專利名稱：燃料噴射閥及內(nèi)燃機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃料噴射閥以及內(nèi)燃機。
背景技術：
以往，提案在噴嘴的內(nèi)部形成將油等與加壓空氣進行混合的混合室，并以液體與氣體混合的狀態(tài)進行噴射的噴嘴的結(jié)構(例如，專利文獻I)。專利文獻I日本特開2009-11932號公報

另外，對于內(nèi)燃機的油耗、排氣排放的改良，已知噴射燃料的噴霧粒徑的微細化是有效的。上述專利文獻I被認為能促進燃料與空氣的混合，能實現(xiàn)噴霧粒徑的微細化。然而，在混入有氣泡的燃料被從噴孔噴射時，擔心因噴孔周邊的狀態(tài)導致氣泡破裂，氣泡徑不均勻。氣泡徑不均勻?qū)⒑茈y獲得均勻的噴霧。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的課題在于使噴霧的粒徑均勻。為了解決上述課題，本說明書公開的燃料噴射閥的特征在于，具備噴嘴主體，其在前端部設置有噴孔；針，其滑動自如地配置在噴嘴主體內(nèi)，且具備落座在噴嘴主體內(nèi)的落座位置的座部；以及氣泡產(chǎn)生機構，其使流動于噴嘴主體內(nèi)的燃料產(chǎn)生氣泡，上述噴孔的內(nèi)周形狀形成為，在沿上述噴孔的軸線方向的截面中，包含通過被下述兩個回旋曲線包圍的區(qū)域或者通過被這兩個回旋曲線的近似曲線包圍的區(qū)域的曲線部分，該兩個回旋曲線是在設定曲率半徑為R、曲線長度為L、常量為a時，由RXL = a2來表示的回旋曲線，并且上述兩個回旋曲線是指常量a為0. 95時的回旋曲線和常量a為I. 05時的回旋曲線。通過包含由回旋曲線或者回旋曲線的近似曲線構成的曲線部分，能夠抑制在該位置的燃料流的剝離。含有由氣泡產(chǎn)生機構產(chǎn)生的氣泡的燃料流，在經(jīng)噴孔而被噴射到外部時，如果在噴孔的內(nèi)壁面產(chǎn)生剝離，則會受到該位置的負壓的影響，氣泡徑變大。負壓的影響在燃料流的外側(cè)部分比在內(nèi)側(cè)部分更大。即，作用于燃料流的負壓的分布不均勻。而且由此造成氣泡徑出現(xiàn)偏差。當將回旋曲線、回旋曲線的近似曲線應用于噴孔的內(nèi)周形狀時，能得到通過噴孔內(nèi)的燃料因其粘性貼靠于含有從直線連至圓弧的緩和曲線的壁面的附壁效果。根據(jù)附壁效果，燃料流不會與噴孔的內(nèi)壁面剝離。其結(jié)果，不產(chǎn)生邊界面的負壓，燃料的流線方向發(fā)生變化。另外，沿邊界面的內(nèi)側(cè)流動的燃料的流線因該粘性受到沿邊界面流動的燃料的影響而發(fā)生彎曲。這樣，到噴孔的中央部為止燃料的流線逐漸發(fā)生變化，由此燃料流能夠在噴孔內(nèi)的全域維持大致均衡的流速、壓力，并能夠增大噴霧角。當設定曲率半徑為R、曲線長度為L，常量為a時，以RXL = a2來表示回旋曲線。通過改變常量a使回旋曲線劃出的軌跡發(fā)生變化。能夠設定常量a以成為能夠獲得所希望的噴霧形狀的軌跡。此時，能夠根據(jù)例如設置了噴孔的噴嘴主體的壁厚、噴孔長度、噴霧角來決定常量a。因此，考慮到作為一般的噴嘴主體的壁厚、噴孔長度、噴霧角所虛擬的范圍，能夠確定噴孔的內(nèi)周形狀。具體地說，噴孔的內(nèi)周形狀可以設定為包含通過常量a為0. 95的回旋曲線、常量a為1.05的回旋曲線包圍的區(qū)域的曲線部分的形狀。即，噴孔的內(nèi)周形狀并非與回旋曲線完全一致，還可以是包含上述范圍中所含的曲線部分的形狀。在此，關于常量a = 0. 95，是根據(jù)實驗的結(jié)果而確定的值，即如果小于該值，則燃料無法被恰當?shù)貒娚?，容易產(chǎn)生附著于噴孔的出口的、所謂噴霧低垂的情況。出現(xiàn)噴霧低垂會使燃料顆粒具有變大的傾向，妨礙實現(xiàn)均勻的噴霧粒徑。另一方面，關于常量a = 1.05，是根據(jù)實驗的結(jié)果而確定的值，即，如果大于該值，則容易產(chǎn)生生成的微小氣泡彼此連結(jié)的現(xiàn)象。出現(xiàn)微小氣泡連結(jié)會妨礙實現(xiàn)均勻的噴霧粒徑。這樣，常量a的值被限定成為抑制噴霧低垂與微小氣泡連結(jié)產(chǎn)生的范圍。另外，噴孔的內(nèi)周形狀還可形成為含有通過由回旋曲線的近似曲線包圍的區(qū)域的曲線部分的形狀。即，即便在曲線部分脫離由上述的回旋曲線包圍的區(qū)域的情況下，噴孔的內(nèi)周形狀也可以是包含在由曲線的近似曲線包圍的區(qū)域所含的曲線部分的形狀。在此，當將X設定為上述噴孔的軸向長度、Y設定為上述噴孔的徑向長度、b和c分別設定為常量時，則以Y = XVc來表示上述回旋曲線的近似曲線，被上述回旋曲線的近似曲線包圍的區(qū) 域是，由設定常量b為3. 3、常量c為5. 0時的近似曲線和設定常量b為3. 3、常量c為6. 3時的近似曲線包圍的區(qū)域。常量c為5. 0的近似曲線與常量a為0. 95的回旋曲線相近似，常量c為6. 3的近似曲線與常量a為I. 05的回旋曲線相近似。在此，回旋曲線的近似曲線，在處于作為燃料噴射閥的噴霧半角可采用的值(例如噴霧半角0 =40° )以下的范圍，可選擇與作為基礎的回旋曲線間的誤差為20um以內(nèi)的曲線。為了選定近似曲線，可采用以往公知的方法。例如，還可標繪回旋曲線上的任意多個點，對該多個點實施最小二乘法來求出近似曲線?；匦€的近似曲線的選定可考慮噴孔的內(nèi)周形狀的加工來選定。即，能夠獲得與回旋曲線相同的附壁效果，并且能夠選定對噴孔的內(nèi)周形狀加工容易的曲線。此外，通過上述的范圍的曲線部分可形成為任意形狀，但優(yōu)選為盡可能形成為可發(fā)揮附壁效果的形狀。上述噴孔的內(nèi)周形狀可形成為在沿上述噴孔的軸線方向的截面中，包含將回旋曲線或者回旋曲線的近似曲線與圓弧連接起來的曲線部分。通過在噴孔的出口側(cè)設置圓弧部分，能使噴霧角接近180°。這樣通過增大噴霧角，能抑制噴霧距離。此外，在連接回旋曲線與圓弧的情況下，圓弧能夠形成為在連接部分與回旋曲線內(nèi)切的內(nèi)切圓的圓弧。另外，在采用連接回旋曲線與圓弧的曲線的情況下，可將該曲線的相似形適用于噴孔的內(nèi)周形狀。本說明書公開的燃料噴射閥，是經(jīng)由噴孔將包含在燃料噴射閥內(nèi)部產(chǎn)生的氣泡的燃料噴射到外部的閥。因此，燃料噴射閥具有氣泡產(chǎn)生機構。燃料噴射閥內(nèi)，使燃料的流路急劇增大，或急劇彎曲，能夠?qū)⑹谷剂袭a(chǎn)生氣穴的機構形成為氣泡產(chǎn)生機構。作為比這樣的利用氣穴的氣泡產(chǎn)生機構產(chǎn)生更細的氣泡的機構，可采用下述的氣泡產(chǎn)生機構，具備燃料導入路，通過在上述噴嘴主體內(nèi)滑動自如地配置上述針，從而該燃料導入路形成在上述針與上述噴嘴主體之間；旋轉(zhuǎn)流生成部，其形成在上述針的上述座部的上游側(cè)，并形成有對從上述燃料導入路導入的燃料賦予旋轉(zhuǎn)成分的螺旋槽；空氣導入路，其形成于上述針的內(nèi)部；以及旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定室，其形成在上述噴嘴主體的前端部，并且在該旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定室中導入有通過上述旋轉(zhuǎn)流生成部的燃料和通過上述空氣導入路的空氣。另外，作為上述氣泡產(chǎn)生機構，還可采用在噴嘴主體內(nèi)配置的超聲波振子。超音波振子可配置在上述噴嘴主體與上述針之間。通過超聲波振子對燃料賦予振動，能夠在燃料中產(chǎn)生微小的氣泡。通過將如此產(chǎn)生的燃料經(jīng)由具備上述的內(nèi)周形狀的噴孔噴射到外部，能夠形成確保均勻的氣泡徑的噴霧。本說明書公開的內(nèi)燃機內(nèi)燃機，其特征在于，具備內(nèi)燃機主體和燃料噴射閥，該燃料噴射閥具備噴嘴主體，其在前端部設置有噴孔；針，其滑動自如地配置在上述噴嘴主體內(nèi)，且具備落座在上述噴嘴主體內(nèi)的落座位置的座部；以及氣泡產(chǎn)生機構，其使流動于上述噴嘴主體內(nèi)的燃料產(chǎn)生氣泡，上述噴孔的內(nèi)周形狀形成為，在沿上述噴孔的軸線方向的截面中，包含通過被下述兩個回旋曲線包圍的區(qū)域或者通過被這兩個回旋曲線的近似曲線包圍的區(qū)域的曲線部分，該兩個回旋曲線是在設定曲率半徑為R、曲線長度為L、常量為a時，由RXL = a2表示的回旋曲線，并且上述兩個回旋曲線是指a為0. 95時的回旋曲線和a為I. 05時的回旋曲線，上述燃料噴射閥以其前端部露出到上述內(nèi)燃機主體的燃燒室內(nèi)或者吸氣口內(nèi)的方式被安裝在上述內(nèi)燃機主體，從上述噴孔到上述內(nèi)燃機主體的內(nèi)壁面的距尚越長。噴霧角越大，噴霧越廣，噴霧距離越短。另一方面，噴霧角越窄，噴霧越窄，噴霧距 離越長。欲極力避免燃料的噴霧附著在內(nèi)燃機主體的內(nèi)壁面，例如燃燒室的內(nèi)壁面、活塞頂 面，若為口噴射的情況下，避免附著于口內(nèi)壁面。因此，考慮燃料噴射閥安裝于內(nèi)燃機主體的安裝位置、安裝角度等，能設定容易避免噴霧對壁面的附著的噴霧角。噴霧角通過調(diào)整用于決定回旋曲線的常量a的值、或調(diào)整噴孔長度而被設定為恰當?shù)慕嵌取８鶕?jù)本說明書公開的燃料噴射閥，能使混入到噴射的燃料中的氣泡徑均勻，能夠使氣泡破裂而形成的噴霧的粒徑均勻。


圖I中，圖I (A)是表示分離實施例I的燃料噴射閥的噴嘴主體與針的狀態(tài)的說明圖，圖I(B)是表示在實施例I的燃料噴射閥的噴嘴主體組合針的狀態(tài)的說明圖。圖2是實施例I的燃料噴射閥具有的針的剖視圖。圖3中，圖3 (A)是以圖3 (B)的A-A線將實施例I的燃料噴射閥的前端部形成為截面的剖視圖，圖3(B)是實施例I的燃料噴射閥的前端視圖。圖4是噴孔的內(nèi)周形狀所含的回旋曲線以及回旋曲線的近似曲線的說明圖。圖5中，圖5(A)是表示實施例I的燃料噴射時的氣泡徑的推移的說明圖，圖5(B)是表示比較例的燃料噴射時的氣泡徑的推移的說明圖。圖6中，圖6 (A)是以圖6 (B)的B-B線將實施例2的燃料噴射閥的前端部形成為截面的剖視圖，圖6(B)是實施例2的燃料噴射閥的前端視圖。圖7是示意性表示安裝有實施例2的燃料噴射閥的內(nèi)燃機的說明圖。圖8是表示噴孔長與噴霧角以及面積比的關系的說明圖。圖9中，圖9 (A)是以圖9 (B)的C-C線將實施例3的燃料噴射閥的前端部形成為截面的剖視圖，圖9(B)是實施例3的燃料噴射閥的前端視圖。圖10是示意性表示安裝有實施例3的料噴射閥的內(nèi)燃機的說明圖。圖11是實施例4的噴孔的形狀的說明圖。圖12是實施例5的噴口的形狀的說明圖。
圖13中，圖13 (A)是以圖13⑶的D-D線將實施例6的燃料噴射閥形成為截面的剖視圖，圖13(B)是實施例6的燃料噴射閥的前端視圖。圖14是放大表示實施例6的燃料噴射閥的前端部的說明圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對用于實施本發(fā)明的方式進行說明。其中，附圖中各部分的尺寸、比率等并非與實際情況完全一致。并且，會根據(jù)附圖省略詳細部分。實施例I參照圖I(A) 圖5(B)對本說明書公開的燃料噴射閥的實施例I進行說明。圖 I (A)是表示將燃料噴射閥10的噴嘴主體11與針13分離后的狀態(tài)的說明圖。圖I⑶是表示將針13與燃料噴射閥10的噴嘴主體11組合的狀態(tài)的說明圖。圖2是燃料噴射閥10所具有的針13的剖視圖。圖3(A)是以圖3(B)的A-A線將燃料噴射閥的前端部形成為截面的剖視圖，圖3(B)是實施例I的燃料噴射閥的前端視圖。燃料噴射閥10搭載于內(nèi)燃機，例如汽油發(fā)動機，但內(nèi)燃機不局限于汽油發(fā)動機，亦可是以輕油為燃料的柴油發(fā)動機、或使用按任意比例將汽油與酒精混合的燃料的彈性燃料發(fā)動機中的任一種。對作為本發(fā)明所公開的發(fā)明的一實施例的燃料噴射閥10的內(nèi)部構成進行詳細說明。燃料噴射閥10具備在前端部設置有噴孔12的噴嘴主體11。噴孔12如圖3(B)所示設置為四個。各噴孔12的入口在后述的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定室25的底面與側(cè)面交叉的角部開口。噴嘴主體11在內(nèi)部具備座位置11a。另外，燃料噴射閥10具備可滑動地配置在該噴嘴主體11內(nèi)的針13。針13，如圖I(B)所示，在與噴嘴主體11之間形成燃料導入路14。針13在前端側(cè)具備第I偏心抑制部15，在其前端側(cè)具備落座于噴嘴主體11的內(nèi)部的座位置Ila的座部13a。第I偏心抑制部15通過確保與噴嘴主體11的內(nèi)周壁之間微量的縫隙地嵌入到噴嘴主體11內(nèi)，來抑制針13的偏心。針13被壓電致動器驅(qū)動。針13在第I偏心抑制部15具備旋轉(zhuǎn)流生成部16。旋轉(zhuǎn)流生成部16形成在座部13a的上游側(cè)。旋轉(zhuǎn)流生成部16具備對從燃料導入路14導入的燃料賦予旋轉(zhuǎn)成分的螺旋槽16a。螺旋槽16a只要為一列以上即可，本實施例中設置2列螺旋槽16a。在針13的內(nèi)部如圖2所示形成空氣導入路17?？諝鈱肼?7的出口側(cè)的口部18位于針13的前端部?？諝鈱肼?7，從燃料噴射閥10的基端側(cè)向前端側(cè)與燃料同樣地導入空氣。在空氣導入路17的口部18的附近設置有被彈簧20推壓的球狀的止回閥19。止回閥19在后述的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定室25內(nèi)成為負壓的狀態(tài)時開閥。旋轉(zhuǎn)流生成部16、空氣導入路17以及旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定室25協(xié)同發(fā)揮氣泡產(chǎn)生機構的功能。針13在比第I偏心抑制部15偏向基端側(cè)具備第2偏心抑制部21。在第2偏心抑制部21的外周壁設置有周狀的槽22。而且，空氣導入路17的入口側(cè)的口部23露出于槽22。在噴嘴主體11設置空氣導入孔24。該空氣導入孔24與定壓箱連接。當空氣導入孔24成為與槽22對置的狀態(tài)時，成為空氣導入路17與定壓箱連通的狀態(tài)。此外，空氣導入孔24只要能向空氣導入路17導入空氣即可，連接對象并非局限于定壓箱。噴嘴主體11，如圖1(A)、圖I (B)、圖3(A)所示，在前端部具備旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定室25。該旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定室25中導入有經(jīng)過旋轉(zhuǎn)流生成部16的燃料與經(jīng)過了空氣導入路17的空氣。旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定室25內(nèi)，在旋轉(zhuǎn)流生成部16生成的燃料的旋流流速被提高，旋流沿著旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定室25的內(nèi)周壁成為穩(wěn)定的狀態(tài)。當旋流穩(wěn)定后，在旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定室25的中央部產(chǎn)生負壓部?？諝鈱肼?7的口部18以露出到該負壓部的方式面向旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定室25的中央部。由此，向負壓部導入空氣。負壓部由于壓力低，故能夠容易地導入空氣。而且，通過使空氣導入路17的口部18露出到負壓部地導入空氣，還將抑制旋流的紊亂。被導入到旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定室25內(nèi)的燃料獲取空氣而生成微小氣泡。微小氣泡從噴孔12噴射。噴射后，形成噴射的微小氣泡的燃料的膜分裂，燃料成為超細化的狀態(tài)。燃料成為超細化狀態(tài)，會在高次元中平衡較好地實現(xiàn)縮短點火延遲期間，增加燃燒速度，抑制基于燃料的油稀釋，抑制沉積物堆積，抑制爆震的產(chǎn)生。此外，作為氣泡產(chǎn)生機構，能采用超聲波振
子。 在此，對噴孔12的內(nèi)周形狀進行詳細說明。圖4是設置在噴嘴主體11的噴孔12的內(nèi)周形狀所含的回旋曲線以及回旋曲線的近似曲線的說明圖。圖5(A)是表示實施例I的燃料噴射時的氣泡徑的推移的說明圖，圖5(B)是表示比較例的燃料噴射時的氣泡徑的推移的說明圖。噴孔12的內(nèi)周形狀如圖4所示包含作為回旋曲線的近似曲線的軌跡的曲線部分。該近似曲線用Y = X3 3/5.0表示，圖4中以⑷示出。在將曲率半徑設為R、曲線長度設為L、常量為a時，該近似曲線用RXL = a2表示，是近似于常量a為0. 95的回旋曲線的曲線。曲線部分在圖4中從XO所示的入口開口直至出口開口。近似曲線按照以下的順序求出。首先，在RXL = a2所表示的回旋曲線中，將常量a設為0.95。該常量a = 0.95，是在圖4所示的噴霧半角0小于40°范圍內(nèi)難以產(chǎn)生噴霧低垂的值的下限值。該難以產(chǎn)生噴霧低垂的范圍是通過實驗確認的。實驗的方法如下。首先，準備多個內(nèi)周形狀不同的噴孔模型。然后，用高速度攝像機拍攝各個噴孔模型的燃料噴射的狀態(tài)，并對其拍攝結(jié)果進行分析。在此，實際的噴孔模型采用常量a = 0. 95的回旋曲線的近似曲線?；匦€的近似曲線在設定X為噴孔的軸向長度、Y為噴孔的徑向長度、b和c分別為常量時，為用Y = Xb/c表示的算式。該算式中，對常量b和c進行多種改變，選定與作為基礎的回旋曲線的誤差在20um以內(nèi)的曲線。其結(jié)果，選定常量b = 3. 3，常量c=5. O0進行如上實驗的結(jié)果，將常量a = 0. 95的回旋曲線的近似曲線設為邊界，觀察燃料低垂的產(chǎn)生概率的急劇上升。即，當常量E比0.95更小時，觀察到燃料低垂的產(chǎn)生概率的急劇上升。因此，決定常量a的范圍中的數(shù)值0.95，因此，在本實施例中，采用與該常量a=0. 95對應的Y = X3-3/5. 0所示的近似曲線。作為這樣的近似曲線的軌跡的曲線部分的旋轉(zhuǎn)面，形成噴孔12的內(nèi)周形狀。沿具備這樣的內(nèi)周形狀的噴孔12內(nèi)流動的燃料因附壁效果而貼靠在內(nèi)周壁。因此，燃料流不會與噴孔的內(nèi)壁面剝離。其結(jié)果，燃料的流線方向以不會產(chǎn)生邊界面的負壓的方式變化。另夕卜，流動于邊界面的內(nèi)側(cè)的燃料的流線因其粘性而受到流動于邊界面的燃料的影響發(fā)生彎曲。這樣，燃料的流線逐漸變化直至噴孔的中央部，由此燃料流能在噴孔內(nèi)的全域維持幾乎均衡流速、壓力，同時擴大噴霧角。此時，在旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定室25內(nèi)生成、混合的微小氣泡在流過噴孔期間也均勻地維持氣泡徑及其分布。然后，微小氣泡在被噴射到外部后，能形成微小并且均質(zhì)的燃料泡。
參照圖5(A)、圖5(B)對其狀態(tài)進行說明。圖5(B)所示的比較例的噴孔26在出口開口部形成錐面26a。噴孔26的形狀適于利用液狀燃料與空氣的剪斷力使與空氣的邊界處的燃料液膜化，并使該液膜分裂的使燃料微細化的形態(tài)。因此，燃料的微粒化過程中，提高空氣與燃料的相對速度差、即提高噴霧流速尤為重要。然后，如圖5(B)所示那樣設置錐面26a，造成錐面26a處的剝離而產(chǎn)生氣泡。然而，當通過這樣的形式產(chǎn)生氣泡時，會因邊界面的速度差而產(chǎn)生負壓，有可能因此使得氣泡膨脹，從而導致氣泡徑不均勻。另外，有可能產(chǎn)生粗大氣泡、粗大液滴。進而，在噴孔26內(nèi)部有可能產(chǎn)生箭頭28所示的縮流。如果產(chǎn)生縮流，則會在噴孔內(nèi)產(chǎn)生氣泡壓壞，由此造成沖蝕問題。 與此相對，在如圖5㈧所示采用回旋曲線的近似曲線的噴孔12中，燃料沿噴孔12的內(nèi)周面流動，因此抑制了邊界面的負壓的產(chǎn)生。其結(jié)果，氣泡徑變得均勻，抑制了粗大氣泡、粗大液滴的產(chǎn)生。另外，氣泡均勻分布的燃料能沿內(nèi)周壁噴射并使混合氣濃度均勻。另外，從噴孔12噴射的燃料難以附著于噴孔12的出口開口附近，其結(jié)果，大幅抑制了在噴孔12附近的沉積物的生成。其中，如果圖4所示的噴霧角(噴霧半角Θ)過大，由于在噴孔12的出口開口處，燃料因附壁作用而容易產(chǎn)生停滯低垂，故噴霧半角Θ優(yōu)選設定在規(guī)定的角度以下。圖4中，Λ·□在各回旋曲線中表示噴霧半角Θ為40°的位置。作為容易產(chǎn)生燃料的停滯低垂的噴霧半角，在設定為40°時，通過對噴孔長、常量a的選定，能夠?qū)婌F半角設定為40°以下。本實施例的噴孔12的內(nèi)周形狀利用了由Y = X3 3/5. O所表示的回旋曲線的近似曲線的軌跡)，但亦可利用其他曲線的軌跡。圖4中，可以為包含通過(I)所示的常量a為
O.95的回旋曲線和(3)所示的常量a為I. 05的回旋曲線所包圍的區(qū)域的曲線部分的形狀。例如，圖4中，可采用⑵所示的常量a為I. O的回旋曲線。此外，回旋曲線雖然用RXL =a2的算式來表現(xiàn)，但回旋曲線的X坐標以及Y坐標可由下式進行表示。
X ( L ) =a X J COS ( φ2/2) φ
Y ( L ) =a X { sin ( φ2/2) φ另外，噴孔12的內(nèi)周形狀，在圖4中亦可為包含通過了下述區(qū)域的曲線部分的形狀，該區(qū)域由(4)所示的設定常量b為3. 3、常量c為5. O的近似曲線與(6)所示的設定常量b為3. 3、常量c為6. 3的近似曲線包圍。例如，圖4中可采用(5)所示的設定常量b為3. 3，常量c為5. 7的近似曲線。噴孔的內(nèi)周形狀形成為不僅與回旋曲線、回旋曲線的近似曲線完全一致，還形成為含有上述范圍所含的曲線部分的形狀。在此，對回旋曲線的常量a、回旋曲線的近似曲線的常量b和c進行說明。回旋曲線的常量a的范圍可如上述那樣形成為O. 95 I. 05。常量a = O. 95如上所述，是考慮到燃料低垂的產(chǎn)生概率而決定的值。另外，常量a = 1.05是難以產(chǎn)生微小氣泡連結(jié)的值的上限值。該難以產(chǎn)生微小氣泡連結(jié)的范圍是通過實驗來確認的。實驗的方法與上述的方法相同，首先準備多個內(nèi)周形狀不同的噴孔模型。然后，用高速度攝像機拍攝各個噴孔模型的燃料噴射的狀態(tài)，并對其拍攝結(jié)果進行分析。在此，實際的噴孔模型采用常量a = I. 05的回旋曲線的近似曲線?；匦€的近似曲線在設定X為噴孔的軸向長度、Y為噴孔的徑向長度、b和c分別為常量時，為用Y = Xb/c表示的算式。該算式中，對常量b和c進行多種改變，選定與作為基礎的回旋曲線的誤差在20um以內(nèi)的曲線。其結(jié)果，常量選定b = 3. 3，常量c = 6. 3。進行如上實驗的結(jié)果，將常量a = I. 05的回旋曲線的近似曲線設為邊界，觀察到微小氣泡連結(jié)的產(chǎn)生概率的急劇上升。即，當常量E比I. 05更大時，觀察到微小氣泡連結(jié)的產(chǎn)生概率的急劇上升。因此，決定 常量a的范圍中的數(shù)值I. 05，因此，在本實施例中，采用與該常量a = I. 05對應的Y = X3· 3/6. 3所示的近似曲線。如上所述，根據(jù)燃料噴射閥10，能抑制氣泡的破裂。因此，能抑制噴射燃料以液狀到達內(nèi)燃機主體的內(nèi)周壁的情況。另外，能在燃燒室全體中生成遍布整體中且均質(zhì)的混合氣。其結(jié)果，不僅僅HC(炭化氫)，CO(—氧化碳)，還能獲取足夠的氧，因此能夠大幅減少NOx(氮氧化物)的排出。進而，由于無需漩渦、滾轉(zhuǎn)等的混合，故燃燒中對燃燒室內(nèi)壁的熱傳遞會大幅減少，預計可改善冷卻損失并提高熱效率。實施例2接著，參照圖6 8對實施例2進行說明。圖6 (A)是以圖6 (B)的B-B線將燃料噴射閥30的前端部形成為截面的剖視圖，圖6(B)是燃料噴射閥30的前端視圖。圖7是示意性表示裝配有燃料噴射閥30的內(nèi)燃機150的說明圖。另外，圖8是表示噴孔長、噴霧角以及面積比的關系的說明圖。內(nèi)燃機150具備內(nèi)燃機主體151，該內(nèi)燃機主體151具有燃燒室152。在燃燒室152中，燃料噴射閥30以其前端露出于該燃燒室152中的方式被裝配。燃料噴射閥30被配置在燃燒室152的中央部。另外，活塞153被裝配于內(nèi)燃機主體151。進而，在燃燒室152中，以其前端在燃燒室152中露出的方式裝配著火花塞154。這樣，在燃料噴射閥30被配置在燃燒室152的中央部的情況下，從燃料噴射閥30至IJ活塞153的頂面153a的距離較近，到燃燒室的內(nèi)周壁的距離較遠。即，向下噴射與橫向噴射的情況下，到內(nèi)燃機主體151的內(nèi)壁面的距離極大不同。因此，在不實施任何對策的情況下，向下噴射而產(chǎn)生的噴霧與活塞頂面153a碰撞，形成液膜。另外，由于橫向噴射所噴射的噴霧直到到達燃燒室的內(nèi)周壁附近為止氣泡壓壞，故難以生成均質(zhì)的混合氣。因此，燃料噴射閥30具備圖6(A)、圖6(B)所示的第I噴孔32a，第2噴孔32b。燃料噴射閥30具備與實施例I的燃料噴射閥10相同的針13，但代替實施例I的噴嘴主體11，具備噴嘴主體31。噴嘴主體31具備向下噴射用的第I噴孔32a與橫向噴射用的第2噴孔32b。第I噴孔32a與第2噴孔32b雖然具備使用共用的回旋曲線的近似曲線的軌跡的曲線部分，但其噴孔長各異，其結(jié)果噴霧角各異。如圖8所示，在使用相同的曲線的軌跡的情況下，噴霧角隨著噴孔長加長而變大。噴霧隨著噴霧角變大，其流速減慢，到達距離變短。因此，在欲縮短噴霧的到達距離時，加長噴孔長、增大噴霧角較為有效。此外，燃料噴射閥30與實施例I的燃料噴射閥10除了噴孔配置及其內(nèi)周形狀不同以外，具備相同的構成。燃料噴射閥30具備的第I噴孔32a，由于到活塞頂面153a的距離較短，故也欲縮短噴霧的到達距離。另外，第2噴孔32b由于到燃燒室的內(nèi)周壁的距離較長，故也欲加長噴霧的到達距離。因此，第I噴孔32a的噴孔長比第2噴孔32b的噴孔長更短，第I噴孔32a的噴霧角比第2噴孔32b的噴霧角更大。其結(jié)果，縮短了噴霧的到達距離。這樣，通過恰當?shù)卦O定噴霧角，能不使所謂干霧狀的氣泡壓壞地到達規(guī)定的位置。另外，由于抑制了噴射燃料以液狀到達內(nèi)燃機主體的內(nèi)壁面的情況，故抑制了燃料對油的稀釋。此外，為了設定所希望的噴霧角，不僅可設定噴孔長，還可設定曲線的常量以達到所希望的噴霧角。例如，在采用回旋曲線的情況下，通過恰當?shù)剡x擇常量a，能夠設定所希望的噴霧角。另外，在燃料噴射閥的設計上受到制約，且確定了噴孔長的情況下，在意欲設定所希望的噴霧角時等，可以確保噴孔長作為將能得到所希望的噴霧角的曲線放大了的相似形的曲線部分。實施例3接著參照圖9、圖10對實施例3進行說明。圖9(A)是以圖9(B)的C-C線將燃料噴射閥70的前端部形成截面的剖視圖。圖9(B)是燃料噴射閥70的前端視圖。圖10是示意性表示裝配燃料噴射閥70的內(nèi)燃機200的說明圖。內(nèi)燃機200具備內(nèi)燃機主體201，該內(nèi)燃機主體201具有燃燒室202。在燃燒室202中，燃料噴射閥70以其前端露出在燃燒室202中的方式被裝配。燃料噴射閥70被配置在燃燒室202的側(cè)方。另外，活塞203被裝配于內(nèi)燃機主體201。進而，以前端在燃燒室202的中央部露出的方式裝配著火花塞204。這樣，在配置有燃料噴射閥70、火花塞204的情況下，為了形成成層混合氣，燃料噴射閥70具備的噴孔72優(yōu)選面向火花塞204側(cè)開口。具體地說，恰當?shù)卦O定噴霧角、噴孔長。因此，燃料噴射閥70具備噴嘴主體71，該噴嘴主體71具有噴孔72。噴孔72具備使用回旋曲線的近似曲線的軌跡的曲線部分。在此回旋曲線以及回旋曲線的近似曲線可通過實施例I中說明的方針來選定。而且，調(diào)整噴孔長(例如0.7_)來設定噴霧角(例如，噴霧半角30° )，以使噴霧中心面向火花塞204的前端部。此外，燃料噴射閥70與實施例I的燃料噴射閥10，除了噴孔的配置及其內(nèi)周形狀不同以外，具有相同的構成。燃料噴射閥70，在內(nèi)燃機200為輕負荷條件時，在壓縮行程后期對成層混合氣進行必要的燃料量的噴射。另外，燃料噴射閥70，在高負荷條件時，在進行壓縮行程后期的噴射之前，率先進行可在吸氣行程中獲得輸出所需的燃料量的噴射。由此，能夠在早期使氣泡壓壞而實現(xiàn)燃料的微?；谷剂贤ㄟ^吸氣流行至燃燒室202全體。燃料噴射閥70，通過如此進行噴射，能在火花塞204的前端部附近以對應于所需的燃料量，形成均質(zhì)的成層混合氣。另外，由于能形成幾乎均質(zhì)的成層混合氣，故能形成比可點火的理論空燃比狀態(tài)更稀薄側(cè)的成層混合氣。由此，難以形成局部的過飽和狀態(tài)，能大幅抑制HC、煤,PM(Particulate Matter :顆粒物質(zhì))。進而能取消成層混合氣形成用的腔體等，其結(jié)果，能減小燃燒室202的表面積，改善冷卻損失。實施例4接著參照圖11對實施例4進行說明。圖11是表示實施例4的噴孔81的形狀的說明圖。圖11中示出的噴孔81的內(nèi)周形狀在沿著噴孔81的軸線AX方向的截面中，具備連接回旋曲線的近似曲線與圓弧的曲線部分。噴孔81具有作為這樣的曲線部分的旋轉(zhuǎn)面、形成的內(nèi)周形狀。圖11中，靠近噴孔81的入口開口側(cè)，標注參照符號81a的區(qū)域的形狀用回旋曲線的近似曲線的軌跡來表示。另外，靠近噴孔81的出口開口側(cè)，標注參照符號81b示出的區(qū)域的形狀用圓弧的軌跡來表示。此外，參照符號81a所示的區(qū)域亦可為用回旋曲線的軌跡表示的形狀。另外，還可以為用其他曲線的軌跡來表示的形狀。進而還可代替圓弧而與其他曲線組合。在此回旋曲線以及回旋曲線的近似曲線可通過實施例I中說明的方針來選定。
這樣，通過組合回旋曲線的近似曲線與圓弧，能夠使得噴孔81的出口開口部的噴霧角接近180°。通過增大噴霧角，即便采用高壓縮比的偏平型燃燒室，亦可抑制燃料附著于活塞頂面的情況。實施例5接著參照圖12對實施例5進行說明。圖12是表示實施例5的噴孔91的形狀的說明圖。噴孔91的內(nèi)周形狀在沿著噴孔91的軸線AX方向的截面中，在圖12中標注參照符號91a示出的入口開口部附近，具備連接回旋曲線的近似曲線與圓弧的曲線部分。另外圖12中具備基于標注參照符號91b示出的回旋曲線的近似曲線的曲線部分。噴孔91具有作為這樣的曲線部分的旋轉(zhuǎn)面而形成的內(nèi)周形狀。參照符號91a所示的入口開口部附近的曲線部分還可以僅為回旋曲線，回旋曲線的近似曲線。另外，標注參照符號91b示出的曲線部分還能夠使用其他曲線形成。在此回旋曲線以及回旋曲線的近似曲線通過實施例I中說明的方針來選定噴孔91通過在入口開口部具備曲線部分，能在噴孔91的內(nèi)部形成最小節(jié)流孔。噴孔91由于能夠從入口開口部形成層流，故能夠穩(wěn)定地使燃料中的氣泡濃度均勻。實施例6接著參照圖13(A) 圖14對實施例6進行說明。圖13(A)是以圖13⑶的D-D線將燃料噴射閥100形成為截面的剖視圖，圖13(B)是燃料噴射閥100的前端視圖。圖14是放大表示燃料噴射閥100的前端部的說明圖。燃料噴射閥100是所謂主軸式(> K A )的燃料噴射閥。燃料噴射閥100具備在前端部具有噴孔102的噴嘴主體101。另外，燃料噴射閥100具備針103，該針103的前端從噴孔102露出。在針103與噴嘴主體101之間形成燃料導入路104。針13上設置有偏心抑制部105，該偏心抑制部105設置有螺旋槽105a。螺旋槽105a對燃料賦予旋轉(zhuǎn)成分。燃料噴射閥100具備超聲波振子106作為氣泡產(chǎn)生機構。噴孔102的內(nèi)周形狀包括作為回旋曲線的近似曲線的軌跡的曲線部分。具體地說，圖14中以參照符號102a所示的部分，以參照符號102b所示的部分成為上述的曲線部分。將以參照符號102a所示的部分形成為曲線部分，由此噴孔102形成向燃燒室側(cè)擴大的
出口開口。另外，關于針103的前端部103a，圖14中以參照符號103al所示的部分，以參照符號103a2所示的部分成為曲線部分。以參照符號103al所示的曲線部分被設定為在針103全開時與以參照符號102a所示的曲線部分相對于噴霧中心呈線對稱。以參照符號103a2所示的曲線部分成為仿照參照符號102b所示的曲線部分的形狀。噴孔形狀因主軸式燃料噴射閥的提升量而容易發(fā)生變化，主軸式燃料噴射閥利用針103的提升量來調(diào)整燃料的噴射量。因此，如果如本實施例那樣形成噴孔102的內(nèi)周形狀，針103的前端部103a的形狀，則即便在燃料的流量最多，即燃料的流速快的針全開狀態(tài)下，也能夠抑制在燃料界面的剝離。其結(jié)果，能夠?qū)馀輳骄鶆蚓S持地噴射燃料。另外，能以燃料的排出方向為對象，并能獲得平衡較好的噴霧。另外，當在燃燒室的中央部裝配本實施例的燃料噴射閥100時，能夠形成在中心部具備空間的形狀的燃料泡云團。而且，不會因燃料泡的氣泡壓壞而使燃燒室內(nèi)壁附著有液滴和液膜，能夠在燃施室全體內(nèi)形成均質(zhì)的混合氣。該結(jié)果，能夠預計提高油耗效率，并且實現(xiàn)HC、CO的改善。進而由于在燃燒室的側(cè)壁側(cè)幾乎不形成混合氣，因此能抑制易于在燃燒后期產(chǎn)生的爆震。其結(jié)果，能實現(xiàn)高壓縮比化、高增壓化。上述實施例不過為用于實施本發(fā)明的一個例子。即本發(fā)明并非局限于上述情形，在權利要求所記載的本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可進行各種的變形，變更。附圖標記的說明10，30，50，70，100燃料噴射閥；11噴嘴主體；IIa座位置；llb內(nèi)周壁；12，32，52， 72,81,91,102噴孔；13針；13a座部；13b內(nèi)周壁；14燃料流路；15第I偏心抑制部；16旋轉(zhuǎn)流生成部；36a螺旋槽；17空氣導入路；18 口部；19止回閥；20彈簧；150，200內(nèi)燃機。
權利要求
1.一種燃料噴射閥，其特征在于， 上述燃料噴射閥具備 噴嘴主體，其在前端部設置有噴孔； 針，其滑動自如地配置在上述噴嘴主體內(nèi)，且具備落座在上述噴嘴主體內(nèi)的落座位置的座部；以及 氣泡產(chǎn)生機構，其使流動于上述噴嘴主體內(nèi)的燃料產(chǎn)生氣泡， 上述噴孔的內(nèi)周形狀形成為，在沿上述噴孔的軸線方向的截面中，包含通過被下述兩個回旋曲線包圍的區(qū)域或者通過被這兩個回旋曲線的近似曲線包圍的區(qū)域的曲線部分，該兩個回旋曲線是在設定曲率半徑為R、曲線長度為L、常量為a時，由RXL = a2來表示的回旋曲線，并且上述兩個回旋曲線是指常量a為0. 95時的回旋曲線和常量a為I. 05時的回旋曲線。
2.根據(jù)權利要求I所述的燃料噴射閥，其特征在于， 當將X設定為上述噴孔的軸向長度、Y設定為上述噴孔的徑向長度、b和c分別設定為常量時，則以Y = Xb/c來表示上述回旋曲線的近似曲線， 被上述回旋曲線的近似曲線包圍的區(qū)域是，由設定常量b為3. 3、常量c為5. 0時的近似曲線和設定常量b為3. 3、常量c為6. 3時的近似曲線包圍的區(qū)域。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的燃料噴射閥，其特征在于， 上述噴孔的內(nèi)周形狀形成為，在沿上述噴孔的軸線方向的截面中，包含將回旋曲線或者回旋曲線的近似曲線與圓弧連接起來的曲線部分。
4.根據(jù)權利要求I 3中任意一項所述的燃料噴射閥，其特征在于， 上述氣泡產(chǎn)生機構具備 燃料導入路，通過在上述噴嘴主體內(nèi)滑動自如地配置上述針，從而該燃料導入路形成在上述針與上述噴嘴主體之間； 旋轉(zhuǎn)流生成部，其形成在上述針的上述座部的上游側(cè)，并形成有對從上述燃料導入路導入的燃料賦予旋轉(zhuǎn)成分的螺旋槽； 空氣導入路，其形成于上述針的內(nèi)部；以及 旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定室，其形成在上述噴嘴主體的前端部，并且在該旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定室中導入有通過上述旋轉(zhuǎn)流生成部的燃料和通過上述空氣導入路的空氣。
5.根據(jù)權利要求I 3中任意一項所述的燃料噴射閥，其特征在于， 上述氣泡產(chǎn)生機構是配置在上述噴嘴主體內(nèi)的超聲波振子。
6.—種內(nèi)燃機,其特征在于， 上述內(nèi)燃機具備內(nèi)燃機主體和燃料噴射閥， 該燃料噴射閥具備 噴嘴主體，其在前端部設置有噴孔； 針，其滑動自如地配置在上述噴嘴主體內(nèi)，且具備落座在上述噴嘴主體內(nèi)的落座位置的座部；以及 氣泡產(chǎn)生機構，其使流動于上述噴嘴主體內(nèi)的燃料產(chǎn)生氣泡， 上述噴孔的內(nèi)周形狀形成為，在沿上述噴孔的軸線方向的截面中，包含通過被下述兩個回旋曲線包圍的區(qū)域或者通過被這兩個回旋曲線的近似曲線包圍的區(qū)域的曲線部分，該兩個回旋曲線是在設定曲率半徑為R、曲線長度為L、常量為a時，由RXL = a2表示的回旋曲線，并且上述兩個回旋曲線是指a為0. 95時的回旋曲線和a為I. 05時的回旋曲線， 上述燃料噴射閥以其前端部露出到上述內(nèi)燃機主體的燃燒室內(nèi)或者吸氣口內(nèi)的方式 被安裝在上述內(nèi)燃機主體， 從上述噴孔到上述內(nèi)燃機主體的內(nèi)壁面的距離越長，上述噴孔的噴霧角越變窄。
全文摘要
一種燃料噴射閥，具備噴嘴主體，其在前端部設置有噴孔；針，其滑動自如地配置在上述噴嘴主體內(nèi)，且具備落座在上述噴嘴主體內(nèi)的落座位置的座部；以及氣泡產(chǎn)生機構，其使流動于上述噴嘴主體內(nèi)的燃料產(chǎn)生氣泡，上述噴孔的內(nèi)周形狀形成為，在沿上述噴孔的軸線方向的截面中，包含通過被下述兩個回旋曲線包圍的區(qū)域或者通過被這兩個回旋曲線的近似曲線包圍的區(qū)域的曲線部分，該兩個回旋曲線是在設定曲率半徑為R、曲線長度為L、常量為a時，由R×L＝a2來表示的回旋曲線，并且上述兩個回旋曲線是指常量a為0.95時的回旋曲線和常量a為1.05時的回旋曲線。
文檔編號F02M69/00GK102725512SQ201080002778
公開日2012年10月10日 申請日期2010年7月1日 優(yōu)先權日2010年7月1日
發(fā)明者小林辰夫 申請人:豐田自動車株式會社