JP2657101B2 - シリコンミクロ加工ノズルを備えた燃料噴射器 - Google Patents
シリコンミクロ加工ノズルを備えた燃料噴射器Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は燃料噴射器の構造に関する。
（従来の技術） 火花点火エンジンの燃料計量方式としての気化器は、
燃料噴射器の採用によつて迅速に廃れている。現在使用
されている燃料噴射器構造は、絞り装置において噴射器
を使用する噴射（集中式燃料噴射）または各シリンダに
噴射器を使用する噴射（電子的燃料噴射）噴射を含んで
いる。燃料噴射器を通る燃料流は精密に機械加工された
金属要素を有するノズルによつて制御される。燃料噴射
器は通常の電気的ソレノイドによつて作動される。
燃料噴射器の採用によつて迅速に廃れている。現在使用
されている燃料噴射器構造は、絞り装置において噴射器
を使用する噴射（集中式燃料噴射）または各シリンダに
噴射器を使用する噴射（電子的燃料噴射）噴射を含んで
いる。燃料噴射器を通る燃料流は精密に機械加工された
金属要素を有するノズルによつて制御される。燃料噴射
器は通常の電気的ソレノイドによつて作動される。
（発明が解決しようとする問題点） 現在の構造の欠点は応答時間の遅さ、各部分間の変換
可能性、ノズルを通る燃料通路の詰まりおよび高価格で
ある。燃料噴射器は容易にノズルを取付けられ、ノズル
は容易にかつ精密に比較的安価に製造されるのが望まし
い。これらは本発明が解決しようとする課題のうちのい
くつかのものである。本発明と同じ譲受人に譲渡された
米国特許第4,647,013号および同第4,628,576号に開示さ
れた種々のシリコン弁も公知である。
可能性、ノズルを通る燃料通路の詰まりおよび高価格で
ある。燃料噴射器は容易にノズルを取付けられ、ノズル
は容易にかつ精密に比較的安価に製造されるのが望まし
い。これらは本発明が解決しようとする課題のうちのい
くつかのものである。本発明と同じ譲受人に譲渡された
米国特許第4,647,013号および同第4,628,576号に開示さ
れた種々のシリコン弁も公知である。
（問題点を解決するための手段および作用） 本発明はシリコンミクロ加工ノズルを使用する燃料噴
射器構造を提供する。噴射器本体は燃料を燃料源からシ
リコンミクロ加工ノズルに通す燃料接続管を支持してい
る。電源に応答する作動装置は、燃料流を制御するシリ
コンノズル上流の弁を作動する。すなわち、シリコンノ
ズルは燃料噴霧の形状および燃料噴射器からの最大燃料
噴射量を制御するため使用され、上流の弁は燃料流を制
御するためのものである。
射器構造を提供する。噴射器本体は燃料を燃料源からシ
リコンミクロ加工ノズルに通す燃料接続管を支持してい
る。電源に応答する作動装置は、燃料流を制御するシリ
コンノズル上流の弁を作動する。すなわち、シリコンノ
ズルは燃料噴霧の形状および燃料噴射器からの最大燃料
噴射量を制御するため使用され、上流の弁は燃料流を制
御するためのものである。
シリコンノズル制御燃料噴霧装置を有する利点は、シ
リコンが、容易に、精密にかつ比較的安価に、燃料流を
形成するのに必要なきわめて精密なパターンに形成さ
れ、燃料が所望のように霧化しうるからである。シリコ
ンノズルを通る燃料流は、通常のニードルおよびシート
またはミクロ加工ノズル板と組合わされたシリコンミク
ロ加工弁集合体を形成するミクロ加工シリコン弁板を使
用して、締切られる。
リコンが、容易に、精密にかつ比較的安価に、燃料流を
形成するのに必要なきわめて精密なパターンに形成さ
れ、燃料が所望のように霧化しうるからである。シリコ
ンノズルを通る燃料流は、通常のニードルおよびシート
またはミクロ加工ノズル板と組合わされたシリコンミク
ロ加工弁集合体を形成するミクロ加工シリコン弁板を使
用して、締切られる。
噴射器本体はまた、加えられた電気エネルギに応答し
て変化する長い圧電駆動装置または堆積を支持するのが
有利である。この長さの変化はノズルを通る燃料流を締
切るのに使用しうる。圧電堆積は、圧電堆積の運動を増
幅する。レバー集合体を直接または間接に使用しうる。
燃料噴射器はさらに、噴射器本体およびノズル板の周り
に組合わされたノズルシールのさらに周りに設置され
る、Ｏ−リングを有する。シリコ弁集合体が燃料流を制
御するため燃料噴射器に使用されるとき、アクチユエー
タ装置は弁板のプランジヤ開口を通つてノズル板の面に
接触し、前記ノズル板と前記弁板との相対運動を生ず
る。ノズル板は弁板から自由であり、（たとえばベレビ
ーユ・ワツシヤ、皿ばねによる）戻り力は、弁板および
ノズル板を一緒に押圧することにより弁を閉じるのに使
用される。弁集合体は、ノズル板を弁板から離れさせる
作動力により、燃料を通しうるように開放される。
て変化する長い圧電駆動装置または堆積を支持するのが
有利である。この長さの変化はノズルを通る燃料流を締
切るのに使用しうる。圧電堆積は、圧電堆積の運動を増
幅する。レバー集合体を直接または間接に使用しうる。
燃料噴射器はさらに、噴射器本体およびノズル板の周り
に組合わされたノズルシールのさらに周りに設置され
る、Ｏ−リングを有する。シリコ弁集合体が燃料流を制
御するため燃料噴射器に使用されるとき、アクチユエー
タ装置は弁板のプランジヤ開口を通つてノズル板の面に
接触し、前記ノズル板と前記弁板との相対運動を生ず
る。ノズル板は弁板から自由であり、（たとえばベレビ
ーユ・ワツシヤ、皿ばねによる）戻り力は、弁板および
ノズル板を一緒に押圧することにより弁を閉じるのに使
用される。弁集合体は、ノズル板を弁板から離れさせる
作動力により、燃料を通しうるように開放される。
（実施例） 第１図において、燃料噴射器50は弁板13および、噴射
器50の燃料噴霧パターンの性質を制御する、対応するノ
ズル板15を備えた弁集合体53を有する。Ｏ−リングシー
ル54は、円周溝55内にハウジング12の周りに設置されて
いる。燃料を噴射器50に供給しまた噴射器50内の弁を作
動する電力を供給する、接続装置は図示されていない。
器50の燃料噴霧パターンの性質を制御する、対応するノ
ズル板15を備えた弁集合体53を有する。Ｏ−リングシー
ル54は、円周溝55内にハウジング12の周りに設置されて
いる。燃料を噴射器50に供給しまた噴射器50内の弁を作
動する電力を供給する、接続装置は図示されていない。
圧電堆積11は、弁集合体53と共働して、シリコンミク
ロ加工ノズル板15を作動し、それにより噴射される燃料
量を計量する。圧電堆積11は多層蓄電器と同じく一連の
層を有する。圧電堆積11に電気エネルギを供給すると、
堆積は縦方向に拡張しノズル板15の運動を生ずる。そう
でなければ、圧電堆積の代わりにソレノイド型アクチユ
エータを設けることも可能である。ソレノイド型アクチ
ユエータはまた、電気エネルギの供給に応答して縦方向
運動を生ずる。
ロ加工ノズル板15を作動し、それにより噴射される燃料
量を計量する。圧電堆積11は多層蓄電器と同じく一連の
層を有する。圧電堆積11に電気エネルギを供給すると、
堆積は縦方向に拡張しノズル板15の運動を生ずる。そう
でなければ、圧電堆積の代わりにソレノイド型アクチユ
エータを設けることも可能である。ソレノイド型アクチ
ユエータはまた、電気エネルギの供給に応答して縦方向
運動を生ずる。
第２図において、噴射器ハウジング12は圧電堆積11
は、調節ねじによつて調節される、圧電ホルダ10の下に
支持されている。弁集合体53は弁集合体保持器18によつ
て噴射器ハウジング12に組合わされている。弁集合体53
において、弁板13はハウジング12にまた弁シール14を通
してノズル板15に組合わされている。ノズル板15はハウ
ジング12にまた板ばねワツシヤ17に、ノズルシール16に
よつて組合わされている。ノズルシール16は、噴射器ハ
ウジング12に対し、圧電堆積11による縦方向運動に対応
し弁板13と共働して弁を作用する位置において、ノズル
板15の周りに組合わされている。
は、調節ねじによつて調節される、圧電ホルダ10の下に
支持されている。弁集合体53は弁集合体保持器18によつ
て噴射器ハウジング12に組合わされている。弁集合体53
において、弁板13はハウジング12にまた弁シール14を通
してノズル板15に組合わされている。ノズル板15はハウ
ジング12にまた板ばねワツシヤ17に、ノズルシール16に
よつて組合わされている。ノズルシール16は、噴射器ハ
ウジング12に対し、圧電堆積11による縦方向運動に対応
し弁板13と共働して弁を作用する位置において、ノズル
板15の周りに組合わされている。
ノズル板15は弁板13に取付けられてなく、皿ばねワツ
シヤ17はノズル板15と弁板13の弁集合体を閉鎖するのに
使用される。弁板13は圧電堆積11を作動することにより
開放される。プランジヤ11Aは弁板13を通過し、ノズル
板15を押して、静止したままの弁板13からノズル板15を
離れるように湾曲させる。そのような構造は、２つのシ
リコン板が端部に沿つて互いにシールされずに皿ばねワ
ツシヤ17によつて閉鎖位置に維持されるため、浮動ノズ
ル燃料噴射器構造と称せられる。弁作用はシリコンの弾
性には依存しない。皿ばねワツシヤ17によつて加えられ
る閉鎖力は、コイルばねまたは他のばね装置のような、
弾性体によつても加えることができる。
シヤ17はノズル板15と弁板13の弁集合体を閉鎖するのに
使用される。弁板13は圧電堆積11を作動することにより
開放される。プランジヤ11Aは弁板13を通過し、ノズル
板15を押して、静止したままの弁板13からノズル板15を
離れるように湾曲させる。そのような構造は、２つのシ
リコン板が端部に沿つて互いにシールされずに皿ばねワ
ツシヤ17によつて閉鎖位置に維持されるため、浮動ノズ
ル燃料噴射器構造と称せられる。弁作用はシリコンの弾
性には依存しない。皿ばねワツシヤ17によつて加えられ
る閉鎖力は、コイルばねまたは他のばね装置のような、
弾性体によつても加えることができる。
第3A図および第3B図において、圧電堆積11が電気エネ
ルギ供給に対応して拡張するとき、堆積はばね力にうち
かつてノズルを開放する。開放したとき、ノズル板15な
らびに弁板13は、２つの板がそれらの端部に沿つて互い
にシールされた場合に湾曲するのに反して、相対的に平
行になる。圧電堆積11が放電したとき堆積は最初の位置
に戻り、皿ばねワツシヤ17はノズル板15を弁板13に押付
けて弁集合体53を閉鎖する。
ルギ供給に対応して拡張するとき、堆積はばね力にうち
かつてノズルを開放する。開放したとき、ノズル板15な
らびに弁板13は、２つの板がそれらの端部に沿つて互い
にシールされた場合に湾曲するのに反して、相対的に平
行になる。圧電堆積11が放電したとき堆積は最初の位置
に戻り、皿ばねワツシヤ17はノズル板15を弁板13に押付
けて弁集合体53を閉鎖する。
第3A図において、弁集合体53は閉鎖位置で示され、ノ
ズル板15の開口は弁板13によつてカバーされている。弁
板13の開口は圧電駆動集合体11のプランジヤ11Aにノズ
ル板を通過させる。第3B図に示すように、圧電堆積11が
付勢されプランジヤ11Aが下降するとき、ノズル板15は
弁板13から押し離され、流体が弁集合体53を通ることが
できるようになる。
ズル板15の開口は弁板13によつてカバーされている。弁
板13の開口は圧電駆動集合体11のプランジヤ11Aにノズ
ル板を通過させる。第3B図に示すように、圧電堆積11が
付勢されプランジヤ11Aが下降するとき、ノズル板15は
弁板13から押し離され、流体が弁集合体53を通ることが
できるようになる。
第４図に示す圧電駆動装置の分解図において、圧電駆
動装置14は、枢着点45の周りに回転し力および運動を流
れ制御弁43に加えるレバー集合体42に組合わされてい
る。流れ制御弁43は、組合わされて複合ノズルを形成す
る流れ板46とオリフイス板47との組み合わせを通る流体
流を付勢する。ばね41は流れ制御弁43と軸線方向に整合
し、圧電駆動装置44が収縮してその長さを減少しレバー
集合体42が流れ制御弁43を釈放した後、閉鎖位置に戻
る。
動装置14は、枢着点45の周りに回転し力および運動を流
れ制御弁43に加えるレバー集合体42に組合わされてい
る。流れ制御弁43は、組合わされて複合ノズルを形成す
る流れ板46とオリフイス板47との組み合わせを通る流体
流を付勢する。ばね41は流れ制御弁43と軸線方向に整合
し、圧電駆動装置44が収縮してその長さを減少しレバー
集合体42が流れ制御弁43を釈放した後、閉鎖位置に戻
る。
第5A図には、第４図の複合ノズルおよび流れ制御弁43
の側面図が閉鎖位置において示されている。流れ制御弁
43は燃料を通す中央軸方向通路81および半径方向通路82
を備えている。第5B図には、同じ要素が開放位置におい
て示され、弁流れ制御装置43は、流体流が通路60および
61を流れうるように上昇している。
の側面図が閉鎖位置において示されている。流れ制御弁
43は燃料を通す中央軸方向通路81および半径方向通路82
を備えている。第5B図には、同じ要素が開放位置におい
て示され、弁流れ制御装置43は、流体流が通路60および
61を流れうるように上昇している。
第６図および第７図は燃料噴霧パターンおよび燃料噴
射器からの最大燃料排出量を調節するため使用され、燃
料流量はシリコンノズル上流の弁によつて制御される。
第６図において、ニードル66およびシート69を有する燃
料噴射器60は単一のシリコンノズル板71を通る燃料を制
御し燃料の噴霧パターンを調節する。第７図において、
ニードル80およびシート81′は複合ノズル82へ流れる燃
料流を制御し、複合ノズル82′は燃料噴霧パターンおよ
び最大燃料吐出量を調節する。
射器からの最大燃料排出量を調節するため使用され、燃
料流量はシリコンノズル上流の弁によつて制御される。
第６図において、ニードル66およびシート69を有する燃
料噴射器60は単一のシリコンノズル板71を通る燃料を制
御し燃料の噴霧パターンを調節する。第７図において、
ニードル80およびシート81′は複合ノズル82へ流れる燃
料流を制御し、複合ノズル82′は燃料噴霧パターンおよ
び最大燃料吐出量を調節する。
種々の変型および変更が、本発明が関連する技術に通
じた人々によつてなしうることは疑いないところであ
る。たとえば、弁の特殊な幾何学的構造は開示されたも
のから変更可能である。これらのおよびすべての他の変
更は本発明の開示によつて進歩した技術に基本的に依存
し、この技術は本発明の範囲内で適当に考慮されるべき
である。
じた人々によつてなしうることは疑いないところであ
る。たとえば、弁の特殊な幾何学的構造は開示されたも
のから変更可能である。これらのおよびすべての他の変
更は本発明の開示によつて進歩した技術に基本的に依存
し、この技術は本発明の範囲内で適当に考慮されるべき
である。
シリコン加工弁はさらに米国特許第4,647,013号に記
載され、その開示を参考のためここに参照する。
載され、その開示を参考のためここに参照する。
（発明の効果） 本発明は、シリコンミクロ加工ノズルを備えることに
より、応答が速く、交換が容易で詰まることがなくしか
も安価に製造しうる、燃料噴射器を得ることができた。
より、応答が速く、交換が容易で詰まることがなくしか
も安価に製造しうる、燃料噴射器を得ることができた。
第１図は、本発明実施例による、浮動ノズル燃料噴射器
集合体および筐体の部分断面側面図。 第２図は、第１図に示す噴射器の、部分断面、分解斜視
図。 第3A図および第3B図は、本発明実施例による、それぞ
れ、閉鎖位置および開放位置におけるノズル断面図。 第４図は、本発明による、燃料噴射器の燃料計量制御用
レバー集合体を有する圧電駆動装置の分解図。 第5A図および第5B図は、本発明の別の実施例による、そ
れぞれ、閉鎖位置および開放位置における弁およびノズ
ル断面図。 第６図は、本発明実施例による、ニードルおよびシート
式流体流れ制御弁を使用する単一シリコンノズル燃料噴
射器の断面図。 第７図は、本発明実施例による、流体流制御弁用ニード
ルおよびシートを使用する複合シリコンノズルを備え燃
料噴射器の断面図。 11……圧電堆積、11A……プランジヤ、 12……噴射器ハウジング、13……弁板、 14……弁シール、15……ノズル板、 16……ノズルシール、17……皿ばね、 43……制御弁、44……圧電駆動装置、 46……流れ板、47……オリフイス板、 50,60……噴射器、53……弁集合体、 66……ニードル、 69……シート、71……ノズル板、 82′……複合ノズル。
集合体および筐体の部分断面側面図。 第２図は、第１図に示す噴射器の、部分断面、分解斜視
図。 第3A図および第3B図は、本発明実施例による、それぞ
れ、閉鎖位置および開放位置におけるノズル断面図。 第４図は、本発明による、燃料噴射器の燃料計量制御用
レバー集合体を有する圧電駆動装置の分解図。 第5A図および第5B図は、本発明の別の実施例による、そ
れぞれ、閉鎖位置および開放位置における弁およびノズ
ル断面図。 第６図は、本発明実施例による、ニードルおよびシート
式流体流れ制御弁を使用する単一シリコンノズル燃料噴
射器の断面図。 第７図は、本発明実施例による、流体流制御弁用ニード
ルおよびシートを使用する複合シリコンノズルを備え燃
料噴射器の断面図。 11……圧電堆積、11A……プランジヤ、 12……噴射器ハウジング、13……弁板、 14……弁シール、15……ノズル板、 16……ノズルシール、17……皿ばね、 43……制御弁、44……圧電駆動装置、 46……流れ板、47……オリフイス板、 50,60……噴射器、53……弁集合体、 66……ニードル、 69……シート、71……ノズル板、 82′……複合ノズル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム エフ．ホーン アメリカ合衆国ミシガン州，プリモス, オウククリッフェ ドライブ 9271 (72)発明者 マーク ケイ．ローデス アメリカ合衆国ミシガン州，ファーンデ ル，アレン 565 (72)発明者 マービン ディー．ウエルズ アメリカ合衆国ミシガン州，レッドフォ ード，マッカーサー 17446 (72)発明者 スチーブ ジェイ．ヨッケイ アメリカ合衆国ミシガン州，ファーミン トン ヒルズ，グリーニング 28029
Claims (3)
- 【請求項１】シリコンミクロ加工ノズルを備えた燃料噴
射器であつて、 燃料噴射器の各要素を支持する噴射器本体、 燃料を燃料源から前記シリコンミクロ加工ノズルに流す
ように組合わされた燃料接続装置、および 燃料流を調整する前記シリコンノズル上流の燃料流通路
における燃料弁装置 を備え、 前記シリコンノズルは前記噴射器本体に組合わされかつ
前記燃料弁装置下流に燃料を流す開口を有する 前記燃料噴射器。 - 【請求項２】シリコンミクロ加工弁を備えた燃料噴射器
であつて、 燃料噴射器の各要素を支持する噴射器本体、 燃料を燃料源から前記シリコンミクロ加工ノズルに流す
ように組合わされた燃料接続装置、 前記噴射器本体の周りに設けられたＯ−リングシール、 開口をシールする面および作動力を伝達しかつ燃料を通
すプランジヤ開口を有する比較的平らなシリコン弁板、 前記弁板の周りに組合わされ前記噴射器本体に対して前
記弁板を支持する弁シール、 前記弁板のシール面と整合し前記ノズル板の開口をシー
ルしうる位置において燃料を通す貫通する開口を有する
シリコンノズル板、 前記弁板の前記プランジヤ開口を通り前記ノズル板の面
と衝突して前記ノズル板と前記弁板とを相対運動させ、
加えられた電気エネルギに応答して長さを変化する長い
圧電堆積を有するアクチユエータ装置、 前記ノズル板の周りに組合わされ前記ノズル板を前記噴
射器本体に対して前記アクチユエータ装置に応答し前記
ノズル板と共働して弁作用する位置においてノズルを支
持するノズルシール、 および 閉鎖力を前記ノズル板と前記弁板との間に加えて前記シ
リコンノズル板の前記開口をシールさせ前記燃料噴射器
を通る燃料の流れを停止するばね装置 を備えた、前記燃料噴射器。 - 【請求項３】燃料噴射器であつて、 噴射器本体、 燃料を燃料源からうけ燃料を前記燃料噴射器から排出す
る前記燃料噴射器を通る燃料通路、 前記燃料通路内の流れ制御弁、 燃料が前記燃料噴射器をでるとき噴射パターンを形成す
る前記弁装置下流のシリコンミクロ加工ノズル、および 前記弁装置を作動する圧電堆積であつて、前記圧電堆積
は前記圧電装置の運動を作動しかつ増幅するてこ装置に
組合わされた、前記圧電堆積 を含む、前記燃料噴射器。
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