JP5409934B2 - 圧力振動が減少させられる噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、噴射動作の間の圧力振動が減少させられる、媒体を噴射するための噴射装置に関する。

さらに、本発明は、前述した噴射装置の使用に関する。

背景技術
噴射装置は、公知先行技術に基づき種々異なる構成において公知である。これらの公知の噴射装置は、アクチュエータによって操作可能な弁エレメント、たとえば弁ニードルを有している。この弁エレメントは、噴射のために噴射孔を開放し、そして、噴射後に再び閉鎖する。その際に生じる燃料における圧力振動に基づき、燃料調量の精度が低下し、更には、望ましくない騒音が発生してしまう。弁の開放時には、燃料が流出し始め、これによって、弁座の範囲における圧力が減少する。噴射装置内に存在している残りの燃料量は、最初はまだ、より高い圧力レベルで静止しているので、圧力のこの落込みが圧力波の形で燃料供給路を通って上流側に進行していく。この圧力波は、横断面変化部もしくは突出部において反射され、その結果、弁の内部に圧力波系が形成される。したがって、この圧力振動に基づき、時間の関数としての、弁座と、その周辺、たとえば吸気管または燃焼室との間の圧力勾配も変化させられる。このことは、弁が完全に開放されている場合に、時間的にコンスタントでない噴射率を招く。これによって、調量精度が悪化させられる。さらに、圧力振動は、燃料噴霧の幾何学形状ならびに噴霧の液滴直径に不利な影響を与えることがある。その上、圧力変動に基づき、燃料噴霧内にリッチなゾーンとリーンなゾーンとが形成されることもある。これによって、燃焼も排ガス特性も悪化してしまう。調量精度による問題に加えて、圧力振動は、望ましくない騒音も招き、長い間に構成部材の損傷を引き起こしてしまう。このような理由から、調量精度および騒音特性に課せられる最も高い要求を満たす噴射装置を提供することが所望される。

発明の利点
本発明に係る噴射装置によれば、該噴射装置が、前記媒体を供給する媒体供給路と、供給された前記媒体を噴射する噴射孔を備えたインジェクタと、噴射孔を開閉するために、アクチュエータによって運動可能である弁エレメントと、媒体供給路内に配置された絞りとを有しており、媒体供給路に沿った噴射孔から絞りまでの距離が、前記噴射装置の固有周波数の一波長に対応する長さを有している。

本発明に係る噴射装置の有利な態様によれば、絞りが、インジェクタ内に配置されている。

本発明に係る噴射装置の有利な態様によれば、絞りが、別個の構成部材である。

本発明に係る噴射装置の有利な態様によれば、絞りが、媒体供給路の構成部材内に組み込まれている。

本発明に係る噴射装置の有利な態様によれば、絞りが、０．０１〜１００の間、有利には１〜５の間、特に有利には２〜３の間にある、通流直径に対する長さの比を有している。

本発明に係る噴射装置の有利な態様によれば、絞りが、中心軸線に対して対称的にかつ／または中心軸線に対して垂直な平面に対して対称的に形成されている。

本発明に係る噴射装置の有利な態様によれば、絞りが、流入側にかつ流出側に広幅の面取り部を有している。

本発明に係る噴射装置の有利な態様によれば、媒体供給路が、噴射孔と絞りとの間でほぼ一直線に延びている。

本発明に係る使用によれば、前記噴射装置を、燃料を噴射するために使用するかまたは排ガス後処理の目的で水を噴射するために使用する。

請求項１の特徴を備えた、媒体を噴射するための本発明に係る噴射装置は、従来の噴射装置に比べて、システムにおける望ましくない圧力波が著しく減衰され、これによって、調量精度に不利な影響が与えられず、また、望ましくない騒音が発生しないという利点を有している。したがって、本発明により、噴射率の変動も、噴射時の噴霧の幾何学形状の望ましくない時間的な変化も回避することができる。このことは、本発明によれば、噴射装置が、絞りを有しており、媒体供給路に沿った噴射装置の噴射孔から絞りまでの距離が、噴射装置の固有周波数の一波長に対応する長さを有していることによって達成される。したがって、本発明によれば、噴射装置の固有周波数が算定され、その後、絞りから噴射孔までの距離が固有周波数の一波長に対応するように、絞りが媒体路内に位置決めされる。これによって、優れた減衰を達成することができるので、噴射装置の開放時に生じる圧力波が、特に調量精度および騒音放出に不利な影響を与えないようになっている。

従属請求項には、本発明の有利な態様が示してある。

特に有利には、絞りが、噴射装置内に配置されている。この態様では、噴射装置が、所定の固有周波数を有していて、絞りを噴射装置内に配置することができるように形成されている。

絞りを可能な限り簡単に製造することができるようにするためには、絞りが、別個の構成部材として設けられている。

本発明の択一的な態様によれば、絞りが、媒体路の構成部材内、たとえばハウジング構成部材内に組み込まれている。これによって、構成部材の個数を減少させることができる。

さらに有利には、絞りが、０．０１〜１００、有利には１〜５、特に有利には２〜３の、通流直径に対する長さの比Ｌ／Ｄを有しているように形成されている。この態様では、通流直径が絞りの最小の通流横断面である。特に通流直径に対する長さの比が２〜３の間にあると、優れた減衰を達成することができる。

さらに有利には、絞りが、中心軸線に対して対称的にかつ／または中心軸線に対して垂直な平面に対して対称的に形成されている。この幾何学的な形状も同じく高い減衰を提供する。

さらに有利には、絞りが、流入側にかつ流出側に広幅の面取り部を有している。これによって、絞りの、流れに対して有利な通流を達成することができる。この態様において、特に有利には、流入側にも流出側にも設けられた面取り部が円錐形であり、さらに有利には、互いに同様に形成されている。

媒体供給路内の急激な横断面変化部を可能な限り少なくするためは、媒体供給路が、有利には、噴射孔と絞りとの間でほぼ一直線に形成されている。本発明によれば、「ほぼ一直線に」という概念は、流れ方向が全く変化しないかまたは最小限にしか変化しない媒体路を意味している。したがって、媒体路は大きな流れ変向部を有していない。噴射孔と絞りとの間の媒体供給路のこの可能な限り一直線の形状において、優れた減衰を達成することができる。

本発明に係る噴射装置は、種々異なる使用例、たとえば直接噴射またはポート噴射において使用することができる。さらに、本発明に係る噴射装置は、媒体に左右されることもなく、ディーゼルだけでなく、ガソリンに対して使用されてもよいし、排ガス後処理、たとえば大型ディーゼルにおけるＮＯ_ｘ低減のための付加的な水噴射等において使用されてもよい。さらに、噴射装置の弁エレメントの形状が自由に選択されてよく、たとえば弁ニードルまたは弁ボールであってよい。

以下に、本発明の有利な実施の形態を添付の図面を参照して詳しく説明する。

本発明の実施の形態に係る噴射装置の概略図である。 図１の噴射装置の絞りの概略的な断面図である。

発明の有利な実施の形態
以下に、図１および図２を参照して、燃料噴射のため本発明に係る噴射装置１の有利な実施の形態を詳しく説明する。

図１から明らかであるように、噴射装置１はインジェクタ５（噴射弁）を有している。このインジェクタ５はレール６を介してポンプ７に接続されている。このポンプ７から、インジェクタ５に設けられた噴射孔３にまで、一連の燃料路２が設けられている。弁の開放時には、噴射孔３から噴霧８が流出する。さらに、噴射装置１は、燃料路２内に配置された絞り４を有している。

この絞り４は、燃料路２において、噴射装置１の固有周波数の一波長に対応する位置に配置されている。噴射孔３から絞り４までの距離は、図１に符号９で示してある。したがって、絞り４の位置を決定するためには、まず、噴射装置１全体の固有周波数が算定され、この固有周波数の波長が求められる。その後、絞り４が、燃料路２において、固有周波数の一波長に対応する位置に配置される。

これによって、噴射孔３の開放により生じる振動を有効に減衰することができる。本実施の形態では、絞り４がインジェクタ５内に配置されている。しかし、絞り４は、噴射装置１の固有周波数に関連して、インジェクタ５の外部の位置、たとえばレール６内に配置されていてもよい。噴射装置１の固有周波数の算定時には、のちの使用条件に対応した噴射装置１の運転状態が選択される。噴射装置１を、たとえばディーゼル車両に使用したい場合には、規格統一されたディーゼル燃料が使用され、この燃料の、運転中に通常の温度が規定され、その後、この温度における噴射装置１の固有周波数が算定される。これによって、固有周波数の算定時に噴射装置１の運転状態に近い状態がシミュレーションされるので、絞り４を燃料供給路２内の適正な位置に配置することができる。したがって、絞り４の位置決めは、種々異なる燃料に対しても、種々異なる使用目的、すなわち、種々異なる車両タイプに対しても、それぞれ個別に実施される。その際、可能な限り規格統一されたインジェクタ５を使用することができるようにするために、有利には、絞り４の位置を容易に変更することができ、その後、適正な位置に固定することができるように、絞り４がインジェクタ５内に配置される。このことは、たとえばスリーブを設けることによって実現することができる。このスリーブの内部には、絞り４が移動可能に配置されている。その後、絞り４が相応の位置に配置された場合に、絞り４を、たとえば溶接によって位置固定することができる。

図２には、絞り４の断面図が示してある。本実施の形態では、この絞り４が、中心軸線Ｘ−Ｘに対して対称的に形成されているだけでなく、この中心軸線Ｘ−Ｘに対して垂直に延びる平面Ｅに対しても対称的に形成されている。図２に示した矢印は、通流方向を表している。本実施の形態では、流入側にも、流出側にも、広幅の面取り部１０；１１が形成されている。この面取り部１０；１１によって、絞り４の、流れに対して有利な通流が可能となる。両面取り部１０，１１は円錐形にかつ互いに等しい幾何学形状を備えて形成されている。

したがって、まず初めに、本発明によれば、システムの固有周波数に関連した絞りの位置決めを行うという思想が取り入れられる。これによって、驚くほど優れた減衰特性が得られるので、本発明に係る噴射装置によって、ほんの僅かな付加的なコスト消費で、調量精度および騒音特性に関する卓越した運転結果が得られる。

１ 噴射装置
２ 燃料供給路
３ 噴射孔
４ 絞り
５ インジェクタ
６ レール
７ ポンプ
８ 噴霧
９ 距離
１０ 面取り部
１１ 面取り部
Ｄ 通流直径
Ｅ 平面
Ｌ 長さ
Ｘ−Ｘ 中心軸線

Claims (11)

1. 媒体を噴射するための噴射装置において、該噴射装置が、
   −前記媒体を供給する媒体供給路（２）と、
   −供給された前記媒体を噴射する噴射孔（３）を備えたインジェクタ（５）と、
   −噴射孔（３）を開閉するために、アクチュエータによって運動可能である弁エレメントと、
   −媒体供給路（２）内に配置された絞り（４）とを有しており、
   −媒体供給路（２）に沿った噴射孔（３）から絞り（４）までの距離（９）が、前記噴射装置の固有周波数の一波長に対応する長さを有していることを特徴とする、媒体を噴射するための噴射装置。
2. 絞り（４）が、インジェクタ（５）内に配置されている、請求項１記載の噴射装置。
3. 絞り（４）が、媒体供給路（２）及びインジェクタ（５）に対して別個の構成部材である、請求項１または２記載の噴射装置。
4. 絞り（４）が、媒体供給路（２）の構成部材内に組み込まれている、請求項１または２記載の噴射装置。
5. 絞り（４）が、中心軸線（Ｘ−Ｘ）に対して対称的にかつ／または中心軸線（Ｘ−Ｘ）に対して垂直な平面（Ｅ）に対して対称的に形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の噴射装置。
6. 絞り（４）が、流入側にかつ流出側に広幅の面取り部（１０，１１）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の噴射装置。
7. 媒体供給路（２）が、噴射孔（３）と絞り（４）との間でほぼ一直線に延びている、請求項１から６までのいずれか１項記載の噴射装置。
8. 絞り（４）が、０．０１〜１００の間にある、通流直径（Ｄ）に対する長さ（Ｌ）の比を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の噴射装置。
9. 前記比が、１〜５の間にある、請求項８記載の噴射装置。
10. 前記比が、２〜３の間にある、請求項８または９記載の噴射装置。
11. 請求項１から１０までのいずれか１項記載の噴射装置の使用において、前記噴射装置を、燃料を噴射するために使用するかまたは排ガス後処理の目的で水を噴射するために使用することを特徴とする、噴射装置の使用。

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