用于内燃发动机的燃料喷射装置制造方法
【专利摘要】一种燃料喷射阀（21）设置有多个喷射孔（25），当气缸（2）的中心轴线（CL）延伸的方向为上下方向时，所述多个喷射孔在左右方向上间隔开地配置，使得所述多个喷射孔（25）呈放射状地定向。所述多个喷射孔（25）构造成使得，当在限定所述喷射孔各自的喷射方向的多条喷射轴线（Axf）之中两条相邻的喷射轴线之间形成的角度为夹角时，由与气缸（2）的中心轴线最接近的两条喷射轴线形成的夹角（θ1）是所有的夹角（θ1，θ2，θ3）之中最小的。
【专利说明】用于内燃发动机的燃料喷射装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于内燃发动机的燃料喷射装置，该燃料喷射装置包括将燃料喷射到气缸内的燃料喷射阀。
【背景技术】
[0002]日本专利申请公报N0.2005-54733 (JP2005-54733A)记载了一种包括具有多孔喷嘴的燃料喷射阀的燃料喷射装置。根据JP2005-54733A的燃料喷射装置在活塞的动量低的条件下利用如下特性:当喷雾间距离短且燃料压力高时，多孔喷嘴在喷射方向上的下游的空间内的燃料密度变高并且燃料喷雾群整体的穿透能力提高。
[0003]一般而言，喷雾特性取决于每个喷嘴特定的规格，例如喷射孔形状、喷雾扩散角度和喷射方向。一些特性根据燃料压力而改变。然而，难以使喷雾形状随燃料压力改变。也即，难以通过改变燃料压力而选择性地形成不同的喷雾形状，例如中空喷雾形状和实心喷雾形状。在中空喷雾形状中，在中央部的燃料密度比在中央部的外侧的燃料密度低。在实心喷雾形状中，燃料密度在中央部和中央部的外侧之间不存在明显差异。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种能够使喷雾形状随燃料压力改变的用于内燃发动机的燃料喷
射装置。
[0005]本发明的一方面涉及一种用于内燃发动机的燃料喷射装置。所述燃料喷射装置包括:燃料喷射阀，所述燃料喷射阀将燃料喷射到所述内燃发动机的气缸内，所述内燃发动机在所述气缸内设置有火花塞；和燃料压力控制单元，所述燃料压力控制单元控制供给到所述燃料喷射阀的燃料的压力。在所述燃料喷射装置中，所述燃料喷射阀设置有多个喷射孔，当所述气缸的中心轴线延伸的方向为上下方向(竖向)时，所述多个喷射孔在左右方向(横向)上间隔开地配置，使得所述多个喷射孔呈放射状地定向，并且所述多个喷射孔构造成使得，当在限定所述喷射孔各自的喷射方向的多条喷射轴线之中两条相邻的喷射轴线之间形成的角度为夹角时，由与所述气缸的中心轴线最接近的两条喷射轴线形成的夹角是所有的所述夹角之中最小的。
[0006]较小夹角提供了比在较大夹角的情况下的喷雾间距离短的喷雾间距离。利用根据本发明的该方面的燃料喷射装置，从各个喷射孔喷射的多股燃料喷雾在气缸内配置成使得在中央部的喷雾间距离比在中央部的外侧的喷雾间距离短。当供给到燃料喷射阀的燃料的压力低时，即使在中央部的喷雾间距离短，两股相邻的燃料喷雾也不会会合。因此，当所述多股燃料喷雾共同被视为一股燃料喷雾时，该一股燃料喷雾具有中空喷雾形状，其中在中央部的燃料密度比在中央部的外侧的燃料密度低。另一方面，当燃料压力高时，在中央部的喷雾间距离变得更短，藉此所述两股燃料喷雾会合。因此，所述一股燃料喷雾具有实心喷雾形状，其中燃料密度在中央部和中央部的外侧之间不存在明显差异。这样，能通过适当地控制供给到燃料喷射阀的燃料的压力来改变喷雾形状。[0007]所述燃料喷射阀可构造成使得，当从各个喷射孔喷射的多股燃料喷雾共同被视为一股燃料喷雾时，使所述一股燃料喷雾的喷雾长度的变化率改变的特定燃料压力值处在燃料压力的变化范围内。所述燃料压力控制单元可将供给到所述燃料喷射阀的燃料的压力控制成根据所述内燃发动机的运转状态使燃料状态在燃料压力高于或等于所述特定燃料压力值的状态和燃料压力低于所述特定燃料压力值的状态之间切换。当所述多股燃料喷雾会合时，与燃料喷雾尚未会合时相比，燃料喷雾的穿透能力变高且因此喷雾长度变长。亦即，喷雾长度的变化率在燃料喷雾会合前后不同，从而使在中央部的两股燃料喷雾开始会合的燃料压力对应于所述特定燃料压力值。因而，通过使燃料状态在燃料压力低于所述特定燃料压力值的状态和燃料压力高于或等于所述特定燃料压力值的状态之间切换，能选择性地形成中空喷雾形状和实心喷雾形状。一般而言，存在中空喷雾形状合适的内燃发动机运转状态和实心喷雾形状合适的内燃发动机运转状态。因此，通过如上所述根据内燃发动机的运转状态改变燃料压力，能选择适合于内燃发动机的运转状态的喷雾形状。
[0008]如上所述，在根据本发明的燃料喷射装置中，从各个喷射孔喷射的多股燃料喷雾在气缸内配置成使得在中央部的喷雾间距离比在中央部的外侧的喷雾间距离短。因此，能通过适当地控制燃料压力来改变喷雾形状。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中:
[0010]图1是示意性地示出根据本发明一个实施例的燃料喷射装置所应用的内燃发动机的主要部分的剖视图；
[0011]图2是示出从箭头II的方向看的图1的内燃发动机的示意图；
[0012]图3是示出在燃料喷射阀中形成的多个喷射孔的图示；
[0013]图4是沿图3中的线IV-1V截取的剖视图；
[0014]图5A是示出当燃料压力低于特定燃料压力值时的燃料喷雾的示意图；
[0015]图5B是示出当燃料压力高于或等于特定燃料压力值时的燃料喷雾的示意图；
[0016]图6是示出燃料压力和喷雾长度之间的关系的曲线图；以及
[0017]图7是示出根据另一实施例的在燃料喷射阀中形成的多个喷射孔的图示。
【具体实施方式】
[0018]图1是示意性地示出根据本发明一个实施例的燃料喷射装置所应用的内燃发动机的主要部分的剖视图。内燃发动机I是能够装设在车辆(未示出)中作为牵引动力源的火花点火式四冲程内燃发动机。内燃发动机I包括多个气缸2 (图中仅不出其中一个气缸2)。气缸2形成在气缸体3中。各气缸2的上端部由气缸盖4封闭。活塞5在各气缸2中设置成能在其中往复运动。
[0019]进气通路9和排气通路10连接到各气缸2。进气通路9包括形成在气缸盖4中的进气口 11，排气通路10包括形成在气缸盖4中的排气口 12。进气口 11通过进气门13打开/关闭，排气口 12通过排气门14打开/关闭。尽管在图中未示出，但排气通路10设置有三元催化剂。流过排气通路10的排气——其为已燃气体——通过该三元催化剂净化。[0020]气缸盖4设置有火花塞20，该火花塞在气缸2的顶面的中央部配置成使得火花塞20的末端面向气缸2的内部。气缸盖4还设置有沿进气口 11延伸并将燃料喷射到气缸2内的燃料喷射阀21。亦即，如图2所示，燃料喷射阀21配置成从气缸2的进气侧指向气缸2的排气侧。燃料喷射阀21是电磁驱动式燃料喷射阀，且其末端设置有多个喷射孔。如图1所示，设置用于各个气缸2的燃料喷射阀21连接到共同的输送管22。通过油泵(未示出)加压的燃料被引导到输送管22。输送管22设置有调节供给到燃料喷射阀21的燃料的压力的燃料压力调节机构23。燃料喷射阀21和燃料压力调节机构23由发动机控制单元(ECU)24控制。E⑶24是用于适当地控制内燃发动机I的运转状态的计算机。E⑶24从各种传感器(未示出)接收指示内燃发动机I的运转状态的信息，例如转速。利用此类信息，ECU24执行预先准备的各种控制程序，以执行燃料喷射控制(包括喷射正时控制和喷射时间(喷射量)控制)以及点火正时控制等。由ECU24执行的与本发明的实施例有关的控制将在后文描述。
[0021]如图3和4所示，燃料喷射阀21设置有总共四个喷射孔25。当气缸2的中心轴线CL延伸的方向为上下方向时，这些喷射孔25在左右方向上间隔开地配置，使得喷射孔25呈放射状地定向。注意，图3中的左右方向对应于图1中与绘制图1的纸面垂直的方向。在本实施例中，喷射孔25在俯视图中沿直线LI以有等间隔配置。喷射孔25的喷射方向总体被设定为呈放射状。由于所述四个喷射孔25是如上所述地构造的，故来自喷射孔25的燃料喷雾f在气缸2中如图2所示地配置。限定喷射孔25各自的喷射方向的直线称为喷射轴线Axf，且各自由两条相邻的喷射轴线Axf形成的角度称为夹角Θ 1、Θ 2和Θ 3。在这种情况下，由位置最接近气缸2的中心轴线的两条喷射轴线Axf形成的夹角Θ I小于每个其它夹角Θ2和Θ3。在本实施例中，夹角Θ2和Θ 3彼此相等。然而，夹角Θ2和Θ3可彼此不同，只要夹角Θ2和Θ 3均大于在中央部的夹角Θ1即可。
[0022]如从图2可见，与较大夹角的情况相比，较小夹角提供了两股相邻的燃料喷雾之间较短的距离(下文称为“喷雾间距离”)。因此，从四个喷射孔25喷射的四股燃料喷雾f在气缸2内配置成使得在中央部的喷雾间距离比在中央部的外侧的喷雾间距离短。利用四股燃料喷雾f的这种配置，当供给到燃料喷射阀21的燃料的压力低时，即使在中央部的喷雾间距离短，两股相邻的燃料喷雾也不会会合。因此，如图5A所示，当四股燃料喷雾f共同被视为一股燃料喷雾F时，燃料喷雾F具有中空喷雾形状，其中在中央部的燃料密度低于在中央部的外侧的燃料密度。另一方面，当供给到燃料喷射阀21的燃料的压力高时，在中央部的喷雾间距离变得更短，藉此使两股燃料喷雾f会合。因此，如图5B所示，燃料喷雾F具有实心喷雾形状，其中燃料密度在中央部和中央部的外侧之间不存在明显差异。当多股燃料喷雾f会合时，燃料喷雾的穿透能力变得高于会合之前。因而，如图5B所示，会合之后的燃料喷雾F的喷雾长度I比图5A所示的会合之前长。
[0023]图6示出燃料压力和喷雾长度之间的关系。在图6中，实线表示本实施例，虚线表示在左右方向上燃料密度均匀的比较示例。如从图6显而易见的，当供给到燃料喷射阀21的燃料的压力变化时，使喷雾长度的变化率改变的特定燃料压力值Pc处在燃料压力的变化范围内。可设想，该特定燃料压力值Pc对应于使在燃料喷雾F的中央部的两股燃料喷雾f开始会合的燃料压力。因而，通过使燃料状态在燃料压力低于特定燃料压力值Pc的状态和燃料压力高于或等于特定燃料压力值Pc的状态之间切换，能使喷雾形状在图5A所示的中空喷雾形状和图5B所示的实心喷雾形状之间改变。一般而言,存在中空喷雾形状合适的内燃发动机运转状态和实心喷雾形状合适的内燃发动机运转状态。因而，通过如上所述根据内燃发动机I的运转状态改变燃料压力，能选择适合于内燃发动机I的运转状态的喷雾形状。
[0024]接下来，将描述由E⑶24执行的燃料压力控制的一个示例。当内燃发动机I处于应当在火花塞20附近形成分层的空气/燃料混合物以提高可点燃性的状态时，ECU24操作燃料压力调节机构23来控制燃料压力低于特定燃料压力值Pc，由此使燃料喷雾F的喷雾形状变成中空喷雾形状(见图5A)。在这种情况下，在火花塞20附近形成燃料浓度局部高的分层的空气/燃料混合物。此外，由于中空喷雾形状抑制了燃料与火花塞20的碰撞，故避免了火花塞20的点火不良。当内燃发动机I处于其输出应当增大的状态时，ECU24操作燃料压力调节机构23来控制燃料压力高于或等于特定燃料压力值Pc，由此使燃料喷雾F的喷雾形状变成实心喷雾形状(见图5B)。在这种情况下，燃料喷雾F的穿透能力高，因此喷流效果提高了内燃发动机I的燃烧效率，这有助于改善内燃发动机I的输出。本实施例中ECU24和燃料压力调节机构23的组合用作根据本发明的燃料压力控制单元。
[0025]本发明并不限于以上实施例，而是能以本发明的范围内的各种形式来实施。在以上实施例中，四个喷射孔在俯视图中呈直线排列；然而，喷射孔的数量不受限制。此外，喷射孔无需呈直线排列，只要当在俯视图中从上方看气缸时在气缸内延伸的喷射轴线形成夹角为使得在中央部的夹角小于其它夹角即可。例如，本发明能以四个喷射孔如图7所示在俯视图中不呈直线排列的形式来实施。此外，多个喷射孔的尺寸和形状可相同或不同。
【权利要求】
1.一种用于内燃发动机的燃料喷射装置，其特征在于包括: 燃料喷射阀，所述燃料喷射阀将燃料喷射到所述内燃发动机的气缸内，所述内燃发动机在所述气缸内设置有火花塞；和 燃料压力控制单元，所述燃料压力控制单元控制供给到所述燃料喷射阀的燃料的压力，其中 所述燃料喷射阀设置有多个喷射孔，当所述气缸的中心轴线延伸的方向为上下方向时，所述多个喷射孔在左右方向上间隔开地配置，使得所述多个喷射孔呈放射状地定向，并且 所述多个喷射孔构造成使得，当在限定所述喷射孔各自的喷射方向的多条喷射轴线之中两条相邻的喷射轴线之间形成的角度为夹角时，由与所述气缸的中心轴线最接近的两条喷射轴线形成的所述夹角是所有的所述夹角之中最小的。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射装置，其中 所述燃料喷射阀构造成使得，当从各个喷射孔喷射的多股燃料喷雾共同被视为一股燃料喷雾时，使所述一股燃料喷雾的喷雾长度的变化率改变的特定燃料压力值处在燃料压力的变化范围内，并且 所述燃料压力控制单元将供给到所述燃料喷射阀的燃料的压力控制成根据所述内燃发动机的运转状态使燃料状态在燃料压力高于或等于所述特定燃料压力值的状态和燃料压力低于所述特定燃料压力值的状态之间切换。
【文档编号】F02M61/18GK103534477SQ201280022247
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年5月10日 优先权日:2011年5月12日
【发明者】枪野素成 申请人:丰田自动车株式会社