JP3105244B2 - 燃料噴射装置のノズルに関する改良 - Google Patents

燃料噴射装置のノズルに関する改良

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃エンジンに燃料を噴射するための弁制
御式ノズルに関する。本明細書中、「内燃エンジン」と
いう用語は、往復動エンジンやロータリーエンジンのよ
うな間歇的燃焼サイクルを有するエンジンに限定される
ということは理解されよう。
ノズルから内燃エンジンの燃焼室へ直接的に送出され
る燃料スプレーの性質は、燃料の燃焼効率に大きな影響
を与え、これは、エンジンの作動の安定性、エンジンの
燃料効率及びエンジンの排気ガスの組成にも影響を与え
る。これらの効果を特に火花点火式エンジンで最大限に
利用するため、ノズルから出る燃料のスプレーパターン
の所望の性質には、燃料の液滴の大きさが小さいこと
（液体燃料の場合）、燃料スプレーの制御された形状及
び浸透が含まれ、そして、少なくともエンジン負荷が小
さい場合に、比較的に収容され且つ均等に分配された点
火可能な燃料蒸気の雲がエンジンの点火プラグの近傍に
ある。
燃料をエンジンの燃料室内に直接的に送出するのに使
用される幾つかの周知の噴射ノズルは、ポペット弁型の
ノズルであり、これは燃料を円筒形又は末広がりの円錐
形スプレーの形態で送出する。燃料スプレーの形状の性
質は、ノズルを構成するポート及び弁の形状、特にノズ
ルを閉じた時にポートと弁が係合してシールが行われる
弁座のすぐ近くのポート及び弁の表面の形状を含む多数
のファクタによって決まる。ノズルの形状を所要の性能
を与えるように選択すると、この形状からの比較的僅か
なズレが前記性能に大きな劣化をもたらすことがある。
特に、固体の燃料生成物の付着又は形成、或いは燃料
が上を流れる表面上の他の付着物がノズルの正確な性能
に対する損傷となることがある。これらの表面上での形
成の主な原因は、燃焼又は噴射サイクル間にこれらの表
面上に残った残留燃料の部分燃焼によって作りだされた
炭素等又は他の粒子、又は燃焼中に燃焼室内でつくりだ
された炭素等の粒子がこれらの表面に付着することであ
る。
更に、これらの表面上での付着物の生成は、噴射ノズ
ルのところで燃料の計量を行う噴射ノズルの計量性能に
悪影響を与える。付着物の存在は、開放時のノズルを通
る燃料通路の断面積を直接的に減少させ、及び／又は弁
とポートとの間を偏心させ、これによって燃料通路の断
面積を変化させる。これらの付着物の程度によっては、
噴射装置のノズルの適正な閉鎖を行うことができず、か
くして燃料がノズルを通って燃焼室内に連続的に漏れて
しまうことが起こる。この漏れは、排気ガス中の排出物
のレベル並びにエンジンの作動の不安定性に深刻な悪影
響を与える。
従って、本発明の目的は、エンジンに送出される燃料
の通路中での付着物の形成を減少するのに貢献し、これ
によって作動中のノズルの性能を改善する、燃料を内燃
エンジンに噴射するノズルを提供することである。
この目的に関して、選択的に作動可能なノズルを有
し、燃料がこのノズルを通ってエンジンの燃焼室に送出
される内燃エンジンの燃料噴射装置において、前記ノズ
ルは、内側環状面を有するポートと前記内側環状面に関
して同心の外側環状面を有する弁部材とを有し、前記弁
部材は、前記内側環状面と前記外側環状面との間に燃料
を送出するための連続した通路を形成するか又は夫々の
環状面に対してほぼ同心の円形の着座線に従ってこれら
の環状面間にシール接触を形成して環状面間の燃料の送
出を回避するかを選択的に行うようにポートに対して軸
線方向に移動自在であり、前記環状面は燃料噴射方向に
お互いに離れるように形成され、前記内側環状面及び前
記外側環状面は前記円形の着座線に沿ってシール接触し
ているときに内側環状面及び外側環状面は着座線の下方
側から連続的にお互いに離れるように形成され、前記着
座線より下方側のこれらの環状面間の通路は最大幅が実
質的に30μｍを越えないとともに、ポートまたは弁部材
の少なくとも１つは環状面の下流端において終端面を有
し、終端面は環状面に対し実質的に直交している燃料噴
射装置が提供される。
弁部材は燃料噴射のための連続的通路を提供するため
にポートに対し外方向に軸線移動可能である。
通路の最大幅は、好ましくは、約20μｍ以下である。
内側環状面及び外側環状面のうちの少なくとも一方の
長さが、好ましくは、約0.50mm乃至2.00mmであり、より
好ましくは約0.8mm乃至1.50mmである。
好適には、内側環状面及び外側環状面は、円形の着座
線から送出中の燃料の流れ方向で下流に末広がりになる
ように、その共通の軸線に対して夫々の角度で傾斜して
いる。
円形の着座線は、ポートの内側環状面の内端即ち小径
端に、又はこの端に隣接して配置することができる。
内側環状面及び外側環状面は、截頭円錐形形状である
のがよいが、弁部材の外側環状面は、軸線方向断面で弧
状になっていてもよく、好適には、ポートの内側環状面
に対して部分球形面である凹型を提供する。凹型面の使
用は、ポートと弁部材との間の円形の着座線によるシー
ルの所望の位置決めを行う上で、製造を助ける。
内側環状面と外側環状面の上述の関係は、試験におい
て、所望のスプレー形成を維持し、従来技術で達成され
たよりも長期間に亘ってノズルの所望の性能を維持する
ことがわかった。円形の着座線の下流での環状面間の隙
間の最大寸法を減少することによって、ノズルの閉鎖毎
に付着物に衝撃荷重を発生させることが示唆されてい
る。この衝撃荷重は、付着物を取り除き、付着物が向き
合った面上に形成されることをなくす。
更に、ポートと弁部材の終端面を夫々の環状面に対し
てほぼ直角に配置することによって、終端面上の付着物
を燃料の直接通路内にある燃料通路内へ延長し、これに
よって燃料から最大衝突力を加えてこのような付着物の
延長を破壊する。
弁部材がポート内で着座したとき夫々の終端面が同延
であるようにすることによって、このようなオーバーハ
ング付着物の発達もまた回避される。
本発明は、本発明の実施例を組み込んだ添付図面に示
す燃料噴射ノズルの三つの実際の装置の以下の説明から
更に容易に理解されるであろう。
図面の簡単な説明 第１図は、ノズルポート及び弁の閉状態の軸線方向断
面図であり、 第２図は、弁が開状態にある、第１図と同様の図であ
り、 第３図は、弁の形体が異なる、第１図と同様の図であ
る。
実施例 第１図及び第２図を参照すると、ノズル本体10はその
下部に軸線方向ボア11を有し、このボアは、環状の内面
13を有するポート12で終端する。
ポート12は、内側環状面13と直角に交差する終端面15
を有する突出リング14で取り囲まれている。
弁部材20は、一端に一体の弁ヘッド22を備えたステム
21を有する。ステム21は、適当な機構と協働してノズル
本体10内を軸線方向に往復動し、ノズルを選択的に開閉
する。好ましくは空気のようなガス中に同伴される燃料
は、ボア11を通して供給され、ノズルの開放時にエンジ
ンに送出される。燃料は、ノズルを通って送出される際
に計量してもよいし、又は計量した量をボア11に供給し
てもよい。
弁ヘッド22は、ステム21から外方に末広がりになった
外側環状面23と、この環状面の末端部から搾まった終端
面24とを有する。これらの面23及び24は、各々截頭円錐
形形態であり、直角に交わっている。
環状面23の円錐角度が環状面13の円錐角度より小さい
ため、これらの環状面は、夫々、終端面15及び24に向か
う方向で互いから遠ざかっている。面13及び23の角度及
び直径は、ボア11とポート12の環状面13との接合域で弁
ヘッド22が着座するように選択されている。円形の着座
線を弁ヘッド22上に16で表示する。面13及び23の長さ
は、弁ヘッド22がポート12に着座したときに夫々の終端
面15及び24が整合するように選択される。これは、弁部
材をノズル本体に組み込んだ後にこれらの面を研削する
ことによって行うのが便利である。
環状面13及び23の角度の選択、及び着座線16の下流の
これらの環状面の各々の長さによって、これらの環状面
間の末端部での環状隙間17の幅が決定される。これらの
環状面間での付着物の形成を制御する利点を達成するた
め、環状隙間17の幅は、弁部材20の着座時に、40μｍ以
上でないようにされる。これもまた、終端面15及び24を
組み立て後に研削することによって行われる。
ノズルの一つの実際の形態では、内側環状面13の円錐
角度及び外側環状面23の円錐角度は、夫々40゜及び39゜
であり、ボア11の公称直径は4.20mmで、弁ヘッド22の外
端の最大公称直径が5.90nmである。上述の直径では、隙
間17はその下端で約20μｍであり、ポートの内側環状面
13の長さは1.35mmである。
ノズルについて、他の公称着座角度を使用してもよい
ということは理解されよう。この角度は20゜乃至60゜の
範囲内にあるのがよく、好ましくは30゜乃至50゜の範囲
内にあるのがよい。又、ポートの内面13の長さは2.00mm
を越えてはならず、好ましく0.8mm乃至1.5mmである。
第３図に示す変形態様の構成では、弁ヘッドの外側環
状面33が第１図及び第２図におけるように円錐形になっ
ているのではなく、凸面になっており、好適には、断面
が弧状になっているということだけが第１図及び第２図
に示す態様と異なっている。凸面をなした環状面の外形
を内側環状面13に関して選択し、円形の着座線32をボア
11と内面13との接合域から間隔を隔てられるように配置
し、内面13と外面33との間の隙間が着座線32から終端面
34に向かって漸次増大するようにする。終端面34での隙
間31の幅は、この場合も、弁部材が着座しているときに
20μｍ乃至30μｍである。凸面は、一つの球、或いは一
つ又はそれ以上の部分球面の一部であり、弁部材20の軸
線に関して対称である。別の態様では、ポートの内側環
状面が凹型で弁ヘッドの外側環状面が凸型である。
以上説明したノズルの実施例の各々は、一般にポペッ
ト弁と呼ばれる外方に開いた弁部材を有するが、本発明
は、一般にニードル弁と呼ばれる内方に開いた弁部材に
も同様に適用できる。
上述のノズルは、ポペット型の弁を使用する燃料噴射
装置の形態で使用することができ、液状の燃料又は気体
状の燃料のいずれかを単独で又は組み合わせて圧縮空気
のような気体状のキャリア中に同伴されて又はされない
で噴射するのに使用することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダシルバ，ジョージ、マニュエル、ペレ イラ オーストラリア連邦ウェスターンオース トラリア州、ウェスト、リーダービル、 セント、レオナーズ、アベニュー、47 (56)参考文献 特開 昭62−284958（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−50376（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−20375（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−113871（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02M 39/00 - 71/04

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】選択的に作動可能なノズルを有し、ガス中
    に同伴される燃料がこのノズルを通ってエンジンの燃焼
    室に直接送出される内燃エンジンの燃料噴射装置におい
    て、前記ノズルは、内側環状面を有するポートと前記内
    側環状面に関して同心の外側環状面を有する弁部材とを
    有し、前記弁部材は、前記内側環状面と前記外側環状面
    との間にガス中に同伴される燃料を送出するための連続
    した通路を形成するか又は夫々の環状面に対してほぼ同
    心の円形の着座線に沿ってこれらの環状面間にシール接
    触を形成して環状面間の燃料の送出を回避するかを選択
    的に行うようにポートに対して軸線方向に移動自在であ
    り、前記両環状面は、燃料噴射方向にお互いに離れるよ
    うに形成され前記内側環状面及び前記外側環状面が前記
    円形の着座線に沿ってシール接触しているときに内側環
    状面及び外側環状面は着座線の下方側から連続的にお互
    いに離れるように形成され、前記着座線より下方側のこ
    れらの環状面間の通路は実質的に30μｍを越えないとと
    もに、前記ポートまたは弁部材の少なくとも１つは環状
    面の下流端において終端面を有し、前記終端面は前記環
    状面に対し実質的に直交していることを特徴とする燃料
    噴射装置。
  2. 【請求項２】弁部材は燃料の噴射のための連続的通路を
    提供するためにポートに対し外方向に軸線移動可能であ
    る、請求項１記載の燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】通路の前記最大幅が約20μｍ以下である、
    請求項１または２記載の燃料噴射装置。
  4. 【請求項４】環状面のうちの少なくとも一方が約0.50mm
    乃至2.00mmの長さを有する、請求項１乃至３のうちのい
    ずれか一項に記載の燃料噴射装置。
  5. 【請求項５】環状面のうちの少なくとも一方が約0.8mm
    乃至1.50mmの長さを有する、請求項１乃至３のうちのい
    ずれか一項に記載の燃料噴射装置。
  6. 【請求項６】内側および外側環状面は着座線から下流方
    向に滑らかに拡張していることを特徴とする請求項１乃
    至５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
  7. 【請求項７】少なくとも１つの環状面は截頭円錐形形状
    をしていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか
    一項に記載の燃料噴射装置。
  8. 【請求項８】少なくとも１つの環状面は他の環状面と同
    軸の球面部分を有している、請求項１乃至７のいずれか
    一項に記載の燃料噴射装置。
  9. 【請求項９】内側環状面と外側環状面は着座線の下流側
    において同一の長さである、請求項１乃至８のいずれか
    一項に記載の燃料噴射装置。
  10. 【請求項１０】ポートと弁部材はそれぞれ環状面の下流
    端に終端面を有し、前記両終端面は２つの環状面が着座
    線において接触した際実質的に整合する、請求項１乃至
    ９のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
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