JPH0814142A - デュアルアングルチェックを有するバルブ閉鎖オリフィス付き燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 燃料噴射ノズル組立体は、第一の内角で内部
シートする形成する先端を有している。 【構成】 ノズル組立体内において摺動可能に配置され
たデュアルアングルチェック７８は、シート６４との少
なくとも一個の接触円１０２を形成する端部８２を有す
る。チェックの端部は、シートの内角よりも内角が大き
く、接触円からテーパして直径が小さい第一部分を有す
る。端部の第二部分は、シートの内角よりも内角が小さ
く、接触円からテーパして直径が大きくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的に燃料噴射器に
関する。より詳細には、本発明は、高圧燃料噴射ノズル
に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧燃料噴射システムの例が米国特許第
５、１９１、８６７号、スイス特許第４０２、５１０号
及び米国特許第３、８３６、０８０号に開示されてい
る。燃料噴射ノズルは、一般的にバルブ閉鎖オリフィス
（ＶＣＯ）、或いはサック形状のいずれかを用いる。サ
ック形状のものが米国特許第３、８３６、０８０号に開
示されている。燃料噴射オリフィスは、サック部分３２
から着座したバルブ２２の下側を通る。噴射サイクルが
予定通りに終了した後に、このサック内に閉じ込められ
た燃料がオリフィス３４を通って少しずつ流れ出し、エ
ミッションにおいて望ましくない効果を有することにな
る。更に、サック３２内に閉じ込められ、オリフィス３
４から燃焼室に少しずつ流れる燃料が不完全に燃焼し、
先端の回りに堆積物を形成する原因となり、オリフィス
を塞ぎ、噴射器の作動を阻害することになり得る。スイ
ス特許第４０２、５１０号は、チェックが、シート４に
対して着座したときに、チェックによってブロックされ
る燃料噴射オリフィス７を有する燃料噴射ノズルを例と
して開示する。スイス特許第４０２、５１０号は、図２
において、チェックの一端において第一の内角と第二の
内角とを有する一実施例を示す。この端部の第一部分は
小さな直径で始まり、シートの内角よりも大きい第一の
内角で中間のより大きい直径に向かって外方向にテーパ
する。端部の第二部分は、シートの角度に等しい第二の
内角で、チェックの中間の直径から一定の直径部分にま
でテーパする。噴射オリフィス７を効果的にブロックす
るのは端部の第一部分である。

【０００３】ＶＣＯ燃料噴射ノズルは、噴射サイクルが
予定通りに終了した後に、燃料噴射ノズルからの漏れを
をかなり防ぐことができるという有効な効果を有する。
しかしながら、噴射オリフィス７はシート内に位置して
いるので、噴射器の各サイクルの終了時に、オリフィス
の領域内においてシートに対してチェックが繰り返し衝
突することによって生じる、オリフィス７を介しての先
端破損の危険性が高くなる。このために、オリフィスを
接触バンドの下側でシートとチェックの間に位置させ、
オリフィスの領域がチェックによっては負荷を受けるこ
とに影響を受けなくなることが切望される。しかしなが
ら、オリフィスの大きさを増大させるという要望、或い
は必要性がある場合に、このことを達成することは困難
である。オリフィスが大きくなるほどに、一般的にオリ
フィス間の距離、或いは中心間の距離が大きくなる。こ
のことは、オリフィスを接触バンドに比較的近いシート
の大きな方の直径部分に配置しなければならないことを
意味する。チェックの端部とシートとの間の接触が繰り
返されることによって、シートとチェックの端部の大き
い直径の間に最初は円形接触ラインの形であったシート
が変形し、接触部分のバンド領域、或いは環状領域を形
成する傾向を生じる。このバンドは、オリフィスに向か
って下側に延びて、シートとチェックの間の接触領域が
シートに対するチェックの衝撃に耐えることのできる均
衡のとれた大きさを得るようになる。チェックがシート
に対して衝撃を繰り返し与え、シートバンドの下方向の
動きを最小にして先端の破損の可能性を最小にする、チ
ェックの端部構造を形成することが望まれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】有効なシートの位置が
連続して下方向に移動することも、チェックをシートに
作用させるばね荷重を減少させるという欠点を有する。
これは、チェックが燃焼圧によってより変位しやすい状
態で、最適なバルブ開口圧（ＶＯＰ）よりも低くなる可
能性がある。チェックが変位すると、燃料は、ＶＣＯノ
ズルのオリフィスを通って、少しずつ流れ出る。リフト
圧に曝されるチェックの面積を減少させることによっ
て、チェックに対するばね荷重が減少することを補正す
るバルブチェック構造を提供することが望まれる。本発
明は、上述の問題の一つかそれ以上を解決する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の一態様におい
て、第一内角で内部シートを有する先端と、ノズル組立
体内に摺動可能に配置されたデュアルアングルニードル
チェックとを備えた、燃料噴射器用の燃料噴射ノズル組
立体が示されている。デュアルアングルチェックは、シ
ートとの接触円を形成する端部を有している。チェック
の端部は、シートの内角よりも内角が大きく、接触円か
らテーパして直径が小さくなる第一部分を有する。チェ
ックの端部の第二部分はシートの内角よりも内角が小さ
く、接触円からテーパして直径が大きい。デュアルアン
グルチェック端部は、従来の単一アングルチェックより
もより好ましいシート変形の分布を形成し、バルブ開口
圧力（ＶＯＰ）における減少を部分的にオフセットす
る。

【０００６】

【実施例】油圧作動式電子制御ユニット燃料噴射器１０
のような例示的な燃料噴射器を以下ＨＥＵＩ燃料噴射器
と表し、図１に示す。本実施例においては、噴射器１０
は単体として形成された、即ちユニットとしての燃料噴
射器として図示されているが、この噴射器１０は、例え
ば、ノズル組立体１２を燃料加圧装置、即ち加圧燃料源
とは別体となっているがこれと連通しているモジュール
構造とすることができる。更に、単体として形成され
た、或いは単体として形成されていない噴射器１０は、
機械的に作動して噴射のための加圧燃料を形成すること
ができる。図１の燃料噴射器１０は、中心縦軸線１６を
有する噴射器本体１４を備えている。ソレノイドのよう
な電子アクチュエータ１８が噴射器本体１４の上方端部
上に取りつけられている。ポペットバルブ２０が、噴射
器本体１４内に摺動可能に配置されており、第一位置と
第二位置との間を作動的に可動となっている。ポペット
バルブ２０は、中間のねじ付きファスナー２４によって
ソレノイドアクチュエータ１８の可動アマーチュア２２
に固定されている。ソレノイドアクチュエータ１８は、
電子制御モジュール（図示せず）からソレノイド１８に
よって受信した電子信号に応答して、第一位置と第二位
置との間にポペットバルブ２０を作動的に変位させる。
増圧ピストン２６が摺動可能に軸線方向に移動するよう
に本体１４内に配置されている。油圧流体入口通路２８
は、高圧油圧流体を高圧マニホルド（図示せず）からポ
ペットバルブ２０に連通する。ポペットバルブ２０が第
二（上方）位置にあるときに、内部油圧流体通路３０
は、油圧流体をポペットバルブ２０から増圧ピストン２
６に連通する。ポペットバルブ２０が第一（下方）位置
にあるときに、ポペットバルブ２０は、入口通路２８か
ら増圧ピストン２６への油圧作動流体の連通をブロック
する。

【０００７】噴射器本体１４の下側端部は、バレル組立
体３２に当接する。往復燃料ポンププランジャ３４は、
ピストン２６から下方にバレル組立体３２の軸線方向の
ボア３６内に延びる。燃料ポンプ室３８は、プランジャ
３４の一端においてバレルボア３６の一部分によって形
成されている。プランジャ戻しばね４０は、プランジャ
３４と増圧ピストン２６を図１に従って上方に付勢す
る。バレル組立体３２の下側には、ノズル組立体１２が
ある。中間スペーサプレート４２は、これを貫通する燃
料入口アパーチュアを備えている。止め弁４４は、中間
スペーサプレート４２の下側に配置されている。止め弁
４４内のボールタイプの入口チェックバルブのような第
一バルブ４６は、中間プレート４２のアパーチュアと流
体連通しており、流体が一方向に中間プレートを通って
ポンプ室３８に流れることができる。止め弁４４内の第
二、即ち逆流チェックバルブ４８は、流体が、ポンプ室
３８から止め弁４４を通って流れるようにしているが、
流体、或いは燃焼ガスがポンプ室３８に戻らないように
している。円筒形スリーブ５０がチェック止め弁４４の
下側に配置されている。このスリーブ５０は、これを貫
通する軸線方向のばね室５２、別個になった排出通路５
４、即ち燃料噴射通路、及びスリーブの外側からばね室
５２を通る排出孔５６を備えている。燃料噴射通路５４
は、第二チェックバルブ４８と一方向に流体連通してい
る。燃料噴射ノズルスプレー先端５８は、止め弁４４と
対向するスリーブ５０と当接している。軸線方向に延び
る盲ボア６０が、スリーブ５０に近接する先端５８の上
部分において開端部６２から先端５８の端部６６内のボ
ア６０の底部分６４に延びる。一個かそれ以上の燃料噴
射スプレーオリフィス６８が先端５８の端部６６と盲ボ
ア６０の底部分６４を貫通して形成されている。燃料噴
射通路５４がスリーブ５０から先端５８を通り、盲ボア
６０の噴射室７２のカーディオイド部分７０に流体を連
通する。カーディオイド部分７０とボア６０の開端部６
２との間盲ボア６０の一部分は案内通路７４を形成す
る。ばね室５２と盲ボア６０は軸線１６に沿って延びる
単一の細長いチェックキャビティ７６とみなすことがで
きる。

【０００８】デュアル、或いは複数のアングルチェック
７８がチェックキャビティ７６内に摺動可能に配置され
ており、第一、即ち閉位置と第二、即ち開位置との間を
軸線方向に動くようになっている。デュアルアングルチ
ェック７８は、最小の環状間隙に案内通路７４を形成す
る大きさの案内部分８０を有する。デュアルアングルチ
ェック７８は、これの端部８２が盲ボア６０のシート部
分６４と係合し、最初にこれと係合する円形ラインと、
案内部分８０の断面積よりも小さい面積を包む軸線方向
の突出部とを形成する状態で、図１と図２において第一
（閉じた）位置に示されている。チェック７８が第一即
ち閉じた（即ち着座した）位置に配置されているとき
に、デュアルアングルチェック７８の第一端部８２は、
燃料噴射スプレーオリフィス６８をカバーしたりブロッ
クしたりするのが好ましい。チェック７８のばねシート
８４は、直径において案内部分８０よりも大きく、ばね
室５２のほぼ全径にわたって半径方向に延びる。案内部
分８０と第一端部８２との間のデュアルアングルチェッ
ク７８の中間部分８６は案内部分８０の直径よりも小さ
い。チェック７８の進行制限部分８８は、案内部分８０
に対向するばねシート８４から軸線方向に延びている。
らせん型圧縮ばね９０がばねシート８４とチェック止め
弁４４との間のばね室５２内に配置されている。ばね９
０は、第一端部８２を盲ボア６０のシート部分６４に対
して付勢する。

【０００９】内部がネジナットのようなケーシング９２
が噴射本体１４の下側部分、バレル組立体３２、チェッ
ク止め弁４２、スリーブ５０及び先端５８を包み込んで
おり、互いに関連しあって作動するように維持する。ケ
ーシング９２は、軸線１６に好ましくはほぼ垂直に貫通
する、一個かそれ以上の燃料入口開口９４を有してい
る。ケーシング９２は、バレル組立体３２と止め弁４４
との間に環状燃料通路９６を形成しており、燃料入口開
口９４に流体的に接続されている。止め弁４４内のエッ
ジフィルタ９８は、環状燃料通路９６から第一の入口チ
ェックバルブ４６に延びている。デュアルアングルチェ
ック７８の端部８２は、丸い先端１００を有するほぼ円
錐台形である。端部８２は、第一、即ち着座した位置に
おけるシート部分６４と接触する接触円１０２を有して
いる。端部８２の第一の円錐台形部分１０４は、接触円
１０２から内側にテーパして直径が小さくなり、シート
の内角Ｂよりも大きい内角Ａを有する。チェック端部８
２の第二の円錐台形部分１０６は、内角Ｃがシート部分
６４の内角Ｂよりも小さい状態で、接触円１０２から外
方向にテーバする。図に示された接触円１０２は、二つ
の円錐台形表面１０４、１０６の交差によって形成され
た鋭利なエッジであるが、端部８２を他に形成できるこ
とがわかる。他の例（図示せず）では、図に示された鋭
利なエッジの代わりに丸みによって滑らかになった交差
部分を有するか、あるいは接触円１０２を形成するため
に、円錐台形表面を交わらせる代わりに連続した楕円形
を使用することを含んでいる。更に他の形状（図示せ
ず）では、シート部分６４から分岐した２つの部分１０
４、１０６との間に配置されたシート部分６４の角度に
平行な端部８２の一部分を有する。

【００１０】チェック７８の端部８２は、硬度において
先端５８のシート部分６４に等しい材料から形成されて
いるのが好ましい。噴射サイクルを繰り返し、それに対
応してチェック７８を急速に戻すことによって、チェッ
ク端部８２が、図３乃至図５に示したように接触円１０
２の領域内のチェック端部８２にほぼ一致するシート部
分６４において接触バンド１０８を常温成形する。図５
で最も良くわかるように、シート部分６４はチェック端
部８２の形状（仮線）に一致しており、接触バンド１０
８を形成する。接触バンド１０８は幅Ｄを有する。接触
バンド１０８は、オリフィス６８から離れている。バン
ド１０８がこのような位置になるために、バンドに比較
的に近く、更に下側のシート部分６４内の複数のオリフ
ィス６８の大きさを最大にすることができる。バンド
は、チェック接触円１０２によって形成された位置にお
いて、軸線方向に深さＥを有する。更に、シート部分６
４とチェック端部８２との間の係合表面積はＦだけ半径
方向に増大し、その結果変形することになる。角Ａ、
Ｂ、及びＣと寸法Ｄ、Ｅ、及びＦの例示的な値は、以下
の表の通りである。 Ａ＝６０° Ｂ＝５９．２５° Ｃ＝５７．５７° Ｄ＝０．５０ｍｍ（０．０２０インチ） Ｅ＝０．００４６ｍｍ（０．０００１８インチ） Ｆ＝０．０７４ｍｍ（０．００２９インチ） 作動時において、流体は、例えば約２３メガパスカル
（３３３５ポンド／平方インチ）のような様々な選択さ
れた圧力で流体入口通路２８に流れ込む。第一（下側）
位置において、ポペットバルブ２０は、加圧流体が噴射
本体１４に更に流れ込むことを防ぐ。第一において、ポ
ペットバルブ２０は、内部油圧流体通路３０をドレン通
路１１０と連通し、通路３０内の油圧流体を比較的低圧
にする。燃料噴射を開始するために、電子制御モジュー
ルからの電子信号（図示せず）によってソレノイドアク
チュエータ１８が電磁的に付勢され、アーマチュア２２
を上方に変位させ、ポペットバルブ２０を第二（上方）
位置に動かすことになる。ポペットバルブ２０が第二位
置に動くときに、内部油圧流体通路３０の流体圧は、入
口通路２８と連通しているために急激に上昇する。油圧
作動流体の圧力は、増圧ピストン２６に対して作用し、
増圧ピストン２６とプランジャ３４をばね４０に抗して
下方に下げる。

【００１１】低圧燃料搬送ポンプ（図示せず）はエンジ
ン（図示せず）のシリンダヘッド（図示せず）内に形成
されているのが好ましい燃料レール、即ちマニホルドを
通って噴射器１０の入口開口９４に燃料を供給する。低
圧燃料は、入口開口９４を通って環状燃料通路９６に入
り込み、バレル組立体３２と止め弁４４を取り囲む。燃
料は、環状通路９６からエッジフィルタ９８を通って第
一チェックバルブ４６を通過して燃料ポンプ室３８内に
流れる。低圧燃料は、ポンプ室３８から第二チェックバ
ルブ４８を通り、スリーブ５０の燃料噴射通路５４と先
端５８を通って盲ボア６０の噴射室７２に流れる。増圧
ピストンに対して作用する油圧は、ポンプ室３８内の燃
料に作用する力を発生させる。この力は、ばね４０の力
よりも小さい増圧ピストン２６に作用する力に等しい。
ばね４０は比較的低負荷特性であることが好ましいの
で、ポンプ室３８内の燃料に対する力は、油圧作動流体
によって加えられた増圧ピストン２６に作用する力にほ
ぼ等しい。このため燃料ポンプ室３８内の燃料は、油圧
作動流体の圧力に増圧ピストン２６の有効断面積をかけ
てプランジャ３４の有効断面積でわった値にほぼ等しい
レベルにまで加圧される。面積の例的な比率は、ほぼ７
であり、流体圧が約２３メガパスカル（３３３５ポンド
／平方インチ）であるときに燃料圧は、ほぼ１６１メガ
パスカル（２３、３５０ポンド／平方インチ）となる。
ポンプ室３８内の高加圧燃料は燃料噴射通路５４内の燃
料と流体連通しており、噴射室７２内の燃料はかなり急
速に加圧される。噴射室内の急速に加圧された燃料は、
案内部分８０の断面積ひくチェック７８の端部８２とボ
ア６０のシート部分６４との間の係合によって形成され
た着座面積に等しい環状面積の着座したデュアルアング
ルチェック７８に対して作用する。この結果、チェック
７８に作用する力によってチェック７８が上昇し、ばね
９０の力よりも強くなる。チェック７８が、先端５８の
シート部分６４から持ち上がるときに、燃料は、噴射オ
リフィス６８を通って流れ、エンジン燃料室（図示せ
ず）にスプレーされる。チェック７８が最初にリフトす
る、予め選択された圧力は、バルブ開口圧力（ＶＯＰ）
として知られている。ＶＯＰに達したときに燃料排出が
開始する。図示した燃料噴射器に対して最適には、燃料
噴射器１０は、チェック８４を離す程度に低いが、燃焼
室内の加圧された蒸気によって変位させることがない程
度に高いＶＯＰを有している。

【００１２】図５を参照すると、接触バンド１０８の深
さＥは、深さＥにばね９０のばね率をかけた値に等し
い、第一位置内のチェック７８に対してばね９０によっ
て加えられた力において減少する。ＶＯＰにおけるチェ
ック７８に対するばね荷重を減少させる効果は、着座面
積における半径方向の増大分Ｆだけ少なくとも部分的に
ずれることである。この結果、時間の経過とともに、噴
射器のＶＯＰにおける最小の減少のみとなる。端部８２
の最大直径において接触円を有する代わりに、チェック
７８の端部８２の最小と最大直径との間に最初の接触円
を有することによって、接触バンド１０８の予測幅Ｄを
形成するのに必要とされる軸線方向の深さＥをかなり減
少させる。噴射室７２内の燃料がＶＯＰよりも強くなっ
たときには、燃料は、燃料噴射スプレーオリフィス６８
を通って燃焼室（図示せず）に流れる。燃料噴射を終了
させるために、電子制御モジュールからの電子信号が切
られて、ソレノイドアクチュエータ１８は、電気的に停
止する。次いで戻りばね１１２は、ポペットバルブ２０
とアーマチュア２２を第一位置に移動させ、これにより
入口通路２８をブロックし、通路３０とドレン通路１１
０との間の流体通路を開く。通路３０内の流体圧が充分
に降下すると、図１に従って、戻りばね４０はプランジ
ャ３４と増圧ピストン２６を上方に軸線方向に変位さ
せ、これにより燃料ポンプ室３８の体積が増大すること
になる。ポンプ室３８内の燃料の高圧が充分に低くな
り、さらに噴射室７２内の燃料圧が充分に降下すると、
ばね９０が作用してチェック７８を第一、即ち着座位置
に素早く戻し、噴射オリフィス６８を通る噴射の流れを
所望なように急速に終了させる。

【００１３】これにより、チェック７８のシート部分６
４と端部８２との間のシートインターフェイス、即ち接
触バンド１０８はシート部分６４上よりも充分に高く、
接触バンド１０８を重なり合わせすぎることなく、比較
的大きなオリフィス６８を用いることになり、先端の損
傷及びオリフィスを通る燃料噴射後の漏れの双方をほぼ
防ぐことになる本発明は、ＨＥＵＩユニット燃料噴射器
を用いて述べられているが、単体化されていないＨＥＵ
Ｉ燃料噴射器や機械作動式燃料噴射器にも同じように用
いることができる。本発明は、案内チェック７８を用い
る高圧燃料噴射いに用いるのに適している。本発明の他
の態様、目的および利点は図面、詳細な説明及び請求の
範囲を参照することによって得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】例的な燃料噴射器に取りつけられた燃料噴射ノ
ズルの一実施例の断面図である。

【図２】第一、即ち着座位置におけるチェックを有する
円２内に示された図１の燃料噴射ノズルの先端部分の拡
大断面図である。

【図３】図２に類似しているがシート変形の後の燃料噴
射ノズルである。

【図４】図２に類似しているが、第二、即ち着座してい
ない位置におけるチェックである。

【図５】図４のシートの一側部の拡大断面図である。

【符号】１０ 油圧作動式電子制御ユニット燃料噴射器 １２ ノズル組立体 １４ 噴射器本体 １６ 中心軸線 １８ ソレノイドアクチュエータ ２０ ポペットバルブ ２４ ファスナー ２６ 増圧ピストン ２８ 油圧流体入口通路 ３２ バレル組立体 ３４ プランジャ ３６ ボア ３８ 燃料ポンプ室 ４２ スペーサープレート ４４ 止め弁 ４８ 第二チェックバルブ ５０ スリーブ ５２ ばね室 ５８ 先端 ６０ 案内通路 ６２ 燃料噴射通路 ６３ 溝 ６４ 底部分 ６６ 盲ボア ６８ 噴射スプレーオリフィス ７２ 噴射室 ７４ 案内通路 ７６ チェックキャビティ ７８ デュアルアングルチェック ８０ 案内部分 ８２ 端部 ８８ 進行制限部分 １０２ 接触円 １０４、１０６ 円錐台形部分 １０８ 接触バンド

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端に第一内角を有する円錐形の第一シ
   ートと、該シートを外方向に貫通する少なくとも一個の
   オリフィスとを備え、中心軸線を有し該中心軸線に沿っ
   て噴射室を形成する先端と、 第一位置において前記シートに接触する少なくとも一つ
   の接触円を形成するほぼ円錐台形と、前記シートの前記
   内角よりも内角が大きく前記接触円からテーパして直径
   が小さくなる第一部分と、前記接触円からテーパして直
   径が大きくなっており、内角が前記シートの内角より小
   さくて前記第一位置において前記オリフィスをブロック
   し、第二位置においては前記シートから離れる第二部分
   とを有する端部分を備えた、前記噴射室内に摺動可能に
   配置された複数アングルチェックと、 を備えた燃料噴射ノズル組立体。
2. 【請求項２】 前記第一部分と前記第二部分のうちのい
   ずれか一つが一定内角の円錐台形であることを特徴とす
   る請求項１に記載の燃料噴射ノズル組立体。
3. 【請求項３】 前記第一部分と前記第二部分の双方は、
   一定内角の円錐台形を有していることを特徴とする請求
   項１に記載の燃料噴射ノズル組立体。
4. 【請求項４】 前記接触円は、前記第一部分の円錐台形
   表面と前記第二部分との円錐台形表面との交わりによっ
   て形成されていることを特徴とする請求項３に記載の燃
   料噴射ノズル組立体。
5. 【請求項５】 前記チェックは、デュアルアングル端部
   分を形成していることを特徴とする請求項１に記載の燃
   料噴射ノズル。
6. 【請求項６】 前記チェックは、デュアルアングルチェ
   ックであることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射
   ノズル組立体。