JP3429321B2 - エアアシスト計量装置と計量方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、広くは、燃料インジェクタ、それも内燃機
関の吸入装置内への液体燃料噴射に使用され、かつ燃料
インジェクタが噴射する液体燃料の霧化を促進させるた
めの、インジェクタ先端に適合するアトマイザを有する
型式の燃料インジェクタに関し、より具体的には、エア
アシスト燃料インジェクタに必要とされる空気の計量お
よび方向づけに関するものである。

発明の背景 燃料インジェクタの先端から噴射される液体燃料のエ
アアシスト式霧化は、公知の技術であり、この技術は、
内燃機関の燃焼室内へ導入される燃焼可能な混合気のよ
り良い調製を助成するために使用される。混合機の調製
が改善されると、燃焼過程の一層の清浄化と効率化の双
方が促進されるが、これは、排気ガス浄化と燃料節約の
いずれの立場からも、望ましい到達目標である。

今後の排気ガス放出に対する要求が、燃料の霧化を改
善して、液体燃料を微細な液滴寸法に分解し得るように
し、より完全もしくは効率的な燃焼成績を達成すること
の必要性に拍車をかけることになった。霧化の改善は、
一般に「エアアシスト」と呼ばれる技術により達成で
き、それにより、付加的な空気が音速で燃料に向けられ
ると、空気による衝撃の結果、空気エネルギーが燃料滴
を微細な霧滴に粉砕する。このことは、次いで吸気弁の
ところでも行われる。

従来技術には、エアアシスト霧化技術に関係するかな
り多くの特許が含まれている。その技術の利点は、噴射
される液体燃料と相互作用するように補助空気を方向づ
ける特殊な補助吸気通路を含むことで得られる点であ
る。或るエアアシスト燃料噴射装置では、ポンプまたは
他の何等かの圧縮源からの圧縮空気が、補助空気として
使用される。また別の装置では、大気と、エンジン作動
の特定の状態時の入入装置との間に発生する差圧が、利
用される。共通の技術は、燃料インジェクタが、個々の
インジェクタへ補助空気を送入する補助空気通路を有す
るように構成されたエンジンヘッド、エンジンマニホル
ド、燃料レールのいずれかに取り付けられる点である。

空気流を計量するいくつかの異なる方法は効果的では
あるが、エアアシスト燃料インジェクタ量産での課題の
１つは、設計面や製造過程面の変更を最小限に抑えて、
エアアシストの使用に容易に適用できるようなインジェ
クタを製造することである。通常、設計は、３つの主要
パラメータ、すなわち既知流量を実現するための空気の
実地計量、空気流を方向づけるための構成要素、エンジ
ンに必要なシールを含むことを要するパッケージングか
ら成っている。

これまでのコンセプトの１つでは、カップ形の金属製
空気シュラウドが使用され、このシュラウドには、制限
された寸法の貫通穴がカップ底部に設けられている。カ
ップは、その側部がインジェクタに、それも弁体の外径
部に溶接により取付けられている。空気流は、貫通穴の
円周により計量または制限され、インジェクタ端部から
の貫通穴の高さが乗じられる。インジェクタシュラウド
組立体には、空気が流され、弁体端部からのカップの高
さは、目標空気流量が達せられるまで、較正（calibrat
e）を行なって、変更される。このコンセプトの利点
は、同じ組立体が種々の目標空気流量に利用でき、異な
る空気較正に対する顧客のさまざまな要求に応じられる
点である。他方、欠点は、組立／製造過程に較正段階を
含めることが要求され、この結果、付加的な処理時間と
費用がかかる点である。更に、計量された空気流の方向
が、燃料流の流れ方向に対し直角であり、この方向が燃
料流をまとにする幾何形状と有利となるようには提示さ
れてはいない。

別のコンセプトは、金属製空気計量ディスクを有する
金属製シュラウドから成るものである。カップの底部
は、ディスクを燃料インジェクタ端部にサンドイッチ状
に挟み付け、通常は、インジェクタ端部から特殊なバッ
クアップワッシャ外部に突出している。計量区域は、計
量ディスクによって形成され、該計量ディスクが少なく
とも１つの流路を有し、この流路により、シュラウド外
径部から内径部の出口穴への空気の通過が可能になる。
空気シュラウド／計量ディスク組立体は、弁体に通常は
ステーキング作業によって取付けられ、シュラウドを変
形させて弁体内へ収容する。このコンセプトの利点は、
計量ディスクの製造過程が精密であるため、流量変化が
最小に維持されるので、組立過程で較正作業が不要な点
である。加えて、検量ディスク設計は、分割流によるエ
アアシストが実施可能なようにされている。しかし、こ
のコンセプトの空気流は、またしても燃料流に対して直
角方向である。

したがって、どのバックアップワッシャ付き標準イン
ジェクタをも、目標に向けるのに好都合な異なる角度に
空気流を方向づけ得るエアアシストインジェクタに変換
できる空気計量方法が必要であることが明らかである。

発明の要約 この必要は、本発明によるエアアシスト計量装置およ
び計量方法により充足された。通常の噴射弁弁体はバッ
クアップワッシャを含んでいる。エアアシストの場合、
このバックアップワッシャは比較的厚手にされている。
ワッシャ表面は、弁体のかしめ区域よりも内方へ突入
し、かつ空気計量ディスクのシールに役立つ平らな表面
を含んでいる。本発明は、エアアシストバックアップワ
ッシャを空気計量用または空気の方向づけ用の構成部材
として利用する。

本発明の一態様によれば、燃料インジェクタ用のエア
アシスト計量装置であって、該計量装置が、ノズル部分
を内蔵した弁体と、ノズル部分を内蔵した弁体の少なく
とも一部分を取囲むシュラウド部材とを含み、該シュラ
ウド部材と弁体の一部とがそれらの間に空気の流路を画
設し、更に前記計量装置が、ノズル部分下流の弁体内部
へ空気流路を接続するための少なくとも２つの空気流路
を有する空気計量構成部材を含んでいる形式のものの場
合に、前記シュラウド部材が、側壁部分と端壁部分とを
含み、端壁部分が側壁部分から半径方向内方へ延び、か
つ平らな表面部分と、軸方向に切頭円錐形に延びる開口
とを備えており、また前記空気計量構成部材が、弁体に
内蔵され、ノズル部分と、軸方向に切頭円錐形に延びる
開口に隣接する端壁部分の平らな表面部分とに当接され
ており、更に、前記空気計量構成部材内の前記少なくと
も２つの空気流路と組合わされたシュラウド部材の平ら
な表面部分が、燃料インジェクタを通過する目標空気流
を計量することを特徴としている。

本発明の一実施例によれば、燃料インジェクタを通過
する目標空気流を得るための空気計量方法が得られる。
燃料インジェクタは、エアアシスト噴射弁弁体と、エア
アシストバックアップワッシャとを含み、該ワッシャ
が、弁体内部に設けられた２つ以上の流路を有してい
る。更に、燃料インジェクタは、非平行な表面と平らな
表面とを有するシュラウド部材を含み、しかも前記非平
行な表面がバックアップワッシャに当接されることで、
バックアップワッシャ内の流路と接続されたシュラウド
部材の平らな表面が空気流の計量および／または方向づ
けを行う。

本発明の利点は、目標空気流を得るために協働する付
加的なディスクまたはインサートを必要としない点であ
る。したがって、本発明の利点は、製造が従来より容易
かつ高品質なエアアシストインジェクタが得られる点で
ある。

本発明の性質および目的を完全に理解するためには、
添付図面および請求の範囲と関連して行う以下の詳細な
説明を参照せねばならないだろう。

図面の簡単な説明 図面： 図１は、従来技術によるエアアシストアトマイザを内
蔵する燃料インジェクタの縦断面図。

図２は、図１同様の縦断面図で、本発明のエアアシス
ト計量コンセプトによる燃料インジェクタの出口端部を
拡大して示した図。

図３は、図２のバックアップワッシャを３−３線に沿
って見た図。

図４は、図３のバックアップワッシャを別の実施例の
図。

好適実施例の説明 図１には、もっぱら説明目的で、エアアシストアトマ
イザ12を内蔵する電気作動し気燃料インジェクタ10が示
されている。燃料インジェクタ10は、主縦軸線14を有
し、入口16と、軸方向で反対側の端部に配置されたノズ
ル18とを含むトップフィード型のインジェクタである。
入口16とノズル18との間の、燃料インジェクタを貫通す
る液体燃料通路は、ちょうどノズル18の内部に設けられ
た弁座22に対する金属製ニールド20の丸くされた先端の
着座と離間とにより制御される。ニードル20は、弁座22
に着座するように、ばね24により弾性的に付勢され、流
路を閉じている。電磁コイル26に励磁電流が加えられる
ことで、弁が電気的に励起されると、ニードル20は、弁
座から離間し、燃料流の通過が可能になる。図１および
図２は、燃料インジェクタが閉弁状態で示されている。

エンジンの作動時には、燃料インジェクタと関係する
吸入通路内の圧力は部分真空（sub−atmospheric）であ
る。このため、アトマイザの前後に差圧が生じ、この差
圧の作用によって、空気はアトマイザとアトマイザ先端
の出口とを通過して、インジェクタ出口またはノズル18
から燃料が噴霧される。アトマイザを通過する空気は、
燃料がインジェクタ先端から噴霧されるさいに、燃料噴
霧に作用することで、吸入通路に流入する液体燃料の霧
化を補助する。

図１の燃料インジェクタのノズルまたは出口18の近く
の構成は、図２に本発明の構成を組込んだ形式により詳
細に図示されている。燃料インジェクタは、概して管状
の金属製弁体26を含んでおり、弁体26は、ノズル端部で
の組付け順序で、金属製ニードル案内部材30、金属製弁
座部材32、図１の金属製保持部材36を内包している。通
常、エアアシスト燃料インジェクタの弁体は、特別なエ
アアシストバックアップワッシャ37を含んでいる。該バ
ックアップワッシャ37の上面39は、弁体のかしめ区域を
こえて、金属製の薄手の円板オリフィス部材34の方へ突
入している。

図１に示した従来技術のエアアシストアトマイザは、
燃料インジェクタに関係する組立体内に２つの部材を含
み、一方の部材はシュラウド部材52であり、他方の部材
は、空気計量ディスクまたはインサート54である。図１
と図２とのシュラウド部材52は、事実上等しく、側壁56
と端壁58とを有する概してカップ形状を有している。側
壁56は、肩60を有する円筒形内径部を有し、この内径部
が肩60により拡径部が肩60により拡径部分62と、縮径部
分64とに分けられている。縮径部分64は、端壁58と直接
に連続する部分から肩60まで延び、他方、拡径部分62
は、肩60から、端壁58とは反対側のシュラウド部材52の
端部へ延びている。

弁体28の一部は、公称では円形の外径部66を有し、こ
の外径部は、シュラウド部材52の拡径部分62が滑りばめ
可能な外径寸法を有している。しかし、この公称円形の
外径部66は、１つ以上の中断部、例えば平らな部分また
はスロット68を有し、これによって、シュラウド部材52
の側壁と協働して、補助空気用の軸方向に延びる流路70
の流入部が画設され、補助空気が弁体28の外側に沿って
軸方向にノズル18の方へ流入する。

端壁58は、側壁56から半径方向内方へ延び、軸方向に
切頭円錐形に延びる開口72を形成している。開口72は軸
線14と同軸的であり、ノズル18から噴射される燃料は開
口72を通過する。開口72を取り囲む輪郭をなす、端壁58
の平らな内側表面から上方へ円環状の内縁74が形成され
ている。従来技術によれば、空気計量ディスクまたはイ
ンサート54は、ノズル18と端壁58との間に軸方向に配置
され、実際には、円環状の内縁74と保持部材36の軸方向
外端面との間に保持されている。

これまでに説明した燃料インジェクタの構成は、概し
て、共有譲渡された特定の特許に開示された構成に類似
しているので、ここでは、これ以上説明はせず、注意
を、エアアシストアトマイザ12の発明の特徴と、該アト
マイザと燃料インジェクタ10の関連とに集中させること
にする。インサート54と、それに関連する種々の要素に
ついては、1992年12月29日付でJ.J.Shenに対し発行され
共有譲渡された米国特許第5174505号『燃料インジェク
タ用エアアシストアトマイザ』に詳細に説明されてい
る。該特許は、ここに引用することにより、その全体が
本明細書に取入れられる。

本発明では、エアアシストバックアップワッシャ37
が、空気計量構成部材として利用され、空気計量ディス
クまたはインサート54は除去される。バックアップワッ
シャ37の下流端部は、流れ用に付形された斜面を含み、
この形状に相応して、シュラウド部材52の端部内壁は、
流れを方向づけるようにされている。シュラウド部材52
とバックアップワッシャ37とは、シュラウド表面がバッ
クアップワッシャに当接され流れが方向づけられるよう
に、相互に適応する幾何形状を有している。更に、バッ
クアップワッシャ内の流路と組合わされているシュラウ
ド部材の平らな表面が、空気流を計量する。空気流は、
図３および図４に矢印で示されている。図３に示すよう
に、少なくとも２つの流路76が必要とされるが、図４に
示すように、２つ以上の流路76でも、同様に全く差し支
えない。

流路76は、なんらかの適当な手段によってエアアシス
トバックアップワッシャ37内に設けられる。例えば、通
常のバックアップワッシャ37はスタンピングされるの
で、空気の流量は、製造時にワッシャ37内にスタンピン
グされ、異なるワッシャには異なる流路を設けることが
できる。あるいはまた、流路は、ワッシャを燃料インジ
ェクタに取付けた後に、ワッシャにスタンピングするこ
ともできよう。あるいはまた第３の選択肢は、流路を、
例えばレーザ光などの金属加工で形成することだろう。
しかしまた、別の実施例では、粉末金属製のバックアッ
プワッシャが用いられ、流路は成形される。更に、本発
明によれば、流路は空気流に対し直角および／または角
度をなすことで、空気流の目標指向性が改善されるか、
または空気の方向づけ用に役立てられる。これらのいず
れの選択肢の場合も、付加部分、すなわち図１の空気計
量ディスクまたはインサート54は不要となろうし、更
に、組立体に要求される配向操作のいくらかを不要にで
きよう。空気用のシュラウド部材52は、金属製、プラス
チック製を問わず、その凹状の、または角度を有する底
部端がバックアップワッシャ表面に当接している。バッ
クアップワッシャ37内の空気の流路と組合わされている
シュラウド部材の平らな表面は空気流の計量および／ま
たは方向づけを行う。

記述の利点に加えて、本発明により、制作費のより安
価な、設計面の融通性の高いエアアシスト計量コンセプ
トが得られる。

以上、本発明を詳細かつ好適実施例を参照して説明し
たが、請求の範囲に規定された本発明の範囲を逸脱する
ことなしに、別の変更態様や変化形が可能であることは
言うまでもない。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−42429（ＪＰ，Ａ) 特表 平７−500649（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 69/04 F02M 61/18 360

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料インジェクタ（10）用のエアアシスト
   計量装置であって、該計量装置が、 ノズル部分（18）を内蔵した弁体（28）と、 ノズル部分（18）を内蔵した弁体（28）の少なくとも一
   部を取囲むシュラウド部材（52）とを含み、前記シュラ
   ウド部材（52）と弁体（28）の前記一部とがそれらの間
   に空気の流路を画設しており、更に前記計量装置が、 ノズル部分（18）下流の弁体（28）内部へ空気流路（7
   0）を接続するための少なくとも２つの空気流路（76）
   を有する空気計量構成部材（37）を含んでいる形式のも
   のであり、 前記シュラウド部材（52）が、側壁部分（56）と端壁部
   分（58）とを含み、端壁部分（58）が側壁部分（56）か
   ら半径方向内方へ延び、かつ平らな表面部分と、軸方向
   に切頭円錐形に延びる開口（72）とを備えており、また
   前記空気計量構成部材（37）が、弁体（28）に内蔵さ
   れ、かつノズル部分（18）と、軸方向に切頭円錐形に延
   びる開口（72）に隣接する端壁部分（58）の平らな表面
   部分とに当接されており、さらに、前記空気計量構成部
   材（37）内の前記少なくとも２つの空気流路（76）と組
   合わされたシュラウド部材（52）の平らな表面部分が、
   燃料インジェクタ（10）を通過する目標空気流を計量す
   ることを特徴とする、燃料インジェクタ（10）用のエア
   アシスト計量装置において、 前記空気計量構成部材（37）は、前記空気計量構成部材
   （37）を内蔵する前記弁体（28）により半径方向におい
   て位置決めされるが、前記シュラウド部材（52）に半径
   方向において当接することが防止されて半径方向におい
   て位置決めされることが防止されていることを特徴とす
   る、計量装置。
2. 【請求項２】前記シュラウド部材（52）が概してカップ
   形状を有している、請求項１に記載された計量装置。
3. 【請求項３】前記側壁部分（56）が円筒形の内径部を有
   している、請求項１または請求項２に記載された計量装
   置。
4. 【請求項４】前記少なくとも２つの空気流路（76）が、
   前記空気計量構成部（37）に、該部材の製造中にスタン
   ピングされる、請求項１から請求項３までのいずれか１
   項に記載された計量装置。
5. 【請求項５】前記少なくとも２つの空気流路（76）が、
   燃料インジェクタに前記空気計量構成部材（37）が組付
   けられた後に、該部材にスタンピングされる、請求項１
   から請求項３までのいずれか１項に記載された計量装
   置。
6. 【請求項６】前記少なくとも２つの空気流路（76）が、
   金属加工を選択することで形成される、請求項１から請
   求項３までのいずれか１項に記載された計量装置。
7. 【請求項７】前記少なくとも２つの空気流路（76）が、
   燃料流に対して直角方向に形成されている、請求項１か
   ら請求項６までのいずれか１項に記載された計量装置。
8. 【請求項８】前記少なくとも２つの空気流路が、燃料流
   に対して角度をなしている。請求項１から請求項６まで
   のいずれか１項に記載された計量装置。
9. 【請求項９】前記空気計量構成部材（37）が、角度を有
   する表面部分を備え、組み立てられた場合に、該表面部
   分が、シュライド部材（52）の切頭円錐形開口（72）の
   形状に対応し、それにより該開口を通過する燃料流が方
   向づけられる、請求項１から請求項８までのいずれか１
   こうに記載された計量装置。