| 【発明の名称】 |
改良されたインジェクタ用弁座及びニードル |
| 【発明者】 |
【氏名】ジェイムズ ロバート パリッシュ
【氏名】ジェイムズ フォクトマン
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| 【要約】 |
【課題】インジェクタを通る燃料流を減じる堆積物が形成するのを防止する燃料インジェクタを提供する。
【解決手段】燃料インジェクタ１０を通って延びた長手方向軸線２７０と、弁座とが設けられており、弁座３０が、長手方向軸線に沿って延びたチャネル３２０を有しており、チャネルがチャネル壁部３２２を有しており、弁座３０が、前記チャネルの上流領域にニードル接触領域４１０を有しており、このニードル接触領域がチャネル３２２の近くにあり、ニードル４０が、ほぼ管状の周面４０６と、下流端部４０４と、ほぼ円形の凹所４０８とを有しており、この凹所が、ほぼ長手方向軸線に沿った中心Ｃと凹所外周面４０６とを有しており、凹所外周面が、ほぼ管状の周面の近くにある。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 燃料インジェクタにおいて、該燃料インジェクタを通って延びた長手方向軸線と、弁座とが設けられており、該弁座が、前記長手方向軸線に沿って延びたチャネルを有しており、該チャネルがチャネル壁部を有しており、さらに前記弁座が、前記チャネルの上流領域にニードル接触領域を有しており、該ニードル接触領域が前記チャネルの近くにあり、ニードルが設けられており、該ニードルが、ほぼ管状の周面と、下流端部と、該下流端部に設けられたほぼ円形の凹所とを有しており、該ほぼ円形の凹所が、ほぼ長手方向軸線に沿った中心と凹所外周面とを有しており、該凹所外周面が、前記ほぼ管状の周面の近くにあることを特徴とする、燃料インジェクタ。
【請求項２】 燃料堆積物が、前記ほぼ円形の凹所にのみ形成される、請求項１記載の燃料インジェクタ。
【請求項３】 燃料堆積物が、チャネル壁部と、弁座のニードル接触領域の上流とにのみ形成される、請求項２記載の燃料インジェクタ。
【請求項４】 燃料インジェクタにおいて使用される燃料が圧縮天然ガスである、請求項１記載の燃料インジェクタ。
【請求項５】 燃料インジェクタのための弁座において、前記燃料インジェクタを通って延びた長手方向軸線と、該長手方向軸線に沿って延びたチャネルとが設けられており、該チャネルがチャネル壁部を有しており、前記チャネルの上流にニードル接触領域が設けられており、該ニードル接触領域が、チャネルの近くにあり、燃料堆積物が、チャネル壁部と、弁座のニードル接触領域の上流とにのみ形成されることを特徴とする、燃料インジェクタのための弁座。
【請求項６】 前記チャネル壁部が、ほぼ長手方向軸線に対して平行である、請求項５記載の弁座。
【請求項７】 前記ニードル接触領域とチャネルとが、３００μｍ以下だけ分離させられている、請求項５記載の弁座。
【請求項８】 燃料インジェクタにおいて使用される燃料が圧縮天然ガスである、請求項５記載の弁座。
【請求項９】 燃料インジェクタのための弁座において、前記燃料インジェクタを通って延びた長手方向軸線と、該長手方向軸線に沿って延びたチャネルとが設けられており、該チャネルが、前記長手方向軸線に対してほぼ平行なチャネル壁部を有しており、チャネルの上流におけるニードル接触領域が設けられており、該ニードル接触領域が、チャネル壁部から０〜５００μｍの距離だけ間隔を置かれていることを特徴とする、燃料インジェクタのための弁座。
【請求項１０】 前記距離が、０〜３００μｍである、請求項９記載の弁座。
【請求項１１】 燃料インジェクタのためのニードルにおいて、ほぼ管状の周面と、前記燃料インジェクタを通って延びた長手方向軸線と、下流端部と、該下流端部におけるほぼ円形の凹所とが設けられており、該ほぼ円形の凹所が、ほぼ前記長手方向軸線に沿った中心と、凹所外周部とを有しており、該凹所外周部が、ほぼ管状の周面の直ぐ近くに位置し、これにより、燃料堆積物がほぼ円形の凹所にのみ形成されるようになっていることを特徴とする、燃料インジェクタのためのニードル。
【請求項１２】 前記ほぼ管状の周面と、ほぼ円形の凹所とを、弁座接触領域が接続している、請求項１１記載のニードル。
【請求項１３】 前記円形の凹所が、長手方向軸線に対してほぼ平行な壁部を有している、請求項１２記載のニードル。
【請求項１４】 燃料インジェクタにおいて使用される燃料が圧縮天然ガスである、請求項１１記載のニードル。
【請求項１５】 完全に開放した位置において燃料インジェクタにおいて弁座とニードルとの間に所望の燃料流ジオメトリを維持する方法において、燃料インジェクタを提供し、該燃料インジェクタに、該燃料インジェクタを通って延びた長手方向軸線と、弁座とが設けられており、該弁座が、前記長手方向軸線に沿って延びたチャネルを有しており、該チャネルがチャネル壁部を有しており、さらに前記弁座が、チャネルの上流に位置したニードル接触領域を有しており、該ニードル接触領域が、チャネルの直ぐ近くに位置しており、さらにニードルが設けられており、該ニードルが、ほぼ管状の周面と、下流端部と、該下流端部に設けられたほぼ円形の凹所とを有しており、該ほぼ円形の凹所が、ほぼ長手方向軸線に沿った中心と、凹所外周面とを有しており、該凹所外周面が、前記ほぼ管状の周面の直ぐ近くに位置しており、さらに、燃料インジェクタを運転して、チャネルを流過する燃料が、ニードルと弁座との接触領域の下流におけるチャネルから堆積物を押し流すことを特徴とする、完全に開放した位置において燃料インジェクタにおいて弁座とニードルとの間に所望の燃料流ジオメトリを維持する方法。
【請求項１６】 前記燃料インジェクタの弁座の、燃料チャネルとニードル接触領域の上流とにおいてのみ堆積物を形成させる、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】 前記燃料インジェクタのニードルの、ニードルの下流端部に設けられた凹所においてのみ堆積物を形成させる、請求項１５記載の方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料インジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の燃料インジェクタ設計は、使用していると、インジェクタの先端部に堆積する炭化水素堆積物により、燃料流の減少を示す。試験は、クリーニングの前（０〜１億５千万サイクル）の前には、各インジェクタのサイクルが増えるにつれて、１２個の試験インジェクタにおける燃料流の一般的な減少トレンドが示される。７５００万サイクルと１億５千万サイクルにおいて、インジェクタを通る燃料流量を決定するために静的流れ試験が行われる。７５００万サイクルでは、流量は、基準測定値から４．５％だけ減少した。１億５千万サイクルでは、流量は基準測定値から７．５％だけ減少した。０〜７５００万サイクルの流量と、７５００万〜１億５千万サイクルの流量は変化した。１億５千万サイクルにおいて、燃料インジェクタは取り外され、クリーニングされ、再び取り付けられる。静的流れ試験は、燃料流量を決定するために、クリーニングされたインジェクタに対し行われた。クリーニングされたインジェクタを通る燃料流は、元の値に回復された。
【０００３】インジェクタを通る燃料流を減じる堆積物が形成するのを防止する燃料インジェクタを発展させることは有利である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の課題は、前記のようなインジェクタを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】簡単に言えば、本発明は燃料インジェクタのための弁座を提供する。弁座は、この弁座を通って延びた長手方向軸線と、長手方向軸線に沿って延びたチャネルとを有している。チャネルはチャネル壁部を有している。弁座は、チャネルの上流二位おけるニードル接触領域をも有している。ニードル接触領域は、チャネルに近いので、燃料堆積物は、チャネル壁部と、ニードル接触領域の上流の弁座とにのみ形成する。
【０００６】さらに、本発明は、燃料インジェクタのためのニードルを開示する。ニードルは、ほぼ管状の周面と、ニードルを通って延びた長手方向軸線とを有している。ニードルは、下流端部と、下流端部におけるほぼ円形の凹所とを有している。ほぼ円形の凹所は、ほぼ長手方向軸線に沿った中心と、凹所外周面とを有している。凹所外周面は、ほぼ管状の周面に近いので、燃料堆積物はほぼ円形の凹所にのみ形成する。
【０００７】さらに、本発明は燃料インジェクタを開示する。燃料インジェクタは、この燃料インジェクタを通って延びた長手方向軸線と、弁座と、ニードルとを有している。弁座は、長手方向軸線に沿って延びたチャネルと、チャネルの上流のニードル接触領域とを有している。チャネルは、チャネル壁部を有しており、ニードル接触領域はチャネルに近いので、燃料堆積物は、チャネル壁部と、ニードル接触領域の上流の弁座にのみ形成する。ニードルは、ほぼ管状の周囲部と、下流端部と、下流端部におけるほぼ円形の凹所とを有している。ほぼ円形の凹所は、ほぼ長手方向軸線に沿った中心と、凹所外周面とを有している。凹所外周面は、ほぼ管状の周面に近いので、燃料堆積物はほぼ円形の凹所にのみ形成する。
【０００８】さらに、本発明は、堆積物を、燃料インジェクタの弁座においては燃料チャネルとニードル接触領域の上流とにおいてのみ、また、燃料インジェクタのニードルにおいてはニードルの下流端部に設けられた凹所においてのみ形成させる方法を開示する。この方法は、インジェクタであって、このインジェクタを通って延びた長手方向軸線と、弁座と、ニードルとを有するインジェクタを提供するステップから成る。弁座は、長手方向軸線に沿って延びたチャネルと、チャネルの上流のニードル接触領域とを有している。チャネルはチャネル壁部を有している。ニードル接触領域はチャネルに近いので、燃料堆積物は、チャネル壁部と、ニードル接触領域の上流の弁座においてのみ形成する。ニードルは、ほぼ管状の周面と、下流端部と、下流端部に設けられたほぼ円形の凹所とを有している。ほぼ円形の凹所は、ほぼ長手方向軸線に沿った中心と、凹所外周面とを有している。凹所外周面は、ほぼ管状の周面に近いので、燃料堆積物はほぼ円形の凹所においてのみ形成する。この方法は、燃料インジェクタを操作することを含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】本明細書に組み込まれかつ本明細書の一部を構成した添付の図面は、発明の現時点での有利な具体化を示しており、前記の概略的説明及び以下の詳細な説明と相俟って、発明の特徴を説明するために働く。
【００１０】長期に亘って運転された燃料インジェクタは、燃料流減少特性を示し、これは燃料インジェクタを取外してクリーニングすることにより修正された。本発明の出願人は、流れの減少は、弁座及びニードル先端部に堆積物が形成し、これにより、弁座とニードル先端部との間の断面積を減少させることにより生じることを発見したと考える。クリーニングの前には、インジェクタは、堆積物Ｄがインジェクタのどこに形成されているかを正確に決定するために検査された。図１に示したように、弁座１３０及びニードル１４０の先端部に堆積した堆積物Ｄは、ニードル１４０が開放位置にあるときの弁座１３０とニードル１４０との間の流れチャネル１５０のサイズを減少させている。その結果、流れチャネル１５０を通って弁座チャネル１３２へ入る燃料流Ｆが、時間が経過するに従い低減される。特にこれらの領域をクリーニングすることにより、出願人は、インジェクタを通る燃料流を元の値に回復させることができることを発見した。
【００１１】本発明を適用することができる燃料インジェクタ１０は、本発明の譲受人によって所有されかつ引用によりここに組み込まれる米国特許第５８７５９７２号によって開示されている。
【００１２】図面中同一の符号は同一の部材を示すために使用されている。図２は、ハウジング２０を有する燃料インジェクタ１０の縦断面図を示しており、この燃料インジェクタは、本発明の有利な具体化による弁座３０とニードル４０とを有している。ハウジングは上流端部２０２と下流端部２０４とを有している。ここで使用されているように、“上流”という用語は、参照図面の上部に向かう方向を意味すると定義され、“下流”という用語は、参照図面の底部に向かう方向を意味すると定義される。弁座３０及びニードル４０は、ハウジング２０内に配置されている。
【００１３】弁座３０は、上流端部３０２と下流端部３０４とを有している。弁座は、下流に向かって、インジェクタ１０の長手方向軸線２７０に向かってテーパしたほぼ傾斜した座着面３１０を有している。傾斜した座着面３１０は、３つの概略的な領域、すなわち、ニードル４０と弁座３０との間の接触領域を含む弁座着領域３１２と、弁座着領域３１２の上流にある上流領域３１４と、弁座領域３１２の下流にある下流領域３１６とを有している。有利には、下流領域３１６は、弁座着領域３１２の下流に約０〜５００μｍだけ延びており、さらに有利には、下流領域３１６は、弁座着領域３１２の下流に約０〜３００μｍだけ延びている。流体チャネル３２０が、ほぼ長手方向軸線２７０に沿って、弁座３０の中心を貫通して配置されている。チャネル３２０は、ほぼ円形の壁部３２２を有しており、この壁部３２２は、弁座着領域３１２から最も遠い下流領域３１６から、下流に、弁座３０の下流端部３０４にまで延びている。有利には、壁部３２２は長手方向軸線２７０に対してほぼ平行であるが、当業者は、壁部３２２が長手方向軸線２７０に対して平行である必要はないことを認識するであろう。
【００１４】ニードル４０は上流端部４０２と下流端部４０４とを有している。ニードル４０は、ほぼ管状又は円形の外周面４０６をも有している。外周面４０６は、この周面４０６の全周に沿って長手方向軸線２７０から等距離であると有利である。ニードル４０の下流端部４０４は、ほぼ円形の凹所４０８を有しており、この凹所４０８は、有利には長手方向軸線２７０上に位置した中心Ｃを有している。凹所４０８は、ほぼ円形の壁部４０９を有しており、この壁部４０９は、凹所４０８を規定し、長手方向軸線２７０に対してほぼ平行である。しかしながら、当業者は、壁部４０９が長手方向軸線２７０に対して平行である必要はないことを認識するであろう。さらに、当業者は、壁部４０９が円形である必要はなく、凹所４０８が、図２に示したように平坦である必要がないことを認識するであろう。ニードル４０は、下流端部４０４の、凹所４０８と周面４０６との間にニードル座着領域４１０をも有している。
【００１５】図２に示したようにニードル４０が開放位置にある場合、流れチャネル５０が弁座着領域３１２とニードル座着領域４１０との間に形成される。加圧された燃料Ｆは、上流から下流へ、弁座３０とニードル４０との間の流れチャネル５０を流れ、さらに弁座３０に設けられたチャネル３２０を流過して噴射される。流れチャネル５０のサイズは、弁座３０からのニードル４０のリフト量に依存し、このリフト量は製造時に設定される。流れチャネル５０の最小サイズは、インジェクタ１０を通る燃料流量を決定する。図２に示したように、ニードル４０が完全に開放した位置にある場合の流れチャネル５０の最小サイズは、チャネル３２０の近くに配置されている。噴射後、ニードル４０は下流へ移動し、ニードル座着領域４１０が弁座着領域３１２に係合し、インジェクタ１０を弁座３０に関して閉鎖し、チャネル３２０への燃料流Ｆを遮断する。
【００１６】インジェクタ１０の多数の運転サイクル（すなわち弁座３０に対するニードル４０の開閉）の後、燃料内の堆積物Ｄが、弁座３０とニードル４０との表面に形成する。特に、堆積物Ｄは、弁座着領域３１２の上流の上流領域３１４と、チャネル壁部３２２とに形成する。弁座着領域３１２は、インジェクタ１０を通る燃料流Ｆの速度及びニードル４０との接触により、堆積物Ｄが形成されない。堆積物Ｄは、ニードル４０の凹所４０８にも形成する。凹所４０８の外周面は、ほぼ管状の周面４０６に近いので、燃料堆積物Ｄは、凹所４０８にのみ形成する。堆積物Ｄは、ニードル座着領域４１０においては、この位置における燃料チャネル５０を通る燃料流Ｆの比較的高い速度及び弁座３０との接触により、形成しない。
【００１７】堆積物Ｄは下流領域３１６に形成しようとするが、流体の流れＦはこの領域では比較的速く、この領域に堆積する堆積物Ｄは極めて容易に剥離し、堆積するのを妨げられる。上流領域３１４、チャネル壁部３２２及び凹所４０８に形成される堆積物Ｄは、流れチャネル５０の最小サイズを減少させず、ひいてはインジェクタ１０を通る燃料流を減少させない。
【００１８】有利には、弁座３０とニードル４０とはステンレス鋼から形成されているが、当業者は、弁座３０及びニードル４０を代わりに別の適切な材料から形成することができることを認識するであろう。チャネル３２０及び凹所４０８は、穿孔、リーマ通し又は放電加工等のよく知られた方法によって形成されると有利であるが、当業者は、チャネル３２０及び凹所４０８を代わりに別の方法によって形成することができることを認識するであろう。
【００１９】本発明の有利な具体化によるインジェクタは、初期基準流れに匹敵する燃料流れ値を維持する。有利には、圧縮天然ガスがインジェクタの燃料として使用されるが、当業者は、別のタイプの燃料を同様に使用することができることを認識するであろう。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９５０６５３３４
【氏名又は名称】シーメンス オートモーティヴ コーポレイション
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| 【出願日】 |
平成１３年４月２３日（２００１．４．２３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７４１４７
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 崇
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３５５５４３（Ｐ２００１−３５５５４３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月２６日（２００１．１２．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１２４６２９（Ｐ２００１−１２４６２９） |
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