(57)【要約】燃料インジェクタは、計量された少量の燃料で冷却されるノズル本体下部を備える。一実施形態において、インジェクタノズル弁体の上部から下端部にかけて延在する行き止まり流路が形成される。行き止まり流路とノズル用内腔とを接続する横断流路がノズル弁体に形成されている。レール圧力により、計量された燃料がノズル用内腔、横断流路を通り、行き止まり流路内を上方向に流れ、排出流路に流入する。燃料が流れる領域の表面積を拡大することで、内部冷却が起こる。別の実施形態において、既存のノズルを覆って嵌合するスリーブが形成され、インジェクタチップを囲繞する流路を形成する。ノズル穴を環状流路と接続して少量の燃料を排出させるオリフィスがノズルハウジングに配置されている。
2006524779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に高圧燃料を注入するための燃料インジェクタであって、
長手方向に延在するノズル用内腔を設けたノズルハウジングと、
前記ノズル用内腔内に設けられるノズル弁体であって、前記ノズル弁体は、その縦方向に沿って延在する長手方向流路を有し、前記長手方向流路は冷却用流体を排出する外端部と、冷却用流体を流入させる内端部とを有し、前記ノズル弁体は、前記長手方向流路の前記内端部に隣接する位置に配置され、且つ前記長手方向流路と前記ノズル用内腔との間を横断的に延在する、少なくとも１つの横断流路を更に含む、ノズル弁体と、
を含み、
多量の冷却用媒体が前記ノズル用内腔内に流入し、前記横断流路を介して前記長手方向流路に入り、前記長手方向流路に沿って前記ノズル弁体を冷却する、
燃料インジェクタ。
【請求項２】
前記ノズルハウジングは少なくとも１つのスプレー穴を含み、且つ、前記長手方向流路の直径は前記少なくとも１つのスプレー穴の直径の約２.５倍である、請求項１に記載の燃料インジェクタ。
【請求項３】
前記ノズルハウジングは少なくとも１つのスプレー穴を含み、且つ、前記横断流路の直径は前記少なくとも１つのスプレー穴の直径と略等しい、請求項１に記載の燃料インジェクタ。
【請求項４】
前記長手方向流路は前記ノズル弁体の長さの約９０％に亘って延在する、請求項１に記載の燃料インジェクタ。
【請求項５】
前記冷却媒体は、燃料インジェクタに輸送される噴射用燃料である、請求項１に記載の燃料インジェクタ。
【請求項６】
前記長手方向流路の前記内端部は前記ノズル弁体内で終結して行き止まり端部を形成する、請求項１に記載の燃料インジェクタ。
【請求項７】
前記長手方向流路は前記ノズル弁体の軸線方向に延在し、且つ、前記外端部は前記ノズル弁体の一端面で開放されている、請求項１に記載の燃料インジェクタ。
【請求項８】
外周面とノズル穴とを有するノズルハウジングと、
前記ノズル穴内に配置されたノズル弁体と、
前記外周面の隣接位置において前記ノズルハウジングを囲繞し、且つ、前記ノズル穴及び排出路と連通する環状流路と、
オリフィス手段であって、前記オリフィス手段は前記ノズルハウジング内に形成され、且つ、前記ノズル穴と前記環状流路とを接続し、前記ノズル穴から前記オリフィス手段を介して前記環状流路へ冷却媒体を流し、排出路へ輸送することで、前記ノズル弁体を冷却する、オリフィス手段と、
を含む、
燃料インジェクタ。
【請求項９】
前記ノズルハウジングを覆って配置されるスリーブを更に含み、前記環状流路が前記スリーブと前記ノズルハウジングとの間に形成される、請求項８に記載の燃料インジェクタ。
【請求項１０】
前記オリフィス手段は、前記ノズルハウジング内に配置され、且つ、前記ノズル穴と前記環状流路とを接続する、少なくとも１つのオリフィスを含む、請求項８に記載の燃料インジェクタ。
【請求項１１】
前記ノズルハウジングは少なくとも１つのスプレー穴を含み、且つ、前記少なくとも１つのオリフィスの直径は前記少なくとも１つのスプレー孔の直径と略等しい、請求項１０に記載の燃料インジェクタ。
【請求項１２】
前記環状流路は、前記スリーブのほぼ全長に亘って延在する、請求項９に記載の燃料インジェクタ。
【請求項１３】
前記冷却媒体は、燃料インジェクタに輸送される燃料である、請求項８に記載の燃料インジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル本体下部が冷却される燃料インジェクタに関し、より詳細には、インジェクタのノズル本体下部を冷却する目的で、少量の冷却媒体（燃料）がインジェクタのノズルを通って流動するよう構成された、コモンレール方式・ニードル制御インジェクタのノズル本体下部に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料インジェクタはディーゼルエンジン等の内燃機関と共に用いられ、エンジンのシリンダ内の燃焼室に可燃性燃料を送る。当該技術において、多様なインジェクタ設計が実施されているが、大部分の燃料インジェクタは、内部に可動状態で設けた弁体を有し開弁時にシリンダの燃焼室内に燃料を噴射するノズルを備えている。ここで、一般に、燃料インジェクタは、外部バレル、保持器、及び燃料インジェクタの弁体を収容するノズルハウジングを備えたノズルを有する。一般に、燃料インジェクタは内燃機関のシリンダヘッドのインジェクタ用内腔に取り付けられ、噴射孔を有するノズルハウジングの少なくとも一部が燃焼室内に延び、ノズルハウジングを通って燃料が供給されるようになっている。ここで、保持器はシリンダヘッドのインジェクタ用内腔内に収容され、且つ、燃焼室内にノズルハウジングを延出可能とすべく、シリンダの燃焼室の直前に開口部を備える。このようなノズル設計はBuchananらの特許文献１に述べられている。
【０００３】
一般に、インジェクタのノズル外部本体下部、すなわちインジェクタチップは、燃焼中、シリンダの燃焼室内において高温にさらされる。シリンダ内の燃焼温度は華氏４０００度を上回ることも少なくない。このような状況下では、ノズル外部本体の使用温度はその焼戻し温度（例えば華氏４５０度）を上回る場合がある。
【０００４】
通常のディーゼル燃料噴射過程では、高圧燃料がインジェクタ孔から噴射される際、ニードルを囲繞する環状穴内に配置された高圧燃料自体がインジェクタ及びノズルシャンク先端を冷却する媒体としての作用をもつ。しかし、近年、内燃機関、特にディーゼルエンジンの燃料効率の向上や、排出物質の低減に対する強い要求がある。これらの目的を達するにはインジェクタ及び燃料システム動作の最適化が不可欠であり、技術者らは先立ち噴射や前噴射(pre-injection)を行う場合に、及び/あるいは第二のインジェクタの使用によって噴射流を減少させた燃料インジェクタを利用してきた。この用途では、多くの場合、噴射される燃料量は比較的少なく、例えば１行程当たり５ｍｍ3未満である。このように少量の燃料では、ノズルチップの冷却には不十分である。例えば、先立ち噴射や前噴射にインジェクタを使用する場合、及び/あるいは第二のインジェクタを併用する場合、ノズル外部本体の下部と噴射用流体との間の熱伝達方式は限定的である。その結果、冷却が不十分であることの直接的な影響として、ノズルチップの熱変形や燃料のコークス化といった状況、すなわち、燃料が還元的条件言い換えれば炭素の沈着を引き起こす酸素条件の下に置かれた場合につくられる状況、が生じる可能性がある。
【０００５】
また、排ガス規制の強化に伴い、改良ディーゼルエンジンに代表される各種内燃機関で使用可能な代替可燃性燃料として、代替燃料及びその混合物が研究されてきた。しかし、こういった代替燃料は燃焼温度や特性がそれぞれ異なり、天然ガス等のある種の燃料はノズルチップの付近の燃焼炎によって燃焼する傾向があり、これによりノズルチップが通常のディーゼル燃料燃焼時の温度に比べ大幅に高い温度にさらされる。
【０００６】
内燃機関の動作中におけるノズルチップの先端温度を低下させるべく、各種の装置や方法が提案されている。例えば、特許文献２は、ノズルハウジングを受容する中央開口部を設けた接合部締付け円錐状部材を備えたインジェクタを開示している。締付け円錐状部材の材質は、ノズルの材質とは異なる、アルミニウムや銅といった熱伝導性に優れた材質である。内燃機関の動作中、円錐状部材が膨張してノズルハウジングのノズルシャンクと堅く接触し、これにより円錐状部材とノズルシャンクとの界面に燃焼ガスが進入した場合に発生しうるノズルチップの温度上昇を防止する。また、同文献は、円錐状部材により、ノズルチップから冷却されたシリンダヘッドへの熱伝達条件が良好となることを開示している。かかる設計の欠点として、円錐状部材の材料組成をインジェクタの他の部分のそれと異なるものとしなければならないことから、製造コストの増大や、円錐状部材の伸縮特性がインジェクタの他の部分のそれと異なることに起因するインジェクタ動作の複雑化を招きかねない点が挙げられる。
【０００７】
別の方法として、シリンダヘッドからインジェクタチップに伝達される熱を減少させる断熱材と当接し、更にインジェクタの周囲を流動する冷却剤に対する密閉部として機能する、約４５度のテーパ状のノズル先端面を設けたノズルチップを有するインジェクタが特許文献３に開示されている。この設計の欠点は、製造時の公差変化の影響が極めて大きく、且つ、ノズルチップの至近距離を流れる冷却剤の通過によって引き起こされる、シリンダヘッドの材料厚みの減少による故障の影響を受けやすい点である。
【０００８】
放電加工（ＥＤＭ）を施した逃し流路を備えた分割噴射式(rate shaping)ノズルアセンブリが特許文献４（本発明の譲受人であるカミンズ・エンジン社に譲渡され、その内容を参照することをもって本願明細書に含むものとする）に開示されており、該ノズルアセンブリでは各々の噴射事象の合間に逃し流路より燃料を除去する。燃料を排出路に除去することで、ノズル本体が多少冷却される。しかし、燃料の排出はノズルハウジング先端で行われるため、燃料が排出路に流入することによる冷却効果には制限がある。
【特許文献１】米国特許第５，４４１，０２７号
【特許文献２】オーストラリア特許第２０４１９５号
【特許文献３】米国特許第５，８６０，３９４号
【特許文献４】米国特許第５，７６５，７７５号
【特許文献５】米国特許第６，４９９，４６７号
【特許文献６】米国特許第５，６４７，５３６号
【特許文献７】米国特許第６，４９９，４６７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のことから、実用的且つ費用効率の高い方法で高圧コモンレール方式インジェクタのノズル本体下部からの熱伝達効率を高めた高性能燃料インジェクタが求められている。詳細には、既存の材料を用いてノズル本体を製造しても、材料へ悪影響を及ぼすことがないくらい十分速い割合で熱放散を行うことのできる、その結果より高価な耐熱材料の使用を避けられるようなノズルが求められている。この点で、特に燃料インジェクタを用いてディーゼル先立ち噴射のために燃料を輸送する場合、及び/あるいは天然ガス等の代替燃料を用いる場合において、従来の技術設計上の欠点をもたない既存のノズルを使用できるようにすることで、高価な設備費用や設置にかかる負担が避けられるようなノズルが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点に鑑み、本発明は、下部ノズルの冷却効率を高めたコモンレール方式・ニードル制御インジェクタを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、熱放散を高めるべく、燃料と接触するノズル本体表面積を拡大することで、燃料インジェクタノズルの冷却効率を更に向上させることを目的とする。
【００１２】
更に、本発明は、下部ノズルハウジングから高効率で熱放散することが可能な既存の材料で製造したノズル本体を使用することで、高価な耐熱材料の使用を不要とした燃料インジェクタを提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の上記並びに他の目的に従い、本発明は内燃機関の燃焼室に高圧燃料を注入するための燃料インジェクタであって、軸線方向に延在するノズル用内腔を設けたノズルハウジングを有する燃料インジェクタを提供する。ノズル弁体は、ノズル用内腔内に設けられる。ノズル弁体は、ノズル弁体の長さ方向に延在し、且つ冷却用流体を排出する外端部と、冷却用流体を流入させる内端部とを有する長手方向流路を有する。また、弁体は、長手方向流路内端部に隣接する位置に配置され、且つ長手方向流路とノズル用内腔との間で幅方向に延在する、少なくとも１つの横断流路を含む。多量の冷却媒体がノズル用内腔内に流入し、横断流路を介して長手方向流路に入り、長手方向流路に沿ってノズル弁体を冷却する。
【００１４】
本発明の他の好適な実施形態によれば、外周面を有するノズルハウジングを備えた、ノズル本体が冷却される燃料インジェクタが提供される。ノズルハウジングは、ノズル穴、及びノズル穴内に配置されるノズル弁体を含む。環状流路は、ノズル穴、及びノズル本体に形成された排出流路と連通している。オリフィス手段は、ノズル穴と環状流路とを接続する。多量の冷却媒体がオリフィス手段を介してノズル穴内に流入し、環状流路を介して排出され、これによりノズル弁体を冷却する。
【００１５】
本発明の上記並びに他の目的、特徴、利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と共に考察することにより明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１及び図２を参照すると、ノズル本体下部の冷却効率を向上させたコモンレール方式・ニードル制御燃料インジェクタの第一実施形態が示されている。図１は、高圧の供給源（図示せず）の輸送管から高圧燃料を受け取るように設計された燃料インジェクタ１０を示す。高圧燃料をインジェクタに輸送する高圧の供給源あるいはシステムは、１つ以上の高圧ポンプ、及び／又は高圧蓄燃料器、及び／又は燃料分配器を含むポンプ−導管ノズルシステムであってもよい。一般に、インジェクタ１０は、アウタバレル１６、インナバレル１８、ノズルハウジング２０及び保持器２２で構成されるインジェクタ本体１４を含む。インナバレル１８及びノズルハウジング２０は、アウタバレル１６により、保持器２２内部に圧縮バフ仕上げにより保持される。インジェクタ本体１４全体がアウタバレル１６に対する保持器２２の単純な相対回転によって保持されるよう、保持器２２の外端部に、アウタバレル１６の下端に形成された雄ねじと係合する雌ねじが設けられている。
【００１７】
周知の如く、インジェクタ本体１４は、アウタバレル１６に形成されるばね穴２６を含む、本願明細書を通じて参照番号２４で示されるインジェクタ穴２４、インナバレル１８及びノズルハウジング２０に形成されるノズル弁体用内腔２７、ノズルハウジング２０の下端に形成されるノズル穴２８を含む。インジェクタ本体１４は、本体１４内に形成された輸送流路１３、及び、インナバレル１８とノズル穴２８に各々形成された輸送流路１５、１７で構成される、輸送ライン１２からノズル穴２８に燃料を輸送するための燃料輸送回路１１を含む。インジェクタ本体１４は、ノズル穴２８をエンジン（図示せず）の燃焼室と流体が流れるよう連通させる、１つ以上のインジェクタオリフィス４０を含む。
【００１８】
燃料インジェクタ１０は、内腔２４に摺動可能に受容され、ノズル穴２８内に延出するノズル弁体３０を更に含む。ばね穴２６内に配置されるばね４４はばねピストン２５に当接し、ノズル弁体３０の内端部を付勢して閉位置に置く。すなわち、ノズル弁体は弁座と接触し、インジェクタスプレー穴もしくはオリフィス４０を通る燃料の流れを塞ぐ。ばねピストン２５の内端部はノズル弁体３０と当接しており、且つ１つ以上の幅方向開口部１９を有する。更に、インジェクタ本体１４は、ばね穴２６と排出流路４２とを含む低圧排出回路を有する。ノズル弁体３０と内腔２４との間のわずかな間隙から漏出する燃料は全て、穴２６及び排出流路４２を介して低圧排出路へ向かう。
【００１９】
上述した本発明のノズルアセンブリは各種インジェクタに適用でき、図１に開示されたインジェクタに限定されない。従って、本発明の理解・実施に当たって更なる説明は必要なく、更なる説明が本発明の範囲を限定する意図に解されてはならない。また、当業者は燃料インジェクタの特定の構成要素だけが例示されていることを認識されたい。この点で、本発明が各種燃料インジェクタ設計及び燃料システム設計に適用できる点に留意されたい。燃料インジェクタは、高圧燃料の燃焼室への輸送を制御するノズル弁を備えた任意のタイプの燃料インジェクタとすることができる。例えば、インジェクタ１０は、高圧コモンレール、あるいは代わりに専用ポンプアセンブリから高圧燃料をインジェクタ本体内に受け取るようにしてもよい。専用ポンプアセンブリとして、例えば機械的に作動されるプランジャを備えたポンプ−導管−ノズルシステムやユニットインジェクタシステムが挙げられる。同様に、インジェクタは、例えば特許文献５（その全内容を参照することをもって本願明細書に含まれるものとする）に開示されるように、制御室からの高圧燃料の排出を制御するためのアクチュエータ制御弁を備えたサーボ制御ニードルを有し、ニードル弁体を開閉させるものであってもよい。あるいは、インジェクタは、特許文献６（その全内容を参照することをもって本願明細書に含まれるものとする）に示されるような、ばねにより付勢される従来のニードル弁を有するものであってもよい。
【００２０】
図１及び図２を参照すると、本発明の冷却回路は、放電加工（ＥＤＭ）によりノズル弁体３０に貫入形成される行き止まり流路３２を含む。行き止まり流路３２は、ノズル弁体３０の長さの約９０％に亘って延在しノズル弁体３０内で終結する行き止まり端部３６を形成し、且つ、スプレー穴４０の一つの直径の約２.５倍の直径を有する。行き止まり流路３２は、ノズル弁体３０の上部から形成され、ノズル弁体３０の内端部に向かって縦軸に沿って軸線方向に延在する。行き止まり流路３２のサイズは、その長さ方向に沿った熱伝達がインジェクタチップにおける推奨温度である約華氏２４０〜５７２度を維持すべく設定される。通常、各スプレー穴４０の直径は、エネルギー損失量の許容範囲に応じて約０.１ｍｍ〜１ｍｍに設定される。
【００２１】
行き止まり流路３２は、横断流路３８を介して内腔２４と接続されている。横断流路３８のサイズは、計量オリフィスとして機能すべく設定される。行き止まり流路３２の外端部３４は、横断開口部１９、ノズル弁体用内腔２７及びばね穴２６を介して排出流路４２と連通する。行き止まり流路３２の内端部は、計量された少量の冷却媒体（燃料）がノズルを通って流れるよう、流路３８を介してレール圧力と連通する。冷却のための燃料量を制御し、且つ、損失を最小化するため、流路３８の直径はインジェクタのスプレー穴の直径に略等しくする必要がある。
【００２２】
図２に矢印で示すように、動作の間、冷却にあたり、内腔２４のニードル先端付近に通常存在する燃料は横断流路３８を通って行き止まり流路３２に流入し、ノズル弁体を介して排出流路４２に流入する。よって、燃料の流動する領域の表面積を増大することで十分な内部冷却が行われる。冷却用燃料を穴２６に流入させるために、内腔２７に代わって、または内腔２７に加えて、インジェクタ本体１４に排出流路４６を設けてもよい。
【００２３】
行き止まり流路３２及び横断流路３８の直径は、熱伝達を最大にすべく、すなわち所望の流れを提供すべく設定される。流路３８のサイズは、インジェクタ内における特定の用途、すなわち制御／計量オリフィスとしての用途に応じて所望の冷却を行うべく設定される。よって、流路３８のサイズが大きすぎると、ノズル弁体３０が開状態にあるとき噴射に悪影響を及ぼし、逆に閉状態にあるとき寄生損失を増大させる。
【００２４】
ノズル弁体３０の長さの相当部分に亘って行き止まり流路３２が延在していることから、冷却用燃料は従来の冷却回路に比べ、ノズル弁体のより広い範囲に亘って通過することになる。すなわち、本発明の冷却回路構成によって表面積が約３０％増大する。また、ニードルの長さに比べて流路３２の長さが十分に長いことから、熱放散速度が早くなる。
【００２５】
図３及び図４は、例えば特許文献７（その全内容を参照することをもって本願明細書に含まれるものとする）に開示されるような、加圧されるばね穴を有する燃料インジェクタ５０を冷却する、本発明の他の実施形態を例示している。一般に、インジェクタ５０は、インジェクタ穴５４を含むインジェクタ本体５２、インジェクタ穴５４内で相互運動するよう取り付けられたノズル弁体５６、ノズル弁作動システム５８及びノズルハウジング６０を含む。
【００２６】
ノズル弁体５６は、インジェクタ穴５４の内側表面に密着して滑動可能に嵌合することで流体を密閉するサイズに設定された、内側誘導部６４を含む。流体の密閉により内側誘導部６４の外側表面と、インジェクタ穴５４を形成しているインジェクタ本体５２の対向面との間の間隙からの流体の漏出を実質的に防止する。
【００２７】
ノズル弁体５６は、外側誘導部６５と内側誘導部６４の間に形成されたばね室６８内に配置された付勢ばね６６によって付勢され、閉位置をとる。また、ノズル弁体５６が開位置にあるとき、燃料輸送回路７０はインジェクタオリフィス４０に輸送される供給燃料をばね室６８に輸送する。
【００２８】
ノズル弁作動システム５８は制御弁部材７６と、制御弁部材７６を選択的に作動させるためのアクチュエータアセンブリ７４とを有する、噴射制御弁７２を含む。なお、アクチュエータアセンブリ７４は、制御弁部材７６の動作を選択的且つ迅速に制御できるものであれば、任意のタイプのものを利用できる。例えば電磁気方式、磁気制限方式、圧電方式のうち任意のアクチュエータアセンブリが利用可能である。
【００２９】
輸送回路は、ノズル弁体５６内に形成される、環状溝７９で結合される２本の横断流路７７の形で設けられる。ノズル弁体５６の内側誘導部６４を通って延在する内側輸送流路７７に、内側制限オリフィス７３が形成されている。
【００３０】
図４は、図３のインジェクタ５０の下部の拡大断面図である。インジェクタ５０は囲みのあるノズルアセンブリ７８を含む。ノズルアセンブリ７８は、ノズルハウジング６０、及びハウジング６０内のノズル穴８８に配置されたノズル弁体５６を含む。スリーブ８０はノズルハウジング６０の下部周辺に配置され、環状流路８２を形成する。スリーブ８０は、既存のノズルを覆って嵌合するように形成され、密閉部８３によりノズルハウジング６０の外径に嵌合する別体の要素であってもよい。密閉部８３はＴｏｒｌｏｎ（登録商標）もしくは他の適切な密閉材料で製造できる。
【００３１】
流路８２は、流路８２の下端に配置された１対のオリフィス８４、８６によって計量された燃料が流入する排出路と接続されている。オリフィス８４、８６の直径はスプレー穴のうちの１つのサイズと等しい。図４に示すように、オリフィス８４、８６は、ノズル穴８８を環状流路８２と接続している。この点で、図４に矢印で示すように、穴８８内の高圧冷却媒体（燃料）は、オリフィス８４，８６を介して再度流路８２へ向けられる。その後、燃料は、環状流路８２を通ってハウジング６０下部の縦方向に沿って上方向に移動し、ノズルアセンブリ７８に設けられた排出ポート９０、９２に到達する。このように、冷却媒体はノズル本体の下部全体に沿って上方向へ移動する際にはノズル本体と接触しており、熱の放散を増やす。
【００３２】
あるいは、スリーブ８０はノズルハウジング又はノズル保持器と一体的に形成されていてもよい。スリーブがノズルハウジングと一体的に形成される場合、本発明の第一実施形態で述べたように、冷却媒体のための流路を放電加工（ＥＤＭ）によって形成することができる。
【００３３】
既述の如く、高温燃焼ガスは、ノズルシャンクの外周面に沿って従来技術のノズルに流入し、ノズルと燃料インジェクタの温度を上昇させうる。既述の如く、このような高温燃焼ガスは従来のディーゼル燃料インジェクタの適用においては重大な問題ではなかった。これは、ディーゼルエンジンの通常運転の間十分な量の燃料が噴射される結果、噴射された燃料がノズルを冷却する冷却媒体として機能しうるためである。しかしながら、本出願人は、燃料インジェクタを用いて少量の先立ち噴射を行ったり、代替燃料の噴射を行ったりする場合、このような高温気体が従来技術の燃料インジェクタの性能に有害な影響を及ぼし、従来技術のノズルを損傷することすらあることを見出した。よって、本発明の諸実施形態は、動作時全体を通して、ノズル弁体を通る冷却液体（燃料）の流れを方向付け、且つ、好ましくはノズル弁体の長さの相当部分、すなわちノズル弁体の長さの約９０％に亘って延在する行き止まり冷却流路を用いることで、この従来技術の問題を取り除く。
【００３４】
更に、既存のノズル材料（即ち、ＨＲｃ＝４５である）でノズル構成要素を製造できることから、冷却効率の向上は最小限のコストで達成でき、且つ、熱膨張率の高い、より高価な耐熱材料で製造する必要がない。
【００３５】
以上述べたことから、コモン方式燃料インジェクタの本体下部における冷却効率を高める本発明の方法は当業者には明白である。本発明の機能を含むノズルでは、冷却効率の向上に起因する信頼性及び性能の向上も明白であろう。ゆえに、本発明は、特にインジェクタを用いて先立ち噴射を行ったり、代替燃料の噴射を行ったりする場合、従来技術の燃料インジェクタのもつ、ノズル温度の上昇に関わる問題を最小化する。
【００３６】
本発明の各種実施形態を示しかつ説明したが、本発明はこれらに限定されない。当業者は本発明に変更・修正・応用を行いうる。ゆえに、本発明は上に示されかつ述べられた詳細に限定されず、それらの変更や修正を全て包括するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に従った、冷却効率を高めたノズル本体下部を備えるコモンレール方式・ニードル制御燃料インジェクタである。
【図２】図１の燃料インジェクタのノズルの拡大断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に従った、冷却効率を高めたノズル本体下部を備えるコモンレール方式・ニードル制御燃料インジェクタの断面図である。
【図４】図３の燃料インジェクタのノズルの拡大断面図である。
【図１】
2006524779.tif 000003
【図２】
2006524779.tif 000004
【図３】
2006524779.tif 000005
【図４】
2006524779.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月16日(2005.5.16)
【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】
内燃機関の燃焼室に高圧燃料を注入するための燃料インジェクタであって、
長手方向に延在するノズル用内腔を設けたノズルハウジングと、
前記ノズル用内腔内に設けられるノズル弁体であって、前記ノズル弁体は、その縦方向に沿って延在する長手方向流路を有し、前記長手方向流路は冷却用流体を排出する外端部と、冷却用流体を流入させる内端部とを有し、前記ノズル弁体は、前記長手方向流路の前記内端部に隣接する位置に配置され、且つ前記長手方向流路と前記ノズル用内腔との間を横断的に延在する、少なくとも１つの横断流路を更に含む、ノズル弁体と、
を含み、
多量の冷却媒体が前記ノズル用内腔内に流入し、前記横断流路を介して前記長手方向流路に入り、少なくとも前記ノズル用内腔内で前記ノズル弁体が閉位置にあるとき前記長手方向流路に沿って前記ノズル弁体を冷却する、
燃料インジェクタ。
【請求項２】
前記ノズルハウジングは少なくとも１つのスプレー穴を含み、且つ、前記長手方向流路の直径は前記少なくとも１つのスプレー穴の直径の約２.５倍である、請求項１に記載の燃料インジェクタ。
【請求項３】
前記ノズルハウジングは少なくとも１つのスプレー穴を含み、且つ、前記横断流路の直径は前記少なくとも１つのスプレー穴の直径と略等しい、請求項１に記載の燃料インジェクタ。
【請求項４】
前記長手方向流路は前記ノズル弁体の長さの約９０％に亘って延在する、請求項１に記載の燃料インジェクタ。
【請求項５】
前記冷却媒体は、燃料インジェクタに輸送される噴射用燃料である、請求項１に記載の燃料インジェクタ。
【請求項６】
内燃機関の燃焼室に高圧燃料を注入するための燃料インジェクタであって、
長手方向に延在するノズル用内腔を設けたノズルハウジングと、
前記ノズル用内腔内に設けられるノズル弁体であって、前記ノズル弁体は、その縦方向に沿って延在する長手方向流路を有し、前記長手方向流路は冷却用流体を排出する外端部と、冷却用流体を流入させる内端部とを有し、前記ノズル弁体は、前記長手方向流路の前記内端部に隣接する位置に配置され、且つ前記長手方向流路と前記ノズル用内腔との間を横断的に延在する、少なくとも１つの横断流路を更に含む、ノズル弁体と、
を含み、
多量の冷却用媒体が前記ノズル用内腔内に流入し、前記横断流路を介して前記長手方向流路に入り、前記長手方向流路に沿って前記ノズル弁体を冷却し、
前記長手方向流路の前記内端部は前記ノズル弁体内で終結して行き止まり端部を形成する、
燃料インジェクタ。
【請求項７】
前記長手方向流路は前記ノズル弁体の軸線方向に延在し、且つ、前記外端部は前記ノズル弁体の一端面で開放されている、請求項１に記載の燃料インジェクタ。
【請求項８】
外周面とノズル穴とを有するノズルハウジングと、
前記ノズル穴内に配置されたノズル弁体と、
前記外周面の隣接位置において前記ノズルハウジングを囲繞し、且つ、前記ノズル穴及び排出路と連通する環状流路と、
外周面とノズル穴とを有するノズルハウジングと、
前記ノズル穴内に配置されたノズル弁体と、
前記外周面の隣接位置において前記ノズルハウジングを囲繞し、且つ、前記ノズル穴及び排出路と連通する環状流路と、
オリフィス手段であって、前記オリフィス手段は前記ノズルハウジング内に形成され、且つ、前記ノズル穴と前記環状流路とを接続し、前記ノズル穴から前記オリフィス手段を介して前記環状流路へ冷却媒体を流し、排出路へ輸送することで、少なくとも前記ノズル穴内で前記ノズル弁体が閉位置にあるとき前記ノズル弁体を冷却する、オリフィス手段と、
を含む、
燃料インジェクタ。
【請求項９】
前記ノズルハウジングを覆って配置されるスリーブを更に含み、前記環状流路が前記スリーブと前記ノズルハウジングとの間に形成される、請求項８に記載の燃料インジェクタ。
【請求項１０】
前記オリフィス手段は、前記ノズルハウジング内に配置され、且つ、前記ノズル穴と前記環状流路とを接続する、少なくとも１つのオリフィスを含む、請求項８に記載の燃料インジェクタ。
【請求項１１】
前記ノズルハウジングは少なくとも１つのスプレー穴を含み、且つ、前記少なくとも１つのオリフィスの直径は前記少なくとも１つのスプレー孔の直径と略等しい、請求項１０に記載の燃料インジェクタ。
【請求項１２】
前記環状流路は、前記スリーブのほぼ全長に亘って延在する、請求項９に記載の燃料インジェクタ。
【請求項１３】
前記冷却媒体は、燃料インジェクタに輸送される燃料である、請求項８に記載の燃料インジェクタ。
【請求項１４】
前記ノズルハウジングは少なくとも１つのインジェクタオリフィスを含み、前記冷却媒体は前記長手方向流路内を前記少なくとも１つのオリフィスから離反する方向へ流動する、請求項１に記載の燃料インジェクタ。
【請求項１５】
前記ノズルハウジングは少なくとも１つのインジェクタオリフィスを含み、前記冷却媒体は前記環状流路内を前記少なくとも１つのオリフィスから離反する方向へ流動する、請求項８に記載の燃料インジェクタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
放電加工（ＥＤＭ）を施した逃し流路を備えた分割噴射式(rate shaping)ノズルアセンブリが特許文献４（本発明の譲受人であるカミンズ・エンジン社に譲渡され、その内容を参照することをもって本願明細書に含むものとする）に開示されており、該ノズルアセンブリでは各々の噴射事象の合間に逃し流路より燃料を除去する。燃料を排出路に除去することで、ノズル本体が多少冷却される。しかし、燃料の排出はノズルハウジング先端で行われるため、燃料が排出路に流入することによる冷却効果には制限がある。
【特許文献１】米国特許第５，４４１，０２７号
【特許文献２】オーストラリア特許第２０４１９５号
【特許文献３】米国特許第５，８６０，３９４号
【特許文献４】米国特許第５，７６５，７５５号
【特許文献５】米国特許第６，４９９，４６７号
【特許文献６】米国特許第５，６４７，５３６号
【特許文献７】米国特許第６，４９９，４６７号
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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【国際調査報告】
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