸气通道34向燃烧室36内供给，打开排气阀26时，则燃烧室36内的燃烧气体(排气气体)通过排气通道35排出。图3中，为了说明的方便，将供气阀25与排气阀26记载在同一截面上了。另外，图3中，燃料处于喷射中，但为了后叙的间隔Y的说明方便，图示了排气阀26打开的状态。
如不充分确保顶隙(间隔X)，则存在遮盖时打开的排气阀26(供气阀25也相同)与活塞29的顶面32冲撞的危险。因此，以往在活塞29上设置阀凹槽，以避免两者的冲撞。当在活塞29上设置阀凹槽，则冷却高温的顶面32的油坑30的上限受到制约，使阀凹槽以外的部分的壁厚增厚，顶面32的冷却性恶化，顶面32的热负荷增大。
但是，本发明的技术方案2中，通过将顶隙确保为间隔X，则打开的排气阀26(供气阀25也相同)与活塞29的顶面32之间就能确保间隔Y，消除两者冲撞的危险，不需要阀凹槽。这样，油坑30能使顶面32呈良好冷却性地设置，能有效地降低顶面32的热负荷。
燃料喷射阀20的结构，与图1的燃料喷射阀1的结构大致相同。喷雾27从下部喷口21以喷雾中心线23为中心进行喷射，喷雾28从上部喷口22以喷雾中心线24为中心进行喷射。喷雾27沿活塞29的顶面的隆起部39圆滑地扩散。
喷雾27与喷雾28，在燃烧室36内不互相混合，喷雾中心线24被设定在TDC位置的活塞29的顶面32上形成的浅盆式燃烧室(凹陷部)的开口部18的范围内。这里，将燃料喷射阀20的中心线37与喷雾中心线24构成的角度定义为燃料阀喷口角r4，中心轴37与喷雾中心线23构成的角度定义为燃料阀喷口角r5。
通过对燃料阀喷口角r4进行设定，使喷雾中心线24在开口部18的范围内，高温的喷雾28到达活塞29之前，不会直接到达气缸头33的下面和气缸套31的内壁面，可抑制气缸头33和气缸套31的温度上升。因此，可提高气缸头33和气缸套31的可靠性，能很好地维持柴油机的性能。另一方面，高温的喷雾28到达的活塞29的顶面32，由油坑30内的油进行适度的冷却。
另外，将燃料阀喷口角r5设定成，从下部喷口21喷射的喷雾27沿燃烧室36的底面(活塞29的浅盆式燃烧室的底面)圆滑地扩散，且喷雾27不与喷雾28重叠。
燃料阀喷口角r5根据燃烧室深度H与顶隙的平衡(日文兼合い)而变动。但是，当将燃料阀喷口角r5设定成喷口直径D2与距离L2满足上述公式(2)的关系时，则喷雾27与燃烧室36的底面进行冲撞且可避免粘附，并且通过与燃烧室36的底面的冲撞，能使喷雾27圆滑地进行扩散。
满足上述公式(1)及(2)，且将下部喷口21的燃料阀喷口角r5设定在60度以下时，则如图7的曲线图所示，能良好地保持排气颜色。
作为一例，下部喷口21(2)和上部喷口22(3)的设定如下，下部喷口21的口径为0.25～0.40mm，燃料阀喷口角r5为60～70度的场合，上部喷口22的口径为0.10～0.25mm，燃料阀喷口角r4为75～85度左右，喷口数之比可成为上部喷口数/下部喷口数＝1/2。
一旦设置阀凹槽，则在活塞29的上端部分的圆周上几乎不可能形成均匀的壁厚，故难以进行均匀的冷却，比没有阀凹槽的场合容易产生热负荷偏倚，而且，因高温化而使活塞的强度下降，但如事先能确保顶隙(间隔X)，则不用设置阀凹槽即可，活塞29不会产生热负荷偏倚，可构成强度上稳定的、可靠性高的活塞29。
如图5所示，上部喷口22(3)的数量设定得比下部喷口21(2)的数量少，将两者交错状(不完全交错配置)配置时，从而燃料8的喷雾之间不易重叠，是较好的，但只要喷雾12、13(图1)和喷雾27、28(图3)不重叠，与空气均匀混合、均匀燃烧，两者也可设置成相同数量，进行完全的交错状配置。
按以上设定下部喷口2(21)和上部喷口3(22)后，如图6的曲线图所示，与传统的柴油机相比，本发明(本发明的技术方案1～7)中，将排气气体中含有的NOx发生量维持在一定的情况下能降低燃料消耗量5～10％左右。
另外，发现只要下部喷口2(21)的总面积占下部喷口2(21)的总喷口面积与上部喷口3(22)的总喷口面积的总和的比例在70～90％的范围内，如图8的曲线图所示，能同时很好地保持燃料费和排气颜色。
图5中，下部喷口2的数量为8，上部喷口的数量为4，但只要能设定成从各喷口喷射的喷雾13、12在燃烧室16内相互不重叠，则对喷口数量没有限制。不过，在具有浅盆式燃烧室16的柴油机中，将下部喷口2的喷口数设定得比上部喷口3的喷口数量多，则能良好地保持排气颜色的同时能降低燃料费，是很好的。
产业上利用的可能性本发明适用于活塞的顶面具有浅盆式燃烧室的柴油机。
权利要求
1.一种柴油机的燃料喷射阀，其特征在于，在活塞顶面具有浅盆式燃烧室的柴油机中，朝所述燃烧室突出地设置的燃料喷射阀的同一圆周上设有多个第1喷口，在所述第1喷口的前端部的相反侧的燃料喷射阀的环状侧壁上设有比第1喷口直径小的多个第2喷口，将所述第1喷口与第2喷口配置成交错状，以使从所述第1喷口及第2喷口喷射出的燃料喷雾在燃烧室内相互不重叠。
2.如权利要求1所述的柴油机的燃料喷射阀，其特征在于，对做成不需要阀凹槽的顶隙和活塞顶面的燃烧室开口直径进行设定，以使活塞位于上死点附近时，从第2喷口喷射出的燃料喷雾与活塞顶面的燃烧室开口部冲撞。
3.如权利要求1或2所述的柴油机的燃料喷射阀，其特征在于，第1喷口数量设定得比第2喷口数量多。
4.如权利要求1所述的柴油机的燃料喷射阀，其特征在于，对第2喷口的燃料阀喷口角进行设定，以使从第2喷口喷射出来的燃料喷雾与活塞冲撞后在顶隙部扩散。
5.如权利要求1所述的柴油机的燃料喷射阀，其特征在于，对第1喷口的喷口角进行设定，以使从第1喷口喷射出来的燃料喷雾与燃烧室底面冲撞且不粘附。
6.如权利要求1所述的柴油机的燃料喷射阀，其特征在于，将第1喷口及第2喷口等间隔地设置在燃料喷射阀的圆周上。
7.如权利要求1所述的柴油机的燃料喷射阀，其特征在于，对第1喷口及第2喷口进行设置，以使从第1喷口喷射出来的燃料喷雾与从第2喷口喷射出来的燃料喷雾不重叠，且使燃料喷射阀的中心轴和从第1喷口喷射出来的燃料喷雾的中心线的交点与燃料喷射阀的中心轴和从第2喷口喷射出来的燃料喷雾的中心线的交点不一致。
全文摘要
一种柴油机的燃料喷射阀，在活塞顶面具有浅盆式燃烧室的柴油机中，朝所述燃烧室突出地设置的燃料喷射阀的同一圆周上设有多个第1喷口，在所述第1喷口的前端部的相反侧的燃料喷射阀的环状侧壁上设有比第1喷口直径小的多个第2喷口，将所述第1喷口与第2喷口配置成交错状，以使从所述第1喷口及第2喷口喷射出的燃料喷雾在燃烧室内相互不重叠。
文档编号F02M61/14GK1615399SQ02827428
公开日2005年5月11日 申请日期2002年12月24日 优先权日2002年1月24日
发明者辻本圭一, 滨冈俊次, 冈田周辅 申请人:洋马株式会社