(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射器のための流れ制御システム（１）であって、
−相対的に高い圧力の流体を受け入れる入り口ポート（２）と、
−加圧流体を排出する出口（３）と、
−相対的に低い圧力の空間（５）に前記流体の一部を戻すためのリターンポート（４）と、
−２方向制御弁（４０）であり、制御弁部材（６）、第１の座（７）、前記制御弁部材（６）を前記座（７）に向けて押圧して前記２方向制御弁（４０）を閉じるように構成された第１弾性手段（１６）、及び前記制御弁部材（６）の前記第１の座（７）から離間する方向への上昇を制限する第１の当接部（８）を有する２方向制御弁（４０）と、
−メイン弁部材（１２）、第２の座（１５）、メイン制御チャンバ（１３）及び前記入り口ポート（２）と連通する出口チャンバ（１４）を有するとともに、前記メイン弁部材（１２）が前記メイン制御チャンバ（１３）内の圧力によって前記第２の座（１５）に向けて押圧されて前記出口（３）への開口を閉じるように構成されているメイン弁（４４）と、
−シャトル弁本体（９、４７）、シャトル制御チャンバ（１０）及び第３の座（１１）を有するとともに、前記シャトル弁本体（９、４７）が前記第３の座（１１）と係合して前記入り口ポート（２）と前記メイン制御チャンバ（１３）との間の開口を閉じるように構成されたシャトル弁（４３）と、
−前記メイン制御チャンバ（１３）を前記シャトル制御チャンバ（１０）に接続するように構成された接続流路（１８）と、
を備え、
前記２方向制御弁（４０）は、前記シャトル制御チャンバ（１０）と前記リターンポート（４）との間の接続を閉鎖しかつ開放するように構成されるとともに前記第１弾性手段（１６）によってその閉鎖位置に向けて付勢され、
前記シャトル弁（４３）は第２弾性手段（１７）によって付勢されて閉鎖し、
前記メイン弁（４４）は、前記入り口ポート（２）と前記出口（３）との間の接続を開放しかつ閉鎖するように構成されるとともに前記第２弾性手段（１７）によって付勢されて閉鎖し、
更に前記シャトル弁（４３）は、前記シャトル制御チャンバ（１０）内の圧力が前記シャトル弁（４３）を開放するのに役立つのに対して前記メイン制御チャンバ（１３）内の圧力が前記シャトル弁（４３）を閉鎖するのに役立つように構成され、
前記メイン弁（４４）は、前記メイン制御チャンバ（１３）内の圧力が前記メイン弁（４４）を閉鎖するのに役立つのに対して前記出口チャンバ（１４）内の圧力が前記メイン弁（４４）を開放するのに役立つように構成され、
前記２方向制御弁（４０）の前記第１の座（７）は、前記シャトル制御チャンバ（１０）内に摺動自在に配置され、
かつ前記第１の座（７）の端部ストッパ（２０）は、前記シャトル制御チャンバ（１０）内の圧力が前記第１の座（７）を前記端部ストッパ（２０）に向けて移動させるのに役立つように設けられ、
更に前記第１の座（７）は、前記制御弁部材（６）と機械的に接触すると、前記第１弾性手段（１６）の力の少なくとも一部を、前記シャトル弁（４３）が開放する方向において前記シャトル弁本体（９）の上に伝達することができる、流れ制御システム。
【請求項２】
前記第１の座（７）は、前記第１の座（７）とガイド（１９）との間の隙間を介した漏出の低減のために、円筒形状に形成されるとともに前記シャトル制御チャンバ（１０）の対応する前記ガイド（１９）に整合していることを特徴とする請求項１に記載の流れ制御システム。
【請求項３】
前記第１の座（７）と前記端部ストッパ（２０）との間の接触領域に座面が設けられており、
前記座面は、前記シャトル制御チャンバ（１０）と前記リターンポート（４）との間の流体シールとして機能するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流れ制御システム。
【請求項４】
前記シャトル弁（４３）には、前記入り口ポート（２）の正圧が前記シャトル弁の開放に役立つように構成された差動領域が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の流れ制御システム。
【請求項５】
前記シャトル弁本体（９、４７）には、前記第３の座（１１）と前記メイン制御チャンバ（１３）との間に配置されたポペット部（２３）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の流れ制御システム。
【請求項６】
流体絞り（４８）が前記接続流路（１８）に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の流れ制御システム。
【請求項７】
前記ポペット部（２３）にはポペット流体絞り（２４）が設けられており、
前記ポペット流体絞り（２４）は前記メイン制御チャンバ（１３）と前記シャトル制御チャンバ（１０）との間に流体絞りをもたらすことを特徴とする請求項５に記載の流れ制御システム。
【請求項８】
前記ポペット絞り（２４）が前記シャトル弁本体（９、４７）の位置に応じて可変に構成されていることを特徴とする請求項７に記載の流れ制御システム。
【請求項９】
前記シャトル弁（４３）がその閉鎖位置にあるいはその周辺にあるときに、前記ポペット絞り（２４）がその最大となることを特徴とする請求項８に記載の流れ制御システム。
【請求項１０】
前記メイン弁（４４）にリフトストッパ（２６）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の流れ制御システム。
【請求項１１】
前記シャトル弁（４３）を付勢して閉鎖するために、前記第２弾性手段に代えて、第３弾性手段（４９）が使用されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の流れ制御システム。
【請求項１２】
加圧流体のための前記出口（３）が、内燃機関の燃焼室に燃料を供給する少なくとも一つの燃料噴射オリフィスに接続されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の流れ制御システム。
【請求項１３】
加圧流体のための前記出口（３）が、通常のばね閉鎖燃料噴射ノズル（２７）の入り口ポート（２８）に接続されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の流れ制御システム。
【請求項１４】
加圧流体のための前記出口（３）が、燃料噴射ノズル（２７）の入り口ポート（２８）に接続されており、
前記燃料噴射ノズルが、ニードル制御チャンバ（２９）、ニードル座、及びニードルを前記ニードル座に向けて付勢して前記燃料噴射ノズルを閉じるノズルばね（３１）を具備したニードル（３０）を有していることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の流れ制御システム。
【請求項１５】
前記ニードル制御チャンバ（２９）が、前記メイン制御チャンバ（１３）と流体的に連通していることを特徴とする請求項１４に記載の流れ制御システム。
【請求項１６】
前記ニードル制御チャンバ（２９）が、前記シャトル制御チャンバ（１０）と流体的に連通していることを特徴とする請求項１４に記載の流れ制御システム。
【請求項１７】
加圧流体のための前記出口（３）と前記空間（５）との間にスピル弁（３２）が取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の流れ制御システム。
【請求項１８】
内燃機関のための燃料噴射器であって、請求項１乃至１７のいずれかに記載の流れ制御システムを含む燃料噴射器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流れ制御システムに関し、特に内燃機関の燃料噴射器に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体動力の用途において、流れ制御システムは、精度、信頼性、効率及びそれらが帰属する装置／設備の費用を直接的に定める重要な構成要素である。それに応じて、流れ制御システムは、安価で、簡単で、信頼でき、耐久性があり、かつ必要とされる制御精度の要求を満たしつつ、与えられた流体動力を制御するためのエネルギー消費を最小にしなければならない。流れ制御システムの特に厳しい用途の一つの実施例は、ディーゼル燃料噴射器である。例えばヘビーデューティトラック用エンジンの最新のディーゼル燃料噴射制御システムは、４０ｋＷオーダーの瞬間的な流体動力をルーチン的に達成することができ、その供給は、全てが約１ミリ秒あるいはより短い時間帯の範囲内で、正確に制御されかつ完全に終了するといったように、非常に短い噴射においてほとんど考えられない精度で高い流体動力をもたらすことが求められている。燃料噴射器は、その寿命時間にわたって変わること無しに良好な制御性を維持しつつ、最高で百万サイクルにわたり問題なくかつ効率的にこれをし続けなければならない。同時に、エンジンの全体コストの重要な要因として、燃料噴射器は、コスト削減のためにそれに応じた高い注目を浴びている。それはまた、燃料の効率的でクリーンな燃焼を可能にするために十分に良好な制御性をもたらしつつ、エンジンにおける全体的に良好な燃費を達成するべくエネルギー的に効率的でなければならない。
【０００３】
そのような矛盾する要求の多くを満たすべく、多数の異なる燃料噴射器及びそれらの流れ制御システムが提案されてきた。しかしながら、従来技術の制御システムのうちベストのものであっても、ある欠点を有している。例えば、３方向ソレノイドアクチュエータを利用する流れ制御システムは、制御精度についてはそれがもたらし得る利益を得ることができるものの、そのアクチュエータに関連する相対的に高いコスト及び複雑さを有していて、このアプローチを極めて少ない選択されたメーカーのみが実行できるようにするばかりでなく、それら自身に特定の耐久性及び効率についての懸念がある。例えば特許文献１に開示されている他の流れ制御システムは、簡単な２方向ソレノイドアクチュエータをベースとするものであり、したがって安価でより耐久性のあるものとすることができる。しかしながら、同時に、これらには、最初の制御装置の指令を増幅する流体回路に比較的高い制御漏れを有する傾向があり、従って相対的に効率的なままとするために極めて厳しい精度を必要とする。加えて、この種類の従来技術の流れ制御システム／噴射器は、特に弁の閉鎖／噴射の終了に関連する、流体的な効率（制御漏れの割合）と応答時間との間の妥協をなす必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２０２５４５号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、先に言及した問題の少なくとも一部を回避する流れ制御システムを提供することにある。この目的は、流量制御システムであって、
−相対的に高い圧力の流体を受け入れる入り口ポートと、
−加圧流体を排出する出口と、
−相対的に低い圧力の空間に流体の一部を戻すためのリターンポートと、
−２方向制御弁であり、制御弁部材、第１の座、制御弁部材を座に向けて押圧して制御弁を閉じるように構成された第１弾性手段、及び制御弁部材の第１の座から離間する方向への上昇を制限する第１当接部を有する２方向制御弁と、
−メイン弁部材、第２の座、メイン制御チャンバ、及び入り口ポートと連通する出口チャンバを有するとともに、メイン弁部材６がメイン制御チャンバ内の圧力によって第２の座に向けて押圧されて出口への開口を閉じるように構成されているメイン弁と、
−シャトル弁本体、シャトル制御チャンバ、及び第３の座を有するとともに、シャトル弁本体が第３の座と係合して入り口ポートとメイン制御チャンバとの間の開口を閉鎖するように構成されたシャトル弁と、
−メイン制御チャンバをシャトル制御チャンバに接続するように構成された接続流路と、を備え、
制御弁がシャトル制御チャンバとリターンポートとの間の接続を閉鎖しかつ開放するように構成されるとともに第１弾性手段によってその閉鎖位置に向けて付勢され、
シャトル弁は第２弾性手段によって付勢されて閉鎖し、
メイン弁は入り口ポートと出口との間の接続を開放しかつ閉鎖するように構成されるとともに第２弾性手段によって付勢されて閉鎖し、
更にシャトル弁はシャトル制御チャンバ内の圧力がシャトル弁を開放するのに役立つのに対してメイン制御チャンバ内の圧力がシャトル弁を閉鎖するのに役立つように構成され、
メイン弁はメイン制御チャンバ内の圧力がメイン弁を閉じるのに役立つのに対して出口チャンバ内の圧力がメイン弁を開放するのに役立つように構成され、
制御弁の第１の座はシャトル制御チャンバ内に摺動自在に配置され、
かつ第１の座の端部ストッパはシャトル制御チャンバ内の圧力が第１の座を端部ストッパに向けて移動させるのに役立つように設けられ、
更に第１の座は制御弁部材と機械的に接触すると、弾性手段の力の少なくとも一部をシャトル弁が開放する方向においてシャトル弁本体の上に伝達することができる、流れ制御システムによって達成される。
【０００６】
従来技術に関する議論において前述した様に、高い流体動力のスループットを取り扱うために流体増幅段に接続された簡単な２方向制御弁の使用をベースとする流れ制御システムにおいては、流れ制御システムの制御性とその流体効率との間に対立がある。これは、制御指令に対するより迅速でより正確な応答のために調整された従来技術の制御システムが、流体制御チャンバのより迅速な再加圧及び弁を起動させるのに十分な力の成長のために、より高い割合の制御流れを必要とするからである。また、より高い割合の制御流れは、通常、より高い割合の制御漏れと、その結果としての、制御システム全体のより低い流体効率、及び、例えば過大な流体の昇温といった他の好ましくない効果を伴う。
【０００７】
流体圧増幅ユニットの一部である制御弁の、またシャトル弁に対する機械的な弾性手段の動作を拡張することにより、より高い割合の漏れを防止することができる。弾性手段の拡張された動作は、そうでなければ流れ制御システムを非活性化する指令に応じてシャトル弁の制御チャンバを再加圧するために最初に必要な制御流れと置き換わり、それによって迅速な制御応答を達成しつつ制御システムの制御漏れを減少させる。
【０００８】
従属請求項の特徴のうちの一つ又はいくつかを実行することにより、更なる利点が達成される。
【０００９】
制御弁の摺動可能な座は、その座及び制御弁の実際のシール面を迂回するシャトル制御チャンバからリターンポートへの漏れを制限するために、そのガイドに精密に整合することができる。摺動可能な座には、端部ストッパにあるときに、座をバイパスする漏れを完全に防止するべくその座面がシャトル制御チャンバと正のシールを形成するように、シャトル弁から離間する方向へのその移動を制限するその端部ストッパに追加の座面を設けることができる。弁に発生する力の平衡を改良するとともに制御流れを終了する指令に対する応答時間を更に短縮するために、入り口ポート内の圧力にさらされる差動領域をシャトル弁に設けることができる。流れ制御システムの他の改良は、座とメイン制御チャンバとの間でシャトル制御弁に取付けられるとともに、メイン制御チャンバとシャトル制御チャンバとの間の固定絞りに置き換わるポペット絞りと共に都合よく構成することができる、ポペット部の形態で実施することができる。この手段により、より高い応答性のために、シャトル弁の動的な挙動を更に改善することができる。このポペット絞りが、シャトル制御チャンバとメイン制御チャンバとの間の正圧の差の生成を助けるとともに、それと同時にシャトル制御チャンバ内の圧力が効果的な領域を増加させ、それによってシャトル制御弁のより迅速な開放を促進して制御された流体流れを終了する指令に対する応答時間を短縮するからである。
【００１０】
本発明によると、この流れ制御システムは、この制御システムの流れ制御特性の追加の調整のために燃料噴射ノズルを含むことができる。その噴射ノズルは、その入り口ポートをメイン弁の出口に接続することができるとともにばね閉鎖タイプとすることができ、流れ制御システムに対する流れの開始及び終了の指令に応じてよりすばやい流れの立ち上がり及び流れの立ち下がりをもたらす。そのノズルは、ニードルばねで付勢されて閉鎖するニードルとノズル制御チャンバとを有するように構成することができ、そのノズル制御チャンバ内の正圧はノズルの閉鎖に向けてニードルを付勢する。流れ制御システムのメイン制御チャンバは、この制御システムの修正された制御特性のために、このノズル制御チャンバに液圧的に接続することができる。代わりに、シャトル制御チャンバはまた、制御された流体流れのわずかにより遅い始動及びその流れのわずかにより早い終了を獲得するために、ノズル制御チャンバに液圧的に接続することができる。
【００１１】
また、本発明の他の実施形態は、流れ特性を制御する追加の可能性を有する発明の流量制御システムを提供して追加の安全機能をもたらすために、高圧の出口と比較的低い圧力の空間との間に接続されたスピル弁を含むことができる。この実施形態によると、このスピル弁の開放は、流れ制御システムを通る制御された流体流れが終了した後にメイン弁とノズルの間に残っている圧力を解放し、したがって摩耗あるいは他の損傷によってその液密を失い得るノズルを通る望ましくない漏れを防止する。
【００１２】
更に他の実施形態は、リターンポートと比較的低い圧力の空間との間にスピル弁を取り付けるとともに、高圧出口をスピル弁の入り口ポートに接続することにより、更に改善された流体効率のために構成することができる。この実施形態においては、制御された流体流れを開始するために制御弁が開放される前に、スピル弁を閉鎖する。これは、比較的低い圧力の空間への漏れを減らすとともに、その代わりに制御システムが開放し始める際に制御弁によって解放された圧力をノズルの入り口ポートに導き、ノズルの入り口ポート空間を加圧するためにメイン弁の出口チャンバからのより少ない流体エネルギーが使用されるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
以下に示す詳細な説明では、以下の図面が参照される。
【図１】図１は、本発明の流れ制御システムの第１実施形態を、作動シーケンスのうちの一つの特定の状態で図式的に示している。
【図２】図２は、流れ制御システムの第１実施形態を、その作動シーケンスのうちの他の状態で図式的に示している。
【図３】図３は、流れ制御システムの第２実施形態を図式的に示している。
【図４】図４は、流れ制御システムの第３実施形態を図式的に示している。
【図５】図５は、流れ制御システムの第４実施形態を図式的に示している。
【図６】図６は、流れ制御システムの第５の実施形態を図式的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を限定するためにではなく説明するために与えられた添付の図面と共に、本発明の様々な態様を以下に説明する。ここで、類似の符号は類似の要素を意味している。
【００１５】
図１は、本発明による流れ制御システム１の第１実施形態を図式的に示している。この制御システム１は、加圧流体の入り口ポート２と、加圧流体の出口３と、相対的に低い圧力の空間５に接続されたリターンポート４と、制御弁部材６、第１の座７、及び第１の座７から離間する方向の制御弁部材６のリフトを制限する第１当接部８を有した制御弁４０と、シャトル弁本体９、４７、シャトル制御チャンバ１０、及び第３の座１１を有するシャトル弁４３と、メイン制御チャンバ１３、出口チャンバ１４、及び第２の座１５を有するメイン弁４４と、を備え、制御弁４０はシャトル制御チャンバ１０とリターンポート４との間に接続されるとともに第１弾性手段１６によってその閉鎖位置に向かって付勢されており、シャトル弁４３は入り口ポート２とメイン制御チャンバ１３との間に接続されるとともに第２弾性手段１７によって付勢されて閉じている。メイン弁４４は入り口ポート２と出口３との間に接続されるとともに第２弾性手段１７によって付勢されて閉じている。シャトル制御チャンバ１０は接続流路１８によってメイン制御チャンバ１３に接続されている。シャトル弁４３は、シャトル制御チャンバ１０内の圧力がシャトル弁４３を開放するのに役立つのに対してメイン制御チャンバ１３内の圧力がシャトル弁４３を閉鎖するのに役立つように構成されている。メイン弁４４は、出口チャンバ１４内の圧力がメイン弁４４を開放するのに役立つのに対してメイン制御チャンバ１３内の圧力がメイン弁４４を閉鎖するのに役立つように構成されている。制御弁４０の第１の座７はシャトル制御チャンバ１０内に摺動自在に配置され、かつ第１の座７の端部ストッパ２０はシャトル制御チャンバ１０内の圧力が端部ストッパ２０に向けて第１の座７を動かすのに役立つように設けられている。第１の座７は、制御弁部材６と機械的に接触すると、第１弾性手段１６の力の少なくとも一部をシャトル弁４３の開放方向においてシャトル弁本体９上に伝達することができる。
【００１６】
この実施形態においては、端部ストッパ２０及び第１の座７は、第１の座が端部ストッパに接触するときに流体シールを形成する座面を有している。第１の座７は、好ましくは円筒形状に形成されるとともに、第１の座７とガイド１９との間の隙間を介した漏れを低減するためにシャトル制御チャンバ１０の対応するガイド１９と精密に整合している。図に示すように、第１の座がシャトル弁本体９に向かって移動する間に接続流路１８と重なり合わないことを確実にするために、第１の座７に段付き輪郭を配置することができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態においては、シャトル弁４３に差動領域が設けられるが、それはシャトル弁のガイド２２の直径及び第３の座１１の直径によって定められるとともに、後者は前者より大きく、その差動領域に作用する正圧はシャトル弁をメイン制御チャンバ１３に向けて開放するのに役立つようになっている。また、シャトル弁４３には、第３の座１１とメイン制御チャンバ１３との間に配置されるポペット部２３が設けられ、図１に示すように、そのポペット部２３とメイン制御チャンバ１３の壁輪郭２５との間にポペット絞り２４が形成されるようになっている。壁輪郭２５は、好ましくは、その流体絞りが、シャトル制御弁の位置に応じて変動するとともに、シャトル制御弁がその閉鎖位置にあるときにあるいはその周辺にあるときに最大となるように構成される。
【００１８】
図１に示されるように、流れ制御システム１の初期位置においては制御弁部材６は閉じており、シャトル制御チャンバ１０内の圧力によって第１の座７は端部ストッパ２０に押圧され、第１の座７と端部ストッパ２０との間の座面の流体シールによりガイド１９を通過する漏れが防止されるようになっている。シャトル弁４３は、第２弾性手段１７により第３の座１１上のその閉鎖位置に保持されている。メイン弁４４は、第２弾性手段１７とメイン制御チャンバ１３内の圧力とが組み合わされた力により閉鎖した状態に保持されて、流れ制御システムの入り口ポート２に流入する流れも出口３から出る流れもないようになっている。
【００１９】
流れ制御システムを開放して入り口ポート２から出口３への制御された流体の流れを許可する指令が制御装置５０によって与えられたときに、制御弁部材６は、その第１当接部８に向かって引きつけられて第１の座７を通る流れ経路を開放する。シャトル制御チャンバ１０からの圧力がリターンポート４に解放されると、メイン制御チャンバ１３からの流体の流れがポペット絞り２４及び接続流路１８を通過しシャトル制御チャンバ１０内に入り更にリターンポート４から出るに連れて、メイン制御チャンバ１３内の圧力解放が始まる。この間、メイン制御チャンバ内の圧力低下は、シャトル弁４３の差動領域に作用する弁を開く力を生み出すが、この力は、ポペット絞り２４を横切る流れによって生み出されてポペット部２３の相対的に大きい領域上に作用する、メイン制御チャンバ１３とシャトル制御チャンバ１０との間の正圧の差によって打ち消される。メイン弁４４の出口チャンバ１４内の圧力に比較してメイン制御チャンバ１３内の圧力が十分に低下したときに、メイン弁４４がメイン制御チャンバ内に移動してそこから流体を変位させると、メイン弁４４は開放するとともに流れ及びポペット絞り２４を横切る圧力の差を維持し、それによって弁の差動領域に作用する入り口ポート２内の圧力に抗してシャトル弁４３を閉じた状態に保つ。これは、制御された加圧流体が出口３に流れることを可能にする。メイン弁４４が開き方向に動く間、メイン弁４４はその反対側の端部がシャトル制御弁本体（９、４７）に作用する第２弾性手段１７を圧縮し、したがってシャトル制御弁上の閉鎖力を増加させる。メイン弁４４がそのリフトストッパ２６に到達する時間までに、第２弾性手段１７の力は十分に増加し、ポペット絞り２４を通過する流れ及びポペット絞り２４を横切る正の圧力損失が無い場合にその差動領域に作用する圧力に抗してシャトル弁４３を閉じた状態に保つようになる。流れ制御システムのこの状況において、流れ制御システムは入り口ポート２から出口３への加圧流体の流れに対して完全に開放するが、流れ制御システムは、その状況を保つためにいかなる制御流れ、すなわちリターンポート４に流れ出る加圧流体の流れにも依存し又は必要とし／有しておらず、単純な２方向の低電力で、安価な弁である制御弁４０によってその開放位置に保持されるだけである。
【００２０】
加圧流体の出口３への流れを終了する指令が与えられたときに、制御弁４０は不活性化され、制御弁部材６は、第１弾性手段１６によって第１当接部８から離間する方向に移動させられ、最終的に第１の座７と係合してシャトル制御チャンバ１０とリターンポート４との間の流体的な接続を妨げる。第１の座７がガイド１９内に摺動自在に配置されているので、制御弁部材６への接触により第１の座７に伝達される第１弾性手段１６の力は、座をシャトル制御チャンバ１０内でシャトル弁本体９に向けて推進し、かつこれによってシャトル制御チャンバ内の圧力を増加させ、同時に、ポペット部２３の周囲のポペット絞り２４の助けによりシャトル制御チャンバ１０とメイン制御チャンバ１３との間に正圧の差を生み出す。流れ制御システム１のこの状態は、図２に示されている。その正圧の差は、シャトル弁４３の差動領域に作用する入り口ポート２内の圧力の力と共に、第２弾性手段１７の力に打ち勝ってシャトル弁の最初の開放をもたらす。それにより、加圧流体は第３の座１１を通過して流れてポペット絞り２４上により大きい圧力差を生みだし、それによってより開放した位置に向けてシャトル弁４３を急速に動かす。同時に、シャトル制御チャンバ１０内で上昇する圧力が第１の座７を動かして端部ストッパ２０と接触するように戻し、制御弁部材６の利用可能なストロークがソレノイドの適切な機能のために設計された値にリセットされ、かつガイド１９を通過してリターンポート４に至る漏出が完全に止まるようになっている。
【００２１】
シャトル弁４３の開放は、加圧流体が入り口ポート２からポペット絞り２４を介してメイン制御チャンバ１３に入ることを許可するが、ポペット絞り２４は、シャトル弁のリフトが増加すると、小さくなってメイン制御チャンバのすばやい再加圧を可能にする。これは、第２弾性手段１７の力と組み合わされて、最終的にそのリフトストッパ２６から離れる方向にメイン弁部材６を動かしてそれを閉鎖する。それに応じて、出口３への加圧流体の流れが終了し、メイン制御チャンバ１３、シャトル制御チャンバ１０及び入り口ポート２内の圧力が等しくなる。この後、第２弾性手段１７はシャトル弁４３をその閉鎖位置に向けて動かし、その過程でシャトル制御チャンバ１０からメイン制御チャンバ１３へと流体を変位させ、最終的には図１に示されているその初期位置に流れ制御システムを戻す。
【００２２】
説明したように、制御弁４０の第１の座７は、ガイド１９に沿ってスライドできるように配置されるとともに、シャトル制御チャンバ１０内の正圧がシャトル弁本体９から離間する方向にかつ第１の座７のストロークリミッタとして機能する端部ストッパ２０に対して第１の座７を押動するように構成されている。この流れ制御システム１がその初期位置にある間、制御弁４０の第１の座７は、流れ制御システムの入り口ポート２における圧力と基本的に等しいシャトル制御チャンバ１０内の圧力によってその端部ストッパ２０に押圧され、制御弁４０は、固定された静止座を有する典型的な制御弁と全く同じように機能するようになっている。制御システムを開放しておくために低圧の戻り回路に接続しなければならず、それ故に流体効率を悪化させることになっていた、制御チャンバを再加圧するために意図的に設ける高圧燃料のための流れ制御経路を、この制御システムは全く有しておらず、したがって流れ制御システムの閉鎖を容易にする。この制御システムが開放している状態の間、シャトル弁４３は第１弾性手段１６によって閉じた状態に保持されて、開放している制御弁４０によって解放されている空間内に入る加圧燃料が無く、漏れが生じないようになっている。制御装置５０からの制御システムを閉じる指令を制御弁４０が最終的に受け取ったときに、制御弁部材６はそれ自体の第１当接部８から解放され、第１弾性手段１６によって駆動される閉じ動作において第１の座７に衝接する。次いで第１の座７は、油圧ピストンとして作用してシャトル制御チャンバ１０内にサージ圧を生みだし、あるいはシャトル弁４３の本体９上に機械的な力を実際に及ぼすことができて、シャトル弁４３を再開する最初の推進力をもたらす。このようにして、この制御システムは、高圧流体の流れを中断する指令に迅速に応答することができる一方で、制御チャンバを再加圧するためにかつ流れ終了シーケンスを開始するために従来技術の制御システムにおいて必要であった如何なる寄生的な流れをも必要としない。
【００２３】
図１及び図２に示されている実施形態は内燃機関の燃料噴射器として役立つことができ、入り口ポート２は燃料コモンレールに接続され、かつ出口３は噴射オリフィスに終端する。
【００２４】
図３に示されている他の実施形態においては、この制御システムは、上に説明した実施形態と同様に設計されるが、ばねで閉鎖されるニードル２７が入り口ポート２８によって出口３に接続される。この実施形態による発明は同様に作動するが、ノズル２７の追加は、例えば流れカーブの立上り区間の増大率を高めるといった、流れ制御システム１の流体特性の若干の追加の調整を可能にする。
【００２５】
図４に示されている本発明の更に他の実施形態は、ノズル制御チャンバをメイン制御チャンバ１３に接続することにより、ノズル２７のニードル制御チャンバ２９が流れ制御に関与するように構成されている点において、図３に示されている実施形態と異なっている。この制御システムは、図１〜図３に示した実施形態と同様に動作するが、ノズル２７のニードル３０がメイン制御チャンバ１３内の圧力によって追加的に作動して、よりすばやい応答時間及び／又はノズル２７のばね３１の寸法の減少を可能にする。例えば、ノズル制御チャンバ２９をメイン制御チャンバ１３に代えてシャトル制御チャンバ１０に接続することにより、この制御アプローチの他の変形例も可能となる。
【００２６】
図４には、流れ制御システムの可能性のある変形例が図示されており、そこにおいては、他の図に示されているポペット絞り２４に代わって、固定された流体絞り４８が接続流路１８内に配置されている。この流れ制御システムは上に説明したものと同様に機能するが、より簡単かつより安価に製作することができる。
【００２７】
本発明の更に他の実施形態が図５に示されているが、そこにおいては、流れ制御システム１の出口３と相対的に低い圧力の空間５との間にスピル弁３２が接続されている。このスピル弁３２は、流れ制御システムによる制御流体の流れが止まった後に開放することができ、メイン弁４４が次に開放するまでノズル２７の入り口ポートの圧力を逃がし続けて、ニードル３０の座の摩耗あるいは他の損傷によりその液密を失い得るノズルを介した望ましくない漏れを防止するようになっている。
【００２８】
本発明の更にもう一つの実施形態が図６に示されているが、そこにおいては、リターンポート４が出口３に接続されるとともに、出口３と空間５との間にスピル弁３２が接続されている。この実施形態は、制御された流体流れを開始するべく制御弁４０を開放する前にスピル弁３２を閉じることにより、流体効率を改善するべく制御することができる。これは、空間５への漏れを減少させ、その代わりに、この制御システムが開放し始める際に制御弁４０によってシャトル制御チャンバ１０及びメイン制御チャンバ１３から解放された加圧流体をノズル２７の入り口ポート２８内に導くので、入り口ポート２８を加圧するために使用するメイン弁４４の出口チャンバ１４からの流体エネルギーがより少ないものになる。この実施形態においては、メイン弁４４の第２の座１５における絞り効果によって生じる、メイン弁４４の出口チャンバ１４内の圧力と出口３における圧力との間の正の圧力差により、制御弁４０が開放位置にある間、メイン弁４４は開放したままとなる。
【００２９】
上に説明した流れ制御システムの実施形態は、通常のディーゼル燃料油あるいはジメチルエーテルといった低粘度のディーゼル燃料を供給する、コモンレールタイプの噴射器における使用に特に適している。
【００３０】
異なる実施形態に示されている本発明による燃料制御システムの変形例は、その実施形態に限定されるものと解釈されるべきではなく、互いに矛盾しないときにはその変形例を他の実施形態に適用することもできる。
【００３１】
請求の範囲に使用されている参照番号は、その請求の範囲によって保護される事項の範囲を限定するものと見なされるべきではなく、その目的は請求の範囲をより理解し易くすることである。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態は、ソレノイド駆動弁の形態において多くの用途で最も効率的であると理解されている、電気的に作動する制御弁４０、３２を特徴としている。しかしながら、コストの削減あるいは他の理由により、他の種類の制御弁もまた都合良く本発明に使用することができる。
【００３３】
理解されるように、本発明は、添付の請求の範囲の要旨から逸脱することなしに、様々に明らかな態様において修正することができる。したがって、その図面及び明細書は、実際には例示的なものであって、限定するものではないとみなされるべきである。
【符号の説明】
【００３４】
１    制御システム
２    入り口ポート
３    出口
４    リターンポート
５    空間
６    制御弁部材
７    第１の座
８    第１当接部
９    シャトル弁本体
１０  シャトル制御チャンバ
１１  第３の座
１３  メイン制御チャンバ
１４  出口チャンバ
１５  第２の座
１６  第１弾性手段
１７  第２弾性手段
１８  接続流路
１９  ガイド
２０  端部ストッパ
２２  ガイド
２３  ポペット部
２４  ポペット絞り
２５  壁輪郭
２６  リフトストッパ
２７  ノズル
２８  入り口ポート
２９  ニードル制御チャンバ
３０  ニードル
３１  ばね
３２  スピル弁
４０  制御弁
４３  シャトル弁
４４  メイン弁
４７  シャトル弁本体
４８  流体絞り
５０  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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