(57)【要約】      （修正有）【課題】縦軸に平行な軸を有し、斜角でない、または真っ直ぐなオリフィスを用いて燃料スプレーの標的への命中及び分布を制御する燃料噴射器を提供する。【解決手段】計量オリフィス１４２は、縦軸Ａ−Ａの周りに配置され、密封表面１３４ａの計量ディスク１０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。全ての計量オリフィス１４２は、第２の仮想円の外側であってその円の１つの象限内に位置する。弁座オリフィス１３５と計量ディスク１０との間には、計量ディスクの縦軸を中心とする少なくとも９０度の扇形部分内へ燃料噴射器が燃料を命中させるのを可能にする少なくとも１つのチャンネル１４６が形成されている。【選択図】図２Ａ
2004270683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦軸に沿って入口と出口の間を延びる通路を備えたハウジングと、
入口に向いており弁座オリフィスを形成する密封表面、出口に向いており密封表面から離隔した端部表面、及び弁座オリフィスと端部表面との間を縦軸にほぼ斜めに延びる第１のチャンネル表面を有する弁座と、
通路内にあって密封表面に隣接し、１つの位置において弁座オリフィスを介する燃料の流れをほぼ阻止し、磁気アクチュエーターに結合され、作動されると弁座の密封表面から離脱して燃料流が通路を通過できるようにする閉鎖部材と、
弁座に隣接する計量ディスクとより成り、
計量ディスク上に密封表面を投射すると縦軸の周りに第１の仮想円が画定され、計量ディスクは第１のチャンネル表面に対向して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、計量ディスクは第１の仮想円の外側に位置する少なくとも１つの計量オリフィスを有し、少なくとも１つの計量オリフィスはそれぞれ第２のチャンネル表面と計量ディスクの外側表面との間を縦軸にほぼ平行に延び、少なくとも１つの計量オリフィスは縦軸に平行にそれと交差する第１及び第２の互いに垂直な平面により画定される１つの象限上に位置するため、コイルが閉鎖部材を作動位置に作動すると、少なくとも１つの計量オリフィスを通る燃料流が計量ディスクに隣接して縦軸を中心として少なくとも９０度の扇形部分内に命中する燃料噴射器。
【請求項２】
少なくとも１つの計量オリフィスは、第１の仮想円の外側でその第１の仮想円とほぼ同心的な第２の仮想円上に位置する３つの計量オリフィスより成る請求項１の燃料噴射器。
【請求項３】
少なくとも１つの計量オリフィスは、第１の仮想円の外側でその第１の仮想円とほぼ同心的な第２の仮想円上の互いに第１のアーク距離離隔した２つの計量オリフィスより成る請求項１の燃料噴射器。
【請求項４】
少なくとも１つの計量オリフィスは、第１の仮想円の外側でその第１の仮想円とほぼ同心的な第２の仮想円上の相互間のアーク距離が異なる少なくとも３つの計量オリフィスより成る請求項１の燃料噴射器。
【請求項５】
外側表面は計量ディスクの第２のチャンネル表面から少なくとも５０ミクロンの第１の厚さだけ離隔し、第１のアーク距離は少なくとも第１の厚さにほぼ等しい隣接する計量オリフィスの最も近い端縁部間の直線距離である請求項３の燃料噴射器。
【請求項６】
計量ディスクの第１の厚さは、ほぼ７５、１００、１５０、２００ミクロンより成る群から選択される厚さである請求項５の燃料噴射器。
【請求項７】
計量ディスクの第１の厚さは約１２５ミクロンである請求項５の燃料噴射器。
【請求項８】
少なくとも１つの計量オリフィスはアスペクト比が約０．３と１．０の間にある少なくとも１つの計量オリフィスより成り、アスペクト比は、第２のチャンネルと外側表面の間の少なくとも１つの計量オリフィスの長さを少なくとも１つの計量オリフィスの任意の２つの直径方向内側表面間の縦軸に対して垂直な最大距離で割算した値にほぼ等しい請求項１の燃料噴射器。
【請求項９】
アスペクト比は、各計量オリフィスを介する燃料流の約１５度乃至約５度の夾角に対してほぼ逆比例関係である請求項６の燃料噴射器。
【請求項１０】
第１のチャンネル表面は、縦軸からほぼ第１の距離のところに位置し、縦軸に沿って計量ディスクとの間でほぼ第１の間隔を有する内側端縁部と、縦軸からほぼ第２の距離のところに位置し、縦軸に沿って計量ディスクとの間でほぼ第２の間隔を有する外側端縁部とより成り、第１の距離と第１の間隔の積は第２の距離と第２の間隔の積にほぼ等しい請求項１の燃料噴射器。
【請求項１１】
第２の距離は縦軸を横切る平面とチャンネル表面との交差部にあり、その交差部は計量オリフィスの半径方向外側の少なくとも２５ミクロンのところに位置する請求項１０の燃料噴射器。
【請求項１２】
密封表面の投射はさらに収束して計量ディスク内の仮想頂点となり、チャンネルは第１の部分から延びる第２の部分より成り、第２の部分はチャンネルが縦軸に沿って延びると一定の断面積を有する請求項１の燃料噴射器。
【請求項１３】
扇形部分は計量ディスクの外側表面から少なくとも５０ミリメートル延びる請求項１の燃料噴射器。
【請求項１４】
扇形部分は縦軸を中心として約１８０度延びる請求項１の燃料噴射器。
【請求項１５】
燃料噴射器の少なくとも１つの計量オリフィスを介して縦軸を中心とする扇形部分へ噴射される燃料流のスプレー角度を制御する方法であって、
燃料噴射器は、縦軸に沿って入口と出口の間を延びる通路と、入口に向いており弁座オリフィスを形成する密封表面、出口に向いており密封表面から離隔した端部表面、及び弁座オリフィスと端部表面との間を縦軸にほぼ斜めに延びる第１のチャンネル表面を有する弁座と、通路内にあって密封表面に隣接し、１つの位置において弁座オリフィスを介する燃料の流れをほぼ阻止し、磁気アクチュエーターに結合され、作動されると弁座の密封表面から離脱して燃料流が通路を通過できるようにする閉鎖部材と、出口に隣接する計量ディスクとより成り、計量ディスクは第１のチャンネル表面に対向する第２のチャンネル表面と縦軸に沿って離隔した外側表面との間を延びる少なくとも１つの計量オリフィスを有し、計量ディスク上に密封表面を投射すると縦軸の周りに第１の仮想円が画定され、
計量ディスクの縦軸に平行でそれと交差する第１及び第２の互いに垂直な平面により画定される１つの象限上において第１の仮想円の外側に計量オリフィスを配置し、
燃料噴射器が作動されると少なくとも１つの計量オリフィスを流れる燃料流を縦軸を中心とする少なくとも９０度の扇形部分内に命中させるステップより成るスプレー角度の制御方法。
【請求項１６】
計量オリフィスを配置するステップは、流路を形成するほぼ円錐状のスプレーのサイズを第１のアーク距離及び少なくとも１つの計量オリフィスのアスペクト比のうちの１つの関数として発生させるステップを含み、流路を形成するほぼ円錐状のスプレーのサイズは燃料噴射器の下流における円錐状のスプレーの外周部の夾角により決定され、アスペクト比は、第２のチャンネル表面と第３のチャンネル表面の間の少なくとも１つの計量オリフィスの長さを少なくとも１つの計量オリフィスの任意の２つの直径方向内側表面間の縦軸に対して垂直な最大距離で割算した値にほぼ等しい請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記発生ステップは、
流路の夾角を増加するように第１のアーク距離を増加し、
流路の夾角を減少するように第１のアーク距離を減少するステップのうち１つのステップより成る請求項１５の方法。
【請求項１８】
夾角はほぼ１０度と２０度の間の角度であり、第１のアーク距離は第１の厚さにほぼ等しい隣接する計量オリフィスの最も近い端縁部間の直線距離である請求項１５の方法。
【請求項１９】
前記命中ステップは、扇形部分内の流路を各計量オリフィスの第１のアスペクト比の関数としての縦軸に平行でそれと交差する平面に対する曲げ角に配向するステップより成り、アスペクト比は、第２のチャンネルと外側表面の間の少なくとも１つの計量オリフィスの長さにほぼ等しい請求項１５の方法。
【請求項２０】
前記配向ステップは、
曲げ角を減少するようにアスペクト比を増加し、
曲げ角を増加するようにアスペクト比を減少するステップのうち１つにより曲げ角を変化させるステップより成る請求項１８の方法。
【請求項２１】
前記配向ステップは、
夾角を増加するようにチャンネルを流れる燃料の半径方向速度を増加し、
夾角を減少するようにチャンネルを流れる燃料の半径方向速度を減少するステップのうち１つにより夾角を変化させるステップより成る請求項１８の方法。
【請求項２２】
前記命中ステップは、少なくとも１つの計量オリフィスから外方へ流路の霧化が促進されるように少なくとも１つの計量オリフィスの円周内に少なくとも２つの渦を発生させるステップより成る請求項１５の方法。
【請求項２３】
前記命中ステップは、第１のチャンネル表面を、縦軸からほぼ第１の距離のところに位置し、縦軸に沿って計量ディスクとの間でほぼ第１の間隔を有する内側端縁部と、縦軸からほぼ第２の距離のところに位置し、縦軸に沿って計量ディスクとの間でほぼ第２の間隔を有する外側端縁部との間において、第１の距離と第１の間隔の積は第２の距離と第２の間隔の積にほぼ等しくなるように形成するステップより成る請求項１５の方法。
【請求項２４】
第２の距離は縦軸を横切る平面とチャンネル表面との交差部にあり、その交差部は計量オリフィスの半径方向外側の少なくとも２５ミクロンのところに位置する請求項２１の方法。
【請求項２５】
前記命中ステップは、燃料流を縦軸に沿って外側表面から少なくとも５０ミリメートル延びる扇形部分内に命中させるステップより成る請求項１５の方法。
【請求項２６】
扇形部分は縦軸を中心として約１８０度延びる請求項１４の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
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、一般的な法則として、燃料の計量及び標的命中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。
【０００２】
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。燃料計量装置は、通常はプランジャータイプの閉鎖部材であり、この部材は、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、弁座から持ち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。
【０００３】
燃料噴射器は通常、吸気弁の上流であって吸気マニホルド内またはシリンダーヘッドの近く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つの状況では、燃料スプレーを吸気弁ヘッドまたはステムに命中させることが望ましいが、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、燃料スプレーが標的へ命中するか否か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、スプレーされる燃料はその意図した標的の方でなくて吸気ポートの表面に当たる。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、不完全燃焼により排気ガスが増加するという望ましくない結果が生じる。
【０００４】
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、燃料スプレーを特定の円錐パターンで標的に命中させ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、種々の形式のエンジン（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車両が増加するにつれて、排気ガス規制がますます厳しくなり、各エンジンの燃料噴射器の燃料計量条件、スプレー制御条件及びスプレーまたは円錐パターン条件が厳しくなる。
【０００５】
エンジンが１つのタイプから別のタイプへ変わっても霧化度の高い燃料スプレーの特定の円錐パターンが得られるように正確な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。
【０００６】
斜角でない計量オリフィスを使用して燃料噴射器から所定の距離下流の縦軸を中心とする扇形部分へスプレーを命中させるように燃料霧化及びスプレー分布を制御することが可能な燃料噴射器が開発されると有利である。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、斜角でない計量オリフィスによる燃料スプレーの標的命中及び分布制御を行う。詳述すると、本発明の好ましい実施例では、燃料流を縦軸を中心とする扇形部分に命中させることができる。好ましい実施例における燃料噴射器は、ハウジングと、弁座と、閉鎖部材と、計量ディスクとを有する。ハウジングは、縦軸に沿って入口と出口の間を延びる通路を備えている。弁座は、入口に向いており弁座オリフィスを形成する密封表面、出口に向いており密封表面から離隔した端部表面、及び弁座オリフィスと端部表面との間を縦軸にほぼ斜めに延びる第１のチャンネル表面を有する。閉鎖部材は、通路内にあって密封表面に隣接し、１つの位置において弁座オリフィスを介する燃料の流れをほぼ阻止する。閉鎖部材は、磁気アクチュエーターに結合され、作動されると弁座の密封表面から離脱して燃料流が通路を通過できるようにする。計量ディスクは、弁座に隣接し、第１のチャンネル表面に対向して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、第１の仮想円の外側に位置する少なくとも１つの計量オリフィスを有する。少なくとも１つの計量オリフィスはそれぞれ、第２のチャンネル表面と計量ディスクの外側表面との間を縦軸にほぼ平行に延びる。少なくとも１つの計量オリフィスは、縦軸に平行にそれと交差する第１及び第２の互いに垂直な平面により画定される１つの象限上に位置するため、コイルが閉鎖部材を作動位置に作動すると、少なくとも１つの計量オリフィスを通る燃料流が計量ディスクに隣接して縦軸を中心として少なくとも９０度の扇形部分内に命中する。
【０００８】
本発明の別の局面によると、燃料噴射器の下流の縦軸を中心とする扇形部分へ燃料流を命中させる方法が提供される。燃料噴射器は、縦軸に沿って入口と出口の間を延びる通路と、弁座と、計量ディスクとを有する。弁座は、入口に向いており弁座オリフィスを形成する密封表面を有する。弁座は、出口に向いており密封表面から離隔した端部表面と、弁座オリフィスと端部表面との間を縦軸にほぼ斜めに延びる第１のチャンネル表面とを有する。閉鎖部材は、通路内にあって密封表面に隣接し、１つの位置において弁座オリフィスを介する燃料の流れをほぼ阻止する。閉鎖部材は、磁気アクチュエーターに結合され、作動されると弁座の密封表面から離脱して燃料流が通路を通過できるようにする。計量ディスクは、第１のチャンネル表面に対向する第２のチャンネル表面と縦軸に沿って離隔した外側表面との間を延びる少なくとも１つの計量オリフィスを有する。この方法は、部分的に、計量ディスクの縦軸に平行でそれと交差する第１及び第２の互いに垂直な平面により画定される１つの象限上において第１の仮想円の外側に計量オリフィスを配置し、燃料噴射器が作動されると少なくとも１つの計量オリフィスを流れる燃料流を縦軸を中心とする少なくとも９０度の扇形部分内に命中させるステップより成る。
【実施例】
【０００９】
図１−７は好ましい実施例を示す。詳説すると、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。
【００１０】
案内部材１２７、弁座１３４及び計量ディスク１０は、例えば、クリンピング、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及び閉鎖部材１２６は接合されて、アーマチャー／閉鎖部材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。
【００１１】
コイル１２２の各端部はそれぞれ端子１２２ａ、１２２ｂに接続されるが、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。
【００１２】
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。
【００１３】
較正済み燃料噴射器では、調整管１１２は燃料入口管１１０内の或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を圧縮して、アーマチャー／閉鎖部材弁組立体を押圧し、閉鎖部材１２６の丸い先端部を弁座１３４と接触させて、この弁座の中央開口を閉じるような所望の偏倚力を発生させる。好ましくは、燃料入口管１１０と調整管１１２とを共にクリンプして、較正後の相対的軸方向位置が維持されるようにする。
【００１４】
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１２０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。
【００１５】
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に流体の漏洩がないように結合することができる。
【００１６】
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／閉鎖部材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。
【００１７】
燃料噴射器１００の出口端部近くの弁計量手段の構成要素を説明する前に、燃料噴射器１００の好ましい実施例による弁座及び計量ディスクは、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（即ち、燃料スプレーの分離）の標的を選択するのを可能にす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、開度が大きいかまたは小さい円錐スプレーパターン）を、計量オリフィスの内壁面の好ましい空間的方向を縦軸に平行（即ち、該壁面を該縦軸に平行）にして選択することができる。
【００１８】
燃料噴射器の燃料計量手段の拡大図である図２Ａを参照して、この計量手段は閉鎖部材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。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との接触係合により形成される密封円１４０により画定することができる。弁座１３４は、ほぼ計量ディスクの縦軸Ａ−Ａに沿って延びて、ほぼ円筒形の壁１３４ｂにより形成される弁座オリフィス１３５を有する。弁座オリフィス１３５の中心線１３５ａはほぼ縦軸Ａ−Ａ上に位置するのが好ましい。本願中の用語「上流」及び「下流」は燃料噴射器の入口から出口へのほぼ１つの方向における燃料流について、一方、用語「内方」及び「外方」は、縦軸Ａ−Ａの方へ、またそれから離れる方向を意味するものである。縦軸Ａ−Ａは、燃料噴射器の縦軸と一致する計量ディスクの縦軸として定義する。
【００１９】
弁座１３４は、円筒壁１３４ｂの下流において、部分１３４ｃに沿って計量ディスクの第１の表面１３４ｅの方へテイパーしている。この第１の表面１３４ｅは、計量ディスクの第２の表面または外側表面１３４ｆから厚さ「ｔ」だけ離隔している。部分１３４ｃのテイパーは、例えば、直線状のテイパー１３４（図２Ｂ）または複合曲面のドームを形成する曲線状のテイパー１３４ｃ´のような、直線状かまたは縦軸Ａ−Ａに関して曲線状でよい。
【００２０】
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から少なくとも１つの計量オリフィス１４２を過ぎる半径方向の点までテイパー角度βで下方及び外方に直線的にテイパーするものである。弁座１３４は、この点から、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。あるいは、部分１３４ｃは、弁座１３４の表面１３４ｅまで貫通することができる。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。図２ｃに示す別の好ましい実施例において、このテイパーは、燃料流の速度を一定にするよう厳密な制御が必要な用途に好適な二次の曲線状テイパーである。しかしながら、一般的に、直線状のテイパー１３４ｃは好ましい実施例において所期の目的を達成するに好適であると思われる。
【００２１】
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、少なくとも１つの計量オリフィス１４２のそれぞれ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（図４Ａ）を発生させる。
【００２２】
テイパーする弁座表面１３４ａ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の断面内にある仮想頂点１３９ａ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。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。少なくとも１つの計量オリフィス１４２は仮想円１５２の外側にあり、各計量オリフィスの端縁部はその仮想円の境界の一部の上にあってもよいがその仮想円の内側に入らないのが好ましい。少なくとも１つの計量オリフィス１４２は、仮想円１５２の外側にある３つの同様な形状のオリフィスより成るのが好ましい。
【００２３】
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との間の内側端縁部１３８ａと、好ましくは円筒形の表面１３４ｄと底面１３４ｅとに近い外側端縁部１３８ｂとの間に形成される。図２Ｂ及びＣに示すように、このチャンネルは、弁座に近い内側端縁部１３８ａから少なくとも１つの計量オリフィス１４２へ外方の外側端縁部１３８ｂへ延びるにつれて断面積を変化させるため、弁座オリフィスと少なくとも１つ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。
【００２４】
換言すると、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、π定数と、弁座オリフィス１３５の近くの大きな高さｈ1と、対応の半径方向距離がＤ1との積により決まる第１の円筒形領域から、π定数と、小さな高さｈ2と、対応の半径方向距離がＤ2とにより決まるほぼ等しい円筒形領域へ、少なくとも１つの計量オリフィス計量オリフィス１４２の方へ向かってテイパーしている。好ましくは、高さｈ1、距離Ｄ1及びπの積は、テイパーにより決まる、高さｈ2、距離Ｄ2及びπの積にほぼ等しく（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係があると思われる。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の好ましくは円筒状の環状空間１４８が形成される。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の下流に形成されるが、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】
別の好ましい実施例において、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を形成する。即ち、チャンネルの表面１３４ｃは、図２Ｂ及び２Ｃの点線で示すように、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。この実施例のチャンネル表面は弁座の嚢体積を増加する傾向があり、これは種々の燃料噴射器にとって望ましくないと思われる。好ましくは、チャンネル表面１３４ｃまたは１３４ｃ´と交差する横方向の平面を各計量オリフィス１４２の半径方向において最も外側の円周の少なくとも２５ミクロン外側の位置と交差させることにより、所望の距離Ｄ2を決めることが出来る。
【００２６】
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と、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に対する少なくとも１つの計量オリフィス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はない。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の変更を含めて、チャンネル形状に応じて、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または増加するか若しくは増減することができることに注意されたい。さらに、好ましい構成の制御速度チャンネル１４６を介する流れは、速度がほぼ一定であるだけでなく、計量オリフィス１４２を介する流れにより計量オリフィス内に２つの渦が生じることを発見した。計量オリフィスが発生する少なくとも２つの渦は、計量オリフィスを介する流体流の真の性質を表すと思われるコンピューターによる流体動力学により燃料計量手段の好ましい形状をモデリングすると確認できる。例えば、図４Ｂに示すように、弁座オリフィス１３５から半径方向外方に流れる流線は、一般的に、オリフィス１４２ｇの近くで内方に曲がるため、計量オリフィス１４２ｇの周囲部内に少なくとも２つの渦流１４３ａ、１４３ｂが形成され、これらの渦流が計量オリフィス１４２からの燃料流スプレーの霧化を促進すると思われる。
【００２７】
さらに、弁座１３５を流れる燃料に異なる半径方向速度を付与することにより、少なくとも１つの計量オリフィス１４２を出る燃料スプレーの曲げ角θを燃料の半径方向速度成分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２Dに示す好ましい実施例において、オリフィス１３５から制御速度チャンネル１４６を少なくとも１つの計量オリフィス１４２へ流れる燃料の半径方向速度成分を毎秒８ｍから毎秒１３ｍに変化させると、曲げ角はそれに応じて約１３度から約２６度に変化する。半径方向速度成分は、好ましくは、燃料計量手段の形状（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、縦軸を基準とする各計量オリフィスの直径方向に対向する２つの内側表面間の最大距離「Ｄ」に対するその計量オリフィスの貫通長さ（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制御できることも発見した。比率ｔ／Ｄは０．３から約１．０に変化することができる。詳述すると、縦軸に関するスプレーパターンの中心１５５aを基準とする曲げ角θは、好ましい実施例では、図５Ａに示すように、アスペクト比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０．８に変化すると、曲げ角θはほぼ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、サイズは小さいが曲げ角が大きいスプレーパターンが望ましい場合、スプレーの分離は、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、しかしながら、スプレーパターンのサイズはｔ／Ｄ比または計量ディスク１０の各計量オリフィス間のアーク距離の１つを調整することにより行える。この比率ｔ／Ｄは曲げ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パターンの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。側面図で好ましくは円錐形であるスプレーパターンのサイズは、燃料噴射器の下流におけるスプレーパターンの円周上における遠心流路の夾角θとして定義される。図５Ｂにおいて、この比率が約０．３から約０．８に変化すると、夾角δとして測定するスプレーパターンのサイズまたは「円錐サイズ」は、一般的に、この比率ｔ／Ｄに対してほぼ線形且つ逆数の関係で変化する。貫通長さ「ｔ」（即ち、縦軸Ａ−Ａに沿う計量オリフィスの長さ）を図２Ｂにおいて計量ディスク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の貫通長さ「ｔ」とは異なるものでよいことに注意されたい。
【００２９】
計量ディスク１０は、少なくとも１つの計量オリフィス１４２を有する。図４に示すように、各計量オリフィス１４２の中心はその内側の壁面により決まるが、その中心は仮想「ボルト円」１５０上にある。分かり易くするために、図３及び４Ａにおいて、各計量オリフィスに符号１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ・・・などを付す。各計量オリフィス１４２は円形であり、距離Dが円形オリフィスの直径（即ち、円形の開口の直径方向における内側壁面間の距離）にほぼ等しいのが好ましいが、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。ボルト円または第２の円１５０は好ましくは円形であるが、１つの好ましい実施例では、この円は仮想円１５２とほぼ同心的である。弁座オリフィスの仮想円１５１（図４Ａ）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、計量オリフィスは、１つの象限上の仮想円１５０にある。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流路「Ｆ」を、１つの計量オリフィスへ、または縦軸を中心とする少なくとも９０度の線形部分へ向けることができる。この流路の境界は、計量ディスク１０から距離Pだけ離れた下流の線形部分１６２内にある。
【００３０】
制御速度チャンネル及びアスペクト比ｔ／Ｄによって決まる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、別の好ましい実施例では、斜角でないオリフィスの開口１４２の空間的配向により、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」を変化させて、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δを増加させ、それに応じて曲げ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からスタートして計量ディスク１０ｃへ移動すると分かる。
【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が比較的近いと（好ましい実施例では、Ｌ1＝Ｌ2及びＬ3＞Ｌ2）、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離隔すると（好ましい実施例では、Ｌ4＝Ｌ5及びＬ6＞Ｌ4）と、比較的小さい曲げ角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）、曲げ角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、また、アーク距離はボルト円１５１上の隣接する計量オリフィスの最も近い内側壁面または端縁部間の直線距離でよいことに注意されたい。この直線距離は計量ディスクの厚さ「ｔ」より大きいかまたはそれと等しいのが好ましい。厚さ「ｔ」は少なくとも５０ミクロンである。好ましい実施例において、この厚さ「ｔ」は５０、７５、１００、１２５、１５０及び２００ミクロンより成る群から選択することができる。
【００３２】
アーク距離の調整を上述したプロセスに関連して行うことにより、斜角でない計量オリフィス（縦軸Ａ−Ａにほぼ平行なほぼまっすぐな孔の開口）を使用しながら、燃料噴射器のスプレー形状を特定のタイプのエンジンに適合させることができる（大きいスプレー角度による狭いスプレーパターンから広いスプレーパターンへ、しかしながら小さい曲げ角θで）。
【００３３】
図７において、図示の燃料噴射器は、図６Ａと同様のスプレーパターンの燃料流を噴射する。図７Ａにおいて、燃料噴射器は９０度回転している。即ち、図７Ｂの三次元斜視図に示すように、１つの形状の燃料スプレーでは、重心軸１５５ａは軸Ｚに直角な平面上にあると共に軸Ｘ及びＡ−Ａを含む平面上に位置するため、スプレーの境界は約１８０度の線形１６１により決まる。スプレーパターンの夾角δは、スプレー流の仮想重心軸１５５ａと縦軸との間の角度であり、上述したように、オリフィス間のアーク距離及び比率ｔ／Ｄを変えることにより調整できる。また、別の構成では、スプレー流１５５ｂは、軸Ｘ及び縦軸Ａ−Ａにより形成される平面に関して曲げ角θだけ曲がっているのが好ましい。図７Ｃ及び７Ｄの重心軸１５５ｂにより表される少なくとも燃料流は、計量ディスク１０の約１００ミリメートル下流の、縦軸を中心とする少なくとも９０度の扇形部分１６２へ命中される。この扇形部分１６２の境界は、縦軸Ａ−Ａに平行にそれと交差する２つの平面１６０a、１６０ｂにより画定される。
【００３４】
燃料スプレーの曲げ角θ及び円錐サイズδは、アスペクト比ｔ／Ｄと関係がある。アスペクト比が増減すると、曲げ角θ及び円錐サイズδはそれぞれ異なる割合で増減する。距離Ｄが一定に保たれる場合、厚さ「ｔ」が大きくなればなるほど曲げ角θ及び円錐サイズδは小さくなる。逆に、厚さ「ｔ」が小さくなればなるほど曲げ角θ及び円錐サイズδは大きくなる。上述したように、円錐サイズδを流れチャンネルの形状により増減させてチャンネルを流れる燃料の半径方向成分を増減することができる。
【００３５】
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、磁束はアーマチャー１２４を含む経路をたどる。磁気回路は、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、本体外殻部１３２ａ、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。
【００３６】
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、アーマチャーは入口管１１０の方へ引き寄せられ、作動ギャップ７２が減少する。このため、閉鎖部材１２６が弁座１３４から離脱して燃料噴射器を開き、本体１３２内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。
【００３７】
上述したように、スプレーの標的命中方法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２００２年４月２５日付けで公開された米国特許出願第２００２／００４７０５４ Ａ１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。これらの特許文献はそれら全体を本願の一部として引用する。
【００３８】
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】
【００３９】
【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の拡大断面図である。
【図２Ｂ】燃料計量手段の好ましい実施例の拡大図であり、燃料計量手段の種々のコンポーネント間の種々の関係を示す。
【図２Ｃ】燃料計量手段の好ましい実施例の拡大図であり、燃料計量手段の種々のコンポーネント間の種々の関係を示す。
【図２Ｄ】計量オリフィスへ流れる燃料スプレーの曲げ角と燃料計量手段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４Ａ】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を示す。
【図４Ｂ】計量オリフィスを流れる流体の流れの特徴的な２つの渦を示す。
【図５Ａ】特定構成の燃料噴射器の各計量オリフィスの比率ｔ／Ｄと曲げ角の関係を示す。
【図５Ｂ】特定構成の燃料噴射器の各計量オリフィスの比率ｔ／Ｄと個々のスプレー円錐サイズの関係を示す。
【図６Ａ】ボルト円上の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７】曲げられた燃料スプレーの方向を示す。
【図７Ａ】曲げられた燃料スプレーの方向を示す。
【図７Ｂ】曲げられた燃料スプレーの方向を示す。
【図７Ｃ】曲げられた燃料スプレーの方向を示す。
【図７Ｄ】曲げられた燃料スプレーの方向を示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【外国語明細書】
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