(57)【要約】軸が弁座副組立体の縦軸に平行な、斜角でない、または真っ直ぐのオリフィス（１４２）を用いて燃料スプレーの標的への命中及び分布を調整可能にする弁座副組立体。計量オリフィスは縦軸の周りに配置され、密封表面の計量ディスク上への投射により画定される第２の仮想円（１５２）より大きい第１の仮想円（１５０）を画定する。このため、全ての計量オリフィス（１４２）が第２の仮想円（１５２）の外側に位置する。密封表面（１３４ａ）の投射は計量ディスク内の仮想頂点で収束する。少なくとも１つのチャンネル（１４６）は、第１の端部と第２の端部との間を延びる。第１の端部は、縦軸から第１の半径の所にあり、計量ディスクから第１の距離（ｈ1）だけ離れている。また、第２の端部は縦軸から第２の半径の所にあり、計量ディスクから第２の距離（ｈ2）だけ離れている。第１の半径と第１の距離との積が第２の半径と第２の距離との積にほぼ等しい。スプレーの分布及び標的命中を制御する方法及び方法も提供される。
2005502804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口及び出口を有し、縦軸が貫通するハウジングと、
密封表面、オリフィス、第１のチャンネル表面、端部表面を有し、縦軸が貫通する弁座と、
弁座に接触し、第１のチャンネル表面に対向する第２のチャンネル表面及び縦軸にほぼ平行に延びる複数の計量オリフィスを有し、計量オリフィスが縦軸を中心として密封表面の計量ディスク上への投射により画定される第２の仮想円よりも大きい第１の仮想円を画定し、全ての計量オリフィスが第２の仮想円の外側に位置する計量ディスクと、
弁座から変位した第１の位置と、弁座に押圧されて燃料流を遮断する第２の位置との間で往復運動可能な閉鎖部材と、
第１と第２のチャンネル表面間に形成され、第１の部分の断面積が弁座のオリフィスから外方へ複数の計量オリフィスを取り囲む位置へ延びるにつれて変化するため、各計量オリフィスを出る流れの通路が縦軸に関して斜めのスプレー角度を形成する制御速度チャンネルとより成る燃料噴射器。
【請求項２】
複数の計量オリフィスは、第１の仮想円上において直径方向に対向する少なくとも２つの計量オリフィスを含む請求項１の燃料噴射器。
【請求項３】
複数の計量オリフィスは、第１の仮想円上において第１のアーク距離だけ離隔した少なくとも２つの計量オリフィスを含む請求項１の燃料噴射器。
【請求項４】
複数の計量オリフィスは、第１の仮想円上においてそれぞれ異なるアーク距離だけ離隔した少なくとも３つの計量オリフィスを含む請求項１の燃料噴射器。
【請求項５】
複数の計量オリフィスは、各々がオリフィス直径に対する貫通長さの比率が増加すると縦軸に関するスプレー角度が減少するように構成された少なくとも２つの計量オリフィスを含む請求項１の燃料噴射器。
【請求項６】
複数の計量オリフィスは、各々がオリフィス直径に対する貫通長さの比率が増加すると発生させるスプレー円錐体の夾角が減少するように構成された少なくとも２つの計量オリフィス含む請求項１の燃料噴射器。
【請求項７】
第１の部分は弁座オリフィスに接触する第１の位置から第２の位置を介して弁座の端部表面に接触する位置へ延び、第１の位置は縦軸から第１の距離だけ離隔し、また縦軸に沿って計量ディスクと第１の間隔を有し、第２の位置は縦軸から第２の距離だけ離隔し、また縦軸に沿って計量ディスクと第２の間隔を有し、第１の距離と第１の間隔との積は第２の距離と第２の間隔との積にほぼ等しい請求項１の燃料噴射器。
【請求項８】
密封表面の投射はさらに計量ディスクの内部の仮想頂点に収束し、チャンネルは第１の位置から延びる第２の部分を有し、第２の部分の断面積はチャンネルが縦軸に沿って延びるにつれて一定である請求項１の燃料噴射器。
【請求項９】
第１の部分は弁座オリフィスに接触する第１の位置から第２の部分に接触する第２の位置へ延び、第１の位置は縦軸から第１の距離だけ離隔し、また縦軸に沿って計量ディスクと第１の間隔を有し、第２の位置は縦軸から第２の距離だけ離隔し、また縦軸に沿って計量ディスクと第２の間隔を有し、第１の距離と第１の間隔との積は第２の距離と第２の間隔との積にほぼ等しい請求項８の燃料噴射器。
【請求項１０】
密封表面、オリフィス、第１のチャンネル表面、弁座端部表面を有し、縦軸が貫通する弁座と、
弁座と接触し、第１のチャンネル表面に対向する第２のチャンネル表面と、縦軸にほぼ平行に延び、密封表面の計量ディスク上への投射により画定される第２の仮想円より大きい第１の仮想円を画定するように縦軸の周りに設けられているため、全部が第２の仮想円の外側に位置し、密封表面の投射がその内部の仮想頂点に収束する複数の計量オリフィスとを有する計量ディスクと、
第１及び第２のチャンネル表面により形成される制御速度チャンネルとより成り、制御速度チャンネルは、弁座オリフィスから複数の計量オリフィスを取り囲む位置へ外方に延びるにつれて断面積を変化させる第１の部分を有するため、各計量オリフィスからの流路が縦軸に関して斜めのスプレー角度を形成する弁座副組立体。
【請求項１１】
複数の計量オリフィスは、第１の仮想円上に直径方向に位置する少なくとも２つの計量オリフィスを含む請求項１０の弁座副組立体。
【請求項１２】
複数の計量オリフィスは、第１の仮想円上において互いに第１のアーク距離だけ離れた少なくとも２つの計量オリフィスを含む請求項１０の弁座副組立体。
【請求項１３】
複数の計量オリフィスは、第１の仮想円上において異なるアーク距離だけ離隔した少なくとも３つの計量オリフィスを含む請求項１０の弁座副組立体。
【請求項１４】
複数の計量オリフィスは、各々がオリフィス直径に対する貫通長さの比率が増加すると縦軸に関するスプレー角度が減少するように構成された少なくとも２つの計量オリフィスを含む請求項１０の弁座副組立体。
【請求項１５】
複数の計量オリフィスは、各々がオリフィス直径に対する貫通長さの比率が増加すると発生させるスプレー円錐体の夾角が減少するように構成された少なくとも２つの計量オリフィス含む請求項１０の弁座副組立体。
【請求項１６】
第１の部分は弁座オリフィスに接触する第１の位置から第２の位置を介して弁座の端部表面に接触する位置へ延び、第１の位置は縦軸から第１の距離だけ離隔し、また縦軸に沿って計量ディスクと第１の間隔を有し、第２の位置は縦軸から第２の距離だけ離隔し、また縦軸に沿って計量ディスクと第２の間隔を有し、第１の距離と第１の間隔との積は第２の距離と第２の間隔との積にほぼ等しい請求項１０の弁座副組立体。
【請求項１７】
密封表面の投射はさらに計量ディスクの内部の仮想頂点に収束し、チャンネルは第１の位置から延びる第２の部分を有し、第２の部分の断面積はチャンネルが縦軸に沿って延びるにつれて一定である請求項１０の弁座副組立体。
【請求項１８】
第１の部分は弁座オリフィスに接触する第１の位置から第２の部分に接触する第２の位置へ延び、第１の位置は縦軸から第１の距離だけ離隔し、また縦軸に沿って計量ディスクと第１の間隔を有し、第２の位置は縦軸から第２の距離だけ離隔し、また縦軸に沿って計量ディスクと第２の間隔を有し、第１の距離と第１の間隔との積は第２の距離と第２の間隔との積にほぼ等しい請求項１７の弁座副組立体。
【請求項１９】
入口、出口及び縦方向軸に沿って貫通する通路を有し、出口は弁座及び計量ディスクを有し、弁座は弁座オリフィス及び縦軸に斜めに延びる第１のチャンネル表面を有し、計量ディスクは第１のチャンネル表面に対向して円錐台状の流れチャンネルを形成する第２のチャンネル表面を有し、計量ディスクは縦軸の周りの複数の計量オリフィスを有する燃料噴射器からの燃料流のスプレー角度及び分布領域を制御する方法であって、
計量オリフィスを、弁座の密封表面を延長して形成される第２の仮想円の外側の第１の仮想円上に縦軸にほぼ平行に延びるように配置し、
各計量オリフィスを出る流路が縦軸に関して斜めのスプレー角度を形成するように弁座オリフィスから制御速度チャンネルを介して流れる燃料に半径方向速度を付与するステップより成る、燃料流のスプレー角度及び分布領域制御方法。
【請求項２０】
計量オリフィスを配置するステップは、第１の仮想円上において第１の計量オリフィスと第２の計量オリフィスとを第１のアーク距離だけ離隔させるステップを含む請求項１９の方法。
【請求項２１】
計量オリフィスを配置するステップは、第１の仮想円上において少なくとも３つの計量オリフィスを任意２つの計量オリフィス間のアーク距離が異なるように離隔させるステップを含む請求項１９の方法。
【請求項２２】
燃料流に半径方向速度を付与するステップは、円錐台状の流れチャンネルを第１の位置と第２の位置との間を延びるように構成するステップを含み、第１の位置は縦軸から第１の距離だけ離隔し、また縦軸に沿って計量ディスクと第１の間隔を有し、第２の位置は縦軸から第２の距離だけ離隔し、また縦軸に沿って計量ディスクと第２の間隔を有し、第１の距離と第１の間隔との積は第２の距離と第２の間隔との積にほぼ等しい請求項１９の方法。
【請求項２３】
燃料流に半径方向速度を付与するステップは、計量オリフィスのオリフィス直径に対する貫通長さの比率が増加すると縦軸に関するスプレー角度が減少するように構成するステップを含む請求項１９の方法。
【請求項２４】
燃料流に半径方向速度を付与するステップは、計量オリフィスのオリフィス直径に対する貫通長さの比率が増加すると発生させるスプレー円錐体の夾角が減少するように構成するステップを含む請求項１９の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本願は、２００１年６月６日付け米国仮特許出願第６０／２９６，５６５号の優先権を主張するものであり、この仮出願全体を本願の一部として引用する。
【背景技術】
【０００２】
現代の自動車用燃料系統の大部分は、各燃焼室へ導入する燃料を正確に計量する燃料噴射器を用いている。さらに、燃料噴射器は、噴射時に燃料を霧化して、夥しい数の微小粒子にすることにより、噴射燃料の表面積を増加して、燃焼前に、通常は周囲空気である酸化剤と完全に混合されるようにする。燃料を計量・霧化すると、燃焼放出物が減少し、エンジンの燃料効率が増加する。従って、一般的に、燃料を計量し標的に命中させる精度が高くなればなるほど、また燃料の霧化が進めば進むほど、燃焼生成物が少なくなり、燃料効率が増加する。
【０００３】
電磁式燃料噴射器は、燃料計量装置へ作動力を与えるためにソレノイド組立体を使用する。一般的に、燃料計量装置は、プランジャータイプのニードル弁であり、弁座と接触して燃料が計量オリフィスを経て燃焼室へ流入するのを阻止する閉位置と、弁座から持上げられて燃料が計量オリフィスを経て燃料室へ流入するのを許容する開位置との間で往復運動する。
【０００４】
燃料噴射器は通常、吸気マニホルド内またはシリンダーヘッド近くの吸気弁の上流に取付けられている。吸気弁がシリンダーの吸気ポートを開くと燃料が吸気ポートの方へ噴射される。１つの状況において、燃料スプレーを吸気弁ヘッドまたはステムの標的に命中させるのが望ましいが、別の状況では、燃料スプレーを吸気弁でなくて吸気ポートの標的に命中させるのが望ましい。いずれの状況においても、燃料スプレーの標的への命中はスプレーパターンまたは円錐パターンにより左右される。円錐パターンの開度が大きい場合、燃料スプレーは意図した標的の方ではなくて吸気ポートの表面に当たるであろう。逆に、円錐パターンの開度が小さい場合、燃料は霧化せず、再び収束して液体流になることがある。何れの場合も、不完全燃焼が生じ排気ガスが増加するため、望ましくない。
【０００５】
標的への命中及びスプレーパターンの条件を複雑にしているのは、各エンジンの設計に特有なシリンダーヘッドの形状、吸気系統の幾何学的形状及び吸気ポートである。その結果、燃料スプレーが特定の円錐パターンで標的に命中するように設計された燃料噴射器は、１つのタイプのエンジンでは極めて良好に機能するが、異なるタイプのエンジンに取付けると排気ガス及び運転性能の上で問題を生じることがある。さらに、多数の車両が種々の形状のエンジン（例えば、直列４気筒、直列６気筒、Ｖ６、Ｖ８、Ｖ１２、Ｗ８など）を用いて製造されるため、排気ガス規制がますます厳しく、各エンジンの燃料噴射器の燃料計量条件、スプレー標的命中条件及びスプレーまたは円錐パターン条件が厳しくなっている。
【０００６】
エンジンが１つのタイプから別のタイプへ変わっても燃料を特定の標的に命中させるスプレー及び円錐パターンが得られるように、霧化を増加させ標的命中条件を変更できる燃料噴射器が開発されると有利である。
【０００７】
燃料の霧化、スプレーの標的命中及びスプレー分布を制御するにあたり斜角のない計量オリフィスを使用できる燃料噴射器が開発されると有利である。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、斜角のない計量オリフィスによる燃料の標的への命中及び燃料スプレー分布の調整を行う。好ましい実施例における燃料噴射器は、ハウジング、弁座、計量ディスク及び閉鎖部材を有する。ハウジングは、入口及び出口を有し、縦軸が貫通する。弁座は、出口近くに位置し、密封表面、オリフィス及び第１のチャンネル表面を有する。計量ディスクは、第１のチャンネル表面と対向する第２のチャンネル表面を有する。閉鎖部材は、弁座から変位して燃料流を通過させる第１の位置と、弁座に押圧されて燃料流を遮断する第２の位置との間で縦軸に沿って往復運動可能なように、ハウジング内に縦軸に沿って設けられている。計量ディスクは、縦軸に沿って貫通する複数の計量オリフィスを有する。計量オリフィスは縦軸の周りに配置されて、密封表面の計量ディスク上への投射により画定される第２の仮想円よりも大きい第１の仮想円を画定するため、全ての計量オリフィスは第２の仮想円の外側に位置する。密封表面の投射は、計量ディスクの内部の仮想頂点に収束する。第１と第２のチャンネル表面間に形成される制御速度チャンネルは第１の部分を有するが、その第１の部分の断面積は弁座のオリフィスから外方へ複数の計量オリフィスを取り囲む位置へ延びるにつれて変化するため、各計量オリフィスを出る流れ通路が縦軸に関して斜めのスプレー角度が形成される。
【０００９】
別の好ましい実施例では、燃料副組立体が提供されるが、この燃料副組立体は、弁座及び弁座と接触する計量ディスクを有し、縦軸が貫通する。弁座は、密封表面、オリフィス、第１のチャンネル表面を有する。計量ディスクは、第１のチャンネル表面に対向する第２のチャンネル表面を有する。計量ディスクは、縦軸を貫通する複数の計量オリフィスを有する。計量オリフィスは、密封表面の計量ディスク上への投射により画定される第２の仮想円より大きい第１の仮想円を画定するように縦軸の周りに設けられている。密封表面の投射は、その内部の仮想頂点に収束する。第１のチャンネル表面と第２のチャンネル表面との間には制御速度チャンネルが形成されるが、このチャンネルの第１の部分の断面積は弁座のオリフィスから外方へ複数の計量オリフィスを取り囲む位置へ延びるにつれて変化するため、各計量オリフィスを出る流れ通路が縦軸に関して斜めのスプレー角度が形成される。
【００１０】
さらに別の実施例では、燃料噴射器の少なくとも１つの計量オリフィスを流れる燃料流のスプレー角度を制御する方法が提供される。燃料噴射器は、入口、出口及び縦軸に沿って貫通する通路を有する。出口は、弁座及び計量ディスクを有する。弁座は、弁座オリフィス及び縦軸に斜めに延びる第１のチャンネル表面を有する。計量ディスクは、第１のチャンネル表面に対向して円錐台状の流れチャンネルを形成する第２のチャンネル表面を有する。計量ディスクは、縦軸の周りの複数の計量オリフィスを有する。この方法は、部分的に、計量オリフィスを、弁座の密封表面を延長して形成される第２の仮想円の外側の第１の仮想円上に縦軸にほぼ平行に延びるように配置し、各計量オリフィスを出る流路が縦軸に関して斜めのスプレー角度を形成するように、弁座オリフィスから制御速度チャンネルを介して流れる燃料に半径方向速度を付与するステップより成る。
【実施例】
【００１１】
図１−６は好ましい実施例を示す。詳述すると、図１は、好ましい実施例の計量ディスク１０を備えた燃料噴射器１００を示す。燃料噴射器１００は、燃料入口管１１０、調整管１１２、フィルター組立体１１４、コイル組立体１１８、コイルばね１１６、アーマチャー１２４、閉鎖部材１２６、非磁性外殻部１１０ａ、第１のオーバーモールド１１８、弁本体１３２、弁本体外殻部１３２ａ、第２のオーバーモールド１１９、コイル組立体ハウジング１２１、閉鎖部材１２６の案内部材１２７、弁座１３４及び計量ディスク１０を有する。
【００１２】
案内部材１２７、弁座１３４及び計量ディスク１０は、例えば、圧着、溶接、接合またはリベット締めのような適当な結合方法により燃料噴射器１００の出口端部に結合されたスタックを形成する。アーマチャー１２４と閉鎖部材１２６とは接合されて、アーマチャー／ニードル弁組立体を形成する。当業者は、単一のコンポーネントとしてこの組立体を形成できることに注意されたい。コイル組立体１２０は、電磁コイル１２２が巻回されるプラスチック製ボビンを含む。
【００１３】
コイル１２２の各端部はそれぞれ端子１２２ａ、１２２ｂに接続されているが、これらの端子は、オーバーモールド１１８の一体的部分として形成された周囲部１１８ａと共に、燃料噴射器をその噴射器を作動させる電子制御回路（図示せず）に接続する電気コネクターを形成する。
【００１４】
燃料入口管１１０は強磁性体でよく、露出した上端部に燃料入口開口を有する。フィルター組立体１１４を調整管１１２の開いた上端部の近くに嵌合することにより、燃料が調整管１１２に流入する前に入口開口を通過する燃料からある特定サイズより大きい粒状物質をろ過できるようにする。
【００１５】
較正済み燃料噴射器では、調整管１１２は燃料入口管１１０内のある軸方向位置に位置決めされているが、この位置において、予荷重ばね１１６はアーマチャー／ニードル弁組立体を押圧して閉鎖部材１２６の丸い先端部を弁座１３４と接触させ、この弁座の中央開口を閉じる所望の偏倚力を発生するように圧縮された状態にある。好ましくは、燃料入口管１１０と調整管１１２とを共に圧着して、較正後の相対的軸方向位置が維持されるようにする。
【００１６】
調整管１１２を通過した燃料は、入口管１１０とアーマチャー１２４の対向端部により画定され、予荷重ばね１１６を収容する空間内に流入する。アーマチャー１２４は、この空間１２５を弁本体１３０の通路１１３と連通させる通路１２８を有し、案内部材１２７は燃料通路の開口１２７ａ、１２７ｂを含む。これにより、燃料は空間１２５から通路１１３、１２８を介して弁座１３４へ流入することができる。
【００１７】
非強磁性外殻部１１０ａは、レーザーを用いた密封溶接などにより入口管１１０の下端部に入れ子式に嵌合し結合することができる。外殻部１１０ａは、燃料入口管１１０の下端部の管状首部上に入れ子式に結合する管状首部を有する。外殻部１１０ａは、この首部から半径方向外方に延びる肩部を有する。弁本体の外殻部１３２ａは強磁性体でよく、好ましくはレーザーを用いた密封溶接により非強磁性外殻部１１０ａに流体が漏洩しないように結合することができる。
【００１８】
弁本体１３０の上端部は弁本体外殻部１３２ａの下端部の内側に嵌合し、これら２つの部品は、好ましくはレーザー溶接により流体が漏れないように結合される。アーマチャー１２４は、軸方向往復移動するように弁本体１３０の内壁により案内される。アーマチャー／ニードル弁組立体をさらに軸方向に案内するのは、閉鎖部材１２６が貫通する部材１２７の中央案内孔である。
【００１９】
燃料噴射器１００の出口端部近くの弁座副組立体の構成要素を説明する前に、燃料噴射器１００の弁座及び計量ディスクの好ましい実施例によると、斜角のあるオリフィスを用いずに燃料スプレーパターンの標的への命中（即ち、燃料スプレーの分離）を選択的に調整できることに注意されたい。さらに、これらの好ましい実施例によると、円錐パターン（即ち、開度が小さいかまたは大きい円錐スプレーパターン）を、真っ直ぐな（即ち、縦軸に平行な）オリフィスの好ましい空間的配置に基づき選択することができる。
【００２０】
燃料噴射器弁座副組立体の拡大図である図２Ａを参照して、この副組立体は閉鎖部材１２６、弁座１３４及び計量ディスク１０を有する。閉鎖部材１２６は、アーマチャーから遠い方の端部に位置する表面が球状の部材１２６ａを有する。球状部材１２６ａは弁座表面１３４ａ上の弁座１３４と係合して、これら２つの部材間にほぼ線接触の密封部を形成する。弁座表面１３４ａは、弁座オリフィス１３５の方へ半径方向下方且つ内方にテイパーしているため、縦軸Ａ−Ａに対して傾斜している。用語「内方」及び「外方」は、縦軸Ａ−Ａの方向、またそれから離れる方向を意味する。図２Ａ及び３に示すように、密封部は、弁座表面１３４ａと球状部材１２６ａとの接触により形成される密封円１４０として画定できる。弁座１３４は、ほぼハウジング２０の縦軸Ａ−Ａに沿って延びてほぼ円筒形の壁１３４ｂにより画定される弁座オリフィス１３５を有する。弁座オリフィス１３５の中心１３５ａは、ほぼ縦軸Ａ−Ａ上にあるのが好ましい。
【００２１】
弁座１３４は、円筒形の壁１３４ｂの下流において、部分１３４ｃに沿って計量ディスクの表面１３４ｅの方へテイパーしている。この部分１３４ｃのテイパーは、縦軸Ａ−Ａに関して直線状または、例えば、内部ドーム（図２Ｂを参照）を形成する曲線状テイパーのような曲線状であるのが好ましい。１つの好ましい実施例において、部分１３４ｃのテイパーは、弁座オリフィス１３５から半径方向において計量オリフィス１４２を過ぎる点までテイパー角度βで下方及び外方に直線的に延びるテイパーである（図２Ａを参照）。この点で、弁座１３４は、縦軸に沿い、好ましくはそれに平行に延びて、円筒形の壁１３４ｄを形成する。壁１３４ｄは下方に延びた後、ほぼ半径方向に延びて、縦軸Ａ−Ａに垂直であるのが好ましい底面１３４ｅを形成する。別の好ましい実施例において、部分１３４ｃは、弁座１３４の表面１３４ｅまで貫通する。テイパー角度βは、縦軸Ａ−Ａを横断する平面に関して約１０度であるのが好ましい。
【００２２】
計量ディスク１０の外周に近いその内側表面１４４は、ほぼ環状の接触領域に沿って底面１３４ｅと係合する。弁座オリフィス１３５は、その外周、即ち、各計量オリフィス１４２の中心を結ぶ仮想線により画定される「ボルト円」１５０の完全に内側に位置するのが好ましい。即ち、弁座１３５の表面の仮想延長部は、ボルト円１５０の内側にあるのが好ましい仮想オリフィス円１５１を発生させる。
【００２３】
テイパーする弁座表面１３４ｂの断面で見た仮想延長部は、計量ディスク上で収束して仮想円１５２（図２Ｂ及び４）を発生させる。さらに、これらの仮想延長部は、計量ディスク１０の断面内にある頂点に収束する。１つの好ましい実施例において、弁座表面１３４ｂの仮想円１５２は、計量オリフィスのボルト円１５０内にある。換言すれば、ボルト円１５０は全体的に仮想円１５２の外側にあるのが好ましい。計量オリフィス１４２は仮想円１５２と接触することができるが、全ての計量オリフィス１４２は仮想円１５２の外側にあるのが好ましい。
【００２４】
図２Ａに示すように、弁座１３４の弁座オリフィス１３５と計量ディスク１０の内側表面１４４との間には、ほぼ環状の制御速度チャンネル１３６が形成される。詳述すると、このチャンネル１４６は、好ましくは円筒形の表面１３４ｂと好ましくは直線テイパー状の表面１３４ｃとの間の交差部と、好ましくは円筒形の表面１３４ｄと底面１３４ｅとの交差部との間に形成される。換言すれば、このチャンネルは、弁座オリフィスから複数の計量オリフィスへ外方へ延びるにつれて断面積を変化させるため、弁座オリフィスと複数の計量オリフィスとの間で燃料流に半径方向の速度を付与する。制御速度チャンネル１４６がこのチャンネルを流れる流体に一定の速度を与える特定の関係について、物理的な解析方法を発見した。この関係によると、チャンネル１４６は、対応の半径方向距離がＤ1である弁オリフィス１３５のところの大きな高さｈ1から対応の半径方向距離がＤ2である小さな高さｈ2へ、計量オリフィス１４２の方へ外方にテイパーしている。好ましくは、高さｈ1、距離Ｄ1及びπの積は、高さｈ2、距離Ｄ2及びπの積にほぼ等しく（即ち、Ｄ1＊ｈ1＊π＝Ｄ2＊ｈ2＊πまたはＤ1＊ｈ1＝Ｄ2＊ｈ2）、このテイパーは直線状または曲線状である。この距離Ｄ2は、高さｈ2が大きくなればなるほど大きなテイパー角度βが必要となり、高さｈ2が小さくなればなるほど小さなテイパー角度βが必要になるという点でテイパーと関連があると思われる。好ましくは直線状の壁１３４ｄと計量ディスク１０の内側表面との間に、長さＤ2の円筒形環状空間１４８が形成される。即ち、図２Ａ及び３に示すように、制御速度チャンネル１４６により切頭体が弁座オリフィス１３５の下流に形成され、この切頭体は、環状空間１４８により形成される好ましくは直角の円筒体と接触する。
【００２５】
制御速度チャンネル１４６を流れる燃料に一定の速度を与えることにより、スプレーを標的に的中させ分布させる際の弁座オリフィス１３５に対する計量オリフィス１４２の位置決め感度が最小限に抑えられると思われる。即ち、製造公差により、弁座オリフィス１３５に対する計量オリフィス１４２のアレイの同心性を受入れ可能なレベルにするのは容易でない。好ましい実施例の特徴によると、ボルト円１５０上の計量オリフィス１４２のアレイと弁座オリフィス１３５との間の同心性のばらつきに対する感度が低いと思われる燃料噴射器の計量ディスクが得られる。また、当業者は、この特定の関係式から、Ｄ1及びｈ1の積がＤ2及びｈ2の積よりも小さくなるかまたは大きくなるような制御速度チャンネル１４６のＤ1、ｈ1、Ｄ2またはｈ2の変更を含むチャンネル形状の変更に応じて、チャンネル１４６の長さ方向の任意の点における速度を減少させるか、増加させるか、または増加／減少させることができることに注意されたい。
【００２６】
別の好ましい実施例では、環状空間１４８の円筒体は使用せずに、制御速度チャンネル１４６の一部を形成する切頭体だけが形成される。即ち、図２Ａ及びＢの破線で示すように、チャンネルの表面１３４ｃは、計量ディスク１０に接触する表面１３４ｅまで延びる。この実施例において、高さｈ2は、距離Ｄ2を縦軸Ａ−Ａからその横方向の所望の点までの延長し、計量ディスク１０と距離Ｄ2の所望の点との間の高さｈ2を測定することにより決定することが可能である。
【００２７】
弁座１３５を流れる燃料に異なる半径方向速度を付与すると、計量オリフィス１４２を出る燃料スプレーのスプレー分離角を半径方向速度のほぼ線形の関数として変化できることを発見した。例えば、図２Ｃに示す好ましい実施例において、オリフィス１３５と計量オリフィス１４２との間を制御速度チャンネル１４６を介して流れる燃料の半径方向速度を毎秒約８ｍから約１３ｍに変化させると、スプレー分離角はそれに応じて約１３度から約２６度に変化する。半径方向速度は、好ましくは、弁座副組立体の形状（制御速度チャンネル１４６のＤ1、ｈ1、Ｄ2またはｈ2を含む）を変化させるか、燃料噴射器の流量を変化させるか、またはその両方を組合せることにより、変化することができる。
【００２８】
さらに、各計量オリフィスの直径「Ｄ」に対する各計量オリフィスの貫通長さ（またはオリフィス長）「ｔ」の比率を変えると、スプレーの分離による標的命中を調整できることも発見した。詳述すると、スプレー分離角は、好ましい実施例の図５Ａに示すように、比率ｔ／Ｄと線形で逆数の関係を有する。ここでは、その比率が約０．３から約０．７に変化すると、スプレー分離角θは一般的に線形且つ逆数の関係で約２２度から約８度に変化する。従って、円錐サイズが小さいがスプレー分離角が大きい方が望ましい場合、制御速度チャンネル１４６及び空間１４８の形状を調整することによりスプレーの分離を行えるが、円錐サイズの調整は計量ディスク１０のｔ／Ｄ比を調整することにより行える。この比率ｔ／Ｄはスプレー分離角を左右するだけでなく、図５Ｂに示すように、計量オリフィスから出るスプレーの円錐サイズを線形及び逆数の関係で左右することを理解されたい。図５Ｂにおいて、この比率が約０．３から約０．７に変化すると、夾角として測定する円錐サイズは、一般的に、この比率ｔ／Ｄに対して線形及び逆数の関係で変化する。図２Ｂにおいて貫通長さ「ｔ」（即ち、縦軸Ａ−Ａに沿う計量オリフィス長さ）を計量ディスク１０の厚さにほぼ等しいものとして示すが、計量ディスクの厚さは計量オリフィス１４２の貫通長さｔとは異なる値でもよいことを注意されたい。
【００２９】
図４に示すように、計量ディスク１０は、各々の中心が仮想「ボルト円」上にある複数の計量オリフィス１４２を有する。分かり易くするために、各計量オリフィスに符号１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄ・・・などを付す。計量オリフィス１４２は円形の開口であるのが好ましいが、例えば正方形、矩形、弓形またはスロットのような他の形状のオリフィスを用いてもよい。計量オリフィス１４２は円形に並べるのが好ましいが、１つの好ましい実施例では、この形状は仮想円１５２とほぼ同心的である。弁座オリフィスの仮想円１５１は、オリフィス１３５を計量ディスク上に投射して、弁座オリフィス仮想円１５１が仮想円１５２の外側で、第１及び第２の仮想円１５０の両方に対してほぼ同心的となるように形成する。縦軸Ａ−Ａから２つの互いに直角な線１６０ａ、１６０ｂが延びているが、これらはボルト円１５０と共にこのボルト円を４つの隣接する象限Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分割する。好ましい実施例において、各象限上の計量オリフィスは、遠隔の象限上の対応する計量オリフィスに関して対角線方向に位置する。計量オリフィス１４２及びチャンネルの好ましい構成により、弁座オリフィス１３５から計量ディスクの方へ、縦軸から離れる任意の半径方向に延びる燃料の流路「Ｆ」を、１つの計量オリフィスへ向けることができる。
【００３０】
制御速度チャンネル及び比率ｔ／Ｄによって半径方向速度及び円錐サイズをそれぞれ調整してスプレーを標的に命中させるだけでなく、斜角でないオリフィスの開口１４２の空間的配向を利用して、ボルト円１５０に沿う計量オリフィス１４２の間のアーク距離「Ｌ」を変化させると、燃料のスプレーパターンの形状を決定することができる。図６Ａ−６Ｃは、各計量オリフィス１４２の個々の円錐サイズを増加させ、それに応じてスプレー分離角を減少させるように、計量オリフィス１４２をそれらの間のアーク距離が少しずつ増加するよう配列した場合の効果を示す。この効果は、計量ディスク１０ａからスタートし計量ディスク１０ｃに移動するとわかる。
【００３１】
図６Ａにおいて、計量オリフィス間のアーク距離Ｌ1及びＬ2が比較的近い（好ましい実施例では、Ｌ1＝Ｌ2及びＬ3＞Ｌ2）と、狭い円錐パターンが形成される。図６Ｂにおいて、計量オリフィス１４２を図６Ａよりも大きいアーク距離だけ離す（好ましい実施例では、Ｌ4＝Ｌ5及びＬ6＞Ｌ4）と、比較的小さいスプレー角度で比較的広い円錐パターンが得られる。図６Ｃでは、各計量オリフィス１４２間のアーク距離をさらに大きくすることにより（好ましい実施例では、Ｌ7＝Ｌ8及びＬ9＞Ｌ7）、スプレー角度は小さいがさらに広い円錐パターンが得られる。これらの例において、アーク距離Ｌ1をＬ2よりも大きいか小さく、またＬ4をＬ5よりも大きいか小さく、さらにＬ7をＬ8よりも大きいか小さくすることができることに注意されたい。
【００３２】
上述したプロセスと共に、アーク距離の調整を行うことにより、斜角でない計量オリフィス（即ち、縦軸Ａ−Ａにほぼ平行な軸を有する開口）を使用しながら、燃料噴射器のスプレーの形状を特定のエンジンタイプに合うように（スプレー角度が大きい狭いスプレーパターンからスプレー角度は小さいが広いスプレーパターンへ）調整することができる
【００３３】
動作について説明すると、燃料噴射器１００は最初は図１に示す非噴射器位置にある。この位置では、燃料入口管１１０の環状端部表面１１０ｂとアーマチャー１２４の対向環状端部表面１２４ａとの間に作動ギャップが存在する。コイルハウジング１２１と管１２とは７４で接触し、コイル組立体１８のステーター構造を形成する。非強磁性外殻部１１０ａにより、電磁コイル１２２を付勢すると、磁束がアーマチャー１２４を含む経路をたどる。磁気回路は、弁本体外殻部１３２ａにレーザーを用いる密封溶接により結合されたハウジング３４の軸方向下端部からスタートして、弁本体外殻部１３２ａ、弁本体１３０及びアーマチャー１２４へのアイレット及びアーマチャー１２４から作動ギャップ７２を横切って入力管１１０を通り、ハウジング１２１へ戻る。
【００３４】
電磁コイル１２２が付勢されると、アーマチャー１２４にかかるばね力が克服されるため、このアーマチャーが入口管１１０の方へ誘引され、作動ギャップ７２が減少する。これにより、閉鎖部材１２６が弁座１３４から離脱して燃料噴射器を開き、弁本体１３２の加圧燃料が弁座オリフィス及び計量ディスク１０のオリフィスを流れる。ここでは、一部が燃料噴射器内に、また一部が燃料噴射器の外側に位置するようにアクチュエーターを取付けることを注意されたい。コイルの付勢が終了すると、予荷重ばね１１６がアーマチャー／閉鎖部材弁を弁座１３４上に押圧して閉じる。
【００３５】
上述したように、スプレー角による標的命中及びスプレーの分布を制御する技術を含む好ましい実施例は、図示説明した燃料噴射器に限定されず、例えば、１９９６年２月２７日発行の米国特許第５，４９４，２２５号に記載された燃料噴射器、または２００１年４月９日付け米国特許出願第０９／８２８，４８７号に記載されたモジューラー型燃料噴射器のような他の燃料噴射器と併用可能である。
【００３６】
本発明をある特定の実施例に関連して説明したが、図示説明した実施例に対する多数の変形例及び設計変更が頭書の特許請求の範囲において規定される本発明の思想及び範囲から逸脱することなく可能である。従って、本発明は図示説明した実施例に限定されず、特許請求の範囲の文言及びその均等物により規定される全範囲を享受する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】燃料噴射器の好ましい実施例である。
【図２Ａ】図１の燃料噴射器の出口端部及び直線状テイパーを有する制御速度チャンネルの拡大断面図である。
【図２Ｂ】弁座副組立体の好ましい実施例の拡大図であり、副組立体の種々のコンポーネント及び曲線状テイパーを有する制御速度チャンネルとの間の種々の関係を示す。
【図２Ｃ】計量オリフィスへ流れる燃料スプレーのスプレー分離角と弁座副組立体の半径方向速度成分との間のほぼ線形の関係を示す。
【図３】図２Ａの燃料噴射器の出口端部の斜視図である。
【図４】ボルト円上に配置された計量ディスクの好ましい実施例である。
【図５Ａ】特定構成の燃料噴射器についての各計量オリフィスの比率ｔ／Ｄとスプレー分離角またはスプレー円錐サイズとの間の関係を示す。
【図５Ｂ】特定構成の燃料噴射器についての各計量オリフィスの比率ｔ／Ｄとスプレー分離角またはスプレー円錐サイズとの間の関係を示す。
【図６Ａ】ボルト円上の各計量オリフィス間のアーク距離を調整してスプレーパターンを調節する仕方を示す。
【図６Ｂ】ボルト円上の各計量オリフィス間のアーク距離を調整してスプレーパターンを調節する仕方を示す。
【図６Ｃ】ボルト円上の各計量オリフィス間のアーク距離を調整してスプレーパターンを調節する仕方を示す。
【図２Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年5月14日(2003.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密封表面（１３４ａ）、オリフィス（１３５）、第１のチャンネル表面及び端部表面（１３４ｅ）を有し、縦軸（Ａ−Ａ）が貫通する弁座（１３４）と、
弁座に接触し、第１のチャンネル表面に対向する第２のチャンネル表面及び縦軸にほぼ平行に延びる複数の計量オリフィス（１４２）を有し、計量オリフィスが縦軸の周りで密封表面（１３４ａ）の投射により画定される第２の仮想円（１５２）よりも大きい第１の仮想円（１５０）を画定し、このため全ての計量オリフィスが第２の仮想円の外側に位置する計量ディスク（１０）と、
第１と第２のチャンネル表面の間に形成され、第１の部分の断面積が弁座のオリフィス（１３５）から複数の計量オリフィスを取り囲む位置まで外方に延びるにつれて変化するため、各計量オリフィスから出る流路が縦軸に関して斜めのスプレー角度を形成する制御速度チャンネル（１４６）とより成り、
弁座オリフィス（１３５）に接触する第１の位置と、その第１の位置と計量ディスクとの間の第２の位置とが画定され、第１の位置は縦軸から第１の距離（Ｄ1）だけ離隔し、また縦軸に沿って計量ディスクと第１の間隔（ｈ1）を有し、第２の位置は縦軸から第２の距離（Ｄ2）だけ離隔し、また縦軸に沿って計量ディスク（１０）と第２の間隔（ｈ2）を有し、第１の距離と第１の間隔との積が第２の距離と第２の間隔との積にほぼ等しい弁座副組立体。
【請求項２】
密封表面（１３４ａ）の投射はさらに計量ディスク（１０）の内部の仮想頂点に収束する請求項１の弁座副組立体。
【請求項３】
第１の部分は第１の位置から第２の位置へ延び、前記チャンネルは第１の部分から延びて、チャンネルが縦軸に沿って延びても断面積が一定である第２の部分（１４８）を有し、第２の位置は第２の部分に接触する請求項１または２の弁座副組立体。
【請求項４】
第１の部分は、第１の位置から第２の位置を介して弁座の端部表面（１３４ｅ）と接触する位置へ延びる請求項１または２の弁座副組立体。
【請求項５】
複数の計量オリフィス（１４２）は、第１の仮想円（１５０）上で直径方向に位置する少なくとも２つの計量オリフィスを含む請求項１乃至４のうち任意の１項の弁座副組立体。
【請求項６】
複数の計量オリフィス（１４２）は、第１の仮想円（１５０）上で互いに第１のアーク距離だけ離隔した少なくとも２つの計量オリフィスを含む請求項１乃至４のうち任意の１項の弁座副組立体。
【請求項７】
複数の計量オリフィス（１４２）は、第１の仮想円（１５０）上で異なるアーク距離だけ離隔した少なくとも３つの計量オリフィスを含む請求項１乃至４のうち任意の１項の弁座副組立体。
【請求項８】
複数の計量オリフィス（１４２）は、各々が貫通長さ（ｔ）及びオリフィス直径（Ｄ）を有し、オリフィス直径に対する貫通長さの比率が増加すると縦軸に関するスプレー角度が減少するように構成された少なくとも２つの計量オリフィスを含む請求項１乃至７のうち任意の１項の弁座副組立体。
【請求項９】
複数の計量オリフィス（１４２）は、各々が貫通長さ（ｔ）及びオリフィス直径（Ｄ）を有し、オリフィス直径に対する貫通長さの比率が増加すると各計量オリフィスにより発生する円錐スプレーの夾角が減少するように構成された少なくとも２つの計量オリフィスを含む請求項１乃至７のうち任意の１項の弁座副組立体。
【請求項１０】
ハウジング（１２１）、任意の上記請求項の弁座副組立体及び閉鎖部材（１２６）より成り、ハウジングは入口、出口及び縦軸を有し、閉鎖部材は弁座から変位した第１の位置と弁座に押圧されて閉鎖部材を燃料流が通過しないようにする第２の位置との間で往復運動可能である燃料噴射器（１００）。
【請求項１１】
入口、出口及び縦軸に沿って延びる通路を有し、出口が弁座（１３４）及び計量ディスク（１０）を有し、弁座が弁座オリフィス（１３５）及び縦軸に斜めに延びる第１のチャンネル表面を有し、計量ディスクが円錐台状の流れチャンネル（１４６）を形成するように第１のチャンネル表面に対向する第２のチャンネル表面を有し、計量ディスクが縦軸の周りで縦軸に沿って貫通する複数のオリフィス（１４２）を有する燃料噴射器（１００）の少なくとも１つの計量オリフィス（１４２）を介する燃料流のスプレー角度を制御する方法であって、
計量オリフィスを、縦軸にほぼ平行に延びるように、弁座の密封表面（１３４ａ）の延長部により形成される第２の仮想円（１５２）の外側にある第１の仮想円（１５０）上に配置し、
弁座オリフィスから制御流れチャンネルを流れる燃料に半径方向速度を付与することにより、各計量オリフィスを介する流路のスプレー角度が縦軸に斜めになるようにするステップより成り、燃料流に半径方向速度を付与するステップは、円錐台状の流れチャンネル（１４６）が第１の位置と第２の位置との間を延びるように構成するステップを含み、第１の位置は縦軸から第１の距離（Ｄ1）だけ離隔し、また縦軸に沿って計量ディスクと第１の間隔（ｈ1）を有し、第２の位置は縦軸から第２の距離（Ｄ2）だけ離隔し、また縦軸に沿って計量ディスク（１０）と第２の間隔（ｈ2）を有し、第１の距離と第１の間隔との積が第２の距離と第２の間隔との積にほぼ等しい燃料流のスプレー角度制御方法。
【請求項１２】
計量オリフィス（１４２）を配置するステップは、第１の計量オリフィスを第１の仮想円（１５０）上において第２の計量オリフィスから第１のアーク距離だけ離隔させるステップを含む請求項１１の方法。
【請求項１３】
計量オリフィス（１４２）を配置するステップは、第１の仮想円（１５０）上において少なくとも３つの計量オリフィスを任意２つの計量オリフィスの間のアーク距離が異なるように離隔させるステップを含む請求項１１の方法。
【請求項１４】
燃料流に半径方向速度を付与するステップは、計量オリフィス（１４２）のオリフィス直径（Ｄ）に対する貫通長さ（ｔ）の比率を増加して縦軸に関するスプレー角度を減少させるステップを含む請求項１１の方法。
【請求項１５】
燃料流に半径方向速度を付与するステップは、計量オリフィス（１４２）のオリフィス直径（Ｄ）に対する貫通長さ（ｔ）の比率を増加して各計量オリフィスにより発生する円錐スプレーの夾角を減少させるステップを含む請求項１１の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
特開平１０−１２２０９６は、オリフィスプレートに燃料を噴霧する複数のオリフィスが穿孔された燃料噴射弁を開示している。
エンジンが１つのタイプから別のタイプへ変わっても燃料を特定の標的に命中させるスプレー及び円錐パターンが得られるように、霧化を増加させ標的命中条件を変更できる燃料噴射器が開発されると有利である。




【国際調査報告】
2005502804.tif 000031
2005502804.tif 000032
2005502804.tif 000033