JPH07505460A - 再循環トラップを有する噴射弁弁座 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 再循環トラップを有する噴射弁弁座 発明の分野 本発明は、広くは内燃機関用の電気機械式に操作される燃料噴射弁に関するもの である。本発明は、また、より具体的には、薄手のディスク状オリフィス部材を 通過する流れを改善する手段に関するものである。

この改善を要するのは、一定条件下でのインジェクタ作動時にインジェクタの袋 状容積内で燃料が一定の再循環を行なうという予期せぬ発見による。この再循環 は、ディスクのオリフィスを通過する流れに、各オリフィス内の異なる個所で有 意に異なる速度ベクトルを生じさせる。オリフィスを通過する理想の流れが完全 に軸方向であるのに対し、これらの速度ベクトルのなかには、かなりの半径方向 分速度が存在し、その分速度だけ軸方向流速が減じられるのみでなく、噴射され た燃料が横方向に分散される。この分散型が多ければ、燃料噴射ノズルから下流 へマニホールドランナの隣接壁を濡らして、エンジンからの排気が有害物質を含 むことになる。

発明の背景及び要約 電気機械式に作動せしめられる成る型式の燃料インジェクタのノズル端には、切 頭円錐形の弁座が設けられており、この弁座がじょうご形に中心の円形穴へと続 いている。中心の円形穴は、１つ又は２つ以上のオリフィスを有する薄手のディ スク状オリフィス部材により覆われている。内部作動機構に含まれるニードルは 、球形の輪郭の先端を有し、この先端が弁座に密着又は離間することで、燃料イ ンジェクタを通過する流れが遮断又は流過せしめられる。燃料インジェクタが開 かれると、ニードル先端と弁座との間の揚程開口を燃料が通過する。燃料流は中 心の円形穴へ向って収れんし、円形穴へ流入する。円形穴の底部にはオリフィス を有する薄手のディスク状部材が配置されているが、これらのオリフィスは、円 形穴へ流入する燃料流の収れん方向から外れて位置している。この結果、燃料流 はオリフィスを通過するには、かなり急角度で屈折せねばならない。

各オリフィスの目的は、オリフィスの圧力ないし流れ特性に従ってオリフィス平 面に対し直角方向の燃料流を噴射することである。オリフィス部材は、これまで は、一方では扁平ディスクとして構成され、このディスクがインジェクタの主軸 線に対し直角に配置された結果、燃料は各オリフィスから前記主軸線と平行の流 れとして各オリフィスから噴射されることになった。また、オリフィス部材は、 他方では、１つ又は２つ以上のオリフィスを有する、中央に円錐形のくぼみの設 けられたディスクとして構成された。このディスクの場合は、燃料がインジェク タ軸線に対し非平行な流れとして各オリフィスから噴射され、所望の方向に向け られた。しかし、実際には、オリフィスからの噴射流は完全に理想的なものでは な（、ある程度分散される。

これまでに、薄手のディスク状オリフィス部材のオリフィスを通る流れが、特定 条件下でのインジェクタ作動時にオリフィス周囲のどこかの個所では完全に均等 ではないと見られたことはあっても、生じる可能性のある不均等度や不均等の性 質が、これまでは完全には評価されなかったように思われる。本発明は、全く注 目すべき、かつまた予期しない発見の成果である。

すなわち、−主燃料インジエクタの少なくとも一定条件の作動時に、特にインジ ェクタの弁揚程が低い場合に、オリフィス前後では燃料速度ベクトルに注目すべ き差が生じるという発見である。この現象は、燃料流が、弁揚程の開口からオリ フィスへ通過するさいに、既述のように比較的急角度で曲ることを要求するイン ジェクタの幾何形状の結果である。

分析的に明らかにされ、経験的観察により確認されたこの現象の性質は、オリフ ィスへ流れる液体燃料の一部がオリフィスに達する前に再循環させる区域が生じ ることに関係している。この再循環は渦流と見てよい。この渦流は、オリフィス に近付くと、オリフィスから半径方向外方へ曲線を描いて離れ、次いで中心の円 形穴の壁部に沿って軸方向に上方へ曲線を描いて上昇し、更に、半径方向内方へ 曲がり、最後に再び軸方向に下降しオリフィスへ向う。

簡単に言えば、本発明は、切頭円錐形弁座面の下流終端と薄手のディスク状オリ フィス部材との間の中心円形穴にアンダーカット部を設けるものである。このア ンダーカット部により得られる再循環区域によって、再循環区域が半径方向外方 へずらされる結果、オリフィスを通る流れに対する不都合な影響が低減される以 上の、モして又その他の、本発明の詳細及び利点は、以下で添付図面と関連させ て行なわれる説明及び請求の範囲により明かにされる。図面には、本発明の実施 に当り現時点で最良と見なされる態様による有利な一実施例が示されている。

図面の簡単な説明 図１は、本発明が有利に取入れられる公知電気機械式燃料インジェクタの部分縦 断面図。

図２は、図１のインジェクタのノズル端を拡大して示した図。　。

図３は、ある程度の弁揚程時の典型的な流れのベクトルを示した、図２のノズル 端の一部の拡大図。

図４は、弁揚程が更に進んだ場合の図３同様の拡大図。

図５は、本発明による燃料インジェクタの代表的変更態様の細部を示す部分断面 図。

図６は、図３と事実上同程度の弁揚程時の状態を、図５の変更態様の場合で示し た図。

図７は、図４と事実上同程度の弁揚程時の状態を、図５の変更態様で示した図。

有利な実施例の説明 図１及び図２には、本発明を有利に組込むことのできる公知の代表的な燃料イン ジェクタ１０が示されている。このインジェクタ１０は、トップフィード型で、 下端部°にはノズル１２を、また上端部には入口１４を有している。内部の操作 機構は、ソレノイドの選択的な励磁と遮断によりニードルを軸方向に往復動させ る手段を有している。ノズル１２の構成体は、ニードル案内部材１８と、弁座部 材２０と、薄手のディスク状オリフィス部材２２と、保持部材２４とを有してお り、これらがノズル内に積層配置されている。弁座部材２０は切頭円錐形の弁座 面２６を有し、この弁座面とニードル１６の球形先端が協働する。図１と図２で はニードルが弁座に密着しており、中心の円形穴２８は閉じられている。円形穴 ２８は弁座面２６の終端から弁座部材２０を貫通している。オリフィス部材２２ は部材２０の下面に配置され、穴２８と連通ずる１つ又は２つ以上のオリフィス ３０を有している。保持部材２４はオリフィス３０と連通ずるはるかに大きい穴 ３２を有している。ニードル案内部材１８は中央の円形穴２５を有し、この円形 穴２５が弁座面２６へのニードル１６の軸方向往復動を案内する。案内部材１８ は、ほかにい（つかの穴３４を有しており、入口」４から導入される液体燃料が 、これらの穴３４を介して、ニードルと弁座面との間の空間へ流入する。

噴射弁が弁座から離れるように、つまりニードル１６が弁座面２６から離れるよ うに操作されると、ニードル先端と弁座面との間が開口する。燃料流は、この開 口を通過し、弁座面に沿って円形穴２８に流入する。次いで円形穴２８を通過し 、オリフィス３０から噴射される。

図３には、特定弁揚程の場合の典型的な定常流が示されている。開口上流では、 流速ベクトルは開口方向を指し、開口に近づくにつれて、マグニチュードが増大 している。したがって、開口に近付き、開口を通過するときには、燃料流は加速 される。図３に示したオリフィス部材の場合、オリフィス３０はインジェクタの 中心軸線３５と同軸的ではない。このため、燃料流は、円形穴２８に流入し、通 過する場合、方向転換を要求される。。

その場合、オリフィス３０を通過するさいの流速がオリフィスの流れ区域上方で 不均等であることが発見された。特に、その流速ベクトルは、符号４２で示した 近似中心を有する再循環区域の存在を示している。

このため、図３に示されているように、オリフィスのほぼ右側１／３の区域に近 づく燃料の速度は、かなりの半径方向分速度と軸方向分速度とを有する速度であ る。この軸方向分速度は、オリフィスのほぼ中央１／３の区域を通過する流れの 軸方向速度よりかなり低速である。オリフィスの左側はぼ１７３の区域の流れは 、オリフィスに近づくにつれて、かなりの半径方向分速度を有しているが、オリ フィスを通過するさいには、直線的に流出する傾向がある。再循環流は弁座部材 からオリフィスへ移行するさいに方向変換を要することに起因すると結論づける のが合理的と思われる。再循環区域は、オリフィスに接近する燃料流のい（ぼく かが、オリフィスに達する前に渦流として再循環する結果として生じるものであ る。このため前記オリフィスの一部を通過する燃料流が、前記オリフィスの他の 部分を通過する燃料流に比較して低減される傾向が生じる。

図４は、図３の場合より弁ニードルが更に上昇した状態での、同じ現象を示した ものである。

本発明は、前記再循環区域によりオリフィスの一部で流速の低減が生じる傾向を 改善するための解決策を提案するもの、である。すなわち、図５に示したように 、弁座部材２０にアンダカット部４４を設けるようにするのである。アンダカッ ト部４４は弁座面２６とオリフィス３０との間に形成され、再循環流の事実上全 体を受容しつる寸法と形状とを有している。こうすることにより、再循環区域が 燃料流の曲る経路の外方へ移されることにより、オリフィスの右側部分を通過す る流れが、左側部分を通過する流れの、より近（を流れることになる。アンダカ ット部は、弁座面２６の軸線と同軸線的で、半径方向内方へ開いているみぞから 成り、このみぞが、オリフィスの半径方向外方に、軸方向で弁座面とオリフィス との間に形成されている。

このアンダカット部を取入れることにより得られた代表的な改良点は、図３と図 ４とにそれぞれ比較すべき図６と図７とに示されている。再循環区域は依然とし て存在するが、その中心は、本発時を取入れることにより、オリフィスの外方へ 移されている。その結果、オリフィスの流れ区域全体にわたって、より一様な流 れが生せしめられている。

図示の実施例及び改良点は典型的なものである。図示し、説した実施例は、現時 点で有利なものであるにすぎず、本発明の諸原理は他の実施例にも適用可能であ る。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．燃料インジェクタであって、燃料インジェクタに加圧液体燃料を供給する入 口と、燃料インジェクタが燃料を噴射するノズルと、燃料を前記入口から前記ノ ズルへ送る流路手段とを有するボディが備えられており、前記ノズルがノズルか ら噴射されるさいに通過するオリフィスを有し、前記流路手段が弁座面を有し、 この弁座面が、前記オリフィスの直く上流に設けられ、かつ下流へ向って先細に されており、更に、弁部材を有する電気機械式機構が備えられ、弁部材が前記弁 座面に対し選択的に密着又は離間するよう操作され、それによって燃料が前記オ リフィスから噴射可能又は噴射不能となり、前記弁座面と前記弁部材とが協働す るように構成されていることにより、前記弁部材が前記弁座面から離間せしめら れ、双方の間に開口が形成されると、燃料が前記弁座面の先細の方向へ向けられ 、更に、前記オリフィスが前記弁座面の先細の方向から外れた位置に設けられて いることにより、既に前記開口を通過して弁座面の先細の方向へ流れている燃料 が方向転換を要求され、オリフィスを通過する前に前記弁座面の先細方向からそ らされ、その結果、燃料再循環区域が形成され、その区域では前記オリフィスに 接近する燃料の一部が、オリフィスに到達する前に渦流として再循環し、それに よって、前記オリフィスの一部分を通過する燃料流が、前記オリフィスの他の部 分を通過する燃料流に比較して、流速を減じられる傾向を有する形式のものにお いて、 前記再循環区域のために前記オリフィスの前記一部分を通過する燃料流が流速を 減じる傾向を是正する解決策が、前記弁座面と前記オリフィスとの間の前記流路 手段に形成されたアンダカット部を有し、このアンダカット部が再循環区域を実 質的に受容できる寸法と形状とを有するようにし、それによって再循環区域が効 果的に前記方向転換経路の外方へ移されることになり、その結果、前記オリフィ スの一部分を通過する燐料流が前記オリフィスの前記の他の部分を通過する燃料 流の、より近くに接近せしめられることを特徴とする燃料インジェクタ。
2. ２．前記弁座面と前記アンダカット部が、燃料インジェクタに組付けられている 単一の共通部材に投けられていることを特徴とする、請求項１記載の燃料インジ ェクタ。
3. ３．前記オリフィスが、燃料インジェクタに組付けられた薄手のディスク状オリ フィス部材に設けられ、このオリフィス部材が前記共通部材に接触配置されてい ることを特徴とする、請求項２記載の燃料インジェクタ。
4. ４．前記燃料インジェクタが主縦軸線を有し、前記オリフィスが、この主縦軸線 と直角方向の平面内に位置することを特徴とする、請求項３記載の燃料インジェ クタ。
5. ５．前記燃料インジェクタが主接軸線を有し、前記オリフィスがこの主縦軸線に 対し非直角方向の平面内に位置することを特徴とする、請求項３記載の燃料イン ジェクタ。
6. ６．前記燃料インジェクタが主縦軸線を有しており、かつまた前記薄手のディス ク状オリフィス部材が、前記主縦軸線を中心として周方向に互いに間隔をおいて 設けられた複数のオリフィスを有することを特徴とする、請求項３記載の燃料イ ンジェクタ。
7. ７．前記弁座面が切頭円錐形であり、前記アンダカット部が円形みぞを有し、こ の円形みぞが、前記切頭円錐形の弁座面の軸線と同軸線的であり、半径方向内方 へ開いており、前記オリフィスの半径方向外方に、それも軸方向で前記弁座面と 前記オリフィスとの間に設けられていることを特徴とする、請求項１記載の燃料 インジェクタ。
8. ８．前記切頭円錐形の弁座面と前記みぞとが、燃料インジェクタに組付けられて いる単一の共通部材に設けられていることを特徴とする、請求項７記載の燃料イ ンジェクタ。
9. ９．前記オリフィスが、燐料インジェクタに組付けられている薄手のディスク状 部材に設けられ、この部材が前記共通部材に接触配置されていることを特徴とす る、請求項８記載の燃料インジェクタ。
10. １０．前記オリフィスが、前記切頭円錐形の弁座面の軸線に直角の平面内に位置 していることを特徴とする、請求項９記載の燃料インジェクタ。
11. １１．前記オリフィスが、前記切頭円錐形の弁座面の軸線に対し非直角の平面内 に位置することを特徴とする、請求項９記載の燃料インジェクタ。
12. １２．前記薄手のディスク状オリフィス部材が、互いに周方向に間隔をおいて設 けられた複数のオリフィスを有することを特徴とする、請求項９記載の燃料イン ジェクタ。
13. １３．前記みぞの上流終端が前記切頭円錐形の弁座面の下流終端から軸方向に間 隔をおいて位置していることを特徴とする、請求項７記載の燃料インジェクタ。