(57)【要約】  圧縮天然ガス燃料インジェクタは、ハウジングと、入口と、出口と、座部と、閉鎖部材と、内部で取り付けられたノズルとを有している。好適な実施形態において、入口及び出口は、閉鎖部材によって調整された気体燃料の流れを連通させる。気体燃料は、内部で取り付けられたノズルのリテーナ部分の周縁面に固定された座部を通過し、１つ又は２つ以上の流れチャネル内へ気体燃料の流れをさらに連通させる流路に流入する。内部で取り付けられたノズル内における流れチャネルの向きは、吸気マニホールド内における気体燃料の排出パターン及び混合特性に著しく影響する。燃料インジェクタに気体燃料を流過させる方法も説明されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料インジェクタにおいて、
入口と、出口と、前記入口から前記出口まで長手方向軸線に沿って延びた通路とが設けられており、前記入口が、気体燃料の流れと連通可能であり、
通路内で長手方向軸線に沿って少なくとも２つの位置に配置される閉鎖部材が設けられており、該閉鎖部材が、出口の近傍において無孔接触部分を有しており、
出口の近傍において通路内に配置された座部が設けられており、該座部が、閉鎖部材の１つの位置において閉鎖部材の無孔接触部分に隣接したシーリング面を有しており、該シーリング面から長手方向軸線に沿って座部を貫通して延びた座部オリフィスを通る流れを遮断するようになっており、
リテーナ部分と流れ変更部分とを有する流れ調整装置が設けられており、リテーナ部分が、ボディの内面に隣接しており、流れ変更部分がボディの外側に延びており、流れ調整装置が第１の流れ変更面と第２の流れ変更面とを有しており、第１の流れ変更面が、座部オリフィスと流体連通した流路を形成するように長手方向軸線を中心として配置されており、第２の流れ変更面が、少なくとも流れチャネルを形成するように、長手方向軸線に関して所定の角度を成した第１の軸線に沿ってかつ該第１の軸線を中心として配置されていることを特徴とする、燃料インジェクタ。
【請求項２】
前記角度が、長手方向軸線に関する約９０°を含む、請求項１記載の燃料インジェクタ。
【請求項３】
第２の流れ変更面がさらに、第１の軸線に沿って第１の流れチャネルに対して直径方向の第２の流れチャネルを含む、請求項２記載の燃料インジェクタ。
【請求項４】
第２の流れ変更面がさらに、第１の軸線及び長手方向軸線に対して直交する第２の軸線に沿って整合した第３及び第４の流れチャネルを含む、請求項３記載の燃料インジェクタ。
【請求項５】
流れチャネルがそれぞれ、第１及び第２の軸線を中心として概して円形の断面を有するチャネルチャネルを含む、請求項３記載の燃料インジェクタ。
【請求項６】
第２の流れ変更面が、円筒状の流れチャネル面を形成するように第１の軸線を包囲する面を有する、請求項５記載の燃料インジェクタ。
【請求項７】
流れ通路が、座部オリフィスの周縁に隣接した周縁を有する、請求項６記載の燃料インジェクタ。
【請求項８】
リテーナ部分が、約９ｍｍの外径を有する部分を有する、請求項７記載の燃料インジェクタ。
【請求項９】
流れ通路が、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ及びそれらの変化のうちの１つを含むグループから選択された長さを有する流れ通路を含む、請求項８記載の燃料インジェクタ。
【請求項１０】
流れチャネル面が、約２ｍｍの内径を有する円筒体を含む、請求項９記載の燃料インジェクタ。
【請求項１１】
角度が、長手方向軸線に関する斜角を含む、請求項１記載の燃料インジェクタ。
【請求項１２】
斜角が、約２６°の角度を含む、請求項１１記載の燃料インジェクタ。
【請求項１３】
第２の調整面が、約２ｍｍの内径を有する円筒面を形成するように第１の軸線を包囲する面を含む、請求項１２記載の燃料インジェクタ。
【請求項１４】
燃料インジェクタから気体燃料を排出する方法において、前記燃料インジェクタが、入口と、出口と、前記入口から前記出口まで長手方向軸線に沿って延びた通路と、通路内で長手方向軸線に沿って少なくとも２つの位置に配置される閉鎖部材と、出口の近傍において通路内に配置された、貫通した座部オリフィスをゆする座部と、流れ調整装置とを有しており、前記方法が、
座部に隣接した閉鎖部材の無孔部分によって、座部を通る流体連通を阻止し、
燃料インジェクタ内に流れ逸らせ装置の一部を配置し、
流れ逸らせ装置を通って気体燃料を流れさせ、
長手方向軸線に関して第１の角度で延びた気体燃料の少なくとも１つのコラム内へ気体燃料を分散させることを含むことを特徴とする、燃料インジェクタから気体燃料を排出する方法。
【請求項１５】
分散が、気体燃料を４つの円錐形のコラムに分散させることを含み、各円錐形のコラムが、長手方向軸線に対して概して垂直な第１の角度で向けられている、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
分散が、気体燃料を、長手方向軸線に関して斜角で分散させることを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
第１の角度が、２６°を含む、請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
噴射システムを有する内燃機関の場合、燃焼のために必要な正確な量の燃料を提供するために慣用的に燃料インジェクタが使用されている。圧縮天然ガス（以下、時々"ＣＮＧ"という）は、商業的なフリートビークル及び住居顧客のための一般的な自動車燃料である。車両において、ＣＮＧは、燃料インジェクタ（以下では、"ＣＮＧインジェクタ"又は単に"燃料インジェクタ"という）によって正確な量でエンジンに供給される。通常、ＣＮＧインジェクタは、噴射パルスごとに正確な量の燃料を供給し、インジェクタの寿命に亘ってこの精度を維持することが要求される。燃料の燃焼を改良するために、ＣＮＧインジェクタの設計において工夫が必要とされる。これらの工夫は、正確な量及び流れパターンでの内燃機関の吸気マニホールドへの気体燃料の供給に調和させられている。
【０００２】
幾つかの慣用のＣＮＧインジェクタの設計は、内燃機関の吸気マニホールドに噴射される気体燃料の適切な燃焼を達成することができない。特に、ＣＮＧインジェクタのこのような設計は、空気流を低減するか、又はさらに内燃機関の吸気プレナム内へ又は別のエンジンシリンダ内への空気−燃料混合物の逆流を生じ、これにより、エンジンの不点火及びその他のドライバビリティの問題を生じる。
【０００３】
発明の概要
本発明は、公知の気体燃料インジェクタのこれらの欠点を解決する、燃料インジェクタのための外部ノズル設計を用いる改良された気体燃料狙い付け及び燃料分布を提供する。
【０００４】
本発明の１つの態様において、気体燃料を排出する燃料インジェクタが提供される。燃料インジェクタは、ハウジング、入口、出口、座部、閉鎖部材、及び外部ノズルを有している。入口及び出口は、長手方向軸線に沿って少なくとも２つの位置に配置される閉鎖部材によって調整される気体燃料の流れと連通している。閉鎖部材は、通路内で長手方向軸線に沿って少なくとも２つの位置に配置される。閉鎖部材は、出口の近傍の無孔接触部分を有している。座部は、出口の近傍に通路内に配置されている。座部は、長手方向軸線に沿って座面から座部を通って延びた座部オリフィスを通る流れを閉鎖するために、閉鎖部材の１つの位置において、閉鎖部材の無孔接触部分に隣接する座面を有している。流れ変更装置は、リテーナ部分及び流れ変更部分を有している。リテーナ部分はボディの内面に隣接しており、流れ変更部分はボディの外側に延びている。流れ変更装置は、第１の流れ変更面と、第２の流れ変更面とを有している。第１の流れ変更面は、長手方向軸線を中心として配置されており、座部オリフィスと流体連通した流路を形成している。第２の流れ変更面は、長手方向軸線に対して所定の角度を成して、第１の軸線に沿ってかつ第１の軸線を中心として配置されており、少なくとも流れチャネルを形成している。
【０００５】
本発明のさらに別の形態において、燃料インジェクタに気体燃料を流過させる方法が提供される。燃料インジェクタは、入口、出口、入口から出口まで長手方向軸線に沿って延びた通路、閉鎖部材、座部、及び流れ変更装置を有している。閉鎖部材は、通路内に長手方向軸線に沿って少なくとも２つの位置に配置される。座部は、出口の近傍において通路内に配置されており、座部を貫通した座部オリフィスを有している。この方法は、座部に隣接した閉鎖部材の無孔部分によって座部を通る流体通過を阻止し、流れ逸らせ装置の一部を燃料インジェクタ内に配置し、気体燃料を流れ逸らせ装置に流過させ、気体燃料を、長手方向軸線に対して第１の角度を成して延びた気体燃料の少なくとも１つのコラムに分散させることによって達成されることができる。
【０００６】
ここに組み込まれかつ本明細書の一部を構成する添付された図面は、発明の現時点で好適な実施形態を示しており、上述の概略的な説明及び以下の詳細な説明と共に、発明の特徴を説明するために働く。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】気体燃料インジェクタ及び内部に取り付けられたノズルの好適な実施形態の断面図を示している。
【図２】４つの流れチャネルからの噴霧分配パターンを備えた、気体燃料インジェクタ及び内部に取り付けられたノズルの拡大斜視図を示している。
【図３】内部に取り付けられたノズルの好適な実施形態の拡大断面図を示しており、特に、内部に取り付けられたノズルにおける様々な面の間の様々な関係を示している。
【図４】流れチャネルが長手方向軸線に対して斜めの、別の内部に取り付けられたノズルの別の好適な実施形態の断面図を示している。
【０００８】
好適な実施形態の詳細な説明
図１〜図４は好適な実施形態を示している。特に、図１は、例えば圧縮天然ガス（"ＣＮＧ"）等の気体燃料を排出する高圧インジェクタ１０を示している。気体燃料インジェクタ１０はハウジングを有しており、このハウジングは、燃料入口１２と、燃料出口１４と、入口１２から出口１４まで長手方向軸線１８に沿って延びた燃料通路とを有している。ハウジングは、コイルハウジング２２を包囲した、オーバーモールドされたプラスチック部材２０を有している。
【０００９】
燃料フィルタ２４は入口管１３ａに結合されており、この入口管は、好適な実施形態において、磁極片１３ｂと一体的であるが、互いに結合された別個の構成部材であることができる。入口管１３ａの一部は、オーバーモールドされたプラスチック部材２０に配置されており、入口通路２６を有している。入口通路２６は、気体燃料インジェクタ１０の気体燃料通路の一部として働く。燃料フィルタリテーナ部材２８及び予負荷調整管３０が入口通路２６に設けられている。調整管３０は、所定の位置に固定される前に長手方向軸線１８に沿って位置決め可能であり、これにより、可動子バイアスばね３２の長さを変化させる。その他のファクタと組み合わせて、ばね３２の長さは、気体燃料インジェクタ１０を通る気体燃料流の量を制御する。オーバーモールドされたプラスチック部材２０は、電気コネクタ２０ａをも支持しており、この電気コネクタは、プラグ（図示せず）を受容し、気体燃料インジェクタ１０を、電気ポテンシャルの外部源、例えば電子制御ユニットＥＣＵ（図示せず）に操作的に接続する。エラストマのＯリング３４は、入口部材２４の外部延長部における溝に設けられている。Ｏリング３４は、入口部材２４を燃料レール等の気体燃料供給部材（図示せず）に対して、出口１４を吸気マニホールドに対してシール固定する。この吸気マニホールドは、例えば、引用により全体がこの出願に組み込まれる、"Fuel Injection System with Cross-Flow Nozzle for Enhanced Compressed Natural Gas Jet Spray"という名称の同時係属出願（代理人整理番号Siemens 2006P13279US(051252-5299)）に示されたマニホールドである。
【００１０】
コイルハウジング２２は、図１に示されているようにコイルアセンブリ４０を包囲している。コイルアセンブリ４０は、コイル４４を保持するボビン４２を有している。コイルアセンブリ４０の端部は、オーバーモールドされたプラスチック部材２０のコネクタ２０ａに電気的に接続されている。可動子４６は、軸線１８に沿って入口部材２４に対して相対的に移動するように支持されている。可動子４６は、可動子案内アイレット５６を介してボディシェル５０及びボディ５２によって支持されている。可動子４６は、入口通路２６と流体連通した可動子通路５４を有している。
【００１１】
ボディシェル５０はボディ５２と係合している。可動子案内アイレット５６は、可動子４６に接触するようにボディ５２の入口部分６０に配置されている。軸方向に延びたボディ通路５８は、ボディ５２の入口部分６０をボディ５２の出口部分６２に接続している。可動子４６の可動子通路５４は、ボディ５２のボディ通路５８と流体連通している。好適には金属材料である座部６４は、ボディ５２の出口部分６２に取り付けられている。
【００１２】
図１に示されているように、ボディ５２は、入口部分６０と出口部分６２との間に延びたネック部分６６を有している。ネック部分６６は、閉鎖部材６８を包囲する環状体であることができる。閉鎖部材６８は、可動子４６に操作的に結合されており、実質的に円筒状のニードルであることができる。閉鎖部材６８は、ボディ通路５８の一部を形成するように、ネック部分内に中央に配置されておりかつネック部分から間隔を置いて配置されている。閉鎖部材６８は、気体燃料インジェクタ１０の長手方向軸線１８と軸方向で整合させられており、閉鎖部材６８の底面に、先細りの円錐状のテーパ部６８ａをも有する。気体燃料インジェクタ１０の特徴は、引用により本明細書に記載されたものとする、同一発明者によって２００６年６月３０日に出願された、"Fuel Injector Having An External Cross-Flow Nozzle For Enhance Compressed Natural Gas Jet Spray"という名称の、共同で譲渡された、共同で出願された出願（出願連続番号第１１／４２７９１１号）、代理人整理番号第２００６Ｐ１３２６４ＵＳ、にも開示されている。
【００１３】
気体燃料インジェクタ１０の操作的性能は、ボディ５２の入口部分６０に最も近い入口部材２６の端部に可動子４６を磁気的に接続することによって達成される。つまり、可動子４６の近傍における入口部材２６の下側部分は、可動子４６及びコイルアセンブリ４０と共に形成された磁気回路の一部として働く。可動子４６は、可動子案内アイレット５６によって案内されており、気体燃料インジェクタ１０の長手方向軸線に沿って可動子４６を軸方向に往復運動させるために、コイルアセンブリ４０によって発生された電磁力に応答する。電磁力は、コイルアセンブリ４０を流れるＥＣＵ（図示せず）からの電流によって発生させられる。可動子４６の移動は、閉鎖部材６８をも移動させる。閉鎖部材６８は、座部６４の座部オリフィス７６を開閉させ、これにより、気体燃料を気体燃料インジェクタ１０の出口から噴出させたり、遮断したりする。座部オリフィス７６を流過させるために、閉鎖部材６８の先端部と座部６４との間のシールは、閉鎖部材６８の上方移動によって解除される。電磁力が、ばね３２の力に抗して可動子ニードルアセンブリを持ち上げるために必要とされる電磁力よりも実質的に大きくなった場合に、閉鎖部材６８は上方へ移動する。座部６４の座部オリフィス７６の閉鎖するために、電磁コイルアセンブリ４０は作動停止させられる。これにより、閉鎖部材６８の先端部は、座部６４の表面８０に再び係合し、通路７６を閉鎖する。作動中、気体燃料は、燃料入口源（図示せず）から、入口部材２４の燃料入口通路２６と、可動子４６の可動子通路５４と、ボディ５２のボディ通路５８と、座部６４の座部オリフィス７６とを通り、気体燃料インジェクタ１０の出口１４から気体燃料コラムＧＦとして噴射される（図２Ａ）。気体燃料コラムＧＦは、概して、円錐の好適な形式であり、この円錐は、円錐の中心軸線を包囲する外縁Ｐを備えている（図３）。
【００１４】
図２Ａ及び図２Ｂに示されているように、気体燃料インジェクタ１０の出口の近傍に配置された内部に取り付けられたノズル１００は、リテーナ部分１１０及び流れ変更部分１２０を有している。内部に取り付けられたノズル１００は、気体燃料のための適切な材料から形成されている。好適には、内部に取り付けられたノズルは、金属材料、最も好適にはステンレス鋼から形成されることができる。
【００１５】
内部に取り付けられたノズルのリテーナ部分１１０は、図２Ｂに示されているようにロッキング部分９０の多数の面と係合している。リテーナ部分１１０の第１のリテーナ面１１１は、長手方向軸線１８に対して実質的に垂直であり、図２Ｂ及び図３に示されているように座部６４の底面に係合するための平坦な面を形成している。「内」及び「外」という言葉は、それぞれ長手方向軸線１８に向かう方向及び長手方向軸線１８から離れる方向を意味する。第２のリテーナ面１１２は、第１のリテーナ面１１１の最も外側の個所から、長手方向軸線１８に対して平行に、リテーナ部分１１０の第３のリテーナ面１１３に向かって延びている。第３のリテーナ面１１３は、長手方向軸線１８に対して斜めの角度を成している。第３のリテーナ面１１３に隣接した第４のリテーナ面１１４は、長手方向軸線１８に対して直交しており、第１のリテーナ面１１１に対して実質的に平行である。４つのリテーナ面は、リテーナ部分１１０の外周においてフランジ１１５を形成している。
【００１６】
リテーナ部分１１０は、出口１４の近傍において気体燃料インジェクタ１０に内部で取り付けられた部分、すなわちフランジ１１５を有している。リテーナ部分１１０のフランジ１１５はボディ５０の固定部分９０によって固定されている。
【００１７】
流れ変更部分１２０は、気体燃料クラウドの破線によって図２に示されているように、内部で取り付けられたノズル１００を通る気体燃料の流れ分配パターンに影響する。１つの実施形態において、流れ変更部分１２０は、座部オリフィス７６と流体連通しておりかつ長手方向軸線１８を中心にして配置された第１の流れ変更面１２２に沿って延びた流路１２１を形成している。流路１２１は、図２Ｂに示されているように、内部で取り付けられたノズル１００内に配置された第２の流れ変更面１２５によって形成された第１の流れチャネル１２３まで延びている。
【００１８】
第１の流れチャネル１２３は、軸線１８に対して流れ角度θ1で第１の軸線１２６ａ又は第２の軸線１２６ｂに沿って延びている。好適には、流れ角度θ1は、図２Ｂに示されているように長手方向軸線１８に対して概して直交している。第１の流れチャネル１２は、内部で取り付けられたノズル１００から排出するように気体燃料を方向づける。好適には、第１の流れチャネル１２３は、断面が概して円形であり、流れチャネルから流出する燃料のコラムが円錐状になるように約２ｍｍの内径を有している。
【００１９】
図２Ｂに示された１つの好適な実施形態において、第２の流れチャネルは、第１の軸線１２６ａに沿って、ただし第１のチャネル１２４と直径方向で向き合った方向で延びている。本発明の別の好適な実施形態において、第３の流れチャネル１２８及び第４の流れチャネル１２９は、図２Ｂに示されているように、内部で取り付けられたノズル１００の長手方向軸線１８に対して概して直交した第２の軸線１２６ｂに沿って延びている。第３及び第４の流れチャネルは、互いに直径方向で向き合っていることができ、図２Ｂに示されているように断面が概して円形であることができる。
【００２０】
気体燃料は、座部オリフィス７６を通って、流路１２１に沿って流れ、内部で取り付けられたノズル１００の１つ、２つ、３つ、４つ、又はその他の数の複数の流れチャネルを通って分散されることができる。つまり、気体燃料の、結果として生じる複数のコラムは、気体燃料インジェクタ１０の長手方向軸線１８に対して垂直に分散され、これにより、吸気マニホールド内の混合特性を改良する。
【００２１】
ノズル１００に関して上述された少なくとも好適な実施形態は、好適な実施形態が、燃焼室内への分散のためにインテークに向かって空気流によって連行されることができる気体燃料のクラウドを提供するという点において、内燃機関の吸気プレナム内への又はその他のエンジンシリンダ内への空気−燃料混合物の逆流を排除すると考えられる。本発明の吸気マニホールドに供給される気体燃料の排出パターンは、ある用途において空気−燃料混合及びドライバビリティの問題を改良すると考えられる。
【００２２】
図３に示された別の好適な実施形態において、ノズル１００′には、第２の流れ変更面１２５のみが設けられている。面１２５は、長手方向軸線１８に対して斜めの軸線１３０を中心にして配置されていることができ、気体燃料は、１つの斜めの流れチャネル１３１を通って排出される。長手方向軸線１８に対して傾斜した、斜めの角度θ2で角度付けられた斜めの流れチャネルは、１０°〜４５°の範囲で変化することができる。しかしながら、好適なθ2は約２６°である。前記１つの斜めの流れチャネル１３１は、気体燃料の１つの円錐形のコラムを、吸気マニホールドへ、長手方向軸線１８に対して角度θ2で供給し、これにより、吸気マニホールドのジオメトリと関連して、燃料インジェクタは、マニホールドにおける空気流との混合特性を改良することができる。気体燃料インジェクタ１０が作動する好適な圧力は、約２００ポンド毎平方インチゲージ圧力であり、ノズルにおいて約５ポンド毎平方インチゲージの圧力降下が予想される。
【００２３】
外部ノズル１００は一体的な構造として示されているが、ノズル１００は、ノズル１００の２つ以上の部分を結合することによって形成されることができる。例えば、リテーナ部分１１０及び流れ変更部分１２０は、例えば溶接、レーザ溶接、摩擦溶接又はボンディング等の適切な技術によって互いに固定された別個の構造であることができる。
【００２４】
本発明は、好適な実施形態を引用して開示されているが、添付された請求の範囲に定義されているような本発明の範囲から逸脱することなく多くの変更及び修正が可能である。したがって、本発明は、説明された実施形態に限定されず、請求の範囲の文言によって定義された完全な範囲、及びその均等物を有する。
【符号の説明】
【００２５】
１０  高圧インジェクタ、  １２  燃料入口、  １３ａ  入口管、  １３ｂ  磁極片、  １４  燃料出口、  １８  長手方向軸線、  ２０  プラスチック部材、  ２０ａ  電気コネクタ、  ２２  コイルハウジング、  ２４  燃料フィルタ、  ２６  入口通路、  ２８  燃料フィルタリテーナ部材、  ３０  予負荷調整管、  ３２  可動子バイアスばね、  ３４  Ｏリング、  ４０  コイルアセンブリ、  ４２  ボビン、  ４４  コイル、  ４６  可動子、  ５０  ボディシェル、  ５２  ボディ、  ５４  可動子通路、  ５６  可動子案内アイレット、  ５８  ボディ通路、  ６０  入口部分、  ６２  出口部分、  ６４  座部、  ６６  ネック部分、  ６８  閉鎖部材、  ６８ａ  テーパ部、  ７６  座部オリフィス、  ９０  ロッキング部分、  １００  ノズル、  １１０  リテーナ部分、  １１１  第１のリテーナ面、  １１２  第２のリテーナ面、  １１３  第３のリテーナ面、  １１４  第４のリテーナ面、  １１５  フランジ、  １２０  流れ変更部分、  １２１  流路、  １２２  第１の流れ変更面、  １２３  第１の流れチャネル、  １２４  第１のチャネル、  １２５  第２の流れ変更面、  １２６ａ  第１の軸線、  １２８  第３の流れチャネル、  １２９  第４の流れチャネル、  １３０  軸線、  １３１  流れチャネル
【図１】
2009542962.tif 000003
【図２Ａ】
2009542962.tif 000004
【図２Ｂ】
2009542962.tif 000005
【図３】
2009542962.tif 000006
【国際調査報告】
2009542962.tif 000007
2009542962.tif 000008
2009542962.tif 000009