[发明专利]喷油阀

说明书

本申请为申请号为98122372.9、发明名称为“喷油阀”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于将燃油直接喷入发动机气缸中的汽油直喷式发动机的燃油喷射阀，即喷油器。

背景技术

就满足诸如大功率、高燃油效率和低污染这样的社会需求的汽油机而言，一些采用气体直喷式的喷油阀的发动机(气体直喷式汽油机)已令人关注。虽然在许多年前以产生了这种汽油机的基本概念，但为了使那样的发动机实现将燃油直接喷入燃烧室中还留下许多待解决的问题，例如高压喷射技术、高压密封性和耐高温性，然而由于当今的控制技术和生产工艺的进步，目前的技术水平已经能够实现批量生产，因而各汽车制造公司都进入商品生产阶段或者基于研究和开发的实验制造阶段。

汽油直喷式的喷油阀由一个具有一直接面对燃烧室(在发动机内的气缸)的喷油口的喷嘴、一个用于开启和关闭燃油通道的阀体、一个用于关闭阀体(用于吸入)的磁性线圈、一个用于关闭阀的弹簧以及一个用于构成磁路的磁轭铁芯。此外，还包括一个用于在阀面的上游提供给燃油旋涡力的涡流器(燃油涡旋装置)和一个用于调节燃油动态喷射量的弹簧调节器。

这种气体直喷式的喷油阀的一个结构特点包括：与传统的燃油喷射压力约为0.3Mpa的汽油直喷式的喷油阀相比较，由于喷油压力达到3至10Mpa这样大的数值以产生燃油喷射液滴的颗粒细化(以便减少蒸发时间)和高效率的燃油喷射(减少喷油时间)时，其高压密封性和油密性都得到改善，并且由于喷嘴直接暴露于燃烧气体而使耐热性和气密性也都得到改善。

在汽油直喷式的汽油机的燃烧工作过程中，从喷油阀喷射出的喷雾的特性和形状非常重要。发动机燃烧方式包括均匀燃烧和分层燃烧，这两种方式在图8中示出。

均匀燃烧是：在发动机循环的进气冲程中喷射燃油，而经压缩冲程直到点火和燃烧工作过程中在燃烧室中的燃油空气混合物是以一种理论空燃比(A/F＝15)均匀化，由于汽油从进气中去除了蒸发潜热因而降低进气温度，这就可以提高容积效率，并且由于燃烧气体的温度降低可以获得比传统的喷口喷射式发动机大的功率输出。由于要求使燃油在燃烧室中完全扩散以产生燃油喷雾的均匀燃烧，宽阔而均匀的燃油喷雾(混合气体)是必需的，因而较理想是使喷射速度低到不使燃油喷雾触及气缸壁并且不能形成液体薄膜。为了考虑加速工况和高负荷工况时的发动机功率输出就要采用这种均匀燃烧方式。

分层燃烧是这样一种燃烧方式：在压缩冲程中喷射燃油，而借助于空气流动例如涡流和/或紊流和在活塞头上的空腔使可燃的混合气体集中在火花塞的周围，并有一空气层形成围绕混合气体因而获得非常稀薄的燃烧，这就可以显著地提高燃油效率。分层燃烧旨在考虑燃油效率，用在低负荷和怠速工况时。为了使燃油喷雾集中在火花塞的周围以及万一由于当背压升高时燃油喷雾的扩散变小而使燃油压力升高时喷射燃油，较理想是在分层燃烧方式时的燃油喷雾应较紧密。

为了提高气化性能(燃油颗粒细化)和涡流性能，通常具有多种不同的对喷油阀的建议。

例如，在公开号为8-296531(1996)的日本专利申请中，形状为中空气缸的涡旋装置位于阀体的下部上，以及针阀穿过内部气缸可相对于中空气缸的内表面滑动，一个其内表面渐渐变小而其底面呈球凹形的燃油喷射室是在针阀所接触的阀面的下游侧上形成，形成有一个喷口(燃油喷射口＝孔)穿出燃油喷射室底面的中央，此外，喷口的方位相对于阀体(燃油喷射阀的阀体)的轴线(中心线)倾斜并且在喷口的外侧上形成有一个平面部分与喷口成直角。

在公开号为7-119584的日本专利申请中，所揭示的内容是：设置一种涡旋色彩(燃油涡旋装置)使之位于阀面上游的涡流喷嘴上，在阀面的下游上形成一个倒锥形的吸入孔，在离开吸入孔的延长线上形成一喷口(燃油喷射口＝孔)，以及吸入孔的中心线与喷口的中心线相互成同一轴线并且它们相对于涡流喷嘴(燃油喷射阀体)的轴线倾斜。在这已有技术中，由于在垂直于涡旋流动的中心线的平面上的涡旋的旋转中心线是遵循着沿喷孔中心线的直线轨迹，即使如果喷孔形成倾斜，涡流也会到达喷孔。到目前为止，在吸入孔中的涡流损失变得较小，而具有强烈的旋转力的涡流向着喷孔运动，由此可促进燃油的颗粒细化，以及由于喷雾角度的增大而使在燃烧室内的喷雾扩散变大，所有这些最终导致燃油燃烧效率的提高。

如果是气缸内喷射式发动机，上述的已有技术的喷油阀通常是设置在气缸的上部，借助于这样的布置，燃油喷射口从喷油阀阀体的长度方向轴线向活塞头的凹腔(在与火花塞相对的位置上)转移，并且在分层燃烧方式时燃油朝着该凹腔偏向喷射，然后借助于凹腔形状燃油喷雾的方向转向火花塞侧。