JP2008533363A - サンドイッチ状オリフィス円板 - Google Patents

Abstract

本発明の燃料噴射器のオリフィス板組立体は、燃料の流量を調節し、かつ所望の噴霧パターンで燃料の流れを方向づけるオリフィスが内部に設けられている合成樹脂製オリフィス板と、この合成樹脂製オリフィス板中のオリフィスが作り出す所望の噴霧パターンの安定性を支持し、かつ持続させる金属製支持板とを含む。このオリフィス板は、所望の燃料噴霧パターンを実現するような寸法のオリフィスを含む。この金属製支持板は、上記オリフィス板よりも堅く、また、燃料噴射器の動作に起因する周期的な圧力変動に耐えるように、所望の強度および剛性を示す。

Description

本発明は、燃料噴射器用のオリフィス円板に関する。より具体的には、燃料噴射器からの燃料を霧化し、かつ燃料の流れを方向付けるオリフィス円板の製造方法に関する。

本出願は、２００５年３月１１日に出願した米国仮出願第６０／６６０，９１１号の優先権を主張するものである。

自動車用の燃料噴射器は、燃料の流量を計測して、燃焼のための所望の空燃比を実現する。この燃料噴射器は、一般に所望の量の燃料を空気流の中に噴射し、次にその流れを、燃焼室に引き込む。燃料の霧化は、燃焼性を向上させ、その結果、望ましくない排ガスが減少する。従来の霧化は、燃料を空気流の中に吹き付けることで行われた。燃料の流量が少なければ少ない程、霧化が向上する。

現行の燃料噴射器は、１つ又は複数の開口を持つ金属製オリフィス板を含む。開口は、一般にオリフィスの寸法に実用限度を課す打抜き処理で形成される。燃料への暴露に耐えかつ動作中に遭遇する温度と圧力とに耐えるのに必要な強度を得るべく、金属が利用される。この燃料噴射器は、周期的に断続する方法で動作するため、この金属製オリフィス板は、燃料を燃焼室に送り込む際に生じる急な圧力上昇に伴い、周期的な強打を受ける。

排ガス基準は益々厳しくなり、排ガス量を絶えず減らし続けることを求めている。排ガスを減らす一方法は、燃料の霧化を高め、燃焼を向上させることである。しかし可能性として、現行の金属打抜き処理の妥当な能力を超えて、オリフィスの寸法を縮小すれば、最も有利に燃料の霧化を高め得る。更に、現行オリフィス板に利用される金属は、所望の更に小さい開口を提供できる最新技術の処理と経済的に相容れない。

よって、厳しいエンジン環境での動作に必要な強度と耐久性を維持しつつ、所望のより小さい開口を持つオリフィス板と、オリフィス板の製造方法を開発することが望ましい。

代表的な燃料噴射器のオリフィス板組立体は、燃料の流量を調節し、かつ所望の噴霧パターンで燃料の流れを方向付けるオリフィスが内部に設けられた合成樹脂製オリフィス板と、該オリフィス板中のオリフィスが作り出す所望の噴霧パターンの安定性を支持し、かつ持続させる金属製支持板とを含む。

この代表的な燃料噴射器は、空気と混合され、最終的に燃焼室に引き込まれる燃料を霧化するオリフィス板組立体を含む。この合成樹脂製オリフィス板は、燃料の所望の噴霧パターンを実現可能な寸法のオリフィスを含む。オリフィスの寸法は、要望通りに燃料の霧化を高め、もって燃焼処理を向上させる。

金属製支持板は、オリフィスの位置に対応する開口を含む。この金属製支持板は、合成樹脂製オリフィス板よりも著しく堅く、かつ燃料噴射器の動作に起因する周期的な圧力変動に耐えるべく、所望の強度と剛性を示す。この金属製支持板中の開口は、これらオリフィスを通る燃料の流れを妨げないよう、対応するオリフィスよりも大きく形成する。

合成樹脂製オリフィス板は、オリフィスの形成時、最適な処理法を利用可能とする。オリフィスの直径が小さいと、オリフィス板を通る個々の燃料の流量が少なくなり、燃料の霧化が高まる。このように霧化を高めると、所望どおりに燃焼を改善できる。

よって、本発明によるオリフィス板組立体は、厳しいエンジン環境で動作するのに必要な強度と耐久性を持続しつつ、所望の更に小さい開口を提供する。

本発明の上記および他の特徴を、図を参照した以下の説明により明らかにする。

図１は、自動車用の吸気組立体１０を示す。吸気組立体１０は、吸気マニホルド１２により支えられる燃料噴射器１５を含む。吸気マニホルド１２は、燃料と空気の混合気を、弁１４を経て燃焼室１６に送る。燃料噴射器１５は、空気と合流し、混合され、最終的に燃焼室１６に導入される燃料２０を霧化すべく、オリフィス板組立体１８を含む。この代表的な吸気組立体１０を、一例として図示し、説明するが、当業者であれば、他の吸気組立体および燃料噴射器にも本発明が適用可能なことは理解できよう。

図２に示すオリフィス板組立体１８は、金属製支持板２８で支えられた合成樹脂製オリフィス板２６を含む。オリフィス板２６は、燃料２０の所望の噴霧パターンを実現する寸法のオリフィス２２を含む。オリフィス２２のこの寸法は、空気と混合される燃料の所望の霧化を実現する。代表的なオリフィス板組立体１８のオリフィス２２は、各々直径３０と長さ３２を持ち、長さ３２は、主にオリフィス板２６の厚さ３６により定まる。オリフィス２２はまた、オリフィス板２６の燃料流入面２７に垂直な線に対して或る角度２５をなしている。この例では、長さ３２は、オリフィス２２の角度２５のために、厚さ３６よりも長い。代表的なオリフィス２２は、直径３０に対する長さ３２の比がほぼ１となるように構成される。よって、オリフィス２２での所望の比率は、オリフィスの直径３０が長さ３２にほぼ等しい。

オリフィス板２６は、燃料噴射器１５が動作する環境に適した合成樹脂材料からなる。代表的な合成樹脂材料は、ポリイミドである。燃料噴射器１５の動作中に遭遇する燃料、温度、圧力に耐える、当技術分野で公知の他の合成樹脂材料も、本発明で利用できる。

金属製支持板２８は、オリフィス２２の位置に対応する開口２４を含む。金属製支持板２８は、オリフィス板２６の燃料流出面２９上に設けられる。金属製支持板２８は、オリフィス板２６よりも著しく堅く、かつ燃料噴射器の動作に起因する周期的な圧力変動に耐えるように、所望の強度および剛性を持つ。

開口２４は、オリフィス２２を通る燃料の流れを妨げないよう、対応するオリフィス２２より大きく形成する。更に、開口２４は、オリフィス２２と比較して、合成樹脂製オリフィス板２６の所望の支持を実現しつつ、燃料の流れに及ぼすどんな付随的な影響も防止し、かつ望まれない撓みも防止するような寸法にできる。

オリフィス板組立体１８は、燃料の流れをオリフィス２２を通過させ、かつ方向付けるべく、燃料噴射器１５の一端に取り付けられ、かつ支えられている。オリフィス２２の直径は、燃料の所望の霧化が起こるように決定される。２つのオリフィス２２を図示しているが、合成樹脂製オリフィス板２６中に複数のオリフィス２２を設け、燃料の所望の噴霧パターンを作り出し得る。金属製支持板２８は、所望の安定した燃料噴霧パターンを持続させるべく、合成樹脂製オリフィス板２６の撓みを防止する。

図３は、オリフィス板組立体１８を、周囲の燃料噴射器１５なしで図示する。これは、不所望の撓みを防止すべく、金属製支持板２８を含む。金属製支持板２８は、接着剤３８でオリフィス板２６に付けられている。接着剤３８を図示するが、合成樹脂製オリフィス板２６を金属製支持板２８に付ける方法は如何なるものでも、本発明の範囲内にある。オリフィス板２６は、支持板２８に接合し、所望のオリフィス寸法と所望の剛性を組み合わせることで、所望の燃料噴霧パターンを持続させる。

図４は、他の代表的なオリフィス組立体４０を示す。これは、金属製支持板４２に機械的に付けた合成樹脂製オリフィス板４４を含む。金属製支持板４２は、合成樹脂製オリフィス板４４の外周上の溝穴５０に嵌合するタブ４８を含む。合成樹脂製オリフィス板４４は、金属製支持板４２中の開口５２に対応するオリフィス４６を含む。開口５２は、オリフィス４６とほぼ同寸であって、オリフィス４６と一致する流量計測機能を果たす。金属製支持板４２は、オリフィス４６が作り出す噴霧パターンを安定させる特徴を持つ。

図５を参照すると、他の代表なオリフィス組立体５６は、合成樹脂製オリフィス板５８の燃料流入側に設けた第１の金属製支持板６０と、合成樹脂製オリフィス板５８の燃料流出側に設けた第２の金属製支持板６２とを含む。第１の金属製支持板６０と第２の金属製支持板６２は両方とも、合成樹脂製オリフィス板５８中に形成したオリフィス６４に対応する開口６６を含む。オリフィス５８は、燃料の所望の霧化と流れ方向を実現する。第１の金属製支持板６０と第２の金属製支持板６２は、撓みと、その結果生ずる全ての燃料噴霧パターンの不安定も防止する所望の支持を実現する。それ故、第１の金属製支持板６０と第２の金属製支持板６２は、合成樹脂製オリフィス板５８中に形成された更に小さいオリフィス６４による燃料霧化を妨げることなく、支持を行う。

合成樹脂製オリフィス板５８の場合、オリフィス６４の形成時、最適な製法が利用できる。オリフィスの直径が小さいと、オリフィス板組立体５６を通る個々の燃料の流量が少なくなり、燃料の霧化が高まる。この霧化の向上で、燃焼性が所望の如く向上する。

図６は、オリフィス板組立体１８を製作し、組み立てる代表的な方法を示す。これは、オリフィス板２６中にオリフィス２２を形成する初期工程を含む。オリフィス板２６は、エンジンの吸気マニホルド環境内で遭遇する温度と圧力に耐える合成樹脂材料で作る。更に、合成樹脂製オリフィス板２６は、燃焼機関で用いるガソリン等の燃料にも耐える。

代表的な合成樹脂製オリフィス板２６は、ポリイミドからなる。オリフィス板２６が動作する環境に耐える他の合成樹脂材料も、本発明で使用できる。合成樹脂材料の使用は、所望寸法のオリフィスを作り出すべく、レーザ７６の効率的な利用を可能にする。金属製オリフィス円板にレーザ７６を用いることは困難であり、かつ費用がかかる。上記の合成樹脂材料を使用すると、所要経費が減少し、かつ長さと直径の比率が１と言う条件を満たす寸法のオリフィスを実用的に製造できる。

この製造プロセスは、所望の直径と、垂線となす角度で、オリフィス２２をレーザで穴明けすることで、オリフィス板２６を製作することから始める。この代表的な実施形態ではレーザ処理を例示するが、更に容易に、かつ更に効率的に合成樹脂製オリフィス板２６に行われる打抜き等の他の処理も、本発明の考慮範囲内にある。

代表的な金属製支持板２８の製作法では、打抜き作業を行い、開口２４を設ける。開口２４は、オリフィス２２より更に大きく、それ故オリフィス２２作成時の精度を要求しない。更に開口２４は、燃料の流量調節又は噴霧パターン形成には関与しないから、更に大きな許容差が与えられ、経済効率と組立て効率を向上させ得る。

合成樹脂製オリフィス板２６と金属製支持板２８に、所望のオリフィス２２と開口２４との形成後、合成樹脂製オリフィス板２６と金属製支持板２８を、全体を７４で示す如く、互いに張り合わせる。合成樹脂製オリフィス板２６を金属製支持板２８に付ける手段と方法は、特定用途向けの要件に応じて異なる。合成樹脂製オリフィス板２６は、金属製支持板２８に接合し、或いはタブと溝穴の形状構成により、機械的に付け得る。更に、８０にて模式的に示すように、オリフィス板組立体１８を燃料噴射器１５に取り付ける作業に締りばめを利用し、オリフィス板２６を所定の位置に固定できる。

図７は他の代表的な組立て方法を８４で模式的に示す。この方法は、合成樹脂製オリフィス板５８を、第１の金属製支持板６０と第２の金属製支持板６２との間にサンドイッチ状に挟み込んだ層状組立体の形成を含む。合成樹脂製オリフィス板５８は、第１の金属製支持板６０と第２の金属製支持板６２の間にモールドするか、公知の方法を利用して設け得る。第１の金属製支持板６０と第２の金属製支持板６２は、打抜き開口６６を含む。しかしながら、合成樹脂製オリフィス板５８はオリフィスを含んでいない。

オリフィス６４は、工程８８に示す如く、代表的な方法ではレーザ装置７６を用いて形成する。レーザ装置７６は、所望の直径と垂線となす角度を持つオリフィス６４を形成する。所望の直径と角度のオリフィス６４を製造可能な他の処理法も、本発明において利用可能ある。オリフィス６４の形成後、９０に図示する如く、完成したオリフィス板組立体５６を燃料噴射器１５に取り付ける。

合成樹脂製オリフィス板５８は、金属板に付けるのに、実用的、かつ経済的なプロセスを使用可能とする。更に、この代表的なオリフィス組立体は、燃料の霧化を高め、もって燃焼を向上すべく、益々小さくなるオリフィスを効率的かつ実用的に製作し、利用できるようにする。このように燃焼を向上させると、性能が高まり、排ガスも減らせる。

本発明の好ましい実施形態を開示したが、通常の当業者であれば、ある種の変更は、本発明の範囲内に入るものと理解しよう。そのような理由から、本発明の真の範囲および内容は、特許請求の範囲から読み取るべきである。

本発明の燃料噴射器の略図である。 本発明のオリフィス板組立体を含む代表的な燃料噴射器の断面図である。 本発明のオリフィス板組立体の断面図である。 本発明のオリフィス板組立体の断面図である。 本発明のオリフィス板組立体の断面図である。 本発明のオリフィス板組立体を製造する方法を示す図である。 本発明のオリフィス板組立体を製造する他の方法を示す図である。

符号の説明

１５ 燃料噴射器、１８ オリフィス板組立体、２０ 燃料、２２ オリフィス、２４ 開口、２６ 合成樹脂オリフィス板、２８ 金属製支持板

Claims (28)

1. 空気と混合された燃料を霧化するオリフィスを含む合成樹脂製オリフィス円板と、
   前記合成樹脂製オリフィス円板を支え、かつ前記合成樹脂製オリフィス円板の撓みを抑制する金属製支持体であって、前記合成樹脂製オリフィス円板中の前記オリフィスに対応する開口を含む金属製支持体と
   から成る燃料オリフィス円板組立体。
2. 前記開口が前記オリフィスより大きい請求項１記載の燃料オリフィス円板組立体。
3. 前記金属製支持体が、前記合成樹脂製オリフィス円板の燃料流入側と反対の側に付けられた請求項１記載の燃料オリフィス円板組立体。
4. 前記金属製支持体が、前記合成樹脂製オリフィス円板の燃料流入側に設けられた第１の金属板と、前記合成樹脂製オリフィス円板の燃料流出側に設けられた第２の金属板とから成る請求項１記載の燃料オリフィス円板組立体。
5. 前記第１の金属板と前記第２の金属板が、各々前記合成樹脂製オリフィス円板中の前記オリフィスに対応する開口を含む請求項４記載の燃料オリフィス円板組立体。
6. 前記第１の金属板と第２の金属板の各々に設けられた開口が、前記オリフィスよりも大きい請求項５記載の燃料オリフィス円板組立体。
7. 前記オリフィスが、所望の角度をなして前記合成樹脂製オリフィス円板を貫通する請求項１載の燃料オリフィス円板組立体。
8. 前記オリフィスが、前記合成樹脂製オリフィス円板中に設けられた複数のオリフィスから成り、所望の噴霧パターンを実現する請求項１記載の燃料オリフィス円板組立体。
9. 前記オリフィスの長さが、前記オリフィスの幅に等しい請求項１記載の燃料オリフィス円板組立体。
10. 前記金属製支持体が、前記合成樹脂製オリフィス円板を通る周期的な燃料の流れに応じた該オリフィス円板の撓み防止する請求項１記載の燃料オリフィス円板組立体。
11. 燃料の流れを制御する弁組立体と、
    燃料噴射器からの所望の燃料噴射を起こす寸法のオリフィスを含む合成樹脂製オリフィス板と、
    前記合成樹脂製オリフィス板の撓みを抑制する、前記オリフィス板に付けられた金属製支持体とから成るオリフィス板組立体と
    を含む燃料噴射器組立体。
12. 前記金属製支持体が、前記合成樹脂製オリフィス板中の前記オリフィスに対応する開口を備える第１の金属板を含む請求項１１記載の燃料噴射器組立体。
13. 前記金属製支持体が、前記オリフィス板の燃料流入側に付けられた第１の金属板と、オリフィス板の燃料流出側に付けられた第２の金属板とから成る請求項１１記載の燃料噴射器組立体。
14. 前記第１の金属板と第２の金属板が、前記オリフィス板中のオリフィスに対応する開口を含み、かつ前記第１の金属板と第２の金属板の各々に設けられた開口がオリフィスよりも大きい請求項１１記載の燃料噴射器組立体。
15. 前記オリフィス板が、所望の噴霧パターンを画定する複数のオリフィスを含む請求項１１記載の燃料噴射器組立体。
16. 前記オリフィス板が円板から成る請求項１１記載の燃料噴射器組立体。
17. 前記オリフィスの長さがオリフィスの幅に等しい請求項１１記載の燃料噴射器組立体。
18. ａ）燃料噴射器用のオリフィス板を、合成樹脂材料から形成する工程と、
    ｂ）燃料噴霧パターンを画定する、前記合成樹脂材料に設けられた少なくとも１つのオリフィスを形成する工程と、
    ｃ）金属製支持体に開口を形成する工程と、
    ｄ）前記オリフィスと前記開口が揃うように、前記金属製支持体を前記オリフィス板に付ける工程と
    を含むオリフィス板の製造方法。
19. 前記金属製支持体の開口が前記オリフィスより大きい請求項１８記載の方法。
20. 前記金属製支持体をオリフィス板に付ける工程において、前記金属製支持体をオリフィス板の燃料流出側に付ける請求項１８記載の方法。
21. 前記金属製支持体が、前記オリフィス板の燃料流入側に付けられた第１の金属板と、該オリフィス板の燃料流出側に付けられた第２の金属板とから成る請求項１８記載の方法。
22. 前記金属製支持体を前記オリフィス板に付ける工程において、金属製支持体にオリフィス板を形成する請求項１８記載の方法。
23. 前記金属製支持体を前記オリフィス板に付ける工程において、金属製支持体をオリフィス板に機械的に付ける請求項１８記載の方法。
24. 前記少なくとも１つのオリフィスを形成する工程において、前記合成樹脂オリフィス板を貫いてオリフィスをレーザで穴明けする請求項１８記載の方法。
25. 前記少なくとも１つのオリフィスを形成する工程において、前記合成樹脂オリフィス板を貫いてオリフィスを打抜く請求項１８記載の方法。
26. 前記少なくとも１つのオリフィスを形成する工程において、所望の噴霧パターンを画定する複数のオリフィスを形成する請求項１８記載の方法。
27. 前記少なくとも１つのオリフィスを形成する工程において、オリフィスの全長とオリフィスの直径が等しいオリフィスを形成する請求項１８記載の方法。
28. 前記少なくとも１つのオリフィスを形成する工程において、所望の燃料噴霧パターンを実現すべく、所定の角度をなして少なくとも１つのオリフィスを形成する請求項１８記載の方法。

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