JP3536857B2 - 流体噴射ノズル - Google Patents

流体噴射ノズル

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JP3536857B2
JP3536857B2 JP2003306886A JP2003306886A JP3536857B2 JP 3536857 B2 JP3536857 B2 JP 3536857B2 JP 2003306886 A JP2003306886 A JP 2003306886A JP 2003306886 A JP2003306886 A JP 2003306886A JP 3536857 B2 JP3536857 B2 JP 3536857B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【技術分野】
【0001】本発明は、噴孔プレートを備える流体噴射
ノズルに関するものであり、例えば内燃機関(以下、
「内燃機関」をエンジンという)に燃料を噴射する燃料
噴射弁の燃料噴射ノズルに関する。
【背景技術】
【0002】従来、特許文献1に開示されているよう
に、弁部材と弁座とが形成する弁部の燃料下流側に複数
の噴孔を形成した薄板の噴孔プレートを配設し、各噴孔
から燃料を噴射する燃料噴射弁が知られている。しか
し、噴孔プレートに複数の噴孔を形成すると各噴孔の距
離が接近し、各噴孔から噴射された液柱が噴孔の下流側
で衝突することにより、燃料噴霧の微粒化が妨げられる
恐れがある。ここで液柱とは、噴孔から噴射され噴霧に
なる前の柱状の液体を表す。
【0003】また、特許文献2および特許文献3に開示
される燃料噴射弁では、弁ボディの燃料噴射側端部と噴
孔プレートとの間に径方向外側に広がる燃料室を形成
し、弁ボディの燃料噴射側端面が覆う位置に噴孔を配置
している。径方向外側に広がる燃料室をもたない場合に
比べ各噴孔の間隔が広がる。
【特許文献1】独国特許出願公開第19636396号
明細書
【特許文献2】国際公開第98/34026号パンフレ
ット
【特許文献3】米国特許第4907748号明細書
【発明の開示】 【発明が解決しようとする課題】
【0004】しかしながら、特許文献2および特許文献
3に開示される燃料噴射弁では、燃料室の外周縁と噴孔
の燃料入口との距離が近いので、燃料室の外周縁側から
噴孔に流入する燃料は少なく、殆どの燃料が燃料室の中
央部から噴孔に流入する。主に一方向から噴孔に燃料が
流入すると、噴孔の燃料入口において流入燃料が十分に
衝突しない。噴孔に流入する燃料の衝突が十分に行われ
ないと噴孔に流入する燃料流れに乱れが少なく、燃料噴
霧の微粒化が不十分になる。
【0005】本発明の目的は、噴霧を微粒化する流体噴
射ノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】請求項1、2記載の発明では、内周面を噴
孔プレートに向けて延長した仮想面が噴孔プレートと交
差する仮想包路線の外周側に、噴孔の流体入口を有して
いる。
【0007】これにより、流体通路が開放されると、内
周面に沿い噴孔プレートに向けて流れる流体は、噴孔プ
レートに衝突し、噴孔プレートに沿う流れを形成する。
【0008】したがって、流体が直接噴孔に流入せず、
噴孔の流体入口で衝突する。これにより、噴孔から噴射
された液柱に生じる乱れが増大し微粒化が促進される。
【0009】さらに、請求項1記載の発明では、流体室
は弁座を有する内周面が形成する流体下流側開口よりも
大径であり、噴孔の径をdとすると複数の噴孔の流体入
口の外周側位置から外周側にd以上広がっている。
【0010】したがって、流体室の中央からだけではな
く流体室の外周縁からも各噴孔に流体が流入しやすい。
このように、噴孔の流体入口でほぼ互いに向かい合って
流れる流体が衝突するので、噴孔から噴射された液柱に
生じる乱れが増大し微粒化が促進される。
【0011】特に、請求項2記載の発明では、流体室は
弁ボディの流体噴射側端部の凹部により形成され、この
凹部の底面は噴孔を覆っている。
【0012】これにより、噴孔プレートに沿い弁ボディ
に案内されて噴孔に流体が流入するので、噴孔の流体入
口で流体が衝突するエネルギーが増大する。したがっ
て、噴孔から噴射された液柱に生じる乱れが増大し微粒
化が促進される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】以下、本発明の実施の形態を示す複数の実
施例を図に基づいて説明する。
【0014】(第1実施例) 本発明の第1実施例による流体噴射ノズルをガソリンエ
ンジンの燃料噴射弁に用いた例を図2に示す。燃料噴射
弁1のケーシング11は、磁性パイプ12、固定鉄心3
0、スプール40に巻回したコイル41等を覆うモール
ド樹脂である。弁ボディ13は磁性パイプ12とレーザ
溶接等により結合している。弁部材としてのノズルニー
ドル20は磁性パイプ12および弁ボディ13内に往復
移動可能に収容されており、ノズルニードル20の当接
部21は弁ボディ13の内周面14に形成した弁座14
aに着座可能である。内周面14は流体通路として燃料
通路50を形成する弁ボディ13の内周壁に形成されて
おり、燃料噴射側に向け縮径している。
【0015】図1に示すように、燃料噴射弁1の噴射ノ
ズルは、弁ボディ13、ノズルニードル20および噴孔
プレート25で構成されている。弁ボディ13の燃料噴
射側端部に凹部15が形成されている。凹部15と噴孔
プレート25との間に噴孔プレート25に沿って平行で
平坦な円板状の燃料室51が形成されている。流体室と
しての燃料室51は弁座14aよりも燃料下流側の燃料
通路50と連通しており、燃料室51の径は内周面14
が形成する燃料下流側開口の径よりも大きい。燃料室5
1は、内周面14を噴孔プレート25に向けて延長した
仮想面が噴孔プレート25と交差する仮想包路線200
を境に、内側燃料室52と外側燃料室53とに分けられ
ている。図1の(B)において201は燃料室51の外
周縁を示している。
【0016】ノズルニードル20の燃料噴射側端面20
aは平面状に形成されている。図2に示すように、ノズ
ルニードル20の当接部21と反対側に設けられた接合
部22は可動鉄心31と結合している。固定鉄心30と
非磁性パイプ32、非磁性パイプ32と磁性パイプ12
とはそれぞれレーザ溶接等により結合している。
【0017】図1に示すように、弁ボディ13の燃料噴
射側端部に薄い円板状に形成された噴孔プレート25が
配設されている。噴孔プレート25は、弁ボディ13の
燃料噴射側の端面13aと当接しており、弁ボディ13
とレーザ溶接されている。噴孔プレート25には同一円
周上に4個の噴孔25a、25b、25c、25dが形
成されている。噴孔25a、25b、25c、25dは
燃料噴射方向に向け噴孔プレート25の中心軸26から
離れるように同一径d1で形成されている。燃料室51
は、噴孔25a、25b、25c、25dが配置されて
いる領域の外周側にd2広がって形成されている。つま
り、噴孔25a、25b、25c、25dの燃料入口の
外周側位置から燃料室51の外周縁201までの距離が
d2である。d1≦d2である。
【0018】各噴孔は凹部15の底面15aに覆われて
おり、外側燃料室53に開口している。噴孔25aと噴
孔25b、ならびに噴孔25cと噴孔25dは、噴孔プ
レート25の中心軸26に対しそれぞれ同じ方向に同じ
傾斜角αで形成されている。2°≦α≦40°である。
噴孔25a、25bが噴射する方向と、噴孔25c、2
5dが噴射する方向とは180°反対であり、燃料噴射
弁1は2方向噴射を行う。
【0019】図2に示すように、アジャスティングパイ
プ34の燃料噴射側にはノズルニードル20を弁座14
a方向に付勢するスプリング35が配設されている。ア
ジャスティングパイプ34の軸方向位置を変更すること
によりノズルニードル20を付勢するスプリング35の
付勢力を調整することができる。
【0020】スプール40に巻回されたコイル41は、
非磁性パイプ32を挟むように位置する固定鉄心30お
よび磁性パイプ12のそれぞれの端部と非磁性パイプ3
2との周囲を覆うようにケーシング11内に位置してい
る。コイル41はターミナル42と電気的に接続されて
おり、ターミナル42に印加される電圧がコイル41に
加わる。
【0021】次に、燃料噴射弁1の作動について説明す
る。
【0022】(1) コイル41への通電がオフされて
いる間、スプリング35の付勢力により弁座14a側に
可動鉄心31およびノズルニードル20が移動し、当接
部21が弁座14aに着座している。したがって、燃料
通路50は閉塞されており各噴孔から燃料は噴射されな
い。
【0023】(2) コイル41への通電がオンされる
と、固定鉄心30側に可動鉄心31を吸引可能な電磁吸
引力がコイル41に生じる。この電磁吸引力によって可
動鉄心31が固定鉄心30側に吸引されるとノズルニー
ドル20も固定鉄心30側に移動し、当接部21が弁座
14aから離座する。すると燃料通路50が開放され各
噴孔から燃料が噴射される。
【0024】内周面14に沿い噴孔プレート25に向け
て流れる燃料は、噴孔プレート25に衝突し噴孔プレー
ト25に沿い内側燃料室52を中心に向かう流れと、噴
孔プレート25に沿い外側燃料室53を径方向外側に向
かう流れとに別れる。外側燃料室53を径方向外側に向
かう燃料流れの一部は、各噴孔の間を通過して燃料室5
1の外周縁201で凹部51の内周壁と衝突する。各噴
孔の外周側位置と燃料室51の外周縁201との距離d
2は噴孔径d1以上に設定されているので、外周縁20
1で凹部51の内周壁と衝突した燃料が流れ方向を変
え、燃料室51の中心に向かうことができる。この燃料
室51の中心に向かう燃料流れと、外側燃料室53を径
方向外側に向かう燃料流れとが各噴孔の燃料入口直上で
均等に衝突し各噴孔に流入するので、各噴孔から噴射さ
れる液柱に乱れが生じ微粒化を促進する。
【0025】前述したように、噴孔25aと噴孔25
b、ならびに噴孔25cと噴孔25dは、噴孔プレート
25の中心軸26に対しそれぞれ同じ方向に同じ傾斜角
αで形成されており、2方向噴射を実現する構成となっ
ている。各噴孔が外側燃料室53に開口し互いに離れて
いるので、噴孔25aと噴孔25b、ならびに噴孔25
cと噴孔25dから噴射された燃料の液柱が各噴孔直下
で衝突し合うことを防止する。したがって、噴射された
燃料の微粒化が促進される。
【0026】ノズルニードル20の燃料噴射側端面20
aが平面状に形成され、かつ燃料室51が噴孔プレート
25に沿い平坦に形成されているので、噴孔プレート2
5に向けて流入した燃料が噴孔プレート25に沿って流
れる。したがって、燃料が直接噴孔に流入せず噴孔の燃
料入口で均等に衝突する。これにより、噴孔から噴射さ
れる液柱に乱れが生じ微粒化を促進する。また、各噴孔
は燃料噴射方向に向け中心軸26から離れるように形成
されている。したがって、各噴孔から噴射された燃料は
広範囲に広がる噴霧になる。
【0027】(第2実施例) 本発明の第2実施例による燃料噴射弁を図3に示す。第
1実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付し、説
明を省略する。第2実施例では、弁ボディ13に凹部を
形成せず、噴孔プレート60の反燃料噴射側に凹部61
を形成することにより、各噴孔の燃料上流側直上に噴孔
プレート60に平行で平坦な燃料室51を形成してい
る。噴孔プレート60に形成されている4個の噴孔60
a、60b、60c、60dは、第1実施例の噴孔25
a、25b、25c、25dと対応しており、同じ傾斜
角α、同じ噴孔径d1である。また、噴孔60a、60
b、60c、60dの燃料入口の外周側位置から燃料室
51の外周縁201までの距離はd2であり、d1≦d
2である。各噴孔は、弁ボディ13の燃料噴射側端面1
3aにより覆われている。
【0028】(第3実施例) 本発明の第3実施例による燃料噴射弁を図4に示す。第
1実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付し、説
明を省略する。噴孔プレート70は反燃料噴射側に凹部
71を形成しており、噴孔プレート70と弁ボディ13
との間に環状の板状部材75が挟持されている。噴孔プ
レート70に形成されている4個の噴孔70a、70
b、70c、70d(70b、70cは図示せず)は、
第1実施例の噴孔25a、25b、25c、25dと対
応しており、同じ傾斜角α、同じ噴孔径d1である。ま
た、噴孔70a、70b、70c、70dの燃料入口の
外周側位置から燃料室51の外周縁201までの距離は
d2であり、d1≦d2である。各噴孔は、板状部材7
5により覆われている。
【0029】以上説明した第1実施例、第2実施例、お
よび第3実施例では、弁ボディ13に形成した凹部15
の底面15a、弁ボディ13の燃料噴射側端面13aま
たは板状部材75により各噴孔を覆っている。この構成
に対し、各噴孔をさらに噴孔プレートの中央側に形成す
ることにより内周面14の燃料下流側開口内に各噴孔の
燃料入口が開口し、ノズルニードル20の燃料噴射側端
面20aが各噴孔を覆う構成を採用してもよい。
【0030】(第4実施例) 本発明の第4実施例による燃料噴射弁を図5に示す。第
1実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付し、説
明を省略する。弁ボディ13の燃料噴射側端部に、薄い
円板状に形成された噴孔プレート80が配設されてい
る。図5の(B)に示すように、噴孔プレート80に内
側噴孔80a、80b、外側噴孔80c、80dが形成
されている。内側噴孔80a、80bは仮想包路線20
0の内周側に燃料入口を有し、外側噴孔80c、80d
は仮想包路線200の外周側に燃料入口を有している。
内側噴孔80aと外側噴孔80c、ならびに内側噴孔8
0bと外側噴孔80dは、燃料噴射方向に向かうにした
がい噴孔プレート80の中心軸81から離れる方向に同
じ傾斜角αで形成されている。2°≦α≦40°であ
る。内側噴孔80aおよび外側噴孔80cが噴射する方
向と、内側噴孔80bおよび外側噴孔80dが噴射する
方向は180°反対であり、2方向噴射を行う。
【0031】内周面14に沿い噴孔プレート80に向け
て流れる燃料は、噴孔プレート80に衝突し噴孔プレー
ト80に沿って内側燃料室52を中心に向かう流れと、
噴孔プレート80に沿い外側燃料室53を径方向外側に
向かう流れとに別れる。前述したように、内側噴孔80
aと外側噴孔80c、ならびに内側噴孔80bと外側噴
孔80dは、噴孔プレート80の中心軸81に対しそれ
ぞれ同じ方向に同じ傾斜角αで形成されている。しか
し、内側噴孔80aと外側噴孔80cに流入する燃料流
れの方向は逆方向であり、かつ内側噴孔80bと外側噴
孔80dに流入する燃料流れの方向は逆方向である。外
側噴孔80c、80dから噴射される液柱は噴孔80
c、80dの中心軸82対し噴孔プレート80の中心軸
81から離れる方向に傾き、内側噴孔80a、80bか
ら噴射される液柱は噴孔80a、80bの中心軸82に
対し噴孔プレート80の中心軸81に近づく方向に傾
く。つまり、内側噴孔80aと外側噴孔80c、ならび
に内側噴孔80bと外側噴孔80dから噴射された燃料
は互いに離れるように進むので、液柱が各噴孔直下で衝
突し合うことを防止する。したがって、燃料の微粒化を
促進できる。
【0032】(第5実施例) 本発明の第5実施例を図6に示す。第4実施例と実質的
に同一構成部分に同一符号を付し説明を省略する。噴孔
プレート95に内側噴孔95a、95b、95c、95
d、外側噴孔95e、95f、95g、95h、95
i、95jが形成されている。内側噴孔95a、95
b、95c、95dは仮想包路線200の内周側に燃料
入口を有し、外側噴孔95e、95f、95g、95
h、95i、95jは仮想包路線200の外周側に燃料
入口を有している。また、内側噴孔95a、95b、外
側噴孔95e、95f、95g、ならびに内側噴孔95
c、95d、外側噴孔95h、95i、95jからそれ
ぞれ噴射される燃料は2方向噴射を構成する。
【0033】内側噴孔95a、95bと外側噴孔95
e、95f、95gとに流入する燃料はそれぞれ逆方向
に流れ、内側噴孔95c、95dと外側噴孔95h、9
5i、95jとに流入する燃料はそれぞれ逆方向に流れ
るので、各噴孔直下で燃料が互いに衝突することを防止
し、燃料噴霧の微粒化を促進する。さらに各噴霧を形成
する噴孔において、内側噴孔と外側噴孔との距離をL
1、外側噴孔同士の距離をL3とすると、L1<L3で
ある。外側噴孔同士の距離を内側噴孔と外側噴孔との距
離よりも長くしている。したがって、燃料噴霧を微粒化
するために噴孔径を小さくし所望の噴射量を得るために
噴孔の数を増やしても、外側噴孔の直下で燃料が衝突す
ることを防止し、燃料噴霧の微粒化を促進する。
【0034】(第6実施例) 本発明の第6実施例を図7に示す。噴孔プレート100
に内側噴孔100a、100b、100c、100d、
外側噴孔100e、100f、100g、100h、1
00i、100j、100k、100mが形成されてい
る。内側噴孔100a、100b、100c、100d
は仮想包路線200の内州側に燃料入口を有し、外側噴
孔100e、100f、100g、100h、100
i、100j、100k、100mは仮想包路線200
と外周縁201との間に燃料入口を有している。また、
内側噴孔100a、100b、外側噴孔100e、10
0f、100g、100h、ならびに内側噴孔100
c、100d、外側噴孔100i、100j、100
k、100mからそれぞれ噴射される燃料は2方向噴霧
を構成する。
【0035】内側噴孔100a、100bと外側噴孔1
00e、100f、100g、100hとに流入する燃
料はそれぞれ逆方向に流れ、内側噴孔100c、100
dと外側噴孔100i、100j、100k、100m
とに流入する燃料はそれぞれ逆方向に流れているので、
内側噴孔と外側噴孔との間において噴孔直下で燃料が互
いに衝突することを防止する。さらに、内側噴孔と外側
噴孔との距離をL1、内側噴孔同士の距離をL2、外側
噴孔同士の距離をL3とすると、L1<L2、L1<L
3である。したがって、内側噴孔同士および外側噴孔同
士の距離を内側噴孔と外側噴孔との距離よりも長くして
いるので、内側噴孔同士および外側噴孔同士の直下で燃
料が衝突することを防止し、燃料噴霧の微粒化を促進す
る。
【0036】(第7実施例) 本発明の第7実施例を図8に示す。第4実施例と実質的
に同一構成部分に同一符号を付し説明を省略する。ノズ
ルニードル110に形成した当接部111は弁座14a
に着座可能である。当接部111のさらに燃料噴射側端
部は噴孔プレート80に向けて突出し、先端に平面を有
する突部112が形成されている。
【0037】突部112を形成しているので、当接部1
11が弁座14aに着座している閉弁中において、燃料
室51の容積が第4実施例に比較し減少する。燃料噴射
量全体に対し、閉弁中に燃料室51に滞留していた燃料
の噴射量の比率が低下するので、燃料噴射量を高精度に
制御できる。第1実施例、第2実施例および第3実施例
においても、ノズルニードル20の燃料噴射側端部に突
部を形成することは可能である。以上説明した第4実施
例〜第7実施例では、弁ボディ13の燃料噴射側端部に
凹部15を形成することにより燃料室51を形成した。
これに対し、噴孔プレートの反燃料噴射側に凹部を形成
し燃料室51を形成する構成を採用してもよい。
【0038】以上説明した本発明の実施の形態を示す上
記複数の実施例では、ガソリンエンジンの燃料噴射弁に
本発明の流体噴射ノズルを用いた。これ以外にも、流体
を微粒化して噴射したいのであれば、どのような用途に
本発明の流体噴射ノズルを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】(A)は本発明の第1実施例による燃料噴射弁
の噴射ノズル部を示す拡大断面図であり、(B)はAの
B方向矢視図である。
【図2】本発明の第1実施例による燃料噴射弁を示す縦
断面図である。
【図3】(A)は第2実施例による燃料噴射弁の噴射ノ
ズル部を示す拡大断面図であり、(B)はAのB方向矢
視図である。
【図4】第3実施例による燃料噴射弁の噴射ノズル部を
示す拡大断面図である。
【図5】(A)は第4実施例による燃料噴射弁の噴射ノ
ズル部を示す拡大断面図であり、(B)はAのB方向矢
視図である。
【図6】本発明の第5実施例による燃料噴射弁の噴孔プ
レートを噴射下流側から見た平面図である。
【図7】本発明の第6実施例による燃料噴射弁の噴孔プ
レートを噴射下流側から見た平面図である。
【図8】本発明の第7実施例による燃料噴射弁の噴射ノ
ズル部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【0040】1 燃料噴射弁 13 弁ボディ 14 内周面 14a 弁座 15 凹部 15a 底面 20 ノズルニードル(弁部材) 21 当接部 25 噴孔プレート 25a、25b、25c、25d 噴孔 50 燃料通路(流体通路) 51 燃料室(流体室) 52 内側燃料室 53 外側燃料室 60、70、80、95、100 噴孔プレ
ート 60a、60b、60c、60d、70a、70b、7
0c、70d、80a、80b、80c、80d、95
a、95b、95c、95d、95e、95f、95
g、95h、95i、95j、100a、100b、1
00c、100d、100e、100f、100g、1
00h、100i、100j、100k、 100m
噴孔 110 ノズルニードル(弁部材) 111 当接部 112 突部 200 仮想包路線 201 外周縁
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02M 61/18 340

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流体通路を形成するとともに流体下流側
    に向け縮径する内周面を有し、前記内周面に弁座を有す
    る弁ボディと、 前記弁座の流体通路下流側に配置され、前記流体通路か
    ら流出する流体を噴射する複数の噴孔を有する噴孔プレ
    ートと、 前記弁座に着座することにより前記流体通路を閉塞し、
    前記弁座から離座することにより前記流体通路を開放す
    る弁部材とを備える流体噴射ノズルであって、 前記複数の噴孔の流体上流側直上において前記噴孔プレ
    ートとほぼ平行に形成されている流体室は、前記流体通
    路および前記複数の噴孔と連通し、前記内周面が形成す
    る流体下流側開口よりも大径であり、前記噴孔の径をd
    とすると前記複数の噴孔の流体入口の外周側位置から
    周側にd以上広がっており、前記弁ボディは、前記内周面を前記噴孔プレートに向け
    て延長した仮想面が前記噴孔プレートと交差するように
    なっており、 前記噴孔プレートは、前記仮想面が前記噴孔プレートと
    交差する仮想包路線の外周側に、前記噴孔の流体入口を
    有していることを特徴とする流体噴射ノズル。
  2. 【請求項2】前記流体室は、前記弁ボディの流体噴射側
    端部の凹部により形成され、前記凹部の底面は前記噴孔
    を覆っていることを特徴とする請求項1記載の流体噴射
    ノズル。
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