(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射システムのための電磁気的に動作可能な燃料インジェクタ（１０）であって、該インジェクタ（１０）が長手方向軸線（Ａ）を有しており、前記インジェクタに、
本体シェル部分（３２）と弁体部分（３４）とを含んだ強磁性コア（３２，３４）と、
該強磁性コア（３２，３４）を少なくとも部分的に包囲した磁気コイル（２８）と、
該磁気コイル（２８）に磁気的に接続されておりかつ該磁気コイルに応答して可動な可動子（１４）とが設けられており、該可動子（１４）が、上面と、下端部と、燃料受取り部（１１）とを有しており、
前記可動子（１４）の上方にほぼ長手方向軸線（Ａ）に沿って延びた燃料入口コネクタ（１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，５２）が設けられており、該燃料入口コネクタが、燃料を可動子（１４）の燃料受取り部（１１）に向かって方向付けるための貫通通路を規定しており、さらに燃料入口コネクタ（１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，５２）が、可動子（１４）の上方に間隔を置いて位置した下端部（１８ｃ，５２）を有しており、これにより、作業ギャップ（１５）を規定しており、該作業ギャップを介して可動子（１４）が可動であり、
ほぼ円錐台形の定置の弁座（４０，４１，４２）が設けられており、該弁座が、弁開口（４１）と弁座面（４２）とを有しており、
可動子（１４）の下端部に結合された弁閉鎖エレメント（１６，１７，１７ａ，１７ｂ，１９）が設けられており、該弁閉鎖エレメントが、弁開口（４１）を開閉させるために弁座（４０，４１，４２）と相互作用するように動作可能であり、前記弁閉鎖エレメントが、ほぼ中央のシャフト部分（１９）とほぼ円筒状の端部（１７，１７ａ，１７ｂ）とを有する細長いニードル弁（１６）から成っており、前記端部の直径がほぼ中央のシャフト部分（１９）の直径よりも大きく、前記円筒状の端部（１７）が、弁座面（４２）と係合及び相互作用するほぼ球状の端面（１７ｂ）を規定している形式のものにおいて、
前記可動子が、弁座（４０，４１，４２）までの少なくとも１つの第１の燃料流路を規定するために、前記可動子の壁部を貫通した少なくとも１つの燃料流れ開口（５８）を有しており、該少なくとも１つの燃料流れ開口（５８）が、前記軸線（Ａ）に対して鋭角を形成しており、
燃料入口コネクタ（１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，５２）と可動子（１４）とが、可動子（１４）と磁気コイル（２８）との間の別の流路を可能にするようになっていることを特徴とする、インジェクタ。
【請求項２】
前記可動子が、少なくとも１つの別の燃料流れ開口（６０）を有しており、該燃料流れ開口（６０）が、少なくとも１つの付加的な流路を規定したほぼ水平な開口（６０）から成っている、請求項１記載のインジェクタ。
【請求項３】
前記弁体部分（３４）が、可動子（１４）の下流に位置決めされており、また、少なくとも前記少なくとも１つの付加的な流路から燃料を受け取るために、前記弁体部分の壁部に形成された少なくとも１つの開口（６６）を有している、請求項２記載のインジェクタ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの開口（６６）が、別の流路からも燃料を受け取るようになっている、請求項３記載のインジェクタ。
【請求項５】
燃料入口コネクタ（１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，５２）の下端部（１８ｃ，５２）が、下面を有しており、該下面が、該下面に規定された、半径方向に延びた複数の突出したパッド（１８ｂ）を有しており、これらのパッドの間に凹んだ部分（１８ａ）が設けられており、これにより、燃料が前記凹んだ部分を流過するようになっている、請求項１から４までのいずれか１項記載のインジェクタ。
【請求項６】
前記細長いニードル弁（１６，１７，１７ａ，１７ｂ，１９）のほぼ球状の端面（１７ｂ）が、寛容な半径を有しており、前記弁座面（４２）が、前記端面と係合するように対応して成形されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のインジェクタ。
【請求項７】
前記細長いニードル弁（１６，１７，１７ａ，１７ｂ，１９）が、圧着された部分（７８）によって可動子（１４）に取付けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載のインジェクタ。
【請求項８】
前記燃料入口コネクタ（１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，５２）が、上端部に燃料フィルタ（２０）を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のインジェクタ。
【請求項９】
前記可動子（１４）及び弁閉鎖エレメント（１６）を定置の弁座（４０，４１，４２）に向かって押し付けるための弾性的な装置（３０）が設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載のインジェクタ。
【請求項１０】
前記弁閉鎖エレメント（１６）のほぼ球状の端面（１７ｂ）が、約１．７５ｍｍの直径を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のインジェクタ。
【請求項１１】
ニードル弁（１６）の上下運動をガイドするために、ニードル弁（１６）のほぼ円筒状の端部（１７，１７ａ，１７ｂ）を取り囲んで位置決めされた下部ニードルガイド（８０）が設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のインジェクタ。
【請求項１２】
ニードル弁（１６）の球状の面（１７Ｂ）の中心（１７ａ）が、下部ニードルガイドとほぼ一致して位置している、請求項１１記載のインジェクタ。
【請求項１３】
ニードル弁（１６）の球状の面（１７ｂ）の中心（１７ａ）が、ガイド（８０）の幅方向寸法の中心に位置しており、かつガイドの下面と一致している、請求項１２記載のインジェクタ。
【請求項１４】
前記インジェクタが、圧縮天然ガスインジェクタから成っており、前記燃料が、圧縮天然ガスから成っている、請求項１から１３までのいずれか１項記載のインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
本願は、以下の同時係属出願のより早い出願日及び優先権の利益を明示して請求する：１９９８年５月２７日に出願された米国特許仮出願連続番号代６０／０８６９３７号、「異物に寛容な圧縮天然ガスインジェクタ」（Contaminant Tolerant Compressed Natural Gas Injector）及び１９９８年５月２７日に出願された米国特許仮出願連続番号第６０／０８６９３９号、「低ノイズ燃料インジェクタのためのニードル弁」（Needle Valve For Low Noise Fuel Injector）。引用した両特許仮出願は、引用により全部が組み込まれる。
【０００２】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、改良された低ノイズニードル弁を有する圧縮天然ガスインジェクタに関する。
【０００３】
２．圧縮天然ガス（以下ＣＮＧと呼ぶ場合がある）は、商業用軍事車両及び住居顧客のための一般的な自動車燃料となりつつある。車両においては、ＣＮＧは、以下では“ＣＮＧインジェクタ”と呼ばれるガスインジェクタを介して正確な量でエンジンに供給される。ＣＮＧインジェクタは、噴射パルスごとに正確な量の燃料を供給し、この精度をインジェクタの寿命に亘って維持しなければならない。このＣＮＧインジェクタのためのパフォーマンスのレベルを維持することを目的として、燃料中の異物の効果の低減を助けるための戦略が必要とされている。
【０００４】
圧縮天然ガスは、パイプラインシステムにおいて国中へ供給され、主として商業的及び住居用暖房のために使用される。暖房システムはＣＮＧの品質レベルの変化や異物を許容することができるが、自動車のガスインジェクタにおける許容レベルは著しく低い。
【０００５】
これらの異物は、暖房のために使用されるＣＮＧにおいて長年許容可能であったが、インジェクタのパフォーマンスに様々なレベルにまで影響し、将来のＣＮＧインジェクタ設計において考慮される必要がある。ＣＮＧにおいて発見される幾つかの異物は、小さな固形粒子、水、圧縮機の油である。これらの異物はそれぞれ、パフォーマンスをインジェクタの寿命に亘って維持するためにインジェクタ設計において言及されなければならない。
【０００６】
異物は複数の源からパイプラインへ進入することができる。パイプラインの修理、保守及び新たな建設は多くの外部粒子を燃料へ混入させる。水、塵芥、湿気及び汚れが少量で容易にあらゆるこれらの作業中に混入されるおそれがある。パイプライン中で発見されるタイプの多くの金属の酸化物もシステムに混入されるおそれがある。さらに、誤って圧縮機が、気化された圧縮機油を混入させるおそれがあり、この圧縮機油は圧縮機のシールによって吹かれ、ガスに進入する。燃料再供給でさえ、いずれかの燃料再供給設備における異物を貯蔵シリンダへ送り込むおそれがある。これらの異物の多くは、極めて重要な燃料システムコンポーネントへ達し、車両の寿命に亘って動作特性を変化させるおそれがある。
【０００７】
ＣＮＧにおける異物に加え、燃料インジェクタの現在知られている弁部材は、ＣＮＧと使用された場合も液体燃料と使用された場合も欠点を生じることが知られている。例えば、典型的に知られたインジェクタの可動子及びニードル弁は、弁の開閉時に著しい音を生ぜしめる。特に、弁コンポーネントの質量を加速度で乗じた数に等しい衝撃力は、エンジン室内に音を生ぜしめるおそれがあり、この音は、通常、機械的な問題又はその他の耳障りで不愉快なノイズとして認識される。
【０００８】
概して、燃料インジェクタは、燃料を正確に計量供給するために多くの内部コンポーネントの多くにおいて極めて厳しい公差を要求する。ＣＮＧインジェクタが異物を許容範囲に保つために、可動子ニードルアセンブリのためのガイド面及び衝撃面は、独特な特性を必要とする。また、ニードル弁は、ＣＮＧによって提供される特定の環境が与えられているので、正確に制御することが困難である。我々は、低減されたニードル質量を有しかつ閉鎖時に低いノイズを提供する改良されたニードル弁を有する、公知のインジェクタに比べ著しく改良されたＣＮＧインジェクタを発明した。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６３８２０１号明細書は、軸方向に可動なニードル弁エレメントのためのフィルタ機能及びガイド機能を提供するために弁座の上流に配置されたガイドディスクを有する燃料インジェクタを開示している。弁エレメントは、支持シャフトの直径よりも大きな直径を有する弁閉鎖セグメントを有しており、ガイドディスクは、弁エレメント全体をガイドするために弁閉鎖セグメントの近傍に位置決めされている。
【０００９】
本発明によれば、内燃機関の燃料噴射システムのための電磁気的に動作可能な燃料インジェクタであって、該インジェクタが長手方向軸線を有しており、前記インジェクタに、本体シェル部分と弁体部分とを含んだ強磁性コアと、該強磁性コアを少なくとも部分的に包囲した磁気コイルと、該磁気コイルに磁気的に接続されておりかつ該磁気コイルに応答して可動な可動子とが設けられており、該可動子が、上面と、下端部と、燃料受取り部とを有しており、前記可動子の上方にほぼ長手方向軸線に沿って延びた燃料入口コネクタが設けられており、該燃料入口コネクタが、燃料を可動子の燃料受取り部に向かって方向付けるための貫通通路を規定しており、さらに燃料入口コネクタが、可動子の上方に間隔を置いて位置した下端部を有しており、これにより、作業ギャップを規定しており、該作業ギャップを介して可動子が可動であり、ほぼ円錐台形の定置の弁座が設けられており、該弁座が、弁開口と弁座面とを有しており、可動子の下端部に結合された弁閉鎖エレメントが設けられており、該弁閉鎖エレメントが、弁開口を開閉させるために弁座と相互作用するように動作可能であり、前記弁閉鎖エレメントが、ほぼ中央のシャフト部分とほぼ円筒状の端部とを有する細長いニードル弁から成っており、前記端部の直径がほぼ中央のシャフト部分の直径よりも大きく、前記円筒状の端部が、弁座面と係合及び相互作用するほぼ球状の端面を規定している形式のものにおいて、前記可動子が、弁座までの少なくとも１つの第１の燃料流路を規定するために、前記可動子の壁部を貫通した少なくとも１つの燃料流れ開口を有しており、該少なくとも１つの燃料流れ開口が、前記軸線に対して鋭角を形成しており、燃料入口コネクタと可動子とが、可動子と磁気コイルとの間の別の流路を可能にするようになっていることを特徴とするインジェクタが提供されている。
発明の概要
本発明は、内燃機関の燃料噴射システムのための電磁操作式燃料インジェクタに関しており、このインジェクタは、ほぼ長手方向の軸線を有しており、このインジェクタには、強磁性コアと、この強磁性コアを少なくとも部分的に包囲した磁気コイルと、磁気コイルに磁気的に接続されておりかつ磁気コイルに応答して可動である可動子とが設けられており、この可動子が、定置の弁座と相互作用する弁閉鎖エレメントを作動させ、磁気コイルが励磁されると定置の弁座から離反するように可動である。可動子は、ほぼ細長い形状と、隣接して位置決めされた燃料入口コネクタから燃料を軸方向に受け入れるためのほぼ中央の開口とを有している。弁閉鎖エレメントは可動子に取り付けられており、ほぼ円錐台形の弁座に向かって及び弁座から離れるように選択的に移動させられるように位置決めされており、弁閉鎖エレメントは、ほぼ中央のシャフト部分とほぼ円筒状の端部とを有する細長いニードル弁である。ニードル弁のほぼ円筒状の端部は、ほぼ中央のシャフト部分よりも大きな直径を有しており、定置の弁座とシール係合するためのほぼ球状の端面を有している。
【００１０】
有利には、燃料入口コネクタは、可動子の上方にほぼ長手方向に延びており、燃料が入口コネクタに進入しかつ可動子に向かって方向付けられるための経路を規定しており、燃料入口コネクタは、可動子の上方に間隔を置かれた下面を有しており、これにより、作業ギャップを規定しており、この作業ギャップを介して可動子は可動である。可動子は、燃料入口コネクタから方向付けられた燃料を受け取り、エンジンのインテークマニホルドへの進入のために燃料を定置の弁座に向かって方向付けるための、燃料受取り部を有している。燃料入口コネクタと可動子とは、可動子と、磁気コイルと、弁体シェルとの間に、燃料弁へ通じた経路の一部としての、気体燃料の第１の流路を形成している。可動子は、可動子の壁部を通って延びた、少なくとも１つの第１の燃料流れ開口を規定しており、これにより、燃料弁に通じる経路の部分としての、気体燃料の第２の流路を規定している。可動子は、可動子の壁部に少なくとも１つの第２の開口を規定しており、これにより、燃料弁に通じる経路の一部としての、気体燃料の第３の流路を規定している。少なくとも１つの第２の開口は、長手方向軸線に対してほぼ鋭角に方向付けられている。
【００１１】
さらに、燃料インジェクタは弁体を有しており、この弁体は、可動子の下流に位置決めされており、可動子と燃料入口コネクタとからの気体燃料の流路の少なくとも２つからの燃料を受け取るための、可動子の壁部における少なくとも１つの開口を有している。燃料入口コネクタは、可動子の上方に位置決めされており、可動子から作業ギャップだけ間隔を置いて配置されており、燃料入口コネクタは、燃料を可動子と定置の弁座とに向かって方向付けるための貫通通路を規定している。燃料入口コネクタは、燃料源から気体燃料を受け取るための上端部分と、気体燃料を排出するための下端部分とを有しており、下端部分は、可動子の上面に面した下面を有しており、燃料入口コネクタの下面は、この下面に規定された、半径方向に延びた複数の突出したパッドを有している。パッドは、その間に凹所を有しており、燃料がこの凹所を通り、燃料入口コネクタと可動子との間に規定された作業ギャップを横切って流れることができる。ニードル弁のほぼ円筒状の端部は、弁座の対応する形状の面と係合するために、ニードル弁の下端部に寛大な半径（generous radius）を有している。ニードル弁は、圧着された部分によって前記可動子に取り付けられており、弁座の対応する形状の面は、有利にはほぼ円錐台形の横断面を有している。さらに、燃料入口コネクタは、燃料をろ過するために上端部に燃料フィルタを有している。
【００１２】
ニードル弁は、ほぼ細長いニードル弁であり、球状の端部を有しており、弁を閉鎖するために定置の弁座の円錐台形面に係合するように構成されており、弁を解放させて燃料が弁を通って内燃機関に向かって通過できるようにするために弁座から可動である。ほぼ細長いニードル弁は、第１の直径を有する、ほぼ細長くほぼ中央のシャフト区分と、第１の直径よりも大きな第２の直径を有する自由端部区分とから成っている。自由端部区分は、定置の弁座の円錐台形面と係合する、球状の端部弁シール面を有している。ニードル弁は、圧着された部分によって可動子の下端部分に結合されており、ニードルにおける球形の面は、ほぼ１．７５ｍｍの直径を有している。
【００１３】
下部ニードルガイドは、ニードルの上下運動をガイドするためにニードルの大きな直径部分を包囲して位置決めされている。有利には、ニードルの球状の面を規定した半径の中心は、下部ニードルガイドとほぼ一致して配置されている。球状のニードル端部面の中心は、下部ニードルガイドの幅方向寸法の中心に配置されており、下部ニードルガイドの下面と一致している。
【００１４】
さらに、燃料インジェクタは、弁体を有しており、この弁体は、可動子の下流に位置決めされており、また、可動子と燃料入口コネクタとからの気体燃料の流路の少なくとも２つからの燃料を受け取るための、弁体の壁部に設けられた少なくとも１つの開口を有している。燃料入口コネクタは、可動子の上方に位置決めされており、可動子から作業ギャップ分だけ間隔を置いて配置されている。燃料入口コネクタは、可動子と定置の弁座とに向かって燃料を方向付けるための貫通通路を規定している。燃料入口コネクタは、燃料源から気体燃料を受け取るための上端部と、気体燃料を排出するための下端部とを有している。下端部は、可動子の上面に面した下面を有している。燃料入口コネクタの下面は、この下面に規定された、半径方向に延びた複数の突出したパッドを有している。パッドは、その間に凹所を有しており、これにより、燃料が、この凹所を通り、前記入口コネクタと前記可動子との間に規定された作業ギャップを横切って流れることができる。
【００１５】
まず図１を参照すると、本発明により構成されたＣＮＣインジェクタ１０が示されている。ここで考えられているタイプのインジェクタは、共同譲渡された米国特許第５４９４２２４号明細書に説明されており、この明細書の開示は引用により本願に組み込まれる。
【００１６】
インジェクタ１０は、可動子１４を含むハウジング１２を有しており、前記可動子にニードル１６が、後で図１２に関連して説明するように、圧着によって取り付けられている。燃料入口コネクタ１８は、図示したように、中央燃料流れ開口１３と、この開口１３の上端部に設けられたＣＮＧフィルタ２０とを有している。燃料入口コネクタ１８は、公知の圧着方法によって２４において結合された調節管２２をも有している。ハウジング１２は、内部の非磁性シェル２６を有しており、このシェル２６は、入口コネクタ１８と、図示したように中央燃料流れ開口１を有する可動子１４とを包囲している。可動子１４と入口コネクタ１８とは、ハウジング１２と相俟って、コイル２８のための包囲体を規定しており、前記コイルは、弁開口４１を開放させることを目的として可動子１４とニードル１６とを上方へ移動させるために選択的に励磁され、コイルばね３０の力によって、可動子１４とニードル１６とを、図示したような“閉鎖された弁”の位置にまで戻すために選択的に励起されなくなる。インジェクタ内への燃料流はフィルタ２０において開始し、燃料入口コネクタ１８を通って可動子１４へ、最終的に弁座４０の弁開口４１へ、エンジンのインテークマニホルド（図示せず）内へ通過する。
【００１７】
さらに図２に関連した図１を参照すると、強磁性材料から形成されかつ磁気回路の一部を形成した弁体シェル３２は、弁体３４を包囲しており、図示したように上端に上部ガイド３６を有している。上部ガイド３６と可動子１４との間のスペース３６ａは、直径上で約０．０１０〜約０．０１５ｍｍであり、可動子１４の案内運動を可能にする。下部Ｏリング３８は、インジェクタ１０とエンジンインテークマニホルド（図示せず）との間のシールを提供し、上部Ｏリング３９は、インジェクタ１０と燃料レール（図示せず）との間のシールを提供する。弁体３４は、中央の燃料流れ開口３５を規定している。
【００１８】
図２に示したように、弁体シェル３２は、有利には溶接３２ａによって弁体３４に取り付けられており、上端部において溶接２６ａによって非磁性シェル２６に取り付けられている。非磁性シェル２６自体は燃料入口コネクタに２６ｂにおいて溶接されている。したがって、燃料入口コネクタ１８から作業ギャップ１５を横切って流れる燃料は、可動子１４と弁体シェル３２との間の隙間スペース１４ａを流過しなければならず、この隙間スペース１４ａは、可動子１４の上下運動を可能にするためにも設けられている。スペース１４ａは、可動子１４の直径において約０．０１０〜０．０３０ｍｍである。
【００１９】
再び図１及び図２を参照すると、弁座４０が、弁オリフィス４１と、円錐台形横断面を有する漏斗状のニードル当接部４２とを有している。弁座４２は、バックアップワッシャ４４によって所定の位置に保持されており、燃料が漏出しないようにОリング４６によって弁体３４とシールされている。ナイロン等の適切なプラスチック材料のオーバモールド４８が端子５０を支持しており、この端子５０は、コイル２８内へ延びておりかつ、可動子１４とニードル弁１６とをばね３０の力に抗して持上げることによって弁を開放させることを目的として、コイルの選択的な励磁を提供するために、接続部５１を介して接続されている。コイル２８は、図示したように誘電性のプラスチック材料５３によって包囲されている。
【００２０】
本発明の顕著な特徴は、特に、前記の特殊な弁の閉鎖を排除しかつインジェクタの動作を改良するために提供される。図３には、入口コネクタ１８の下端部分１８ｃが、正確に面取りされた端部５２によって示されているように構成されている。この構成は、可動子を作業ギャップ分だけ移動させるために形成される有効な磁力を最適化する形式で、作業ギャップ１５を横切るように磁界を方向付けかつ向き付ける。この特徴は、共同譲渡されかつ共同出願された（整理番号第９８Ｐ７６７７ＵＳ０１）同時係属出願の「異物に寛容な圧縮天然ガスインジェクタ及び気体燃料を方向付ける方法」（Contaminant Tolerant Compressed Natural Gas Injector and Method of Directing Gaseous Fuel）という発明の名称の明細書に開示されている。この明細書の開示は引用によりここに組み込まれる。
【００２１】
図４に示したように、凹んだ面１８ａの形式の半径方向スロットが、入口コネクタ１８の最下部の面に設けられており、これにより、可動子と入口コネクタとの間の有効接触面積を、従来の慣用のインジェクタにおいて利用されていた断面積全体の３分の１だけ減じる。この構成は、高さが約０．０５ｍｍの６つの鋳造されたパッド１８ｂを提供し、これにより、６つの対応する矩形の半径方向スロット１８ａを形成し、燃料の流路を提供する。図示したように入口コネクタ１８の下面の有効面積を減じることによって、入口コネクタ１８と可動子１４との間の引き付け力を形成する傾向が、もともとの値の約３分の１にまで著しく減じられ、入口コネクタと可動子との間の引き付け力を生ぜしめることなしに境界面における燃料異物を許容する能力も著しく増大させられる。前記のように、有利には、矩形の半径方向のスロット１８ａの深さは浅く、すなわち約０．０５ｍｍ（すなわちミリメートル）であり、これにより、入口コネクタ／可動子境界面領域を減じるという利点を提供するが、依然として、気体ＣＮＧの流れによって最終的に除去される固形異物の収集のための比較的妨害的でない位置を提供する。
【００２２】
前記のように、入口コネクタ１８の下面に凹んだ面１８ａを提供することは、この面に突出したパッド１８ｂを形成し、これらのパッドが幾つかの方法で燃料異物に対するインジェクタの許容度を改善する。凹んだ面１８ａはあらゆる適切なプロセスによって形成されてよいが、鋳造されると有利である。第１の効果は、可動子の境界面における入口コネクタの接触面積を減じることであり、これにより、油又は水等の液体異物によって、可動子と入口コネクタとの間に生ぜしめられる引き付け力を著しく減じる。さらに、前記のように、半径方向のパッド１８ｂは、パッドの間に凹んだ領域を提供し、この領域において異物は、燃料の流れによって引き離されるまで、操作的な作業ギャップ１５に影響することなしに集合することができる。ガソリンの場合の作業ギャップは、約０．０８〜約０．１４ｍｍであり、圧縮天然ガスの場合には約０．３ｍｍである。さらに、前記のように、入口コネクタに、６つのスロット１８ａの形式の６つの矩形の凹んだ部分と、図示したようにそれぞれ有利には円錐台形を有する６つの突出したパッド１８ｂとを提供することにより、図５に５６で示したように気体燃料が作業ギャップ１５を横方向に通過させる形式で、入口コネクタ／可動子境界面を通る独特な燃料流路が提供され、圧力損失を制御することによって、可動子の周囲を通過しかつ可動子を貫通する燃料流れの制御が可能となる。また、凹んだ面１８ａと突出したパッド１８ｂとのサイズを制御することにより、後で説明するような、可動子及び弁体に設けられた様々な開口５８，６０，６６、及びこのような開口の数及び組み合わせを制御することにより、燃料の流れは少なくとも３つの流路に亘って制御されることができ、圧力損失をも制御することができる。例えば、完全に開放しているときの可動子の両側の小さな差圧は、閉鎖における離反の間だけばね３０を補助し、開放の衝撃の緩衝を提供する。付加的な燃料流路は、図２に示したような上部ガイド３６の上方に異物が集まる可能性をも減じる。要するに、開口の多数の組み合わせ及び開口のサイズ、並びに燃料入口コネクタに設けられたスロット及びパッドは、最適な燃料燃焼及びエンジン適用のために最良のあらゆる所望の形式で気体燃料の流れを方向付けるようにされることができる。
【００２３】
次に図１から図３までに関連した図５及び図６を参照すると、燃料インジェクタアセンブリを、ＣＮＧとの動作をより完全に可能にするさらに別の顕著な改良が示されている。比較的異物の無い燃料と共に使用された従来のインジェクタにおいては、燃料は、フィルタと入口コネクタとを通って可動子内へ流れ、弁開口のほぼすぐ上方に位置した可動子の最下部の比較的近くに位置決めされた開口から流出する。本発明の構造においては、図５に示されたような比較的斜方向に方向付けられた開口５８が設けられており、この開口５８は、ＣＮＧの流れを開口を通過するように、内燃機関のインテークマニホルド内への進入のために弁開口４１へ向かって下方へ案内する。図５に示したように、開口５８は長手方向軸線Ａ−Ａに対してほぼ鋭角を形成している。さらに、本発明の可動子は、少なくとも１つの側部開口６０を有しており、この側部開口６０は、燃料インジェクタ１０の長手方向軸線Ａ−Ａに対してほぼ横方向であり、これにより、可動子の中心を通って下方へ流れる燃料を、可動子から側方へ案内し、この後図１に示された弁開口４１に向かって下方へ案内される。図１に示した実施例においては、開口６０はほぼ水平であるが、望ましいならば長手方向軸線に対して角度を成して配置してもよい。開口５８は図１の横断面図には示されていない。開口６０を流過する流れは、流れ線６２によって示されており、開口５８を流過する燃料は、概略的に図５に流れ線６４によって示されている。選択的に、複数の付加的な水平な開口６０が、種々異なる半径方向位置において可動子に設けられていてよく、又は択一的に図示したように、それぞれの特定の例において求められる燃料流れパターンに応じて、１つの開口６０が設けられてよい。燃料入口コネクタ１８からの燃料の流れは３つの経路に分割されていることがわかるが、第１の経路は、作業ギャップ１５を横切って延びており、第２の経路は開口６０を通って延びており、第３の経路は開口５８を通って延びている。第１の経路は、可動子１４と磁気コイル２８との間に延びており、最終的に開口６０を介して第２の流路と合流する。
【００２４】
それぞれの開口５８，６０の直径は、あらゆる所定の所望の方向に燃料の流れを案内するように変更することができる。例えば、開口５８，６０のサイズを減じることによって、燃料は、増大された容積で作業ギャップ１５を横切って流れるようになる。択一的に、開口５８，６０の直径を増大することにより、より大きな容量の燃料をこれらの開口を通るように引き付け、これにより、作業ギャップを通る燃料流を減じる。開口５８，６０の直径及びこのような開口の数及び位置が、開閉時に、ニードル弁１６の緩衝特性に影響することが分かった。すなわち、燃料流れ開口５８，６０の直径及びこのような開口の数、位置及び向きは、所望の容積流れ特性と、それぞれの例において所望の流れ間ターンとに依存する。しかしながら、１〜２ｍｍの範囲の直径が有利であることが分かっている。
【００２５】
今や図６を参照する。弁体３４には、中央の燃料流れ開口３５と、複数の斜方向に向き付けられた燃料経路開口６６とが設けられており、これらの燃料経路開口６６は、作業ギャップ１５及び開口６０からの第１及び第２の流路から、可動子１４に沿って流れるＣＮＧ燃料を受け取り、燃料を下方へ弁開口４１に向かって再方向付けし、これにより、ニードル１６が持上げられている場合に、燃料が開口４１へ流入することができ、その後、エンジンのインテークマニホルド内へ方向付けられるが、ニードル及びエンジンは図示されていない。第３の流路に沿って、開口５８を通って流れる燃料は、直接開口４１に向かって通じる。開口５８及び６０と、入口コネクタの下面における矩形の半径方向スロット１８ａとの独特な提供は、燃料を、図５に５６，６２において燃料流れ線によって示された形式で流れさせるような燃料流れパターンを形成し、このような燃料流れ線は、実際には、可動子が入口コネクタに引き付けられることを防止するために、理想的な圧力条件を形成する。このように、可動子と入口コネクタとの間の引き付け力は前記複数の要因によって最小限に抑制され、すなわち、可動子と入口コネクタとの間に位置するスペース１５に油及び異物が滞留する傾向が排除され、入口コネクタの面に半径方向のパッドを設けることにより有効入口コネクタ／可動子境界面面積が減じられ、独特なＣＮＧ流れパターンを提供し、この流れパターンは、入口コネクタと可動子との間の、力の無い（force free）環境を形成する。
【００２６】
示したように、択一的に、開口６０は、可動子の周面上の複数の個所に設けられていてもよく、開口５８は複数の個所に設けられていてよい。しかしながら、図示したように、それぞれの側に１つの開口を設ければ、所望の流路及び力の無い環境を形成するためには十分である。また、説明したように、注意すべきことは、それぞれの開口の直径は、入口コネクタ、可動子及び弁体を取り囲む領域における燃料圧力と流れパターンとを制御するために変更することができ、これにより、所望のように、インジェクタの全体において所定の流れパターンを提供する。
【００２７】
今や、図１から図３までに関連した図７及び図８を参照すると、本発明の可動子、改良された弁体及び改良されたニードル弁の拡大された正面図が示されている。特に、可動子１４は、側部の燃料流れ開口６０を有しており、弁体３４は、斜方向のＣＮＧ燃料流路開口６６を有している。可動子１４は、７８において公知の圧着手段によって本発明の改良されたニードル弁１６に取付けられている。
【００２８】
この場合の燃料インジェクタの改良された弁コンポーネントは、本発明の改良されたニードル１６を組み込んだ、図１、図７及び図８に開示されている。注意すべきことは、燃料インジェクタの動作中、可動子は、コイルが励磁されたりされなかったりすることによって上下に移動し、これにより、ニードル弁１６と弁座４０との交互の開閉接触を生ぜしめる。ニードルが持上げられて、ＣＮＧ燃料が開口４１を流過できるようになると、流れはニードルの先端部１７を通過し、エンジンのインテークマニホルドに向かって、流路に設けられた開口４１に進入する。
【００２９】
連続的に円筒状の外面を有する慣用のほぼ長いニードルを有する慣用の液体燃料噴射システムでは、ニードルは幾つかの問題及び欠点を有する。ＣＮＧシステムに適用される場合、慣用のニードルに固有の問題は、特に液体環境と比較した気体環境における変化により、強調される。すなわち、本発明は、液体燃料及び気体燃料タイプを含む、燃料噴射システムの動作特性を改良する、新規のニードル弁を有している。
【００３０】
慣用のニードル弁が燃料インジェクタの弁座に係合する場合、慣用のニードルとの衝撃力が、エンジン室内に音を生ぜしめるおそれがあることが知られており、この音は、一般的に、機械的な問題又はエンジンから発せられるその他の耳障りな又は不快な騒音として認識される。この衝撃力（弁コンポーネントの質量に加速度を掛けたものに等しい）は、一般的に、弁座と係合した“弁閉鎖”位置に向かって移動する間のニードルの比較的著しい速度によって生ぜしめられる。すなわち、本発明の一部を形成するニードル１６は、従来のニードルの欠点を排除するように構成されている。このニードルは、本発明の場合のような気体燃料噴射システムにおける性能を改良することが分かっているが、液体燃料噴射システムの性能を改良することも分かっている。
【００３１】
図７に示された改良されたニードルの場合、ニードル弁１６と弁座４０との接触面積を最小限に抑制するためにニードルの弁端部に寛容な半径の（generous radius）シール部分１９を提供することが望ましいことが分かっている。例えば、ニードルの先端部における半径が大きいほど、ニードルと弁座４０との間のシールが良好となる。有利には、ニードル１６の球状のシール部分１９の半径は、約１．７５ミリメートル（すなわちｍｍ）のオーダ又は従来の構造における対応するシール面の半径の１．５倍である。しかしながら、ここに開示されたタイプの慣用のインジェクタのための一般的に知られたニードルは、上端部から下端部にまで連続的な外部の円筒状輪郭を有しており、ひいては、比較的大きな先端の弁表面部分を提供するために、比較的大きな断面積を有するニードルを必要とする。図７に示された本発明のニードル１６は、開示されたように比較的質量の小さなニードルであるが、比較的大きな球状のシール面を有している。
【００３２】
特に、ニードルの質量は、ニードル１６のシャフト１９の横断面寸法を減じ、図示したようなニードルのシャフトよりも横断面寸法が大きな先端部を有することによって著しく減じられている。この構成は、先端部分１７の面１９の比較的大きなシール寸法を維持しながら，ニードルの質量を有効に減じ、これにより、弁座４０と係合するための、ニードルの先端部における比較的寛容な半径を提供する。ニードルの比較的減じられた質量と、先端部１７の比較的大きな半径により、与えられた量のＣＮＧ流れのためのニードルのための寛容な球状のシール面１７ｂを提供することができる。気体の半径（gaseous radius）は、ニードル１６のためのより短い走行距離をも提供し、これにより、弁座に対するニードルの衝撃速度を減じる。所定の流量に対しては、この構成は、ニードル１６と弁座４０との間の衝撃によって生ぜしめられる騒音の著しい低減を提供することが決定された。さらに、装置の騒音の減衰は、（ニードル１６の持上げの減少によって）振幅を減じ、騒音の（先端部１７の衝撃半径を大きくすることによって）周波数を、人間の耳によって認識される音声スペクトルの、より不快でない領域にまで低減することの結果である。
【００３３】
低減された騒音に加えて、本発明の改良されたニードルは、平均ニードル直径に対してより大きな案内面を提供し、これにより、図７に示された下部ガイド８０のガイド面の耐磨耗性を改良する。ガイド面のこの改良された耐磨耗性は、従来のニードルにおいて使用されていた慣用のベース弁ガイド直径に比べて荷重が減じられることによるものである。例えば、典型的な従来のニードルは、丸み付けられた端部において終わったほぼ連続的な円筒状のシャフトを有しており、このシャフトの直径は、図７に示された改良されたニードルのシャフトの直径の２倍である。これに対して、図７に示されたニードルの先端部１７は、ニードル１６のシャフト１９の直径より約５０％まで大きな直径を有するように形成されており、これにより、従来のニードルよりも大きな直径を有しており、従来のニードルの場合よりも直径の大きなガイド面と表面積とを有する下部ガイド８０を提供している。これにより、慣用のベース弁ガイド直径の荷重よりも荷重が少なくなるので、ガイド面の耐磨耗性が改善される。
【００３４】
図９には、改良されたニードル１６と漏斗状のニードル当接部４２との間の有利な寸法上の関係が詳細に示されている。図１を参照に説明したように、ニードル１６は、中央のシャフト部分と、球状の下面１７ｂを有する円筒状のニードル先端部分１７とを有しており、前記下面１７ｂは、ニードル当接部４２の同様の形状の球状の面と係合する。ニードルは、図１に示したような上部ガイド３６と、図９及び図１０に示したような下部ガイド８０とによってガイドされる。上部ガイド３６は、性質上、可動子１４とニードル１６との上下運動を可能にするために、ガイド面と可動子１４との間に空間を提供しなければならない（直径上で０．１〜０．３ｍｍ）。したがって、可動子１４とニードル１６とは、上部ガイド３６における直径上の約０．１〜約０．１５ｍｍの空間３６ａ内で左右に揺動する傾向がある。
【００３５】
今や図９を参照すると、ニードル先端部１７の球状シール面１７ｂの中心１７ａを、図示したように下部ガイド８０の下面の中心に配置すると有利であることが分かっており、これにより、円錐台形のニードル当接部４２における正確な座着及びシールを保証する。特に、先端部１７の球状シール面１７ｂの中心１７ａのこのような位置決めにより、下部ガイド８０は、上部ガイド３６内で生じるニードル先端部１７の横方向の動きを制限する傾向がありかつ有効に中心点となり、この中心点を中心にニードル先端部１７は動きの３６０°に亘って回転することができる。したがって、上部ガイド３６の高さにおいて生じるニードルのあらゆる横方向の動きは、中心点１７ａを中心にニードルを旋回させ、ニードル当接部４２におけるシール面１７ｂの自己座着を促進する。この自己座着という特徴は、あらゆる不整合又は製造公差の蓄積が、上部ガイド３６とニードル３６との関係において生じた場合にも当てはまる。
【００３６】
注目すべきように、本発明のニードル１６は、ここで想定されているようなＣＮＧを使用するインジェクタにおいて使用することもガソリン等の液体燃料を使用するインジェクタにおいて使用することも有利である。特に、液体燃料を使用するインジェクタでは、ニードル弁の動作が、広範囲な弁シール面と弁座とを横切る流体の移動によっても緩衝され、このことはさらに、衝撃力と、ニードル弁が弁座から跳ね返る場合にニードル弁によって生ぜしめられる、閉鎖時における制御されない二次的な噴射を低減する。弁の跳ね返りの緩衝は、オリフィスへの低い容量／速度の燃料移動を最小限に抑制する。したがって、ニードルの跳ね返りの緩衝は、燃料弁開口及び周囲領域への低容量／低速度の燃料移動を最小限にすることによってインジェクタの動作を改良し、前記周囲領域は、液体燃料が使用される場合表面張力により広範囲に液滴を引っ掛ける傾向がある。弁の跳ね返りの緩衝は、気体ＣＮＧを使用することを想定している本願のインジェクタにおいて有利であることが分かっている。
【００３７】
次に図８を参照すると、可動子１４が示されており、この可動子１４には７８において公知の圧着手段によってニードル弁１６が圧着されている。しかしながら、弁体３４は、可動子１４及びニードル１６の拡大図を分かりやすくするために省略されている。図８では、ニードル１６の図は、明らかに、主シャフト部分１９と、拡大された弁球状シール面１７ｂを備えた拡大された先端部１７とを示しており、前記シール面１７ｂは、有利には、上述したように弁座４０の座着面４２と係合したり離反したりする。
【００３８】
本発明のニードル弁を有するインジェクタは、ここに設けられたニードルタイプ弁のシール特性を改良することによって、改良された動作を提供する。前記のように、改良されたニードルにより、開閉時の騒音特性とニードルの緩衝とが著しく改良され、図示及び説明したようなインジェクタは、ガソリン等の液体燃料との使用に対しても、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等の気体燃料との使用に対しても著しく改良される。
【００３９】
本発明を、図示した有利な実施例を引用して詳細に説明したが、冒頭の請求項により記載及び規定された本発明の範囲及び思想には、変更及び修正が提供されてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明により構成されておりかつ本発明による改良されたニードルを組み込んだ圧縮天然ガスインジェクタを部分的に断面図で示す正面図である。
【図２】  本発明の一部を構成する改良された可動子とニードルとの組合せを示す、図１のインジェクタの下部の拡大された正面断面図である。
【図３】  図１に示したインジェクタの燃料入口コネクタの下端部の有利な実施例の部分的な正面断面図である。
【図４】  図１に示した有利な燃料入口コネクタの底面の平面図である。
【図５】  図１に示された可動子の有利な実施例の正面断面図であり、この実施例から提供される改良された燃料流路を示している。
【図６】  図１に示された弁体の有利な実施例の上部の正面断面図である。
【図７】  本発明により構成された改良されたニードル弁と、燃料ジェット流れ装置とを組み込んだ、図５に示した可動子の拡大された正面図と、図６に示した弁体の断面図である。
【図８】  図５に示した可動子と、図１１に示した改良されたニードル弁との、部分的に断面で示した拡大された正面図である。
【図９】  図１及び図７に示したように定置の弁座に当て付けられたときのニードル弁のシール先端部を示す拡大された断面図であり、ニードル先端部と、定置の弁座と、下部ニードルガイドとの有利な寸法上の関係を示している。
【図１０】  図７の１０−１０線に沿って見た図であり、正確に成形された燃料通路開口を有する有利なニードル弁下部ガイドを示している。
【符号の説明】
１０  インジェクタ
１２  ハウジング
１３  中央燃料流れ開口
１４  可動子
１４ａ，１５ａ  スペース
１５  作業ギャップ
１６  ニードル
１８  燃料入口コネクタ
１８ａ  スロット
１８ｂ  パッド
１９  開口
２０  フィルタ
２２  調節管
２４  箇所
２６  シェル
２６ａ，２６ｂ  溶接
２８  コイル
３０  コイルばね
３２  弁体シェル
３２ａ  溶接
３４  弁体
３６  上部ガイド
３８  下部Ｏリング
４０  弁座
４０  上部Ｏリング
４１  弁開口
４２  ニードル当接部
４４  バックアップワッシャ
４６  Ｏリング
４８  オーバモールド
５０  端子
５１  接続部
５２  端部
５８，６０，６６  開口
６２  流れ線
【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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