专利名称：燃料喷射阀及内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料喷射阀以及内燃机。
背景技术：
以往，提案在喷嘴的内部形成将油等与加压空气进行混合的混合室，并以液体与气体混合的状态进行喷射的喷嘴的结构(例如，专利文献I)。专利文献I日本特开2009-11932号公报
另外，对于内燃机的油耗、排气排放的改良，已知喷射燃料的喷雾粒径的微细化是有效的。上述专利文献I被认为能促进燃料与空气的混合，能实现喷雾粒径的微细化。然而，在混入有气泡的燃料被从喷孔喷射时，担心因喷孔周边的状态导致气泡破裂，气泡径不均匀。气泡径不均匀将很难获得均匀的喷雾。
发明内容
因此本发明的课题在于使喷雾的粒径均匀。为了解决上述课题，本说明书公开的燃料喷射阀的特征在于，具备喷嘴主体，其在前端部设置有喷孔；针，其滑动自如地配置在喷嘴主体内，且具备落座在喷嘴主体内的落座位置的座部；以及气泡产生机构，其使流动于喷嘴主体内的燃料产生气泡，上述喷孔的内周形状形成为，在沿上述喷孔的轴线方向的截面中，包含通过被下述两个回旋曲线包围的区域或者通过被这两个回旋曲线的近似曲线包围的区域的曲线部分，该两个回旋曲线是在设定曲率半径为R、曲线长度为L、常量为a时，由RXL = a2来表示的回旋曲线，并且上述两个回旋曲线是指常量a为0. 95时的回旋曲线和常量a为I. 05时的回旋曲线。通过包含由回旋曲线或者回旋曲线的近似曲线构成的曲线部分，能够抑制在该位置的燃料流的剥离。含有由气泡产生机构产生的气泡的燃料流，在经喷孔而被喷射到外部时，如果在喷孔的内壁面产生剥离，则会受到该位置的负压的影响，气泡径变大。负压的影响在燃料流的外侧部分比在内侧部分更大。即，作用于燃料流的负压的分布不均匀。而且由此造成气泡径出现偏差。当将回旋曲线、回旋曲线的近似曲线应用于喷孔的内周形状时，能得到通过喷孔内的燃料因其粘性贴靠于含有从直线连至圆弧的缓和曲线的壁面的附壁效果。根据附壁效果，燃料流不会与喷孔的内壁面剥离。其结果，不产生边界面的负压，燃料的流线方向发生变化。另外，沿边界面的内侧流动的燃料的流线因该粘性受到沿边界面流动的燃料的影响而发生弯曲。这样，到喷孔的中央部为止燃料的流线逐渐发生变化，由此燃料流能够在喷孔内的全域维持大致均衡的流速、压力，并能够增大喷雾角。当设定曲率半径为R、曲线长度为L，常量为a时，以RXL = a2来表示回旋曲线。通过改变常量a使回旋曲线划出的轨迹发生变化。能够设定常量a以成为能够获得所希望的喷雾形状的轨迹。此时，能够根据例如设置了喷孔的喷嘴主体的壁厚、喷孔长度、喷雾角来决定常量a。因此，考虑到作为一般的喷嘴主体的壁厚、喷孔长度、喷雾角所虚拟的范围，能够确定喷孔的内周形状。具体地说，喷孔的内周形状可以设定为包含通过常量a为0. 95的回旋曲线、常量a为1.05的回旋曲线包围的区域的曲线部分的形状。即，喷孔的内周形状并非与回旋曲线完全一致，还可以是包含上述范围中所含的曲线部分的形状。在此，关于常量a = 0. 95，是根据实验的结果而确定的值，即如果小于该值，则燃料无法被恰当地喷射，容易产生附着于喷孔的出口的、所谓喷雾低垂的情况。出现喷雾低垂会使燃料颗粒具有变大的倾向，妨碍实现均匀的喷雾粒径。另一方面，关于常量a = 1.05，是根据实验的结果而确定的值，即，如果大于该值，则容易产生生成的微小气泡彼此连结的现象。出现微小气泡连结会妨碍实现均匀的喷雾粒径。这样，常量a的值被限定成为抑制喷雾低垂与微小气泡连结产生的范围。另外，喷孔的内周形状还可形成为含有通过由回旋曲线的近似曲线包围的区域的曲线部分的形状。即，即便在曲线部分脱离由上述的回旋曲线包围的区域的情况下，喷孔的内周形状也可以是包含在由曲线的近似曲线包围的区域所含的曲线部分的形状。在此，当将X设定为上述喷孔的轴向长度、Y设定为上述喷孔的径向长度、b和c分别设定为常量时，则以Y = XVc来表示上述回旋曲线的近似曲线，被上述回旋曲线的近似曲线包围的区 域是，由设定常量b为3. 3、常量c为5. 0时的近似曲线和设定常量b为3. 3、常量c为6. 3时的近似曲线包围的区域。常量c为5. 0的近似曲线与常量a为0. 95的回旋曲线相近似，常量c为6. 3的近似曲线与常量a为I. 05的回旋曲线相近似。在此，回旋曲线的近似曲线，在处于作为燃料喷射阀的喷雾半角可采用的值(例如喷雾半角0 =40° )以下的范围，可选择与作为基础的回旋曲线间的误差为20um以内的曲线。为了选定近似曲线，可采用以往公知的方法。例如，还可标绘回旋曲线上的任意多个点，对该多个点实施最小二乘法来求出近似曲线。回旋曲线的近似曲线的选定可考虑喷孔的内周形状的加工来选定。即，能够获得与回旋曲线相同的附壁效果，并且能够选定对喷孔的内周形状加工容易的曲线。此外，通过上述的范围的曲线部分可形成为任意形状，但优选为尽可能形成为可发挥附壁效果的形状。上述喷孔的内周形状可形成为在沿上述喷孔的轴线方向的截面中，包含将回旋曲线或者回旋曲线的近似曲线与圆弧连接起来的曲线部分。通过在喷孔的出口侧设置圆弧部分，能使喷雾角接近180°。这样通过增大喷雾角，能抑制喷雾距离。此外，在连接回旋曲线与圆弧的情况下，圆弧能够形成为在连接部分与回旋曲线内切的内切圆的圆弧。另外，在采用连接回旋曲线与圆弧的曲线的情况下，可将该曲线的相似形适用于喷孔的内周形状。本说明书公开的燃料喷射阀，是经由喷孔将包含在燃料喷射阀内部产生的气泡的燃料喷射到外部的阀。因此，燃料喷射阀具有气泡产生机构。燃料喷射阀内，使燃料的流路急剧增大，或急剧弯曲，能够将使燃料产生气穴的机构形成为气泡产生机构。作为比这样的利用气穴的气泡产生机构产生更细的气泡的机构，可采用下述的气泡产生机构，具备燃料导入路，通过在上述喷嘴主体内滑动自如地配置上述针，从而该燃料导入路形成在上述针与上述喷嘴主体之间；旋转流生成部，其形成在上述针的上述座部的上游侧，并形成有对从上述燃料导入路导入的燃料赋予旋转成分的螺旋槽；空气导入路，其形成于上述针的内部；以及旋转稳定室，其形成在上述喷嘴主体的前端部，并且在该旋转稳定室中导入有通过上述旋转流生成部的燃料和通过上述空气导入路的空气。另外，作为上述气泡产生机构，还可采用在喷嘴主体内配置的超声波振子。超音波振子可配置在上述喷嘴主体与上述针之间。通过超声波振子对燃料赋予振动，能够在燃料中产生微小的气泡。通过将如此产生的燃料经由具备上述的内周形状的喷孔喷射到外部，能够形成确保均匀的气泡径的喷雾。本说明书公开的内燃机内燃机，其特征在于，具备内燃机主体和燃料喷射阀，该燃料喷射阀具备喷嘴主体，其在前端部设置有喷孔；针，其滑动自如地配置在上述喷嘴主体内，且具备落座在上述喷嘴主体内的落座位置的座部；以及气泡产生机构，其使流动于上述喷嘴主体内的燃料产生气泡，上述喷孔的内周形状形成为，在沿上述喷孔的轴线方向的截面中，包含通过被下述两个回旋曲线包围的区域或者通过被这两个回旋曲线的近似曲线包围的区域的曲线部分，该两个回旋曲线是在设定曲率半径为R、曲线长度为L、常量为a时，由RXL = a2表示的回旋曲线，并且上述两个回旋曲线是指a为0. 95时的回旋曲线和a为I. 05时的回旋曲线，上述燃料喷射阀以其前端部露出到上述内燃机主体的燃烧室内或者吸气口内的方式被安装在上述内燃机主体，从上述喷孔到上述内燃机主体的内壁面的距尚越长。喷雾角越大，喷雾越广，喷雾距离越短。另一方面，喷雾角越窄，喷雾越窄，喷雾距 离越长。欲极力避免燃料的喷雾附着在内燃机主体的内壁面，例如燃烧室的内壁面、活塞顶 面，若为口喷射的情况下，避免附着于口内壁面。因此，考虑燃料喷射阀安装于内燃机主体的安装位置、安装角度等，能设定容易避免喷雾对壁面的附着的喷雾角。喷雾角通过调整用于决定回旋曲线的常量a的值、或调整喷孔长度而被设定为恰当的角度。根据本说明书公开的燃料喷射阀，能使混入到喷射的燃料中的气泡径均匀，能够使气泡破裂而形成的喷雾的粒径均匀。
图I中，图I (A)是表示分离实施例I的燃料喷射阀的喷嘴主体与针的状态的说明图，图I(B)是表示在实施例I的燃料喷射阀的喷嘴主体组合针的状态的说明图。图2是实施例I的燃料喷射阀具有的针的剖视图。图3中，图3 (A)是以图3 (B)的A-A线将实施例I的燃料喷射阀的前端部形成为截面的剖视图，图3(B)是实施例I的燃料喷射阀的前端视图。图4是喷孔的内周形状所含的回旋曲线以及回旋曲线的近似曲线的说明图。图5中，图5(A)是表示实施例I的燃料喷射时的气泡径的推移的说明图，图5(B)是表示比较例的燃料喷射时的气泡径的推移的说明图。图6中，图6 (A)是以图6 (B)的B-B线将实施例2的燃料喷射阀的前端部形成为截面的剖视图，图6(B)是实施例2的燃料喷射阀的前端视图。图7是示意性表示安装有实施例2的燃料喷射阀的内燃机的说明图。图8是表示喷孔长与喷雾角以及面积比的关系的说明图。图9中，图9 (A)是以图9 (B)的C-C线将实施例3的燃料喷射阀的前端部形成为截面的剖视图，图9(B)是实施例3的燃料喷射阀的前端视图。图10是示意性表示安装有实施例3的料喷射阀的内燃机的说明图。图11是实施例4的喷孔的形状的说明图。图12是实施例5的喷口的形状的说明图。
图13中，图13 (A)是以图13⑶的D-D线将实施例6的燃料喷射阀形成为截面的剖视图，图13(B)是实施例6的燃料喷射阀的前端视图。图14是放大表示实施例6的燃料喷射阀的前端部的说明图。
具体实施例方式以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。其中，附图中各部分的尺寸、比率等并非与实际情况完全一致。并且，会根据附图省略详细部分。实施例I参照图I(A) 图5(B)对本说明书公开的燃料喷射阀的实施例I进行说明。图 I (A)是表示将燃料喷射阀10的喷嘴主体11与针13分离后的状态的说明图。图I⑶是表示将针13与燃料喷射阀10的喷嘴主体11组合的状态的说明图。图2是燃料喷射阀10所具有的针13的剖视图。图3(A)是以图3(B)的A-A线将燃料喷射阀的前端部形成为截面的剖视图，图3(B)是实施例I的燃料喷射阀的前端视图。燃料喷射阀10搭载于内燃机，例如汽油发动机，但内燃机不局限于汽油发动机，亦可是以轻油为燃料的柴油发动机、或使用按任意比例将汽油与酒精混合的燃料的弹性燃料发动机中的任一种。对作为本发明所公开的发明的一实施例的燃料喷射阀10的内部构成进行详细说明。燃料喷射阀10具备在前端部设置有喷孔12的喷嘴主体11。喷孔12如图3(B)所示设置为四个。各喷孔12的入口在后述的旋转稳定室25的底面与侧面交叉的角部开口。喷嘴主体11在内部具备座位置11a。另外，燃料喷射阀10具备可滑动地配置在该喷嘴主体11内的针13。针13，如图I(B)所示，在与喷嘴主体11之间形成燃料导入路14。针13在前端侧具备第I偏心抑制部15，在其前端侧具备落座于喷嘴主体11的内部的座位置Ila的座部13a。第I偏心抑制部15通过确保与喷嘴主体11的内周壁之间微量的缝隙地嵌入到喷嘴主体11内，来抑制针13的偏心。针13被压电致动器驱动。针13在第I偏心抑制部15具备旋转流生成部16。旋转流生成部16形成在座部13a的上游侧。旋转流生成部16具备对从燃料导入路14导入的燃料赋予旋转成分的螺旋槽16a。螺旋槽16a只要为一列以上即可，本实施例中设置2列螺旋槽16a。在针13的内部如图2所示形成空气导入路17。空气导入路17的出口侧的口部18位于针13的前端部。空气导入路17，从燃料喷射阀10的基端侧向前端侧与燃料同样地导入空气。在空气导入路17的口部18的附近设置有被弹簧20推压的球状的止回阀19。止回阀19在后述的旋转稳定室25内成为负压的状态时开阀。旋转流生成部16、空气导入路17以及旋转稳定室25协同发挥气泡产生机构的功能。针13在比第I偏心抑制部15偏向基端侧具备第2偏心抑制部21。在第2偏心抑制部21的外周壁设置有周状的槽22。而且，空气导入路17的入口侧的口部23露出于槽22。在喷嘴主体11设置空气导入孔24。该空气导入孔24与定压箱连接。当空气导入孔24成为与槽22对置的状态时，成为空气导入路17与定压箱连通的状态。此外，空气导入孔24只要能向空气导入路17导入空气即可，连接对象并非局限于定压箱。喷嘴主体11，如图1(A)、图I (B)、图3(A)所示，在前端部具备旋转稳定室25。该旋转稳定室25中导入有经过旋转流生成部16的燃料与经过了空气导入路17的空气。旋转稳定室25内，在旋转流生成部16生成的燃料的旋流流速被提高，旋流沿着旋转稳定室25的内周壁成为稳定的状态。当旋流稳定后，在旋转稳定室25的中央部产生负压部。空气导入路17的口部18以露出到该负压部的方式面向旋转稳定室25的中央部。由此，向负压部导入空气。负压部由于压力低，故能够容易地导入空气。而且，通过使空气导入路17的口部18露出到负压部地导入空气，还将抑制旋流的紊乱。被导入到旋转稳定室25内的燃料获取空气而生成微小气泡。微小气泡从喷孔12喷射。喷射后，形成喷射的微小气泡的燃料的膜分裂，燃料成为超细化的状态。燃料成为超细化状态，会在高次元中平衡较好地实现缩短点火延迟期间，增加燃烧速度，抑制基于燃料的油稀释，抑制沉积物堆积，抑制爆震的产生。此外，作为气泡产生机构，能采用超声波振
子。 在此，对喷孔12的内周形状进行详细说明。图4是设置在喷嘴主体11的喷孔12的内周形状所含的回旋曲线以及回旋曲线的近似曲线的说明图。图5(A)是表示实施例I的燃料喷射时的气泡径的推移的说明图，图5(B)是表示比较例的燃料喷射时的气泡径的推移的说明图。喷孔12的内周形状如图4所示包含作为回旋曲线的近似曲线的轨迹的曲线部分。该近似曲线用Y = X3 3/5.0表示，图4中以⑷示出。在将曲率半径设为R、曲线长度设为L、常量为a时，该近似曲线用RXL = a2表示，是近似于常量a为0. 95的回旋曲线的曲线。曲线部分在图4中从XO所示的入口开口直至出口开口。近似曲线按照以下的顺序求出。首先，在RXL = a2所表示的回旋曲线中，将常量a设为0.95。该常量a = 0.95，是在图4所示的喷雾半角0小于40°范围内难以产生喷雾低垂的值的下限值。该难以产生喷雾低垂的范围是通过实验确认的。实验的方法如下。首先，准备多个内周形状不同的喷孔模型。然后，用高速度摄像机拍摄各个喷孔模型的燃料喷射的状态，并对其拍摄结果进行分析。在此，实际的喷孔模型采用常量a = 0. 95的回旋曲线的近似曲线。回旋曲线的近似曲线在设定X为喷孔的轴向长度、Y为喷孔的径向长度、b和c分别为常量时，为用Y = Xb/c表示的算式。该算式中，对常量b和c进行多种改变，选定与作为基础的回旋曲线的误差在20um以内的曲线。其结果，选定常量b = 3. 3，常量c=5. O0进行如上实验的结果，将常量a = 0. 95的回旋曲线的近似曲线设为边界，观察燃料低垂的产生概率的急剧上升。即，当常量E比0.95更小时，观察到燃料低垂的产生概率的急剧上升。因此，决定常量a的范围中的数值0.95，因此，在本实施例中，采用与该常量a=0. 95对应的Y = X3-3/5. 0所示的近似曲线。作为这样的近似曲线的轨迹的曲线部分的旋转面，形成喷孔12的内周形状。沿具备这样的内周形状的喷孔12内流动的燃料因附壁效果而贴靠在内周壁。因此，燃料流不会与喷孔的内壁面剥离。其结果，燃料的流线方向以不会产生边界面的负压的方式变化。另夕卜，流动于边界面的内侧的燃料的流线因其粘性而受到流动于边界面的燃料的影响发生弯曲。这样，燃料的流线逐渐变化直至喷孔的中央部，由此燃料流能在喷孔内的全域维持几乎均衡流速、压力，同时扩大喷雾角。此时，在旋转稳定室25内生成、混合的微小气泡在流过喷孔期间也均匀地维持气泡径及其分布。然后，微小气泡在被喷射到外部后，能形成微小并且均质的燃料泡。
参照图5(A)、图5(B)对其状态进行说明。图5(B)所示的比较例的喷孔26在出口开口部形成锥面26a。喷孔26的形状适于利用液状燃料与空气的剪断力使与空气的边界处的燃料液膜化，并使该液膜分裂的使燃料微细化的形态。因此，燃料的微粒化过程中，提高空气与燃料的相对速度差、即提高喷雾流速尤为重要。然后，如图5(B)所示那样设置锥面26a，造成锥面26a处的剥离而产生气泡。然而，当通过这样的形式产生气泡时，会因边界面的速度差而产生负压，有可能因此使得气泡膨胀，从而导致气泡径不均匀。另外，有可能产生粗大气泡、粗大液滴。进而，在喷孔26内部有可能产生箭头28所示的缩流。如果产生缩流，则会在喷孔内产生气泡压坏，由此造成冲蚀问题。 与此相对，在如图5㈧所示采用回旋曲线的近似曲线的喷孔12中，燃料沿喷孔12的内周面流动，因此抑制了边界面的负压的产生。其结果，气泡径变得均匀，抑制了粗大气泡、粗大液滴的产生。另外，气泡均匀分布的燃料能沿内周壁喷射并使混合气浓度均匀。另外，从喷孔12喷射的燃料难以附着于喷孔12的出口开口附近，其结果，大幅抑制了在喷孔12附近的沉积物的生成。其中，如果图4所示的喷雾角(喷雾半角Θ)过大，由于在喷孔12的出口开口处，燃料因附壁作用而容易产生停滞低垂，故喷雾半角Θ优选设定在规定的角度以下。图4中，Λ·□在各回旋曲线中表示喷雾半角Θ为40°的位置。作为容易产生燃料的停滞低垂的喷雾半角，在设定为40°时，通过对喷孔长、常量a的选定，能够将喷雾半角设定为40°以下。本实施例的喷孔12的内周形状利用了由Y = X3 3/5. O所表示的回旋曲线的近似曲线的轨迹)，但亦可利用其他曲线的轨迹。图4中，可以为包含通过(I)所示的常量a为
O.95的回旋曲线和(3)所示的常量a为I. 05的回旋曲线所包围的区域的曲线部分的形状。例如，图4中，可采用⑵所示的常量a为I. O的回旋曲线。此外，回旋曲线虽然用RXL =a2的算式来表现，但回旋曲线的X坐标以及Y坐标可由下式进行表示。
X ( L ) =a X J COS ( φ2/2) φ
Y ( L ) =a X { sin ( φ2/2) φ另外，喷孔12的内周形状，在图4中亦可为包含通过了下述区域的曲线部分的形状，该区域由(4)所示的设定常量b为3. 3、常量c为5. O的近似曲线与(6)所示的设定常量b为3. 3、常量c为6. 3的近似曲线包围。例如，图4中可采用(5)所示的设定常量b为3. 3，常量c为5. 7的近似曲线。喷孔的内周形状形成为不仅与回旋曲线、回旋曲线的近似曲线完全一致，还形成为含有上述范围所含的曲线部分的形状。在此，对回旋曲线的常量a、回旋曲线的近似曲线的常量b和c进行说明。回旋曲线的常量a的范围可如上述那样形成为O. 95 I. 05。常量a = O. 95如上所述，是考虑到燃料低垂的产生概率而决定的值。另外，常量a = 1.05是难以产生微小气泡连结的值的上限值。该难以产生微小气泡连结的范围是通过实验来确认的。实验的方法与上述的方法相同，首先准备多个内周形状不同的喷孔模型。然后，用高速度摄像机拍摄各个喷孔模型的燃料喷射的状态，并对其拍摄结果进行分析。在此，实际的喷孔模型采用常量a = I. 05的回旋曲线的近似曲线。回旋曲线的近似曲线在设定X为喷孔的轴向长度、Y为喷孔的径向长度、b和c分别为常量时，为用Y = Xb/c表示的算式。该算式中，对常量b和c进行多种改变，选定与作为基础的回旋曲线的误差在20um以内的曲线。其结果，常量选定b = 3. 3，常量c = 6. 3。进行如上实验的结果，将常量a = I. 05的回旋曲线的近似曲线设为边界，观察到微小气泡连结的产生概率的急剧上升。即，当常量E比I. 05更大时，观察到微小气泡连结的产生概率的急剧上升。因此，决定 常量a的范围中的数值I. 05，因此，在本实施例中，采用与该常量a = I. 05对应的Y = X3· 3/6. 3所示的近似曲线。如上所述，根据燃料喷射阀10，能抑制气泡的破裂。因此，能抑制喷射燃料以液状到达内燃机主体的内周壁的情况。另外，能在燃烧室全体中生成遍布整体中且均质的混合气。其结果，不仅仅HC(炭化氢)，CO(—氧化碳)，还能获取足够的氧，因此能够大幅减少NOx(氮氧化物)的排出。进而，由于无需漩涡、滚转等的混合，故燃烧中对燃烧室内壁的热传递会大幅减少，预计可改善冷却损失并提高热效率。实施例2接着，参照图6 8对实施例2进行说明。图6 (A)是以图6 (B)的B-B线将燃料喷射阀30的前端部形成为截面的剖视图，图6(B)是燃料喷射阀30的前端视图。图7是示意性表示装配有燃料喷射阀30的内燃机150的说明图。另外，图8是表示喷孔长、喷雾角以及面积比的关系的说明图。内燃机150具备内燃机主体151，该内燃机主体151具有燃烧室152。在燃烧室152中，燃料喷射阀30以其前端露出于该燃烧室152中的方式被装配。燃料喷射阀30被配置在燃烧室152的中央部。另外，活塞153被装配于内燃机主体151。进而，在燃烧室152中，以其前端在燃烧室152中露出的方式装配着火花塞154。这样，在燃料喷射阀30被配置在燃烧室152的中央部的情况下，从燃料喷射阀30至IJ活塞153的顶面153a的距离较近，到燃烧室的内周壁的距离较远。即，向下喷射与横向喷射的情况下，到内燃机主体151的内壁面的距离极大不同。因此，在不实施任何对策的情况下，向下喷射而产生的喷雾与活塞顶面153a碰撞，形成液膜。另外，由于横向喷射所喷射的喷雾直到到达燃烧室的内周壁附近为止气泡压坏，故难以生成均质的混合气。因此，燃料喷射阀30具备图6(A)、图6(B)所示的第I喷孔32a，第2喷孔32b。燃料喷射阀30具备与实施例I的燃料喷射阀10相同的针13，但代替实施例I的喷嘴主体11，具备喷嘴主体31。喷嘴主体31具备向下喷射用的第I喷孔32a与横向喷射用的第2喷孔32b。第I喷孔32a与第2喷孔32b虽然具备使用共用的回旋曲线的近似曲线的轨迹的曲线部分，但其喷孔长各异，其结果喷雾角各异。如图8所示，在使用相同的曲线的轨迹的情况下，喷雾角随着喷孔长加长而变大。喷雾随着喷雾角变大，其流速减慢，到达距离变短。因此，在欲缩短喷雾的到达距离时，加长喷孔长、增大喷雾角较为有效。此外，燃料喷射阀30与实施例I的燃料喷射阀10除了喷孔配置及其内周形状不同以外，具备相同的构成。燃料喷射阀30具备的第I喷孔32a，由于到活塞顶面153a的距离较短，故也欲缩短喷雾的到达距离。另外，第2喷孔32b由于到燃烧室的内周壁的距离较长，故也欲加长喷雾的到达距离。因此，第I喷孔32a的喷孔长比第2喷孔32b的喷孔长更短，第I喷孔32a的喷雾角比第2喷孔32b的喷雾角更大。其结果，缩短了喷雾的到达距离。这样，通过恰当地设定喷雾角，能不使所谓干雾状的气泡压坏地到达规定的位置。另外，由于抑制了喷射燃料以液状到达内燃机主体的内壁面的情况，故抑制了燃料对油的稀释。此外，为了设定所希望的喷雾角，不仅可设定喷孔长，还可设定曲线的常量以达到所希望的喷雾角。例如，在采用回旋曲线的情况下，通过恰当地选择常量a，能够设定所希望的喷雾角。另外，在燃料喷射阀的设计上受到制约，且确定了喷孔长的情况下，在意欲设定所希望的喷雾角时等，可以确保喷孔长作为将能得到所希望的喷雾角的曲线放大了的相似形的曲线部分。实施例3接着参照图9、图10对实施例3进行说明。图9(A)是以图9(B)的C-C线将燃料喷射阀70的前端部形成截面的剖视图。图9(B)是燃料喷射阀70的前端视图。图10是示意性表示装配燃料喷射阀70的内燃机200的说明图。内燃机200具备内燃机主体201，该内燃机主体201具有燃烧室202。在燃烧室202中，燃料喷射阀70以其前端露出在燃烧室202中的方式被装配。燃料喷射阀70被配置在燃烧室202的侧方。另外，活塞203被装配于内燃机主体201。进而，以前端在燃烧室202的中央部露出的方式装配着火花塞204。这样，在配置有燃料喷射阀70、火花塞204的情况下，为了形成成层混合气，燃料喷射阀70具备的喷孔72优选面向火花塞204侧开口。具体地说，恰当地设定喷雾角、喷孔长。因此，燃料喷射阀70具备喷嘴主体71，该喷嘴主体71具有喷孔72。喷孔72具备使用回旋曲线的近似曲线的轨迹的曲线部分。在此回旋曲线以及回旋曲线的近似曲线可通过实施例I中说明的方针来选定。而且，调整喷孔长(例如0.7_)来设定喷雾角(例如，喷雾半角30° )，以使喷雾中心面向火花塞204的前端部。此外，燃料喷射阀70与实施例I的燃料喷射阀10，除了喷孔的配置及其内周形状不同以外，具有相同的构成。燃料喷射阀70，在内燃机200为轻负荷条件时，在压缩行程后期对成层混合气进行必要的燃料量的喷射。另外，燃料喷射阀70，在高负荷条件时，在进行压缩行程后期的喷射之前，率先进行可在吸气行程中获得输出所需的燃料量的喷射。由此，能够在早期使气泡压坏而实现燃料的微粒化，使燃料通过吸气流行至燃烧室202全体。燃料喷射阀70，通过如此进行喷射，能在火花塞204的前端部附近以对应于所需的燃料量，形成均质的成层混合气。另外，由于能形成几乎均质的成层混合气，故能形成比可点火的理论空燃比状态更稀薄侧的成层混合气。由此，难以形成局部的过饱和状态，能大幅抑制HC、煤,PM(Particulate Matter :颗粒物质)。进而能取消成层混合气形成用的腔体等，其结果，能减小燃烧室202的表面积，改善冷却损失。实施例4接着参照图11对实施例4进行说明。图11是表示实施例4的喷孔81的形状的说明图。图11中示出的喷孔81的内周形状在沿着喷孔81的轴线AX方向的截面中，具备连接回旋曲线的近似曲线与圆弧的曲线部分。喷孔81具有作为这样的曲线部分的旋转面、形成的内周形状。图11中，靠近喷孔81的入口开口侧，标注参照符号81a的区域的形状用回旋曲线的近似曲线的轨迹来表示。另外，靠近喷孔81的出口开口侧，标注参照符号81b示出的区域的形状用圆弧的轨迹来表示。此外，参照符号81a所示的区域亦可为用回旋曲线的轨迹表示的形状。另外，还可以为用其他曲线的轨迹来表示的形状。进而还可代替圆弧而与其他曲线组合。在此回旋曲线以及回旋曲线的近似曲线可通过实施例I中说明的方针来选定。
这样，通过组合回旋曲线的近似曲线与圆弧，能够使得喷孔81的出口开口部的喷雾角接近180°。通过增大喷雾角，即便采用高压缩比的偏平型燃烧室，亦可抑制燃料附着于活塞顶面的情况。实施例5接着参照图12对实施例5进行说明。图12是表示实施例5的喷孔91的形状的说明图。喷孔91的内周形状在沿着喷孔91的轴线AX方向的截面中，在图12中标注参照符号91a示出的入口开口部附近，具备连接回旋曲线的近似曲线与圆弧的曲线部分。另外图12中具备基于标注参照符号91b示出的回旋曲线的近似曲线的曲线部分。喷孔91具有作为这样的曲线部分的旋转面而形成的内周形状。参照符号91a所示的入口开口部附近的曲线部分还可以仅为回旋曲线，回旋曲线的近似曲线。另外，标注参照符号91b示出的曲线部分还能够使用其他曲线形成。在此回旋曲线以及回旋曲线的近似曲线通过实施例I中说明的方针来选定喷孔91通过在入口开口部具备曲线部分，能在喷孔91的内部形成最小节流孔。喷孔91由于能够从入口开口部形成层流，故能够稳定地使燃料中的气泡浓度均匀。实施例6接着参照图13(A) 图14对实施例6进行说明。图13(A)是以图13⑶的D-D线将燃料喷射阀100形成为截面的剖视图，图13(B)是燃料喷射阀100的前端视图。图14是放大表示燃料喷射阀100的前端部的说明图。燃料喷射阀100是所谓主轴式(> K A )的燃料喷射阀。燃料喷射阀100具备在前端部具有喷孔102的喷嘴主体101。另外，燃料喷射阀100具备针103，该针103的前端从喷孔102露出。在针103与喷嘴主体101之间形成燃料导入路104。针13上设置有偏心抑制部105，该偏心抑制部105设置有螺旋槽105a。螺旋槽105a对燃料赋予旋转成分。燃料喷射阀100具备超声波振子106作为气泡产生机构。喷孔102的内周形状包括作为回旋曲线的近似曲线的轨迹的曲线部分。具体地说，图14中以参照符号102a所示的部分，以参照符号102b所示的部分成为上述的曲线部分。将以参照符号102a所示的部分形成为曲线部分，由此喷孔102形成向燃烧室侧扩大的
出口开口。另外，关于针103的前端部103a，图14中以参照符号103al所示的部分，以参照符号103a2所示的部分成为曲线部分。以参照符号103al所示的曲线部分被设定为在针103全开时与以参照符号102a所示的曲线部分相对于喷雾中心呈线对称。以参照符号103a2所示的曲线部分成为仿照参照符号102b所示的曲线部分的形状。喷孔形状因主轴式燃料喷射阀的提升量而容易发生变化，主轴式燃料喷射阀利用针103的提升量来调整燃料的喷射量。因此，如果如本实施例那样形成喷孔102的内周形状，针103的前端部103a的形状，则即便在燃料的流量最多，即燃料的流速快的针全开状态下，也能够抑制在燃料界面的剥离。其结果，能够将气泡径均匀维持地喷射燃料。另外，能以燃料的排出方向为对象，并能获得平衡较好的喷雾。另外，当在燃烧室的中央部装配本实施例的燃料喷射阀100时，能够形成在中心部具备空间的形状的燃料泡云团。而且，不会因燃料泡的气泡压坏而使燃烧室内壁附着有液滴和液膜，能够在燃施室全体内形成均质的混合气。该结果，能够预计提高油耗效率，并且实现HC、CO的改善。进而由于在燃烧室的侧壁侧几乎不形成混合气，因此能抑制易于在燃烧后期产生的爆震。其结果，能实现高压缩比化、高增压化。上述实施例不过为用于实施本发明的一个例子。即本发明并非局限于上述情形，在权利要求所记载的本发明的主旨的范围内可进行各种的变形，变更。附图标记的说明10，30，50，70，100燃料喷射阀；11喷嘴主体；IIa座位置；llb内周壁；12，32，52， 72,81,91,102喷孔；13针；13a座部；13b内周壁；14燃料流路；15第I偏心抑制部；16旋转流生成部；36a螺旋槽；17空气导入路；18 口部；19止回阀；20弹簧；150，200内燃机。
权利要求
1.一种燃料喷射阀，其特征在于， 上述燃料喷射阀具备 喷嘴主体，其在前端部设置有喷孔； 针，其滑动自如地配置在上述喷嘴主体内，且具备落座在上述喷嘴主体内的落座位置的座部；以及 气泡产生机构，其使流动于上述喷嘴主体内的燃料产生气泡， 上述喷孔的内周形状形成为，在沿上述喷孔的轴线方向的截面中，包含通过被下述两个回旋曲线包围的区域或者通过被这两个回旋曲线的近似曲线包围的区域的曲线部分，该两个回旋曲线是在设定曲率半径为R、曲线长度为L、常量为a时，由RXL = a2来表示的回旋曲线，并且上述两个回旋曲线是指常量a为0. 95时的回旋曲线和常量a为I. 05时的回旋曲线。
2.根据权利要求I所述的燃料喷射阀，其特征在于， 当将X设定为上述喷孔的轴向长度、Y设定为上述喷孔的径向长度、b和c分别设定为常量时，则以Y = Xb/c来表示上述回旋曲线的近似曲线， 被上述回旋曲线的近似曲线包围的区域是，由设定常量b为3. 3、常量c为5. 0时的近似曲线和设定常量b为3. 3、常量c为6. 3时的近似曲线包围的区域。
3.根据权利要求I或2所述的燃料喷射阀，其特征在于， 上述喷孔的内周形状形成为，在沿上述喷孔的轴线方向的截面中，包含将回旋曲线或者回旋曲线的近似曲线与圆弧连接起来的曲线部分。
4.根据权利要求I 3中任意一项所述的燃料喷射阀，其特征在于， 上述气泡产生机构具备 燃料导入路，通过在上述喷嘴主体内滑动自如地配置上述针，从而该燃料导入路形成在上述针与上述喷嘴主体之间； 旋转流生成部，其形成在上述针的上述座部的上游侧，并形成有对从上述燃料导入路导入的燃料赋予旋转成分的螺旋槽； 空气导入路，其形成于上述针的内部；以及 旋转稳定室，其形成在上述喷嘴主体的前端部，并且在该旋转稳定室中导入有通过上述旋转流生成部的燃料和通过上述空气导入路的空气。
5.根据权利要求I 3中任意一项所述的燃料喷射阀，其特征在于， 上述气泡产生机构是配置在上述喷嘴主体内的超声波振子。
6.—种内燃机,其特征在于， 上述内燃机具备内燃机主体和燃料喷射阀， 该燃料喷射阀具备 喷嘴主体，其在前端部设置有喷孔； 针，其滑动自如地配置在上述喷嘴主体内，且具备落座在上述喷嘴主体内的落座位置的座部；以及 气泡产生机构，其使流动于上述喷嘴主体内的燃料产生气泡， 上述喷孔的内周形状形成为，在沿上述喷孔的轴线方向的截面中，包含通过被下述两个回旋曲线包围的区域或者通过被这两个回旋曲线的近似曲线包围的区域的曲线部分，该两个回旋曲线是在设定曲率半径为R、曲线长度为L、常量为a时，由RXL = a2表示的回旋曲线，并且上述两个回旋曲线是指a为0. 95时的回旋曲线和a为I. 05时的回旋曲线， 上述燃料喷射阀以其前端部露出到上述内燃机主体的燃烧室内或者吸气口内的方式 被安装在上述内燃机主体， 从上述喷孔到上述内燃机主体的内壁面的距离越长，上述喷孔的喷雾角越变窄。
全文摘要
一种燃料喷射阀，具备喷嘴主体，其在前端部设置有喷孔；针，其滑动自如地配置在上述喷嘴主体内，且具备落座在上述喷嘴主体内的落座位置的座部；以及气泡产生机构，其使流动于上述喷嘴主体内的燃料产生气泡，上述喷孔的内周形状形成为，在沿上述喷孔的轴线方向的截面中，包含通过被下述两个回旋曲线包围的区域或者通过被这两个回旋曲线的近似曲线包围的区域的曲线部分，该两个回旋曲线是在设定曲率半径为R、曲线长度为L、常量为a时，由R×L＝a2来表示的回旋曲线，并且上述两个回旋曲线是指常量a为0.95时的回旋曲线和常量a为1.05时的回旋曲线。
文档编号F02M69/00GK102725512SQ201080002778
公开日2012年10月10日 申请日期2010年7月1日 优先权日2010年7月1日
发明者小林辰夫 申请人:丰田自动车株式会社