(57)【要約】ハウジング、弁座、計量ディスク及び閉鎖部材を有する燃料噴射器。計量オリフィスは計量ディスク上の投射仮想頂点に収束する密封表面の投射により画定される第２の仮想円より大きい第１の仮想円上に配置することができる。計量ディスクはスプレー角度を増加させるために隆起させることができる。種々のパラメータを利用して所望の円錐サイズ及びスプレー角度を得ることができる。燃料噴射器のスプレーの標的への命中を制御する方法も記載されている。
2006513371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口及び出口を有し、縦軸が貫通するハウジングと、
出口近くにあり、密封表面が該密封表面と縦軸にほぼ斜めに延びる第１のチャンネル表面の間で縦軸に沿って位置する弁座オリフィスを取り囲む弁座と、
ハウジング内にあり、密封表面から離脱して弁座オリフィスを介する燃料の流れを許容する第１の位置と、密封表面に接触して燃料の流れを遮断する第２の位置の間で縦軸に沿って往復運動する閉鎖部材と、
縦軸に沿って貫通する複数の計量オリフィスを有する計量ディスクであって、計量オリフィスが計量ディスク上の仮想頂点に収束する密封表面の投射により画定される第２の仮想円より大きい第１の仮想円上に縦軸を中心として位置し、第１のチャンネル表面と対向する計量ディスクの第２のチャンネル表面が縦軸に対してほぼ斜めの少なくとも第１の表面と縦軸に対して湾曲した少なくとも第２の表面を有する計量ディスクと、
第１のチャンネル表面と第２のチャンネル表面の間に形成され、複数の計量オリフィスを取り囲む位置へ縦軸に沿って外方へ延びるにつれて断面積が変化する第１の部分を有し、複数の計量オリフィスの各々を出る燃料流に縦軸に対して斜めの流路を形成させる制御速度チャンネルとより成る燃料噴射器。
【請求項２】
制御速度チャンネルは第１の端部と第２の端部の間を延び、第１の端部は縦軸から第１の半径方向距離の所に位置して第１と第２のチャンネル表面は縦軸に沿って第１の距離だけ離隔し、第２の端部は複数の計量オリフィスに隣接する所で縦軸から第２の半径方向距離の所に位置して第１と第２のチャンネル表面は縦軸に沿って第２の距離だけ離隔するため、第１の半径距離と第１の距離に三角定数πと２を乗算した積が第２の半径方向距離と第２の距離に三角定数πと２を乗算した積に等しい請求項１の燃料噴射器。
【請求項３】
複数の計量オリフィスは、第１の仮想円上に直径方向に位置する少なくとも２つの計量オリフィスを含む請求項２の燃料噴射器。
【請求項４】
複数の計量オリフィスは少なくとも２つの計量オリフィスを含み、各計量オリフィスはそのオリフィス直径に対する貫通長さの比率が増加すると縦軸に対するスプレー角度が減少するように構成されている請求項１の燃料噴射器。
【請求項５】
複数の計量オリフィスは少なくとも２つの計量オリフィスを含み、各計量オリフィスはそのオリフィス直径に対する貫通長さの比率が増加すると各計量オリフィスにより形成される円錐スプレーの夾角が減少するように構成されている請求項１の燃料噴射器。
【請求項６】
第２のチャンネル表面は第２及び第３の表面部分を取り囲む第１のほぼ平坦な表面部分を有し、第２及び第３の表面部分は第１のほぼ平坦な表面部分に隣接する平面から突出する請求項５の燃料噴射器。
【請求項７】
第２の表面部分は少なくとも１つの平坦な表面を構成する請求項６の燃料噴射器。
【請求項８】
第３の表面部分は縦軸に交差する請求項７の燃料噴射器。
【請求項９】
第３の表面部分は、閉鎖部材が弁座の密封表面と接触する時閉鎖部材と計量ディスクの間に形成される体積空間を減少するように弁座オリフィスの方へ突出している請求項８の燃料噴射器。
【請求項１０】
第３の表面部分は、第２の表面部分と交差して、弁座オリフィスの領域に等しい領域を縦軸に対して垂直方向に画定するほぼ円形の周囲部を画定する請求項９の燃料噴射器。
【請求項１１】
ほぼ円形の周囲部の領域は弁座オリフィスの領域より小さい請求項１０の燃料噴射器。
【請求項１２】
複数の計量オリフィスは、第２の表面部分の少なくとも１つの平坦な表面上に位置する請求項８の燃料噴射器。
【請求項１３】
第１のチャンネル表面は、縦軸に対してテイパー角度で延びる少なくとも１つの部分を含む請求項９の燃料噴射器。
【請求項１４】
テイパー角度は縦軸を横切る平面に関して約１０°のテイパー角度である請求項１０の燃料噴射器。
【請求項１５】
第１のチャンネル表面は、第１のチャンネル表面の少なくとも一部に関して湾曲した部分を有する請求項１１の燃料噴射器。
【請求項１６】
入口、出口及び縦軸に沿って貫通する通路を有し、出口には弁座と計量ディスクがあり、弁座は弁座オリフィスと第１のチャンネル表面を有し、計量ディスクは流れチャンネルを提供するように第１のチャンネル表面に対向する第２のチャンネル表面を有し、計量ディスクは縦軸に沿って貫通する複数の計量オリフィスを有する燃料噴射器の少なくとも１つの計量オリフィスを介する燃料流のスプレー角度を制御する方法であって、
燃料流が縦軸に対して斜めに延びる第１のチャンネル表面と第２のチャンネル表面の間を縦軸に沿って半径方向外方に流れるように燃料流に半径方向速度を付与し、
燃料の流路が半径方向速度及び隆起角度の関数として縦軸に対して斜めになるように縦軸に対して隆起角度で配向させた第２のチャンネル表面上の複数の計量オリフィスの各々を介して燃料を流すステップより成る燃料流のスプレー角度の制御方法。
【請求項１７】
付与ステップはさらに、隆起角度、半径方向速度及びオリフィス直径を変化させずに各計量オリフィスのオリフィス長さを減少することにより出口からの燃料の流路の縦軸に対する夾角が大きくなるように調整するステップより成る請求項１５の方法。
【請求項１８】
付与ステップはさらに、隆起角度、半径方向速度及びオリフィス直径を変化させずに各計量オリフィスのオリフィス長さを増加することにより出口からの燃料の流路の縦軸に対する夾角が小さくなるように調整するステップより成る請求項１５の方法。
【請求項１９】
配置ステップはさらに、縦軸を横切る第１の軸及び縦軸及び第１の軸に垂直な第２の横方向軸に関して隆起角度を調整するステップより成る請求項１８の方法。
【請求項２０】
隆起ステップは計量ディスクを縦軸に沿って反対方向に変形させるステップより成る請求項１９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ニードル弁であり、この弁は、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、吸気マニホルド内の吸気弁の上流かまたはシリンダーヘッドの近くに取付けられる。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、燃料スプレーの標的への命中はスプレーパターンまたは円錐パターンによる影響を受ける。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放出物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上の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っている。
【０００５】
１つのタイプのエンジンでも別のタイプのエンジンでも燃料の特定の標的への命中条件及び円錐パターン条件を満足するように変化させて大きな霧化率及び高い命中精度を得ることができる燃料噴射器を開発すると有利である。
【０００６】
燃料の霧化、スプレーの標的への命中及び分布を制御するにあたり斜角でない計量オリフィスを使用できる燃料噴射器を開発すると有利である。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、斜角でない計量オリフィスにより燃料の標的への命中及び燃料スプレーの分布の調整を行う。好ましい実施例において、燃料噴射器が提供される。燃料噴射器は、ハウジング、弁座、計量ディスク及び閉鎖部材を有する。ハウジングは入口及び出口を有し、縦軸が貫通する。弁座は出口近くにある。弁座は、密封表面、オリフィス及び第１のチャンネル表面を有する。閉鎖部材は、ハウジング内にあって、密封表面から離脱して弁座オリフィスを介する燃料の流れを許容する第１の位置と、密封表面に押圧されて燃料の流れを遮断する第２の位置の間で縦軸に沿って往復運動する。計量ディスクは、縦軸に沿って貫通する複数の計量オリフィスを有する。計量オリフィスは、計量ディスク上の仮想頂点に収束する密封表面の投射により画定される第２の仮想円より大きい第１の仮想円上に縦軸を中心として位置する。計量ディスクは、第１のチャンネル表面と対向する第２のチャンネル表面を有する。第２のチャンネル表面は、縦軸に対してほぼ斜めの少なくとも第１の表面と縦軸に対して湾曲した少なくとも第２の表面を有する。制御速度チャンネルは第１のチャンネル表面と第２のチャンネル表面の間に形成される。制御速度チャンネルは、複数の計量オリフィスを取り囲む位置へ縦軸に沿って外方へ延びると断面積が変化する第１の部分を有し、複数の計量オリフィスの各々を出る燃料流に縦軸に対して斜めの流路を形成させる。
【０００８】
本発明のさらに別の実施例によると、燃料噴射器の少なくとも１つの計量オリフィスを介する燃料流のスプレー角度を制御する方法が提供される。燃料噴射器は、入口、出口及び縦軸に沿って貫通する通路を有する。出口には弁座と計量ディスクがある。弁座は弁座オリフィスと縦軸に対して斜めに延びる第１のチャンネル表面を有する。計量ディスクは、流れチャンネルを提供するように第１のチャンネル表面に対向する第２のチャンネル表面を有する。計量ディスクは、縦軸に沿って貫通し縦軸を中心として位置する複数の計量オリフィスを有する。この方法は、第１のチャンネル表面と第２のチャンネル表面の間を縦軸に沿って半径方向外方に流れるように燃料流に半径方向速度を付与し、燃料の流路が半径方向速度及び隆起角度の関数として縦軸に対して斜めになるように縦軸に対して隆起角度で配向させた第２のチャンネル表面上の複数の計量オリフィスの各々を介して燃料を流すステップより成るステップより成る。
【実施例】
【０００９】
図１−２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／ニードル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／ニードル弁組立体を押圧し、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、管１１０と管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１３０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、入口管１１０の下端部に入れ子式に嵌合し、レーザーを用いた密封溶接などにより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／ニードル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】
燃料噴射器の弁座副組立体の拡大図である図２Ａを参照して、この副組立体は閉鎖部材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１３４と弁座表面１３４ａで係合して、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。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。図２Ａ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、ほぼ燃料噴射器１００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。
【００１８】
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表面１３４ｅの方へテイパーしている。この部分１３４ｃのテイパーは、縦軸Ａ−Ａに関して直線状か、例えば、内部ドームを形成する曲線状のテイパー（図２Ｂ）のような曲線状でよい。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から半径方向において計量オリフィス１４２を通り越す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（図２Ａ）。弁座１３４は、この点から、縦軸に沿って、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。別の好ましい実施例によると、部分１３４ｃは、弁座１３４を表面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。
【００１９】
外周部に近い計量ディスク１０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、その外周部、即ち、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を発生させる。
【００２０】
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１４６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の交差部と、好ましくは円筒形の表面１３４ｄと底面１３４ｅの交差部の間に形成される。換言すれば、このチャンネルは、弁座のオリフィスから複数の計量オリフィスへ外方へ延びるにつれて断面積を変化させるため、そのオリフィスと複数の計量オリフィスの間で燃料流に半径方向の速度が付与される。
【００２１】
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ほぼ一定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。この関係の好ましい物理的実施例によると、チャンネル１４６は、対応の直径方向距離がＤ1で弁座オリフィス１３５とチャンネル表面１３４ｂの交差部から基準面Ｂ−Ｂまでを測った高さｈ1から、対応の直径方向距離がＤ2でチャンネル表面１３４ｃと壁表面１３４ｄの交差部から基準面Ｂ−Ｂまでを測った高さｈ2へ、外方へテイパーしている。さらに、計量ディスク１０の内側表面１３４ｅは基準面Ｂ−Ｂから縦軸に沿って延びており、基準面Ｂ−Ｂと計量ディスク１４２の端縁部の間には縦軸に沿う高さｈ3と、対応の直径方向距離Ｄ3がある。
【００２２】
好ましくは、高さｈ1、距離Ｄ1及びπの積は、弁座１３４と、直線状かまたは曲線状の計量ディスク１０により形成される、高さｈ2、距離Ｄ2及びπの積または高さｈ3、距離Ｄ3及びπの積にほぼ等しい（即ち、Ｄ1＊ｈ1＊π＝Ｄ2＊ｈ2＊π＝Ｄ3＊ｈ3＊πまたはＤ1＊ｈ1＝Ｄ2＊ｈ2＝Ｄ3＊ｈ3）。この距離ｈ2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表面１３４ｄと基準面Ｂ−Ｂの間に、距離ｈ2に沿って、好ましくは円筒状の環状空間１４８が形成される。即ち、図２Ａまたは２Ｂ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。
【００２３】
制御速度チャンネル１４６を流れる燃料にほぼ一定の速度を与えると、スプレーを標的に命中させ分布させる際の弁座オリフィス１３５に対する計量オリフィス１４２の位置決め感度を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ない。このように、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、この特定の関係から、制御速度チャンネル１４６のＤ1、ｈ1、Ｄ2、ｈ2又はＤ3、ｈ3を変えるなどしてチャンネルの構成を変化させると、このチャンネル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させるか増加そして減少でき、Ｄ1とｈ1の積をＤ2とｈ2の積またはＤ3とｈ3の積より小さくするか大きくすることができることに注意されたい。
【００２４】
別の好ましい実施例では、環状空間１４８の円筒部は使用されず、その代わりに、制御速度チャンネル１４６の一部を形成する切頭体が形成される。即ち、チャンネル表面１３４ｃは、図２Ａ及び２Ｂにおいて点線で示すように、計量ディスク１０に接触する表面１３４ｅまで延びる。この実施例の物理的関係はＤ1＊ｈ1＊π＝Ｄ3＊ｈ3＊πである。
【００２５】
弁座オリフィス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、計量オリフィス１４２を出る燃料スプレーのスプレー分離角をその半径方向速度のほぼ線形の関数として変化できることを発見した（即ち「線形分離角効果」である）。半径方向速度は、好ましくは、弁座副組立体の形状（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。
【００２６】
さらに、スプレー分離による標的の命中は各計量オリフィスの直径Ｄに対するそのオリフィスの貫通長さｔ（または、オリフィス長）の比率を変えることによっても調整できることも発見した。詳述すると、スプレー分離角θはアスペクト比ｔ／Ｄと線形逆数関係にある。燃料スプレーのスプレー分離角θ及び円錐サイズはアスペクト比ｔ／Ｄに関係がある。アスペクト比が増加または減少すると、分離角θ及び円錐サイズはそれに応じて異なるレートで増加または減少する。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分離角θ及び円錐サイズは小さくなる。逆に、厚さｔが小さくなればなるほど分離角θ及び円錐角は大きくなる。従って、円錐サイズは小さいがスプレー分離角が大きいのが望ましい場合、スプレーの分離は速度チャンネル１４６及び空間１４８の構成を調整することにより行い、一方、円錐サイズ、そして少ない程度であるが分離角θは計量ディスク１０のｔ／Ｄ比を調整することにより行えると思われる。このｔ／Ｄ比はスプレー分離角に影響を与えるだけでなく、計量ディスクから出る円錐スプレーのサイズにもｔ／Ｄに対してほぼ線形逆数の関係で影響を与える（即ち、「線形逆数分離効果」）ことを再言したい。図２Ｂにおいて貫通長さｔ（即ち、縦軸Ａ−Ａに沿う計量オリフィス長）を計量ディスク１０の厚さにほぼ等しいものとして示したが、計量ディスクの厚さは各計量オリフィス１４２の貫通長さｔと異なることがあることに注意されたい。本明細書中の用語「円錐サイズ」は、燃料噴射器１００の計量ディスクから所定距離の所で測定した円錐状の燃料スプレーパターンを画定する燃料スプレーパターンの基部の周長または面積のことである。
【００２７】
計量ディスク１０は、そのディスクを変形またはそのディスクに隆起部を形成する前に各々の中心がボルト円１５０上にある複数の計量オリフィス１４２を有する。計量オリフィス１４２は円形開口であるのが好ましいが、例えば、正方形、矩形、弓形またはスロット状のような他のオリフィス形状でもよい。計量オリフィス１４２は円形配置が好ましいが、１つの好ましい実施例において弁座オリフィスの仮想円１５２とほぼ同心的にすることができる。弁座オリフィスの仮想円１５２はオリフィス１３５を計量ディスク１０上に仮想投射することにより形成されるため、弁座オリフィスの仮想円５２はボルト円１５０の内側にある。さらに、密封表面１３４ａを計量ディスク１０上に仮想投射すると、弁座オリフィスの仮想円１５２の内側にある計量ディスク１０の内側表面１３４ｅ上の頂点Ｐが形成される。そして、弁座１３４、計量ディスク１０、計量オリフィス１４２及びそれらに間のチャンネル１４６の好ましい構成により、弁座オリフィス１３５から１つの計量オリフィスへの計量ディスクのパスの方へ縦軸から離れる任意の１つの半径方向へ延びる燃料の流れＦが可能となる。
【００２８】
半径方向速度の調整（即ち、線形分離効果）によるスプレーの標的への命中及び制御速度チャンネル及びｔ／Ｄ比（即ち、線形逆数分離効果）による円錐サイズの決定に加えて、スプレー分離角を、チャンネル１４６を介する半径方向速度の関数として発生される分離角θまたはｔ／Ｄ比の関数として発生される分離角θ以上に増加することができる。分離角θの増加は、計量オリフィス１４２が位置する表面を隆起させて、計量表面であるほぼ平坦な表面を基準面の軸Ｂ−Ｂに対して傾斜する平面に配向することにより達成することができる。本明細書中の用語「隆起」は、基準面の軸Ｂ−Ｂに対して傾斜する少なくとも１つの平面に沿って配向可能な平坦でない表面を形成するように表面１３４ｅを打抜き加工または深絞り成形により変形させることを意味する。即ち、少なくとも１つの計量オリフィス１４２が位置する表面を平面Ｃ１に沿うように配向し、少なくとも１つの別の計量オリフィス１４２を軸Ｂ−Ｂに対して斜めな平面Ｃ２に沿うように配向された表面上に配置することができる。好ましい実施例において、これらの平面Ｃ１及びＣ２は縦軸Ａ−Ａを中心としてほぼ対称的である。
【００２９】
さらに、計量ディスク１０の表面１３４ｆもまた縦軸Ａ−Ａに沿って上流方向に隆起させることにより縦軸を中心とする嚢減少体積部１６０を形成することができる。嚢減少体積部１６０は、弁座オリフィス１３５の方へ突出して嚢体積減少手段を形成する。この嚢減少体積部１６０は湾曲したドーム状であるのが好ましい。
【００３０】
弁座及び計量オリフィスディスクの構成によるが、弁座と計量ディスクの間を流れる燃料の圧力降下を所望の値よりも大きくまたは小さくすることが可能である。一部の構成の燃料噴射器１００では、燃料流が弁座オリフィス１３５からチャンネル１４６を介して計量ディスク１０の方へ末広がる際に燃料流に付与される圧力降下は所望の値よりも大きくなることがあり、これが、一部の構成では、計量オリフィス１４２を流れる燃料を制限する。かかる構成では、チャンネル１４６のテイパー角βを変化させてチャンネル１４６を流れる燃料の圧力降下を小さくするようにチャンネル１４６を構成することが可能であるが、これにより燃料流Ｆの半径方向速度が所望の値よりも小さくなる。これにより、分離角θは燃料噴射器１００の特定の構成に必要な値よりも小さくなる。
【００３１】
しかしながら、上記の例では、オリフィスディスク１０の厚さｔを減少することにより分離角条件を満足するように分離角θを増加することが可能であり、計量オリフィスの直径Ｄを一定に保持してｔ／Ｄ比が減少させると、分離角θが増加する。しかしながら、この方法には、計量ディスク１０を薄くすることに限界があり、それ以上薄くすると燃料噴射器用としては不適当なものとなる。半径方向速度チャンネル１４６またはｔ／Ｄ比を操作することにより得られる分離角よりも大きい分離角を得るために、計量ディスク１０の表面１３４ｅを、所望の角度、即ち、計量ディスクのほぼ水平な表面または基準面Ｂ−Ｂに関して測定される隆起角αが得られるように隆起させることが可能である。そして、実際の分離角φは、一般的に、隆起角αとチャンネル１４６または計量ディスク１０のアスペクト比ｔ／Ｄの何れかを操作して形成される角度θの和でありうる。隆起角αは約１０°であるのが好ましい。本明細書中の用語「約」は記載の値の±２５％を包含する。
【００３２】
しかしながら、計量ディスク１０の表面１３４ｅ（即ち、燃料入口側）を隆起させると閉鎖部材１２６ａと計量ディスク１０の間の嚢体積が増加する傾向がある。この嚢体積を減少するには、表面１３４ｆ（即ち、燃料出口側）を好ましくはドーム型の嚢減少体積部１６０を形成する適当な工具により上流方向に凹ませることができる。ドーム型の嚢減少体積部１６０は弁座オリフィス１３５の方へ突出する。ドーム状の嚢減少体積部１６０は、その体積部１６０が仮想円１５２に隣接する円周を持つように形成するのが好ましい。
【００３３】
表面１３４ｅ及び表面１３４ｆの変形は同時に行うことができるが、あるいは一方の表面をもう一方の表面の変形を行う時間インターバルとオーバーラップする時間インターバルの間に変形してもよい。あるいは、表面１３４ｅを第２の表面１３４ｆを変形する前に変形してもよい。好ましい実施例において、表面１３４ｅは第２の表面１３４ｆを変形させる前に変形される。
【００３４】
従って、流れチャンネル１４６のテイパーかｔ／Ｄ比の少なくとも一方を操作すると、縦軸Ａ−Ａに平行に延びる計量オリフィス（即ち、まっすぐなオリフィス）を所望のスプレー分離角θを与える傾斜した計量オリフィス（即ち、縦軸Ａ−Ａに対して斜めに延びるオリフィス）に変えることができる。さらに、まっすぐな計量オリフィス１４２が形成された計量ディスクの表面を変形することにより、例えば、所要の圧力降下、計量ディスク１０の所要の厚さまたは計量オリフィスの所要の開口サイズのような他のパラメータ条件を満足させながら分離角θをさらに増加できることも発見されている。
【００３５】
所望の分離角を与えると共に嚢体積を減少させるように計量ディスクの表面を２つの異なる方向に変形させて調整することが可能な斜角でない計量オリフィス（即ち、軸が縦軸Ａ−Ａにほぼ平行なオリフィス）を使用しながら、前述した方法により、特定設計のエンジンに合うように燃料噴射器のスプレー形状を調整する（大きなスプレー角を有する狭いスプレーパターンからスプレー角は小さいが広いスプレーパターンへ）ことができる。
【００３６】
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は７４で接触し、コイル組立体１２０が付随する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、弁本体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。
【００３７】
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、弁本体１３２内の加圧燃料が弁座オリフィス及び計量ディスク１０、１０ａ、１０ｂまたは１０ｃ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てもよいことに注意されたい。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／ニードル弁を弁座１３４上に押圧して閉じる。
【００３８】
上述したように、標的命中技術又は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に使用可能である。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。
【００３９】
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】
【００４０】
【図１】燃料噴射器の好ましい実施例を示す。
【図２Ａ】図１の燃料噴射器の出口端部を示す拡大断面図である。
【図２Ｂ】本発明の別の実施例による図１の燃料噴射器の出口端部を示す拡大断面図である。
【図１】
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【図２Ｂ】
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【国際調査報告】
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