JP3667347B2 - 分割流式燃料噴射装置のためのエアアシスト噴霧器 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、概して、内燃機関の吸気系統に燃料を噴射するためのエアアシスト式の燃料噴射装置、特に、このような燃料噴射装置のノズルに被せ嵌められて、ノズルから出て間もない分割流噴射燃料の霧化を助成することを目的としてアシスト空気を搬送するために働く噴霧器に関する。
発明の背景および概要
燃料噴射装置のノズルから噴射された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、内燃機関の燃焼室に案内される可燃空気／燃料混合気のより良い準備を促進するために使用される。より良い混合気の準備は、排気および燃料経済の点で所望の目標とされる、よりクリーンかつより効果的な燃料過程を促進する。
この技術水準では、エアアシスト式霧化技術に関する非常の多数の特許が存在している。この技術は、噴射された液体燃料と相互作用させるようにアシスト空気を方向付ける特別なアシスト空気通路を有することによって得ることができる利益を認めている。ある種のエアアシスト式燃料噴射系は、アシスト空気として、ポンプまたは別の圧力源からの加圧空気を用いる。別の系は、機関運転の所定の条件の間に大気と機関の呼気系統との間に生じる差圧に依存する。個々の燃料噴射装置にアシスト空気を供給するためのアシスト空気通路を有するように形成された機関マニホルドまたは燃料レールに、燃料噴射装置を取り付けることは一般的な技術である。
各燃料噴射装置の先端部までのアシスト空気通路の最終的な長さの規定が、燃料噴射装置のノズルと、燃料噴射装置を収容するソケットの壁との間に配置された霧化アセンブリを形成する付加的な２つの部分の協力的な機構および配列によって提供されるようなエアアシスト噴霧器を形成することが、米国特許第５２２０９００号明細書より知られている。この発明の利点の１つは、基本的な燃料噴射装置に変更を行う必要なしに、また、エアアシスト噴霧器を収容するために噴射装置収容ソケットを適切に寸法決めする以外にはこのソケットに特別な適応を行う必要なしに、他の一般的な電気作動式燃料噴射装置を、空気アシスト系において使用するために適応させ得ることである。
本発明のエアアシスト噴霧器は、「燃料噴射装置のためのエアアシスト噴霧器」（Air assist Atomizer For Fuel Injector）という名称の譲渡された米国特許第５１７４５０５号明細書に類似しており、この明細書においては、燃料が噴射装置を出るときに燃料流に空気を方向付けるために単一のディスクが位置決めされている。また、本発明のエアアシスト噴霧器は、「燃料噴射装置のための多重ディスクエアアシスト噴霧器」（Multiple Disk Air Assist Atomizer for Fuel Injector）という名称の共同の譲渡された米国特許第５４３７４１３号明細書にも類似しており、この明細書においては、アシスト空気を半径方向内方に方向付けるために、互いに軸線方向および周方向でずらされた位置に２つまたはそれ以上のディスクが位置決めされている。しかしながら、以下の説明、図面および請求項から明らかなように、本発明によるエアアシスト噴霧器は、両米国特許明細書のエアアシスト噴霧器とは異なっている。
本発明は、前記の両米国特許および別の公知先行技術に開示された噴霧器に類似しており、この先行技術においては、エアアシスト噴霧器は、周方向に間隔を置かれた、噴射された燃料に向かってアシスト空気を半径方向内方へ搬送する多数のエアアシスト開口を有している。しかしながら、本発明は、単一のディスクに直径方向で向き合って設けられた１対のエアアシスト開口が、分割流燃料噴射装置の２つの流れを分離状態に保つために機能するという点で異なっている。このディスクは、ノズルと被覆体の端壁との間に軸線方向で挟まれていて、これらのノズルと被覆体の端壁とに相互に隣接しており、これにより、エアアシスト開口が形成され、このエアアシスト開口を通って、アシスト空気が、ノズルから出て間もない噴射燃料に向かって半径方向内方へ方向付けられる。ディスクは、慣用のスタンピング技術によって製造することができると有利であり、被覆体の内部は、いくつかの先行技術の著しく手間のかかる手段なしに仕上げることができ、この場合、アシスト空気通路が極めて小さな公差で被覆体内に成形または機械加工される。
本発明の別の特徴、利点および利益は、図面が添付された以下の説明および請求項に示されている。これらの図面は、本発明の実施するための現時点における最良の態様に基づき本発明の有利な実施例を開示している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、エアアシスト噴霧器を有する燃料噴射装置を示す縦断面図であり；
第２図は、第１図の燃料噴射装置のノズル端部の拡大図であり；
第３図は、第２図の霧化ディスクの平面図であり；
第４図は、分割流オリフィスに関連した第３図のディスクのための位置決め装置を示す、第２図の４−４線に沿って見た部分的な横断面図であり；
第５図は、６つのチャネル全てにおいて空気を用いた噴射パターンを絵画図法で示した図であり；
第６図は、空気を用いない効果的な噴射パターンを示す図であり；
第７図は、空気を用いた効果的な噴射パターンを示す図である。
有利な実施例の説明
第１図〜第３図には、本発明の原理によるエアアシスト噴霧器１２を有する、電気作動式の燃料噴射装置１０が示されている。燃料噴射装置１０は、長手方向の主軸線１４を有しており、軸線方向両端部に入口１６とノズル１８とを有するトップフィード式装置である。入口１６とノズル１８との間で燃料噴射装置を貫通している液体燃料通路は、ノズル１８の内部に配置された弁座２２に対して金属製ニードル２０の球形の先端部が当接および離反することによって制御される。ニードル２０は、弁座２２に座着するようにばね２４によって弾性的に負荷されており、これにより流れるための通路を閉鎖している。ソレノイドコイル２６に電流を供給することによって電気的に励起されると、ニードルが持ち上げられて燃料が流れる。
第２図には、ノズル１８の近くの構造がさらに詳しく示されている。燃料噴射装置は、主に管状の金属製のハウジング２８から成っており、このハウジング２８は、金属製のニードルガイド部材３０と、金属製の弁座部材３２と、金属製の薄いディスク状のオリフィス部材３４と、金属製の保持部材３６とをノズル端部に組立順に有している。弁座部材３２とハウジング２８の内壁との間にはＯリング４０が配置されている。薄いディスク状のオリフィス部材３４は、中央の円錐形の凹所４２を有しており、この凹所４２は、直径方向で互いに向き合っていて燃料噴射装置の長手方向主軸線から等しい距離に配置された、ちょうど２つのオリフィス４４，４６を有している。燃料噴射装置が操作されて開放されると、入口１６を介して燃料噴射装置に供給された加圧燃料が、第２図に各符号４８，５０によって概略的に示された、分割流として、確実に分岐した２つの方向にノズル１８から噴射される。これまで説明した燃料噴射装置およびノズルの構造は、発行された特許に開示された構造とほぼ同様であるので、エアアシスト噴霧器１２と、このエアアシスト噴霧器１２の燃料噴射装置１０との関連とに見られる本発明の特徴に注目することができるように、ここではこれ以上説明しない。
エアアシスト噴霧器は、燃料噴射装置に組み付けられた２つの部分から成っている：一方は、被覆体５２であり他方は挿入ディスク５４である。被覆体５２は、側壁５６と端壁５８とを有するほぼキャップ形状を有している。側壁５６は、肩部６０を有する円筒状の内径を有しており、前記肩部６０は、前記内径を大きな直径部６２と小さな直径部６４とに分割している。小さな直径部６４は、端壁５８に隣接した箇所から肩部６０にまで延びているのに対し、大きな直径部６２は、肩部６０から、端壁５８とは反対側の被覆体５２の端部にまで延びている。
ハウジング２８の一部は、公称円形の外径６６を有しており、この外径６６は、被覆体５２の大きな直径部６２が外径６６にとまり嵌めされるように寸法決めされている。しかしながら、この公称円形の外径６６には、軸線方向平坦部またはスロット６８等の１つまたは複数の中断部が設けられており、これにより、被覆体の側壁５６と相俟って、ノズル１８に向かってハウジング２８の外側に沿って軸線方向にアシスト空気が流れるための、軸線方向に延びた通路手段７０の入口部分を規定している。第２図に示した小さな矢印は、アシスト空気流を示している。
端壁５８は、側壁５６から半径方向内方へ延びており、これにより、軸線方向に円錐台形状に拡開した開口７２を提供しており、この開口７２は、主軸線１４と同軸的であり、この開口を、ノズル１８から噴射されて間もない燃料が通過する。端壁５８の内側には、円錐台形の開口７２の周囲に、突出した円環状のレッジ７４が成形されている。挿入ディスク５４は、軸線方向で見てノズル１８と端壁５８との間に配置されており、また挿入ディスク５４は、実際にはレッジ７４と、保持部材３６の軸線方向外側の端面との間で保持されている。
挿入ディスク５４は、回転軸線すなわち主軸線１４上に位置した中央の円形の開口７６を有している。開口７６は、第１の環状部分７８によって仕切られており、この第１の環状部分７８は、ディスクの平面のうちの一方７９によって形成された平面を通過する２つの分割流の軸線４８，５０を取り囲んでかつこれらの軸線から間隔を置かれている。
６つの周方向の不連続部８０ａ〜ｄおよび９２ａ〜ｂが、第１の環状部材として貫通して、前記回転軸から離れる方向に延びている。不連続部は、３つの組に分けられている。角度方向に間隔を置いて配置された隣接する不連続部のうちの２つの不連続部８０ａ，８０ｂから成る第１の組は、流体流れのうちの一方の流れの軸線４８を通って延びた仮想線８１ａ，８１ｂに沿って整合している。仮想線８１ａ，８１ｂは、流体流れの軸線４８，５０を通過した直径８４からＡ°だけ等しく間隔をおいて配置されている。有利な実施例では、前記Ａ°は６０°である。角度方向に間隔を置いて配置された隣接する不連続部８０ｃ，８０ｄから成る第２の組は、流体流れのうちの他方の流れの軸線５０を通って延びた仮想線８１ｃ，８１ｄに沿って整合している。残りの２つの不連続部は、９２ａ，９２ｂは、直径方向で対向しており、流体流れの軸線４８，５０を通る直径８４に対して垂直でかつこの直径８４を二分する直径９４に沿って整合している。
ディスクの縁部に沿って配置された第２の環状部材８２は、６つの開口８６の外側の仕切りとして働く。各開口は、第１および第２の環状部材によって仕切られており、かつ不連続部のうちの１つに接続している。開口は、被覆体に設けられた通路と、流体が流れるように接続されており、かつ通路からアシスト空気を受け入れるように適合している。
直径方向で対向した２つの不連続部９２ａ，９２ｂは、流体流れの間に空気カーテン９７を形成するために、通路から空気を受け取る。空気カーテン９７は、第５図〜第７図に示したような２つの流れの十分な分離を維持する。他の４つの不連続部８０ａ〜８０は、第５図〜第７図に示したように、アシスト空気を流体流れに方向付ける。
挿入体すなわち挿入ディスク５４の直径（Ｏ．Ｄ．）は、この挿入体が被覆体を軸線方向に貫通するように、側壁部６４の内径（Ｉ．Ｄ．）よりも僅かに小さく寸法決めされているので、挿入体は、燃料噴射装置に噴霧器を組み立てる前に端壁５８の内側に対して配置することができる。このように、環状部材８２は、挿入体を被覆体内に適切にセンタリングするための、すなわち半径方向で位置決めするために位置決め部材として働く。このような配置は、環状部材７８をレッジ７４に配置するために働くので、挿入体を有する被覆体が、ハウジング２８の端部に被さるように被覆体を進めることによって後でノズルに組み付けられる場合には、環状部材７８は、レッジ７４と保持部材３６の環状の端面との間に挟まれて互いに隣接する（第１図および第２図参照）。
挿入ディスク５４は、ステンレス鋼等のシート材料からスタンピング加工によって製造することができる。挿入ディスク５４は、平らで、全体的に均一な厚さを有しているので、全体的な軸線方向寸法は、厚さに等しい。第４図に示したように、挿入ディスク５４は、被覆体５２に設けられた対応する平坦部９０との周方向位置決めを確実にするための明確な規定部、すなわち平坦部８８を有している。択一的に、このような平らな面なしに適切な周方向位置決めを確実にすることも可能である。この場合、挿入体は、被覆体がノズル端部に被さるように組み付けられる前に、被覆体上で適切に周方向に方向付けられる。この周方向の位置決めは、薄いディスク状のオリフィス部材３４が分割流適用のための２つ以上のオリフィスを有している場合には重要である。なぜならば、挿入体５４において、直径方向で対向した開口９２ａ〜９２ｂを、オリフィス４４と４６との共通の直径８４に対して垂直な共通の直径９４に整合させることは有利であるからである。
第５図に示したように、共通の直径９４に沿って直径方向で対向した開口９２は、矢印９５によって示されているように円形の開口７６を横切るように空気流を方向付けるために働く。この空気は、他の開口８０ａ〜８０ｄからの空気が、それぞれのオリフィス４４および４６から噴射された燃料流を越えて延長することを防止するために働く。燃料は、各オリフィス４４，４６から２つの軸線４８，５０に沿って流れる。空気カーテンは、空気補助された燃料を分離した燃料流に保つように示されている。第６図には、空気なしの、燃料噴射装置１０からの流れが示されており、第７図には、空気を用いた、燃料噴射装置１０からの流れが示されている。空気を用いない場合には、燃料の円錐形が、比較的狭く、狭い円パターンを形成する。しかしながら、６つのチャネルのそれぞれにおいて空気流を使用した場合には、円パターンがより広がるが、第５図に矢印９５の方向に空気流によって形成された空気カーテン９７は、燃料の円錐形を、第７図に示したように分離させる。
噴霧器が装備された燃料噴射装置１０は、マニホルド（図示せず）に取り付けられるように適合しており、このマニホルドは、通路手段７０の開口した上流側端部にアシスト空気を供給する。ハウジング２８と被覆体５２との外側に設けられた、軸線方向に間隔を置いて配置されたＯリング９８，１００は、燃料噴射装置を収容するためにマニホルドに設けられたソケットに対して、噴霧器が装備された燃料噴射装置のシールを提供する。
使用時には、空気噴霧器は、噴射される燃料の霧化を促進する。図示された燃料噴射装置の場合には、軸線４８，５０に沿った噴射は、噴霧器によって、より狭幅な流れとは異なる個々の噴霧形状に霧化される。

Claims (9)

1. エアアシスト式の燃料噴射装置であって、該燃料噴射装置が、該燃料噴射装置から燃料を、拡開する２つの軸線に沿って調量するための２分割流式の薄いエッジオリフィスディスクを備えたノズルと、該ノズルを取り囲むように配置された、ほぼ管状の被覆体とを有しており、該被覆体が、前記ノズルの外側を沿って流れるようにアシスト空気を方向付けるための軸線方向に延びた通路を有しており、前記被覆体がさらに、端壁を有しており、該端壁が、該端壁に設けられた開口にアシスト空気を方向付けるために側壁から半径方向に延びており、前記被覆体がさらに、前記オリフィスディスクから間隔を置かれていてかつ端壁とノズル底部と間に配置されたディスクを有しており、該ディスクには、
   該ディスクの回転軸線上に位置した、中央の円形の開口が設けられており、該開口が、第１の環状部材によって仕切られており、該環状部材が、前記ディスクの面のうちの一方によって形成される平面を通過する２分割流の軸線を取り囲みかつ該軸線から間隔を置いて配置されており、
   ディスクの縁部に沿って位置した第２の環状部材が設けられている形式のものにおいて、
   前記ディスクには、間隔を置かれた周方向の６つの不連続部が設けられており、該不連続部が、前記第１の環状部材を貫通して前記回転軸線から離れる方向に延びており、角度方向に間隔を置かれた隣接する該不連続部のうちの２つの不連続部から成る第１の組は、燃料流れのうちの一方の流れの軸線を通って延びる仮想線に沿って整合しており、角度方向に間隔を置かれた隣接する前記不連続部のうちの２つの不連続部から成る第２の組は、燃料流れのうちの他方の流れの軸線を通って延びる仮想線に沿って整合しており、残りの２つの不連続部が、直径方向で対向しており、かつ燃料流れの軸線を通過する前記第１の環状部材の直径に対して垂直でかつ該直径を二分する直径に沿って整合しており、
   第１および第２の環状部材によって仕切られた６つの開口が設けられており、該開口のそれぞれが、前記不連続部のうちの１つに接続されており、通路からのアシスト空気を受け取るように適合しており、
   流体流れの十分な分離を維持する、流体流れの間に空気カーテンを形成するために、直径方向で対向した２つの前記不連続部が設けられており、アシスト空気を流体流れに方向付けるために他の４つの前記不連続部とが設けられている
   ことを特徴とする、エアアシスト式の燃料噴射装置。
2. 前記第１の環状部材が、円形である、請求項１記載のエアアシスト式の燃料噴射装置。
3. 前記ディスクの全体が、該ディスクの軸線方向の全体的な寸法が該ディスクの厚さに等しくなるように、全体的に平らで平面状である、請求項１記載のエアアシスト式の燃料噴射装置。
4. 前記ディスクが、前記第１の環状部材の半径方向に配置されていて、前記環状部材を半径方向で位置決めするために前記被覆体と協働する位置決め手段を有している、請求項１記載のエアアシスト式の燃料噴射装置。
5. 前記位置決め手段が、前記第１の環状部材の半径方向外方に配置されていて、かつ流体流れの軸線を通る前記直径に対して垂直であり、しかも２分割流式の薄いエッジオリフィスに対して前記ディスクを位置決めするために被覆体の側壁と協働する、平坦部から成っている、請求項４記載のエアアシスト式の燃料噴射装置。
6. 前記第２の環状部材が、周方向で連続している、請求項１記載のエアアシスト式の燃料噴射装置。
7. 前記第２の環状部材と、最初に言及した前記環状部材とが、共に円形でありかつ共通平面に配置されている、請求項６記載のエアアシスト式の燃料噴射装置。
8. 前記ディスクの全体が、該ディスクの軸線方向の全体的な寸法が該ディスクの厚さに等しくなるように、全体的に平らでかつ平面状である、請求項７記載のエアアシスト式の燃料噴射装置。
9. 前記端壁が、内部の突出したレッジを有しており、該レッジに対して前記第１の環状部材が隣接するようになっている、請求項１記載のエアアシスト式の燃料噴射装置。

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