JPH09510530A - 燃料噴射装置用のマルチディスクエアーアシスト式アトマイザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 アトマイザは、スタンピングされた平らな複数のメタルインサートを重ね合わせたキャップ形のシュラウドである。このアトマイザが燃料噴射装置のノズルに組み付けられると、インサートがシュラウドの端壁とノズルの外側端部との間で軸方向でサンドイッチ状に挟まれる。このサンドイッチ状に挟まれた領域内で、インサートは周方向で、ノズル端部と協働する中断部を有しており、シュラウドの端壁は、ノズルから丁度噴射されたばかりの燃料に向けて、補助空気流を半径方向内方に通すエアーアシスト開口を規定している。一方のインサート（５４ａ）に設けられたエアーアシスト開口（８０）は、他方のエアーアシスト開口（８０）に対して周方向でも軸方向でもずらして配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料噴射装置用のマルチディスクエアー アシスト式アトマイザ 技術分野 本発明は、内燃機関の吸気システム内に液体燃料を噴射するために使用される 燃料噴射装置、特にこのような燃料噴射装置のノズルに装着して、ノズルから噴 射された液体燃料の霧化を促進するために補助空気を搬送するアトマイザ(atomi zer)に関する。 背景技術 燃料噴射装置のノズルから噴射された液体燃料を補助空気で霧化することは技 術的に知られており、これは、内燃機関の燃焼室内に導入される可燃性の空気／ 燃料混合気の良好な混合調整を促進するために使用される。良好な混合調整によ って、クリーンでより効率的な燃焼プロセスが促進され、排ガスエミッション及 び燃料経済性の両方の観点で所望の結果が得られる。 、エアーアシスト式アトマイジング（霧化）に関しては、非常に多くの発明が 従来技術となっている。従来技術によれば、噴射された液体燃料と相互作用する ように補助空気流を方向付ける、特別な補助空気通路を設ければ有利であること が分かっている。また、補助空気としてポンプ又はその他の圧縮源から供給され る圧縮空気を使用したエアーアシスト式の燃料噴射装置も公知である。その他の システムは、所定のエンジン作動中に、エンジン吸気システムと外気との間に存 在する圧力差によるものである。補助空気を各噴射装置に供給するための補助空 気用通路を備えて構成された、エンジンマニホルド又は燃料レール(fuel rail) 内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。 アメリカ合衆国特許第５１７４５０５号明細書(J.J.Shen, 29 December 1992) によれば、燃料噴射装置のノズル端部に装着されたシュラウド内に配置された単 一のディスクを有する、ディスク型のアトマイザについて記載されている。本発 明は、前記アメリカ合衆国特許第５１７４５０５号明細書に開示されたディスク 型のものと同じものを利用していて、また同アメリカ合衆国特許による燃料霧化 機の利点を有しているが、本発明のものは、複数のディスクを重ね合わせた点で 異なっている。これら複数のディスクのうちの１つのエアーアシスト開口は、別 のディスクのエアーアシスト開口に対してずらして配置されており、補助空気は 、エアーアシスト開口が互いに軸方向及び周方向でずらされた状態で、半径方向 内方に向けられるようになっている。本発明の目的は、噴射された燃料に補助空 気流を作用させて、燃料をさらに剪断して燃料粒子をさらに小さくすることによ って、燃料の霧化をさらに 改善することである。 本発明の別の特徴、利点及び有利な構成は、図面を参照した以下の説明及び特 許請求の範囲に記載されている。図面には本発明の有利な実施例について記載さ れている。 図面の説明 図１は、本発明によるエアーアシスト式アトマイザを有する燃料噴射装置の縦 断面図である。 図２は、図１の燃料噴射装置のノズル端部の拡大図である。 図３は、図２の３−３線に沿った断面図である。 図４は、エアーアシスト式アトマイザに使用されたディスクを半径方向で見た 図である。 図５は、図４に示したディスクの平面図である。 図６は、ディスクの第２実施例の平面図である。 図７は、ディスクの第３実施例の平面図である。 図８は、ディスクの第４実施例の平面図である。 図９は、図５に示したディスクを２つ重ねた状態を示す平面図である。 図１０は、図６に示したディスクを２つ重ねた状態を示す平面図である。 図１１は、図７に示したディスクを２つ重ねた状態を示す平面図である。 図１２は、図８に示したディスクを２つ重ねた状態を示す平面図である。 有利な実施例の説明 図１〜図３には、本発明によるエアーアシスト式アトマイザ１２を有する、電 気操作式の燃料噴射装置１０が示されている。燃料噴射装置１０は、主縦軸線１ ４を有していて、インレット１６とその反対側の端部でノズル１８とを備えたト ップフィード型(top-feed type)の装置である。インレット１６とノズル１８と の間で燃料噴射装置を通って延びる、液体のための通路は、ノズル１８の内部に 配置された弁座２２に対してメタルニードル２０の球形の先端部を当てつけ及び 離すことによってコントロールされる。ニードル２０は、ばね２４によって弾性 的に付勢されて弁座２２に当てつけられ、これによって通路を閉鎖して流れを止 める。電磁コイル２６に電流を供給することによって弁が電気的に作動されると 、ニードルは弁座から持ち上がって燃料が流れる。図１及び図２は燃料噴射装置 の閉鎖した状態を示している。 ノズル１８付近の構造の詳細は図２に示されている。燃料噴射装置は、ほぼ管 状のメタルハウジング２８より成っており、該メタルハウジング２８は、ノズル 端部における組立順に、メタルニードルガイド部材３０と、メタル弁座部材３２ と、メタル製の薄いディスク状のオリフィス部材３４と、メタル製のリテーナ部 材３６とを有している。Ｏリングシール４０は、メタル弁座部材３２とハウジン グ２８の内壁との間に配置 されている。薄いオリフィス部材３４は、軸線１４から同一間隔を保ってそれぞ れ直径方向で向き合って配置された丁度２つのオリフィス４４，４６を有する中 央の円錐形凹部４２を有している。燃料噴射装置が開放操作されると、インレッ ト１６を介して噴射装置に供給された圧縮された燃料が、ノズル１８から、図２ で符号４８，５０で示された正確に２つに分けられた方向に向かって噴射される 。以上述べた噴射装置及びそのノズル端部の構造は、公開された一般的な特許明 細書に開示されたものとほぼ同じであるので、ここではそれについての説明は省 略されている。以下では、本発明の特徴、つまりエアーアシスト式アトマイザ１ ２及びそれに関連した燃料噴射装置１０について説明する。 エアーアシスト式アトマイザは、燃料噴射装置に組み込まれた３つの部分より 成っている。１つはシュラウド(Schroud)５２であって、残りは２つのインサー ト５４である。シュラウド５２は、側壁５６と端壁５８とを備えたほぼキャップ 状の形状を有している。側壁５６は、ショルダ６０を含む円筒形の内径を有して おり、ショルダ６０は、直径の大きい部分６２と直径の小さい部分６４とを仕切 っている。直径の小さい部分６４は、端壁５８に直接隣接した箇所からショルダ ６０に向かって延びており、一方、直径の大きい部分６２は、ショルダ６０から シュラウド５２の端部（端 壁５８とは反対側の端部）に延びている。 ハウジング２８の一部は、円形の呼び外径６６を有しており、この呼び外径６ ６の寸法は、シュラウド５２の直径の大きい部分６２がこの外径６６に丁度フィ ットする程度の寸法である。しかしながら、呼び外径６６は１つ又はそれ以上の 、軸方向の扁平部又はスロット６８等の中断部を有しており、これによって、こ の呼び外径６６は、シュラウドの側壁と協働して、空気がハウジング２８の外側 に沿って軸方向でノズル１８に向かって流れるの補助するための、軸方向に延び る通路部材７０の入口部分を規定している。図２に示した小さい矢印は、空気の 補助流を示している。 端壁５８は、側壁５６から半径方向で内方に延びていて、円錐台形に広がる開 口７２を備えている。この開口７２は、軸線１４と同軸的であって、この開口７ ２を通って、ノズル１８から丁度噴射された燃料が通過する。突起した円環状の 突起部７４は、開口７２の領域内の端壁５８の内側に取り付けられている。イン サート５４は重ねられてノズル１８と端壁５８との間に配置されており、つまり リテーナ部材３６の軸方向外側の端部と突起部７４との間で保持されている。 図５〜図８には、インサート５４の４つの異なる実施例が示されている。分か りやすくするために、符号５４の後ろにそれぞれ記号が付けられており、図５〜 図８において各ディスクはそれぞれ５４ａ，５４ｂ， ５４ｃ，５４ｄで示されている。図４では、すべての４つの実施例に合わせて、 基本的な符号５４だけが記されている。 各インサート５４は、平らで全体的に均一な厚さのディスク状の形状を有して いる。インサート５４は、中央の円形の切欠７６を有していて、この切欠７６は 、円周上で少なくとも１つの中断部８０を有する環状部分７８によって取り囲ま れている。環状部分７８は、半径方向外方に間隔を保って第２の環状部分８２に 接続されている。第２の環状部分８２は、図示されているように、有利には周方 向に連続している。第３の環状部分８４は、環状部分７８と８２とを接続してい て、１つ又はそれ以上の周方向の中断部８６を有しており、各中断部８６は、環 状部分７８の対応する中断部８０に接続していて、対応する中断部８０よりも周 方向で長い寸法を有している。切欠７６、中断部８０及び８６は、ディスクの貫 通孔の性質を有している。 インサート５４ａは単一の中断部８０と単一の中断部８６とを有しており、イ ンサート５４ｂは、それぞれ２つの中断部８０と８６とを有していて、インサー ト５４ｃは、それぞれ３つの中断部８０と８６とを有していて、またインサート ５４ｄは、それぞれ４つの中断部８０と８６とを有している。各中断部８０は、 その隣接する中断部８６に関連して周方向で中央に配置されており、インサート ５４ｂ，５４ｃ，５４ｄに おいては、中断部８０は周方向で同じ寸法を有していて、同一のパターンで、つ まり各中断部８０が、直接隣接する中断部８０から同じ周方向間隔を保って配置 されている。 インサート５４の外径（Ｏ．Ｄ．）は、壁部分６４の内径（Ｉ．Ｄ．）よりも やや小さく構成されていて、燃料噴射装置にアトマイザを組み付ける準備をする ために、インサートをシュラウドを通って軸方向に通過させることができるよう になっている。このようにして、環状部分８２は、インサートをシュラウド内の 正確に中央につまり半径方向に位置決めするための位置決め部材として働く。こ のような構成によって、下側のインサート５４の環状部分７８は突起部７４上に 配置され、上側のインサートの環状部７８が下側のインサート５４の環状部７８ に合致するようになっているので、次いで２つのインサートを有するシュラウド は、シュラウドをハウジング２８の端部に被せはめてノズルに取り付けると、重 ね合わされた２つのインサートがシュラウドとハウジングとの間にサンドイッチ 状に挟まれてされて、図１及び図２に示されているように、突起部７４及びリテ ーナ部材３６の環状端部表面と互いに隣接するようになる。 こうしてアトマイザを燃料噴射装置に組み付けた後で、サンドイッチされたイ ンサート５４の重なりは、リテーナ部材３６の端面と協働し、突起部７４は、複 数の補助用の開口８８（図２参照）を規定する。これらの開口８８を通って補助 空気が、ノズルから丁度噴射された燃料に向かって半径方向内方に供給される。 補助空気は対応する中断部８６から各開口８８内に侵入する。これらの中断部８ ６は、通路部材７０の内側下流端部に連通している。図２では例として、上側の インサートに設けられた開口８８を通る補助空気は左から侵入していて、下側の インサートに設けられた開口８８を通る補助空気は右から侵入している。開口８ ８の実際の数及びその配置は、使用された各単数又は複数のインサート５４に基 づいている。補助空気が下側のインサート５４内の中断部８６に達するのを保証 するために、上側のインサート５４の中断部８６の少なくとも一部が下側のイン サートの中断部８６と周方向でオーバーラップしていなければならない。従って 図９に示されているように、２つの中断部８０は直径方向で完全に１８０°向き 合っていない。 図示のインサート５４は有利には、シート材料(sheet material)よりスタンピ ング(stamping)によって製造することができる。インサート５４は平らで全体的 に均一な厚さを有しているので、インサートは全体的に、厚さと同じ軸方向寸法 を有している。図示のインサートは、対応するシュラウドに周方向で規定して固 定するための高速固定手段を有していないが、所望であればそのための高速固定 手段を設けることがで きる。なお、高速固定手段なしで、正確に周方向で規定して固定することができ る。このようなケースでは、インサートは、シュラウドをノズルの端部に取り付 ける前に、シュラウドに周方向で正確に位置決めされる。このような周方向での 規定は、図１及び図２に示したような薄いディスク状のオリフィス部材を有する 燃料噴射装置において特に重要である。何故ならば、オリフィス４４と４６との 間の共通の直径上で、直径方向に向き合う開口８を整列させるために有利だから である。 インサート及びシュラウドは、ステンレス鋼等の任意の材料から製造される。 切欠７６と中断部８０との間の角縁部を鋭くして、中断部８０と８６との間の角 縁部は丸みを付ければ有利である。燃料噴射装置の幾つかの部分は、一般的な部 分及び材料より公知の形式で製造される。 本発明によるアトマイザを備えた燃料噴射装置１０は、マニホルド（図示せず ）内に組み込まれていて、補助空気を通路部材７０の開放した上流側の端部に供 給する。ハウジング２８の外側及びシュラウド５２の外側に軸方向で間隔を保っ て配置されたＯリング９０，９２は、噴射装置を収容するためのマニホルド内の ソケットに対して、アトマイザを備えた燃料噴射装置をシールするために設けら れている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関の吸気システム内に燃料を噴射するノズルと、該ノズルに装着さ れたエアーアシスト手段とを備えたエアーアシスト式の燃料噴射装置であって、 エアーアシスト手段が、補助空気流をノズルの外側に沿って軸方向に向け、次い で、ノズルから噴射されたばかりの燃料に向けて半径方向で内方に向けて、前記 噴射されたばかりの燃料の霧化を促進するようになっており、前記エアーアシス ト手段がシュラウド部材を有しており、該シュラウド部材が、前記ノズルに配置 されていて、該ノズルと協働して、このノズルの外側に沿って補助空気流を軸方 向で案内するための、軸方向に延びる通路部材を形成する側壁を備えており、ま た前記シュラウド手段が、前記ノズルから丁度噴射されたばかりの燃料を通過さ せる開口部材を形成するための、前記側壁から半径方向内方に延びる端壁を備え ており、さらに前記エアーアシスト手段が、前記シュラウド部材とノズルとの間 に配置されたインサート部材を有している形式のものにおいて、 前記インサート部材が、シュラウド手段の前記端壁とノズルとの間で軸方向に サンドイッチ状に挟まれてしかもこの端壁とノズルとに互いに隣接する、重ねら れた複数のディスクを有しており、これらのディスクのうちの複数がそれぞれ、 環状部分を有していて、こ れらの環状部分のうちの複数がそれぞれ、少なくとも１つの周方向の中断部を有 しており、これらの中断部が重なり合って一致し合う少なくとも１つのエアーア シスト開口を形成し、該エアーアシスト開口を通って、補助空気流が、前記ノズ ルから噴射されたばかりの燃料に向かって半径方向内方に向けられるようになっ ており、前記ディスクのうちの複数が重ね合わせて配置されていて、複数のディ スクのうちの第１のディスクの少なくとも１つの周方向の中断部が、第２のディ スクの少なくとも１つの周方向の中断部に対して周方向でずらして配置されてい て、第２のディスクが補助空気流を半径方向内方に向ける位置に対して軸方向及 び周方向で異なる位置において、第１のディスクの対応する少なくとも１つのエ アーアシスト開口が、補助空気流を半径方向内方に向けるようになっていること を特徴とする、エアーアシスト式の燃料噴射装置 ２．前記環状部分がそれぞれ環状の形状を有している、請求項１記載の、エア ーアシスト式の燃料噴射装置。 ３．複数のディスクのうちの第１及び第２のディスクが全体的に平らな、全体 的に同じ厚さ寸法を有する板状である、請求項１記載のエアーアシスト式の燃料 噴射装置。 ４．第１及び第２のディスクがそれぞれ、これらのディスクの環状部分の半径 方向に配置された対応する 位置決め手段を有していて、前記環状部分を半径方向で位置決めするためのシュ ラウドと協働するようになっている、請求項１記載のエアーアシスト式の燃料噴 射装置。 ５．前記位置決め手段がそれぞれ、第１の環状部分の半径方向外方に配置され ていて、該第１の環状部分を半径方向で位置決めするための前記シュラウドの側 壁と協働する第２の環状部分より成っており、前記複数のディスクのうちの第１ 及び第２のディスクがさらに、前記第１の環状部分と第２の環状部分との間に対 応する貫通孔を有しており、該貫通孔を通って、補助空気流が前記少なくとも１ つのエアーアシスト開口に向けられるようになっており、前記貫通孔の周方向の 寸法がそれぞれ、対応する少なくとも１つの前記エアーアシスト開口よりも周方 向の寸法よりも大きい、請求項４記載のエアーアシスト式の燃料噴射装置。 ６．各第２の環状部分が周方向で連続している、請求項５記載のエアーアシス ト式の燃料噴射装置。 ７．各第２の環状部分と第１の環状部分とが、環状の形状を有していて、複数 のディスクのうちの第１及び第２のディスクがそれぞれ、共通の平面内に配置さ れている、請求項６記載のエアーアシスト式の燃料噴射装置。 ８．複数のディスクのうちの第１のディスク及び第２のディスクが、平らで、 軸方向で全体的に同じ厚さ 寸法を有する板状である、請求項７記載のエアーアシスト式の燃料噴射装置。 ９．第１の環状部分が、周方向で同一のパターンで配置された複数のエアーア シスト開口を有しており、これらの各エアーアシスト開口がそれぞれ、直接隣接 し合うエアーアシスト開口から周方向でほぼ同じ間隔を保って配置されている、 請求項８記載のエアーアシスト式の燃料噴射装置。 10．前記環状部分がそれぞれ、周方向で同一のパターンで配置された複数のエ アーアシスト開口を有しており、これらのエアーアシスト開口がそれぞれ、直接 隣接するエアーアシスト開口から周方向でほぼ同じ間隔を保って配置されている 、請求項１記載のエアーアシスト式の燃料噴射装置。