專利名稱：內燃機的燃料噴射裝置及燃料噴射方法、以及燃料噴射閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于內燃機的燃料噴射裝置，該燃料噴射裝置從進氣門的上游側朝向該進氣門噴射燃料，本發(fā)明還涉及一種內燃機的燃料噴射方法以及一種燃料噴射閥。
背景技術：
在日本未審專利第2001-295738號公報中公開了一種用于內燃機的燃料噴射裝置，其中在燃料噴射閥的頂端部上設置有延伸管，通過該延伸管朝向進氣門噴射燃料。
此外，在日本未審專利第2004-225598號公報中公開了一種燃料噴射閥，其中，在各個氣缸中配置有兩個進氣門的發(fā)動機中，從燃料噴射閥噴射的燃料的流量在從一個進氣門的氣門頭中心部分偏向另一進氣門的位置處為最大值。
根據該燃料噴射閥，抑制了燃料在燃燒室壁上的附著，從而可降低從發(fā)動機排放的碳氫化合物HC的量。
另外，在日本未審專利第2005-120994號公報中公開了一種設置有整流板和蝶形閥的內燃機，該整流板將進氣管的內部通路分隔成上、下分開的通路，該蝶形閥控制朝向進氣管的在該整流板下方延伸的下通路的空氣的進氣流。
當蝶形閥關閉時，空氣只在進氣管上側上的流動通路中流動，結果在燃燒室內產生強烈的翻滾氣流(tumble flow)。
附帶提及，在起動發(fā)動機時，因為進氣門的溫度較低，所以附著在進氣門的氣門頭上的燃料的汽化率較低，而附著在進氣門的氣門頭上的液體燃料的膜厚較大。因此，在起動時，大量燃料以液體狀態(tài)流入燃燒室中，從而使得來自發(fā)動機的碳氫化合物HC的排放量變大。
另外，在以上方式中，在設置整流板以加強翻滾氣流的情況下，進氣管內的空氣運動發(fā)生變化。然而，到目前為止，還沒有使燃料噴霧相對于空氣運動的變化最優(yōu)化。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是使燃料噴霧相對于由于設置整流板而引起的空氣運動的變化最優(yōu)化，以由此有效地汽化所述燃料噴霧。
為了實現上述目的，本發(fā)明提供了一種新穎的用于內燃機的燃料噴射技術，該內燃機設有布置在所述發(fā)動機的進氣管中的整流板，從而可朝向所述空氣運動由于設置所述整流板而被加強的區(qū)域噴射燃料。
在所述整流板將所述進氣管分隔為上下部分的情況下，增加了在上側的流動通路中心處的流速以及在下側的流動通路中心處的流速。因此，在所述進氣門的氣門頭的氣缸直徑方向上的空氣的流速分布在所述氣門頭中心的兩側上成為峰值。因此，通過將大多數的燃料直接排放到所述氣門頭中心的兩側上，可以以良好的效率進行燃料噴霧的汽化。
從以下參照附圖的描述中能理解本發(fā)明的其它目的和特征。


圖1為根據本發(fā)明第一實施例的內燃機的縱向剖視圖；圖2為根據本發(fā)明第一實施例的內燃機的平面圖；圖3為在本發(fā)明第一實施例中的燃料噴射閥的頂端沿圖4的線A-A剖取的剖視圖；圖4為在本發(fā)明第一實施例中的燃料噴射閥的噴嘴板從頂端外側觀察時的平面圖；圖5為在本發(fā)明第一實施例中的燃料噴射閥示意圖，示出了該燃料噴射閥的噴霧狀態(tài)；圖6為在本發(fā)明第一實施例中的進氣門的示意圖，示出了燃料附著在進氣門上的狀態(tài)；圖7為在本發(fā)明第一實施例中的進氣門的示意圖，示出了在該進氣門的氣門頭處的空氣速度的分布；圖8為在本發(fā)明第二實施例中的燃料噴射閥的頂端的剖面圖；圖9為容納本發(fā)明第二實施例中的燃料噴射閥中的噴嘴板的平面圖；圖10為在本發(fā)明第二實施例中的燃料噴射閥的示意圖，示出了該燃料噴射閥的燃料噴霧狀態(tài)；圖11為表示對于在本發(fā)明第二實施例中的每個區(qū)域的總流量的簡圖；圖12為表示在本發(fā)明第一和第二實施例中在進氣沖程期間進氣管內部速度分布的剖面圖；圖13為在本發(fā)明第一和第二實施例中從排氣門側觀察時內燃機的進氣門附近的示意性簡圖；圖14為在本發(fā)明第三實施例中的內燃機的剖面圖；圖15為在本發(fā)明第三實施例中的內燃機的平面圖；圖16為表示在本發(fā)明第三實施例中的進氣門的氣門頭處的空氣運動強度分布的示意圖；圖17為用于對詳細說明在本發(fā)明第三實施例中的噴霧角的參數進行說明的簡圖；圖18為表示在本發(fā)明第三實施例中的燃料噴霧的流量分布的曲線圖；圖19為表示在本發(fā)明第三實施例中相對于進氣門的噴霧直接排放率、汽化率以及HC濃度之間相互關系的曲線圖。
具體實施例方式
第一實施例圖1表示內燃機的縱向剖視圖，圖2示意性地表示該內燃機的上部剖面圖。
發(fā)動機1包括氣缸體2、氣缸蓋9以及插入到氣缸體2中的活塞3，燃燒室4由氣缸蓋9和活塞3形成。
形成在氣缸蓋9中的進氣管5和排氣管6通向燃燒室4，并且在氣缸蓋9中布置有兩個進氣門7A和7B以及兩個排氣門8A和8B。
在進氣管5的上游側布置有燃料噴射閥20。燃料噴射閥20布置在其可朝向進氣門7A和7B噴射燃料的位置?；鸹ㄈ?0設置在燃燒室4的中上部。
整流板30設置在進氣管5內，而翻滾(tumble)控制閥31設置在整流板30的上游側。
整流板30用作將進氣管5中的流動通路分隔為上部和下部的分隔元件，并且其頂端位置在從燃料噴射閥20噴射的燃料噴霧不接觸的區(qū)域中設置在盡可能靠近進氣門7A和7B的位置處。
翻滾控制閥31是用于控制向著整流板30下側的流動通路的進氣流的閥，并由電機(附圖中未示出)驅動。
燃料噴射閥20的燃料噴霧F沿兩個分開的方向行進，一股燃料噴霧FA對準進氣門7A，而另一股燃料噴霧FB對準進氣門7B。
對于燃料噴霧FA和FB，將它們各自的噴射角度確定為使得它們盡可能不撞擊進氣管5的內壁。
圖3和圖4表示燃料噴射閥20的噴嘴部分21，具體地，圖3表示燃料噴射閥20的噴嘴部分21的縱向剖視圖(圖4的A-A的截面)，而圖4為從頂端側觀察時燃料噴射閥20的噴嘴部分21的視圖。
在燃料噴射閥20的噴嘴部分21中，噴嘴板13通過引導件14而固定到支架15上。
在噴嘴板13中鉆有多個噴嘴16。
在支架15內設置有能夠上下運動的球閥17，通過提升球閥17，在引導件14和球閥17之間的小間隙允許燃料流動，從而從噴嘴16噴射燃料。
這里，將兩個進氣門7A和7B的并排方向定義為X軸，將氣缸的直徑方向定義為Y軸，而將氣缸的軸向方向定義為Z軸，噴嘴板13的中心為原點。
如圖4所示定義設置在噴嘴板13中心周圍的第一至第四區(qū)域。
此外，將噴嘴16的中軸線與X軸方向的傾角定義為θX，與Y軸方向的傾角定義為θY。
在各個區(qū)域都鉆有三個噴嘴16，并且這三個噴嘴16的傾角θX和θY分別具有不同的角度。
描述第一區(qū)域，鉆有三個噴嘴16a、16b和16c，與兩個噴嘴16a和16b沿X軸方向的傾角θX相比，噴嘴16c具有較大的傾角θX，而其沿Y軸方向的傾角θY較小。
另一方面，與兩個噴嘴16b和16c沿X軸方向的傾角θY相比，噴嘴16a具有較小的傾角θX，而其沿Y軸方向的傾角θY較大。
噴嘴16b的X軸方向的傾角θX，以及與Y軸方向的傾角θY在噴嘴16a和噴嘴16c的傾角之間。
對其它區(qū)域的其它噴嘴16a、16b和16c而言，第一區(qū)域的噴射噴嘴16a、16b和16c分別圍繞燃料噴射閥20的中軸線轉動90度從而形成軸對稱的形式。
因為在相對于X軸正方向和負方向上以相應角度鉆有噴嘴16，所以在進行燃料噴射時，產生沿進氣門7A和7B的并排方向變寬的兩股燃料噴霧FA和FB。
另外，噴嘴16朝向Y軸的傾斜在第一和第二區(qū)域中設置成沿正方向，而在第三和第四區(qū)域中設置成沿負方向。因此，噴射噴霧FA和FB分別形成有上下并置的所述兩股噴霧，并形成為一個一體的噴霧模式。
因此，在進氣門的氣門頭的中心附近，燃料流量較小，而在從氣門頭中心的進氣系統(tǒng)側以及排氣系統(tǒng)側該流量則分別顯示出一峰值。
因此，如果噴射的燃料附著到進氣門7的氣門頭上，則形成在進氣門7的氣門頭中心附近的燃料液體膜變得比形成在氣門頭的進氣系統(tǒng)側和排氣系統(tǒng)側上的燃料液體膜薄。
圖5表示在使用燃料噴射閥20噴射燃料的情況下燃料噴霧的特性。
圖5B和圖5C的流動分布表示在噴射的燃料通過如圖5A所示的與噴嘴部分相隔100mm的截面A-A時的流量特性。
圖5B表示流量在A-A截面處相等的區(qū)域。著色較深的區(qū)域表示較大的流量。
圖5C表示在與Y軸平行的軸線上通過X軸方向中心的燃料噴霧的流動分布。
如圖5B和圖5C所示，每個燃料噴霧FA和FB的中央截面(B-B)處的流量都在中心部分較低，而在其兩側上顯示一峰值。如果在兩側的峰值流量分別為P1和P3，而中心部分處的流量為P2，則P1和P3近似為P2的1.5倍。
接下來描述在使用燃料噴射閥20進行燃料噴射的情況下，燃料相對于進氣門的附著狀態(tài)。
發(fā)動機為這樣一種發(fā)動機，即在較低負荷和較小轉速下運行時，翻滾控制閥31打開。另外，該發(fā)動機還是這樣一種發(fā)動機，即在進氣門7打開之前，在排氣沖程期間通過燃料噴射閥20進行燃料噴射。
在排氣沖程期間，因為在進氣管5中實際上沒有空氣流，所以沒有干擾燃料噴霧F，而且液體膜形成為附著到進氣門7的氣門頭上。圖6表示緊接著燃料噴射完成后在進氣門7上液體膜FL的形成狀況。
如上所述，從燃料噴射閥20噴射的燃料的流動分布在進氣門的氣門頭的中心部分處減小，而在氣門頭的進氣系統(tǒng)側和排氣系統(tǒng)側(即相對于進氣門中心的Y軸的+Y方向側和-Y方向側)上的流動較大。因此，沉積在進氣門7的氣門頭的中心部分處的液體膜量較小，從進氣門7的氣門頭的中心部分至+Y方向和-Y方向的液體膜量變得比中心部分的液體膜量大。
在進氣沖程開始時，當進氣門7開始打開時，燃燒室4的壓力由于活塞3的下降而減小到比進氣管5的壓力小，從而將空氣吸入到燃燒室4內。
在進氣管5中，因為設置了將內部分隔為上下兩個通路的整流板30，所以空氣分開地在整流板30的上側和下側流動。此時，因為在整流板30的表面上作用有剪切應力，所以空氣速度在整流板30的表面附近下降。此外，在進氣管5的壁面處也同樣作用有剪切應力，從而對于在由整流板30分隔開的上下通路中的氣流而言，在每個通路中的流動的中央處的速度較大，而速度朝向外周減小。
圖12表示在進氣沖程期間進氣管5內的空氣的速度分布。
即使在空氣已經通過布置有整流板30的通路區(qū)域后，空氣動量也不會立即進行擴散，因此在整流板30的下游上，速度分布也具有兩個峰值，即維持了處于上方和下方的上側和下側峰值。
圖7表示在進氣沖程期間朝向進氣門7流入的空氣的速度矢量。如圖7所示，沿進氣門7的氣門頭的中心部分處的液體膜表面流動的氣流速度較低，而沿±Y方向偏離氣門頭中心的部分上產生的液體膜表面流動的氣流速度較大。
進氣門7的氣門頭上的液體膜FL由于空氣的流動而汽化。液體膜的汽化率由以下公式(1)表示。
mv＝K·S·(ρS-ρ∞) (1)其中“mv”為汽化率(kg/s)，“K”為質量轉移率(m/s)，“S”為液體膜的表面積，“ρS”為液體膜表面的飽和蒸汽密度(kg/m3)，而“ρ∞”為空氣中的蒸汽密度(kg/m3)。
上述公式(1)中的質量轉移率K是流速的函數，并由公式(2)表示。
KdD=0.023[|Vg-Vf|dv]0.8Sc0.4---(2)]]>其中“d”為進氣管的直徑(m)，“D”為擴散率(m2/s)，“Vg”為空氣的速度(m/s)，“Vf”為液體膜的速度(m/s)，“v”為空氣的運動粘性系數(m2/s)，而“Sc”為Schmidt數。
如公式(1)和(2)所示，空氣的速度越大，則液體膜的汽化率越大。
因此，燃料的液體膜的汽化率在氣門頭中心附近(流量較小的位置)較低，而在從氣門頭中心沿±Y方向延伸的區(qū)域中產生的液體膜的汽化率較大。
即，在本實施例中，通過在沿±Y方向與進氣門7的氣門頭中心分開的位置處(該處汽化率較高)形成較大量的液體膜，而在氣門頭中心部分(該處汽化效率較差)上減小液體膜量，從而可改善整個液體膜的汽化率。
結果，可減小以液體膜狀態(tài)流入到燃燒室中的燃料，從而可降低從發(fā)動機排出的碳氫化合物HC的量。
第二實施例圖8和圖9表示第二實施例的燃料噴射閥20的噴嘴部分21。圖8為噴嘴部分21的縱向剖面圖，而圖9為從頂端側觀察的噴嘴部分21的視圖。
采用圖8與圖9所示的燃料噴射閥20的內燃機與第一實施例類似。
在燃料噴射閥20的噴嘴部分21的頂端中，通過引導件14將噴嘴板13固定到支架15上。
在噴嘴板13中鉆有多個噴嘴16。
在支架15內設有能夠上下移動的球閥17，通過提升球閥17，引導件14與球閥17之間的小間隙允許燃料流動，從而從噴嘴16噴射燃料。
相對于燃料噴射閥20的中軸線傾斜地鉆出噴嘴16，并且與第一實施例類似地定義X軸、Y軸和Z軸，以及第一至第四區(qū)域。
噴嘴16a沿Y軸方向的傾角θY為零，但它沿著X軸方向具有斜度。
另一方面，噴嘴16b和16c沿著X軸方向和Y軸方向均具有傾角。
噴嘴16c沿Y方向的傾角θY比噴嘴16b的θY小，而噴嘴16c沿X方向的傾角θX比噴嘴16b的θX大。
另外，第二區(qū)域的噴嘴16d、16e以及16f相對于第一區(qū)域的噴嘴16c、16b和16a沿Y-Z平面對稱。
第三區(qū)域和第四區(qū)域的噴嘴相對于第一區(qū)域和第二區(qū)域的噴嘴沿X-Z平面對稱。
噴嘴板13設置在燃料噴射閥20的頂端，從而X軸平行于活塞銷。
圖10表示在使用第二實施例的燃料噴射閥20噴射燃料的情況下的噴霧狀態(tài)。
圖10表示在該噴霧狀態(tài)下當噴射出的燃料通過如圖10A所示的、在噴嘴下方100mm處的截面A-A時的燃料噴霧F的流動分布。
如圖10B所示，燃料噴霧FA和FB的流動分布近似對稱。
截面B-B的流動分布成為這樣的分布，即該分布在中心部分處降低而在中心部分的任何一側上的進氣系統(tǒng)側和排氣系統(tǒng)側上具有峰值。這是與第一實施例相同的分布特性。
另一方面，截面C-C的流動分布成為這樣的分布，即該分布在中心部分處近似為零，而在其相對側上具有兩個峰值P4和P5。P4和P5位于閥中心內側。
另外，如圖11所示，如果燃料噴霧FA和燃料噴霧FB之間的中心位置為“a”，進氣門的中心位置為“b”，而噴霧最外側的位置為“c”，則“a”與“b”之間的噴霧流量的積分值設置為比“b”和“c”之間的噴霧流量的積分值大。
接下來描述在使用燃料噴射閥20進行燃料噴射的情況下，燃料附著到進氣門上的狀況。
現在，為了簡潔起見，假設發(fā)動機1在低負荷和低轉速下運行，而且翻滾控制閥31打開。此外，假設在進氣門7打開之前，在排氣沖程期間通過燃料噴射閥20執(zhí)行燃料噴射。
在排氣沖程期間噴射燃料，而且在這樣的階段開始燃料噴射，即，至少在進氣門7打開之前完成燃料噴射。
在排氣沖程期間，因為在進氣管5中實際上沒有空氣流，從而沒有干擾燃料噴霧F，并且液體膜形成為附著到進氣門7的氣門頭上。
如上所述，流動分布在進氣門7的氣門頭的中心部分減小，而在進氣門7的進氣系統(tǒng)側和排氣系統(tǒng)側(即相對于進氣門中心的+Y方向側和一Y方向側)上的流動較大。此外，在兩個進氣門7A和7B內側的流動較大，而在外部較小，從而在流動較大的部位處的液體膜的量較大。
兩個進氣門7A和7B的內側是指由這兩個進氣門7A和7B夾在中間的一側。
在進氣沖程開始時，當進氣門7開始打開時，空氣由于活塞3的下降而被吸入到燃燒室4中。
在進氣管5中，因為存在整流板30，所以空氣分開地在整流板30的頂側和底側流動。
此時，因為剪切應力作用在整流板30的表面上，所以空氣速度在整流板30的表面附近下降。此外，在進氣管5的壁面處也同樣作用有剪切應力，因此在整流板30的頂部通路和底部通路中流動的氣流具有這樣的流動分布，即速度在各個流動通路中心處較高。
圖12表示在進氣沖程期間在進氣管5內的進入空氣的速度分布。
同樣，在空氣已經通過布置有整流板30的區(qū)域后，空氣動量也不會立即進行擴散，因此在整流板30的下游上，也保持了具有兩個峰值(一個位于上側，另一個位于下側)的速度分布。
即，沿進氣門7的氣門頭的中心部分處的液體膜表面流動的氣流速度較低，而沿著從進氣門7的氣門頭中心在±Y方向上形成的液體膜表面的流動的氣流速度較大。結果，促進了沿著自進氣門7的氣門頭中心在±Y方向上形成的液體膜的汽化。
同時，將利用圖13對形成在兩個進氣門7內側的液體膜的性態(tài)進行描述。
圖13為從排出側觀察的發(fā)動機在進氣沖程期間的視圖。
如上所述，在本實施例中，在兩個進氣門7內側的液體膜的量比兩個進氣門7外側的液體膜的量大。
在進氣沖程中，來自進氣管5的空氣從進氣門7的外周進入燃燒室。在本實施例的發(fā)動機中，已經從進氣門7A的內側進入的空氣與已經從進氣門7B進入的空氣撞擊，從而使來自兩側的空氣混合，并形成較強的氣流GF，該氣流下降進入燃燒室。
由于在進氣門7內側流動的氣流，在兩個進氣門7內側產生的一部分液體膜FL以液相狀態(tài)流入到燃燒室內側。然而，由于該較強的氣流GF，促進了霧化和汽化，從而使該液體膜在燃燒室內被氣體化。
此外，已經從兩個進氣門7的內側進入的液體膜隨著距燃燒室壁表面的距離而變快。而且，因為流動GF的方向是沿著燃燒室的軸向方向，從而液體膜并不能很容易地附著在燃燒室的壁表面上。
另一方面，對于已經從兩個進氣門7的外側進入的液體膜而言，因為離燃燒室壁表面的距離較近，并且那里的流動方向是朝向燃燒室壁表面，所以該液體膜容易與燃燒室壁表面撞擊。
與燃燒室壁表面撞擊的液相燃料形成壁流，因此不容易汽化，并且不經過燃燒就排出，從而增加了從發(fā)動機排放的碳氫化合物HC。
即，在第二實施例中，通過在沿每個進氣門中心的±Y方向在進氣門7上產生較大量的液體膜，使其具有與第一實施例相同的效果。另外，通過在兩個進氣門7(7a和7b)的內側形成較大量的液體膜，可以抑制在燃燒室上出現壁流，并且可通過利用在所述兩個進氣門的內側通過并進入到燃燒室中的高速氣流來促進形成在兩個進氣門7a和7b內側的液體膜的汽化。結果，可抑制從發(fā)動機的碳氫化合物HC排放。
第三實施例圖14為內燃機的剖視圖，圖15為圖14的平面圖。
如圖14和圖15所示，在內燃機51中，活塞54插入到形成在氣缸體52中的氣缸53中，從而能夠在氣缸53中往復運動。
氣缸蓋55裝配到氣缸53的頂部上，從而由活塞54的頭部和氣缸蓋55形成燃燒室61。
火花塞62設置在氣缸蓋55的中心部分處。另外，兩個進氣門56a和56b以及兩個排氣門57a和57b布置在氣缸蓋55中，且火花塞62位于中心。
在氣缸蓋55中形成有進氣端口58，該進氣端口58連接至兩個進氣門56a和56b的氣門座。進氣端口58從氣缸53的斜上方延伸到氣缸蓋55，并沿途分支為兩支，連接到相應的進氣門56a和56b的氣門座上。
在進氣端口58的分支點的上游側上設置有整流板59，該整流板59將進氣端口58內側的空氣分布通道分隔為沿氣缸53的軸線方向觀察的上下兩個通道。
這里，與圖1所示的第一實施例的發(fā)動機1類似，設置有用于打開/關閉由整流板59隔開的下通道側上的空氣通路的閥，并且通過關閉該閥可加強氣缸內側的翻滾氣流。
然而，應理解，進氣端口58內側的上述空氣運動的特性顯示了空氣流動通過兩個空氣通路(即在整流板59的下通道側上的空氣通路以及在上通道側上的空氣通路)的情況下的特性。
此外，在進氣端口58的上通道側距進氣端口58的分支點更上游側處裝配有噴射閥60。噴射閥60通過利用電磁線圈的電磁吸引力提升閥體而打開，從而分別沿兩個對準各個進氣門56a和56b的方向噴射燃料。
從噴射閥60噴射的燃料例如為汽油。
整流板59的位置、噴射閥60的位置以及噴霧角度設置成使得整流板59不與來自噴射閥60的燃料噴霧相干涉。
從噴射閥60噴射的燃料與經由進氣門56a和56b的空氣一起被吸入到燃燒室61內部。燃燒室61內部的燃料通過火花塞62的火花點火而點燃，從而產生向下推動活塞54的動能。然后，經由排氣門57a和57b將排氣從燃燒室61中排出。
這里，從噴射閥60向每個進氣門56a和56b噴射的燃料噴霧的形狀被設置為這樣的形狀，即在與空氣流垂直的平面內，該形狀沿與進氣端口58內部被整流板59分隔為上下部分的方向相對應的方向伸長。
另外，從噴射閥60向每個進氣門56a和56b噴射的燃料噴霧的中軸線被設置成穿過朝著靠近相鄰進氣門56a和56b一側偏離進氣門56a和56b的氣門頭中心的位置。
此外，從噴射閥60噴射的燃料撞擊到進氣門56a和56b的氣門頭的與相鄰進氣門56a和56b接近的區(qū)域上。另外在頂部和底部，燃料撞擊到進氣端口58的各相應內壁上(參見圖15)。
在整流板59設置在進氣端口58中的情況下，進氣端口58內的空氣運動在整流板59的任何一側上的頂部和底部處成為較強，并且燃料噴霧撞擊到其上的進氣端口58的內壁由于整流板59而成為空氣運動較強的區(qū)域。
因此，對撞擊到進氣端口58的內壁上的燃料噴霧而言，即使在低溫起動時，也通過空氣運動較強的環(huán)境而促進了汽化。
另一方面，由于撞擊到進氣端口58內壁上的一部分燃料噴霧，至進氣門56a和56b的氣門頭上的燃料的直接排放率下降。結果，在低溫起動時進氣門56a和56b的溫度較低的條件下，可使附著到氣門頭上的液體燃料的膜厚變薄，從而可實現加速附著到氣門頭上的燃料的汽化率。
如圖16所示，在進氣門56a和56b的氣門頭中，在中心部分兩側上的空氣運動較強，而在空氣運動較強的部分處，液體燃料的膜厚較薄，從而獲得較高的汽化率。然而，在氣門頭的中心部分處，空氣運動相對較弱，從而液體膜的膜厚較厚。
這里，通過也將燃料直接排放到進氣端口58的內壁上，減小了相對于進氣門56a和56b的氣門頭的直接排放率，并且可以使附著到氣門頭(包括氣門頭的空氣運動相對較弱的中心附近的部分)的液體燃料的膜厚普遍較薄。
因此，與所有的燃料噴霧撞擊到進氣門56a和56b的氣門頭上的情況相比，可促進低溫起動時進氣端口58內部的汽化，而且可使低溫起動時燃料空氣的混合物均勻化，從而可降低碳氫化合物HC的排放量。
接下來，將更加詳細地描述噴射閥60的噴射角度的設置。
首先，如圖17A、圖17B和圖17C所示，與整流板59相垂直地，燃料噴霧在含有一股燃料噴霧的中軸線的平面內的擴散角(沿大致垂直方向的擴散角)為θ3，指向各個進氣門56a和56b的兩股燃料噴霧的、由各自中軸線限定的角度為“θ1”，而燃料噴霧的在含有所述兩股燃料噴霧的中軸線的平面內的擴散角(沿橫向方向的擴散角)為“θ2”。另外，以噴射閥60的噴霧位置為基點，由連接所述基點和兩個進氣門56a和56b的相應中心的直線所對的角度為“θbase”。
上述角度θ1、θ2、θ3和θbase被設置成滿足以下關系。
θ1θbase的65％至75％θ2θbase的60％至70％θ3θbase的75％至85％此外，撞擊到進氣門56a和56b的氣門頭上以及撞擊到進氣端口58的內壁上的燃料噴霧的流動分布如圖18A、圖18B和圖18C所示。
圖18A、圖18B和圖18C表示距離噴射閥60的頂端約100mm處的橫截面內的流動分布。
對連接兩個進氣門56a和56b的氣門頭的中心的線上的流動分布(截面B-B上的流動分布)而言，如圖18B所示，在中心部分處的流量P2約為0％，而在兩側處，流量顯示出峰值P1和P3。流量成為峰值P1和P3的位置在進氣門56a和56b的氣門頭中心的內側。
另外，對沿燃料噴霧的縱向方向(截面為近似橢圓形)的流動分布而言，即對沿進氣端口58的大致垂直方向的流動分布(C-C截面的流動分布)而言，如圖18C所示，流量在氣門頭的中心處最小，并且成為在氣門頭兩側上顯示出峰值P4和P6的分布。
這里，峰值P1、P3、P4和P6都被設置為小于8％。另外，附著到進氣門56a和56b的氣門頭上的燃料的體積被設置成在20至50mm3的范圍內。
在對準進氣門56a和56b的氣門頭的中心部分噴射燃料、并且全部燃料噴霧都撞擊到進氣門56a和56b的氣門頭上的情況下，流動分布在氣門頭的中心處成為峰值，且該峰值成為約15％。
在上述方式中，燃料噴霧撞擊到進氣門56a和56b的氣門頭上，并且還撞擊到進氣端口58的內壁上，從而降低了燃料噴霧撞擊到進氣門56a和56b的氣門頭上的撞擊率。因此，即使在低溫起動時，也可防止附著到氣門頭上的液體燃料薄膜變厚。
同時，為了降低至進氣門56a和56b的氣門頭上的直接排放率，燃料噴霧撞擊到進氣端口58的內壁。然而，燃料噴霧所撞擊的進氣端口58的內壁部分為空氣運動由于整流板59而較強的區(qū)域。因此，可以使撞擊到進氣端口58內壁上的燃料有效地汽化。
因此，即使例如在低溫起動時，大量燃料也不會以液態(tài)形式流入到燃燒室61中，從而可降低從發(fā)動機排放的碳氫化合物HC的量。
此外，在每個氣缸都設置有兩個進氣門56a和56b的情況下，空氣運動在兩個進氣門56a和56b的氣門頭的中心內側上的區(qū)域的頂部和底部處較強。
因此，通過使指向進氣門56a和56b的燃料噴霧的中心線從氣門頭的中心偏向接近相鄰的進氣門56a和56b的一側，可使燃料噴霧撞擊到進氣端口58內壁的空氣運動最強的區(qū)域上，從而可使汽化率甚至更快。
圖19描述了基于進氣門56a和56b的氣門頭上的燃料的直接排放率的、在所述燃料噴射裝置和所述燃料噴射閥中的噴霧的特性。
如圖19所示，如果至進氣門56a和56b的內側部分的燃料的直接排放率在45％至70％的范圍內，則氣門頭上的汽化率在基準值之上，而從內燃機51排放的碳氫化合物HC的濃度可保持在臨界值之下。
通過將燃料的直接排放率保持在45％至70％的范圍內，可以使附著到進氣門56a和56b的氣門頭上的燃料的體積為20至50mm3。
此外，在氣缸孔與用于燃燒室61的進氣端口58的開口邊緣之間的距離較近的情況下，于是當燃料噴霧撞擊到進氣端口58的內壁上時，不能被充分汽化的液體燃料被直接帶入到氣缸內部的氣流中，從而存在防止形成均勻混合物的可能性。
因此，在氣缸孔與用于燃燒室61的進氣端口58的開口邊緣之間的距離大于預定值的情況下，指向進氣門56a和56b的燃料噴霧的中心線朝向接近相鄰的另一個進氣門56a和56b的一側偏移，從而燃料噴霧撞擊到進氣端口58的內壁上。
因此，即使在撞擊到進氣端口58的內壁的空氣運動較強的區(qū)域上的燃料噴霧不能被充分汽化的情況下，也可避免燃料噴霧以液態(tài)形式被直接帶入氣缸內側的空氣流中的情形。
在為每個氣缸僅設置一個進氣門的內燃機中，燃料噴霧被設置成沿由整流板59分隔進氣端口內部的方向伸長的形狀，從而通過分別朝向每個進氣門的氣門頭和對應于進氣端口的內壁沿縱向方向直接排放該燃料，可以實現與上述實施例相同的操作和效果。
另外，燃燒室61的形狀、以及火花塞相對于燃燒室61的位置不限于圖14所示的結構。
此外，能夠可變地配置噴射閥60的噴霧角度，并且在低溫條件下燃料噴霧能夠分別撞擊進氣門56a和56b的氣門頭以及對應于進氣端口8的內壁，而在暖機后，燃料噴霧能夠僅撞擊到進氣門56a和56b的氣門頭上。
對于第三實施例的噴射閥60而言，可以采用如圖8和圖9所示的具有噴嘴板的燃料噴射閥。
這里，引入于2005年9月12日提交的日本專利申請No.2005-263167、2005年的9月29日提交的日本專利申請No.2005-285213以及2006年7月21日提交的日本專利申請No.2006-199281的全部內容作為參考。
盡管只選擇了所選的實施例來說明本發(fā)明，但對本領域內技術人員顯而易見的是，從本公開出發(fā)，在不偏離所附權利要求限定的本發(fā)明范圍的情況下可作出各種變化和改進。
另外，僅為了示例的目的、而不是為了限制由所附權利要求及其等同物所限定的本發(fā)明的目的提供以上對根據本發(fā)明的實施例的描述。
權利要求
1.一種用于內燃機的燃料噴射裝置，該燃料噴射裝置包括燃料噴射閥，該燃料噴射閥裝配到進氣門上游側的進氣管上；以及整流板，該整流板分隔所述進氣管內部的空氣分布通道；其中所述燃料噴射閥朝著空氣運動被所述整流板加強的區(qū)域噴射燃料。
2.根據權利要求1所述的用于內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，所述燃料噴射閥直接將燃料噴霧排放到所述進氣門的氣門頭上的以及所述進氣管的內壁上的、其中空氣運動被所述整流板加強的區(qū)域。
3.根據權利要求1所述的用于內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，所述燃料噴射閥指向所述進氣門的氣門頭的空氣運動較強的區(qū)域噴射燃料。
4.根據權利要求3所述的用于內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，所述燃料噴射閥的燃料噴霧的外周撞擊到所述進氣管內壁的、空氣運動被所述整流板加強的區(qū)域上。
5.根據權利要求4所述的用于內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，所述進氣管的內壁存在空氣運動被所述整流板加強的區(qū)域，并且來自所述燃料噴射閥的燃料噴霧撞擊到距離氣缸孔一預定距離或離該氣缸孔更遠的區(qū)域上。
6.一種用于內燃機的燃料噴射裝置，該燃料噴射裝置包括燃料噴射閥，該燃料噴射閥被裝配到進氣門的上游側的進氣管上；以及整流板，該整流板分隔所述進氣管內側的空氣分布通道；其中從所述燃料噴射閥噴射的燃料噴霧在所述進氣門的氣門頭上的流動分布，在所述進氣門的氣門頭的中心的任一側上沿所述進氣管內部被所述整流板分隔的方向的兩個位置處顯示出最大值。
7.根據權利要求6所述的用于內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，所述燃料噴射閥的燃料噴霧在與所述流動垂直的平面上的噴霧形狀被設置成沿所述進氣管內部被所述整流板分隔的方向伸長的形狀，并且沿所述伸長方向的燃料噴霧分別撞擊到所述進氣門的氣門頭上以及所述進氣管的相應內壁上。
8.根據權利要求7所述的用于內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，從所述燃料噴射閥噴射的燃料的燃料噴霧撞擊到所述進氣門的所述氣門頭上的百分比在40％至70％的范圍內。
9.根據權利要求6所述的用于內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，所述內燃機為每個氣缸設置兩個進氣門，并且所述整流板沿分隔形成上下通道部分的方向分隔所述進氣管的空氣分布通道，所述燃料噴射閥朝向所述兩個進氣門中的每個進氣門噴射燃料，并且所述燃料噴射閥的燃料噴霧的中心朝向相鄰的另一個進氣門側偏離所述進氣門的所述氣門頭的中心。
10.根據權利要求6所述的用于內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于所述內燃機為每個氣缸設置兩個進氣門，并且所述整流板沿分隔形成上下通道部分的方向分隔所述進氣管的空氣分布通道，所述燃料噴射閥朝向所述兩個進氣門中的每個進氣門噴射燃料，并且在各個從所述兩個進氣門之間的中心位置朝向每個進氣門中心延伸的區(qū)域中的燃料流的總體積比在每個進氣門中心外部區(qū)域中的燃料流的總體積大。
11.根據權利要求6所述的用于內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，所述內燃機為每個氣缸設置兩個進氣門，并且所述燃料噴射閥設有噴嘴板，該噴嘴板開設有噴嘴，并且多個噴嘴分別設置在圍繞所述噴嘴板中心的四個區(qū)域中，從分別設置在四個區(qū)域中的所述多個噴嘴噴射的燃料形成為單股噴霧，從而總共四股燃料噴霧形成為沿相互不同的方向對準，并且所述四股燃料噴霧中的兩股一組對準各個進氣門。
12.根據權利要求11所述的用于內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，所述多個開設在所述燃料噴射閥的所述噴嘴板中的噴嘴與所述噴嘴板中心呈同心圓布置。
13.一種裝配到內燃機的進氣管的燃料噴射閥，該進氣管設置有分隔所述進氣管內的空氣分布通道的整流板，所述整流板布置在進氣門上游的位置處，其中所述燃料噴射閥具有朝向空氣運動由于所述整流板而較強的區(qū)域噴射燃料的方向性。
14.根據權利要求13所述的燃料噴射閥，其特征在于，所述燃料噴射閥具有朝向所述進氣門的氣門頭和所述進氣管的內壁噴射燃料的方向性，在這些區(qū)域中，空氣運動由于所述整流板而較強。
15.根據權利要求13所述的燃料噴射閥，其特征在于，所述燃料噴射閥具有朝向所述進氣門的氣門頭的空氣運動較強的區(qū)域噴射燃料的方向性。
16.根據權利要求15所述的燃料噴射閥，其特征在于，所述燃料噴射閥的燃料噴霧的外周撞擊在所述進氣管內壁的空氣運動被所述整流板加強的區(qū)域上。
17.根據權利要求16所述的燃料噴射閥，其特征在于，所述燃料噴射閥的燃料噴霧撞擊到所述進氣管內壁的這樣的區(qū)域上，在該區(qū)域中空氣運動被所述整流板加強，并且該區(qū)域距離氣缸孔一預定距離或離氣缸孔更遠。
18.一種裝配到內燃機的進氣管上的燃料噴射閥，該進氣管在所述進氣門的上游側設置有分隔所述進氣管內的空氣分布通道的整流板，其中，從所述燃料噴射閥噴射的燃料噴霧在所述進氣門的氣門頭中的流動分布，在所述進氣門的所述氣門頭的中心的任一側上沿所述進氣管內部被所述整流板分隔的方向的兩個位置處顯示出最大值。
19.根據權利要求18所述的燃料噴射閥，其特征在于，所述燃料噴射閥的燃料噴霧在與所述流動垂直的平面中的噴霧形狀被設置成沿所述進氣管內部被所述整流板分隔的方向較長的形狀，并且沿所述縱向方向的燃料噴霧分別撞擊到所述進氣門的氣門頭以及所述進氣管的相應內壁上。
20.根據權利要求19所述的燃料噴射閥，其特征在于，從所述燃料噴射閥噴射的燃料的燃料噴霧撞擊到所述進氣門的所述氣門頭上的百分比在40％至70％的范圍內。
21.根據權利要求18所述的燃料噴射閥，其特征在于，所述內燃機為每個氣缸設置兩個進氣門，并且所述整流板沿分隔形成上下通道部分的方向分隔所述進氣管的空氣分布通道，所述燃料噴射閥朝向所述兩個進氣門中的每個進氣門噴射燃料，并且所述燃料噴射閥的燃料噴霧的中心朝向相鄰的另一個進氣門側偏離所述進氣門的所述氣門頭的中心。
22.根據權利要求18所述的燃料噴射閥，其特征在于所述內燃機為每個氣缸設有兩個進氣門，并且所述整流板沿分隔形成上下通道部分的方向分隔所述進氣管的空氣分布通道，所述燃料噴射閥朝向所述兩個進氣門中的每個進氣門噴射燃料，并且從所述兩個進氣門之間的中心位置到每個所述進氣門的中心的各個區(qū)域中的燃料流的總體積比在每個進氣門中心外部區(qū)域中的燃料流的總體積大。
23.一種燃料噴射閥，該燃料噴射閥包括噴嘴板，該噴嘴板在其中開設有多個噴嘴，其中，在圍繞所述噴嘴板中心的四個區(qū)域中分別形成有多個噴嘴，并且從所述四個區(qū)域中的每個區(qū)域中的多個噴射噴嘴噴射的燃料被集中成單股噴霧，并且針對所述四個區(qū)域集中為所述四個單股噴霧的燃料噴霧朝向相互不同的方向。
24.根據權利要求23所述的燃料噴射閥，其特征在于，所述多個噴嘴與所述噴嘴板中心呈同心圓布置。
25.一種控制內燃機燃料噴射的方法，該內燃機包括裝配到進氣門的上游側的進氣管上的燃料噴射閥；以及將所述進氣管內部的空氣分布通道分隔為上下部分的整流板，該方法包括以下步驟從所述燃料噴射閥向所述進氣門的氣門頭噴射燃料，從而使所述氣門頭的流動分布在以所述氣門頭為中心的進氣系統(tǒng)側和排氣系統(tǒng)側的每一側成為最大。
26.根據權利要求25所述的用于控制內燃機的燃料噴射的方法，其特征在于，噴射燃料的步驟為朝向所述進氣門的氣門頭并朝向以所述氣門頭為中心的進氣系統(tǒng)側和排氣系統(tǒng)側上的進氣管內壁噴射燃料。
全文摘要
本發(fā)明提供了內燃機的燃料噴射裝置及燃料噴射方法以及燃料噴射閥。以這樣的方式構成內燃機的燃料噴射技術，即在發(fā)動機的進氣管內部被整流板分隔為上下流動通路的情況下，增加了上側流動通路中心處的流速以及下側流動通路中心處的流速。因此，沿進氣門的氣門頭的氣缸直徑方向的空氣流速分布在所述氣門頭中心的兩側上成為峰值。因此，通過使大多數噴射的燃料噴霧撞擊到所述氣門頭的中心的兩側上，可以以較好的效率進行燃料噴霧的汽化。
文檔編號F02M51/08GK1940275SQ200610153818
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月12日 優(yōu)先權日2005年9月12日
發(fā)明者小田智晃, 古館仁, 古屋純一, 助川義寬 申請人:株式會社日立制作所