JPH11505595A - 結合されたバルブ構成部材から成るバルブ及びこのようなバルブを具える燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 バルブ（４１）にインレット（４３）と第１アウトレット（４９）と第２アウトレット（５５）とを設ける。バルブ（４１）の第１バルブ構成部材（５７）が第１アウトレット（４９）のバルブシート（５９）と協働し、バルブ（４１）の第２バルブ構成部材（６１）が第２アウトレット（５５）のバルブシート（６３）と協働する。第１及び第２バルブ構成部材（５７、６１）は共通のドライングシャフト（６７）上に設けられ、このドライビングシャフトは第１アウトレット（４９）を通って流れる空気と第２アウトレット（５５）を通って流れる空気とを調整する電気作動装置（６９）により移動可能である。第１及び第２バルブ構成部材（５７、６１）は単一の集積バルブ構成部材（６５）に結合され、この集積バルブ構成部材は第１アウトレット（４９）のバルブシート（５９）と第２アウトレット（５５）のバルブシート（６３）の両方と協働する。バルブ（４１）の簡単且つ小型の構造はこのようにして得られる。バルブ（４１）は内燃エンジン（１）の空気援助燃料噴射システム（３）に使用され、このバルブ内ではバルブ（４１）の第１アウトレット（４９）がエンジン（１）のスロットルバルブ（２９）のバイパス（５１）に連結され、バルブ（４１）の第２アウトレット（５５）が燃料噴射システム（３）の気体援助燃料噴射装置（３１）に連結される。このようにして、燃料噴射装置（３１）により噴射された燃料の細分化とエンジン（１）のアイドリング速度が単一のバルブ（４１）により制御される。

Description

【発明の詳細な説明】 結合されたバルブ構成部材から成るバルブ及び このようなバルブを具える燃料噴射システム 本発明は、インレット、第１アウトレット、第２アウトレット、第１アウトレ ットのバルブシートと協働する第１バルブ構成部材、及び第２アウトレットのバ ルブシートと協働する第２バルブ構成部材とを具え、第１バルブ構成部材及び第 ２バルブ構成部材が電気作動装置により移動可能な共通のドライビングシャフト 上に設けられるバルブに関するものである。 本発明は又、少なくとも１個の空気援助燃料噴射装置と、燃料噴射装置に燃料 を供給する燃料供給システムと、空気を燃料噴射装置に供給する空気供給システ ムとをそなえ、前記空気供給システムにエンジンのスロットルバルブの上流位置 においてエンジンの空気インレットに連結するインレットと、前記スロットルバ ルブの下流位置で前記空気インレットに連結する第１アウトレットと、燃料噴射 装置に連結する第２アウトレットとを有するバルブを設ける、内燃エンジン用の 燃料噴射システムに関するものである。 明細書前文に上述した種類のバルブ及び燃料噴射システムは、１９９２年２月 ２４乃至２８日に米国デトロイトで開催されたＳＡＥ国際会議及び博覧会で発表 されたハラダケンイチらによるSAE Technical Paper No.920294 の「Developmen t of Air-Assisted Injector System」により知られている。既知の燃料噴射シ ステムの空気援助燃料噴射装置は、内燃エンジンの吸気マニホールドに装備する のが好適であり、この装置により空気が燃料を衝突させ且つ混合する燃料噴射装 置に供給されることにより燃料噴射装置に供給される燃料を細分化する。このよ うにして、燃料噴射装置に供給される燃料の細分化が向上し、その結果エンジン の燃焼チャンバ内の空気燃料の混合が均質になる。更に、燃料噴射装置のスプレ ー方向が改良され、その結果空気マニホールドの壁の濡れが抑制される。このよ うにして、内燃エンジンのより高い反響、より少量の廃棄物及びより良い燃料節 約が実現される。 既知の燃料噴射システムの既知のバルブは、エンジンのアイドリング速度と燃 料噴射装置に供給される燃料の細分化の両方を調節して使用される。この目的に 対して、バルブが、エンジンのスロットルバルブの上流に位置するエンジンの空 気インレットからバルブのインレットを介して取入れる空気流を、バルブの第１ アウトレットを介して前記スロットルバルブの下流に位置する前記空気インレッ トに伝達される気流として、バルブの第２アウトレットを介して燃料噴射装置に 伝達される気流とを分断する。空気インレットに流れる前記気流の値及び燃料噴 射装置に流れる前記気流の値は、バルブの第１バルブ構成部材及び第２構成部材 の型と、バルブの第１及び第２アウトレットのバルブシートの型と、バルブの第 １及び第２アウトレットのバルブシートに対する第１及び第２バルブ構成部材の 位置とにより決定される。前記気流の値は、例えばエンジン温度の関数として内 燃エンジンの調整装置により制御されるバルブの電気作動装置により第１及び第 ２バルブ構成部材の共通のドライビングシャフトの移動により調整される。バル ブの第１アウトレットを介して気流の値を調整することにより、前記調整装置に よりエンジンのアイドリング速度を調整し、バルブの第２アウトレットを介して 気流の値を調整することにより、前記調整装置が燃料噴射措置に供給される燃料 の細分化を調整する。 既知の燃料噴射システムの既知のバルブにおいては、第１バルブ構成部材及び 第２バルブ構成部材が相互軸線距離で共通のドライビングシャフト上に設けられ る。第１バルブ構成部材と第２バルブ構成部材との間に、ベアリングが放射状方 向に共通のドライビンシャフトを支持するように設けられる。このようにして、 エンジンの振動の影響下で生じ且つバルブ構成部材とバルブシートの磨耗を生じ るドライビングシャフトの振動が減少する。既知のバルブの欠点は、第１バルブ 構成部材と第２バルブ構成部材との間の前記ベアリングにより、共通のドライビ ングシャフトに平行な方向のバルブの長さが比較的長くなり、又バルブの構造が 相対的に複雑になることである。 本発明の目的は、共通のドライビングシャフトに平行な方向の長さは比較的短 く、その構造は比較的簡単で、外部振動に対しては耐えられる。 本発明により、バルブはこの目的に対して、インレット、第１アウトレット、 第２アウトレット、第１アウトレットのバルブシートと協働する第１バルブ構成 部材、及び第２アウトレットのバルブシートと協働する第２バルブ構成部材とを 具え、第１バルブ構成部材及び第２バルブ構成部材が電気作動装置により移動可 能な共通のドライビングシャフト上に設けられるバルブにおいて、第１バルブ構 成部材及び第２バルブ構成部材が単一の集積バルブ構成部材にそれなりに結合さ れ、この集積バルブ構成部材がドライビングシャフト上に設けられ、第１アウト レットのバルブシートと第２アウトレットのバルブシートの両方と協働すること を特徴とする。この集積バルブ構成部材は第１アウトレットのバルブシートの気 流開口と、第２アウトレットのバルブシートの気流開口との両方を通って延在し 、集積バルブ構成部材の第１部分は第１バルブ構成部材からなり、第１アウトレ ットのバルブシートと協働し、集積バルブ構成部材の第２部分は第２バルブ構成 部材からなり、第２アウトレットのバルブシートと協働する。第１アウトレット のバルブシート及び第２アウトレットのバルブシートを比較的短い相互距離で配 置することにより、集積バルブ構成部材がドライビングシャフトに平行な比較的 短い長さを有し、その結果バルブは又ドライビングシャフトに平行な比較的短い 距離を有するようになる。第１バルブ構成部材と第２バルブ構成部材とを結合し て前記単一集積バルブ構成部材とすることにより、バルブが比較的簡単な構造を とることが更に達成される。集積バルブ構成部材がドライビングシャフトに対し て平行な比較的短い長さを有し、ドライビングシャフトが比較的短い軸線長さを 有するので、その結果ドライビングシャフトが比較的高い機械的剛性を有し、ド ライビングシャフトと集積バルブ構成部材との振動が抑制される。従って集積バ ルブ構成部材付近のドライビングシャフトを支持するベアリングが不要となり、 その結果バルブの単純化が更に図られる。 本発明によるバルブの特別な実施例は、インレットがドライビングシャフトに 垂直な第１の広がりを有する断面を有し、この第１の長さがドライビングシャフ トに平行な前記断面の第２の長さに比して長いことを特徴とする。バルブのイン レットは第１及び第２アウトレットのバルブシートに隣接した配チャンバに併合 する。第１アウトレットのバルブシートと第２アウトレットとの間の距離が比較 的短いので、インレットの断面の前記第２の長さが制限される。インレットの断 面の前記第１の長さが断面の前記第２の長さに比して長いので、インレットの断 面の型は、インレットの断面の第２の長さの制限にも拘らず十分に大きな気流が バルブのインレットを通るような横長である。 本発明による他の実施例では、第２のアウトレット流量制限装置を具え、この 流量制限装置が第２アウトレットのバルブシートの下流に設けられることを特徴 とする。前記流量制限装置の使用を通じて、もし第１アウトレットのバルブシー トの長さと第２アウトレットのバルブシートの長さが同等の値を有れば、バルブ の第２アウトレットを通る最大気流がバルブの第１アウトレットを通る最大気流 に比して小さくなる。第１及び第２アウトレットを通る気流がバルブシートの型 の正確さ及びバルブシートと協働する集積バルブ構成部材とにより決定されるの で、もし集積バルブ構成部材の第１バルブ構成部材と集積バルブ構成部材の第２ バルブ構成部材とが同等な精度で製造されるのであれば、第２アウトレットを通 る比較的小さな気流が調整される精度と、第１アウトレットを通る比較的大きな 気流が調整される精度とが同等の値を有する。これにより集積バルブ構成部材及 びバルブの簡素化が更に図られる。 本発明により、明細書前文に示した種類の燃料噴射システムは、適用するバル ブが本発明によるバルブであることを特徴とする。燃料噴射システムが本発明に よるバルブを有する内燃エンジン内の燃料噴射システムを配置するのに必要な領 域が限定される。更に、燃料噴射システムの動作が内燃エンジンの振動により悪 影響を受けることはない。 本発明は、図面により以下により詳細に説明する。 図１は、本発明による燃料噴射システムを有する内燃エンジンを図式的に示し たものであり、 図２は、図１の燃料噴射システムに使用する本発明によるバルブの断面を示し たものであり、 図３は、図２の線III-III 上で切った図２のバルブの断面を示したものであり 、 図４は、図２のバルブの気流特性を示したものである。 図１は、本発明による燃料噴射システム３を有する内燃エンジン１を図式的に 示したものである。このエンジン１にピストン７が往復運動可能なシリンダ５を 少なくとも１個設ける。このシリンダ５に入口開口１１及び出口開口１３を具え る燃焼チャンバ９を設ける。このエンジン１に、吸気マニホールド１７から燃焼 チャンバ９に空気燃料混合物を周期的に送り込む往復運動可能なインレットバル ブ１５と、燃焼チャンバ９内の空気燃料混合物を周期的に燃焼させるスパークプ ラグ１９と、燃焼チャンバ９から廃棄マニホールド２３へ排気ガスを周期的に廃 棄する往復運動可能なアウトレットバルブ２１とを更に設ける。吸気マニホール ド１７はエンジン１のスロットルバルブハウジング２５に連結されるが、このス ロットルバルブハウジング２５はチャンネル２７を有し、このチャンネル内では 、スロットルバルブ２９が吸気マニホールド１７を通って燃焼チャンバ９に流れ る空気を制御する際に旋回可能である。 更に図１に示すように、内燃エンジン１の燃料噴射システム３に燃料噴射装置 ３１を設け、この燃料噴射装置３１は吸気マニホールド１７を通って流れる空気 に燃料を注入するようにインレットバルブ１５近傍の吸気マニホールド１７に取 り付けられる。燃料噴射システム３に更に図１には詳細に示さない燃料供給シス テム３３を更に具え、燃料噴射装置３１に燃料を供給するように燃料供給チャン ネル３５を設ける。この燃料噴射装置３１は、本来は例えば１９９２年２月２４ 乃至２８日に米国デトロイトで開催されたＳＡＥ国際会議及び博覧会で発表され たハラダケンイチらによるSAE Technical Paper No.920294 の「Development of Air-Assisted Injector System」により知られている所謂空気援助燃料噴射装 置である。燃料噴射システム３に燃料噴射装置３１に空気を供給するための空気 供給チャンネル３９を有する空気供給システム３７を更に設ける。燃料噴射装置 ３１は、燃料を衝突させ混合するための空気供給チャンネル３９を介して燃料噴 射装置３１に空気が供給されることにより、燃料供給チャンネル３５を介して燃 料噴射装置３１に供給された燃料を細分化する。燃料の細分化により、吸気マニ ホールド１７内で均質な空気−燃料混合及び吸気マニホールド１７の壁の濡れを 減少させるように燃料噴射装置３１の改良されたスプレイ方向が得らる。この結 果、内燃エンジン１の炭化水素廃棄物は減少され、内燃エンジン１の節約が実現 される。 空気供給システム３７に更に図１にのみ図式的に示す本発明によるバルブ４１ を設ける。図１及び図２にに示すように、バルブ４１にスロットルバルブ２９の 上流にある地点４７で内燃エンジン１の空気インレット４５に連結されたインレ ット４３を設ける。更に、バルブ４１にスロットルバルブ２９の下流にある地点 ５３内でエンジン１の空気インレット４５にバイパス５１を介して連結される第 １アウトレット４９と、燃料噴射システム３の空気供給チャンネル３９に連結さ れる第２アウトレット５５とを設ける。バルブ４１は、エンジン１のアイドリン グ速度と燃料噴射装置３１に供給される燃料の細分化との両方を調整するように 使用される。スロットルバルブ２９がスロットルバルブハウジング２５のチャン ネル２７を閉鎖する位置にあるときに得られるエンジン１のアイドリング速度は 、燃料の細分化、即ち燃料噴射装置３１により吸気マニホールド１７に噴射され た空気燃料混合物内の燃料粒子のサイズが、空気供給チャンネル３９を通る空気 の流れがバルブ４１により制御されることにより規制される間に、バイパス５１ を通る空気の流れがバルブ４１により制御される。バルブ４１は、図示してはい ないが例えばエンジン温度の関数として内燃エンジン１の電気調節機により制御 される。前記電気調節機は、例えば又燃焼チャンバ９の空気燃料混合物の点火時 と燃料噴射装置３１により噴射された燃料の総量とを制御するモータマネージメ ントシステムである。 図２に示すように、バルブ４１にバルブ４１の第１アウトレット４９のバルブ シート５９と協働する第１バルブ構成部材５７とバルブ４１の第２アウトレット ５５のバルブシート６３と協働する第２バルブ構成部材６１とを設ける。第１バ ルブ構成部材５７及び第２バルブ構成部材６１は、バルブ４１の単一集積バルブ 構成部材６５に連結され、その結果第１バルブ構成部材５７は第１アウトレット ４９のバルブシート５９と協働する集積バルブ構成部材６５の第１部分を構成し 、第２バルブ構成部材６１は第２アウトレット５５のバルブシート６３と協働す る集積バルブ構成部材６５の第２部分を構成する。集積バルブ構成部材６５は、 バルブ４１のドライビングシャフト６７上に設けられ、このドライビングシャフ トは第１バルブ構成部材５７及び第２バルブ構成部材６１用の共通のドライビン グシャフトであり、ドライビングシャフト６７の軸線７１と一致する軸線方向に 電気作動装置６９により移動可能である。この電気作動装置６９は例えばステッ プモータのような既知の及び通常の作動装置であり、前述したエンジン１の電気 調節機により制御される。 バルブ４１はスロットルバルブ２９の上流の地点４７の空気インレット４５か らバイパス５１を通って流れる空気流に入る空気流と、燃料噴射システム３の空 気供給チャンネル３９を通って流れる空気流とに分割する。バイパス５１を通っ て流れる空気の値φ_BP及び空気供給チャンネル３９を通って流れる空気の値φ_{IN J} が、集積バルブ構成部材６５の第１及び第２バルブ構成部材５７及び６１の型 と、バルブシート５９及び６３の型と、バルブシート５９及び６３に対する集積 バルブ構成部材６５の位置とにより決定される。図４において、集積バルブ構成 部材６５の位置の関数として値φ_BP及び値φ_INJ或いは又全空気流量値φ_TOT＝φ_BP ＋φ_INJの例が示され、前記値及び前記位置は各々最大全気流値及び最大位置 の百分率として示される。 第１及び第２バルブ構成部材５７及び６１は、バルブ４１の両バルブシート５ ９及び６３と協働する単一集積バルブ構成部材６５に連結されるので、バルブ４ １の簡素で小型の構造が達成され、この構造内では、バルブシート５９及び６３ が図２に示すようにドライビングシャフト６７の軸線７１に平行な方向に見える 比較的短い相互寸法で配列し、この寸法は軸線７１に平行な集積バルブ構成部材 ６５の長さに一致する。集積バルブ構成部材６５が軸線７１に平行で比較的短い 寸法を有するので、ドライビングシャフト６７は比較的短い軸線の長さと、従っ て比較的高い機械的硬さとを有する。このようにして、作動中に内燃エンジン１ によりバルブ４１上に作用する結果起こり、集積バルブ構成部材６５とバルブシ ート５９及び６３の磨耗を起こすドライビングシャフト６７及び集積バルブ構成 部材ができる限り制限される。 図２に示すように、バルブ４１のインレット４３は、バルブ４１の第１及び第 ２アウトレット４９及び５５のバルブシート５９及び６３により接着された分配 チャンバ７３に併合される。バルブシート５９、６３が軸線７１に平行な比較的 短い相互寸法で配列されるので、分配チャンバ７３及びインレット４３は又バル ブシート５９及び６３の存在により制限される軸線７１に平行な比較的短い寸法 を有する。図３に示すように、バルブ４１のインレット４３は横長の断面を有し 、軸線７１に垂直な前記断面の第１の寸法ｄ₁は、軸線７１に平行な前記断面の 第２の寸法ｄ₂に比べて長い。前記断面の前記第１の寸法は前記断面の前記第２ の寸法に比して長く、インレット４３の断面は前記断面の制限された第２の寸法 にもかかわらず、インレット４３を通って流れる所望の最大全空気流量が十分大 きな領域を有する。 更に図２に示すように、バルブ４１の第２のアウトレット５５に流量制限装置 ７５を設けるが、この流量制限装置は第２のアウトレット５５のバルブシート６ ３の下流の位置に設けられる。図４に示すようにバルブ４１の第１アウトレット ４９を通って流れる空気の最大値φ_BP.MAXはバルブ４１の第２アウトレットを通 る空気流量の最大値φ_INJ.MAXに比して高い。第２アウトレット５５の制限機７ ５の使用を通じて、第２アウトレット５５を通って流れる空気が制限されるよう になる。これにより、第１及び第２アウトレット４９及び５５を通って流れる空 気の差異の最大値に達するのに必要な、第１アウトレット４９のバルブシート５ ９の最大流量開口の領域と第２アウトレット５５のバルブシート６３の最大流量 開口の領域との間の差異を減じるので、その結果バルブシート５９、６３内の前 記最大流量開口が同等のオーダの径を有する。それ故に、又集積バルブ構成部材 ６５の第１バルブ構成部材５７及び第２バルブ構成部材は比較的巨大なオーダの 径を有する。第１及び第２アウトレット４９、５５を通って流れる空気が調整さ れる精度は、集積バルブ構成部材６５のバルブシート５９、６３及び第１及び第 ２バルブ構成部材５７、６１が製造される精度により決定される。集積バルブ構 成部材６５の第１及び第２バルブ構成部材５７、６１が比較的巨大なオーダの径 を有するので、もし第１及び第２アウトレット４９、５５を通って流れる空気が 同等の精度で調整されるならば、第１及び第２バルブ構成部材５７、６１は同等 の精度で製造される。集積バルブ構成部材６５は結果として比較的簡単な方法で 製造される。 バルブ４１に２個のアウトレット４９、５５を具える。本発明は又例えば３個 のアウトレットのような３個以上のアウトレットを具えるバルブに関するもので あることにも注意されたい。この場合において、３個のアウトレットのバルブシ ートと協働するバルブのバルブ構成部材は３個のアウトレットのバルブシートと 協働する単一の集積バルブ構成部材に結合され、バルブ構成部材の各々は集積バ ルブ構成部材の異なる部分を構成する。 例えばもし第１及び第２アウトレット４９及び５５を通って流れる最大空気流 量が同等の値を有するのであれば、バルブ４１は第２アウトレット５５の流量制 限装置７５を用いずに使用することもできる。 最後に本発明によるバルブ４１は、空気量又はガス量の代わりに液量を調整す るようにも使用できることに注意されたい。一般的に、本発明によるバルブ４１ は例えば水力学的或いは気力学的な位置決め装置のような種々の水力学システム 或いは気力学システムに使用できる。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 第１アウトレット（４９）がエンジン（１）のスロット ルバルブ（２９）のバイパス（５１）に連結され、バル ブ（４１）の第２アウトレット（５５）が燃料噴射シス テム（３）の気体援助燃料噴射装置（３１）に連結され る。このようにして、燃料噴射装置（３１）により噴射 された燃料の細分化とエンジン（１）のアイドリング速 度が単一のバルブ（４１）により制御される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．インレット、第１アウトレット、第２アウトレット、第１アウトレットのバ ルブシートと協働する第１バルブ構成部材、及び第２アウトレットのバルブシー トと協働する第２バルブ構成部材とを具え、第１バルブ構成部材及び第２バルブ 構成部材が電気作動装置により移動可能な共通のドライビングシャフト上に設け られるバルブにおいて、第１バルブ構成部材及び第２バルブ構成部材が単一の集 積バルブ構成部材にそれなりに結合され、この集積バルブ構成部材がドライビン グシャフト上に設けられ、第１アウトレットのバルブシートと第２アウトレット のバルブシートの両方と協働することを特徴とするバルブ。 ２．インレットがドライビングシャフトに垂直な第１の広がりを有する断面を有 し、この第１の長さがドライビングシャフトに平行な前記断面の第２の長さに比 して長いことを特徴とする請求項１に記載のバルブ。 ３．第２のアウトレット流量制限装置を具え、この流量制限装置が第２アウトレ ットのバルブシートの下流に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載 のバルブ。 ４．少なくとも１個の空気援助燃料噴射装置と、燃料噴射装置に燃料を供給する 燃料供給システムと、空気を燃料噴射装置に供給する空気供給システムとをそな え、前記空気供給システムにエンジンのスロットルバルブの上流位置においてエ ンジンの空気インレットに連結するインレットと、前記スロットルバルブの下流 位置で前記空気インレットに連結する第１アウトレットと、燃料噴射装置に連結 する第２アウトレットとを有するバルブを設ける、内燃エンジン用の燃料噴射シ ステムにおいて、バルブが請求項１、２及び３に記載のバルブであることを特徴 とする燃料噴射システム。