JP6919897B2 - 噴流衝突型流体インジェクタのオリフィス板 - Google Patents

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Description

本開示は、揮発性又は不揮発性の噴霧液を生成するための装置及び方法に関する。より詳細には、本開示は、内燃機関で使用され、複数の噴流（fluid jets）を効果的に衝突させるように構成されたオリフィス板を有する流体インジェクタに関する。
内燃機関やパワートレインシステムで使用するための液体の噴霧化を改善することは、火花点火エンジンや圧縮点火エンジンの設計及び動作の重要な特徴である。重要な特徴は、所望の用途（燃焼など）における液体の使用率、又は、揮発性及び／又は不揮発性液体（例えば、燃料及び／又は水）の体積、等がある。燃料の噴霧化は、火花点火エンジンや圧縮点火エンジンを含む内燃機関にとって特に重要である。
従来の方法論は、非常に高い流体圧力、非常に小さいオリフィス、鋭角又は小さい夾角での噴流衝突、共鳴現象、部分衝突噴霧、空気及び燃料噴霧の衝突を使用することに依存している。
液体の効果的な噴霧化を達成することは、それが冷却、ノック抑制、ＮＯｘ低減、燃焼効率の改善のいずれのためであっても、設計及び動作における重要な側面であり、内燃機関に大きな利益をもたらす。
通常、液体燃料と水の両方がエンジンに注入される。燃料は、ディーゼル系燃料、ガソリン、アルコール、及び、それらの混合物とすることができる。アルコールとしては、エタノールやメタノールが含まれ、一般にガソリンと混合される。水がエンジンに注入されることも多く、内部冷却効果をもたらし、ノックやＮＯｘを抑制している。
現代のエンジンは、通常、燃料噴射を使って燃料をエンジンに導入する。かかる燃料噴射は、ポート噴射であっても直接噴射であってもよい。ポート噴射では、複数の燃料インジェクタが、シリンダより前の吸気管又はインテークマニホールド内の一定箇所に設けられている。直接噴射では、各シリンダ内に１つのインジェクタが設けられる。
燃焼には、エンジンに注入された燃料及び他の液体の噴霧が使用されてきた。いずれの液体が注入される場合でも、注入液体の流れがエンジンの内面に接触する前に噴霧化されることが最適である。液体が表面に接触すると、潤滑剤を洗い流した上に溜まることもあり、燃焼が準最適なものとなってしまう。燃焼中に溜まった燃料は、炭素堆積物、排出ガスの増加、エンジン出力の低下の原因となる。一方、水が注入された場合、シリンダヘッドやピストン面などの無潤滑の内面に衝突することで、いくつかの利点がもたらされる。
従来の燃料インジェクタや噴霧器の噴霧構成は、通常、インジェクタから外側に向けられた１本以上の噴流又は流れのみからなるが、この構成には制限があり、特定の状況下では、インテークマニホールドや吸気ポートの壁に液体が衝突し、過渡給油計算に反映しなければならない膜が形成されてしまう場合がある。
効果的な噴霧化のアプローチとして、高圧液体注入および小型のオリフィスの使用があるが、これには、高圧ポンプの駆動に必要な高出力により寄生損失が大きくなるという代償が伴う。さらに、高圧装置は高価で信頼性が低い傾向があり、小型のオリフィスは目詰まりしやすい。
また、効果的な噴霧化のアプローチとして、液体に対する空気剪断があり、高圧高速の空気を用いて液体流を剪断して噴霧化を行う。このアプローチには、液滴の破壊や、十分な量の圧縮空気を生成する際の高い空気需要と高い有害抵抗の観点から限界がある。
したがって、製造費用効率がよい改良された流体インジェクタが必要とされている。
本開示の例示的な態様によれば、内燃機関で使用され、流体流を導き成形するためのインジェクタノズルを提供する。インジェクタノズルは、流体を流入させる注入口と放出口とを有するノズル本体を含む。インジェクタノズルは、ノズル本体の放出口に設けられたオリフィス板をさらに含む。ノズル本体及び前記オリフィス板はいずれも中心軸に対して対称に延びるように構成されている。オリフィス板は、ノズル本体に対向する内面とその反対側に位置する外面とを有する。内面と外面は略平面で互いに平行であり、共にオリフィス板の厚さを画定する。オリフィス板とノズル本体との間には、キャビティが画定されている。流体流は、キャビティで合流する。オリフィス板は、複数の流体通路を有し、各流体通路は外面にオリフィスを有する。流体通路は、内面から外面まで延びてキャビティと流体連通する。流体流は、流体通路により分岐して複数の噴流を生成する。複数の通路の仮想延長線が合流して、少なくとも１つの焦点とその焦点に関連する少なくとも１つの夾角を形成する。
図１は、本開示の例示的実施形態に係るインジェクタノズルの側面図である。 図２は、インジェクタノズルの２−２線断面図である。 図３は、流体を定量で流すためにボールピントルと共に使用した場合のインジェクタノズルを示す。 図４は、流体を定量で流すためにボールピントルと共に使用した場合のインジェクタノズルを示す。 図５は、インジェクタノズルのオリフィス板の詳細な構造を概略的に示す。 図６は、本開示の別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図７は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図８は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図９は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図１０は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図１１は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図１２は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図１３は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図１４は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図１５は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図１６Ａは、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図１６Ｂは、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図１７は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図１８は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図１９は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図２０は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図２１−図２３は、本開示の例示的実施形態に係るインジェクタノズルによって生成された衝突噴流の高速画像である。 図２４は、本開示の例示的実施形態に係るオリフィス板を有するノズルが組み込まれたインジェクタを示す。 図２５は、燃料を内燃機関に噴射するためのインジェクタの使用状態を概略的に示す。 図２６は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。 図２７は、本開示のまた更に別の実施形態に係るオリフィス板を示す。
本開示の詳細な実施形態を本明細書に記載する。しかし、開示された実施形態は、様々な形態で具体化することができる本開示の構成物、構造及び方法の単なる例示であることが理解される。また、様々な実施形態に関連して示す各例は、例示的なものであり、限定的なものではないことが意図される。更に、図面は必ずしも縮尺通りではなく、一部の特徴は特定の構成要素の詳細を示すために誇張されている場合がある。したがって、本明細書で開示される特定の構造的及び機能的詳細は、限定として解釈されるべきではなく、本明細書に開示される構成物、構造及び方法が様々な形で使用できることを当業者に教示するための、単なる典型的な例である。本明細書における「一実施形態」、「実施形態」、「例示的実施形態」などの表現は、記載された実施形態が、特定の特徴、構造又は特性を含み得ることを意味しているが、全ての実施形態が、必ずしも特定の特徴、構造又は特性を含むわけではない。更に、かかる表現は、必ずしも同じ実施形態を表しているわけではない。以下で直径、距離及び角度について述べる場合、直径が略同じであってもよい、距離が略同じであってもよい、角度の値が略同じであってもよいといった記載、又は、これらと同義で使われるその他の表現は、それぞれ対象とする値とは略同じであるが、これら個々の間で値が同じでも異なっていてもかまわないことを意味する。例えば、通路が略同一の一定の直径を有するというような記載は、直径が略同じ通路を意味するが、各通路の実際の直径は互いに同じであっても異なっていてもよい。３つ以上の通路を表す場合、各通路の実際の直径は、互いに同じであっても異なっていてもよい。例えば、通路が４つある場合、２つが同じ直径を有し、２つが異なる直径を有してもよく、又は、３つの通路全てが同じ直径を有してもよく、又は、４つ全てが同じ直径を有してもよく、通路の直径がそれぞれ異なっていてもよい。焦点間の距離や角度を表す場合も同様である。例えば、２つ以上の角度の値が略同一であることを文章が示す場合、それぞれ対象とする値とは同じであってもよいが、各角度の実際の値は互いに同じであっても異なっていてもよいことが理解されるべきである。
本明細書で使用される「焦点」という用語は、幾何学的な収束点をいう。よって、これらの用語は同義であり、本明細書では置き換え可能に用いられる。
本開示の一態様は、往復動式又はロータリ式内燃機関に液体を噴射するためのインジェクタ又はノズルを提供する。かかる液体としては、燃料、水又は水溶液が含まれるが、これらに限定されない。インジェクタの使用時には、２またはそれ以上の液体噴流が、加圧下で衝突点に向けられる。衝突点での噴流の衝突が、液体を効率的に噴霧化する。
水や液体燃料など圧縮液は、比ポテンシャルエネルギー（ＳＰＥ）を有する。ここで、ＳＰＥ＝ΔＰ／ρであり、ΔＰは燃料ノズルの圧力降下（単位：ｋＮ／ｍ２）であり、ρは流体密度（単位：ｋｇ／ｍ３）である。よって、ＳＰＥ＝ΔＰ／ρ＝ｋＪ／ｋｇである。したがって、圧力差が１０バールで密度が１０００の水では、ＳＰＥ＝１ｋＪ／ｋｇである。理想的に膨張した場合、これは、ｖ＝（２ΔＰ／ρ）１／２＝（２００）１／２＝１００ｍ／ｓの噴射速度となる。２つ以上のそのような噴流が衝突すると、高圧力回復（high pressure stagnation recovery）の複数の小領域（約５バールで５０％の回復率）が形成され、ごく一部のエネルギーによって噴流中の液体のごく一部が気化し、剪断・乱流の崩壊メカニズムのみならず、非常に強力な追加の崩壊メカニズムを生じる。潜熱が最大の水と比べ、他の液体燃料、例えば、ガソリンやアルコールなどでは、圧力を顕著に低くし、オリフィス直径を顕著に大きくすることで、噴霧化に著しい改善がみられる。
ノズルから出る液体噴流の理論速度は、１０ｍ／ｓより大きい。例えば、液体噴流の理論速度は、２０ｍ／ｓ、２５ｍ／ｓ、３０ｍ／ｓ、５０ｍ／ｓ、７５ｍ／ｓ又は１００ｍ／ｓ、又はそれ以上である。
本開示の一態様に係るインジェクタ又はノズルは、エンジンでの燃料又は水噴射において公知の方法よりも優れた噴霧化を提供する。例えば、ノズル内の液体通路構成により形成される複数の噴流の内角は従来技術よりも大幅に改善されており、インジェクタ本体近くで効率的に噴霧化し、複数の液体流がエンジン内部の固体内面に衝突することを防止している。
図１は、本開示の例示的実施形態に係るインジェクタノズル１００の側面図である。インジェクタノズル１００は、インジェクタの液体放出口に設けられる（インジェクタ全体は図示せず）。インジェクタは液体注入口をさらに有し、これを介して加圧液がインジェクタに供給される。インジェクタノズル１００は、流体がインジェクタを出る際に流体流の方向又は特性を制御する（例えば、流体の流速を増加する）ように設計されている。インジェクタノズル１００は、略円筒形状のノズル本体２００と、円盤状のオリフィス板３００とを含み、いずれも中心軸Ｚ−Ｚ’に対して略対称に延びている。ノズル本体２００とオリフィス板３００は、一体的に形成することも、互いに組み付けつけることも、変更可能に互いに固定することもできる。
オリフィス板３００は、外面３０２と、反対側に位置する内面３０４とを有する。外面３０２は、液体噴流の流れ方向において内面３０４よりも下流にある。外面３０２及び内面３０４は、略平面で互いに平行であり、これにより、オリフィス板３００の均一な厚さＡを画定する。例えば、オリフィス板３００の均一な厚さＡは、約０．２５ｍｍ〜約４．０ｍｍの範囲とすることができ、厚さＡは、０．２５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．４ｍｍ、０．４５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．５５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．６５ｍｍ、０．７ｍｍ、０．７５ｍｍ、０．８ｍｍ、０．８５ｍｍ、０．９ｍｍ、０．９５ｍｍ、 １．０ｍｍ、１．１ｍｍ、１．２ｍｍ、１．３ｍｍ、１．４ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６ｍｍ、１．７ｍｍ、１．８ｍｍ、１．９ｍｍ、２．０ｍｍ、２．１ｍｍ、２．２ｍｍ、２．３ｍｍ、２．４ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍ又は４．０ｍｍとすることができる。オリフィス板３００の直径Ｂは、約４．０ｍｍ〜約１４．０ｍｍの範囲とすることができ、直径は、４．０ｍｍ、４．１ｍｍ、４．２ｍｍ、４．３ｍｍ、４．４ｍｍ、４．５ｍｍ、４．６ｍｍ、４．７ｍｍ、４.８ｍｍ、４．９ｍｍ、５．０ｍｍ、５．１ｍｍ、５．２ｍｍ、５．３ｍｍ、５．４ｍｍ、５．４５ｍｍ、５．５ｍｍ、５．６ｍｍ、５．７ｍｍ、５．８ｍｍ、５．９ｍｍ、６．０ｍｍ、６．１ｍｍ、６．２ｍｍ、６．３ｍｍ、６．４ｍｍ、６．５ｍｍ、６．６ｍｍ、６．７ｍｍ、６．８ｍｍ、６．９ｍｍ、７．０ｍｍ、 ７．１ｍｍ、７.２ｍｍ、７．３ｍｍ、７．４ｍｍ、７．５ｍｍ、７．６ｍｍ、７．７ｍｍ、７．８ｍｍ、７．９ｍｍ、８．０ｍｍ、８．１ｍｍ、８．２ｍｍ、８．３ｍｍ、８．４ｍｍ、８．５ｍｍ、８．６ｍｍ、８．７ｍｍ ８．８ｍｍ、８．９ｍｍ、９．０ｍｍ、９．１ｍｍ、９．２ｍｍ、９．３ｍｍ、９．４ｍｍ、９．５ｍｍ、９．６ｍｍ、９.７ｍｍ、９．８ｍｍ、９．９ｍｍ、１０．０ｍｍ、１０．１ｍｍ、１０．２ｍｍ、１０．３ｍｍ、１０．４ｍｍ、１０．５ｍｍ、１０．６ｍｍ、１０．７ｍｍ、１０．８ｍｍ、１０．９ｍｍ、１１．０ｍｍ、１１．１ｍｍ、１１．２ｍｍ、１１．３ｍｍ、１１．４ｍｍ、１１．５ｍｍ、１１．６ｍｍ、１１．７ｍｍ、１１．８ｍｍ、１１．９ｍｍ、１２．０ｍｍ、 １２．１ｍｍ、１２．２ｍｍ、１２．２５ｍｍ、１２．３ｍｍ、１２．４ｍｍ、１２．５ｍｍ、１２．６ｍｍ、１２．７ｍｍ、１２．８ｍｍ、１２．９ｍｍ、１３．０ｍｍ又は１４．０ｍｍとすることができる。
図２は、インジェクタノズル１００の２−２線断面図である。図示した実施形態では、オリフィス板３００は、第１の流体通路３１２及び第２の流体通路３１４を有し、いずれも内面３０４から外面３０２まで中心軸Ｚ−Ｚ’に対して角度をつけて内側に向かって延びている。
図示した実施形態では、第１の流体通路３１２は、軸I−I’に沿って延びる仮想円筒の一部を形成し、第２の流体通路３１４は、軸II−II’に沿って延びる仮想円筒の一部を形成する。第１の流体通路３１２と第２の流体通路３１４はいずれも、それぞれの軸に径方向で一致し、それぞれが独立して一定の直径Ｄを有する。あるいは、流体通路は、平均直径Ｄとなるテーパ状に先細りする直径を有してもよく、このテーパ状は、Ｄの２０％までであってもよい。例えば、直径Ｄは、約８０μｍ〜約１０００μｍの範囲とすることができる。例えば、各通路の直径Ｄは、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍ、１１０μｍ、１２０μｍ、１３０μｍ、１４０μｍ、１５０μｍ、１６０μｍ、１７０μｍ、１８０μｍ、１９０μｍ、２００μｍ、 ２１０μｍ、２２０μｍ、２３０μｍ、２４０μｍ、２５０μｍ、２６０μｍ、２７０μｍ、２８０μｍ、２９０μｍ、３００μｍ、３１０μｍ、３２０μｍ、３３０μｍ、３４０μｍ、３５０μｍ、３６０μｍ、３７０μｍ ３８０μｍ、３９０μｍ、４００μｍ、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍ、９００μｍ又は１０００μｍとすることができる。一実施形態では、通路３１２の直径Ｄと通路３１４の直径Ｄは、略同じである。
図２に示すように、第１の流体通路３１２及び第２の流体通路３１４は、第１の流体通路３１２の軸線I−I’と第２の流体通路３１４の軸線II−II’が軸Ｚ−Ｚ’上の収束点Ｐで互いに交差し、夾角αをなすように構成される。例えば、夾角αは約５０°より大きく、別の例では、夾角は約５０°〜約８９°の範囲であり、更に別の例では、夾角は約９０°より大きく、更に別の実施形態では、夾角は約９１°〜約９９°の範囲であり、また別の実施形態では、夾角αは約１００°〜約１６０°の範囲とすることができ、また別の実施形態では、夾角αは約１１０°〜約１５０°の範囲とすることができ、更に別の実施形態では、夾角αは約１２０°〜約１４０°の範囲とすることができ、更なる実施形態では、夾角αは約１２０°とすることができる。軸Ｚ−Ｚ’に沿って、収束点Ｐからオリフィス板３００の外面３０２までの距離Ｈは、約０．２５ｍｍ〜約２８．０ｍｍの範囲とすることができ、別の実施形態では０．２５ｍｍ〜約２４ｍｍの範囲とすることができ、更に別の実施形態では、約０．２５ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲とすることができ、別の実施形態では、約０．２５〜約４ｍｍの範囲とすることができる。例えば、距離Ｈは、０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍ、３．５ｍｍ、４．０ｍｍ、４．５ｍｍ、５．０ｍｍ、５．５ｍｍ、６．０ｍｍ、７．０ｍｍ、８．０ｍｍ、９．０ｍｍ、１０．０ｍｍ、１１．０ｍｍ、１２．０ｍｍ、１３．０ｍｍ、１４．０ｍｍ、１５．０ｍｍ、１６．０ｍｍ、１７．０ｍｍ、１８．０ｍｍ、１９．０ｍｍ、２０．０ｍｍ ２１．０ｍｍ、２２．０ｍｍ、２３．０ｍｍ、２４．０ｍｍ、２５．０ｍｍ、２６．０ｍｍ、２７．０ｍｍ又は２８．０ｍｍ、又は、これらの間の任意の数値とすることができる。
図３及び図４は、ボールピントル４００と共にインジェクタノズルを使用して、流体を定量で流すことができるようにする場合のインジェクタノズル１００を示す。ピントル４００は、ソレノイド制御式ピントルであっても圧電駆動式ピントルであってもよく、直接駆動でも、ハウジング全体の圧力差によるパイロット駆動でもよい。ピントル４００は、ピントルボール４２０と、ピントル軸４４０とを含む。初期位置にある場合、ピントルボール４２０は、ノズル本体２００のバルブシート２２０に押し付けられる。ピントルボール４２０がバルブシート２２０に押し付けられる際には、バルブシート２２０の開口部２４０に液体が流れ込むことはなく、インジェクタノズル１００から液体が流れ出ることはない。ピントルボール４２０が開位置に移動すると、加圧液は開口部２４０を通り、ノズル本体２００とオリフィス板３００との間に形成されたキャビティ２６０内に流れ込む。その後、加圧液体は、キャビティ２６０から流体通路３１２及び３１４にそれぞれ流れ込む。あるいは、ボールピントルの代わりに、ニードル又は板をバルブ機構として使用することもできる。
キャビティ２６０は、オリフィス板３００の内面３０４とノズル本体２００の内面２６２とによって形成されている。内面２６２と内面３０４は、互いに略平行であり、キャビティ２６０の高さ（又は深さ）Ｃを画定する。キャビティ２６０は、略円筒形の空間であり、オリフィス板３００の直径Ｂより小さい直径Ｄを有する。例えば、キャビティの直径Ｄは、最大０．５ｍｍまでとすることができる。高さＣは、約５μｍ〜約５００μｍの範囲で変更することができる。例えば、高さＣは１００μｍ未満とすることができ、高さＣは、約５〜約９．９μｍ、約１０〜約１４．９μｍ、約１５〜約１９．９μｍ、約２０〜約２４．９μｍ、約２５〜約２９．９μｍ、約３０〜約３４．９μｍ、約３５〜約３９．９μｍ、約４０〜約４９．９μｍ、約５０〜約５９．９μｍ、約６０〜約６９．９μｍ、約７０〜約７９．９μｍ、約８０〜約８９．９μｍ、約９０〜約９９．９μｍ、約１００〜約１４９．９μｍ、約１５０〜約２００μｍ、約２００〜約２５０μｍ、約２５０〜約３００μｍ、約３００〜約３５０μｍ、約３５０〜約４００μｍ、約４００〜約４５０μｍ、又は、約４５０〜約５００μｍの範囲とすることができる。
キャビティ２６０は、加圧流体をノズル本体２００から外方に向かって分岐して流体通路３１２及び３１４の入口に流入させることにより、流体通路３１２及び３１４をそれぞれ通過する２つの流体噴流を生成するように機能する。流体通路３１２及び３１４によりそれぞれ導かれ、成形された流体噴流は、焦点Ｆ（幾何学的収束点としても知られる）で合流して互いに衝突し、これが噴霧流体のスプレープルームＧを生成する。最適には、２つの衝突噴流により形成される焦点Ｆと、２つの流体通路３１２、３１４の形状によって形成される収束点Ｐが互いに一致する。その結果、軸Ｚ−Ｚ’に沿った焦点Ｆからオリフィス板３００の外面３０２までの距離を、収束点Ｐから外面３０２までの距離と同じとすることができる。例えば、液体に加えられる圧力は、約５ｐｓｉ〜約５００ｐｓｉの範囲とすることができ、圧力は５ｐｓｉ、１０ｐｓｉ、１５ｐｓｉ、２０ｐｓｉ、２５ｐｓｉ、３０ｐｓｉ、４０ｐｓｉ、５０ｐｓｉ、６０ｐｓｉ、７０ｐｓｉ、８０ｐｓｉ、９０ｐｓｉ、１００ｐｓｉ、１５０ｐｓｉ、２００ｐｓｉ、２５０ｐｓｉ、３００ ｐｓｉ、３５０ｐｓｉ、４００ｐｓｉ、４５０ｐｓｉ又は５００ｐｓｉとすることができる。一部の実施形態では、液体に加えられる圧力は、５００ｐｓｉより大きくすることができ、例えば、３０００ｐｓｉ又は５０００ｐｓｉである。
図５は、のオリフィス板３００の詳細な構造を概略的に示す。図５Ａは、オリフィス板３００を、軸Ｘ−Ｘ’と軸Ｙ−Ｙ’により画定される平面内にある内面３０２から見た場合のオリフィス板３００の端面図である。第１の流体通路３１２は、内面３０４上に第１のオリフィス３２２を有し、第２の流体通路３１４は、内面３０４上に第２のオリフィス３２４を有する。第１のオリフィス３２２と第２のオリフィス３２４は、互いに対向し、オリフィス板３００の直径Ｂより小さい直径Ｅを有する仮想円上に径方向に配置されている。第１のオリフィス３２２及び第２のオリフィス３２４は、仮想円上に中心軸Ｚ−Ｚ’に対して対称に径方向に配置される。第１のオリフィス３２２と第２のオリフィス３２４は、約１８０°の角度で互いに離間している。
図５Ｂは、図５Ｂに対応するオリフィス板３００の概略断面図である。焦点Ｆ（又は収束点Ｐ）から外面３０２までの距離Ｈは、第１のオリフィス３２２と第２のオリフィス３２４との間の距離Ｅと、オリフィス板の厚さＡの両方の影響を受ける。本実施形態によれば、距離Ｅ及び厚さＡはいずれも、距離Ｈが確実に約０．２５ｍｍ〜約２８．０ｍｍの範囲となるように構成されている。本実施形態では示していないが、本開示の範囲内では、３つ以上の流体通路（及び、これらに関連するオリフィス）を形成し、軸Ｚ−Ｚ’上に単一の焦点を設けることができる。３つ以上のオリフィスは、仮想円上に等角度の間隔で配置することができる。
図６は、本開示の別の実施形態に係るオリフィス板５００を示す。オリフィス板５００は、オリフィス板３００と同様又は類似した構造を有するが、流体通路及びオリフィスの構造が異なる。オリフィス板５００は、略同一の一定の直径を有する、第１の流体通路５１２と、第２の流体通路５１４とを有する。第１の流体通路５１２は第１のオリフィス５２２を有し、第２の流体通路５１４は第２のオリフィス５２４を有する。第１の流体通路５１２と第２の流体通路５１４は、夾角α２及び焦点Ｆ２を形成する。焦点Ｆ２は、ＸＹ平面においてオリフィス板５００の中心と一致しない。焦点Ｆ２は、距離Ｘ１２及びＹ１２だけオリフィス板５００の中心からずれている。焦点Ｆ２からオリフィス板５００の外面までの距離は、オリフィス板３００の距離Ｈと略同一とすることができる。夾角α２の値は、オリフィス板３００の夾角αの値と略同一とすることができる。本実施形態によれば、一つの焦点が、Ｘ−Ｘ’軸及びＹ−Ｙ’軸の両方において中心軸Ｚ−Ｚ’からずれている。
図７は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板６００を示す。オリフィス板６００は、オリフィス板３００と同様又は類似した構造を有するが、流体通路及びオリフィスの構造が異なる。オリフィス板６００は、第１のオリフィス６２２を有する第１の流体通路６１２と、第２のオリフィス６２４を有する第２の流体通路６１４と、第３のオリフィス６２６を有する第３の流体通路６１６と、第４のオリフィス６２８を有する第４の流体通路６１８とを含む。全ての流体通路が、略同一の一定の直径を有する。４つの流体通路が、一つの焦点Ｆ３と夾角α３を形成する。焦点Ｆ３からオリフィス板６００の外面までの距離は、オリフィス板３００の距離Ｈと略同一とすることができる。夾角α３は、オリフィス板３００の夾角αと略同一とすることができる。本実施形態によれば、一つの焦点Ｆ３が、Ｘ−Ｘ’軸において中心軸Ｚ−Ｚ’からずれている。本実施形態では、焦点Ｆ３は、図７Ｄに示すように、４つの三角形の側辺と正方形の底面を有する仮想四角錐の頭頂点と考えることができる。四角錐の頂点を通り、正方形の底面に垂直に延びる四角錐の軸ＰＹ−ＰＹ’は、オリフィス板３００の中心軸Ｚ−Ｚ’と角度θをなすように回転可能に移動する。その結果、四角錐の形状は、オリフィス板３００の座標系に対して全体的に移動する。この場合、４つの流体通路とこれらに関連するオリフィスは、全体的に移動した仮想四角錐の４つの端部とオリフィス板との交差によって形成されるものと見なすことができる。
図８は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板７００を示す。オリフィス板７００は、オリフィス板３００と同様又は類似した構造を有するが、流体通路及びオリフィスの構造が異なる。オリフィス板７００は、第１のオリフィス７２２を有する第１の流体通路７１２と、第２のオリフィス７２４を有する第２の流体通路７１４と、第３のオリフィス７２６を有する第３の流体通路７１６と、第４のオリフィス７２８を有する第４の流体通路７１８とを含む。全ての流体通路が、略同一の一定の直径を有する。４つの流体通路が、一つの焦点Ｆ４を形成する。焦点Ｆ４からオリフィス板７００の外面までの距離は、オリフィス板３００の距離Ｈと略同一とすることができる。本実施形態によれば、第１のオリフィス７２２及び第２のオリフィス７２４が直径Ｄ１２を有する仮想円上に配置され、第３のオリフィス７２６及び第４のオリフィス７２８がＤ１２より小さい直径Ｄ３４を有する仮想円上に配置される。第１のオリフィス７２２と第２のオリフィス７２４は、径方向に互いに対向し、約１８０°の角度で互いに離間している。第３のオリフィス７２６と第４のオリフィス７２８は、径方向に互いに対向し、約１８０°の角度で互いに離間している。第１のオリフィス７２２は、約９０°の角度だけ第３のオリフィス７２６から離間している。第２のオリフィス７２４は、約９０°の角度だけ第４のオリフィス７２８から離間している。第１の流体通路７１２と第２の流体通路７１４が、第１の夾角α４１を形成する。第３の流体通路７１６と第４の流体通路７１８が、第１の夾角α４１より小さい第２の夾角α４２を形成する。夾角α４１及びα４２の値は、いずれもオリフィス板３００の夾角αの値と同じ範囲とすることができる。
図９は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板８００を示す。オリフィス板８００は、オリフィス板３００と同様又は類似した構造を有するが、流体通路及びオリフィスの構造が異なる。オリフィス板８００は、第１のオリフィス８２２を有する第１の流体通路８１２と、第２のオリフィス８２４を有する第２の流体通路８１４と、第３のオリフィス８２６を有する第３の流体通路８１６と、第４のオリフィス８２８を有する第４の流体通路８１８とを含む。全ての流体通路が、略同一の一定の直径を有する。本実施形態によれば、第１のオリフィス８２２及び第２のオリフィス８２４が直径Ｄ１２を有する仮想円上に配置され、第３のオリフィス８２６及び第４のオリフィス８２８がＤ１２より小さい直径Ｄ３４を有する仮想円上に配置される。第１のオリフィス８２２と第２のオリフィス８２４は、径方向に互いに対向し、約１８０°の角度で互いに離間している。第３のオリフィス８２６と第４のオリフィス８２８は、径方向に互いに対向し、互いに約１８０°の角度で互いに離間している。第１の流体通路８１２と第２の流体通路８１４が、第１の焦点Ｆ５１と第１の夾角α５１を形成する。第３の流体通路８１６と第４の流体通路８１８が、第２の焦点Ｆ５２と第２の夾角α５２を形成する。第１の夾角α５１と第２の夾角α５２の値は、オリフィス板３００の夾角αの値と略同一であり、その範囲内とすることができる。第１の焦点Ｆ５１からオリフィス板８００の外面までの距離は、第２の焦点Ｆ５２からオリフィス板８００の外面までの距離よりも大きい。両焦点の距離は、オリフィス板３００の距離Ｈと略同一とすることができる。本実施形態によれば、衝突する噴流を、２組の衝突群にグループ化することができる。
図１０は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板９００を示す。オリフィス板９００は、オリフィス板３００と同様又は類似した構造を有するが、流体通路及びオリフィスの構造が異なる。オリフィス板９００は、第１のオリフィス９２２を有する第１の流体通路９１２と、第２のオリフィス９２４を有する第２の流体通路９１４と、第３のオリフィス９２６を有する第３の流体通路９１６と、第４のオリフィス９２８を有する第４の流体通路９１８とを含む。全ての流体通路が、略同一の一定の直径を有する。４つのオリフィスは、１つの仮想円上に配置され、約９０°の略等角度間隔で互いに離間している。第１の流体通路９１２と第２の流体通路９１４が、第１の夾角α６１と第１の焦点Ｆ６１を形成する。第３の流体通路９１６と第４の流体通路９１８が、第２の夾角α６２と第２の焦点Ｆ６２を形成する。第１の夾角α６１は第２の夾角α６２より大きく、両角度の値は、オリフィス板３００の夾角αの値と同じ範囲とすることができる。第１の焦点Ｆ６１からオリフィス板９００の外面までの距離は、第２の焦点Ｆ６２からオリフィス板９００の外面までの距離よりも小さい。両焦点から外面までの距離は、それぞれオリフィス板３００の距離Ｈと同じ範囲とすることができる。
図１１は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板１０００を示す。オリフィス板１０００は、オリフィス板３００と同様又は類似した構造を有するが、流体通路及びオリフィスの構造が異なる。オリフィス板１０００は、６つの流体通路１００１〜１００６（第１の流体通路１００１と第４の流体通路１００４のみ図１１Ｂに図示）と、６つの流体通路にそれぞれ関連する６つのオリフィス１０１２，１０１４，１０１６，１０１８,１０２０,１０２２を含む。全ての流体通路が、略同一の一定の直径を有する。第１〜第３の流体通路が第１の衝突群を形成し、第４〜第６の流体通路が第２の衝突群を形成する。本実施形態によれば、第１のオリフィス１０１２、第２のオリフィス１０１４及び第３のオリフィス１０１６が第１の直径を有する第１の仮想円上に配置され、第４のオリフィス１０１８、第５のオリフィス１０２０及び第６のオリフィス１０２２が第１の直径より小さい第２の直径を有する第２の仮想円上に配置される。第１のオリフィス１０１２、第２のオリフィス１０１４及び第３のオリフィス１０１６は放射状に配置され、約１２０°の略等角度間隔で互いに離間している。第４のオリフィス１０１８、第５のオリフィス１０２０及び第６のオリフィス１０２２は放射状に配置され、約１２０°の略等角度間隔で互いに離間している。また、２つの隣接するオリフィスは、約６０°の略等角度間隔で互いに離間している。第１〜第３の流体通路は、同じ衝突群の２つの衝突噴流の各間隔に第１の焦点Ｆ７１と第１の夾角α７１（図１１Ｃに示す）を形成する。第４〜第６の流体通路は、同じ衝突群の２つの衝突噴流の各間隔に第２の焦点Ｆ７２と第２の夾角α７２（図示せず）を形成する。第１の夾角α７１は第２の夾角α７２より大きく、両角度の値は、それぞれ独立してオリフィス板３００の夾角αの値と同じ範囲とすることができる。第１の焦点Ｆ７１からオリフィス板１０００の外面までの距離は、第２の焦点Ｆ７２からオリフィス板１０００の外面までの距離よりも大きい。両焦点から外面までの距離は、オリフィス板３００の距離Ｈと同じ範囲とすることができる。
図１２は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板１１００を示す。オリフィス板１１００は、オリフィス板３００と同様又は類似した構造を有するが、流体通路及びオリフィスの構造が異なる。オリフィス板１１００は、第１〜第６の流体通路１１１２〜１１１７（第１、第３及び第５の流体通路のみ図１２Ｂに図示）と、６つの流体通路にそれぞれ関連する６つのオリフィス１１２２〜１１２７を含む。全ての流体通路が、略同一の一定の直径を有する。本実施形態では、第１及び第２の流体通路１１１２及び１１１３が第１の衝突噴流対を形成し、第３及び第４の流体通路１１１４及び１１１５が第２の衝突噴流対を形成し、第５及び第６の流体通路１１１６及び１１１７が第３の衝突噴流対を形成する。第１及び第２の流体通路が第１の焦点Ｆ８１と第１の夾角α８１（図示せず）を形成し、第３及び第４の流体通路が第２の焦点Ｆ８２と第２の夾角α８２（図１２Ｃに示す）を形成し、第５及び第６の流体通路が第３の焦点Ｆ８３と第３の夾角α８３（図示せず）を形成する。第１の夾角α８１、第２の夾角α８２及び第３の夾角α８３は略同一であり、その値はオリフィス板３００の夾角αの値と同じ範囲とすることができる。第１の焦点Ｆ８１からオリフィス板１１００の外面までの距離、第２の焦点Ｆ８２からオリフィス板１１００の外面までの距離、及び、第３の焦点Ｆ８３からオリフィス板１１００の外面までの距離は略同一であり、オリフィス板３００の距離Ｈと同じ範囲とすることができる。図１２Ｂに示すように、第１の焦点Ｆ８１は距離Ｘ８１だけ軸Ｚ−Ｚ’からずれており、第２の焦点Ｆ８２は軸Ｚ−Ｚ’上にあり、第３の焦点Ｆ８３は距離Ｘ８３だけ軸Ｚ−Ｚ’からずれている。本実施形態では、各噴流対を形成する２つのオリフィスは、軸Ｘ−Ｘ’及び軸Ｙ−Ｙ’に対して互いに整列している。その結果、板の外面から略等しい距離に位置するが、必ずしも軸Ｚ−Ｚ’上にあるわけではない３つの焦点が提供される。
図１３は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板１２００を示す。オリフィス板１２００は、オリフィス板３００と同様又は類似した構造を有するが、流体通路及びオリフィスの構造が異なる。オリフィス板１２００は、第１〜第６の流体通路１２１２〜１２１７（第１、第３及び第５の流体通路のみ図１３Ｂに図示）と、６つの流体通路にそれぞれ関連する６つのオリフィス１２２２〜１２２７を含む。全ての流体通路が、略同一の一定の直径を有する。本実施形態では、第１及び第２の流体通路１２１２及び１２１３が第１の衝突噴流対を形成し、第３及び第４の流体通路１２１４及び１２１５が第２の衝突噴流対を形成し、第５及び第６の流体通路１２１６及び１２１７が第３の衝突噴流対を形成する。第１及び第２の流体通路が第１の焦点Ｆ９１と第１の夾角α９１（図示せず）を形成し、第３及び第４の流体通路が第２の焦点Ｆ９２と第２の夾角α９２（図示せず）を形成し、第５及び第６の流体通路が第３の焦点Ｆ９３と第３の夾角α９３（図１３Ｃ参照）を形成する。第１の夾角α９１と第３の夾角α９３は略等しく、第２の夾角α９２は第１の夾角α９１及び第３の夾角α９３より大きい。第１及び第３の夾角の値は、オリフィス板３００の夾角αの値と同じ範囲とすることができる。第１の焦点Ｆ９１からオリフィス板１２００の外面までの距離、第２の焦点Ｆ９２からオリフィス板１２００の外面までの距離、及び、第３の焦点Ｆ９３からオリフィス板１２００の外面までの距離は略等しく、オリフィス板３００の距離Ｈと同じ範囲とすることができる。第３の焦点Ｆ９３は、距離Ｘ９３（図１３Ｂ参照）且つ距離Ｙ９３（図１３Ｃ参照）だけ軸Ｚ−Ｚ’からずれている。第１の焦点Ｆ９１は、距離Ｘ９１（図１３Ｂ参照）且つ距離Ｙ９１（図示せず）だけ軸Ｚ−Ｚ’からずれている。距離Ｘ９１と距離Ｘ９３は略同一とすることができ、軸Ｙ−Ｙ’に対して略対称である。距離Ｙ９１と距離Ｙ９３は略等しくすることができ、軸Ｘ−Ｘ’に対して略対称であるが、距離Ｙ９１と距離Ｙ９３は、軸Ｘ−Ｘ’と軸Ｚ−Ｚ’により画定される面の同じ側にあってもよい。後者の実施形態では、第１及び第２の流体通路により形成される第１の衝突噴流対が、第３及び第４の流体通路により形成される第２の衝突噴流対により形成される面に対して角度β９１（図１３Ｂ参照）を有する面を形成し、また、第５及び第６の流体通路により形成される第３の衝突噴流対も、第２の衝突噴流対により形成される面に対して角度β９２（図１３Ｂ参照）を有する面を形成する。図１３Ｂに示すように、軸Ｚ−Ｚ’に対して。
図１４は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板１３００を示す。オリフィス板１３００は、オリフィス板３００と同様又は類似した構造を有するが、流体通路及びオリフィスの構造が異なる。オリフィス板１３００は、第１〜第６の流体通路１３１２〜１３１７（第２及び第５の流体通路のみ図１４Ｂに図示）と、６つの流体通路にそれぞれ関連する６つのオリフィス１３２２〜１３２７を含む。全ての流体通路が、略同一の一定の直径を有する。本実施形態では、第１〜３の流体通路１３１２〜１３１４の３本が１組の第１の衝突噴流群を形成し、第４〜６の流体通路１３１５〜１３１７の３本が１組の第２の衝突噴流群を形成する。第１〜３の流体通路１３１２〜１３１４が第１の焦点Ｆ１０１と第１の夾角α１０１（図示せず）を形成し、第４〜６の流体通路１３１５〜１３１７が第２の焦点Ｆ１０２と第２の夾角α１０２（図１４Ｃ参照）を形成する。第１の夾角α１０１と第２の夾角α１０２は略等しく、その値はオリフィス板３００の夾角αの値と同じ範囲とすることができる。第１の焦点Ｆ１０１からオリフィス板１３００の外面までの距離と、第２の焦点Ｆ１０２からオリフィス板１３００の外面までの距離は略同一であり、オリフィス板３００の距離Ｈと同じ範囲とすることができる。本実施形態では、第１の夾角α１０１と第２の夾角α１０２の両方が、通路各組において中間に位置する流体通路により生成される噴流によって二等分される。
図１５は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板１４００を示す。オリフィス板１４００は、オリフィス板３００と同様又は類似した構造を有するが、加圧液を分岐させるキャビティ１４６０が、オリフィス板とともに使用されるノズル本体内に形成されるのではなく、オリフィス板１４００の内部端面に形成される。例えば、キャビティ１４６０は、キャビティ２６０と同じ深さ及び直径を有することができる。
図１６は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板１５００を示す。オリフィス板１５００は、オリフィス板１４００と同様又は類似した構造を有するが、加圧液を分岐させる複数のチャネル１５６０が、オリフィス板１５００の内側端面に形成される。チャネル１５６０は、互いに流体連通するとともに、オリフィス板の流体通路とも流体連通している。チャネル１５６０の深さは、キャビティ１４６０の深さと略同じにすることができる。例えば、各チャネルは、オリフィス板の中心を起点として、それぞれの流体通路の入口に向かって外方に延びてもよい。
図１７は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板１７００を示す。本実施形態では、オリフィス板１７００は、オリフィス板の外側端面に円錐形キャビティ１７３０を有する。オリフィス板１７００は、２つの流体通路１７１２及び１７１４を含み、これらが共に焦点Ｆ１７及び夾角α１７を形成する。夾角α１７の値は、オリフィス板３００の夾角αの値と略同じ範囲とすることができる。円錐形キャビティ１７３０は、流体通路１７１２及び１７１４を通った噴流が互いに十分に衝突する空間を与える。キャビティ１７３０の円錐面は、流体通路１７１２及び１７１４に対して略垂直とすることができる。
図１８は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板１８００を示す。本実施形態では、オリフィス板１８００は成形された板であり、オリフィス板の外端側に突出する環状リング１８２０を有する。環状リング１８２０は、２つの内面１８２２、１８２４を有する。オリフィス板１８００は、２つの流体通路１８１２、１８１４を更に含む。流体通路１８１２の軸は、内面１８２２に対して略垂直であり、流体通路１８１４の軸は、内面１８２４に対して略垂直である。
図１９は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板１９００を示す。本実施形態では、オリフィス板１９００は成形された板であり、オリフィス板の内端側に突出するよう中央に形成された窪み１９２０を有する。オリフィス板１９００は、中央の窪み１９２０を通過する２つの流体通路１９１２、１９１４を更に含む。窪み１９２０は、軸Ｚ−Ｚ’に対して角度をつけて形成された２つの壁１９２２、１９２４を含む。流体通路１９１２及び１９１４は、それぞれ壁１９２２、１９２４を貫通して形成されており、それぞれの壁に略垂直とすることができる。
図２０は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板２０００を示す。本実施形態では、オリフィス板２０００は、オリフィス板の外端に截頭円錐形状部２１００を有する。オリフィス板２０００は、２つの流体通路２０１２、２０１４を含み、これらが共に焦点Ｆ２０及び夾角α２０を形成する。キャビティ２１００の円錐面は、流体通路２０１２、２０１４に対して略垂直とすることができる。
図２１〜図２３は、本開示の実施形態により生成された衝突噴流の画像であり、１つの焦点を有する３つのオリフィス通路が１組の衝突群を生成している。図２１は、オリフィス板の外面を出る一組の衝突群の高速画像を示す。図２２は、逆噴霧又はオリフィス板外面への癒着を避けるために、オリフィス板外面から離れた特定の焦点で十分に衝突する噴流の高速画像を示す。図２３は、分散してスプレープルームを形成する噴流の高速画像を示す。
図２４は、本開示の実施形態に係るオリフィス板を有するノズルが組み込まれたインジェクタを示す。オリフィス板は、２つの流体通路を含む。インジェクタは、内燃機関に流れ込む流体を計量して制御することができる。
図２５は、燃料を内燃機関６に噴射する図２４のインジェクタ１の使用状態を概略的に示す。インジェクタは、内燃機関の吸気管内に位置する。図２５Ａに示すように、本開示の例示的実施形態に係るオリフィス板を組み込んだインジェクタ１は、空気取入管５内の空気絞り（スロットル）機構３より前又は空気絞り機構の下流（図示せず）に位置する。吸入空気２が取入管５を流れ、燃料が空気流に注入される。そして、燃料は４つのインテークランナ４を通過し、４気筒内燃機関である内燃機関６のシリンダに入る。あるいは、図２５Ｂに示すように、複数のインジェクタ１（本実施形態では４つ）を、内燃機関６の個々のシリンダに対応する各インテークランナ５内のどこかに配置することもできる。吸入空気２は、吸気管に流入し、空気絞り機構３を通過してインテークマニホールド４に流入する。その後、吸入空気２は個々のインテークランナ５のそれぞれに流入し、そこで内燃機関６のインテークランナ５に燃料がインジェクタ１を介して噴射される。
図２６は、本開示の更に別の実施形態に係るオリフィス板３０００を示す。オリフィス板３０００は、オリフィス板３００と同様又は類似した構造を有するが、流体通路及びオリフィスの構造が異なる。オリフィス板３０００は、それぞれが関連するオリフィス３０２２〜３０２８を有する第１〜第４の流体通路３０１２〜３０１８を含む。例えば、全ての流体通路が、略同一の一定の直径を有する。４つのオリフィスは、１つの仮想円上に放射状に配置され、軸Ｚ−Ｚ’に対して非対称に位置する。４つの流体通路は、オリフィス板の外端から離れた焦点Ｆ３０に的を絞るように、略同一に夾角α３０で配向しいている。各流体通路の径方向の位置は互いに約６０°であり、この位置は、６つの流体通路を均一に放射状に配置して１組としたときの衝突用穴部の位置に対応する。図に示すように、６つで１組の衝突用穴部から隣接する２つの穴部を省略して、残りの４つの穴部が非対称となる４つ１組の衝突用穴部を構築することで、アンバランスな液体の横方向運動量によって片寄ったスプレープルームとする。本実施形態では、オリフィス板を通る３つ以上の流体通路が、１つの仮想円に沿って位置し、オリフィス板の外端から１つの焦点距離ｆを有する１組の衝突用集合となっている。流体通路は、９０°以上の単一の夾角を形成する。仮想円に沿った通路の径方向の位置は非対称であり、多数の通路が径方向に均等に又は不均等に位置される。１つ以上の流体通路を省略することで、通路が円に沿って非対称に配置される。本実施形態は、流体の噴霧化を改善し、噴射長さを短くすることに加えて、非対称に位置する衝突噴流のアンバランスな運動量により、スプレープルームを一方向に偏ったものとしている。
図２７は、本開示の別の実施形態に係るオリフィス板２７００を示す。オリフィス板２７００は、オリフィス板３００と同様又は類似した構造を有するが、流体通路及びオリフィスの構造が異なる。オリフィス板２７００は、第１の流体通路２７０１と、第２の流体通路２７０２と、第３の流体通路２７０３と、第４の流体通路２７０４とを備えており、それぞれが対応するオリフィスを有している。オリフィス板２７００は、表面の流体流出側２７０８と裏面の流体流入側２７０９を有する。流体流出側２７０８の流体通路２７０１，２７０２，２７０３，２７０４の中心は、仮想円２７０５に沿って放射状に整列している。流体流入側２７０９の流体通路２７０１，２７０２，２７０３，２７０４の中心は、仮想円２７１２に沿って放射状に整列している。図２７ＡのＡ−Ａ’断面図である図２７Ｃに示すように、流体通路２７０３は、角度ａ２７１１で板２７００を通過している。この角度で各流体通路２７０１，２７０２，２７０３及び２７０４が板を通過して配向している。図２７ＡのＸ’−Ｘ’断面図である図２７Ｂに示すように、流体通路２７０１，２７０３は、夾角α２７１０及び焦点Ｆ２７１５を形成し、そこで通路２７０１及び２７０３を出た流体噴流が互いに十分に衝突する。図２７Ｂに示すように、通路２７０１により形成されたオリフィス部２７０６と通路２７０３により形成されたオリフィス部２７０７は、角度α２７１１のため部分的に露出している。図２７Ｄは、図２７Ａとは逆側であるオリフィス板２７００の背面図であり、角度α２７１１により、流体通路２７０１，２７０２，２７０３，２７０４が、板２７００の表面側２７０８における各流体通路２７０１，２７０２，２７０３，２７０４の軸方向位置からのオフセット距離２７１３をもって、板２７００の裏面側２７０９から外に出ている。流体通路２７０１，２７０２，２７０３及び２７０４の合成角の幾何学的形状により、焦点Ｆ２７１５において流体噴流が十分に衝突し、結果として生じるスプレープルームが効果的に螺旋状となる。図２７に示す実施形態の複合形状は、衝突焦点Ｆの下流において、噴霧液体のスプレープルームを生成するのに効果的である。また、オリフィスからの流体噴流は、断面積で１００％未満ではあるが６０％を超える部分が別の噴流に衝突し、螺旋運動を伴った幅広いスプレープルーム角を有する霧状形態の流体を生成する。
オリフィス板は、様々な流体、例えば、液体燃料、酸化剤、Ｅ０〜Ｅ１００の範囲のエタノール混合燃料を含むアルコール混合燃料、水、塩、尿素、接着剤、仕上げ塗料、塗料、潤滑剤又は任意の溶液、又は、その混合物などに有用である。例えば、流体は、Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７、Ｅ８、Ｅ９、Ｅ１０、Ｅ１５、Ｅ２０、Ｅ２５、Ｅ３０、Ｅ４０、Ｅ５０、Ｅ６０、Ｅ７０、Ｅ７５、Ｅ８５、Ｅ９０、Ｅ９５、Ｅ９７、Ｅ９８、Ｅ９９、Ｅ１００を含むアルコール混合ガソリンの揮発性燃料とすることができる。流体は、水及びアルコール、及びその混合物とすることができる。流体は、水及び塩、及びその混合物とすることができる。流体は、水及び尿素、及びその混合物とすることができる。
これに応じ、オリフィス板を、典型的に使用される任意の材料で構成することができる。例えば、あらゆる等級のスチール、アルミニウム、黄銅、銅、その合金、また、グラファイト、セラミック、カーボン、混合繊維などの複合材料、又は、様々なプラスチック化学物質で構成してもよい。
上述した実施形態では、例えば、第１のグループのオリフィスが第１の夾角を伴う第１の焦点を提供し、第２の夾角を伴う第２の焦点を提供する第２のグループのオリフィスが存在するというように、それぞれが異なる夾角を伴う複数の焦点が存在しているが、それぞれの焦点からオリフィス板の外面までの垂直距離、例えば、上記した例のように、第１の焦点からオリフィス板の外面までの第１の垂直距離、及び、第１の焦点からオリフィス板の外面までの第２の垂直距離は、独立して約０．２５ｍｍ〜約２８．０ｍｍの範囲にあり、別の実施形態では独立して約０．２５ｍｍ〜約２４ｍｍの範囲とすることができ、更に別の実施形態では独立して約０．２５ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲とすることができ、別の実施形態では独立して約０．２５〜約４ｍｍの範囲とすることができる。例えば、これら距離は、独立して０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２.０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍ、３．５ｍｍ、４．０ｍｍ、４．５ｍｍ、５．０ｍｍ、５．５ｍｍ、６．０ｍｍ、７．０ｍｍ、８．０ｍｍ、９．０ｍｍ、１０．０ｍｍ、１１．０ｍｍ、１２．０ｍｍ、１３．０ｍｍ、１４．０ｍｍ、１５．０ｍｍ、１６．０ｍｍ、１７．０ｍｍ、１８．０ｍｍ、１９．０ｍｍ、２０．０ｍｍ、２１．０ｍｍ、２２．０ｍｍ、２３．０ｍｍ、２４．０ｍｍ、２５．０ｍｍ、２６．０ｍｍ、２７．０ｍｍ又は２８.０ｍｍ、又は、これらの間の任意の数値とすることができる。
本開示の様々な特定の実施形態に適用される本開示の基本的な新規特徴を図示、説明及び示してきたが、本開示の精神から逸脱することなく、図示されたデバイス及びその動作における形態及び詳細において様々な省略、置換及び変更が当業者によってなされ得ることもまた理解されるであろう。例えば、同じ結果を達成するために略同じ方法で略同じ機能を果たす構成要素及び／又は方法の段階の全ての組み合わせが本開示の範囲内にあること意図することは明らかである。また、本開示の開示されたあらゆる形態又は実施形態に関連して示され及び／又は記載される構造及び／又は構成要素及び／又は方法の段階は、設計選択の一般的事項として開示又は記載又は提案される他の形態又は実施形態に組み込まれ得ることが理解されるべきである。したがって、添付の特許請求の範囲によって示されるように限定されることが意図されている。
１ インジェクタ
２ 吸入空気
３ 空気絞り機構
４ インテークランナ
５ 空気取入管
６ 内燃機関
１００ インジェクタノズル
２００ ノズル本体
２２０ バルブシート
２４０ 開口部
２６０ キャビティ
２６２ 内面
３００ オリフィス板
３０２ 外面
３０４ 内面
３１２ 第１の流体通路
３１４ 第２の流体通路
３２２ 第１のオリフィス
３２４ 第２のオリフィス
４００ ピントル
４２０ ピントルボール
４３０ ピントル軸
５００ オリフィス板
５１２ 第１の流体通路
５１４ 第２の流体通路
５２２ 第１のオリフィス
５２４ 第２のオリフィス
６００ オリフィス板
６１２ 第１の流体通路
６１４ 第２の流体通路
６１６ 第３の流体通路
６１８ 第４の流体通路
６２２ 第１のオリフィス
６２４ 第２のオリフィス
６２６ 第３のオリフィス
６２８ 第４のオリフィス
７００ オリフィス板
７１２ 第１の流体通路
７１４ 第２の流体通路
７１６ 第３の流体通路
７１８ 第４の流体通路
７２２ 第１のオリフィス
７２４ 第２のオリフィス
７２６ 第３のオリフィス
７２８ 第４のオリフィス
８００ オリフィス板
８１２ 第１の流体通路
８１４ 第２の流体通路
８１６ 第３の流体通路
８１８ 第４の流体通路
８２２ 第１のオリフィス
８２４ 第２のオリフィス
８２６ 第３のオリフィス
８２８ 第４のオリフィス
９００ オリフィス板
９１２ 第１の流体通路
９１４ 第２の流体通路
９１６ 第３の流体通路
９１８ 第４の流体通路
９２２ 第１のオリフィス
９２４ 第２のオリフィス
９２６ 第３のオリフィス
９２８ 第４のオリフィス
１０００ オリフィス板
１００１ 第１の流体通路
１００２ 第２の流体通路
１００３ 第３の流体通路
１００４ 第４の流体通路
１００５ 第５の流体通路
１００６ 第６の流体通路
１０１２ 第１のオリフィス
１０１４ 第２のオリフィス
１０１６ 第３のオリフィス
１０１８ 第４のオリフィス
１０２０ 第５のオリフィス
１０２２ 第６のオリフィス
１１００ オリフィス板
１１１２ 第１の流体通路
１１１３ 第２の流体通路
１１１４ 第３の流体通路
１１１５ 第４の流体通路
１１１６ 第５の流体通路
１１１７ 第６の流体通路
１１２２ オリフィス
１１２３ オリフィス
１１２４ オリフィス
１１２５ オリフィス
１１２６ オリフィス
１１２７ オリフィス
１２００ オリフィス板
１２１２ 第１の流体通路
１２１３ 第２の流体通路
１２１４ 第３の流体通路
１２１５ 第４の流体通路
１２１６ 第５の流体通路
１２１７ 第６の流体通路
１２２２ オリフィス
１２２３ オリフィス
１２２４ オリフィス
１２２５ オリフィス
１２２６ リフィス
１２２７ オリフィス
１３００ オリフィス板
１３１２ 第１の流体通路
１３１３ 第２の流体通路
１３１４ 第３の流体通路
１３１５ 第４の流体通路
１３１６ 第５の流体通路
１３１７ 第６の流体通路
１３２２ オリフィス
１３２３ オリフィス
１３２４ オリフィス
１３２５ オリフィス
１３２６ オリフィス
１３２７ オリフィス
１４００ オリフィス板
１４６０ キャビティ
１５００ オリフィス板
１５６０ チャネル
１７００ オリフィス板
１７１２ 流体通路
１７１４ 流体通路
１７３０ キャビティ
１８００ オリフィス板
１８１２ 流体通路
１８１４ 流体通路
１８２０ 環状リング
１８２２ 内面
１８２４ 内面
１９００ オリフィス板
１９１２ 流体通路
１９１４ 流体通路
１９２０ 窪み
１９２２ 壁
１９２４ 壁
２０００ オリフィス板
２０１２ 流体通路
２０１４ 流体通路
２１００ 截頭円錐形状部／キャビティ
２７００ オリフィス板
２７０１ 第１の流体通路
２７０２ 第２の流体通路
２７０３ 第３の流体通路
２７０４ 第４の流体通路
２７０５ 仮想円
２７０６ オリフィス部
２７０７ オリフィス部
２７０８ 流体流出側
２７０９ 流体流入側
２７１２ 仮想円
２７１３ オフセット距離
３０００ オリフィス板
３０１２ 第１の流体通路
３０１４ 第２の流体通路
３０１６ 第３の流体通路
３０１８ 第４の流体通路
３０２２ オリフィス
３０２４ オリフィス
３０２６ オリフィス
３０２８ オリフィス
Ａ 厚さ
Ｂ 直径
Ｃ 高さ
Ｄ 直径
Ｄ１２ 直径
Ｄ３４ 直径
Ｅ 直径／距離
Ｇ スプレープルーム
Ｈ 距離
Ｐ 収束点
Ｆ１ 焦点
Ｆ２ 焦点
Ｆ３ 焦点
Ｆ４ 焦点
Ｆ１７ 焦点
Ｆ２０ 焦点
Ｆ３０ 焦点
Ｆ５１ 第１の焦点
Ｆ５２ 第２の焦点
Ｆ６１ 第１の焦点
Ｆ６２ 第２の焦点
Ｆ７１ 第１の焦点
Ｆ７２ 第２の焦点
Ｆ８１ 第１の焦点
Ｆ８２ 第２の焦点
Ｆ８３ 第３の焦点
Ｆ９１ 第１の焦点
Ｆ９２ 第２の焦点
Ｆ９３ 第３の焦点
Ｆ１０１ 第１の焦点
Ｆ１０２ 第２の焦点
Ｆ２７１５ 焦点
Ｘ８１ 距離
Ｘ８３ 距離
Ｘ９１ 距離
Ｘ９３ 距離
Ｙ９１ 距離
Ｙ９３ 距離
α 夾角
α２ 夾角
α３ 夾角
α１７ 夾角
α２０ 夾角
α３０ 夾角
α４１ 第１の夾角
α４２ 第２の夾角
α５１ 第１の夾角
α５２ 第２の夾角
α６１ 第１の夾角
α６２ 第２の夾角
α７１ 第１の夾角
α７２ 第２の夾角
α８１ 第１の夾角
α８２ 第２の夾角
α８３ 第３の夾角
α９１ 第１の夾角
α９２ 第２の夾角
α９３ 第３の夾角
α１０１ 第１の夾角
α１０２ 第２の夾角
α２７１０ 夾角
α２７１１ 角度
β９１ 角度

Claims (14)

  1. 内燃機関で使用され、流体流を導き成形するインジェクタノズルであって、
    流体を流入させる注入口と、放出口とを有するノズル本体と、
    前記ノズル本体の前記放出口に設けられたオリフィス板と、
    前記オリフィス板と前記ノズル本体との間に形成され、前記流体流が合流するキャビティとを備え、
    前記ノズル本体及び前記オリフィス板はいずれも中心軸に対して対称に延びるように構成されており、前記オリフィス板は、前記ノズル本体に対向する内面と、その反対側に位置する外面とを有し、前記内面及び前記外面は、略平面で互いに平行であり、前記オリフィス板の厚さを画定し、
    前記オリフィス板は複数の流体通路を有し、各流体通路は前記外面にオリフィスを有し、前記複数の流体通路は、前記内面から前記外面まで延びて前記キャビティと流体連通し、前記流体流は、前記複数の流体通路を介して分岐して複数の噴流を生じ、
    前記複数の通路の複数の仮想延長線が合流するところで、少なくとも１つの焦点及び前記少なくとも１つの焦点に関連する少なくとも１つの夾角が形成され、
    前記複数の流体通路は前記中心軸に向かって内向きに延伸するように角度がつけられ、
    前記複数の流体通路の複数のオリフィスは、前記オリフィス板の前記外面上の単一の仮想円上に配置され、
    前記複数のオリフィスは等角度で互いに離間し、
    前記複数の流体通路は第１の焦点と第２の焦点を形成し、前記第１の焦点から前記オリフィス板の前記外面までの第１の垂直距離と、前記第２の焦点から前記オリフィス板の前記外面までの第２の垂直距離とは等しくないことを特徴とするインジェクタノズル。
  2. 前記第１の垂直距離と前記第２の垂直距離は、独立して約０．２５ｍｍ〜約２８．０ｍｍの範囲にある、請求項１に記載のインジェクタノズル。
  3. 内燃機関で使用され、流体流を導き成形するインジェクタノズルであって、
    流体を流入させる注入口と、放出口とを有するノズル本体と、
    前記ノズル本体の前記放出口に設けられたオリフィス板と、
    前記オリフィス板と前記ノズル本体との間に形成され、前記流体流が合流するキャビティとを備え、
    前記ノズル本体及び前記オリフィス板はいずれも中心軸に対して対称に延びるように構成されており、前記オリフィス板は、前記ノズル本体に対向する内面と、その反対側に位置する外面とを有し、前記内面及び前記外面は、略平面で互いに平行であり、前記オリフィス板の厚さを画定し、
    前記オリフィス板は複数の流体通路を有し、各流体通路は前記外面にオリフィスを有し、前記複数の流体通路は、前記内面から前記外面まで延びて前記キャビティと流体連通し、前記流体流は、前記複数の流体通路を介して分岐して複数の噴流を生じ、
    前記複数の通路の複数の仮想延長線が合流するところで、少なくとも１つの焦点及び前記少なくとも１つの焦点に関連する少なくとも１つの夾角が形成され、
    前記複数の流体通路は前記中心軸に向かって内向きに延伸するように角度がつけられ、
    前記複数の流体通路の複数のオリフィスは、前記オリフィス板の前記外面上の単一の仮想円上に配置され、
    前記複数のオリフィスは等角度で互いに離間し、
    前記複数の流体通路は、第１の夾角を伴う第１の焦点と第２の夾角を伴う第２の焦点を形成し、前記第１の夾角と前記第２の夾角は等しくなく、それぞれが独立して９０°より大きいことを特徴とするインジェクタノズル。
  4. 内燃機関で使用され、流体流を導き成形するインジェクタノズルであって、
    流体を流入させる注入口と、放出口とを有するノズル本体と、
    前記ノズル本体の前記放出口に設けられたオリフィス板と、
    前記オリフィス板と前記ノズル本体との間に形成され、前記流体流が合流するキャビティとを備え、
    前記ノズル本体及び前記オリフィス板はいずれも中心軸に対して対称に延びるように構成されており、前記オリフィス板は、前記ノズル本体に対向する内面と、その反対側に位置する外面とを有し、前記内面及び前記外面は、略平面で互いに平行であり、前記オリフィス板の厚さを画定し、
    前記オリフィス板は複数の流体通路を有し、各流体通路は前記外面にオリフィスを有し、前記複数の流体通路は、前記内面から前記外面まで延びて前記キャビティと流体連通し、前記流体流は、前記複数の流体通路を介して分岐して複数の噴流を生じ、
    前記複数の通路の複数の仮想延長線が合流するところで、少なくとも１つの焦点及び前記少なくとも１つの焦点に関連する少なくとも１つの夾角が形成され、
    前記複数の流体通路は前記中心軸に向かって内向きに延伸するように角度がつけられ、
    前記複数の流体通路の複数のオリフィスは、前記オリフィス板の前記外面上の単一の仮想円上に配置され、
    前記複数のオリフィスは、前記仮想円上に前記中心軸に対して非対称に配置され、
    前記複数のオリフィスは、第１のオリフィスと、前記第１のオリフィスから約６０°の角度で離間した第２のオリフィスと、前記第２のオリフィスから約６０°の角度で離間した第３のオリフィスと、前記第３のオリフィスから約６０°の角度で離間した第４のオリフィスを含むことを特徴とする記載のインジェクタノズル。
  5. 内燃機関で使用され、流体流を導き成形するインジェクタノズルであって、
    流体を流入させる注入口と、放出口とを有するノズル本体と、
    前記ノズル本体の前記放出口に設けられたオリフィス板と、
    前記オリフィス板と前記ノズル本体との間に形成され、前記流体流が合流するキャビティとを備え、
    前記ノズル本体及び前記オリフィス板はいずれも中心軸に対して対称に延びるように構成されており、前記オリフィス板は、前記ノズル本体に対向する内面と、その反対側に位置する外面とを有し、前記内面及び前記外面は、略平面で互いに平行であり、前記オリフィス板の厚さを画定し、
    前記オリフィス板は複数の流体通路を有し、各流体通路は前記外面にオリフィスを有し、前記複数の流体通路は、前記内面から前記外面まで延びて前記キャビティと流体連通し、前記流体流は、前記複数の流体通路を介して分岐して複数の噴流を生じ、
    前記複数の通路の複数の仮想延長線が合流するところで、少なくとも１つの焦点及び前記少なくとも１つの焦点に関連する少なくとも１つの夾角が形成され、
    前記複数の流体通路は前記中心軸に向かって内向きに延伸するように角度がつけられ、
    前記複数の流体通路の複数のオリフィスは、第１の仮想円上に配置された第１のグループと、第２の仮想円上に配置された第２のグループとに分けられ、前記第１の仮想円と前記第２の仮想円の直径は異なり、
    前記第１のグループのオリフィスは前記オリフィス板の前記外面までの第１の垂直距離を有する第１の焦点を形成し、前記第２のグループのオリフィスは前記オリフィス板の前記外面までの第２の垂直距離を有する第２の焦点を形成することを特徴とするインジェクタノズル。
  6. 前記第１の垂直距離と、前記第２の垂直距離は略等しい、請求項５に記載のインジェクタノズル。
  7. 前記第１の垂直距離と、前記第２の垂直距離は等しくない、請求項５に記載のインジェクタノズル。
  8. 前記第１の垂直距離と前記第２の垂直距離は、独立して約０．２５ｍｍ〜約２８．０ｍｍの範囲にある、請求項７に記載のインジェクタノズル。
  9. 前記第１のグループのオリフィスは第１の夾角を伴う前記第１の焦点を形成し、前記第２のグループのオリフィスは第２の夾角を伴う前記第２の焦点を形成し、前記第１の夾角と前記第２の夾角は略等しく、それぞれが独立して９０°より大きい、請求項５に記載のインジェクタノズル。
  10. 前記第１のグループのオリフィスは第１の夾角を伴う前記第１の焦点を形成し、前記第２のグループのオリフィスは第２の夾角を伴う前記第２の焦点を形成し、前記第１の夾角と前記第２の夾角は等しくなく、それぞれが独立して９０°より大きい、請求項５に記載のインジェクタノズル。
  11. 前記複数の流体通路により形成される前記少なくとも１つの焦点のうち前記第１の焦点及び前記第２の焦点は、前記中心軸からずれている、請求項５に記載のインジェクタノズル。
  12. 前記第１の垂直距離は、約０．２５ｍｍ〜約２４．０ｍｍの範囲にあり、前記第２の垂直距離は、約０．２５ｍｍ〜約２４．０ｍｍの範囲にある、請求項５に記載のインジェクタノズル。
  13. 前記第１の垂直距離は、約０．２５ｍｍ〜約２０．０ｍｍの範囲にあり、前記第２の垂直距離は、約０．２５ｍｍ〜約２０．０ｍｍの範囲にある、請求項５に記載のインジェクタノズル。
  14. 前記第１の垂直距離は、約０．２５ｍｍ〜約４．０ｍｍの範囲にあり、前記第２の垂直距離は、約０．２５ｍｍ〜約４．０ｍｍの範囲にある、請求項５記載のインジェクタノズル。
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