(57)【要約】  噴霧孔（１２）を有する噴射器本体（１０）と；前記噴射器本体内を、閉位置と開位置の間で軸方向に動くために伸張しているピントルと、を備えている燃料噴射器において；前記ピントルヘッド（１６）は、前記噴霧孔のバルブシートに押し付けて係合させることのできるテーパー状部分（１８）と、前記テーパー状部分の上流の円筒形部分（２２）とを備えており、環状チャネル（２６）が設けられていて、噴霧孔（１２）の上流に流路の第１部を画定しており、不連続部（３０、５０）が、環状チャネル（２６）の下流で且つ噴霧孔の上流に設けられていて、ピントルのストロークが所定の限界を超えるとキャビテーションが生じて、一定断面の仮想チャネルが環状チャネル（２６）の下流に生成されることになり、それによって、前記噴霧孔を通って流れる燃料の流量は、ピントルがその開位置にあるときは、実質的にピントルのストロークに影響されないようになっている、燃料噴射器。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴霧孔（１２）を有する噴射器本体（１０）と；前記噴射器本体内を、閉位置と開位置の間で軸方向に動くために伸張しているピントル（１４）であって、前記閉位置では、前記ピントルのヘッド（１６）が前記噴霧孔のバルブシート（２０）に係合して前記噴霧孔をシールし、前記開位置では、前記ピントルヘッドが前記バルブシートから間隔を空けて配置され、燃料が前記噴霧孔を通って流れることができるようになっており、作動手段が、前記ピントルをその開位置に向けて選択的に動かすために設けられている、ピントル（１４）と、を備えている燃料噴射器において；前記ピントルヘッド（１６）は、前記噴霧孔の前記バルブシートに押し付けて係合させることのできるテーパー状部分（１８）と、前記テーパー状部分の上流の円筒形部分（２２）とを備えており、環状チャネル（２６）が設けられていて、前記噴霧孔（１２）の上流に流路の第１部を画定しており、不連続部（３０、５０）が、前記環状チャネル（２６）の下流で且つ前記噴霧孔の上流に設けられていて、前記ピントルのストロークが所定の限界を超えるとキャビテーションが生じて、一定断面の仮想チャネルが前記環状チャネル（２６）の下流に生成されることになり、それによって、前記噴霧孔を通って流れる燃料の流量は、前記ピントルがその開位置にあるときは、実質的に前記ピントルのストロークに影響されないようになっている、燃料噴射器。
【請求項２】
前記環状チャネル（２６）は、前記ピントルの実質的に円筒形の部分（２２）と、前記噴射器本体の同心部分（２４）の間に画定されている、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項３】
前記不連続部は、前記ピントルヘッド（１６）の、その前記円筒形部分（２２）と前記テーパー状部分（１８）の間に設けられている、請求項２に記載の燃料噴射器。
【請求項４】
前記不連続部（３０）は、前記噴射器本体の、その前記同心部分（２４）と前記バルブシート（２０）の間に設けられている、請求項２に記載の燃料噴射器。
【請求項５】
前記不連続部（３０）は、面取り面を備えている、上記請求項の何れかに記載の燃料噴射器。
【請求項６】
前記不連続部（５０）は、段付き面を備えている、上記請求項の何れかに記載の燃料噴射器。
【請求項７】
燃料噴射器を製造する方法において、前記燃料噴射器は、噴霧孔（１２）を有する噴射器本体（１０）と；前記噴射器本体内を、閉位置と開位置の間で軸方向に動くために伸張しているピントル（１４）であって、前記閉位置では、前記ピントルのヘッド（１６）が前記噴霧孔のバルブシート（２０）に係合して前記噴霧孔をシールし、前記開位置では、前記ピントルヘッドが前記バルブシートから間隔を空けて配置され、燃料が前記噴霧孔を通って流れることができるようになっており、前記ピントルヘッド（１６）は、前記噴霧孔の前記バルブシートに押し付けて係合させることのできるテーパー状部分（１８）と、前記テーパー状部分の上流の円筒形部分（２２）とを備えている、ピントル（１４）と、を備えており、前記方法は、前記噴霧孔（１２）の上流に流路の第１部を画定する環状チャネル（２６）を設ける段階と、前記環状チャネル（２６）の下流で且つ前記噴霧孔の上流に不連続部（３０、５０）を設けて、前記ピントルのストロークが所定の限界を超えるとキャビテーションが生じて、一定断面の仮想チャネルが前記環状チャネル（２６）の下流に生成されるようにし、それによって、前記噴霧孔を通って流れる燃料の流量が、前記ピントルがその開位置にあるときは、実質的に前記ピントルのストロークに影響されないようにする、不連続部を設ける段階と、を備えている方法。
【請求項８】
前記環状チャネル（２６）、前記不連続部（３０、５０）、及び前記ピントルが完全開位置に在るときの前記バルブシートと前記ピントルヘッドの前記テーパー状部分の間の間隙の相対寸法は、前記環状チャネルの下流に前記キャビテーションを生じさせるために、噴射される燃料の１つ又はそれ以上の物理的特性の関数として選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記燃料の１つ又はそれ以上の物理的特性には、燃料の蒸気圧、密度、及び燃料粘度の内の１つ又はそれ以上が含まれる、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射器に、具体的には、ガソリンを内燃機関の燃焼室に直接噴射するための燃料噴射器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示している代表的な外向きに開いている燃料噴射器は、噴霧孔３を画定する先端部分２を有するバルブ本体と、先端部分２内を、伸張位置と引込位置の間で軸方向に動くために伸張しているピントル４即ちバルブステムであって、引込位置にあるときには噴霧孔３のバルブシート８と係合して噴霧孔を閉じることができるテーパー状部分６を備えたヘッド５を有している、ピントル４と、ピントル４をその引込位置に向けて付勢する戻しばね（図示せず）と、ソレノイド又は圧電スタックの様な作動手段（図示せず）であって、電力が供給されるとピントル４に作用してピントル４をその伸張位置に押す、作動手段と、を備えている。
【０００３】
特にソレノイド作動式噴射器の場合には、ピントル開口部は、通常はガイドの１つの上面である端部ストッパによって限定されている。
噴射器を通る燃料の流量は、ピントルヘッドとバルブシートの間の間隙に大きく依存しており、その間隙は、ピントルのストロークによって決まる。３０μｍから４０μｍの間のピントルのストロークと、２００バールの燃料供給圧とを有する代表的な燃料噴射器では、ピントルストロークが１ミクロン変化する度に、流量は３％変動する。この様に、ピントルのストロークの変動に対する感度は高いので、要求される流量を実現するには、端部ストッパ、ピントル、及び関連付けられている構成要素の製造公差を非常に厳しくしなければならない。更に、時間経過と共に、ピントルのストロークが摩耗及び／又は示差熱膨張によって変動することは、燃料の流量の望ましくない変動を引き起こしかねない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、燃料噴射器が提供されており、同燃料噴射器は、噴霧孔を有する噴射器本体と；噴射器本体内を、閉位置と開位置の間で軸方向に動くために伸張しているピントルであって、閉位置では、ピントルのヘッドが噴霧孔のバルブシートに係合して噴霧孔をシールし、開位置では、ピントルヘッドがバルブシートから間隔を空けて配置され、燃料が前記噴霧孔を通って流れることができるようになっており、作動手段が、ピントルをその開位置に向けて選択的に動かすために設けられている、ピントルと、を備えており；前記ピントルヘッドは、噴霧孔のバルブシートに押し付けて係合させることのできるテーパー状部分と、前記テーパー状部分の上流の円筒形部分とを備えており、環状チャネルが設けられていて、噴霧孔の上流に流路の第１部を画定しており、不連続部が、環状チャネルの下流で且つ噴霧孔の上流に設けられていて、ピントルのストロークが所定の限界を超えるとキャビテーションが生じて、一定断面の仮想チャネルが環状チャネルの下流に生成されることになり、それによって、前記噴霧孔を通って流れる燃料の流量は、ピントルがその開位置にあるときは、実質的にピントルのストロークに影響されないようになっている。
【０００５】
望ましいことに、前記環状チャネルは、ピントルの実質的に円筒形の部分と、噴射器本体の同心部分との間に画定されている。
不連続部は、ピントルヘッドの、その円筒形部分とテーパー状部分の間に設けられていてもよい。代わりに、不連続部は、噴射器本体の、その同心部分とバルブシートの間に設けられていてもよい。不連続部は、面取り又は段付き面を備えていてもよいし、流れを環状チャネルの表面から引き離す働きをする何らかの他の適した構造を備えていてもよい。
【０００６】
ピントルヘッドの円筒形部分とテーパー状部分の間に不連続部を設けることにより、テーパー状部分とバルブシートの間に一定断面の仮想チャネルが作り出され、実質的にピントルのストロークに影響されない一定の流速が提供されるので、ストロークの変動による流れの減速が防止され、環状チャネルの下流でエネルギー損失を回避することができる。ピントルヘッドのテーパー状部分の上流で燃料キャビテーションを発生させることによって、噴霧孔を通る最大流量が実質的にピントルの最大ストロークの影響を受けないようにすることができる。要求される最大流量は、不連続部、ピントルヘッドの間の円筒形部分とバルブ本体との間の空隙、及びストロークの相対寸法を適切に選択することによって、特定の用途に合わせて校正することができる。
【０００７】
燃料は、ピントルヘッドの円筒形部分とバルブ本体の間の流路の第１部に送られ、そこで加速される。液体燃料の流れは、不連続部でバルブ本体から離れ、低圧の領域を作り出し、そこで燃料がキャビテーションを起こす（即ち、局所圧力が燃料の蒸気圧より下がるので、液体燃料が蒸気になる）。キャビテーションは、ピントルのストロークで左右される流れ面積内に発生するので、キャビテーションゾーンは自己調節性があり、ピントルのストロークが増すと大きくなり、一定の液体燃料の有効流れ面積を維持するので、静圧は回復されず、燃料の流れは減速しない。
【０００８】
対照的に、テーパー状シール部分の上流に円筒形の計量領域を有する代表的な噴射器ノズルでは、ピントルのストロークが増えるにつれてシール帯域の流れ面積が増大するので、流速が落ちて、エネルギーが損なわれ、噴霧化に影響が出る。本発明では、自己調節式キャビテーション気泡を円筒形部分の下流に作り出すことで、一定断面の仮想チャネルを作り、燃料流れの減速を回避して、その様なエネルギーの損失を回避する。
【０００９】
本発明は、更に、燃料噴射器を製造する方法を提供しており、前記燃料噴射器は、噴霧孔を有する噴射器本体と；噴射器本体内を、閉位置と開位置の間で軸方向に動くために伸張しているピントルであって、閉位置では、ピントルのヘッドが噴霧孔のバルブシートに係合して噴霧孔をシールし、開位置では、ピントルヘッドがバルブシートから間隔を空けて配置され、燃料が前記噴霧孔を通って流れることができるようになっており、前記ピントルヘッドは、噴霧孔のバルブシートに押し付けて係合させることのできるテーパー状部分と、前記テーパー状部分の上流の円筒形部分とを備えている、ピントルと、を備えており、前記方法は、噴霧孔の上流に流路の第１部を画定する環状チャネルを設ける段階と、環状チャネルの下流で且つ噴霧孔の上流に不連続部を設けて、ピントルのストロークが所定の限界を超えるとキャビテーションが生じて、一定断面の仮想チャネルが環状チャネルの下流に生成されるようにし、それによって、前記噴霧孔を通って流れる燃料の流量が、ピントルがその開位置にあるときは、実質的にピントルのストロークに影響されないようにする、不連続部を設ける段階と、で構成されている。
【００１０】
好都合なことに、環状チャネル、不連続部、及びピントルが完全開位置に在るときのバルブシートとピントルヘッドのテーパー状部分の間の間隙の相対寸法は、前記環状チャネルの下流に前記キャビテーションを生じさせるために、噴射される燃料の１つ又はそれ以上の物理的特性の関数として選択される。前記燃料の１つ又はそれ以上の物理的特性には、燃料の蒸気圧、密度、及び燃料粘度の内の１つ又はそれ以上が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】上で議論した既知の噴射器のノズルを示している。
【図２】本発明の第１の実施形態による燃料噴射器の噴射器ノズルを示している。
【図３】図１の既知の噴射器及び図２の噴射器ノズルの、ピントルのストロークに対する流量のグラフである。
【図４】図２の噴射器ノズルの詳細な断面図であり、ノズルを通る燃料の流れの中にあるキャビテーションゾーンを示している。
【図５】本発明の第２の実施形態による燃料噴射器の噴射器ノズルを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の或る態様を、１つの例として、添付図面を参照しながら説明する。
燃料噴射器ノズルは、２つの機能、即ち、
１−燃焼室に正しい量の燃料を送り込むこと（計量）、及び
２−燃焼に適した噴霧を作ること、を有している。
【００１３】
既知の噴射器では、静的流量（即ち、噴射器が完全に開いている場合の流量）の噴射器ストロークに対する依存性は、非常に高い。
既知の燃料噴射器では、流量の変動は、ストローク１μｍ当たり１ｇ／ｓ（公称値３．３％）である。信頼性のある作動を保証し、製造許容値、熱影響及びバルブの摩耗に起因する最大ピントルストロークの変動によって生じる燃料の流量の過剰な変動を回避するためには、噴射器の仕様は、バルブリフト１μｍ当たり２％以下の流量変動を必要とする。現在のノズル設計（図１）は、その様な要件を満たしておらず、計量流れ面積は、噴射器のストロークに直接連動しており、その変動は、ストローク変動１μｍ当たり３．４％である。
【００１４】
本発明は、ピントルヘッドのテーパー状部分の上流にキャビテーションを発生させ、ピントルヘッドとバルブシートの間に一定断面の仮想流れチャネルを作り出して、噴射器ノズルを通る燃料の流量が変化するのを防止することにより、計量精度を改良し、良好な噴霧特性を維持するという目的を実現する。
【００１５】
図２に示すように、本燃料噴射器は、噴霧孔１２を遠位端に有する先端部分１０を含む噴射器本体を備えている。ピントル１４は、先端部分１０内を伸張しており、そのヘッド１６にはテーパー状のシール部分１８が設けられており、シール部分を、噴霧孔１２を取り囲む、対応するテーパー状バルブシート２０と係合させると、噴霧孔１２を閉じることができるようになっている。
【００１６】
ピントル１４は、先端部分１０内で、ヘッド１６のテーパー状シール部分１８の領域がバルブシート２０と係合して噴霧孔１２を閉じる引込位置と、ヘッド１６のテーパー状シール部分１８がバルブシート２０から間隔を空けて配置されている伸張位置との間を軸方向に動くことができるようになっている。ピントル１４をその引込位置に付勢するために、一般には戻りバネが設けられる。
【００１７】
一般には、管状スリーブ又はピントルガイドの上端部によって画定される端部ストッパ（図示せず）は、ピントル１４のカラーと協働して、ピントルの伸張を制限し、ピントルのストロークを画定する。
【００１８】
電磁コイルと可動性アーマチュアを有するソレノイドアクチュエーター（図示せず）を、ピントル１４をその伸張位置へと選択的に押しやるために、設けてもよい。
ピントル１４のヘッド１６のテーパー状シール部分１８の上流には、円筒形部分２２が設けられており、この部分は、先端部分１０の同心の内壁領域２４と協働して、ピントル１４が完全開位置にあるときにピントルヘッド１６と壁領域２４の間に燃料の流れを加速し、流すための環状の流れチャネル２６を画定している。不連続部が、環状の流れチャネル２６の下流端部に形成されており、燃料の流れがチャネルの壁から引き離されて、キャビテーションが起こるようになっている。図示の実施形態では、この不連続部は、先端部分１０の壁領域２４の面取り面３０によって、バルブシート２０の上流に画定されている。しかしながら、流れを引き離してキャビテーションを発生させることができるものであれば、段差又はどの様な他の形状を利用してもよいし、不連続部は、ピントルヘッドと噴射器本体の先端部分の一方又は両方に形成してもよい。
【００１９】
面取り面３０は、ピントルストロークが臨界ストローク値を超えると、燃料が面取り縁部から離れて低圧領域を作り出し、そこで液体燃料が蒸発するので、キャビテーションゾーン４０（図４）が発生する。これは、以下の２つの積極的な効果を有している。
【００２０】
１．ピントルのストロークが増えるにつれてキャビテーションゾーン４０の大きさが増すので、ストロークが一旦臨界値を超えると、バルブシートを通過する流量は一定のままに留まる。
【００２１】
２．キャビテーションゾーン４０のために、流れは、環状間隙の下流で減速しない。このことは重要であり、なぜなら、ピントルストロークが増えると、テーパー状ピントルヘッドとバルブシートの間の流れ面積が大きくなり、普通は流速が低下するからである。キャビテーションゾーン４０を設けることにより、流れ面積は、一部には、液体燃料で満たされ、一部には、液体燃料より遙かに低い密度を有する燃料の蒸気で満たされる。キャビテーションゾーン４０はピントルストロークが増すにつれて成長するので、液体燃料が占める流れ面積は実質的に一定となり、流速も実質的に一定に留まる。このため、エネルギー損失を最小に抑えて燃料の流れを計量することができるようになる（エネルギー損失は間隙で生じるだけである）。
【００２２】
面取り面は、キャビテーションゾーン４０を発生させるためと説明しているが、キャビテーションゾーンを作り出すために、間隙の下流に他の形状の造形を用いてもよいと考えられる。例えば、キャビテーションゾーンは、ピントルヘッド又はバルブシートの外形に、段差５０（図５）又は他の不連続部で形成してもよい。噴射器本体の先端部分１０の非常に小さい寸法と許容差を考慮すると、段差５０が製造し易い。
【００２３】
図３は、流量対ストローク変動の依存関係に関する改良を示している。既存のノズル設計では、流量はストロークと共に線形に増えるのに対して、本発明による提案では、ストロークが或る値を超えると流量がストロークの影響を殆ど受けなくなるストローク値（臨界ストローク）がある。必要最大流量は、不連続部、ピントルヘッドの間の円筒形部分とバルブ本体の間の空隙、及びストロークの相対寸法を適切に選択することにより、特定の用途に合わせて校正することができ、これらの寸法は、顧客の要件に依って変えることもできる。
【００２４】
結論として、提案しているノズル設計では、静的流量はストロークの変動に対して感度が低く（１μｍ当りの流量の変動＜２％）、公称静的流量は、噴霧特性に影響を与えること無く上記相対寸法を変えることにより、顧客の要件に基づいて調節することができる。
【００２５】
上記燃料噴射器を製造する方法は、噴霧孔１２の上流に流路の第１部を画定する環状チャネル２６を設ける段階と、環状チャネル２６の下流で且つ噴霧孔の上流に不連続部３０、５０を設けて、ピントルのストロークが所定の限界を超えるとキャビテーションが生じて、一定断面の仮想チャネルが環状チャネル２６の下流に生成されるようにし、それによって、前記噴霧孔を通って流れる燃料の流量が、ピントルがその開位置にあるときは、実質的にピントルのストロークに影響されないようにする、不連続部を設ける段階と、で構成されている。
【００２６】
好都合なことに、環状チャネル２６、不連続部３０、５０、及びピントルがその完全開位置に在るときのバルブシートとピントルヘッドのテーパー状部分の間の間隙の相対寸法は、前記環状チャネルの下流に前記キャビテーション生じさせるために、噴射される燃料の１つ又はそれ以上の物理的特性の関数として選択される。前記燃料の１つ又はそれ以上の物理的特性には、燃料の蒸気圧、密度、及び燃料粘度の内の１つ又はそれ以上が含まれる。
【００２７】
当業者には自明のように、本発明に関して説明した実施形態に対して、特許請求の範囲に定義する本発明の範囲から逸脱すること無く、様々な修正及び変更を施すことができる。本発明について、特定の好適実施形態に関連付けて説明してきたが、請求している本発明は、その様な特定の実施形態に過度に制約されるものではない旨理解頂きたい。
【符号の説明】
【００２８】
１０  噴射器本体
１２  噴霧孔
１４  ピントル
１６  ピントルヘッド
１８  ピントルヘッドのテーパー状部分
２０  バルブシート
２２  ピントルヘッドの円筒形部分
２４  噴射器本体の同心部分
２６  環状チャネル
３０、５０  不連続部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2010521605.tif 000008
2010521605.tif 000009
2010521605.tif 000010