(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に使用する燃料噴射器（２）であって、
１つまたは複数のノズル出口（５０）を通る燃料供給を制御するために弁座領域（４６）と係合可能であるように、噴射ノズル（６）のボア（４３）内で移動可能な弁部材（４０）と、
高圧燃料を蓄えるアキュムレータ空間（３０）を形成し、且つ、前記ボア（４３）内で前記弁部材（４０）を移動させるように作動可能なアクチュエータ（３２）を収容する、噴射器本体（４）と
を備え、
前記アクチュエータが、運動増幅装置によって前記弁部材に連結された端部を備えており、
前記運動増幅装置が、前記アクチュエータ（３２）に結合された制御ピストン（４２）を備えており、
前記制御ピストン（４２）は、前記アクチュエータ（３２）側に形成される第１の管状壁領域と前記弁部材（４０）側に形成される第２の管状壁領域を備え、
前記第１の管状壁領域は、流体通路（７２；８０、８２）を通って前記アキュムレータ空間（３０）と流体連通する減衰室（７０）を形成し、前記減衰室（７０）が、前記アキュムレータ空間（３０）内の圧力波動を減ずるように作用し、
前記第２の管状壁領域は、前記弁部材（４０）の端部を受け入れて前記弁部材（４０）の端部の表面（６０ａ）と共に制御室（６２）を形成し、前記制御ピストン（４２）は、前記制御室（６２）内で前記表面（６０ａ）に作用する燃料圧力によって前記弁部材（４０）が動くように、前記制御室（６２）内の燃料の圧力を変化させる、
燃料噴射器（２）。
【請求項２】
前記減衰室（７０）が、前記制御ピストン（４２）に設けられ、前記アクチュエータ（３２）の自由端を受け入れるような形状にされた開口端付き壁領域（４２ａ）によって形成される、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項３】
前記減衰室（７０）が、前記燃料噴射器内の前記圧力波動の主要周波数に等しい共鳴周波数を有する前記減衰室（７０）を形成するように選択された容積を有する、請求項１または２に記載の燃料噴射器。
【請求項４】
前記減衰室（７０）を前記アキュムレータ空間（３２）へ接続する前記流体通路（７２；８０、８２）が所定の長さ及び直径を有し、前記長さ及び直径のうち一方または両方が、前記圧力波動の主要周波数に等しい共鳴周波数を有する前記減衰室（７０）を形成するように選択されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴射器。
【請求項５】
前記アクチュエータ（３２）が圧電アクチュエータである、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料噴射器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼空間への燃料の供給に使用する燃料噴射器に関する。詳細には、本発明は、いわゆる「コモンレール」圧縮点火内燃機関システムに使用するように意図されたタイプの燃料噴射器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＰ０９９５９０１に開示されているような、既知の圧電作動式燃料噴射器では、圧電アクチュエータが、噴射器の弁針と連係する面によって部分的に画成される制御室内の燃料圧力を制御するために移動可能な制御ピストンの位置を制御するように作動可能である。制御室内の燃料圧力を減少させるように制御ピストンを動かすことによって、対応する弁座領域から弁針を離座させ、それによって、１つまたは複数のノズル出口を通して燃料を噴射させることができる。制御室内の燃料圧力を再加圧することによって、弁部材を動かして弁座領域に再係合させる。
【０００３】
上記の燃料噴射器の構成では、ノズル出口を通して燃料を急射出することによって、圧電アクチュエータや制御ピストンなどの内部噴射構成要素の運動と相俟って、噴射器の燃料通路内に圧力波動を発生させるという問題が存在する。圧力波動は、ノズル出口を通って供給される燃料の量に影響を及ぼし得、その結果、供給燃料の実際の量が、圧電アクチュエータに与えられた電気駆動信号によって決定される必要燃料供給量とは一致しなくなる。必要な燃料供給量に対する実際の燃料供給量の不一致が、過剰な排気煙排出および燃料消費の増加を生じ得、その両方とも望ましくない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、上記の問題を生じない燃料噴射器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このために、本発明は、内燃機関に使用する燃料噴射器であって、１つまたは複数のノズル出口を通る燃料供給を制御するために弁座領域と係合可能になるように、ノズルボア内で移動可能な弁部材と、高圧燃料を蓄えるアキュムレータ空間を形成し、弁部材を移動させるように作動可能な線型アクチュエータを収容する噴射器本体とを備える燃料噴射器を提供する。本発明は、燃料噴射器が、流体通路を通ってアキュムレータ空間と流体連通する減衰室を備え、その減衰室が、アキュムレータ空間内の圧力波動を減衰するように働くことを特徴とする。
【０００６】
本発明は、アクチュエータがアキュムレータ空間内に収容されている燃料噴射器にとりわけ適用可能であるが、ただし、それが本発明の必須要件ではなく、本発明は、アクチュエータが噴射器内の燃料通路から離れて配置されている燃料噴射器に対しても用途を有することを理解されたい。
【０００７】
アクチュエータ、好ましくは圧電アクチュエータが、アキュムレータ空間内に収容されている一実施形態では、噴射器本体が、アクチュエータに結合された制御ピストンを備え得、それによって制御室内の燃料の圧力を変更し、その制御室が弁部材と連係する表面によって部分的に画成され、その結果、弁部材の動きが制御室内の燃料圧力に連係する。
【０００８】
原則として、減衰室は、その減衰室が流体通路を通ってアキュムレータ空間に連通し、それによって圧力波が振動してその室に出入りすることができれば、燃料噴射器のいずれの部分に形成してもよい。たとえば、減衰室は、ノズル本体、または他の構成要素に形成され、アキュムレータ空間に連通する単一の流体通路を有する閉じた空間でもよい。ただし、製造および空間効率の便宜上、減衰室が制御ピストンによって形成されることが好ましく、その理由は、それによって制御ピストンが付加的目的に使用され、したがって特別な構成要素の必要性が回避されるからである。
【０００９】
好都合には、減衰室が、制御ピストンに設けられた開口端付きボアによって形成され得、そのボアが、アクチュエータの自由端を受け入れるような形状にされている。
圧力波動の主要周波数に対して応答性が最大になるように減衰室を「調整」するために、減衰室および通路の寸法を、下記の方程式にほぼ従って構成することができる。すなわち、
【００１０】
【数１】
0005462943.tif 000002
であり、式中、
・Ｆは、減衰することが望ましい圧力波動の主要周波数であり、
・Ａは、噴射器の作動状態に関する圧力および温度での流体媒体（燃料）中の音速であり、
・Ｓは、減衰室の流体通路の断面積であり、
・Ｖは、減衰室の容積であり、
・Ｌは、流体通路の長さである。
【００１１】
本発明はまた、本発明による燃料噴射器を有する内燃機関に関する。
用語「ノズル出口」によって、燃料噴射器の噴射ノズルから機関の関連するシリンダ（使用中の）内に燃料がそれを通して噴射される孔（または開口）が意味され、それはまた、噴射孔、噴霧孔とも呼称され得、または当技術分野で既知の同様な用語でも呼称され得ることが理解されよう。「一連のノズル出口」によって、弁針が、連係する着座領域から係合解除されたとき、燃料がそれを通して噴射される１つまたは複数のノズル出口が意味される。
【００１２】
本発明がより良く理解され得るために、以下に、本発明が、添付図面を参照し、単なる例示として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態による燃料噴射器の一部分の断面図である。
【図２】図１と同様の燃料噴射器の拡大断面図であるが、本発明の第２の実施形態を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照すると、燃料噴射器２は、全体的に形状が細長く、噴射ノズル６にその下端部が取り付けられた噴射器本体４を備える。バケット形状の袋ナット８が、内ねじ付き部分１２と、噴射ノズル６の先端１８がそれを通って延出する中央開口１６を画成する基部１４とを有する管状側壁１０を備える。開口１６によって形成される袋ナット８の肩部２０が、噴射ノズル６のフランジ部分２２に当接し、それにより、ねじ付き部分１２が噴射器本体４の相補的ねじ付き部分２４と協働するように噴射器本体４に対して袋ナット８を回転させることによって、噴射ノズル６が噴射器本体４に固定される。
【００１５】
噴射器本体４は、全体的に形状が管状であり、それによって、加圧燃料を蓄え、また線型アクチュエータ３２も収容するアキュムレータ空間を構成する内室３０を画成する。図１に示されてはいないが、加圧燃料源からアキュムレータ空間３０へ燃料を供給するために、燃料入口通路が、噴射器本体４の上端部に設けられており、その加圧燃料源は、内燃機関システムの高圧燃料ポンプまたはコモンレール燃料空間であり得る。噴射器本体４の上端部はまた、アクチュエータに電力を供給する電気接続部を備えるが、その正確な構成は本発明にとって必須ではないことに留意されたい。ＥＰ０９９５９０１が、燃料入口接続部、および電力供給接続部がその最上端部に設けられた既知の燃料噴射器を例示することに留意されたい。
【００１６】
線型アクチュエータ３２は積層型圧電アクチュエータの形態を取り、その一般的構造は、当業者には周知であり、ＥＰ０９９５９０１に記載されており、ＥＰ０９９５９０１の内容全体は、参照により本明細書に援用される。アクチュエータ３２は、全体的に４２によって示されている運動増幅装置によって噴射器ノズル６の弁部材４０に連結されている端部３４を備え、その運動増幅装置は、より詳細に以降に説明される。
【００１７】
弁部材４０は、全体的に針形状であり、噴射ノズル６に設けられた盲ボア４３内に摺動可能に受け入れられている。弁針４０の先端部４４は、ボア４３の盲端部に隣接して形成された弁座領域４６と係合する形状になっている。
【００１８】
弁部材４０は、段付き形態であり、ボア４３の隣接部分の直径と実質的に等しい直径を有する相対的に大きい直径領域４０ａを備え、それによりボア４３内の摺動運動として案内される。弁部材４０の下端部はより小さい直径領域４０ｂを備え、そのより小さい直径領域４０ｂは、ボア４３と共に、該領域の周りに燃料の環状供給室４８を画成する。諸図には示されていないが、噴射器本体４および噴射ノズル６は、アキュムレータ空間３０から供給室４８へ燃料を送る燃料通路を備えることに留意されたい。弁部材４０の先端部４４と弁座領域４６との係合は、供給室４８と噴射ノズル６の弁座領域４６の下流位置に設けられた一組のノズル出口５０との燃料連通を制御する。
【００１９】
さらに、弁部材４０は、相対的に大きい領域４０ａと相対的に小さい直径領域４０ｂとの連結部に角度付き段部５２を形成し、その角度付き段部５２は、供給室４８内の加圧燃料が作用して、弁部材４０にそれを弁座領域４６から離すように付勢する力をもたらす推力面を形成する。同様に、弁部材４０の成形先端部４４も、さらに別の力をそれを介して加えるさらに別の推力面を形成する。
【００２０】
上記で言及したように、アクチュエータ３２は、アクチュエータの伸張、すなわちアクチュエータの端部領域３４の軸方向移動を弁部材の軸方向移動に変換または伝達することがその主目的である増幅装置４２を用いて、弁部材４０に連結されている。この実施形態では、増幅装置４２は、上側管状壁領域４２ａおよび下側管状壁領域４２ｂを有し、両壁領域がそれぞれの開口を形成し、断面がＨ字形である全体的に円筒形のスリーブ部材またはピストンから形成されている。
【００２１】
スリーブ４２の下側壁領域４２ｂの開口は、弁部材４０の拡大頭部領域６０を受け入れ、それによって、頭部領域６０の上端部６０ａが、下側壁領域４２ｂの基部に対向して、燃料の制御室６２を画成する。拡大頭部領域６０が弁部材４０に連結されていることが必ずしも必要ではなく、拡大頭部領域６０は別個の構成部品でもよいことに留意されたい。
【００２２】
スリーブ４２の他方の端部では、上側壁領域４２ａの開口が、アクチュエータの端部領域３４を圧入で受け入れ、それによって、アクチュエータ３２の付勢状態の変化による端部領域３４の直線運動が、スリーブ４２に機械的に結合される。
【００２３】
使用中、高圧下の燃料を供給されたアキュムレータ空間３０、および、延伸位置をそれに取らせる付勢状態を有するアクチュエータ３２によって、図１に示すように、スリーブ４２は、制御室６２内の加圧燃料によって弁部材４０に加えられる力が、推力面５２に働く供給室４８内の燃料圧力の作用に対抗して、弁部材４０を弁座領域４６との係合状態に確実に保持するのに十分になるまで、制御室６２内の燃料が加圧される位置を取る。この状態では、燃料出口５０を通る燃料噴射は行われない。実際には、噴射器が作動していないとき弁部材を確実に着座させたままにするために、ばねが制御室６２内に収められて、弁部材４０に追加の閉止力をもたらす。ただし、そのようなばねは、簡明化のためにここでは図示されていない。また、図１に示されてはいないが、スリーブ部材には、制御室内に加圧燃料を制限された流量で流入させることができる狭い通路が設けられていることに留意されたい。
【００２４】
ノズル出口５０を通して燃料供給を開始するために、アクチュエータ３２は、その軸方向長さが縮められる第２の付勢状態（この場合、付勢解除される）に操作される。アクチュエータ６２の上端部は、噴射器本体４に対して固定位置に保持されているので、アクチュエータ３２の付勢状態を変化させてその軸方向長さを縮めることにより、アクチュエータ３２の端部領域３４が上方へ移動する。従って、端部領域３４の上方への移動はスリーブ４２に伝達され、スリーブ４２は、対応する量だけ上昇する。スリーブ４２のこの上方への移動が、制御室６２の容積を増加させるように働き、それによって、弁部材４０に作用する制御室６２内の燃料の圧力を減少させる。燃料圧力の減少は、弁部材４０上の下向きの力が弁部材４０を弁座領域４６との係合状態に保つにはそれを超えると不十分になる点まで続き、それによって、弁部材４０が、弁座領域４６から離れるように軸方向に動き、その結果、燃料が、供給室４８からノズル出口５０を通って流れることができる。
【００２５】
燃料噴射を終了するためには、アクチュエータ３２がその最初の付勢状態に戻され、それによって、スリーブ４２が、それを最初の位置に戻す下向きの方向に押される。その結果、制御室６２内の燃料圧力が増加し、弁部材４０により大きい力を加え、それによって、制御室６２内の燃料圧力が弁部材４０を付勢して弁座領域４６との係合関係にそれを超えると戻すことができる状態が達成される。
【００２６】
燃料噴射器は、使用中、内燃機関の一部分を形成し、機関が作動している間、燃料噴射器は、刻々と多様な噴射作動を果たすことが理解されよう。弁部材４０が弁座領域から離座されると、燃料が供給室４８からノズル出口５０を通って機関の関連する燃焼シリンダ内へ噴出するにつれて、燃料供給室４８は、急激な減圧を受ける。供給室４８のこの減圧が、噴射ノズルの燃料通路を通って噴射器本体４のアキュムレータ空間３０内に負の圧力波を伝播させる。圧力波は、アクチュエータ３２およびスリーブ４２の急速な移動によって、より酷くなる。
【００２７】
噴射器の作動によって発生した圧力波動によって、供給室内の燃料圧力が振動させられる。ノズル出口を通って供給される燃料の量は、弁部材が「開いて」いる時間と燃料の圧力との関数であるので、圧力波動は、燃料供給の精度に悪影響を有することが理解されるであろう。
【００２８】
燃料噴射器、特にアキュムレータ空間を通って伝播する圧力波を減衰するために、増幅装置は、スリーブ４２の上側壁領域４２ａとアクチュエータ３２の端部３４との間に画成された閉鎖空間または室によって形成される減衰室７０を備える。アクチュエータの端部３４が室を閉じていることが必須ではなく、当業者には他の構成も思いつき得ることをここで留意されたい。たとえば、室は、スリーブによって形成される天井によって閉鎖し、アクチュエータは、たとえば、ねじにより、あるいはスリーブ４２によって形成されたさらに別の開口内への圧入によるなど、別の方法によってスリーブ４２に固定することができる。
【００２９】
減衰室７０は、上側壁領域４２ａに沿うほぼ中間位置に配置された単一穿孔の形態の流体通路またはくびれ部（ｎｅｃｋ）７２を備え、それによって、減衰室７０は、アキュムレータ空間３０と流体連通している。くびれ部７２は、くびれ部７２への障害のない入口を形成し、またくびれ部７２の長さの選択にある程度の柔軟性ももたらす、上側壁領域４２ａに設けられた環状溝７４からアキュムレータ空間３０内へ開口し、その目的が以下に説明される。
【００３０】
減衰室７０は、アキュムレータ空間３０を通って伝播する圧力波がその中で共鳴し時間が経つと減衰し得る空間を形成する。好都合には、減衰室７０の寸法は、下記の式に従って、室が、ある周波数の減衰に最も良く応答するように選択される。すなわち、
【００３１】
【数２】
0005462943.tif 000003
であり、式中、
・Ｆは、減衰される必要がある周波数であり、
・Ａは、噴射器の作動状態に関する適切な圧力および温度での流体媒体（燃料）中の音速であり、
・Ｓは、減衰室のくびれ部の断面積であり、
・Ｖは、減衰室の容積であり、
・Ｌは、くびれ部の長さである。
【００３２】
したがって、減衰室７０の容積および／またはくびれ部７２の寸法は、圧力波の主要な周波数に対して減衰室７０の周波数応答を適合させるように構成することができる。
特許請求の範囲によって定義される本発明の思想から逸脱することなく、上記に記載された実施形態に対して様々な修正を行うことができることは当業者には明らかであろう。たとえば、くびれ部７２は、減衰室の長さに沿うほぼ中間位置から延在するように図１に示されているが、これはそうである必要はない。たとえば、図２は代替実施形態を示しており、図中、図１の部品と同様な部品は、同じ参照番号によって示されている。図２では、減衰室７０は、比較的小さい副室８０と、副室８０からスリーブ４２の外側縁部へ延在するくびれ部８２とを備える。この実施形態のくびれ部８２は、副室８０からスリーブ４２の比較的厚い仕切り壁部分を通って延在するので、減衰室７０の周波数応答を適切に微調整するくびれ部の長さを構成するより大きな自由度が存在する。たとえば、くびれ部８２の長さを減少させるために、副室８０を単にスリーブ４２の外側縁部により近い基部の部分に形成することができる。
【００３３】
図１および２の実施形態では、減衰室が、アクチュエータの運動を弁部材に連結するスリーブ部材内に形成され、この特定の構成は、室の形成が、すでにアクチュエータの一部である構成要素に対して新たな構成要素を必要としないので、圧力波問題に対して空間効率の解決策を提供することに留意されたい。しかし、本発明の全般的な原理は、他の噴射器構造にも適用可能であり、たとえば、噴射器が、噴射器の流体通路の外部に配置された圧電アクチュエータを備える場合、減衰室は、別の構成要素、噴射器本体の一部、または噴射ノズルに形成することができる。しかし、減衰室のくびれ部は、噴射ノズルにごく接近して配置されることが好ましく、その理由は、圧力波が、この領域から噴射器本体の燃料通路中へ伝播するからである。
【００３４】
ここで、図１および２の実施形態でのアキュムレータ空間は、噴射器本体によって形成された、圧電アクチュエータを収容する比較的大きい容積を備えることが言及されるべきである。ただし、用語「アキュムレータ空間」にはまた、それが、燃料通路と、加圧燃料を蓄えるように併せて働く空間との組み合わせであるので、たとえ噴射器が圧電アクチュエータを収容していなくとも、たとえば穿孔、スロット、溝など、噴射器の他の燃料通路が包含される。
【００３５】
同様に、圧電アクチュエータが存在することは、本発明にとって必須ではなく、電磁的に作動する燃料噴射器でも、適切な減衰室を形成することができる。
【図１】
0005462943.tif 000004
【図２】
0005462943.tif 000005