JP4616973B2 - 燃料インジェクタのための圧力スワール発生器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して燃料インジェクタ、特に高圧直接噴射燃料インジェクタに関する。より具体的には、圧力スワール発生器を有する高圧直接噴射式燃料インジェクタに関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、燃料インジェクタのスワール発生器における流量を調節するための装置及び方法を提供することである。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料インジェクタであって、弁体を備えており、この弁体が、入口と、出口と、入口から出口へ軸方向に延びた燃料通路とを有しているものを提供する。弁体の入口近傍には可動子が配置されている。ニードル弁が可動子に作用結合されている。弁座が弁体の出口近傍に配置されている。スワール発生器が弁体に配置されており、このスワール発生器により燃料が弁座において渦パターンを形成する。
【０００４】
スワール発生器は有利には２つの平らなディスクを有している。一方のディスクは、スワール発生ディスクであり、中央の開口から接線方向に延びた少なくとも１つのスロットを有している。他方のディスクは、平らなガイドディスクであり、周縁と、中央開口と、周縁と中央開口との間に設けられた少なくとも１つの燃料通路開口とを有している。平らなガイドディスクは、第１の面と、平らなスワール発生ディスクに隣接した第２の面と、ガイド開口と、第１の面と第２の面との間に延びた壁部を有する少なくとも１つの燃料通路とを有している。壁部は、入口と、出口と、入口と出口との間の移行領域とを有しており、この移行領域は、少なくとも１つの通路の横断面積を規定している。入口は第１の面の近傍に位置している。出口は第２の面の近傍に位置している。移行領域は、移行領域が壁部の出口に接近するに従い少なくとも１つの燃料通路の横断面積が増大するように形成されている。
【０００５】
有利な実施例では、移行領域は、入口近傍の入口区分と、出口近傍の出口区分とを有している。出口区分は、壁部の斜面であるか、又は壁部のアーチ状の面である。入口区分は、第１の面に対してほぼ垂直な、壁部の線形の面である。
【０００６】
有利には、平らなガイドディスクは、第１の面と第２の面とに対して共通の周縁を有しており、少なくとも１つの通路がガイド開口と周縁との間に設けられている。周縁と、ガイド開口と、壁部の入口と、壁部の出口とのそれぞれは、ほぼ円形の輪郭を有している。少なくとも１つの通路は、複数の通路から成っており、弁座は、燃料出口通路を有しており、ニードル弁は、燃料出口通路の面と係合して、弁座を通る燃料流を遮断する。
【０００７】
本発明は、燃料インジェクタであって、弁体を有しており、この弁体が、入口と、出口と、入口から出口にまで軸方向に延びた燃料通路とを有しているものをも提供する。可動子が弁体の入口近傍に配置されている。ニードル弁が可動子に作用結合されている。弁座が弁体の出口近傍に配置されている。平らなスワール発生ディスクが弁座に隣接している。平らなスワール発生ディスクは、中央開口から接線方向に延びた複数のスロットを有している。平らなガイドディスクは、第１の面と、平らなスワール発生ディスクに隣接した第２の面と、第１の面と第２の面とに共通の円形の周縁と、円形のガイド開口と、円形のガイド開口と円形の周縁との間に配置された複数の円形の通路とを有している。
【０００８】
複数の円形の燃料通路は、円形のガイド開口の周囲に均等に分配されており、平らなスワール発生ディスクの個々のスロットと整合している。複数の燃料通路のそれぞれは、第１の面と第２の面との間に延びた壁部を有している。この壁部は、第１の直径を有する円形の入口と、第２の直径を有する円形の出口とを有している。第２の直径は、第１の直径よりも大きい。
【０００９】
本発明は、燃料インジェクタの圧力スワール発生器内の流量を調整する方法をも提供する。燃料インジェクタは、入口から出口にまで軸方向に延びた燃料通路を有する弁体と；弁体の入口近傍に配置された可動子と；可動子に作用結合されたニードル弁と；弁体の出口近傍に配置された弁座と；弁座に隣接した平らなスワールディスクと；ニードル弁をガイドするガイド部材とを有している。前記方法は、弁体の燃料通路から弁座へ流れる燃料の方向を徐々に変化させるように形成された面を有するガイド部材を提供し、このガイド部材を平らなスワール発生ディスクの近傍に配置することによって達成することができる。
【００１０】
方法の有利な実施例では、ガイド部材は平らなガイドディスクであり、面は、平らなスワール発生ディスクの第１の面と第２の面との間に延びた通路を形成した壁部の表面である。壁部の表面は、第１の面近傍の入口と第２の面近傍の出口との間に延びた移行領域を提供する。移行領域は、出口の横断面積が入口の横断面積よりも大きくなるように、第２の表面を形成することによって形成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１には、有利な実施例の燃料インジェクタ、特に高圧直接噴射燃料インジェクタの典型的な実施例が示されている。燃料インジェクタ１０は、金属製のハウジング部材１４を包囲した、成形プラスチック部材１２を有している。一列を成した燃料フィルタ１８と調整可能な燃料入口管２０とを備えた燃料入口は、成形プラスチック部材１２と金属ハウジング部材１４との内部に配置されている。調整可能な燃料入口管２０は、燃料入口１６に固定される前には、長手方向に調整可能でありこれにより可動子バイアスばね２２の長さを変化させる。可動子バイアスばね２２は、燃料インジェクタ１０内の流体の流れを調整する。成形プラスチック部材１２はコネクタ２４をも支持しており、このコネクタ２４は、燃料インジェクタ１０を、外部電源、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ、図示せず）に接続させている。Ｏリング２６が燃料入口１６に設けられており、これにより燃料入口１６を燃料供給部材、例えば燃料レール（図示せず）にシールして結合させている。
【００１２】
金属製のハウジング部材１４は巻き体２８とソレノイドコイル３０とを包囲している。ソレノイドコイル３０はコネクタ２４に作用接続されている。入口管１６の、巻き体２８及びソレノイドコイル３０に近い部分３２は固定子として働く。可動子２４は、弁体シェル３６と弁体３８とによって入口管１６と軸方向で整合させられている。
【００１３】
弁体３８は弁体シェル３６内に配置されている。可動子ガイドアイレット４０は弁体の入口に配置されている。軸方向に延びた燃料通路４２は弁体の入口４４を弁体３８の出口４６に接続させている。弁座５０は弁体の出口４６の近傍に配置されている。燃料は、燃料供給部材（図示せず）から、燃料入口１６、可動子燃料通路５２及び弁体燃料通路４２を通って流れ、弁座燃料出口通路５４から流出する。
【００１４】
可動子の燃料通路５２は弁体３８の燃料通路４２と軸方向で整合している。燃料は可動子の燃料通路５２から１対の横方向ポート５６を通って流出し、弁体３８の入口４４に流入する。可動子３４は、固定子として働く入口管１６の部分３２に磁気的に接続されている。可動子３４は可動子ガイドアイレット４０によってガイドされており、ソレノイドコイル３０によって生じる電磁力に応答して弁体の長手方向軸線５８に沿って軸方向に往復動する。電磁力は、ＥＣＵからコネクタ２４を通って巻き体２８に巻き付けられたソレノイドコイル３０の端部にまで流れる電流によって生ぜしめられる。ニードル弁６０は可動子に作用結合されており、弁座の燃料出口通路５４を開閉させるように働き、これにより燃料インジェクタ１０からの燃料の流出を許容したり遮断したりする。
【００１５】
弁座５０は、弁体３８の出口４６の近傍に位置決めされている。弁体３８の圧着された端部区分６４は弁座５０に係合しており、溶接接合部６６が弁体３８と弁座５０とを固定しかつシールしている。スワール発生器７０が弁体３８の燃料通路４２において弁座５０の上流に配置されている。スワール発生器７０により燃料は弁座５０においてスワールパターンを生ぜしめる。スワール発生器７０は有利には図２に示したように１対の平らなディスク、すなわちガイドディスク７２と、スワール発生ディスク７４とを有している。
【００１６】
ガイドディスク７２は図３に示したように、縁部７６と、中央開口７８と、縁部７６と中央開口７８との間に設けられた少なくとも１つの燃料通路８０とを有している。中央開口７８は、ニードル弁６０が燃料出口通路５４の面と係合して弁座を通る燃料流を遮断する場合にニードル弁６０をガイドする。少なくとも１つの燃料通路８０は有利には燃料をスワール発生ディスク７４へ案内する複数の燃料通路８０である。スワール発生ディスク７４は図４に示したように複数のスロット８２を有しており、これらのスロットは、ガイドディスク７２に設けられた複数の燃料通路８０に対応している。各スロット８２は接線方向に中央開口８４から個々の燃料通路開口８６に向かって延びており、かつ平らなガイドディスク７２の燃料通路８０からスワール発生ディスク７４を通って流れる燃料のための接線方向の燃料流路を提供する。
【００１７】
平らなガイドディスク７２は図２Ａに示したように第１の面９０と第２の面９２とを有している。第２の面９２は平らなスワール発生ディスク７４に隣接して配置されている。各燃料通路８０は平らなガイドディスク７２の第１の表面９０と第２の面９２との間に延びた壁部９４を有している。壁部９４は、入口９６と、出口９８と、入口９６と出口９８との間の移行領域１００とを有している。
【００１８】
壁部９４の入口９６は第１の面９０の近傍に配置されている。壁部９４の出口９８は第２の面９２の近傍に配置されている。移行領域１００は壁部９４の表面によって提供されている。移行領域１００は燃料通路８０の横断面積を規定している。壁部９４の表面は、弁体３８の燃料通路４２から平らなスワール発生ディスク７４へ流れる燃料の方向を徐々に変化させるように形成されている。徐々に流れの方向を変化させるために、壁部９４の表面は有利には燃料流路内の先鋭な部分が回避又は最小化されるように形成されている。壁部９４の表面は、壁部９４の出口９８に近付くに従って増大する断面積を有する移行領域１００を提供している。
【００１９】
移行領域１００は入口９６近傍の入口区分１０２と、出口９８近傍の出口区分１０４とを有している。出口区分１０４は、有利には、壁部９４の傾斜した面又は壁部９４のアーチ状の面である。有利には、壁部９４の傾斜した面は第２の面９２と鋭角を形成し、壁部９４のアーチ状の面は、壁部９４の入口区分１０２と出口９８との間の曲率半径を形成する。入口区分１０２は、有利には１の面９０に対してほぼ垂直な、壁部９４の線形の面である。
【００２０】
有利な実施例においては、周囲７６、ガイド開口７８、壁部９４の入口９６、壁部９４の出口９８はそれぞれ、ほぼ円形の輪郭を有している。これにより、平らなガイドディスク７２は有利には、第１の面９０と第２の面９２とに共通の円形の縁部７６、円形のガイド開口７８、円形のガイド開口７８と円形の縁部７６との間に配置された複数の円形の通路８０、及び円形のガイド開口の周囲に均等に配分された複数の円形の燃料通路８０を有している。複数の円形の燃料通路８０はそれぞれ、円形の入口９６と円形の出口９８とを備えた壁部９４を有している。円形の入口９６は第１の直径Ｄ１を有しており、円形の出口９８は第２の直径Ｄ２を有している。円形の出口９８の第２の直径Ｄ２は，円形の入口９６の第１の直径Ｄ１よりも大きい。
【００２１】
第１の直径Ｄ１と第２の直径Ｄ２との寸法の差は、有利には、均一な移行領域１００を有することによって得られる。例えば、出口区分１０４を提供する斜めの又はアーチ状の面と、入口区分１０２を提供する線形の面とは、ほぼ同一に、通路８０の中心軸線を中心に配置されている。有利な実施例の出口区分１０２と入口区分１０４との輪郭により、移行領域１００が壁部９４の出口９８に接近するに従い、移行領域１００によって規定される横断面積が増大する。横断面面積の増大は、有利な実施例のような線形の面とは異なる入口区分１０２を用いて得ることもできる。特に、入口区分１０２は、有利な出口区分１０４に類似であるが位置が変化させられているが、壁部９４の斜めの又はアーチ状の面であることもできる。斜めの又はアーチ状の面である入口区分１０２及び出口区分１０４をそれぞれ用いる場合、移行領域１００は、壁部９４の線形の面である中間区分を、入口区分１０２と出口区分１０４との間に有していることが望ましく、これにより燃料の流れ方向が徐々に変化させられる。
【００２２】
均一な移行領域１００が有利であるが、中心軸線を中心にして不均一な輪郭を有する移行領域１００を使用することができる。不均一な輪郭は、通路８０の壁部９４が、弁体の燃料通路から弁座にまで流れる燃料の方向を徐々に変化させるように配置されていることが望ましい。このように徐々に流れ方向を変化させるために、移行領域１００は例えば、燃料通路の中心軸線から見て、中心開口７８に最も近い方の一方の側に配置された壁部９４の斜めの又はアーチ状の面を有し、中心軸線の他方の側に壁部９４の線形の面を有するような出口区分１０４を有することができる。不均一な移行領域１００により、移行領域１００が壁部９４の出口９８に接近するに従い、移行領域１００によって規定された横断面を増大させており、これにより燃料の流れ方向が徐々に変化させられる。
【００２３】
本発明は燃料インジェクタの圧力スワール発生器内の流量を調整する方法をも提供する。燃料インジェクタは、入口から出口にまで軸方向に延びた燃料通路を有する弁体と、弁体の入口近傍に配置された可動子と、可動子に作用結合されたニードル弁と、弁体の出口近傍に配置された弁座と、弁座に隣接した平らなスワールディスクと、ニードル弁をガイドするガイド部材とを有している。前記方法は、ガイド部材に、弁体の燃料通路から弁座にまで流れる燃料の方向を徐々に変化させるように形成された面を提供し、このガイド部材平らなスワール発生ディスクの近傍に配置することにより達成することができる。
【００２４】
方法の有利な実施例においては、ガイド部材は平らなガイドディスクであり、面は、第１の面９０と第２の面９２との間に延びた通路８０の壁部９４によって提供されている。壁部９４は、第１の面９０近傍の入口９６と第２の面９２近傍の出口９８との間に延びた移行領域１００を有している。移行領域１００は、第２の面９２を成形することにより形成され、これにより出口９８の横断面積は入口９６の横断面よりも大きい。
【００２５】
図５は、平らなガイドディスクの第２の面９２が成形される、すなわち円錐状に面取りされる深さと、有利な実施例の燃料インジェクタを通る静的流量との典型的な関係の計算流体動的（ＣＦＤ）シミュレーションを示している。成形の深さが増大するに従い、最大流量が得られるまで静的流量が増大する。したがって、第２の面を種々異なる深さに成形することにより、目的とする適用例に対し種々異なる流量を得かつ調整することができる。有利な平らなガイドディスクは、約０．４４ｍｍの軸方向厚さを有しており、第１の面９０近傍の入口９６の直径は約１．０ｍｍである。成形する前には、第２の面９２近傍の出口９８は、第１の面９０近傍の入口９６の直径にほぼ等しい直径を有している。第２の面９２を成形した後、出口９８は、第１の面９０近傍の入口９６の第１の直径D1よりも大きな第２の直径D2を有している。例えば、図５に示したように、第２の面９２が成形されて、静的流量の最も大きな増大を達成した場合、１５０μｍの成形深さであり、第２の直径D2は第２の直径D1よりも約１５％大きい。第２の直径D2のこの増大は、燃料の流れ方向を徐々に変化させるように形成された面を有する壁部９４の移行領域１００を用いることによって達成され、静的流量の約５％の増大を生ぜしめるCFD計算を生ぜしめる。燃料インジェクタの有利な実施例の実際のハードウェア試験においては、静的流量は１０％増大した。
【００２６】
以上のように本発明を特定の有利な実施例を引用して開示したが、本発明の範囲を逸脱することなしに、記載した実施例に多数の変更を行うことが可能であり、本発明の範囲は添付の請求項及び同等のものに規定されている。すなわち、本発明は、記載した実施例に限定されるものではなく、請求項の文言により規定される完全な範囲を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】長手方向軸線に沿って見た燃料インジェクタの縦断面図である。
【図２】図１に示した燃料インジェクタの弁座部分を示す拡大縦断面図である。
【図２Ａ】図２に示したスワール発生部材の一部を示す部分的な拡大縦断面図である。
【図３】図１及び図２に示した燃料インジェクタのスワール発生部材を示す平面図である。
【図４】図１及び図２に示した燃料インジェクタのスワール発生部材を示す平面図である。
【図５】図１及び図２に示した燃料インジェクタの静的流量の関係の計算流体動的シミュレーションのグラフである。
【符号の説明】
１０ インジェクタ、 １２ 成形プラスチック部材、 １４ ハウジング部材、 １６ 燃料入口、 １８ 燃料フィルタ、 ２０ 燃料入口管、 ２２ 可動子バイアスばね、 ２４ コネクタ、 ２６ Ｏリング、 ２８ 巻き体、３０ ソレノイドコイル、 ３２ 部分、 ３４ 可動子、 ３６ 弁体シェル、 ３８ 弁体、４０ ガイドアイレット、 ４２ 通路、 ４４ 入口、 ５０ 弁座、 ５２ 可動子燃料通路、 ５４ 弁座燃料出口通路、 ５６ 横方向ポート、 ５８ 長手方向軸線、 ６０ ニードル弁、 ６４ 端部区分、６６ 溶接接合部、 ７０ スワール発生器、 ７４ スワール発生ディスク、 ７６ 縁部、 ７８ 中心開口、 ８０ 燃料通路、 ８２ スロット、 ８４ 中心開口、 ８６ 燃料通路開口、 ９０ 第１の面、 ９２ 第２の面、 ９４ 壁部、 ９６ 入口、 ９８ 出口、 １００ 移行領域、 １０２入口区分、 １０４ 出口区分、 Ｄ１ 第１の直径、 Ｄ２ 第２の直径

Claims (5)

1. 燃料インジェクタにおいて、
   弁体が設けられており、該弁体が、入口と、出口と、入口から出口にまで軸方向に延びた燃料通路とを有しており、
   弁体の入口近傍における可動子と、
   該可動子に作用結合されたニードル弁と、
   弁体の出口近傍における弁座と、
   該弁座に隣接した平らなスワール発生ディスクとが設けられており、該平らなスワール発生ディスクが、中央開口から接線方向に延びた少なくとも１つのスロットを有しており、
   平らなガイドディスクが設けられており、該ガイドディスクが、第１の面と、前記平らなスワール発生ディスクに隣接した第２の面と、ガイド開口と、第１の面と第２の面との間に延びた壁部を有する少なくとも１つの燃料通路とを有しており、前記壁部が、入口と、出口と、入口と出口との間の移行領域とを有しており、該移行領域が、少なくとも１つの燃料通路の横断面積を規定しており、前記入口が第１の面の近傍に位置し、前記出口が第２の面の近傍に位置しており、前記移行領域が、該移行領域が壁部の出口に接近するに従い少なくとも１つの燃料通路の横断面積が増大するように形成されており、前記移行領域が、入口近傍の入口区分と、出口近傍の出口区分とを有しており、前記出口区分が、壁部の斜めの面又は壁部のアーチ状の面の少なくとも一方を有しており、前記入口区分が、第１の面に対してほぼ垂直な、壁部の面を有しており、前記平らなガイドディスクがさらに縁部を有しており、前記少なくとも１つの燃料通路が、ガイド開口と縁部との間に配置されていることを特徴とする、燃料インジェクタ。
2. 縁部と、ガイド開口と、壁部の入口と、壁部の出口とがそれぞれ、ほぼ円形の輪郭を有している、請求項１記載の燃料インジェクタ。
3. 複数の燃料通路が設けられている、請求項２記載の燃料インジェクタ。
4. 前記弁座が燃料出口通路を有しており、前記ニードル弁が、燃料出口通路の面と係合して、弁座を通る燃料流を遮断するようになっている、請求項３記載の燃料インジェクタ。
5. 燃料インジェクタにおいて、
   弁体が設けられており、該弁体が、入口と、出口と、入口から出口にまで軸方向に延びた燃料通路とを有しており、
   弁体の入口近傍における可動子と、
   該可動子に作用結合されたニードル弁と、
   弁体の出口近傍における弁座と、
   該弁座に隣接した平らなスワール発生ディスクとが設けられており、該平らなスワール発生ディスクが、中央開口から接線方向に延びた複数のスロットを有しており、
   平らなガイドディスクが設けられており、該ガイドディスクが、第１の面と、前記平らなスワール発生ディスクに隣接した第２の面と、円形の縁部と、円形のガイド開口と、該円形のガイド開口と円形の縁部との間に配置された複数の円形の燃料通路とを有しており、該複数の円形の燃料通路が、円形のガイド開口の周囲に均一に分配されておりかつ平らなスワール発生ディスクの個々のスロットと整合しており、前記複数の燃料通路がそれぞれ、第１の面と第２の面との間に延びた壁部を有しており、該壁部が、第１の直径を有する円形の入口と、第２の直径を有する円形の出口とを有しており、第２の直径が第１の直径よりも大きいことを特徴とする、燃料インジェクタ。

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