JP2018531345A - 従来の直接噴射装置の変更方法および変更された噴射装置組立品 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、従来の噴射装置（例えば、高圧直接燃料噴射装置）の変更方法、及び当該方法によって得られた変更された噴射装置に関する。【解決手段】変更された噴射装置は、オリジナルの従来の噴射装置の流体流速および／または流体噴霧プルーム（すなわち、パターン）とは異なる流体流速および／または流体噴霧プルーム（すなわち、パターン）を提供する。一実施の形態では、内燃エンジンに使用され燃料を直接燃焼室中に供給する変更された噴射装置を提供する。【選択図】図４

Description

本開示は、従来の噴射装置（例えば、高圧直接燃料噴射装置）の変更方法、及び当該方法によって得られた変更された噴射装置に関する。変更された噴射装置は、オリジナルの従来の噴射装置の流体流速および／または流体噴霧プルーム（すなわち、パターン）とは異なる流体流速および／または流体噴霧プルーム（すなわち、パターン）を提供する。一実施の形態では、内燃エンジンに使用され、燃料を直接燃焼室中に供給する変更された噴射装置を提供する。

現代の内燃エンジンの燃焼室中に燃料を直接供給することは、現代のエンジン設計の重要な特徴であり、火花点火エンジンまたは圧縮点火エンジンの動作に関する重要な特徴である。ガソリン直接噴射（「ＧＤＩ」）対ポートガソリン噴射（「ＰＦＩ」）の利点は、燃料効率が上がることと比出力がより高くなることである。排ガスの排出レベルを、直接噴射システムでより正確に制御することもできる。現在、輸送業界の現代の多気筒ガソリンエンジンで一般的に使用されている直接燃料噴射、またはガソリン直接噴射は、低圧ポート燃料噴射システムと比較して最大１２％の燃料消費改善を可能にする。新車で販売されている直噴エンジンの北米軽量車両市場浸透率が、２００８年の約３％から、２０１３年に約３０％に、２０１５年には約３０％超に成長した。ガソリン直接噴射の世界的な自動車市場は、２０１８年までに１８％の複合年間成長率で成長すると予測される。

ガソリン直接噴射システムでは、ガソリンは３〜６バール（４０ｌｂｆ／ｉｎ^２〜９０ｌｂｆ／ｉｎ^２）で通常動作する低圧ポンプを介して、内燃エンジンのシリンダヘッド上に通常配置された高圧ピストンポンプに供給される。高圧ピストンポンプは、通常、３葉または４葉歯車を介してカムシャフトによって駆動され、高圧ピストンポンプは燃料を通常１３０バール〜３５０バール（２，０００ｌｂｆ／ｉｎ^２〜５，０００ｌｂｆ／ｉｎ^２）の高圧で燃料分配レールに供給する。燃料分配レールは、通常、エンジンの長手方向軸に沿って、一そろいの複数シリンダと整列して、シリンダヘッドまたは吸気マニホールドに取り付けられる。図１は、従来の高圧ガソリン直接噴射装置１００の図である。直接燃料噴射装置１００は、その近位端１０１の燃料分配レールにより流体が供給される。直接燃料噴射装置１００には、流体シール１０２が設けられている。直接燃料噴射装置１００は、エンジンに、通常はシリンダヘッド内に燃焼室に固有の向きで設置される。直接燃料噴射装置１００の遠位端のノズル１０５を介して燃料を直接燃焼室中に噴射するために、直接燃料噴射装置１００のソレノイド本体１０３とピントルシャフト１０４がシリンダヘッド噴射装置ボア内に収容される。直接燃料噴射装置１００は、フルオロポリマーシール１０６を介して燃焼室に密閉される。多気筒エンジンは、典型的には、複数のこのような直接燃料噴射装置を使用する。

図２は、高圧直接燃料噴射装置１００の遠位端にある噴射装置１００のノズル１０５の拡大図であり、ノズル１０５は燃焼室中に燃料の流れをそれぞれ送る複数のオリフィス２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６を有する。オリフィスの量、向きおよびサイズは、各エンジン用途に固有である。直接燃料噴射装置１００への電気信号および電力は、電気コネクタ１０７を介して送られる。図１および図２は、共通の高圧直接燃料噴射装置の純粋に例示的な例である。特徴の設計、寸法、ノズルの幾何学的特徴、電気コネクタおよび仕様の諸変更は、各エンジン用途に固有の変更のため市場では一般的であり、その結果、設計変更および部品の複雑さの程度が大きくなる。

噴射された燃料の体積の正確な制御、噴射の開始（「ＳＯＩ」）、および噴射持続時間は、エンジン速度および負荷入力に基づいて特別に変更される。これらのパラメータは、エンジン管理システム（「ＥＭＳ」）によってエンジン制御ユニット（「ＥＣＵ」）を介して、サイクルごとに制御され、ＥＭＳシステムは数学的モデルを操作して厳密な燃料噴射パラメータを正確に出力する。ＥＣＵのこれらの機能は、直接噴射とＥＭＳが良好な性能と運転のしやすさのための非常に正確なアルゴリズムを持たなければならないので、より複雑な処理とメモリを必要とする。

ガソリン直接噴射の効果は、正確な燃料計量能力と高圧での優れた燃料微粒化からだけでなく、直接燃料供給およびそれによりもたらされる冷却効果からも得られる。燃料が吸気経路中に送られるポート噴射燃料システムとは異なり、直接噴射システムは吸気道の内壁上に燃料を堆積させず、それによって消費および制御における損失を排除する。燃焼室への燃料の直接噴射は、内燃エンジンの吸給気に顕著な冷却効果をもたらし、この冷却は、特に高速かつ高負荷の動作条件で、非直接噴射エンジンに存在し得るノッキングまたは異常燃焼前または点火前の諸事象を緩和するのに有効である。ＧＤＩによって得られる筒内給気冷却により、直噴エンジンはポート噴射エンジンより高い幾何圧縮比で動作することができ、サイクル効率を上げる。また、吸気マニホールド壁上に燃料膜がないため、エンジン惰性走行時の燃料遮断範囲を広くすることができる。

従来のガソリン直接噴射装置は、高精度かつ精密に組み立てられた部品である。図３は、近位端３０１および遠位端３０２を備えた共通の高圧直接燃料噴射装置３００の内部の断面図である。直接燃料噴射装置３００は、ノズル３０５内のピントルボール３０３および円錐形弁座３０４を利用して直接燃料噴射装置３００の先端で流体通路を密閉する。ピントルボール３０３は、ピントルシャフト３０６に取り付けられ、ソレノイド３０７によって、場合によっては圧電性結晶システムによって最も一般的に作動される。ソレノイド３０７は、スプリング３０８によって閉めた位置に保持され、ピントルボール３０３と円錐形弁座３０４との間に閉めたシールを維持する。ソレノイド３０７を通電することにより、ピントルボール３０３が円錐形弁座３０４から持ち上げられ、流体がノズル３０５を通過してエンジンの燃焼室中に入ることができる。ソレノイド３０７は、通電されると、噴射装置組立品内の正の停止位置に移動する。停止位置は、一般にソレノイドギャップと呼ばれるものに関連し、このギャップは、閉めたときのソレノイドの長手方向位置と、通電して停止位置に着座させたときのソレノイドの長手方向位置との間の距離である。このソレノイドギャップは、従来の高圧ガソリン直接噴射装置では、例えば８０ミクロン（０．０８０ｍｍ）〜５００ミクロン（０．５００ｍｍ）の範囲であってもよく、燃焼室内に噴射された流体の流速および流動特性にとって重要である。ピントル組立品３０９、外側ハウジング３１０、および（流体が高精度オリフィスを通って流れ、ピントル円錐形弁座３０４が配置される）ノズル３０５は、例えば２５マイクロメートル（０．０２５ｍｍ）〜５マイクロメートル（０．００５ｍｍ）の範囲の公差で精密に機械加工され、組み立てられる。加えて、従来の直接噴射装置は、燃焼室中に固有の燃料流速および噴霧プルーム形状を提供するように設計されている。ノズルは、特に設計されており、異なるエンジン燃焼室の設計ごとに精密に機械加工されている。図２に示すように、従来のガソリン直接噴射ノズル内の流体通路の設計直径は、例えば１５０マイクロメートル（０．１５０ｍｍ）〜３５０マイクロメートル（０．３５０ｍｍ）の範囲でもよく、典型的には高精度にコンピュータ制御された複合工作機械、または特別な電子放電複合工作機械、または高精度の公差を達成するための一層高精度のレーザー穿孔作業を必要とする。現代の従来の高圧ガソリン直接噴射装置の寸法及び公差は、同装置の変更に固有の課題を提示する。

従来の低圧ポート燃料噴射システムの高性能改造は十分に確立された技術である。しかし、低圧ポート噴射装置は、周知の技術であり、直接噴射装置のようなレベルの精度または複雑さを必要としない。直接噴射装置の製造の複雑さ、高精度公差性能及び工学的課題によって、従来のガソリン直接噴射装置の改造・変更はこれまで妨げられていた。従来の直接燃料噴射装置の分解を試みると、通常、直接噴射装置が破壊されてしまう。直接噴射装置の既存のノズルに追加の孔を追加しようと試みたり、あるいは直接噴射装置のノズルの既存の孔を拡大しようと試みたりすると、通常、ピントル弁座シールが損傷してしまい、過剰な燃料漏れおよび／または燃料の正確な計量の不能により直接噴射装置が使用できなくなる。より多くの流体通路を露出させるために単にノズルを研削すると、通常、流体噴霧プルームパターンが破壊されてしまい、シリンダ内の壁が過度に濡れピストンリングポケット及び隙間が濡れてしまうだけでなく、燃焼室への燃料噴射が制御不能にもなる。

（従来の噴射装置の流速を備えた）ガソリン直接噴射エンジンを、より高い出力を発生するように調整しようとすることは困難である。これは、典型的に（噴射装置の燃料流速を上げない場合に）操作可能な唯一の利用可能な変数が、噴射の開始時間、全噴射持続時間（開いている時間）、及び、それらよりも程度は少ないが、燃料圧力（全圧で高い流速を持続する燃料ポンプの能力の限界にぶつかる）だからである。噴射装置がシリンダ内に直接噴射する直接噴射エンジンは、噴射時ではピストンの吸気行程に、またはクランク回転で言えば、４行程エンジンサイクルの７２０度のうちの１８０度に限られる。エンジン回転速度（ＲＰＭ）が増加するにつれて、燃料を噴射するために利用可能な時間が減少する。したがって、他のすべての要因が等しい場合、ガソリン直噴エンジンは、より高い出力を達成するために、適切な噴霧プルーム特性を有するより容量の高い噴射装置を必要とする。

アダプタを介して空気の気流を燃料に導入するエア・アシステッドアダプタ（例えば、米国特許第６０９２７４１号、第４９８２７１６号、第５２２４４５８号、第５５２０１５７号、第５５９７１２１号、第５７７２１２２号、第５９０４２９９号、第６０９５４３７号を参照）、アダプタを介して亜硝酸の気流を燃料に導入する亜硝酸の噴射（例えば、米国特許第６９９７４０１号、第７５３３６６１号参照）、アダプタを介してメタン、プロパンまたは天然ガスの形態を燃料の気流中に導入する気体二元燃料噴射システム（例えば、米国特許第９０３８５９９号参照）、または燃料の気流をアダプタ内の表面に衝突させる表面衝突噴射機構（例えば、米国特許第４９２５１１０号、第４９８２７１６号、第５３０１８７９号を参照）と共に普及したように、燃料噴射装置のノズル端に取り付けられオリジナルの噴射装置の燃料供給の向上または燃料供給の変更の補助を意図した諸アダプタを使用することは、ポート燃料噴射装置変更の技術ではよく行われる。しかしながら、これらの既存の燃料噴射装置アダプタは、典型的に、諸低圧燃料噴射システムに適用され、さらに、典型的に、内燃エンジンの吸気道に配置された諸燃料噴射装置に適用される。

したがって、従来のガソリン直接噴射装置の変更のための新しいアプローチを、本発明の様々な実施の形態によって提供する。本発明の様々な実施の形態によって提供されるこの新しいアプローチは、燃料の流れの変更および適切なシリンダ内噴霧プルームの適用エンジン燃焼室への適合を可能にしつつ、従来の直接噴射装置組立品の高い精度を維持する。

本明細書で開示されるのは、従来のガソリン直接噴射装置の流速および／または噴霧パターンを変更するための当該装置の変更方法である。この方法は、従来の直接噴射装置（本明細書では「部品１」とも称される）の機械加工、および機械加工した直接噴射装置に合うアダプタ（本明細書では「部品２」とも称される）の設計および組み付けを含み、このアダプタは従来の直接噴射装置弁（ピントル及び弁座）を補強し、オリフィス板（本明細書では「部品３」とも称される）の組み付けのための表面を提供し、このオリフィス板は、所与のエンジン用途のための所望の流速および噴霧パターンの仕様に合わせて設計することができる。

一実施の形態では、固有の燃料流速および燃料噴霧プルームを生成する変更された従来の直接噴射装置を開示する。この実施の形態は、従来の直接噴射装置（部品１）、モジュール式アダプタ（部品２）およびオリフィス板（部品３）を含む３つの部品の組立品である。この実施の形態では、燃料が流入する近位端と、燃料がノズルから流出する遠位端とを有する従来の直接噴射装置の近位端に固有の特徴が機械加工される。この特徴は、軸方向表面、円錐形断面、短円筒形断面および長手方向外側肩部を含む。この実施の形態では、機械加工された従来の噴射装置は、近位端および遠位端を有するモジュール式アダプタに合わせて組み立てられ、このモジュール式アダプタの近位端は固有の断面に製造される。このモジュール式アダプタは、中心孔と、中心孔から延びる軸方向面と、円錐形断面と、円筒形肩部とを含み、近位端の固有の断面は機械加工された従来の噴射装置の遠位端と特別に結合するような寸法および公差を有する。モジュール式アダプタの遠位端は、中心孔から外向きに延びる円筒形の流体空洞と、空洞からモジュール式アダプタの外径まで延びる外側肩部とを含む固有の断面を含む。この実施の形態では、近位端および遠位端を有するオリフィス板が、モジュール式アダプタの遠位端の外側肩部の長手方向面に合わせて組み付けられる。

別の実施の形態では、変更された従来の直接噴射装置を開示する。この変更された従来の直接噴射装置では、中心孔を通る大体積の流体を流しオリフィス板を当該装置に組み付けるための表面を提供する部分組立品を製造する（前記オリフィス板は直接噴射装置部分組立品の製造後将来取り付けられ得る）。この実施の形態は、従来の直接噴射装置（部品１）およびモジュール式アダプタ（部品２）を含む２つの部品の組立品である。この実施の形態では、燃料が流入する近位端と、燃料がノズルから流出する遠位端とを有する従来の直接噴射装置の近位端に固有の特徴が機械加工される。この特徴は、軸方向表面、円錐形断面、短円筒形断面および長手方向外側肩部を含む。この実施の形態では、機械加工された従来の噴射装置は、近位端および遠位端を有するモジュール式アダプタに合わせて組み立てられ、このモジュール式アダプタの近位端は固有の断面に製造される。このモジュール式アダプタは、中心孔と、中心孔から延びる軸方向面と、円錐形断面と、円筒形肩部とを含み、近位端の固有の断面は機械加工された従来の噴射装置の遠位端と特別に結合するような寸法および公差を有する。このモジュール式アダプタの遠位端は、中心孔から外向きに延びる円筒形の流体空洞と、空洞からモジュール式アダプタの外径まで延びる外側肩部とを含む固有の断面を含む。この実施の形態では、モジュール式アダプタ遠位端の外側肩部は、オリフィス板をそこに取り付けることを可能にする固有の寸法および公差を有する表面を提供する。

本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付図面（いくつかの図面は縮尺通りに描かれていない場合があり、いくつかの図面は示された縮尺で描かれている場合があり、さらに、縮尺および／または寸法が与えられる場合、それらは例としてのみ提供される）に関してよりよく理解されるであろう。

図１は、従来の高圧ガソリン直接噴射装置の図である。 図２は、図１の従来の高圧ガソリン直接噴射装置のノズルの図である。 図３は、従来の高圧ガソリン直接噴射装置の断面図である。 図４は、本開示の実施の形態による変更直接噴射装置組立品の投影図である（この図４は、変更直接噴射装置の遠位端、取り付けアダプタおよびオリフィス板を示す）。 図５は、本開示の実施の形態による（オリフィス板なしの）変更直接噴射装置の投影図である。 図６は、本開示の実施の形態による変更直接噴射装置組立品の断面図である（この図６は、変更直接噴射装置の遠位端、取り付けアダプタおよびオリフィス板を示す）。 図７は、本開示の実施の形態による従来の直接噴射装置の機械加工を示す。 図８は、本開示の実施の形態によるモジュール式アダプタを示す。 図９は、本開示の実施の形態によるモジュール式アダプタの断面図を示す。 図１０Ａおよび図１０Ｂは、それぞれ、本開示の実施の形態による例示的なオリフィス板の平面図および等角図を示す。

本開示の詳細な実施の形態を本明細書に記載する。しかしながら、開示した実施の形態は、様々な形態で具体化され得る本開示の組成物、構造および方法の単なる例示であることを理解するべきである。さらに、様々な実施の形態に関連して挙げた各例は、例示的なものであり、限定的ではないものとする。さらに、図面は必ずしも縮尺通りに描かず、一部の特徴は特定の部品の詳細を示すために誇張している場合がある。したがって、本明細書で開示する固有の構造的および機能的詳細は、限定としてではなく、本明細書に開示した組成物、構造および方法を様々に採用することを当業者に教示するための代表的な基盤としてのみ解釈されるべきである。「一実施の形態」、「実施の形態」、「例示的実施の形態」などの明細書中での言及は、記載した実施の形態が固有の特徴、構造、または特性を含むことを示しているが、すべての実施の形態が、その固有の特徴、構造、または特性を必ずしも含まなくてもよい。さらに、そのような語句が、必ずしも同じ実施の形態を言及しているわけではない。

本発明を説明し、請求する目的のために、用語「近位」は、流体が入射される噴射装置の端に位置していること、対向していること及び／又はより近いことを指すものとする。

本発明を説明し、請求する目的のために、用語「遠位」は、流体が出射される噴射装置の端に位置していること、対向していること及び／又はより近いことを指すものとする。

本開示の一態様は、諸液体を往復動式または回転式内燃エンジン中に噴射する変更直接噴射装置を提供する。そのような諸液体は、燃料、水および／または水溶液が含むが、これらに限定されない。変更された噴射装置が使用されているとき、変更された噴射装置組立品の遠位端に組み付けられたオリフィス板を利用して、所望のターゲットに、所望の流速および所望の噴霧パターンで液体を噴射することができる。

本開示の態様による変更された噴射装置組立品は、既存の従来の直接噴射装置の流速および噴霧パターンの変更機構を提供する。例えば、１４．４ｇ／秒の静的流速を有するオリジナルの既存の噴射装置を購入することができる。前記噴射装置は、２１．７ｇ／秒の静的流速を得るために、およびオリジナルの既存の噴射装置燃料噴霧パターンおよび設置要件を維持するために、本開示に従って変更することができる。この例の新しい変更された噴射装置は、ＥＣＵによって指令された同じ噴射タイミング持続時間内により多くの燃料を送り、比例して増加した空気の流れを伴うとき、オリジナルの噴射装置で得られるよりも高い固有の出力をもたらす。別の例では、流速を変更せず、噴霧パターンを変更してもよい。別の例では、流速および噴霧パターンの両方を変更することができる。

図４は、機械加工された噴射装置４１０と、モジュール式アダプタ４２０と、オリフィス板４３０とを備えた変更された噴射装置組立品４００の実施の形態の遠位端の図である。機械加工された噴射装置４１０の遠位端は、アダプタ４２０の近位端に組み付けられる。機械加工された噴射装置４１０の遠位端およびモジュール式アダプタ４２０の近位端のそれぞれは、本質的に、機械加工された噴射装置４１０内のピントルボールシールの嵌合性および耐久性を保証する固有の設計断面を有する。機械加工された噴射装置４１０とモジュール式アダプタ４２０とは、継手４２１で一緒に溶接されるか、またはその他の方法で機械的に結合され得る。オリフィス板４３０は、モジュール式アダプタ４２０の遠位端に組み付けられる。オリフィス板４３０とモジュール式アダプタ４２０とは、継手４３１で一緒に溶接されるか、またはその他の方法で機械的に結合され得る。流体は、機械加工された噴射装置４１０の近位端４３８から、噴射装置を通ってその遠位端まで自由に流れ、ピントルボール弁が、モジュール式アダプタ４２０の近位端を通る中心孔への流れを制御する。流体はさらに、モジュール式アダプタ４２０の中心孔を通って流れ、モジュール式アダプタ４２０の遠位端の円筒形流体空洞中へ流入する。流体は、その後、オリフィス板４３０の通路を通って流れることができる。この実施の形態では、オリフィス板４３０には、変更された噴射装置組立品４００の遠位端４３７に５つの孔（４３２、４３３、４３４、４３５、および４３６）が設けられている。

図５は、機械加工された噴射装置５１０およびモジュール式アダプタ５２０を備えた、変更された噴射装置組立品５００の実施の形態の遠位端の図である。機械加工された噴射装置５１０の遠位端は、モジュール式アダプタ５２０の近位端に組み付けられる。機械加工された噴射装置５１０の遠位端とモジュール式アダプタ５２０の近位端のそれぞれは、本質的に、機械加工された噴射装置５１０内のピントルボールシールの嵌合性および耐久性を保証する固有の設計断面を有する。機械加工された噴射装置５１０とモジュール式アダプタ５２０とは、継手５２１で一緒に溶接されてもよいし、あるいはその他の方法で機械的に結合されてもよい。流体は、機械加工された噴射装置５１０の近位端５３８から噴射装置を通ってその遠位端まで自由に流れ、ピントルボール弁が、モジュール式アダプタ５２０の近位端を通る中心孔への流れを制御する。流体はさらに、モジュール式アダプタ５２０の中心孔を通って流れ、モジュール式アダプタ５２０の遠位端の円筒形流体空洞５２２中へ流入する。モジュール式アダプタ５２０は、流体を送るためのオリフィス板またはノズルを設置するための表面５２３を提供する。

高圧直接噴射装置設計の重要な特徴は、直接噴射装置の遠位端より内部にあるピントルボールとノズル弁座シールである。機械加工された直接噴射装置の固有の特徴のうちの寸法及び公差は、オリジナルの従来の直接噴射装置のピントル弁座の完全性に衝撃又は損傷を与えることなく、オリジナルの直接噴射装置の流体流路（例えば、出力オリフィス）の断面積を増加させるように設計される。様々な開示した実施の形態は、モジュール式アダプタが内部のピントル弁座断面の下の直接噴射装置の機械加工された表面を常にほぼこの表面と機械的接触して支持しており、オリジナルの噴射装置に相当する完全性および耐久性を確保することを保証する寸法および公差と共に具体的に説明される。一実施の形態では、モジュール式アダプタは、機械加工された噴射装置ピントル弁座に３６０度の構造的支持部を提供する（この構造的支持部は接触面からアダプタを通ってアダプタの機械加工された噴射装置との溶接部まで設けられる）。例として、開示した組立品の有限要素解析は、３４５バール（５、０００ｌｂｆ／ｉｎ^２）の内部流体圧力からの負荷応力がピントルボールおよび弁座にかかっている状態で２．９ミクロン（０．００２９ｍｍ）未満の最大偏位を示した。

図６は、実施の形態の変更直接噴射装置組立品６００の遠位端の断面図である。機械加工された直接噴射装置６０１は、面６０３で表面接触を通じてモジュール式アダプタ６０２と直接機械的に連通している。機械加工された噴射装置６０１とモジュール式アダプタ６０２との間の接触面は、中心孔６０５（すなわち、モジュール式アダプタ６０２の中心孔）を通る流体の流れを可能にしたまま３６０度の接触面６０３を支持する弁座橋断面６０４によって支持される。機械加工された噴射装置６０１とアダプタ６０２とは、この実施の形態では、継手６１２で外周の周り３６０度溶接あるいはその他の方法で機械的に結合されており、継手６１２は、表面６０３と弁座橋断面６０４とが接触しているとき、約５マイクロメートル〜約２００マイクロメートルの許容範囲のギャップを有することができる。機械加工された噴射装置６０１は、約３．２ｍｍ〜約７ｍｍの範囲の直径であってもよいパイロット直径６１３を有し、このパイロット直径は、モジュール式アダプタ６０２のパイロットボア６１４に対する軸方向の位置合わせを提供する。アダプタ面６１４と機械加工された噴射装置表面６１３との間の公称径方向ギャップは、約５マイクロメートル〜約２５０マイクロメートルの範囲であってもよく、組立品嵌合が機械加工された噴射装置とアダプタとの間の締まり嵌めから緩み嵌めまでの範囲にある状態の実施の形態の範囲に対応する。直径６１３と６１４との間の関係は、約１．０：１．００３（小さい場合）〜約１．０：１．２（大きい場合）までの範囲であってもよい。この実施の形態では、内部円錐６１５において、変更された噴射装置６０１とモジュール式アダプタ６０２との間に剛体接触または構造的連通が存在しないことに留意されたい。流体は、（モジュール式アダプタ６０２の）空洞６０６中に流入し、オリフィス板６０７の内端に送り出される。この実施の形態では、オリフィス板６０７は、継手６１６でアダプタ６０２に外周の周り３６０度溶接あるいはその他の方法で機械的に結合される。空洞６０６からオリフィス板６０７に送り出された流体は、複数のオリフィス（６０８、６０９、６１０・・・）を通って流れ変更された噴射装置の遠位端６１１から出る。

図７は、実施の形態の機械加工された噴射装置７００の投影図である。機械加工された噴射装置７００の遠位端７０１を投影図に示す。この図では、遠位端の噴射装置ノズルの機械加工面が見える。ノズルの先端を除去して座面７０２を作り、その座面７０２は略円形面であり、その座面７０２の上方、かつ噴射装置７００の内部に、ピントルボール弁座およびシールがある。座面７０２は隙間円錐７０３に合わせて外向きに転移し、隙間円錐７０３はパイロット直径７０４に合わせて滑らかに混合する。座面７０２に略垂直であるパイロット直径７０４の円筒面が、座面７０２に略平行である溶接面７０５に合わせて滑らかに転移する。座面７０２と、隙間円錐７０３と、パイロット直径７０４とを含む噴射装置７００の機械加工された部分は、本明細書で「オス型インターフェース」と呼ぶものの例である。弁座表面７０２と溶接面７０５との間の公称軸方向距離は、様々な実施の形態において、約０．３５ｍｍ〜約２ｍｍの範囲であってもよく、約５０マイクロメートルの全公差を有する。パイロット直径７０４の公称寸法は、様々な実施の形態において、約３．２ｍｍ〜約７ｍｍの範囲であってもよく、約１００マイクロメートルの全公差を有する。

噴射装置の機械加工されたこれらの表面の、互いに対してとオリジナルの直接噴射装置本体に対しての固有の寸法は、部品メーカ（例としてRobert Bosch GmbH、Denso、Delphi Inc．、Continental GmbH、MagnetiMarelli SpAを含むがこれらのメーカに限定されない。）からの特定の諸噴射装置の各タイプの噴射装置用に設計されている。

図８は、実施の形態のモジュール式アダプタの等角投影図である。この図８は、図７に関連して前述した機械加工された噴射装置に一体化するモジュール式アダプタの内面を示す。この実施の形態のモジュール式アダプタ８００は、外径８０１を有する円筒形かつ放射対称形を有する。外径８０１は、上面８０２に隣接し、この上面８０２は溶接肩部とも呼ばれる。モジュール式アダプタ８００は、この実施の形態では、溶接肩部８０２で、機械加工された噴射装置に、組付け後、機械的に接続される。モジュール式アダプタ８００の内側では、最上面から下方に向かって、内径８０３がパイロットボアを形成し、円錐面８０４が隙間円錐を形成し、表面８０５が弁座支持面を形成し、中心孔８０６が一次流体通路ボアである。パイロット直径８０３は、機械加工された噴射装置に対するモジュール式アダプタ８００の半径方向の位置を提供する。弁座支持面８０５は、噴射装置内部弁座およびピントルの構造的支持を提供するのみならず、機械加工された噴射装置に対するモジュール式アダプタ８００の軸方向の位置も提供する。通路８０６は、そこから流体が外方へ流れるための流路を提供する。溶接肩部８０２は、円錐面８０４を介して弁座支持面８０５の構造的支持を提供する。弁座支持面８０５、円錐面８０４および内径８０３を含むモジュール式アダプタ８００の部分は、本明細書で「メス型インターフェース」と呼ぶものの例である。

図９は、実施の形態のモジュール式アダプタの断面図である。この図９は、モジュール式アダプタの放射対称的設計の特徴を示す。この実施の形態のモジュール式アダプタ９００は、約６ｍｍ〜約８ｍｍの範囲の直径でありうる外径９２０を有し、近位端９３０と遠位端９４０と共に配向されており、モジュール式アダプタ９００は、近位端９３０で、機械加工された噴射装置と材料接続している。流体は、近位端９３０中に流入し、遠位端９４０から流出する。溶接肩部とも呼ばれる表面９０１が、近位端に位置し、モジュール式アダプタ９００の中心長手方向軸９１５に対して垂直である。円筒形表面９０４が外径９２０より小さい直径を有し、その公称直径は約４ｍｍ〜約６ｍｍの範囲であってもよく、直径９２０と９０４との間の関係は、約１：０．４〜約１：０．８の範囲であってもよく、表面９０４は溶接肩部９０１から下方に延び、この実施の形態では、表面９０１と円筒形表面９０４との間に面取りリード９０３を利用する。円筒形表面９０４は、パイロットボアとも呼ばれる。パイロットボア９０４は、円錐面９０６まで下方に延び、その円錐面は、中心長手方向軸９１５に向かって内方に延び、表面９０８に向かって下方に延びる。この実施の形態では、表面９０４、９０６および９０８は、混合半径９０５および９０７とともに次から次へと滑らかに混合し、これらの半径は、表面の交わりにおける応力を緩和するために設計上一般に使用される。表面９０８は、モジュール式アダプタ９００の中心長手方向軸９１５に対して垂直であり、中心孔９１０に向かって内側に延びている。表面９０８は、弁座支持面とも呼ばれ、孔９１０は、一次流体通路または流体通路ボアとも呼ばれ、表面９０８から中心長手方向軸９１５上を下方に遠位端９４０に向かって延びる。表面９０８と表面９０１との間の公称軸方向寸法は、様々な実施の形態において、約０．３ｍｍ〜約１．７ｍｍの範囲であってもよく、約３０マイクロメートルの全公差を有する。この実施の形態では、弁座支持面９０８と中心ボア９１０とは、約９０度の角９０９を形成する。中心ボア９１０は、流体を（中心長手方向軸９１５に垂直な）表面９１２によって形成された流体空洞に向かって下方に流し、直径９１４に向かって外方に延びる。この実施の形態では、表面９１０、９１２および９１４は、大きい半径９１１および９１３と一緒に混合され、半径９１１は、中心ボア９１０の外側表面を流体空洞天井９１２に混合し、その表面９１２は、この実施の形態では中心長手方向軸９１５に対して垂直であり、表面９１２は、半径９１３と共に空洞直径９１４に滑らかに混合される。空洞直径９１４は、モジュール式アダプタ９００の下面９０２と遠位端９４０で交差する。下面９０２は、中心の長手方向軸９１５に略垂直であり、外方に向かって外径９２０まで完全に延びている。弁座支持面９０８、パイロットボア９０４および円錐面９０６を含むモジュール式アダプタ８００の部分は、本明細書で「メス型インターフェース」と呼ぶものの例である。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、本開示の実施の形態による例示的なオリフィス板の２つの図を示す。オリフィス板１００１の近位端の平面図（図１０Ａ）は、近位面上に５つのオリフィス１００２、１００３、１００４、１００５、および１００６を有する円形板を示し、それらのオリフィスは、オリフィス板１００１の厚さを貫通し、各対応する孔１００７、１００８、１００９、１０１０、および１０１１が遠位面で出る。等角図（図１０Ｂ）は、近位端１０２１から遠位端１０２２まで貫通するオリフィス孔（透視で示す）を有する同じ例示的なオリフィス板１００１を示す。

変更直接噴射装置における変更が、本発明によって熟慮される。以下はいくつかの変更のリストである。本発明の直接噴射装置は、以下に概説する諸変更の１つまたは組合せを含むことができる。

図９を参照すると、別の実施の形態では、溶接肩部９０１は長手方向軸に対して略垂直ではなく、溶接肩部９０１は、長手方向軸に対して９０度未満の角度を有する円錐形であってもよい。

図９を参照すると、別の実施の形態は、面取り９０３を有さなくてもよく、９０度の丸いまたはとがった角を有してもよい。

図９を参照すると、別の実施の形態は、内部円錐面９０６を有さなくてもよく、表面９０４は、表面９０８と交差するように下方に延在し、その表面９０８は、円筒面９０４の直径まで外方に延在される。

図９を参照すると、別の実施の形態は、長手方向軸９１５に対して垂直ではなく円錐形であるが、長手方向軸９１５に対して所定の角度にある表面９０８を有してもよく、表面９０６と同じ角度であってもなくてもよい。

図９を参照すると、別の実施の形態は、機械加工された噴射装置にプレスまたは締まり嵌めを提供するように寸法決めされたパイロットボア９０４を有してもよい。

図９を参照すると、別の実施の形態は、平坦または円錐形の断面ではなく、丸いまたは円弧の断面である表面９０６を有してもよい。

図９を参照すると、別の実施の形態は、外径９２０まで完全に延在する表面９０８を有し、それによって特徴９０１、９０３、９０４、９０５および９０６を排除してもよい。この代替実施の形態では、表面９０８は、機械加工された噴射装置と直接相互作用して機械加工された噴射装置に構造的支持および機械的接続を提供する。

図９を参照すると、代替の実施の形態は、円形以外の断面である中心通路９１０を有することができ、これは任意の多角形またはフリーハンドの断面の垂直通路とすることができる。

図９を参照すると、代替の実施の形態は、多数の通路が表面９０８から９１２まで延び、それらの通路が長手方向軸に平行であってもなくてもよく、長手方向軸９１５に対して７５度未満である１つ以上の中心垂直通路を有することができる。

図９を参照すると、代替の実施の形態は、半径以外の特徴９１３を有することができ、その特徴は直角、合成角度または任意のフリーハンドの断面であり得る。

図９を参照すると、別の実施の形態は、放物線形または「ｓ」字形断面を有する特徴９１３を有することができ、その特徴は特徴９１１まで完全に延び、長手方向軸に略垂直な任意の表面を最小にする概ね滑らかな曲線断面を作る。

図９を参照すると、代替の実施の形態は、直角または合成角度のような角度の特徴９１１を有してもよい。

図９を参照すると、別の実施の形態は、円筒形状ではなく、遠位端から軸方向に見たときに任意の多角形状またはフリーハンド形状を有する、表面９１２および９１４によって形成された下方の空洞を有してもよい。

図９を参照すると、別の実施の形態は、中心長手方向軸から空洞直径９１４に向かって放射状に外方に延びる流路または溝によって形成される表面９１２および９１４によって形成される下方の空洞を有してもよく、それらの溝の個数はオリフィス板内に存在する通路の個数によって変更し、それらの溝の断面は多角形、円形または楕円形であってもよい。

図９を参照すると、代替の実施の形態は、下方の空洞を有さなくてもよく、表面９１２が直径９２０に向かって放射状に外方に完全に延在し、特徴９１３および９１４は存在しない。

図９を参照すると、別の実施の形態は、円筒形空洞９１２―９１３―９１４を除去し、流体を複数の出口オリフィスに供給するための機能を提供する主要な中心通路９１０を有することができる。この代替の実施の形態では、主要な中心通路９１０は、遠位面９０２まで延びているが、貫通していない。そのとき、この中心通路９１０から遠位端９４０に向かって外向きかつ下向きに延びる複数の小さなオリフィス孔があり、それらの複数の小さなオリフィス孔を通して流体がアダプタ面９０２から外向きに流れる。この実施の形態は、追加のオリフィス板の機能をアダプタに統合し、二次部品の必要性を排除する。

図９を参照すると、代替的な実施の形態は、放射状に対称でなくてもよく、アダプタ９００は、機械加工された噴射装置に対して放射状に配向する必要があり、アダプタ９００は、放射状配向の特徴を含み、その特徴は、外向面９０２および／または外径９２０上に存在し、その特徴は、外向面９０２および／または外径９２０、またはそれらの任意の組合せ上の１つまたは複数のピン、または１つまたは複数の配置穴、または１つまたは複数の溝、または１つまたは複数の角の切り欠き、または１つまたは複数の平坦な表面の形態にあってもよい。

別の例では、モジュール式アダプタおよび／またはオリフィス板は、任意の等級の炭素鋼、ステンレス鋼および／または工具鋼で作ることができる。

別の例では、変更された噴射装置組立品を使用して、水および／または水塩溶液などの不燃性流体を流す。

別の例では、変更された噴射装置組立品はE５からE９５までの任意のエタノール−ガソリン混合物と共に使用される。

別の例では、変更された噴射装置組立品は、亜硝酸および／またはエタノールを含む、ガソリン以外の可燃性流体と共に使用される。

本発明の記載した実施の形態は、限定的ではなく例示的であるように意図されており、本発明のすべての実施の形態を表すことを意図するものではない。以下の特許請求の範囲に記載したように文字通りおよび法律で認識された同等物の両方において本発明の精神または範囲から逸脱することなく様々な変更および変形が可能である。

Claims (35)

1. 近位端および遠位端を有し、流体を受け入れるように構成された入力部を前記近位端に有すると共に前記流体を放出するように構成されたノズルを前記遠位端に有し、前記ノズルは少なくとも１つのオリフィスを含み、前記オリフィスは弁を介して前記入力部と流体連通しており、前記弁は弁座とピントルボールとを含み、前記ピントルボールの底部は前記弁座の上面に対して密閉するように構成された、既存の高圧噴射装置の流体流速および流体噴霧パターンのうちの少なくとも１つを変更する方法であって、
   前記方法は、
   前記既存の高圧噴射装置の前記遠位端から材料を除去する工程であって、前記ノズルの前記少なくとも１つのオリフィスを除去して前記弁座の底面を露出させ、前記既存の高圧噴射装置の前記遠位端にオス型インターフェースを提供する工程と、
   近位端および遠位端を有する取り付けアダプタを提供する工程であって、前記取り付けアダプタの前記近位端は前記オス型インターフェースと嵌合するように構成されたメス型インターフェースを有し、前記取り付けアダプタは前記取り付けアダプタの前記近位端と前記遠位端との間に配置される流路を有し、前記流路は前記弁を介して前記入力部と流体連通しており、前記取り付けアダプタは前記弁座の前記底面と接触を介して前記弁座の前記底面を支持するように構成された弁座支持面を前記メス型インターフェースに有する工程と、
   前記材料の除去後に前記既存の高圧噴射装置の前記遠位端に前記取り付けアダプタを取り付ける工程であって、前記オス型インターフェースが前記メス型インターフェース内に配置されると共に前記弁座支持面が前記弁座の前記底面と接触を介して前記弁座の前記底面を支持するように前記取り付けアダプタを取り付ける工程と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 近位端および遠位端を有するオリフィス板を提供する工程であって、前記オリフィス板は前記オリフィス板の前記近位端と前記遠位端との間に配置された少なくとも１つの板オリフィスを含む工程と、
   前記少なくとも１つの板オリフィスが前記取り付けアダプタの前記流路と流体連通するように、前記オリフィス板を前記取り付けアダプタの前記遠位端に取り付ける工程と、
   をさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記取り付けアダプタは、その前記遠位端に隣接する空洞を有し、前記空洞は、前記取り付けアダプタの前記流路と流体連通する請求項２に記載の方法。
4. 前記オリフィス板が前記取り付けアダプタに取り付けられるときに、前記取り付けアダプタの前記空洞が前記少なくとも１つの板オリフィスと前記取り付けアダプタの前記流路との間に配置され、前記少なくとも１つの板オリフィスが前記取り付けアダプタの前記空洞を介して前記取り付けアダプタの前記流路と流体連通する請求項３に記載の方法。
5. 前記既存の高圧噴射装置の前記流体流速は前記方法によって変更される請求項１に記載の方法。
6. 前記既存の高圧噴射装置の前記流体噴霧パターンは前記方法によって変更される請求項１に記載の方法。
7. 前記既存の高圧噴射装置の前記流体流速及び前記流体噴霧パターンは前記方法によって変更される請求項１に記載の方法。
8. 前記既存の高圧噴射装置はガソリン直接噴射装置である請求項１に記載の方法。
9. 前記材料は、（a）機械加工、（b）研削、および（c）それらの任意の組合せのうちの少なくとも１つを介して除去される請求項１に記載の方法。
10. 前記弁座支持面は、前記弁座の前記底面の少なくとも一部と接触している請求項１に記載の方法。
11. 前記弁座支持面は、前記弁座の前記底面の略全体と接触している請求項１に記載の方法。
12. 前記オス型インターフェースの一部が前記メス型インターフェース内に配置される請求項１に記載の方法。
13. 前記オス型インターフェースの略全体が前記メス型インターフェース内に配置される請求項１に記載の方法。
14. 前記取り付けアダプタは、締まり嵌めを介して、前記材料の除去後、前記既存の高圧噴射装置に取り付けられる請求項１に記載の方法。
15. 前記締まり嵌めは、前記メス型インターフェースの内面の少なくとも一部と前記オス型インターフェースの外面の少なくとも一部との間にある請求項１４に記載の方法。
16. 前記取り付けアダプタは、溶接作業によって設けられる溶接部を介して、前記材料の除去後、前記既存の高圧噴射装置に取り付けられる請求項１に記載の方法。
17. 前記溶接部は、前記取り付けアダプタの略全外周を囲む請求項１６に記載の方法。
18. 前記取り付けアダプタは、（a）機械加工、（b）鋳造、及び（c）それらの任意の組合せのうちの少なくとも１つを介して形成される請求項１に記載の方法。
19. 前記少なくとも１つの板オリフィスは、複数の板オリフィスを含み、
    前記複数の板オリフィスの各々は、前記オリフィス板の前記近位端と前記遠位端との間に配置され、
    前記オリフィス板は、前記複数の板オリフィスが前記取り付けアダプタの前記流路と流体連通するように取り付けられる請求項２に記載の方法。
20. 前記オリフィス板は、溶接作業によって設けられる溶接部を介して前記取り付けアダプタに取り付けられる請求項２に記載の方法。
21. 前記溶接部は、前記オリフィス板の略全外周を囲む請求項２０に記載の方法。
22. 前記オリフィス板は、（a）機械加工、（b）鋳造、（c）それらの任意の組合せのうちの少なくとも１つを介して形成される請求項２に記載の方法。
23. 前記材料の除去工程、前記取り付けアダプタの取り付け工程、前記オリフィス板の取り付け工程の順序で実行する請求項２に記載の方法。
24. 前記材料の除去工程、前記オリフィス板の前記取り付けアダプタへの取り付け工程、前記取り付けアダプタの取り付け工程の順序で実行する請求項２に記載の方法。
25. 前記オリフィス板の前記取り付けアダプタへの取り付け工程、前記材料の除去工程、前記取り付けアダプタの取り付け工程の順序で実行する請求項２に記載の方法。
26. 高圧噴射装置の近位端に配置され、流体を受けるように構成された入力部と、
    前記入力部と流体連通する弁であって、上面と底面とを含む弁座とピントルボールとを含み、前記ピントルボールの底部が前記弁座の前記上面に対して密閉するように構成された前記弁と、
    前記弁から遠位の位置に配置されたオス型インターフェースと、
    近位端および遠位端を備える取り付けアダプタと、を備え、
    前記取り付けアダプタの前記近位端は前記オス型インターフェースと嵌合するメス型インターフェースを有し、
    前記取り付けアダプタは、前記取り付けアダプタの前記近位端と前記遠位端との間に配置され前記弁を介して前記入力部と流体連通する流路を有し、前記弁座の前記底面と接触を介して前記弁座の前記底面を支持するように構成された弁座支持面を前記メス型インターフェースに有することを特徴とする高圧噴射装置。
27. 近位端および遠位端を有するオリフィス板であって、前記オリフィス板の前記近位端と前記遠位端との間に配置される少なくとも１つの板オリフィスを含む前記オリフィス板をさらに含み、
    前記オリフィス板は、前記少なくとも１つの板オリフィスが前記取り付けアダプタの前記流路と流体連通するように前記取り付けアダプタの前記遠位端に取り付けられる請求項２６に記載の高圧噴射装置。
28. 前記取り付けアダプタは、その前記遠位端に隣接する空洞を有し、前記空洞は、前記取り付けアダプタの前記流路と流体連通する請求項２６に記載の高圧噴射装置。
29. 前記取り付けアダプタの前記空洞は、前記少なくとも１つの板オリフィスと前記取り付けアダプタの前記流路との間に配置され、前記少なくとも１つの板オリフィスが、前記取り付けアダプタの前記空洞を介して前記取り付けアダプタの前記流路と流体連通する請求項２８に記載の高圧噴射装置。
30. 前記高圧噴射装置はガソリン直接噴射装置である請求項２６に記載の高圧噴射装置。
31. 前記弁座支持面は、前記弁座の前記底面の少なくとも一部と接触している請求項２６に記載の高圧噴射装置。
32. 前記弁座支持面は、前記弁座の前記底面の略全体と接触している請求項２６に記載の高圧噴射装置。
33. 前記オス型インターフェースの一部が前記メス型インターフェース内に配置される請求項２６に記載の高圧噴射装置。
34. 前記オス型インターフェースの略全体が前記メス型インターフェース内に配置される請求項２６に記載の高圧噴射装置。
35. 前記少なくとも１つの板オリフィスは、複数の板オリフィスを含み、
    前記複数の板オリフィスの各々は、前記オリフィス板の前記近位端と前記遠位端との間に配置され、
    前記オリフィス板は、前記複数の板オリフィスが前記取り付けアダプタの前記流路と流体連通するように、前記取り付けアダプタに対して配置される請求項２７に記載の高圧噴射装置。
    

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