(57)【要約】  内燃機関の燃料系統のＣＮＧ燃料噴射器（１０）。燃料系統は燃料レール（４）及びエンジンマニホルド（２２）を含む。燃料噴射器は燃料レールと流体連通関係にある燃料入口と、エンジンマニホルドと流体連通関係にある縦軸（Ａ−Ａ）に沿うオリフィス（６）を有する燃料出口と、オリフィス下流の燃料出口に近接し、ＣＮＧがオリフィスからエンジンマニホルドへ流れる際にＣＮＧを縦軸から傾斜した方向に放出する部材（２６）とを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料レール及びエンジンマニホルドを有する内燃機関の燃料系統のＣＮＧ燃料噴射器であって、
燃料レールと流体連通関係にある燃料入口と、
エンジンマニホルドと燃料流通関係にある縦軸に沿うオリフィスを有する燃料出口と、
オリフィス下流の燃料出口に近接し、オリフィスからエンジンマニホルドへＣＮＧが流れるに際し該ＣＮＧを縦軸から傾斜した方向に分散させる部材とより成るＣＮＧ燃料噴射器。
【請求項２】
前記部材は燃料出口に固定されている請求項１のＣＮＧ燃料噴射器。
【請求項３】
前記部材は燃料出口に溶接により固定されている請求項２のＣＮＧ燃料噴射器。
【請求項４】
前記部材はＣＮＧを縦軸のほぼ横方向である方向に分散させる請求項１のＣＮＧ燃料噴射器。
【請求項５】
前記部材は体積部を画定する表面を有し、前記体積部はＣＮＧがオリフィスから流出する際にＣＮＧの流れを抑制し、前記表面はＣＮＧがエンジンマニホルドへ流入する際にＣＮＧを縦軸から傾斜した多数の方向へ分散させる請求項１のＣＮＧ燃料噴射器。
【請求項６】
ＣＮＧは前記表面のほぼ全体から流出する請求項５のＣＮＧ燃料噴射器。
【請求項７】
前記部材は焼結金属で形成されている請求項５のＣＮＧ燃料噴射器。
【請求項８】
焼結金属は焼結３１６Ｌステンレス鋼及び焼結青銅のうちの１つを含む請求項７のＣＮＧ燃料噴射器。
【請求項９】
前記部材はＣＮＧが内部へ噴射可能なチェンバを画定する請求項１のＣＮＧ燃料噴射器。
【請求項１０】
前記部材は第１の端部及び第２の端部を有する円筒形側壁を備え、第１の端部は開いた端部でオリフィスに対向し、第２の端部は閉じた端部で円筒形側壁と共にチェンバを画定する請求項９のＣＮＧ燃料噴射器。
【請求項１１】
チェンバはＣＮＧがオリフィスから流出する際にＣＮＧの流れを抑制し、円筒形側壁はＣＮＧがエンジンマニホルドへ流入する際にＣＮＧを縦軸から傾斜した方向へ分散させる請求項１０のＣＮＧ燃料噴射器。
【請求項１２】
燃料レール及びエンジンマニホルドを有する内燃機関の燃料系統のＣＮＧ燃料噴射器であって、
燃料レールと流体連通関係にある燃料入口と、
エンジンマニホルドと燃料流通関係にある縦軸に沿うオリフィスを有する燃料出口と、
オリフィス下流の燃料出口に近接し、オリフィスからエンジンマニホルドへＣＮＧが流れるに際し該ＣＮＧを縦軸から傾斜した方向に分散させる部材とより成り、前記部材は３１６Ｌステンレス鋼により形成され、前記部材は第１の端部及び第２の端部を有する円筒形側壁を備え、第１の端部は開いた端部でオリフィスに対向し、第２の端部は閉じた端部で円筒形側壁と共にＣＮＧが内部へ噴射可能なチェンバを画定し、円筒形側壁は長さがほぼ２５ｍｍ、直径が１２．５ｍｍ、壁厚がほぼ２．５ｍｍであるＣＮＧ燃料噴射器。
【請求項１３】
前記部材は燃料出口に固定されている請求項１２のＣＮＧ燃料噴射器。
【請求項１４】
前記部材は燃料出口に溶接により固定されている請求項１３のＣＮＧ燃料噴射器。
【請求項１５】
前記チェンバはＣＮＧがオリフィスから流出する際にＣＮＧの流れを抑制し、円筒形側壁はＣＮＧがエンジンマニホルドへ流入する際にＣＮＧを縦軸から傾斜した方向へ分散させる請求項１４のＣＮＧ燃料噴射器。
【請求項１６】
ＣＮＧを内燃機関へ供給する燃料系統であって、
燃料レールと、
エンジンマニホルドと、
燃料レールと流体連通関係にある燃料入口及びエンジンマニホルドと流体連通関係にある縦軸に沿う燃料出口を有するＣＮＧ燃料噴射器と、
燃料出口に位置し、ＣＮＧが燃料出口からエンジンマニホルドへ流れる際にＣＮＧを縦軸から傾斜した方向へ分散させる部材とより成る燃料系統。
【請求項１７】
前記部材はマニホルド内に位置する請求項１６の系統。
【請求項１８】
前記部材は燃料出口に固定される請求項１６の系統。
【請求項１９】
前記部材は燃料出口に固定される請求項１６の系統。
【請求項２０】
前記部材はＣＮＧを縦軸のほぼ横方向である方向に分散させる請求項１６の系統。
【請求項２１】
前記部材は体積部を画定する表面を有し、前記体積部はＣＮＧがオリフィスから流出する際にＣＮＧの流れを抑制し、前記表面はＣＮＧがエンジンマニホルドへ流入する際にＣＮＧを縦軸から傾斜した多数の方向へ分散させる請求項１６の系統。
【請求項２２】
ＣＮＧは前記表面のほぼ全体から流出する請求項２１の系統。
【請求項２３】
ＣＮＧを内燃機関へ供給する方法であって、
燃料レールを介してＣＮＧを流し、
ＣＮＧ燃料噴射器を介してＣＮＧを流し、
エンジンマニホルド内にＣＮＧを流入させ、
ＣＮＧが燃料噴射器からエンジンマニホルドへ流れる際にＣＮＧの膨張する体積を抑制するステップより成るＣＮＧの供給方法。
【請求項２４】
ＣＮＧが燃料噴射器からエンジンマニホルドへ流入する際に体積が膨張するＣＮＧを分散させるステップより成る請求項２３の方法。
【請求項２５】
ＣＮＧの膨張する体積を抑制するステップは、ＣＮＧを燃料噴射器の出口の部材を介して流すステップを含む請求項２３の方法。
【請求項２６】
ＣＮＧが燃料噴射器からエンジンマニホルドへ流れる際に体積が膨張するＣＮＧを前記部材から半径方向外方に分散させるステップより成る請求項２５の方法。
【請求項２７】
前記部材はマニホルド内に位置する請求項２５の方法。
【請求項２８】
前記部材は燃料出口に固定される請求項２５の方法。
【請求項２９】
前記部材は燃料出口に固定される請求項請求項２７の方法。
【請求項３０】
ＣＮＧの体積膨張を抑制することによりＣＮＧ燃料噴射器のノイズを２ｄＢＡ以上減少させる請求項２３の方法。
【請求項３１】
ＣＮＧの体積膨張を抑制することによりＣＮＧ燃料噴射器のノイズを４ｄＢＡ以上減少させる請求項２３の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関用燃料噴射器のノイズ抑制に係り、さらに詳細には、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）燃料噴射器のノイズ抑制に係る。
【背景技術】
【０００２】
マイカー及び商業用車両の進化につれて、ノイズ、振動及び不快さを抑制して運転者及び乗客の心地よさを改善することが望ましい特徴となっている。車両進化の過程において、機能及び安全性のための、またノイズ、振動及び不快さを最小限に抑えるための種々のコンポーネントが設計されている。この努力の一環として、車両シャーシ及びパワートレインのコンポーネントのバックグラウンドノイズの総計は、燃料噴射器が不快なノイズ発生源と意識されるほど減少されている。この不快なノイズはＣＮＧ噴射器において誇張されている。ＣＮＧ噴射器のノイズ、振動及び不快さを減少する公知の方法のひとつは、ＣＮＧ噴射器及び／または噴射器を装着するマニホルドをカバーする音響障壁を設けることである。
【０００３】
ＣＮＧ噴射器及び／またはマニホルドをカバーする音響障壁を設けずに該ＣＮＧ噴射器のノイズ、振動及び不快さを減少する方法及び装置が求められていると思われる。
【発明の概要】
【０００４】
好ましい実施例によると、内燃機関の燃料系統のＣＮＧ燃料噴射器が提供される。この燃料系統は燃料レール及びエンジンマニホルドを含む。燃料噴射器は燃料レールと流体連通関係にある燃料入口、エンジンマニホルドと流体連通関係にある縦軸に沿うオリフィスを備えた燃料出口及びオリフィスの下流において燃料出口に近接し、ＣＮＧがオリフィスからエンジンマニホルドへ流入する際にＣＮＧを縦軸から傾斜した方向へ分散させる部材より成る。
【０００５】
別の好ましい実施例によると、内燃機関の燃料系統のためのＣＮＧ燃料噴射器が提供される。燃料系統は燃料レール及びエンジンマニホルドを有する。燃料噴射器は、燃料レールと流体連通関係にある燃料入口と、エンジンマニホルドと燃料流通関係にある縦軸に沿うオリフィスを有する燃料出口と、オリフィス下流の燃料出口に近接し、オリフィスからエンジンマニホルドへＣＮＧが流れるに際し該ＣＮＧを縦軸から傾斜した方向に分散させる部材とより成る。前記部材は３１６Ｌステンレス鋼により形成される。前記部材は第１の端部及び第２の端部を有する円筒形側壁を備える。第１の端部は開いた端部でオリフィスに対向し、第２の端部は閉じた端部で円筒形側壁と共にＣＮＧが内部へ噴射可能なチェンバを画定する。円筒形側壁は長さがほぼ２５ｍｍ、直径が１２．５ｍｍ、壁厚がほぼ２．５ｍｍでよい。
【０００６】
別の好ましい実施例によると、ＣＮＧを内燃機関へ供給する燃料系統であって、燃料レールと、エンジンマニホルドと、燃料レールと流体連通関係にある燃料入口及びエンジンマニホルドと流体連通関係にある縦軸に沿う燃料出口を有するＣＮＧ燃料噴射器とより成る燃料系統が提供される。ＣＮＧが燃料出口からエンジンマニホルドへ流れる際にＣＮＧを縦軸から傾斜した方向へ分散させる部材が燃料出口に位置する。
【０００７】
別の好ましい実施例によると、ＣＮＧを内燃機関へ供給する方法であって、燃料レールを介してＣＮＧを流し、ＣＮＧ燃料噴射器を介してＣＮＧを流し、エンジンマニホルド内にＣＮＧを流入させ、ＣＮＧが燃料噴射器からエンジンマニホルドへ流れる際にＣＮＧの膨張する体積を抑制するステップより成る方法が提供される。
【実施例】
【０００８】
図１は内燃機関のＣＮＧ燃料系統の好ましい実施例を示す。この好ましい実施例において、ＣＮＧはＣＮＧタンク２から燃料レール４を介してＣＮＧ燃料噴射器１０へ流れる。燃料噴射器１０が作動されると、ＣＮＧは燃料噴射器の出口からノイズ抑制装置２６を介してマニホルド２２内へ放出される。
【０００９】
図２Ａは本発明の一実施例によるＣＮＧ燃料噴射器１０を示す。燃料噴射器１０は、弁座５、オリフィス６、閉鎖部材７、アクチュエータ８及びノイズ抑制装置２６を有する。アクチュエータ８は、閉鎖部材７を、弁座５と共に流体密封シールを形成してオリフィス６を介する流体の流れを阻止する第１の位置と、弁座５から離隔させてオリフィス６を介する流体の流れを許容する第２の位置との間で移動させる。装置２６は、エンジンマニホルド内の燃料噴射器出口に近接したところに位置し、ＣＮＧが燃料噴射器を出てマニホルドへ流入する際にＣＮＧの体積の膨張を抑制する部材である。この装置２６は、縦軸Ａ−Ａを中心とする円筒形側壁２８、第１の開いた端部３０及び第２の閉じた端部３２を有する一体部材でよい。第１の開いた端部は密封溶接３４により燃料噴射器の出口に固定することができる。密封溶接により第１の開いた端部の周囲で流体が漏れないシールが得られる。円筒形側壁２８と、燃料噴射器の出口及び第２の閉じた端部３２とは内部でＣＮＧが分散されるチェンバ３６を画定する。一体部材は、円筒形側壁及び第２の閉じた端部が多孔質であるためＣＮＧが透過してマニホルドへ流入できるように焼結金属で形成される。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、抑制装置２６は焼結３１６Ｌステンレス鋼で形成され、孔径が４０μｍ、円筒壁の長さＬが２５ｍｍ、外径Ｄが１２．５ｍｍ、壁厚ｔが２．５ｍｍである。ＣＮＧは、オリフィス６を出ると、チェンバ３６に流入するが、縦軸Ａ−Ａの方向への流れを抑制される。ＣＮＧはチェンバ３６内に充満し、円筒形側壁２８及び第２の閉じた端部３２を透過して、軸Ａ−Ａに沿う方向だけでなく該軸に関して傾斜した方向、例えば、該軸を横断する方向または該軸に対して斜めの方向において、半径方向外方に分散される。
【００１０】
装置２６は、ＣＮＧが燃料噴射器を出てマニホルドへ流入する際にＣＮＧの体積の膨張を抑制する限り、燃料噴射器の出口に固定された、円筒形の、または焼結金属で形成された、一体部材である必要はない。例えば、該装置２６は燃料噴射器に固定されずにマニホルドに固定される部材でもよい。該装置２６はワイヤーメッシュ、スロットが形成されたシート状金属またはＣＮＧを抑制する多孔質の中実部材で形成することも可能である。装置２６を焼結金属で形成する実施例では、孔径及び装置の寸法を変更することができる。
【００１１】
発明者はその発明の効果を実証するための試験を行っている。図３は、それぞれ全体を本願の一部として引用する本願の出願人に譲渡された米国特許第５，４９４，２２４号及び６，５０８，４１８号に記載されたタイプのようなＣＮＧ燃料噴射器の音響圧力またはノイズレベルの試験装置を示す。好ましい実施例において、試験は全体を本願の一部として引用するＳＡＥ１８３２Ｊに従って行われる。ＣＮＧ燃料噴射器１０の燃料入口はＣＮＧ燃料供給手段１２に接続され、ＣＮＧ燃料噴射器１０の燃料出口は流出する気体からのノイズの伝達を減少させるためにバッフル１４内に位置している。第１及び第２のマイクロホン１６、１８は、図３に示すように、それぞれ噴射器のコネクタ及び本体に近接配置されている。測定は燃料噴射器とマイクロホンを無響室内に配置して行われる。
【００１２】
１個の標準流量ＣＮＧ燃料噴射器及び２個の高流量ＣＮＧ燃料噴射器について試験を行った。較正番号３００２０として識別される標準流量ＣＮＧ燃料噴射器は絶対圧力９．２９Ｂａｒで２．７５ｇ／秒の公称流量を有する。較正番号３００１９として識別される１個の高流量ＣＮＧ燃料噴射器は絶対圧力９．２９Ｂａｒで４．０ｇ／秒の公称流量を有する。較正番号３００２５として識別される別の高流量ＣＮＧ燃料噴射器は絶対圧力９．２９Ｂａｒで３．９ｇ／秒の公称流量を有する。各ＣＮＧ燃料噴射器の音響圧力は絶対圧力１、５、７、９及び１１Ｂａｒで測定し、測定データを下記の表１に表示した。音響圧力単位は２０マイクロパスカルの標準基準に対するｄＢ（Ａ特性）であり、マイクロホン１６とマイクロホン１８からとった測定値の平均値である。  
【００１３】
表  １
圧力、絶対圧力        較正番号        較正番号        較正番号
Ｂａｒ            ３００１９      ３００２０      ３００２５
１                ５８．０        ５５．１        ５７．４
５                ７０．４        ６６．７        ７１．６
７                ７３．９        ６９．５        ７３．３
９                ７５．５        ７１．２        ７６．１
１１              ７７．０        ７２．７        ７８．０
【００１４】
これらの結果は、燃料レール圧力とＣＮＧ燃料噴射器の音響圧力との間の強い相関関係を示す。ガスの流れによる燃料噴射器のノイズは、流れのない同じ噴射器に対してノイズの大きさの主要な部分を占める。試験を行った任意の較正物について周囲レール圧力では噴射器の平均ノイズは６０ｄＢＡ未満であり、絶対レール圧力が９Ｂａｒになると試験を行った任意の較正について少なくとも１０ｄＢＡ増加する。
【００１５】
ＣＮＧ燃料噴射器は、同様な質量流量液体燃料噴射器よりも有意に大きいノイズを発する。ＣＮＧ燃料噴射器のノイズの増加は、液体燃料噴射器からの液体燃料の押し退け体積が一定であるのとは対照的にＣＮＧ噴射器からの気体燃料の体積膨張による音波流に起因すると考えられる。気体の体積膨張による音波流は、ＣＮＧ燃料噴射器がエンジンマニホルド内へＣＮＧを放出し、そのＣＮＧがマニホルド内の空気に衝突する際にマニホルド内に音響衝撃波を発生させる。図４Ａは、ＣＮＧが放出された２．４ミリ秒後に撮影した、内燃機関の燃料噴射器２０からマニホルド２２内へ放出されたＣＮＧ２４の写真である。マニホルド２２内へのＣＮＧ２４の体積膨張による音波流により、図示のような音響衝撃波が発生する。図４Ｂは、ＣＮＧが放出された３．８ミリ秒後に撮影した、燃料噴射器２０から放出されたＣＮＧ２４の写真である。マニホルド２２を横切るＣＮＧ２４の体積膨張による音波流は図示のような音響衝撃波を発生させる。
【００１６】
図５Ａは、燃料噴射器からチェンバ内へ放出され、装置２６の多孔質円筒形側壁及び第２の閉じた端部を介して内燃機関のマニホルド２２内へ流入するＣＮＧの、放出後２．４ミリ秒して撮影した斜視図である。マニホルド２２内へのＣＮＧ２４の体積の膨張は多孔質側壁及び閉じた端部により抑制され、横方向及び縦方向に分散されるため、マニホルド内の音響衝撃波が消失するかあるいは減少する。図５Ｂは、燃料噴射器からチェンバ内へ放出され、装置２６の円筒形側壁及び第２の閉じた端部を介して内燃機関のマニホルド２２内へ放出されるＣＮＧ２４の、放出後３．８ミリ秒して撮影した写真である。再び、マニホルド２２内へのＣＮＧ２４の体積の膨張は抑制され、横方向及び縦方向に分散するため、マニホルド内の音響衝撃波は消失するか減少する。
【００１７】
発明者はさらに、２つの異なる実施例による装置２６を備えた高流量ＣＮＧ燃料噴射器において、図３の試験装置によるが、噴射器をバッフル１４でなくてエンジンマニホルドに取り付けて音響圧力を測定すると、ノイズが減少することを確認している。高流量ＣＮＧ燃料噴射器の試験を、ノイズ抑制装置を使用しないもの、孔径が４０μｍ、長さが２５ｍｍの焼結３１６Ｌステンレス鋼の装置を用いたもの、また孔径が４０μｍ、長さが１２ｍｍの焼結青銅の装置を用いたものについて行った。音響圧力を絶対圧力９．２９Ｂａｒで測定し、測定データを下記の表２に表示した。音響圧力単位は、２０マイクロパスカルの標準基準に対するｄＢ（Ａ特性）であり、マイクロホン１６とマイクロホン１８からとった測定値の平均値である。
【００１８】
表  ２
ノイズ抑制装置                    平均値ｄＢＡ
４０μｍ  青銅  １２ｍｍ            ７５．４
４０μｍ  ３１６Ｌ  ２５ｍｍ        ７３．５
なし                            ７８．２
【００１９】
結果は、孔径が４０μｍ、長さが２５ｍｍの焼結３１６Ｌステンレス鋼製のノイズ抑制装置は音響圧力を４．７ｂＢＡ減少させることがわかった。孔径が４０μｍ、長さが１２ｍｍの焼結青銅製のノイズ抑制装置は音響圧力を２．８ｄＢＡ減少させる。
【００２０】
本発明をある特定の好ましい実施例について説明したが、頭書の特許請求の範囲において規定される均等物を含む発明の範囲から逸脱することなく図示説明した実施例について多数の変形例及び設計変更が可能である。従って、本発明は図示説明した実施例に限定されるべきでなく、特許請求の範囲の文言により規定される全範囲を享受する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例による内燃機関のＣＮＧ燃料系統である。
【図２Ａ】ノイズ抑制装置を備えた本発明の一実施例によるＣＮＧ燃料噴射器の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａのノイズ抑制装置を軸２Ｂ−２Ｂで示す断面図である。
【図３】ＣＮＧ燃料噴射器のノイズ試験装置である。
【図４Ａ】内燃機関のマニホルド内で分散されるＣＮＧの写真である。
【図４Ｂ】内燃機関のマニホルド内で分散されるＣＮＧの別の写真である。
【図５Ａ】図２Ａのノイズ抑制装置により内燃機関のマニホルド内で分散されるＣＮＧの写真である。
【図５Ｂ】図２Ａのノイズ抑制装置により内燃機関のマニホルド内で分散されるＣＮＧの別の写真である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
2007526425.tif 000011
2007526425.tif 000012
2007526425.tif 000013
2007526425.tif 000014
2007526425.tif 000015