JP2013256951A - 段付きオリフィス穴 - Google Patents

Abstract

【課題】段付きオリフィス穴を提供する。
【解決手段】燃料噴射装置の一部として使用されるオリフィスプレート。オリフィスプレートは、ベース部分と、ベース部分と一体に形成されたオフセット部分と、流入側と、流出側とを有し、ベース部分およびオフセット部分は、流入側および流出側の一部である。複数の出口開口は、オフセット部分と一体に形成される。複数の各出口開口は、複数の段付き部分および少なくとも１つの内径を有し、各出口開口は、オリフィスプレートを貫通する中心軸に対して角度をなして配置される。各出口開口は、内径寸法の約２倍の深さとされ、流体が出口開口を流れるときに、流体を最適に噴霧化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、概略的には噴射装置に関し、より詳細には、燃料の十分な噴霧化を可能にする燃料噴射装置用のオリフィスディスクに関する。

噴射装置は、内燃機関のシリンダ内に燃料を噴射するために一般的に使用される装置である。エンジンの効率を改善する方法の１つは、燃料を「噴霧化した」形態で噴射することである。噴霧化した燃料の方が遙かに効率的に燃焼し、可能な限り多くの燃料が使用されるのを可能にする。

様々な材料特性を有し、様々な温度変化に対して異なって反応する様々なタイプの燃料に対して、多くの場合、異なる燃料噴射装置が使用される。そのような燃料タイプの１つに、寒い天候状態時に凍結または凝固するエタノールがある。エタノールと共に使用される燃料噴射装置の動作を改善して、エタノールの凍結をなくすために、多くの試みがなされてきた。

噴霧の生成、すなわち噴霧化は、流体流れを特定の方向に送りながら小滴に分裂させることで生じる。流体流れの分裂は、流体がオリフィス穴を出るときに、流体を乱流の状態に保つことでさらに促進される。流体の噴霧化に影響を及ぼす要因の１つは、流体が噴射装置を出るときに通過する出口オリフィスまたは出口開口の形状である。一部の噴射装置は、流体が通過するいくつかの出口開口を有することができるプレートを含む。流体流れが出口開口の壁に対して層流または流線型になった場合、流体滴は細長くなり、大形の滴または「リガメント」を形成する。リガメントの大きさの定義は、ザウター平均粒径（ＳＭＤ）の粒径寸法によって定量化される。

この粒径に関与する要因の１つは、Ｌ／Ｄ比とも呼ばれる、出口開口の壁の直径に対する出口開口の材料厚さ、またはその壁の深さの比率である。出口開口の深さまたは厚さが最小化されると、噴霧化が改善される。しかし、噴霧化を改善するために、単一の厚さであるプレートを使用して出口開口の厚さを最小化するには、プレートを形成するのに使用される材料が同様に厚さを最小化される必要もあり、その結果、プレートの溶接特性が低下して、組立時にプレートを噴射装置に溶接するのがいっそう困難になる。

出口開口の厚さが、０．００６インチなど特定の値を超え、Ｌ／Ｄ比が１．０に近い場合、液体の形態の流体または燃料は開口の壁に再付着し、リガメントおよびより大形の滴の原因となる。リガメントは、多くの場合、噴射装置内に蓄積し、コールドスタート時に問題を引き起こす。

上記に鑑み、滴径を小さくし、したがって、リガメントおよび大形の滴の形成を低減するか、またはなくし、それでもなお、プレートが望ましい溶接特性を維持する、燃料噴射装置で使用される出口開口またはオリフィスを有するプレートが必要である。

本発明とは、燃料噴射装置の一部として使用されるオリフィスプレートである。オリフィスプレートは、ベース部分と、ベース部分と一体に形成されたオフセット部分と、流入側とを有し、ベース部分およびオフセット部分は流入側の一部である。オリフィスプレートはまた流出側を含み、ベース部分およびオフセット部分は流出側の一部でもある。オリフィスプレートはまた、流入側に配置されるようにオフセット部分の一部として形成された陥凹面と、オフセット部分の一部として形成された隆起面とを有し、隆起面は流出側に配置される。内側側壁は陥凹面に隣接し、外側側壁は隆起面に隣接する。複数の出口開口は、オフセット部分と一体に形成される。燃料が各出口開口を通過するときに燃料を最適に噴霧化するために、複数の各出口開口は複数の段付き部分を含み、各出口開口は、内径寸法の２倍の深さとされる。

本発明の目的は、複数の出口開口を有し、複数の出口開口が、噴射装置を流れる燃料の噴霧化を改善する、単一の材料片でできた、または単一プレートであるオリフィスプレートを提供することである。

本発明の別の目的は、製造プロセス時にオリフィスの流れ直径を調整し、コイニング加工することで、オリフィスプレートを通る流量を調整することである。

本発明のさらに別の目的は、ディンプル形状の使用により噴霧パターンを制御し、材料厚さを局所的に薄くすることで、燃料流れの分裂を改善することである。

本発明を適用可能なさらなる分野が、下記に提示した詳細な説明から明らかになるであろう。当然のことながら、詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示すが、説明のみを目的とすることを目的とし、本発明の範囲を限定することを目的とするものではない。

詳細な説明および添付の図面から本発明がより完全に理解されるようになるであろう。

本発明の実施形態によるオリフィスプレートを有する燃料噴射装置の部分側断面図である。 本発明の実施形態によるオリフィスプレートの流入側の斜視図である。 本発明の実施形態によるオリフィスプレートの流出側の斜視図である。 本発明の実施形態による、プレート内にパンチで形成された第１の段付き部分を有するオリフィスプレートの部分側断面図である。 本発明の実施形態による、プレート内にパンチで形成された第１の段付き部分および第２の段付き部分を有するオリフィスプレートの部分側断面図である。 本発明の実施形態による、プレート内にパンチで形成された第１の段付き部分、第２の段付き部分、および第３の段付き部分を有するオリフィスプレートの部分側断面図である。 本発明の実施形態による、プレートがブランクから取り出される前のオリフィスプレートの流入側の平面図である。 本発明の実施形態による、プレートがブランクから取り出される前のオリフィスプレートの流出側の底面図である。 本発明の実施形態による、オリフィスプレートを形成するために使用されるプロセスのフローチャートである。

好ましい実施形態の以下の説明は本来単なる例示であり、決して、本発明、その用途、または使用を限定することを意図するものではない。

本発明の実施形態による段付きオリフィス開口または穴を有するオリフィスプレートが、全体として１０で図に示されている。プレート１０は、燃料などの流体が通過するのを可能にする、全体として１２で示す少なくとも１つの段付き開口を有するが、一部の実施形態では複数の段付き開口を有する。

プレート１０は単体部品であり、ベース部分１４およびオフセット部分１６を有する。オフセット部分１６は、全体として２０で示す流入側に陥凹面１８を形成し、さらに、全体として２４で示す流出側に隆起面２２を形成している。外側側壁２８に対して実質的に平行な内側側壁２６が陥凹面１８を囲み、外側側壁２８は、隆起面２２に隣接している。オフセット部分１６は、複数の各段付き開口１２が、プレート１０の中心に対して角度をなすように湾曲しているか、または形状が少なくとも部分的に球形である。

各段付き開口１２は、少なくとも１つの段付き部分、図に示す実施形態では複数の段付き部分を含む。より具体的には、各段付き開口１２は、全体として３０で示す第１の段付き部分と、全体として３２で示す第２の段付き部分と、全体として３４で示す第３の段付き部分とを含む。各段付き部分３０，３２，３４は、様々な面を有する。第１の段付き部分３０は、第１の内径（ＩＤ）面３６および第１の段面３８を有し、第２の段付き部分３２は、第２のＩＤ面４０および第２の段面４２を含み、第３の段付き部分３４は、第３のＩＤ面４４を含む。

各段付き部分３０，３２，３４は、内径および深さを有する。第１の段付き部分３０は、約０．０２５インチの第１の内径４６と、約０．００３インチの第１の深さ４８とを含む。第２の段付き部分３２は、約０．０１４インチの第２の内径５０と、約０．００１５インチの第２の深さ５２とを含む。第３の段付き部分３４は、約０．００７インチの第３の内径５４と、やはり約０．００１５インチの第３の深さ５６とを含む。第３の段付き部分３４はまた、燃料が流れる開口５８（出口オリフィスと呼ばれることもある）を含む。各内径４６，５０，５４および深さ４８、５２、５６は、オリフィスプレート１０が様々な用途で使用されることを可能にするように変えることができる。

第３の内径５４および第３の深さ５６を有する第３の段付き部分３４は、２つの間の比率が可能な限り小さくなるようなものとされる。ただし、第３の深さ５６の厚さは、燃料のジェット流れの分裂を改善するために短くされるが、第３の深さ５６の厚さは、必要な溶接頑強性を満たすために十分に厚くなければならない。好ましい実施形態では、第３の深さ５６は、第３の内径５４の寸法の２倍である。一実施形態では、第３の深さ５６は約０．００３０インチであるが、さらに他の寸法とすることができるのは本発明の範囲内である。

オリフィスプレート１０は、いくつかの方法で製造することができる。実施形態では、一連の順送型を使用してプレート１０を形成する。プレート１０を形成するのに使用されるプロセスについて記載した流れ図が、全体として１００で図７に示されている。オリフィスプレート１０は、最初に、０．００６インチの全体厚さを有するブランクまたはベースプレート６０の形態であり、ベースプレート６０の一部が図４Ａ〜４Ｃ、図５、および図６に示されている。第１のステップ１０２で、案内および位置決め穴を使用して、ブランク６０を適切に位置合わせし（ブランクの一部だけが図に示されている）、ブランク６０が図４Ａに示す通りになるように、第１のダイが材料の一部を打撃して、材料の一部をブランク６０内で移動させる。この第１のステップ１０２中に、第１の段差部分３０が形成され、上記のように、第１の段差部分３０は、約０．００３インチの深さ４８を有する。

第２のステップ１０４は、第２のパンチング工程を行うためにブランク６０を下加工する平坦化工程である。第３のステップ１０６は、第２のパンチを使用して、図４Ｂに示すような第２の段付き部分３２を形成する。上記のように、第２の段付き部分３２の第２の深さ５２は約０．００１５インチであるが、さらに他の寸法を使用できることは本発明の範囲内である。第４のステップ１０８は、最終パンチング工程を行うためにブランク６０を下加工する別の平坦化工程を行う。第５のステップ１１０では、図４Ｃに最もよく示すように、第３の段付き部分３４が形成され、それにより、さらに出口開口５８を形成する。第３の内径５４は約０．００７インチであるが、必要な流れおよび使用される材料のタイプに応じて、さらに他の直径寸法が使用できることは本発明の範囲内である。

第６のステップ１１２は、プレート１０の一部を移動させてオフセット部分１６を形成する。これはまた、少なくとも丸い部分、または部分的に球形の形状を有するパンチを使用することで行われる。図１に最もよく示すように、各開口５８は軸６２を含み、オフセット部分１６は、各開口５８が中心軸または垂直軸６６に対して角度６４で配置されるように湾曲するか、または形状が少なくとも部分的に球形であり、垂直軸６６は、プレート１０の中心を貫通する。この角度６４は、通常、０°〜１５°の範囲にある。

第７のステップ１１４は、図５〜６に示しているが、ベース部分１４からタブ６８を切り離し、それにより、プレート１０からタブ６８および外側部分８４を除去して、完成したプレート１０ができる。このステップ１１４の前に、すべての段付き部分３０、３２、３４、およびオフセット部分１６がプレート１０に形成され、図５〜６に示すように、タブ６８および外側部分８４が除去される前に、プレートが形を見せる。

再度図１を参照して、プレート１０が完成すると、プレート１０は、全体として７２で示す噴射装置ノズルの一部である取付面７０に溶接される。噴射装置ノズル７２は、全体として７４で示すノズル部分、および本体部分７６を含む。ノズル部分７４は、ノズル開口８０を通る流体流れを容易にするために形状が変わるいくつかのテーパ部７８を含む。図１に示すように、ノズル開口８０の下にも下側テーパ部分８２がある。オリフィスプレート１０のベース部分１４は、材料の断面が薄いために破損する危険なしに、取付面７０への適切な溶接取り付けを可能にするのに十分な厚さとされる。燃料の流量は、第３の内径５４の寸法と、段付き部分３０、３２、３４の構成と、オフセット部分１６とによって調整される。段付き部分３０、３２、３４およびオフセット部分１６は、スタンピング、またはコイニング、または他のタイプの適切な製造プロセスによって形成することができる。

本発明の説明は本来単なる例示であり、したがって、本発明の趣旨から逸脱しない変形形態は、本発明の範囲内にあるものとする。そのような変形形態は、本発明の趣旨および範囲から逸脱するとみなされるべきではない。

１０ オリフィスプレート
１２ 段付き開口
１４ ベース部分
１６ オフセット部分
１８ 陥凹面
２０ 流入側
２２ 隆起面
２４ 流出側
２６ 内側側壁
２８ 外側側壁
３０ 第１の段付き部分
３２ 第２の段付き部分
３４ 第３の段付き部分
３６ 第１のＩＤ面
３８ 第１の段面
４０ 第２のＩＤ面
４２ 第２の段面
４４ 第３のＩＤ面
４６ 第１の内径
５０ 第２の内径
５４ 第３の内径
５６ 第３の深さ
５８ 出口開口
６０ ブランク
６２ 軸
６４ 角度
６６ 垂直軸
６８ タブ
７０ 取付面
７２ 噴射装置ノズル
７４ ノズル部分
７６ 本体部分
７８ テーパ部
８０ ノズル開口
８２ 下側テーパ部分
８４ 外側部分
１０２ 第１のステップ
１０４ 第２のステップ
１０６ 第３のステップ
１０８ 第４のステップ
１１０ 第５のステップ
１１２ 第６のステップ
１１４ 第７のステップ

Claims (18)

1. オリフィスプレートを含む装置であって、前記オリフィスプレートは、
   流入側と、
   前記オリフィスプレートの前記流入側とは反対側にある流出側と、
   前記オリフィスプレートの中心を貫通する軸と、
   内径および深さを有する少なくとも１つの出口開口であって、前記流入側から前記流出側まで延び、流体が流れる少なくとも１つの出口開口と、
   を含み、
   前記少なくとも１つの出口開口は、前記軸に対して角度をなして配置され、前記少なくとも１つの出口開口は、前記内径の寸法の約２倍の深さとされ、前記流体が前記少なくとも１つの出口開口を流れるときに前記流体を噴霧化する、装置。
2. 前記少なくとも１つの出口開口は、複数の出口開口をさらに含み、燃料が前記複数の各出口開口を通過するときに、前記燃料が噴霧化される、請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも１つの出口開口は、
   内径を有する第１の段付き部分と、
   前記第１の段付き部分と一体に形成された第２の段付き部分であって、前記第１の段付き部分の前記内径よりも小さい内径を有する第２の段付き部分と、
   前記第２の段付き部分と一体に形成された第３の段付き部分であって、前記第２の段付き部分の前記内径よりも小さい内径を有する第３の段付き部分と、
   をさらに含み、
   前記第３の段付き部分は燃料が流れる開口を含み、前記燃料は前記第３の段付き部分によって噴霧化される、請求項１に記載の装置。
4. 前記第１の段付き部分は、
   前記第１の内径を形成する第１の内径面と、
   前記第１の内径面に対して実質的に垂直に向けられた第１の段面と、
   をさらに含む、請求項３に記載の装置。
5. 前記第２の段付き部分は、
   前記第２の内径を形成する第２の内径面と、
   前記第２の内径面に対して実質的に垂直に向けられた第２の段面と、
   をさらに含む、請求項３に記載の装置。
6. 前記第３の段付き部分は、
   前記第３の内径を形成する第３の内径面と、
   前記第３の内径面に対して実質的に垂直に向けられた第３の段面と、
   をさらに含み、
   前記第３の内径面は、前記第３の内径の寸法の約２倍の深さとされ、前記流体が前記開口を流れるときに前記流体を噴霧化する、請求項３に記載の装置。
7. オフセット部分をさらに含み、前記少なくとも１つの出口開口は、前記オフセット部分の一部として形成される、請求項１に記載の装置。
8. 前記オフセット部分は、
   前記流入側の一部として形成された陥凹面と、
   前記オリフィスプレートの前記陥凹面とは反対側にある前記流出側の一部として形成された隆起面と、
   をさらに含み、
   前記オフセット部分は、前記少なくとも１つの出口開口が、前記オリフィスプレートの中心を貫通する前記軸に対して角度をなすように湾曲した形状である、請求項７に記載の装置。
9. 燃料噴射装置の一部として使用されるオリフィスプレートであって、
   ベース部分と、
   前記ベース部分と一体に形成されたオフセット部分と、
   前記ベース部分および前記オフセット部分を一部として含む流入側と、
   前記ベース部分および前記オフセット部分を一部として含む流出側と、
   前記オフセット部分の一部として形成され、前記流入側に配置された陥凹面と、
   前記オフセット部分の一部として形成され、前記流出側に配置された隆起面と、
   前記陥凹面と隣接する内側側壁と、
   前記隆起面と隣接する外側側壁と、
   前記オフセット部分と一体に形成され、それぞれが複数の段付き部分を有する複数の出口開口と、
   を含み、
   前記複数の各出口開口は、直径よりも短い深さとされ、燃料が前記複数の各出口開口を通過するときに前記燃料を噴霧化する、オリフィスプレート。
10. 前記複数の各出口開口は、
    内径を有する第１の段付き部分と、
    前記第１の段付き部分と一体に形成された第２の段付き部分であって、前記第１の段付き部分の前記内径よりも小さい内径を有する第２の段付き部分と、
    前記第２の段付き部分と一体に形成された第３の段付き部分であって、前記第２の段付き部分の前記内径よりも小さい内径を有する第３の段付き部分と、
    をさらに含む、請求項９に記載のオリフィスプレート。
11. 前記第１の段付き部分は、
    第１の内径および第１の深さを有する第１の内径面と、
    前記第１の内径面に隣接する第１の段面と、
    をさらに含む、請求項１０に記載のオリフィスプレート。
12. 前記第２の段付き部分は、
    前記第１の段面に隣接する第２の内径面と、
    前記第２の内径面に隣接する第２の段面と、
    をさらに含み、
    前記第２の内径面は、第２の内径および第２の深さを有する、請求項１１に記載のオリフィスプレート。
13. 前記第３の段付き部分は、
    前記第２の段面に隣接する第３の内径面と、
    前記第３の内径面に隣接する第３の段面と、
    をさらに含み、
    前記第３の内径面は、第３の内径および第３の深さを有し、前記第３の深さは、前記第３の内径の寸法の約２倍である、請求項１２に記載のオリフィスプレート。
14. オリフィスプレートを作製する方法であって、
    ベース部分と、前記ベース部分に一体に形成された１つまたは複数のタブと、外側部分とを有するブランクを用意するステップと、
    第１のパンチで前記ブランクを打撃して、少なくとも１つの第１の段付き部分を形成するステップと、
    第１の平坦化工程を行うステップと、
    第２のパンチで前記ブランクを打撃して、少なくとも１つの第２の段付き部分を形成するステップと、
    第２の平坦化工程を行うステップと、
    第３のパンチで前記ブランクを打撃して、第３の段付き部分および少なくとも１つの出口オリフィスを形成するステップと、
    第４のパンチで前記ブランクを打撃して材料の一部分を移動させ、前記ベース部分に対してずれたオフセット部分を形成するステップと、
    前記第１の段付き部分、前記第２の段付き部分、前記第３の段付き部分、および前記少なくとも１つの出口オリフィスを有する段付き開口を形成するステップと、
    前記ベース部分から前記タブを除去し、前記ベース部分を取付面に取り付けるステップと、
    を含む方法。
15. 前記少なくとも１つの第１の段付き部分の一部として形成された第１の内径を付与するステップと、
    前記少なくとも１つの第２の段付き部分の一部として形成された第２の内径を付与するステップと、
    前記第２の内径が前記第１の内径よりも小さくなるように、前記ブランクを打撃して前記第２の段付き部分を形成するステップと、
    前記少なくとも１つの第３の段付き部分の一部として形成された第３の内径を付与するステップと、
    前記第３の内径が前記第２の内径よりも小さくなるように、前記ブランクを打撃して前記第３の段付き部分を形成するステップと、
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 複数の段付き開口を形成するステップをさらに含み、各段付き開口は、第１の段付き部分、第２の段付き部分、第３の段付き部分、および出口オリフィスを有する、請求項１４に記載の方法。
17. 溶接によって、前記ベース部分を前記取付面に取り付けるステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記オフセット部分が球形形状とされ、前記少なくとも１つの出口オリフィスの軸が、前記オリフィスプレートの中心を通る軸と平行でないように、前記第４のパンチの少なくとも一部分を少なくとも部分的に球形形状にして用意するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

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