专利摘要:

公开号:WO1988008081A1
申请号:PCT/JP1988/000350
申请日:1988-04-07
公开日:1988-10-20
发明作者:Hikosaburo Hiraki;Toshifumi Murakami;Akira Kusakabe
申请人:Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho;
IPC主号:F02M61-00
专利说明:
[0001] 明 細 書 内 燃 機 関 技 術 分 野
[0002] この発明は内燃機関に関 し 、 と く に燃料噴射装置を 具えた内燃機関に関する。 技 術
[0003] 一般に内燃機関の燃焼効率および出力の増大を図る ためには燃焼マ ッ チングの向上を図るこ とが必要 とさ れている。 そ して このよ う な燃焼マ ッ チングの向上を 図るため特に噴射系に要求される事項 と して は、 必要 な量の燃料の噴射期間を出来るだけ短 く し 、 しかも燃 焼室内における燃斜の噴露分布の均一化をよ り 一層促 進させるこ と とされている
[0004] 従来の内燃機関 と して特に高速デーゼル機関に使用 されている燃料噴射装置のノ ズルでは、 通常ノ ズル先 端に形成される噴孔をノ ズル中心軸を中心に円周方向 に沿 っ て一列に配置 し、 かつ噴孔の数を 4 〜 6 個設け るよ う に して燃焼マ ツ チング及ぴ燃料の噴霧分布の均 一化の向上を図るよ う に しているが所望の性能を達成 する には至 らなか っ た 。
[0005] このよ う な高速デーゼリレ機関の場台 、 燃料の噴射期 P を一層短 く し燃焼マ ッ チングを向上させるために は 噴射 ノ ズルの先端に形成される噴孔の径を大き く 、 い いかえれば噴孔の総面積を増大すれば良い と考え られ るが、 単に噴孔の径を大き く して噴孔の総面積を増大 させる と、 噴霧の貫敏力が強ぐな り過ぎ、 このため噴 霧が燃焼室の外周に塥り 、 このため燃焼室内における 噴霧の分布に大きな変位が生 じ、 逆に燃焼効率を下げ る結果とな っ て しま う 。 従っ て噴孔径をむやみに大き く 形成しても内燃機関の燃焼効率およぴ出力の増大を 向上させるこ とは出来なか っ た。
[0006] また、 噴孔の径を増大させるこ とな く 噴孔数を増す と同様に噴孔の総面積が増大するので燃料の噴射期間 を短く する'こ とが出来る と考え られるが、 単に噴孔数 を増すと各噴孔が隣接するので、 た とえ燃焼室内のス ヮ一.ルを低く しても、 隣接する噴霧間に重な り が生じ、 このため燃焼室内の噴霧の分布に大きな変位が生じる 結果となる。 従っ て嘖孔の数をむやみに増大させても 内燃機関の燃焼効率および出力の増大を向上させるこ とは出来なかっ た。
[0007] —方本願出願人は上述した裏情に鑑み、 噴孔面積を 増大させる と ともに従来の無スワール用の燃焼室よ り キ ヤ ピティ深さを深く 設定するこ とが出来、 ま た出来 るだけ噴射期間を短く して燃焼室内の噴霧の分布を均 —化するこ とを狙いと して実願昭 5 7— 1 9 5 5 1 1 号の噴射ノズルを提案 した。
[0008] この実願昭 5 7— 1 9 5 5 1 1 号で提案したの噴射 ノ ズルは、 ノズルの嘖孔を当該噴射ノズルの中心軸を 中心に同心状に上下二列に配置 し、 且つ上下二列の各 噴孔の中心軸を、 ノ ズル中心軸上のある一点を中心に 放射状に形成する と とあに、 上、 下列同志をそれぞれ 千鳥状に配列 したものである。 このよ う に噴孔を配設 する と噴孔の数が増えて噴孔の総面積が増大 し 、 この ため燃料の噴射期間が短く 設定出来、 ま た噴孔が千鳥 状に配列されているので、 隣接する噴孔の噴霧間に重 な り が生 じる虞が可及的に排除され、 この結果燃焼室 内の燃料の噴霧分布を可及的に均一化 し得るこ と とな る。 上述 した実願昭 5 7— 1 9 5 5 1 1 号で提案 した 噴射ノ ズルの先端断面図を第 1 3 図で示す。
[0009] ところが、 上述 した実願昭 5 7 — 1 9 5 5 1 1 号で 提案 したの噴射ノズルに よる と 、 第 1 3 図で示すよ う にノズル中心軸 L を中心に同心状で、 かつ上下列を千 鳥状に配列 した複数の噴孔の各中心軸 P、 P ' 双方を、 ノズル中心軸 し 上のある一点 0を中心に放射状に形成 しているので、 上下二列の各噴孔の始端 Q、 Q ' が極 めて接近 し このためこのよ う な噴孔を形成 した ノズル を長時間使用する と上下二列の各噴孔間に亀裂 ( ク ラ ッ ク 〉 が発生 し 、 ノ ズルの耐久性、 言い換えれは内燃 機関の耐久性が劣る虞があ っ た 。
[0010] この発明は上述 した事情に鑑み、 必要な量の燃料の 噴射期間を可及的に短く 設定する と ともに燃焼室内の 噇露分布を一層均一化させ 、 さ ら に噴射ノ ズルの耐久 性を一層向上させるよ う に した内燃機関を提供するこ とを目 的 とする。
[0011] この発明の他の目 的は、 噴射時間を短 く 設定 し 、 か つ燃焼室内の嘖霧分布を均一化させる と ともに 、 従来 の無スワール用の燃焼室より もキ ヤ ピティ深さがよ り —層深く設定され、 さ らに耐久性の高い内燃機闋を提 供することを目 的とする。
[0012] この発明のさ らに他の目的は、 機関の高出力に とも なう燃焼室のキ ヤ ピティ 断面形状の浅皿化に対応 し、 このよう な浅皿化 したキヤ ピティ 断面形状の燃焼室を 有するものにおいても噴射時間を短く 設定 しかつ燃焼 室内の噴霧分布を均一化させると ともに、 さ らに耐久 性の高い内燃機関を提供するこ とを目 的とする。 発 明 の 開 示
[0013] この発明に係わる内燃機関では、 複数のノズルの噴 孔をノズル中心軸を中心に同心状に二列に配置し、 且 つ上列の-各噴孔の中心軸を、 ノ ズル中心軸上のある一 点 0を中心に放射状に形成する と ともに、 下列の各噴 孔の中心軸をノズル中心軸上で しかも上列の各噴孔の 中心 0 よ り も所定距離 Zだけ離間 した点 0 ' を中心に 放射状に形成 し、 さ らに上、 下列同志をそれぞれ千鳥 状に配列 したもので、 このよう に上下各列の噴孔をそ れぞれノズル中心軸上で所定距雖 Z だけ雖間 した点に それぞれ中心をもつ放射状の円周上に配置する と、 上 下二列の各噴孔の始端 P が離間するので長時間使甩し ても上下二列の各噴孔の始端間にクラ ッ クが発生する こ とがな く 、 耐久性の高い内燃機関 となる。 図面の簡単な説明
[0014] 第 Ί 図はこの発明に係わる内燃機関の要部断面図で ある。
[0015] 第 2 図は第 1 図の矢印 I 方向か ら見た噴射ノ ズルの 平面図である。
[0016] 第 3 図は噴射ノ ズル先端の断面図である。
[0017] 第 4 図乃至第 6 図はこの発明に係わる内燃機関の特 ; 性を示すグラフである。
[0018] 第 7 図はこの発明に係わる内燃機関の他の実施例を 示す要部断面図である。
[0019] 第 8 図は第 7 図の矢印 Π 方向か ら見た噴射ノ ズルの 平面図である。 、
[0020] 第 9 図は第 8 図に示す噴射ノ ズル先端の要部断面図 である o
[0021] 第 1 0 図乃至第 1 2 図はこの発明に係わる内燃機関 の他の実施例の特性を示すグラ フである。
[0022] 第 1 3 図は従来の内燃機関に使用される噴射ノ ズル の要部断面図である。 発明を実施するための最良の形態
[0023] 第 Ί 図はこの発明に係わる内燃機関の一実施例を示 す要部断面図で、 と く に燃焼室 と噴射ノ ズル とを詳細 に示 したものである。
[0024] この内燃機関は直接噴射式のデーゼルエンジンで、 噴射ノ ズル Ί の直下に位置する ビス 卜 ン 2 の頂部に は いわゆる深皿形の燃焼室 3 を形成する凹部が形成され てる。
[0025] —方、 第 1 図の矢印 I か ら見た平面図で示す第 2 図 のよう に、 噴射ノズル 1 の先端部には当該噴射ノズル の中心軸 Lを中心に周心状で、 しかも上下二列に、 か つ上列 A、 下列 B同志が互いに千鳥状となるよう に複 数の噴孔 4 が穿設されている。 ま た、 第 2 図に示す噴 射ノズル 1 の要部断面で示す第 3 図のよう に嘖孔 4 の う ち上列 Aの噴孔は噴射ノズルの中心軸 L上で 0を中 心にもつ放射状の円周上に所定の ピ ッ チで穿設されて おり 、 ま た下列 B の噴孔は噴射ノズルの中心軸 L上で 前記 0から'所定距離 Zだけ錐藺 した点 0 ' に中心をも つ放射状の円周上に所定の ピ ッ チで穿設されている。 なお、 上記実施例において噴孔 4 は二列合計で 1 4 〜 2 0 個穿設されている。
[0026] また、 上記実施例では第 3 図に示すよう に噴射ノズ ル Ί の噴霧中心 0 0 ' は噴射ノズル Ί の先端を円筒 に見立てた ときに上述したよう に中心軸 L上に距錐 Z だけ離間させるよう に しているが、 具体的な距離 Z は 噴孔径 d に対 し以下の関係を有 して設定される。
[0027] 即ち、 d < Z < 4 d ( 1 〉
[0028] また、 上記実施例では第 3 図に示すよう に噴射ノ ズルの中心軸 L に対する上下二列の各噴孔 4 の中心軸 P 、 P ' がなす角度は、 下列 B がなす角度を Χ 、 上 列 Αがなす角度を Υ。 とする と、
[0029] 4 5 。 < X < 6 0 * - ( 2 )
[0030] 7 5 " < Y < 8 5 ' … ( 3 ) となるよ う に に設定されている。
[0031] 従っ て二列に配置された噴孔 4 か ら噴射される燃料 は第 1 図に示す矢印 A ' 、 B ' のよ う に噴射ノ ズルの 中心軸 し を中心に比較的狭い範囲に噴射されるこ と と な り 、 このため従来の無スワ ール用の燃焼室よ り キ ヤ ビテ ィ 深さ Hを く 設定 し得るこ と となる。
[0032] なお、 第 1 図に示す実施例では
[0033] キ ヤ ピテ イ ポア径 - F Z Dの値の範囲を
[0034] 0 . 5 < F / D < 0 . 7 ··* ( 4 ) となるよ う に設定されている。
[0035] と ころで、 第 Ί 図に示すよ う に深皿形の燃焼室を有 する内燃機関で F Z Dの値と燃費率 との関係を実験に よ り考察 してみる と 、 第 4図のグラフのよ う にな り 、 ( 4 ) 式の如 ぐ 0 . 5 < F / D < 0 . 7 の範囲で最も 燃費率が低い、 言い換えれば燃焼効率が高いこ とが分 かる。
[0036] ま た 、 噴孔 4 の下列 Bがなす角度 X ' と燃費率 .との -関係を実験に よ り 考察 してみる と 、 第 5 図のよ う にな り 、 ( 2 ) 式のよう に 4 5 ° < X ° < 6 0 ' の範囲で 最も燃費率が低いこ とが分かる。
[0037] さ ら に 、 噴孔 4 の上列 Aがなす角度 Υ β と燃費率 と の関係を実験によ り 考察 してみる と 、 第 6図のよ う に な り 、 ( 3 ) 式のよ う に 7 5 β < Υ ' < 8 5 ' の範囲 で最も燃費率が低いこ とが分かる。
[0038] 以上の説明か ら明 らかな如 く 、 上述 した実施例では 噴孔総面積が従来に比較 し て大き く な り 、 ま た従来の 無スワール用の燃焼室よ り キヤ ビティ 深さをよ り深く 設定 し得るので、 燃料の噴射期間を短く 設定 して燃焼 室内の嘖霧の分布がよ り均一化 し、 燃焼効率をよ り良 好なもの し得るこ と となる。
[0039] また、 特に上下二列に配列 した噴孔の列の各中心を 噴射ノズルの中心軸方向に沿 っ て所定距離 Z だけず ら せたことによ り これら二 の噴孔の始端 R 、 Rノ 間 : (第 3 図 ) がある距離を保つ で離間 し配置されること とな り 、 このため噴射ノズルを長時間使用 しても各噴 孔間にク ラ クが発生する虞が可及的に減少 し、 この ため耐久性の著し く 向上した内燃機関を提供 しう るこ と となる。
[0040] ところで、 内燃機関における ピス ト ン撚焼室の形状 はピス ト ンにかかる負荷によ り決定せざるを得ないの で、 必ず しも第 1 図に示すよう な相当大きいキ ヤ ビテ ィ 深さを有するよう な断面形状 ( 深皿形状 ) には出来 ない場合がある。
[0041] そ して、 一股には機関が高出力化する と ピス ト ンに かかる熟負荷が増加 し燃焼室はいわゆる浅皿化せざる を得な く なっ て く るもので、 さ ら に熟負荷が高く なる と燃焼室上端は拡が つ た形となる。
[0042] この発明は、 第 Ί 図の実施例で示すよう に 、 深皿化 した燃焼室キヤ ビティ に対 して 、 その噴霧の均一化を 図る と ともに、 ノ ズル噴孔部のクラ ッ ク の発生を可及 · 的に防止するよう に したが、 この発明は上記実施例に 限定されるこ とな く 勿論浅皿化 した燃焼室キ ヤ ピティ に対 して 、 その噴霧の均一化を図る と ともに 、 ノズル 噴孔部のク ラ ッ ク の発生を可及的に防止するこ と も可 能であ ^)。
[0043] 以下、 浅皿化 した燃焼室キ ヤ ビテ ィ を有する内燃機 関に本願発明を適応 した実施例を詳述する。
[0044] 第 7 図はこの発明に係わる内燃機関の他の実施例を 示す要部断面図で、 と く に燃焼室 と噴射ノズルとを詳 細に示 したものである。
[0045] この内燃糠閲は直接噴射式のデーゼルエンジンで、 噴射ノ ズル 1 1 の直下に位置する ピス ト ン 1 2 の頂部 には浅皿形の燃焼室 1 3 を形成する凹部が形成されて る。
[0046] 一方、 第 7 図の矢印 Π か ら見た平面図で示す第 8 図 のよう に 、 噴射ノ ズル Ί 1 先端部に は当該噴射ノ ズル 1 1 の中心軸 L を中心 と して同心状で、 かつ円周方向 に沿 っ て上下二列に 、 ま た上列 A 、 下列 B周志が互い に千鳥状 となるよ う に複数の噴孔 1 4 が穿設されてい る。 ま た 、 第 8 図に示す噴射ノ ズル 1 1 の先端断面図 で示す第 9 図のよ う に噴孔 1 4 のう ち上列 Aの噴孔は 噴射ノ ズルの中心軸 L 上で 0を中心をもつ放射状の円 周上に所定の ピ ッ チで穿設されてお り 、 ま た下列 B の 噴孔は噴射ノ ズルの中心軸 L 上で前記 0か ら所定距離 Z だけ離間 した点 0 ' に中心をもつ放射状の円周上に 所定の ピ ッ チで穿設されている。 なお、 上記実施例に おいて噴孔は二列合計で 1 0〜 Ί 6 個形成されている。
[0047] ま た 、 上記実施例では第 9 図に示すよ う に噴射ノ ズ ル 1 Ί の噴霧中心 0、 0/ は噴射ノ ズル 1 1 の先端を 円筒に見立てたときに上述した よう に噴射ソ ズル 1 1 の中心軸 し上に距雖 Ζだけ離間させるよう に している が、 具体的な距雖 Ζ は上列 Αの噴孔径 d 1 、 下列 B の 噴孔径 d 2 とする と以下の関係を有 して設定される。
[0048] d 1 ≥ d 2 … ( 5 ) '
[0049] かつ 、 CM く Z ぐ 5 CM "· ( 6 )
[0050] また、 上記実施例では第 9 図に示すよう に噴射ノズ ル 1 1 の中心軸 L に対する噴孔 1 4 の中心軸 P、 P ' がなす角度は、 下列 B がなす角度を X Φ 、 上列 Αがな す角度を Υ'β とすると、
[0051] 、 5 5 ' ≤ X≤ 7 0 * - ( 7 )
[0052] 7 5 * ≤ Υ≤ 8 0 ° - ( 8 )
[0053] となるよう にに設定されて 、る。
[0054] 従っ て上下二列に配置された嘖孔 4 か ら噴射される 燃料は第 7 図に示す矢印 A ' 、 B ' のよう に噴射ノ ズ ル 1 1 の中心軸 L を中心に比較的広い範囲に噴射され るこ と とな り 、 このため従来 ·の無スワール用の燃焼室 よ り実施例の如 く キ ヤ ピティ深さ H を浅く 設定 し得る こ と となる。
[0055] なお、 第 7 図に示す実施例では
[0056] キ ヤ ピティノボア径 = Fノ D の値の範囲を
[0057] 0 . Q 5 ≤ F O ≤ 0 . 8 0… ( 9 )
[0058] で且つ燃焼室の深さ H とキ ヤ ピ亍 ィ 径 F との比 Hノ F が、
[0059] H X F < 0 . 4 5 - ( 0 ) となるよう に設定されている。
[0060] ところで、 第 7図で示すよ う に浅皿形の燃焼室を有 する内燃機簡で噴孔 4の下列 Bがなす角度 X と燃費 率 との関係を実験に よ り考察 してみる と 、 第 1 0図の グラフのよう にな り ( 7 ) 式の如 く 5 5 ≤ X≤ 7 Q β の範囲で最も燃費率が低い、 言い換えれば燃焼効率 が高いこ とが分かる。
[0061] ま た、 噴孔 4の下列 Βがなす角度 と燃費率 との 関係を実験に よ り考察 してみる と 、 第 1 1 図のグラ フ のよ う にな り 、 ( 8 ) 式のよう に 7 5 ' 8 0。 の範囲で最も燃費率が低いこ とが分かる。
[0062] さ らに、 F Dの値と燃費率 との関係を実験に よ り 考察 してみる と、 第 1 2図のグラ フ のよ う にな り 、 ( 9 》 式のよ う に 0 , 0 5 ^ F Z D≤ 0. 8 0の範囲 で最も燃費率が低い、 言い換えれば燃焼効率が高いこ とが分かる。
[0063] 以上の説明か ら明 らかな如 く 、 上述 した第 2の実施 例では噴孔の数と噴孔径とを適切な範囲で選択するこ とによ り機関の高出力化に伴う 燃焼室のキ ヤ ビテ ィ 断 面形状の浅皿化に対応 して 、 燃料の噴射期囿を短 く 設 定 して燃焼室内の噴霧の分布をよ り 均一化させ 、 燃焼 効率をよ り 良好なもの と し得るこ と となる。
[0064] ま た、 特に上下二列に配列 した噴孔の列の各中心を 噴射ノ ズル Ί Ί の中心軸 Lに沿 っ て所定距離 Ζだけず らせた こ と に よ り これ ら二列の噴孔の始端 R、 R ' 間 ( 第 9図 ) がある距離を保 っ て配置されるこ と とな り 、 このため噴射ノ ズルを長時間使用 しても噴孔間にクラ ッ クが発生する虞が可及的に減少 し、 このため耐久性 の著し く 向上 した内燃機関を提供 しう るこ と となる。
[0065] なお、 この発明は図示し、 解説された実施例に限定 されるものではな く 、 特許請求の範囲内で各種の変形 が考え られる。 産業上の利用可能性
[0066] 以上説明 したよう に、 この発明に係わる内燃機関は、 燃費率および出力の向上、 そ して耐久性が特に要求さ れる内燃機関に適レている。
权利要求:
Claims 铕正された請求の範囲 [1988年 7月 253 (25.07.88) 国際事務局受理;出願当初の請求の範囲 1及び 2は取り下げられた;請求の範囲 3 —6は変更なし (3頁) ]
( 1 ) ( 削除 )
( 2 ) (削除 )
( 3 ) 燃料を噴射ノズルを介 して燃焼室内に供給する 燃料噴射装置を具えた内燃機関において、 前記噴射ノ ズルの嘖孔を当該噴射ノズル中心軸 L を中心に同心状 に二列で、 しかも上、 下列の各噴孔をそれぞれ千鳥状 に配列 し、 ま た上列の各暧孔の各中心軸 P ' を、 前記 噴射ノズル中心轄 し上の一点 0を中心とする放射状の 円周上に形成し、 下列の各噴孔の中心軸 Pを、 前記噴 射ノズル中心軸 L上で しかも前記上列の各噴孔の中心 0よ り も所定距離 Zだけ離間した点 0 ' を中心とする 放射状の円周上に形成する と ともに、 上記嘖孔の数を 上下列合計で 1 4〜 2 0個 と し、 さ らに前記噴孔の径 を d と した場合の上記^離 Z 、 前記噴射ノズル中心軸 し に対する下列の噴孔の中心軸がなす角 X β 、 前記嘖 射ノ ズルの中心軸に対する上列の噴孔の中心軸がなす 角 Υ 4 、 および燃焼室のキ ヤ ビティ F とポア径 との 比 F / D を、
( I ) d < Ζ < 4 d
{ I ) 4 5 4 < X 4 < 6 0
( I ) 7 5 β < Υ < 8 5 β
( IV ) 0 . 5 < F / D < 0 . 7 なる条件を満足するよう に構成 した こ とを特徴 とする 内燃機関。
( 4 ) 前記内燃機関は直接噴射式のデーゼルエンジン であるこ とを特徴とする特許請求の範囲第 ( 3 ) 項記 載の内燃機関。 -
( 5 ) 燃料を噴射ノ ズルを介 して燃焼室内に供給する 燃料噴射装置を具えた内燃機関において、 前記噴射ノ ズルの嘖孔を当該噴射ノズル中心軸 し を中心に同心状 に二列で、 しかも上、 下列の各嘖孔をそれぞれ千鳥状 に配列 し 、 ま た上列の各噴孔の各中心軸 P ' を、 前記 噴射ノズル中心軸上の一点 0を中心 とする放射状の円 周上に形成 し 、 下列の各噴孔の中心軸 Pを、 前記噴射 ノズルの中心軸 L 上で しかも前記上列の各嘖孔の中心 0 よ り も所定距離 Z だけ離間 した点 0 ' を中心 とする 放射状の円周上に形成する と ともに 、 上記噴孔の数を 上下列合計で 1 0〜 1 6 個 と し 、 さ ら に上列嘖孔径を d 1 、 下列の噴孔径を d 2 と した場合の噴孔径 d 1 、 d 2 に対する上記距離 Z 、 前記噴射ノ ズル中心軸 L に 対する下列の噴孔の中心軸 Pがなす角 X ' 、 前記噴射 ノ ズルの中心軸 L に対する上列の噴孔の中心軸 P ' が なす角 Y 4 、 燃焼室のキ ヤ ビテ ィ F と ポア径 D との比 F Z D 、 キ ヤ ピティ 深さ H とキ ヤ ピティ 径 F との比 H F を、
( I ) d 1 ≥ d 2 — ]_8
( ) d < < 5 d 1
( 1 ) 5 5。 X/ ≤ 7 0
( IV ) 7 5 Y≤ 8 0 °
( V ) 0. 5 5≤ F y D≤ 0. 8 0
( VI ) H Z Fぐ 0. 4 5
なる条件を満足するよう に構成したことを特徴 する 内燃機関。
( 6 ) 前記内燃機関は直接噴射式のデーゼルエンジン であるこ とを特徴とする特許請求の範囲第 ( 5 ) 項記 載の内燃機関。
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同族专利:
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引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
法律状态:
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