(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を通過させて送出するインジェクターノズルにおいて、前記ノズルは、内側表面を持つポート及び相補的外側表面を持つバルブ部材を有し、このバルブ部材は、流体をスプレーの形態で送出するための前記表面間の通路又は流体の送出を阻止するための前記表面間の密封接触をそれぞれ提供するために、前記ポートに対して移動自在であり、前記インジェクターノズルは、前記ポートの末端を越えて配置された流体流れ制御体を有し、この流れ制御体は、前記ポートから前記バルブ部材の移動方向で下流に配置された制御面を有し、この制御面は、前記ポートから出る流体によって形成された流体スプレーが、少なくとも部分的に、前記制御面の形状によって決定された経路を辿るのを促すように形成され且つ位置決めされており、前記流れ制御体は、前記制御面と前記バルブ部材との間の熱流を制限するように構成された断熱領域を含み、前記断熱領域の少なくとも第１部分は、前記バルブ部材の端面と前記バルブ部材の前記端面に最も近い制御面の一部との間に配置されており、前記流れ制御体はさらに、内壁を持つスリーブ部分を含み、前記内壁の少なくとも一部が前記断熱領域の第２部分を画成し、前記第２部分は全体に細長く、前記バルブ部材の移動方向に沿って長さ方向に延びており、前記流れ制御体は、前記バルブ部材の前記端面に連結された連結部であって前記バルブ部材の前記端面から外方に延びている連結部の外側端部に配置されている、インジェクターノズル。
【請求項２】
請求項１に記載のインジェクターノズルにおいて、前記制御面と隣接しており且つ前記バルブ部材の前記端面と隣接した前記流れ制御体の端面の少なくとも一部が、実質的に、カーボン付着物形成温度よりも高い温度に維持される、インジェクターノズル。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のインジェクターノズルにおいて、前記断熱領域は、使用時に、前記バルブ部材と前記流れ制御面との間に熱勾配領域を提供するように作用し、この熱勾配領域は、前記流れ制御面の内部に収容されており、これによって、前記バルブ部材は、実質的に、カーボン付着物形成温度よりも低い温度に維持され、前記流れ制御面は、実質的に、カーボン付着物形成温度よりも高い温度に維持される、インジェクターノズル。
【請求項４】
請求項３に記載のインジェクターノズルにおいて、前記断熱領域は、前記連結部の表面とこれと向き合った前記流れ制御体の表面との間を延びるように構成されている、インジェクターノズル。
【請求項５】
請求項４に記載のインジェクターノズルにおいて、前記流れ制御体の前記向き合った表面は、前記流れ制御体の前記制御面の一部と隣接して配置されている、インジェクターノズル。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のインジェクターノズルにおいて、前記制御面は、多数の外側突出面を含み、これらの表面は一緒になって制御面を画成する、インジェクターノズル。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載のインジェクターノズルにおいて、前記流れ制御体の前記断熱領域は、全体にＬ形状断面を持つように構成されている、インジェクターノズル。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載のインジェクターノズルにおいて、前記流れ制御体は、前記流れ制御体の前記制御面が、前記ポートから、開放時の前記バルブ部材の移動方向に離間されるように、ネックイン部分によって前記ノズルの残部から離してある、インジェクターノズル。
【請求項９】
請求項８に記載のインジェクターノズルにおいて、前記流れ制御体は、前記バルブ部材の前記端面に前記ネックイン部分によって連結されている、インジェクターノズル。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載のインジェクターノズルにおいて、前記断熱領域は断熱隙間部分である、インジェクターノズル。
【請求項１１】
請求項１０に記載のインジェクターノズルにおいて、前記断熱隙間部分は、断熱材料又は熱伝導率が低い材料で部分的に又は全体が充填されている、インジェクターノズル。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載のインジェクターノズルにおいて、前記連結部は、スピゴット部分の形態であり、前記流れ制御体は前記スピゴット部分を少なくとも部分的に収容するためのボアを含む、インジェクターノズル。
【請求項１３】
請求項１２に記載のインジェクターノズルにおいて、前記断熱部分の少なくとも一部が前記スピゴット部分と前記流れ制御体の前記ボアとの間に配置されている、インジェクターノズル。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のうちのいずれか一項に記載のインジェクターノズルにおいて、前記バルブ部材への熱流を減少するため、前記流れ制御体に一つ又はそれ以上のキャビティを更に含む、インジェクターノズル。
【請求項１５】
請求項１４に記載のインジェクターノズルにおいて、前記キャビティは熱伝導率が低い材料で少なくとも部分的に充填されている、インジェクターノズル。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のうちのいずれか一項に記載のインジェクターノズルにおいて、前記流れ制御体はその長さに亘って実質的に円形断面であり、前記バルブ部材の前記端面から遠方のその端部から中間直径平面又は部分まで直径が徐々に増大し、この中間直径平面又は部分からその反対側の端部に向かって直径が徐々に減少する、インジェクターノズル。
【請求項１７】
請求項１６に記載のインジェクターノズルにおいて、前記流れ制御体の前記中間直径部分は、更に、全体に円筒形の中間接続部分である、インジェクターノズル。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載のインジェクターノズルにおいて、前記スリーブ部分は、前記バルブ部材の移動軸線に沿って長さ方向に延びて全体に円筒形を成している、インジェクターノズル。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のうちのいずれか一項に記載のインジェクターノズルにおいて、前記バルブ部材はポペット型である、インジェクターノズル。
【請求項２０】
請求項１乃至１８のうちのいずれか一項に記載のインジェクターノズルにおいて、前記バルブ部材はピントル型である、インジェクターノズル。
【請求項２１】
請求項１乃至２０のうちのいずれか一項に記載のインジェクターノズルにおいて、前記ノズルは、４ストローク内燃エンジン用燃料インジェクターノズルである、インジェクターノズル。
【請求項２２】
請求項１乃至２０のうちのいずれか一項に記載のインジェクターノズルにおいて、前記ノズルは、２ストローク内燃エンジン用燃料インジェクターノズルである、インジェクターノズル。
【請求項２３】
請求項１乃至２２のうちのいずれか一項に記載のインジェクターノズルにおいて、前記ノズルは、空気補助燃料噴射システムで使用するように構成された燃料インジェクターノズルである、インジェクターノズル。
【請求項２４】
請求項１乃至２３のうちのいずれか一項に記載のインジェクターノズルにおいて、前記ノズルは、直噴式層状給気エンジン用燃料インジェクターノズルである、インジェクターノズル。
【請求項２５】
少なくとも燃料を通過させてエンジンに送出するためのポートを持つ燃料インジェクターノズルにおいて、前記ノズルは、前記ポートの外側に配置された流れ制御体を更に含み、これにより、使用時に、前記ノズルは、燃料が前記ノズル内部に存在することによる前記ポートと隣接した比較的低温の領域、及び比較的高い燃焼チャンバ温度に露呈されることによる前記流れ制御体の比較的高温の領域を含み、前記低温の領域及び前記高温の領域は、その間に熱勾配領域を形成し、前記流れ制御体の少なくとも一部は断熱領域を含み、前記断熱領域は、前記熱勾配領域が前記流れ制御体の外側表面の内側に含まれるように制御されるように、前記低温の領域の少なくとも一部と前記高温の領域の少なくとも一部との中間に配置されており、前記流れ制御体はさらに、内壁を持つスリーブ部分を含み、前記内壁の少なくとも一部が前記断熱領域の少なくとも一部を画成し、前記少なくとも一部は全体に細長く、前記バルブ部材の移動方向に沿って長さ方向に延びており、前記流れ制御体は、前記バルブ部材の端面に連結された連結部であって前記バルブ部材の前記端面から外方に延びている連結部の外側端部に配置されている、燃料インジェクターノズル。
【請求項２６】
請求項２５に記載の燃料インジェクターノズルにおいて、前記流れ制御体は外側制御面を含み、前記高温の領域は主に、前記外側制御面のところに又はその直ぐ近くに配置されている、燃料インジェクターノズル。
【請求項２７】
請求項２５又は２６に記載の燃料インジェクターノズルにおいて、前記熱勾配領域は、前記流れ制御体の前記外側制御面の内側に含まれるように制御されている、燃料インジェクターノズル。
【請求項２８】
請求項２５、２６、又は２７に記載の燃料インジェクターノズルにおいて、前記高温の領域の一部が前記低温の領域と近接して配置されているが、前記断熱領域によって前記低温の領域から離間されている、燃料インジェクターノズル。
【請求項２９】
請求項２５乃至２８のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクターノズルにおいて、前記高温の領域の一部は前記勾配領域と近接して配置されているが、前記断熱領域によって前記勾配領域から離間されている、燃料インジェクターノズル。
【請求項３０】
請求項２８に記載の燃料インジェクターノズルにおいて、前記低温の領域と隣接した前記高温の領域の前記一部は、前記熱勾配領域とは実質的に独立して前記低温の領域から遠ざかる方向に延びる、燃料インジェクターノズル。
【請求項３１】
請求項２５乃至３０のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクターノズルにおいて、前記流れ制御体は、前記ノズルの末端を画成し、前記高温の領域は前記流れ制御体の前記外側表面から前記流れ制御体の内部に延びる、燃料インジェクターノズル。
【請求項３２】
請求項３１に記載の燃料インジェクターノズルにおいて、前記低温の領域は、前記ポートと隣接したところから前記ノズルの前記末端から遠ざかる方向に延びている、燃料インジェクターノズル。
【請求項３３】
請求項２５乃至３２のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクターノズルにおいて、前記流れ制御体及び前記熱勾配領域は熱伝導率が比較的高く、前記断熱領域は熱伝導率が比較的低い、燃料インジェクターノズル。
【請求項３４】
請求項３３に記載の燃料インジェクターノズルにおいて、前記低い熱伝導率は０．０２Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、前記高い熱伝導率は２０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である、燃料インジェクターノズル。
【請求項３５】
請求項２５に記載の燃料インジェクターノズルにおいて、前記比較的高温の領域の温度は、作動中、燃焼付着物が形成される温度よりも高い、燃料インジェクターノズル。
【請求項３６】
流体を通過させて送出するインジェクターノズルにおいて、前記ノズルは、内側表面を持つポート及び相補的外側表面を持つバルブ部材を有し、前記バルブ部材は、流体をスプレーの形態で送出するための前記表面間の通路又は流体の送出を阻止するための前記表面間の密封接触をそれぞれ提供するために前記ポートに対して移動自在であり、前記インジェクターノズルは、前記ポートの末端を越えて配置された流体流れ制御体を有し、この流れ制御体は、前記ポートから流体送出方向で下流に配置された制御面を有し、この制御面は、前記ポートから出て一部が前記制御面の形状によって決定された経路を辿る流体によって形成された流体スプレーを促すように形成され且つ位置決めされており、前記流れ制御体は、前記制御面から前記ノズルへの熱伝達を制限するように構成された断熱領域を含み、前記流れ制御体の前記断熱領域は、全体にＬ形状断面を持つように構成されており、前記流れ制御体はさらに、内壁を持つスリーブ部分を含み、前記内壁の少なくとも一部が前記断熱領域の一部を画成し、前記少なくとも一部は全体に細長く、前記バルブ部材の移動方向に沿って長さ方向に延びており、前記流れ制御体は、前記バルブ部材の端面に連結された連結部であって前記バルブ部材の前記端面から外方に延びている連結部の外側端部に配置されている、インジェクターノズル。
【請求項３７】
流体を通過させて送出するインジェクターノズルにおいて、前記ノズルは、内側表面を持つポート及び相補的外側表面を持つバルブ部材を有し、前記バルブ部材は、流体をスプレーの形態で送出するための前記表面間の通路又は流体の送出を阻止するための前記表面間の密封接触をそれぞれ提供するために、前記ポートに対して移動自在であり、前記インジェクターノズルは、前記ポートの末端を越えて配置された流体流れ制御体を有し、この流れ制御体は、前記ポートから流体送出方向で下流に配置された制御面を有し、この制御面は、前記ポートから出て一部が前記制御面の形状によって決定された経路を辿る流体によって形成された流体スプレーを促すように形成され且つ位置決めされており、前記流れ制御体は、前記流れ制御面と断熱領域との中間に形成されたスリーブ部分を含み、前記断熱領域の少なくとも第１部分が前記バルブ部材の端面と前記バルブ部材の前記端面に最も近い前記流れ制御面の一部との間に延びており、前記スリーブ部分は内壁を含み、前記内壁の少なくとも一部が前記断熱領域の第２部分を画成し、前記第２部分は全体に細長く、前記バルブ部材の移動方向に沿って長さ方向に延びており、前記流れ制御体は、前記バルブ部材の前記端面に連結された連結部であって前記バルブ部材の前記端面から外方に延びている連結部の外側端部に配置されている、インジェクターノズル。
【請求項３８】
請求項３７に記載のインジェクターノズルにおいて、前記断熱領域は、前記連結部と前記スリーブ部分との中間に配置されている、インジェクターノズル。
【請求項３９】
請求項３７又は３８に記載のインジェクターノズルにおいて、前記スリーブは前記ノズルの開口部の軸線に対して長さ方向に延びている、インジェクターノズル。
【請求項４０】
請求項３９に記載のインジェクターノズルにおいて、前記スリーブ部分は全体に円筒形である、インジェクターノズル。
【請求項４１】
流体を通過させて送出するインジェクターノズルにおいて、前記ノズルは、内側表面を持つポート及び相補的外側表面を持つバルブ部材を有し、このバルブ部材は、流体をスプレーの形態で送出するための前記表面間の通路又は流体の送出を阻止するための前記表面間の密封接触をそれぞれ提供するために前記ポートに対して移動自在であり、前記インジェクターノズルは、前記ポートの末端を越えて配置された流体流れ制御体を有し、この流れ制御体は、前記ポートから前記バルブ部材の移動方向で下流に配置された制御面を有し、この制御面は、前記ポートから出て少なくとも一部が前記制御面の形状によって決定された経路を辿る流体によって形成された流体スプレーを促すように形成され且つ位置決めされており、前記流れ制御体は、少なくとも第１部分が前記バルブ部材の端面と前記バルブ部材の前記端面に最も近い前記制御面の一部との間に配置された断熱領域を含み、前記流れ制御体は、内壁を持つスリーブ部分を含み、前記内壁の少なくとも一部が前記断熱領域の第２部分を画成し、前記第２部分は全体に細長く、前記バルブ部材の移動方向に沿って長さ方向に延びており、前記流れ制御体は、前記バルブ部材の前記端面に連結された連結部であって前記バルブ部材の前記端面から外方に延びている連結部の外側端部に配置されており、前記断熱領域は、前記制御面と前記バルブ部材との間の熱伝達を制限し、これにより、作動時に、前記制御面と隣接しており且つ前記バルブ部材の前記端面と隣接した前記流れ制御体の端面が実質的にカーボン付着物形成温度よりもかなり高い温度に維持されるように構成されている、インジェクターノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を噴射するためのバルブ制御式ノズルに関し、更に詳細には、燃料を内燃エンジンに噴射するためのバルブ制御式ノズルに関する。本明細書中では、「内燃エンジン」という用語は、２ストローク又は４ストロークのいずれかのサイクルで作動する往復エンジン又はロータリーエンジン等の断続的燃焼サイクルを持つエンジンを含む。
【０００２】
【従来の技術】
インジェクターノズルから内燃エンジンに、例えばエンジンの燃焼チャンバ内に直接送出された燃料スプレーの性質は、燃料の燃焼の制御に大きな影響を及ぼし、これによりエンジンの作動の安定性、エンジンの燃費、及びエンジン排気ガスの組成に影響を及ぼす。特に火花点火式エンジンでこれらのエンジン作動結果を最適にするため、インジェクターノズルから出る燃料スプレーで代表的に必要とされる所望の性質には、燃料（液体燃料）の液滴の大きさが小さいこと、スプレーの幾何学的形態が制御されていること、及び直噴式エンジンの場合に燃料が燃焼チャンバ内へ制御下で送出されることが含まれる。更に、少なくとも低い燃料供給速度では、比較的に拡がっていない均等に分配された点火可能な燃料蒸気雲がエンジンの点火プラグの近傍に存在するのが望ましい。
【０００３】
幾つかの既知のインジェクターノズル、特に燃料をエンジンの燃焼チャンバ内に直接送出するのに使用されるインジェクターノズルは、外方に開放したポペットバルブ型であり、代表的には、円筒形又は円錐形をなして拡がるスプレーの形態で燃料を送出する。このようなインジェクターノズルでは、燃料スプレーの形状の性質は、代表的には、多くの要因に左右される。これらの要因には、ノズルを構成する出口ポート及びバルブの形状、特にポート及びバルブシートの直ぐ近くにあるバルブの表面の形状が含まれ、ポート及びバルブはノズルの閉鎖時に密封係合する。インジェクターノズルの所望の性能及び従って燃焼プロセスを提供するようにノズルの幾何学的形態が選択された後、このような幾何学的形態を維持することが重要であり、そうでない場合には、特に低い燃料供給速度でエンジンの性能が損なわれる。このことは、内方に開放したピントルバルブ型インジェクターノズルの特定の設計についてもいえる。
【０００４】
燃料が上側を流れるノズル表面上への固体燃焼生成物又は他の付着物の付着又は堆積は、開放状態のノズルを通る燃料流路の幾何学的形態に悪影響を及ぼし、及び従って、所望の燃料スプレー形状の形成に悪影響を及ぼし、及び従って、エンジンの燃焼プロセスに悪影響を及ぼす。これらの表面上に堆積物が形成される主な原因は、燃料の燃焼によって生じるカーボン粒子又は他の粒子がこれらの表面に付着することであり、噴射サイクル中にこれらの表面上に残った残留燃料が不完全燃焼することが含まれる。このような堆積を減少させる方法又は制御する方法は、本出願人の米国特許第５０９０６２５号、米国特許第５５９３０９５号、及び米国特許第５６８５４９２号に開示されている。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【０００５】
ノズルから出る中空スプレー即ち燃料プルームは、最初、専ら燃料の出口方向及び出口速度で決まる経路を辿るということが知られている。更に、燃料スプレーがインジェクターノズルの送出端を越えて進むとき、スプレーによって境界付けられたノズルの直ぐ下流の領域内に、燃料スプレーの外側に作用する圧力よりも低い圧力が発生し、これによりスプレーが内方に縮んでしまうということもまた知られている。この現象は、「ネッキング」と呼ばれる。
【０００６】
インジェクターノズルから出る燃料流に対する外乱は、特にそのネッキング中及びネッキングの結果、燃料スプレー又はプルームの形状に大きな影響を及ぼす。このような影響は、燃料の予想不能な偏向及び／又は分散をもたらし、これが燃焼プロセスに悪影響を及ぼす。発生する可能性がある悪影響の例には、特に低負荷作動中の燃料消費の増大、望ましからぬレベルの排気エミッション、及びエンジンの作動の不安定性である。
【０００７】
このような望ましからぬ効果をもたらす外乱には、インジェクターノズル出口を画成する表面上にカーボンや他の燃焼と関連した付着物等の付着物が不規則に存在すること、ノズルのバルブやシート等の部品が偏心していること、及び／又はバルブを支持するステムとバルブがインジェクターノズルの開閉を行う際にバルブステムが内側で軸線方向に移動するボアとの間の隙間が過剰であることが含まれる。バルブの横方向移動即ち偏心、及びバルブ又はバルブシートの表面上の付着物は、ノズルの周囲の異なる区分を通過する流量を相対的に変化させ、かくして燃料スプレーを非対称にする。
【０００８】
例えばエンジンの燃焼チャンバ内への燃料の送出に対する上文中に論じた外乱は、低負荷作動中の排気エミッションを制御する上で非常に望ましいと認識されている高度に層状をなした混合気で作動するエンジンで特に顕著である。
【０００９】
本出願人の米国特許第５５５１６３８号には、バルブヘッドからガイド突出部が垂下しており且つドーナッツ形状の外側表面を有するインジェクターノズルが開示されている。ノズルから出る燃料プルームは、代表的には、突出部の外側表面に基づく経路を辿る。ガイド突出部は、好ましくは、バルブ部材と直ぐ隣接したところで内方にネックをなしており、その後、先細の円形形状をなし、更に一般的には逆截頭円錐形形状をなしている。ガイド突出部は、燃料プルームの形状の制御を補助し、ノズルポート又はバルブ部材の表面上の炭質付着物によりこの形状に及ぼされる外乱を或る程度補正する表面を提供する。
【００１０】
本出願人の別の米国特許第５８３３１４２号には、ガイド突出部が配置された別の形態のインジェクターノズルが開示されている。ノズルは、内側表面を持つポート、相補的外側表面を持つバルブ部材、及びポートの位置と対応するノズルの本体の末端を越えて配置された流れ制御体を含む。流れ制御体は、ポートから出る流体によって形成された燃料スプレーが、制御面によって少なくとも部分的に決定される経路を辿るように形成されており且つ位置決めされた流れ制御面を有する。流れ制御体は、特定の構成では部分的に中空である。
【００１１】
流れ制御体又はこの種のガイド突出部は、ノズルの下流への燃料の案内を促す物理的表面を提供することによって、流体又は燃料スプレーを安定させる。これにより、噴射期間中に燃料又は流体が横方向に逸らされることが減少する。流れ制御体の制御面による流体又は燃料スプレーの案内により、代表的には、エンジンの燃焼チャンバ内への流体スプレーの方向を均等にし、燃料又は流体スプレー又はその部分を不規則にしたり拡がらせたりすることがあるこの他の影響に抗する。更に、燃料又は流体スプレーを案内することにより、インジェクターノズル間の許容差の変化を含む製造誤差により生じるスプレーの違いや乱れの補正を補助する。
【００１２】
それにも拘わらず、上文中に説明した提案を使用することにより得られた実際の改良にも拘わらず、インジェクターノズル上に、特にノズル出口面に又はノズル出口面と隣接した場所に、及びガイド突出部のネック部分に、或る程度のカーボン付着物が発生し続ける。ノズル出口面のところで及びネック部分に発生したこのようなカーボン付着物は、噴射されたスプレープルームを壊し、燃焼チャンバ内への送出時に燃料スプレーの性質を変化させてしまう。起こる可能性がある特定の問題点は、燃焼安定性、排煙レベル、燃料消費、及びエンジン排気エミッションに及ぼされる有害作用である。これらは、車輛の駆動性を損ない及び／又は規定のエミッション／燃費ターゲットの達成を不可能にする。これらのターゲットは、両方とも、関連した環境法によって規定されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、流体又は燃料プルームの形状及び方向の制御を改良するのに寄与するインジェクターノズルを提供することであり、及び従って、インジェクターノズルの性能及び効率及び／又はエンジン性能及び車輛の駆動性を全体として向上することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的に鑑み、本発明は、燃料を通過させて送出するインジェクターノズルにおいて、前記ノズルは、内側表面を持つポート及び相補的外側表面を持つバルブ部材を有し、前記バルブ部材は、流体をスプレーの形態で送出するために前記表面間に通路を提供するため又は流体の送出を阻止するために表面間に密封接触を形成するための夫々でポートに対して移動自在であり、前記インジェクターノズルは、ポートの末端を越えて配置された流体流れ制御体を有し、前記流れ制御体は、ポートからバルブ部材の移動方向で下流に配置された制御面を有し、前記制御面は、ポートから出る流体によって形成された流体スプレーが、部分的に、前記制御面の形状によって決定された経路を辿るのを促すように形成されており且つ位置決めされており、前記流れ制御体は、制御面からノズルへの熱伝達を制限するように構成された断熱領域を含む、インジェクターノズルを提供する。
【００１５】
好ましくは、流れ制御体は、ノズルに連結された連結部に配置されている。便利には、この連結部は、ノズルのバルブ部材の端面に連結されており且つここから外方に延びており、制御面からバルブ部材への熱伝達を制限するように断熱領域が配置されている。
【００１６】
好ましくは、断熱領域は、バルブ部材の端面に最も近い流れ制御体の制御面の一部が、バルブ部材の端面から断熱領域によって離間されている。
【００１７】
好ましくは、断熱領域は、連結部の表面とこれと向き合った流れ制御体の表面との間を延びるように構成されている。便利には、流れ制御体の向き合った表面は、流れ制御体の制御面の一部と隣接して配置されている。
【００１８】
便利には、制御面は、多数の外側突出面を含み、これらの表面は一緒になって制御面を画成する。外側突出面は、様々な場所に又は互いに関して様々な配向で配置できる。
【００１９】
便利には、流れ制御体は、ネックイン部分によって、流れ制御体の制御面がノズルポートから開放時のバルブ部材の移動方向に離間されるようにノズルから離してある。便利には、流れ制御体は、バルブ部材の端面にネックイン部分によって連結されている。
【００２０】
好ましくは、断熱領域は、単に断熱隙間又は空隙によって構成されていてもよい。即ち、断熱隙間を、空気又は例えば所与の時期に燃焼チャンバ内に存在するガスによって充填されるべき空所のままに残しておいてもよい。別の態様では、断熱隙間を別の断熱材又は熱伝導率が低い材料で部分的に又は全体に充填してもよい。隙間の幅は、流れ制御体及びバルブ部材に亘って得られるべき所望の温度分布に従って、流れ制御体での及び特にその制御面のところでの熱の保持を最適にする、即ち最大にするように計算できる。別の態様では、これを実験によって決定することもできる。詳細には、断熱領域又は隙間は、流れ制御体の制御面即ち外側突出面が、作動中、カーボン形成範囲よりも高い温度に維持されて付着物制御が効果的になされるように構成されている。
【００２１】
便利には、流れ制御体は、断熱領域がバルブ部材の端面と流れ制御体の最も上側の部分との間に配置されるように連結部に配置される。便利には、前記領域は、バルブ部材の直ぐ近くにあるネックイン部分の上区分内に配置されるように構成されている。
【００２２】
流れ制御体には、部分的に又は完全に貫通したボアが形成されおり、このボアにより、連結部に連結できる。連結部は、便利には、流れ制御体の長さに沿った任意の箇所の直径に対して比較的小径のスピゴット部分の形態をとる。連結部即ちスピゴットは、流れ制御体と同じ材料で形成されていてもよいし異なる材料で形成されていてもよく、一体成形されていてもよい。これらの間の連結は、流れ制御体を連結部即ちスピゴット部分にプレス嵌め又は締まり嵌めし、これを溶接、はんだ付け、又は他の固定技術又は取り付け技術で補完することにより行うことができる。好ましくは、流れ制御体内のボアはバルブ部材及びノズルのポートの軸線と同軸である。ボアは、直径が異なる二つの区分で形成されているのがよい。バルブの端面に向かって軸線方向内方に配置された上区分の直径は、上区分から軸線方向外方に配置された下区分よりも大きい。ボアの上区分は、バルブ部材の端面と連結部即ちスピゴット部材との間の移行領域に断熱隙間を維持するため、面取りが施してあるか或いはテーパしているのがよい。この上区分の表面は、連結部又はスピゴット部分の表面と向き合って断熱隙間部分をその間に画成する流れ制御体の表面である。
【００２３】
有利には、流れ制御体は、上述の技術又は他の技術によって連結部に固定的に連結され、多部品の、好ましくは二部品の流れ制御アッセンブリを形成する。このような連結は、便利には、バルブ部材の端面に最も近い流れ制御体の表面とバルブ部材の端面との間を延びる断熱隙間を残すように形成されている。断熱領域は、バルブ部材の移動軸線に沿って好ましくは長さ方向に延びる断熱隙間を更に含んでもよい。この断熱隙間は、連結部又はスピゴットの表面と、これと向き合った、流れ制御体のボアの例えば上区分の一部を画成する壁の表面との間に画成される。これは、流れ制御体の制御面と連結部又はスピゴット部分及びバルブ部材との間の熱伝達面積を更に減少するのに役立つ。
【００２４】
本発明の別の特徴によれば、少なくとも燃料を通過させてエンジンに送出するためのポートを持つ燃料インジェクターノズルにおいて、前記ノズルは、ポートの外側に配置された燃料制御体を更に含み、使用時に、前記ノズルは、燃料が前記ノズル内部に配置されていることによる前記ポートと隣接した比較的低温の領域、及び比較的高い燃焼チャンバ温度に露呈されることによる前記流れ制御体の比較的高温の領域を含み、前記低温の領域及び前記高温の領域は、その間に熱勾配領域を形成し、前記流れ制御体の少なくとも一部は断熱領域を含み、前記断熱領域は、前記熱勾配領域が流れ制御体内に含まれるように制御されるように、前記断熱低温の領域の少なくとも一部と前記断熱高温の領域の少なくとも一部との中間に配置されている、燃料インジェクターノズルが提供される。
【００２５】
便利には、前記流れ制御体は外側制御面を含み、前記高温の領域は主に、外側制御面のところに又はその直ぐ近くに配置されている。便利には、前記勾配領域は、流れ制御体の外側制御面の内側に含まれるように制御されている。
【００２６】
好ましくは、前記高温の領域の一部が前記低温の領域と近接して配置されているが、前記低温の領域から断熱領域によって離間されている。同様に、高温の領域の一部は、好ましくは、前記勾配領域と近接するように配置されているが、断熱領域によって前記勾配領域から離間されている。便利には、前記低温の領域と隣接した前記高温の領域の前記部分は、前記熱勾配領域とは実質的に独立して前記低温の領域から遠ざかる方向に延びる。
【００２７】
好ましくは、前記流れ制御体は、前記ノズルの末端を画成し、前記高温の領域は前記流れ制御体の前記外側制御面から前記流れ制御体の内部に延びる。好ましくは、前記低温の領域は、前記ポートと隣接したところからノズルの前記末端から遠ざかる方向に延びている。
【００２８】
好ましくは、前記流れ制御体及び前記熱勾配領域は、熱伝導率が比較的高い材料で形成されているが、前記断熱領域は、便利には、熱伝導率が比較的低い。
【００２９】
好ましくは、前記比較的低い熱伝導率は、０．０２Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、代表的には空気であるが、熱伝導率が僅かに高く０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ程度のカーボン等を適用することもできる。好ましくは、前記比較的低い熱伝導率は、代表的にはステンレス鋼で得られる値であり、好ましくは２０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。
【００３０】
好ましくは、前記比較的高温の領域の温度は、作動中、燃焼付着物が形成される温度よりも高い。これとは対照的に、前記比較的低温の領域の温度は、好ましくは、燃焼付着物が形成される温度よりも低い。
【００３１】
流れ制御体の連結は、連結部即ちスピゴット部材がボアを通って部分的にだけ延び、バルブ部材への熱流を更に減少し、及び／又は衝撃効果を減少する中空キャビティをなす部分を残すように行われる。このような中空キャビティは、別の態様では、熱伝導率が低い材料で充填できる。
【００３２】
流れ制御体は、燃料スプレーを内方に収縮させて制御面の形状で決まる経路を辿るのを促すように形成されており且つ位置決めされていてもよい。制御面は外側表面であってもよいが、別の用途では、内制御面が更に適当である。
【００３３】
流れ制御体は、その長さに亘って実質的に円形断面で、直径がバルブ部材の端面から遠方のその端部から中間直径平面まで徐々に増大し、前記中間直径平面から流れ制御体の他端に向かって徐々に減少してもよい。流れ制御体は、好ましくは、軸線方向内方に前記バルブ部材の端面に向かって配置された円錐形をなして末広がりになった上部分、及びこの円錐形をなして末広がりになった部分から軸線方向外方に配置された円錐形をなして先細になった下部分を含んでもよい。その長さに亘って一定の円形断面の全体に円筒形の接続部分が、特定の構成では、円錐形をなして末広がりになった部分と円錐形をなして先細になった部分とを離間する。円錐形をなして末広がりになった部分は、バルブ部材の移動軸線に沿って長さ方向に延びる全体に円筒形のスリーブ部分を含んでもよい。連結部又はスピゴット部分に連結できるようにするため、ボアが、この部分を通って延びている。
【００３４】
しかしながら、流れ制御体は、別の態様では、断面及び長さ方向の両方で様々な幾何学的形状を備えていてもよく、このような形状には、非対称断面を備えた形状、又は一定形状の断面であるが断面積が変化する形状が含まれる。更に、流れ制御体は、所望のスプレー形状の形成を補助する溝又はチャンネルを内側又は外側に備えていてもよい。このような溝又はチャンネルは、更に、流れ制御体の表面積を増大し、これは、流れ制御体の制御面を更に加熱する上で有用である。流れ制御体の表面には、空隙周囲での、例えば流れ制御体の最も上側の表面での剛性を提供するため、支持体、リブ、又は他の構造が設けられていてもよい。
【００３５】
流れ制御体の軸線は、バルブ部材の軸線及びその移動方向と一致していてもよいが、流れ制御体の軸線は、バルブ部材の軸線に対して傾斜し、即ちこの軸線からオフセットされていてもよい。このような傾斜即ちオフセットにより、燃料プルームをバルブ部材及びポートの軸線と同軸でない所望の方向に逸らすことができ、即ち案内できる。更に、流れ制御体を前記軸線に対して対称に又は非対称に配置することもできる。
【００３６】
流れ制御体及び／又は連結部又はスピゴット部分には、熱保持特性を更に向上するため、熱伝導率が低い材料で充填された中空部分即ちキャビティが形成されていてもよい。熱保持特性は、燃料によって冷却されたバルブ部材及び／又はノズルの部分（即ち比較的低温の領域）まで熱が通過できる流路の熱伝導率が低くなるために向上する。
【００３７】
かくして、上文中に説明した多部品流れ制御アッセンブリを使用することによって、流れ制御体の制御面を更に効果的に高温に維持できる。これは、代表的には最高温度に達する流れ制御体の高温のベースから流れ制御体の残りの外部分に熱を伝導により伝達することにより行われる。従って、流れ制御体、ノズル、及び／又はバルブ部材の表面にカーボンが付着することによって生じる問題点がかなり少なくなる。更に、移動するバルブエレメントに流れ制御体が連結されている場合、このような中空部分又はキャビティを設けることによって重量の軽減を図ることができ、応答性が更に優れたバルブ機構が得られる。更に、流れ制御体の形体で使用された中空構造は、バルブ部材自体内に延長でき、かくしてバルブ部材の開閉移動時の衝撃モーメントが減少する。
【００３８】
本発明は、有利には、内燃エンジンで使用される燃料インジェクターノズルに適用でき、更に詳細には、燃料をエンジンの燃焼チャンバ内に直接送出するためのポペット型又はピントル型の燃料インジェクターノズルに適用できる。このような燃料は、有利には、本出願人の米国再発行特許第ＲＥ３６７６８号に記載されているように、空気等の燃焼支持ガスに同伴される。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。このような空気補助式即ち二流体供給式噴射システムは、一般的には、予め計量した量の燃料をエンジンにその作動に亘って同伴し送出するため、圧縮空気源又は圧縮ガス源を使用する。この種の燃料インジェクターノズルは、本出願人が特許を持つ燃焼システムに従って作動する直噴式４ストローク内燃エンジンに容易に適用できる。しかしながら、このような燃料インジェクターノズルは、２ストローク内燃エンジン又は他のエンジンにも適用できる。この他の、エンジン以外の用途も存在する。
【００３９】
本発明の燃料インジェクターノズルは、熱を、流れ制御体から、燃料により冷却されたバルブ部材及びノズルの部分まで流し、及び従って熱をインジェクターノズルを通してエンジンのシリンダ又はシリンダヘッドに放散できる熱流経路の断面積を大幅に減少する。熱の保持が不十分である場合にカーボン付着物が発生する流れ制御体の重要な表面を比較的低温のバルブ部材及びノズルから断熱領域又は隙間によってこのように物理的に隔離することにより、流れ制御体での熱の保持を促す。これにより、流れ制御体は、その表面上で発生した又は表面上に付着したカーボン又は他の粒子を燃え尽くすのに十分高い温度に維持される。従って、これにより、燃料スプレーの形状及び分布を、作動中に、更に確実にでき且つ再現できる。
【００４０】
このようにして、流体又は燃料がインジェクターノズルから出る際に形成される流体又は燃料のスプレーの形体及び経路の制御の補助に流れ制御体を使用することにより、燃焼プロセスの良好な管理、及び従って、排気エミッション及びエンジンの燃料効率の良好な制御に対する寄与が大幅に向上する。これは、エンジンの特定の作動点で、エンジンを順調に作動させる上で、比較的に拡がっていない容易に点火できる燃料雲が必要とされる直噴式層状給気エンジンで特に有利である。
【００４１】
本発明は、添付図面を参照して製造された本発明の燃焼インジェクターノズルの好ましい実施形態の以下の説明から更に容易に且つ完全に理解されるであろう。
【００４２】
【発明の実施の形態】
図１乃至図７に示し且つ以下に説明する燃料インジェクター、バルブ、バルブ部材、及び流れ制御体は、エンジンの燃焼チャンバへの燃料の送出に使用される様々な燃料噴射システムに組み込むことができる。これらの構成要素が組み込まれたインジェクター又は噴射システムの代表的な形態は、本出願人の米国再発行特許第ＲＥ３６７６８号及び米国特許第５５９３０９５号に単なる例として開示されている。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【００４３】
次に図１乃至図４を参照すると、燃料インジェクターノズルの本体１０は、全体に円筒形形状であり、中央貫通ボア１２を有する。バルブ部材１３は、ノズル本体１０のボア１２と協働するように構成されており、バルブヘッド１４及びバルブステム１５を含む。ステム１５は、ノズル本体１０のボア１２内で軸線方向に摺動自在のガイド部分１８を有する。バルブステム１５は中空であり、そのため、バルブステムを通して燃料及び／又は空気を送出できる。更に、ステム１５の壁には、燃料及び／又は空気をステム１５の内部からボア１２内に通過させることができる開口部１６が設けられている。
【００４４】
バルブヘッド１４は、一部が球形の形態を備えており、ノズル本体１０の端部に設けられたポート１７に受入れられる。このポートは、ボア１２と連通している。ポート１７の壁は截頭円錐形形態であり、バルブ１３が閉鎖位置にある場合に着座ライン２０に沿ってバルブヘッド１４と係合する。バルブヘッド１４から流れ制御アッセンブリが軸線方向外方に垂下している。流れ制御アッセンブリは、その別の部分を形成する流れ制御体３０が固定的に取り付けられた連結部即ちスピゴット部分３８を含む。流れ制御アッセンブリは、スピゴット部分３８及び流れ制御体３０を含む二部品アッセンブリであることがわかるが、製造上の制限のため、任意の数の部品でアッセンブリを形成できる。同様に一体の構造が可能である。
【００４５】
好ましくはその長さに亘って実質的に円形断面の流れ制御体３０は、最も近いバルブヘッド１４の表面１４ａから断熱隙間１４０によって間隔が隔てられた内側表面３０ａを有する。断熱隙間１４０は、空隙であってもよいし、任意の所与の時期にエンジンの燃焼チャンバ内に存在するガスによって充填された隙間であってもよい。しかしながら、隙間１４０は、別の態様として、熱伝導率が低い別の材料によって部分的に又は完全に充填されていてもよい。隙間１４０の寸法は、任意の機械的又は費用に関する条件が加わる流れ制御体３０の最大温度を最適にするように選択できる。このような選択は、計算又は実験によって行うことができる。
【００４６】
図５に斜視図で示し、別体の構成要素として形成されていてもよい流れ制御体３０は、好ましくは、円錐形をなして末広がりになった（バルブ部材１３の軸線に関して）上部分又は内部分３６、及び円錐形をなして先細になった（バルブ部材１３の軸線に関して）下部分又は外部分３７を含み、これらの部分は、実質的に一定直径の円筒形接続部分３２によって離間されている。この接続部分３２は、別の態様では、部分３６から部分３７へ移行する単なる直径方向平面であってもよい。部分３６及び部分３７は、両方とも截頭円錐形形状であり、接続部分３２とともに流れ制御体３０の制御面である外側表面３３を画成する。上部分３６は、流れ制御体３０の装着時にスピゴット３８の表面３８ａと向き合い且つこれから間隔が隔てられた全体に円筒形の延長部即ちスリーブ部分４１を更に含む。上部分３６及びスリーブ部分４１が、バルブヘッド１４の下流に配置された本質的にネックをなして括れたネックイン区分を画成する。このネックイン区分は、特定の用途では更に著しくなっていてもよい。
【００４７】
二つの截頭円錐形部分３６と３７との間の接続部分３２の直径は、開放時にポート１７から出る燃料スプレーが、流れ制御体３０の外側表面３３、更に詳細には部分３２及び３７によって画成された制御面の部分に基づく経路を辿るように選択できる。燃料スプレーが表面３３に対して相補的な経路を辿るように、出ていく燃料スプレーの内境界層が流れ制御体３０の外側表面３３に沿って流れるようにするため、接続部分３２の直径はほとんど実験的に決定される。
【００４８】
外側表面３３の形体は、インジェクターノズルと同軸でない所望方向に燃料を特定的に差し向けるように選択できる。これに関し、幾つかの用途では、燃料プルームを小さな角度だけ、例えば火花点火手段に向かって逸らすのが適当である。この場合、流れ制御アッセンブリ、スピゴット部分３８、又は流れ制御体３０は、燃料プルームを必要なように逸らすため、バルブ部材１３の軸線に対して適当に傾斜させてあるのがよい。外側表面３３には、特に望ましい燃料プルーム特性を得るため、溝又はチャンネルが更に形成されていてもよい。
【００４９】
上文中に論じた流れ制御体３０の種類は、勿論、他の適当な形態に代えることができる。例えば、流れ制御体は、その先細部分と末広がり部分との間に滑らかな移行部を持つ長さ方向で湾曲したテーパ形態のガイド面を備えていてもよい。流れ制御体は、別の態様では、例えば三角形又は矩形形態の角錐形態であってもよいし、円筒形形態であってもよい。流れ制御体は、更に、バルブ部材１３の中央軸線を中心として対称であっても非対称であってもよい。
【００５０】
図６で最も明瞭にわかるように、流れ制御体３０を通して、及び好ましい流れ制御体３０の場合にはその部分３６、３７、４１を通してボア３９が延びている。このボア３９の中央軸線は、バルブ部材１３の中央軸線と整合していてもよいが、必ずしもそうでなくてもよい。ボア３９は、それ自体が二つの区分、即ち、上区分又は内区分３９ａ及び下区分又は外区分３９ｂを備えていてもよい。区分３９ａの内方に配置された端部は、テーパしているか或いは面取りが施してあるのがよい。両区分３９ａ及び３９ｂは全体に円筒形であり、バルブ部材１３の中央軸線と同軸であるが、この場合も必ずしもそうでなくてもよい。バルブ部材１３の中央軸線に対し任意の形状又は関係を採用できる。内区分３９ａは外区分３９ｂよりも大径であり、以下の目的で役立つ。
【００５１】
流れ制御体３０を、嵌着前の状態で図３及び図４に示すスピゴット部分３８に嵌着し、バルブヘッド１４の端面１４ａとこれに最も近い流れ制御体表面３０ａとの間に全体に環状の断熱隙間１４０を形成する。ボア３９の内区分３９ａのテーパした即ち面取りを施した端部４２により、スピゴット部分３８とバルブヘッド１４との間の移行領域４３のところで、流れ制御体表面３０ａとバルブヘッド１４との間に断熱隙間１４０を形成できる。
【００５２】
スピゴット部分３８は、このスピゴット部分３８と実質的に同径のボア３９の外区分３９ｂと界面を形成し、即ち外区分にプレス嵌めされているが、例えば溶接やはんだ付けによって流れ制御体３０を区分３９ｂの外端のところに更に固定することができる。溶接部８３を図２に示す。
【００５３】
流れ制御体３０及びスピゴット部分３８を二部品アッセンブリとして構成することにより特定の利点を提供できる。詳細には、このような構成により、様々な設計又は形体の制御体３０に同じ設計のインジェクターノズルを嵌着できる。更に、特定の用途では、流れ制御体３０は、スピゴット部分３８に取り外し自在に取り付けられるように構成できる。
【００５４】
断熱隙間１４０とともに、流れ制御体３０は、流れ制御体３０のスリーブ部分４１の内壁４１ａと、ボア３９の区分３９ａの壁と、これらと向き合ったスピゴット部分３８の表面３８ａとの間に残された断熱隙間部分１４１を含む。このことは、ボアの内区分３９ａがスピゴット部分３８よりも大径であるために得られる。最適幅が約０．２ｍｍであるが、何らかの機械的又は冶金学的制限を受ける流れ制御体３０の最大温度を最適にするためにこの幅を決定できる。断熱隙間部分１４１は、スリーブ部分４１の内壁と、ボア３９の内区分３９ａと、スピゴット部分３８との間で長さ方向に（バルブ部材１４の移動軸線に対して）延びる。かくして、断熱隙間１４０及び１４１は、一緒になって、全体に「Ｌ形状」断面の断熱領域を流れ制御体３０内に画成する。隙間部分１４１は、流れ制御体３０の円錐形をなして先細になった外部分３７に末端を有する。断熱隙間部分１４１は、所与の時期にエンジンの燃焼チャンバ内に存在する空気又は他のガスで充填されていてもよい。別の態様では、断熱隙間部分１４１は、所望であれば、熱伝導率が低い別の材料で充填されていてもよい。いずれにせよ、空隙１４１の長さ方向長さは、制御体３０の制御面３３への良好な熱流を可能にするが、スピゴット部分３８への及び従ってバルブ部材１３及びノズル本体１０への熱伝達を制限するように選択できる。特定の構成では、断熱部分１４０及び１４１は、単に流れ制御体３０内にあるように構成できる。
【００５５】
流れ制御体３０をスピゴット３８に断熱隙間部分１４０及び１４１を設けて連結することにより、流れ制御アッセンブリ３０、３８からバルブ部材１３への熱流が二つの方法で制限されるということに着目されたい。第１に、スピゴット部分３８は、流れ制御体３０と比較して断面積がその長さに亘って大幅に減少している。ここで、スピゴット部分３８を部分的に中空にすることによって、又は断熱材料製のコアを備えて形成することによって断面積を更に大幅に減少できるということにも着目されたい。第２に、断熱隙間１４０及び断熱隙間部分１４１は、流れ制御体３０とスピゴット部分３８との間の連結部での熱伝達断面積即ち熱流断面積を更に小さくすることによって、流れ制御部分３０、３８からバルブ部材１３への熱流を更に制限する。従って、この構造は、一般的に温度が最高の流れ制御体３０のベースから外側表面３３への伝導による熱伝達を促し、かくしてカーボンが前記表面上に付着しないようにすると同時にバルブ部材１３への熱伝達を最少にする。即ち、流れ制御体３０の特定の重要な表面をインジェクター本体１０から物理的に断熱することによって、熱即ち高温を流れ制御体３０の末端に、特定的にはその制御面に保持すると同時に、このような熱が燃料によって冷却されるバルブ部材１３即ちノズル本体１０に伝達しないように制限する。
【００５６】
ポート１７及びバルブヘッド１４の形体により、ノズル端面１４ａから大きく外方に拡がる燃料スプレーが提供される場合、流れ制御体３０の接続部分３２での直径をバルブヘッド１４の直径よりも大きくするのが望ましい。しかしながら、接続部分３２での直径は、ノズルから出る燃料スプレー内に又はこのスプレーを通って延びるような直径であってはならない。これは、このような場合には、本発明の目的と異なり、燃料スプレーを壊し、及び／又は外方へ逸らしてしまうためである。
【００５７】
更に、燃料制御体３０の直径は、ノズルと隣接した場所では、バルブヘッド１４の直径よりも小さい。これは、代表的には、出てくる燃料スプレーが、上述のように、ノズルを離れた後に自然に小さくなり、かくして流れ制御体３０の外側表面３３と接触するためである。更に、バルブヘッド１４の端面と流れ制御体３０の接続部３２での外側表面３３の開始部との間の軸線方向間隔は、出てくるスプレーの外側表面３３に沿った流れを促すように選択される。
【００５８】
流れ制御体３０の寸法は、インジェクターノズルの寸法、噴射されるべき流体又は燃料の性質、及びノズルから送出される燃料又は流体の速度及び方向を含む多くの要因の影響を受けるということは当業者には理解されよう。
【００５９】
図７及び図８は、スピゴット部分３８を通してバルブ部材１３に連結された流れ制御体３０（図７参照）の表面３０ａ間に空隙又は断熱領域が配置された流れ制御体を含むバルブ部材、及びバルブ部材１３と連結部即ちネック部分１３５を含む流れ制御体１３０との間に空隙がないバルブ部材（図８参照）についての温度分布プロットの比較を示す。両温度プロットは、同じエンジン作動条件で得られた。流れ制御体のベースで、図７では５５５℃の最大温度に達し、図８では４６３℃の最大温度に達するということは理解されよう。図７の流れ制御体３０の熱保持特性は、カーボンが付着する危険が小さく、スプレー制御が良好であり、流れ制御体３０を組み込んだ燃料インジェクターノズルでのエンジン性能が流れ制御体１３０を組み込んだ燃料インジェクターノズルよりも優れているといった優れた結果をもたらす。即ち、図７は、断熱領域を流れ制御体３０に配置することにより、外側表面３３に高温を維持でき、このような高温が、流れ制御体３０の末端から離れたバルブ部材１３又はノズル本体１０では生じないということを示す。更に、バルブヘッド１４と隣接したネックイン領域の及びこのネックイン領域と隣接した外側表面３３は、構成によっては付着物の形成の懸念がある重要な領域であり、バルブ部材１３への伝熱レベルを大幅に上昇することなく、かなり高温（即ち１７７℃と比較して４４５℃）に維持できる。
【００６０】
これに関し、図１０は、制御体２３０に断熱領域が含まれていない従来技術のバルブエレメント及び流れ制御体２３０を示し、これは、作動中にカーボン付着物が形成され易い場合の一例を提供する。従って、このような付着物２４０は、流れ制御体に断熱領域が含まれており且つ本発明の伝熱制限の特徴が含まれている場合には、バルブ部材２１３と隣接して制御体２３０の特定の表面上に形成されることは少ない。
【００６１】
図７でわかるように、インジェクター本体１０内の比較的低温の領域は、流れ制御体３０の比較的高温の領域から断熱部分１４０、１４１及び熱勾配領域７０によって分けられる。この勾配領域７０は、主に流れ制御体３０内にあるように制御され、更に詳細には外側表面３３の内部に配置される。高温の領域の多くは、実際には、外側表面３３のところに及び外側表面と隣接して存在する。高温の領域と低温の領域との間に断熱部分１４０及び１４１、及び勾配領域７０の夫々が存在することにより、低温の領域と近接した高温の領域は（断熱部分１４０のところで）、熱勾配領域７０とは実質的に独立して、低温の領域から遠ざかる方向に延長できる。勾配領域７０を外側表面３３の内部に包含すること、及び高温の領域が流れ制御体の外側表面３３に及びこの外側表面と隣接して配置されていることにより、流れ制御体３０の重要な表面がカーボン形成範囲よりも高い温度で作動することを容易にし、これによって効果的なインジェクター付着制御を提供するのに役立つ。上文中に説明したように、噴射されたスプレープルームがこのような付着物の存在により壊される場合、特に流れ制御体３０のネックイン領域で起こる。
【００６２】
本発明は、燃料がプルームの形態で出る、燃料だけを噴射するか或いは、空気等の燃焼支持ガス即ち燃料促進ガスに同伴された燃料を噴射するインジェクターを含む全ての構造のポペット型燃料インジェクターノズルに適用できる。上文中に説明したものに対する変形例のインジェクターノズルを図９に示す。バルブ部材２１４のバルブステム２１５が、この場合には、中空でなく中実であるということに着目されたい。本発明を適用できる特定のノズル構造の例が本出願人の米国再発行特許第ＲＥ３６７６８号、米国特許第５０９０６２５号、米国特許第５５９３０９５号、及び米国特許第５６８５４９２号に開示されている。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。更に、ここに開示したインジェクターノズルは、燃料以外の流体を、燃料スプレー又は流体スプレーを同様に有利に制御しつつ噴射するのにも使用できる。更に、本出願人のインジェクターノズルは、ピントル型のバルブで同様に良好に使用できる。
【００６３】
本発明の燃料インジェクターノズルは、米国特許第５０９０６２５号及び米国特許第５５９３０９５号に開示された、カーボン粒子又は他の堆積物を減少し又は制御するための方法と関連して使用できる。更に、本発明の燃料インジェクターノズルは、本出願人の現在係属中のオーストラリア国仮特許出願第ＰＱ７０８１号及び第ＰＱ７０８２号に開示されているような他の付着物制御方法と関連して使用するのに適用できる。
【００６４】
本発明は、以上の説明によって限定されるものではなく、当業者は、特許請求の範囲の範疇でこの他の変更を開発できる。本発明は、燃料を燃焼チャンバ又はエンジンの空気供給システムに直接供給するインジェクターノズルに適用でき、２ストロークエンジン及び４ストロークエンジンの両方に、特に、エンジンの作動負荷範囲の特定の点で層状燃料分布で作動するエンジンに適用できるということは理解されるべきである。確かに、本発明は、本出願人が特許を所有する燃焼プロセスに従って作動する直噴式４ストロークエンジンの特定の利点を伴って適用できる。更に、インジェクターノズルは、内燃エンジンへの燃料の送出以外の用途で使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の一実施形態によるインジェクターノズルの斜視図である。
【図２】  図１に示すインジェクターノズルの断面図である。
【図３】  図１及び図２に示すインジェクターノズルの、流れ制御体をそのバルブ部材に連結する前の斜視図である。
【図４】  図３のインジェクターノズルの断面図である。
【図５】  本発明のインジェクターノズルの一実施形態で使用された流れ制御体の斜視図である。
【図６】  図５の流れ制御体の断面図である。
【図７】  本発明の一実施形態によるインジェクターノズルで使用されたバルブ部材／流れ制御体アッセンブリについての温度分布のプロットである。
【図８】  従来技術による流れ制御体を組み込んだバルブエレメントの比較用の温度分布のプロットである。
【図９】  図２に示す構成に対する変形例のインジェクターノズルの断面図である。
【図１０】  従来技術による流れ制御体を組み込んだバルブエレメントの斜視図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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