JPH05503977A - 燃料噴射装置のノズルに関する改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料噴射装置のノズルに関する改良 産業上の利用分野 本発明は、内燃エンジンに燃料を噴射するための弁制御式ノズルに関する。本明 細書中、「内燃エンジン」という用語は、往復動エンジンやロータリーエンジン のような間歇的燃焼サイクルを有するエンジンに限定されるということは理解さ れよう。

ノズルから内燃エンジンの燃焼室へ直接的に送出される燃料スプレーの性質は、 燃料の燃焼効率に大きな影響を与え、これは、エンジンの作動の安定性、エンジ ンの燃料効率及びエンジンの排気ガスの組成にも影響を与える。これらの効果を 特に火花点火式エンジンで最大限に利用するため、ノズルから出る燃料のスプレ ーパターンの所望の性質には、燃料の液層の大きさが小さいこと（液体燃料の場 合）、燃料スプレーの制御された形状及び浸透が含まれ、そして、少なくともエ ンジン負荷が小さい場合に、比較的に収容され且つ均等に分配された点火可能な 燃料蒸気の雲がエンジンの点火プラグの近傍にある。

燃料をエンジンの燃焼室内に直接的に送出するのに使用される幾つかの周知の噴 射ノズルは、ポペット弁型のノズルであり、これは燃料を円筒形又は末広がりの 円錐形スプレーの形態で送出する。燃料スプレーの形状の性質は、ノズルを構成 するポート及び弁の形状、特にノズルを閉じた時にボートと弁が係合してシール が行われる弁座のすぐ近くのボート及び弁の表面の形状を含む多数のファクタに よって決まる。ノズルの形状を所要の性能を与えるように選択すると、この形状 からの比較的像かなズレが前記性能に大きな劣化をもたらすことがある。

特に、固体の燃焼生成物の付着又は形成、或いは燃料が上を流れる表面上の他の 付着物がノズルの正確な性能に対する損傷となることがある。これらの表面上で の形成の主な原因は、燃焼又は噴射サイクル間にこれらの表面上に残った残留燃 料の部分燃焼によって作りだされた炭素等又は他の粒子、又は燃焼中に燃焼室内 でつくりだされた炭素等の粒子がこれらの表面に付着することである。

更に、これらの表面上での付着物の生成は、噴射ノズルのところで燃料の計量を 行う噴射ノズルの計量性能に悪影響を与える。付着物の存在は、開放時のノズル を通る燃料通路の断面積を直接的に減少させ、及び／又は弁とボートとの間を偏 心させ、これによって燃料通路の断面積を変化させる。これらの付着物の程度に よっては、噴射装置のノズルの適正な閉鎖を行うことができず、かくして燃料が ノズルを通って燃焼室内に連続的に漏れてしまうことが起こる。この漏れは、排 気ガス中の排出物のレベル並びにエンジンの作動の不安定性に深刻な悪影響を与 える。

従って、本発明の目的は、エンジンに送出される燃料の通路中での付着物の形成 を減少するのに貢献し、これによって作動中のノズルの性能を改善する、燃料を 内燃エンジンに噴射するノズルを提供することである。

この目的に関して、選択的に作動可能なノズルを有し、燃料がこのノズルを通っ てエンジンの燃焼室に送出される内燃エンジンの燃料噴射装置において、前記ノ ズルは、内側環状面を有するポートと前記内側環状面に関して同心の外側環状面 を有する弁部材とを有し、前記弁部材は、前記内側環状面と前記外側環状面との 間に燃料を送出するための連続した通路を形成するか又は夫々の環状面に対して ほぼ同心の円形の着座線に沿ってこれらの環状面間にシール接触を形成して環状 面間の燃料の送出を回避するかを選択的に行うようにボートに対して軸線方向に 移動自在であり、前記環状面は、前記内側環状面及び前記外側環状面が前記円形 の着座線に沿ってシール接触しているときにこれらの環状面間の通路の着座線の いずれかの側への最大幅が、前記環状面に垂直な方向で実質的に４０μｍを越え ない、燃料噴射装置が提供される。

便利には、通路の最大幅は、通路を通る燃料の流れ方向に関して着座線から下流 に配置されている。

通路の最大幅は、好ましくは、約３５μｍ以下であり、好ましくは、約３０μｍ 以下である。

好ましくは、ポートが形成された本体及び弁部材は内側環状面及び外側環状面の 下流端に夫々終端面を有し、これらの終端面は夫々の環状面にほぼ垂直である。

好ましくは、終端面は、夫々の環状面に対して約垂直±１０″である。

便利には、本体及び弁部材の終端面は、弁部材が円形の着座線に沿ってポートに 対してシール接触した状態で着座しているときに間延であるが或いは、弁部材が 着座しているとき、少なくとも環状面のいずれがか他方の先端を越えて下流端で オーバーハングしているが延びている。

内側環状面及び外側環状面のうちの少なくとも一方の長さが、好ましくは、約０ ．５ｏ■乃至２．０ｈａであり、便利には、約０．８１乃至１．５０ｍａ＋であ る。

便利には、内側環状面及び外側環状面は、円形の着座線から送出中の燃料の流れ 方向で下流に末広がりになるように、その共通の軸線に対して夫々の角度で傾斜 している。

円形の着座線は、ポートの内側環状面の内端即ち小径端に、又はこの端に隣接し て配置することができる。

内側環状面及び外側環状面は、截頭円錐形形状であるのがよいが、弁部材の外側 環状面は、軸線方向断面で弧状になっていてもよく、便利には、ポートの内側環 状面に対して部分球形面である凹型を提供する。凹型面の使用は、ポートと弁部 材との間の円形の着座線によるシールの所望の位置決めを行う上で、製造を助け る。

内側環状面と外側環状面の上述の関係は、試験において、所望のスプレー形成を 維持し、従来技術で達成されたよりも長期間に亘ってノズルの所望の性能を維持 することがわかった。円形の着座線の下流での環状面間の隙間の最大寸法を減少 することによって、ノズルの閉鎖毎に付着物に衝撃荷重を発生させることが示唆 されている。

この衝撃荷重は、付着物を付着物を取り退け、付着物が向き合った面上に形成さ れることをなくす。

更に、ポートと弁部材の終端面を夫々の環状面に対してほぼ直角に配置すること によって、終端面上の付着物を燃料の直接通路内にある燃料通路内へ延長し、こ れによって燃料から最大衝突力を加えてこのような付着物の延長を破壊する。

弁部材がポート内で着座したとき夫々の終端面が間延であるようにすることによ って、このようなオーバーハング付着物の発達もまた回避される。

本発明は、本発明の実施例を組み込んだ添付図面に示す燃料噴射ノズルの三つの 実際の装置の以下の説明がら更に容易に理解されるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は、ノズルポート及び弁の閉状態の軸線方向断面図であり、 第２図は、弁が開状態にある、第１図と同様の図であり、 第３図は、弁の形体が異なる、第１図と同様の図であり、 第４図は、弁の形体が更に異なる、第１図と同様の図である。

実施例 第１図及び第２図を参照すると、ノズル本体１ｏはその下部に軸線方向ボア１１ を有し、このボアは、環状の内面１３を有するポート１２で終端する。

ポート１２は、内側環状面１３と直角に交差する終端面１５を有する突出リング １４で取り囲まれている。

弁部材２０は、一端に一体の弁へラド２２を備えたステム２１を有する。ステム ２１は、適当な機構と協働してノズル本体１０内を軸線方向に往復動し、ノズル を選択的に開閉する。好ましくは空気のようなガス中に同伴される燃料は、ボア １１を通して供給され、ノズルの開放時にエンジンに送出される。燃料は、ノズ ルを通って送出される際に計量してもよいし、又は計量した量をボア１１に供給 してもよい。

弁ヘッド２２は、ステム２１から外方に末広がりたなった外側環状面２３と、こ の環状面の末端部から窄まった終端面２４とを有する。これらの面２３及び２４ は、各々截頭円錐形形態であり、直角に交わっている。

環状面２３の円錐角度か環状面１３の円錐角度より小さいため、これらの環状面 は、夫々、終端面１５及び２４に向かう方向で互いから遠ざかっている。面１３ 及び２３の角度及び直径は、ボア１１とポート１２の環状面１３との接合域で弁 ヘッド２２が着座するように選択されている。円形の着座線を弁ヘッド２２上に １６で表示する。面１３及び２３の長さは、弁ヘッド２２がポート１２に着座し たときに夫々の終端面１５及び２４が整合するように選択される。これは、弁部 材をノズル本体に組み込んだ後にこれらの面を研削することによって行うのが便 利である。

環状面１３及び２３の角度の選択、及び着座線１６の下流のこれらの環状面の各 々の長さによって、これらの環状面間の末端部での環状隙間１７の幅が決定され る。

これらの環状面間での付着物の形成を制御する利点を達成するため、環状隙間１ ７の幅は、弁部材２０の着座時に、４０μｍ以上でないようにされる。これもま た、終端面１５及び２４を組み立て後に研削することによって行われる。

ノズルの一つの実際の形態では、内側環状面１３の円錐角度及び外側環状面２３ の円錐角度は、夫々４０″及び３９°であり、ボア１１の公称直径は４．２０ａ ＋＋ａで、弁へラド２２の外端の最大公称直径が５．９０ＩＩｍである。上述の 直径では、隙間１７はその下端で約２０μｍであり、ポートの内側環状面１３の 長さは１．３５ａｍである。

ノズルについて、他の公称着座角度を使用してもよいということは理解されよう 。この角度は２０″乃至６０″の範囲内にあるのがよく、好ましくは３０°乃至 ５０″の範囲内にあるのがよい。又、ポートの内面１３の長さは２．００ｍｍを 越えてはならず、好ましく　０．８ｍｓ乃至１．５ｕ＋である。

第３図に示す変形態様の構成では、弁ヘッドの外側環状面３３が第１図及び第２ 図におけるように円錐形になっているのではなく、凸面になっており、便利には 、断面が弧状になっているということだけが第１図及び第２図に示す態様と異な っている。凸面をなした環状面の外形を内側環状面１３に関して選択し、円形の 着座線３２をボア１１と内面１３との接合域から間隔を隔てられるように配置し 、内面１３と外面３３との間の隙間が着座線３２から終端面３４に向かって漸次 増大するようにする。終端面３４での隙間３１の幅は、この場合も、弁部材が着 座しているときに２０μｍ乃至３０μｍである。凸面は、一つの球、或いは一つ 又はそれ以上の部分球面の一部であり、弁部材２０の軸線に関して対称である。

別の態様では、ポートの内側環状面が凹型で弁ヘッドの外側環状面が凸型である 。

本発明の別の態様では、弁部材２０及びポート１０の環状面が、着座線がポート の内側環状面の外端又は下流端に隣接するように形成されている。この構造を第 ４図に示す。第４図では、ポート１０の内側環状面４３及び弁部材１０の外側環 状面４４の各々が截頭円錐形形状をしている。外側環状面４４の円錐角度が内側 環状面４３の円錐角度よりも大きいため、面接触がこれらの面の下端で又は下端 に隣接して着座線４５に沿って形成される。

かくして、面４３と４４との間の通路４６は、着座線４５から最大幅４７の位置 まで上流に延びる。この場合も、外側及び／又は内側の環状面は、上述のように 、凹型又は凸型であるのがよい。

更に、第４図に示す実施例では、ポートの終端面４８が弁部材の終端面４９に対 して大きく傾いている。また、終端面の形状を第１図、第２図、及び第３図に示 す実施例に組み込んでもよく、同様に、第１図、第２図、及び第３図に示す形状 を第４図に示す実施例に組み込んでもよい。面４８が後方に傾斜しているため、 比較的少量のメタルの量だけが本体の先端に設けられ、これは、使用中に高温を 維持し、従ってその上に付着した粒子を燃やし尽くす。

以上説明したノズルの実施例の各々は、一般にポペット弁と呼ばれる外方に開い た弁部材を有するが、本発明は、一般にニードル弁と呼ばれる内方に開いた弁部 材にも同様に適用できる。

上述のノズルは、ポペット型の弁を使用する燃料噴射装置の形態で使用すること ができ、液状の燃料又は気体状の燃料のいずれかを単独で又は組み合わせて圧縮 空気のような気体状のキャリヤ中に同伴されて又はされないで噴射するのに使用 することができる。

要約書 内燃エンジンの燃料噴射装置は選択的に作動可能なノズル（１０）を有し、燃料 はこのノズルを通ってエンジンの燃焼室に送出される。前記ノズル（１０）は、 内側環状面（１３）を有するポート（１２）と前記内側環状面に関して同心の外 側環状面を有する弁部材（２０）とを有する。前記環状面は、前記内側環状面及 び前記外側環状面が前記ノズルを閉じながらシール接触しているときに、これら の環状面間の通路の最大幅（１７）が、前記環状面に垂直な方向で実質的に４０ μｍを越えないように、好ましくは２０μｍ以下となるように形成されている。

国際調査報告 暑 ＩＩＩｔｅｒｌｌ＊＋＋ｅｎｍ＋ａａａｓｃｒｅｗｓｍｅ、ＰゴＴｌ＾ａ９１μ ｘｘｕ７１１１ＰＩＩＰＣＴ／Ｉｆ＾／２１０（ｅｗＩｒｓ＋ｈ＊＋＋ｔｌｆＪ ａｅｕ＊ｒ７１９１５１Ｆａｒｅ　ＰｅＴハ１＾／２１０　＋曾＋１ａｌｌｌｆ ｉｅ＋＋ＩａＬ　峰ｅ＋＋＋　ｔｕｔ　＋ｏｃｔｍｓｒ　ＩＮＩ＋

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．選択的に作動可能なノズルを有し、燃料がこのノズルを通ってエンジンの燃 焼室に送出される内燃エンジンの燃料噴射装置において、前記ノズルは、内側環 状面を有するポートと前記内側環状面に関して同心の外側環状面を有する弁部材 とを有し、前記弁部材は、前記内側環状面と前記外側環状面との間に燃料を送出 するための連続した通路を形成するか又は夫々の環状面に対してほぼ同心の円形 の着座線に沿ってこれらの環状面間にシール接触を形成して環状面間の燃料の送 出を回避するかを選択的に行うようにポートに対して軸線方向に移動自在であり 、前記環状面は、前記内側環状面及び前記外側環状面が前記円形の着座線に沿っ てシール接触しているときにこれらの環状面間の通路の着座線のいずれかの側へ の最大幅が、前記環状面に垂直な方向で実質的に４０μｍを越えないことを特徴 とする燃料噴射装置。
2. ２．前記通路の最大幅が、通路を通る燃料の流れ方向に関して着座線から下流に 配置されている、請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. ３．前記着座線が通路の上流端に隣接して配置されている、請求項２に記載の燃 料噴射装置。
4. ４．前記着座線が、通路を通る燃料の流れ方向に関して通路の下流端に隣接して 配置されている、請求項１に記載の燃料噴射装置。
5. ５．内側環状面及び前記外側環状面が前記着座線から広がっており、通路の最大 幅がこれらの環状面の下流端にある、請求項２又は３に記載の燃料噴射装置。
6. ６．環状面のうちの少なくとも一方が截頭円錐形形状である、請求項１乃至５の うちのいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
7. ７．前記環状面のうちの少なくとも一方が二つの環状面と同心の球形形状の一部 である、請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
8. ８．前記通路の前記最大幅が約３５μｍ以下である、請求項１乃至７のうちのい ずれか一項に記載の燃料噴射装置。
9. ９．前記通路の前記最大幅が約３０μｍ以下である、請求項１乃至７のうちのい ずれか一項に記載の燃料噴射装置。
10. １０．前記通路の前記最大幅が約２０μｍ以下である、請求項１乃至７のうちの いずれか一項に記載の燃料噴射装置。
11. １１．前記環状面のうちの少なくとも一方が約０．５０ｍｍ乃至２．００ｍｍの 長さを有する、請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
12. １２．前記環状面のうちの少なくとも一方が約０．８ｍｍ乃至１．５０ｍｍの長 さを有する、請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
13. １３．ポート又は弁部材のうちの少なくとも一方がその環状面の下流端に前記環 状面にほぼ垂直な終端面を有する、請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記 載の燃料噴射装置。
14. １４．ポート及び弁部材の両方が夫々の環状面の下流端に終端面を有し、これら の終端面は、二つの環状面が着座線に沿って接触しているとき、ほぼ同心である 、請求項１乃至１３のうちのいずれか一項に記載の燃料噴射装置。