JP3625834B2 - 噴流の拡散が低減した、特に軸線から外れた噴射流を有する燃料噴射装置 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、内燃機関内に燃料を噴射する形式の燃料噴射装置、特に噴射装置ノズルに設けられた薄いディスクオリフィスを通って燃料噴射装置から、特に軸線から外れた方向で噴射される燃料の拡散を減じる、ニードル弁と弁座との間の新規協働形式に関する。本発明は、様々な多分割流形状のための著しく減じられた拡散を提供するが、本発明の原理はその他の噴射流形状でも使用できる。
発明の背景および概略
所定の客観的判断基準、特に排気管放出物に関する判断基準を満たすように内燃機関の燃焼室空間内の燃焼過程を改良するためには、燃料噴射装置のノズルから噴射される燃料のパターンを制御することが重要なファクタであることが判っている。
燃料噴射装置は、国際公開第87/07334号パンフレットに記載されている。弁は、磁気コイルが励磁されるとコアに向かって引き付けられる弁ニードルを有している。弁ニードルは、この弁ニードルに形成されたシール座着部と共に、ノズルに形成された弁座面から持ち上げられる。ニードルに形成されたシール座着部は丸い輪郭を有しており、その結果、ノズルに設けられた弁座にニードルが固着する傾向が減じられる。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第4123692号明細書には、オリフィスを備えた本体を有する燃料噴射装置が記載されており、前記オリフィスにボール弁が座着しており、このボール弁を、燃料が本体を通過するために持ち上げるか、または燃料通路を遮断するために落下させることができる。本体を貫通する燃料は、突出した部分を有するディスクを介して燃料噴射装置弁から流出する。突出した部分は調量オリフィスを有しており、この調量オリフィスを通って燃料が燃焼のために機関内へ流入する。
制御の１つの観点は、噴射される燃料流がノズルに設けられた調量オリフィスから燃料流が排出されるときの拡散もしくは拡開の程度に関するものであり、また、所定の機関構成のためには、噴射される燃料流の拡散度を制限することが重要である。本発明は、噴射される燃料、特に多数の調量オリフィスから軸線を外れて噴射される燃料の拡散を低減することに関する。しかしながら、本発明の所定の原理は別のオリフィス構成に適用することができる。
本発明は、調量オリフィス、またはこのような１つ以上の調量オリフィスを備えた薄いディスクを変更することではなく、ニードル弁の先端部の形状と、対応した弁座とのニードル弁の協働形式とを変更することから出発している。ニードル先端部と、ニードル先端部に対応した弁座とのジオメトリが、調量オリフィスから噴射される燃料流の形状の制御に何らかの影響を与えることができると同時に、弁座に対してニードル先端部を特定の形状に成形することによって、一貫して球面状の輪郭を備えた従来のニードル先端部に比べて、噴射される燃料流の拡散が著しく低減されることが判った。
本発明によれば、内燃機関内に燃料を噴射するための燃料噴射装置であって、燃料噴射装置には、本体（と、該本体を貫通して、１つ以上の調量オリフィスを有するノズルにまで通じた燃料通路とが設けられており、前記調量オリフィスから燃料が噴射されるようになっており、さらに、本体内部の燃料通路内に配置された弁座部材と、円錐台形の弁座と、先端部に複合的な弁ニードル面を備えた弁とが設けられており、前記弁ニードル面が、弁座に対して操作されて、弁座に対して当接・離反することによって、流過通路を閉鎖・開放し、これにより燃料が前記１つ以上の調量オリフィスにまで流れることができる形式のものにおいて、
燃料噴射装置から噴射される燃料がコンパクトな円錐形を形成するように燃料流をオリフィスに向かって方向づけることを目的として、前記弁の先端部が、該弁の操作時に前記弁座に対して当接・離反する球形面を備えた基端部分と、該基端部分の球形面から接線方向に延びていてほぼ円錐先端部で終わっている円錐台形面を備えた末端部分とから成っており、これによって前記先端部が全体として、ほぼ完全な円錐形を形成しているようにした。
さらに特定の観点は、様々な多分割流形状に対して得られる著しく低減した拡開度に関する。
このことは、本発明の別の特徴、利点および利益とともに、図面が添付された有利な実施例の記述によって明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の原理を示す燃料噴射装置の縦断面図である。
第２図は、燃料噴射装置のノズル付近を示す、部分的な縦断面図である。
第３図は、ニードル先端部を示す図である。
第４図〜第10図は、本発明によって得られる典型的な改良を示すために用いられる、グラフ式図表である。
実施例の詳細な説明
第１図には燃料噴射装置10が示されており、この燃料噴射装置10は、導磁性材料から成るハウジング12と、同様に導磁性材料から成る燃料入口管14と、調整管16と、ヘリカルコイルばね18と、ニードル弁エレメント21が結合された可動子20と、ソレノイドコイルアセンブリ22とを有しており、このソレノイドコイルアセンブリ22から電気ターミナル23が延びており、ソレノイドコイルを選択的に通電するために、前記電気ターミナル23を介して燃料噴射装置が電気作動回路（図示せず）に接続されており、さらに燃料噴射装置10は、非金属性の端部キャップ24と、弁体アセンブリ26とを有している。
これらの様々な部材の相対的な構成および配置は、米国特許第4610080号明細書に示された燃料噴射装置の場合とほぼ同じである。この燃料噴射装置は通常トップフィード式と呼ばれるものであり、この場合、燃料が燃料入口管14を介して導入され、軸線方向反対側のノズル端部もしくは先端部から噴射として放出される。本発明の原理は、“サイドフィード式”および“ボトムフィード式”燃料噴射装置にも同様に適用可能である。
燃料入口管14はソレノイドコイルアセンブリ22内に配置されており、この燃料入口管14は、燃料噴射装置の内部に加圧された液体燃料を搬送することに加え、可動子20を作動させる磁気回路の固定子として機能する。燃料入口管14の下端部と可動子20の上端部とは、相俟って作動ギャップ28を規定している。作動ギャップ28の軸線方向寸法は小さいので、第１図には線の厚さでしか示されていない。ソレノイドコイルアセンブリ22が通電されていないときには、ばね18が可動子20を燃料入口管14から離れる方向に押圧し、これにより、ニードル弁エレメント21の先端部を弁座部材30（後で説明する）に座着させるので、燃料は燃料噴射装置の内部通路を貫通して入口からノズルにまで流れるのを阻止される。ソレノイドコイルアセンブリ22が通電されているときには、ソレノイドコイルアセンブリ22が可動子20を燃料入口管14に向かって引き付け、これによりニードル弁エレメント21が持ち上げられるので、燃料が流れて燃料噴射装置ノズルから機関（図示せず）内に噴射される。
ハウジング12のノズル端部に弁座部材30が配置されており、この弁座部材30は、円錐台形の弁座32を有している。このことは第２図および第３図にさらに詳しく示されている。先端部の近辺でニードルの運動をガイドするために、ニードルガイド部材36が弁座部材30の上流側の縁部に固定されており、このニードルガイド部材36は、燃料を通過させるための複数の孔36aを有している。弁座32は、薄いオリフィスディスク40によって閉鎖された円形の孔38に向かってホッパ状に減径している。バックアップワッシャ42は、オリフィスディスク40を弁座部材30に対して支持しており、バックアップワッシャ42と、オリフィスディスク40と、弁座部材30とは、内側肩44と曲げ部46との間に軸線方向に収容されることによって燃料噴射装置のノズル端部内に軸線方向で固定されている。
ディスク40は中央凹部48を有しており、この中央凹部48は、２つの分割流パターンで燃料を噴射するための、互いに直径方向で向き合った２つのオリフィス48a,48bを有している。各噴流は、オリフィスから噴射される場合に拡散もしくは拡開する傾向がある。噴流のねらいを定めることが特に重要である所定の適用例の場合には、噴流の拡散を最小限に抑えることが望ましい。本発明の原理によれば、これはニードル先端部の形状を変更することによって達成されるので、ニードル先端部は、輪郭が完全な球形に形成される代わりに、基端部分と末端部分とを有していて、この場合、基端部分が、仮想球体のセグメント形状の面52を有しており、この面52は、前記仮想球体を通る、間隔を置かれた２つの仮想平面によってジオメトリ的に規定されており、前記基端部分の前記面52は、ニードル弁エレメント21が往復運動を行う場合に弁座32に対して当接・離反する前記先端部の部分である。末端部分は、基端部分の面52から接線方向に延びた円錐台形の面54を有している。円錐台形の面54は、ほぼ円錐先端部56で終わっていると有利であり、これにより、末端部分全体が、面52から接線方向に延びたほぼ完全な円錐形であると考えてよい。ほぼ完全な円錐形は、完全にではないがほぼ尖った箇所を形成するために、僅かに鈍くされたまたは平らにされた箇所を先端部が形成した円錐形を有している。
示された実施例の場合には、面52は1.18mmの球面半径を有しており、面54の円錐角度は110゜である。弁座32は90゜の角度を有している。
このような構成によって得られる改良は、第４図〜第６図を第７図〜第10図と比較することにより判る。第４図〜第６図には、本発明の原理を示す３つのほぼ同一の燃料噴射装置による噴霧拡散パターンのいわば「地形図」（topographical plots）が示されているのに対し、第７図〜第10図には、前記３つの燃料噴射装置とほぼ同一だが、輪郭が完全に球形に形成された従来のニードル先端部を有する４つの燃料噴射装置による噴霧拡散パターンのいわば「地形図」が示されている。これらの試験は、噴射装置のノズルから143mmの距離の平面に配置された固定ターゲットを用いた同じ条件下で行われた。本発明は、座着のために、ニードル先端部の基端セグメントには球形の輪郭を維持しているが、この球形輪郭セグメントを起点として円錐台形面が有利にはほぼ完全に円錐形の形状を有している。試験を行った燃料噴射装置は、ニードル先端部を除いてほぼ同じであるので、本願に開示されたようなこれらの面52,54の組み合わせによって、各調量オリフィスから噴射される燃料の拡散が著しく抑制されることが明らかである。
これらのオリフィスディスク部材によって、噴射装置軸線56に対して平行でなく反対方向へ拡開する２つの分割流が形成されたが、個々の流れの拡散をより減じるための本発明の原理は、別の調量オリフィス配置に適用可能である。したがって、本発明の範囲は以下の請求項によってのみ制限される。

Claims (4)

1. 内燃機関内に燃料を噴射するための燃料噴射装置（10）であって、燃料噴射装置には、本体（26）と、該本体（26）を貫通して、１つ以上の調量オリフィス（48a,48b）を有するノズルにまで通じた燃料通路とが設けられており、前記調量オリフィスから燃料が噴射されるようになっており、さらに、本体（26）内部の燃料通路内に配置された弁座部材（30）と、円錐台形の弁座（32）と、先端部に複合的な弁ニードル面を備えた弁（21）とが設けられており、前記弁ニードル面が、弁座（32）に対して操作されて、弁座（32）に対して当接・離反することによって、流過通路を閉鎖・開放し、これにより燃料が前記１つ以上の調量オリフィス（48a,48b）にまで流過させたり流過させない形式のものにおいて、
   燃料噴射装置（10）から噴射される燃料がコンパクトな円錐形を形成するように燃料流をオリフィス（48a,48b）に向かって方向づけることを目的として、前記弁（21）の先端部が、該弁（21）の操作時に前記弁座（32）に対して当接・離反する球形面を備えた基端部分（52）と、該基端部分（52）の球形面から接線方向に延びていてほぼ円錐先端部で終わっている円錐台形面を備えた末端部分（54）とから成っており、これによって前記先端部が全体として、ほぼ完全な円錐形を形成していることを特徴とする、噴流の拡散が低減した、特に軸線から外れた噴射流を有する燃料噴射装置。
2. 調量オリフィス（48a,48b）が、燃料噴射装置の主長手方向軸線を中心として直径方向で互いに向き合った２つのオリフィスを有している、請求項１記載の燃料噴射装置。
3. オリフィス（48a,48b）が、凹部（48）に配置されている、請求項２記載の燃料噴射装置。
4. 前記調量オリフィス（48a,48b）および凹部（48）は、前記弁座（30）に対して配置された別個のオリフィスディスク部材（40）に設けられている、請求項２または３記載の燃料噴射装置。

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