JPH08232811A - 流体噴射ノズル - Google Patents

流体噴射ノズル

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JPH08232811A
JPH08232811A JP3371695A JP3371695A JPH08232811A JP H08232811 A JPH08232811 A JP H08232811A JP 3371695 A JP3371695 A JP 3371695A JP 3371695 A JP3371695 A JP 3371695A JP H08232811 A JPH08232811 A JP H08232811A
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JP
Japan
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orifice
fuel
hole
needle
outlet
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Application number
JP3371695A
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English (en)
Inventor
Taishin Tani
谷  泰臣
Ryoichi Tada
亮一 多田
Nobuo Ota
信男 太田
Masanori Miyagawa
正則 宮川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 オリフィスから噴射される流体の流れを安定
にし、噴射される流体の方向制御を高度に行えるように
した燃料噴射ノズルを提供することにある。 【構成】 ニードルボディの内部に往復動可能に収容さ
れるニードルは、その当接部が円錐斜面の一部分の弁座
と当接および離間可能である。ニードボディの噴孔出口
面に接合されるオリフィスプレート52は、その板厚方
向に貫通するオリフィス56を有する。このオリフィス
56は、燃料流の方向制御をするもので、大径円筒面1
41と小径円筒面142とからなる。これにより、燃料
は、オリフィス入口よりもオリフィス出口側でオリフィ
ス有効開口面積が絞られる通路を通り抜けるため、オリ
フィス56から噴射される流れの方向づけが行われる。
このため、燃料流れの方向制御性が向上する。従って、
燃料のばらけや飛び散りが発生する割合が減少する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、流体噴射ノズルに関す
るもので、例えば自動車用の内燃機関へ燃料を噴射して
供給する電磁式燃料噴射弁の噴射ノズル部に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】一般に、内燃機関に用いられる燃料噴射
弁は、弁本体の軸方向に形成される案内孔に弁部材を往
復摺動可能に収納し、弁本体の先端部に開口する噴孔を
弁部材の上下動により開閉する。このため、弁部材は、
適正な燃料噴射量を確保するように開弁時のリフト量が
精密に制御されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】燃料噴射弁のノズルボ
ディに形成される噴孔出口にオリフィスプレートが取付
けられているものでは、弁開動作時に弁入口部の燃料が
弁出口部を抜けて噴孔およびオリフィスを通って噴射さ
れる。このオリフィスプレートを通る燃料流れの挙動を
図8に基づいて詳述する。オリフィスプレート61の入
口面62と出口面63を連通するオリフィス64は、オ
リフィスプレート面に直交する方向から若干傾斜した角
度で入口面62と出口面63とを連通している。オリフ
ィスプレート61の入口面62側の燃料がオリフィス6
4を通り出口面63を通り抜けるときの燃料の流れ形状
に着目すると、オリフィス64の内壁の入口側に燃料の
剥離空間部65が発生する。オリフィス64から噴射さ
れる燃料の主流はオリフィス64の中心側にあり、この
中心から径外方向部に剥離空間部65が形成され、この
剥離空間部65の出口面63側においては燃料粒子のば
らけ67や飛び散り68が発生しやすい。このため、燃
料の噴射形状が不安定となり、高度な方向制御を行うこ
とが難しい。
【0004】本発明の目的は、オリフィスから噴射され
る流体の流れを安定にし、噴射される流体の方向制御を
高度に行えるようにした燃料噴射ノズルを提供すること
にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の請求項1による流体噴射ノズルは、弁部と弁
部出口側に形成される噴孔とを有する噴射弁本体を備え
た流体噴射ノズルであって、前記噴孔の出口に前記噴孔
に連通するオリフィスを有するオリフィスプレートを設
け、前記オリフィスの入口側は前記噴孔に連通するとと
もに、前記オリフィスの入口有効開口面積よりも出口有
効開口面積が小に設定されていることを特徴とする構成
を採用する。
【0006】請求項2記載の流体噴射ノズルは、請求項
1記載の構成において、前記オリフィスが、入口側と出
口側との間に段部を有する。請求項3記載の流体噴射ノ
ズルは、請求項1記載の構成において、前記オリフィス
が、入口側と出口側に有効開口面積が次第に縮小される
テーパ面で形成される。
【0007】請求項4記載の流体噴射ノズルは、請求項
1記載の構成において、前記オリフィスは、有効開口形
状が円であって、入口側が直状孔で出口側が絞り孔であ
ることを特徴とする。請求項5記載の流体噴射ノズル
は、請求項1記載の構成において、前記オリフィスは、
有効開口形状が円であって、入口側が大径直状孔で出口
側が小径直状孔であることを特徴とする。
【0008】請求項6記載の流体噴射ノズルは、噴孔な
らびにこの噴孔の入口側に形成される円錐斜面を有する
ニードルボディと、前記円錐斜面の一部に当接可能な当
接部を有し、前記円錐斜面の一部と当接および離間可能
なニードルと、前記ニードルボディの噴孔出口部に板状
に取付けられ、前記噴孔に連通するとともに板厚方向に
貫通するオリフィスを有するオリフィスプレートとを備
えたことを特徴とする。
【0009】
【作用および発明の効果】本発明の流体噴射ノズルによ
ると、オリフィスの入口側から出口側に通路断面積を絞
るオリフィス形状としているので、噴射弁本体の噴孔か
らオリフィスプレートのオリフィスを通り抜ける燃料
は、噴孔容積部側からオリフィス入口に入ったときに燃
料が調量されるが、この調量されて流れ抜ける燃料の周
りには剥離空間部が発生する。この剥離空間部の中心側
を通る燃料は、オリフィス入口よりもオリフィス出口側
でオリフィス有効開口面積がさらに絞られる通路を通り
抜けるため、オリフィスから噴射される流れの方向づけ
が行われる。このため、燃料流れの方向制御性が向上す
る。従って、燃料のばらけや飛び散りが発生する割合が
減少する。例えば図5に示す本発明の一例による流れの
模式図と、図8に示す比較例による流れの模式図とを対
比して判るように、本発明では、燃料の流れの出口側で
の燃料粒子のばらけや飛び散りの量が減り、オリフィス
の中心軸方向に沿って燃料が方向付けられて噴射され
る。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 (第1実施例)本発明をガソリン機関の燃料供給装置の
燃料噴射弁に適用した一実施例を図1〜図4に示す。
【0011】まず、流体噴射ノズルとしての燃料噴射弁
を図2に基づいて説明する。図2に示すように、流体噴
射ノズルとしての燃料噴射弁10の樹脂製のハウジング
11の内部に、固定鉄心21とスプール91と電磁コイ
ル32とコイルモールド31と磁路としての金属プレー
ト93、94とが一体成形されている。固定鉄心21は
強磁性材料からなり、コイルモールド31の上方から突
出するようにハウジング11内に設けられている。固定
鉄心21の内壁には案内管29が固定されている。
【0012】樹脂製のスプール91の外周に電磁コイル
32が巻かれ、その後にスプール91と電磁コイル32
との外周にコイルモールド31が樹脂成形され、コイル
モールド31により電磁コイル32が包囲されている。
コイルモールド31は、電磁コイル32を保護する円筒
状の筒状部31aと、電磁コイル32から電気的に導出
されるリード線を保護するとともに、後述するターミナ
ル34を保持するために筒状部31aから上方に突き出
す突出部31bとからなる。そして、コイルモールド3
1により一体化された状態で固定鉄心21の外周にスプ
ール91と電磁コイル32とが装着される。
【0013】2枚の金属プレート93と94は上方の一
端が固定鉄心21の外周に接し、下方の他端が磁性パイ
プ23の外周に接するように設けられ、電磁コイル32
への通電時の磁束を通す磁路を形成する部材であり、両
側から筒状部31aを挟持するように筒状部31aの外
周に被覆されている。この2枚の金属プレート93と9
4により電磁コイル32が保護されている。
【0014】ハウジング11の上方にはハウジング11
の外壁から突出するようにコネクタ部11aが設けられ
ている。そして、電磁コイル32に電気的に接続される
ターミナル34がコネクタ部11aおよびコイルモール
ド31に埋設される。また、ターミナル34は図示しな
い電子制御装置にワイヤーハーネスを介して接続されて
いる。
【0015】圧縮コイルスプリング28の一端は、可動
鉄心22に溶接固定されるニードル25の上端面に当接
し、圧縮コイルスプリング28の他端は、案内管29の
底部に当接している。圧縮コイルスプリング28は、可
動鉄心22とニードル25とを図1の下方へ付勢し、ニ
ードル25のシート部42をニードルボディ26の弁座
263に着座させる。図示しない電子制御装置によって
ターミナル34からリード線を介して電磁コイル32に
励磁電流が流れると、ニードル25および可動鉄心22
が圧縮コイルスプリング28の付勢力に抗して固定鉄心
21の方向へ吸引される。
【0016】非磁性パイプ24は、固定鉄心21の下部
に接続されている。そして、固定鉄心21の下部に、固
定鉄心21の下端から一部突出するように一方の端部2
4aが接続されている。さらに、非磁性パイプ24の他
方の端部24bの下端には、磁性材料からなり段付きパ
イプ状に形成された磁性パイプ23の小径部23bが接
続されている。なお、非磁性パイプ24の他方の端部2
4bは可動鉄心22の案内部をなしている。
【0017】次に、非磁性パイプ24および磁性パイプ
23の内部空間には、磁性材料からなり筒状に形成され
る可動鉄心22が設けられている。この可動鉄心22の
外径は非磁性パイプ24の他方の端部24bの内径より
僅かに小さく設定され、可動鉄心22は非磁性パイプ2
4に摺動可能に支持されている。また、可動鉄心22の
上端面は、固定鉄心21の下端面と所定の隙間を介して
対向するように設けられている。
【0018】ニードル25の上部には鍔状の接合部43
が形成されている。そして、接合部43と可動鉄心22
とがレーザ溶接され、ニードル25と可動鉄心22とが
一体に連結される。接合部43の外周には燃料通路とし
ての溝が複数形成されている。固定鉄心21の上方に
は、燃料タンクから燃料ポンプ等によって圧送され、燃
料噴射弁10内に流入する燃料中のゴミ等の異物を除去
するフィルタ33が設けられている。
【0019】固定鉄心21内にフィルタ33を通して流
入した燃料は、案内管29からニードル25の接合部4
3に形成されたローレット溝との隙間、さらには、ニー
ドルボディ26の円筒面261とニードル25の摺動部
41に形成されたローレット溝との隙間を通過し、ニー
ドル25の先端のシート部(当接部)251と弁座26
3とよりなる弁部に到り、この弁部から噴孔を形成する
円筒面264に到る。
【0020】次に、燃料噴射弁10の吐出部50の構成
について図3に基づいて説明する。磁性パイプ23の大
径部23aの内部には、中空円盤状のスペーサ27を介
してニードルボディ26が挿入されレーザ溶接されてい
る。スペーサ27の厚さは、図2に示す固定鉄心21と
可動鉄心22との間のエアギャップを所定値に保持する
ように調節される。ニードルボディ26の内壁には、ニ
ードル25の摺動部41が摺動する円筒面261と、ニ
ードル25の円錐状のシート部251が着座する弁座2
63とが形成されている。さらに、ニードルボディ26
の底部中央には噴孔264が形成されている。
【0021】ニードル25には、磁性パイプ23の大径
部23aの内壁に収容されるスペーサ27の下端面から
所定の隙間を介して対向するようにフランジ36が形成
されている。このフランジ36は、ニードル25の全長
のうちニードル25の先端に形成されるシート部42側
に形成され、フランジ36の下方にはニードルボディ2
6に形成される円筒面26aに摺動可能となる摺動部4
1が形成されている。
【0022】そして、ニードルボディ26の噴孔264
の出口に流れ制御機構51が設けられている。この流れ
制御機構51は、図1、図3および図4に示すように、
ニードル25、ニードルボディ26およびオリフィスプ
レート52の形状、位置およびこれらの組合せ等より構
成されている。
【0023】以下、これらの特徴をそれぞれ順次説明す
る。 (1) ニードル25 ニードル25は、図3に示すように、その先端部に中実
円筒面250、斜面253、斜面254および球面25
5が形成されている。これらの各面250、253、2
54、255は境界線が円状になるように形成されてお
り、中実円筒面250と斜面253との境界の円環状線
が当接部(シート部)251となる。図3は弁閉状態を
示しており、この弁閉状態で当接部251と弁座263
とが接点となり、この接点の集合体が円環状線となって
いる。
【0024】(2) ニードルボディ26 ニードルボディ26は、図3に示す円筒面261、円錐
斜面262および噴孔8を形成する円筒面264からな
り、これらの各面261、262、264の境界線は円
状となっている。 (3) オリフィスプレート52 流れ制御機構51の一部を構成するオリフィスプレート
52は、例えばステンレス製で、図1および図3に示す
ように、ニードルボディ26の先端に溶接例えば全周溶
接により接合される。このオリフィスプレート52に
は、図4に示すように4個のオリフィス54、55、5
6、57が板厚方向に貫通して形成されている。
【0025】次に、本発明の流れ制御機構51の特徴を
図1、図3および図4に基づいて順次説明する。 オリフィス(孔)の形状 図4に示すように、オリフィス54、55、56、57
は、この場合4個設けられているが、オリフィスプレー
ト1に形成される4個のオリフィス54、55、56、
57のうちの一個のオリフィス56を図1に示す。ここ
ではオリフィス56を流れる燃料の流れを代表して説明
する。オリフィス56は、入口面2側の大径の円筒面1
41と、出口面3側の小径の円筒面142とからなる。
大径の円筒面141と小径の円筒面142の間には段部
143が環状に形成されている。円筒面141の直径は
1 、円筒面142の直径はD2 (D1 >D2 )であ
る。この実施例によると、ニードルボディ26からニー
ドル25がリフトしたとき、ニードル先端部に沿って噴
孔8に流入した燃料がオリフィス56の入口からオリフ
ィス56の出口に通り抜けるとき、大径の円筒面141
よりも横断面積(有効開口径)が小径の円筒面142に
より燃料の流れが方向付けられ、方向性の良好な燃料噴
射がなされる。従って、この方向性の良好な燃料噴霧が
燃焼室に流入し、吸気ポートの内壁面に付着する燃料量
が相対的に減少するため、火花点火しやすい混合気とな
るので、未燃HC量の少ない排ガスになるという効果が
ある。
【0026】 オリフィス(孔)の傾斜角 図4に示すように、4個のオリフィス54、55、5
6、57は、段付の円筒形状に形成されており、その円
筒中心軸線は、板厚方向線よりも傾斜角αだけ傾斜して
いる。このオリフィス54、55、56、57の傾斜方
向は、図4に示すように、オリフィス54とオリフィス
55については、入口側から出口側へ傾斜角αをもって
図4に示す矢印541、551方向に傾斜しており、オ
リフィス57とオリフィス56については、入口側から
出口側へ傾斜角αをもって矢印571、561方向に傾
斜している。従って、オリフィス54、55、56、5
7から噴出される燃料の流れは、噴孔8の軸方向のベク
トルと、矢印541、551、561、571の各ベク
トルをもつ。この例では二方向噴霧の例である。
【0027】 オフィリス(孔)の外接円直径 図4に示すように、オリフィス54、55、56、57
の入口の外接円直径D 1 は、噴孔8を形成する円筒面2
64のニードルボディ口径D2 (噴孔8の直径)との関
係において、 D1 ≦0.95D2 に設定されている。
【0028】これは、オリフィスプレート52にオリフ
ィス54を製作するとき、放電加工あるいはプレス加工
等により形成するのであるが、例えばプレス加工により
ピンをプレート入口面から出口面側にプレスして抜き打
ち加工するとき、入口面側の加工に孔部分のだれ等の不
整面が生ずることがあり、出口面側には破断面等の不整
面が発生するのが一般である。従ってオリフィス54の
入口面および出口面近傍の不規則な不整面が発生した場
合にもその不整部分が円筒面264の内径側に来るよう
に設定するためである。上記範囲に設定することでこれ
らの噴孔8を形成する円筒面264から径方向内側に孔
入口の外接円が来ることから、円筒面264で形成され
る噴孔8を経由してオリフィス54、55、56、57
を通る燃料の流れに乱れの発生が抑制されて燃料の的確
な方向制御がなされる。
【0029】 ニードルボディ26の噴孔の開口面積 ニードルボディ26の噴孔8の有効開口面積(円筒面2
64の開口面積)S2(S2 =πD2 2/4)、オリフィ
ス54、55、56、57の横断面有効開口面積の総和
1 とすると、 3S1 ≦S2 となるように設定す
る。これは、オリフィス54、55、56、57の横断
面有効開口面積の総和S1よりも十分に大きなボディ開
口面積S2 とすることで、燃料がオリフィス54、5
5、56、57を通るときのダンパを緩和するためであ
る。このダンパ緩和効果によってオリフィス54、5
5、56、57による燃料噴射方向制御が確実に行わ
れ、燃料流の「偏り」の影響を抑えることができる。
【0030】 ニードル25の先端形状 ニードル25の先端形状は、図3に示すように、球面2
55に形成している。本発明としてはこの球面255の
形状を厳密に追求することなしに、球面に近似する曲面
形状にすることも可能である。このような球面に近い曲
面にすることにより、ニードル25とニードルボディ2
6とが離間している場合、弁座263の近傍から図3に
おいて下方向に流れる燃料が斜面253および斜面25
4と円錐面262との間の隙間を通り、さらに球面25
5と円錐斜面262との間に来たとき、燃料の一部が球
面255に沿って若干ニードル25の中心軸側に向いて
流れる。これにより、燃料(流体)の流れが円滑にな
り、燃料流のアンバランスないしは不均衡流れが低減で
きる。さらに球面255は、オリフィス54、55、5
6、57を通って噴射される燃料噴流に偏りが生じるの
に鈍感な影響をもつことになる。このため、燃料噴霧形
状の方向制御がより精密に行えるという効果がある。
【0031】 ニードル先端からオリフィス入口面ま
での距離h ニードル先端としての球面255からオリフィスプレー
ト52の入口面までの距離(高さh)は、 0.1≦h
≦0.5(mm) に設定する。高さhが0.1>hと
すると、製造加工が難しくなる。また、ニードル25と
ニードルボディ26との間の隙間を通る燃料の流れがオ
リフィス54、55、56、57を通る燃料の流れの
「偏り」に大きな影響を与えることになる。このため、
製造加工を容易にし、燃料流れの偏りの影響を少なくす
るために0.1≦hとする。
【0032】反対に、0.5<hとすると、高温のとき
大容積をもつ噴孔8で燃料が沸騰し易いし、また燃料噴
射弁10の噴射パルスが低パルスのとき燃料流量が初期
設定のパルス幅に相当する燃料流量以上に増大してしま
う。さらに、噴孔8を形成する円筒面264の軸方向長
さが長くなってニードルボディ26が大型化するからで
ある。
【0033】 ニードル25のシート径 ニードル25が弁座263と当接する当接部(シート
部)251の直径をφとすると、 φ≦4(mm) と
する。これは、シート径を余りに大きくすると、ニード
ルボディ26の製造が困難となるし、また相対的な時間
当たりの噴射量が増大しすぎてしまうからである。
【0034】(第2実施例)本発明の第2実施例を図6
に示す。図6に示す第2実施例は、オリフィスプレート
52の入口面2から出口面3に貫通するオリフィスの内
径が次第に絞られるようにオリフィスの内壁をテーパ面
に形成した例である。
【0035】図6に示すように、オリフィス150は、
オリフィスプレート52の入口面2から出口面3にかけ
て直径がD1 からD2 に緩やかに縮小するテーパ面15
1を有する。テーパ面151の中心軸は、燃料の方向制
御をするため傾斜角αをもっている。この第2実施例に
おいては、オリフィスプレート52の入口面2側に燃料
流れの剥離部が生じるが、オリフィス内径が出口面3側
に行くに従い縮小され、出口面から噴射される燃料噴流
は方向性の良い燃料流れ噴射形態となる。
【0036】(第3実施例)本発明の第3実施例を図7
に示す。図7に示す第3実施例は、オリフィスプレート
52を板厚方向に貫通するオリフィス160が円筒面と
テーパ面からなる例である。オリフィス160は、入口
面側に直径D1 の円筒面161をもち、出口面3側に直
径D1 から直径D2 に次第に縮小する内径をもつテーパ
面162とからなる。このオリフィス160の中心軸
は、前記第1および第2実施例と同様に傾斜角αをもっ
ている。
【0037】この第3実施例においても、オリフィスプ
レート52の入口面側の燃料がオリフィス160に入る
ときに剥離空間部が生じるが、この剥離部空間部は次第
に絞られるテーパ面162により小さくなり燃料の主流
が方向付けられた形で吸気ポート内に噴射される。従っ
て本実施例では、噴孔およびオリフィスを通る燃料噴流
の高度な方向制御が行われた燃料噴射が行われるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例によるオリフィスの形状を
示すもので、図3に示すI部分拡大断面図である。
【図2】本発明を適用した燃料噴射弁の断面図である。
【図3】第1実施例のノズル部の断面図である。
【図4】図3に示すIV方向から見たオリフィスプレート
の一部の入口側平面図である。
【図5】本発明第1実施例の燃料流の流れ方を示す模式
図である。
【図6】本発明の第2実施例によるオリフィスの断面図
である。
【図7】本発明の第3実施例によるオリフィスの断面図
である。
【図8】比較例の燃料流の流れ方を示す模式図である。
【符号の説明】
1 オリフィスプレート 2 入口面 3 出口面 8 噴孔 14 オリフィス 25 ニードル(弁部) 26 ニードルボディ(噴射弁本体) 52 オリフィスプレート 54、55、56、57 オリフィス 141 大径円筒面 142 小径円筒面 143 段部 150 オリフィス 151 テーパ面 160 オリフィス 161 円筒面 162 テーパ面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮川 正則 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弁部と弁部出口側に形成される噴孔とを
    有する噴射弁本体を備えた流体噴射ノズルであって、 前記噴孔の出口に前記噴孔に連通するオリフィスを有す
    るオリフィスプレートを設け、前記オリフィスの入口側
    は前記噴孔に連通するとともに、前記オリフィスの入口
    有効開口面積よりも出口有効開口面積が小に設定されて
    いることを特徴とする流体噴射ノズル。
  2. 【請求項2】 前記オリフィスは、入口側と出口側との
    間に段部を有する請求項1記載の流体噴射ノズル。
  3. 【請求項3】前記オリフィスは、入口側と出口側に有効
    開口面積が次第に縮小されるテーパ面で形成される請求
    項1記載の流体噴射ノズル。
  4. 【請求項4】 前記オリフィスは、有効開口形状が円で
    あって、入口側が直状孔で出口側が絞り孔であることを
    特徴とする請求項1記載の流体噴射ノズル。
  5. 【請求項5】 前記オリフィスは、有効開口形状が円で
    あって、入口側が大径直状孔で出口側が小径直状孔であ
    ることを特徴とする請求項1記載の流体噴射ノズル。
  6. 【請求項6】 噴孔ならびにこの噴孔の入口側に形成さ
    れる円錐斜面を有するニードルボディと、 前記円錐斜面の一部に当接可能な当接部を有し、前記円
    錐斜面の一部と当接および離間可能なニードルと、 前記ニードルボディの噴孔出口部に板状に取付けられ、
    前記噴孔に連通するとともに板厚方向に貫通するオリフ
    ィスを有するオリフィスプレートとを備えたことを特徴
    とする流体噴射ノズル。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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