JP3609831B2 - 複数の孔付きのディスク部材を有する燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
発明の分野
本発明は、燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射装置と、特により良い燃料霧化を実現することによって、噴射された燃料の特性を改善する複数の孔付きの新規のディスク部材とに関する。
【０００２】
発明の背景と概要
目標となる基準、特に排気管の排気に関する基準を満たすために内燃機関の燃焼室内における燃焼過程を改善するためには、一般的には、液体の燃料が可能な限り微細に霧化されるべきであるとされている。この目的のために、多くの種々の手段、例えば加熱付属装置及び空気補助付属装置（air assist attachments）が提案された。このような付属装置は、当然ながら、燃料噴射装置部分だけでなく、しばしば燃料噴射装置への導入部にも付加的な部材を必要とする。必然的に、コストと複雑さが加えられる。従って、燃料霧化を改善するための、燃料噴射装置自体における厳密に機械的な手段が、好ましい解決策であろう。本発明は、このような手段に関する。しかし、本発明の原理を具現化する燃料噴射装置は、上記のような付属物と組み合わせて利用されることも考えられる。
【０００３】
通常、燃料噴射装置は、層流の液体をその計量装置に送るために設定されている。これにより、燃料噴射装置から流出する明確に規定された流れが得られるが、大きい滴サイズ及び少ない量の霧化になってしまうこともある。霧化を改善するためのある従来技術では、計量装置の上流側に乱流を形成して、燃料に角運動量を与え、これにより計量装置において燃料がより良く分散するようになっている。
【０００４】
燃料霧化を改善するための厳密に機械的な手段の従来の形態は、米国特許第4628576号明細書、同4647013号明細書、同4756508号明細書、同4808260号明細書、同4826131号明細書、同4907748号明細書、同4934653号明細書、同5286002号明細書を含む多くの特許に見られる。一般的に挙げられる米国特許第4934653号明細書は、互いに重ねられた、平らな２つの孔付きディスク部材を開示している。これらの孔付きディスク部材はステンレス鋼であり、機械的な金属加工法によって製造されている。その他の多くの特許の装置は、シリコン構造物を有しており、シリコン構造物は、一般的にシリコン微細加工技術によって製造されている。読者は、シリコン微細加工された装置が、弁機構自体に統合されていることに気づくだろう。これに対して米国特許第4934653号明細書の場合のような燃料噴射装置には、孔付きディスク部材は統合されておらず、弁座の下流側で、燃料を燃料噴射装置から噴射するノズルの丁度手前に配置されている。シリコン微細加工された構造物の製造は、相当精巧な、ひいてはコスト高の製法技術及び設備を必要とする。更に、シリコン微細加工された構造物の寸法設定及び誤差は幾分重要である。しかし、あるシリコン微細加工構造が、より厳しい基準を満たす燃料霧化を提供することができることは認められている。しかし、一定のエンジン状態下において、燃料噴射装置のサック容量（sac volume）が増大することに起因して、計量されずに供給される燃料が多くなるという不利点を有している。この燃料は、適当に計量されずに噴射されると、排気問題を引き起こす可能性がある。上述のような観点から、燃料噴射装置が、サック容量を増大させず且つ前記のようなシリコン微細加工構造物を製造するために必要とされるような微細加工技術を使用する必要のない金属製の孔付きディスク、例えばステンレス鋼ディスクを使用することによって、燃料霧化を所望通りに改善することができると、極めて有利であると思われる。このような金属製の孔付きディスクは、米国特許第4934653号明細書において孔付きディスクを製造するために利用されるような金属加工技術によって製造され、同様の利点が、本発明において得られる。
【０００５】
従って包括的な観点から、本発明は、次のような燃料噴射装置に関する。即ち、内燃機関に燃料を噴射するための燃料噴射装置であって、本体が設けられており、燃料通路が設けられており、該燃料通路が、本体を貫通して、燃料を噴射するノズルまで延びており、弁座が設けられており、該弁座が開口を制限していて且つ本体の内部で燃料通路内に配置されており、電気的に操作される機構が設けられており、該機構が弁部材を有しており、該弁部材が、弁座に設けられた隣接する開口を開閉するために弁座に着座したり弁座から離れたりすることによって、燃料通路を開閉して燃料を流過させるために弁座に対して往復運動させられるようになっており、孔付きディスク手段が、燃料通路内で弁座とノズルとの間に配置されている形式のものにおいて、前記孔付きディスク手段が、２つの孔付きディスク部材を有しており、これらの孔付きディスク部材が、互いの周面が隣接し合うように互いに向き合って重ねられていて、且つこれらの孔付きディスク部材の中央範囲が、協働してこれらの孔付きディスク部材の間に壁に囲まれた室を規定するように形成されており、各孔付きディスク部材が、室の壁を貫通して延びる少なくとも１つの貫通孔を有しており、該貫通孔が、室と燃料通路との間の燃料の連絡を可能にして、弁座開口を貫通した燃料が、ノズルから噴射される前に室を通過するようになっており、集合的に、前記貫通孔が乱流形成、計量、及び目標定めの機能を実施するようになっており、個々の貫通孔が、前記機能のうちの主に１つだけを実施するか、又は前記機能のうちの２つ又はそれ以上の機能を組み合わせて実施するようになっていることを特徴とする、複数の孔付きの新規のディスク部材を有する燃料噴射装置である。
【０００６】
この包括的な観点内で、燃料噴射装置は、更に次のように特徴付けられる。即ち、本発明のある構成では、一方の孔付きディスク部材に設けられた前記の少なくとも１つの貫通孔が、このような貫通孔を複数包含しており、他方の孔付きディスク部材に設けられた少なくとも１つの貫通孔が、このような貫通孔を複数包含している。更に、一方の孔付きディスク部材に設けられた各貫通孔の流過範囲が、他方の孔付きディスク部材に設けられた各貫通孔の流過範囲よりも大きい。更に、本発明のある構成では、一方の孔付きディスク部材に設けられた少なくとも１つの貫通孔の流過範囲が、他方の孔付きディスク部材に設けられた少なくとも１つの貫通孔の流過範囲よりも大きい。更に、ある構成においては、前記の一方の孔付きディスク部材は、他方の孔付きディスク部材の上流側に設けられており、また別の構成においては、前記の他方の孔付きディスク部材が、前記の一方の孔付きディスク部材の上流側に設けられている。更に、本発明のある構成では、第３の孔付きディスク部材が、第１の孔付きディスク部材と第２の孔付きディスク部材との間に挟まれて配置されて室を２つの部分に仕切っていて、且つ第３の孔付きディスク部材自体の少なくとも１つの貫通孔を有していて、この貫通孔により、室の２つの部分の間を燃料が連絡することを可能にしている。更に、本発明のある構成では、一方の孔付きディスク部材に設けられた少なくとも１つの貫通孔が、主に乱流を形成するように構成され配置されており、他方の孔付きディスク部材に設けられた少なくとも１つの貫通孔が、主に流れを計量するようになっており、更に、ある構成では、上流側の孔付きディスク部材が主に流れを計量し、下流側の孔付きディスク部材が主に乱流を形成するようになっており、別の構成では、下流側の孔付きディスク部材が主に流れを計量し、上流側の孔付きディスク部材が主に乱流を形成する。燃料射出装置のノズルから間隔をおいた目標への噴射燃料の目標定めは、大抵は主に下流側の孔付きディスク部材によって行われるが、上流側の孔付きディスク部材が、特定のディスク及び孔の形状に応じて目標定めに幾らかの影響を与えることも可能である。
【０００７】
上記の、そして更なる観点、特徴、及び利点は、以下に詳細に説明した本発明の現在の有利な構成中に認められる。以下に説明した有利な構成には、本発明を実施するための目下の最良の形式を示す図面が添付されている。
【０００８】
有利な実施例の説明
燃料噴射装置10は本体12を有しており、本体12は燃料通路14を有しており、燃料通路14は、燃料を噴射するノズル16まで延びている。環状の弁座部材18は、本体12の内部で燃料通路14内に配置されていて、弁座20を有している。弁座20は、中央の円形の孔22に向かう燃料流の方向で円錐台形にテーパしている。本体12の、ノズル16に近い方の端部は、図示のように、組付けに関連して弁座部材18とニードル案内部材24と孔付きディスク手段26と環状の支持部材28とを受容して保持するように構成されている。従ってニードル案内部材24と弁座部材18と孔付きディスク手段26と支持部材28とは、本体12の内側の肩部32と曲げ部34との間に確実に保持されたスタックを形成していると見なしてよい。この曲げ部34は、スタックが本体12に挿入された後で、図示のように形成される。スタックは、弁座部材18の周囲の、本体12の壁表面に対する液密性を得るために、図示のＯ−リングのシール36又は図示しない金属対金属のシールのような手段を有している。従って、燃料通路14の内部の燃料の、弁座部材18と本体12の壁表面との間の空隙に進入することによる漏れが回避される。弁部材としてのニードル38は丸くされた先端を有しており、この先端は、弁座20に裁置されて孔22を閉鎖している状態で図示されている。ニードル案内部材24は、ニードル38の軸方向の往復運動を案内するための中央の円形の貫通孔40と、燃料がニードル案内部材24を貫通するための数個の別の貫通孔42とを有している。ニードル38は、一般的にソレノイドとアーマチュアとバイアスばねとを有した、汎用の電気的に作動される駆動機構（図示せず）を用いて軸方向で往復運動させられる。ソレノイドが励磁されると、プロセス中にソレノイドはアーマチュアを引き付け、バイアスばねを一層圧縮しながらニードル38を弁座20から離し、これにより、燃料を流すための燃料通路14が開かれる。ソレノイドが励磁されていないときには、バイアスばねがニードル38を弁座20に押しつけるので、これにより、燃料を流すための燃料通路14が閉じられる。
【０００９】
孔付きディスク手段26は第１の孔付きディスク部材26aと第２の孔付きディスク部材26bとを有している。各孔付きディスク部材26a,26bは、適当な金属、例えばステンレス鋼から、孔付きディスクの製造で使用される金属加工技術を用いて製造される。有利には、これらの技術は、シリコン加工で用いられる微細加工技術以外、例えば機械的なスタンピング、打抜き成形、又はコイニングでよい。レーザ加工技術も、ステンレス鋼のような金属で使用することができる。
【００１０】
まず、本発明の基礎となる参考例を第１図、第２図、 第３図及び第６図を参照して説明する。
【００１１】
第１図に示したように、孔付きディスク部材26bは完全に平らである。しかし孔付きディスク部材26aは、完全に平らでなく、孔付きディスク部材26bの対応する外縁部に接触する外縁部だけが平らである。孔付きディスク部材26aの中央範囲がドーム部44を有しているので、２つの孔付きディスク部材26a,26bは協働して、両孔付きディスク部材26a,26bの間にほぼ半球状の壁を有する室46を形成している。ドーム部44は数個の貫通孔48を有しており、孔付きディスク部材26bの中央範囲も数個の貫通孔50を有している。これらの貫通孔48,50は、室46に、燃料通路14の燃料流を連絡させるので、燃料は、弁座20からノズル16に向けて流れる際に強制的に室46を通過させられる。
【００１２】
貫通孔48は、主に、貫通孔50が実施する主な機能とは異なった機能を実施するように設定されている。各貫通孔50の流過範囲よりも大きい各貫通孔48の流過範囲を形成することによって、貫通孔48は主に乱流を形成するように機能し、これに対して貫通孔50は、主に流れを計量して目標を定めるために働く。従って、各孔付きディスク部材26a,26bは、概して互いに異なった機能を実施すると云える。
【００１３】
第２図に示した構成は、異なる形状の室46を示している。なぜならば、孔付きディスク部材26aの中央位置に設けられたドーム部44が異なった形状をしているからである。
【００１４】
第６図は、第２図の構成の上下を逆にしたような構成 を示している。
【００１５】
第３図に示した構成は、完全に平らな孔付きディスク部材26aを示している。これに対して、孔付きディスク部材26bの中央範囲が半球状のドーム部52を有している。
【００１６】
次に、本発明による孔付きディスク部材26a,26bの構 成を第４図、第５図、第７図から第12図までを参照して 説明する。
【００１７】
第４図及び第５図の構成は、孔付きディスク部材26aと孔付きディスク部材26bとの間に挟まれた第３の孔付きディスク部材26cを有する孔付きディスク手段を示している。第４図及び第５図では、孔付きディスク部材26cは完全に平らであるが、室46を２つに仕切っている部分に孔54を有している。更に、両孔付きディスク部材26a,26bの中央範囲は、ドーム部44,52を有している。
【００１８】
第７図は、下側の孔付きディスク部材26bに設けられた小さいドーム部52が、上側の孔付きディスクｂ材26aに設けられた大きいドーム部44の内部に重ねられた構成を示している。図面では１つの孔50のみが示されてい る。
【００１９】
第８図は、第７図の構成の上下を逆にした構成を示している。
【００２０】
第９図は、第７図に似ているが、ドーム部44,52が、円形でなくチゼル部状である。
【００２１】
第10図は、第９図の構成の上下を逆にしたような構成を示している。
【００２２】
第11図は、上側の孔付きディスク部材26aに設けられたチゼル部状の小さい方のドーム部44が、下側の孔付きディスク部材26bに設けられた大きい方の円形のドーム部52の内部に重ねられた構成を示している。
【００２３】
第12図は、第７図の構成に似ているが、上側の孔付きディスク部材26aのドーム部44が、円形でなくチゼル部状である。図面では１つの孔50のみが示されている。
【００２４】
第13図及び第14図の構成は、上側の孔付きディスク部材26aに設けられたほぼ円錐台形のドーム部44と、下側の孔付きディスク部材26bのドーム部52のための円錐形の窪みとを有している。４つの貫通孔50が、90゜ずつ離れて円錐形の窪みに配置されている。
【００２５】
種々の構成のいずれにおいても、各貫通孔50の流過範囲を各孔48の流過範囲よりも大きく形成し、これによって計量機能を主に孔48が実施し、貫通孔50が主に乱流と目標定めの機能を実施するようにすることが可能である。又は、択一的に、一方の孔付きディスク部材の流過範囲を他方の孔付きディスク部材の流過範囲と等しくしてもよい。本発明の一般的な解釈内で、孔の別の種々のパターンが考えられる。
【００２６】
本発明の有利な構成を図示して説明したが、本発明の原理は、請求の範囲の枠内の全ての構成に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】１つの参考例としての孔付きディスク手段を有する燃料噴射装置のノズル付近を断片的に示す縦断面図である。
【図２】孔付きディスクの別の参考例を示す図である。
【図３】孔付きディスクの別の参考例を示す図である。
【図４】第１実施例を示す図である。
【図５】第２実施例を示す図である。
【図６】孔付きディスクの別の参考例を示す図である。
【図７】第３実施例を示す図である。
【図８】第４実施例を示す図である。
【図９】第５実施例を示す図である。
【図１０】第６実施例を示す図である。
【図１１】第７実施例を示す図である。
【図１２】第８実施例を示す図である。
【図１３】第９実施例を第１図と同様に見た図である。
【図１４】第13図の矢印14の方向で見た端部の図である。

Claims (9)

1. 内燃機関に燃料を噴射するための燃料噴射装置（10）であって、入口と出口とが設けられており、該入口から出口までの燃料通路（14）が設けられており、弁部材（38）が、燃料通路（14）を開閉するために前記入口と前記出口との間に介在しており、孔付きディスク手段（26）が、燃料通路（14）の内部で弁座部材 （18）と前記出口との間に配置されている形式のものにおいて、
   前記孔付きディスク手段としての２つの孔付きディスク部材（26a,26b）が金属材料から製造されており、２つの孔付きディスク部材（26a,26b）の中央範囲（44）が、両孔付きディスク部材（26a,26b）の間に、協働して壁に囲まれた室（46）を規定するように形成されており、
   前記孔付きディスク部材（26a,26b）のうちの一方の孔付きディスク部材（26a）が、複数の貫通孔（48）を有しており、これらの貫通孔（48）が、前記室（46）まで延びていて、且つ、室（46）と前記燃料通路（14）との間の燃料の連絡を可能にしており、前記孔付きディスク部材（26a,26b）のうちの他方の孔付きディスク部材（26b）が、複数の貫通孔（50）を有しており、これらの貫通孔（50）が、前記室（46）まで延びていて、且つ、室（46）とノズル（16）との間の燃料の連絡を可能にしており、前記一方の孔付きディスク部材（26a）に設けられた各貫通孔（48）が、前記他方の孔付きディスク部材（26b）に設けられた各貫通孔（50）よりも大きい流過範囲を有していて、弁座を貫通した燃料が、前記ノズル（16）から放出される前に前記室（46）を通過するようになっており、
   前記両孔付きディスク部材（26a,26b）の前記中央範囲（44）が平らでないことを特徴とする、複数の孔付きディスク部材を有する燃料噴射装置。
2. 前記両孔付きディスク部材（26a,26b）の前記中央範囲が、互いに離れる方向で突出するそれぞれのドーム部（44,52）を有している、請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 前記両孔付きディスク部材（26a,26b）の前記中央範囲がそれぞれのドーム部を有しており、一方のドーム部が他方のドーム部に重ねられている、請求項２記載の燃料噴射装置。
4. 第３の孔付きディスク部材（26c）が、前記２つの孔付きディスク部材（26a,26b）の間に挟まれており、第３の孔付きディスク部材（26c）が、前記室（46）を２つの部分に仕切っていて、且つ第３の孔付きディスク部材（26c）自体の少なくとも１つの貫通孔（54）を有しており、該貫通孔（54）が、前記室（46）の２つの部分間の燃料の連絡を可能にしている、請求項１記載の燃料噴射装置。
5. 前記一方の孔付きディスク部材（26a）に設けられた少なくとも１つの前記貫通孔（48）が乱流形成機能を実施するようになっており、前記他方の孔付きディスク部材（26b）に設けられた少なくとも１つの前記貫通孔（50）が、計量と流れの目標定めとの両方の機能を実施するようになっている、請求項１記載の燃料噴射装置。
6. 前記第３の孔付きディスク部材（26c）が平らで、前記各孔付きディスク部材（26a,26b）の前記中央範囲がドーム部（44,52）を有している、請求項４記載の燃料噴射装置。
7. 前記両孔付きディスク部材（26a,26b）の前記中央範囲がチゼル部状である、請求項１記載の燃料噴射装置。
8. 一方の孔付きディスク部材の中央範囲が円錐台形のドーム部で、他方の孔付きディスク部材の中央範囲が円錐形の窪みである、請求項１記載の燃料噴射装置。
9. 前記一方の孔付きディスク部材が、円錐形の前記窪み内に、互いに90゜ずつ離れた４つの孔を有している、請求項８記載の燃料噴射装置。

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